JPS5810475A - サ−ボマニプレ−タの力伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋳仕上げ作業等を行うサーボマニプレータの
力伝達装置の改良に係り、特に電動グラインダ等の！？
１転工具の負荷状態を工具の振＠によって検出し、これ
ｋより察知される負荷に応じた力感覚をオペレータに伝
達し、工具のワークへの削込み過ぎ等を防止するもので
ある。

サーボマニプレータは、悪環境下での作業者の安全上の
見地から開発されたもので、オペレ、−タは、作業場所
から離れた位置にあるマスクを操作して、マスクに倣っ
て作動するスレイ１に取付けた工具を遠隔操縦して作業
を行う。作業が単なる物の移動や、直線的な穴あけ作業
部の場合は、マニプレータの作業も比較的単純である。

しかし鋳バリ取り作業、研磨作業、）２イス加工等のよ
うに工具がワークに接触し、ワークへの工具の押付力が
加工状態を微妙に左右するような場合には、工具のワー
クへの微少な食込量の変動勢はオペレータにとって察知
不能であるから、一般のマニプレータでは作業が困難で
ある。ξΦ点スレイプｋかかった反力をマスク儒へ伝達
し、これをオペレータが感じとって工具を操作するバイ
クチクルサーボｆｉｌｅニブレータ（略してサーボマニ
プレータ）が便駒であるＯ このようなサーボマニプレータの力伝達機構には種々あ
るが、そのうちの力逆送型サーボマニプレータの場合は
、第１１５！！ｌＫ示すように、マスタアーム＋１１と
スレイプアーム（２）の位置を位置検出器ｆ３１．　＋
４１によって検出し、絢位置信号の差かＯになる方向に
サーボモータ（５）を駆動する。

スレイプアーム（２１Ｋかかった加工反力（Ｆ’ｓ）は
、トルクメータ（６）を介して動歪計（７）によってス
レイプアーム（２１の駆動軸にかかったトルクとして検
出される。検出された加工反力に応じてトルクモータ制
御＆　ｆ８）を介してトルクモータ（９）が駆動され、
油圧力等を介してマスタアーム（１）に加工反力（Ｆｌ
）が伝達される。

従来は、このように工具の加工状態をスレイプアームに
加えられた加工反力によってｉ！接知る方法が利用され
、加工反力の検出には、■上記のようなスレイプアーム
に取付けたトルクメータの出力値による場合、■電動マ
ニプレータにおいて、スレイファーム＆動モータの１１
１Ｃｆｉ（５！。

は電力）値による場合、■油圧式マニプレータにおいて
、スレイブアーム駆動シリンダの圧力値による場合、等
がある。

しかしこれらの加工反力を検出する手段の場合には、ス
レイプアームや工具等、スレイプ側の重量がそれぞれ検
出器の出力値に含まれるため、スレイプ側の重量を補償
する必振がある〇第１図の自重補償演算器０・はこのた
めのもので、動歪計の出力と、スレイプアーム位置検出
器（４）の出力とよりスレイプアームの自重補償を行い
、加工反力に比例する出力値を演算している◇この点線
仕上げ作業用等の剛性の高い大型マニプレータでは、ス
レイプアーム咎の重量が大で、自重を完全に補償するの
が困難である。

従って本発明の目的は、スレイプ側の自重に左右されな
いサーボマニプレータの力伝′Ｓ装置を提供する点にあ
り、ワークに接触して回転する工具をスレイプ側に設け
、マスク側の動きに追従してスレイプ側を作動させるサ
ーボマニプレータの力伝達ｉ＃ｃｔ＜おいて、工具の振
動を検出する振動計と、工具の振動状態に応じてオペレ
ータに伝達する力感覚を制御する装置とを有する点を％
畝とするものである。

続いて、第２図以下の添附図面を参照して、本発明を鋳
パリ取り用のマニプレータに応用した実施例について詳
しくａ明する。ここに第２図は、同実施例に係る力伝達
装置の１０ツクダイヤグラム、第３図は、内実、施例に
用いる電動グラインダにおける押付力と振動変化率の関
係を示すグラフ、第４図は、草２図示の実施例に用いた
工具振動信号処理（ロ）路の内容の一例を示すブロック
ダイヤグクム、第５図は、マエル−タＥｌｌ付けた電動
グラインダで鋳バリを切除している状態を示すスレイプ
側の側面図である。

まず餉パリ堆り作業の概略を第５図を用いてｍ明すると
、モータ台によって回転する電動グラインダーは１１節
ｓａ３を中心に自由＃Ｃ（２）動するスレイブアーム顛
に取付けられていて、矢印０９及びａ・の方向に移動で
き、この移動によって鋳物取付台０ηの上部に固足した
鋳物ａ・の鋳バリ（至）にグラインダ（２）を押付けて
、鋺バリ（至）を切除する。鋳バ９ＱＩの幅は鋳物の上
面（鋳肌面（２））の幅と較べると非常に狭いので鋳バ
リ（至）を切除しているときのグラインダ＠にかかる押
付力（加工反力）ｋ較べて、グラインダ（至）を鋳肌面
へ食込ませるための押付力は、極めて大きなものが必要
となる。このような加工反力の変化に応じて工具の振動
量及び、振動周波数が変化する。

第３図は、上記グラインダ（２）の押付力と、グライン
ダに取付けた振動検出器（Ｉｌｌによって検出されたＩ
＆動量の変化率との関係を示すグ２７で、士印の点が！
ｌ！験値である。このグラフより両者の間には良好な相
関（相関係数０．９以上）があることが理解される。

本実施例は、このような現象を利用するもので、工具（
グラインダ）の振動によって工具にかかった負荷（加工
反力）を間接的に知り、これを力（変換してマスク側へ
伝達し、オペレータに力感覚を与えるものである。即ち
、第２図に示すように、位置換ｔＢ器（至）、１２１は
、それぞれｉスターアーム（至）、スレイ１アーム−の
現在位置を検出するもので、ポテンシ目メータ、レゾル
バ、パルスジェネレータ勢が用いられる。（２）は比較
器で１両位置検ｔＢ器（２）、（２）からの出力を比較
し、その差分の信号をサーボモータ制御器＠に送出する
。スレイプアームａ４１は、このサーボモータ制＃儀（
至）で制御されるサーボモータ（支）ｋよって関節ｌ５
Ｑ３を中心に揺動する０工具振動信号処理回路（２）は
、スレイプアーム（２）に設けられた電動り２インダ（
至）の振動を検出する振動検出器（６）からの出力を後
段のトルクモータ制御口■へ入力するに適した信号番こ
変換するものである。トルクモータ（至）は、トルクモ
ータ制御器（２）からの信号によって駆動され、図外の
油圧モータ等を介してマスクアーム口に、り２インダ（
至）の振動量屹応じた力を伝達する。上記工具振動信号
処理回路の一例は、第４図に示すように工具の蚕動検出
昏（６）より出力される実振動信号を撮巾に応じた電圧
信号に変換する振動計（至）と、振動計（至）より出力
される振動波形の絶対値を平バイアス調整月路（３２）
とを直列に接読して構成される。

従って仁の実施例では、マスタアーム（至）とスレイプ
アーム〇＃とのそれぞれの位置信号が比較＊＠に送られ
１両信号の差がｏ＃ｃなる方向にサーボモータ（財）が
駆動されるため、スレイプアーム舖の動きがマスタアー
ム（２）のＩＩＩ舎に追従する〇このようＧむしてマス
タアーム（至）を操作するオペν レータの意志通ノこスレーブアーム軸が揺動シ。

電動グラインダ（至）にょる鋳バリ切除が行われる。

大きな鋳バ９を切除するｋは、大きな押付力をグライン
ダ＠に作用させねばならない。第３図示のように押付力
によって工具の振動量は変化する。従って押付力に対応
した振動信号が工具振動信号処理回路（２）を経てトル
クモータ制御器ＨＩｃ送られ、トルクモーターを介して
マスタアーム（至）に、グラインダ（至）の加工反力に
応じた反力を伝達する。グラインダ（２）が鋳ＩＩＬ面
へ食い込みかけると、グラインダの振動も極端に増大す
る。従ってオペレータは、グラインダ（至）の加工状態
を力感覚として知覚することかで舎、グラインダ（２）
が鋳肌−（至）へ食い込みかけていることを票早く反力
として知ることかでき、即座にマスタを操作して、グラ
インダの食い込みを防止することが可能である。

本発明は、以上述べた実施例に＠足されるものではない
。上記実施例では電動グラインダを用いたが、空圧式の
グラインダを用いてもよい。

又第２図に示した実施例は、力逆送型サーボマニプレー
タの変形であるが、同図に二点鎖線で示したように、マ
スタアーム口と、位置検出器−とを［ｅする軸上にトル
クモータ（３３）を設け、マスタアーム−にかかったト
ルク信号と、工具振動信号処理回路（支）からの出力信
号とを比較して、その差によってトルクモータ（２）を
駆動するようｋなせば、力帰壊型す−ボマニグレータ、
の変形を得ることができ衣・。

上記実施例では、押付力に対応する振動量の変化を利用
したが、押付力によって＃配したように振動周波数ごと
の振動量の分布、即ち周波数分析の結果が変化する。第
６図（富）、０）に示したのは（ａ）鋳バリ加工時、（
ｂ）鋳肌面加工時、に珈ける＃＠波数分析の結果のグ２
７である。両者をＣし 、Ｉ？ｔ６と１例りば４−ｓ鼠Ｈｚ、５−１６＊Ｈｚ等
のり足周波数帝域（黒塗部）において鋳肌面加工時の振
幅が着るしく増大していること、及び、２〜４ＫＨｚ　
の帯埴では鋳パリ加工時と鋳肌面加工時とで振幅に大差
ないことが理解される。このような工具振動の特定周旋
数帯域に注目すれば感度の良い加工状態の識別（１４８
加工の検め）が可能となる。このような高感度の工具振
動信号処理（ロ）路（至）の例を第７ａｉ、第８図に示
す。第７図に示したのは単一の特定周旋数帯域（例えば
８〜１０　ＫＨ２）ニｍｉｔ！ｆｉＩｌｌ量ノミを取出
して判別しようとするもので、第８図示の場合は異なる
特性を示す２つの周波数帯線例えばｇ　〜１０ｘｔｔｚ
と２−４ＫＨ２）　に１ｉＦＩＬｒ、両帯域における振
動量の比率によって検出感度の向上を図るものである。

Ｉｓ７図示の場合は。

振動計（至）より取出される実振動波影を例えば８〜Ｉ
ＱＫＨｚの周波数信号のみの通過を許すバンドパスフィ
ルタＣ３４）に導入し、その４Ｉ足周波数成分のみから
加工状態を判断する。これによって変動成分のみが検出
され、検出感度が向上する。第８図ｉこ示した例では振
動計（至）からの出力がバントハスフィルタ■とバンド
パスフィルタ■の両方へ入力される。バンドパスフィル
タのは、鋳肌面加工時に振幅が増大する振動の特足周波
数帯竣（ｆｉｌえば８〜ＩＱＫＨｚ）の成分を抽出する
もので、バンドパスフィルタ■は、鋳肌部加工時に振幅
変化の小さい振動の％足周波貌例えば２〜４ＫＨ２）の
成分を抽出する。両フィルタをｉ過した信号は、全波整
流平滑化（ロ）路及びバイアス調整１路を通って直流化
され、割算器Ｃ３５）で両者の割算を行う。これによっ
て通常の鋳バリ加工時と異常な鋳肌面加工時との振動の
差が拡大され検出感度が上昇する。下限リミッタＩＩＪ
Ｉ回路（３６）は、上記割算器（３５）の分母の値が分
子の値に比べ極端に小さい場合１割算器（３５）の出力
が飽和するので、これを防ぐために分母に下限値を設定
するものである。

以上述べた実施例では、工具振動信号処理回路＠によっ
てマスクに力を伝達するトルクモータを制御するトルク
モータ制御器−を作動させているが、工具への負荷のか
かり具合いを２ンプの点滅や、発信音によってオペレー
タに伝えてもよい。このような装置の具体例は、第９図
、第１０図に示され、単ｆｉＫ又は上記力伝達装置と併
用してマニプレータの制御機構に付加することができる
。第９図に示した例では、振動信号が全波整流平滑化さ
れ、更に無負荷振動値除去回路を経た後２７１点滅回路
Ｃ３ηを作動する〇点滅回路（３７）ｊこよって駆動さ
れる２ングは加工状Ｉｎｃ対応して一列に並べられて参
り１例えば加圧反力の増大に応じて左から右へ点灯状態
が移動する等により、オペレータが加工状態の正常、異
常を視覚を通じて知り得るものである。

又第１０図示の例では、振ＩＩＪ信号の変化に応じて主
発振回路Ｃ３８）とスピーカ駆動回路Ｃ３９）との間の
スイッチング回路（４０）を作動するものてあり、加工
状ＩＩＩｋ対応した主発振周波数の断続音によって、聴
覚を通じてオペレータが加工状態を知ることかできるも
のである。主発伽１路の周波数は、オペレータ周辺の騒
音と発撫音とを容易に識別することのできる３ＫＨ２＠
［を選足する。このような聴覚、視覚に基づく加工状態
のモニタ装置は、上記工具振動による加工状態の検出の
場合のみでなく、工具の駆動電流の検出に基づいて加工
状態を検出する場合にも同様に適用可能である。

東に本発明は、実施例に示した鋳仕上げ作業用のマープ
レー。夕のみでなく、広くワークと接触してｆＰＦ、桑
する工具をスレイプ１＃ＩＰ−設けたあらゆるサーボマ
ニプレータに適用可能である。

本発明は以上述べた如く、ワーク＃Ｃ接触して回転する
工具をスレイブ側に設け、マスク側の動きに追従してス
レイブ側を作動させるサーボマニプレータの力伝達装置
において、工具の振動を検出する振動検出器と、工具の
振動状態に応じてオペレータに伝達する力感覚を制御す
る装置とを有するものであるから、加工状態を検出する
トルクメータ等の特別の装置を用いる必要がない。これ
は％に電動式サーボマニプレータの場合に、トルク検出
が困難であることからも有益であり、サーボマニプレー
タの構造の簡略化に役立つものである。又、スレイプア
ーム等の自重による誤差が入ってこないから、大型のマ
ニプレータに適用しても精贋の高い加工ができ、複緒な
自重補償回路が不要となり制御回路が簡略化される。更
に視覚又は聴覚による加工状態のモニタ装置を併用すれ
ば、オペレータは補助的にこれらの助けを借りることが
でき、長時間の作業による疲労から解放される。特に鋳
仕上げ作業Ｒ」マニプレータに適用すれば、グラインダ
の鋳肌面への食い込みを防止でき、美しい鋳肌面を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のサーボマニプレータ用制御ｕ路のブロ
ック図、第２図は、一実施例に係る力伝達装置のブロッ
クダイヤグラム、第３図は。 同実施例に用いる電動グラインダにおける押付力と振動
変化率の関係を示すグ２）、第４図は、第２図示の実施
例に用いた工具振動信号処理−路の内容の一例を示すブ
ロックダイヤグラム、鞘５図は、マニプレータに取付け
た″１１１Ｃ動グ２インダで鋳バリを切除している状態
を示すスレイブ餉の側面図、第６図は、糾バリ加工時（
→と、鋳肌面加工時（ｂ）とにおける工Ａ振製の周波数
分析の結果を示すグラフ、姐７図、第８図は１％足周波
数成分のみを用いた工具振動信号処理１路の構成を示す
ブロック図、拘・９図及び１Ｍ１０図は２７ノ点滅及び
発信音によるモニタ回路の１０ツク図である。 （符号の説明） １８・・・ワーク（鋳物）−１２・・・工具（クライン
ダ）、１４・・・スレイプアーム、２３・・・マスタア
ーム、１１・・・振動検出器、２９・・・工具振１ｍ信
号処理（ロ）路、３４・・・バンドパスフィルタ。 特許出願人　　株式会社　神戸製鋼所 代理人　弁理士本庄武男

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ワークＱＩＫｍ触して（ロ）転する工具（至）をス
   レイプα４＠に設け、マスタ（２１＠の動きに追従して
   スレイプ側を作動させるサーボマニプレータの力伝達装
   置において、工具の振動を検出する振動検出器ｅｌｌと
   、工具の振動状態に応じてオペレータに伝達する力感覚
   を制御する装置とを有することを特徴とするサーボマニ
   プレータの力伝達装置。