A Study on a Remote-Controlled Grinding Robot System Makoto JINNO Takashi YOSHIMI Akira ABE A new teleoperated grinding bobot has been developed which can safely and efficiently carry out grinding tasks in hostile environments using remote control and automatic control. This robot system incorporates a new method for the measurement of the grinding force, in which the grinding force is measured from a moment about the grinder head's center of gravity. The influence of inertial forces caused by translational motion is removed so that high stability is achieved. Furthermore, this robot can change the grinder's orientation to follow the surface of an object automatically, and can also grind the surface of an object into a desired shape. In this paper, We propose a new method for the measurement of the grinding force and also force control methods for unstructured grinding tasks. Key Words : Grinding Robot, Force Control, Force/Torque Sensor, Remote Control.
245 遠 隔 グ ラ イ ン ダ作 業ロ ポ ッ トの研 究 1 System Configuration.率良 く 実 施 す る こ と が で き る. 本 論 文 で は,開 発 した 遠 隔 グ ラ イ ン ダ 作 業 ロ ボ ッ トの シ ス テ ム 構 成 お よ び 力 制 御 の 基 本 構 成 を 示 し,新 た に取 入 れ た 押 付 け 力 の 検 出 方 法 や各 種 グ ライ ンダ 作 業 に お け る 力 制 御 方 法 に つ い て 提 案 し,そ の 研 削,切 断 実験 結 果 に つ い て 報 告 す る. 2.シ 1に タ,サ ス テ ム 構 示 す よ う に,本 ー ボ ドラ イ バ,コ 2 成 シ ス テ ム は,マ ン ト ロ ー ラ,ジ.ホ ス ト コ ン ピ ュ ー タ(J-3100),TVカ Photograph Grinding ニ ピュ レー ョイ ス テ ィ ッ ク, メ ラ,TVモ タ な ど か ら 構 成 さ れ て い る.Fig 2は,本 ニ い る の で,各 軸 の 仕 様 は,作 度100mm/sec以 下,押 て 決 定 し て い る.ま シス テ ム全 of the Remote-Controlled Robot H600 D350mm程 System 業 時 の グ ラ イ ン ダ の 送 り速 付 け 力10 20N程 た,作 業 領 域 は,正 度 を考 慮 し 面 でW500 度 で あ る. 景 の 写 真 で あ る. 2.1マ ニ ピ ュ レー タ マ ニ ピ ュ レ ー タ の 外 観 図 を3,写 Table 1 Specifications 4 Photograph of the Manipulator 真 を4, 仕 様 をTable1に 示 す.6軸 円 筒 座標 形 で剛 性 が高 く力.制御 が しや す い構 成 と な っ て い る.手 首 部 に は6軸 力セ ン サ が,そ ダ(砥 石 して,ゴ ム ダ ンパ を 介 して デ ィス ク グラ イ ン φ1001nm)が 取 り付 け られ て い る. 本 マ ニ ピ ュ レ ー タ は,グ 3 Cylindrical for Grinding 本 ロボ ッ ト学 会 誌10巻2号 ラ イ ン ダ作 業 用 と し て 考 え て Coordinate Tasks Type Robot 107 of the Manipulator 1992年4月
5 Block Diagram of Force Control for Grinding Tasks
9 Coordinate System for Unknown Surface 10 Grinding Force in the case of Incorrect Pitch Angle 11 Desired Direction in the case of Incorrect Pitch Angle
: Correct Direction : Correct Direction (Next Time) ~ : Incorrect Direction : Modification of Orientation 12 Simulation Model
16 Direction of Grinding Force in the case of Cutting Workpiece
251 遠 隔 グ ライ ンダ 作 業ロ ポ ッ トの 研 究 4,4薄 板,ボ ル トの 切断 切 断 作 業 を 行 っ た 結 果 を 示 す. 17 19は,未 研 削 の場 合,押 付 け 力 の検 出方 向 と 目標 位 置 の修 正 方 用 し て,目 向 が一 致 して い た の に対 し,切 断 の場 合 に は異 な る.切 断時 の 反 力 の方 向 を調 べ て み る と16の SUS板 よ うにな よ うに 目標 位 置YCd(n)は,次 ラ イ ン ダ の ワー ク に対 す る 初 期 ピ ッ チ 角 を35deg,18は,初 内 で 変 化す る.従 って,常 に一 方 向 の 力 を検 出す る の で 出 して い る.そ して,そ れ が 目標 押 付 け 力Fxraに 動 速 度25mm/secで の 研 削 を行 った 場 合 の 押 付 け 力 と グ ラ イ ン ダ姿 勢 を 示 し て い る.17は,グ って お り,切 断方 向や 切 込 み 深 さ な ど に よ っ て砥 石 平 面 は な く,砥 石 平面 内 に働 く力Fxr= (FX2+FY2)を 知 曲 面 研 削 時 の姿 勢 制 御 方 法 を適 標 押 付 け 力15N,移 を82degで 検 か に 目標 姿 勢(ピ なる 収 束 し,か 式 で修 正 され る.Y 期 ロ ー ル角 平 面 の 研 削 を 行 っ た 時 で あ る が,と ッチ 角25deg,ロー も に速 ル 角90deg)に つ 一 定 の押 付 け 力 で研 削 で きて い るの が 確 認 で き る. cd(n)=kfxy(fxyd-fxy)-ycd(n-1)(11) この 方 法 を 用 い る こ とに よ り,切 断 方 向や 切 込 み 深 さ に 関係 な く一 定 押付 け 力 で切 断作 業 を行 うこ とが で き る. 5.実 験 結 果 前 章 の グ ライ ン ダ作 業時 の制 御 方 法 を 適用 して研 削, 19 Grinding Workpiece with Unknown Surface 17 Response of Pitch Angle 18 Response 日本 ロボ ッ ト学 会 誌10巻2号 of Roll Angle 113 21 20 Shape of Workpiece Photograph of Urinaing with Unknown Surface W orkpiece 1992年4月
22 Process to Make Flat Shape 23 Process to Make Cylindrical Shape 1) M. H. Raibert and J. J. Craig ; ghybrid Position/ Force Control of Manipulators h, Trans. ASME, J. DSMC, Vol.102, pp.126-133, 1981. 4) J. P. Merlet : gc-surface applied to the design of an hybrid force-position robot controller h, 1987 IEEE. Int. Conf. on Robotics and Automation, pp. 1055-1059, 1987.
5) T. Yoshikawa and A. Sudou : gdynamic Hybrid Position/Force control of Robot Manipulators : On- Line Estimation of Unknown Constraint h, 1990 IEEE Int, Conf. on Robotics and Automation, pp. 1231-1236. 1990. 7) K. Kashiwagi et al.: gforce Controlled Robot for Grinding h, IEEE IROS '90, pp. 1001-1006, 1990.