(57)【要約】【課題】加速度や速度の変化に対応することができ、動作軌道上に複数の異なる動作速度を設定することができる多軸機械の動作指令生成装置および生成方法を提供する。【解決手段】複数の教示点から補間演算により軌道を生成する軌道計画部と、前記多軸機械の機構のデータと前記生成された軌道とから、前記教示点間を結ぶパスごとに加減速条件を決定する加減速条件決定部と、前記加減速条件をもとに加減速処理を行い動作指令を出力する加減速処理部と、前記動作指令を蓄積するバッファと、前記蓄積された動作指令から前記パス間の動作を合成する合成処理部とを備え、多軸機械を前記軌道に沿って動作させる多軸機械の動作指令生成装置において、前記加減速条件と前記パスの長さとから前記パス間の合成処理方法を決定し、前記加減速処理部および前記合成処理部へ指令する合成処理判断部を備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2005352574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の教示点から補間演算により軌道を生成する軌道計画部と、
前記多軸機械の機構のデータと前記生成された軌道とから、前記教示点間を結ぶパスごとに加減速条件を決定する加減速条件決定部と、
前記加減速条件をもとに加減速処理を行い動作指令を出力する加減速処理部と、
前記動作指令を蓄積するバッファと、
前記蓄積された動作指令から前記パス間の動作を合成する合成処理部とを備え、
多軸機械を前記軌道に沿って動作させる多軸機械の動作指令生成装置において、
前記加減速条件と前記パスの長さとから前記パス間の合成処理方法を決定し、前記加減速処理部および前記合成処理部へ指令する合成処理判断部を備えることを特徴とする多軸機械の動作指令生成装置。
【請求項２】
前記多軸機械が前記軌道を一定速度、あるいは前記パスごとに異なる速度で動作するよう教示した場合は、
前記合成処理判断部は、前記合成処理部に対しては前記軌道中の任意のパスの速度指令の減速開始点より次のパスとの合成処理を行うよう指令し、前記加減速処理部に対しては前記次のパスの加速度および指令速度を調整するよう指令し、
前記合成処理部は、前記パス間で合成された速度指令が教示速度に到達するまで指令速度を増減、あるいは保持する合成処理を行うことを特徴とする請求項１記載の多軸機械の動作指令生成装置。
【請求項３】
前記次のパスの教示速度が前記任意のパスの速度指令に比べ小さい、あるいは前記次のパスの移動量が小さい場合は、
前記加減速処理部は、前記任意のパスの指令速度を減少させ、
前記合成処理部は、前記次のパスの教示速度まで速度が低下する、あるいは前記移動量が充足する時点より前記次のパスとの合成処理を行うことを特徴とする請求項１記載の多軸機械の動作指令生成装置。
【請求項４】
複数の教示点から補間演算により軌道を生成する軌道計画部と、
前記多軸機械の機構のデータと前記生成された軌道とから、前記教示点間を結ぶパスごとに加減速条件を決定する加減速条件決定部と、
前記加減速条件をもとに加減速処理を行い動作指令を出力する加減速処理部と、
前記動作指令を蓄積するバッファと、
前記蓄積された動作指令から前記パス間の動作を合成する合成処理部とを備え、
多軸機械を前記軌道に沿って動作させる多軸機械の動作指令生成装置の生成方法において、
前記加減速条件と前記パスの長さとから前記パス間の合成処理方法を決定し、前記加減速処理部および前記合成処理部へ指令することを特徴とする多軸機械の動作指令生成方法。
【請求項５】
前記多軸機械が前記軌道を一定速度で動作するよう、あるいは前記パスごとに異なる速度で動作するよう教示した場合は、
前記軌道中の任意のパスの速度指令の減速開始点より次のパスとの合成処理を行い、
前記次のパスの加速度および指令速度を調整し、パス間で合成された速度指令が教示速度に到達するまで指令速度を増減、あるいは保持することを特徴とする請求項４記載の多軸機械の動作指令生成方法。
【請求項６】
前記次のパスの教示速度が前記任意のパスの速度指令に比べ小さい、あるいは前記次のパスの移動量が小さい場合は、
前記任意のパスの指令速度を減少させ、前記次のパスの教示速度まで速度が低下する、あるいは前記移動量が充足する時点より前記次のパスとの合成処理を行うことを特徴とする請求項４記載の多軸機械の動作指令生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットやＮＣのような多軸により構成され、補間演算制御機能を有する工作機械の動作指令生成装置および生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の産業用ロボットのような多軸機械では、多くの場合、教示された各点を結ぶそれぞれのパスごとに加減速処理を行い、状況に応じて隣接するパス間で動作が滑らかに継続するよう合成処理を行いながら軌道をトレースしていく。これは、膨大な動作軌道のデータをできるだけメモリに保持せず、また停止命令によって速やかにそのパスで動作を終了させるためである。
しかしながら、従来の方法では教示点間のパスの距離が短い場合、パスごとの加減速処理後の速度が教示速度に達しない速度に制限され、動作継続のための合成処理後も、パスごとに制限された速度で軌道上を動作する事になる。
また、制限された速度がパスごとに異なる場合、軌道上を一定速度で動作するように教示していても、実際の動作速度は変動してしまう。図１１にパスごとに制限された速度を、図１２に従来の方法で動作継続の合成処理を行った動作指令を示す。
そこで当出願人は特許文献１において、教示点間のパスの距離や教示点の数によらず、軌道上を教示速度で動作するようパスごとに加速度および速度を調整し、多軸機械の動作が滑らかに継続するように合成処理を行なう動作指令生成方法を提案した。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２７０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に示す方法では、教示速度および加速度が一定の場合には教示点間のパスの距離や教示点の数によらず、教示速度で軌道上を動作し、動作が滑らかに継続するよう合成処理された動作指令を生成することができたが、加速度が変化する場合には対応しておらず、さらに軌道を複数区間に分けそれぞれに異なる動作速度を設定することはできなかった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、加速度や速度の変化に対応することができ、動作軌道上に複数の異なる動作速度を設定することができる多軸機械の動作指令生成装置および生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、複数の教示点から補間演算により軌道を生成する軌道計画部と、前記多軸機械の機構のデータと前記生成された軌道とから、前記教示点間を結ぶパスごとに加減速条件を決定する加減速条件決定部と、前記加減速条件をもとに加減速処理を行い動作指令を出力する加減速処理部と、前記動作指令を蓄積するバッファと、前記蓄積された動作指令から前記パス間の動作を合成する合成処理部とを備え、多軸機械を前記軌道に沿って動作させる多軸機械の動作指令生成装置において、前記加減速条件と前記パスの長さとから前記パス間の合成処理方法を決定し、前記加減速処理部および前記合成処理部へ指令する合成処理判断部を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記多軸機械が前記軌道を一定速度、あるいは前記パスごとに異なる速度で動作するよう教示した場合は、前記合成処理判断部は、前記合成処理部に対しては前記軌道中の任意のパスの速度指令の減速開始点より次のパスとの合成処理を行うよう指令し、前記加減速処理部に対しては前記次のパスの加速度および指令速度を調整するよう指令し、前記合成処理部は、前記パス間で合成された速度指令が教示速度に到達するまで指令速度を増減、あるいは保持する合成処理を行うことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記次のパスの教示速度が前記任意のパスの速度指令に比べ小さい、あるいは前記次のパスの移動量が小さい場合は、前記加減速処理部は、前記任意のパスの指令速度を減少させ、前記合成処理部は、前記次のパスの教示速度まで速度が低下する、あるいは前記移動量が充足する時点より前記次のパスとの合成処理を行うことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、複数の教示点から補間演算により軌道を生成する軌道計画部と、前記多軸機械の機構のデータと前記生成された軌道とから、前記教示点間を結ぶパスごとに加減速条件を決定する加減速条件決定部と、前記加減速条件をもとに加減速処理を行い動作指令を出力する加減速処理部と、前記動作指令を蓄積するバッファと、前記蓄積された動作指令から前記パス間の動作を合成する合成処理部とを備え、多軸機械を前記軌道に沿って動作させる多軸機械の動作指令生成装置の生成方法において、前記加減速条件と前記パスの長さとから前記パス間の合成処理方法を決定し、前記加減速処理部および前記合成処理部へ指令することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、前記多軸機械が前記軌道を一定速度で動作するよう、あるいは前記パスごとに異なる速度で動作するよう教示した場合は、前記軌道中の任意のパスの速度指令の減速開始点より次のパスとの合成処理を行い、前記次のパスの加速度および指令速度を調整し、パス間で合成された速度指令が教示速度に到達するまで指令速度を増減、あるいは保持することを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記次のパスの教示速度が前記任意のパスの速度指令に比べ小さい、あるいは前記次のパスの移動量が小さい場合は、前記任意のパスの指令速度を減少させ、前記次のパスの教示速度まで速度が低下する、あるいは前記移動量が充足する時点より前記次のパスとの合成処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、教示点間のパスの距離や教示点の数によらず区間ごとに指令された速度かつ状況に応じた加速度で軌道上を動作するよう、パスごとの速度および加速度が調整され、速度変動を抑制し、速度指令を教示速度に保持したり教示速度へと加減速したりすることができる。
また、教示を行なう際にも速度変動を考慮する必要がないため、作業者の負荷を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は本発明の動作指令作成装置のブロック図である。なお、以下、多軸機械として多関節ロボットを例にとり、各部の機能について説明する。
１は予め教示された教示データを読み出し解釈する教示データ解釈部であり、２は教示データからロボットの軌道を算出する軌道計画部である。
３は加減速条件決定部で、算出された軌道とロボットの機構データをもとに、各教示点を結ぶパスごとの加減速条件を決定する。ロボットの機構データとは、具体的にはロボット各軸の位置関係やリンク長である。
４は合成処理判断部で、各パスの加減速条件および移動距離によりロボットの軌道を合成する処理方法を決定し、後述する加減速処理部５と合成処理部７へ出力する。
５は加減速処理部で、加減速条件と合成処理判断部４により決定された合成処理方法に基づいて加減速処理を行いパスごとの動作指令を出力する。動作指令は動作指令バッファ６に蓄積される。
７は合成処理部であり、動作指令バッファ６からパスごとの動作指令を読み出し、合成処理判断部４により決定された合成処理方法に基づいてロボットの軌道の合成処理を行う。
そして各軸データ生成部８にて合成処理の結果はロボットの機構データを用いて各軸への動作指令に変換され、各々サーボ制御器へ出力される。
【０００９】
続いて、動作指令生成方法について説明する。
図２に示すように３つの教示点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３により構成される２つのパスＬ１、Ｌ２があり、それぞれ教示速度Ｖ１、Ｖ２が設定されているとき、滑らかに動作を継続処理して、一つの軌道Ｌ３を合成する場合、大きく以下の４つのパターンに分けられる。
（１）パスＬ１で既に指令速度がＶ２に達している。
（２）パスＬ２を合成すると指令速度が教示速度Ｖ２に達することができる。
（３）パスＬ２を合成しても教示速度Ｖ２に達しない。
（４）パスＬ２の距離が短く、減速の必要がある。
この判断は、加減速条件決定部３の出力する加減速条件をもとに、合成処理判断部４にて行われる。
以下、それぞれのパターンにおける動作指令生成方法について説明する。
なお、加速度および減速度は、多軸機械の状態、例えば姿勢や負荷により、速度波形生成以前にパスごとに設定されるものとする。
【００１０】
上記（１）の場合、すなわちパスＬ１で既に指令速度がＶ２に達している場合、例えば、教示速度Ｖ２＝Ｖ１でパスＬ１で教示速度Ｖ１に到達するとすると、パスＬ１とパスＬ２を滑らかに動作継続し、図３の太線部のような速度指令波形により動作する軌道Ｌ３を合成するためには、パスＬ２の速度指令波形は、図４のように生成すればよい。
このとき、パスＬ２の移動距離をＳ、設定加速度をＡ２、設定減速度をＤ２（＞０）とし、パスＬ１の減速度をＤ１（＞０）、減速時間をＴ１３とすると、図４の３つの区間はそれぞれ以下のように生成される。
区間１の加速度Ａ２１は、Ａ２１＝Ｄ１となり、区間１の時間Ｔ２１は、
【００１１】
【数１】
2005352574.tif 000003
【００１２】
となる。
区間２の加速度Ａ２２は、Ａ２２＝Ｄ１―Ｄ２となり、区間２の時間Ｔ２２は、
【００１３】
【数２】
2005352574.tif 000004
【００１４】
となる。
区間３の加速度Ａ２３は、Ａ２３＝−Ｄ２となり、区間３の時間Ｔ２３は、
【００１５】
【数３】
2005352574.tif 000005
【００１６】
となる。
各区間の加速度および時間を以上のようにすることで、軌道Ｌ３を図３の太線部のような速度指令波形で動作させることができる。
なお、各区間の加速度および時間の演算処理は合成処理判断部４の指令に従って加減速処理手段５で行われ、動作指令バッファ６に蓄積された後、合成処理部７にて合成される。以下（２）〜（４）の場合においても同様である。
【００１７】
上記（２）の場合、すなわちパスＬ２を合成すると指令速度が教示速度Ｖ２に達することができる場合、例えば教示速度Ｖ２に対し、パスＬ１で速度Ｖmax１（ただし、Ｖ２＞Ｖmax１）に到達すると仮定すると、パスＬ１とパスＬ２を滑らかに動作継続し、教示速度Ｖ２に到達する図５の太線部のような速度指令波形により動作する軌道Ｌ３を合成するためには、パスＬ２の速度指令波形は、図６のように生成すればよい。このとき、パスＬ２の移動距離をＳ、設定加速度をＡ２、設定減速度をＤ２（＞０）とし、パス１の減速度をＤ１（＞０）、減速時間をＴ１２とすると、図６の４つの区間はそれぞれ、以下のように生成される。
区間１の加速度Ａ２１はＡ２１＝Ｄ１＋Ａ２となり、区間１の時間Ｔ２１は、
【００１８】
【数４】
2005352574.tif 000006
【００１９】
となる。
区間２の加速度Ａ２２はＡ２２＝Ｄ１となり、区間２の時間Ｔ２２は、
【００２０】
【数５】
2005352574.tif 000007
【００２１】
となる。
区間３の加速度Ａ２３はＡ２３＝０となり、区間３の時間Ｔ２３は、
【００２２】
【数６】
2005352574.tif 000008
【００２３】
となる。
区間４の加速度Ａ２４はＡ２４＝−Ｄ２となり、区間４の時間Ｔ２４は、
【００２４】
【数７】
2005352574.tif 000009
【００２５】
となる。
各区間の加速度および時間を以上のようにすることで、軌道Ｌ３を図５の太線部のような速度指令波形で動作させることができる。
【００２６】
上記（３）の場合、すなわちパスＬ２を合成しても教示速度Ｖ２に達しない場合、例えば、教示速度Ｖ２に対し、パスＬ１で速度Ｖmax1（ただし、Ｖ２＞Ｖmax１）に到達すると仮定すると、パスＬ１とパスＬ２を滑らかに動作継続し、速度Ｖmax2（ただし、Ｖ２＞Ｖmax2）に到達する図７の太線部のような速度指令波形により動作する軌道Ｌ３を合成するためには、パスＬ２の速度指令波形は、図８のように生成すればよい。このとき、パスＬ２の移動距離をＳ、設定加速度をＡ２、設定減速度をＤ２とし、パスＬ１の減速度をＤ１、減速時間をＴ１２とすると、Ｖmax2は次式のように求められる。
【００２７】
【数８】
2005352574.tif 000010
【００２８】
図８に示すパスＬ２の３つの区間はそれぞれ、以下のように生成される。
区間１の加速度Ａ２１はＡ２１＝Ｄ１＋Ａ２となり、区間１の時間Ｔ２１は、
【００２９】
【数９】
2005352574.tif 000011
【００３０】
となる。
区間２の加速度Ａ２２はＡ２２＝Ｄ１−Ｄ２となり、区間２の時間Ｔ２２は、
【００３１】
【数１０】
2005352574.tif 000012
【００３２】
となる。
区間３の加速度Ａ２４はＡ２４＝−Ｄ２となり、区間３の時間Ｔ２３は、
【００３３】
【数１１】
2005352574.tif 000013
【００３４】
となる。
各区間の加速度および時間を以上のようにすることで、軌道Ｌ３を図７の太線部のような速度指令波形で動作させることができる。
【００３５】
上記（４）の場合、すなわちパスＬ２の移動距離が短く、減速の必要がある場合、例えば、目標速度Ｖ２に対し、パスＬ１で速度Ｖmax１（ただし、Ｖ２＞Ｖmax１）に到達すると仮定すると、パスＬ１とパスＬ２を滑らかに動作継続し、減速する図９の太線部のような速度指令波形により動作する軌道Ｌ３を合成するためには、パスＬ２の速度指令波形は、図１０のように生成すればよい。このとき、パスＬ２の移動距離をＳ、設定加速度をＡ２、設定減速度をＤ２とし、パスＬ１の減速度をＤ１、減速時間をＴ１２とすると、動作継続開始速度Ｖhold2は次式のように求められる。
【００３６】
【数１２】
2005352574.tif 000014
【００３７】
図１０に示すパスＬ２の２つの区間はそれぞれ、以下のように生成される。
区間１の加速度Ａ２１はＡ２１＝Ｄ１-Ｄ２となり、区間１の時間Ｔ２１は、
【００３８】
【数１３】
2005352574.tif 000015
【００３９】
となる。
区間２の加速度Ａ２２はＡ２２＝―Ｄ２となり、区間２の時間Ｔ２２は、
【００４０】
【数１４】
2005352574.tif 000016
【００４１】
となる。
各区間の加速度および時間を以上のようにすることで、軌道Ｌ３を図９の太線部のような速度指令波形で動作させることができる。
【００４２】
本発明の動作指令生成方法を用いて、動作継続の合成処理を行った例を図１１に示す。この例では５つの教示点間を結ぶ４つのパスのうち最初の３つのパスの教示速度を１ｍ／秒、最後のパスの教示速度を０．９ｍ／秒に設定している。また、加減速度は、パスごとに異なっている。図１３は合成処理を行わない場合の各パスの速度指令である。
同様の教示点に対し、従来の方法で動作継続の合成処理を行った結果が図１２である。
図１１と図１２とを比較すると、教示速度に応じて到達速度を上昇させることができ、また、動作時間を短縮していることが確認できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、産業用ロボットやＮＣなどの多軸機械の動作特性の向上に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の動作指令生成装置のブロック図
【図２】本発明の動作指令方法を適用する教示点、パス、軌道を示す図
【図３】パスＬ１で指令速度がＶ２に達している場合の軌道Ｌ３の速度指令を示す図
【図４】パスＬ１で指令速度がＶ２に達している場合の合成前パスＬ２の速度指令を示す図
【図５】パスＬ２を合成すると指令速度がＶ２に達する場合の軌道Ｌ３の速度指令を示す図
【図６】パスＬ２を合成すると指令速度がＶ２に達する場合の合成前パスＬ２の速度指令を示す図
【図７】パスＬ２を合成しても指令速度がＶ２に達しない場合の軌道Ｌ３の速度指令を示す図
【図８】パスＬ２を合成しても指令速度がＶ２に達しない場合の合成前パスＬ２の速度指令を示す図
【図９】パスＬ２の移動距離が短く、減速が必要な場合の軌道Ｌ３の速度指令を示す図
【図１０】パスＬ２の移動距離が短く、減速が必要な場合の合成前パスＬ２の速度指令を示す図
【図１１】本発明の動作指令生成方法により生成される速度指令の例を示す図
【図１２】従来の動作指令生成方法により生成される速度指令の例を示す図
【図１３】動作継続の合成処理をしない場合の各パスの速度指令の例を示す図
【符号の説明】
【００４５】
１  教示データ解釈部
２  軌道計画部
３  加減速条件決定部
４  合成処理判断部
５  加減速処理部
６  動作指令バッファ
７  合成処理部
８  各軸データ生成部
９  パスＬ１の速度指令
１０  パスＬ２の速度指令
１１  軌道Ｌ３の速度指令
１２  教示速度Ｖ２
１３  区間１の加速度Ａ２１
１４  区間２の加速度Ａ２２
１５  区間３の加速度Ａ２３
１６  区間４の加速度Ａ２４
１７  区間１の時間Ｔ２１
１８  区間２の時間Ｔ２２
１９  区間３の時間Ｔ２３
２０  区間４の時間Ｔ２４
２１  パスＬ１の到達速度Ｖmax1
２２  パスＬ２の到達速度Ｖmax2
２３  パスＬ２の動作継続開始速度Ｖhold2
２４  パスαの速度指令
２５  パスβの速度指令
２６  パスγの速度指令
２７  パスδの速度指令
【図１】
2005352574.tif 000017
【図２】
2005352574.tif 000018
【図３】
2005352574.tif 000019
【図４】
2005352574.tif 000020
【図５】
2005352574.tif 000021
【図６】
2005352574.tif 000022
【図７】
2005352574.tif 000023
【図８】
2005352574.tif 000024
【図９】
2005352574.tif 000025
【図１０】
2005352574.tif 000026
【図１１】
2005352574.tif 000027
【図１２】
2005352574.tif 000028
【図１３】
2005352574.tif 000029