JP7294980B2 - 制御システム、制御装置、及びロボット - Google Patents
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Description
例えば、工作機械の制御部でロボットの操作を可能とするロボットと工作機械の結合システムが開示されている。例えば、特許文献1参照。
しかしながら、ロボットに不慣れな工作機械のユーザが特異点を把握してロボットを動作させることは難しい。
前記ロボット駆動情報要求部により取得された前記ロボット駆動情報に基づいて前記ロボットの動作に対応したGコードを生成し、生成された前記Gコードをプログラムに挿入するロボット用Gコード生成部と、を備え、前記ロボットは、前記ロボットを駆動する駆動制御部と、前記制御装置により教示された前記位置に移動する際に前記特異点若しくは特異点近傍を通過するか否かを判定し、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記制御装置に送信する特異点判定部と、前記ロボットの姿勢変更の指示を前記制御装置から受信した場合、変更した姿勢に基づいて前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように動作計画を生成し、生成された前記動作計画に基づいて前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させる特異点通過パターン生成部と、前記制御装置から前記ロボット駆動情報の要求を受信した場合、前記ロボット駆動情報を前記制御装置に送信するロボット駆動情報出力部と、を備える。
まず、本実施形態の概略を説明する。本実施形態では、制御システムは、制御装置とロボットとを含む。制御装置は、ユーザによる操作に基づいてロボットに対して位置を教示し、教示された位置にロボットが移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過する通知をロボットから受信した場合、ロボットの姿勢変更を指示する。制御装置は、指示された姿勢で特異点若しくは特異点近傍を通過するようにロボットに対して要求する。制御装置は、特異点若しくは特異点近傍を通過する際のロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報を取得し、取得されたロボット駆動情報に基づいてロボットに対応したGコードを生成し、生成されたGコードをプログラムに挿入する。
以上が本実施形態の概略である。
なお、以下の説明では、特に断らない限り、特異点若しくは特異点近傍を「特異点近傍」ともいう。
図1は、一実施形態に係る制御システム1の機能的構成例を示す機能ブロック図である。
制御システム1は、制御装置100、及びロボット200を有する。制御装置100、及びロボット200は、図示しない接続インタフェースを介して互いに直接接続されてもよい。なお、制御装置100、及びロボット200は、LAN(Local Area Network)やインターネット等の図示しないネットワークを介して相互に接続されていてもよい。この場合、制御装置100、及びロボット200は、かかる接続によって相互に通信を行うための図示しない通信部を備えている。
制御装置100は、ロボット200の位置教示が可能な数値制御装置であり、位置教示に従ってロボット200の動作プログラムを生成する。
なお、ハンドル操作部110は、ロボット200における複数の関節軸に対して1つ設けられてもよく、複数の関節軸の各々に対して1つずつ、すなわち複数設けられてもよい。
CPUは制御装置100を全体的に制御するプロセッサである。CPUは、ROMに格納されたシステムプログラム及びアプリケーションプログラムを、バスを介して読み出し、前記システムプログラム及びアプリケーションプログラムに従って制御装置100全体を制御する。これにより、図1に示すように、制御部120が、補間演算部121、目標位置送信部122、特異点情報取得部123、姿勢変更指示部124、特異点通過動作要求部125、ロボット座標フォローアップ要求部126、座標受信部127、フォローアップ実行部128、ロボット駆動情報要求部129、及びロボット用Gコード生成部130の機能を実現するように構成される。RAMには一時的な計算データや表示データ等の各種データが格納される。CMOSメモリは図示しないバッテリでバックアップされ、制御装置100の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。
なお、特異点近傍とは、特異点を中心とする予め設定された所定の範囲である。
ロボット駆動情報には、ロボット200の姿勢を示す形態、ロボット200の手首に対応する関節軸の回転数、設定されている座標系、及びロボット200の姿勢を示す座標値が含まれる。
図2は、ロボット用Gコード生成部130により生成されたロボット200の動作に対応したGコードが挿入されたプログラムの一例を示す図である。
図2に示すように、1行目の「O0001」はプログラム番号を示す。
2行目の「G00」は、始点を位置決めするためのコマンドである。「X100 Y100 Z100」によって、(X,Y,Z)=(100,100,100)の座標へ移動することが指定される。
最後の「i j k」は、ロボット駆動情報が示す特異点通過後のロボット200の姿勢を示す形態、ロボット200の手首に対応する関節軸の回転数、及びロボット200の手先の移動の曲率をそれぞれ示す引数である。移動の曲率kは、例えば、「1%」から「100%」の間の値が設定され、大きな値が設定されるに従いロボット200の手先が滑らかな曲線で移動する。
4行目の「M99」は、図2のプログラムを終了するコマンドである。
また、ロボット用Gコード生成部130は、目標位置に移動する際に特異点を通過しない場合、直交モードにおけるGコードを生成し、生成されたGコードをプログラムに挿入してもよい。例えば、ロボット用Gコード生成部130は、「G01 X100.0 Y0.0 Z200.0 A0.0 B-45.0 C0.0」の直交モードの切削(直線)送りのGコードを生成し、プログラムに挿入してもよい。ここで、A、B、Cは、X軸周り、Y軸周り、Z軸周りの回転角度を示す。あるいは、ロボット用Gコード生成部130は、「G01 J1 100.0 J2 30.0 J3 95.5 J4 10.2 J5 45.0 J6 0.0」の各軸モードの切削(直線)送りのGコードを生成してもよい。
図3は、ロボット位置教示画面145の一例を示す図である。
図3に示すように、ロボット位置教示画面145は、ロボット200の位置を直交座標系、及び各軸座標系で表示する座標表示領域300と、プログラムを作成/編集するプログラムエディタを表示するエディタ表示領域310とを有する。また、ロボット位置教示画面145は、プログラムエディタに入力されるGコード及び設定値等を表示する入力表示領域320と、ロボット200の座標系を変更する座標切替キーを表示する座標切替キー表示領域330とを有する。また、ロボット位置教示画面145は、ユーザによる操作に基づいてロボット200の姿勢変更の指示を受け付ける姿勢変更キーアイコン341-343を表示する姿勢変更表示領域340と、ハンドル操作部110による手動操作(ジョグ操作)の操作対象の軸を選択する選択キーを表示する選択キー表示領域350とを有する。また、ロボット位置教示画面145は、ロボット200の位置(X、Y、Z)及び姿勢(A、B、C)を取込む位置教示キー、移動速度の設定ボタン、ロボット200の手先に設けられたハンド開閉の設定キー、及びプログラムエディタで作成/編集されるプログラムの行を指定する行指定キーを表示する教示表示領域360を有する。また、ロボット位置教示画面145は、複数のソフトキーを表示するソフトキー表示領域370を有する。
これにより、制御装置100は、直交座標系でロボット200の位置教示中に特異点近傍になった際に、ユーザが試行錯誤することなくロボット200に特異点近傍を通過させまたがせる動作を行うことができ、操作性が向上し、ユーザの負担を軽減することができる。
図4は、ロボット200の一例を示す図である。
図4に示すように、ロボット200は、例えば、6軸の垂直多関節ロボットであり、6つの関節軸230(1)-230(6)と、関節軸230(1)-230(6)の各々により連結されるアーム部240とを有する。ロボット200は、制御装置100からの駆動指令に基づいて、関節軸230(1)-230(6)の各々に配置されるサーボモータ(図示しない)を駆動することにより、アーム部240等の可動部材を駆動する。また、ロボット200の可動部材の先端部、例えば、関節軸230(6)の先端部には、例えば、握持ハンド等のエンドエフェクタ250が取り付けられる。
ここで、関節軸230(1)はロボット200の向きを回転させる関節である。また、関節軸230(3)はロボット200の肘に対応する関節である。また、関節軸230(5)はロボット200の手首に対応する関節である。
また、以下において、関節軸230(1)-230(6)のそれぞれを個々に区別する必要がない場合、これらをまとめて「関節軸230」ともいう。
なお、図4に示すA、B、Cは、X軸周り、Y軸周り、Z軸周りの回転角度を示す。
CPUはロボット200を全体的に制御するプロセッサである。CPUは、ROMに格納されたシステムプログラム及びアプリケーションプログラムを、バスを介して読み出し、前記システムプログラム及びアプリケーションプログラムに従ってロボット200全体を制御する。これにより、図1に示すように、制御部210が、目標位置受信部211、駆動制御部212、特異点判定部213、キネマティック制御部214、特異点通過パターン生成部215、座標系制御部216、ロボット座標フォローアップ部217、座標送信部218、及びロボット駆動情報出力部219の機能を実現するように構成される。
具体的には、特異点判定部213は、例えば、後述するキネマティック制御部214の算出結果に含まれる各関節軸230の回転角度に基づいて、目標位置に移動する際にロボット200が2つ以上の関節軸230の回転軸が一直線上に並ぶような姿勢となるか否かを判定する。そして、特異点判定部213は、ロボット200が2つ以上の関節軸230の回転軸が一直線上に並ぶ姿勢となる場合、特異点近傍を通過すると判定する。特異点判定部213は、特異点近傍である旨の通知を制御装置100に送信する。
具体的には、特異点通過パターン生成部215は、姿勢変更の指示を受信した場合、ロボット200に設定されている座標系、ロボット200の姿勢を示す形態、ロボット200の手首に対応する各関節軸230(4)-230(6)の回転数、及び特異点の位置を含む情報を、キネマティック制御部214、及び後述する座標系制御部216から取得する。特異点通過パターン生成部215は、取得された情報を用い、変更後のロボット200の姿勢に基づいて特異点近傍を通過するように、ロボット200による補間動作及び各軸モードで動作計画を生成する。特異点通過パターン生成部215は、生成された動作計画に基づいて駆動制御部212にロボット200を駆動させる。特異点通過パターン生成部215は、ロボット200による補間動作及び各軸モードで目標位置にまでロボット200を移動させた場合、特異点通過の完了を示す完了通知を制御装置100に送信する。
すなわち、ロボットの教示操作盤の扱いに不慣れな工作機械のユーザにとって、ロボット200をいずれの姿勢に変更することで特異点を通過できるかを判断することは困難である。そこで、特異点通過パターン生成部215は、キネマティック制御部214、及び後述する座標系制御部216から取得された情報に基づいて特異点を通過するのに最適な姿勢を決定する。これにより、ユーザの負担を軽減することができる。
次に、本実施形態に係る制御システム1の教示処理に係る動作について説明する。
図5及び図6は、制御システム1の教示処理について説明するフローチャートである。ここで示すフローは、制御装置100のユーザによりロボット200に対して目標位置が教示される度に繰り返し実行される。
これにより、制御装置100は、特異点を意識することなくロボットの動作プログラムを容易に作成することができる。
これは、上述したように、ロボット200の特異点通過パターン生成部215が、キネマティック制御部214、及び座標系制御部216から取得される情報に基づいて特異点を通過するのに最適な姿勢を決定することによる。このため、変更後のロボット200の姿勢が制御装置100から指示された姿勢と異なる場合があり得る。また、ロボットの教示操作盤の扱いに不慣れな工作機械のユーザにとって、ロボット200が特異点を通過するのに最適な姿勢を判断することは困難なことである。このため、ユーザが単純に姿勢変更のみの指示をすることで、ユーザの負担をさらに軽減することができる。
この制御システム1によれば、特異点を意識することなくロボットの動作プログラムを容易に作成することができる。
そうすることで、直交座標系でロボット200の位置教示中に特異点若しくは特異点近傍になった場合、各軸座標系に切り替えることでロボット200に特異点若しくは特異点近傍を通過させまたがせることができる。
そうすることで、ロボットの専門知識を持たない工作機械のユーザでも容易にロボットの動作プログラムを作成することができる。
そうすることで、直交座標系でロボット200の位置教示中に特異点若しくは特異点近傍になった際に、ユーザが試行錯誤することなくロボット200に特異点若しくは特異点近傍を通過させまたがせる動作を行うことができ、操作性が向上し、ユーザの負担を軽減することができる。
この制御装置100によれば、(1)と同様の効果を奏することができる。
このロボット200によれば、(1)と同様の効果を奏することができる。
100 制御装置
110 ハンドル操作部
124 姿勢変更指示部
125 特異点通過動作要求部
129 ロボット駆動情報要求部
130 ロボット用Gコード生成部
200 ロボット
215 特異点通過パターン生成部
219 ロボット駆動情報出力部
Claims (6)
- ロボットの位置教示が可能な制御装置と、前記位置教示に従い動作するロボットとを含む制御システムであって、
前記制御装置は、
ユーザによる操作に基づいて前記ロボットに対して位置を教示する操作部と、
教示された前記位置に前記ロボットが移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記ロボットから受信した場合、前記ロボットの姿勢変更を指示する姿勢変更指示部と、
前記姿勢変更指示部により指示された姿勢で前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように、前記姿勢変更の指示を前記ロボットに送信する特異点通過動作要求部と、
前記特異点若しくは特異点近傍を通過する際の前記ロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報を前記ロボットに対して要求し、前記ロボット駆動情報を取得するロボット駆動情報要求部と、
前記ロボット駆動情報要求部により取得された前記ロボット駆動情報に基づいて前記ロボットの動作に対応したGコードを生成し、生成された前記Gコードをプログラムに挿入するロボット用Gコード生成部と、を備え、
前記ロボットは、
前記ロボットを駆動する駆動制御部と、
前記制御装置により教示された前記位置に移動する際に前記特異点若しくは特異点近傍を通過するか否かを判定し、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記制御装置に送信する特異点判定部と、
前記ロボットの姿勢変更の指示を前記制御装置から受信した場合、変更した姿勢に基づいて前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように動作計画を生成し、生成された前記動作計画に基づいて前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させる特異点通過パターン生成部と、
前記制御装置から前記ロボット駆動情報の要求を受信した場合、前記ロボット駆動情報を前記制御装置に送信するロボット駆動情報出力部と、を備える
制御システム。 - 前記特異点通過パターン生成部は、教示された前記位置に前記ロボットを移動させる際に前記特異点若しくは特異点近傍を通過しない場合、直交モードで前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させ、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、各軸モードで前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させる、請求項1に記載の制御システム。
- 前記ロボット駆動情報が前記ロボットの姿勢を示す形態、前記ロボットの手首に対応する関節軸の回転数、設定されている座標系、及び前記ロボットの位置と姿勢を示す座標値を含む、請求項1又は請求項2に記載の制御システム。
- 前記姿勢変更指示部が指示する前記姿勢変更は、前記ロボットの手首若しくは肘の向きを上向きから下向き、若しくは下向きから上向きにする、又は、前記ロボットの向きを前向きから後向き、若しくは後向きから前向きにする、又は、前記ロボットの向きを左向きから右向き、若しくは右向きから左向きにする、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の制御システム。
- ユーザによる操作に基づいて制御対象のロボットに対して位置を教示する操作部と、
教示された前記位置に前記ロボットが移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記ロボットから受信した場合、前記ロボットの姿勢変更を指示する姿勢変更指示部と、
前記姿勢変更指示部により指示された姿勢で前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように、前記姿勢変更の指示を前記ロボットに送信する特異点通過動作要求部と、
前記特異点若しくは特異点近傍を通過する際の前記ロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報を前記ロボットに対して要求し、前記ロボット駆動情報を取得するロボット駆動情報要求部と、
前記ロボット駆動情報要求部により取得された前記ロボット駆動情報に基づいて前記ロボットに対応したGコードを生成し、生成された前記Gコードをプログラムに挿入するロボット用Gコード生成部と、
を備える、制御装置。 - ロボットの位置教示が可能な制御装置による前記位置教示に従い動作するロボットであって、
前記ロボットを駆動する駆動制御部と、
前記制御装置より教示された位置に移動する際に特異点若しくは特異点近傍を通過するか否かを判定し、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する場合、前記特異点若しくは特異点近傍を通過する通知を前記制御装置に送信する特異点判定部と、
前記ロボットの姿勢変更の指示を前記制御装置より受信した場合、変更した姿勢で前記特異点若しくは特異点近傍を通過するように動作計画を生成し、生成された前記動作計画に基づいて前記駆動制御部に前記ロボットを駆動させる特異点通過パターン生成部と、
前記制御装置から前記特異点若しくは特異点近傍を通過する際の前記ロボットの駆動状況を示すロボット駆動情報の要求を受信した場合、前記ロボット駆動情報を前記制御装置に送信するロボット駆動情報出力部と、
を備えるロボット。
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