JP7414987B2 - ワークに対する作業をロボットに実行させる制御装置、ロボットシステム、及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに対する作業をロボットに実行させる制御装置、ロボットシステム、及び制御方法に関する。

ロボットのツールをワークに押し付けて該ワークに対する作業（バリ取り等）を実行するロボットシステムが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１５－００９３２４号公報

大型のワークに対して作業を行う場合等において、付加軸機構によってロボットとワークとを相対的に移動させつつロボットのツールでワークに対する作業を実行したいという要求がある。このような場合において、ワークに対してツールを適切な方向から押し付けることが求められる。

本開示の一態様において、ロボットとワークとを付加軸機構によって相対的に移動させつつロボットのツールをワークに押し付けて該ワークに対する作業を実行する制御装置は、付加軸機構がロボット又はワークを移動させる付加軸移動量を取得する付加軸移動量取得部と、ワークの作業対象箇所に沿ってツールを移動させる動作をロボットに実行させるための動作計画データと付加軸移動量とに基づいて、付加軸機構によるロボット又はワークの移動に追随してロボットにツールを作業対象箇所に沿って移動させるための移動指令を生成する指令生成部と、動作計画データ又は付加軸移動量に基づいて、移動指令に従ってロボットが移動させるツールの移動ベクトルに対し付加軸移動量に応じて傾斜する、作業対象箇所に沿う方向のベクトルを取得するベクトル取得部と、ベクトル取得部が取得したベクトルを用いて、作業の間にロボットがツールをワークに押し付ける押付方向を決定する押付方向決定部とを備える。

本開示の他の態様において、ロボットとワークとを付加軸機構によって相対的に移動させつつロボットのツールをワークに押し付けて該ワークに対する作業を実行する方法は、付加軸機構がロボット又はワークを移動させる付加軸移動量を取得し、ワークの作業対象箇所に沿ってツールを移動させる動作をロボットに実行させるための動作計画データと付加軸移動量とに基づいて、付加軸機構によるロボット又はワークの移動に追随してロボットにツールを作業対象箇所に沿って移動させるための移動指令を生成し、動作計画データ又は付加軸移動量に基づいて、移動指令に従ってロボットが移動させるツールの移動ベクトルに対し付加軸移動量に応じて傾斜する、作業対象箇所に沿う方向のベクトルを取得し、取得したベクトルを用いて、作業の間にロボットがツールをワークに押し付ける押付方向を決定する。

本開示によれば、動作計画データ及び付加軸移動量に基づいて移動指令を生成することで、ツールを、付加軸機構によるロボット又はワークの移動に追随して作業対象箇所に沿って移動させることができる。これにより、例えば大型のワークを加工する場合において、ワークを移動させながらツールで作業を行うことができ、以って、サイクルタイムの縮減を実現できる。これとともに、作業時の作業対象箇所に沿う方向のベクトルを取得し、該ベクトルを用いて押付方向を決定することで、作業対象箇所に対してツールを押し付ける押付方向を適切に設定できる。

一実施形態に係るロボットシステムのブロック図である。 図１に示すロボットシステムの概略図である。 動作計画データを説明するための図である。 図２に示すロボットシステムにおいて、動作計画データの移動経路と、付加軸移動量と、作業時のツールの移動ベクトルとの関係性を模式的に示す図である。 作業対象箇所に沿う方向のベクトルと、該ベクトルから決定される押付方向の関係性を模式的に示す図である。 他の実施形態に係るロボットシステムの概略図である。 図６に示すロボットシステムにおいて、動作計画データの移動経路と、付加軸移動量と、作業時のツールの移動ベクトルとの関係性を模式的に示す図である。 さらに他の実施形態に係るロボットシステムの概略図である。 図８に示すロボットシステムのブロック図である。

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する種々の実施形態において、同様の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。まず、図１及び図２を参照して、一実施形態に係るロボットシステム１０について説明する。ロボットシステム１０は、ロボット１２、付加軸機構１４、及び制御装置５０を備える。

図２に示すように、本実施形態においては、ロボット１２は、垂直多関節ロボットであって、ベース部１６、旋回胴１８、ロボットアーム２０、手首部２２、エンドエフェクタ２４、及び力センサ２６を有する。ベース部１６は、作業セルの床の上に固定されている、旋回胴１８は、鉛直軸周りに旋回可能となるようにベース部１６に設けられている。ロボットアーム２０は、旋回胴１８に水平軸周りに回動可能に設けられた下腕部２８と、該下腕部２８の先端部に回動可能に設けられた上腕部３０とを有する。手首部２２は、上腕部３０の先端部に回動可能に設けられ、エンドエフェクタ２４を回動可能に支持する。

ベース部１６、旋回胴１８、ロボットアーム２０、及び手首部２２には、サーボモータ３６（図１）がそれぞれ内蔵されている。サーボモータ３６は、制御装置５０からの指令に応じてロボット１２の各可動要素（すなわち、旋回胴１８、ロボットアーム２０、及び手首部２２）を駆動する。

エンドエフェクタ２４は、ツール駆動部３２、及びツール３４を有する。ツール３４は、ツール駆動部３２に軸線Ａ１周りに回動可能に設けられている。本実施形態においては、ツール３４は、バリ取りツール（研磨材等）であって、その円錐状の先端部でワークＷに形成された凸部を削る加工を行う（いわゆる、バリ取り）。ツール駆動部３２は、スピンドルモータ又はエアシリンダ等を有し、力センサ２６を介して手首部２２の先端部に連結されている。ツール駆動部３２は、制御装置５０からの指令に応じてツール３４を軸線Ａ１周りに回転駆動する。

力センサ２６は、手首部２２とエンドエフェクタ２４（具体的には、ツール駆動部３２）との間に介挿されている。力センサ２６は、例えば、複数の歪ゲージを有する６軸力覚センサであって、ツール３４がワークＷを加工している間に該ワークＷからツール３４に加えられる力Ｆを検出する。

ロボット１２には、ロボット座標系Ｃ１が設定されている。ロボット座標系Ｃ１は、ロボット１２の各可動要素の動作を自動制御するための制御座標系である。本実施形態においては、ロボット座標系Ｃ１は、３次元空間に固定されており、その原点がベース部１６の中心に配置され、そのｚ軸が旋回胴１８の旋回軸に一致するように、ロボット１２に対して設定されている。

一方、エンドエフェクタ２４（具体的には、ツール３４）には、ツール座標系Ｃ２が設定されている。ツール座標系Ｃ２は、ロボット座標系Ｃ１におけるエンドエフェクタ２４（ツール３４）の位置を自動制御するための制御座標系である。なお、本稿において、「位置」とは、位置及び姿勢を意味する場合がある。本実施形態においては、ツール座標系Ｃ２は、その原点（又は、ＴＣＰ）が、エンドエフェクタ２４の所定位置（例えば、ツール３４の先端点）に配置され、そのｚ軸が軸線Ａ１に一致するように、エンドエフェクタ２４（ツール３４）に対して設定されている。

制御装置５０は、ロボット座標系Ｃ１に設定したツール座標系Ｃ２によって表される位置にエンドエフェクタ２４（ツール３４）を配置させるように、ロボット１２の各サーボモータ３６へ指令を送信し、ロボット１２の各可動要素の動作によってエンドエフェクタ２４（ツール３４）をロボット座標系Ｃ１における任意の位置に位置決めする。

付加軸機構１４は、ロボット１２とワークＷとを相対的に移動させる。具体的には、付加軸機構１４は、例えばベルトコンベアであって、可動部３８と、該可動部３８を駆動する駆動機構４０とを有する。可動部３８は、例えばタイミングベルトであって、軸線Ａ２に沿って可動となるように土台フレーム（図示せず）に設けられている。

駆動機構４０は、サーボモータ４２（図１）、及び動力伝達部４４を有する。サーボモータ４２は、制御装置５０からの指令に応じて、その出力シャフト（図示せず）を回転させる。動力伝達部４４は、例えば、減速機、プーリ、又はボールねじ機構等を有し、サーボモータ４２の出力シャフトの回転力を可動部３８へ伝達し、該可動部３８を軸線Ａ２の方向へ移動させる。ワークＷは、例えば治具（図示せず）を用いて、可動部３８の上に設置される。付加軸機構１４は、可動部３８を移動させることで、ワークＷをロボット１２に対し、軸線Ａ２に沿って相対的に移動させる。

付加軸機構１４には、付加軸座標系Ｃ３が設定される。付加軸座標系Ｃ３は、可動部３８に設置されたワークＷの位置を自動制御するための制御座標系である。本実施形態においては、付加軸座標系Ｃ３は、そのｙ軸方向が軸線Ａ２と平行となるように、付加軸機構１４に対して設定されている。付加軸座標系Ｃ３とロボット座標系Ｃ１との位置関係は、キャリブレーションにより既知となっており、付加軸座標系Ｃ３の座標とロボット座標系Ｃ１の座標とは、既知の変換行列を介して、相互に変換可能となっている。

制御装置５０は、ロボット１２及び付加軸機構１４の動作を制御する。具体的には、制御装置５０は、プロセッサ５２、メモリ５４、及びＩ／Ｏインターフェース５６を有するコンピュータである。プロセッサ５２は、ＣＰＵ又はＧＰＵ等を有し、バス５８を介してメモリ５４及びＩ／Ｏインターフェース５６と通信可能に接続されている。プロセッサ５２は、後述する制御装置５０の各機能を実現するための演算処理を行う。

メモリ５４は、ＲＡＭ又はＲＯＭ等を有し、各種データを一時的又は恒久的に記憶する。Ｉ／Ｏインターフェース５６は、例えば、イーサネット（登録商標）ポート、ＵＳＢポート、光ファイバコネクタ、又はＨＤＭＩ（登録商標）端子等を有し、プロセッサ５２からの指令の下、外部機器とデータを無線又は有線で通信する。上述の力センサ２６、サーボモータ３６及び４２は、Ｉ／Ｏインターフェース５６に無線又は有線で通信可能に接続されている。

次に、制御装置５０の機能について説明する。制御装置５０は、付加軸機構１４によってロボット１２とワークＷとを相対的に移動させつつ、回転するツール３４をワークＷに押し付けて該ワークＷを加工する作業（すなわち、バリ取り）をロボット１２に実行させる。本実施形態においては、ロボット１２は、ツール３４によって、ワークＷの頂点Ｂから頂点Ｃまで、エッジＤに沿って作業（バリ取り）を行うものとする。すなわち、エッジＤは、ワークＷの作業対象箇所となる。

制御装置５０は、ワークＷに対する作業を実行する前の準備段階として、動作計画データＰＤを取得する。動作計画データＰＤは、作業対象箇所Ｄに沿ってツール３４を移動させる動作をロボット１２に実行させるためのものであって、該動作においてロボット１２がツール３４（又は、ＴＣＰ）を位置決めすべき複数の目標位置ＴＰ_ｎのデータと、２つの目標位置ＴＰ_ｎ及びＴＰ_ｎ＋１の間の移動経路ＭＰ_ｎのデータとを含む。

図３に、作業対象箇所Ｄに対して設定される目標位置ＴＰ_ｎ及び移動経路ＭＰ_ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）を模式的に示す。動作計画データＰＤは、ロボット座標系Ｃ１における目標位置ＴＰ_ｎの位置データ、移動経路ＭＰ_ｎのデータ、及び、ロボット１２が移動経路ＭＰ_ｎに沿ってツール３４を移動させるときの速度Ｖ_ｎ等を含む。

一例として、目標位置ＴＰ_ｎの位置データ、及び移動経路ＭＰ_ｎのデータは、ワークＷの作業対象箇所Ｄに沿ってツール３４を移動させる動作を実機のロボット１２に教示することによって、取得され得る（いわゆる、オンラインティーチング）。具体的には、まず、付加軸機構１４は、ロボット１２に対してワークＷを基準位置ＲＰに静止させる。この基準位置ＲＰは、付加軸座標系Ｃ３のｙ軸方向の座標として表され得る。

そして、オペレータは、例えば教示装置（いわゆる、教示ペンダント）又はタブレット端末装置等を用いてロボット１２をジョグ動作させ、基準位置ＲＰに静止した状態のワークＷの作業対象箇所Ｄに沿ってツール３４を頂点Ｂから頂点Ｃまで移動させる動作をロボット１２に教示する。これにより、目標位置ＴＰ_ｎの位置データ、及び移動経路ＭＰ_ｎのデータを取得する。

他の例として、目標位置ＴＰ_ｎの位置データ、及び移動経路ＭＰ_ｎのデータは、シミュレーション等によって取得することもできる（いわゆる、オフラインティーチング）。このシミュレーションにおいては、仮想空間に配置されたロボット１２のモデル、付加軸機構１４のモデル、及びワークＷのモデルを用いて、オンラインティーチングと同様の教示を模擬的に実行することによって、目標位置ＴＰ_ｎの位置データ、及び移動経路ＭＰ_ｎのデータを取得できる。

そして、オペレータは、作業の諸条件（サイクルタイム、ワークＷの種類等）を勘案して、速度Ｖ_ｎ等のパラメータを設定する。こうして、目標位置ＴＰ_ｎ、移動経路ＭＰ_ｎ及び速度Ｖ_ｎのデータを含む動作計画データＰＤが生成される。制御装置５０のプロセッサ５２は、動作計画データＰＤを取得し、メモリ５４に格納する。

このように、本実施形態においては、動作計画データＰＤは、ロボット座標系Ｃ１において基準位置Ｐ０に静止されたワークＷを基に生成される。よって、動作計画データＰＤは、ロボット１２に、ロボット座標系Ｃ１にて静止したワークＷの作業対象箇所Ｄに沿ってツール３４を移動させる動作を実行させるものである。

動作計画データＰＤを取得した後、プロセッサ５２は、オペレータ、上位コントローラ、又はコンピュータプログラムから作業開始指令を受け付けると、ワークＷに対する作業（バリ取り）のための動作フローを開始する。まず、プロセッサ５２は、付加軸機構１４によってワークＷを基準位置ＲＰに配置させるとともに、ロボット１２によってツール３４を目標位置ＴＰ_１に配置する。

次いで、プロセッサ５２は、ツール駆動部３２を動作させてツール３４を回転させる動作を開始する。また、プロセッサ５２は、付加軸機構１４によるワークＷの送り動作を開始する。具体的には、プロセッサ５２は、駆動機構４０を動作させて可動部３８を移動させ、これによりワークＷを付加軸座標系Ｃ３のｙ軸プラス方向へ搬送する動作を開始する。これとともに、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤに従って、ロボット１２によってツール３４を作業対象箇所Ｄに沿って移動させる動作を開始する。

具体的には、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤに含まれる目標位置ＴＰ_１及びＴＰ_２の位置データと、目標位置ＴＰ_１から目標位置ＴＰ_２への移動経路ＭＰ_１のデータとに基づいて、目標位置ＴＰ_１から目標位置ＴＰ_２まで移動経路ＭＰ_１に沿ってツール３４（又はＴＣＰ）を移動させるための移動指令ＣＡ_１を生成する。

その一方で、プロセッサ５２は、付加軸機構１４の動作の開始時点から付加軸機構１４が移動させるワークＷの付加軸移動量α_１を取得する。この付加軸移動量α_１は、例えば、プロセッサ５２が付加軸機構１４のサーボモータ４２へ送信する移動指令ＣＢ_１（位置指令、速度指令等）であり得る。又は、付加軸移動量α_１は、移動指令ＣＢ_１から求められる物理量（距離等）であり得る。

代替的には、付加軸移動量α_１は、サーボモータ４２の回転を検出する回転検出器（エンコーダ、ホール素子等）のフィードバック（回転角度等）から取得される物理量であってもよいし、又は、可動部３８の付加軸座標系Ｃ３のｙ軸方向への変位量を検出可能な変位センサによって検出される物理量であってもよい。このように、本実施形態においては、プロセッサ５２は、付加軸機構１４が移動させるワークＷの付加軸移動量α_１を取得する付加軸移動量取得部６０（図１）として機能する。

そして、プロセッサ５２は、ツール３４を、付加軸座標系Ｃ３のｙ軸プラス方向へ、付加軸移動量α_１だけ移動させるための移動指令ＣＣ_１を生成する。そして、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤに基づいて生成した移動指令ＣＡ_１に、付加軸移動量α_１に基づいて生成した移動指令ＣＣ_１を加えることによって、移動指令ＣＤ_１（＝移動指令ＣＡ_１＋移動指令ＣＣ_１）を生成する。

プロセッサ５２は、生成した移動指令ＣＤ_１を、ロボット１２の各サーボモータ３６へ送信し、該移動指令ＣＤ_１に従ってロボット１２によってツール３４を動作させる。移動指令ＣＤ_１に従ってロボット１２がツール３４を移動させたときの移動ベクトルＶＡ_１を、図４に模式的に示す。移動ベクトルＶＡ_１は、移動指令ＣＡ_１による、作業対象箇所Ｄに沿う方向のベクトルと、移動指令ＣＣ_１による、付加軸移動量α_１の方向（つまり、付加軸座標系Ｃ３のｙ軸プラス方向）のベクトルの和に相当する。

こうして、プロセッサ５２は、移動指令ＣＤ_１に従ってロボット１２を動作させ、付加軸機構１４によるワークＷの移動に追随してツール３４を作業対象箇所Ｄに沿って移動させる。その結果、ツール３４は、動作計画データＰＤに予め規定されていた目標位置ＴＰ_２から、付加軸移動量α_１に相当する距離だけ付加軸座標系Ｃ３のｙ軸プラス方向へずれるように補正された補正目標位置ＴＰ_２’に到達することになる。

その後、プロセッサ５２は、補正目標位置ＴＰ_ｎ’（ｎ≧３）に到達する毎に、以下のプロセスを繰り返し実行する。すなわち、ツール３４が補正目標位置ＴＰ_ｎ’に到達すると、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤに基づいて目標位置ＴＰ_ｎから目標位置ＴＰ_ｎ＋１まで移動経路ＭＰ_ｎに沿ってツール３４を移動させるための移動指令ＣＡ_ｎを生成する。

一方、プロセッサ５２は、付加軸移動量取得部６０として機能して、ツール３４を補正目標位置ＴＰ_ｎ－１’（ｎ＝２の場合は目標位置ＴＰ_１）から補正目標位置ＴＰ_ｎ’まで移動させる間に付加軸機構１４がワークＷを移動させる付加軸移動量α_ｎを取得する。そして、プロセッサ５２は、ツール３４を、付加軸座標系Ｃ３のｙ軸方向へ、付加軸移動量α_ｎだけ移動させるための移動指令ＣＣ_ｎを生成する。そして、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤに基づいて生成した移動指令ＣＡ_ｎに、付加軸移動量α_ｎに基づいて生成した移動指令ＣＣ_ｎを加えることによって、移動指令ＣＤ_ｎ（＝移動指令ＣＡ_ｎ＋移動指令ＣＣ_ｎ）を生成する。

プロセッサ５２は、生成した移動指令ＣＤ_ｎに従ってロボット１２にツール３４を移動させる。その結果、ツール３４は、図４中の移動ベクトルＶＡ_ｎに示すように、目標位置ＴＰ_ｎ＋１から付加軸移動量Σα_ｎに相当する距離だけ付加軸座標系Ｃ３のｙ軸プラス方向へずれるように補正された補正目標位置ＴＰ_ｎ＋１’に到達することになる。

なお、プロセッサ５２は、ツール３４が補正目標位置ＴＰ_ｎ’に到達したときに、付加軸移動量取得部６０として機能して、ツール３４を補正目標位置ＴＰ_ｎ－２’から補正目標位置ＴＰ_ｎ－１’まで移動させる間に付加軸機構１４がワークＷを移動させる付加軸移動量α_ｎ－１を取得してもよい。

そして、プロセッサ５２は、ツール３４を、付加軸座標系Ｃ３のｙ軸方向へ、付加軸移動量α_ｎ－１だけ移動させるための移動指令ＣＣ_ｎ－１を生成してもよい。そして、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤに基づいて生成した移動指令ＣＡ_ｎに、付加軸移動量α_ｎ－１に基づいて生成した移動指令ＣＣ_ｎ－１を加えることによって、移動指令ＣＤ_ｎ（＝移動指令ＣＡ_ｎ＋移動指令ＣＣ_ｎ－１）を生成し、生成した該移動指令ＣＤ_ｎ（ＣＡ_ｎ＋ＣＣ_ｎ－１）に従ってロボット１２にツール３４を移動させてもよい。

このように、本実施形態においては、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤ及び付加軸移動量α_ｎに基づいて、移動ベクトルＶＡ_ｎに示すように付加軸機構１４によるワークＷの移動に追随してツール３４を作業対象箇所Ｄに沿って移動させるための移動指令ＣＤ_ｎを生成する指令生成部６２（図１）として機能する。

ツール３４を移動ベクトルＶＡ_ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・）の方向へ移動させて作業を実行している間、プロセッサ５２は、ロボット１２がツール３４をワークＷの作業対象箇所Ｄに押し付ける押付力ＰＦを予め定めた目標値ＰＦ_Ｔに制御する力制御を実行する。ここで、本実施形態においては、プロセッサ５２は、ツール３４を補正目標位置ＴＰ_ｎ’に到達させる周期で、ロボット１２がツール３４をワークＷの作業対象箇所Ｄに押し付ける押付方向ＤＲ_ｎを決定する。

押付方向ＤＲ_ｎを決定するために、プロセッサ５２は、まず、ツール３４が当接するワークＷの作業対象箇所Ｄに沿う方向のベクトルＶＢ_ｎを取得する。一例として、プロセッサ５２は、ツール３４を補正目標位置ＴＰ_ｎ’に到達させたとき（又は、その前後）に、ベクトルＶＢ_ｎを、動作計画データＰＤに予め規定された移動経路ＭＰ_ｎ－１（又はＭＰ_ｎ）の方向のベクトルとして、取得する。

この移動経路ＭＰ_ｎ－１は、上述したように、ロボット座標系Ｃ１に対して静止したワークＷの作業対象箇所Ｄに沿ってツール３４を移動させる動作をロボット１２に教示することによって得られたものであって、移動経路ＭＰ_ｎ－１の方向は、ツール３４が補正目標位置ＴＰ_ｎ’に到達するときに該ツール３４が当接する作業対象箇所Ｄに沿う方向（略平行な方向）となる。この例の場合、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤ（具体的には、移動経路ＭＰ_ｎ－１）に基づいてベクトルＶＢ_ｎを取得している。

他の例として、プロセッサ５２は、ツール３４を補正目標位置ＴＰ_ｎ’に到達させたときに、該ツール３４の移動ベクトルＶＡ_ｎ－１と付加軸移動量α_ｎ－１とから、ベクトルＶＢ_ｎを取得してもよい。ここで、プロセッサ５２は、例えば、ロボット１２のサーボモータ３６の回転を検出する回転検出器（エンコーダ、ホール素子等）からのフィードバックから補正目標位置ＴＰ_ｎ－１’及びＴＰ_ｎ’のロボット座標系Ｃ１における座標を取得し、これら座標から移動ベクトルＶＡ_ｎ－１を求めることができる。

また、プロセッサ５２は、付加軸機構１４がワークＷを付加軸移動量α_ｎ－１だけ移動させた移動ベクトルα_ｎ－１を求める。この移動ベクトルα_ｎ－１は、例えば、付加軸機構１４がワークＷを付加軸移動量α_ｎ－１だけ移動させるときにプロセッサ５２がサーボモータ４２へ送信する移動指令ＣＢ_ｎ－１、又は、サーボモータ４２の回転検出器のフィードバックから求めることができる。

そして、プロセッサ５２は、ツール３４の移動ベクトルＶＡ_ｎ－１から、付加軸移動量α_ｎ－１の移動ベクトルα_ｎ－１を減算することによって、ベクトルＶＢ_ｎ（＝ＶＡ_ｎ－１－α_ｎ－１）を求める。この例の場合、プロセッサ５２は、付加軸移動量α_ｎ－１に基づいてベクトルＶＢ_ｎを取得している。

以上のように取得されたベクトルＶＢ_ｎは、移動指令ＣＤ_ｎ－１に従ってロボット１２が移動させたツール３４の移動ベクトルＶＡ_ｎ－１に対し、付加軸移動量α_ｎ－１に応じて傾斜する。このように、本実施形態においては、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤ又は付加軸移動量α_ｎ－１に基づいてベクトルＶＢ_ｎを取得するベクトル取得部６４（図１）として機能する。

次いで、プロセッサ５２は、取得したベクトルＶＢ_ｎを用いて押付方向ＤＲ_ｎを決定する。具体的には、プロセッサ５２は、ベクトルＶＢ_ｎに既知の回転ベクトルＲＶを乗算することによって、ベクトルＶＢ_ｎに対し、ワークＷの内方へ向かう方向へ、所定の角度θで傾斜するベクトルを求め、該ベクトルの方向を押付方向ＤＲ_ｎとして決定する。なお角度θは、回転ベクトルＲＶのパラメータを変更することによって任意に設定できる。

図５に、ベクトルＶＢ_ｎ及び押付方向ＤＲ_ｎを模式的に示す。図５に示す例では、角度θ＝９０°に設定されている（すなわち、押付方向ＤＲ_ｎがベクトルＶＢ_ｎと直交している）。このように、本実施形態においては、プロセッサ５２は、ベクトルＶＢ_ｎを用いて押付方向ＤＲ_ｎを決定する押付方向決定部６６（図１）として機能する。

そして、プロセッサ５２は、ツール３４を補正目標位置ＴＰ_ｎ’から補正目標位置ＴＰ_ｎ＋１’へ移動させる間、ロボット１２によってツール３４をワークＷに対し、決定した押付方向ＤＲ_ｎへ押し付ける。一方、力センサ２６は、この間にワークＷからツール３４に加えられる力Ｆを連続的に検出する。

プロセッサ５２は、指令生成部６２として機能して、力センサ２６から取得した力Ｆに基づいて、ツール３４からワークＷに加えられる押付力ＰＦを目標値ＰＦ_Ｔに制御するための力制御指令ＣＥを生成する。そして、プロセッサ５２は、上述の移動指令ＣＤ_ｎに加えて、力制御指令ＣＥをロボット１２の各サーボモータ３６へ送信し、力制御指令ＣＥに従ってロボット１２の動作を制御する。

これにより、ロボット１２は、移動指令ＣＤ_ｎに従ってツール３４を補正目標位置ＴＰ_ｎ’から補正目標位置ＴＰ_ｎ＋１’へ移動させつつ、力制御指令ＣＥに従って該ツール３４の位置を、例えば付加軸座標系Ｃ３のｙ軸方向へ変位させる。こうして、プロセッサ５２は、補正目標位置ＴＰ_ｎ’から補正目標位置ＴＰ_ｎ＋１’へ移動させる間、押付力ＰＦを目標値ＰＦ_Ｔに一致させる力制御を実行する。

なお、プロセッサ５２は、ツール３４を目標位置ＴＰ_１から補正目標位置ＴＰ_２’へ移動させる間も同様にして力制御を実行できることを理解されよう。ツール３４を目標位置ＴＰ_１から補正目標位置ＴＰ_２’へ移動させる間の押付方向ＤＲ_１は、例えば移動経路ＭＰ_１の方向として、オペレータによって予め定められてもよい。

以上のように、本実施形態においては、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤ及び付加軸移動量α_ｎに基づいて移動指令ＣＤ_ｎを生成しているので、ツール３４を、付加軸機構１４によるワークＷの移動に追随して作業対象箇所Ｄに沿って移動させることができる。この構成によれば、例えば大型のワークＷを加工する場合において、ワークＷを移動させながらツール３４で加工を行うことができることにより、サイクルタイムの縮減を実現できる。

これとともに、プロセッサ５２は、作業時の作業対象箇所Ｄに沿う方向のベクトルＶＢ_ｎを取得し、該ベクトルＶＢ_ｎを用いて押付方向ＤＲ_ｎを決定している。ここで、仮に、移動ベクトルＶＡ_ｎを基準として、ツール３４の押付方向を、該移動ベクトルＶＡ_ｎと直交する方向として設定した場合、該押付方向は、作業対象箇所Ｄに対して直交せずに、傾斜することになる。この場合、ツール３４をワークＷに対して適切に押し当てることができない。本実施形態によれば、作業時の作業対象箇所Ｄに沿う方向のベクトルＶＢ_ｎを基準として押付方向ＤＲ_ｎを決定することから、作業対象箇所Ｄに対して押付方向ＤＲ_ｎを、例えば直交させるように（上述の角度θ＝９０°）、適切に設定できる。

また、本実施形態の一例として、プロセッサ５２は、上述のベクトルＶＢ_ｎを、動作計画データＰＤに含まれる移動経路ＭＰ_ｎ－１（又はＭＰ_ｎ）の方向のベクトルとして取得する。この構成によれば、プロセッサ５２は、ベクトルＶＢ_ｎを容易且つ迅速に取得することができる。

一方、本実施形態の他の例として、プロセッサ５２は、ツール３４の移動ベクトルＶＡ_ｎ－１から、付加軸移動量α_ｎ－１の移動ベクトルα_ｎ－１を減算することによってベクトルＶＢ_ｎを求める。ここで、プロセッサ５２は、作業の間、サーボモータ３６及び４２の回転検出器から周期的にフィードバックを受信し、ロボット１２の制御に用いる。そして、付加軸移動量α_ｎ－１、補正目標位置ＴＰ_ｎ－１’及びＴＰ_ｎ’は、このようなフィードバックから取得される。本実施形態によれば、通常動作として取得されるフィードバックを利用して、ベクトルＶＢ_ｎを取得することができる。

なお、上述の実施形態では、付加軸機構１４がワークＷを付加軸座標系Ｃ３のｙ軸プラス方向へ移動する場合について述べた。しかしながら、付加軸機構１４がワークＷを付加軸座標系Ｃ３のｙ軸マイナス方向へ移動する場合でも、上述した方法を用いて、移動指令ＣＤ_ｎの生成、ベクトルＶＢ_ｎの取得、及び押付方向ＤＲ_ｎの決定を同様に行うことができることを理解されよう。

なお、上述の実施形態においては、付加軸機構１４がワークＷをロボット１２に対して移動させる場合について述べた。しかしながら、付加軸機構１４は、ロボット１２をワークＷに対して移動させてもよい。このような形態を図６に示す。図６に示すロボットシステム１０’においては、ロボット１２（具体的には、ベース部１６）が、付加軸機構１４の可動部３８の上に固定されている。なお、ロボットシステム１０’のブロック図は、図１に示すロボットシステム１０と同じである。

ロボットシステム１０’においては、ロボット座標系Ｃ１は、付加軸機構１４が可動部３８を移動させるのに応じて、付加軸座標系Ｃ３のｙ軸方向に移動する。ロボット座標系Ｃ１と付加軸座標系Ｃ３とは、ロボット座標系Ｃ１の原点の、付加軸座標系Ｃ３における位置に応じた変換行列を介して、相互に変換可能となっている。

以下、ロボットシステム１０’の制御装置５０の機能について説明する。まず、制御装置５０は、準備段階として、動作計画データＰＤを取得する。この動作計画ＰＤは、付加軸機構１４がワークＷに対してロボット１２を基準位置ＲＰに静止させたときに該ワークＷの作業対象箇所Ｄに沿ってツール３４を移動させる動作をロボット１２に教示することによって生成され、目標位置ＴＰ_ｎ、移動経路ＭＰ_ｎ及び速度Ｖ_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）のデータを含む。

作業開始時点において、プロセッサ５２は、付加軸機構１４によってロボット１２を基準位置ＲＰに配置させるとともに、ロボット１２によってツール３４を目標位置ＴＰ_１に配置させる。作業開始後、プロセッサ５２は、付加軸機構１４によってロボット１２（つまり、ロボット座標系）を付加軸座標系Ｃ３のｙ軸プラス方向へ移動する動作を開始するとともに、動作計画データＰＤに従って、ツール３４を目標位置ＴＰ_１から目標位置ＴＰ_２まで移動経路ＭＰ_１に沿ってツール３４（又はＴＣＰ）を移動させるための移動指令ＣＡ_１を生成する。

一方、プロセッサ５２は、付加軸移動量取得部６０として機能して、付加軸機構１４の動作の開始時点から付加軸機構１４が移動させるワークＷの付加軸移動量β_１（図７）を取得する。この付加軸移動量β_１は、上述の実施形態と同様に、サーボモータ４２への移動指令（又は該移動指令から求められる物理量）、若しくは、回転検出器又は変位センサ等の検出値から取得される物理量であり得る。

ここで、本実施形態においては、プロセッサ５２は、取得した付加軸移動量β_１の方向（つまり、符号）を反転させた付加軸移動量－β_１に従ってツール３４を移動させるための移動指令ＣＣ_１を生成する。そして、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤに基づいて生成した移動指令ＣＡ_１に、付加軸移動量－β_１に基づいて生成した移動指令ＣＣ_１を加えることによって、移動指令ＣＤ_１（＝移動指令ＣＡ_１＋移動指令ＣＣ_１）を生成する。プロセッサ５２は、生成した移動指令ＣＤ_１を、ロボット１２の各サーボモータ３６へ送信し、該移動指令ＣＤ_１に従ってロボット１２によってツール３４を動作させる。

このときのツール３４の移動ベクトルＶＡ_１を、図７に模式的に示す。図７に示す移動ベクトルＶＡ_１は、移動指令ＣＡ_１による、作業対象箇所Ｄに沿う方向のベクトルと、移動指令ＣＣ_１による、付加軸移動量－β_１の方向（つまり、付加軸座標系Ｃ３のｙ軸マイナス方向）のベクトルの和に相当する。換言すれば、移動ベクトルＶＡ_１は、移動指令ＣＡ_１のベクトルから、付加軸移動量β_１のベクトルを減算したものである。

こうして、プロセッサ５２は、移動指令ＣＤ_１に従ってロボット１２を動作させて、ツール３４を、付加軸機構１４によるワークＷの移動に追随して作業対象箇所Ｄに沿って移動させ、補正目標位置ＴＰ_２’に到達させる。補正目標位置ＴＰ_２’は、この時点（つまり、付加軸機構１４によりロボット座標系Ｃ１が移動された時点）でのロボット座標系Ｃ１における目標位置ＴＰ_２に対し、付加軸移動量－β_１に相当する距離だけ付加軸座標系Ｃ３のｙ軸マイナス方向へずれている。

プロセッサ５２は、補正目標位置ＴＰ_ｎ’に到達する周期で、このプロセスを繰り返し実行する。すなわち、補正目標位置ＴＰ_ｎ’に到達すると、プロセッサ５２は、動作計画データＰＤに基づいて移動指令ＣＡ_ｎを生成する一方、付加軸移動量取得部６０として機能して、ツール３４を補正目標位置ＴＰ_ｎ―１’から補正目標位置ＴＰ_ｎ’まで移動させる間に付加軸機構１４が移動させるワークＷの付加軸移動量β_ｎを取得する。

そして、プロセッサ５２は、取得した付加軸移動量β_ｎの符号を反転させた付加軸移動量－β_ｎだけツール３４を移動させるための移動指令ＣＣ_ｎを生成し、移動指令ＣＡ_ｎに移動指令ＣＣ_ｎを加えることによって移動指令ＣＤ_ｎを生成する。プロセッサ５２は、生成した移動指令ＣＤ_ｎに従ってロボット１２にツール３４を移動させる。

その結果、ツール３４は、図７中の移動ベクトルＶＡ_ｎに示すように、補正目標位置ＴＰ_ｎ＋１’に到達する。補正目標位置ＴＰ_ｎ＋１’は、この時点でのロボット座標系Ｃ１における目標位置ＴＰ_ｎ＋１に対し、付加軸移動量Σ（－β_ｎ）に相当する距離だけ付加軸座標系Ｃ３のｙ軸マイナス方向へずれている。

一方、プロセッサ５２は、上述の実施形態と同様の方法で、ツール３４を補正目標位置ＴＰ_ｎ’に到達させる周期で、ロボット１２がツール３４をワークＷの作業対象箇所Ｄに押し付ける押付方向ＤＲ_ｎを決定する。具体的には、プロセッサ５２は、ベクトル取得部６４として機能して、作業対象箇所Ｄに沿う方向のベクトルＶＢ_ｎを取得する。一例として、プロセッサ５２は、ベクトルＶＢ_ｎを、移動経路ＭＰ_ｎ－１（又はＭＰ_ｎ）の方向のベクトルとして取得する。

他の例として、プロセッサ５２は、ツール３４の移動ベクトルＶＡ_ｎ－１に、付加軸移動量β_ｎ－１の移動ベクトルβ_ｎ－１を加算する（換言すれば、移動ベクトルＶＡ_ｎ－１から付加軸移動量－β_ｎ－１の移動ベクトルを減算する）ことによって、ベクトルＶＢ_ｎ（＝ＶＡ_ｎ－１＋β_ｎ－１）を求める。このベクトルＶＢ_ｎは、移動指令ＣＤ_ｎ－１に従ってロボット１２が移動させたツール３４の移動ベクトルＶＡ_ｎ－１に対し、付加軸移動量β_ｎ－１に応じて傾斜している。

そして、プロセッサ５２は、上述の実施形態と同様に、押付方向決定部６６として機能して、取得したベクトルＶＢ_ｎを用いて押付方向ＤＲ_ｎを決定する。プロセッサ５２は、ツール３４を補正目標位置ＴＰ_ｎ’から補正目標位置ＴＰ_ｎ＋１’へ移動させる間、ロボット１２によってツール３４をワークＷに対し、決定した押付方向ＤＲ_ｎへ押し付けて、押付力ＰＦを目標値ＰＦ_Ｔに制御する力制御を実行する。

本実施形態によれば、上述の実施形態と同様に、動作計画データＰＤ及び付加軸移動量α_ｎに基づいて移動指令ＣＤ_ｎを生成することで、ツール３４を、付加軸機構１４によるロボット１２の移動に追随して、作業対象箇所Ｄに沿って移動させることができ、これによりサイクルタイムの縮減を実現できるとともに、ベクトルＶＢ_ｎを用いて押付方向ＤＲ_ｎを決定することで、作業対象箇所Ｄに対して押付方向ＤＲ_ｎを適切に設定できる。

なお、複数の付加軸機構によって、ロボット１２及びワークＷをそれぞれ独立して移動させてもよい。このような形態を図８及び図９に示す。図８及び図９に示すロボットシステム１０”は、ロボット１２、付加軸機構１４Ａ及び１４Ｂ、及び制御装置５０を備える。付加軸機構１４Ａ及び１４Ｂは、それぞれ、図２及び図６に示す付加軸機構１４と同じ構成を有する。

ロボットシステム１０”の制御装置５０（具体的には、プロセッサ５２）は、付加軸機構１４Ａの付加軸座標系Ｃ３_Ａを基準として駆動機構４０Ａを駆動し、可動部３８Ａの上に設置されたワークを軸線Ａ２_Ａに沿って搬送するとともに、付加軸機構１４Ｂの付加軸座標系Ｃ３_Ｂを基準として駆動機構４０Ｂを駆動し、可動部３８Ｂの上に設置されたロボット１２を軸線Ａ２_Ｂに沿って搬送する。

本実施形態においては、プロセッサ５２は、作業時に、付加軸機構１４ＡによってワークＷを移動させるとともに、付加軸機構１４Ｂによってロボット１２を移動させる。この場合においても、図２に示す実施形態、及び図６に示す実施形態で説明した方法を組み合わせることによって、プロセッサ５２は、移動指令ＣＤ_ｎの生成、ベクトルＶＢ_ｎの取得、及び押付方向ＤＲ_ｎの決定を行うことができる。

具体的には、プロセッサ５２は、付加軸移動量取得部６０として機能して、付加軸機構１４ＡがワークＷを付加軸座標系Ｃ３_Ａのｙ軸方向へ移動させる付加軸移動量α_ｎに、付加軸機構１４Ｂがロボット１２を付加軸座標系Ｃ３_Ｂのｙ軸方向へ移動させる付加軸移動量β_ｎの符号を反転させた付加軸移動量－β_１を加算する（換言すれば、付加軸移動量α_ｎから付加軸移動量β_ｎを減算する）ことで、合成付加軸移動量γ_ｎ＝α_ｎ－β_１を算出する。プロセッサ５２は、この合成付加軸移動量γ_ｎに基づいて、移動指令ＣＤ_ｎの生成、ベクトルＶＢ_ｎの取得、及び押付方向ＤＲ_ｎの決定を行うことができる。

なお、上述の実施形態においては、動作計画データＰＤに含まれる目標位置ＴＰ_ｎが、ロボット１２を教示することによって予め得られる場合について説明した。しかしながら、複数の目標位置ＴＰ_ｎの少なくとも１つは、ロボット１２の教示によって予め得られた目標位置から算出される補間目標位置であってもよい。

例えば、目標位置ＴＰ_ｎと目標位置ＴＰ_ｎ＋３とが、ロボット１２の教示によって予め得られたものである一方、その間にある目標位置ＴＰ_ｎ＋１と目標位置ＴＰ_ｎ＋２とが、目標位置ＴＰ_ｎ及び目標位置ＴＰ_ｎ＋３から自動で算出される補間目標位置であってもよい。このように教示された目標位置から求められる補間目標位置の位置データも、動作計画データＰＤに含まれる。

また、上述の実施形態においては、ツール３４が、バリ取りツールであり、ロボット１２がワークＷに対してバリ取り作業を行う場合について述べた。しかしながら、これに限らず、ツール３４は、ワークＷに押し付けられて所定の作業を行う如何なるタイプのツール（例えば、切削工具）であってもよい。

また、付加軸機構１４は、ベルトコンベアに限らず、例えば、可動なワークテーブル、及び該ワークテーブルを所定の方向へ駆動するボールねじ機構を備えるワーク搬送装置、又は、レール、及び該レール上を走行する台車を備える走行装置等、ワークＷとロボット１２とを相対的に移動可能な如何なるタイプの機構であってもよい。

また、上述の実施形態においては、１つのコンピュータである制御装置５０が、ロボット１２及び付加軸機構１４を制御する場合について述べた。しかしながら、ロボットシステム１０、１０’又は１０”は、ロボット１２を制御する第１の制御装置５０Ａと、付加軸機構１４を制御する第２の制御装置５０Ｂとを備えてもよい。この場合において、サーボモータ４２の回転検出器は、第１の制御装置５０Ａに接続され、フィードバック（回転角度等）を第１の制御装置５０Ａに供給してもよい。

この場合、制御装置５０Ａ及び５０Ｂは、互いに通信可能に接続され、互いに通信しつつ、上述した各種機能を実行する。この場合において、制御装置５０Ａ及び５０Ｂのいずれか一方が、付加軸移動量取得部６０、指令生成部６２、ベクトル取得部６４、及び押付方向決定部６６として機能してもよい。

代替的には、第１の制御装置５０Ａが、付加軸移動量取得部６０、指令生成部６２、ベクトル取得部６４、及び押付方向決定部６６の少なくとも１つの機能を果たす一方、第２の制御装置５０Ｂが、付加軸移動量取得部６０、指令生成部６２、ベクトル取得部６４、及び押付方向決定部６６のうち、第１の制御装置５０Ａとは別の機能を果たしてもよい。以上、実施形態を通じて本開示を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。

１０，１０’，１０” ロボットシステム
１２ ロボット
１４ 付加軸機構
２６ 力センサ
５０，５０Ａ，５０Ｂ 制御装置
５２ プロセッサ
６０ 付加軸移動量取得部
６２ 指令生成部
６４ ベクトル取得部
６６ 押付方向決定部

Claims (8)

1. ロボットとワークとを付加軸機構によって相対的に移動させつつ前記ロボットのツールをワークに押し付けて該ワークに対する作業を実行する制御装置であって、
   前記付加軸機構が前記ロボット又は前記ワークを移動させる付加軸移動量を取得する付加軸移動量取得部と、
   前記ワークの作業対象箇所に沿って前記ツールを移動させる動作を前記ロボットに実行させるための動作計画データと前記付加軸移動量とに基づいて、前記付加軸機構による前記ロボット又は前記ワークの移動に追随して前記ロボットに前記ツールを前記作業対象箇所に沿って移動させるための移動指令を生成する指令生成部と、
   前記動作計画データ又は前記付加軸移動量に基づいて、前記移動指令に従って前記ロボットが移動させる前記ツールの移動ベクトルに対し前記付加軸移動量に応じて傾斜する、前記作業対象箇所に沿う方向のベクトルを取得するベクトル取得部と、
   前記ベクトル取得部が取得した前記ベクトルを用いて、前記作業の間に前記ロボットが前記ツールを前記ワークに押し付ける押付方向を決定する押付方向決定部と、を備える、制御装置。
2. 前記動作計画データは、前記動作において前記ロボットが前記ツールを位置決めすべき複数の目標位置と、２つの前記目標位置の間の移動経路とを含み、
   前記ベクトル取得部は、前記ベクトルとして、前記移動経路の方向のベクトルを取得する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記複数の目標位置の位置データ、及び前記移動経路のデータは、前記付加軸機構が前記ロボット又は前記ワークを静止させた状態で前記動作を前記ロボットに教示することによって取得される、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記ベクトル取得部は、前記ツールの前記移動ベクトルから、前記付加軸機構が前記ロボット又は前記ワークを前記付加軸移動量だけ移動させた移動ベクトルを減算することによって、前記ベクトルを求める、請求項１に記載の制御装置。
5. 前記押付方向決定部は、前記ベクトルと直交する方向を前記押付方向として決定する、請求項１～４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記指令生成部は、前記ロボットが前記ツールを前記ワークに対し、前記押付方向決定部が決定した前記押付方向へ押し付ける押付力を予め定めた目標値に制御するための力制御指令をさらに生成する、請求項１～５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. ツールを有するロボットと、
   前記ロボットとワークとを相対的に移動させる付加軸機構と、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の制御装置と、を備える、ロボットシステム。
8. ロボットとワークとを付加軸機構によって相対的に移動させつつ前記ロボットのツールをワークに押し付けて該ワークに対する作業を実行する方法であって、
   前記付加軸機構が前記ロボット又は前記ワークを移動させる付加軸移動量を取得し、
   前記ワークの作業対象箇所に沿って前記ツールを移動させる動作を前記ロボットに実行させるための動作計画データと前記付加軸移動量とに基づいて、前記付加軸機構による前記ロボット又は前記ワークの移動に追随して前記ロボットに前記ツールを前記作業対象箇所に沿って移動させるための移動指令を生成し、
   前記動作計画データ又は前記付加軸移動量に基づいて、前記移動指令に従って前記ロボットが移動させる前記ツールの移動ベクトルに対し前記付加軸移動量に応じて傾斜する、前記作業対象箇所に沿う方向のベクトルを取得し、
   取得した前記ベクトルを用いて、前記作業の間に前記ロボットが前記ツールを前記ワークに押し付ける押付方向を決定する、方法。

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