JP6348099B2

JP6348099B2 - 同期運転教示データ作成時の確認手段を備える制御装置

Info

Publication number: JP6348099B2
Application number: JP2015235877A
Authority: JP
Inventors: 山口　剛太; 剛太山口
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2018-06-27
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: JP2017102730A; DE102016122811B4; CN106814721B; US10289074B2; CN106814721A; DE102016122811A1; US20170160705A1

Description

本発明は、制御装置に関し、特にスレーブ軸の教示にかかる時間を短縮する制御装置に関する。

マスタ軸の動きに追従し、スレーブ軸が何らかの作業を行う制御を行う場合、マスタ軸の各位置に対するスレーブ軸の位置を教示により設定する方法が用いられる。この場合、教示を行った後、実際に運転を行うと、マスタ軸の動作パターンにより、それに追従するスレーブ軸の速度も変化し、マスタ軸の動作パターンによっては、速度過大となる場合がある。この場合、再度教示を行い、設定操作をやり直す必要があり、教示に費やされる時間が増加する。また、スレーブ軸の速度変化により、滑らかな追従作業が行えず、作業精度が低下する状況も発生する。

これらの問題を解決する手段の一つとして、実動作時のコンベアの搬送速度よりも遅い教示時の搬送速度でコンベアを動作させながら教示を行う際、教示されたロボットの軌跡に基づいて前記ロボットが実動作を行った場合のコンベアの最大搬送可能速度を算出し、コンベアの最大搬送可能速度を表示部に表示する技術がある（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−１７２１５９号公報

特許文献１に開示される従来技術では、教示をした後に通知された速度でしかスレーブ軸の速度過大を把握できないため、スレーブ軸の教示を繰返し行い速度過大にならない教示点をみつけなければならないという課題があった。

そこで本発明の目的は、スレーブ軸が速度過大にならない教示範囲を事前に通知することで、スレーブ軸の教示にかかる時間を短縮することを可能とする制御装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、マスタ軸に対する１つ以上のスレーブ軸の教示点を教示して同期運転を行う制御装置において、予め登録された前記マスタ軸の移動速度パターンを選択するマスタ軸移動速度パターン選択部と、前記スレーブ軸の運転時の許容速度を予め設定するスレーブ軸許容速度設定部と、次の教示点の教示可能な教示範囲を算出する教示点範囲算出部と、前記教示点範囲算出部が算出した前記教示範囲を表示器に表示する教示点範囲情報表示部と、を備え、前記教示点範囲算出部は、前記マスタ軸移動速度パターン選択部で選択された前記マスタ軸の移動速度パターンと、前記スレーブ軸許容速度設定部で設定された前記スレーブ軸の運転時の許容速度と、マスタ軸およびスレーブ軸の過去の教示点の位置と、に基づいて前記教示範囲を計算する、ことを特徴とする制御装置である。

本願の請求項２に係る発明は、オペレータにより設定された前記スレーブ軸の教示点の位置が、前記教示点範囲算出部が算出した前記教示範囲の範囲内か否かを判定する教示設定位置妥当性確認部と、前記教示設定位置妥当性確認部により、前記スレーブ軸の教示点の位置が前記教示範囲の範囲外の位置と判定された場合に、警告メッセージを表示する範囲外設定警告表示部と、前記教示設定位置妥当性確認部により、前記設定されたスレーブ位置が前記教示範囲の範囲外の位置と判定された場合に、前記スレーブ軸の移動曲線の形状を変更できるスレーブ軸移動曲線選択部と、前記教示設定位置妥当性確認部により、前記設定されたスレーブ位置が前記教示範囲の範囲外の位置と判定された場合に、前記スレーブ軸の速度が許容範囲となる位置までマスタ軸を移動させるマスタ教示位置調整部と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置である。

本願の請求項３に係る発明は、前記教示点範囲算出部は、前記マスタ軸の位置を監視し、前記マスタ軸が移動した場合に、前記教示範囲の算出を再度実行する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置である。

本願の請求項４に係る発明は、前記教示点範囲算出部は、作業の途中で、制御装置の電源をオフする場合でも、マスタ軸とスレーブ軸の位置をバッテリバックアップされたメモリに格納し、再度電源をオンした場合、教示作業を続きから実行できる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ記載の制御装置である。

本願の請求項５に係る発明は、前記教示設定位置妥当性確認部は、前記教示範囲で示した範囲内か否かを判定する際に、前記マスタ軸および前記スレーブ軸の干渉危険範囲を用いる、ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置である。

本願の請求項６に係る発明は、前記教示点範囲算出部が算出した前記教示範囲の範囲外へとスレーブ軸を移動させようとした際に、前記スレーブ軸に対してインターロックを掛ける、ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置である。

本願の請求項７に係る発明は、前記スレーブ軸移動曲線選択部により選択可能な移動曲線の種類を新たに設定することができる、ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置である。

本願の請求項８に係る発明は、前記マスタ教示位置調整部は、前記マスタ軸を移動する際に、前記マスタ軸に対してトルクリミットを掛ける、または、警告メッセージを表示する、ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置である。

本発明により、マスタ軸の位置に対して、スレーブ軸が同期する動作を教示により設定を行う際、教示操作の後、実際に運転させてみて、スレーブ軸の動作を確認し、速度超過が発生する場合、教示操作をやり直す作業を削減できるため、教示設定操作にかかる工数を削減できる。

本発明の一実施形態による制御装置の概略ブロック図である。マスタ軸移動速度パターンおよびスレーブ軸許容速度パターンの例を示す図である。表示操作機器に対する教示点範囲の例を示す図である。スレーブ軸移動曲線選択部により選択可能なスレーブ軸の移動曲線の例を示す図である。スレーブ軸移動曲線選択部によりスレーブ軸の移動速度を等速から単弦へと変更する例を示す図である。図１の制御装置１上で実行される処理のフローチャートである。干渉が発生するケースにおけるマスタ軸位置およびスレーブ軸位置の範囲の組み合わせデータを例示する図である。スレーブ軸許容速度パターンに応じた移動曲線の登録例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による制御装置の機能手段を示す概略ブロック図である。本実施形態による制御装置１は、マスタ軸移動速度パターン選択部１０、スレーブ軸許容速度設定部１１、教示点範囲算出部１２、教示点範囲情報表示部１３、教示設定位置妥当性確認部１４、範囲外設定警告表示部１５、スレーブ軸移動曲線選択部１６、マスタ教示位置調整部１７を備える。また、制御装置１には、オペレータからの教示点設定操作を受け付けると共に、スレーブ軸に対して設定可能は教示点の範囲情報などを表示する表示操作機器２との間で入出力が行えるように構成されている。

マスタ軸移動速度パターン選択部１０は、制御装置１の図示しないメモリに予め登録されている複数のマスタ軸移動速度パターンの中から教示動作の元となるマスタ軸の移動に係る１つのマスタ軸移動速度パターンをオペレータの操作などに基づいて選択する機能手段である。マスタ軸移動速度パターンの例を図２（ａ）に示す。マスタ軸移動速度パターンは、一例として各動作周期におけるマスタ軸の移動速度を示すデータとして定義できる。例えば、図２（ａ）に示すマスタ軸移動速度パターンによれば、マスタ軸は最初の３動作周期で速度が３０ｍｍ／ｓｅｃまで加速し、当該速度を２動作周期維持した後に、３周期毎に１０ｍｍ／ｓｅｃずつ減速する。マスタ軸は、マスタ軸移動速度パターン選択部１０により選択されたマスタ軸移動速度パターンに従って速度制御されて移動する。

スレーブ軸許容速度設定部１１は、オペレータの操作などに基づいて、マスタ軸移動速度パターン選択部１０により選択されたマスタ軸移動速度パターンの各動作周期におけるスレーブ軸の許容される速度パターンを予め設定し、制御装置１の図示しないメモリに記憶する機能手段である。スレーブ軸許容速度パターンの例を図２（ｂ）に示す。スレーブ軸許容速度パターンは、一例として各動作周期におけるスレーブ軸の許容される移動速度を示すデータとして定義できる。例えば、図２（ｂ）に示すスレーブ軸許容速度パターンによれば、スレーブ軸は動作周期毎に１００〜５００ｍｍ／ｓｅｃの許容速度が設定されている。
スレーブ軸許容速度設定部１１によるスレーブ軸許容速度パターンの設定が完了した後、オペレータはマスタ軸を選択したマスタ軸移動速度パターンに従って順次移動させてマスタ軸の各教示点の位置で停止させ、表示操作機器２を操作して該マスタ軸の教示点の位置に対するスレーブ軸の教示点の位置を入力（教示）する。

教示点範囲算出部１２は、マスタ軸移動速度パターン選択部１０で選択されたマスタ軸移動速度パターンと、スレーブ軸許容速度設定部１１で設定されたスレーブ軸許容速度パターンと、オペレータが表示操作機器２を操作して教示したスレーブ軸の教示点の位置とに基づいて、スレーブ軸が移動可能な教示点の位置の範囲を計算する。
教示点範囲算出部１２は、マスタ軸移動速度パターンを参照して、マスタ軸の前回の教示点の位置から今回の教示点の位置までの速度を取得し、該取得した速度に基づいて以下に示す数１式を用いてマスタ軸の移動時間（数１式における（２））を算出する。そして、算出した移動時間に基づいて、スレーブ軸がスレーブ軸許容速度パターンに設定される許容速度、および許容加速度を越えない教示点の位置の範囲（数１式における（４））を算出する。

なお、数１式は、マスタ軸が等速で移動する場合の式を示している。マスタ軸が等速円運動の曲線で移動する場合には、数２式を用いてマスタ軸の速度からマスタ軸の移動時間（数２式における（８））を、マスタ軸の移動時間から許容速度、および許容加速度を越えない教示点の位置の範囲（数２式における（１０））を算出する。なお、数２式において、Ａａは、曲線から直線、あるいは直線から曲線に切り替わる個所の値を示している。

教示点範囲情報表示部１３は、教示点範囲算出部１２が算出したスレーブ軸の許容速度、および許容加速度を超えない教示点の位置の範囲を表示操作機器２に対して表示する。図３はスレーブ軸の教示点の位置の範囲の表示例を示している。スレーブ軸の教示点の位置の範囲の表示は、図３の表示方法以外にも、座標位置の数字の範囲などで表示するようにしても良い。

教示設定位置妥当性確認部１４は、教示点範囲情報表示部１３により表示されたスレーブ軸の教示点の位置の範囲を見ながらオペレータが入力したスレーブ軸の今回の教示点の位置に基づいて、該入力されたスレーブ軸の今回の教示点の位置が、教示点範囲算出部１２が算出した許容速度、および許容加速度を越えないスレーブ軸の教示点の位置の範囲に入っているか否かを判定する。そして、オペレータが入力したスレーブ軸の今回の教示点の位置が、教示点範囲算出部１２が算出した教示点の位置の範囲外である場合には、必要に応じて以下に示す範囲外設定警告表示部１５、スレーブ軸移動曲線選択部１６、マスタ教示位置調整部１７に対して動作するように指令する。これら機能手段の動作を行わせるのかについては、予め制御装置１の図示しないメモリに設けられた設定領域に設定しておくようにしても良いし、教示操作の開始時にオペレータが選択できるようにしても良い。

範囲外設定警告表示部１５は、教示点範囲算出部１２が算出したスレーブ軸の教示点の位置の範囲を超えた点をオペレータが教示点として指定（教示設定操作）した場合に、表示操作機器２に対して警告メッセージを表示する。

スレーブ軸移動曲線選択部１６は、教示点範囲算出部１２が算出したスレーブ軸の教示点の位置の範囲を超えた点をオペレータが教示点として指定（教示設定操作）した場合に、オペレータからの選択に基づいてスレーブ軸の前回の教示点から今回の教示点までの移動曲線を変更する。図４は、オペレータが選択可能な移動曲線を示している。また、図５は、一例としてオペレータが移動曲線を等速異動から単弦移動へと変更した場合におけるスレーブ軸の移動速度の変化を示している。このように、スレーブ軸の移動状況に応じて移動曲線を変更することで、スレーブ軸が許容速度、および許容加速度を超えない範囲で移動せることができる。

マスタ教示位置調整部１７は、マスタ軸の位置をスレーブ軸の速度が許容範囲に収まる位置まで、前回の教示点から今回の教示点までの経路上を戻す機能手段である。このようにすることで、オペレータは再度教示点の位置入力をやり直すことができる。なお、マスタ教示位置調整部１７は、マスタ軸を移動する前にトルクリミットを掛けたり、警告メッセージを表示したりするなど、安全対策を行うようにしてもよい。

図６は、本実施形態の制御装置１上で実行される１回のスレーブ軸に対する教示操作に係る処理を示すフローチャートである。
●［ステップＳＡ０１］教示点範囲算出部１２は、マスタ軸の現在の位置Ａを読み込む。
●［ステップＳＡ０２］教示点範囲算出部１２は、マスタ軸の前回の教示点の位置から現在の位置Ａまでの移動経路上のマスタ軸の移動速度Ｖｍをマスタ軸移動速度パターンから読み込む。
●［ステップＳＡ０３］教示点範囲算出部１２は、マスタ軸の現在の位置Ａと、移動経路上のマスタ軸の移動速度Ｖｍとに基づいて、マスタ軸の前回の教示点の位置からマスタ軸の現在の位置Ａまでの移動時間Ｔを算出する。

●［ステップＳＡ０４］教示点範囲算出部１２は、スレーブ軸の許容速度Ｓ_maxを読込む。
●［ステップＳＡ０５］教示点範囲算出部１２は、スレーブ軸の許容速度Ｓ_maxとステップＳＡ０３で算出した移動時間Ｔとに基づいて、スレーブ軸の移動範囲を算出する。
●［ステップＳＡ０６］教示点範囲情報表示部１３は、ステップＳＡ０５で算出されたスレーブ軸の移動範囲を表示操作機器２に対して表示する。

●［ステップＳＡ０７］教示設定位置妥当性確認部１４は、オペレータが表示操作機器２を操作してスレーブ軸への教示操作をしたのちに、教示点の確定操作が行われたか否かを判定する。教示点の確定操作を行われた場合にはステップＳＡ０８へ進み、行われていない場合にはステップＳＡ０１へ戻る。
●［ステップＳＡ０８］教示設定位置妥当性確認部１４は、オペレータが表示操作機器２を操作して確定したスレーブ軸の教示点の位置が、ステップＳＡ０５で算出されたスレーブ軸の移動範囲に入っているか否かを判定する。スレーブ軸の移動範囲に入っている場合には本処理を終了し、移動範囲に入っていない場合にはステップＳＡ０９へ進む。
●［ステップＳＡ０９］設定、またはオペレータの操作により、範囲外設定警告表示部１５による範囲外設定警告表示処理、スレーブ軸移動曲線選択部１６によるスレーブ軸移動曲線選択処理、マスタ教示位置調整部１７によるマスタ教示位置調整処理のいずれかを実行し、本処理を終了する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

例えば、制御装置１の教示点の教示作業の途中で、制御装置１の電源をオフする場合に、教示点範囲算出部は、現在のマスタ軸とスレーブ軸の位置を図示しないバッテリバックアップされたメモリに格納し、再度電源をオンした際に、教示作業を続きから実行できるように構成しても良い。

また、教示対象としている機械から干渉危険範囲などの情報を取得しておき、教示設定位置妥当性確認部でオペレータが設定したスレーブ軸の教示点の妥当性の判定に利用するようにしても良い。
例えば、図７に示すように、干渉が発生する各ケースについて、当該ケースにおいて干渉が発生するマスタ軸位置、スレーブ軸位置の範囲の組み合わせを示すデータを予め制御装置のメモリ上に登録しておき、教示点のマスタ軸位置およびスレーブ軸位置がいずれかの干渉ケースの各軸位置の範囲の組み合わせに該当する場合、教示された軸位置が干渉危険範囲にあると判定し、図６のフローチャートにおけるステップＳＡ０８で教示位置が妥当ではないと判定し、ステップＳＡ０９を実行するようにしてもよい。

また、オペレータが教示点範囲算出部１２で算出されたストローク範囲外にスレーブ軸を移動させようとした際に、スレーブ軸の軸移動に対してインターロックを掛けることでストローク範囲外の領域にスレーブ軸を移動させないようにしても良い。

更に、スレーブ軸移動曲線選択部１６により選択可能な移動曲線の種類を、図４に示した以外にもオペレータにより新たに登録できるようにしてもよい。例えば、スレーブ軸許容速度パターンに応じて、図８に示すように、新たに設定し登録しておくようにしても良い。

１制御装置
２表示操作機器
１０マスタ軸移動速度パターン選択部
１１スレーブ軸許容速度設定部
１２教示点範囲算出部
１３教示点範囲情報表示部
１４教示設定位置妥当性確認部
１５範囲外設定警告表示部
１６スレーブ軸移動曲線選択部
１７マスタ教示位置調整部

Claims

マスタ軸に対する１つ以上のスレーブ軸の教示点を教示して同期運転を行う制御装置において、
予め登録された前記マスタ軸の移動速度パターンを選択するマスタ軸移動速度パターン選択部と、
前記スレーブ軸の運転時の許容速度を予め設定するスレーブ軸許容速度設定部と、
次の教示点の教示可能な教示範囲を算出する教示点範囲算出部と、
前記教示点範囲算出部が算出した前記教示範囲を表示器に表示する教示点範囲情報表示部と、
を備え、
前記教示点範囲算出部は、前記マスタ軸移動速度パターン選択部で選択された前記マスタ軸の移動速度パターンと、前記スレーブ軸許容速度設定部で設定された前記スレーブ軸の運転時の許容速度と、マスタ軸およびスレーブ軸の過去の教示点の位置と、に基づいて前記教示範囲を計算する、
ことを特徴とする制御装置。
オペレータにより設定された前記スレーブ軸の教示点の位置が、前記教示点範囲算出部が算出した前記教示範囲の範囲内か否かを判定する教示設定位置妥当性確認部と、
前記教示設定位置妥当性確認部により、前記スレーブ軸の教示点の位置が前記教示範囲の範囲外の位置と判定された場合に、警告メッセージを表示する範囲外設定警告表示部と、
前記教示設定位置妥当性確認部により、前記設定されたスレーブ位置が前記教示範囲の範囲外の位置と判定された場合に、前記スレーブ軸の移動曲線の形状を変更できるスレーブ軸移動曲線選択部と、
前記教示設定位置妥当性確認部により、前記設定されたスレーブ位置が前記教示範囲の範囲外の位置と判定された場合に、前記スレーブ軸の速度が許容範囲となる位置までマスタ軸を移動させるマスタ教示位置調整部と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記教示点範囲算出部は、前記マスタ軸の位置を監視し、前記マスタ軸が移動した場合に、前記教示範囲の算出を再度実行する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
前記教示点範囲算出部は、作業の途中で、制御装置の電源をオフする場合でも、マスタ軸とスレーブ軸の位置をバッテリバックアップされたメモリに格納し、再度電源をオンした場合、教示作業を続きから実行できる、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ記載の制御装置。
前記教示設定位置妥当性確認部は、前記教示範囲で示した範囲内か否かを判定する際に、前記マスタ軸および前記スレーブ軸の干渉危険範囲を用いる、
ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
前記教示点範囲算出部が算出した前記教示範囲の範囲外へとスレーブ軸を移動させようとした際に、前記スレーブ軸に対してインターロックを掛ける、
ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
前記スレーブ軸移動曲線選択部により選択可能な移動曲線の種類を新たに設定することができる、
ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
前記マスタ教示位置調整部は、前記マスタ軸を移動する際に、前記マスタ軸に対してトルクリミットを掛ける、または、警告メッセージを表示する、
ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。