JPH1148182A - ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットに切削等の加工を行わせる場合にお
ける加工精度及び作業性を向上させることができるロボ
ットの制御装置を提供する。 【解決手段】 多関節ロボット本体１と工具３及びワー
クとを含めた系の振動解析が可能で、工具３の回転数を
制御できる制御部４であって、系の固有振動数を避けた
工具回転数で工具３を駆動するとともに、工具３の回転
数に応じて加工速度を適切に変化させることかできるよ
う制御部４を構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロボットの制御装置
に関し、特にロボットで切削等の作業を行う際に適用し
て有用なものである。

【０００２】多関節ロボットで切削作業等のようなワー
クを加工する作業を行う際には、あらかじめ設定された
回転数で切削工具を回転させている。

【従来の技術】

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】多関節ロボットは、マ
シニングセンタなどに比較すると剛性が低いため、上述
の如き加工中に発生する振動がロボットと共振する場合
がある。このような共振は加工の仕上がり精度を著しく
悪化させる。ところが、仕上がり精度の悪化が共振によ
るものなのか否かは操作者には分かりづらい。また、共
振を避けるためには工具の回転数を変えたりロボットの
姿勢を変える必要があるが、この作業は人手に依らざる
を得ず、熟練を要するばかりでなく、作業時間もかかる
という問題がある。

【０００４】本発明は、上記従来技術に鑑み、ロボット
に切削等の加工を行わせる場合における加工精度及び作
業性を向上させることができるロボットの制御装置を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、アームに把持する工具で所定のワークを加
工するように構成したロボットの制御装置において、ロ
ボットのアームに力覚センサを介して工具を把持すると
ともに、この力覚センサが検出する負荷情報に基づきロ
ボット、工具及びワークを含めた系の振動解析を行って
系の固有振動数を避けた回転数で工具の回転を制御する
とともに、工具の回転数に応じて加工速度を変えるよう
に制御することを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。

【０００７】図１は本願発明の実施の形態を適用したロ
ボットを概念的に示す説明図である。同図に示すよう
に、多関節ロボット本体１のアーム１ａの先端部には、
力覚センサ２を介して工具３が取り付けてある。この工
具３に作用する負荷の情報は力覚センサ２を介して制御
部４に送出される。制御部４は力覚センサ２が検出する
負荷情報をサンプリングしてこの負荷情報に基づき、ま
た他の所定の制御情報に基づいて工具３及び多関節ロボ
ット本体１を制御する。

【０００８】図２は本形態に係る制御装置を示すブロッ
ク図である。同図に示すように、制御部４は、従来技術
と同様に、位置指令生成部４ａ、軌道補間部４ｂ、関節
位置指令演算部４ｃ、サーボ演算部４ｄ及びサーボドラ
イバ４ｅを有しており、位置指令生成部４ａが送出する
位置指令値になるように、多関節ロボット本体１のアー
ム１ａを駆動するモータ１ｂを制御している。このと
き、モータ１ｂの回転位置はエンコーダ１ｃで検出して
サーボ演算部４ｄにフィードバックしている。

【０００９】本形態における上記制御部４は、力制御部
４ｆ及び工具制御部４ｇを有する。力制御部４ｆは力覚
センサ２が検出する負荷情報に基づきワーク（図示せ
ず）と工具３との間の押圧力を表す信号を送出するもの
で、この信号と軌道補間部４ｂの出力信号との偏差もア
ーム１ａの位置を規定するパラメータとしており、この
結果工具３によるワークに対する押圧力を一定に保持す
るように構成してある。このことにより工具３に過大な
負荷が作用するのを未然に防止し得るばかりでなく、一
定圧力で加工することができるため、仕上がり精度も向
上する。

【００１０】工具制御処理部４ｇは、サンプリングした
力覚センサ２の負荷データを逐次ＦＦＴ解析し、現在の
多関節ロボット本体１、工具３及びワークを含めた全
体、すなわち当該振動系の振動の様子を検知して工具３
の回転数がこのときの共振点に近づかないように工具回
転数指令を工具駆動用インバータ５に与え、この工具駆
動用インバータ５を介して工具３の回転数を制御する。
かくして、多関節ロボット本体１を停止させなくとも工
具３の回転数を自動的に変えることができる。このこと
は、操作者の負担の軽減及び作業時間の短縮に寄与す
る。また、このときの工具３の回転数は、使用可能な範
囲をあらかじめパラメータとして設定しておき、工具制
御処理部４ｇはこの範囲で工具３の回転数を制御するよ
うにし、無理な回転数で工具が回転する事態を未然に防
止する。さらに、工具３の回転数をあげると、加工速度
を速くすることができる場合が多いので、工具３の回転
数に応じて加工送り速度を変えることで、加工時間を短
縮することが可能になる。

【００１１】次に、工具３の回転数の算出方法及び加工
速度の算出方法につき説明しておく。

【００１２】 工具３の回転数の算出 現在の工具３の回転周波数（指令値）をｆ_Toolとする。
ＦＦＴ解析の結果得られた波の周波数のうちパワースペ
クトルの大きさが閾値Ｐ_THを越えるもので、回転周波数
ｆ_Toolに隣り合う周波数を見つける。このうち、低い周
波数のものをｆ ₁ 、高い周波数のものをｆ₂ とする。こ
こで閾値Ｐ_THは設定変更可能なパラメータで、この値は
正常加工時の力を設定しておく。閾値Ｐ_THを越えるスペ
クトルがない場合には工具３の回転数は変えない。

【００１３】工具３の許容回転周波数をｆ_Tmin〜ｆ_Tmax
とする（ｆ_TH ,ｆ_Tmin ,ｆ_Tmaxは設定変更可能なパラメ
ータで、あらかじめ設定しておく。ｆ_THは加工時の反力
の閾値で、これを下回る力であればたとえ共振していて
も仕上がりにはほとんど影響を与えないという値をあら
かじめ設定する。ｆ_Tmin，ｆ_Tmaxは工具３の仕様や実際
に加工した結果に基づいて設定する。）。

【００１４】図３は上述の工具３の回転周波数ｆ_Toolを
求める際の手順を示すフローチャートである。同図に示
すように、ｆ_L はｆ₁ とｆ_Tminのうち大きい方の値を、
ｆ_Hはｆ₂ とｆ_Tmaxのうち小さい方の値を設定する。つ
まり、回転周波数ｆ_Toolはｆ _L とｆ_H の範囲の値に設定
可能ということである。また、回転周波数ｆ_Toolはｆ
_Tool＝ｋ・ｆ_H ＋（１−ｋ）・ｆ_L として求める。ここ
で、ｋは設定変更可能なパラメータで、０＜ｋ＜１であ
る。ｋを０．５とすると、ちょうどｆ_L とｆ_H の中間に
なる。工具３の回転数は負荷がかかった場合低下する傾
向にあるので、ｋの値を大きめに設定して、工具３の回
転数が下がっても共振周波数までのマージンがとれるよ
うにする。

【００１５】 加工速度の算出 加工速度指令をｖ_r とするとき、ｖ_r ＝ｖ_std ・ｈ・
（ｆ_Tool）／（ｆ_std ）として加工速度ｖ_r を定め、こ
の速度ｖ_r で加工する。ｖ_std , ｈ，ｆ_std はそれぞれ
設定変更可能なパラメータで、ｖ_std は基準となる加工
速度、ｆ_std は工具３の回転数の基準周波数である。ま
た、ｈは補正係数で、加工速度ｖ_r の最大値を調整する
ためのものである。例えば、ｆ_Tmin＝４０［Hz］、ｆ
_Tmax＝１００［Hz］、加工速度ｖ_r の最大値をｖ_std の
１１０％とする場合、 ｆ_std ＝７０［Hz］ ｈ＝０．７７ とすれば、０．７７×１００／７０＝１．１となり、加
工速度ｖ_r はｖ_std の１１０％を越えない。

【００１６】

【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
た通り本発明によれば、系の固有振動数を避けた工具回
転数で工具の回転を制御しているので、加工精度を向上
させることが出来る。このとき、力制御と併用すること
で、加工の安定性を向上させることができる。また、ロ
ボットを停止させることなく工具回転数を変えることが
できるので、作業時間の短縮につながる。また、工具の
回転数によって加工速度を変えることで、加工時間を短
縮できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を適用する多関節ロボット
を概念的に示す説明図。

【図２】本発明の実施の形態を示すブロック図

【図３】本発明の実施の形態において工具回転数を求め
る手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

１ 多関節ロボット １ａ アーム ２ 力覚センサ ３ 工具 ４ 制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アームに把持する工具で所定のワークを
   加工するように構成したロボットの制御装置において、 ロボットのアームに力覚センサを介して工具を把持する
   とともに、この力覚センサが検出する負荷情報に基づき
   ロボット、工具及びワークを含めた系の振動解析を行っ
   て系の固有振動数を避けた回転数で工具の回転を制御す
   るとともに、工具の回転数に応じて加工速度を変えるよ
   うに制御することを特徴とするロボットの制御装置。