JPH04353906A - 移動体の移動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元測定機の測定子
やロボットアーム等の移動体の移動制御装置に関し、特
にホストコンピュータから与えられる現在点から目標点
及び途中通過点の数値データによって移動体を制御する
移動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】三次元測定システムにおいては、例えば
ホストコンピュータのパートプログラムによってプロー
ブの移動制御が行われる。ホストコンピュータから与え
られる移動指令データは、通常は移動すべき目標点及び
途中通過点の三次元座標値を指示したデータである。途
中通過点のデータは、ワークとプローブとの干渉を防止
するために与えられる。ＣＮＣ三次元測定機用のコント
ローラ（ＣＭＭＣ；Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　Ｍｅａｓｕ
ｒｉｎｇ　Ｍａｃｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）は、
ホストコンピュータから送られる移動指令が連続した場
合には、各指令に対してその都度位置決めを行うことに
より、プローブの移動制御を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな制御方式であると、途中通過点を境としてプローブ
の移動方向が変化するため、途中通過点を通過する前後
でプローブを速度０まで減速させ再度加速させるという
処理が必ず行われる。このため、加減速処理に伴う時間
的なロスが発生し、測定時間が長くなるという問題点が
ある。このような問題は、ＣＮＣ三次元測定機のみなら
ず、ＣＮＣ工作機械やロボットにも同様に発生する。

【０００４】本発明は、移動コマンドの形態を従来とな
んら変えることなく、移動体の移動経路の短縮及び移動
時間の短縮を図ることができる移動体の移動制御装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る移動体の移
動制御装置は、目標点の座標値と目標点に至るまでの途
中通過点の座標値とを含む移動コマンドを解釈する移動
コマンド解釈手段と、上記移動コマンドの解釈結果に基
づいて移動体の現在点から途中通過点に至る経路及び前
記途中通過点から目標点に至る経路を指定した移動コマ
ンドを夫々分解する移動コマンド分解手段と、この手段
で分解された前記各移動コマンドのうち前記途中通過点
を含む経路を指定した移動コマンドを前記現在点から続
く経路と前記目標点に続く経路とを滑らかに弧状に接続
する弧状経路補間コマンドに置き換える弧状経路補間コ
マンド生成手段とを備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明によれば、移動コマンドが与えられると
、移動コマンド解釈手段がこれを例えば先読みして解釈
し、移動コマンド分解手段が現在点から移動コマンドの
指定した途中通過点に至る経路及び途中通過点から目標
点に至る経路を夫々分解する。そして、弧状経路補間コ
マンド生成手段が両経路を移動体が滑らかに弧状（例え
ば二次元若しくは三次元円弧又は放物線状等）に移動す
るような弧状経路補間コマンドを生成する。

【０００７】このため、本発明によれば、移動体の移動
距離が短縮されるのに加え、移動体の加減速を抑えるこ
とができるので、目標とする位置までの移動時間を従来
よりも大幅に短縮することができ、作業時間の短縮を図
ることができる。しかも、本発明によれば、ホストコン
ピュータ側から与えられる移動コマンド自体は従来と何
ら変更する必要はないため、ホスト側の制御プログラム
を変更する必要もない。

【０００８】

【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明の実施例
を説明する。図１は、本発明の一実施例に係る三次元測
定システムの構成を示すブロック図である。このシステ
ムは、ホストコンピュータ１、コントローラ２及びＣＮ
Ｃ三次元測定機３とから構成されている。ホストコンピ
ュータ１は例えばパートプログラムに従ってプローブの
移動コマンドを出力する。コントローラ２は、ホストコ
ンピュータ１から与えられる移動コマンドを解釈及び実
行し、三次元測定機３のプローブを駆動するＸ軸モータ
１７、Ｙ軸モータ１８及びＺ軸モータ１９を駆動制御す
るもので、通信制御処理部１１、システム管理部１２、
移動前処理部１３、移動補間処理部１４及びディジタル
サーボ処理部１５から構成されている。

【０００９】図２は、コントローラ２の機能を示すブロ
ック図である。移動コマンドバッファ２１は、ホストコ
ンピュータ１から供給される移動コマンドを受信するバ
ッファで、図１における通信制御処理部１１がこの機能
を司っている。

【００１０】移動コマンド先読み・解釈部２２は、移動
コマンドバッファ２１にバッファリングされた移動コマ
ンドを先読み及び解釈し、移動距離等の諸条件に合致し
た移動コマンドのみ移動コマンド分解部２３に供給する
。移動コマンド分解部２３は、移動コマンドを分解し、
次の移動コマンドが先読み可能であった場合に自動半径
調整部２４にこれを伝え、移動コマンドが先読みできな
かった場合には、円弧補間不可として移動コマンド生成
部２５にこれを伝える。移動コマンド生成部２５は、円
弧補間不可の場合に従来と同様な処理を行って実行用コ
マンドを生成する。自動半径調整部２４は、円弧補間は
可能であっても移動経路が鋭角になる場合や移動距離が
小さい場合に、自動的に円弧部の半径調整を行う。円弧
補間コマンド生成部２６は、円弧補間が可能であった場
合に実行用の直線部と円弧部の移動コマンドを生成する
。これら各部２２〜２６は、図１におけるシステム管理
部１２及び移動前処理部１３によって実行処理される。

【００１１】実行用移動コマンドバッファ２７は、図１
における移動補間処理部１４で実現される機能で、移動
コマンド生成部２５及び円弧補間コマンド生成部２６で
生成された実行用の移動コマンドをバッファリングする
。移動コマンド実行部２８は、コマンドバッファ２７に
バッファリングされた実行用移動コマンドを実行して三
次元測定機３を駆動制御する部分で、図１のディジタル
サーボ処理部１５がこの処理を担当する。

【００１２】次に、このコントローラ２の動作について
説明する。図３はコントローラ２の動作を示すフローチ
ャート、図４及び図５は円弧補間処理の具体例を説明す
るための図である。なお、本システムでは、ホストコン
ピュータ１から移動コマンドが逐次出力される場合と、
一括して出力される場合のいずれの場合にも対応可能で
あるが、ここでは一例として逐次指令が与えられた場合
について説明する。

【００１３】円弧軌道半径Ｒの初期値は、例えば図４に
示すように、プローブ先端球３１の半径及びプローブ先
端球３１とワーク３２との間隔等によって適宜決定すれ
ばよい。例えばプローブ先端球３１の半径が１ｍｍ、プ
ローブ３１とワーク３２との間隔が２ｍｍであるとする
と、プローブ先端球３１とワーク３２とが接触しない程
度の半径Ｒとしては、３ｍｍ程度に設定することができ
る。

【００１４】ホストコンピュータ１から順次出力される
移動コマンドは、移動コマンドバッファ２１に順次格納
され、移動コマンド先読み・解釈部２２で先読み及び解
釈される（Ｓ１）。いま、図５に示すように、プローブ
先端球３１の現在点がＰ０　であり、移動コマンドＣ１
として、途中通過点Ｐ１　が与えられたとすると、先ず
、Ｐ０　〜Ｐ１　の距離Ｌが計算され、このＬがＲより
も小さい場合には、半径Ｒでの円弧補間が不可能である
ため、Ｒ＝Ｌ／２に設定して処理を続行する（Ｓ２，Ｓ
３）。

【００１５】次に、移動コマンドＣ１　で指定された距
離Ｌが自動円弧補間処理を十分に実行し得る距離である
かどうかを判定する（Ｓ４）。即ち、プローブ半径１ｍ
ｍを円弧補間時に可能な最小半径値Ｒｍｉｎ　、その時
点での指令移動最高速度をＶ、コントローラ２がホスト
コンピュータ１から移動コマンドを受け取ったのちに、
そのコマンドを解釈し、自動円弧補間制御指令を出力す
るまでの時間をｔ、安全率をα（α≧１）とすると、こ
こでは下記数１の判定を行えば良い。

【００１６】

【数１】Ｌ≧Ｒｍｉｎ　＋Ｒ＋Ｖ（ｔ×α）

【００１７
】なお、ｔの値は実際のシステムで厳密に特定すること
が困難であり、安全率αには余裕を持った値を設定する
。距離Ｌが数１の条件に適合しなかった場合には、円弧
補間処理の時間的余裕がないため、円弧補間処理はされ
ず、従来のポジショニング・ファクタ（位置決め幅）に
よる移動コマンド生成処理を実行する（Ｓ１０）。距離
Ｌが数１の条件に適合した場合には、移動コマンドＣ１
（Ｐ０　〜Ｐ１　）を移動コマンドＣ１１（Ｐ０　〜Ｐ
Ａ　）、Ｃ１２（ＰＡ　〜Ｐ１　）に分解する（Ｓ５）
。ＰＡ　はＰ１　の手前の位置とする。つまり、移動コ
マンドＣ１　が指令された時点では、まだＰ２　の位置
が不明であるため、仮に移動コマンドＣ２がＣ１　に対
して直角に移動させるコマンドであると想定して処理を
進める。移動現在位置がＰＡ　の手前のＶ（ｔ＋α）の
範囲に入る前にホストコンピュータ１から次のコマンド
であるＣ２　（Ｐ１　〜Ｐ２　）を受信した場合に限り
、円弧コマンドＣ１　′（ＰＡ　〜ＰＢ　）と直線コマ
ンドＣ２１（ＰＢ　〜ＰＣ　）とが生成されて自動円弧
補間される（Ｓ９）。ホストコンピュータ１からの次の
移動コマンドの受信が遅れた場合及び移動コマンドが同
一直線上の移動を指示している場合は、いずれも円弧補
間がなされず、プローブ球３１はＰ１　まで移動する（
Ｓ６，Ｓ１０）。

【００１８】円弧補間可能であっても、例えば図５のＰ
２　点のように、移動経路が鋭角になっている場合や、
移動距離が短い場合は、ワークとの干渉を防止するため
、自動半径調整を行う（Ｓ７）。半径調整の結果、半径
Ｒ′がプローブ半径１ｍｍよりも小さくなった場合には
、円弧補間を行わず、従来の移動コマンド生成処理を実
行する（Ｓ８，Ｓ１０）。そうでない場合には、円弧補
間処理を実行する（Ｓ９）。以上の処理を繰り返すこと
により、プローブの移動経路の短縮と加減速の抑制とに
よる移動時間の短縮を図ることができる。

【００１９】本システムによれば、図６に示すように、
Ｐ０　を現在点、Ｐ１　を途中通過点、Ｐ２　を目標点
とし、Ｐ０　〜Ｐ１　とＰ１　〜Ｐ２　とが直交してい
るとすると、円弧軌道ＰＡ　〜ＰＢ　は、直線軌道（Ｐ
Ａ　〜Ｐ１　＋Ｐ１　〜ＰＢ　）の０．７８５　倍であ
るから、この部分での移動距離を０．２１５　（ＰＡ〜
Ｐ１　＋Ｐ１　〜ＰＢ　）だけ短縮することができる。

【００２０】図７は、図６の移動処理において、円弧補
間をしない場合（ａ）とした場合（ｂ）の速度パターン
を比較して示す図である。即ち、図中（ａ）に示す従来
方式では、現在点Ｐ０　から途中通過点Ｐ１　を経て目
標点Ｐ２　に至る間に途中通過点Ｐ１　で一旦速度を０
にする必要がある。このため、プローブ移動時の加減速
に時間を要している。これに対し、本方式では、円弧軌
道ＰＡ　，ＰＢ　の部分で、直線部分Ｐ０　〜ＰＡ　，
ＰＢ　〜Ｐ２　よりも僅かに速度を減速させればよく、
停止させる必要がないので、その分だけプローブの移動
時間を短縮することができる。

【００２１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、直線から円弧、円弧から直線のつ
なぎ目に制御応答特性に基づきポジショニング・ファク
タによる位置決め制御を行うようにしてもよい。円弧半
径が不適などの理由で円弧部においてプローブがワーク
に接触してエラーが発生した場合には、その部分におい
て座標値制御への切替を自動的に行い、移動処理を続行
するようにしてもよい。また、円弧軌道での移動中には
半径偏差（縮み）が発生することが知られているが、予
め円弧指令に補正量を加味して制御することも考えられ
る。また、円弧部で達成できる移動速度は、機械の耐加
速度からみると直線部のそれとは異なるため、直線部か
ら円弧部、円弧部から直線部にも制御対称機械に適応し
た加減速処理を行うことが望ましい。

【００２２】また、本発明は、特に三次元測定機の測定
子のみならず、ロボットアーム等の移動制御にも適用可
能であることはいうまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、移
動体の移動距離が短縮されるのに加え、移動体の加減速
を抑えることができるので、目標とする位置までの移動
時間を従来よりも大幅に短縮することができ、作業時間
の短縮を図ることができる。しかも、本発明によれば、
ホストコンピュータ側から与えられる移動コマンド自体
は従来と何ら変更する必要はないため、ホスト側の制御
プログラムをなんら変更する必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例に係るＣＮＣ三次元測定
システムの構成を示すブロック図である。

【図２】　　同システムにおけるコントローラの機能ブ
ロック図である。

【図３】　　同コントローラの動作を示すフローチャー
トである。

【図４】　　円弧軌道の半径とプローブ球及びワークと
の関係を示す図である。

【図５】　　プローブの移動経路の一例を示す図である
。

【図６】　　プローブの移動距離の短縮量を説明するた
めの図である。

【図７】　　同システムにおけるプローブの移動時間と
移動速度との関係を従来例と比較して示す図である。

【符号の説明】

１…ホストコンピュータ、２…コントローラ、３…三次
元測定機、１１…通信制御処理部、１２…システム管理
部、１３…移動前処理部、１４…移動補間処理部、１５
…ディジタルサーボ処理部、２１…移動コマンドバッフ
ァ、２２…移動コマンド先読み・解釈部、２３…移動コ
マンド分解部、２４…自動半径調整部、２５…移動コマ
ンド生成部、２６…円弧補間コマンド生成部、２７…実
行用移動コマンドバッファ、２８…移動コマンド実行部
。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　目標点の座標値と目標点に至るまでの
   途中通過点の座標値とを含む移動コマンドを解釈する移
   動コマンド解釈手段と、上記移動コマンドの解釈結果に
   基づいて移動体の現在点から途中通過点に至る経路及び
   前記途中通過点から目標点に至る経路を指定した移動コ
   マンドを夫々分解する移動コマンド分解手段と、この手
   段で分解された前記各移動コマンドのうち前記途中通過
   点を含む経路を指定した移動コマンドを前記現在点から
   続く経路と前記目標点に続く経路とを滑らかに弧状に接
   続する弧状経路補間コマンドに置き換える弧状経路補間
   コマンド生成手段とを備えたことを特徴とする移動体の
   移動制御装置。
2. 【請求項２】　　前記移動コマンド解釈手段は、ホスト
   コンピュータから逐次送信される前記移動コマンドを先
   読み及び解釈する移動コマンド先読み・解釈手段である
   ことを特徴とする請求項１記載の移動体の移動制御装置
   。
3. 【請求項３】　　前記弧状経路補間コマンド生成手段は
   、現在点から途中通過点までの移動距離が所定の距離よ
   りも短い場合には前記弧状経路補間コマンドを生成しな
   いものであることを特徴とする請求項１又は２記載の移
   動体の移動制御装置。
4. 【請求項４】　　前記弧状経路補間コマンド生成手段は
   、現在点から途中通過点を経て目標点に至るまでの移動
   経路のなす角度に応じて前記弧状経路の曲率半径を調整
   するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れか１項記載の移動体の移動制御装置。