特開 2023-5332 加工システム、加工ロボット制御装置及び加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023005332

(43)【公開日】2023-01-18

(54)【発明の名称】加工システム、加工ロボット制御装置及び加工方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20230111BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021107162

(22)【出願日】2021-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清水 康司

(72)【発明者】

【氏名】田原 鉄也

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS12

3C707BS10

3C707KS33

3C707KS35

3C707KW03

3C707KX06

3C707LU08

(57)【要約】

【課題】加工ツールの回転数を検出するセンサを別途用いることなく、加工ツールを用いたロボットによる加工品質及び信頼性を改善可能とする。
【解決手段】加工ツール１と、加工ツール１を加工対象に押付け可能なロボットアーム２０１と、加工ツール１の回転運動により生じる振動を含むロボットアーム２０１にかかる外力を検知可能な力覚センサ２０２と、力覚センサ２０２により検知された外力を示すデータを取得する外力データ取得部３０１と、外力データ取得部３０１により取得されたデータに基づいて、押付け力を算出する押付け力演算部３０２と、外力データ取得部３０１により取得されたデータに基づいて、加工ツール１の回転数を算出するツール回転数演算部３０３と、回転数に基づいて、押付け力の指令値を算出する押付け力指令値演算部３０４と、押付け力演算部３０２により算出された押付け力及び押付け力指令値演算部３０４により算出された押付け力の指令値に基づいて、押付け力の制御を行う力制御部３０５とを備えた。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転運動により加工対象に対して加工作業を行う加工ツールと、
前記加工ツールを加工対象に押付け可能なロボットアームと、
前記加工ツールの回転運動により生じる振動を含む前記ロボットアームにかかる外力を検知可能な力覚センサと、
前記力覚センサにより検知された外力を示すデータを取得する外力データ取得部と、
前記外力データ取得部により取得されたデータに基づいて、前記ロボットアームによる押付け力を算出する押付け力演算部と、
前記外力データ取得部により取得されたデータに基づいて、前記加工ツールの回転数を算出するツール回転数演算部と、
前記ツール回転数演算部により算出された回転数に基づいて、前記ロボットアームに対する押付け力の指令値を算出する押付け力指令値演算部と、
前記押付け力演算部により算出された押付け力及び前記押付け力指令値演算部により算出された押付け力の指令値に基づいて、前記ロボットアームに対する押付け力の制御を行う力制御部と
を備えた加工システム。

【請求項2】

前記ツール回転数演算部は、高速フーリエ変換又はスペクトル解析を行うことで、前記加工ツールの回転数を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の加工システム。

【請求項3】

前記ツール回転数演算部は、
前記外力データ取得部により取得されたデータに対し、周波数帯域の制限を行う帯域制限部と、
前記帯域制限部による制限後のデータに基づいて、上下動に関するデータを計数することで、前記加工ツールの回転数を算出する上下動計数部とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の加工システム。

【請求項4】

前記上下動計数部は、前記帯域制限部による制限後のデータが示す外力がゼロ値を横切る回数を計数することで、前記加工ツールの回転数を算出する
ことを特徴とする請求項３記載の加工システム。

【請求項5】

前記上下動計数部は、前記帯域制限部による制限後のデータが示す外力がゼロ値を横切る時間間隔を計数することで、前記加工ツールの回転数を算出する
ことを特徴とする請求項３記載の加工システム。

【請求項6】

回転運動により加工対象に対して加工作業を行う加工ツールを加工対象に押付け可能なロボットアームにかかる外力であって、当該加工ツールの回転運動により生じる振動を含む外力を検知可能な力覚センサにより検知された外力を示すデータを取得する外力データ取得部と、
前記外力データ取得部により取得されたデータに基づいて、前記ロボットアームによる押付け力を算出する押付け力演算部と、
前記外力データ取得部により取得されたデータに基づいて、前記加工ツールの回転数を算出するツール回転数演算部と、
前記ツール回転数演算部により算出された回転数に基づいて、前記ロボットアームに対する押付け力の指令値を算出する押付け力指令値演算部と、
前記押付け力演算部により算出された押付け力及び前記押付け力指令値演算部により算出された押付け力の指令値に基づいて、前記ロボットアームに対する押付け力の制御を行う力制御部と
を備えた加工ロボット制御装置。

【請求項7】

回転運動により加工対象に対して加工作業を行う加工ツールと、前記加工ツールを加工対象に押付け可能なロボットアームと、前記加工ツールの回転運動により生じる振動を含む前記ロボットアームにかかる外力を検知可能な力覚センサとを備えた加工システムによる加工方法であって、
外力データ取得部が、前記力覚センサにより検知された外力を示すデータを取得するステップと、
押付け力演算部が、前記外力データ取得部により取得されたデータに基づいて、前記ロボットアームによる押付け力を算出するステップと、
ツール回転数演算部が、前記外力データ取得部により取得されたデータに基づいて、前記加工ツールの回転数を算出するステップと、
押付け力指令値演算部が、前記ツール回転数演算部により算出された回転数に基づいて、前記ロボットアームに対する押付け力の指令値を算出するステップと、
力制御部が、前記押付け力演算部により算出された押付け力及び前記押付け力指令値演算部により算出された押付け力の指令値に基づいて、前記ロボットアームに対する押付け力の制御を行うステップと
を有する加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、加工ツールが取付けられたロボットアームを制御する加工システム、加工ロボット制御装置及び加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ロボットに加工作業を実施させる場合、ロボットが有するロボットアームの手先に空圧式の加工ツールを取付けることで、加工作業が行われてきた。
一方、この空圧式の加工ツールでは、特性として、過負荷によって加工ツールの回転数が落ちるという点がある。これにより、加工ツールを用いたロボットでは、加工作業が未遂又は不完全で終わることが起きる、並びに、加工品質面及び信頼性において充分ではない、という課題があった。

【0003】

これに対し、光電センサを用いて加工ツールの回転数を検出し、その回転数に応じてワークへの押付け力を調整及び制御する加工システムが提案されている（例えば特許文献1参照）。この加工システムによって、加工ツールを用いたロボットによる加工品質及び信頼性を改善可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００－２４９７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示されているような加工システムの場合、加工ツールの回転数を検出するセンサと、その回転数に応じて調整した押付け力を制御するためのセンサの両方がそれぞれ必要となる。よって、この加工システムでは、上記の両方のセンサの分だけコストがかかる。

【0006】

また、特許文献１に開示されているような加工システムの場合、上記の両方のセンサによる検出結果をロボット側にフィードバックする必要がある。そのため、この加工システムでは、配線が多くなり、システム全体が複雑になる。また、この加工システムでは、ソフトウェアとして、両方のセンサの出力結果を取得するためのインターフェイスの実装が必要となる。

【0007】

なお、上記の両方のセンサのうち、ロボットアームによる押付け力を制御するためのセンサについては、力制御が可能なロボットであれば標準で装備及び対応している場合もある。しかしながら、加工ツールの回転数を検出するセンサについては、ロボットの通常の制御には関係無いので、ユーザが自ら配線等を行う必要がある。

【0008】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、加工ツールの回転数を検出するセンサを別途用いることなく、加工ツールを用いたロボットによる加工品質及び信頼性を改善可能な加工システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明に係る加工システムは、回転運動により加工対象に対して加工作業を行う加工ツールと、加工ツールを加工対象に押付け可能なロボットアームと、加工ツールの回転運動により生じる振動を含むロボットアームにかかる外力を検知可能な力覚センサと、力覚センサにより検知された外力を示すデータを取得する外力データ取得部と、外力データ取得部により取得されたデータに基づいて、ロボットアームによる押付け力を算出する押付け力演算部と、外力データ取得部により取得されたデータに基づいて、加工ツールの回転数を算出するツール回転数演算部と、ツール回転数演算部により算出された回転数に基づいて、ロボットアームに対する押付け力の指令値を算出する押付け力指令値演算部と、押付け力演算部により算出された押付け力及び押付け力指令値演算部により算出された押付け力の指令値に基づいて、ロボットアームに対する押付け力の制御を行う力制御部とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

この発明によれば、上記のように構成したので、加工ツールの回転数を検出するセンサを別途用いることなく、加工ツールを用いたロボットによる加工品質及び信頼性を改善可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態１に係る加工システムの構成例を示す図である。

【図2】実施の形態１に係る加工システムの構成例を示す図である。

【図3】実施の形態１に係る加工システムの別の構成例を示す図である。

【図4】実施の形態１に係る加工ロボット制御装置の動作例を示すフローチャートである。

【図5】実施の形態１における外力データ取得部による受信結果の一例を示す図である。

【図6】実施の形態１におけるツール回転数演算部によるスペクトル解析結果の一例を示す図である。

【図7】実施の形態２におけるツール回転数演算部の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１～３は実施の形態１に係る加工システムの構成例を示す図である。
加工システムは、図１～３に示すように、加工ツール１、ロボット２及び加工ロボット制御装置（コントローラ）３を備えている。

【0013】

加工ツール１は、ロボット２が有するロボットアーム２０１における先端（手先部分）に装着され、回転運動により加工対象に対して加工作業を行う。加工ツール１が行う加工作業としては、加工ツール１の先端に取付けられた刃又は砥石を回転させて行う加工作業等が挙げられる。

【0014】

ロボット２は、図１～３に示すように、ロボットアーム２０１及び力覚センサ２０２を備えている。

【0015】

ロボットアーム２０１は、先端に装着された加工ツール１を、加工対象に押付け可能に構成されている。

【0016】

力覚センサ２０２は、加工ツール１の回転運動により生じる振動（微小振動）を含むロボットアーム２０１にかかる外力を検知可能なセンサである。この力覚センサ２０２が検知する外力としては、力又はトルクが挙げられる。
そして、力覚センサ２０２は、外力を示すデータを加工ロボット制御装置３に送信する。この際、力覚センサ２０２は、生データ（検知した外力そのものを示すデータ）を送信してもよいし、検知した外力を力覚センサ２０２内で力又はトルクに変換した上でその変換後の外力を示すデータを送信してもよい。

【0017】

力覚センサ２０２の具体例について、図２に示す。
図２では、力覚センサ２０２として、ロボットアーム２０１における先端に取付けられた手先力センサ２０２ａが用いられた場合を示している。この手先力センサ２０２ａは、ロボットアーム２０１における先端にかかる力を検知可能である。

【0018】

力覚センサ２０２の別の具体例について、図３に示す。
図３では、力覚センサ２０２として、ロボットアーム２０１の関節毎に取付けられたトルクセンサ２０２ｂが用いられた場合を示している。この各トルクセンサ２０２ｂは、ロボットアーム２０１の各関節にかかるトルクを検知可能である。

【0019】

なお、力覚センサ２０２としては、ロボットアーム２０１による押付け力を制御するのに必要な力が検知可能である必要がある。
ここで、力覚センサ２０２が手先力センサ２０２ａである場合には、手先力センサ２０２ａは、押付け方向の並進力が検知可能である必要がある。
また、力覚センサ２０２が複数のトルクセンサ２０２ｂである場合、各トルクセンサ２０２ｂは、ロボットアーム２０１の全ての関節に取付けられていることが望ましいが、押付け力の制御が可能な範囲であればセンサ数が減らされていてもよい。

【0020】

また、力覚センサ２０２としては、加工ツール１の回転運動により生じる振動が検知可能である必要がある。
加工ツール１の回転運動により生じる振動の振幅は小さいため、力覚センサ２０２は、この振幅を検知できるだけの分解能が必要である。
また、力覚センサ２０２は、加工ツール１の回転運動により生じる振動の周波数を捉えられるだけの帯域が必要である。ここで、回転数をｒ［ｒｐｍ］とすると、対応する周波数はｒ／６０［Ｈｚ］になるため、力覚センサ２０２は、この周波数よりも広い帯域が必要となる。
なお、力覚センサ２０２が複数のトルクセンサ２０２ｂである場合、各トルクセンサ２０２ｂは、ロボットアーム２０１の全ての関節において上記の性能を満たす必要はなく、例えば加工ツール１に最も近い関節のみが上記性能を満たすのでもよい。

【0021】

加工ロボット制御装置３は、力覚センサ２０２により送信されたデータに基づいて、ロボットアーム２０１に対する押付け力の制御を行う。この加工ロボット制御装置３は、図１に示すように、外力データ取得部３０１、押付け力演算部３０２、ツール回転数演算部３０３、押付け力指令値演算部３０４及び力制御部３０５を備えている。

【0022】

なお、加工ロボット制御装置３は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等により実現される。

【0023】

また図１～３では、加工ロボット制御装置３が有する構成は、全て、ロボット２の制御を行うコントローラ内に設けられた場合を示している。

【0024】

外力データ取得部３０１は、力覚センサ２０２により送信された外力を示すデータを受信することで、当該データを取得する。そして、外力データ取得部３０１は、取得した外力を示すデータを、押付け力演算部３０２及びツール回転数演算部３０３に送信する。

【0025】

押付け力演算部３０２は、外力データ取得部３０１により取得されたデータに基づいて、ロボットアーム２０１による押付け力を算出する。この際、まず、押付け力演算部３０２は、外力データ取得部３０１により取得されたデータに基づいて、ロボットアーム２０１の手先力を算出する。そして、押付け力演算部３０２は、算出した手先力から重力に起因する成分を差引くことで、外力に起因する押付け力を推定する。
そして、押付け力演算部３０２は、ロボットアーム２０１による押付け力を示すデータを、力制御部３０５に送信する。

【0026】

なお、力覚センサ２０２が複数のトルクセンサ２０２ｂである場合、押付け力演算部３０２は、外力に起因するトルクを推定し、当該トルクからロボットアーム２０１による押付け力を算出する。

【0027】

なお、力覚センサ２０２が加工ツール１の回転運動により生じる振動を検知可能な場合、押付け力演算部３０２により推定された手先力には、当該振動による成分が含まれる。そのため、上記振動による成分が押付け力制御にとって外乱となる場合には、押付け力演算部３０２は、当該振動による成分をローパスフィルタ等で取除いてから、力制御部３０５へのデータ送信を行うようにしてもよい。

【0028】

ツール回転数演算部３０３は、外力データ取得部３０１により送信されたデータに基づいて、加工ツール１の回転数を算出する。この際、例えば、ツール回転数演算部３０３は、高速フーリエ変換又はスペクトル解析を行うことで、加工ツール１の回転数を算出することができる。
そして、ツール回転数演算部３０３は、加工ツール１の回転数を示すデータを、押付け力指令値演算部３０４に送信する。

【0029】

なお図１では、ツール回転数演算部３０３が、外力データ取得部３０１により取得された外力を示すデータを用いて、加工ツール１の回転数を算出する場合を示している。しかしながら、これに限らず、ツール回転数演算部３０３は、押付け力演算部３０２により算出された押付け力を示すデータを用いて、加工ツール１の回転数を算出してもよい。
但し、押付け力演算部３０２により算出された押付け力では、ローパスフィルタ等により加工ツール１の回転運動により生じる振動が除去されている場合がある。この場合、押付け力演算部３０２により算出された押付け力を示すデータでは、ツール回転数演算部３０３で加工ツール１の回転数を算出できない。そのため、ツール回転数演算部３０３が用いる押付け力を示すデータは、上記振動が除去されていないデータである必要がある。

【0030】

押付け力指令値演算部３０４は、ツール回転数演算部３０３により算出された回転数に基づいて、ロボットアーム２０１に対する押付け力の指令値を算出する。この際、例えば、押付け力指令値演算部３０４は、加工作業を行っている最中に加工ツール１の回転数が所定のしきい値以下になった場合には、加工ツール１側に過負荷がかかっていると判断し、押付け力の指令値を小さくする。これにより、加工ツール１の回転数が低下して加工品質又は信頼性が低下するのを抑制可能となる。なお、押付け力指令値演算部３０４は、加工ツール１の回転数に応じた押付け力の指令値を算出するための関数を用いてもよい。
そして、押付け力指令値演算部３０４は、押付け力指令値を示すデータを、力制御部３０５に送信する。

【0031】

力制御部３０５は、押付け力演算部３０２により算出された押付け力及び押付け力指令値演算部３０４により算出された押付け力の指令値に基づいて、ロボットアーム２０１に対する押付け力の制御を行う。この際、例えば、力制御部３０５は、現在の押付け力が押付け力の指令値と一致するような指令値を算出することで、ロボットアーム２０１に対する押付け力の制御を行う。なお、力制御部３０５が算出する指令値は、位置、速度又は電流等、ロボットアーム２０１を駆動させるための指令値であればよい。
そして、力制御部３０５は、指令値を示すデータを、ロボット２に送信する。その後、ロボット２は、力制御部３０５により算出された指令値に応じて、ロボットアーム２０１を駆動させる。

【0032】

次に、図１～３に示す実施の形態１に係る加工ロボット制御装置３の動作例について、図４を参照しながら説明する。なお、力覚センサ２０２は、ロボットアーム２０１にかかる外力を検知し、当該外力を示すデータを加工ロボット制御装置３に送信している。

【0033】

図１～３に示す実施の形態１に係る加工ロボット制御装置３の動作例では、図４に示すように、まず、外力データ取得部３０１は、力覚センサ２０２により送信された外力を示すデータを受信することで、当該データを取得する（ステップＳＴ４０１）。
そして、外力データ取得部３０１は、取得した外力を示すデータを、押付け力演算部３０２及びツール回転数演算部３０３に送信する。

【0034】

次いで、押付け力演算部３０２は、外力データ取得部３０１により取得されたデータに基づいて、ロボットアーム２０１による押付け力を算出する（ステップＳＴ４０２）。

【0035】

また、ツール回転数演算部３０３は、外力データ取得部３０１により送信されたデータに基づいて、加工ツール１の回転数を算出する（ステップＳＴ４０３）。この際、例えば、ツール回転数演算部３０３は、高速フーリエ変換又はスペクトル解析を行うことで、加工ツール１の回転数を算出することができる。
以下、ツール回転数演算部３０３による高速フーリエ変換又はスペクトル解析を用いた加工ツール１の回転数の算出方法について説明する。

【0036】

例えば、ツール回転数演算部３０３は、加工ツール１により加工作業が行われている最中に、図５に示すようなデータが外力データ取得部３０１から得られたとする。この場合、まず、ツール回転数演算部３０３は、上記データのうち、所定時間前から現在までのデータを取出す。この際、データ長、すなわち過去のどこまでのデータを取出すかを考える必要がある。ツール回転数演算部３０３ではデータ取出し後に高速フーリエ変換又はスペクトル解析を行うが、ある程度の長さのデータが無いと、周波数分解能が低くなり、求める回転数の分解能も低くなる。一方、データ長が長くなると、回転数が変わった際に検知するまでの時間が長くなる。よって、この２つのバランスを取って適切なデータ長を決める必要がある。

【0037】

そして、ツール回転数演算部３０３は、取出したデータに対して高速フーリエ変換又はスペクトル解析を行い、データの周波数毎のパワー又は振幅を求める。例えば、ツール回転数演算部３０３は、取出したデータに対してスペクトル解析を実施すると、図６に示すような結果を得ることができる。図６において、横軸は周波数を示し、縦軸は周波数毎のパワー（パワースペクトル）を示している。

【0038】

そして、ツール回転数演算部３０３は、高速フーリエ変換又はスペクトル解析の結果から、パワー又は振幅が最も大きい周波数を、加工ツール１の回転に対応する周波数であると推定し、その周波数から加工ツール１の回転数を算出する。例えば図６では、パワーが最も大きい周波数が２０Ｈｚであるため、ツール回転数演算部３０３は、２０×６０＝１２００ｒｐｍが加工ツール１の回転数であると推定する。この際、ツール回転数演算部３０３は、加工ツール１の回転と関係無い周波数にあるパワー又は振幅のピーク（この例で言えば２０Ｈｚから離れた周波数にあるピーク）については無視する方がよい。
なお、この演算では、高速フーリエ変換又はスペクトル解析により得られた周波数毎のパワー又は振幅の値そのものではなく、パワー又は振幅が最も大きくなる周波数を求めることで回転数を推定している点に注意を要する。

【0039】

そして、ツール回転数演算部３０３は、加工ツール１の回転数を示すデータを、押付け力指令値演算部３０４に送信する。

【0040】

次いで、押付け力指令値演算部３０４は、ツール回転数演算部３０３により算出された回転数に基づいて、ロボットアーム２０１に対する押付け力の指令値を算出する（ステップＳＴ４０４）。
そして、押付け力指令値演算部３０４は、押付け力指令値を示すデータを、力制御部３０５に送信する。

【0041】

次いで、力制御部３０５は、押付け力演算部３０２により算出された押付け力及び押付け力指令値演算部３０４により算出された押付け力の指令値に基づいて、ロボットアーム２０１に対する押付け力の制御を行う（ステップＳＴ４０５）。
そして、力制御部３０５は、指令値を示すデータを、ロボット２に送信する。その後、ロボット２は、力制御部３０５により算出された指令値に応じて、ロボットアーム２０１を駆動させる。

【0042】

次に、図１～３に示す実施の形態１に係る加工ロボット制御装置３による効果について説明する。
ここで、押付け力制御用センサ（力覚センサ２０２）が搭載されたロボット２の手先に加工ツール１を取付けて加工作業を行う場合、加工ツール１の回転運動による力は、押付け力制御用センサにも伝わる。そのため、押付け力制御用センサの性能が高ければ、加工ツール１の回転運動による力は検知可能である。加工ツール１の回転運動による力は、通常、回転数に対応した周波数の振動成分を持つため、押付け力制御用センサの計測値を分析することにより、加工ツール１の回転数を抽出することができる。

【0043】

そこで、実施の形態１に係る加工ロボット制御装置３では、加工ツール１の回転運動により生じる振動が押付け力制御用センサ（力覚センサ２０２）にも伝わることと、押付け力制御用センサの性能が高ければ加工ツール１の回転数に対応する周波数の振動成分を検知できることを利用することで、加工ツール１に回転数を検知するセンサが無くても加工ツール１の回転数を検知可能としている。

【0044】

これにより、実施の形態１に係る加工ロボット制御装置３は、押付け力制御用センサからのデータだけで、加工ツール１の回転数に基づいて押付け力を調整することができ、加工品質及び信頼性が高い加工作業を、低コスト化且つ簡易に実現可能となる。また、力制御機能を持つロボット２であれば、何らかの力覚センサ２０２を標準で装備しているため、上記の効果を追加のセンサ無しで実現可能となる。

【0045】

なお図１では、ロボット２のコントローラ内に、外力データ取得部３０１、押付け力演算部３０２及びツール回転数演算部３０３が設けられた場合を示した。しかしながら、これに限らず、例えば、力覚センサ２０２と同じ場所に、外力データ取得部３０１、押付け力演算部３０２及びツール回転数演算部３０３が設けられていてもよい。

【0046】

以上のように、この実施の形態１によれば、加工システムは、回転運動により加工対象に対して加工作業を行う加工ツール１と、加工ツール１を加工対象に押付け可能なロボットアーム２０１と、加工ツール１の回転運動により生じる振動を含むロボットアーム２０１にかかる外力を検知可能な力覚センサ２０２と、力覚センサ２０２により検知された外力を示すデータを取得する外力データ取得部３０１と、外力データ取得部３０１により取得されたデータに基づいて、ロボットアーム２０１による押付け力を算出する押付け力演算部３０２と、外力データ取得部３０１により取得されたデータに基づいて、加工ツール１の回転数を算出するツール回転数演算部３０３と、ツール回転数演算部３０３により算出された回転数に基づいて、ロボットアーム２０１に対する押付け力の指令値を算出する押付け力指令値演算部３０４と、押付け力演算部３０２により算出された押付け力及び押付け力指令値演算部３０４により算出された押付け力の指令値に基づいて、ロボットアーム２０１に対する押付け力の制御を行う力制御部３０５とを備えた。これにより、実施の形態１に係る加工システムは、加工ツール１の回転数を検出するセンサを別途用いることなく、加工ツール１を用いたロボット２による加工品質及び信頼性を改善可能となる。

【0047】

実施の形態２．
実施の形態１では、ツール回転数演算部３０３が高速フーリエ変換又はスペクトル解析を用いて加工ツール１の回転数を算出する場合を示した。しかしながら、ツール回転数演算部３０３による算出方法はこれに限らず、別の算出方法を用いてもよい。実施の形態２では、ツール回転数演算部３０３が、加工ツール１の回転数に対応する周波数を、加工ツール１の回転運動により生じる振動の上下動回数から算出する場合について説明する。

【0048】

なお、実施の形態２に係る加工ロボット制御装置３の構成例は、ツール回転数演算部３０３の構成が異なる点以外は、図１に示す実施の形態１に係る加工ロボット制御装置３の構成例と同様であるため、ツール回転数演算部３０３の詳細についてのみ説明を行う。

【0049】

図７は、実施の形態２におけるツール回転数演算部３０３の構成例を示す図である。
実施の形態２におけるツール回転数演算部３０３は、図７に示すように、帯域制限部３０３１及び上下動計数部３０３２を有している。

【0050】

帯域制限部３０３１は、外力データ取得部３０１により取得されたデータをバンドパスフィルタに通すことで、当該データに対する周波数帯域の制限を行う。このバンドパスフィルタは、加工ツール１の回転数に対応した周波数の周りだけを通過させるように設計される。例えば、加工ツール１の所定回転数が１２００ｒｐｍである場合、それに対応する２０Ｈｚの周りだけ、すなわち例えば２０±１０％Ｈｚ又は２０±２０％Ｈｚの成分だけを通過させるようにする。これにより、帯域制限部３０３１は、加工ツール１の回転数に対応する周波数成分だけを抽出する。また、帯域制限部３０３１は、通過させる周波数に幅を持たせることで、加工ツール１の回転数が多少変わっても、後段の上下動計数部３０３２で検知できるようにする。
そして、帯域制限部３０３１は、周波数帯域の制限後のデータを、上下動計数部３０３２に送信する。

【0051】

上下動計数部３０３２は、帯域制限部３０３１による周波数帯域の制限後のデータ（時系列データ）に基づいて、上下動に関するデータを計数することで、その回数から加工ツール１の回転数を算出する。

【0052】

ここで、帯域制限部３０３１により送信されたデータは直流成分が除去されている。そのため、上下動計数部３０３２は、上記データが示す外力がゼロ値を横切る回数を計数することで、加工ツール１の回転数を算出できる。例えば１秒間に４０回ゼロ値を横切る場合には、周波数は２０Ｈｚであり、１２００ｒｐｍに相当すると推定できる（正弦波は１周期で２回ゼロ値を横切る）。なお、このようにして求められる周波数にバラつきがある場合、上下動計数部３０３２は、移動平均処理等を行うことで、そのバラつきを抑えてもよい。

【0053】

又は、上下動計数部３０３２は、上記データが示す外力がゼロ値を横切る時間間隔を計数することで、加工ツール１の回転数を算出することもできる。例えば、２５ミリ秒毎にゼロ値を横切る場合には、時間間隔の逆数である４０Ｈｚが回転数に対応する周波数の２倍であり、回転数は１２００ｒｐｍと推定できる。

【0054】

実施の形態２におけるツール回転数演算部３０３では、実施の形態１におけるツール回転数演算部３０３での高速フーリエ変換又はスペクトル解析といった複雑な演算が不要であり、上下動を計数することで回転数を算出しているため、計算コストが小さく、リアルタイム処理に向くという利点がある。

【0055】

上記の他、ツール回転数演算部３０３は、例えば特許文献２に記載された方法により、加工ツール１の回転運動により生じる振動の上下動回数に対応する周波数を推定することも可能である。

【特許文献2】特開２０１０－１２７８９３号公報

【0056】

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組合わせ、或いは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

【符号の説明】

【0057】

１ 加工ツール
２ ロボット
３ 加工ロボット制御装置
２０１ ロボットアーム
２０２ 力覚センサ
２０２ａ 手先力センサ
２０２ｂ トルクセンサ
３０１ 外力データ取得部
３０２ 押付け力演算部
３０３ ツール回転数演算部
３０４ 押付け力指令値演算部
３０５ 力制御部
３０３１ 帯域制限部
３０３２ 上下動計数部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】