JPH0970716A - 振動工具及び振動工具を装着した力制御ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強力な振動源を有する振動工具において、そ
の外殻部にはほとんど振動が伝播しないような振動工具
を提供し、鋳物の鋳仕上げにおいて力制御ロボットの適
用を可能とする。 【解決手段】 往復動作体を有するチッピングハンマ本
体と、チッピングハンマ本体に一端を挿入し、往復動作
体で打撃されるたがねと、チッピングハンマ本体に取り
付け、たがねをピストンロッドとした往復動可能とする
シリンダを有するたがねホルダーと、たがねホルダーを
防振ゴムで支持した外殻部から成る振動工具である。ま
た、この振動工具を力センサに装着した力制御ロボット
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳物のバリ取り作
業等に用いる装置に関し、内部の打撃ピストンを往復運
動させて、装着した刃具に衝撃力を伝えるような振動発
生装置（以後駆動体と称する）を用い、刃具を打撃ピス
トンに合わせて自動的に往復動作させるとともに、その
外殻ケース部にできるだけ振動を伝えないようにした振
動工具、及びこの振動工具を装着した力制御ロボットに
係る。

【０００２】

【従来の技術】鋳物のバリや鋳肌の不具合の除去、ある
いは鋳肌の清浄のために、はつりと呼ばれる作業が行わ
れる。この作業は、刃部を有するいわゆる「たがね」と
呼ばれる刃具を駆動体に取り付けて振動工具を構成し、
作業者が鋳物の表面に振動する刃部を押し付けることに
よって不要部を削り取るものである。この作業は、鋳物
製造工程における後処理の中でも、最も労力を必要とす
る作業の一つであり、振動工具を保持する作業者に対す
る無反動化、あるいは自動化が要望されている。自動化
を目指したものとして、実開昭６０−９７２７２号の
「自動バリ取り装置におけるタガネ等の駆動装置」にお
いて、高剛性の教示再生型専用機に振動工具であるチッ
ピングハンマをもたせてはつり作業したものが開示され
ている。また、特開平７−１０８４１７号の「振動工具
を有する力制御ロボット」において、特殊なチッピング
ハンマをロボットに持たせたものが開示されている。こ
れは、刃具を鋳物の形状誤差に追従させるため力制御を
用いるが、バリ取り時の力センサに振動工具による振動
外乱が重畳し、力制御が不可能となることを防止するた
めに、ショックレスの振動工具を開発しようとしたもの
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】実開昭６０−９７２７
２号による教示再生という技術では、鋳物製品特有の形
状個体差やワーク取付誤差に対して追従できず、バリ取
り精度の不良や工具破損という問題があった。特開平７
−１０８４１７号に示されている振動工具は、一方向へ
の直線移動を可能に配置したホルダーに工具刃先を固定
し、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から成り、エアーの圧力に
よる力をホルダーに与える構造のものである。従って、
ホルダーからワークに加えられる力は、前記エアー圧力
からくる静的荷重の繰り返し的なものがほとんどで、作
業能力が比較的小さく、鉄鋳物等のバリをはつる作業に
は不十分である。また、ホルダーの後退源はコイルバネ
だけであり、刃先がワークに食い込んだような場合、ホ
ルダーは動作不能になるという問題がある。また、無負
荷作動時には振動工具外殻のケースには振動は伝播され
ないが、刃先がワークに衝突する時は、錘移動分のバネ
荷重はケースに伝播されることになり完全なショックレ
ス構造とは言いがたい。

【０００４】本発明の目的は、鉄系鋳物等のはつり作業
にも適用できるような強力な振動源を有する振動工具に
おいて、その外殻部にはほとんど振動が伝播せず、よっ
て、手動操作では操作する作業者の疲労を低減でき、ま
た力制御を行うロボット等に取り付けて自動化する場合
では、力センサへは振動衝撃力をほとんど除去された反
力だけが伝わり、安定して力制御を可能とするような振
動工具を提供すること、及び振動工具を装着した力制御
ロボットを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、往復動作体を
有する駆動体と、駆動体に一端を挿入し、往復動作体で
打撃されるたがねと、駆動体に取り付け、たがねをピス
トンロッドとして往復動可能とするシリンダを有するた
がねホルダーと、たがねホルダーを防振ゴムで支持した
外殻ケースから成ることを特徴としている。また、この
外殻ケースを力センサに取り付け、その検出値をもとに
力制御を行う、振動工具を装着した力制御ロボットも特
徴としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図に基づいて説
明する。図１は、本発明の振動工具であるチッピングハ
ンマ３の内部構造を示す断面図である。図２は６軸の力
制御ロボットにチッピングハンマ３を取り付けた例で、
ロボット１の手首先端に力センサ２を介して取り付け
る。図３は前記力制御ロボットの全体概略構成を示す図
である。ロボット１と力センサ２をロボット制御装置８
に電気的に接続する。チッピングハンマ３は図示しない
エアー供給源に接続してある。９は鋳仕上げ対象のワー
クで、図示しない方法で固定してある。

【０００７】図１、図２において、チッピングハンマ３
は、駆動体４、たがねホルダー５、たがね６、ブラケッ
ト７で構成される。駆動体４は市販されたものがあり、
先端軸部内部には、たがね６を往復方向摺動自在で、か
つ回転を拘束する機能を持たせた６角穴を持つブッシュ
４１が打ち込まれて固定されている。ブッシュ４１の後
方（図１では上方）には、圧縮空気により往復作動する
打撃ピストン４２が内蔵してあり、動力用給気口から圧
縮空気Ｐｓを供給すると、内部のバルブ機構により、打
撃ピストン４２が往復動するようになっている。たがね
ホルダー５は、貫通穴を有し、後端部が駆動体４の先端
軸部に嵌挿、固定されている。さらに、先端外周部５１
とフランジ５２で、防振ゴムを介してブラケット７に取
り付けられている。たがね６の主部は円筒棒状である
が、先端に作業用刃先６１を形成し、後端部は六角形状
軸とし、中間部には突起部６２を有する。たがね６は、
たがねホルダー５の内部を貫通して、その後端の六角形
状軸が、駆動体４の先端部のブッシュ４１に対し摺動自
在に挿入されている。ここで、六角形状軸は、ブッシュ
４１とある程度の気体シール性を持つ寸法とする。これ
は、打撃ピストン４２の復動作には、駆動体４のブッシ
ュ４１後方のエアー室４３に、バルブで切り換えられた
圧縮空気Ｐｓが充満する必要があるからである。

【０００８】たがねホルダー５は、外筒部中間にはフラ
ンジ５２を、内部には段付き穴を有し、たがね６を貫通
させる。先端狭径部でたがね６の円筒部をガイドし、後
方広径部は、突起部６２の刃先側に装着した引き込みピ
ストン６３を収納したシリンダを形成している。シリン
ダ前方に設けた給気口５７から圧縮空気Ｐｏがシリンダ
の前室５８に供給されると、引き込みピストン６３は戻
り側に移動し、たがね６を後退させる。従って、圧縮空
気Ｐｏにより常にたがねには後退力が作用しており、圧
縮空気Ｐｏを適切な圧力に設定しておけば、たがね６は
打撃ピストン４２で打撃されると、前記後退力に抗して
出側に押し出され、打撃ピストン４２が戻り側に移動す
ると、戻り側に戻される。即ち、打撃ピストン４２の往
復動に同調してたがね６も往復動を行う。たがね６が往
復動作時、引き込みピストン６３が、たがねホルダー５
のシリンダ内の対向面、又は駆動体４の先端部に衝突す
るときの衝撃を緩和するため、引き込みピストン６３を
はさんで両側に緩衝ゴム６４、６５を配設する。緩衝ゴ
ム６４は、引き込みピストン６３側に取り付けても良い
し、たがねホルダー５側に取り付けても良い。同様に、
緩衝ゴム６５は、たがね６側に取り付けても良いし、駆
動体４の先端部側に取り付けても良い。また、引き込み
ピストン６３を用いず、前記突起部６２を、その外径を
シリンダ内径とほぼ同一にしてピストンとしても良い。

【０００９】ブラケット７は、図２に示すようにロボッ
ト手首先端の力センサ２に取り付け可能とされ、これに
よりチッピングハンマ３、即ちたがね６は、ロボット１
で位置制御され、所定の場所の鋳仕上げをすることがで
きる。ブラケット７は、内部にたがねホルダー５の外形
に近似した貫通した中空部を有し、ここにたがねホルダ
ー５を収納し、防振ゴムを介して支持している。即ち、
ブラケット７先端部は、防振ゴム５３を介してたがねホ
ルダー５の先端外周部５１を嵌挿支持し、ラジアル方向
位置を規制している。さらに、後部では、防振ゴム５
４、５５ａ、５５ｂを介して、たがねホルダー５のフラ
ンジ５２を支持している。フランジ５２の支持方法は次
の通りである。フランジ５２は円周方向に複数の貫通穴
５８を有しており、該貫通穴５８に中空の円筒型防振ゴ
ム５４を装着する。また、フランジ５２の貫通穴部両端
面に、中空の防振ゴム５５ａと５５ｂをセットする。締
結ボルト５６を前記防振ゴム５４及び５５ａ、５５ｂの
中空部を貫通させ、かつフランジ５２を、ブラケット７
の内壁面及び固定具７１で挟み込むようにしてネジ締め
する。固定具７１は、ブラケット７に対しインローで位
置決めされており、上記締め付け時、防振ゴム５５ａ及
び５５ｂの軸方向に所定の縮み代を与えて、たがねホル
ダー５のスラスト方向位置を規制する。

【００１０】図４は、本発明の力制御ロボットの制御装
置８のブロック図である。力制御ＣＰＵ８０と力センサ
ＣＰＵ８１とをバス結合したマルチＣＰＵシステムであ
る。また、メモリ８２、操作パネル８３、ティーチング
ボックス８４、Ｄ／Ａ変換器８５、サーボカウンタ８６
等が各機能を満たすようにバス結合してある。力センサ
２からのアナログ出力は、ローパスフィルタ２２を介
し、力データコントローラ２１に入力される。力データ
コントローラ２１は、力センサ２のアナログ検出値を、
力センサ２を基準とする力センサ座標における力・モー
メントに変換処理するコントローラである。力データコ
ントローラ２１の出力は、力センサＣＰＵ８１に入力さ
れる。

【００１１】力センサＣＰＵ８１は、力センサ座標に変
換した検出値を、データ平滑化手段で平滑化をしたり、
重力補償等の演算処理をした後、刃先を基準とする工具
座標における力・モーメントに変換処理するプロセッサ
である。サーボカウンタ８６は、パルスエンコーダＰＥ
からのパルス信号をカウントし、バス結合により力制御
ＣＰＵ８０に工具座標の現在位置・姿勢を示すものであ
る。Ｄ／Ａ変換器８５は、サーボモータＭの、目標回転
位置と現在回転位置との回転位置偏差をＤ／Ａ変換し
て、サーボアンプ８７へ出力するためのものである。サ
ーボアンプ８７はＤ／Ａ変換器８５からの信号を増幅し
て速度指令信号としてサーボモータＭに発信するもので
ある。メモリ８２は、ロボットを制御するプログラム
や、たがね６の刃先の軌道の教示データや、サーボカウ
ンタ８６の値等を記憶するものである。ティーチングボ
ックス８４は、たがね６で所定作業を行うための軌道を
教示する際に、ロボット１をリモート誘導するときや、
力制御のパラメータの教示に用いるものである。操作パ
ネル８３は、力制御のパラメータ変更やロボット１の動
作モードの切り替え等を行うもので、スイッチ類やディ
スプレイを有している。Ｆ／Ｖ変換器８８は、パルスエ
ンコーダＰＥからのパルス信号を速度制御ループ用の信
号に変換して、サーボアンプ８７に速度を帰還するもの
である。力制御ＣＰＵ８０は、前記の各種情報を基にロ
ボットを動かすための演算処理等を行うものである。

【００１２】次に本発明の振動工具の作用を図に基づい
て説明する。図１において、まずたがねホルダー５に設
けた給気口５７に、圧縮空気Ｐｏを給気すると、前室５
８に空気が流入してたがね６は戻され、たがねの突起部
６２が緩衝ゴム６５を押し付けた状態で停止する。この
時、ブッシュ４１とたがね６後端部の六角形状軸とは、
前述したように、駆動体４に内蔵した打撃ピストン４２
の復動を妨げない程度のエアーシール性を有している。

【００１３】つぎにたがね６の往復動作の説明をする。
駆動体４の動力用給気口から、圧縮空気Ｐｓを給気する
と、内部のバルブ機構により、打撃ピストン４２は往復
動作を繰り返す。往動作終端近くで、打撃ピストン４２
はたがね６の後端部と衝突し、たがね６は突き出され
る。この時のたがね６の刃先６１が、ワーク９の表面に
存する鋳バリに突き当たると、鋳バリを切断し除去する
ことができる。この時、前室５８に圧縮空気Ｐｏを給気
した状態では、たがね６は打撃ピストン４２の打撃力を
減少する方向に抗力を受ける。従って、圧縮空気Ｐｏの
圧力を適宜調整しておくことによって、たがねがワーク
に食い込んでも戻すことができるとともに、ちょうど対
象の鋳バリを切断するに適したたがね６の突き出し力を
得ることもできる。打撃ピストン４２が戻り工程に移行
すると、前室５８の給気圧により引き込みピストン６３
を介し、たがね６は戻される。たがね６の戻り端での衝
撃は、たがねの突起部６２が緩衝ゴム６５を当圧するこ
とで衝撃を吸収する。このように、動力用給気Ｐｓが遮
断されるまで打撃ピストン４２の往復動作が繰り返さ
れ、たがね６も往復動作をする。なお、たがね６がワー
ク９に当接しない、いわゆる空打ち時の前進端では、引
き込みピストン６３は緩衝ゴム６４に当圧し、衝撃が吸
収される。

【００１４】たがねホルダー５には、打撃ピストン４２
が前進したがね６の後端部に衝突する時の衝撃、及び打
撃ピストン４２が後退し駆動体内の戻り端で衝突した時
の衝撃、さらに、たがね６の刃先がワーク９に当たる時
の衝撃が伝わる。図５に示すように、たがね６は刃先が
ワーク９の表面に当たる時には、軸方向のスラスト荷重
だけでなく、ラジアル荷重とモーメント荷重を受ける。
従って、たがねホルダー５には、静的な反力と動的な衝
撃力を含んだスラスト荷重、ラジアル荷重及びモーメン
ト荷重が伝わることになる。前述したように、たがねホ
ルダー５は、ブラケット７に防振ゴムからなる少なくと
も２つの支点で支えられている。これより、モーメント
荷重は各支点ではラジアル荷重として伝えられる。前記
装着した防振ゴムの内、５３及び５４は主としてラジア
ル荷重を、５５ａ及び５５ｂはスラスト荷重に対し有効
に作用するような適切な仕様のものを選定することで、
衝撃力はほとんど吸収され、ブラケット７には動荷重は
ほとんど伝達されない。

【００１５】図４に示すように、力センサ２で検出した
動荷重成分除去後の力・モーメントは、アナログ検出デ
ータとして、ハードウェア入力部のローパスフィルター
２２でさらに高周波成分を遮断されて、力データコント
ローラ２１に入力される。力データコントローラ２１
は、入力した高周波成分除去後のアナログデータを、力
センサ２に予め設定した力センサ座標の力・モーメント
荷重として加工し、６軸の成分毎に分割して力センサＣ
ＰＵ８１にシリアル伝送する。力センサＣＰＵ８１は、
ソフトウェアにより、入力した力センサ座標の力データ
を、例えば流動平均化することで、力データの６軸成分
を各々平滑化処理をしてさらに振動成分を除去する。そ
の後、たがね６の刃先に予め定めた工具座標の力データ
に座標変換して、力制御ＣＰＵ８０に転送する。力制御
ＣＰＵ８０は例えば、図５に示すような、たがね６がワ
ーク９を押し付ける方向の力を取り出し、設定押し付け
力と比較しながら、一定の押し付け力になるようにロボ
ット１を力制御する。

【００１６】前記力制御でロボットを制御すると、たが
ね６の往動作工程では、たがね６の刃先がワーク９に当
たると、押し付け力の検出値は設定値に対し大きくな
り、ロボットはたがね６をワーク９から反押し付け力方
向に離すように動作させる。しかし、たがね６自身はロ
ボット動作と無関係に突出して行くので、刃先はワーク
表面を撫でてながら突き進むことになり、途中にある鋳
バリを切断することができる。逆に、たがね６の復動作
工程で、たがね６の刃先がワーク９から離れる場合は、
押し付け力の検出値は設定値に対して小さくなり、ロボ
ットはたがね６を押し付ける方向に動作させるが、たが
ね自身は引っ込んで行くので、刃先は戻りながらワーク
表面を撫でていく。このようにして、たがね６の刃先の
往復工程途中に存在する鋳バリを切除することができ
る。従って、通常であれば、たがね６の刃先をワーク９
に間欠的に当てて、その振動エネルギーを作用させて初
めて所望の効果が得られるはつり作業でも、力制御で振
動工具を微小移動させるので、たがね自身は本来の振動
動作をしながらも、たがね６の刃先の腹部が、ワーク９
の表面をワークから離れることなく滑りながら出入りす
るので、力センサ２は突然検出値がゼロになるような急
激な変化を受けず、連続した検出値を得ることができ、
一層安定して力制御を行うことができる。

【００１７】

【発明の効果】上述したような振動工具の構成及び振動
工具を装着した力制御ロボットとしたことで、次のよう
な効果が得られる。 １）たがねの刃先を振動させて、ワークに打撃力を加え
て初めて所望の効果が得られるはつり作業において、作
業時のスラスト方向及びラジアル方向の衝撃力が外殻部
にほとんど伝わらないため、作業者が把持操作する場
合、反動を支える必要が無く、疲労の低減が図れる。 ２）たがねホルダーはたがねのラジアル方向をガイドし
ており、かつたがねホルダー自体も、長手方向に少なく
とも２点でラジアル方向及びスラスト方向を規制されて
いるので、たがねが大きく振れることがなく、所定の鋳
バリを除去することができる。。 ３）たがねを空打ちした場合でも、たがねホルダー内部
の緩衝ゴムが衝撃を吸収するので、外部に衝撃が伝わら
ないと同時に、振動工具構成部材の破損防止が図れる。 ４）たがね後退用駆動源を圧縮空気としたので、圧力を
適切に調整することによって、たがねがワークに食い込
んでも戻すことができ、さらに仕上げ対象に応じた打撃
力を得ることができる。 ５）外殻部を力センサに取り付け、力制御をする場合、
力センサは外乱となる衝撃力をほとんど検出せず、静的
な押し付け力を検出するので、安定して力制御ができ
る。その結果、たがねの往復動作に合わせて振動工具自
体を逃がすことができ、たがね自身は所定の振動力をワ
ークに作用させることができると同時に、鋳物のような
個別に形状誤差がある品物に対しても追従することがで
き、強力でかつ精度良くはつり作業をすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動工具の詳細を示す断面図である。

【図２】本発明の振動工具を力センサに取り付けた実施
例である。

【図３】本発明の振動工具を装着した力制御ロボットの
全体構成を示す図である。

【図４】上記力制御ロボットを制御する制御装置ブロッ
ク図である。

【図５】力制御によるたがねの刃先とワークの当接関係
を示す図である。

【符号の説明】

１：ロボット、 ２：力センサ、 ３：チッピングハン
マ、 ４：駆動体、５：たがねホルダー、 ６：たが
ね、 ７：ブラケット、８：制御装置、 ９：ワーク、
４２：打撃ピストン、 ５２：フランジ、５３，５
４，５５ａ，５５ｂ：防振ゴム、 ５６：締結ボルト、
５７：給気口、 ５８：前室、 ６１：刃先、 ６２：
突起部、６４，６５：緩衝ゴム８０：力制御ＣＰＵ、
８１：力センサＣＰＵ、２２：ローパスフィルタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 往復動作体を有する駆動体と、駆動体に
   一端を挿入し、往復動作体で打撃されるたがねと、駆動
   体に取り付け、たがねをピストンロッドとして往復動可
   能とするシリンダを有するたがねホルダーと、たがねホ
   ルダーを防振ゴムで支持した外殻ケースから成ることを
   特徴とした振動工具。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の振動工具において、た
   がねホルダーと外殻ケースは、少なくとも長手方向２点
   で、ラジアル荷重とスラスト荷重を負荷できる防振ゴム
   を組合せて支持した振動工具。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の振動工具におい
   て、たがねホルダーのシリンダは、たがねを戻す方向に
   圧縮空気を供給する給気口を有している振動工具。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３いずれかに記載の振動工
   具の外殻ケースを力センサに取り付け、その検出値をも
   とに力制御を行うことを特徴とする振動工具を装着した
   力制御ロボット。
5. 【請求項５】 請求項４記載の振動工具を装着した力制
   御ロボットにおいて、力センサと、その検出値から高周
   波成分を除去するローパスフィルタと、ローパスフィル
   タ通過後のデータを平滑化を行う手段を有し、平滑化後
   のデータをもとに力制御を行うことを特徴とする振動工
   具を装着した力制御ロボット。