JPH05134733A

JPH05134733A - 作業ロボツト

Info

Publication number: JPH05134733A
Application number: JP29863591A
Authority: JP
Inventors: 邦彦 ▲吉▼田; Kunihiko Yoshida; Eiji Minamiyama; 英司南山
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1993-06-01

Abstract

(57)【要約】【目的】ワークの形状誤差の大小に拘りなく、ワーク
に均質なバリ取りを行うことができる作業ロボットを提
供する。【構成】ワークＷが取り付けられる治具２１の裏面に
マイクロフォン２０などの音センサを取り付けて、作業
ロボットに把持されたグラインダなどの作業工具による
ワークＷへの加工音を検出する。予めティーチングされ
る加工開始位置と加工音が得られた時のグラインダの位
置とを比較し、これらの差分だけ最初に指定される加工
経路を修正する。音センサの周囲に集音コーン２２を配
置したり、治具２１に薄い共鳴板部２８を設けること
で、加工音の検出感度を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばグラインダによ
るバリ取り作業など、種々の作業工具をワークに対して
相対移動させて各種作業を行う作業ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金型などの製造工程におけるバリ
取り作業は、作業者がグラインダなどの作業工具を用い
て手作業で行うのが一般的であったが、近年のロボット
制御技術の発展に伴い、最近では位置制御型の作業ロボ
ットに作業工具を取り付けてワークのバリ付着箇所沿い
に作業工具を移動させてバリを除去することにより、作
業の省力化、無人化を図ることが盛んに試みられてい
る。

【０００３】図６は、このようなバリ取り作業に用いら
れる作業ロボットの一例を示すもので、図示の作業ロボ
ット１は、バリ取り用の作業工具としてのグラインダ２
と、このグラインダ２を３次元的に移動させる移動機構
３と、この移動機構３による移動方向を制御するコント
ローラ４とを有している。移動機構３は、ベース５に対
して水平面内を回動自在に設けられた胴部６と、この胴
部６の上部に連結されて基部７を中心に垂直面内を回動
自在に設けられた第１のアーム８と、この第１のアーム
８の先端に連結されて基部９を中心に垂直面内を回動自
在に設けられた第２のアーム１０と、胴部６及びアーム
８、１０を駆動する複数のアクチュエータ（図示略）と
を備えている。１１はティーチングボックスであり、テ
ィーチングボックス１１からコントローラ４へ予め加工
軌跡を入力しておき、この加工軌跡データに基づいて各
アクチュエータに適宜駆動信号を送出すると、各アクチ
ュエータが所定量駆動され、図７に示すように第２のア
ーム１０の先端に装着されたグラインダ２がワークＷの
稜線部沿いに移動せしめられ、これによりワークＷに付
着したバリが逐次除去されるようになっている。

【０００４】ところで、このような作業ロボット１は、
予めティーチングされるワークＷの加工経路と実際のグ
ラインダ２の移動経路との一致精度が高く、この点では
バリ取り作業に一定の品質が期待できる。しかしなが
ら、ワークＷが例えば鋳物や製缶物等のように大きな寸
法誤差を伴うものである場合には、当初のティーチング
位置からワークＷが大きくずれてしまうので、ティーチ
ングされた加工経路に沿ってグラインダ２が移動してい
るにも拘らず、グラインダ２がワークＷから離れてしま
ったり、逆にグラインダ２が余計に切り込まれてバリ取
りの品質が安定しないという不都合が生じる。

【０００５】このような不都合を解消するため従来は、
グラインダ２のワークＷへの接触状況を検出する工具接
触検出装置を配設し、この工具接触検出装置により加工
開始時におけるグラインダ２のワークＷへの接触位置を
検出してグラインダ２の移動経路を補正することが行わ
れている。たとえば、図６に示すように第２のアーム１
０とグラインダ２との間に配設されてグラインダ２のワ
ークＷへの押圧力の変化を検出する力センサ１２、ある
いは、図７に示すように、グラインダ２の消費電流の変
化を検出する負荷検出装置１３などを工具接触検出装置
として用いることが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述した工
具接触検出装置としての力センサ１２や負荷検出装置１
３は、いずれも感度が十分でなく、微小なバリ取りを行
う際には十分な成果が得られなかった。すなわち、作業
ロボットに加わる負荷が微小な領域では、グラインダ２
の振動やロボットのアクチュエータの振動を力センサ１
２が拾ったり、グラインダ２の回転ムラなどによる微小
な消費電力の変動を負荷検出装置１３が接触状況の変化
として読み取ってしまうために、正確な接触状況の検出
が困難となる。

【０００７】本発明は、微小なバリ取り作業を行うよう
な場合でも作業工具のワークへの接触状況の変化を正確
に検出して作業品質を一定に保つことができる作業ロボ
ットを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ワークに接触
して該ワークに工作を施す作業工具と、この作業工具を
前記ワークに対して相対移動させる移動手段と、前記作
業工具の前記ワークへの接触状況を検出する工具接触検
出手段と、この工具接触検出手段が検出する前記作業工
具の前記ワークへの接触状況の変化に基づいて前記作業
工具の前記ワークに対する相対移動経路を変化させる工
具位置制御手段とを備えてなる作業ロボットに適用さ
れ、前記工具接触検出手段を、前記作業工具による前記
ワークへの加工音を検出する音センサとすることにより
前記課題の解決を図っている。ここで、前記作業工具に
は、従来例で例示したグラインダの他、ワークに接触し
て工作を施すあらゆる作業工具が含まれる。また、作業
ロボットが行う作業もバリ取りに限らず、面取りなど種
々の作業が対象となる。

【０００９】なお、前記工具位置制御手段には、以下の
構成例のいずれもが含まれる。すなわち、第１の例は、
前記音センサが前記作業工具の加工音を最初に検出した
時点で、前記作業工具を、前記ワークから離間した待機
位置へ復帰させる構成であり、第２の例は、前記音セン
サが前記作業工具の加工音を最初に検出した位置と、当
該工具位置制御手段に予め指定された加工経路上の加工
開始位置との差に基づいて前記加工経路を修正し、この
修正された加工経路に沿って前記作業工具を移動させる
構成である。

【００１０】

【作用】本発明の作業ロボットにおいては、グラインダ
などの作業工具のワークへの接触状況の変化に応じて作
業工具の加工音の音圧レベルや周波数が変化し、この変
化がマイクロフォンなどの音センサによって検出され
る。従って、作業工具のワークへの接触前後の負荷変動
が微小な領域でも、作業工具やロボットアクチュエータ
の振動などの影響を排除して作業工具の接触状況の変化
を正確に検出できる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。なお、本実施例に係る作業ロボットは、前述し
た図６及び図７に示す従来例と移動機構３の構成を同じ
くし、かつ作業工具としてグラインダ２が装着される点
も共通する。従って、これらの構成要素については図
６、図７と同一符号を付して説明を省略し、以下では工
具接触検出装置、及び工具位置制御装置について説明す
る。

【００１２】図１に示すように、本実施例では、グライ
ンダ２とワークＷとの接触状況を検出する工具接触検出
装置として、略円柱状のマイクロフォン（音センサ）２
０が用いられている。このマイクロフォン２０は、グラ
インダ２がワークＷに接触することによって発生する研
削音の音圧レベルを検出するもので、ワークＷが取り付
けられる治具２１の裏面側に集音コーン２２を介して取
り付けられている。

【００１３】ここで、集音コーン２２は、マイクロフォ
ン２０による研削音の検出感度を高めるべく設けられた
もので、薄板円錐状に成形されたコーン部２２ａと、そ
の外周縁に治具２１と全周に渡って隙間なく密着するフ
ランジ２２ｂとで形成されている。またこの集音コーン
２２には、治具２１から伝達される研削音を外部に漏ら
すことなくマイクロフォン２０に集中させるように、中
心にマイクロフォン２０が嵌合せしめられるセンサ取付
孔２２ｃが形成されている。この集音コーン２２の取付
位置は、その中央に配置されるマイクロフォン２０が、
治具２１に取り付けられたワークＷの幅方向中心に位置
するように定められている。

【００１４】治具２１は、ワークＷをベース２３上の所
定位置に据え付けるためのもので、ベース２３に付設さ
れたクランプ板２４によって下方に押圧固定されてい
る。そして、この治具２１の上面２１ａにワークＷが載
置されてクランプボルト２５で固定されることにより、
ワークＷがベース２３上の所定位置に据え付けられる。
なお、治具２１とクランプ板２４との間、及び、治具２
１とベース２３との間にはそれぞれ防音材としてのゴム
板２６、２７が介在され、ベース２３からマイクロフォ
ン２０への外部ノイズの伝達を阻止するように配慮がさ
れている。さらに、治具２１の集音コーン２２が取り付
けられる部分には薄肉平板状の共鳴板部２８が形成さ
れ、ワークＷの研削音を共鳴させてマイクロフォン２０
による音圧レベルの変化の検出感度を高めるようになっ
ている。

【００１５】図２に示すように、マイクロフォン２０の
出力信号は作業ロボットのコントローラ４（図６参照）
に内蔵された制御回路２９に導かれ、この制御回路２９
は、ティーチングボックス１１（図６参照）から予め入
力されたグラインダ２の移動経路をマイクロフォン２０
の検出する音圧レベルの変化に応じて適宜修正しつつ、
該修正された移動経路に基づいてロボットドライバ３０
へ逐次駆動命令を送出する。ロボットドライバ３０は、
この駆動命令に応じて移動機構３の各アクチュエータ３
１に所定の駆動信号を送出し、これにより移動機構３の
各部の移動方向、速度が制御される。そして、これら制
御回路２９及びロボットドライバ３０により本実施例の
作業ロボットにおける工具位置制御装置３２が構成され
ている。

【００１６】次に、以上のように構成された作業ロボッ
トの動作を説明する。本実施例の作業ロボットにおける
バリ取り作業は、ワークＷのボスＢの周縁部Ｅに付着し
たバリ取りを行うもので、その作業開始に先だってグラ
インダ２の加工経路Ｒをコントローラ４に教え込むティ
ーチング作業を行っておく必要がある。このティーチン
グ作業は、グラインダ２がワークＷから離間した位置に
設定される待機位置（ホームポジション、以下ＨＰと略
称する。）からワーク周縁部Ｅに沿って移動して再度Ｈ
Ｐまで戻ってくる迄の経路Ｒを複数の教示点（ティーチ
ングポイント、以下、ＴＰと略称する。）で代表させて
記憶させるもので、本実施例では、図１に示すようにＴ
Ｐ１〜ＴＰ１９までが設定され、バリ取り作業の開始位
置はＴＰ２とされている。

【００１７】このようなティーチング作業が行われた
後、作業ロボットは図３のフローチャートに従って複数
のワークＷのバリ取り作業を行う。以下、この手順を詳
細に説明する。ワークＷの治具２１への装着等の段取り
作業が終了して作業者から作業開始が指示されると、ま
ずステップＳ１で変数ｉに３を、変数Ｒにティーチング
ポイント数Ｎを代入する。なお、本例ではＮを１９とす
る。ステップＳ１からステップＳ２に進むと、ロボット
ドライバ３０からアクチュエータ３１へグラインダ２を
ＴＰ１まで高速移動させるように駆動信号を出力し、Ｔ
Ｐ１を通過したことが確認されるまでグラインダ２の高
速移動を継続する（ステップＳ３）。

【００１８】ＴＰ１の通過が確認されると、グラインダ
２の移動速度を微速に切り換え、予め指定されたＴＰ２
に達するまで微速移動を継続する（ステップＳ４、
５）。ＴＰ２への到達が確認された場合にはグラインダ
２をいったん停止させてステップＳ６に進み、マイクロ
フォン２０からグラインダ２の加工音が検出されている
か否かを判断し、検出されていれば予め指定されたＴＰ
２の座標値と実際のワークＷ上のＴＰ２の座標値との間
に位置誤差がないものと判断し、ステップＳ１１におい
て、グラインダを次のティーチングポイントＴＰ３に向
けて移動させる。

【００１９】ステップＳ５においてＴＰ２への到達が確
認されるまでの間、マイクロフォン２０から加工音が検
出されたか否かを監視する（ステップＳ９）。予め設定
したＴＰ２へ達する以前に加工音が検出された場合に
は、たとえばワークＷが当初の設定寸法よりも厚くなっ
ているものと判断し、ＴＰ２に向かう微速移動を停止
し、グラインダ２の現在位置座標値と当初設定されたＴ
Ｐ２の座標値との差をワークＷの厚さ誤差とみなし、Ｔ
Ｐ２以降の各ティーチングポイントＴＰ３〜ＴＰ１９の
座標値を補正する。これにより加工経路Ｒが当初設定さ
れた加工経路と比較して全体的に厚さ誤差分上方（図１
において）へ平行修正される（ステップＳ１０）。

【００２０】一方、ステップＳ６において加工音が検出
されていない場合には、たとえばワークＷが当初の設定
寸法よりも薄くなっているものと判断し、加工音が検出
されるまでグラインダ２をワークに向けて微速移動させ
る（ステップＳ７）。そして、加工音が最初に検出され
た時点でＴＰ２へ向かう微速移動を停止し、ステップＳ
１０に進む。ステップＳ１０では、グラインダ２の現在
位置座標値と当初設定されたＴＰ２の座標値との差をワ
ークＷの厚さ誤差とみなし、ＴＰ２以降の各ティーチン
グポイントＴＰ３〜ＴＰ１９の座標値を補正する。これ
により加工経路Ｒが当初設定された加工経路と比較して
全体的に厚さ誤差分下方（図１において）へ平行修正さ
れる。

【００２１】ステップＳ１０で加工経路Ｒを補正した
後、ステップＳＰ１１においてグラインダを次のティー
チングポイントＴＰiへ向けて移動させる。つまり、Ｔ
Ｐ２以降はグラインダ２でワークＷのバリを除去しなが
ら、順次、次のティーチングポイントに移動していく。
したがって、正常にバリ取りが行われる時はマイクロフ
ォン２０からバリ取り音が常に集音される。

【００２２】ステップＳ１２においてグラインダ２のＴ
Ｐiへの到達が確認されるまでの間、ステップＳ１４に
おいて、マイクロフォン２０から加工音が検出され続け
ているか否かを判定する。加工音２０が途中で途切れた
場合には、加工経路ＲがワークＷの稜線部Ｅからずれた
ものと判断してグラインダ２が再びワークＷに接触する
までワークＷへ近付く方向に移動させ（ステップＳ１
５）、その後、ＴＰiへの移動が再度繰り返される（ス
テップＳ１１）。同様の修正はステップＳ１３において
加工音が途切れてしまった場合にも行われる。

【００２３】ステップＳ１２において、グラインダ２の
ＴＰiへの到達が確認された場合には、ステップＳ１３
で、再度、マイクロフォン２０からグラインダ２の加工
音が検出されているか否を判定し、検出されていればグ
ラインダ２とワークＷとの接触状況に変化がないものと
判断して、グラインダ２を次のティーチングポイントへ
移動させるようにステップＳ１６で変数iに１を加算す
る。ステップＳ１７においてｉ≦Ｒの場合には、ステッ
プＳ１１に進み、次のティーチングポイントＴＰｉに向
けてグラインダを微速移動させ、以下、ステップＳ１７
が肯定されるまで、すなわち、グラインダ２のＴＰ１９
への到達が確認されるまで同様手順が繰り返される。Ｔ
Ｐ１９到達後は、ステップＳ１８に進み、グラインダ２
をＨＰへ復帰させる。

【００２４】以上述べたように、本実施例の作業ロボッ
トでは、グラインダ２とワークＷとの接触の有無が、マ
イクロフォン２０を通じて検出される研削音（加工音）
の有無によって判別されるので、グラインダ２の切込み
量が微小な領域であってもロボット駆動系やグラインダ
２の振動などに影響されることなく、確実にグラインダ
２の接触位置が検出される。そして、かかるグラインダ
２の接触位置に基づいて加工経路Ｒが修正されるので、
ワークＷの誤差が大きくてもグラインダ２の切込み量が
一定に保たれる。さらに、加工経路Ｒの修正が加工開始
時のみならず、加工途中もマイクロフォン２０から研削
音が検出され続けているか否かを監視することによって
グラインダ２の移動方向が適宜修正されるので、グライ
ンダ２が一層正確にワークＷの稜線部Ｅに沿って移動
し、これによりバリ取り作業の品質が大きく向上する。

【００２５】ここで、本実施例では、特にマイクロフォ
ン２０を治具２１に装着し、共鳴板部２８による研削音
の増幅と集音コーン２２による集音を行う一方で、ゴム
板２６、２７による外部ノイズの侵入防止を図っている
ので、研削音の検出感度が向上して制御性が一層高ま
る。また、治具２１にマイクロフォン２０を取り付けて
いるので、ワークＷの交換毎にマイクロフォン２０を脱
着する必要もない。なお、集音コーン２２がなくても十
分な感度が得られる場合には、図４に示すように治具２
１の共鳴板部２８に直接マイクロフォン２０を取り付け
ても良い。

【００２６】なお、以上の実施例で示したバリ取り作業
の手順やマイクロフォン２０の取付構造はあくまで本発
明の一実施例であり、本発明がこれに限定されるもので
はない。例えば、バリ取り作業の手順については、バリ
取り箇所が短くてグラインダ２をワークＷに沿って移動
させる必要がない場合も想定され、このような場合に
は、図５に示すように、加工音が検出された時点でグラ
インダ２を直ちにＨＰへ戻すようにしても良い。また、
音センサからの所定音圧レベルの信号を検出して加工音
の有無を判定したが、集音した信号を周波数分析して加
工の有無を判定しても良く、あるいはこれらを併用して
も良い。さらに、音センサの個数も１個に限らない。ま
た、バリ取り作業以外の種々の加工にも本発明を適用で
きる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の作業ロボ
ットでは、工具接触検出手段として音センサを用いたた
め、微小なバリ取り作業を行う場合のように作業工具が
ワークへ接触する前後の負荷変動がきわめて小さい作業
であっても、作業工具のワークへの接触状況の変化を正
確に検出でき、これにより作業工具のワークに対する相
対移動経路を適宜修正して作業品質を一定に保つことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る作業ロボットの音セン
サを治具に取り付けた状態を示す図である。

【図２】本発明の一実施例に係る作業ロボットの制御系
を示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施例に係る作業ロボットのバリ取
り作業の手順を示すフローチャートである。

【図４】図１の変形例を示す図である。

【図５】バリ取り作業手順の他の例を示すフローチャー
トである。

【図６】従来の作業ロボットの一例を示す図である。

【図７】従来の作業ロボットでバリ取り作業を行ってい
る状態を示す図である。

【符号の説明】

２グラインダ（作業工具）３移動機構２０マイクロフォン（音センサ）３２工具位置制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークに接触して該ワークに工作を施す
作業工具と、この作業工具を前記ワークに対して相対移
動させる移動手段と、前記作業工具の前記ワークへの接
触状況を検出する工具接触検出手段と、この工具接触検
出手段が検出する前記作業工具の前記ワークへの接触状
況の変化に基づいて、前記作業工具の前記ワークに対す
る相対移動経路を変化させる工具位置制御手段とを備え
てなる作業ロボットにおいて、前記工具接触検出手段
を、前記作業工具による前記ワークへの加工音を検出す
る音センサとしたことを特徴とする作業ロボット。
【請求項２】前記工具位置制御手段は、前記音センサ
が前記作業工具の加工音を最初に検出した時点で、前記
作業工具を前記ワークから離間した待機位置へ復帰させ
ることを特徴とする請求項１記載の作業ロボット。
【請求項３】前記工具位置制御手段は、前記音センサ
が前記作業工具の加工音を最初に検出した位置と、当該
工具位置制御手段に予め指定された加工経路上の加工開
始位置との差に基づいて前記加工経路を修正し、この修
正された加工経路に沿って前記作業工具を移動させるこ
とを特徴とする請求項１記載の作業ロボット。