JPH01252340A - 力センサを用いた加工制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、産業用ロボットのアームの先端部に取り付け
た工具によりパリ取りや磨き等の加工を行う際に使用す
る加工制御装置に関する。

（従来技術） この種の加工制御装置は、予め教示された復液の教示点
の位置を記憶する教示点記憶手段と、産業用ロボットを
作動させそのアームの先端部に取り付けた工具を前記各
教示点を通る教示線に沿って移動させてワークにパリ取
りや磨き等の加工を行う自動加工実行手段を備えている
。

（発明が解決しようとする課題） エンドミルによるパリ取り加工等の際には相当の加工反
力が生じるので、産業用ロボットやワーク支持装置等の
弾性により工具とワークの相対位置が変位する。この加
工反力はワークのパリの大きさ等により変化するので工
具による実際の加工線は教示線と異なったものとなり、
このためパリの大きい部分等の削り残し量が増大する。

このような問題を解決する手段として、工具駆動モータ
の負荷を検出し、パリが大きく従って負荷が増大すれば
工具の移動速度を減少させ、負荷が減少すれば工具の移
動速度を増大させて削り残し量の増大を防止することが
考えられる。しかしながら、このような方法では、負荷
検出器やロボット制御系に遅れ時間が存在するので、部
分的に限度を越えた削り残し量が生ずることを完全に防
止することはできない。

本発明は教示線を複数の区間に分割し、その区間内にお
ける工具の加工反力の最大値が所定の設定値を越えれば
限度を越えた削り残し量が生じたと判断されるので、そ
の区間を再度加工するようにして、削り残し量を限度以
下とする加工制御装置を得ることを目的とする。

〈課題を解決するための手段） このなめに、本発明は、添付図面に例示する如く、アー
ム１１の先端部に工具１６を取り付けた産業用ロボット
１０と、複数の教示点の位置を記憶する教示点記憶手段
２２ａと、前記産業用ロボット１０を作動させ前記工具
１６を前記各教示点を通る教示線Ｔに沿って移動させて
ワークＷを加工する自動加工実行手段２０ａを備えてな
る加工制御装置において、前記アーム１１の先端部と工
具１６の間に設けた力センサ１５と、前記教示線Ｔの全
長を定められた複数の区間に分ける分割点の位置を記憶
する分割点記憶手段２２ｂと、前記力センサ１５により
検出される前記工具１６の加工反力が加工反力設定手段
２３ｃにより予め設定された加工反力の設定値を越えれ
ば信号を生じる加工反力比較手段２３ｂと、前記分割点
記憶手段２３ｂの記憶内容に基づき前記工具１６が分割
された各区間の終点に達した時に前記加工反力比較手段
２３ｂが信号を生じている場合は前記工具１６を前記各
区間の起点に戻して同区間の加工を繰り返し、信号を生
じていない場合は前記工具１６を次の区間に進めて加工
を行うよう前記自動加工実行手段２０ａを制御する制御
手段２０ｂを備えたことを特徴とするものである。

（作用） 自動加工実行手段２０ａは、教示点記憶手段２２ａの記
憶内容と制御手段２０ｂがらの制御信号に基づき産業用
ロボット１０を作動させ、工具１６を各教示点を通る教
示線Ｔに沿って移動させてワークＷを加工する。力セン
サ１５は工具１６の加工反力を検出し、この加工反力が
加工反力設定手段２３ｃにより予め設定された設定値を
越えているかどうか加工反力比較手段２３ｂで比較する
。

前記設定値より大となれば限度を越えた削り残し量が生
じたと判断して加工反力比較手段２３ｂは信号を生じる
。制御手段２０ｂは工具１６の現在位置と分割点記憶手
段２２ｂの記憶内容に基づき、工具１６が各区間の終点
に達した時に加工反力比較手段２３ｂが信号を生じてい
るが否がを確認する。そして制御手段２０ｂは加工反力
比較手段２３ｂが信号を生じている場合は工具１６を一
旦ワークＷから離して前記区間の起点に戻して同区間の
加工を繰り返し、信号を生じていない場合は工具１６を
次の区間に進めて加工を行うように自動加工実行手段２
０ａを制御する。

（発明の効果） 上述の如く、本発明によれば定められた複数の区間にお
ける加工反力が所定値を越えているが否かにより削り残
し量が限度を越えているか否かを判断し、限度を越えた
削り残し量が生じた場合は限度以下となるまでその区間
の加工を繰り返すので、部分的にも限度を越えた削り残
し量が生じることはない。

（実施例） 以下に、添付図面に示すパリ取り加工における実施例に
より、本発明の説明をする。

第２図に示す如く、６軸多関節形の産業用ロボット１０
は互いに揺動自在に順次枢支されたアーム１１を有し、
その先端部であるリスト部１１ａには、力センサ１５を
介して工具１６が取り付けられている。工具１６は電動
型のもので、その回転軸にはパリ取り用のエンドミル等
の加工部１６ａを備えている。各アーム１１及びリスト
部１２は６個のサーボモータＭ１〜Ｍ６により駆動され
る。産業用ロボット１０を作動させて自動加工を行う制
御装置は、主中央処理装置（以下メインＣＰＵという）
２０とメモリ２２を主要構成部材とし、メインＣＰＵ２
０にはサーボＣＰＵ２１１〜２１６を介して各サーボモ
ータＭ１〜Ｍ６が接続され、センサコントローラ２３と
インターフェイス２４を介して力センサ１５が接続され
、また操作盤２５が接続されている。

第１図に示す如く、各サーボＣＰＵ２１１〜２１６（第
１図には符号２１としてまとめて表示）はプログラム化
された駆動制御手段２１ａと現在位置検出手段２１ｂを
備えている。駆動制御手段２１ａはメインＣＰＵ２０か
らの指令信号に基づき各サーボモータＭ１〜Ｍ６（第１
図には符号Ｍとしてまとめて表示）に制御パルスを分配
して駆動して産業用ロボット１０を作動させるものであ
り、現在位置検出手段２１ｂは駆動制御手段２１ａから
同じ制御パルスの分配を受けこれをカウントして各アー
ム１１の現在位置を検出し、工具１６の現在位置を検出
するものである。メモリ２２は実質的に教示点記憶手段
２２ａと分割点記憶手段２２ｂを備えている。教示点記
憶手段２２ａには工具１６を移動させる所定の教示線に
沿った複数の教示点の位置が、また分割点記憶手段２２
ｂには教示線を複数の区間に分ける複数の分割点の位置
が、自動加工に先立ち予７め入力され記憶されている。

本実施例においては。分割点は各教示点と一致させたが
、分割点は各教示点に基づき自動加工実行手段２０ａに
より演算される補間点の一部を使用してもよい。

センサコントローラ２３は、第１図に示す如く、プログ
ラム化された最大加工反力記憶手段２３ａ及び加工反力
比較手段２３ｂと加工反力設定手段２３ｃを備えている
。最大加工反力記憶手段２３ａは力センサ１５により検
出されて時々刻々変化する工具１６の加工反力の最大値
を記憶するものであり、加工反力設定手段２３ｃは加工
反力の限度を定める所定の設定値Ｆ１を予め設定し、こ
れを記憶するものである。設定値Ｆ０は、工具１６が削
り残しの許容値δ１だけ教示線Ｔから離れた許容線Ｄ（
第４図参照）を越える際に工具１６に加わる力である。

加工反力比較手段２３ｂは、最大加工反力記憶手段２３
ａの記憶値Ｆ２と設定値Ｆ１を比較して、この最大値Ｆ
２が設定値Ｆ１を越えれば、すなわち削り残し量が許容
値δｌを越えれば信号を出力するものである。

メインＣＰＵは、第１図に示す如く、プログラム化され
た自動加工実行手段２０ａと制御手段２ｏｂを備えてい
る。自動加工実行手段２０ａは、先ず教示点記憶手段２
２ａに記憶された複数の教示点の位置に基づき、各教示
点の間に複数の補間点の位置を演算し、各教示点と補間
点を通る教示線Ｔに沿って工具１６の加工部１６ａ（回
転するエンドミル）を移動させて、この加工部１６ａに
よりワークＷのパリ取り加工を行うものである。

自動加工実行手段２０ａは、また、制御手段２０ｂから
の制御信号に基づきひとつの区間の終点にある工具１６
の加工部１６ａを一旦ワークＷから離してその区間の起
点に戻し、同区間のパリ取り加工を再度行うものである
。制御手段２０ｂは、自動加工実行手段２０ａからの工
具１６の加工部１６ａの現在位置と分割点記憶手段２２
ｂからの分割点の位置に基づき、加工部１６ａが各区間
の終点に達する都度、加工反力比較手段２３ｂが信号を
生じているか否かを確認すると共に加工反力記憶手段２
３ａの記憶値を０にリセットするものである。また、制
御手段２０ｂは、加工部１６ａが各区間の終点に達した
時に加工反力比較手段２３ｂが信号を生じていればその
区間のパリ取り加工を再度行うように、また信号を生じ
ていなければ次の区間に進んでパリ取り加工を行うよう
に自動加工実行手段２０ａを制御するものである。なお
、他の変形例として、力センサ１５によって検出された
加工反力を直接加工反力比較手段２３ｂに入力し、前記
加工反力が設定値Ｆｌより一時的に越えれば、この越え
たことを加工反力比較手段２３ｂが記憶していても良い
。この記憶は、制御手段２０ｂによって消去される。

本実施例においては、第３図に示す如く、モデルワーク
Ｗ１の外周（教示線Ｔ）上に８個の教示点ｐＨ〜Ｐ８１
が設定され、予め行われる教示作業により各教示点の位
置は教示点記憶手段２２ａに記憶されている。また、本
実施例においては、８個の教示点ｐＨ〜Ｐ８１は分割点
として各位置が分割点記憶手段２２ｂに記憶され、教示
線Ｔを８個の区間Ｐ　ＩＩＰ　２１〜Ｐ８１ｐＨに分け
ている。なお、各区間には複数の補間点（例えば区間ｐ
ＨＰ２１には１８個の補間点ＰＬ２〜Ｐ１１９．区間Ｐ
　２１　Ｐ　３１には８個の補間点Ｐ２２〜Ｐ２９）が
設けられ、各補間点の位置は各教示点の位置等に基づき
自動加工実行手段２０ａにより演算される。

次に上記実施例の加工動作を第４図の動作説明図と第５
図のフローチャートにより説明する。未加工のワークＷ
を所定位置に位置決め支持した後、操作盤２５によりメ
インＣＰＵ２０に加工の開始を指令すれば、工具１６が
回転駆動されて加工動作が開始される。

メインＣＰＵ２０は、先ず第５図のフローチャートのス
テラ７１００において所定の第１カウンタのカウント値
ｍを１として第１の区間Ｐ１１Ｐ２１のパリ取り加工を
行う。先ずステップ１０１においてメインＣＰＵ２０　
（自動加工実行手段２０ａ部分）は産業用ロボット１０
のサーボモータＭ１〜Ｍ６を作動させて工具１６の加工
部１６ａを第１の教示点ｐｔｔから教示線゛ｒと直交方
向に距ｇｆ　ｈ離れた０１点に移動する。距ａｈはワー
クＷのパリの外縁Ｗａに加工部１６ａが当接することが
ない値とする。次いでメインＣＰＵ２０はステップ１０
２において第２カウンタのカウント値ｎを１とした後、
ステップ１０３において産業用ロボッ）１０を作動させ
て加工部１６ａを第１の教示点Ｐ１１（第１の分割点、
第１の区間の起点〉に移動してパリ取り加工を開始する
。産業用ロボット１０のサーボモータＭ１〜Ｍ６がメイ
ンＣＰＵ２０の指令の通りに作動しても、加工部１６ａ
に生ずる切削反力のため加工部１６ａは必ずしも教示点
ｐｔｔには達しない、ステップ１０４においてセンサコ
ントローラ２３（最大加工反力記憶手段部分２３ａ）は
力センサ１５により検出されたその点における加工部１
６ａに生ずる切削反力Ｆを読み込み、ステップ１０５に
おいてそれまで最大加工反力記憶手段２３ａに記憶され
ていた記憶値Ｆ２（初期値はＯ）を切削反力Ｆと比較し
、Ｆ＞Ｆ２ならばステップ１０６においてこの記憶値Ｆ
２をＦとした後ステップ１０７に進み、またＦ＞Ｆ２で
なければそのままステップ１０９に進む、ステップ１０
７においてセンサコントローラ２３の加工反力比較手段
２３ｂはこの最大加工反力の記憶値Ｆ２を加工反力設定
手段２３ｃに記憶された設定値Ｆ１と比較して、Ｆ　２
　＞　Ｆ　１ならばステップ１０８において信号を生じ
てこれをメインＣＰＵ２０の制御手段２０ｂに送った後
、またＦ２〉Ｆｌでなければそのまま次のステップ１０
９に進む。

ステップ１０９においてメインＣＰＵ２０は第２カウン
タ値ｎに１を加えて２とし、ステップ１１０においてこ
のｎと区間Ｐ１１Ｐ２１内の補間点の数Ｎ　ｍ　（Ｎ　
１＝　１８　）を比較し、ここではｎ　＞　Ｎ１でない
のでステップ１０３〜１１０を繰り遅し、更に同様の動
作を工具１６の加工部１６ａが第１の区間Ｐ１１Ｐ２１
の終点（ｆｔ終の補間点）Ｐ１１９に達するまで繰り返
す。以上によりセンサコントローラ２３の加工反力記憶
手段２３ａは第１の教示点ｐＨ及び各補間点Ｐ１２〜ｐ
Ｈ９における加工反力Ｆの最大値Ｆ２を演算して記憶し
、加工反力比較手段２３ｂはこの最大値Ｆ２が設定値Ｆ
１よりも大となればメインＣＰＵ２０の制御手段２０ｂ
に信号を送る。第４図に示す実施例においては、第１の
区間Ｐ１１Ｐ２１内では加工部１６ａによる実際の加工
線ｗｂの教示線Ｔに対する最大の変位δ２は許容値δ１
以内であるのでＦ　２　＞　Ｆ　１となることはなく、
加工反力比較手段２３ｂは信号を生じない、従って第１
の区間の終点Ｐ１１９に達した後は、メインＣＰＵ２０
は制御動作をステップ１１０よりステップ１１１に進め
、同ステップ１１１の判断を経てステップ１１２に進め
て最大加工反力記憶手段２３ａの記憶値Ｆ２をＯにリセ
ットし、続くステップ１１３において第１カウンタ値ｍ
に１を加えて２とする０次のステップ１１４においてメ
インＣＰＵ２０は第１カウンタ値ｍを分割点の数Ｍ（＝
８＞と比較し、ここではｍ＞Ｍではないのでステップ１
０２に戻って第２の区間Ｐ２１Ｐ３１のパリ取り加工を
行う。

第２の区間Ｐ２１Ｐ３１の加工においては、補間点Ｐ２
２までは前記と全く同様に制御動作が繰り返される。し
かし補間点Ｐ２３においては、第４図に示す如く、実際
の加工線ｗｂが許容線りを越えるのでＦ　２　＞　Ｆ　
１となり、従ってステップ１０７から１０８に進んで加
工反力比較手段２３ｂは信号を生じてメインＣＰＵ２０
の制御手段２０ｂに送る。

そして更にステップ１０３〜１１０が繰り返されて加工
部１６ａが第２の区間Ｐ２１Ｐ３１の終点Ｐ２９に達す
るまでパリ取り加工が行われ、加工反力Ｆは増減するが
最大加工反力記憶手段２３ａの記憶値Ｆ２が減少するこ
とはないので、加工反力比較手段２３ｂからの信号は制
御手段２０ｂに送られたままである。従ってステップ１
１１においてメインＣＰＵ２０は制御動作をステップ１
１５に進めて最大、ＪＤ工反力記憶手段２３ａの記憶値
Ｆ２を０にリセットし、ステップ１１６において産業用
ロボット１０を作動させて加工部１６ａをワークＷから
離して第３の分割点Ｐ３１から前記距離りだけ離れたＯ
５点に移動した後、ステップ１０１に戻す、ステップ１
０１においてメインＣＰＵ２０は産業用ロボット１０を
作動させ、加工部１６ａを工作物Ｗのパリの外縁Ｗａに
触れないように移動して第２の分割点Ｐ２１から距離り
離れた０２点に戻し、続いてステップ１０２〜１１０を
繰り返して加工部１６ａにより第２の区間Ｐ　２１　Ｐ
　３１のパリ取り加工を再び行う、これにより第２の区
間Ｐ　２１Ｐ　３１においても実際の加工線ｗｂの教示
線Ｔに対する最大の変位δ２、すなわちパリの削り残し
量は許容値δ１以下となる。従って第２の区間Ｐ２１Ｐ
３１の終点Ｐ２９に達した後、メインＣＰＵ２０は制御
動作をステップ１１１からステップ１１２〜１１４に進
め、ステップ１０２に戻して第３の区間Ｐ　３１　Ｐ　
４１のパリ取り加工に移す。

以下同様にして、第３〜第８の区間Ｐ３１Ｐ１１〜Ｐ８
１Ｐ１１のパリ取り加工が順次行われる。しかして、各
区間において実際の加工線ｗｂが許容線りを越えればそ
の区間の加工は繰り返され、実際の加工線ｗｂの教示線
Ｔに対する最大の変位δ２が許容値δ１以下となってか
ら次の区間に進んでパリ取りが行われる。そして加工部
１６ａが第８の区間Ｐ８１ｐＨの終点Ｐ８９に達し、か
つステップ１１１において加工反力比較手段２３ｂから
の信号がなければ、メインＣＰＵ２０はステップ１１３
において第１カウント値ｍを９とし、続くステップ１１
４の判断を経て、ステップ１１７において第１の教示点
Ｐ１１に移動し、続くステップ１１８において点０１に
移動して加工動作を終了する。

上述の如く、本実施例によれば、各区間において実際の
加工ｉＷｂが許容線りを越えればその区間のパリ取り加
工が繰り返され、加工線ｗｂの教示線Ｔに対する最大の
変位δ２が許容値δｌ以下となってから次の区間のパリ
取り加工が行われるので、部分的にも限度を越えた削り
残し量が生ずることはない。

なお、上記実施例においては、各分割点を教示点と一致
させ、これによれば教示点記憶手段２２ａと分割点記憶
手段２２ｂを共通化させることができるが、本発明は教
示点の一部のみを分割点として使用し、あるいは教示点
の他に補間点の一部を分割点として実施することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による力センサを用いた加工制御装置
の一実施例を示し、第１図は全体構成図、第２図は全体
構造図、第３図は加工動作の概略説明図、第４図は加工
動作の詳細説明図、第５図は加工制御動作のフローチャ
ートである。 符号の説明 １０・・・産業用ロボット、１１・・・アーム、１５・
・・力センサ、１６・・・工具、２０ａ・・・自動加工
実行手段、２０ｂ・・・制御手段、２２ａ・・・教示点
記憶手段、２２ｂ・・・分割点記憶手段、２３ａ・・・
最大加工反力記憶手段、２３ｂ・・・加工反力比較手段
、２３ｃ・・・加工反力設定手段、Ｔ・・・教示線、Ｗ
・・・ワーり。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アームの先端部に工具を取り付けた産業用ロボットと、
   複数の教示点の位置を記憶する教示点記憶手段と、前記
   産業用ロボットを作動させ前記工具を前記各教示点を通
   る教示線に沿って移動させてワークを加工する自動加工
   実行手段を備えてなる加工制御装置において、前記アー
   ムの先端部と工具の間に設けた力センサと、前記教示線
   の全長を定められた複数の区間に分ける分割点の位置を
   記憶する分割点記憶手段と、前記力センサにより検出さ
   れる前記工具の加工反力が加工反力設定手段により予め
   設定された加工反力の設定値を越えれば信号を生じる加
   工反力比較手段と、前記分割点記憶手段の記憶内容に基
   づき前記工具が分割された各区間の終点に達した時に前
   記加工反力比較手段が信号を生じている場合は前記工具
   を前記各区間の起点に戻して同区間の加工を繰り返し、
   信号を生じていない場合は前記工具を次の区間に進めて
   加工を行うよう前記自動加工実行手段を制御する制御手
   段を備えたことを特徴とする力センサを用いた加工制御
   装置。