CN114179077A - 力控制参数调整方法、机器人系统及存储介质 - Google Patents

力控制参数调整方法、机器人系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

提供力控制参数调整方法、机器人系统及存储介质，能够容易且准确地设定力控制参数。力控制参数调整方法的特征在于，具有：第一步骤，基于第一力控制参数，执行使设置于机器人臂的手部或保持于手部的第一对象物与第二对象物接触的第一动作；第二步骤，在使手部或第一对象物与第二对象物已接触的状态下，使机器人执行与所述第一动作不同的第二动作，并获取机器人臂受到的外力的信息；第三步骤，基于获取的所述外力的信息，获取外部刚性的信息；以及第四步骤，将力控制参数从第一力控制参数变更为第二力控制参数，该第二力控制参数基于获取的外部刚性的信息和与获取的外部刚性的信息对应的控制点的位置来获取。

Description

力控制参数调整方法、机器人系统及存储介质
技术领域
本发明涉及力控制参数调整方法、机器人系统及力控制参数调整程序。
背景技术
已知一种机器人，该机器人具有机器人臂和检测施加于机器人臂的力的力检测部，基于力检测部的检测结果来进行驱动机器人臂的力控制，由此进行规定的作业。在这种机器人中，例如，如专利文献1记载的那样，在进行力控制时，需要确定以何种模式驱动机器人臂，再将力控制参数设定为适当的值。
专利文献1：日本特开2014-233814号公报
然而，适当的力控制参数根据作业内容、机器人臂自身的特性、周边的环境等而变化。难以在考虑了这些的基础上来设定适当的力控制参数。
发明内容
本发明的力控制参数调整方法的特征在于，用于调整具有机器人臂的机器人的力控制参数，所述机器人臂通过力控制进行驱动，进行将第一对象物插入到第二对象物的作业，所述力控制参数调整方法包括：
第一步骤，基于第一力控制参数来执行使设置于所述机器人臂的手部或保持于所述手部的所述第一对象物向所述第二对象物进行接触的第一动作；
第二步骤，在使所述手部或所述第一对象物与所述第二对象物已接触的状态下，使所述机器人执行与所述第一动作不同的第二动作，并获取所述机器人臂受到的外力的信息；
第三步骤，基于获取的所述外力的信息，获取外部刚性的信息；以及
第四步骤，将所述力控制参数从所述第一力控制参数变更为第二力控制参数，所述第二力控制参数基于获取的所述外部刚性的信息和与获取的所述外部刚性的信息对应的控制点的位置来获取。
本发明的机器人系统的特征在于，具备：机器人，具有通过力控制进行驱动来进行作业的机器人臂；力检测部，检测施加于所述机器人臂的力；以及控制部，控制所述机器人的动作，
所述控制部进行如下控制：
基于第一力控制参数，执行使设置于所述机器人臂的手部或保持于所述手部的第一对象物向第二对象物进行接触的第一动作；
在使所述手部或所述第一对象物与所述第二对象物已接触的状态下，使所述机器人执行与所述第一动作不同的第二动作，并获取所述机器人臂受到的外力的信息；
基于获取的所述外力的信息，获取外部刚性的信息；以及
将基于获取的所述外部刚性的信息和与获取的所述外部刚性的信息对应的控制点的位置而获取的第二力控制参数设定为所述力控制参数。
本发明的力控制参数调整程序的特征在于，用于执行调整具有机器人臂的机器人的力控制参数的力控制参数调整方法，所述机器人臂通过力控制进行驱动来进行将第一对象物插入到第二对象物的作业，所述力控制参数调整程序用于执行：
第一步骤，基于第一力控制参数，执行使设置于所述机器人臂的手部或保持于所述手部的所述第一对象物向所述第二对象物进行接触的第一动作；
第二步骤，在使所述手部或所述第一对象物与所述第二对象物已接触的状态下，使所述机器人执行与所述第一动作不同的第二动作，并获取所述机器人臂受到的外力的信息；
第三步骤，基于获取的所述外力的信息，获取外部刚性的信息；以及
第四步骤，将基于获取的所述外部刚性的信息和与获取的所述外部刚性的信息对应的控制点的位置而获取的第二力控制参数设定为所述力控制参数。
附图说明
图1是示出机器人系统的整体构成的图。
图2是图1所示的机器人系统的框图。
图3是用于说明外部刚性的示意图。
图4是示出输入画面的一个例子的平面图。
图5是用于说明图1所示的机器人系统执行的控制动作的流程图。
图6是用于说明第一动作的纵剖视图。
图7是用于说明第一动作的纵剖视图。
图8是用于说明第二动作的纵剖视图。
图9是用于说明第二动作的纵剖视图。
图10是用于说明第二动作的纵剖视图。
图11是用于说明获取力控制参数的方法的示意图。
图12是用于以硬件为中心对机器人系统进行说明的框图。
图13是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例1的框图。
图14是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例2的框图。
附图标记说明：
1···机器人，3···控制装置，3A···目标位置设定部，3B···驱动控制部，3C···存储部，4···示教装置，10···机器人臂，11···基台，12···第一臂，13···第二臂，14···第三臂，15···第四臂，16···第五臂，17···第六臂，18···中继电缆，19···力检测部，20···末端执行器，30···位置控制部，31···坐标变换部，32···坐标变换部，33···校正部，34···力控制部，35···指令统合部，40···输入画面，41···第一输入部，42···第二输入部，43···第三输入部，44···第四输入部，45···第五输入部，61···控制器，62···计算机，63···计算机，64···云，65···网络，66···计算机，100···机器人系统，100A···机器人系统，100B···机器人系统，100C···机器人系统，171···关节，172···关节，173···关节，174···关节，175···关节，176···关节，200···插入孔，351···执行部，CP···控制点，E1···编码器，E2···编码器，E3···编码器，E4···编码器，E5···编码器，E6···编码器，M1···电机，M2···电机，M3···电机，M4···电机，M5···电机，M6···电机，TCP···工具中心点，W1···工件，W2···工件。
具体实施方式
实施方式
图1是示出机器人系统的整体构成的图。图2是图1所示的机器人系统的框图。图3是用于说明外部刚性的示意图。图4是示出输入画面的一个例子的平面图。图5是用于说明图1所示的机器人系统执行的控制动作的流程图。图6及图7是用于说明第一动作的纵剖视图。图8～图10是用于说明第二动作的纵剖视图。图11是用于说明获取力控制参数的方法的示意图。
下面，基于附图所示的优选的实施方式，详细说明本发明的力控制参数调整方法、机器人系统及力控制参数调整程序。另外，在下面，为了便于说明，将图1中的+Z轴方向即上侧也称为“上”，将-Z轴方向即下侧也称为“下”。此外，对于机器人臂，将图1中的基台11侧也称为“基端”，将其相反侧即末端执行器侧也称为“前端”。此外，将图1中的Z轴方向即上下方向作为“铅直方向”，将X轴方向及Y轴方向即左右方向作为“水平方向”。
如图1所示，机器人系统100具备机器人1、控制机器人1的控制装置3和示教装置4，执行本发明的力控制参数调整方法。
首先，对机器人1进行说明。
在本实施方式中，图1所示的机器人1是单臂的六轴垂直多关节机器人，且具有基台11和机器人臂10。此外，能够在机器人臂10的前端部安装末端执行器20。末端执行器20可以是机器人1的构成要件，也可以不是机器人1的构成要件。
另外，机器人1不限定于图示的构成，例如，可以是双臂型的多关节机器人。此外，机器人1也可以是水平多关节机器人。
基台11是从下侧能够驱动地支承机器人臂10的支承体，例如固定于工厂内的地面。机器人1的基台11经由中继电缆18与控制装置3电连接。另外，机器人1与控制装置3的连接不限定于如图1所示的构成那样基于有线的连接，例如，可以是基于无线的连接，此外，也可以经由互联网那样的网络连接。
在本实施方式中，机器人臂10具有：第一臂12、第二臂13、第三臂14、第四臂15、第五臂16和第六臂17，这些臂从基台11侧依次连结。另外，机器人臂10所具有的臂的数量不限定于六个，例如也可以是一个、两个、三个、四个、五个或七个以上。此外，各臂的全长等的大小分别没有特别限定，能够适当设定。
基台11和第一臂12经由关节171连结。并且，第一臂12能够相对于基台11以与铅直方向平行的第一转动轴为转动中心绕该第一转动轴转动。第一转动轴与固定基台11的地面的法线一致。
第一臂12和第二臂13经由关节172连结。并且，第二臂13能够相对于第一臂12以与水平方向平行的第二转动轴为转动中心转动。第二转动轴与正交于第一转动轴的轴平行。
第二臂13和第三臂14经由关节173连结。并且，第三臂14能够相对于第二臂13以与水平方向平行的第三转动轴为转动中心转动。第三转动轴与第二转动轴平行。
第三臂14和第四臂15经由关节174连结。并且，第四臂15能够相对于第三臂14以与第三臂14的中心轴方向平行的第四转动轴为转动中心转动。第四转动轴与第三转动轴正交。
第四臂15和第五臂16经由关节175连结。并且，第五臂16能够相对于第四臂15以第五转动轴为转动中心转动。第五转动轴与第四转动轴正交。
第五臂16和第六臂17经由关节176连结。并且，第六臂17能够相对于第五臂16以第六转动轴为转动中心转动。第六转动轴与第五转动轴正交。
此外，第六臂17为在机器人臂10中位于最前端侧的机器人前端部。该第六臂17通过机器人臂10的驱动，能够与末端执行器20一起转动。
机器人1具备作为驱动部的电机M1、电机M2、电机M3、电机M4、电机M5及电机M6、以及编码器E1、编码器E2、编码器E3、编码器E4、编码器E5及编码器E6。电机M1内置于关节171，使基台11和第一臂12相对旋转。电机M2内置于关节172，使第一臂12和第二臂13相对旋转。电机M3内置于关节173，使第二臂13和第三臂14相对旋转。电机M4内置于关节174，使第三臂14和第四臂15相对旋转。电机M5内置于关节175，使第四臂15和第五臂16相对旋转。电机M6内置于关节176，使第五臂16和第六臂17相对旋转。
此外，编码器E1内置于关节171，检测电机M1的位置。编码器E2内置于关节172，检测电机M2的位置。编码器E3内置于关节173，检测电机M3的位置。编码器E4内置于关节174，检测电机M4的位置。编码器E5内置于关节175，检测电机M5的位置。编码器E6内置于关节176，检测电机M6的位置。
编码器E1～编码器E6与控制装置3电连接，电机M1～电机M6的位置信息、即旋转量作为电信号发送到控制装置3。并且，控制装置3基于该信息，经由未图示的电机驱动器使电机M1～电机M6驱动。即，控制机器人臂10即是控制电机M1～电机M6。
此外，在机器人臂10的前端设定有控制点CP。控制点CP是进行机器人臂10的控制时的成为基准的点。在机器人系统100中，在机器人坐标系中掌握控制点CP的位置，驱动机器人臂10以使控制点CP移动到所希望的位置。
此外，在机器人1中，在机器人臂10装拆自如地设置有检测力的力检测部19。并且，机器人臂10能够在设置有力检测部19的状态下进行驱动。在本实施方式中，力检测部19是六轴力觉传感器。力检测部19检测相互正交的三个检测轴上的力的大小和绕该三个检测轴的转矩的大小。即，检测相互正交的X轴、Y轴、Z轴各轴方向的力分量、绕X轴的Tx方向的力分量、绕Y轴的Ty方向的力分量、以及绕Z轴的Tz方向的力分量。另外，在本实施方式中，Z轴方向为铅直方向。此外，也能够将各轴方向的力分量称为“平移力分量”，将绕各轴的力分量称为“旋转力分量”。此外，力检测部19不限定于六轴力觉传感器，也可以是其他构成。
在本实施方式中，力检测部19设置于第六臂17。另外，作为力检测部19的设置部位，不限定于第六臂17即位于最前端侧的臂，例如，也可以是其他臂、相邻的臂彼此之间或基台11的下方。
在力检测部19能够装拆地安装末端执行器20。末端执行器20由通过一对爪接近离开来把持物品的手部构成，但是在本发明中不限定于此，也可以具有两个以上的爪。此外，也可以是通过吸附把持物品的手部。
此外，在机器人坐标系中，在末端执行器20的前端的任意位置、优选在各爪接近的状态下的前端设定工具中心点TCP。如上所述，在机器人系统100中，在机器人坐标系中掌握控制点CP的位置，驱动机器人臂10以使控制点CP移动到所希望的位置。此外，通过预先掌握末端执行器20的种类、特别是长度，能够掌握工具中心点TCP与控制点CP的偏移量。因此，能够在机器人坐标系中掌握工具中心点TCP的位置。因此，能够将工具中心点TCP作为控制的基准。
此外，如图1所示，机器人1把持作为第一对象物的工件W1并插入到作为第二对象物的工件W2，进行嵌合的作业。在此，“嵌合”不仅是指狭义的嵌合，还以包括嵌入、卡合等广泛的概念加以使用。因此，根据工件W1及工件W2的构成，能够将“嵌合”改述为“嵌入”、“卡合”等。另外，也可以是把持工件W2并将工件W1插入到工件W2的作业。
工件W1是横截面形状呈圆形的棒状体。另外，工件W1的横截面形状可以为三角形、四边形或其以上的多边形，也可以是星形等。工件W2呈具有供工件W1插入的插入孔200的块状。
接着，对控制装置3及示教装置4进行说明。
控制装置3与机器人1分开配置，能够由内置有作为处理器的一个例子的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)的计算机等构成。该控制装置3也可以内置于机器人1的基台11。
控制装置3通过中继电缆18与机器人1能够通信地连接。此外，控制装置3通过电缆或以能够无线通信的方式与示教装置4连接。示教装置4可以是专用计算机，也可以是安装有用于示教机器人1的程序的通用计算机。例如，可以使用作为用于示教机器人1的专用装置的示教器等来代替示教装置4。此外，控制装置3和示教装置4可以具备不同的框体，也可以一体构成。
此外，可以在示教装置4中安装程序，该程序用于在控制装置3中生成将后述的目标位置姿势St和目标力fSt作为自变量的执行程序并加载到控制装置3。示教装置4具备显示器、处理器、RAM、ROM，这些硬件资源与示教程序协同动作生成执行程序。
如图2所示，控制装置3是安装有用于进行机器人1的控制的控制程序的计算机。控制装置3具备处理器、未图示的RAM、ROM，通过这些硬件资源与程序协同动作来控制机器人1。
此外，如图2所示，控制装置3具有目标位置设定部3A、驱动控制部3B和存储部3C。存储部3C例如由RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等易失性存储器、ROM(ReadOnly Memory，只读存储器)等非易失性存储器、装拆式的外部存储装置等构成。存储部3C存储有用于执行本发明的力控制参数调整方法的程序等、用于使机器人1动作的动作程序。
目标位置设定部3A对工件W1设定用于执行规定的作业的目标位置姿势St及动作路径。目标位置设定部3A基于从示教装置4输入的示教信息等，设定目标位置姿势St及动作路径。
驱动控制部3B控制机器人臂10的驱动，具有位置控制部30、坐标变换部31、坐标变换部32、校正部33、力控制部34和指令统合部35。
位置控制部30按照由预先制作的命令指定的目标位置，生成控制机器人1的工具中心点TCP的位置的位置指令信号、即位置指令值。
在此，控制装置3能够通过力控制等来控制机器人1的动作。“力控制”是指基于力检测部19的检测结果，变更末端执行器20的位置、即工具中心点TCP的位置或第一臂12～第六臂17的姿势的机器人1的动作的控制。
力控制例如包括强制触发控制、阻抗控制。在强制触发控制中，通过力检测部19进行力检测，使机器人臂10进行移动、姿势的变更动作，直到通过该力检测部19检测到规定的力为止。
阻抗控制包括仿形控制。首先，简单地进行说明，在阻抗控制中，控制机器人臂10的动作，以将施加于机器人臂10的前端部的力尽可能地维持为规定的力，即，将由力检测部19检测到的规定方向的力尽可能地维持为目标力fSt。由此，例如，如果对机器人臂10进行阻抗控制，则机器人臂10相对于从对象物或操作员施加的外力，在所述规定方向上进行仿形的动作。另外，目标力fSt也包括0。例如，作为仿形动作时的设定之一能够将目标值作为“0”。另外，目标力fSt也可以为0以外的数值。该目标力fSt能够由操作者能够适当设定。
存储部3C存储电机M1～电机M6的旋转角度的组合与机器人坐标系中的工具中心点TCP的位置的对应关系。此外，控制装置3在机器人1进行的作业的每个工序中，基于命令将目标位置姿势St和目标力fSt中的至少一方存储于存储部3C。在机器人1进行的作业的每个工序中，设定将目标位置姿势St及目标力fSt作为自变量、即参数的命令。
驱动控制部3B控制第一臂12～第六臂17，以使设定的目标位置姿势St和目标力fSt在工具中心点TCP一致。目标力fSt是通过第一臂12～第六臂17的动作应达成的力检测部19的检测力及转矩。在此，“S”的字符表示规定机器人坐标系的轴的方向(X，Y，Z)中的任意一个方向。此外，S也表示S方向的位置。例如，在S＝X的情况下，在机器人坐标系中设定的目标位置的X方向分量为St＝Xt，目标力的X方向分量为fSt＝fXt。
此外，在驱动控制部3B中，如果获取电机M1～电机M6的旋转角度，则图2所示的坐标变换部31基于对应关系，将该旋转角度变换为机器人坐标系中的工具中心点TCP的位置姿势S(X，Y，Z，Tx，Ty，Tz)。并且，坐标变换部32基于工具中心点TCP的位置姿势S和力检测部19的检测值，在机器人坐标系中确定实际作用于力检测部19的作用力fS。
作用力fS的作用点与工具中心点TCP分开而定义为力检测原点。力检测原点与力检测部19检测到力的点对应。另外，控制装置3对机器人坐标系中的工具中心点TCP的每个位置姿势S，存储规定了力检测部19的传感器坐标系中的检测轴的方向的对应关系。因此，控制装置3能够基于机器人坐标系中的工具中心点TCP的位置姿势S和对应关系，确定机器人坐标系中的作用力fS。此外，作用于机器人的转矩能够根据作用力fS和从接触点到力检测部19的距离来计算，并且确定为旋转力分量。另外，在末端执行器20与工件W1接触而进行作业的情况下，接触点能够视为工具中心点TCP。
校正部33对作用力fS进行重力补偿。重力补偿是指从作用力fS中除去重力引起的力、转矩的分量。进行了重力补偿的作用力fS能够视为作用于机器人臂10或末端执行器20的重力以外的力。
此外，校正部33对作用力fS进行惯性补偿。惯性补偿是指从作用力fS中除去惯性力引起的力、转矩的分量。进行了惯性补偿的作用力fS能够视为作用于机器人臂10或末端执行器20的惯性力以外的力。
力控制部34进行阻抗控制。阻抗控制是通过电机M1～电机M6实现假想的机械阻抗的主动阻抗控制。控制装置3在进行工件的嵌合作业、螺合作业，研磨作业等末端执行器20从作为对象物的工件受力的接触状态的工序或直接示教时，执行这种阻抗控制。另外，即使是这种工序以外，例如通过在人与机器人1接触时进行阻抗控制，也能够提高安全性。
在阻抗控制中，将目标力fSt代入到后述的运动方程式，导出电机M1～电机M6的旋转角度。控制装置3控制电机M1～电机M6的信号是PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)调制后的信号。
此外，控制装置3在末端执行器20未受到外力的非接触状态的工序中，以通过线性运算从目标位置姿势St导出的旋转角度来控制电机M1～电机M6。将以通过线性运算从目标位置姿势St导出的旋转角度来控制电机M1～电机M6的模式称为位置控制模式。
控制装置3通过将目标力fSt和作用力fS代入到阻抗控制的运动方程式，确定力来源校正量ΔS。力来源校正量ΔS是指在工具中心点TCP受到机械阻抗的情况下，为了消除与目标力fSt的力偏差ΔfS(t)，工具中心点TCP应移动的位置姿势S的大小。下述的式(1)是阻抗控制的运动方程式。
数学式1
Figure BDA0003259789330000111
式(1)的左边由将工具中心点TCP的位置姿势S的二阶微分值与假想质量系数m(以下称为“质量系数m”)相乘后的第一项、将工具中心点TCP的位置姿势S的微分值与假想粘性系数d(以下称为“粘性系数d”)相乘后的第二项、以及将工具中心点TCP的位置姿势S与假想弹性系数k(以下称为“弹性系数k”)相乘后的第三项构成。式(1)的右边由从目标力fSt中减去实际的力f的力偏差ΔfS(t)构成。式(1)中的微分是指基于时间的微分。在机器人1进行的工序中，有时作为目标力fSt设定固定值，有时作为目标力fSt设定时间的函数。
质量系数m是指工具中心点TCP假想具有的质量，粘性系数d是指工具中心点TCP假想受到的粘性阻力，弹性系数k是指工具中心点TCP假想受到的弹性力的弹簧常数。
伴随质量系数m的值变大，动作的加速度变小，伴随质量系数m的值变小，动作的加速度变大。伴随粘性系数d的值变大，动作的速度变慢，伴随粘性系数d的值变小，动作的速度变快。伴随弹性系数k的值变大，弹性变大，伴随弹性系数k的值变小，弹性变小。
在本说明书中，质量系数m、粘性系数d及弹性系数k分别称为力控制参数。这些质量系数m、粘性系数d及弹性系数k可以在每个方向上设定为不同的值，也可以与方向无关而设定为共同的值。此外，质量系数m、粘性系数d及弹性系数k可以由操作者在作业前适当设定。关于这方面在后面详细说明。
由此，在机器人系统100中，根据力检测部19的检测值、预先设定的力控制参数及预先设定的目标力，求出校正量。该校正量是所述力来源校正量ΔS，是从受到外力的该位置到使工具中心点TCP应移动的位置的差。
并且，指令统合部35将位置控制部30所生成的位置指令值P与力来源校正量ΔS相加。通过随时进行该动作，指令统合部35根据用于移动到受到外力的位置的位置指令值P，求出新的位置指令值P’。
并且，坐标变换部31将该新的位置指令值P’变换为机器人坐标，通过执行部351执行，使工具中心点TCP移动到考虑了力来源校正量ΔS的位置，能够缓和施加了外力的冲击，能够缓和对与机器人1接触的对象物施加进一步的负荷。
根据这种驱动控制部3B，在把持了工件W1的状态下，能够驱动机器人臂10，以使工具中心点TCP向目标位置姿势St移动，并且使工具中心点TCP进行移动直到目标力fSt成为预先设定的值为止。具体地说，工件W1插入到工件W2的插入孔200，进行插入作业直到检测到预先设定的目标力fSt为止，从而能够完成插入作业。此外，在插入过程中，通过进行如上所述的力控制，能够防止或抑制对工件W1及工件W2过度地施加负荷。
在此，操作者在根据作业的内容、工件W1及工件W2的种类等，在进行作业之前，需要将所述力控制参数、即质量系数m、粘性系数d及弹性系数k设定为适当的值。通过将它们设定为适当的值，能够将作业中的机器人臂10的模式设为适合于作业的模式，能够进行准确且迅速的作业。
然而，适当的力控制参数不仅根据作业内容、还根据机器人臂10自身的特性、周边的环境等而变化。难以在考虑了这些的基础上设定适当的力控制参数。因此，在本发明中，操作者输入后文描述的条件，试验性地驱动机器人臂10，获取机器人臂10自身刚性的信息、作为周边刚性的信息的外部刚性的信息，基于获取的外部刚性的信息，调整力控制参数。由此，能够设定考虑了外部刚性的力控制参数。
另外，外部刚性是指从工具中心点TCP观察的外部整体的刚性。即，如图3所示，外部刚性是指结合机器人臂10自身的刚性、末端执行器20的刚性、工件W1的刚性、工件W2的刚性而得的整体的刚性。各要素的刚性与机器人臂10受到的外力相关。进一步换言之，外部刚性通过工具中心点TCP的移动量和根据机器人臂10受到的外力、即力检测部19检测到的检测值求出的外力的函数来确定。此外，外部刚性是由单位为“N/mm”或“Nmm/deg”表示的实数，根据后述的第二动作的种类来确定单位。
由此，确定外部刚性的要素包括属于机器人臂10的要素的信息、作为手部的末端执行器20的信息、作为第一对象物的工件W1的信息及作为第二对象物的工件W2的信息。由此，能够准确地获取外部刚性的信息。其结果是，能够准确地设定力控制参数。
另外，外部刚性除了上述以外，还包括承载工件W2的未图示的工作台的刚性、设置机器人1的设置面的刚性等。
此外，本说明书中的“获取”是指接收信息并存储于控制装置3、示教装置4及能够通信的外部存储装置中的任意一个存储部。
下面，使用图5所示的流程图，说明本发明的力控制参数调整方法的一个例子。在本实施方式中，以下的各步骤S101～步骤S112由控制装置3及示教装置4分担进行，但是在本发明中并不限定于此，也可以是控制装置3及示教装置4中的任意一个执行的构成。
步骤S101是操作者使用图4所示的输入画面40进行输入，由示教装置4的处理器基于该输入执行的步骤。首先，对输入画面40进行说明。输入画面40显示于示教装置4的显示器，通过操作者进行操作，能够进行各种设定。另外，输入画面40也可以是显示于示教装置4以外的显示器的构成。
输入画面40具有第一输入部41、第二输入部42、第三输入部43、第四输入部44和第五输入部45。第一输入部41输入工件W1的信息、特别是种类。第二输入部42选择把持工件W1的方向。具体地说，第二输入部42输入将工件W1插入到工件W2的插入长度。第三输入部43输入工件W2的信息、特别是材质。第四输入部44输入从作业开始时的初始位置到工件W1及工件W2接触的距离。第五输入部45输入插入工件W1时工件W1的姿势有无变化。
第一输入部41～第五输入部45例如可以是使用鼠标、键盘等操作光标来进行选择、输入的构成，也可以是以触摸面板方式供操作者触摸所希望的位置来进行选择、输入的构成。
如果操作者操作第一输入部41～第五输入部45进行上述设定，则在步骤S101中，受理各种设定信息。
接着，在步骤S102中，确定开始位置。即，在工件W1及工件W2为非接触的状态下，确定机器人臂10开始力控制的位置。本步骤根据在步骤S101中操作者设定的信息来确定。
另外，如图6～图11所示，以在Z轴方向上插入的动作为例，对工具中心点TCP进行说明。
接着，在步骤S103中，开始插入、即开始力控制使工件W1接近工件W2(参照图6)。本步骤中的力控制参数是作为预先设定的初始值的第一力控制参数。第一力控制参数可以是在步骤S101中操作者设定的构成，也可以是被存储的构成。另外，直到步骤S105为止，以第一力控制参数执行力控制。
另外，在本步骤中，以将工件W1插入到工件W2的作业为例进行说明，驱动机器人臂10直到工件W1与工件W2接触为止，但是在本发明中并不限定于此，根据作业的内容，也可以是以末端执行器20与工件W2接触的方式进行驱动的构成。
接着，在步骤S104中，如果基于力检测部19的检测结果，检测到工件W1与工件W2接触，则在步骤S105中，在插入中途使机器人臂10停止(参照图7)。
这种步骤S103及步骤S104是第一步骤，基于第一力控制参数，执行使作为设置于机器人臂10的手部的末端执行器20或作为保持于末端执行器20的第一对象物的工件W1与作为第二对象物的工件W2接触的第一动作。
接着，在步骤S106中，在工件W1与工件W2的接触状态下，执行第二动作并检测机器人臂10受到的力。即，执行如下所述的第二动作，并且获取力检测部19的检测结果。
作为第二动作，列举图8～图10所示的动作。
如图8所示，第二动作包括如下动作：驱动机器人臂10，以使工件W1向与工件W1相对于工件W2插入、拔出的方向相交的方向、例如XY平面内的X轴方向移动。由此，能够检测在插入工件W1时产生了轴偏移时施加于机器人臂10的外力。
此外，如图9所示，第二动作包括如下动作：驱动机器人臂10，以使工件W1向与工件W1相对于工件W2插入、拔出的方向相交的方向、例如XY平面内的Y轴方向移动。由此，能够检测在插入工件W1时产生了轴偏移时施加于机器人臂10的外力。另外，在本实施方式中，说明沿X轴方向及Y轴方向朝向使工具中心点TCP移动的方向驱动机器人臂10的情况。
此外，如图10所示，第二动作包括如下动作：驱动机器人臂10，以使工件W1绕沿着工件W1相对于工件W2插入、拔出的方向的轴、即绕Z轴旋转。由此，能够检测在插入工件W1时进行了使工件W1旋转的动作时施加于机器人臂10的外力。
在步骤S106中，进行如上所述的第二动作，并且对上述每个动作存储力检测部19的检测结果。由此，能够对每个不同的动作获取机器人臂10受到的外力。
另外，虽然未图示，但是在本实施方式中，向工具中心点TCP绕X轴及绕Y轴旋转的方向驱动机器人臂10并检测外力。
由此，在本实施方式中，驱动机器人臂10，以使工具中心点TCP向沿X轴的方向、沿Y轴的方向、绕X轴旋转的方向、绕Y轴旋转的方向、绕Z轴旋转的方向的五个方向移动，并且检测外力。
此外，上述动作不限定于上述顺序。此外，在第二动作中，可以不执行图8～图10所示的全部动作，也可以是执行至少一个的构成。此外，也可以包括与上述不同的方向的动作。例如，可以添加沿Z轴的方向的动作。
此外，在第二动作中，通过位置控制驱动机器人臂10。具体地说，驱动机器人臂10，以使工具中心点TCP移动预先设定的规定的距离或规定角度。
由此，通过以位置控制驱动机器人臂10来执行第二动作。由此，能够准确且可靠地检测机器人臂10受到的外力。
此外，第二动作是如下动作：使作为控制点的工具中心点TCP向将作为第一对象物的工件W1插入到作为第二对象物的工件W2的插入方向、与所述插入方向相交的方向、以及绕沿着所述插入方向的轴旋转的方向中的至少一个方向移动。由此，能够准确地检测在实际的作业时机器人臂10受到的外力的大小。由此，如后所述，能够准确地掌握外部刚性。
此外，在第二步骤中，增大作为控制点的工具中心点TCP的移动量，直到检测到的外力成为规定值为止。即，设定力检测部19检测到的外力的上限值，进行机器人臂10的第二动作直到成为上限值为止。根据这种构成，能够防止向工件W1及工件W2过度地施加负荷，并且能够准确地检测机器人臂10受到的外力的大小。
接着，在步骤S107中，基于在步骤S106中得到的外力的大小的信息，获取外部刚性的信息。在本步骤中，使用表示外力的信息与外部刚性的关系的校准线或表，获取外部刚性的信息。该表由工具中心点的移动量和力检测部19的检测值的函数表示。该校准线或表存储于控制装置3、示教装置4及外部存储装置中的任意一个，是预先通过实验得到的。
此外，校准线或表按外力的每个方向存储，并且按所述第二动作的每个方向存储。即，在本实施方式中，按沿X轴的方向、沿Y轴的方向、绕X轴旋转的方向、绕Y轴旋转的方向、绕Z轴旋转的方向这五个方向，存储校准线或表。
经过步骤S107，能够按第二动作的每个种类获取五个方向的外部刚性的信息。这种步骤S107是基于获取的外力的信息来获取外部刚性的信息的第三步骤。
接着，在步骤S108中，获取力控制参数。另外，在步骤S108中获取的力控制参数是第二力控制参数。在本步骤中，如图11所示，向数据库输入五个方向的外部刚性的信息、检测到力时的机器人臂10的位置及姿势的信息以及作业方向。由此，能够按每五个方向输出力并获取控制参数。由此，能够对动作的每个方向获取并设定力控制参数。另外，机器人臂10的位置是指工具中心点TCP的机器人坐标系中的位置，机器人臂10的姿势是指各关节的角度信息。另外，数据库存储于控制装置3、示教装置4及外部存储装置中的任意一个。
在本实施方式中，输入到数据库的输入信息是外部刚性的信息、机器人臂10的位置及姿势的信息以及作业方向，但是在本发明中并不限定于此，只要输入外部刚性的信息及机器人臂10的位置，则能够获取力控制参数。
此外，可以使平移方向的力控制参数相同。即，可以将在X轴方向上动作时的力控制参数、在Y轴方向上动作时的力控制参数、在Z轴方向上动作时的力控制参数设定为相同。
此外，可以使旋转方向的力控制参数相同。即，可以将绕X轴动作时的力控制参数、绕Y轴动作时的力控制参数、绕Z轴动作时的力控制参数设定为相同。
由此，通过在每个方向上使力控制参数相同，能够简化设定力控制参数时的处理。
此外，也可以将质量系数m、粘性系数d及弹性系数k全部设定为相同的数值。在这种情况下，能够进一步简化设定力控制参数时的处理。
此外，也可以组合上述模式来进行设定。
接着，在步骤S109中，将工件W1从工件W2中拔出，在步骤S110中，使工具中心点TCP返回到开始位置。并且，在步骤S111中，检测插入完成位置。即，在执行第二动作时，检测工具中心点TCP移动到何处并进行存储。并且，将该检测值作为下次的第二动作时的目标位置。由此，能够迅速且准确地进行第二次以后的第二动作。
接着，在步骤S112中，判断获取了力控制参数的次数是否为第二次。在判断为不是第二次、即是第一次的情况下，返回到步骤S103，反复进行以后的步骤。另外，在判断为是第二次的情况下，转移至步骤S113。
在步骤S113中，对第一次获取的力控制参数与第二次获取的力控制参数进行比较，判断偏离是否为预先设定的规定范围以内。在本步骤中，按第二动作的每个方向在第一次和第二次中对力控制参数进行比较，在各力控制参数的偏离为规定范围以内的情况下，在步骤S114中，将在步骤S113中比较的第一次或第二次的任一个力控制参数设定为实际进行作业时的力控制参数。
另外，在步骤S113中，在偏离超出了预先设定的规定范围的情况下，即，在偏离比较大的情况下，返回到步骤S103，作为第一次测定，重新测定外部刚性。
由此，对力控制参数进行两次测定，在偏离为规定范围内的情况下采用力控制参数，由此能够更准确地设定力控制参数。
这种步骤S114是第四步骤，将基于获取的外部刚性的信息和与获取的外部刚性的信息对应的工具中心点TCP的位置而获取的第二力控制参数设定为力控制参数。
如以上说明的那样，本发明的力控制参数调整方法是调整具有机器人臂10的机器人1的力控制参数的力控制参数调整方法，该机器人臂10通过力控制进行驱动，进行将作为第一对象物的工件W1插入到作为第二对象物的工件W2的作业。此外，本发明的力控制参数调整方法具有：第一步骤，基于第一力控制参数，执行使作为设置于机器人臂10的手部的末端执行器20或保持于末端执行器20的工件W1与工件W2接触的第一动作；第二步骤，在使末端执行器20或工件W1与工件W2接触的状态下，执行与第一动作不同的第二动作，获取机器人臂10受到的外力的信息；第三步骤，基于获取的外力的信息，获取外部刚性的信息；以及第四步骤，将力控制参数从第一力控制参数变更为基于获取的外部刚性的信息和与获取的外部刚性的信息对应的工具中心点TCP的位置而获取的第二力控制参数。由此，能够考虑外部刚性并容易且准确地设定力控制参数。
此外，本发明的力控制参数调整程序是调整具有机器人臂10的机器人1的力控制参数的力控制参数调整程序，该机器人臂10通过力控制进行驱动，进行将作为第一对象物的工件W1插入到作为第二对象物的工件W2的作业。此外，本发明的力控制参数调整程序用于执行：第一步骤，基于第一力控制参数，执行使作为设置于机器人臂10的手部的末端执行器20或保持于末端执行器20的工件W1与工件W2接触的第一动作；第二步骤，在使末端执行器20或工件W1与工件W2接触的状态下，执行与第一动作不同的第二动作，获取机器人臂10受到的外力的信息；第三步骤，基于获取的外力的信息，获取外部刚性的信息；以及第四步骤，将基于获取的外部刚性的信息和与获取的外部刚性的信息对应的工具中心点TCP的位置而获取的第二力控制参数设定为力控制参数。由此，能够考虑外部刚性并容易且准确地设定力控制参数。
另外，本发明的力控制参数调整程序可以存储于控制装置3、示教装置4的存储部，可以存储于例如CD-ROM等记录介质，也可以存储于能够经由网络等连接的存储装置。
此外，本发明的机器人系统100具备：机器人1，具有通过力控制进行驱动来进行作业的机器人臂10；力检测部19，检测施加于机器人臂10的力；以及作为控制部的控制装置3或示教装置4，控制机器人1的动作。此外，控制装置3或示教装置4进行如下控制：基于第一力控制参数，执行使作为设置于机器人臂10的手部的末端执行器20或保持于末端执行器20的工件W1与工件W2接触的第一动作；在使末端执行器20或工件W1与工件W2接触的状态下，执行与第一动作不同的第二动作，获取机器人臂10受到的外力的信息；基于获取的外力的信息，获取外部刚性的信息；以及将基于获取的外部刚性的信息和与获取的外部刚性的信息对应的工具中心点TCP的位置而获取的第二力控制参数设定为力控制参数。由此，能够考虑外部刚性并容易且准确地设定力控制参数。
此外，力检测部19在通过力控制驱动机器人臂10时使用。即，力检测部19兼用作进行第二动作并检测外力的力检测部、以及在进行力控制时检测外力的力检测部。由此，能够简化装置构成，并且能够简化控制。
机器人系统的其他构成例
图12是用于以硬件为中心对机器人系统进行说明的框图。
图12示出了连接了机器人1、控制器61和计算机62的机器人系统100A的整体构成。机器人1的控制可以由控制器61中的处理器读出存储器中的指令来执行，也可以由存在于计算机62的处理器读出存储器中的指令并经由控制器61来执行。
因此，能够将控制器61和计算机62中的任一方或两方视为“控制装置”。
变形例1
图13是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例1的框图。
图13示出了在机器人1直接连接有计算机63的机器人系统100B的整体构成。机器人1的控制由存在于计算机63的处理器读出存储器中的指令来直接执行。
因此，能够将计算机63视为“控制装置”。
变形例2
图14是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例2的框图。
图14示出了连接了内置有控制器61的机器人1和计算机66，并且计算机66经由LAN等网络65与云64连接的机器人系统100C的整体构成。机器人1的控制可以由存在于计算机66的处理器读出存储器中的指令来执行，也可以由存在于云64上的处理器经由计算机66读出存储器中的指令来执行。
因此，能够将控制器61、计算机66和云64中的任意一个或任意两个或三个视为“控制装置”。
以上，对于图示的实施方式说明了本发明的力控制参数调整方法、机器人系统及力控制参数调整程序，但是本发明并不限定于此。此外，构成机器人系统的各部分能够置换为能够发挥相同功能的任意构成。此外，也可以附加任意的构成物。

Claims (10)

1.一种力控制参数调整方法，其特征在于，用于调整具有机器人臂的机器人的力控制参数，所述机器人臂通过力控制进行驱动来进行将第一对象物插入到第二对象物的作业，所述力控制参数调整方法包括：
第一步骤，基于第一力控制参数，执行使设置于所述机器人臂的手部或保持于所述手部的所述第一对象物向所述第二对象物进行接触的第一动作；
第二步骤，在使所述手部或所述第一对象物与所述第二对象物已接触的状态下，使所述机器人执行与所述第一动作不同的第二动作，并获取所述机器人臂受到的外力的信息；
第三步骤，基于获取的所述外力的信息，获取外部刚性的信息；以及
第四步骤，将所述力控制参数从所述第一力控制参数变更为第二力控制参数，所述第二力控制参数基于获取的所述外部刚性的信息和与获取的所述外部刚性的信息对应的控制点的位置来获取。
2.根据权利要求1所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
确定所述外部刚性的要素包括：属于所述机器人臂的要素的信息、所述手部的信息、所述第一对象物的信息及所述第二对象物的信息。
3.根据权利要求1所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
所述第二动作通过以位置控制的方式驱动所述机器人臂来执行。
4.根据权利要求2所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
所述第二动作通过以位置控制的方式驱动所述机器人臂来执行。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
所述第二动作是如下动作：使所述控制点向将所述第一对象物插入到所述第二对象物的插入方向、与所述插入方向相交的方向、绕沿着所述插入方向的轴旋转的方向中的至少一个方向移动。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
在所述第二步骤中，增大所述控制点的移动量，直到检测到的所述外力成为规定值为止。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
在所述第四步骤中，还基于所述手部的种类的信息、所述第一对象物的种类的信息，调整所述力控制参数。
8.一种机器人系统，其特征在于，具备：机器人，具有通过力控制进行驱动来进行作业的机器人臂；力检测部，检测施加于所述机器人臂的力；以及控制部，控制所述机器人的动作，
所述控制部进行如下控制：
基于第一力控制参数，执行使设置于所述机器人臂的手部或保持于所述手部的第一对象物向第二对象物进行接触的第一动作；
在使所述手部或所述第一对象物与所述第二对象物已接触的状态下，使所述机器人执行与所述第一动作不同的第二动作，并获取所述机器人臂受到的外力的信息；
基于获取的所述外力的信息，获取外部刚性的信息；以及
将基于获取的所述外部刚性的信息和与获取的所述外部刚性的信息对应的控制点的位置而获取的第二力控制参数设定为所述力控制参数。
9.根据权利要求8所述的机器人系统，其特征在于，
所述力检测部在通过力控制驱动所述机器人臂时使用。
10.一种存储介质，其特征在于，存储有力控制参数调整程序，所述力控制参数调整程序用于执行调整具有机器人臂的机器人的力控制参数的力控制参数调整方法，所述机器人臂通过力控制进行驱动来进行将第一对象物插入到第二对象物的作业，所述力控制参数调整程序用于执行：
第一步骤，基于第一力控制参数，执行使设置于所述机器人臂的手部或保持于所述手部的所述第一对象物向所述第二对象物进行接触的第一动作；
第二步骤，在使所述手部或所述第一对象物与所述第二对象物已接触的状态下，使所述机器人执行与所述第一动作不同的第二动作，并获取所述机器人臂受到的外力的信息；
第三步骤，基于获取的所述外力的信息，获取外部刚性的信息；以及
第四步骤，将基于获取的所述外部刚性的信息和与获取的所述外部刚性的信息对应的控制点的位置而获取的第二力控制参数设定为所述力控制参数。
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