JPH10249781A - Force control robot and tool holder - Google Patents

Force control robot and tool holder

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Publication number
JPH10249781A
JPH10249781A JP5957997A JP5957997A JPH10249781A JP H10249781 A JPH10249781 A JP H10249781A JP 5957997 A JP5957997 A JP 5957997A JP 5957997 A JP5957997 A JP 5957997A JP H10249781 A JPH10249781 A JP H10249781A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compliance
tool
tool holder
force control
control robot
Prior art date
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Pending
Application number
JP5957997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiro Kurita
田 勝 裕 栗
Makoto Jinno
野 誠 神
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Machine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH10249781A publication Critical patent/JPH10249781A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To dissolve compliance dispersion due to a directional difference in working load on a tool and improve the working precision of a power control robot. SOLUTION: For a power control robot which is capable of controlling the work of a tool for a workpiece, compliance elements 18, 19, 35a, 35b, 36 are provided so that compliance caused in a tool holder 30 to mount a tool 10 on a wrist can be almost equal to compliance caused in the tool holder 30 in working load on the tool 10 in at least two different directions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、力制御機能を有す
る産業用ロボット(本明細書において、力制御ロボット
という)および工具ホルダに係り、特に、バリ取り作業
や面取り作業での切削量のばらつきをなくすようにした
力制御ロボットおよび工具ホルダに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an industrial robot having a force control function (hereinafter referred to as a "force control robot") and a tool holder, and more particularly to a variation in a cutting amount in a deburring operation or a chamfering operation. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a force control robot and a tool holder which eliminate the problem.

【0002】[0002]

【従来の技術】鋳造品のバリ取り作業や、工作物の面取
り作業では、産業用ロボットによる自動化が進展してい
る。この種の産業ロボットでは、工具の位置だけではな
く、加工対象物に工具を押し付ける力など工具の加工作
用を制御できる力制御機能を有している。
2. Description of the Related Art In a deburring operation of a cast product and a chamfering operation of a workpiece, automation by an industrial robot has been advanced. This type of industrial robot has a force control function that can control not only the position of the tool but also the processing action of the tool, such as the force pressing the tool against the workpiece.

【0003】この種の力制御ロボットでは、工具は、ロ
ボットアームの手首部に工具ホルダを用いて装着され
る。図7は、従来の工具ホルダを示す図である。10
は、空気圧駆動の面取り用の工具で、その回転軸の先端
には刃11が取り付けられている。この工具10はホル
ダブロック12の先端部に装着される。このホルダブロ
ック12の先端部には、工具10の胴部を把持する把持
部13が設けられている。
In this type of force control robot, a tool is mounted on a wrist of a robot arm using a tool holder. FIG. 7 is a view showing a conventional tool holder. 10
Is a pneumatic driven chamfering tool, and a blade 11 is attached to the tip of the rotating shaft. This tool 10 is mounted on the tip of the holder block 12. A grip 13 for gripping the body of the tool 10 is provided at the tip of the holder block 12.

【0004】ホルダブロック12の把持部13とは反対
側の端部は、力制御ロボットの図示されないホルダ装着
部に接続するための構造を有している。工具ホルダは、
力制御ロボットのホルダ装着部に連結される被装着部で
あるソケット14を含む。このソケット14とホルダブ
ロック12とは、複数のゴムダンパ18、19を取り付
けるための二枚の連結プレート15、16を介してボル
ト17によって連結されている。この場合、ゴムダンパ
18、19は、ゴムなどの弾性材料からなる中空円筒形
の部材である。ソケット14側の連結プレート15の上
部には、ソケット14の中心回りに対称的な位置の4ヶ
所のゴムダンパ18が設けられている。同じように上下
に重なり合う位置の、ソケット14側の連結プレート1
6とホルダブロック12側の連結プレート15の間に
は、4つのゴムダンパ19が介装されている。ボルト1
7は、連結プレート16の上側からそれぞれゴムダンパ
18、19を挿通され、連結プレート15に締め込むこ
とでゴムダンパ18、19が締め付けられるようになっ
ている。
The end of the holder block 12 opposite to the grip 13 has a structure for connecting to a holder mounting portion (not shown) of the force control robot. The tool holder is
The socket includes a socket 14 which is a mounted portion connected to a holder mounting portion of the force control robot. The socket 14 and the holder block 12 are connected by bolts 17 via two connection plates 15 and 16 for mounting a plurality of rubber dampers 18 and 19. In this case, the rubber dampers 18 and 19 are hollow cylindrical members made of an elastic material such as rubber. Above the connection plate 15 on the socket 14 side, four rubber dampers 18 are provided symmetrically around the center of the socket 14. Similarly, the connection plate 1 on the side of the socket 14 which is overlapped vertically
Four rubber dampers 19 are interposed between 6 and the connection plate 15 on the holder block 12 side. Bolt 1
7 is such that rubber dampers 18 and 19 are respectively inserted from above the connection plate 16 and tightened into the connection plate 15 so that the rubber dampers 18 and 19 are tightened.

【0005】このようなゴムダンパ18、19は、工具
10を回転させて、加工対象の工作物を加工する間に生
じる振動をロボットに設けた力センサに伝達しないよう
にする振動伝播防止機能や、加工を開始するときに、工
具10の刃11が工作物に接触した瞬間の衝撃を緩和す
る衝撃緩和機能を果たす。
The rubber dampers 18 and 19 have a vibration propagation preventing function for rotating the tool 10 so as not to transmit a vibration generated during processing of the workpiece to be processed to a force sensor provided in the robot. When processing is started, the blade 11 of the tool 10 performs an impact mitigation function to alleviate the impact at the moment when the blade 11 comes into contact with the workpiece.

【0006】また、ゴムダンパ18、19は、力制御ロ
ボットおよび工具ホルダの力学系のコンプライアンス要
素でもある。図5は、工具ホルダについて、力学的にモ
デル化して表し、そのコンプライアンスの働き方を説明
する図である。図7におけるゴムダンパ18、19は、
ばね係数Kのゴムダンパ20として表されている。
[0006] The rubber dampers 18 and 19 are also compliance elements of the mechanical system of the force control robot and the tool holder. FIG. 5 is a diagram illustrating a tool holder that is dynamically modeled and represented and how the compliance works. The rubber dampers 18 and 19 in FIG.
It is represented as a rubber damper 20 having a spring coefficient K.

【0007】工具ホルダ全体のコンプライアンスのう
ち、ゴムダンパ20の弾性変形によるコンプライアンス
が支配的である。ここで、工具10の刃11からの加工
作用点Dには、工作物から加工負荷としていろいろな方
向からの力が作用する。たとえば、加工作用点Dに、ダ
ンパ20に対して圧縮する方向の圧力Pが加わった場合
を考える。ダンパ20は、連結プレート15、16の間
に3ヶ所あるい4ヶ所接続されているとすれば、ばね係
数は、3K乃至4Kとなる。
[0007] Of the compliance of the entire tool holder, compliance due to elastic deformation of the rubber damper 20 is dominant. Here, forces from various directions act as machining loads from the workpiece on the machining action point D from the blade 11 of the tool 10. For example, consider a case where a pressure P in the direction of compressing the damper 20 is applied to the working point D. If the dampers 20 are connected between the connection plates 15 and 16 at three or four locations, the spring coefficient will be 3K to 4K.

【0008】一方、加工作用点Dにモーメント方向の圧
力Mが加わった場合を考える。この場合、回転の中心
は、左右のゴムダンパ20の真ん中で、圧力Mの方向と
直角な中心軸Cであるとする。圧力Mが加工作用点Dに
作用し、この中心軸C回りにモーメントが発生した結
果、単位力あたりのコンプライアンスは、加工作用点D
と中心軸Cとの距離bに比例して大きくなる。圧縮方向
からの圧力Pによるコンプライアンスと、モーメント方
向からの圧力Mによるコンプライアンスとを比較する
と、通常は、圧縮方向のコンプライアンスが小さい。
On the other hand, consider a case where a pressure M in the direction of moment is applied to the working point D. In this case, it is assumed that the center of rotation is the center axis C perpendicular to the direction of the pressure M in the middle of the left and right rubber dampers 20. As a result of the pressure M acting on the working point D and generating a moment about the central axis C, the compliance per unit force is equal to the working point D
Becomes larger in proportion to the distance b between the axis and the center axis C. When the compliance by the pressure P from the compression direction and the compliance by the pressure M from the moment direction are compared, the compliance in the compression direction is usually small.

【0009】以上は、工具ホルダのコンプライアンスで
あるが、図6は、力制御ロボットにおけるコンプライア
ンスの働き方を示すため、力制御ロボットを力学的にモ
デル化して表現した図である。
The above is the compliance of the tool holder. FIG. 6 is a diagram in which the force control robot is dynamically modeled and expressed in order to show how the compliance works in the force control robot.

【0010】破線で囲んだ部分がロボットアームの手首
部である。コンプライアンスの影響は、この手首部で大
きい。この手首部に作用する力として、例えば、手首部
の回転軸であるγ軸回りにモーメント方向の圧力Mと、
このモーメント方向に直角な、手首を圧縮する方向の圧
力Pを考える。モーメント方向の圧力によるコンプライ
アンスは、手首部の長さdに比例して大きくなる。圧縮
方向の圧力Pによるコンプライアンスは、モーメント方
向に比べてかなり小さい。この圧縮方向は、手首部に工
具ホルダを介して工具を持たせた状態では、図5におけ
るコンプライアンスの小さな圧縮方向と同じ方向であ
る。したがって、力制御ロボットが工具10を操作して
加工を行っているときには、加工負荷の方向によってコ
ンプライアンスがかなり相違する。例えば、図5におい
て、圧縮方向のコンプライアンスは、この圧縮方向に垂
直な平面に沿った他の方向と比べると、20倍硬いとい
う事例が知られている。
A portion surrounded by a broken line is a wrist of the robot arm. The impact of compliance is significant at this wrist. As the force acting on the wrist, for example, a pressure M in a moment direction around a γ axis which is a rotation axis of the wrist,
Consider the pressure P in the direction of compressing the wrist, which is perpendicular to the direction of the moment. The compliance due to the pressure in the moment direction increases in proportion to the length d of the wrist. The compliance due to the pressure P in the compression direction is much smaller than in the moment direction. This compression direction is the same as the compression direction with small compliance in FIG. 5 when the tool is held on the wrist via the tool holder. Therefore, when the force control robot operates the tool 10 to perform machining, compliance greatly differs depending on the direction of the machining load. For example, in FIG. 5, it is known that the compliance in the compression direction is 20 times harder than other directions along a plane perpendicular to the compression direction.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】力制御ロボットにおい
て、加工負荷の方向によるコンプライアンスのバラツキ
は、加工精度と直結する。すなわち、力制御ロボットを
制御して、ある一定の量を切削する場合、コンプライア
ンスの大きい方向に加工するときには、目標量よりも少
なく切削され、コンプライアンスの小さい方向に加工す
るときには、目標量よりも多く切削されるという不都合
が生じる。
SUMMARY OF THE INVENTION In a force control robot, variations in compliance depending on the direction of processing load are directly connected to processing accuracy. In other words, when controlling the force control robot to cut a certain amount, when machining in the direction of greater compliance, it is cut less than the target amount, and when machining in the direction of less compliance, it is greater than the target amount. The disadvantage of being cut occurs.

【0012】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、工具に作用する加工負荷の方向
の違いによるコンプライアンスの大きさのバラツキを解
消し、加工精度の向上を達成できるようにした力制御ロ
ボットおよびこの力制御ロボットに工具を取り付けるた
めの工具ホルダを提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, eliminate variations in the magnitude of compliance due to differences in the direction of the machining load acting on the tool, and achieve an improvement in machining accuracy. An object of the present invention is to provide a force control robot and a tool holder for attaching a tool to the force control robot.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明による力制御ロボットは、工具を保持し、
加工対象物に作用させる工具の加工作用を制御する機能
を備えた力制御ロボットであって、工具に作用する少な
くとも異なる2方向の加工負荷に対して、力制御ロボッ
トの力学系に生じるコンプライアンスがほぼ等しいコン
プライアンスになるようにロボットにコンプライアンス
要素を配設したことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a force control robot according to the present invention holds a tool,
A force control robot having a function of controlling a processing operation of a tool applied to a processing object, wherein a compliance generated in a dynamic system of the force control robot is substantially reduced with respect to at least two different processing loads acting on the tool. The present invention is characterized in that a compliance element is provided in the robot so as to achieve the same compliance.

【0014】前記コンプライアンス要素は、それぞれ特
定方向にコンプライアンスを付与するコンプライアンス
要素の組み合わせから構成される。加工対象物の被加工
面に沿った工具の移動に伴い、前記工具に作用し得るい
ずれの方向の加工負荷に対してもほぼ等しいコンプライ
アンスにすることができる。
Each of the compliance elements is composed of a combination of compliance elements for giving compliance in a specific direction. With the movement of the tool along the surface to be machined of the object to be machined, it is possible to achieve substantially equal compliance with machining loads in any direction that can act on the tool.

【0015】一のコンプライアンス要素は、手首部の部
材間に少なくとも一方向への相対運動を生じさせる移動
機構と、この相対運動に対してバネ作用およびダンパ作
用を与える弾性体とから構成される。
One compliance element includes a moving mechanism that causes relative movement between members of the wrist in at least one direction, and an elastic body that exerts a spring action and a damper action on the relative movement.

【0016】好ましい、実施形態によれば、前記移動機
構は、手首部の可動部材の移動を許容するリニアガイド
または手首部の可動部材と固定部材を連結するリンク機
構のうちのいずれから構成される。
According to a preferred embodiment, the moving mechanism is constituted by any one of a linear guide that permits movement of the movable member of the wrist and a link mechanism that connects the movable member and the fixed member of the wrist. .

【0017】また、本発明による工具ホルダは、工具を
保持し、加工対象物に作用させる工具の加工作用を制御
する機能を備えた力制御ロボットの手首部に工具を取り
付けるための工具ホルダであって、工具に作用する少な
くとも異なる2方向の加工負荷に対して、工具ホルダに
生じるコンプライアンスがほぼ等しいコンプライアンス
になるようなコンプライアンス要素を備えることを特徴
とする。
A tool holder according to the present invention is a tool holder for holding a tool and attaching the tool to a wrist of a force control robot having a function of controlling a machining operation of the tool acting on an object to be machined. In addition, a compliance element is provided in which the compliance generated in the tool holder is substantially equal to at least two different machining loads acting on the tool.

【0018】前記コンプライアンス要素は、例えば、互
いに直交する方向にコンプライアンスを付与するような
コンプライアンス要素の組み合わせから構成される。こ
の組合わせにより、加工対象物の被加工面に沿った工具
の移動に伴い、前記工具に作用し得るいずれの方向の加
工負荷に対してもほぼ等しいコンプライアンスにするこ
とができる。
The compliance element is composed of, for example, a combination of compliance elements that provide compliance in directions orthogonal to each other. With this combination, it is possible to make the compliance substantially equal to the processing load in any direction that can act on the tool as the tool moves along the processing surface of the workpiece.

【0019】一のコンプライアンス要素は、工具ホルダ
の部材間に少なくとも一方向への相対運動を生じさせる
移動機構と、この相対運動に対してバネ作用およびダン
パ作用を与える弾性体とから構成される。
One compliance element is composed of a moving mechanism that causes relative movement between members of the tool holder in at least one direction, and an elastic body that exerts a spring action and a damper action on the relative movement.

【0020】好ましい、実施形態によれば、前記移動機
構は、工具ホルダの可動部材の移動を許容するリニアガ
イドまたは工具ホルダの可動部材と固定部材を連結する
リンク機構のうちのいずれから構成される。
According to a preferred embodiment, the moving mechanism is constituted by any one of a linear guide that allows the movable member of the tool holder to move, and a link mechanism that connects the movable member and the fixed member of the tool holder. .

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明による力制御ロボッ
トおよび工具ホルダの一実施形態について、添付の図面
を参照して説明する。図1は、本実施の形態による工具
ホルダを示す。この工具ホルダ30の構成要素のうち、
図7の従来の工具ホルダと同じ構成要素には同一の参照
符号が付されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a force control robot and a tool holder according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a tool holder according to the present embodiment. Among the components of the tool holder 30,
The same components as those of the conventional tool holder of FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.

【0022】力制御ロボットの手首部のホルダ装着部と
連結されるソケット14には連結プレート16が固定さ
れている。この工具ホルダ30では、工具側の連結部材
32は、プレート32aとプレート32bとからなるL
字形の部材である。連結プレート16とこれに対向する
プレート32aとが、第1のコンプライアンス要素とし
てのゴムダンパ18、19を介して連結されている。第
1のコンプライアンス要素であるゴムダンパ18、19
は、ゴムなどの弾性材料からなる中空円筒形の部材であ
る。ソケット14側の連結プレート16の上部には、ソ
ケット14の中心回りに対称的な位置に4ヶ所のゴムダ
ンパ18が設けられている。同じように上下に重なり合
う位置の、ソケット14側の連結プレート16と工具側
のプレート32aの間には、4つのゴムダンパ19が介
装されている。ボルト17は、連結プレート16の上側
からそれぞれ上下に重なり合うゴムダンパ18、19を
挿通して、連結プレート15に締め込むことでゴムダン
パ18、19が締め付けられるようになっている。
A connection plate 16 is fixed to the socket 14 connected to the holder mounting portion of the wrist of the force control robot. In the tool holder 30, the connecting member 32 on the tool side is an L including a plate 32a and a plate 32b.
It is a letter-shaped member. The connection plate 16 and a plate 32a facing the connection plate 16 are connected via rubber dampers 18 and 19 as first compliance elements. Rubber dampers 18 and 19 as first compliance elements
Is a hollow cylindrical member made of an elastic material such as rubber. Four rubber dampers 18 are provided above the connection plate 16 on the side of the socket 14 at symmetrical positions around the center of the socket 14. Similarly, four rubber dampers 19 are interposed between the connection plate 16 on the socket 14 side and the plate 32a on the tool side at positions vertically overlapping. The rubber dampers 18 and 19 are tightened by inserting the bolts 17 through the rubber dampers 18 and 19, which vertically overlap each other from above the connection plate 16, and tightening the rubber dampers 18 and 19 into the connection plate 15.

【0023】この第1のコンプライアンス要素では、工
具10の刃11に圧縮方向からの圧力Pによるコンプラ
イアンスと、モーメント方向からの圧力Mによるコンプ
ライアンスとを比較すると、圧縮方向のコンプライアン
スが小さくなっており、実質的にモーメント方向へのコ
ンプライアンスが付与されるようになっている。
In the first compliance element, when the compliance of the blade 11 of the tool 10 by the pressure P from the compression direction and the compliance by the pressure M from the moment direction are compared, the compliance in the compression direction is small. The compliance in the direction of the moment is substantially given.

【0024】工具10の胴部を把持する把持部13を有
するホルダブロック34は、第2のコンプライアンス要
素を介して、ゴムダンパ19が取り付けられているプレ
ート32aと直角をなすプレート32bに対して圧縮方
向に移動可能に取り付けられている。この第2のコンプ
ライアンス要素は、次に説明する移動機構と弾性部材と
から構成されている。
The holder block 34 having the grip 13 for gripping the body of the tool 10 is, via a second compliance element, compressed with respect to a plate 32b perpendicular to the plate 32a on which the rubber damper 19 is mounted. It is movably attached to The second compliance element includes a moving mechanism described below and an elastic member.

【0025】この実施の形態では、プレート32bを固
定の部材とし、ホルダブロック34を可動の部材とし
て、両者の圧縮方向Pへの相対運動を生じさせる移動機
構がリニアガイド35a、35bとによって構成されて
いる。プレート32bにリニアガイド35aが固定さ
れ、このリニアガイド35aの溝にホルダブロック34
と一体のリニアガイド35bが摺動自在に嵌合するよう
になっている。
In this embodiment, the linear guides 35a and 35b constitute a moving mechanism that causes the plate 32b to be a fixed member and the holder block 34 to be a movable member to cause relative movement of the two in the compression direction P. ing. The linear guide 35a is fixed to the plate 32b, and the holder block 34 is inserted into the groove of the linear guide 35a.
And a linear guide 35b integral with the linear guide 35b is slidably fitted.

【0026】このリニアガイド35a、35bによっ
て、プレート32bとホルダブロック34との間で生じ
た圧縮方向Pへの相対運動に対してバネ作用およびダン
パ作用を与える弾性体として、ゴムダンパ36が用いら
れている。このゴムダンパ36は、ゴムダンパ18、1
9と同様にゴムなどの弾性材料からなる中空円筒形の部
材である。ホルダブロック34には、切り欠き37が形
成されている。ゴムダンパ36は、切り欠き37に挿入
されるリミットブロック38の上下両側に配設されてい
る。リミットブロック38は、リニアガイド35aと一
体的である。相対運動が生じると上下どちらかのゴムダ
ンパ36が圧縮されて、圧縮方向Pにコンプライアンス
が生じる。また、そのゴムダンパ36は弾性力により運
動を減衰させるダンパ作用を発揮する。
A rubber damper 36 is used as an elastic body that exerts a spring action and a damper action on the relative movement in the compression direction P generated between the plate 32b and the holder block 34 by the linear guides 35a and 35b. I have. The rubber damper 36 includes the rubber dampers 18 and 1.
9 is a hollow cylindrical member made of an elastic material such as rubber. A notch 37 is formed in the holder block 34. The rubber dampers 36 are provided on both upper and lower sides of a limit block 38 inserted into the notch 37. The limit block 38 is integral with the linear guide 35a. When the relative movement occurs, either the upper or lower rubber damper 36 is compressed, and compliance occurs in the compression direction P. Further, the rubber damper 36 exerts a damper function of damping the motion by the elastic force.

【0027】工具ホルダ30では、第1コンプライアン
ス要素のゴムダンパ18、19は、主としてモーメント
方向Mの方向へのコンプライアンスを付与する。これに
対して、第2コンプライアンス要素は、リニアガイド3
5a、35bおよびゴムダンパ36が圧縮方向Pの相対
移動を許容することから、第1コンプライアンス要素を
補充して、主として圧縮方向Pの方向へのコンプライア
ンスを付与する。この場合、互いに直交する両方向のコ
ンプライアンスを均一化することは可能である。
In the tool holder 30, the rubber dampers 18, 19 of the first compliance element give compliance mainly in the direction of the moment M. On the other hand, the second compliance element is the linear guide 3
Since the 5a, 35b and the rubber damper 36 allow the relative movement in the compression direction P, the first compliance element is supplemented to give the compliance mainly in the compression direction P. In this case, it is possible to equalize the compliance in both directions orthogonal to each other.

【0028】すなわち、第1および第2コンプライアン
ス要素同士のバネ係数を調整することより、それぞれ直
交する方向へのコンプライアンスを均一化することがで
き、図1に例示したモーメント方向M、圧縮方向Pに限
らず、加工負荷の任意の方向に対するコンプライアンス
をほぼ一定にすることが可能である。
That is, by adjusting the spring coefficient between the first and second compliance elements, the compliance in the directions orthogonal to each other can be made uniform, and the compliance in the moment direction M and the compression direction P illustrated in FIG. Not limited to this, it is possible to make the compliance of the processing load in any direction almost constant.

【0029】次に、図2は、力学系のコンプライアンス
を均一化した力制御ロボットの実施の形態として、工具
ホルダ30を手首部40に取り付けた力制御ロボットを
示す。この力制御ロボットは、ベース41、コラム4
2、アーム43、手首部40からなる。その運動の機能
は、図6で示される通りである。ベース座標系X、Y、
Zを図2のように取ると、アーム43の先端部は、X方
向に運動する。また、アーム43全体は、コラム42に
そってZ方向に運動する。コラム42は、Y方向に移動
することができる。手首部40は、アーム43の先端部
でγ軸回りに回動することができる。
Next, FIG. 2 shows a force control robot in which a tool holder 30 is attached to a wrist 40 as an embodiment of a force control robot in which the compliance of a dynamic system is made uniform. This force control robot has a base 41, a column 4
2, the arm 43 and the wrist 40. The function of the exercise is as shown in FIG. Base coordinate system X, Y,
When Z is taken as shown in FIG. 2, the distal end of the arm 43 moves in the X direction. Further, the entire arm 43 moves in the Z direction along the column 42. The column 42 can move in the Y direction. The wrist 40 can rotate around the γ axis at the tip of the arm 43.

【0030】工具ホルダ30では、前述したようにコン
プライアンスをそれぞれ直交する方向に与える第1およ
び第2コンプライアンス要素を組合わせ、また、そのバ
ネ係数を調整することにより、加工負荷の方向によらず
に、コンプライアンスを一定にすることができるように
なっている。
In the tool holder 30, as described above, the first and second compliance elements that provide compliance in the directions orthogonal to each other are combined, and the spring coefficient thereof is adjusted so as to be independent of the machining load direction. , The compliance can be kept constant.

【0031】この加工負荷の方向は、加工の形態、工具
の種類、工具10の工作物に対する姿勢、その他の加工
条件により、様々な方向から作用する。
The direction of the machining load acts from various directions depending on the form of machining, the type of tool, the attitude of the tool 10 with respect to the workpiece, and other machining conditions.

【0032】そこで、力制御ロボットの手首部40に工
具ホルダ30を介して工具10を取り付け、ロボットに
対向する工作物Wの対向面または工作物Wの上面を切削
する作業の場合について、工具10の加工作用点に作用
する加工負荷について説明する。
The tool 10 is attached to the wrist 40 of the force control robot via the tool holder 30 to cut the opposing surface of the workpiece W facing the robot or the upper surface of the workpiece W. The processing load acting on the processing action point will be described.

【0033】まず、工作物Wの対向面を切削する場合、
工具10を工作物Wの対向面に対して垂直な姿勢を保持
して平行に移動させる。その場合、工具10の刃11の
加工作用点にかかる加工負荷の方向は、単純化すれば、
+X、−X方向、+Z、−Z方向である。
First, when cutting the opposite surface of the workpiece W,
The tool 10 is moved in parallel while maintaining a posture perpendicular to the facing surface of the workpiece W. In that case, the direction of the machining load applied to the machining action point of the blade 11 of the tool 10 can be simplified,
+ X, -X direction, + Z, -Z direction.

【0034】前述したように、工具ホルダ30では、コ
ンプライアンスをそれぞれ直交する方向に与える第1お
よび第2コンプライアンス要素を組合わせ、また、その
バネ係数を調整することより、加工負荷の方向によらず
に、コンプライアンスを一定にすることができる。この
上に、力制御ロボットの有するコンプライアンスの特性
を考慮して、第1および第2コンプライアンス要素のバ
ネ係数を調整すれば、力制御ロボット全体として、それ
ぞれ刃11に+X、−X方向、+Z、−Z方向から作用
する加工負荷によるコンプライアンスを均一化すること
が可能である。
As described above, in the tool holder 30, by combining the first and second compliance elements for giving the compliance in the directions orthogonal to each other, and by adjusting the spring coefficient, the tool holder 30 is independent of the direction of the machining load. In addition, compliance can be kept constant. In addition, if the spring coefficients of the first and second compliance elements are adjusted in consideration of the compliance characteristics of the force control robot, the blade 11 as a whole of the force control robot has + X, -X directions, + Z, It is possible to make the compliance due to the processing load acting from the −Z direction uniform.

【0035】同様にして、工作物Wの上面を切削する場
合、図2において2点鎖線で示すように、、工具10を
工作物Wの上面に対して垂直な姿勢を保持して平行に移
動させる。その場合、工具10の刃11の加工作用点に
かかる加工負荷の方向は、単純化すれば、+X、−X方
向、+Y、−Y方向である。この場合も、これらの方向
から作用するコンプライアンスを均一化できる。
Similarly, when cutting the upper surface of the workpiece W, the tool 10 is moved in parallel while maintaining a posture perpendicular to the upper surface of the workpiece W, as shown by a two-dot chain line in FIG. Let it. In this case, the direction of the machining load applied to the machining action point of the blade 11 of the tool 10 is, in a simplified manner, + X, -X direction, + Y, -Y direction. Also in this case, the compliance acting from these directions can be made uniform.

【0036】次に、工具ホルダの他の実施の形態につい
て説明する。図3は、図1の工具ホルダのリニアガイド
35a、35bの替わりにリンク50を用い、また、ゴ
ムダンパ36に替えてコイルスプリングからなる弾性体
51、52を用いて、均等のコンプライアンス要素を構
成した形態である。リンク50、50の一端は、固定側
の部材であるプレート32bとピン53、53を介して
連結され、他端はピン54、54を介して可動の部材で
あるホルダブロック34と連結されて、平行リンクを構
成している。平行リンク機構をリニアガイド35a、3
5bに代替した場合、圧縮方向Pからの加工負荷に対し
ては、ホルダブロック34の運動形態は、リニアガイド
35a、35bの直線運動とは異なり、厳密にいえば円
運動になる。しかし、リンク50でのピン53、54の
間の支点距離を長くし、また、移動量も実際には小さい
ことから、近似的にリニアガイド35a、35bによる
場合と同等の直線相対運動を得ることができる。
Next, another embodiment of the tool holder will be described. FIG. 3 shows a uniform compliance element using a link 50 instead of the linear guides 35a and 35b of the tool holder of FIG. 1, and using elastic members 51 and 52 made of a coil spring instead of the rubber damper 36. It is a form. One end of each of the links 50, 50 is connected to the plate 32b, which is a fixed member, via pins 53, 53, and the other end is connected to the holder block 34, which is a movable member, via pins 54, 54. Construct a parallel link. Connect the parallel link mechanism to the linear guides 35a, 3
In the case of substituting 5b for the processing load from the compression direction P, the motion form of the holder block 34 is different from the linear motion of the linear guides 35a and 35b, and is strictly circular motion. However, since the fulcrum distance between the pins 53 and 54 at the link 50 is lengthened and the movement amount is actually small, it is possible to obtain approximately the same linear relative motion as that obtained by the linear guides 35a and 35b. Can be.

【0037】ゴムダンパ36に代替した弾性体51、5
2については、この実施形態では、プレート32aの上
面と、プレート32aの下面とホルダブロック34の上
端面に3あるいは4ヶ所対称的に配置している。ボルト
55は、弾性体51、52を挿通して、ホルダブロック
34にネジ込まれ、このボルト55により弾性体51、
52を締め付けることができるようになっている。圧縮
方向Pからの加工負荷によってロボット手首部と、ホル
ダブロック34の間に相対運動が生じると上下どちらか
の弾性体51、52が圧縮されて、圧縮方向Pにコンプ
ライアンスが生じる。
Elastic bodies 51, 5 instead of rubber dampers 36
In this embodiment, two or three are symmetrically arranged on the upper surface of the plate 32a, the lower surface of the plate 32a, and the upper end surface of the holder block 34. The bolt 55 is inserted through the elastic bodies 51 and 52 and screwed into the holder block 34.
52 can be tightened. When a relative movement occurs between the robot wrist and the holder block 34 due to a processing load from the compression direction P, either the upper or lower elastic body 51 or 52 is compressed, and compliance occurs in the compression direction P.

【0038】なお、この弾性体51、52としては、コ
イルスプリングの他にも板ばね等のコンプライアンスの
特性に応じた適当な弾性体を用いることができる。
As the elastic members 51 and 52, besides the coil spring, an appropriate elastic member corresponding to the compliance characteristics such as a leaf spring can be used.

【0039】図4は、他の工具ホルダの実施形態を示
す。この工具ホルダは、工具10の保持姿勢がこれまで
の実施形態のものと異なり、保持姿勢に対応させて矢印
で示す横方向へのコンプライアンスを付加したものであ
る。この方向へコンプライアンスを生じさせるためのコ
ンプライアンス要素としては、図3の実施形態と同じよ
うにして、移動機構としての平行リンク60、60と弾
性体61が用いられている。
FIG. 4 shows another embodiment of the tool holder. In this tool holder, the holding posture of the tool 10 is different from that of the above-described embodiments, and compliance in the lateral direction indicated by an arrow is added corresponding to the holding posture. As a compliance element for generating compliance in this direction, parallel links 60 and 60 and an elastic body 61 as a moving mechanism are used as in the embodiment of FIG.

【0040】平行リンク60、60は、ホルダブロック
62を矢印方向に移動可能なようにプレート63と連結
する。また、弾性体61はホルダブロック62の両側面
とプレート64との間に介装される。このように、コン
プライアンス要素により、工具ホルダにコンプライアン
スを付加する方向は、工具の取り付け姿勢や、加工の種
類によって異なる加工負荷の方向に対応させるようにす
ればよい。
The parallel links 60, 60 connect the holder block 62 to the plate 63 so as to be movable in the direction of the arrow. The elastic body 61 is interposed between the both sides of the holder block 62 and the plate 64. As described above, the direction in which the compliance is added to the tool holder by the compliance element may correspond to the direction of the machining load that differs depending on the mounting posture of the tool and the type of machining.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、従来の
工具ホルダおよびこの工具ホルダを用いて工具を保持し
て加工を行う力制御ロボットでは、工具の作用点にかか
る加工負荷の方向によっては、コンプライアンスのばら
つきが生じ、それに原因した切削量が加工する方向によ
ってばらつく欠点があったが、本発明によれば、コンプ
ライアンスを方向によらずにばらつきを少なくしてほぼ
一定にできるので、力制御ロボットによる加工精度の一
層の向上を達成することができる。
As is apparent from the above description, in the conventional tool holder and the force control robot that performs machining while holding the tool using the tool holder, depending on the direction of the machining load applied to the point of application of the tool. However, according to the present invention, the compliance can be reduced to be almost constant without depending on the direction. Further improvement in processing accuracy by the robot can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による力制御ロボットに用いる工具ホル
ダの一実施形態を示す正面図。
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a tool holder used for a force control robot according to the present invention.

【図2】工具ホルダを用いて工具を力制御ロボットの手
首部に取り付けた力制御ロボットの作業姿勢を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a working posture of a force control robot in which a tool is attached to a wrist of the force control robot using a tool holder.

【図3】本発明の他の実施形態による工具ホルダの正面
図。
FIG. 3 is a front view of a tool holder according to another embodiment of the present invention.

【図4】さらに本発明の他の実施形態による工具ホルダ
の正面図。
FIG. 4 is a front view of a tool holder according to still another embodiment of the present invention.

【図5】工具ホルダに作用する加工負荷とそのときに発
生するコンプライアンスについて説明する工具ホルダの
模式図。
FIG. 5 is a schematic view of the tool holder for explaining a machining load acting on the tool holder and compliance generated at that time.

【図6】力制御ロボットに生じるコンプライアンスにつ
いて説明するロボット力学系の模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram of a robot dynamic system for explaining compliance occurring in the force control robot.

【図7】従来の工具ホルダを示す正面図。FIG. 7 is a front view showing a conventional tool holder.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 工具 11 刃 12 ホルダブロック 13 把持部 14 ソケット 15 プレート 16 プレート 18 ゴムダンパ 19 ゴムダンパ 30 工具ホルダ 32a,32b プレート 34 ホルダブロック 35a,35b リニアガイド 36 ゴムダンパ 40 手首部 43 アーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Tool 11 Blade 12 Holder block 13 Gripping part 14 Socket 15 Plate 16 Plate 18 Rubber damper 19 Rubber damper 30 Tool holder 32a, 32b Plate 34 Holder block 35a, 35b Linear guide 36 Rubber damper 40 Wrist part 43 Arm

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】工具を保持し、加工対象物に作用させる工
具の加工作用を制御する機能を備えた力制御ロボットで
あって、 工具に作用する少なくとも異なる2方向の加工負荷に対
して、力制御ロボットの力学系に生じるコンプライアン
スがほぼ等しいコンプライアンスになるようにロボット
にコンプライアンス要素を配設したことを特徴とする力
制御ロボット。
1. A force control robot having a function of holding a tool and controlling a machining action of the tool acting on an object to be machined. A force control robot characterized in that a compliance element is arranged in the robot so that the compliance generated in the dynamic system of the control robot is substantially equal.
【請求項2】前記コンプライアンス要素は、それぞれ特
定方向にコンプライアンスを付与するコンプライアンス
要素の組み合わせからなり、加工対象物の被加工面に沿
った工具の移動に伴い、前記工具に作用し得るいずれの
方向の加工負荷に対してもほぼ等しいコンプライアンス
を有するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の
力制御ロボット。
2. The compliance element according to claim 1, wherein the compliance element comprises a combination of compliance elements for imparting compliance in a specific direction, and in any direction that can act on the tool as the tool moves along a work surface of a workpiece. 2. The force control robot according to claim 1, wherein the force control robot has substantially the same compliance with respect to the processing load.
【請求項3】一のコンプライアンス要素は、手首部の部
材間に少なくとも一方向への相対運動を生じさせる移動
機構と、この相対運動に対してバネ作用およびダンパ作
用を与える弾性体とからなることを特徴とする請求項2
に記載の力制御ロボット。
3. The compliance element comprises a moving mechanism for causing relative movement between members of the wrist in at least one direction, and an elastic body for providing a spring action and a damper action to the relative movement. 3. The method according to claim 2, wherein
A force control robot according to item 1.
【請求項4】前記移動機構は、手首部の可動部材の移動
を許容するリニアガイドまたは手首部の可動部材と固定
部材を連結するリンク機構のうちのいずれかであること
を特徴とする請求項3に記載の力制御ロボット。
4. The moving mechanism according to claim 1, wherein the moving mechanism is one of a linear guide that allows movement of the movable member of the wrist and a link mechanism that connects the movable member and the fixed member of the wrist. 4. The force control robot according to 3.
【請求項5】工具を保持し、加工対象物に作用させる工
具の加工作用を制御する機能を備えた力制御ロボットの
手首部に工具を取り付けるための工具ホルダであって、 工具に作用する少なくとも異なる2方向の加工負荷に対
して、工具ホルダに生じるコンプライアンスがほぼ等し
いコンプライアンスになるようなコンプライアンス要素
を備えることを特徴とする工具ホルダ。
5. A tool holder for mounting a tool on a wrist of a force control robot having a function of holding a tool and controlling a processing action of the tool acting on an object to be processed, comprising: A tool holder comprising a compliance element such that the compliance generated in the tool holder is substantially equal for two different machining loads.
【請求項6】前記コンプライアンス要素は、それぞれ特
定方向にコンプライアンスを付与するコンプライアンス
要素の組み合わせからなり、加工対象物の被加工面に沿
った工具の移動に伴い、前記工具に作用し得るいずれの
方向の加工負荷に対してもほぼ等しいコンプライアンス
を有するようにしたことを特徴とする請求項5に記載の
工具ホルダ。
6. The compliance element comprises a combination of compliance elements each of which provides compliance in a specific direction, and in any direction that can act on the tool as the tool moves along a surface to be machined of a workpiece. 6. The tool holder according to claim 5, wherein the tool holder has substantially the same compliance with respect to the machining load.
【請求項7】一のコンプライアンス要素は、工具ホルダ
の部材間に少なくとも一方向への相対運動を生じさせる
移動機構と、この相対運動に対してバネ作用およびダン
パ作用を与える弾性体とからなることを特徴とする請求
項6に記載の工具ホルダ。
7. The compliance element includes a moving mechanism for causing relative movement in at least one direction between the members of the tool holder, and an elastic body for providing a spring action and a damper action to the relative movement. The tool holder according to claim 6, characterized in that:
【請求項8】前記移動機構は、工具ホルダの可動部材の
移動を許容するリニアガイドまたは工具ホルダの可動部
材と固定部材を連結するリンク機構のうちのいずれかで
あることを特徴とする請求項7に記載の工具ホルダ。
8. The moving mechanism according to claim 1, wherein the moving mechanism is one of a linear guide that allows movement of the movable member of the tool holder and a link mechanism that connects the movable member and the fixed member of the tool holder. 8. The tool holder according to 7.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007118132A (en) * 2005-10-28 2007-05-17 Kawasaki Heavy Ind Ltd Processing tool support device and processing robot equipped with the same
JP2007533956A (en) * 2003-08-06 2007-11-22 インテスト コーポレイション Test head positioning system
JP2009214229A (en) * 2008-03-10 2009-09-24 Honda Motor Co Ltd Nutrunner support

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