産業用ロボットを用いた高速プロトタイプ加工システムの開発

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CADによる設計形状を立体表現するために、3次元実体モデルを産業用ロボットによる切削加工で試作するための技術を開発する。本年度は『ロボットの剛性が低く、切削力を受けて大きく変形する』という問題を解決するために、ロボットハンド先端の変位量を推定するための剛性モデルの構築と、推定した変位量を補正する手法を確立することを目的とした。(1)ロボット各関節部の剛性測定 ロボットに外力を作用させてロボット各部の変位を測定し、関節を挟む2点の相対変位と力の関係から関節部の剛性を測定した。実験に使用した垂直多関節型ロボットでは、ハンド先端に近い関節ほど剛性が低く、荷重-変位曲線におけるヒステリシスも大きい。また、ロボットのベースに近い関節は、変形がわずかであってもリンク長によって拡大されるために、ハンド先端の変位量に悪影響を及ぼしている。(2)ロボットの静剛性モデルの構築 ロボット各関節部の静剛性を考慮し、ロボットの姿勢ならびにロボットハンド先端に作用する外力とロボットハンド先端の変位との関係を定義したロボットの静剛性モデルを構築した。推定される変位量を8つの姿勢について実測値と比較検証したところ最大で26%の誤差を生じ、荷重-変位曲線におけるヒステリシスや関節部のバックラッシュの影響が無視できないことがわかった。(3)パソコンCADによるオフラインティーチングの実現 2.5次元の形状が定義できる簡単なパソコンCADを開発し、そこで求められる工具経路情報から切削加工のためのロボットの教示プログラムを自動生成することでオフラインティーチングを実現した。加工誤差をフィードバックする事で、加工精度が改善できることはこれまでの研究で明らかにしているが、実用上の観点ではハンド先端の変位量を精度良く推定し、教示プログラムを作成する時点でこれを考慮して加工精度を改善することが今後の課題である。