(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティーチングプレイバック方式の産業用ロボットと工具・刃具を用いて加工作業を行う際、工具負荷を検出し、負荷が目標負荷となるように送り速度を変更する連続送り速度制御方法において、送り速度を決定するために、工具負荷と目標負荷の偏差と、偏差の変化率から、ファジィ推論により送り速度の加速度を演算して速度指令を得ることを特徴とする連続送り速度制御方法。
【請求項２】
ティーチングプレイバック方式の産業用ロボットと工具・刃具を用いて加工作業を行う際、工具負荷を検出し、負荷が目標負荷となるように送り速度を変更する連続送り速度制御方法において、送り速度を決定するために、工具負荷と目標負荷の偏差と、偏差の変化率から、ファジィ推論により送り速度の加速度を演算して速度指令を得る一方、最上限値を設定しこの最上限値の検出時にロボットの送りを一時停止させ、一定時間後に再度負荷チェックを行い、負荷が下がっていた場合は送り速度を低速にした上で再起動させることを特徴とする連続送り速度制御方法。
【請求項３】
ティーチングプレイバック方式の産業用ロボットと工具・刃具を用いて加工作業を行う際、工具負荷を検出し、負荷が目標負荷となるように送り速度を変更する連続送り速度制御方法において、送り速度を決定するために、工具負荷と目標負荷の偏差と、偏差の変化率から、ファジィ推論により送り速度の加速度を演算して速度指令を得る一方、教示の段階から大きな負荷が予測される場合は、その部位の研削直前に送り速度減速指令を与えて強制的に減速し、負荷ピークを低減させることを特徴とする連続送り速度制御方法。
【請求項４】
ティーチングプレイバック方式の産業用ロボットと工具・刃具を用い、ロボットコントローラで産業用ロボットを制御して加工作業を行う加工ロボット装置において、工具負荷を検出する負荷トランスジューサと、各種接続機器の制御と信号の演算処理を行うＣＰＵに、ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、Ｄ／Ｏ、Ｄ／Ｉをデータバスで接続した構成の連続送り速度制御ユニットとを備え、送り速度を決定するために、工具負荷と目標負荷の偏差と、偏差の変化率から、ファジィ推論により送り速度の加速度を演算して速度指令を得るようにしたことを特徴とする加工ロボット装置。
【請求項５】
連続送り速度制御ユニットの主要部をロボットコントローラのＩ／Ｏインターフェースユニット内に組み込み、盤数を削減したことを特徴とする請求項４に記載の加工ロボット装置。
【請求項６】
連続送り速度制御ユニット用のＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵをロボットコントローラの管理ＣＰＵボードに組み込み、その機能をロボットコントローラに持たせるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の加工ロボット装置。
【請求項７】
ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵを省略し、その機能を連続送り速度制御ユニット用のＣＰＵまたはロボットコントローラの管理ＣＰＵに代替させるようにしたことを特徴とする請求項４、５または６に記載の加工ロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業用ロボットと各種工具・刃具を用いてバリ取りや切断加工などを行う加工ロボット装置及び連続送り速度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ロボットを使用して研削・切削・切断・削除を行う場合、一般的に加工対象物（ワーク）にその目的に合った刃具を作用させる。刃具は工具により回転もしくは振動させられる。
【０００３】
一般的に広く使用されているロボットはティーチングプレイバック方式であり、事前に教示された動きを繰り返すものである。通常、ワークの材質や加工条件（研削深さや切断面積）に合わせて動作位置と送り速度を設定する。
【０００４】
工具は、人間が使用する目的で製作された物や、ロボット専用（工作機械用も含む）など様々な種類があるが、その能力には限界があり、加工負荷が教示時の設定よりも増加して工具能力を越えてしまうと工具の動作が停止してしまう。更に、刃具は使用するにつれて摩耗等により加工能力が落ちるので、工具の負荷は常時増加し、ついには工具の加工能力を越えてしまう場合もある。そのような状態になっても、ロボットは教示された送り速度のまま作業を続行しようとするため、工具は過負荷となり、最終的に刃具や工具の破損を招いてしまう。
【０００５】
この対策として、工具の負荷を検出し、過負荷状態となった場合、一時的に送りを停止し、停止位置での切削または研削により負荷が下がった時点で再起動させる工具・刃具の保護方法（特開平２−１３９１６７号）を本出願人が提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
（１）  過負荷検出時にロボットを一時停止させるためには、ロボットコントローラのＣＰＵで信号処理を行う必要があり、その間、つまり過負荷を検出してから実際にロボットが停止するまでの間も負荷増加が続くことになる。そのため、停止が間に合わず工具の能力を大きく越えて回転または振動が停止してしまう状態になって、破損する危険が生じる。これを避けるには、一時停止させる設定値（一時停止設定値）より高く回転または振動が停止しない最大の負荷設定値（最上限設定値）を設け、その設定値に達したら即システム停止とする必要がある。但し、システム停止となると、ロボットや周辺装置を原位置に戻す復旧作業が大変なため、通常の研削時にこの最上限まで達しないようにする。
【０００７】
そのために、一時停止設定値と最上限設定値の間隔が大きいほど効率が良いのにあまり高くすることができない。更に、バリ取りのように研削対象の負荷の大きさが不定な場合は、教示時の送り速度を最大負荷が発生した場合を想定して設定するため、平常時のバリが無い場合の工具負荷が低く効率が下がる。
【０００８】
（２）  従来の方法では、停止か動作かの状態しか無いため、負荷が大きいと再起動時に再度一時停止が掛かり、繰り返すことになる。この状態では、仕上げ状態も悪く工具・刃具に与える悪影響も多大なため、回数をカウントして設定回数内で研削できない場合は処理不能判断しシステムを停止させている。そのため、ワークのロット変化等で教示時よりも加工負荷が大きめになると停止する場合が多くなってしまう。
【０００９】
（３）  送り停止時はロボットアームにも大きな反力が掛かっているため、若干のたわみを生じ、通常の軌跡よりも残り気味となるが、ロボットの送り停止中に加工されて無負荷状態に戻るためその部分に段差を生じる。
【００１０】
（４）  加工対象の負荷状態（バリの量等）が教示時と変化した場合、調整は教示されている送り速度を修正するしかない。
【００１１】
そこで本発明は、上記課題を解決し、工具を最も効率の良い状態で使用できる連続送り速度制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、上記課題を解決し、工具を最も効率の良い状態で使用できるとともに、加工効率及び精度の向上が図れる加工ロボット装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ティーチングプレイバック方式の産業用ロボットと工具・刃具を用いて加工作業を行う際、工具負荷を検出し、負荷が目標負荷となるように送り速度を変更する連続送り速度制御方法において、送り速度を決定するために、工具負荷と目標負荷の偏差と、偏差の変化率から、ファジィ推論により送り速度の加速度を演算して速度指令を得ることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、ティーチングプレイバック方式の産業用ロボットと工具・刃具を用いて加工作業を行う際、工具負荷を検出し、負荷が目標負荷となるように送り速度を変更する連続送り速度制御方法において、送り速度を決定するために、工具負荷と目標負荷の偏差と、偏差の変化率から、ファジィ推論により送り速度の加速度を演算して速度指令を得る一方、最上限値を設定しこの最上限値の検出時にロボットの送りを一時停止させ、一定時間後に再度負荷チェックを行い、負荷が下がっていた場合は送り速度を低速にした上で再起動させること、または教示の段階から大きな負荷が予測される場合は、その部位の研削直前に送り速度減速指令を与えて強制的に減速し、負荷ピークを低減させることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、ティーチングプレイバック方式の産業用ロボットと工具・刃具を用い、ロボットコントローラで産業用ロボットを制御して加工作業を行う加工ロボット装置において、工具負荷を検出する負荷トランスジューサと、各種接続機器の制御と信号の演算処理を行うＣＰＵに、ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、Ｄ／Ｏ、Ｄ／Ｉをデータバスで接続した構成の連続送り速度制御ユニットとを備え、送り速度を決定するために、工具負荷と目標負荷の偏差と、偏差の変化率から、ファジィ推論により送り速度の加速度を演算して速度指令を得るようにしたこと、並びにＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵの機能を連続送り速度制御ユニット用ＣＰＵあるいはロボットコントローラの管理ＣＰＵに持たせるようにしたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施形態１を示す。図中、１はロボット本体、２はティーチングプレイバック方式のロボットコントローラ、３は連続送り速度制御ユニット、４は前記ロボット本体１のアームに取り付けた高周波電動工具、５はこの高周波電動工具４の電源として用いるインバータ装置である。このインバータ装置５の出力端には高周波電動工具４の駆動電動機、例えば誘導電動機４Ｍを接続し、その負荷電流及び電圧を検出して負荷トランスジューサ（電力変換器）６の入力としている。
【００１７】
前記ロボットコントローラ２は、管理ＣＰＵ２−１、データメモリ２−２、制御ＣＰＵ２−３、位置検出インターフェース２−４、サーボインターフェース２−５、サーボドライバ２−６、Ｉ／Ｏインターフェースユニット２−７により構成している。Ｉ／Ｏインターフェースユニット２−７は、Ｄ／Ｉインターフェース２−７Ａ、Ｄ／Ｏインターフェース２−７Ｂ及びＡ／Ｄ変換器２−７Ｃを有する。
【００１８】
管理ＣＰＵ２−１は、ロボットを任意の位置に動かすインチング動作や教示操作（マンマシンインターフェース）、教示データの記憶、再生を行う機能を持つ。また、各入出力信号の条件により、停止させたり、動作速度を変化させる適応制御を処理する。データメモリ２−２は、教示データや制御パラメータを記憶する。制御ＣＰＵ２−３は、管理ＣＰＵ２−１より与えられる教示位置データから、アーム各軸を制御する。位置検出インターフェース２−４は、各軸のサーボモータに取り付けられたアブソリュート（ＡＢＳ）エンコーダからのパルスを制御ＣＰＵ２−３に与える。サーボインターフェース２−５は、制御ＣＰＵ２−３からの各軸動作角度指令をサーボドライバ２−６に与えるパルスデータに変換する。サーボドライバ２−６は、各軸のモータを駆動する。Ｄ／Ｉインターフェース２−７Ａは、ディジタル信号を入力する。Ｄ／Ｏインターフェース２−７Ｂは、ディジタル信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器２−７Ｃは、アナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００１９】
なお、ロボットコントローラ２は、一般のティーチングプレイバック方式のコントローラのＩ／ＯインターフェースにＡ／Ｄ変換器２−７Ｃを追加して、電圧信号を０Ｖ〜フルスケールに対し０〜１００％の内部データに変換して扱うことができるようにしたものである。
【００２０】
前記連続送り速度制御ユニット３は、各種接続機器の制御と信号の演算処理を行うＣＰＵ３−１に、ファジィ（ＦＵＺＺＹ）演算ＣＰＵ３−２、Ａ／Ｄ変換器３−３、Ｄ／Ａ変換器３−４、Ｄ／Ｏ（ディジタル出力器）３−５、Ｄ／Ｉ（ディジタル入力器）３−６をデータバスで接続した構成としている。
【００２１】
前記負荷トランスジューサ６は、工具４の入力電力を測定してそれに比例した電圧を出力する。この出力電圧は、連続送り速度制御ユニット３のＡ／Ｄ変換器３−３の入力としている。
【００２２】
上記構成において、工具４には、回転、振動を問わず最大の能力を発揮する負荷を設定することが可能である。本発明では、常時この負荷となるように追従させるため、負荷の偏差と偏差の変化率を常時監視し、その変化に応じてＦＵＺＺＹ推論により加速度を演算し、積分した後にロボットコントローラ２に速度指令として与え、送り速度を変えることで工具４の負荷を調整する。
【００２３】
図２に基本的な信号処理の流れ（フロー図）を示す。連続送り速度制御ユニット３には、事前に初期設定値やＦＵＺＺＹ制御に要する知識が記憶されている。電源が投入されると、まず目標負荷値Ａｓ及びその他のパラメータが設定される（ステップＳ１）。続いて、負荷トランスジューサ６の出力電圧信号が連続送り速度制御ユニット３のＡ／Ｄ変換器３−３により内部データに変換される（Ｓ２）。変換されたデータは、ＣＰＵ３−１により前処理が行われる。
【００２４】
即ち、負荷測定値Ａｉから目標負荷値Ａｓを引いて負荷偏差ΔＡｉを演算する（Ｓ３）、メンバーシップ関数の入力範囲に合わせるため、ΔＡｉにゲインＧ１を掛けてΔＡＩＮＰを演算する（Ｓ４）、ΔＡｉから前回の処理で演算されたΔＡｉ−１を引いて偏差の変化率Δａｉを演算する（Ｓ５）、メンバーシップ関数の入力範囲に合わせるため、ΔａｉにゲインＧ２を掛けてΔａＩＮＰを演算する（Ｓ６）、といった処理が順次実行される。この後、ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ３−２でＦＵＺＺＹ推論が実行される（Ｓ７）。このＦＵＺＺＹ推論で使用されるＦＵＺＺＹ制御の知識（ルール及びメンバーシップ関数）の一例を表１と図３〜図５に示す。その詳細は後述する。この知識を用いて推論結果を得る方法は、ＦＵＺＺＹ推論の一般的な手法である重心法を採用している。
【００２５】
演算結果は、速度指令の加速度ΔＶＯＵＴとして出力される。この後、最適な増加・減少量となるようにΔＶＯＵＴにゲインＧ３を掛けてΔＶｉを演算し（Ｓ８）、これを前回の処理で出力した積分値Ｖｉ−１に加算（積分）して速度指令値Ｖｉとする（Ｓ９）。速度指令値Ｖｉは、Ｄ／Ａ変換器３−４を介してロボットコントローラ２に出力される（Ｓ１０）。ロボットコントローラ２では、Ａ／Ｄ変換器２−７Ｃによりアナログ入力電圧が０〜１００％に変換される（Ｓ１１）。この出力値をティーチング時の指定速度に掛けることにより、加工時の送り速度を変化させる。
【００２６】
なお、連続送り速度制御ユニット３は、工具４の運転状態を負荷トランスジューサ６により監視し、故障と判断した場合にはロボットコントローラ２に「グラインダ異常」信号を出力する。また、上記制御でも処理しきれないほど急激に負荷が増大した場合は、ロボット１を停止する信号を出力し、工具・刃具及びロボットを保護する。
【００２７】
ＦＵＺＺＹ推論に用いるルールを表１に示す。
【００２８】
【表１】
0003567620.tif 000002
【００２９】
この表は、偏差ΔＡｉと偏差の変化率Δａｉの組み合わせをマトリックスとして示しており、例えば表の第２行第３列の「ＰＭ」は、ファジィルールにおける下記の組み合わせを表している。
【００３０】
「ｉｆ  ΔＡｉ＝ＮＳ  ａｎｄ  Δａｉ＝ＮＭ  ｔｈｅｎ  ΔＶｉ＝ＰＭ」
表中の記号ＰＬ、ＰＭ、ＰＳ、ＺＲ、ＮＳ、ＮＭ、ＮＬは、それぞれ「正で大きい」、「正で中くらい」、「正で小さい」、「ゼロ」、「負で小さい」、「負で中くらい」、「負で大きい」という後述のメンバーシップ関数のラベルを示す。
【００３１】
ルールの特徴は、偏差ΔＡｉが大きくなるほど、また偏差の変化率Δａｉが大きくなるほど加速度ΔＶｉの絶対値は大きくなり、変化する度合いは高くなることを基本とするものであり、負荷の変化が大きいほど敏感に反応し、目標に近いほど反応が鈍くなる非線形制御を実現できる。この実施形態では、特に目標負荷近辺での制御安定性を確保するために、マトリックスの中央付近で「ＺＲ」の範囲を広くしている。
【００３２】
なお、組み合わせは、上記例に限定されるものではなく、対象ワークの制御性に応じて各ラベルの範囲を増減し最適なものを選定する。
【００３３】
次に、メンバーシップ関数について説明する。条件部は、負荷偏差ΔＡｉと偏差の変化率Δａｉの２入力である。図３及び図４にそのメンバーシップ関数を示す。入力値は、負荷トランスジューサ６のフルスケールに対する割合として入力される。
【００３４】
入力（１）の負荷偏差ΔＡｉのメンバーシップ関数の特徴は、外側に近いほど各ファジィ集合の間隔が狭くなるように設定することにより、偏差が大きい場合に反応を敏感にし、０付近では不感帯に近い特性を持たせて応答性の向上と制御の安定性を両立させていることである。
【００３５】
なお、ファジィ集合の形は、図示例の３角型の他に、釣り鐘型、台形型等がある。実施形態では、代表的な３角型を例示している。
【００３６】
入力（２）の負荷偏差の変化率Δａｉのメンバーシップ関数の特徴は、外側に近いほど各ファジィ集合の間隔が狭くなるように設定することにより、偏差が大きい場合に反応を敏感にし、０付近では不感帯に近い特性を持たせて応答性の向上と制御の安定性を両立させていることである。
【００３７】
なお、ファジィ集合の形式は、図示例の３角型の他に、釣り鐘型、台形型等がある。実施形態では、代表的な３角型を例示している。
【００３８】
結論部は、送り速度増加率ΔＶｉの１出力である。図５にそのメンバーシップ関数を示す。出力値は、最終的にゲインを掛けて使用される。
【００３９】
出力の送り速度増加率ΔＶｉのメンバーシップ関数の特徴は、０に近いほど各ファジィ集合の間隔が狭くなるように設定することにより、ラベルが大きいほど出力されるΔＶｉが大きくなるような非線形的な出力値を得られることである。
【００４０】
なお、実施形態のファジィ集合の型式は、シングルトンと呼ばれる型であり、他に３角型、釣り鐘型、台形型等があるが、制御特性に大きな影響を与えないので、設定の容易なシングルトン型を例示している。
【００４１】
上記実施形態では、ロボットコントローラ２とは別に連続送り速度制御ユニット３を設置し、連続送り速度制御ユニット３にロボットコントローラ２との信号の授受を行うためにＤ／Ｏ、Ｄ／Ｉ、Ｄ／Ａの各インターフェースを持たせており、その動作は、要約すると、
（１）  「工具起動」信号を受けると、制御ユニット３はインバータ装置５に運転信号を出力し、起動完了後、無負荷電流をチェックする、
（２）  「制御ＯＮ／ＯＦＦ」信号を受けると、工具４の起動を確認し、異常が無い場合、前述の知識に従いＤ／Ａ変換器３−４にロボット１の送り速度指令（電圧）として出力する、
（３）  工具４の起動後のチェックで異常となった場合、制御ユニット３は「グラインダ異常」と「ロボット停止」信号を出力し、ロボットコントローラ２は異常を表示して停止する、
といった動作になる。
【００４２】
上記実施形態１の制御ユニット３のＣＰＵ３−１をグレードアップし、ファジィ推論処理をソフト的に行えば、ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ３−２を省略できる。その場合、Ａ／Ｄ変換器を内蔵しているか、あるいは追加可能な仕様であれば、ロボットコントローラは既設のコントローラを大きく改造することなく連続送り速度制御ユニットを付設するだけで済み、汎用性が高くなる。また、制御ユニット３のＣＰＵの負担は大きくなるが、ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵの省略によってコストの低減が図れる。
【００４３】
図６に本発明の実施形態２を示す。この実施形態２では、実施形態１における連続送り速度制御ユニット３の主要部（ＣＰＵ３−１、ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ３−２、Ａ／Ｄ変換器３−３）で構成する制御ユニット部３´をロボットコントローラ２´のＩ／Ｏインターフェースユニット２−７´内に組み込み、信号の授受や送り速度指令の出力をロボットコントローラ２´のＩ／Ｏデータバスで行うようにしている。
【００４４】
上記構成においては、ロボットコントローラ２´は制御ユニット部３´に対し、ロボット用Ａ／Ｄ変換器と同様に認識する。各信号の処理は、実施形態１と同様である。
【００４５】
この実施形態２では、送り速度制御ユニット側のＤ／Ｏ、Ｄ／Ｉ、Ｄ／Ａ変換器及びロボットコントローラのＡ／Ｄ変換器を省略するとともに、制御ユニット部３´をロボットコントローラ２´に組み込んでいるため、盤の増設等が不要になって大幅なコストダウンとなる。また、速度指令のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換処理がなくなるため、処理の高速化が図れる。更に、ロボットコントローラ内蔵であっても別個にＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ３−２を持っているため、制御サイクルが早く応答性が良好となる。
【００４６】
上記実施形態２において、制御ユニット部３´のＣＰＵ３−１をグレードアップし、ファジィ推論処理をソフト的に行えば、ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ３−２を省略できる。これにより、一層コストの低減が図れる。
【００４７】
図７に本発明の実施形態３を示す。この実施形態３では、ロボットコントローラ２″の管理ＣＰＵボード上にＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ３−２を配設し、管理ＣＰＵ２−１で制御を行うようにしている。つまり、実施形態２と同様に連続送り速度制御ユニットをロボットコントローラに組み込んだ構成としている。
【００４８】
このような構成とすると、管理ＣＰＵ２−１でプログラムの制御も行えるため、設定変更等を専用の命令にしたり、ティーチングボックス等のロボット側のマンマシンインターフェースが利用できるようになり、使い勝手の向上が図れる。また、送り速度制御ユニット側の入出力インターフェースを省略したり、ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵのロボットコントローラへの組み込みにより盤増設を不要としたので、大幅なコストダウンとなる。更に、速度指令のＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ変換処理がなくなるため、処理の高速化が図れる。しかも、ロボットコントローラ内蔵であっても別個にＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ３−２を持っているため、制御サイクルが早く応答性が良好となる。
【００４９】
上記実施形態３において、管理ＣＰＵ３−１をグレードアップし、ファジィ推論処理をも行うようにすれば、ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ３−２を省略できる。これにより、一層コストの低減が図れる。
【００５０】
上記各実施形態１〜３の特徴
（１）  目標負荷を設定し、常時その負荷で加工できるように送り速度を変化させるように制御すること（工具を最も効率の良い状態で使用可能とすること）．
（２）  目標負荷に対する偏差と偏差の変化率からＦＵＺＺＹ推論により加速度を求めること．
負荷の演算にＦＵＺＺＹ推論を採用する理由
ａ．目標追従性の向上
目標負荷に早く収束させるため、偏差が大きい場合には応答性を早くし、偏差が小さい場合には遅くすることで制御の安定性と高い応答性を両立させること（偏差の変化率でも同様）が必要であり、ＦＵＺＺＹ制御を採用し、その知識（ルールとメンバーシップ関数）の組み方を選定することで非線形制
御の構築を容易にする．
ｂ．制御条件の変化に対する適応性の向上
制御性能の変化が連続的であるため、最適な条件で制御できる．
ｃ．急激な変化への適応性の向上
急激な変化が発生した場合、その時の偏差と偏差の変化率の大きさに応じて
先読み制御ができるため、適応性が向上する．
（３）  求めた加速度を積分して送り速度とするため、ワークの材質や加工条件の差から最終的な送り速度指令値が変わっても問題なく制御できること．
図８に本発明の実施形態４を示す。実施形態４は、処理の遅れによる制御対応限界を越えるような負荷の急激な変化があった場合でも、連続送り制御の特徴を活かしてなるべくライン停止をさせずに処理することを目的としている。連続送り速度制御は、工具負荷に応じてロボットコントローラに速度変更指令電圧を出力し、コントローラはその電圧を０〜１００％の数値に内部変換してプログラムで指定されている送り速度を加減しているため、負荷が低い場合は速度変更指令の１００％を維持するようになり、送り速度はプログラムでの指定そのものとなる。このプログラムでの指定速度を上げれば、負荷が急に増大した場合の変化率が速度に応じて増加するため、負荷のばらつきが大きい場合の効率は良くなるが、負荷が急に増大した場合の変化率が速度に応じて増加するため、処理のタイムラグによる負荷ピークが増加するようになる。この負荷ピークが工具の能力を大きく越えると、工具の動作が停止してしまうため、保護のためにシステムを停止させる必要があり、頻繁にこの状態が起きると全体の効率が悪くなり、結果的にプログラムで指定できる最大速度の増大が期待できなくなる。
【００５１】
この実施形態４では、システム停止時における自動復帰動作を追加することにより、負荷ピークを抑えプログラムでの指定速度を上げてライン停止事態を避けるようにしている。
【００５２】
図中、１はロボット本体、２はティーチングプレイバック方式のロボットコントローラ、３は連続送り速度制御ユニット、４Ｇは前記ロボット本体１のアームに取り付けた高周波電動アングルグラインダ、５はこのグラインダ４Ｇの電源として用いるインバータ装置である。このインバータ装置５の出力端にはグラインダ４Ｇの駆動電動機、例えば誘導電動機を接続し、その負荷電流を検出して負荷トランスジューサ（電流変換器）６´の入力としている。
【００５３】
この実施形態４では、システム停止を掛ける設定値は、安全を見込んで工具の能力を越えて動作停止に陥る直前のレベルに設定している。この設定値を「最上限値」と呼ぶ。例えば、３ｋｗ高周波電動アングルグラインダの場合、負荷電流２６Ａ時に最大出力５ｋｗを発生するため、これを越えると急激に出力・トルクが共に低下し出力軸が回転停止状態に陥る。そこで、処理遅れが発生しても越えることがないように安全を見込んで２０Ａに設定している。
【００５４】
そのため、システム停止しても実際に回転不能状態まで行かない場合もあるので、「最上限値」を検出した場合にはシステム停止として自動運転を中断するのではなく、ロボットの送りを一時停止させ、一定時間後に再度負荷チェックして下がっていた場合は送り速度指令を低速にした上で再起動させる。この制御動作により、負荷が大きくても急激な負荷増大は起こらなくなり、再起動後は連続送り速度制御を掛けて動作するために最適な送り速度で加工が行われる。その処理フローを図９に示す。このフロー図に示す処理は、連続送り速度制御ユニット３内の制御ＣＰＵ３−１で行うことになる。処理フローは、次の通りである。
【００５５】
まず、負荷チェツクを行い（Ｓ２１）、正常の時は連続送り速度制御を実行し（Ｓ２２）、次いで研削終了か否かを判断する（Ｓ２３）。負荷チェックで「最上限」検出があった場合はロボット一時停止処理（Ｓ２４）を行い、１秒程度の待ち時間を取る（Ｓ２５）。この後、再負荷チェックを行い（Ｓ２６）、負荷が下がっていた場合は送り速度指令変更（１０〜２０％程度）の処理（Ｓ２７）を実行し、ロボットを再起動する（Ｓ２８）。負荷が下がっていない場合は、システム停止とする（Ｓ２９）。研削未終了時とロボット再起動時には初段階の負荷チェック（Ｓ２１）に戻る。
【００５６】
この処理の追加によって、負荷ピークの増大により停止しても、まだ工具が停止していない場合は再起動して加工が続行されることになり、システム停止の頻度が減少する。そのため、プログラムで指定する研削時の最大速度が速くなって、負荷が小さい場合の加工効率が良くなる。特に、負荷の大きさが一定しないで大きく変動する場合に有効である。
【００５７】
また、予め負荷の増大が予想される場合、例えば鋳物の湯口や揚がり等、教示の段階から大きな負荷が工具に掛かることが予め予測できる場合は、ティーチングされているロボットプログラムからその部位を研削する直前に送り速度制御ユニットへ「送り速度減速指令」（Ｄ／Ｏ出力）を与え、送り速度指令を１０〜２０％程度に強制的に減速し研削を開始することにより、負荷ピークを低く抑えることが可能であり、この制御動作を追加する。この強制減速は、研削を開始して工具負荷が無負荷状態を脱するか（研削を開始したと判断）、減速開始から予め設定された一定時間を経過したか（ティーチング時に想定したよりも湯口や揚がりが小さかった場合）のどちらかの条件で解除され、通常の連続送り速度制御に復帰し研削を行うので、負荷の増加が大きくなかった場合でも、強制減速による作業効率悪化を最小限にすることができる。図１０に「送り速度減速指令」入力時の処理フローを示す。このフロー図に示す処理は、連続送り速度制御ユニット３内の制御ＣＰＵ３−１で行うことになる。処理フローは、次の通りである。
【００５８】
まず、送り速度減速指令チェックを行い（Ｓ３１）、ＯＦＦ時には連続送り速度制御（Ｓ３２）、研削終了か否かの判断（Ｓ３３）のルーチンを実行し、ＯＮ時には送り速度減速指令保持（１０〜２０％）の処理（Ｓ３４）、減速保持時間チェック（Ｓ３５）、負荷電流が無負荷電流値上限以上か否かの判断（Ｓ３６）のルーチンを実行する。減速保持時間（１〜２秒程度）に達した時と負荷電流が上限を越えている時は、送り速度指令固定解除の処理（Ｓ３７）を行い、連続送り速度制御の処理（Ｓ３２）に戻る。
【００５９】
この処理の追加によって、上述のような状態で一時停止することがなくなり、予測可能な揚がりや湯口が多い場合にもシステム停止や一時停止をすることなく研削加工が実行される。つまり、効率が良く、かつ安定した研削作業となる。これは、予め大きな負荷があると予測できるが、その大きさが変動するような場合に有効である。
【００６０】
なお、「最上限」検出時の処理と「送り速度減速指令」入力時の処理を併せて行えば、適用範囲の拡大が図れ、連続送り速度制御に有用である。
【００６１】
次に、本発明の応用例を説明する。応用例の一つは、前述の高周波電動アングルグラインダを工具とした例（図８の実施形態４）で、鋳物のバリ研削に適用した場合である。高周波電動アングルグラインダは、オフセット砥石を刃具とし、重研削に向いている。駆動モータは、２ポールのインダクションモータで、三相２００Ｖ２５０Ｈｚの電源（インバータ装置）としている。負荷トランスジューサに電流変換器６´を使用していることは実施形態（図８）と同様であり、動作も同様となる。
【００６２】
バリの研削または切削に比較的多く用いる電動工具としては、高周波電動アングルグラインダの他、高周波スピンドル（一般的に高周波電源を使用し、１〜数万の高回転数で、砥石またはエンドミルを刃具とする）、インターナルグラインダ（１〜数万の高回転数グラインダで、インターナル砥石を刃具として、主に鋳物などの内面を研削する）、ストレートグラインダ（スピンドルよりも低速で、主に平型砥石を取り付け、面積の広い平面を研削する）などがある。また、工具の電源は、単相１００Ｖ５０／６０Ｈｚでもその使用に合った負荷トランスジューサを使用すれば可能であり、手作業用のアングルグラインダやストレートグラインダなどでも同様に使用できる。更に、鋳物のバリ取りの他、溶接ビードの研削やＦＲＰなど他の材料のバリ取りにも適用できる。
【００６３】
図１１にエアスピンドルを使用したバリ取りロボット装置（実施形態５）を示す。エアスピンドルを使用し、機械加工バリ（カエリ）を切削する場合は、削り過ぎないよう、エアスピンドル４Ｓａの部分にパルスピックアップ７を取り付けている。この実施形態５では、負荷トランスジューサ６″として回転計を用いており、パルスピックアップ７からの入力を回転数に変換し、それに比例した電圧として出力する。負荷トランスジューサ６″の出力を連続送り速度制御ユニット３に入力し、ファジィ推論により演算してロボットコントローラ２に速度指令を出力し、この速度指令によりプログラムで指定された送り速度を変更しながらロボット１を制御することは、前述と同様である。
【００６４】
この他のエア工具としては、エアアングルグラインダ（刃具はオフセット砥石、電動に比べ軽研削向き）、エアインターナルグラインダ（インターナル砥石を刃具として、主にワークの内面を研削する）、エアストレートグラインダ（スピンドルよりも低速で、主に平型砥石を取り付け、面積の広い平面を研削する）などがある。また、同様の構成でＦＲＰのバリ研削、溶接ビードの研削などにも適用できる。
【００６５】
図１２及び図１３に電動工具によるＦＲＰ製品のトリミング（切断加工）の例（実施形態６及び７）を示す。この例は、構成的には前記実施形態４と同様であり、電動アングルグラインダ４Ｇに刃具としてカッター（ダイヤモンドを電着した鋸刃）８を取り付けてトリミングする場合（図１２）と、電動スピンドル４Ｓｅに刃具としてルータービット８´を取り付けてトリミングする場合（図１３）である。
【００６６】
前者は、直線部を長距離に亘って切断する用途に適する。後者は、小さなＲ部や曲線のトリミングに適する。信号処理と動作は、実施形態４と同様である。
【００６７】
図１４、図１５に床置き型切断機による鋳造品の湯口切断の例（実施形態８）を示す。この実施形態８では、電動の床置き型切断機１１を用いており、切断機１１にチップソー１１Ａを刃具として取り付け、ロボット１にワーク１２をつかませてその湯口１２Ａを切断する。チップソー１１Ａは、駆動モータ１１Ｂ、プーリ１１Ｃ、ベルト１１Ｄなどにより回転駆動する。工具負荷は、電流変換器を用いた負荷トランスジューサ６´により検出している。ここでは、電流変換器を用いたが、電力変換器でもよい。また、一般にこのような用途の場合は、モータの容量が大きくそれに伴いイナーシャも大きくなるため、より早く負荷変動を捕らえる手段としてトルク変換器を用いることもある。その場合は、図１５のようにチップソー１１Ａを取り付けた軸にカップリング１１Ｅを介してトルクセンサ１３を挿設し、これをアンプ（負荷トランスジューサ）６Ｔに接続する。信号処理と動作は、実施形態４と同様である。
【００６８】
トルク変換器の一例（株式会社  クボタ製）を図１６、図１７に示す。図１６は動作原理図、図１７はブロック図である。軸３１にトルクが負荷されると、溝加工部Ａ、Ｂにそれぞれ引張応力、圧縮応力が働き、溝加工部Ａ、Ｂの透磁率がそれぞれ増加、減少する。これを電圧／電流変換して出力する。そのために、２系の励磁コイル３２Ａ，３２Ｂと検出コイル３３Ａ，３３Ｂを設け、アンプ６Ｔに接続する。アンプ６Ｔは、発振回路３４、パワーアンプ３５、整流回路３６Ａ及び３６Ｂ、フィルタ３７Ａ及び３７Ｂ、演算回路３８、Ｖ／Ｉ変換器３９などにより構成する。Ａコイル系では、引張応力＋σにより溝加工部Ａの透磁率が増加し、出力電圧が増加する。Ｂコイル系では、圧縮応力−σにより溝加工部Ｂの透磁率が減少し、出力電圧が減少する。両出力電圧の差に基づいてトルクを演算する。
【００６９】
図１８及び図１９にＦＲＰ製品の穴あけ加工の例（実施形態９及び１０）を示す。実施形態９（図１８）では、刃具としてホールソー９を使用し、これを電動ドリル４Ｄｅに取り付ける。負荷トランスジューサとしては、電流変換器を使用する。信号処理と動作は、実施形態４と同様である。
【００７０】
実施形態１０は、キリ穴加工のみの場合や小径のホールソーを使用する場合にエアドリルを使用する例であり、エアドリル４Ｄａにホールソー９´を取り付けている。この場合は、実施形態５と同様に回転数を検出し、送り速度制御に用いる。エアドリルを使用する場合は、工具・刃具の保護のために先願（特開平４−２５０９１０号）のような「定押し圧装置」を取り付けるが、本実施形態では、負荷制御ができるため、その必要がなくなる。
【００７１】
【発明の効果】
Ａ．総体的（基本的）効果
（１）  ティーチング時の速度指令をラフに行っても自動で最適な速度に変更しながら加工を行うため、発生が予測される最大負荷で送り速度を限定する必要がなくなり、正常時のサイクルタイムの短縮によって加工効率が上がる、
（２）  負荷変動に対する対応能力が上がるため、ラインが停止することが少なくなる、
（３）  ティーチングの送り速度の細かい指定が不要なため、送り速度を最適な値に調整する作業が少なくなり、ライン立ち上げ時のカット＆トライに要する時間を短縮できる、
（４）  速度変化の指令が０〜１００％の間で連続的に変化するため、動作がスムーズである、
（５）  負荷ピークの増大により停止しても、まだ工具が停止していない場合は再起動して加工が続行されるため、システム停止の頻度が減少し、プログラムで指定する研削時の最大速度が速くなって、負荷が小さい場合の加工効率が良くなる、
（６）  予測可能な揚がりや湯口が多い場合にもシステム停止や一時停止をすることなく研削加工が実行されるようになり、効率が良く、かつ安定した研削作業となる、
などの効果がある。
【００７２】
Ｂ．応用効果
ａ．バリ研削または切削の場合
（１）  常時、工具の目標負荷となるように送り速度を変化させながらバリを研削するために、ロットや個々の品物毎のバリ量のばらつきがあっても、効率よく研削することができるようになり、サイクルタイムを短縮できる、
（２）  工具の能力を越えるようなバリが発生しても、送り速度を下げて対応するため、研削可能なバリ量の範囲が広がりシステム停止の頻度が下がる、
（３）  過負荷時のロボットの送り速度は連続的に変化するため、一時停止・再起動のように極端ではなくなり、仕上げ品質が安定する、
（４）  刃具の摩耗による負荷の増加でも過負荷にならずに加工が続行されることは、寿命が延びることであり、使用時間の延長につながる、
などの効果がある。
【００７３】
ｂ．切断加工の場合
（１）  工具負荷の変動の大きい対象物（手作業で積層されるＦＲＰ部品のように厚さが一定でないもの、鋳造品の湯口のように円柱状であるために切断面積が変化するもの、鋳造品の湯口を複数個一度に切断する場合のように切り始め・終わりが同時にできないものなど）に適用すると、負荷に応じた切断速度を自動調節するために、切断厚さが変動しても効率良く切断できる。また、湯口の切断でも、切り始め・終わりの２点を教示するだけで送り速度を自動的に調整するため、切断時間も短縮できる、
（２）  切断開始・終了位置も変化する可能性のある対象品の場合は、その前後に切断速度と同じ空走区間を設けて、いきなり接近する速度で切り込んだり、切断が終了する前に離脱動作をすることがないようにしているためにその制御動作による効率低下は免れないが、刃物の負荷を検知して送り速度を切断に最適な値にするため、空走区間の速度を従来の数倍に増大させることができるようになり、空走時間の大幅な短縮が可能となる、
（３）  切断中、刃物は一定の負荷で切削できるため、損傷を防止できる、
（４）  工具の能力を越えるような厚い品物が現れても、送り速度を下げて対応できるため、切断できる範囲が広がり、システム停止の頻度が下がる、
（５）  過負荷時のロボットの送り速度は、一時停止・再起動のように極端でなくなり、連続的に変化するために仕上げ品質が安定する、
（６）  刃具の摩耗による負荷の増加でも、過負荷にならず加工が続行できるので、寿命（使用時間）が延びる、
などの効果がある。
【００７４】
ｃ．穴あけ加工の場合
（１）  対象物が手作業で積層されるＦＲＰ部品（厚さが一定でない）のような場合、その工具負荷が大きく変動しても、負荷に応じた穴あけ速度を自動調節するために、厚さが変動しても効率良く穴あけできる。また、加工始め・終わりの２点を教示するだけで送り速度が自動的に調整されるため、加工時間の短縮も図れる、
（２）  穴あけ開始・穴あけ終了位置も変化する可能性のある対象品の場合は、その前後に穴あけ速度と同じ空走区間を設けて、いきなり接近する速度で切り込んだり、穴あけが終了する前に離脱動作をすることがないようにしているためにその制御動作による効率低下は免れないが、刃物の負荷を検知して送り速度を穴あけに最適な値にするため、空走区間の速度を従来の数倍に増大させることができるようになり、空走時間の大幅な短縮が可能となる、
（３）  穴あけ加工中、刃物は一定の負荷で切削できるため、損傷を防止できる、
（４）  工具の能力を越えるような厚い品物が現れても、送り速度を下げて対応できるため、穴加工できる範囲が広がり、システム停止の頻度が下がる、
（５）  過負荷時のロボットの送り速度は、一時停止・再起動のように極端でなくなり、連続的に変化するために仕上げ品質が安定する、
（６）  刃具の摩耗による負荷の増加でも、過負荷にならず加工が続行できるので、寿命（使用時間）が延びる、
などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示すブロック回路図。
【図２】実施形態１における信号処理の動作フロー図。
【図３】実施形態１の入力（１）（負荷偏差ΔＡｉ）のメンバーシップ関数の例。
【図４】実施形態１の入力（２）（負荷偏差の変化率Δａｉ）のメンバーシップ関数の例。
【図５】実施形態１の出力（送り速度増加率ΔＶｉ）のメンバーシップ関数の例。
【図６】本発明の実施形態２を示すブロック回路図。
【図７】本発明の実施形態３を示すブロック回路図。
【図８】本発明の実施形態４を示すブロック回路図。
【図９】実施形態４における「最上限」検出時のフロー図。
【図１０】実施形態４における「送り速度減速指令」入力時のフロー図。
【図１１】本発明の実施形態５を示すブロック回路図。
【図１２】本発明の実施形態６の工具・刃具を示す側面図。
【図１３】本発明の実施形態７の工具・刃具を示す側面図。
【図１４】本発明の実施形態８を示すブロック回路図。
【図１５】実施形態８におけるトルク変換器の使用例を示す配置・接続図。
【図１６】トルク変換器の動作原理図。
【図１７】トルク変換器のブロック図。
【図１８】本発明の実施形態９の工具・刃具を示す側面図。
【図１９】本発明の実施形態１０の工具・刃具を示す側面図。
【符号の説明】
１…ロボット本体
２、２´、２″…ロボットコントローラ
２−１…管理ＣＰＵ
２−３…制御ＣＰＵ
２−４…位置検出インターフェース
２−６…サーボドライバ
２−７…Ｉ／Ｏインターフェースユニット
２−７Ｃ…Ａ／Ｄ変換器
３、３´…連続送り速度制御ユニット
３−１…ＣＰＵ
３−２…ＦＵＺＺＹ演算ＣＰＵ
３−３…Ａ／Ｄ変換器
３−４…Ｄ／Ａ変換器
４…高周波電動工具
４Ｍ…駆動電動機
４Ｓａ…エアスピンドル
４Ｓｅ…電動スピンドル
４Ｇ…高周波アングルグラインダ
５…インバータ装置
６…負荷トランスジューサ（電力変換器）
６´…負荷トランスジューサ（電流変換器）
６″…負荷トランスジューサ（回転計）
６Ｔ…負荷トランスジューサ（トルクセンサアンプ）
７…パルスピックアップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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