JPH0236063A - ばり取りロボット - 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］ 本発明は回転工具と、該回転工具の回転速度検出器とを
、ばり取りロボットのアームに取り付けて、その検出回
転速度に対応するようにアームを移動し、ばりを除去す
るばり取りロボットに関するものである。

〔従来の技術〕

工具の有している能力を最大限に利用して効率良くばり
取り作業をすることを目的として、本発明者は「回転工
具を手首に具備し、前記回転工具の回転速度検出手段と
、該回転速度検出手段の出力を入力し、ロボットの移動
速度を演算してモータを制御し駆動する制御部とから構
成された教示再生形ばり取りロボットにおいて、一定回
転数で回転する工具をロボット手首を介して移動する際
に、回転速度検出器により検出した回転速度検出値（Ａ
）と、回転工具負荷特性上回転速度とトルクを乗じて表
わされる出力が最大となる回転速度（Ｂ）とを比較し、
回転速度が（Ａ）≧（Ｂ）の時には移動速度を教示移動
速度に維持し、（Ａ）く（Ｂ）の時には移動速度を（Ａ
）　−（Ｂ）になるように演算しつつ、前記移動速度を
教示移動速度より減速することを特徴とするばり取りロ
ボット。」他４項につき開発し、既に出願した（特願昭
６３−６８８２１　号）。

また、本発明者は「回転速度検出器を設けた回転工具を
手錠に具備してばり取り作業を行うばり取りロボットに
おいて、工具回転速度から工具回転加速度を演算し、前
記演算された工具回転加速度から教示動作速度からの減
速量及び加速量を演算する手段、前記演算された動作速
度に従いロボット手先を動作させる手段を有する事を特
徴とするばり取りロボノｌ−Ｊ他２項を出願している（
特願昭５２６２０５１号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の先出側の制御方法は、移動速度が２０ｍｍ／ｓｅ
ｃ　ぐらいまでの比較的遅い場合には有用であるが、５
０ｍｍ／ｓｅｃ以上の高速移動速度下で厚いばりに突然
遭遇した場合には、回転速度検出値が設定回転速度以下
に下がる迄は制御しないため、象、激な変化への追従が
できず工具に過大な力が加わり、加工が継続不可となる
ことがあった。

上記の後出願の制御方法は、急激に変化する厚いばりに
対して迅速な応答を可能とした点で優れたものであるが
、工具回転加速度に追従するものであるため、工具回転
加速度の大きさ、および比例定数の値に応じて収束する
移動速度が異なるため、例えば最大出力発生回転速度の
ような目標とする回転速度となるように工具の移動速度
を制御することに関しては不充分であった。

本発明は上記２つの発明を改良したもので、ばりの変化
に追従し、しかも回転工具が最大限に能力を発揮する回
転速度となるようにロボットの送り速度を制御して、工
具の能力を有効に利用して能率良くばり取り作業ができ
るばり取りロボットを得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段〕 本発明は、回転速度検出器を設けた回転工具を取り付け
てばり取り作業を行うロボットにおいて、回転工具には
既出願特許（特願昭６３−５Ｅ６２０２７号）と同様第
５図に示す特性を有するものを用いる。

一定周期（サンプル周期）毎に工具回転速度を検出する
手段、前記検出値から設定工具回転速度に収束するロボ
ット移動速度の増減量（加減速度）を演算する手段、更
に前記増分量又は減分量を前周期のロボット移動速度に
加え、演算された移動速度に従い手首の回転工具を動作
させる手段を有することを特徴とするばり取りロボット
である。

〔実施例］ 以下本発明を、実施例に基づいて説明する。

第１図は、教示再生形ロポソ１−を使用した構成図であ
る。

第２図は位置ループまでをマイクロコンピュータで処理
するロボットハードウェア構成図である。

１は多自由度ロボット、２は制御装置、１４はサーボモ
ータ１７を含むロボット各間節部、１５はサーボモータ
アンプ、５はナーポモータの動力線及び信号線である。

２６は高周波インバータモータ使用の回転工具である。

第５図は高周波インバータモータの回転工具の負荷に対
する工具出力と回転速度の関係を示したものであり、最
大出力発生回転速度Ｎ、と回転が停止してしまう負荷回
転速度下限値Ｎ。間に余裕のある特性を有する。

以下、上記回転工具を取り付けて速度制御を行うばり取
り方法について説明する。

まず教示法について説明する。最初ばりのないモデルワ
ーク７′に沿って手動操作によりロボット関節部１４を
動かすことにより回転工具２６を移動させ、その回転工
具の通過させたい位置をロボットの各関節部を駆動する
サーボモータ１７に直結されたパルスエンコーダ１６の
信号線４が接続されたカウンタ２０から読みとり、制御
装置２のＲＡＭ２３に記憶させる。通過速度もその時、
ロボット特性上、経路精度が確保できる大きさに近い値
を記憶させる。これが教示移動速度である。

以上の方法により、予め加工軌道とロボットアーム先端
の工具の動作速度が制御装置２に人力され、教示を終る
。−船釣には、ばりのないモデルワーり７′と実際のワ
ーク７とのセツティング位置に、ずれがあっても、補正
する事が可能である。

使用する回転工具２６に対する回転速度基準値は制？′
Ｂ装置２の操作盤２９により、別途、回転工具２６に合
わせて設定する。

次にばり取り作業中の回転速度検出器３について説明す
る。第３図に、回転速度検出の原理の１例を示す。ＶＣ
Ｃ線１１とＧ＋ｌ線１線色２ルス線１３を結線したホー
ル素子１０とマグネット９により、回転工具のモータ８
が１回転することによりパルスを発生する。そのパルス
を第１図、第２図に示すパルス信号線６を通して周波数
を電圧に変換するＦ／Ｖ変換器２１に送ることにより電
圧に変換され、更にＡ／Ｄ変換器２２に送ってディジタ
ル量に変換され、バス２５を通じてマイクロプロセッサ
１８に取り入れられる。以上の方法により回転工具の回
転速度を第１図、第２図に示す制御装置２に入力する事
ができる。

以上のように構成されたばり取りロボットにおいて、ロ
ボットに装着されている回転速度検出器付の回転工具２
６を回転させて実際のパリ取り作業における本発明のロ
ボット手先回転工具の移動速度制御信号を作成する過程
を第４図に示す。教示プログラムの再生が開始されると
、まず教示点の有無を確認した後、教示点があれば教示
移動速度等の制御情報をＲＡＭ２３から取り出し、次に
回転数検出器３からの回転工具２６の回転速度が２２の
Ａ／Ｄ変換器から入力される。

前記入力された回転速度から式（１）にてロボット移動
速度の加減速度を演算する ここで、α７はサンプル回数ｎ回目のロボット移動速度
、Ｎ７はサンプル回数ｎ回目の検出工具回転速度、Ｎ７
−１はサンプル回数ｎ−１回目の検出工具回転速度、Ｋ
Ｐ、にゎは比例定数である。

次に前記演算された加減速度からロボ、ットアームの移
動速度を式（２）にて演算する。

Ｖ、　＝Ｖ１．．＋α・ΔＴ　　　・・・・・・　（２
）二こで、Ｖｆｉはサンプル回数ｎ回目のロボット移動
速度、Ｖ　ｎ−１はサンプル回数ｎ−１回目のロボット
移動速度、ΔＴはサンプル周期である。次に式（２）で
演算したロボット移動速度をマイクロコンピュータの演
算部２４にて比較する。そして、式（２）で得られた移
動速度が教示移動速度より大きいならば、演算移動速度
■７を教示移動速度に変更し、その速度を達成するよう
に補間目標位置を演算してロボッＩ・アーム各軸のサー
ボモータアンプ１５にＤ／Ａ変換器１９を介して速度制
御信号として出力する。

そして、位置ループのサーボモータサンプル周期を待っ
た後、そのとき実行中の補間点が教示点に到達したかを
判断し、教示点に到達していなければＣのループを通っ
て前の回転速度の検出部に戻り、新たな補間点を作る処
理に戻る。教示点に到達していればｄのループを通って
次の教示点に対する処理に入る。

この過程を教示点がな（なるまで繰り返す。

ここで本発明によるロボット移動速度の加減速度の演算
式（１）について更に説明する。弐（１）右辺の第１項
は工具回転速度が設定回転速度ＮＯ（ここでは工具最大
出力発生回転速度）に向かうようにロボット移動速度を
修正する部分、第２項は既出側特許（特願昭６３ＳＥ６
２０５１　号）にて提案したばりの変化発生時の迅速応
答に効果のある部分である。

両頂の係数Ｋｐ、ＫＤの太きざは制御系の特性に合わせ
て決定するが、既出側特許（特願昭６３ＳＥ６２０５１
号）と同様に、応答性向上を図るため、検出工具回転加
速度に応じて選択することも可能である。

上記した如く、既出側特許（特願昭６３ＳＨ６２０２７
号及び特願昭６３５Ｅ６２０５１号）と異なり、設定回
転速度値Ｎ６以上の回転速度の降下開始時期から減速制
御が開始されることから、高速加工時での薄いばり加工
状態から厚いまたは高いばりに遭遇した場合のような急
激な変化にも迅速に追随して移動速度を変化し、また回
転工具が最大限に能力を発揮する回転速度に収束するこ
とが可能となる。

上記制御内容を更に第６図、第７図を使って説明する。

第６図はエンドミルを使ってばり取りをする状況を、第
７図はそのときの回転工具とロボットアーム速度の関係
を示したものである。第７図の横軸位置は第６図のワー
クの位置すなわちばりのあるところとないところは合せ
て図示している。

ばりかない、あるいはごく小さいばりのところでは工具
の回転速度が無負荷時のＮＡであるため、弐（１）の加
減速度は正となり、弐（２）にて演算される移動速度は
教示移動速度より大きくなるが、教示移動速度を越えな
いように制限するため、ロボット手首の回転工具は教示
移動速度で動作する。中途大きなばり２７に遭遇し、加
工所要トルクが大きくなって工具回転速度が低下し始め
ると、式（１）右辺第２項の効果により最初急激にロボ
ット移動速度が下がり、その後は第１項の効果で設定回
転速度Ｎｌｌとなるようにロボット手首回転工具の移動
速度を制御する。教示速度以上にしないと設定回転速度
にならないような小さいばり２８では回転工具はＮＡと
Ｎｌ１間の負荷トルクとつりあった回転速度で移動する
。

以上の方法により、加工軌道上の回転工具の動作速度を
、工具回転速度により制御する事により、教示速度では
回転工具の能力を上まわる大きなばりに遭遇したときは
回転工具の最大出力の出せる回転速度付近つまり、単位
時間あたりのばり切除量の最も大きい回転速度近傍でば
り取り作業を行なう事が可能となる。

なお、以上のような制御は、マイクロコンピュータのプ
ログラムとして、制御装置２に組み込むことにより実施
可能である。

上記実施例では、移動速度と工具回転速度との間は第５
図に示すように、ＮＢを過ぎたら教示設定速度、ＮＩＩ
を下まわったときのみＮ、となる移動速度としたが、Ｎ
１以上でも式（２）を適用して移動速度を増加し、常に
最大能率でばり取りを行うようにすることも当然考えら
れる。

また、回転工具の比較回転速度として、工具出力が最大
の値としたのでは刃具にとって負荷が大きくなりすぎ、
仕上精度上不具合な場合には比較基準値Ｎ、の設定値を
出力最大値よりも上げて、刃具の限界出力の回転速度を
基準値として使用することも可能である。

〔発明の効果〕

前述したように本発明によれば、従来ばりの高さ、厚さ
が最も大きなワークを対象として加工時のロボットアー
ムの移動速度を決定せざるを得す作業能率が悪かったが
、ロボットアームの教示速度を従来より速くしても、加
工時にはどんな形状のばりに対しても瞬時に工具の最大
出力となる回転速度あるいは刃具の限界出力の回転速度
である送り速度となるため能率を上げることができる。

また、回転速度を検出し演算された回転加速度による制
御方法は力検出による方法に比して、演算量の軽減、ロ
ボット剛性アップ、検出器取り付けに対する考慮の軽減
、応答性の面でも優れたばり取りロボットとすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は教示再生形ばり取りロボットの構成図、第２図
はハードウェア構成図、第３図は工具回転速度検出性説
明図、第４図はロボ７）アーム動作速度作成過程流れ図
、第５図は回転工具の出力−回転速度の関係図、第６図
、第７図はロボットアーム動作速度制御説明図である。 ３・・・回転速度検出器、２６・・・回転工具。 第 図 第 図 第 図 工具出力

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転工具を手首に具備し、前記回転工具の回転速
   度検出手段と、該回転速度検出手段の出力を入力し、ロ
   ボットの移動速度を演算してモータを制御し駆動する制
   御部とから構成された教示再生形ばり取りロボットにお
   いて、一定周期毎に、工具回転速度から設定回転速度と
   の偏差量および工具回転加速度を演算し、前記演算され
   た設定回転速度との偏差量および工具回転加速度から前
   周期のロボット移動速度からの減速量および加速量を演
   算する手段、前記演算された移動速度に従い手首の回転
   工具を動作させる手段を有する事を特徴とするばり取り
   ロボット
2. （２）回転工具は高周波インバータモータを駆動源とす
   るものである特許請求の範囲第１項記載のばり取りロボ
   ット