特許 7528709 力制御パラメーター調整方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-29

(45)【発行日】2024-08-06

(54)【発明の名称】力制御パラメーター調整方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20240730BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020174483

(22)【出願日】2020-10-16

(65)【公開番号】P2022065785

(43)【公開日】2022-04-28

【審査請求日】2023-09-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】下平 泰裕

【審査官】臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１４８２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２１６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２６７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８２２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０３７９９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０９８０４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１４６００７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３７９１３１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ ９／１０－１３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

力制御により駆動されて作業を行うロボットアームを有するロボットの力制御パラメー
ターを調整する力制御パラメーター調整方法であって、
前記ロボットアームの作業開始位置姿勢に関する第１情報と、前記力制御パラメーター
の候補値に基づいて前記ロボットアームを動作させて、前記作業に要する作業時間に関す
る第２情報と、前記作業中に前記ロボットアームに加わる力に関する第３情報と、を取得
する第１ステップと、
取得した前記第２情報および前記第３情報に基づいて、前記力制御パラメーターの候補
値を更新した更新値を取得する第２ステップと、を有し、
取得した前記作業時間または前記ロボットアームに加わる力が収束するまで、前記第１
情報にノイズを加えて前記第１ステップと前記第２ステップとを繰り返し行い前記力制御
パラメーターの最終値を得ることを特徴とする力制御パラメーター調整方法。

【請求項2】

前記力制御パラメーターの最終値は、ｎ回目（ｎは、１以上の整数）の前記第１ステッ
プで得られる前記作業時間と、ｎ＋１回目の前記第１ステップで得られる前記作業時間と
の乖離の程度が一定以下となる状態がｍ回（ｍは、１以上の整数）続いた際の前記力制御
パラメーターの更新値である請求項１に記載の力制御パラメーター調整方法。

【請求項3】

前記第１ステップで取得する前記第３情報は、前記作業中に前記ロボットアームに加わ
る力の最大値である請求項１または２に記載の力制御パラメーター調整方法。

【請求項4】

前記力制御パラメーターの更新値には、目標力、仮想粘性係数、仮想弾性係数、仮想質
量係数、前記作業開始位置姿勢、作業終了位置姿勢のうち少なくとも１つが含まれる請求
項１ないし３のいずれか１項に記載の力制御パラメーター調整方法。

【請求項5】

前記作業は、第１対象物を把持しつつ、第２対象物に挿入する挿入作業である請求項１
ないし４のいずれか１項に記載の力制御パラメーター調整方法。

【請求項6】

作業者によって入力される前記第１情報は、前記作業開始位置姿勢の範囲を持った値で
ある請求項１ないし５のいずれか１項に記載の力制御パラメーター調整方法。

【請求項7】

前記ノイズが加えられた前記第１情報に基づく前記作業中に前記ロボットアームに加わ
る前記力が、予め設定した重力補償および慣性補償の範囲となる閾値を超えた場合、前記
作業を失敗であると記憶する請求項１から６のいずれか１項に記載の力制御パラメーター
調整方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、力制御パラメーター調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ロボットアームと、ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、を有し、力検出部の検出結果に基づいてロボットアームを駆動する力制御を行うことによって、所定の作業を行うロボットが知られている。このようなロボットにおいては、例えば、特許文献１に記載されているように、力制御を行う際に、どのようなモードでロボットアームを駆動するかを決定する力制御パラメーターを適した値に設定する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】ＷＯ２０１９／０９８０４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

力制御パラメーターを適した値に設定するためには、力制御パラメーターを変えながら試験的に作業を繰り返し、どのような力制御パラメーターがその作業に適しているかを見極める工程が必要となる。しかしながら、このような方法では、ワーク数量および種類、作業時のロボットアームの位置姿勢等の諸条件が限定されて、過剰適合状態、すなわち、対象物やロボットのばらつきが無い特定条件の下でのみ、求められる性能を発揮する力制御パラメーターを得ることとなる。すなわち、上述の前記力制御パラメーターは、製造ばらつき、把持ばらつきが存在する実運用には適さないものとなってしまう。このように、力制御に求められる生産性要件として、必要とされる適切な力およびトルクと、作業時間と、のバランスが取れた力制御パラメーターを設定することは、熟練者にとっても難しい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の力制御パラメーター調整方法は、力制御により駆動されて作業を行うロボットアームを有するロボットの力制御パラメーターを調整する力制御パラメーター調整方法であって、
前記ロボットアームの作業開始位置姿勢に関する第１情報と、前記力制御パラメーターの候補値とに基づいて前記ロボットアームを動作させて、前記作業に要する作業時間に関する第２情報と、前記作業中に前記ロボットアームに加わる力に関する第３情報とを取得する第１ステップと、
取得した前記第２情報および前記第３情報に基づいて、前記力制御パラメーターの候補値を更新した更新値を取得する第２ステップと、を有し、
取得した前記作業時間または前記ロボットアームに加わる力が収束するまで、前記第１情報にノイズを加えて前記第１ステップと前記第２ステップとを繰り返し行い前記力制御パラメーターの最終値を得ることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、本発明の力制御パラメーター調整方法を実行するロボットシステムの全体構成を示す図である。

【図2】図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。

【図3】図３は、力制御パラメーターを取得する方法を説明するための概念図である。

【図4】図４は、作業開始位置姿勢および作業終了位置姿勢を説明するための断面図である。

【図5】図５は、作業を行う際に実際に生じ得る作業環境のばらつきを説明するための図であって、第１対象物、第２対象物およびロボットアームの先端部を示す部分拡大断面図である。

【図6】図６は、作業を行う際に実際に生じ得る作業環境のばらつきを模擬的に再現した状態を示す図であって、第１対象物、第２対象物およびロボットアームの先端部を示す部分拡大断面図である。

【図7】図７は、作業開始位置姿勢に傾きを与えた際に失敗した状態の一例を示す図であって、第１対象物、第２対象物およびロボットアームの先端部を示す部分拡大断面図である。

【図8】図８は、作業ごとの作業時間に関する情報をプロットしたグラフである。

【図9】図９は、図１に示すロボットシステムが実行する制御動作を説明するためのフローチャートである。

【図10】図１０は、ロボットシステムについてハードウェアを中心として説明するためのブロック図である。

【図11】図１１は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例１を示すブロック図である。

【図12】図１２は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例２を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

＜実施形態＞
図１は、本発明の力制御パラメーター調整方法を実行するロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、力制御パラメーターを取得する方法を説明するための概念図である。図４は、作業開始位置姿勢および作業終了位置姿勢を説明するための断面図である。図５は、作業を行う際に実際に生じ得る作業環境のばらつきを説明するための図であって、第１対象物、第２対象物およびロボットアームの先端部を示す部分拡大断面図である。図６は、作業を行う際に実際に生じ得る作業環境のばらつきを模擬的に再現した状態を示す図であって、第１対象物、第２対象物およびロボットアームの先端部を示す部分拡大断面図である。図７は、作業開始位置姿勢に傾きを与えた際に失敗した状態の一例を示す図であって、第１対象物、第２対象物およびロボットアームの先端部を示す部分拡大断面図である。図８は、作業ごとの作業時間に関する情報をプロットしたグラフである。図９は、図１に示すロボットシステムが実行する制御動作を説明するためのフローチャートである。

【0008】

以下、本発明の力制御パラメーター調整方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の＋Ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」、－Ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」とも言う。また、ロボットアームについては、図１中の基台１１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター側を「先端」とも言う。また、図１中のＺ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。

【0009】

図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１を制御する制御装置３と、教示装置４と、を備え、本発明の力制御パラメーター調整方法を実行する。

【0010】

まず、ロボット１について説明する。
図１に示すロボット１は、本実施形態では単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、基台１１と、ロボットアーム１０と、を有する。また、ロボットアーム１０の先端部にエンドエフェクター２０を装着することができる。エンドエフェクター２０は、ロボット１の構成要件であってもよく、ロボット１の構成要件でなくてもよい。

【0011】

なお、ロボット１は、図示の構成に限定されず、例えば、双腕型の多関節ロボットであってもよい。また、ロボット１は、水平多関節ロボットであってもよい。

【0012】

基台１１は、ロボットアーム１０を下側から駆動可能に支持する支持体であり、例えば工場内の床に固定されている。ロボット１は、基台１１が中継ケーブル１８を介して制御装置３と電気的に接続されている。なお、ロボット１と制御装置３との接続は、図１に示す構成のように有線による接続に限定されず、例えば、無線による接続であってもよく、さらには、インターネットのようなネットワークを介して接続されていてもよい。

【0013】

本実施形態では、ロボットアーム１０は、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第５アーム１６と、第６アーム１７とを有し、これらのアームが基台１１側からこの順に連結されている。なお、ロボットアーム１０が有するアームの数は、６つに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上であってもよい。また、各アームの全長等の大きさは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。

【0014】

基台１１と第１アーム１２とは、関節１７１を介して連結されている。そして、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回動軸を回動中心とし、その第１回動軸回りに回動可能となっている。第１回動軸は、基台１１が固定される床の法線と一致している。

【0015】

第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節１７２を介して連結されている。そして、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向と平行な第２回動軸を回動中心として回動可能となっている。第２回動軸は、第１回動軸に直交する軸と平行である。

【0016】

第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節１７３を介して連結されている。そして、第３アーム１４は、第２アーム１３に対して水平方向と平行な第３回動軸を回動中心として回動可能となっている。第３回動軸は、第２回動軸と平行である。

【0017】

第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節１７４を介して連結されている。そして、第４アーム１５は、第３アーム１４に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回動軸を回動中心として回動可能となっている。第４回動軸は、第３回動軸と直交している。

【0018】

第４アーム１５と第５アーム１６とは、関節１７５を介して連結されている。そして、第５アーム１６は、第４アーム１５に対して第５回動軸を回動中心として回動可能となっている。第５回動軸は、第４回動軸と直交している。

【0019】

第５アーム１６と第６アーム１７とは、関節１７６を介して連結されている。そして、第６アーム１７は、第５アーム１６に対して第６回動軸を回動中心として回動可能となっている。第６回動軸は、第５回動軸と直交している。

【0020】

また、第６アーム１７は、ロボットアーム１０の中で最も先端側に位置するロボット先端部となっている。この第６アーム１７は、ロボットアーム１０の駆動により、エンドエフェクター２０ごと回動することができる。

【0021】

ロボット１は、駆動部としてのモーターＭ１、モーターＭ２、モーターＭ３、モーターＭ４、モーターＭ５およびモーターＭ６と、エンコーダーＥ１、エンコーダーＥ２、エンコーダーＥ３、エンコーダーＥ４、エンコーダーＥ５およびエンコーダーＥ６とを備える。モーターＭ１は、関節１７１に内蔵され、基台１１と第１アーム１２とを相対的に回転させる。モーターＭ２は、関節１７２に内蔵され、第１アーム１２と第２アーム１３とを相対的に回転させる。モーターＭ３は、関節１７３に内蔵され、第２アーム１３と第３アーム１４とを相対的に回転させる。モーターＭ４は、関節１７４に内蔵され、第３アーム１４と第４アーム１５とを相対的に回転させる。モーターＭ５は、関節１７５に内蔵され、第４アーム１５と第５アーム１６とを相対的に回転させる。モーターＭ６は、関節１７６に内蔵され、第５アーム１６と第６アーム１７とを相対的に回転させる。

【0022】

また、エンコーダーＥ１は、関節１７１に内蔵され、モーターＭ１の位置を検出する。エンコーダーＥ２は、関節１７２に内蔵され、モーターＭ２の位置を検出する。エンコーダーＥ３は、関節１７３に内蔵され、モーターＭ３の位置を検出する。エンコーダーＥ４は、関節１７４に内蔵され、モーターＭ４の位置を検出する。エンコーダーＥ５は、関節１７５に内蔵され、モーターＭ５の位置を検出する。エンコーダーＥ６は、関節１７６に内蔵され、モーターＭ６の位置を検出する。

【0023】

エンコーダーＥ１～エンコーダーＥ６は、制御装置３と電気的に接続されており、モーターＭ１～モーターＭ６の位置情報、すなわち、回転量が制御装置３に電気信号として送信される。そして、この情報に基づいて、制御装置３は、モーターＭ１～モーターＭ６を、図示しないモータードライバーを介して駆動させる。すなわち、ロボットアーム１０を制御するということは、モーターＭ１～モーターＭ６を制御することである。

【0024】

また、ロボットアーム１０の先端には、制御点ＣＰが設定されている。制御点ＣＰは、ロボットアーム１０の制御を行う際の基準となる点のことである。ロボットシステム１００では、ロボット座標系で制御点ＣＰの位置を把握し、制御点ＣＰが所望の位置に移動するようにロボットアーム１０を駆動する。

【0025】

また、ロボット１では、ロボットアーム１０に、力を検出する力検出部１９が着脱自在に設置される。そして、ロボットアーム１０は、力検出部１９が設置された状態で駆動することができる。力検出部１９は、本実施形態では、６軸力覚センサーである。力検出部１９は、互いに直交する３つの検出軸上の力の大きさと、当該３つの検出軸まわりのトルクの大きさとを検出する。すなわち、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の力成分と、Ｘ軸回りとなるＴｘ方向の力成分と、Ｙ軸回りとなるＴｙ方向の力成分と、Ｚ軸回りとなるＴｚ方向の力成分とを検出する。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向が鉛直方向となっている。また、各軸方向の力成分を「並進力成分」と言い、各軸回りの力成分を「回転力成分」と言うこともできる。また、力検出部１９は、６軸力覚センサーに限定されず、他の構成のものであってもよい。

【0026】

本実施形態では、力検出部１９は、第６アーム１７に設置されている。なお、力検出部１９の設置箇所としては、第６アーム１７、すなわち、最も先端側に位置するアームに限定されず、例えば、他のアームや、隣り合うアーム同士の間や、基台１１の下方であってもよく、全関節にそれぞれ設置されていてもよい。

【0027】

力検出部１９には、エンドエフェクター２０を着脱可能に装着することができる。エンドエフェクター２０は、一対の爪が接近離間することにより物品を把持するハンドで構成されているが、本発明ではこれに限定されず、２本以上の爪を有していてもよい。また、吸着により物品を把持するハンドであってもよい。

【0028】

また、ロボット座標系において、エンドエフェクター２０の先端の任意の位置、好ましくは各爪が接近した状態における先端にツールセンターポイントＴＣＰが設定されている。前述したように、ロボットシステム１００では、ロボット座標系で制御点ＣＰの位置を把握し、制御点ＣＰが所望の位置に移動するようにロボットアーム１０を駆動する。また、エンドエフェクター２０の種類、特に、長さを把握しておくことにより、ツールセンターポイントＴＣＰと制御点ＣＰとのオフセット量を把握することができる。このため、ツールセンターポイントＴＣＰの位置をロボット座標系で把握することができる。したがって、ツールセンターポイントＴＣＰを制御の基準とすることができる。

【0029】

また、図１に示すように、ロボット１は、第１対象物であるワークＷ１を把持して、第２対象物であるワークＷ２に挿入し、嵌合する作業を行う。ここで、「嵌合」とは、狭義の嵌合のみならず、嵌入、係合等を含む広い概念で用いられる。したがって、ワークＷ１およびワークＷ２の構成によっては、「嵌合」を「嵌入」、「係合」等と読み換えることができる。なお、ワークＷ２を把持してワークＷ１をワークＷ２に挿入する作業であってもよい。

【0030】

ワークＷ１は、横断面形状が円形をなす棒状体である。なお、ワークＷ１は、横断面形状が三角形、四角形またはそれ以上の多角形であってもよく、電子機器のコネクターや、プラスチック外装品等のものであってもよい。ワークＷ２は、ワークＷ１が挿入される挿入孔２００を有するブロック状をなしている。

【0031】

また、図４～図７に示すように、ワークＷ２の挿入孔２００には、ワークＷ１を挿入時の抵抗力として作用するスナッピング機構４１１が設けられる。スナッピング機構４１１は、コネクター挿入や、プラスチック部品の組立において実際の用途で部品自体が機能を持つこともある。ここでは、スナッピング機構４１１を機能部品として別に示している。

【0032】

次に、制御装置３および教示装置４について説明する。
制御装置３は、ロボット１から離間して配置されており、プロセッサーの１例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたコンピューター等で構成することができる。この制御装置３は、ロボット１の基台１１に内蔵されていてもよい。

【0033】

制御装置３は、中継ケーブル１８によりロボット１と通信可能に接続される。また、制御装置３は、教示装置４とケーブルで、または無線通信可能に接続される。教示装置４は、専用のコンピューターであってもよく、ロボット１を教示するためのプログラムがインストールされた汎用のコンピューターであってもよい。例えばロボット１を教示するための専用装置であるティーチングペンダント等を教示装置４の代わりに用いても良い。さらに、制御装置３と教示装置４とは、別々の筐体を備えていてもよく、一体に構成されていてもよい。

【0034】

また、教示装置４には、制御装置３に後述する目標位置姿勢Ｓ_ｔと目標力ｆ_Ｓｔとを引数とする実行プログラムを生成して制御装置３にロードするためのプログラムがインストールされていてもよい。教示装置４は、ディスプレイ、プロセッサー、ＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源が教示プログラムと協働して実行プログラムを生成する。

【0035】

図２に示すように、制御装置３は、ロボット１の制御を行うための制御プログラムがインストールされたコンピューターである。制御装置３は、プロセッサーや図示しないＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源がプログラムと協働することによりロボット１を制御する。

【0036】

また、図２に示すように、制御装置３は、目標位置設定部３Ａと、駆動制御部３Ｂと、記憶部３Ｃと、パラメーター生成部３Ｄと、を有する。記憶部３Ｃは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等で構成される。記憶部３Ｃには、本発明の力制御パラメーター調整方法を実行するためのプログラム等、ロボット１を作動させるための動作プログラムが記憶されている。

【0037】

目標位置設定部３Ａは、ワークＷ１に対して所定の作業を実行するための目標位置姿勢Ｓ_ｔおよび動作経路を設定する。目標位置設定部３Ａは、教示装置４から入力された教示情報等に基づいて、目標位置姿勢Ｓ_ｔおよび動作経路を設定する。

【0038】

駆動制御部３Ｂは、ロボットアーム１０の駆動を制御するものであり、位置制御部３０と、座標変換部３１と、座標変換部３２と、補正部３３と、力制御部３４と、指令統合部３５と、を有する。

【0039】

位置制御部３０は、予め作成されたコマンドで指定される目標位置に従って、ロボット１のツールセンターポイントＴＣＰの位置を制御する位置指令信号、すなわち、位置指令値を生成する。

【0040】

ここで、制御装置３は、ロボット１の動作を力制御等で制御することが可能である。「力制御」とは、力検出部１９の検出結果に基づいて、エンドエフェクター２０の位置、すなわち、ツールセンターポイントＴＣＰの位置や、第１アーム１２～第６アーム１７の姿勢を変更したりするロボット１の動作の制御のことである。

【0041】

力制御には、例えば、フォーストリガー制御と、インピーダンス制御とが含まれている。フォーストリガー制御では、力検出部１９により力検出を行い、その力検出部１９により所定の力を検出するまで、ロボットアーム１０に移動や姿勢の変更の動作を行う。

【0042】

インピーダンス制御は、倣い制御を含む。インピーダンス制御では、ロボットアーム１０の先端部に加わる力を可能な限り所定の力に維持、すなわち、力検出部１９により検出される所定方向の力を可能な限り目標力ｆ_Ｓｔに維持するようにロボットアーム１０の動作を制御する。これにより、例えば、ロボットアーム１０に対してインピーダンス制御を行うと、ロボットアーム１０は、対象物や、オペレーターから加わった外力に対し、前記所定方向について倣う動作を行う。なお、目標力ｆ_Ｓｔには、０も含まれる。例えば、倣い動作の場合の設定の１つとしては、目標値を「０」とすることができる。なお、目標力ｆ_Ｓｔを０以外の数値とすることもできる。この目標力ｆ_Ｓｔは、作業者が適宜設定可能である。

【0043】

記憶部３Ｃは、モーターＭ１～モーターＭ６の回転角度の組み合わせと、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置との対応関係を記憶している。また、制御装置３は、ロボット１が行う作業の工程ごとに目標位置姿勢Ｓ_ｔと目標力ｆ_Ｓｔとの少なくとも一方をコマンドに基づいて記憶部３Ｃに記憶する。目標位置姿勢Ｓ_ｔおよび目標力ｆ_Ｓｔを引数、すなわち、パラメーターとするコマンドは、ロボット１が行う作業の工程ごとに設定される。

【0044】

駆動制御部３Ｂは、設定された目標位置姿勢Ｓ_ｔと目標力ｆ_ＳｔとがツールセンターポイントＴＣＰで一致するように、第１アーム１２～第６アーム１７を制御する。目標力ｆ_Ｓｔとは、第１アーム１２～第６アーム１７の動作によって達成されるべき力検出部１９の検出力およびトルクである。ここで、「Ｓ」の文字は、ロボット座標系を規定する軸の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のいずれか１つの方向を表すこととする。また、Ｓは、Ｓ方向の位置も表すこととする。例えば、Ｓ＝Ｘの場合、ロボット座標系で設定された目標位置のＸ方向成分がＳ_ｔ＝Ｘ_ｔとなり、目標力のＸ方向成分がｆ_Ｓｔ＝ｆ_Ｘｔとなる。

【0045】

また、駆動制御部３Ｂでは、モーターＭ１～モーターＭ６の回転角度を取得すると、図２に示す座標変換部３１が、対応関係に基づいて、当該回転角度をロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）に変換する。そして、座標変換部３２が、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓと、力検出部１９の検出値とに基づいて、力検出部１９に現実に作用している作用力ｆ_Ｓをロボット座標系において特定する。

【0046】

作用力ｆ_Ｓの作用点は、ツールセンターポイントＴＣＰとは別に力検出原点として定義される。力検出原点は、力検出部１９が力を検出している点に対応する。なお、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓごとに、力検出部１９のセンサー座標系における検出軸の方向を規定した対応関係を記憶している。従って、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓと対応関係とに基づいて、ロボット座標系における作用力ｆ_Ｓを特定できる。また、ロボットに作用するトルクは、作用力ｆ_Ｓと、接触点から力検出部１９までの距離とから算出することができ、回転力成分として特定される。なお、ワークＷ１に対してエンドエフェクター２０が接触して作業を行う場合、接触点は、ツールセンターポイントＴＣＰとみなすことができる。

【0047】

補正部３３は、作用力ｆ_Ｓに対して重力補償を行う。重力補償とは、作用力ｆ_Ｓから重力に起因する力やトルクの成分を除去することである。重力補償を行った作用力ｆ_Ｓは、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター２０に作用している重力以外の力と見なすことができる。

【0048】

また、補正部３３は、作用力ｆ_Ｓに対して慣性補償を行う。慣性補償とは、作用力ｆ_Ｓから慣性力に起因する力やトルクの成分を除去することである。慣性補償を行った作用力ｆ_Ｓは、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター２０に作用している慣性力以外の力と見なすことができる。

【0049】

力制御部３４は、インピーダンス制御を行う。インピーダンス制御は、仮想の機械的インピーダンスをモーターＭ１～モーターＭ６によって実現する能動インピーダンス制御である。制御装置３は、このようなインピーダンス制御を、ワークＷ１およびワークＷ２の嵌合作業、螺合作業、研磨作業等、エンドエフェクター２０が対象物から力を受ける接触状態の工程や、直接教示を行う際に実行する。なお、このような工程以外であっても、例えば、人がロボット１に接触した際にインピーダンス制御を行うことにより、安全性を高めることができる。

【0050】

インピーダンス制御では、目標力ｆ_Ｓｔを後述する運動方程式に代入してモーターＭ１～モーターＭ６の回転角度を導出する。制御装置３がモーターＭ１～モーターＭ６を制御する信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号である。

【0051】

また、制御装置３は、エンドエフェクター２０が外力を受けない非接触状態の工程では、目標位置姿勢Ｓ_ｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御する。目標位置姿勢Ｓ_ｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御するモードのことを、位置制御モードと言う。

【0052】

制御装置３は、目標力ｆ_Ｓｔと作用力ｆ_Ｓとをインピーダンス制御の運動方程式に代入することにより、力由来補正量ΔＳを特定する。力由来補正量ΔＳとは、ツールセンターポイントＴＣＰが機械的インピーダンスを受けた場合に、目標力ｆ_Ｓｔとの力偏差Δｆ_Ｓ（ｔ）を解消するために、ツールセンターポイントＴＣＰが移動すべき位置姿勢Ｓの大きさを意味する。下記の式（１）は、インピーダンス制御の運動方程式である。

【0053】

【数1】

【0054】

式（１）の左辺は、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓの２階微分値に仮想質量係数ｍ（以下、「質量係数ｍ」と言う）を乗算した第１項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓの微分値に仮想粘性係数ｄ（以下、「粘性係数ｄ」と言う）を乗算した第２項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓに仮想弾性係数ｋ（以下、「弾性係数ｋ」と言う）を乗算した第３項とによって構成される。式（１）の右辺は、目標力ｆ_Ｓｔから現実の力ｆを減算した力偏差Δｆ_Ｓ（ｔ）によって構成される。式（１）における微分とは、時間による微分を意味する。ロボット１が行う工程において、目標力ｆ_Ｓｔとして一定値が設定される場合や、目標力ｆ_Ｓｔとして時間の関数が設定される場合もある。

【0055】

質量係数ｍは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に有する質量を意味し、粘性係数ｄは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける粘性抵抗を意味し、弾性係数ｋは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける弾性力のバネ定数を意味する。

【0056】

質量係数ｍの値が大きくなるにつれて、動作の加速度が小さくなり、質量係数ｍの値が小さくなるにつれて動作の加速度が大きくなる。粘性係数ｄの値が大きくなるにつれて、動作の速度が遅くなり、粘性係数ｄの値が小さくなるにつれて動作の速度が速くなる。弾性係数ｋの値が大きくなるにつれて、バネ性が大きくなり、弾性係数ｋの値が小さくなるにつれて、バネ性が小さくなる。

【0057】

これら質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、方向ごとに異なる値に設定されてもよく、方向に関わらず共通の値に設定されてもよい。また、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、作業者が、作業前に適宜設定可能である。

【0058】

このような質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、力制御パラメーターである。力制御パラメーターは、ロボットアーム１０が実際に作業を行うのに先立って設定される値である。力制御パラメーターは、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの他に、前述したような目標力や、図３に示すように、作業開始位置姿勢、作業途中位置姿勢、作業終了位置姿勢等が含まれる。

【0059】

このように、ロボットシステム１００では、力制御を実行中、力検出部１９の検出値、予め設定された力制御パラメーター、および、予め設定された目標力から補正量を求める。この補正量は、前述した力由来補正量ΔＳのことであり、外力を受けたその位置からツールセンターポイントＴＣＰを移動すべき位置との差のことである。

【0060】

そして、指令統合部３５は、位置制御部３０が生成した位置指令値Ｐに、力由来補正量ΔＳを合算する。これを随時行うことにより、指令統合部３５は、外力を受けた位置に移動させるために用いていた位置指令値Ｐから、新たな位置指令値Ｐ’を求める。

【0061】

そして、この新たな位置指令値Ｐ’を座標変換部３１がロボット座標に変換し、実行部３５１が実行することにより、力由来補正量ΔＳを加味した位置にツールセンターポイントＴＣＰを移動させて、外力に対して応答し、ロボット１に接触した対象物に対し、それ以上負荷がかかるのを緩和することができる。

【0062】

このような駆動制御部３Ｂによれば、ワークＷ１を把持した状態で、ツールセンターポイントＴＣＰを目標位置姿勢Ｓ_ｔに向かって移動させつつ、かつ、目標力ｆ_Ｓｔが予め設定された値になるまでツールセンターポイントＴＣＰが移動するようにロボットアーム１０を駆動することができる。具体的には、ワークＷ１がワークＷ２の挿入孔２００に挿入され、予め設定された目標力ｆ_Ｓｔを検出するまで挿入作業を行い、挿入作業を完了することができる。また、挿入過程において、上記のような力制御を行うことにより、ワークＷ１およびワークＷ２に過剰に負荷がかかるのを防止または抑制することができる。

【0063】

図２に示すパラメーター生成部３Ｄは、連続最適化問題のアルゴリズムにより、パラメーターを生成する。具体的には、パラメーター生成部３Ｄは、入力データとなる評価値から反復的に学習し、目的関数の最小値を探索するパラメーターを生成する。

【0064】

連続最適化問題のアルゴリズムとは、入力値を受け取り、評価および次回試行のパラメーター算出を行い、その結果を出力値として出力するもののことを言う。入力値は、例えば、作業に要した時間、すなわち、作業時間に関する情報と、作業中にロボットアームが受けた力、すなわち、作業中に力検出部１９が検出した検出力である。出力値は、例えば、力制御パラメーターの更新値である。これらに関しては、後に詳述する。

【0065】

前記アルゴリズムとしては、Nelder-Mead法、ニュートン法、共分散行列適応進化戦略法(Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy)、粒子群最適化法(Particle Swarm Optimization)や、ベイズ最適化法等が挙げられる。

【0066】

前記アルゴリズムに対して、評価関数を構成する各入力値に対する配分比を適切に設定しつつ多目的最適化を行うことで、収束に至るまでの作業回数を少なくすることができる。

【0067】

本実施形態では、連続最適化問題のアルゴリズムを取り挙げたが、これに限定されず、離散値をパラメーター出力とするアルゴリズムであっても、作業開始位置にばらつきを与える事による過剰適合防止の効果は、同様に得ることができる。

【0068】

ここで、作業者は、作業の内容や、ワークＷ１およびワークＷ２の種類等に応じて、作業を行う前に、前述した力制御パラメーターを適切な値に設定する必要がある。これらを適切な値に設定することにより、作業中のロボットアーム１０のモードを作業に適したモードとすることができ、所望の作業時間で、ワークＷ１およびワークＷ２に過剰な負荷をかけることなく正確な作業を行うことができる。

【0069】

しかしながら、力制御パラメーターを適切な値に設定することは難しく、従来では、試験的に作業を行い、作業時間等の作業結果に基づいて何度も力制御パラメーターを変更しながら、所望の作業結果になるまで試行錯誤しながら手探りで力制御パラメーターの適切な値を設定する必要がある。このような方法では、ワーク数量および種類、作業時のロボットアーム１０の位置姿勢等の諸条件が限定されて、過剰適合状態、すなわち、ワークやロボットのばらつきが無い特定条件の下でのみ、求められる性能を発揮する力制御パラメーターを得ることとなる。すなわち、上述の前記力制御パラメーターは、製造ばらつき、把持ばらつきが存在する実運用には適さないものとなってしまう。このように、力制御に求められる生産性要件として、必要とされる適切な力およびトルクと、作業時間と、のバランスが取れた力制御パラメーターを設定することは、熟練者にとっても難しい。これに対し、本発明では、以下のようにして課題を解決することができる。以下、本発明の力制御パラメーター調整方法について、図３を参照しつつ、図９に示すフローチャートを用いて説明する。

【0070】

以下の各ステップは、本実施形態では、制御装置３および教示装置４が分担して行うが、本発明ではこれに限定されず、制御装置３および教示装置４のうちのいずれかが実行する構成であってもよい。

【0071】

まず、作業者が、ロボットアーム１０の作業開始位置姿勢に関する第１情報と、力制御パラメーターの候補値とを入力する。この入力は、教示装置４を用いて行われる。例えば、作業開始位置は、ツールセンターポイントＴＣＰの座標の値を入力することにより行われ、作業開始姿勢は、各関節の角度の値を入力することにより行われる。

【0072】

また、力制御パラメーターの候補値とは、目標力、質量係数ｍ、粘性係数ｄ、弾性係数ｋ、作業終了位置姿勢の初期設定値のことである。これらは、初期状態において任意の初期値が予め設定されていてもよく、目標力、質量係数ｍ、粘性係数ｄ、弾性係数ｋ、作業終了位置姿勢をそれぞれ入力、設定する構成であってもよい。目標力、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、それぞれ、数値を入力することにより設定される。また、作業終了位置は、ツールセンターポイントＴＣＰの座標の値を入力することにより行われ、作業終了姿勢は、各関節の角度の値を入力することにより行われる。

【0073】

また、力制御パラメーター調整方法を開始するに際し、作業者が第１情報を入力する際、作業開始位置姿勢を範囲で入力する構成であるのが好ましい。すなわち、作業者によって入力される第１情報は、作業開始位置姿勢の範囲を持った値であるのが好ましい。これにより、作業開始位置姿勢のずれ量を考慮した作業を行い、評価値を得ることができる。よって、後述するステップを実行することにより、より適正な力制御パラメーターを設定することができる。

【0074】

ステップＳ１０１では、上述した入力情報を取得する。すなわち、ロボットアーム１０の作業開始位置姿勢に関する第１情報と、力制御パラメーターの候補値とを取得する。本明細書における「取得」とは、情報を受け取り、制御装置３、教示装置４および通信可能な外部記憶装置のいずれかの記憶部に記憶することを言う。

【0075】

次に、ステップＳ１０２において、試験的に作業を実行する。すなわち、ステップＳ１０１で取得した情報に基づいてロボットアーム１０を駆動して試験的に作業を実行する。そして、ステップＳ１０３において、作業に要する作業時間に関する第２情報と、作業中にロボットアーム１０に加わる力に関する第３情報とを取得する。第２情報は、作業開始してから終了するまでの時間のことであり、制御装置３または教示装置４に内蔵されたタイマーにより測定される構成であってもよく、作業者が測定して制御装置３または教示装置４に入力する構成であってもよい。

【0076】

また、第３情報は、作業中にロボットアーム１０に加わる力の経時的な情報であってもよく、作業中にロボットアーム１０に加わる力の最大値であってもよい。また、作業中にロボットアーム１０に加わる力は、力検出部１９が検出した検出値のことであり、前述したように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の力成分と、Ｘ軸回りとなるＴｘ方向の力成分と、Ｙ軸回りとなるＴｙ方向の力成分と、Ｚ軸回りとなるＴｚ方向の力成分とが含まれる。以下、これらを総称して「検出力」と言う。

【0077】

ステップＳ１０３で取得する２情報が、作業中にロボットアーム１０に加わる力の最大値として本発明の力制御パラメーター調整方法を実行した場合、作業中にワークＷ１およびワークＷ２に加わる負荷をより効果的に軽減することができる力制御パラメーターを設定することができる。

【0078】

このようなステップＳ１０３が、ロボットアーム１０の作業開始位置または作業開始姿勢に関する第１情報と、力制御パラメーターの候補値とに基づいてロボットアーム１０を動作させて、作業に要する作業時間に関する第２情報と、作業中にロボットアーム１０に加わる力に関する第３情報とを取得する第１ステップである。

【0079】

次いで、ステップＳ１０４において、第２情報および第３情報をパラメーター生成部３Ｄに入力する。そして、ステップＳ１０５において、パラメーター生成部３Ｄから出力された力制御パラメーターの更新値を取得する。

【0080】

力制御パラメーターの更新値には、目標力、仮想粘性係数、仮想弾性係数、仮想質量係数、作業開始位置姿勢、作業途中位置姿勢および作業終了位置姿勢が含まれる。力制御パラメーターの更新値は、入力された第２情報および第３情報から読み取れる特徴、傾向等を見出して適正に修正された値である。

【0081】

なお、力制御パラメーターの更新値は、目標力、仮想粘性係数、仮想弾性係数、仮想質量係数、作業開始位置、作業開始姿勢、作業終了位置および作業終了姿勢のうちの少なくとも１つが含まれていていれば、本発明の効果を得ることができる。

【0082】

このように、力制御パラメーターの更新値には、目標力、仮想粘性係数、仮想弾性係数、仮想質量係数、作業開始位置姿勢、作業終了位置姿勢のうち少なくとも１つが含まれる。これにより、作業を実行するに際し、重要なパラメーターを修正し、設定することができる。

【0083】

このようなステップＳ１０５が、取得した第２情報および第３情報に基づいて、力制御パラメーターの候補値を修正した更新値を取得する第２ステップである。

【0084】

次いで、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０５で取得した更新値のうち、作業開始位置または作業開始姿勢にノイズを加える。具体的には、ステップＳ１０５で取得した更新値に所定の範囲の数値からランダムに取り出した数値、すなわち、乱数を加算または乗算する。これにより、作業開始位置姿勢のばらつきを作り出し、例えば、ワークＷ２の設置位置のばらつきや、ワークＷ１およびワークＷ２の寸法のばらつきを想定して入力情報を生成することができる。その結果、さらに適正な力制御パラメーターを設定することができる。

【0085】

ここで、一例として、図４～図６を用いて、挿入作業における開始位置ばらつきの導入の有用性について説明する。図４は、図１中の、ロボットアーム１０の先端、ワークＷ１およびワークＷ２の拡大縦断面図である。力検出部１９内部の力検出原点１９ａの値と、制御点ＣＰの作業開始位置姿勢情報ＣＰ－０が、評価値として使用される。作業開始位置姿勢情報ＣＰ－０は、制御点ＣＰのロボット座標と、各関節の角度とから定義される。

【0086】

作業実行前から作業実行後に至るまでの作業時間をより短く、かつ過度に大きな力を検出しないことが、通常の挿入作業として求められる。図４に示すように、ワークＷ１の作業開始位置姿勢は、ワークＷ２の挿入孔２００に対して直線的かつ滑らかに係合するよう意図し、教示される。

【0087】

しかしながら、例えば、図５に示した挿入孔２００の寸法公差が大きい状態、例えば、挿入孔２００が大きい状態Ｂ、ワークＷ２の挿入孔２００の傾き、或いは、ワークＷ２の設置面に傾きがある状態Ｃ、ワークＷ１からワークＷ２までの距離が遠い状態Ｄ等、同一作業を繰り返し行う作業において、意図しない実際の環境におけるばらつきが生じる。

【0088】

例えば、状態Ａのみを作業開始位置姿勢として採用し、連続最適化アルゴリズムを適用すると、並進方向に対する力制御パラメーターの最適化を行われるものの、回転方向に対する力制御パラメーターの最適化は、評価値に対する影響がなく、状態Ｃや状態Ｄのような作業開始位置姿勢のばらつきに対して最適化が行われない。その結果、過剰な作業時間の増加や、作業失敗の確率が上がる。このような事態を避けるようために、最適化問題を解くことが、実際の作業で求められる。

【0089】

上述の問題に対する解決手段として、例えば、位置姿勢の変更が容易なロボット１側の作業開始位置姿勢を変更することによって、図５の状態ＣにおけるワークＷ１およびワークＷ２の相対的な位置関係が同じである図６に示す状態Ｃ’を模擬的に再現する。これにより、回転方向に対する力制御パラメーターの最適化と、並進方向に対する力制御パラメーターの最適化と、を少ない労力で両立することができる。同様に、図５の状態ＤにおけるワークＷ１およびワークＷ２の相対的な位置関係が同じである図６に示す状態Ｄ’を、位置姿勢の変更が容易なロボット１側の作業開始位置姿勢を変更することによって模擬的に再現する。

【0090】

また、状態Ｂおよび状態Ｂ’に示すようなワークＷ２自体の個体差を模擬的に再現するのは困難であるが、状態Ｃ’に示すようなばらつきは、スナッピング機構４１１からの反発力や、挿入孔２００における摩擦力の作業毎のばらつきを増加させることによって、状態Ｂ’に示すような条件も含める方向に前記ばらつきは大きくなる。その結果、得られた力制御パラメーターは、過剰適合が避けられており、状態変動により強く、好適なものとなる。

【0091】

状態Ｃでは回転方向の傾き、すなわち、姿勢の変動について記載し、状態Ｄでは、Ｚ軸方向の変動について説明したが、その他の方向においても同様の効果が得られる。例えば、最適化実施前の初期状態での教示位置が、ワークＷ１とワークＷ２とでＸ軸方向において完全に一致し、Ｙ軸においてズレがある場合、Ｘ軸方向は、ばらつきに弱く、Ｙ軸方向はばらつきに強い、となるような、最適化時の過剰適合につながる。

【0092】

このように、本発明では、ロボット１側で作業開始位置姿勢のばらつきを作り出し、例えば、ワークＷ２の設置位置のばらつきや、ワークＷ１およびワークＷ２の寸法のばらつきを想定した力制御パラメーターの更新値を得ることができる。

【0093】

次いで、ステップＳ１０７において、ステップＳ１０６で取得した力制御パラメーターの更新値を用いて再度試験的作業を行い、ステップＳ１０８において、その作業結果、すなわち、第２情報および第３情報を取得する。

【0094】

次いで、ステップＳ１０９において、ステップＳ１０８で取得した第２情報および第３情報が収束したか否かを判断する。ステップＳ１０９で収束していないと判断した場合、ステップＳ１０４に戻り、以降のステップを順次繰り返す。すなわち、収束するまで繰り返す。

【0095】

以下、一例として、第２情報を例に挙げて具体的に説明する。図８は、試験的作業を行って作業時間を取得するごとに結果をプロットしたグラフである。図８では、例えば、作業を１０回行って、１０回分の作業結果を１つの集団、すなわち、世代としてカウントした数を横軸としている。また、縦軸としては、左側に作業に要した時間を表記し、右側に前回との差分の時間を表記している。

【0096】

また、図８では、「時間平均値」、「作業時間最長」、「作業時間最短」、「差分」をそれぞれプロットしているが、「時間平均値」、「作業時間最長」および「作業時間最短」に関しては、左側の縦軸が適用され、「差分」に関しては、右側の縦軸が適用される。「時間平均値」は、その世代の作業時間の平均値である。「作業時間最長」は、その世代の最長の作業時間である。「作業時間最短」は、その世代の最短の作業時間である。「差分」は、その世代において、前回との作業時間の差分の平均値である。

【0097】

図８に示すように、１１世代～１４世代では、差分が、所定時間以下、すなわち、１秒以下の状態が続いている。この場合、１４世代において、作業結果である第２情報が収束したと判断する。このように、所定回数、すなわち、４世代連続で前世代との作業時間の差が、１秒以下の状態が続いた場合、収束したと判断する。なお、１世代～１３世代のステップＳ１０９では、収束していないと判断し、１４回目で収束したと判断する。

【0098】

なお、上記では、世代ごとに集計を行って、収束したか否かの判断を行う場合について説明したが、本発明ではこれに限定されず、例えば、作業を行うごと、すなわち、毎回、収束したか否かの判断を行ってもよい。

【0099】

また、上記では、作業時間の差分に基づいて判断を行う場合について説明したが、本発明ではこれに限定されず、「時間平均値」、「作業時間最長」、「作業時間最短」等に基づいて収束したか否かの判断を行ってもよい。

【0100】

このように、本発明の力制御パラメーター調整方法では、力制御パラメーターの最終値は、ｎ回目（ｎは、１以上の整数）の第１ステップで得られる作業時間と、ｎ＋１回目の前記第１ステップで得られる作業時間との乖離の程度が一定以下となる状態がｍ回（ｍは、１以上の整数）続いた際の力制御パラメーターの更新値である。これにより、より適正な力制御パラメーターを設定することができる。

【0101】

なお、上記では、第２情報が収束したか否かを判断する構成について説明したが、本発明ではこれに限定されず、第３情報が収束したか否かを判断する構成であってもよく、第２情報および第３情報が収束したか否かを判断する構成であってもよい。なお、第３情報が収束したか否かを判断する場合、例えば、検出力の最大値と、前回の作業時の検出力の最大値との差で判断することができる。

【0102】

ステップＳ１０９において、収束したと判断した場合、ステップＳ１１０において、最新の力制御パラメーターの更新値を、力制御パラメーターの最終値とし、その値を設定する。すなわち、１４回目の判断の際に用いた力制御パラメーターの更新値を、力制御パラメーターの最終値とし、本発明による最適化実行ののち、前記最終値を使用して繰返し作業を行う際の力制御パラメーターとする。

【0103】

このように、本発明の力制御パラメーター調整方法は、力制御により駆動し作業を行うロボットアーム１０を有するロボット１の力制御パラメーターを調整する力制御パラメーター調整方法である。また、本発明の力制御パラメーター調整方法は、ロボットアーム１０の作業開始位置姿勢に関する第１情報と、力制御パラメーターの候補値とに基づいてロボットアーム１０を動作させて、作業に要する作業時間に関する第２情報と、作業中にロボットアーム１０に加わる力に関する第３情報とを取得する第１ステップと、取得した第２情報および第３情報に基づいて、力制御パラメーターの候補値を更新した更新値を取得する第２ステップと、を有し、取得した作業時間またはロボットアーム１０に加わる力が収束するまで、第１情報にノイズを加えて第１ステップと第２ステップとを繰り返し行って力制御パラメーターの最終値を得る。これにより、従来のように力制御パラメーターを変えながら試験的に作業を繰り返し、どのような力制御パラメーターがその作業に適しているかを見極めるという作業を省略しつつ、力制御パラメーターを適正かつ容易に設定することができる。

【0104】

また、前述したように、ロボットアーム１０が実行する作業は、第１対象物であるワークＷ１を把持しつつ、第２対象物であるワークＷ２に挿入する挿入作業である。挿入作業では、力制御パラメーターをより適正な値とする必要がある。したがって、ロボットアーム１０が挿入作業である場合、特に、本発明の力制御パラメーター調整方法が有効である。

【0105】

また、力制御パラメーターの調整方法を開始するに際し、作業者が第１情報を入力する際、作業開始位置姿勢を範囲で入力する構成であるのが好ましい。すなわち、作業者によって入力される第１情報は、作業開始位置姿勢の範囲を持った値であるのが好ましい。

【0106】

図７に示すように、ワークＷ１がワークＷ２に近すぎる作業開始位置姿勢であると、作業開始位置姿勢に、ばらつき、すなわち、傾きを与える際、ワークＷ１がワークＷ２へ接触した作業開始位置姿勢、或いは、ワークＷ１とワークＷ２とが互いに接触状態を経由した後にワークＷ１とワークＷ２とが離間した作業開始位置姿勢となる。

【0107】

このような動作の結果、該作業で得られた評価値の信頼性が不十分な可能性がある。これは、把持条件の変化やワークＷ１の位置変化を含む環境条件の変動が要因となり、連続最適化問題のアルゴリズムが出力する更新値の精度劣化につながる。そこで、このような場合は、失敗と判断し、その旨を記憶するのが好ましい。すなわち、予め設定した重力補償および慣性補償の範囲となる閾値を超える検出力が検出された場合には、失敗と記憶することが好ましい。

【0108】

失敗の際は、作業開始位置姿勢の変更のみ実施し再試行してもよく、制約条件に違反した悪評価値である旨を記憶してもよく、作業者に対してエラーを発報してもよい。

【0109】

このように、ノイズが加えられた第１情報に基づく作業中にロボットアーム１０に加わる力が、予め設定した重力補償および慣性補償の範囲となる閾値を超えた場合、作業を失敗と記憶することが好ましい。これにより、どのような条件で失敗したかを参照して、次回以降の力制御パラメーターの設定時に生かすことができる。

【0110】

＜ロボットシステムの他の構成例＞
図１０は、ロボットシステムについてハードウェアを中心として説明するためのブロック図である。

【0111】

図１０には、ロボット１とコントローラー６１とコンピューター６２が接続されたロボットシステム１００Ａの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コントローラー６１にあるプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよく、コンピューター６２に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出してコントローラー６１を介して実行されてもよい。

【0112】

従って、コントローラー６１とコンピューター６２とのいずれか一方または両方を「制御装置」として捉えることができる。

【0113】

＜変形例１＞
図１１は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例１を示すブロック図である。

【0114】

図１１には、ロボット１に直接コンピューター６３が接続されたロボットシステム１００Ｂの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コンピューター６３に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して直接実行される。
従って、コンピューター６３を「制御装置」として捉えることができる。

【0115】

＜変形例２＞
図１２は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例２を示すブロック図である。

【0116】

図１２には、コントローラー６１が内蔵されたロボット１とコンピューター６６が接続され、コンピューター６６がＬＡＮ等のネットワーク６５を介してクラウド６４に接続されているロボットシステム１００Ｃの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コンピューター６６に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよく、クラウド６４上に存在するプロセッサーによりコンピューター６６を介してメモリーにある指令を読み出して実行されてもよい。

【0117】

従って、コントローラー６１とコンピューター６６とクラウド６４とのいずれか１つ、または、いずれか２つ、または、３つを「制御装置」として捉えることができる。

【0118】

以上、本発明の力制御パラメーター調整方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、ロボットシステムを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

【符号の説明】

【0119】

１…ロボット、３…制御装置、３Ａ…目標位置設定部、３Ｂ…駆動制御部、３Ｃ…記憶部、３Ｄ…パラメーター生成部、４…教示装置、１０…ロボットアーム、１１…基台、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…第３アーム、１５…第４アーム、１６…第５アーム、１７…第６アーム、１８…中継ケーブル、１９…力検出部、１９ａ…力検出原点、２０…エンドエフェクター、３０…位置制御部、３１…座標変換部、３２…座標変換部、３３…補正部、３４…力制御部、３５…指令統合部、６１…コントローラー、６２…コンピューター、６３…コンピューター、６４…クラウド、６５…ネットワーク、６６…コンピューター、１００…ロボットシステム、１００Ａ…ロボットシステム、１００Ｂ…ロボットシステム、１００Ｃ…ロボットシステム、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、２００…挿入孔、３５１…実行部、４１１…スナッピング機構、Ａ…状態、Ｂ…状態、Ｂ’…状態、Ｃ…状態、Ｃ’…状態、Ｄ…状態、Ｄ’…状態、ＣＰ…制御点、Ｅ１…エンコーダー、Ｅ２…エンコーダー、Ｅ３…エンコーダー、Ｅ４…エンコーダー、Ｅ５…エンコーダー、Ｅ６…エンコーダー、Ｍ１…モーター、Ｍ２…モーター、Ｍ３…モーター、Ｍ４…モーター、Ｍ５…モーター、Ｍ６…モーター、ＣＰ－０…作業開始位置姿勢情報、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、Ｗ１…ワーク、Ｗ２…ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】