JPS6020893A

JPS6020893A - 作業工具装置

Info

Publication number: JPS6020893A
Application number: JP12968583A
Authority: JP
Inventors: 越智　重貴
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1983-07-15
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1985-02-02

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】この発明は、産業用ロボットなどの自動機誠の腕または
手首などの先にエンドエフェクタとして使用する作業工
具装置殊にパリ取９作業などの研削作業、ワーク外形の
検査作業なとの作業工具装置に関するものである。

産業用ロボットは溶接、塗装などから他の作業へとその
利用範囲を広げており、パリ取りなどの研削作業にも利
用され始めているか、多くの解決すべき課題があるため
、充分には利用されていない。以下、パリ取り作業を対
象として述べる。

産業用ロボットのエンドエフェクタとしてグラインダを
使用して例えば鋳バリを研削する場合、鋳バリの近くに
ある鋳バリのないワーク面にグラインダのといしを接触
させて面の位置データを検出し、それを産業用ロボット
の制御装置に記憶さぜ、研削作業はこの記憶し／こ面に
といしが到述するまで行わせることになる。そしてこの
面の位置データは、産業用ロボットの軸、腕捷たは手首
位置データとして、詳しくは例えばこれらの軸、腕せた
は手首を、駆動するモーフと結合したエンコーダの位置
データとして記憶される。

このような場合、従来、ティーチングｎ３すなわちワー
ク面の位置データを記憶するときに（ｄｌ、第１図のよ
うにロボノｌ−Ｈに取り付けたグラインダ１００にはパ
リ取り時に使用するのより直径の小さいといし１０１を
取り付けてワーク］０３の鋳バ！Ｊ１０３ａの近くで例
えばａ点とｂ点を教示し、パリ取９作業時にはこれより
大きい直径のといし１０２と取り替えて、これらといし
の直径差によって研削圧力を生じさせてパリ取りを行う
ものがあった。しかしながら、ティーチングの度ごとに
といしの取替えが必要であるため手間がかかること、研
削終了時に研削圧がなくなるようにといしの直径を選ん
だとすると研削開始時には研削圧力が大きくグラインダ
の軸にたわみを生じさせることやパリ自体、一般に厚み
はないが不規則な凹凸のある形状をしているため研削圧
が極端に変化するなどの欠点がある。また、といしの摩
耗によって変わる研削圧の補正なども行われていなかっ
た。

この発明は、前述のような従来技術の欠点に着目して行
われたものであり、例えば産業用ロボットのエンドエフ
ェクタとしてグラインダを使用してパリ取りなどの研削
作業を行うに際し、ティーチング時の取扱いが容易で、
゛研削圧力を所望の適切な範囲に保てるような研削装置
すなわち作業工具装置を提供することを目的とする。

この発明は、例えば産業用ロボットのエンドエフェクタ
としてグラインダを使用してパリ取９などの研削作業を
行わせる装置において一グラインダをその軸方向に変位
可能なスプリングなどの弾機手段を介して支持し、かつ
その支持位置を調節可能に支持すると共に弾機手段の状
態変化検出手段を具備せしめ、弾機手段に適切な状態変
化を与えてその変化に伴って適切な研削圧が得られる状
態で研削作業を行うことができるようにしたことを特徴
とする。

以下、この発明をグラインダを使用してパリ取りを行う
だめの研削装置（作業工具装置）に実施し、産業用ロボ
ットのエンドエフェクタとして使用した実施例について
図面を参照して説明する。

第２図において１はグラインダ（工具）であり、１ａはそのディスク型
のといし、１ｂは円筒形のケースに納寸った駆動モータ
、１ｃはその軸である。

２は圧縮型のスプリング（弾機手段）、３は支持材であ
る。支持材３にはストッパ４ａが遊かんする溝３ａが設
けられており、グラインダ１の回りを止める。

４はシャフトであり、一端にポテンショメータ７を駆動
するギヤを有し、他の一端でグラインダ１と結合されて
いる。４ａはそのストッパ部であり、支持材３の溝３ａ
中に遊かんされている。

５は指針である。

６はスケールであり、ポテンショメータ７の支持材をも
兼ねている。

７はポテンショメータであり、スプリング２のストロー
ク（状態変化）を検出する状態変化検出手段である。

８ａ１８ｂ１９ａ１９ｂはそれぞれロックナツトであり
、９ａ　、９ｂはその位置によりスプリング２のストロ
ークを調節する状態変化調節手段である。

１０は前記１〜９ｂで構成される研削装置（作業工具装
置）である− 第３図においてＲは、研削装置１０をエンドエフェクタとして具備した
５軸の多関節形ロボットであり、第１軸Ｒ１，第１腕Ｒ
２，第２腕Ｒ８，第２軸Ｒ４および第３腕Ｒ５で構成さ
れる。各軸および腕Ｒ１〜Ｒ５は、回動角α１〜α５を
制偶１することによって制御され、グラインダ１の位置
および姿勢を決めることができる。

第４図は多関節ロボツ）Ｒの制御装置を示す概略ブロッ
ク図である。操作パネル５０には、多関節ロボッ）Ｒを
どの動作モードで動かすかを指示するモード切換スイッ
チ５１が設けられる。このモート切換スイッチ５１は、
マニュアルモードＭ、ティーチングモードα）およびオ
ートモード（４）のいずれかのモードを選択的に切換え
て設定できる。

操作パネル５０には、さらに、押ボタンスイッチ５２．
５３および５４が設けられる。押ボタンスイッチ５２は
、オートモードのスタート指令を与えると共に、ティー
チングモードにおけるティーチング指令を与えるために
操作される。押ボタンスイッチ５３および５４は、それ
ぞれ、直線補間動作および円弧補間動作を、ロボット”
Ｒに指令する場合に、操作磨れる。速度設定器５５が設
けられる。この速度設定器５５は、エンドエフェクタす
なわち研削装置１０の移動すべき速度を指令するための
ものでちる。操作パネル５０には、２つのグループのマ
ニュアルスイッチ５６，５７．５８．５９および６０な
らびに６２．６３．６４．６５および６６が設けられる
。スイッチ５６ないし６０は、ロボソｌ−Ｒを直角座標
系すなわちＸＹＺ系で位置制御するために操作される。

一方、スイッチ６２ないし６６は、各回動角α１ないし
α５を直接に制御するために用いられる。そのために、
この操作パネル５ｏにはスイッチ５６ないし６０のグル
ープが捷たけスイッチ６２ないし６６のグループのいず
れを有効にするかを選択する、系切換スイッチ６８が設
けられる。したがって、この系切換スイッチ６８を左方
（第２図において）に切換えれば、マニュアルスイッチ
５６ないし６０のグループが有効化され、スイッチ６８
を右方に切換えることによってマニュアルスイッチ６２
ないし６６のグループが有効化される。

これらマニュアルスイッチ５６ないし６ｏおよび６２な
いし６６は、それぞれ３つの位置をとることができ、こ
の第４図において実線、で示す位置がニュートラル位置
である。そして、スイッチ５６．５７．５８は、それぞ
れＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を制御するために用いられ、そ
の直角座標の原点から遠ざかる方向がアップ方向（Ｕ）
として、その原点に近づく方向がダウン方向（至）とし
て、規定されている。丑だ、スイッチ５９は研削装置］
０の配向角φを制御するために用いられ、スイッチ６０
は研削装置１０の姿呪し角θを制御するために用いられ
る。そして、これらスイッチ５９．６０は、研削装置１
０に関連する角度φおよびθを、それぞれ、特訓方向（
Ｃ）寸たは反時計方向（ＣＣ）に制御することができる
。同様に、α系のマニュアルスイッチ６２ないし６６も
、各腕ないし軸の回動角α］ないしα５を、それぞれ１
時開方向（Ｃ）　ｔ＝たけ反時計方向（ＣＣ）に制御す
ることがてきる。

これら各コンポーネントを含む操作パネル５０とデータ
バス６９との間で、インターフェース（図示せず）を介
してデータのやりとりが行なわれる。

このデータバス６９には、さらに、制御手段を構成する
ＣＰＵ７０と、メモリ７１とが連結される。メモリ７１
には、ＣＰＵ７０の７ステムプロダラムやユーザプログ
ラムを記憶しておくためのそれぞれＲＯＭやＲＡＭ、Ｃ
ＰＵ７０におけル演算その他の処理に必要な記憶領域や
フラグ領域を有するＲ　Ａ、　Ｍが含捷れる。データバ
ス６９には、複数の（この実施例では５つの回動角α１
ないしα５に対応して５つの）駆動回路７２．７３．７
４．７５および７６と、複数の（この実施例では５つの
）インクリメンタルエンコーダ７８．７９．８０．８１
および８２並びにポテンショメータ７が、それぞれ連結
される。この第４図においては、駆動回路７２が、他を
代表してより詳細に描かれている。ここで、この駆動回
路７２の構成ニついて説明するが、残シの、駆動回路７
３ないし７６についても、同様の構成をと９得ることを
予め指摘しておく。

駆動回路７２には、ＣＰＵ７０がもの指令位置悄ｆｌａ
がロードされる指令位置バッファ８４と、対応のインク
リメンタルエンコーダ７８かうｔ７）パルス信号をカウ
ントするためのフィードバックカウンタ８５が設けられ
る。指令位置バッファ８４の内容が被減数として、丑だ
フィードバックカウンタ８５の内容が減数として、減算
器８６の２：）の入力として力えられる。減算器８６の
出力はＤ／Ａ変換器８７に与えられる。したがって、こ
のＤ／Ａ変換器８７からは、指令位置と現在位置との差
に応じた電圧信号が導出されることになる。Ｄ／Ａ変換
器８７の出力は、サーボアンプ８８、コマンドリミッタ
８９を介して、ザーボモーク９０の駆動信号として与え
られる。なお、コマンドリミッタ８９の出力は、さらに
、ＮｕｔＬ　信号検知回路９１に与えられる。このＮｕ
ｌＡ信号は、サーボ系によって位置制御されたときにサ
ーボアンプ８８から得られる零信号であり、目標位置の
ごく近い領域すなわちモータ９０がほとんど停止するタ
イミングで導出される。したがって、このＮｕｌｌ信号
検知回路９１の出力は、サーボモータ９０によって制ｉ
ｌｌされる被制徘１１体か、指令位置バッファ８４にロ
ードされた指令位置に達したことを示す信号として、デ
ータバス６９を介してＣＰＵ７０に与えられる。

バリ取シのための研削作業を行うため、まず第紹６図に示す研ノ面１２ｂ（この場合、平面）、作業開始
位置Ａ、作業終了位置Ｂのティーチングが必要である。

第５図はスプリング２のバネ特性図であり、横軸にスト
ロークを、縦軸にバネ力をとっている。グラインダの研
削圧力はこのようなバネ力として与えられ、このような
バネ力はスプリング２のストロークによって決まる。第
５図においてＦは自由長位置、Ｌはグラインダ１に研削
圧力の」二限値を与えるようなスプリング２のストロー
ク位置である。ティーチングに先立ち指針５の指示を見
て、ナノ）９ａ、９ｂを調整することにより、グライン
ダ１に研削圧力の初期値を与えるようなスプリング２の
ストローク位置Ｉ（初期値）を与える。そして、押しボ
タン５２を押してこのときのポテンショメータ７の出力
を取り込む。

次に、ロボットＲに研削面１２ｂを記憶させるため、こ
の場合研削面１２ｂは平面であるから任意の基準点ａ、
ｂ、ｃの３点をティーチングする。

このため、制御パネル５ｏのモード切替スイッチ５１で
ティーチングモードを選択する。一般にはこの実施例の
ように作業線が直角方向に延長されていることが多いた
めオペレータにとって研削装置１０を作業線に沿って動
かせやすく、かつ演算も容易であることから切換スイッ
チ６８ばｘｙｚに切り換えておく。そしてグラインダ１
を駆動せスニスイッチ５６〜６ｏを操作してグラインダ
１のといし１ａをａ点に移動させ、第３図に示ナグライ
ンダ姿勢を保ち、かつスプリング２０ストロークは第５
図の１位置より僅かに大きいｌ′点となるようにといし
ｌａを研削面１２ｂに押しつける（ステップＳ２）。そ
して押ボタン５２を押してそのときの各腕および各軸の
回動角情報およびポテンショメータ７の出力を制御装置
に取り込む（ステップＳ３）。これでａ点における位置
姿勢および研削圧力が記憶されたことになる。同様にし
てｂ点および０点においてティーチングを行う（ステッ
プＳ４、Ｓ５、Ｓ６、ｓ７）。同様Ｋして作業開始位置
Ａおよび作業終了位置Ｂを記憶させる。

ところで、研削作業時における適切な研削圧力は、スプ
リング２のバネ力の初期値（第５図１位置におけるバネ
力）に増加分を加えたものとして得られるものであり、
バ！Ｊ１２ａの材質、形状および主としてグラインダ１
のといし１ａの材質によって変わるものであるが、適切
範囲は数に９程度である。従って、この適切な研削圧力
を与えるスプリング２のストローク（Ｓ位置）は、１位
置におけるスプリング２のストローク（初期値）から決
せるものであり、スプリング２のストロークの１位置（
初期値）がステップＳｌで記憶されることによってめら
れ、基準値として記憶される。

以上のティーチング結果に従って第８図のフロー図の通
り自動的に研削作業が行われる。

まずバ’）　１２　ａは直線状であるため、押しボタン
スイッチ５３を押して直線補間動作を選択しておく、マ
た、主としてといし１ａの材質からみて適切な研削装置
１０の移動速度を速度設定器５５で設定しておく。また
グラインダの図示しない電源スィッチをオンにする。

そして、マニュアルスイッチ５１を（４）位置にし、押
しボタンスイッチ５２を押す。グラインダ１のといし１
ａは作業開始位置Ａへ向って移動させられ、先にティー
チングされた通りの位置、姿勢およびスプリング２のス
トローク（１位置）で作業開始位置Ａに達する（ステッ
プ５２１）。

この間、先にティーチングした基準点ａｉｂ、Ｃ１作業
開始位置Ａおよび作業終了位置Ｂの位置情報から、点Ａ
−Ｂ間は第９図の通りＡ１、Ａ２、Ａ３・に分割される
。そしてこれらの分割による区間Ａ〜Ａ１、Ａ１−Ａ２
・・を所望の時間で、先にティーチングされた姿勢を保
って研削を行いながら通過するよう指令される。なお、
これらの点Ａｈ　Ａ２・・・の位置は直角座標（ｘｙｚ
系）で演算され、角度系（α系）に座標変換され、更に
細分化された時間とどの角度系による位置情報として指
令される。これらの指令のタイミングは図示しないクロ
ックパルス発生器の出力によって制御される。

点Ａへ移動したといし１ａは最初の目硅点として点Ａ１
への移動を指令される（ステップ５２２）。といし１ａ
はＡ点から僅かに研削を行いながら点Ａ１に向って移動
を始め、バ！Ｊ１２ａに接触すると本格的に研削を始め
る。そして、スプリング２のストロークはボテンショノ
ーク７の出力と言う形でＣＰＵ７０に取り込まれ、先に
ティーチングしだスプリング２のストロークの基準値と
比較される（ステップ５２３）。スプリング２のストロ
ークが基準値であればそのま丑所望の速度で研削を進行
しくステップ５２４）、それと共にステップＳ２３を繰
返すが、基準値でないときは更に、基準値を超えるかど
うかが判断される（ステップ５２５）。第９図のように
パリの高さが高くなるとスプリング２のストロークは基
準値を超えることになり、更に上限値り点に達すること
にでもなると無理な研削を行うことになるので、目標位
置（この実施例ではＺ方向）指令か修正されて点Ａ］へ
向って所望の速度で研削しながら進む。

そして、目標位置すなわち点Ａ１へ達していないと判断
されるかぎり（ステップ５８１）、前述同様のステップ
が繰返えされ、目標位置すなわちＸ１点に達したと判断
されると（ステップ５３１）、更に目標位置は作業終了
点Ｂかどうかが判断される（ステップ５３２）。この場
合は作業終了位置ではないので、次の目標位置Ａ２が指
令され（ステップ５２２）、前述同様のステップを繰返
して点Ａ２、と研削して行き、点Ａ　１．０に達すると
、ステップＳ２５でスプリング２のストロークが基準値
を超えないと判断される。そして更にティーチング値（
１位置）以下かどうかか判断される（ステップ５２７）
。スプリング２のストロークが１位置以下でなければ、
更にスプリング２のストロークが基準値になるよう目標
位置を修正して研削した場合に研削面１２１〕を削り込
オないかとうかを判断しくステップ５２８）、削り過き
ないようであれば、スプリング２のストロークが基準値
になるよう目標位置指令を修正してω１削する（ステッ
プ８２６）。この場合は削り過ぎることになると判断さ
れるので、削り過きにならないストロークで当初の目標
位置Ａｌｌに向ってコイＬ行しながら研削する（ステッ
プ８２９）。以下、同様にしてＡｌｌ、Ａ１２まで研削
し、点Ａ１２と作業終了点Ｂとの中間でパリはなくなる
ので、スプリング２のストロークはティーチング位置（
１位置）以下になる。すなわちバ’）　１２　ａは１２
ａ］の形になる寸で研削される。そして、スプリング２
のストロークが１位置以下と判断されると（ステップ５
２７）、といし１ａは増速しで研削せずに作業終了位置
Ｂへ達する。以下、前述同様にしてパリ１２　ａＪは］
　２　ａ２ｔで研削され、次に研削面１２ｂにはパリが
なくなり、作業開始位置Ａ〜作業終了位置Ｂをスプリン
グ２のストロークが１位置以下で移動すること（ステッ
プ８３３）によって研削作業は終る。

なお、このような研削作業中にといし１ａの摩耗がある
。従って作業開始位置Ａ、作業終了位置Ｂ、研削面の基
準点ａ、１〕、Ｃなどを、ティーチング時の台腕および
軸の位置情報として記憶し指令すると、といし１ａの摩
耗が大きくなった場合、前記情報によって目標位置を演
算し、指令し、位置決めしたとしても、スプリング２の
ストロークが所望の範囲に達しているとは限らなくなる
。そのため、所望の研削圧力で研削されずパリが残るこ
とになる。そこで、適宜な時間間隔をもって、第１０図
のような工具補正のザブルーチンをプログラムして置き
、これを実行させる。すなわち、ティーチングされた情
報によるａ点へといし１ａを移動させるが、といし１ａ
は摩耗しているので、ワーク１２の基準面１２ｂとの接
触はない。次にグラインダ］の軸１ｃを、最初にａ点を
検出したときの姿勢と同姿勢として垂直下向きに・１行
移動させ、スプリング２のストロークがティーチング時
の値（１位置）になったことを検出してといし１ａとワ
ークの基準面１２ｂの接触を検出する。

そして台腕および軸の位置情報を取り込み、点ａに関す
る位置情報を更新する。点ｂｉｃについても同様にして
位置情報を更新する。

以」二の通り、この実施例においてはパリ取りを研削に
よって行うに際し、ティーチング時と研削時とでグライ
ンダ１のといし１ａを取り替える必要はなく、パリの形
状に変化があっても所望の適切な範囲の研削圧力で研削
が行え、かつといし１ａに摩耗が生じても所望の適切な
範囲の研削圧力で研削が行えると言う効果がある。

他の実施例として、前述実施例における研削中といし１
ａが研削面１２ｂに達し、スプリング２のストロークが
１位置以下になった点を記憶しておき、これらをといし
１ａの次回の作業開始位置および作業終了位置とし、先
にティーチングした作業開始位置および作業開始位置捷
で移動することがないようにすることができる。

前述のような直線状のパリで凹凸形状を異にするパリに
ついても前述同様、研削作業を行うことができる。直線
状でないパリの場合は、適宜な３点をティーチングし、
操作パネル５０上で押しボタンスイッチ５４を押して円
弧補間を選択してティーチングすることで、前述同様、
研削作業を行うことができる。研削作業によって仕上げ
られる面が曲面である場合は、組合わせて使用する産業
用ロボットＲを曲面の演算ができる制御装置をもったも
のとし、曲面を決めるために更に多くの点をティーチン
グすることにより前述同様、研削作業を行うことができ
る。ワークが大きく、パリの長さが長いような場合は、
適宜の区間に分割し、それぞれの区間について前述同様
の研削を行うことができる。工具補正を行う時期は、研
削作業を行なった回数、時間、距離などから適宜、決め
られるようにすることができる。

前述実施例では円筒形の駆動部ケースのグラインダを使
用したが、これを角形、その他の形のグラインダとする
ことも可能であり、角形のような場合は、その支持材に
回り止め構造を設ける必要はない。また、スプリング、
スケール、指針の代りに、空気圧シリンダ、レギュレー
タ、空気圧力計、圧力検出器を使用することができ、ま
たその他の流体圧を利用した装置を使用することができ
る。グラインダのといしも平型、カップ型、矛型など他
の形状のものとすることができる。ストロークの検出も
エンコーダ、ホトスイッチなど非接触式のものとするこ
とができる。工具補正その他の形状のものとすることが
できる。工具補正における接触の検出は、産業ロボット
の腕または軸にストレーンゲージを取９付けておき、そ
の出力変化を検出して行うこと、グラインダモータ１ｂ
の電流変化を検出して行うこともできる。また最初の実
施例において基準点として定めた例えば３点のうち一点
についてだけ接触を検出して位置情報を更新し、それに
ならって他の２点の位置データを更新することもできる
。

また、この研削装置は前述実施例のような多関節ロボッ
トに限らず、移動するワークの研削面に垂直な方向にだ
け位置制御可能とした装置のエンドエフェクタとして使
用することもできる。

そして、以上、その他の実施例においても、最初の実施
例と同様の作用および効果がある。

以上の通ジであるから、この発明の作業工具装置は、産
業用ロボットなどの自動機械のエンドエフェクタとして
使用することにょ９、ティーチング時と作業時とで工具
サイズを変更する必要はなく、ワークの形状変化に対し
ても所望の一定範囲の加工圧力で作業を行うことができ
ると言う特有の効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の従来技術および実施例を示すもので
あり、第１図は従来技術を示す模式図である。第２図以
下はこの発明の実施例を示し、第２図は構造の概要図、
第３図は模式図、第４図は制御装置のブロック図、第５
図はばね線図、第６図は概要図、第７図および第８図は
フロー図、第９図は概要図並びに第１０図はフロー図で
ある。第２図において、１・・グラインダ（工具）、２°゛。スプリング（弾機手段）、３・支持材、７・・・ポテン
ショメータ（状態変化検出手段）。出願人　新明和工業株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

工具をこの工具の軸方向と同方向に変位する弾機手段お
よび前記弾機手段の状態変化を調節する状態変化調節手
段を介して支持材に支持してなり、更に前記弾機手段の
状態変化を検出する状態変化検出手段を具備してなる作
業工具装置。