JP3041030B2 - グラインダロボット - Google Patents

グラインダロボット

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JP3041030B2 JP02258853A JP25885390A JP3041030B2 JP 3041030 B2 JP3041030 B2 JP 3041030B2 JP 02258853 A JP02258853 A JP 02258853A JP 25885390 A JP25885390 A JP 25885390A JP 3041030 B2 JP3041030 B2 JP 3041030B2
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    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45058—Grinding, polishing robot

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はロボットアームの手先にグラインダを持た
せ、該グラインダをワークに対して移動させることによ
り前記ワークのグラインド処理を行うようにしたグライ
ンダロボットに関し、特に、高速高精度のグラインド作
業を実行することができるグラインダロボットに関す
る。
（従来の技術） 一般にグラインダ装置は、ワークに対して相対的にお
り返し送り移動されるグラインダを位置フィードバック
ループで駆動制御するようになっている。
すなわち、従来のグラインダ装置では、グラインド仕
上げ目標位置に対しグラインダの研削点を位置ループで
駆動制御することにより仕上り面が目標面となるように
する。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の如くグラインダを位置ループで
駆動制御するグラインダ装置にあっては、位置ループの
制御では位置のみの検出を行うため、いきなりグライン
ダの研削点をグラインド仕上げ目標位置に設定して制御
を行うと、例えば凹凸のあるワーク表面の場合、その凸
部をむりにけずろうとして、その凸部にグラインダが食
い込んで砥石が破損してしまう恐れがあった。また、こ
のためグラインダを遠方側からゆっくりとおり返し移動
ごとに序々に目標位置に近づくように移動制御すると、
上記食い込みの問題は回避されるが、加工時間が無闇に
長くなるという問題点があった。
この種グラインダを位置ループで駆動制御する弊害を
除くため、グラインダに加わる力を検出し、この力が一
定になるようロボットアームを駆動制御することも考え
られるが、この方法ではグラインダ研削点の位置を制御
することができないため、ワーク表面を完全な平面に仕
上げることが難かしいものであった。
そこで、本発明は、上述の如き問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、グラインダがワークに食い
込むようなことがなく、高速高精度のグラインド作業を
実行できるグラインダロボットを提供することである。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の第１の特徴は、作業台に対し移動自在のロボ
ットアームを設け、前記ロボットアームの手先にグライ
ンダを持たせ、該グラインダを前記作業台に置かれたワ
ークに対して移動させることにより前記ワークをグライ
ンド処理するグラインダロボットにおいて、前記ロボッ
トアームが前記グラインダを介して前記ワーク側から受
ける力を検出する力検出手段を設け、前記ワークのグラ
インド仕上げ目標値を指令する指令手段と、前記指令手
段より指令された目標値に基づいて位置検出手段が検出
した位置検出信号の帰還値を得て前記ロボットアームを
前記ワークに向う方向に関し位置及び速度のフィードバ
ックループで駆動制御する位置ループ駆動制御手段と、
前記ロボットアームを同方向に関し前記力検出手段が検
出した力の帰還値を得て力のフィードバックループで駆
動制御する力ループ駆動制御手段と、前記グラインダの
研削点の位置及び前記グラインダに加わる力の関係によ
り前記位置ループ駆動制御手段または力ループ駆動制御
手段のうちいずれかを選択するループ選択手段とから成
る制御手段を具備し、前記ループ選択手段は、仕上げ目
標位置に至るまでの間は前記力ループ駆動制御手段を選
択し、仕上げ目標位置に至ったのちは押し付け力が設定
値内であることを条件として前記位置ループ駆動制御手
段を選択することである。
本発明の第２の特徴は、手先にグラインダを備え、ワ
ーク表面を任意の形状に仕上げる際に、グラインダの研
削点が目標仕上げ位置に未だ至っていない場所ではグラ
インダの押し付け力を制御しながらグラインダがけ作業
を行い、グラインダの研削点が目標仕上げ位置に至った
場所では押し付け力が設定値内であることを条件とし
て、グラインダの位置を制御しながらグラインダがけ作
業を行うグラインダロボットにおいて、位置制御が選択
されている場所でのグラインダの送り速度を力制御が選
択されている場所でのグラインダの送り速度に比べて高
速にしていることである。
（作用） 上記第１の特徴によれば、制御手段に位置ループ駆動
制御手段と力ループ駆動手段を設け、グラインダの研削
点の位置及び前記グラインダに加わる力の関係により、
例えば仕上げ目標位置に至るまでの間は力ループ駆動制
御手段を、仕上げ目標位置に至ったのちは押し付け力が
設定値内であることを条件とし位置ループ駆動制御手段
を選択するというように、両駆動制御手段のいずれかを
ループ選択手段で選択する。
これにより高速、高精度の加工が可能となる。
また、上記第２の特徴によれば、グラインダの研削点
が目標仕上げ位置に未だ至っておらず、力制御が選択さ
れている場所では、グラインダの送り速度を低速に設定
することで研削一回当りのワーク表面の研削量を多く
し、またグラインダの研削点が目標仕上げ位置に至り、
位置制御が選択されている場所では、グラインダの送り
速度を力制御が選択されている場所でのグラインダの送
り速度に比べて高速に設定することにより、全体として
の加工時間が短縮される。
これにより、自動的にワーク表面を任意の形状に正確
にかつ、さらに効率よく仕上げることができる。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係るグラインダロボット
装置の全体概要を示す正面図である。
図において、装置本体を構成するフレーム１の底面に
は、作業台２が配置され、この台２上にグラインドすべ
きワークＷを固定可能となっている。
前記フレーム１の上面には前記作業台２の上方で移動
自在の直交３軸形のロボットアーム３が設けられ、その
上端には、特に上下方向の動作状態を検出するためのポ
テンショメータ（位置検出手段）４が設けられている。
また、前記ロボットアーム３の手先にはグラインダ本
体５が設けられており、回転自在の砥石６が取り付けら
れている。グラインダ本体５とアーム３の間には、前記
グラインダ５の砥石６が前記ワークＷ側から受ける力を
検出するためのひずみゲージなどによる力センサ（力検
出手段）７が設けられている。
また、前記ロボットアーム３には、そのロボットアー
ム３を上下方向（Ｚ方向）に移動させるためのＺ軸モー
タ11が設けられている。
さらに、前記フレーム１の側面には、グラインダ６の
送り速度や送り方向を指示するためのジョイスティック
８を備えたコントローラ９が設けられている。このコン
トローラ９内には、第２図に示す制御手段C7に相当する
制御部材が内蔵されている。
上記構成のグラインダロボット装置において、キーボ
ード（指令手段）18などよりワークＷの仕上げ目標位置
（Z0）を入力し、ジョイスティック８を操作すると、回
転するグラインダ６をワークＷの上面に押圧した状態で
アーム３を前後左右（XY）方向に任意の送り速度で任意
の方向に移動させることができる。
次に、第２図を参照して上記制御手段C7について説明
する。
上記制御手段C7は、前記ワークＷのグラインド仕上げ
目標値を指令するキーボード18（指令手段）より指令さ
れた目標値に基づいてポテンショメータ４（位置検出手
段）が検出した位置検出信号の帰還値を得て前記ロボッ
トアームを前記ワークに向う方向に関し位置及び速度の
位置フィードバックループで駆動制御する位置ループ駆
動制御手段C4と、前記ロボットアームを同方向に関し前
記力センサ７（力検出手段）が検出した力の帰還値を得
て力のフィードバックループで駆動制御する力ループ駆
動制御手段C5と、前記グラインダの研削点の位置及び前
記グラインダに加わる力の関係により前記位置ループ制
御手段C4または力ループ制御手段C5のうちいずれかを選
択するループ選択手段C6とを有している。
すなわち、本発明では、制御手段C7に位置ループ駆動
制御手段C4と力ループ駆動手段C5を設け、グラインダの
研削点の位置及び前記グラインダに加わる力の関係によ
り、仕上げ目標位置に至るまでの間は力ループ駆動制御
手段C5を、仕上げ目標位置に至ったのちは押し付け力が
設定値内であることを条件とし位置ループ駆動制御手段
C4を選択するというように、両駆動制御手段C4,C5のい
ずれかをループ選択手段C6で選択している。
第３図は第１図の位置ループ駆動制御手段C4に相当す
る位置ループ駆動制御部のブロック図である。
本例の位置ループ駆動制御部10は、前記アーム３を上
下動（Ｚ）方向に駆動するためのもので、Ｚ軸モータ11
と接続されるドライバ（サーボアンプ）12と、PID系コ
ントローラ13と、上記ポテンショメータ４よりの位置信
号およびモータ11よりの速度信号に従って位置フィード
バックループ及び速度フィードバックループを形成する
ための位置比較器14及び速度比較器15を有している。
第４図は第１図の力ループ駆動制御手段C5に相当する
力ループ駆動制御部16のブロック図である。
本例の力ループ駆動制御部16は、前記アーム３を上下
（Ｚ）方向に力のフィードバック信号を得て駆動するも
ので、上記力センサ７が検出した力信号を予め設定され
た一定の力と比較する力比較器17を有し、この比較器17
から出される偏差信号でドライバ12を駆動する。
第５図に位置制御及び力制御によるＺ軸モータ11の駆
動制御方法を示した。
ステップ501で、研削点が目標仕上げ平面に達したか
否かを検出し、目標仕上げ平面に達するまでの間はステ
ップ502の力制御へ移行する。
この力制御は、第４図に示す力ループ駆動制御部16に
よる制御であり、この間、グラインダ５の砥石６はワー
クＷに対して一定の力で押し付けられる。
一方、ステップ501で研削点が目標仕上げ平面に達し
たと判別した場合には、ステップ504へ移行し、押し付
け力が設定値以上であるか否かが判別される。
押し付け力が設定値以上である場合には、ステップ50
2へ移行し、押し付け力を一定値内に保つよう第４図の
力ループ駆動制御部16で力制御される。
ステップ504で押し付け力が設定値未満であると判別
された場合には、ステップ505へ移行し、第３図に示す
位置ループ駆動制御部10により、位置制御が行われる。
ステップ503では作業の終了を判別し、終了するまで処
理をステップ501へ返す。
以上により、ワークＷはグラインダ５の回転砥石６に
より、位置制御または力制御で研削されるが、目標平面
に至るまでの間は力制御され、目標面では位置制御され
るので、第６図に示すように、ワーク表面に凹凸があっ
ても砥石６が食い込んで砥石が破損したり、ワーク表面
から砥石が離れたり、ワーク表面を目標仕上げ平面以上
に削り込んだりするようなことはない。
すなわち、グラインダ５が第６図の状態Ａから状態Ｂ
に移行した場合、状態Ａでは、グラインダの研削点がワ
ークの目標仕上げ平面に達しておらず、グラインダは押
し付け方向に力制御されている。従って、砥石６が食い
込んで破損したり、ワーク表面から離れることはない。
また、状態Ｂでは、グラインダの研削点がワークの目標
仕上げ平面に達しており、グラインダは押し付け方向に
位置制御されている。このためグラインダがワーク表面
を目標仕上げ平面以上に削り込むことはない。従って、
ワーク表面を正確な平面に素速く仕上げることができ
る。
目標仕上げ平面は、第７図に示すように、最終的な目
標仕上げ位置Z0より少し手前の位置Z1に設定し、最終的
には位置制御のみで目標仕上げ平面を形成するようにし
てもよい。このようにすれば、いわゆる荒削りを第５図
に示す制御で迅速に処理し、次いで位置制御のみにより
精密な研削を行うことができるので、研削精度をより高
くすることができる。
上記実施例では、第２図に示すジョイスティック８に
よりグラインダ５を手動で平面送り移動させる例を示し
たが、以下に説明する第２実施例の如くに、平面送り移
動も自動的に行うことができることは勿論である。
また、上記実施例では、アーム３をワークＷに対して
移動させる例を示したが、この移動は相対的な関係にあ
るので、全軸（XYZ）またはXY軸がワークＷ側の移動に
よるものであっても同様である。
以上の通り、上記実施例はグラインダ作業において、
グラインダのワークに向う方向の軸に関し、位置制御に
加えて力制御を行うようにしたグラインダロボットであ
るので、ワーク表面に凹凸があっても、グラインダがワ
ークに食い込んで破損したり、ワーク表面から離れてし
まう恐れがなく、高速，高精度のグラインダ作業を実施
できる。
次に、本発明に従うグラインダロボットの第２の実施
例について説明する。
この第２実施例は、前述した第１実施例の特徴を有す
るグラインダロボットにおいて、グラインダを自動的に
平面送り移動させる場合に生ずる以下の如くの問題点を
さらに解決するためのものである。
すなわち、グラインダを自動的に一定の速度で送りな
がらグラインダがけ作業を行う場合に、研削点が目標仕
上げ位置からまだ離れており、力制御により大きな押し
付け力でワークを研削する時に設定される、比較的ゆっ
くりとした送り速度を作業全体を通して用いると、ワー
ク表面の大部分が目標仕上げ面に仕上がっている位置制
御による作業に於いても、必要以上に遅い送り速度が用
いられ、加工時間が必要以上に長くなるという問題点が
あった。また設定する送り速度を早くすると、今度は力
制御時の研削一回当りのワーク表面の研削量が少なくな
るため、結局全体としてやはり加工時間が長くなってし
まう問題点があった。
そこで、この第２実施例では、位置制御におけるグラ
インダの送り速度Vfと、力制御におけるグラインダの送
り速度Vsとを所定の関係（Vf＞Vs）となる様に制御した
ものである。
第８図は本発明の一実施例に係るグラインダロボット
の全体概要を示す図である。このグラインダ作業ロボッ
トは、ロボット本体20とコントローラ21により構成され
ている。ロボット本体20は６軸円筒座標形ロボットであ
り、θ,Z,Rの基本３軸と、α，β，γの手先姿勢３軸の
合計６軸によりロボット手先に取り付けられたグライン
ダ５を任意の空間位置へ任意の姿勢で移動させ、ワーク
Ｗに対して回転砥石６を押し付けることによりグライン
ダがけ作業を行う。この時のグラインダ５の押し付け力
は、ロボット手先とグラインダ５の間に取り付けられた
６軸力トルクセンサ22により常に検出され、コントロー
ラ21に送られる。
コントローラ21内には制御手段が内蔵されており、グ
ラインダ５の押し付け力およびグラインダ先端部の位置
が力検出手段および位置検出手段により常に監視されて
いる。そしてグラインダがけ作業中においては、前述し
た第１実施例と同様に、グラインダの研削点がグライン
ド指令手段より指令された目標仕上げ位置に未だ至って
いない場所では力ループ駆動制御手段を、また目標仕上
げ位置に至った場所では押し付け力が設定値内であるこ
とを条件として位置ループ駆動制御手段をループ選択手
段が選択するようになっている。
第９図は制御手段によりグラインダがけ作業を行った
ときの様子を示した図である。図Ａの位置ではグライン
ダ先端の研削点がワークＷの目標仕上げ位置Z0に達して
いないため、ここでは力制御が選択されて砥石６がワー
クＷに押し付けられてワーク表面が削られる。図Ｂの位
置ではグラインダ先端の研削点がワークＷの目標仕上げ
位置Z0に達しているため、こでは位置制御が選択され、
これ以上グラインダがワーク表面を削り込むことはな
く、ワーク表面を指定された形状に正確に仕上げること
ができる。
第10図および第11図は、本グラインダロボットを用い
て自動的にワーク表面を任意の形状に仕上げる場合の研
削点の位置とグラインダの送り速度の関係を定めた図で
ある。図の横軸はグラインダ先端の研削点の位置Ｚ、縦
軸はグラインダの送り速度Ｖを示している。
第10図では、グラインダ先端の研削点の位置Ｚが目標
仕上げ位置Z0に未だ至っておらず、力制御が選択されて
いるところでは、グラインダの送り速度Ｖを低速の値Vs
に設定しておき、グラインダ先端の研削点の位置Ｚが目
標仕上げ位置Z0に達し、位置制御が選択されたところで
はグラインダの送り速度Ｖを高速の値Vfに変更するよう
にグラインダの送り速度を与えている。この関係（Vf＞
vs）に従ってグラインダの送り速度を与えると、力制御
が選択されている場所ではグラインダの送り速度が低速
のために研削一回当りの研削量が多くなり、また位置制
御が選択されている場所ではグラインダの送り速度を高
速にするため、全体としての加工時間を短縮することが
できる。
また第11図に示すように、目標仕上げ位置Z0とその近
傍に設置した位置Z1との間で２つのグラインダの送り速
度VsとVfを滑らかにつなぐことで、グラインダ作業中に
グラインダの送り速度が急に変わることを防ぐことがで
き、よりスムーズにグラインダがけ作業を行うことがで
きる。
［発明の効果］ 以上のとおり、本発明に従うグラインダロボットの第
２実施例によれば、グラインダの研削点が目標仕上げ位
置に未だ至っておらず、力制御が選択されている場所で
は、グラインダの送り速度が低速に設定され、研削一回
当りのワーク表面の研削量が多くなる。またグラインダ
の研削点が目標仕上げ位置に至り、位置制御が選択され
ている場所では、グラインダの送り速度が力制御が選択
されている場所でのグラインダの送り速度に比べて高速
に設定されるため、全体としての加工時間がさらに短縮
される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従うグラインダロボットの概略構成を
示す図， 第２図は、第１図に示すグラインダロボットの制御構成
を示すブロック図， 第３図は位置ループ駆動制御部のブロック図， 第４図は力ループ駆動制御部のブロック図， 第５図は第１図に示すグラインダロボットの制御処理の
一例を示すフローチャート， 第６図および第７図は第１図に示すグラインダロボット
の動作の概要を示す説明図， 第８図は本発明に従うグラインダロボットの第２実施例
の全体概要を示す構成図， 第９図はグラインダがけ作業時の動作の概要を示す説明
図， 第10図および第11図は上記第２実施例に係る研削点の位
置とグラインダの送り速度の関係を示すグラフである。 １…フレーム ２…作業台 ３…ロボットアーム ４…ポテンショメータ ５…グラインダ ６…砥石 ７…力センサ Ｗ…ワーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−47058（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−12309（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−226254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−196367（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−55158（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−56953（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24B 27/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】作業具を前記作業台に置かれたワークに対
    して前もって決められた第１の方向に送り移動させるこ
    とにより前記ワークを加工処理するロボットにおいて、 前記作業具が前記ワーク側から受ける力を検出する力検
    出手段と、 前記ワークの加工仕上げ目標値を指令する指令手段と、 前記作業具の位置を検出する位置検出手段と、 前記指令手段より指令された目標値に基づいて前記位置
    検出手段が検出した位置検出信号に従って前記作業具を
    前記ワークに向う第２の方向に関し位置フィードバック
    ループで駆動制御する位置ループ駆動制御手段と、 前記作業具を上記第２の方向に関し前記力検出手段が検
    出した力信号に従って力のフィードバックループで駆動
    制御する力ループ駆動制御手段と、 前記作業具の位置および前記作業具に加わる力の関係に
    より前記位置ループ駆動制御手段または力ループ駆動制
    御手段のうちいずれかを選択するループ選択手段と、を
    具備し、 前記ループ選択手段は、仕上げ目標位置に至るまでの間
    は前記力ループ駆動制御手段を選択し、仕上げ目標位置
    に至ったのちは押し付け力が設定値内であることを条件
    として前記位置ループ駆動制御手段を選択する ことを特徴とするロボット。
  2. 【請求項２】作業台に対し移動自在のロボットアームを
    設け、前記ロボットアームの手先にグラインダを持た
    せ、該グラインダを前記作業台に置かれたワークに対し
    て前もって決められた第１の方向に送り移動させること
    により前記ワークをグラインド処理するグラインダロボ
    ットにおいて、 前記ロボットアームが前記グラインダを介して前記ワー
    ク側から受ける力を検出する力検出手段と、 前記ワークのグラインド仕上げ目標値を指令する指令手
    段と、 前記グラインダの位置を検出する位置検出手段と、 前記指令手段より指令された目標値に基づいて前記位置
    検出手段が検出した位置検出信号に従って前記ロボット
    アームを前記ワークに向う第２の方向に関し位置フィー
    ドバックループで駆動制御する位置ループ駆動制御手段
    と、 前記ロボットアームを上記第２の方向に関し前記力検出
    手段が検出した力信号に従って力のフィードバックルー
    プで駆動制御する力ループ駆動制御手段と、 前記グラインダの位置および前記グラインダに加わる力
    の関係により前記位置ループ駆動制御手段または力ルー
    プ駆動制御手段のうちいずれかを選択するループ選択手
    段とを具備し、 前記ループ選択手段は、仕上げ目標位置に至るまでの間
    は前記力ループ駆動制御手段を選択し、仕上げ目標位置
    に至ったのちは押し付け力が設定値内であることを条件
    として前記位置ループ駆動制御手段を選択する ことを特徴とするグラインダロボット。
  3. 【請求項３】前記指令手段は、前記仕上げ目標値として
    最終仕上げ目標位置と、この最終仕上げ目標位置より少
    し手前に設定される荒仕上げ目標位置とに分けて指令す
    る様に構成されていることを特徴とする請求項１または
    請求項２に記載のグラインダロボット。
  4. 【請求項４】作業台に対し移動自在のロボットアームを
    設け、前記ロボットアームの手先にグラインダを持た
    せ、該グラインダを前記作業台に置かれたワークに対し
    て前もって決められた第１の方向に送り移動させること
    により前記ワークをグラインド処理するグラインダロボ
    ットにおいて、 前記ロボットアームが前記グラインダを介して前記ワー
    ク側から受ける力を検出する力検出手段と、 前記ワークのグラインド仕上げ目標値を指令する指令手
    段と、 前記グラインダの位置を検出する位置検出手段と、 前記指令手段より指令された目標値に基づいて前記位置
    検出手段が検出した位置検出信号に従って前記ロボット
    アームを前記ワークに向う第２の方向に関し位置フィー
    ドバックループで駆動制御する位置ループ駆動制御手段
    と、 前記ロボットアームを上記第２の方向に関し前記力検出
    手段が検出した力信号に従って力のフィードバックルー
    プで駆動制御する力ループ駆動制御手段と、 前記グラインダの位置および前記グラインダに加わる力
    の関係により前記位置ループ駆動制御手段または力ルー
    プ駆動制御手段のうちいずれかを選択するループ選択手
    段と、 前記力ループ駆動制御手段が選択されている場合、グラ
    インダを第１の送り速度で前記第１の方向に送り移動さ
    せ、前記位置ループ駆動制御手段が選択されている場
    合、グラインダを上記第１の送り速度より速い第２の送
    り速度で前記第１の方向に送り移動させる手段と、を具
    備することを特徴とするグラインダロボット。
  5. 【請求項５】前記ループ選択手段は、仕上げ目標位置に
    至るまでの間は前記力ループ駆動制御手段を選択し、仕
    上げ目標位置に至ったのちは押し付け力が設定値内であ
    ることを条件として前記位置ループ駆動制御手段を選択
    する様に構成されていることを特徴とする請求項４に記
    載のグラインダロボット。
  6. 【請求項６】前記送り移動手段が、前記力ループ駆動制
    御手段と前記位置ループ駆動制御手段が切り換わる際
    に、上記制御手段の切り換え点の近傍で前記第１の送り
    速度と前記第２の送り速度の切り換えがなめらかに行わ
    れることを特徴とする請求項４に記載のグラインダロボ
    ット。
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