JP2017209754A

JP2017209754A - 研削ロボットシステム

Info

Publication number: JP2017209754A
Application number: JP2016104946A
Authority: JP
Inventors: 哲士上田; Tetsushi Ueda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-05-26
Filing date: 2016-05-26
Publication date: 2017-11-30
Anticipated expiration: 2036-05-26
Also published as: US10150200B2; US20170341200A1; JP6457435B2; DE102017110773B4; CN107433594A; CN107433594B; DE102017110773A1

Abstract

【課題】ロボットの移動速度が変化しても研削ムラの発生を防止する。【解決手段】研削を行うモータ駆動式のグラインダ３と、グラインダ３または研削対象物Ｗのいずれか一方を先端に取り付けて移動させ、他方を定位置に設定した状態で、グラインダ３により研削対象物Ｗを研削するロボット２と、ロボット２およびグラインダ３を制御する制御部とを備え、制御部が、ロボット２の先端の移動速度に応じて変化するグラインダ３の回転速度指令値を算出し、算出された回転速度指令値に基づいてグラインダ３の回転速度を制御する研削ロボットシステム１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、研削ロボットシステムに関するものである。

従来、砥石を回転させるグラインドモータに作用する負荷をフィードバックして削り過ぎ等を防止する研削ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−９３３４号公報

しかしながら、特許文献１の研削ロボットは、ロボットの移動速度が変化する場合には、研削状態が変化するため、研削ムラが発生するという不都合がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ロボットの移動速度が変化しても研削ムラの発生を防止することができる研削ロボットシステムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、研削を行うモータ駆動式のグラインダと、該グラインダまたは研削対象物のいずれか一方を先端に取り付けて移動させ、他方を定位置に設定した状態で、前記グラインダにより前記研削対象物を研削するロボットと、該ロボットおよび前記グラインダを制御する制御部とを備え、該制御部が、前記ロボットの先端の移動速度に応じて変化する前記グラインダの回転速度指令値を算出し、算出された回転速度指令値に基づいて前記グラインダの回転速度を制御する研削ロボットシステムを提供する。

本態様によれば、制御部がロボットを動作させることにより先端に取り付けたグラインダまたは研削対象物が移動させられると、制御部により、ロボットの先端の移動速度に応じてグラインダの回転速度指令値が算出され、グラインダの回転速度が制御される。すなわち、グラインダが研削対象物に対して停止している場合には、グラインダの砥石と研削対象物との相対速度はグラインダの砥石の周速度に一致するが、ロボットの先端が、グラインダの砥石の周速度の方向と同一方向または逆方向に移動させられると、グラインダの砥石と研削対象物との相対速度は、グラインダの回転速度が一定の場合には、グラインダの砥石の周速度に対して増減するので研削状態が変動する。

本態様によれば、ロボットの先端の移動速度に応じてグラインダの回転速度を変化させることにより、ロボットの先端が、グラインダの砥石の周速度の方向と同一方向または逆方向に移動させられても、グラインダの砥石と研削対象物との相対速度を一定に保つことができ、研削ムラの発生を防止することができる。

上記態様においては、前記制御部が、前記ロボットの動作プログラムに教示された前記ロボットの先端の移動速度指令値に基づいて前記グラインダの回転速度指令値を算出してもよい。
このようにすることで、動作プログラムにおいて教示されているロボットの先端の移動速度指令値を用いてグラインダの回転速度指令値が算出されるので、ロボットの先端の移動速度を検出する手段が不要であり、グラインダの回転速度を簡易に制御して、研削ムラの発生を防止することができる。

また、上記態様においては、前記制御部が、前記ロボットの先端の移動速度と前記グラインダの回転速度指令値との関係を示す複数の関数を記憶する記憶部を備え、前記動作プログラムの実行時に、教示された関数を前記記憶部から読み出し、読み出された関数を用いて前記グラインダの回転速度指令値を算出してもよい。

このようにすることで、動作プログラムにおいて教示する際に、記憶部に記憶されている複数の関数の中から、適した関数を教示しておくことができる。動作プログラムが実行されると、制御部は、動作プログラムに教示されている関数を記憶部から読み出してグラインダの回転速度を制御する。これにより、グラインダの砥石の種類や押し付け圧力等の相違等によって最適な関数を選択して、研削状態をより一定な状態に保持し、研削ムラの発生を防止することができる。

また、上記態様においては、前記グラインダの回転数または該グラインダのモータの回転数を検出する回転数検出部を備え、前記制御部が、前記回転数検出部により検出された回転数をフィードバックして前記グラインダの回転速度を制御してもよい。
このようにすることで、グラインダの回転速度を、算出された回転速度に精度よく制御して、研削ムラの発生を防止することができる。

本発明によれば、ロボットの移動速度が変化しても研削ムラの発生を防止することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る研削ロボットシステムを示す全体構成図である。図１の研削ロボットシステムの制御部を説明するブロック図である。図２の制御部に備えられるロボットの先端の指令速度とグラインダのモータへの指令回転速度との関係を表す関数の一例を示すグラフである。図１の研削ロボットシステムの動作を説明するフローチャートである。

本発明の一実施形態に係る研削ロボットシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る研削ロボットシステム１は、図１および図２に示されるように、ロボット２と、該ロボット２の先端に取り付けられたグラインダ３と、ロボット２およびグラインダ３を制御する制御部４とを備えている。

グラインダ３により研削する研削対象物であるワークＷは、ロボット２から離れた定位置に固定されている。
ロボット２は、例えば、６軸多関節型ロボットであって、先端に取り付けたグラインダ３の位置および姿勢を任意に設定することができる。
グラインダ３は、ワークＷを研削する円板状の砥石５と、該砥石５を周方向に回転させるモータ６とを備えている。

制御部４は、図２に示されるように、ＣＰＵ７と、該ＣＰＵ７に接続されたバス８に、並列に接続された、教示操作盤Ｉ／Ｆ１０、ＲＯＭ１１、ＲＡＭ１２、不揮発性メモリ（記憶部）１３、軸制御回路１４、付加軸制御回路１５および回転数制御回路１６を備えている。

教示操作盤Ｉ／Ｆ１０には、教示操作盤１７が接続されている。教示操作盤１７は、ディスプレイ機能付のものであり、作業者は、この教示操作盤１７をマニュアル操作して、ロボット２の動作プログラムの作成、修正、登録、あるいは各種パラメータの設定の他、教示された動作プログラムの再生運転、ジョグ送り等を実行するようになっている。

ロボット２および制御部４の基本機能を支えるシステムプログラムは、ＲＯＭ１１に格納されている。また、アプリケーションに応じて教示されるロボット２の動作プログラムおよび関連する設定データは、不揮発性メモリ１３に格納されるようになっている。ＲＡＭ１２は、ＣＰＵ７が行う各種演算処理におけるデータの一時記憶の記憶領域に使用される。

軸制御回路１４は、ロボット制御のための演算処理（軌道計画作成とそれに基づく補間、逆変換など）によって作成された移動指令および、各軸に付属したパルスコーダ（図示略）から受け取るフィードバック信号を受けて、ロボット２の各軸を動作させるサーボアンプ（図示略）にトルク指令を出力するようになっている。

付加軸制御回路１５は、ロボット２の先端に取り付けたグラインダ３における砥石５の回転速度を制御するようになっている。グラインダ３には、砥石５の回転数を検出する回転数センサ（回転数検出部）１８が備えられている。

回転数制御回路１６は、動作プログラムにおいて教示されているロボット２の先端の指令速度および回転数センサ１８の出力値に基づいて、付加軸制御回路１５に供給する回転速度指令を算出するようになっている。

具体的には、回転数制御回路１６は、図３に示されるように、不揮発性メモリ１３にロボット２の先端の指令速度（移動速度）とグラインダ３のモータ６への指令回転速度（回転速度指令値）との関係を示す関数を記憶しており、動作プログラムに教示されているロボット２の先端の指令速度が読み込まれると、記憶されている関数を読み出して、グラインダ３のモータ６への指令回転速度を算出し、付加軸制御回路１５に供給するようになっている。

ここで、ロボット２の先端の指令速度としては、動作プログラムにおいて定義されるＴＣＰ（ＴｏｏｌＣｅｎｔｅｒＰｏｉｎｔ）の移動速度を例示することができる。本実施形態においては、ＴＣＰとしては、例えば、グラインダ３の砥石５のワークＷとの接触点が定義されていればよい。

グラインダ３の砥石５のワークＷとの接触点はグラインダ３の回転によってワークＷとの間に相対速度が発生するとともに、動作プログラムによってロボット２が移動させられると、ＴＣＰがワークＷに対して移動する結果、さらに相対速度が発生する。

すなわち、砥石５の回転速度が一定の場合に、砥石５の回転による相対速度の方向と同一方向にロボット２のＴＣＰが移動させられる場合には、グラインダ３の回転速度は見かけ上、増加するため、砥石５の回転速度を低下させることによって、ワークＷと砥石５との相対速度を一定に保持することができる。これとは逆に、砥石５の回転による相対速度の方向とは逆方向にロボット２のＴＣＰが移動させられる場合には、グラインダ３の回転速度は見かけ上、低下するため、砥石５の回転速度を増加させることによって、ワークＷと砥石５との相対速度を一定に保持することができる。

また、回転数制御回路１６は、算出された指令回転速度と回転数センサ１８により検出された砥石５の回転数との偏差がゼロとなるようにグラインダ３のモータ６の指令回転速度を算出するようになっている。

このように構成された研削ロボットシステム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る研削ロボットシステム１を用いてワークＷを研削するには、図４に示されるように、まず、動作プログラムが実行されると、動作プログラムの１ブロックが読み込まれ（ステップＳ１）、プログラム終了か否かが判定される（ステップＳ２）。プログラム終了の場合には、動作を停止して終了する。

プログラム終了ではない場合には、読み込まれたブロックが研削を実行するブロックであるか否かが判定される（ステップＳ３）。研削を実行するブロックである場合には、動作プログラム内に教示されているロボット２のＴＣＰの指令速度が読み取られ（ステップＳ４）、回転数制御回路１６において、グラインダ３のモータ６への指令回転速度が算出される（ステップＳ５）。

そして、回転数制御回路１６によって算出されたグラインダ３のモータ６への指令回転速度は、バス８を経由して付加軸制御回路１５に送られ、グラインダ３のモータ６が制御される（ステップＳ６）。その後、１ブロックの動作が終了したか否かが判定され（ステップＳ７）、１ブロックの動作が終了していない場合にはステップＳ６の工程が繰り返され、１ブロックの動作が終了した場合には、ステップＳ１からの工程が繰り返される。

また、ステップＳ３において、読み込まれたブロックが研削を実行するブロックではないと判定された場合には、ステップＳ７において１ブロックの動作が終了するまで、ステップＳ６の工程が繰り返される。この場合には、研削を実行するブロックではないため、ステップＳ６におけるグラインダ３への指令出力処理は、実質的には行われない。

このように、本実施形態に係る研削ロボットシステム１によれば、グラインダ３によって砥石５を回転させながらロボット２を動作させる場合に、ロボット２のＴＣＰの移動速度に応じてグラインダ３の回転数を制御するので、グラインダ３の砥石５とワークＷとの間の相対速度の変化を低く抑えて、研削ムラの発生を防止することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、動作プログラムのブロック毎に、動作プログラムに教示されているＴＣＰの指令速度を読み取ってグラインダ３のモータ６への指令回転速度を算出することとしたが、これに代えて、動作プログラムの教示点毎に、グラインダ３のモータ６への指令回転速度を算出することにしてもよい。
また、ＴＣＰの指令速度に対するグラインダ３のモータ６への指令回転速度の関数として、図３に示される一次関数を採用したが、これに限定されるものではなく、高次関数を採用してもよい。

また、回転数制御回路１６は、不揮発性メモリ１３に記憶された単一の関数を読み出すこととしたが、これに代えて、不揮発性メモリ１３に複数の関数を記憶しておき、動作プログラムにおいて、読み出す関数を指定することにしてもよい。ワークＷや砥石５の種類、研削条件等によって、異なる関数を選択することにより、よりきめの細かい研削処理を行うことができる。

また、本実施形態においては、ロボット２の先端にグラインダ３を取り付け、ワークＷを定位置に固定して、グラインダ３を移動させながら研削を行う場合について説明したが、これに代えて、ワークＷをロボット２の先端に取り付け、あるいはロボット２の先端に取り付けたハンドによってワークＷを把持して、グラインダ３を定位置に固定し、ワークＷを移動させながら研削を行う場合に適用してもよい。

１研削ロボットシステム
２ロボット
３グラインダ
４制御部
１３不揮発性メモリ（記憶部）
１８回転数センサ（回転数検出部）
Ｗワーク（研削対象物）

Claims

研削を行うモータ駆動式のグラインダと、
該グラインダまたは研削対象物のいずれか一方を先端に取り付けて移動させ、他方を定位置に設定した状態で、前記グラインダにより前記研削対象物を研削するロボットと、
該ロボットおよび前記グラインダを制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記ロボットの先端の移動速度に応じて変化する前記グラインダの回転速度指令値を算出し、算出された回転速度指令値に基づいて前記グラインダの回転速度を制御する研削ロボットシステム。
前記制御部が、前記ロボットの動作プログラムに教示された前記ロボットの先端の移動速度指令値に基づいて前記グラインダの回転速度指令値を算出する請求項１に記載の研削ロボットシステム。
前記制御部が、前記ロボットの先端の移動速度と前記グラインダの回転速度指令値との関係を示す複数の関数を記憶する記憶部を備え、前記動作プログラムの実行時に、教示された関数を前記記憶部から読み出し、読み出された関数を用いて前記グラインダの回転速度指令値を算出する請求項２に記載の研削ロボットシステム。
前記グラインダの回転数または該グラインダのモータの回転数を検出する回転数検出部を備え、
前記制御部が、前記回転数検出部により検出された回転数をフィードバックして前記グラインダの回転速度を制御する請求項１から請求項３のいずれかに記載の研削ロボットシステム。