WO2018123251A1 - 機械加工用ロボット及び機械加工方法 - Google Patents

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WO2018123251A1
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arm
force
copying
robot
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晋哉 松尾
中畑　達雄
石川　裕一
理塀　敦
康人 西脇
政雄 渡邉
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株式会社Ｓｕｂａｒｕ
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    • G05B2219/49099—Cutting force, torque

Definitions

  • Embodiments described herein relate generally to a machining robot, a machining method, a robot control system, a robot control method, and a robot control program.
  • a copying die is installed as a jig on the workpiece side, while an end mill or a machine tool such as a milling machine or a router is installed.
  • a method of performing copying by attaching a guide for making contact with a copying die together with a cutting tool called a router bit.
  • a technique has been proposed in which a tool is held by a robot arm and processing such as chamfering, deburring, polishing, or grinding is performed (for example, see Patent Documents 1 to 5).
  • a technique has been proposed in which a force sensor is provided on the arm of an articulated robot to detect reaction force from the workpiece, and processing such as chamfering, deburring, polishing or grinding is performed while applying a constant force to the workpiece. Yes.
  • the positioning accuracy by the robot is orders of magnitude lower than the positioning accuracy of a machine tool that can perform tool positioning at a pitch of 0.01 mm to 0.001 mm. This is because the rigidity of the robot arm is lower than the spindle of a machine tool such as a machining center or a milling machine.
  • processing by a robot is limited to processing with moderate processing accuracy such as chamfering, deburring, polishing or grinding, or processing with a relatively small reaction force from the workpiece, and tolerance is ⁇ 0.1 mm to ⁇ 1.0 mm.
  • moderate processing accuracy such as chamfering, deburring, polishing or grinding
  • processing with a relatively small reaction force from the workpiece and tolerance is ⁇ 0.1 mm to ⁇ 1.0 mm.
  • the present invention enables high-precision cutting machining with a large reaction force from a workpiece, such as workpiece trimming, roughing, contour finishing, grooving, pocketing, or drilling, using a robot.
  • the purpose is to do.
  • a robot control system includes a robot having an arm to which the tool rotation mechanism is attached, which is capable of holding the tool while rotating and moving the tool in at least a two-dimensional direction.
  • the control system includes a load acquisition unit and a control signal generation unit.
  • the load acquisition unit is configured to perform profile copying of the machined workpiece using the tool by moving the arm while contacting the copying guide attached to the arm and the copying mold installed on the machined workpiece side.
  • the force measured at least by a force sensor that measures the force applied to the arm from the tool is acquired.
  • a control signal generating unit that generates and generates a control signal for the arm for contour copying based on the force acquired by the load acquisition unit and control information for the arm for contour copying; By outputting the control signal to the arm, the arm is automatically controlled so that the contour copying is performed.
  • a machining robot includes the robot control system, the arm, and the force sensor.
  • the robot control method includes an arm to which the tool rotation mechanism is attached, which can hold the tool while rotating and can move the tool in at least a two-dimensional direction.
  • a method for controlling a robot wherein the force measured by a force sensor that measures at least a force applied to the arm from the tool during contour copying of a machined work using the tool due to the movement of the arm. Based on the acquired step, the acquired force, and the control information of the arm for contour copying, the control signal of the arm for contour copying is generated, and the generated control signal is And automatically controlling the arm so that the contour copying is performed by outputting to the arm.
  • a robot control program includes an arm attached with a rotation mechanism of the tool that can hold the tool while rotating and can move the tool in at least a two-dimensional direction.
  • a robot control program wherein the robot control system measures at least a force applied to the arm from the tool during profile copying of a workpiece using the tool by movement of the arm.
  • Generating the control signal of the arm for contour copying based on the step of acquiring the force measured by the step, the acquired force, and the control information of the arm for contour copying, By outputting the generated control signal to the arm, the arm is automatically controlled so that the contour copying is performed. Tsu is intended to execute and-flops.
  • the machining method according to the embodiment of the present invention is provided on the side of the machined work and a tool on the arm of a robot having an arm that can be moved in at least a two-dimensional direction, a rotating mechanism that rotates the tool, and the like.
  • a profile guide for contacting the profiled mold is attached, and the profile is machined using the tool by moving the arm while the profile guide and the profile mold are in contact with each other.
  • the block diagram of the robot for machining which concerns on embodiment of this invention.
  • a machining robot, a machining method, a robot control system, a robot control method, and a robot control program according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a machining robot according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 illustrates a machining method in which a tool is attached to the machining robot shown in FIG. It is a figure to do.
  • the machining robot 1 includes a robot 2 and a control system 3 for the robot 2.
  • the robot 2 has a cantilevered arm 4 in which links are connected by a plurality of joints.
  • a mounting jig 5 is provided at the tip of the arm 4.
  • a feed mechanism 6, a rotation mechanism 7, a copying guide 8, and a tool T are attached to the attachment jig 5.
  • the arm 4 has a structure capable of moving the feed mechanism 6, the rotation mechanism 7, the copying guide 8, and the tool T attached to the attachment jig 5 in at least a two-dimensional direction. For example, if three links are connected by two joints whose rotation axes are parallel and arranged on a plane, the feed mechanism 6, the rotation mechanism 7, the copying guide 8, and the tool T attached to the attachment jig 5 are connected to the three links.
  • the arm 4 that can be moved in a two-dimensional direction on the plane on which the link is arranged can be configured.
  • the typical robot 2 can move the feed mechanism 6, the rotation mechanism 7, the copying guide 8, and the tool T attached to the attachment jig 5 in a three-dimensional direction as illustrated in FIG. 1.
  • An arm 4 is provided.
  • the arm 4 has a structure in which a plurality of links are connected by a plurality of rotation mechanisms. For this reason, the feed mechanism 6, the rotation mechanism 7, the copying guide 8, and the tool T attached to the attachment jig 5 can be translated in a three-dimensional direction, and can be inclined in a desired direction by the rotational movement. be able to.
  • the feed mechanism 6 is a device that applies a feed in the tool axis AX direction to the tool T.
  • the rotation mechanism 7 is a device that holds and rotates the tool T. Therefore, the feed mechanism 6 is configured to indirectly apply a feed operation in the tool axis AX direction to the tool T by giving a feed in the tool axis AX direction to the rotating mechanism 7 that holds and rotates the tool T. Is done.
  • any of general-purpose pneumatic, hydraulic or electric devices can be used. In the example shown in FIG. 1, both the feed mechanism 6 and the rotation mechanism 7 are pneumatic devices. For this reason, the feed mechanism 6 incorporating the rotation mechanism 7 is connected to the compressed air supply tank.
  • one or both of the feeding mechanism 6 and the rotating mechanism 7 can be an electric device. In that case, a motor provided in one or both of the feeding mechanism 6 and the rotating mechanism 7 is connected to a power source.
  • the robot 2 holds the tool T while rotating it with the rotation mechanism 7, and can move the tool T held indirectly with the rotation mechanism 7 in a two-dimensional direction or a three-dimensional direction. It has. Therefore, the workpiece (machined workpiece) W using the tool T can be machined by two-dimensional driving or three-dimensional driving of the arm 4.
  • Examples of the tool T held by the rotating mechanism 7 include not only a chamfering cutter and a deburring tool but also various rotating machining tools such as an end mill, a drill, and a reamer. Therefore, a desired cutting of the workpiece W can be performed by the machining robot 1 to which the rotary tool T is attached. Specific examples include cutting of plate-like or block-like workpieces W, trimming, contouring, contouring, grooving, pocketing to form a recess surrounded by a flange, roughing of the flange inner surface, flange A wide variety of cutting processes such as inner surface finishing, drilling, chamfering, and deburring can be performed.
  • the material of the workpiece W includes composite materials such as glass fiber reinforced plastic (GFRP: Glass fiber reinforced plastics) and carbon fiber reinforced plastic (CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics), metals, and materials to be cut. If so, an arbitrary material can be a target of cutting.
  • GFRP Glass fiber reinforced plastic
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastics
  • the copying guide 8 is a copying jig on the arm 4 side that is attached to the arm 4 side so as to come into contact with the copying mold J1 installed on the workpiece W side.
  • the copying guide 8 includes not only a guide for positioning the tool T in the tool radial direction D by making contact with the copying mold J1 in the tool radial direction D, but also by making contact with the copying mold J1 in the tool axis AX direction.
  • a guide for positioning the tool T in the tool axis AX direction can be provided.
  • the copying guide 8 in which a cylindrical portion 8B is coaxially formed on one surface of a disk-shaped member 8A provided with a through-hole for passing the tool T is a rotation mechanism. 7 is fixed to the casing 6A of the feed mechanism 6 in which 7 is built.
  • the disk-shaped member 8A functions as a guide for positioning the tool T in the tool axis AX direction by contacting the copying die J1 in the tool axis AX direction.
  • the cylindrical portion 8B functions as a guide for positioning the tool T in the tool radial direction D by contacting the copying die J1 with the tool radial direction D. And it is comprised so that the tool T can be protruded to the workpiece
  • the copying guide 8 may be attached to the arm 4 side through a rotation mechanism such as a bearing so as to be rotatable.
  • a rotation mechanism such as a bearing
  • carbon dust may clog the bearing gap. Therefore, by fixing the copying guide 8 to the arm 4 side without using a rotating mechanism such as a bearing, it is possible to simplify the configuration of the copying guide 8 and prevent the dust of the composite material from entering the rotating mechanism.
  • the copying guide 8 may be rotatably mounted on the arm 4 side with a shield bearing having a structure for preventing dust from being mixed inside.
  • the shape of the copying guide 8 and the mounting position on the arm 4 can be freely determined according to the shape and position of the workpiece W itself and the shape and position of the copying mold J1 installed on the workpiece W side.
  • the copying mold J1 is a copying jig installed on the workpiece W side.
  • the copying die J1 has a surface that makes contact with the copying guide 8 in the tool radial direction D and a surface that makes contact with the tool axis AX direction.
  • the tool T can be positioned in both the tool radial direction D and the tool axis AX direction by bringing the copying die J1 into contact with the copying guide 8 at the two contact surfaces. Then, by moving the arm 4 while bringing the copying guide 8 on the arm 4 side into contact with the copying mold J1 installed on the workpiece W side, the profile copying of the workpiece W using the tool T can be performed. .
  • a work W is an I-type stringer (longitudinal material) that is one of aircraft parts.
  • An I-type stringer is an I-shaped stringer in cross section. That is, the I-type stringer has a structure in which two flanges are formed on both sides of the web.
  • FIG. 2 shows an example of manufacturing an I-type stringer by cutting a flange portion of a material whose cross section is I-shaped.
  • the shape of the copying die J1 is a shape that is offset from the shape of the workpiece W after machining by the distance between the contact surface of the copying guide 8 with the copying die J1 and the cutting surface of the tool T. ing. That is, an end face that is offset by a certain distance according to the structure of the copying guide 8 with respect to the position of the end face of the flange after machining is formed on the copying mold J1.
  • the diameter of the cylindrical portion 8B of the copying guide 8 can be set to 14 mm to 15 mm.
  • the distance between the side surface of the cylindrical portion 8B of the copying guide 8 and the cutting surface of the tool T is 2 mm to 2.5 mm.
  • the offset amount between the end face of the copying die J1 and the shape of the workpiece W after machining is 2 mm to 2.5 mm.
  • the tool perpendicular to both the traveling direction F of the tool T and the tool axis AX is obtained by moving the arm 4 while bringing the curved surface of the cylindrical portion 8B of the copying guide 8 into contact with the end surface of the plate-shaped copying mold J1.
  • the workpiece W can be copied while accurately positioning the tool T in the radial direction D.
  • while accurately positioning the tool T in the tool axis AX direction by moving the arm 4 while bringing the plane of the disk-shaped member 8A of the copying guide 8 into contact with the upper surface of the plate-shaped copying mold J1,
  • the workpiece W can be copied.
  • the structure of the copying guide 8 by making the structure of the copying guide 8 into a stepped cylindrical shape, the structure of the copying mold J1 for contour copying can be made a simple plate-like structure.
  • the shape and position of the copying die J1 can be freely determined according to the shape and position of the workpiece W and the shape and position of the copying guide 8 attached to the arm 4 side.
  • the arm 4 is provided with a force sensor 9 for detecting a force applied to the arm 4.
  • the force sensor 9 is a sensor for detecting at least a force applied to the arm 4 from the tool T.
  • the tool W when the outer shape of the workpiece W is to be processed with a cutting edge formed on the side surface of the tool T, the tool W has a traveling direction F of the tool T and a tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T.
  • a reaction force as a main component acts on the tool T.
  • the progress of the tool T A machining reaction force having a component in the tool axis AX direction as well as the tool radial direction D perpendicular to the direction F and the traveling direction F of the tool T acts on the tool T from the workpiece W.
  • a reaction force mainly composed of the tool axis AX direction and the tool radial direction D acts on the copying guide 8 from the copying die J1.
  • the arm 4 has, as reaction force from the workpiece W and the copying die J1, a component in which the traveling direction F of the tool T, the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T, and the tool axis AX direction are components.
  • a dimensional reaction force is indirectly applied through the tool T, the rotation mechanism 7 and the feed mechanism 6.
  • a force sensor 9 capable of detecting forces in three axial directions orthogonal to each other can be attached to the attachment jig 5 at the tip of the arm 4.
  • an attachment jig 5 is attached to the arm 4 via a stepped disk-shaped force sensor 9.
  • a load is applied from the tool T to the arm 4 during profile copying of the workpiece W using the tool T by moving the arm 4 while contacting the copying guide 8 and the copying mold J1 installed on the workpiece W side.
  • the applied force can be detected by the force sensor 9.
  • the force sensor 9 can also detect the force applied to the arm 4 from the copying die J1 during the contour copying of the workpiece W.
  • the casing 6 ⁇ / b> A of the feed mechanism 6 including the rotation mechanism 7 that rotates the tool T is attached so that the tool axis AX is perpendicular to the connection surface of the force sensor 9.
  • the casing 6 ⁇ / b> A of the feed mechanism 6 including the rotation mechanism 7 that rotates the tool T is attached to the attachment jig 5 so that the tool axis AX is parallel to the connection surface of the force sensor 9. Yes.
  • the direction in which the tool T, the rotation mechanism 7 and the feed mechanism 6 are attached to the arm 4 can be freely determined according to the structure of the workpiece W, the copying guide 8 and the copying mold J1.
  • the force sensor 9 can detect each component of the reaction force in the direction F of the tool T, the tool radial direction D perpendicular to the direction F of the tool T, and the tool axis AX.
  • the force sensor 9 can detect forces in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction that are orthogonal to each other as shown in FIG.
  • the tool T can be attached to the arm 4 so that the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T is parallel to the Y-axis direction and the tool axis AX direction is parallel to the Z-axis direction.
  • the force detected by the force sensor 9 is output to the control system 3.
  • the control system 3 is configured to control the arm 4 based on the force detected by the force sensor 9.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the control system 3 provided in the machining robot 1 shown in FIG.
  • the control system 3 can be configured using a computer 12 to which an input device 10 and a display device 11 are connected.
  • An arithmetic device such as a CPU (central processing unit) of the computer 12 reads and executes the control program of the robot 2 to thereby execute the load acquisition unit 13, the control signal generation unit 14, the control information storage unit 15, and the warning information generation unit 16. Function as.
  • the control system 3 further includes an arm control unit 17 and a tool control unit 18.
  • the arm control unit 17 may be a function of the computer 12. That is, processing circuits that read a control program for configuring the arm control unit 17 and processing circuits that function as the load acquisition unit 13, the control signal generation unit 14, the control information storage unit 15, and the warning information generation unit 16 are provided. It may be common.
  • the load acquisition unit 13 has a function of acquiring the force detected by the force sensor 9 and notifying the control signal generation unit 14 and the warning information generation unit 16. Specifically, a force including a force in the traveling direction F of the tool T, a force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T, and a force in the tool axis AX direction as components is the force sensor 9 in the load acquisition unit 13.
  • the control signal generator 14 and the warning information generator 16 are notified of the acquired force having the three-directional components.
  • the control signal generation unit 14 has a function of controlling the arm 4, the feed mechanism 6, and the rotation mechanism 7 based on a machining control program stored as control information in the control information storage unit 15.
  • a machining control program comprising an arm 4 control program, a feed mechanism 6 control program, and a rotation mechanism 7 control program is created, and the created machining control program is stored in the control information storage unit 15 as a machining robot. 1 control information can be stored.
  • control signal generation unit 14 refers to the machining control program stored in the control information storage unit 15, and receives control signals for the arm 4, the feed mechanism 6, and the rotation mechanism 7 in accordance with the referenced machining control program.
  • the generated function and the generated control signal of the arm 4 are output to the drive unit of the arm 4 through the arm control unit 17, while the generated control signals of the feed mechanism 6 and the rotation mechanism 7 are transmitted through the tool control unit 18 to the feed mechanism 6 and A function for outputting to each of the rotation mechanisms 7 is provided.
  • control signal generation unit 14 generates and generates a control signal for the contour copying arm 4 based on the force notified from the load acquisition unit 13 and a control program for the contour copying arm 4.
  • the arm 4 is automatically controlled so that the contour copying is performed by outputting the control signal to the arm 4.
  • the control program of the arm 4 for profile copying is a program that teaches the trajectory and moving speed of the arm 4 so that the copying guide 8 moves while contacting the copying mold J1. That is, the contour copying machining control program is a program for teaching the moving direction and moving speed of the arm 4 by designating the teaching position and the teaching speed. Therefore, the control program for contour copying is created based on the shape information of the copying die J1.
  • a control program can be created.
  • a control program for contour copying that teaches the spatial position and moving direction of the arm 4 can be created.
  • the created control program for the contour copying arm 4 can be stored in the control information storage unit 15 so that the control signal generation unit 14 can refer to it when performing contour copying of the workpiece W.
  • the control signal generation unit 14 obtains not only the control program for the arm 4 for contour copying but also the force sensor 9 through the load acquisition unit 13 when performing contour scanning of the workpiece W.
  • the control signal of the arm 4 is generated based on the applied force.
  • a force including, as components, a force in the traveling direction F of the tool T, a force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T, and a force in the tool axis AX direction is loaded from the force sensor 9. It can be acquired through the acquisition unit 13. As illustrated in FIG. 2, the travel direction F of the tool T, the tool radial direction D perpendicular to the travel direction F of the tool T, and the tool axis AX direction can detect the force by the force sensor 9.
  • the force in the traveling direction F of the tool T directly based on the force including three orthogonal components acquired from the force sensor 9 through the load acquisition unit 13;
  • the force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T and the force in the tool axis AX direction can be obtained.
  • the force in the traveling direction F of the tool T and the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T are obtained by coordinate conversion processing.
  • the force in the tool axis AX direction can be obtained.
  • the traveling direction F of the tool T based on the shape information of at least one of the copying mold J1 and the workpiece W after the processing,
  • the tool radial direction D and the tool axis AX direction perpendicular to the traveling direction F of the tool T can be specified.
  • the force in the traveling direction F of the tool T, the force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T, and the force in the tool axis AX direction can be obtained by coordinate conversion processing.
  • the traveling direction F of the tool T is the outer shape and copying of the workpiece W after processing. It changes in the tangential direction of the mold J1.
  • the direction of the reaction force acting on the copying guide 8 in the tool radial direction D is a normal direction perpendicular to the cutting surface of the workpiece W, that is, the surface of the workpiece W after processing and the surface of the copying die J1.
  • the tool T and the copying guide 8 indicate the direction perpendicular to the surface of the workpiece W or the surface of the copying die J1 after processing based on the two-dimensional shape of the copying die J1 or the workpiece W after processing. It can be specified as the tool radial direction D receiving the reaction force from the workpiece W and the copying die J1.
  • the tool T and the copying guide 8 are moved from the workpiece W and the copying mold J1 in a direction perpendicular to the surface of the workpiece W and the copying mold J1, respectively. You may make it specify as the tool radial direction D which receives reaction force. Then, the reaction force in the specified tool radial direction D can be calculated as a vector calculation based on the detected values of the force in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example in which the direction of the force sensor 9 changes even when the traveling direction F of the tool T does not change during the contour copying using the machining robot 1 shown in FIG. It is.
  • the direction of the force sensor 9 changes depending on the position of the drive shaft of the arm 4 as shown in FIG. That is, if the force sensor 9 cannot be translated in the traveling direction F of the tool T due to the restriction of the drive shaft of the arm 4, even if the traveling direction F of the tool T is linear and does not change, the force sensor 9 The direction will change. Even in such a case, the tool T and the copying guide are set in the direction perpendicular to the surface of the workpiece W and the surface of the copying mold J1 based on the shape of the copying die J1, the shape of the workpiece W after processing, or the teaching position of the tool T.
  • the reaction force in the specified tool radial direction D can be calculated as a vector calculation based on each detected value of the force in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the traveling direction F of the tool T Based on the time change of the force detected by the force sensor 9 as the three components of the vector, the traveling direction F of the tool T, the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T, and the tool axis AX direction are detected. You may do it. In that case, the force in the traveling direction F of the tool T, the force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T, and the force in the tool axis AX direction are used without using the shape information of the copying mold J1 and the workpiece W. Can be requested.
  • the control signal generator 14 Based on the force detected by the force sensor 9 in the manner as described above, the control signal generator 14 includes a force in the traveling direction F of the tool T and a tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T. A function for obtaining the force and the force in the tool axis AX direction is provided. The control signal generator 14 can control the arm 4 according to the direction of the force applied to the arm 4.
  • the cutting resistance increases and the reaction force from the workpiece W to the tool T increases as the feed speed in the traveling direction F of the tool T increases during the cutting of the workpiece W.
  • the feed speed of the tool T in the traveling direction F is constant, if the thickness of the plate-like workpiece W changes or the machining allowance of the workpiece W increases, the reaction from the workpiece W to the tool T will increase. Power increases. Furthermore, even when the tool T is worn and the sharpness is deteriorated, the reaction force from the workpiece W to the tool T increases.
  • the feed speed in the traveling direction F of the tool T is reduced too much, the machining time of the workpiece W is increased, that is, the machining efficiency is lowered. Therefore, from the viewpoint of improving the machining efficiency of the workpiece W, it is preferable to increase the feed speed in the traveling direction F of the tool T as long as the reaction force applied to the tool T is not excessive.
  • control signal generation unit 14 is based on the force in the advancing direction F of the tool T that is directly measured by the force sensor 9 or indirectly acquired by using the force sensor 9 with processing such as coordinate transformation.
  • the control signal for the contour copying arm 4 can be generated so that the traveling speed of the tool T becomes a predetermined control value. That is, the traveling speed of the tool T can be automatically adjusted so that the reaction force in the traveling direction F of the tool T does not become excessive in the contour copying.
  • the control signal generation unit 14 determines the control value of the traveling speed of the tool T so that the force in the traveling direction F of the tool T acquired using the force sensor 9 is constant or within a predetermined range. Then, it is only necessary to generate a control signal for the contour copying arm 4 so that the traveling speed of the tool T becomes a control value of the determined traveling speed of the tool T. That is, feedback control of the traveling speed of the tool T may be performed so that the force in the traveling direction F of the tool T is constant or within a predetermined range.
  • cemented carbide is a material obtained by adding an additive such as titanium carbide or tantalum carbide to tungsten carbide powder and sintering with cobalt.
  • the diamond tool is a tool formed of a single crystal of diamond or a tool composed of a polycrystalline sintered body obtained by adding an additive substance such as cobalt to diamond fine powder and sintering it.
  • the method for automatically adjusting the traveling speed of the tool T there is a method of changing the traveling speed of the tool T to a speed determined in advance according to the force in the traveling direction F of the tool T.
  • FIG. 6 is a graph for explaining a method of controlling the arm 4 in the machining robot 1 shown in FIG.
  • the horizontal axis represents the detected value of the force (kgf) applied in the traveling direction F of the tool T
  • the vertical axis represents the control value of the traveling speed of the tool T.
  • a table or a function in which the force applied to the arm 4 from the traveling direction F of the tool T and the control value of the traveling speed of the tool T can be prepared.
  • the created table or function can be stored in the control information storage unit 15.
  • the traveling speed of the tool T is determined by the user in the parameter in the control program. Is determined to be the teaching speed given.
  • the traveling speed of the tool T is 50 from the teaching speed from the viewpoint of suppressing the vibration of the tool T. % Has been determined.
  • the traveling speed of the tool T is determined to change linearly from 100% to 50% of the teaching speed. . That is, in the example shown in FIG. 6, when the force in the traveling direction F of the tool T exceeds the threshold, the traveling speed of the tool T is gradually reduced to 50% of the teaching speed automatically. Progress speed control program has been created.
  • the force applied to the arm 4 from the traveling direction F of the tool T according to the result of the cutting test and the control value of the traveling speed of the tool T can be expressed by an arbitrary function or the like. Can be associated. For example, as the force applied from the traveling direction F of the tool T increases, the control value of the traveling speed of the tool T is decreased stepwise, or the control value of the traveling speed of the tool T is decreased in a curve. You can also. Moreover, you may prepare the table which linked
  • the control signal generation unit 14 can generate a control signal for the arm 4 for profile copying so that the traveling speed of the tool T becomes a control value of the determined traveling speed of the tool T.
  • the contour copying process is performed by stopping the movement of the arm 4.
  • a function to interrupt can be provided. That is, when the force in the traveling direction F of the tool T acquired by the load acquisition unit 13 is equal to or greater than the threshold value or exceeds the threshold value, a control signal for stopping the movement of the arm 4 is generated and output to the arm control unit 17.
  • a function can be provided in the control signal generator 14.
  • the force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T and the force in the tool axis AX direction can be performed.
  • the control signal generator 14 obtains not only the reaction force in the traveling direction F of the tool T but also the reaction force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T and the reaction force in the tool axis AX direction. be able to. For this reason, in the control signal generation unit 14, not only the feedback control of the arm 4 based on the reaction force in the traveling direction F of the tool T but also the arm 4 based on the reaction force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T. And feedback control of the arm 4 based on the reaction force in the tool axis AX direction.
  • the rigidity of the arm 4 having a cantilever structure is extremely small compared to the rigidity of the main spindle of the machine tool. For this reason, when the arm 4 is controlled only in accordance with the control program, there is a difference between the actual position of the tool T and the teaching position of the tool T instructed by the control program due to the bending of the arm 4 due to a machining reaction force or its own weight. An error occurs. Such an error derived from the positioning accuracy of the arm 4 is a non-negligible error when machining the workpiece W that requires a machining accuracy with a tolerance of about ⁇ 0.1 mm to ⁇ 1.0 mm. In particular, when performing contour copying, if the arm 4 is controlled only in accordance with the control program, the copying guide 8 may not reliably contact the copying die J1.
  • control signal generator 14 uses the force sensor 9 to adjust the force of the tool T so that the force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T is constant or within a predetermined range.
  • a control value of the position in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F can be determined. That is, the teaching position of the tool T by the control program is set to a tool diameter perpendicular to the traveling direction F of the tool T so that the reaction force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T is constant or within a predetermined range.
  • Correction for offsetting in the direction D is performed, and the corrected position can be set as a control value for the position in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T.
  • the contour copying arm 4 is set so that the position of the tool T in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F becomes a control value of the determined position in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T.
  • the control signal can be generated and output to the arm control unit 17.
  • the arm 4 can be feedback controlled so that the reaction force in the tool radial direction D applied to the copying guide 8 and the tool T from the copying die J1 and the workpiece W is constant or within a predetermined range.
  • the copying guide 8 can be reliably pressed in the tool radial direction D against the copying mold J1 with an appropriate force that is constant or within a predetermined range.
  • control signal generator 14 controls the position of the tool T in the tool axis AX direction so that the force in the tool axis AX direction of the tool T acquired using the force sensor 9 is constant or within a predetermined range.
  • the value can be determined. That is, correction is performed to offset the teaching position of the tool T by the control program in the tool axis AX direction so that the reaction force in the tool axis AX direction is constant or within a predetermined range, and the corrected position is It can be set as a control value of the position in the tool axis AX direction.
  • a control signal for the contour copying arm 4 is generated so that the position of the tool T in the tool axis AX direction becomes a control value of the determined position of the tool T in the tool axis AX direction, and is sent to the arm control unit 17. Can be output.
  • the arm 4 can be feedback controlled so that the reaction force in the tool axis AX direction applied to the copying guide 8 from the copying die J1 is constant or within a predetermined range.
  • the copying guide 8 can be reliably pressed in the tool axis AX direction against the copying mold J1 with an appropriate force that is constant or within a predetermined range.
  • force control is performed to press the copying guide 8 against the copying mold J1 with an appropriate force that is constant or within a predetermined range in at least one of the tool radial direction D and the tool axis AX direction, the copying mold J1 and the workpiece W are controlled.
  • a strength that does not cause deformation by the applied force is required.
  • the copying die J1 and the workpiece W need to be fixed so as not to be displaced even when a force is applied by force control. Therefore, it is necessary to determine the force applied by the force control to a force that does not cause deformation and displacement of the copying die J1 and the workpiece W.
  • the positioning of the tool T in the tool axis AX direction can be performed not only by the movement of the arm 4 but also by the operation of the feed mechanism 6. Therefore, the control signal generator 14 can automatically control the feed mechanism 6 based on the reaction force in the tool axis AX direction of the tool T acquired using the force sensor 9.
  • the control signal generation unit 14 when the workpiece T is drilled with the tool T, the force in the tool axis AX direction of the tool T acquired using the force sensor 9 is constant or within a predetermined range. Then, the control value of the feed speed of the feed mechanism 6 is determined, and the control signal of the feed mechanism 6 for drilling can be generated and output to the feed mechanism 6 so as to be the control value of the determined feed speed. As a result, when drilling the workpiece W with the tool T, it is possible to perform the drilling with the reaction force of the tool T in the tool axis AX direction being as constant as possible.
  • the arm control unit 17 of the control system 3 has a function of controlling the arm 4 by outputting the control signal of the arm 4 generated by the control signal generation unit 14 to the drive unit of the arm 4.
  • the tool control unit 18 outputs the control signals for the feed mechanism 6 and the rotation mechanism 7 generated by the control signal generation unit 14 to the feed mechanism 6 and the rotation mechanism 7, respectively. It has a function to control. As illustrated in FIG. 1, if both the feed mechanism 6 and the rotation mechanism 7 are pneumatic, the tool control unit 18 sends the control signal generated by the control signal generation unit 14 to the air signal from the electrical signal. And a function of outputting to the feeding mechanism 6 and the rotating mechanism 7 respectively.
  • the warning information generation unit 16 acquires a force in the traveling direction F of the tool T based on the force acquired by the load acquisition unit 13, and when the force in the traveling direction F of the tool T exceeds or exceeds a threshold value
  • the display device 11 has a function of outputting warning information as a warning message.
  • the warning information may be output as a light, warning sound, or voice message to an output device such as a lamp or a speaker instead of the display device 11 or in addition to the display device 11.
  • warning information can be output prior to the arm 4 being stopped.
  • the force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T and the force in the tool axis AX direction Even when the threshold value exceeds or exceeds the threshold value, warning information can be output prior to the arm 4 being stopped.
  • the threshold for determining whether or not the warning information should be output in the warning information generation unit 16 should be set lower than the threshold for determining whether or not the arm 4 should be stopped in the control signal generation unit 14. It is. That is, when the force acquired by the load acquisition unit 13 is equal to or greater than the first threshold value or exceeds the first threshold value, the warning information generation unit 16 outputs warning information, and the force acquired by the load acquisition unit 13 Is greater than or equal to a second threshold value greater than the first threshold value or exceeds the second threshold value, the control signal generation unit 14 can perform control to stop the movement of the arm 4.
  • the threshold value 2 is set for each of the force in the traveling direction F of the tool T, the force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T, and the force in the tool axis AX direction.
  • All or part of the control program for realizing the functions of the control system 3 described above can be recorded on an information recording medium and distributed as a program product.
  • Control that causes the control system 3 to execute a step of automatically controlling the arm 4 so that the contour copying is performed by generating a control signal of the arm 4 for copying and outputting the generated control signal to the arm 4
  • Programs can be distributed as program products.
  • the control function for contour copying can be added to the conventional robot by causing the conventional robot control system to read the control program of the robot 2. Therefore, the machining robot 1 can be configured by attaching the feed mechanism 6, the rotation mechanism 7, the copying guide 8, and the tool T to the conventional robot.
  • the copying die J1 is set at a predetermined position on the workpiece W side.
  • the workpiece W is fixed to a plate-like jig J3 fixed on the work table J2, and the copying die J1 is fixed on the workpiece W.
  • the feed mechanism 6, the rotation mechanism 7, the copying guide 8, and the rotary tool T are attached to the arm 4 having the force sensor 9 via the attachment jig 5.
  • the user creates a control program that teaches the trajectory of the arm 4 so that the copying guide 8 moves while contacting the copying mold J1.
  • the created control program for the arm 4 is written in the control information storage unit 15 by operating the input device 10 as a machining control program together with a control program for the feed mechanism 6 and a control program for the rotation mechanism 7.
  • the control signal generation unit 14 moves along a path in which the tool T is offset from the end face of the copying die J1 by the thickness of the copying guide 8.
  • An initial control signal for the arm 4 is generated.
  • the generated initial control signal of the arm 4 is output to the drive unit of the arm 4 through the arm control unit 17.
  • control signal generation unit 14 rotates in a state where the tip of the tool T is sent to a necessary position.
  • Control signals for the feed mechanism 6 and the rotation mechanism 7 are generated.
  • the generated control signals for the feed mechanism 6 and the rotation mechanism 7 are output to the feed mechanism 6 and the rotation mechanism 7 through the tool control unit 18, respectively.
  • the arm 4 moves and the tool T moves to the initial teaching position. Further, the tip of the tool T is sent to a required position and rotates.
  • the control signal generation unit 14 continues to generate a control signal for the arm 4 for moving the tool T along the teaching path according to the control program.
  • the generated control signal of the arm 4 is output to the drive unit of the arm 4 through the arm control unit 17. Therefore, the arm 4 moves, and the tool T advances in the direction taught by the control program while the copying guide 8 contacts the copying mold J1. Thereby, the contour copying of the workpiece W by the rotating tool T is started.
  • the force applied to the arm 4 from the tool T during contour copying is detected by a force sensor 9 attached to the arm 4.
  • the force detected by the force sensor 9 is output to the control system 3 of the robot 2.
  • the load acquisition unit 13 acquires the detection value of the force output from the force sensor 9 and gives it to the control signal generation unit 14.
  • the control signal generation unit 14 acquires the detection value of the force output from the force sensor 9, the control signal generation unit 14 is perpendicular to the force in the traveling direction F of the tool T and the traveling direction F of the tool T based on the acquired detection value of the force.
  • the force in the tool radial direction D and the force in the tool axis AX direction are detected.
  • the control signal generator 14 automatically controls the arm 4 based on the force in the traveling direction F of the tool T, the force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T, and the force in the tool axis AX direction. .
  • control signal generation unit 14 generates a control signal for the contour copying arm 4 based on the force acquired from the load acquisition unit 13 as well as the control program for the contour copying arm 4.
  • the generated control signal of the arm 4 is output to the drive unit of the arm 4 through the arm control unit 17. As a result, contour copying with force control of the arm 4 is performed.
  • the moving speeds of the arm 4 and the tool T are automatically adjusted based on the force in the traveling direction F of the tool T.
  • the moving speed of the arm 4 and the tool T is feedback-controlled so that the reaction force in the traveling direction F of the tool T is constant or within a predetermined range.
  • the traveling speed of the tool T is reduced so as to be slower than the teaching speed of the tool T specified as a parameter in the control program of the arm 4.
  • the positions of the arm 4 and the tool T are automatically adjusted based on the force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T and the force in the tool axis AX direction. That is, the positions of the arm 4 and the tool T are finely adjusted so that the force in the tool radial direction D perpendicular to the traveling direction F of the tool T and the force in the tool axis AX direction are constant or within a predetermined range.
  • the workpiece W having a more accurate dimension can be processed.
  • the workpiece W can be machined with a machining accuracy having a tolerance of about ⁇ 0.1 mm to ⁇ 1.0 mm.
  • a product or semi-finished product can be manufactured as the workpiece W after processing.
  • the machining robot 1 and the machining method as described above are configured to copy the contour of the workpiece W by bringing the scanning die J1 installed on the workpiece W into contact with the scanning guide 8 mounted on the arm 4 side of the robot 2. Processing is performed, and the movement of the arm 4 is controlled based on the processing reaction force detected by the force sensor 9. Specifically, while controlling the moving speed of the tool T and the arm 4 so that the reaction force in the traveling direction F of the tool T does not become excessive, the tool radial direction D and the tool axis perpendicular to the traveling direction F of the tool T are controlled. The arm 4 is controlled so that the reaction force in the AX direction is constant or within a predetermined range. Further, the control system 3 and the control method of the robot 2 are configured to be able to control the arm 4 of the robot 2 for performing the contour copying described above.
  • the robot 2 is used for trimming and roughing the workpiece W.
  • heavy cutting machining with a large reaction force from the workpiece W such as outer shape finishing, grooving, pocketing or drilling can be performed with high accuracy.
  • machining of the workpiece W can be automated without installing a large-scale machine tool.
  • the copying guide 8 is always set appropriately.
  • the copying die J1 can be brought into contact with both the tool radial direction D and the tool axis AX direction with a pressing force. For this reason, even heavy cutting with a large machining reaction force, such as external trimming, can be performed using the arm 4 of the robot 2 having a lower rigidity than the rigidity of the spindle of the machine tool. That is, it is possible to perform contour copying with a large reaction force using the arm 4 of the robot 2, which has conventionally been considered difficult with a robot arm having low rigidity, such as contour trim processing.
  • the moving speed of the tool T and the arm 4 is automatically adjusted so that the reaction force in the traveling direction F of the tool T does not become excessive.
  • the vibration of the tool T held by can be suppressed.
  • machining quality equivalent to that of a machine tool can be obtained using the robot 2 that is extremely inexpensive compared to a machine tool.
  • the rotary tool T is attached to the arm 4 of the robot 2 via the rotation mechanism 7 to perform machining of the workpiece W
  • the workpiece W can be processed by being attached to 4.
  • a work such as a band saw or a wire saw can be attached to the arm 4 of the robot 2 to cut the workpiece W.
  • the copying process can be performed by installing the copying mold on the workpiece W side and attaching the copying guide to the arm 4. It is also possible to automatically control the arm 4 based on the workpiece W measured by the force sensor 9 and the reaction force from the copying mold.

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Abstract

実施形態に係るロボットの制御システムは、工具を回転させながら保持し、工具を少なくとも２次元方向に移動させることが可能な、工具の回転機構を取付けたアームを備えたロボットの制御システムであって、負荷取得部及び制御信号生成部を有する。負荷取得部は、アームに取付けられた倣いガイドと機械加工物側に設置される倣い型とを接触させながらアームを移動させることによる機械加工物の外形倣い加工中において工具からアームに負荷される力を測定する力センサにより測定された力を取得する。制御信号生成部は、負荷取得部により取得された力と、外形倣い加工用のアームの制御情報とに基づいて、アームの制御信号を生成してアームに出力することによってアームを自動制御する。

Description

機械加工用ロボット及び機械加工方法
　本発明の実施形態は、機械加工用ロボット、機械加工方法、ロボットの制御システム、ロボットの制御方法及びロボットの制御プログラムに関する。
　従来、複合材や金属で構成される機械加工物（ワーク）の外形トリム加工を行う方法として、ワーク側に治具として倣い型を設置する一方、フライス盤やルータ加工装置等の工作機械にエンドミルやルータビットと呼ばれる切削工具とともに倣い型と接触させるためのガイドを取付けて倣い加工を行う方法が知られている。
　一方、ロボットのアームで工具を保持して面取り、バリ取り、研磨或いは研削等の加工を行う手法が提案されている（例えば特許文献１乃至５参照）。特に、多関節ロボットのアームに力センサを設けてワークからの反力を検出し、ワークに対して一定力を加えながら、面取り、バリ取り、研磨或いは研削等の加工を行う手法も提案されている。
特開２００２－３７０１１６号公報 特開２０１２－１３９７８９号公報 特開２０１４－４０００１号公報 特開２０１１－２１６０５０号公報 特開２０１０－２５３６１３号公報
　しかしながら、ロボットによる位置決め精度は、０．０１ｍｍから０．００１ｍｍのピッチで工具の位置決めを行うことが可能な工作機械の位置決め精度と比べると、桁違いに低い。これは、マシニングセンタやフライス盤等の工作機械の主軸に比べてロボットのアームの剛性が低いことに起因している。
　このため、ロボットによる加工は、面取り、バリ取り、研磨或いは研削等の加工精度が緩やかな加工又はワークからの反力が比較的小さい加工に限られ、公差が±０．１ｍｍから±１．０ｍｍ程度の加工精度が要求されるエンドミルを用いたワークの外形トリム加工やポケット加工等の切削加工を行う場合には、ロボットに比べて大規模で高価な工作機械に依存せざるを得ない状況となっている。
　また、ワークの外形をトリムするために、マシニングセンタやフライス盤等の大規模な工作機械を導入できない場合には、倣いガイド付きのハンドルータを用いた作業者の手作業による倣い加工が行われている。具体的には、ワークに倣い型が取付けられ、ルータビットを保持したハンドルータの倣いガイドを押し当てながら作業者の手作業によってワークの切断加工が行われる。
　作業者の手作業による場合、ワークの板厚変化、ワークの形状及び工具の摩耗状態等の加工条件に応じてルータビットの移動速度を加減することが必要となる。このため、加工品質を確保するためには、技能を習得した熟練作業者でなければ、ワークの倣い加工を行うことができないという問題がある。
　そこで、本発明は、ロボットを用いてワークの外形トリム加工、外形粗加工、外形仕上げ加工、溝加工、ポケット加工或いは穿孔等のワークからの反力が大きな切削機械加工を高精度に行えるようにすることを目的とする。
　本発明の実施形態に係るロボットの制御システムは、工具を回転させながら保持し、前記工具を少なくとも２次元方向に移動させることが可能な、前記工具の回転機構を取付けたアームを備えたロボットの制御システムであって、負荷取得部及び制御信号生成部を有する。負荷取得部は、前記アームに取付けられた倣いガイドと機械加工物側に設置される倣い型とを接触させながら前記アームを移動させることによる前記工具を用いた前記機械加工物の外形倣い加工中において少なくとも前記工具から前記アームに負荷される力を測定する力センサにより測定された前記力を取得する。制御信号生成部は、前記負荷取得部により取得された前記力と、前記外形倣い加工用の前記アームの制御情報とに基づいて、前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成し、生成した前記制御信号を前記アームに出力することによって前記外形倣い加工が実施されるように前記アームを自動制御する。
　また、本発明の実施形態に係る機械加工用ロボットは、前記ロボットの制御システム、前記アーム及び前記力センサを備えるものである。
　また、本発明の実施形態に係るロボットの制御方法は、工具を回転させながら保持し、前記工具を少なくとも２次元方向に移動させることが可能な、前記工具の回転機構を取付けたアームを備えたロボットの制御方法であって、前記アームの移動による前記工具を用いた機械加工物の外形倣い加工中において少なくとも前記工具から前記アームに負荷される力を測定する力センサにより測定された前記力を取得するステップと、取得された前記力と、前記外形倣い加工用の前記アームの制御情報とに基づいて、前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成し、生成した前記制御信号を前記アームに出力することによって前記外形倣い加工が実施されるように前記アームを自動制御するステップとを有するものである。
　また、本発明の実施形態に係るロボットの制御プログラムは、工具を回転させながら保持し、前記工具を少なくとも２次元方向に移動させることが可能な、前記工具の回転機構を取付けたアームを備えたロボットの制御プログラムであって、前記ロボットの制御システムに、前記アームの移動による前記工具を用いた機械加工物の外形倣い加工中において少なくとも前記工具から前記アームに負荷される力を測定する力センサにより測定された前記力を取得するステップと、取得された前記力と、前記外形倣い加工用の前記アームの制御情報とに基づいて、前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成し、生成した前記制御信号を前記アームに出力することによって前記外形倣い加工が実施されるように前記アームを自動制御するステップとを実行させるものである。
　また、本発明の実施形態に係る機械加工方法は、少なくとも２次元方向に移動させることが可能なアームを備えたロボットの前記アームに工具、前記工具を回転させる回転機構及び機械加工物側に設置される倣い型と接触させるための倣いガイドを取付けて、前記倣いガイドと前記倣い型とを接触させながら前記アームを移動させることによって前記工具を用いた前記機械加工物の外形倣い加工を行い、前記外形倣い加工によって製品又は半製品を製造するステップと、前記外形倣い加工中において少なくとも前記工具から前記アームに負荷される力を力センサで測定するステップと、前記力センサで測定された前記力に基づいて前記アームの移動速度を自動調整するステップとを有するものである。
本発明の実施形態に係る機械加工用ロボットの構成図。 図１に示す機械加工用ロボットに工具を取り付けて機械加工物の外形倣い加工を行う機械加工方法を説明する図。 図１に示す機械加工用ロボットに備えられる制御システムの機能ブロック図。 図２に示す機械加工用ロボットを用いた外形倣い加工中において工具の進行方向が変化する場合に工具の進行方向の反力及び工具径方向の反力を求める方法を説明する図。 図２に示す機械加工用ロボットを用いた外形倣い加工中において工具の進行方向が変化しない場合であっても、力センサの向きが変化する場合の例を示す図。 図１に示す機械加工用ロボットにおけるアームの制御方法を説明するグラフ。
実施形態
　本発明の実施形態に係る機械加工用ロボット、機械加工方法、ロボットの制御システム、ロボットの制御方法及びロボットの制御プログラムについて添付図面を参照して説明する。
（機械加工用ロボット及びロボットの制御システムの構成及び機能）
　図１は本発明の実施形態に係る機械加工用ロボットの構成図であり、図２は図１に示す機械加工用ロボットに工具を取り付けて機械加工物の外形倣い加工を行う機械加工方法を説明する図である。
　機械加工用ロボット１は、ロボット２及びロボット２の制御システム３で構成される。ロボット２は、複数のジョイントでリンクを連結した片持ち構造のアーム４を有する。アーム４の先端には取付治具５が設けられる。取付治具５には、送り機構６、回転機構７、倣いガイド８及び工具Ｔが取付けられる。
　アーム４は、取付治具５に取付けられた送り機構６、回転機構７、倣いガイド８及び工具Ｔを、少なくとも２次元方向に移動させることが可能な構造を有する。例えば、３つのリンクを回転軸が平行な２つのジョイントで連結して平面上に配置すれば、取付治具５に取付けられた送り機構６、回転機構７、倣いガイド８及び工具Ｔを３つのリンクが配置された平面上において２次元方向に移動させることが可能なアーム４を構成することができる。
　但し、典型的なロボット２は、図１に例示されるように取付治具５に取付けられた送り機構６、回転機構７、倣いガイド８及び工具Ｔを３次元方向に移動させることが可能なアーム４を備えている。図１に示す例では、アーム４が、複数のリンクを複数の回転機構で連結した構造を有している。このため、取付治具５に取付けられた送り機構６、回転機構７、倣いガイド８及び工具Ｔを、３次元方向に平行移動させることができるのみならず、回転移動によって所望の方向に傾斜させることができる。
　送り機構６は、工具Ｔに工具軸ＡＸ方向における送りを付与する装置である。回転機構７は、工具Ｔを保持して回転させる装置である。従って、送り機構６は、工具Ｔを保持して回転させる回転機構７に工具軸ＡＸ方向における送りを付与することによって、工具Ｔに間接的に工具軸ＡＸ方向における送り動作を付与するように構成される。送り機構６及び回転機構７としては、いずれも汎用の空気圧式、油圧式又は電気式等の装置を用いることができる。図１に示す例では、送り機構６及び回転機構７の双方が空気圧式の装置となっている。このため、回転機構７を内蔵した送り機構６が、圧縮空気供給タンクと接続されている。もちろん、送り機構６及び回転機構７の一方又は双方を電気式の装置とすることもできる。その場合には、送り機構６及び回転機構７の一方又は双方に備えられるモータが電源と接続される。
　このように、ロボット２は、工具Ｔを回転機構７で回転させながら保持し、回転機構７で間接的に保持された工具Ｔを２次元方向又は３次元方向に移動させることが可能なアーム４を備えている。従って、アーム４の２次元的な駆動又は３次元的な駆動によって工具Ｔを用いたワーク（機械加工物）Ｗの機械加工を行うことができる。
　回転機構７で保持される工具Ｔとしては、面取りカッターやバリ取り工具のみならず、エンドミル、ドリル及びリーマ等の様々な回転式の機械加工工具が挙げられる。従って、回転式の工具Ｔを取付けた機械加工用ロボット１によって、ワークＷの所望の切削加工を行うことができる。具体例として、板状又はブロック状のワークＷの切断加工、外形トリム加工、外形粗加工、外形仕上げ加工、溝加工、フランジで囲まれた凹部を形成するポケット加工、フランジ内面の粗加工、フランジ内面の仕上げ加工、穿孔、面取り加工及びバリ取り加工など、多種多様な切削加工を行うことができる。
　また、ワークＷの材質としては、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：　Ｇｌａｓｓ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｐｌａｓｔｉｃｓ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：　Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材や金属の他、切削加工の対象となる材質であれば、任意の材質を切削加工の対象とすることができる。
　倣いガイド８は、ワークＷ側に設置される倣い型Ｊ１と接触するためにアーム４側に取付けられるアーム４側における倣い加工用の治具である。倣いガイド８には、倣い型Ｊ１と工具径方向Ｄに接触することによって工具径方向Ｄにおける工具Ｔの位置決めを行うためのガイドのみならず、倣い型Ｊ１と工具軸ＡＸ方向に接触することによって工具軸ＡＸ方向における工具Ｔの位置決めを行うためのガイドを設けることができる。
　図１及び図２に示す例では、工具Ｔを通すための貫通孔を設けた円板状の部材８Ａの一方の面に同軸状に円筒状の部分８Ｂを形成した倣いガイド８が、回転機構７を内蔵した送り機構６のケーシング６Ａに固定されている。円板状の部材８Ａは、倣い型Ｊ１と工具軸ＡＸ方向に接触することによって工具軸ＡＸ方向における工具Ｔの位置決めを行うためのガイドとして機能する。一方、円筒状の部分８Ｂは、倣い型Ｊ１と工具径方向Ｄに接触することによって工具径方向Ｄにおける工具Ｔの位置決めを行うためのガイドとして機能する。そして、倣いガイド８の中心軸上に形成される貫通孔からワークＷ側に工具Ｔを突出させることができるように構成されている。
　尚、倣いガイド８をベアリング等の回転機構を介して回転自在にアーム４側に取付けるようにしてもよい。但し、ワークＷがＣＦＲＰである場合には、カーボンの粉塵がベアリングの隙間に詰まる恐れがある。そこで、倣いガイド８をベアリング等の回転機構を介さずにアーム４側に固定することによって、倣いガイド８の構成を簡易にしつつ、回転機構への複合材の粉塵の混入を防止することができる。或いは、内部への粉塵の混入を防止する構造を有するシールドベアリングで倣いガイド８を回転自在にアーム４側に取付けるようにしてもよい。
　また、倣いガイド８の形状及びアーム４への取付け位置は、ワークＷ自体の形状及び位置並びにワークＷ側に設置される倣い型Ｊ１の形状及び位置に応じて自由に決定することができる。
　倣い型Ｊ１は、ワークＷ側に設置される倣い加工用の治具である。具体的には、倣い型Ｊ１は、倣いガイド８と工具径方向Ｄに接触する面と、工具軸ＡＸ方向に接触する面を有する。このため、倣い型Ｊ１を倣いガイド８と２つの接触面で接触させることによって、工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向の双方における工具Ｔの位置決めを行うことができる。そして、アーム４側の倣いガイド８と、ワークＷ側に設置される倣い型Ｊ１とを接触させながらアーム４を移動させることにより、工具Ｔを用いたワークＷの外形倣い加工を行うことができる。
　図２に示す例では、航空機部品の１つであるＩ型ストリンガ（縦通材）がワークＷとなっている。Ｉ型ストリンガは横断面がＩ字型のストリンガである。すなわち、Ｉ型ストリンガは、ウェブの両側に２枚のフランジを形成した構造を有している。そして、図２は、横断面がＩ字型である素材のフランジ部分を切断することによってＩ型ストリンガを製造する例を示している。
　このため、工作テーブルＪ２上に固定された板状の治具Ｊ３にワークＷの下方となる一方のフランジが載置されている。更に、ワークＷの上方となる他方のフランジの上に、板状の倣い型Ｊ１が載置されている。倣い型Ｊ１の形状は、機械加工後におけるワークＷの形状に対して、倣いガイド８の倣い型Ｊ１との接触面と、工具Ｔの切削面との間の距離分だけオフセットさせた形状となっている。すなわち、機械加工後におけるフランジの端面の位置に対して倣いガイド８の構造に応じた一定の距離だけオフセットさせた端面が、倣い型Ｊ１に形成されている。
　具体例として、直径が１０ｍｍの工具Ｔで外形加工を行う場合であれば、倣いガイド８の円筒状の部分８Ｂの直径を１４ｍｍから１５ｍｍとすることができる。その場合には、倣いガイド８の円筒状の部分８Ｂの側面と、工具Ｔの切削面との間の距離は２ｍｍから２．５ｍｍとなる。このため、倣い型Ｊ１の端面と、機械加工後におけるワークＷの形状との間におけるオフセット量は、２ｍｍから２．５ｍｍとなる。
　また、フランジの板厚方向に力が作用するとフランジの先端が歪む恐れがある。そこで、図２に例示されるように、下方のフランジと上方のフランジとの間にジャッキＪ４を配置して補強することが望ましい。
　そして、アーム４側に取付けられた段付き円筒状の倣いガイド８と、ワークＷ側に設置される板状の倣い型Ｊ１とを接触させながらアーム４を移動させることにより、エンドミルやルータビット等の工具ＴでワークＷの板状の部分を切断する外形トリム倣い加工を行うことができる。
　すなわち、倣いガイド８の円筒状の部分８Ｂの曲面を板状の倣い型Ｊ１の端面に接触させながらアーム４を移動させることによって、工具Ｔの進行方向Ｆ及び工具軸ＡＸの双方に垂直な工具径方向Ｄにおける工具Ｔの正確な位置決めを行いながら、ワークＷの倣い加工を行うことができる。他方、倣いガイド８の円板状の部材８Ａの平面を板状の倣い型Ｊ１の上面に接触させながらアーム４を移動させることによって、工具軸ＡＸ方向における工具Ｔの正確な位置決めを行いながら、ワークＷの倣い加工を行うことができる。換言すれば、倣いガイド８の構造を、段付き円筒状とすることによって、外形倣い加工用の倣い型Ｊ１の構造を、単純な板状構造とすることができる。
　もちろん、図２に示す例に限らず、所望の構造を有する部品に対する倣い加工が可能である。例えば、航空機部品であれば、Ｉ型、Ｔ型或いはハット型等の様々な横断面形状を有するストリンガの他、スパー（桁）、リブ（小骨）、パネル（外板）或いはこれらの組立品を倣い加工の対象となるワークＷとすることができる。例えば、パネルの外形トリム加工、フランジの端面のトリム加工、フランジの内面加工、フランジの外面加工等の外形倣い加工を行うことができる。また、航空機部品に限らず、自動車部品や鉄道車両部品など、所望の製品又は半製品を製造するために、機械加工用ロボット１による外形倣い加工を行うことができる。
　このため、倣い型Ｊ１の形状及び位置についてもワークＷの形状及び位置並びにアーム４側に取付けられる倣いガイド８の形状及び位置に応じて自由に決定することができる。
　また、アーム４には、アーム４に負荷される力を検出するための力センサ９が設けられる。力センサ９は、少なくとも工具Ｔからアーム４に負荷される力を検出するためのセンサである。すなわち、工具Ｔの側面に形成される切れ刃でワークＷの外形加工を行う場合であれば、ワークＷからは工具Ｔの進行方向Ｆ及び工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄを主成分とする反力が工具Ｔに作用する。また、溝加工のように工具Ｔの底刃でも切削加工を行う場合や、面取りカッターや逆面取りカッターによる加工のように、切削面が工具軸ＡＸ方向に平行でない場合には、工具Ｔの進行方向Ｆ及び工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄのみならず、工具軸ＡＸ方向の成分も有する加工反力がワークＷから工具Ｔに作用する。
　加えて、倣い型Ｊ１から倣いガイド８には、工具軸ＡＸ方向及び工具径方向Ｄを主成分とする反力が作用する。その結果、アーム４には、ワークＷ及び倣い型Ｊ１からの反力として、工具Ｔの進行方向Ｆ、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向を成分とする３次元的な反力が、工具Ｔ、回転機構７及び送り機構６を通じて間接的に負荷されることになる。
　そこで、互いに直交する３軸方向の力を検出することが可能な力センサ９を、アーム４の先端における取付治具５に取付けることができる。図１に示す例では、段付円盤状の力センサ９を介してアーム４に取付治具５が取付けられている。これにより、倣いガイド８とワークＷ側に設置される倣い型Ｊ１とを接触させながらアーム４を移動させることによる工具Ｔを用いたワークＷの外形倣い加工中において、工具Ｔからアーム４に負荷される力を力センサ９で検出することが可能となる。加えて、ワークＷの外形倣い加工中において、倣い型Ｊ１からアーム４に負荷される力についても力センサ９で検出することが可能となる。
　尚、図１に示す例では、力センサ９の接続面に工具軸ＡＸが垂直となるように、工具Ｔを回転させる回転機構７を内蔵した送り機構６のケーシング６Ａが取り付けられているが、図２に示す例では、力センサ９の接続面に工具軸ＡＸが平行となるように、工具Ｔを回転させる回転機構７を内蔵した送り機構６のケーシング６Ａが取付治具５に取り付けられている。このように、工具Ｔ、回転機構７及び送り機構６をアーム４に取付ける向きは、ワークＷ、倣いガイド８及び倣い型Ｊ１の各構造に応じて自由に決定することができる。
　力センサ９により力を検出することが可能な３軸方向と、工具Ｔの進行方向Ｆ、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向を一致させるか、或いは関連付けると、工具Ｔの進行方向Ｆ、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向における反力の各成分を力センサ９で検出することが可能となる。具体例として、図２に示すように力センサ９により互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向における力を検出することができる場合であれば、工具Ｔの進行方向ＦがＸ軸方向に、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向ＤがＹ軸方向に、工具軸ＡＸ方向がＺ軸方向に、それぞれ平行となるように工具Ｔをアーム４に取付けることができる。
　力センサ９により検出された力は、制御システム３に出力される。そして、制御システム３は、力センサ９により検出された力に基づいて、アーム４を制御できるように構成されている。
　図３は図１に示す機械加工用ロボット１に備えられる制御システム３の機能ブロック図である。
　制御システム３は、入力装置１０及び表示装置１１を接続したコンピュータ１２を用いて構成することができる。コンピュータ１２のＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｕｎｉｔ）等の演算装置は、ロボット２の制御プログラムを読込んで実行することにより、負荷取得部１３、制御信号生成部１４、制御情報保存部１５及び警告情報生成部１６として機能する。
　制御システム３は、更に、アーム制御部１７及び工具制御部１８を有する。アーム制御部１７は、コンピュータ１２の機能としてもよい。すなわち、アーム制御部１７を構成するための制御プログラムを読み込ませる処理回路類と、負荷取得部１３、制御信号生成部１４、制御情報保存部１５及び警告情報生成部１６として機能する処理回路類を共通にしてもよい。
　負荷取得部１３は、力センサ９で検出された力を取得して制御信号生成部１４及び警告情報生成部１６に通知する機能を有する。具体的には、工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力を成分として含む力が負荷取得部１３において力センサ９から取得され、取得された３方向の成分を有する力が制御信号生成部１４及び警告情報生成部１６に通知される。
　制御信号生成部１４は、制御情報保存部１５に制御情報として保存された機械加工制御プログラムに基づいて、アーム４、送り機構６及び回転機構７を制御する機能を有する。
　回転式の工具Ｔを保持させた機械加工用ロボット１でワークＷの切削加工を行うためには、アーム４の制御の他、送り機構６及び回転機構７の制御を行うことが必要である。そこで、アーム４の制御プログラム、送り機構６の制御プログラム及び回転機構７の制御プログラムで構成される機械加工制御プログラムを作成し、作成した機械加工制御プログラムを制御情報保存部１５に機械加工用ロボット１の制御情報として保存することができる。
　そして、制御信号生成部１４には、制御情報保存部１５に保存された機械加工制御プログラムを参照し、参照した機械加工制御プログラムに従って、アーム４、送り機構６及び回転機構７の各制御信号を生成する機能と、生成したアーム４の制御信号をアーム制御部１７を通じてアーム４の駆動部に出力する一方、生成した送り機構６及び回転機構７の制御信号を工具制御部１８を通じて送り機構６及び回転機構７にそれぞれ出力する機能が備えられる。
　特に、制御信号生成部１４は、負荷取得部１３から通知された力と、外形倣い加工用のアーム４の制御プログラムとに基づいて、外形倣い加工用のアーム４の制御信号を生成し、生成した制御信号をアーム４に出力することによって外形倣い加工が実施されるようにアーム４を自動制御する機能を有している。
　外形倣い加工用のアーム４の制御プログラムは、倣いガイド８が倣い型Ｊ１に接触しながら移動するようにアーム４の軌道及び移動速度を教示するプログラムである。すなわち、外形倣い加工用の制御プログラムは、教示位置及び教示速度を指定することによって、アーム４の移動方向及び移動速度を教示するためのプログラムである。従って、外形倣い加工用の制御プログラムは、倣い型Ｊ１の形状情報に基づいて作成される。
　例えば、倣い型Ｊ１によって直線的な機械加工を行う場合であれば、倣い型Ｊ１の倣いガイド８との接触面の空間位置に基づいてアーム４の空間位置及び移動方向を教示する外形倣い加工用の制御プログラムを作成することができる。また、倣い型Ｊ１によって曲線的又は工具軸ＡＸ方向の変化を伴う加工を行う場合であれば、倣い型Ｊ１の倣いガイド８との接触面の２次元的又は３次元的な形状情報に基づいて、アーム４の空間位置及び移動方向を教示する外形倣い加工用の制御プログラムを作成することができる。
　作成された外形倣い加工用のアーム４の制御プログラムは、制御情報保存部１５に保存して、ワークＷの外形倣い加工を行う際に制御信号生成部１４が参照できるようにすることができる。但し、上述したように、制御信号生成部１４は、ワークＷの外形倣い加工を行う場合には、外形倣い加工用のアーム４の制御プログラムのみならず、力センサ９から負荷取得部１３を通じて取得した力にも基づいて、アーム４の制御信号を生成するように構成されている。
　制御信号生成部１４では、工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力を成分として含む力を、力センサ９から負荷取得部１３を通じて取得することができる。図２に例示されるように、工具Ｔの進行方向Ｆ、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向が、力センサ９により力を検出することが可能なＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向と一致している場合には、力センサ９から負荷取得部１３を通じて取得された直交３成分を含む力に基づいて直接、工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力を求めることができる。
　また、工具Ｔの進行方向Ｆ、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向と、力センサ９により力を検出することが可能なＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向が、既知の角度で変化せずに傾斜又は回転しているような場合には、座標変換処理によって工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力を求めることができる。
　更に、工具Ｔの進行方向Ｆ、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向と、力センサ９により力を測定することが可能なＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向との幾何学的な位置関係が、倣い加工中において変化する場合であっても、倣い型Ｊ１及び加工後におけるワークＷの少なくとも一方の形状情報に基づいて、工具Ｔの進行方向Ｆ、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向を特定することができる。このため、座標変換処理によって工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力を求めることができる。
　図４は、図２に示す機械加工用ロボット１を用いた外形倣い加工中において工具Ｔの進行方向Ｆが変化する場合に工具Ｔの進行方向Ｆの反力及び工具径方向Ｄの反力を求める方法を説明する図である。
　図４に示すようにＲ面取りが施されたコーナーを有する外形のトリム加工を倣い型Ｊ１を用いた倣い加工によって行う場合には、工具Ｔの進行方向Ｆが加工後におけるワークＷの外形及び倣い型Ｊ１の接線方向に変化することになる。この場合、倣いガイド８に工具径方向Ｄに作用する反力の向きは、ワークＷの切削面、すなわち加工後におけるワークＷの表面及び倣い型Ｊ１の表面に垂直な法線方向となる。
　従って、力センサ９の向きを変化させず工具軸ＡＸ方向をＺ軸方向として外形トリム加工を行うと、力センサ９により力を検出することが可能なＸ軸方向及びＹ軸方向と、工具Ｔの進行方向Ｆ及び倣いガイド８が反力を受ける工具径方向Ｄとの相対的な関係が変化することになる。
　このような場合には、倣い型Ｊ１又は加工後におけるワークＷの２次元形状に基づいて、加工後におけるワークＷの表面又は倣い型Ｊ１の表面に垂直な方向を、工具Ｔ及び倣いガイド８がワークＷ及び倣い型Ｊ１からそれぞれ反力を受ける工具径方向Ｄとして特定することができる。或いは、アーム４の制御プログラムから特定される工具Ｔの教示位置に基づいてワークＷの表面及び倣い型Ｊ１の表面に垂直な方向を、工具Ｔ及び倣いガイド８がワークＷ及び倣い型Ｊ１からそれぞれ反力を受ける工具径方向Ｄとして特定するようにしてもよい。そして、特定した工具径方向Ｄにおける反力を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における力の各検出値に基づいてベクトル計算として算出することができる。
　図５は、図２に示す機械加工用ロボット１を用いた外形倣い加工中において工具Ｔの進行方向Ｆが変化しない場合であっても、力センサ９の向きが変化する場合の例を示す図である。
　外形倣い加工中において工具Ｔの進行方向Ｆが変化しない場合であっても、アーム４の駆動軸の位置によっては図５に示すように力センサ９の向きが変化する。すなわち、アーム４の駆動軸の制約から力センサ９を工具Ｔの進行方向Ｆに平行移動できない場合には、工具Ｔの進行方向Ｆが直線的で変化しない場合であっても、力センサ９の向きが変化することになる。このような場合においても、倣い型Ｊ１の形状、加工後におけるワークＷの形状或いは工具Ｔの教示位置に基づいてワークＷの表面及び倣い型Ｊ１の表面に垂直な方向を、工具Ｔ及び倣いガイド８がワークＷ及び倣い型Ｊ１からそれぞれ反力を受ける工具径方向Ｄとして特定することができる。そうすると、特定した工具径方向Ｄにおける反力を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における力の各検出値に基づいてベクトル計算として算出することができる。
　尚、力センサ９によりベクトルの３成分として検出された力の時間変化に基づいて、工具Ｔの進行方向Ｆ、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向を検出するようにしてもよい。その場合には、倣い型Ｊ１及びワークＷの形状情報を用いずに、工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力を求めることができる。
　制御信号生成部１４には、上述したような方法で、力センサ９により検出された力に基づいて、工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力を求める機能が備えられる。そして、制御信号生成部１４では、アーム４に負荷される力の方向に応じたアーム４の制御を行うことができる。
　例えば、ワークＷの切削加工中において工具Ｔの進行方向Ｆへの送り速度が速くなる程、切削抵抗が増加し、ワークＷから工具Ｔへの反力が増大する。また、工具Ｔの進行方向Ｆへの送り速度が一定であっても、板状のワークＷの厚さが変化したり、ワークＷの削り代が大きくなれば、ワークＷから工具Ｔへの反力が増大する。更に、工具Ｔが摩耗し、切れ味が劣化した場合においても、ワークＷから工具Ｔへの反力が増大する。
　ワークＷから工具Ｔに負荷される反力が過剰となると、工具Ｔにびびり振動等の振動が発生する。工具Ｔに振動が生じると、倣いガイド８及び倣い型Ｊ１を用いた外形倣い加工を行ったとしても、加工面の表面粗さが粗くなり、加工後のワークＷとして得られる製品又は半製品の品質劣化に繋がる。従って、製品又は半製品の要求品質を確保するためには、工具Ｔに過剰な反力が負荷されないようにすることが重要である。工具Ｔに負荷される反力を減少させるためには、工具Ｔの進行方向Ｆにおける送り速度を減少させればよい。
　しかしながら、工具Ｔの進行方向Ｆにおける送り速度を減少させ過ぎると、ワークＷの加工時間の増加、すなわち加工能率の低下に繋がる。従って、ワークＷの加工能率を向上させる観点からは、工具Ｔに負荷される反力が過剰とならない範囲で、工具Ｔの進行方向Ｆにおける送り速度を増加させることが好ましい。
　つまり、ワークＷの加工品質の確保及び加工能率の向上を両立させようとする場合、ワークＷの加工条件によって工具Ｔの進行方向Ｆにおける理想的な送り速度が変化することになる。これに対して、アーム４の制御プログラムにおいて加工条件に応じて教示速度を変えようとすると、加工条件を定義するための多数のパラメータの設定を伴う非常に複雑で非現実的な処理が必要となる。
　そこで、制御信号生成部１４では、力センサ９により直接測定された、或いは力センサ９を用いて座標変換等の処理を伴って間接的に取得された工具Ｔの進行方向Ｆにおける力に基づいて、工具Ｔの進行速度が所定の制御値となるように外形倣い加工用のアーム４の制御信号を生成するようにすることができる。つまり、外形倣い加工において工具Ｔの進行方向Ｆにおける反力が過剰とならないように、工具Ｔの進行速度を自動調整することができる。
　工具Ｔの進行速度を自動調整する方法の具体例としては、工具Ｔの進行方向Ｆにおける反力が所定の範囲内となるように工具Ｔの進行速度を自動制御する方法が挙げられる。その場合には、制御信号生成部１４が、力センサ９を用いて取得される工具Ｔの進行方向Ｆにおける力が一定又は所定の範囲内となるように工具Ｔの進行速度の制御値を決定し、工具Ｔの進行速度が、決定した工具Ｔの進行速度の制御値となるように外形倣い加工用のアーム４の制御信号を生成するようにすればよい。つまり、工具Ｔの進行方向Ｆにおける力を一定又は所定の範囲内とする工具Ｔの進行速度のフィードバック制御を行うようにすればよい。
　尚、実際に工具Ｔとしてダイヤモンド工具又は超硬工具を用いてＣＦＲＰで構成されるワークＷの外形トリム加工試験を行った。その結果、工具Ｔとしてダイヤモンド工具を使用する場合にはダイヤモンド工具への反力が３ｋｇｆ以上１０ｋｇｆ以下となるようにアーム４の移動速度を自動調整する一方、工具Ｔとして超硬工具を使用する場合には超硬工具への反力が３ｋｇｆ以上５ｋｇｆ以下となるようにアーム４の移動速度を自動調整すれば、工具Ｔに極端な振動が発生することなく、良好な切削面が得られることが確認された。従って、ＣＦＲＰで構成されるワークＷの外形トリム倣い加工を行う場合には、上述した条件でワークＷの外形トリム加工を行うことによって複合材の製品又は半製品を製造することが好ましい。
　尚、超硬合金は、炭化タングステン粉末に炭化チタンや炭化タンタル等の添加物質を添加し、コバルトで焼結した材料である。一方、ダイヤモンド工具は、ダイヤモンドの単結晶を成型した工具又はダイヤモンド微粉にコバルト等の添加物質を添加して焼結した多結晶焼結体で構成される工具である。
　工具Ｔの進行速度を自動調整する方法の別の具体例としては、工具Ｔの進行速度を、工具Ｔの進行方向Ｆにおける力に応じて予め決定した速度に変化させる方法が挙げられる。
　図６は、図１に示す機械加工用ロボット１におけるアーム４の制御方法を説明するグラフである。
　図６において横軸は工具Ｔの進行方向Ｆに負荷される力（ｋｇｆ）の検出値を示し、縦軸は工具Ｔの進行速度の制御値を示す。図６に示すように、アーム４に工具Ｔの進行方向Ｆから負荷される力と、工具Ｔの進行速度の制御値とを関連付けたテーブル又は関数を準備しておくことができる。作成したテーブル又は関数は、制御情報保存部１５に保存しておくことができる。
　図６に示す例では、工具Ｔの進行方向Ｆにおける力が３．５ｋｇｆ以下である場合には、ワークＷからの反力が小さいため、工具Ｔの進行速度が、ユーザから制御プログラム内のパラメータとして与えられた教示速度となるように決定されている。一方、工具Ｔの進行方向Ｆにおける力が５．５ｋｇｆ以上である場合には、ワークＷからの反力が大きいため、工具Ｔの振動を抑制する観点から工具Ｔの進行速度が教示速度の５０％となるように決定されている。また、工具Ｔの進行方向Ｆにおける力が３．５ｋｇｆ以上５．５ｋｇｆ以下である場合には、工具Ｔの進行速度が教示速度の１００％から５０％まで線形に変化するように決定されている。つまり、図６に示す例では、工具Ｔの進行方向Ｆにおける力が閾値を超えた場合には、工具Ｔの進行速度が自動的に教示速度の５０％まで徐々に減速するように工具Ｔの進行速度制御プログラムが作成されている。
　もちろん、図６に示す例に限らず、切削試験等の結果に応じてアーム４に工具Ｔの進行方向Ｆから負荷される力と、工具Ｔの進行速度の制御値とを任意の関数等で関連付けることができる。例えば、工具Ｔの進行方向Ｆから負荷される力が増加するにつれて、ステップ状に工具Ｔの進行速度の制御値を減少させたり、或いは、工具Ｔの進行速度の制御値を曲線的に減少させることもできる。また、工具Ｔの進行方向Ｆから負荷される力と、工具Ｔの進行速度の制御値の数値同士を関連付けたテーブルを準備してもよい。
　このように、アーム４に工具Ｔの進行方向Ｆから負荷される力と工具Ｔの進行速度の制御値とを関連付けたテーブル又は関数を準備して制御情報保存部１５に保存すると、制御信号生成部１４では、制御情報保存部１５に保存されたテーブル又は関数に基づいて、倣い加工中において力センサ９を用いて実際に取得された工具Ｔの進行方向Ｆにおける力に対応する工具Ｔの進行速度の制御値を決定することが可能となる。そして、制御信号生成部１４では、工具Ｔの進行速度が、決定した工具Ｔの進行速度の制御値となるように外形倣い加工用のアーム４の制御信号を生成することができる。
　尚、アーム４に工具Ｔの進行方向Ｆから負荷される力が極端に大きい場合には、工具Ｔの進行速度を減速しても工具Ｔの振動が十分に抑制できない可能性がある。そこで、制御信号生成部１４に、負荷取得部１３により取得された工具Ｔの進行方向Ｆにおける力が閾値以上又は閾値を超えた場合には、アーム４の移動を停止させることによって外形倣い加工を中断させる機能を設けることができる。すなわち、負荷取得部１３により取得された工具Ｔの進行方向Ｆにおける力が閾値以上又は閾値を超えた場合には、アーム４の移動を停止させる制御信号を生成してアーム制御部１７に出力する機能を制御信号生成部１４に設けることができる。
　もちろん、ワークＷや倣い型Ｊ１のセットミスによる工具Ｔ及び倣いガイド８との干渉等を回避する観点から、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力が閾値以上又は閾値を超えた場合においても、アーム４の移動を停止させる制御を行うことができる。
　上述したように、制御信号生成部１４では、工具Ｔの進行方向Ｆにおける反力のみならず、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの反力及び工具軸ＡＸ方向の反力も求めることができる。このため、制御信号生成部１４では、工具Ｔの進行方向Ｆにおける反力に基づくアーム４のフィードバック制御のみならず、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの反力に基づくアーム４のフィードバック制御及び工具軸ＡＸ方向の反力に基づくアーム４のフィードバック制御を行うことができる。
　片持ち構造を有するアーム４の剛性は、工作機械の主軸の剛性と比べると極端に小さい。このため、制御プログラムのみに従ってアーム４を制御すると、加工反力や自重等によるアーム４の撓みによって、工具Ｔの実際の位置と、制御プログラムで指示された工具Ｔの教示位置との間には誤差が生じる。このようなアーム４の位置決め精度に由来する誤差は、公差が±０．１ｍｍから±１．０ｍｍ程度の加工精度が要求されるワークＷの加工においては無視できない誤差となる。特に外形倣い加工を行う場合において、制御プログラムのみに従ってアーム４を制御すると、倣いガイド８が倣い型Ｊ１に確実に接触しない恐れがある。
　そこで、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの反力に基づくアーム４の力制御及び工具軸ＡＸ方向の反力に基づくアーム４の力制御を行うことによって、倣い加工中において倣いガイド８を適切な力で倣い型Ｊ１に確実に押し付けることができる。
　具体的には、制御信号生成部１４において、力センサ９を用いて取得される工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄにおける力が一定又は所定の範囲内となるように工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄにおける位置の制御値を決定することができる。すなわち、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄにおける反力が一定又は所定の範囲内となるように、制御プログラムによる工具Ｔの教示位置を工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄにオフセットさせる補正を行い、補正後の位置を、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄにおける位置の制御値として設定することができる。そして、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄにおける位置が、決定した工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄにおける位置の制御値となるように外形倣い加工用のアーム４の制御信号を生成してアーム制御部１７に出力することができる。
　つまり、倣い型Ｊ１及びワークＷから倣いガイド８及び工具Ｔに負荷される工具径方向Ｄにおける反力が一定又は所定の範囲内となるようにアーム４をフィードバック制御することができる。これにより、倣い加工中において倣いガイド８を一定又は所定の範囲内となる適切な力で倣い型Ｊ１に工具径方向Ｄに確実に押し付けることができる。
　同様に、制御信号生成部１４において、力センサ９を用いて取得される工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における力が一定又は所定の範囲内となるように工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における位置の制御値を決定することができる。すなわち、工具軸ＡＸ方向における反力が一定又は所定の範囲内となるように、制御プログラムによる工具Ｔの教示位置を工具軸ＡＸ方向にオフセットさせる補正を行い、補正後の位置を、工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における位置の制御値として設定することができる。そして、工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における位置が、決定した工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における位置の制御値となるように外形倣い加工用のアーム４の制御信号を生成してアーム制御部１７に出力することができる。
　つまり、倣い型Ｊ１から倣いガイド８に負荷される工具軸ＡＸ方向における反力が一定又は所定の範囲内となるようにアーム４をフィードバック制御することができる。これにより、倣い加工中において倣いガイド８を一定又は所定の範囲内となる適切な力で倣い型Ｊ１に工具軸ＡＸ方向に確実に押し付けることができる。
　尚、工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向の少なくとも一方について倣いガイド８を一定又は所定の範囲内となる適切な力で倣い型Ｊ１に押し付ける力制御を行う場合には、倣い型Ｊ１及びワークＷに、付与される力によって変形しない程度の強度が必要である。また、倣い型Ｊ１及びワークＷは、力制御によって力が付与されても、位置ずれが生じないように固定することが必要である。従って、力制御によって付与される力を、倣い型Ｊ１及びワークＷの変形及び位置ずれが生じないような力に決定することが必要である。
　ところで、工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における位置決めは、アーム４の移動に限らず、送り機構６の動作によっても行うことができる。そこで、制御信号生成部１４では、力センサ９を用いて取得される工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における反力に基づいて送り機構６を自動制御することができる。
　送り機構６の動作によって工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における位置決めが行われる典型的な例としては、穿孔が挙げられる。これは、穿孔を行う場合には、送り機構６の直線的な動作によって工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における位置決めを行う方が、補間処理を伴うアーム４の直線移動によって工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における位置決めを行う場合に比べて遥かに精度が良いためである。
　そこで、制御信号生成部１４では、工具ＴでワークＷの穿孔を行う場合には、力センサ９を用いて取得される工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における力が一定又は所定の範囲内となるように送り機構６の送り速度の制御値を決定し、決定した送り速度の制御値となるように穿孔用の送り機構６の制御信号を生成して送り機構６に出力することができる。これにより、工具ＴでワークＷの穿孔を行う場合において、工具Ｔの工具軸ＡＸ方向における反力をできるだけ一定にして穿孔を行うことが可能となる。
　制御システム３のアーム制御部１７は、制御信号生成部１４で生成されたアーム４の制御信号を、アーム４の駆動部に出力することによってアーム４を制御する機能を有する。一方、工具制御部１８は、制御信号生成部１４で生成された送り機構６及び回転機構７の制御信号を、それぞれ送り機構６及び回転機構７に出力することによって送り機構６及び回転機構７を制御する機能を有する。図１に例示されるように、送り機構６及び回転機構７の双方が空気圧式であれば、工具制御部１８には、制御信号生成部１４で生成された制御信号を、電気信号からエア信号に変換して送り機構６及び回転機構７にそれぞれ出力する機能が備えられる。
　警告情報生成部１６は、負荷取得部１３により取得された力に基づいて工具Ｔの進行方向Ｆにおける力を取得し、工具Ｔの進行方向Ｆにおける力が閾値以上又は閾値を超えた場合には、表示装置１１に警告メッセージとして警告情報を出力させる機能を有する。尚、表示装置１１の代わりに、或いは表示装置１１に加えてランプやスピーカ等の出力装置に光、警告音又は音声によるメッセージとして警告情報を出力するようにしてもよい。
　すなわち、上述したようにアーム４に工具Ｔの進行方向Ｆから負荷される力が過剰な場合、工具Ｔが振動して加工品質が劣化する恐れがある。そこで、アーム４の停止に先だって、警告情報を出力させることができる。もちろん、ワークＷや倣い型Ｊ１のセットミスによる工具Ｔ及び倣いガイド８との干渉等を回避する観点から、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力が閾値以上又は閾値を超えた場合においても、アーム４の停止に先だって、警告情報を出力させることができる。
　警告情報生成部１６において警告情報を出力させるべきか否かを判定するための閾値は、制御信号生成部１４においてアーム４を停止させるべきか否かを判定する閾値よりも低く設定することが適切である。すなわち、負荷取得部１３により取得された力が第１の閾値以上又は第１の閾値を超えた場合には、警告情報生成部１６が警告情報を出力し、負荷取得部１３により取得された力が第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上又は第２の閾値を超えた場合には、制御信号生成部１４がアーム４の移動を停止させる制御を行うようにすることができる。
　尚、工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力のそれぞれについて閾値処理を行う場合には、第１の閾値及び第２の閾値が工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力のそれぞれについて設定されることになる。
　上述した制御システム３の機能を実現するための制御プログラムの全部又は一部は、情報記録媒体に記録してプログラムプロダクトとして流通させることができる。例えば、外形倣い加工中において力センサ９により検出された、アーム４に負荷される力を取得するステップと、取得された力と、外形倣い加工用のアーム４の制御情報とに基づいて、外形倣い加工用のアーム４の制御信号を生成し、生成した制御信号をアーム４に出力することによって外形倣い加工が実施されるようにアーム４を自動制御するステップを、制御システム３に実行させる制御プログラムを、プログラムプロダクトとして流通させることができる。そうすると、従来のロボットの制御システムに、ロボット２の制御プログラムを読込ませることによって、従来のロボットに外形倣い加工用の制御機能を付加することができる。このため、従来のロボットに送り機構６、回転機構７、倣いガイド８及び工具Ｔを取付けることによって、機械加工用ロボット１を構成することができる。
（機械加工用ロボットによる機械加工方法及びロボットの制御システムによるロボットの制御方法）
　ロボット２を制御してワークＷの外形倣い加工を行う場合には、ワークＷがセットされる他、ワークＷ側の所定の位置に倣い型Ｊ１がセットされる。具体例として、図２に示すように、工作テーブルＪ２上に固定された板状の治具Ｊ３にワークＷが固定され、ワークＷの上に倣い型Ｊ１が固定される。他方、力センサ９を備えたアーム４に取付治具５を介して送り機構６、回転機構７、倣いガイド８及び回転式の工具Ｔが取付けられる。
　また、倣いガイド８が倣い型Ｊ１に接触しながら移動するようにアーム４の軌道を教示する制御プログラムがユーザによって作成される。作成されたアーム４の制御プログラムは、送り機構６の制御プログラム及び回転機構７の制御プログラムとともに機械加工制御プログラムとして入力装置１０の操作によって制御情報保存部１５に書込まれる。
　そして、制御情報保存部１５に保存されたアーム４の制御プログラムに従って、制御信号生成部１４が、工具Ｔを倣い型Ｊ１の端面から倣いガイド８の厚さ分だけオフセットさせた経路に沿って移動させるためのアーム４の初期の制御信号を生成する。生成されたアーム４の初期の制御信号は、アーム制御部１７を通じてアーム４の駆動部に出力される。
　また、制御情報保存部１５に保存された送り機構６の制御プログラム及び回転機構７の制御プログラムに従って、制御信号生成部１４が、工具Ｔの先端が必要な位置まで送り出された状態で回転するように送り機構６及び回転機構７の制御信号を生成する。生成された送り機構６及び回転機構７の制御信号は、工具制御部１８を通じて送り機構６及び回転機構７にそれぞれ出力される。
　このため、アーム４が移動し、工具Ｔが初期の教示位置に移動する。また、工具Ｔの先端が必要な位置まで送り出されて回転する。
　制御信号生成部１４は、引き続き制御プログラムに従って工具Ｔを教示軌道に沿って移動させるためのアーム４の制御信号を生成する。生成されたアーム４の制御信号は、アーム制御部１７を通じてアーム４の駆動部に出力される。このため、アーム４が移動し、倣いガイド８が倣い型Ｊ１に接触しながら工具Ｔが制御プログラムで教示された方向に進行する。これにより、回転する工具ＴによるワークＷの外形倣い加工が開始される。
　工具Ｔが進行してワークＷに接触すると、工具ＴにはワークＷからの加工反力が負荷される。また、倣い型Ｊ１から倣いガイド８にも、押付力に対応する反力が負荷される。工具Ｔ及び倣いガイド８に負荷される反力は、アーム４に伝達される。その結果、工具Ｔ及び倣いガイド８からアーム４に力が負荷される。
　外形倣い加工中において工具Ｔからアーム４に負荷される力は、アーム４に取付けられた力センサ９により検出される。力センサ９により検出された力は、ロボット２の制御システム３に出力される。そうすると、負荷取得部１３が力センサ９から出力された力の検出値を取得して制御信号生成部１４に与える。
　制御信号生成部１４は、力センサ９から出力された力の検出値を取得すると、取得した力の検出値に基づいて、工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力を、それぞれ検出する。そして、制御信号生成部１４は、工具Ｔの進行方向Ｆの力、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力に基づいて、アーム４を自動制御する。
　すなわち、制御信号生成部１４は、外形倣い加工用のアーム４の制御プログラムのみならず、負荷取得部１３から取得した力にも基づいて、外形倣い加工用のアーム４の制御信号を生成する。生成されたアーム４の制御信号は、アーム制御部１７を通じてアーム４の駆動部に出力される。これにより、アーム４の力制御を伴う外形倣い加工が実施される。
　具体的には、工具Ｔの進行方向Ｆの力に基づいてアーム４及び工具Ｔの移動速度が自動調整される。例えば、工具Ｔの進行方向Ｆにおける反力が一定又は所定の範囲となるようにアーム４及び工具Ｔの移動速度がフィードバック制御される。或いは、工具Ｔの進行方向Ｆにおける反力が過剰な場合には、アーム４の制御プログラムにおいてパラメータとして指定された工具Ｔの教示速度よりも遅い速度となるように工具Ｔの進行速度が減速される。
　これにより、工具Ｔに過剰な反力が負荷されることを回避し、工具Ｔの振動による加工品質の劣化を防止することができる。逆に、工具Ｔの過剰な減速を回避することによって、加工能率を向上させることができる。
　更に、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力に基づいてアーム４及び工具Ｔの位置が自動調整される。すなわち、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄの力及び工具軸ＡＸ方向の力が一定又は所定の範囲となるようにアーム４及び工具Ｔの位置が微調整される。これにより、外形倣い加工中において、倣いガイド８から倣い型Ｊ１に常に適切な押付力を負荷することができる。その結果、より正確な寸法を有するワークＷを加工することができる。例えば、公差が±０．１ｍｍから±１．０ｍｍ程度の加工精度でワークＷを加工することができる。
　そして、アーム４の力制御を伴う外形倣い加工が完了すると、加工後のワークＷとして製品又は半製品を製造することができる。
（効果）
　以上のような機械加工用ロボット１及び機械加工方法は、ワークＷに設置された倣い型Ｊ１と、ロボット２のアーム４側に取付けられた倣いガイド８とを接触させることによってワークＷの外形倣い加工を行うようにし、かつ力センサ９で検出された加工反力に基づいてアーム４の移動を制御するようにしたものである。具体的には、工具Ｔの進行方向Ｆにおける反力が過剰とならないように、工具Ｔ及びアーム４の移動速度を制御する一方、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向における反力が一定又は所定の範囲内となるようにアーム４を制御するようにしたものである。また、ロボット２の制御システム３及び制御方法は、上述した外形倣い加工を行うためのロボット２のアーム４の制御を行うことができるようにしたものである。
　このため、機械加工用ロボット１、機械加工方法、ロボット２の制御システム３、ロボット２の制御方法及びロボット２の制御プログラムによれば、ロボット２を用いてワークＷの外形トリム加工、外形粗加工、外形仕上げ加工、溝加工、ポケット加工或いは穿孔等のワークＷからの反力が大きな重切削機械加工を高精度に行うことが可能となる。その結果、大規模な工作機械を設置することなく、ワークＷの機械加工を自動化することができる。
　すなわち、ワークＷに設置された倣い型Ｊ１と、ロボット２のアーム４側に取付けられた倣いガイド８とを接触させる倣い加工によって、工作機械に比べて位置決め精度が低いロボット２のアーム４に取付けられた工具Ｔであっても、高精度に位置決めすることができる。このため、公差が±０．１ｍｍから±１．０ｍｍ程度の加工精度が要求されるワークＷであっても、公差内でワークＷの加工を仕上げることができる。特に、ワークＷに倣い型Ｊ１を設置することによって、直線加工のみならず、曲線加工を行うことができる。このため、外形トリム加工等の所望の形状を形成するためのワークＷの切削加工を行うことができる。
　加えて、工具Ｔの進行方向Ｆに垂直な工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向における反力が一定又は所定の範囲内となるようにアーム４を制御することによって、倣いガイド８を常に適切な押付力で工具径方向Ｄ及び工具軸ＡＸ方向の双方に倣い型Ｊ１に接触させることができる。このため、外形トリム加工等の加工反力が大きい重切削加工であっても、工作機械の主軸の剛性に比べて剛性が低いロボット２のアーム４を用いて行うことが可能となる。すなわち、従来は、剛性が低いロボットアームでは困難であると考えられてきた、外形トリム加工等の反力が大きい外形倣い加工をロボット２のアーム４を用いて行うことが可能となる。
　しかも、工具Ｔの進行方向Ｆにおける反力が過剰とならないように、工具Ｔ及びアーム４の移動速度が自動調整されるため、工作機械の主軸の剛性に比べて剛性が低いロボット２のアーム４で保持された工具Ｔの振動を抑制することができる。その結果、工作機械と比較して極めて安価なロボット２を用いて工作機械並みの加工品質を得ることができる。
　また、ワークＷの板厚が変化する場合や工具Ｔの摩耗等によってワークＷからの反力が一定とならない場合であっても、ワークＷからの反力に追従して工具Ｔ及びアーム４の移動速度を適切に自動調整することができる。このため、工具Ｔの過剰な減速の回避による加工効率の向上と、過剰な速度での工具Ｔの移動に伴う不具合の防止を両立させることができる。
（他の実施形態）
　以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
　例えば、上述した実施形態では、ロボット２のアーム４に回転機構７を介して回転式の工具Ｔを取付けてワークＷの機械加工を行う場合について説明したが、回転式でない工具をロボット２のアーム４に取付けてワークＷの加工を行うこともできる。具体例として、バンドソーやワイヤソー等のソーをロボット２のアーム４に取付けて、ワークＷの切断加工を行うこともできる。その場合においても、ワークＷ側に倣い型を設置する一方、アーム４に倣いガイドを取付ることによって、倣い加工を行うことができる。また、力センサ９で測定されたワークＷ及び倣い型からの反力に基づくアーム４の自動制御を行うこともできる。

Claims (15)

  1. 　工具を回転させながら保持し、前記工具を少なくとも２次元方向に移動させることが可能な、前記工具の回転機構を取付けたアームを備えたロボットの制御システムであって、
    　前記アームに取付けられた倣いガイドと機械加工物側に設置される倣い型とを接触させながら前記アームを移動させることによる前記工具を用いた前記機械加工物の外形倣い加工中において少なくとも前記工具から前記アームに負荷される力を測定する力センサにより測定された前記力を取得する負荷取得部と、
    　前記負荷取得部により取得された前記力と、前記外形倣い加工用の前記アームの制御情報とに基づいて、前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成し、生成した前記制御信号を前記アームに出力することによって前記外形倣い加工が実施されるように前記アームを自動制御する制御信号生成部と、
    を有するロボットの制御システム。
  2. 　前記制御信号生成部は、前記工具の進行方向における力に基づいて前記工具の進行速度が所定の制御値となるように前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成するように構成される請求項１記載のロボットの制御システム。
  3. 　前記制御信号生成部は、前記アームに前記工具の進行方向から負荷される力と前記工具の進行速度の制御値とを関連付けたテーブル又は関数に基づいて、前記力センサを用いて取得された前記工具の進行方向における力に対応する前記工具の進行速度の制御値を決定し、前記工具の進行速度が、決定した前記工具の進行速度の制御値となるように前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成するように構成される請求項１又は２記載のロボットの制御システム。
  4. 　前記制御信号生成部は、前記工具の進行方向における力が一定又は所定の範囲内となるように前記工具の進行速度の制御値を決定し、前記工具の進行速度が、決定した前記工具の進行速度の制御値となるように前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成するように構成される請求項１又は２記載のロボットの制御システム。
  5. 　前記制御信号生成部は、前記工具の進行方向に垂直な工具径方向における力が一定又は所定の範囲内となるように前記工具径方向における位置の制御値を決定し、前記工具の進行方向に垂直な工具径方向における位置が、決定した前記工具径方向における位置の制御値となるように前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成するように構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボットの制御システム。
  6. 　前記工具を３次元方向に移動させることが可能な、回転機構を取付けたアームを備えたロボットの制御システムであって、
    　前記制御信号生成部は、前記工具の工具軸方向における力が一定又は所定の範囲内となるように前記工具の工具軸方向における位置の制御値を決定し、前記工具の工具軸方向における位置が、決定した前記工具の工具軸方向における位置の制御値となるように前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成するように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボットの制御システム。
  7. 　前記制御信号生成部は、前記負荷取得部により取得された前記力が閾値以上又は閾値を超えた場合には、前記アームの移動を停止させることによって前記外形倣い加工を中断させるように構成される請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボットの制御システム。
  8. 　前記負荷取得部により取得された前記力が閾値以上又は閾値を超えた場合には、出力装置に警告情報を出力させる警告情報生成部を更に有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のロボットの制御システム。
  9. 　前記工具に工具軸方向における送りを付与する送り機構を更に取付けたアームを備えたロボットの制御システムであって、
    　前記制御信号生成部は、前記工具で前記機械加工物の穿孔を行う場合には、前記工具の工具軸方向における力が一定又は所定の範囲内となるように前記送り機構の送り速度の制御値を決定し、前記送り速度が、決定した前記送り速度の制御値となるように前記穿孔用の前記送り機構の制御信号を生成して前記送り機構に出力するように構成される請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロボットの制御システム。
  10. 　請求項１乃至９のいずれか１項に記載のロボットの制御システムと、
    　前記アームと、
    　前記力センサと、
    を備える機械加工用ロボット。
  11. 　工具を回転させながら保持し、前記工具を少なくとも２次元方向に移動させることが可能な、前記工具の回転機構を取付けたアームを備えたロボットの制御方法であって、
    　前記アームの移動による前記工具を用いた機械加工物の外形倣い加工中において少なくとも前記工具から前記アームに負荷される力を測定する力センサにより測定された前記力を取得するステップと、
    　取得された前記力と、前記外形倣い加工用の前記アームの制御情報とに基づいて、前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成し、生成した前記制御信号を前記アームに出力することによって前記外形倣い加工が実施されるように前記アームを自動制御するステップと、
    を有するロボットの制御方法。
  12. 　工具を回転させながら保持し、前記工具を少なくとも２次元方向に移動させることが可能な、前記工具の回転機構を取付けたアームを備えたロボットの制御プログラムであって、
    　前記ロボットの制御システムに、
    　前記アームの移動による前記工具を用いた機械加工物の外形倣い加工中において少なくとも前記工具から前記アームに負荷される力を測定する力センサにより測定された前記力を取得するステップと、
    　取得された前記力と、前記外形倣い加工用の前記アームの制御情報とに基づいて、前記外形倣い加工用の前記アームの制御信号を生成し、生成した前記制御信号を前記アームに出力することによって前記外形倣い加工が実施されるように前記アームを自動制御するステップと、
    を実行させるロボットの制御プログラム。
  13. 　少なくとも２次元方向に移動させることが可能なアームを備えたロボットの前記アームに工具、前記工具を回転させる回転機構及び機械加工物側に設置される倣い型と接触させるための倣いガイドを取付けて、前記倣いガイドと前記倣い型とを接触させながら前記アームを移動させることによって前記工具を用いた前記機械加工物の外形倣い加工を行い、前記外形倣い加工によって製品又は半製品を製造するステップと、
    　前記外形倣い加工中において少なくとも前記工具から前記アームに負荷される力を力センサで測定するステップと、
    　前記力センサで測定された前記力に基づいて前記アームの移動速度を自動調整するステップと、
    を有する機械加工方法。
  14. 　前記工具としてダイヤモンド工具又は超硬工具を用いて炭素繊維強化プラスチックで構成される機械加工物の外形トリム加工を行うことによって複合材の製品又は半製品を製造する請求項１３記載の機械加工方法。
  15. 　前記工具として前記ダイヤモンド工具を使用する場合には前記ダイヤモンド工具への反力が３ｋｇｆ以上１０ｋｇｆ以下となるように前記アームの移動速度を自動調整する一方、前記工具として前記超硬工具を使用する場合には前記超硬工具への反力が３ｋｇｆ以上５ｋｇｆ以下となるように前記アームの移動速度を自動調整する請求項１４記載の機械加工方法。
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