JPH079334A

JPH079334A - 自動研削ロボット

Info

Publication number: JPH079334A
Application number: JP17746793A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Ando; 昭宏安藤; Masayoshi Mori; 雅義森
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1993-06-23
Filing date: 1993-06-23
Publication date: 1995-01-13

Abstract

(57)【要約】【目的】ロボットアームの制御とは別に押付機構自体
を直接制御して押付力と位置との同時制御を実現し、過
負荷による焼付等や削り過ぎ等を防止する。【構成】サーボモータ３を駆動しボールねじ６に螺合
されたスライド部を下降させる。スライド部はグライン
ダモータ８を具備し、グラインダモータ８は砥石を有す
る。スライド部（砥石）の移動量をサーボモータ３のエ
ンコーダ４により検出する。溶接ビードへの押付・研削
によりグラインダモータ８に作用する負荷を電流センサ
１２により検出する。マイクロコンピュータ１６は、エ
ンコーダ４の出力を変換して得られる砥石の高さと高さ
指令値との第１比較と、電流センサ１２の出力と押付力
指令値との第２比較を行い、当該第１及び第２比較結果
によりサーボモータ３の動作を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶接ビード等の研削
仕上げ作業等に於いて使用される自動研削ロボットに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】汎用ロボットを用いて溶接ビード等の被
研削物を研削する場合、従来より押付力の制御と位置制
御とは別個独立に行われている。即ち、研削中、押付
力を一定として制御する技術と、削る高さ（位置）を
一定に制御する技術とがある。

【０００３】の技術は、ある押付力に対して研削量と
負荷とが共にその押付力と一対一の関係（比例関係）に
あることを利用して、被研削物の表面から同一量を常に
削り取るものであり、研削後の表面を滑らかに仕上げる
ことが出来る効果を発揮する。例えば図６の断面図に例
示する様に、本技術によれば、同図中斜線を施した部
分２３を削り取ることができる。同図に於いて、２２は
研削前の溶接ビードの表面を、２４は押付力一定での研
削後の溶接ビードの表面を示している。尚、１７は、ワ
ーク（母材）を示す。一方、の技術は、溶接ビードの
表面の高さを常に希望する高さ（図６の１８）に保つこ
とが出来るものである。

【０００４】又、力制御ロボットの様な特殊なロボット
を用いることにより、高い所ほど押付力を強くして研削
面の高さを均一に仕上げる技術もある（以後、技術と
称する）。この様な技術としては、例えば特開昭61-1
59366 号公報や特開平3-178766号公報等に開示されたも
のがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、常に同一量を削り取るため、溶接ビードの様に
凹凸のある被研削物を研削する場合にその凹凸が残って
しまうという問題点がある。例えば、図６の太線部分２
５の様に、希望の高さ１８より低い個所が出来上がるこ
ととなる。

【０００６】又、上記従来技術では、研削面に高低差
がある場合に高い所ではその高さに比例して押付力を大
きくする必要があり、そのため砥石側に大きな負荷がか
かり、この負荷が研削面の焼付や過負荷によるモータの
停止、ロボットへの悪影響や砥石の破壊等の原因になる
という問題点が生じる。

【０００７】又、上記従来技術では、特殊なロボット
自身を制御しているため複雑な制御を必要とし、汎用性
に欠けるという問題点が生じる。

【０００８】この発明はこの様な問題点を踏まえて成さ
れたものであり、力制御ロボットの様な特殊なロボット
を使用することなく、しかも過負荷を引き起こさずに均
一な力で被研削物をワーク表面から一定の高さに揃えて
研削することが可能な汎用形の自動研削装置を提供する
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、ロボットの
アーム先端部に取り付けられた押付機構と、押付機構の
駆動力を受けてワーク上の被研削物の押付方向へ下降す
るスライド部と、スライド部に取り付けられて共に押付
方向へ下降する砥石駆動装置と、砥石駆動装置に取り付
けられ当該砥石駆動装置の駆動力を受けて回転する砥石
とを備えた自動研削ロボットに関して、(a) 下降中のス
ライド部の基準位置からの移動量を検出する移動量検出
手段と、(b) 砥石駆動装置に作用する負荷を検出する負
荷検出手段と、(c) 移動量検出手段の出力からワークの
基準面に対する砥石の高さを求め、当該砥石の高さと予
め設定された高さ指令値との第１比較を行うと共に、負
荷検出手段の出力と予め設定された押付力指令値との第
２比較を行い、第１比較に於いて砥石の高さと高さ指令
値とが等しくなった場合又は第２比較に於いて負荷検出
手段の出力と押付力指令値とが等しくなった場合に、押
付機構の動作を停止させる制御手段とを備えている。

【００１０】

【作用】スライド部が基準位置から押付方向へ下降を開
始し出すと、砥石駆動装置と共に砥石もまたスライド部
に連動して押付方向へ下降する。その際、スライド部の
基準位置からの移動量が常に移動量検出手段によって検
出され、当該検出出力は制御手段へ与えられる。回転す
る砥石が被研削物に到達すると、当該砥石を通じてスラ
イド部の下降により被研削物の押付が始まり、被研削物
の研削が実行される。当該押付時に砥石駆動装置に作用
する負荷は押付力と比例関係にあり、その値は負荷検出
手段によって検出され、その検出出力もまた制御手段へ
与えられる。

【００１１】制御手段は、移動量検出手段の出力からワ
ークの基準面に対する砥石の高さを求め、求めた砥石の
高さが予め制御手段に設定された高さ指令値に等しいと
きに押付機構の動作を停止させる。これにより、被研削
物の研削実行が停止する。又、制御手段は、負荷検出手
段の出力が同じく予め制御手段に設定された押付力指令
値に等しいときにもまた、押付機構の動作を停止させ
る。この停止によってもまた、被研削物の研削実行が停
止する。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１〜図５に基
づき説明する。

【００１３】先ず図１に示す通り、ロボットＲの手首１
（アーム先端部）に取付けられたハンド部ＲＨのフレー
ム２には、サーボモータ３とボールねじ６とからなる押
付機構１１が設けられている。当該押付機構１１の駆動
により、ボールねじ６に螺合されたスライド部７はレー
ル５に沿って押付方向（図１中の矢印方向）に下降，上
昇する。このスライド部７にはグラインダモータ８（砥
石駆動装置に該当）が配設されており、更にグラインダ
モータ８の先端には砥石１０が固着されている。従っ
て、上記押付機構１１の動作により、砥石１０もまた押
付方向へ下降，上昇することとなる。

【００１４】押付の距離は、サーボモータ３に備えられ
たエンコーダ４（移動量検出手段に該当）により監視さ
れている。即ち、エンコーダ４は、サーボモータ３の原
点位置に対する回転位置を検出しており、その検出出力
は丁度砥石１０の基準位置からの移動量に相当してい
る。ここで、上記基準位置はサーボモータ３の原点位置
に対応しており、更に本実施例では後述する砥石１０の
回避位置にも相当している。

【００１５】又、グラインダモータ８には、電源線９を
介して電流センサ１２が接続されている。この電流セン
サ１２は、押付時に砥石１０を介してグラインダモータ
８に作用する負荷を検出する手段として機能する。

【００１６】押付機構１１の中核をなすサーボモータ３
の制御は、図２に示す通り、マイクロコンピュータ（以
下、単にマイコンと略称する）１６を中心として行われ
る。即ち、ワーク１７の表面からの研削位置の所望の高
さ（以後、高さ指令値と称す）と研削時の押付力の上限
値に当たる押付力指令値とが、予めマイコン１６中に与
えられており、マイコン１６は、その変換部１４に於い
て、エンコーダ４の出力を砥石１０のワーク２５の表面
からの高さに変換した上で、当該変換後の高さと高さ指
令値との比較によりサーボモータ３の制御を行う。加え
て、マイコン１６は、電流センサ１２が出力する負荷電
流Ｉ_Lを変換部１５に於いて（負荷トルクτ_Lのレベル
を示す）電圧値に変換した上で、当該変換後の電流セン
サ１２の出力値と押付力指令値との比較によりサーボモ
ータ３の制御を行う。この様にマイコン１６は、研削位
置の高さによるサーボモータ３の制御と押付力によるサ
ーボモータ３の制御とを、同時に行うものである。

【００１７】次に、図３及び図４に示すフローチャート
に基づき、上記制御方法の詳細を説明する。

【００１８】ステップＳ１においては、ロボットＲのア
ームを、図示しないコントローラによって制御して、研
削開始位置（溶接ビード上方の位置）まで移動させる。

【００１９】上記移動完了後、次にステップＳ２におい
てグラインダモータ８を回転させる。これにより、砥石
１０が回転する。

【００２０】砥石１０の回転が安定した後、ステップＳ
３において、押付機構を作動させてスライド部７をその
基準位置から溶接ビードへ向けて下降させる（押付動作
開始）。即ち、マイコン１６がサーボアンプ１３へ出力
を発し、当該サーボアンプ１３の出力値に応じてサーボ
モータ３が回転角トルクτをボールねじ６へ出力する。
その結果、スライド部７が下降し、砥石１０が溶接ビー
ドの表面に達すると、溶接ビードへの押付が始まる。押
付力Ｆは、サーボモータ３の回転角トルクτによって定
まる。

【００２１】その際、スライド部７の基準位置からの移
動量が、常にエンコーダ４によって検出されており、そ
の検出出力はマイコン１６へ送信されている。この移動
量は、砥石１０の移動量に相当している（ステップＳ
４）。又、押付時に砥石１０を介してグラインダモータ
８へ作用する負荷（押付力Ｆに等価）は、電流センサ１
２によって負荷電流Ｉ_Lとして検出され、その検出もま
たマイコン１６へ送信されている（ステップＳ５）。

【００２２】ステップＳ６は、マイコン１６内における
動作であり、押付機構の制御の中核をなす部分である。
本ステップＳ６において、マイコン１６は、エンコーダ
４の出力を変換部１４にて砥石１０のワーク基準面から
の高さに変換し、その変換した高さと、予め記憶されて
いる高さ指令値との比較（第１比較）を行うと共に、電
流センサ１２の出力を変換部１５にて電流／電圧変換し
た上で、予め記憶されている押付力指令値との比較（第
２比較）を行う。そして、第１比較において、砥石１０
の高さが高さ指令値に等しくなっているか、それとも第
２比較において、押付力（負荷）が押付力指令値に等し
くなっているかを判断する。

【００２３】ステップＳ６において「ＮＯ」の場合に
は、第１及び第２比較の結果に基づきサーボモータ３を
駆動し続け、ステップＳ３〜Ｓ５が繰り返される。それ
に対して、「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ７におい
て、押付機構１１（サーボモータ３）の動作を停止す
る。これにより、スライド部７及び砥石１０の下降もま
た停止する。この様に、ステップＳ６，Ｓ７において
は、砥石１０の位置と押付力の一方が指令値に達したと
きに、他方に優先させて押付機構１１の動作を停止する
様に制御を行っている。

【００２４】ステップＳ８では研削終了位置か否かを判
定し、「ＮＯ」の場合には一連のステップＳ６〜Ｓ８を
繰り返す一方、「ＹＥＳ」の場合には送りを停止して
（ステップＳ１０）、逆に押付機構１１を作動させスラ
イド部７を元の基準位置、即ち、砥石１０の回避位置に
まで上昇させた上で（ステップＳ１１）、グラインダモ
ータ８を停止させる（ステップＳ１２）。

【００２５】ステップＳ１３では、削り残りが存在する
か否かを検出する。この削り残りは、ステップＳ６にお
いて押付力Ｆが押付力指令値に等しくなったため、位置
制御に優先させて押付機構の動作（研削）を停止させた
事により生じるものである。検出方法としては、例え
ば、押付力Ｆ＝押付力指令値となる状態が発生するごと
に当該状態の発生を情報としてマイコン１６内に記憶し
ておき、それらの情報の有無をチェックすることにより
自動的に本ステップＳ１３の実行の必要性を判断するよ
うにしても良く、又、目視検査等のマニュアル手段によ
って削り残りの有無を判断することもできる。「ＹＥ
Ｓ」の場合には、削り残りの部分について再度同様の制
御（ステップＳ２〜Ｓ１２）を行い、これによって当該
削り残りの部分を完全に希望の仕上げ高さ（高さ指令
値）にまで研削する。「ＮＯ」の場合には、次のポイン
トへ移り（ステップＳ１４）、本制御手順は終了する。

【００２６】ここで、上記ステップＳ１〜Ｓ１２までに
従って溶接ビードを研削した際の状態を、図５に模式的
に示す。同図中、１９は研削前の溶接ビードの表面を、
２０は本方法による研削後の溶接ビードの表面を、２１
は前述した削り残りの部分をそれぞれ示している。同図
に示す通り、希望する仕上げ高さ１８（高さ指令値）を
越えて研削が行われた箇所は存在しない。削り残り部分
２１は、ステップＳ６において力制御が位置制御に優先
して行われた結果であり、当該部分２１については再ト
ライ（ステップＳ１３，Ｓ１〜Ｓ１２）を行うことによ
り、希望する仕上げ高さ１８にまで完全に研削すること
ができることは前述した通りである。この様に本実施例
によれば、過負荷による不具合を発生させることなく、
溶接ビードを完全自動で希望する仕上げ高さに平滑に研
削することができる。しかも、本実施例では、押付機構
１１を単に制御するのみでその目的を達成することがで
き、汎用性に富んだ制御方法を提供し得る。

【００２７】尚、上記ステップＳ６における第１，第２
比較では、それぞれ押付力Ｆが押付力指令値を中心とし
て所定の許容範囲内に属している場合に「押付力Ｆ＝押
付力指令値」と判断すること、砥石１０の高さが高さ指
令値を中心として所定の許容範囲内に属している場合に
「砥石の高さ＝高さ指令値」と判断することをも含んで
いる。又、図２中の変換部１４，１５や両比較部はマイ
コン１６内においてソフト的に実現されていたが、これ
らの各部分を個別に回路構成して実現できることは言う
までもない。又、上記ステップＳ１３を省略して研削す
ることも可能である。

【００２８】

【発明の効果】この発明は、押付力の制御と位置制御と
を同時に行うことができ、これにより、従来位置のみを
固定して研削を行った場合に生じていた過負荷による被
研削物の仕上げ面の焼付きや、砥石の破壊や、ロボット
への悪影響による装置の停止・故障を防止することがで
きると共に、従来の押付力制御のみの場合に起こる削り
過ぎをも防止することができる。

【００２９】又、この発明は、ロボットの制御とは別個
独立にアーム先端部に設けた押付機構を直接制御するこ
とにより上記押付力と位置の同時制御を実現しており、
力制御ロボットの様な特殊なロボットを使用する必要が
なく、汎用ロボットを使用することが可能であり、汎用
性に富んだ自動研削装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である自動研削装置の機械
的構成を示した構成図である。

【図２】この発明の一実施例である自動研削装置の電気
的構成を示した構成図である。

【図３】この発明の一実施例である自動研削装置の自動
研削手順を示したフローチャートである。

【図４】この発明の一実施例である自動研削装置の自動
研削手順を示したフローチャートである。

【図５】この発明を適用した場合の溶接ビードの研削後
の状態を模式的に示した説明図である。

【図６】従来技術に於ける問題点を示した説明図であ
る。

【符号の説明】

１手首３サーボモータ４エンコーダ６ボールねじ７スライド部８グラインダモータ１０砥石１１押付機構１２電流センサ１４，１５変換部１６マイクロコンピュータ１７ワークＲロボット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットのアーム先端部に取り付けら
れた押付機構と、前記押付機構の駆動力を受けてワーク
上の被研削物の押付方向へ下降するスライド部と、前記
スライド部に取り付けられて共に前記押付方向へ下降す
る砥石駆動装置と、前記砥石駆動装置に取り付けられ当
該砥石駆動装置の駆動力を受けて回転する砥石とを備え
た自動研削ロボットにおいて、(a) 前記下降中のスラ
イド部の基準位置からの移動量を検出する移動量検出手
段と、(b) 前記砥石駆動装置に作用する負荷を検出す
る負荷検出手段と、(c) 前記移動量検出手段の出力か
ら前記ワークの基準面に対する砥石の高さを求め、当該
砥石の高さと予め設定された高さ指令値との第１比較を
行うと共に、前記負荷検出手段の出力と予め設定された
押付力指令値との第２比較を行い、前記第１比較に於い
て前記砥石の高さと高さ指令値とが等しくなった場合又
は前記第２比較に於いて前記負荷検出手段の出力と押付
力指令値とが等しくなった場合に、前記押付機構の動作
を停止させる制御手段とを、備えた自動研削ロボット。