JPH04148308A - 力制御ロボットにおける押付力方向の指定方法 - 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、力制御ロボットにおいて、力制御を行う押付
は方向の指定方法に関するものである。

〔従来の技術］ 従来の技術としては、ワークの表面を倣うような動作を
行う場合は、工具とワークの接触状態を保つために、教
示点をワーク内部にとることによりワーク表面と目標位
置との位置偏差を与え、この偏差分のばね力により押付
力を発生させて工具を押付けるという方法が一般的であ
る。この方法によれば、位置の偏差の与え方により押付
は方向が定まるため、改めて押付は方向を指定する必要
はなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の技術では以下に述べる問題点がある。

（１）一般のティーチングプレイバンク方式における教
示データの作成はワーク表面に対して行うものであり、
直接ワーク内部の作業軌跡を教示することはできない。

よって、ワーク表面の教示データをワーク内部のデータ
に変換する必要があるが、形状が複雑なワークに対して
この操作を行うことは困難である。

（２）　　ワークを治具にセットした段階で、ワークの
寸法誤差や教示誤差などにより位置の誤差が発生してし
まうことが予想されるワークに対しては、従来の技術に
よる、ある任意のワークを基準にしたワーク内部のデー
タを用いると、ワーク毎で押付ける力が変わり、−様な
加工ができないため仕上げ精度が悪くなる。

以上の問題を解決する方法として、位置と力のハイブリ
ッド制御がある。これは、工具の送り方向に対しては位
置制御を行い、工具の押付は方向に対しては力制御を行
うというように、位置を制御する座標軸と力を制御する
座標軸を完全に切り分けて制御するものである。このハ
イブリッド制御を行う場合、位置制御については従来の
ティーチングプレイバック方式により実現できるが、力
制御については、その制御する方向を指定する必要があ
る。これを解決する簡単な方法として、予め力制御を行
う方向をセンサ座標系または工具座標系のある１つの軸
方向に決めておくことが考えられるが、この場合は教示
時に、力制御を行う軸方向を押付けたい方向に正確に一
致させながら操作する必要があり、教示作業が複雑にな
るという問題がある。よって本発明は、力制御による押
付は力制御を行う場合に、その押付は方向の指定を工具
の位置や姿勢に関係なく自由に設定する指定方法を提供
することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

教示再生ロボットと、該ロボットの先端と加工工具の間
に取り付けた力センサと、ロボット制御装置との構成に
より、工具の送り方向に対しては位置制御を行い、工具
の押付方向に対しては力制御を行う機能を有し、該２つ
の制御を同時に行うことが可能な力制御ロボットシステ
ムにおいて、教示データの作成時に教示点と教示点の間
において、実作業で行う工具の姿勢で工具の先端をワー
クに接触させ、このときの力センサの検出値から算出さ
れた押付方向のデータをメモリに記憶保存し、再生時に
は該データを用い、押付けたい方向に力制御が行なえる
ように、工具の押付方向を、工具の位置や姿勢に関係な
くセンサ座標系で表わされる３次元空間で任意の方向に
自由に設定できることを特徴とする。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて詳説する。

第２図は本発明に適用する切削加工用ロボットの構成を
示し、ロボットの本体ｌと制御盤１０を主構成とする。

本体１には、加工工具Ｔ１および工具ホルダー２回転す
るためのモータＭＩ、ひねるためのモータＭ２、曲げる
ためのモータＭ１、前後進用のモータＭ４、上下降用の
モータＭ３、及び旋回用モータのＭ６、および力制御を
行うための力センサ２７を設け、工具ホルダー２には加
工工具Ｔ、を固着して設け、該工具ホルダー２と前記ロ
ボットの本体ｌの先端の間に力センサ２７を備える。モ
ータＭ１〜Ｍ６は何れもサーボモータである。

加工工具Ｔ、の先端にはエンドミルなと切削用の工具３
を装着する。ロボットの本体１に設けたモータＭ１〜Ｍ
、と制御盤１０とは、動力線４および信号線５を以て結
線する。

一方、ロボットの本体１近辺にワーク６を図示しない方
法で治具等に固定して静置する。ワーク６は母材７と突
起物８とで構成されており、突起物８は母材７の外郭縁
９の外方に不定形状に突出している。

ここでロボット本体１は、第２図では６軸円筒座標形と
しているが、軸数は突起物８を加工する姿勢を満たすこ
とができれば必ずしも６軸ある必要はない、また形式も
加工反力に対する耐負荷力、剛性から用途に応じて決ま
るものであり、特に制限はない。

また用途も教示動作を反復繰返して作業するロボットで
あれば、切削加工以外にも同様に適用可能である。

第３図はロボットの本体１とＭ１１１盤１０との信号応
答をする回路を示す。

バス１１にはマイクロプロセッサ１２、ＲＡＭ１３、Ｒ
ＯＭ１４、演算部１５、操作盤１６、Ｄ／Ａ変換器１７
、Ａ／Ｄ変換器１８、およびカウンタ１０とをそれぞれ
結線する。ここにおいて、Ｄ／Ａ変換器１７及びカウン
タ１９はサーボモータＭ　ｔ　’＝　Ｍ　ｈの各々に存
在するが、第３図では一括したもので記しである。

Ｄ／Ａ変換器１７の出力端子２０とサーボモータ用のア
ンプ２１の入力端子２２とを結線して、アンプ２１の出
力端子２３はロボットの本体ｌのモータＭ、と結線し、
モータＭ、とタコジェネレータＴＧ、とパルスエンコー
ダＰＥ、とは、機械的に連結する。尚、タコジェネレー
タＴＯ，はアンプ３１のもう一つの入力端子２４に結線
する。

パルスエンコーダＰＥ、は、制８装ｆｆｉ　１０　ニ設
けたカウンタ１９の入力端子２５に結線する。

Ｄ／Ａ変換器１７とカウンタ１９との間は、モータＭ１
を１例として述べたが、他のモータＭｚ〜Ｍ６も同様の
結線をする。Ａ／Ｄ変換器１８の入力端子２６と力セン
サの出力端子を結線する。

以上に述べたような第２図及び第３図のロボットの本体
１と制御盤１０の構成によって、次の作用をするのであ
る。

まず、ロボットの教示操作をするには、ロボットを誘導
した後、その位置をモータＭ１に連結しているパルスエ
ンコーダＰＥ、にて、工具Ｔ１を通過させたい位置とし
てカウンタ１９から読み取り、バス１１を介してＲＡＭ
１３に記憶させる。

このことは、ＰＥ、〜ＰＥ、まで同等に成される。

このようにして工具Ｔ＋の動作経路の通過点である教示
点、教示点間動作の補間形態および工具の送り速度を順
次教示していくことによって、ＲＡＭ１３内に教示プロ
グラムを作成する。

ここで位置と力のハイブリッド制御について簡単に説明
する。第４図はハイブリッド制御を用いてワークを加工
していく場合のモデル図である。

これは、板状のワークａの端面に対して垂直な方向（力
制御方向）に所望の力を加えながら、切削工具Ｔ、をワ
ークａに倣って（位置制御方向）移動していくものであ
る。位置制御は、一般の図のＴＰ、、ＴＰ、の教示点に
よる再生方式により実現できる。力制御については、力
センサ２７により検出された工具Ｔ１　とワークａの間
で生じた力と、押付は力の大きさを示す設定押付は力と
の偏差に基づいて演算される速度指令を、押付は方向に
出力する速度制御によって実現する。工具Ｔ１はなるべ
く位置制御方向に垂直な法線方向に押付けたいので、こ
の方向に力制御を行うが、そのためには何らかの方法で
押付ける方向を指定しなければならない。また、押付け
る方向はワークａの加工部位や工具Ｔ１の姿勢により変
化するので、３次元方向のどの方向に対しても設定可能
となるようにする必要がある。よってここで、本発明で
ある押付方向の指定方法について説明する。

まず始めに、押付は方向の指定方法の基本原理について
説明する。第５図に示すように、工具Ｔ１は工具ホルダ
ー２を介して力センサ２７に固定されている。力センサ
２７はそれ自身座標系をもっており、力センサ２７に加
わる荷重を直交する３軸方向の力３成分と、それらの軸
まわりのモーメント３成分の合計６成分の検出が可能で
ある。よって、工具Ｔ、の先端に力が加わると、その影
響により力センサ２７に加わった力とモーメントの６成
分が検出される。また、このセンサ座標系での６成分は
簡単な座標変換により工具Ｔ、先端の座標系の成分に変
換することも可能である。今、工具Ｔ１の先端に外力が
作用したとすると、この作用した力は力センサ２７にて
それ自身の座標系の分力Ｆ。＋　Ｆ　Ｙ３　＋　Ｆ　ｚ
ｓ　　として検出される。この検出された力から（１）
弐により方向余弦を演算する。

この方向余弦のデータにより、作用した力の方向をセン
サ座標系で記憶することができる。

次に、上述した方法を用い、教示時に押付方向データを
作成していく方法について述べる。

第１図に示すワークａを加工する場合の教示データを示
す。工具２７はなるべく位置制御方向に対して垂直な法
線方向に押付けたいため、矢印で示すように押付方向は
区間１、区間２で変化する。

よって、ワークａの加工部位ごとに押付方向を指定して
いかなければならない。そこでまず、工具を■のところ
まで誘導し、このときのエンコーダー値を取り込み位置
の教示を行う。通常は、ワークａの形状が直線とみなせ
る■の位置で位置の教示を行い、■〜■の区間１を直線
補間で動作させるが、このとき矢印Ａの方向に押付は力
制御を行いたいため、押付方向を指定しておかなければ
ならない。よって■で位置の教示を行った後、■〜■の
任意の位置■で、工具Ｔ、の先端を直接押付けたい方向
に任意の大きさの力でワークａに押付け、このときに力
センサ２７で検出された分力から（１）式により、方向
余弦を演算し、メモリに記憶する。■で押付は方向の教
示を行った後は、■の位置まで工具を誘導して位置の教
示を行う。区間２についても同様に■で押付は方向矢印
Ｂの教示を行った後、■で位置の教示を行う。以上のよ
うにして作成した教示データにより再生時には、それぞ
れの区間で指定した方向に押付は力制御を行いながら、
工具ＴＩをワークａに倣わせる動作が実現される。以上
、押付は方向の教示方法を直線補間動作を例にとり説明
したが、この方法は、円弧補間動作の場合にも対応が可
能である。

〔発明の効果〕

以上の事により本発明によれば、押付は方向を工具の位
置や姿勢に関係なく、センサ座標系で表わされる３次元
空間の任意の方向に自由に設定できるため教示が容易に
なり、押付は方向が、加工部位によって変化する形状が
複雑なワークにも十分に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による押付は方向を指定する教示方法
の説明図、第２図は、本発明を適用する切削加工用ロボ
ットの構成図、第３図は、ロボット本体と制御盤との信
号回路図、第４図は、位置と力のハイブリッド制御の説
明図、第５図は、本発明の基本原理を説明するための、
センサ座標系を表す図である。 ｌ二ロボット本体、ｌＯ：制御盤、２７：力センサ、Ｔ
Ｉ　：工具 第 図 ａワーク ブ 第 図 第４ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 教示再生ロボットと、該ロボットの先端と加工工具の間
   に取り付けた力センサと、ロボット制御装置との構成に
   より、工具の送り方向に対しては位置制御を行い、工具
   の押付方向に対しては力制御を行う機能を有し、該２つ
   の制御を同時に行うことが可能な力制御ロボットシステ
   ムにおいて、教示データの作成時に教示点と教示点の間
   において、実作業で行う工具の姿勢で工具の先端をワー
   クに接触させ、このときの力センサの検出値から算出さ
   れた押付方向のデータをメモリに記憶保存し、再生時に
   は該データを用い、押付けたい方向に力制御が行なえる
   ように、工具の押付方向を、工具の位置や姿勢に関係な
   くセンサ座標系で表わされる３次元空間で任意の方向に
   自由に設定できることを特徴とする力制御ロボットにお
   ける押付方向の指定方法。