JP6734522B2 - Robot equipment - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットによりエンドエフェクタとしての加工部を３次元的に移動させて被加工部材（以下、ワークと呼ぶことがある。）に加工を施すロボット装置に関する。 The present invention relates to a robot apparatus that three-dimensionally moves a processing unit as an end effector by a robot to process a member to be processed (hereinafter, referred to as a work).
従来から、上記のようなロボット装置が多様な用途で用いられている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
例えば、ロボット装置の一態様であるヘム加工装置では、次のような構成が周知となっている。すなわち、ヘム加工装置において、ロボットは、多関節のアームを有し、アームの先端に加工部としてのローラを保持する。そして、ロボット装置は、ロボットの動作を制御してローラを所定の軌跡に沿って３次元的に変位させることで、ワークにおいて連続する被加工部位にヘム加工を施す（例えば、特許文献１参照。）。
Conventionally, the robot device as described above has been used for various purposes (for example, refer to Patent Documents 1 to 3).
For example, in a hemming device, which is one aspect of a robot device, the following configuration is well known. That is, in the hemming device, the robot has an articulated arm and holds a roller as a processing unit at the tip of the arm. Then, the robot apparatus controls the operation of the robot to three-dimensionally displace the roller along a predetermined locus, thereby performing a hemming process on a continuous processed portion of the work (see, for example, Patent Document 1). ).
また、近年、加工後のワークの仕上がり品質に対する要求が高まっていることから、ロボットの動作制御によってローラの位置を制御することに加えて、ワークに加える加圧力を変化させる要望が高まっている。
そこで、特許文献１のヘム加工装置では、加圧力を変化させるための電動モータ等のアクチュエータをロボット装置に装備する。また、加工部には、ワークに対し、直接、加圧力を及ぼす部分（以下、作用部と呼ぶことがある。ヘム加工装置では、ローラが作用部に相当する。）以外に、アクチュエータの出力を作用部に伝達する伝達部を追加している。
Further, in recent years, there is an increasing demand for the finished quality of a work after processing, and therefore, in addition to controlling the position of the roller by controlling the operation of the robot, there is an increasing demand for changing the pressing force applied to the work.
Therefore, in the hemming device of Patent Document 1, the robot device is equipped with an actuator such as an electric motor for changing the pressing force. Further, in the processing section, the output of the actuator is output in addition to the section that exerts a pressing force directly on the workpiece (hereinafter, it may be referred to as an action section. In the hemming apparatus, the roller corresponds to the action section). A transmission unit that transmits to the action unit is added.
しかし、作用部は、アクチュエータにより駆動されてロボットに対し相対的に位置を変えることで、加圧力を変化させる。このため、作用部における加圧力の力点とロボットにおける加工部の保持位置との相対的な位置関係が加圧力の制御により変動する。この結果、ロボットの動作制御により加工部を所定の軌跡に沿って変位させても、作用部が狙いの位置からずれてしまう可能性がある。そこで、作用部における加圧力の力点とロボットにおける加工部の保持位置との相対的な位置関係が加圧力の制御により変動しても、作用部が狙いの位置からずれないようにする構成が望まれている。 However, the action part is driven by the actuator to change its position relative to the robot, thereby changing the applied pressure. Therefore, the relative positional relationship between the force point of the pressing force in the action part and the holding position of the processing part in the robot changes due to the control of the pressing force. As a result, even if the processing unit is displaced along a predetermined locus by the operation control of the robot, the action unit may be displaced from the target position. Therefore, it is desirable to have a configuration in which the action portion does not deviate from the target position even if the relative positional relationship between the force point of the pressure force in the action portion and the holding position of the processing portion in the robot changes due to the control of the pressure force. It is rare.
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、加圧力を変化させるためのアクチュエータを備えたロボット装置において、作用部における加圧力の力点とロボットにおける加工部の保持位置との相対的な位置関係が加圧力の制御により変動しても、作用部が狙いの位置からずれないようにすることにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a robot apparatus equipped with an actuator for changing a pressing force, in which the force point of the pressing force in the action section and the processing section in the robot are used. Even if the relative positional relationship with the holding position of No. fluctuates due to the control of the pressing force, the action portion is prevented from shifting from the target position.
本願発明に係るロボット装置は、次の加工部、ロボットおよび制御部を備える。まず、加工部は、所定の被加工部材に加圧力を加えて加工を施す。また、ロボットは、加工部をエンドエフェクタとして保持する。さらに、制御部は、加工部が３次元的に変位するようにロボットの動作を制御する。また、加工部は、被加工部材に対し加圧力を及ぼす作用部を有し、作用部は、所定のアクチュエータにより駆動されてロボットに対し相対的に位置を変えることで、加圧力を変化させる。 Robot device according to the present gun onset Ming comprises the following processing unit, a robot and a control unit. First, the processing unit applies a pressure to a predetermined member to be processed. Further, the robot holds the processing section as an end effector. Further, the control unit controls the operation of the robot so that the processing unit is three-dimensionally displaced. In addition, the processing section has an acting section that exerts a pressing force on the member to be processed, and the acting section is driven by a predetermined actuator to change its position relative to the robot, thereby changing the pressing force.
そして、ロボット装置は、作用部のロボットに対する相対的な位置を検出する検出部を備え、制御部は、検出部により検出される相対的な位置に基づき、ロボットの動作に対する制御を補正する。
これにより、検出部から得られる情報に基づき、作用部が狙いの位置からずれないように、ロボットの動作に対する制御を補正することができる。このため、加圧力を変化させるためのアクチュエータを備えたロボット装置において、作用部における加圧力の力点とロボットにおける加工部の保持位置との相対的な位置関係が加圧力の制御により変動しても、作用部が狙いの位置からずれないようにすることができる。
The robot apparatus includes a detection unit that detects the relative position of the action unit with respect to the robot, and the control unit corrects the control for the operation of the robot based on the relative position detected by the detection unit.
This makes it possible to correct the control for the motion of the robot based on the information obtained from the detection unit so that the action unit does not deviate from the target position. Therefore, in a robot apparatus equipped with an actuator for changing the pressing force, even if the relative positional relationship between the force point of the pressing force in the action part and the holding position of the processing part in the robot varies due to the control of the pressing force. , It is possible to prevent the action portion from shifting from the target position.
また、本願発明の第１の態様によれば、アクチュエータは、回転子を電磁気的に回転させる電動モータであり、検出部は、回転子の回転角を検出するエンコーダである。
これにより、電動モータに付設されているエンコーダを検出部として利用することができるので、本願発明に係るロボット装置を安価に設けることができる。
さらに、本願発明の第２の態様によれば、検出部は、作用部を保持しながら直線移動するユニットの移動量を直接検出するストロークセンサである。
Further , according to the first aspect of the present invention, the actuator is an electric motor that electromagnetically rotates the rotor, and the detection unit is an encoder that detects a rotation angle of the rotor.
With this, the encoder attached to the electric motor can be used as the detection unit, so that the robot apparatus according to the present invention can be provided at low cost.
Further, according to the second aspect of the present invention, the detection unit is a stroke sensor that directly detects the movement amount of the unit that linearly moves while holding the action unit.
実施形態のロボット装置を、以下の実施例に基づき説明する。 The robot apparatus of the embodiment will be described based on the following examples.
〔実施例の構成〕
実施例のロボット装置１の構成を、図１を用いて説明する。
ロボット装置１は、次の加工部２、ロボット３および制御部４を備える。
まず、加工部２は、所定のワークに加圧力を加えて加工を施すものであり、ロボット３は、加工部２を保持し、加工部２が３次元的に変位するように制御部４により制御される。
[Structure of Example]
The configuration of the robot apparatus 1 of the embodiment will be described with reference to FIG.
The robot apparatus 1 includes the following processing unit 2, robot 3 and control unit 4.
First, the processing unit 2 applies a pressing force to a predetermined work to perform processing, and the robot 3 holds the processing unit 2 and controls the control unit 4 so that the processing unit 2 is three-dimensionally displaced. Controlled.
ここで、ロボット３は、多関節のアーム６を有し、アーム６の先端で加工部２をエンドエフェクタとして保持する。また、アーム６が有するそれぞれの関節にはサーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃが組み入れられており、制御部４は、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃを制御することにより、ロボット３の動作を制御する。そして、ロボット３は、制御部４による動作制御によって加工部２を所定の軌跡に沿って３次元的に変位させる。 Here, the robot 3 has an articulated arm 6, and the tip of the arm 6 holds the processing unit 2 as an end effector. Further, servomotors 7a, 7b and 7c are incorporated in the respective joints of the arm 6, and the control unit 4 controls the operation of the robot 3 by controlling the servomotors 7a, 7b and 7c. Then, the robot 3 displaces the processing unit 2 three-dimensionally along a predetermined locus by the operation control by the control unit 4.
なお、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃは、制御部４により通電制御されるものであり、例えば、固定子、回転子それぞれに３相のコイル、永久磁石を装備した周知のブラシレス構造を有する。また、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃの各々には、回転子の回転角を検出するエンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃが装備されている。 The servomotors 7a, 7b, 7c are energized by the control unit 4, and have, for example, a well-known brushless structure in which a stator and a rotor each have a three-phase coil and a permanent magnet. Further, each of the servo motors 7a, 7b, 7c is equipped with encoders 8a, 8b, 8c for detecting the rotation angle of the rotor.
また、制御部４は、所定の制御ユニットに設けられるマイコン等であり、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃ等を通電制御するための演算処理等を行う。ここで、制御ユニットには、マイコンとともに、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃへの通電量を変化させるためのインバータ回路や、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃに通電される電流を検出する電流センサ等が設けられている。なお、電流センサは周知の電流検出抵抗からなるものである。 The control unit 4 is a microcomputer or the like provided in a predetermined control unit, and performs arithmetic processing and the like for energization control of the servo motors 7a, 7b, 7c and the like. Here, the control unit includes, together with the microcomputer, an inverter circuit for changing the amount of electricity supplied to the servomotors 7a, 7b, 7c, a current sensor for detecting the current supplied to the servomotors 7a, 7b, 7c, and the like. It is provided. The current sensor is a well-known current detection resistor.
そして、制御部４は、エンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃから出力される信号に基づき、加工部２の位置や姿勢を検出する。さらに、制御部４は、加工部２の位置や姿勢の検出値が、所定の軌跡に基づき設定される指令値と略一致するようにサーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃを通電制御する。これにより、加工部２は、所定の軌跡に沿って３次元的に変位することができる。 Then, the control unit 4 detects the position and posture of the processing unit 2 based on the signals output from the encoders 8a, 8b, and 8c. Further, the control unit 4 controls the energization of the servo motors 7a, 7b, 7c so that the detected values of the position and orientation of the processing unit 2 substantially match the command values set based on the predetermined locus. Thereby, the processing part 2 can be displaced three-dimensionally along a predetermined locus.
また、ロボット装置１は、加圧力を変化させるための出力を発生するアクチュエータとしてのサーボモータ７ｄを備える。
サーボモータ７ｄは、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃと同様に、固定子、回転子それぞれに３相のコイル、永久磁石を装備した周知のブラシレス構造を有し、制御部４により通電制御される。また、サーボモータ７ｄにも、回転子の回転角を検出するエンコーダ８ｄが装備されている。
The robot apparatus 1 also includes a servomotor 7d as an actuator that generates an output for changing the applied pressure.
The servomotor 7d has a well-known brushless structure in which a stator and a rotor each have a three-phase coil and a permanent magnet, like the servomotors 7a, 7b, and 7c, and the controller 4 controls energization. The servo motor 7d is also equipped with an encoder 8d that detects the rotation angle of the rotor.
さらに、制御部４は、サーボモータ７ｄを通電制御するための演算処理等を行い、制御ユニットには、サーボモータ７ｄへの通電量を変化させるためのインバータ回路や、サーボモータ７ｄに通電される電流を検出する電流センサが設けられている。なお、電流センサは周知の電流検出抵抗からなるものである。
また、加工部２は、ワークに対し加圧力を及ぼす作用部９を有し、作用部９は、サーボモータ７ｄの出力によりロボット３に対し相対的に位置を変えることで（より具体的には、ロボット３の先端、つまり、加工部２の保持位置に対し相対的に位置を変えることで）、加圧力を変化させる。
Further, the control unit 4 performs arithmetic processing and the like for controlling energization of the servo motor 7d, and the control unit is energized to the inverter circuit for changing the energization amount to the servo motor 7d and to the servo motor 7d. A current sensor for detecting the current is provided. The current sensor is a well-known current detection resistor.
Further, the processing section 2 has an action section 9 which exerts a pressing force on the work, and the action section 9 changes its position relative to the robot 3 by the output of the servomotor 7d (more specifically, , The tip of the robot 3, that is, the position relative to the holding position of the processing unit 2 is changed) to change the pressing force.
以下、ロボット装置１を、ワークとしての金属製の板状材料にヘム加工を施すヘム加工装置に適用する例を示して説明する（以下、ロボット装置１をヘム加工装置１として説明する。）。なお、ワークは、例えば、車両のドアパネルやフードパネルである。 Hereinafter, an example in which the robot device 1 is applied to a hemming device for hemming a metal plate-shaped material as a workpiece will be described (hereinafter, the robot device 1 will be described as the hemming device 1). The work is, for example, a vehicle door panel or a hood panel.
ヘム加工装置１によれば、加工部２は、作用部９、サーボモータ７ｄおよび伝達部１０を有し、作用部９、サーボモータ７ｄおよび伝達部１０はエンドエフェクタを構成する。
まず、作用部９は、ワークに加圧力を加えてヘム加工を施しながら転がるローラであり、ワークに圧接しながら転がる円筒面を有する（以下、作用部９をローラ９と呼ぶことがある。）。
According to the hemming device 1, the processing unit 2 has the acting unit 9, the servomotor 7d and the transmitting unit 10, and the acting unit 9, the servomotor 7d and the transmitting unit 10 configure an end effector.
First, the acting portion 9 is a roller that rolls while applying a pressure to a work to perform hemming, and has a cylindrical surface that rolls while being pressed against the work (hereinafter, the acting portion 9 may be referred to as a roller 9). ..
伝達部１０は、サーボモータ７ｄの出力をローラ９に伝達するものであり、次のボールネジ１１およびスライドユニット１２等を有する。
まず、ボールネジ１１は、回転運動を直線運動に変換する周知の機械要素であり、サーボモータ７ｄが発生するトルクを推力に変換する。また、スライドユニット１２は、ローラ９を回転自在に支持しながら保持するとともに、ボールネジ１１の動作に応じて直線運動する。
The transmission unit 10 transmits the output of the servo motor 7d to the roller 9, and has the following ball screw 11 and slide unit 12 and the like.
First, the ball screw 11 is a known mechanical element that converts rotational movement into linear movement, and converts torque generated by the servomotor 7d into thrust. Further, the slide unit 12 holds the roller 9 while rotatably supporting it, and linearly moves according to the operation of the ball screw 11.
以上により、加工部２では、サーボモータ７ｄが発生するトルクをボールネジ１１によって推力に変換するとともにスライドユニット１２を介してローラ９に伝達する。また、ローラ９に伝達された推力が加圧力としてワークに作用する。 As described above, in the processing section 2, the torque generated by the servo motor 7d is converted into thrust by the ball screw 11 and transmitted to the roller 9 via the slide unit 12. Further, the thrust force transmitted to the roller 9 acts on the work as a pressing force.
また、制御部４は、ロボット３の動作制御によって加工部２の位置や姿勢に対する制御を行うことで、ローラ９を所定の軌跡に沿って３次元的に移動させ、ワークにおいて連続する被加工部位にヘム加工を施す。 In addition, the control unit 4 controls the position and orientation of the processing unit 2 by controlling the operation of the robot 3 to move the roller 9 three-dimensionally along a predetermined locus, and to continuously process a workpiece on a workpiece. Hem processing.
さらに、制御部４は、加工部２の位置や姿勢に対する制御とともに、加圧力の制御を行う。例えば、制御部４は、被加工部位の状態や加圧力の目標値等に基づき、サーボモータ７ｄに流れる電流の指令値を算出する。そして、制御部４は、電流センサの信号から得られる検出値が指令値に略一致するようにサーボモータ７ｄを通電制御する。これにより、加工部２は、被加工部位の状態や加圧力の目標値等に基づき加圧力を自在に変化させ、加工後のワークの仕上がり品質を高めている。 Further, the control unit 4 controls the position and orientation of the processing unit 2 as well as the pressing force. For example, the control unit 4 calculates the command value of the current flowing through the servo motor 7d based on the state of the processed part, the target value of the pressing force, and the like. Then, the control unit 4 controls energization of the servo motor 7d so that the detection value obtained from the signal of the current sensor substantially matches the command value. As a result, the processing unit 2 freely changes the pressing force based on the state of the processed portion, the target value of the pressing force, etc., and improves the finished quality of the work after processing.
〔実施例の特徴および効果〕
実施例のヘム加工装置１の特徴を、図面を用いて説明する。
ヘム加工装置１によれば、上記のように、ローラ９はサーボモータ７ｄの出力によりロボット３に対し相対的に位置を変えることで、加圧力を変化させる。また、制御部４は、エンコーダ８ｄが出力する信号を用いてローラ９とロボット３との相対的な位置を把握する。そして、エンコーダ８ｄの信号を利用して把握した相対的な位置に基づき、制御部４は、ロボット３の動作に対する制御を補正する。
[Characteristics and effects of the embodiment]
The features of the hemming apparatus 1 of the embodiment will be described with reference to the drawings.
According to the hemming device 1, as described above, the roller 9 changes its position relative to the robot 3 by the output of the servo motor 7d, thereby changing the pressing force. Further, the control unit 4 grasps the relative position between the roller 9 and the robot 3 using the signal output by the encoder 8d. Then, the control unit 4 corrects the control for the operation of the robot 3 based on the relative position grasped by using the signal of the encoder 8d.
すなわち、制御部４は、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃの通電制御に関し、例えば、エンコーダ８ａ、８ｂ、８ｃの信号に基づき算出した通電量の指令値を、エンコーダ８ｄの信号を利用して補正し、補正後の指令値に基づき、サーボモータ７ａ、７ｂ、７ｃの通電制御を行う。 That is, the control unit 4 corrects the energization amount command value calculated based on the signals of the encoders 8a, 8b, and 8c by using the signal of the encoder 8d, regarding the energization control of the servomotors 7a, 7b, and 7c. The energization control of the servomotors 7a, 7b, 7c is performed based on the corrected command value.
これにより、加圧力の制御によってロボット３とローラ９との相対的な位置が変動しても、より具体的には、ローラ９における加圧力の力点とロボット３における加工部２の保持位置との相対的な位置関係が加圧力の制御により変動しても、ローラ９が所定の軌跡からずれないように、ロボット３の動作を制御することができる。
また、ロボット３とローラ９との相対的な位置を検出する検出部として、サーボモータ７ｄに付設されているエンコーダ８ｄを利用することで、ヘム加工装置１を安価に設けることができる。
Thereby, even if the relative position of the robot 3 and the roller 9 changes due to the control of the pressing force, more specifically, the force point of the pressing force on the roller 9 and the holding position of the processing unit 2 on the robot 3 are changed. The operation of the robot 3 can be controlled so that the roller 9 does not deviate from a predetermined locus even if the relative positional relationship changes due to the control of the pressing force.
Further, by using the encoder 8d attached to the servomotor 7d as a detection unit that detects the relative position between the robot 3 and the roller 9, the hemming device 1 can be provided at low cost.
〔変形例〕
実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
例えば、実施例のロボット装置１は、ヘム加工に適用されていたが、ロボット装置１を、砥石によりワークのバリ取りを行うバリ取り加工や、カッターにより穴開けを行う穴開け加工など様々な加工に適用してもよい。
また、ロボット３とローラ９との相対的な位置を検出する検出部としてエンコーダ８ｄを利用していたが、例えば、スライドユニット１２等の移動量を直接検出することができるストロークセンサを検出部として利用してもよい。
[Modification]
It goes without saying that the embodiment discloses a specific example, and the present invention is not limited to the embodiment.
For example, although the robot device 1 of the embodiment is applied to hemming, the robot device 1 is subjected to various processes such as deburring process for deburring a work with a grindstone and boring process for making a hole with a cutter. May be applied to.
Further, although the encoder 8d is used as the detection unit that detects the relative position of the robot 3 and the roller 9, for example, a stroke sensor that can directly detect the movement amount of the slide unit 12 or the like is used as the detection unit. You may use it.
１ ロボット装置、ヘム加工装置 ２ 加工部 ３ ロボット ４ 制御部 ７ｄ サーボモータ（アクチュエータ） ８ｄ エンコーダ（検出部）９ 作用部、ローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot device, hemming device 2 Processing part 3 Robot 4 Control part 7d Servo motor (actuator) 8d Encoder (detection part) 9 Action part, roller
Claims (2)
この加工部をエンドエフェクタとして保持するロボット（３）と、
前記加工部が３次元的に変位するように前記ロボットの動作を制御する制御部（４）とを備えるロボット装置（１）において、
前記加工部は、前記被加工部材に対し前記加圧力を及ぼす作用部（９）を有し、この作用部は、所定のアクチュエータ（７ｄ）により駆動されて前記ロボットに対し相対的に位置を変えることで、前記加圧力を変化させ、
前記ロボット装置は、前記作用部の前記ロボットに対する相対的な位置を検出する検出部（８ｄ）を備え、
前記制御部は、この検出部により検出される相対的な位置に基づき、前記ロボットの動作に対する制御を補正し、
前記アクチュエータは、回転子を電磁気的に回転させる電動モータであり、
前記検出部は、前記回転子の回転角を検出するエンコーダであることを特徴とするロボット装置。 A processing part (2) for applying a pressing force to a predetermined member to be processed,
A robot (3) that holds this processing unit as an end effector;
A robot apparatus (1) comprising: a control unit (4) for controlling the operation of the robot so that the processing unit is three-dimensionally displaced.
The processing section has an action section (9) that exerts the pressing force on the workpiece, and the action section is driven by a predetermined actuator (7d) to change its position relative to the robot. By changing the applied pressure,
The robot apparatus includes a detection unit (8d) that detects a relative position of the action unit with respect to the robot,
The control unit corrects the control for the motion of the robot based on the relative position detected by the detection unit ,
The actuator is an electric motor that electromagnetically rotates the rotor,
The robot apparatus , wherein the detection unit is an encoder that detects a rotation angle of the rotor .
この加工部をエンドエフェクタとして保持するロボットと、
前記加工部が３次元的に変位するように前記ロボットの動作を制御する制御部とを備えるロボット装置において、
前記加工部は、前記被加工部材に対し前記加圧力を及ぼす作用部を有し、この作用部は、所定のアクチュエータにより駆動されて前記ロボットに対し相対的に位置を変えることで、前記加圧力を変化させ、
前記ロボット装置は、前記作用部の前記ロボットに対する相対的な位置を検出する検出部を備え、
前記制御部は、この検出部により検出される相対的な位置に基づき、前記ロボットの動作に対する制御を補正し、
前記検出部は、前記作用部を保持しながら直線移動するユニット（１２）の移動量を直接検出するストロークセンサであることを特徴とするロボット装置。 A processing part that applies a pressure to a predetermined workpiece to perform processing,
A robot that holds this processing unit as an end effector,
A robot apparatus comprising: a control unit that controls the operation of the robot so that the processing unit is three-dimensionally displaced ,
The processing section has an acting section that exerts the pressing force on the workpiece, and the acting section is driven by a predetermined actuator to change its position relative to the robot, thereby applying the pressing force. Change
The robot apparatus includes a detection unit that detects a relative position of the action unit with respect to the robot,
The control unit corrects the control for the motion of the robot based on the relative position detected by the detection unit,
The robot apparatus, wherein the detection unit is a stroke sensor that directly detects a movement amount of a unit (12) that linearly moves while holding the action unit .
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