JPS6347058A - ロボツトの制御装置 - 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】 〈産業」二の利用分野〉 この発明はグラインダ作業等に用いると便利なロボット
の制御装置に関する。

〈従来の技術〉 ロボットは工作機械や専用自動機等に比較して剛性が低
いために、グラインダ作業をロボットで行う場合は、グ
ラインダツールがワークから受ける反力を制御する必要
がある。

従来、グラインダ作業用ロボットの制御装置としては、
ワークからの反力を計測して、グラインダツールの送り
速度を操作して、上記反力が一定になるように制御する
ものがある。また、ワークからの反力を計測して、その
反力が非常に小さい時はグラインダツールの位置が一定
になるように制御し、ワークからの反力が大きい時はグ
ラインダツールの位置を操作して上記反力が一定になる
ように制御するものがある。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、上記従来のロボットの制御装置においてはい
ずれにしても、作業の大部分に相当するワークから反力
が大きい時は、グラインダツールの移動速度を操作した
り、グラインダツールの位置を操作して、ワークからの
反力のみを制御しているのでロボットは保護されるが、
グラインダツールの位置（削り位置）は制御されておら
ず、作業終了時の削り位置は保証されないという問題が
ある。

そこでこの発明の目的は、制御量である工具に対する加
工反力と、加工直後の工具の位置あるいは加工寸法とを
互いに独立して制御することが可能なロボットの制御装
置を提供することにある。

〈問題点を解決するだめの手段〉 上記目的を達成するため？こ、この発明のロボットの制
御装置は、工具に対して２以上の操作量を持ち、かつ、
加工反力と位置とが制御量であるロボットの制御装置で
あって、工具に対する加工反力を検出する反力センサー
と、加工直後のワークの寸法または工具の位置を検出す
る位置センサーと、」−記反カセンザーおよび位置セン
サーで検出した反力および位置の検出値と反力および位
置の目標値との偏差を求める加算器と、上記反力の偏差
と位置の偏差とに基づき、」−記制御量である反力と位
置とが互いに干渉しないように、かつ上記反力センサー
と位置センサーとにより検出される検出値が目標値にな
るように上記２以」−の操作量を算出して出力する非干
渉化演算装置とを備えたことを特徴としている。

〈作用〉 反力センサーによってワークから工具に対する反力が検
出され、位置センサーによって加工直後のワーク寸法ま
たは工具の位置が検出されると、検出された上記反力と
位置とは加算器に入力される一方、あらかじめ定められ
た反力および位置の目標値が上記加算器に入力され、上
記反力および位置の検出値と反力および位置の目標値と
から各＝３− 偏差が求められる。

上記束められた反力の偏差および位置の偏差が非干渉化
演算装置に入力されると、上記反力の偏差および位置の
偏差に基づいて、制御量である反力と位置とが干渉しな
いように、かつ、」二足反力センサーによって検出され
る反力の検出値と上記位置センサーによって検出される
位置の検出値とが目標値になるように上記２以上の操作
量が算出されて出力される。

したがって、上記非干渉演算装置によって出力される上
記２以上の操作量がロボットの操作部に入力されると、
上記ロボットは制御量であるワークからの工具に対する
反力、およびワークの寸法または工具の位置が互いに独
立して制御されるように工具を操作して、反力センサー
で検出されろ反力の検出値および位置センサーで検出さ
れる位置の検出値は、夫々目標値になるように制御され
る。

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説−４＝ 明する。

第１図はグラインダ作業をするロボットを示し、１は第
１アーム２を回転自在に取り付けた回転台、３は上記第
１アーム２の先端に回動自在に取り付けた第２アーム、
４は上記第２アームの先端に回動自在に取り付けた油圧
シリンダであり、その油圧シリンダのピストンロッド先
端には反力センサーとしてのロードセル５を固定し、」
−記ロードセル５の先端には工具としてのグラインダツ
ール６とワーク８の加工寸法を検出する位置センサー９
とを固定しである。

上記グラインダツール６は制御装置７からの指令により
ワーク８の加工面に沿った矢印方向に速度■。で移動す
ることによりワーク８の表面が研磨され、その研磨直後
のワーク表面の削り位置が位置センサー９によって検出
される。

一般に、グラインダ用ロボットのグラインダツールに対
するワークからの反力と、上記グラインダツールの位置
との間には力学的干渉があり、一方を制御すると他方が
従属的に決まり両者は独立して制御することがでない。

そこで、本発明者は第２図に示すようなグラインダロボ
ットの反力・削り位置制御のブロック線図を考え制御系
を解析した。上記グラインダロボットの反力・削り位置
制御のブロック線図は伝達関数Ａ（ｓ）を有ずろグライ
ンダプロセス部２１と伝達関数Ｃ（ｓ）を有するコント
ローラ２２とからなり、Ｐｎはグラインダツール６？こ
対するワーク８からの反力、Ｙｗは」二足グラインダツ
ール６によって研磨した直後の削り位置、ｅｌは」二足
反力の目標値Ｐｎｄと検出値Ｆｎとに基づいて加算器２
３によって算出される反力の偏差、ｅ、は」二足削り位
置の目標値Ｙｗｄと検出値Ｙｗとに基づいて加算器２４
によって算出される削り位置の偏差、Ｖｏは上記コント
ローラ２２により出力される」二足グラインダロボット
の操作量としての送り速度指令値、Ｄは」−記コントロ
ーラ２２より出力される上記グラインダロボットの操作
量としての法線方向の移動量指令値である。またＶ。は
送り速度の平均値、Ｕは削り量、Ｓｏは削り棗初期値、
Ｃｔは実験によって決まる係数、ｂ、　、　ｂ、は定数
である 本発明は上記コントローラ２２を非干渉化制御装置とす
ることによって、力学的干渉が存在する上記グラインダ
プロセス部２１を反ツノと削り位置との独立した制御系
とするものである。

しかも、この実施例の非干渉化制御装置は、グラインダ
加工で問題となるのは削り誤差を大きくする低周波振動
であるため、低周波域でのみ非干渉化を達成する。もし
、全周波数領域が非干渉化を達成しようとすると伝達関
数の次数が非常に高くなり、振動が発生しやすく、また
、複雑なシステムとなり演算に時間がかかるため、オン
ラインシステムには不向きになる。そこでグラインダ加
工プロセスを低周波領域で非干渉化して、非干渉化制御
装置の構成を簡単なものにする。

グラインダロボットの低周波における定常特性（第２図
中のグラインダプロセス２３に相当）は第３図に示すよ
うに表現でき、図中Ｕは削り量平均値、ｋｓｓはロボッ
トのアームの剛性（メカニック剛性＋サーボ剛性）であ
る。したがって第３図に示ずグラインダロボットの定常
特性を非干渉化する非干渉化演算装置の特性は行列Ｃを
用いて表イつすと、 ＣＩ、　Ｃ２ニゲイン定数 Ｖｏ：送り速度平均値 「：削り量平均値 Ｃｔ：係数 ｋｓｓ　：ロボットアームの剛性 となる。すなわち、法線方向の反力の目標値からの偏差
量をｅｌ＋削り位置の目標値からの偏差量をｅ、とする
と、ロボットアームへの操作量である送り速度指令値Ｖ
。、操作量である法線方向の移動量指令値りは、 Ｖ。

Ｖｏ＝ＣＩＸｅｌ＋　　　Ｃ７Ｘｅ。

Ｃｔ丁 Ｄ　””　　　　　Ｃ１Ｘ　ｅ　＋　十〇　２　Ｘ　ｅ
　２ｓｓ となり、これらの値がロボットに操作量として出力され
る。

第４図は上記特性の非干渉化演算装置Ｗ！００とグライ
ンダロボットの構成図であり、上記法線方向反力の偏差
ｅ１　とグラインダツール位置の偏差ｅ、とを基に、非
干渉化演算装置１００によってロボットアームの操作量
としての上記送り速度Ｖ。

および上記法線方向の移動量指令値りが算出されて、ロ
ボットアームの操作部に人力される。その結果、上記制
御量としてのグラインダツールに対するワークの反力と
グラインダツールの位置は互いに独立して各目標値にな
るように制御される。

このことは上記非干渉化演算装置１００の特性とグライ
ンダロボットの低周波にお（３る定常特性とを等価変換
した特性を考えることによって実証される。すなわち、 となり、上記特性の制御系に上記反力の偏差量ｅ。

および削り位置の偏差量ｅ、が人力すると、この制御系
の制御量である法線方向の反力Ｐｎおよび削り誤差Ｙｗ
は、 Ｐｎ　＝Ｃｔ−ｕ−Ｃ＋　・ｅｌ ・　　Ｙｗ＝Ｃ，・ｅ２ となり互に独立した系として表イつずことができる。

第５図に示す実施例は、法線方向の反力の検出値と目標
値との偏差および削り位置の検出値と目＝１１− 標値との偏差を求める加算器２３．２４と、上記偏差に
基づいてグラインダロボットの制御量が干渉しないよう
に操作量を算出する非干渉化演算装置１００とからなる
グラインダロボット制御装置の、制御量である反力と削
り位置との定常偏差を無くずために」−記加算器２３．
２４と非干渉化演算装置１００との間に独立して積分回
路３１．３２を設けたものである。

第６図に示す実施例は、反力および削り位置の偏差を求
める加算器２３．２４と、グラインダロボットの操作量
を算出する非干渉化演算装置１００とからなるグライン
ダロボット制御装置の、制御量の定常偏差を小さくして
低周波特性をさらに改善するために、上記加算器２３．
２４と非干渉化演算装置１００との間に、ローパスフィ
ルタ４１゜４２を独立して設けたものである。

第７図に示す実施例は、偏差を求める加算器２３゜２４
とロボットの操作量を算出する非干渉化演算装置１００
とからなるグラインダロボット制御装置の、グラインダ
ツールの後退を防ぐために、上−１２〜 記非干渉化演算装置１００とロボットの操作部との間の
送り速度指令側に、加算器５１を設けて送り速度指令値
に送り速度バイアスを加えるようにしたものである。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明のロボットの制御装
置は、反力センサーにより工具に対する加工反力を検出
し、位置センサーにより加工直後のワーク寸法または工
具の位置を検出して、この反力および位置の検出値と」
−記反力および位置の目標値との偏差を求める加算器を
備え、また、上記反力の偏差と位置の偏差に基づいて、
制御量である反力と位置とが互に干渉しないように、か
つ、上記反力と位置の検出値が夫々目標値になるように
操作量を算出する非干渉化演算装置を備えたので、加工
反力と工具位置とが互いに干渉することなく独立して制
御することができ、加工反力からロボットアームや工具
を保護しつつ精度の良い加工が可能となる。

また、グラインダロボットに制御装置を用いる場合に上
記非干渉化演算装置を低周波域において干渉しないもの
とすれば、伝達関数の次数が低くなり、発振を十分に防
止でき、かつ上記非干渉化演算装置は簡単な構成となり
、オンライン制御に適するものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のロボットの制御装置を用
いたグラインダロボットの側面図、第２図はグラインダ
ロボットの反力・位置制御ブロック線図、第３図はグラ
インダロボットの低周波定常特性のブロック線図、第４
図はこの発明の一実施例のロボット制御装置のブロック
図、第５図。 第６図、第７図は夫々他の実施例のブロック図である。 ｌ・・・回転台、２，３・・・アーム、４　油圧シリン
ダ、５・・反カセンザー、６・・・グラインダツール、
７・・・制御装置、　　９・・・位置センサー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）工具に対して２以上の操作量を持ち、かつ、加工
   反力と位置とが制御量であるロボットの制御装置であっ
   て、 工具に対する加工反力を検出する反力センサーと、加工
   直後のワークの寸法または工具の位置を検出する位置セ
   ンサーと、 上記反力センサーおよび位置センサーで検出した反力お
   よび位置の検出値と反力および位置の目標値との偏差を
   求める加算器と、 上記反力の偏差と位置の偏差とに基づき、上記制御量で
   ある反力と位置とが互いに干渉しないように、かつ上記
   反力センサーと位置センサーとにより検出される検出値
   が目標値になるように上記２以上の操作量を算出して出
   力する非干渉化演算装置とを備えたことを特徴とするロ
   ボットの制御装置。
2. （２）上記非干渉化演算装置は、反力および位置が低周
   波領域において、互いに干渉しないように制御量を算出
   するようになっている特許請求の範囲第１項に記載のロ
   ボットの制御装置。