JPH01246065A - ばり取りロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転工具と、該回転工具の回転速度検出器とを
、ばり取りロボットのアームに取り付けて、その検出回
転速度に対応するようにアームを移動し、ばりを除去す
るばり取りロボットに関するものである。

〔従来の技術］ 従来、ロボットで鋳ばり取り作業を実施する場合は、予
めばりを除去した鋳物のモデルワークをロボットに対し
て位置決めを行う。そしてそのモデルワークを基準とし
て工具を付けたままロボットをゆっくり動かす。そして
工具の動作経路と移動速度をロボットに教示する作業を
行い、目標軌道を仮に決定する。加工時にモデルワーク
のセツティング位置と実物ワークのセツティング位置と
にずれがあれば、ずれの修正を行い、ロボットの作業軌
道を最終的に決定する。

ところが鋳物のばりは、ワークごとに発生位置、厚さ、
高さなどが不規則であり、通常よりも著しく厚いばりが
、教示されたばり取りをする経路中に存在していること
がある。そのため、教示により決定した動作速度の通り
に工具をアームで移動させると、その厚いばりを除去す
る際、その作業が回転する工具の時には切削抵抗が大き
くなり、工具の回転が停止したり、剛性の低いロボット
の場合にはロボットのアームがたわんでしまったりして
、正常なばり取りをするという作業ができなかった。ま
た、ばりの存在箇所とばりの形態が一様ではないので、
切削抵抗が大きくなりそうな位置を予測し、それを教示
することは不可能に近いのである。即ち、ばりの形状と
位置を予測した教示プログラムによって加工速度を可変
し、ばりの状態に合わせて制御する事はほとんどできな
いのである。また、鋳ばりの場合、ワークの加工する個
所によっては微妙に材料成分がばらついていて、更には
硬さもばらついているため、仮にばりの厚さが均一であ
ったとしても、加工する条件を変えな（ではならない。

以上に述べたような多くの加工条件因子のため、工具の
有している能力を最大限に利用して効率良くばり取り作
業をすることは困難であった。

そこで簡単な対策として、ばりの高さ、厚さを最大限に
したワークの寸法仕様でも、十分にばり取りが可能な動
作速度にし、どのような切削抵抗に対しても加工が継続
するようにする剛なる作業手段が採られていた。

しかし、ばりの高さ、厚さが最も大きなワークでも工具
が停止することなく、ばり取りが継続可能となるように
、ロボットのアーム移動速度を教示する方法では、ワー
クのばりが薄い場合であるとか、ばりが無い場所でも一
定の速度で移動をし、移動速度を早められる個所がある
にも拘らず、また、無作業の個所でも一定速度で移動す
るので能率的ではない。

また他の従来例としては、期待する寸法の正規の仕上面
に対して、実際に工具が移動する時の加工経路をずらす
事により、順次に複数回の加工をする方法もある。

上記方法も前記同様に単なる工具の移動の時があった軽
負荷作業をするので、加工する合計時間を多く消費する
といった問題点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

工具の有している能力を有効に利用して効率良くばり取
り作業を行う手段として、一部加工反力を検出し、それ
に基づいてロボット制御を行う方式が提示されている。

例えば、特開昭６１−２３０８６８号には、グラインダ
から受ける加工反力が一定値以上になったらグラインダ
の位置を後へ戻し、その加工反力が一定値以下になった
時には、再びグラインダを前進させ、ばり取り作業を繰
り返す。このようにして正規の仕上げ精度を出す方法が
ある。

更に進んだ対策として、特開昭６１−２２６２５４号に
述べであるように、多自由度機構を備えたロボットのア
ームの自由端と、ばり取り用のグラインダとの間に力検
出器を介装し、力検出器の出力信号からグラインダに作
用する加工反力を求め、その加工反力に対応した工具の
移動速度を計算し、その速度でアームを移動させること
により剛性の弱いアームでもそのたわみを抑え、仕上精
度を得るという制御装置がある。

加工する反力を検出することにより、加工速度を制御し
、能率的にばり取りをするという方法においては、エン
ドミルのような断続切刃工具の場合、検出値は振動的に
なってしまい、そのままでは検出値は使えず、平滑処理
が必要となる。そうすると急激なばりの変化には対応で
きなくなり、応答が遅くなってしまう。工具に研削砥石
を使用すれば、検出値の変動は少ないが、複雑な鋳ばり
に対しては工具の作業点が届かない箇所ができる。

そのため、エンドミルを使わざるを得ないワークの方が
多い。

また回転工具によるばり取り加工は、切刃が切削する抵
抗に打ち勝ち、打ち勝ったがために工具がそのまま回転
を継続するという現象であるが、加工反力は工具の形状
や寸法、底刃加工や横刃加工といった刃での加工位置に
よって、切削限界に対する許容値が変化するため加工能
力の直接的な評価値とはなり難い。また、基本的に、工
具が回転し、切削が継続しているか否かを検知すること
はできない。更に力検出器の検出値はロボットアームの
姿勢による作業具の方向、ロボットアームの移動速度等
の条件により影響を受けてしまう。

そのために、複数の検出器が必要となるなどの問題点が
ある。これらを解決するためには、複雑な演算過程が必
要となり計算機の処理時間から応答性に限界がでる。更
には、力検出器の感度からロボット剛性の低下、ロボッ
トごとにょる力検出器の取り付は位置の決定など煩雑な
問題がある。

本発明は前述したような多くの問題点を解決するもので
あって、特に複雑形状なＡ！鋳物や鉄鋳物のばりを対象
として工具の能力を有効に利用し、。

能率良くばり取りの作業ができるばり取りロボットを得
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、回転速度検出器を設けた回転工具を取り付け
てばり取り作業を行うロボットにおいて、回転工具には
負荷抵抗の増加により回転速度が低下するとトルクのピ
ークとなる回転速度Ｎｃ迄は復元トルクが作用し、かつ
、復元トルクとその時の回転速度とを乗じて表わされる
出力の最大となる回転速度Ｎｓが無負荷回転速度Ｎ、と
ピークトルク回転速度Ｎ０間に存在する特性を有するも
の。

例えば高周波インバータモータ駆動のものを用いる。回
転工具回転速度の検出値が前記Ｎｌｌ以下になった時に
、回転工具の回転速度がＮ、となるようにロボットのア
ーム移動速度の減速量を演算する手段、前記演算された
移動速度に従いアームの工具を動作させる手段。

更に前記Ｎ８回転速度を過ぎた頭載では、回転速度がＮ
８となるまでアーム移動速度を増加する演算手段を有す
ることを特徴とするばり取りロボットである。

［実施例〕 以下本発明を、実施例に基づいて説明する。

゛第１図は、教示再生形ロボットを使用した構成図であ
る。

第２図は位置ループまでをマイクロコンピュータで処理
するロボットハードウェア構成図である。

１は多自由度ロボット、２は制御装置、１４はサーボモ
ータ１７を含むロボット各関節部、１５はサーボモータ
アンプ、５はサーボモータの動力線及び信号線である。

２６は高周波インバータモータ使用の回転工具である。

一般に切削トルクＴは、エンドミルような回転刃具の場
合、刃数ｎと１回転当りの切削体積Ｖの関数として表わ
される（弐（１）） Ｔ＝ｆ　（ｎ、Ｖ）　　　　・・・・・・（１）従って
回転速度からトルクＴを求めることができ、該回転速度
Ｎとの積Ｔ−Ｎ（＝工具出方）が最大となる条件下で切
削することができれば最高能率でのばり取りを実現でき
ることになる。

第５図は高周波インバータモータの回転工具の負荷に対
する工具出方と回転速度の関係を示したものであり、最
大出力発生回転速度Ｎ、と回転が停止してしまう負荷回
転速度下限値Ｎｃ間に余裕のある特性を有する。

以下、上記回転工具を取り付けて速度制御を行うばり取
り方法について説明する。

まず教示法について説明する。最初ばりのないモデルワ
ーク７′に沿って手動操作によりロボット関節部１４を
動かすことにより回転工具２６を移動させ、その回転工
具の通過させたい位置を口ポットの各関節部を駆動する
サーボモータ１７に直結されたパルスエンコーダ１６の
信号線４が接続されたカウンタ２０から読みとり、制御
装置２のＲＡＭ２３に記憶させる。通過速度もその時、
ロボット特性上、経路精度が確保できる大きさに近い値
を記憶させる。これが教示移動速度である。

以上の方法により、予め加工軌道とロポッ１−アーム先
端の工具の動作速度が制御装置２に入力され、教示を終
る。一般的には、ばりのないモデルワーク７′と実際の
ワーク７とのセツティング位置に、ずれがあっても、補
正する事が可能である。

使用する回転工具２６に対する回転速度基準値は制御装
置２の操作盤２９により、別途、回転工具２６に合わせ
て設定する。

次にばり取り作業中の回転速度検出器３について説明す
る。第３図に、回転速度検出の原理の１例を示す。νｃ
ｃ線１１とＧｎｄ　Ｉｌｌ　２とパルス線１３を結線し
たホール素子ｌＯとマグネット９により、回転工具のモ
ータ８が１回転することによりｌパルスを発生する。そ
のパルスを第１図、第２図に示すパルス信号線６を通し
て周波数を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器２１に送ること
により電圧に変換され、更にＡ／Ｄ変換器２２に送って
ディジタル量に変換され、バス２５を通じてマイクロプ
ロセッサ１８に取り入れられる。以上の方決により回転
工具の回転速度を第１図、第２図に示す制御装置２に入
力する事ができる。

以上のように構成されたばり取りロボットにおいて、ロ
ボットに装着されている回転速度検出器付の回転工具２
６を回転させて実際のパリ取り作業における本発明のロ
ボット手先回転工具の移動速度制御信号を作成する過程
を第４図に示す。教示プログラムの再生が開始されると
、まず教示点の有無を確認した後、教示点があれば教示
移動速度等の制御情報をＲＡＭ２３から取り出し、次に
回転数検出器３からの回転工具２６の回転速度が２２の
Ａ／Ｄ変換器から入力される。そのときの回転工具２６
の検出回転速度と最大出力発生回転速度Ｎ、とをマイク
ロコンピュータの演算部２４にて比較する。このときの
検出回転速度が小さなばりを除去する時のように、第５
図に示す工具の最大出力回転速度Ｎ８以上つまり回転速
度により制御しない領域ならばａの処理に入り教示にて
設定されたロボット特性上経路精度が確保できる移動速
度となるような補間目標位置を演算し、ロボットアーム
各軸のサーボモータアンプ１５にＤ／Ａ変換器１９を介
して速度制御信号として出力する。

そして、位置ループのサーボモータ周期を待った後、そ
のとき実行中の補間点が教示点に到達したかを判断し、
教示点に到達していなければＣのループを通って前の回
転速度の検出部に戻り、新たな補間点を作る処理に戻る
。教示点に到達していればｄのループを通って次の教示
点に対する処理に入る。

一方、工具回転速度比較部において、大きなばりを除去
する時のように、回転工具２６の回転速度が第５図Ｎａ
、Ｎｃ内つまり回転速度により動作速度を制御する領域
の値となった場合は、ｂの処理に移り、式（２）にて動
作速度を演算し、その速度を達成するように補間目標位
置を演算した後、共通の処理ループに入る。

ここでＶ　Ｌａａ。は教示移動速度、Ｖ　ａｃｔは修正
制御移動速度、Ｎ　＆　Ｃｔは検出工具回転速度、Ｋは
比例定数である。ここで比例定数にはロボット制御系の
安定性を考慮して決定する。

この過程を教示点がなくなるまで繰り返す。こうするこ
とにより、大きなばりを加工する状況下では、工具移動
速度を低下し、工具回転速度を最大出力の出せる工具回
転速度ＮＩｌ付近に回復させ、加工を継続することがで
きる。もし、回転工具２６の回転速度がＮｃ以下になっ
た時はロボットアームの動作速度を零とし、工具回転速
度の復帰を待つ。

上記制御内容を更に第６図、第７図を使って説明する。

第６図はエンドミルを使ってばり取りをする状況を、第
７図はそのときの回転工具とロボットアーム速度の関係
を示したものである。第７図の横軸位置は第６図のワー
クの位置すなわちばりのあるところとないところは合せ
て図示している。

ばりかない、あるいは小さいばり２８のところでは工具
の回転速度が無負荷時のＮＡであるため、ロボットアー
ムは教示移動速度で動作するよう制御される。中途大き
なばり２７に遭遇し、工具回転速度がＮＢ以下になると
（２）式にてＮｓを下まわらないようにロボットアーム
速度を制御する。小さいばり２８のように工具回転速度
がＮＡ、Ｎａ間にある間は教示移動速度のままロボット
アーム速度を制御する。

以上の方法により、加工軌道上の回転工具の動作速度を
、工具回転速度により制御する事により、回転工具の能
力を上まわる大きなばりに遭遇したときは回転工具の最
大出力の出せる回転速度付近つまり、単位時間あたりの
ばり切除量の最も大きい回転速度近傍でばり取り作業を
行なう事が可能となる。

なお、以上のような制御は、マイクロコンピュータのプ
ログラムとして、制御装置２に組み込むことにより実施
可能である。

上記実施例では、移動速度と工具回転速度との間は第５
図に示すように、Ｎ、を過ぎたら教示設定速度、Ｎ、を
下まわったときのみＮ、となる移動速度としたが、Ｎ３
以上でも式（２）を適用して移動速度を増加し、常に最
大能率でばり取りを行うようにすることも当然考えられ
る。

また、回転工具の比較回転速度として、工具出力が最大
の値としたのでは刃具にとって負荷が大きくなりすぎ、
仕上精度上不具合な場合には比較基準値Ｎａの設定値を
出力最大値よりも上げて、刃具の限界出力の回転速度を
基準値として使用することも可能である。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、従来ばりの高さ、厚さ
が最も大きなワークを対象として加工時のロボットアー
ムの移動速度を決定せざるを得す作業能率が悪かったが
、ロボットアームの設定速度を従来より早くしても、回
転工具の最大出力となる回転速度付近で正常なばり取り
作業ができ、能率を上げることができる。また回転速度
検出による制御方法は、力検出による方法に比して、演
算量の軽減、ロボット剛性アップ、検出器取り付げに対
する考慮の軽減の面でも優れたばり取りロボットとする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は教示再生形ばり取りロボットの構成図、第２図
はハードウェア構成図、第３図は工具回転速度検出性説
明図、第４図はロボットアーム動作速度作成過程流れ図
、第５図は回転工具の出力−回転速度の関係図、第６図
、第７図はロボットアーム動作速度制御説明図である。 ３・・・回転速度検出器、２６・・・回転工具。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転工具を手首に具備し、前記回転工具の回転速度
   検出手段と、該回転速度検出手段の出力を入力し、ロボ
   ットの移動速度を演算してモータを制御し駆動する制御
   部とから構成された教示再生形ばり取りロボットにおい
   て、一定回転数で回転する工具をロボット手首を介して
   移動する際に、回転速度検出器により検出した回転速度
   検出値（Ａ）と、回転工具負荷特性上回転速度とトルク
   を乗じて表わされる出力が最大となる回転速度（Ｂ）と
   を比較し、回転速度が （Ａ）≧（Ｂ）の時には移動速度を教示移動速度に維持
   し、 （Ａ）＜（Ｂ）の時には移動速度を（Ａ）＝（Ｂ）にな
   るように演算しつつ、前記移動速度を教示移動速度より
   減速することを特徴とするばり取りロボット。 ２）回転速度検出器により検出した回転速度検出値（Ａ
   ）と、（Ａ）以下に設定した設定回転速度（Ｃ）とを比
   較し、 （Ａ）≧（Ｃ）の時には移動速度を教示移動速度に維持
   し、 （Ａ）＜（Ｃ）の時には移動速度を（Ａ）＝（Ｃ）にな
   るように演算しつつ、回転工具の移動速度を教示移動速
   度より減速することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のばり取りロボット。 ３）回転工具は高周波インバータモータを駆動源とする
   ものである特許請求の範囲第１項記載のばり取りロボッ
   ト。 ４）回転工具は高周波インバータモータを駆動源とする
   ものである特許請求の範囲第２項記載のばり取りロボッ
   ト。