JPH0573124A - ロボツトの自動教示法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、面取り仕上げ精度が厳しいため、
教示モデルワークの作成が難しい鋳物でも、手仕上げが
容易なバリのみを除去したモデルワークを用いて、力制
御の倣い動作により、簡単に、しかも短時間に教示デー
タの作成を可能にする。 【構成】 位置と力の二つの制御を同時に行うことが可
能な力制御ロボットを用いて、第１段階でワークから離
れた少数の粗教示点と押し付け力制御のデータ、規定面
取り量を教示する。第２段階で、粗教示データを基にロ
ボットアーム先端の加工工具をワーク表面に倣わせ、反
力方向と規定面取り量から仕上げ用の教示位置を算出し
てロボット制御装置内のメモリに記憶する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、力制御ロボットの倣い
教示方式に係り、特に複雑曲面を有する鋳物の高精度面
取り仕上げを行うためのロボットの教示点を自動的に生
成する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の力制御を用いて工具をモデルワー
ク表面に倣い動作させ、自動的に教示点を生成する方法
は、特願０３−７１１３５に記載されている。即ち第１
段階で、位置決め固定されたモデルワークより数ｍｍ離
れた少数の粗教示点と、押し付け力制御方向、規定押し
付け力、工具送り速度を教示記憶する。そしてこれらの
粗教示点、押し付け力方向、押し付け力、送り速度に基
づいてロボットをワーク表面に沿って倣い動作させる。
その際、力制御のサンプリング周期に同期した時間間隔
で、順次現在位置検出手段によって検出されたロボット
アーム各関節の位置を記憶させる。第２段階では、第１
段階で記憶したロボットアーム各関節の位置データをサ
ンプリング周期に同期して順次読みだし、ＣＰ再生する
ことで加工を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ホィール鋳物のデザイン窓のように高精度な面取り仕上
の要求されるワークに対しては、次のような問題があ
る。

【０００４】（１）教示モデルワークは通常手仕上で面
取りを行ったものを使用するが、手作業では規定量に寸
法精度良く仕上ることは困難である。一方、鋳バリと製
品部の境界は一般に明瞭であり、この境界までであれば
鋳造品から手仕上でも容易に教示用モデルワークが製作
可能である。

【０００５】（２）アルミホィールの場合、要求仕上仕
様は、面取りした切削幅が規定範囲にあることである。
面取り仕上げしたモデルワークに対する倣い動作中の軌
跡を教示点としたのでは、モデルワーク仕上げ時の工具
姿勢と倣い動作時の工具姿勢に差異があると仕上幅が異
なり、規定の切削幅に納まらなくなることが多い。その
ため、モデルワークの仕上量、あるいは粗教示データを
修正しなければならず、最終的な仕上再生用の教示デー
タを得るまでに時間を要する。

【０００６】本発明は、以上の問題点を解決するため、
仕上げ精度の厳しい面取りが要求される複雑形状のワー
クに対して、高精度なロボット軌跡の得られる教示を自
動的に、しかも短時間で行う方法を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は教示再生ロボッ
トと、該ロボットの先端と工具の間に取り付けた力セン
サと、ロボット制御装置とで構成した力制御ロボットシ
ステムで、粗教示点とワークへの押し付け力方向を教示
し、前記粗教示点に基づいてロボットアーム先端の工具
をワークに所望の力で連続的に押し付けながらロボット
を倣い動作させて、その軌跡を教示点として制御装置の
メモリに記憶して自動的に教示点を生成する教示方法に
おいて、力センサからの反力方向に規定量だけワーク内
側に演算した位置を、力制御のサンプリング周期に同期
した時間毎に教示データとしてメモリに記憶することを
特徴とするロボットの自動教示方法である。

【０００８】

【実施例】本発明を実施例に基づいて詳説する。図２は
本発明の一実施例、自動教示を実行するロボットの全体
構成図である。ロボット１は構成各軸を駆動するサーボ
モータ４、サーボモータ４の位置を検出するパルスエン
コーダ６で構成される。さらにロボットアーム先端５に
は力の検出を行う力センサ３を介して、工具本体と工具
ホルダーから成る加工工具２を備えている。

【０００９】またロボットの制御装置７は、本例ではマ
ルチバス８に主制御ＣＰＵ９と力センサＣＰＵ１０を接
続したマルチＣＰＵシステムとして構成されたものとな
っている。主制御ＣＰＵ９は、図４の動作原理を示す制
御ブロックの処理を行う。力センサＣＰＵ１０は力セン
サ３からの検出値に工具重量等を補償して工具座標系の
値に変換する。ティーチングボックス１５は粗教示時に
ロボットをリモート誘導するために、また操作パネル１
６は面取り仕上げ代の設定や、ロボットの動作モードの
切り換えに必要なスイッチおよびディスプレイから構成
される。

【００１０】ロボットの位置姿勢制御は、サーボモータ
４のパルスエンコーダ６からのパルス信号をサーボカウ
ンタ１１でカウントし、このカウンタで検出した現在位
置と力制御に基づいて発せられる位置姿勢指令データと
の偏差に応じたＤ／Ａ変換器からの出力が、サーボアン
プ１３を介してサーボモータ４に速度指令信号として発
せられることによってなされる。Ｆ／Ｖ変換器１７はエ
ンコーダからのパルス信号を速度制御ループ用の信号に
変換してサーボアンプに与える。教示の位置データはサ
ーボカウンタ値がそのままあるいは位置姿勢成分値に加
工されてメモリ１４に書き込まれる。

【００１１】図３はバリを有し、面取り仕上の必要な鋳
物の模式図である。このような鋳物にはアルミホィール
がある。図にて は鋳物のバリと製品部の境界位置である。 はバリのみを除去したワークと、倣い動作中の工具が
接する位置である。 は最終的な面取り仕上を行う位置。 は仕上評価対象となる仕上幅を示す。 アルミホィールのの仕上げ幅は、一例を揚げれば０．
７±０．３ｍｍ程度と厳しい。したがって、教示モデル
を仕上げ前のワークから手仕上げで加工することは困難
である。一方、の状態に手仕上げすることは比較的容
易である。よってまで仕上げたモデルワークを用い
て、力制御を利用しての位置を倣わせ、の経路を通
る教示点のデータを生成する。

【００１２】図４は自動教示データ生成動作をする際
の、力制御の動作原理を示す制御ブロックを示す。力セ
ンサ３の検出値は、センサの座標原点を基準とするセン
サ座標系の値［Ｆｓ］（以後［ ］文字はベクトルを表
す）として求めた後（ブロック２０）、工具先端を基準
とする工具座標系の値［Ｆｔ］に変換する（ブロック２
１）。工具座標系に変換した力の検出値［Ｆｔ］を工具
座標系で指令されたブロック２２の力目標値［Ｆｄ］と
比較し、その偏差に力制御ゲインを乗じて力制御方向の
位置増分量△［Ｐｔｆ］を求める。次いでブロック２４
でロボットベースを中心とする基準座標系での位置増分
量△［Ｐｆ］に変換する。

【００１３】一方、位置制御方向は、前の目標値に工具
送り速度に相当するサーボ制御周期あたりの位置増分量
を加算したものが、ブロック２５の目標値［Ｐ］とな
る。そして前記△［Ｐｆ］と［Ｐ］を加算した結果をブ
ロック２６で関節角座標系に逆座標変換し、最終的に各
軸毎の目標位置を演算することにより（ブロック２
７）、ロボットの位置指令値を得る。そしてこの位置指
令値をサーボカウンタ１１からの検出値を関節角度に変
換して得られた現在位置（ブロック２７）でフィードバ
ック制御することにより、ロボット先端の工具を一定の
押し付け力でワーク表面を倣わせることができる。また
力制御ゲインを０にすれば位置制御のみに切り換えるこ
とが出来る。

【００１４】次に、ブロック２９で反力方向に面取り代
として設定距離ａだけワーク内側に入った位置を求める
には次のようにする。ブロック２１で変換された工具座
標系の力［Ｆｔ］の成分（Ｆｔｘ，Ｆｔｙ，Ｆｔｚ）か
ら、工具座標系の反力の方向余弦の成分は（１）式で求
まる。 α＝Ｆｔｘ／│［Ｆｔ］│ β＝Ｆｔｙ／│［Ｆｔ］│ （１） γ＝Ｆｔｚ／│［Ｆｔ］│ 反力の方向余弦が求まれば、規定量ａだけワークの内側
に入り込んだ取り代分の補正量△［Ｐｔ］の工具座標系
の成分は（２）式で求まる。 △［Ｐｔ］＝（△Ｐｔｘ，△Ｐｔｙ，△Ｐｔｚ） ＝（−αａ，−βａ，−γａ） （２） 従って、△［Ｐｔ］の成分を基準座標系の成分に座標変
換し（ブロック２０）、押し付け力制御での目標位置
［Ｐ］＋△［Ｐｆ］の成分と合成することで、規定量ａ
だけワークの内側に入り込んだ基準座標系での位置［Ｐ
ｓ］の成分値を求めることができる。最終的に［Ｐｓ］
の成分を逆座標変換（ブロック３１）すれば、図３の
工具位置を実現するロボットアーム各軸の目標値を得る
ことができる。この目標値を順次メモリに格納すれば
（ブロック３２）ＣＰ再生用の教示点データが得られ
る。

【００１５】図５は本発明の教示手順を示す。図１は、
図５の第２段階における自動教示データ生成動作の詳細
フローチャートを示す。また図６は、粗教示点から教示
点を生成するモデル図である。以下これら３つの図で手
順を詳細に説明する。

【００１６】（１）まず第１段階の粗教示４０では、ロ
ボットを加工経路で曲率の大きく変化する近傍にティー
チングボックス操作にて誘導した後、その位置を粗教示
点としてロボット制御装置内のメモリに記憶させる。図
６の曲線のワークに対してはＰ１〜Ｐ４を粗教示点とす
る。また合わせて、粗教示点間移動中のワーク表面に対
する押し付け方向［Ｆ１］〜［Ｆ３］。具体的には、粗
教示点Ｐ１〜Ｐ４間の任意の位置で、加工工具の先端を
直接ワーク表面に押し付け、この時に力センサで検出さ
れた３軸方向の分力から方向余弦を演算してメモリに記
憶する。このようにして粗教示点、ワークに押し付ける
力の方向、及び工具の送り速度を順次教示していくこと
によって、メモリ内に粗教示プログラムを作成する。

【００１７】（２）次に第２段階の４１の処理で加工用
経路用教示点を自動生成する。ここでは（１）で作成し
た粗教示点を基に、図４で示した制御原理に基づき、位
置と力を同時に制御して、ワークに一定の押し付け力を
与えながらロボットの再生運転を行なう。このとき力制
御のサンプリング周期毎のロボットの軌跡（図６●印で
示す）から、反力と逆方向に規定量だけずらせた位置
（○印で示す）を求め、制御装置内のメモリに記憶する
のである。

【００１８】第２段階の手順を図１で更に詳細に説明す
る。Ｐ１からワークに接触するまでは、一つ前の教示点
からＰ１へ移動してきたときと同一方向に、力センサの
検出値を監視しながら接触するまで低速で動作させる
が、図１のフローチャートでは省略している。ワークへ
の接触が確認され、教示点自動生成プログラムがスター
トすると、ワークへの押し付け方向［Ｆｉ］と次の粗教
示点Ｐｉのデータを読みだす（手順１００）。次いで、
位置制御方向の目標値増分量（手順１０１）と力制御方
向の目標値増分量を算出（手順１０２、１０３）し、位
置と力の同時制御を実行する目標値を合成演算する（手
順１０４）。この目標値を逆座標変換してエンコーダ目
標値を求め、サーボモータを位置制御する（手順１０
７、１０９）。その際に（１）〜（２）式に基づき、ロ
ボットの制御目標位置と力センサの検出値から、工具が
規定量ａだけワークに入り込んだ位置となるアーム各軸
のエンコーダ値を演算し（手順１０５、１０６、１０
７）、ロボット制御装置のメモリにＣＰ教示データとし
て記憶する（手順１０８）。そしてこの処理を力制御の
周期毎に（手順１１０）粗教示点Ｐｉ付近に達するまで
繰り返す（手順１１１）。Ｐｉ付近に達したら、次の粗
教示点の有無を確認し（手順１１２）、有る場合にはｉ
を更新して（手順１１３）次の力制御方向Ｆｉ＋１と粗
教示点データＰｉ＋１を読みだし、同様の動作を行う。
前期処理を全粗教示点に対して順次行うことにより、教
示点の自動生成動作を行う。

【００１９】力制御の追従性の制約上、自動教示データ
生成時のロボットの送り速度を加工速度の１／Ｍにして
倣い動作をする場合は、ＣＰ教示点データのメモリへの
書き込みを、力制御サンプリング周期のＭ回毎に行うよ
うにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上により本発明によれば、仕上精度が
厳しく、また教示モデルの作成が困難なワークのロボッ
トの教示作業を力制御を利用することによって自動的に
作成することができ、また仕上幅の修正もワーク内側距
離データの変更のみで容易にできるので、複雑形状ワー
クの高精度面取りに対して、従来よりも加工精度の向上
に著しく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動教示データ生成動作フローチャー
ト

【図２】本発明の一実施例を示す全体構成図

【図３】本発明が対象とする鋳物を表した模式図

【図４】本発明の自動教示データ生成動作を実行する際
の動作原理を示すブロック図

【図５】本発明の教示処理手順

【図６】本発明の教示点を自動生成する方法の具体図

【符号の説明】

１ ロボット ２ 加工工具 ３ 力センサ ７ 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 教示再生ロボットと、該ロボットの先端
   と工具の間に取り付けた力センサと、ロボット制御装置
   とで構成した力制御ロボットシステムで、粗教示点とワ
   ークへの押し付け力方向を教示し、前記粗教示点に基づ
   いてロボットアーム先端の工具をワークに所望の力で連
   続的に押し付けながらロボットを倣い動作させて、その
   軌跡を教示点として制御装置のメモリに記憶することに
   より、自動的に教示点を生成する教示方法において、力
   センサからの反力方向に規定量だけワーク内側に演算し
   た位置を、力制御のサンプリング周期に同期した時間毎
   に教示データとして、メモリに記憶することを特徴とす
   るロボットの自動教示方法。