JPH03149173A - 研磨ロボット制御装置 - 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】 ［産業上の利用分前』 本発明は工業用ロボットに関し、特に、磨き作業を行わ
せるのに適したロボット制御装置に関する。

［従来の技術Ｊ 自動車用フレームの突合わせ部をアーク溶接した場合な
どには、溶接金属による盛り上がりを削り表面を滑らか
にするため、回転砥石による磨き作業を行う必要がある
。

一般にロボットに所定の軌跡を移動させて磨き作業を行
わせる場合、例えば、特開昭６０−２０８５８号公報に
示されるように、先端に砥石の押し付は量を検出するセ
ンサを設け、作成されたティーチングデータにより砥石
を移動し、砥石の押し付は量を検出し、所定のしきい値
を越える場合は、砥石の押し付は量が常に一定になるよ
うにティーチングデータを補正演算して砥石の移動軌跡
を変更しながら磨き作業を行うものであった。

［発明が解決しようとする課題』 ところが、上述のように磨き作業時にロボットが砥石の
押し付は量が常に一定になるようにティーチングデータ
を補正演算して砥石の移動軌跡を変更する処理を行うと
、この補正演算処理に時間がかかるため、ロボットの動
作が遅くなり、大量に同一形状の工作物の麿き作業を行
うには効率が悪いという問題点があった。

本発明は、上記の課題を解決するためなされたものであ
り−その目的とするところは、磨き作業の精度を落とす
ことなく、サイクルタイムの短い研磨ロボット制御装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するため、本発明では、第１図に示す
様に、ロボット１０の先端に取付けられ工具２７を所定
押圧力で一定方向に付勢して保持するフローティングシ
リンダ装ｆｆ２０と、そのフローティングシリンダ装ｆ
ｆ２０のストローク量を検出する距離センサ２８と、あ
らかじめ基準工作物にて教示された目標動作軌跡を記憶
する目標軌跡記憶手段ｌと、前記工具を母材５０の加工
箇所周辺に接触させ、その各接触位置を母材位置とじ−
で記憶する母材位置記憶手段２と、その母材位置のデー
タから前記目標軌跡を補正する目標軌跡補正手段３と、
その補正された目標軌跡に従ってロボット１０を動作さ
せ加工を行う加工実行手段４と、その加工中に前記距離
センサ２８で検出されるストローク量が所定しきい値内
に収まるまで前記加工実行手段４を繰返す緑返し手段５
と、を備えることを特徴とする研磨ロボット制御装置が
提供される。

「作用」 上記のように構成された研磨ロボット制御装置では−フ
ローティングシリンダ装３Ｆ２０のストローク量を所定
値とする母材位置、すなわち工具２７を一定の押圧力で
母材５０に押し付けた状態での母材５θの形状ばらつき
をも包含した母材位置が記憶され、その母材位置に基づ
いて目標加工軌跡が補正される。そして、補正された目
標加工軌跡に従って研磨加工が行われる。加工箇所に線
材５０から盛り上がったビード部５１があると、その盛
り上がりはフローティングシリンダ装置２０のストロ　
り量の変化により吸収される。そして、そのストローク
量の変化が所定しきい値内に収束するまで研磨加工が続
けられる。

［実施例」 本発明の実施例について図面を参照して説明する。第２
図はロボット１０を示す斜視図である。

このロボットは６０山皮を持つ多関節型のロボットであ
り、アーム先端に取付けられた回転砥石２７により磨き
作業を行う、工作物は自動車用フレームであり、ビラ−
とルーフとの接合部をアーク溶接したビード部分を滑ら
かに仕上げる磨き作業を行うものである。

ロボットの構造について説明する。固定ベース１仕に台
形をした旋回ベース１２が鉛直な第１軸線Ａ１を中心に
水平面内で回転自在に支承され、第１軸駆動モータＭ１
により旋回駆動される。旋回ベース１２上には、第１ア
ーム１３が水平な第２軸線Ａ２を中心に揺動自在に支承
され、第２軸駆動モータＭ２により揺動駆動される。そ
の第１アーム１３上には、筒形状をした第２アーム１４
が水平な第３軸１１Ａ３を中心に揺動自在に支承され、
図示しない第３軸駆動モータＭ３により揺動駆動される
。第２アーム１４の先端部には、ツイストリスト１５が
第２アーム１４中心の第４軸線Ａ４を中心に回転自在に
支持され、第４軸駆動モータＭ４により旋回駆動される
。ツイストリスト１５上には、ペンドリスト１６が第５
軸ｍＡ５を中心に旋回自在に支持され、第５軸駆動モー
タＭ５により旋回駆動される。第５軸ｌｉＡ５は第４軸
ｌＩＡ４に対して傾斜した方向に設けられている。

そのペンドリスト１６上に、スイベルリスト１７が第６
軸線Ａ６を中心に旋回自在に支持され、図示されない第
６軸駆動モータＭ６により旋回駆動される。第６軸１１
Ａ６は第５軸線Ａ５に対して傾斜した方向に設けられて
いる。そのスイベルリスト１７上に、フローティングシ
リンダ装Ｗ、２０が取付けられている。各軸駆動モータ
Ｍ１〜Ｍ６はパルスモータであり、それぞれが位置を検
出するためのパルスエンコーダＥ１〜Ｅ６を備えている
。

各モータＭｌ−Ｍ６及びパルスエンコーダＥ１〜Ｅ６は
ロボット制御装置３０に接続され制御される。

第３図はフローティングシリンダ装置ｆ　２０を示す断
面図である。フローティングシリンダ装置２０はエアシ
リンダ構造からなる。ロボット１０のスイベルリスト１
７上に固定されるシリンダ本体２１にはピストン２２が
嵌挿され、圧縮空気によりピストンロッド２３を後遇さ
せる方向に付勢されている。シリンダ内には、ピストン
２２に当接可能に導通センサ２４が設けられている。導
通センサ２４はピストン２２のストローク端のストッパ
を兼ねると共に、ピストン２２の当接により電気的導通
を検出してフローティングシリンダ装置２０のストロー
ク端を検出する。

ピストンロッド２３にはブラケット２５を介して工具ヘ
ッド２６が取付けられている。工具ヘッド２６は回転砥
石からなる工具２７を備える。また、シリンダ本体２１
には距離センサ２８が設けられ、工具へラド２６との距
離を光により検出することにより、フローティングシリ
ンダ装Ｗ、２０のストローク量を検出する。

７０ーティングシリンダ装置Ｉｔ　２０は、自由状態で
は圧縮空気の付勢力によりピストン２２が導通センサ２
４に押し付けられたストローク端の位置にいる。工具（
回転砥石）２７が工作物たる母材５０に押し付けられる
と、圧縮空気の付勢力に抗してピストン２２及びピスト
ンロッド２３が移動する。即ち、工具２７が工作物たる
母材５０を押圧する押圧力は圧縮空気の付勢力で決定す
る。

第４図はロボット制御装置３０を示すブロック図である
。ロボツト制御装Ｗ３０は、ＣＰＵ３１（中央処理装Ｗ
３１）、メモり３２．ディスプレイとキーボードが一体
となったＣＲＴコンソール３３、可搬式の操作盤である
オペレーテングボックス３４．及び各軸のサーボ駆動ユ
ニットＤ１〜Ｄ６からなるロボット制御部３５と、プロ
グラマブルコントローラ（ＰＣ）３６．工具駆動ユニッ
ト３７、ＮＧ判別回路３８からなる補助制御部３９とを
備える。

ロボット制御部３５は主にロボットの動作軌跡を制御す
る部分であり、ＣＰＵ３１では、ＣＲＴコンソール３３
及びオペレーテングボックス３４からのＪＯＧ動作によ
り教えられた教示点をメモり３２に記憶し、それらの情
報に基づいて補間演算等を行って各軸Ｊｌ−Ｊ６の目標
位置を算出し各軸サーボ駆動ユニットＤ１〜Ｄ６に目標
位置θ１．θ２・・・θ、を出力する。各軸のサーボ駆
動ユニットＤ１〜Ｄ６はそれぞれサーボ制御用のＣＰＵ
を備え、パルスエンコーダＥ１〜Ｅ６からの位置信号を
検出して指令された目標位置θ１〜θ１を実現すべく各
軸駆動キータＭｌ〜Ｍ６を制御する。

補助制御部３９は、１０グラマプルコントローラ（ＰＣ
）３６による工具駆動ユニット３７の制御等の補助的な
制御をすると共に、ロボット制御用ＣＰＵ３１との間で
データの授受を行う、すなわち、ＮＧ判別回路３８では
距離センサ２８からの出力に従いフローティングシリン
ダ装置２０のストローク量がたとえば１−一上０．１−
一の所定しきい値内であるか否かを判別し、＋ＮＧ、Ｏ
Ｋ、−ＮＧの判別信号を出力する。ＰＣ３６ではその内
部メモリにＮＧ区間記憶領域を確保し、前記教示点間で
分割された区間毎に、＋ＮＧ、ＯＫ、−ＮＧの判別信号
を記憶する。現在どの区間をロボブ）１０が走行中かは
、ＣＰＵ３１からの加工区間判別信号によりＰＣ３６に
知らされる。走行終了後に、ＣＰＵ３１はＰＣ３６の内
部メモリに記憶された上記判別信号を読み出し、動作軌
跡の補正等の処理を行う。

また、導通センサ２４からの信号もＰＣ３６を経由して
ＣＰＵ３１に伝えられる。

本実施例では、目標軌跡記憶手段１及び母材位置記憶手
段２はロボット制御部３５のＣＰＵ３１の処理及びメモ
り３２により実現される。また、目漂軌跡補正手段３．
加工実行手段４及び繰り返し手段５はＣＰＵ３１での処
理により実現される。

以上の構成に基づき動作について説明する。

第５図は被加工物である母材を示す平面図（ａ）。

正面図（ｂ）１及び断面図（ｃ）である。母材５０は清
白した曲面形状を有する板金部材であり、ろう付溶接に
よるビード部５１を残している。このビード部５１を工
具（回転砥石）２７による研磨作業により、母材５０に
歪みを生じさせないように除去し、滑らかな曲面を得よ
うとするのである。

まず、工具（回転砥石）２７を回転させないままと−ド
部付近の母材５０に近づけて砥石２７の加工面２７Ａを
接触させ、その接触位置を母材位置として検出する。接
触検出は導通センサ２４により行う、接触検出を行う測
定点５２．５３は線材形状から適当に選択する。そして
、検出された母材位置に基づいて、目標動作軌跡の補正
を行う。

この補正により、工具２７の砥石摩耗、母材５０の位置
ずれが補正され、これから加工しようとする母材５０に
合わせた目標動作軌跡が得られる。

なお、最初の目標動作軌跡は基準工作物−にて教示され
たデータを予めメモり３２に設定しておく。

次に、その補正された目標動作軌跡に従って研磨加工を
行う、ビード部５１の盛り上がり高さや幅は不定である
が、フローティングシリンダ装置２０のストロークによ
り吸収される。ビード部５１の全長を研磨するｌサイク
ルの研磨加工終了毎に、ストローク量をモニタする。お
そらく、１回の研磨加工ではストローク量は所定しきい
値内に収まらないであろうが、再度元に戻って何回も研
磨加工サイクルを繰り返すことにより、ビード１１１５
１の全領域に渡ってストローク量が所定しきい値内に収
まるようになる。このとき、研磨加工領域の全領域に渡
ってフローティングシリンダ装置２０の押し込み量は略
−定であり、ビード部５１が除去され母材５０表面は滑
らかな曲面に研磨されている。

第６図は上記の１６ｇ御思想を実現するＣＰＵでの処理
を示すフローチャートである。

処理が開始されると（ステップ１００）、まず、母材５
０の測定点５２．５３位置にアプローチできる位置に位
置決めし、姿勢を決める（ステラ１１０１）、次いで、
母材５０へのアプローチを開始し、工具２７の母材５０
への接触を待つ（ステップ１０２．１０３）、母材５０
への接触は、導通センサ２４の電気的導通が切れること
により検出される。を材５０への工具２７の接触が検出
されると直ちにロボット１０を停止させ（ステップ１０
４）、その時の各関節の座標θ、θ、・・・θ。

を記憶することにより接触点位置を記憶する（ステップ
１０５）、上記の処理を各測定点５２．５３で操り返す
ことにより（ステップ１０６）、多数の接触点位置から
なるデータとしての母材位置が記憶される。

すべての測定点５２．５３の接触検出が終了すると、ス
テップ１０７に進み、その多数の接触点位置からなる母
材位置のデータから目標軌跡を補正する処理が行われる
。この補正は、目標軌跡を微少距離だけ平行移動させた
軌跡が前記母材位置に最もよく一致する移動ベクトルを
探索することにより行われる。簡易には単にアプローチ
量の補正のみを行うこともできる。

次に、ステップ１０８以下では、その補正されたｔｌＩ
Ｉ！Ｉ軌跡に従って研磨加工が実行される。すなわち、
ステップ１０８では工具駆動ユニット３７に工具２７の
回転を開始すべ（ＰＣ３６に指令を出力し、ステップ１
０９で、補正された目標軌跡に従ってロボット１０の走
行を行わせ、研磨加工を実行する。研磨加工時には工具
（回転砥石）２７をビード部５１に沿ってジグザグ状あ
るいはスパイラル状に移動させるウイ−ビング動作が行
われる。

このウイ−ビング動作中に、ＣＰＵ３１はＰＣ−３６に
現在どの区間を走行中かを知らせる加工区同判別信号を
次々に出力する。ＰＣ３６は、加工区間判別信号に従っ
て各区間毎に、ＮＧ判別回路３８からの十ＮＧ、ＯＫ、
−ＮＧ信号を内部メモリに次々に記憶していく。

一連のウイ−ビング動作からなる１サイクルの研磨加工
が終了すると、ステップ１１０で、ＣＰＵ３１はＰＣ３
６の内部メモリを読み出し、十ＮＧ信号又は−ＮＧ信号
が記憶された区間が存在するか否かを調べる。一つでも
ＮＧ信号が記憶された区間が存在すれば、ステップ１１
１から再びステップ１０９に戻り、最初から研磨加工動
作（ウイ−ビング動作）を繰り返す。

そして、すべての区間においてＯＫ信号のみ存在するよ
うになれば、ステップ１１１からステップ１１２に進み
処理を終了する。

上記のように、本実施例では回転砥石２７をビード部５
１に停留させることなく、フローティングシリンダ装Ｗ
、２０による所定の押圧力でウイ−ビング動作を何度も
縁り返してビード部５１を除去するものであるから、研
削除去されるビード部５１が焼けることがなく、母材５
０に悪影響を及ぼさない。

「発明の効果Ｊ 本発明は、上記の構成を有しフローティングシリンダ装
置２０によりビード部５１の盛り上がりを逃げながら、
基準工作物で教示された目標軌跡を繰り返し走行して加
工を行うものであるから、と−ド部５１の残り量に対応
した動作軌跡の修正制御をすることなく、簡単な制御に
より定寸加工を行うことができ、母材５０表面の位置ま
で均一にビード部５１を除去し磨き作業を短時間で高精
度に行うことができるという優れた効果がある。

また、工具（回転砥石）２７を直接母材５０に接触させ
て母材５０の位置を検出し目標軌跡を補正するため、砥
石摩耗の補正と、母材位Ｗ（ワーク位置）の補正とを同
時に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１ｒＪ！Ｉは発明の構
成を示す構成図、第２図はロボットを示す斜視図、第３
図はフローティングシリンダ装置を示す断面図、第４図
はロボット制御装置を示すブロック図、第５図は被加工
物である母材を示す図、第６図は実際の処理を示すフロ
ーチャーｌ−である。 １０　＋＋＋ロボット、　２０．．．フローティングシ
リンダ装置、　２４　＋＋＋導通センサ、　２６．．−
工具ヘッド、　２　フ　＋＋＋工具（回転砥石）、　２
８．。。 距離センサ、　３０．．ロボット制御装置、３１、．．
ＣＰＵ、　３５．−．ロボット制御部、　　　３６．．
．ＰＣ（プログラマブルコントローラ）。 ３８　、．．Ｎ　Ｇ判別回路、　３Ｌ、補助制御部、５
０、．．母材、　５１　．．．ビード部、　５２．５３
゜８、測定点。 特許出願人　　トヨタ１１動車株式会社ｌ 第３図 ＼　　　　　ｌ−ー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ロボットの先端に取付けられ工具を所定押圧力で一定
   方向に付勢して保持するフローティングシリンダ装置と
   、 そのフローティングシリンダ装置のストローク量を検出
   する距離センサと、 あらかじめ基準工作物にて教示された目標動作軌跡を記
   憶する目標軌跡記憶手段と、 前記工具を母材の加工箇所周辺に接触させ、その各接触
   位置を母材位置として記憶する母材位置記憶手段と、 その母材位置のデータから前記目標軌跡を補正する目標
   軌跡補正手段と、 その補正された目標軌跡に従ってロボットを動作させ加
   工を行う加工実行手段と、 その加工中に前記距離センサで検出されるストローク量
   が所定しきい値内に収まるまで前記加工実行手段を繰返
   す繰返し手段と、 を備えることを特徴とする研磨ロボット制御装置。