JPH09218705A - ロボットにおけるワーク加工プログラムの自動作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワーク加工プログラムをティーチングによる
ことなく数値的に計算して作成することができるロボッ
トにおけるワーク加工プログラムの自動作成方法を提供
することを目的とする。 【解決手段】 ワークの諸元に基づきパソコン３で作成
した加工プログラムに基づきロボットコントローラ２が
予め作成している位置データを有しない複数の基準加工
プログラムの中から一種類を選択するとともにこの基準
加工プログラムと、ワークの諸元に基づきパソコン３で
作成した測定プログラムによりワークの所定位置の座標
を計測して得る実計測位置データとを組合せることによ
り、基準ワークと相似形のワークの加工プログラムを作
成するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロボットにおけるワ
ーク加工プログラムの自動作成方法に関し、特に加工経
路のティーチングを必要とする加工用ロボットに適用し
て有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】手先に工具を取り付けたロボットで、図
１７に示すような曲面ＡＢＣＤを磨く場合、ティーチン
グでその曲面ＡＢＣＤを囲む４点を教示点としてロボッ
トコントローラに入力し、その後ロボットコントローラ
によりロボットの手先位置を制御して工具に、図１７中
に矢印で示すような軌跡を辿らせている。図１７中、実
線の矢印が面を磨く時の軌跡、点線の矢印が次の研磨位
置に移行する時の軌跡である。

【０００３】かかる加工用のロボットにおいては、その
手先位置が上述の如き軌跡を描くよう、加工経路の教示
のためのティーチング作業が必須になる。このティーチ
ング作業は、あるワークに対して一度行なえばその後の
加工作業においてティーチング作業に基づく加工経路通
りにロボットが動作する為、ワークの種類が少なく、し
かも加工数量が多い場合にはロボットの有効利用を図り
得る点で有用である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ワークの種
類が数百、数千種となると、種類が異なるワーク毎のテ
ィーチング作業に多大な時間を要し、またそれに伴なう
費用も膨大となり、結果的にロボットによる自動化のメ
リットがなくなるという問題を生起する。

【０００５】本発明は、上記従来技術に鑑み、ワーク加
工プログラムをティーチングによることなく数値的に計
算して作成することができるロボットにおけるワーク加
工プログラムの自動作成方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、予め作成しておいた基準加工プログラムを
利用して基準ワークと相似形のワークを、制御手段によ
り手先位置等を制御するように構成したロボットにより
加工する場合の加工プログラムの自動作成方法におい
て、入力されたワークの型式により特定される測定ポイ
ントの座標を演算して測定ポイントデータを作成する工
程と、測定ポイントデータを、予め作成してある測定用
プログラムの中の変数に取り込み実測定用プログラムを
作成する工程と、実測定用プログラムによりロボットを
制御してワークの計測を行ない、このワークの各測定ポ
イントにおける位置データを得、この位置データと基準
加工プログラムを組合せることにより当該ワークに固有
の加工プログラムを作成する工程とを有することを特徴
とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。

【０００８】図１は本形態に係るワーク加工プログラム
の自動作成方法を実現するロボットシステムを示す構成
図である。同図中、１はロボット、２はロボットコント
ローラ、３は演算処理部であるパソコンである。ここで
ロボット１は、ロボットコントローラ２により、これが
内蔵する加工プログラムに基づきその手先１ａの位置を
制御され、この手先１ａに取り付けた工具４によりワー
ク５に所定の加工を施すように構成してある。

【０００９】本発明は、かかるロボットシステムにおけ
るワーク加工プログラムの自動作成方法を提供するもの
であるが、このワーク加工プログラムで加工されるワー
クは、ティーチングにより加工プログラムを作成する基
準ワークの相似形であること、及び加工面も数値的に求
めることができることが前提となる。

【００１０】ここで、「数値的に求めることができる」
とは、センサー等で加工面の位置が検出可能であること
をいう。ちなみに、複雑な形状のバリ取り等では、全て
の加工面をセンサー等で検出することは困難な場合があ
る。

【００１１】図２はこの種のワークの一例で、曲り管
（９０°タイプのエルボ）である場合である。同図
（ａ）はこのワークの平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ線断面図、同図（ｃ）は（ｂ）のＢ部分の拡大図で
ある。

【００１２】本形態では図２に示すエルボをワーク５と
するものであり、このワーク５のルートフェイス部５ａ
及び開先部５ｂを一端から他端迄、９０°加工すること
を考える。

【００１３】この加工の場合、ロボットコントローラ２
の円弧補間命令を使用することにより、それぞれ５点、
すなわちルートフェイス部５ａの加工に対して図２
（ａ）中の，，，，、開先部５ｂの加工に対
して同図（ａ）中の，，，，(10)の各点をティ
ーチングすれば自動運転時、ルートフェイス部５ａ及び
開先部５ｂの所望の加工を行なうことができる。

【００１４】ところが、ワークの種類（タイプ）が数
百、数千以上になるとティーチングでは対応できないの
が現実である。

【００１５】そこで、本形態ではワークの加工プログラ
ムをパソコンで数値的に計算して作成することとした。
すなわち、円弧補間命令を使用する上記加工と同様の動
作をする基準加工プログラムを作成し、この基準加工プ
ログラムをロボットコントローラ３に内蔵しておき、こ
の基準加工プログラムを利用してワーク５の加工プログ
ラムを自動作成する。具体的には次の通りである。

【００１６】1) 先ず、基準となる、ロボット１のワー
ク測定姿勢及び加工姿勢を、基準ワークを用いてそれぞ
れティーチングし、基準測定姿勢データ及び基準加工姿
勢データを作成して両データをロボットコントローラ３
に記憶させる。

【００１７】2) ワーク５の曲率半径Ｒ、口径φ等、ワ
ーク５の型式を表わす型式情報をパソコン３に入力す
る。

【００１８】3) パソコン３で、型式情報に基づき測定
ポイントの座標を演算することにより測定ポイントデー
タを作成し、この測定ポイントデータをロボットコント
ローラ２に送信する。

【００１９】4) ロボットコントローラ２で、測定ポイ
ントデータを、予め作成してある測定用プログラムの中
の変数に取り込むとともに基準測定姿勢データと合わせ
ることにより実測定用プログラムに作成する。

【００２０】5) 実測定用プログラムに基づきロボット
１を制御して非接触のレーザセンサによりワーク５の所
定の計測を行ない、このワーク５の各測定ポイントにお
ける位置データを得る。ティーチングを行なうことなく
演算のみで当該ワーク５を加工するための軌道を算出す
るためであり、さらに詳細には、この場合のワークパタ
ーンの入力ミスのチェック及び理論的な位置関係と実際
の位置関係との誤差を補正するためである。

【００２１】6) 5)における測定作業の間に、パソコン
３にワーク５の加工条件を入力し、この加工条件に対応
する加工手順を表わす加工プログラム（位置データは有
していない）を作成するとともに、測定ポイントデータ
に基づく各測定ポイントから加工軌道へシフトする量を
演算し、このシフト量を加工プログラム中に取り込んで
おく。

【００２２】ここで加工条件とは、図３（ａ）〜（ｃ）
に示すようなＶ型，Ｙ型，Ｘ型の各種の開先パターン、
図４に示すような開先角度、図５に示すようなネック５
ｃの有無、図６に示すようなパス数等、後述の表１に示
す内容をいう。

【００２３】このように、加工条件の中にはパス数（加
工経路の数）というのがあり、これはワーク５の肉厚と
工具４の加工幅との関係で決まるが、ロボットコントロ
ーラ２側では、このパス数別に加工プログラムを作成し
ておくのは大変な為、本形態ではループで繰り返し行う
方式として１ループ毎にパソコン３からロボットコント
ローラ２へ位置データを送る方式を採る。

【００２４】7) ロボット１で測定した位置データをロ
ボットコントローラ２を介してパソコン３に伝送する。

【００２５】8) パソコン３に入力した加工条件をロボ
ットコントローラ２に伝達する。

【００２６】9) ロボットコントローラ２で、予め作成
してある基準加工プログラムの中から加工条件に合った
ものを検索する。この基準加工プログラムとは、ワーク
種別、開先形状、ネックに対応して予め作成しておくプ
ログラムで、ロボット言語を編集して所定の研削動作を
行なうように作成したものである。ちなみに、表１に示
すような研削条件の場合、ワーク種別Ｓ／Ｌの２種類、
開先種類のＶ，Ｙ，Ｘの３種類、ネック種類４種類であ
るため、２×３×４＝２４の２４通りのプログラムを用
意しておく。

【００２７】10) 一方、パソコン３では、受信した位置
データに6)で作成したシフト量を加算して実加工用位置
データを作成する。

【００２８】11) 実加工用位置データをパソコン３から
ロボットコントローラ２へ送り、ロボットコントローラ
２では9)で用意しておいた基準加工プログラムへ、実加
工用位置データを組み込み、当該ワーク５に固有の加工
プログラムを完成する。

【００２９】図７は以上の手順を示すフローチャートで
ある。なお、基準加工プログラムはパソコン３に記憶し
ておいても良く、この場合にはパソコン３でワーク５に
固有の加工プログラムも作成する。

【００３０】［実施例］ここで、図２に示すワーク５の
加工プログラムを作成する場合を例に採り、各工程のさ
らに具体的な実施例を説明しておく。

【００３１】＜１．概要＞ 1) ワークの計測 ワーク５は、ワーク５のセット位置へ置くが、センサー
により、ワーク位置を測定して補正する。すなわち、図
８に矢印〜で示すように、ワーク５の外側から３点
ずつ測定する。それぞれの測定ポイント〜では、水
平方向と高さ方向の座標の計測を行なうので、合計１２
（６×２）点計測する。

【００３２】2) 基本研削軌道（図９参照） 計測した３点のデータを基に研削する。 管端は、計測した３点から演算で求めて研削する。
中から端方向へ向かって研削する。 ネックを有する場合も、計測した３点から計算で求
めて研削する。

【００３３】3) パス数対応（図１０参照） パス数により、基本ルートをシフトした軌道を算出
し、研削する。 ルートフェース５ａは、フェース幅の真中を１回だ
け研削する。 Ｘ型のルートフェース５ａは真中にあるものとする
（図１０（ｃ）参照）。

【００３４】4) 研削姿勢 ルートフェース５ａでの研削姿勢は、基本座標系で
１点のみＸ軸上での姿勢を教示しておく。 開先面の研削姿勢は、の姿勢から開先角度だけ回
転して求める、又は計算で算出する。

【００３５】＜２．型式情報＞例えば次の様な［表１］
に示す情報である。

【表１】

【００３６】＜３．ワーク位置の測定ポイント生成（図
１１参照）＞測定ポイントをワーク種別から生成する。
具体的には次の手順による。 1) 測定ポイントを図１１（ａ）中の〜とする。 2) 外側からセンシングする。 3) センサーアプローチ方向をハンドパラメータへセッ
トする。 4) ワーク座標系を回転し、ｘ軸上で，，は負の
方向へ、，，は正の方向へセンシングする。

【００３７】ここで、測定ポイント，，用姿勢
と、測定ポイント，，用姿勢は予め教示してお
く。

【００３８】また、Ｐ_sa（ｘ_sa，ｙ_sa，ｚ_sa）；，
，用水平方向計測始点、 Ｐ_sb（ｘ_sb，ｙ_sb，ｚ_sb）；，，用水平方向計測
始点、 ｌ_a ；計測始点とワークとのＸ方向距離（mm）、 ｌ_b ；計測始点とワークとのＺ方向距離（mm）、 ｌ_mx；センシング距離（mm）水平方向、 θ_m ；ワーク座標系回転角（θ_m ＝１０度，４５度，８
０度）、とすると、水平方向計測スタート位置は［表
２］の通りとなる。

【表２】

【００３９】一方、高さ方向計測スタート位置は水平方
向の測定ポイント〜の高さを変更して求める。

【００４０】＜４．ワーク位置の測定プログラム＞ ＭＯＶＥ 待機位置からの移動 ＳＥＴ Ｒ０＝１０（，は１０、，は４５，
，は８０度） ＲＯＴＺ ＲＯ ＭＯＶＥＳ Ｐ_s 計測開始点へ移動 ＡＨＯＬＤ ＤＥＰＡＳ ｌ_mx 水平センシング ＩＧＮＯＲＥ ＨＥＲＥ Ｐ_a 計測ポイントＳＡＶＥ ＭＯＶＥＳ Ｐ_s 計測開始点へ戻る ＳＥＴ Ｐ_sc・３＝Ｐ_a ・３＋ｌ_b Ｐ_scのＺ座標変更 ＭＯＶＥ Ｐ_sc 高さ測定始点へ移動と姿勢変更 ＡＨＯＬＤ ＤＥＰＡＳ ｌ_b 高さセンシング ＩＧＮＯＲＥ ＨＯＭＥ 同じ座標系でＳＡＶＥするために基本座標系
に戻す。 ＨＥＲＥ Ｐ１ 計測ポイントＳＡＶＥ ＲＯＴＺ ＲＯ ＭＯＶＥＳ Ｐ_sc 測定始点へ戻る ・ ・ ・ 繰り返し

【００４１】＜５．研削基本軌道の生成（図１２参照）
＞ 1) ３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からＢＡＳＥ３ Ｐ１，Ｐ
３，Ｐ２を実行する。ここでＢＡＳＥ３とは、Ｐ１を原
点とし、Ｐ１及びＰ３を通る直線をＸ軸で、Ｐ２がＸＹ
平面上にあるような座標系を定義する命令である。Ｐ１
（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ），Ｐ２（ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂ ），Ｐ
３（ｘ₃ ，ｙ₃ ，ｚ₃ ），とすると、ＢＡＳＥ３実行後
は、各々Ｐ１ａ（ｘ_1a，ｙ_1a，０）＝（０，０，０），
Ｐ２ａ（ｘ_2a，ｙ_2a，０）＝（ｘ_2a，ｙ_2a，０），Ｐ３
ａ（ｘ_3a，ｙ_3a，０）＝（ｘ_3a，０，０），となる。

【００４２】2) Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の各点間の距離から
ｘ_2a，ｙ_2a，ｘ_3aを求める。具体的には次の通りであ
る。図１３においてａ，ｂ，ｃは次式（１）の関係を有
するものとする。

【数１】

【００４３】この結果、図１３より次式（２）の関係が
成立する。

【数２】

【００４４】式（２）より次式（３）の関係が求まる。

【数３】 式（３）より、ｘ_2a＝ｌ₁ 、ｙ_2a＝ｌ₃ 、ｘ_3a＝ｌ₁ ＋
ｌ₂ となる。

【００４５】3) Ｐ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａから円の中心
座標を求める。円の中心Ｐ４の座標を（Ａ，Ｂ，０）、
半径をＲ_C とすると次式（４）の関係が成立する。

【数４】

【００４６】この結果、Ａ，Ｂ，Ｒ_c は次式（５）で与
えられる。

【数５】

【００４７】4) 管端及びネック部の位置生成（図１４
参照） 図１３において次式（６）の通りとする。

【数６】

【００４８】この結果、管端Ｐ５（ｘ_5a，ｙ_5a）、Ｐ６
（ｘ_6a，ｙ_6a）の座標をＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４より算
出すると次式（７）の通りとなる。

【数７】

【００４９】同様にネック部位置Ｐ７（ｘ_7a，ｙ_7a）、
Ｐ８（ｘ_8a，ｙ_8a）の座標を算出すると次式（８）の通
りとなる。

【数８】

【００５０】＜６．軌道シフト量と高さの算出（図１５
参照）＞ワーク形状，開先角度，パス数から、基本軌道
からのシフト量Δｌ及びルートフェースからの高さを算
出する。図１５において次式（９）の通りとする。

【数９】

【００５１】この結果、図１５（ａ）に示すＶ形開先で
は次式（１０）の通りとなる。

【数１０】

【００５２】同様に図１５（ｂ）に示すＹ開先では次式
（１１）の通りとなる。

【数１１】

【００５３】同様に図１５（ｃ）に示すＸ開先では次式
（１２）の通りとなる。

【数１２】

【００５４】＜７．シフト軌道生成（図１６参照）＞基
本軌道の各点から、半径をΔｌだけシフトした研削軌道
を生成する。 1) Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からΔｌシフトした位置Ｐ１′，
Ｐ２′，Ｐ３′を求める。中心Ｐ４とＰ１，Ｐ２，Ｐ３
各点を結ぶ直線とｘ軸のなす角度を各々θ_a ，θ _b ，θ
_c とすると、これらは次式（１３）で表わされる。

【数１３】

【００５５】Ｐ１′，Ｐ２′，Ｐ３′のＢＡＳＥ３座標
系上での座標を次式（１４）の通りとする。

【数１４】

【００５６】この結果、次式（１５）の通りに求まる。

【数１５】

【００５７】2) 管端及びネック部座標のシフト 1)と同様にＰ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８からＰ５′，Ｐ
６′，Ｐ７′，Ｐ８′を算出する。ここで、中心Ｒ４と
各点を結ぶ線分とｘ軸のなす角度をθ_d 〜θ_g とすると
次式（１６）の通りとなる。

【数１６】

【００５８】Ｐ５′〜Ｐ８′のＢＡＳＥ３座標系上での
座標を（ｘ_5a′，ｙ_5a′，０）〜（ｘ_8a′，ｙ_8a′，
０）とすると次式（１７）の通りとなる。

【数１７】

【００５９】3) Ｐ１′〜Ｐ８′の各Ｚ座標に−ｌ_z を
セットするか、若しくはｚ方向へ−ｌ_z 座標系をシフト
する。

【００６０】

【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
たように、本発明によれば、ワークの型式を入力をする
だけで、ティーチングを行なうことなく、このワークの
加工プログラムを自動作成することができる。このた
め、ラインを止めることなく稼動させることができるば
かりでなく、ティーチングに要していたコストも不要と
なるため、この分の経済的効果も得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実現するロボットシステムを示す構成
図。

【図２】ワークの一例を示す図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ部分
の拡大図。

【図３】各種の開先パターンを示す説明図。

【図４】開先角度を示す説明図。

【図５】ワークであるエルボにネックがある場合の態様
を示す説明図。

【図６】パス数を表わす説明図。

【図７】本発明の実施の形態を示すフローチャート。

【図８】ワークの計測点を示す説明図。

【図９】ワークの研削軌道基本ルートを示す説明図。

【図１０】開先形状及びパス数を示す説明図。

【図１１】ワーク位置の測定ポイント生成時の態様を示
す説明図。

【図１２】研削軌道の生成時の態様を示す説明図。

【図１３】研削軌道の生成時の態様を示す説明図。

【図１４】管端及びネック部の位置の生成時の態様を示
す説明図。

【図１５】軌道シフト量と高さの算出時の態様を示す説
明図。

【図１６】シフト軌道生成時の態様を示す説明図。

【図１７】ロボットで曲面を磨く場合の態様を示す説明
図。

【符号の説明】

１ ロボット １ａ 手先 ２ ロボットコントローラ ３ パソコン ４ 工具 ５ ワーク ５ａ ルートフェイス部 ５ｂ 開先部 ５ｃ ネック

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め作成しておいた基準加工プログラム
   を利用して基準ワークと相似形のワークを、制御手段に
   より手先位置等を制御するように構成したロボットによ
   り加工する場合の加工プログラムの自動作成方法におい
   て、 入力されたワークの型式により特定される測定ポイント
   の座標を演算して測定ポイントデータを作成する工程
   と、 測定ポイントデータを、予め作成してある測定用プログ
   ラムの中の変数に取り込み実測定用プログラムを作成す
   る工程と、 実測定用プログラムによりロボットを制御してワークの
   計測を行ない、このワークの各測定ポイントにおける位
   置データを得、この位置データと基準加工プログラムを
   組合せることにより当該ワークに固有の加工プログラム
   を作成する工程とを有することを特徴とするロボットに
   おけるワーク加工プログラムの自動作成方法。