JP4825614B2 - 多関節リンク機構の軌跡制御装置 - Google Patents

Description

本発明は鋳造物の鋳造バリ取りに用いられる多関節リンク機構の軌跡制御装置に係り、特に理想位置とのズレ量を直交座標軸上で測定し、直交座標軸上のズレ量を回転するリンクの各軸毎のズレ量に変換して保持することにより多関節リンク機構の軌跡精度を簡単に向上させる軌跡制御装置に関する。

ロボット等の多関節リンク機構は直交動作型の機構に比べ汎用性が高く、また設置面積を小さく出来るため、一般に広く使用されていた。しかし、これは動作の軌跡精度が悪く、軌跡精度を必要とされる分野には使用することができなかった。

多関節リンク機構で補間動作により直線動作や円弧動作をさせる場合、現実の多関節リンク機構は、組付け誤差やリンク長さの誤差があり、また回転軸の接続部分には隙間や外力により撓む弾性変形部分がある。サーボモーターの回転を減速機で減速する場合はこの減速機に固有の角度伝達誤差と隙間や外力により撓む弾性変形誤差が加わるため直線精度や円弧精度が低下する。

この改善策として、例えば、特開２００５−５９１０２に示されるように、１軸分のズレ量を用いてその軸のみの誤差を補正する方法はあるが、この場合は１軸のみの補正であり、多関節リンク機構には適用できないという欠点がある。

多関節の回転軸で１軸ごとにズレ補正量を保持する場合は、当該軸と関連する軸の回転角に応じて自重により発生する負荷トルクが変化することにより減速機変形量が変化するため、各軸のズレ量データが膨大な量必要となり、事実上、ズレ量データを保持することは不可能であった。
特開２００５−５９１０２号公報 特開平７−２０４９５２号公報 登録実用新案第３０８５８２８号公報

そこで、本発明の解決しようとする課題は鋳造物の鋳造バリ取りに用いられる多関節リンク機構の軌跡制御装置であって、特に理想位置とのズレ量を直交座標軸上で測定し、直交座標軸上のズレ量を回転するリンクの各軸毎のズレ量に変換して保持することにより多関節リンク機構の軌跡精度を簡単に向上させ、上述の公知技術に存する欠点を改良した軌跡制御装置を提供することにある。

上述の課題を解決するため、本発明の軌跡制御装置によれば、複数軸の補間制御により直線動作や円弧動作をする鋳造バリ取り用多関節リンク機構の軌跡制御装置において、加工すべき冶具を把持し、かつ必要な位置と姿勢に保持する４軸多関節機構で構成される冶具位置決めユニットと、前記冶具のバリ加工するための加工ツールを作動する３軸多関節
機構で構成されるツール作動ユニットと、これらのユニットを作動させる制御装置とからなり、現実の多関節リンク機構の動作軌跡と理想軌跡とのズレ量を、直交座標軸上の格子点位置での多関節リンク構成軸の各軸の伝達誤差リストとして持たせ、現実の多関節リンク機構動作時にこの誤差リストの誤差量を補正することにより、理想軌跡に近づけることを特徴とする。

本発明は理想位置とのズレ量を直交座標軸上で測定し、直交座標軸上のズレ量を回転するリンクの各軸毎のズレ量に変換して保持することにより多関節リンク機構の軌跡精度を簡単に向上させ、従来直線ガイド方式でなけえれば対応できなかった分野にも多関節リンク機構を使用することができるようになる。

以下、本発明を添付図面を用いて詳述する。

図１は本発明にかかる多関節リンク機構の一具体例の斜視図である。図２は理想軌跡と実際の動作軌跡とのズレ量を示した説明図である。図３は補正しないときの軌跡精度を表したグラフである。図４は補正したときの軌跡精度を表したグラフである。

図１に示されるように、本発明の軌跡制御装置は複数軸の補間制御により直線動作や円弧動作をする鋳造バリ取り用多関節リンク機構であって、冶具位置決めユニット１と、ツール作動ユニット２と、制御装置３とから基本的に構成される。

冶具位置決めユニット１は加工すべき冶具、すなわち、ワーク５をワーククランプ冶具６で把持し、かつ必要な位置と姿勢に保持する１軸施回７、２軸揺動８、３軸揺動９、４軸揺動１０の４軸多関節リンク機構で構成される。

さらに、ツール作動ユニット２はワーク５のバリ加工するためのエンドミル、チップソー、チッパー等からなる各種加工ツール４を作動する５軸揺動１１、６軸揺動１２、さらには７軸揺動１３からなる３軸多関節機構で構成される。

制御装置３は冶具側ＮＣ機構およびツール側ＮＣ機構からなり、上述の冶具位置決めユニット１およびツール作動ユニット２をそれぞれ作動させる。

一般に、鋳物仕上げ工程のうち特に鋳物バリ取工程では、ワーク各面に任意の方向でバリが発生しているため、任意の位置と姿勢を設定できる６軸垂直多関節ロボットは非常に有効である。しかし鋳物ワークには鋳物砂、鋳物バリ、鋳造のための湯口が付着しており、この付着物は形状がバラバラであるため、ロボットで搬送する場合に鋳物ワークに位置ズレが発生し搬送途中に他の構成部材に干渉衝突することが頻繁に発生する。この場合一般の６軸垂直多関節ロボットは関節強度が弱いため、関節軸のズレを起こし、長時間の生産ラインの停止を発生させ、生産ラインの稼動率を上げることが出来なかった。

関節強度を上げるための方法としては、各関節に大きな減速機を使用して衝突時に関節に作用する力に打ち勝てる強度を持たせれば良い。しかし、必要な強度を持たせた場合、各関節のサイズが大きなものとなり、装置の大きさが非常に大きなものとなり、重量も増加し、高速に移動することが出来なくなるため仕上げ加工の時間が長くなる。この結果、設置スペースが大きく、コストが高く、生産能力が低い装置になる。

本発明は必要な関節強度をもたせた減速機を使用してもコンパクトなサイズにするために、６軸垂直多関節構成を２つに分割し、ワークを必要な位置と姿勢に位置決めする４軸垂直多関節構成の冶具ユニットと、工具に加工に必要な軌跡を動作させる３軸垂直多関節構成の工具ユニットを組み合わせ、この冶具側ユニットと工具側ユニットの両方を一台の制御装置で制御し、ワークに関しての補間動作を可能とし、問題点を解決した。

このような本発明装置はアルミ鋳物のバリ取設備であり、加工すべきワーク５を把持し、必要な位置と姿勢に保持する４軸の多関節機構で構成された冶具位置決めユニット１と、バリ取加工するための工具であるエンドミルカッター等の加工ツール４を動作させる３軸多関節機構で構成されたツール作動ユニット２と、この各ユニットを動作させる制御装置３で構成される。

上述の本発明装置を用い、プログラムの指令（理想）位置に基づき、多関節リンク機構を動作させ、その動作軌跡の現実の位置をデジタルスケールで測定し、直交座標軸上でのズレ量を計算後、逆演算により多関節リンク機構の各軸角度のズレ量に変換し、この各軸角度のズレ量に応じて補正することにより軌跡精度を向上させる。本発明では、理想位置とのズレ量を直交座標軸上で測定し、この直交座標軸上のズレ量を回転するリンクの各軸毎のズレ量に変換して保持することも最も主要な特徴とする。

図２はズレ量を補正をしない場合のツールユニットの動作軌跡の例であり、大きなうねり状のズレと小さなズレが重なった形で理想状態からのズレが発生している。このズレ量の分、加工精度は悪くなる。動作軌跡を理想状態に近づけるためのズレ量を補正する。

加工のためのプログラム上の指令位置（理想位置）点Ｐ１１に対し、現実の位置ＺＰ１１はＹ軸方向にＤＹ１１、Ｚ軸方向にＺＤ１１ズレている。２軸多関節機構で構成されたツール動作ユニットをＹ、Ｚ直交軸に平行に格子状に動作させ、この動作範囲を全域にわたって指令（理想）位置Ｐｉｊと実際の動作位置ＺＰｉｊとの差であるＹ方向ズレ量ＤＹｉｊとＺ方向ズレ量ＤＺｉｊを図示していないデジタルスケールで測定する。この時、測定してゆく格子ピッチは小さなズレが再現できる幅で測定する必要がある。今回はＹ方向６００ｍｍ、Ｚ方向４５０ｍｍをとも３ｍｍピッチで測定し、３００００点でＹ方向ズレ量ＤＹｉｊとＺ方向ズレ量ＤＺｉｊを測定した。

この測定したズレ量に基づいて直交座標軸上での補正位置ＨＰｉｊ＝（Ｐｉｊ−ＤＹｉｊ、Ｐｉｊ―ＤＺｉｊ）を計算し、逆演算により補正後の関節軸角度（Ｈθ１ｉｊ）および（Ｈθ２ｉｊ）を求め、指令（理想）角度（θ１ｉｊ）と（θ２ｉｊ）との差をＰｉｊ点での補正角度とし、同様にして動作全領域の補正角度を求め補正角リストを作成する。このリストには格子交点での補正角はあるが、格子交点の中間部はデータがないので、この間は補正角を直線補間で計算して適用する。直交座標から各軸角度への逆演算の式は公知であるので省略する。

直線動作をさせた軌跡の精度は補正をしない場合は図３のように大きなうねりで約０.３５ｍｍ、小さなうねりで約０.０５ｍｍのズレが発生する。補正した場合は図４のように大きなうねりは０.０ｍｍ、小さなうねり約０.０２ｍｍまで小さくすることが可能になった。

このように実施例の場合補正角データとして６００００個のデータで６００ｍｍと４５０ｍｍと長方形の動作範囲について補正する事が可能である。

理想位置とのズレ量を直交座標軸上で測定し、直交座標軸上のズレ量を回転するリンクの各軸毎のズレ量に変換して保持することにより多関節リンク機構の軌跡精度を簡単に向上させる。このため、本発明は鋳造物の鋳造バリ取りに用いられ、産業上の利用可能性が高い。

本発明にかかる多関節リンク機構の一具体例の斜視図である。 理想軌跡と実際の動作軌跡とのズレ量を示した説明図である。 補正しないときの軌跡精度を表したグラフである。 補正したときの軌跡精度を表したグラフである。

符号の説明

１ 冶具位置決めユニット
２ ツール作動ユニット
３ 制御装置
４ 加工ツール
５ ワーク
６ ワーククランプ冶具
７ １軸施回
８ ２軸揺動
９ ３軸揺動
１０ ４軸揺動
１１ ５軸揺動
１２ ６軸揺動
１３ ７軸揺動
Ｐ１１ プログラム上の目標位置
ＺＰ１１ ＮＣの実際の動作位置
ＨＰ１１ 補正されたプログラム上の目標位置
ＤＺ１１ 目標位置からのＺ方向のズレ量
ＤＹ１１ 目標位置からのＹ方向のズレ量
−ＤＺ１１ 目標位置からのＺ方向への補正量
−ＤＹ１１ 目標位置からのＹ方向への補正量

Claims (2)

1. 複数軸の補間制御により直線動作や円弧動作をする鋳造バリ取り用多関節リンク機構の軌跡制御装置であって、加工すべき冶具を把持し、かつ必要な位置と姿勢に保持する複数軸の多関節機構で構成される冶具位置決めユニットと、前記冶具のバリ加工するための加工ツールを作動する複数軸の多関節機構で構成されるツール作動ユニットと、これらのユニットを作動させる制御装置とからなる多関節リンク機構の軌跡制御装置において、現実の多関節リンク機構の動作軌跡と理想軌跡とのズレ量を、直交座標軸上の格子点位置での多関節リンク構成軸の各軸の伝達誤差リストとして持たせ、現実の多関節リンク機構動作時にこの誤差リストの誤差量を補正することにより、理想軌跡に近づけることを特徴とし、多関節リンク機構をプログラムの指令位置に基づいて動作し、その動作軌跡の現実の位置をデジタルスケールで測定し、直交座標軸上のズレ量を計算の後、逆演算により多関節リンク機構の各軸角度のズレ量に変換し、この各軸角度のズレ量に応じて補正することにより軌跡精度を向上させることを特徴とする多関節リンク機構の軌跡制御装置。
2. 請求項１において、動作軌跡と理想軌跡とのズレ量を、直交座標軸上で測定し、この直交座標軸上のズレ量を、回転するリンクの各軸毎のズレ量に変換して保持するようにした請求項１の軌跡制御装置。
   

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