特許 7600639 ロボットシステム、およびロボットシステムにおける力制御パラメーターの調整方法

(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】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】ロボットシステム、およびロボットシステムにおける力制御パラメーターの調整方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020195934

(22)【出願日】2020-11-26

(65)【公開番号】P2022084215

(43)【公開日】2022-06-07

【審査請求日】2023-10-27

(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】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】下平 泰裕

【審査官】杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１９９１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８８５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３４９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／０３７９９９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ ～ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットシステムの力制御において使用される力制御パラメーターの調整方法であって、
前記ロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットに設けられ外力を測定できる力検出器と、前記ロボットに設けられ第１対象物を保持できるエンドエフェクターと、を備え、
前記力制御は、前記ロボットを使用して倣い動作を実行させる際に、前記力検出器による前記外力の測定値に基づいて行われ、
前記倣い動作は、前記エンドエフェクターに保持された前記第１対象物の少なくとも一部が、第２対象物に接触しつつ、前記第２対象物が備える空隙に挿入され、または前記一部が、前記第２対象物に接触しつつ、前記空隙から抜き出される、動作であり、
前記調整方法は、
前記挿入または抜き出しの方向の目標力と、前記挿入または抜き出しの方向に直交する方向の目標力と、を含む前記力制御パラメーターの候補値を用いて、前記ロボットに前記倣い動作を行わせ、前記倣い動作における前記外力の測定値である力測定値を得る測定工程と、
前記力測定値を使用して前記力制御パラメーターについて最適化処理を行い、前記力制御パラメーターの新たな候補値を得るパラメーター更新工程と、
前記測定工程と前記パラメーター更新工程とを繰り返すことにより、前記ロボットシステムの前記力制御において使用される力制御パラメーターを決定し、出力するパラメーター決定工程と、を含む、調整方法。

【請求項2】

請求項１に記載の力制御パラメーターの調整方法であって、
前記測定工程は、前記倣い動作に要する時間である動作時間を計測する工程を含み、
前記パラメーター更新工程は、前記力測定値と前記動作時間を入力とし、前記力制御パラメーターの候補値を出力とするアルゴリズムを使用して実行される、調整方法。

【請求項3】

請求項２に記載の力制御パラメーターの調整方法であって、
前記アルゴリズムは、
前記力制御の有効または無効の指定と、
前記倣い動作の開始時における前記エンドエフェクターの位置と、
前記倣い動作の開始時と終了時の間の時刻における前記エンドエフェクターの位置と、を出力とする、調整方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の力制御パラメーターの調整方法であって、
前記力制御パラメーターは、前記力制御における、仮想粘性係数、仮想弾性係数、および仮想質量係数を含む、調整方法。

【請求項5】

ロボットシステムであって、
ロボットと、
前記ロボットに設けられ外力を測定できる力検出器と、
前記ロボットに設けられ第１対象物を保持できるエンドエフェクターと、
前記エンドエフェクターに保持された前記第１対象物の少なくとも一部が、第２対象物に接触しつつ、前記第２対象物が備える空隙に挿入され、または前記一部が、前記第２対象物に接触しつつ、前記空隙から抜き出される倣い動作を、前記ロボットに実行させ、前記倣い動作において、前記力検出器による前記外力の測定値に基づいて、前記ロボットの力制御を行う制御部と、
前記力制御において使用される力制御パラメーターの調整を行うことができる調整部と、を備え、
前記調整部は、
前記挿入または抜き出しの方向の目標力と、前記挿入または抜き出しの方向に直交する方向の目標力と、を含む前記力制御パラメーターの候補値を用いて、前記ロボットに前記倣い動作を行わせ、前記倣い動作における前記外力の測定値である力測定値を得る測定処理と、
前記力測定値を使用して前記力制御パラメーターについて最適化処理を行い、前記力制御パラメーターの新たな候補値を得るパラメーター更新処理と、
前記測定処理と前記パラメーター更新処理とを繰り返すことにより、前記ロボットシステムの前記力制御において使用される力制御パラメーターを決定し、出力する、パラメーター決定処理と、を行うことができる、ロボットシステム。

【請求項6】

請求項５に記載のロボットシステムであって、
前記測定処理は、前記倣い動作に要する時間である動作時間を計測する処理を含み、
前記パラメーター更新処理は、前記力測定値と前記動作時間を入力とし、前記力制御パラメーターの候補値を出力とするアルゴリズムを使用して実行される、ロボットシステム。

【請求項7】

請求項６に記載のロボットシステムであって、
前記アルゴリズムは、
前記力制御の有効または無効の指定と、
前記倣い動作の開始時における前記エンドエフェクターの位置と、
前記倣い動作の開始時と終了時の間の時刻における前記エンドエフェクターの位置と、を出力とする、ロボットシステム。

【請求項8】

請求項５から７のいずれか１項に記載のロボットシステムであって、
前記力制御パラメーターは、前記力制御における、仮想粘性係数、仮想弾性係数、および仮想質量係数を含む、ロボットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ロボットシステム、ロボットシステムの制御方法、ロボットシステムにおける力制御パラメーターの調整方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、部品を穴に挿入する挿入作業においてインピーダンス制御を行うロボット制御装置が存在する。特許文献１の技術においては、穴の深さ方向に沿って設定された複数の区間に対応して、インピーダンス制御における粘性パラメーターが設定される。粘性パラメーターの調整処理において、各区間に対応する粘性パラメーターのうちの一つが低減され、ロボットによる挿入動作が実行されて、ロボットに設けられた力センサーによりハンドに作用する反力が測定される。そのような処理を、各区間に対応する粘性パラメーターについて順に実行する処理を繰り返すことにより、反力が所定値以下となる条件を満たしつつ、挿入作業rの時間が短い粘性パラメーターのセットが設定される。

【0003】

特許文献１においては、制御における、部品の挿入方向に対して垂直な方向の目標力については、言及されていない。これは、特許文献１においては、部品の挿入方向が鉛直下方である、という前提が置かれているためである。従来、そのような場合には、挿入方向に対して垂直な方向の目標力の大きさは０に設定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１４／０３７９９９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、部品の挿入方向は、常に鉛直下方であるとは限らない。部品の挿入方向が鉛直方向以外の方向である場合、挿入される部品は穴の内壁と接触して、穴の内壁から垂直抗力および摩擦力を受ける。このため、挿入方向に対して垂直な方向の目標力の大きさが０に設定された制御によっては、実際には、適切に部品を穴に挿入することができない場合がある。

【0006】

また、力センサーは、外力を受けた場合、実際に力を受けた方向について力を検出して検出信号を出力する一方で、実際に力を受けた方向に対して垂直な方向についても、実際に受けた力の数％程度の力を検出したものとして検出信号を出力する、という特性を有している。このため、部品の挿入方向が鉛直方向である場合にも、そのような力センサーの特性に起因して、挿入方向に対して垂直な方向に力が検出され、その力を０にしようとする制御が行われるため、適切に部品を穴に挿入することができない場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一形態によれば、ロボットシステムの力制御において使用される力制御パラメーターの調整方法が提供される。前記ロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットに設けられ外力を測定できる力検出器と、前記ロボットに設けられ第１対象物を保持できるエンドエフェクターと、を備える。前記力制御は、前記ロボットを使用して倣い動作を実行させる際に、前記力検出器による前記外力の測定値に基づいて行われる。前記倣い動作は、前記エンドエフェクターに保持された前記第１対象物の少なくとも一部が、第２対象物に接触しつつ、前記第２対象物が備える空隙に挿入され、または前記一部が、前記第２対象物に接触しつつ、前記空隙から抜き出される、動作である。前記調整方法は、前記挿入または抜き出しの方向の目標力と、前記挿入または抜き出しの方向に直交する方向の目標力と、を含む前記力制御パラメーターの候補値を用いて、前記ロボットに前記倣い動作を行わせ、前記倣い動作における前記外力の測定値である力測定値を得る測定工程と、前記力測定値を使用して前記力制御パラメーターについて最適化処理を行い、前記力制御パラメーターの新たな候補値を得るパラメーター更新工程と、前記測定工程と前記パラメーター更新工程とを繰り返すことにより、前記ロボットシステムの前記力制御において使用される力制御パラメーターを決定し、出力するパラメーター決定工程と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態におけるロボットシステム１を示す斜視図である。

【図2】ロボット制御装置２００と設定装置６００の機能を示すブロック図である。

【図3】制御プログラム２２４で使用される力制御パラメーター２２６を示す図である。

【図4】制御プログラムの作成手順を示すフローチャートである。

【図5】図４のステップＳ１２０における力制御パラメーターの調整方法を示すフローチャートである。

【図6】ステップＳ１２３，Ｓ１２４のパラメーター更新処理で使用される最適化アルゴリズムの入力と出力を表すブロック図である。

【図7】ステップＳ１２３～Ｓ１２６の処理の繰り返しに伴う動作時間の推移を表すグラフである。

【図8】ステップＳ１４０における倣い動作の開始時の状態を示す説明図である。

【図9】ステップＳ１４０における倣い動作の途中の状態を示す説明図である。

【図10】ステップＳ１４０における倣い動作の途中の状態を示す説明図である。

【図11】ステップＳ１４０における倣い動作の途中の状態を示す説明図である。

【図12】ステップＳ１４０における倣い動作が終了される直前の状態を示す説明図である。

【図13】倣い動作においてエンドエフェクター１４０が受けるｙ軸正方向の力Ｆｙを表すグラフである。

【図14】倣い動作においてエンドエフェクター１４０がワークＷＫ１を支持するｚ軸正方向の力Ｆｚを表すグラフである。

【図15】本開示の技術の他の適用例１を示す説明図である。

【図16】本開示の技術の他の適用例２を示す説明図である。

【図17】複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される一例を示す概念図である。

【図18】複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される他の例を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

Ａ．実施形態：
Ａ１．ロボットシステムの構成：
図１は、実施形態におけるロボットシステム１を示す斜視図である。このロボットシステム１は、カメラ３０と、ロボット１００と、力検出器１３０と、エンドエフェクター１４０と、ロボット制御装置２００と、設定装置６００と、を備えている。ロボット１００とロボット制御装置２００と設定装置６００とは、ケーブルまたは無線を介して通信可能に接続される。

【0010】

ロボット１００は、アーム１１０の先端にあるアームフランジ１２０に各種のエンドエフェクターを装着して使用される単腕ロボットである。アーム１１０は６つの関節Ｊ１～Ｊ６を備える。関節Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５は曲げ関節であり、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６はねじり関節である。関節Ｊ６の先端にあるアームフランジ１２０には、対象物に対して把持や加工等の作業を行うための各種のエンドエフェクターが装着される。本明細書において、ロボット１００によって取り扱われる対象物を「ワーク」とも呼ぶ。

【0011】

アーム１１０の先端近傍の位置を、ツールセンターポイントとして設定可能である。以下、ツールセンターポイントを「ＴＣＰ」と呼ぶ。ＴＣＰは、エンドエフェクターの位置の基準として使用される位置であり、任意の位置に設定可能である。例えば、関節Ｊ６の回転軸上の所定位置をＴＣＰとして設定することができる。なお、本実施形態では６軸ロボットを用いているが、他の関節機構を有するロボットを使用してもよい。

【0012】

ロボット１００は、アーム１１０の可動範囲内においてエンドエフェクターを任意の位置で任意の姿勢に配することができる。アームフランジ１２０には、力検出器１３０と、エンドエフェクター１４０とが設置されている。エンドエフェクター１４０は、本実施形態においてはグリッパーである。ただし、ロボット１００は、他の任意の種類のエンドエフェクターを取り付けられることができる。

【0013】

力検出器１３０は、ロボット１００に設けられ、外力を測定できる。より具体的には、力検出器１３０は、エンドエフェクター１４０に作用する３軸の力と、それら３軸まわりに作用するトルクとを計測する６軸センサーである。力検出器１３０は、固有の座標系であるセンサー座標系において互いに直交する３個の検出軸と平行な力の大きさと、当該３個の検出軸まわりのトルクの大きさとを検出する。なお、関節Ｊ６以外の関節Ｊ１～Ｊ５のいずれか１つ以上に力検出器としての力センサーを備えてもよい。なお、力検出器は、制御する方向の力やトルクを検出できればよく、力検出器１３０のように直接的に力やトルクを検出する手段や、ロボットの関節のトルクを検出して間接的に力やトルクを求める手段などを用いてもよい。また、力を制御する方向のみの力やトルクを検出してもよい。

【0014】

ロボット１００が設置された空間を規定する座標系をロボット座標系と呼ぶ。ロボット座標系は、水平面上において互いに直交するｘ軸とｙ軸と、鉛直上向きを正方向とするｚ軸とによって規定される３次元の直交座標系である。また、ｘ軸周りの回転角をＲｘで表し、ｙ軸周りの回転角をＲｙで表し、ｚ軸周りの回転角をＲｚで表す。ｘ，ｙ，ｚ軸方向の位置により３次元空間における任意の位置を表現でき、Ｒｘ，Ｒｙ，Ｒｚ軸方向の回転角により３次元空間における任意の姿勢を表現できる。本明細書において「位置」と表記した場合、位置と姿勢も意味し得る。また、本明細書において「力」と表記した場合、力とトルクも意味し得る。

【0015】

ロボット１００の作業の対象の一つであるワークＷＫ２が、作業台５０の上に配置される。ワークＷＫ２の側面には、嵌合孔Ｈ２が形成されている。嵌合孔Ｈ２は、円形の断面を有し、ワークＷＫ２の側面の開口からｙ軸正方向に伸びており、底を有する穴である。作業台５０の上方には、カメラ３０が設置されている。このカメラ３０は、作業台５０上のワークＷＫ２が視野に含まれるように設置されている。なお、本開示の技術において、カメラ３０は省略可能である。

【0016】

エンドエフェクター１４０は、ロボット１００に設けられ、ワークＷＫ１を保持できる。ワークＷＫ１は円柱形の部品である。ワークＷＫ１の外径は、嵌合孔Ｈ２の内径よりもわずかに小さい。エンドエフェクター１４０は、エンドエフェクター１４０で把持したワークＷＫ１を、ワークＷＫ２の嵌合孔Ｈ２に嵌合させる作業を行うことができる。

【0017】

ロボット制御装置２００は、アーム１１０と、エンドエフェクター１４０と、カメラ３０とを制御する。より具体的には、ロボット制御装置２００は、倣い動作をロボット１００に実行させる。倣い動作は、一般に、外力に追従する動作である。本実施形態における倣い動作は、より具体的には、エンドエフェクター１４０に保持されたワークＷＫ１の一部が、ワークＷＫ２に接触しつつ、ワークＷＫ２が備える嵌合孔Ｈ２に挿入される動作である。なお、倣い動作において、ワークＷＫ１がワークＷＫ２から離れる時間区間があってもよい。ロボット制御装置２００は、その倣い動作において、力検出器１３０による外力の測定値に基づいて、ロボット１００の力制御を行う。ロボット制御装置２００の機能は、プロセッサーとメモリーを備えるコンピューターがコンピュータープログラムを実行することによって実現される。

【0018】

設定装置６００は、教示者からの指示を受けて、制御プログラムを生成する。また、設定装置６００は、力制御において使用される力制御パラメーターの調整を行う。設定装置６００によって生成された制御プログラムおよび力制御パラメーターは、ロボット制御装置２００に転送され、ロボット制御装置２００のメモリー２２０に格納される。

【0019】

図２は、ロボット制御装置２００と設定装置６００の機能を示すブロック図である。ロボット制御装置２００は、プロセッサー２１０とメモリー２２０とを備えている。メモリー２２０は、揮発性メモリーと不揮発性メモリーとを含む。プロセッサー２１０は、メモリー２２０に予め格納されたプログラム命令２２２を実行することにより、制御実行部２５０の機能を実現する。制御実行部２５０は、メモリー２２０に格納されている制御プログラム２２４を実行することによって、作業の動作をロボット１００に実行させる。なお、制御実行部２５０の機能の一部または全部をハ―ドウェア回路で実現してもよい。

【0020】

設定装置６００は、プロセッサー６１０とメモリー６２０と表示装置６６０と入力装置６７０とを備えている。メモリー６２０は、揮発性メモリーと不揮発性メモリーとを含む。プロセッサー６１０は、メモリー６２０に予め格納されたプログラム命令６２２を実行することにより、プログラム作成部６５０の機能を実現する。プログラム作成部６５０は、メモリー６２０に格納されている設定プログラム６２４を実行することによって、ユーザーからの入力に従って制御プログラム２２４を作成する。プログラム作成部６５０は、さらに、設定プログラム６２４を実行することによって、制御プログラム２２４のパラメーターを決定する。なお、プログラム作成部６５０の機能の一部または全部をハ―ドウェア回路で実現してもよい。

【0021】

図３は、制御プログラム２２４で使用される力制御パラメーター２２６を示す図である。力制御パラメーター２２６は、ロボット１００の力制御に関するパラメーターである。力制御パラメーター２２６は、制御プログラム２２４にしたがって行われる力制御の際に参照される。

【0022】

力制御パラメーター２２６には、各動作における「始点」と「終点」を示すパラメーターが含まれる（図３の上段参照）。本実施形態においては、制御対象のロボット１００のＴＣＰの「始点」および「終点」は、ロボット座標系で定義される。ロボット座標系の各軸についての並進位置と回転位置とが定義される。なお、始点と終点は、種々の座標系で定義されてよい。

【0023】

力制御においては、始点および終点のうちの少なくとも一部は、一つの動作において定義されない場合がある。たとえば、ある動作において、ある方向に作用する力が０になるように衝突回避や倣い制御が行われる場合、その方向における始点および終点は定義されず、その方向の力を０にするように、位置が任意に変化し得る状態が定義されることもある。

【0024】

力制御パラメーター２２６には、複数の動作におけるＴＣＰの「加減速特性」が含まれる（図３の中段参照）。加減速特性によって、ロボット１００のＴＣＰが各動作の始点から終点まで移動する際の、各時刻におけるＴＣＰの速度が規定される。本実施形態においては、加減速特性によって記述される速度は、制御対象のロボット１００のＴＣＰについての速度である。本実施形態においては、ＴＣＰの速度は、ロボット座標系で定義される。すなわち、ロボット座標系の各軸について、並進速度と、回転速度すなわち角速度と、が定義される。なお、加減速特性も種々の座標系で定義されてよい。

【0025】

力制御パラメーター２２６には、ＴＣＰの位置のフィードバック制御におけるサーボゲインが含まれている（図３の中段参照）。サーボゲインは、ＴＣＰの位置のＰＩＤ制御における、比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを含む。

【0026】

力制御パラメーター２２６には、「力制御座標系」を示す情報が含まれる（図３の下段参照）。力制御座標系は、力制御の目標力を定義するための座標系である。最適化が行われる前においては、目標力ベクトルの起点が、力制御座標系の原点であり、目標力ベクトルの方向に、力制御座標系の１軸が向いている。ロボットの教示において力制御における各種の目標力が定義される際に、各作業の各動作における目標力の作用点が教示される。たとえば、対象物の一点を他の物体に当て、両者の接触点で、対象物から他の物体に一定の目標力を作用させた状態で、対象物の向きを変化させる場合は、以下のように力制御座標系が定義しなおされる。すなわち、対象物が他の物体と接触する点が目標力の作用点となり、当該作用点を原点とした力制御座標系が定義される。

【0027】

力制御パラメーター２２６は、力制御の目標力が作用する点を原点とし、目標力の方向に１軸が向いている座標系、すなわち、力制御座標系を特定するための情報を、パラメーターとして含んでいる。当該パラメーターは種々の定義が可能である。たとえば、力制御座標系を特定するためのパラメーターは、力制御座標系と他の座標系（ロボット座標系等）との関係を示すデータによって定義可能である。

【0028】

力制御パラメーター２２６には、「目標力」が含まれる（図３の下段参照）。目標力は、各種の作業において、任意の点に作用すべき力として教示される力であり、力制御座標系によって定義される。目標力を示す目標力ベクトルは、目標力ベクトルの起点と、起点からの６軸成分、すなわち３軸の並進力および３軸のトルクとして定義され、力制御座標系で表現される。なお、力制御座標系と他の座標系との関係を利用すれば、当該目標力を任意の座標系、たとえば、ロボット座標系におけるベクトルに変換することが可能である。

【0029】

力制御パラメーター２２６には、「インピーダンスパラメーター」が含まれる（図３の下段参照）。インピーダンス制御は、仮想の機械的インピーダンスを、各関節を駆動するモーターの駆動力によって実現する制御である。インピーダンス制御においては、ＴＣＰが仮想的に有する質量が、仮想質量係数ｍとして定義される。ＴＣＰが仮想的に受ける粘性抵抗が、仮想粘性係数ｄとして定義される。ＴＣＰが仮想的に受ける弾性力のバネ定数が、仮想弾性係数ｋとして定義される。インピーダンスパラメーターは、これらの係数ｍ，ｄ，ｋである。インピーダンスパラメーターは、ロボット座標系の各軸に対する並進と回転について定義される。

【0030】

本実施形態において、目標力およびインピーダンスパラメーターは、各ロボットが実行する動作において、制御点の位置に応じて定められる複数の区間のそれぞれについて、設定されることができる。その結果、それらのパラメーターは時系列的に変化することができる。

【0031】

Ａ２．制御プログラムの作成とパラメーターの調整：
図４は、制御プログラムの作成手順を示すフローチャートである。本実施形態においては、図４の処理で作成される制御プログラムは、エンドエフェクター１４０に保持されたワークＷＫ１が、ワークＷＫ２に設けられた嵌合孔Ｈ２に挿入される倣い動作を実現するプログラムである。図４の処理は、設定装置６００のプロセッサー６１０の機能部であるプログラム作成部６５０によって実行される。

【0032】

ステップＳ１１０においては、ロボット１００の制御プログラム２２４が実現する動作のフローが作成される。具体的には、設定装置６００の表示装置６６０および入力装置６７０を介して入力される教示者の指示に従って、ロボット１００に実行させる動作と、それらの動作の順番が決定される。

【0033】

ステップＳ１２０においては、ロボットシステム１の力制御において使用される力制御パラメーターの調整が行われる。力制御パラメーターの調整については、後に詳細に説明する。

【0034】

ステップＳ１３０において、ステップＳ１１０で決定された動作フローおよびステップＳ１２０で調整された力制御パラメーターが、制御プログラムに変換される。変換後の制御プログラムは、低級言語で記述されている。

【0035】

ステップＳ１４０においては、制御プログラムが設定装置６００からロボット制御装置２００に転送され、メモリー２２０に格納される（図２の２２４参照）。そして、制御プログラム２２４に従って、ロボット制御装置２００がロボットを制御し、ロボットに作業を実行させる。この作業は、製造ラインでロボット１００の動作を確認する確認作業や、製造ラインで製品を製造するための本作業として実行可能である。

【0036】

図５は、図４のステップＳ１２０における力制御パラメーターの調整方法を示すフローチャートである。以下の説明では、技術の理解を容易にするため、目標力Ｆｔの各成分は、ロボット座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿って記述される。

【0037】

ステップＳ１２１においては、ステップＳ１１０で決定された倣い動作の動作フローと、倣い動作の力制御パラメーターの初期候補値と、を用いて、ロボット１００に倣い動作を行わせる。倣い動作の力制御パラメーターの初期候補値は、特定の動作に応じて定められた値ではなく、様々な倣い動作に適用し得るように定められている。倣い動作の力制御パラメーターの初期候補値は、挿入または抜き出しの方向の目標力に加えて、挿入または抜き出しの方向に直交する方向の目標力を含む。倣い動作の力制御パラメーターの初期候補値は、あらかじめロボット制御装置２００のメモリー２２０に格納されている（図２の中段右部参照）。

【0038】

ステップＳ１２２においては、ステップＳ１２１の倣い動作における外力の測定値が取得される。外力の測定値を、「力測定値」と呼ぶ。また、ステップＳ１２２においては、ステップＳ１２１の倣い動作に要した時間が計測される。倣い動作に要する時間を、「動作時間」と呼ぶ。ステップＳ１２２の処理は、実質的にステップＳ１２１の処理と並行して行われる。ステップＳ１２１とステップＳ１２２の処理を、まとめて「測定処理」とも呼ぶ。

【0039】

ステップＳ１２１のロボット１００による倣い動作は、７回実行される。ステップＳ１２２において、７回行われた倣い動作の外力の測定値の最大値が、力測定値として採用される。７回行われた倣い動作のそれぞれに要した時間の平均値が、動作時間として採用される。最大値としての力測定値、および平均値としての動作時間が得られた後、処理はステップＳ１２３に進む。なお、力測定値として倣い動作の外力の測定値の最大値を採用したが、これに限定されず、平均値を用いてもよい。

【0040】

ステップＳ１２３においては、力測定値および動作時間が最適化アルゴリズムに入力される。最適化アルゴリズムは、力測定値および動作時間を使用して力制御パラメーターについて最適化処理を行い、力制御パラメーターの新たな候補値を出力する（図３参照）。最適化アルゴリズムによる処理については、後に説明する。

【0041】

ステップＳ１２４においては、最適化アルゴリズムから出力された力制御パラメーターの新たな候補値が取得される。ステップＳ１２３とステップＳ１２４の処理を、まとめて「パラメーター更新処理」とも呼ぶ。

【0042】

ステップＳ１２５においては、ステップＳ１１０で決定された倣い動作の動作フローと、ステップＳ１２４で取得された力制御パラメーターの新たな候補値と、を用いて、ロボット１００に倣い動作を行わせる。

【0043】

ステップＳ１２６においては、ステップＳ１２５の倣い動作の力測定値が取得される。また、ステップＳ１２６においては、ステップＳ１２５の倣い動作の動作時間が計測される。ステップＳ１２６の処理は、実質的にステップＳ１２５の処理と並行して行われる。ステップＳ１２６の処理は、ステップＳ１２２の処理と同じである。ステップＳ１２５とステップＳ１２６の処理を、まとめて「測定処理」とも呼ぶ。

【0044】

ステップＳ１２５のロボット１００による倣い動作は、７回実行される。ステップＳ１２６において、７回行われた倣い動作の外力の測定値の最大値が、力測定値として採用される。７回行われた倣い動作のそれぞれに要した時間の平均値が、動作時間として採用される。最大値としての力測定値、および平均値としての動作時間が得られた後、処理はステップＳ１２７に進む。

【0045】

ステップＳ１２７においては、ステップＳ１２５で得られた評価値が収束したか否かかが判定される。本実施形態においては、ステップＳ１２７における評価値として、動作時間が採用される。評価値が収束したか否かの判定の具体的な処理については、後に説明する。評価値が収束したと判定された場合には、図５の処理は終了する。評価値が収束していないと判定された場合には、処理はステップＳ１２３に戻る。

【0046】

ステップＳ１２３～Ｓ１２６の処理が繰り返されることにより、ロボットシステム１の力制御において使用される力制御パラメーターが決定される。決定された力制御パラメーターは、設定装置６００からロボット制御装置２００に出力される。

【0047】

図６は、ステップＳ１２３，Ｓ１２４のパラメーター更新処理で使用される最適化アルゴリズムの入力と出力を表すブロック図である。本実施形態で使用される最適化アルゴリズムは、力測定値と動作時間を入力とし、力制御パラメーターの候補値を出力とするアルゴリズムである。本実施形態で使用される最適化アルゴリズムは、具体的には、ＣＭＡ－ＥＳ（Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy：共分散行列適応進化戦略）である。

【0048】

最適化アルゴリズムは、動作時間ＯＴと、力測定値である検出力Ｆｄおよび検出トルクＴｄを入力される。最適化アルゴリズムは、力制御パラメーターの候補値を出力する（図６の右部参照）。

【0049】

このような構成とすることにより、ステップＳ１２３，Ｓ１２４のパラメーター更新処理において、力測定値と動作時間を考慮した最適化処理により、力制御パラメーターの新たな候補値を得ることができる。このため、図５の処理で決定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、倣い動作においてロボット１００が受ける外力と、倣い動作の動作時間ＯＴと、についての評価の高い動きで、ロボット１００に適切にワークＷＫ１を嵌合孔Ｈ２に挿入させることができる。

【0050】

最適化アルゴリズムは、たとえば、以下の式（１）で定められる評価値Ｅvalが小さくなるように最適化処理を行う。式（１）の第２項、第３項は、いわゆるペナルティ項である。
Ｅval＝α×ＯＴ
＋ β×［if （Ｆmax＞Ｆlimit），then 100］
＋ γ×［if （Ｔmax＞Ｆlimit），then 100］ ・・・ （１）
ＯＴ：倣い動作の動作時間［秒］。
Ｆmax：倣い動作中に検出される検出力Ｆｄの最大値の大きさ。
なお、検出力Ｆｄは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各成分の合成力である。
Ｆlimit：検出力Ｆｄの最大値の大きさの許容値。
Ｔmax：倣い動作中に検出される検出トルクＴｄの最大値の大きさ。
なお、検出トルクＴｄは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸についての各成分の合成トルクである。
Ｔlimit：検出トルクＴｄの最大値の大きさの許容値。
α，β，γ：重み係数。

【0051】

最適化アルゴリズムが出力する力制御パラメーターの候補値は、倣い動作における目標力Ｆｔと、インピーダンスパラメーターと、を含む（図６の上段右部、および図３の下段参照）。目標力Ｆｔは、ｘ軸方向の力成分Ｆｘｔ、ｙ軸方向の力成分Ｆｙｔ、ｚ軸方向の力成分Ｆｚｔ、ならびにｘ軸を中心とするトルク成分Ｔｘｔ、ｙ軸を中心とするトルク成分Ｔｙｔ、ｚ軸方向を中心とするトルク成分Ｔｚｔで表される。すなわち、倣い動作の力制御パラメーターの候補値は、挿入または抜き出しの方向の目標力に加えて、挿入または抜き出しの方向に直交する方向の目標力を含む。インピーダンスパラメーターは、仮想質量係数ｍ、仮想粘性係数ｄ、および仮想弾性係数ｋを含む。

【0052】

そのような処理で決定された力制御パラメーターにおいては、挿入または抜き出しの方向に直交する方向の目標力が、０以外の適切な値に設定され得る。このため、そのような力制御パラメーターで力制御を行うことにより、鉛直方向に沿った挿入または抜き出しに限られず、作業環境に応じた適切な力制御を行って、ロボット１００に適切にワークＷＫ１を嵌合孔Ｈ２に挿入させることができる。また、力検出器が、実際に力を受けた方向に対して垂直な方向について他軸成分を出力する場合にも、ロボット１００に適切にワークＷＫ１を嵌合孔Ｈ２に挿入させることができる。さらに、最適化手法を用いて力制御パラメーターを調整することにより、ユーザーによる試行錯誤を繰り返すことなく、容易に力制御パラメーターを決定することができる。

【0053】

最適化アルゴリズムは、力制御の有効または無効を指定するフラグＦｌｇと、倣い動作の開始時におけるエンドエフェクター１４０の位置ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ，Ｒｘｓ，Ｒｙｓ，Ｒｚｓと、倣い動作の開始時と終了時の間の定められた時刻におけるエンドエフェクター１４０の位置ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ，またはＲｘｐ，Ｒｙｐ，Ｒｚｐと、を出力する（図６の下段右部）。なお、本実施形態でエンドエフェクター１４０の位置とは、エンドエフェクター１４０の先端に設定される制御点を基準とする位置のことである。

【0054】

パラメーターｘｓ，ｙｓ，ｚｓは、倣い動作の開始時におけるエンドエフェクター１４０の位置を、３次元空間内の一点の位置として表す。パラメーターＲｘｓ，Ｒｙｓ，Ｒｚｓは、倣い動作の開始時におけるエンドエフェクター１４０の姿勢を表す。

【0055】

パラメーターｘｐ，ｙｐ，ｚｐは、倣い動作の開始時と終了時の間の時刻におけるエンドエフェクター１４０の位置を、３次元空間内の一点の位置として表す。言い換えれば、パラメーターｘｐ，ｙｐ，ｚｐは、倣い動作における通過点の位置を、３次元空間内の一点の位置として表す。パラメーターＲｘｐ，Ｒｙｐ，Ｒｚｐは、倣い動作の開始時と終了時の間の時刻におけるエンドエフェクター１４０の姿勢を表す。言い換えれば、パラメーターＲｘｐ，Ｒｙｐ，Ｒｚｐは、倣い動作における通過点でのエンドエフェクター１４０の姿勢を表す。最適化アルゴリズムは、通過点に関するパラメーターｘｐ，ｙｐ，ｚｐとパラメーターＲｘｐ，Ｒｙｐ，Ｒｚｐとのうち、指定された一方を出力する。

【0056】

このような処理によって決定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、力制御の有効または無効と、倣い動作の開始時におけるエンドエフェクター１４０の位置ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ，Ｒｘｓ，Ｒｙｓ，Ｒｚｓと、倣い動作の通過点のエンドエフェクター１４０の位置ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ，または、Ｒｘｐ，Ｒｙｐ，Ｒｚｐと、を適切に指定された制御を行って、ロボット１００に適切にワークＷＫ１を嵌合孔Ｈ２に挿入させることができる。

【0057】

たとえば、力制御を行わなくても、ロボット１００のハードウェア構成のたわみによって、適切にワークＷＫ１が嵌合孔Ｈ２に挿入されることができる場合がある。力制御の有効または無効を指定するフラグＦｌｇを最適化処理の対象に含めることにより、そのような場合に、力制御を行わないようにすることができる。

【0058】

なお、最適化アルゴリズムは、図１６に示したパラメーター以外に、力制御パラメーターである加減速特性、サーボゲイン、および力制御座標系をも出力する（図３参照）。

【0059】

図７は、ステップＳ１２３～Ｓ１２６の処理の繰り返しに伴う動作時間の推移を表すグラフである。横軸は、ステップＳ１２３～Ｓ１２６の処理の繰り返しの回数である。左の縦軸は、動作時間ＯＴである。右の縦軸は、各回の動作時間の前回の動作時間からの差分である。図７のグラフ中の丸は、ステップＳ１２５における７回の測定で得られた動作時間の平均値を表す。三角は、それら７回の測定で得られた動作時間の最大値を表す。四角は、それら７回の測定で得られた動作時間の最小値を表す。平均値、最大値、最小値のいずれも、処理を繰り返すにつれて、小さくなっていることが分かる。

【0060】

図７のグラフ中のＸは、それぞれの測定処理における動作時間の平均値と、一つ前の測定処理における動作時間の平均値と、の差分を示す。差分の絶対値も、処理を繰り返すにつれて、０に近づいていることが分かる。

【0061】

図５のステップＳ１２７においては、ステップＳ１２３～Ｓ１２６の処理の繰り返しにおいて、差分が、０を中心とするあらかじめ定められた範囲Ｒｔｈ内にあることが、４回続いた場合には、評価値が収束したと判断される。このような処理を行うことで、動作時間が短縮されないにもかかわらず、ステップＳ１２３～Ｓ１２６の処理が繰り返される事態が防止される。

【0062】

本実施形態においては、目標力Ｆｔについては、挿入方向に垂直な方向の力成分を０とする、という制約を設けずに、図５の処理によって、力制御パラメーターの調整が行われる。このため、挿入方向に垂直な方向の力成分についても、原則として０以外の値が設定される。その結果、図４のステップＳ１４０においては、力制御は、挿入の方向に直交する方向の成分であって、０ではない大きさを有する成分を含む目標力にしたがって、実行される。よって、挿入の方向に直交する方向についても力を加える力制御を行う制御方法によって、ロボット１００に適切にワークＷＫ１を嵌合孔Ｈ２に挿入させることができる。

【0063】

Ａ３．倣い動作の例：
図８～図１２に沿って、倣い動作の例を説明する。図８～図１２において説明される作業は、スナッピング作業である。ここで説明する倣い動作は、ロボット制御装置２００が実行する力制御によって実現される。図８～図１２は、ワークＷＫ１，ＷＫ２、エンドエフェクター１４０、および力検出器１３０の形状を正確に表すものではない。

【0064】

図８は、ステップＳ１４０における倣い動作の開始時の状態を示す説明図である。ここでは、技術の理解を容易にするため、ロボット座標系に沿って技術内容を説明する。倣い動作における挿入の方向は、ロボット座標系におけるｙ軸負方向である（図１のＨ２参照）。

【0065】

ワークＷＫ２の嵌合孔Ｈ２の内面のうちｚ軸正方向に位置する面には、スナッピング機構ＳＮが設けられている。スナッピング機構ＳＮの爪は、バネによってｚ軸負方向に押圧されており、嵌合孔Ｈ２の内面からあらかじめ定められた寸法だけ突出している。スナッピング機構ＳＮの爪は、ｚ軸正方向に押圧されると、嵌合孔Ｈ２の内からｚ軸正方向に移動する。スナッピング機構ＳＮの爪は、嵌合孔Ｈ２の内面から突出しない位置までｚ軸正方向に退出することができる。

【0066】

ロボット１００の制御点ＣＰは、エンドエフェクター１４０に保持されたワークＷＫ１の先端面の中心に配されている。嵌合孔Ｈ２の挿入方向の端の近傍には、仮想的な閾値平面Ｓｃが定められている。閾値平面Ｓｃは、ｚ軸およびｘ軸に平行な平面である。倣い動作において、制御点ＣＰが閾値平面Ｓｃに達すると、倣い動作は完了したものと判定される。

【0067】

図８の状態においては、ワークＷＫ１に重力Ｆｇが作用している。ワークＷＫ１に作用する重力を、ワークＷＫ１の重心Ｇを基点とするベクトルで表す。図８の状態において、ロボット１００は、ワークＷＫ１に作用する重力Ｆｇに抗してワークＷＫ１の位置および姿勢を維持するように、力制御を行っている。このときのワークＷＫ１の位置および姿勢は、挿入方向であるｙ軸方向に投影した場合にワークＷＫ１の占める領域が、ワークＷＫ２の嵌合孔Ｈ２の占める領域内に含まれる位置および姿勢である。この状態において、ロボット１００は、ワークＷＫ２からｙ軸方向の反力を受けていない。

【0068】

図９は、ステップＳ１４０における倣い動作の途中の状態を示す説明図である。図９の状態において、ワークＷＫ１のｙ軸負方向の先端は、嵌合孔Ｈ２内に位置している（図９のＣＰ参照）。ただし、ワークＷＫ１のｙ軸負方向の先端は、スナッピング機構ＳＮには接していない。このとき、ワークＷＫ１の下面は、嵌合孔Ｈ２の内面に接している。

【0069】

この状態において、ワークＷＫ１は、嵌合孔Ｈ２の内面をｚ軸負方向に押圧し、嵌合孔Ｈ２の内面からｚ軸正方向の垂直抗力Ｆｎ１を受ける。

【0070】

ロボット１００の倣い動作によってｙ軸負方向に動かされているワークＷＫ１は、嵌合孔Ｈ２の内面との接触面から、ｙ軸正方向の摩擦力Ｆｆ１を受ける。図９において、ワークＷＫ１がワークＷＫ２から受けるｙ軸方向の力を、まとめてワークＷＫ１の上部にＦｆ１として示す。図９の状態において、ワークＷＫ１が、嵌合孔Ｈ２の内面との接触面からうける摩擦力は、ワークＷＫ１が嵌合孔Ｈ２に挿入され、ワークＷＫ１の下面と嵌合孔Ｈ２の内面の接触領域が大きくなるにつれて大きくなる。

【0071】

ロボット制御装置２００は、ｙ軸方向およびｚ軸方向について、設定された目標力を生じさせるように、ロボット１００を制御する。言い換えれば、ロボット制御装置２００は、力検出器１３０が検出するｙ軸方向の力Ｆｆ１とｚ軸方向の力Ｆｎ１が、それぞれ目標力のｙ軸方向成分とｚ軸方向成分と一致するように、力制御を行う。その結果、ワークＷＫ１は、嵌合孔Ｈ２内において上に移動される。

【0072】

図１０は、ステップＳ１４０における倣い動作の途中の状態を示す説明図である。図１０の状態において、ワークＷＫ１のｙ軸負方向の先端は、スナッピング機構ＳＮの爪に接している。ワークＷＫ１の下面は、嵌合孔Ｈ２の内面に接している。

【0073】

この状態において、ワークＷＫ１は、スナッピング機構ＳＮの爪をｙ軸負方向に押圧し、スナッピング機構ＳＮの爪からｙ軸正方向の抗力を受ける。ワークＷＫ１は、嵌合孔Ｈ２の内面をｚ軸負方向に押圧し、嵌合孔Ｈ２の内面からｚ軸正方向の垂直抗力Ｆｎ２を受ける。さらに、ロボット１００の倣い動作によってｙ軸負方向に動かされているワークＷＫ１は、嵌合孔Ｈ２の内面との接触面から、ｙ軸正方向の摩擦力を受ける。図１０において、ワークＷＫ１がワークＷＫ２から受けるｙ軸方向の力を、まとめてワークＷＫ１の上部にＦｆ２として示す。

【0074】

ロボット制御装置２００は、力検出器１３０が検出するｙ軸方向の力Ｆｆ２とｚ軸方向の力Ｆｎ２が、それぞれ目標力のｙ軸方向成分とｚ軸方向成分と一致するように、力制御を行う。その結果、ワークＷＫ１は、図９の状態に比べてｙ軸負方向により大きい力で押される。一方、ワークＷＫ１のｙ軸負方向への移動速度は低下する。ワークＷＫ１がスナッピング機構ＳＮの爪をｙ軸負方向に押す力が一定値以上になると、スナッピング機構ＳＮの爪は、ｚ軸正方向に退出を始める。ワークＷＫ１がスナッピング機構ＳＮから受けるｙ軸正方向の抗力は、スナッピング機構ＳＮのｚ軸正方向への退出が進むにつれて、大きくなる。また、図１０の状態においても、ワークＷＫ１が、嵌合孔Ｈ２の内面との接触面からうける摩擦力は、ワークＷＫ１が嵌合孔Ｈ２に挿入され、ワークＷＫ１の下面と嵌合孔Ｈ２の内面の接触領域が大きくなるにつれて大きくなる。よって、ワークＷＫ１がｙ軸負方向に動かされるにつれて、力検出器１３０が検出するｙ軸方向の力Ｆｆは、大きくなる。

【0075】

図１１は、ステップＳ１４０における倣い動作の途中の状態を示す説明図である。図１１の状態において、ワークＷＫ１の先端はスナッピング機構ＳＮを通過しており、ワークＷＫ１の上面が、スナッピング機構ＳＮに接している。

【0076】

この状態において、ワークＷＫ１は、スナッピング機構ＳＮの爪によってｚ軸負方向に押圧される。ワークＷＫ１は、嵌合孔Ｈ２の内面をｚ軸負方向に押圧し、嵌合孔Ｈ２の内面からｚ軸正方向の垂直抗力Ｆｎ３を受ける。さらに、ロボット１００の倣い動作によってｙ軸負方向に動かされているワークＷＫ１は、スナッピング機構ＳＮの爪との接触部および嵌合孔Ｈ２の内面との接触面から、ｙ軸正方向の摩擦力を受ける。図１１において、ワークＷＫ１が、スナッピング機構ＳＮの爪を含むワークＷＫ２から受けるｙ軸方向の力を、まとめてワークＷＫ１の上部にＦｆ３として示す。

【0077】

ロボット制御装置２００は、力検出器１３０が検出するｙ軸方向の力Ｆｆ３とｚ軸方向の力Ｆｎ３が、それぞれ目標力のｙ軸方向成分とｚ軸方向成分と一致するように、力制御を行う。その結果、ワークＷＫ１は、図１０の状態に比べてｙ軸負方向により小さい力で押される。ただし、図１１の状態においても、ワークＷＫ１が、嵌合孔Ｈ２の内面との接触面からうける摩擦力は、ワークＷＫ１が嵌合孔Ｈ２に挿入され、ワークＷＫ１の下面と嵌合孔Ｈ２の内面の接触領域が大きくなるにつれて大きくなる。よって、ワークＷＫ１がｙ軸負方向に動かされるにつれて、力検出器１３０が検出するｙ軸方向の力Ｆｆは、大きくなる。

【0078】

図１２は、ステップＳ１４０における倣い動作が終了される直前の状態を示す説明図である。図１２の状態において、ワークＷＫ１のｙ軸負方向の先端は、閾値平面Ｓｃに達している（図１２のＣＰ参照）。ＴＣＰが閾値平面Ｓｃに達したことを検知すると、ロボット制御装置２００は、倣い動作を終了する。

【0079】

図１２において、ワークＷＫ１が、スナッピング機構ＳＮの爪を含むワークＷＫ２から受けるｙ軸方向の力を、まとめてワークＷＫ１の上部にＦｆ４として示す。図１２において、ワークＷＫ１が、嵌合孔Ｈ２の内面から受けるｚ軸正方向の垂直抗力をＦｎ４として示す。

【0080】

図１２に示す倣い動作が終了される直前の状態において、ワークＷＫ１が、ワークＷＫ２の内面およびスナッピング機構ＳＮの爪から受ける力は、図１１の状態と略同様である。ただし、ワークＷＫ１のワークＷＫ２への挿入がより進行していることから、ｙ軸方向の力Ｆｆ４は、図１１の力Ｆｆ３より大きく、ｚ軸方向の力Ｆｎ４は、図１１の力Ｆｎ３より大きい。

【0081】

倣い動作が終了すると、エンドエフェクター１４０としてのグリッパーは、ワークＷＫ１をはなし、ロボット１００は、次の動作に移行する。

【0082】

図１３は、倣い動作においてエンドエフェクター１４０が受けるｙ軸正方向の力Ｆｙを表すグラフである。横軸は、ｙ軸負方向に沿った制御点ＣＰの位置である。図８～図１２で示した倣い動作において、エンドエフェクター１４０が受けるｙ軸正方向の力Ｆｙは、図１３に示すように変化する。力Ｆｙは、ワークＷＫ１の先端面にある制御点ＣＰがスナッピング機構ＳＮの爪の頂点の位置にあるときに最大となる（図１０参照）。図１３において、図９～図１２に示した状態における制御点ＣＰの位置を、それぞれＰ９～Ｐ１２で示す。図１３において、図９～図１２に示した状態におけるｙ軸正方向の力Ｆｆ１～Ｆｆ４を示す。

【0083】

ロボット制御装置２００は、倣い動作において図１３に示す力Ｆｙを生じさせるように、時系列的に目標力を設定されている。図４のステップＳ１２０の処理において、まず、挿入方向であるｙ軸方向について、倣い動作が行われる範囲を区分する複数の区間が設定される。図５のステップＳ１２３においては、ｙ軸方向の複数の区間の境界の位置、および各区間の境界における目標力のｙ軸方向成分を調整する、最適化処理が行われる。なお、各区間における目標力は、各区間の両端の境界の目標力を補間することにより決定される。そのように最適化された時系列的な目標力のｙ軸方向成分にしたがって、ｙ軸負方向に力を加える力制御が行われる（図４のＳ１２０および図１３参照）。その結果、ワークＷＫ１は、ｙ軸方向に過大な力を受けることなく、かつ短時間で、嵌合孔Ｈ２内に挿入される。

【0084】

図１４は、倣い動作においてエンドエフェクター１４０が受けるｚ軸正方向の力Ｆｚを表すグラフである。横軸は、ｙ軸負方向に沿った制御点ＣＰの位置である。図８～図１２で示した倣い動作において、エンドエフェクター１４０が受けるｚ軸正方向の力Ｆｚは、は、図１４に示すように変化する。力Ｆｚは、ワークＷＫ１が嵌合孔Ｈ２に挿入されるにつれて大きくなる。図１４において、図９～図１２に示した状態における制御点ＣＰの位置を、それぞれＰ９～Ｐ１２で示す。図１４において、図９～図１２に示した状態におけるｚ軸正方向の力Ｆｎ１～Ｆｎ４を示す。

【0085】

ロボット制御装置２００は、倣い動作において図１４に示す力Ｆｚを生じさせるように、時系列的に目標力を設定されている。図５のステップＳ１２３においては、ｙ軸方向の複数の区間の境界の位置、および各区間の境界における目標力のｚ軸方向成分を調整する、最適化処理が行われる。なお、各区間における目標力は、各区間の両端の境界の目標力を補間することにより決定される。そのように最適化された時系列的な目標力のｚ軸方向成分にしたがって、ｚ軸負方向に力を加える力制御が行われる（図４のＳ１２０および図１４参照）。その結果、ワークＷＫ１は、ｚ軸方向過大な力を受けることなく、かつ短時間で、嵌合孔Ｈ２内に挿入される。

【0086】

以上で説明したように、力制御の各パラメーターを時系列的に変化する値とすることにより、挿入や抜き出しの途中で反力や摩擦力に変化がある動作においても、適切な力を加えるように力制御パラメーターを設定するこのができる。このため、対象物に過大な力が加わることを防止でき、かつ、動作時間を短縮することができる。

【0087】

本実施形態におけるロボット制御装置２００を「制御部」とも呼ぶ。設定装置６００を「調整部」とも呼ぶ。ワークＷＫ１を「第１対象物」とも呼ぶ。ワークＷＫ２を「第２対象物」とも呼ぶ。嵌合孔Ｈ２を「空隙」とも呼ぶ。ステップＳ１２１，Ｓ１２２、ならびにＳ１２５，Ｓ１２６を「測定工程」とも呼ぶ。ステップＳ１２３，Ｓ１２４を「パラメーター更新工程」とも呼ぶ。ステップＳ１２３～Ｓ１２７を「パラメーター決定工程」とも呼ぶ。ステップＳ１２３～Ｓ１２７において行われる処理を「パラメーター決定処理」とも呼ぶ。

【0088】

Ｂ．他の適用例１：
図１５は、本開示の技術の他の適用例１を示す説明図である。ここでは、自動車の作動装置、いわゆるデファレンシャルギアの組み立てに、本開示の技術を適用する例を説明する。なお、図１５においては、技術の理解を容易にするため、ロボット１００によって取り扱われる対象物、エンドエフェクター１４０、および力検出器１３０以外の構成は、省略されている。図１５は、ロボット１００によって取り扱われる対象物、エンドエフェクター１４０、および力検出器１３０の形状を正確に表すものではない。

【0089】

図１５に示す組み立て途中の作動装置において、左ドライブシャフト３８３の先端には、左サイドギアＷＫ１ｂが取り付けられている（図１５の中央部参照）。右ドライブシャフト３８６の先端には、右サイドギア３８７が取り付けられている。ディファレンシャルギアケース３８１内には、向かい合う一対のデフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃが、組み付けられている（図１５の右部参照）。なお、技術の理解を容易にするために、図１５においては、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃのうち、歯が設けられている部分のみが示され、他の部分の図示は省略されている。

【0090】

ディファレンシャルギアケース３８１の重量は、一般に大きい。このため、あらかじめ定められた姿勢で固定されたディファレンシャルギアケース３８１に対して、右ドライブシャフト３８６が、右から組み付けられる。ディファレンシャルギアケース３８１に対して、左ドライブシャフト３８３が、左から組み付けられる。図１５において、右ドライブシャフト３８６は、すでにディファレンシャルギアケース３８１に組み付けられている。この状態において、右サイドギア３８７は、向かい合う一対のデフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃとかみ合っている。

【0091】

本適用例においては、左ドライブシャフト３８３が、ディファレンシャルギアケース３８１の穴３８１Ｈを通って、ディファレンシャルギアケース３８１に組み付けられる。本適用例における倣い動作は、自動車の作動装置の組み立てにおいて、エンドエフェクター１４０に保持された左サイドギアＷＫ１ｂが、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃに接触しつつ、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃの間の空隙に挿入される動作である。

【0092】

ロボット１００は、エンドエフェクター１４０によって、左ドライブシャフト３８３を保持している。エンドエフェクター１４０は、左ドライブシャフト３８３および左サイドギアＷＫ１ｂにかかる重力Ｆｇｂを受けている。左ドライブシャフト３８３および左サイドギアＷＫ１ｂの重心Ｇｂを図１５において示す。

【0093】

力検出器１３０は、エンドエフェクター１４０にかかる鉛直下向きの力Ｆｇおよび力Ｆｇに起因するトルクを検出する。ロボット制御装置２００は、力制御において、それらの力およびトルクを相殺する力およびトルクをアーム１１０の各関節に生じさせて、左ドライブシャフト３８３および左サイドギアＷＫ１ｂの位置および姿勢を保持している。ロボット１００の制御点ＣＰｂは、左ドライブシャフト３８３および左サイドギアＷＫ１ｂの中心軸上であって、左サイドギアＷＫ１ｂ内の位置に定められている（図１５の中央部参照）。

【0094】

図１５の状態において、左サイドギアＷＫ１ｂは、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃに接していない。このため、左サイドギアＷＫ１ｂは、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃから力を受けていない。

【0095】

図１５の状態から倣い動作が開始され、ｙ軸負方向に左ドライブシャフト３８３および左サイドギアＷＫ１ｂが移動される。その後、左サイドギアＷＫ１ｂは、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃに接する。すると、実施形態の場合と同様に、左サイドギアＷＫ１ｂは、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃから垂直抗力と摩擦力を受ける（図９のＦｆ１，Ｆｎ１参照）。図１５において、左サイドギアＷＫ１ｂがデフピニオンギアＷＫ２ｂからうける垂直抗力を、力Ｆｎ２１として破線で示す。

【0096】

左サイドギアＷＫ１ｂが、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃからうける垂直抗力と摩擦力は、実施形態の場合と同様に、挿入が進むにつれて変化する。一方、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃの形状、位置および姿勢は、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃの製造誤差、ならびにデフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃのディファレンシャルギアケース３８１に対する組みつけの差に起因して、理想的な形状、位置および姿勢からずれている。左サイドギアＷＫ１ｂが、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃからうける垂直抗力と摩擦力も、デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃの製造誤差、ならびにデフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃのディファレンシャルギアケース３８１に対する組みつけの差に起因して、設計上の想定値からずれる。

【0097】

ロボット制御装置２００は、力検出器１３０が検出するｙ軸方向の力とｚ軸方向の力が、それぞれ目標力のｙ軸方向成分とｚ軸方向成分と一致するように、力制御を行って、左ドライブシャフト３８３をディファレンシャルギアケース３８１に挿入する。制御点ＣＰｂが、あらかじめ定められた閾値平面Ｓｃ２に達すると、挿入の作業は終了する。閾値平面Ｓｃ２は、ｚ軸およびｘ軸に平行な平面である。

【0098】

本開示の技術は、このような倣い動作に対して適用することができる（図４および図５参照）。本開示の技術を適用することにより、挿入の方向に直交するｘ軸方向およびｚ軸方向の目標力の値が適切に設定される。その結果、設定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、ロボットシステム１に、適切に左サイドギアＷＫ１ｂをデフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃの間の空隙に挿入させることができる。

【0099】

本実施形態における左サイドギアＷＫ１ｂを「第１対象物」とも呼ぶ。デフピニオンギアＷＫ２ｂ，ＷＫ２ｃを「第２対象物」とも呼ぶ。

【0100】

Ｃ．他の適用例２：
図１６は、本開示の技術の他の適用例２を示す説明図である。ここでは、ＮＣ（Numerically Control）工作機械に対するマシンテンディング、すなわち、ＮＣ工作機械への加工対象物の供給、およびＮＣ工作機械からの加工対象物の取り出しに、本開示の技術を適用する例を説明する。なお、図１６においては、技術の理解を容易にするため、ロボット１００によって取り扱われるワークＷＫ１ｃ，ＷＫ１ｄ、対象物を処理するＮＣ工作機械５００、ロボット１００、およびエンドエフェクター１４０以外の構成は、省略されている。図１６は、ワークＷＫ１ｃ，ＷＫ１ｄ、対象物を処理するＮＣ工作機械５００、ロボット１００、およびエンドエフェクター１４０の形状を正確に表すものではない。

【0101】

ＮＣ工作機械５００は、ＮＣ操作盤５０１と、加工空間５０２と、開閉扉５０３と、主軸台５０４と、チャック５０５と、刃物台と、バイトと、を備える。図１６においては、技術の理解を容易にするため、刃物台、およびバイトは、省略されている。

【0102】

ＮＣ操作盤５０１は、ＮＣ工作機械５００を操作するための入力装置である。加工空間５０２は、ワークＷＫ１ｃがバイトによって加工される空間である。主軸台５０４と、チャック５０５と、刃物台と、バイトとは、加工空間５０２内に配されている。開閉扉５０３は、加工空間５０２を外部の空間と分離するための扉である。

【0103】

チャック５０５は、主軸台５０４に設けられている。チャック５０５は、主軸台５０４の回転の中心軸を中心として等間隔に配された３個の爪ＷＫ２ｄを備える。チャック５０５は、それら３個の爪ＷＫ２ｄで三方からワークＷＫ１ｃを押圧して、主軸台５０４にワークＷＫ１ｃを固定する。主軸台５０４は、チャック５０５およびチャック５０５に保持されたワークＷＫ１ｃとともに、中心軸を中心として回転する。

【0104】

バイトは、刃物台に支持されている。回転するワークＷＫ１ｃに対して刃物台が近づけられて所定の位置に配されることにより、バイトが回転するワークＷＫ１ｃに押圧され、ワークＷＫ１ｃが切削加工される。時間の経過とともに変化する刃物台の位置および主軸台５０４の回転速度は、ＮＣ操作盤５０１を介した入力により、あらかじめ定められている。

【0105】

本適用例における倣い動作の一つは、エンドエフェクター１４０に保持されたワークＷＫ１ｃの一部が、ＮＣ工作機械５００のチャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄのうちの１以上に接触しつつ、チャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄで囲まれた空隙に挿入される動作である。本適用例における倣い動作の他の一つは、チャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄで抜き取り可能に保持されている加工後のワークＷＫ１ｄの一部が、チャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄのうちの１以上に接触しつつ、チャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄで囲まれた空隙から抜き出される動作である。

【0106】

ワークＷＫ１ｃに対する加工の前に、開閉扉５０３が開かれ、加工空間５０２が開放される。このとき、チャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄは、加工前のワークＷＫ１ｃを受け入れることができる大きさの間隔を開けて、配されている。加工前のワークＷＫ１ｃは、トレイＴＲ１内に置かれている。ロボット１００は、エンドエフェクター１４０によって加工前のワークＷＫ１ｃを保持し、チャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄで囲まれた空隙にワークＷＫ１ｃの一部を挿入する。その後、３個の爪ＷＫ２ｄがワークＷＫ１ｃに接近して、三方からワークＷＫ１ｃを押圧し、主軸台５０４にワークＷＫ１ｃを固定する。

【0107】

ロボット制御装置２００は、力検出器１３０が検出するｙ軸方向の力とｚ軸方向の力とｘ軸方向の力が、それぞれ目標力のｙ軸方向成分とｚ軸方向成分とｘ軸方向成分と一致するように、力制御を行って、加工前のワークＷＫ１ｃをチャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄで囲まれた空隙に挿入する。制御点が、あらかじめ定められた閾値平面に達すると、挿入の作業は終了する。閾値平面は、ｚ軸およびｘ軸に平行な平面である。

【0108】

本開示の技術は、このような倣い動作に対して適用することができる（図４および図５参照）。本開示の技術を適用することにより、挿入の方向に直交するｘ軸方向およびｚ軸方向の目標力の値が適切に設定される。その結果、設定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、ロボットシステム１に、加工前のワークＷＫ１ｃを、チャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄで囲まれた空隙に、適切に挿入させることができる。

【0109】

ワークＷＫ１ｃに対する加工の後に、開閉扉５０３が開かれ、加工空間５０２が開放される。その後、チャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄは、加工後のワークＷＫ１ｄをロボット１００が抜き出すことができる大きさの間隔を開けて、配される。加工後のワークＷＫ１ｄは、依然としてチャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄに保持されている。ロボット１００は、エンドエフェクター１４０によって加工後のワークＷＫ１ｄを保持し、チャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄで囲まれた空隙から加工後のワークＷＫ１ｄを抜き出す。その後、ロボット１００は、ワークＷＫ１ｄは、トレイＴＲ２に置く。

【0110】

ロボット制御装置２００は、力検出器１３０が検出するｙ軸方向の力とｚ軸方向の力とｘ軸方向の力が、それぞれ目標力のｙ軸方向成分とｚ軸方向成分とｘ軸方向成分と一致するように、力制御を行って、加工前のワークＷＫ１ｄをチャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄで囲まれた空隙から抜き出す。

【0111】

本開示の技術は、このような倣い動作に対して適用することができる（図４および図５参照）。本開示の技術を適用することにより、抜き取りの方向に直交するｘ軸方向およびｚ軸方向の目標力の値が適切に設定される。その結果、決定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、ロボットシステム１に、適切に加工前のワークＷＫ１ｄを、チャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄで囲まれた空隙から抜き取らせることができる。

【0112】

本実施形態におけるワークＷＫ１ｃ，ＷＫ１ｄを「第１対象物」とも呼ぶ。ＮＣ工作機械５００のチャック５０５の３個の爪ＷＫ２ｄを「第２対象物」とも呼ぶ。

【0113】

Ｄ．他の適用例３：
図１７は、複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される一例を示す概念図である。この例では、ロボット１００およびそのロボット制御装置２００の他に、パーソナルコンピューター６８０，６９０と、ＬＡＮなどのネットワーク環境を介して提供されるクラウドサービス９００とが描かれている。パーソナルコンピューター６８０，６９０は、それぞれプロセッサーとメモリーとを含んでいる。また、クラウドサービス９００においてもプロセッサーとメモリーを利用可能である。これらの複数のプロセッサーの一部または全部を利用して、ロボット１００の制御装置および設定装置を実現することが可能である。

【0114】

図１８は、複数のプロセッサーによってロボットの制御装置が構成される他の例を示す概念図である。この例では、ロボット１００のロボット制御装置２００が、ロボット１００の中に格納されている点が図１７と異なる。この例においても、複数のプロセッサーの一部または全部を利用して、ロボット１００の制御装置および設定装置を実現することが可能である。

【0115】

Ｅ．他の実施形態：
Ｅ１．他の実施形態１：
（１）上記実施形態においては、エンドエフェクター１４０は、ワークＷＫ１を保持できる。しかし、エンドエフェクター１４０は、他の適用例１において示したように、他の構成を介して第１対象物を保持できる態様であってもよい（図１５参照）。

【0116】

（２）上記実施形態において、目標力の時系列的な変化について説明した（図１３および図１４参照）。目標力の時系列的な変化を実現する位置の区分は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸について独立に定められてもよいし、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸について統一して定められてもよい。

【0117】

（３）上記実施形態においては、目標力の時系列的な変化について説明した（図１３および図１４参照）。しかし、たとえば、インピーダンスパラメーターなど、目標力以外のパラメーターも、制御点の位置に応じて変化する値とすることができる（図６の上段右部、および図３の下段参照）。ただし、アルゴリズムが出力する各パラメーターは、定数であってもよい。

【0118】

（４）上記実施形態においては、ステップＳ１２４において、ＣＭＡ－ＥＳを使用した最適化処理が行われる（図５および図６参照）。しかし、最適化処理は、ＰＳＯ（Particle Swarm Optimization）や、ベイズ最適化など、他の手法で行われてもよい。

【0119】

（５）上記実施形態においては、図５のステップＳ１２７における判定に使用される評価値として、動作時間ＯＴが採用される（図７参照）。しかし、処理の終了条件の判定に使用される評価値は、検出力など、他の評価値とすることもできる。

【0120】

（６）上記実施形態のステップＳ１２７においては、処理の終了条件の判定として、ステップＳ１２５で得られた評価値が収束したか否かかが判定される。しかし、評価値があらかじめ定められた閾値よりもよい値となったことを、処理の終了条件とすることもできる。

【0121】

（７）上記実施形態においては特に言及していないが、設定装置６００は、たとえば図７に示したような、処理の繰り返しに応じた評価値の推移を、グラフとして表示装置６６０に出力することが好ましい。同様に、出力されるパラメーターの候補値の処理の繰り返しに応じた推移を、グラフとして表示装置６６０に出力することが好ましい。

【0122】

（８）上記適用例２においては、ロボット１００は、ＮＣ工作機械５００に対して移動しない。しかし、ロボット１００は、トレイＴＲ１，ＴＲ２を備えた台座とともに移動することができる自立移動ロボットとして構成することもできる。そのような態様とすれば、ＮＣ工作機械５００に対して１台のロボットが、マシンテンディングを行うことができる。

【0123】

Ｅ２．他の実施形態２：
（１）上記実施形態においては、力測定値と動作時間を入力とし、力制御パラメーターの候補値を出力とするアルゴリズムが使用される（図６参照）。しかし、アルゴリズムの入力は、力測定値と動作時間とのいずれか一方のみとすることもできる。また、アルゴリズムの入力は、寿命や最大トルク割合など、他の評価値とすることもできる。そのような態様については、入力とされる評価値について、最適化が行われ、入力とされる評価値ついて好ましい結果をもたらす力制御パラメーターの候補値が決定される。

【0124】

（２）上記実施形態においては、力測定値と動作時間を入力とするアルゴリズムが使用される（図６参照）。しかし、最適化アルゴリズムに対して３個以上の評価値の入力が行われる態様とすることもできる。最適化アルゴリズムに対して複数の評価値の入力が行われる態様においては、入力としての評価値に適切な重み付けを行うことにより、より少ない繰り返し回数で、好ましい力制御パラメーターを得ることができる（図５のＳ１２３～Ｓ１２７参照）。

【0125】

最適化アルゴリズムに対して複数の評価値の入力が行われる態様においては、最適化処理の目標関数は、複数の評価値を使用して適切に定めることができる。目標関数は、たとえば動作時間ＯＴなど、一つの評価値とすることができる。また、検出力Ｆｄの最大値、検出トルクＴｄの最大値、および動作時間ＯＴで構成される、３個の評価値の重みづけ和、またはそれら３個の評価値で定められるハイパーボリュームを、目標関数とすることもできる。倣い動作中の任意に定めた時間における検出力Ｆｄの積分値および検出トルクＴｄの積分値、ならびに動作時間ＯＴで構成される、３個の評価値の重みづけ和、またはそれら３個の評価値で定められるハイパーボリュームを、目標関数とすることもできる。

【0126】

なお、検出力Ｆｄの最大値は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の成分の合成力としての検出力Ｆｄの最大値であってもよい。また、検出力Ｆｄの最大値は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の成分ごとの検出力の最大値であってもよい。検出トルクＴｄの最大値は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸まわりの成分の合成トルクとしての検出トルクＴｄの最大値であってもよい。また、検出トルクＴｄの最大値は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸まわりの成分ごとの検出トルクの最大値であってもよい。

【0127】

検出力Ｆｄの積分値は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の成分の合成力としての検出力Ｆｄの積分値であってもよい。また、検出力Ｆｄの積分値は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の成分ごとの検出力の積分値であってもよい。検出トルクＴｄの積分値は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸まわりの成分の合成トルクとしての検出トルクＴｄの積分値であってもよい。また、検出トルクＴｄの積分値は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸まわりの成分ごとの検出トルクの積分値であってもよい。

【0128】

一方、最適化アルゴリズムに対して複数の評価値の入力が行われる態様においては、最適化処理は、多目的最適化を行う処理であってもよい。たとえば、検出力Ｆｄの最大値、検出トルクＴｄの最大値、および動作時間ＯＴをいずれもできるだけ小さくする多目的最適化を行ってもよい。倣い動作中の任意に定めた時間における検出力Ｆｄの積分値および検出トルクＴｄの積分値、ならびに動作時間ＯＴをいずれもできるだけ小さくする多目的最適化を行ってもよい。

【0129】

Ｅ３．他の実施形態３：
上記実施形態においては、最適化アルゴリズムは、力制御の有効または無効を指定するフラグＦｌｇと、倣い動作の開始時におけるエンドエフェクター１４０の位置ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ，Ｒｘｓ，Ｒｙｓ，Ｒｚｓと、倣い動作の開始時と終了時の間の定められた時刻におけるエンドエフェクター１４０の位置ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ，Ｒｘｐ，Ｒｙｐ，Ｒｚｐと、を出力する（図６の下段右部）。しかし、これらのうちの１以上のパラメーターを出力に含まない態様とすることもできる。たとえば、力制御は行われるものとして、出力に力制御の有効または無効を指定するフラグＦｌｇを含まない態様とすることができる。

【0130】

一方、最適化アルゴリズムは、複数の通過点に対応する複数組のエンドエフェクター１４０の位置ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ，Ｒｘｐ，Ｒｙｐ，Ｒｚｐを出力する態様とすることもできる。

【0131】

Ｅ４．他の実施形態４：
最適化アルゴリズムが出力する力制御パラメーターの候補値は、インピーダンスパラメーターである仮想質量係数ｍ、仮想粘性係数ｄ、および仮想弾性係数ｋを含む（図６の上段右部、および図３の下段参照）。しかし、仮想質量係数ｍ、仮想粘性係数ｄ、および仮想弾性係数ｋのうちの１以上をあらかじめ固定値として定め、最適化アルゴリズムは、その１以上の係数については、出力しない態様とすることもできる。

【0132】

Ｆ．さらに他の実施形態：
（１）本開示の一形態によれば、ロボットシステムの力制御において使用される力制御パラメーターの調整方法が提供される。前記ロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットに設けられ外力を測定できる力検出器と、前記ロボットに設けられ第１対象物を保持できるエンドエフェクターと、を備える。前記力制御は、前記ロボットを使用して倣い動作を実行させる際に、前記力検出器による前記外力の測定値に基づいて行われる。前記倣い動作は、前記エンドエフェクターに保持された前記第１対象物の少なくとも一部が、第２対象物に接触しつつ、前記第２対象物が備える空隙に挿入され、または前記一部が、前記第２対象物に接触しつつ、前記空隙から抜き出される、動作である。前記調整方法は、前記挿入または抜き出しの方向に直交する方向の目標力を含む前記力制御パラメーターの候補値を用いて、前記ロボットに前記倣い動作を行わせ、前記倣い動作における前記外力の測定値である力測定値を得る測定工程と、前記力測定値を使用して前記力制御パラメーターについて最適化処理を行い、前記力制御パラメーターの新たな候補値を得るパラメーター更新工程と、前記測定工程と前記パラメーター更新工程とを繰り返すことにより、前記ロボットシステムの前記力制御において使用される力制御パラメーターを決定し、出力するパラメーター決定工程と、を含む。
このような態様によれば、挿入または抜き出しの方向に直交する方向の目標力の値が適切に設定される。その結果、決定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、ロボットに適切に第１対象物を空隙に挿入させ、または第１対象物を空隙から抜き出させることができる。

【0133】

（２）上記形態の調整方法において、前記測定工程は、前記倣い動作に要する時間である動作時間を計測する工程を含み、前記パラメーター更新工程は、前記力測定値と前記動作時間を入力とし、前記力制御パラメーターの候補値を出力とするアルゴリズムを使用して実行される、態様とすることができる。
このような態様とすれば、パラメーター更新工程において、力測定値と動作時間を考慮した最適化処理により、力制御パラメーターの新たな候補値を得ることができる。このため、決定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、倣い動作においてロボットが受ける外力と、倣い動作の動作時間と、についての評価の高い動きで、ロボットシステムに適切に第１対象物を空隙に挿入させ、または第１対象物を空隙から抜き出させることができる。

【0134】

（３）上記形態の調整方法において、前記アルゴリズムは、前記力制御の有効または無効の指定と、前記倣い動作の開始時における前記エンドエフェクターの位置と、前記倣い動作の開始時と終了時の間の時刻における前記エンドエフェクターの位置と、を出力とする、態様とすることができる。
このような態様によって決定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、力制御の有効または無効と、倣い動作の開始時におけるエンドエフェクターの位置と、倣い動作の開始時と終了時の間の時刻におけるエンドエフェクターの位置と、を適切に指定された制御を行って、ロボットシステムに適切に第１対象物を空隙に挿入させ、または第１対象物を空隙から抜き出させることができる。

【0135】

（４）上記形態の調整方法において、前記力制御パラメーターは、前記力制御における、前記挿入または抜き出しの方向の目標力、仮想粘性係数、仮想弾性係数、および仮想質量係数を含む、態様とすることができる。
このような態様とすれば、決定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、適切な力制御を行って、ロボットシステムに適切に第１対象物を空隙に挿入させ、または第１対象物を空隙から抜き出させることができる。

【0136】

（５）本開示の他の形態によれば、ロボットシステムの制御方法が提供される。このロボットシステムの制御方法は、前記ロボットシステムを使用して、倣い動作を実行させる際に、力制御を行う工程を含む。前記ロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットに設けられ外力を測定できる力検出器と、前記ロボットに設けられ第１対象物を保持できるエンドエフェクターと、を備える。前記倣い動作は、前記エンドエフェクターに保持された前記第１対象物の少なくとも一部が、第２対象物に接触しつつ、前記第２対象物が備える空隙に挿入され、または前記一部が、前記第２対象物に接触しつつ、前記空隙から抜き出される、動作である。前記力制御は、前記力検出器による前記外力の測定値に基づいて、前記挿入または抜き出しの方向に直交する方向の成分であって、０ではない大きさを有する成分を含む目標力にしたがって、実行される。
このような態様とすれば、挿入または抜き出しの方向に直交する方向についても力を加える力制御によって、ロボットシステムに適切に第１対象物を空隙に挿入させ、または第１対象物を空隙から抜き出させることができる。

【0137】

（６）本開示の他の形態によれば、ロボットシステムが提供される。このロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットに設けられ外力を測定できる力検出器と、前記ロボットに設けられ第１対象物を保持できるエンドエフェクターと、前記エンドエフェクターに保持された前記第１対象物の少なくとも一部が、第２対象物に接触しつつ、前記第２対象物が備える空隙に挿入され、または前記一部が、前記第２対象物に接触しつつ、前記空隙から抜き出される倣い動作を、前記ロボットに実行させ、前記倣い動作において、前記力検出器による前記外力の測定値に基づいて、前記ロボットの力制御を行う制御部と、前記力制御において使用される力制御パラメーターの調整を行うことができる調整部と、を備える。前記調整部は、前記挿入または抜き出しの方向に直交する方向の目標力を含む前記力制御パラメーターの候補値を用いて、前記ロボットに前記倣い動作を行わせ、前記倣い動作における前記外力の測定値である力測定値を得る測定処理と、前記力測定値を使用して前記力制御パラメーターについて最適化処理を行い、前記力制御パラメーターの新たな候補値を得るパラメーター更新処理と、前記測定処理と前記パラメーター更新処理とを繰り返すことにより、前記ロボットシステムの前記力制御において使用される力制御パラメーターを決定し、出力する、パラメーター決定処理と、を行うことができる。
このような態様によれば、挿入または抜き出しの方向に直交する方向の目標力の値が適切に設定される。その結果、決定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、ロボットに適切に第１対象物を空隙に挿入させ、または第１対象物を空隙から抜き出させることができる。

【0138】

（７）上記形態のロボットシステムにおいて、前記測定処理は、前記倣い動作に要する時間である動作時間を計測する処理を含み、前記パラメーター更新処理は、前記力測定値と前記動作時間を入力とし、前記力制御パラメーターの候補値を出力とするアルゴリズムを使用して実行される、態様とすることができる。

【0139】

（８）上記形態のロボットシステムにおいて、前記アルゴリズムは、前記力制御の有効または無効の指定と、前記倣い動作の開始時における前記エンドエフェクターの位置と、前記倣い動作の開始時と終了時の間の時刻における前記エンドエフェクターの位置と、を出力とする、態様とすることができる。

【0140】

（９）上記形態のロボットシステムにおいて、前記力制御パラメーターは、前記力制御における、前記挿入または抜き出しの方向の目標力、仮想粘性係数、仮想弾性係数、および仮想質量係数を含む、態様とすることができる。

【0141】

本開示は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【符号の説明】

【0142】

１…ロボットシステム、３０…カメラ、５０…作業台、１００…ロボット、１１０…アーム、１２０…アームフランジ、１３０…力検出器、１４０…エンドエフェクター、２００…ロボット制御装置、２１０…プロセッサー、２２０…メモリー、２２２…プログラム命令、２２４…制御プログラム、２２６…力制御パラメーター、２５０…制御実行部、３８１…ディファレンシャルギアケース、３８１Ｈ…穴、３８３…左ドライブシャフト、３８６…右ドライブシャフト、３８７…右サイドギア、５００…ＮＣ工作機械、５０１…ＮＣ操作盤、５０２…加工空間、５０３…開閉扉、５０４…主軸台、５０５…チャック、６００…設定装置、６１０…プロセッサー、６２０…メモリー、６２２…プログラム命令、６２４…設定プログラム、６５０…プログラム作成部、６６０…表示装置、６７０…入力装置、６８０…パーソナルコンピューター、６９０…パーソナルコンピューター、９００…クラウドサービス、ＣＰ…制御点、ＣＰｂ…制御点、Ｆｄ…検出力、Ｆｆ１…ｙ軸正方向の力、Ｆｆ２…ｙ軸正方向の力、Ｆｆ３…ｙ軸正方向の力、Ｆｆ４…ｙ軸正方向の力、Ｆｇ…重力、Ｆｇｂ…重力、Ｆｌｇ…フラグ、Ｆｎ１…垂直抗力、Ｆｎ…垂直抗力、Ｆｎ２１…力、Ｆｔ…目標力、Ｆｘｔ…目標力のｘ軸方向の力成分、Ｆｙ…ｙ軸正方向の力、Ｆｙｔ…目標力のｙ軸方向の力成分、Ｆｚ…ｚ軸正方向の力、Ｆｚｔ…目標力のｚ軸方向の力成分、Ｇ…重心、Ｇｂ…重心、Ｈ２…嵌合孔、Ｊ１…関節、Ｊ２…関節、Ｊ３…関節、Ｊ４…関節、Ｊ５…関節、Ｊ６…関節、ＯＴ…動作時間、Ｐ９…図９の状態における制御点ＣＰの位置、Ｐ１０…図１０の状態における制御点ＣＰの位置、Ｐ１１…図１１の状態における制御点ＣＰの位置、Ｐ１２…図１２の状態における制御点ＣＰの位置、Ｒｔｈ…収束判定の基準となる範囲、Ｒｘｐ…中継点におけるエンドエフェクターの姿勢を表すパラメーター、Ｒｙｐ…中継点におけるエンドエフェクターの姿勢を表すパラメーター、Ｒｚｐ…中継点におけるエンドエフェクターの姿勢を表すパラメーター、Ｒｘｓ…倣い動作の開始時におけるエンドエフェクターの姿勢を表すパラメーター、Ｒｙｓ…倣い動作の開始時におけるエンドエフェクターの姿勢を表すパラメーター、Ｒｚｓ…倣い動作の開始時におけるエンドエフェクターの姿勢を表すパラメーター、ＳＮ…スナッピング機構、Ｓｃ…閾値平面、Ｓｃ２…閾値平面、ＴＲ１…トレイ、ＴＲ２…トレイ、Ｔｄ…検出トルク、Ｔｘｔ…目標力のｘ軸まわりのトルク成分、Ｔｙｔ…目標力のｙ軸まわりのトルク成分、Ｔｚｔ…目標力のｚ軸まわりのトルク成分、ＷＫ１…ワーク、ＷＫ１ｂ…左サイドギア、ＷＫ１ｃ…ワーク、ＷＫ１ｄ…ワーク、ＷＫ２…ワーク、ＷＫ２ｂ…デフピニオンギア、ＷＫ２ｃ…デフピニオンギア、ＷＫ２ｄ…爪、ｄ…仮想粘性係数、ｋ…仮想弾性係数、ｍ…仮想質量係数、ｘｐ…中継点におけるエンドエフェクターの位置を表すパラメーター、ｙｐ…中継点におけるエンドエフェクターの位置を表すパラメーター、ｚｐ…中継点におけるエンドエフェクターの位置を表すパラメーター、ｘｓ…倣い動作の開始時におけるエンドエフェクターの位置を表すパラメーター、ｙｓ…倣い動作の開始時におけるエンドエフェクターの位置を表すパラメーター、ｚｓ…倣い動作の開始時におけるエンドエフェクターの位置を表すパラメーター

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】