JPH03111151A - ワークコーナー部の倣い制御装置 - 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、ワークコーナー部の倣い制御装置に関し、特
に金型等を研磨する研磨ロボットや形状計測等の倣い装
置などの多自由度作業機械に適用され、コーナー部を有
するワークについて連続的且つ滑らかな作業を可能にす
るワークコーナー部の倣い制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来、金型を製作する際、金型の切削加工作業はＮＣフ
ライス等によって自動化されているが、切削加工後にお
いて加工跡を除去し加工面を鏡面程度まで磨き上げる研
磨作業は、はとんど人手によって行っている。かかる研
磨作業で（キ、研磨工具をワークに押し付けながら研磨
すべき面に沿って移動させることが必要であり、研磨工
具の制御において力制御が要求されるので、位置制御の
みが行われる通常の工業用ロボットや工作機械では研磨
作業の自動化を図ることができなかった。そこで、最近
では、空気圧等を利用して研磨工具をワークに押し付け
、力制御を行えるようにした研磨装置が提案されている
。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、現在開発されている力制御を行い得る研磨装
置は、その押付は方向が一定の方向であり、押付は方向
をワーク形状の状況や作業状況に応じて自由に変更する
ことができないように構成されている。そのため、例え
ばワークの被研磨部に垂直等の角度を有したコーナー部
が存在する場合には、このコーナー部を連続的に且つ滑
らかに研磨することができず、研磨作業を自動的に行う
装置としては不完全なものであった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、被研磨部材である
ワークにおいて隣合う壁面が直角等の角度を形成して隣
接するコーナー部が存在する場合に、当該コーナー部の
箇所も連続的に且つ滑らかに研磨等の作業を実行するこ
とのできるワークコーナー部の倣い制御装置を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 第１の本発明に係るワークコーナー部の倣い制御装置は
、ワーク面に所定の押付は力で押し付けられて所定の作
業を行いながらワーク面上を移動する作業用ツールと、
この作業用ツールに加わる力を検出する力検出手段と、
作業用ツールの押付は力と移動を制御するための制御手
段とを備え、第１の面と第２の面によって形成されるコ
ーナー部を有するワークに対して前記作業が行われる多
自由度作業機械において、力検出手段の検出した作業用
ツールの移動方向の力が設定値よりも大きいか否かを判
定し、大きいききにはコーナー部であると判断して作業
用ツールの押付は方向と移動方向を変更する制御状態変
更手段を備えるように構成される。

第２の本発明に係るワークコーナー部の倣い制御装置は
、ワーク面に所定の押付は力で押し付けられて所定の作
業を行いながらワーク面上を移動する作業用ツールと、
作業用ツールに加わる力を少なくとも検出する力検出手
段と、作業用ツールの押付は力と移動を制御するための
制御手段とを備え、制御手段は、作業用ツールの目標位
置を設定する位置設定手段き、作業用ツールの目標押付
は力を設定する力設定手段と、コンプライアンス制御を
実行するための位置・力制御演算手段とを有するもので
あり、第１の面と第２の面によって形成されるコーナー
部を有するワークに対して前記作業が行われる多自由度
作業機械において、力検出手段の検出した作業用ツール
の移動方向の力が設定値よりも大きいか否かを判定し、
大きいときには、位置設定手段と、力設定手段と、位置
・力制御演算手段の不感帯演算手段及びバネ定数乗算手
段の内、いずれかを選択してその設定値を変更すること
により、作業用ツールの押付は方向と移動方向を前記コ
ーナー部にて変更する制御状態変更手段を備えるように
構成される。

第３の本発明に係るワークコーナー部の倣い制御装置は
、ワーク面に設定された押付は力で押し付けられて所定
の作業を行いながらワーク面上を移動する作業用ツール
と、作業用ツールに加わる力を少なくとも検出する力検
出手段と、作業用ツールの押付は力と移動を制御するた
めの制御手段とを備え、制御手段は、作業用ツールの目
標位置を設定する位置設定手段と、作業用ツールの目標
押付は力を設定する力設定手段と、ハイブリッド制御を
実行するための位置・力制御演算手段とを有し、第１の
面と第２の面によって形成されるコーナー部を有するワ
ークに対して作業が行われる多自由度作業機械において
、力検出手段の検出した作業用ツールの移動方向の力が
設定値よりも大きいか否かを判定し、移動方向の力が設
定値よりも大きいときには、位置設定手段と、力設定手
段と、位置・力制御演算手段の第１及び第２の制御スイ
ッチの内、いずれかを選択してその設定値を変更するこ
とにより、作業用ツールの押付は方向と移動方向をコー
ナー部にて変更する制御状態変更手段を備えるように構
成される。

第４の本発明に係るワークコーナー部の倣い制御装置は
、ワーク面に所定の押付は力で押し付けられて所定の作
業を行いながらワーク面上を移動する作業用ツールと、
作業用ツールに加わる力を少なくとも検出する力検出手
段と、作業用ツールの押付は力と移動を制御するための
制御手段とを備え、制御手段は、作業用ツールの目標位
置を設定する位置設定手段と、それぞれ対応する制御量
についての検出値を基準座標系から任意座標系に変換す
る第１及び第２の座標変換手段と、操作量の指令値を任
意座標系から基準座標系に変換する第３の座標変換手段
を有するものであり１、第１の面と第２の面によって形
成されるコーナー部を有するワークに対して前記作業が
行われる多自由度作業機械において、力検出手段の検出
した作業用ツールの移動方向の力が設定値よりも大きい
か否かを判定し、大きいときには、位置設定手段と、第
１、第２、第３の座標変換手段のそれぞれの設定値を変
更することにより、コーナー部にて作業用ツールの押付
は方向と移動方向を変更する制御状態変更手段を備える
ように構成される。

［作用］ 第１乃至第４の本発明によれば、直角等の角度を有した
２つの面でコーナー部が形成されたワークを研磨等する
ときに、研磨の対象となる面がコーナー部で代わった場
合でも研磨すべき面の状況に応じて作業が継続して行わ
れるように制御手段による工作機械の制御状態、すなわ
ち押付は方向と送り方向を切り替えて変更することがで
き、ワークのコーナー部付近の面も連続的且つ滑らかに
研磨等することができる。

第２の本発明によれば、特に、作業用ツールに所定の作
業をコンプライアンス制御にて行わせるための制御演算
手段が含む力目標値設定手段、位置目標値設定手段、不
感帯演算手段、バネ定数乗算手段の各設定値を選択的に
適宜に変更することによって、直角の角度を有するコー
ナー部を連続的に且つ滑らかに研磨等することができる
。

第３の本発明によれば、特に、作業用ツールに所定の作
業をハイブリッド制御にて行わせるための制御演算手段
が含む力目標値設定手段、位置口１．１ 標値設定手段、第１及び第２の制御スイッチの各設定値
を選択的に適宜に変更することによって、直角の角度を
有するコーナー部を連続的に且つ滑らかに研磨等するこ
とができる。

第４の本発明によれば、特に座標変換の変換行列を変更
することによって制御手段による制御状態における押付
は方向と送り方向を変更するようにしたため、直角及び
直角以外の角度を有するコーナー部であってもそのコー
ナー角度に応じて任意に押付は方向と送り方向を変更す
ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

第１図は本発明に係るワークコーナー部の倣い制御装置
の第１実施例を示す工作機械本体及びその制御装置の構
成例を示す。

第１図において、１はロボットの主要部をなす例えば研
磨装置の如き工作機械本体で、この工作機械本体１は、
ロボット機構部２と、駆動部であ２ るモータ３と、モータ３に付設されモータ駆動軸の移動
量を検出するエンコーダ４とから構成される。この図示
例ではロボット機構部２はワークの台座となるｘｙテー
ブル５と、所定の作業を実行する手先効果器を取り付け
るための２テーブル６を有する。ｘｙテーブル５ではワ
ークがＸ座標軸及びｙ座標軸の少なくともいずれか一方
に沿ってｘｙ平面内を移動し、２テーブル６では手先効
果器が２座標軸に沿って移動する。これらの移動は前記
モータ３の駆動動作によって行われる。各軸についての
移動動作はそれぞれ独立に行われるため、モータ３は各
軸ごとに設けられる。従って、エンコーダ４も各軸のモ
ータに対応して軸ごとに備えられる。しかし図示例では
、説明の便宜上それぞれ１つのブロックで複数のモータ
及びエンコーダを示している。ｘ、ｙ、ｚの３軸に関し
所定のモータ３を動作させると、対応する駆動対象に力
ｆｗが与えられ、駆動対象は移動する。駆動対象の移動
量は位置情報として対応するエンコーダ４によって得る
ことができる。２テーブル６はアーム７を備え、そのリ
スト部に力センサ８が備えられ、更にこの力センサ８の
先にグラインダ等の作業用ツールである手先効果器９が
取り付けられる。

以上の構成によれば、ワークをｘｙテーブル５の上に固
定して配置し、モータ３を介してｘｙテーブル５上のワ
ーク及び２テーブル６上の手先効果器９の位置を適宜に
変更し、ワークに対し手先効果器９を所定の押付は方向
に押付けなから当接させ且つ所定の送り方向に移動させ
ることにより、ワークの表面にグラインダかけ等の作業
を行うことができる。この作業において、力センサ８に
対しては手先効果器９とワークとの接触によって生じる
力及びモーメントが作用し、力センサ８を介して手先効
果器９に反力として生じる力等を検出することができる
。

次に制御装置を説明する。第１図において工作機械本体
１以外の部分１０が制御装置の主要部を構成する。前述
したエンコーダ４及び力センサ８も検出部として制御装
置に含まれる。第１図中、ブロック図にて制御装置１０
を構成する要素を示す。制御装置１０はマイクロコンピ
ュータを利用したソフト的構成によって実現される。な
お、ハード的電気構成でも実現できる。１１は刃口標値
設定部、１２は位置目標値設定部である。刃口標値設定
部１１にはｘ、ｙ、ｚの各座標軸について押付は力の目
標値ｆ＋　　（各軸の目標値を要素とするベクトルとし
て表示される）が予め設定され、刃口標値設定部１１は
設定された目標値ｆ＋を減算器１３に対し出力する。刃
口標値の設定には例えば教示データが使用される。位置
目標値設定部】−２には各軸について手先効果器９の位
置の目標値ｐ＋　　（各軸の目標値を要素とするベクト
ルとして表示される）が予め設定され、位置目標値設定
部１−２は設定された目標値（ｐｒを減算器１４に対し
出力する。位置目標値の設定には例えば教示データを補
間した値が使用される。刃口標値設定部１１と位置目標
値設定部１２にはそれぞれ手先効果器９の押付は力の目
標値と送り方向の位置の目標値が順次に設定される。

５ 前記力センサ８で検出された力は力演鼻部１．５に送給
され、力演鼻部１５で、センサ座標系から手先座標系で
ある基準座標系に変換すると共に手先効果器９の重力分
を差し引く重力補償を行うことによりワークと手先効果
器９の接触点での力量を算出する。力演鼻部１５で得ら
れた力ｆは減算器１３に与えられる。一方、エンコーダ
４で検出された各テーブルにおける各軸方向の移動量に
係る位置データは位置演算部１６に送給され、この位置
演算部１６で位置演算を行うことにより手先効果器９で
の作業点（ワークとの接触点）の位置ｐを算出する。位
置演算部１６で得られた位置ｐは減算器１４に与えられ
る。

減算器１３では、力ｆと刃口標値Ｍｔとが比較され、そ
の偏差Δｆ＝１ｒ−ｆｒが出力される。減算器１４では
、位置ｐと位置目標値［ｐｌが比較され、その偏差Δｐ
＝ｔｐ　−［［）　ｒが出力される。上記の各偏差Δｆ
とΔｐは位置・力制御演算部１７に入力される。

位置・力制御演算部１７は仮想コンブライアン６ ス制御系として構成され、調整可能な不感帯幅Ｗが設定
される不感帯演算部１８と、調整可能なバネ定数行列（
コンプライアンス行列）ｋが設定されたバネ定数乗算部
１９と、減算器２０と、コントローラゲインｋｃが設定
された特性補償演算部２１とから構成される。かかる構
成によって、不感帯演算部１８を通過したΔＩとバネ定
数乗算部１９を通過したΔｐは減算器２０で減算が行わ
れ、その後、特性補償演算部２１でコントローラゲイン
ｋｃが乗じられることにより目標速度Ｖを表す指令信号
が出力される。位置・力制御演算部１７の出力信号はモ
ータ速度演算部２２に与えられ、ここでモータ速度操作
信号を発生し、サーボアンプ２３を経てモータ３に供給
する。モータ３は操作信号により目標速度になるように
制御される。

前記において、仮想コンプライアンス制御は、ソフトウ
ェアによって手先効果器９にあたかもバネが存在するよ
うな動作をさせるもので、このバネ定数を制御軸ごとに
自由に変更することができる。仮想コンプライアンス制
御によれば、その設定値の与え方によって、位置制御又
は力制御のモードで動作させることができる位置と力の
制御方式である。バネ定数行列にやコントローラゲイン
ｋｃはＸ軸、ｙ軸、Ｚ軸の各軸に対応する値を対角成分
に有する対角行列であり、また不感帯演算部１８は各軸
に対応して設けられる。例えば、不感帯演算部１８につ
いては、不感帯幅を各軸ごとに任意に設定することがで
き、不感帯をなくすこともできるし、不感帯を大きくと
ることによってその出力を常に０にし、カフィードバッ
クをなくして位置制御のみを行うこともできる。バネ定
数乗算部１９については、各軸の対角成分ｋｉを任意に
設定することができ、特にｋｉを０にすれば位置のフィ
ードバックをなくして力制御のみを行うことができる。

このように、ｘ、ｙ、ｚの各座標軸はそれぞれ独立した
制御特性（力制御特性又は位置制御特性、あるいは両特
性が混合された制御特性）を有するように設定すること
が可能である。

２４は制御状態変更部であり、この制御状態変支部２４
には力演鼻部１５の出力信号が入力される。制御装置１
０によって制御される工作機械本体１の制御状態は、刃
口標値設定部１１、位置目標値設定部１２、不感帯演算
部１８、バネ定数乗算部１９のそれぞれにおける設定値
によって決まる手先効果器９の押付は方向及び送り方向
に基づき特定される。従って、手先効果器９の押付は方
向と送り方向を変更すれば、制御状態が変更されたこと
になる。制御状態変更部２４は、第１の制御状態の下で
研磨作業を行っている手先効果器９を、その送り方向の
反力を監視しながら、その力が所定の条件を満たしたと
きに、予め定められた制御手順に基づき刃口標値設定部
１１、位置目標値設定部１２、不感帯演算部１８、バネ
定数乗算部１９におけるｙ軸、ｙ軸、Ｚ軸の各設定値の
いずれかを選択的に変更し手先効果器９の押付は方向及
び送り方向を変更することにより第２の制御状態に変更
する機能を有する。変更の仕方についての詳細な説明は
後述される。

制御状態変更部２４の具体的構成を第２図に示９ す。第２図において、制御状態変更部２４は力判定部２
５と押付は方向及び送り方向の変更指示部２６とからな
る。力判定部２４は力演鼻部１５から与えられる手先効
果器９における力情報のうち送り方向の力の大きさを判
定する。その力が設定値ｆ。よりも大きくなった時、手
先効果器９がワークコーナー部の壁面に当ったと判断し
て信号を出し、それに応じて変更指示部２６が制御装置
本体の刃口標値設定部１１、位置目標値設定部１２、不
感帯演算部１８、バネ定数乗算部１−９のうち作業手順
に基づいていずれかを適宜に選択して設定値変更指令を
出し、手先効果器９の押付は方向及び送り方向を変更す
る。

次に、前記上記構成を有する工作機械本体１及び制御装
置１０の動作について説明する。特にワークコーナー部
における倣い制御における動作を重点的に説明する。

先ず、一般的な制御動作を説明する。工作機械本体１に
ｘｙテーブル５上のワーク表面を倣って表面研磨等を行
わせる曲面倣い動作を実行させた０ 場合、工作機械本体１の２テーブル６に取り付けた手先
効果器９には反力としての力が加わり、この力はリスト
部の力センサ８で検出される。検出された力は力センサ
８に固定された、センサの変形中心を原点とするセンサ
座標系の値になっているので、この値を、力演鼻部１５
によって、手先効果器９の適当な場所を原点とし且つ手
先効果器９と共に移動する手先座標系（基準座標系）の
値に変換する。更に、力演鼻部１５では、手先効果器５
の重力分を差し引いて重力補償を行い、重力の影響を除
去する。こうして得られた力ｆは、刃口標値設定部１１
からの刃口標値ｉと比較され、減算器１３で力偏差Δｆ
が算出される。

一方、位置については、モータ３に付設されたエンコー
ダ４から出力される値に基づき位置演算部１６によって
手先位置ｐを演算する。この手先位置は手先座標系の原
点位置を基準にしている。

位置演算部１６で得られた位置ｐは、位置目標値設定部
１２で設定された目標位置１ｐ＋と比較され、減算器１
４で位置偏差Δｐが計算される。

上記の力偏差Δｆと位置偏差Δｐは、位置・力制御演算
部１７に入力され、位置・力制御演算部１７において前
述したように仮想コンプライアンス制御演算が行われ、
速度指令値Ｖが出力される。

この速度指令値Ｖは工作機械本体１において作業を実行
させるための指令値である。速度指令値は、モータ速度
演算部２２でモータ３の回転速度に変換され、サーボア
ンプ２３により当該回転速度でモータ３が動作するよう
に制御を行う。実際は、モータ３でｘｙテーブル５と２
テーブル６を移動させることにより、ワークと手先効果
器９の相対位置を変化させ、且つワークに対する押付は
力を生じせしめる。

次に前記制御装置によるワークコーナー部における倣い
制御を前記第１図及び第２図、更に第３図乃至第５図に
基づいて説明する。第３図はワークコーナー部における
研磨作業において制御状態を変更するための制御手順を
示すフローチャート、第４図はワークコーナー部の作業
状態を示す斜視図、第５図はｚｘ平面内において押付は
方向と送り方向の変更を説明するための図である。なお
、第３図は、基本的な制御状態の変更の仕方を示してい
る。

第４図において、手先効果器９は研磨用振動工具９ａを
備え、ワーク３０の直角の角度を有するコーナー部付近
の表面を矢印Ａの方向に移動しながら研磨作業を行う。

従って手先効果器９は境界線３１を境に隣り合う表面３
２．３３を連続的に研磨する。第４図中に示された座標
系から明らかなように、手先効果器９は表面３２ではＸ
軸方向に沿って移動しながらＺ軸方向に押付は力が与え
られ、表面３３ではＺ軸方向に沿って移動しながらＸ軸
方向に押付は力が与えられる。その関係を明確に示した
のが第５図である。第５図において、表面３２上にある
振動工具９ａはＺ軸方向に力ｆが与えられ、Ｘ軸方向に
速度Ｖが生じている。また表面３３上にある振動工具９
ａはＸ軸方向に力ｆが与えられ、Ｚ軸方向に速度Ｖが生
じている。

このように、振動工具９ａは、表面３２上では押付は方
向がＺ軸方向且つ送り方向がＸ軸方向の第３ １の制御状態（状態Ｂ）にあり、表面３３上では押付は
方向がＸ軸方向且つ送り方向が２軸方向の第２の制御状
態（状態Ｃ）にある。従って、研磨用振動工具９ａが状
態Ｂから状態Ｃに移るワークコーナー部の研磨作業では
、制御装置１０における制御状態も第１の制御状態から
第２の制御状態に変更する必要がある。このような制御
状態変更の制御の下で、振動工具９ａは、位置Ｐ１．．
Ｐ２゜Ｐ３の順序で移動していく。

なお、上記においてｘｙ座標系は第１図のｘｙテーブル
５上に固定された座標系を使用する。ｙ軸とｙ軸の方向
の移動については実際はｘｙテーブル５が動くのである
が、説明の便宜上第４図と第５図に示したように手先効
果器９が移動するように仮定して説明する。

第５図に示されたワークコーナー部における制御状態の
変更は、前述した通り、制御状態変更部２４によって行
われる。制御状態変更部２４による制御状態の変更の基
本的な変更例について説明する。手先効果器９がワーク
３０の表面３２を研４ 磨する第１の制御状態では、Ｘ軸方向は、不感帯演算部
１８の不感帯幅Ｗｘを大きくして力のフィードバックを
なくし且つバネ定数乗算部１９のバネ定数ｋｘを大きく
して位置制御のモードにすると共に、速度Ｖで移動する
ように位置目標値設定部１２の位置目標値ｐ［を時々刻
々計算して出力する。一方、第１の制御状態でＺ軸方向
は、不感帯演算部１８の不感帯幅Ｗｚを０（又は小さく
）にし且つバネ定数乗算部１９のバネ定数ｋｚを０にし
て位置のフィードバックをなくシ、力制御のモードにす
ると共に、押付は力ｆで押し付けられるように刃口標値
設定部１１で刃口標値ｆ＋を設定し出力する。また、Ｘ
軸方向における刃口標値ｆｒｘとＺ軸方向における位置
目標値については特に値を指定する必要はなく、任意の
値を設定することができる。例えば刃口標値の場合、０
でも、ｆｒのままでもよい。位置目標値の場合、経路の
目標値を設定しているが、別の値であってもよい。

このように、第３図のステップ４０に示されるように第
１の制御状態に基づいて表面３２における手先効果器９
の押付は方向及び送り方向の設定がなされる。第３図中
、ステップ４０における各設定の内容は、注釈Ｓ１に示
される。注釈Ｓ１において“−”は任意の値が設定され
ることを示す。

従って、第１の制御状態の設定によれば、手先効果器９
は第５図に示されるように表面３２を押付は力ｆで研磨
しながら、ワークコーナー部の表面３３に向かってＸ軸
方向に送られる（ステップ４１）。表面３２における手
先効果器９の研磨作業は本発明の前提となる従来から提
案されている自動的な研磨作業である。表面３２におけ
る研磨作業中、制御状態変更部２４の力判定部２５は力
演鼻部１５の出力において手先効果器９の送り方向であ
るＸ軸方向において生じる力を検出しくステップ４２）
、送り方向の力が設定値ｆ。より大きくなったか否かを
監視している（ステップ４３）。

送り方向の力が設定値ｆ。よりも小さい間、すなわち第
５図のＢで示される状態の時はステップ４１．４２．４
３を繰り返し、手先効果器９はＸ軸方向へ速度Ｖで送ら
れていく。

手先効果器９の振動工具９ａが表面３３に当ると、送り
方向であるＸ軸方向についてのカがｆ。

よりも大きくなる。すると、ステップ４３の判定によっ
てステップ４４に移り、手先効果器９が表面３３を研磨
する第２の制御状態に設定され、押付は方向及び送り方
向が変更される。第２の制御状態では、Ｘ軸方向は、不
感帯演算部１８の不感帯幅Ｗｘを０（又は小さく）にし
且つバネ定数乗算部１９のバネ定数ｋｘを０にして力制
御のモードにすると共に、押付はカｆで押付けられるよ
うに刃口標値設定部１１で力目標値ｆ＋を設定し、出力
する。一方、第２の制御状態で２軸方向は、不感帯演算
部１８の不感帯幅Ｗｚを大きくし且つバネ定数乗算部１
９のバネ定数ｋｚを大きくして位置をフィードバックさ
せ、位置制御のモードにすると共に、速度Ｖで移動する
ように位置目標値設定部１２の位置目標値ＺＴを時々刻
々計算して出力する。前述と同様に、Ｚ軸方向における
力目標値ｆ＋ｚとＸ軸方向における位置目標値ｐｒＸに
ついては特に値を指定する必要はなく、任意の値が７ 設定される。第３図中、ステップ４４における各設定の
内容は、注釈Ｓ２に示される。

上記の如くステップ４４において制御状態が変更されて
、押付は方向及び送り方向が変更されると、第２の制御
状態に基づいて手先効果器９は、第５図で説明された通
り、Ｘ軸方向を押付は方向、Ｚ軸方向を送り方向として
表面３３を研磨しながら移動する（ステップ４５）。ス
テップ４６では予め設定された研磨作業が終了したか否
かが判定され、終了しない場合にはステップ４５を継続
し、作業が終了した場合には、ワークコーナー部の倣い
制御は終了する。

前記の基本的な変更の仕方は、送り方向を位置制御、押
付は方向を力制御で行うものであり、この場合押付は方
向の誤差は力制御で吸収する。

制御状態変更部２４による他の変更の仕方、すなわち不
感帯幅Ｗ１バネ定数に１カ目標値ｆ「、位置目標値ｐｒ
の他の変更の仕方の例を第６図乃至第８図に従って説明
する。

第６図に示された変更の仕方では、押付は方向８ 及び送り方向を設定するためのステップ４０において、
表面３２を研磨するための第１の制御状態では、Ｘ軸方
向に関し、不感帯幅Ｗｘが０１バネ定数ｋｘかに１、カ
ー標値ｆｉｘが０１位位置目標値設定部ＸＩ、Ｚ軸方向
に関し、不感帯幅Ｗｚが０、バネ定数ｋｚが０、カー標
値ｆｉｘがｆ「、位置目標値ｐＨが“−”にそれぞれ設
定される。そして、ステップ４４において、表面３３を
研磨するための第２の制御状態では、Ｘ軸方向に関し、
不感帯幅Ｗｘが０、バネ定数ｋｘが０、カー標値ｆ＋ｘ
ががｆｒ、位置目標値ｐｒｘが“−Ｚ軸方向に関し、不
感帯幅Ｗｚが０１バネ定数ｋｚがｋｌ、カー標値ｆ＋ｘ
が０、位置目標値ｐｒ！がＺＴにそれぞれ設定され、こ
うして第１の制御状態から第２の制御状態に変更される
。他の制御ステップは第３図に示したものと同じである
。この押付は方向と送り方向の変更の仕方は、送り方向
の制御にコンプライアンス制御を適用したものであり、
送り方向に力が加わった場合に力をある程度逃がすこと
ができる。

第７図に示された変更の仕方では、押付は方向及び送り
方向を設定するためのステップ４０において、表面３２
を研磨するための第１の制御状態では、Ｘ軸方向に関し
、不感帯幅Ｗｘが大、バネ定数ｋｘが大、カー標値ｆｒ
ｙ、が０１位位置目標値設定部ＸＩ、Ｚ軸方向に関し、
不感帯幅Ｗｚが０１バネ定数ｋｚかに２、カー標値ｆｕ
がｆ′「、位置目標値ｐＨがｚｒにそれぞれ設定される
。そして、ステップ４４において、表面３３を研磨する
ための第２の制御状態では、Ｘ軸方向に関し、不感帯幅
Ｗｘが０１バネ定数ｋｘかに２、カー標値ｐｒｘがｆ−
ｒ、位置目標値ｐｌがＸＩ、Ｚ軸方向に関し、不感帯幅
Ｗｚが大、バネ定数ｋｚが大、カー標値ｆｒｘが０１位
位置目標値設定部２「にそれぞれ設定され、こうして第
１の制御状態から第２の制御状態に変更される。他の制
御ステップは第３図に示したものと同じである。この押
付は方向と送り方向の変更の仕方は、押付は方向の制御
にコンプライアンス制御を適用したものであり、位置フ
ィードバックが入るので、単なる力制御とは異なり、位
置精度が要求される場合に使用される。

上記において、コンプライアンス制御を含ませる変更方
法の場合、送り方向に入れる場合と押付は方向に入れる
場合とではバネ定数が異なる。送り方向のバネ定数に１
は比較的大きな値として位置制御に近い状態とし、一方
押付は方向のバネ定数に２は比較的小さい値として力制
御に近い状態とする。また、押付けをコンプライアンス
制御で行うときには、方間標値と位置偏差の両方で押付
は力が出るので、与える方間標値をｆ−ｔ　としている
。

第８図に示された変更の仕方では、押付は方向及び送り
方向を設定するためのステップ４０において、表面３２
を研磨するための第１の制御状態では、Ｘ軸方向に関し
、不感帯幅Ｗｘが０、バネ定数ｋｘかに１、方間標値ｆ
ｉｘが０、位置目標値ｐ＋ＩがＸＩ、Ｚ軸方向に関し、
不感帯幅Ｗｚが０、バネ定数ｋｚかに２、方間標値ｆ＋
ｙ、がｆ−ｒ、位置目標値ｐｒ＋がＺｌにそれぞれ設定
される。そして、ステップ４４において、表面３３を研
磨する３ま ための第２の制御状態では、Ｘ軸方向に関し、不感帯幅
Ｗｘが０、バネ定数ｋｘかに１、方間標値ｐｌｒがｆ′
１、位置目標値ｐｌがＸＴ、Ｚ軸方向に関し、不感帯幅
Ｗｚが０、バネ定数に１が大、方間標値ｆｒｚが０１位
位置目標値設定部ｚｒにそれぞれ設定され、こうして第
１の制御状態から第２の制御状態に変更される。他の制
御ステップは第３図に示したものと同じである。この押
付は方向と送り方向の変更の仕方は、押付は方向と送り
方向の両方にコンプライアンス制御を行うようにしたも
のである。

なおここで、位置目標値設定部１２における位置目標値
の切換えについて説明を加える。位置目標値の切換えに
は、送り速度から位置目標値を順次作り出す方法と、教
示データを補間する方法とがある。第５図を参照して説
明する。送り速度から位置目標値を順次作り出す方法で
は、先ずＰｌからＰ２の箇所ではＸ軸方向の位置目標値
Ｘ「をΔχずつ増加させ（ｚ＋は一定）、Ｐ２の箇所で
は変更指令によりその時点の位置Ｐ２の座標値を２ 読み、Ｐ２からＰ３の箇所ではＰ２の２座標を起点とし
てＺ軸方向の位置目標値ＺＩをΔ２ずつ増加させる（ｘ
ｒは一定）。また教示データを補間する方法では、位置
Ｐｉ、Ｐ２．Ｐ３のそれぞれの近くのＰｌ、Ｐ”２．Ｐ
ｉを教示点とし、Ｐ］からＰ２の箇所ではＰ′１とＰ−
２を補間して時々刻々の目標値を算出し、ＰＩの付近で
は、Ｐ′２に達してもまだ変更指令が入らないときには
直線進路の延長線上を移動し、変更指令が入ったときに
はその時点での位置を読み、Ｐ′２からＰ′３の箇所で
はＰ２とＰ−３の間を補間して時々刻々の目標値を算出
する。

次に第９図に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

この実施例では、位置・力制御演算部１１７がハイブリ
ッド制御を実行するように構成され、本発明に係るワー
クコーナー部の倣い制御装置はハイブリッド制御でも実
現できることを示す。

そのため第１図に示された位置・力制御演算部１７の構
成とは部分的に異なり、不感帯演算部１８の代りに制御
スイッチ（Ｓｆ）１１８が配設されると共に、バネ定数
乗算部１９の前段には制御スイッチ（Ｓｐ）１１９が配
設され、制御スイッチ１１９はバネ定数乗算部１９に直
列的に接続されている。その他の構成は第１図に示され
た構成と同じである。制御スイッチ１１８，１１９のそ
れぞれのＳｆ、Ｓｐは下記の通り対角行列を表す。

ぞれ１又はＯの値をとる。上記のハイブリッド制御の構
成における制御動作を、例えば第３図乃至第５図で説明
したコンプライアンス制御と比較し対応させて説明する
。Ｘ軸方向に移動しながらＺ軸方向に押付は力が与えら
れている時（第５図の状態Ｂ）には、制御スイッチ１］
８はＳ　ｌｘとＳ　Ｉｌ。

はＯ，Ｓ、、は１の状態に設定され、制御スイッチ４ １１９はＳ、アとＳ、、、は１、Ｓ、！はＯの状態に設
定される。この制御状態ではＸ軸方向において位置制御
、Ｚ軸方向において力制御が行われる。そして第５図に
示されるＣの状態になる前のコーナー部を通過する時点
で、送り方向（Ｘ軸方向）の力を監視する制御状態変更
部２４が、前述したように送り方向に関し所定の力を検
出し、この検出を条件に制御状態を変更するための指令
信号を出す。

これにより、制御スイッチ１１８はＳ、アを１、Ｓｌ、
とＳ□を０の状態に設定され、制御スイッチ１１９はＳ
□を０、Ｓ□とＳ、２を１の状態に設定される。そのた
め、前記Ｃにおける制御状態ではＸ軸方向において力制
御、Ｚ軸方向において位置制御が行われる。なお、制御
状態変更部２４からの指令信号は刃口標値設定部１１−
とバネ定数乗算部１９と位置目標値設定部１２にも与え
られる。これらの要素の状態制御は第３図で説明された
実施例と同様に行われるものとする。

第１実施例では位置制御と力制御の切換えを不感帯の幅
とバネ定数を変更することで行ったが、５ 前述のようにこの実施例では制御スイッチ１−１８１１
９の対角成分の値を変更して各軸に関しカフィードパッ
クループと位置フィードバックループを切換えることに
よって行うことができる。なお本実施例では、位置制御
と力制御の切換えは基本的に制御スイッチ］、１８．１
１９で行われるから、バネ定数乗算部１９の状態を変更
する必要性は必ずしもない。従って各軸のばね定数は所
定値に設定しておくこともできる。

次に第１０図と第１１図に基づいて本発明の第３実施例
を説明する。第１０図において、構成要素として第１図
に示された構成に更に座標変換部５１．５２．５３が追
加される。座標変換部５１は力演鼻部１５と減算器１３
の間、座標変換部５２は減算器１４とバネ定数乗算部１
９との間、座標変換部５３は特性補償演算部２］とモー
タ演算部２２との間にそれぞれ配置される。第１−０図
中において、２点鎖線り、の右側領域はセンザ座標系の
領域であり、２点鎖線り、とＬ２の間の領域は基準座標
系の領域であり、２点鎖線Ｌ２で囲ま６ れる領域は任意座標系の領域である。上記の座標変換部
５１，５２．５３は任意座標系で位置と力の制御演算を
を行うためのものである。座標変換部５１は、力演鼻部
１５で演算された力をｘｙ子テーブル上に固定された基
準座標系の値から手先効果器９の先端を原点とし、方向
のみを回転した任意座標系の値に変換する。座標変換部
５２は、減算器１４で得られた位置の偏差を任意座標系
の値に変換する。座標変換部５３は、位置・力制御演算
部１７で得られた任意座標系における指令速度値を基準
座標系における値に変換する。本実施例では、制御状態
変更部２４の変更指令出力によって、座標変換部５１，
５２．５３の各変換値と位置目標値設定部１２の値を変
更して制御状態、すなわち押付は方向と送り方向を変更
する。制御状態変更部２４の構成及び制御装置のその他
の構成については、第１図で説明した構成と同じであり
、同一の要素には同一の符号を付している。

次に上記構成を有する制御装置の作用について説明する
。

上記座標変換部５１，５２．５３は手先効果器９の先端
を中心に座標系を回転することができ、前述した通り、
位置と力の制御を任意方向の座標系で行うことを可能に
するために設けられた。これによって、ワークを倣う場
合通常ワークの法線方向に押付け、接線方向に移動させ
るのが望ましいので、ｘｙ子テーブルに固定された座標
系に対して傾いた斜面を有するワークや、複雑な形状で
その法線方向が変化するようなワークを倣う場合におい
て、座標系を回転して常にワークの法線方向に押付け、
且つ接線方向に送れるように座標変換を実行するための
ものである。

ここで、座標変換部５１，５２．５３で実行される回転
変換について更に詳しく説明する。基準座標系から見た
任意座標系の座標軸の単位ベクトルをｉａ、　　ｊａ、
Ｉｋａ　とすると、３次元ベクトルＵの任意座標系での
表現ｕａは、 ｕａ　＝　（ｉａ　、　ｊａ　、　ｌｋａ　）　Ｔｕと
なる。ここで、Ｔは転置行列を表す。すなわち、座標変
換行列は、原点が動かずに回転のみを行う場合は、（ｉ
ａ、、ｊａ、ｋａ）”で表すことができる。

一方、座標変換部５３は任意座標系から基準座標系への
変換であり、上記の式を変形してｕ−［（ｉａ、　ｊａ
、ｋａ）”］　−’ｕ＋ａとなり、［（ｉａ、、ｊａ、
１ｋａ）”］−’−（ｊａ。

ｊａ、１ｋａ）となる。このように座標変換部５１゜５
２．５３での座標変換は、任意座標系の座標軸の単位ベ
クトルで与えることができる。工作機械本体１にワーク
表面を倣って表面研磨等を行わせる曲面倣い動作をさせ
る場合には、任意座標系として手先効果器９の先端を原
点としてワーク表面の法線及び接線を座標軸とするワー
ク表面座標系を与える。この場合、ワーク表面座標系へ
の座標変換（座標変換部５１．．５２）又はワーク表面
座標系からの座標変換（座標変換部５３）の変換行列に
はワーク表面の法線と接線の単位ベクトルを使用する。

このような単位ベクトルは、手先が移動しようとする曲
面に沿って順次その値を内部の記憶部にストアしておく
ことにより与えることが９ 可能である。

次に本実施例による制御状態変更部２４の押付は方向及
び送り方向の変更動作について説明する。

第１１図は第５図に示した研磨作業状態図に類似した図
である。６１は研磨用振動工具であり、手先効果器９の
先部に取り付けられている。ワーク３０は鈍角の角度を
形成する２つの表面６２，６３を有している。振動工具
６１はワーク３０のコーナー部を通過して表面６２．６
３を順次研磨する。コーナー点を通過する際に座標等の
変換が行われる。表面６２を研磨する状態りは、第５図
で説明した状態Ｂと同様であり、ワーク３０の表面６２
の法線方向に力ｆで押付け、接線方向に速度Ｖで送って
おり、座標系は接線方向をＸ軸、法線方向をＺ軸として
いる。また、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の不感帯、バネ定数
、位置目標値、刃口標値の設定は第５図のＢの場合と同
様である。コーナー部に来ると、送り方向（Ｘ軸方向）
の力ｆ。よりも大きくなり、制御状態変更部２４の力判
定部２５がこの状態を検出し、これを受けて変更指示０ 部２６が変更指令を出して、座標変換部５１，５２．５
３の変換行列と位置目標値設定部１２の設定値を変更し
、振動工具６１の押付は方向と送り方向を変更する。

上記の座標変換部５１，５２．５３はその単位ベクトル
を表面６３の接線及び法線の各方向に変更する。これら
の値は予め与えられることにより記憶部にストアしてお
くこともできるし、また振動工具６１の接触面の傾斜角
を与えたり又は教示時に表面６３の２点に手先効果器９
を接触させ傾斜角を自動的に算出させることにより、演
算装置で自動的に逐次算出させるように構成することも
できる。また、位置目標値設定部１２は、表面６３の研
磨作業においては前記実施例と同様に、振動工具６１が
速度Ｖで移動するよう位置目標値を時々刻々計算し設定
値として出力するδなお、内口標値設定部１１、不感帯
演算部１８、バネ定数乗算部１９の各設定値は、この実
施例では変更しない。

以上の制御状態変更部２４による変更動作によって、振
動工具６１−の研磨作業の状態が変更され、振動工具６
１は、表面６３の接線方向をＸ軸、法線方向を２軸とし
た座標系において、法線方向であるＺ軸方向に押付は力
を生じながら、且つ接線方向であるＸ軸方向に速度Ｖで
移動して、ワーク表面６３を倣っていく。本実施例の場
合には、コーナー部のなす角度が直角に限定されないの
で、特に非直角のコーナー部に最適である。ただし、こ
の実施例においては振動工具６１の接触面の角度をコー
ナー部の傾斜角度に対応させて傾斜を持たせであるが、
この構成は必ずしも必要ではなく、目的に応じてその周
辺の構成を適宜に変更することができる。

前記の各実施例では３自由度の工作機械を例に挙げて説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、多
自由度の産業用ロボットに適用できるものである。

また前記の各実施例の説明において、ｙ軸方向の動きに
ついては説明の便宜上できる限り触れないようにした。

しかしながら、第４図において、例えばワークの表面３
２を表面３３に向かって移動する手先効果器９が表面３
３に当った後、境界線３１−に沿ってｙ軸方向に進む場
合もある。このような場合には、ｙ軸方向が送り方向に
なるので位置制御が行われ、Ｘ軸方向及び／又は２軸方
向について力制御が行われることになる。従って、この
ような場合には、前述した制御状態変更部２４の変更指
令に基づきｘ、ｙ、ｚの各軸に関し手先効果器の動作を
定める所要の位置と力の制御が行われる。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、力制御
が要求される研磨等の作業のための多自由度工作機械に
おいて、ワークに直角又は非直角の角度を有したコーナ
ー部が存在したとしても、コーナー部を検出しコーナー
部の状態に応じて作業用ツールの押付は方向と送り方向
を変更するように構成したため、ワークをコーナー部を
含めて連続的に且つ滑らかに倣い、研磨等の作業を行う
ことができる。このようにワークのコーナー部を連３ 続的に且つ滑らかに研磨等することができるようになっ
たので、力制御が必要とされる作業を行う多自由度工作
機械を完全に自動化することができる。また制御方式に
仮想コンプライアンス制御が適用された工作機械では、
各軸ごとに制御のモードが異なる場合においても、コー
ナー部において作業用ツールの押付は方向と送り方向を
変更するとき、押付は方向と送り方向における仮想コン
プライアンス制御の設定状態を保持しつつ作業状況の変
更に応じて押付は方向と送り方向を変更することができ
る。更に、座標変換部に設定された変換行列を利用して
作業用ツールの押付は方向と送り方向を変更するように
構成された倣い制御装置によれば、直角以外の角度を有
するコーナー部であっても倣い動作を行うことができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るワークコーナー部の
倣い制御装置が適用された工作機械とその制御装置を示
す構成図、第２図は倣い制御装置４ の要部を示すブロック回路図、第３図は制御状態変更部
の第１の変更方法を示すフローチャート、第４図はコー
ナー部における作業用ツールの移動状態を説明するため
の斜視図、第５図はコーナー部における各表面における
押付は方向と送り方向を示す説明図、第６図は第２の変
更方法を示すフローチャート、第７図は第３の変更方法
を示すフローチャート、第８図は第４の変更方法を示す
フローチャート、第９図は本発明の第２実施例に係るワ
ークコーナー部の倣い制御装置が適用された工作機械と
その制御装置を示す構成図、第１０図は本発明の第３実
施例に係るワークコーナー部の倣い制御装置が適用され
た工作機械とその制御装置を示す構成図、第１１図は第
３実施例における第５図と同様な図である。 ［符号の説明］ １・・・工作機械本体 ２・・・ロボット機構部 ３−・・モータ ４・０．エンコーダ ８　・　・ ９　・　・ １０　・ １１　・ ２− １３゜ １５　φ １６　・ １７　・ １８　・ １９　・ ２１　・ ２２　・ ２４　・ ２５　・ ２６　・ ３０　・ ３２゜ ５１゜ ・力センサ ・手先効果器 ・・制御装置 ・・刃口標値設定部 ・・位置目標値設定部 １４．２０・・・減算器 ・・力演鼻部 ・・位置演算部 ・・位置・力制御演算部 ・・不感帯演算部 ・・バネ定数乗算部 ・・特性補償演算部 ・・モータ速度演算部 ・・制御状態変更部 ・・力判定部 ・・押付は方向及び送り方向変更指示部−・ワーク ３３．６２．６３・・・ワーク表面 ５２．５３・・・座標変換部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ワーク面に設定された押付け力で押し付けられて
   所定の作業を行いながら前記ワーク面上を移動する作業
   用ツールと、前記作業用ツールに加わる力を少なくとも
   検出する力検出手段と、前記作業用ツールの押付け力と
   移動を制御するための制御手段とを備え、第１の面と第
   ２の面によって形成されるコーナー部を有するワークに
   対して前記作業が行われる多自由度作業機械において、
   前記力検出手段の検出した前記作業用ツールの移動方向
   の力が設定値よりも大きいか否かを判定し、前記移動方
   向の力が設定値よりも大きいときには前記作業用ツール
   の押付け方向と移動方向を変更する制御状態変更手段を
   備えることを特徴とするワークコーナー部の倣い制御装
   置。
2. （２）ワーク面に設定された押付け力で押し付けられて
   所定の作業を行いながら前記ワーク面上を移動する作業
   用ツールと、前記作業用ツールに加わる力を少なくとも
   検出する力検出手段と、前記作業用ツールの押付け力と
   移動を制御するための制御手段とを備え、前記制御手段
   は、前記作業用ツールの目標位置を設定する位置設定手
   段と、前記作業用ツールの目標押付け力を設定する力設
   定手段と、コンプライアンス制御を実行するための位置
   ・力制御演算手段とを有し、第１の面と第２の面によっ
   て形成されるコーナー部を有するワークに対して前記作
   業が行われる多自由度作業機械において、前記力検出手
   段の検出した前記作業用ツールの移動方向の力が設定値
   よりも大きいか否かを判定し、前記移動方向の力が設定
   値よりも大きいときには、前記位置設定手段と、前記力
   設定手段と、前記位置・力制御演算手段の不感帯演算手
   段及びバネ定数乗算手段の内、いずれかを選択してその
   設定値を変更することにより、前記作業用ツールの押付
   け方向と移動方向を前記コーナー部にて変更する制御状
   態変更手段を備えることを特徴とするワークコーナー部
   の倣い制御装置。
3. （３）ワーク面に設定された押付け力で押し付けられて
   所定の作業を行いながら前記ワーク面上を移動する作業
   用ツールと、前記作業用ツールに加わる力を少なくとも
   検出する力検出手段と、前記作業用ツールの押付け力と
   移動を制御するための制御手段とを備え、前記制御手段
   は、前記作業用ツールの目標位置を設定する位置設定手
   段と、前記作業用ツールの目標押付け力を設定する力設
   定手段と、ハイブリッド制御を実行するための位置・力
   制御演算手段とを有し、第１の面と第２の面によって形
   成されるコーナー部を有するワークに対して前記作業が
   行われる多自由度作業機械において、前記力検出手段の
   検出した前記作業用ツールの移動方向の力が設定値より
   も大きいか否かを判定し、前記移動方向の力が設定値よ
   りも大きいときには、前記位置設定手段と、前記力設定
   手段と、前記位置・力制御演算手段の第１及び第２の制
   御スイッチの内、いずれかを選択してその設定値を変更
   することにより、前記作業用ツールの押付け方向と移動
   方向を前記コーナー部にて変更する制御状態変更手段を
   備えることを特徴とするワークコーナー部の倣い制御装
   置。
4. （４）ワーク面に設定された押付け力で押し付けられて
   所定の作業を行いながら前記ワーク面上を移動する作業
   用ツールと、前記作業用ツールに加わる力を少なくとも
   検出する力検出手段と、前記作業用ツールの押付け力と
   移動を制御するための制御手段とを備え、前記制御手段
   は、前記作業用ツールの目標位置を設定する位置設定手
   段と、それぞれ対応する制御量についての検出値を基準
   座標系から任意座標系に変換する第１及び第２の座標変
   換手段と、操作量の指令値を任意座標系から基準座標系
   に変換する第３の座標変換手段を有し、第１の面と第２
   の面によって形成されるコーナー部を有するワークに対
   して前記作業が行われる多自由度作業機械において、前
   記力検出手段の検出した前記作業用ツールの移動方向の
   力が設定値よりも大きいか否かを判定し、前記移動方向
   の力が設定値よりも大きいときには前記位置設定手段と
   、前記第１、第２、第３の座標変換手段のそれぞれの設
   定値を変更することにより、前記コーナー部にて前記作
   業用ツールの押付け方向と移動方向を変更する制御状態
   変更手段を備えることを特徴とするワークコーナー部の
   倣い制御装置。