JPS59142061A - グラインダ砥石の摩耗量補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は研磨や研削作業等を行う産業用ロボットの手汀
部に取り付けた駆動砥石の摩耗量に追従して、グライン
ダを作業対象の方向に追い込み、自動的に砥石の摩耗に
よる研削深さの補正を行う為のグラインダ砥石の摩耗量
補正装置に関するものである。

一般の研削用等に用いられるロボットの場合、砥石の径
は新品の状態では１７０１程度の外径寺あるが、作業を
行って行くうちに徐々に摩耗により径が縮小し、最終的
には例えば１２０φ稈度にまで摩耗することが知られて
いる。その為、このような砥石の摩耗に追従してグライ
ンダの追い込み量を制御する必要がある。このような摩
耗量による砥石の追い込み量の補正は、例えば舶用プロ
ペラや水車ランナーのように作業対象が大型で作業に長
時間を要するような場合に特に問題となるその為、本発
明は上記のような要請に基づいて開発されたもので、グ
ラインダの外径を検出し、その摩耗量に応じてグライン
ダを取り付けたアームや手首部を駆動し、グラインダの
追い込み量の補正を行わんとするもので、特に装置が筒
中で且つ安価、小型な摩耗量検出装置を提供することを
目的とするものであり、その主要な構成が研磨、研削等
の作業を行うロボットのアーム先端に取り付けたグライ
ンダ砥石の摩耗による砥石と作業対象との距離の変化を
補正する為の装置に於いて、砥石の摩耗量を非接触で検
出する摩耗量検出装置と、該摩耗量検出装置から送出さ
れる摩耗量に相当する信号に応じてグラインダを有する
アーム又はその手首部を駆動し、グラインダ砥石を作業
対象に接近させる駆動手段とを有してなる点にあるグラ
インダ砥石の摩耗量補正装置を提供するものである。

以下添付した図面を参照して本発明を舶用プロペラの研
削に適した楊型多関節ロボットに於けるグラインダ砥石
の摩耗量補正装置に適用した実施例について説明し、本
発明の理解に供する。ここに第１図は上記横型多関節ロ
ボットの斜視図、第２図は同ロボットに取り付けたグラ
インダ取り付は用の第２アームの平断面図、第３図（ａ
）及び（ｂ）は、上記第２アームの先端に取り付けたグ
ラインダ及び該グラインダの取り付は部分の平面図及び
側断面図、第４図は上記実施例に於ける摩耗量検出動作
の手順を示すフローチャート、第５図は同フローチャー
トを説明する為の判定表で同図（ａ）は二点検出の場合
、同図（ｂ）は三点検出の場合を示し、第６図はグライ
ンダ砥石の摩耗量に応じて第２アームを駆動さ−ヒる為
の駆動手段の制御系を示すブロック図である。

まず第１図を用いて水車ランナーの研削を行う為の横型
多関節ロボット全体の構造について説明する。

図に於いて第１軸１１を軸受２８によって水平方向に旋
回可能に支持する基台２９は、水平基台３０のヒ面３１
上に該水平基台３０の軸方向に摺動可能に支持された垂
直基台３２の垂直側面３３に沿って垂直方向に摺動可能
に支持されていることにより、水平方向及び垂直方向に
対して自在に位置決めされる。第１軸１１に固定された
アーム３４の先端に設けた支点３５と、基台２９上の支
点３６とは両支点に対して揺動自在に取り付けた第１位
置決め手段Ａによって連結されている。この第１位置決
め手段Ａ及び後記する第２及び第３の位置決め手段Ｂ、
Ｃは、夫々油圧シリンダ、ボールネジ、その他の伸縮可
能で、且つその伸縮量゛が正確に制御されるアクチュエ
ータやモータ等によって構成されている。従って第１位
置決め手段Ａの伸縮により第１軸１１が任意の旋回角′
変分だけ旋回され、これに連結された第１アーム及び第
２アームが全体として第１軸１１′の回りに０１の方向
に旋回する。

第１軸１１の端部に該第１軸１１に対して一定角度傾斜
した状態で固着された回転円板３７１−、には、第１軸
１１に対して直行するように支軸１２が回動可能に取り
付けられている。該支軸１２には、該支軸１２を中心と
して揺動可能の第１アーム１３の末端が固着されており
、該第１アーム１３の他端に旋回可能で且つ前記支軸１
２に平行に取り付けた支軸１４に揺動自在に取り付けた
五節連鎖を構成する第１リンク２０の先端部に設けた支
点２１と、前記回転円板３７に固定された支点１８とは
、前記した第１アーム１３に平行なリンク２２によって
連結されており、支軸１２の軸芯と第１軸１１の軸芯と
の交点２３と、前記支点１８とを結ぶ線分が第１リンク
２０に平行で、且つリンク２２と第１アーム１３とが平
行となるような平行リンクが形成されている。更に第１
アーム１３の中間に設けた支点１７と回転円板３７に固
定された支点１６とは、前記したようなボールネジ等よ
りなる第２位置決め手段Ｂによって連結され、第２位置
決め手段Ｂの伸縮動作によって第１アーム１３が第１軸
１１に対してθ２の方向に揺動する。

前記第１アーム１３の先端には、該第１アームに対して
回転可能に取りイ」けた前記支軸１４を中心として揺動
自在の第２アーム１５が取り付けられており、この第２
アーム１５内には第２アーム１５の中間の固定支点（不
図示）と前記第１リンク２０に対して位置を固定された
五節連鎖の構成要素である第２リンクの先端の支点とを
連結するボールネジ等よりなる第３位置決め手段Ｃ（不
図示）が内蔵され、この第３位置決め手段Ｃの伸縮動作
によって第２アーム１５が前記第１軸１１及び第１アー
ム１３を含む第１平面内に於いてθ３の方向に揺動運動
する。前記第２リンクの角度は前記平行リンク２２の存
在により、第１リンク２０が第１アーム１３の揺Ｉｖｊ
角度によらず常に第１軸１１に対して一定の角度に保持
されるので、第３位置決め手段Ｃの伸縮量に応じて第２
アーム１５の第１軸１１に対する揺動角度が一義的に決
定される。

又第２アーム１５内には更にその先端に設けたグライン
ダＧを有する手首部３８に第２アーム１５の軸芯の回り
に旋回運動を起こさせる旋回駆動機構（第２図参照）が
内蔵されている。第２アーム１５の前記手首部３８とは
反対側の末端部には、第１の重力バランス装置の一種で
あるカウンターウェート３９が固着され、このカウンタ
ーウェート３９の重力によって第２アームの第１アーム
１３の軸芯を中心とした左右のｍカバランスが達成され
る。

このようにして構成された横形のロボ・２ト腕機構の場
合、第１アーム１３及び第２アーム１５が第１軸１１に
片持状に取り付りられている為、これらの重量に対する
バランス装置を設けないと第１軸１１に大きな捩りトル
クがかかり、しかもこの捩りトルクは第１アーム１３の
垂直面内及び水平面内における揺動による傾きによって
夫々変動する為、これに対する重力バランス装置は特殊
なものを採用する必要がある。このような機能を充足す
る為の重力バランス装置を次に説明する。即ち第２図に
於いて４０はワイヤー４１を巻き掛けたドラム４２と、
このドラム４２にワイヤー４１を巻き込む方向に回転力
を付与する図示せぬ蔓巻きバネ等よりなる回転力付与機
構（不図示）とを有する張力付与装置で、基台２９に取
り付けられた回転軸４３に固着されており、ドラム４２
に巻き掛けられたワイヤー４１は、基台２９に回動自在
に取り付けた上記回転軸４３の先端に回転自在に取り付
けた回転シーブ４４の周１・、を経て、該回転シーブ４
４で方向を変えて第１アーム１３の中間点に取り付けた
球面継−ｆ、４’５に係着されたロッド４６の先端に回
転自在に取り付けた回転シーブ４７に１８０度巻き付き
、更にその末端が前記回１゜ 転円筒４３の端部の固定点４８に固着されているもので
ある。従ってドラム４２に作用する回転力はワイヤー４
１に伝達され、該ワイヤーの平行部４１′を回転シーブ
４４の方向に引っ張る為、この張力によって回転シーブ
４７、ロッド４６、球面継手４５を介して第１アーム１
３が垂直上方へ　゛引きヒげられ、−上記球面継手１４
の部分に作用する第１アーム１３及び第２アーム１５の
自重による第１軸１１の回りの回転モーメントが相殺さ
れる。この機構の場合第１７−ム１３が水平面内に於い
て上下動した場合、この動きにつれてワイヤー４１の平
行部４１’も回転シーブ４４を中心とし′ζ揺動運動す
るが、回転シーブ４４を取り付りた回転軸４３は基台２
９に対して回動自在であるか、又はワイヤー４１’の回
転シーブ４４を中心とする揺動運動につれて回動する構
造となっているので、回転シーブ４４が常にワイヤーに
沿った向きに回動されワイヤーが回転シーブ４４から外
、れるような不都合が無く、また第１アーム１３が支軸
１２の回りに揺動運動した場合、これに連れて前記ワイ
ヤー４１の平行部４１’も回転シーブ４４の回りに揺動
運動するが、この運動によってワイヤー４１の回転シー
ブ４４に対する巻き掛は角度が変化するのみで、ワイヤ
ー４１は回転シーブから外れる虞れが無い。但しこのよ
うな回転シーブ４４からのワイヤーの外れを防止する機
能を厳密に達成させる為には、回転シーブ４４が前記支
軸１２と第１軸１１との直行点２３の直上に設けられて
いることが条件となり、図に示した腕機構もこの条件を
満たす構造となっている。

尚第１図に示した５０．５１．５２は夫々基台２９に対
する第１軸１１の旋回角度を検出する角度検出器、回転
円板３７に対する（即ち第１軸１１に対する）第１アー
ム１３の揺動角度を検出する角度検出器、第１アーム１
３に対する第２アーム１５の揺動角度を検出する角度検
出器で、ロークリエンコーダ、レゾルバ、ポテンショメ
ータその他が採用される。

続いて第２図を参照して第２アーム１５の先端に設けた
前記グラインダＧを旋回させる為の機構及び該グライン
ダＧに取り付けたグラインダ砥石Ｇ１の摩耗量を検出し
て第２アーム１５を摩耗量分だけ作業対象の方向に追い
込む為の装置について説明する。

第２図、及び第３図に於いて、砥石Ｇ１を有するグライ
ンダＧは第２アーム１５の先端に設けたブラケット５３
に固定されており、該ブラケット５３は、第２アーム１
５内に軸方向に挿通された中空状の回転伝達軸５４の先
端に、砥石Ｇ１の直径が回転伝達軸５４の軸芯に一致す
る位置に固着されており、該回転伝達軸５４は第２アー
ム１５に取り付けた軸受け５５ａ、５５ｂ、５５Ｃ１５
５ｄによって回転可能で且つ第一２アーム１５の軸芯に
対して同軸に支承されている。回転伝達軸５４の根元部
に同軸に固着された歯車５６は、第２アーム１５に取り
付けた減速器５７の出力軸に同軸に取り付けた山車５８
と噛み合っており、第２アームに固着した減速機５７の
入力軸５９は第２アームに固定されたサーボモータ６０
に連結されている。又減速器５７の出力軸６１の端部に
は該出力軸６１の回転数を検出するロータリエンコーダ
等よりなる回転検出器６２が連結されているよってサー
ボモータ６０が回転すると、その回転は減速器５７、歯
車５８．５６を経て回転伝達軸５４に伝達され、回転伝
達軸５４の先端に取り付けたグラインダＧ及び砥石Ｇ１
を回転伝達軸５４の軸芯の回りに旋回させ、砥石Ｇ１の
姿勢を制御する。回転伝達軸５４の回転量は、回転検出
器６２によって検出され、砥石Ｇ１の目標角度への姿勢
制御が行われる。

前記中空状の回転伝達軸５４内の中空部には１、回転伝
達軸５４と同軸に検出器駆動軸６３が挿通されており、
この検出器駆動軸６３は、その先端部に摩耗量検出素子
６４を固着し、且つブラケット５３に取り付けた軸受６
５により軸方向に摺動自在に支承され、その後端はボー
ルジヨイント６６を介してボールネジ６７の摺動軸６８
に同軸に連結されており、上記ボールネジ６７は、サー
ボモータ６９に連結され駆動される。７０はボールネジ
６７に取り付けられた摩耗量検出器であり、ボールネジ
６７の作動により駆動されて摺動軸６８の移動量を検出
するものである。なお図示はしないが、検、小器駆動軸
６３の回転を防止するための周知の機構が、軸受６５の
近傍又は回転伝達軸５４内に取り付けられている。

上記検出器駆動軸６３の先端に取り付けれた摩耗量検出
素子６４は、第３図に示す如く、前記砥石Ｇ１の円周端
部を若干の隙間を介して挟み込むような断面コの字状の
ブロックであり、その上板６４ａには３個の発光素子ａ
　ｌ　、　　ｂｌ　、　　ｃ　’が回転伝達軸５４の軸
方向に僅かの間隔を置いて順番に配設されており、摩耗
量検出素子６４の下板６４ｂには、上記各発光素子に対
応する位置に受光素子ａ、ｂ、ｃが配設されており、夫
々対応する発光素子から発せられる光線を受けた時にＯ
Ｎ信号を発生し、その光線が何等かによって遮られた時
にＯＦＦ信号を発する。但し上記発光素子及、　び受光
素子は、３組に限定されるものでなく、１組若しくは２
組以上であってもよい。１組の発光及び受光素子のみを
用いる場合には、後記するようにグラインダ砥石周端部
の位置をアナログ的な光量の変化によって検出すること
ができる。

続いて第４図に示したフローチャートを用いて摩耗量の
検出及びこれに伴うサーボモータ６９への回転指令手順
について説明する。尚以下の説明中、ステップ番号に１
はＳの符号を使用する。またこれらのステップに伴う判
断や各種指令等はマイクロコンピュータ、その他の個別
回路を用いることができる。

上記受光素子ａ　Ｓｂ　−、ｃからのＯＮ、ＯＦＦ信号
は例えばロボットを制御するマイクロコンピュータに送
られ、以下の手順に基づいてサーボモータ６９等の回転
駆動が行われる。但しここでは簡略化の為、２組の検出
素子ａ、ａ“、ｃ、ｃ’による検出処理過程について説
明する。研削作業中にまずステップＳ１において、受光
素子ａのＯＮ、ＯＦＦ状態、即ち発光素子ａ′からの光
線が遮られているか否かを判定する。喪光素子ａがＯＦ
　ｌ”の場合には、続いて受光素子ＣがＯＦＦであるか
台かを８２において判定し、ここでＹＥＳの場合には、
画素子を横切ってグラインダ砥石が存在していることを
示し、グラインダ砥石Ｇｌの周端部より画素子が砥石の
中心方向に入り込み過ぎていることを表しているので、
砥石Ｇ１の周端部が画素子の間に来るように、サーボモ
ータ６９を微小量回転させて検出器駆動軸６３及び検出
素子６４を第３図（ｂ）に示す矢印Ｙの方向に微小量移
動させる（Ｓ３）。またステップＳｌにおいて受光素子
ａがＯＮである場合には、処理はステップＳ４に進み、
受光素子ＣがＯＦＦであるか否かを判定する。ここで受
光素子ＣがＯＮの場合には、画素子がＯＮ状態、即ち画
素子が砥石Ｇ１の周端部から外れた状態を表しているの
で、この周端部が画素子の間の位置に移動するようにサ
ーボモータ６９を駆動して素子６４を矢印Ｘの方向に微
小量移動させる（Ｓ５）。ステップ８３又はＳ５の処理
が終了すると、サーボモータ６９をさらに駆動するべき
か否かを判定する為に、処理はステップＳ１に戻る。又
ステップＳ４において受光素子ＣがＯＦＦの場合には素
子の検出状態が異常であることを表している為、宮中ト
ランプをＯＮさせる等の異常処理を行って機台を停止す
る　゛（Ｓ６）。−このような両受光素子のＯＮ、ＯＦ
Ｆ状態に対する判定結果を表にまとめたのが第５し１（
ａ）である。また第５図（ｂ）は第３図に示したような
発光素子、受光素子の絹を３組用いた場合で、中間状態
を検知する素子すが存在するため、第５図（ｂ）に示す
ように判定の機会が多くなり、その分異常状態の検出精
度が向−トする。

−上記したような処理手順を踏むことにより、砥石の摩
耗量に応じて摩耗量検出器子６４及びこれと連結した検
出器駆動軸６３を砥石Ｇ１の中心の方向へ移動させるこ
とができ、この移動量は摩耗量検出器７０によって検出
される。摩耗量検出器７０からの出力信号は第６図に示
すように、比較器７Ｉを経て増幅器７２に送られ、前記
した第２アーム１５を支軸１４の回りにθ３の方向に回
転させるボールネジ、油圧シリンダ等（第１図における
位置決め手段Ｂ）を作動させるサーボモータ、サーボ弁
（第６図にはポールネジＢを駆動するサーボモータ７３
を示す）に送出される。

こうして、例えばグラインダ砥石の摩耗量に応じて駆動
されるサーボモータ７３による第２アーム１５０回転角
度は、角度検出器５２によって検出され、その角度信号
が比較器７１に帰還されて角度検出器５２からの信号と
、摩耗量検出器７０からの信号との差がＯとなるように
サーボモー、り７３が回転駆動されることにより、グラ
インダ砥石Ｇｌの摩耗量に応じた分だけ第１アーム１５
が作業対象の方向に追い込まれ、グラインダ砥石Ｇｌと
作業対象との間の距離や摩耗量に対する補正が行われる
。

以り述べた実施例ではグラインダ砥石の摩耗量を２以−
Ｌの検出器のＯＮ、ＯＦＦ信号としてとらえ、雨検出素
子の間にグラインダ砥石の周端縁が来るように制御して
いるが、かかる検出素子は一例であって、例えば光電管
等のような１組の発光、受光素子の間を遮るグラインダ
砥石の周端による光量のアナログ的変化を検出し、この
受光量が一定となるようにサーボモータ６９を駆動する
如くなしてもよい。また検出素子として前記の光検出素
子ばかりでなく、静電容量等を検出する形夜のもの、そ
の他の非接触形位置検出器を使用することも可能である
。

本発明は以上述べたように、研磨、研削等の作業を行う
ロボットのアーム先端に取り付けたグラインダ砥石の摩
耗による砥石と作業対象との距離の変化を補正する為の
装置に於いて、砥石の摩耗量を非接触で検出する摩耗量
検出装置と、該摩耗量検出装置から送出される摩耗量に
相当する信号に応じてグラインダを有するアーム又はそ
の手首部を駆動し、グラインダ砥石を作業対象に接近さ
せる駆動手段とを有してなることを特徴とするグライン
ダ砥石の摩耗量補正装置であるから、グラインダ砥石の
摩耗量に応じてグラインダ砥石が作業対象の方向へ追い
込まれ、グラインダ砥石の作業点の位置が富に針算上の
位置に正確に位置決めされるので、研磨や研削等の加工
精度が著しく向−ヒするものである。

【図面の簡単な説明】

第１１３！Ｑは本発明を適用しうる横形の研磨ロボット
の一例を示す斜視図、第２図は本発明の一実施例である
グラインダ砥石の摩耗！補正装置を内蔵したロボットア
ーム全体の平断面図、第３図（ａ）及び（ｂ）は、同実
施例に用いることの出来る摩耗検出素子の一例を示す平
面図及び側面図、第４図は摩耗量検出手順の一例を示す
フローチャート、第５図（ａ）は第４図に示したフロー
チャートに対応する判定表、第５図（ｂ）３個の摩耗量
検出素子を用いた場合の判定表、第６図は摩耗量検出素
子からの信号に応じ°ζロボットアーム全体を駆動する
為の制御機構を示すブロック図である。 （符号の説明） Ｇ・・・グラインダ　　　Ｇ１・・・グラインダ砥石１
５・・・第２アーム　　５２・・・角度検出器５４・・
・回転伝達軸Ｗ　　５５・・・軸受５６．５８・・・歯
車　　５７・・・減速機６０．６９．１３・・・サーボ
モータ ６３・・・検出器駆動軸　６４・・・摩耗量検出素子６
５・・・軸受　　　　　６６・・・ボール継手Ｂ・・・
ボールネジ　　　７ｏ・・・摩耗量検出器７１・・・比
較器　　　　ａ、ｂ、Ｃ・・・受光素子。 出願人　　株式会社　神戸製鋼所 代理人　　弁理士　　本庄　武男 手続補正書動却 昭和５８年　５月２６日 特許庁長官殿 グラインダ砥石の摩耗量補正装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　神戸市中央区脇浜町１丁目３番１８号名称　（１
１９）株式会社　？申戸製多岡所代表者　　　高　橋　
　孝　吉 ４、代理人　〒５３０ ６、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明の欄」、「図面の簡単な説
明の欄」及び図面中１第５図及び第６図」 ７、補正の内容 ■、明細書の補正 （１）明細書第３ページ第２０行目〜第４ページあるの
を、「第５図はグラインダ砥石の摩耗量」に訂正する。 （２）同第１６ページ第５行目〜第６行目に「第５図（
ａ）である。また第５図（ｂ）は」とあるのを「第１表
である。また第２表は」に訂正する（３）同第１６ペー
ジ第９行目に「第５図（ｂ）」とあるのを「第２表」に
訂正する。 （４）同第１６ページ第１６行目に「第６図」とあるの
を「第５図」に訂正する。 （５）同第１７ページ第１行目に「第６図」とあるのを
「第５図」に訂正する。 （６）同第１９ページ第９行目〜第１１行目に［第５図
（ａ）は・・・・・・第６図は摩」とあるのを［第５図
は摩Ｊに訂正します。 ■、図面の補正 （１）第５図（ａ）、　　（ｂ）、第６図を削除し、別
紙の第５図及び第１表、第２表と差し換える。 但し旧竿５図（ａ）、　　（ｂ）は新第１表、第２表と
同一で、同第６図は新第５図と同一であり、内容を変更
するものではない。 第１表 第２表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 研磨、研削等の作業を行うロボットのアーム先端に取り
   付けたグラインダ砥石の摩耗による砥石と作業対象との
   距離の変化を補正する為の装置に於いて、砥石の摩耗量
   を非接触で検出する摩耗量検出装置と、該摩耗量検出装
   置から送出される摩耗量に相当する信号に応じてグライ
   ンダを有するアーム又はその手首部を駆動し、グライン
   ダ砥石を作業対象に接近させる′ｒｐｇＪ手段とを有し
   てなることを特徴とするグラインダ砥石の摩耗量補正装
   置。