JPH06122025A - プレスブレーキロボットシステムのワーク曲げ追従方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、ワークの実際の挙動に忠実な追従
動作をロボットに行わせることによりワークの腰折れお
よびワークとハンドとの摩耗を最小限に抑えるプレスブ
レーキロボットシステムのワーク曲げ追従方法を提供す
ることを目的とする。 【構成】この発明では、ダイ上に置かれたワークに対し
てパンチの下降による加圧力を加えることによりワーク
の曲げを行うプレスブレーキと、前記ワークが前記パン
チ及びダイ間で曲げられている際に略円弧状に立ち上が
るワーク端部の動きに伴って前記ワークを把持したハン
ドを追従動作させるロボットとを具えたプレスブレーキ
ロボットシステムにおいて、前記曲げ開始時のロボット
のツール先端位置に対応するワーク端部上の点が前記プ
レスブレーキによる曲げに伴って実際に移動する軌跡上
に位置する複数の点を求め、これら複数の点を通る軌跡
に沿って前記ロボットの追従動作を行わせるようにして
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はプレスブレーキとロボ
ットを組み合わせたプレスブレーキロボットシステムに
おいて、曲げ加工中のワークの腰折れを防止するために
行われるロボットによる追従動作の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】プレスブレーキは、図８に示すように、
Ｖ溝を有するダイ２および上下動するパンチ４を有し、
ダイ２上に置かれたワーク８に対してパンチ４の下降ま
たはダイ２の上昇による加圧力を加えることによりワー
ク８の折曲げを行うものであり、近年このプレスブレー
キに対するワークの供給及び取出しをロボット１０によ
り行わせるようにしたシステムが普及しつつある。

【０００３】このようにプレスブレーキとロボットが組
み合わされたプレスブレーキロボットシステムにおいて
は、曲げ加工中のワークの急激な跳ね上がりによるワー
クの腰折れを防止するために、ワークの曲げ加工中にワ
ークの端部をロボットのハンド７によって保持するとと
もにワークの曲げに伴うワーク端部の立上がりに伴って
前記ハンド７を追従動作させるようにしている。

【０００４】かかる追従動作に関する従来技術の一例と
して、特公平４−３４７６８号公報に示される技術があ
る。

【０００５】この従来技術においては、板状のワークの
折曲げ加工を行うベンダ（プレスブレーキ）とロボット
を組み合せ、ロボットによる前記追従動作を１点を円の
中心とした円弧補間により行うようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの従来
技術では、前記追従動作を単一の円軌跡からなる円弧補
間により行うようにしているので、曲げ加工をダイの上
昇により行うタイプのものには好適であるが、ダイが固
定でパンチが下降するタイプのものでは次のような不具
合が発生する。

【０００７】すなわち、曲げ加工をダイの上昇により行
うタイプのものでは、ワークの軌跡は固定されたパンチ
の先端を中心にした円弧となるので、前記追従動作は単
一の円軌跡に沿って行えばよい。

【０００８】しかし、パンチが下降するタイプのもので
は、ワークの曲げに伴って屈曲されるワークの角部Ｃが
ダイのＶ溝中を下降していくため、ワークの軌跡は円弧
とはならない。このため、このタイプのものでは、上記
単一の円弧による追従動作をロボットに行わせると、こ
の追従動作がワークの実際の挙動と食い違い、ワークを
ハンドで規制し、腰折れ等の原因となっていた。また、
この追従動作によると、ワークの形状によっては、ワー
クの破損や精度不良を招く場合もあり、また穴などギザ
ギザのあるワークでは、追従途中にハンドのパッドとワ
ークがこすれて、ハンドパッドの消耗を早めるという問
題があった。

【０００９】この発明はこのような実情に鑑みてなされ
たもので、ワークの実際の挙動に忠実な追従動作をロボ
ットに行わせることによりワークの腰折れおよびワーク
とハンドとの摩耗を最小限に抑えるプレスブレーキロボ
ットシステムのワーク曲げ追従方法を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用】この発明で
は、ダイ上に置かれたワークに対してパンチの下降によ
る加圧力を加えることによりワークの曲げを行うプレス
ブレーキと、前記ワークが前記パンチ及びダイ間で曲げ
られている際に略円弧状に立ち上がるワーク端部の動き
に伴って前記ワークを保持したハンドを追従動作させる
ロボットとを具えたプレスブレーキロボットシステムに
おいて、前記曲げ開始時のロボットのツール先端位置に
対応するワーク端部上の点が前記プレスブレーキによる
曲げに伴って実際に移動する軌跡上に位置する複数の点
を求め、これら複数の点を通る軌跡に沿って前記ロボッ
トの追従動作を行わせるようにしている。

【００１１】前記複数の点を通る軌跡としては、複数の
円弧軌跡または直線軌跡等がある。かかる本発明によれ
ば、曲げに伴ってワーク端部の所定点が実際に移動する
軌跡上に位置する複数の点を求め、これら求めた複数の
点を通る軌跡に沿ってロボットの追従動作を行う。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を添付図面に示す実施例に従
って詳細に説明する。

【００１３】図２はこの発明にかかるプレスブレーキロ
ボットシステムの概略を示すもので、プレスブレーキ
１、ロボット１０、ロボットコントローラ２０およびＮ
Ｃ装置３０で構成されている。

【００１４】プレスブレーキ１は、ダイ２が固定テーブ
ル３によって支承され、パンチ４が上下動される可動テ
ーブル５によって支持されている。６はバックストッパ
である。すなわち、このプレスブレーキ１では、可動テ
ーブル５を油圧機構により下降させることによりパンチ
４を目標点まで下降させてワークの曲げ加工を行い、曲
げ加工が終了すると可動テーブルを上死点まで上昇させ
る。

【００１５】ロボット１０は、この場合、６軸構成のの
垂直多関節ロボットであり、２軸と３軸の間に第１アー
ム１１を備え、４軸と５軸の間に第２アームを備え、６
軸の先端にハンド７を支持している。

【００１６】そして、かかるロボット１０によって ・ワーク載置台に載置されたワークを掴んでこれをプレ
スブレーキ１に供給する ・ワークを持ち換える ・折曲げたワークをプレスブレーキから取り出して搬出
台に載置する ・折曲げ加工中、前述の追従動作を実行する などの処理を実行する。

【００１７】ＮＣ装置３０は、入力されたワークデータ
などに基づきプレスブレーキ１を駆動するためのＮＣプ
ログラムを自動作成し、該作成されたＮＣプログラムに
従ってプレスブレーキ１を駆動制御する。ロボットコン
トローラ２０は、この場合オフラインプログラム方式を
採用しており、入力された前記ワークデータ等に従って
ロボットプログラムを自動作成し、該作成したロボット
プログラムに従ってロボットを駆動制御する。

【００１８】本装置では、ロボットの追従制御を複数の
円弧に沿った円弧補間により行うのであるが、この実施
例では、上記追従制御を、図３に示すように、２つの円
弧（破線の円弧ｇ1と実線の円弧ｇ2）に沿った円弧補間
により行うものとする。

【００１９】１つの円弧を描くために必要な点は３点で
あるので、２つの円弧に沿った円弧補間を行うために必
要な点は、曲げ開始点Ｐs、曲げ終了点Ｐeの他に少なく
とも３つ（第１中間点Ｐ1、第２中間点Ｐ2、第３中間点
Ｐ3）必要とする。すなわち、Ｐs、Ｐ1、Ｐ2の３点によ
って１つの円弧を描き、Ｐ2、Ｐ3、Ｐeの３点によって
もう１つの円弧を描くようにする。

【００２０】しかし、垂直多関節ロボットは、その構造
により角軸の角度を特定できない特異点が存在する。例
えば、前記６軸ロボット１０においては、５軸が０度の
ときは４軸と６軸とがー直線になって、ツール先端位置
からは４軸及び６軸の角度を計算できない。また、５軸
が０度近辺の値になったときには、４軸及び６軸の移動
速度が大きくなりすぎる。このため、６軸ロボットにお
いては、５軸が０又は０近辺の値になった点が特異点と
なる。

【００２１】このような特異点は、移動命令用の計算点
に使用できないので、上記中間点に特異点が指定された
場合は、これを除く必要がある。従って、この実施例で
は、円弧補間用の中間点候補として３点より少し多い５
点を指定し、これら５点の中に特異点が存在する場合は
これを中間点から除外するようにする。

【００２２】また、ロボットは曲げ終了に近くなるとき
に各軸の移動量が多くなるので、上記５点から３点を選
択する際、曲げ終了に近い３点を優先するようにする。
このようにすることにより、ロボットにとって各軸移動
量が極端に長くなる曲げ後半の移動量が曲げ前半に比べ
て短くなるので、ロボット側の各軸の速度制限に関する
負担を軽減できる。

【００２３】図４は、中間点の候補として上記のように
５点Ｐ1〜Ｐ5を指定した場合であり、この中のＰ3が特
異点であったとしている。したがって、中間点候補とし
ては、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ4、Ｐ5の４点であるが、この中の曲
げ終了に近い３点を選択することにより、丸印を付した
Ｐ2、Ｐ4、Ｐ5の３点を中間点として決定するようにし
ている。したがって、この場合は、Ｐs〜Ｐ2〜Ｐ4を通
る第１の円弧と、Ｐ4〜Ｐ5〜Ｐeを通る第２のの円弧に
沿って追従制御が行われる。

【００２４】以下、図４に示す追従制御を行うための制
御動作を図１のフローチャートなどを参照して説明す
る。

【００２５】最初、曲げを行う前に、ワークデータなど
から図５に示す以下のパラメータを求め、これらをロボ
ットコントローラ２０に入力設定する（ステップ１０
０）。 （Ｘp，Ｙp，Ｚp）；曲げ開始時のプレス位置 （Ａ，Ｂ，Ｃ）；曲げ前のツールの方向（オイラー角） Ｌpe；Ｖ溝での曲げ深さ Ｌx1；ワークの曲げ位置からツール先端までの距離 Ｌd；ダイ幅の半値 Ｓp；プレスブレーキの加工速度（等速） θn；立上がり角度 これらの値は、曲げ加工毎には異なるが、１つの曲げ加
工中は固定である。

【００２６】次に、ロボットコントローラ２０では入力
されたこれらのパラメータ値を用いて前述した円弧補間
用の５つの中間点候補を求める（ステップ１１０）。

【００２７】この場合、これらの中間点候補の座標は、
図６に示すように、ツール先端の位置姿勢Ｐ（ｘ，ｙ，
ｚ，ａ，ｂ，ｃ）を用いるようにする。

【００２８】ここで、図６に示すように、曲げ途中にお
ける各種寸法Ｌp、Ｘ、Ｚ、θを定義すると、これらは
上記パラメータ値を用いて次のように表わされる。ｔは
時間である。

【００２９】 Ｌp＝Ｓp・ｔ θ＝arctan（Ｌp／Ｌd） Ｘ＝Ｌx1・cosθ …（１） Ｚ＝Ｌx1・sinθ したがって、上式を用いることにより、各値θ、Ｘ、Ｚ
を特定することができる。

【００３０】そして、これらの値を用いることによりツ
ール先端の位置姿勢Ｐ＝（ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，ｃ）を
下式のように特定する事ができる。

【００３１】 ｘ＝Ｘp−Ｘ ｙ＝Ｙp ｚ＝Ｚp＋Ｚ−Ｌp ａ＝ｆ（θ，Ａ，Ｂ，Ｃ） …（２） ｂ＝ｆ（θ，Ａ，Ｂ，Ｃ） ｃ＝ｆ（θ，Ａ，Ｂ，Ｃ） そこで、この場合、ロボットコントローラ１０では、入
力されたＬpe値を６等分することにより、各中間点に対
応するＬp値を求め、該求めたＬp値と前記入力設定され
た各パラメータ値を先の（１）式（２）式に代入するこ
とにより各中間点の位置姿勢Ｐ1〜Ｐ5を演算する。

【００３２】次に、ロボットコントローラ２０は、これ
らのツール先端位置Ｐ1〜Ｐ5からロボット１０の各軸角
度を求め、これら求めた各軸角度の中の５軸角度が０又
は０近辺の値でないか否かを調べることにより特異点を
判別し、この場合特異点が３つ以上の時はエラー表示を
行う（ステップ１２０、１３０）。

【００３３】そして、特異点が２つ以内の時は、特異点
以外の点から曲げ終了に近い３点を優先して選択し、該
選択した点を中間点とする（ステップ１４０）。

【００３４】次に、ロボットコントローラ２０では、上
記３つの中間点によって決定される２つの円弧に沿った
ロボットのツール先端の移動速度を各円弧別に求める
（ステップ１５０）。

【００３５】ここで、１つ目の円弧の終点（２つ目の円
弧の始点）に対応するＬp値をＬp1とし、そのときのθ
をθp1とすると、 θp1＝arctan（Ｌp1／Ｌd） となる。

【００３６】また、１つ目の円弧の移動時間ｔ1は ｔ1＝Ｌp1／Ｓp で、移動距離Ｌ1は となる。

【００３７】したがって１つ目の円弧の移動速度ｖ1は
下式によって求めることができる。

【００３８】ｖ1＝Ｌ1／ｔ1 また、２つ目の円弧の移動時間ｔ2は、 ｔ2＝（Ｌpe−Ｌp1）／Ｓp で、移動距離Ｌ2は となるので、２つ目の円弧の移動速度ｖ2は下式によっ
て求めることができる。

【００３９】ｖ2＝Ｌ2／ｔ2 このようにして移動速度ｖ1、ｖ2が求められると、ロボ
ットコントローラ２０は、該求めた移動速度ｖ1、ｖ2を
用いてロボット各軸の移動速度を各円弧別に求める（ス
テップ１６０）。

【００４０】ロボットコントローラ２０は、これら各軸
の移動速度を各軸毎に設定された制限速度ｖcと比較
し、各軸移動速度が制限速度ｖcをオーバーするかどう
かを調べる（ステップ１７０）。

【００４１】各軸移動速度が制限速度ｖcをオーバーす
る場合は、前記入力されたプレスブレーキ加工速度を少
し減らし（ステップ１８０）、該減らした加工速度Ｓp
´にしたがって前記各円弧の移動速度ｖ1、ｖ2を求める
前述の演算を再度実行し、さらに前記ステップ１６０、
１７０を再実行する。このようにして各軸速度が制限速
度を満足するまで、加工速度Ｓpを徐々に減らしながら
前述の演算を繰り返す。

【００４２】そして、制限速度ｖcを満足する各軸速度
が得られると、ロボットコントローラ２０はこの各軸速
度に対応する加工速度ＳpをＮＣ装置３０に転送すると
ともに、これらの各軸速度にしたがってロボットを駆動
するロボットプログラムを作成する（ステップ１９
０）。

【００４３】このように、この実施例では、ワークが実
際に通る軌跡上の複数の点を求め、これら複数の点のい
くつかを通る２つ以上の円弧を求め、これら複数の円弧
に沿ってロボットが移動するように円弧補間を行うよう
にしたので、ワークに対するロボットの追従精度が良く
なり、ワークの腰折れなどの不具合を最小限にすること
ができる。

【００４４】また、上記複数の円弧による追従を行うと
いう事は、１曲げ加工のサイクルタイムを短くして加工
効率を向上させるという付加的な効果を生む。以下、図
７にしたがって説明する。

【００４５】すなわち、従来のように円弧が１つの場合
は、移動時間Ｔは、同図（ａ）に示すように、 Ｔ＝ｑ／ｖ となる。

【００４６】また、円弧が２個の場合は、移動時間Ｔ2
は、同図（ｂ）に示すように、 Ｔ2＝ｑ2／ｖ22＋（ｑ−ｑ2）／ｖ22 となる。

【００４７】ここで、ワーク端部の速度は、パンチの下
降速度が一定だとすると、初め速くだんだん遅くなる。

【００４８】従って、最初の円弧の移動速度をｖ21、２
つ目の円弧の移動速度をｖ22とすると、 ｖ21＞ｖ22 が成立する。

【００４９】また、ロボットは追従の終了近くで、各軸
の変化量が極端に大きくなるため、追従終了時の速度が
全体の速度を決める。

【００５０】すなわち、 ｖ22＝ｖ となる。

【００５１】両者の移動時間Ｔ、Ｔ2を比較すると、 Ｔ−Ｔ2＝ｑ／ｖ−（ｑ2／ｖ22＋(ｑ−ｑ2)／ｖ21） ＝（ｑ−ｑ2）／ｖ−（ｑーｑ2）／ｖ21 ＝（ｑ−ｑ2）（ｖ21−ｖ）／（ｖ・ｖ21） となる。

【００５２】ここで、ｖ21＞ｖであるので、Ｔ＞Ｔ2が
成立する。

【００５３】したがって、円弧２個の本発明のほうが円
弧１個の従来技術よりサイクルタイムが短くなる。

【００５４】なお、以上の実施例では、曲げに伴いワー
ク端部が実際に通る軌跡上の複数の点を求め、これら複
数の点のいくつかを通る２つ以上の円弧を求め、これら
複数の円弧に沿ってロボットが移動するように円弧補間
を行ってロボットの追従動作を行わせるようにしたが、
上記複数の点を直線補間することによりロボットの追従
動作を行わせるようにしてもよい。すなわち、上記複数
の点は、ワーク端部の所定点が実際に移動する軌跡上の
点であるため、これら複数の点を直線補間するようにし
ても円弧補間には及ばないにしても従来よりは追従処理
の精度を上げることができる。また、上記複数の点を非
常に細かな間隔で求めるようにすれば、直線補間とはい
え円弧補間に近いところまで追従精度を上げることがで
きる。

【００５５】ところで、上記実施例では、ロボットをオ
フラインプログラム方式によって制御するようにした
が、ティーチングプレイバック方式によって制御するよ
うにしてもよい。また、ロボット動作時に上記複数の点
の座標を計算しつつロボットを移動制御するリアルタイ
ム制御を行うようにしてもよい。

【００５６】また、上記実施例では、６軸構成の垂直多
関節ロボットを用いるようにしたが、他の任意の構成の
ロボットによって本発明を実施するようにしてもよい。

【００５７】また、上記実施例では、パンチの下降速度
Ｓpが一定の場合について示したが、Ｌp値を曲げ実行時
に計測しながら、リアルタイムでロボットの位置と速度
を制御するようにしてもよい。また逆に、ロボットの各
軸の速度制限に応じてロボットを最高速で移動させなが
らその速度に応じてパンチの下降速度を制御することも
可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
曲げに伴ってワーク端部の所定点が実際に移動する軌跡
上に位置する複数の点を求め、これら求めた複数の点を
通る２つ以上の円軌跡または直線軌跡によってロボット
の追従動作を行わせるようにしているので、パンチの加
圧により曲げを行うタイプのプレスブレーキでもワーク
の腰折れおよびワークとハンドとの摩耗を最小限に抑え
ることができる。

【００５９】また、この発明によれば、追従処理を等速
ではなく、追従後半で遅く追従前半で速くするようにし
たので、１曲げ加工のサイクルタイムを短くする事がで
き、効率よい曲げ加工をなし得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すフローチャート。

【図２】この発明の実施例システムを示す概念図。

【図３】この発明にかかる追従動作の一例を示す図。

【図４】この発明にかかる追従動作の他の例を示す図。

【図５】この発明の実施例の説明図。

【図６】この発明の実施例の説明図。

【図７】この発明による効果を説明する図。

【図８】通常の追従動作を説明する図。

【符号の説明】

１…プレスブレーキ ２…ダイ ３…固定テーブル ４…パンチ ５…可動テーブル ６…バックストッパ ７…ハンド ８…ワーク １０…ロボット ２０…ロボットコントローラ ３０…ＮＣ装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイ上に置かれたワークに対してパンチの
   下降による加圧力を加えることによりワークの曲げを行
   うプレスブレーキと、前記ワークが前記パンチ及びダイ
   間で曲げられている際に略円弧状に立ち上がるワーク端
   部の動きに伴って前記ワークを保持したハンドを追従動
   作させるロボットとを具えたプレスブレーキロボットシ
   ステムにおいて、 前記曲げ開始時のロボットのツール先端位置に対応する
   ワーク端部上の点が前記プレスブレーキによる曲げに伴
   って実際に移動する軌跡上に位置する複数の点を求め、
   これら複数の点を通る軌跡に沿って前記ロボットの追従
   動作を行わせるようにしたことを特徴とするプレスブレ
   ーキロボットシステムのワーク曲げ追従方法。
2. 【請求項２】前記複数の点を通る複数の円弧軌跡に沿っ
   て前記ロボットの追従動作を行わせるようにしたことを
   特徴とする請求項１記載のプレスブレーキロボットシス
   テムのワーク曲げ追従方法。
3. 【請求項３】前記複数の点を通る直線軌跡に沿って前記
   ロボットの追従動作を行わせるようにしたことを特徴と
   する請求項１記載のプレスブレーキロボットシステムの
   ワーク曲げ追従方法。