WO2022145299A1

WO2022145299A1 - キサゲ加工を行うロボットシステム、方法、及びコンピュータプログラム

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Publication number: WO2022145299A1
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Abstract

従来、一方向に並ぶ複数の凹凸をキサゲ加工によってワークの表面に形成する作業は、熟練者によって手動で行われていた。　ロボットシステム１０は、ワークの表面を削るスクレーパ１６を移動させるロボット１２と、ロボット１２を制御する制御装置１８とを備える。制御装置１８は、ロボット１２によってスクレーパ１６を表面に押し付けながら該表面に沿う方向へ移動させることで、キサゲ加工を実行し、キサゲ加工を実行している間、ロボット１２がスクレーパ１６を表面に押し付ける押付力を繰り返し増減させるように該ロボット１２の位置を制御することで、表面を削る深さを繰り返し増減させる。

Description

キサゲ加工を行うロボットシステム、方法、及びコンピュータプログラム

　本開示は、キサゲ加工を行うロボットシステム、方法、及びコンピュータプログラムに関する。

　キサゲ加工を行うロボットが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００４－０４２１６４号公報

　従来、一方向に並ぶ複数の凹凸をキサゲ加工によってワークの表面に形成する作業は、熟練者によって手動で行われていた。

　本開示の一態様において、ワークの表面を平坦にするために削るキサゲ加工を行うロボットシステムは、表面を削るスクレーパを移動させるロボットと、ロボットを制御する制御装置とを備え、制御装置は、ロボットによってスクレーパを表面に押し付けながら該表面に沿う方向へ移動させることで、キサゲ加工を実行し、キサゲ加工を実行している間、ロボットがスクレーパを表面に押し付ける押付力を繰り返し増減させるように該ロボットの位置を制御することで、表面を削る深さを繰り返し増減させる。

　本開示の他の態様において、ワークの表面を削るスクレーパを移動させるロボットを用いて、該表面を平坦にするために削るキサゲ加工の方法は、ロボットによってスクレーパを表面に押し付けながら該表面に沿う方向へ移動させることでキサゲ加工を実行し、該キサゲ加工を実行している間、ロボットがスクレーパを表面に押し付ける押付力を繰り返し増減させるように該ロボットの位置を制御することで、表面を削る深さを繰り返し増減させる。

　本開示によれば、一方向に並ぶ複数の谷部及び山部を有する凹部を、ロボットの動作により迅速に形成できる。したがって、キサゲ加工のサイクルタイムを縮減することができるとともに、熟練者が形成するのと同等の品質を有する凹部を自動で形成することができる。

一実施形態に係るロボットシステムの概略図である。図１に示すロボットシステムのブロック図である。図１に示すスクレーパを、図１中の矢印Ｂから見た拡大図である。図１に示すスクレーパをワークの表面に押し付けた状態を示す。ワークの表面に対して設定された教示点の一例を示す。位置制御指令としての速度指令と、力制御指令としての速度指令を説明するための図である。キサゲ加工中にスクレーパが実際に移動する軌道を示す。一実施形態に係る力制御における押付力の時間変化特性を示す。キサゲ加工により形成された凹部を模式的に示す。キサゲ加工により形成された凹部を模式的に示す。キサゲ加工中のスクレーパの柄部の状態を模式的に示す。他の実施形態に係る力制御における押付力の時間変化特性を示す。さらに他の実施形態に係る力制御における押付力の時間変化特性を示す。さらに他の実施形態に係る力制御における押付力の時間変化特性を示す。さらに他の実施形態に係る力制御における押付力の時間変化特性を示す。キサゲ加工方法の動作フローの一例を示す。図１６中のステップＳ１のフローの一例を示す。図１６中のステップＳ２のフローの一例を示す。図１７中のステップＳ１３で実行する力制御における押付力の時間変化特性を示す。キサゲ加工におけるスクレーパの軌道の他の例を示す。ワークの表面に対して設定された教示点の他の例を示す。

　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。また、以下の説明においては、図中のロボット座標系Ｃ１のｘ軸プラス方向を右方、ｙ軸プラス方向を前方、ｚ軸プラス方向を上方として言及することがある。

　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、ワークＷの表面Ｑを平坦にするために削るキサゲ加工を行うシステムである。キサゲ加工とは、ワークＷの表面Ｑに形成された微小凹凸の、該ワークＷの厚さ方向の寸法を予め定めた範囲内（例えば、μｍオーダー）にするために、該表面Ｑを削る加工である。この微小凹凸は、摺動面として用いられる該表面Ｑに潤滑油を溜めるための、いわゆる「油溜り」として機能する。

　ロボットシステム１０は、ロボット１２、力センサ１４、スクレーパ１６、及び制御装置１８を備える。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、ロボットベース２０、旋回胴２２、下腕部２４、上腕部２６、及び手首部２８を有する。ロボットベース２０は、作業セルの床の上に固定されている。旋回胴２２は、鉛直軸周りに旋回可能となるように、ロボットベース２０に設けられている。

　下腕部２４は、旋回胴２２に水平軸周りに回動可能に設けられ、上腕部２６は、下腕部２４の先端部に回動可能に設けられている。手首部２８は、上腕部２６の先端部に回動可能に設けられた手首ベース２８ａと、手首軸Ａ１周りに回動可能となるように該手首ベース２８ａに設けられた手首フランジ２８ｂとを有する。

　ロボット１２の各構成要素（ロボットベース２０、旋回胴２２、下腕部２４、上腕部２６、手首部２８）には、サーボモータ３４（図２）が設けられている。これらサーボモータ３４は、制御装置１８からの指令に応じて、ロボット１２の各可動要素（旋回胴２２、下腕部２４、上腕部２６、手首部２８、手首フランジ２８ｂ）を駆動軸周りに回動させる。その結果、ロボット１２は、スクレーパ１６を移動させて任意の位置及び姿勢に配置することができる。

　力センサ１４は、ロボット１２がスクレーパ１６をワークＷの表面Ｑに押し付ける押付力Ｆを検出する。例えば、力センサ１４は、円筒状の本体部と、該本体部に設けられた複数の歪ゲージとを有する６軸力覚センサであって、手首フランジ２８ｂとスクレーパ１６との間に介挿されている。本実施形態においては、力センサ１４は、その中心軸が手首軸Ａ１と一致するように配置されている。

　スクレーパ１６は、力センサ１４の先端部に固定され、キサゲ加工のためにワークＷの表面を削る。具体的には、スクレーパ１６は、可撓性の柄部３０と、該柄部３０の先端部に固定された刃部３２とを有する。柄部３０は、その基端部が力センサ１４の先端部に固定され、該力センサ１４を介して、ロボット１２の手首フランジ２８ｂに連結されている。

　柄部３０は、力センサ１４の先端部から軸線Ａ２に沿って直線状に延びている。刃部３２は、柄部３０よりも高い剛性を有する金属材料（例えば、鋼鉄）から構成され、その基端３２ｂから先端３２ａまで軸線Ａ２に沿って延在している。なお、軸線Ａ２は、手首軸Ａ１と略直交してもよい。

　図３に示すように、刃部３２の先端３２ａは、上側（図１中の矢印Ｂの方向）から見た場合に、その幅方向両端から中央に向かうにつれて外方へ膨出するように湾曲している。スクレーパ１６は、その刃部３２の先端３２ａをワークＷの表面Ｑに押し当てて、該先端３２ａで該表面Ｑを削る。

　制御装置１８は、ロボット１２の動作を制御する。図２に示すように、制御装置１８は、プロセッサ４０、メモリ４２、Ｉ／Ｏインターフェース４４、入力装置４６、及び表示装置４８を有するコンピュータである。プロセッサ４０は、メモリ４２、Ｉ／Ｏインターフェース４４、入力装置４６、及び表示装置４８と、バス５０を介して通信可能に接続されており、これらコンポーネントと通信しつつ、キサゲ加工を実行するための演算処理を行う。

　メモリ４２は、ＲＡＭ又はＲＯＭ等を有し、プロセッサ４０が実行する演算処理で利用される各種データ、及び演算処理の途中で生成される各種データを、一時的又は恒久的に記憶する。Ｉ／Ｏインターフェース４４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）端子を有し、プロセッサ４０からの指令の下、外部機器との間でデータを有線又は無線で通信する。本実施形態においては、ロボット１２の各サーボモータ３４及び力センサ１４は、Ｉ／Ｏインターフェース４４に通信可能に接続されている。

　入力装置４６は、キーボード、マウス、又はタッチパネル等を有し、オペレータによるデータ入力が可能である。表示装置４８は、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等を有し、プロセッサ４０からの指令の下、各種データを視認可能に表示する。なお、入力装置４６又は表示装置４８は、制御装置１８の筐体に一体に組み込まれてもよいし、又は、制御装置１８の筐体とは別体として該筐体に外付けされてもよい。

　図１に示すように、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制御するための座標系であって、ロボットベース２０に対して固定されている。本実施形態においては、ロボット座標系Ｃ１は、その原点が、ロボットベース２０の中心に配置され、そのｚ軸が、旋回胴２２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、スクレーパ１６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におけるスクレーパ１６（又は、手首フランジ２８ｂ）の位置及び姿勢を規定する座標系である。本実施形態においては、ツール座標系Ｃ２は、その原点（いわゆる、ＴＣＰ）が、柄部３０が撓んでいない状態における刃部３２の先端３２ａの中心に配置され、そのｚ軸が、軸線Ａ２（又は、先端３２ａの中心における、該先端３２ａの曲面の法線方向）と平行となるように、スクレーパ１６に対して設定されている。

　スクレーパ１６を移動させるとき、制御装置１８のプロセッサ４０は、ロボット座標系Ｃ１においてツール座標系Ｃ２を設定し、設定したツール座標系Ｃ２によって表される位置及び姿勢にスクレーパ１６を配置させるように、ロボット１２の各サーボモータ３４への指令（位置指令、速度指令、トルク指令等）を生成する。こうして、プロセッサ４０は、ロボット座標系Ｃ１における任意の位置及び姿勢にスクレーパ１６を位置決めし、これによりキサゲ加工を実行する。

　一方、力センサ１４には、センサ座標系Ｃ３が設定されている。センサ座標系Ｃ３は、力センサ１４に作用する力の方向を定義する座標系である。本実施形態においては、センサ座標系Ｃ３は、その原点が力センサ１４の中心に配置され、そのｚ軸が手首軸Ａ１に一致する（又は、そのｘ軸がツール座標系Ｃ２のｚ軸と平行となる）ように、力センサ１４に対して設定されている。

　図４に、ロボット１２がスクレーパ１６の刃部３２の先端３２ａをワークＷの表面Ｑに押し付けている状態を示す。ロボット１２がスクレーパ１６の先端３２ａを表面Ｑに対し、該表面Ｑと直交する方向へ押付力Ｆで押し付けた場合、該押付力Ｆの反力Ｆ’が、該表面Ｑからスクレーパ１６を介して力センサ１４に加えられる。

　力センサ１４の歪ゲージの各々は、このときに力センサ１４に作用する力に応じた検出データを制御装置１８に送信する。プロセッサ４０は、Ｉ／Ｏインターフェース４４を通して力センサ１４から受信した検出データに基づいて、このときに力センサ１４に作用する、センサ座標系Ｃ３のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の方向の力ｆと、ｘ軸周り、ｙ軸周り及びｚ軸周りの方向のトルクτとを求める。プロセッサ４０は、力ｆ及びトルクτと、このときのスクレーパ１６の状態データＣＤとに基づいて、刃部３２の先端３２ａに対し、表面Ｑと直交する方向に作用する反力Ｆ’の大きさを演算する。

　状態データＣＤは、例えば、軸線Ａ２と表面Ｑとの角度θ１、手首軸Ａ１（又は、センサ座標系Ｃ３の原点）から刃部３２の先端３２ａまでの距離ｄ、ロボット座標系Ｃ１におけるツール座標系Ｃ２（又はセンサ座標系Ｃ３）の位置及び姿勢を示す位置データ、並びに、柄部３０の撓みデータ（例えば、柄部３０の撓み量又は弾性率）の少なくとも１つを含む。このように、力センサ１４は、反力Ｆ’を押付力Ｆとして検出し、制御装置１８は、力センサ１４の検出データに基づいて押付力Ｆ（反力Ｆ’）の大きさを求めることができる。

　次に、図５～図７を参照して、ロボット１２が実行するキサゲ加工について説明する。図５に示すように、キサゲ加工を実行するためにスクレーパ１６の先端３２ａ（つまり、ＴＣＰ）を位置決めすべき複数の教示点ＴＰ_１、ＴＰ_２及びＴＰ_３が、ロボット座標系Ｃ１の既知の位置に位置決めされたワークＷの表面Ｑに沿って設定される。

　本実施形態においては、教示点ＴＰ_２は、教示点ＴＰ_１よりも右方に離隔した位置に設定され、教示点ＴＰ_３は、教示点ＴＰ_２の右上方に離隔した位置に設定されている。なお、教示点ＴＰ_１及びＴＰ_２のロボット座標系Ｃ１のｚ軸方向の位置は、互いに略同じである。これら教示点ＴＰ_ｎ（ｎ＝１，２，３）は、ロボット座標系Ｃ１の座標として表される。

　キサゲ加工を行うとき、プロセッサ４０は、位置制御αを開始し、ロボット１２によってスクレーパ１６を教示点ＴＰ_ｎに移動させるための位置制御指令ＰＣ_ｎを生成する。プロセッサ４０は、この位置制御指令ＰＣ_ｎに従ってロボット１２の各サーボモータ３４を動作させることによって、スクレーパ１６を、教示点ＴＰ_１→ＴＰ_２→ＴＰ_３の順に位置決めする。この位置制御αにより、プロセッサ４０は、スクレーパ１６（具体的には、先端３２ａ）を、複数の教示点ＴＰ_ｎによって規定される移動経路ＭＰに沿って移動させる。

　なお、本実施形態においては、理解の容易のために、ワークＷの表面Ｑは、ロボット座標系Ｃ１のｘ－ｙ平面と略平行であり、移動経路ＭＰの方向ＭＤは、ロボット座標系Ｃ１のｘ－ｚ平面と略平行であるとする。位置制御指令ＰＣ_ｎは、スクレーパ１６（つまり、ロボット１２の手首フランジ２８ｂ）を、教示点ＴＰ_ｎまで移動させるときの速度Ｖ_{Ｐ_ｎ}を規定する速度指令ＰＣ_{Ｖ_ｎ}を有する。

　位置制御αの開始後、プロセッサ４０は、位置制御指令ＰＣ_１に従ってロボット１２を動作させて、スクレーパ１６を教示点ＴＰ_１へ移動させる。スクレーパ１６の先端３２ａが教示点ＴＰ_１に配置されたとき、図６に示すように、該先端３２ａは、表面Ｑから上方へ離隔する。

　スクレーパ１６が教示点ＴＰ_１へ到達すると、プロセッサ４０は、力制御βを開始する。力制御βの開始後、プロセッサ４０は、力センサ１４の検出データに基づいて、ロボット１２がスクレーパ１６をワークＷの表面Ｑに押し付ける押付力Ｆを所定の目標値φに制御するように、ロボット１２の手首フランジ２８ｂ（又は、ＴＣＰ）の位置を制御する。

　具体的には、プロセッサ４０は、力制御βにおいて、力センサ１４の検出データに基づいて取得した押付力Ｆ（具体的には、反力Ｆ’）を目標値φに制御すべく、ロボット１２の手首フランジ２８ｂ（ＴＣＰ）の位置を制御するための力制御指令ＦＣを生成する。そして、プロセッサ４０は、該力制御指令ＦＣを位置制御指令ＰＣ_ｎに加えて、ロボット１２のサーボモータ３４を動作させる。

　これにより、プロセッサ４０は、位置制御指令ＰＣ_ｎに従ってスクレーパ１６（又は、手首フランジ２８ｂ）を、表面Ｑに沿って移動経路ＭＰの方向ＭＤに移動させるとともに、力制御指令ＦＣに従ってスクレーパ１６をワークＷの表面Ｑに対して接近又は離反する方向（すなわち、ロボット座標系Ｃ１のｚ軸方向）へ移動させる。

　力制御指令ＦＣは、目標値φを指定する力指令ＦＣ_Ｆと、押付力Ｆを目標値φに到達させるべくスクレーパ１６をロボット座標系Ｃ１のｚ軸方向へ移動させる速度を規定する速度指令ＦＣ_Ｖとを有する。力制御βにおいて、プロセッサ４０は、まず、力指令ＦＣ_Ｆを生成し、次いで、力センサ１４の検出データから取得した押付力Ｆと力指令ＦＣ_Ｆとに基づいて、速度指令ＦＣ_Ｖを生成する。そして、プロセッサ４０は、該速度指令ＦＣ_Ｖに従ってロボット１２を動作させることで、スクレーパ１６（手首フランジ２８ｂ）を、ロボット座標系Ｃ１のｚ軸方向へ移動させる。

　スクレーパ１６が教示点ＴＰ_１に到達したとき、プロセッサ４０は、スクレーパ１６を教示点ＴＰ_２へ移動させるための位置制御指令ＰＣ_２として速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}を生成するともに、力制御指令ＦＣとして速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}を生成する。図６に、スクレーパ１６が教示点ＴＰ_１に到達したときにプロセッサ４０が生成する速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}及び速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}を模式的に示す。

　スクレーパ１６が教示点ＴＰ_１に到達した後、プロセッサ４０は、速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}に従ってロボット１２を動作させて、スクレーパ１６を教示点ＴＰ_２へ向かって、速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}に対応する（具体的には、一致する）速度Ｖ_{Ｐ_２}で、表面Ｑに沿って方向ＭＤへ移動させる。

　これとともに、プロセッサ４０は、押付力Ｆを目標値φに制御すべく速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}を生成し、サーボモータ３４への速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}に加えることで、スクレーパ１６を表面Ｑへ向かう方向（すなわち、下方）へ、該速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}に対応する（具体的には、一致する）速度Ｖ_{Ｆ_０}で移動させる。その結果、ロボット１２は、スクレーパ１６を、教示点ＴＰ_１を通過した後、図６中の方向ＭＤ’へ移動させることになる。

　図７に、キサゲ加工においてスクレーパ１６（具体的には、先端３２ａ）が実際に辿る軌道ＴＲを実線で示す。スクレーパ１６は、教示点ＴＰ_１を通過した後、表面Ｑに対して角度θ２（＜９０°）を形成するように傾斜した軌道ＴＲで表面Ｑへ向かって移動し、位置Ｐ１で該表面Ｑに当接する。

　ここで、図７中の教示点ＴＰ_１と位置Ｐ１との間の、ロボット座標系Ｃ１のｘ軸及びｚ軸方向の距離を、それぞれ、距離ｘ１及びｚ１とすると、該距離ｘ１及びｚ１、速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}（速度Ｖ_{Ｐ_２}）、及び速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}（速度Ｖ_{Ｆ_０}）は、以下の式（１）を満たす。
　　　ｚ１／ｘ１＝ＦＣ_{Ｖ_０}／ＰＣ_{Ｖ_２}＝Ｖ_{Ｆ_０}／Ｖ_{Ｐ_２}　…（１）

　また、角度θ２、距離ｘ１及びｚ１、速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}（速度Ｖ_{Ｐ_２}）、及び速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}（速度Ｖ_{Ｆ_０}）は、以下の式（２）を満たす。
　　　θ２＝ｔａｎ^－１（ｚ１／ｘ１）＝ｔａｎ^－１（ＦＣ_{Ｖ_０}／ＰＣ_{Ｖ_２}）＝ｔａｎ^－１（Ｖ_{Ｆ_０}／Ｖ_{Ｐ_２}）　…（２）

　よって、仮に、キサゲ加工の加工条件ＭＣとして、ｘ１＝１０［ｍｍ］、ｚ１＝５［ｍｍ］に設定すると、式（２）より、角度θ２≒２６．６°として決定できる。この場合において、加工条件ＭＣとして、速度Ｖ_{Ｐ_２}（すなわち、速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}）を１００［ｍｍ／ｓｅｃ］に設定した場合、式（１）より、速度Ｖ_{Ｆ_０}（すなわち、速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}）を、５０［ｍｍ／ｓｅｃ］として決定できる。このように、加工条件ＭＣとして、距離ｘ１及びｚ１、速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}（速度Ｖ_{Ｐ_２}）、及び速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}（速度Ｖ_{Ｆ_０}）を適宜設定することで、角度θ２を所望の範囲（例えば、１５°～３５°）に制御できる。

　スクレーパ１６が表面Ｑに当接している間、プロセッサ４０は、位置制御指令ＰＣ_２に従ってスクレーパ１６を方向ＭＤ（すなわち、右方）へ移動させるとともに、力制御βによって押付力Ｆを目標値φに制御するための力制御指令ＦＣとして速度指令ＦＣ_{Ｖ_１}を生成する。この速度指令ＦＣ_{Ｖ_１}により、ロボット１２の手首フランジ２８ｂの位置を、ロボット座標系Ｃ１のｚ軸方向に、速度指令ＦＣ_{Ｖ_１}に対応する（具体的には、一致する）速度Ｖ_{Ｆ_１}で、変位させる。

　ここで、スクレーパ１６が表面Ｑに当接している間に生成する速度指令ＦＣ_{Ｖ_１}（すなわち、速度Ｖ_{Ｆ_１}）の最大値は、スクレーパ１６が表面Ｑに当接する前に生成する速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}（すなわち、速度Ｖ_{Ｆ_０}）よりも、大きく設定され得る。こうして、プロセッサ４０は、ロボット１２によってスクレーパ１６を目標値φに対応する大きさの押付力Ｆで押し付けながら表面Ｑに沿って右方へ移動し、これにより、スクレーパ１６の先端３２ａで表面Ｑを削るキサゲ加工を実行する。

　スクレーパ１６（又は手首フランジ２８ｂ）が教示点ＴＰ_２に対応する位置に到達すると、プロセッサ４０は、力制御βを終了する一方、スクレーパ１６を教示点ＴＰ_３へ移動させるための位置制御指令ＰＣ_３を生成する。そして、プロセッサ４０は、位置制御指令ＰＣ_３に従ってロボット１２を動作させることで、スクレーパ１６を教示点ＴＰ_３へ向かって右上方へ移動させる。

　その結果、スクレーパ１６は、ワークＷの表面Ｑに対して角度θ３（＜９０°）を形成するように傾斜した軌道ＴＲで右上方へ移動し、該スクレーパ１６の先端３２ａが、位置Ｐ２で表面Ｑから離反する。こうして、スクレーパ１６によって表面Ｑを位置Ｐ１から位置Ｐ２まで距離ｘ２に亘って削り、キサゲ加工が終了する。なお、本実施形態においては、ロボット座標系Ｃ１のｘ軸方向における位置Ｐ２の座標は、教示点ＴＰ_２と略同じであるとする。その後、スクレーパ１６は、教示点ＴＰ_３（又はその直下の位置）へ到達する。

　本実施形態においては、プロセッサ４０は、位置Ｐ１から位置Ｐ２までキサゲ加工を実行している間、押付力Ｆを繰り返し増減させるようにロボット１２の手首フランジ２８ｂの位置を制御することで、表面Ｑを削る深さＺを繰り返し増減させる。以下、図８を参照して、この機能について説明する。

　図８は、キサゲ加工を実行している間の押付力Ｆの時間変化特性の一例を示す。図８に示す例では、押付力Ｆは、キサゲ加工の間、第１の力Ｆ１と、該第１の力Ｆ１よりも小さい第２の力Ｆ２（＞０）との間で繰り返し増減するように、変化している。本実施形態においては、プロセッサ４０は、キサゲ加工の間に実行する力制御βによって、図８に示すように押付力Ｆを増減させる。

　力制御βの一例として、プロセッサ４０は、力制御指令ＦＣとしての力指令ＦＣ_Ｆを、以下のように生成する。すなわち、プロセッサ４０は、力制御βの開始後、押付力Ｆの初期目標値φ_０を指定する力指令ＦＣ_Ｆを生成し、該力指令ＦＣ_Ｆに従ってロボット１２を動作させる。これにより、スクレーパ１６は、図７に示すように位置Ｐ１で表面Ｑに当接し、押付力Ｆが増大し始めて、時点ｔ_１で第２の力Ｆ２に到達する。

　次いで、プロセッサ４０は、押付力Ｆを、時点ｔ_１から所定の時間τ_１で変化量ΔＦだけ増大させ、その後、所定の時間τ_２で変化量ΔＦだけ減少させるための力指令ＦＣ_Ｆを生成する。なお、時間τ_１と時間τ_２とは、同じ時間（τ_１＝τ_２）に設定されてもよいし、互いに異なる時間（τ_１＜τ_２、又は、τ_１＞τ_２）に設定されてもよい。

　これにより、押付力Ｆは、時点ｔ_１から時間τ_１が経過した時点ｔ_２＝ｔ_１＋τ_１で、第１の力Ｆ１（＝Ｆ２＋ΔＦ）まで増大し、その後、時点ｔ_３＝ｔ_２＋τ_２で、第２の力Ｆ２まで減少する。こうして、図８に示す押付力Ｆの時間変化特性における１番目のピークＦＰ_１の波形が、時点ｔ_１から時点ｔ_３の期間に形成される。

　その後、プロセッサ４０は、押付力Ｆを、時間τ_１で変化量ΔＦだけ増大させた後に時間τ_２で変化量ΔＦだけ減少させるというサイクルを繰り返すように、力指令ＦＣ_Ｆを生成する。このように生成した力指令ＦＣ_Ｆに従ってロボット１２の手首フランジ２８ｂの位置を制御することで、図８に示すように、周期Ｔ（＝τ_１＋τ_２）で押付力ＦのピークＦＰ_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）の波形が形成されるように、押付力Ｆが周期的に変化することになる。

　したがって、この場合、プロセッサ４０は、力制御βにおいて、押付力Ｆの目標値φを、時点ｔ_１での押付力Ｆから変化量ΔＦだけ増大した第１の目標値φ_{１_１}（＝Ｆ１）と、時点ｔ_２での押付力Ｆから変化量ΔＦだけ減少した第２の目標値φ_{２_１}（＝Ｆ２）との間で変化させていることになる。なお、上述の初期目標値φ_０は、力Ｆ１又はＦ２に設定されてもよいし、又は、如何なる力の値に設定されてもよい。

　力制御βの他の例として、プロセッサ４０は、力制御指令ＦＣとしての力指令ＦＣ_Ｆを、以下のように生成してもよい。すなわち、プロセッサ４０は、力制御βの開始後、第１の力Ｆ１に対応する第１の目標値φ_{１_２}を指定するための力指令ＦＣ_Ｆを生成する。この力指令ＦＣ_Ｆに従ってロボット１２を動作させることで、スクレーパ１６は位置Ｐ１で表面Ｑに当接し、押付力Ｆは、時点ｔ_１で第２の力Ｆ２に到達し、その後、時点ｔ_２で第１の力Ｆ１に到達する。

　そして、プロセッサ４０は、時点ｔ_２で、第２の力Ｆ２に対応する第２の目標値φ_{２_２}（＜φ_{１_２}）を指定するための力指令ＦＣ_Ｆを生成する。この力指令ＦＣ_Ｆに従ってロボット１２を動作させることで、押付力Ｆは、時点ｔ_２から減少し、時点ｔ_３で第２の力Ｆ２に到達する。この時点ｔ_３で、プロセッサ４０は、再度、力指令ＦＣ_Ｆで第１の目標値φ_{１_２}を指定する。

　その後、プロセッサ４０は、生成する力指令ＦＣ_Ｆにおいて、時間τ_１後に第２の目標値φ_{２_２}を指定し、時間τ_２後に第１の目標値φ_{１_２}を指定するというサイクルを繰り返す。こうして、プロセッサ４０は、力制御βにおいて、押付力Ｆの目標値φを、第１の目標値φ_{１_２}と、該第１の目標値φ_{１_２}よりも小さい第２の目標値φ_{２_２}との間で周期的に変化させる。その結果、図８に示すように押付力Ｆを周期Ｔで変化させることができる。

　なお、この例で用いる第１の目標値φ_{１_２}は、第１の力Ｆ１と同じ値（φ_{１_２}＝Ｆ１）であってもよいし、又は、第１の力Ｆ１よりも大きい値（φ_{１_２}＞Ｆ１）であってもよい。φ_{１_２}＞Ｆ１である場合、時点ｔ_２で押付力Ｆが第１の目標値φ_{１_２}に到達せず、プロセッサ４０は、押付力Ｆが第１の目標値φ_{１_２}に到達する前に、第２の目標値φ_{２_２}を指定する力指令ＦＣ_Ｆを生成することになる。

　また、第２の目標値φ_{２_２}は、第２の力Ｆ２と同じ値（φ_{２_２}＝Ｆ２）であってもよいし、又は、第２の力Ｆ２よりも小さい値（φ_{２_２}＜Ｆ２）であってもよい。φ_{２_２}＜Ｆ２である場合、時点ｔ_３で押付力Ｆが第２の目標値φ_{２_２}に到達せず、プロセッサ４０は、押付力Ｆが第２の目標値φ_{２_２}に到達する前に、第１の目標値φ_{１_２}を指定する力指令ＦＣ_Ｆを生成することになる。

　力制御βのさらに他の例として、プロセッサ４０は、押付力Ｆの目標値φを、図８に示す特性に対応する時間変化特性で経時的に変化させるように、力指令ＦＣ_Ｆを生成してもよい。例えば、プロセッサ４０は、所定の制御周期Ｔ’（≪Ｔ）で目標値φを時間とともに段階的に変化させるように、力指令ＦＣ_Ｆを生成する。これにより、目標値φを、図８に示す特性に対応する時間変化特性となるように、第１の目標値φ_１と第２の目標値φ_２との間で周期的に変化させることができる。

　以上のように、本実施形態においては、プロセッサ４０は、力制御βにおいて押付力Ｆの目標値φを繰り返し増減させることによって、押付力Ｆを増減させている。図９に、本実施形態に係るキサゲ加工方法によって表面Ｑに形成された凹部Ｒの例を示す。本実施形態によれば、キサゲ加工を実行している間（換言すれば、スクレーパ１６を表面Ｑに押し付けながら方向ＭＤへ移動させている間）に、押付力Ｆを周期的に増減させることによって、図９に示すように、表面Ｑを削る深さＺが周期的に増減することになる。

　より具体的には、凹部Ｒは、位置Ｐ１から位置Ｐ２まで右方へ延在し、該凹部Ｒには、複数の谷部Ｅ_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）と、複数の山部Ｇ_ｎとが、ロボット座標系Ｃ１のｘ軸方向に並ぶように形成されている。谷部Ｅ_ｎは、図８に示す特性において押付力Ｆが第１の力Ｆ１（第１の目標値φ_１）となる箇所に対応し、凹部Ｒにおける深さＺが極大となる箇所である。

　一方、山部Ｇ_ｎは、図８に示す特性において押付力Ｆが第２の力Ｆ２（第２の目標値φ_２）となる箇所に対応し、深さＺが極小となる箇所である。本実施形態においては、第２の力Ｆ２がゼロよりも大きいので、山部Ｇ_ｎの深さＺ（すなわち、ロボット座標系Ｃ１のｚ軸方向における表面Ｑと山部Ｇ_ｎとの距離）は、０よりも大きくなる（つまり、山部Ｇ_ｎが表面Ｑの下方に位置する）。なお、図９では、理解の容易のために、凹部Ｒの深さＺを拡大して示しているが、実際上は、深さＺはμｍオーダーである点を理解されたい。

　本実施形態によれば、位置Ｐ１から位置Ｐ２に亘って延在し、その内部に複数の谷部Ｅ_ｎ及び山部Ｇ_ｎを有する凹部Ｒを、１回のキサゲ加工により形成することができる。ここで、従来、キサゲ加工の熟練者が、図９に示すような一方向に並ぶ複数の谷部Ｅ_ｎをキサゲ加工により形成する場合、１つの谷部Ｅ_ｎを形成するために、スクレーパを表面Ｑに強い力で押し当てて該表面Ｑを削った後、該スクレーパを表面Ｑから離反するという動作を繰り返す必要があった。このような作業は、熟練者に重筋な労働を課すとともに、多くの時間を要していた。

　本実施形態によれば、熟練者がスクレーパで表面Ｑを繰り返し削ることで形成していた図９に示すような凹部Ｒを、ロボット１２の動作により迅速に形成できる。したがって、キサゲ加工のサイクルタイムを縮減することができるとともに、熟練者が形成するのと同等の品質を有する凹部Ｒを自動で形成することができる。

　また、本実施形態においては、プロセッサ４０は、キサゲ加工を実行している間に力制御βを実行し、該力制御βにおいて目標値φを繰り返し増減させることによって、押付力Ｆを増減させている。具体的には、プロセッサ４０は、力制御βにおいて、目標値φを、第１の目標値φ_１（φ_{１_１}、φ_{１_２}）と第２の目標値φ_２（φ_{２_１}、φ_{２_２}）との間で変化させている。この構成によれば、押付力Ｆを図８に示すような特性で時間変化させるように高精度に制御できる。したがって、凹部Ｒの深さＺを高精度に管理することができる。

　また、本実施形態においては、プロセッサ４０は、力制御βとともに位置制御αを実行することで、スクレーパ１６を表面Ｑに押し付けながら方向ＭＤへ移動させている。この構成によれば、スクレーパ１６の軌道ＴＲを高精度に制御できる。また、本実施形態においては、プロセッサ４０は、押付力Ｆを周期的に（具体的には周期Ｔで）増減させている。この構成によれば、ロボット座標系Ｃ１のｘ軸方向に谷部Ｅ_ｎが等間隔で並ぶ凹部Ｒを形成できる。

　なお、上述の第１の目標値φ_１（φ_{１_１}、φ_{１_２}、ΔＦ）は、キサゲ加工中に刃部３２が第１の力Ｆ１で表面Ｑに押し付けられたときに柄部３０を撓ませることができる値として、定められてもよい。図１１に、キサゲ加工中に柄部３０が撓んだ状態を模式的に示す。図１１に示す例では、ロボット１２が、スクレーパ１６の先端３２ａを、第１の力Ｆ１で表面Ｑに押し付け、これにより、スクレーパ１６の柄部３０が、下方へ膨出するように湾曲して撓んでいる。なお、スクレーパ１６が第２の力Ｆ２で表面Ｑに押し付けられているときにもスクレーパ１６の柄部３０が撓むように、第２の目標値φ_２（φ_{２_１}、φ_{２_２}、ΔＦ）が定められてもよい。

　なお、メモリ４２は、上述のように目標値φを変化させるための目標値設定プログラムＰＧ１を予め格納してもよい。この場合、プロセッサ４０は、力制御βの開始後、目標値設定プログラムＰＧ１に従って目標値φを定め、該目標値φを指定するための力指令ＦＣ_Ｆを生成する。

　なお、キサゲ加工中に押付力Ｆ（目標値φ）を増減させる形態としては、図８に示す例に限定されない。以下、図１２～図１５を参照して、押付力Ｆ（目標値φ）を増減させる他の形態について説明する。図１２に示す例では、プロセッサ４０は、押付力Ｆを、第１の力Ｆ１と第２の力Ｆ２（＜Ｆ１）との間で、周期Ｔで変化させている。

　ここで、図１２に示す第２の力Ｆ２は、図８に示す第２の力Ｆ２よりも、高く設定されている。図１２に示す例によれば、形成される凹部Ｒの山部Ｇ_ｎの深さＦを、比較的大きくすることができる。プロセッサ４０は、図８を参照して説明した力制御βと同様の方法で、押付力Ｆを、図１２に示す時間変化特性となるように制御できる。

　図１３に示す例では、キサゲ加工の間、押付力Ｆは、第１の力Ｆ１と第２の力Ｆ２との間で繰り返し増減するように変化しているが、所定の時間τ_３に亘って第１の力Ｆ１に維持される。図１３に示すように押付力Ｆを増減させるための力制御βの一例として、プロセッサ４０は、力制御βの開始後、上述の実施形態と同様に、初期目標値φ_０を指定する力指令ＦＣ_Ｆを生成し、該力指令ＦＣ_Ｆに従ってロボット１２を動作させる。これにより、押付力Ｆが時点ｔ_１で第２の力Ｆ２に到達する。

　次いで、プロセッサ４０は、押付力Ｆを、時点ｔ_１から時間τ_１で変化量ΔＦだけ増大させ、所定の時間τ_３に亘って維持した後、時間τ_２で変化量ΔＦだけ減少させるための力指令ＦＣ_Ｆを生成する。これにより、押付力Ｆは、時点ｔ_１から時点ｔ_２＝ｔ_１＋τ_１で第１の力Ｆ１まで増大し、時点ｔ_２から時点ｔ_３＝ｔ_２＋τ_３まで第１の力Ｆ１に維持された後、時点ｔ_３から時点ｔ_４＝ｔ_３＋τ_２で第２の力Ｆ２まで減少する。こうして、図１３に示す押付力Ｆの時間変化特性における１番目のピークＦＰ_１の波形が、時点ｔ_１から時点ｔ_４の期間に形成される。

　その後、プロセッサ４０は、押付力Ｆを、時間τ_１で変化量ΔＦだけ増大させ、時間τ_３に亘って維持した後、時間τ_２で変化量ΔＦだけ減少させるというサイクルを繰り返すように力指令ＦＣ_Ｆを生成する。このように生成した力指令ＦＣ_Ｆに従ってロボット１２の位置を制御することで、図１３に示すように、周期Ｔ（＝τ_１＋τ_２＋τ_３）で押付力ＦのピークＦＰ_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）の波形が形成されるように、押付力Ｆが第１の力Ｆ１と第２の力Ｆ２との間で周期的に変化することになる。

　力制御βの他の例として、プロセッサ４０は、力制御βの開始後、力指令ＦＣ_Ｆにおいて、第１の力Ｆ１に対応する第１の目標値φ_{１_２}を指定し、該力指令ＦＣ_Ｆに従ってロボット１２を動作させる。これにより、押付力Ｆは、時点ｔ_１で第２の力Ｆ２に到達し、その後、時点ｔ_２で第１の力Ｆ１に到達する。

　その後、プロセッサ４０は、力指令ＦＣ_Ｆにおいて、時点ｔ_２から時点ｔ_３まで第１の目標値φ_{１_２}を継続して指定し、時点ｔ_３で第２の目標値φ_{２_２}を指定する。このような力指令ＦＣ_Ｆに従ってロボット１２を動作させることで、押付力Ｆは、時点ｔ_２から時点ｔ_３まで第１の力Ｆ１に維持された後、時点ｔ_３から減少して時点ｔ_４で第２の力Ｆ２に到達する。

　この時点ｔ_４で、プロセッサ４０は、再度、力指令ＦＣ_Ｆで第１の目標値φ_{１_２}を指定する。その後、プロセッサ４０は、力指令ＦＣ_Ｆにおいて、時間τ_１＋τ_３後に第２の目標値φ_{２_２}を指定し、時間τ_２後に第１の目標値φ_{１_２}を指定するというサイクルを繰り返す。その結果、図１３に示すように押付力Ｆを第１の力Ｆ１と第２の力Ｆ２との間で、周期Ｔで変化させることができる。

　力制御βのさらに他の例として、プロセッサ４０は、力指令ＦＣ_Ｆにおいて、押付力Ｆの目標値φを、図１３に示す時間変化特性に対応するように、制御周期Ｔ’（≪Ｔ）で段階的に時間変化させてもよい。図１３に示す力制御βによれば、ロボット座標系Ｃ１のｘ軸と平行に直線状に延長する谷部Ｅ_ｎを有する凹部Ｒを形成できる。

　図１４に示す例では、プロセッサ４０は、周期Ｔ毎に第１の力Ｆ１のピーク値を変化させている。具体的には、プロセッサ４０は、図１４中の第２ｍ－１番目（ｍは、正の整数）のピークＦＰ_２ｍ－１の波形では、押付力Ｆを力Ｆ１_{_Ａ}に維持している一方、第２ｍ番目のピークＦＰ_２ｍの波形では、押付力Ｆを、力Ｆ１_{_Ｂ}（＜Ｆ１_{_Ａ}）に維持している。

　図１４に示す力制御βの方法は、図１３と以下の点で相違する。すなわち、プロセッサ４０は、力指令ＦＣ_Ｆで指定する第１の目標値φ_１（φ_{１_１}、φ_{１_２}）を、力Ｆ１_{_Ａ}に対応する目標値φ_{１_Ａ}と、力Ｆ１_{_Ｂ}に対応する目標値φ_{１_Ｂ}（＜φ_{１_Ａ}）との間で、周期Ｔ毎に切り換える。

　図１４に示す例においては、直線状に延長する第１の谷部Ｅ_{ｎ_Ａ}と、該第１の谷部Ｅ_{ｎ_Ａ}よりも深さが浅い、直線状に延長する第２の谷部Ｅ_{ｎ_Ｂ}とを有する凹部Ｒを形成できる。なお、プロセッサ４０は、図１４中の第２ｍ－１番目のピークＦＰ_２ｍ－１の波形で、押付力Ｆを力Ｆ１_{_Ｂ}に維持する一方、第２ｍ番目のピークＦＰ_２ｍの波形で、押付力Ｆを力Ｆ１_{_Ａ}に維持するように、力指令ＦＣ_Ｆを生成してもよい。

　図１５に示す例では、プロセッサ４０は、図１３と同様に押付力Ｆを所定の時間に亘って第１の力Ｆ１に維持しているが、図１５に示す第２の力Ｆ２は、図１３に示す第２の力Ｆ２よりも、高く設定されている。図１５に示す例によれば、形成される凹部Ｒの山部Ｇ_ｎの深さＦを、比較的大きくすることができる。プロセッサ４０は、図１３を参照して説明した力制御βを実行することで、押付力Ｆを、図１５に示す時間変化特性となるように制御できる。

　なお、プロセッサ４０は、オペレータからの入力データに応じて、加工条件ＭＣのうちの少なくとも１つを自動で決定してもよい。例えば、加工条件ＭＣは、図７に示す角度θ２、距離ｘ１及びｚ１、速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}（速度Ｖ_{Ｐ_２}）、及び速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}（速度Ｖ_{Ｆ_０}）に加えて、形成する凹部Ｒの長さｘ２、凹部Ｒに形成される谷部Ｅ_ｎ（又は山部Ｇ_ｎ）の個数ｋ及び深さＺ（図９）、ロボット座標系Ｃ１のｘ軸方向に隣接する２つの山部Ｇ_ｎ及びＧ_ｎ＋１（又は、２つの谷部Ｅ_ｎ及びＥ_ｎ＋１）の距離Ｘ（図９）、押付力Ｆを変化させる周期Ｔ、力制御βの目標値φ、並びに、ロボット１２の制御の応答性を決定するゲインＧａのうちの少なくとも１つを含む。

　一例として、オペレータは、入力装置４６を操作して、加工条件ＭＣとして、速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}（速度Ｖ_{Ｐ_２}）、凹部Ｒの長さｘ２、個数ｋ、及び深さＺを入力する。この場合、プロセッサ４０は、入力された長さｘ２及び個数ｋから、距離Ｘを、Ｘ＝ｘ２／ｋ（又はその近似値）して自動で決定する。

　また、プロセッサ４０は、入力された深さＺから、目標値φを自動で決定する。例えば、メモリ４２は、第１の目標値φ_１と谷部Ｅ_ｎの深さＺ（又は、第２の目標値φ_２と山部Ｇ_ｎの深さＺ）とを互いに関連付けて記憶したデータテーブルＤＴ１を予め格納してもよい。この場合、プロセッサ４０は、入力された深さＺに対応する目標値φ_１(又はφ_２）をデータテーブルＤＴ１から検索することによって、目標値φを自動で決定できる。

　また、プロセッサ４０は、上述のように決定した距離Ｘ（＝ｘ２／ｋ）と、入力された速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}（速度Ｖ_{Ｐ_２}）から、周期Ｔを、Ｔ＝Ｘ／ＰＣ_{Ｖ_２}（＝Ｘ／Ｖ_{Ｐ_２}）として自動で決定する。ここで、ロボット１２が押付力Ｆを、決定した周期Ｔで変化させる（換言すれば、手首フランジ２８ｂを周期Ｔで上下動させる）ことができるか否かは、ゲインＧａに依存する。具体的には、ゲインＧａが高い程、ロボット１２の制御応答性が高速となり、ロボット１２は、手首フランジ２８ｂをより高速で上下動させることができる。

　プロセッサ４０は、周期Ｔを決定した場合に、該周期Ｔでロボット１２を動作させることができるゲインＧａを自動で決定してもよい。この場合において、決定した周期Ｔを実現可能なゲインＧａを設定できない場合（例えば、設定可能なゲインＧａの範囲を超えてしまう場合）、プロセッサ４０は、その旨を報知する警告信号を発してもよい。

　他の例として、オペレータは、加工条件ＭＣとして、上述の速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}（速度Ｖ_{Ｐ_２}）の代わりに、ゲインＧａを入力してもよい。この場合において、プロセッサ４０は、入力されたゲインＧａから周期Ｔを自動で決定してもよい。例えば、メモリ４２は、ゲインＧａと周期Ｔとを互いに関連付けて記憶したデータテーブルＤＴ２を予め格納してもよい。

　この場合、プロセッサ４０は、入力されたゲインＧａに対応する周期ＴをデータテーブルＤＴ２から検索することによって、周期Ｔを自動で決定できる。なお、データテーブルＤＴ２は、周期Ｔとして、対応するゲインＧａで実現可能な最小の周期Ｔ_ＭＩＮを格納してもよい。この周期Ｔ_ＭＩＮを用いることで、キサゲ加工のサイクルタイムを最小化できる。

　そして、プロセッサ４０は、上述のように決定した周期Ｔと距離Ｘとから、速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}（速度Ｖ_{Ｐ_２}）を、ＰＣ_{Ｖ_２}（Ｖ_{Ｐ_２}）＝Ｘ／Ｔとして自動で決定する。以上のように、プロセッサ４０は、オペレータが入力した加工条件ＭＣの一部のパラメータに応じて、加工条件ＭＣの他のパラメータを自動で決定できる。この構成によれば、ロボットシステム１０の立ち上げに掛かる作業を簡単化できる。

　次に、図１６～図１８を参照して、ロボットシステム１０が実行するキサゲ加工方法について説明する。図１６に示すフローは、プロセッサ４０が、オペレータ、上位コントローラ、又は作業プログラムＰＧ２から、キサゲ加工開始指令を受け付けたときに、開始する。ステップＳ１において、プロセッサ４０は、粗加工を実行する。粗加工とは、例えば、表面Ｑをフライス盤等で加工したときに形成される微小凹凸を第１の寸法（例えば、１０μｍ）以下とするために行うキサゲ加工である。

　このステップＳ１について、図１７を参照して説明する。ステップＳ１１において、プロセッサ４０は、位置制御αを開始する。具体的には、プロセッサ４０は、上述の位置制御指令ＰＣ_ｎを生成する動作を開始し、ロボット１２によってスクレーパ１６の先端３２ａを、教示点ＴＰ_１→ＴＰ_２→ＴＰ_３（図７）の順に移動させる動作を開始する。

　ステップＳ１２において、プロセッサ４０は、スクレーパ１６が教示点ＴＰ_１に到達したか否かを判定する。例えば、ロボット１２のサーボモータ３４には、該サーボモータ３４の回転（具体的には、回転角度又は回転位置）を検出する回転検出器（エンコーダ、又はホール素子等）が設けられる。

　プロセッサ４０は、回転検出器からのフィードバックに基づいて、ロボット座標系Ｃ１におけるスクレーパ１６（具体的には、ＴＣＰ）の位置データを取得し、該位置データから、該スクレーパ１６が教示点ＴＰ_１に到達したか否かを判定できる。プロセッサ４０は、スクレーパ１６が教示点ＴＰ_１に到達した（すなわち、ＹＥＳ）と判定した場合は、ステップＳ１３へ進む一方、スクレーパ１６が教示点ＴＰ_１に到達していない（すなわち、ＮＯ）と判定した場合は、ステップＳ１２をループする。

　ステップＳ１３において、プロセッサ４０は、第１の力制御β１を開始する。具体的には、プロセッサ４０は、第１の力制御β１のための目標値φ_３を指定する力指令ＦＣ_Ｆを生成する。プロセッサ４０は、力指令ＦＣ_Ｆに基づいて速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}を生成し、位置制御指令ＰＣ_ｎとしての速度指令ＰＣ_{Ｖ_２}に、力制御指令ＦＣとしての速度指令ＦＣ_{Ｖ_０}を加えてロボット１２を動作させる。その結果、スクレーパ１６は、角度θ２で傾斜する軌道ＴＲ（図７）で表面Ｑに位置Ｐ１で当接する。

　ここで、プロセッサ４０は、ステップＳ１（粗加工）で位置Ｐ１から位置Ｐ２までキサゲ加工を実行する間、第１の力制御β１により押付力Ｆを一定に維持する。図１９に、第１の力制御β１における押付力Ｆの時間変化特性を示す。図１９に示すように、第１の力制御β１においては、プロセッサ４０は、押付力Ｆを、図８、図１２～図１５に示すように増減させることなく、予め定められた目標値φ_３（＝Ｆ３）に維持するように、ロボット１２の手首フランジ２８ｂの位置を制御する。

　ステップＳ１４において、プロセッサ４０は、スクレーパ１６（又は、手首フランジ２８ｂ）が教示点ＴＰ_２に対応する位置に到達したか否かを判定する。プロセッサ４０は、ＹＥＳと判定した場合は、ステップＳ１５へ進む一方、ＮＯと判定した場合は、ステップＳ１４をループする。

　ステップＳ１５において、プロセッサ４０は、第１の力制御β１を終了する。ステップＳ１５の後、プロセッサ４０は、位置制御指令ＰＣ_３に従ってロボット１２を動作させることにより、スクレーパ１６を、図７に示すように角度θ３で傾斜する軌道ＴＲに沿って右上方へ移動させ、その結果、スクレーパ１６は、位置Ｐ２でワークＷ１の表面Ｑ１から離反して、粗加工が終了する。この粗加工によって、表面Ｑ上の微小凹凸を第１の寸法以下とするように、該表面Ｑの平面度を高めることができる。

　ステップＳ１６において、プロセッサ４０は、スクレーパ１６が教示点ＴＰ_３に到達したか否かを判定する。プロセッサ４０は、ＹＥＳと判定した場合はステップＳ１７へ進む一方、ＮＯと判定した場合はステップＳ１６をループする。そして、ステップＳ１７において、プロセッサ４０は位置制御αを終了する。

　再度、図１６を参照して、ステップＳ２において、プロセッサ４０は、仕上げ加工を実行する。仕上げ加工は、粗加工の後の表面Ｑに形成されている微小凹凸を、第１の寸法よりも小さい第２の寸法（例えば、５μｍ）以下にするとともに、上述した油溜りとして機能させるための凹部を形成するために行うキサゲ加工である。

　このステップＳ２について、図１８を参照して説明する。図１８に示すフローは、図１７に示すフローと、ステップＳ１３’において相違する。具体的には、プロセッサ４０は、ステップＳ１２でＹＥＳと判定した後、ステップＳ１３’において、第２の力制御β２を開始する。この第２の力制御β２において、プロセッサ４０は、上述した図８、図１２～図１５で説明した力制御βを実行することで、押付力Ｆを繰り返し増減させる。

　このように、本実施形態においては、ステップＳ１（粗加工）により、表面Ｑを削ることで該表面Ｑの平面度をある程度まで高めた後、ステップＳ２（仕上げ加工）を実行することで、該表面Ｑの平面度をさらに高めつつ、図９に示すような、油溜りとして機能する凹部Ｒを形成することができる。これにより、ロボットシステム１０によって、粗加工と仕上げ加工を連続して自動で実行することができる。

　なお、図１６に示すフローにおいて、ステップＳ２を先に実行し、次にステップＳ２を実行してもよい。また、プロセッサ４０は、ステップＳ１とＳ２とを交互に複数回に亘って繰り返し実行してもよい。プロセッサ４０は、上述の目標値設定プログラムＰＧ１と作業プログラムＰＧ２とに従って、図１６に示すフローを実行する。

　例えば、目標値設定プログラムＰＧ１は、目標値φを生成するためのアルゴリズムが規定されたコンピュータプログラムである一方、作業プログラムＰＧ２は、教示点ＴＰ_ｎの位置データ、並びに、位置制御α及び力制御βを実行させるための命令文が規定されたコンピュータプログラムである。これら目標値設定プログラムＰＧ１及び作業プログラムＰＧ２は、互いに別々のコンピュータプログラムとしてメモリ４２に格納されてもよいし、又は、１つのコンピュータプログラムに統合されてメモリ４２に格納されてもよい。

　なお、上述の実施形態において、プロセッサ４０は、キサゲ加工の実行中に、押付力Ｆを繰り返し増減させる動作と同期して、スクレーパ１６（手首フランジ２８ｂ）をロボット座標系Ｃ１のｙ軸方向へ揺動する動作を実行してもよい。図２０に、このようにスクレーパ１６を揺動させるときの該スクレーパ１６の軌跡ＴＲ’の例を示す。

　例えば、プロセッサ４０は、スクレーパ１６が、図２０に示す軌跡ＴＲ’上の後側の揺動ピーク点Ｐ３と前側の揺動ピーク点Ｐ４とに到達したときに、押付力Ｆが図８中の第１の力Ｆ１に到達し、スクレーパ１６が、揺動ピーク点Ｐ３及びＰ４の中間点に到達したときに、押付力Ｆが図８中の第２の力Ｆ２に到達するように、押付力Ｆの増減とスクレーパ１６の揺動とを同期させてもよい。この構成によれば、ロボット座標系Ｃ１のｘ軸方向に千鳥状に並ぶ谷部Ｅ_ｎを有する凹部Ｒを形成できる。

　なお、上述の実施形態においては、プロセッサ４０が、力制御βを実行することで押付力Ｆを増減させる場合について述べた。しかしながら、これに限らず、プロセッサ４０は、位置制御αのみを実行することによって、押付力Ｆを繰り返し増減させることもできる。この機能について、図２１を参照して説明する。

　図２１に示す形態においては、ワークＷの表面Ｑに沿って、教示点ＴＰ_１１、ＴＰ_１２、ＴＰ_１３、ＴＰ_１４、ＴＰ_１５、ＴＰ_１６・・・が設定されている。ここで、教示点ＴＰ_１２は、ロボット座標系Ｃ１における表面Ｑと同じｚ軸方向の位置に配置され、教示点ＴＰ_１３、ＴＰ_１４、ＴＰ_１５、ＴＰ_１６・・・は、ロボット座標系Ｃ１における表面Ｑ１の下方の位置に配置されている。また、教示点ＴＰ_１３及びＴＰ_１５は、教示点ＴＰ_１４及びＴＰ_１６よりも下方に位置している。

　図２１に示す例の場合、プロセッサ４０は、位置制御αを実行して、ロボット１２によってスクレーパ１６を、教示点ＴＰ_１１→ＴＰ_１２→ＴＰ_１３→ＴＰ_１４→ＴＰ_１５→ＴＰ_１６・・・の順で移動させる。これにより、スクレーパ１６は、教示点ＴＰ_１２で表面Ｑに当接する。その後、プロセッサ４０は、ロボット１２の手首フランジ２８ｂを教示点ＴＰ_１３、ＴＰ_１４、ＴＰ_１５及びＴＰ_１６に対応する位置へ順に移動させることで、スクレーパ１６を表面Ｑに押し付けながら該表面Ｑに沿って右方へ移動させる。こうして、キサゲ加工を実行することができる。

　ここで、図２１に示す教示点ＴＰ_ｎ（ｎ＝１１，１２，１３・・・）の位置を適切に選択することによって、キサゲ加工を実行している間に、押付力Ｆを、図８、図１２～図１５に示す時間変化特性となるように、制御することができる。例えば、手首フランジ２８ｂが教示点ＴＰ_１３及びＴＰ_１５に対応する位置に到達したときに、押付力Ｆが図８中の第１の力Ｆ１に到達し、手首フランジ２８ｂが教示点ＴＰ_１４及びＴＰ_１６に対応する位置に到達したときに、押付力Ｆが図８中の第２の力Ｆ１に到達するように、教示点ＴＰ_ｎが適宜設定される。

　この場合において、メモリ４２は、上述の加工条件ＭＣと、教示点ＴＰ_ｎの位置データ（ロボット座標系Ｃ１の座標）とを互いに関連付けて格納したデータテーブルＤＴ３を予め格納してもよい。そして、オペレータは、入力装置４６を操作して、加工条件ＭＣとして、例えば、長さｘ２、深さＺ、距離Ｘ、及び目標値φの少なくとも１つを入力する。プロセッサ４０は、入力された加工条件ＭＣに応じて、図２１に示すような教示点ＴＰ_ｎを自動で設定してもよい。

　なお、上述の実施形態においては、ワークＷの表面Ｑに対して、１回のキサゲ加工を実行する場合について述べた。しかしながら、プロセッサ４０は、例えばロボット座標系Ｃ１のｙ軸方向に並ぶ複数の凹部Ｒを形成するために、キサゲ加工を複数回に亘って繰り返し実行してもよい。この場合、形成する複数の凹部Ｒの各々に対して、図５又は図２１に示す一群の教示点ＴＰ_ｎがそれぞれ設定される。

　また、図８、図１２～図１５において、第１の力Ｆ１又は第２の力Ｆ２は、周期Ｔ毎に変化してもよい。例えば、図８に示す力制御βにおいて、ｉ番目のピークＦＰ_ｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の波形の第１の力Ｆ１_ｉは、ｉ＋１番目のピークＦＰ_ｉ＋１の波形の第１の力Ｆ１_ｉ＋１と異なっていてもよい。

　同様に、ｉ番目のピークＦＰ_ｉの波形の第２の力Ｆ２_ｉは、ｉ＋１番目のピークＦＰ_ｉ＋１の波形の第２の力Ｆ２_ｉ＋１と異なっていてもよい。この場合、プロセッサ４０は、周期Ｔ毎に、力制御βの第１の目標値φ_１（又は第２の目標値φ_２）を、第１の力Ｆ１_ｉ（又は第２の力Ｆ２_ｉ）に対応するように変化させる。また、ピークＦＰ_ｉ毎に周期Ｔを変化させてもよい。つまり、ｉ番目のピークＦＰ_ｉを形成する周期Ｔ_ｉは、ｉ＋１番目のピークＦＰ_ｉ＋１を形成する周期Ｔ_ｉ＋１と異なる期間であってもよい。

　また、図８、図１２～図１５の力制御βを組み合わせることもできる。例えば、プロセッサ４０は、力制御βの開始後、図８及び図１２～図１５のうちの１つの力制御βを所定の期間に亘って実行した後、図８及び図１２～図１５のうちの他の１つの力制御βを実行してもよい。

　例えば、プロセッサ４０は、図８に示す力制御βを実行した後に、図１２に示す力制御βを実行することで、山部Ｇ_ｎの深さＺを変化させてもよい。又は、プロセッサ４０は、図１３に示す力制御βを実行した後に、図１４又は図１５に示す力制御βを実行することで、谷部Ｅ_ｎ及び山部Ｇ_ｎの深さＺを変化させてもよい。この構成によれば、様々な形状の凹部Ｒを形成することができる。

　なお、上述の実施形態においては、図７に示すように、キサゲ加工の終了時にスクレーパ１６の先端３２ａが教示点ＴＰ_３に到達し、また、ロボット座標系Ｃ１における位置Ｐ２と教示点ＴＰ_２のｘ座標が略同じとなる場合について述べた。しかしながら、実際上は、キサゲ加工の終了時にスクレーパ１６の先端３２ａが教示点ＴＰ_３から（例えば、下方へ）ずれる場合があり、また、位置Ｐ２が教示点ＴＰ_２から（例えば、ロボット座標系Ｃ１のｘ軸プラス方向へ）ずれる場合がある点、理解されたい。

　また、力センサ１４は、例えば、作業セルとロボットベース２０との間に介挿されてもよいし、又は、ロボット１２の如何なる部位に設けられてもよい。また、力センサ１４は、ロボット１２に限らず、ワークＷの側に設けられてもよい。例えば、力センサ１４を、ワークＷと、該ワークＷが載置される載置面との間に介挿することによって、押付力Ｆを検出できる。

　また、力センサ１４は、６軸力覚センサに限らず、例えば、１軸又は３軸力センサであってもよいし、押付力Ｆを検出可能な如何なるセンサであってもよい。また、センサ座標系Ｃ３の原点は、力センサ１４の中心に限らず、力センサ１４に対して既知である如何なる位置に配置されてもよいし、その各軸は如何なる方向に定義されてもよい。

　また、ロボット１２は、垂直多関節ロボットに限らず、例えば、水平多関節ロボット、パラレルリンクロボット等、如何なるタイプのロボットであってもよいし、又は、複数のボールねじ機構を有する移動機械であってもよい。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　　ロボットシステム
　１２　　ロボット
　１４　　力センサ
　１６　　スクレーパ
　１８　　制御装置
　４０　　プロセッサ

Claims

　ワークの表面を平坦にするために削るキサゲ加工を行うロボットシステムであって、
　前記表面を削るスクレーパを移動させるロボットと、
　前記ロボットを制御する制御装置と、を備え、
　前記制御装置は、
　　前記ロボットによって前記スクレーパを前記表面に押し付けながら該表面に沿う方向へ移動させることで、前記キサゲ加工を実行し、
　　前記キサゲ加工を実行している間、前記ロボットが前記スクレーパを前記表面に押し付ける押付力を繰り返し増減させるように該ロボットの位置を制御することで、前記表面を削る深さを繰り返し増減させる、ロボットシステム。
　前記押付力を検出する力センサをさらに備え、
　前記制御装置は、
　　前記キサゲ加工を実行している間、前記力センサの検出データに基づいて前記押付力を所定の目標値に制御する力制御を実行することによって、前記ロボットの前記位置を制御し、
　　前記力制御において前記目標値を繰り返し増減させることによって、前記押付力を増減させる、請求項１に記載のロボットシステム。
　前記制御装置は、前記力制御において前記目標値を、第１の目標値と、該第１の目標値よりも小さい第２の目標値との間で変化させる、請求項２に記載のロボットシステム。
　前記スクレーパは、
　　前記ロボットに連結された可撓性の柄部と、
　　前記柄部の先端に固定され、前記表面を削る刃部と、を有し、
　前記第１の目標値は、前記刃部が該第１の目標値に対応する前記押付力で前記表面に押し付けられたときに前記柄部を撓ませることができる値として、定められる、請求項３に記載のロボットシステム。
　前記制御装置は、前記表面に沿って予め定められた複数の教示点へ前記スクレーパを順に移動させる位置制御を、前記力制御とともに実行することで、前記キサゲ加工において前記スクレーパを前記沿う方向へ移動させる、請求項２～４のいずれか１項に記載のロボットシステム。
　前記制御装置は、前記押付力を周期的に増減させる、請求項１～５のいずれか１項に記載のロボットシステム。
　ワークの表面を削るスクレーパを移動させるロボットを用いて、該表面を平坦にするために削るキサゲ加工の方法であって、
　前記ロボットによって前記スクレーパを前記表面に押し付けながら該表面に沿う方向へ移動させることで、前記キサゲ加工を実行し、
　前記キサゲ加工を実行している間、前記ロボットが前記スクレーパを前記表面に押し付ける押付力を繰り返し増減させるように該ロボットの位置を制御することで、前記表面を削る深さを繰り返し増減させる、方法。
　請求項７に記載の方法をプロセッサに実行させるコンピュータプログラム。