JPH0373887B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マスタスレイブ型マニプレータの制
御方法の改良に係り、特にマスタスレイブ方式に
よるスレイブの遠隔操作にスレイブ自身の自動操
縦を補助手段として加えることにより、遠隔操縦
による不便、欠点の解消を図つたものである。

従来のマニプレータ又はロボツトは、例えば塗
装ロボツト等のようにロボツトと対象物とが非接
触であつたり、組立ロボツト等のように対象物と
接触はするが、つかむという単純な静的動作を行
うものであつた。ところが鋳鉄鋳物のバリ取り、
押湯・せき跡の仕上げ、焼着砂の除去等の作業
は、騒音、振動、粉塵等の悪環境中の作業である
ことから、マニプレータやロボツトの導入が図ら
れているが、このような作業は、対象物表面とグ
ラインダとが絶えず動的に接触、衝突を繰り返す
という複雑性を有しており、従来のマニプレー
タ、ロボツト等は、そのままでは使えない。例え
ば鋳バリ取り用のロボツトを例に取れば、鋳バリ
の発生状況が不規則で、寸法がバラついており、
ロボツトが教示された通りにプレイバツクして
も、鋳バリのバラツキにまで対応しきれないた
め、鋳バリばかりでなく、鋳物本体をも加工しか
ねないからである。

一方、遠隔操縦型のマスタスレイブ型マニプレ
ータにグラインダを取付けて、操作員が遠隔操縦
で鋳仕上げ作業を行う場合には、操作員の監視が
行き届いていることが前提である。そして鋳物本
体にグラインダが食い込まないように、しかも鋳
肌面すれすれにグラインダを移動させねばならな
い。しかし実際にこのような作業を行うと、鋳仕
上げ作業の複雑性から、グラインダを種々の方向
に移動しなければならず、グラインダの影で仕上
げ加工面が見えなかつたり、ミリ単位の細かい遠
隔操作であるため操作員にとつて疲れ易く、滑ら
かな美しい仕上げ面が得られないという欠点を生
じる。

このような欠点を解消するため、工業用ロボツ
トにグラインダを取付け、グラインダの負荷トル
クの値が所定値より大きいか否かによつてグライ
ンダの押付シリンダを制御する工業用ロボツトに
おけるグラインダの負荷トルク制御方法等（特開
昭53−103294号、特開昭53−126594号公報参照）
が知られている。しかしこの場合、負荷トルク値
だけを問題としているので、アングル型グライン
ダのように鋳肌面に対する作用角度が問題となる
場合には対応できないと共に、負荷トルクの所定
値を中心に、押付シリンダが絶えず上下に動くの
で仕上げ面が凹凸になる欠点がある。又粗い作業
は、かえつてマスタスレイブ型マニプレータの方
が能率が上がるのであるが、この方法のように実
負荷トルク値と所定値との差によつて終始グライ
ンダを制御する場合には、必要に応じた粗い作業
ができず、極めて能率が悪い。

更に、他の方法として砥石の動く位置に応じ
て、一定の砥石押圧力に変換する押圧力調整装置
により、被研削物の研削面と砥石との接触圧を調
整することによつて、被研削物を研削中は常に一
定の押圧力を砥石に付与して、被研削物の研削面
の凸凹に応じて研削できるようにした研削盤の倣
い方法（特開昭53−148093号公報参照）が知られ
ているが、この方法では砥石の押圧力が一定にな
るだけで、鋳バリと鋳物本体の鋳肌面とを弁別す
る手段に欠けているので鋳バリだけを切除するこ
とができない。又アングル型グラインダのよう
に、姿勢が問題となる場合には、特開昭53−
103294号公報記載の方法と同様対応できず、更に
能率の面でも問題が多い。又押付力を出すトルク
モータ等の機構が必要であり、演算を要する等の
欠点がある。

従つて本発明の目的は、自動操縦と遠隔操作を
組み合わせて作業の能率の向上を図ると共に、作
業姿勢や作業角度等の作業位置が問題となるグラ
インダを適正な位置に保つことにより作業の安定
化を図り、更に加工すべき部分と加工すべきでな
い部分とを自動的に判別することにより、マスタ
スレイブ型マニプレータに特有の問題点を解消す
ることにある。

次いで添附図面を参照しつつ、本発明を具体化
した実施例につき詳しく説明する。ここに第１図
は、マスタスレイブ型マニプレータの一例を示す
斜視図、第２図は、マニプレータの手首にアング
ル型グラインダを装着して、鋳仕上げ作業を行う
様子を示した斜視図、第３図は、本発明の一実施
例に用いる制御装置全体の概略を示すブロツクダ
イヤグラム、第４図は、従来のマスタレイブ型マ
ニプレータの制御方法の一例を示すフローチヤー
ト、第５図は、同実施例の自動制御系の一例を示
す制御ブロツク図、第６図は、グラインダと鋳物
との位置関係を示す側面図、第７図ａは、グライ
ンダにかかる負荷トルクの変動を示すグラフ、第
７図ｂは、グラインダの位置の変動を示すグラ
フ、第８図は、本発明の一実施例に係る方法の一
手順を示すフローチヤート、第９図は、同実施例
における遠隔操作と自動操縦との切換手段を示す
フローチヤートの一例であり、第１０図は、第９
図示の手順における負荷の変動を示すグラフであ
る。

まず本発明の基礎となるマスタスレイブ型マニ
プレータは、第１図に示す如き態様で、腕部A_M，
A_Sは３軸直角座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸：マスタＭ
には添字Ｍを、スレイブＳには添字Ｓを付ける）
であり、手首部H_M，H_Sは３自由度（α、β、γ
軸：添字は腕部と同様）を有している。第１図の
ように、作業者OPがマスタを直接操作すると、
マスタＭの動きに倣つてスレイブＳが動作する。

以下の実施例では第２図に示すように、マニプ
レータのスレイブ側の手首H_SグラインダＧを装
着して、鋳仕上げ（バリ取り）作業を行う場合に
ついて説明する。第２図は鋳物本体１の鋳肌面２
に発生している鋳バリ３をアングル型グラインダ
Ｇで除去して、鋳肌面２を仕上げるところであ
る。仕上げ面が鋳肌面２と、ほとんど同一面とな
るように鋳バリ３を除去する。作業者OPは、作
業場所から離れた位置にいて、グラインダＧの空
間移動や、鋳バリの粗仕上げ等の大まかな操作を
行い、最終仕上げは、スレイブ側の自動操縦によ
つて行われる。即ち、作業者がグラインダの軌跡
が鋳バリ線に概略一致するよう遠隔操縦すれば、
あとはグラインダと鋳肌面との相対距離、角度等
のグラインダ位置をスレイブ側のセンサからの信
号に基づいて自動制御するようにして、作業者が
細部まで見ることができなくても、精密な鋳仕上
げ作業が行われるようにしたものである。

遠隔操縦によるグラインダの位置修正手順の概
略を第３図を用いて説明する。図に示すように、
マスタ側のＸ軸…γ軸の動きは各軸に設けた位置
検出器４Ｘ，４Ｙ，…４γにより検出され、イン
ターフエイス回路を通じてマイクロコンピユータ
に送られる。又スレイブ側のＸ軸…γ軸の動きも
位置検出器５Ｘ，５Ｙ，…５γによつて検出さ
れ、インターフエイス回路を経てマイクロコンピ
ユータに送られる。従来のマスタスレイブ型マニ
プレータの遠隔操縦では、第４図に示すように、
マイクロコンピユータに取込まれたマスタの現在
位置信号からスレイブの目標位置を演算し、この
スレイブの目標位置とスレイブの現在位置との偏
差に基づいてスレイブ各軸を駆動するサーボモー
タを駆動している。マスタ現在位置信号からスレ
イブ現在位置を演算するのは、マスタとスレイブ
の機械的寸法が１：１に対応していないためであ
る。第４図は、１つの軸についてのみ示したが、
運転中は全ての軸について、第４図示と同様の処
理が絶え間なく行われる。

これに対する本発明に基づく自動操縦の手順を
次に詳しく説明する。第５図に、自動操縦の一例
としてγ軸の制御ブロツク図を示す。γ軸は、鋳
バリをグラインダＧによつて切除する場合に、切
除している鋳肌面に対する垂直方向のグラインダ
の動きを制御するものであるから、例えばアング
ル型のグラインダ等では極めて重要である。第５
図はγ軸を自動操縦する場合の閉ループの組み方
を表している。自動操縦状態では第５図のスイツ
チSWがマイクロコンピユータからの指令により
閉となつている。グラインダ電流検出は第５図の
負荷センサ６と信号処理回路７とより成り、電流
偏差の演算はマイクロコンピユータで処理され
る。第５図において、８はスレイブのγ軸を駆動
するサーボモータでサーボアンプ９からの出力に
よつて駆動される。駆動されるスレイブのγ軸上
にはモータGM（駆動源）によつて回転する電動
グラインダＧが設けられている。グラインダ駆動
モータGMの負荷電流（負荷信号）はグラインダ
電流検出器６によつて検出され、信号処理回路７
へ送出される。信号処理回路７では、グラインダ
の負荷電流をサーボアンプ９へ入力される偏差信
号（第４図に破線で囲つた処理における偏差）と
同義の目標電流と比較しうる電流に変換して比較
器１０へ送る。このようにしてサーボアンプ９へ
は信号処理回路７より発した電流と目標電流との
差の電流が入力される。従つて、グラインダが鋳
肌面に食い込んで負荷が大きくなり、負荷電流が
増大すると、比較器１０からの出力電流が減少し
てサーボモータ８が逆転し、スレイブγ軸がグラ
インダが鋳肌面から逃げる方向へ回転する。グラ
インダが鋳肌面から逃げすぎて、更に鋳バリから
も離れると、グラインダモートGMの負荷電流が
所定値以下となる。すると自動制御が逆に働らい
てグラインダを設定値の方向へ傾けるようにγ軸
が回転する。このようにグラインダが鋳肌面を研
削しているのか、鋳バリを研削しているのかが判
断できるのは、鋳肌面は平面的であるからグライ
ンダが食い込んだ時負荷が著るしく増大するのに
対し、鋳バリは部分的な突出形態であるから、負
荷がある程度以上には増大しないことによる。上
記の如く、グラインダ駆動用のモータGMからの
負荷信号が最適となるように、スレイブγ軸の傾
きθ、即ちグラインダの位置を自動制御するが、
同時にスレイブγ軸を、第６図に示すように切除
上限位置UPと、下限位置LPとの間でのみ回転さ
せる。これは、アングル型グラインダ等では、被
工作物（鋳肌面）に対するグラインダの当て角度
θに制約があるからで、この上下限位置UP，LP
の間にグラインダがあれば、グラインダに無理な
力が働かず、又効率良く鋳バリ等を切除しうるか
らである。その結果グライダの当て角度θは第７
図ｂに示すように、上下限位置UP，LPの間で変
動する。電流検出用のセンサとしては、CTやホ
ール素子を使用することができる。信号処理回路
７は負荷信号をコンピユータが処理しやすいよう
な直流電圧に変換する機能も有する。例えば交流
による電動グラインダからの負荷信号は実効値化
して直流電圧に変換する。

本発明では、上記実施例におけるグラインダモ
ータの負荷電流の如きグラインダの駆動源からの
負荷信号が一定の設定値Soに一致している間は、
グラインダを移動させる軸（γ軸）は停止され
る。グラインダが不必要に首を振ると、仕上げ面
が凸凹になる。従つて第７図ａに示すように、設
定値SoはSminからSmaxの範囲で幅を持たせ、
この間を不感帯とする。従つて負荷信号Cnがこ
の不感帯領域を含む自動操縦開始値Ssより小さ
い領域内にあれば、グラインダを移動させる（上
例によればγ軸）軸を停止した状態でグラインダ
をマスタの動きに合わせて遠隔操縦し、自動操縦
開始値Ssより大きい値であれば、即ちグライン
ダが鋳バリの根元を切除しているため負荷電流が
大きい状態では、スレイブ軸γは、負荷電流の変
化に応じて自動操縦される。このような遠隔操縦
モードと自動操縦モードの切り替えは第５図に示
すようにグラインダの負荷電流を入力されたマイ
クロコンピユータが前記スイツチSWを開閉する
ことにより行われる。

以上述べた自動制御をマイクロコンピユータで
デジタル的に行う処理の一例を第８図を参照して
説明する。図において、位置検出器５ｒによつて
検出されたグラインダの当て角度θが上限位置
UPと下限位置LPとの間の安全領域SPにあるか
否かを判定するものがステツプ（11）、（12）であ
る。Cnが下限位置LP以下であればステツプ
（13）へ進み、グラインダを若干上昇させるため
の微少設定値ΔSuを最適な切除を行つている場合
の負荷トルクに相当する設定値Soに加算した値
を現在値Cnを記憶したメモリへ転送した後、ス
テツプ(A)へ移行する。ステツプ(A)に引き続いて偏
差＝設定値So−現在値（So＋ΔSu）＝ΔSuの演算
が行われ、この偏差がサーボアンプ９へ送られる
ため、グラインダが安全領域SP中へ入る方向へ
上向きに首を振る。当て角度θが上限位置UP以
上の場合（12）には、グラインダＧを若干下降さ
せるための微少設定値ΔSdをSoから演算した値
を現在値を格納したメモリへ転送しグラインダを
若干下降させる。この結果、グラインダは第７図
ｂに示すように常時安全領域SP内に存在するこ
とになる。角度θが安全領域SP内にある場合に
は、処理はステツプ（15）へ進む。ステツプ
（15）、（16）では、負荷信号現在値Cnが不感帯領
域にあるか否かを判断する。不感帯領域から外れ
ている場合はステツプ（17）、（18）へ進み、上
昇、下降フラツグをグラインダが不感帯に入る側
へオン又はオフした後ステツプ(A)へ進み、設定値
Soと現在値Cnとの偏差を求めて、不感帯領域に
入る方向へグラインダを駆動する。Cnが不感帯
領域内にある場合は、グラインダを垂直方向へ移
動させる必要がないので、ステツプ（19）、（20）
を通つてフラツグを全てオフとした後Soを現在
値へ転送することによつて偏差をＯとし、グライ
ンダをその位置で保持する。ステツプ（13）、
（14）で＋ΔSu、−ΔSdの調整を行つているのは、
サーボアンプへの出力がドリフト等で変動するこ
とを考慮してグラインダを常に安全領域側へ移動
させるため、及び例えば負荷信号現在値Cnが
Sminより小さく、スレイブγ軸が下降し、その
ままの状態で切除下限位置へ達したような場合、
単にスレイブγ軸を停止させるだけでは、処理が
ステツプ（11）の判定でYesの方ばかりに進行
し、下降させないという目的は果せても、Cnが
増加した場合スレイブγ軸を上昇させることがで
きないからである。従つて処理がNoの方へも行
き、適切な処理が行えるようにしたものである。

第９図は、マスタを使つた遠隔操作と、自動制
御による自動操縦とを自動的に切り換える場合の
手順を示す。即ち自動操縦開始値Ssを設定し、
負荷信号CnがSs以上になれば、ステツプ（21）
において処理がYesの方向へ進み第８図示と同様
の自動制御による手順に入り、Ss以下であれば
Noの方向へ進み第４図の点線内のマスタ操作に
よる遠隔操作が行われる。この切り替えはソフト
ウエアにより、又は前記スイツチSWの切り替え
により達成される。

以上の説明ではγ軸についての処理のみを示し
たが、γ軸以外の軸については第４図示の処理が
行われており、スレイブはマスタに追従して動作
する。尚第１０図は、自動的に遠隔←→自動の切換
えを行う場合の負荷信号Cnの変化の状態を示し
たものである。

本発明は以上述べた如く、特定の作業位置での
み作業可能なグラインダをスレイブに取り付け、
マスタを操作することにより上記スレイブを動作
させて上記グライダを加工対象物に沿つて移動さ
せつつ上記加工対象物に対する該グラインダの繰
り込み量を調整するマスタスレイブ型マニプレー
タにおいて、マスタの現在位置から演算されるス
レイブの目標位置とスレイブの現在位置との偏差
信号に基づいてグラインダの切り込み量を調整す
る遠隔操縦モードと、上記偏差信号にグラインダ
の負荷信号を加味した信号に応じてグラインダの
切み込み量を自動的に調整する自動操縦モードと
を、上記グラインダの負荷信号の大きさに応じて
切り替えるようにしたことを特徴とするマニプレ
ータの制御方法であるから、工具が常に安全且つ
適正な状態に保持されると共に、遠隔操縦の細か
い作業による疲労感が無くなり、スレイブの操縦
性が向上し、且つ、作業の能率性、安全性が著る
しく向上する。又グラインダによる鋳仕上げ作業
等に適用した場合、仕上げ面の凸凹が無くなつて
滑らかになると共に鋳バリと鋳肌面とを間違つて
鋳物本体を加工してしまうような加工ミスが無く
なる。更に従来方法のような押付シリンダやトル
クモータ等の特別な装置や押付力の演算等複雑な
手法を要しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マスタスレイブ型マニプレータの一
例を示す斜視図、第２図はマニプレータの手首に
アングル型グラインダを装着して、鋳仕上げ作業
を行う様子を示した斜視図、第３図は、本発明の
一実施例に用いる制御装置全体の概略を示すブロ
ツクダイヤグラム、第４図は、従来のマスタスレ
イブ型マニプレータの制御方法の一例を示すフロ
ーチヤート、第５図は、同実施例の自動制御系の
一例を示す制御ブロツク図、第６図は、グライン
ダと鋳物との位置関係を示す側面図、第７図ａ
は、グラインダにかかる負荷トルクの変動を示す
グラフ、第７図ｂは、グラインダの位置の変動を
示すグラフ、第８図は、本発明の一実施例に係る
方法の一手順を示すフローチヤート、第９図は、
同実施例における遠隔操作と自動操縦との切換手
順を示すフローチヤートの一例であり、第１０図
は、第９図示の手順における負荷の変動を示すグ
ラフである。 （符号の説明）、Ｍ……マスタ、Ｓ……スレイ
ブ、A_S，A_M……腕部、H_S，H_M……手首部、１
……鋳物本体、２……鋳肌面、３……鋳バリ、Ｇ
……グラインダ、GM……モータ（駆動源）、５
Ｘ，…，５γ……位置検出器、６……負荷信号検
出器（電流検出器）、７……信号処理回路、θ…
…工具の角度（位置）、UP，LP……上下限位置、
SP……安全領域、Cn……負荷信号現在値、So…
…負荷信号設定値、Smin，Smax……負荷信号
設定値の最小値、最大値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 特定の作業位置でのみ作業可能なグラインダ
   をスレイブに取り付け、マスタを操作することに
   より上記スレイブを動作させて上記グライダを加
   工対象物に沿つて移動させつつ上記加工対象物に
   対する該クラインダの繰り込み量を調整するマス
   タスレイブ型マニプレータにおいて、 マスタの現在位置から演算されるスレイブの目
   標位置とスレイブの現在位置との偏差信号に基づ
   いてグラインダの切り込み量を調整する遠隔操縦
   モードと、上記偏差信号にグラインダの負荷信号
   を加味した信号に応じてグラインダの切り込み量
   を自動的に調整する自動操縦モードとを、上記グ
   ラインダの負荷信号の大きさに応じて切り替える
   ようにしたことを特徴とするマニプレータの制御
   方法。