JPH106180A - ワーク加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重力および慣性力の影響を除去して正確な押
圧力、モーメントを計測できるワーク加工装置を提供す
ること。 【解決手段】 ワーク２を加工する加工手段と、該ワー
ク２を支持固定する固定手段と、この固定手段に設けら
れ、加工手段により該ワーク２に加わる押圧力を検出す
る検出手段と、この検出手段からの検出結果を基に加工
手段を制御して該ワーク２に加わる押圧力を制御する制
御手段とを有することを特徴とする。また、加工手段
は、ロボット１及びロボット１に設けられた加工工具で
あることを特徴とする。上記構成によると、固定手段を
ロボットと別体に設けると共に検出手段を設けているの
で、ロボットにより加工を行う際に、加工工具の自重に
よる重力、及びこの自重による慣性の影響を受けること
なく正確な押圧力を検出することができ、さらに、検出
手段により求めた押圧力を基にロボットを制御すること
で、ワークに対する加工工具の押圧力を適切な範囲内に
保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークに対してロ
ボットで機械加工する際に用いられるワーク支持加工装
置、およびロボットの押圧力制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークに対して研削加工や切削加工など
の機械加工を行う際、ロボットのアームの先端部分に研
削工具や切削工具を取り付けて機械加工させる場合があ
る。このロボットは、アームを３次元方向に駆動させる
ことにより、ワークに対して研削工具や切削工具を所定
の押圧力で接触させ、ワークの機械加工を行うものであ
る。

【０００３】このようなロボットを用いて機械加工を行
う場合、押圧力が適正な値よりも大きいと研削工具や切
削工具、あるいはワークを破損してしまい、逆に押圧力
が適正な値よりも小さいと加工速度が低くなり、加工効
率が悪くなる。加工効率を適正なものにしようとした場
合、ワークに対する研削工具や切削工具の押圧力を適宜
な値に制御する必要がある。また、バフ仕上げ加工など
のような、ワークと工具とが点ではなく面で接触して機
械加工を行う場合には、加工の際に生じるモーメントを
計測し、このモーメントの値を適宜な値に制御する必要
があり、このモーメントの制御をしないと仕上げの精度
に影響を及ぼす場合がある。

【０００４】このため、従来は、押圧力やモーメントを
計測可能なセンサをロボットのアームに取り付け、この
センサからの押圧力やモーメントに応じた計測信号を基
に押圧力やモーメントが制御されるようにフィードバッ
クさせていた。

【０００５】また、ワークをロボットのアームに保持さ
せ、アームを駆動してワークをロボットの外部に設けた
研削工具や切削工具に押しつけて機械加工を行う構成で
も同様である。すなわち、この構成は上記構成と比較し
て、ワークと研削工具や切削工具とを取り替えた構成で
あるが、この場合でも、ワークを把持しているアームに
センサが取り付けられているため、ワークに生じた押圧
力およびモーメントをこのセンサで計測できる。

【０００６】また、上述したようなロボットは、機械加
工の他にも例えば組付け加工に用いられる場合がある。
特に精密な嵌合組付けを行う場合には、ロボットが把持
したワークと組付け対象ワークとの間に微少な位置ずれ
が生じているだけでも、かじりや食いつきなどが生じて
しまうので、ワークと対象ワークとの間に生じる相互作
用力を上記と同様にアームに取り付けられたセンサによ
って計測し、この計測によってかじりや食いつきを回避
するようにロボットの動きを制御すれば、確実な組付け
加工を行うことが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したようなロボッ
トに取り付けられたセンサは、工具やワークの重量によ
る重力やモーメントをも同時に計測していることにな
る。重力やモーメントを正確に計測するためには、この
計測による計測値から、重力やモーメントの影響を除去
する必要がある。

【０００８】しかしながら、上記工具やワークによる重
力および自重によるモーメントは、ロボットの姿勢と共
に変化してしまう。よって重力やモーメントの影響を正
確に把握するには、ロボットの姿勢からその時の影響値
を計算によって予測し、この計算値を用いてセンサの計
測値を補正する必要があった。この計算処理には多くの
計算過程が必要であり、またこのような計算処理を高速
に行うためには、より高価な計算機が必要となってしま
う。

【０００９】そして、上記のような工具やワークによる
重力やモーメントを計測するためには、工具やワークの
重量と、その重心位置を正確に把握しておかなければ計
算値に誤差を生じてしまい、重力やモーメントを正確に
計測することができなかった。この工具やワークの重量
や重心位置に関するデータは、新たな工具やワークに持
ち替える毎に変更しなければならず、そのためには、予
め全ての工具或いはワークに対する重量や重心位置を計
測しておくか、持ち替える毎に計測する必要があった。

【００１０】また、工具やワークによる重力および自重
によるモーメントの影響のみならず、ロボットのアーム
が駆動されると、このアームに把持された工具やワーク
に加速度が生じ、工具やワークが対象物に接触していな
くても、慣性力として計測してしまい、センサから何ら
かの検出信号が生じてしまう。この慣性による影響を計
算で補正するのは、重力やモーメントの影響を補正する
よりも遥かに難しく、通常はこの影響をノイズとして扱
うより他はなかった。このために上記のような力制御に
おいては、その応答性が悪くなるという問題が生じてい
る。この場合でも、対象物と工具やワークの接触位置が
全て把握できるような場合では有効な対策法も考案され
ているが、このような条件は常に成立するとは限らな
く、慣性による影響を補正することは難しい。

【００１１】本発明は上記の事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、押圧力およびモーメン
トの計測時に、重力の影響および慣性力の影響を生じさ
せず、正確な押圧力およびモーメントの計測が可能なワ
ーク支持加工装置およびロボットの押圧力制御方法を提
供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載のワーク加工装置は、ワークを加工す
る加工手段と、該ワークを支持固定する固定手段と、こ
の固定手段に設けられ、加工手段により該ワークに加わ
る押圧力を検出する検出手段と、この検出手段からの検
出結果を基に加工手段を制御して該ワークに加わる押圧
力を制御する制御手段とを有することを特徴とする。

【００１３】また、加工手段は、ロボット及びロボット
に設けられた加工工具であることを特徴とする。（請求
項２） 請求項３記載のワーク加工装置は、ワークを保持すると
伴に移動させる保持・移動手段と、加工工具を保持固定
する固定手段と、固定手段に設けられ、保持・移動手段
に保持されたワークにより該加工工具に加わる押圧力を
検出する検出手段と、この検出手段からの検出結果を基
に保持・移動手段を制御して該加工工具に加わる押圧力
を制御する制御手段とを有することを特徴とする。

【００１４】請求項１及び２記載の発明によると、固定
手段をロボットと別体に設けると共に検出手段を設けて
いるので、ロボットにより加工を行う際に、加工工具の
自重による重力、及びこの自重による慣性の影響を受け
ることなく正確な押圧力を検出することができ、さら
に、検出手段により求めた押圧力を基にロボットを制御
することで、ワークに対する加工工具の押圧力を適切な
範囲内に保つことができる。

【００１５】請求項３記載の発明によると、ロボットに
ワークを保持させ、加工工具をロボットと別体に設けた
検出手段を有する固定手段に保持させているので、加工
を行う際に、ワークの自重による重力、及びこの自重に
よる慣性の影響を受けることなく正確な押圧力を検出す
ることができ、さらに、検出手段により求めた押圧力を
基にロボットを制御することで、加工工具に対するワー
クの押圧力（＝ワークに対する加工工具の押圧力）を適
切な範囲内に保つことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のワーク加工装置の
一実施の形態について、図１および図２に基づいて説明
する。図１に示すように、ロボット１は、ワーク２に対
して例えば研削や切削などの機械加工を行うものであ
る。このロボット１の構成は、ベース３にアーム４が取
り付けられた構成であり、アーム４は、ベース３側から
順に第１アーム部材４ａ，第２アーム部材４ｂ，第３ア
ーム部材４ｃ，及び第４アーム部材４ｄを複数の可動節
５ａ〜５ｃにより連結し、３次元方向に駆動可能な構造
となっている。そして、第４アーム部材４ｄの先端部分
４ｅには、本実施の形態では研削加工を行う工具として
のグラインダ６が取り付けられている。

【００１７】ベース３の内部には、図示しない駆動手段
が設けられており、第１アーム部材４ａを図１のθ方向
に回転させるようになっている。また、可動節５ａ〜５
ｃには、それぞれ第２〜第４アーム部材４ｂ〜４ｄを駆
動させる駆動手段としてのモータが内蔵されており、そ
のためそれぞれのアーム部材４ｂ〜４ｄが回動駆動可能
となっている。

【００１８】また、グラインダ６にも図示しない駆動源
が設けられており、この駆動源によって砥石６ａが回転
駆動される。アームの構造は、このような構成に限ら
ず、例えばベース３内部にそれぞれのアーム部材４ａ〜
４ｄを駆動させる駆動手段を内蔵し、ワイヤなどの伝達
手段を用いてそれぞれのアーム部材４ａ〜４ｄを駆動さ
せる構成でも良い。

【００１９】ロボット１のアーム４およびグラインダ６
は、ベース３に接続されたロボットコントローラ７によ
り駆動制御される構成となっている。つまり、ロボット
コントローラ７の内部には、図示しない制御手段が設け
られており、この制御手段によって可動節５ａ〜５ｃの
モータおよびグラインダ６の駆動源の駆動が制御される
ようになっている。

【００２０】一方、ワーク２は、検出手段としての６軸
力センサ８及び基台９よりなるワーク支持手段１０によ
り支持されている。６軸力センサ８は、下面を基台９に
ネジなどによって固定されており、正確な計測を行うこ
とができるようになっている。また、上面には、ワーク
２が動かないように保持する係止手段が設けられてお
り、工具の接触、加工に対してもぐらつかないようにな
っている。

【００２１】また、６軸力センサ８は、ロボットコント
ローラ７と電気的に接続されており、押圧力や回転モー
メントを検出すると、その押圧力や回転モーメントに応
じた計測情報を電気信号に変換してロボットコントロー
ラ７に伝送する。電気信号を受信したロボットコントロ
ーラ７は、計測情報に基づいて制御信号を作り、制御手
段が可動節５ａ〜５ｃの駆動手段としてのモータおよび
グラインダ６の駆動源を制御するようになっている。

【００２２】このような６軸力センサ８は、Ｘ，Ｙ，Ｚ
の３軸方向の力およびそれぞれ各軸を中心とする回転方
向の力の計測が可能なセンサである。以上のような構成
を有するワーク加工装置の動作について、以下に説明す
る。

【００２３】６軸力センサ８は、係止手段によりワーク
２を保持する。そして、このワーク２に対してアーム４
の先端部に取り付けられたグラインダ６の砥石６ａをア
ーム４の移動によってワーク２まで移動させ、ワーク２
に対して砥石６ａを適宜な押圧力で押圧し、駆動源によ
り砥石６ａを回転駆動させてワーク２の研削加工を行
う。

【００２４】この機械加工の際に、ワーク２が受けた押
圧力は６軸力センサ８によって計測され、この押圧力の
計測情報は電気信号に変換されてロボットコントローラ
７に伝送される。そして、計測した押圧力が予め設定さ
れた押圧力の範囲内にないときは、ロボットコントロー
ラ７によってグラインダ６の押圧力が設定範囲内となる
ように制御する。

【００２５】ここで、図２はワーク加工装置の押圧力お
よびモーメントの発生状態を示す図であり、以下、大文
字（Ｆ0 ，Ｆs ，Ｔ0 ，Ｔs ，Ｐ）はそれぞ
れ大きさのみならず方向も有するベクトルとして、ワー
ク２に対してグラインダ６を用いて研削加工を行う際
の、ワーク２に生じる力およびモーメントを説明する。

【００２６】図２に示すように、グラインダ６がワーク
２に押圧力Ｆ0 を与えた場合、このワーク２に押圧力
Ｆ0 と等しい力である並進力Ｆs が６軸力センサ８
によって計測されることとなる。すなわち、この６軸力
センサ８によって並進力Ｆs が計測されれば、この計
測された並進力Ｆs と等しい力の押圧力Ｆ0 の計測
が行われたこととなる。またこの並進力Ｆs ととも
に、６軸力センサ８の定められたセンサ原点Ｏ1 回りの
回転モーメントＴs も計測される。ここで、アーム４
のグラインダ６が取り付けられている先端部分４ｅ付近
の任意の位置にグラインダ６の原点Ｏ2 を定め、このグ
ラインダ６の原点Ｏ2 の任意の位置ベクトルをＰで表
す。この場合、グラインダ６の原点Ｏ2 回りのモーメン
トＴ0 は、次式により求められる。

【００２７】Ｔ 0 ＝Ｔs −Ｆs ×Ｐ ……………… （１） ただし、上記の式（１）で×はベクトルの外積を表すも
のとする。このようにして、グラインダ６により生じて
いる押圧力Ｆ0 および回転モーメントＴ0 が求めら
れるが、この押圧力Ｆ0 および回転モーメントＴ0
は、グラインダ６の自重や慣性による影響が取り除かれ
て計測されたものとなっている。すなわち６軸力センサ
８は、ワーク２が受ける押圧力および回転モーメントを
計測し、その計測値はそれぞれＦ0 およびＴ0 とな
っている。

【００２８】この計測値は上記のようにグラインダ６の
自重や慣性による影響を含まないものであるため、この
計測値に基づいた計測情報を伝送されたロボットコント
ローラ７は、ワーク２に加えている押圧力および回転モ
ーメントをより正確に設定値へと制御することが可能と
なっている。

【００２９】このようなワーク支持加工装置およびロボ
ットの押圧力制御方法によると、ワーク２を固定して計
測する６軸力センサ８が、ロボット１のアーム４などの
可動部とは別体的に設けられた構成のため、このロボッ
ト１を作動させてグラインダ６などによりワーク２に機
械加工を行う場合に、このグラインダ６の自重による重
力のワーク２への加算が無くなり、よって押圧力の計測
が複雑な計算処理をすることなく正確に行うことが可能
となる。

【００３０】また、アーム４の先端部分４ｅに６軸力セ
ンサ８を取り付けていない構成のため、アーム４の動き
によって生じる慣性力の計測もなくなる。このため、こ
れまでは除去するのが難しかった慣性力によって生じる
ノイズの検出も除去することが可能となり、よって押圧
力の６軸力センサ８による計測をより良好に行うことが
可能となる。

【００３１】さらに、このワーク支持加工装置にはロボ
ットコントローラ７が設けられた構成のため、このよう
なグラインダ６の自重による影響および慣性力の影響な
どを除去して、押圧力による計測信号を上記ロボット１
にフィードバックして制御することが可能となる。

【００３２】以上、本発明の一実施の形態について述べ
たが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となってい
る。以下それについて述べる。上記実施の形態において
は、グラインダ６をアーム４の先端部分４ｅに設けた構
成であるが、ワーク加工装置はアーム４の先端部分４ｅ
でワーク２を保持する構成としても良い。この場合はグ
ラインダ６などの工具がロボット１とは別体的な外部の
６軸力センサ８上に設けられ、このグラインダ６に生じ
た押圧力の計測を行う構成となるが、この場合でも、ワ
ーク２とグラインダ６との間に、自重による影響および
慣性力による影響を除去した適宜の押圧力を生じさせる
ことができる構成のため、上記実施の形態と同様に良好
に押圧力を計測することが可能となる。

【００３３】さらに、上記実施の形態では、工具の一例
としてグラインダ６を用いた構成を示しているが、工具
は何もグラインダ６に限られるものではなく、例えば旋
盤やフライス盤などの切削加工を行う工具を取り付ける
ものであっても良い。

【００３４】そして、上記実施の形態においては、計測
手段として６軸力センサ８を用いる構成となっている
が、このように必ずしも６軸全てを計測可能となってい
なくても良く、またこの６軸力センサ８を用いずに別な
計測手段を用いる構成としても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１及び２の発
明によれば、固定手段をロボットと別体に設けると共に
検出手段を設けているので、ロボットにより加工を行う
際に、加工工具の自重による重力、及びこの自重による
慣性の影響を受けることなく正確な押圧力を検出するこ
とができ、さらに、検出手段により求めた押圧力を基に
ロボットを制御することで、ワークに対する加工工具の
押圧力を適切な範囲内に保つことができる。

【００３６】請求項３の発明によれば、ロボットにワー
クを保持させ、加工工具をロボットと別体に設けた検出
手段を有する固定手段に保持させているので、加工を行
う際に、ワークの自重による重力、及びこの自重による
慣性の影響を受けることなく正確な押圧力を検出するこ
とができ、さらに、検出手段により求めた押圧力を基に
ロボットを制御することで、加工工具に対するワークの
押圧力（＝ワークに対する加工工具の押圧力）を適切な
範囲内に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係わるワーク支持加工
装置の構成を示す図。

【図２】同実施の形態に係わるワーク支持加工装置を用
いた押圧力およびモーメントの発生状態を示す図。

【符号の説明】

１…ロボット ２…ワーク ３…ベース ４…アーム ５…可動節 ６…グラインダ ７…ロボットコントローラ ８…６軸力センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを加工する加工手段と、 該ワークを支持固定する固定手段と、 この固定手段に設けられ、上記加工手段により該ワーク
   に加わる押圧力を検出する検出手段と、 この検出手段からの検出結果を基に上記加工手段を制御
   して該ワークに加わる押圧力を制御する制御手段と、 を有することを特徴とするワーク加工装置。
2. 【請求項２】 上記加工手段は、ロボット及びロボット
   に設けられた加工工具であることを特徴とする請求項１
   記載のワーク加工装置。
3. 【請求項３】 ワークを保持すると共に移動させる保持
   ・移動手段と、 加工工具を保持固定する固定手段と、 上記固定手段に設けられ、上記保持・移動手段に保持さ
   れた該ワークにより該加工工具に加わる押圧力を検出す
   る検出手段と、 この検出手段からの検出結果を基に上記保持・移動手段
   を制御して該加工工具に加わる押圧力を制御する制御手
   段と、 を有することを特徴とするワーク加工装置。