CN114367958B - 力控制参数调整方法 - Google Patents

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Abstract

一种力控制参数调整方法，能够适当且容易地设定力控制参数。力控制参数调整方法的特征在于，具有：第一步骤，基于与机械臂的作业开始位置姿势相关的第一信息和力控制参数的备选值使所述机械臂动作，从而获取与作业所需的作业时间相关的第二信息和与在所述作业中施加于所述机械臂的力相关的第三信息；以及第二步骤，基于获取的所述第二信息及所述第三信息，获取更新了所述力控制参数的备选值的更新值，直到所获取的所述作业时间或施加于所述机械臂的力收敛为止，向所述第一信息施加噪声，反复进行所述第一步骤和所述第二步骤，得到所述力控制参数的最终值。

Description

力控制参数调整方法
技术领域
本发明涉及一种力控制参数调整方法。
背景技术
已知一种机器人，该机器人具有机械臂和检测施加于机械臂的力的力检测部，基于力检测部的检测结果，进行驱动机械臂的力控制，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，需要将确定以何种模式驱动机械臂的力控制参数设定为适当的值。
专利文献1：WO2019/098044号公报
为了将力控制参数设定为适当的值，需要进行如下工序：一边改变力控制参数、一边反复试验性地进行作业，确认何种力控制参数适合于该作业。但是，在这种方法中，限定工件数量及种类、作业时的机械臂的位置姿势等各种条件，仅在过拟合状态、即没有对象物、机器人的偏差的特定条件下，得到发挥所要求的性能的力控制参数。即，上述的所述力控制参数不适合于存在制造偏差、把持偏差的实际运用。由此，作为力控制所要求的生产率需求，设定取得所需的适当的力及转矩与作业时间的平衡的力控制参数，即使对于熟练者来说也很困难。
发明内容
本发明的力控制参数调整方法调整具有通过力控制进行驱动来进行作业的机械臂的机器人的力控制参数，所述力控制参数调整方法的特征在于，具有：
第一步骤，基于与所述机械臂的作业开始位置姿势相关的第一信息和所述力控制参数的备选值使所述机械臂动作，从而获取与所述作业所需的作业时间相关的第二信息和与在所述作业中施加于所述机械臂的力相关的第三信息；以及
第二步骤，基于获取的所述第二信息及所述第三信息，获取更新了所述力控制参数的备选值的更新值，
直到所获取的所述作业时间或施加于所述机械臂的力收敛为止，向所述第一信息施加噪声，反复进行所述第一步骤和所述第二步骤，得到所述力控制参数的最终值。
附图说明
图1是示出执行本发明的力控制参数调整方法的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是用于说明获取力控制参数的方法的概念图。
图4是用于说明作业开始位置姿势及作业结束位置姿势的剖视图。
图5是用于说明进行作业时实际可能产生的作业环境的偏差的图，是示出第一对象物、第二对象物及机械臂的前端部的局部放大剖视图。
图6是示出模拟地再现了进行作业时实际可能产生的作业环境的偏差的状态的图，是示出第一对象物、第二对象物及机械臂的前端部的局部放大剖视图。
图7是示出对作业开始位置姿势赋予倾斜时失败的状态的一个例子的图，是示出第一对象物、第二对象物及机械臂的前端部的局部放大剖视图。
图8是描绘了与每个作业的作业时间相关的信息的曲线图。
图9是用于说明图1所示的机器人系统所执行的控制动作的流程图。
图10是用于以硬件为中心对机器人系统进行说明的框图。
图11是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例1的框图。
图12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；3D···参数生成部；4···示教装置；10···机械臂；11···基座；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；19a···力检测原点；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···指令整合部；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；411···卡接机构；A···状态；B···状态；B’···状态；C···状态；C’···状态；D···状态；D’···状态；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；CP-0···作业开始位置姿势信息；TCP···工具中心点；W1···工件；W2···工件。
具体实施方式
<实施方式>
图1是示出执行本发明的力控制参数调整方法的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是用于说明获取力控制参数的方法的概念图。图4是用于说明作业开始位置姿势及作业结束位置姿势的剖视图。图5是用于说明进行作业时实际可能产生的作业环境的偏差的图，是示出第一对象物、第二对象物及机械臂的前端部的局部放大剖视图。图6是示出模拟地再现了进行作业时实际可能产生的作业环境的偏差的状态的图，是示出第一对象物、第二对象物及机械臂的前端部的局部放大剖视图。图7是示出对作业开始位置姿势赋予倾斜时失败的状态的一个例子的图，是示出第一对象物、第二对象物及机械臂的前端部的局部放大剖视图。图8是描绘了与每个作业的作业时间相关的信息的曲线图。图9是用于说明图1所示的机器人系统所执行的控制动作的流程图。
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。另外，以下，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，对于机械臂，将图1中的基座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“铅垂方向”，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，具有基座11和机械臂10。此外，能够在机械臂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。
基座11是从下侧能够驱动地支承机械臂10的支承体，例如固定于工厂内的地面。机器人1的基座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，机械臂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，这些臂从基座11侧依次连结。另外，机械臂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。
基座11和第一臂12经由关节171连结。并且，第一臂12能够相对于基座11以与铅垂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座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为在机械臂10中位于最前端侧的机器人前端部。该第六臂17通过机械臂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，使基座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驱动电机M1～电机M6。即，控制机械臂10是控制电机M1～电机M6。
此外，在机械臂10的前端设定控制点CP。控制点CP是进行机械臂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，驱动机械臂10以使控制点CP移动到所希望的位置。
此外，在机器人1中，在机械臂10装拆自如地设置有检测力的力检测部19。并且，机械臂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轴的各轴方向的力成分、绕X轴的Tx方向的力成分、绕Y轴的Ty方向的力成分、以及绕Z轴的Tz方向的力成分。另外，在本实施方式中，Z轴方向为铅垂方向。此外，也能够将各轴方向的力成分称为“平移力成分”，将绕各轴的力成分称为“旋转力成分”。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，可以是其他臂、相邻的臂彼此之间或基座11的下方，也可以分别设置于全部关节。
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。
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，驱动机械臂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，还在包括嵌入、卡合等广泛的概念中使用。因此，根据工件W1及工件W2的构成，能够将“嵌合”替换为“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可以是横截面形状为三角形、四边形或其以上的多边形，也可以是电子设备的连接器或塑料外装件等。工件W2呈具有供工件W1插入的插入孔200的块状。
此外，如图4～图7所示，在工件W2的插入孔200设置有作为插入工件W1时的阻力起作用的卡接机构411。卡接机构411在连接器插入、塑料部件的组装中，有时在实际的用途中部件自身具有功能。在此，将卡接机构411作为功能部件分开表示。
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的基座11。
控制装置3通过中继电缆18能够通信地与机器人1连接。此外，控制装置3通过电缆或能够无线通信地与示教装置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、存储部3C和参数生成部3D。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(Read Only 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控制机械臂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和指令整合部35。
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，使机械臂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。在阻抗控制中，控制机械臂10的动作，以将施加于机械臂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，如果对机械臂10进行阻抗控制，则机械臂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方向成分为St＝Xt，目标力的X方向成分为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，U，V，W)。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，并且确定为旋转力成分。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和转矩的成分。进行了重力补偿的作用力fS能够视为作用于机械臂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和转矩的成分。进行了惯性补偿的作用力fS能够视为作用于机械臂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W1及工件W2的嵌合作业、螺合作业、研磨作业等末端执行器20从对象物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。
【式1】
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，或者作为目标力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。
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。
这种质量系数m、粘性系数d及弹性系数k是力控制参数。力控制参数是在机械臂10实际进行作业之前设定的值。力控制参数除了质量系数m、粘性系数d及弹性系数k以外，还包括如上所述的目标力、图3所示的作业开始位置姿势、作业中途位置姿势、作业结束位置姿势等。
由此，在机器人系统100中，在执行力控制中，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，指令整合部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，指令整合部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，能够响应外力，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，能够驱动机械臂10，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。
图2所示的参数生成部3D通过连续最优化问题的算法来生成参数。具体地说，参数生成部3D根据成为输入数据的评价值反复进行学习，生成搜索目标函数的最小值的参数。
连续最优化问题的算法是指如下算法：接收输入值，进行评价及下次试行的参数计算，并且将其结果作为输出值输出。输入值例如是作业所需的时间、即与作业时间相关的信息、以及在作业中机械臂受到的力、即在作业中力检测部19检测出的检测力。输出值例如是力控制参数的更新值。关于这些在后面进行说明。
作为所述算法可以列举：Nelder-Mead法、牛顿法、协方差矩阵自适应进化策略法(Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy)、粒子群最优化法(ParticleSwarm Optimization，粒子群优化算法)、贝叶斯最优化法等。
对于所述算法，通过适当地设定相对于构成评价函数的各输入值的分配比并进行多目的最优化，能够减少直到收敛为止的作业次数。
在本实施方式中，虽然列举了连续最优化问题的算法，但是并不限定于此，即使是将离散值作为参数输出的算法，也能够同样地得到基于对作业开始位置赋予偏差的过拟合防止的效果。
在此，操作者需要根据作业内容、工件W1及工件W2的种类等，在进行作业之前，将所述力控制参数设定为适当的值。通过将它们设定为适当的值，能够将作业中的机械臂10的模式作为适合于作业的模式，能够在所希望的作业时间，不对工件W1及工件W2施加过度的负荷而进行准确的作业。
但是，难以将力控制参数设定为适当的值，以往，需要试验性地进行作业，基于作业时间等作业结果多次变更力控制参数，并且一边反复尝试、一边摸索着设定将力控制参数的适当的值，直到成为所希望的作业结果为止。在这种方法中，限定工件数量及种类、作业时的机械臂10的位置姿势等各种条件，仅在过拟合状态、即没有工件、机器人的偏差的特定条件下，得到发挥所需要的性能的力控制参数。即，上述的所述力控制参数不适合于存在制造偏差、把持偏差的实际运用。由此，作为力控制所要求的生产率需求，设定取得所需的适当的力及转矩与作业时间的平衡的力控制参数，即使对于熟练者来说也很困难。相对于此，在本发明中，能够以如下方式解决课题。以下，参照图3并使用图9所示的流程图，说明本发明的力控制参数调整方法。
在本实施方式中，以下的各步骤由控制装置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。
首先，操作者输入与机械臂10的作业开始位置姿势相关的第一信息和力控制参数的备选值。使用示教装置4进行该输入。例如，通过输入工具中心点TCP的坐标值来执行作业开始位置，通过输入各关节的角度值来执行作业开始姿势。
此外，力控制参数的备选值是指目标力、质量系数m、粘性系数d、弹性系数k、作业结束位置姿势的初始设定值。它们可以在初始状态下预先设定任意的初始值，也可以是分别输入目标力、质量系数m、粘性系数d、弹性系数k、作业结束位置姿势并进行设定的构成。分别通过输入数值来设定目标力、质量系数m、粘性系数d及弹性系数k。此外，通过输入工具中心点TCP的坐标值来执行作业结束位置，通过输入各关节的角度值来执行作业结束姿势。
此外，在开始力控制参数调整方法时，在操作者输入第一信息时，优选为在范围内输入作业开始位置姿势的构成。即，由操作者输入的第一信息优选为具有作业开始位置姿势的范围的值。由此，能够进行考虑了作业开始位置姿势的偏移量的作业，得到评价值。由此，通过执行后述步骤，能够设定更适当的力控制参数。
在步骤S101中，获取上述输入信息。即，获取与机械臂10的作业开始位置姿势相关的第一信息和力控制参数的备选值。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。
接着，在步骤S102中，试验性地执行作业。即，基于在步骤S101中获取的信息，驱动机械臂10，试验性地执行作业。并且，在步骤S103中，获取与作业所需的作业时间相关的第二信息和与在作业中施加于机械臂10的力相关的第三信息。第二信息是从作业开始到结束的时间，可以是由内置于控制装置3或示教装置4的定时器测定的构成，也可以是由操作者测定并输入到控制装置3或示教装置4的构成。
此外，第三信息可以是在作业中施加于机械臂10的力的经时信息，也可以是在作业中施加于机械臂10的力的最大值。此外，在作业中施加于机械臂10的力是力检测部19检测出的检测值，如上所述，包括X轴、Y轴、Z轴的各轴方向的力成分、绕X轴的Tx方向的力成分、绕Y轴的Ty方向的力成分、绕Z轴的Tz方向的力成分。以下，将它们统称为“检测力”。
在步骤S103中获取的两个信息作为在作业中施加于机械臂10的力的最大值而执行了本发明的力控制参数调整方法的情况下，能够设定能够更有效地减轻在作业中施加于工件W1及工件W2的负荷的力控制参数。
这种步骤S103是第一步骤，基于与机械臂10的作业开始位置或作业开始姿势相关的第一信息和力控制参数的备选值使机械臂10动作，并且获取与作业所需的作业时间相关的第二信息和与在作业中施加于机械臂10的力相关的第三信息。
接着，在步骤S104中，将第二信息及第三信息输入到参数生成部3D。并且，在步骤S105中，获取从参数生成部3D输出的力控制参数的更新值。
力控制参数的更新值包括目标力、假想粘性系数、假想弹性系数、假想质量系数、作业开始位置姿势、作业中途位置姿势及作业结束位置姿势。力控制参数的更新值是找出从输入的第二信息及第三信息读取的特征、倾向等并适当地进行了修正的值。
另外，力控制参数的更新值只要包括目标力、假想粘性系数、假想弹性系数、假想质量系数、作业开始位置、作业开始姿势、作业结束位置及作业结束姿势中的至少一个，则能够得到本发明的效果。
由此，力控制参数的更新值包括目标力、假想粘性系数、假想弹性系数、假想质量系数、作业开始位置姿势及作业结束位置姿势中的至少一个。由此，在执行作业时，能够修正并设定重要参数。
这种步骤S105是基于获取的第二信息及第三信息来获取修正了力控制参数的备选值的更新值的第二步骤。
接着，在步骤S106中，向在步骤S105中获取的更新值中的作业开始位置或作业开始姿势施加噪声。具体地说，将从规定的范围的数值中随机取出的数值、即随机数与在步骤S105中获取的更新值相加或相乘。由此，制作作业开始位置姿势的偏差，例如，能够设想工件W2的设置位置的偏差、工件W1及工件W2的尺寸的偏差来生成输入信息。其结果，能够进一步设定适当的力控制参数。
在此，作为一个例子，使用图4～图6，说明插入作业中的开始位置偏差的导入的有用性。图4是图1中的机械臂10的前端、工件W1及工件W2的放大纵剖视图。力检测部19内部的力检测原点19a的值和控制点CP的作业开始位置姿势信息CP-0被用作评价值。根据控制点CP的机器人坐标和各关节的角度，定义作业开始位置姿势信息CP-0。
作为通常的插入作业，要求进一步缩短从作业执行前到作业执行后的作业时间，并且不检测到过度大的力。如图4所示，工件W1的作业开始位置姿势有意地示教成与工件W2的插入孔200直线且平滑地卡合。
但是，例如，在图5所示的插入孔200的尺寸公差大的状态、例如插入孔200大的状态B、工件W2的插入孔200的倾斜或在工件W2的设置面存在倾斜的状态C、从工件W1到工件W2的距离远的状态D下等，在反复进行相同作业的作业中，产生意外的实际环境中的偏差。
例如，如果仅采用状态A作为作业开始位置姿势并应用连续最优化算法，则虽然进行力控制参数相对于平移方向的最优化，但是力控制参数相对于旋转方向的最优化对评价值不产生影响，不对状态C、状态D那样的作业开始位置姿势的偏差进行最优化。其结果，过剩的作业时间的增加、作业失败的概率上升。为了避免这种事态，在实际作业中要求解决最优化问题。
作为对上述问题的解决手段，例如，通过变更容易进行位置姿势变更的机器人1侧的作业开始位置姿势，模拟地再现图5的状态C下的工件W1及工件W2的相对位置关系相同的图6所示的状态C’。由此，能够以较少的劳力兼顾力控制参数相对于旋转方向的最优化和力控制参数相对于平移方向的最优化。同样，通过变更容易进行位置姿势变更的机器人1侧的作业开始位置姿势，模拟地再现图5的状态D下的工件W1及工件W2的相对位置关系相同的图6所示的状态D’。
此外，虽然难以模拟地再现状态B及状态B’所示的工件W2自身的个体差，但是状态C’所示的偏差通过增加来自卡接机构411的排斥力、插入孔200中的摩擦力的每次作业的偏差，所述偏差在包括状态B’所示的条件的方向上变大。其结果，得到的力控制参数避免了过拟合，对于状态变动更强，是优选的。
对在状态C下旋转方向的倾斜、即姿势的变动进行了记载，对在状态D下Z轴方向的变动进行了说明，但是在其他方向上也得到同样的效果。例如，在最优化实施前的初始状态下的示教位置在工件W1和工件W2中在X轴方向上完全一致、在Y轴上存在偏移的情况下，导致X轴方向抗偏差弱、Y轴方向抗偏差强的最优化时的过拟合。
由此，在本发明中，在机器人1侧制作作业开始位置姿势的偏差，例如，能够得到设想了工件W2的设置位置的偏差、工件W1及工件W2的尺寸的偏差的力控制参数的更新值。
接着，在步骤S107中，使用在步骤S106中获取的力控制参数的更新值，再次试验性地进行作业，在步骤S108中，获取其作业结果、即第二信息及第三信息。
接着，在步骤S109中，判断在步骤S108中获取的第二信息及第三信息是否收敛。在步骤S109中判断为不收敛的情况下，返回到步骤S104，依次反复进行以后的步骤。即，反复进行直到收敛为止。
以下，作为一个例子，以第二信息为例进行具体说明。图8是每次试验性地进行作业并获取作业时间时描绘了结果的曲线图。在图8中，例如，进行10次作业，将10次的作业结果作为一个集团，即，将作为世代而计数的数量作为横轴。此外，作为纵轴在左侧标记了作业所需的时间，在右侧标记了与上次的差量的时间。
此外，在图8中，分别描绘了“时间平均值”、“作业时间最长”、“作业时间最短”、“差量”，但是“时间平均值”、“作业时间最长”及“作业时间最短”应用左侧的纵轴，“差量”应用右侧的纵轴。“时间平均值”是该世代的作业时间的平均值。“作业时间最长”是该世代的最长的作业时间。“作业时间最短”是该世代的最短的作业时间。“差量”是在该世代中与上次的作业时间的差量的平均值。
如图8所示，在11世代～14世代中，差量为持续规定时间以下、即1秒以下的状态。在这种情况下，在14世代中，判断为作为作业结果的第二信息收敛。由此，在以连续规定次数、即四个世代持续与前一世代的作业时间的差为1秒以下的状态的情况下，判断为收敛。另外，在1世代～13世代的步骤S109中，判断为不收敛，在第14次判断为收敛。
另外，在上述中，说明了对每个世代进行累计并进行是否收敛的判断的情况，但是在本发明中并不限定于此，例如，也可以在每次进行作业时、即每次进行是否收敛的判断。
此外，在上述中，说明了基于作业时间的差量进行判断的情况，但是在本发明中并不限定于此，也可以基于“时间平均值”、“作业时间最长”、“作业时间最短”等来进行是否收敛的判断。
由此，在本发明的力控制参数调整方法中，力控制参数的最终值是在第n次(n为1以上的整数)第一步骤中得到的作业时间与在第n+1次所述第一步骤中得到的作业时间的背离程度为一定以下的状态持续了m次(m为1以上的整数)时的力控制参数的更新值。由此，能够设定更适当的力控制参数。
另外，在上述中，说明了判断第二信息是否收敛的构成，但是在本发明中并不限定于此，可以是判断第三信息是否收敛的构成，也可以是判断第二信息及第三信息是否收敛的构成。另外，在判断第三信息是否收敛的情况下，例如，能够通过检测力的最大值与上次作业时的检测力的最大值的差来进行判断。
在步骤S109中，在判断为收敛的情况下，在步骤S110中，将最新的力控制参数的更新值作为力控制参数的最终值并设定该值。即，将在第14次判断时使用的力控制参数的更新值作为力控制参数的最终值，作为在本发明的最优化执行中使用所述最终值反复进行作业的时的力控制参数。
由此，本发明的力控制参数调整方法调整具有通过力控制进行驱动来进行作业的机械臂10的机器人1的力控制参数。此外，本发明的力控制参数调整方法具有：第一步骤，基于与机械臂10的作业开始位置姿势相关的第一信息和力控制参数的备选值使机械臂10动作而，从而获取与作业所需的作业时间相关的第二信息和与在作业中施加于机械臂10的力相关的第三信息；以及第二步骤，基于获取的第二信息及第三信息，获取更新了力控制参数的备选值的更新值，直到所获取的作业时间或施加于机械臂10的力收敛为止，向第一信息施加噪声，反复进行第一步骤和第二步骤，得到力控制参数的最终值。由此，能够省略如以往那样一边改变力控制参数、一边反复试验性地进行作业，确认何种力控制参数适合于该作业的作业，并且能够适当且容易地设定力控制参数。
此外，如上所述，机械臂10所执行的作业是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中的插入作业。在插入作业中，需要将力控制参数设为更适当的值。因此，在机械臂10为插入作业的情况下，本发明的力控制参数调整方法特别有效。
此外，在开始力控制参数的调整方法时，在操作者输入第一信息时，优选为在范围内输入作业开始位置姿势的构成。即，由操作者输入的第一信息优选为具有作业开始位置姿势的范围的值。
如图7所示，如果工件W1是过度接近工件W2的作业开始位置姿势，则在对作业开始位置姿势赋予偏差、即倾斜时，成为工件W1与工件W2接触的作业开始位置姿势、或在工件W1与工件W2经由相互接触状态后工件W1与工件W2分离的作业开始位置姿势。
这种动作的结果，在该作业中得到的评价值的可靠性有可能不充分。这是由于包括把持条件的变化、工件W1的位置变化的环境条件的变动成为要因，导致连续最优化问题的算法输出的更新值的精度劣化。因此，在这种情况下，优选判断为失败并存储该情况。即，优选在检测到超过成为预先设定的重力补偿及惯性补偿的范围的阈值的检测力的情况下，存储为失败。
在失败时，可以仅实施作业开始位置姿势的变更并再次尝试，也可以存储违反了制约条件的不良评价值，还可以向操作者报告错误。
由此，在基于施加了噪声的第一信息的作业中施加于机械臂10的力超过了成为预先设定的重力补偿及惯性补偿的范围的阈值的情况下，优选将作业存储为失败。由此，能够参照在何种条件下失败，在下次以后的力控制参数的设定时有效利用。
<机器人系统的其他构成例>
图10是用于以硬件为中心对机器人系统进行说明的框图。
图10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11是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例1的框图。
图11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12是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例2的框图。
图12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，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 (7)

1.一种力控制参数调整方法，其特征在于，调整具有通过力控制进行驱动来进行作业的机械臂的机器人的力控制参数，所述力控制参数调整方法具有：
第一步骤，基于与所述机械臂的作业开始位置姿势相关的第一信息和所述力控制参数的备选值使所述机械臂动作，从而获取与所述作业所需的作业时间相关的第二信息和与在所述作业中施加于所述机械臂的力相关的第三信息；以及
第二步骤，基于获取的所述第二信息及所述第三信息，获取更新了所述力控制参数的备选值的更新值，
直到所获取的所述作业时间或施加于所述机械臂的力收敛为止，向所述第一信息施加噪声，反复进行所述第一步骤和所述第二步骤，得到所述力控制参数的最终值。
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，
所述力控制参数的最终值是在第n次所述第一步骤中得到的所述作业时间与在第n+1次所述第一步骤中得到的所述作业时间的背离程度为恒定以下的状态持续了m次时的所述力控制参数的更新值，其中，n为1以上的整数，m为1以上的整数。
3.根据权利要求1或2所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
在所述第一步骤中获取的所述第三信息是在所述作业中施加于所述机械臂的力的最大值。
4.根据权利要求1或2所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
所述力控制参数的更新值包括目标力、假想粘性系数、假想弹性系数、假想质量系数、所述作业开始位置姿势、作业结束位置姿势中的至少一个。
5.根据权利要求1或2所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
所述作业是把持第一对象物并插入到第二对象物中的插入作业。
6.根据权利要求1或2所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
由操作者输入的所述第一信息是具有所述作业开始位置姿势的范围的值。
7.根据权利要求1或2所述的力控制参数调整方法，其特征在于，
在基于施加了所述噪声后的所述第一信息的所述作业中施加于所述机械臂的所述力超过了成为预先设定的重力补偿及惯性补偿的范围的阈值的情况下，将所述作业存储为失败。
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