JP7509914B2 - 数値制御装置、及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
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。
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、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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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)。
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。
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