(57)【要約】【課題】被加工物を仕上げ加工する際の加工ツールの力制御を簡略化する。【解決手段】フランジ部１７に取り付けた加工ツール９のワークＷに対する移動が、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向への並進運動については並進運動部１１により行われ、水平面内での旋回や垂直面内での旋回等の回転運動については回転運動部１３により行われる。このため、力覚センサ１５で検出したワークＷからの反力に対応する研磨工具４１のワークＷに対する押し付け力Ｆに基づいた押し付け方向への力制御は、加工ツール９を並進３軸方向に移動させる並進運動部１１に対してのみ行えばよく、加工ツール９を回転させる回転運動部１３に対して力制御を行う必要はない。よって、ワークＷを仕上げ加工する際の加工ツール９の研磨工具４１の力制御を、並進運動部１１だけで行えばよいように簡略化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を加工する加工ツールが取り付けられる手先部と、
互いに直交する３軸の軸方向への並進運動により前記手先部を前記被加工物に対して相対的に移動させる並進運動部と、
少なくとも２軸の周りの周方向への回転運動により前記手先部を前記被加工物に対して相対的に移動させる回転運動部と、
前記被加工物の設計データから前記被加工物の目標形状を示す目標形状データを生成する被加工物形状データ生成部と、
前記加工ツールの前記被加工物に対する押し付け力を検出する力覚センサと、
前記力覚センサが検出した前記押し付け力の大きさに基づいた、前記加工ツールの前記被加工物に対する押し付け方向への前記並進運動部の力制御と、前記被加工物形状データ生成部が生成した前記目標形状データに基づいた、前記目標形状の前記被加工物に沿った前記加工ツールの送り方向への前記並進運動部及び前記回転運動部の位置制御とにより、前記被加工物の仕上げ形状に倣って前記加工ツールを移動させる制御部と、
を備える倣い加工装置。
【請求項２】
前記並進運動部と前記回転運動部とが接続されており、前記並進運動部よりも前記手先部側に前記力覚センサが配置されている請求項１記載の倣い加工装置。
【請求項３】
前記力覚センサを３つ有しており、各力覚センサは、前記押し付け力の、前記並進運動部が並進運動する前記３軸の各軸方向成分をそれぞれ個別に検出する請求項１又は２記載の倣い加工装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記押し付け方向を、前記並進運動部が並進運動する前記３軸のうちいずれか１軸の軸方向と一致させて、前記押し付け方向と一致する軸方向のみについて前記並進運動部を力制御する請求項１、２又は３記載の倣い加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工ツールを動かして被加工物を目標形状に沿った仕上げ形状に加工する倣い加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加工物のバリ取りや面取り等の仕上げ加工を行う加工装置では、被加工物に対する押し付け力を制御しながら加工ツールを被加工物の加工部分に沿って倣い移動させる必要がある。
【０００３】
このような仕上げ加工を行う加工装置として、６つの関節の回転により並進３軸と回転３軸との６自由度を実現する多関節ロボットが開示されている。この多関節ロボットでは、手先の力覚センサで検出した加工ツールの被加工物に対する押し付け力に基づいて、加工ツールの力制御を並進３軸方向において行っている（例えば、特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−７６８５０号公報
【特許文献２】特開平３−１４２１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した多関節ロボットによる従来の加工装置では、加工ツールの並進３軸方向への移動が、各関節のアクチュエータの連動した回転によって実行される。このため、並進３軸方向の力制御を行うには、力覚センサの検出結果に基づいて各アクチュエータの回転を制御する必要がある。
【０００６】
したがって、６軸の回転を連動させて実現する加工ツール（手先）の力制御のための軌道計算が煩雑になる。また、加工ツールの押し付け力が目標値からずれた場合にも、その原因がどの軸の回転の不具合によるものかを特定するための検証が煩雑になる。
【０００７】
さらに、各軸の回転にそれぞれ誤差が生じる可能性があるため、各軸の誤差が複合されて、加工ツールの押し付け力の目標値からのずれが大きくなる可能性がある。
【０００８】
その上、６軸の回転を組合わせた結果、加工ツールの被加工物に対する押し付け力が得られるので、各軸の回転にそれぞれフィードバックする内容を検出する力覚センサは、６軸のアクチュエータよりも手先側に配置する必要がある。
【０００９】
このため、倣い加工装置の加工ツールが存在する手先側が力覚センサの重量分だけ重くなり、移動中の加工ツール（手先）に作用する慣性が増える。この慣性は、加工ツールを力制御や位置制御する際の制御性や応答性を向上させる妨げとなってしまう。
【００１０】
本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、被加工物を仕上げ加工する際の加工ツールの力制御を簡略化することができる倣い加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様による倣い加工装置は、
被加工物を加工する加工ツールが取り付けられる手先部と、
互いに直交する３軸の軸方向への並進運動により前記手先部を前記被加工物に対して相対的に移動させる並進運動部と、
少なくとも２軸の周りの周方向への回転運動により前記手先部を前記被加工物に対して相対的に移動させる回転運動部と、
前記被加工物の設計データから前記被加工物の目標形状を示す目標形状データを生成する被加工物形状データ生成部と、
前記加工ツールの前記被加工物に対する押し付け力を検出する力覚センサと、
前記力覚センサが検出した前記押し付け力の大きさに基づいた、前記加工ツールの前記被加工物に対する押し付け方向への前記並進運動部の力制御と、前記被加工物形状データ生成部が生成した前記目標形状データに基づいた、前記目標形状の前記被加工物に沿った前記加工ツールの送り方向への前記並進運動部及び前記回転運動部の位置制御とにより、前記被加工物の仕上げ形状に倣って前記加工ツールを移動させる制御部と、
を備える。
【００１２】
本発明の第１の態様による倣い加工装置によれば、手先部に取り付けた加工ツールの被加工物に対する移動が、互いに直交する３軸方向への並進運動については並進運動部により行われ、少なくとも２軸の周りの周方向への回転運動については回転運動部により行われる。
【００１３】
このため、力覚センサで検出した押し付け力に基づいた加工ツールの被加工物に対する押し付け方向への力制御は、加工ツールを並進３軸方向に移動させる並進運動部に対してのみ行えばよく、加工ツールを少なくとも２軸の周りの周方向に回転させる回転運動部に対して力制御を行う必要はない。
【００１４】
よって、被加工物を仕上げ加工する際の加工ツールの力制御を、並進運動部だけで行えばよいように簡略化することができる。
【００１５】
これにより、加工ツール（手先）の力制御のための軌道計算を、並進運動部による並進３軸方向の移動量だけの簡便なものとすることができる。また、加工ツールの押し付け力が目標値からずれた場合にも、その原因がどの部分の動作の不具合によるものかの検証を、並進運動部の中から特定する簡便なものとすることができる。
【００１６】
さらに、並進運動部の並進３軸方向の移動だけを加工ツールの押し付け力に利用するので、各軸の移動量にそれぞれ生じた誤差が複合されても、加工ツールの押し付け力が目標値から大きくずれないようにすることができる。
【００１７】
その上、並進運動部による並進３軸方向の移動を組合わせた結果、加工ツールの被加工物に対する押し付け力が得られるので、並進３軸方向の移動量にそれぞれフィードバックする内容を検出する力覚センサは、並進運動部よりも手先側に位置していれば、必ずしも一番手先側に配置する必要はない。
【００１８】
このため、倣い加工装置の加工ツールが存在する手先側が力覚センサの存在によって重くならないように力覚センサを配置して、移動中の加工ツール（手先）に作用する慣性の増加を抑制し、加工ツールを力制御や位置制御する際の制御性や応答性の向上を図り易い構造とすることができる。
【００１９】
なお、本発明の第１の態様による倣い加工装置には、並進運動部と回転運動部とが独立した機構を構成し、そのどちらかのみに手先部が接続されている、例えばＮＣ（数値制御）加工機のようなものも含まれる。
【００２０】
また、本発明の第２の態様による倣い加工装置は、本発明の第１の態様による倣い加工装置において、前記並進運動部と前記回転運動部とが接続されており、前記並進運動部よりも前記手先部側に前記力覚センサが配置されている。
【００２１】
本発明の第２の態様による倣い加工装置は、本発明の第１の態様による倣い加工装置に含まれる加工装置のうち、特に、並進運動部と回転運動部とが連結されており、それらのいずれか一方に、手先部を介して加工ツールが取り付けられたものが対象となる。
【００２２】
そして、本発明の第２の態様による倣い加工装置によれば、本発明の第１の態様による倣い加工装置において、回転運動部と連結された並進運動部よりも手先側に力覚センサが配置されている。このため、並進運動部の並進３軸方向への移動量により得られる加工ツールの被加工物に対する押し付け力を、並進運動部よりも手先側の力覚センサにより確実に検出することができる。
【００２３】
さらに、本発明の第３の態様による倣い加工装置は、本発明の第１又は第２の態様による倣い加工装置において、前記力覚センサを３つ有しており、各力覚センサは、前記押し付け力の、前記並進運動部が並進運動する前記３軸の各軸方向成分をそれぞれ個別に検出する。
【００２４】
本発明の第３の態様による倣い加工装置によれば、本発明の第１又は第２の態様による倣い加工装置において、並進運動部の並進３軸方向への移動量により得られる加工ツールの被加工物に対する押し付け力が、各軸方向成分毎に個別の力覚センサによってそれぞれ検出される。
【００２５】
このため、制御部が並進運動部を力制御する際に、個別の力覚センサが並進３軸方向の各方向別にそれぞれ検出した内容を用いて、並進運動部による対応する軸方向への移動量を、他の軸方向から分離して独立して制御することができる。また、これにより、加工ツールの押し付け力が目標値からずれた場合にも、その原因がどの軸の回転の不具合によるものかの検証を簡易に行うことができる。
【００２６】
また、本発明の第４の態様による倣い加工装置は、本発明の第１、第２又は第３の態様による倣い加工装置において、前記制御部は、前記押し付け方向を、前記並進運動部が並進運動する前記３軸のうちいずれか１軸の軸方向と一致させて、前記押し付け方向と一致する軸方向のみについて前記並進運動部を力制御する。
【００２７】
本発明の第４の態様による倣い加工装置によれば、本発明の第１、第２又は第３の態様による倣い加工装置において、加工ツールの被加工物に対する押し付け方向が、被加工物の仕上げ形状に倣って加工ツールを移動させる送り方向に対して直交する方向となる場合がある。
【００２８】
その場合は、並進運動部による並進３軸方向のうち１軸の軸方向への移動により加工ツールを被加工物に押し付け、他の２軸のうち片方又は両方の軸方向への移動により加工ツールを被加工物に対して送り方向に移動させることができる。すると、制御部は、加工ツールの力制御を、並進運動部による並進３軸方向のうち１軸の軸方向の移動だけで行うことができる。
【００２９】
よって、並進運動部による並進３軸方向の移動のうち加工ツールの被加工物に対する押し付け力に利用する移動の方向を１軸の軸方向だけにして、各軸の移動量にそれぞれ生じた誤差が複合されて加工ツールの押し付け力が目標値から大きくずれないようにすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の倣い加工装置によれば、被加工物を仕上げ加工する際の加工ツールの力制御を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る倣い加工装置の概略構成を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の加工ツールでワークのエッジを面取りする際の研磨工具のワークに対する押し付け状態を示す説明図である。
【図２】図１（ａ）の力位置制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１（ａ）の加工ツールの研磨工具が押し付け方向への力制御と押し付け方向及び送り方向への位置制御とによりワークの仕上げ形状に倣って移動する際の動作を示す説明図である。
【図４】６つの関節の回転により並進３軸と回転３軸との６自由度を実現する多関節ロボットで倣い加工装置を構成した場合の力位置制御装置の電気的な概略構成の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図１（ａ）は本発明の一実施形態に係る倣い加工装置の概略構成を示す説明図、（ｂ）は（ａ）の加工ツールでワークのエッジを面取りする際の研磨工具のワークに対する押し付け状態を示す説明図である。
【００３４】
図１（ａ）中引用符号１で示す本実施形態の倣い加工装置は、例えば、切削加工により得たワークＷ（請求項中の被加工物に相当）のエッジを倣い加工により面取りするものである。そして、本実施形態の倣い加工装置１は、ロボット部３、力位置制御装置５及びロボットコントローラ７を有している。力位置制御装置５及びロボットコントローラ７は、請求項中の制御部に相当している。
【００３５】
ロボット部３は、ワークＷのエッジを倣い加工する加工ツール９をワークＷの仕上げ形状に倣って移動させるもので、並進運動部１１、回転運動部１３、力覚センサ１５及びフランジ部１７を有している。
【００３６】
並進運動部１１は、Ｘ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３を有している。Ｘ軸アーム１９及びＹ軸アーム２１は、互いに直交するＸ軸及びＹ軸方向に沿って水平方向に配置されている。
【００３７】
Ｘ軸アーム１９は、後述するＸ軸アクチュエータ２５（図２参照）によりＸ軸方向に移動可能に構成されている。Ｙ軸アーム２１は、後述するＹ軸アクチュエータ２７（図２参照）により、Ｘ軸アーム１９上でＹ軸方向に移動可能に構成されている。
【００３８】
Ｚ軸アーム２３は、Ｘ軸及びＹ軸の両方向と直交するＺ軸方向に沿って垂直方向に配置されている。Ｚ軸アーム２３は、後述するＺ軸アクチュエータ２９（図２参照）により、Ｙ軸アーム２１上でＺ軸方向に移動可能に構成されている。
【００３９】
本実施形態の倣い加工装置１では、並進運動部１１のＸ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の並進３軸方向への並進運動により、加工ツール９のワークＷに対する押し付け力が調整される。
【００４０】
回転運動部１３は、水平旋回ブロック３１及び垂直旋回ブロック３３を有している。水平旋回ブロック３１は、Ｚ軸アーム２３の先端（下端）に、垂直方向のθ１軸を介して接続されている。水平旋回ブロック３１は、後述するθ１軸アクチュエータ３５（図２参照）により、Ｚ軸アーム２３に対してθ１軸の周りの周方向に回転可能（水平面内で旋回可能）に構成されている。
【００４１】
垂直旋回ブロック３３は、水平旋回ブロック３１の先端に、水平方向のθ２軸を介して接続されている。垂直旋回ブロック３３は、後述するθ２軸アクチュエータ３７（図２参照）により、水平旋回ブロック３１に対してθ２軸の周りの周方向に回転可能（垂直面内で旋回可能）に構成されている。
【００４２】
本実施形態の倣い加工装置１では、回転運動部１３の水平旋回ブロック３１や垂直旋回ブロック３３の回転により、加工ツール９のワークＷに対する押し付けの姿勢が調整される。
【００４３】
力覚センサ１５（請求項中の力覚センサに相当）は、垂直旋回ブロック３３の先端面に設けられている。力覚センサ１５には、フランジ部１７（請求項中の手先部に相当）を介して加工ツール９が取り付けられている。
【００４４】
力覚センサ１５は、ワークＷに押し付けた加工ツール９にワークＷから加わる反力を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各成分毎に検出する。力覚センサ１５が検出した反力は、補正量計算部３８に出力される。
【００４５】
補正量計算部３８は、力覚センサ１５がＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各成分毎に検出したワークＷから加工ツール９への反力を、並進運動部１１のＸ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の並進３軸方向の移動量に換算する。
【００４６】
なお、力覚センサ１５には、θ１軸アクチュエータ３５やθ２軸アクチュエータ３７による水平旋回ブロック３１や垂直旋回ブロック３３の旋回トルクを検出できるものを用いることもできる。しかし、本実施例の力覚センサ１５には、水平旋回ブロック３１や垂直旋回ブロック３３の旋回トルクの検出機能を有していないものを用いてもよい。なぜならば、本実施形態の倣い加工装置１では、水平旋回ブロック３１や垂直旋回ブロック３３の旋回を、加工ツール９のワークＷに対する押し付け力の調整に利用しないからである。
【００４７】
加工ツール９は、フランジ部１７から垂直旋回ブロック３３の先端面の法線方向に延出するスピンドル３９と、スピンドル３９の先端に取り付けられた円柱状の研磨工具４１とを有している。スピンドル３９及び研磨工具４１は、垂直旋回ブロック３３に内蔵された不図示のスピンドルモータにより、垂直旋回ブロック３３に対してスピンドル３９の周りの周方向に回転される。
【００４８】
力位置制御装置５は、ワークＷのエッジを面取り加工するためのロボット部３の力制御及び位置制御の各パターンを決定する処理を行う。力位置制御装置５は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の外部記憶装置を有するコンピュータによって構成してもよい。その場合、ＲＡＭは、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行する際の作業エリア等として利用される。
【００４９】
力位置制御装置５には、不図示のＣＡＤシステム（ＣＡＤ／ＣＡＭシステム、ＣＡＭシステムでもよい）からのワークＷのＣＡＤデータ（請求項中の設計データに相当）が入力される。入力されたＣＡＤデータは、不図示の外部記憶装置に保存される。
【００５０】
既に外部記憶装置に保存されているワークＷのＣＡＤデータは、力位置制御装置５のディスプレイ４３の表示画面上の選択ボタンを指で触れるか画面上のマウスでクリックすることで、選択することができる。
【００５１】
力位置制御装置５のコンピュータは、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することで、図２のブロック図に示すように、目標軌道出力部４５、他方向成分抽出部４７、押付方向成分抽出部４９、他方向計算部５１及び押付方向計算部５３の各機能をそれぞれ実現する。
【００５２】
目標軌道出力部４５（請求項中の被加工物形状データ生成部に相当）は、選択されたワークＷについてのＣＡＤデータから、ワークＷの目標形状を示す目標形状データを生成する。そして、生成したワークＷの目標形状データから、加工ツール９の研磨工具４１によりワークＷのエッジを面取り加工するための諸情報を決定する。
【００５３】
目標軌道出力部４５が決定する諸情報には、面取り加工中の研磨工具４１の姿勢の軌道や、面取り加工中の研磨工具４１をワークＷと接触させる位置の軌道が含まれる。また、目標軌道出力部４５が決定する諸情報には、面取り加工中の研磨工具４１をワークＷに押し付ける方向や、図１（ｂ）の説明図に示す、面取り加工中の研磨工具４１をワークＷに押し付ける押し付け力Ｆの軌道が含まれる。
【００５４】
ここで、研磨工具４１の姿勢は、図１（ａ）に示す水平旋回ブロック３１や垂直旋回ブロック３３の旋回角度（θ１，θ２）によって特定することができる。そこで、本実施形態の目標軌道出力部４５は、面取り加工中の研磨工具４１の姿勢の軌道を、研磨工具４１の姿勢に対応する水平旋回ブロック３１や垂直旋回ブロック３３の旋回角度（θ１，θ２）によって定義する。
【００５５】
また、研磨工具４１の位置は、Ｘ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の移動位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）によって特定することができる。そこで、本実施形態の目標軌道出力部４５は、面取り加工中の研磨工具４１がワークＷと接触する位置の軌道を、研磨工具４１の位置に対応するＸ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の移動位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）によって定義する。
【００５６】
さらに、研磨工具４１のワークＷに対する押し付けは、Ｘ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の移動により、面取り加工中の研磨工具４１をワークＷと接触する位置からさらに押し付け方向に移動させることで行う。そこで、本実施形態の目標軌道出力部４５は、面取り加工中の研磨工具４１をワークＷに押し付ける方向を、ワークＷと接触する位置から研磨工具４１を押し付け方向に移動させるアームの移動方向によって定義する。
【００５７】
即ち、面取り加工中の研磨工具４１のワークＷに対する押し付け方向は、Ｘ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の移動方向（Ｘ軸方向成分，Ｙ軸方向成分，Ｚ軸方向成分）のうち、研磨工具４１を押し付け方向に移動させるアームの移動方向によって定義される。
【００５８】
また、図１（ｂ）に示す研磨工具４１のワークＷに対する押し付け力Ｆは、面取り加工中の研磨工具４１をワークＷと接触する位置からさらに押し付け方向に移動させる移動量によって調整することができる。そこで、本実施形態の目標軌道出力部４５は、面取り加工中の研磨工具４１をワークＷに押し付ける押し付け力Ｆの軌道（研磨工具４１の力の軌道）を、ワークＷと接触する位置から研磨工具４１を押し付け方向に移動させたときのアームの移動位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）によって定義する。
【００５９】
以上のようにして目標軌道出力部４５が決定した諸情報のうち、面取り加工中の研磨工具４１の姿勢の軌道の情報は、ロボットコントローラ７の回転２軸コントロール部５５に出力される。
【００６０】
また、目標軌道出力部４５が決定した諸情報のうち、面取り加工中の研磨工具４１がワークＷと接触する位置の軌道の情報は、他方向成分抽出部４７に出力される。さらに、面取り加工中の研磨工具４１の押し付け力Ｆの軌道の情報は、押付方向成分抽出部４９に出力される。なお、面取り加工中の研磨工具４１のワークＷに対する押し付け方向の情報は、他方向成分抽出部４７及び押付方向成分抽出部４９の双方に出力される。
【００６１】
他方向成分抽出部４７は、目標軌道出力部４５から入力された面取り加工中の研磨工具４１の押し付け方向の情報から、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向のうち、研磨工具４１の押し付け方向に成分として含まれていない方向（加工ツール９のワークＷに対する送り方向）を特定する。
【００６２】
そして、目標軌道出力部４５から入力された研磨工具４１がワークＷと接触する位置の軌道の情報の中から、特定した加工ツール９のワークＷに対する送り方向への移動に利用するアームの移動位置の情報を抽出して、他方向計算部５１に出力する。
【００６３】
また、押付方向成分抽出部４９は、目標軌道出力部４５から入力された面取り加工中の研磨工具４１の押し付け方向の情報から、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向のうち、研磨工具４１の押し付け方向に成分として含まれている方向（加工ツール９のワークＷに対する押し付け方向）を特定する。
【００６４】
そして、目標軌道出力部４５から入力された研磨工具４１の力の軌道の情報の中から、特定した加工ツール９のワークＷに対する押し付け方向への移動に利用するアームの移動位置の情報を抽出して、押付方向計算部５３に出力する。
【００６５】
他方向計算部５１は、他方向成分抽出部４７から入力された加工ツール９のワークＷに対する送り方向への移動に利用するアームの移動位置の情報により、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向のうち、研磨工具４１の押し付け方向に成分として含まれていない方向における、面取り加工中の研磨工具４１の位置制御情報を計算する。
【００６６】
押付方向計算部５３は、押付方向成分抽出部４９から入力された押し付け方向に関する力の軌道の情報により、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向のうち研磨工具４１の押し付け方向に成分として含まれている方向における、面取り加工中の研磨工具４１の力制御情報を計算する。
【００６７】
他方向計算部５１が計算した面取り加工中の研磨工具４１の位置制御情報と、押付方向計算部５３が計算した面取り加工中の研磨工具４１の力制御情報とは、加算してロボットコントローラ７の並進３軸コントロール部５７に出力される。
【００６８】
ロボットコントローラ７は、ロボット部３のＸ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の動作や、水平旋回ブロック３１及び垂直旋回ブロック３３の動作を制御する。ロボットコントローラ７は、ＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の外部記憶装置を有するコンピュータによって構成してもよい。
【００６９】
ロボットコントローラ７のコンピュータは、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することで、上述した回転２軸コントロール部５５及び並進３軸コントロール部５７の各機能をそれぞれ実現する。
【００７０】
回転２軸コントロール部５５には、θ１軸アクチュエータ３５やθ２軸アクチュエータ３７が接続されている。また、回転２軸コントロール部５５には、θ１軸アクチュエータ３５やθ２軸アクチュエータ３７に内蔵された不図示のロータリエンコーダの出力が入力される。
【００７１】
回転２軸コントロール部５５は、力位置制御装置５の目標軌道出力部４５が決定した、加工ツール９のワークＷに対する送り移動中の水平旋回ブロック３１や垂直旋回ブロック３３の旋回角度（θ１，θ２）を、θ１軸アクチュエータ３５やθ２軸アクチュエータ３７にそれぞれ出力する。
【００７２】
回転２軸コントロール部５５の出力により、θ１軸アクチュエータ３５やθ２軸アクチュエータ３７は、水平旋回ブロック３１や垂直旋回ブロック３３を、力位置制御装置５の目標軌道出力部４５が決定した旋回角度（θ１，θ２）に旋回させる。これにより、加工ツール９の研磨工具４１の姿勢が、ワークＷのエッジを面取りするときの姿勢となる。
【００７３】
なお、θ１軸アクチュエータ３５やθ２軸アクチュエータ３７が回転すると、それらに内蔵された不図示のロータリエンコーダから、それぞれの回転量に応じたエンコーダパルスが出力される。このエンコーダパルスは回転２軸コントロール部５５に入力される。
【００７４】
したがって、回転２軸コントロール部５５は、入力されたエンコーダパルスから、水平旋回ブロック３１や垂直旋回ブロック３３の実際の回転量を認識し、制御上の回転量である旋回角度（θ１，θ２）に対する過不足の有無を判別することができる。なお、過不足がある場合に、回転２軸コントロール部５５は、θ１軸アクチュエータ３５やθ２軸アクチュエータ３７に対する出力の内容を、過不足を解消する内容にフィードバック制御により補正する。
【００７５】
並進３軸コントロール部５７には、Ｘ軸アクチュエータ２５、Ｙ軸アクチュエータ２７及びＺ軸アクチュエータ２９が接続されている。また、並進３軸コントロール部５７には、Ｘ軸アクチュエータ２５、Ｙ軸アクチュエータ２７及びＺ軸アクチュエータ２９に内蔵された不図示のロータリエンコーダの出力が入力される。
【００７６】
また、並進３軸コントロール部５７には、力位置制御装置５の他方向計算部５１が計算した面取り加工中の研磨工具４１の位置制御情報と、押付方向計算部５３が計算した面取り加工中の研磨工具４１の力制御情報とを加算した制御情報が入力される。
【００７７】
そして、並進３軸コントロール部５７は、入力された制御情報が示す、Ｘ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の移動位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、Ｘ軸アクチュエータ２５、Ｙ軸アクチュエータ２７及びＺ軸アクチュエータ２９にそれぞれ出力する。
【００７８】
並進３軸コントロール部５７の出力により、Ｘ軸アクチュエータ２５、Ｙ軸アクチュエータ２７及びＺ軸アクチュエータ２９のうち、研磨工具４１のワークＷに対する送り方向に移動するアームに対応するアクチュエータは、そのアームを、力位置制御装置５の他方向計算部５１が計算した移動位置に移動させる。
【００７９】
また、並進３軸コントロール部５７の出力により、Ｘ軸アクチュエータ２５、Ｙ軸アクチュエータ２７及びＺ軸アクチュエータ２９のうち、研磨工具４１のワークＷに対する押し付け方向に含まれている方向成分に移動するアームに対応するアクチュエータは、そのアームを、力位置制御装置５の押付方向計算部５３が計算した移動位置に移動させる。
【００８０】
図１（ａ）に示す本実施形態の倣い加工装置１の例では、研磨工具４１のワークＷに対する押し付け方向が、Ｘ軸方向成分とＺ軸方向成分とを含んでいる。また、研磨工具４１のワークＷに対する送り方向がＹ軸方向と一致している。
【００８１】
このため、ワークＷのエッジを研磨工具４１で面取りする際には、図２に示す力位置制御装置５の押付方向計算部５３が計算した移動位置の軌道でＸ軸アーム１９及びＺ軸アーム２３が移動するように、ロボットコントローラ７の並進３軸コントロール部５７が、Ｘ軸アクチュエータ２５及びＺ軸アクチュエータ２９を力制御する。
【００８２】
また、ワークＷのエッジを研磨工具４１で面取りする際には、力位置制御装置５の他方向計算部５１が計算した移動位置の軌道でＹ軸アーム２１が移動するように、ロボットコントローラ７の並進３軸コントロール部５７が、Ｙ軸アクチュエータ２７を位置制御する。
【００８３】
このため、目標形状のワークＷの表面位置の方がワークＷの実際の表面位置よりもロボット部３から見て手前にあっても、ワークＷのエッジを面取りする研磨工具４１が移動する軌道は、図３の説明図に破線で示す、力位置制御装置５の目標軌道出力部４５が生成した目標形状データが示すワークＷの表面位置（設計上のワークＷの表面位置）に沿った軌道Ｔ１とはならない。
【００８４】
そして、ワークＷへの押し付け方向に力制御によって移動する研磨工具４１の軌道は、ロボット部３から見て、目標形状データが示すワークＷの表面位置（設計上のワークＷの表面位置）に沿った軌道Ｔ１よりも奥にオフセットした、ワークＷの実際の表面（請求項中の被加工物の仕上げ形状に相当）に沿った軌道Ｔ２となる。
【００８５】
なお、ワークＷのエッジを研磨工具４１で面取りする際には、力位置制御装置５の目標軌道出力部４５が決定した旋回角度（θ１，θ２）で水平旋回ブロック３１及び垂直旋回ブロック３３が旋回するように、ロボットコントローラ７の回転２軸コントロール部５５が、θ１軸アクチュエータ３５やθ２軸アクチュエータ３７を位置制御する。
【００８６】
ところで、研磨工具４１がワークＷのエッジを面取りすると、ワークＷから研磨工具４１に、研磨工具４１のワークＷに対する押し付け方向と逆方向の反力が加わる。研磨工具４１のワークＷに対する押し付けは、Ｘ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の一部又は全部の移動により行われる。よって、エッジの面取りのときにワークＷから研磨工具４１に加わる反力も、Ｘ軸方向成分、Ｙ軸方向成分及びＺ軸方向成分の一部又は全部を含んでいる。
【００８７】
ちなみに、図１（ａ）に示す本実施形態の倣い加工装置１の例では、エッジの面取りのときにワークＷから研磨工具４１に加わる反力は、研磨工具４１のワークＷに対する押し付け方向と同じく、Ｘ軸方向成分とＺ軸方向成分とを含んでいる。
【００８８】
ワークＷから研磨工具４１に加わる反力は、フランジ部１７を介して力覚センサ１５に移動量として伝わり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各成分毎に検出される。検出された反力は、研磨工具４１をワークＷに押し付ける力を目標の押し付け力Ｆ（図１（ｂ））に維持するのに利用する。
【００８９】
具体的には、力位置制御装置５の補正量計算部３８が、力覚センサ１５が検出したワークＷからの反力のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各成分の値を、研磨工具４１がワークＷに目標の押し付け力Ｆで押し付けられているときの値に戻すための補正値を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各成分について計算する。
【００９０】
そして、目標軌道出力部４５が押付方向成分抽出部４９に出力するＸ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の力制御における移動位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、補正量計算部３８で計算した各軸方向成分の補正値で補正する。
【００９１】
以上に説明した本実施形態の倣い加工装置１では、力位置制御装置５の目標軌道出力部４５を除く部分とロボットコントローラ７が、請求項中の制御部に相当している。
【００９２】
このように構成された本実施形態の倣い加工装置１によれば、ワークＷのエッジを面取りする研磨工具４１を、並進運動部１１だけの力制御で、ワークＷに対する押し付け方向に移動させることができる。そして、回転運動部１３は研磨工具４１の姿勢の調整のみに使うようにして、回転運動部１３を力制御でなく位置制御することができる。
【００９３】
ここで、比較例として、６つの関節の回転により並進３軸と回転３軸との６自由度を実現する多関節ロボット（図示せず）を使用した場合の倣い加工装置の電気的な概略構成について、図４のブロック図を参照して説明する。
【００９４】
多関節ロボット（図示せず）は、６つの関節の回転により並進３軸と回転３軸との６自由度を実現する。この多関節ロボットを用いて、手先部に設けた加工ツールのワークＷに対する押し付け力を制御する場合は、６軸の回転を連動させて加工ツールをワークＷに対し並進３軸方向に移動させて、力制御を実現することになる。その場合、倣い加工装置の電気的な制御に関する概略構成は以下に示すようになる。
【００９５】
まず、力位置制御装置６０の目標軌道出力部６１が、ＣＡＤデータから生成したワークＷの目標形状データから、面取り加工中の加工ツールがワークＷと接触する位置及び姿勢の軌道を、他方向成分抽出部６３に出力する。
【００９６】
また、目標軌道出力部６１が、ＣＡＤデータから生成したワークＷの目標形状データから、面取り加工中の加工ツールをワークＷに押し付ける方向及び押し付け力Ｆの軌道を、押付方向成分抽出部６５に出力する。
【００９７】
他方向成分抽出部６３は、目標軌道出力部６１から入力された面取り加工中の加工ツールがワークＷと接触する位置及び姿勢の軌道の情報から、面取り加工中の加工ツールのワークＷに対する押し付け方向以外の方向（加工ツールのワークＷに対する送り方向）における加工ツールの位置及び姿勢の軌道の情報を抽出し、他方向計算部６７に出力する。
【００９８】
押付方向成分抽出部６５は、目標軌道出力部６１から入力された面取り加工中の加工ツールの力の軌道の情報の中から、面取り加工中の加工ツールのワークＷに対する押し付け方向に移動させる位置の情報を抽出し、押付方向計算部６９に出力する。
【００９９】
他方向計算部６７は、他方向成分抽出部６３から入力された加工ツールのワークＷに対する送り方向における加工ツールの位置及び姿勢の軌道の情報により、加工ツールのワークＷに対する送り方向における、面取り加工中の加工ツールの位置及び姿勢の制御情報を計算する。
【０１００】
押付方向計算部６９は、押付方向成分抽出部６５から入力された押し付け方向に関する力の軌道の情報により、加工ツールのワークＷに対する押し付け方向における、面取り加工中の加工ツールの力制御情報を計算する。
【０１０１】
他方向計算部６７が計算した面取り加工中の加工ツールの位置及び姿勢の制御情報と、押付方向計算部６９が計算した面取り加工中の加工ツールの力制御情報とは、加算してロボットコントローラ７０に出力される。
【０１０２】
ロボットコントローラ７０は、他方向計算部６７及び押付方向計算部６９が計算した、面取り加工中の加工ツールの位置及び姿勢の制御情報と力制御情報との加算した情報（位置指令）から、不図示の多関節ロボットの６つの関節軸１〜６のアクチュエータ８１〜８６に、それぞれに対応する制御値を計算して出力する。
【０１０３】
なお、制御値の計算の際に、ロボットコントローラ７０は、多関節ロボットの基準位置を原点とするロボット座標系や、多関節ロボットの手先部のツールセンターポイントを原点とする手先座標系等、複数の座標系の相互間で座標変換を行う。
【０１０４】
そして、各アクチュエータ８１〜８６がロボットコントローラ７０からの制御値で連動して回転することで、不図示の多関節ロボットにより加工ツールがワークＷに目的の姿勢で接触する。接触した加工ツールは、図３に示す本実施形態の研磨工具４１と同様に、ワークＷへの送り方向には配置制御で移動し、ワークＷへの押し付け方向には力制御で移動する。
【０１０５】
このとき、ワークＷに押し付けた加工ツールがワークＷから受ける反力は、並進３軸方向の力及び回転３軸方向のモーメントとして、力覚センサ９０で検出される。そして、目標軌道出力部６１が押付方向成分抽出部６５に出力する、面取り加工中の加工ツールをワークＷに押し付ける押し付け力Ｆの軌道が、力覚センサ９０が検出した反力によって補正される。
【０１０６】
以上に説明した比較例の倣い加工装置では、力制御の対象とする、加工ツールのワークＷに対する押し付け方向が、並進３軸方向であっても、多関節ロボットの場合は、並進３軸方向の移動を実現する６つの関節のアクチュエータを連動して力制御しなければならない。
【０１０７】
したがって、力位置制御装置６０やロボットコントローラ７０が行う、６軸の回転を連動させて実現する加工ツールの力制御のための軌道計算が煩雑になる。また、加工ツールの押し付け力が目標値からずれた場合にも、その原因がどの軸の回転の不具合によるものかを特定するための検証が煩雑になる。
【０１０８】
さらに、各軸の回転にそれぞれ誤差が生じる可能性があるため、各軸の誤差が複合されて、加工ツールの押し付け力の目標値からのずれが大きくなる可能性がある。
【０１０９】
その上、６軸の回転を組合わせた結果、加工ツールの被加工物に対する押し付け力が得られるので、各軸の回転にそれぞれフィードバックする反力を検出する力覚センサ９０は、６軸のアクチュエータ８１〜８６よりも手先側に配置する必要がある。
【０１１０】
このため、倣い加工装置の加工ツールが存在する手先側が力覚センサ９０の重量分だけ重くなり、移動中の加工ツールに作用する慣性が増える。この慣性は、加工ツールを力制御や位置制御する際の制御性や応答性を向上させる妨げとなってしまう。
【０１１１】
これに対し、図１乃至図３を参照して説明した本実施形態の倣い加工装置１では、フランジ部１７に取り付けた加工ツール９のワークＷに対する移動が、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸方向への並進運動については並進運動部１１により行われ、水平面内での旋回や垂直面内での旋回等の回転運動については回転運動部１３により行われる。
【０１１２】
このため、力覚センサ１５で検出したワークＷからの反力に対応する研磨工具４１のワークＷに対する押し付け力Ｆに基づいた押し付け方向への力制御は、加工ツール９を並進３軸方向に移動させる並進運動部１１に対してのみ行えばよく、加工ツール９を回転させる回転運動部１３に対して力制御を行う必要はない。
【０１１３】
よって、ワークＷを仕上げ加工する際の加工ツール９の研磨工具４１の力制御を、並進運動部１１だけで行えばよいように簡略化することができる。
【０１１４】
これにより、力位置制御装置５やロボットコントローラ７が研磨工具４１の力制御のために行う軌道計算を、並進運動部１１による並進３軸方向の移動量だけの簡便なものとすることができる。
【０１１５】
また、研磨工具４１の押し付け力Ｆが目標値からずれた場合にも、その原因がどの部分のどの動作の不具合によるものかの検証を、並進運動部１１のＸ軸アクチュエータ２５、Ｙ軸アクチュエータ２７及びＺ軸アクチュエータ２９の中から特定する簡便なものとすることができる。
【０１１６】
さらに、並進運動部１１のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向の移動だけを加工ツール９の研磨工具４１のワークＷに対する押し付けに利用するので、各軸の移動量にそれぞれ生じた誤差が複合されても、研磨工具４１の押し付け力Ｆが目標値から大きくずれないようにすることができる。
【０１１７】
その上、ロボット部３では、並進運動部１１のＸ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の動作によるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向への移動を組合わせた結果、加工ツール９のワークＷに対する押し付け力Ｆが得られる。このため、Ｘ軸アーム１９、Ｙ軸アーム２１及びＺ軸アーム２３の各移動量にそれぞれフィードバックする内容を検出する力覚センサ１５は、並進運動部１１よりもフランジ部１７側に位置していれば、必ずしも一番フランジ部１７側に配置する必要はない。
【０１１８】
このため、倣い加工装置１の加工ツール９が存在するフランジ部１７側が力覚センサ１５の存在によって重くならないように力覚センサ１５を配置して、移動中の加工ツール９に作用する慣性の増加を抑制し、加工ツール９を力制御や位置制御する際の制御性や応答性の向上を図り易い構造とすることができる。
【０１１９】
なお、本実施形態では、回転運動部１３を並進運動部１１よりも手先（フランジ部１７）側に配置して並進運動部１１と回転運動部１３とを接続したロボット部３を例に取って説明した。しかし、並進運動部１１と回転運動部１３とを接続し、並進運動部１１を回転運動部１３よりも手先（フランジ部１７）側に配置してロボット部を構成してもよい。
【０１２０】
また、本実施形態では、並進運動部１１と回転運動部１３とを接続してロボット部３を構成した場合について説明した。しかし、例えば、ワークＷを載置するテーブルに並進運動部１１の並進３軸方向への移動機能を持たせ、あるいは、回転運動部１３の最低回転２軸方向への移動機能を持たせて、例えばＮＣ（数値制御）加工機のように、並進運動部１１と回転運動部１３とを分離し独立させて、どちらかの運動部に手先部を設ける構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
１  倣い加工装置
３  ロボット部
５  力位置制御装置（制御部）
７  ロボットコントローラ（制御部）
９  加工ツール
１１  並進運動部
１３  回転運動部
１５  力覚センサ（請求項の力覚センサ）
１７  フランジ部（手先部）
１９  Ｘ軸アーム
２１  Ｙ軸アーム
２３  Ｚ軸アーム
２５  Ｘ軸アクチュエータ
２７  Ｙ軸アクチュエータ
２９  Ｚ軸アクチュエータ
３１  水平旋回ブロック
３３  垂直旋回ブロック
３５  θ１軸アクチュエータ
３７  θ２軸アクチュエータ
３８  補正量計算部
３９  スピンドル
４１  研磨工具
４３  ディスプレイ
４５  目標軌道出力部（被加工物形状データ生成部）
４７，６３  他方向成分抽出部
４９，６５  押付方向成分抽出部
５１，６７  他方向計算部
５３，６９  押付方向計算部
５５  並進３軸コントロール部
５７  回転２軸コントロール部
６０  力位置制御装置
６１  目標軌道出力部
７０  ロボットコントローラ
８１〜８６  関節軸アクチュエータ
９０  力覚センサ
Ｆ  押し付け力
Ｔ１  目標形状データが示すワークの表面位置（設計上のワークの表面位置）に沿った軌道
Ｔ２  ワークの実際の表面に沿った軌道
Ｗ  ワーク（被加工物）
【図１】
2019089144.tif 000003
【図２】
2019089144.tif 000004
【図３】
2019089144.tif 000005
【図４】
2019089144.tif 000006