JP2014159051A - 多関節加工ロボット及び多関節加工ロボットによる加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークに対する仕上げ加工、表面粗さ計測及び再加工を連続して行うことができ、仕上げ加工及び表面粗さ計測に要する時間の短縮化及び品質の安定化を実現する多関節加工ロボット及び多関節加工ロボットによる加工方法を提供する。
【解決手段】多関節アーム５と、多関節アーム５の先端部５ｂに配置されたスピンドルモータ７と、ワークＷの加工時にスピンドルモータ７に選択的に装着される複数の加工工具Ｃと、加工工具Ｃに替えてスピンドルモータ７に装着されて、ワークＷの表面Ｗｓの粗さを計測する計測ピンＰと、多関節アーム５の先端部５ｂとスピンドルモータ７との間に位置して、計測ピンＰがワークＷから受ける外力を計測する力覚センサ６と、多関節アーム５及びスピンドルモータ７の各動作を制御するコントローラ８を備え、コントローラ８は、表面粗さ計測時に力覚センサ６で取得する外力計測値に応じて、再加工及び加工終了のいずれかを選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多関節アームを有する多関節加工ロボットに関わり、特に、研磨等のワークの仕上げ加工に用いるのに好適な多関節加工ロボット及び多関節加工ロボットによる加工方法に関するものである。

従来、研磨等のワークの仕上げ加工を行う多関節アームを有する多関節加工ロボットとしては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。

この多関節加工ロボットは、多関節アームの先端部に配置した力覚センサと、この力覚センサに装着されたワーク把持部を備えており、このワーク把持部に把持したワークを多関節アームの動作によって研磨用砥石に押し付けることで、ワークの仕上げ加工を行うようになっている。
そして、この多関節加工ロボットでは、加工中に力覚センサで検出される外力の計測値を予め設定した力設定値と比較して、押付け力の調節制御を行うようになっている。

特開平10-329017号公報

ところが、上記した多関節加工ロボットにおいて、ワーク把持部に把持したワークを多関節アームの動作によって研磨用砥石に押し付けることで仕上げ加工を行うようにしているので、歯車やタービンブレード等の形状の複雑なワークの仕上げ加工には不向きであるという問題を有している。

加えて、多関節加工ロボットを用いて仕上げ加工を行う場合、ワークの仕上げ加工後におけるワークの表面粗さは、通常、人手によって計測することになるので、仕上げ加工及び表面粗さ計測に多くの時間を費やさなくてはならないという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、例えば、形状が複雑なワークであったとしても、このワークに対する仕上げ加工及び表面粗さ計測を連続して行うことができるうえ、再加工をも続けて行うことが可能であり、すなわち、必要最低限の加工でワークを要求通りに仕上げることができ、その結果、仕上げ加工及び表面粗さ計測に要する時間の短縮化及び品質の安定化を実現可能である多関節加工ロボット及び多関節加工ロボットによる加工方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、多関節アームを具備してワーク、特に歯車やタービンブレード等の複雑な形状のワークの加工を行うのに好適な多関節加工ロボットであって、前記多関節アームの先端部に配置されたモータと、前記ワークの加工時に前記モータに選択的に装着される複数の加工工具と、前記加工工具に替えて前記モータに装着されて、前記多関節アームの動作により前記ワークの表面をなぞることで該表面の粗さを計測する計測具と、前記多関節アームの先端部と前記モータとの間に配置されて、前記ワークの表面粗さ計測時に前記モータに装着された前記計測具が前記ワークから受ける外力を計測する力覚センサと、前記多関節アーム及び前記モータの各動作を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記ワークの加工終了後の表面粗さ計測時に前記力覚センサで取得する外力計測値に基づいて、前記ワークに対する再加工及び加工終了のいずれかを選択する構成としたことを特徴としており、この構成の多関節加工ロボットを前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明の請求項２に係る多関節加工ロボットにおいて、前記コントローラは、前記ワークの加工終了後の表面粗さ計測時に前記力覚センサで取得する外力計測値が閾値を超えている場合には再加工を選択して、前記力覚センサで取得する外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続させる構成としている。

本発明の請求項３に係る多関節加工ロボットにおいて、前記コントローラは、前記力覚センサで取得する外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続している段階において、前記力覚センサで取得する外力計測値の大きさに応じて前記複数の加工工具を使い分けるべく制御する構成としている。

一方、本発明の請求項４に係る多関節加工ロボットによる加工方法は、多関節アームと、前記多関節アームの先端部に配置されたモータと、ワークの加工時に前記モータに選択的に装着される複数の加工工具を備えた多関節加工ロボットによりワークの加工を行うに際して、前記モータに前記加工工具に替えて装着されて、前記多関節アームの動作により前記ワークの表面をなぞることで該表面の粗さを計測する計測具を用意すると共に、前記多関節アームの先端部と前記モータとの間に、前記ワークの表面粗さ計測時に前記計測具が前記ワークから受ける外力を計測する力覚センサを配置し、前記モータに複数の加工工具のうちのいずれかの加工工具を装着して前記ワークの加工を行った後、前記モータに前記加工工具に替えて前記計測具を装着して前記ワークの表面粗さを計測し、前記力覚センサで取得した外力計測値が閾値を超えている場合には再加工を選択して、前記力覚センサで取得する外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続する構成としている。

本発明に係る多関節加工ロボット及び多関節加工ロボットによる加工方法において、ワークの加工を行う複数の加工工具としては、例えば、円筒カッタや円錐カッタやゴム砥石が採用され、これらの加工工具は、加工する部位の形状等の条件に合ったものを適宜選択して使用する。

また、本発明に係る多関節加工ロボット及び多関節加工ロボットによる加工方法において、計測精度を高めるうえで、力覚センサで取得する外力計測値の高周波成分に基づいて、ワークの表面粗さを評価することが望ましい。

本発明に係る多関節加工ロボット及び多関節加工ロボットによる加工方法では、多関節アームの先端部に力覚センサを介してモータを配置すると共に、このモータに複数の加工工具及び計測具を選択的に装着してワークの仕上げ加工及び表面粗さ計測を行うので、例え形状が複雑なワークであったとしても、このワークに対する仕上げ加工のみならず、表面粗さ計測や再加工も連続して行い得ることとなり、したがって、無駄な加工を必要とすることなくワークを仕上げ得ることとなる。

また、本発明に係る多関節加工ロボットでは、ワークの加工終了後の表面粗さ計測時において、力覚センサで取得する外力計測値が閾値を超えている場合に、再加工を選択して外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続させれば、加工が不十分のまま加工を終えてしまうことが回避され、さらに、本発明に係る多関節加工ロボットでは、力覚センサで取得する外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続している段階において、力覚センサで取得する外力計測値の大きさに応じて複数の加工工具を使い分けるようにすれば、効率の良い加工が成されることとなる。

本発明に係る多関節加工ロボットでは、例え形状が複雑なワークであったとしても、このワークに対する仕上げ加工だけでなく、表面粗さ計測及び再加工も連続して行うことができ、したがって、仕上げ加工及び表面粗さ計測に要する時間の短縮化及び品質の安定化を実現可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施形態に係る多関節加工ロボットを簡略的に示す側面説明図（ａ）及び複数の加工工具（計測具を含む）を載置した工具台の部分斜視説明図（ｂ）である。 図１における多関節加工ロボットによってワークを加工する要領を示すフローチャートである。 図１における多関節加工ロボットによって加工終了後のワークの表面粗さを計測した際の一計測データ（計測値）を示すグラフである。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は本発明に係る多関節加工ロボットの一実施形態を示している。

図１（ａ）に示すように、この多関節アーム５を具備した多関節加工ロボット１は、基礎Ｅ上に固定されるベース２と、このベース２に鉛直軸回りに回動可能に支持された胴体３を備えており、この胴体３の上端部３ａに多関節アーム５の基端部５ａが水平軸関節４を介して回動可能に連結されている。

また、この多関節加工ロボット１は、多関節アーム５の先端部５ｂに配置された力覚センサ６と、この力覚センサ６を介して多関節アーム５の先端部５ｂに取り付けられたスピンドルモータ（モータ）７と、多関節アーム５及びスピンドルモータ７の各動作を制御するコントローラ８を備えている。

さらに、この多関節加工ロボット１は、治具９にセットされたワークＷの加工時に、スピンドルモータ７の図示しないチャックに選択的に装着される複数の加工工具Ｃと、この加工工具Ｃに替えてスピンドルモータ７のチャックに装着されて、多関節アーム５の動作によりワークＷの表面Ｗｓをなぞる（ならう）ことでその粗さを計測する計測ピン（計測具）Ｐを備えており、複数の加工工具Ｃ及び計測ピンＰは、工具台１０上に載置される。

複数の加工工具Ｃとしては、例えば、図１（ｂ）に示すように、円筒カッタＣ１や円錐カッタＣ２やゴム砥石Ｃ３が採用され、これらの加工工具Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）は、加工する部位の形状等の条件に合ったものを適宜選択して使用する。

多関節アーム５の先端部５ｂとスピンドルモータ７との間に配置された力覚センサ６は、ワークＷの表面Ｗｓの粗さ計測時において、スピンドルモータ７のチャックに装着された計測ピンＰがワークＷから受ける外力を計測するようになっており、コントローラ８は、この力覚センサ６で取得する外力計測値に基づいて、ワークＷに対する再加工及び加工終了のいずれかを選択するようになっている。

具体的には、このコントローラ８において、ワークＷの加工終了後の表面粗さ計測時に力覚センサ６で取得する外力計測値の高周波成分が閾値を超えている場合には、再加工を選択して計測ピンＰに替えてスピンドルモータ７のチャックに適宜加工工具Ｃを装着させ、外力計測値の高周波成分が閾値を下回るまで加工を継続させるようになっている。

なお、コントローラ８において、あらかじめ複数の閾値を設定して、力覚センサ６で取得する外力計測値の高周波成分の大きさに基づいて、複数の加工工具Ｃを使い分けるべく制御するようにしてもよい。

このような構成の多関節加工ロボット１によって、ワークＷの仕上げ加工を行うに際しては、図２に示すように、ステップＳ１において、加工工具Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）のうちの加工する部位の形状等の条件に合った加工工具Ｃを選択してスピンドルモータ７のチャックに装着して、ステップＳ２において、加工（ワーク研磨）を開始する。

次いで、ステップＳ３において、加工が終了するのに続いて、ステップＳ４において、加工工具Ｃに替えて計測ピンＰをスピンドルモータ７のチャックに装着した後、ステップＳ５において、多関節アーム５の動作により計測ピンＰにワークＷの表面Ｗｓをなぞらせて表面Ｗｓの粗さを計測し、このとき計測ピンＰがワークＷから受ける外力を多関節アーム５の先端部５ｂに位置する力覚センサ６で取得する。

次に、ステップＳ６において、力覚センサ６で取得した外力計測値と閾値との比較が成され、外力計測値が閾値、例えば図３に示すように、２．５（Ｎ）よりも小さい場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ７に進んで研磨を終了し、一方、計測値が閾値を超えている場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１に戻って再度加工を行い、以降、力覚センサ６で取得する外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続する。

上記したように、この実施形態に係る多関節加工ロボット１では、多関節アーム５の先端部５ｂに力覚センサ６及びスピンドルモータ７を配置すると共に、このスピンドルモータ７のチャックに複数の加工工具Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）及び計測ピンＰを選択的に装着してワークＷの仕上げ加工及び表面粗さ計測を行うようにしているので、例え形状が複雑なワークＷであったとしても、このワークＷに対する仕上げ加工は勿論のこと、表面Ｗｓの粗さ計測や再加工も連続して行い得ることとなって、したがって、無駄な加工を必要とすることなくワークＷを要求通りに仕上げ得ることとなる。

また、この実施形態に係る多関節加工ロボット１では、ワークＷの加工終了後における表面Ｗｓの粗さ計測時において、力覚センサ６で取得する外力計測値が閾値を超えている場合に、再加工を選択して外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続させるようにしているので、加工が十分でないまま加工を終えてしまうことが回避されることとなる。

さらに、この実施形態に係る多関節加工ロボット１では、力覚センサ６で取得する外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続している段階において、力覚センサ６で取得する外力計測値の大きさに応じて複数の加工工具Ｃ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３）を使い分けるようになせば、加工の効率化が図られることとなる。

本発明に係る多関節加工ロボット及び多関節加工ロボットによる加工方法の構成は、上記した実施形態の構成に限定されるものではない。

１ 多関節加工ロボット
５ 多関節アーム
５ｂ 先端部
６ 力覚センサ
７ スピンドルモータ（モータ）
８ コントローラ
Ｃ 加工工具
Ｃ１（Ｃ） 円筒カッタ（加工工具）
Ｃ２（Ｃ） 円錐カッタ（加工工具）
Ｃ３（Ｃ） ゴム砥石（加工工具）
Ｐ 計測ピン（計測具）
Ｗ ワーク
Ｗｓ 表面

Claims (4)

1. 多関節アームを具備してワークの加工を行う多関節加工ロボットであって、
   前記多関節アームの先端部に配置されたモータと、
   前記ワークの加工時に前記モータに選択的に装着される複数の加工工具と、
   前記加工工具に替えて前記モータに装着されて、前記多関節アームの動作により前記ワークの表面をなぞることで該表面の粗さを計測する計測具と、
   前記多関節アームの先端部と前記モータとの間に配置されて、前記ワークの表面粗さ計測時に前記モータに装着された前記計測具が前記ワークから受ける外力を計測する力覚センサと、
   前記多関節アーム及び前記モータの各動作を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、前記ワークの加工終了後の表面粗さ計測時に前記力覚センサで取得する外力計測値に基づいて、前記ワークに対する再加工及び加工終了のいずれかを選択する
   ことを特徴とする多関節加工ロボット。
2. 前記コントローラは、前記ワークの加工終了後の表面粗さ計測時に前記力覚センサで取得する外力計測値が閾値を超えている場合には再加工を選択して、前記力覚センサで取得する外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続させる請求項１に記載の多関節加工ロボット。
3. 前記コントローラは、前記力覚センサで取得する外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続している段階において、前記力覚センサで取得する外力計測値の大きさに応じて前記複数の加工工具を使い分けるべく制御する請求項２に記載の多関節加工ロボット。
4. 多関節アームと、前記多関節アームの先端部に配置されたモータと、ワークの加工時に前記モータに選択的に装着される複数の加工工具を備えた多関節加工ロボットによりワークの加工を行うに際して、
   前記モータに前記加工工具に替えて装着されて、前記多関節アームの動作により前記ワークの表面をなぞることで該表面の粗さを計測する計測具を用意すると共に、前記多関節アームの先端部と前記モータとの間に、前記ワークの表面粗さ計測時に前記計測具が前記ワークから受ける外力を計測する力覚センサを配置し、
   前記モータに複数の加工工具のうちのいずれかの加工工具を装着して前記ワークの加工を行った後、前記モータに前記加工工具に替えて前記計測具を装着して前記ワークの表面粗さを計測し、前記力覚センサで取得した外力計測値が閾値を超えている場合には再加工を選択して、前記力覚センサで取得した外力計測値が閾値を下回るまで加工を継続する
   ことを特徴とする多関節加工ロボットによる加工方法。

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