JPS6273308A - 障害物回避経路決定方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は障害物回避経路決定方法に係り、特に第１のポ
イントから第２のポイントへ工具を早送りにより位置決
めする際に工具が障害物と干渉する場合、該干渉物を回
避する経路を自動的に決定する障害物回避経路決定方法
に関する。

〈従来技術〉 １つの加工終了後に次の加工を行うには、工具を加工終
了点から該次の加工開始点へ位置決めする必要がある。

ところで、一般に、加工終了点である位置決め開始点（
第１のポイント）と次の加工開始点である位置決め終了
点（第２のポイント）が与えられると、自動的に位置決
め通路が決定されろ。すなわち、位置決めをＺ方向の同
時１軸制郭とＸ、Ｙの同時２軸制御の組み合わせで行う
ものとすれば （ａｌ第１のポイントが第２のポイントより高いときに
はまずＸ、Ｙの同時２軸制御で第２のポイントの真上上
工具を移動させ、しかる後工具を第２のポイント迄Ｚ方
向の同時１軸制御で下降させ、（ｂ）第１のポイントが
第２のポイントより低いときには第２のポイントのＺ方
向位置迄同時１軸制御で工具を上昇させ、しかる後工具
をＸ、Ｙの同時２軸制御で第２のポイント迄移動させる
ように位置決め通路が決定される。

すなわち、第１０図（Ａ）に示すように、位置決め開始
点ＰｓのＺ軸座標値Ｚｓが位置決め終了点ＰｅのＺ軸座
標値Ｚｅより小さければ＋Ｚ方向へまず工具を同時１軸
制御で移動させ、Ｚ軸現在位置Ｚａが（Ｚｅ＋ｃ）とな
ったときＺ軸方向の移動を停止しくＣはクリアランス量
である）、ついでＸ、Ｙの同時２軸制御で工具を位置決
め終了点ＰｓよりＣだけ高い位置Ｐｅ’に位置決めする
。

又、第１０図（Ｂ）に示すように、Ｚ　ｓ　１２：　Ｚ
　ｅの場合には、まづ工具をＸ、Ｙの同時２軸制御で位
置決め終了点Ｐａの真上位置Ｐａ’に位置決めし、つい
で　−Ｚ軸方向へ工具を同時１軸制訂で移動させて　Ｚ
ａ＝　（Ｚｓ＋ｃ）の位置Ｐａ’に位置決めする。

ところで、上記位置決め通路に沿って工具を移動させる
と工具が障害物と衝突し、該工具の折れ損、その他の不
具合をを生じろ場合がある。尚、障害物としては、たと
えば機械固有の部分やワークを機械に固定する治工具や
ワークそのものがある。

第１１図はかかる状況を説明する説明図であり、ワーク
ＷＫに工具ＴＬで穴明は加工を行う場合である。ワーク
の第１面ＳＦ１に穴ＨＬＩを開けた後、ワークの第２面
ＳＦ２に穴）ＩＬ２を開けるものとすれば、工具ＴＬを
第１穴ＨＬＩから第２穴ＨＬ２に位置決めしなくてはな
らないが、位置決め通路を前記（ｂｌに従って決定して
該位置決め通路（第１１図点線参照）に沿って工具を移
動させると、途中に突起物ＰＲが存在するなめ、工具Ｔ
Ｌは該突起物ＰＲに衝突（干渉）してしまう。このため
、位置決め通路は該突起物ＰＲと干渉しないように新た
に決定する必要がある。そして、干渉しない通路は、た
とえば工具ＴＬを＋Ｚ軸方向に所定のポイントＰ５迄逃
がし、しかる後ポイントＰを含むＸ−Ｙ平面に平行な平
面上を該ポイントから第２の穴ＨＬ２の真上ポイントＰ
Ｉ：′迄移動させ、最後に−Ｚ軸方向に工具を移動させ
る通路となる。

尚、ポイントＰ１のＺ軸方向座標値は突起物ＰＲの２軸
方向最大高さＺｏ、にクリアランス量Ｃを加算したもの
である。

〈発明が解決しようとしている問題点〉ところで、第１
１図において突起物ＰＲと干渉しないようにする通路は
該突起物を飛び越える通路のみならず、同図１点鎖線で
示すように該突起物ＰＲを迂回して目的地へ到達する通
路がある。

そして、実際の通路はこれら突起物に干渉しないい（つ
かの通路のうち最短通路とすることが望ましい。

しかし、障害物を飛び越す通路は容易に決定できても迂
回通路は容易に決定できず、従って従来は飛び越し通路
を障害物回避通路としており、位置決め時間が長くなる
場合があり好ましくなかった。

以上から、本発明の目的は障害物を飛び越さないで目的
地へ工具を位置決めさせることができる迂回通路を自動
的に決定できる障害物回避経路決定方法を提供すること
である。

本発明の別の目的は飛び越し通路と迂回通路のうち最短
の通路に沿って目的地へ工具を移動させる通路を決定す
る際に利用できる障害物回避経路決定方法を提供するこ
とである。

〈問題点を解決するための手段〉 第１図は本発明の概略説明図である。

同図（Ａ）において、 ＳＹＩ、ＳＹ２はＹ軸に平行な２つの直線、ＳＸＩ、Ｓ
Ｘ２はＸ軸に平行な２つの直線、Ａ−Ｄは各直線の交点
、 ＡＲＩ　〜ＡＲ９ｔ；１４本の直１１１ｓＸＩ　〜ＳＸ
２゜ＳＹ１〜ＳＹ２により区分された９つの領域、Ｐ６
は位置決め開始点（第１のポイント）、Ｐ−よ位置決め
終了点（第２のポイント）である。

又、同図（Ｂ）において、 ＯＢＪは回避対象物、 ＳＹＩ’　、ＳＹ２’　！！回避対象物０ＢＪ（１）Ｘ
軸最小位置Ｐ１及び最大位１１Ｐ２をそれぞれ通るＹ軸
に平行な２つの直線、 ＳＸＩ’　、ＳＸ２’は回避対象物０ＢＪ（Ｆ）Ｙ軸最
小位置Ｐ３及び最大位置Ｐ４をそれぞれ通るＸ軸に平行
な２つの直線、 ＡＲ１’　〜ＡＲ９’　はＸ−Ｙ平面を４つの直線Ｓｘ
１′〜Ｓｘ２′、ＳＹ１′〜ＳＹ２′により区分した９
つの領域であり領域ＡＲＩ〜ＡＲ９に対応している。尚
、回避対象物ＱＢＪは工具半径およびクリアランス量を
見込んで実際の対象物より若干大きくなっている。

く作用〉 Ｙ軸に平行な２つの直線ＳＹ１〜ＳＹ２　（第１図（Ａ
ｌ参照）とＸ軸に平行な２つの直１１ｓＸ１〜　ＳＸ２
とによりＸ−Ｙ平面を９つの領域ＡＲ１〜ＡＲ９に区分
し、中央の頚城ＡＲ５を除いて第１のポイントＰ、が存
゛在する領域と第２のポイントＰｌ：が存在する領域の
あらゆる組み合わせにおいて、反時計方向あるいは時計
方向に第１のポイントから前記直線の交点Ａ−Ｄをたど
って第２のポイントへたどりつく通路パターンをメモリ
に記憶させておく。

そして、実際の回避対象物ＯＢＪ　（第１図（Ｂ）参照
）を回避する通路の決定に際しては、該対象物のＸ軸最
小位置Ｐ、及び最大位置Ｐ２をそれぞれ通るＹ軸に平行
な２つの直１）ＩＳＹＩ’〜ＳＹ２’とＹ軸最小位置Ｐ
３及び最大位置Ｐ４をそれぞれ通るＸ軸に平行な２つの
直＋＠ＳＸＩ’〜ＳＸ２’とによりＸ−Ｙ平面を９つの
領域ＡＲＩ’〜ＡＲ９′に区分する。

ついで、第１のポイントＰ、と第２のポイントＰ５が実
際に存在する領域を求め、該領域の組み合わせに応じた
通路パターンをメモリから読み取り、該通路パターンを
考慮して実際の回避経路を決定する。

〈実施例〉 さて、本発明においては予め、Ｙ軸に平行な２つノ直１
ｓＹ１〜ＳＹ２　（第１図（Ａ））　とＸ軸；こ平行な
２つの直１ｓＸ１〜ＳＸ２とによりＸ−Ｙ平面を９つの
領域ＡＲＩ〜ＡＲ９に区分し、中央の領域ＡＲ５を除い
て第１のポイントＰｓが存在する領域と第２のポイント
Ｐ６が存在する領域のあらゆる組み合わせにおいて、反
時計方向あるいは時計方向に第１のポイントから前記直
線の交点Ａ〜Ｄをたどって第２のポイントへたどりつ（
通路パターンをメモリに記憶させておく。

第２図は反時計方向を基準にした通路パターン図表であ
り、第１行目には位置決め開始点が属する領域ＡＲＩ〜
ＡＲ９（ＡＲ５は除く）が、第１列目には位置決め終了
点が属する領域ＡＲＩ〜ＡＲ９（ＡＲ５は除く）が示さ
れ、マトリクス交点には該交点上方第１行目の領域を始
点領域、左方向第１列目の領域を終点領域とする通路パ
ターンが交点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄで記入されている。

たとえば、第１、第２ポイントＰ、、Ｐ、がそれぞれ領
域ＡＲ４、ＡＲ６に存在し、かつ反時計方向にたどるも
のとすればＡ、Ｂがメモリから読み取られ、通路は Ｐ呻Ａ−Ｂ−Ｐ となる（第１図（Ａ）参照）。又、第１、第２ポイント
Ｐｓ、　Ｐ、がそれぞれ領域ＡＲ３，ＡＲ７に存在すれ
ばメモリよりＤが読み取られ通路はＰ９→Ｄ−Ｐ　　と
なる。

そして、実際の回避対象物ＯＢＪ　（第１図（Ｂ）参照
）を回避する通路の決定に際しては、該対象物のＸ軸最
小位置Ｐ１及び最大位置Ｐ２をそれぞれ通るＹ軸に平行
な２つの直ｌｌ５ＹＩ’〜ＳＹ２’とＹ軸最小位置Ｐ３
及び最大位置Ｐ４をそれぞれ通るＸ軸に平行な２つの直
線ＳＸ１’〜ＳＸ２’　とによりＸ−Ｙ平面を９つの領
域ＡＲＩ’〜ＡＲ９′に区分する。尚、第３図はＸ−Ｙ
平面の区分例であり、同図（Ａ）は対象物が２個（ＯＢ
Ｊ１〜０ＢＪ２）の場合、同図（Ｂ）は３個（ＯＢＪＩ
〜０ＢＪ３）の場合であり、その他の場合も同様に区分
される。

ついで、第１のポイントＰＳと第２のポイントＰｌ：が
存在する領域を求め、該領域の組み合わせに応じた回避
通路パターンをメモリから読み取り、該通路パターンを
考慮して実際の回避経路を決定する。

たとえば、第１、第２のポイントＰｓ、　Ｐ、がそれぞ
れ領域ＡＲ３’　、ＡＲ７’に存在していればメモリか
ら交点りが読みだされ、反時計方向の回避通路はＰＳ−
Ｄ−Ｐ、となる。又、時計方向の通路は第２のポイント
Ｐｅを位置決め開始点、第１のポイントＰ９を位置決め
終了点とみなせばメモリから交点Ａが読み出され、時計
方向の回避通路はＰ、→Ａ→Ｐ６となる。

第４図は障害物の定義方法説明図である。障害物１００
は、たとえばワークの所定の部分と治工具とで構成され
、それぞれはいくつかの四角柱と円柱とに分割され、各
四角柱と円柱の形状、位置並びにＺ方向最大高さを入力
することにより特定される。

すなわち、ワークについては、障害となる部分を四角柱
１０１　ａ　〜１０１　ｃと円柱１０１ｄとに分割し、
各四角柱並びに円柱の形状と、位置と、２方向最大高さ
を特定して対象物の障害部分を特定する。又、治工具に
ついては四角柱１０２ａ〜１０２ｄに分割し、各四角柱
の形状と、位置と、Ｚ方向高さを特定する。尚、四角柱
と円柱の形状及び位置は第５図を参照すると以下のよう
に特定される。ただし、円柱及び直方体はＺ軸に対して
傾いていないものとする。さて、四角柱は第５図（Ａ）
に示すように、該四角柱を＋Ｚ方向からみた形状（長方
形）の隣接する２辺の長さＸ、とＹｌと、該２辺をそれ
ぞれｘ′、Ｙ′軸とするとき、ｘ−ｙ座標系（機械座標
系）とＸ’−Ｙ’座標系間の各軸距ｇｌＸＰ、　ＹＰ及
び回転角度ＡＰと、四角柱上面のＺ軸方向位置（高さ）
とで特定される。又、円柱は第５図（Ｂ）に示すように
、該円柱の断面である円の中心位置（ｘＰ、ＹＰ）と円
弧半径ｒと円柱上面のＺ軸方向位置（高さ）Ｈとで特定
されろ。

そして、第１図（Ｂ）に示す回避対象物ＯＢＪは四角柱
や円柱を近似立体物と称せば、干渉する１息上の所定の
近似立体物で構成される。

第６図は本発明を実現する自動プログラミング装置のブ
ロック図、第７図は処理の流れ図である。

第７図において、１１はプロセッサ、１２はＲＯＭ１１
３はＲＡＭ、１４はキーボードなどのデータ入力装置、
１５はグラフィックディスプレイ装置、１６はワーキン
グメモリ、１７はＮＣプログラムデータ出力装置、１８
はＮＣテープである。

以下本発明にかかる障害物回避経路決定方法を第７図の
流れ図を参照して説明する。ただし、既にＸ−Ｙ平面を
９つの領域に区分した時の通路パターンテーブル（第２
図参照）、並びに障害物（干渉物）は第４図及び第５図
で説明した方法で特定されているものとする。更に、工
Ａ　Ｉｆ　Ｘ　−Ｙの同時２軸制御と同時１軸制御によ
り移動可能とする。

（１１早送りによる位置決め通路が近似立体物と干渉す
るかどうかをチェックする。尚、干渉チェック方法は本
発明の主旨でないのでその詳細な説明は省略するがたと
えば特願昭６０−１７５２７９号明細書を参照されたい
。

さて、干渉しなければ早送りによる位置決め通路が求め
るものとなり処理は終了する。

（２）一方、干渉する近似立体物が存在すれば、干渉す
る近似立体物のうちＺ方向最大高さを有する近似立体物
の上面位置迄位置決め開始点Ｐ９から工具を上昇させ、
しかる後同時２軸制御で工具を位置決め終了点の真上迄
移動させ、最後に終了点Ｐ６へ移動させる飛び越し通路
を求め、該飛び越し通路に沿って終了点に早送りで位置
決めする位置決め時間ｔＪを求めろ。

（３）干渉する近似立体物が存在すれば時計方向及び反
時計方向の回避対象物としてそれぞれ所定の近似立体物
を登録する。尚、第８図の例では近似立体物ＯＢＩを時
計方向及び反時計方向の回避対象物としているが、近似
立体物ＯＢＩを時計方向の回避対象物、近似立体物ＯＢ
２を反時計方向の回避対象物として登録してもよい。

（４）ついで、第１図に関連して説明した方法で始点ｐ
Ｓと終点Ｐ５が属する領域を求め、該領域を用いて反時
計方向通路ＰＬと時計方向通路Ｐ８を求める（第８図（
Ｂ）参照）。

又、反時計方向通路ＰＬと時計方向通路ＰＰＩをたどっ
て終点迄移動する時間１Ｌ、　　１．を求める。

（５１ｔＬ、ｔＦｌ計算後、 ｍｉｎ　（ｔＬ、　を−→ｉ、、Ｎ、　　ｍａＸ　（ｔ
Ｌ＃　ｔＱ）＝ｔＭＡＸとすると共に、位置決め時間が
短い方向をＤ及び通路をＰとして記憶する。第８図の例
ではＰＬ−Ｐ。

反時計方向−りとなる。

（６）ついで、ｔ□、＜　ｔ　、ｉ＞どうかをチェック
する。

”ｔＭＩＸ≧ｔＪであれば飛び越し通路が最短となろた
め、該飛び越し通路を障害物回避通路として処理を終了
する。

（８）一方、ステップ（６）のチェックにおいてｔＭＩ
Ｎ”Ｊであればｔｌ、、Ｉ　Ｎの通路Ｐは別の近似立体
に干渉するかどうかをチェックする。

（９）干渉しなければ該通路Ｐを障害物回避通路として
処理を終了する。

（ＩＩシかし、ステップ（８）のチェックにおいて干渉
する近似立体物が存在すれば、そのうち１つＯＢ２をＤ
方向の回避対象物として登録する。

０１）ついで、登録されているＤ方向の全近似立体物を
回避対象物として、Ｄ方向の通路を求めて新たにＰとす
ると共に、該通路Ｐに沿って位置決めする時間ｔを求め
る（第８図（Ｃ）参照）。

（１乃しかる後、ｔ＜ｔｌ、ｌＡＸかどうかをチェック
する。

（１１ｔ≦ｔ　であればｔ−ｅｔ　　として、ステップ
（６）以降の処理を繰り返す。

（１４一方、ｔ＞ｔＭＡｘであればｔＭＡＸ→ｔＫＩＮ
”→ｔＭＡＸ及び移動方向りを更新して以後ステップ（
６）以降の処理を繰り返す。

尚、以上では位置決め開始点Ｐ８が領域ＡＲ５’に存在
しないものとして説明したが、第９図に示すように該領
域に存在する場合には、位置決め開始点Ｐ９から各直線
に降ろした垂線であって、回避対象物と交差しない垂線
のうち回避方向に従った垂線、すなわち時計方向につい
てはＦＰ、反時計方向についてはＦＰ’を回避経路の最
初の部分とし、しかる後該垂ＩＩＩＦＰあるいはＦＰ’
の足ＬＧあるいはＬＧ’が属する領域を位置決め開始点
が属する領域とみなして通路パターンテーブルより回避
経路を求める。ただし、領域ＡＲ５’の境界線は該領域
ＡＲ５’に隣接する領域に属するものとする。

〈発明の効果〉 以上本発明によれば、Ｙ軸に平行な２つの直線とＸ軸に
平行な２つの直線とによりＸ−Ｙ平面を９つの領域に区
分し、中央の領域を除いて第１のポイントが存在する領
域と第２のポイントが存在する領域のあらゆる組み合わ
せにおいて、反時計方向あるいは時計方向に第１のポイ
ントから前記直線の交点をたどって第２のポイントへた
どりつく通路パターンをメモリに記憶させておき、実際
の回避対象物のＸ軸最小位置及び最大位置をそれぞれ通
るＹ軸に平行な２つの直線と、Ｙ軸最小゛位置及び最大
位置をそれぞれ通るＸ軸に平行な２つの直線とによりＸ
−Ｙ平面を９つの領域に区分すると共に、第１のポイン
トと第２のポイントが存在する領域を求め、該領域の組
み合わせに応じた通路パターンをメモリから読み取り、
該通路パターンを考慮して実際の回避経路を決定するよ
うに構成したから、障害物を飛び越さないで目的地へ位
置決めさせる迂回通路を容易：こ、かつ自動的Ｃと決定
でき、しかも飛び越し通路と迂回通路のうち最短の通路
に沿って目的地へ工具を移動させる通路を決定する際に
利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略図、 第２図は通路パターン図表、 第３図は領域区分方法説明図、 第４図及び第５図は障害物特定方法説明図、第６図は本
発明を実現する装置のブロック図、第７図は本発明の流
れ図、 第８図は実際の対象物回避通路決定方法説明図、第９図
は位置決め開始点の位置が特別な例、第１０図及び第１
１図は本発明の詳細な説明図である。 ＳＹＩ、ＳＹ２・・Ｙ軸に平行な２つの直線、ＳＸＩ、
ＳＸ２・・Ｘ軸に平行な２つの直線、Ａ−Ｄ・・各直線
の交点、 ＡＲ１〜ＡＲ９・・領域、 Ｐ５・・位置決め開始点（第１のポイント）、Ｐ５・・
位置決め終了点（第２のポイント）、ＯＢＪ・・回避対
象物、 ＳＹＩ’　、３Ｙ２’　　・・＠避対象物（）ＢＪのＸ
軸最小位置Ｐ１及び最大位置Ｐ２をそれぞれ通るＹ軸に
平行な２つの直線、 ＳＸＩ’　、ＳＸ２’　　・・回避対象物ＯＢＪのＹ軸
最小位ＭＰ３及び最大位置Ｐ４をそれぞれ通るＸ軸に平
行な２つの直線、 ＡＲ１’〜ＡＲ９’　　・・領域 第３図 塚

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１のポイントから第２のポイントへ工具を位置
   決めする際に工具が障害物と干渉しない経路を求める障
   害物回避経路決定方法において、Ｙ軸に平行な２つの直
   線とＸ軸に平行な２つの直線とによりＸ−Ｙ平面を９つ
   の領域に区分し、中央の領域を除いて第１のポイントが
   存在する領域と第２のポイントが存在する領域のあらゆ
   る組み合わせにおいて、反時計方向あるいは時計方向に
   第１のポイントから前記直線の交点をたどつて第２のポ
   イントへたどりつく通路パターンをメモリに記憶させて
   おき、 実際の回避対象物のＸ軸最小位置及び最大位置をそれぞ
   れ通るＹ軸に平行な２つの直線と、Ｙ軸最小位置及び最
   大位置をそれぞれ通るＸ軸に平行な２つの直線とにより
   Ｘ−Ｙ平面を９つの領域に区分すると共に、 第１のポイントと第２のポイントが存在する領域を求め
   、 該第１、第２のポイントが存在する領域の組み合わせに
   応じた回避通路パターンをメモリから読み取り、 該通路パターンに基づいて実際の回避経路を決定するこ
   とを特徴とする障害物回避経路決定方法。
2. （２）第１のポイントが中央の領域に存在する場合には
   、第１ポイントから各直線に降ろした垂線であつて、回
   避対象物と干渉しない垂線の１つを回避経路の１部分と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の障害物回避経路決
   定方法。