JPH01264768A - 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
、ぼり取りロボットのアームに取り付けて、その回転速
度から演算された回転加速度に対応するようにアームを
移動しぼりを除去するぼり取りロボットに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、ロボットで鋳ぼ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、
教示されたぼ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、切削抵抗が太き
（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、
正常なぼ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状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くてはならない。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ぼり取り作業をする
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、十分にぼり取りが可能な動
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。

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。この
方法では加工する合計時間を要するという問題がある。

また、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
は、再びグラインダを前進させ、ぼ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もあ
る。

この方法では、急激に大きなばりを切削するときグライ
ンダから受ける加工反力が一定値以上になってからロボ
ットの送り速度減速制御を行なうため、力検出器からの
検出値が無加工反力の値から一定値になるまでの間は送
り速度減速制御は行なわれず、この時間内ではロボット
は教示移動速度（たぶん、高速）で動作するため、重切
削及び無理な切削となりグラインダの破損、またはロボ
ット自体にも高負荷がかかり壊わすおそれがある。

また、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、
ぼ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。

この方法では、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がある。

また回転工具によるぼり取り加工は、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。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
ットごとによ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。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のばり取りロボットでは、急激に変化する厚いぼり
に対して応答性が悪いため迅速に加工できない。また、
力検出器を用いることによりロボット剛性低下及び複雑
な演算を必要とするという問題点があった。

本発明の目的は、急激に変化する厚いぼりに対しても迅
速に応答し、検出器を取り付けることでロボット剛性を
低下させることなく、簡単な演算でロボット移動速度を
演算し、切削性のよいへ！鋳物などでは厚い湯道までも
切断可能とし、能率良くぼり取り加工を行なうぼり取り
ロボットを提供することを目的とする。

〔問題点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
てぼ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Ｎ、迄は復元トルクが作用する特
性を有する高周波インバータを用いる。回転工具回転速
度の検出値から、回転工具の回転加速度を演算し、前記
演算された回転加速度から回転工具にかかる負荷抵抗を
瞬時に推定し、９荷抵抗が減少す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を動作させる手段、更に前記演算
された回転加速度の方向が逆転したならば、アーム移動
速度を増加する演算手段、前記演算された回転加速度の
大きさによってロボット駆動用サーボモータのゲインを
変化させ、ロボットのアーム移動速度の応答性を高める
手段を有することを特徴とするばり取りロボット。

刃工具には複雑形状なワークに対しても加工可能であり
、厚い湯道を切断可能にするためエンドミルを使用する
。

〔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
。

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′に沿って回転工具を移動させ、その回転工具の
通過させたい位置を、ロボット本体１から、パルスエン
コーダの信号線４を通してロボットの制御装置３に記憶
させ、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制御装置３に記憶させる。以
上の方法により、予め加工軌跡とロボットアームの動作
速度が制御装置３に入力され、教示を終る。−船釣には
ばりのないモデルワーク７′と実際のワーク７とのセツ
ティング位置にはずれがあっても、補正する事が可能で
ある。

次にぼり取り作業中の回転数検出方法について説明する
。第２図に、回転数検出の原理の１例を示す。Ｖ　ｃｃ
線１１とＧ□線１２とパルス線１３を結線したホール素
子１０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６パルス発生する。そのパルスをパ
ルス信号線６を連して、制御装置３内に送られ制御装置
３内のＦ／Ｖ変換器によって電圧に変換され、更に制御
装置３内のＡ／Ｄ変換器に送ってディジタル量に変換さ
れ、バスを通してマイクロプロセッサに取り入れられる
。以上の方法により回転工具の回転数をロボット制御装
置３に入力する事ができる。

上記のように構成されたぼ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工具を回転
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
先工具の移動速度制御信号を作成する過程を第３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速度等の制御
情報を取り出し、次に回転工具の回転速度が人力される
。

前記入力された回転速度から式（１）にて回転加速度を
演算する。

ここで、Ａ７はサンプル回数ｎ回目の工具回転加速度、
Ｎ、はサンプル回数ｎ回目の検出工具回転速度、Ｎ　ｎ
　−１はサンプル回数ｎ−１回目の検出工具回転速度、
ΔＴはサンプル周期である。次に前記演算された回転加
速度からロボットのアームの動作速度を式（２）にて演
算する Ｖｎａｃｔ＝Ｖ（ｎ−＋）ａｃｔ　　　Ｐ（Ａｎ）　　
　””（２）ここで、ｖｎａｃｔはサンプル回数ｎ回目
の修正制御移動速度、Ｖ　（ｆｉ−１＞ｍｅｔはサンプ
ル回数ｎ−１回目の修正制御移動速度、Ｐ（Ａ、、）は
回転加速度に応じてばりの形状（厚さ、大きさ）を考慮
に入れた値。

ここで本発明によるロボットアームの動作速度の演算式
（２）についてくわしく説明する。

本発明を考案する前にテストピースを用いた切削実験を
行なった。本発明は前記切削実験の結果から考案された
ものである。前記切削実験について簡単に説明する。

回転工具にエンドミル（直径６ａｕａ）と工具回転速度
検出器を取り付け、テストピースの材質にアルミ鋳物（
ＡＣ４Ｂ−Ｆ）を使用し、送り速度を一定として切削実
験を行なったところ第４図、第５図の結果を得た。つま
り、第４図は切り込み量を２＋ｎｍと一定としテストピ
ースの板厚をかえて切削したときの検出工具回転速度の
時間毎の変化、第５図はテストピースの板厚を２閣と一
定とし切り込み量をかえて切削したときの検出工具回転
速度の時間毎の変化を示す。第６図に本実験に使用した
高周波インバータモータの工具回転速度と工具発生トル
クの特性を示すと、前記高周波インバータモータは回転
工具にかかる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
が作用する特性を有する。

前記高周波インバータモータを使用することにより、第
４図、第５図に示すように切削時において、板厚、切り
込み量とも大となれば工具回転速度降下量も大となる。

工具回転速度は負荷回転速度下限値Ｎ１以上ならば、回
転工具にかかる負荷抵抗と工具発生トルクが等しくなり
収束するが、前記負荷回転速度下限値Ｎｃ以下ならば零
となり切削不能となる。ここで、工具回転速度の変化量
つまり工具回転加速度（第４図、第５図では傾きを示す
。）も板厚、切り込み量とも大とならば大となっている
。切削において、工具回転加速度の大きさから被切削材
の形状、回転工具にかかる負荷抵抗を推定することがで
きる。つまり、工具回転柚速度大のときは被切削材の形
状大、工具回転速度小のときは被切削材の形状小となる
。工具回転速度収束値からも推定することができるが、
無負荷回転速度値から回転速度収束値になるまでに時間
がかかり、被切削材の形状を推定しても瞬時に応答する
ことができない。回転加速度では回転速度の変化量から
求めるため、サンプル毎に求めることができサンプル毎
に被切削材の形状を推定することができ瞬時に応答が可
能となる。

本発明は前記回転加速度に着目し、切削時において工具
回転加速度の値から被切削材の形状を推定し、ロボット
アームの動作速度を演算しロボットを瞬時に動作させ、
前記ロボットアームに大きな負荷抵抗がかからないよう
に切削することである。

式（２）のＦ　（Ａ　、ｌ）は工具回転加速度の値に応
じてかわる値に回転加速度の値が大のときは大値、小の
ときは小値とする。本発明のばり取りロボットで被切削
材の形状が大の物を急激に切削するとき、回転加速の値
Ａ７は大となり、それに応じてＦ　（Ａ）の値も大とな
る。式（２）により修正制御移動速度Ｖ□。は小値とな
り、ロボットのアーム動作は瞬時に大減速を行ない、前
記ロボットのアームに大きな負荷抵抗をかけることなく
切削を行なう。また、式（２）においては修正制御移動
速度Ｖ□ｃｔが計算上零以下になったときは零とし、教
示移動速度以上なったときは教示移動速度とする。

以上述べたやり方により簡単な演算で切削に適したロボ
ットのアーム移動速度を求めることができる。

本発明では応答性を図るため、工具回転加速度に応じて
ロボットアームの各軸モータのゲインを調節可能である
。つまり、前記回転加速度の値が大のときはゲインを高
くし応答性をよくし、回転加速度の値が小のときはゲイ
ンを設定値とする。

以上、教示点の有無の確認からサーボ制御サンプ周期毎
の移動速度の算出、速度制御出力の過程を水煮がな（な
るまで繰り返す。

上記実施例では、回転工具にエンドミルを取付け、エン
ドミルの側面、全面刃を用いることで薄いばりから厚い
湯道までも切削可能となる。ロボットのアーム動作は自
動的に、薄いぼり切削のときは高速、厚い湯道切断のと
きは低速となり、切削に適した速度で切削及び切断可能
となる。

〔発明の効果〕

前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ず作業能率が悪かったが
、ロボットアームの教示速度を従来より速くしても、加
工時にはどんな形状のばりに対しても瞬時に加工可能な
送り速度となるため能率を上げることができる。また、
回転速度を検出し演算された回転加速度による制御方法
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、検出器取り付けに対する考慮の軽減、応答
性の面でも優れたぼり取りロボットとすることができる
。また回転工具刃具にエンドミルを使用することで複雑
形状のワーク、及び厚い湯道までも切断可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は教示再生形ぼり取りロボットの構成図、第２図
は工具回転速度検出性説明図、第３図はロボットアーム
動作速度作成過程流れ図、第４図はテストピース板厚の
違いによる工具回転速度の時間毎の関係図、第５図は切
り込み量の違いによる工具回転速度の時間毎の関係図、
第６図は回転工具のトルク−回転速度の関係図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転速度検出器を設けた回転工具を手首に具備し
   てばり取り作業を行うばり取りロボットにおいて、工具
   回転速度から工具回転加速度を演算し、前記演算された
   工具回転加速度から教示動作速度からの減速量及び加速
   量を演算する手段、前記演算された動作速度に従いロボ
   ット手先を動作させる手段を有する事を特徴とするばり
   取りロボット
2. （２）前記工具回転加速度の大きさによってロボットサ
   ーボモータのゲインを変化させる手段を有する事を特徴
   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. （３）前記回転工具にはエンドミルを取り付けた特許請
   求の範囲第（１）項記載のばり取りロボット