KR940003204B1

KR940003204B1 - 제어로봇

Info

Publication number: KR940003204B1
Application number: KR1019910003234A
Authority: KR
Inventors: 마꼬도 진노; 다꾸 요시미
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 아오이 죠이찌
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1994-04-16
Also published as: KR910021291A; US5265195A; EP0584843A3; EP0584843B1; EP0444657B1; EP0444657A1; DE69116901T2; EP0584843A2; DE69116901D1; DE69130397D1; US5509847A; DE69130397T2

Abstract

내용 없음.

Description

제어로봇

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 제어로봇의 사시도.

제2도는 제1도의 로봇을 도면기호로 나타낸 설명도.

제3도 및 제4도는 제1도에 나타낸 제어로봇에 있어서의 손끝효과기의 부착방식을 나타낸 평면도 및 측면도.

제5도는 제1도에 나타낸 제어로봇에 있어서의 제어장치의 블록도.

제6도~제8도는 제1도에 나타낸 제어로봇에 있어서의 작업상태의 설명도.

제9도는 본 발명에 따른 힘제어로봇의 제2실시예의 외관을 나타낸 사시도.

제10도는 제9도에 나타낸 힘제어로봇에 손끝효과기를 나타낸 측면도.

제11도는 제9도에 나타낸 힘제어로봇을 모델화한 모델도.

제12도는 제9도에 나타낸 힘제어장치의 구성을 나타낸 블록도.

제13a도는 상기 제2실시예의 제1변형예의 손끝효과기를 나타낸 평면도.

제13b도는 제13a도에 나타낸 손끝효과기의 측면도.

제14a도는 상기 제2실시예의 제2변형예의 손끝효과기를 나타낸 평면도.

제14b도는 제14a도에 나타낸 손끝효과기의 측면도.

제14c도는 제14a도에 나타낸 손끝효과기의 정면도.

제15a도는 상기 제2실시예의 제3변형예의 그립퍼를 나타낸 평면도.

제15b도는 제15a도에 나타낸 그립퍼의 측면도.

제16도 내지 제21도는 상기 제2실시예에 있어서의 미는힘의 실험결과를 나타낸 그래프.

제22도는 상기 제2실시예의 제4변형예를 나타낸 힘제어장치를 나타낸 블록도.

제23도는 상기 제2실시예의 제5변형예의 힘제어장치의 일부를 나타낸 블록도.

제24도는 상기 제4변형예의 손끝부를 나타낸 도면.

제25도는 2차원 평면의 워크의 예를 나타낸 사시도.

제26a도는 손끝부를 나타낸 측면도.

제26b도는 워크에 대한 롤각이 90° 엇갈려 있는 경우의 손끝부를 나타낸 측면도.

제27도는 워크의 단면형성을 나타낸 측면도.

제28도는 내지 제30도는 실험결과를 나타낸 것.

제28도는 시간과 그라인더를 누르는 힘의 관계를 나타낸 도면.

제29도는 시간과 피치각의 관계를 나타낸 선도.

제30도는 시간과 지석선단부 궤적의 관계를 나타낸 사시도.

본 발명은 로봇 손끝에 연삭이나 연마를 행하기 위한 회전공구를 구비한 손끝효과기를 부착하고 상기 회전공구를 피가공물의 피가공면에 소정압력으로 밀어부치면서 작업을 행하는 제어로봇에 관한 것이며, 특히 손끝효과기의 피가공부재로의 미는힘을 검출하고 로봇을 제어하는 힘제어로봇에 관한 것이다.

종래의 제어로봇의 일예로서는 로봇 손끝에 스프링이나 댐버를 거쳐서 그라인더등의 손끝효과기를 설비하고 상기 손끝효과기를 피가공물의 피가공면에 대해서 이동시켜 상기 스프링이나 댐퍼작용에 의해서 회전공구를 일정한 힘으로 피가공물에 밀도록 한 것의 예가 있다.

그러나, 이 종류의 스프링이나 댐퍼로 소위 콤플라이언스(compliance)를 갖게한 제어로봇에서는 공구의 접촉시등에 큰 제어력이 가해졌을때 로봇에 가해지는 충격력을 완화시키는 것이나 어느 범위의 힘으로 밀어서 작업을 행하는 것은 가능하나 힘의 조정이 곤란하고 안정된 가공정도를 낼 수 없다는 문제점이 있었다. 또, 손끝효과기의 자중에 의한 밸런스가 잡히지 않는데 기인하여 자세에 따라서는 미는힘이 변화된다는 문제점도 있었다.

또 다른 종래의 제어로봇의 예로서는 로봇 손끝에 미는 방향등을 제어하는 1개 또는 2개의 축을 부가시킨것의 예가 있다. 그러나, 이 로봇에서는 새롭게 1개 또는 2개의 제어축을 부가하기 때문에 손목부가 대형화되고 부하중량이 대폭으로 증가되고 제어축 수도 증가된다는 문제점이 있었다.

또 다른 예로서는 로봇 손끝의 미는힘을 검출하기 위하여 6축력 토크센서를 설비하고 그 힘이 목표하는 힘이 되도록 각축을 제어하는 방법이 다수 연구되어 있다. 그러나, 이와 같은 로봇에서는 손끝효과기를 목표하는 힘으로 목표하는 방향으로 밀도록 로봇의 각축을 각각 구동시키므로, 좌표변환이 복잡하고 계산량이 방대해진다. 또, 자세에 따라서 손끝효과기의 6축력 토크센서에 대한 자중보상을 하기 위한 많은 계산도 필요하게 된다. 따라서 계산기의 부담이 대폭으로 증가되고 매우 고속의 계산기가 필요하게 된다는 문제점이 있다. 또, 이 경우에 로봇의 자세에 따라서 각축의 관성이 대폭으로 변화되는지 로봇 본체의 강성도 다르기 때문에 반드시 정도가 좋은 힘제어를 행하지 않고 한정된 작업이나 자세밖에 적용될 수 없다는 문제점이 있다.

상기와 같이 종래의 제어로봇에서는 정도가 좋은 작업을 할 수 없고, 새로 힘제어를 위한 제어축을 부가하지 않으면 안되고, 방대한 계산량을 요한다. 또는 어느정도 한정된 작업이나 자세밖에는 적용될 수 없다는 등의 문제점이 있었다.

또, 손끝효과기인 그라인더를 피가공물로의 소정의 미는힘으로 임의의 방향으로 밀기 위하여 공구와 로봇의 손끝부의 사이에 6축력 토크센서가 고착되어 있는 힘제어로봇에 있어서는 이 6축력 토크센서가 고착되어 있는 힘제어로봇에 있어서는 이 6축력 토크센서에 의해서 검출된 각축 방향의 힘 및 각축 둘레의 모멘트 또는 이들의 합성력이 소정값이 되도록 힘제어장치가 제어되고 있다.

즉, 검출하고자 하는 방향의 힘 또는 모멘트를 그대로 직접 검출하고, 그 검출된 힘이나 모멘트를 제어루프에 집어넣음으로써 힘제어나 콤플라이언스제어, 하이브리드제어등을 행하고 있다.

그런데, 상기와 같은 로봇에 있어서는 힘 토크센서는 그 끝에 비교적 중량이 있는 공구를 부착하고 있기 때문에 공구에 가속도가 작용하면 이 가속도에 의해서 생기는 관성력도 당연히 이 힘 토크센서에 의해서 검출되게 된다.

또, 힘 토크센서에 의해서 검출되는 힘으로는 미는 힘이나 관성력을 구별하여 검출할 수 없다.

따라서 상기와 같은 힘제어로봇의 구성에 있어서는 소끝효과기의 피가공물로의 미는 힘만을 정확하게 측정하는 것은 곤란하였다.

또, 힘제어등을 행할때에는 종래의 힘 검출방법에 있어서는 피가공물과 접촉될때에도 아암의 구동에 의한 공구의 관성력이나 아암의 진동등에 의한 공구의 관성력을 미는힘과 구별없이 제어계로 피득백 해버린다. 또, 이 관성력은 제어하려는 미는힘에 대해서 동레벨 또는 그 이상의 크기이므로, 무시할 수 없었다. 가령, 이 관성력을 무시하고 작업을 행하면 피가공물로의 소망하는 작업을 할 수 없었다.

또, 미소한 공구의 진동이라도 그 관성력을 피드백해 버리기 때문에 더 큰 진동으로 되어 발진의 원인이 되고 있었다.

따라서, 힘 루프의 게인을 올릴수 없고 응답성이 좋은 제어를 행할 수 없으므로 정도가 높은 가공을 행할 수 없었다.

또, 상기 공구의 자세에 따라서 공구의 6축력 토크센서에 대한 자중보상의 계산도 하지 않으면 안되었다.

따라서, 계산기의 부담이 증가하는 등의 문제가 있었다.

이와 같이 종래의 힘제어로봇에 있어서는 손끝효과기인 공구의 관성력을 검출하기 위하여 공구와 피가공물간의 정확한 미는힘을 검출할 수 없고, 관성력등을 검출해 버리기 때문에 힘루프의 게인을 높일 수 없고, 힘제어의 응답성이 나쁘고, 가공을 정도 좋게 행할 수 없다는 등의 문제가 있었다.

또, 공구의 6축 토크센서에 대한 자중보상계산도 하지 않으면 안되는 등의 문제도 있었다.

다른 문제점으로서 가공작업되는 피가공물의 형상을 알고 있을 경우에는 그에 따라서 피가공물의 법선방향으로 공구를 밀면서 또한 손끝효과기의 자세를 변화시켜 상시 손끝효과기를 피가공물에 대해서 소정의 자세를 유지하면서 작업을 행할 수 있으나 피가공물의 형상이 사전에 알 수 없는 경우에는 어떻게 자세를 변화시키면 되는지 로봇은 스스로 판단할 수 없으므로 미지 형상의 피가공물의 가공에 대응할 수 없었다.

또, 피가공물의 형상을 사전에 알 수 없었더라도 그 형상을 로봇에 교시하든지 제어장치에 형상에 대응한 데이타를 입력하는 작업은 피가공물의 형상, 피가공물의 다듬질 형상이 복잡할수록 막대한 노력을 필요로한다.

한편, 연구단계의 것으로서 특수한 형상의 지석이나 전용의 특수한 힘센서를 공구에 장치하여 미지의 형상의 피가공물을 연삭하는 로봇이 제안되어 있으나 범용성이 부족하고, 일반적 그라인더 작업에 적용시킬 수 없다. 또, 특수한 형상의 지석이나 전용의 특수한 힘센서를 공구에 장치하고 있으므로 원가가 비싸다.

즉, 종래의 힘제어로봇 및 힘제어장치에 있어서는 미지의 형상의 피가공부재에 적용시킬 수 없고, 이 피가공부재의 형상을 로봇에 교시하든지 입력하는데 막대한 노력을 필요로 한다는 문제가 있었다.

또, 연구단계의 것으로서 미지의 형상의 피가공부재를 연삭하는 로봇이 제안되어 있으나 범용성이 부족하고 일반적 그라인더 작업을 적용시킬 수 없다. 또 원가적으로도 비싸다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 행해진 것이며 그 목적은 구조가 간단하고 제어가 용이하고 복잡한 그라인더 작업도 정도 좋게 행할 수 있는 제어로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 손끝효과기의 피가공물로의 미는힘을 정확하게 검출하여 힘제어등의 응답성을 향상시킬 수 있고 가공정도를 향상시킬 수 있고 계산기의 부담을 경감시킬 수 있는 힘제어로봇을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 사전에 피가공부재의 형상을 로봇에 교시할 필요가 없고 미지의 형상의 피가공부재에 대해서도 피가공부재의 법선방향으로 밀면서, 또한 손끝효과기의 자세를 변화시켜 상시 손끝효과기를 피가공부재에 대해서 소정의 자세를 유지하면서 작업할 수 있고 통상의 공구나 일반적인 센서를 사용하여 작업을 행할 수 있는 힘제어로봇을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1의 특징은 로봇 손끝에 연삭이나 연마를 행하는 회전공구를 구비한 손끝효과기를 부착하여 상기 손끝효과기를 피가공물의 피가공면에 밀면서 그라인더 작업을 행하는 제어로봇에 있어서 상기 로봇 손끝의 자세를 제어하는 자세축과 상기 회전공구의 회전축이 상이한 축위에 배치되는 동시에 상기 회전공구의 미는 방향에 상기 자세축의 회전방향과 대략 일치하도록 구성되어 있다는 것이다.

또, 상기 제어로봇은 전체 로봇 제어축에 대해서 얻어진 교시데이타를 그라인더 작업시에 재생가능한 로봇 제어장치와 그라인더 작업시에 상기 자세축중의 1개의 자세축을 구동하여 상기 회전공구의 미는힘을 제어하는 그라인더 제어장치를 갖고, 그라인더 작업시에는 상기 자세축중의 1개의 자세축의 구동은 상기 로봇 제어장치측에서 상기 그라안더 제어장치측으로 절환되어 제어되고 있다.

상기 제어로봇에 있어서는 로봇 손끝의 자세를 제어하는 자세축이 회전공구의 회전축과 일치되지 않도록 구성하였으므로, 이 자세축을 토크(T)로 제어함으로써 로봇에 새로운 축을 부여할 필요가 없어진다. 또, 자세축의 회전방향과 회전공구의 미는 방향이 대략 일치되도록 구성해도 같은 효과가 얻어진다. 또, 상기 회전공구의 미는힘(F)을 자세축 중심으로부터 공구의 가공점등의 거리를 r로 하고 T=Fㆍr의 관계로 제어할 수 있다.

이때에 상기 자세축을 포함시켜 로봇 전체축을 구동시켜 피가공면위의 교시점에 대해서 교시데이타를 얻어놓고 그라인더 작업에 대해서는 상기 자세축중의 1개의 자세축을 토크제어에 사용하도록 하면 교시작업의 재생에 의해서 공구의 가공점을 공구궤적위에 이동시키면서 상기 자세축의 토크제어에 의해서 상기 공구를 상기 피가공물에 대해서 알맞게 제어할 수 있다.

또, 스프링이나 카운터 웨이트등에 의해서 회전공구를 자세축에 대해서 중량적으로 밸런스시켜 놓으면 공구자세에 의한 보정을 필요로 하지 않고 공구자세에 의해서 미는힘이 변화되는 일도 없다.

단, 여기서의 자세축의 토크제어는 위치제어와 절환되어 사용되는 토크제어 또는 일반적인 콤플라인언스 제어나 소위 하이브리드 제어에 의한 것을 포함하는 것으로 한다.

본 발명의 제2의 특징은 로봇의 손끝부에 부착되어서 손끝효과기의 피가공부재로의 미는힘을 검출하여 이 검출수단에 의해서 검출된 미는힘이 목표하는 미는힘이 되도록 로봇을 제어하는 힘제어로봇으로 하고 상기 손끝효과기에 부여된 미는힘의 반력을 검출수단으로 검출하고, 이 검출수단의 검출위치가 상기 손끝효과기의 중심과 겹쳐져 외견상 검출수단의 반력검출위치를 손끝효과기의 중력중심으로 이동시켜 상기 손끝효과기의 중력중심으로 이동시켜 상기 손끝효과기의 중력중심 둘레의 모멘트를 구하여 이 중력중심 둘레의 모멘트로부터 손끝효과기의 피가공부재로의 미는힘을 연산하는 연산수단을 설비한 것이다.

상기 힘제어로봇에 있어서는 연산수단에 의해서 검출된 손끝효과기의 중력중심 둘레의 모멘트로부터 손끝효과기의 피가공부재로의 정확한 미는힘이 검출된다.

손끝효과기는 피가공부재에 대해서 일정한 자세로 일정한 방향으로 미는 경우가 많고, 또 피가공부재와 접촉하는 부분도 대략 결정되어 있는 경우가 많다.

이때문에 손끝효과기의 피가공부재로의 미는힘을 F라고 하면, 검출수단에 의해서 검출되는 손끝효과기의 중력중심 둘레의 모멘트(M_C)와 중력중심으로부터의 수직거리(r)를 사용하여

F=MC/r…………………………………………………………………(1)

에 의해서 산출할 수 있다.

또, 미는힘을 제어하기 위하여 손끝효과기에 관성력이 작용하는 경우에도 즉, 손끝효과기의 미는 방향으로 가속도(α)가 생긴 경우에도 그에 의해서 생기는 관성력(mα)(m는 손끝효과기의 중량)은 중력중심 둘레의 모멘트(M_C)에는 전혀 검출되지 않는다.

따라서, 관성력등의 영향을 받지 않고, 정확한 미는힘을 검출할 수 있으므로, 검출된 미는힘에 준하여 손끝효과기를 피가공부재로 밀 수 있다.

따라서, 힘제어등의 응답성이 좋고 정도가 좋은 힘제어로봇을 제공할 수 있다.

또, 손끝효과기의 중력중심 둘레의 모멘트(M_C)로 검출하고 있으므로 로봇의 자세등이 변화해도 그것에 의한 손끝효과기의 자중의 영향은 생기지 않으므로 자중보상의 연산도 필요로 하지 않는다.

본 발명의 제3의 특징인 손끝부에 부착된 손끝효과기의 피가공부재로의 미는힘을 검출하여 이 검출된 미는힘이 목표하는 미는힘이 되도록 제어하는 힘제어로봇으로 하고, 상기 손끝효과기에 부여된 미는힘의 반력을 검출하는 검출수단의 검출결과로부터 상기 손끝효과기의 중력중심 둘레의 모멘트를 구하여 이 중력중심 둘레의 모멘트로부터 상기 미는힘의 반력을 구하여 상기 검출수단의 결과를 보정하는 보정수단을 설비한 것이다.

또, 상기 보정수단이 손끝효과기에 카운터 웨이트를 부착함으로써 손끝효과기의 중력중심 위치와 상기 검출수단의 검출위치를 일치시키도록 되어 있다.

따라서, 보정수단에 의해서 손끝효과기의 피가공부재로의 미는힘을 구하여 검출수단의 결과를 보정한다.

이에 의해서 정확한 미는힘을 검출할 수 있으므로, 검출된 미는힘에 준하여 손끝효과기를 피가공부재로 밀 수 있다.

또, 카운터 웨이트를 손끝효과기에 부착시킴으로써 검출된 손끝효과기의 누루는 힘을 보정한다.

본 발명의 제4의 특징은 로봇의 손끝부에 부착된 손끝효과기의 피가공부재로의 미는힘을 검출하여 검출된 미는힘이 목표하는 미는힘이 되도록 로봇을 제어하는 제어장치이며, 상기 손끝효과기에 부여된 미는힘의 반력을 검출수단으로 검출하고, 이 검출수단의 결과가 소정값에 대해서 변화되지 않도록 손끝효과기의 자세를 변화시키는 자세변화수단과, 상기 손끝효과기가 고정된 방향으로 상기 손끝효과기를 밀거나 이동이 행해지는 구동수단을 설비한 것이다.

또, 상기 손끝효과기의 자세제어의 회전중심이 상기 손끝효과기와 피가공부재의 접촉점 부근에 두고 있는 것이다.

즉, 검출수단의 검출결과가 소정값에 대해서 변화되지 않도록 손끝효과기의 자세가 자세변화수단에 의해서 변화된다.

또, 손끝효과기가 고정된 방향으로 구동수단에 의해서 피가공부재를 밀거나 이동이 행해진다.

또, 손끝효과기의 자세제어의 회전중심을 손끝효과기와 피가공부재의 접촉부 부근에 두었으므로 이 접촉부 부근을 중심으로 자세가 제어된다.

본 발명의 제5의 특징은 로봇의 손끝부에 부착된 손끝효과기의 피가공부재로의 미는힘을 검출하고 검출된 미는힘이 목표하는 미는힘이 되도록 로봇을 제어하는 힘제어장치이며, 상기 손끝효과기의 이동궤적으로 피가공부재의 형상을 기억하는 피가공부재 형상 기억수단과, 상기 피가공부재의 다듬질 형상을 기억하는 다듬질 형상 기억수단과, 상기 피가공부재 형상 기억수단과 상기 다듬질 형성 기억수단에 기억되어 있는 형상으로 손끝효과기의 목료위치와 목표자세를 연산하는 연산수단을 구비한 것이다.

즉, 피가공부재 형상 기억수단에 손끝효과기의 이동궤적으로 피가공부재의 형상이 기억된다. 또, 피가공부재의 다듬질 형상은 다듬질 형상 기억수단에 기억된다. 이들의 피가공부재 형상 기억수단과 다듬질 형상 기억수단에 기억되어 있는 형상으로 손끝효과기의 목표위치와 목표자세가 연산수단에 의해서 연산된다. 힘제어로봇에 있어서 피가공부재에 가공을 행할 때에 손끝효과기의 미는 방향이나 이동방향, 피가공부재에 대한 자세는 거의 정해져 있는 경우가 많다. 예를들면 디스크 그라인더(앵글 그라인더)에 의한 연삭작업에서는 미는 방향은 피가공부재의 법선방향, 이동방향은 접선방향이고 피가공부재에 대한 손끝효과기의 자세에 대해서는 피치각은 20°~30°, 롤각은 90°이다. 따라서, 작업을 행하는 경우에 주지의 피가공부재에 대해서 상기 제2 및 제3의 특징의 힘제어장치로 로봇의 방향자세의 제어를 행한다.

그러나, 미지의 피가공부재의 형상에 대해서는 방향, 자세들을 결정할 수 없다.

그리하여 상기 제4의 특징의 힘제어장치로 로봇을 제어한다. 즉, 손끝효과기의 미는 방향이나 이동방향을 피가공부재에 의해서 결정하는 것이 아니고, 손끝효과기에 대해서 결정하고 있다. 즉, 손끝효과기에 대해서 상시 일정방향으로 밀고 그 직각방향으로 손끝효과기를 보냄으로써 피가공부재에 추종되게 로봇을 제어한다.

그런데, 상기만으로는 미지의 형상의 피가공부재에 대해서 적극적으로 자세를 변화시켜서 손끝효과기의 피가공부재에 대한 자세를 유지할 수는 없다.

그런데, 상기 제5의 특징의 힘제어장치에 있어서는 예를들면 손끝효과기에 대해서 상시 일정방향으로 밀지만 그 미는 방향이 피가공부재의 법선과 일치되어 있지 않는 경우에 미는 방향의 직각방향으로 손끝효과기를 보낸 경우에 미는힘이나 밀음으로써 생기는 모멘트는 법선과 일치되어 있는 경우에 비해서 크게 변화한다. 역으로 법선과 일치되어 있는 경우에는 미는힘이나 밀음으로써 생기는 모멘트는 별로 변화되지 않는다.

따라서, 이 변화를 검출하여 그 변화가 없어지도록 손끝효과기의 자세를 변화시킴으로써 미는 방향과 피가공부재의 법선과 일치시킬 수 있다.

또, 상시 그 변화가 없어지도록 손끝효과기의 자세를 변화시킬 수 있으면 피가공부재의 형상이 3차원 곡면과 같은 경우에도 피가공부재에 대한 손끝효과기의 자세를 유지할 수 있다. 사전에 피가공부재의 형상을 교시하지 않고 일정한 미는힘으로 자세를 변화시키면서 피가공부재에 추종시킬 수 있다.

또, 미지의 피가공부재를 추종했을때의 데이타를 기억해 놓음으로써 피가공부재의 형성을 인식할 수 있다. 또, 그 피가공부재를 임의의 형상으로 다듬질 할 수 있다.

본 발명의 기타 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부도면을 참조한 다음 실시예 설명으로 명백해질 것이다.

제1도는 본 발명을 실시한 원통 좌표형의 6축 제어로봇의 사시도이다. 제2도는 제1도를 도면기호로 표시한 설명도이다.

도면에서 본 예의 제어로봇(1)은 6축(θ, Z, R, α, γ, β)을 구비하고 있다. 그리고, 그 선단에 위치하는 3축(α, γ, β)는 제어로봇(1)의 자세축으로서 가능하다. 또, 3축(α, γ, β)는 제어로봇(1)의 자세를 제어하기 위한 것이므로 직동축이 아니고 회전축이 선택되어 있다.

또, 본 실시예에서는 이들 3축중의 로봇 손끝의 자세를 제어하는 손끝 자세축(β)의 회전공구(지석)(2)의 회전축과 일치되지 않도록 하는 동시에 손끝 자세축 β의 회전방향과 회전공구(지석)(2)의 피가공물에 대한 미는 방향을 일치시키고, 또한, 6축력 토크센서(3)를 거치도록 그라인더(손끝효과기)(4)를 부착하고 있다.

상세하게는 상기 제어로봇(1)은 원통 좌표형의 기본 3축(α, Z, R)을 갖고, 그 선단에 제1회전축(아암의 회전축) α와 스윙축(γ)와 제2회전축(손끝 자세축)(β)를 갖고 손끝에 위치하는 제2회전축(β)는 그라인더(4)가 공구(2)의 미는 방향을 회전축(β)의 회전방향과 일치시켜서 부착되어 있다. 또 그라인더(4)는 스프링이나 카운터 웨이트등 적의의 수단에 의해서 공구(2)와의 중량적 밸런스가 취해져 있다.

따라서, 그라인더 로봇(1)은 기본 3축(θ, Z, R)의 구동에 의해서 그 선단을 임의의 공간위치로 이동시킬 수 있다. 또, 상기 기본 3축(θ, Z, R)의 동작에 수반되어 그 선단에 부착된 3축(α, γ, β)를 구동함으로써 그라인더(4)를 임의의 위치로 이동시켜 임의의 자세로 보지할 수 있다. 이것만으로 제2의 회전축(β)는 그라인더(4)의 위치 및 자세의 제어를 위한 로봇 제어부재의 일부를 구성하는 것이다.

제3도 및 제4도에 로봇 손끝에 부착한 그라인더(4)의 평면도 및 측면도를 나타냈다.

도시한 바와 같이 그라인더(4)는 β축 둘레에 그라인더 중심점(그라인더(4)이 중량 중심)(0)을 중심으로하여 회전하도록 센서(3)을 거쳐서 β축에 부착되고 지석(2)의 가공점(P)을 피가공물(W)에 대하여 미는 방향이 β축의 회전방향과 일치되도록 그 부착자세가 정해져 있다. 또, 축 β는 지석(2)의 회전축(X)에서 90° 경사지게 배치되어 있다.

제3도 및 제4도에 나타낸 상태로 그라인더 작업을 행할때에 그라인더 중심점(O)은 피가공물(W)의 피가공면과 평행인 이동궤적(L)에 따러서 이동된다. 이때에 그라인더 중심점(O)에서 가공점(O)까지의 거리를 r 라고 하고, β축 둘레의 토크를 T, 피가공물(W)로의 미는힘을 F라고 하면 T=Fㆍr의 관계가 성립된다. 또, 축(β)와 회전축(X)이 다른 축위에 배치되어 있으면 반드시 r이 존재하므로, 상기 T=Fㆍr에 의해서 피가공물(W)로의 가공을 확실하게 행할 수 있게 된다.

제4도에 나타낸 바와 같이 지석(2)가 디스크 그라인더일 경우에는 β축의 회전에 의한 지석(2)의 미는 방향과 피가공물(W)의 수직방향을 완전하게 일치시키는 것을 구성상 곤란하지만 이것은 연산상 용이하게 보정할 수 있으므로 작업 자체에 지장을 초래하는 일은 없다.

제5도는 제1도에 나타낸 제어로봇의 제어장치의 일실시예를 나타낸 블록도이다.

도면에서 본 예의 그라인더 로봇(1)의 제어장치(5)는 교시제어반(6) 및 로봇위치 맞춤장치(7)로 된 로봇 제어장치(8)와, 그라인더 제어장치(9)로 된다.

로봇 제어장치(8)는 교시제어반(6)으로 교시되고 교시데이타 기억부(7A)에 기억된 교시데이타를 사용하여 각축에 대응하는 6개의 서보모터(M_θ, M_Z, M_R, M_α, M_γ, M_β)를 구동하는 구성이다. 각 서보모터에는 각축위치를 검출하기 위한 로터리 엔코더(E)가 부속되어 있다. 속도검출기도 적의 설비된다.

로봇위치 맞춤장치(7)과 제2의 전축(손끝 자세축) β를 구성하는 서보모터(Mβ와의 사이에는 스위치 회로(10)이 설비되어 있다.

한편, 상기 그라인더 제어장치(9)에는 상기 6축력 토크센서(3)와 상기 스위치회로(10)가 접속되어 있다.

상기 스위치회로(10)는 교시시에는 상기 모터(M_β)를 로봇위치 맞춤장치(7)측에 접속하고, 그라인더 제어장치(9)측으로 접속하는 것이다.

따라서, 본 예의 제어장치(5)에서는 교시시에 6축(θ, Z, R, α, γ, β)를 사용하여 통상시와 같은 교시작업을 행할 수 있고, 교시데이타를 기억부(7A)로 기억시켜 재생시킬 수 있다. 또, 그라인더 작업시에는 모터(M_β)를 그라인더 제어장치(9)측으로 절환하여 후술하는 것과 같이 토크제어를 행할 수 있다.

토크제어의 일예를 나타내면 6축력 토크센서(3)의 검출치중 소요성분을 사용하여 모터(M_β)의 전류제어를 행함으로써 제4도에 나타낸 상태로 β축 둘레의 토크(T)를 일정 토크로 하는 방법이 있다. 그러나, 일정 토크만의 제어로는 충분한 가공정도를 얻을 수 있는 것은 아니므로 가공점(P)의 예정 위치에 대한 편차거리에 비례한 토크를 발생하는 콤플 라이언스 제어를 행하여도 좋다.

또, 위치의 임계치를 갖추고 임계치내에서는 일정 토크로 하고, 이 임계치를 초과한 경우에 한해서 상기의 콤플 라이언스 제어로 이행시키도록 해도 좋다. 또다른 하이브리드 제어를 행하도록 해도 좋다.

제6도는 제1도에 나타낸 제어로봇에 있어서의 거스러미(bur)따기 또는 모따기 작업의 설명도이다.

도시한 바와 같이 거스러미따기 또는 모따기 작업은 지석(2)을 이 작업에 적합한 형상의 지석(2A)과 교환함으로써 용이하게 대응할 수 있다. 도시한 예에서는 지석(2A)은 작은 원통형상으로 만들고 역시 회전축(X)을 중심으로 회전하고 원통면을 가공할 피가공물(W)의 모서리부에 닿게 하도록 되어 있다.

도시한 것과 같은 지석(2A)을 사용하면 β축의 회전에 의한 지석(2A)의 미는 방향과 피가공물(W)로 밀방향을 거의 일치시킬 수 있다. 또, 축 β와 회전축(X)이 다르게 배치할 수 있다. 또, 이 도면에서 지석(2A)의 진행방향은 지면에 대해서 수직방향으로 되어 있다.

또, 제7도에 나타낸 바와 같이 피작업물(W)의 가공면이 곡면인 경우에는 그라인더 중심점(O)이 곡면에 다른 궤적(L)위를 이동하도록 로봇 제어장치(8)를 작동시키고 β축을 상기와 같이 토크 제어하면 된다.

또, 제8도에 나타낸 바와 같이 피가공물(W)를 임의의 형상으로 연삭하려는 경우에는 공구기준점(O)이 지나가는 궤적을 목적형상을 평행 이동시킨 궤적(600)으로 하고, 또 그라인더(4)가 피가공물(W)에 대하여 목적하는 자세가 되도록 β축을 제외한 다른 축을 위치 및 속도제어하고 β축에 대해서는 자세를 정하는 각도에 대해서 예를들면 콤플 라이언스 제어를 행함으로써 피가공물(W)을 임의의 형상으로 다듬질 할 수 있다. 또는 자세를 정하는 각도에 대해서 어느 각도가 될때까지는 토크제어를 행하고 그후에는 피가공물(W)을 필요이상 연삭하지 않게 위치제어를 행하고 각도에 의해서 위치제어와 토크제어의 절환을 행하게 하여도 된다.

이상, 제1실시예의 그라인더 로봇에서는 토크제어를 행하고 있는 축은 선단의 1축 분만으로 자세에 따라서 제어축, 즉 β축의 관성이나 강성은 바뀌지 않으므로 상시 동일 조건으로 토크제어할 수 있다. 또, β축은 손끝 자세축이고 기본 3축등과 비교하여도 관성은 작고 고유진동수도 높기 때문에 응답성이 좋아져 위치 및 속도제어하고 있는 다른축이 다소 진동적이라도 피가공물에 대해서 충분히 추종시킬 수 있다. 따라서 그라인더 작업을 행한 경우에도 정도 좋은 작업이 가능하게 된다.

또, 모든 제어축이나 많은 제어축에 대해서 힘제어나 콤플 라이언스 제어를 행하는 경우에 비해서 1축분뿐이므로 고도한 제어를 행한 경우에도 복잡, 대량의 계산을 필요로 하지 않고, 계산량도 대폭으로 감소시킬 수 있다.

상기 제1실시예에서는 토크센서로서 6축력 토크센서(3)를 사용하였으나 가공방향외로 과대한 힘이 가해지는 가능성이 거의 없는 경우에는 β축의 토크만을 검출하는 토크센서를 구비하면 된다. 이 경우에 1축분 센서이기 때문에 손끝부를 소형화 할 수 있는 동시에 관절내에 수납할 수도 충분히 가능하다. 원가도 대폭으로 저하시킬 수 있다.

또, 본 제1실시예에서는 β축과 그라인더(4)와의 사이에 발명을 적용시킨 경우를 설명하였으나 α축과 그라인더(4) 또는 γ축과 그라인더(4)와의 사이에 같은 구성을 적용시킬 수동 있다.

또, 상기 실시예에서는 가공시의 토크를 토크 센서로 직접적으로 검출했으나 그라인더(4)의 전류치, 지석(2)의 회전수 또는 회전축의 구동 모터의 전류치등에 의해서도 간접적으로 토크치를 검출할 수도 있다.

또, 상기 실시예에서는 기본 3축(θ, Z, R)을 갖는 원통 좌표형 로봇에 대해서의 적용예를 나타내고 있으나, 특히 그럴 필요는 없고, 직교좌표형, 극좌표형, 다관절형의 로봇으로 적용시킬 수도 있다.

이상과 같이 본 제1실시예에 의하면 구조가 간단하고 제어용이하고 복잡한 그라인드 작업이라도 정도 좋게 행할 수 있다.

다음에 본 발명에 의한 힘제어로봇의 제2실시예에 대해서 설명하겠다.

제9도는 제2실시예의 힘제어로봇(21)을 나타내고 있다. 이 힘제어로봇(21)은 6축을 갖고 있다. 이 힘제어로봇(21)의 손끝부(23)에는 손끝효과기로서 그라인더(25)가 부착되어 있다. 이 그라인더(25)는 피가공부재인 피가공물(27)(제10도 참조)을 연삭 가공한다.

이 힘제어로봇(21)의 아암(29)의 단부와 그라인더(25)의 사이에는 6출력 센서(31)가 배치되어 있고, 이 6출력 센서(31)과 그라인더(25)와의 사이에는 그라인더(25)의 고주파의 진동을 차단하기 위한 고무 댐퍼(33)가 배치되어 있다. :

제10도에 나타낸 것과 같이, 손끝부(23)의 그라인더(25)는 원판상 지석(35)을 모터(37)로 회전시켜 피작업물(27)의 표면을 연삭한다. 이 지석은 피가공물(27)의 표면에 대해서 소정 각도로 경사되어 이 피가공물(27)의 표면 위를 이동한다. 또, 제10도에 있어서, 피가공물(27)의 표면에 따른 좌표계 Σ_C(피작업물(27)의 법선방향(Z_C), 그라인더 이송방향(X_C), 그라인더 횡방향(Y_C)) 센서 좌표계들 (Σ_C, Σ_S)를 그라인더의 중력 중심에 평행 이동시킨 그라인더 좌표계들(Σ_G)를 설정한다. 또, 제10도에서 O_G는 그라인더(25)의 중력중심을 나타내고 지석과 피가공물 표면과의 맞닿는 부분으로부터 중력중심(O_G)까지의 거리를 r라고 한다.

피가공물(27)의 표면에 그라인더 작업하는 경우에는 일반적으로 피가공물(27)에 대해서 법선(Z_C)방향으로 민다. 또, 피가공물(27)에 대해서 그라인더(25)는 일정한 접촉각을 보지하면선 작업을 행한다.

따라서, 그라인더(25)의 미는 반력(F_CZ)와 센서(31)에 의해서 검출되는 중심(O_C) 둘레(이 경우 Y_G)의 모멘트(M_GY) 및 그라인더(25)의 중력중심(O_C)에서 F_CZ까지의 수직거리(r)와의 관계는

M_GY=F_CZ×r………………………………………………(2)

로 된다. 식(2)로 중력중심(OG) 둘레의 모멘트(M_GY)를 검출함으로써 그라인더(25)의 피가공물(27)로의 미는힘의 반력(F_CZ)를 계측할 수 있다.

다음에 힘제어 로봇(21)에 제어되는 힘제어장치(39)에 대해서 설명하겠다. 제12도는 힘제어 장치(39)의 구성을 나타낸 블록도이다.

힘제어장치(39)는 컴퓨터(41)에서 그라인더(25)의 피작업물(27)로의 목표하는 미는 힘이 입력도어서 이 목표 미는 힘을 후술하는 구동용 좌표변환기로 출력하는 목표하는 미는 힘 출력부(43)과 조이스틱 등의 조작부(45)로부터 목표위치가 입력되어서 이 목표자세위치를 출력하는 목표자세 위치출력부(51)이 설비되어 있다.

또, 힘제어장치(39)에는 목표 미는힘 출력부(43)으로부터 목표하는 미는 출력신호가 입력되고, 목표위치 출력부(47)로부터 목표위치신호가 입력되고, 목표자세 위치출력부(51)로부터는 목표자세 위치신호와 각각 입력되어서 목표각도(θ_id)가 서보 드라이브, 모터로 출력되는 좌변변환기(53)가 설비되었다.

또, 6출력 센서(31)에 의해서 검출된 6축방향의 힘신호로부터 그라인더(25)의 중력 중심둘레의 모멘트를 구하고 또 중력 중심둘레의 모멘트로부터 소정의 미는 힘이 추력되는 좌표변환기(55)가 설비되어 있다.

그라인더(25)의 중력중심둘레의 모멘트를 검출하기 위하여는 6출력센서(31)의 원점(O_S)와 그라인더(25)의 중력중심(O_G)와의 각축방향의 오프세트와 센서에 의해서 검출할 수 있는 각축 방향의 힘과 각축 둘레의 모멘트를 사용하여 좌표변환기(55)에 의해서 좌표변환함으로써 센서의 원점을 외관상 그라인더의 중력중심으로 이동시킬 수 있다. 이경우에 중력중심(O_G) 둘레의 모메트(M_GY)는 M_SY, F_SZ, F_SX, Z_GS, X_GS에 의해서

M_GY=M_SY+F_SZㆍX_GS-F_SXㆍZ_GS………………………………………………(3)

로 표시된다. 또, M_SY, F_SZ, F_SX는 센서좌표계에서의 Y축 둘레의 모멘트, Z, X방향의 힘, Z_GS, X_GS는 센서 원점과 그라인더(25)의 중력중심(O_G)의 각축 방향의 거리를 나타내고 있다. 또, 부호도 좌표계를 취하는 방법에 따라서 변화된다.

또, 다른 축 둘레의 모멘도 마찬가지로 행하여

M_GX=M_SX+F_SYㆍZ_GS-F_SZㆍY_GS…………………………………(4)

M_GZ=M_SZ+F_SXㆍY_GS-F_SYㆍX_GS…………………………………(5)

에 의해서 구할 수 있다.

피가공물(27)의 법선 방향에 일정한 미는 힘으로 밀고 피가공물(27)의 표면을 균일하게 연마하는 경우에 그라인더(25)는 피가공물(27)의 법선방향으로 일정한 힘으로 밀고 표면에 따른 방향으로 이동시키면 된다.

피가공물(27)의 표면에 따른 피가공물 좌표계(Σ_C)를 설정하고, 힘 토크 센서에 의해서 검출된 피가공물(27)의 법선방향의 미는힘(F_CZ)의 목표하는 미는힘 출력부(43)에서 출력된 목표하는 미는 힘(F_czd)이 되게 Z_C방향으로 목표위치(Z_cd)를 부여한다. 즉,

Z_cd(n)=Kf(F_czd-F_cz)+Z_cd(n-1)…………………………………(6)

로 표시된다. 또, Z_cd(n-1)는 1샘플링전의 목표위치이다. 당연히 여기서의 F_cz는 그라인더(25)의 중력중심(O_G) 둘레의 작용하는 모멘트로부터 검출하고 있다.

피가공물(27)의 따른 방향(X_C, Y_C)에 대해서는 조이스틱이나 계산에 의해서 또 그라인더의 자세(α_C, β_C, γ_C)에 대해서는 피가공물(27)의 표면에 일정한 각도를 보지하도록 목표위치를 부여한다.

따라서 검출되는 미는 힘이 목표하는 미는 힘에 미치지 못할 경우에는 피가공물(27)쪽으로 더 목표 위치가 주어져 목표하는 미는 힘이 되도록까지 피가공물쪽으로 밀게된다.

이러는 동안 다른 방향에 대해서는 위치제어가 행해지고 있고, 그라인더(25)는 미는 방향으로 병진 이동된다.

피가공물(27)의 표면에 따른 목표위치(X_cd, Y_cd)를 고정시키고 있는 경우에는 위치를 보지한 상태에서 밀 수 있다. 또, 차례로 적당하게 계산기나 조이스틱에 의해서 목표위치(X_cd, Y_cd)를 부여함으로써 피가공물(27)의 표면에 임의의 이송속도로 그라인더(25)를 진행시킬 수 있다.

또, 그라인더(25)의 자세의 목표치 α_cd, β_cd, γ_cd에 대해서는 피가공물에 대해서 일정하게 보지되도록 목표 위치를 부여한다. 평탄이면 α_cd, β_cd, γ_cd는 일정하고 곡면의 경우에는 그 곡면에 따른 α_cd, β_cd, γ_cd를 변화 시킨다.

예를 들면, 메뉴얼로의 그라인더 작업시에는 조이스틱의 좌표축을 피가공물 표면에 따른 피가공물의 좌표계에 대응시킴으로써 여러가지 경사에 대해서도 조이스틱의 2차원적인 조작만으로 피가공물에 대해서 일정한 힘으로 밀면서 작업을 행할수 있다.

또, 자동연삭시에는 피가공물(27)의 표면 위의 궤도(X_c, Y_c)를 작성해놓음으로써 자동적으로 임의의 영역을 연삭할 수 있다.

다음에 본 제2실시예의 작용에 대해서 설명하겠다. 컴퓨터(41)에서 목표하는 미는 힘이 목표 미는 힘 출력부(43)로 출력된다. 목표 미는 힘 출력부에서 출력된 목표하는 미는 힘(F_czd)은 가산기에 의해서 좌표변환기(55)에서 출력되는 미는 힘에 의해서 좌표변환기(55)에서 출력되는 미는 힘의 반력(F_cz)과 비교된다. 이때에 반력(F_cz)와 모표하는 미는 힘(F_czd)에 차가 있는 경우에는 이 차를 없애도록 목표위치(Z_cd)를 변화 시킨다.

이 경우에 좌표변환기(55)내에는 5축력 센서(31)로부터의 출력, 즉 검출된 중력중심(O_G) 둘레의 모멘트가 입력된다. 이 중력 중심(O_G) 둘레의 모멘트를 검출하기 위해서는 6축력 센서(31)의 원점(O_S)와 그라인더(25)의 중력중심과의 각축방향의 오프세트와 6축력 센서(31)에 의해서 검출되는 각 축방향의 힘과 각축둘레의 모멘트를 사용하여 상술한 식(3)~(5)에 의해서 좌표변환한다. 이에 의해서 6축력 센서(31)의 원점을 외관상 그라인더(25)의 중력중심(O_G)로 이동시킬 수 있다.

이와 같이 그라인더(25)를 피가공물(27)로의 목표하는 미는 힘으로 밀어 가공하도록 미는 힘이 구동용 좌표변환기(53)으로 출력된다. 이 목표하는 힘에 준하여 서보드라이브가 도시하지 않는 관절 구동기구의 모터를 작동시켜 그라인더(25)를 피가공물(27)로 민다.

따라서, 그라인더(25)의 파가공물(27)로의 미는 힘을 목표하는 미는 힘으로 밀 수 있고, 힘 제어등의 응답성을 향상시킬 수 있다. 또, 그라인더(25)에 의한 피가공물(27)의 가공정도를 향상시킬 수 있다.

본 제2실시예의 실험결과에 대해서 제16도 및 제17도를 사용하여 설명하겠다. 힘의 검출방법이 다름에 의한 관성력의 검출의 영향을 조사했다.

제16도는 제10도에 나타낸 힘 제어로봇을 사용하여 비접촉상태로 단지 상하축의 속도입력에 스텝입력을 부여했을 때의 6출력 센서(31)에 의해서 검출한 미는 힘 방향의 반력(F_cz)을 나타낸 도면이다.

이때문에 비접촉이므로 그라인더(25)에는 미는 힘은 작용하지 않으나 상하방향의 속도 스텝입력에 의해서 그라인더(25)의 관성력이 생겨있다. 제16도는 상하축 방향으로 작용하는 힘을 그대로 검출한 경우이다. 당연히 이 경우에는 상하축 방향의 힘을 그대로 검출하고 있으므로 속도 스텝 입력에 의해서 그라인더(25)의 관성력을 검출해 버리고 있다.

실제로는 그라인더 작업의 경우에는 1~2㎏ 정도의 미는 힘을 제어하려고 하고있는데 대해서 훨씬 큰 관성력을 검출해버리고 있다.

제17도는 센서의 원점 둘레에 작용하는 모멘트로부터 미는 힘을 검출한 경우이다. 이 경우에는 제17도에 나타낸 바와 같이 센서의 원점(O_S)와 그라인더의 중심(O_G)는 엇갈려있으므로 이 엇갈림에 의해서 생기는 회전관성력을 약간 검출하고 있으나 제16도에 비해서 관성력의 영향은 적다.

또, 본 제2실시예에 의하면 제18도에 나타낸 바와 같이 센서의 원점과 그라인더(25)의 중력중심을 일치시키고 있으므로 관성력의 영향을 받고있지 않다.

제18도는 후술하는 바와 같은 카운터 웨이트(37)(제13도 참조)를 사용하지 않고 그라인더(5)의 중력 중심(O_G) 둘레의 모멘트를 식(3)에 의해서 검출한 결과이다. 이 경우에는 관성력의 영향은 받지않고 있으나 카운터웨이트를 부착하고있지 않으므로, 그라인더부의 중량이 대폭으로 가볍다.

제20도와 제21도는 제16도와 제18도의 경우의 검출방법으로 미는 힘을 검출하고 그 미는 힘이 목표하는 미는 힘이 되도록 중력중심을 병진 이동시킴으로써 힘 제어를 행하여 그라인더 작업을 행한 결과이다. 하방향으로 1㎏으로 밀도록 비접촉상태로부터 접촉하여 1㎏이 되도록까지의 미는 힘을 비교한 도면이다. 모두가 발진하지 않는 정도까지 힘의 게인을 올렸으나 약 10배 정도 제21도 쪽이 높다. 명백하게 제21도 쪽이 응답성이 좋은 것을 알 수 있다. 제20도 정도의 응답성에서는 연삭면이 조금이라도 경사져있으면 그 면에 대해서 충분히 추종할 수 없다. 역으로 제21도 정도의 응답성이 있으면 연삭면이 다소 경사져 있어도 충분히 추종할 수 있다.

다음에 제13a도 및 제13b도는 사용하여 본 발명에 따른 제2실시예의 제1변형예에 대해서 설명하겠다. 이 제1변형예는 손끝부(23)의 그라인더(25)에 카운터웨이트(57)를 부착하여 Z_S축과 Z_G축을 일치시켜서 그라인더(25)의 중력중심(O_G) 둘레의 모멘트(M_GZ)를 직접 검출하는 예이다. 또는 카운터 웨이트를 부착하지 않고 직접 그라인더(25)의 중력 중심(O_G)이 Z_S축과 일치되도록 고착시켜도 좋다.

즉, 상술한 제2실시예에서는 그라인더(25)의 중력 중심위치는 제10도에 나타낸 바와 같이 Z_S축 방향에 대해서 지석측에 위치하고 있다. 이 때문에 Z_S축으로부터 모터(37)의 후부측에 카운터웨이트(57)을 부착함으로써 그라인더(25)의 중력중심은 모터(37)의 후부측으로 이동되고 카운터웨이트(57)의 중량을 적당한 무게로 설정함으로써 Z_S축과 Z_G축을 동축으로 할 수 있다.

본 제1변형예에 의하면 그라인더(25)의 피가공물(27)로의 미는 힘의 반력의 방향으로서 F_cz를 고려하고 있으므로 이방향의 그라인더의 중력 중심 둘레의 모멘트(M_GZ)가 검출되면 된다. 이 때문에 1축만 일치시키고 있다.

다른 경우에 복수의 축둘레의 모멘트가 생기는 경우에는 1축만이 아니고 원점을 완전히 일치시키지 않으면 안될 경우도 있다.

이와 같이 센서좌표계의 축과 그라인더(25)좌표계의 축을 카운터웨이터(57)이나 그 부착위치의 조정에 의해서 일치시킬 수 있으면 직접 그라인더(25)의 중력중심 둘레의 모멘트를 검출할 수 있다.

이 경우에 일반적인 6출력 센서의 경우에는 그라인더(25)의 부착방법이 한정되든지 카운터웨이트에 의해서 중량이 증가되지만 센서 원점의 평행 이동등의 좌표변환의 연산이 불필요하게 된다.

이상과 같이 본 제1변형예에 있어서도 그라인더(25)의 중력중심 둘레의 모멘트를 계측하고 있으므로 임의의 미는 힘으로 하기 위하여 힘제어에 의해서 미는 방향으로 구동했다하더라도 그라인더(25)의 이송에 의한 관성력이나 아암의 진동에 의한 관성력 등도 검출하는 일은 없다.

또, 아암의 진동은 그라인더(25)에 대해서 병진 방향으로 진동하고 그라인더(25)에 대해서 회전 방향으로는 거의 진동하지 않는다. 따라서 아암의 진동에 의해서 그라인더의 중력중심 둘레의 모멘트가 진동하는 일은 거의 없다.

따라서, 그라인더(25)의 미는 힘을 정도좋게 검출할 수 있고 제어응답성을 향상시킬 수 있다.

다음에 제19도를 참조하여 본 제1변형예의 실험결과에 대해서 설명하겠다.

제19도는 센서의 원점(O_S) 둘레에 카운터 웨이트(57)로 밸런스시킨 경우이고 관성력의 영향을 거의 받고 있지 않는 것이 확인된다.

다음에, 상기 제2실시예의 제2변형예에 대해서 제14a도 내지 제14c도를 사용하여 설명하겠다. 제2실시예의 제2변형예는 상기 제2실시예, 제1변형예가 연삭작업(그라인더 작업)의 예인 것에 대해서 평판을 절단하는 예이다.

제14b도에 나타낸 바와 같이 손끝부(23)의 그라인더(25)의 지석(35)은 평판(59)을 절단한다. 이 절단을 할때에는 그라인더(25)의 절삭 깊이나 이송방향 등에 따라서 다르나 그라인더(25)로 절단 할때에 그라인더(25)의 지석(35)은 반력으로서 힘 F가 부여된다. 이 힘 F는 평판(59)의 두께 방향의 분력(F_X), 평판(59)의 면방향의 분력(F_GX)로 분압시킬 수 있다.

그라인더(25)의 중력 중심으로부터 지석의 수직거리(r)는 상기 일정하므로 이것을 사용하여 그라인더(25)의 X_G, Y_G, 둘레의 모멘트에 의해서 미는 힘을 구할 수 있다.

반력 F는

에 의해서 계산할 수 있다. 이 경우에도 관성력의 영향을 받지않으므로 연삭의 경우와 같은 제어응답이 향상된다.

적용예로서 상기 각 예에서는 원통 좌표형 로봇에 대해서 나타냈으나 특히 이 로봇에 한정되지 않고 직교 좌표형, 극좌표형, 다관절좌표형, 로봇에 본 발명을 적용시킬 수 있다.

또, 상기 각 예에서는 미는 힘 검출용 센서로서 6축력 센서를 사용했으나 이에 한정되지 않고, 필요한 방향의 힘을 검출할 수 있으며 한쪽 방향만 검출하는 힘 센서라도 좋다.

이에 의해서 소형화, 저원가화가 가능하다. 6축력 센서의 경우에는 미는 방향 이외에 과대한 힘이 가해진 경우에는 바상정지 등의 처리가 가능하게 된다.

다음에 제15a도 및 제15b도를 사용하여 상기 제2실시예의 제3변형예에 대해서 설명하겠다. 본 제3변형예는 그립퍼 등에 작용되는 힘을 본 발명을 적용시켜 검출하는 예이다.

그립퍼부에 작용하는 힘(F_GX, F_GY, F_GZ)은 그립퍼부의 작용점(P)에서 센서 원점까지의 거리(X_GP, Y_GP, Z_GP)와, 그립퍼의 중력중심 둘레에 작용하는 모멘트(M_GX, M_GY, M_GZ)와 1방향의 힘의 성분, 예를 들면 F_GZ등을 알고있으면 다음식(8)~식(10)을 풀음으로써 검출할 수 있다.

그립퍼에 작용하는 힘의 각축방향의 성분(F_GX, F_GY, F_GZ)와 그립퍼의 중력중심둘레의 모멘트(M_GX, M_GY, M_GZ)와 그립퍼에 작용하는 힘으 중력중심까지의 각축방향의 수직거리(X_GP, Y_GP, Z_GP)와 관계식은

M_GX=F_GZㆍY_GP-F_GYㆍZ_GP………………………………………………(8)

M_GY=F_GXㆍZ_GP-F_GZㆍX_GP………………………………………………(9)

M_GZ=F_GYㆍY_GP-F_GXㆍZ_GP………………………………………………(10)

이므로, 이들식에서 병진방향으로 작용하는 힘(F_GX, F_GY, F_GZ) 등을 M_GX, M_GZ, M_GY, X_GP, Y_GP, Z_GP등으로 구할 수 있다. 그러나, 전방향의 힘(F_GX, F_GY, F_G4)_XM_GX, M_GZ, M_GY, X_GP, Y_GP, Z_GP로만 구할 수 없으나, 어떤 조건이 있는 경우나 1축방향에 대해서는 직접 축방향의 힘을 사용한 경우에는 구할 수 있다.

이 경우에 1방향(예를 들면 F_GZ)에 대해서는 축방향의 작용력을 검출하고 있으므로 그 방향의 힘에 대해서는 관성력의 영향을 소거할 수는 없다.

그러나, 로봇 아암의 경우에 비교적 아암의 진동이 용이한 방향이 정해져있는 경우가 많으므로 아암의 진동이 어려운 방향에 대해서는 직접 그 축방향의 힘을 검출하여 다른 방향의 힘에 대해서는 그립퍼의 중력중심둘레에 작용하는 모멘트에 의해서 검출함으로써 관성력의 영향을 극력 제거한 형으로 그립퍼에 작용하는 힘을 검출할 수 있다.

또, 직접 검출하는 방향은 아암의 자세 등에 의해서 그 자세마다에 가장 영향이 적은 방향을 선택함으로써 관성력이 적은 검출이 가능하다. 당연히 그립퍼의 중력중심으로 센서원점을 평행 이동시킬 뿐만 아니라 적당히 좌표축을 회전시키는 것등도 필요에 따라서 행하는 것이 좋다.

다음에 상기 제2실시예의 제4변형예에 대해서 설명하겠다. 본 제4변형예는 제9도~제11도에 나타내는힘 제어로봇으로 미지형상의 피가공물(27)을 가공할 때에 제어하기 위한 제22도에 나타낸 바와 같이 힘제어장치(61)을 설치하여 구성했다.

또, 상술한 제10도는 제24도를 사용하여 보다 상세히 설명한다. 여기서 제24도에 나타낸 바와 같이 각종 파라메타를 정의한다. 즉 그라인더 좌표계(ΣG)를 Y_G축 둘레에 ψ_GW도 회전시킨 좌표계(ΣW)를 설정한다. 센서좌표계(Σ_S)는 센서에 Σ_G, Σ_W는 그라인더(25)에 각각 고정된 좌표계이다. 또, O_G는 그라인더(25)의 중력중심을 나타낸다. 또, θ_CG를 그라인더(25)의 피가공물(27)에 대한 피치각이라고 한다. 또, 제11도에서 베이스 고정부에 절대 좌표계(ΣO)를 설정한다.

또, Z_W를 그라인더(25)의 피가공물(27)로의 미는 방향, X_W를 그라이더(25)의 전후 진행방향, Y_W를 그라인더(25)의 횡이송방향이아고 한다. 즉, 그라인더(25)의 자세에 의해서 각각의 방향이 결정된다. 따라서, Z_W와, Z_C가 형행이면 그라인더(25)는 피가공물(27)의 법선방향에 지석(35)를 밀 수 있다. 또 X_W,Y_W방향으로 그라인더(25)를 이동시킴으로써, 피가공물(27)의 접선방향으로 이동시킬 수 있다. ψ_CW는 피가공물(27)에 대한 그라인더(25)의 목표피치각이 된다.

또, 연산작업시에 6축력 센서(31)의 검출치의 변화를 검출하여 상기 Z_W와 Z_C가 형행이 되도록 그라인더(25)의 자세를 변화시킬 수 있으며 미지의 평면이나 곡면의 피가공물에 대해서 상기 피가공물(27)에 대한 소정의 자세를 보지한 상태로 또한 임의의 미는 힘으로 연산작업을 할 수 있다.

제22도에 나타낸 바와 같이 힘 제어장치(61)는 호스트 컴퓨터(63)로 그라인더(25)의 목표 모멘트(M_GXd), 목표 미는 힘(F_WZd), 목표 요각(ψ_b), 竹정량 ΔX_WD, ΔY_Wd(ΔX_Wd, ΔY_Wd, ψ_Gd는 메뉴얼 조작에서는 조이스틱 등의 조작부에서)가 입력된다.

또, 6축력 센서(31)의 검출치를 힘센서좌표변환기(65)에 의해서 그라인더(25)의 중력 중심(O_C)로 좌표변환한다. 다음에 횡이송시 진행, 정지시에 따라서 F_WZ또는 M_GX로 목표 롤각(θ_Gd)를 계산 한다. 다음에 F_WZ로 그라인더 목표피치각 θ_Gd를 계산한다, 또, 적분항은 도시하지 않았다. 이상의 목표 롤각(θ_Gd), 목표피치각 (θ_Gd)및 사전에 설정하고있는 목표요각(θ_Gd)로 그라인더 자세 좌표변환기(65)에 의해서 예를 들면 힘제어로봇(21)의 베이스에 고정된 절대좌표계에서 오이러 각 표시되는 목표자세 α_od, B_od, γ_od를 계산한다.

구체적으로는 1회의 조표변환으로 동시에 목표롤각, 피치각 등을 작성할 수 없으므로, 예를 들면 우선 롤방향의 수정만을 고려한 목표자세를 작성하고 그것에 대해서 피치방향의 수정을 고려한 목표자세를 작성함으로써 롤 방항, 피치방향의 수정을 고려한 목표자세를 작성하고 있다(필요에 따라서 요방향의 수정을 고려한다).

또, F_WZ로 미는 방향의 목표수정량 ΔZ_wd를 계산하고 목표수정량(ΔZ_wd)및 사전에 설정되어 있는 진행방향, 횡방향의 목표수정량(ΔX_wd, Δ_wd)로 목표자세(α_od, Y_od, Z_od)에 의해서 결정되는 그라인더위치좌표변환기(69)를 사용하여 절대좌표계로 표시되는 목표위치(X_od, Y_od, Z_od)를 계산한다.

또, 상기와 같이 계산된 절대좌표계로 표시되는 목표위치, 자세(X_od, Y_od, Z_od, α_od, β_od, γ_od)를 구동용 좌표 변환기(71)에 의해서 1~6측의 각 관절축의 목표각도를 계산한다. 그리하여 위치, 속도 루프에 의해서 구성된 각축을 구동시킨다.

다음에 상기 힘제어 로봇(21)을 힘제어장치(61)로 제어하는 제어방법에 대해서 설명하겠다.

우선 미는 방향(Z_w)을 제어하기 위해서는 제2실시예의 식(2) 내지 식(5)에 의해서 각축둘레의 모멘트를 구한다. 그리고 식(2)에 의해서 계산되는 피가공물에 대한 미는 힘의 반력(F_wz)이 목표의 미는 힘(F_wzd)이 되도록 제어를 행하게 된다.

반력(F_wz)이 목표하는 미는 힘(F_wzd)이 되도록 그라인더(25)의 미는 방향의 목표위치를 수정한다. 미는 방향의 수정량(ΔZ_wd)는 다음식으로 부여한다.

ΔZ_wd=Kf_z(F_wzd-F_wz)………………………………………………(11)

여기서 Kf_z는 힘게인이다. 1샘플마다 식(11)에 의해서 Z_W방향의 목표위치가 수정된다. 예를들면 목표하는 힘에 대해서 검출한 힘이 작을 경우에 피가공물(27)의 목표위치는 미는 방향으로 수정된다.

다음에 그라인더(25)의 전후 진행방향(X_w) 및 횡이송방향(Y_w)을 제어하려면 그라인더(25)의 전후 진행방향 및 횡이송방향 Y_w의 1샘플링마다의 목표수정량(ΔX_wd,ΔY_wd), 예를들면 계산기에 의해서 사전에 그라인더(25)의 피가공물(27)위의 이동방법을 작성해 놓음으로써 피가공물의 임의의 영역을 자동적으로 연삭해 놓을 수 있다.

또는 조이스틱으로 부여함으로써 메뉴얼에 의한 그라인더 작업이 가능하다.

상술한 미는 방향, 진행 방향, 횡이송방향의 수정량, 이동량, (ΔX_wd, ΔY_wd, ΔZ_wd)을 이하에 나타낸 그라인더(25)의 목표자세를 사용하여 좌표 변화하고 그라인더(25)의 목표위치를 작성한다.

다음에 그라인더(25)의 자세의 제어방법에 대해서 설명하겠다. 우선 그라인더(25)의 피치방향(ψ_G; Y_G축둘레)의 제어방법에 대해서 설명하겠다.

피가공물(27)에 대한 그라인더(25)의 피치각(ψ_CG)이 ψ_GW와 일치되어 있는 상태로 그라인더(25)를 이동시킨 경우에는 식(11)에 의해서 제어하고 있는 미는 힘에 오차는 거의 생기지 않는다.

그러나, 제24도에 나타낸 바와 같이 ψ_CG가 ψ_GW도다도 큰 상태로 그라인더(25)를 전진(-X_W방향)시킨 경우에 그라인더(25)는 미는 방향(도시한 화살표 방향)으로 진행하려고 하므로 미는 힘이 증가된다. 일정속도로 이송한 경우등에는 미는 힘(F_WZ)는 목표하는 미는 힘(F_wzd)에 대해서 정상적으로 오차를 포함한 상태로 된다.

역으로 ψ_CG가 ψ_GW보다도 작은 상태로 그라인더를 전진(-X_W방향)시킨 경우에 그라인더(25)는 떨어지려는 방향으로 진행하려고 하므로 미는 힘이 감소된다. 또, 그라인더를 후진시키는 경우에는 역으로 된다.

따라서, 미는 힘(F_wz)이 목표하는 미는 힘(F_wzd)이 되도록 그라인더(25)의 피치각(ψ_G)을 변화시킴으로써 그라인더(25)의 피가공물(27)에 대한 피치각을 상기 ψ_GW로 보지할 수 있다.

즉, 식(11)과 같이

_Gd(n)=K_f(F_wzd-F_wz)+ψ_Gd(n-1)……………………………………(12)

로 표시된다. 또, K_f는 게인,ψ_cd(n-1)는 1심플링전의 목표피치각이다.

또, 중력중심(O_G)을 고정시킨 상태에서 Y_G축 둘레에 회전시키면 자세의 변화에 의해서 미는 힘을 변화시키게 되므로, 피치방향의 회전은 지석 선단부, 즉 지석(35)와 피가공물(27)의 접촉점 부근을 중심으로 회전시킨다.

따라서, 식(11)에 의 해서 피가공물(7)에 대한 피치각은 변화되지만 미는 방향의 제어에 악영향을 주는 일은 없다.

실제로는 그라인더는 전진, 후진하므로 반드시 접촉점을 중심으로 회전시킨 경우에만 가장 원활하게 곡면을 추종한다고는 할 수 없다. 전진시에는 접촉점에 대해서 그라인더측, 후진시에는 역으로 접촉점에서 앞쪽을 회전중심으로 하는 쪽이 원활하게 곡면에 추종시킬 수 있다. 필요에 따라서 적의 변화시킨다.

평면등을 연삭하는 경우에는 식(11)에 의해서 최종적으로 피가공물과의 피치각(ψ_cg)를 ψ_GW로 할 수 있으나 게인(K_f)을 올릴 수 없고, 추종성이 나쁘고, 곡면등에 대응할 수 없는 등에는 제1항에 비례제어할 뿐만 아니라 적분항을 가하여 식(11)을

_GW(n)=K_f(F_wzd-F_wd)+K_f1

(F_wzd-F_wd)+ψ_Gd(n-1)…………………………(13)

으로 함으로써, 추종성을 향상시켜도 좋다. 기본적으로는 피치각(ψ_CG)을 ψ_GW로 하도록 제어하면 된다.

식(12) 또는 식(13)에서는 원호상의 곡면이나 연속적으로 곡율이 변화하는 곡면에 대해서도 그라인더가 전후방향으로 진행중일때에는 상기 피가공물(27)과의 피치각(ψ_CG)를 ψ_GW가 되도록 제어되고 있으므로 추종시킬 수 있다.

또, 전진의 경우와 후진의 경우에는 회전시킬 방향이 다르므로 식(12) 또는 식(13)에서의 부호는 적의 바꿀 필요가 있다.

상기 피치각의 제어방법과 전술한 그라인더(25)의 미는 방향, 전후 진행방향의 제어방법을 조합시킴으로써 예를들면 제25도에 나타낸 것같은 곡면을 곡율의 변화등을 사전에 교시하지 않고, 도면중 A방향으로 연삭할 수 있다. 단, 그라인더(25)의 피가공물에 대한 롤각이나 요각을 부여하기 때문에 곡면의 경사각은 사전에 필요하다.

다음에 그라인더(25)의 롤방향(θ축 : X_G축 둘레)의 제어방법에 대해서 설명하겠다.

그라인더(25)를 횡방향, 즉 Y_W방향으로 이동시킬때에는 전술한 피치방향의 제어와 똑같이 생각할 수 있다. 그라인더(25)의 피가공물에 대한 롤각은 90°(X_W축과 X_C축이 일치)의 방향이 아니면 원활한 그라인더 작업을 행할 수 없다. 즉, 피가공물(27)에 대한 그라인더의 롤각이 90°와 일치되어 있는 상태로 그라인더(25)의 횡방향으로 이동시킨 경우에는 식(12)에 의해서 제어하고 있는 미는 힘의 오차는 거의 안생긴다.

그러나, 피치방향때와 같이 피가공물에 대한 그라인더(25)의 롤각이 90°에서 엇갈려 있는 상태이고 그라인더(25)를 횡방향으로 이동시킨 경우에는 미는 방향 또는 떨어지려는 방향으로 직행하려고 하기 때문에 미는 힘에 증감이 생긴다.

따라서. 식(12) 또는 식(13)과 같이 미는 힘(F_WZ)이 목표하는 미는 힘(F_wd)이 되도록 그라인더(25)의 롤각(θ_C)을 변화시킴으로써 그라인더(25)의 피가공물(27)에 대한 롤각을 상기 90°로 보지할 수 있다. 즉,

θG_d(n)=K_fθ1(F_wzd-F_wz)+θ_Gd(n-1)…………………………………………(14)

로 표시된다. 또는 적분을 부가하여

θG_d(n)=K_fθ1(F_wzd-F_wz)+K_fθ1

(F_wzd-F_wz)+θ_Gd(n-1)…………………(15)

로 표시된다.

상기식(14), 식(15)에 의해서 그라인더(25)를 횡방향, 즉 Y_W방향으로 이동시킬때에는 피가공물(27)에 대한 그라인더(25)의 롤각을 90°로 보지할 수 있다.

횡이동시에 과연삭되지 않기 위하여 횡방향으로 이송시의 목표하는 미는 힘(F_WZ)을 전후진행시의 목표하는 미는 힘에 비해서 작게 해도 좋다.

상기 롤각의 제어방법과 전술한 그라인더(25)의 미는 방향, 전후 진행방향의 제어방법을 조합시킴으로써 제25도에 나타낸 2차 곡선을 곡율의 변화등을 사전에 교시하지 않고, 도면중 B 방향으로 연삭할 수 있다. 단, 그라인더(25)의 피가공물(27)에 대한 피치각이나 요각을 부여하므로 곡면의 경사는 사전에 필요하다.

상기의 방법에서는 그라인더(25)의 전후방향으로의 진행시나 정지시등에 롤각을 수정할 수는 없다. 그리하여 다음에 그라인더의 전후진행시나 정지시의 롤각의 제어방법에 대해서 설명하겠다.

예를들면, 제26도에 나타낸 바와 같이 피가공물(27)에 대한 롤각이 90°에서 엇갈려 있는 경우에는 Z_W와 Z_C는 엇갈려 있으므로 경사방향으로 밀려고 하므로 X_G축 둘레의 모멘트(M_GX)가 변화된다. 연삭을 행하고 있지 않는 상태에서는 피가공물(27)에 대한 롤각이 90°의 상태로 민 경우에는 모멘트(M_GX)가 작용하지 않으므로 목표 모멘트(M_GXd)는 영(0)이지만 연삭을 행하고 있는 상태에서는 절삭 저항이나 모터의 토크등이 작용하기 때문에 영으로는 되지 않는다. 또, 지석이나 피가공물의 종류, 미는 힘에 따라서도 다르다. 따라서 사전에 피가공물(27)에 대한 롤각이 90°일때의 모멘트(M_GX)가 되도록 모멘트(M_Gxd)가 되도록 목표 롤각을 부여함으로써 그라인더(25)의 전후진행시나 정지시등의 롤각을 억제한다. 즉,

θ_Gd(n)=K_fθ2(M_GXd-M_GX)+θ_Gd(n-1)………………………………………(16)

로 표시된다. 밀때등으로 목표 모멘트(M_GWd)를 사전에 구해 놓을 필요가 있으나, 그라인더의 조건(피가공물의 중류에 따라서 지석의 종류나 미는 힘, 진행속도, 횡이송피치량)등도 사전에 조사해 놓을 필요가 있는 것을 고려하면 특히 부담스럽지 않다.

롤방향의 회전은 피치방향의 회전과 같이 지석 선단부, 즉 지석과 피가공물의 접촉점 부근을 중심으로 회전시킨다.

다음에 요방향(ψ_G; X_G축 둘레)의 제어방법에 대해서 설명하겠다.

요방향을 변화시키면 그라인더(25)의 진행방향이 변화된다. 따라서 연삭영역에 의해서 사전에 설정해 놓고, 연삭중은 특별히 변화시킬 필요는 없으나, 연삭방향이나 연삭영역을 변화가 필요할 때에는 필요에 따라서 변화시킨다.

자세의 변화방법에 대해서는 좌표계(Σ_G)의 각축 둘레에 회전시키는 방법으로 설명하였으나, 좌표계(Σ_W)의 각축 둘레에 회전시켜도 마찬가지로 자세를 변화시킬 수 있다.

상기의 방법으로 그라인더의 미는 방향, 전후 진행방향, 횡이송방향의 병진방향 및 롤, 피치, 요의 자세의 제어방법을 행함으로써 3차원 곡면등에 대해서도 사전에 그 형상을 상세하게 교시하지 않고 피가공물에 대한 그라인더 자세를 보지하도록 자동적으로 자세를 변화시키고, 또한 임의의 미는 힘으로 그라인더 작업이 가능하게 된다.

예를들면 특수 환경하등으로 비정형 그라인더작업을 행하는 경우에는 피가공물의 작업이나 로봇에 대한 피가공물의 우치등을 사전에 설정해 놓을 수 없는 작업에 있어서도 그 자리에서 모니터등을 통하여 대략 그 위치관계나 그라인더의 자세를 부여할 수 있으면 작업은 용이하게 또 효율적으로 행할 수 있다.

조이스틱에 의해서 메뉴얼작업을 함에 있어서는 작업자는 대략 그 초기자세를 부여만 하고, 그후는 그라인더(25)의 이동을 지령하기 위한 조이스틱의 2차원적 조작을 하는 것만으로 되고, 미는 힘, 그라인더 자세를 자동적으로 제어하면서 연삭할 수 있다. 또, 그라인더(25)의 진행방향이나 횡방향의 이동패턴등을 사전에 설정해 놓음으로써 임의의 영역의 연삭을 용이하게 자동적으로 연삭할 수 있다.

이와 같이 상기 제어방법에 의해서 사전에 피가공물의 형상을 교시하지 않고, 연삭작업을 행한 실험결과의 일예를 나타낸 제27도에 나타낸 바와 같은 단면형상의 피가공물(27)을 도면중 화살표(C) 방향으로 목표하는 미는 힘(F_wzd)=1.2㎏f, 그라인더 이동속도

X_WZ=25㎝/S, 피가공물에 대한 목표피치각(ψ_GW)을 25°, 또 초기의 피가공물에 대한 그라인더의 피치각 40°(따라서 오차는 15°)이고 연삭을 행하였을때의 그라인더의 피가공물로의 미는힘, 피치각(수평부터의 각도를 나타내고 있다). 1~6축의 관절각을 산출한 지석선단부의 궤적을 제28도 내지 제30도에 나타냈다. 이들의 도면에서 피가공물에 대한 피치각이 25°가 되도록 자세를 변화시키고, 또한 미는 힘이 일정상태로 연삭되고 있는 것을 확인할 수 있다.

다음에, 제23도를 사용하여 상기 제2실시예의 제5변형예에 대해서 설명하겠다. 본 제5변형예는 힘제어장치의 다른 변형예이다. 상기 제5변형예에서는 미지형상의 피가공물을 일정한 힘으로 밀면서 연삭작업을 행하는 방법을 나타냈으나, 경우에 따라서는 미지형상 피가공물을 임의의 형상으로 다듬질하고 싶을 경우가 있다. 그 경우에 대해서 이하에 설명하겠다. 제23도에 나타낸 블록은 제22도에 나타낸 힘제어장치(61)과 다른 부분만 도시한 것이다.

우선, 최초의 연삭에서는 힘제어로봇은 피가공물형상이 확인되어 있지 않으므로 제3변형예의 힘제어장치에 의해서 미지의 형상의 피가공물을 일정한 힘으로 밀면서 연삭작업을 행한다. 그리고, 그때에 1~6축의 관절각을 역좌표변환기(73)에 의해서 절대 좌표계로 표시되는 실제의 그라인더의 위치, 자세(X_O, Y_O, Z_O, α_O, β_O, γ_O)를 계산하고 그것을 피가공물 형상데이타 기억장치(75)에 기억시킨다. 이에 의해서 힘 제어로봇은 피가공물의 형상을 인식할 수 있다.

또, 그후의 연삭에서는 컴퓨터(63)에서 부여하는 피가공물 형상데이타 기억장치(77)의 기억데이타와 피가 공물 형상데이타 기억장치(75)의 기억데이타로 그라인더 목표위치, 자세작성장치(79)에 의해서 절대좌표계로 표시되는 목표위치, 자세(X_Od, Y_Od, Z_Od, α_Od, β_Od, γ_Od)를 작성한다.

또, 마찬가지로 상기의 각 데이타를 구동용 좌표변환기(71)에 입력하고 각 축을 구동시킨다. 이에 의해서 미지의 형상의 피가공물(27)을 임의의 형상으로 다듬질할 수 있다.

또, 그라인더 목표위치, 자세작성위치(79)에서는 다듬질 형상데이타와 기억데이타의 형상이 다를때에는 피가공물(27)의 법선방향으로는 힘제어를, 이동방향으로는 이동속도에 따른 목표위치를 부여하고 형상의 차가 없는 경우, 또는 차가 작을 경우에는 위치제어를 행하게 하여도 된다. 어느 경우에도 피가공물의 형상데이타는 이 시점에서는 기지로 되어 있으므로 종래의 제어방법을 적용해도 좋다.

또, 특히 공구등에 의해서 작업을 행하지 않는 경우에는 미지의 형상을 확인하는 수단으로서도 이용할 수 있다.

본 발명의 적용예로서 상기 각 변형예에서는 원통 좌표형 로봇에 대해서 설명하였으나, 특히 이 형식의 로봇에 한정되지 않고 직교좌표형, 극좌표형, 다관절 좌표형의 로봇에 적용시킬 수 있다.

또, 상기 각 실시예에서는 미는 힘 검출용 센서로서 6축력 센서를 사용했으나 이에 한정되지 않고 필요한 방향의 힘을 검출할 수 있으면 된다.

이외에 미는 힘의 검출에 그라인더(25)의 중력 중심둘레에 작용하는 모멘트(MWG)를 사용하고 있으나 소형 그라인더로 관성력의 영향을 별로 받지 않는 경우에는 직접 미는 힘을 검출해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 상기 제2실시예에서는 중력중심 관성력을 간단히 소거하고 손끝효과기의 피가공부재로의 정확한 미는 힘을 검출할 수 있고, 힘제어등의 응답성이 좋고, 정도좋은 힘 제어로봇을 제공할 수 있다는 우수한 효과가 얻어진다.

또, 사전에 피가공물 형상을 교시하지 않고, 미지의 형상의 피가공물에 대해서도 피가공물의 법선방향으로 밀면서 또는 손끝효과기의 자세를 변화시켜 상기 손끝효과기를 피가공물에 대해서 소정 자세를 보지하면서 작업을 행할 수 있다는 우수한 효과가 얻어진다.

본 발명의 교시에 의해서 각종 개변을 이 기술분야에 숙련된 자는 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 행할수가 있을 것이다.

Claims

로봇 손끝에 연삭이나 연마를 행하는 회전공구(2)를 설비한 손끝효과기(4)를 부착하고, 상기 회전공구를 피가공물의 피가공면에 대해서 소정압력으로 밀면서 그라인더 작업을 행하는 제어로봇에 있어서, (a) 상기 로봇 손끝에 설비된 손끝효과기의 자세를 제어하는 자세축, 및 (b) 상기 회전공구의 회전축을 포함하며 상기 자세축과 상기 회전공구의 회전축이 상이한 축위에 배치되어 있는 제어로봇.
제1항에 있어서, 상기 회전공구의 미는 방향이 상기 자세축의 회전방향과 대략 일치되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어로봇.
제2항에 있어서, 상기 회전공구의 미는 힘(F)이 상기 자세축 중심에서 공구의 가공점까지의 거리를 r이라 하면, T=F.r의 관계로 제어되는 것을 특징으로 하는 제어로봇.
로봇 손끝에 연삭이나 연마를 행하는 회전공구를 설비한 손끝효과기를 부착하고, 상기 회전공구를 피가공물의 피가공면에 대해서 소정압력으로 밀면서 그라인더 작업을 행하는 제어로봇에 있어서, (a) 자세축을 포함하는 로봇제어축에 대해서 얻어진 교시데이타를 보지하고 작업시에 상기 교시데이타에 따라서 상기 로봇제어축을 제어하는 로봇제어장치, (b) 그라인더 작업시에 상기 자세축중 적어도 하나의 자세축을 구동하여 상기 회전공구의 미는 힘을 제어하는 그라인더 제어장치, 및 (c) 그라인더 작업시에 상기 자세축중의 하나의 자세축의 구동을 상기 로봇제어장치측에서 상기 그라인더 제어장치측으로 절환시켜 제어하는 스위치 수단을 포함하는 제어로봇.
제4항에 있어서, 상기 자세축중의 하나의 자세축과 상기 회전공구의 회전축이 상이한 축위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 제어로봇.
제5항에 있어서, 상기 회전공구의 미는 방향이 상기 자세축의 회전방향과 대략 일치되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어로봇.
제6항에 있어서, 상기 회전공구의 미는 힘(F)이 상기 자세축 중심에서 공구의 가공점까지의 거리를 r이라 하면, T=F.r의 관계로 제어되는 것을 특징으로 하는 제어로봇.
제6항에 있어서, 상기 로봇제어장치 및 그라인더 제어장치는 상기 교시데이타의 재생에 의해서 로봇 제어축을 제어하고 상기 회전공구의 가공점을 공구궤적위로 이동시키면서 상기 자세축을 토크 제어하여 상기 회전공구를 피가공물로 밀어 그라인더 작업을 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 제어로봇.
제6항에 있어서, 상기 로봇제어장치가 교시데이타를 입력하는 교시제어반과 상기 교시데이타를 기억하는 교시데이타 기억부를 갖고 기억된 교시데이타에 따라서 상기 회전공구의 위치맞춤을 행하는 로봇위치 맞춤장치로 된 것을 특징으로 하는 제어로봇.
로봇의 손끝부에 부착된 손끝효과기의 피가공부재로의 미는 힘을 검출하여 이 검출된 미는 힘이 목표하는 미는 힘이 되도록 제어하는 힘 제어 로봇에 있어서, (a) 상기 손끝효과기에 보여된 미는 힘의 반격을 검출하는 검출수단, (b) 상기 검출수단의 검출위치가 상기 손끝효과기의 중력중심과 겹치도록 외관상 검출수단의 반력 검출위치를 손끝효과기의 중력중심으로 이동하여 상기 손끝효과기의 중력중심 둘레의 모멘트를 구하고 이 중력중심둘레의 모멘트로 손끝효과기의 피가공부재로의 미는 힘을 연산하는 연산수단을 표함한 제어로봇.
제10항에 있어서, 상기 연산수단이 외부에서 손끝효과기의 피가공부재로의 목표하는 미는 힘이 입력되어서 이 목표하는 미는 힘을 출력하는 목표하는 힘출력부와 조작부로부터 목표위치가 입력되어 이 목표위치를 출력하는 목표위치 출력부와 조작부로 부터 목표자세 위치가 입력되어 목표자세 위치를 출력하는 목표자세위치 위치 출력부와 상기 목표하는 미는 힘 출력부로 부터 목표하는 미는 힘 출력신호가 입력되고, 상기 목표위치 출력부로 부터는 목표위치 신호가 입력되고, 상기 목표자세 위치출력부로 부터는 목표자세 위치신호가 각각 입력되어서 목표각도가 출력되는 좌표변환기와, 상기 검출수단에 의해서 검출된 결과로 손끝효과기의 중력중심 둘레의 모멘트를 구하고, 또, 중력중심둘에의 모멘트로 소정의 미는 힘을 구하여 출력하는 좌표변환기로 된 것을 특징으로 하는 제어로봇.
손끝부에 부착된 손끝효과기의 피가공부재로의 미는 힘을 검출하여 이 검출된 미는 힘이 목표하는 미는 힘이 되도록 제어하는 힘 제어 로봇에 있어서, (a) 상기 손끝효과기에 부여된 미는 힘의 반력을 검출하는 검출수단, 및 (b) 상기 검출수단의 검출결과로 상기 손끝효과기의 중력중심 둘레의 모멘트를 구하여 이 중력중심 둘레의 모멘트로 상기 미는 힘의 반력을 구하여 상기 검출수단의 결과를 보정하는 보정수단을 포함하는 제어로봇.
제12항에 있어서, 상기 보정수단이 검출수단의 검출위치를 손끝효과기의 중력중심으로 이동시켜 이 중력중심둘레의 모멘트를 구하여 손끝효과기의 피가공부재로의 미는 힘을 연산수단인 것을 특징으로 하는 제어로봇.
제12항에 있어서, 상기 보정수단이 상기 손끝효과기의 중력중심 위치와 상기 검출수단의 검출위치를 일치시키도록 상기 손끝효과기에 부착된 카운터 웨이트로 된 것을 특징으로 하는 제어로봇.
로봇의 손끝부에 부착된 손끝효과기의 피가공부재로의 미는 힘을 검출하여 검출된 미는 힘이 목표하는 미는 힘이 되도록 로봇에 제어하는 힘 제어장치에 있어서, (a) 상기 손끝효과기에 부여된 미는 힘의 반력을 검출하는 검출수단, (b) 상기 검출수단의 결과가 소정의 값에 대해서 변화되지 않도록 손끝효과기의 자세를 변화시키는 자세변화수단, 및 (c) 상기 손끝효과기의 고정된 방향으로 상기 손끝효과기를 밀거나 이동을 행하는 구동수단을 포함하는 제어로봇.
제15항에 있어서, 상기 손끝효과기의 자세제어의 회전중심이 상기 손끝효과기와 피가공부재의 접촉점 부근에 있는 것을 특징으로 하는 제어로봇.
로봇의 손끝부에 부착된 손끝효과기의 피가공부재의 미는 힘을 검출하여 검출된 미는 힘이 목표하는 미는 힘이 되도록 로봇을 제어하는 힘 제어장치에 있어서, (a) 상기 손끝효과기의 이동궤적으로 피가공부재의 형상을 기억하는 피가공부재 형상기억수단, (b) 상기 피가공부재의 다듬질 형상을 기억하는 다듬질 형상 기억수단, 및 (c) 상기 피가공부재 형상기억수단과 상기 다듬질 형상기억수단에 기억되어 있는 형상으로 손끝효과기의 목표위치와 목표자세를 연산하는 연산수단을 포함하는 제어로봇.