JPWO2021008837A5 - - Google Patents
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Description
本発明の様々な実施形態を詳細に説明する前に、まず、ロボット支援による研削装置の一般的な例を説明する。この装置は、産業用ロボットなどのマニピュレータ1と、回転する研削工具とを備えた研削機械10(例えばオービタル研削機械)とを有している。そして研削工具は、リニアアクチュエータ20を介してマニピュレータ1のいわゆる工具中心点TCP(Tool-Center-Point)に結合されている。また、6自由度を有する産業用ロボットの場合、マニピュレータは、それぞれジョイント3a、3b、3cによって接続された4つのセグメント2a、2b、2c、2dから構成され得る。第1セグメントは、通常、基礎41に固定的に連結されている(これは必ずしもそうでなくても良い)。ジョイント3cは、セグメント2cとセグメント2dとを連結している。ジョイント3cは、2軸的であってもよく、セグメント2cが水平方向の回転軸(仰角)と垂直方向の回転軸(方位角)を中心に回転できるようにしてもよい。ジョイント3bは、セグメント2bとセグメント2cとを連結し、セグメント2cの位置に対してセグメント2bの旋回運動を可能にする。ジョイント3aはセグメント2aとセグメント2bとを連結している。ジョイント3aは2軸的とすることができ、したがって(ジョイント3cと同様に)2方向への旋回運動を可能にする。TCPは、セグメント2aに対して固定された相対位置を有しており、セグメント2aは、通常、セグメント2aの長手方向軸(図1において一点鎖線で示され、研削工具の回転軸に対応)を中心とした旋回運動を可能にする回転ジョイント(図示せず)を含んでいる。ジョイントの各軸には、アクチュエータ(例えば、電気モータ)が割り当てられ、これらのアクチュエータにより、それぞれのジョイントの軸を中心とした回転運動が引き起こされ得る。ジョイントのアクチュエータは、ロボット制御部4によってロボットプログラムに従って制御される。
マニピュレータ1は、通常、位置制御されており、すなわち、ロボット制御部は、TCPの姿勢(位置及び向き)を決定し、TCPを予め定義された軌跡に沿って移動させることができる。アクチュエータ20がエンドストップにある場合、TCPの姿勢は、研削機械の姿勢も規定する。最初に述べたように、アクチュエータ20は、研削加工中に工具とワークピースWとの間の接触力(加工力)を所望の値に設定する。マニピュレータ1による直接的な力の制御は、通常、研削用途にはあまりにも不正確である。それは、マニピュレータ1のセグメント2a乃至2cの高い質量慣性により、力のピークの迅速な補正(例えば、研削工具をワークピースW上に配置するとき)が、従来のマニピュレータでは実質的に不可能であるからである。このため、ロボット制御部は、マニピュレータのTCPの姿勢を制御し、力の制御はもっぱらアクチュエータ20が行うように構成されている。
既に述べたように、研削加工の間、工具(研削機械10)とワークピースWとの間の接触力FKは、研削工具とワークピースWとの間の接触力が所定の値に対応するように、(リニア)アクチュエータ20と力制御(これは、例えば、制御部4において実現することができる)とにより設定することができる。その際の接触力は、リニアアクチュエータ20がワークピースの表面を押すアクチュエータ力に対する反作用である。ワークピースWと工具との間に接触がない場合、アクチュエータ20は、ワークピースWへの接触力の欠落によりエンドストッパへ移動する。マニピュレータ1の位置制御(これも制御部4で実現可能)は、アクチュエータ20の力制御とは完全に独立して実行され得る。アクチュエータ20は、研削機械10の位置決めのために用いられるのではなく、研削プロセス中に所望の接触力を設定および維持すること、ならびに工具とワークピースとの間の接触を検出することのみに用いられる。アクチュエータは、空気圧アクチュエータ、例えば複動式空気圧シリンダであってもよい。しかし、他の空気圧アクチュエータ、例えばベローズシリンダやエアマッスルなどを使用することも可能である。代替として、電動ダイレクトドライブ(ギアレス)も考えられる。
トリガー要素33が(研削ディスクが保持プレート35に押し付けられたときに)作動すると、研削ディスク11の端部を保持プレート35とクランププレート34との間でクランプする機構がトリガーされる。ロボットが再び研削機械10を取り外し装置30から遠ざけると、研削機械10の支持プレート12が保持プレート35の表面から持ち上げられる一方、研削ディスク11はクランププレート34によって固定される。支持プレート12を持ち上げることで、(クランプされた)研削ディスク11が支持プレートから離脱される。上述の機構の一例について、図4および図5を参照して以下に詳述する。
前述のように、研削ディスク11がクランプされた後、研削機械10は再び取り外し装置から遠ざかり、それによって(クランプされた)研削ディスク11が研削機械の支持プレート12から取り外される。その後、揺動レバー341(ひいてはクランププレート34)を第2の位置(クランプ締付、図5)から第1の位置(クランプ解放、図4)へ戻さなければならない。この動きは、様々な戻り機構によって実現することができる。図4および図5に示す例では、戻り機構は空気圧シリンダ37によって提供される。この場合、プリロード機構と戻り機構は1つのユニットである。シリンダ37は、複動式シリンダであってもよい。つまり、図4および図5においてシリンダ室V2に圧縮空気が供給されると、空気圧シリンダ37はプリロード力FBと全く逆方向に作用する戻り力FRを発生させる。戻り力FRにより揺動レバー341が第1の位置に戻る揺動運動を行い、研削ディスクのクランプが解除される。このとき、バネ332がトリガー要素33を通常位置に押し戻し、次の取り外し工程時に再びプリロード力FBが作用すると、揺動レバー341の移動が再び阻止される(図4に示す)。
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