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公開番号2025071055
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2024182936
出願日2024-10-18
発明の名称工作機械の迅速な移動計画
出願人ファナック株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G05B 19/4093 20060101AFI20250424BHJP(制御;調整)
要約【課題】マルチセグメントツール経路移動についての時間最適軌道を決定する工作機械移動制御についての方法を実現する。
【解決手段】
移動全体の各セグメントに関する開始及び終了のウェイポイントは、切削送り速さなどの他の条件と共に定められる。各セグメントについての初期移動プロファイルは、ウェイポイント形状及び他の制約に基づいて計算され、セグメントをつなぐウェイポイントにおける移動状態は、最短の合計軌道時間を提供するように最適化される。最適化されたウェイポイント状態は、非ゼロ値を有する速度及び加速度を含む。追加のウェイポイントは、衝突回避などのために軌道に追加され得、ウェイポイント状態は、完全軌道の最小合計時間について再び最適化される。発見的手法及び勾配降下手法は、最適なウェイポイント状態値の計算に適用される。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
工作機械移動計画についての方法であって、前記方法は、
ワークピースの形状、及び工作機械によって前記ワークピース内または前記ワークピース上で機械加工される少なくとも１つの特徴、機械加工送り速さ、並びに最大の速度、加速度、及びジャークを含む工作機械限度を含む、機械加工動作に関する入力データを提供することと、
少なくとも２つのステップについての開始及び終了のウェイポイントを含む、前記機械加工動作に関するマルチステップ移動計画についてのウェイポイントを定めることであって、少なくとも１つの中間ウェイポイントは、任意の２つの隣接ステップに共通の中間ウェイポイントを含み、前記ステップのうちの少なくとも１つは、前記ステップのうちの少なくとも１つの軌道の形状及び速さにおいて自由度を有するエアカットステップである、ということと、
プロセッサ及びメモリを有する計算デバイスによって、前記少なくとも１つの中間ウェイポイントが非静止状態を有する前記マルチステップ移動計画についての軌道を生成することであって、移動計画の各ステップについて軌道及びタイムスパンを計算することを含み、合計時間は、前記ステップの全てに関する前記タイムスパンの和である、ということと、
前記少なくとも１つの中間ウェイポイントに関する１つ以上の状態を計算して、前記マルチステップ移動計画についての軌道を提供することと、
を含む、方法。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記少なくとも１つの中間ウェイポイントの前記非静止状態は、速度状態を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マルチステップ移動計画についての軌道を生成することは、各中間ウェイポイントの前記速度状態の初期推定を計算することを含み、前記移動計画のステップにおいて移動する距離、前記中間ウェイポイントとは反対側の前記ステップの端における速度状態、及び前記工作機械限度に基づいて、前記速度状態の前記初期推定を計算することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記移動計画の前記ステップのうちの１つは、切削ステップであって、開始及び終了のウェイポイントの場所、前記ステップについての軌道形状、並びに前記機械加工送り速さに等しい前記ステップについての速度を含む定められた境界条件を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記移動計画の各ステップについて軌道及びタイムスパンを計算することは、前記エアカットステップの各々について少なくとも２つの座標方向の各々における移動プロファイルを計算することを含み、前記移動プロファイルは、７段階のジャーク束縛の移動に関する式、前記少なくとも１つの中間ウェイポイントの１つ以上の状態、工作機械限度、並びに前記移動計画についての開始及び終了の境界条件を使用して計算される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの中間ウェイポイントの１つ以上の状態を計算することは、最小合計時間を有する軌道をもたらす状態が見出されるまで、反復して、前記１つ以上の状態を修正し、前記マルチステップ移動計画についての新しい軌道を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
反復して、前記１つ以上の状態を修正し、前記マルチステップ移動計画についての新しい軌道を生成することは、勾配降下法を使用して、前記最小合計時間をもたらす前記少なくとも１つの中間ウェイポイントの前記１つ以上の状態を識別することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
１つ以上の新しいウェイポイントを前記移動計画の前記エアカットステップのうちの１つに追加し、前記１つ以上の新しいウェイポイントを含む修正移動計画についての軌道を生成することを更に含み、前記１つ以上の新しいウェイポイントは、可変の非静止状態を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記修正移動計画についての前記軌道を生成することは、前記エアカットステップの起点ウェイポイントから前記１つ以上の新しいウェイポイントまでの第１の軌道セグメント、及び前記１つ以上の新しいウェイポイントから前記エアカットステップの目的ウェイポイントまでの第２の軌道セグメントを計算することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記修正移動計画についての前記軌道を生成することは、前記１つ以上の新しいウェイポイント及び前記少なくとも１つの中間ウェイポイントの前記状態を最適化して、最小合計時間を有する前記修正移動計画についての前記軌道を提供することを含む、請求項８に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、工作機械移動制御の分野に関し、より具体的には、マルチセグメント移動に関する時間最適軌道を決定する工作機械移動計画についての方法に関し、ここで、セグメントをつなぐ中間ウェイポイントにおける移動状態は、最短の合計時間を提供するように最適化され、追加のウェイポイントは、衝突回避などのために追加され得、ウェイポイント状態は、完全軌道の最小合計時間について再び最適化される。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
コンピュータ制御デバイスを使用して、部品に対して穴開け及びミーリングなどの機械加工動作を行うことは、当該技術において既知である。一部の用途では、固定された空間の向きをツールが維持しつつ３次元での経路に沿ってツールを移動させるコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械が使用される。他の用途では、多軸産業用ロボットには、機械加工ヘッドが備わっており、ロボットは、ツールの向きを任意の所望の値に制御することも行いつつ、空間の経路に沿ってツールを移動させ得る。
【０００３】
どのタイプの工作機械またはロボットが機械加工動作を行うために使用されるかに関わらず、ツール経路軌道及び対応する速度プロファイルが計算される必要がある。ツール経路軌道は、（穴開けまたはミーリングなどの、ツールがワークピースから材料を切削している場合の）機械加工ステップ及び（機械加工ステップの前または後に、次の機械加工ステップの開始におけるポイントまで、エアを通じてツールを移動させる）「エアカット」移動ステップの両方を含む。
【０００４】
もちろん、計算されたツール経路軌道は、ワークピースに対して所望の機械加工ステップを正確に行う（すなわち、正確な場所に穴を有する所望の形状の完成ワークピースなどを提供する）必要があり、機械の機械的限度、及び穴開けまたはミーリング時の指定送り速さなどの制約を守る必要もある。
【０００５】
加えて、機械生産性を最大化するために、機械加工動作全体について考えられる最速のサイクルタイムを提供するツール経路軌道及び速度プロファイルを計算することが望ましい。そして、ツール経路軌道が非衝突であること、すなわち、ツール及び機械が、ワークピース自体、または作業空間内の固定物若しくは任意の他の障害物との衝突を回避することを保証することが不可欠である。
【０００６】
指定の開始及び目標の場所を想定して、サイクルタイムを最適化する軌道及び対応する速度プロファイルを計算し得る手法は、当該技術において既知である。しかしながら、当該手法は、（エアカットセグメント、その後、切削セグメント、次いで、別のエアカットセグメントなどの）マルチセグメント軌道について合計サイクルタイムを最適化することができない。更に、一部の軌道計算手法は、軌道計算において衝突回避決定に対応することができない。
【０００７】
軌道計算において衝突回避決定に対応し得る他の手法が存在するが、当該既存の手法は、サイクルタイムを最適化しない。例えば、ある既知の方法は、リアルタイムで衝突を監視し、差し迫っている衝突が検出される場合に、衝突を防止するために機械を停止させる。別の既知の方法は、事前に複数のツール経路軌道の計算を必要とし、特定の動作について、障害物環境に基づいて既定の軌道のうちの１つを選択する。更に別の方法は、イメージングシステムを使用して、潜在的な衝突をリアルタイムで検出し、それに従って軌道を調整するが、それを行いつつ動作のサイクルタイムを最適化することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の状況に鑑みて、マルチセグメント軌道においてサイクルタイムを最小化し、システムの他の幾何学的及び運動学的な制約を満たしつつ非衝突のツール経路を保証し得る改善された工作機械移動計画方法が必要である。時間最適軌道計算を具現化している改善された工作機械プログラミング方法も必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、マルチセグメントツール経路移動についての時間最適軌道を決定する工作機械移動制御についての方法を記載する。移動全体の各セグメントに関する開始及び終了のウェイポイントは、切削送り速さなどの他の条件と共に定められる。各セグメントについての初期移動プロファイルは、ウェイポイント形状及び他の制約に基づいて計算され、セグメントをつなぐウェイポイントにおける移動状態は、最短の合計軌道時間を提供するように最適化される。最適化されたウェイポイント状態は、非ゼロ値を有する速度及び加速度を含む。追加のウェイポイントは、衝突回避などのために軌道に追加され得、ウェイポイント状態は、完全軌道の最小合計時間について再び最適化される。発見的手法及び勾配降下手法は、最適なウェイポイント状態値の計算に適用される。
【００１０】
本開示のシステム及び方法の追加の特徴は、添付図面と併せて、以下の記載及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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