JP6756761B2

JP6756761B2 - ロボットを用いた生産方法および生産システム

Info

Publication number: JP6756761B2
Application number: JP2018060339A
Authority: JP
Inventors: 酒井　保; 保酒井
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: DE102019106755A1; CN110315430B; CN110315430A; US10987806B2; JP2019171502A; US20190299408A1; DE102019106755B4

Description

本発明は、ロボットを用いた生産方法および生産システムに関するものである。

従来、表面形状が変化するワークに対し、手先に工具を取り付けたロボットを、手先に取り付けた力覚センサにより検出された力信号に基づいて制御することにより、表面形状に倣って工具を移動させる加工システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−４１９９２号公報

しかしながら、ロボットの先端に装着したハンドによりワークを把持し、把持したワークを工具に押し付けて表面の加工等を行う場合には、ハンドの把持力が低いため、加工時に力覚センサにより検出された力信号に基づいてロボットを制御しても精度よく加工等することができない場合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、把持力の低いハンドにより把持した場合であってもワークを精度よく加工等することができるロボットを用いた生産方法および生産システムを提供することを目的としている。

本発明の一態様は、力覚センサを備えるロボットの先端に装着されたハンドによりワークを把持し、把持した前記ワークの対象平面を均等な圧力分布で目標平面に押し当てる作業を行う生産方法であって、前記ハンドが、前記対象平面に直交する２つの面において、前記ワークを幅方向に挟んで把持する一対の把持片と、前記対象平面とは前記ワークの反対側に位置する被押圧面に突き当たる押圧面とを備え、前記ハンドにより前記ワークを把持する際に、把持位置近傍において前記押圧面を前記被押圧面に突き当て、前記力覚センサにより検出された力に基づいて、前記押圧面内に配置される軸線回りのモーメントが平衡する姿勢まで前記ロボットを動作させ、前記モーメントが平衡した位置で、前記ハンドの２つの前記把持片により前記ワークを把持し、前記対象平面を前記目標平面に一致させる姿勢に前記ロボットを動作させる生産方法である。

本態様によれば、ロボットの先端に装着されたハンドによってワークを把持する際に、ハンドの押圧面をワークの被押圧面に突き当てるこれにより、ワークからハンドに力が作用するので、その力がロボットに備えられた力覚センサにより検出される。そして、検出された力に基づいて、押圧面内に配置される軸線回りのモーメントが算出され、モーメントが平衡する姿勢までロボットが動作させられる。この状態で２つの把持片によってワークを幅方向に把持し、対象平面を目標平面に一致する姿勢までロボットを動作させることにより、ワークの対象平面を目標平面に均等な圧力分布で押し付ける作業を行うことができる。

すなわち、ハンドによってワークを把持する際に、ハンドの姿勢をワークの形状に合わせて調整するので、形状精度の低いワークを把持力の低いハンドによって把持する場合であっても、ワークの対象平面を目標平面に均等な圧力分布で押し付ける作業を行うことができる。

上記態様においては、前記対象平面を前記目標平面に一致させる姿勢に前記ロボットを動作させる前に、前記目標平面に平行な位置決め平面に前記対象平面を一致させる姿勢の前記ロボットを動作させ、その後、前記位置決め平面から前記目標平面に前記ワークの姿勢を維持しながら前記ロボットを動作させてもよい。
この構成により、ワークを把持する際に、ワークが載置されている平面と目標平面とが平行ではない場合に、目標平面に平行な位置決め平面においてハンドの姿勢を決定し、位置決め平面から目標平面にワークの姿勢を維持しながらロボットを動作させるだけで、簡易にワークの対象平面を目標平面に均等な圧力分布で押し付ける作業を行うことができる。

また、上記態様においては、前記目標平面が、研磨加工を行う研磨装置の研磨面であり、前記対象平面が、被研磨面であってもよい。
この構成により、形状精度の低いワークであり、かつ、把持力の低いハンドであっても、ワークの被研磨面を均等な圧力分布で研磨装置の研磨面に押し当てて、精度よく研磨加工を行うことができる。

また、上記態様においては、前記目標平面が、前記ワークが接着される被接着面であり、前記対象平面が、接着面であってもよい。
この構成により、形状精度の低いワークであり、かつ、把持力の低いハンドであっても、ワークの接着面を均等な圧力分布で被接着面に押し当てて、精度よく接着作業を行うことができる。

また、本発明の他の態様は、力覚センサを備えるロボットと、該ロボットの先端に装着され、ワークを把持するハンドと、前記ロボットを制御する制御装置とを備え、前記ハンドが、前記ワークの対象平面に直交する２つの面において、前記ワークを幅方向に挟んで把持する一対の把持片と、前記対象平面とは前記ワークの反対側に位置する被押圧面に突き当たる押圧面とを備え、前記制御装置が、前記ハンドにより前記ワークを把持する際に、把持位置近傍において前記押圧面を前記被押圧面に突き当て、前記力覚センサにより検出された力に基づいて、前記押圧面内に配置される軸線回りのモーメントが平衡する姿勢まで前記ロボットを動作させ、前記モーメントが平衡した位置で、前記ハンドの２つの前記把持片により前記ワークを把持した後、前記対象平面を前記目標平面に一致させる姿勢に前記ロボットを動作させる生産システムである。

本発明の一実施形態に係る生産システムを示す全体構成図である。図１の生産システムのロボットに取り付けられたハンドおよび力覚センサを示す部分的な斜視図である。図１の生産システムにより加工される標準的なワークを示す斜視図である。図３のワークに対して上面が傾斜しているワークを示す斜視図である。図４のワークの把持位置近傍にハンドを配置した状態を示す部分的な斜視図である。図３のワークを把持した場合の被研磨面に発生する圧力分布を示す模式図である。本発明の一実施形態に係るロボットを用いた生産方法の一例を示すフローチャートである。図４のワークを把持する際にワークの上面に押圧面を押し当てたときの被研磨面に発生する圧力分布を示す模式図である。図８の状態からモーメントが平衡するようにロボットの姿勢を変化させた状態を示す部分的な斜視図である。図９の状態において被研磨面に発生する圧力分布を示す模式図である。図９のハンドの姿勢を維持しつつベルトサンダーまでワークを移動させた研磨加工を説明する部分的な斜視図である。

本発明の一実施形態に係るロボット２を用いた生産方法および生産システム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る生産方法は、ハンド４によって把持したワークＷの被研磨面（対象平面）Ｗ１を研磨装置６の研磨面（目標平面）６ａに押し付けて、ワークＷの被研磨面Ｗ１の研磨加工を行う方法である。

本実施形態に係る生産システム１は、図１に示されるように、ロボット２と、ロボット２を制御する図示しない制御装置と、ロボット２の先端に取り付けられた力覚センサ３と、該力覚センサ３を介在させてロボット２の先端に取り付けられたハンド４と、ワークＷを載置する載置台５と、ワークＷの被研磨面Ｗ１を研磨するベルトサンダー（研磨装置）６とを備えている。ロボット２は、図１に示す例では、垂直多関節型のロボットであり、アーム２１の先端に配置された手首２２の先端には、力覚センサ３およびハンド４が取り付けられている。

力覚センサ３は、ロボット２の手首２２の前方に、図２および図６に示されるように、ハンド４に固定されたツール先端点（ＴＣＰ）に設定されたｘｙｚ座標の各軸方向の力および各軸回りのモーメントを検出する。
ハンド４は、力覚センサ３に固定されるブラケット７に、シリンダ８によって開閉可能に支持された２つの把持片９を備えている。把持片９には、各把持片９の先端から基端側に所定の間隔をあけた位置に、２つの把持片９の対向面から、ｘｙ平面に平行に、片持ち梁状に延びる押圧面部材１０が設けられている。

ハンド４によって把持するワークＷとしては、図３に示されるように、直方体からなるワークＷを想定している。このようなワークＷを把持する際には、図５に示されるように、載置台５の載置面５ａに被研磨面Ｗ１を下向きにして置かれたワークＷの上方からハンド４を近接させ、シリンダ８によって間隔を広げられた２つの把持片９を、ワークＷをｘ軸方向（幅方向）に挟む位置に配置する。

そして、図６に示されるように、各把持片９に設けられた押圧面部材１０の先端側の面（押圧面）１０ａをワークＷの上面（被押圧面）Ｗ２に押し当てる。この状態で、把持片９を閉じることにより、２つの把持片９によってワークＷをｘ軸方向に挟み、摩擦によって把持することができる。ＴＣＰは、押圧面１０ａを含む平面内の２枚の把持片９の間の中央位置に配置されることが好ましい。

このようにして、ハンド４により把持されたワークＷは、被研磨面Ｗ１をベルトサンダー６の研磨面６ａに密着させることにより、被研磨面Ｗ１に均等な圧力分布を与えて、均一に研磨加工を行うことができる。

制御装置は、予め教示された動作プログラムに従ってロボット２を動作させるとともに、載置台５に載置されているワークＷを把持する際には、ロボット２に以下の動作を行わせる。
本実施形態に係るロボット２を用いた生産方法は、図７に示されるように、まず、ロボット２を動作させてワークＷを把持する位置にハンド４を配置する（ステップＳ１）。具体的には、ハンド４をワークＷの鉛直上方から近接させ、シリンダ８によって把持片９を開いた状態で２つの把持片９を、ｘ軸方向にワークＷを挟む位置に配置する。

次いで、ハンド４を鉛直下方に移動させて、把持片９に設けられた押圧面部材１０の押圧面１０ａをワークＷの上面Ｗ２に押し当てる（ステップＳ２）。この状態で、力覚センサ３により検出されたｘｙｚ各軸回りのモーメントが平衡する姿勢にロボット２を動作させる（ステップＳ３）。図３に示されるように、ワークＷが正確な直方体形状を有している場合、各軸回りのモーメントは発生せず平衡している。

しかしながら、ワークＷの形状精度が低い場合、例えば、図４に示されるように、ワークＷの上面Ｗ２がｙ軸方向に傾斜している場合には、押圧面１０ａがワークＷの上面Ｗ２に突き当たる初期状態では、図８に示されるように、片当たり状態となってｘ軸回りにモーメントが発生する。このような場合、制御装置はロボット２を制御してモーメントが小さくなる方向にロボット２の姿勢を変化させる。
すなわち、制御装置は、図９および図１０に示されるように、押圧面１０ａ全体がワークＷの上面Ｗ２に接触して、ワークＷからの反力を受けることにより、ｘ軸回りのモーメントが平衡する姿勢までロボット２を動作させる。

この状態から制御装置は、ハンド４を作動させて把持片９の間にワークＷを挟んだ状態に把持する（ステップＳ４）。そして、制御装置は、図１１に示されるように、ワークＷの被研磨面Ｗ１を、ベルトサンダー６の研磨面６ａに一致する位置までロボット２を動作させる（ステップＳ５）。この場合の移動経路および移動経路におけるロボット２の姿勢は任意でよいが、載置台５の載置面５ａとベルトサンダー６の研磨面６ａとが平行である場合には、ハンド４の姿勢を維持したまま並進移動させることが好ましい。
そして、この状態から研磨面６ａに直交する方向にワークＷを下降させることにより、ワークＷの被研磨面Ｗ１をベルトサンダー６の研磨面６ａに均等な圧力分布で押し付けることができ、均一な研磨加工を行うことができるという利点がある。

上記構成を有する本実施形態に係るロボット２を用いた生産方法および生産システム１によれば、ベルトサンダー６による研磨加工中に検出するモーメントによってロボット２の姿勢を調節するのではなく、ハンド４によってワークＷを把持する際にモーメントが平衡する姿勢にロボット２を動作させるので、研磨加工の開始時から、被研磨面Ｗ１を研磨面６ａに片当たりさせることなく、均一に研磨することができる。

すなわち、形状精度の低いワークＷであり、かつ、把持力の低いハンド４であっても、ワークＷの被研磨面Ｗ１を均等な圧力分布で研磨装置６の研磨面６ａに押し当てて、精度よく研磨加工を行うことができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、載置台５の載置面５ａとベルトサンダー６の研磨面６ａとが平行である場合を例示したが、平行ではない場合には、ベルトサンダー６の近傍に、研磨面６ａと平行な上面（位置決め平面）を有する仮置き台を用意し、該仮置き台に押し付けて被研磨面Ｗ１を研磨面６ａと平行に調整してからワークＷを並進移動させてベルトサンダー６まで移動させることにしてもよい。

また、本実施形態においては、ワークＷの対象平面を被研磨面Ｗ１として、ベルトサンダー６によって研磨する場合を例示したが、これに代えて、ワークＷの対象平面（接着面）を他の部材の表面（被接着面）に接着する場合のように、均一な圧力分布で押圧して接着させる生産方法および生産システム１に適用してもよい。また、ワークＷの対象平面を目標平面に、均一な圧力分布で押し付ける他の任意の生産方法および生産システム１に適用してもよい。
また、ロボット２としては、垂直多関節型以外の任意の形式のロボットを採用してもよい。

１生産システム
２ロボット
３力覚センサ
４ハンド
６ベルトサンダー（研磨装置）
６ａ研磨面（目標平面）
９把持片
１０ａ面（押圧面）
Ｗワーク
Ｗ１被研磨面（対象平面）
Ｗ２上面（被押圧面）

Claims

力覚センサを備えるロボットの先端に装着されたハンドによりワークを把持し、把持した前記ワークの対象平面を均等な圧力分布で目標平面に押し当てる作業を行う生産方法であって、
前記ハンドが、前記対象平面に直交する２つの面において、前記ワークを幅方向に挟んで把持する一対の把持片と、前記対象平面とは前記ワークの反対側に位置する被押圧面に突き当たる押圧面とを備え、
前記ハンドにより前記ワークを把持する際に、把持位置近傍において前記押圧面を前記被押圧面に突き当て、
前記力覚センサにより検出された力に基づいて、前記押圧面内に配置される軸線回りのモーメントが平衡する姿勢まで前記ロボットを動作させ、
前記モーメントが平衡した位置で、前記ハンドの２つの前記把持片により前記ワークを把持し、
前記対象平面を前記目標平面に一致させる姿勢に前記ロボットを動作させる生産方法。
前記対象平面を前記目標平面に一致させる姿勢に前記ロボットを動作させる前に、
前記目標平面に平行な位置決め平面に前記対象平面を一致させる姿勢の前記ロボットを動作させ、
その後、前記位置決め平面から前記目標平面に前記ワークの姿勢を維持しながら前記ロボットを動作させる請求項１に記載の生産方法。
前記目標平面が、研磨加工を行う研磨装置の研磨面であり、
前記対象平面が、被研磨面である請求項１または請求項２に記載の生産方法。
前記目標平面が、前記ワークが接着される被接着面であり、
前記対象平面が、接着面である請求項１または請求項２に記載の生産方法。
力覚センサを備えるロボットと、
該ロボットの先端に装着され、ワークを把持するハンドと、
前記ロボットを制御する制御装置とを備え、
前記ハンドが、前記ワークの対象平面に直交する２つの面において、前記ワークを幅方向に挟んで把持する一対の把持片と、前記対象平面とは前記ワークの反対側に位置する被押圧面に突き当たる押圧面とを備え、
前記制御装置が、前記ハンドにより前記ワークを把持する際に、把持位置近傍において前記押圧面を前記被押圧面に突き当て、前記力覚センサにより検出された力に基づいて、前記押圧面内に配置される軸線回りのモーメントが平衡する姿勢まで前記ロボットを動作させ、前記モーメントが平衡した位置で、前記ハンドの２つの前記把持片により前記ワークを把持した後、前記対象平面を目標平面に一致させる姿勢に前記ロボットを動作させる生産システム。