JP6577140B2 - ロボットオフラインプログラミング方法及びこれを使用する装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットオフラインプログラミングに関し、より具体的には、最適なロボット経路を取得する機能を有するロボットオフラインプログラミングに関する。

ロボットのオフラインプログラミングシステムは、ロボット経路生成を実行するために一般に知られている。経路生成のためにロボットをオフラインプログラミングするとき、一般的に、工具の設定、機械加工される加工品の形状、及び、ロボットの位置等のようないくつかの要因が考慮される。これらの要因の実際の設定に基づいて、ロボット経路にしたがいながら、ロボットによってつかまれる工具が確実に正確な機械加工を処理できるように、機械加工ターゲットを決定できる。ロボット経路上でより多くのターゲットが機械加工されるほど、より良く機械加工効果を達成する。機械加工表面パラメータのような基本設定及び工具設定が設定された後、システムは、いくつかのターゲットを有するロボット経路を生成する。各ターゲットは規定された座標を有する。ロボットが特定のターゲット上で処理することを必要とするとき、ロボットは、ターゲットの座標情報とともに、ある戦略にしたがい、その向きを調節し、これは、ターゲットが確実に機械加工されるようにすることができる。

しかしながら、上記で言及したような条件を満たすようにロボットオフラインプログラミングがされるときでさえ、作業範囲が限られていることにより、ある姿勢をとって処理をするように、ロボットによって、ターゲットのうちのいくつかに到達することができない問題が生じることは稀ではない。これは、機械加工の効果と精度に影響を及ぼし、結果として、ロボットシステムを構築するための予想外の時間及びコストが必要とされるだろう。

本発明の態様にしたがうと、少なくとも１つの加工品上の複数のターゲットの位置及び向きを表す第１のデータと、少なくとも１つの加工品の位置を表す第２のデータと、工具のジオメトリを表す第３のデータと、ロボットの端部に関する工具の位置及び向きを表す第４のデータとをそれぞれ取得することと、工具先端が少なくとも１つの加工品上の複数のターゲットを通過するロボット経路を取得することと、第１のデータと、第２のデータと、第３のデータと、第４のデータとを考慮して、ロボットモデルに対する逆運動学の機能を使用して、最適化基準に適合するように予め定められた範囲内で工具軸の周りの工具のさまざまな回転角度に関連して、取得したロボット経路上のターゲットのうちのいくつが工具に到達可能かを計算することと、ヒューマンマシンインターフェース上に計算の結果として関連を提示することとを含む、ロボットオフラインプログラミング方法を提供する。

本発明の別の態様にしたがうと、プロセッサと、メモリと、ヒューマンマシンインターフェースとを含むロボットオフラインプログラミング装置を提供し、プロセッサと、メモリと、ヒューマンマシンインターフェースは、上記のような方法を実行するように適合されている。

自動計算と直感的なプレビューにより、ユーザは、およそいくつのターゲットをロボット経路上で実際に処理できるかを直接知ることができる。到達可能性が満たされない場合、ユーザは、より合理的及び正確な経路を取得するように設定を変更するための機会も有することができる。ロボットの回転角度と到達可能なターゲットレートとの間の関連は、どのようにロボットの向きを効果的に調整するかについてユーザがよりよく知ることも促進する。プレビュー機能は、ユーザが所望のロボットの向きを観察することにも役立つ。

図中に図示する好ましい例示的な実施形態を参照して、本発明の主題事項を以下の本文においてより詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態にしたがうロボットオフラインプログラミング装置１を図示している。 図２は、本発明の一実施形態にしたがうロボットオフラインプログラミング方法を示すフローチャートである。 図３は、本発明の一実施形態にしたがう計算結果を直観的に示す折れ線グラフを図示している。

図中で使用する参照符号とその意味は、参照記号のリストに要約された形でリストされている。原則として、図中では同一の部分には同じ参照記号が提供されている。

発明の好ましい実施形態

以下の説明では、限定ではなく説明の目的ために、本発明の完全な理解を提供するために、特定の回路、回路コンポーネント、インターフェース、技術等のような特定の詳細を説明する。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細から逸脱する他の実施形態において実施できることが当業者に明らかであろう。他の事例では、不必要な詳細により本発明の説明を不明瞭にしないように、周知の方法及びプログラミング手順、デバイス、並びに回路の詳細な説明は省略される。

図１は、本発明の一実施形態にしたがうロボットオフラインプログラミング装置１を図示している。図１に示すように、ロボットオフラインプログラミング装置１は、全体として、プロセッサ１０と、メモリ１１と、ヒューマンマシンインターフェース１２とを備えている。図中に示してはいないが、必要に応じて、手動操作を通して、ロボットオフラインシミュレーション装置のこれらの部分に対するプログラムデータ、パラメータデータ、命令等の編集、修正、供給等を行うために、キーボード、マウス、及びこれらに類するものが取り付けられる。さらに、プロセッサ１０は、メモリ１１中に格納されたシステムプログラム等にしたがうロボットオンラインプログラミング装置の個々のパーツを全体的に制御する。さらに、ロボットオフラインプログラミング装置は、（図示していない）適切な入力／出力インターフェース及び通信線を通して、ＣＡＤシステム等にデータを送り、及び、ＣＡＤシステム等からデータを受信できるように構成されている。メモリ１１には、後述するターゲット到達可能性に関する情報を取得するための処理に必要とされるプログラムデータ、パラメータデータ等が格納されている。メモリ１１の起動、及びデータの読み出し、書き込み、修正等は、プロセッサ１０によって制御される。

図２は、本発明の一実施形態にしたがうロボットオフラインプログラミング方法を示すフローチャートである。

最初に、少なくとも１つの加工品上の複数のターゲットの位置及び向き、少なくとも１つの加工品の位置、少なくとも１つの加工品のジオメトリ、工具のジオメトリ、及び、ロボットの端部に対する工具の位置及び向きについてのデータを取得する（ステップＳ１）。これらのデータによって表される情報は、ロボット経路のターゲット到達可能性の評価のために計算される。

その後、工具先端が少なくとも１つの加工品上の複数のターゲットを通過するロボット経路を取得する（ステップＳ２）。ロボット経路は、従来の経路計画アルゴリズムにしたがう少なくとも１つの加工品上における複数のターゲットの計算の結果であることがあり、又は、単にオペレータによって予め定められ、入力されたものであることがある。

次に、ステップＳ１で得たデータを考慮して計算を実行し、生成されたロボット経路に関するターゲット到達可能性を評価する（ステップＳ３）。

さらに、計算の結果をヒューマンマシンインターフェース上に提示する（ステップＳ４）。

したがって、生成されたロボット経路が、少なくとも１つの加工品らの干渉のない特定のレイアウト上で実行可能であるかどうかについて、オペレータは、ヒューマンマシンインターフェース上に表示されるものから直感的に知ることができる。本発明にしたがう方法及びシステムを使用することにより、ロボットシステムを構築するための時間及びコストを節約することができる。

上述のステップを以下で詳細に説明する。

ステップＳ１の説明：
ロボット経路上のターゲット到達可能性を評価するのに十分な情報を有するために、以下のデータがそれぞれ図１に示すようなロボットオフラインプログラミング装置に供給される：
第１のデータは、少なくとも１つの加工品上の複数のターゲットの位置及び向きを表し、
第２のデータは、少なくとも１つの加工品の位置を表し、
第３のデータは、工具のジオメトリを表し、及び、
第４のデータは、ロボットの端部に対する工具の位置及び向きを表す。

ステップＳ２の説明：
工具の先端が少なくとも１つの加工品上の複数のターゲットを通過するロボット経路が得られ、そのために、ターゲット到達可能性が以下のように評価され、記述される。

ステップＳ３の説明：
複数のターゲットのシーケンス全体と第１から第４のデータに関して、ロボットモデルに対する逆運動学を解く試行がなされる。逆運動学に対する解は、取得したロボット経路上のターゲットのうちのいくつが、最適化基準に適合するように予め定められた範囲内で工具軸周りの工具のさまざまな回転角度に関して工具に到達可能であるかに見出される。例えば、最適化基準は、ロボットの衝突のないロボット経路に関係し、予め定められた範囲は−１８０度から＋１８０度の範囲である。正数は、ロボットが最初の向きからの時計回りの回転偏差を有することを示し、負数は、反時計回りの回転偏差を示す。逆運動学の実際の計算では、ターゲットのシーケンスについてどのデータが供給されたかに依存して、情報の追加又は処理が必要とされることに留意されたい。この簡単な説明を以下で提供する。

上記の入力により、ｘ１、ｘ２、ｘ３．．．がロボットのジョイント値を表す順運動学方程式を取得する。この方程式を解くことによって、ロボットの逆運動学を得て、ロボット経路上の各ターゲットに対するジョイント値を得、特定のターゲットに対する解がない場合、到達不可能である。

一連のターゲットがある場合、それらの変換は：

であるべきである。

これらのターゲットに対する解を見つけるために方程式を使用し、以下の計算により到達可能性パーセントを得ることができる

各角度設定に対して上記の処理を繰り返し、折れ線グラフのために準備されるすべてのデータを得る。

：（作業対象物という名前の）ワールド座標系からオフラインプログラミング座標系への変換、これは、オフラインプログラミングを開始する前に規定されるべきであり、通常、加工品にアタッチされ、これは、Ｓ１において規定されている第２のデータである；

：（経路中のターゲットに対する位置と向きを意味する）オフラインプログラミング系からターゲット系への変換、これは、Ｓ１において規定されている第１のデータに関連する；

：ワールド座標系からロボットベース系への変換、これは、ロボットレイアウトの設計後に得ることができる；

：ロボットベースからフランジ系への順運動学変換；

：フランジ系から加工ベース系への変換、これは、Ｓ１において規定されている第４のデータに関連する；

：加工ベース系から加工中央点系への変換、これは、Ｓ１において規定されている第３のデータに関連する。

ステップＳ４の説明：
上記のような計算からの結果を直感的に提示するために、関連に関する計算結果をヒューマンマシンインターフェースに供給して提示する。

図３は、本発明の一実施形態にしたがう計算結果を直観的に示す折れ線グラフを示している。図３中に示すように、工具に到達可能な複数のターゲットのレートと、工具軸の周りの工具の対応する回転との間の関連は、ヒューマンマシンインターフェース上の座標系で提示される。座標系の第１の軸は工具の回転角度を規定し、座標系の第２の軸は到達可能なターゲットレートを規定し、１００％は、すべてのターゲットが到達可能であることを意味する。レートがより低いほど、ターゲットに到達しにくくなる。

スライダ３０は、座標系の第１の軸に沿って提示されている。ヒューマンマシンインターフェースを介して、オペレータは、スライダ３０を制御して、第１の軸のある工具回転角度に動かすことができる。スライダ３０の位置に基づいて、ヒューマンマシンインターフェースは、例えば図３に示すように、スライダが存在する工具の回転角度に関連するロボット到達可能レートを他から識別するように適合され、垂直破線は、スライダがとどまる場所から開始するように見える。折れ線グラフは、工具が異なる角度に回転するとき、到達可能なターゲットレートの明確な傾向を示す。

第１の軸上のスライダ３０を特定の回転角度にドラッグするとき、到達可能なターゲットレートがそれに応じて表示される。図３に示すように、工具が工具軸の周りをその最初の向きから１３０度外れるとき、到達可能なターゲットレートは１００％あり、これは、ロボットがその向きで処理するとき、すべてのターゲットに到達できることを意味する。同時に、ロボット経路上の最初のターゲットにおけるロボットの位置と向きを３Ｄグラフィックウィンドウ上でプレビューすることができ、これは、直観的なビューをユーザに提供する。

ターゲットレートが１００％でない角度にスライダ３０がドラッグされるとき、ロボットによってすべてのターゲットに到達できるとは限らないことを意味し、ユーザは設定を変更するか、又は、ロボット方向調整戦略を変更してよい。レートがより高いほど、より多くのターゲットを処理することができ、機械加工の失敗が生じにくくなる。

ある角度においてロボットにより到達可能なターゲットレートが１００％を達することができる限り、ロボット経路が機械加工に利用可能であると考えられる。そうでなければ、設定を変更しなければならない。

自動計算と直感的なプレビューにより、ユーザはロボット経路上でおよそいくつのターゲットを実際に処理できるかを直接知ることができる。到達可能性が満たされない場合、ユーザはより合理的かつ正確な経路を得るための設定を修正する機会を有することもできる。ロボットの回転角度と到達可能なターゲットレートとの間の関係は、ロボットの向きをどのように効果的に調整するかについてユーザによりよく知られることを促進する。プレビュー機能はまた、ユーザが所望のロボットの向きを観察することを手助けする。

本発明を、いくつかの好ましい実施形態に基づいて説明してきたが、当業者は、これらの実施形態が本発明の範囲を決して限定するものではないことを理解すべきである。本発明の精神及び概念から逸脱することなく、実施形態への任意のバリエーション及び修正は、技術的な通常の知識を有する者の理解の範囲内にあるべきであり、したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ ロボットオフラインプログラミング方法であって、
少なくとも１つの加工品上の複数のターゲットの位置及び向きを表す第１のデータと、前記少なくとも１つの加工品の位置を表す第２のデータと、工具のジオメトリを表す第３のデータと、ロボットの端部に関する前記工具の位置及び向きを表す第４のデータとをそれぞれ取得することと、
工具先端が前記少なくとも１つの加工品上の複数のターゲットを通過するロボット経路を取得することと、
前記第１のデータと、前記第２のデータと、前記第３のデータと、前記第４のデータとを考慮して、ロボットモデルに対する逆運動学の機能を使用して、最適化基準に適合するように予め定められた範囲内で工具軸の周りの前記工具のさまざまな回転角度に関連して、前記取得したロボット経路上の前記ターゲットのうちのいくつが前記工具に到達可能かを計算することと、
ヒューマンマシンインターフェース上に前記計算の結果として関連を提示することとを含む、方法。
［２］ 前記関連は、前記ヒューマンマシンインターフェース上の座標系に提示される、［１］に記載の方法。
［３］ 前記関連は、前記工具に到達可能な複数のターゲットのレートと、対応する工具回転角度との間である、［２］に記載の方法。
［４］ スライダは、前記ヒューマンマシンインターフェース上の前記工具回転角度を規定する座標系の第１の軸に沿って提示され、
前記ヒューマンマシンインターフェースを介して、前記スライダは、前記第１の軸のある工具回転角度に移動するように制御されることができ、
前記ヒューマンマシンインターフェースは、前記スライダが存在する工具の回転角度に関連するロボット到達可能レートを他から識別するように適合されている、［３］に記載の方法。
［５］ 前記最適化基準は、前記ロボットの衝突のない動きに関係する、［１］〜［４］のうちのいずれか１項に記載の方法。
［６］ 前記予め定められた範囲は、−１８０度から＋１８０度に及ぶ、［１］〜［５］のうちのいずれか１項に記載の方法。
［７］ ロボットオフラインプログラミング装置であって、
プロセッサと、メモリと、ヒューマンマシンインターフェースとを含み、
前記プロセッサと、前記メモリと、前記ヒューマンマシンインターフェースは、［１］〜［６］のうちのいずれか１項に記載の方法を実行するように適合されている、装置。

Claims (5)

1. ロボットオフラインプログラミング方法であって、
   少なくとも１つの加工品上の複数のターゲットの位置及び向きを表す第１のデータと、前記少なくとも１つの加工品の位置を表す第２のデータと、工具のジオメトリを表す第３のデータと、ロボットの端部に関する前記工具の位置及び向きを表す第４のデータとをそれぞれ取得することと、
   工具先端が前記少なくとも１つの加工品上の複数のターゲットを通過するロボット経路を取得することと、
   前記第１のデータと、前記第２のデータと、前記第３のデータと、前記第４のデータとを考慮して、ロボットモデルに対する逆運動学の機能を使用して、最適化基準に適合するように予め定められた範囲内で工具軸の周りの前記工具のさまざまな回転角度に関連して、前記取得したロボット経路上の前記ターゲットのうちのいくつが前記工具に到達可能かを計算することと、
   ヒューマンマシンインターフェース上に前記計算の結果として関連を提示することとを含み、
   前記関連は、前記ヒューマンマシンインターフェース上の座標系に提示され、かつ、前記工具に到達可能な複数のターゲットのレートと、対応する工具回転角度との間の関連である、方法。
2. スライダは、前記ヒューマンマシンインターフェース上の前記工具回転角度を規定する座標系の第１の軸に沿って提示され、
   前記ヒューマンマシンインターフェースを介して、前記スライダは、前記第１の軸のある工具回転角度に移動するように制御されることができ、
   前記ヒューマンマシンインターフェースは、前記スライダが存在する工具の回転角度に関連するロボット到達可能レートを他から識別するように適合されている、請求項１に記載の方法。
3. 前記最適化基準は、前記ロボットの衝突のない動きに関係する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記予め定められた範囲は、−１８０度から＋１８０度に及ぶ、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の方法。
5. ロボットオフラインプログラミング装置であって、
   プロセッサと、メモリと、ヒューマンマシンインターフェースとを含み、
   前記プロセッサと、前記メモリと、前記ヒューマンマシンインターフェースは、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の方法を実行するように適合されている、装置。