JP2017217738A - Robot work teaching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被加工物を多軸ロボットで自動加工する際のロボット作業教示方法に関するものである。 The present invention relates to a robot work teaching method when a workpiece is automatically machined by a multi-axis robot.
金型の仕上工程においては、その表面を砥石により研磨加工しているが、この作業を多軸ロボットに作業教示(ティーチング)させることが提案されている(特許文献1)。 In the mold finishing process, the surface is polished with a grindstone, and it has been proposed that this work be taught (teaching) to a multi-axis robot (Patent Document 1).
多軸ロボットに作業教示するには、熟練作業者が、リュータ(手動切削工具)などで実際に行った作業を、モーションキャプチャや画像情報を基に計測し、これを三次元座標データとすることで、多軸ロボットを制御することが提案されている(特許文献1、2)。
To teach work to a multi-axis robot, a skilled worker measures the work actually performed with a router (manual cutting tool) etc. based on motion capture and image information, and uses this as 3D coordinate data Therefore, it has been proposed to control a multi-axis robot (
しかしながら、モーションキャプチャーや画像情報による位置データの精度は悪いため、座標データを多軸ロボットに記憶させても正確な研磨加工を行うことは困難である。 However, since the accuracy of position data by motion capture and image information is poor, it is difficult to perform accurate polishing even if coordinate data is stored in a multi-axis robot.
このため特許文献1、3では、多軸ロボットに力覚センサを備え、その力覚センサで砥石の接触圧力を調整することで被加工物に加える力を一定に保ちながら加工することが提案されている。
For this reason,
しかし、力覚センサで砥石等の接触圧を一定に制御すると、記憶していた位置データとの乖離が生じ、これが累積されると位置の誤差が大きくなり、記憶した位置データでの制御は困難となってしまう。 However, if the contact pressure of a grindstone or the like is controlled to be constant with a force sensor, a deviation from the stored position data will occur, and if this is accumulated, the position error will increase and control with the stored position data will be difficult. End up.
また、力覚センサで接触圧力を一定にしても、砥石自体は使用により摩耗し、その接触圧もその都度変化するため、単に一定の力で押し付けても精度良い研磨は困難である。 Even if the contact pressure is made constant by the force sensor, the grindstone itself is worn by use, and the contact pressure also changes each time. Therefore, accurate polishing is difficult even if the contact pressure is simply pressed.
本発明者等は、特許文献6で、超音波による位置情報を基に、複数箇所のボルト締め作業が適正に行われたかどうかを監視する作業監視システムを提案した。 The present inventors have proposed a work monitoring system in Patent Document 6 that monitors whether or not a plurality of bolt tightening operations have been properly performed based on position information obtained by ultrasonic waves.
超音波による距離計測は、モーションキャプチャーの精度と同程度であるものの、切削工具の動きに追従した変化量も計算できる。このため、多軸ロボットを制御する際のフィードバック量も得られる優位性を見出して本発明に至ったものである。 Ultrasonic distance measurement is comparable to the accuracy of motion capture, but it can also calculate the amount of change following the movement of the cutting tool. For this reason, the present invention has been found by finding an advantage that a feedback amount when controlling a multi-axis robot can be obtained.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、超音波距離計を用いて三次元計測したデータを多軸ロボットに教示し、その教示したデータで多軸ロボットを制御する際にその作業状態の位置制御をフィードバック制御できるロボット作業教示方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, teach the multi-axis robot with data measured three-dimensionally using an ultrasonic distance meter, and control the multi-axis robot with the taught data. It is an object to provide a robot work teaching method capable of feedback control of position control of a robot.
上記目的を達成するために本発明は、多軸ロボットの作業アーム先端に電動切削工具を取り付け、その電動切削工具で被加工物を加工するためのロボット作業教示方法において、作業者が教示用電動切削工具を持って前記被加工物を加工したときの前記教示用電動切削工具の作業動作を超音波距離計を用いて三次元計測すると共に、これを作業教示データとして記録し、その記録した作業教示データを基に前記多軸ロボットの作業アーム先端で再現させると共に、前記多軸ロボットでのロボット側電動切削工具の位置を超音波距離計で計測し、これに基づいて前記ロボット側電動切削工具の位置を補正制御するようにしたことを特徴とするロボット作業教示方法である。 In order to achieve the above object, the present invention provides a robot work teaching method in which an electric cutting tool is attached to the tip of a work arm of a multi-axis robot and a workpiece is processed by the electric cutting tool. The work operation of the teaching electric cutting tool when the workpiece is machined with a cutting tool is measured three-dimensionally using an ultrasonic distance meter, and this is recorded as work teaching data, and the recorded work Based on the teaching data, it is reproduced at the tip of the work arm of the multi-axis robot, and the position of the robot-side electric cutting tool in the multi-axis robot is measured with an ultrasonic distance meter. The robot work teaching method is characterized in that the position of the robot is corrected and controlled.
本発明は、教示作業中と多軸ロボットでの加工中の電動切削工具の位置を超音波距離測定することで、教示作業データで多軸ロボットを制御する際に、そのロボット側電動切削工具の実際の距離を基に、位置補正を行うことで正確な位置合わせが行えるという優れた効果を発揮する。 The present invention measures the ultrasonic distance of the position of the electric cutting tool during teaching work and during machining by the multi-axis robot, thereby controlling the robot-side electric cutting tool when controlling the multi-axis robot with teaching work data. Based on the actual distance, an excellent effect is achieved in that accurate positioning can be performed by performing position correction.
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。 A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、熟練作業者Mが、リュータなどの教示用電動切削工具10Tを持って被加工物11Tを加工し、これを作業教示データとして記憶する状態を示したものである。
FIG. 1 shows a state in which a skilled worker M processes a workpiece 11T with a teaching
教示用電動切削工具10Tは、その先端に砥石12Tを備え、砥石12Tを高速回転することで、被加工物11Tの表面を研磨加工する。
The teaching
教示用電動切削工具10Tには、被加工物11Tへの砥石12Tの接触圧を検出する力センサ13が設けられる。
The teaching
教示用電動切削工具10Tの外表面には2つの超音波発信器14、15が設けられ、被加工物11Tの周囲には少なくとも3つの超音波受信器16A、16В、16Cが設けられて超音波距離計が構成される。
Two
教示用電動切削工具10Tと記録装置20とは多芯のケーブル18を介して接続され、そのケーブル18からの通電で内部の電動モータが回転されると共に砥石12Tの回転数を任意に調整できるようになっている。また、力センサ13の検出値はケーブル18を介して記録装置20に入力され、超音波発信器14、15からの超音波の発信はケーブル18を介して所定のタイミングでトリガされると共に、超音波受信器16A、16В、16Cで検出した超音波受信信号が信号ライン19a、19b、19cを介して記録装置20に入力され、その発信と受信の時間差でそれぞれの距離が計測され、その距離データが、記録装置20に記憶される。
The teaching
ここで、超音波受信器16A、16В、16Cは、被加工物11Tの座標系を規定する点A、B、C上に配置されている。
Here, the
記録装置20は、教示用電動切削工具10Tの基準原点位置をRP0、砥石12Tの作業位置をRP1としたとき、超音波発信器14、15と超音波受信器16A、16В、16C間で検出した各距離データを基に、基準原点位置RP0の座標(x0、y0、z0)と、作業位置RP1の座標(x1、y1、z1)とを演算で求めると共にこれら座標を記憶し、また同時に、点A、B、Cで規定される座標系に対して、作業位置RP1と基準原点位置RP0とを結ぶ線の傾斜角(θx、θy、θz)を求め、これを記憶する。さらに、記録装置20は、基準原点座標(x0、y0、z0)変化と傾斜角変化から、送り速度(Fxθ、Fyθ、Fzθ)を単位時間毎に演算して記憶すると共に、この単位時間に併せて、力センサ13の検出値P、砥石12Tの回転数Rを記憶する。
When the reference origin position of the teaching
被加工物11Tの近くには、砥石12Tで切削研磨中の切削音を検出するマイクロフォン22が配置され、その検出音が信号ライン23を介して記録装置20に入力される。記録装置20は、砥石12Tの回転数Rを基に、信号ライン23から送られる切削音の高低から、切削研磨中の砥石周速度と力センサ13の接触圧に対応する音声周波数を記憶する。
A
記録装置20には、熟練作業者Mが、教示用電動切削工具10Tで被加工物11Tを加工したときの作業開始時から作業完了まで、上述した教示用電動切削工具10Tの作業教示動作等が記憶され、これを作業教示データとする。
The
図2で示す多軸ロボット30は、作業教示データ24を基に被加工物11Rを研磨加工する。
The
多軸ロボット30は、多関節ロボットからなり、その先端の作業アーム31に図1で示した教示用電動切削工具10Tと同型のロボット側電動切削工具10Rが取り付けられ、教示用電動切削工具10Tと同様に、超音波発信器14、15、力センサ13が設けられ、これらが多軸ロボット30とケーブル32を介して制御装置40と接続される。
The
また、被加工物11Rの周囲には、図1で説明したように被加工物11Rの座標系を規定する点A、B、C上に超音波受信器16A、16В、16Cが設けられ、これら検出した超音波受信信号が信号ライン19a、19b、19cを介して制御装置40に入力され、また、同様に被加工物11Rの近くにマイクロフォン22が配置され、その検出音が信号ライン23を介して制御装置40に入力される。
In addition, as described in FIG. 1,
多軸ロボット30で被加工物11Rを切削研磨する際には、制御装置40に、予め加工動作の基本の動きがプログラミングされており、その基本動作に対して、作業教示データ24で、ロボット側電動切削工具10Rが、熟練作業者Mの作業と同様な動きとなるように基本動作に補正を加えて制御する。
When the workpiece 11R is cut and polished by the
この際、教示用電動切削工具10Tの位置データ(作業教示データ24)は、超音波距離計としての超音波発信器14、15と超音波受信器16A、16В、16Cで事前に検出しているため、その位置補正が行える。加えて、多軸ロボット30のロボット側電動切削工具10Rの位置は、力センサ13の接触圧の検知により、さらに適正位置に補正できる。この位置補正量を、多軸ロボット30の加工中に検出した距離データに関連させて、作業教示データ24のキャリブレーションを行う。
At this time, the position data (work teaching data 24) of the teaching
多軸ロボット30で被加工物11Rを切削研磨する際、ロボット側電動切削工具10Rの加工動作の基本は、プログラミングによる動作である程度は可能であるものの、切削研磨中、熟練作業者が行う、砥石の前後方向揺動動作、左右方向揺動動作、或いは基準原点位置RP0を基点とした砥石12T先端の円周方向揺動動作、またこれら動作の際の砥石12Tの接触圧の変化を再現させることは困難である。
When the workpiece 11R is cut and polished by the
作業教示データ24では、この前後方向揺動動作、左右方向揺動動作、円周方向揺動動作を、教示用電動切削工具10Tの傾斜角(θx、θy、θz)と送り速度(Fxθ、Fyθ、Fzθ)で記憶し、これに基づいて、これら動作を再現することで、熟練作業者の技を再現することができる。
In the
この前後方向揺動動作、左右方向揺動動作、円周方向揺動動作を再現する際には、切削音が変化しやすく、切削音の変化から適正な動作が行われているかどうかを判定することができる。 When reproducing this back-and-forth oscillating motion, left-right oscillating motion, and circumferential oscillating motion, the cutting sound is likely to change, and it is determined whether an appropriate operation is being performed based on the change in the cutting sound. be able to.
また砥石12Rは研磨により摩耗し、その周速度も変化するため、作業教示データ24で記憶した音声周波数データを基に、その砥石12Rの回転数の調整も行える。
Further, since the
以上説明したように、本実施の形態では、熟練作業者の加工を作業教示データとして記憶し、これを基に多軸ロボットで作業動作を再現することで、熟練作業者並みの加工が行える。 As described above, in the present embodiment, machining by skilled workers is stored as work teaching data, and machining operations similar to those by skilled workers can be performed by reproducing work operations using a multi-axis robot based on this data.
上述の実施の形態では、砥石を用いた研磨加工の例で説明したが、研磨加工以外に種々の加工に適用できることは勿論である。 In the above-described embodiment, the example of the polishing process using the grindstone has been described, but it is needless to say that the present invention can be applied to various processes other than the polishing process.
10T 教示用電動切削工具
10R ロボット側電動切削工具
11T、11R 被加工物
14、15 超音波発信器
16A、16B、16C 超音波受信器
24 作業教示データ
30 多軸ロボット
31 作業アーム
40 制御装置
10T Teaching
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