JPH07205014A - 研削ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 断続的な複数の研削対象部を研削する研削ロ
ボットの研削作業で位置ずれに起因する誤差を補正して
簡単に研削経路を修正し、効率よく作業を行う。 【構成】 研削工具３を備えた多自由度工作機構１と、
予め教示された研削経路に関するデータで研削工具を移
動し、研削工具に断続的な複数の研削対象部を研削させ
る研削実行手段14を有し、断続的な複数の直線状溶接ビ
ードを研削する作業に適用され、研削経路は作業パター
ンと回避移動パターンからなり、作業パターンを格納す
る作業パターン格納手段10と、回避移動パターンを格納
する回避移動パターン格納手段11と、実際の研削対象部
を監視する視覚センサ6,7 と、視覚センサで得た情報で
各研削対象部の始点と終点を認識する端点部認識手段９
と、検出された各研削対象部の始点と終点に基づき教示
された作業パターンを修正する研削経路修正手段12と、
研削作業時における作業パターンと回避移動パターンと
の間の切替えを制御する作業過程コントロール手段13を
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は研削ロボットに関し、特
に、多自由度を有するティーチングプレイバック式の研
削ロボットであり、ワーク上に断続的に形成された複数
の研削対象部を簡単な教示で効率よく研削する研削ロボ
ットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、教示された研削経路に沿って研削
工具を移動させながら、当該研削工具でワーク上の研削
対象部を研削するティーチングプレイバック式の多自由
度工作機械は知られている。この研削用多自由度工作機
械を、以下では「研削ロボット」という。ティーチング
プレイバック式の研削ロボットでは、一般的に、研削作
業の開始前に研削経路に関するデータが教示され、制御
装置の記憶部に格納される。研削経路のデータは、研削
工具が移動する位置データと研削工具の姿勢を決める姿
勢データからなる。研削作業実行時において研削工具
は、教示された研削経路に沿って移動しながら、ワーク
上の研削対象部を研削する。作業開始前に予め設定され
た研削経路は、ワーク上で研削対象部が形成されている
と想定される箇所である。研削対象部は、例えば溶接ビ
ードである。

【０００３】研削作業時では、通常、溶接ビードの始点
や終点の端点部分を研削するので、端点部分の位置も研
削経路のデータの中に含まれる。しかし、実際には、ワ
ークの設置位置や製造誤差等により、ワークの研削対象
部と、教示された研削工具の研削経路との間には位置ず
れが発生し、研削作業の開始位置や終了位置などはずれ
ることが多い。このような位置ずれは、研削作業の仕上
げ精度を低下させ、好ましくない。研削ロボットに対し
て所定の作業位置に設置されたワークにおける研削対象
部と、教示された研削工具の研削経路との間に位置ずれ
が発生したとき、研削ロボットには自分で位置ずれを解
消する能力がないので、研削作業の仕上げ精度を保証す
るためには、作業者が、別の計測装置を用いて位置ずれ
を測定し、測定結果に基づいて研削工具の研削経路を研
削ロボットに再教示するか、またはワークを正しい位置
に設置し直すことが必要であった。

【０００４】特に、同一ワークの表面上に複数の研削対
象部が断続的に形成されており、これらの研削対象部を
研削する作業の場合には、連続的な研削対象部ごとの個
別の研削パターンを作成し、複数の研削パターンをまと
めて研削ロボットに教示し、研削作業の実行時には教示
された研削パターンに従って、各研削作業部を単独に、
またはすべての研削作業部を連続的に研削するようにし
ていた。このような研削作業において、前述のような位
置ずれが生じたとき、従来では、教示された複数の研削
パターンのそれぞれについて修正を行うようにしていた
ため、前述の従来の補正方法によれば、修正作業は手間
のかかるものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ワーク上に複数の研削
対象部が断続的に形成されている場合において、ワーク
の設置位置が本来あるべき位置からずれると、教示した
各研削対象部に対応する研削パターンをすべて修正する
必要がある。このような位置ずれを解消するための修正
作業は、非常に面倒であった。

【０００６】本発明の目的は、ワーク上の断続的な複数
の研削対象部を研削する作業において、ワークの設置位
置のずれに起因する誤差を補正して簡単に研削経路を修
正し、効率よく研削作業を行える研削ロボットを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る研削ロボッ
トは、研削工具を備えた多自由度工作機構と、予め教示
された研削経路に関するデータに基づき工作機構を動作
させて研削経路に沿って研削工具を移動し、断続的に形
成された複数の研削対象部を研削工具で研削させる研削
実行手段を有するもので、ワークの表面上で断続的に形
成された複数の直線状溶接ビード等を研削する作業に適
用されることを前提とし、前記研削経路は、複数の研削
対象部のそれぞれに対応する作業パターンと、研削対象
部の間の部分に対応する回避移動パターンとからなるよ
うに構成され、さらに、予め教示される作業パターンを
格納する作業パターン格納手段と、予め教示される回避
移動パターンを格納する回避移動パターン格納手段と、
実際の研削対象部を監視する視覚センサと、この視覚セ
ンサで得られた情報に基づき複数の研削対象部のそれぞ
れの研削開始位置と研削終了位置を認識する端点部認識
手段と、端点部認識手段により検出された各研削対象部
の研削開始位置と研削終了位置に基づき作業パターン格
納手段に格納された作業パターンを修正する研削経路修
正手段と、研削作業時における作業パターンと回避移動
パターンとの間の切替えを制御する作業過程コントロー
ル手段を有するように構成される。

【０００８】上記の構成において、好ましくは、作業パ
ターン格納手段は、複数の研削対象部のそれぞれの形
状、高さ、および研削終了位置に従って決められた、研
削工具の移動角度、研削工具の研削角度、および押付け
力を含む研削情報を、端点部認識手段の検出順番で格納
する。

【０００９】上記の構成において、好ましくは、回避移
動パターン格納手段に格納される回避移動パターンは、
１つの研削対象部の終点位置と、その隣にある他の研削
対象部の始点位置で決められる。

【００１０】

【作用】本発明では、ティーチングプレイバック式の多
自由度の研削ロボットによって行われる研削作業であっ
て、ワーク上に断続的に形成された例えば直線状溶接ビ
ード等の研削対象部を研削する研削作業において、予め
教示される研削経路を、連続的な研削対象部の研削に対
応する作業パターンと、研削工具が研削対象部間の障害
物を回避して移動するための回避移動パターンとによっ
て定め、作業パターンと回避移動パターンとの組合せで
研削経路を決定するようにした。作業パターンおよび回
避移動パターンは、始点および終点に依存して定まるの
で、その後の修正において容易に変更することができ、
ワークの位置ずれに起因する研削位置の誤差の補正を効
率よく行うことができる。

【００１１】予め教示された作業パターンと回避移動パ
ターンからなる研削経路は、その後視覚センサと端点部
認識手段を用いて得られた実際のワークに関する各研削
対象部の始点と終点の位置データと、教示された各作業
パターンの始点と終点の位置データとが比較され、誤差
を求めることによって、修正される。この修正作業は、
作業パターンおよび回避移動パターンのそれぞれの始点
と終点を変更するだけで容易に行うことができる。

【００１２】研削作業の実行においては、記憶手段に用
意された研削経路が作業パターンと回避移動パターンと
の組合せたものからなることから、作業過程コントロー
ル手段を設け、研削作業時において作業パターンと回避
移動パターンとの間の切替えを制御するように構成し
た。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００１４】図１は本発明に係る研削ロボットの代表的
な構成を示すブロック図であり、図２は断続的に形成さ
れた複数の直線状溶接ビードを研削する過程を説明する
ための図である。本実施例では、６自由度を有する研削
ロボットに適用した例を説明し、平板形状のワークの表
面に断続的に形成された複数の溶接ビードを研削対象部
とする。各溶接ビードは長形で直線状であり、始点と終
点を有する。

【００１５】図１において、１は研削ロボットのロボッ
ト本体であり、ロボット本体１のアーム手先部２には研
削工具３が取り付けられている。研削工具３は、例えば
グラインダのディスクである。４は作業台５の上に搭載
された平板状のワークで、ワーク４の表面すなわち母材
面上には研削対象部である長形の直線状溶接ビードが複
数断続的に形成されている。その詳細は、図２に示され
る。

【００１６】研削工具３の近くには、ワーク４の溶接ビ
ード周辺部にスリット光を照射する投光器６と、スリッ
ト光の反射光を受光してスリット光が照射された溶接ビ
ードの周辺部を撮影するテレビカメラ７が配列される。
投光器６とテレビカメラ７は、取付け具８を介してロボ
ット本体１のアーム手首部に取り付けられる。投光器６
とテレビカメラ７は、研削工具３が研削しようとする各
溶接ビードの始点と終点を認識するための視覚センサと
しての機能を有する。テレビカメラ７で得られた映像信
号は、端点部認識装置９に入力される。

【００１７】ワーク４の母材面に断続的に形成された複
数の長形の溶接ビードを研削する研削ロボットの作業全
体の動作は、基本的には、コントローラ１４によって制
御される。本実施例の研削ロボットによる研削作業で
は、ワークの母材面上に断続的に形成された複数の直線
状溶接ビードを研削することを前提とする。このよう
に、研削しようとする溶接ビードの形成状態に特徴があ
ることから、研削ロボットの研削作業の動作に関し、特
定の動作パターンで動作させる。そのために、研削作業
を行うための研削経路のデータを、作業過程コントロー
ル装置１３を介してコントローラ１４に入力する。上記
特定の動作パターンは、ワーク４の母材面上に断続的に
形成された複数の溶接ビードにそれぞれ対応する作業パ
ターンの部分と、研削対象部の間の部分に対応する回避
移動パターンの部分とからなる。本実施例の研削ロボッ
トでは、教示された作業パターンと回避移動パターンに
ついて、作業パターンのデータを格納する作業パターン
格納装置１０と、回避移動パターンのデータを格納する
回避移動パターン格納装置１１を設ける。

【００１８】作業前に複数の溶接ビードのそれぞれの作
業パターンが研削ロボットに教示され、教示された各作
業パターンは、作業パターン格納装置１０に格納され
る。教示される作業パターンは、一般的には、溶接ビー
ドにおける研削作業の開始位置と終了位置に関するデー
タと、研削作業に必要な研削工具の研削姿勢データと、
研削工具の押付け力、回転数、研削角度等の研削パラメ
ータとによって決められる。また研削工具の移動角度、
研削角度、および押付け力は、複数の溶接ビードのそれ
ぞれの形状、高さ、および研削終了位置に従って決めら
れる。また或る作業パターンから隣の次の作業パターン
に移るときにおいて、その間の動作は、回避移動パター
ンとして予め教示される。この回避移動パターンは、基
本的に、研削作業が終了した作業パターンの終点を移動
の始点とし、かつこれから開始する作業パターンの始点
を移動の終点とし、その上に、始点と終点の間にいくつ
かの中間点を設定することによって決定される。作業パ
ターンと回避移動パターンのそれぞれが格納される順序
は、視覚センサと端点部認識装置９によって実際の研削
対象部の始点と終点を検出するときのその検出順序と一
致するように決められるのが望ましい。

【００１９】その他の構成として、前述の端点部認識装
置９と、研削経路修正装置１２が設けられる。端点部認
識装置９は、視覚センサからの出力信号に基づいて、溶
接ビードの始点と終点の端点を認識し、検出する機能を
有する。端点の検出は、例えば溶接ビード上のスリット
光の照射された線の像の形状を利用して行うことができ
る。また研削経路修正装置１２は、視覚センサおよび端
点部認識装置９によって得られた各溶接ビードの実際の
端点部の位置データと、予め教示された各溶接ビードの
作業パターンに含まれる始点および終点のデータとを比
較し、その誤差を求め、誤差に基づいて教示された作業
パターンを修正する機能を有する。

【００２０】次に、上記構成を有する研削ロボットでの
研削作業の一連の流れを説明する。まず、例えば標準ワ
ークを用いて研削ロボットに対し教示作業を行わせ、研
削しようとするワークの表面上に断続的に形成された複
数の溶接ビードのそれぞれに関する研削のための作業パ
ターンと、溶接ビード間の回避移動パターンとを教示す
る。教示作業は、例えば、あたかも実際の作業が行われ
るごとく、研削工具３を標準ワークの各研削対象部およ
びそれらの間の領域に沿って移動させることによって行
うことができる。この作業の場合は、作業者がロボット
本体を動作させる。教示された作業パターンは作業パタ
ーン格納装置１０に格納され、回避移動パターンは回避
移動パターン格納部１１に格納される。作業パターンに
関するデータおよび回避移動パターンに関するデータ
は、ロボット本体１に内蔵された各部の位置センサから
の位置データを、コントローラ１４を介して取り込むこ
とによって得られる。

【００２１】また作業パターンおよび回避移動パターン
の教示作業については、研削対象物の実物がなくとも、
図面やＣＡＤのデータを利用して教示を行うことも可能
である。このような教示の方法によれば、教示作業を自
動化することができる。

【００２２】次に、コントローラ１４は、教示された研
削作業の動作を再生するようにロボット本体１の動作を
制御し、ロボット本体１を動作させる。これによって、
ロボット本体１の手先部は、断続的に形成された複数の
溶接ビードの上を移動する。このとき、スリット光投光
器６、テレビカメラ７、端点部認識装置９を起動してお
く。ロボット本体１の手先部が、研削しようとする各溶
接ビードの上を移動する時、投光器６およびテレビカメ
ラ７は各溶接ビードの長手方向に沿って移動し、各溶接
ビード上に照射されたスリット光をテレビカメラ７が撮
像することにより光切断像の信号が生成される。端点部
認識装置９は、この光切断像の信号を利用して各溶接ビ
ードの始点および終点を検出する。検出された各溶接ビ
ードの始点と終点の位置データは、研削経路修正装置１
２に転送される。

【００２３】研削経路修正装置１２は、実際の各溶接ビ
ードの始点と終点に関する位置データと、教示作業に基
づき作業パターン格納装置１０に格納された作業パター
ンに関する位置データとを比較し、その誤差を求め、得
られた誤差に基づいて作業パターンの研削開始位置と研
削終了位置のデータを修正する。作業パターンが修正さ
れると、或る作業パターンの終点と次の作業パターンの
始点で決まる回避移動パターンも修正され、間接的に修
正が行われる。

【００２４】教示された作業パターンおよび回避移動パ
ターンが、作業対象である複数の溶接ビードの実際の位
置に基づいて修正を受けた後、ワーク４に対して研削作
業が開始される。研削作業においては、作業過程コント
ロール装置１３が作業過程を決定する。作業過程コント
ロール装置１３は、パターン格納装置１０に格納された
作業パターン、および回避移動パターン格納装置１１に
格納された回避移動パターンを参照して、研削作業時に
おける研削工具３の移動順番を決め、動作命令を生成す
る。

【００２５】研削作業実行のためロボット本体１の動作
を制御するコントローラ１４は、作業過程コントロール
装置１３から転送される動作命令を入力し、この動作命
令に基づいて、作業パターン格納装置１０に格納された
作業パターンと、回避移動パターン格納装置１１に格納
された回避移動パターンを取り入れ、これらのパターン
を参照しながら、研削作業の動作をロボット本体１に行
わせる。

【００２６】次に図２に研削の作業工程の一例示し、こ
の研削作業の工程における研削工具の移動過程について
説明する。この例では、平板上のワーク４の母材面４ａ
上に例えば３つの溶接ビードＢ１〜Ｂ３が形成されてい
る。溶接ビードＢ１〜Ｂ３が研削対象部となる。３は研
削工具を示す。

【００２７】図２において、Ｎは研削工具３の作業原
点、Ｋ１〜Ｋ４は研削工具３の回避移動パターン、Ｂ１
〜Ｂ３は溶接ビード、Ｐ１〜Ｐ３は作業パターンであ
る。またｓ１，ｓ２，ｓ３およびｅ１，ｅ２，ｅ３は、
それぞれ、溶接ビードＢ１〜Ｂ３のそれぞれに対応する
溶接ビードの始点および終点である。

【００２８】研削工具３は、まず、作業原点Ｎから回避
移動パターンＫ１に従って溶接ビードＢ１の始点ｓ１ま
で移動する。次に、研削工具３は、作業パターンＰ１で
溶接ビードＢ１の始点ｓ１から終点ｅ１間で溶接ビード
Ｂ１に対して研削終了目標位置に達するまで研削作業を
行う。溶接ビードＢ１に対する研削作業が終了すると、
研削工具３は回避移動パターンＫ２に沿って溶接ビード
Ｂ２の始点ｓ２まで移動し、作業パターンＰ２に基づい
て研削作業の動作を行う。溶接ビードＢ２の研削作業が
終了すると、回避移動パターンＫ３に沿って溶接ビード
Ｂ３の始点ｓ３まで移動し、同じく作業パターンＰ３に
沿って研削作業を行う。溶接ビードＢ３の研削作業が終
了すると、回避移動パターンＫ４に沿って作業原点Ｎま
で移動して研削作業を終了する。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、次の効果を奏する。

【００３０】ティーチングプレイバック式の多自由度の
研削ロボットで断続的に形成された複数の直線状研削対
象部を研削する作業において、予め教示される研削経路
を、研削対象部に対応する作業パターンとそれらの間の
回避移動パターンとの組合せによって教示するように
し、作業パターンと回避移動パターンの組合せで実際の
研削作業を行うようにしたため、断続的な複数の研削対
象部を研削する作業の効率を高めることができる。また
実際の研削作業の前に、視覚センサおよび端点部認識装
置を用いて、実際のワークの研削対象部の始点と終点を
求め、始点と終点のデータを基準として教示された作業
パターンと回避移動パターンの誤差を補正し、研削経路
を修正するようにしたため、実際の研削対象部の位置ず
れを容易に補正することができる。

【００３１】また予め作業パターンと回避移動パターン
が教示され、各パターンはそれぞれ決められた場所に格
納されるので、研削経路の教示において各パターンを簡
単に利用でき、研削しようとするワークが異なっても研
削対象部の形状パターンが同じであれば、研削経路を改
めて再教示することなく研削作業をそのまま続けること
ができる。

【００３２】また研削対象部の形状パターンが全く異な
るものであっても、作業パターンと回避移動パターンを
新たに組合せることで、対応することも可能である。こ
の場合には、教示作業をやり直す必要がない。

【００３３】さらに作業パターンと回避移動パターンの
教示は、実物がなくても図面やＣＡＤなどのデータを用
いて行うことができるので、教示作業を自動化すること
ができる。また予め教示される作業パターンと回避移動
パターンは、その後の視覚センサと端点部認識装置によ
る実際の研削対象部の始点と終点を検出するための検出
移動経路に関する情報として利用されるものであること
を考えれば、視覚センサの検出移動経路は厳密性を要求
されないので、教示作業を簡素化することができる。こ
のため、作業者に要求される負担が軽減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研削ロボットの構成を示す図であ
る。

【図２】研削作業の過程の一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ロボット本体 ２ アーム手先部 ３ 研削工具 ４ ワーク ６ スリット光投光器 ７ テレビカメラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研削工具を備えた多自由度工作機構と、
   予め教示された研削経路に関するデータに基づき前記工
   作機構を動作させ前記研削経路に沿って前記研削工具を
   移動し、断続的に形成された複数の研削対象部を前記研
   削工具で研削させる研削実行手段を有する研削ロボット
   において、 前記研削経路は、前記複数の研削対象部のそれぞれに対
   応する作業パターンと、前記研削対象部の間の部分に対
   応する回避移動パターンとからなり、 予め教示される前記作業パターンを格納する作業パター
   ン格納手段と、予め教示される前記回避移動パターンを
   格納する回避移動パターン格納手段と、実際の研削対象
   部を監視する視覚センサと、この視覚センサで得られた
   情報に基づき前記複数の研削対象部のそれぞれの研削開
   始位置と研削終了位置を認識する端点部認識手段と、前
   記端点部認識手段により検出された前記各研削対象部の
   研削開始位置と研削終了位置に基づき前記作業パターン
   格納手段に格納された前記作業パターンを修正する研削
   経路修正手段と、研削作業時における前記作業パターン
   と前記回避移動パターンとの間の切替えを制御する作業
   過程コントロール手段を有することを特徴とする研削ロ
   ボット。
2. 【請求項２】 請求項１記載の研削ロボットにおいて、
   前記作業パターン格納手段は、前記複数の研削対象部の
   それぞれの形状、高さおよび研削終了位置に従って決め
   られた、研削工具の移動角度、研削角度および押付け力
   を含む研削情報を前記端点部認識手段の検出順番で格納
   することを特徴とする研削ロボット。
3. 【請求項３】 請求項１記載の研削ロボットにおいて、
   前記回避移動パターン格納手段に格納される回避移動パ
   ターンは、或る前記研削対象部の終点位置と、その隣に
   ある他の前記研削対象部の始点位置で決められることを
   特徴とする研削ロボット。