JP2982060B2 - Polishing energy control device - Google Patents
Polishing energy control deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は研磨エネルギー制御
装置に係わり、特にワークを研磨するのに必要な研磨エ
ネルギーが予め定めた指定値になるように摩擦力を制御
することで、高品質な研磨面を実現可能な研磨エネルギ
ー制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing energy control apparatus, and more particularly, to a high-quality polishing by controlling a frictional force so that the polishing energy required for polishing a work becomes a predetermined value. The present invention relates to a polishing energy control device capable of realizing a surface.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、図５に示す様な研磨ロボットが知
られている。図５において、研磨装置１はＰＶＡ（ポリ
ビニールアルコール）砥石等の回転型研磨装置またはバ
フ研磨装置等である。駆動機３ａ，３ｂによりバフ５が
駆動される。ワーク７はロボット９により把持され、バ
フ５に対しｘ方向に力ｆ（ｔ）で押しつけられることで
所定面を研磨される。バフ５はｙ方向に速度Ｖ（ｔ）
（接点におけるバフ５の接線方向の速度をＶ（ｔ）と定
義する）で移動している。ここで、ｔはワーク７をバフ
５に押し付けたときの研磨時間である。このときの制御
は、力ｆ（ｔ）が所定の大きさになるように、ロボット
９がワーク７に与える図示しないｘ方向の力ｆmx（ｔ）
を調節することで行っていた。2. Description of the Related Art Conventionally, a polishing robot as shown in FIG. 5 has been known. In FIG. 5, a polishing apparatus 1 is a rotary polishing apparatus such as a PVA (polyvinyl alcohol) grindstone or a buff polishing apparatus. The buff 5 is driven by the driving devices 3a and 3b. The work 7 is gripped by the robot 9 and pressed against the buff 5 in the x direction with a force f (t) to polish a predetermined surface. The buff 5 has a velocity V (t) in the y direction.
(The tangential speed of the buff 5 at the contact point is defined as V (t)). Here, t is a polishing time when the work 7 is pressed against the buff 5. The control at this time is a force f mx (t) (not shown) applied to the workpiece 7 by the robot 9 in the x direction so that the force f (t) becomes a predetermined magnitude.
Was done by adjusting.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御では例えばバフ５に目詰まり等が生じ、バフ５とワ
ーク７間の摩擦力Ｆ（ｔ）（研磨装置１の外周の接点に
おける接線方向摩擦力をＦ（ｔ）と定義する）が仮に減
った場合でも、同一の力ｆ（ｔ）を所定の研磨時間だけ
かけるに過ぎない制御であるため、研磨が十分に行われ
ない恐れがある。このときの制御は、理想的には力ｆ
（ｔ）を摩擦力Ｆ（ｔ）の減った分大きくするか、又は
研磨時間ｔを長くする必要がある。即ち、バフ５とワー
ク７間の摩擦係数は諸条件によって微妙に変化するた
め、ｘ方向の力ｆ（ｔ）を監視した上のｘ方向の力ｆmx
（ｔ）の制御では安定した研磨作業が行われない。この
一方で研磨作業の実質は、研磨装置１から与えられるエ
ネルギー（以下、研磨エネルギーという）の総量に等し
い関係がある。上述の目詰まりを生じたときの制御が力
ｆ（ｔ）を大きくするか、又は研磨時間ｔを長くする対
策が必要となったのは、この研磨エネルギーを一定にす
る必要があったからである。そこで、摩擦係数の変化に
影響されずに高品質で安定した研磨面を得るためには、
研磨エネルギーをロボット９で制御するのが理想であ
る。However, in the conventional control, clogging or the like occurs in the buff 5, for example, and the friction force F (t) between the buff 5 and the work 7 (the tangential friction at the contact point on the outer periphery of the polishing apparatus 1). Even if the force is defined as F (t), the control is only to apply the same force f (t) for a predetermined polishing time, so that the polishing may not be performed sufficiently. The control at this time is ideally the force f
It is necessary to increase (t) by the reduction of the frictional force F (t) or to lengthen the polishing time t. That is, since the friction coefficient between the buff 5 and the work 7 slightly changes depending on various conditions, the force f mx in the x direction after monitoring the force f (t) in the x direction.
In the control of (t), a stable polishing operation is not performed. On the other hand, the substance of the polishing operation has a relation equal to the total amount of energy (hereinafter, referred to as polishing energy) given from the polishing apparatus 1. The control when the above-mentioned clogging occurs causes a measure to increase the force f (t) or lengthen the polishing time t because the polishing energy has to be kept constant. . Therefore, in order to obtain a high quality and stable polished surface without being affected by the change in the friction coefficient,
Ideally, the polishing energy is controlled by the robot 9.
【０００４】本発明はこのような従来の課題に鑑みてな
されたもので、ワークを研磨するのに必要な研磨エネル
ギーが予め定めた指定値になるように摩擦力を制御する
ことで、高品質な研磨面を実現可能な研磨エネルギー制
御装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides high quality by controlling a frictional force so that a polishing energy required for polishing a work becomes a predetermined specified value. An object of the present invention is to provide a polishing energy control device capable of realizing a smooth polishing surface.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】このため本発明は、ワー
クの所定面を接線速度Ｖ（ｔ）で研磨する研磨装置と、
該研磨装置に前記ワークを接触面積Ａで押しつけるロボ
ット又は空間の所定位置に固定したワークに前記研磨装
置を押しつけるロボットを備える研磨制御装置におい
て、前記ワークを研磨するのに必要な研磨エネルギーが
予め定めた指定値Ｅ（ｔ）となるように数１に基づき摩
擦力Ｆ（ｔ）を制御することを特徴とした。ロボットが
ワークに与えるワークの研磨に必要な研磨エネルギーの
総量は研磨量と一対一に関係する。従って、研磨面を一
定にするためには、研磨エネルギーを予め定めた指定値
に制御する必要がある。このことにより、摩擦係数の変
化に影響されずに高品質で安定した研磨面を得ることが
出来る。なお、摩擦力を制御するので、ロボットにワー
クを把持させて研磨装置にワークを押しつけてもよい
し、ロボットに研磨装置を把持させて空間に固定したワ
ークに研磨装置を押しつけるようにしてもよい。Accordingly, the present invention provides a polishing apparatus for polishing a predetermined surface of a work at a tangential speed V (t),
In a polishing control device including a robot that presses the work to the polishing device with a contact area A or a robot that presses the polishing device to a work fixed at a predetermined position in a space, a polishing energy required for polishing the work is predetermined. The frictional force F (t) is controlled on the basis of Equation 1 so that the specified value E (t) is obtained. The total amount of polishing energy applied to the workpiece by the robot and required for polishing the workpiece has a one-to-one relationship with the polishing amount. Therefore, in order to keep the polishing surface constant, it is necessary to control the polishing energy to a predetermined value. Thus, a high-quality and stable polished surface can be obtained without being affected by a change in the coefficient of friction. Since the frictional force is controlled, the robot may grip the workpiece and press the workpiece against the polishing apparatus, or the robot may grip the polishing apparatus and push the polishing apparatus against the workpiece fixed in the space. .
【０００６】また、本発明は、前記ワークが前記研磨装
置と接する部位に生じる接線方向の摩擦力を力指令値と
比較し、その誤差に基づき前記ロボットが前記研磨装置
にワークを押しつける力又は前記ワークに研磨装置を押
しつける力を調節することを特徴とした。ワークと研磨
装置が接する部位には摩擦力を生ずる。この摩擦力の接
線方向の成分を力指令値と比較する。そして、両者の誤
差を求め、その誤差に基づきロボットが研磨装置にワー
クを押しつける力（又はロボットがワークに研磨装置を
押しつける力）を調節する。摩擦力と接線方向速度の積
の時間の経過に伴う積分は研磨エネルギーに相当する
（ワーク及び研磨装置の一方を固定し、また押しつけ方
向も垂直としているため接線方向以外の摩擦力成分が０
になる）ため、この間の制御は研磨エネルギーの制御に
一致する。摩擦力を直接制御するので、摩擦係数の変化
に影響されずに高品質で安定した研磨面を得ることが出
来る。In addition, the present invention compares a tangential frictional force generated at a portion where the work comes into contact with the polishing apparatus with a force command value, and based on an error thereof, a force by which the robot presses the work against the polishing apparatus or It is characterized in that the force for pressing the polishing device against the work is adjusted. A frictional force is generated at a portion where the workpiece and the polishing device are in contact. The tangential component of the frictional force is compared with a force command value. Then, an error between the two is obtained, and based on the error, the force of the robot pressing the workpiece against the polishing apparatus (or the force of the robot pressing the polishing apparatus against the workpiece) is adjusted. The integral over time of the product of the frictional force and the tangential speed corresponds to the polishing energy (the frictional force component other than the tangential direction is zero because one of the work and the polishing device is fixed and the pressing direction is also vertical.
Therefore, the control during this period coincides with the control of the polishing energy. Since the friction force is directly controlled, a high-quality and stable polished surface can be obtained without being affected by a change in the friction coefficient.
【０００７】更に、本発明は、前記ワーク又は前記研磨
装置の接線方向の位置を位置指令値と比較し、その誤差
に基づき前記ロボットの前記接線方向と反対方向の力を
調節することを特徴とした。ワーク（又はワークに研磨
装置を押しつける場合には研磨装置）の接線方向の位置
を検出する。そして、その位置を位置指令値と比較す
る。両者の誤差を求め、その誤差に基づきロボットの接
線方向と反対方向の力を調節する。即ち、接線方向の位
置のずれを修正するため、位置ずれの方向と反対方向の
力を与える。このことにより、所定の位置を保ちつつ摩
擦力を制御可能となり、高品質で安定した研磨面を得る
ことが出来る。このときの調節は、重力の影響等を含め
た形で調節計のＰＩＤ等の設定が可能であるが、前記位
置の調節は接線方向の摩擦力、前記ワーク及び前記研磨
装置にかかる重力の少なくとも一つの影響を排除しつつ
演算することも出来る。即ち、調節計のＰＩＤ等の設定
は接線方向の摩擦力の影響やワーク及び前記研磨装置に
かかる重力の影響を予め排除した形で行える。このこ
め、調節計の負担が軽くなり、制御性が良く確実な研磨
作業が行え、また研磨作業毎の微妙な設定が容易に行え
る。Further, the present invention is characterized in that a tangential position of the work or the polishing apparatus is compared with a position command value, and a force of the robot in a direction opposite to the tangential direction is adjusted based on an error thereof. did. The position in the tangential direction of the work (or the polishing device when the polishing device is pressed against the work) is detected. Then, the position is compared with the position command value. An error between the two is obtained, and the force in the direction opposite to the tangential direction of the robot is adjusted based on the error. That is, in order to correct the positional shift in the tangential direction, a force in a direction opposite to the direction of the positional shift is applied. As a result, the frictional force can be controlled while maintaining a predetermined position, and a high-quality and stable polished surface can be obtained. At this time, the PID of the controller can be set in a form including the influence of gravity or the like, but the adjustment of the position is at least the frictional force in the tangential direction, the gravity applied to the workpiece and the polishing device. The calculation can be performed while eliminating one influence. That is, the setting of the PID and the like of the controller can be performed in such a manner that the influence of the tangential frictional force and the influence of the gravity applied to the workpiece and the polishing apparatus are eliminated in advance. As a result, the load on the controller is reduced, the polishing operation can be performed with good controllability, and the delicate setting for each polishing operation can be easily performed.
【０００８】更に、本発明は、前記力指令値及び前記位
置指令値の少なくとも一方は、位置、姿勢、力、モーメ
ントの内の複数に対し制御自由度を有する力制御系に対
し、該力制御系に与える位置、姿勢、力、モーメントの
内の複数の目標値を滑らかな時間の関数として生成する
位置・力目標軌道生成器であって、前記目標値を目標値
を印加する時間と共にノードとして設定するノード設定
手段と、該ノード設定手段で定めたノードを前記制御自
由度の論理和として時間軸に射影して時間領域を分割す
る時間領域分割手段と、該時間領域分割手段で分割され
た時間領域毎に境界条件を与えつつ３次若しくは５次の
多項式からなる目標軌道関数を演算する要素動作設計手
段を備えた位置・力目標軌道生成器から与えることを特
徴とした。力指令値や位置指令値は、従来技術の多くが
そうである様に、例えばステップ状に加えることも可能
である。しかし、ステップ入力とすると、不連続部では
一種の衝撃となり、残留振動、変形、破壊等を生ずる恐
れがある。このため、位置・力目標軌道生成器により不
連続部の無いなめらかな入力とする。位置・力目標軌道
生成器は、ロボット等の動作計画と目標軌道生成を位置
と力のハイブリッド制御系に対して実現する。すなわ
ち、力・モーメントに関する目標軌道を位置・姿勢目標
軌道と共に３または５次多項式として設計し、人間が実
作業で対象物に作用させる任意の力・モーメントを実現
させる。具体的には、位置、姿勢、力、モーメントの内
の複数の目標値をまず定める。この目標値を、目標値を
印加する時間と共にノードとして設定する。ノードは各
制御自由度毎に定められる。そして、このノードを時間
軸に射影する。射影されたノードは各制御自由度毎の論
理和として表される。この結果、時間領域はノードの数
だけ分割される。分割された時間領域における動作の最
小単位を「要素動作」とする。次に、要素動作における
目標軌道関数を設計する。目標軌道関数は、３または５
次多項式として設計する。５次多項式とすれば、より人
間の動作に近い関数を実現出来ると考える。この多項式
は、境界条件を与えることで容易に解くことが出来る。
複数の要素動作を順につなげて作成した一まとまりの動
作を「単位動作」とする。また、複数の単位動作の集合
を「動作」とする。このようにして作成した目標軌道
は、要素動作毎に独立したものでは無く、連続して一連
の単位動作を構成する。このため、力等の印加の仕方が
滑らかになり、より人間に近い動作を行わせることが出
来る。従って、一層高品質でむらが無く安定した研磨面
を得ることが出来る。Further, the present invention relates to a force control system having at least one of the force command value and the position command value having a degree of freedom for controlling a plurality of positions, postures, forces and moments. A position / force target trajectory generator that generates a plurality of target values of a position, a posture, a force, and a moment to be given to the system as a function of a smooth time, wherein the target value is a node together with a time for applying the target value. Node setting means for setting, time domain dividing means for projecting the node determined by the node setting means on the time axis as a logical sum of the control degrees of freedom, and dividing the time domain by the time domain dividing means The present invention is characterized in that it is provided from a position / force target trajectory generator provided with element operation design means for calculating a target trajectory function consisting of a third-order or fifth-order polynomial while giving boundary conditions for each time domain. The force command value and the position command value can be added, for example, in a step-like manner as in many conventional techniques. However, if a step input is made, a kind of impact occurs at the discontinuous portion, which may cause residual vibration, deformation, destruction, and the like. Therefore, the position / force target trajectory generator uses a smooth input with no discontinuity. The position / force target trajectory generator realizes operation planning of a robot or the like and target trajectory generation for a position / force hybrid control system. That is, the target trajectory relating to the force / moment is designed as a third or fifth-order polynomial together with the position / posture target trajectory, and an arbitrary force / moment applied to a target object by a human in actual work is realized. Specifically, a plurality of target values among the position, posture, force, and moment are first determined. This target value is set as a node together with the time for applying the target value. A node is determined for each control degree of freedom. Then, this node is projected on the time axis. The projected node is represented as a logical sum for each control degree of freedom. As a result, the time domain is divided by the number of nodes. The minimum unit of the operation in the divided time domain is “element operation”. Next, a target trajectory function in the element operation is designed. Target trajectory function is 3 or 5
Design as a degree polynomial. It is considered that a fifth-order polynomial can realize a function closer to human motion. This polynomial can be easily solved by giving boundary conditions.
A group of operations created by sequentially connecting a plurality of element operations is referred to as a “unit operation”. Also, a set of a plurality of unit operations is referred to as “operation”. The target trajectory created in this manner is not independent for each element operation, but forms a series of unit operations continuously. For this reason, the method of applying force or the like becomes smooth, and an operation closer to a human can be performed. Therefore, it is possible to obtain a more polished surface with high quality and no unevenness.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。本発明の実施形態の構成は図５と同
じである。バフ５は研磨装置１により接線方向速度Ｖ
（ｔ）（以下、研磨速度という）でｙ方向に移動されて
いる。ロボット９は、バフ５に対しワーク７をｘ方向に
力ｆ（ｔ）で押しつけている。このとき、ワーク７とバ
フ５との接触面積をＡとすると、単位面積あたりの研磨
エネルギーＥ（ｔ）は数１の様に表される。特に、Ｆ
（ｔ）＝Ｆ、Ｖ（ｔ）＝Ｖのとき、数２で与えられる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The configuration of the embodiment of the present invention is the same as that of FIG. The buff 5 is tangential velocity V by the polishing apparatus 1.
It is moved in the y direction at (t) (hereinafter referred to as a polishing rate). The robot 9 presses the workpiece 7 against the buff 5 in the x direction with a force f (t). At this time, assuming that the contact area between the work 7 and the buff 5 is A, the polishing energy E (t) per unit area is expressed as in Equation 1. In particular, F
When (t) = F and V (t) = V, it is given by Expression 2.
【００１０】[0010]
【数２】 ここで、ｚ（ｔ）を研磨距離と定義する。また、法線方
向への押し付け力ｆ（ｔ）を数３のように仮定する。(Equation 2) Here, z (t) is defined as a polishing distance. Further, it is assumed that the pressing force f (t) in the normal direction is as shown in Expression 3.
【００１１】[0011]
【数３】 ただし、αは研磨装置１とワーク７によって定まる正の
定数または変数である。研磨エネルギーＥ（ｔ）を制御
するには、接線方向摩擦力Ｆ（ｔ）と研磨速度Ｖ（ｔ）
を制御すればよい。この際、従来の力制御でよく行われ
るように、回転方向への押し付け力ｆ（ｔ）を制御した
としても、αはワーク７と研磨装置１によって常々変化
する場合があるため、Ｅ（ｔ）を制御するのは困難であ
る。従って、Ｅ（ｔ）を制御するには、直接に摩擦力Ｆ
（ｔ）を制御する必要がある。(Equation 3) Here, α is a positive constant or variable determined by the polishing apparatus 1 and the work 7. To control the polishing energy E (t), the tangential frictional force F (t) and the polishing speed V (t)
May be controlled. At this time, even if the pressing force f (t) in the rotational direction is controlled as is often performed by the conventional force control, α may be constantly changed by the work 7 and the polishing apparatus 1, so that E (t ) Is difficult to control. Therefore, to control E (t), the frictional force F
(T) needs to be controlled.
【００１２】以下、数１に基づいて研磨エネルギーＥ
（ｔ）を制御することを考える。図５のように、ロボッ
トに把持させたワーク７を研磨装置１に押し付け、研磨
が終了した時にワーク７を研磨装置１から離す動作を考
えた場合の研磨動作（時間ｔ＝０〜ｔe における力Ｆ
（ｔ）、研磨距離ｚ（ｔ）、ｙ方向の目標位置Ｐ
ry（ｔ））は図１のようになる。図１のＦ（ｔ）のグラ
フより、ｔ＝ｔe における単位面積あたりの研磨エネル
ギーＥ（ｔe ）は数４の様に表される。Ｆ（ｔ）は図１
中の領域、、に応じて、それぞれＦ1 （ｔ）、Ｆ
max 、Ｆ3 （ｔ）に分割している。The polishing energy E is calculated based on the following equation (1).
Consider controlling (t). As shown in FIG. 5, pressing the workpiece 7 is gripped robot polishing apparatus 1, in the polishing operation when the polishing is considered an operation that releases the workpiece 7 from the polishing apparatus 1 when completed (time t = 0 to t e Force F
(T), polishing distance z (t), target position P in y direction
ry (t)) is as shown in FIG. From the graph of F (t) in FIG. 1, t = t e polishing energy E (t e) per unit area in is expressed as number 4. F (t) is shown in FIG.
F 1 (t), F
max , F 3 (t).
【００１３】[0013]
【数４】 次に、図１の例における摩擦力Ｆ1 （ｔ）、ｙ方向の目
標位置Ｐry（ｔ）の目標軌道関数の設計は次の様に行
う。Ｆ（ｔ）、Ｐry（ｔ）の目標値をまず定める。この
目標値を、目標値を印加する時間と共にノードとして設
定する。ノードは各制御自由度毎に定められる。例え
ば、図１の摩擦力Ｆ（ｔ）のグラフで言えば、初期地点
（ｔ＝０のａで示した地点）、領域と領域の接する
点（ｔ＝ｔaのｂで示した地点）及び領域と領域の
接する点（ｔ＝ｔe −ｔa のｃで示した地点）、終点
（ｔ＝ｔe のｄで示した地点）の４箇所にノードが存在
する。一方、目標位置Ｐry（ｔ）のノードは初期地点
（ｔ＝０）及び終点（ｔ＝ｔe ）の２箇所である。そし
て、このノードを時間軸に射影する。射影されたノード
は各制御自由度毎の論理和として表される。この結果、
時間領域はノードの数だけ分割される。分割された時間
領域における動作の最小単位を「要素動作」とする。次
に、要素動作における目標軌道関数を設計する。目標軌
道関数は、図２（ａ）の様に５次多項式として設計する
が、３次多項式として設計することも可能である。５次
多項式の場合、３つの関数を仮定する。一方の関数は他
方の関数の一階微分に相当している。制約条件は図２
（ｂ）の様に合計６つ与える（初期値・一階微分の初期
値・二階微分の初期値・最終値・一階微分の最終値・二
階微分の最終値）ことで、この目標軌道関数の各係数を
求めることが出来る。従って、図２（ｃ）の様に目標軌
道関数を決定することが出来る。このように、境界とな
る制約条件を与え、目標軌道関数を解くことで、摩擦力
Ｆ1 （ｔ）、目標位置Ｐry（ｔ）の目標軌道は図１に示
す様に滑らかに連続させることが出来る。従って、衝撃
を与えることは無く、残留振動や変形、破壊等を生ずる
ことも無い。５次多項式として設計すれば、３次多項式
に比べより人間の動作に近い関数を実現出来ると考え
る。また、Ｆ3 （ｔ）においては、数５が成り立つ。(Equation 4) Next, the design of the target trajectory function of the frictional force F 1 (t) and the target position P ry (t) in the y direction in the example of FIG. 1 is performed as follows. First, target values of F (t) and P ry (t) are determined. This target value is set as a node together with the time for applying the target value. A node is determined for each control degree of freedom. For example, speaking in the graph of friction FIG 1 F (t), (the point indicated by a in t = 0) an initial point (point indicated by b in t = t a) contacting points of the region and the region, and contact points of the region and the region (points indicated by t = t e -t a in c), the node is present at four positions of the end point (point indicated by d of t = t e). On the other hand, the node of the target position P ry (t) is the two positions of the initial point (t = 0) and the end point (t = t e). Then, this node is projected on the time axis. The projected node is represented as a logical sum for each control degree of freedom. As a result,
The time domain is divided by the number of nodes. The minimum unit of the operation in the divided time domain is “element operation”. Next, a target trajectory function in the element operation is designed. The target trajectory function is designed as a fifth-order polynomial as shown in FIG. 2A, but can be designed as a third-order polynomial. For a fifth order polynomial, three functions are assumed. One function corresponds to the first derivative of the other function. Figure 2 shows the constraints
By giving a total of six as shown in (b) (initial value, initial value of first derivative, initial value of second derivative, final value, final value of first derivative, final value of second derivative), this target trajectory function Can be obtained. Therefore, the target trajectory function can be determined as shown in FIG. In this way, by giving the boundary constraints and solving the target trajectory function, the target trajectory of the frictional force F 1 (t) and the target position P ry (t) can be smoothly continued as shown in FIG. Can be done. Therefore, no impact is given, and no residual vibration, deformation, destruction or the like occurs. It is considered that a function closer to human motion can be realized by designing as a fifth-order polynomial as compared with a third-order polynomial. In F 3 (t), Equation 5 holds.
【００１４】[0014]
【数５】 従って、Ｆ3 （ｔ）の各係数は数６のように表すことが
できる。(Equation 5) Therefore, each coefficient of F 3 (t) can be expressed as in Equation 6.
【００１５】[0015]
【数６】 図２（ｃ）で得られた数式及び数６を数４に代入するこ
とで、研磨エネルギーＥ（ｔe ）が求まる。なお、研磨
エネルギーＥは実用的には数７の様に求めても十分であ
る。即ち、図１の領域と領域の場合について、近似
的に底辺長さｔa 、高さＦmax の三角形とみなすと、Ｅ
は数７となる。(Equation 6) By substituting the formula and (6) obtained in FIG. 2 (c) to the number 4, polishing energy E (t e) is obtained. It should be noted that the polishing energy E is practically sufficient to be obtained as shown in Expression 7. That is, in the case of the region shown in FIG. 1, if a triangle having a base length t a and a height F max is approximately regarded as a triangle,
Becomes Equation 7.
【００１６】[0016]
【数７】 次に研磨エネルギー制御系の構成について説明する。制
御系モデルは図３に示す。図３において、図示しないロ
ボット９が質量ｍのワーク７を弾性係数ｋの研磨装置１
に押しつけた場合のロボット側の制御について考える。
ここで、ＰX はｘ方向の位置、Ｐy はｙ方向の位置、ｆ
x は研磨装置１のｘ方向に与える力、ｆy はｙ方向への
摩擦力、ｆmxはロボット９がｘ方向へ与える駆動力、ｆ
myはロボット９がｙ方向へ与える駆動力、Ｐryはワーク
７のｙ方向に対する目標値とする。このとき、ｘ方向、
ｙ方向それぞれの運動方程式は数８の通りとなる。(Equation 7) Next, the configuration of the polishing energy control system will be described. The control system model is shown in FIG. In FIG. 3, a robot 9 (not shown) polishes a workpiece 7 having a mass m of
Consider the control on the robot side when it is pressed against.
Here, P X is the position in the x-direction, P y is the y-direction position, f
x is the force applied by the polishing apparatus 1 in the x direction, f y is the frictional force in the y direction, f mx is the driving force applied by the robot 9 in the x direction, f
my is the driving force applied by the robot 9 in the y direction, and P ry is the target value of the work 7 in the y direction. At this time, in the x direction,
Equations of motion in each of the y directions are as shown in Equation 8.
【００１７】[0017]
【数８】 制御仕様としては、ワークの位置Ｐy を時間ｔ＝０〜ｔ
e の間は目標値Ｐryに制御する。従って、Ｐy ＝Ｐ
ry（ｅy ＝Ｐry−Ｐy とすると、ｅy ＝０）である。ま
た、摩擦力ｆy は図１の接線方向摩擦目標値Ｆ（ｔ）と
一致するように制御する。従って、ｆy ＝Ｆ（ｔ）であ
る。これらの制御仕様を実現する制御の一例としてのブ
ロック線図は図４の通りとなる。ここに、〔ｍg 〕は重
力計算値を、また〔ｆy 〕は力センサ検出値を示す。Ｃ
x （ｓ）、Ｃy （ｓ）及び補助入力−〔ｍg 〕＋〔ｆ
y 〕から補償器が構成され、閉ループ系を安定させるよ
うに設計する例である。補償器の構成は、ＰＩＤ制御等
の古典制御理論に基づくものでも、現代制御・ロバスト
制御理論に基づくものでも何でも良い。なお、図４で示
した〔ｍg 〕や−〔ｍg 〕＋〔ｆy 〕を入力せずに、Ｃ
y （ｓ）のＰＩＤ設定等で対処することも可能である。
しかしながら、制御負担が重くなる分、研磨にかかる微
妙な設定が難しくなる。(Equation 8) As the control specifications, the position Py of the work is set at time t = 0 to t.
During e , control is performed to the target value Pry . Therefore, P y = P
(When e y = P ry -P y, e y = 0) ry is. Further, the friction force fy is controlled so as to coincide with the tangential friction target value F (t) in FIG. Therefore, f y = F (t). FIG. 4 shows a block diagram as an example of control for realizing these control specifications. Here, [ mg ] indicates a gravity calculated value, and [ fy ] indicates a force sensor detected value. C
x (s), Cy (s) and auxiliary input-[ mg ] + [f
This is an example in which a compensator is configured from [ y ] and is designed to stabilize a closed loop system. The configuration of the compensator may be based on classical control theory such as PID control, or may be based on modern control / robust control theory. Incidentally, as shown in FIG. 4 [m g] and - without having to enter [m g] + [f y], C
It is also possible to deal with this by setting the PID of y (s) or the like.
However, as the control load increases, it becomes difficult to make fine settings for polishing.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ロ
ボットがワークに与える研磨エネルギーを制御すること
で所定の研磨面を得る様に構成したので、摩擦係数の変
化に影響されずに高品質で安定した研磨面を得ることが
出来る。As described above, according to the present invention, since a predetermined polished surface is obtained by controlling the polishing energy given to the workpiece by the robot, a high polished surface is obtained without being affected by a change in the coefficient of friction. A polished surface with high quality can be obtained.
【００１９】[0019]
【図１】 研磨動作を示す図FIG. 1 is a diagram showing a polishing operation.
【図２】 目標軌道関数の設計手法を示す図FIG. 2 is a diagram showing a design method of a target trajectory function.
【図３】 研磨エネルギー制御系モデルを示す図FIG. 3 is a diagram showing a polishing energy control system model.
【図４】 ブロック線図の一例FIG. 4 is an example of a block diagram.
【図５】 研磨ロボットの構成図FIG. 5 is a configuration diagram of a polishing robot.
１ 研磨装置 ３ａ，３ｂ 駆動機 ５ バフ ７ ワーク ９ ロボット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polishing device 3a, 3b Drive 5 Buff 7 Work 9 Robot
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−69294（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−300162（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−301157（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−4275（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−270059（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B24B 49/00 - 49/18 B23Q 15/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-5-69294 (JP, A) JP-A-4-300162 (JP, A) JP-A-5-301157 (JP, A) 4275 (JP, A) JP-A-6-270059 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B24B 49/00-49/18 B23Q 15/12
Claims (5)
磨する研磨装置と、該研磨装置に前記ワークを接触面積
Ａで押しつけるロボット又は空間の所定位置に固定した
ワークに前記研磨装置を押しつけるロボットを備える研
磨制御装置において、前記ワークを研磨するのに必要な
研磨エネルギーが予め定めた指定値Ｅ（ｔ）となるよう
に数１に基づき摩擦力Ｆ（ｔ）を制御することを特徴と
する研磨エネルギー制御装置。 【数１】 1. A polishing apparatus for polishing a predetermined surface of a work at a tangential velocity V (t), a robot for pressing the work against the polishing apparatus with a contact area A, or a polishing apparatus fixed to a predetermined position in a space. In a polishing control device provided with a pressing robot, the frictional force F (t) is controlled based on Equation 1 such that the polishing energy required for polishing the work becomes a predetermined specified value E (t). Polishing energy control device. (Equation 1)
に生じる接線方向の摩擦力を力指令値と比較し、その誤
差に基づき前記ロボットが前記研磨装置にワークを押し
つける力又は前記ワークに研磨装置を押しつける力を調
節することを特徴とする請求項１記載の研磨エネルギー
制御装置。2. A tangential frictional force generated at a portion where the workpiece comes into contact with the polishing apparatus is compared with a force command value, and based on the error, a force by which the robot presses the workpiece against the polishing apparatus or a polishing apparatus on the workpiece. 2. The polishing energy control device according to claim 1, wherein the pressing force is adjusted.
の位置を位置指令値と比較し、その誤差に基づき前記ロ
ボットの前記接線方向と反対方向の力を調節することを
特徴とする請求項２記載の研磨エネルギー制御装置。3. A tangential position of the workpiece or the polishing apparatus is compared with a position command value, and a force of the robot in a direction opposite to the tangential direction is adjusted based on an error thereof. The polishing energy control device as described in the above.
記ワーク及び前記研磨装置にかかる重力の少なくとも一
つの影響を排除しつつ演算することを特徴とする請求項
３記載の研磨エネルギー制御装置。4. The polishing energy control device according to claim 3, wherein the adjustment of the position is performed while eliminating at least one influence of a tangential frictional force and gravity acting on the workpiece and the polishing device. .
くとも一方は、位置、姿勢、力、モーメントの内の複数
に対し制御自由度を有する力制御系に対し、該力制御系
に与える位置、姿勢、力、モーメントの内の複数の目標
値を滑らかな時間の関数として生成する位置・力目標軌
道生成器であって、前記目標値を目標値を印加する時間
と共にノードとして設定するノード設定手段と、該ノー
ド設定手段で定めたノードを前記制御自由度の論理和と
して時間軸に射影して時間領域を分割する時間領域分割
手段と、該時間領域分割手段で分割された時間領域毎に
境界条件を与えつつ３次若しくは５次の多項式からなる
目標軌道関数を演算する要素動作設計手段を備えた位置
・力目標軌道生成器から与えることを特徴とする請求項
２、３又は４記載の研磨エネルギー制御装置。5. A position control system according to claim 1, wherein at least one of said force command value and said position command value is provided to a force control system having a degree of control freedom for a plurality of positions, postures, forces, and moments. A position / force target trajectory generator for generating a plurality of target values of a posture, a force, and a moment as a function of a smooth time, wherein the target value is set as a node together with a time for applying the target value. Means, a time domain dividing means for projecting a node determined by the node setting means on the time axis as a logical sum of the control degrees of freedom and dividing the time domain, and for each time domain divided by the time domain dividing means. 5. The position / force target trajectory generator provided with element operation design means for calculating a target trajectory function composed of a third-order or fifth-order polynomial while giving a boundary condition is provided. Polishing energy control device.
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| JP9124932A JP2982060B2 (en) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | Polishing energy control device |
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1997
- 1997-04-28 JP JP9124932A patent/JP2982060B2/en not_active Expired - Fee Related
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