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JP3402829B2 - 力制御ロボット - Google Patents
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JP3402829B2 - 力制御ロボット - Google Patents

力制御ロボット

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JP3402829B2
JP3402829B2 JP05932395A JP5932395A JP3402829B2 JP 3402829 B2 JP3402829 B2 JP 3402829B2 JP 05932395 A JP05932395 A JP 05932395A JP 5932395 A JP5932395 A JP 5932395A JP 3402829 B2 JP3402829 B2 JP 3402829B2
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Shibaura Machine Co Ltd
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  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、面取り、バリ取りある
いは研削等の作業を行う力制御ロボットに関する。
【0002】
【従来の技術】力制御ロボットにより、鋳造部品や板金
部品等の面取り、バリ取りあるいは研削等の作業を行う
ことが提案されている。
【0003】機械加工の例として、図7に鋳造部品を示
す。図7において、鋳造部品20には、他の部品を取り
付けたり自身を機械本体に取り付けるために機械加工が
なされ、機械加工面24が生成される。鋳造時に生成さ
れる鋳肌面22や板金表面(図示せず)等と機械加工面
24との間には、稜線26ないしは輪郭線26が生成さ
れ、この輪郭線26の部分にバリが生じる。
【0004】図9は機械加工バリの発生状況を詳細に示
したものである。図9(a)におけるZ部分を拡大して
示した図9(b)において、生成されたバリ28が示さ
れている。これらのバリ28は、組立作業者やエンドユ
ーザを傷つける恐れがあるので、除去する必要がある。
通常、稜線26を面取り加工することでバリ28が除去
される。
【0005】図10に示すように、稜線26は機械加工
平面24上に定義された輪郭線と考えられる。エンドエ
フェクタとしてのカッタ32は、機械加工平面24上の
輪郭線26に沿ってA方向に位置制御されながら移動
し、A方向と略直交するB方向へ一定の力で押し付ける
ように力制御されながら動作して面取りをし、バリ28
が除かれる。
【0006】従来、このような鋳造部品や板金部品等の
加工対象物の加工においては、機械的なコンプライアン
スを有する工具装置が用いられていた。
【0007】また、力覚センサによるフィードバック信
号を用い、力制御やコンプライアンス制御によって工具
の軌道を補正し加工する力制御型のロボットを用いるこ
とも可能である。この場合、鋳造部品等の加工形状の変
化に対応するために、目標値に向かって位置制御しなが
ら移動動作を行うとともに、進行方向に略直交する方向
に力制御をかけ押し付け力を一定にするように表面形状
に倣って動作する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図6に示すように加工
対象物20に急激な角度変化を伴うコーナ部20a、2
0bが存在する場合に、以下のような問題があった。通
常、エンドエフェクタとしてのカッタ32は、作業効率
をあげるようにできるだけ高速に移動制御されながら、
進行方向に直交する方向に力制御される。
【0009】しかしながら、エンドエフェクタの移動制
御には有限な応答時間を要するため、カッタ32はコー
ナ部20a、20bにおける角度変化に追従しきれず、
この応答時間の間はコーナ部20a、20bにさしかか
る以前と同じ進行方向へ進行しようとする。このため、
凸形状のコーナ部20aにあっては図6(a)に示すよ
うに、カッタ32が加工対象物20から離脱して未加工
領域21aが生じ、また、凹形状のコーナ部20bにあ
っては図6(b)に示すように、カッタ32が加工対象
物20へ食い込み、過剰加工領域21bが生じたりす
る。
【0010】この場合、コーナ部20a、20bで進行
速度を減少させることによってコーナ部20a、20b
における角度変化に対してカッタ32を追従させること
が可能である。しかしながら、単に進行速度を減少させ
ただけでは、減速領域における加工時間が非減速領域に
比べて長くなり、過剰に加工することになる、という問
題があった。
【0011】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
有する問題を解消し、加工用対象物にコーナ部がある場
合にも、未加工領域や過剰加工領域が生じないようにし
た力制御ロボットを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による力制御ロボットは、エンドエフェクタ
を表面形状が既知の加工用対象物の表面に目標押し付け
力で押し付けるように制御しながら前記加工用対象物の
表面に沿って前記エンドエフェクタを移動させる力制御
ロボットにおいて、前記加工用対象物がコーナ部を有
し、前記エンドエフェクタを前記加工用対象物の前記表
面に前記目標押し付け力で押し付けるようにし前記加工
用対象物の前記表面に沿って前記エンドエフェクタを移
動させようとすると前記エンドエフェクタが前記表面に
沿って移動できない程の所定値以上の角度変化が前記コ
ーナ部にある場合に、予め定義したプログラムに従っ
て、前記コーナ部の前後の予め指定した所定範囲で、前
記エンドエフェクタの進行速度を減少させるとともに前
記目標押し付け力を減少させる減速減力制御手段を備え
ることを特徴とする。
【0013】好適には、前記減速減力制御手段は、前記
コーナ部の角度変化が大きいほど、前記エンドエフェク
タの進行速度を大きく減少させるとともに前記目標押し
付け力を大きく減少させることを特徴とする。
【0014】好適には、前記エンドエフェクタが前記加
工用対象物から受ける反力を検出する力覚センサを備え
ることを特徴とする。
【0015】好適には、前記エンドエフェクタは、面取
り、バリ取りあるいは研削等の作業を行うエンドエフェ
クタであることを特徴とする。
【0016】
【作用】加工対象物の表面形状は既知であるので、減速
減力制御手段は、コーナ部の手前の所定位置へエンドエ
フェクタが移動してきたことを検知し、コーナ部の前後
の予め指定した所定範囲で、エンドエフェクタの進行速
度を減少させるとともに目標押し付け力を減少させるよ
うにする。
【0017】コーナ部の前後の所定範囲では、エンドエ
フェクタの進行速度を減少させるだけでなく、目標押し
付け力を減少させるので、エンドエフェクタの進行速度
が減少しても、加工対象物を過剰に加工することはな
い。
【0018】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の力制御ロボッ
トの実施例を説明する。鋳造部品の機械加工における鋳
肌面と機械加工面との間の稜線に生じるバリを取るバリ
取り加工に、力制御ロボットを使用する実施例に基づい
て具体的に説明する。
【0019】図2は、力制御ロボットの本体1の概略構
成を示す。ロボット本体1は、6自由度の円筒座標型の
ロボットであり、力制御機能を有する。ロボット本体1
において、フロアに固定したベースプレート2の上に旋
回ユニット3が固着されている。旋回ユニット3には回
転自在にコラム4が軸支され、Θ軸が構成されている。
コラム4にはサドル5が摺動自在に設置され、Z軸が構
成されている。サドル5には摺動自在にアーム(図示せ
ず)が配置され、R軸が構成されている。アームの先端
には手首部7が配置され、α軸、β軸、γ軸の各軸の姿
勢制御軸が構成されている。
【0020】手首部7の先端には6軸の力覚センサ10
が配置され、力覚センサ10の先端にはエンドエフェク
タとしてバリ取り工具12が取り付けられている。力覚
センサ10は、バリ取り工具12が加工用対象物37か
ら受ける反力を検出する。
【0021】次に、図1を参照して、本実施例の概略構
成を説明する。ロボット本体1はロボット制御装置13
によって制御される。ロボット制御装置13は、力覚セ
ンサ10で検出した反力に基づき教示データ14に従っ
て所定の動作命令を実行する。ロボット制御装置13に
は、加工対象物20のコーナ部の前後の予め指定した所
定範囲で、エンドエフェクタであるバリ取り工具12の
進行速度を減少させるとともに目標押し付け力を減少さ
せる減速減力制御手段15を備えている。
【0022】次に教示データ14について説明する。加
工対象物20は、表面形状が既知であり、例えば図4に
示す形状を有する。加工対象物20には、図3に分類し
て示すように、凸(TOTSU)部と凹(OU)部のコ
ーナ部があり、凸(TOTSU)部と凹(OU)部の各
々には、コーナ部の角度が90度より大きいLARG
E、角度が90度のREC、および角度が90度より小
さいSMALLのコーナ部がある。図4に示すように、
各コーナ部の手前で開始教示点P1,P2・・P10が
予め指定されている。また、開始教示点P1,P2・・
P10に対応して、コーナ部を挟んで終了教示点Q1,
Q2・・Q10が予め指定されている。教示データ14
には、開始教示点P1,P2・・P10や終了教示点Q
1,Q2・・Q10等のデータが含まれている。
【0023】次に、減速減力制御手段15について説明
する。図2(a),(b)に示すように、バリ取り工具
12は、開始教示点Pに至るまでは移動速度Vで移動制
御されるとともに、押し付け力Fで加工対象物の表面へ
押し付けられている。バリ取り工具12が開始教示点P
に至ると、減速減力制御手段15は、バリ取り工具12
の移動速度をVより小さいvに減速させるとともに押し
付け力をFより小さいfに減力させるように、減速減力
の制御をする。この減速減力の制御は、バリ取り工具1
2が終了教示点Qを通過するまで行われる。ここで、V
とv、Fとfと、コーナ部の角度変化Δθとの関係につ
いて説明する。角度変化Δθは、図2(c)に示すよう
に、バリ取り工具12の進行方向の変化を示す角度であ
る。角度変化Δθは、図3に示した種々のコーナ部にお
いてコーナ部の角度の大きさが大きいほど小さい値をと
る。減速率v/V、抜重率f/Fと、角度変化Δθの間
には、 v/V=m・Δθ (1) f/F=n・Δθ (2) の関係が設定されている。m,nは例えば整数の比例係
数であり、式(1)、(2)に示すように角度変化Δθ
が大きいほど減速率v/Vおよび抜重率f/Fは大きい
ように設定されている。なお、比例係数m,nは、角度
変化Δθのすべての範囲で一定である必要はなく、角度
変化Δθの範囲毎に適する比例係数を設定してもよい。
【0024】次に、本実施例の作用について説明する。
ロボット制御装置13は、教示データ14を参照しなが
ら、力覚センサ10で検出した反力に基づきバリ取り工
具12を加工対象物20へ設定された目標押し付け力で
押し付けながら移動制御する。減速減力制御手段15
は、バリ取り工具12が開始教示点P1,P2・・P1
0へ到達したことを検出すると、終了教示点Q1,Q2
・・Q10に至るまでの間、バリ取り工具12を式
(1)、(2)に従いバリ取り工具12の進行速度を減
少させるとともに目標押し付け力を減少させる制御を行
う。バリ取り工具12がロボット制御装置13から受け
る制御命令に対する応答時間が一定であり、進行速度を
減少させることにより、コーナ部20a、20bにおけ
る未加工領域や過剰加工領域の範囲を少なくすることが
できる。また、進行速度を減少させるだけでなく押し付
け力を減少させるので、進行速度を減少させたことによ
り減速領域における加工時間が非減速領域に比べて長く
なるために生じ得る過剰加工を、防止することができ
る。
【0025】以上、本実施例の構成によれば、減速減力
制御手段15を備えるので、バリ取り工具12がたどる
加工対象物20の経路に急激な角度変化があっても、予
め定義したプログラムにしたがって連続的にかつ滑らか
に輪郭線のバリ取りを行うことができる。
【0026】なお、上述の実施例の説明においては、力
制御ロボットをバリ取り加工に利用する例について説明
したが、本発明はこれに限らず、バリ取り加工以外の加
工、例えば面取り、研削等においても適用できる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、減速減力制御手段を備えるので、エンドエフェク
タがたどる加工対象物の経路に急激な角度変化があって
も、予め定義したプログラムにしたがってエンドエフェ
クタを加工対象物に対して連続的にかつ滑らかに制御す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による力制御ロボットの一実施例のブロ
ック図。
【図2】減速減力制御手段による減速減力の制御を凸コ
ーナ部(a)と凹コーナ部(b)に適用した例を示すと
ともに角度変化Δθの定義を説明する図。
【図3】加工対象物の種々のコーナ部を凸コーナ部
(a)〜(c)、凹コーナ部(d)〜(f)について分
類して示す図。
【図4】加工対象物における種々のコーナ部を示す図。
【図5】力制御ロボットのロボット本体の概略構成を示
す正面図。
【図6】従来の力制御ロボットにおいて、コーナ部にお
いて未加工領域や過剰加工領域が生じることを示す図。
【図7】鋳造部品の機械加工の例を説明する斜視図。
【図8】機械加工におけるバリの発生状況を説明する図
(a)およびその部分拡大図(b)。
【図9】機械加工平面上の輪郭図形としての稜線を説明
するための斜視図。
【符号の説明】
1 ロボット本体 10 力覚センサ 12 エンドエフェクタ(バリ取り工具) 13 ロボット制御装置 14 教示データ 15 減速減力制御手段 20 加工用対象物 20a,20b コーナ部
フロントページの続き (72)発明者 尾 崎 文 夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1 株式 会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平6−312343(JP,A) 特開 平3−86461(JP,A) 特開 平5−143146(JP,A) 特開 平3−190687(JP,A) 特開 平6−312346(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 9/10 B25J 9/16 B25J 13/00 B24B 49/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンドエフェクタを表面形状が既知の加工
    用対象物の表面に目標押し付け力で押し付けるように制
    御しながら前記加工用対象物の表面に沿って前記エンド
    エフェクタを移動させる力制御ロボットにおいて、 前記加工用対象物がコーナ部を有し、前記エンドエフェ
    クタを前記加工用対象物の前記表面に前記目標押し付け
    力で押し付けるようにし前記加工用対象物の前記表面に
    沿って前記エンドエフェクタを移動させようとすると前
    記エンドエフェクタが前記表面に沿って移動できない程
    の所定値以上の角度変化が前記コーナ部にある場合に、
    予め定義したプログラムに従って、前記コーナ部の前後
    の予め指定した所定範囲で、前記エンドエフェクタの進
    行速度を減少させるとともに前記目標押し付け力を減少
    させる減速減力制御手段を備えることを特徴とする力制
    御ロボット。
  2. 【請求項2】前記減速減力制御手段は、前記コーナ部の
    角度変化が大きいほど、前記エンドエフェクタの進行速
    度を大きく減少させるとともに前記目標押し付け力を大
    きく減少させることを特徴とする請求項1に記載の力制
    御ロボット。
  3. 【請求項3】前記エンドエフェクタが前記加工用対象物
    から受ける反力を検出する力覚センサを備えることを特
    徴とする請求項1に記載の力制御ロボット。
  4. 【請求項4】前記エンドエフェクタは、面取り、バリ取
    りあるいは研削等の作業を行うエンドエフェクタである
    ことを特徴とする請求項1に記載の力制御ロボット。
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