JPH07108417A - 振動工具を有する力制御ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工中に発生する振動やワークからの反力を
工具内部で吸収することによって力センサへの振動伝達
を防止して力センサが検出するワークに加わる荷重の精
度を高め、より高精度の力制御を可能にする。 【構成】 ロボット本体と、一方向への直線移動を可能
に配置した工具刃先を固定するホルダーと、そのホルダ
ーを支持するコイルバネと、工具刃先が移動する向きと
反対向きに移動可能に配置した錘と、その錘を支持する
コイルバネとを少なくとも内部に有した振動工具と、加
工中ワークに加わる荷重を検出する力センサと、及び力
制御を行うための制御装置とで構成された振動工具を有
する力制御ロボット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばワークのばり取
りを行うシステムに用いる場合の、振動工具を有する力
制御ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】力制御を用いてワークを加工する場合、
振動工具でワークに所望の力を作用させながら加工して
いくが、該力を制御するためには、ワークに作用する力
を正確に検出する必要がある。一般的にこの力の検出器
として力センサが用いられ、ロボット先端と工具との間
に取り付けられる。仮に、加工中、工具刃先がワークか
ら受ける反力や工具本体から発生する振動力がほぼ一定
ならば、該反力や該振動力に対する較正を予め１回行え
ば十分である。しかしながら、実際的にこのような場合
はほとんどなく、該反力や該振動力が変動し易い作業の
場合が多い。

【０００３】このような作業において、ワークに作用す
る力を力センサで検出した場合、その検出信号には、力
制御に必要な力と、力制御の誤差となる該反力及び該振
動力とが混在し、該誤差成分が力制御ロボットの制御性
能を害していた。

【０００４】従来、力制御ロボットの性能向上技術にお
いては、特開平０２−８３１８８号公報の力制御とイン
ピーダンス制御とを切り換える手段を設けた作業ロボッ
トの制御装置や、特開平０４−３０６７０４号公報の位
置制御での加工後に力制御での加工を行うばり及び面取
方法、等が提案されている。

【０００５】従来の振動工具においては、工具のグリッ
プへの振動伝達防止のために、特開昭５７−１２１４６
２号公報の工具内部に密閉室を設けてエアーダンパを構
成した工具や、実開昭５７−７５９５３号公報の工具内
部にエアー通路を設けてエアーダンパを構成した工具、
等が提案されている。

【０００６】ワークに作用する力を力センサで検出した
場合、その検出信号中の誤差成分を少なくするように工
夫した振動工具を有する力制御ロボットに関する提案
は、従来、行われていなかった。

【発明が解決しようとする課題】

【０００７】特開平０２−８３１８８号公報や特開平０
４−３０６７０４号公報の技術は、ワークに作用する力
を力センサで検出し、その検出信号を基にして力制御を
行う方法であり、該検出信号中に工具刃先がワークから
受ける反力や工具本体から発生する振動力が誤差成分と
して混在した場合には、力制御ロボットの制御性能を害
する。

【０００８】特開昭５７−１２１４６２号公報や実開昭
５７−７５９５３号公報の技術は、工具内部のエアー圧
力によってダンパ性能が決まるが、このエアー圧力は工
具刃先がワークから受ける反力によって変動し易い。そ
のために作業中のダンパ性能が不安定に成り易い。

【０００９】ワークに作用する力を力センサで検出した
場合、その検出信号中の誤差成分を少なくするように工
夫した振動工具を有する力制御ロボットがない。

【００１０】本発明は以上の問題点を解決するため、加
工中に発生する振動やワークからの反力を工具内部で吸
収することによって力センサへの振動伝達を防止して力
センサが検出するワークに加わる荷重の精度を高め、よ
り高精度の力制御を可能にする振動工具を有する力制御
ロボットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【００１１】ロボット本体に力センサを介して振動工具
を設け、制御装置によって力制御を行う作業ロボットに
おいて、ロボット本体と、一方向への直線移動を可能に
配置した工具刃先を固定するホルダーと、そのホルダー
を支持するコイルバネと、工具刃先が移動する向きと反
対向きに移動可能に配置した錘と、その錘を支持するコ
イルバネとを少なくとも内部に有した振動工具と、加工
中ワークに加わる荷重を検出する力センサと、及び力制
御を行うための制御装置とで構成され、加工中に発生す
る振動やワークからの反力を工具内部で吸収することに
よって力センサへの振動伝達を防止して力センサが検出
するワークに加わる荷重の精度を高め、より高精度の力
制御を可能にしたことを特徴とする振動工具を有する力
制御ロボットである。

【実施例】

【００１２】本発明の一実施例として、第１図及び第２
図に基づき、多関節型作業ロボット１に力センサ２を取
り付け、力センサ２にブラケット３を介してエアーを駆
動源とする振動工具４を取り付け、図示しない制御装置
によって力制御を行い、ワークに形成されたばりの除去
作業を行う振動工具を有する力制御ロボットの例を説明
する。

【００１３】多関節型作業ロボット１は、例えば第１図
に示すように、基部７に関節部８を介して回転自在に設
けられるベース９と、ベース９に関節部１０を介して回
転自在に設けられるアーム１１と、ベース９に関節部１
２を介して回転自在に設けられるアーム１３と、アーム
１１とアーム１３とに回転自在に連結されるアーム１４
と、アーム１４に手首３軸の関節部１５を介して回転自
在に設けられるハンド１６とから構成されている。

【００１４】ハンド１６には、ワークに加わる荷重を検
出して力フィードバック信号を出力する力センサ２及び
ブラケット３を介して、作業具であるやすり状の工具刃
先５を取り付けた振動工具４が取り付けられている。

【００１５】また、関節部８・１０・１２・１５には、
それぞれ、ベース９と、アーム１１・１３・１４と、及
びハンド１６の回転角と回転速度とを検出する回転角・
回転速度センサ８ａ・１０ａ・１２ａ・１５ａ・１５ｂ
・１５ｃが設けられ、位置・速度フィードバック信号が
出力される。

【００１６】上記多関節型作業ロボット１と力センサ２
は、多関節型作業ロボット１の作動を回転角・回転速度
センサ８ａ・１０ａ・１２ａ・１５ａ・１５ｂ・１５ｃ
と力センサ２とからの出力信号に基づいて力制御を行う
ための図示しない制御装置に接続されている。

【００１７】振動工具４は、例えば第２図に示すような
ものである。該振動工具４はエアーを駆動源とし、その
作動の仕組みを第２図に基づいて説明する。駆動源であ
る圧縮エアーは、図示しないエアーコンプレッサからエ
アーホース６を介して振動工具４内部に導かれ、支持ゴ
ム１７で支持されたエアーパイプ１８中を通ってエアー
室１９に入る。エアー室１９は、チャック２１で工具刃
先５を固定支持したホルダー２２に固定保持されたリン
グゴム２３が、ケース２４とホルダー２２との間に設け
た圧縮コイルバネ２５によって、真中付近に開口部を有
するプレート２０に対して押し付けられて密着し、か
つ、錘２６に固定保持されたリングゴム２７が、ケース
２４と錘２６との間に設けた圧縮コイルバネ２８によっ
て、プレート２０に対して押し付けられて密着し、その
結果形成される密閉空間である。エアー室１９に入った
圧縮エアーは、まず、圧縮コイルバネ２５の押し付け力
に抗してチャック２１で工具刃先５を固定支持したホル
ダー２２を矢印２９の向きに移動させ、かつ、圧縮コイ
ルバネ２８の押し付け力に抗して錘２６を矢印３０の向
きに移動させる。次に、該圧縮エアーはその結果生じた
間隙３１を通ってエアー排出口３２から大気中に排出さ
れる。間隙３１から該圧縮エアーが排出されて行く過程
においてエアー室１９内部の圧力が低下して行き、圧縮
コイルバネ２５・２８の押し付け力の方が大きくなった
とき、チャック２１で工具刃先５を固定支持したホルダ
ー２２は矢印３０の向きに移動し、かつ、錘２６は矢印
２９の向きに移動する。その後、リングゴム２３・２７
は再びプレート２０に対して押し付けられて密着する。
これらの一連の動作が繰り返されることによって振動工
具４は作動する。

【００１８】本例に示す振動工具４を有する多関節型作
業ロボット１において、ワークに形成されたばりの除去
作業中、例えば振動工具４の達成し得る加工力では加工
できない大きなばりを除去しようとしたとき、工具刃先
５はワークから瞬間的に大きな抵抗力を受けるが、該抵
抗力が工具刃先５、振動工具４、及びブラケット３を介
して力センサ２へ伝播していく過程の中で、振動工具４
の内部で該抵抗力を吸収できれば、力センサ２が検出し
たワークに加わる荷重の検出信号中に該抵抗力が誤差と
して入り込むのを防げる。

【００１９】ここで、ばりの除去作業中に発生する該抵
抗力を吸収する方法を第２図に基づいて説明する。該抵
抗力が工具刃先５に対して矢印３０の向きに作用したと
き、該抵抗力は工具刃先５からホルダー２２に伝播し、
ホルダー２２を矢印３０の向きに移動させる。このとき
リングゴム２３・２７がホルダー２２と、プレート２０
と、及び静止している錘２６とによって瞬間的に圧縮さ
れ、エアー室１９内の体積が減少し、それまで平衡状態
だった内部圧力が増大する。その直後、エアー室１９の
内部圧力が再び平衡状態に移行するために圧縮コイルバ
ネ２８の押し付け力に抗する力が生じ、該力は錘２６を
矢印３０の向きに移動させる。この錘２６の移動によっ
て該抵抗力は吸収されてケース２４には伝播せず、従っ
て、振動工具４を介してブラケット３及び力センサ２に
該抵抗力は伝播しない。

【００２０】一方、振動工具４の作動中、ばりの除去作
業を行っていないアイドリング状態の場合には、振動工
具４が振動源となる振動によって生じた力がブラケット
３を介して力センサ２へ伝播する。アイドリング状態に
おいても該振動力が伝播していく過程の中で、振動工具
４の内部で該抵抗力を吸収できれば、力センサ２が検出
したワークに加わる荷重の検出信号中に該振動力が誤差
として入り込むのを防げる。

【００２１】ここで、アイドリング状態で発生する該振
動力を吸収する方法を第２図に基づいて説明する。該振
動力は、主として、振動工具４が上記した一連の動作が
繰り返されることによって生じる。工具刃先５とチャッ
ク２１及びホルダー２２の全質量と圧縮コイルバネ２５
の剛性とで構成されるばね−質量系の固有振動数と、錘
２６の質量と圧縮コイルバネ２８の剛性とで構成される
ばね−質量系の固有振動数とが、ほぼ等しくなるように
工具刃先５、チャック２１、ホルダー２２、及び錘２６
の質量と、及び圧縮コイルバネ２５・２８の剛性を設定
する。チャック２１で工具刃先５を固定支持したホルダ
ー２２が圧縮コイルバネ２５の押し付け力に抗して矢印
２９の向きに移動するとき、錘２６が圧縮コイルバネ２
８の押し付け力に抗して矢印３０の向きに移動するが、
上記のように各々の質量及び剛性を設定することによ
り、ホルダー２２が移動する周期と錘２６が移動する周
期とがほぼ等しくなり、ケース２４に対してホルダー２
２と錘２６とが圧縮コイルバネ２５・２８を介して与え
る力がほぼ釣合い、振動工具４が上記した一連の動作を
繰り返しても、ケース２４には該振動力が伝播せず、従
って、振動工具４を介してブラケット３及び力センサ２
にや力センサ２に該振動力は伝播しない。

【００２２】尚、工具刃先５、チャック２１、ホルダー
２２、及び錘２６の質量と、及び圧縮コイルバネ２５・
２８の剛性は、作業中に生じる加工抵抗力、振動工具４
から生じる振動力、動力源であるエアー圧力等を考慮し
て設定できる。

【００２３】本実施例は、工具刃先５としてやすり状の
刃先を用いた例を示したが、この他、のこ刃、ナイフ、
砥石、キサゲ刃等の刃先も取り付け可能であり、これに
よって、金属、木材、プラスチック、石材、ゴム等多く
の材料の加工が行える。

【００２４】

【発明の効果】本発明により、ワークに作用する力を力
センサで検出した場合、該検出信号中の力制御の誤差と
なる反力及び振動力の割合が少なくなり、よって検出す
るワークに加わる荷重の精度が高まって力制御ロボット
の制御精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の斜視図

【図２】振動工具の断面図

【符号の説明】

１ 多関節型作業ロボット ２ 力センサ ４ 振動工具 ５ 工具刃先 ２２ ホルダー ２３ リングゴム ２５ 圧縮コイルバネ ２６ 錘 ２７ リングゴム ２８ 圧縮コイルバネ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボット本体に力センサを介して振動工
   具を設け、制御装置によって力制御を行う作業ロボット
   において、ロボット本体と、一方向への直線移動を可能
   に配置した工具刃先を固定するホルダーと、そのホルダ
   ーを支持するコイルバネと、工具刃先が移動する向きと
   反対向きに移動可能に配置した錘と、その錘を支持する
   コイルバネとを少なくとも内部に有した振動工具と、加
   工中ワークに加わる荷重を検出する力センサと、及び力
   制御を行うための制御装置とで構成され、加工中に発生
   する振動やワークからの反力を工具内部で吸収すること
   によって力センサへの振動伝達を防止して力センサが検
   出するワークに加わる荷重の精度を高め、より高精度の
   力制御を可能にしたことを特徴とする振動工具を有する
   力制御ロボット。