JP6734522B2 - ロボット装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットによりエンドエフェクタとしての加工部を３次元的に移動させて被加工部材（以下、ワークと呼ぶことがある。）に加工を施すロボット装置に関する。

従来から、上記のようなロボット装置が多様な用途で用いられている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
例えば、ロボット装置の一態様であるヘム加工装置では、次のような構成が周知となっている。すなわち、ヘム加工装置において、ロボットは、多関節のアームを有し、アームの先端に加工部としてのローラを保持する。そして、ロボット装置は、ロボットの動作を制御してローラを所定の軌跡に沿って３次元的に変位させることで、ワークにおいて連続する被加工部位にヘム加工を施す（例えば、特許文献１参照。）。

また、近年、加工後のワークの仕上がり品質に対する要求が高まっていることから、ロボットの動作制御によってローラの位置を制御することに加えて、ワークに加える加圧力を変化させる要望が高まっている。
そこで、特許文献１のヘム加工装置では、加圧力を変化させるための電動モータ等のアクチュエータをロボット装置に装備する。また、加工部には、ワークに対し、直接、加圧力を及ぼす部分（以下、作用部と呼ぶことがある。ヘム加工装置では、ローラが作用部に相当する。）以外に、アクチュエータの出力を作用部に伝達する伝達部を追加している。

しかし、作用部は、アクチュエータにより駆動されてロボットに対し相対的に位置を変えることで、加圧力を変化させる。このため、作用部における加圧力の力点とロボットにおける加工部の保持位置との相対的な位置関係が加圧力の制御により変動する。この結果、ロボットの動作制御により加工部を所定の軌跡に沿って変位させても、作用部が狙いの位置からずれてしまう可能性がある。そこで、作用部における加圧力の力点とロボットにおける加工部の保持位置との相対的な位置関係が加圧力の制御により変動しても、作用部が狙いの位置からずれないようにする構成が望まれている。

特開２０１５−８５４８５号公報 特開２０１５−１３６７７１号公報 特開２０１６−１３２０６７号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、加圧力を変化させるためのアクチュエータを備えたロボット装置において、作用部における加圧力の力点とロボットにおける加工部の保持位置との相対的な位置関係が加圧力の制御により変動しても、作用部が狙いの位置からずれないようにすることにある。

本願発明に係るロボット装置は、次の加工部、ロボットおよび制御部を備える。まず、加工部は、所定の被加工部材に加圧力を加えて加工を施す。また、ロボットは、加工部をエンドエフェクタとして保持する。さらに、制御部は、加工部が３次元的に変位するようにロボットの動作を制御する。また、加工部は、被加工部材に対し加圧力を及ぼす作用部を有し、作用部は、所定のアクチュエータにより駆動されてロボットに対し相対的に位置を変えることで、加圧力を変化させる。

そして、ロボット装置は、作用部のロボットに対する相対的な位置を検出する検出部を備え、制御部は、検出部により検出される相対的な位置に基づき、ロボットの動作に対する制御を補正する。
これにより、検出部から得られる情報に基づき、作用部が狙いの位置からずれないように、ロボットの動作に対する制御を補正することができる。このため、加圧力を変化させるためのアクチュエータを備えたロボット装置において、作用部における加圧力の力点とロボットにおける加工部の保持位置との相対的な位置関係が加圧力の制御により変動しても、作用部が狙いの位置からずれないようにすることができる。

また、本願発明の第１の態様によれば、アクチュエータは、回転子を電磁気的に回転させる電動モータであり、検出部は、回転子の回転角を検出するエンコーダである。
これにより、電動モータに付設されているエンコーダを検出部として利用することができるので、本願発明に係るロボット装置を安価に設けることができる。
さらに、本願発明の第２の態様によれば、検出部は、作用部を保持しながら直線移動するユニットの移動量を直接検出するストロークセンサである。

ロボット装置の全体構成図である（実施例）。

実施形態のロボット装置を、以下の実施例に基づき説明する。

〔実施例の構成〕
実施例のロボット装置１の構成を、図１を用いて説明する。
ロボット装置１は、次の加工部２、ロボット３および制御部４を備える。
まず、加工部２は、所定のワークに加圧力を加えて加工を施すものであり、ロボット３は、加工部２を保持し、加工部２が３次元的に変位するように制御部４により制御される。

ここで、ロボット３は、多関節のアーム６を有し、アーム６の先端で加工部２をエンドエフェクタとして保持する。また、アーム６が有するそれぞれの関節にはサーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃが組み入れられており、制御部４は、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃを制御することにより、ロボット３の動作を制御する。そして、ロボット３は、制御部４による動作制御によって加工部２を所定の軌跡に沿って３次元的に変位させる。

なお、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃは、制御部４により通電制御されるものであり、例えば、固定子、回転子それぞれに３相のコイル、永久磁石を装備した周知のブラシレス構造を有する。また、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃの各々には、回転子の回転角を検出するエンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃが装備されている。

また、制御部４は、所定の制御ユニットに設けられるマイコン等であり、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃ等を通電制御するための演算処理等を行う。ここで、制御ユニットには、マイコンとともに、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃへの通電量を変化させるためのインバータ回路や、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃに通電される電流を検出する電流センサ等が設けられている。なお、電流センサは周知の電流検出抵抗からなるものである。

そして、制御部４は、エンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃから出力される信号に基づき、加工部２の位置や姿勢を検出する。さらに、制御部４は、加工部２の位置や姿勢の検出値が、所定の軌跡に基づき設定される指令値と略一致するようにサーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃを通電制御する。これにより、加工部２は、所定の軌跡に沿って３次元的に変位することができる。

また、ロボット装置１は、加圧力を変化させるための出力を発生するアクチュエータとしてのサーボモータ７ｄを備える。
サーボモータ７ｄは、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃと同様に、固定子、回転子それぞれに３相のコイル、永久磁石を装備した周知のブラシレス構造を有し、制御部４により通電制御される。また、サーボモータ７ｄにも、回転子の回転角を検出するエンコーダ８ｄが装備されている。

さらに、制御部４は、サーボモータ７ｄを通電制御するための演算処理等を行い、制御ユニットには、サーボモータ７ｄへの通電量を変化させるためのインバータ回路や、サーボモータ７ｄに通電される電流を検出する電流センサが設けられている。なお、電流センサは周知の電流検出抵抗からなるものである。
また、加工部２は、ワークに対し加圧力を及ぼす作用部９を有し、作用部９は、サーボモータ７ｄの出力によりロボット３に対し相対的に位置を変えることで（より具体的には、ロボット３の先端、つまり、加工部２の保持位置に対し相対的に位置を変えることで）、加圧力を変化させる。

以下、ロボット装置１を、ワークとしての金属製の板状材料にヘム加工を施すヘム加工装置に適用する例を示して説明する（以下、ロボット装置１をヘム加工装置１として説明する。）。なお、ワークは、例えば、車両のドアパネルやフードパネルである。

ヘム加工装置１によれば、加工部２は、作用部９、サーボモータ７ｄおよび伝達部１０を有し、作用部９、サーボモータ７ｄおよび伝達部１０はエンドエフェクタを構成する。
まず、作用部９は、ワークに加圧力を加えてヘム加工を施しながら転がるローラであり、ワークに圧接しながら転がる円筒面を有する（以下、作用部９をローラ９と呼ぶことがある。）。

伝達部１０は、サーボモータ７ｄの出力をローラ９に伝達するものであり、次のボールネジ１１およびスライドユニット１２等を有する。
まず、ボールネジ１１は、回転運動を直線運動に変換する周知の機械要素であり、サーボモータ７ｄが発生するトルクを推力に変換する。また、スライドユニット１２は、ローラ９を回転自在に支持しながら保持するとともに、ボールネジ１１の動作に応じて直線運動する。

以上により、加工部２では、サーボモータ７ｄが発生するトルクをボールネジ１１によって推力に変換するとともにスライドユニット１２を介してローラ９に伝達する。また、ローラ９に伝達された推力が加圧力としてワークに作用する。

また、制御部４は、ロボット３の動作制御によって加工部２の位置や姿勢に対する制御を行うことで、ローラ９を所定の軌跡に沿って３次元的に移動させ、ワークにおいて連続する被加工部位にヘム加工を施す。

さらに、制御部４は、加工部２の位置や姿勢に対する制御とともに、加圧力の制御を行う。例えば、制御部４は、被加工部位の状態や加圧力の目標値等に基づき、サーボモータ７ｄに流れる電流の指令値を算出する。そして、制御部４は、電流センサの信号から得られる検出値が指令値に略一致するようにサーボモータ７ｄを通電制御する。これにより、加工部２は、被加工部位の状態や加圧力の目標値等に基づき加圧力を自在に変化させ、加工後のワークの仕上がり品質を高めている。

〔実施例の特徴および効果〕
実施例のヘム加工装置１の特徴を、図面を用いて説明する。
ヘム加工装置１によれば、上記のように、ローラ９はサーボモータ７ｄの出力によりロボット３に対し相対的に位置を変えることで、加圧力を変化させる。また、制御部４は、エンコーダ８ｄが出力する信号を用いてローラ９とロボット３との相対的な位置を把握する。そして、エンコーダ８ｄの信号を利用して把握した相対的な位置に基づき、制御部４は、ロボット３の動作に対する制御を補正する。

すなわち、制御部４は、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃの通電制御に関し、例えば、エンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃの信号に基づき算出した通電量の指令値を、エンコーダ８ｄの信号を利用して補正し、補正後の指令値に基づき、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃの通電制御を行う。

これにより、加圧力の制御によってロボット３とローラ９との相対的な位置が変動しても、より具体的には、ローラ９における加圧力の力点とロボット３における加工部２の保持位置との相対的な位置関係が加圧力の制御により変動しても、ローラ９が所定の軌跡からずれないように、ロボット３の動作を制御することができる。
また、ロボット３とローラ９との相対的な位置を検出する検出部として、サーボモータ７ｄに付設されているエンコーダ８ｄを利用することで、ヘム加工装置１を安価に設けることができる。

〔変形例〕
実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
例えば、実施例のロボット装置１は、ヘム加工に適用されていたが、ロボット装置１を、砥石によりワークのバリ取りを行うバリ取り加工や、カッターにより穴開けを行う穴開け加工など様々な加工に適用してもよい。
また、ロボット３とローラ９との相対的な位置を検出する検出部としてエンコーダ８ｄを利用していたが、例えば、スライドユニット１２等の移動量を直接検出することができるストロークセンサを検出部として利用してもよい。

１ ロボット装置、ヘム加工装置 ２ 加工部 ３ ロボット ４ 制御部 ７ｄ サーボモータ（アクチュエータ） ８ｄ エンコーダ（検出部）９ 作用部、ローラ

Claims (2)

1. 所定の被加工部材に加圧力を加えて加工を施す加工部（２）と、
   この加工部をエンドエフェクタとして保持するロボット（３）と、
   前記加工部が３次元的に変位するように前記ロボットの動作を制御する制御部（４）とを備えるロボット装置（１）において、
   前記加工部は、前記被加工部材に対し前記加圧力を及ぼす作用部（９）を有し、この作用部は、所定のアクチュエータ（７ｄ）により駆動されて前記ロボットに対し相対的に位置を変えることで、前記加圧力を変化させ、
   前記ロボット装置は、前記作用部の前記ロボットに対する相対的な位置を検出する検出部（８ｄ）を備え、
   前記制御部は、この検出部により検出される相対的な位置に基づき、前記ロボットの動作に対する制御を補正し、
   前記アクチュエータは、回転子を電磁気的に回転させる電動モータであり、
   前記検出部は、前記回転子の回転角を検出するエンコーダであることを特徴とするロボット装置。
2. 所定の被加工部材に加圧力を加えて加工を施す加工部と、
   この加工部をエンドエフェクタとして保持するロボットと、
   前記加工部が３次元的に変位するように前記ロボットの動作を制御する制御部とを備えるロボット装置において、
   前記加工部は、前記被加工部材に対し前記加圧力を及ぼす作用部を有し、この作用部は、所定のアクチュエータにより駆動されて前記ロボットに対し相対的に位置を変えることで、前記加圧力を変化させ、
   前記ロボット装置は、前記作用部の前記ロボットに対する相対的な位置を検出する検出部を備え、
   前記制御部は、この検出部により検出される相対的な位置に基づき、前記ロボットの動作に対する制御を補正し、
   前記検出部は、前記作用部を保持しながら直線移動するユニット（１２）の移動量を直接検出するストロークセンサであることを特徴とするロボット装置。