(57)【要約】【課題】加工速度が指令速度から乖離することによる加工品質の変化を抑制して、安定した加工作業を行うためのロボットの動作指令生成方法を提供する。【解決手段】作業ツール１６の先端が沿って移動すべき加工経路Ｌは、始点Ｐsと終点Ｐeとの間の長さＤtの直線とする。総補間距離ＤNと経路情報に基づいて計算される経路長Ｄtとを比較し、ＤNがＤt以上となるまで、補間数Ｎを増加させる処理が続行される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所与の経路情報及び移動速度に基づいてロボットを移動させながら、被作業部材に対して該ロボットに取り付けられた作業ツールにより作業を行わせる際のロボットの動作指令生成方法において、
（ａ）前記所与の経路情報に基づいて、前記ロボットが作業を行う間に移動する経路の経路長を求めるステップと、
（ｂ）前記所与の移動速度及び所定の補間周期に基づいて、１補間当たりのロボットの移動距離を求めるステップと、
（ｃ）前記（ｂ）のステップで求めた１補間当たりの移動距離を積算して、前記ロボットが移動する総補間区間の長さを求めるステップと、
（ｄ）前記総補間区間の長さが前記（ａ）のステップで求めた経路長以上となるまで前記（ｃ）のステップを反復するステップと、
（ｅ）前記経路の始点から前記所定の補間周期毎に、前記所与の移動速度に相当する、前記経路に沿った方向の移動指令を出力するステップと、
を含むことを特徴とする、ロボットの動作指令生成方法。
【請求項２】
所与の経路情報及び移動速度に基づいてロボットを移動させながら、被作業部材に対して該ロボットに取り付けられた作業ツールにより作業を行わせる際のロボットの動作指令生成方法において、
（ａ）前記所与の経路情報に基づいて、前記ロボットが作業を行う間に移動する経路の経路長を求めるステップと、
（ｂ）前記経路長を前記所与の移動速度で除して仮の移動時間を求めるステップと、
（ｃ）所定の補間周期を積算して、前記ロボットが移動する総補間区間の移動時間を求めるステップと、
（ｄ）前記総補間区間の移動時間が前記（ｂ）のステップで求めた仮の移動時間以上となるまで前記（ｃ）のステップを反復するステップと、
（ｅ）前記経路の始点から前記所定の補間周期毎に、前記所与の移動速度に相当する、前記経路に沿った方向の移動指令を出力するステップと、
を含むことを特徴とする、ロボットの動作指令生成方法。
【請求項３】
前記（ｅ）のステップで出力した移動指令に基づいて、前記総補間区間の始点以前におけるロボットの加速指令、及び前記総補間区間の終点以後における減速指令をそれぞれ生成するステップをさらに含む、請求項１又は２に記載のロボットの動作指令生成方法。
【請求項４】
前記加速指令に基づく前記ロボットの加速処理終了後に前記作業ツールに作業を開始する指令を与えるステップと、前記減速指令に基づく前記ロボットの減速処理開始前であって前記ロボットが前記経路の終点に達したとき又は前記仮の移動時間が経過したときに前記作業ツールに作業を終了する指令を与えるステップとをさらに含む、請求項３に記載のロボット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、シーリングやレーザ加工等の作業を行うロボットの動作指令を生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、指定された経路に沿って移動してシーリングやレーザ加工等の作業を行うロボットの移動を制御する場合、ロボットの制御装置が所定の補間周期又は補間区間毎に移動指令を作成する。例えば特許文献１には、ロボット間の干渉判定を補間周期毎に行う干渉防止制御装置が開示されている。また特許文献２には、隣接する補間区間の継ぎ目（教示点）で速度の重ね合わせ処理を行うことにより、ロボットの動作を改善する技術が開示されている。
【０００３】
さらに特許文献３には、内挿処理を行って加減速する場合と行わずに加減速する場合との加速度の差（量子化誤差）が最小になるように補間周期を設定することにより、ロボットの加減速におけるトルクロスを低減し、加減速の所要時間を短縮する制御方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６８８５７号公報
【特許文献２】特開２００４−２５２８１４号公報
【特許文献３】特開平７−２２７７８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に補間周期は種々の条件や制約から設定されるため、設定された補間周期を用いる制御では、ロボットの移動速度（加工速度）が所望の値から乖離することが多い。例えば、所望の加工速度１０ｍ／分（≒１６６．６７ｍｍ／秒）にて、長さ１０ｍｍの直線加工を行う例を考える。なお、補間周期は１６ミリ秒に設定されているものとする。この場合、計算上の補間点数は３．７５個（（１０／１６６．６７）／０．０１６＝３．７５）となる。ここで補間点数は正の整数でなければならないので、通常は切り上げて４個となる。補間点数４個の場合の指令速度は、単純な定速移動の場合、１５６．２５ｍｍ／秒（（１０／４）／０．０１６＝１５６．２５）となる。よって、所望の加工速度１６６．６７ｍｍ／秒に比べて、約６．３％指令速度が低下することになる。このように、従来の技術では実際には補間周期の制約から、殆どの場合において所望の加工速度よりも実際の加工速度が減少することになる。
【０００６】
上述のように移動速度が所望の値から乖離することは、加工速度の影響が大きい加工作業、例えば加工品質が加工速度に対して非常に敏感に変化するような加工作業においては問題となり得る。このような加工作業では、複数の異なる形状の被加工部材に対してであっても同一の加工速度で加工作業を行うことが要求されるが、上述のように被加工部材毎に加工経路（加工距離）が異なるために指令速度も変わってしまい、加工作業の品質にばらつきが生じ得る。また教示作業者が教示修正作業を行ったことにより距離が変化した場合も、加工速度が変化してしまう。
【０００７】
そこで本発明は、このように加工速度が指令速度から乖離することによる加工品質の変化を抑制して安定した加工作業を行うためのロボットの動作指令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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所与の経路情報及び移動速度に基づいてロボットを移動させながら、被作業部材に対して該ロボットに取り付けられた作業ツールにより作業を行わせる際のロボットの動作指令生成方法において、（ａ）前記所与の経路情報に基づいて、前記ロボットが作業を行う間に移動する経路の経路長を求めるステップと、（ｂ）前記所与の移動速度及び所定の補間周期に基づいて、１補間当たりのロボットの移動距離を求めるステップと、（ｃ）前記（ｂ）のステップで求めた１補間当たりの移動距離を積算して、前記ロボットが移動する総補間区間の長さを求めるステップと、（ｄ）前記総補間区間の長さが前記（ａ）のステップで求めた経路長以上となるまで前記（ｃ）のステップを反復するステップと、（ｅ）前記経路の始点から前記所定の補間周期毎に、前記所与の移動速度に相当する、前記経路に沿った方向の移動指令を出力するステップと、を含むことを特徴とする、ロボットの動作指令生成方法を提供する。
【０００９】
また請求項２に記載の発明は、所与の経路情報及び移動速度に基づいてロボットを移動させながら、被作業部材に対して該ロボットに取り付けられた作業ツールにより作業を行わせる際のロボットの動作指令生成方法において、（ａ）前記所与の経路情報に基づいて、前記ロボットが作業を行う間に移動する経路の経路長を求めるステップと、（ｂ）前記経路長を前記所与の移動速度で除して仮の移動時間を求めるステップと、（ｃ）所定の補間周期を積算して、前記ロボットが移動する総補間区間の移動時間を求めるステップと、（ｄ）前記総補間区間の移動時間が前記（ｂ）のステップで求めた仮の移動時間以上となるまで前記（ｃ）のステップを反復するステップと、（ｅ）前記経路の始点から前記所定の補間周期毎に、前記所与の移動速度に相当する、前記経路に沿った方向の移動指令を出力するステップと、を含むことを特徴とする、ロボットの動作指令生成方法を提供する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の動作指令生成方法において、前記（ｅ）のステップで出力した移動指令に基づいて、前記総補間区間の始点以前におけるロボットの加速指令、及び前記総補間区間の終点以後における減速指令をそれぞれ生成するステップをさらに含む、動作指令生成方法を提供する。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の動作指令生成方法において、前記加速指令に基づく前記ロボットの加速処理終了後に前記作業ツールに作業を開始する指令を与えるステップと、前記減速指令に基づく前記ロボットの減速処理開始前であって前記ロボットが前記経路の終点に達したとき又は前記仮の移動時間が経過したときに前記作業ツールに作業を終了する指令を与えるステップとをさらに含む、動作指令生成方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所定の補間周期によらず、所望の移動速度と同じ速度でロボットを移動させることができる。従って本発明を加工速度が非常に重要な要素となる加工作業に適用すれば、加工精度の向上を図ることができる。また本発明は、形状が異なる複数の被加工部材に作業を行う場合や、作業者が加工経路に関する条件を変化させる教示作業を行った場合でも所望の移動速度を達成できる。
【００１３】
また本発明によれば、所望の移動速度でロボットを移動させるべき経路の前後におけるロボットの加減速指令も容易に作成することができる。
【００１４】
さらに本発明では、ロボットが所望の移動速度で移動する総補間区間の終点は、本来ロボットが所望の移動速度で移動すべき所与の経路の終点よりもいくらか後に設定されることになるが、作業を終了する指令は所与の経路の終点にロボットが達したときに発することができるので、何ら問題は生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明を実施するためのロボットシステム構成の一例を示す図である。本システム１０は、多関節ロボット１２と、ロボット１２を制御する制御装置１４とを有する。またロボット１２には、アーク溶接、レーザ溶接、スポット溶接又はシーリング等の加工作業を行うための作業ツール１６が装着され、作業ツール１６は加工装置１８に接続される。加工装置１８は、制御装置１４からの加工開始指令又は終了指令により制御され、作業ツール１６が行う加工作業に必要な加工エネルギを供給することができる。
【００１６】
図２は、本発明に係る動作指令生成方法の第１の実施形態の処理を説明するフローチャートである。なお一連の処理は制御装置１４が行うことができるが、他の装置が行うこともできる。
【００１７】
先ずステップＳ１０１において、ロボット１２に装着された作業ツール１６の先端（ここでは加工位置とする）が移動する経路の位置や形状を含む経路情報と、加工中の作業ツール先端の所望の移動速度ｖとを入力する。この移動速度は、作業ツールにより加工される被加工部材の加工精度が所望の範囲に収まるように定められた所与の値である。なおステップＳ１０１の操作は一般に作業者が行うが、他の方法で入力してもよい。
【００１８】
次にステップＳ１０２では、補間の個数（補間数）Ｎの初期値としてゼロを入力する。
【００１９】
次に補間数Ｎに１を加算し（ステップＳ１０３）、Ｎに１補間当たりの作業ツールの移動距離Ｄを乗じて総補間距離ＤNを求める（ステップＳ１０４）。ここで１補間当たりの移動距離Ｄは、上述の所望の移動速度ｖに所定の補間周期ｔを乗じることにより得られる。
【００２０】
次のステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で求めた総補間距離ＤNと、ステップＳ１０１で入力された経路情報に基づいて計算される経路長Ｄtとを比較する。ここでＤNがＤt未満であれば、処理はステップＳ１０３に戻る。従ってステップＳ１０５までの処理は、ＤNがＤt以上となるまで続行される。
【００２１】
ここまでの処理を模式化したものが図３である。この例では簡略化のため、作業ツール１６の先端が沿って移動すべき加工経路Ｌ（ここでは簡略化のため直線とする）は、始点Ｐsと終点Ｐeとの間の長さＤtの直線とする。上述のように、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５は総補間距離ＤNがＤt以上となるまで繰り返される。図３の例では、ＤNとＤtとの大小関係は、Ｎがｉに達したときに初めて逆転する。すなわちＤi-1＜Ｄt＜Ｄiである。
【００２２】
次にステップＳ１０６において、ｉ個の補間周期それぞれについて経路Ｌに沿った１補間当たりの移動指令を作成する。ここで、各補間周期において、ステップＳ１０１で入力された所望の移動速度が実現されるように移動指令が作成される。従って本例では、ｉ個の補間周期全てにおいて所望の移動速度ｖに等しい移動速度で作業ツールを移動させる移動指令が作成され、具体的には経路Ｌより終点Ｐe側にいくらか延長された点Ｐiまで所望の移動速度で作業ツールが移動する移動指令が作成・出力される。
【００２３】
次に、ステップＳ１０６で作成された移動指令に基づいて、以下に説明するように、加工経路Ｌの前後の作業ツールの加減速についての移動指令を作成する（ステップＳ１０７）。
【００２４】
図４は、ステップＳ１０７において作成される加工経路Ｌの前後の移動指令（具体的には作業ツール加減速に関する指令）による作業ツールの速度変化を示すグラフである。加工経路Ｌの手前の加速区間Ｌa（ここでは始点をＰss、終点をＰsとする）では、経路Ｌの始点Ｐsにおいて所望の移動速度ｖとなるように、作業ツールを加速する指令が作成される。加工経路Ｌにおいては作業ツールは所望の移動速度で移動を続けるが、上述のように加工経路Ｌの長さＤtより僅かに長い総補間距離ＤN（点ＰsとＰiとの間の距離）まで移動速度ｖでの移動指令が作成されているため、作業ツールは加工経路Ｌの終点Ｐeより僅かに先のＰiまで移動速度ｖで移動する。そしてＰi以降は、減速区間Ｌd（ここでは始点をＰi、終点をＰeeとする）において作業ツールを減速する指令が作成される。
【００２５】
従来の制御では、経路Ｌの終点Ｐeから減速を行うように移動指令を作成するため、補間周期が固定されている場合は、結果として移動速度が所望の入力値より低い値になっていた。従って実際の移動速度（加工速度）は作業者が意図したものと乖離し、加工品質に影響が及ぶ場合があった。特に、形状が異なる種々の被加工部材を加工する場合、形状によって経路長も当然に変化するので、加工速度が被加工部材毎に変化してしまい、加工品質のばらつきの一因となっていた。しかし本発明によれば、経路長によらず常に所望の移動速度での加工が実現できるので、安定した加工精度及び品質を得ることができる。
【００２６】
本発明では、作業者が教示（入力）するパラメータを、「所望の加工（移動）速度」、「必要な加工距離」、「加工開始位置」及び「加工方向」のみとし、「所望の加工速度」を実現するために実際に必要となる動作距離は、制御装置内部で自動的に計算を行い決定することができる。この場合、計算された動作距離は「必要な加工距離」に比べていくらか長くなる（図４のＰe〜Ｐi間）が、加工自体は必要な加工距離を移動し終えた（作業ツールがＰeに到達した）時点で停止すればよい。具体的には、通常、ロボットや付加軸による加工作業は、制御装置から加工装置に対して、加工開始や終了のタイミングをデジタル信号、アナログ信号又はシリアル指令等を送信することにより、加工装置が加工エネルギを放出することで行なわれる。従って「必要な加工距離」をロボットや付加軸が動作したタイミングで制御装置から加工終了の指令を加工装置に送信すればよい。なお、実際には指令の通信遅れを考慮して上記タイミングより少し時間的に早く指令を発する場合もあるが、そのような手法は一般的であるため、その詳細についてはここでは省略する。
【００２７】
また、本実施例では加工経路が直線である場合を説明したが、円、円弧又はスプライン曲線等の経路にも本発明が同様に適用可能であることは言うまでもない。
【００２８】
図５は、図２に類似し、本発明に係る動作指令生成方法の第２の実施形態の処理を説明するフローチャートである。第２の実施形態が第１の実施形態と基本的考え方は同じであるが、総補間距離の代わりに仮の移動時間を計算し利用する点で異なる。
【００２９】
具体的には、ステップＳ２０３において、総補間距離Ｄtを移動速度ｖで除して、作業ツールが経路Ｌを移動するのに要する移動時間を仮の移動時間Ｔtとして求め、ステップＳ２０６において、補間周期ｔに補間数Ｎを乗じた総補間区間の移動時間ＴNとＴtとを比較する。ここでＴNがＴt未満であれば、処理はステップＳ２０４に戻る。従ってステップＳ２０６までの処理は、ＴNがＴt以上となるまで続行される。従って作業ツールが経路Ｌを一定速度で移動する場合は、第２の実施形態は第１の実施形態と実質的には同じ処理を行うことになる。
【００３０】
図６は、第２の実施形態における作業ツールの移動形態を示す図であるが、第１の実施形態を示す図３における経路長を移動時間に置き換えた点以外は図３と同様である。また図７についても、横軸を距離から時間に置き換えた点以外は図４と同様である。このように経路の距離の代わりに移動時間を利用しても、本発明は実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を実施可能なロボットシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る動作指令生成方法の第１の実施形態を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態において、ロボットの作業ツールが所与の経路に沿って移動する状態を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態において、ロボットの作業ツールが所与の経路に沿って移動するときの速度変化を示すグラフである。
【図５】本発明に係る動作指令生成方法の第２の実施形態を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態において、ロボットの作業ツールが所与の経路に沿って移動する状態を示す模式図である。
【図７】第２の実施形態において、ロボットの作業ツールが所与の経路に沿って移動するときの速度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１０    ロボットシステム
１２    ロボット
１４    制御装置
１６    作業ツール
１８    加工装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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