JP6474361B2

JP6474361B2 - 加工動作をロボットに実行させるロボット制御装置、及びロボットプログラム生成装置

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Publication number: JP6474361B2
Application number: JP2016053998A
Authority: JP
Inventors: 達也近江
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-03-17
Filing date: 2016-03-17
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2036-03-17
Also published as: US20170269574A1; CN107199561B; DE102017105078A1; JP2017164863A; DE102017105078B4; CN107199561A

Description

本発明は、加工対象物の加工動作をロボットに実行させるロボット制御装置、及び、該ロボットを動作させるプログラムを生成するロボットプログラム生成装置に関する。

従前より、加工作業を産業用ロボットに教示する際には、オペレータがティーチングペンダントなどによりロボットのアーム部を所定の点や軌跡を通るように実際に動かし、それらの点や軌跡をロボット制御部に記憶させている。あるいは、ロボットを動かさずに、ロボット用オフラインプログラミングシステムを用いてロボットの動作データを生成することも行われている。このとき、加工対象物（以下、ワークと呼ぶ。）に対する加工形状の情報に基づいて、ロボットの加工動作が実行されるようにしている。

しかし、ワークの加工形状を指示するための加工図面は、ＣＡＤ装置を使って設計されるのが一般的である。また、ＣＡＤ装置を使用する設計者は、ロボットのオペレータとは別の人間であるので、ロボットのプログラムを作成できない。このため、ロボットのオペレータが、加工図面の情報をＣＡＤ装置から取得し、製造現場において、その加工図面の情報に基づき、ワークに対する加工作業をロボットに教示している。

このような実情においては、簡便な操作で加工図面の情報からロボット制御データを得ることが望まれており、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１においては、磁気記録ディスクに記録されたＣＡＤデータを作業者がパソコンに入力すると、該パソコンによりＣＡＤデータを溶接ロボットの動作データに変換して溶接ロボット制御装置に伝送する技術が提案されている。

特許第３３０７４７５号公報

しかし、特許文献１に記載された従来技術においては、ＣＡＤ装置内の加工図面の情報（ＣＡＤデータ）を基に、加工部位への加工内容に合致する加工ツールを特定しつつ、その加工ツールを使ったロボットの動作を実行させることはできなかった。

そこで本発明は、上述の実情に鑑み、加工図面のＣＡＤデータを基に、加工部位への加工内容に合致する加工ツールを特定して、その加工ツールを備えたロボットの動作を実行させるようにするロボット制御装置、及びロボットプログラム生成装置を提供することを目的とする。

本発明の第一態様によれば、加工対象物の加工図面のＣＡＤデータに含まれた、前記加工対象物の加工部位を示す図形要素に基づいて、前記加工対象物に対する加工動作を、工場に配置されたロボットに実行させるロボット制御装置であって、
加工内容と、該加工内容に合致する加工ツールの情報と、を互いに関連付けて記憶するデータベース部と、
前記ＣＡＤデータから、前記加工内容を示すタグが付けられている前記図形要素を抜出す図形要素抜出部と、
前記図形要素抜出部により抜出された図形要素に付けられた前記タグが示す加工内容に関連する加工ツールの情報を、前記データベース部から抽出するツールデータ抽出部と、
前記図形要素抜出部により抜出された図形要素を基に、前記ツールデータ抽出部により抽出された前記加工ツールの情報を使用して前記ロボットに加工動作を実行させる動作計画部と、
を備え、
前記ロボット制御装置は、前記工場に隣接する建屋に配置されるとともに、前記ロボットに通信可能に接続される、ロボット制御装置が提供される。
本発明の第二態様によれば、上記第一態様のロボット制御装置であって、前記工場から離れた事務所に配置されるとともに、前記ロボット制御装置に通信可能に接続されていて、前記加工対象物の加工図面のＣＡＤデータを作成し保存するＣＡＤ装置をさらに備え、前記ＣＡＤ装置は、前記加工対象物の加工部位を示す図形要素に対して前記加工内容を示すタグを付ける加工内容入力部を備える、ロボット制御装置が提供される。
本発明の第三態様によれば、上記第一態様または第二態様のロボット制御装置であって、前記加工ツールの情報には、前記加工内容に合致する加工ツールの種類と、該加工ツールの前記加工部位に対する相対速度、位置、および姿勢のうちの少なくとも一つを含む拘束条件とが含まれる、ロボット制御装置が提供される。
本発明の第四態様によれば、加工対象物の加工図面のＣＡＤデータに含まれた、前記加工対象物の加工部位を示す図形要素に基づいて、前記加工対象物に対する加工動作を、工場に配置されたロボットに実行させるロボットプログラム生成装置であって、
加工内容と、該加工内容に合致する加工ツールの情報と、を互いに関連付けて記憶するデータベース部と、
前記ＣＡＤデータから、前記加工内容を示すタグが付けられた前記図形要素を抜出す図形要素抜出部と、
前記図形要素抜出部により抜出された図形要素に付けられたタグが示す加工内容に関連する前記加工ツールの情報を、前記データベース部から抽出するツールデータ抽出部と、
前記図形要素抜出部により抜出された図形要素を基に、前記ツールデータ抽出部により抽出された前記加工ツールの情報を使用して前記ロボットに加工動作を実行させるロボットプログラムを生成する動作計画部と、
を備え、
前記ロボットプログラム生成装置は、前記工場に隣接する建屋に配置されるとともに、前記ロボット（１１）に通信可能に接続される、ロボットプログラム生成装置が提供される。
本発明の第五態様によれば、上記第四態様のロボットプログラム生成装置であって、前記ロボットプログラム生成装置に通信可能に接続されていて、前記加工対象物の加工図面のＣＡＤデータを作成し保存するＣＡＤ装置をさらに備え、前記ＣＡＤ装置は、前記工場から離れた事務所に配置されるとともに、前記加工対象物の加工部位を示す図形要素に対して前記加工内容を示すタグを付ける加工内容入力部を備える、ロボットプログラム生成装置が提供される。
本発明の第六態様によれば、上記第四態様または第五態様のロボットプログラム生成装置であって、前記加工ツールの情報には、前記加工内容に合致する加工ツールの種類と、該加工ツールの前記加工部位に対する相対速度、位置、および姿勢のうちの少なくとも一つを含む拘束条件とが含まれる、ロボットプログラム生成装置が提供される。

本発明によれば、ＣＡＤ装置内の加工図面の情報（ＣＡＤデータ）を基に、加工部位への加工内容に合致する加工ツールを特定して、その加工ツールを備えたロボットの加工動作を実行させることができる。さらに、そのような加工動作を実行させるロボットプログラムを生成することもできる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。

一実施形態のロボット制御システムを模式的に示したブロック図である。図１に示されるロボット制御システムの動作を示すフローチャートである。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面において、同じ部材には同じ参照符号が付けられている。そして、異なる図面において同じ参照符号が付されたものは同じ機能を有する構成要素であることを意味するものとする。また、理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。

図１は、一実施形態のロボット制御システムを模式的に示したブロック図である。
図１に示されるように、本実施形態のロボット制御システム１０は、少なくとも一つのロボット１１を制御するロボット制御装置１２と、ＣＡＤ（computer-aided design）装置１３とを具備する。

ロボット１１は、例えば垂直多関節型ロボットであって、該ロボットのアーム部の先端に着脱可能な加工ツールが取付けられているものとする。加工ツールとしては、溶接トーチ、溶接ガン、シーリング剤充填ノズル、バリ取りツール、ドリル、エンドミルなどが挙げられる。ロボット１１は、ロボット制御装置１２からの動作指令によりロボットアーム部を移動させながら加工ツールを動作させることにより、ワークの加工を行う。また、ロボット１１は、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリや、ＣＰＵおよび通信制御部（図示せず）を有しており、該通信制御部が、ロボット制御装置１２とのデータの授受を制御する。

ＣＡＤ装置１３は、設計者がワークの加工図面をコンピュータ画面上で作成するのを支援し、作成した加工図面のＣＡＤデータを内部メモリに保存することができる。さらに、ＣＡＤ装置１３は、コンピュータ画面上で作成された、ワークの加工部位を示す図形要素に対して、加工内容を示すタグ（付加情報）を入力する加工内容入力部１４を備える。例えば、設計者は、加工内容入力部１４により、前述の加工部位を示す図形要素に対して、その加工部位への加工内容を示すタグを付けることができる。タグ付けされる加工内容としては、例えば、「アーク溶接」または「スポット溶接」といった溶接方法の指示や、「バリ無きこと」といった加工指示、などが挙げられる。つまり、一般的に、図面上に描かれたワークの加工部位に対して、引出線を用いて、加工方法、注釈、ＪＩＳ規格に則った加工記号などを含む加工内容を付記している。前述のタグは、そのような引出線上の表記を意味している。

なお、本実施形態において、ロボット１１は、製品を製造する工場に配置されている。これに対して、ロボット制御装置１２は工場に隣接する建屋などに配置され、ＣＡＤ装置１３は工場から遠く離れた事務所などに配置されるのが好ましい。この場合には、ロボット１１は、第一通信部１５、例えばイントラネットのネットワークを介して、ロボット制御装置１２と接続されうる。ＣＡＤ装置１３は、第二通信部１６、例えばインターネットのネットワークを介して、ロボット制御装置１２と接続されうる。但し、これら通信部は一例であり、第一通信部１５および第二通信部１６はどのようなものでもよい。

ロボット制御装置１２は、少なくとも一つのロボット１１を制御するように構成されている。特に、本実施形態のロボット制御装置１２は、ロボット制御装置１２外からの指示により、ＣＡＤ装置１３内に保存された、ワークの加工図面のＣＡＤデータを読込むことができる。この読込の指示は、ロボット制御装置１２が設置された、工場とは別の建屋内の人間や、あるいはロボット制御装置１２に接続された上位コンピュータ（図示せず）により行われるのが好ましい。
さらに、本実施形態のロボット制御装置１２は、ＣＡＤ装置１３内から読込んだワークの加工図面のＣＡＤデータに基づいて、加工ツールを備えたロボット１１の加工動作を実行させることができる。

より詳述すると、ロボット制御装置１２は、図１に示されるように、データベース部１７、図形要素抜出部１８、ツールデータ抽出部１９、動作計画部２０、及びメモリ部２１を具備する。データベース部１７は、図１に示されるように、外部記憶装置としてロボット制御装置１２外に無線または有線の通信部を介して配置されているが、データベース部１７はロボット制御装置１２内に在ってもよい。

データベース部１７は、複数種の加工内容と、それぞれの加工内容に合致する加工ツールの情報（以下、ツールデータと呼ぶ。）と、を互いに関連付けて記憶している。上記の加工内容としては、例えば、アーク溶接、スポット溶接、シーリング、バリ取り、などが挙げられる。この場合には、それぞれの加工内容に合致する加工ツールは、溶接トーチ、溶接ガン、シーリング剤充填ノズル、バリ取りツール、などである。また、上記のツールデータには、前述のような各種の加工ツールの寸法や、それぞれの加工ツールの加工部位に対する相対速度、位置、および姿勢のうちの少なくとも一つを含む拘束条件も含まれる。

図面要素抜出部１８は、ワークの加工図面のＣＡＤデータから、加工内容を示すタグが付けられたワークの加工部位の図形要素を抜出す。ツールデータ抽出部１９は、図面要素抜出部１８により抜出された図形要素に付けられているタグが示す加工内容に関連するツールデータを、データベース部１７から抽出する。
抽出するツールデータには、前述したタグが示す加工内容に合致する加工ツールの種類や寸法と、該加工ツールの拘束条件とが含まれる。つまり、ツールデータ抽出部１９は、ワークの加工部位への加工内容に合致した加工ツールを特定しつつ、その加工ツールの寸法や、加工ツールの加工部位に対する相対速度、位置、および姿勢のうちの少なくとも一つを含む拘束条件を取得する。

動作計画部２０は、図形要素抜出部１８により抜出された図形要素を基に、ツールデータ抽出部１９により抽出されたツールデータ、すなわち、前述のように特定した加工ツールとその拘束条件を使用してロボット１１に加工動作を実行させる。
また、動作計画部２０は、前述のようにロボット１１の加工動作を実行しないで、その加工動作をロボットプログラムとしてメモリ部２１に保存することもできる。これは、例えばシミュレーションのみを行い、実際の動作を直ちに行う必要がない場合である。このように、本実施形態のロボット制御装置１２は、ロボット１１の加工動作を実行させるロボットプログラムを生成するロボットプログラム生成装置でもありうる。

図２は、本実施形態のロボット制御装置１２の動作を示すフローチャートである。以下、図２を参照しつつ、図１に示されたロボット制御装置１２の動作について説明する。
但し、図２のステップＳ１１が実施されるときには、設計者がＣＡＤ装置１３を使ってワークの加工図面を作成し、作成した加工図面のデータ（ＣＡＤデータ）をＣＡＤ装置１３の内部メモリに保存しているものとする。また、ロボット制御装置１２のデータベース部１７には、前述したような複数種の加工内容と、それぞれの加工内容に合致する加工ツールの情報（ツールデータ）とが関連付けられて記憶されているものとする。
さらに、ＣＡＤ装置１３のコンピュータ画面上で作成された、ワークの加工部位を示す図形要素に対して、その加工部位への加工内容を示すタグ（付加情報）が付属されているものとする。また、加工部位を示す図形要素のＣＡＤデータには、その加工部位の各辺や角部などに関する寸法値、例えば辺の長さ、角部の角度や曲率半径などが含まれているものとする。

はじめに、ステップＳ１１において、ロボット制御装置１２が、ＣＡＤ装置１３からワークの加工図面のＣＡＤデータを読込む。
続いて、ステップＳ１２において、ロボット制御装置１２の図面要素抜出部１８が、ワークの加工図面のＣＡＤデータから、加工内容を示すタグが付けられたワークの加工部位の図形要素を抜出す。

さらに、ステップＳ１３において、ロボット制御装置１２のツールデータ抽出部１９が、図面要素抜出部１８により抜出された加工部位の図形要素に付けられているタグが示す加工内容に関連するツールデータを、データベース部１７から抽出する。

さらに、ステップＳ１４において、動作計画部２０が、図面要素抜出部１８により抜出された加工部位の図形要素を基に、ツールデータ抽出部１９により抽出されたツールデータを使用してロボット１１の加工動作を計画する。

具体的には、動作計画部２０は、ＣＡＤデータから抜出したワークの加工部位の図形要素から、その図形要素に含まれている加工部位の寸法値を抽出する。さらに、動作計画部２０は、ツールデータ抽出部１９により抽出されたツールデータの加工ツールがロボット１１のアーム部に装着されていると仮定し、その加工ツールの動作経路を、抽出した加工部位の寸法値に基づいて計画する。この計画の際には、加工ツールの寸法や、加工ツールの加工部位に対する相対速度、位置、および姿勢などの拘束条件も考慮される。これにより、動作計画部２０は、計画した加工ツールの動作経路に従って、加工部位への加工内容に合致する加工ツールが実際に装着されたロボット１１を動作させられるようになる。但し、前述した加工ツールの動作経路は、ロボット１１のワールド座標系における所定の位置（座標）にワークが固定されるものとして計画されるものとする。
なお、ワークに複数の加工部位が在る場合には、それぞれの加工部位の間の移動経路が最短になるように、加工ツールの移動経路が計画されるのが好ましい。

続いて、ステップＳ１５において、動作計画部２０が計画したロボット１１の加工動作を実行するかどうかが判断される。加工動作の実行指示は、例えば、ロボット制御装置１２が設置された、工場とは別の建屋内の人間や、あるいはロボット制御装置１２に接続された上位コンピュータ（図示せず）により行われる。

上記のステップＳ１５においてロボット１１の加工動作の実行指示が有ると判断された場合には、ステップＳ１６に移行し、動作計画部２０は、計画したロボット１１の加工動作を実行する。
一方、上記のステップＳ１５においてロボット１１の加工動作の実行指示が無いと判断された場合には、ステップＳ１７に移行し、動作計画部２０は、計画したロボット１１の加工動作をロボットプログラムとしてメモリ部２１に保存する。

以上に説明したように、本実施形態のロボット制御装置１２においては、ＣＡＤ装置１３内に保存されているワークの加工図面のＣＡＤデータから、該ワークへの加工内容を示すタグが付けられた加工部位の図面要素が抜出される。さらに、その抜出された図面要素に付けられたタグが示す加工内容に合致する加工ツールの情報がデータベース部１７から自動的に抽出される。そして、ロボット制御装置１２は、抜出された図面要素を基に、抽出された加工ツールの情報を使ってロボット１１の加工動作を実行するようにしている。あるいは、その加工動作を実行させるロボットプログラムを生成するようにしている。
このように、本実施形態によれば、ＣＡＤ装置内の加工図面の情報（ＣＡＤデータ）を基に、加工部位への加工内容に合致する加工ツールを特定して、その加工ツールを備えたロボット１１の加工動作を実行させることができる。

さらに、本実施形態によれば、ワークの加工部位ごとに加工内容が異なる場合であっても、それぞれの加工内容に合致する加工ツールの種類や寸法、拘束条件などのツールデータを使用してロボット１１の加工動作を計画することができる。
また、本実施形態によれば、ＣＡＤ装置１３やデータベース部１７はロボット制御装置１２と通信可能に接続されている。このため、ＣＡＤ装置１３やデータベース部１７の設置場所がロボット制御装置１２から遠く離れていても、ロボット制御装置１２は、ワークの加工図面のＣＡＤデータや、該ワークの加工部位への加工内容に合致する加工ツールの情報を直接的に取得できる。
さらに、本実施形態によれば、ロボット１１に対してワークおよび加工ツールを用意しなくても、該加工ツールを備えたロボット１１が該ワークを実際に加工する場合と同じように、ロボット１１の加工動作のシミュレーションを実施できる。

以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

１０ロボット制御システム
１１ロボット
１２ロボット制御装置
１３ＣＡＤ装置
１４加工内容入力部
１５第一通信部
１６第二通信部
１７データベース部
１８図形要素抜出部
１９ツールデータ抽出部
２０動作計画部
２１メモリ部

Claims

加工対象物の加工図面のＣＡＤデータに含まれた、前記加工対象物の加工部位を示す図形要素に基づいて、前記加工対象物に対する加工動作を、工場に配置されたロボット（１１）に実行させるロボット制御装置（１２）であって、
加工内容と、該加工内容に合致する加工ツールの情報と、を互いに関連付けて記憶するデータベース部（１７）と、
前記ＣＡＤデータから、前記加工内容を示すタグが付けられている前記図形要素を抜出す図形要素抜出部（１８）と、
前記図形要素抜出部（１８）により抜出された図形要素に付けられている前記タグが示す加工内容に関連する加工ツールの情報を、前記データベース部（１７）から抽出するツールデータ抽出部（１９）と、
前記図形要素抜出部（１８）により抜出された図形要素を基に、前記ツールデータ抽出部（１９）により抽出された前記加工ツールの情報を使用して前記ロボット（１１）に加工動作を実行させる動作計画部（２０）と、
を備え、
前記ロボット制御装置（１２）は、前記工場に隣接する建屋に配置されるとともに、前記ロボット（１１）に通信可能に接続される、ロボット制御装置（１２）。
前記ロボット制御装置（１２）に通信可能に接続されていて、前記加工対象物の加工図面のＣＡＤデータを作成し保存するＣＡＤ装置（１３）をさらに備え、
前記ＣＡＤ装置（１３）は、前記工場から離れた事務所に配置されるとともに、前記加工対象物の加工部位を示す図形要素に対して前記加工内容を示すタグを付ける加工内容入力部（１４）を備える、
請求項１に記載のロボット制御装置（１２）。
前記加工ツールの情報には、前記加工内容に合致する加工ツールの種類と、該加工ツールの前記加工部位に対する相対速度、位置、および姿勢のうちの少なくとも一つを含む拘束条件とが含まれる、請求項１または２に記載のロボット制御装置（１２）。
加工対象物の加工図面のＣＡＤデータに含まれた、前記加工対象物の加工部位を示す図形要素に基づいて、前記加工対象物に対する加工動作を、工場に配置されたロボット（１１）に実行させるロボットプログラム生成装置であって、
加工内容と、該加工内容に合致する加工ツールの情報と、を互いに関連付けて記憶するデータベース部（１７）と、
前記ＣＡＤデータから、前記加工内容を示すタグが付けられている前記図形要素を抜出す図形要素抜出部（１８）と、
前記図形要素抜出部（１８）により抜出された図形要素に付けられている前記タグが示す加工内容に関連する加工ツールの情報を、前記データベース部（１７）から抽出するツールデータ抽出部（１９）と、
前記図形要素抜出部（１８）により抜出された図形要素を基に、前記ツールデータ抽出部（１９）により抽出された前記加工ツールの情報を使用して前記ロボット（１１）に加工動作を実行させるロボットプログラムを生成する動作計画部（２０）と、
を備え、
前記ロボットプログラム生成装置は、前記工場に隣接する建屋に配置されるとともに、前記ロボット（１１）に通信可能に接続される、ロボットプログラム生成装置。
前記ロボットプログラム生成装置に通信可能に接続されていて、前記加工対象物の加工図面のＣＡＤデータを作成し保存するＣＡＤ装置（１３）をさらに備え、
前記ＣＡＤ装置（１３）は、前記工場から離れた事務所に配置されるとともに、前記加工対象物の加工部位を示す図形要素に対して前記加工内容を示すタグを付ける加工内容入力部（１４）を備える、
請求項４に記載のロボットプログラム生成装置。
前記加工ツールの情報には、前記加工内容に合致する加工ツールの種類と、該加工ツールの前記加工部位に対する相対速度、位置、および姿勢のうちの少なくとも一つを含む拘束条件とが含まれる、請求項４または５に記載のロボットプログラム生成装置。