JP7509914B2 - 数値制御装置、及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械を制御する数値制御装置、及びコンピュータが読み取り可能な記憶媒体に関する。
特許文献１には、ロボットと、ロボットを制御するロボット制御装置と、オペレータの教示入力に応じてロボットの教示信号をロボット制御装置５０に送る教示装置と、撮像装置を備えた無人飛行機と、教示信号に従ってロボットが動作する間、教示信号に基づいて、教示に必要な物体の画像を撮像装置が継続して取得するように無人飛行機の飛行を制御する飛行制御部と、を具備するロボットシステムが開示されている。
一般に生産現場では、安全上の配慮からロボットは柵内で使用される場合がある。特許文献１では、ロボットが動作する間、ロボットを制御する教示信号に基づいて、無人飛行機の飛行を制御することで、柵外からオペレータがロボットの動きを直接視認することが難しい環境においても、ロボットの教示を行うことができる。
従来、倉庫の在庫管理や工場の状態監視のために無人飛行機（ドローン）を活用する事例は増えている。無人飛行機は、飛行物体であり、移動領域が柔軟であるため、新たな活用が期待されている。
製造現場では、無人飛行機を活用する技術が望まれている。
本開示の一態様である数値制御装置は、工作機械の制御を行う数値制御装置であって、数値制御装置に設定された座標系における無人飛行機の移動指令を取得する移動指令取得部と、移動指令の座標系を、無人飛行機を制御するための座標系に変換する座標系変換部と、座標系変換部によって変換された移動指令を無人飛行機に出力する移動指令出力部と、を備える。
本開示の一態様である記憶媒体は、１つ又は複数のプロセッサが実行することにより、数値制御装置に設定された座標系における無人飛行機の移動指令を取得し、移動指令の座標系を、無人飛行機を制御するための座標系に変換し、無人飛行機を制御するための座標系に変換された移動指令を前記無人飛行機に出力する、コンピュータが読み取り可能な命令を記憶する記憶媒体である。
本開示の一態様である記憶媒体は、１つ又は複数のプロセッサが実行することにより、数値制御装置に設定された座標系における無人飛行機の移動指令を取得し、移動指令の座標系を、無人飛行機を制御するための座標系に変換し、無人飛行機を制御するための座標系に変換された移動指令を前記無人飛行機に出力する、コンピュータが読み取り可能な命令を記憶する記憶媒体である。
本発明の一態様により、製造現場で無人飛行機を活用することができる。
［第１の開示］
図１は、無人飛行機制御システム１００の概念図である。
無人飛行機制御システム１００は、工場の３次元地図における無人飛行機の自己位置を算出するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１と、１台又は複数台の無人飛行機２と、無人飛行機２に移動指令を出力する数値制御装置３と、ユーザの移動指令を受け付けるペンダント４と、無人飛行機２とＰＣ１との通信を仲介する無線通信装置５とを備える。
無人飛行機制御システム１００は、数値制御装置３を含む工場建屋に設けられる。無人飛行機２は、数値制御装置３からの制御情報に従い、工場内を移動し、作業を行う。
図１は、無人飛行機制御システム１００の概念図である。
無人飛行機制御システム１００は、工場の３次元地図における無人飛行機の自己位置を算出するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１と、１台又は複数台の無人飛行機２と、無人飛行機２に移動指令を出力する数値制御装置３と、ユーザの移動指令を受け付けるペンダント４と、無人飛行機２とＰＣ１との通信を仲介する無線通信装置５とを備える。
無人飛行機制御システム１００は、数値制御装置３を含む工場建屋に設けられる。無人飛行機２は、数値制御装置３からの制御情報に従い、工場内を移動し、作業を行う。
無人飛行機２は、図２に示すハードウェア構成を有する。無人飛行機２が備えるＣＰＵ２１１は、無人飛行機２を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ２１１はバスを介してＲＯＭ２１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って無人飛行機２全体を制御する。ＲＡＭ２１３は、一時的な計算データや外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。
不揮発性メモリ２１４は、例えば、図示しないバッテリでバックアップされたメモリ等で構成され、無人飛行機２の電源２２１がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ２１４には、外部機器（図示省略）から読み込まれたデータ、ネットワークを介して通信装置から取得したデータ等が記憶される。不揮発性メモリ２１４に記憶されたデータは、無人飛行機２の実行時／利用時にはＲＡＭ２１３に展開されてもよい。また、ＲＯＭ２１２には公知のプログラムなどの各種システム・プログラムが予め書き込まれている。
センサ２１５は、加速度センサ、角速度センサ、電子コンパス、気圧センサ、距離センサなどである。電子コンパスは、磁力により無人飛行機の方向を取得する。距離センサは、例えば、ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）センサであり、パルス状に発光するレーザー照射に対する散乱光を測定する。
無人飛行機２に搭載されるＣＰＵ２１１は、例えば、フライトコントローラやコンパニオンコントローラとして機能する。ＣＰＵ２１１は必ずしも１つではなく、機能に合わせて複数のＣＰＵ２１１を搭載してもよい。フライトコントローラとしてのＣＰＵ２１１は、センサ２１５から取得した情報を基に機体の姿勢を適切な位置に制御する。ＣＰＵ２１１は、加速度センサが取得した無人飛行機２の速度の変化量を基に無人飛行機２の傾きや動きを算出し、角速度センサから取得した無人飛行機２の回転速度の変化量を基に無人飛行機２の傾きや向きの変化を算出し、気圧センサから取得した空気の圧力から無人飛行機２の高度を算出する。
コンパニオンコントローラとしてのＣＰＵ２１１は、ＬＩＤＡＲセンサが取得した散乱光の値に基づき２次元もしくは３次元の点群データも算出する。点群データは、無人飛行機２の周囲の環境地図となる。ＣＰＵ２１１は、点群同士をマッチングすることで無人飛行機２の移動量を逐次推定することもできる。移動量を積算することで自己位置を推定することができる。また、ＬＩＤＡＲセンサを無人飛行機２の自己位置の推定に用いるには、加速度センサや角速度センサから取得した値を組み合わせてもよい。
画像処理部２１６は、カメラ２１７で撮像した画像を適当なデータに変換してＣＰＵ２１１に出力する。無人飛行機２のカメラ２１７は、主に、ユーザが選択した機械設備を撮影する。これにより、計器の値や機械設備の動作状態などを工場の状態が把握できる。
無線通信部２１８は、無線通信装置５を介してＰＣ１とデータの送受信を行う。ＰＣ１は、無人飛行機２に対して指令を送信する。指令は、無人飛行機２の飛行計画を含む。無人飛行機２は、数値制御装置３からの飛行計画に従い作業を実施する。
ＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２１９は、別名アンプとも呼ばれ、各プロペラに取り付けられている。ＥＳＣ２１９は、ＣＰＵ２１１からの指示に従いモータの回転数を制御する。プロペラの回転数を制御することにより、プロペラ２２０の上下で気圧差が生じ、この気圧差により揚力が生じて、無人飛行機２が飛行する。揚力とは、無人飛行機２を押し上げるように上向きに働く力である。無人飛行機２は、プロペラ２２０の回転数を変えることで速度や移動方向を変えることができる。
無人飛行機２は、プロペラ２２０の回転数を制御することで、ホバリング（揚力と重力が等しくなる）、上昇（４つのモータの回転数が高くなる）、下降（４つのモータの回転数が低くなる）、前後左右移動（進行方向とは反対の２枚のプロペラの回転数が高くなり進行方向に移動する）、左旋回（右回転のプロペラの回転数が高くなる）、右旋回（左回転のプロペラの回転数が高くなる）などの動作を行う。
無人飛行機２は、プロペラ２２０の回転数を制御することで、ホバリング（揚力と重力が等しくなる）、上昇（４つのモータの回転数が高くなる）、下降（４つのモータの回転数が低くなる）、前後左右移動（進行方向とは反対の２枚のプロペラの回転数が高くなり進行方向に移動する）、左旋回（右回転のプロペラの回転数が高くなる）、右旋回（左回転のプロペラの回転数が高くなる）などの動作を行う。
数値制御装置３は、図３に示すハードウェア構成を有する。
数値制御装置３が備えるＣＰＵ１１１は、数値制御装置３を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１１は、バス１２２を介してＲＯＭ１１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置３全体を制御する。ＲＡＭ１１３には一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。なお、ＰＣ１のハードウェア構成も図３と同様である。
数値制御装置３が備えるＣＰＵ１１１は、数値制御装置３を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１１は、バス１２２を介してＲＯＭ１１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置３全体を制御する。ＲＡＭ１１３には一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。なお、ＰＣ１のハードウェア構成も図３と同様である。
不揮発性メモリ１１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等で構成され、数値制御装置３の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ１１４には、インタフェース１１５を介して外部機器１２５から読み込まれたデータ、入力部１２４を介して入力されたデータ、無線通信装置を介して無人飛行機から取得されたデータ等が記憶される。不揮発性メモリ１１４に記憶されたデータは、実行時／利用時にはＲＡＭ１１３に展開されてもよい。また、ＲＯＭ１１２には、公知のプログラムなどの各種システム・プログラムが予め書き込まれている。
表示部１２３には、メモリ上に読み込まれた各データ、プログラム等が実行された結果として得られたデータ等がインタフェース１１７を介して出力されて表示される。また、キーボードやポインティングデバイス等から構成される入力部１２４は、プログラマの入力を、インタフェース１１８を介してＣＰＵ１１１に渡す。
図４は、第１の開示の無人飛行機制御システム１００のブロック図である。
ＰＣ１は、無人飛行機２の自己位置を取得する自己位置取得部１１、無人飛行機２の周囲の環境地図を取得する環境地図取得部１２、工場の３次元地図を記憶する３次元地図記憶部１３、環境地図を３次元地図にマッピングするマッピング部１４、無人飛行機の飛行計画を作成する飛行計画作成部１５、無人飛行機２に飛行計画を出力する飛行計画出力部１６を備える。
自己位置取得部１１は無人飛行機２から自己位置を取得し、環境地図取得部１２は無人飛行機２から環境地図を取得する。マッピング部１４は、特徴点などを基に無人飛行機２の環境地図と３次元地図との対応付けを行い、無人飛行機２の自己位置を３次元地図の座標系にマッピングする。
飛行計画作成部１５は、無人飛行機２の飛行計画を作成する。飛行計画は、ＰＣ１が記憶する３次元地図の座標系に基づいて作成される。３次元地図の座標系は、無人飛行機２を制御するための座標系である。飛行計画出力部１６は、飛行計画を無線通信装置５に出力する。飛行計画は、無線通信装置５を介して無人飛行機２に送信される。
ＰＣ１は、無人飛行機２の自己位置を取得する自己位置取得部１１、無人飛行機２の周囲の環境地図を取得する環境地図取得部１２、工場の３次元地図を記憶する３次元地図記憶部１３、環境地図を３次元地図にマッピングするマッピング部１４、無人飛行機の飛行計画を作成する飛行計画作成部１５、無人飛行機２に飛行計画を出力する飛行計画出力部１６を備える。
自己位置取得部１１は無人飛行機２から自己位置を取得し、環境地図取得部１２は無人飛行機２から環境地図を取得する。マッピング部１４は、特徴点などを基に無人飛行機２の環境地図と３次元地図との対応付けを行い、無人飛行機２の自己位置を３次元地図の座標系にマッピングする。
飛行計画作成部１５は、無人飛行機２の飛行計画を作成する。飛行計画は、ＰＣ１が記憶する３次元地図の座標系に基づいて作成される。３次元地図の座標系は、無人飛行機２を制御するための座標系である。飛行計画出力部１６は、飛行計画を無線通信装置５に出力する。飛行計画は、無線通信装置５を介して無人飛行機２に送信される。
無人飛行機２は、自己位置を推定する自己位置推定部２１、無人飛行機２の周囲の環境地図を作成する環境地図作成部２２、無人飛行機２の飛行計画を受信する飛行計画受信部２３、ペンダント４から手動で入力された移動指令を受信する移動指令受信部２４、飛行計画や移動指令に従い自律飛行を行う自律飛行部２５、を備える。
自己位置推定部２１は、加速度センサが取得した無人飛行機２の速度の変化量を基に無人飛行機２の傾きや動きを算出し、角速度センサから取得した無人飛行機２の回転速度の変化量を基に無人飛行機２の傾きや向きの変化を算出し、気圧センサから取得した空気の圧力から無人飛行機２の高度を算出し、自己の移動量を算出する。また、自己位置推定部２１は、環境地図をマッチングすることで無人飛行機２の移動量を逐次推定する。移動量を積算することで自己位置を推定する。
環境地図作成部２２は、ＬＩＤＡＲセンサが取得した散乱光の値に基づき、２次元もしくは３次元の点群データも算出する。点群データは、無人飛行機２の周囲の環境地図となる。
飛行計画受信部２３は、無線通信装置５を介してＰＣ１から飛行計画を受信する。
移動指令受信部２４は、数値制御装置３から移動指令を受信する。
自律飛行部２５は、この移動指令に従い、自律飛行を行う。具体的には、加速度センサ、角速度センサ、気圧センサなどの各種センサから算出した自己の移動量及び姿勢を基に自己位置を推定し、飛行計画や移動指令に従い目的地に飛行する。
自己位置推定部２１は、加速度センサが取得した無人飛行機２の速度の変化量を基に無人飛行機２の傾きや動きを算出し、角速度センサから取得した無人飛行機２の回転速度の変化量を基に無人飛行機２の傾きや向きの変化を算出し、気圧センサから取得した空気の圧力から無人飛行機２の高度を算出し、自己の移動量を算出する。また、自己位置推定部２１は、環境地図をマッチングすることで無人飛行機２の移動量を逐次推定する。移動量を積算することで自己位置を推定する。
環境地図作成部２２は、ＬＩＤＡＲセンサが取得した散乱光の値に基づき、２次元もしくは３次元の点群データも算出する。点群データは、無人飛行機２の周囲の環境地図となる。
飛行計画受信部２３は、無線通信装置５を介してＰＣ１から飛行計画を受信する。
移動指令受信部２４は、数値制御装置３から移動指令を受信する。
自律飛行部２５は、この移動指令に従い、自律飛行を行う。具体的には、加速度センサ、角速度センサ、気圧センサなどの各種センサから算出した自己の移動量及び姿勢を基に自己位置を推定し、飛行計画や移動指令に従い目的地に飛行する。
数値制御装置３は、ペンダント４から入力された移動量又は座標などの移動指令を取得する移動指令取得部３１、無人飛行機２の３次元地図上の自己位置を取得する３次元位置取得部３２、移動指令の座標系を無人飛行機２の座標系（３次元地図）に変換する座標系変換部３３、３次元地図の座標系に変換した移動指令を無人飛行機２に出力する移動指令出力部３４、を備える。
ペンダント４は、手動パルス発生器や複数のボタンを備え、無人飛行機２の移動量や座標などの移動指令を入力する移動指令入力部４１、ユーザが入力した移動指令を数値制御装置３に出力する移動指令出力部４２を備える。
図５に、ペンダント４の一例を示す。図５のペンダント４は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標軸を選択するボタン４３と、入力の倍率を変換するボタン４４、移動量を入力するダイヤル４５が設けられている。軸を選択しダイヤル４５を回転すると、無人飛行機の移動方向と移動量が入力できる。また、軸を選択しダイヤル４５を回転し、無人飛行機２の目的地の座標を入力してもよい。ペンダント４で入力される値は、数値制御装置３が工作機械（図示省略）を制御するために設定した座標系の値である。
数値制御装置３で使用される座標系は、主に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の直交座標系である。これに回転軸を加えた４軸や傾斜軸を加えた５軸を制御できる設備もある。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸の方向は設備の種類によって異なる。フライス盤や立体マシニングセンタでは、Ｘ軸は横方向で右が＋、Ｙ軸は前後方向で奥が＋、Ｚ軸は上下方向で上が＋である。数値制御装置３で使用される座標系には、原点の位置に応じて「機械座標系」、「ワーク座標系」、「ローカル座標系」などがある。
数値制御装置３で使用される座標系は、主に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸の直交座標系である。これに回転軸を加えた４軸や傾斜軸を加えた５軸を制御できる設備もある。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸の方向は設備の種類によって異なる。フライス盤や立体マシニングセンタでは、Ｘ軸は横方向で右が＋、Ｙ軸は前後方向で奥が＋、Ｚ軸は上下方向で上が＋である。数値制御装置３で使用される座標系には、原点の位置に応じて「機械座標系」、「ワーク座標系」、「ローカル座標系」などがある。
図６は、第１の開示の無人飛行機制御システム１００の動作を示すフローチャートである。最初に、無人飛行機２は自己位置を推定し（ステップＳ１）、環境地図を作成する（ステップＳ２）。ＰＣ１は、無人飛行機２の自己位置と環境地図を工場の３次元地図にマッピングし、３次元地図上の無人飛行機２の位置を取得する（ステップＳ３）。
無人飛行機２が自動飛行の場合（ステップＳ４；自動飛行）、ＰＣ１は、無人飛行機２の飛行計画を作成し（ステップＳ５）、無人飛行機２に出力する。無人飛行機２は、ＰＣ１から受信した飛行計画に従い自律飛行する（ステップＳ６）。
無人飛行機２が手動飛行の場合（ステップＳ４；手動飛行）、ペンダント４はユーザからの移動指令を取得する（ステップＳ７）。数値制御装置３はペンダント４が取得した移動指令を３次元地図の座標系に変換する（ステップＳ８）。
数値制御装置３は、３次元地図の座標系に変換した移動指令を無人飛行機２に出力する（ステップＳ９）。無人飛行機２は、数値制御装置３からの移動指令に従い自律飛行を行う（ステップＳ１０）。
無人飛行機２が自動飛行の場合（ステップＳ４；自動飛行）、ＰＣ１は、無人飛行機２の飛行計画を作成し（ステップＳ５）、無人飛行機２に出力する。無人飛行機２は、ＰＣ１から受信した飛行計画に従い自律飛行する（ステップＳ６）。
無人飛行機２が手動飛行の場合（ステップＳ４；手動飛行）、ペンダント４はユーザからの移動指令を取得する（ステップＳ７）。数値制御装置３はペンダント４が取得した移動指令を３次元地図の座標系に変換する（ステップＳ８）。
数値制御装置３は、３次元地図の座標系に変換した移動指令を無人飛行機２に出力する（ステップＳ９）。無人飛行機２は、数値制御装置３からの移動指令に従い自律飛行を行う（ステップＳ１０）。
以上説明したように、第１の開示の無人飛行機制御システム１００では、工作機械の座標系を無人飛行機２の座標系に変換する座標系変換部３３を備え、工作機械の入力装置であるペンダント４を用いて無人飛行機２を制御することができるため、数値制御装置３に専用の装置を追加せずとも無人飛行機２を操作できる。なお、入力装置としては、ペンダント４の他に数値制御装置３の操作盤や携帯端末を用いてもよい。これらの入力装置は、数値制御装置３のユーザが使い慣れたものであるため操作性が高い。
なお、本開示では距離センサとしてＬＩＤＡＲセンサを用いたが、赤外線センサ、超音波センサ、電波によるレーダセンサを距離センサとして用いてもよい。また、カメラやイメージセンサも距離センサとして用いることもできる。カメラを使用する場合は、ＡＲマーカやＡＲタグ、ＱＲコード（登録商標）などを併用することもできる。
距離センサを使用しない例として、ビーコンや無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の電波の強弱を利用して自己位置を推定する方法もある。電波の発生源からの相対位置で自己位置の座標を算出する場合には、座標の絶対値が算出されるため、３次元地図へのマッピングは不要である。無人飛行機２の自己位置推定方法については特に限定しない。
距離センサを使用しない例として、ビーコンや無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の電波の強弱を利用して自己位置を推定する方法もある。電波の発生源からの相対位置で自己位置の座標を算出する場合には、座標の絶対値が算出されるため、３次元地図へのマッピングは不要である。無人飛行機２の自己位置推定方法については特に限定しない。
［第２の開示］
第２の開示の無人飛行機制御システム１００は、図７に示すように、ＰＣ１、無人飛行機２、数値制御装置３から構成される。第２の開示の数値制御装置３は、プログラム記憶部３５とプログラム解析部３６を備え、数値制御装置３の制御プログラムであるＮＣプログラムに従い無人飛行機２を制御する。
第２の開示の無人飛行機制御システム１００は、図７に示すように、ＰＣ１、無人飛行機２、数値制御装置３から構成される。第２の開示の数値制御装置３は、プログラム記憶部３５とプログラム解析部３６を備え、数値制御装置３の制御プログラムであるＮＣプログラムに従い無人飛行機２を制御する。
プログラム記憶部３５は、ＮＣプログラムを記憶する。ＮＣプログラムは数値制御装置３が工作機械を制御するためのプログラムである。本開示のＮＣプログラムには、無人飛行機２を制御するＮＣプログラム（無人飛行機２の制御プログラムと呼ぶ）も存在する。
プログラム解析部３６は、ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムであれば、プログラムの指令内容を座標系変換部３３に出力する。なお、ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムでない場合には、従来通りの処理を行う。
プログラム解析部３６は、ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムであれば、プログラムの指令内容を座標系変換部３３に出力する。なお、ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムでない場合には、従来通りの処理を行う。
ＮＣプログラムでは、Ｇコードを用いて座標系の設定や工具やワークの移動指令などを行う。
Ｇコードには、例えば、「座標系の設定：Ｇ９２，Ｇ５４」「座標の指定の方法：Ｇ９０，Ｇ９１」「平面指定：Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ１９」「各軸の移動：Ｇ００，Ｇ０１」「ドウェル：Ｇ０４」「加速：Ｇ０８」「減速：Ｇ０９」「固定サイクル：Ｇ８１～Ｇ８９」「固定サイクルのキャンセル：Ｇ８０」などがある。
「Ｇ５３ Ｇ０ Ｇ９０ Ｘ１００ Ｙ５０」というＮＣプログラムにおいて、「Ｇ５３」は「座標系（機械座標系）」、「Ｇ０」は「指令内容（位置決め指令）」、「Ｇ９０」は「絶対値指令」、「Ｘ１００ Ｙ５０」は目的地の座標を示している。すなわち、「Ｇ５３ Ｇ０ Ｇ９０ Ｘ１００ Ｙ５０」は、「機械座標系」の座標「Ｘ１００ Ｙ５０」に「位置決め」させる指令である。
Ｇコードには、例えば、「座標系の設定：Ｇ９２，Ｇ５４」「座標の指定の方法：Ｇ９０，Ｇ９１」「平面指定：Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ１９」「各軸の移動：Ｇ００，Ｇ０１」「ドウェル：Ｇ０４」「加速：Ｇ０８」「減速：Ｇ０９」「固定サイクル：Ｇ８１～Ｇ８９」「固定サイクルのキャンセル：Ｇ８０」などがある。
「Ｇ５３ Ｇ０ Ｇ９０ Ｘ１００ Ｙ５０」というＮＣプログラムにおいて、「Ｇ５３」は「座標系（機械座標系）」、「Ｇ０」は「指令内容（位置決め指令）」、「Ｇ９０」は「絶対値指令」、「Ｘ１００ Ｙ５０」は目的地の座標を示している。すなわち、「Ｇ５３ Ｇ０ Ｇ９０ Ｘ１００ Ｙ５０」は、「機械座標系」の座標「Ｘ１００ Ｙ５０」に「位置決め」させる指令である。
プログラム解析部３６がこのようなＧコードを読み出すと、座標系変換部３３が数値制御装置３の座標「Ｘ１００ Ｙ５０」を３次元地図の座標に変換する。移動指令出力部３４は、３次元地図の座標に変換した移動指令を無人飛行機２に出力する。
座標系変換部３３は、座標系の違いや座標指令の違いも考慮する。ＮＣプログラムでは、「機械座標系」の他に、「ワーク座標系」、「ローカル座標系」などがある。また、座標の指定の方法には「絶対値指令」「インクリメンタル指令」がある。「絶対値指令」は「加工原点（Ｘ０，Ｙ０）」からの絶対値で座標を指令する方法である。「インクリメンタル指令」は、現在位置からの相対値で座標を指令する方法である。座標系変換部３３は、このような指令を考慮しながら、数値制御装置３の座標系から３次元地図の座標系への変換を行う。
また、Ｇコードでは、Ｆコードを用いて、無人飛行機２の速度や加速度を指令できる。指令は複数でもよい。例えば、「Ｇ０１」の形式は「Ｇ０１ Ｘ＿ Ｙ＿ Ｚ＿Ｆ＿；」である。このブロックの「Ｆ＿（Ｆコード）」で速度を指令できる。例えば、「Ｇ０１ Ｘ２０． Ｆ１０００」とした場合には、「Ｆ１０００」の速度でＸ軸だけが「２０」の位置に移動する。速度が指定されている場合、座標系変換部３３は、Ｆコードで指定された速度を３次元地図の速度に変換し、移動指令出力部３４は変換された速度を無人飛行機２に出力する。
座標系変換部３３は、座標系の違いや座標指令の違いも考慮する。ＮＣプログラムでは、「機械座標系」の他に、「ワーク座標系」、「ローカル座標系」などがある。また、座標の指定の方法には「絶対値指令」「インクリメンタル指令」がある。「絶対値指令」は「加工原点（Ｘ０，Ｙ０）」からの絶対値で座標を指令する方法である。「インクリメンタル指令」は、現在位置からの相対値で座標を指令する方法である。座標系変換部３３は、このような指令を考慮しながら、数値制御装置３の座標系から３次元地図の座標系への変換を行う。
また、Ｇコードでは、Ｆコードを用いて、無人飛行機２の速度や加速度を指令できる。指令は複数でもよい。例えば、「Ｇ０１」の形式は「Ｇ０１ Ｘ＿ Ｙ＿ Ｚ＿Ｆ＿；」である。このブロックの「Ｆ＿（Ｆコード）」で速度を指令できる。例えば、「Ｇ０１ Ｘ２０． Ｆ１０００」とした場合には、「Ｆ１０００」の速度でＸ軸だけが「２０」の位置に移動する。速度が指定されている場合、座標系変換部３３は、Ｆコードで指定された速度を３次元地図の速度に変換し、移動指令出力部３４は変換された速度を無人飛行機２に出力する。
図８は、第２の開示の無人飛行機制御システム１００の動作を示すフローチャートである。最初に、無人飛行機２は自己位置を推定し（ステップＳ１１）、環境地図を作成する（ステップＳ１２）。ＰＣ１は、無人飛行機２の自己位置と環境地図を工場の３次元地図にマッピングし、３次元地図上の無人飛行機の位置を取得する（ステップＳ１３）。
数値制御装置３のプログラム解析部３６は、ＮＣプログラムを解析し（ステップＳ１４）、ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムでなければ（ステップＳ１５；Ｎｏ）、ＮＣプログラムに従い従来の処理を行う（ステップＳ１６）。
ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムであれば（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、座標系変換部３３は、ＮＣプログラムに記述された座標、速度、加速度などの移動指令を３次元地図の座標系に変換する（ステップＳ１７）。移動指令出力部３４は、３次元地図の座標系に変換した移動指令を無人飛行機２に出力する。無人飛行機２は、数値制御装置３からの移動指令に従い自律飛行を行う（ステップＳ１８）。
数値制御装置３のプログラム解析部３６は、ＮＣプログラムを解析し（ステップＳ１４）、ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムでなければ（ステップＳ１５；Ｎｏ）、ＮＣプログラムに従い従来の処理を行う（ステップＳ１６）。
ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムであれば（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、座標系変換部３３は、ＮＣプログラムに記述された座標、速度、加速度などの移動指令を３次元地図の座標系に変換する（ステップＳ１７）。移動指令出力部３４は、３次元地図の座標系に変換した移動指令を無人飛行機２に出力する。無人飛行機２は、数値制御装置３からの移動指令に従い自律飛行を行う（ステップＳ１８）。
以上説明したように、第２の開示の無人飛行機制御システム１００では、ＮＣプログラムで無人飛行機２を制御することができる。数値制御装置３のユーザは、無人飛行機２のプログラムを習得しなくとも、ＮＣプログラムを用いて無人飛行機２を制御することができる。ＮＣプログラムは、数値制御装置３のユーザにとって使い慣れた言語であるため操作性がよい。
［第３の開示］
第３の開示の無人飛行機制御システム１００は、図９に示すように、ＰＣ１、無人飛行機２、数値制御装置３を含む。第３の開示の数値制御装置３は、Ｍコード解析部３７、Ｍコード出力部３８を備える。第３の開示の無人飛行機２は補助機能実行部２６を備える。Ｍコードとは、補助コードともよばれ、数値制御装置３に接続されたＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）やロボットに信号を出力する指令である。
Ｍコードには、「プログラムストップ（一時停止）：Ｍ００」「オプショナルストップ：Ｍ０１」「プログラム終了：Ｍ０２，Ｍ３０」「工具交換：Ｍ０６」「工作物交換：Ｍ６０」「サブプログラム呼出：Ｍ９８」「サブプログラムの終了：Ｍ９９」などがある。
Ｍコードを用いて、「工具交換」、「工作物交換」などを無人飛行機２に指令できる。また、Ｍコードを用いて、付属デバイスのオン・オフも指令できる。
第３の開示の無人飛行機制御システム１００は、図９に示すように、ＰＣ１、無人飛行機２、数値制御装置３を含む。第３の開示の数値制御装置３は、Ｍコード解析部３７、Ｍコード出力部３８を備える。第３の開示の無人飛行機２は補助機能実行部２６を備える。Ｍコードとは、補助コードともよばれ、数値制御装置３に接続されたＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）やロボットに信号を出力する指令である。
Ｍコードには、「プログラムストップ（一時停止）：Ｍ００」「オプショナルストップ：Ｍ０１」「プログラム終了：Ｍ０２，Ｍ３０」「工具交換：Ｍ０６」「工作物交換：Ｍ６０」「サブプログラム呼出：Ｍ９８」「サブプログラムの終了：Ｍ９９」などがある。
Ｍコードを用いて、「工具交換」、「工作物交換」などを無人飛行機２に指令できる。また、Ｍコードを用いて、付属デバイスのオン・オフも指令できる。
Ｍコード解析部３７は、ＮＣプログラムに記述されたＭコードを解析し、Ｍコードを無人飛行機２の指令に変換する。Ｍコード出力部３８は、Ｍコードから変換された指令を無人飛行機２に出力する。
無人飛行機２の補助機能実行部２６は、数値制御装置３から受信した指令に従い、無人飛行機２の補助機能を実行する。無人飛行機２の補助機能には、例えば、「工具交換」「工作物交換」「付属デバイスのオン・オフ」などがある。「工具交換」や「工作物交換」では、例えば、無人飛行機２に搭載した工具や工作物を投下する。
また、Ｍコードは既存のものだけでなく、ユーザが作成することもできる。そのため、必要なＭコードを独自に作成し、ＮＣプログラムで制御可能な補助機能を追加することができる。
また、Ｍコードは既存のものだけでなく、ユーザが作成することもできる。そのため、必要なＭコードを独自に作成し、ＮＣプログラムで制御可能な補助機能を追加することができる。
図１０は、第３の開示の無人飛行機制御システム１００の動作を示すフローチャートである。最初に、無人飛行機２は自己位置を推定し（ステップＳ２１）、環境地図を作成する（ステップＳ２２）。ＰＣ１は、無人飛行機２の自己位置と環境地図を工場の３次元地図にマッピングし、３次元地図上の無人飛行機２の位置を取得する（ステップＳ２３）。
数値制御装置３のプログラム解析部３６は、ＮＣプログラムを解析し（ステップＳ２４）、ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムでなければ（ステップＳ２５；Ｎｏ）、ＮＣプログラムに従い従来の処理を行う（ステップＳ２６）。
ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムであり（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、解析中のブロックにＭコードが記述されていなければ（ステップＳ２７；Ｎｏ）、座標系変換部３３は、ＮＣプログラムに記述された座標、速度、加速度などの移動指令を３次元地図の座標系に変換し（ステップＳ２８）、移動指令出力部３４が３次元地図の座標系に変換された移動指令を無人飛行機２に出力する。無人飛行機２は、数値制御装置３からの移動指令に従い自律飛行を行う（ステップＳ２９）。
ＮＣプログラムにＭコードが記述されている場合（ステップＳ２７；Ｙｅｓ）、Ｍコード解析部３７は、Ｍコードの指令内容を解析し、Ｍコードを無人飛行機２の指令に変換する（ステップＳ３０）。Ｍコード出力部３８は、Ｍコードに基づく指令を無人飛行機２に出力する。無人飛行機２は、変換された指令に従い動作する（ステップＳ３１）。
数値制御装置３のプログラム解析部３６は、ＮＣプログラムを解析し（ステップＳ２４）、ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムでなければ（ステップＳ２５；Ｎｏ）、ＮＣプログラムに従い従来の処理を行う（ステップＳ２６）。
ＮＣプログラムが無人飛行機２の制御プログラムであり（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、解析中のブロックにＭコードが記述されていなければ（ステップＳ２７；Ｎｏ）、座標系変換部３３は、ＮＣプログラムに記述された座標、速度、加速度などの移動指令を３次元地図の座標系に変換し（ステップＳ２８）、移動指令出力部３４が３次元地図の座標系に変換された移動指令を無人飛行機２に出力する。無人飛行機２は、数値制御装置３からの移動指令に従い自律飛行を行う（ステップＳ２９）。
ＮＣプログラムにＭコードが記述されている場合（ステップＳ２７；Ｙｅｓ）、Ｍコード解析部３７は、Ｍコードの指令内容を解析し、Ｍコードを無人飛行機２の指令に変換する（ステップＳ３０）。Ｍコード出力部３８は、Ｍコードに基づく指令を無人飛行機２に出力する。無人飛行機２は、変換された指令に従い動作する（ステップＳ３１）。
以上説明したように、第３の開示の無人飛行機制御システム１００では、ＮＣプログラムに記述されたＭコードを無人飛行機２への指令に変換するＭコード解析部３７を備える。Ｍコードは、本来、クーラントの吐出、工具交換など、工作機械の周辺機器に指令を送る補助コードである。第３の開示の無人飛行機制御システム１００では、Ｍコードを用いて、「工具交換」「工作物交換」「付属デバイスのオン・オフ」などを無人飛行機の補助機能も制御できる。
１００ 無人飛行機制御システム
１ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
２ 無人飛行機
３ 数値制御装置
４ ペンダント
５ 無線通信装置
１１ 自己位置取得部
１２ 環境地図取得部
１３ ３次元地図記憶部
１４ マッピング部
２１ 自己位置推定部
２２ 環境地図作成部
２５ 自律飛行部
２６ 補助機能実行部
３２ ３次元位置取得部
３１ 移動指令取得部
３３ 座標系変換部
３４ 移動指令出力部
３５ プログラム記憶部
３６ プログラム解析部
３７ Ｍコード解析部
３８ Ｍコード出力部
４１ 移動指令入力部
４２ 移動指令出力部
１１１ ＣＰＵ
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ 不揮発性メモリ
２１１ ＣＰＵ
２１２ ＲＯＭ
２１３ ＲＡＭ
２１４ 不揮発性メモリ
１ パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
２ 無人飛行機
３ 数値制御装置
４ ペンダント
５ 無線通信装置
１１ 自己位置取得部
１２ 環境地図取得部
１３ ３次元地図記憶部
１４ マッピング部
２１ 自己位置推定部
２２ 環境地図作成部
２５ 自律飛行部
２６ 補助機能実行部
３２ ３次元位置取得部
３１ 移動指令取得部
３３ 座標系変換部
３４ 移動指令出力部
３５ プログラム記憶部
３６ プログラム解析部
３７ Ｍコード解析部
３８ Ｍコード出力部
４１ 移動指令入力部
４２ 移動指令出力部
１１１ ＣＰＵ
１１２ ＲＯＭ
１１３ ＲＡＭ
１１４ 不揮発性メモリ
２１１ ＣＰＵ
２１２ ＲＯＭ
２１３ ＲＡＭ
２１４ 不揮発性メモリ
Claims (8)
- 工作機械の制御を行う数値制御装置であって、
前記数値制御装置に設定された座標系における無人飛行機の移動指令を取得する移動指令取得部と、
前記移動指令の座標系を、前記無人飛行機を制御するための座標系に変換する座標系変換部と、
前記座標系変換部によって変換された前記移動指令を前記無人飛行機に出力する移動指令出力部と、
を備え、
前記移動指令取得部は、ユーザが手動で入力した移動指令を前記数値制御装置の入力装置から取得する数値制御装置。 - 前記移動指令は、前記無人飛行機の速度、加速、減速の何れか１つ又は複数を含む、請求項１記載の数値制御装置。
- 前記工作機械の前記入力装置はペンダントである、請求項１に記載の数値制御装置。
- 前記数値制御装置は、前記無人飛行機が手動飛行か自動飛行かを判断し、前記手動飛行の場合は、前記ペンダントはユーザからの移動指令を取得し、
前記数値制御装置は、前記ペンダントから取得した移動指令を前記無人飛行機を制御するための座標系に変換し、前記変換された移動指令を前記無人飛行機に出力する、請求項３に記載の数値制御装置。 - １つ又は複数のプロセッサが実行することにより、
数値制御装置に設定された座標系における無人飛行機の移動指令を取得し、
前記移動指令の座標系を、前記無人飛行機を制御するための座標系に変換し、
前記無人飛行機を制御するための座標系に変換された移動指令を前記無人飛行機に出力し、
前記数値制御装置の入力装置から、ユーザが手動で入力した前記無人飛行機の移動指令を取得する、
コンピュータが読み取り可能な命令を記憶する記憶媒体。 - 前記移動指令は、前記無人飛行機の速度、加速、減速、の何れか１つ又は複数を含む、請求項５記載の記憶媒体。
- 前記工作機械の前記入力装置はペンダントである、請求項５に記載の記憶媒体。
- 前記数値制御装置は、前記無人飛行機が手動飛行か自動飛行かを判断し、手動飛行の場合は、前記ペンダントはユーザからの移動指令を取得し、
前記数値制御装置は、前記ペンダントから取得した移動指令を前記無人飛行機を制御するための座標系に変換し、前記変換された移動指令を前記無人飛行機に出力する、請求項７に記載の記憶媒体。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP2020193375 | 2020-11-20 | ||
| JP2020193375 | 2020-11-20 | ||
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|---|---|
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| JPWO2022107760A5 JPWO2022107760A5 (ja) | 2023-08-04 |
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Family Applications (1)
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Citations (6)
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| JP2020520838A (ja) | 2017-03-31 | 2020-07-16 | ベックホフ オートメーション ゲーエムベーハー | 自動制御システムおよび自動制御システムの動作方法 |
| JP2019059314A (ja) | 2017-09-26 | 2019-04-18 | 日本電信電話株式会社 | 飛行制御装置、方法、及びプログラム |
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| DE112021004890T5 (de) | 2023-08-17 |
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