JPS61103769A - ロボツトによる研削作業方法および装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は例えば鋳物の表面研削などの研削作業の方法お
よび装置に係り、特に滑らかな研削面を得るのに好適な
ロボットによる研削作業方法および装置に関する。

〔発明の背景〕

ロボットによる研削作業方法としては、例えば特開昭５
３　１２６５９４号公報に示されるように、研削工具の
負荷トルクが過負荷とならないように負荷トルクを調整
しながら研削し、この負荷トルクが所定値以下になるま
で研削を繰返す方法が知られている。しかし、この方法
においては平面の研削面を対象としており、ゆるやかな
曲率をもつ研削面を対象にこれを滑らかに仕上げるとい
う点について考慮されていなかった。

［発明の目的〕　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　５本発明の目的は、曲率を有する研削面を効率良
く研削することができるロボット等による研削作業方法
および装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は上記の目的を達成するために、研削工具による
研削面への倣い研削により研削表面形状を再現した後、
研削面を滑らかに仕上げるために、研削の必要な研削部
分を抽出し、その部分が滑らかになるまで研削を繰り返
すようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の装置の一実施例を備えたロボットの構
成を示すもので、この図において６軸間節型ロボット１
の手先部１１には砥石等の研削工具２およびそのモータ
３が支持部材４と支持軸５により取付けられている。ロ
ボット本体には、さらにモータなどの関節駆動装置８ａ
〜８ｆにより駆動される関節９８〜９ｆと、その関節９
ａ〜９ｆの変位を検出するエンコーダなどの変位検出器
ＬＯａ〜ｌｏｆが含まれている。この変位検出器１０ａ
〜１０ｆの出力結果により、手先部１１の位置を検出し
、さらに手先部１１との位置関係が一意的に決められた
研削工具２の位置を検出する機能となっている。また、
支持軸５には、例えば６軸力センサなどの力検出器６が
取付けられている。この力検出器６は研削中の研削反力
を検出し、これを制御装置７に含まれる比較器１３に出
力する。比較器１３には、あらかじめ反力を設定するた
めの反力設定器１２からの値が入力され、前記研削反力
と比較する。そして、比較器１３の出力に応じて、演算
部１４にて、後述する補正量を求め、関節８ａ〜８ｆに
指令値を出力する構成となっている。

一方、変位検出器１０ａ〜１０ｆの値は、記憶装置１５
に記憶される。演算部１６はこの記憶された値を読み出
して、後述する研削工具２の移動方向変化量を算出する
。比較器１８は変化量設定器１７にあらかじめ設定され
た値と前記変化量とを比較し、その値を演算部１９に出
力する。演算部１９は比較器１８からの値により新しい
軌道を生成し、関節８ａ〜８ｆに指令値を出力する構成
となっている。

次に前述した本発明のロボットによる研削作業方法の実
施例を、以下に詳細に説明する。

本発明による研削方法は、第１の研削対象面に倣った研
削を行なう。また第２に工具２の移動方向の変化量から
研削終了、あるいは次の軌跡を生成して研削を続行する
ことを基本としている。

まず、研削対象面に倣う研削方法を第２図のフローチャ
ートに基づいて説明する。

ステップ２０１に示すように、研削を開始し、研削対象
面とほぼ平行な走査方向に走査させながら研削する。研
削と同時に研削反力を力検出器６で検出しくステップ２
０２）、制御装［７に含まれる比較器１３に出力する。

一方１反力設定器１２には検出した反力が所定の範囲内
かどうか比較するための設定値を入力しておき、比較器
１３にて、検出した反力と比較する（ステップ２０３）
。検出した反力が所定の範囲内であれば研削を続ける。

所定の範囲外の場合には、研削対象面とほぼ垂直で、走
査方向と直角な補正方狗に、研削反力が所定範囲内にな
るように補正量を算出しくステップ２０４）、駆動装置
８ａ〜８ｆに補正指令値を出して補正動作をさせ（ステ
ップ２０５）、研削を続ける。

上述の動作をあらかじめ定めた研削終了点まで繰返す（
ステップ２０６．２０７）ことにより。

研削反力を所定の範囲内に保ちながら研削対象面に倣っ
て研削することができる。

次に、前述した研削表面に倣う研削方法を第３図のフロ
ーチャートに基づいて説明する。

研削を開始しくステップ３０１）、前述したように研削
対象面に倣いながら研削しくステップ３０２）、同時に
変位検出器１０ａ〜１０ｆにより、研削工具２の移動軌
跡上の位置を適当な走査距離ごとに検出する（ステップ
３０３）。この検出値を制御装置７に含まれる記憶装置
１５に記憶しくステップ３０４）−所定の位置まで倣し
）研削を続ける（ステップ３０５）。倣い研削終了後、
　　　　　Ｊ記憶装置１５から研削工具２の移動軌跡上
の位置を読み出し、演算部１６にて研削工具３の移動し
た方向（以下、移動方向と呼ぶ）の変化量を求める（ス
テップ３０６）。この変化量の求め方は後述する。算出
した変化量と、変化量設定器１７にてあらかじめ設定し
た値とを比較器１８で比較しくステップ３０７）、演算
部１９では前記変化量が設定値より大きい部分について
、設定値より小さくなるように滑らかな軌道を生成する
（ステップ３０８）。この滑らかな軌道の生成について
も後述する。

生成軌道に従い、再び研削をしくステップ３０９）、同
時に位置検出（ステップ３１０）、記憶（ステップ３１
１）、動作方向の変化量算出（ステップ３０６）を行な
い、設定値以下になったら研削を終了する（ステップ３
１２）。

次に、前述した研削工具２の移動方向の算出と軌道生成
について、第４図および第５図により説明する。

研削工具２の移動方向の変化量は、研削工具２の移動軌
跡上の位置を適当な走査距離ごとに記憶し、この位置を
結ぶ線分の傾きの変化から求める。

第４図は点Ｐ０から点ＰｌＩまで倣い研削を行なった場
合の研削工具２の移動軌跡を示すもので。

この図においてＡは研削工具２の走査方向、Ｈはその補
正方向を示す。いま適当な走査距離ｌＪＸごとに求めた
点をＰ　１　＋　Ｐ　ｘ　＋・・・・・・　ｐ７として
しする。例えば点Ｐ、における移動方向の変化量θ１は
、線分ｐ０．ｐ、の傾きから線分Ｐ、、Ｐ、の傾きを差
引いて求まる。したがって、この場合θｌは負の値を持
つ。同様にして求めた点Ｐ２での変化量θ２は、正の値
を持つ。次に、このようにして求めた変化量が所定値よ
り大きい場合に、次に研削すべき滑らかな軌道を生成す
る。これを第５図により説明する。この図において、点
Ｐ１から点Ｐ７までの各点における移動方向変化量が全
て設定値より大きかったとすると、研削した場合に移動
方向の変化量が所定値以下になるような点２１１点Ｐ７
を通る滑らかな軌道４１を生成する。この軌道上の点Ｐ
　、　ｌ　、　Ｐ、　ｒ、・・・・・・を目標値として
研削工具２を移動させることにより、滑らかな仕上り面
を得ることができる。

次に、上述した研削工具の移動方向の変化量と研削面の
滑らかさについて詳しく説明する。

一般に滑らかさを表わす手段として１曲率を用いる方法
が知られている。ある曲率上の点Ｐ（Ｓ）における曲率
は、　ｐ　（ｓ）における接線とｐ（ｓ）からΔＳ＠れ
た同−曲線上の点Ｐ　（Ｓ＋Ａｓ）における接線のなす
角Δωとすると。

ｔｉｍ（Δω／ΔＳ）　　　　　・・・・・曲（υΔＳ
→０ で表わされる。

一方、第４図において、点Ｐ２における接線をＰ、、Ｐ
□で１点Ｐ、における接線をＰ２．Ｐ。

で近似すると、点Ｐ２での移動方向の変化量θ２と走査
距離ΔＸを用いて θｘ　／　１４　ｘ　　　　　　　　　　　・・・・・
・（２）として点Ｐ２での曲率を近似的に求めることが
できる。

したがって、上記のように一定走査距離ごとの研削工具
２の移動方向の変化量を把握することにより、近似的に
移動軌跡の曲率を把握することができる。さらに、第１
図に示すように、研削工具２の位置は、ロボツ）へ手先
部１１の位置から一意的に決定されるため、ロボット手
先部１１の移動軌跡の曲率を上記方法により求めれば、
研削工具２の移動軌跡の曲率を求めることができ、さら
に研削された表面の曲率を知ることができる。

したがって、本発明の実施例によれば、研削面の曲率が
所定の範囲内になるように研削できるため、滑らかな仕
上り面を得ることができる。また。

曲率が所定の範囲外の部分を抽出し、その部分のみを研
削するため、研削効率向上の効果がある。

さらに、研削された而の曲率が、所定の範囲内になるこ
とを研削終了の判断としているため研削後に研削面を検
査する必要がなくなり、さらに異なる加工間の研削面の
ばらつきを無くすことができ。

品質向上の効果がある。また、ティーチングプレイバッ
ク形のロボットを用いて上記研削方法を実施した場合、
上記倣い動作と、上記軌道生成機能により、研削開始点
と研削終了目標点を教示する程度でなく研削前の教示作
業を大幅に削減できる効果がある。

次に、本発明の研削作業方法を実際の研削対象物に応用
した場合の例を第６図を用いて説明する。

第６図において研削対象面の断面形状を破線５１で示す
。前述した方法で図に示した走査方向Ａに研削工具２を
走査させ、研削反力を一定に保ち研削対象面の形状に倣
って研削すると、太い実線を含む実線Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、
Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ。

Ｉ、Ｊ、に、Ｌなる移動軌跡を得る。この際、上記方法
により設定値より大きい曲率部を求める。

これを太い実ｌ１ＡＢ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ１■。

Ｊ、にで示す。この部分は曲率が設定値より大きいため
研削を必要とする。

そこで、次の研削工具２の軌道を生成する。軌道を生成
するには曲率が下に凸の部分に着目する。

これは上記移動方向の変化量が負になる部分である。こ
のようにして求めた曲率が下に凸の部分が、第６図の丸
印で示したＢ、Ｄ、Ｅ、Ｈ，Ｊである。

但し、曲率が下に凸の部分が、ある区間を持っときは、
この区間中の適当な点を選ぶ。その選び方は、例えば区
間の中間点を求めれば簡便である。

また、記憶した移動軌跡上の位置データ中、補正方向の
最小値を求める方法がある。この方法により区間中の点
を選ぶと、後述の研削動作を行なわせた場合に効率が良
い。

このような方法により曲率が下に凸である区間中の適当
な点を選び、研削開始点Ａと選出した点Ｂ、Ｄ、Ｅ、＋
４．Ｊ及び研削終了点しにおいて、各点間に研削必要部
（図中の太い実線で示された部分）があれば、その部分
について研削する。第６図の例では、Ａ、Ｂ間は研削必
要が無いので研削をしない。Ｂ、Ｄ間には研削必要部が
あるので、新しい滑らかな軌道ＢＣ’Ｄを生成し、研削
する。

Ｄ、Ｅ間はＡ、Ｂ間と同様、研削を必要とせず、Ｅ、Ｈ
間には研削必要部が存在するので滑らかな軌道Ｅ、Ｆ’
　、Ｇ’　、Ｈを生成し研削する。以上の操作を繰返し
て、最終的には滑らかな仕上り形状Ａ、Ｂ、Ｃ’　、Ｄ
、Ｅ、Ｆ’　、Ｇ’　、Ｈ，ｒ’　。

Ｊ、に、Ｌを得ることができる。

ところで、研削工具２に過負荷がかかり研削不能となる
ことを防ぐ、ためには、新しい軌道を生成し研削する際
に、研削反力が定められた範囲外になった場合には、定
められた範囲内に納まるように補正方向に補正を加えれ
ばよい。この場合、先に生成した滑らかな軌道を逸脱す
るため、研削工具の移動軌跡中には設定値より大きい曲
率を含む部分が生じる。そこで、設定値より大きい部分
が無くなるまで上記方法を繰返す。

したがって、本発明の実施例によれば、実際的な研削対
象物の研削に対し、次のような効果がある。すなわち、
研削の必要な部分だけを抽出して。

この部分を研削することにより、研削効率が向上する効
果がある。また、仕上り面の曲率が所定の範囲内となる
滑らかな仕上り面を得ることができる。さらに、全ての
仕上り面の曲率が所定の範囲内となるまで研削すること
から、研削終了後の検査を研削と同時に行なっているこ
とになり、検査に要する手間を削除できる効果がある。

また、仕上り面の曲率は、所定の範囲内となるため、研
削毎の仕上り面のばらつきを所定の範囲に保つことがで
き、品質向上の効果がある。また、ティーチングプレイ
バック形のロボットにより上記研削方法を実施した場合
、上記の自動倣い研削と、上記の軌道生成による研削に
より、研削対称面に応じた細かいティーチングを行なう
必要がなくなり、ティーチングに要する労力を大幅に削
減できる効果がある。

また、一般に研削対象面は研削工具２の幅よりも広い、
したがって、走査方向Ａ及び補正方向Ｈの両方向に直角
な方向（第６図においては紙面に垂直な方向）にシフト
シて、上記操作を繰り返す方法をとる。以下、このシフ
トする方向をシフト方向と呼ぶ、この場合もまずシフト
前の最終軌跡を記憶しておく１次に、シフト後、表面形
状に倣って研削し、新しい軌道を生成する際に、各点で
対応するシフト前の位置からシフト方向の変化量を求め
、この変化量が設定値以下になることを付加して上記操
作を繰返す。

したがって１本発明の実施例によれば、広い面積を持つ
一般的な研削対象面に対し、前記の実際的な研削対象面
の研削に対する実施例の効果と同様の効果がある。

但し、これまでに示した実施例により研削作業を行なう
際には、研削工具２の半径が研削対象面の取除きたい凹
凸より充分小さなものを選択すると、より効果的である
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、所定の範囲内の曲
率に納まった滑らかな仕上げ面を得ることができ、さら
に、研削の必要な部分を抽出して、その部分だけを研削
することができるので、研削効率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の一実施例を備えたロボットの
構成図、第２図は、本発明による研削工具の倣い研削方
法を示すフローチャート図、第３図は、本発明による研
削方法の一実施例を示すフローチャート図、第４図およ
び第５図は本発明における研削工具の移動軌跡と、生成
軌道を示す説明図、第６図は本発明（こよる研削対象面
に対する研削動作を示す説明図である。 １・・・ロボット、２・・・研削工具、６・・・力・検
出器、７・・・制御装置、１１・・手先部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボットの手先先端に取付けた研削工具によって研
   削対象物の表面形状を倣いながら研削作業を行なうもの
   において、研削工具を研削対象物の表面を一定方向に走
   査し、その走査により得られる反力を所定の範囲内に保
   つように走査方向とは直角の方向にロボットの手先を補
   正動作させ、同時に研削工具の移動方向を適当な走査距
   離ごとに記憶し、その移動方向の変化量を求め、この変
   化量があらかじめ設定した範囲内になるように、工具が
   通る軌道を生成し、この生成軌道によってロボット手先
   を制御して研削面を研削することを特徴とするロボット
   による研削作業方法。 ２、研削工具を倣い動作すなわち補正動作させながら走
   査すると同時に研削面の曲率を検出し、あらかじめ設定
   した範囲外の曲率の部分を抽出し、その部分があらかじ
   め設定した範囲内の曲率になるまで繰返し研削すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のロボットによ
   る研削作業方法。 ３、適当な走査距離ごとのロボット手先位置を結ぶ線分
   の傾きの変化を求めることにより、近似的に移動軌跡の
   曲率を求めることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載のロボットによる研削作業方法。 ４、研削対象面が研削工具の研削部材幅よ り広く、走査方向及び補正方向の両者と直角な方向にシ
   フトして新たに研削工具を走査しながら研削する場合に
   、シフト前における最終軌跡を記憶しておき、新たにシ
   フト方向での変化量もしくは曲率を求め、これがある設
   定した範囲内になるまで研削することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載ないし第３項のいずれかに記載の
   ロボットによる研削作業方法。 ５、ロボットの手先先端に取付けた研削工具によって研
   削対象面の表面形状を倣いながら、研削作業を行うもの
   において、研削工具に作用する反力を検出する反力検出
   器をロボット手先部に設け、この反力検出器からの実際
   の反力値が設定器からの設定反力値を越えたか否かを比
   較する比較器と、この比較器からの反力の設定値オーバ
   信号により研削工具と反研削面側に移動させる補正量を
   算出し、この補正量をロボットに出力する第１の演算部
   と、ロボットの位置情報により研削工具の移動方向の変
   化量を求める第２の演算部と、この演算部からの変化量
   が設定器からの設定変化量を越えたか否かを比較する比
   較器と、この比較器からの変化量の設定値オーバ信号に
   より研削工具の補正移動軌道を生成し、この軌道に沿っ
   てロボットを制御する第３の演算部とを備えたことを特
   徴とするロボットによる研削作業装置。 ６、第２の演算部は研削工具の走査距離間の傾きの変化
   により近似的に移動軌跡の曲率を求めることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項記載のロボットによる研削作業
   装置。