JPH0276673A - はり取りロボット - 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】 〔座業上の利用分野〕 本発明は回転工具と、該回転工具の回転速度検出器とを
、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、ｌ′ｉｐを除去するば
シ取シ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シ動かす。・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
とにずれがあれは、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浮さ、高
さなどが不規則であり、通常よりも著しく厚いはりが、
教示されたはシ取シ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υ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、その厚いはりを除去する
際、その作業が回転する工具の時には、切ハリ抵抗が大
きくなシ工其の回転が停止したり、関節座標型ロボット
や高剛性機檜が備わっていな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、正常なはり取
りをするという作業ができなかった。

また、はりの存在箇所とはシの形状が一様ではないので
切削抵抗が大きくなシ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ｔ′Ｉｔ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０また、鋳はりの場合、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、史には
硬さもはらついているため、仮には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はり取９作
東をすることは困難であった０そこで簡単な対策として
、はりの高さ、厚さを最大限にしたワークの寸法仕様で
も、十分には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すらす
事により、順次に沙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６１−２５０８６８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、再ひグラインダを前進させ、はシ取シ作業を繰り返
す。このようにして、正規の仕上は精度を出す方法もあ
る。

この方法では、急激に大きなは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
ットの送シ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シ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、
ばシ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稍＃ヲ得るというばシ
取り”ロボットがある。

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は、
検出値の変動は少ないが、複雑な鋳ぼりに対しては工具
の作業点が届かない箇所ができる。そのため、エンドミ
ルを使わさるを得ないワークがある。

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シ難い。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０
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０ また、工具の有している能力を最大限に利用して効率良
くばシ取り作業をすることを目的として、本発明者は「
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シロボットにおいて、
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６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）の時忙は移動
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
るはシ取りロボット。」請求項の数として他４項につき
開発し、既に出願した（特願昭６３−６８８２１号）。

また、本発明者は「回転速度検出値を設けた回転工具を
手首に具備してはり取り作業を行うＩｆｉυ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
を特徴とするばシ取りロボット」請求項の数として他２
項を出願している（特願昭６３−０９１９２８号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

特開昭６１−２２６２５４号、特開昭６１−２３０８６
８号で述べているばυ取りロボットでは、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。

また剛性が低いロボットでは、厚いはりを除去する除、
切削抵抗が大きくなシロボットのアームがたわみ、回転
工具に逃けが生じばシが残る。即ち、未加工部分が発生
する。そのため、複数回の加工が必要となり加工時間を
要するという問題がある。

また、本発ａＡ省による特願昭６３−６８８２１号で述
べているけり取シロボットでは、移動速度が２０ｗａｙ
’ｓｅｃぐらいまでの比較的遅い場合には有用であるが
、５０１１ＩＩ／ｓｅｃ以上の高速移動速度下で厚いは
シに突然遭遇した場合には、同転速度検出値が設定回転
速度以下に下がる迄は制御しないため、急激な変化への
追従ができず工具に過大な力が加わり、加工が継続不可
となることがあった。

また、本発明者による特願昭６３−０９１９２８号で述
べているはり取りロボットでは、急激に変化する厚いば
りに対して迅速な応答を可能としだ点で優れたものであ
るが、工具回転加速度に追従するものであるため、工具
回転加速度の大きさ、および比例定数の値に応じて収束
する移動速度が異なるため、例えば最大出力発生回転速
度のような目標とする回転速度となるように工具の移動
速度を制御することに関しては不充分であった。

また、回転工具の冷却及び切りくず排出方法を具備して
いないロボットでは、アルミ鋳物など溶層性が高い材質
のワークではシ加工を行なうと、厚いはりを加工する時
、瞬時に回転工具に構成刃先が発生し加工の継続が不可
能となったり、回転工具の寿命を低下させるという問題
がある。

また、切削油を用いない加工では、切削油を用いる加工
よりワークと回転工具の摩擦力が増大する。そのため、
加工速度については、厚いばりを加工する時に、切削油
を用いる加工と同等の速度にすると１加工となり、加工
面Ｍ＆を低下させたシ、回転工具の寿命を低下させると
いう問題がある０ 本発明の目的は、急激に変化する厚いはりに対しても迅
速に応答でき、切削抵抗が大きい厚いば゛シ加工でも１
回軌道通過のみで切除可能な剛性を有し、複雑に変化す
るばりの厚さ、大きさに追従し、しかも回転工具を回転
させる回転機が最大限に能力を発揮する回転速度となる
ようにロボットの送り速度を制御でき、重加工時でも回
転工具の寿命及び加工面精度を低下させないように、ま
た複雑な形状であるワークに対しても１回の加工で加工
可能なはり取シロボットを得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
けてはり取り作業を行うロボットにおいて、ロボット形
態は関節座標型ロボットより剛性が優υ、直角座標型ロ
ボットより動作範囲が広い円筒座標型ロボットとし、複
雑形状なワークに対しても隅隅まで加工可能な自由度を
有する旋回軸、上下軸１前後軸、ひねり軸２曲げ軸１回
転軸を持った６自由度ロボットを用いる。回転機には第
６図に示す特性、つまり負荷抵抗の増加により回転速度
Ｎｃ迄は復元トルクが作用する特性を有する高周波イン
バータモータを用いる。回転速度検出器には、パルス信
号を出力する小型な非接触型の磁気式検出器を用いる。

回転工具には、複雑形状なワークに対しても隅隅まで加
工可能であり、厚いぼり及び大きなはりを１回の加工で
加工可能なエンドミルを使用する。−足周期毎に、回転
機の回転速度から設定回転速度との偏差量及び回転機の
回転加速度を演算し、前記演算された設定回転速度との
偏差量及び回転機の回転加速度から前周期のロボット移
動速度からの減速量及び加速量を演算し、その演算値を
ロボット移動速度指令値とする手段と、前記演算された
回転機の回転加速度が設定回転加速度より大きい場合は
、一定時間、ロボット移動速度指令値をＱ　ｗ／　ｓｅ
ｅとする手段と、ロボットが教示された軌道上をロボッ
ト移動速度指令値に従い動作する手段と、ロボット本体
のアームの剛性を高めるため、アームを構成しているひ
ねシ軸２曲げ軸９回転軸を各軸ごとに減速機直結の準直
接駆動とし、回転機の動作範囲を広くできるアーム構造
にする手段と、回転工具の寿命と加工面精度を低下させ
ないために、回転工具に高圧エアと切削油を吹き付ける
手段を有する事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、本発明によるはり取りロボットの構成図であ
る。以下、この図に沿って本発明によるはり取シロボッ
トの構成について説明する。

本発明のばり取シロボットは、６自由度円筒座標型のば
り取りロボット１、前記ロボット１を動作させる制御装
置２、高圧エア及び切削油の供給装置１０とで構成され
ている。前記ロボット１には、高周波インバータモータ
使用の回転機８、前記回転機８０回転速度を検出する回
転速度検出器３、前記回転機８に取付けられたエンドミ
ル９、高圧エア及び切削油供給のノズル１２、回転軸駆
動用サーボモータ１３、ひねυ軸駆動用サーボモータ１
４、曲は軸駆動用サーボモータ１５、前後軸駆動用サー
ボモータ１３、上下軸駆動用サーボモータ１７、旋回軸
駆動用サーボモータ１８とが具備されている。前記ロボ
ット１は上下軸、前後軸にはポールねじを使用して直線
方向に動力を伝達し、旋回軸２回転軸１曲げ軸、ひねり
軸は減速機を使用して回転方向に動力を伝達する機構と
なっている円筒座標型ロボットである。前記ロボット１
と制御装置２とはサーボモータの動力線５゜信号線４と
で電気的に接続されている。また、回転速度検出器６の
出力信号は信号線６を通って制御装置２に入力される。

以上述べた装置で構成されている本発明のはシ取りロボ
ットでワーク７を加工する０ 第２図は、本発明によるロボットアーム部分の詳細図で
ある。以下、この図に沿って本発明によるアーム部分に
ついて説明する。

エンドミル９が取付けられている回転機８は回転軸直結
のフレーム１９に固定している０フレーム１９は回転軸
部動用サーボモータ１３の減速機と直結しており、サー
ボモータ１３の動力が準直接駆動で伝達されＡ方向に動
作する０その動作範囲は±１８０°である。回転軸駆動
用サーボモータ１６はひねり軸直結のフレーム２０に固
定している０フレーム２０はひねり軸駆動用サーボモー
タ１４の減速機と直結しており、サーボモータ１４の動
力が準直接駆動で伝達されＢ方向に動作する。その動作
範囲は±１８００である。ひねり軸駆動用サーボモータ
１４は曲は軸直結のフレーム２１に固定している。フレ
ーム２１は曲げ軸駆動用サーボモータ１５の減速機と直
結しており、サーボモータ１５の動力が準直接駆動で伝
達されＣ方向に動作する。その動作範囲は±１２０であ
る。

第６図は、本発明によるばり取υロボットの制御系のハ
ードウェアの構成図である。以下、この図に沿って本発
明によるば砂取シロボットの制御上のハードウェアにつ
いて説明する。

本発明によるばシ取りロボットの制御系のノ・−ドウエ
アは制御架［２，各軸のサーボモータ１３〜１８２回転
機８（第１図参照）の回転速度を検出する回転速度検出
器３　、　Ｆ／Ｖ変換器３２　、　Ａ／　Ｄ変換器６１
とで構成されている。制御装置２には、マイクロプロセ
ッサ６４．制御装置２の内外に入出力する制御情報を記
録するＲＡＭ３５　、はシ取りロボットの制御プログラ
ムを記録するＲＯＭ３３、ロボットの移動軌道及び移動
速度等の演算を行なう演算部３７、ロボットとロボット
操作者との操作上のやｌりを行なう操作盤６３、前記や
り取りの内容を表示するＣＲＴ３８、各制御要素間をデ
ィジタル信号で伝達するバス４０、サーボモータ１６〜
１８を駆動するサーボアンプ４１〜４６．前記バス４０
からのディジタル信号をアナログ信号に変換してから前
記サーボアンプ４１〜４６に出力するＤ／Ａ変換器３３
、前記サーボモータ１６〜１８に直結されたパルスエン
コーダ２４〜２９と信号＋ｉ１４で接続されているカウ
ンタ３０を具備している０各軸のサーボモータ１３〜１
８には、タコジェネレ−１４７〜５２とパルスエンコー
ダ２４〜２９が直結に取シ付けられている。前記タコジ
ェネレータ４７〜５２はサーボモータ１３〜１８の回転
速度を検知し、その検知信号を制御装置２内のサーボア
ンプ４１〜４６へ信号線４を通って出力する。前記パル
スエンコーダ２４〜２９はサーボモータ１６〜１８の回
転位置を検知し、その検知信号を制御装置２内のカウン
タ３０へ信号ｌｆＭ４を通って出力する。そして前記検
出信号はＲＡＭ３５に記憶される。回転速度検出器３（
ここではパルス信号を出力する検出器とした。）は回転
機８（第１図参照）の回転速度を検知しパルス信号を発
生する。そのパルス信号を信号１ｆｓ６を通して周波数
を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器６２に送ることにより電
圧に変換され、更にＡ／Ｄ変換器６１に送ってディジタ
ル量に変換され、バス４０を通じてマイクロプロセッサ
６４に取り入れられる。

第４図は、本発明によるＶｉｐ取りロボットの再生プロ
グラムのフローチャート図である。本発明によるはシ取
りロボットの制御方法について説明する。

まず教示法について説明する。最初はりのないモデルワ
ーク７（第１図参照）に沿って手動操作によりロボット
の各軸のフレーム部を動かすことにより回転機８（第１
図参照）を移動させ、その回転機８の通過させたい位置
をロボットの各フレーム部を駆動するサーボモータ１６
〜１８（第３図参照）に直結されたカウンタ３０（第３
図参照）から読みとり、制御装置２のＲＡＭ３５　（第
３図参照）に記憶させる０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、
予め加工軌道とロボットアーム先端の回転機８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、
はシのないモテルワーク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。

使用する回転機８に対する回転速度基準値は制御装？１
１２の操作盤６６（第６図参照）により、別途、回転機
８に合わせて設定する。

次に実際のパリ取り作業における本発明のロボットアー
ム先端にある回転機の移動速度制御信号を作成する過程
を第４図に沿って説明する。

教示プログラムの再生が開始されると、まず教−足点の
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ＲＡＭ３５から取り出し、次に回転数検出器６
からの回転機８の回転速度がＡ／Ｄ変換器３１から入力
される０ 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０ ここで、Ａｎはサンプル回数ｎ回目の回転機の回転加速
度、Ｎｎはサンプル回数ｎ回目の回転機の検出回転速度
、Ｎｎ−１はサンプル回ａ　ｎ　−１回目の回転機の検
出回転速度、△Ｔはサンプル周期である。次に前記演算
された回転加速度Ａｎが設定回転加速度値より小さい場
合はＡのループを通り、式■にてロボット移動速度の加
減速度を演算する０ここで、αｎはサンプル回数ｎ回目
のロボット移動加速度、Ｎｎはサンプル回数ｎ回目の検
出工具回転速度、Ｎｎ−ｔ　はサンプル回数ｎ　−１回
目の検出工具回転速度、Ｋｐ、ＫＤは比例定数である。

次に前記演算された加減速度からロボットアームの移動
速度を式（３）にて演算する。

Ｖｎ　＝　Ｖｎ−＋＋α・△Ｔ　　・−−−−（３）こ
こで、ｖｎはサンプル回数ｎ回目のロボット移動速度、
Ｖｎ−ｔはサンプル回数ｎ　−１回目のロボット移動速
度、△Ｔはサンプル周期である０次に式（３）で演算し
たロボット移動速度をマイクロコンビエータの演８部３
７にて比較する。そして、式（６）で得られた移動速度
が教示移動速度より大きいならは、演算移動速度Ｖｎを
教示移動速度に変更し、その速度を達成するように補間
目標位置を演算してロボットアーム各軸のサーボモータ
アンプ４１〜４６Ｄ／Ａ変換器６３を介して速度制御信
号として出力する。

次に前記演算された回転加速度Ａｎが設定回転加速度値
より大きい場合は、Ｂのループを通り、−定時間（数サ
ンプル周期）サンプル回数ｎ回目のｐポット移動速Ｉｆ
　Ｖｎ　＝　Ｏｍ／　ｓｅｅとし、その速度を達成する
ように補間目標位置を演算してロボットアーム各軸のサ
ーボアンプ４１〜４６にＤ／Ａ変換器６３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サンプル周期を待っ
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、新たな梱間点を作る処
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。

この過程を教示点がなくなるまで繰υ返す。

〔発明の効果〕

前述したように本発明によれは、従来はりの高さ、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回転機の最
大出力となる回転速度あるいは回転工具の限界出力の回
転速度である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ばり取りロボットとする
ことができる。

また、複雑形状なワークに対しても隔隔までは９取りが
可能であり、厚いばり及び大きなばりを１回の加工では
り取りができ、回転工具の寿命、加工面精度までも考慮
に入れたばシ取りロボットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるぼり取りロボットの構成図、第２
図は本発明によるロボットアーム部分の詳細図、第６図
は本発明によるはり取りロボットの制御系のハードウェ
アの構成図、第４図は本発明によるばシ取りロボットの
再生プログラムのフローチャート図である。 １・・・６自由匿円筒座標型のばり取りロボット２・・
・制御装置　　３・・・回転速度検出器８・・・回　転
　機　　９・・・エンドミル１０・・・高圧エア及び切
削油の供給装置６０・・・カウンタ　　　６１・・・Ａ
／Ｄ変換器６２　・・・Ｆ／Ｖ変換器　　３３・・・Ｄ
／Ａ変換器３４　　・・・マイクロプロセッサ６５　　
・・・　ＲＡＭ６６・・・ＲＯＭ　　　　３７・・・σ
算部捧２　図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）６軸ロボット本体のアームに電動機で回転する回
   転機を設け、前記電動機の軸の回転速度を検出する回転
   速度検出器を設け、その検出信号を前記６軸ロボットの
   制御盤内で入力し、前記制御盤内で前記検出信号から前
   記６軸ロボットの移動速度を演算し、その演算値をロボ
   ット移動速度指令値とし、その指令値から前記６軸ロボ
   ットを駆動させるサーボモータの出力信号を成し、前記
   出力信号を持って前記６軸ロボットを駆動させて前記回
   転機を移動させ、前記回転機に取付けられた回転工具で
   、ばり取り作業を行う教示再生形ばり取りロボットにお
   いて、次の手段を有する事を特徴とするばり取りロボッ
   ト。 １、６軸ロボットは旋回軸、上下軸、前後軸、ひねり軸
   、曲げ軸、回転軸を有する６自由度円筒座標型ロボット
   で、前記６軸が各軸ごとに設けられた、位置速度検出器
   を具備したサーボモータで駆動する手段。 ２、回転工具を回転させる回転機はロボット本体のアー
   ム先端にホルダーを介して固定する手段。 ３、回転機の回転速度を検出する手段。 ４、ロボット移動速度指令値は、一定周期毎に、回転機
   の回転速度から設定回転速度との偏差量および回転機の
   回転加速度を演算し、前記演算された設定回転速度との
   偏差量および回転機の回転加速度から前周期のロボット
   移動速度からの減速量および加速量を演算し、その演算
   値をロボット移動速度指令値とする手段と、前記演算さ
   れた回転機の回転加速度が設定回転加速度より大きい場
   合は、一定時間、ロボット移動速度指令値を０ｍｍ／ｓ
   ｅｃとする手段。 ５、ロボット動作は教示された軌道上をロボット移動速
   度指令値に従い動作する手段。
2. （２）６軸ロボット本体のアームを構成しているひねり
   軸、曲げ軸、回転軸を各軸ごとに減速機直結の準直接駆
   動とした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）回転機は高周波インバータモータを駆動源とする
   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。
4. （４）回転工具にエンドミルを用いる事を特徴とする特
   許請求の範囲１項記載のばり取りロボット。
5. （５）回転工具に高圧エアと切削油を吹き付ける手段を
   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。