WO2023218636A1 - ロボット制御装置及び加工システム - Google Patents

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control device
workpiece
fixing mechanism
unit
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万峰 傅
貴之 佐藤
義華 顧
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ファナック株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators

Definitions

  • the present invention relates to a robot control device and a processing system.
  • robots have been used to supply workpieces to industrial equipment such as machine tools.
  • the robot grips the workpiece and supplies the gripped workpiece to a fixing mechanism for the main shaft of the machine tool.
  • a fixing mechanism for fixing the workpiece for example, a chuck having about 2 to 4 jaws or a mechanism for sucking the workpiece using air is used (see, for example, Patent Document 1).
  • Such a system requires teaching to set a work program that sequentially specifies the operation procedure of the robot and the fixing mechanism, that is, the posture and operating speed of the robot, the operation of the hand that grips the workpiece, the operation of the fixing mechanism, etc.
  • a robot control device is a robot control device that controls a robot that supplies and takes out a workpiece to a fixing mechanism of a machine tool, and which sends a signal that instructs or confirms the operating state of the fixing mechanism.
  • the communication device includes a communication unit that transmits and receives, a storage unit that stores specifications of the signals that the communication unit transmits and receives, and a teaching unit that sets the signals that the communication unit transmits and receives.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a processing system according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3 is a diagram illustrating a setting screen for operating procedures in the processing system of FIG. 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a setting screen for an operation procedure for supplying a workpiece in the processing system of FIG. 2.
  • FIG. It is a figure which shows the operation
  • FIG. 6 is a diagram showing an operation for correcting a posture error of a workpiece.
  • FIG. 6 is a diagram showing an operation for correcting a posture error of a workpiece.
  • FIG. 6 is a diagram showing an operation for correcting a posture error of a workpiece.
  • FIG. 6 is a diagram showing an operation for correcting a posture error of a workpiece.
  • FIG. 6 is a diagram showing an operation for correcting a positional error of a workpiece.
  • FIG. 6 is a diagram showing an operation for correcting a positional error of a workpiece.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a processing system 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the processing system 1 of this embodiment includes a machine tool 10, a numerical control device 20, a robot 30, and a robot control device 40.
  • a robot 30 supplies and takes out a workpiece W to and from a machine tool 10.
  • the machine tool 10 has a fixing mechanism 11 that holds the workpiece W.
  • the fixing mechanism 11 of the present embodiment includes a base member 111 that rotates together with the main shaft, and is arranged at equal intervals in the circumferential direction on the end face of the base member 111, and grips the workpiece W by moving (opening and closing) in the radial direction.
  • This chuck has three gripping claws 112.
  • the fixing mechanism is not limited to the illustrated configuration, and may have a configuration having four or more gripping claws, for example, or may be configured to attract and hold the workpiece W by vacuum force or magnetic force.
  • the numerical control device 20 is a well-known control device that controls the machine tool 10.
  • the numerical control device 20 outputs a signal indicating the state of the fixing mechanism 11 to the robot controller 40, and operates the fixing mechanism 11 in response to a signal received from the robot controller 40 instructing the opening and closing of the fixing mechanism 11.
  • the robot 30 is controlled by a robot control device 40 and supplies and takes out the work W.
  • a vertical articulated robot can be used as the robot 30, but other types of robots may also be used.
  • the robot 30 of this embodiment includes an arm 31 having a plurality of joints, a gripping mechanism 32 provided at the tip of the arm 31 to grip a workpiece W, and a force acting on the gripping mechanism 32 due to interaction with the workpiece W. It has a force sense value detector 33 that detects the reflected force sense value.
  • the gripping mechanism 32 has a plurality of gripping fingers 321 that grip the workpiece W.
  • the force value detector 33 can be a sensor that detects, for example, force, bending moment, distortion, etc. acting on the grip fingers 321 or the main body of the grip mechanism 32, and detects the current value and torque of the motor of the drive shaft of the arm 31. etc. may be configured to detect. That is, the force sense value detector 33 may be a part of the arm 31. Further, as the force value detector 33, a 3-axis or 6-axis force sensor such as a strain gauge type, capacitance type, magnetic type, or optical type may be used.
  • the robot control device 40 itself is an embodiment of the robot control device according to the present disclosure.
  • the robot control device 40 of this embodiment includes a communication section 41 , a storage section 42 , a teaching section 43 , an execution control section 44 , a force value acquisition section 45 , an error correction section 46 , and a simulation section 47 .
  • the robot control device 40 can be realized by one or more computer devices having, for example, a memory, a processor, an input/output interface, etc., and executing an appropriate control program.
  • Each component of the robot control device 40 is a classification of the functions of the robot control device 40, and does not have to be clearly distinguishable in terms of physical configuration and program configuration.
  • a display device 51 such as a display panel and an input device 52 such as a keyboard and a mouse are connected to the robot control device 40 in order to realize a user interface.
  • the display device 51 and the input device 52 may be provided integrally with the robot control device 40, or the display device 51 and the input device 52 may be provided integrally, such as a touch panel.
  • the communication unit 41 transmits and receives signals that instruct or confirm the operating state of the fixing mechanism 11. Specifically, the communication unit 41 receives a signal from the numerical control device 20 that turns the gripping claws 112 of the fixing mechanism 11 ON in either the closed state or the opened state, and turns OFF in the other state. do. The communication unit 41 also transmits a signal requesting the numerical control device 20 to close or open the gripping claws 112 of the fixing mechanism 11 .
  • the specifications of these signals that is, the format of the signals, the addresses of the input/output interfaces used for transmitting and receiving the signals, etc. may differ depending on the type of fixing mechanism 11. For example, depending on the type of fixing mechanism 11, some output an ON signal when the gripping claws 112 are closed, while others output an OFF signal. Further, the signals transmitted and received by the communication unit 41 are not limited to ON/OFF signals, but may be analog signals or signals that transmit information based on ON/OFF changes over time.
  • the storage unit 42 stores specifications of signals to be transmitted and received for each type of fixing mechanism 11.
  • the type of fixing mechanism 11 can be specified by its model, but can also be specified by a code used by the user to identify the fixing mechanism 11. or may be specified based on a group set based on signal specifications. That is, each of the plurality of fixing mechanisms 11 may be treated as a different type, or a group including a plurality of types of fixing mechanisms 11 may be treated as one type.
  • the teaching unit 43 displays the operation procedures of each unit operation, such as the feeding operation of the workpiece W, the operation of taking out the workpiece W, etc., in a space (execution line) set on the display device 51.
  • the icons represented in the order in which they should be executed it is possible to automatically set various parameters that specify the operation procedure of the robot 30 that realizes the unit operation represented by each icon, that is, the operation of the robot 30 can be easily taught.
  • the teaching unit 43 changes the screen displayed on the display device 51 to the setting of the operation procedure of the unit operation, as necessary. It may be configured to switch to a settings screen that prompts the user to input the minimum necessary information.
  • the teaching section 43 When setting the operation procedure for supplying or taking out the workpiece W, the teaching section 43 refers to the storage section 42 and sets signals to be transmitted and received by the communication section 41 according to the type of the fixing mechanism 11. The teaching unit 43 also accepts user input, and sets an operation procedure for supplying or taking out the workpiece W by the fixing mechanism 11 and the robot 30 based on the received input. For this purpose, the teaching unit 43 displays a setting screen that prompts the user to make the minimum necessary input when an icon representing supply or removal of the workpiece W is placed on the execution line.
  • FIG. 3 illustrates a setting screen 1000 for setting the feeding operation of the workpiece W, which is displayed on the display device 51 by the teaching section 43.
  • the teaching unit 43 is configured to be able to set the operation procedure for the supply operation of the workpiece W on a single setting screen 1000.
  • the feeding operation of the workpiece W includes the step of causing the numerical control device 20 to open the gripping claw 112 of the fixing mechanism 11, and the step of moving the robot 30 to the feeding start position, which is set to place the workpiece on the rotation axis of the main shaft of the machine tool 10. a step of positioning the tip; a step of moving the workpiece W in the axial direction of the fixing mechanism 11 by a minimum insertion length or more by the robot 30 and inserting it into the fixing mechanism 11; and a step of closing the.
  • the teaching unit 43 automatically sets the mode of the signal to be transmitted and received by the communication unit 41 and the address of the input/output interface according to the type of the fixing mechanism 11 in the process of opening the gripping claw 112 and the process of closing the gripping claw 112. do.
  • the teaching unit 43 may be configured to acquire the type of the fixing mechanism 11 from the numerical control device 20, but in order to make it possible to also use the existing numerical control device 20, the teaching section 43 may be configured to acquire the type of the fixing mechanism 11 from the received user input. Preferably, it is configured to identify the type. For this reason, the setting screen 1000 in FIG. 3 displays a pull-down menu 1001 that allows the user to input the fixing mechanism.
  • the teaching unit 43 sets the supply start position in advance on the setting screen 1000 in FIG.
  • a pull-down menu 1002 is displayed that allows the user to select from among a plurality of preset values, specifically, a preset coordinate number.
  • the setting screen 1000 displayed by the teaching unit 43 includes a button 1003 that pops up a window for modifying the preset value (coordinates) of the supply start position.
  • a window that pops up when the button 1003 is operated has multiple text boxes each displaying editable numerical values (X, Y, Z, W, P, R) that specify the position and orientation of the tip reference point of the robot 30. may be included.
  • the teaching unit 43 displays a text box 1004 on the setting screen 1000 that allows the user to input the minimum insertion length in the process of inserting the workpiece W into the fixing mechanism 11.
  • the teaching unit 43 also includes a test execution button 1005 that starts a process in which the execution control unit 44 executes the operation procedure and the error correction unit 46 optimizes the operation procedure based on the force sense value, and a test execution button 1005 as shown in FIG.
  • a button 1006 for pop-up displaying a window for adjusting parameters such as speed and determination threshold when optimizing the operation procedure based on the force sense value is displayed on the setting screen 1000.
  • the execution control unit 44 causes the fixing mechanism 11 and the robot 30 to execute the operation procedure according to the procedure taught by the teaching unit 43. Further, it is preferable that the execution control unit 44 is configured to be able to operate the fixing mechanism 11 and the robot 30 by immediately reflecting the operation procedure corrected by the error correction unit 46.
  • the force value acquisition unit 45 acquires a force value that reflects the force generated by the interaction between the workpiece W and the robot 30 from the force value detector 33 during execution of the operation procedure. That is, the force sense value acquisition unit 45 acquires the magnitude and direction of the force of the workpiece W pushing back the gripping mechanism 32 of the robot 30 when the workpiece W comes into contact with the fixing mechanism 11 .
  • the error correction unit 46 corrects errors in the position and posture of the robot in the operation procedure based on the force sense value acquired by the force sense value acquisition unit, and optimizes the operation procedure. Details of error correction in the error correction section 46 will be explained below.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating the operation of supplying and fixing the work W according to the present embodiment to the fixing mechanism 11.
  • the robot 30 supplies the workpiece W to the fixing mechanism 11, it operates along the direction L in which the workpiece W is supplied to the fixing mechanism 11. Then, when the robot 30 supplies the cylindrical workpiece W near the center of the gripping claws 112 and the machine tool 10 closes the gripping claws 112, the workpiece W is fixed at the center of the base member 111.
  • the machine tool 10 can obtain good machining accuracy.
  • the error correction unit 46 executes a process (force value control) for correcting the error in the position and posture of the workpiece W and the fixing mechanism 11, as described below.
  • FIGS. 5A, 5B, and 5C are diagrams showing the operation of correcting the posture error of the workpiece W.
  • the robot control device 40 controls the robot 30 and positions the workpiece W on the base member 111.
  • the workpiece W has an attitude error with respect to the base member 111.
  • the error correction unit 46 of the robot control device 40 executes force sense value control that corrects the parameters of the operation procedure based on the force sense values.
  • the error correction unit 46 controls the robot 30 to press the workpiece W against any one of the gripping claws 112 while the force value control is being executed. That is, the error correction unit 46 uses the robot 30 to press the workpiece W against the fixing mechanism 11 in a direction substantially perpendicular to the direction in which the workpiece W is supplied to the fixing mechanism 11 while performing force value control.
  • FIG. 5B is a diagram showing an operation for correcting the posture of the workpiece W when the workpiece W is pressed against the gripping claws 112.
  • a moment M1 is generated around the center (rotation center C) of the contact surface between the workpiece W and the gripping claws 112.
  • the reaction force against the force that presses the workpiece W against the gripping claws 112 is force F
  • the distance from the rotation center C of the workpiece W to the position where force F acts is distance r2
  • the error correction unit 46 executes force value control so that the moment pressing the workpiece W against the fixing mechanism 11 becomes zero. That is, when the force value detector 33 detects the moment M1, the error correction unit 46 causes the robot 30 to rotate the workpiece W around the rotation center C, and corrects the posture of the workpiece W. As a result, as shown in FIG. 5C, the workpiece W rotates in a direction in which the moment M1 becomes smaller, and the error in the posture of the workpiece W is corrected.
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the operation of correcting the position error of the workpiece W.
  • the robot control device 40 controls the robot 30 and positions the workpiece W on the end surface of the base member 111.
  • the workpiece W has a positional error relative to the base member 111.
  • the error correction unit 46 executes force sense value control.
  • the error correction unit 46 transmits a control signal to the numerical control device 20 using the communication unit 41 while the force value control is being executed, and controls the operation of closing the gripping claws 112 of the fixing mechanism 11 from the machine tool. 10 to execute. That is, the numerical control device 20 operates the fixing mechanism 11 in conjunction with the force sense value control by the robot 30 and the robot control device 40.
  • the workpiece W is subjected to a force F1 by the gripping claws 112 in a direction substantially perpendicular to the direction in which the workpiece W is supplied to the fixing mechanism 11, as shown in FIG. 6B. Then, when the force sense value detector 33 detects the force F1, the error correction unit 46 moves the workpiece W in a direction in which the force F1 becomes smaller by the action of force sense value control, and corrects the position of the workpiece W. .
  • the force sense value control described above includes, for example, impedance control, damping control, etc., but is not limited to these.
  • the machine tool 10 may repeat the operation of the fixing mechanism 11 a preset number of times.
  • the error correction unit 46 causes the fixing mechanism 11 to repeatedly open and close the gripping claws 112 a predetermined number of times while performing force value control. Thereby, errors in the position and posture of the workpiece W are corrected each time the gripping claws 112 are opened and closed.
  • the fixing mechanism 11 is a suction mechanism
  • the machine tool 10 repeats suction and release of the workpiece W a predetermined number of times while executing force value control. Thereby, errors in the position and posture of the workpiece W are corrected each time the workpiece is sucked and released.
  • the robot 30 or the machine tool 10 is equipped with a movement amount detector that detects the movement amount of the workpiece W, and the error correction unit 46 detects that the movement amount of the workpiece W is a predetermined distance or Force value control may be repeated until the angle becomes less than or equal to a predetermined angle.
  • the machine tool 10 releases the workpiece W by the fixing mechanism 11, and then operates the fixing mechanism 11 again.
  • the workpiece W may be fixed by. That is, when the fixing mechanism 11 operates, the machine tool 10 interrupts the operation of the fixing mechanism 11 if the detected value of the force value detector 33 is equal to or higher than a predetermined value indicating excessive force or moment, After the work W is released by the fixing mechanism 11, the fixing mechanism 11 may be operated again to fix the work W by the fixing mechanism 11.
  • the simulation unit 47 executes a simulation of the operation procedure and displays the simulation results. It is preferable that the simulation unit 47 displays the calculated force sense value together with the simulation result. For example, in addition to the force sense value, the simulation unit 47 is configured to be able to display parameters such as speed and contact threshold during the simulation together with the simulation result. Good too. It is preferable that the simulation results by the simulation unit 47 be displayed as part of the setting screen 1000. In other words, it is preferable to ensure a space that can be used for displaying simulation results by the teaching section 43.
  • the simulation unit 47 may be configured to display, for example, by highlighting, in a way that allows identification of abnormal values among the displayed parameters when a problem occurs during the simulation. This allows the user to easily understand parameters that may cause problems.
  • the robot control device may be configured to be able to similarly set the operation procedure related to taking out a workpiece.
  • processing system 10 machine tool 11 fixing mechanism 111 base member 112 gripping claw 20 numerical control device 30 robot 31 arm 32 gripping mechanism 321 gripping finger 33 force value detector 40 robot control device 41 communication unit 42 storage unit 43 teaching unit 44 execution Control section 45 Force value acquisition section 46 Error correction section 47 Simulation section W Work

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Abstract

ロボットにより固定機構にワークを供給する動作手順の教示を容易に行うことができるロボット制御装置は、工作機械の固定機構へのワークの供給及び取り出しを行うロボットを制御するロボット制御装置であって、前記固定機構の動作状態を指示又は確認する信号を送受信する通信部と、前記通信部が送受信する前記信号の仕様を記憶する記憶部と、前記通信部が送受信する前記信号を設定する教示部と、を備える。

Description

ロボット制御装置及び加工システム
　本発明は、ロボット制御装置及び加工システムに関する。
　従来、ワークを工作機械等の産業機器へ供給するために、ロボットが用いられている。この場合、ロボットは、ワークを把持し、把持したワークを工作機械の主軸の固定機構へ供給する。ワークを固定する固定機構は、例えば、２～４本程度の爪を有するチャック又は空気によってワークを吸着する機構等が用いられている（例えば、特許文献１参照）。係るシステムでは、ロボット及び固定機構の動作手順、つまりロボットの姿勢及び動作速度、ワークを把持するハンドの動作、固定機構の動作等を逐次的に特定する作業プログラムを設定する教示が必要になる。
特開２０２０－５９０６９号公報
　工作機械で十分な加工精度を得るために、ワークの中心位置と各爪とがなす中心位置は一致し、かつワークの方向は爪の方向に対して平行になるようワークを供給する必要がある。このような動作をロボットによって実現するためには、ワークの中心位置及び姿勢を固定機構と合わせる教示作業が必要である。正確に教示するためには熟練者でも多くの時間と労力が必要となり、ロボットに慣れていない作業者には非常に困難な作業となる。
　このため、ロボットにより固定機構にワークを供給する動作手順の教示を容易に行うことができる技術が望まれる。
　本開示の一態様に係るロボット制御装置は、工作機械の固定機構へのワークの供給及び取り出しを行うロボットを制御するロボット制御装置であって、前記固定機構の動作状態を指示又は確認する信号を送受信する通信部と、前記通信部が送受信する前記信号の仕様を記憶する記憶部と、前記通信部が送受信する前記信号を設定する教示部と、を備える。
　本発明によれば、ロボットにより固定機構にワークを供給する動作手順の教示を容易に行うことができる。
本開示の一実施形態に係る加工システムの構成を示すブロック図である。 図２の加工システムにおける動作手順の設定画面を例示する図である。 図２の加工システムにおけるワーク供給の動作手順の設定画面を例示する図である。 本実施形態に係るワークを固定機構に固定する際の動作を示す図である。 本実施形態に係るワークを固定機構に固定する際の動作を示す図である。 ワークの姿勢誤差を修正する動作を示す図である。 ワークの姿勢誤差を修正する動作を示す図である。 ワークの姿勢誤差を修正する動作を示す図である。 ワークの位置誤差を修正する動作を示す図である。 ワークの位置誤差を修正する動作を示す図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る加工システム１の構成を示すブロック図である。本実施形態の加工システム１は、工作機械１０と、数値制御装置２０と、ロボット３０と、ロボット制御装置４０と、を備える。加工システム１は、ロボット３０により工作機械１０に対するワークＷの供給及び取り出しを行う。
　工作機械１０は、ワークＷを保持する固定機構１１を有する。本実施形態の固定機構１１は、主軸と共に回転するベース部材１１１と、ベース部材１１１の端面に、周方向に等間隔に配設され、径方向に移動（開閉）することによりワークＷを把持する３つの把持爪１１２を有するチャックである。なお、固定機構は図示する構成に限られず、例えば４つ以上の把持爪を有する構成とされてもよく、真空力又は磁力によりワークＷを吸着保持するよう構成されてもよい。
　数値制御装置２０は、工作機械１０を制御する周知の制御装置である。数値制御装置２０は、固定機構１１の状態を示す信号をロボット制御装置４０に対して出力すると共に、ロボット制御装置４０から受信する固定機構１１の開閉を指示する信号に応じて固定機構１１を動作させる。
　ロボット３０は、ロボット制御装置４０によって制御され、ワークＷの供給及び取り出しを行う。ロボット３０としては、典型的には垂直多関節ロボットを用いることができるが、他の形式のロボットを用いてもよい。本実施形態のロボット３０は、複数の関節を有するアーム３１と、アーム３１の先端に設けられ、ワークＷを把持する把持機構３２と、ワークＷとの相互作用により把持機構３２に作用する力を反映する力覚値を検出する力覚値検出器３３と、を有する。
　把持機構３２は、ワークＷを把持する複数の把持指３２１を有する。力覚値検出器３３は、例えば把持指３２１又は把持機構３２の本体に作用する力、曲げモーメント、歪み等を検出するセンサとすることができ、アーム３１の駆動軸のモータの電流値、トルク等を検出するよう構成されてもよい。つまり、力覚値検出器３３は、アーム３１の一部であってもよい。さらに力覚値検出器３３として、歪みゲージ式、静電容量式、磁気式、光学式などの３軸または６軸の力覚センサを使用してもよい。
　ロボット制御装置４０は、それ自体が本開示に係るロボット制御装置の一実施形態である。本実施形態のロボット制御装置４０は、通信部４１、記憶部４２、教示部４３、実行制御部４４、力覚値取得部４５、誤差修正部４６及びシミュレーション部４７を備える。ロボット制御装置４０は、例えばメモリ、プロセッサ、入出力インターフェイス等を有し、適切な制御プログラムを実行する１又は複数のコンピュータ装置によって実現できる。ロボット制御装置４０の各構成要素は、ロボット制御装置４０の機能を類別したものであって、物理構成及びプログラム構成において明確に区分できるものでなくてもよい。また、ロボット制御装置４０には、ユーザインターフェイスを実現するために、例えばディスプレイパネル等の表示装置５１及び例えばキーボード、マウス等の入力装置５２が接続される。表示装置５１及び入力装置５２は、ロボット制御装置４０と一体に設けられてもよい、また、表示装置５１及び入力装置５２は、例えばタッチパネル等の一体に設けられるものであってもよい。
　通信部４１は、固定機構１１の動作状態を指示又は確認する信号を送受信する。具体的には、通信部４１は、数値制御装置２０から、固定機構１１の把持爪１１２を閉じた状態と把持爪１１２を開いた状態のいずれか一方でＯＮとなり他方でＯＦＦとなる信号を受信する。また、通信部４１は、数値制御装置２０に対して、固定機構１１の把持爪１１２を閉じること又は開くことを要求する信号を送信する。これらの信号の仕様、つまり信号の態様及びその信号の送受信に用いられる入出力インターフェイスのアドレス等は、固定機構１１の種類によって異なり得る。例として、固定機構１１の種類によって、把持爪１１２が閉じられているときにＯＮを出力するものと、ＯＦＦを出力するものとがある。また、通信部４１が送受信する信号は、ＯＮ／ＯＦＦ信号に限られず、アナログ信号やＯＮ／ＯＦＦの経時変化により情報を伝達する信号であってもよい。
　記憶部４２は、固定機構１１の種類ごとに送受信する信号の仕様を記憶する、固定機構１１の種類は、その型式によって特定され得るが、ユーザが固定機構１１識別するために用いる符号等によって特定されてもよく、信号の仕様に基づいて設定されるグループに基づいて特定されてもよい。つまり、複数の固定機構１１を個体ごとに別の種類として扱ってもよく、複数の型式の固定機構１１を含むグループを１つの種類として取り扱ってもよい。
　教示部４３は、例として、図２に示すように、表示装置５１に設定されるスペース（実行ライン）に、ワークＷの供給動作、ワークＷの取り出し動作等のそれぞれが単位動作の動作手順を表すアイコンを実行すべき順番に並べて配置することで、各アイコンが表す単位動作を実現するロボット３０の動作手順を特定する各種のパラメータを自動的に設定できる、つまりロボット３０の動作を簡単に教示できるユーザインターフェイスを提供するよう構成され得る。動作手順を特定するパラメータとしては、ロボット３０の基準点の座標、各駆動軸の位置、速度（特に固定機構１１に近付く速度）、把持指３２１の状態等が挙げられる。さらに、教示部４３は、必要に応じて、単位動作を表すアイコン配置したとき又は単位動作を表すアイコンを選択したときに、表示装置５１に表示する画面を、その単位動作の動作手順の設定に必要な最低限の情報をユーザに入力させる設定画面に切り替えるよう構成され得る。
　教示部４３は、ワークＷの供給又は取り出しの動作手順を設定する際に、記憶部４２を参照し、固定機構１１の種類に応じて通信部４１により送受信する信号を設定する。また、教示部４３は、ユーザの入力を受付け、受付けた前記入力に基づいて固定機構１１及びロボット３０によるワークＷの供給又は取り出しの動作手順を設定する。このために、教示部４３は、ワークＷの供給又は取り出しを表すアイコンを実行ライン上に配置された場合、ユーザに必要最小限の入力を促す設定画面を表示する。図３に、教示部４３が表示装置５１に表示するワークＷの供給動作の設定を行うための設定画面１０００を例示する。教示部４３は、ワークＷの供給動作の動作手順を単一の設定画面１０００において設定可能に構成される。
　ワークＷの供給動作は、数値制御装置２０に固定機構１１の把持爪１１２を開かせる工程と、ワークを工作機械１０の主軸の回転軸上に配置するよう設定される供給開始位置にロボット３０の先端部を位置決めする工程と、ロボット３０によりワークＷを固定機構１１の軸方向に最低挿入長さ以上移動させて固定機構１１に挿入する工程と、数値制御装置２０に固定機構１１の把持爪１１２を閉じさせる工程と、を含む。
　教示部４３は、把持爪１１２を開かせる工程及び把持爪１１２を閉じさせる工程において、固定機構１１の種類に応じて通信部４１により送受信する信号の態様及び入出力インターフェイスのアドレスを自動的に設定する。教示部４３は、固定機構１１の種類を数値制御装置２０から取得するよう構成されてもよいが、既存の数値制御装置２０も利用可能とするために、受付けたユーザの入力により固定機構１１の種類を特定するよう構成されることが好ましい。このため、図３の設定画面１０００には、ユーザに固定機構を入力させるプルダウンメニュー１００１が表示されている。
　教示部４３は、供給開始位置にロボット３０を位置決めする工程の教示、つまり実行制御部４４が必要とする動作パラメータの設定を行うために、図３の設定画面１０００に、供給開始位置を予め設定される複数のプリセット値の中から選択、具体的には予め設定された座標の番号をユーザに選択させるプルダウンメニュー１００２を表示する。また、教示部４３が表示する設定画面１０００は、供給開始位置のプリセット値（座標）を修正するためのウィンドウをポップアップ表示させるボタン１００３を含む。ボタン１００３の操作によりポップアップするウィンドウには、ロボット３０の先端基準点の位置及び向きを特定する（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗ，Ｐ，Ｒ）の数値を編集可能にそれぞれ表示する複数のテキストボックスが含まれ得る。
　教示部４３は、設定画面１０００に、ワークＷを固定機構１１に挿入する工程における最低挿入長さをユーザに入力させるテキストボックス１００４を表示する。
　また、教示部４３は、実行制御部４４により動作手順を実行し、誤差修正部４６により力覚値に基づいて動作手順を最適化するプロセスを開始するテスト実行ボタン１００５と、図３に示すように、力覚値に基づく動作手順の最適化を行う際の例えば速度、判定閾値等のパラメータを調整するためのウィンドウをポップアップ表示させるためのボタン１００６と、を設定画面１０００に表示する。
　実行制御部４４は、教示部４３において教示された手順に従って、固定機構１１及びロボット３０に動作手順を実行させる。また、実行制御部４４は、誤差修正部４６が修正する動作手順を即座に反映させて固定機構１１及びロボット３０を動作させ得るよう構成されることが好ましい。
　力覚値取得部４５は、動作手順の実行の際に、力覚値検出器３３から、ワークＷとロボット３０の相互作用により生じる力を反映する力覚値を取得する。つまり、力覚値取得部４５は、ワークＷが固定機構１１に当接することで、ワークＷがロボット３０の把持機構３２を押し返す力の大きさ及び向きを取得する。
　誤差修正部４６は、力覚値取得部が取得した力覚値に基づいて、動作手順におけるロボットの位置及び姿勢の誤差を修正し、動作手順を最適化する。以下に、誤差修正部４６における誤差修正の詳細を説明する。
　図４Ａ及び図４Ｂは、本実施形態に係るワークＷを固定機構１１に供給して固定する際の動作を示す図である。ロボット３０は、ワークＷを固定機構１１に供給する際に、ワークＷを固定機構１１に供給する方向Ｌに沿って動作する。そして、ロボット３０により円柱形状のワークＷを把持爪１１２の中心位置付近に供給し、工作機械１０により把持爪１１２を閉じると、ワークＷは、ベース部材１１１の中心位置に固定される。
　固定機構１１のベース部材１１１に対してワークＷを正しい位置及び姿勢で供給できれば、把持爪１１２を閉じたときに、図４Ａに示すようにベース部材１１１とワークＷの中心軸とは一致する。この場合、工作機械１０は、良好な加工精度を得ることができる。
　しかし、ワークＷを供給する際に、ベース部材１１１に対してワークＷの位置及び姿勢の誤差が大きい場合、把持爪１１２を閉じたときに、図４Ｂに示すようにベース部材１１１とワークＷの中心軸がずれた状態で固定される場合がある。この場合、工作機械１０は、良好な加工精度を得ることはできない。
　そこで、誤差修正部４６は、以下に説明するようにワークＷと固定機構１１の位置及び姿勢の誤差を修正する処理（力覚値制御）を実行する。
　図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、ワークＷの姿勢誤差を修正する動作を示す図である。図５Ａに示すように、ロボット制御装置４０は、ロボット３０を制御し、ワークＷをベース部材１１１に位置決めする。ここで、図５Ａに示す例では、ワークＷは、ベース部材１１１に対して姿勢の誤差を生じている。その後、ロボット制御装置４０の誤差修正部４６は、力覚値に基づいて動作手順のパラメータを修正する力覚値制御を実行する。
　具体的には、誤差修正部４６は、力覚値制御を実行中において、ロボット３０を制御して、ワークＷを把持爪１１２のいずれか１つに押し付ける。すなわち、誤差修正部４６は、力覚値制御を実行中において、ワークＷを固定機構１１に供給する方向とは略直交する方向に対して、ロボット３０によってワークＷを固定機構１１に押し付ける。
　図５Ｂは、ワークＷを把持爪１１２に押し付けた場合におけるワークＷの姿勢を修正する動作を示す図である。図５Ｂに示すように、ロボット３０が、ワークＷを把持爪１１２に押し付けると、ワークＷと把持爪１１２との接触面の中央（回転中心Ｃ）の周りにモーメントＭ１が発生する。ここで、ワークＷを把持爪１１２に押し付けた力に対する反力を力Ｆとし、ワークＷの回転中心Ｃから、力Ｆが作用する位置までの距離を距離ｒ２とすると、モーメントＭ１は、［Ｍ１＝ｒ２×Ｆ］と表される。
　力覚値検出器３３が、モーメントＭ１を検出すると、誤差修正部４６は、ワークＷを固定機構１１に押し付けるモーメントが０となるように力覚値制御を実行する。すなわち、力覚値検出器３３が、モーメントＭ１を検出すると、誤差修正部４６は、ロボット３０により、回転中心Ｃを中心としてワークＷを回転させ、ワークＷの姿勢を修正する。これにより、図５Ｃに示すように、ワークＷは、モーメントＭ１が小さくなる方向へ回転し、ワークＷの姿勢の誤差が修正される。
　図６Ａ及び図６Ｂは、ワークＷの位置誤差を修正する動作を示す図である。図６Ａに示すように、ロボット制御装置４０は、ロボット３０を制御し、ワークＷをベース部材１１１の端面に位置決めする。ここで、図６Ａに示す例では、ワークＷは、ベース部材１１１に対して位置の誤差を生じている。その後、誤差修正部４６は、力覚値制御を実行する。
　具体的には、誤差修正部４６は、力覚値制御を実行中において、通信部４１を用いて数値制御装置２０へ制御信号を送信し、固定機構１１の把持爪１１２を閉じる動作を工作機械１０に実行させる。すなわち、数値制御装置２０は、ロボット３０及びロボット制御装置４０による力覚値制御に連動して、固定機構１１を作動する。
　把持爪１１２が閉じられると、図６Ｂに示すように、ワークＷは、把持爪１１２によって、ワークＷを固定機構１１に供給する方向とは略直交する方向に力Ｆ１を受ける。そして、力覚値検出器３３が、力Ｆ１を検出すると、誤差修正部４６は、力覚値制御の作用により、力Ｆ１が小さくなる方向へワークＷを移動させ、ワークＷの位置を修正する。
　このように力覚値制御中に、把持爪１１２を閉じると、ワークＷに位置の誤差が生じている場合、ワークＷは、力覚値制御の作用により、位置の誤差を無くす方向に移動する。なお、上述した力覚値制御は、例えば、インピーダンス制御、ダンピング制御等が用いられるが、これらに限定されない。
　また、工作機械１０は、固定機構１１の作動を、予め設定した回数繰り返してもよい。誤差修正部４６は、力覚値制御を実行中に、固定機構１１に把持爪１１２の開閉を所定回数繰り返させる。これにより、把持爪１１２の開閉の度に、ワークＷの位置及び姿勢の誤差が修正される。なお、固定機構１１が吸着機構である場合、工作機械１０は、力覚値制御を実行中に、ワークＷの吸着及び解放を所定回数繰り返させる。これにより、吸着及び解放の度に、ワークＷの位置及び姿勢の誤差が修正される。
　また、ロボット３０又は工作機械１０は、ワークＷの移動量を検出する移動量検出器を備え、誤差修正部４６は、固定機構１１が作動する際に、ワークＷの移動量が所定の距離又は所定の角度以下となるまで力覚値制御を繰り返してもよい。
　さらに、固定機構１１を作動している間に過大な力又はモーメントが発生した場合、工作機械１０は、固定機構１１によりワークＷを解放してから、再度固定機構１１を作動し、固定機構１１によりワークＷを固定してもよい。すなわち、工作機械１０は、固定機構１１が作動する際に、力覚値検出器３３の検出値が、過大な力又はモーメントを示す所定値以上である場合、固定機構１１の作動を中断し、固定機構１１によりワークＷを解放してから、再度固定機構１１を作動し、固定機構１１によりワークＷを固定してもよい。
　また、固定機構１１にワークＷを押し付けた後に固定機構１１を閉じる動作を行う方法を説明したが、固定機構１１を閉じた後にワークＷを押し付ける動作を行ってもよい。
　シミュレーション部４７は、動作手順のシミュレーションを実行し、シミュレーションの結果を表示する。シミュレーション部４７は、計算上の力覚値をシミュレーションの結果と共に表示することが好ましく、例えば力覚値の他、シミュレーション中の速度、接触閾値等のパラメータもシミュレーションの結果と共に表示可能に構成されてもよい。シミュレーション部４７によるシミュレーション結果の表示は、設定画面１０００の一部として行うことが好ましい。つまり、教示部４３によるシミュレーション結果の表示に用いることができるスペースを確保するよう構成されることが好ましい。シミュレーション部４７は、シミュレーション中に問題が発生する場合に、表示されたパラメータの中で異常な値になったものを識別可能に、例えばハイライト等により表示するよう構成されてもよい。これにより、問題が発生する原因となり得るパラメータをユーザが容易に把握できる。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、前述した実施形態に記載された効果は、本発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、前述した実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
　例として、本発明に係るロボット制御装置は、ワークの取り出しに係る動作手順についても同様に設定可能に構成され得る。
　１　加工システム
　１０　工作機械
　１１　固定機構
　１１１　ベース部材
　１１２　把持爪
　２０　数値制御装置
　３０　ロボット
　３１　アーム
　３２　把持機構
　３２１　把持指
　３３　力覚値検出器
　４０　ロボット制御装置
　４１　通信部
　４２　記憶部
　４３　教示部
　４４　実行制御部
　４５　力覚値取得部
　４６　誤差修正部
　４７　シミュレーション部
　Ｗ　ワーク

Claims (9)

  1. 　工作機械の固定機構へのワークの供給及び取り出しを行うロボットを制御するロボット制御装置であって、
    　前記固定機構の動作状態を指示又は確認する信号を送受信する通信部と、
    　前記通信部が送受信する前記信号の仕様を記憶する記憶部と、
    　前記通信部が送受信する前記信号を設定する教示部と、
    を備える、ロボット制御装置。
  2. 　前記教示部は、ユーザの入力を受付け、受付けた前記入力に基づいて前記固定機構及び前記ロボットによる前記ワークの供給又は取り出しの動作手順を設定する、請求項１に記載のロボット制御装置。
  3. 　前記固定機構及び前記ロボットに前記動作手順を実行させる実行制御部と、
    　前記動作手順の実行の際に、前記ワークと前記ロボットの相互作用により生じる力を反映する力覚値を取得する力覚値取得部と、
    　前記力覚値取得部が取得した前記力覚値に基づいて、前記動作手順における前記ロボットの位置及び姿勢の誤差を修正する誤差修正部と、
    を備える、請求項２に記載のロボット制御装置。
  4. 　前記教示部は、受付けた前記入力により前記固定機構の種類を特定する、請求項３に記載のロボット制御装置。
  5. 　前記実行制御部は、前記固定機構の種類に基づいてパラメータを設定する、請求項４に記載のロボット制御装置。
  6. 　前記動作手順のシミュレーションを実行し、前記シミュレーションの結果を表示するシミュレーション部をさらに備える、請求項２から５のいずれかに記載のロボット制御装置。
  7. 　前記教示部は、前記動作手順を単一の設定画面において設定可能に構成される、請求項２から６のいずれかに記載のロボット制御装置。
  8. 　前記教示部は、前記ロボットの動作パラメータを予め設定されるプリセット値に設定するよう構成され、前記設定画面は、前記プリセット値を修正するためのウィンドウをポップアップ表示させるボタンを含む、請求項７に記載のロボット制御装置。
  9. 　請求項１から８のいずれかに記載のロボット制御装置と、前記固定機構を有する工作機械と、前記ロボット制御装置に制御され、前記固定機構へのワークの供給及び取り出しを行うロボットと、を備える、加工システム。
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