JPH0547348B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は作業用ロボツトに関するものであつ
て、特にロボツトに研削、研磨等の重作業を行わ
せることのできる作業用ロボツトに係る。

（従来の技術） 水平関節形のロボツトは、その作動範囲が広い
ことから、多くの分野において使用されている
が、このロボツトを用いて研削、研磨等の重作業
を行おうとする場合には、次のような問題点が生
じている。すなわちこの種作業において生ずる加
工時の動的反力が大きいために、この反力に耐え
得るのに充分な剛性を有する大形のロボツトを使
用したり、あるいは上記反力を軽減するために１
回当たりの切削量を減少させなければならないと
いうことである。前者の場合には装置自体が高価
なものになると共に、その運動性が損なわれると
いう欠点があり、また後者の場合には充分な作業
能率が得られないという欠点がある。

そこで本出願人は、上記欠点を解決するため
に、先の出願（特願昭58−134214号）にて次のよ
うなロボツトを提案した。このロボツトは、アク
チユエータによつて駆動されるメインアームの先
端部に工具を装着し、一方上記メインアームとは
別のサブアームを設けると共に、このサブアーム
の基端を位置決め基準部に、その先端を上記メイ
ンアームの先端部近傍に取付けた構造を有してい
る。この場合、サブアームは、メインアームの移
動に追従して移動可能に設けられている。このロ
ボツトによれば、工具に作用する加工反力や動的
負荷が、サブアームによつても保持されることに
なるため、上記反力や負荷によつてメインアーム
の先端位置が変位するのを防止することが可能と
なる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記ロボツトにおいては、メインアー
ムとは別に、さらにサブアームが必要となるため
に、その構造が複雑で高価なものになつてしまう
という欠点がある。また研削、研磨作業のように
作業中に工具を被加工部の形状に沿つて連続的に
移動させる必要のある作業に、上記のような構造
のロボツトをそのまま適用することは不可能で、
解決すべき問題点が種々残されている。

この発明は上記に鑑みなされたものであつて、
その目的は、研削、研磨等の重作業を高能率に、
かつロボツトの剛性を高めることなく精度良く行
うことができ、しかもその構造が簡素で安価に構
成することのできる作業用ロボツトを提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明の作業用ロボツトにおいては、
アームに自由回動可能にアタツチメントを取付け
て成り、上記アタツチメントにおいては、アーム
に取付けられるアタツチメント本体に、被加工部
近傍の参照面上を転動する前後一対の案内ローラ
と、被加工部を削除するための回転工具とをそれ
ぞれ装着すると共に、上記アタツチメントの上記
アームに対する回動中心を、案内ローラの転動方
向に対しては両ローラの回転軸心間に、また転動
方向と直交する高さ方向に対しては参照面と略同
高さに位置させる一方、上記アームでもつて上記
アタツチメントを被加工物に押圧、接触させてい
る際の押圧力を検出する力センサを設け、この検
出結果に基づいて上記押圧力が略一定になるよう
上記アームの作動を制御するプレロード制御手段
を設けていることを特徴としている。

（作用） 上記の結果、ロボツトのアームを駆動すること
によつて、アタツチメント本体に設けた案内ロー
ラを参照面に押圧、接触させ、この状態で回転工
具によつて被加工部を連続的に削除するという作
業を行う。この際、回転工具に作用する反力より
も大きなプレロードでもつて、アタツチメントを
参照面に押圧、接触させながら研削等の加工を行
えば回転工具は、アームとアタツチメントとの合
成された剛性によつて保持されることになるた
め、回転工具は、アタツチメントの有有する剛性
によつて安定した状態に保持されることになる。
この結果、アームの剛性を高めることなく、研削
等の重作業を高能率に行うことが可能となる。

しかもアタツチメントのアームに対する回動中
心を上記のように両ローラの回転軸心間の位置
で、かつ参照面と略同高さに配置してあるので、
アタツチメントに対して充分なプレロードを作用
させれば、アタツチメントの両ローラは参照面か
ら離れることなく移動し、回転工具によつて参照
面に沿い、参照面の変化に正確に追従した研削等
の加工を行うことが可能となる。このように回転
工具を参照面に正確に沿わせて移動させることが
できるので、精度のよい研削加工を行うことが可
能となる。

（実施例） 次ぎにこの発明の作業用ロボツトの具体的な実
施例について、図面を参照しつつ詳細に説明す
る。

第１図は第１実施例を説明するための説明図で
あるが、図において１はロボツトのアーム、２は
アタツチメントをそれぞれ示しており、両者はフ
リージヨイント３によつて接続されている。アタ
ツチメント２は、本体４と、この本体４の前後両
端部に回転可能に装着された一対の案内ローラ
５，６と、両案内ローラ５，６間に装着されたグ
ラインダ等の回転工具７とを有している。なお上
記両案内ローラ５，６は、回転工具７によつて溶
接余盛部を削除するような場合に、溶接余盛部に
接触するのではなく、余盛部近傍の母材表面、す
なわち参照面Ａ上を転動するように配置されてい
る。また上記回転工具７は、図示しない駆動源に
よつて回転駆動されるものとする。

次ぎに上記における回転工具７の保持機構につ
いて、第２図に基づいて説明する。図において、
Kaはアーム１の、またKgはアタツチメント２の
バネ定数、すなわち剛性をそれぞれ示しており、
一方Ｂは回転工具７の取付部を示している。この
場合、上記アタツチメント２は、アーム１によつ
て、回転工具７に作用する最大の加工反力Fnよ
りもさらに大きなプレロードＰで、参照面Ａに押
圧されているものとする。このような構造におい
ては、案内ローラ５，６が参照面Ａから離れない
範囲では、KaとKgとが並列バネとして働き、回
転工具７は合成された剛性（Ka＋Kg）によつて
保持されることになる。すなわちアーム１の剛性
Kaが小さい場合であつても、アタツチメント２
の剛性Kgを充分に大きくすれば、このアタツチ
メント２の剛性Kgによつて回転工具が保持される
ことになる訳である。このことは換言すれば、参
照面Ａに対する回転工具７の保持剛性は、ロボツ
トのアーム１の剛性にはほとんど影響されず、主
として回転工具７と案内ローラ５，６との間のア
タツチメント本体４の剛性によつて定められ、こ
の間に形成される閉構造によつて回肝転工具７が
保持されることになるということである。

例えばプレロードＰが100Kg、回転工具７に作
用する加工反力Fnが80Kgであつて、両剛性の比
をKg／ka＝７とした場合、加工反力のうち70Kg
はアタツチメント本体４によつて受支され、残り
の10Kgがアーム１へ作用することにななる。

上記のようにアタツチメント２に対して、回転
工具７に作用する最大加工反力Fnよりもさらに
大きなプレロードＰを作用させておけば、両案内
ローラ５，６が参照面Ａから離れない限り、上記
反力の大部分がアタツチメント本体４によつて受
支され、アーム１へはわずかな負荷しか作用せ
ず、したがつてロボツトのアーム１の剛性を高め
なくても、研削等の重作業を高能率に行えること
が明らかである。

次に両案内ローラ５，６を確実に参照面Ａに対
して押圧、接触させておくための、上記アタツチ
メント２のさらに好ましい形状について、第１図
に基づき検討する。なお同図にも記入してあるよ
うに、ここでは回転工具７と被加工部との接点を
原点ＯとするＸ−Ｙ座標系を採用し、以下のよう
な符号を用いる。

Ｄ：フリージヨイントの回転中心 Ｂ：回転工具の取付位置 l1：原点Ｏと前方ローラ間の距離 l2：原点Ｏと後方ローラ間の距離 Lx：原点Ｏと中心Ｄ間の距離（Ｘ方向） Ly：原点Ｏと中心Ｄ間の距離（Ｙ方向） Ｐ：プレロード Fx：アームによるＸ方向推進力 Fn：回転工具に作用する反力（Ｙ方向） Ft：回転工具に作用する反力（Ｘ方向） f1：前方ローラに作用する反力 f2：後方ローラに作用する反力 μf1：前方ローラに作用する摩擦力 μf2：後方ローラに作用する摩擦力 まず最初に、被加工部が、参照面Ａに沿つて、
参照面Ａと同一高さに形成されるための条件につ
いて考える。この場合、案内ローラ５，６と回転
工具７との下側端面を同一平面上に配置してある
ものとする。そうすると、参照面Ａが平面であれ
ば、被加工部は同一の高さの平面になる訳である
が、参照面Ａが、第１図のように、ある曲率Ｒで
もつて湾曲している場合には、次のような誤差ｅ
が生じる。

ｅ＝（l1，l2）／2R したがつて上記誤差ｅの発生を防止するため
に、l1又はl2を０にする必要がある。

次ぎに上記両案内ローラ５，６を、常に参照面
Ａに接触させておくための条件について検討す
る。まず、Ｘ方向及びＹ方向の力のバランス及び
原点Ｏ周りのモーメントのバランスから以下の式
が得られる。

Ft＋μf1＋μf2−Fx＝０ Fn＋f1＋f2−Ｐ＝０ f1・l1−f2・l2＋Ｐ・Lx−Fx・Ly＝０ 上記式からf1及びf2を求めると次のようにな
る。

f1＝（Ｐ−Fn）l2−PLx／l1＋l2＋〔Ft＋μ（Ｐ
−Fn）〕Ly／l1＋l2 f2＝（Ｐ−Fn）l1＋PLx／l1＋l2−〔Ft＋μ（Ｐ
−Fn）〕Ly／l1＋l2 両ローラ５，６が参照面Ａに接触しているため
には、f1＞０，f2＞０である必要がある訳である
が、f2に関する式において、Lyが大きくつた場
合には、第２項が大となつてf2＜０となることも
ある。このためLy＝０として、各式の第２項を
削除する必要がある。

上記に従いLy＝０とすると共に、さらに上記
誤差ｅを考慮してl1＝０とすると、f1、f2は以下
のようになる。

f1＝（１−ｑ）Ｐ−Fn f2＝ｑ・Ｐ ただし、ｑ＝Lx／l2 上記各式から次のことが明らかとなる。すなわ
ち、ｑ＞０とすればf2は常に正となり、またプレ
ロードＰを、最大加工反力Fnよりも充分に大き
くすればf1も正となるということである。

以上のことをまとめると、案内ローラ５，６を
常にに参照面Ａに接触させるためには、アタツチ
メント２としては次の〜の条件を満足する必
要がある。

誤差ｅをなくするためにl1０とする。

f2＞０を確保するためLy＝０とする。

f1，f2＞０とするため０＜ｑ＜１とする。

f1＞０とするためＰ＞Fn／（１−ｑ）とす
る。

上記〜を満足するロボツト用アタツチメン
トを第３図に示す。この場合、ロボツトのアーム
１は、基部１０に回動可能に支持された第１アー
ム１ａと、第１アーム１ａの先端部に回動可能に
支持された第２アーム１ｂとを有している。そし
て第２アーム１ｂの先端部に一対の平行なリンク
部材１１，１２が回動可能に支持され、これらリ
ンク部材１１，１２の先端部にさらに他の一対の
平行なリンク部材１３，１４が回動可能に支持さ
れており、これらによつてリンク機構１５が構成
されているまた上記リンク機構１５の先端部に
は、一対の案内ローラ５，６及び回転工具７を有
するアタツチメント２が装着されている。なお上
記リンク部材１１の第２アーム１ｂ側の回転部Ｇ
には、このリンク部材１１、すなわちアタツチメ
ント２の回転角度を検出するためのセンサが装着
されている。

上記アタツチメント２においては、図のよう
に、先端ローラ５の回転中心と、回転工具７の回
転中心とのＹ方向の位置が一致しており、上記l1
＝０の条件が満たされている。なおこのようにロ
ーラ５と回転工具７との両回転中心を近接させる
ことにより、被加工体の端部まで工具７を移動さ
せて、加工が行えるという利点も生じる。また上
記リンク機構１５によるアタツチメント２の回転
中心Ｄの位置（すなわち第１図におけるフリージ
ヨイント３の中心）は、参照面Ａ上に位置し、上
記Ly＝０の条件が満たされている。さらに上記
回転中心Ｄは、Ｙ方向に対して、原点Ｏと後部ロ
ーラ６との間に位置しており、上記０＜ｑ＜１の
条件が満たされている。

したがつて上記ロボツトのアーム１からアタツ
チメント２に対してＰ＞Fn（１−ｑ）の条件を満
足するプレロードＰ作用させれば、アタツチメン
ト２の両ローラ５６は参照面Ａから離れることな
なく移動し、回転工具７によつて参照面Ａに沿
い、参照面Ａと同一高さの研削を行うことが可能
となる。この場合、回転工具７を保持する剛性
は、上記した通りアタツチメント本体４によつて
与えられ、アーム１側に作用する負荷は小さいの
で、アーム１の剛性を高める必要はない。しかも
この場合、回転工具７の参照面Ａに正確に沿わせ
て移動できるので、精度のよい研削加工を行うこ
とが可能である。

第４図には上記におけるプレロードＰを制御す
るための実施例を示す。この実施例においては、
上記と同様なリンク機構１５の先端に揺動杆１６
を装着し、この揺動杆１６ににバネ１７を介して
上記と同様なアタツチメント２を装着したもので
ある。またこの実施例においては、揺動杆１６に
力センサ１８が装着されているが、このセンンサ
１８は、上記バネ１７の変位ｄを検出することに
より、アタツチメント２に作用しているプレロー
ドＰを検出する方式のものである。

上記のように力センサ１８を設け、このセンサ
１８でプレロードＰを検出すると共に、この検出
結果に基づいて、図示しないプレロード制御手段
でもつてプレロードＰが一定になるようにアーム
１を駆動し、プレロードＰを制御するようにした
場合には、被加工体自体にセツト誤差や熱変形等
が存在する場合にでも、常に一定のプレロードＰ
を維持して良好な研削等の作業を行うことが可能
である。なおこのように力センサ１８を用いる場
合、テイーチング・プレイバツク方式のロボツト
においては、回転工具７の全ての移動経路をテイ
ーチングする必要はなく、加工開始点及び移動距
離（又は加工終了点）のみをテイーチングしけお
けば、上記のように所定のプレロードＰを維持し
つつ、所定の送り速度で、所定の距離だけ移動す
るという一連の作業を行うことが可能である。

また上記のようにプレロードＰの発生手段とし
てバネ１７を用いているのは、操作の容易性、応
答性、シヨツクの吸収等を考慮したためであつ
て、他の手段を採用することも可能である。

第５図にはロボツト用アタツチメントの変更例
を示すが、これは上記のようなリンク機構を用い
ずに、第１図に示したよようなフリージヨイント
３の回転中心を、参照面Ａにできるだけ近接させ
て配置した例である。

また第６図にはフリージヨイント３の変更例を
示すが、これはアタツチメント本体４側に係合ピ
ン１９，２０を設けると共に、これら係合ピン１
９，２０をアーム１側に設けた円弧状長孔２１内
に嵌入し、ピン１９，２０を長孔２１内でスライ
ドさせることによつてアタツチメント２を回転さ
せるようにした構造のものである。この構造にお
いても上記と同様にアタツチメント２の回転中心
を参照面Ａ上に配置することが可能である。

なお上記各実施例は、溶接余盛部を削除する作
業等に好適であるが、例えば第７図に示すよう
に、テーブル２４上に薄板２５を載置し、テーブ
ル２４の端部を参照面Ａとして薄板２５の端部を
加工するような場合にも、その適用が可能であ
る。

（発明の効果） この発明の作業用ロボツトは上記のように構成
されたものであり、したがつてこの発明の作業用
ロボツトによれば、ロボツトによる研削、研磨、
切削等の重作業を、アームの剛性を高めることな
く、高能率に行うことが可能となる。しかもその
構成が簡素であるため安価に提供することが可能
である。また回転工具を参照面に沿つて正確に移
動させることが可能であるため、精度の良い研削
等の加工を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の好ましい実施例を説明する
ための説明図、第２図は上記における力のバラン
スを説明するため説明図、第３図は上記第１図の
説明図から導き出される好ましい実施例の平面
図、第４図は他の実施例の説明図、第５図ないし
第７図はそれぞれさらに他の実施例の説明図であ
る。 １…アーム、２…アタツチメント、４…アタツ
チメント本体、５，６…案内ローラ、７…回転工
具、１８…力センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アーム１に自由回動可能にアタツチメント２
   を取付けて成り、上記アタツチメント２において
   は、アーム１に取付けられるアタツチメント本体
   ４に、被加工部近傍の参照面上を転動する前後一
   対の案内ローラ５，６と、被加工部を削除するた
   め回転工具７とをそれぞれ装着すると共に、上記
   アタツチメント２の上記アーム１に対する回動中
   心Ｄを、案内ローラ５，６の転動方向に対しては
   両ローラ５，６の回転軸心間に、また転動方向と
   直交する高さ方向に対しては参照面と略同高さに
   位置させる一方、上記アーム１でもつて上記アタ
   ツチメント２を被加工物に押圧、接触させている
   際の押圧力を検出する力センサ１８を設け、この
   検出結果に基づいて上記押圧力が略一定になるよ
   う上記アーム１の作動を制御するプレロード制御
   手段を設けていることを特徴とする作業用ロボツ
   ト。