JP2012200807A - Parameter automatically adjusting device of screw fastening robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、螺子締めロボットのパラメータ自動調整装置に関する。 The present invention relates to a parameter automatic adjustment device for a screw tightening robot.
従来、対象となるワークに螺子を締付ける螺子締めロボットとして特許文献1が公知である。このような螺子締めロボットは、ワークに対する螺子の締め付けを、噛み合わせの第一期、締め込みの第二期、トルク調整のために締め上げる第三期、および締付けトルクの安定を図る第四期の順で実行する。この場合、螺子締めロボットの正確な作動を確保するためには、第一期から第四期までの各ステップにおいてモータへの供給電流値、螺子の回転速度および螺子の回転数などのパラメータを精密に調整する必要がある。特に、これらのパラメータには、螺子の締付けトルクを目標締付けトルクに正確に合致させ、かつ締付けトルクのばらつきが小さく、さらにパラメータの調整に必要な時間が短いことが要求される。 Conventionally, Patent Literature 1 is known as a screw fastening robot for fastening a screw to a target workpiece. Such a screw tightening robot includes a first period of meshing, a second period of tightening, a third period of tightening for torque adjustment, and a fourth period of stabilizing the tightening torque. Execute in this order. In this case, in order to ensure the correct operation of the screw tightening robot, parameters such as the supply current value to the motor, the screw rotation speed, and the screw rotation speed are precisely set in each step from the first phase to the fourth phase. It is necessary to adjust to. In particular, these parameters require that the screw tightening torque be exactly matched to the target tightening torque, that the variation in tightening torque be small, and that the time required for parameter adjustment be short.
しかしながら、従来の螺子締めロボットにおけるパラメータの設定は、実際に螺子締めロボットでテストピースを組み付けることによって行われている。すなわち、パラメータの設定は、螺子締めロボットを用いたテストピースの組み付けによって得られたデータからユーザの自己の経験および勘に基づいて行われている。この場合、テストピースの消費量は、ユーザの熟練度に左右される。例えば熟練度の高いユーザであればテストピースを用いた数十回程度の動作テストでパラメータの設定を行えるのに対し、熟練度の低いユーザは百回以上の動作テストを行っても目標とするパラメータの近似値が得られない場合もある。一方、すべての現場に熟練度の高いユーザが所在するとは限らないことから、熟練度の高いユーザのみでパラメータの設定を行うのは現実的でない。また、熟練度の低いユーザは、上記の通りテストピースの消費量が増大するにも関わらず、十分な数のテストピースを確保することも現実的でない。 However, the parameter setting in the conventional screw tightening robot is actually performed by assembling the test piece with the screw tightening robot. That is, the parameter is set based on the user's own experience and intuition from data obtained by assembling the test piece using the screw tightening robot. In this case, the consumption of the test piece depends on the skill level of the user. For example, a user with a high level of skill can set a parameter with an operation test of several tens of times using a test piece, whereas a user with a low level of skill can set a target even if an operation test is performed over 100 times. In some cases, approximate values of parameters cannot be obtained. On the other hand, it is not realistic to set a parameter only with a highly skilled user because there is not always a highly skilled user at every site. In addition, it is not realistic for a user with a low level of skill to secure a sufficient number of test pieces despite the increased consumption of test pieces as described above.
ところで、これらロボットのパラメータをユーザの熟練度に関わらず自動で設定する技術として、特許文献2が提案されている。特許文献2は、ロボットを実際に動作させることにより負荷を推定し、負荷に応じてパラメータの設定を行うことを開示している。また、特許文献3では、螺子締めロボットにトルク検出手段を設けることにより、パラメータの調整による締付けトルクの制御ではなく、トルク検出手段で検出したトルクに基づいて実際の締付けトルクを制御することが開示されている。
Incidentally,
しかしながら、特許文献2の場合、推定する負荷はロボットのアームの先端における負荷に相当している。そのため、ビットの回転によって螺子をワークに締付ける螺子締めロボットに応用することは困難である。また、特許文献3の場合、螺子締めロボットの構成要素としてトルク検出手段を必要とする。例えばトルクセンサなどのトルク検出手段は、高価である。特に、螺子締めロボットの各種パラメータをラインでの実際の動作の前に正確に設定できれば、パラメータ調整後におけるラインでのロボット動作時にはトルク検出手段は不要である。そのため、調整時にのみトルク検出手段を用いることとし、ラインでの動作時にはトルク検出手段が不要となる構成が望ましい。
However, in the case of
そこで、本発明の目的は、ラインにおける実際の動作時に締付けトルクを検出する手段を必要とすることなく、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定する螺子締めロボットのパラメータ自動調整装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a screw tightening robot that automatically sets a high-accuracy parameter with a small number of operation tests regardless of skill level without requiring a means for detecting a tightening torque during actual operation on a line. It is to provide an automatic parameter adjustment apparatus.
請求項1から9のいずれか一項記載の発明では、熟練度に関わらず少ない動作テストの回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。これは、請求項1から9のいずれか一項記載の発明では、熟練者は常に最適と考えられるパラメータ付近において、このパラメータをわずかに変化させながら動作テストを行っていることに基づいているからである。熟練者が少ないテストピースの消費および少ないパラメータで螺子締めロボットを調整できるのは、少ない動作テストで効率よくロボットの特性を把握しているためである。すなわち、熟練者は、自己の経験と勘とを用いることにより、予め最適値を推定し、この最適値の近傍でテストパラメータの調整を行っている。一方、これを自動的に行う場合、原始的にはランダムなテストパラメータを生成し、最適値を探索することが考えられる。しかし、このようにランダムなテストパラメータを生成すると、動作テスト、すなわちテストピースの消費が増大する。そこで、請求項1から9のいずれか一項記載の発明では、最適と考えられるパラメータ付近において、このパラメータをわずかに変化させながら動作テストを行っている。これにより、作業者の熟練度に関わらず少ない動作テストの回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。
特に請求項4、5または6記載の発明では、熟練者を模してD最適計画または信頼区間を用いてテストパラメータの生成を行っている。これにより、作業者の熟練度に関わらず、動作テストの回数を大幅に減少させることができる。
In the invention according to any one of claims 1 to 9, a highly accurate parameter can be automatically set with a small number of operation tests regardless of the skill level. This is based on the fact that in the invention according to any one of claims 1 to 9, a skilled person always performs an operation test in the vicinity of a parameter that is considered to be optimal while slightly changing this parameter. It is. The reason why the skilled person can adjust the screw tightening robot with less test piece consumption and less parameters is that the characteristics of the robot are efficiently grasped with less operation tests. That is, the skilled person estimates the optimum value in advance by using his own experience and intuition, and adjusts the test parameter in the vicinity of the optimum value. On the other hand, when this is automatically performed, it is conceivable that a random test parameter is first generated and an optimum value is searched. However, generating random test parameters in this way increases the consumption of motion tests, ie test pieces. Therefore, in the invention according to any one of claims 1 to 9, the operation test is performed in the vicinity of the parameter considered to be optimal while slightly changing this parameter. Thereby, it is possible to automatically set a highly accurate parameter with a small number of operation tests regardless of the skill level of the operator.
In particular, in the invention according to
請求項8記載の発明または請求項9記載の発明では、パラメータ推定手段は、螺子の締付けトルクを調整する第三期における回転速度ω3、螺子の安定を図る第四期における電流τ4、および着脱可能なトルク取得手段で取得した実測値τfを用いてパラメータとなる係数を推定する。第三期における回転速度ω3、および第四期における電流値τ4に対し、テストピースの組み付けの際にトルク検出手段で検出した締付けトルクτfの関係は、経験的な理想のモデルとして、対数項を含む2次式によってモデル化される。しかし、この場合、モデルに含まれる項が多く、探索すべき係数が増大する。その結果、係数の探索に必要な動作テストの回数、すなわち消費するテストピースの数も増加する。一方、螺子締めロボットの動作範囲、すなわち螺子締めロボットが動作する領域における回転速度ω3および電流τ4を考慮すると、必ずしもモデル化した式を厳密に適用する必要がない。つまり、回転速度ω3および電流τ4の範囲が限定されれば、モデルに含まれるすべての項の係数を求める必要はない。そこで、請求項8記載の発明の場合、パラメータ推定手段は、
τf=uτ4+w log(ω3)+v
と簡略化したモデルから、係数u、係数wおよび係数vを推定する。これにより、螺子締めロボットの動作範囲において十分なパラメータとして係数u、v、wが取得される。そして、係数u、v、wが求められることにより、パラメータ推定手段は、締付けトルクの実測値τfが目標とする締付けトルクτgに近似する第三期の回転速度ω3および第四期の電流τ4を推定する。このとき、求める係数は、上記の通りu、v、wの三種類であるので、これらのパラメータを収束させるために必要な動作テストの回数、すなわち消費するテストピースの数は、数十個程度と熟練者に近くなる。したがって、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。
In the invention according to claim 8 or claim 9, the parameter estimation means includes a rotational speed ω 3 in the third period for adjusting the screw tightening torque, a current τ 4 in the fourth period for stabilizing the screw, and A coefficient serving as a parameter is estimated using the actual measurement value τ f acquired by the detachable torque acquisition means. The relationship between the rotational speed ω 3 in the third period and the current value τ 4 in the fourth period is the relationship between the tightening torque τ f detected by the torque detection means when the test piece is assembled. It is modeled by a quadratic expression including a logarithmic term. However, in this case, there are many terms included in the model, and the coefficient to be searched increases. As a result, the number of operation tests required for coefficient search, that is, the number of test pieces to be consumed also increases. On the other hand, considering the operating range of the screw tightening robot, that is, the rotational speed ω 3 and current τ 4 in the region where the screw tightening robot operates, it is not always necessary to strictly apply the modeled expression. That is, if the ranges of the rotational speed ω 3 and the current τ 4 are limited, it is not necessary to obtain the coefficients of all terms included in the model. Therefore, in the case of the invention described in claim 8, the parameter estimation means is:
τ f = uτ 4 + w log (ω 3 ) + v
The coefficient u, the coefficient w, and the coefficient v are estimated from the simplified model. Thereby, the coefficients u, v, and w are acquired as sufficient parameters in the operation range of the screw tightening robot. Then, by obtaining the coefficients u, v, and w, the parameter estimation means allows the measured torque value τ f of the tightening torque to approximate the target tightening torque τ g and the third period of rotation speed ω 3 and the fourth period. Estimate the current τ 4 . At this time, since there are three types of coefficients, u, v, and w as described above, the number of operation tests necessary to converge these parameters, that is, the number of test pieces to be consumed is about several tens. And get close to skilled people. Therefore, it is possible to automatically set a highly accurate parameter with a small number of operation tests regardless of the skill level.
また、請求項8記載の発明または請求項9記載の発明では、上記のモデルを用いてパラメータを設定することにより、第三期および第四期における螺子締めパラメータ、すなわちτf=τgとなる回転速度ω3および電流τ4が推定される。このとき、上記のモデルで用いる締付けトルクの実測値τfは、これらのパラメータを設定する際にのみ必要となる。つまり、螺子締めロボットについてパラメータを設定することにより、螺子締めロボットは、トルク取得手段による締付けトルクの実測値を用いることなく第三期における締付けトルクを調整する。したがって、パラメータを設定した後、ラインにおいて螺子締めロボットを動作させるとき、各螺子締めロボットにトルク取得手段を設置する必要がない。特に、請求項8記載の発明または請求項9記載の発明では、トルク取得手段を着脱可能とすることにより、複数の螺子締めロボットのパラメータを自動調整する場合でも、一つのトルク取得手段があればよい。したがって、高価なトルク取得手段を数多く用意することなく、複数の螺子締めロボットのパラメータを自動調整することができる。 Further, in the invention according to claim 8 or claim 9, the screw tightening parameter in the third period and the fourth period, that is, τ f = τ g , is set by using the above model. The rotational speed ω 3 and the current τ 4 are estimated. At this time, the actual measured value τ f of the tightening torque used in the above model is necessary only when setting these parameters. That is, by setting parameters for the screw tightening robot, the screw tightening robot adjusts the tightening torque in the third period without using the actual measured value of the tightening torque by the torque acquisition means. Therefore, when the screw tightening robot is operated in the line after setting the parameters, it is not necessary to install a torque acquisition means in each screw tightening robot. In particular, in the invention according to claim 8 or claim 9, even if the parameters of a plurality of screw tightening robots are automatically adjusted by making the torque acquisition means detachable, there is only one torque acquisition means. Good. Therefore, the parameters of a plurality of screw tightening robots can be automatically adjusted without preparing many expensive torque acquisition means.
ところで、上記の請求項8記載の発明におけるモデルでは、第三期における回転速度ω3について対数項としている。これは、回転速度ω3が小さいとき締付けトルクτfとの関係が非線形となるため、これを補正するためである。一方、第三期における回転速度ω3が実用的な範囲であれば、締め付けトルクτfとの関係が非線形となる影響はほとんど受けない。そこで、請求項9記載の発明では、パラメータ推定手段は、さらに簡略化したモデルとして、
τf=uτ4+wω3+v
を用いて、係数u、v、wを推定している。このようにさらに簡略化したモデルを用いても、螺子締めロボットの動作に十分なパラメータが推定される。したがって、より簡単な処理により、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。
By the way, in the model of the invention described in claim 8, the rotational speed ω 3 in the third period is a logarithmic term. This is because the relationship with the tightening torque τ f becomes non-linear when the rotational speed ω 3 is small, so that this can be corrected. On the other hand, if the rotational speed ω 3 in the third period is in a practical range, the relationship with the tightening torque τ f is hardly affected. Therefore, in the invention according to claim 9, the parameter estimation means is further simplified as a model,
τ f = uτ 4 + wω 3 + v
Are used to estimate the coefficients u, v, and w. Even if a model simplified in this way is used, parameters sufficient for the operation of the screw tightening robot can be estimated. Therefore, with a simpler process, a highly accurate parameter can be automatically set with a small number of operation tests regardless of skill level.
以下、螺子締めロボットのパラメータ自動調整装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
(螺子締めロボット)
まず、パラメータ自動調節装置がパラメータを設定する対象となる螺子締めロボットについて説明する。
図2に示すように螺子締めロボット10は、ヘッド部11、ステー12およびコネクタボックス13を備えている。ヘッド部11は、図2および図3に示すように直線駆動機構部14、回転駆動機構部15およびビット16を有している。直線駆動機構部14は、ステー12に対してヘッド部11を直線状に往復駆動する。図2に示す場合、直線駆動機構部14は、図2の上下方向へヘッド部11を駆動する。直線駆動機構部14は、例えば図3に示すように動力源となるモータ17、ラック18およびピニオン19などを有している。これにより、ヘッド部11は、モータ17へ通電することによって、図2の上下方向へ移動する。回転駆動機構部15は、特許請求の範囲の駆動部に相当し、図3に示すようにモータ21およびシャフト22を有している。モータ21は、回転軸23がシャフト22に接続しており、電力を供給することによりシャフト22を回転駆動する。ビット16は、シャフト22のモータ21と反対側の端部に接続され、シャフト22によって回転駆動される。また、ヘッド部11は、吸着パイプ24を有している。吸着パイプ24は、ビット16の外周側を覆っており、ビット16側の先端が開口している。吸着パイプ24は、開口している先端と反対側がパイプ25を経由して吸引部26に接続している。吸引部26は、パイプ25を経由して吸着パイプ24の内側を減圧する。これにより、螺子締めの対象となる図示しない螺子は、吸着パイプ24の先端に吸引されるとともに、ビット16に装着される。
Hereinafter, an embodiment of an automatic parameter adjustment apparatus for a screw tightening robot will be described with reference to the drawings.
(Screw tightening robot)
First, a screw tightening robot that is a target for setting parameters by the automatic parameter adjustment device will be described.
As shown in FIG. 2, the
図3の破線で示すように、モータ21の回転軸23にはトルクセンサ27が装着可能である。トルクセンサ27は、モータ21の回転軸23に着脱可能に装着される。トルクセンサ27は、後述するパラメータ自動調節装置でパラメータを設定する際にヘッド部11に装着され、パラメータの設定が完了するとヘッド部11から取り外される。このトルクセンサ27は、特許請求の範囲の実測締付けトルク取得手段に相当する。ヘッド部11のモータ21や吸引部26などは、カバー28に覆われている。
As shown by a broken line in FIG. 3, a
次に、上記の構成の螺子締めロボット10の作動について説明する。
螺子締めロボット10は、図1に示すようにベース31に載置されたワーク32の螺子穴33に螺子34を締め込む。このとき、螺子締めロボット10は、図4に示すように第一期、第二期、第三期および第四期の手順で螺子34をワーク32に締め込む。
螺子締めロボット10は、第一期において、螺子34を螺子穴33に噛み合わせる。すなわち、螺子締めロボット10は、吸引部26の減圧によってビット16の先端に装着した螺子34を、ワーク32の螺子穴33の軸線と一致させる。そして、螺子締めロボット10は、ビット16に装着した螺子34を回転させることにより、螺子34と螺子穴33とを噛み合わせる。このとき、ビット16の回転速度は、第二期よりも低速であり、第三期よりも高速である中速に設定される。これにより、螺子34と螺子穴33との確実な噛み合いが達成される。また、螺子34をワーク32に押さえつける力は、他の第二期から第四期に比較して小さく設定されている。これにより、螺子34の傾きおよび無用な噛み込みにともなう螺子34の固着が回避される。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 1, the
In the first stage, the
第一期が終了すると、螺子締めロボット10は、第一期で螺子穴33に噛み合わされた螺子34を螺子穴33にねじ込む第二期へ移行する。螺子締めロボット10は、他の第一期および第三期よりも高速でビット16を回転させ、第一期で螺子穴33に噛み合わされた螺子34を螺子穴33にねじ込む。これにより、螺子34は、螺子穴33に対し高速にねじ込まれ、ねじ込みの所要時間が短縮される。また、螺子34をワーク32に押さえつける力は、第一期よりも強く、第三期および第四期よりも小さく設定されている。これにより、螺子34は、安定して螺子穴33にねじ込まれる。
When the first period ends, the
第二期が終了すると、螺子締めロボット10は、第二期でねじ込まれた螺子34を締め上げて螺子34に加わるトルクを予め設定された締付けトルクに調整する第三期へ移行する。螺子締めロボット10は、他の第一期および第二期よりも低速でビット16を回転させ、第二期で高速でねじ込まれた螺子34を締め上げる。これにより、螺子穴33にねじ込まれた螺子34は、予め設定された締付けトルクに高い精度で調整される。また、螺子34をワーク32に押さえつける力は、第一期および第二期よりも大きく設定されている。これにより、螺子34は、螺子頭のつぶれが回避される。
第三期が終了すると、螺子締めロボット10は、第三期で締付けトルクが調整された螺子34の締め込みを停止して螺子34に加わる締付けトルクを安定させる第四期へ移行する。螺子締めロボット10は、ビット16の回転を停止させ、ワーク32に対する螺子34のねじ込みを停止させる。また、螺子34をワーク32に押さえつける力は、第三期と同様に強く設定されている。これにより、第三期と同様に螺子34は、螺子頭のつぶれが回避される。
When the second period ends, the
When the third period ends, the
以上のように、螺子締めロボット10は、第一期から第四期までを順に実行することにより、螺子34をワーク32の螺子穴33に締め込む。この螺子締めロボット10の作動は、図1に示すように螺子締めロボット10に接続するコントローラ36からの指示により、一連の流れとして実行される。パラメータ自動調整装置でパラメータを調整する場合、螺子締めロボット10は、螺子34およびワーク32からなるテストピースを組み付ける。このテストピースは、螺子締めロボット10で実際に組み付ける螺子34およびワーク32と同一の部材である。
As described above, the
(パラメータ自動調整装置)
次に、上記の構成による螺子締めロボットの制御パラメータを自動で調節するパラメータ自動調整装置について説明する。
図1に示すようにパラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10のコントローラ36と通信可能に接続されている。パラメータ自動調整装置40は、例えば図示しないCPU、RAMおよびROMからなる制御部41を有するパーソナルコンピュータにおいて、パラメータ自動調整プログラムを実行することによりソフトウェア的に実現されている。パラメータ自動調整装置40を構成するパーソナルコンピュータは、マウスやキーボードなどの入力部42、ディスプレイやプリンタなどの出力部43、HDDやEEPROMなどの記憶部44およびコントローラとの通信を実行する通信インターフェイス45などを有している。
(Automatic parameter adjustment device)
Next, an automatic parameter adjustment device that automatically adjusts the control parameters of the screw tightening robot having the above-described configuration will be described.
As shown in FIG. 1, the parameter
パラメータ自動調整装置40は、制御部41においてパラメータ自動調整プログラムを実行することにより、螺子締めロボット10から取得した各種のデータなどに基づいてパラメータの自動調整を実行する。具体的には、パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10のコントローラ36から各種のデータを取得する第三期回転速度取得部51、第四期供給電流取得部52および実測締付けトルク取得部53を有している。また、パラメータ自動調整装置40は、ユーザが設定するデータの入力を受け付ける回転速度入力部54、目標トルク入力部55および第二期初期回転量設定部56を有している。さらに、パラメータ自動調整装置40は、定数決定部57およびパラメータ推定部58を有している。第三期回転速度取得部51は、螺子締めロボット10の第三期におけるビット16の回転数すなわちモータ21の回転数をコントローラ36から取得する。モータ21の回転数は、例えばモータ21へ供給する電流やモータ21へ印加する電圧、またはモータ21やビット16の回転数を直接検出する機器を用いて取得される。第四期供給電流取得部52は、螺子締めロボット10の第四期におけるモータ21への供給電流をコントローラ36から取得する。実測締付けトルク取得部53は、トルクセンサ27と協働して構成され、トルクセンサ27で検出した締付けトルクの実測値をコントローラ36から取得する。回転速度入力部54、目標トルク入力部55および第二期初期回転量設定部56は、出力部43の表示画面を利用して入力部42を経由して入力されるユーザからのデータ入力を受け付ける。定数決定部57およびパラメータ推定部58は、パラメータ自動調整プログラムを実行することによりパラメータ自動調整装置40においてソフトウェア的に実現されている。パラメータ推定部58は、テストパラメータ生成部61、締付けトルク推定モデル生成部62および締付けトルク学習部63を構成している。
The parameter
第三期回転速度取得部51は、第三期において螺子34をワーク32に締め込む回転速度ω3を取得する。具体的には、第三期回転速度取得部51は、例えばモータ21に供給される電流、モータ21に印加される電圧、あるいは回転数センサ71で直接検出した回転数などから、第三期において螺子34をワーク32に締め込む回転速度ω3を取得する。第四期供給電流取得部52は、第四期において回転駆動機構部15のモータ21に供給する電流τ4を取得する。実測締付けトルク取得部53は、上述のトルクセンサ27から螺子34をワーク32の螺子穴33にねじ込む際に螺子34に加わるトルク、すなわちシャフト22を経由してビット16に接続するモータ21の回転軸23に加わるトルクを取得する。
The third period rotational
回転速度入力部54は、第三期において螺子34を締め込む回転速度として任意の高信頼回転速度ω3c1、中信頼回転速度ω3c2および低信頼回転速度ω3c3の入力を受け付ける。これら高信頼回転速度ω3c1、中信頼回転速度ω3c2および低信頼回転速度ω3c3は、いずれもユーザが設定可能な任意の値である。目標トルク入力部55は、第三期における締付けトルクの目標値である目標締付けトルクτgの入力を受け付ける。この目標締付けトルクτgも、第三期において螺子締めロボット10に期待するユーザの任意の締付けトルクの目標値である。定数決定部57は、この目標締付けトルクτgに、予め設定された任意の誤差範囲を含めた定数Cτを算出する。第二期初期回転量設定部56は、螺子締めロボット10において最初にテストピースを組み付けてこの螺子締めロボット10の初期特性を取得するとき、第二期における初期回転量を「1回」に設定する。パラメータ推定部58は、上記で取得した各種のデータおよびユーザからの入力によって設定された各種の値に基づいて、螺子締めロボット10を調整するパラメータを推定する。テストパラメータ生成部61は、テストピースを組み付けるごとに、螺子34の締付けトルクに関係するテストパラメータを生成する。記憶部44は、テストピースを組み付けるごとに、テストパラメータ生成部61で生成したテストパラメータ、および実測締付けトルク取得部53で取得したトルク実測値τfを関連づけた履歴を記憶する。締付けトルク推定モデル生成部62は、螺子締めロボット10の螺子締めパラメータに基づいて締付けトルクを推定した締付けトルク推定モデルを生成する。締付けトルク学習部63は、記憶部44に記憶されたテストパラメータおよびトルク実測値τfの履歴を用いて、締付けトルク推定モデル生成部62で生成した締付けトルク推定モデルを学習して学習後締付けトルク推定モデルを生成する。パラメータ推定部58は、締付けトルク学習部63で学習した学習後締付けトルク推定モデルを用いて螺子締めロボット10における螺子締めパラメータの最適値を推定する。これらパラメータ推定部58の詳細な処理については後述する。
The rotational
(パラメータ調整処理)
以下、上述の構成によるパラメータ自動調整装置40によるパラメータ調整処理の流れについて詳細に説明する。
<記号および定数の定義>
以下の説明において使用する記号および定数について次のように定義する。
(Parameter adjustment processing)
Hereinafter, the flow of parameter adjustment processing by the parameter
<Definition of symbols and constants>
The symbols and constants used in the following description are defined as follows.
上記で定義した定数は、本実施形態で用いたものであり、螺子締めロボット10の特性や対象となる螺子34およびワーク32の種類などによって任意に変更することができる。また、本件の明細書および特許請求の範囲では、文書内で表示している文字と数式のイメージで表示した文字との間に書体の差があるものの、特に説明しない限り書体の差は同一の文字として扱うものとする。また、以下の説明では、「第一期」を「1期」、「第二期」を「2期」、「第三期」を「3期」および「第四期」を「4期」と簡略化して表記することもあるが、相互に同一の意義として扱うものとする。さらに、各係数Cの右肩に示されている文字は、「べき数」ではなく、各係数を識別するための「文字」である。
The constants defined above are those used in this embodiment, and can be arbitrarily changed depending on the characteristics of the
<初期設定データ>
ユーザは、パラメータ自動調整装置40を用いてパラメータ調整を実行するに際し、図5に示す各種の初期データを入力する。初期データは、パラメータ自動調整装置40を構成するパーソナルコンピュータのディスプレイなどの出力部43に表示された入力画面を利用して、パーソナルコンピュータの入力部42から入力される。図5において、「呼び」とは、例えばM3やM4などの螺子34の規格を意味するものである。「目標締付けトルクτg」とは、「締付けトルクの目標値」に相当する。「調整モード」とは、パラメータ自動調整装置40を利用してパラメータを調整する際に用意されている任意に選択可能なモードである。本実施形態の場合、パラメータ自動調整装置40は、「精度優先モード」、「時間優先モード」および「速度固定モード」を用意している。「精度優先モード」は、調整した締付けトルクが目標値に近似するように第三期の回転速度の精度を優先するモードである。「時間優先モード」は、平均締付け時間が短縮されるように第三期の回転速度を優先するモードである。「速度固定モード」は、第三期の回転速度を固定するモードである。「3期速度候補」とは、第三期における速度候補である。本実施形態の場合、任意の速度候補を三つ設定することができる。この場合、「3期速度候補1」は、上述の調整モードのすべてにおいて設定される。一方、「精度優先モード」の場合、三つの速度候補である「3期速度候補1」、「3期速度候補2」および「3期速度候補3」のすべてを設定する。この場合、「3期速度候補1」は、第一速度候補に相当し、第三期において想定される範囲内で最も期待値の高い、すなわち第三期における回転速度として最も相応しいと思われる任意の値として設定される。一方、「3期速度候補2」は、第二速度候補に相当し、「3期速度候補1」よりも期待値が低いものの安全性が高い任意の値として設定される。同様に「3期速度候補3」は、「3期速度候補2」よりも期待値が低いものの安全性がさらに高い任意の値として設定される。
<Initial setting data>
The user inputs various initial data shown in FIG. 5 when performing parameter adjustment using the parameter
<螺子締めロボットの動作テスト結果>
螺子締めロボット10の動作テストを実行することにより、パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10から図6に示すデータを取得する。図6に示す「締付けトルク」は、螺子締めロボット10の動作テストによって得られる螺子34の締付けに加わったトルクである。この「締付けトルク」は、トルクセンサ27から実測締付けトルク取得部53に取得される。なお、「締付けトルク」は、螺子締めロボット10で締付け動作を実行した後、手動で増し締めトルクや緩みトルクを計測して入力してもよい。「制御電流データ」は、ビット16を回転するモータ21の回転軸23の電流波形である。「制御ステップデータ」は、螺子締め動作が現在いずれの「期」にあるかを示すデータである。「締付け時間」は、螺子締めロボット10が動作テストにおいて螺子締めに所要した時間である。
<Operation test result of screw tightening robot>
By executing an operation test of the
<動作テスト結果を処理して得られるデータ>
パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10から取得したデータを用いて、図7に示す次のようなデータを内部処理によって生成する。ここで、第三期安定区間は、第三期のうち、螺子34に取り付けられている座金などがワーク32の端面に着座する影響を受けない区間とする。図7に示す「3期安定時間」は、第三期安定区間の所要時間を意味する。また、「3期安定回転量」は、第三期安定区間の回転量を意味する。
<Data obtained by processing operation test results>
The parameter
パラメータ自動調整装置40は、「制御ステップデータ」が第三期である範囲において、「制御電流データ」が最大となる値を、第三期最大電流値「τ3 max」として取得する。ここで、パラメータ自動調整装置40は、第三期において、τ3≦τ3 max×CStThの区間を第三期安定区間とする。また、パラメータ自動調整装置40は、この第三期安定区間の時間を、上述の通り「3期安定時間ts3」とする。
The parameter
なお、仮に第三期の区間が複数に分かれたときは、最も長い区間を第三期安定区間とする。例えば第二期において螺子34を回転駆動するモータ21は高速で回転するため、多くの電流が供給される。そのため、この第二期における電流が第三期の開始時に維持され、第三期の初期において短い区間が算出される場合がある。上述のように最も長い区間を第三期安定区間とすることにより、この短い区間が以下の処理に与える影響は排除される。
If the third period is divided into a plurality of sections, the longest section is set as the third stable section. For example, in the second period, the
また、生じるおそれは小さいものの、係数CStThが小さいとき、ねじ込み中の負荷による電流の変化にともない第三期安定区間が分かれてしまうおそれがある。これは、次のような手順によって検出することができる。すなわち、通常であれば、第三期の所要時間t3と第三期における安定区間の時間つまり3期安定時間ts3とが大きく異なることはない。そこで、ts3/t3<Cxとして、第三期安定区間の分割を検出することができる。この場合、パラメータ自動調整装置40は、例えばCStTh=CStTh+(1−CStTh)/2として更新し、螺子締めロボット10の動作テストをやり直したり、CStThが低い旨を通知して調整を「NG」として終了してもよい。
Further, although the possibility of occurrence is small, when the coefficient C StTh is small, there is a possibility that the third period stable section may be divided along with the change of the current due to the load during screwing. This can be detected by the following procedure. That is, normally, the required time t 3 in the third period and the time of the stable section in the third period, that is, the third period stable time t s3 are not significantly different. Therefore, as t s3 / t 3 <C x , it is possible to detect the division of the third phase stable section. In this case, the parameter
パラメータ自動調整装置40は、次の式によって「3期安定回転量Rs3」を算出する。
3期安定回転量Rs3=3期安定時間ts3×3期回転速度ω3/モータ速度係数Cms
ここで、係数は、図8に基づいて以下のように設定する。図8は、第三期における電流τ3の変化を示す模式図である。
The parameter
3rd period stable rotation amount R s3 = 3rd period stable time t s3 × 3rd period rotation speed ω 3 / motor speed coefficient C ms
Here, the coefficients are set as follows based on FIG. FIG. 8 is a schematic diagram showing a change in the current τ 3 in the third period.
・3期安定区間算出係数[−]:CStTh=0.33
このCStThの値は、螺子締めロボット10によるねじ込み動作中に当然に生じる自然な負荷の変化、すなわち図8におけるリップル状の変化を検出することなく、かつ螺子34に取り付けられた座金などの影響による電流の上昇を排除できる値である。本実施形態では、経験的に、CStTh=0.33としている。
・ Three-period stable interval calculation coefficient [-]: C StTh = 0.33
The value of C StTh is determined by the influence of a washer attached to the
・モータ速度係数[ms]:Cms=1200
このモータ速度係数Cmsは、モータ21の回転速度が1(%)のとき、モータ21が1回転に要する時間(ms)に相当する。そのため、モータ速度係数Cmsは、モータ21の種類または形式などが決定すれば、自動的に決定される値である。本実施形態では、上述の通りCms=1200としている。
-Motor speed coefficient [ms]: C ms = 1200
This motor speed coefficient C ms corresponds to the time (ms) required for one rotation of the
<パラメータ自動調整装置が螺子締めロボットに出力するパラメータ>
パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10に対し、図9に示す次のようなデータを出力する。具体的には、パラメータ自動調整装置40は、「第二期における回転量」、「第三期における螺子締めトルクの制限値」、「第三期における着座判定トルク」、「第三期における螺子締め速度」、「第四期における螺子締めトルク制限値」、および「第四期における螺子締めトルク判定値」を出力する。これらのパラメータは、公知の螺子締めロボット10において出力されるパラメータと相違がない。
<Parameters that the parameter automatic adjustment device outputs to the screw tightening robot>
The parameter
<テスト履歴データ>
パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10において動作テストを実行するごとに、取得したデータおよび出力したデータを履歴として記憶部44に蓄積する。
<Test history data>
The parameter
<初期特性調査処理の流れ>
パラメータ自動調整装置40は、上記の初期設定データの入力が行われると、初期特性調査処理へ移行する。図10に基づいて初期特性調査処理について説明する。初期特性調査処理は、螺子締めロボット10において最初にテストピースを組み付けて螺子締めロボット10の初期特性を取得する処理である。ここで、テストピースとは、上述のように螺子締めロボット10を実際に適用して組み立てる対象となる螺子34とワーク32とからなる試験用の部材である。
<Flow of initial characteristic investigation process>
When the initial setting data is input, the parameter
パラメータ自動調整装置40は、初期特性調査処理において、より安全性の高いパラメータを用いて螺子締めロボット10を動作させ、螺子締めロボット10の初期特性を調査する。すなわち、パラメータ自動調整装置40を用いたパラメータ調整の開始直後、つまり螺子締めロボット10を最初に作動させてテストピースを組み付けるとき、ワーク32に対し螺子34をねじ込む量は不明である。そのため、第二期における回転量はどの程度に設定するのがよいのかは不明である。ここで、第二期における回転速度は図4に示す通り他の期に比較して高速である。そのため、第二期における回転量が大きすぎると、ねじ込まれた螺子34は最終的に大きな衝撃をともなってワーク32に着座する。その結果、ワーク32や螺子34だけでなく、螺子締めロボット10の損傷を招くおそれがある。そこで、パラメータ自動調整装置40は、初期特性処理において、まず回転量特性テストを実行し、段階的に第二期における回転量を増加させる。そして、パラメータ自動調整装置40は、第二期における回転量を概略的に設定した後、第二期における電流および速度と締付けトルクとの関係を調査する。
The automatic
初期特性調査処理に移行すると、パラメータ自動調整装置40は、「回転量特性テスト1」を実行し、この「回転量特性テスト1」におけるパラメータを取得する(S101)。そして、パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10の動作をテストし(S102)、「回転量特性テスト1」が完了したか否かを判断する(S103)。
When the process proceeds to the initial characteristic investigation process, the parameter
「回転量特性テスト1」では、パラメータ自動調整装置40は、第二期における回転量を最小とした状態で螺子締めロボット10の動作をテストする。すなわち、「回転量特性テスト1」のとき、第二期初期回転量設定部56は、第二期おける回転量の初期値を「1回」に設定する。なお、第二期における回転量の初期値を「0回」とすると、第一期から第三期へ直接移行し、第二期が消失したことと同義となる。そのため、第二期のない螺子締めロボット10の特性は実際に用いる螺子締めロボット10の特性と異なることとなり、パラメータの調整が困難になる。そこで、第二期初期回転量設定部56は、第二期における回転量の初期値を「1回」に設定している。また、「回転量特性テスト1」のとき、パラメータ自動調整装置40は、第三期における回転速度として図5に示す「3期速度候補1」を用いるとともに、第四期における電流値は予め設定されているデフォルト値を用いる。なお、本実施形態では、螺子締めロボット10の第二期における回転量が「1回未満」となるような特殊な螺子については想定していない。
したがって、テストパラメータ生成部61は、「回転量テスト1」におけるテストパラメータを次の通り設定する。
In “rotation amount characteristic test 1”, the parameter
Therefore, the test
パラメータ自動調整装置40は、S101において「回転量特性テスト1」を実行することにより、得られた「3期安定回転量の平均値」の精度が十分高くなると、「回転量特性テスト1」を終了する。ここで、精度を確保するための基準として、一般に平均値の点推定を行い、推定された区間が予め設定された閾値以下であるとき、精度が確保されたとする手法がある。しかし、第三期における安定的な回転量の平均値すなわち「3期安定回転量の平均値」は、その分散がワーク32や螺子34を変更してもほとんど変化しない。そこで、推定された区間は、実質的にテストの回数によって決定される。そのため、本実施形態の場合、パラメータ自動調整装置40は、S102においてテスト回数が「3回」つまり「回転量特性テスト1」によるテストピースの組み立てを「3回」実行すると、「回転量特性テスト1」を完了としている。なお、例えば第一期における螺子34とワーク32との噛み合いが達成できない場合のようにテストが「NG」となった場合、テスト回数はカウントしない。
The parameter
パラメータ自動調整装置40は、S102に螺子締めロボット10の動作をテストする場合、まず螺子締めロボット10へ各種パラメータを転送する。この場合、パラメータ自動調整装置40は、転送する段階で設定されているすべてのパラメータを螺子締めロボット10へ転送する。螺子締めロボット10は、パラメータ自動調整装置40から転送された各種パラメータを用いて動作し、ワーク32に対する螺子34のねじ込みを実行する。このとき、パラメータ自動調整装置40は、動作する螺子締めロボット10からモータ21の電流波形およびトルクセンサ27で検出した締付けトルクを取得する。パラメータ自動調整装置40は、取得した電流波形および締付けトルクを記憶部44に記憶する。
When testing the operation of the
パラメータ自動調整装置40は、S103において「回転量特性テスト1」が完了したと判断すると(S103:Yes)、「回転量特性テスト2」を実行し、この「回転量特性テスト2」におけるパラメータを取得する(S104)。そして、パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10の動作をテストし(S105)、「回転量特性テスト2」が完了したか否かを判断する(S106)。パラメータ自動調整装置40は、S103において「回転量特性テスト1」が完了していないと判断すると(S103:No)、S101へリターンし、「回転量特性テスト1」を繰り返し実行する。
When the parameter
「回転量特性テスト2」では、パラメータ自動調整装置40は、第二期における回転量を「回転量特性テスト1」よりも大きく設定する。すなわち、「回転量特性テスト1」で第二期における回転量の初期値が「1回」と設定して動作をテストした後、「回転量特性テスト2」では「回転量特性テスト1」で取得したパラメータを利用して第二期における回転量の初期値を「回転量特性テスト1」よりも大きく設定する。「回転量特性テスト2」において設定する第二期の回転量は、次の考え方に基づいて算出される。ここで、上記のように第二期における回転量から第三期における安定回転量への変換係数Cr23として、Cr23=−1.2を設定すると、第二期における回転量と第三期における安定回転量との関係は、次のように算出することができる。
In “rotation amount
上式より、「3期安定回転量の平均値」とCrm3との中間の値を安全にテストできる第二期における回転量と考えることができる。そこで、第二期における回転量は、 From the above equation, an intermediate value between the “average value of the third period stable rotation amount” and C rm3 can be considered as the rotation amount in the second period at which it can be safely tested. Therefore, the amount of rotation in the second phase is
と設定する。
ここで、第三期回転量マージンCrm3について検証する。
第二期における回転量を調整する場合、次の三つの要件を満たすことが必要である。
・条件1:第二期において螺子34がワーク32に着座してはならない。
上述のように第二期における回転速度は高速である。そのため、第二期において螺子34がワーク32に着座すると、ワーク32および螺子34にとどまらず螺子締めロボット10の損傷を招く。一方、螺子34がワーク32に着座する限界値を算出するには、第三期における安定回転量すなわち「3期安定回転量:Rs3」のばらつきを考慮する必要がある。ワーク32に螺子34をねじ込む場合、第一期における噛み合いによって少なくとも1回転の誤差が生じる。そのため、ワーク32または螺子34のいずれか一方で0.5回転が誤差の最小値となる。さらに、この回転の誤差に螺子締めロボット10の特性のばらつきが加算される。本実施形態の場合、実験的な値として螺子締めロボット10の特性のばらつきによる誤差は0.7回転に設定している。
And set.
Here, the third rotation amount margin C rm3 will be verified.
When adjusting the amount of rotation in the second phase, it is necessary to satisfy the following three requirements.
Condition 1: The
As described above, the rotation speed in the second period is high. Therefore, if the
・条件2:第三期の安定回転量を確保する。
第二期における回転の勢いが残存したまま第三期を経て第四期に移行すると、締付けトルクのばらつきは大きくなる。そのため、第三期における安定回転量すなわち「3期安定回転量」は一定以上の量を確保することが望ましい。実験的に第三期における安定回転量が0.5回転確保されると、締付けトルクのばらつきが低減される。そこで、本実施形態では、第三期における安定回転量として0.5回転を確保している。
・条件3:条件1および条件2を満たしつつ第二期における回転量を増す。
・ Condition 2: Ensure stable rotation in the third period.
If the moment of rotation in the second period remains and the third period is passed to the fourth period, the variation in tightening torque increases. Therefore, it is desirable to secure a certain amount or more of the stable rotation amount in the third period, that is, the “third period stable rotation amount”. If the stable rotation amount in the third period is experimentally ensured by 0.5 rotation, the variation in the tightening torque is reduced. Therefore, in the present embodiment, 0.5 rotation is secured as the stable rotation amount in the third period.
Condition 3: Increase the amount of rotation in the second phase while satisfying Condition 1 and
螺子締めロボット10における第一期から第四期までを通した螺子締めの所要時間は、できる限り短縮することが望ましい。したがって、第二期における回転量は、大きいほど好ましい。
以上の条件1から条件3から、本実施形態では、第三期における安定回転量のマージンである「3期安定回転量マージン」は、
Crm3=0.5+0.7+0.5=1.7
に設定する。
It is desirable to shorten the time required for screw tightening through the first period to the fourth period in the
From the above condition 1 to
C rm3 = 0.5 + 0.7 + 0.5 = 1.7
Set to.
次に、第二期における回転量から第三期における安定回転量への変換係数Cr23について検証する。
定性的に、第二期における回転量R2が増加すると、第三期における安定回転量Rs3は、回転量R2の増加分だけ減少する。すなわち、Cr23=−1となるのが妥当である。しかしながら、実際には、例えば螺子34とワーク32との間の滑りや螺子締めロボット10のヒステリシスなどに起因して、Cr23=−1とはならない。すなわち、実験的にデータを収集すると、図11に示すように変換係数Cr23は、「−1」からずれた値となる。ここで、この変換係数Cr23を検証するために、第二期における回転量R2に対する第三期における安定回転量Rs3の関係を求め、図12に示している。図12に示すようにこれらの関係をロバスト(Robust)線形回帰、および線形(Normal)回帰すると、変換係数Cr23に相当する傾きは、Cr23=−1.18≒−1.2となっている。そこで、本実施形態では、この傾向を考慮して、Cr23=−1.2と設定する。
以上の理由から、テストパラメータ生成部61は、「回転量テスト2」におけるテストパラメータを次の通り設定する。
Next, the conversion coefficient Cr23 from the rotation amount in the second period to the stable rotation amount in the third period will be verified.
Qualitatively, when the rotation amount R 2 in the second period increases, the stable rotation amount R s3 in the third period decreases by the increase in the rotation amount R 2 . That is, it is reasonable that C r23 = −1. However, in practice, for example, C r23 = −1 does not occur due to slippage between the
For the above reasons, the test
パラメータ自動調整装置40は、「回転量特性テスト1」と同様に、S104およびS105において「回転量特性テスト2」を3回実行する。そして、パラメータ自動調整装置40は、S106において「回転量特性テスト2」が完了したと判断すると(S106:Yes)、電流−速度特性のテストパラメータの生成へ移行する(S107)。そして、パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10の動作をテストし(S108)、電流−速度特性のテストパラメータの生成が完了したか否かを判断する(S109)。パラメータ自動調整装置40は、S106において「回転量特性テスト2」が完了してないと判断すると(S106:No)、S104へリターンし、「回転量特性テスト2」を繰り返し実行する。また、パラメータ自動調整装置40は、S109において電流−速度特性のテストパラメータの生成が完了したと判断すると(S109:Yes)、初期特性調査処理を完了する。一方、パラメータ自動調整装置40は、S109において電流−速度特性のテストパラメータの生成が完了していないと判断すると(S109:No)、S107へリターンし、テストパラメータの生成処理を繰り返す。
The parameter
電流−速度特性のテスト(以下、「電流−速度テスト」とする。)について詳細に説明する。パラメータ自動調整装置40は、電流−速度テストにおいて、電流および回転速度と締付けトルクとの関係を、予め初期的に設定されたデフォルトパラメータの付近で微少に変更しながら調査する。この調査は、後続するパラメータの調整処理において回帰分析がランク落ちになるのを防止する目的がある。この目的に従えば、回帰分析のパラメータが3個であることから、最低3点において関係を取得すれば足りる。本実施形態では、いわゆるロバスト性を高めるために、4点において関係を取得する。
The current-speed characteristic test (hereinafter referred to as “current-speed test”) will be described in detail. In the current-speed test, the parameter
電流−速度テストにおけるテストパラメータは、以下に示す第二期における回転量R2、および第四期電流値−第三期速度を用いる。 As the test parameters in the current-speed test, the rotation amount R 2 in the second period and the fourth period current value-third period speed shown below are used.
第二期における回転量は、上述のS101における「回転量特性テスト1」およびS104における「回転量特性テスト2」の各結果、ならびにS107における電流−速度テストの各結果から、下記の式1に示す第三期安定回転量のモデルRs3を学習し、Rs3=Crm3となるようにR2を決定する。
The rotation amount in the second period is expressed by the following equation 1 from the results of “rotation amount characteristic test 1” in S101 and “rotation amount
具体的には、第二期における回転量は、「回転量特性テスト1」および「回転量特性テスト2」の結果に基づいて、式1からaI、bIを求める。つまり、「回転量特性テスト1」および「回転量特性テスト2」において固定値とした係数は、図13に示すようにロバスト線形回帰によって求められる。そして、第三期安定回転量Rs3とCrm3とが等しくなるようにR2を設定する。具体的には、下記の式2とする。
Specifically, the rotation amount in the second phase, based on a result of the "rotation amount characteristic test 1" and "rotation amount
第四期電流値−第三期速度は、予め初期的に設定されたデフォルトパラメータ付近で微少に変更しながらテストを行う。但し、先に実行した「回転量特性テスト1」および「回転量特性テスト2」においてデフォルトパラメータを用いて試験した結果が得られている。そのため、既に「回転量特性テスト1」および「回転量特性テスト2」で得られた試験結果を参考にして次の三つのケースに分類する。
The fourth period current value-the third period speed is tested while being slightly changed in the vicinity of a default parameter set in advance. However, the results of testing using the default parameters in the “rotation amount characteristic test 1” and “rotation amount
●ケース1:「回転量特性テスト1」および「回転量特性テスト2」における締付けトルクのすべてが目標締付けトルクよりも小さい場合
●ケース2:「回転量特性テスト1」および「回転量特性テスト2」における締付けトルクのすべてが目標締付けトルクよりも大きい場合
●ケース3:ケース1およびケース2のいずれにも該当しない場合
● Case 1: When all the tightening torques in “Rotation amount characteristic test 1” and “Rotation amount
ケース1の場合、第四期における電流値は、デフォルトパラメータにおいて、締付けトルクが不十分であることが明らかになっている。そのため、パラメータ自動調整装置40は、デフォルトパラメータを1.0〜1.2倍した範囲で電流−速度テストを実行する。
In case 1, it is clear that the current value in the fourth period has insufficient tightening torque in the default parameters. Therefore, the parameter
また、ケース2の場合、第四期における電流値は、デフォルトパラメータにおいて、締付けトルクが過剰であることが明らかになっている。そのため、パラメータ自動調整装置40は、デフォルトパラメータを0.85〜1.0倍した範囲で電流−速度テストを実行する。
さらに、ケース3の場合、第四期における電流値は、デフォルトパラメータにおいて、締付けトルクが不足する場合および過剰な場合が混在している。そのため、パラメータ自動調整装置40は、デフォルトパラメータを0.85〜1.15倍した範囲で電流−速度テストを実行する。
Further, in
Further, in
一方、パラメータ自動調整装置40は、第三期における回転速度について、最も信頼度が高いと思われるω3=ω3c1を中心として、微少に回転速度を変更する。ここで、精度優先モードが選択されている場合、第三期における回転速度ω3として三種類の候補が設定されている。この場合、パラメータ自動調整装置40は、すべての候補を用いて電流−速度テストを実行する。これにより、ケース1の場合、パラメータ自動調整装置40は、図14に示すように上述のパラメータ条件を用いて4回のテスト、すなわちS108における螺子締めロボット10の動作テストを実行する。同様に、パラメータ自動調整装置40は、ケース2の場合、図15に示すように上述のパラメータ条件を用いて4回のテストを実行し、ケース3の場合、図16に示すように上述のパラメータ条件を用いて4回のテストを実行する。
パラメータ自動調整装置40は、S109において、S108における螺子締めロボット10の動作テストが4回実行されたと判断すると、電流−速度特性テストが完了したと判断する。
On the other hand, the automatic
If the parameter
<パラメータ調整処理>
上述の初期特性調査処理が完了すると、パラメータ自動調整装置40は、パラメータ調整処理へ移行する。図17に基づいてパラメータ調整処理について説明する。パラメータ自動調整装置40は、図10に示す上述の初期特性調査処理を完了すると、初期特性調査処理で取得した各種のパラメータおよび既に入力された初期設定データを利用してパラメータ調整処理を実行する。
<Parameter adjustment processing>
When the initial characteristic investigation process described above is completed, the parameter
テストパラメータ生成部61は、パラメータ調整処理へ移行すると、第二期におけるテストパラメータを生成する(S201)。そして、テストパラメータ生成部61は、第三期における回転速度および第四期における電流値のテストパラメータを生成した後(S202)、第三期における電流値、第三期における螺子34がワーク32に着座したときの着座電流値、および第四期における判定電流値のテストパラメータを生成する(S203)。これらS201からS203においてテストパラメータが生成されると、パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10へ生成したパラメータを転送し(S204)、螺子締めロボット10において動作テストを実行する(S205)。そして、パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10から電流波形および締付けトルクの実測値を取得する(S206)。本実施形態の場合、パラメータ自動調整装置40は、このS204からS206の螺子締めロボット10における動作テストの処理を5回繰り返して実行する。したがって、パラメータ自動調整装置40は、螺子締めロボット10から電流波形および締付けトルクを取得すると、動作テストの実行回数が「5回」に到達したか否かを判断する(S207)。
When the process proceeds to the parameter adjustment process, the test
パラメータ自動調整装置40は、S207において螺子締めロボット10の動作テストが「5回」繰り返して実行されていないと判断すると(S207:No)、S204へリターンし、S204からS206の処理を繰り返す。一方、パラメータ自動調整装置40は、S207において螺子締めロボット10の動作テストが「5回」繰り返して実行されたと判断すると(S207:Yes)、最適パラメータを設定するとともにこの最適パラメータの収束状態を報知する(S208)。そして、パラメータ自動調整装置40は、処理の途中に処理を中断する指示があったか否かを判断し(S209)、処理を中断する指示がなければ(S209:No)、パラメータ調整処理が完了したか否かを判断する(S210)。パラメータ自動調整装置40は、S209において処理を中断する指示があったとき(S209:Yes)およびS210においてパラメータ調整処理が完了したと判断したとき(S210:Yes)、パラメータ調整処理を終了する。一方、パラメータ自動調整装置は、S210においてパラメータ調整処理が完了していないと判断すると(S210:No)、S201へリターンし、処理を繰り返す。
If the parameter
以下、このパラメータ調整処理の詳細について説明する。
図17に示すパラメータ調整処理において、第二期における回転量は、すべての調整モードにおいて共通に設定する。
テストパラメータ生成部61は、パラメータ調整処理のS201における第二期における回転量のテストパラメータを、次の手順で算出する。
まず、パラメータ自動調整装置40は、初期特性調査処理を含む過去のすべてのテスト結果に基づいて、第三期における回転量について式3を用いて学習し、係数asおよびbsを算出する。そして、パラメータ自動調整装置40は、第三期における安定回転量すなわち3期安定回転量Rs3がCrm3に等しくなるように式4に基づいて第二期における回転量を設定する。つまり、図18に示すように第二期における回転量R2と第三期における安定回転量Rs3との間には相関が得られる。
Details of the parameter adjustment process will be described below.
In the parameter adjustment process shown in FIG. 17, the rotation amount in the second period is set in common in all adjustment modes.
The test
First, the automatic
テストパラメータ生成部61は、パラメータ調整処理のS202における第三期の回転速度、第四期における電流値のテストパラメータを、次の手順で算出する。ここで、S202において生成する第三期の回転速度および第四期の電流値のテストパラメータは、「精度優先モード−通常」、「精度優先モード−簡易」、「時間優先モード」および「速度固定−簡易モード」のいずれかを任意に選択することができる。以下、これらをモードごとに説明する。
The test
●「精度優先モード−通常」のとき
第三期の回転速度ω3および第四期の電流値τ4に対する締付けトルクτfを算出する場合、これらの間には次のようなモデルが成立する。このモデルは、実験的に収集されたデータについて二乗誤差を最小にする観点で作成している。
● When “Accuracy Priority Mode – Normal” When calculating the tightening torque τ f for the rotation speed ω 3 in the third period and the current value τ 4 in the fourth period, the following model is established between them. . This model is created from the viewpoint of minimizing the square error for experimentally collected data.
しかし、このモデルのように係数がa1からa7と多数存在する場合、テストピースを用いた螺子締めロボット10の動作テストを多数回繰り返す必要がある。そこで、係数を低減するために、締付けトルク推定モデル生成部62は、次の式をモデル1として生成する。
However, when there are many coefficients a 1 to a 7 as in this model, it is necessary to repeat the operation test of the
ここで、上記の式において「log」の項を含めているのは、第三期における回転速度ω3が小さいとき、非線形に近似されるためである。そのため、第三期における回転速度ω3が比較的大きく、その影響を排除可能であるとき、締付けトルク推定モデル生成部62は、次の式をモデル2として生成してもよい。
Here, the reason that the term “log” is included in the above equation is that when the rotational speed ω 3 in the third period is small, it is approximated nonlinearly. Therefore, when the rotational speed ω 3 in the third period is relatively large and the influence can be eliminated, the tightening torque estimation
ここで、締付けトルク学習部63は、螺子締めロボット10において実行したテストピースを組み立てる動作テストによって取得したデータから、上記の式のいずれかを用いて、係数u、w、vをそれぞれ学習する。この係数u、w、vは、螺子締めロボット10、螺子34およびワーク32の特性を表現している。
Here, the tightening
螺子締めロボット10の動作テストを実行するとき、ワーク32および螺子34からなるテストピースが動作テストごとに消費される。そのため、パラメータ調整処理は、可能な限り少ない動作テスト回数で終了することが望ましい。すなわち、係数u、w、vの推定精度を効率よく向上させるようにテストパラメータを選択する必要がある。そこで、本実施形態では、次のような考え方を導入している。
When the operation test of the
(1)最適パラメータ付近でのみ精度を向上する
最適パラメータを求めるということは、τf=τgとなるτ4およびω3を求めることを意味する。そのため、上記したモデルでは、τg付近においてのみ精度が高ければ十分である。よって、τf=τgが成立する可能性が高い領域では動作テストの回数を増加させることが望ましい。特に上記のモデルは、係数をu、v、wの三つに絞った近似式であるため、広い範囲の特性を求める場合、τgから遠い領域では精度が著しく低下するからである。
(1) Improve accuracy only in the vicinity of the optimum parameter Obtaining the optimum parameter means obtaining τ 4 and ω 3 such that τ f = τ g . Therefore, in the above model, it is sufficient that the accuracy is high only in the vicinity of τ g . Therefore, it is desirable to increase the number of operation tests in a region where τ f = τ g is highly likely to hold. In particular, the above model is an approximate expression in which the coefficients are limited to three, u, v, and w. Therefore, when obtaining a wide range of characteristics, the accuracy is significantly reduced in a region far from τ g .
(2)線形回帰における一般的な最適計画を導入する
線形回帰において係数の精度を高める一般的な方法として、D最適計画が用いられている。
本実施形態の場合、(1)で説明したτf=τgが成立する可能性が高い領域、すなわち信頼区間で制限された範囲に、(2)におけるD最適計画を適用して、テスト水準を決定する。具体的には、パラメータ推定部58は、次の手順でテストパラメータを算出する。
まず、パラメータ推定部58は、係数u、w、vの信頼区間を計算する。この信頼区間の上限値および下限値を用いて、τf=τgが成立する可能性が高いパラメータ範囲を限定していく。この信頼区間は、螺子締めロボット10において動作テストを繰り返して実行するごとに逐次的に絞られていく。具体的な手順は、次の通りである。
(2) Introducing a general optimal design in linear regression The D optimal design is used as a general method for increasing the accuracy of coefficients in linear regression.
In the case of the present embodiment, the D optimum plan in (2) is applied to the region where τ f = τ g described in (1) is highly likely to be satisfied, that is, the range limited by the confidence interval, and the test level To decide. Specifically, the
First, the
パラメータ推定部58は、図10に示す初期特性調査処理において取得した第三期における回転速度ω3、および第四期における電流値τ4から、上記のモデル1を用いて係数u、v、wを求める。なお、モデル1に代えてモデル2を用いてもよい。
そして、τg付近での精度を高めるために、線形回帰による予測分布を利用して、信頼区間におけるテストパラメータの範囲を制限する。ここで、螺子締めロボット10の動作回数nを、n=1、2、・・・、Nとして、得られたデータを、
Then, in order to increase the accuracy in the vicinity of τ g , the range of the test parameter in the confidence interval is limited using a prediction distribution by linear regression. Here, the number of operations n of the
とする。なお、上記の式で文字の右肩に示されている「n」は「べき数」ではなく、上記の動作回数「n」を識別するためのものである。また、係数w(ベクトル)および次のテストパラメータxは、それぞれ、 And It should be noted that “n” shown on the right shoulder of the character in the above formula is not a “power number” but for identifying the above-mentioned number of operations “n”. The coefficient w (vector) and the next test parameter x are respectively
とする。
このとき、学習済のwは次のように学習できる。「∧」は学習済であることを示している。
And
At this time, the learned w can be learned as follows. “∧” indicates that learning has been completed.
このとき事後予測分布は、統計的手法に基づいて次の式から算出される。ここで、「p」は係数の数に相当し、モデル1およびモデル2の場合、「p=3」である。
At this time, the posterior prediction distribution is calculated from the following equation based on a statistical method. Here, “p” corresponds to the number of coefficients, and in the case of model 1 and
上記の式により、100(1−α)%の予測応答の信頼区間は次のように示される。 According to the above formula, the confidence interval of the predicted response of 100 (1-α)% is shown as follows.
tはt分布であり、自由度はn−p−1である。このうち「n」はデータの数であり、「p」は係数の数である。また、α=0.05と設定することにより、95%の確率で設定した信頼区間に含まれることを意味する。本実施形態では、上述の信頼区間の範囲に、目標締め付けトルクτgが含まれていることを、次のテストパラメータの条件としている。具体的には、次のテストパラメータxは、次の式を満たすように制限している。 t is a t distribution and the degree of freedom is np-1. Among these, “n” is the number of data, and “p” is the number of coefficients. Also, setting α = 0.05 means that it is included in the confidence interval set with a probability of 95%. In the present embodiment, the condition of the next test parameter is that the target tightening torque τ g is included in the range of the above-described confidence interval. Specifically, the next test parameter x is limited to satisfy the following expression.
以上によって設定した信頼区間において、D最適計画を計算する。具体的には、 In the confidence interval set as described above, the D optimal plan is calculated. In particular,
を小さくするようなサンプルの取得方法が望ましい。そこで、 It is desirable to obtain a sample that reduces the size of the sample. Therefore,
を次のテストパラメータとした。ただし、第三期における回転速度ω3は「3期速度候補1」、「3期速度候補2」および「3期速度候補3」に最近傍法を用いて近似させる。
上記の信頼区間の設定については、「パターン認識と機械学習 上−ベイズ理論による統計的予測:C.M.ビショップ 著」を参考にしている。また、D最適計画については、「実験計画法 方法編―基盤的方法から応答曲面法 タグチメソッド 最適計画まで:山田秀 著」を参考にしている。
Was the next test parameter. However, the rotational speed ω 3 in the third period is approximated to the “third period speed candidate 1”, “third
Regarding the setting of the above confidence interval, “Pattern recognition and machine learning-Statistical prediction by Bayesian theory: by CM Bishop” is referred to. For D-optimal design, refer to “Experimental Design Methodology-From Basic Method to Response Surface Method Taguchi Method Optimal Design: Hide Yamada”.
ところで、螺子締めロボット10の特性によっては、第三期における回転速度ω3の影響が小さい場合がある。このように第三期における回転速度ω3の影響が小さい場合、信頼区間による制限はω3軸方向へ拡大し、適切な結果が得られない場合がある。この場合、モデル1およびモデル2から第三期における回転速度ω3を除き、τf=uτ4+vとしてもよい。そして、下記の通り、p=2として変数を減らすことにより、第四期による電流値τ4の計算を簡略化させてもよい。
By the way, depending on the characteristics of the
この場合、第三期における回転速度ω3は、次の三つの水準において動作テストの回数が等しくなるように決定する。 In this case, the rotational speed ω 3 in the third period is determined so that the number of operation tests is equal at the following three levels.
以上において、同一のパラメータで5回を1セットとして螺子締めロボット10における動作テストを実行する。これにより、パラメータごとに標準偏差σが算出される。
In the above, the operation test in the
次に、上記の第三期における回転速度ω3、および第四期における電流値τ4のテストパラメータの生成を完了する条件を説明する。
最適パラメータは、次の式によって算出される。
Next, conditions for completing the generation of the test parameters for the rotation speed ω 3 in the third period and the current value τ 4 in the fourth period will be described.
The optimum parameter is calculated by the following formula.
これを、以下の式に当てはめることにより、信頼区間が計算される。 By applying this to the following equation, the confidence interval is calculated.
これにより、以下の式が成立すればパラメータの生成は完了と判断することができる。 Thereby, if the following formula is established, it can be determined that the parameter generation is completed.
なお、信頼区間は、大まかにはテスト回数の平方根に反比例する。そのため、より簡易的には、テスト回数が予め設定したテスト回数に到達すればパラメータの生成は完了としてもよい。一般的には、螺子締めロボット10における30回程度の動作テストがあるように設定することが望ましい。
パラメータの生成が完了すると、S208において最適パラメータを設定する。
Note that the confidence interval is roughly inversely proportional to the square root of the number of tests. Therefore, more simply, the parameter generation may be completed when the number of tests reaches a preset number of tests. Generally, it is desirable to set so that there are about 30 operation tests in the
When the parameter generation is completed, the optimum parameter is set in S208.
パラメータ推定部58は、S204からS206において5回を1セットとして螺子締めロボット10の動作テストを実行し、1セットごとに標準偏差σfを計算する。この結果に基づいて、σf=rω3+sを学習し、係数r、sを求める。
パラメータ推定部58は、第三期における三種類の速度候補のうち、σf=rω3+s<σgを満たす中でもっとも速度の速い速度候補を選択する。パラメータ推定部58は、いずれの速度候補もこの条件を満たさない場合は、安全性を考慮して最も遅い速度候補を選択する。この場合、パラメータ自動調整装置40は、ディスプレイなどの出力部43にすべての速度候補で目標精度を出せなかった旨を報知する.
The
The
●「精度優先モード−簡易」のとき
上述の「精度優先モード−通常」は、複雑な計算を実行するため、パラメータの自動調整を実行する所要時間が長くなる。そこで、以下の手順により、精度を優先しつつ簡易的なパラメータの自動調整を行うこともできる。すなわち、信頼区間は、上述の通り動作テストの回数の平方根に反比例すると考えられる。そのため、数十回の動作テストを行う場合、初期を除くと信頼区間が大きく変化することはない。そこで、信頼区間を以下に示す固定値とすることにより、簡易的な計算が可能となる。また、D最適計画についても、多くの場合、一般的に信頼区間の端同士が選択される傾向にある。そのため、信頼区間の端点を順に選択することにより、簡易的な計算が可能となる。
In the case of “accuracy priority mode-simple” In the above-mentioned “accuracy priority mode-normal”, complicated calculation is performed, so that the time required for executing automatic parameter adjustment becomes longer. Therefore, simple automatic parameter adjustment can be performed with priority given to accuracy by the following procedure. That is, the confidence interval is considered to be inversely proportional to the square root of the number of operation tests as described above. Therefore, when performing an operation test several tens of times, the confidence interval does not change significantly except for the initial stage. Therefore, simple calculation is possible by setting the confidence interval to the following fixed value. Also, for the D optimal plan, in many cases, the ends of the confidence intervals generally tend to be selected. Therefore, simple calculation is possible by sequentially selecting the end points of the confidence interval.
上記に示す定数「Cτ」は、信頼区間の計算値から大きく外れない値とすることが好ましい。この定数「Cτ」は、定数決定部57において算出される。すなわち、定数決定部57は、目標トルク入力部55から入力された目標締付けトルクτgに、予め設定された任意の誤差範囲を含め、下記の式に基づいて定数「Cτ」を設定する。
The constant “Cτ” shown above is preferably a value that does not deviate significantly from the calculated value of the confidence interval. The constant “Cτ” is calculated by the
このように、簡易に計算を行う場合も、既に取得した第四期における電流値τ4を用いてτf=uτ4+vを学習し、係数u、vを算出する。ここで、水準は、上記した9つの水準から動作テストの回数が等しくなるように水準1から順に少なくとも四つを選択する。そして、同一のパラメータについて、S204からS206において5回を1セットとして動作テストを実行する。パラメータ生成の完了条件、および最適パラメータの設定は、上記の「精度優先モード−通常」の場合と同様である。 As described above, even when the calculation is simply performed, the coefficients u and v are calculated by learning τ f = uτ 4 + v using the current value τ 4 obtained in the fourth period. Here, at least four levels are selected in order from level 1 so that the number of operation tests is equal to the above nine levels. Then, for the same parameter, an operation test is executed by setting 5 times as one set in S204 to S206. The parameter generation completion conditions and optimum parameter settings are the same as in the case of “accuracy priority mode-normal” described above.
●「時間優先モード」のとき
時間優先モードで計算を行う場合、既に取得した第三期における回転速度ω3を用いて、tf=g/ω3+hを学習し、係数g、hを算出する。目標締付け時間をtgとすると、第三期における回転速度ω3は、下記で示される。
● In “time priority mode” When calculating in the time priority mode, t f = g / ω 3 + h is learned using the already obtained rotation speed ω 3 in the third period, and the coefficients g and h are calculated. To do. If the target tightening time is t g , the rotational speed ω 3 in the third period is shown below.
この場合、第四期における電流値τ4は、電流値候補として任意の水準1から水準3として設定することができる。また、「時間優先モード」の場合、標準偏差σの計算が不要であるため、同一のパラメータごとに1回の動作テストを実行する。第三期における回転速度と第三期における締付け時間との間には、図19に示すような関係が成立する。
パラメータ生成の完了条件は、上記の「精度優先モード−通常」の場合と同様である。
一方、最適パラメータは、次のように設定される。
In this case, the current value τ 4 in the fourth period can be set from any level 1 to
The parameter generation completion conditions are the same as in the case of the “accuracy priority mode—normal” described above.
On the other hand, the optimum parameter is set as follows.
●「速度固定モード−簡易」のとき
「速度固定モード−簡易」は、「精度優先モード−簡易」をさらに簡略化した計算によってパラメータを生成する。この場合も、既に取得した第四期における電流値τ4を用いてτf=uτ4+vを学習し、係数u、vを算出する。そして、標準偏差σの計算が不要であるため、以下の三つの水準について、同一のパラメータでS204からS206において1回の動作テストを実行する。第三期における回転速度は、固定であるため、ω3=ω3c1である。パラメータの生成の完了条件は、上記の「精度優先モード−簡易」の場合と同様である。
一方、最適パラメータは、次のように設定される。
● In the case of “Fixed speed mode-simple” In “Fixed speed mode-simple”, parameters are generated by further simplifying “Accuracy priority mode-simple”. Also in this case, τ f = uτ 4 + v is learned using the current value τ 4 already acquired in the fourth period, and the coefficients u and v are calculated. Since the calculation of the standard deviation σ is not required, one operation test is executed in S204 to S206 with the same parameters for the following three levels. Since the rotation speed in the third period is fixed, ω 3 = ω 3c1 . The parameter generation completion conditions are the same as in the case of the “accuracy priority mode-simple” described above.
On the other hand, the optimum parameter is set as follows.
パラメータ自動調整装置40は、パラメータ調整処理のS203における第三期の電流値、第三期の着座電流値および第四期の判定電流値のテストパラメータを、次の手順で算出する。
なお、第四期電流値については、モータ21の特性によって決定される。具体的には、自動調整処理の初期などのように螺子締めロボット10の動作回数が少ないとき、パラメータ推定部58は、第四期電流値を線形変換によって算出する。この値をデフォルトパラメータと定義する。この値は、以下に示すように目標締付けトルクτgとモータ21の電流との関係を示しており、上述の通りモータ21の特性によって決定される。
The automatic
The fourth period current value is determined by the characteristics of the
第三期における電流値τ3、第三期における着座電流値τh3、および第四期における判定電流値τh4は、上述の第四期における電流値に基づいて線形変換によって算出する。本実施形態の場合、これらの値を算出するための係数Cは、実験的に求め、図20に示すように設定している。ここで、第三期における着座電流値τh3とは、第三期において締め上げられている螺子34の頭部がワーク32の端面に接したときの電流値である。また、第四期における判定電流値τh4とは、第四期において螺子34のねじ込みが停止したと判定したときの電流値である。
The current value τ 3 in the third period, the sitting current value τ h3 in the third period, and the determination current value τ h4 in the fourth period are calculated by linear transformation based on the current values in the fourth period. In the present embodiment, the coefficient C for calculating these values is obtained experimentally and set as shown in FIG. Here, the seating current value τ h3 in the third period is a current value when the head of the
以上のような手順によりS201からS203において各種のパラメータが生成され、生成されたパラメータに基づいてS204からS206において螺子締めロボット10の動作テストが実行されると、パラメータ自動調整装置40は、S207において求められた最適パラメータがあるときディスプレイなどの出力部43に表示するとともに、収束状態が不適切であるときその旨をディスプレイなどの出力部43に表示する。これにより、パラメータ調整処理は終了する。
Various parameters are generated in S201 to S203 by the procedure as described above, and when the operation test of the
ところで、上述の手順にしたがって求められた最適パラメータは、テストピースの組み付け回数が増すごとに、徐々に特定の値に収束していく。そこで、パラメータ自動調整装置40は、テストピースの組み付けによって最適パラメータが更新されるごとに、更新された最適パラメータを図21および図22に示すようにディスプレイなどの出力部43に出力する。この図21および図22に示すグラフは、横軸にテストピースの組み付け回数を設定し、縦軸に各組み付け回数における最適パラメータである。なお、図21および図22において、下側の図は上側の図の縦軸のスケールを拡大したものである。これにより、ユーザは、テストピースの組み付けによる螺子締めロボット10の動作テストの繰り返しともなう最適パラメータの推移を認識することができる。その結果、特に熟練者の場合、この出力部43の表示を確認することにより、パラメータの調整の打ち切りや継続の判断をすることができる。
なお、上述の説明では、特にテストパラメータの範囲について説明していないが、安全性を確保するためにテストパラメータの上限値および下限値は予め設定することが望ましい。
By the way, the optimum parameter obtained in accordance with the above-described procedure gradually converges to a specific value every time the number of times that the test piece is assembled increases. Therefore, each time the optimum parameter is updated by assembling the test piece, the parameter
In the above description, the range of the test parameter is not particularly described, but it is desirable to set the upper limit value and the lower limit value of the test parameter in advance in order to ensure safety.
以上説明した一実施形態では、パラメータ推定部58は、簡略化したモデルを用いてパラメータを推定している。すなわち、パラメータ推定部58は、簡略化したモデルを用いて、締付けトルクの実測値τfが目標とする締付けトルクτgに近似する第三期の回転速度ω3および第四期の電流τ4を推定している。このとき、求める係数は、三種類であるので、これらの値を収束させるために必要な動作テストの回数、すなわち消費するテストピースの数は、数十個程度と熟練者に近くなる。したがって、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。
In the embodiment described above, the
また、一実施形態では、パラメータ推定部58は、簡略化したモデルを用いて第三期および第四期における螺子締めパラメータ、すなわちτf=τgとなる回転速度ω3および電流τ4を推定している。このとき、簡略化したモデルで用いる締付けトルクの実測値τfは、これらのパラメータを設定する際にのみ必要となる。つまり、螺子締めロボット10についてパラメータを設定することにより、螺子締めロボット10は、ラインにおいて動作するとき、トルクセンサ27による締付けトルクの実測値を用いることなく第三期における締付けトルクを調整する。したがって、パラメータを設定した後、ラインにおいて螺子締めロボット10を動作させるとき、ラインに設けられたすべての螺子締めロボット10に高価なトルクセンサ27を設置する必要がない。特に、一実施形態のようにトルクセンサ27を螺子締めロボット10から着脱可能とすることにより、複数の螺子締めロボット10のパラメータを自動調整するとき、、一つのトルクセンサ27があればよい。したがって、高価なトルクセンサ27を数多く用意することなく、複数の螺子締めロボット10のパラメータを自動調整することができる。
In one embodiment, the
さらに、一実施形態では、「精度優先モード−簡易」のとき、予め設定する速度候補は三つの固定値となっている。パラメータ推定部58は、三つの速度候補に対応して設定された九つの水準から四つの水準を選択して螺子締めロボット10の動作テストを実行する。そのため、パラメータを収束させるために必要な動作テストの回数、すなわち消費されるテストピースの数は、数十個程度と熟練者に近くなる。例えば一実施形態のように四つの水準について五回ずつ動作テストを実行する場合、合計20回程度の動作テストでパラメータは収束する。したがって、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。
Furthermore, in one embodiment, when “accuracy priority mode—simple”, the preset speed candidates are three fixed values. The
さらに、一実施形態では、第二期初期回転量設定部56は、螺子締めロボット10の初期特性を取得するとき第二期における回転量を最小とした状態で螺子締めロボット10の動作をテストする。すなわち、第二期初期回転量設定部56は、第二期における回転量の初期値を、「1回」に設定する。これにより、ワーク32に対する螺子34のねじ込み量が不明なときでも、初期特性調査処理における第二期の回転量は過剰となることがない。したがって、初期特性の取得の際における過剰な動作によるテストピースおよび螺子締めロボット10の損傷を回避することができる。
Further, in one embodiment, the second period initial rotation
さらに、一実施形態では、パラメータ自動調整装置40は、第二期における回転量の初期値として「1回」が設定された後、徐々に回転量を増しながらテストピースの組み付けを実行する。これにより、熟練者の経験および勘に頼ったパラメータ調整によらずに、第二期におけるパラメータが調整される。また、各テストピースの組み付けで得られたデータを利用しながらパラメータを設定するため、動作テストの回数すなわち消費するテストピースの数も減少する。したがって、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。
Furthermore, in one embodiment, the parameter
(その他の実施形態)
以上説明した一実施形態では、螺子締めロボット10の締付けトルクを検出するトルクセンサ27をヘッド部11に着脱可能に設ける例について説明した。しかし、トルクセンサ27は、ワーク32側に取り付け、ワーク32の螺子穴33に取り付けられる螺子34の締付けトルクを検出する構成としてもよい。また、「精度優先モード−簡易」において、九つの水準から四つの水準を選択する例を説明したが、四つ以上の水準を選択してもよい。また、このとき、動作テストの回数として「5回」を例に説明したが、各パラメータの収束が確保されるのであれば「5回」に限るものではない。さらに、第二期初期回転量設定部56が設定する第二期における回転量の初期値は、「1回」に限るものではない。すなわち、第二期における回転量の初期値は、安全性が確保される範囲であれば「2回」以上に設定することもできる。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
(Other embodiments)
In the embodiment described above, the example in which the
The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.
図面中、10は螺子締めロボット、15は回転駆動機構部(駆動部)、16はビット、27はトルクセンサ(実測締付けトルク取得手段)、33は螺子穴、34は螺子、40はパラメータ自動調整装置、51は第三期回転速度取得部(第三期回転速度取得手段)、52は第四期供給電流取得部(第四期供給電流取得手段)、53はトルク取得部(実測締付けトルク取得手段)、54は回転速度入力部(回転速度入力手段)、55は目標トルク入力部(目標トルク入力手段)、56は第二期初期回転量設定部(第二期初期回転量設定手段)、57は定数決定部(定数決定手段)、58はパラメータ推定部、61はテストパラメータ生成部(テストパラメータ生成手段)、62は締付けトルク推定モデル生成部(締付けトルク推定モデル生成手段)、63は締付けトルク学習部(締付けトルク学習部)を示す。 In the drawing, 10 is a screw tightening robot, 15 is a rotation drive mechanism (drive unit), 16 is a bit, 27 is a torque sensor (measured tightening torque acquisition means), 33 is a screw hole, 34 is a screw, and 40 is a parameter automatic adjustment. The apparatus, 51 is a third period rotational speed acquisition unit (third period rotational speed acquisition means), 52 is a fourth period supply current acquisition part (fourth period supply current acquisition means), 53 is a torque acquisition part (measured tightening torque acquisition) Means), 54 is a rotation speed input section (rotation speed input means), 55 is a target torque input section (target torque input means), 56 is a second period initial rotation amount setting section (second period initial rotation amount setting means), 57 is a constant determination unit (constant determination unit), 58 is a parameter estimation unit, 61 is a test parameter generation unit (test parameter generation unit), 62 is a tightening torque estimation model generation unit (tightening torque estimation model generation unit) 63 shows tightening torque learning part (tightening torque learning unit).
Claims (9)
螺子を螺子穴に噛み合わせる第一期、前記第一期で噛み合わされた前記螺子を前記螺子穴に前記第一期よりも高速でねじ込む第二期、前記第二期でねじ込まれた前記螺子を前記第二期よりも低速で締め上げて前記螺子に加わるトルクを予め設定された締付けトルクに調整する第三期、および前記螺子のねじ込みを停止して前記第三期で前記締付けトルクに調整された前記螺子の安定を図る第四期を含む螺子締めを行う螺子締めロボットにおいて、
前記螺子と前記螺子穴が形成された対象物とからなる複数のテストピースを組み付けて、前記螺子締めロボットの制御パラメータを自動で調整する螺子締めロボットのパラメータ自動調整装置であって、
前記テストピースを組み付けるごとに、前記螺子の締付けトルクに関係するテストパラメータを生成するテストパラメータ生成手段と、
前記テストピースを組み付けるごとに、前記テストパラメータ生成手段で生成したテストパラメータ、および前記実測締付けトルク取得手段で取得したトルク実測値τfを関連づけて履歴を記憶する記憶手段と、
前記螺子締めロボットの螺子締めパラメータに基づいて締付けトルクを推定した締付けトルク推定モデルを生成する締付けトルク推定モデル生成手段と、
前記記憶部に記憶されたテストパラメータおよびトルク実測値τfの履歴を用いて、前記締付けトルク推定モデル生成手段で生成した締付けトルク推定モデルを学習して学習後締付けトルク推定モデルを生成する締付けトルク学習手段と、
前記締付けトルク学習手段で学習した前記学習後締付けトルク推定モデルを用いて前記螺子締めロボットにおける螺子締めパラメータの最適値を推定するパラメータ推定手段と、
を備えるパラメータ自動調整装置。 A bit in contact with the screw, and a drive unit that rotationally drives the bit with electric power,
A first phase in which a screw is engaged with a screw hole, a second phase in which the screw meshed in the first phase is screwed into the screw hole at a higher speed than in the first phase, and the screw screwed in in the second phase. A third period in which the torque applied to the screw is tightened at a lower speed than the second period and adjusted to a preset tightening torque, and the screwing of the screw is stopped and the tightening torque is adjusted in the third period. In the screw tightening robot for performing screw tightening including the fourth period for stabilizing the screw,
A parameter automatic adjustment device for a screw tightening robot that automatically adjusts control parameters of the screw tightening robot by assembling a plurality of test pieces including the screw and an object in which the screw hole is formed,
Test parameter generation means for generating a test parameter related to the tightening torque of the screw each time the test piece is assembled;
Storage means for storing a history by associating the test parameter generated by the test parameter generation means and the actual torque value τ f acquired by the actual tightening torque acquisition means each time the test piece is assembled;
A tightening torque estimation model generating means for generating a tightening torque estimation model in which the tightening torque is estimated based on a screw tightening parameter of the screw tightening robot;
The tightening torque for learning the tightening torque estimation model generated by the tightening torque estimation model generating means and generating the post-learning tightening torque estimation model using the test parameter and the history of the actually measured torque value τ f stored in the storage unit Learning means,
Parameter estimation means for estimating an optimum value of a screw tightening parameter in the screw tightening robot using the post-learning tightening torque estimation model learned by the tightening torque learning means;
A parameter automatic adjustment device comprising:
τf=uτ4+w log(ω3)+v
である請求項2記載のパラメータ自動調整装置。 When the tightening torque estimation model has a coefficient u, a coefficient w, and a coefficient v,
τ f = uτ 4 + w log (ω 3 ) + v
The parameter automatic adjustment device according to claim 2, wherein
τf=uτ4+wω3+v
である請求項2記載のパラメータ自動調整装置。 When the tightening torque estimation model has a coefficient u, a coefficient w, and a coefficient v,
τ f = uτ 4 + wω 3 + v
The parameter automatic adjustment device according to claim 2, wherein
螺子を螺子穴に噛み合わせる第一期、前記第一期で噛み合わされた前記螺子を前記螺子穴に前記第一期よりも高速でねじ込む第二期、前記第二期でねじ込まれた前記螺子を前記第二期よりも低速で締め上げて前記螺子に加わるトルクを予め設定された締付けトルクに調整する第三期、および前記螺子のねじ込みを停止して前記第三期で前記締付けトルクに調整された前記螺子の安定を図る第四期を含む螺子締めを行う螺子締めロボットにおいて、
前記螺子と前記螺子穴が形成された対象物とからなる複数のテストピースを組み付けて、前記螺子締めロボットの制御パラメータを自動で調整する螺子締めロボットのパラメータ自動調整装置であって、
前記テストピースを組み付けるごとに、前記第三期において前記螺子を締め込む回転速度ω3を取得する第三期回転速度取得手段と、
前記テストピースを組み付けるごとに、前記第四期において前記駆動部に供給する電流τ4を取得する第四期供給電流取得手段と、
前記螺子締めロボットに着脱可能に設けられ、前記テストピースを組み付ける際に、前記第三期における前記締付けトルクの実測値τfを検出する実測締付けトルク取得手段と、
前記第三期回転速度取得手段で取得した前記回転速度ω3、前記第四期供給電流取得手段で取得した前記電流τ4、および前記トルク取得手段で取得した前記実測値τfを用いて、係数u、係数w、係数vとしたとき、
τf=uτ4+w log(ω3)+v
から、前記係数u、前記係数wおよび前記係数vを推定し、前記第三期および前記第四期における螺子締めパラメータを推定するパラメータ推定手段と、
を備えるパラメータ自動調整装置。 A bit in contact with the screw, and a drive unit that rotationally drives the bit with electric power,
A first phase in which a screw is engaged with a screw hole, a second phase in which the screw meshed in the first phase is screwed into the screw hole at a higher speed than in the first phase, and the screw screwed in in the second phase. A third period in which the torque applied to the screw is tightened at a lower speed than the second period and adjusted to a preset tightening torque, and the screwing of the screw is stopped and the tightening torque is adjusted in the third period. In the screw tightening robot for performing screw tightening including the fourth period for stabilizing the screw,
A parameter automatic adjustment device for a screw tightening robot that automatically adjusts control parameters of the screw tightening robot by assembling a plurality of test pieces including the screw and an object in which the screw hole is formed,
A third period rotational speed acquisition means for acquiring a rotational speed ω 3 for tightening the screw in the third period each time the test piece is assembled;
Each time the test piece is assembled, the fourth period supply current acquisition means for acquiring the current τ 4 supplied to the drive unit in the fourth period,
Measured tightening torque acquisition means that is detachably provided on the screw tightening robot and detects the measured value τ f of the tightening torque in the third period when the test piece is assembled.
Using the rotation speed ω 3 acquired by the third period rotation speed acquisition means, the current τ 4 acquired by the fourth period supply current acquisition means, and the measured value τ f acquired by the torque acquisition means, When the coefficient u, the coefficient w, and the coefficient v are set,
τ f = uτ 4 + w log (ω 3 ) + v
Parameter estimating means for estimating the coefficient u, the coefficient w and the coefficient v, and estimating screw tightening parameters in the third period and the fourth period;
A parameter automatic adjustment device comprising:
螺子を螺子穴に噛み合わせる第一期、前記第一期で噛み合わされた前記螺子を前記螺子穴に前記第一期よりも高速でねじ込む第二期、前記第二期でねじ込まれた前記螺子を前記第二期よりも低速で締め上げて前記螺子に加わるトルクを予め設定された締付けトルクに調整する第三期、および前記螺子のねじ込みを停止して前記第三期で前記締付けトルクに調整された前記螺子の安定を図る第四期を含む螺子締めを行う螺子締めロボットにおいて、
前記螺子と前記螺子穴が形成された対象物とからなる複数のテストピースを組み付けて、前記螺子締めロボットの制御パラメータを自動で調整するパラメータ自動調整装置であって、
前記テストピースを組み付けるごとに、前記第三期において前記螺子を締め込む回転速度ω3を取得する第三期回転速度取得手段と、
前記テストピースを組み付けるごとに、前記第四期において前記駆動部に供給する電流τ4を取得する第四期供給電流取得手段と、
前記螺子締めロボットに着脱可能に設けられ、前記テストピースを組み付ける際に、前記第三期における前記締付けトルクの実測値τfを検出する実測締付けトルク取得手段と、
前記第三期回転速度取得手段で取得した前記回転速度ω3、前記第四期供給電流取得手段で取得した前記電流τ4、および前記トルク取得手段で取得した前記実測値τfを用いて、係数u、係数w、係数vとしたとき、
τf=uτ4+wω3+v
から、前記係数u、前記係数wおよび前記係数vを推定し、前記第三期および前記第四期における螺子締めパラメータを推定するパラメータ推定手段と、
を備えるパラメータ自動調整装置。 A bit in contact with the screw, and a drive unit that rotationally drives the bit with electric power,
A first phase in which a screw is engaged with a screw hole, a second phase in which the screw meshed in the first phase is screwed into the screw hole at a higher speed than in the first phase, and the screw screwed in in the second phase. A third period in which the torque applied to the screw is tightened at a lower speed than the second period and adjusted to a preset tightening torque, and the screwing of the screw is stopped and the tightening torque is adjusted in the third period. In the screw tightening robot for performing screw tightening including the fourth period for stabilizing the screw,
A parameter automatic adjustment device for automatically adjusting control parameters of the screw tightening robot by assembling a plurality of test pieces including the screw and an object in which the screw hole is formed,
A third period rotational speed acquisition means for acquiring a rotational speed ω 3 for tightening the screw in the third period each time the test piece is assembled;
Each time the test piece is assembled, the fourth period supply current acquisition means for acquiring the current τ 4 supplied to the drive unit in the fourth period,
Measured tightening torque acquisition means that is detachably provided on the screw tightening robot and detects the measured value τ f of the tightening torque in the third period when the test piece is assembled.
Using the rotation speed ω 3 acquired by the third period rotation speed acquisition means, the current τ 4 acquired by the fourth period supply current acquisition means, and the measured value τ f acquired by the torque acquisition means, When the coefficient u, the coefficient w, and the coefficient v are set,
τ f = uτ 4 + wω 3 + v
Parameter estimating means for estimating the coefficient u, the coefficient w and the coefficient v, and estimating screw tightening parameters in the third period and the fourth period;
A parameter automatic adjustment device comprising:
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