JPH0434768B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えばプレスブレーキのごとく板
状のワークを折曲げを行なうベンダとプレイバツ
ク式産業用ロボツト（以下単にロボツトと称す
る）とを組合わせてなる板材折曲げ加工装置に関
するものである。

ロボツトの位置決め動作機能では基本動作すな
わち、旋回、伸縮、及び回転の組み合わせにより
直交型、多関節型、極座標型及び円筒座標型に分
類されている。これらのロボツトはアーム若しく
はハンドの移動可能な範囲内で３次元空間中の任
意の座標を指定することにより当該指定位置に位
置決め動作させることができる。したがつて、プ
レスブレーキ等によつて板材の折曲げを行なうと
き、円弧状に立上る板材の端部に追従すべく、円
弧補間を行なつて円弧状にロボツトハンドを移動
することにより、ロボツトハンドでもつて板材の
端部を把持し支持することができることとなる。

しかしながら、円弧方程式が例えば水平面上に
あり明確である場合等を除いて、一つの円弧を描
かせようとした場合には当該円弧を描かせるため
の回転軸を空間移動用の駆動軸以外に特別に設け
なければならなかつた。

特別に設けられた回転軸による円弧は、当該円
弧の大きさ、方向等において制限がある。又、円
弧方程式を作業単位で求めてプログラムしたので
は手数も多くロボツトを有効に用いることができ
ない。

特に、プレスブレーキのごとく板状のワークの
折曲げを行なうベンダでワーク折り曲げ作業を行
なう場合、当該折曲げに伴ないワーク端部が円弧
状に立上り、この円弧状の立上りに関してロボツ
トで前記ワーク端部を支持しサポートサービスさ
せることが難しかつた。

この発明は上述のごとき従来の問題に鑑みてな
されたものである。

以下、この発明を、円弧方程式、中心座標、速
度関数の順で補足説明し、次いで実施例を説明す
る。

(1) 円弧方程式 第１図は３次元空間座標XYZを示す説明図で
あり、原点０は例えばロボツトの据付場所或いは
任意の指定原点である。ロボツトはＸ，Ｙ，Ｚ各
点を指定することにより当該指定点に例えばアー
ム先端を移動させることができる（なお、第３図
実施例では円筒座標型ロボツト５の例を示してい
る）。

点Ａ，Ｂ，ＣはXYZ座標の任意の独立した３
点であり、ロボツトに前もつて教示する教示点を
示す。

この３点を通る円を仮想し、中心点をＳ、半径
をＲとする。以下、各点例えば中心点ＳのXYZ
座標成分はSx、Sy、Szの如く示す。原点を中心
点Ｓと一致させた直角座標UVWを想定し、Ｕ軸
を線分SAに、UV面を円弧平面と一致させる。
UV平面において、Ａ点を基準とする回転角θで
任意の円弧上の点Ｐを指定することができる。
又、Ｕ及びＶ座標の単位ベクトルの方向余弦を
ωij（ｉ＝Ｘ，Ｙ，Ｚ ｊ＝Ｕ，Ｖ）とすると、円
弧方程式は、 Ｘ Ｙ Ｚ＝Sx Sy Sz＋ωxu ωxv ０ ωyu ωyv ０ ωzu ωzv ０Rcosθ Rsinθ ０ …… と表わすことができる。ここにωxu，ωyu，ωzu
はＵ軸とＸ，Ｙ，Ｚ軸の方向余弦を示し、ωxv，
ωyv，ωzvはＶ軸とＸ，Ｙ，Ｚ軸の方向余弦を示
している。この方向余弦と円の中心座標と、半径
Ｒが未知数であるので以下順次明確にする。

方向余弦ωxu，ωyv，ωzu及び半径Ｒは ωxu＝（Ax−Sx）／Ｒ …… ωyu＝（Ay−Sy）／Ｒ …… ωzu＝（Az−Sz）／Ｒ …… Ｒ＝｜｛（Ax−Sx）²＋ （Ay−Sy）²＋（Az−Sz）²｝〓｜ …… となる。これらの数値は教示点Ａ（Ax，Ay，
Az）が定数であり、後で点Ｓを定めることによ
り決定できる。

Ｐ＝ Cz−Bz Bz−AzCx−Bx Bx−Ax Cy−By Cz−Bz By−Ay Bz−Az ｑ＝ Cy−By Cx−BxBy−Ay Bz−Az By−Ay Bz−Az Cy−By Cz−Az …… よつて、 α≡ｐ（Az−Sz）−ｑ（Ay−Sy） …… β≡ｑ（Ax−Sx）−（Az−Sz） …… γ≡（Ay−Sy）−ｐ（Ax−Sx） …… とすれば、 ｎ→×SA→＝α・ex→＋β・ey→＋γ・ez→ となる。

よつて、 ωxv＝α／√（²＋²＋²） …… ωyv＝β／√（²＋²＋²） …… ωzv＝γ／√（²＋²＋²） …… ωxv，ωyv，ωzvも円の中心点Ｓが定まれば求
まる。

(2) 円の中心座標Ｓ（Sx Sy Sz） 再び第１図に基づき説明する。点Ｓは線分
AB、及びの垂直２等分線上に存在し、線分
AB若しくは線分の中点と点Ｓとを結ぶ直線
はそれぞれベクトルAB→，BC→と直交するので、 AB→・｛Ｓ→−（Ａ→＋Ｂ→）／２｝＝０ …… BC→・｛Ｓ→−（Ｂ→＋Ｃ→）／２｝＝０ …… 又、点Ｓは３点Ａ，Ｂ，Ｃと同一平面に存在す
るので前述法線方向のベクトルｎ→（1.p，ｑ）と
の内積をとると、 （Ｓ→−Ａ→）・ｎ→＝０ …… ，式及び式を成分表示すれば、 ２（Ax−Bx）Sx ＋２（Ay−By）Sy ＋２（Az−Bz）Sz ＝（Ax²−Bx²） ＋（Ay²−By²） ＋（Az²−Bz²） …… ２（Bx−Cx）Sx ＋２（By−Cy）Sy ＋２（Bz−Cz）Sz ＝（Bx²−Cx²） ＋（By²−Cy²） ＋（Bz²−Cz²） …… Sx＋ｐ・Sy＋ｑ・Sz＝Ax＋Ay＋Az …… となり、式におけるｐ，ｑの値は前記式によ
り求められている。

，，式は次のように表わすことができ
る。

A₀Sx＋B₀Sy＋C₀Sz＝D₀ …… A₁Sx＋B₁Sy＋C₁Sz＝D₁ …… A₂Sx＋B₂Sy＋C₂Sz＝D₂ …… 従つて、Crammerの公式により、 D₀ B₀ C₀ Sx ＝ D₁ B₁ C₁ …… D₂ B₂ C₂ A₀ D₀ C₀ Sy ＝ A₁ D₁ C₁ ……〓〓 A₂ D₂ C₂ A₀ B₀ D₀ Sz ＝ A₁ B₁ D₁ …… A₂ B₂ D₂ ただし Ｄ＝A₀ B₀ C₀ A₁ B₁ C₁ A₂ B₂ C₂ ……25 A₀，A₁，A₂ B₀，B₁，B₂ C₀，C₁，C₂，D₀，
D₁，D₂は，，式と，，式との対比
により定まり、この値を〓〓式に代入してＤの値
を求め，〓〓，式により点Ｓの座標を決定す
る。

円の中心点Ｓの座標を式に代入して半径Ｒを
求める。

円の中心点Ｓの座標と半径Ｒの値をを代入して
式より方向余弦ωxu ωyu ωzuを求める。

式に中心点Ｓの座標値を代入し、
式により方向余弦ωxv ωyv ωzvの値を求める。
よつて円弧方程式式により円の方程式を角度θ
の関数として表わすことができた。

Ａ点、Ｂ点、Ｃ点の３点を教示し、Ａ点を基準
として角度θで円弧上の任意の点Ｐを指定するに
当つては例えばＡ点からＢ点に到りＣ点に到達す
る方向を正の方向と定めれば良い。即ち、逆にＡ
点からＣ点を通りＢに到る場合には負の方向とな
る。

(3) 速度の関数 式円弧方程式は角度θの関数であり、 Ｘ＝fx（θ），Ｙ＝fy（θ），Ｚ＝fz（θ） ……〓〓 と表わすことができる。又、角度θは円弧の中心
点から一点Ａを基準として回転角で示されている
ので、所定時間毎に一定角度変化させれば点Ｐは
等速円運動をする。

第２図制御用フローチヤートを説明しながら補
間方法について説明する。

第２図においてステツプ101で処理が開始され
る。３点Ａ，Ｂ，Ｃは空間座標中の任意の独立し
た３点であり、直接若しくはプログラムによりロ
ボツトに教示する（ステツプ102）。この入力は処
理開始に先だつて教示しておいても良い。円弧方
程式が式により定められ、同時に〓〓式により
Ｘ，Ｙ，Ｚ成分がθの関数として表わされる（ス
テツプ103）。

等速円運動では一定時刻内に一定の角度Δθを
割当てれば良いので、例えば角速度を20msecの
間に1゜（0.0174rad）として、〓〓式より ΔX＝fx（θ＋Δθ）−fx（θ） ……〓〓 ΔY＝fy（θ＋Δθ）−fy（θ） ……〓〓 ΔZ＝fz（θ＋Δθ）−fz（θ） ……〓〓 が求まる（ステツプ105，106）。ステツプ106で
ΔX，ΔY，ΔZに比例したパルスをロボツト作動
各軸に同時若しくは順次分配し、この分配を繰り
返せばロボツトアーム先端は円弧上を移動する。
当該分配量を前もつて演算させ、ロボツト記憶装
置に記憶させておくのが良い。ステツプ108でサ
ーボ作動軸えの分配を終了してステツプ109で停
止させる。

なお、プログラミングによる教示点は必ずしも
ロボツトの作動範囲内である必要はなく、当該教
示点による演算の結果得られる円弧の一部が前記
ロボツトの作動範囲内であれば良い。

(4) 実施例 ベンダ工作機械でワーク折曲げ作業を行なう場
合のサポートサービスについて説明する。

第３図は概要を正面図で示し、ベンダ１にワー
ク２の供給サービスを行なうロボツト５の例を示
している。ベンダ１はワーク３の終端を定めるリ
ミツトゲージ７を有し位置決めモータM₁が設け
られ、又、ワークの折り曲げを行なう折曲げモー
タM₂により上型９を下降させてワーク３の折曲
げ加工を行なう。位置決めモータM₁及び折曲げ
モータM₂の駆動は工作機械の制御装置１１によ
り制御される。一方、ロボツト５は回転可能な旋
回軸１３と、旋回軸１３に対して上下すると共に
伸縮可能な水平軸１５を有している。水平軸１５
の先端にはワーク３を把持するフインガ１７を水
平軸１５を回転軸として回転させる回転軸１９が
設けられている。フインガ１７は基準軸２１を基
準点として図において上下に首振り可能であり、
当該首振りを停止するブレーキ機構を有してい
る。本例では基準軸２１を基準点として当該基準
点を３次元空間中で移動指示できるものとし、水
平軸１５と回転軸１９とを合わせてロボツトアー
ムと呼び、３次元空間中の指定点を指示できる基
準軸２１をアーム先端と呼ぶ。

ロボツト５はロボツト制御装置２３で制御され
る。制御装置２３は、CPU２５を内蔵し、メモ
リROM２７、RAM２９を有する。ロボツトの
前記各駆動軸はパルスモータで制御され、補間部
３１を通じてパルス分配器３３によりパルス分配
され、当該分配パルスを増幅器３５で増幅して駆
動する。ロボツト駆動結果はパルス信号でパルス
分配部に帰還されプレイバツク制御される。工作
機械とロボツトとはインタフエイスDI、DOを通
じて相互に連絡されている。

ワーク３がリツトゲージ７に突き当てられると
工作機械はリツトゲージからの信号を受けワーク
を固定する。上記信号はロボツト制御装置のイン
タフエイスDIに受け入れられる。ロボツトはこ
の信号に基づき次の作業に移る。第４図は工作機
械の上下金型９ａ，９ｂを拡大して示し、ワーク
折曲げ作業時のワークサポートサービスを説明す
るものである。

上金型９ａが下降し折曲げ作業が開始されると
同時にロボツトはワーク３を把持するフインガ１
７の基準軸２１のブレーキを外し、折曲作業が開
始される。ワーク３のロボツト側端面は上型９ａ
の下降に伴ない円弧状に立上がつてゆく。重量物
若しくは大型のワークではワークのロボツト側端
面を下方からの力を加えるべく支持してやらねば
自重で屈曲し不良品となる。前記円弧状の軌跡は
第４図において始点ＡからP₁，P₂点を通り終了
点Ｃに達する。

第４図に示すように、ワーク３の端部の円弧状
の立上りに追従してロボツト５のフインガ１７で
もつてワーク３の端部を支持するために、まず、
円弧状の３点、例えば始点、終了点、及びその中
間の任意の１点を教示する。テストランにより上
記円弧を実測し、当該円弧上の任意の３点を直接
若しくはプログラムで教示し、始点Ａから始め終
了点Ｃに到達すべく命令しておけば良い。演算は
ロボツト制御装置演算部で行なわれる。第５図は
直接教示による例を示し、始点Ａ、終了点Ｃ、中
間点Ｂを教示している位置関係を示す。制御用フ
ローチヤートは第２図に準ずる。角度θは始点Ａ
を基準とし中間点Ｂを通り終了点Ｃに向う方向を
正としているので、第５図に示すようにＢ点を示
すθ₁からＣ点を示すθ₂方向に移動する。

即ち、始点Ａから折曲げが開始されると、ワー
ク端部は円弧状に立上り始める。ロボツトアーム
はこの立上りに同期してアーム先端の基準点を円
弧状に移動する。この時の速度に関しては一般に
等速円運動であるけれども、ズレが生ずる場合に
は、第２図フローチヤートステツプ104，105に示
しているΔθの値を変化させて、速度に変化をつ
けることも可能である。ワーク折曲げ終了点Ｃに
て折曲げ終了し、ロボツトはワーク３に別の処理
を施す。

よつて、円弧上の３点を教示するのみでロボツ
トのアーム先端基準軸を円弧上に移動させること
ができ、確実なサポートサービスを提供でき、ワ
ークに無理な力を与えないので製品精度を向上さ
せることができる。

以上のごとき実施例の説明より理解されるよう
に、要するに本発明は、ワーク３の折曲げを行な
う上下の金型９ａ，９ｂを備えると共に適宜一方
の金型を上下動自在に備えてなるベンダ１の前方
にワーク３の端部を把持自在なフインガ１７を備
えてなるロボツト５を配置してなる板材折曲げ加
工装置にして：一方の金型を上下駆動するための
駆動装置M₂の駆動を制御する制御装置１１と：
前記ロボツト５を制御するためのロボツト制御装
置２３と、を備えてなり：上記ロボツト制御装置
２３は、前記制御１１とロボツト制御装置２３と
を相互に連絡するインタフエイスDI，DOと：前
記ワーク３の折曲げ加工時に円弧状に立上るワー
ク３の端部に追従して前記フインガ１７を移動制
御すべく、フインガ１７が３次元空間XYZ中で
移動する３点の教示に基いて当該３点を通る半径
Ｒの円弧の中心Ｓから見て上記円弧上の点を角度
θの関数で表わして当該円弧平面UVの方向余弦
ωij（ｉ＝Ｘ，Ｙ，Ｚ ｊ＝Ｕ，Ｖ）として関係式 Ｘ Ｙ Ｚ＝Sx Sy Sz＋ωxu ωxv ０ ωyu ωyv ０ ωzu ωzv ０Rcosθ Rsinθ ０
により角度θの関数としてXYZ成分を演算する
CPUと：上記CPUの演算結果に基づきXYZ成分
の前記角度θに関する微分量に比例したパルスを
ロボツトの各サーボ駆動軸に分配するパルス分配
器と、を備えてなるものである。

上記構成より明らかなように、本発明は、板状
のワーク３の折曲げを行なうベンダ１と、ベンダ
１によつて折曲げられるワーク３の端部を把持す
るフインガ１７を備えてなるロボツト５とを組合
わせてなる板材折曲げ加工装置に関するものであ
る。そして、ベンダ１における金型の上下動の制
御を行なう制御装置１１とロボツト５を制御する
ロボツト制御装置２３は互に連絡してあり、かつ
ロボツト５のフインガ１７は、３次元空間XYZ
中で教示された３点を通る円弧上の点を角度θの
関数としてXYZ成分を演算して制御されるもの
であるから、ワーク３の折曲げ時に円弧状に立上
るワーク３の端部に追従しての移動制御が容易で
あり、折曲げ加工時にワーク３の端部の支持を容
易に行ない得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は空間中での円弧補間方法の説明図、第
２図は制御用フローチヤート、第３図はロボツト
と工作機械の概略正面図、第４図はワーク折曲作
業の説明正面図、第５図はワーク折曲作業におけ
る教示用説明図、 図面の主要部分を表わす符号の説明、１……工
作機械、５……ロボツト、１１……ワーク、
XYZ……空間座標。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ワーク３の折曲げを行なう上下の金型９ａ，
   ９ｂを備えると共に適宜一方の金型を上下動自在
   に備えてなるベンダ１の前方にワーク３の端部を
   把持自在なフインガ１７を備えてなるロボツト５
   を配置してなる板材折曲げ加工装置にして、 一方の金型を上下駆動するための駆動装置M₂
   の駆動を制御する制御装置１１と、 前記ロボツト５を制御するためのロボツト制御
   装置２３と、を備えてなり、 上記ロボツト制御装置２３は、 前記制御装置１１とロボツト制御装置２３とを
   相互に連絡するインタフエイスDI，DOと、 前記ワーク３の折曲げ加工時に円弧状に立上る
   ワーク３の端部に追従して前記フインガ１７を移
   動制御すべく、フインガ１７が３次元空間XYZ
   中で移動する３点の教示に基いて当該３点を通る
   半径Ｒの円弧の中心Ｓから見て上記円弧上の点を
   角度θの関数で表わして当該円弧平面UVの方向
   余弦ωij（ｉ＝Ｘ，Ｙ，Ｚ ｊ＝Ｕ，Ｖ）として関
   係式 Ｘ Ｙ Ｚ＝Sx Sy Sz＋ωxu ωxv ０ ωyu ωyv ０ ωzu ωzv ０Rcosθ Rsinθ ０ により角度θの関数としてXYZ成分を演算する
   CPUと、 上記CPUの演算結果に基づきXYZ成分の前記
   角度θに関する微分量に比例したパルスをロボツ
   トの各サーボ駆動軸に分配するパルス分配器と、
   を備えてなることを特徴とする板材折曲げ加工装
   置。 ２ ベンダ工作機械のワーク折曲げに伴い円弧状
   に立上るワーク端部をロボツトのアーム先端で支
   持しサポートサービスさせるに際し、前記折曲げ
   開始点と最終点との間の任意の３点を教示点と
   し、前記ロボツトアーム先端で前記３点を通る円
   弧を描かせる特許請求の範囲第１項に記載するロ
   ボツトの円弧補間方法。