JPH06312344A - グラインダ作業ロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワークが正確に位置決め固定されていない場
合であっても、ワークのバリや凹凸を短時間の作業で確
実に除去することのできるグラインダ作業ロボットの制
御方法を提供することを目的とする。 【構成】 グラインダをワークに対して所定の力で押付
けながらグラインダ作業を行うとともにグラインダ作業
の軌跡データを取得し、得られた軌跡データからワーク
を目標形状に仕上げるためのグラインダ目標軌道を算出
し、ワークからのグラインダ送り方向反力に応じてグラ
インダの送り速度を変化させながらグラインダ目標軌道
に沿ってグラインダを移動させることによりワークを目
標形状に仕上げるグラインダ作業ロボットの制御方法と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの手先にグラ
インダを取り付け、グラインダの押付け力を制御しなが
らワーク表面にグラインダ作業を施すグラインダ作業ロ
ボットの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの手先にグラインダなどの研削
工具を取り付け、このグラインダを任意の形状のワーク
に対して所定の力で押し付けながら研削作業を行うグラ
インダ作業ロボットが知られている。

【０００３】グラインダ作業ロボットの制御方法として
は、例えば特開平4-164585号などに記載のものが公知で
ある。このようなグラインダ作業ロボットでは、アーム
先端に取付けられた６軸力センサによりグラインダの押
付け力を検出し、この検出押付け力と目標押付け力とを
比較することによってグラインダの目標位置・姿勢を逐
次修正しながら目標押付け力を保持するように制御がな
されている。

【０００４】このような公知の方法を用いることによ
り、例えば図６に示すようなワーク20内のグラインダ研
削領域12に対して、グラインダ３を複数回往復させなが
ら研削作業などを行い、所定の領域内を滑らかな状態に
することが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワーク
のバリや凹凸を確実に除去する作業を効率的に行うため
には、上述したように目標押し付け力を制御するだけで
は十分ではない。つまり、グラインダの目標仕上げ面に
沿って動かしながら作業を行うことが必要となる。その
ため従来は、まずワークを基準位置に確実に位置決め固
定し、その後に作業を開始するようにしていた。

【０００６】ところが、ワークを基準位置に確実に位置
決め固定すること自体が難しく面倒であるとともに、さ
らに、複数の関節の先端に配置されるグラインダを位置
制御するためにはどうしても誤差が生じてしまう。その
ため、ロボットがワークを必要以上に削り込んでしまっ
たり、あるいは削り残しが発生するといった不具合が生
じてしまう。

【０００７】そこで本発明は、正確に位置決め固定され
ていないワークや未知形状のワークに対しても、ワーク
のバリや凹凸を短時間の作業で確実に除去することので
きるグラインダ作業ロボットの制御方法を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、ロボットの手先にグラインダを取り付
け，前記グラインダの押付け力を制御しながらワークの
所定領域に対してグラインダ作業を施すグラインダ作業
ロボットの制御方法において、前記グラインダを前記ワ
ークに対して所定の力で押付けながらグラインダ作業を
行うとともにグラインダ作業の軌跡データを取得し、得
られた軌跡データから前記ワークを目標形状に仕上げる
ためのグラインダ目標軌道を算出し、前記ワークからの
グラインダ送り方向反力に応じて前記グラインダの送り
速度を変化させながら前記グラインダ目標軌道に沿って
グラインダを移動させることにより前記ワークを目標形
状に仕上げることを特徴とするグラインダ作業ロボット
の制御方法とした。

【０００９】

【作用】上記のような方法によれば、まずグラインダを
ワークに対して一定の力で押付けながらグラインダ作業
を行い、同時にグラインダ作業の軌跡データを取得す
る。そして、得られた軌跡データからワークを目標形状
に仕上げるためのグラインダ目標軌道を算出し、次の作
業ではワークからのグラインダ送り方向反力に応じてグ
ラインダの送り速度を変化させながらグラインダ目標軌
道に沿ってグラインダを移動させている。したがって、
正確に位置決め固定されていないワークや未知形状のワ
ークに対しても、ワークのバリや凹凸を短時間の作業で
確実に除去することができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。まず、本発明に利用されるグラインダ作業ロボッ
トの制御構成を図１に示す。本発明の特徴は、グライン
ダの研削作業の際にグラインダ先端の研削点（砥石とワ
ークとの接触点）の軌跡データを同時に取得し、この軌
跡データを利用して次回（またはそれ以降）の目標軌道
を算出することにある。したがって、現在のグラインダ
位置と、６軸力センサから得られたワーク反力（グライ
ンダ送り方向反力）とをもとにすることにより、このグ
ラインダ先端の研削点の軌跡データを求め、この軌跡デ
ータを用いて最小二乗平均法などにより目標値軌道を算
出するようにしている。

【００１１】このようにして、ロボットコントローラ内
部では、算出された目標軌道に対する各関節の目標位置
および姿勢の計算や、検出された押付け力と目標押付け
力との比較が行われる。そして、検出値が目標値に一致
するようなフィードバック制御がなされている。

【００１２】なお、位置姿勢の目標値や力，モーメント
の目標値、あるいはワークの形状やワーク研削領域の境
界位置の指定などは、コンピュータを介して入力が可能
である。本発明の実施にあたっては、ロボットの構造や
基本的な制御方法については前述の特開平4-164585号記
載のものをそのまま採用しているため、ここでは詳細な
説明を省略する。

【００１３】続いて、本発明の第１の実施例として、図
２に示されたようなバリ取りをすることによってワーク
表面を直線状に研削する作業について説明する。なお、
図３には本作業の手順がフローチャートとして示されて
いるまず、図２(a) に示すように、グラインダ３を一定
の力でワーク11の法線方向に押付けながら一定速度でＡ
方向に送り、グラインダ作業を行う。この時、グライン
ダ３先端の研削点（砥石とワークとの接触点）の軌跡デ
ータを、現在のグラインダ位置あるいは目標位置をもと
に検出する。そしてこの軌跡データはメモリに記憶され
る（図３中ステップ101 ）。

【００１４】この作業においては、グラインダ３をＡ方
向に向かって引くように送れば、たとえワーク11に大き
なバリが存在したとしても砥石がバリに食い込む危険性
が少なくなり、グラインダ３を押すように送る場合より
も作業を安全かつ効果的に行うことができる。

【００１５】次に、得られた研削点の軌跡データをもと
にワーク11の設置位置・姿勢を認識し、ワーク11表面を
仕上げるためのグラインダ３の２次元目標軌道を算出す
る。図２(b) には、グラインダ３先端の研削点の軌跡デ
ータを実線で、またこれらのデータから最小二乗平均法
によって求められた直線を一点鎖線で示している。

【００１６】ワーク11に対して一定の押付け力でかつ一
定の送り速度による研削作業を一回行うだけでは、通常
全てのバリを除去することはできない。そのため、研削
点の軌跡データが直線になることはない。しかしなが
ら、これらの軌跡データに最小二乗平均法を適用すれば
直線を求めることができ、さらにワーク11表面にほぼ一
様にバリが発生していれば、ワーク11表面の仕上げ面に
ほぼ平行な直線を得ることもできる。そこで、得られた
直線を適当な位置（例えば軌跡データの最もワーク11に
近い点など）まで平行移動することで、ワーク11表面の
仕上げ目標直線軌道（図３(c) 中の一点鎖線）を作成す
ることが可能となる（図４中ステップ102）。

【００１７】そして、図２(c) に示すように、得られた
ワーク11表面の仕上げ目標直線軌道に沿ってグラインダ
３をＢ方向に送ることで、ワーク11表面の残りのバリを
取り除くことができ、ワーク11表面を直線状に仕上げる
ことができる（図３中ステップ103 ）。この時、グライ
ンダ３はワーク11表面の仕上げ目標軌道に沿って位置制
御で送ればよい。ただし本実施例では、ワーク11に対す
るグラインダ３送り方向の反力を常に６軸力センサ２で
検出しており、反力が大きくなるとそれに応じてグライ
ンダ３の送り速度を小さくしたり停止させたりすること
で、グラインダ３やロボットに過大な力が加わることを
防止している。また、既にＡ方向に一度研削を行ってい
るため、この時のグラインダ３をＢ方向に押すように送
ることによって砥石が残りのバリを確実に取り除くこと
ができ、ワーク11表面を目標形状に近い滑らな状態に仕
上げることができる。もちろん、目標軌道に沿って複数
回のグラインダ作業を施しても構わない。

【００１８】このようにグラインダ制御がなされる本実
施例によれば、まずグラインダをワークに対して一定の
力で押付けながらグラインダ作業を行い、同時にグライ
ンダ作業の軌跡データを取得する。そして、得られた軌
跡データからワークを目標形状に仕上げるためのグライ
ンダ目標軌道を算出し、次の作業ではワークからのグラ
インダ送り方向反力に応じてグラインダの送り速度を変
化させながらグラインダ目標軌道に沿ってグラインダを
移動させている。したがって、正確に位置決め固定され
ていないワークや未知形状のワークに対しても、ワーク
のバリを短時間の作業で確実に除去することができる。

【００１９】続いて、本発明の第２の実施例として、図
４に示されたようなバリ取りをすることによってワーク
表面を円弧曲面形状に研削する作業について説明する。
なお、本実施例についても図３に示すフローチャートに
したがって作業が進められる。

【００２０】まず、図４(a) に示すように、グラインダ
３を円弧状ワーク11の中心方向（法線方向）に向かって
一定の力で押付けながら、円周方向Ａに一定速度で送っ
てグラインダ作業を行う。そして同時に、グラインダ３
先端の研削点の軌跡データを記憶する（図３中ステップ
101 ）。なお本実施例では、グラインダ３の送り動作に
伴い、グラインダ３の姿勢を徐々に変化させる必要があ
る。

【００２１】ここで、ロボットが認識している円弧中心
（図４(a) の×印）が、実際の円弧中心位置（図４(a)
の・印）から多少ずれていたとしても、グラインダの力
制御によってグラインダ３をワーク表面に常に接触させ
た状態で作業を進めることができる。

【００２２】次に、図４(b) に示すように、得られた研
削点の軌跡データをもとに最小二乗平均法によってワー
ク11の円弧中心位置を求める。ワーク11表面にほぼ一様
にバリが発生していれば、これらの軌跡データに最小二
乗平均法を適用して得られた円弧中心位置は、実際のワ
ークの中心位置にほぼ一致する。

【００２３】そして、あらかじめ求められている円弧半
径、あるいは軌跡データの各点と求めた円弧中心位置と
の距離の最小値などを半径として用いることにより、ワ
ーク11表面を仕上げるための３次元目標円軌道（図４
(c) 中の一点鎖線）を作成することが可能となる（図３
中ステップ102 ）。

【００２４】そして、図４(c) に示すように、得られた
ワーク11表面の仕上げ目標円軌道に沿ってグラインダ３
をＢ方向に送ることで、ワーク11表面の残りのバリを取
り除き、ワーク11表面を円弧状表面に仕上げることがで
きる。この時、グラインダ３の送り速度はワーク11に対
するグラインダ３送り方向の反力の大きさに応じて変化
させることが好ましい（図３中ステップ103 ）。

【００２５】このように、本発明は円弧状のワークを研
削するような作業においても適用可能であり、第１の実
施例と同様の効果を期待することができる。続いて、本
発明の第３の実施例として、図５に示されたような円筒
面の凹凸を研削除去する作業について説明する。

【００２６】本実施例の場合は、まず最初に、研削領域
の両端部（２カ所）でグラインダ３を円筒面の曲率中心
方向に一定力で押し付けながら、グラインダ３の姿勢を
徐々に変化させて円周方向に一定速度で送る。そして同
時に、グラインダ３先端の研削点の軌跡データを取得す
る（図５(a) ）。

【００２７】そして、研削領域の両端部の研削点の軌跡
データと、あらかじめ与えられているワーク11形状デー
タとから、研削領域全体の目標仕上げ円筒面形状を最小
二乗平均法を利用して決定し、ワーク11表面を目標形状
に仕上げるためのグラインダの３次元目標曲線軌道を生
成する。

【００２８】その後、生成された目標曲線軌道にしたが
って図５(b) のようにグラインダ３を往復させて研削作
業を行えば、ワーク11表面を目標の円筒面に仕上げるこ
とができる。

【００２９】なお本実施例の場合には、曲線形状をなす
研削領域両端部に対して一定力押し付けでかつ一定の送
り速度の研削作業を行って軌跡データを取得すれば、研
削領域全体を仕上げるためのグラインダの目標軌道を生
成することができるようになる。そのため、研削領域全
体のデータを取得する必要がなくなり、作業の一層の効
率化を図ることができる。

【００３０】なお、上記実施例では、得られた軌跡デー
タに対して最小二乗平均法を適用したが、これ以外の方
法（仕上げ面をロボット基準座標系に対して適当に設定
する方法など）を適用することももちろん可能である。
また、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更し
て実施することが可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、正確に位置決め固定されていないワークや未知
形状のワークに対しても、ワークのバリや凹凸を短時間
の作業で確実に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のグラインダ作業ロボットに用いられる
制御構成のブロック図。

【図２】本発明の第１の実施例に係るグラインダ作業の
様子を示す概略説明図。

【図３】本発明に係るグラインダ作業の手順を示すフロ
ーチャート。

【図４】本発明の第２の実施例に係るグラインダ作業の
様子を示す概略説明図。

【図５】本発明の第３の実施例に係るグラインダ作業の
様子を示す概略説明図。

【図６】従来方法によるグラインダ作業を説明する図。

【符号の説明】

３… グラインダ 11… ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 19/407 Ｆ 9064−3Ｈ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットの手先にグラインダを取り付け、
   前記グラインダの押付け力を制御しながらワークの所定
   領域に対してグラインダ作業を施すグラインダ作業ロボ
   ットの制御方法において、 前記グラインダを前記ワークに対して所定の力で押付け
   ながらグラインダ作業を行うとともにグラインダ作業の
   軌跡データを取得し、 得られた軌跡データから前記ワークを目標形状に仕上げ
   るためのグラインダ目標軌道を算出し、 前記ワークからのグラインダ送り方向反力に応じて前記
   グラインダの送り速度を変化させながら前記グラインダ
   目標軌道に沿ってグラインダを移動させる、ことにより
   前記ワークを目標形状に仕上げることを特徴とするグラ
   インダ作業ロボットの制御方法。
2. 【請求項２】前記軌跡データを取得する際には前記グラ
   インダを引く方向に移動させ、前記グラインダ目標軌道
   に基づいて作業を行う際には前記グラインダを押す方向
   に移動させることを特徴とする請求項１記載のグライン
   ダ作業ロボットの制御方法。
3. 【請求項３】前記軌跡データに最小二乗平均法を適用す
   ることによって前記グラインダ目標軌道を生成すること
   を特徴とする請求項１記載のグラインダ作業ロボットの
   制御方法。