JPH052455B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、グラインダ作業ロボツト装置に関
し、特に鋳バリ、湯口跡、堰跡等の自動研削を行
うのに好適なグラインダ作業ロボツト装置に関す
る。

「従来技術およびその問題点」 グラインダ作業ロボツト装置において、グライ
ンダ作業の最終完了位置をロボツトに教示するの
には、種々の困難がある。

その大きな理由は、溶接作業や塗装作業と異な
り、グラインダ作業では、最終的な作業線あるい
は作業面がワーク内部にあり未だ顕在化していな
いため、直接教示することが不可能だからであ
る。

そこで、従来の装置の一例では、同種類のワー
クであつて既にグラインダ作業を完了したワーク
を教示用ワークとして別個に用意し、これを対象
にしてロボツトに作業完了位置の教示を行い、そ
れにより得たデータに基づいて未作業のワークに
グラインダ作業を行つている。

しかし、ワークの寸法精度のバラツキやワーク
のセツテイングずれに対しては何ら保証がなく、
また教示用のワークを必要とし、更にその教示用
のワークを用いて教示するための作業負担が大き
いという問題がある。

なお、ワークのセツテイングずれに対しては、
ワークをセツテイングする精度の高い装置を用い
ることで対処できるが、コストアツプになり、ま
た作業負担がより大きくなる。

また特殊なセンサをロボツトに取り付けて教示
用ワークを自動的に倣わせ、教示作業の負担を軽
減することも提案されているが、特殊なセンサを
必要とし、またそれをロボツトに取り付ける機構
を設けなければならない等の問題がある。

「発明の目的」 本発明の目的とするところは、上記の如き問題
点を解消し、教示を著しく容易にしたグラインダ
作業ロボツト装置を提供することにある。

「発明の構成」 本発明のグラインダ作業ロボツト装置は、ロボ
ツト本体、そのロボツト本体の手首部に把持され
るグラインダ、そのグラインダに作用する反力を
検出する反力検出器およびそれらを制御する制御
装置を具備してなり、その制御装置は、オペレー
タから概略の作業領域を示す教示始点と教示終点
を教示される教示入力手段、教示された教示始点
と教示終点間を所定の補間法で結ぶ軌跡に沿つて
グラインダが移動しうるようなロボツト本体の位
置制御データを算出する演算手段、前記位置制御
データを基本とし且つ小さな基準反力で反力制御
を行つて予備的なグラインダ作業を実行して作業
領域表面の位置を検出する予備実行手段、その予
備実行のとき前記教示始点と教示終点とに各々対
応して実際の作業領域を示す実始点と実終点の位
置データを得る実位置データ検出手段、前記実始
点と実終点間を所定の補間法で結ぶ軌跡を作業限
界として得る限界演算手段、前記作業限界を越え
ないように以後の主たるグラインダ作業を実行す
る主実行手段を有するものであることを構成上の
特徴とするものである。

「実施例」 以下、図に示す実施例に基づいて本発明を更に
詳しく説明する。ここに第１図は本発明の一実施
例のグラインダ作業ロボツト装置の正面図、第２
図は同側面図、第３図は第１図に示す装置による
堰跡研削作業を説明するためのワークの模式図、
第４図は作動開始前後の時刻と反力の関係を示す
特性図である。なお、これにより本発明が限定さ
れるものではない。

第１図および第２図に示すグラインダ作業ロボ
ツト装置１は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３つの移動軸
を有する直交座標型ロボツト２と、その直交座標
型ロボツト２の手首部２ａに取り付けられたグラ
インダ３と、そのグラインダ３に内蔵された反力
検出器４と、これらを制御するコンピユータを内
蔵した制御装置５とから基本的に構成されてい
る。

直交座標型ロボツト２は、従来公知の構成と同
様であり、上述したようにアーム部はＸ、Ｙ、Ｚ
の３軸の自由度を有し、手首部２ａはα、β、γ
の３つの旋回の自由度を有している。アーム部や
手首部２ａの位置あるいは角度は、内蔵されたレ
ゾルバやエンコーダ等のセンサで精度高く検出す
ることができる。

グラインダ２は、従来公知の構成と同様であ
り、砥石３ａを回転して研削作業を行うものであ
る。

反力検出器４は、従来公知の構成と同様で、具
体的には例えばロードセルや、グラインダへの負
荷電流検出器を用いたものが挙げられる。

制御装置５は、外見的には従来の制御装置と同
様であるが、その機能において異なるものであ
る。すなわち、制御装置５は、 オペレータから概略の作業領域を示す教示始
点と教示終点とを教示される教示入力機能、 教示始点と教示終点間を所定の補間法で結ぶ
軌跡を算出すると共に、この軌跡に沿つてグラ
インダ３の砥石３ａの先端が移動するようにロ
ボツト２の各自由度の位置を制御する位置制御
データを算出する演算機能、 前記位置制御データに基づいて且つ小さな基
準反力で反力制御を行つて予備的なグラインダ
作業を実行して作業領域表面の位置を検出する
予備実行機能、 前記グラインダ作業において、前記教示始点
と教示終点とに各々対応して実際の作業領域を
示す実始点と実終点の位置データを得る実位置
データ演算機能、 実始点と実終点間とを所定の補間法で結ぶ軌
跡を作業限界として得る限界演算機能、 前記作業限界を越えないようにしつつ以後の
主たるグラインダ作業を行う主実行機能、 を具備している。

次に第３図及び第４図を参照し、ワークＷにあ
る堰跡Ｓを研削する作業を例にとつて上記グライ
ンダ作業ロボツト装置１の動作を説明する。

まず、作業対象であるワークＷをセツテイング
するが、このセツテイングは厳密な精度を要求さ
れるものではない。これは、このグラインダ作業
ロボツト装置１では作業対象となるワークＷごと
にその研削すべき表面の実測定を行うから、多少
のセツテイングずれは問題とならないからであ
る。

次にオペレータはグラインダ研削を行う領域の
始点と終点とを教示する。このときの始点と終点
は厳密な精度を要求されず、ワークＷの表面に接
するか接しないかの程度の概略の位置を教示すれ
ば足りる。精度を要求されないので、オペレータ
の作業の負担は軽い。

これらの教示された始点と終点は、後述のよう
に、実際のグラインダ研削の領域の始点と終点と
は異なるので、前者を教示始点及び教示終点と
し、後者を実始点及び実終点として区別し、第３
図上に前者をＰ，Ｑ、後者をＡ，Ｂで示してい
る。

制御装置５は、教示始点Ｐと教示終点Ｑに砥石
３ａの先端を位置させるためのロボツト２の各自
由度の位置データを各々検出する。教示始点Ｐに
ついてはその位置データが（X_p、Y_p、Z_p、α_p、
β_p、γ_p）であり、教示終点Ｑについてはその位置
データが（X_q、Y_q、Z_q、α_q、β_q、γ_q）であつた
とする。

次に制御装置５は、教示始点Ｐと教示終点Ｑを
直線補間で結ぶような位置制御データを算出す
る。教示始点Ｐについての位置データと教示終点
Ｑについての位置データが前記のように算出され
ているから、公知の直線補間法により容易に中間
の位置制御データを算出することができる。

次に制御装置５は、上記位置制御データに基づ
いてロボツト２を作動させるが、それと同時にグ
ラインダ３の角度すなわち砥石３ａの角度を規定
する自由度γだけは増減して、反力検出器４で検
出される反力が常に予め定められた小さな基準反
力に合致するように反力制御を行う。

この小さな基準反力は、例えばワークＷの表面
を0.1mm程度（多くとも0.3mm程度）研削するだけ
の反力値に設定すればよい。

この結果、まず教示始点Ｐに砥石３ａの先端が
一致され、次に砥石３ａの角度だけが変わつて砥
石３ａの先端がワークＷに向い、或る位置でワー
クＷの表面に接触し、次いでワークＷの表面を研
削しながらワークＷの内部に極めてわずかに進入
し、これにより受ける反力が前記所定の基準反力
となつたところで砥石３ａの角度変化は止まる。
即ち、ワークＷの表面の位置が検出される。第３
図の一点鎖線３a′はこのときの砥石３ａの角度を
示すものである。

砥石３ａの先端の点はＡで示されており、これ
が実際にグラインダ切削を行う実始点である。

砥石３ａを第３図に示す一点鎖線３a′の角度と
するときの位置データは、上記教示始点Ｐに対応
する位置データとγだけが異なり、これをγ_aとす
ると、制御装置５は（X_p、Y_p、Z_p、α_p、β_p、γ_a）
を実始点Ａに対応する位置データとして得るわけ
である。

次に制御装置５は、自由度Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、β
に関しては教示始点Ｐと教示終点Ｑを結ぶ直線補
間で得られた位置制御データを用い、γについて
は反力検出器４で検出される反力ｆが常に前記所
定の基準反力f₀と一致するように増減しつつグラ
インダ研削を実行する。この反力制御の結果とし
ては、基準反力f₀が小さいから、ワークＷおよび
堰跡Ｓの表面をあたかもなでるようなグラインダ
研削が行われることとなる。

上記のようにグラインダ切削を実行すると、ロ
ボツト２の自由度Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、βが教示終点
Ｑの位置データのX_q、Y_q、Z_q、α_q、β_qに一致す
るに至る。制御装置５は、このときのγの値を読
み取る。これをγ_bとすると、位置データ（X_q、
Y_q、Z_q、α_q、β_q、γ_b）が得られるが、これが実
際のグラインダ研削の終点となる実終点である。

次に制御装置５は、実始点Ａと実終点Ｂとを結
ぶ直線補間を行ない、位置制御データを得る。尤
もこの実施例では、自由度Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、βに
関しては同じなので、γのみについて直線補間を
行うだけで足りることになる。

次に制御装置は、実始点Ａと実終点Ｂとを結ぶ
位置制御データを最終的な作業限界として、グラ
インダ研削を行う。

ここにおけるグラインダ研削は、上記作業限界
を越えないならば任意の制御を採用でき、位置制
御、反力制御、幅制御あるいはこれらの結合を任
意に用いて実行し得るものである。

第４図は上記作動の初期において、反力検出器
４で検出される反力ｆの変化を示すものである。
t₀は砥石３ａの先端が教示始点Ｐの位置にあると
きでこのとき反力ｆは０である。砥石３ａの先端
がワークＷに接近し、ワークＷの表面に接したと
きが時刻t₁である。以下、反力ｆが所定の基準反
力f₀に一致するまでは、砥石３ａの先端がワーク
Ｗの内部に進入するので、反力ｆが増加してい
る。時刻t₂で反力ｆが所定の基準反力f₀に達する
と、以後はこの所定の基準反力f₀に一致するよう
に反力制御がなされるので、反力ｆはほぼf₀に維
持されている。

なお、前記実始点Ａに係る位置データはこの時
刻t₂における位置データである。

以上の説明から理解されるように、オペレータ
は始点Ｐ、終点Ｑを教示するだけでよいし、その
教示もラフな教示でよいから、従来に比べてその
作業負担は著しく軽減される。また作業対象とな
るワークＷについてその表面の位置を実測定して
いるから、ワークＷのセツテイングの位置ずれや
同種のワーク間の寸法精度のバラツキがあつて
も、何ら不都合を生じないのである。

また、ワークＷの表面を削り込み過ぎることも
なく、極めて良好な仕上げ面を得ることができ
る。

他の実施例としては、始点と終点を円弧補間で
結ぶものが挙げられるが、この場合には、教示始
点Ｐと教示終点Ｑの間で且つ堰跡Ｓでない位置に
中間点を教示する必要がある。

「発明の効果」 本発明によれば、ロボツト本体、そのロボツト
本体の手首部に把持されるグラインダ、そのグラ
インダに作用する反力を検出する反力検出器およ
びそれらを制御する制御装置を具備してなり、そ
の制御装置は、オペレータから概略の作業領域を
示す教示始点と教示終点を教示される教示入力手
段、教示された教示始点と教示終点間を所定の補
間法で結ぶ軌跡に沿つてグラインダが移動しうる
ようなロボツト本体の位置制御データを算出する
演算手段、前記位置制御データを基本とし且つ小
さな基準反力で反力制御を行つて予備的なグライ
ンダ作業を実行して作業領域表面の位置を検出す
る予備実行手段、その予備実行のとき前記教示始
点と教示終点とに各々対応して実際の作業領域を
示す実始点と実終点の位置データを得る実位置デ
ータ検出手段、前記実始点と実終点間を所定の補
間法で結ぶ軌跡を作業限界として得る限界演算手
段、前記作業限界を越えないように以後の主たる
グラインダ作業を実行する主実行手段を有するも
のであることを特徴とするグラインダ作業ロボツ
ト装置が提供され、これにより次のような効果が
得られる。

(1) グラインダ作業済のワークを教示するために
必要とすることがなく、また教示のための特別
なセンサも不要である。

(2) 作業対象ワークを実測定するからワークの寸
法精度のバラツキやセツテイングずれがあつて
も、それらに悪影響を受けない。換言すれば、
ワークのセツテイングに高精度を要求されずに
ワークを削り込み過ぎることなく極めて良好な
仕上げ面を得ることができる。また教示にも高
精度を要求されないので、オペレータの負担が
著しく軽度になる。

(3) オペレータはラフに教示を行うだけであとは
装置が自動的に行なうから処理速度を短縮でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のグラインダ作業ロ
ボツト装置の正面図、第２図は同側面図、第３図
は第１図に示す装置による堰跡研削作業を説明す
るためのワークの模式図、第４図は作業開始前後
の時刻と反力の関係を示す特性図である。 （符号の説明）、１……グラインダ作業ロボツ
ト装置、２……直交座標型ロボツト、３……グラ
インダ、４……反力検出器、５……制御装置、Ｗ
……ワーク、Ｓ……堰跡、Ｐ……教示始点、Ｑ…
…教示終点、Ａ……実始点、Ｂ……実終点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ロボツト本体、そのロボツト本体の手首部に
   把持されるグラインダ、そのグラインダに作用す
   る反力を検出する反力検出器およびそれらを制御
   する制御装置を具備してなり、その制御装置は、
   オペレータから概略の作業領域を示す教示始点と
   教示終点を教示される教示入力手段、教示された
   教示始点と教示終点間を所定の補間法で結ぶ軌跡
   に沿つてグラインダが移動しうるようなロボツト
   本体の位置制御データを算出する演算手段、前記
   位置制御データを基本とし且つ小さな基準反力で
   反力制御を行つて予備的なグラインダ作業を実行
   して作業領域表面の位置を検出する予備実行手
   段、その予備実行のとき前記教示始点と教示終点
   とに各々対応して実際の作業領域を示す実始点と
   実終点の位置データを得る実位置データ検出手
   段、前記実始点と実終点間を所定の補間法で結ぶ
   軌跡を作業限界として得る限界演算手段、前記作
   業限界を越えないように以後の主たるグラインダ
   作業を実行する主実行手段を有するものであるこ
   とを特徴とするグラインダ作業ロボツト装置。