JP2023022775A - ロボットシステム、ロボットの加工方法及び加工プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】現場で教示を行わなくても、ワークの加工を行う。【解決手段】ロボットシステム１００は、対象物Ｗの加工部分Ｂを加工するロボット１と、対象物Ｗの画像及び三次元情報を保持する記憶部３２と、画像の中から加工部分Ｂを指定するための指定装置９と、ロボット１を制御する制御装置３とを備えている。制御装置３は、画像中の指定装置９によって指定された部分と三次元情報とに基づいて、三次元情報における加工部分Ｂを導出し、加工部分Ｂの三次元情報に基づいてロボット１を動作させることによって、ロボット１に加工部分Ｂを加工させる。【選択図】図８

Description

本開示は、ロボットシステム、ロボットの加工方法及び加工プログラムに関する。

従来より、ロボットを用いてワークを加工するシステムが知られている。例えば、特許文献１には、ワークを保持するロボットを粗い教示点に従って移動させると共に、そのときにワークを工具に対して所望の押し付け方向へ押し付けるロボットシステムが開示されている。つまり、このロボットシステムでは、ワークに工具が所望の力で押し付けられた状態で、ワークが概ね粗い教示点に沿って移動する。

特開平０６－２８９９２３号公報

ところで、特許文献１のロボットシステムでは、粗い精度とはいえ、ワークに応じた教示点を現場で与える必要がある。現場での作業が軽減されると、ロボットによる加工が簡便になる。

本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、現場で教示を行わなくても、ワークの加工を行うことにある。

本開示のロボットシステムは、対象物の加工部分を加工するロボットと、前記対象物の画像及び三次元情報を保持する記憶部と、前記画像の中から前記加工部分を指定するための指定装置と、前記ロボットを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記画像中の前記指定装置によって指定された部分と前記三次元情報とに基づいて、前記三次元情報における前記加工部分を導出し、前記加工部分の前記三次元情報に基づいて前記ロボットを動作させることによって、前記ロボットに前記加工部分を加工させる。

本開示のロボットの加工方法は、対象物の画像における前記対象物の加工部分を指定することと、前記画像中の指定された部分と前記対象物の三次元情報とに基づいて、前記三次元情報における前記加工部分を導出することと、前記加工部分の前記三次元情報に基づいてロボットを動作させることによって、前記ロボットに前記加工部分を加工させることとを含む。

本開示の加工プログラムは、ロボットに対象物の加工部分を加工させるためにコンピュータに、前記対象物の画像における前記加工部分の指定を受け付けることと、前記画像中の指定された部分と前記対象物の三次元情報とに基づいて、前記三次元情報における前記加工部分を導出することと、前記加工部分の前記三次元情報に基づいてロボットを動作させることによって、前記ロボットに前記加工部分を加工させることとを実行させる。

前記ロボットシステムによれば、現場で教示を行わなくてもワークの加工を自動的に行うことができる。

前記ロボットの加工方法によれば、現場で教示を行わなくてもワークの加工を自動的に行うことができる。

前記加工プログラムによれば、現場で教示を行わなくてもワークの加工を自動的に行うことができる。

図１は、ロボットシステムの構成を示す模式図である。 図２は、ロボット制御装置の概略的なハードウェア構成を示す図である。 図３は、操作制御装置の概略的なハードウェア構成を示す図である。 図４は、制御装置の概略的なハードウェア構成を示す図である。 図５は、ロボットシステムの手動制御の制御系統の構成を示すブロック図である。 図６は、ロボットシステムの自動制御の制御系統の構成を示すブロック図である。 図７は、加工部分及び目標軌跡の模式図である。 図８は、ロボットシステムの自動制御のフローチャートである。 図９は、目標軌跡の第１パターンである。 図１０は、目標軌跡の第２パターンである。 図１１は、対象物の画像の一例である。 図１２は、対象物の三次元情報の一例である。 図１３は、除去加工における研削装置の軌跡の模式図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、実施形態に係るロボットシステム１００の構成を示す模式図である。

ロボットシステム１００は、対象物Ｗの加工部分Ｂを加工するロボット１と、ロボット１を制御する制御装置３とを備えている。制御装置３は、ロボット１を制御することによって、ロボット１に対象物Ｗの加工部分Ｂを加工させる。この例では、対象物Ｗは、鋳造品であり、加工部分Ｂは、対象物Ｗのバリである。バリには、鋳造バリ、切削バリ、研削バリ、せん断バリ、塑性変形バリ、湯口バリ及び溶接バリ等が含まれる。また、対象物Ｗは、基準面Ｒを有している。基準面Ｒは、加工部分Ｂが存在する面である。つまり、加工部分Ｂは、基準面Ｒ上に位置している。

ロボット１は、例えば、産業用ロボットである。ロボット１による加工は、除去加工である。ロボット１による除去加工は、例えば、研削である。尚、除去加工は、切削又は研磨であってもよい。

ロボットシステム１００は、対象物Ｗの画像及び三次元情報を保持する記憶部３２を備えている。記憶部３２は、制御装置３に内蔵されている。対象物Ｗの画像は、例えば、対象物Ｗの二次元画像である。対象物Ｗの三次元情報は、例えば、対象物Ｗの点群データである。

ロボットシステム１００は、対象物Ｗの画像を取得する撮像装置８１と、対象物Ｗの三次元情報を取得する三次元スキャナ８２とをさらに備えていてもよい。三次元スキャナ８２は、三次元情報取得装置の一例である。記憶部３２は、撮像装置８１によって取得された対象物Ｗの画像及び三次元スキャナ８２によって取得された対象物Ｗの三次元情報を保持する。

ロボットシステム１００は、対象物Ｗの画像の中から加工部分Ｂを指定するための指定装置９を備えている。さらに、指定装置９は、対象物Ｗの画像の中から加工部分Ｂに加えて、基準面Ｒを指定可能に構成されている。指定装置９は、オペレータが操作する装置である。指定装置９は、ディスプレイ９１と入力装置９２とを有している。入力装置９２は、例えば、マウスである。指定装置９は、制御装置３と通信可能であり、記憶部３２に保持された対象物Ｗの画像をディスプレイ９１に表示させる。オペレータは、ディスプレイ９１を見ながら入力装置９２を操作して、対象物Ｗの画像の中から加工部分Ｂ及び基準面Ｒを指定する。つまり、指定装置９は、オペレータからの、対象物Ｗの画像中の加工部分Ｂ及び基準面Ｒの指定を入力装置９２を介して受け付ける。

制御装置３は、対象物Ｗの画像中の指定装置９によって指定された部分と対象物Ｗの三次元情報とに基づいて、三次元情報における加工部分Ｂを導出する。制御装置３は、加工部分Ｂの三次元情報に基づいてロボット１を動作させることによってロボット１に加工部分Ｂを除去させる。

ロボットシステム１００は、ユーザに操作される操作装置２をさらに備えていてもよい。制御装置３は、操作装置２も制御する。制御装置３は、操作装置２の動作に応じてロボット１の動作を制御し、対象物Ｗの加工を行うこともできる。つまり、ロボットシステム１００は、操作装置２を介さないロボット１による自動制御と操作装置２を介したロボット１による手動制御とを実施可能である。

［ロボット］
ロボット１は、ベース１０と、ベース１０に支持されたロボットアーム１２と、ロボットアーム１２に連結されたエンドエフェクタ１１と、ロボット１の全体を制御するロボット制御装置１４とを有している。ロボット１は、ロボットアーム１２によってエンドエフェクタ１１を動作、即ち、移動させて、エンドエフェクタ１１によって対象物Ｗを加工する。

ロボット１には、ロボット座標系が規定されている。例えば、ロボット座標系では、上下方向に延びるＺ軸と、Ｚ軸に直交するＸ軸と、Ｚ軸及びＸ軸の両方に直交するＹ軸との直交３軸が設定される。

エンドエフェクタ１１は、研削装置１１ａを有し、対象物Ｗに作用としての研削を加える。例えば、研削装置１１ａは、グラインダである。グラインダは、円盤状の研削砥石を回転させるタイプ、円錐状又は円柱状の研削砥石を回転させるタイプ等であってもよい。尚、研削装置１１ａは、オービタルサンダ、ランダムオービットサンダ、デルタサンダ又はベルトサンダ等であってもよい。ここでは、研削装置１１ａは、ツールの一例である。

ロボットアーム１２は、垂直多関節型のロボットアームである。ロボットアーム１２は、複数のリンク１２ａと、複数のリンク１２ａを接続する関節１２ｂと、複数の関節１２ｂを回転駆動するサーボモータ１５（図２参照）とを有している。ロボットアーム１２は、研削装置１１ａの位置を変更する。さらに、ロボットアーム１２は、研削装置１１ａの姿勢を変更してもよい。尚、ロボットアーム１２は、水平多関節型、パラレルリンク型、直角座標型、又は極座標型のロボットアーム等であってもよい。

ロボット１は、力覚センサを有している。この例では、ロボット１は、力覚センサとして、対象物Ｗから受ける反力（以下、「接触力」という）を検出する接触力センサ１３をさらに有している。接触力センサ１３は、ロボットアーム１２とエンドエフェクタ１１との間（具体的には、ロボットアーム１２とエンドエフェクタ１１との連結部）に設けられている。接触力センサ１３は、エンドエフェクタ１１が対象物Ｗから受ける接触力を検出する。接触力センサ１３は、直交する３軸方向の力と該３軸回りのモーメントを検出する。

尚、力覚センサは、接触力センサ１３に限定されない。例えば、接触力センサ１３は、１軸、２軸又は３軸方向の力のみを検出してもよい。あるいは、力覚センサは、ロボットアーム１２のサーボモータ１５の電流を検出する電流センサ又はサーボモータ１５のトルクを検出するトルクセンサ等であってもよい。

撮像装置８１は、ロボットアーム１２に取り付けられている。具体的には、撮像装置８１は、ロボットアーム１２のうち、最も先端側のリンク１２ａに取り付けられている。撮像装置８１は、ＲＧＢ画像を撮影する。撮像装置８１の撮影画像は、画像信号としてロボット制御装置１４から制御装置３へ入力される。

三次元スキャナ８２は、ロボットアーム１２に取り付けられている。具体的には、三次元スキャナ８２は、ロボットアーム１２のうち、最も先端側のリンク１２ａに取り付けられている。三次元スキャナ８２は、三次元情報として対象物Ｗの点群データを取得する。つまり、三次元スキャナ８２は、対象物Ｗの表面の多数の点群の三次元座標を出力する。三次元スキャナ８２の点群データは、ロボット制御装置１４から制御装置３へ入力される。

図２は、ロボット制御装置１４の概略的なハードウェア構成を示す図である。ロボット制御装置１４は、ロボットアーム１２のサーボモータ１５及び研削装置１１ａを制御する。ロボット制御装置１４は、接触力センサ１３の検出信号を受け付ける。ロボット制御装置１４は、制御装置３と情報、指令及びデータ等の送受信を行う。ロボット制御装置１４は、制御部１６と、記憶部１７と、メモリ１８とを有している。

制御部１６は、ロボット制御装置１４の全体を制御する。制御部１６は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部１６は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、システムＬＳＩ等で形成されていてもよい。

記憶部１７は、制御部１６で実行されるプログラム及び各種データを格納している。記憶部１７は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。

メモリ１８は、データ等を一時的に格納する。例えば、メモリ１８は、揮発性メモリで形成される。

［操作装置］
操作装置２は、図１に示すように、ユーザが操作する操作部２１と、操作部２１にユーザから加えられる操作力を検出する操作力センサ２３とを有している。操作装置２は、ロボット１を手動制御で操作するための入力を受け付け、入力された情報である操作情報を制御装置３へ出力する。具体的には、ユーザは、操作部２１を把持して操作装置２を操作する。その際に操作部２１に加えられる力を操作力センサ２３が検出する。操作力センサ２３によって検出される操作力は、操作情報として制御装置３へ出力される。

操作装置２は、ベース２０と、ベース２０に設けられ、操作部２１を支持する支持機構２２と、操作装置２の全体を制御する操作制御装置２４とをさらに有していてもよい。操作装置２は、制御装置３からの制御によって、操作力に対する反力をユーザに提示する。具体的には、操作制御装置２４は、制御装置３からの指令を受けて、支持機構２２を制御することによって、反力をユーザに感知させる。

操作装置２には、直交３軸の操作座標系が規定されている。操作座標系は、ロボット座標系と対応している。つまり、上下方向にＺ軸が設定され、水平方向に互いに直交するＸ軸及びＹ軸が設定される。

支持機構２２は、複数のリンク２２ａと、複数のリンク２２ａを接続する関節２２ｂと、複数の関節２２ｂを回転駆動するサーボモータ２５（図３参照）とを有している。支持機構２２は、操作部２１が３次元空間内で任意の位置及び姿勢をとることができるように、操作部２１を支持する。操作部２１の位置及び姿勢に対応して、サーボモータ２５が回転する。サーボモータ２５の回転量、即ち、回転角は、一義的に決まる。

操作力センサ２３は、この例では、操作部２１と支持機構２２との間（具体的には、操作部２１と支持機構２２との連結部）に設けられている。操作力センサ２３は、直交する３軸方向の力と該３軸回りのモーメントを検出する。

尚、操作力の検出部は、操作力センサ２３に限定されない。例えば、操作力センサ２３は、１軸、２軸又は３軸方向の力のみを検出してもよい。あるいは、検出部は、支持機構２２のサーボモータ２５の電流を検出する電流センサ又はサーボモータ２５のトルクを検出するトルクセンサ等であってもよい。

図３は、操作制御装置２４の概略的なハードウェア構成を示す図である。操作制御装置２４は、サーボモータ２５を制御することによって支持機構２２を動作させる。操作制御装置２４は、操作力センサ２３の検出信号を受け付ける。操作制御装置２４は、制御装置３と情報、指令及びデータ等の送受信を行う。操作制御装置２４は、制御部２６と、記憶部２７と、メモリ２８とを有している。

制御部２６は、操作制御装置２４の全体を制御する。制御部２６は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部２６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部２６は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、システムＬＳＩ等で形成されていてもよい。

記憶部２７は、制御部２６で実行されるプログラム及び各種データを格納している。記憶部２７は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。

メモリ２８は、データ等を一時的に格納する。例えば、メモリ２８は、揮発性メモリで形成される。

［制御装置］
制御装置３は、ロボットシステム１００の全体を制御し、ロボット１及び操作装置２の動作制御を行う。具体的には、制御装置３は、ユーザの操作に応じたロボットシステム１００の手動制御と、ロボットシステム１００の自動制御とを行う。制御装置３は、手動制御においては、ロボット１と操作装置２との間でマスタスレーブ制御、具体的には、バイラテラル制御を行う。操作装置２は、マスタ装置として機能し、ロボット１は、スレーブ装置として機能する。制御装置３は、ユーザの操作による操作装置２の動作に応じてロボット１の動作を制御すると共に、接触力センサ１３の検出結果に応じた反力をユーザに提示するように操作装置２の動作を制御する。つまり、研削装置１１ａがユーザの操作に応じて対象物Ｗを加工すると共に、加工時の反力が操作装置２を介してユーザに提示される。自動制御においては、制御装置３は、対象物Ｗの画像中で加工部分Ｂの指定をユーザから受け、指定された加工部分Ｂを研削装置１１ａによって自動的に除去加工する。

図４は、制御装置３の概略的なハードウェア構成を示す図である。制御装置３は、ロボット制御装置１４及び操作制御装置２４と情報、指令及びデータ等の送受信を行う。さらに、制御装置３は、指定装置９と情報、指令及びデータ等の送受信を行う。制御装置３は、制御部３１と、記憶部３２と、メモリ３３とを有している。尚、制御装置３は、ロボット１及び操作装置２の動作制御の設定を行うためにユーザが操作する入力操作部と、設定内容を表示するディスプレイとをさらに有していてもよい。

制御部３１は、制御装置３の全体を制御する。制御部３１は、各種の演算処理を行う。例えば、制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで形成されている。制御部３１は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、システムＬＳＩ等で形成されていてもよい。

記憶部３２は、制御部３１で実行されるプログラム及び各種データを格納している。例えば、記憶部３２は、ロボットシステム１００を制御するプログラムが格納されている。記憶部３２は、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等で形成される。例えば、記憶部３２に記憶されたプログラムは、対象物Ｗの加工部分Ｂを除去加工するためにコンピュータに所定の手順を実行させる加工プログラム３２ａである。

メモリ３３は、データ等を一時的に格納する。例えば、メモリ３３は、揮発性メモリで形成される。

＜ロボットシステムの制御＞
このように構成されたロボットシステム１００において、制御装置３は、ユーザの操作による操作装置２の動作に応じてロボット１の動作を制御すると共に、接触力センサ１３の検出結果に応じた反力をユーザに提示するように操作装置２の動作を制御する手動制御を実行する。さらに、制御装置３は、対象物Ｗの画像及び三次元情報に基づいて加工部分Ｂを特定し、特定された加工部分Ｂをロボット１によって除去する自動制御を実行する。

まず、ロボットシステム１００の手動制御について説明する。図５は、ロボットシステム１００の手動制御の制御系統の構成を示すブロック図である。

ロボット制御装置１４の制御部１６は、記憶部１７からプログラムをメモリ１８に読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部１６は、入力処理部４１と動作制御部４２として機能する。

入力処理部４１は、接触力センサ１３及びサーボモータ１５から受け取る情報、データ及び指令等を制御装置３に出力する。具体的には、入力処理部４１は、接触力センサ１３から６軸の力の検出信号（以下、「センサ信号」という）を受け取り、該センサ信号を制御装置３へ出力する。また、入力処理部４１は、サーボモータ１５から回転センサ（例えば、エンコーダ）及び電流センサの検出信号を受け取る。入力処理部４１は、動作制御部４２によるロボットアーム１２のフィードバック制御のために該検出信号を動作制御部４２へ出力する。また、入力処理部４１は、ロボットアーム１２の位置情報として該検出信号を制御装置３へ出力する。

動作制御部４２は、制御装置３から指令位置ｘｄｓを受け取り、指令位置ｘｄｓに従ってロボットアーム１２を動作させるための制御指令を生成する。動作制御部４２は、制御指令に対応する電流をサーボモータ１５へ印加することによって、ロボットアーム１２を動作させ、研削装置１１ａを指令位置ｘｄｓに対応する位置へ移動させる。このとき、動作制御部４２は、入力処理部４１からのサーボモータ１５の回転センサ又は電流センサの検出信号に基づいて、ロボットアーム１２の動作をフィードバック制御する。また、動作制御部４２は、研削装置１１ａに制御指令を出力し、研削装置１１ａを動作させる。これにより、研削装置１１ａが対象物Ｗを研削する。

操作制御装置２４の制御部２６は、記憶部２７からプログラムをメモリ２８に読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部２６は、入力処理部５１と動作制御部５２として機能する。

入力処理部５１は、操作力センサ２３から受け取る情報、データ及び指令等を制御装置３に出力する。具体的には、入力処理部５１は、操作力センサ２３から６軸の力の検出信号を受け取り、該検出信号を制御装置３へ出力する。また、入力処理部５１は、サーボモータ２５から回転センサ（例えば、エンコーダ）及び電流センサの検出信号を受け取る。入力処理部５１は、動作制御部５２による支持機構２２のフィードバック制御のために該検出信号を動作制御部５２へ出力する。

動作制御部５２は、制御装置３から指令位置ｘｄｍを受け取り、指令位置ｘｄｍに従って支持機構２２を動作させるための制御指令を生成する。動作制御部５２は、制御指令に対応する電流をサーボモータ２５へ印加することによって、支持機構２２を動作させ、操作部２１を指令位置ｘｄｍに対応する位置へ移動させる。このとき、動作制御部５２は、入力処理部５１からのサーボモータ２５の回転センサ又は電流センサの検出信号に基づいて、支持機構２２の動作をフィードバック制御する。これにより、ユーザが操作部２１に与える操作力に対して反力が与えられる。その結果、ユーザは、対象物Ｗからの反力を操作部２１から疑似的に感じつつ、操作部２１を操作することができる。

制御装置３の制御部３１は、記憶部３２からプログラムをメモリ３３に読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部３１は、ロボット制御装置１４及び操作制御装置２４への動作指令を出力する動作指令部６０として機能する。より具体的には、制御部３１は、操作力取得部６１と接触力取得部６２と加算部６３と力／速度換算部６４と第１速度／位置換算部６５と第２速度／位置換算部６６として機能する。

操作力取得部６１は、入力処理部５１を介して、操作力センサ２３の検出信号を受け取り、検出信号に基づいて操作力ｆｍを取得する。操作力取得部６１は、操作力ｆｍを加算部６３へ入力する。

接触力取得部６２は、入力処理部４１を介して、接触力センサ１３のセンサ信号を受け取り、センサ信号に基づいて接触力ｆｓを取得する。接触力取得部６２は、接触力ｆｓを加算部６３へ入力する。

加算部６３は、操作力取得部６１から入力された操作力ｆｍと接触力取得部６２から入力された接触力ｆｓとの和を算出する。ここで、操作力ｆｍと接触力ｆｓとは、反対向きの力なので、操作力ｆｍと接触力ｆｓとは正負の符号が異なる。つまり、操作力ｆｍと接触力ｆｓとが足されることによって、操作力ｆｍと接触力ｆｓとの和である合成力ｆｍ＋ｆｓの絶対値は、操作力ｆｍの絶対値よりも小さくなる。加算部６３は、合成力ｆｍ＋ｆｓを出力する。

力／速度換算部６４は、入力された合成力ｆｍ＋ｆｓを指令速度ｘｄ’に換算する。力／速度換算部６４は、慣性係数、粘性係数（ダンパ係数）及び剛性係数（バネ係数）を含む運動方程式に基づく運動モデルを用いて指令速度ｘｄ’を算出する。具体的には、力／速度換算部６４は、以下の運動方程式に基づいて指令速度ｘｄ’を算出する。

ここで、ｅ＝ｘｄ－ｘｕである。ｘｄは、指令位置である。ｘｕは、後述する目標軌跡である。手動制御の場合には、目標軌跡が無いので、ｅ＝ｘｄである。ｍｄは、慣性係数である。ｃｄは、粘性係数である。ｋｄは、剛性係数である。ｆｍは、操作力である。ｆｓは、接触力である。尚、「’」は１回微分を表し、「”」は２回微分を表す。

式（１）は線形微分方程式であり、式（１）をｘｄ’について解くと、式（２）のようになる。

ここで、Ａは、ｆｍ，ｆｓ，ｍｄ，ｃｄ，ｋｄ等によって表される項である。

式（２）は、記憶部３２に格納されている。力／速度換算部６４は、記憶部３２から式（２）を読み出して指令速度ｘｄ’を求め、求められた指令速度ｘｄ’を第１速度／位置換算部６５及び第２速度／位置換算部６６へ出力する。

第１速度／位置換算部６５は、座標変換された指令速度ｘｄ’をロボット座標系を基準として、ロボット１のための指令位置ｘｄｓに換算する。例えば、操作装置２の移動量に対するロボット１の移動量の比が設定されている場合、第１速度／位置換算部６５は、指令速度ｘｄ’から求めた指令位置ｘｄを移動比に応じて逓倍して指令位置ｘｄｓを求める。第１速度／位置換算部６５は、求められた指令位置ｘｄｓをロボット制御装置１４、具体的には、動作制御部４２へ出力する。動作制御部４２は、前述の如く、指令位置ｘｄｓに基づいてロボットアーム１２を動作させる。

第２速度／位置換算部６６は、操作座標系を基準として、指令速度ｘｄ’を操作装置２のための指令位置ｘｄｍに換算する。第２速度／位置換算部６６は、求めた指令位置ｘｄｍを操作制御装置２４、具体的には、動作制御部５２へ出力する。動作制御部５２は、前述の如く、指令位置ｘｄｍに基づいて支持機構２２を動作させる。

次に、ロボットシステム１００の自動制御について説明する。図６は、ロボットシステム１００の自動制御の制御系統の構成を示すブロック図である。

制御装置３の制御部３１は、記憶部３２からプログラム（例えば、加工プログラム３２ａ）をメモリ３３に読み出して展開することによって、各種機能を実現する。具体的には、制御部３１は、動作指令部６０と、撮像部６７と、三次元情報取得部６８と、導出部６９と、軌跡生成部６１０として機能する。

動作指令部６０は、ロボットアーム１２の指令位置ｘｄｓを作成し、作成された指令位置ｘｄｓをロボット制御装置１４へ出力する。ロボット制御装置１４は、動作指令部６０からの指令位置ｘｄｓに基づいて、サーボモータ１５への制御指令を作成する。ロボット制御装置１４は、制御指令に対応する供給電流をサーボモータ１５へ印加する。このとき、ロボット制御装置１４は、エンコーダの検出結果に基づいてサーボモータ１５への供給電流をフィードバック制御する。

例えば、動作指令部６０は、撮像装置８１及び三次元スキャナ８２を所定位置に移動させるため、又は、研削装置１１ａに研削加工を行わせるために指令位置ｘｄｓを作成し、ロボットアーム１２を動作させる。

撮像部６７は、撮像装置８１を制御して、撮像装置８１に対象物Ｗを撮像させる。撮像部６７は、撮像装置８１によって取得された画像を記憶部３２に記憶させる。

三次元情報取得部６８は、三次元スキャナ８２を制御して、三次元スキャナ８２に対象物Ｗの点群データを取得させる。三次元情報取得部６８は、三次元スキャナ８２によって取得された点群データを記憶部３２に記憶させる。尚、三次元スキャナ８２から出力される点群データに含まれる各点の座標がロボット座標系でない場合には、三次元情報取得部６８は、点群データに含まれる各点の座標をロボット座標系に変換する。

導出部６９は、指定装置９による対象物Ｗの画像中の加工部分Ｂの指定に基づいて、三次元情報における加工部分Ｂを導出する。また、導出部６９は、指定装置９による対象物Ｗの画像中の基準面Ｒの指定に基づいて、対象物Ｗの三次元情報における基準面Ｒを導出する。

詳しくは、導出部６９は、指定装置９からの要求に応じて、記憶部３２から対象物Ｗの画像を読み出して指定装置９へ提供する。提供された対象物Ｗの画像は、指定装置９のディスプレイ９１に表示される。オペレータは、入力装置９２を操作して、対象物Ｗの画像中の加工部分Ｂを指定する。それに加えて、オペレータは、入力装置９２を操作して、対象物Ｗの画像中の基準面Ｒを指定する。導出部６９は、対象物Ｗの画像中の加工部分Ｂ及び基準面Ｒの指定を指定装置９から受け付ける。

導出部６９は、加工部分Ｂ及び基準面Ｒが指定された対象物Ｗの画像と記憶部３２で保存されている対象物Ｗの点群データとを照らし合わせて、点群データにおける加工部分Ｂ及び基準面Ｒを導出する。

詳しくは、対象物Ｗの画像の取得時の撮像装置８１の位置と対象物Ｗの点群データの取得時の三次元スキャナ８２の位置は既知であるので、対象物Ｗの画像中の或る部分が対象物Ｗの点群データにおけるどの部分に対応するかは概ね判別可能となっている。導出部６９は、対象物Ｗの画像中で指定された加工部分Ｂに対応する部分を対象物Ｗの点群データの中から特定し、特定された部分において周囲に比べて突出している部分を加工部分Ｂとする。また、導出部６９は、対象物Ｗの画像中で指定された基準面Ｒに対応する部分を対象物Ｗの点群データの中から特定し、特定された部分を含む面を基準面Ｒとする。例えば、基準面Ｒは、凹凸が少ない滑らかな面であって、平面であっても曲面であってもよい。こうして、導出部６９は、対象物Ｗの点群データにおける加工部分Ｂ及び基準面Ｒを導出する。

軌跡生成部６１０は、対象物Ｗの点群データに基づいて、研削装置１１ａの目標軌跡、即ち、ロボットアーム１２の目標軌跡を生成する。目標軌跡は、基準面Ｒに沿った軌跡、より詳しくは基準面Ｒと略平行な軌跡である。目標軌跡は、複数の層状に生成され得る。複数の目標軌跡は、基準面Ｒの法線方向へ間隔を空けて配列されている。複数の目標軌跡には、基準面Ｒ上を通る最終目標軌跡を含み得る。

図７は、加工部分Ｂ及び目標軌跡の模式図である。詳しくは、軌跡生成部６１０は、加工部分Ｂの点群データに基づいて、除去加工における研削装置１１ａの開始位置Ｓを決定する。軌跡生成部６１０は、点群データにおいて、加工部分Ｂのうち基準面Ｒから最も離れた最高点Ｍを求め、最高点Ｍから基準面Ｒの法線方向へ所定の切り込み量Ｃだけ基準面Ｒに近づいた点を求める。軌跡生成部６１０は、該基準面Ｒに近づいた点を通り、基準面Ｒと略平行な仮想的な第１目標加工面を求め、第１目標加工面上に存在し且つ加工部分Ｂ以外の点（即ち、加工部分Ｂから離れた点）を開始位置Ｓとして求める。軌跡生成部６１０は、開始位置Ｓから始まり、第１目標加工面上を通って、加工部分Ｂのうち第１目標加工面と交差する部分の略全体を通る、研削装置１１ａの目標軌跡を第１目標軌跡Ｔ１として生成する。続いて、軌跡生成部６１０は、第１目標加工面を基準面Ｒの法線方向へ切り込み量Ｃだけ基準面Ｒに近づけた第２目標加工面を設定し、第２目標加工面上を通って、加工部分Ｂのうち第２目標加工面と交差する部分の略全体を通る、研削装置１１ａの目標軌跡を第２目標軌跡Ｔ２として生成する。このように、軌跡生成部６１０は、最高点Ｍから基準面Ｒの法線方向へ切り込み量Ｃずつ基準面Ｒに近づいた位置に目標軌跡を順次生成していく。目標軌跡が基準面Ｒと一致する場合、又は、基準面Ｒを下回る場合には、軌跡生成部６１０は、基準面Ｒ上を通って、加工部分Ｂのうち基準面Ｒと交差する部分の略全体を通る、研削装置１１ａの目標軌跡を最終目標軌跡Ｔｆとして生成する。

尚、生成される目標軌跡の数は、基準面Ｒ、最高点Ｍ、及び切り込み量Ｃに依存する。基準面Ｒから最高点Ｍまでの距離を切り込み量Ｃで除算した商に１だけ加えた数が、目標軌跡の数となる。基準面Ｒから最高点までの距離が切り込み量Ｃ以下の場合には、生成される目標軌跡の数は１つである。つまり、目標軌跡の数は、複数に限定されない。

動作指令部６０は、研削装置１１ａに基準面Ｒに達するまで加工部分Ｂを除去させるようにロボット１を動作させる。動作指令部６０は、開始位置Ｓから基準面Ｒに向かって加工部分Ｂを複数回に分けて除去するようにロボット１を動作させる。具体的には、動作指令部６０は、基準面Ｒから最も離れた第１目標軌跡Ｔ１から最終目標軌跡Ｔｆまでを順に用いて、研削装置１１ａが目標軌跡に沿って移動するようにロボット１を動作させる。例えば、動作指令部６０は、加工部分Ｂを層状に複数回に分けて研削装置１１ａによって除去加工する。このとき、動作指令部６０は、研削装置１１ａが目標軌跡に沿って移動するようにロボット１を動作させる位置制御を実行しつつ、研削装置１１ａが対象物Ｗからの反力に応じて目標軌跡から逸れて移動し且つ目標軌跡からの距離に応じて対象物Ｗへの研削装置１１ａの押付力が大きくなるようにロボット１を動作させる弾性制御を実行する。

詳しくは、動作指令部６０は、接触力取得部６２と力／速度換算部６４と第１速度／位置換算部６５として機能する。接触力取得部６２、力／速度換算部６４及び第１速度／位置換算部６５のそれぞれの機能は、基本的には、手動制御の場合と同様である。自動制御では目標軌跡に基づく位置制御がベースとなるため、動作指令部６０は、操作力取得部６１、加算部６３及び第２速度／位置換算部６６としては機能しない。

接触力取得部６２は、入力処理部４１を介して、接触力センサ１３のセンサ信号を受け取り、センサ信号に基づいて接触力ｆｓを取得する。接触力取得部６２は、接触力ｆｓを力／速度換算部６４へ入力する。また、接触力取得部６２は、研削加工中に、接触力ｆｓを記憶部３２に記憶させる。

力／速度換算部６４は、入力された接触力ｆｓを指令速度ｘｄ’に換算する。力／速度換算部６４は、慣性係数、粘性係数（ダンパ係数）及び剛性係数（バネ係数）を含む運動方程式に基づく運動モデルを用いて指令速度ｘｄ’を算出する。具体的には、力／速度換算部６４は、式（１）の運動方程式に基づいて指令速度ｘｄ’を算出する。式（１）において、ｅ＝ｘｄ－ｘｕであり、ｘｄは、指令位置であり、ｘｕは、軌跡生成部６１０によって生成された目標軌跡である。力／速度換算部６４は、目標軌跡ｘｕを目標速度ｘｕ’に変換して式（２）に代入することよって指令速度ｘｄ’を求める。

第１速度／位置換算部６５は、座標変換された指令速度ｘｄ’をロボット座標系を基準として、ロボット１のための指令位置ｘｄｓに換算する。第１速度／位置換算部６５は、求められた指令位置ｘｄｓをロボット制御装置１４、具体的には、動作制御部４２へ出力する。動作制御部４２は、前述の如く、指令位置ｘｄｓに基づいてロボットアーム１２を動作させる。第１速度／位置換算部６５は、研削加工中に、指令位置ｘｄｓを記憶部３２に記憶させる。

式（１）の運動モデルは粘性係数ｃｄ及び剛性係数ｋｄを含んでいるので、研削装置１１ａが目標軌跡ｘｕに沿うような位置制御を基本としつつ、目標軌跡ｘｕ上に抵抗が存在する場合には弾性力と減衰力とが協調して抵抗を避けつつ抵抗に押し付け力を付与するような軌跡で研削装置１１ａが移動する。その結果、研削装置１１ａは、加工部分Ｂのうち目標軌跡上に位置する部分を研削する。このとき、研削装置１１ａ、ひいては、ロボットアーム１２が対象物Ｗから過大な反力を受けることが回避される。

複数の目標軌跡が生成されている場合には、動作指令部６０は、基準面Ｒから遠い目標軌跡から順番に用いて、研削装置１１ａを目標軌跡に沿って移動させる。つまり、研削装置１１ａは、段階的に基準面Ｒに近い目標軌跡に沿って研削を行い、最終的に、基準面Ｒと一致する最終目標軌跡Ｔｆに沿って研削を行う。

尚、自動制御においては、制御装置３は、操作装置２のための指令位置ｘｄｍを生成又は出力しない。つまり、操作装置２は、操作部２１の位置制御を行わない。

［ロボットシステムの動作］
次に、このように構成されたロボットシステム１００の動作について説明する。

〈手動制御〉
手動制御においては、ユーザが操作装置２を操作することによってロボット１に対象物Ｗに対して実際の作業を実行させる。例えば、ユーザは、操作装置２を操作して、ロボット１によって対象物Ｗに研削加工を行う。ユーザの操作装置２を介した操作として、操作部２１にユーザから加えられる操作力が操作力センサ２３によって検出される。ロボットアーム１２は、操作力に応じて制御される。

具体的には、ユーザが操作装置２を操作すると、ユーザが操作部２１を介して加えた操作力を操作力センサ２３が検出する。このとき、ロボット１の接触力センサ１３が接触力を検出する。

操作力センサ２３に検出された操作力は、入力処理部５１によって検出信号として制御装置３へ入力される。制御装置３では、操作力取得部６１が、検出信号に基づく操作力ｆｍを加算部６３へ入力する。

このとき、接触力センサ１３に検出された接触力は、センサ信号として入力処理部４１に入力される。入力処理部４１に入力されたセンサ信号は、接触力取得部６２へ入力される。接触力取得部６２は、センサ信号に基づく接触力ｆｓを加算部６３へ入力する。

加算部６３は、合成力ｆｍ＋ｆｓを力／速度換算部６４へ入力する。力／速度換算部６４は、合成力ｆｍ＋ｆｓを用いて式（２）に基づいて指令速度ｘｄ’を求める。

ロボット１に関しては、第１速度／位置換算部６５が指令速度ｘｄ’から指令位置ｘｄｓを求める。ロボット制御装置１４の動作制御部４２は、指令位置ｘｄｓに従ってロボットアーム１２を動作させ、研削装置１１ａの位置を制御する。これにより、操作力ｆｍに応じた押付力が対象物Ｗに加えられつつ、対象物Ｗが研削装置１１ａにより研削される。

一方、操作装置２に関しては、第２速度／位置換算部６６が指令速度ｘｄ’から指令位置ｘｄｍを求める。操作制御装置２４の動作制御部５２は、指令位置ｘｄｍに従って支持機構２２を動作させ、操作部２１の位置を制御する。これにより、ユーザは接触力ｆｓに応じた反力を感知する。

ユーザがこのような操作装置２の操作を行うことによって、ロボット１による対象物Ｗの加工が実行される。

〈自動制御〉
続いて、ロボットシステム１００の自動制御の動作を説明する。図８は、ロボットシステム１００の自動制御のフローチャートである。

まず、ステップＳ１において初期設定が行われる。オペレータは、指定装置９を介して自動制御に関する初期設定を行う。初期設定は、指定装置９から制御装置３へ入力される。例えば、初期設定には、研削装置１１ａの切り込み量Ｃの入力、及び、目標軌跡のパターンの選択等が含まれる。切り込み量Ｃは、切り込み深さを意味する。目標軌跡のパターンについて、一の目標加工面を形成するような該目標加工面上での研削装置１１ａの移動の仕方は複数のパターンが考えられる。制御装置３は、複数の目標軌跡のパターンを有している。図９は、目標軌跡の第１パターンであり、図１０は、目標軌跡の第２パターンである。第１パターンは、研削装置１１ａが一の経路（例えば、Ｙ方向へ延びる経路）に沿って往復した後、該経路を該経路と交差する方向（例えば、Ｘ方向）へずらして、ずらした後の経路に沿って研削装置１１ａが往復するという移動を繰り返すことによって形成される軌跡である。第２パターンは、研削装置１１ａが一の経路（例えば、Ｙ方向へ延びる経路）に沿って移動した後、該経路を該経路と交差する方向（例えば、Ｘ方向）へずらして、ずらした後の経路に沿って研削装置１１ａが往復するという移動を繰り返すことによって形成される軌跡である。つまり、第１パターンでは、研削装置１１ａが一の経路を２回通過するのに対し、第２パターンでは、研削装置１１ａが一の経路を１回通過する。尚、目標加工面は、平面であっても曲面であってもよい。目標経路のパターンは、これらに限定されず、研削装置１１ａが目標加工面上を螺旋状に移動する軌跡であってもよい。

オペレータは、初期設定の入力後に、指定装置９を介して、対象物Ｗの画像の撮像指示を制御装置３へ出力する。制御装置３は、撮像指示を受信すると、ステップＳ２において、対象物Ｗの画像の取得を実行すると共に、対象物Ｗの点群データの取得を実行する。具体的には、動作指令部６０は、撮像装置８１及び三次元スキャナ８２が所定位置に位置するようにロボットアーム１２を移動させる。対象物Ｗは支持台上の決まった位置に載置されているので、撮像装置８１及び三次元スキャナ８２の所定位置も予め決まっている。

その後、撮像部６７は、撮像装置８１に対象物Ｗを撮像させる。撮像部６７は、撮像装置８１によって取得された対象物Ｗの画像を記憶部３２に記憶させる。三次元情報取得部６８は、三次元スキャナ８２に対象物Ｗの点群データを取得させる。三次元スキャナ８２は、撮像装置８１と概ね同じ画角で対象物Ｗの点群データを取得する。三次元情報取得部６８は、三次元スキャナ８２によって取得された点群データを記憶部３２に記憶させる。

尚、撮像装置８１が所定位置に位置するときのロボットアーム１２の位置と、三次元スキャナ８２が所定位置に位置するときのロボットアーム１２の位置とが異なる場合には、動作指令部６０は、撮像装置８１による撮像時と三次元スキャナ８２による点群データの取得時とでロボットアーム１２を移動させてもよい。

続いて、制御装置３は、ステップＳ３において、対象物Ｗの画像中の加工部分Ｂ及び基準面Ｒの指定を指定装置９から受け付ける。ステップＳ３は、対象物Ｗの画像における対象物Ｗの加工部分Ｂを指定することに相当する。図１１は、対象物Ｗの画像の一例である。

具体的には、導出部６９は、記憶部３２から対象物Ｗの画像を読み出し、指定装置９へ提供する。提供された対象物Ｗの画像は、ディスプレイ９１に表示される。導出部６９は、加工部分Ｂを指定するための枠Ｆと基準面Ｒを指定するための点Ｐとを対象物Ｗの画像上に表示させる。オペレータは、入力装置９２を操作して、対象物Ｗの画像中の加工部分Ｂが枠Ｆ内に含まれるように枠Ｆの位置及び形状を調整する。オペレータは、枠Ｆの位置及び形状を確定することによって、対象物Ｗの画像中で加工部分Ｂを指定する。導出部６９は、対象物Ｗの画像中で指定装置９によって確定された枠Ｆ内の部分を少なくとも加工部分Ｂが含まれる部分として特定する。

また、オペレータは、入力装置９２を操作して、点Ｐが対象物Ｗの画像中の基準面Ｒ上に位置するように点Ｐの位置を調整する。オペレータは、点Ｐの位置を確定することによって、対象物Ｗの画像中での基準面Ｒを指定する。導出部６９は、対象物Ｗの画像中で指定装置９によって確定された点Ｐが位置する部分を基準面Ｒ上の一部であるとして特定する。

続いて、導出部６９は、ステップＳ４において、記憶部３２から対象物Ｗの点群データを読み出し、対象物Ｗの画像と点群データとを照らし合わせ、点群データにおける、対象物Ｗの画像中で指定された加工部分Ｂ及び基準面Ｒに対応する部分を導出する。ステップＳ４は、画像中の指定された部分と対象物Ｗの三次元情報とに基づいて、三次元情報における加工部分Ｂを導出することに相当する。図１２は、対象物Ｗの三次元情報の一例である。

詳しくは、導出部６９は、対象物Ｗの画像中の枠Ｆで囲まれた部分に対応する部分を対象物Ｗの点群データの中から特定し、特定された部分を含む所定の領域内で周囲に比べて突出している部分を加工部分Ｂとする。また、導出部６９は、対象物Ｗの画像中の点Ｐに対応する部分を対象物Ｗの点群データの中から特定し、特定された部分を含む面を基準面Ｒとする。特定された部分を含む面が平面であれば、基準面Ｒは平面となり、特定された部分を含む面が曲面であれば、基準面Ｒは曲面となる。こうして、導出部６９は、対象物Ｗの点群データにおける加工部分Ｂ及び基準面Ｒを導出する。

次に、軌跡生成部６１０は、ステップＳ５において、除去加工の開始位置Ｓを導出する。前述の如く、軌跡生成部６１０は、点群データにおいて加工部分Ｂの最高点Ｍを求め、最高点Ｍから基準面Ｒの法線方向へ切り込み量Ｃだけ基準面Ｒに近づいた点を通る第１目標加工面を求め、第１目標加工面上に存在し且つ加工部分Ｂの外側の点を開始位置Ｓとして求める。

その後、軌跡生成部６１０は、ステップＳ６において、目標軌跡を生成する。ステップＳ６は、対象物の加工部分を通過する、ロボットのツールの目標軌跡を生成することに相当する。軌跡生成部６１０は、開始位置Ｓから始まり、第１目標加工面上を通って、加工部分Ｂのうち第１目標加工面と交差する部分の略全体を通る、研削装置１１ａの目標軌跡を第１目標軌跡Ｔ１として生成する。このとき、軌跡生成部６１０は、初期設定において設定された目標軌跡のパターンに従って、目標軌跡生成する。

続いて、軌跡生成部６１０は、前述の如く、第１目標加工面を基準面Ｒの法線方向へ切り込み量Ｃずつ基準面Ｒに近づけた第２目標加工面を設定し且つ第２目標加工面を通る第２目標軌跡を生成する。軌跡生成部６１０は、この作業を、基準面Ｒ上に最終目標軌跡Ｔｆが生成されるまで繰り返す。

こうして、基準面Ｒの法線方向へ間隔を空けて配列され、且つ、基準面Ｒに沿った複数の目標軌跡が生成される。

次に、動作指令部６０は、ステップＳ７において、ロボット１を動作させて研削加工を実行する。ステップＳ７は、加工部分Ｂの三次元情報に基づいてロボット１を動作させることによって、ロボット１に加工部分Ｂを除去加工させることに相当する。また、ステップＳ７は、ツールが目標軌跡に沿って移動するようにロボットを動作させる位置制御を実行すること、及び、位置制御と並行して、ツールが対象物からの反力に応じて目標軌跡から逸れて移動し且つ目標軌跡からの距離に応じて対象物へのツールの押付力が大きくなるようにロボットを動作させる弾性制御を実行することに相当する。まず、動作指令部６０は、研削装置１１ａが第１目標軌跡Ｔ１に沿って移動するようにロボットアーム１２を動作させる。このとき、動作指令部６０は、研削装置１１ａが目標軌跡に沿うような位置制御を基本としつつ、弾性制御を並行して実行する。弾性制御によって、研削装置１１ａは、対象物Ｗからの反力が過大になることを回避するように目標軌跡から逸れつつも、対象物Ｗに適度な押付力を付与する軌跡で移動する。尚、動作指令部６０は、弾性制御に加えて、ロボットアーム１２の慣性制御及び粘性制御も実行する。

図１３は、除去加工における研削装置１１ａの軌跡の模式図である。詳しくは、図１３に示すように、研削装置１１ａは、加工部分Ｂが存在しない領域では、第１目標軌跡Ｔ１上を移動する。研削装置１１ａが加工部分Ｂに接触すると、対象物Ｗからの反力が大きくなるので、粘性係数ｃｄの影響を受けて、加工部分Ｂの表面に沿う方向へ第１目標軌跡Ｔ１から逸れていく。しかし、研削装置１１ａは、剛性係数ｋｄの影響を受けて、第１目標軌跡Ｔ１から離れるほど、加工部分Ｂへの押付力が大きくなる。つまり、加工部分Ｂのうち第１目標軌跡Ｔ１から離れた部分ほど切り込み量が大きくなる。一方、対象物Ｗからの反力が小さい領域では、研削装置１１ａは、第１目標軌跡Ｔ１の近くを通る。その結果、研削装置１１ａは、加工部分Ｂが存在する領域では、図１３の破線で示す、第１目標軌跡Ｔ１と加工部分Ｂの表面との間の第１実軌跡ｔ１を通り、適度な押付力で加工部分Ｂを研削する。

研削装置１１ａが第１目標軌跡Ｔ１に沿って移動する間（第１目標軌跡Ｔ１から逸れる場合も含む）、動作指令部６０は、接触力ｆｓ及び指令位置ｘｄｓを記憶部３２に記憶させる。第１目標軌跡Ｔ１に沿った研削装置１１ａによる１回の研削が終了すると、動作指令部６０は、研削時の接触力ｆｓ及び指令位置ｘｄｓを記憶部３２から読み出し、研削中の接触力ｆｓの標準偏差及び研削中の指令位置ｘｄｓの標準偏差を求める。動作指令部６０は、ステップＳ８において、研削加工の完了条件が満たされたか否かを判定する。例えば、完了条件は、除去加工（即ち、研削）に関連するパラメータが安定することである。具体的には、除去加工に関連するパラメータは、研削中の接触力ｆｓ、研削中の指令位置ｘｄ、研削中の指令速度ｘｄ’、研削中の研削装置１１ａの加速度ｘｄ’’、及び、研削中のサーボモータ１５への供給電流の少なくとも１つである。この例では、完了条件は、研削中の接触力ｆｓの標準偏差が所定の第１閾値α以下であり、且つ、研削中の指令位置ｘｄｓの標準偏差が所定の第２閾値β以下であることである。

つまり、第１目標軌跡Ｔ１から大きく離れた部分が加工部分Ｂに含まれると、接触力ｆｓが大きくなるので、研削中の接触力ｆｓの標準偏差が大きくなる。そのときの研削装置１１ａの位置も第１目標軌跡Ｔ１から大きく離れるので、研削中の指令位置ｘｄｓの標準偏差も大きくなる。研削中の接触力ｆｓが第１閾値α以下であること、及び、研削中の指令位置ｘｄｓの標準偏差が第２閾値β以下であることは、加工部分Ｂが概ね第１目標軌跡Ｔ１に沿った形状に研削されたことを意味する。

完了条件が満たされていない場合には、加工部分Ｂは、第１目標軌跡Ｔ１に対応する形状までは研削されていない。その場合、動作指令部６０は、ステップＳ７に戻り、再び、研削装置１１ａが第１目標軌跡に沿って移動するようにロボットアーム１２を動作させる。１回目の研削加工によって、加工部分Ｂは、第１実軌跡ｔ１に概ね沿った形状まで研削されている。２回目の研削加工では、例えば、研削装置１１ａは、加工部分Ｂが存在する領域では、図１３の二点鎖線で示す、第１目標軌跡Ｔ１と第１実軌跡ｔ１との間の第２実軌跡ｔ２を通り、適度な押付力で加工部分Ｂを研削する。

２回目の研削加工でも、ステップＳ８において完了条件が満たされていない場合には、動作指令部６０は、ステップＳ７に戻り、再び、研削装置１１ａが第１目標軌跡に沿って移動するようにロボットアーム１２を動作させる。２回目の研削加工によって、加工部分Ｂは、第２実軌跡ｔ２に概ね沿った形状まで研削されている。３回目の研削加工では、例えば、研削装置１１ａは、加工部分Ｂが存在する領域では、図１３の一点鎖線で示す、第１目標軌跡Ｔ１と略一致する第３実軌跡ｔ３を通り、適度な押付力で加工部分Ｂを研削する。尚、対象物Ｗからの反力が小さい場合には、弾性制御の影響は小さくなり、位置制御が優位になる。そのため、研削装置１１ａは、第１目標軌跡Ｔ１に近い軌跡を通ることになる。つまり、研削装置１１ａは、対象物Ｗを第１目標軌跡Ｔ１よりも削り過ぎることが防止され、対象物Ｗは、所望の形状に加工される。

完了条件が満たされている場合には、動作指令部６０は、ステップＳ９において、研削装置１１ａが基準面Ｒに達したか否かを判定する。つまり、動作指令部６０は、ステップＳ８の条件を満たした場合の目標軌跡が最終目標軌跡Ｔｆか否かを判定する。

研削装置１１ａが基準面Ｒに達していない場合には、動作指令部６０は、ステップＳ１０において研削装置１１ａの切り込み量を増加させる。つまり、動作指令部６０は、目標軌跡を次の目標軌跡（即ち、基準面Ｒにより接近した目標軌跡）に切り替える。

動作指令部６０は、ステップＳ７に戻り、新たな目標軌跡で研削加工を実行する。新たな目標軌跡においても、完了条件が満たされるまで、動作指令部６０は、目標軌跡に沿った研削装置１１ａの移動を繰り返す。

このように、動作指令部６０は、一の目標軌跡に沿って研削装置１１ａを移動させて除去加工を行った後、完了条件が満たされた場合に次の目標軌跡に切り替えて除去加工を行う一方、完了条件が満たされていない場合には再び一の目標軌跡（即ち、同じ目標軌跡）に沿って研削装置１１ａを移動させて除去加工を行う。動作指令部６０は、このような処理を、最終目標軌跡Ｔｆに沿った研削加工において完了条件が満たされるまで繰り返す。

最終目標軌跡Ｔｆに沿った研削加工において完了条件が満たされると、動作指令部６０は、ステップＳ９を経て、自動制御を終了する。

対象物Ｗに加工部分Ｂが複数存在する場合には、ステップＳ１からの処理が加工部分Ｂの個数だけ繰り返されてもよい。あるいは、ステップＳ２において複数の加工部分Ｂが指定され、ステップＳ３からの処理が加工部分Ｂの個数だけ繰り返されてもよい。

尚、自動制御後に加工部分Ｂが完全には除去されずに残存する場合には、手動制御によって加工部分Ｂが除去加工されてもよい。

このように、ロボットシステム１００の自動制御によれば、オペレータが対象物Ｗの画像中で加工部分Ｂ及び基準面Ｒを指定装置９を介して指定することによって、制御装置３は、対象物Ｗにおける加工部分Ｂを特定し、ロボット１によって加工部分Ｂが自動的に除去される。オペレータは、現場においてロボット１の教示を行う必要がない。そのため、ロボット１による加工部分Ｂの加工を簡便に実現することができる。

また、制御装置３は、対象物Ｗの加工部分Ｂだけでなく基準面Ｒも特定するので、対象物Ｗが過度に除去されることを防止することができる。

このとき、制御装置３は、基準面Ｒに沿って移動する研削装置１１ａによる加工部分Ｂの研削加工を、基準面Ｒに向かって複数回に分けて実行することによって、加工部分Ｂを少しずつ除去することができる。このことによっても、対象物Ｗが過度に除去されることを防止することができる。

さらに、ロボットシステム１００では、対象物Ｗの画像及び三次元情報をそれぞれ、ロボット１に設けられた撮像装置８１及び三次元スキャナ８２によって取得する。具体的には、撮像装置８１及び三次元スキャナ８２は、ロボットアーム１２に設けられている。ロボットアーム１２は、研削装置１１ａが取り付けられ、研削加工を行うために対象物Ｗの周囲を自由に移動することができる。つまり、ロボットアーム１２は、撮像装置８１及び三次元スキャナ８２を対象物Ｗの周囲で自在に移動させることができるので、撮像装置８１及び三次元スキャナ８２による対象物Ｗの画像及び三次元情報の取得を容易に実現することができる。

以上のように、ロボットシステム１００は、対象物Ｗの加工部分Ｂを除去加工するロボット１と、対象物Ｗの画像及び三次元情報を保持する記憶部３２と、画像の中から加工部分Ｂを指定するための指定装置９と、ロボット１を制御する制御装置３とを備え、制御装置３は、画像中の指定装置９によって指定された部分と三次元情報とに基づいて、三次元情報における加工部分Ｂを導出し、加工部分Ｂの三次元情報に基づいてロボット１を動作させることによって、ロボット１に加工部分Ｂを除去させる。

換言すると、ロボット１の加工方法は、対象物Ｗの画像における対象物Ｗの加工部分Ｂを指定することと、画像中の指定された部分と対象物Ｗの三次元情報とに基づいて、三次元情報における加工部分Ｂを導出することと、加工部分Ｂの三次元情報に基づいてロボット１を動作させることによって、ロボット１に加工部分Ｂを除去加工させることとを含む。

また、加工プログラム３２ａは、ロボット１に対象物Ｗの加工部分Ｂを除去加工させるためにコンピュータに、対象物Ｗの画像における加工部分Ｂの指定を受け付けることと、画像中の指定された部分と対象物Ｗの三次元情報とに基づいて、三次元情報における加工部分Ｂを導出することと、加工部分Ｂの三次元情報に基づいてロボット１を動作させることによって、ロボット１に加工部分Ｂを除去加工させることとを実行させる。

これらの構成によれば、オペレータは、対象物Ｗの画像中で加工部分Ｂを指定すれば、現場でロボット１の教示を行う必要が無い。制御装置３が対象物Ｗの画像における加工部分Ｂの指定を受けて、対象物Ｗの加工部分Ｂの位置を特定し、ロボット１によって加工部分Ｂが自動的に除去加工される。その結果、ロボット１による加工部分Ｂの除去加工が簡便になる。

また、制御装置３は、画像中の指定装置９によって指定された部分と三次元情報とに基づいて、三次元情報における加工部分Ｂと加工部分Ｂが存在する、対象物Ｗの基準面Ｒとを導出し、ロボット１に基準面Ｒに達するまで加工部分Ｂを除去させる。

この構成によれば、対象物Ｗの画像中で加工部分Ｂだけでなく基準面Ｒも指定される。制御装置３は、対象物Ｗの画像中の指定と対象物Ｗの三次元情報とに基づいて、三次元情報における加工部分Ｂ及び基準面Ｒを導出する。制御装置３は、基準面Ｒを導出することによって、基準面Ｒまでの加工部分Ｂの除去加工を実現することができる。これにより、対象物Ｗの過度な除去加工を防止することができる。

具体的には、制御装置３は、画像の中の加工部分Ｂに加えて基準面Ｒの指定を指定装置９から受け付け、指定装置９による画像中の基準面Ｒの指定に基づいて、三次元情報における基準面Ｒを導出する。

この構成によれば、制御装置３は、オペレータによる画像中の基準面Ｒの指定を指定装置９から受け付ける。制御装置３は、オペレータからの直接的な指定を受けて、三次元情報における基準面Ｒを導出するので、基準面Ｒを精度よく求めることができる。

また、制御装置３は、加工部分Ｂの三次元情報に基づいて、除去加工の開始位置Ｓを決定する。

この構成によれば、除去加工の開始位置Ｓを、制御装置３が加工部分Ｂの三次元情報に基づいて決定する。つまり、オペレータは、対象物Ｗの画像中で加工部分Ｂの指定さえ行えばよく、開始位置Ｓを指定する必要はない。当然ながら、オペレータは、現場等でロボット１に除去加工の開始位置Ｓの教示を行う必要もない。

さらに、制御装置３は、加工部分Ｂを基準面Ｒに向かって複数回に分けて除去するようにロボット１を動作させる。

この構成によれば、対象物Ｗからロボット１に作用する反力を低減することができる。また、加工部分Ｂを少しずつ除去することによって、除去すべきでない部分まで除去することを防止できる。

また、ロボットシステム１００は、対象物Ｗの画像を取得する撮像装置８１と、対象物Ｗの三次元情報を取得する三次元スキャナ８２（三次元情報取得装置）とをさらに備え、記憶部３２は、撮像装置８１によって取得された対象物Ｗの画像及び三次元スキャナ８２によって取得された対象物Ｗの前記三次元情報を保持する。

この構成によれば、対象物Ｗの画像及び三次元情報を別途準備しておかなくても、撮像装置８１及び三次元スキャナ８２によって対象物Ｗの画像及び三次元情報を取得することができる。

また、ロボット１による除去加工は、研削、切削又は研磨である。

この構成によれば、対象物Ｗの加工部分Ｂは、研削、切削又は研磨によって除去される。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

例えば、ロボット１は、バイラテラル制御が実現可能なものに限定されない。例えば、操作装置２が省略されてもよい。

ロボット１による加工は、除去加工に限定されない。例えば、ロボット１による加工は、シーリングなどの加工であってもよい。

対象物は、鋳造品に限定されない。対象物は、加工部分が含まれるワークであれば、任意のワークが対象となり得る。加工部分は、バリに限定されない。加工部分は、加工されるべき部分であれば、任意の部分が対象となり得る。

撮像装置８１は、ロボットアーム１２に設けられていなくてもよい。例えば、撮像装置８１は、ロボット１から離れた場所に固定されていてもよい。例えば、撮像装置８１は、ロボット１から分離されて、対象物Ｗの上方に配置されていてもよい。

三次元スキャナ８２は、ロボットアーム１２に設けられていなくてもよい。例えば、三次元スキャナ８２は、ロボット１から離れた場所に固定されていてもよい。例えば、三次元スキャナ８２は、ロボット１から分離されて、対象物Ｗの上方に配置されていてもよい。

対象物の三次元情報は、点群データに限定されない。三次元情報は、対象物の三次元形状を表現する情報であればよい。例えば、三次元情報は、デプス画像であってもよい。

対象物Ｗの画像及び三次元情報は、ロボット１に設けられた撮像装置８１及び三次元スキャナ８２によって取得されたものに限定されない。対象物Ｗの画像及び三次元情報は、事前に取得され、記憶部３２に予め保持されていてもよい。

対象物Ｗの画像における加工部分Ｂ及び基準面Ｒの指定の方法は、前述の方法に限定されない。画像中の加工部分Ｂは、枠Ｆではなく、点Ｐによって指定されてもよい。制御装置３は、三次元情報における、画像中の点Ｐに対応する部分を求め、その部分を含む、周囲よりも突出した部分を加工部分Ｂとして導出してもよい。さらに、加工部分Ｂの周囲の部分を基準面Ｒとして導出してもよい。

また、制御装置３は、指定装置９を介して、画像中の加工部分Ｂの指定を受けるだけで、基準面Ｒの直接的な指定を受けなくてもよい。つまり、制御装置３は、対象物Ｗの画像中の指定装置９によって指定された部分と対象物Ｗの三次元情報とに基づいて、三次元情報における加工部分Ｂを導出すると共に、加工部分Ｂの周囲の面を基準面Ｒとして導出してもよい。このように、制御装置３は、基準面Ｒの直接的な指定を受けなくても、加工部分Ｂの指定を受けることによって加工部分Ｂに加えて基準面Ｒも導出する。

除去加工の方法は、前述の説明に限定されない。制御装置３は、研削装置１１ａの位置制御及び弾性制御を実行しているが、弾性制御を実行しなくてもよい。また、制御装置３は、加工部分Ｂを基準面Ｒに向かって複数回に分けて除去しているが、これに限定されない。制御装置３は、最終目標軌跡Ｔｆだけを生成し、最初から最終目標軌跡Ｔｆに沿って研削加工を行ってもよい。

また、動作指令部６０は、一の目標軌跡から次の目標軌跡に移行する際に、研削加工の完了条件が満たされているか否かを判定しているが、これに限定されない。つまり、動作指令部６０は、一の目標軌跡に沿った研削加工が終了すると、完了条件が満たされているか否かを確認することなく、次の目標軌跡に沿った研削加工に移行してもよい。

完了条件は、前述の内容に限定されない。例えば、完了条件は、研削中の接触力ｆｓの標準偏差が所定の第１閾値α以下であることであってもよい。完了条件は、研削中の指令位置ｘｄｓの標準偏差が所定の第２閾値β以下であることであってもよい。完了条件は、研削中の接触力ｆｓの標準偏差が所定の第１閾値α以下であること、及び、研削中の指令位置ｘｄｓの標準偏差が所定の第２閾値β以下であることの少なくとも一方が満たされることであってもよい。

制御装置３は、式（１）で表される運動モデルを用いて位置制御及び弾性制御を行っているが、位置制御及び弾性制御は、これに限定されない。ツールを目標軌跡に沿って移動させるようにツールの位置を制御しつつ、対象物からツールへの反力が大きい場合にはツールが目標軌跡から逸れ且つ目標軌跡からの距離に応じてツールに対象物への押付力を付与するように制御する限りは、任意のモデルを用いた位置制御及び弾性制御を採用することができる。

１００ ロボットシステム
１ ロボット
１１ａ 研削装置（ツール）
３ 制御装置
３２ 記憶部
３２ａ 加工プログラム
６０ 動作指令部
６１０ 軌跡生成部
８１ 撮像装置
８２ 三次元スキャナ（三次元情報取得装置）
９ 指定装置
Ｂ 加工部分
Ｒ 基準面
Ｗ 対象物

Claims (11)

1. 対象物の加工部分を加工するロボットと、
   前記対象物の画像及び三次元情報を保持する記憶部と、
   前記画像の中から前記加工部分を指定するための指定装置と、
   前記ロボットを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記画像中の前記指定装置によって指定された部分と前記三次元情報とに基づいて、前記三次元情報における前記加工部分を導出し、
   前記加工部分の前記三次元情報に基づいて前記ロボットを動作させることによって、前記ロボットに前記加工部分を加工させるロボットシステム。
2. 請求項１に記載のロボットシステムにおいて、
   前記ロボットによる加工は、除去加工であるロボットシステム。
3. 請求項２に記載のロボットシステムにおいて、
   前記制御装置は、
   前記画像中の前記指定装置によって指定された部分と前記三次元情報とに基づいて、前記三次元情報における前記加工部分と前記加工部分が存在する、前記対象物の基準面とを導出し、
   前記ロボットに前記基準面に達するまで前記加工部分を除去させるロボットシステム。
4. 請求項３に記載のロボットシステムにおいて、
   前記制御装置は、
   前記画像の中の前記加工部分に加えて前記基準面の指定を前記指定装置から受け付け、
   前記指定装置による前記画像中の前記基準面の指定に基づいて、前記三次元情報における前記基準面を導出するロボットシステム。
5. 請求項３に記載のロボットシステムにおいて、
   前記制御装置は、前記画像中の前記指定装置によって指定された部分と前記三次元情報とに基づいて、前記三次元情報における前記加工部分を導出すると共に、前記加工部分の周囲の面を前記基準面として導出するロボットシステム。
6. 請求項３乃至５の何れか１つに記載のロボットシステムにおいて、
   前記制御装置は、前記加工部分の前記三次元情報に基づいて、前記除去加工の開始位置を決定するロボットシステム。
7. 請求項６に記載のロボットシステムにおいて、
   前記制御装置は、前記加工部分を前記基準面に向かって複数回に分けて除去するように前記ロボットを動作させるロボットシステム。
8. 請求項２乃至７の何れか１つに記載のロボットシステムにおいて、
   前記対象物の画像を取得する撮像装置と、
   前記対象物の三次元情報を取得する三次元情報取得装置とをさらに備え、
   前記記憶部は、前記撮像装置によって取得された前記対象物の前記画像及び前記三次元情報取得装置によって取得された前記対象物の前記三次元情報を保持するロボットシステム。
9. 請求項２乃至８の何れか１つに記載のロボットシステムにおいて、
   前記ロボットによる除去加工は、研削、切削又は研磨であるロボットシステム。
10. 対象物の画像における前記対象物の加工部分を指定することと、
    前記画像中の指定された部分と前記対象物の三次元情報とに基づいて、前記三次元情報における前記加工部分を導出することと、
    前記加工部分の前記三次元情報に基づいてロボットを動作させることによって、前記ロボットに前記加工部分を加工させることとを含むロボットの加工方法。
11. ロボットに対象物の加工部分を加工させるためにコンピュータに、
    前記対象物の画像における前記加工部分の指定を受け付けることと、
    前記画像中の指定された部分と前記対象物の三次元情報とに基づいて、前記三次元情報における前記加工部分を導出することと、
    前記加工部分の前記三次元情報に基づいてロボットを動作させることによって、前記ロボットに前記加工部分を加工させることとを実行させる加工プログラム。

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