JP2012115912A - Machining robot and gravity compensation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークを加工する加工ロボットとその重力補償方法に関する。 The present invention relates to a machining robot for machining a workpiece and a gravity compensation method thereof.
工具反力を計測しながらワークに倣って加工するバリ取りロボットにおいて、力覚センサを介して工具をロボット手先に設置して、工具に加わる加工反力を計測し，加工反力が一定になるようにロボットを動作制御することで倣い動作を実現することは一般的である。
力覚センサの計測データには、加工反力以外に、工具重力やセンサ自体の誤差等の成分が含まれている。このため、工具に加わる加工反力を算出するには、力覚センサ計測データから工具重力等の成分を除去する必要があり、このような処理は重力補償と呼ばれており、例えば以下の特許文献による方法が既に知られている。
In a deburring robot that performs machining according to the workpiece while measuring the tool reaction force, the tool is placed on the robot's hand via a force sensor, the machining reaction force applied to the tool is measured, and the machining reaction force becomes constant As described above, it is common to realize a copying operation by controlling the operation of a robot.
The measurement data of the force sensor includes components such as tool gravity and error of the sensor itself in addition to the machining reaction force. For this reason, in order to calculate the machining reaction force applied to the tool, it is necessary to remove components such as tool gravity from the force sensor measurement data, and such processing is called gravity compensation. Literature methods are already known.
特許文献１に記載された重力補償方法は、加工前に、ロボットの複数姿勢での力覚センサ計測値を使って工具重心位置と重力とを算出しておき、加工中に、各時刻におけるロボット姿勢データと重心データとから、工具重力成分を算出し、加工中の力覚センサデータから差し引く方法である。
また、特許文献２に記載された重力補償方法は、加工前に、教示軌道を使って、加工せずにロボットを動作させ、その際の力覚センサ計測値を力制御の制御周期に同期して保存しておき、加工中に、制御周期に同期させて前述の計測データを差し引く方法である。
The gravity compensation method described in Patent Document 1 calculates the tool center of gravity position and gravity using the force sensor measurement values in a plurality of postures of the robot before machining, and the robot at each time during machining. In this method, the tool gravity component is calculated from the posture data and the gravity center data, and is subtracted from the force sensor data during processing.
In addition, the gravity compensation method described in Patent Document 2 uses a teaching trajectory before machining to operate a robot without machining, and synchronizes the force sensor measurement value at that time with the control period of force control. This is a method of subtracting the above-mentioned measurement data in synchronization with the control cycle during machining.
上記特許文献１の方法では、力覚センサの直線性誤差、他軸感度誤差、慣性力による計測誤差を除去できないため、重力補償の精度が低く、高精度の倣い動作ができないという問題があった。
また、上記特許文献２の方法では、重力補償の精度は高いが、加工前に、加工時と同一の教示軌道で計測動作するために、ワークをセットした状態で計測動作すると工具とワークとが衝突する恐れがある。また、衝突を避けるために、ワークを取り外した形で計測を行った場合には、ワークを再度セットした場合に当初の位置からずれが生じる可能性があった。
さらに、加工時の送りが低速である場合は、計測動作時も同じ軌道を使うため、計測時間が長くなるという問題点があった。
The method of Patent Document 1 has a problem in that the accuracy of gravity compensation is low and high-precision copying cannot be performed because the linearity error of the force sensor, the other-axis sensitivity error, and the measurement error due to inertial force cannot be removed. .
In the method of Patent Document 2, the accuracy of gravity compensation is high. However, since the measurement operation is performed in the same teaching trajectory as that before the machining, the tool and the workpiece are separated when the measurement operation is performed with the workpiece set. There is a risk of a collision. In addition, when the measurement is performed with the workpiece removed in order to avoid a collision, there is a possibility that a deviation from the initial position may occur when the workpiece is set again.
Furthermore, when the feed during machining is low speed, the same trajectory is used during the measurement operation, so that there is a problem that the measurement time becomes long.
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。
すなわち、本発明の目的は、重力補償の精度を高め、かつ、計測動作時において工具とワークとの衝突を避け、さらに、計測時間を短縮することを可能とした加工ロボット及びその重力補償方法を提供することにある。
The present invention has been developed to solve the above-described problems.
That is, an object of the present invention is to provide a machining robot and a gravity compensation method thereof capable of improving the accuracy of gravity compensation, avoiding a collision between a tool and a workpiece during a measurement operation, and further reducing the measurement time. It is to provide.
本発明によれば、外力を計測する力センサを備えた工具を用い、加工中に工具に作用する加工反力を計測しながらワークを加工する加工ロボットの重力補償方法であって、
加工軌道をＣＡＭによって生成し、
ワークの加工前に、加工軌道と干渉しない範囲で準備した計測軌道において、工具を加工時の姿勢で動作させ、その際の力センサの計測値をオフセット値として記憶し、
ワーク加工時に、前記加工軌道上の同一の姿勢における前記オフセット値を、加工中の力センサの計測値から差し引いて、加工反力を算出し、
前記加工反力を用いて、工具の押付力を制御しながらワークに倣って加工する、ことを特徴とする加工ロボットの重力補償方法が提供される。
According to the present invention, there is provided a gravity compensation method for a machining robot that processes a workpiece while measuring a machining reaction force acting on the tool during machining using a tool having a force sensor that measures external force,
The machining trajectory is generated by CAM,
Before machining the workpiece, in the measurement trajectory prepared within the range that does not interfere with the machining trajectory, the tool is operated in the posture at the time of machining, and the measured value of the force sensor at that time is stored as an offset value,
At the time of workpiece machining, the machining reaction force is calculated by subtracting the offset value in the same posture on the machining track from the measurement value of the force sensor during machining,
There is provided a gravity compensation method for a machining robot, wherein the machining reaction force is used to perform machining following a workpiece while controlling the pressing force of the tool.
さらに、本発明によれば、前記計測軌道は、前記加工軌道に沿っており、かつ、前記加工軌道よりも少なくとも前記ワークに存在するバリの高さよりも離れた位置に準備する。 Further, according to the present invention, the measurement trajectory is prepared along the machining trajectory and at a position separated from the machining trajectory at least by the height of the burr existing in the workpiece.
また、本発明の一実施形態によれば、前記計測軌道における動作時の送り速度は、前記加工軌道における動作時の送り速度よりも高速である。 Moreover, according to one Embodiment of this invention, the feed rate at the time of the operation | movement in the said measurement track | orbit is higher than the feed rate at the time of the operation | movement in the said process track | orbit.
本発明によれば、外力を計測する力センサを有しワークを加工する工具と、
加工データを記憶する制御装置と、
加工軌道が生成可能なＣＡＭと、を備え、
前記制御装置は、ワークの加工前に、加工軌道と干渉しない範囲で準備した計測軌道において、工具を加工時の姿勢で動作させ、その際の力センサの計測値をオフセット値として記憶し、
ワーク加工時に、前記加工軌道上の同一の姿勢における前記オフセット値を、加工中の力センサの計測値から差し引いて、加工反力を算出し、
前記加工反力を用いて、工具の押付力を制御しながらワークに倣って加工する、ことを特徴とする加工ロボットが提供される。
According to the present invention, a tool having a force sensor for measuring an external force and machining a workpiece;
A control device for storing machining data;
CAM capable of generating a machining trajectory,
The control device operates the tool in a posture at the time of machining in a measurement trajectory prepared within a range that does not interfere with the machining trajectory before machining the workpiece, and stores the measurement value of the force sensor at that time as an offset value,
At the time of workpiece machining, the machining reaction force is calculated by subtracting the offset value in the same posture on the machining track from the measurement value of the force sensor during machining,
There is provided a machining robot characterized in that machining is performed in accordance with a workpiece while controlling the pressing force of the tool using the machining reaction force.
さらに、本発明によれば、前記計測軌道は、前記加工軌道に沿っており、かつ、前記加工軌道よりも少なくとも前記ワークに存在するバリの高さよりも離れた位置に設定されるようになっている。 Furthermore, according to the present invention, the measurement trajectory is set along the machining trajectory and at a position separated from the machining trajectory at least by the height of the burr existing on the workpiece. Yes.
また、本発明の一実施形態によれば、前記計測軌道における動作時の送り速度は、前記加工軌道における動作時の送り速度よりも高速になるように設定されている。 According to an embodiment of the present invention, the feed speed during operation on the measurement trajectory is set to be higher than the feed speed during operation on the machining trajectory.
上記本発明によれば、ワークの加工前に、加工軌道と干渉しない範囲で準備した計測軌道において、工具を加工時の姿勢で動作させ、その際の力センサの計測値をオフセット値として記憶し、ワーク加工時に、前記加工軌道上の同一の姿勢における前記オフセット値を、加工中の力センサの計測値から差し引いて、加工反力を算出し、これによって工具の押付力を制御しながらワークに倣って加工することによって、重力補償の精度を高め、かつ、計測動作時において工具とワークとの衝突を避け、さらに、計測時間を短縮することを可能とすることができる。
According to the present invention, before machining a workpiece, the tool is operated in a posture at the time of machining in a measurement trajectory prepared within a range that does not interfere with the machining trajectory, and the measurement value of the force sensor at that time is stored as an offset value. When machining a workpiece, the offset value at the same posture on the machining trajectory is subtracted from the measured value of the force sensor during machining to calculate the machining reaction force, thereby controlling the pressing force of the tool and By following the machining, it is possible to increase the accuracy of gravity compensation, avoid collision between the tool and the workpiece during the measurement operation, and further reduce the measurement time.
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図１は、本発明による加工ロボットの全体構成図であり、図２は、図１の回転工具の拡大図である。
図１において、本発明の加工ロボット１０は、回転工具１２、ロボットアーム１６、及びロボット制御装置２０を備える。なお１はワーク（被加工部材）、２はテーブルである。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a processing robot according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of the rotary tool of FIG.
In FIG. 1, a processing robot 10 of the present invention includes a rotary tool 12, a robot arm 16, and a robot control device 20. In addition, 1 is a workpiece | work (member to be processed), 2 is a table.
ワーク１は、加工ロボット１０により、バリ取り、Ｃ面取り、又はラウンドエッジ加工される被加工部材であり、例えば鋳鉄等の硬い材質からなる。
ワーク１は、この例ではテーブル２の上面の所定位置に正確に固定されている。
The workpiece 1 is a workpiece to be deburred, chamfered, or rounded by the machining robot 10 and is made of a hard material such as cast iron.
In this example, the workpiece 1 is accurately fixed at a predetermined position on the upper surface of the table 2.
図２において、工具１２は、回転砥石１３、スピンドルモータ１４からなる。工具１２は、力センサ１５を介してロボットアーム１６に設置される。 In FIG. 2, the tool 12 includes a rotating grindstone 13 and a spindle motor 14. The tool 12 is installed on the robot arm 16 via the force sensor 15.
回転砥石１３は、軸心を中心とする外周面１３ａに加工面を有する砥石である。
この例において、回転砥石１３の形状は円柱形であるが、本発明はこれに限定されず、円錐形、接頭円錐形、球形、その他の形状であってもよい。また、回転砥石１３は砥石に限定されず、その他の工具（カッターやブラシ）であってもよい。
また、工具は、回転工具に限定されず、往復運動する工具や、工具自体は動作しない棒やすり等の工具であってもよい。
The rotating grindstone 13 is a grindstone having a processed surface on the outer peripheral surface 13a centering on the axis.
In this example, the shape of the rotating grindstone 13 is a cylindrical shape, but the present invention is not limited to this, and may be a conical shape, a prefix conical shape, a spherical shape, or other shapes. Moreover, the rotary grindstone 13 is not limited to a grindstone, and may be another tool (cutter or brush).
The tool is not limited to a rotating tool, and may be a tool that reciprocates or a tool such as a bar file that does not operate.
スピンドルモータ１４は、回転砥石１３をその軸心を中心に回転駆動する電動モータである。スピンドルモータ１４の回転速度は、ロボット制御装置２０により所定の範囲で可変に制御される。なお、スピンドルモータ１４は電動モータに限定されず、エアモータであってもよい。 The spindle motor 14 is an electric motor that rotationally drives the rotary grindstone 13 around its axis. The rotational speed of the spindle motor 14 is variably controlled within a predetermined range by the robot controller 20. The spindle motor 14 is not limited to an electric motor, and may be an air motor.
力センサ１５は、回転砥石１３に作用する外力を検出するセンサである。
この例において、力センサ１５は直交３軸方向の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）と各軸周りのトルク（Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚ）を計測可能な６軸センサであり、３次元的に移動可能なロボットアーム１６に取り付けられ、これに作用する６自由度の外力（３方向の力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚと、３軸周りのトルクＴｘ、Ｔｙ、Ｔｚ）を検出するようになっている。
なお、本発明はこれに限定されず、ワーク１に対する押付け力が検出できる限りで、その他の力センサであってもよい。
The force sensor 15 is a sensor that detects an external force acting on the rotating grindstone 13.
In this example, the force sensor 15 is a six-axis sensor that can measure forces (Fx, Fy, Fz) in three orthogonal directions and torques (Tx, Ty, Tz) around each axis, and can move three-dimensionally. A 6-degree-of-freedom external force (forces Fx, Fy, Fz in three directions and torques Tx, Ty, Tz around three axes) acting on the robot arm 16 is detected.
In addition, this invention is not limited to this, As long as the pressing force with respect to the workpiece | work 1 is detectable, another force sensor may be sufficient.
図１において、ロボットアーム１６は、手先に回転工具１２を取付け、これを３次元空間内で位置と姿勢を移動可能に構成されている。
ロボットアーム１６は、この例では、多関節ロボットのロボットアーム１６であるが、本発明はこれに限定されず、その他のロボットであってもよい。
In FIG. 1, the robot arm 16 is configured such that the rotary tool 12 is attached to the hand and the position and posture thereof can be moved in a three-dimensional space.
In this example, the robot arm 16 is a robot arm 16 of an articulated robot, but the present invention is not limited to this and may be other robots.
ロボット制御装置２０は、記憶装置２１に加工データを記憶しロボットアーム１６を制御する。
ロボット制御装置２０は、例えば数値制御装置であり、指令信号によりロボットアーム１６を６自由度（３次元位置と３軸周りの回転）に制御するようになっている。
The robot control device 20 stores the machining data in the storage device 21 and controls the robot arm 16.
The robot controller 20 is, for example, a numerical controller, and controls the robot arm 16 with six degrees of freedom (three-dimensional position and rotation around three axes) by a command signal.
記憶装置２１に記憶された加工データは、加工軌道データテーブルと加工条件データからなる。
加工軌道データテーブルは、工具１２のＴＣＰの目標位置姿勢（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｂ、Ｃ）と、押付け方向ベクトルからなる。これらはワーク１の３ＤＣＡＤモデルから自動的に生成する。
加工条件データは、送り速度、工具１２の回転速度、押付け力である。
さらに、力センサ１５の計測値も、オフセット値として記憶装置２１に記憶される。
これらの加工データは、工具１２のＴＣＰの目標位置、押付け方向ベクトル、送り速度、工具１２の回転速度、押付け力、及び力センサ１５のオフセット値（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ、Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚ）の時系列データ又は距離ベースデータであるのがよい。
The machining data stored in the storage device 21 includes a machining trajectory data table and machining condition data.
The machining trajectory data table includes TCP target position / posture (X, Y, Z, A, B, C) of the tool 12 and a pressing direction vector. These are automatically generated from the 3D CAD model of the work 1.
The processing condition data is a feed speed, a rotational speed of the tool 12, and a pressing force.
Further, the measured value of the force sensor 15 is also stored in the storage device 21 as an offset value.
These machining data include the TCP target position of the tool 12, the pressing direction vector, the feed speed, the rotational speed of the tool 12, the pressing force, and the offset value of the force sensor 15 (Fx, Fy, Fz, Tx, Ty, Tz). The time series data or distance-based data is preferable.
図３は、本発明による重力補償方法のフロー図である。
本発明の重力補償方法は、上述した装置を用い、外力を計測する力センサ１５を備えた工具１２を用い、加工中に工具１２に作用する加工反力を計測しながらワーク１を加工する加工ロボット１０の重力補償方法である。
FIG. 3 is a flow diagram of a gravity compensation method according to the present invention.
The gravity compensation method of the present invention uses the above-described apparatus, uses a tool 12 having a force sensor 15 for measuring an external force, and processes the workpiece 1 while measuring a processing reaction force acting on the tool 12 during the processing. This is a gravity compensation method for the robot 10.
図３において、本発明の方法は、軌道生成ステップＳ１、計測運転ステップＳ２、加工運転ステップＳ３からなる。 In FIG. 3, the method of the present invention comprises a trajectory generation step S1, a measurement operation step S2, and a machining operation step S3.
軌道生成ステップＳ１では、ワーク加工前に、ワークの３ＤＣＡＤモデルから加工軌道を自動生成する。 In the trajectory generation step S1, a processing trajectory is automatically generated from the 3D CAD model of the workpiece before the workpiece processing.
上記加工軌道は、例えば、単位時間毎（ｔ［ｓeｃ］）にロボット目標位置姿勢及び押付方向ベクトルを記憶した複数の加工軌道データからなる。
ロボット目標位置姿勢は、例えば、各軸方向の座標（Ｘ［ｍｍ］，Ｙ［ｍｍ］，Ｚ［ｍｍ］）、各軸周回りの回転角度（Ａ［ｄｅｇ］，Ｂ［ｄｅｇ］，Ｃ［ｄｅｇ］）からなる。
また、押付方向ベクトルは、各単位時間において工具１２を押付ける方向を表す単位ベクトルであり、例えば、Ｘ軸方向の押付方向ベクトルを表すｖｘ、Ｙ軸方向の押付方向ベクトルを表すｖｙ、Ｚ軸方向の押付方向ベクトルを表すｖｚからなる。
The machining trajectory includes, for example, a plurality of machining trajectory data storing a robot target position and orientation and a pressing direction vector every unit time (t [sec]).
The robot target position / posture includes, for example, coordinates in each axial direction (X [mm], Y [mm], Z [mm]), and rotation angles (A [deg], B [deg], C [ deg]).
Further, the pressing direction vector is a unit vector indicating the pressing direction of the tool 12 in each unit time. For example, vx indicating the pressing direction vector in the X axis direction, vy indicating the pressing direction vector in the Y axis direction, and Z axis. It consists of vz representing the pressing direction vector of the direction.
計測運転ステップＳ２では、加工軌道を一定量シフトさせた計測軌道を使用し、工具１２を加工時の回転速度及び姿勢で操作させ、その際の力センサ１５の計測値（Ｆｘ［Ｎ］，Ｆｙ［Ｎ］，Ｆｚ［Ｎ］，Ｔｘ［Ｎｍ］，Ｔｙ［Ｎｍ］，Ｔｚ［Ｎｍ］）をオフセット値として時系列又は距離ベースで記憶する。 In the measurement operation step S2, the measurement trajectory obtained by shifting the machining trajectory by a certain amount is used, the tool 12 is operated at the rotational speed and posture during machining, and the measured values (Fx [N], Fy) of the force sensor 15 at that time [N], Fz [N], Tx [Nm], Ty [Nm], Tz [Nm]) are stored as offset values in time series or distance base.
計測軌道は、加工軌道データテーブルを元に、加工軌道から押付方向の負方向に一定距離平行にシフトさせた位置に設定する。
加工軌道から平行にシフトさせることによって、重力方向に対する工具姿勢は一定に保たれるため、後の加工時に、同姿勢での計測データとの比較によって、高精度に加工反力を算出できる。
かかる方法を用いることによって、計測運転実施中に工具とワークとが衝突することを避けることができる。
The measurement trajectory is set at a position shifted from the machining trajectory by a certain distance parallel to the negative direction of the pressing direction based on the machining trajectory data table.
By shifting in parallel from the machining trajectory, the tool attitude with respect to the direction of gravity is kept constant, so that the machining reaction force can be calculated with high accuracy by comparison with measurement data in the same attitude during subsequent machining.
By using this method, it is possible to avoid the collision between the tool and the workpiece during the measurement operation.
また、計測運転において，実際の運転時間のＮ倍の時刻に対応する加工軌道データを参照してロボットに目標指令値を与えることで、加工運転に比べて送り速度をＮ倍とした計測動作を行うことが可能になる。例えば、計測運転における送り速度を加工運転時の２倍とする場合には、加工軌道データテーブルから加工軌道データを１つおきに参照する。 Also, in the measurement operation, by referring to the machining trajectory data corresponding to the time N times the actual operation time, and giving the target command value to the robot, the measurement operation with N times the feed rate compared to the machining operation can be performed. It becomes possible to do. For example, when the feed rate in the measurement operation is set to be twice that in the machining operation, every other machining track data is referred from the machining track data table.
加工運転ステップＳ３では、ワーク１の加工時に、加工軌道上の同一の回転速度及び姿勢におけるオフセット値を、加工中の力センサ１５の計測値から差し引いて、加工反力を算出する。また、このステップＳ２では、同時に算出した加工反力を用いて、工具の押付力を制御しながらワーク１に倣って加工する。 In the machining operation step S3, when machining the workpiece 1, the machining reaction force is calculated by subtracting the offset value at the same rotational speed and posture on the machining track from the measured value of the force sensor 15 during machining. In step S2, the machining reaction force calculated at the same time is used to perform machining in accordance with the workpiece 1 while controlling the pressing force of the tool.
上述した加工ロボット１０の動作を以下に説明する。 The operation of the processing robot 10 described above will be described below.
（１）予め、ワーク１の３ＤＣＡＤモデルから加工軌道データをＣＡＭ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）によって生成しておく。これに、加工条件データを使って、時系列による加工軌道データテーブルを作成する。
加工軌道データテーブルの構成は、例えば、時刻、ロボットＴＣＰの目標位置姿勢（Ｘ［ｍｍ］，Ｙ［ｍｍ］，Ｚ［ｍｍ］，Ａ[ｄｅｇ]，Ｂ[ｄｅｇ]，Ｃ[ｄｅｇ]）、押付け方向ベクトル、送り速度、回転速度、及び押付力からなる。
(1) Processing trajectory data is generated in advance from the 3D CAD model of the workpiece 1 by CAM (computer aided manufacturing). For this, a time-series processing trajectory data table is created using the processing condition data.
The configuration of the machining trajectory data table is, for example, time, target position and orientation of robot TCP (X [mm], Y [mm], Z [mm], A [deg], B [deg], C [deg]), It consists of the pressing direction vector, feed speed, rotation speed, and pressing force.
（２）次に、加工工具１２をワーク１に接触させないため、目標軌道から押し付け方向に一定量シフトさせた軌道で、ロボットを加工時の送り速度、回転速度及び姿勢で動作させ、各時刻における力センサ１５の計測値をオフセット値として取得し、加工軌道データテーブルに追加する。
力センサ１５の計測値を追加後の加工軌道データテーブルの構成は、例えば、時刻、ロボットＴＣＰの目標位置姿勢（Ｘ［ｍｍ］，Ｙ［ｍｍ］，Ｚ［ｍｍ］，Ａ[ｄｅｇ]，Ｂ[ｄｅｇ]，Ｃ[ｄｅｇ]）、押付け方向ベクトル、送り速度、回転速度、押付力、及び力センサ１５のオフセット値（Ｆｘ［Ｎ］，Ｆｙ［Ｎ］，Ｆｚ［Ｎ］，Ｔｘ［Ｎｍ］，Ｔｙ［Ｎｍ］，Ｔｚ［Ｎｍ］）からなる。
シフト量は、ワーク１に存在するバリの高さよりも多く設定する必要がある。例えば、上記バリが最大で１ｍｍであれば、１ｍｍ以上のシフト量を設定する必要がある。
(2) Next, in order not to bring the machining tool 12 into contact with the workpiece 1, the robot is operated at a feed speed, a rotation speed, and a posture at the time of machining on a trajectory shifted from the target trajectory by a certain amount in the pressing direction. The measured value of the force sensor 15 is acquired as an offset value and added to the machining trajectory data table.
The configuration of the machining trajectory data table after adding the measurement value of the force sensor 15 is, for example, the time, the target position and orientation of the robot TCP (X [mm], Y [mm], Z [mm], A [deg], B [deg], C [deg]), pressing direction vector, feed speed, rotational speed, pressing force, and offset values of the force sensor 15 (Fx [N], Fy [N], Fz [N], Tx [Nm] , Ty [Nm], Tz [Nm]).
The shift amount needs to be set larger than the height of the burr existing in the workpiece 1. For example, if the burr is 1 mm at the maximum, it is necessary to set a shift amount of 1 mm or more.
（３）次に、工具の押付力を制御しながらワーク１に倣ってワーク１を加工する。例えば、一般的な位置と力のハイブリッド制御による倣い加工を実施する。この場合、押付け方向について工具１２の押付力が目標値になるように力制御し、目標軌道の接線方向には位置制御を行う。これにより、押付け方向の力が目標値になるように押付けながら、目標軌道に沿って倣うことができる。このとき、力センサ１５の計測値から、加工軌道データテーブル中のオフセット値を差し引いて、加工反力を算出する。 (3) Next, the workpiece 1 is machined following the workpiece 1 while controlling the pressing force of the tool. For example, copying by general hybrid control of position and force is performed. In this case, force control is performed so that the pressing force of the tool 12 becomes a target value in the pressing direction, and position control is performed in the tangential direction of the target track. Thereby, it is possible to follow the target trajectory while pressing so that the force in the pressing direction becomes the target value. At this time, the machining reaction force is calculated by subtracting the offset value in the machining trajectory data table from the measurement value of the force sensor 15.
なお、加工軌道データテーブルは、時系列でなく、軌道に沿った距離、ロボットＴＣＰの目標位置姿勢（Ｘ［ｍｍ］，Ｙ［ｍｍ］，Ｚ［ｍｍ］，Ａ[ｄｅｇ]，Ｂ[ｄｅｇ]，Ｃ[ｄｅｇ]）、押付け方向ベクトル、送り速度、回転速度、押付力、及び力センサ１５のオフセット値（Ｆｘ［Ｎ］，Ｆｙ［Ｎ］，Ｆｚ［Ｎ］，Ｔｘ［Ｎｍ］，Ｔｙ［Ｎｍ］，Ｔｚ［Ｎｍ］）からなる距離ベースの構成にしてもよい。 The processing trajectory data table is not time-series, but the distance along the trajectory, the target position and orientation of robot TCP (X [mm], Y [mm], Z [mm], A [deg], B [deg] , C [deg]), pressing direction vector, feed speed, rotational speed, pressing force, and offset values (Fx [N], Fy [N], Fz [N], Tx [Nm], Ty [ Nm], Tz [Nm]).
また、力センサ１５のオフセット値は加工軌道データテーブルとは別のデータテーブルとしてもよい。例えば、計測動作において、計測動作中のロボットＴＣＰの姿勢（Ａ[ｄｅｇ]，Ｂ[ｄｅｇ]，Ｃ[ｄｅｇ]）、及び力センサ１５のオフセット値（Ｆｘ［Ｎ］，Ｆｙ［Ｎ］，Ｆｚ［Ｎ］，Ｔｘ［Ｎｍ］，Ｔｙ［Ｎｍ］，Ｔｚ［Ｎｍ］）からなるオフセットデータテーブルを作成し、加工動作中に、加工軌道データテーブルからロボットＴＣＰの目標位置姿勢（Ｘ［ｍｍ］，Ｙ［ｍｍ］，Ｚ［ｍｍ］，Ａ[ｄｅｇ]，Ｂ[ｄｅｇ]，Ｃ[ｄｅｇ]）を参照し、その目標姿勢（Ａ[ｄｅｇ]，Ｂ[ｄｅｇ]，Ｃ[ｄｅｇ]）を使って、前述のオフセットデータを参照する、という構成にしてもよい。 The offset value of the force sensor 15 may be a data table different from the machining trajectory data table. For example, in the measurement operation, the posture (A [deg], B [deg], C [deg]) of the robot TCP during the measurement operation and the offset values (Fx [N], Fy [N], Fz) of the force sensor 15 are measured. [N], Tx [Nm], Ty [Nm], Tz [Nm]) is created, and the target position and orientation (X [mm], Y [mm], Z [mm], A [deg], B [deg], C [deg]) and use the target posture (A [deg], B [deg], C [deg]) Thus, the above-described offset data may be referred to.
さらに、加工軌道データテーブル中で、加工中に変化させないパラメータは、データテーブルとする必要はない。例えば、回転速度や送り速度が一定であれば、時刻、ロボットＴＣＰの目標位置姿勢（Ｘ［ｍｍ］，Ｙ［ｍｍ］，Ｚ［ｍｍ］，Ａ[ｄｅｇ]，Ｂ[ｄｅｇ]，Ｃ[ｄｅｇ]）、押付け方向ベクトル、押付力、力センサ１５のオフセット値（Ｆｘ［Ｎ］，Ｆｙ［Ｎ］，Ｆｚ［Ｎ］，Ｔｘ［Ｎｍ］，Ｔｙ［Ｎｍ］，Ｔｚ［Ｎｍ］）の構成であってもよい。 Furthermore, parameters that are not changed during machining in the machining trajectory data table need not be data tables. For example, if the rotation speed and the feed speed are constant, the time, the target position and orientation of robot TCP (X [mm], Y [mm], Z [mm], A [deg], B [deg], C [deg] ]), The pressing direction vector, the pressing force, and the offset value of the force sensor 15 (Fx [N], Fy [N], Fz [N], Tx [Nm], Ty [Nm], Tz [Nm]). There may be.
また、加工軌道のロボット目標位置姿勢のうち、ロボットＴＣＰの目標位置（Ｘ［ｍｍ］，Ｙ［ｍｍ］，Ｚ［ｍｍ］）を空間上のある点に固定する方法であってもよい。
かかる場合には、実際に加工する空間とは全く別の場所で計測動作をすることが可能になるが、工具の慣性力やコリオリ力による誤差を補償できないため、これらの影響が無視できる低速域で使用する必要がある。また、ロボットの絶対位置決め誤差の影響が加わることに留意が必要である。
Also, a method of fixing the target position (X [mm], Y [mm], Z [mm]) of the robot TCP among the robot target position and orientation of the machining trajectory to a certain point in space may be used.
In such a case, the measurement operation can be performed in a completely different place from the space where the actual machining is performed, but errors due to the inertial force and Coriolis force of the tool cannot be compensated for. It is necessary to use in. In addition, it should be noted that the influence of the absolute positioning error of the robot is added.
本発明によれば、計測動作実施中に工具とワークとが衝突することを避けることができるため、ワークをセットしたまま、オフセットデータの計測・加工が可能となり、加工反力の計測精度を高めることができる。そのため、ワークを外して計測を実施した場合に、ワークが元の位置とずれた状態でセットし直してしまうということを防ぐことができる。
また、工具の加速度や姿勢変化速度が比較的小さい場合は、送り速度を上げても重力補償精度への影響は小さいため、計測時間を短縮できる。
According to the present invention, it is possible to avoid the collision between the tool and the workpiece during the measurement operation. Therefore, the offset data can be measured and processed while the workpiece is set, and the measurement reaction force measurement accuracy is improved. be able to. Therefore, when the workpiece is removed and measurement is performed, it can be prevented that the workpiece is set again in a state of being deviated from the original position.
Further, when the tool acceleration and posture change speed are relatively small, the measurement time can be shortened because the influence on the gravity compensation accuracy is small even if the feed speed is increased.
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, is shown by description of a claim, and also includes all the changes within the meaning and range equivalent to description of a claim.
１ ワーク（被加工部材）、２ テーブル、
１０ 加工ロボット、１２ 工具、
１３ 回転砥石、１３ａ 外周面、
１４ スピンドルモータ、１５ 力センサ、
１６ ロボットアーム、
２０ ロボット制御装置、
２１ 記憶装置
1 workpiece (workpiece), 2 tables,
10 processing robots, 12 tools,
13 rotating whetstone, 13a outer peripheral surface,
14 spindle motor, 15 force sensor,
16 robot arm,
20 robot controller,
21 Storage device
Claims (6)
加工軌道をＣＡＭによって生成し、
ワークの加工前に、加工軌道と干渉しない範囲で準備した計測軌道において、工具を加工時の姿勢で動作させ、その際の力センサの計測値をオフセット値として記憶し、
ワーク加工時に、前記加工軌道上の同一の姿勢における前記オフセット値を、加工中の力センサの計測値から差し引いて、加工反力を算出し、
前記加工反力を用いて、工具の押付力を制御しながらワークに倣って加工する、ことを特徴とする加工ロボットの重力補償方法。 A gravity compensation method for a machining robot that uses a tool equipped with a force sensor that measures an external force and processes a workpiece while measuring a machining reaction force acting on the tool during machining,
The machining trajectory is generated by CAM,
Before machining the workpiece, in the measurement trajectory prepared within the range that does not interfere with the machining trajectory, the tool is operated in the posture at the time of machining, and the measured value of the force sensor at that time is stored as an offset value,
At the time of workpiece machining, the machining reaction force is calculated by subtracting the offset value in the same posture on the machining track from the measurement value of the force sensor during machining,
A machining robot gravity compensation method characterized in that machining is performed following the workpiece while controlling the pressing force of the tool using the machining reaction force.
加工データを記憶する制御装置と、
加工軌道が生成可能なＣＡＭと、を備え、
前記制御装置は、ワークの加工前に、加工軌道と干渉しない範囲で準備した計測軌道において、工具を加工時の姿勢で動作させ、その際の力センサの計測値をオフセット値として記憶し、
ワーク加工時に、前記加工軌道上の同一の姿勢における前記オフセット値を、加工中の力センサの計測値から差し引いて、加工反力を算出し、
前記加工反力を用いて、工具の押付力を制御しながらワークに倣って加工する、ことを特徴とする加工ロボット。 A tool that has a force sensor to measure external force and processes the workpiece;
A control device for storing machining data;
CAM capable of generating a machining trajectory,
The control device operates the tool in a posture at the time of machining in a measurement trajectory prepared within a range that does not interfere with the machining trajectory before machining the workpiece, and stores the measurement value of the force sensor at that time as an offset value,
At the time of workpiece machining, the machining reaction force is calculated by subtracting the offset value in the same posture on the machining track from the measurement value of the force sensor during machining,
A machining robot characterized in that machining is performed in accordance with a workpiece while controlling the pressing force of the tool using the machining reaction force.
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