JP2022047657A - 力制御パラメーター調整方法、ロボットシステムおよび力制御パラメーター調整プログラム - Google Patents

力制御パラメーター調整方法、ロボットシステムおよび力制御パラメーター調整プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】力制御パラメーターを容易かつ正確に設定することができる力制御パラメーター調整方法、ロボットシステムおよび力制御パラメーター調整プログラムを提供すること。【解決手段】第１力制御パラメーターに基づいて、ロボットアームに設置されるハンド、または、ハンドに保持された第１対象物を第２対象物に接触させる第１動作を実行する第１ステップと、ハンドまたは第１対象物を第２対象物に接触させた状態で、ロボットに前記第１動作とは異なる第２動作を実行し、ロボットアームが受ける外力の情報を取得する第２ステップと、取得した前記外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得する第３ステップと、力制御パラメーターを第１力制御パラメーターから、取得した外部剛性の情報と、取得した外部剛性の情報に対応する制御点の位置と、に基づいて取得される第２力制御パラメーターに変更する第４ステップと、を有することを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、力制御パラメーター調整方法、ロボットシステムおよび力制御パラメーター調整プログラムに関する。
ロボットアームと、ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、を有し、力検出部の検出結果に基づいてロボットアームを駆動する力制御を行うことによって、所定の作業を行うロボットが知られている。このようなロボットにおいては、例えば、特許文献１に記載されているように、力制御を行う際に、どのようなモードでロボットアームを駆動するかを決め、さらに力制御パラメーターを適した値に設定する必要がある。
特開２０１４－２３３８１４号公報
しかしながら、作業内容や、ロボットアーム自身の特性や、周辺の環境等によって、適した力制御パラメーターは変わってくる。これらを考慮したうえで、適した力制御パラメーターを設定するのは困難である。
本発明の力制御パラメーター調整方法は、力制御により駆動して、第１対象物を第２対象物に挿入する作業を行うロボットアームを有するロボットの力制御パラメーターを調整する力制御パラメーター調整方法であって、
第１力制御パラメーターに基づいて、前記ロボットアームに設置されるハンド、または、前記ハンドに保持された前記第１対象物を前記第２対象物に接触させる第１動作を実行する第１ステップと、
前記ハンドまたは前記第１対象物を前記第２対象物に接触させた状態で、前記ロボットに前記第１動作とは異なる第２動作を実行し、前記ロボットアームが受ける外力の情報を取得する第２ステップと、
取得した前記外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得する第３ステップと、
前記力制御パラメーターを前記第１力制御パラメーターから、取得した前記外部剛性の情報と、取得した前記外部剛性の情報に対応する制御点の位置と、に基づいて取得される第２力制御パラメーターに変更する第４ステップと、を有することを特徴とする。
本発明のロボットシステムは、力制御により駆動して作業を行うロボットアームを有するロボットと、前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、前記ロボットの作動を制御する制御部と、を備えるロボットシステムであって、
前記制御部は、
第１力制御パラメーターに基づいて、前記ロボットアームに設置されるハンド、または、前記ハンドに保持された第１対象物を第２対象物に接触させる第１動作を実行し、
前記ハンドまたは前記第１対象物を前記第２対象物に接触させた状態で、前記ロボットに前記第１動作とは異なる第２動作を実行し、前記ロボットアームが受ける外力の情報を取得し、
取得した前記外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得し、
取得した前記外部剛性の情報と、取得した前記外部剛性の情報に対応する前記制御点の位置と、に基づいて取得される第２力制御パラメーターを前記力制御パラメーターとして設定するよう制御を行うことを特徴とする。
本発明の力制御パラメーター調整プログラムは、力制御により駆動して、第１対象物を第２対象物に挿入する作業を行うロボットアームを有するロボットの力制御パラメーターを調整する力制御パラメーター調整方法を実行するための力制御パラメーター調整プログラムであって、
第１力制御パラメーターに基づいて、前記ロボットアームに設置されるハンド、または、前記ハンドに保持された前記第１対象物を前記第２対象物に接触させる第１動作を実行する第１ステップと、
前記ハンドまたは前記第１対象物を前記第２対象物に接触させた状態で、前記ロボットに前記第１動作とは異なる第２動作を実行し、前記ロボットアームが受ける外力の情報を取得する第２ステップと、
取得した前記外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得する第３ステップと、
取得した前記外部剛性の情報と、取得した前記外部剛性の情報に対応する前記制御点の位置と、に基づいて取得される第２力制御パラメーターを前記力制御パラメーターとして設定する第４ステップと、を実行するためのものであることを特徴とする。
図１は、ロボットシステムの全体構成を示す図である。 図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。 図３は、外部剛性を説明するための概念図である。 図４は、入力画面の一例を示す平面図である。 図５は、図１に示すロボットシステムが実行する制御動作を説明するためのフローチャートである。 図６は、第１動作を説明するための縦断面図である。 図７は、第１動作を説明するための縦断面図である。 図８は、第２動作を説明するための縦断面図である。 図９は、第２動作を説明するための縦断面図である。 図１０は、第２動作を説明するための縦断面図である。 図１１は、力制御パラメーターを取得する方法を説明するための概念図である。 図１２は、ロボットシステムについてハードウェアを中心として説明するためのブロック図である。 図１３は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例１を示すブロック図である。 図１４は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例２を示すブロック図である。
＜実施形態＞
図１は、ロボットシステムの全体構成を示す図である。図２は、図１に示すロボットシステムのブロック図である。図３は、外部剛性を説明するための概念図である。図４は、入力画面の一例を示す平面図である。図５は、図１に示すロボットシステムが実行する制御動作を説明するためのフローチャートである。図６および図７は、第１動作を説明するための縦断面図である。図８～図１０は、第２動作を説明するための縦断面図である。図１１は、力制御パラメーターを取得する方法を説明するための概念図である。
以下、本発明の力制御パラメーター調整方法、ロボットシステムおよび力制御パラメーター調整プログラムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の＋Ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」、－Ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」とも言う。また、ロボットアームについては、図１中の基台１１側を「基端」、その反対側、すなわち、エンドエフェクター側を「先端」とも言う。また、図１中のＺ軸方向、すなわち、上下方向を「鉛直方向」とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向、すなわち、左右方向を「水平方向」とする。
図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット１を制御する制御装置３と、教示装置４と、を備え、本発明の力制御パラメーター調整方法を実行する。
まず、ロボット１について説明する。
図１に示すロボット１は、本実施形態では単腕の６軸垂直多関節ロボットであり、基台１１と、ロボットアーム１０と、を有する。また、ロボットアーム１０の先端部にエンドエフェクター２０を装着することができる。エンドエフェクター２０は、ロボット１の構成要件であってもよく、ロボット１の構成要件でなくてもよい。
なお、ロボット１は、図示の構成に限定されず、例えば、双腕型の多関節ロボットであってもよい。また、ロボット１は、水平多関節ロボットであってもよい。
基台１１は、ロボットアーム１０を下側から駆動可能に支持する支持体であり、例えば工場内の床に固定されている。ロボット１は、基台１１が中継ケーブル１８を介して制御装置３と電気的に接続されている。なお、ロボット１と制御装置３との接続は、図１に示す構成のように有線による接続に限定されず、例えば、無線による接続であってもよく、さらには、インターネットのようなネットワークを介して接続されていてもよい。
本実施形態では、ロボットアーム１０は、第１アーム１２と、第２アーム１３と、第３アーム１４と、第４アーム１５と、第５アーム１６と、第６アーム１７とを有し、これらのアームが基台１１側からこの順に連結されている。なお、ロボットアーム１０が有するアームの数は、６つに限定されず、例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つまたは７つ以上であってもよい。また、各アームの全長等の大きさは、それぞれ、特に限定されず、適宜設定可能である。
基台１１と第１アーム１２とは、関節１７１を介して連結されている。そして、第１アーム１２は、基台１１に対し、鉛直方向と平行な第１回動軸を回動中心とし、その第１回動軸回りに回動可能となっている。第１回動軸は、基台１１が固定される床の法線と一致している。
第１アーム１２と第２アーム１３とは、関節１７２を介して連結されている。そして、第２アーム１３は、第１アーム１２に対し、水平方向と平行な第２回動軸を回動中心として回動可能となっている。第２回動軸は、第１回動軸に直交する軸と平行である。
第２アーム１３と第３アーム１４とは、関節１７３を介して連結されている。そして、第３アーム１４は、第２アーム１３に対して水平方向と平行な第３回動軸を回動中心として回動可能となっている。第３回動軸は、第２回動軸と平行である。
第３アーム１４と第４アーム１５とは、関節１７４を介して連結されている。そして、第４アーム１５は、第３アーム１４に対し、第３アーム１４の中心軸方向と平行な第４回動軸を回動中心として回動可能となっている。第４回動軸は、第３回動軸と直交している。
第４アーム１５と第５アーム１６とは、関節１７５を介して連結されている。そして、第５アーム１６は、第４アーム１５に対して第５回動軸を回動中心として回動可能となっている。第５回動軸は、第４回動軸と直交している。
第５アーム１６と第６アーム１７とは、関節１７６を介して連結されている。そして、第６アーム１７は、第５アーム１６に対して第６回動軸を回動中心として回動可能となっている。第６回動軸は、第５回動軸と直交している。
また、第６アーム１７は、ロボットアーム１０の中で最も先端側に位置するロボット先端部となっている。この第６アーム１７は、ロボットアーム１０の駆動により、エンドエフェクター２０ごと回動することができる。
ロボット１は、駆動部としてのモーターＭ１、モーターＭ２、モーターＭ３、モーターＭ４、モーターＭ５およびモーターＭ６と、エンコーダーＥ１、エンコーダーＥ２、エンコーダーＥ３、エンコーダーＥ４、エンコーダーＥ５およびエンコーダーＥ６とを備える。モーターＭ１は、関節１７１に内蔵され、基台１１と第１アーム１２とを相対的に回転させる。モーターＭ２は、関節１７２に内蔵され、第１アーム１２と第２アーム１３とを相対的に回転させる。モーターＭ３は、関節１７３に内蔵され、第２アーム１３と第３アーム１４とを相対的に回転させる。モーターＭ４は、関節１７４に内蔵され、第３アーム１４と第４アーム１５とを相対的に回転させる。モーターＭ５は、関節１７５に内蔵され、第４アーム１５と第５アーム１６とを相対的に回転させる。モーターＭ６は、関節１７６に内蔵され、第５アーム１６と第６アーム１７とを相対的に回転させる。
また、エンコーダーＥ１は、関節１７１に内蔵され、モーターＭ１の位置を検出する。エンコーダーＥ２は、関節１７２に内蔵され、モーターＭ２の位置を検出する。エンコーダーＥ３は、関節１７３に内蔵され、モーターＭ３の位置を検出する。エンコーダーＥ４は、関節１７４に内蔵され、モーターＭ４の位置を検出する。エンコーダーＥ５は、関節１７５に内蔵され、モーターＭ５の位置を検出する。エンコーダーＥ６は、関節１７６に内蔵され、モーターＭ６の位置を検出する。
エンコーダーＥ１～エンコーダーＥ６は、制御装置３と電気的に接続されており、モーターＭ１～モーターＭ６の位置情報、すなわち、回転量が制御装置３に電気信号として送信される。そして、この情報に基づいて、制御装置３は、モーターＭ１～モーターＭ６を、図示しないモータードライバーを介して駆動させる。すなわち、ロボットアーム１０を制御するということは、モーターＭ１～モーターＭ６を制御することである。
また、ロボットアーム１０の先端には、制御点ＣＰが設定されている。制御点ＣＰは、ロボットアーム１０の制御を行う際の基準となる点のことである。ロボットシステム１００では、ロボット座標系で制御点ＣＰの位置を把握し、制御点ＣＰが所望の位置に移動するようにロボットアーム１０を駆動する。
また、ロボット１では、ロボットアーム１０に、力を検出する力検出部１９が着脱自在に設置される。そして、ロボットアーム１０は、力検出部１９が設置された状態で駆動することができる。力検出部１９は、本実施形態では、６軸力覚センサーである。力検出部１９は、互いに直交する３個の検出軸上の力の大きさと、当該３個の検出軸まわりのトルクの大きさとを検出する。すなわち、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の力成分と、Ｘ軸回りとなるＴｘ方向の力成分と、Ｙ軸回りとなるＴｙ方向の力成分と、Ｚ軸回りとなるＴｚ方向の力成分とを検出する。なお、本実施形態では、Ｚ軸方向が鉛直方向となっている。また、各軸方向の力成分を「並進力成分」と言い、各軸回りの力成分を「回転力成分」と言うこともできる。また、力検出部１９は、６軸力覚センサーに限定されず、他の構成のものであってもよい。
本実施形態では、力検出部１９は、第６アーム１７に設置されている。なお、力検出部１９の設置箇所としては、第６アーム１７、すなわち、最も先端側に位置するアームに限定されず、例えば、他のアームや、隣り合うアーム同士の間や、基台１１の下方であってもよい。
力検出部１９には、エンドエフェクター２０を着脱可能に装着することができる。エンドエフェクター２０は、一対の爪が接近離間することにより物品を把持するハンドで構成されているが、本発明ではこれに限定されず、２本以上の爪を有していてもよい。また、吸着により物品を把持するハンドであってもよい。
また、ロボット座標系において、エンドエフェクター２０の先端の任意の位置、好ましくは各爪が接近した状態における先端にツールセンターポイントＴＣＰが設定されている。前述したように、ロボットシステム１００では、ロボット座標系で制御点ＣＰの位置を把握し、制御点ＣＰが所望の位置に移動するようにロボットアーム１０を駆動する。また、エンドエフェクター２０の種類、特に、長さを把握しておくことにより、ツールセンターポイントＴＣＰと制御点ＣＰとのオフセット量を把握することができる。このため、ツールセンターポイントＴＣＰの位置をロボット座標系で把握することができる。したがって、ツールセンターポイントＴＣＰを制御の基準とすることができる。
また、図１に示すように、ロボット１は、第１対象物であるワークＷ１を把持して、第２対象物であるワークＷ２に挿入し、嵌合する作業を行う。ここで、「嵌合」とは、狭義の嵌合のみならず、嵌入、係合等を含む広い概念で用いられる。したがって、ワークＷ１およびワークＷ２の構成によっては、「嵌合」を「嵌入」、「係合」等と読み換えることができる。なお、ワークＷ２を把持してワークＷ１をワークＷ２に挿入させる作業であってもよい。
ワークＷ１は、横断面形状が円形をなす棒状体である。なお、ワークＷ１は、横断面形状が三角形、四角形またはそれ以上の多角形であってもよく、星形等のものであってもよい。ワークＷ２は、ワークＷ１が挿入される挿入孔２００を有するブロック状をなしている。
次に、制御装置３および教示装置４について説明する。
制御装置３は、ロボット１から離間して配置されており、プロセッサーの１例であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が内蔵されたコンピューター等で構成することができる。この制御装置３は、ロボット１の基台１１に内蔵されていてもよい。
制御装置３は、中継ケーブル１８によりロボット１と通信可能に接続される。また、制御装置３は、教示装置４とケーブルで、または無線通信可能に接続される。教示装置４は、専用のコンピューターであってもよいし、ロボット１を教示するためのプログラムがインストールされた汎用のコンピューターであってもよい。例えばロボット１を教示するための専用装置であるティーチングペンダント等を教示装置４の代わりに用いても良い。さらに、制御装置３と教示装置４とは、別々の筐体を備えていてもよいし、一体に構成されていてもよい。
また、教示装置４には、制御装置３に後述する目標位置姿勢Ｓｔと目標力ｆＳｔとを引数とする実行プログラムを生成して制御装置３にロードするためのプログラムがインストールされていてもよい。教示装置４は、ディスプレイ、プロセッサー、ＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源が教示プログラムと協働して実行プログラムを生成する。
図２に示すように、制御装置３は、ロボット１の制御を行うための制御プログラムがインストールされたコンピューターである。制御装置３は、プロセッサーや図示しないＲＡＭやＲＯＭを備え、これらのハードウェア資源がプログラムと協働することによりロボット１を制御する。
また、図２に示すように、制御装置３は、目標位置設定部３Ａと、駆動制御部３Ｂと、記憶部３Ｃと、を有する。記憶部３Ｃは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性メモリー、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性メモリー、着脱式の外部記憶装置等で構成される。記憶部３Ｃには、本発明の力制御パラメーター調整方法を実行するためのプログラム等、ロボット１を作動させるための動作プログラムが記憶されている。
目標位置設定部３Ａは、ワークＷ１に対して所定の作業を実行するための目標位置姿勢Ｓｔおよび動作経路を設定する。目標位置設定部３Ａは、教示装置４から入力された教示情報等に基づいて、目標位置姿勢Ｓｔおよび動作経路を設定する。
駆動制御部３Ｂは、ロボットアーム１０の駆動を制御するものであり、位置制御部３０と、座標変換部３１と、座標変換部３２と、補正部３３と、力制御部３４と、指令統合部３５と、を有する。
位置制御部３０は、予め作成されたコマンドで指定される目標位置に従って、ロボット１のツールセンターポイントＴＣＰの位置を制御する位置指令信号、すなわち、位置指令値を生成する。
ここで、制御装置３は、ロボット１の動作を力制御等で制御することが可能である。「力制御」とは、力検出部１９の検出結果に基づいて、エンドエフェクター２０の位置、すなわち、ツールセンターポイントＴＣＰの位置や、第１アーム１２～第６アーム１７の姿勢を変更したりするロボット１の動作の制御のことである。
力制御には、例えば、フォーストリガー制御と、インピーダンス制御とが含まれている。フォーストリガー制御では、力検出部１９により力検出を行い、その力検出部１９により所定の力を検出するまで、ロボットアーム１０に移動や姿勢の変更の動作をさせる。
インピーダンス制御は、倣い制御を含む。まず、簡単に説明すると、インピーダンス制御では、ロボットアーム１０の先端部に加わる力を可能な限り所定の力に維持、すなわち、力検出部１９により検出される所定方向の力を可能な限り目標力ｆＳｔに維持するようにロボットアーム１０の動作を制御する。これにより、例えば、ロボットアーム１０に対してインピーダンス制御を行うと、ロボットアーム１０は、対象物や、オペレーターから加わった外力に対し、前記所定方向について倣う動作を行う。なお、目標力ｆＳｔには、０も含まれる。例えば、倣い動作の場合の設定の１つとしては、目標値を「０」とすることができる。なお、目標力ｆＳｔを０以外の数値とすることもできる。この目標力ｆＳｔは、作業者が適宜設定可能である。
記憶部３Ｃは、モーターＭ１～モーターＭ６の回転角度の組み合わせと、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置との対応関係を記憶している。また、制御装置３は、ロボット１が行う作業の工程ごとに目標位置姿勢Ｓｔと目標力ｆＳｔとの少なくとも一方をコマンドに基づいて記憶部３Ｃに記憶する。目標位置姿勢Ｓｔおよび目標力ｆＳｔを引数、すなわち、パラメーターとするコマンドは、ロボット１が行う作業の工程ごとに設定される。
駆動制御部３Ｂは、設定された目標位置姿勢Ｓｔと目標力ｆＳｔとがツールセンターポイントＴＣＰにて一致されるように、第１アーム１２～第６アーム１７を制御する。目標力ｆＳｔとは、第１アーム１２～第６アーム１７の動作によって達成されるべき力検出部１９の検出力およびトルクである。ここで、「Ｓ」の文字は、ロボット座標系を規定する軸の方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のいずれか１つの方向を表すこととする。また、Ｓは、Ｓ方向の位置も表すこととする。例えば、Ｓ＝Ｘの場合、ロボット座標系にて設定された目標位置のＸ方向成分がＳｔ＝Ｘｔとなり、目標力のＸ方向成分がｆＳｔ＝ｆＸｔとなる。
また、駆動制御部３Ｂでは、モーターＭ１～モーターＭ６の回転角度を取得すると、図２に示す座標変換部３１が、対応関係に基づいて、当該回転角度をロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ）に変換する。そして、座標変換部３２が、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓと、力検出部１９の検出値とに基づいて、力検出部１９に現実に作用している作用力ｆＳをロボット座標系において特定する。
作用力ｆＳの作用点は、ツールセンターポイントＴＣＰとは別に力検出原点として定義される。力検出原点は、力検出部１９が力を検出している点に対応する。なお、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓごとに、力検出部１９のセンサー座標系における検出軸の方向を規定した対応関係を記憶している。従って、制御装置３は、ロボット座標系におけるツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓと対応関係とに基づいて、ロボット座標系における作用力ｆＳを特定できる。また、ロボットに作用するトルクは、作用力ｆＳと、接触点から力検出部１９までの距離とから算出することができ、回転力成分として特定される。なお、ワークＷ１に対してエンドエフェクター２０が接触して作業を行う場合、接触点は、ツールセンターポイントＴＣＰとみなすことができる。
補正部３３は、作用力ｆＳに対して重力補償を行う。重力補償とは、作用力ｆＳから重力に起因する力やトルクの成分を除去することである。重力補償を行った作用力ｆＳは、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター２０に作用している重力以外の力と見なすことができる。
また、補正部３３は、作用力ｆＳに対して慣性補償を行う。慣性補償とは、作用力ｆＳから慣性力に起因する力やトルクの成分を除去することである。慣性補償を行った作用力ｆＳは、ロボットアーム１０またはエンドエフェクター２０に作用している慣性力以外の力と見なすことができる。
力制御部３４は、インピーダンス制御を行う。インピーダンス制御は、仮想の機械的インピーダンスをモーターＭ１～モーターＭ６によって実現する能動インピーダンス制御である。制御装置３は、このようなインピーダンス制御を、ワークの嵌合作業、螺合作業、研磨作業等、エンドエフェクター２０が対象物であるワークから力を受ける接触状態の工程や、直接教示を行う際に実行する。なお、このような工程以外であっても、例えば、人がロボット１に接触した際にインピーダンス制御を行うことにより、安全性を高めることができる。
インピーダンス制御では、目標力ｆＳｔを後述する運動方程式に代入してモーターＭ１～モーターＭ６の回転角度を導出する。制御装置３がモーターＭ１～モーターＭ６を制御する信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調された信号である。
また、制御装置３は、エンドエフェクター２０が外力を受けない非接触状態の工程では、目標位置姿勢Ｓｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御する。目標位置姿勢Ｓｔから線形演算で導出する回転角度でモーターＭ１～モーターＭ６を制御するモードのことを、位置制御モードと言う。
制御装置３は、目標力ｆＳｔと作用力ｆＳとをインピーダンス制御の運動方程式に代入することにより、力由来補正量ΔＳを特定する。力由来補正量ΔＳとは、ツールセンターポイントＴＣＰが機械的インピーダンスを受けた場合に、目標力ｆＳｔとの力偏差ΔｆＳ（ｔ）を解消するために、ツールセンターポイントＴＣＰが移動すべき位置姿勢Ｓの大きさを意味する。下記の式（１）は、インピーダンス制御の運動方程式である。
Figure 2022047657000002
式（１）の左辺は、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓの２階微分値に仮想質量係数ｍ（以下、「質量係数ｍ」と言う）を乗算した第１項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓの微分値に仮想粘性係数ｄ（以下、「粘性係数ｄ」と言う）を乗算した第２項と、ツールセンターポイントＴＣＰの位置姿勢Ｓに仮想弾性係数ｋ（以下、「弾性係数ｋ」と言う）を乗算した第３項とによって構成される。式（１）の右辺は、目標力ｆＳｔから現実の力ｆを減算した力偏差ΔｆＳ（ｔ）によって構成される。式（１）における微分とは、時間による微分を意味する。ロボット１が行う工程において、目標力ｆＳｔとして一定値が設定される場合もあるし、目標力ｆＳｔとして時間の関数が設定される場合もある。
質量係数ｍは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に有する質量を意味し、粘性係数ｄは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける粘性抵抗を意味し、弾性係数ｋは、ツールセンターポイントＴＣＰが仮想的に受ける弾性力のバネ定数を意味する。
質量係数ｍの値が大きくなるにつれて、動作の加速度が小さくなり、質量係数ｍの値が小さくなるにつれて動作の加速度が大きくなる。粘性係数ｄの値が大きくなるにつれて、動作の速度が遅くなり、粘性係数ｄの値が小さくなるにつれて動作の速度が速くなる。弾性係数ｋの値が大きくなるにつれて、バネ性が大きくなり、弾性係数ｋの値が小さくなるにつれて、バネ性が小さくなる。
本明細書では、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋの各々を力制御パラメーターと言う。これら質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、方向ごとに異なる値に設定されてもよいし、方向に関わらず共通の値に設定されてもよい。また、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋは、作業者が、作業前に適宜設定可能である。このことに関しては、後に詳述する。
このように、ロボットシステム１００では、力検出部１９の検出値、予め設定された力制御パラメーター、および、予め設定された目標力から補正量を求める。この補正量は、前述した力由来補正量ΔＳのことであり、外力を受けたその位置からツールセンターポイントＴＣＰを移動すべき位置との差のことである。
そして、指令統合部３５は、位置制御部３０が生成した位置指令値Ｐに、力由来補正量ΔＳを合算する。これを随時行うことにより、指令統合部３５は、外力を受けた位置に移動させるために用いていた位置指令値Ｐから、新たな位置指令値Ｐ’を求める。
そして、この新たな位置指令値Ｐ’を座標変換部３１がロボット座標に変換し、実行部３５１が実行することにより、力由来補正量ΔＳを加味した位置にツールセンターポイントＴＣＰを移動させて、外力が加わった衝撃を緩和し、ロボット１に接触した対象物に対し、それ以上負荷がかかるのを緩和することができる。
このような駆動制御部３Ｂによれば、ワークＷ１を把持した状態で、ツールセンターポイントＴＣＰを目標位置姿勢Ｓｔに向かって移動させつつ、かつ、目標力ｆＳｔが予め設定された値になるまでツールセンターポイントＴＣＰが移動するようにロボットアーム１０を駆動することができる。具体的には、ワークＷ１がワークＷ２の挿入孔２００に挿入され、予め設定された目標力ｆＳｔを検出するまで挿入作業を行い、挿入作業を完了することができる。また、挿入過程において、上記のような力制御を行うことにより、ワークＷ１およびワークＷ２に過剰に負荷がかかるのを防止または抑制することができる。
ここで、作業者は、作業の内容や、ワークＷ１およびワークＷ２の種類等に応じて、作業を行う前に、前述した力制御パラメーター、すなわち、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋを適切な値に設定する必要がある。これらを適切な値に設定することにより、作業中のロボットアーム１０のモードを作業に適したモードとすることができ、正確かつ迅速な作業を行うことができる。
しかしながら、作業内容だけでなく、ロボットアーム１０自身の特性や、周辺の環境等によって、適した力制御パラメーターは変わってくる。これらを考慮したうえで、適した力制御パラメーターを設定するのは困難である。そこで、本発明では、作業者が後述するような条件を入力して、ロボットアーム１０を試験的に駆動させて、ロボットアーム１０自身の剛性の情報や、周辺の剛性の情報である外部剛性の情報を取得し、取得した外部剛性の情報に基づいて力制御パラメーターを調整する。これにより、外部剛性を考慮した力制御パラメーターを設定することができる。
なお、外部剛性とは、ツールセンターポイントＴＣＰから見た外部全体の剛性のことを言う。すなわち、図３に示すように、外部剛性は、ロボットアーム１０自身の剛性、エンドエフェクター２０の剛性、ワークＷ１の剛性、ワークＷ２の剛性を加味して全体の剛性のことを言う。各要素の剛性は、ロボットアーム１０が受ける外力に相関している。さらに換言すれば、外部剛性は、ツールセンターポイントＴＣＰの移動量と、ロボットアーム１０が受ける外力、すなわち、力検出部１９が検出した検出値から求められた外力との関数により決定する。また、外部剛性は、単位が「Ｎ／ｍｍ」または「Ｎｍｍ／ｄｅｇ」で表される実数であり、後述する第２動作の種類に応じて単位が決定する。
このように、外部剛性を決定する要素は、ロボットアーム１０に属する要素の情報、ハンドであるエンドエフェクター２０の情報、第１対象物であるワークＷ１の情報および第２対象物であるワークＷ２の情報を含む。これにより、外部剛性の情報を正確に取得することができる。その結果、力制御パラメーターを正確に設定することができる。
なお、外部剛性には、上記に加え、ワークＷ２が載置される図示しない作業台の剛性や、ロボット１が設置される設置面の剛性等も含まれる。
また、本明細書における「取得」とは、情報を受け取り、制御装置３、教示装置４および通信可能な外部記憶装置のいずれかの記憶部に記憶することを言う。
以下、本発明の力制御パラメーター調整方法の一例について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。以下の各ステップＳ１０１～ステップＳ１１２は、本実施形態では、制御装置３および教示装置４が分担して行うが、本発明ではこれに限定されず、制御装置３および教示装置４のうちのいずれか実行する構成であってもよい。
ステップＳ１０１は、作業者が図４に示す入力画面４０を用いて入力を行い、その入力に基づいて教示装置４のプロセッサーが実行するステップである。まず、入力画面４０について説明する。入力画面４０は、教示装置４のディスプレイに表示され、作業者が操作することにより各種設定を行うことができる。なお、入力画面４０は、教示装置４以外のディスプレイに表示される構成であってもよい。
入力画面４０は、第１入力部４１と、第２入力部４２と、第３入力部４３と、第４入力部４４と、第５入力部４５と、を有する。第１入力部４１は、ワークＷ１の情報、特に、種類を入力するものである。第２入力部４２は、ワークＷ１を把持する方向を選択する。具体的には、第２入力部４２は、ワークＷ１をワークＷ２に挿入する挿入長を入力する。第３入力部４３は、ワークＷ２の情報、特に、材質を入力するものである。第４入力部４４は、作業開始時の初期位置から、ワークＷ１およびワークＷ２が接触するまでの距離を入力するものである。第５入力部４５は、ワークＷ１を挿入する際に、ワークＷ１の姿勢の変化の有無を入力するものである。
第１入力部４１～第５入力部４５は、例えば、マウス、キーボード等を用いて、カーソルを操作して選択、入力する構成であってもよく、タッチパネル式で作業者が所望の位置をタッチして選択、入力する構成であってもよい。
作業者が第１入力部４１～第５入力部４５を操作して上記設定を行うと、ステップＳ１０１において、各種設定情報を受け付ける。
次いで、ステップＳ１０２において、開始位置を決定する。すなわち、ワークＷ１およびワークＷ２が非接触の状態において、ロボットアーム１０が力制御を開始する位置を決定する。本ステップは、ステップＳ１０１において作業者が設定した情報に基づいて決定する。
なお、図６～図１１に示すように、ツールセンターポイントＴＣＰを、Ｚ軸方向に挿入する動作を例に挙げて説明する。
次いで、ステップＳ１０３において、挿入開始、すなわち、力制御を開始してワークＷ１をワークＷ２に接近させる（図６参照）。本ステップにおける力制御パラメーターは、予め設定された初期値である第１力制御パラメーターである。第１力制御パラメーターは、ステップＳ１０１において作業者が設定する構成であってもよく、記憶されている構成であってもよい。なお、ステップＳ１０５まで、ステップＳ１０８およびステップＳ１０９は、第１力制御パラメーターで力制御を実行する。
なお、本ステップでは、ワークＷ１をワークＷ２に挿入する作業を例に挙げて説明しているため、ワークＷ１がワークＷ２に接触するまでロボットアーム１０を駆動するが、本発明ではこれに限定されず、作業の内容によっては、エンドエフェクター２０がワークＷ２と接触するよう駆動する構成であってもよい。
次いで、ステップＳ１０４において、力検出部１９の検出結果に基づいて、ワークＷ１およびワークＷ２が接触したことを検知すると、ステップＳ１０５において、挿入途中でロボットアーム１０を停止させる（図７参照）。
このようなステップＳ１０３およびステップＳ１０４は、第１力制御パラメーターに基づいて、ロボットアーム１０に設置されるハンドであるエンドエフェクター２０、または、エンドエフェクター２０に保持された第１対象物であるワークＷ１を第２対象物であるワークＷ２に接触させる第１動作を実行する第１ステップである。
次いで、ステップＳ１０６において、ワークＷ１およびワークＷ２の接触状態で、第２動作を実行しつつ、ロボットアーム１０が受ける力を検出する。すなわち、以下のような第２動作を実行しつつ、力検出部１９の検出結果を取得する。
第２動作としては、図８～図１０に示すような動作が挙げられる。
図８に示すように、第２動作は、ワークＷ１がワークＷ２に挿入、抜出される方向と交わる方向、例えば、ＸＹ平面内でのＸ軸方向にワークＷ１を移動させるようにロボットアーム１０を駆動する動作を含む。これにより、ワークＷ１を挿入するときに軸ずれが生じた際にロボットアーム１０に加わる外力を検出することができる。
また、図９に示すように、第２動作は、ワークＷ１がワークＷ２に対して挿入、抜出される方向とは交わる方向、例えば、ＸＹ平面内でのＹ軸方向にワークＷ１を移動させるようにロボットアーム１０を駆動する動作を含む。これにより、ワークＷ１を挿入する際に軸ずれが生じた際にロボットアーム１０に加わる外力を検出することができる。なお、本実施形態では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿ってツールセンターポイントＴＣＰを移動させる方向にロボットアーム１０を駆動する場合について説明する。
また、図１０に示すように、第２動作は、ワークＷ１がワークＷ２に対して挿入、抜出される方向に沿った軸回り、すなわち、Ｚ軸回りにワークＷ１を回転させるようにロボットアーム１０を駆動する動作を含む。これにより、ワークＷ１を挿入する際にワークＷ１を回転させる動作を行った際にロボットアーム１０に加わる外力を検出することができる。
ステップＳ１０６では、上記のような第２動作を行いつつ、上述した動作ごとに力検出部１９の検出結果を記憶する。これにより、異なる動作ごとにロボットアーム１０が受ける外力を取得することができる。
なお、図示はしないが、本実施形態では、Ｘ軸回りおよびＹ軸回りにツールセンターポイントＴＣＰが回転する方向にロボットアーム１０を駆動させて外力を検出する。
このように本実施形態では、Ｘ軸に沿った方向、Ｙ軸に沿った方向、Ｘ軸回りに回転する方向、Ｙ軸回りに回転する方向、Ｚ軸回りに回転する方向の５方向に、ツールセンターポイントＴＣＰが移動するようロボットアーム１０を駆動させて外力を検出する。
また、上述した動作は、上記の順番に限定されない。また、第２動作では、図８～図１０に示す動作の全てを実行しなくてもよく、少なくとも１つを実行する構成であってもよい。また、上記とは異なる方向の動作を含んでいてもよい。例えば、Ｚ軸に沿った方向の動作を加えてもよい。
また、第２動作では、位置制御によりロボットアーム１０を駆動する。具体的には、ツールセンターポイントＴＣＰが、予め設定された所定の距離または所定角度を移動するようにロボットアーム１０を駆動する。
このように、第２動作は、ロボットアーム１０を位置制御で駆動することにより実行される。これにより、ロボットアーム１０が受ける外力を正確かつ確実に検出することができる。
また、第２動作は、第１対象物であるワークＷ１を第２対象物であるワークＷ２に挿入する挿入方向、前記挿入方向と交わる方向、前記挿入方向に沿った軸回りに回転する方向のうちの少なくとも１つの方向に制御点であるツールセンターポイントＴＣＰを移動させる動作である。これにより、実際の作業時にロボットアーム１０が受ける外力の大きさを正確に検出することができる。よって、後述するように、外部剛性を正確に把握することができる。
また、第２ステップでは、検出した外力が所定値になるまで、制御点であるツールセンターポイントＴＣＰの移動量を大きくしていく。すなわち、力検出部１９が検出した外力の上限値を設定し、上限値になるまでロボットアーム１０の第２動作を行う。このような構成により、ワークＷ１およびワークＷ２に負荷がかかりすぎるのを防止しつつ、ロボットアーム１０が受ける外力の大きさを正確に検出することができる。
次に、ステップＳ１０７において、ステップＳ１０６で得た外力の大きさの情報に基づいて、外部剛性の情報を取得する。本ステップでは、外力の情報と外部剛性との関係を示す検量線またはテーブルを用いて外部剛性の情報を取得する。このテーブルは、ツールセンターポイントの移動量と、力検出部１９の検出値との関数で表されるものである。この検量線またはテーブルは、制御装置３、教示装置４および外部記憶装置のうちのいずれかに記憶されており、予め実験的に得られたものである。
また、検量線またはテーブルは、外力の方向ごとに記憶されており、前述した第２動作の方向ごとに記憶されている。すなわち、本実施形態では、Ｘ軸に沿った方向、Ｙ軸に沿った方向、Ｘ軸回りに回転する方向、Ｙ軸回りに回転する方向、Ｚ軸回りに回転する方向の５方向ごとに検量線またはテーブルが記憶されている。
ステップＳ１０７を経て、第２動作の種類ごとに、５方向の外部剛性の情報を取得することができる。このようなステップＳ１０７は、取得した外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得する第３ステップである。
次いで、ステップＳ１０８において、力制御パラメーターを取得する。なお、ステップＳ１０８で取得される力制御パラメーターが第２力制御パラメーターである。本ステップでは、図１１に示すように、データベースに、５方向の外部剛性の情報と、力を検出したときのロボットアーム１０の位置および姿勢の情報と、作業方向と、を入力する。これにより、５方向ごとに力制御パラメーターが出力され、取得することができる。よって、動作する方向ごとに、力制御パラメーターを取得、設定することができる。なお、ロボットアーム１０の位置とは、ツールセンターポイントＴＣＰのロボット座標系における位置のことを言い、ロボットアーム１０の姿勢とは、各関節の角度情報のことを言う。なお、データベースは、制御装置３、教示装置４および外部記憶装置のうちのいずれかに記憶されている。
本実施形態では、データベースに入力する入力情報は、外部剛性の情報、ロボットアーム１０の位置および姿勢の情報および作業方向であるが、本発明ではこれに限定されず、外部剛性の情報およびロボットアーム１０の位置さえ入力すれば、力制御パラメーターを取得することができる。
また、並進方向の力制御パラメーターを同じにしてもよい。すなわち、Ｘ軸方向に動作する際の力制御パラメーターと、Ｙ軸方向に動作する際の力制御パラメーターと、Ｚ軸方向に動作する際の力制御パラメーターと、を同じに設定してもよい。
また、回転方向の力制御パラメーターを同じにしてもよい。すなわち、Ｘ軸回りに動作する際の力制御パラメーターと、Ｙ軸回りに動作する際の力制御パラメーターと、Ｚ軸回りに動作する際の力制御パラメーターと、を同じに設定してもよい。
このように、方向ごとに力制御パラメーターを同じにすることにより、力制御パラメーターを設定する際の処理を簡素化することができる。
また、質量係数ｍ、粘性係数ｄおよび弾性係数ｋを全て同じ数値に設定してもよい。この場合、力制御パラメーターを設定する際の処理をさらに簡素化することができる。
また、上記のパターンを組み合わせて設定してもよい。
次いで、ステップＳ１０９において、ワークＷ１をワークＷ２から抜出し、ステップＳ１１０において、ツールセンターポイントＴＣＰを開始位置に戻す。そして、ステップＳ１１１において、挿入完了位置を検出する。すなわち、第２動作を実行した際に、ツールセンターポイントＴＣＰがどこまで移動したかを検出、記憶する。そして、この検出値を、次回の第２動作の際の目標位置とする。これにより、２回目以降の第２動作を迅速かつ正確に行うことができる。
次いで、ステップＳ１１２において、力制御パラメーターを取得した回数が２回目であるか否かを判断する。２回目ではない、すなわち、１回目であると判断した場合、ステップＳ１０３に戻り、以降のステップを繰り返す。なお、２回目であると判断した場合、ステップＳ１１３に移行する。
ステップＳ１１３では、１回目に取得した力制御パラメーターと、２回目に取得した力制御パラメーターとを比較して、乖離が予め設定された所定範囲以内であるか否かを判断する。本ステップでは、第２動作の方向ごとに力制御パラメーターを１回目と２回目とで比較し、各力制御パラメーターの乖離が所定範囲以内であった場合、ステップＳ１１４では、ステップＳ１１３で比較した１回目または２回目のいずれかの力制御パラメーターを実際に作業を行う際の力制御パラメーターとして設定する。
なお、ステップＳ１１３において、乖離が予め設定された所定範囲から外れていた場合、すなわち、乖離が比較的大きかった場合、ステップＳ１０３に戻り、１回目の測定として、外部剛性を測定しなおす。
このように、力制御パラメーターを２回測定して、乖離が所定範囲内であった場合に力制御パラメーターを採用することにより、より正確に力制御パラメーターを設定することができる。
このようなステップＳ１１４は、取得した外部剛性の情報と、取得した外部剛性の情報に対応するツールセンターポイントＴＣＰの位置と、に基づいて取得された第２力制御パラメーターを力制御パラメーターとして設定する第４ステップである。
以上説明したように、本発明の力制御パラメーター調整方法は、力制御により駆動して、第１対象物であるワークＷ１を第２対象物であるワークＷ２に挿入する作業を行うロボットアーム１０を有するロボット１の力制御パラメーターを調整する力制御パラメーター調整方法である。また、本発明の力制御パラメーター調整方法は、第１力制御パラメーターに基づいて、ロボットアーム１０に設置されるハンドであるエンドエフェクター２０、または、エンドエフェクター２０に保持されたワークＷ１をワークＷ２に接触させる第１動作を実行する第１ステップと、エンドエフェクター２０またはワークＷ１をワークＷ２に接触させた状態で、第１動作とは異なる第２動作を実行し、ロボットアーム１０が受ける外力の情報を取得する第２ステップと、取得した外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得する第３ステップと、力制御パラメーターを第１力制御パラメーターから、取得した外部剛性の情報と、取得した外部剛性の情報に対応するツールセンターポイントＴＣＰの位置と、に基づいて取得される第２力制御パラメーターに変更する第４ステップと、を有する。これにより、外部剛性を考慮しつつ力制御パラメーターを容易かつ正確に設定することができる。
また、本発明の力制御パラメーター調整プログラムは、力制御により駆動して、第１対象物であるワークＷ１を第２対象物であるワークＷ２に挿入する作業を行うロボットアーム１０を有するロボット１の力制御パラメーターを調整する力制御パラメーター調整プログラムである。また、本発明の力制御パラメーター調整プログラムは、第１力制御パラメーターに基づいて、ロボットアーム１０に設置されるハンドであるエンドエフェクター２０、または、エンドエフェクター２０に保持されたワークＷ１をワークＷ２に接触させる第１動作を実行する第１ステップと、エンドエフェクター２０またはワークＷ１をワークＷ２に接触させた状態で、第１動作とは異なる第２動作を実行し、ロボットアーム１０が受ける外力の情報を取得する第２ステップと、取得した外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得する第３ステップと、取得した外部剛性の情報と、取得した外部剛性の情報に対応するツールセンターポイントＴＣＰの位置と、に基づいて取得される第２力制御パラメーターを力制御パラメーターとして設定する第４ステップと、を実行するためのものである。これにより、外部剛性を考慮しつつ力制御パラメーターを容易かつ正確に設定することができる。
なお、本発明の力制御パラメーター調整プログラムは、制御装置３や教示装置４の記憶部に記憶されたものであってもよいし、例えばＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体に格納されていてもよく、ネットワーク等を介して接続可能な記憶装置に記憶されたものであってもよい。
また、本発明のロボットシステム１００は、力制御により駆動して作業を行うロボットアーム１０を有するロボット１と、ロボットアーム１０に加わる力を検出する力検出部１９と、ロボット１の作動を制御する制御部である制御装置３または教示装置４と、を備える。また、制御装置３または教示装置４は、第１力制御パラメーターに基づいて、ロボットアーム１０に設置されるハンドであるエンドエフェクター２０、または、エンドエフェクター２０に保持されたワークＷ１をワークＷ２に接触させる第１動作を実行し、エンドエフェクター２０またはワークＷ１をワークＷ２に接触させた状態で、第１動作とは異なる第２動作を実行し、ロボットアーム１０が受ける外力の情報を取得し、取得した外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得し、取得した外部剛性の情報と、取得した外部剛性の情報に対応するツールセンターポイントＴＣＰの位置と、に基づいて取得される第２力制御パラメーターを力制御パラメーターとして設定するよう制御を行う。これにより、外部剛性を考慮しつつ力制御パラメーターを容易かつ正確に設定することができる。
また、力検出部１９は、ロボットアーム１０を力制御により駆動する際に用いられる。すなわち、力検出部１９は、第２動作を行いつつ外力を検出する力検出部と、力制御を行う際に外力を検出する力検出部と、を兼用している。これにより、装置構成を簡素にすることができるともに、制御を簡素にすることができる。
＜ロボットシステムの他の構成例＞
図１２は、ロボットシステムについてハードウェアを中心として説明するためのブロック図である。
図１２には、ロボット１とコントローラー６１とコンピューター６２が接続されたロボットシステム１００Ａの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コントローラー６１にあるプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよいし、コンピューター６２に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出してコントローラー６１を介して実行されてもよい。
従って、コントローラー６１とコンピューター６２とのいずれか一方または両方を「制御装置」として捉えることができる。
＜変形例１＞
図１３は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例１を示すブロック図である。
図１３には、ロボット１に直接コンピューター６３が接続されたロボットシステム１００Ｂの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コンピューター６３に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して直接実行される。
従って、コンピューター６３を「制御装置」として捉えることができる。
＜変形例２＞
図１４は、ロボットシステムのハードウェアを中心とした変形例２を示すブロック図である。
図１４には、コントローラー６１が内蔵されたロボット１とコンピューター６６が接続され、コンピューター６６がＬＡＮ等のネットワーク６５を介してクラウド６４に接続されているロボットシステム１００Ｃの全体構成が示されている。ロボット１の制御は、コンピューター６６に存在するプロセッサーによりメモリーにある指令を読み出して実行されてもよいし、クラウド６４上に存在するプロセッサーによりコンピューター６６を介してメモリーにある指令を読み出して実行されてもよい。
従って、コントローラー６１とコンピューター６６とクラウド６４とのいずれか１つ、または、いずれか２つ、または、３つを「制御装置」として捉えることができる。
以上、本発明の力制御パラメーター調整方法、ロボットシステムおよび力制御パラメーター調整プログラムを図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。また、ロボットシステムを構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。
１…ロボット、３…制御装置、３Ａ…目標位置設定部、３Ｂ…駆動制御部、３Ｃ…記憶部、４…教示装置、１０…ロボットアーム、１１…基台、１２…第１アーム、１３…第２アーム、１４…第３アーム、１５…第４アーム、１６…第５アーム、１７…第６アーム、１８…中継ケーブル、１９…力検出部、２０…エンドエフェクター、３０…位置制御部、３１…座標変換部、３２…座標変換部、３３…補正部、３４…力制御部、３５…指令統合部、４０…入力画面、４１…第１入力部、４２…第２入力部、４３…第３入力部、４４…第４入力部、４５…第５入力部、６１…コントローラー、６２…コンピューター、６３…コンピューター、６４…クラウド、６５…ネットワーク、６６…コンピューター、１００…ロボットシステム、１００Ａ…ロボットシステム、１００Ｂ…ロボットシステム、１００Ｃ…ロボットシステム、１７１…関節、１７２…関節、１７３…関節、１７４…関節、１７５…関節、１７６…関節、２００…挿入孔、３５１…実行部、ＣＰ…制御点、Ｅ１…エンコーダー、Ｅ２…エンコーダー、Ｅ３…エンコーダー、Ｅ４…エンコーダー、Ｅ５…エンコーダー、Ｅ６…エンコーダー、Ｍ１…モーター、Ｍ２…モーター、Ｍ３…モーター、Ｍ４…モーター、Ｍ５…モーター、Ｍ６…モーター、ＴＣＰ…ツールセンターポイント、Ｗ１…ワーク、Ｗ２…ワーク

Claims (9)

  1. 力制御により駆動して、第１対象物を第２対象物に挿入する作業を行うロボットアームを有するロボットの力制御パラメーターを調整する力制御パラメーター調整方法であって、
    第１力制御パラメーターに基づいて、前記ロボットアームに設置されるハンド、または、前記ハンドに保持された前記第１対象物を前記第２対象物に接触させる第１動作を実行する第１ステップと、
    前記ハンドまたは前記第１対象物を前記第２対象物に接触させた状態で、前記ロボットに前記第１動作とは異なる第２動作を実行し、前記ロボットアームが受ける外力の情報を取得する第２ステップと、
    取得した前記外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得する第３ステップと、
    前記力制御パラメーターを前記第１力制御パラメーターから、取得した前記外部剛性の情報と、取得した前記外部剛性の情報に対応する制御点の位置と、に基づいて取得される第２力制御パラメーターに変更する第４ステップと、を有することを特徴とする力制御パラメーター調整方法。
  2. 前記外部剛性を決定する要素は、前記ロボットアームに属する要素の情報、前記ハンドの情報、前記第１対象物の情報および前記第２対象物の情報を含む請求項１に記載の力制御パラメーター調整方法。
  3. 前記第２動作は、前記ロボットアームを位置制御で駆動することにより実行される請求項１または２に記載の力制御パラメーター調整方法。
  4. 前記第２動作は、前記第１対象物を前記第２対象物に挿入する挿入方向、前記挿入方向と交わる方向、前記挿入方向に沿った軸回りに回転する方向のうちの少なくとも１つの方向に前記制御点を移動させる動作である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の力制御パラメーター調整方法。
  5. 前記第２ステップでは、検出した前記外力が所定値になるまで、前記制御点の移動量を大きくしていく請求項１ないし４のいずれか１項に記載の力制御パラメーター調整方法。
  6. 前記第４ステップでは、さらに、前記ハンドの種類の情報、前記第１対象物の種類の情報に基づいて、前記力制御パラメーターを調整する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の力制御パラメーター調整方法。
  7. 力制御により駆動して作業を行うロボットアームを有するロボットと、前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、前記ロボットの作動を制御する制御部と、を備えるロボットシステムであって、
    前記制御部は、
    第１力制御パラメーターに基づいて、前記ロボットアームに設置されるハンド、または、前記ハンドに保持された第１対象物を第２対象物に接触させる第１動作を実行し、
    前記ハンドまたは前記第１対象物を前記第２対象物に接触させた状態で、前記ロボットに前記第１動作とは異なる第２動作を実行し、前記ロボットアームが受ける外力の情報を取得し、
    取得した前記外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得し、
    取得した前記外部剛性の情報と、取得した前記外部剛性の情報に対応する前記制御点の位置と、に基づいて取得される第２力制御パラメーターを前記力制御パラメーターとして設定するよう制御を行うことを特徴とするロボットシステム。
  8. 前記力検出部は、前記ロボットアームを力制御により駆動する際に用いられる請求項７に記載のロボットシステム。
  9. 力制御により駆動して、第１対象物を第２対象物に挿入する作業を行うロボットアームを有するロボットの力制御パラメーターを調整する力制御パラメーター調整方法を実行するための力制御パラメーター調整プログラムであって、
    第１力制御パラメーターに基づいて、前記ロボットアームに設置されるハンド、または、前記ハンドに保持された前記第１対象物を前記第２対象物に接触させる第１動作を実行する第１ステップと、
    前記ハンドまたは前記第１対象物を前記第２対象物に接触させた状態で、前記ロボットに前記第１動作とは異なる第２動作を実行し、前記ロボットアームが受ける外力の情報を取得する第２ステップと、
    取得した前記外力の情報に基づいて、外部剛性の情報を取得する第３ステップと、
    取得した前記外部剛性の情報と、取得した前記外部剛性の情報に対応する前記制御点の位置と、に基づいて取得される第２力制御パラメーターを前記力制御パラメーターとして設定する第４ステップと、を実行するためのものであることを特徴とする力制御パラメーター調整プログラム。
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