JP2023003592A - 力制御パラメーターの調整方法および力制御パラメーター調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】経験の少ないオペレーターであっても力制御の制御パラメーターの設定を可能にする。【解決手段】力制御において使用される力制御パラメーターが調整される。ロボットシステムは、ロボットと、ロボットに加えられる外力を測定できる力検出器と、フィードバック制御によりロボットに動作を行わせる制御部と、を備える。実作業を行わせるときに使用される１以上の第１種のサーボゲインに対応する１以上のサーボゲインであって、それぞれ対応する第１種のサーボゲインよりも高い値を有する第２種のサーボゲインと、力制御パラメーターの候補値と、を用いて、ロボットに動作を行わせ、外力の測定値である力測定値を得る。力測定値を使用して力制御パラメーターについて最適化処理を行い、力制御パラメーターの新たな候補値を得る。測定工程とパラメーター更新工程とを繰り返して、力制御パラメーターを決定するパラメーター決定工程と、を含む。【選択図】図６

Description

本開示は、力制御パラメーターの調整方法および力制御パラメーター調整装置に関する。

従来、ロボットの動作を規定するパラメーターを自動的に設定する技術が存在する。特許文献１の技術においては、動作調整装置は、外界センサーの検出結果と、外部から与えられる制約条件と、に応じて、ロボット制御装置で生成される動作指令値を調整する。動作指令値は、エンドエフェクターの各時刻における位置指令値や、速度指令値、または加速度指令値である。外界センサーは、力覚センサー、ビジョンセンサー、触覚センサー、またはタッチセンサーである。特許文献１においては、動作指令値ではなく、制御パラメーターを調整してもよい旨が記載されている。制御パラメーターは、力制御に関する力制御ゲイン、インピーダンスパラメーター、ビジュアルサーボ制御に関するゲイン、ビジュアルインピーダンスパラメーター、フィードバック制御に用いられるフィルターの設定パラメーターである。

国際公開ＷＯ２０１９／０９８０４４Ａ１

力制御においては、ロボットの動作速度と、発振のしやすさとが、トレードオフの関係にある。すなわち、ロボットの動作速度が高くなるように制御パラメーターを設定すると、発振が起こりやすくなる。一方、発振が起こりにくいように制御パラメーターを設定すると、ロボットの動作速度が低くなる。このため、力制御の制御パラメーターの設定は、ロボットの動作速度と発振のしやすさを力制御パラメーターの数値との関係において把握している熟練したオペレーターによって、行われている。経験の少ないオペレーターであっても力制御の制御パラメーターの設定が行える技術が求められていた。

本開示の一形態によれば、ロボットシステムの力制御において使用される力制御パラメーターの調整方法が提供される。前記ロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットに加えられる外力を測定できる力検出器と、フィードバック制御により前記ロボットに動作を行わせる制御部と、を備える。前記調整方法は、前記ロボットシステムに実作業を行わせるときに前記制御部において使用される１以上の第１種のサーボゲインに対応する１以上の第２種のサーボゲインであって、それぞれ対応する第１種のサーボゲインよりも高い値を有する第２種のサーボゲインと、前記力制御パラメーターの候補値と、を用いて、前記ロボットに動作を行わせ、前記外力の測定値である力測定値を得る測定工程と、前記力測定値を使用して前記力制御パラメーターについて最適化処理を行うことにより、前記力制御パラメーターの新たな候補値を得るパラメーター更新工程と、前記測定工程と前記パラメーター更新工程とを繰り返すことにより、前記ロボットシステムの前記力制御において使用される力制御パラメーターを決定するパラメーター決定工程と、を含む。

実施形態におけるロボットシステム１を示す斜視図である。 ロボット制御装置２００の機能を示すブロック図である。 制御プログラム２２４で使用される力制御パラメーター２２６を示す図である。 ロボット制御装置２００の制御実行部２５０の構成要素と、ロボット１００が備える構成の関係を示すブロック図である。 制御プログラムの作成手順を示すフローチャートである。 力制御パラメーターの調整方法を示すフローチャートである。 図６のステップＳ１４３，Ｓ１４４のパラメーター更新処理で使用される最適化アルゴリズムの入力と出力を表すブロック図である。 ステップＳ１５０における倣い動作の開始時の状態を示す説明図である。 ステップＳ１５０における倣い動作の途中の状態を示す説明図である。 ステップＳ１５０における倣い動作が終了される直前の状態を示す説明図である。 倣い動作における制御点ＣＰのｙ軸方向の位置偏差を表すグラフである。 倣い動作においてエンドエフェクター１４０が受ける検出力Ｆｄを表すグラフである。 図６の処理における作業時間と力測定値の推移を表す表である。

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

ロボット１００は、アーム１１０の先端にあるアームフランジ１２０に各種のエンドエフェクターを装着して使用される単腕ロボットである。

アーム１１０は６つの関節Ｊ１～Ｊ６を備える。関節Ｊ２、Ｊ３、Ｊ５は曲げ関節であり、関節Ｊ１、Ｊ４、Ｊ６はねじり関節である。各関節には、サーボモーター１５０と、位置センサー１６０とが設けられている。サーボモーター１５０は、各関節を駆動するための回転出力を生成する。位置センサー１６０は、サーボモーター１５０の出力軸の角度位置を検出する。なお、技術の理解を容易にするために、図１においては、サーボモーター１５０と位置センサー１６０とは、表示されていない。

関節Ｊ６の先端にあるアームフランジ１２０には、対象物に対して把持や加工等の作業を行うための各種のエンドエフェクターが装着される。本明細書において、ロボット１００によって取り扱われる対象物を「ワーク」とも呼ぶ。

アーム１１０の先端近傍の位置を、ツールセンターポイントとして設定可能である。以下、ツールセンターポイントを「ＴＣＰ」と呼ぶ。ＴＣＰは、エンドエフェクター１４０の位置の基準として使用される位置である。例えば、関節Ｊ６の回転軸上の所定位置を、ＴＣＰとして設定することができる。

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

力検出器１３０は、ロボット１００に設けられ、ロボット１００に加えられる外力を測定できる。力検出器１３０は、具体的には、６軸センサーである。力検出器１３０は、固有の座標系であるセンサー座標系において互いに直交するｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸と平行な力の大きさと、当該３個の軸まわりのトルクの大きさとを検出できる。

ロボット１００が設置された空間を規定する座標系を「ロボット座標系」と呼ぶ。ロボット座標系は、水平面上において互いに直交するｘ軸とｙ軸と、鉛直上向きを正方向とするｚ軸とによって規定される３次元の直交座標系である。図１において示されている座標系は、ロボット座標系である。ｘ軸周りの回転角をＲｘで表し、ｙ軸周りの回転角をＲｙで表し、ｚ軸周りの回転角をＲｚで表す。ｘ，ｙ，ｚ軸方向の位置により３次元空間における任意の位置を表現でき、ｘ，ｙ，ｚ軸方向の回転角により３次元空間における任意の姿勢を表現できる。本明細書において「位置」と表記した場合、位置と姿勢も意味し得る。また、本明細書において「力」と表記した場合、力とトルクも意味し得る。

ロボット１００の作業の対象の一つであるワークＷＫ２が、作業台５０の上に配置される。ワークＷＫ２の上面には、嵌合孔Ｈ２が形成されている。嵌合孔Ｈ２は、円形の断面を有し、ワークＷＫ２の上面の開口からｚ軸負方向に伸びており、底を有する穴である。

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

ロボット制御装置２００は、アーム１１０と、エンドエフェクター１４０と、を制御する。ロボット制御装置２００は、倣い動作をロボット１００に実行させることができる。倣い動作は、一般に、外力に追従する動作である。本実施形態における倣い動作は、より具体的には、エンドエフェクター１４０に保持されたワークＷＫ１の一部が、ワークＷＫ２に接触しつつ、ワークＷＫ２が備える嵌合孔Ｈ２に挿入される動作である。なお、倣い動作において、ワークＷＫ１がワークＷＫ２から離れる時間区間があってもよい。ロボット制御装置２００は、その倣い動作において、力検出器１３０による外力の測定値に基づいてロボット１００の力制御を行う。

さらに、ロボット制御装置２００は、教示者からの指示を受けて、制御プログラムを生成する。また、ロボット制御装置２００は、力制御において使用される力制御パラメーターの調整を行う。ロボット制御装置２００によって生成された制御プログラムおよび力制御パラメーター２２６は、ロボット制御装置２００のメモリーに格納される。

図２は、ロボット制御装置２００の機能を示すブロック図である。ロボット制御装置２００は、プロセッサー２１０とメモリー２２０とを備えている。メモリー２２０は、揮発性メモリーと不揮発性メモリーとを含む。プロセッサー２１０は、メモリー２２０に予め格納されたプログラムを実行することにより、各種の機能を実現する。

プロセッサー２１０は、機能部として、制御実行部２５０を有する。制御実行部２５０は、メモリー２２０に格納されている制御プログラム２２４に沿って、メモリー２２０に格納されているプログラム命令２２２を実行することにより、ロボット１００に動作を行わせる。制御実行部２５０は、位置センサー１６０、力検出器１３０などの出力に基づいて、フィードバック制御によりロボット１００に動作を行わせる。

プロセッサー２１０は、機能部として、パラメーター調整部２７０を有する。プロセッサー２１０は、メモリー２２０に予め格納された設定プログラム２２５を実行することにより、パラメーター調整部２７０としての機能を実現する。パラメーター調整部２７０は、制御プログラム２２４のパラメーターを決定する。パラメーター調整部２７０は、たとえば、ロボットシステム１の力制御において使用される力制御パラメーターを調整する。

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

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

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

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

力制御パラメーター２２６は、力制御の目標力が作用する点を原点とし、目標力の方向に１軸が向いている座標系、すなわち、力制御座標系を特定するための情報を、パラメーターとして含んでいる（図３の中段参照）。当該パラメーターは種々の定義が可能である。たとえば、力制御座標系を特定するためのパラメーターは、力制御座標系と他の座標系（ロボット座標系等）との関係を示すデータによって定義可能である。

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

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

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

図４は、ロボット制御装置２００の制御実行部２５０の構成要素と、ロボット１００が備えるサーボモーター１５０、位置センサー１６０および力検出器１３０と、の関係を示すブロック図である。制御実行部２５０は、ロボット１００の制御点ＣＰの位置、速度および電流について、フィードバック制御を行う。

制御実行部２５０は、その構成要素として、制御信号生成部２５１と、位置制御部２５２と、速度制御部２５３と、トルク制御部２５５と、サーボアンプ２５６と、力制御部２５９と、を備える。制御信号生成部２５１と、位置制御部２５２と、速度制御部２５３と、トルク制御部２５５と、力制御部２５９とは、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０によって実現される。

制御信号生成部２５１は、エンドエフェクター１４０が位置すべき目標位置Ｓｔを表す位置制御信号を生成し、位置制御部２５２に出力する。制御信号生成部２５１は、力制御を実施すべき指示をユーザーから受けている場合には、目標力ｆＳｔ、すなわち、エンドエフェクター１４０が発生させるべき力およびその力の方向、ならびにトルクおよびそのトルクの向きを表す力制御信号を生成し、力制御部２５９に出力する。

力制御部２５９は、目標力ｆＳｔ、すなわち、エンドエフェクター１４０が発生させるべき力およびその力の方向、ならびにトルクおよびそのトルクの向きを表す力制御信号を、制御信号生成部２５１から受信する。力制御部２５９は、エンドエフェクター１４０に作用しているｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸方向の力と、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸まわりのトルクとを、力検出器１３０から受信する。エンドエフェクター１４０に作用しているｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸方向の力と、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸まわりのトルクとを、図４において、まとめてｆＳと表記する。力制御部２５９は、ロボット１００の位置センサー１６０から、各サーボモーター１５０の回転位置を受信する。そして、力制御部２５９は、それらのパラメーターに基づいて、位置の補正量ΔＳを決定し、補正量ΔＳを表す信号を位置制御部２５２に出力する。

位置制御部２５２は、制御信号生成部２５１から、目標位置Ｓｔを表す位置制御信号を受信する。位置制御部２５２は、力制御部２５９から、位置の補正量ΔＳをあらわす信号を受信する。位置制御部２５２は、位置フィードバックとして、ロボット１００の位置センサー１６０から、各サーボモーター１５０の回転位置を受信する。位置制御部２５２は、それらの情報に基づいて、逆運動学の適切な解となる関節角度または関節変位を算出して、ロボット１００の各サーボモーター１５０の速度制御信号を生成し、速度制御部２５３に出力する。

速度制御信号には、位置センサー１６０から得られるサーボモーター１５０の回転位置と目標回転位置とのずれに係数Ｋｐを掛けた要素が含まれる。係数Ｋｐは、位置についてのフィードバックのサーボゲインである。サーボゲインＫｐは、あらかじめロボット制御装置２００のメモリー２２０に格納されている。図２において、サーボゲインをまとめてサーボゲイン２２７として示す（図２の下段参照）。

力制御を伴うフィードバック制御においては、位置についてのフィードバックのサーボゲインは、力制御を伴わないフィードバック制御におけるサーボゲインよりも、小さく設定される。速度についてのフィードバックのサーボゲイン、および電流についてのフィードバックのサーボゲインについても、同様である。本実施形態では、力制御を伴うフィードバック制御が行われることを前提として、以下の説明を行う。

位置制御部２５２は、力制御を実施すべき指示を制御信号生成部２５１から受けていない場合には、速度制御信号の生成に際して、力制御部２５９から受信した情報は考慮しない。

速度制御部２５３は、位置制御部２５２から速度制御信号を受信する。また、速度制御部２５３は、速度フィードバックとして、ロボット１００の位置センサー１６０からの情報に基づいて、各サーボモーター１５０の回転速度を取得する。速度制御部２５３は、その速度制御信号と、各サーボモーター１５０の回転速度と、に基づいて、トルク制御信号を生成し、トルク制御部２５５に出力する。

トルク制御信号には、サーボモーター１５０の回転速度と目標回転速度とのずれに係数Ｋｖを掛けた要素が含まれる。係数Ｋｖは、速度についてのフィードバックのサーボゲインである。サーボゲインＫｖは、あらかじめロボット制御装置２００のメモリー２２０に格納されている（図２の下段参照）。

トルク制御部２５５は、速度制御部２５３からトルク制御信号を受信する。また、トルク制御部２５５は、サーボアンプ２５６から、各サーボモーター１５０に供給する電流の電流量を表すフィードバック信号を受信する。トルク制御部２５５は、トルク制御信号と、各サーボモーター１５０の電流フィードバック信号と、に基づいて、各サーボモーター１５０に供給する電流量を決定し、サーボアンプ２５６を介して、各サーボモーター１５０を駆動する。具体的には、トルク制御部２５５は、そのトルク制御信号と、各サーボモーター１５０の電流フィードバック信号と、に基づいて、ロボット１００を駆動する駆動信号ＤＳを生成する。

駆動信号ＤＳには、サーボモーター１５０の回転加速度と目標回転加速度とのずれに係数Ｋａを掛けた要素が含まれる。係数Ｋａは、電流量についてのフィードバックのサーボゲインである。係数Ｋａは、加速度についてのフィードバックのサーボゲインでもある。

Ａ２．制御プログラムの作成とパラメーターの調整：
図５は、制御プログラムの作成手順を示すフローチャートである。本実施形態においては、図５の処理で作成される制御プログラムは、エンドエフェクター１４０に保持されたワークＷＫ１が、ワークＷＫ２に設けられた嵌合孔Ｈ２に挿入される倣い動作を実現するプログラムである。図５の処理は、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０によって実行される。

ステップＳ１１０においては、ロボット１００の制御プログラム２２４が実現する動作のフローが作成される。具体的には、ロボット制御装置２００が備える表示装置および入力装置を介して入力されるオペレーターの指示に従って、ロボット１００に実行させる動作と、それらの動作の順番が決定される。

ステップＳ１２０において、ステップＳ１１０で決定された動作フローが、制御プログラムに変換される。変換後の制御プログラムは、低級言語で記述されている。制御プログラムは、メモリー２２０に格納される（図２の２２４参照）。

ステップＳ１３０においては、制御プログラム２２４に従って、ロボット制御装置２００がロボット１００を制御し、ロボット１００に作業を実行させる。この作業は、製造ラインでロボット１００の動作を確認する確認作業として実行可能である。本実施形態においては、ステップＳ１３０において行われる動作として、ロボット１００に保持される対象物が他の部材に接触することによりロボット１００が受ける反力の大きさを制御しつつ、行われる動作が、想定されている。このような動作としては、たとえば、挿入動作や組み立て動作が挙げられる。

ステップＳ１４０においては、ロボットシステム１の力制御において使用される力制御パラメーターの調整が行われる。力制御パラメーターの調整については、後に詳細に説明する。

ステップＳ１５０においては、制御プログラム２２４に従って、ステップＳ１４０で調整された力制御パラメーターを用いて、ロボット制御装置２００がロボット１００を制御し、ロボット１００に作業を実行させる。この作業は、製造ラインで製品を製造するための本作業として実行可能である。本実施形態においては、ステップＳ１５０において行われる動作として、ロボット１００に保持される対象物が他の部材に接触することによりロボット１００が受ける反力の大きさを制御しつつ、行われる動作が、想定されている。このような動作としては、たとえば、挿入動作や組み立て動作が挙げられる。

図６は、図５のステップＳ１４０における力制御パラメーターの調整方法を示すフローチャートである。図６の処理により、ロボットシステム１の力制御において使用される力制御パラメーターが調整される。以下の説明では、技術の理解を容易にするため、目標力Ｆｔの各成分は、ロボット座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿って記述される。

ステップＳ１４１においては、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、図５のステップＳ１１０で決定された倣い動作の動作フローと、倣い動作の力制御パラメーターの初期候補値と、を用いて、ロボット１００に倣い動作を行わせる。倣い動作の力制御パラメーターの初期候補値は、特定の動作に応じて定められた値ではなく、様々な倣い動作に適用し得るように定められている。倣い動作の力制御パラメーターの初期候補値は、あらかじめロボット制御装置２００のメモリー２２０に格納されている。図２においては、倣い動作の力制御パラメーターの初期候補値と、ステップＳ１４０における調整後の力制御パラメーターとを、まとめて力制御パラメーター２２６として示す。

ステップＳ１４１における動作においては、プロセッサー２１０の制御実行部２５０は、図５のステップＳ１５０においてロボットシステム１に実作業を行わせるときに制御実行部２５０において使用されるサーボゲインとは異なるサーボゲインを使用して、ロボット１００に動作を行わせる。図５のステップＳ１５０と図６のステップＳ１４１とにおいて、異なる値が使用されるサーボゲインは、具体的には、位置についてのフィードバックのサーボゲインＫｐと、速度についてのフィードバックのサーボゲインＫｖである（図４の上段左部参照）。電流についてのフィードバックのサーボゲインＫａについては、図５のステップＳ１５０と図６のステップＳ１４１とにおいて、共通の値が使用される。

区別のために、図５のステップＳ１５０においてロボットシステム１に力制御を行いつつ実作業を行わせるときに制御実行部２５０において使用されるサーボゲインを、「第１種のサーボゲイン」と呼ぶ。図６のステップＳ１４１において力制御パラメーターの調整を行うときの動作において使用されるサーボゲインを、「第２種のサーボゲイン」と呼ぶ。

第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓは、図５のステップＳ１５０においてロボットシステム１に実作業を行わせるときに制御実行部２５０において使用される第１種のサーボゲインＫｐ，Ｋｖに、それぞれ対応するサーボゲインである。ただし、第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓは、それぞれ対応する第１種のサーボゲインＫｐ，Ｋｖよりも高い値を有する。すなわち、第２種のサーボゲインＫｐｓは、第１種のサーボゲインＫｐよりも高い値を有する。第２種のサーボゲインＫｖｓは、第１種のサーボゲインＫｖよりも高い値を有する。その結果、ステップＳ１４１における動作においては、ロボットシステム１に実作業を行わせるときの動作よりも、応答性が高く、発振が起こりやすい。第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓは、あらかじめロボット制御装置２００のメモリー２２０に格納されている（図２の下段参照）。

図６のステップＳ１４２においては、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、ステップＳ１４１の倣い動作における外力の測定値を取得する。外力の測定値を、「力測定値」と呼ぶ。また、ステップＳ１４２においては、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、ステップＳ１４１の倣い動作に要した時間を計測する。倣い動作に要する時間を、「動作時間」と呼ぶ。ステップＳ１４２の処理は、実質的にステップＳ１４１の処理と並行して行われる。ステップＳ１４１とステップＳ１４２の処理を、まとめて「測定処理」とも呼ぶ。ステップＳ１４１とステップＳ１４２の工程を、まとめて「測定工程」とも呼ぶ。ステップＳ１４１とステップＳ１４２の処理を実行するプロセッサー２１０の機能部を、「測定部２７２」として図２に示す。

図６のステップＳ１４１のロボット１００による倣い動作は、７回実行される。ステップＳ１４２において、７回行われた倣い動作の外力の測定値の最大値が、力測定値として採用される。７回行われた倣い動作のそれぞれに要した時間の平均値が、動作時間として採用される。最大値としての力測定値、および平均値としての動作時間が得られた後、処理はステップＳ１４３に進む。

ステップＳ１４３においては、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、は、力測定値および動作時間を最適化アルゴリズムに入力する。最適化アルゴリズムは、力測定値および動作時間を使用して力制御パラメーターについて最適化処理を行うことにより、力制御パラメーターの新たな候補値を出力する（図３参照）。最適化アルゴリズムによる処理については、後に説明する。

図６のステップＳ１４４においては、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、最適化アルゴリズムから出力された力制御パラメーターの新たな候補値を取得する。ステップＳ１４３とステップＳ１４４の処理を、まとめて「パラメーター更新処理」とも呼ぶ。ステップＳ１４３とステップＳ１４４の工程を、まとめて「パラメーター更新工程」とも呼ぶ。ステップＳ１４３とステップＳ１４４の処理を実行するプロセッサー２１０の機能部を、「パラメーター更新部２７４」として図２に示す。

図６のステップＳ１４５においては、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、ステップＳ１１０で決定された倣い動作の動作フローと、ステップＳ１４４で取得された力制御パラメーターの新たな候補値と、を用いて、ロボット１００に倣い動作を行わせる。ステップＳ１４５における動作においても、プロセッサー２１０の制御実行部２５０は、第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓを使用して、ロボット１００に動作を行わせる。電流についてのフィードバックのサーボゲインＫａについては、図５のステップＳ１５０と図６のステップＳ１４６とにおいて、共通の値が使用される。ステップＳ１４５の処理は、力制御パラメーターの候補値が異なる点を除いて、ステップＳ１４１の処理と同じである。

ステップＳ１４６においては、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、ステップＳ１４５の倣い動作の力測定値を取得する。また、ステップＳ１４６においては、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、ステップＳ１４５の倣い動作の動作時間を計測する。ステップＳ１４６の処理は、実質的にステップＳ１４５の処理と並行して行われる。ステップＳ１４６の処理は、ステップＳ１４２の処理と同じである。ステップＳ１４５とステップＳ１４６の処理を、まとめて「測定処理」とも呼ぶ。ステップＳ１４５とステップＳ１４６の工程を、まとめて「測定工程」とも呼ぶ。ステップＳ１４５とステップＳ１４６の処理を実行するプロセッサー２１０の機能部は、測定部２７２である（図２参照）。

ステップＳ１４５のロボット１００による倣い動作も、７回実行される。ステップＳ１４６において、７回行われた倣い動作の外力の測定値の最大値が、力測定値として採用される。７回行われた倣い動作のそれぞれに要した時間の平均値が、動作時間として採用される。最大値としての力測定値、および平均値としての動作時間が得られた後、処理はステップＳ１４７に進む。

ステップＳ１４７においては、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、力制御パラメーターの各候補値の評価値が終了条件を満たすか否かを判定する。評価値が終了条件を満たすと判定された場合には、図６の処理は終了する。評価値が終了条件を満たさないと判定された場合には、処理はステップＳ１４３に戻る。

ステップＳ１４７において、力制御パラメーターの各候補値の評価値Ｅvalは、以下の式（１）で計算される。式（１）の第２項、第３項は、いわゆるペナルティ項である。
Ｅval＝α×ＯＴ
＋ β×［if （Ｆmax＞Ｆlimit），then 100］
＋ γ×［if （Ｔmax＞Ｆlimit），then 100］ ・・・ （１）
ＯＴ：倣い動作の動作時間。
Ｆmax：倣い動作中に検出される検出力Ｆｄの最大値の大きさ。
なお、検出力Ｆｄは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各成分の合成力である。
Ｆlimit：検出力Ｆｄの最大値の大きさの許容値。
Ｔmax：倣い動作中に検出される検出トルクＴｄの最大値の大きさ。
なお、検出トルクＴｄは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸についての各成分の合成トルクである。
Ｔlimit：検出トルクＴｄの最大値の大きさの許容値。
α，β，γ：重み係数。

ステップＳ１４７における終了条件は、以下の二つの条件が満たされることである。
（ｃ１）最新の評価値がβ×１００およびβ×１００のいずれよりも小さいこと。
（ｃ２）前世代との作業時間の平均値の差分の絶対値の大きさが、閾値Ｄｔｈ以下である、という条件が、Ｎ世代（Ｎは２以上の整数）連続して満たされること。

条件（ｃ１）が満たされることは、検出力Ｆｄの最大値Ｆmaxが許容値Ｆlimitを超えず、かつ、検出トルクＴｄの最大値Ｔmaxが許容値Ｔlimitを超えないことを表す。このような条件が課されるのは、検出力Ｆｄの最大値Ｆmaxをできるだけ小さくすることが求められておらず、検出トルクＴｄの最大値Ｔmaxをできるだけ小さくすることが求められていない場合である。

条件（ｃ２）が満たされることは、それ以上、ステップＳ１４３～Ｓ１４７の処理を繰り返しても、評価値が改善される可能性が低いことを表す。

ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、ステップＳ１４３～Ｓ１４６の処理を繰り返することにより、ロボットシステム１の力制御において使用される力制御パラメーターを決定する。ステップＳ１４３～Ｓ１４７の処理を、まとめて「パラメーター決定処理」とも呼ぶ。ステップＳ１４３～Ｓ１４７の工程を、まとめて「パラメーター決定工程」とも呼ぶ。ステップＳ１４３～ステップＳ１４７の処理を実行するプロセッサー２１０の機能部を、「パラメーター決定部２７６」として図２に示す。決定された力制御パラメーターは、ロボット制御装置２００のメモリー２２０に格納される（図２の２２６参照）。

本実施形態においては、図５のステップＳ１４０における力制御パラメーターの調整において、ステップＳ１５０の実作業における第１種のサーボゲインＫｐ，Ｋｖよりも発振が起こりやすい第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓでロボット１００の動作が行われる（図６のＳ１４１，Ｓ１４５参照）。そして、得られた力測定値に基づいて、力制御パラメーターが調整される（図６のＳ１４４参照）。このため、第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓの設定によって、実作業における発振のしにくさをあらかじめ確保することができる。すなわち、力制御パラメーターの調整に使用される第２種のサーボゲインＫｐｓを、第１種のサーボゲインＫｐに対してより大きく設定することにより、調整後の力制御パラメーターによる実作業において、より発振が生じにくくできる。同様に、第２種のサーボゲインＫｖｓを、第１種のサーボゲインＫｖに対してより大きく設定することにより、調整後の力制御パラメーターによる実作業において、より発振が生じにくくできる。よって、経験が少なく、動作速度と発振のしやすさを力制御パラメーターの数値との関係において把握していないオペレーターであっても、発振が起こりにくい力制御パラメーターを、適切に設定できる。

図７は、図６のステップＳ１４３，Ｓ１４４のパラメーター更新処理で使用される最適化アルゴリズムの入力と出力を表すブロック図である。本実施形態で使用される最適化アルゴリズムは、力測定値と動作時間を入力とし、力制御パラメーターの候補値を出力とするアルゴリズムである。本実施形態で使用される最適化アルゴリズムは、具体的には、共分散行列適応進化戦略（ＣＭＡ－ＥＳ：Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy）である。

最適化アルゴリズムは、動作時間ＯＴと、力測定値である検出力Ｆｄおよび検出トルクＴｄを入力される（図７の左部参照）。最適化アルゴリズムは、力制御パラメーターの候補値を出力する（図７の右部参照）。最適化アルゴリズムは、上記の式（１）で定められる評価値Ｅvalが小さくなるように最適化処理を行う。

このような構成とすることにより、図６のステップＳ１４３，Ｓ１４４のパラメーター更新処理において、力測定値と動作時間を考慮した最適化処理によって、力制御パラメーターの新たな候補値を得ることができる。このため、図６の処理で決定された力制御パラメーターで力制御を行うことにより、倣い動作においてロボット１００が受ける外力と、倣い動作の動作時間ＯＴと、についての評価の高い動きで、ロボット１００に適切にワークＷＫ１を嵌合孔Ｈ２に挿入させることができる。

最適化アルゴリズムが出力する力制御パラメーターの候補値は、倣い動作における目標力Ｆｔと、インピーダンスパラメーターと、を含む（図７の上段右部、および図３の下段参照）。目標力Ｆｔは、ｘ軸方向の力成分Ｆｘｔ、ｙ軸方向の力成分Ｆｙｔ、ｚ軸方向の力成分Ｆｚｔ、ならびにｘ軸を中心とするトルク成分Ｔｘｔ、ｙ軸を中心とするトルク成分Ｔｙｔ、ｚ軸方向を中心とするトルク成分Ｔｚｔで表される。インピーダンスパラメーターは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸ごとの仮想質量係数ｍ、仮想粘性係数ｄ、および仮想弾性係数ｋを含む。

最適化アルゴリズムは、力制御の有効または無効を指定するフラグＦｌｇと、倣い動作の開始時におけるエンドエフェクター１４０の位置ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ，Ｒｘｓ，Ｒｙｓ，Ｒｚｓと、倣い動作の開始時と終了時の間の定められた時刻におけるエンドエフェクター１４０の位置ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ，またはＲｘｐ，Ｒｙｐ，Ｒｚｐと、を出力する（図７の下段右部参照）。なお、本実施形態でエンドエフェクター１４０の位置とは、エンドエフェクター１４０の先端近傍に設定されるＴＣＰの位置のことである。

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

たとえば、力制御を行わなくても、ロボット１００のハードウェア構成のたわみによって、適切にワークＷＫ１が嵌合孔Ｈ２に挿入されることができる場合がある。力制御の位置に関する３軸、回転に関する３軸のそれぞれについて有効または無効を指定するフラグＦｌｇを最適化処理の対象に含めることにより、そのような場合に、力制御を行わないようにすることができる。

なお、最適化アルゴリズムは、図７に示したパラメーター以外に、力制御パラメーターである加減速特性、および力制御座標系をも出力することができる（図４参照）。

Ａ３．倣い動作の例：
以下で、倣い動作の例を説明する。以下で説明される作業は、スナッピング作業である。倣い動作は、ロボット制御装置２００が実行する力制御によって実現される。

図８は、ステップＳ１５０における倣い動作の開始時の状態を示す説明図である。ここでは、技術の理解を容易にするため、センサー座標系ではなく、ロボット座標系に沿って技術内容を説明する。倣い動作における挿入の方向は、ロボット座標系におけるｚ軸負方向である（図１のＨ２参照）。なお、図８～図１０は、ワークＷＫ１，ＷＫ２、エンドエフェクター１４０、および力検出器１３０の形状を正確に表すものではない。

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

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

図８の状態においては、ワークＷＫ１に重力Ｆｇが作用している。図８の状態において、ロボット１００は、ワークＷＫ１に作用する重力Ｆｇに抗してワークＷＫ１の位置および姿勢を維持するように、力制御を行っている。このときのワークＷＫ１の位置および姿勢は、挿入方向であるｚ軸方向に投影した場合にワークＷＫ１の占める領域が、ワークＷＫ２の嵌合孔Ｈ２の占める領域内に含まれる位置および姿勢である。

図９は、ステップＳ１５０における倣い動作の途中の状態を示す説明図である。図９の状態において、ワークＷＫ１のｙ軸負方向の先端は、スナッピング機構ＳＮの爪に接している。ワークＷＫ１のｙ軸正方向の面は、嵌合孔Ｈ２の内面に接している。

この状態において、ワークＷＫ１は、スナッピング機構ＳＮの爪をｙ軸負方向に押圧し、スナッピング機構ＳＮの爪からｙ軸正方向の抗力を受ける。ワークＷＫ１は、嵌合孔Ｈ２の内面をｚ軸負方向に押圧し、嵌合孔Ｈ２の内面からｙ軸正方向の垂直抗力Ｆｎ２を受ける。さらに、ロボット１００の倣い動作によってｚ軸負方向に動かされているワークＷＫ１は、嵌合孔Ｈ２の内面との接触面から、ｚ軸正方向の摩擦力を受ける。図９において、ワークＷＫ１がワークＷＫ２から受けるｚ軸方向の力を、まとめてＦｆ２として示す。

図１０は、ステップＳ１５０における倣い動作が終了される直前の状態を示す説明図である。図１０の状態において、ワークＷＫ１のｙ軸負方向の先端は、閾値平面ＳＣに達している（図１０のＣＰ参照）。ＴＣＰが閾値平面ＳＣに達したことを検知すると、ロボット制御装置２００は、倣い動作を終了する。

図１０において、ワークＷＫ１が、スナッピング機構ＳＮの爪を含むワークＷＫ２から受けるｚ軸方向の力を、まとめてワークＷＫ１の上部にＦｆ４として示す。図１０において、ワークＷＫ１が、嵌合孔Ｈ２の内面から受けるｚ軸正方向の垂直抗力をＦｎ４として示す。

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

図１１は、倣い動作における制御点ＣＰのｙ軸方向の位置偏差を表すグラフである。横軸は、時間である。ロボット制御装置２００は、倣い動作において、各軸について、時系列的に目標位置を設定されている。図１１のグラフは、倣い動作における制御点ＣＰのｙ軸方向の位置の目標位置からのずれを表す。図８～図１０で示した倣い動作において、制御点ＣＰのｙ軸方向の位置偏差は、図１１に示すように変化する。位置偏差は、ワークＷＫ１の先端面にある制御点ＣＰがスナッピング機構ＳＮの爪の頂点の位置を通過した直後に最大となる（図９参照）。

図１２は、倣い動作においてエンドエフェクター１４０が受ける検出力Ｆｄを表すグラフである。横軸は、時間である。ロボット制御装置２００は、倣い動作において、各軸について、時系列的に目標力を設定されている。図８～図１０で示した倣い動作において、エンドエフェクター１４０が各軸方向に実際に受ける力の合成力である検出力Ｆｄは、図１２に示すように変化する。検出力Ｆｄは、動作開始後、徐々に増大している。挿入が進むにつれて、嵌合孔Ｈ２の内面との接触面からワークＷＫ１が受ける、ｚ軸正方向の摩擦力が増大するためである。検出力Ｆｄは、ワークＷＫ１の先端面にある制御点ＣＰがスナッピング機構ＳＮの爪の頂点の直前の位置にあるときに最大となる（図９参照）。

図１３は、図６の処理における作業時間と力測定値の推移を表す表である。作業時間と力測定値は、図６のステップＳ１４２，Ｓ１４６の処理において、繰り返し取得される。ステップＳ１４２において取得される作業時間と力測定値は、力制御パラメーターの初期候補値にしたがって実行された動作の、作業時間と力測定値である。ステップＳ１４６において取得される作業時間と力測定値は、直前に実施されたステップＳ１４４において取得された力制御パラメーターの候補値にしたがって実行された動作の、作業時間と力測定値である。

図１３の例では、上記式（１）において、α＝β＝γ＝１、Ｆlimit＝２３．０、Ｔlimit＝１０００としている。また、図６のステップＳ１４７の終了条件のうちの（ｃ２）において、Ｄｔｈ＝０．５、Ｎ＝４としている。

図１３の表の左端の列において、図６のステップＳ１４２，Ｓ１４６の処理の繰り返しの回数を、「世代」として示す。「世代」は、ステップＳ１４４において取得された力制御パラメーターの候補値の世代を意味する。

図１３の表の左端から２番目の列において、集団数を示す。「集団数」は、図６のステップＳ１４１，Ｓ１４５において実行される動作の回数である。前述のように、ステップＳ１４１，Ｓ１４５において、ロボット１００による倣い動作は、７回実行される。このため、集団数は、各世代において７である。

図１３の表の左端から３～５番目の列において、図６のステップＳ１４２，Ｓ１４６で取得された７回の動作の作業時間の平均値、最大値、最小値が示される。

図１３の表の左端から６番目の列において、図６のステップＳ１４２，Ｓ１４６で取得された７回の動作の作業時間の平均値の前の世代の値からの差分が示される。図１３より、第８世代までは、差分の値が負あり、作業時間の平均値が改善されていることが分かる。

図１３の表の左端から７番目の列において、図６のステップＳ１４２，Ｓ１４６で取得された７回の動作において観測された力の最大値が示される。図１３の表の左端から８番目の列において、ステップＳ１４２，Ｓ１４６で取得された７回の動作において観測されたトルクの最大値が示される。

図１３の表の左端から９番目の列において、各世代の力制御パラメーターの候補値の評価値Ｅvalが示される（上記式（１）参照）。

前述のように、図６のステップＳ１４７においては、力制御パラメーターの各候補値の評価値が終了条件を満たすか否かが判定される。図１３の例において、終了条件は、具体的には、以下の二つの条件が満たされることである。
（ｃ１ｅ）最新の評価値が１００よりも小さいこと。
（ｃ２ｅ）前世代との作業時間の平均値の差分の絶対値の大きさが、０．５以下である、という条件が、４世代連続して満たされること。

図１３の例においては、第１４世代において上記終了条件（ｃ１）および（ｃ２）が満たされたため、力制御パラメーターの調整が終了されている（図１３の下段右部参照）。

本実施形態においては、図５のステップＳ１４０における力制御パラメーターの調整において、ステップＳ１５０の実作業における第１種のサーボゲインＫｐ，Ｋｖよりも発振が起こりやすい第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓでロボット１００の動作が行われる。そして、得られた力測定値に基づいて、力制御パラメーターが調整される。このため、第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓの設定によって、実作業における発振のしにくさをあらかじめ確保することができる。よって、経験の少ないオペレーターであっても、発振が起こりにくい力制御パラメーターを、適切に設定できる。

最適化処理を使用する力制御パラメーターの調整においては、集団数および世代数が増えると、少なくともある程度までは評価値が改善する（図６のＳ１４３～Ｓ１４７、ならびに図１３参照）。一方で、力制御パラメーターのための集団数および力制御パラメーターのために繰り返される世代数が増えると、力制御パラメーターの調整において使用されているワークや動作に力制御パラメーターが過剰適合してしまう。たとえば、力制御パラメーターの調整に使用できるワークの数が少なくなるほど、使用されるワークへの力制御パラメーターの過剰適合が生じやすい。その結果、実際の作業において動作速度が速くかつ発振しにくい力制御パラメーターが決定されなくなるおそれがある。

本実施形態においては、第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓの設定によって、実作業における発振のしにくさをあらかじめ確保することができる。よって、過剰適合が生じない程度の終了条件を設定しても、発振が起こりにくい力制御パラメーターを、適切に設定できる（図６のＳ１４７参照）。

本実施形態におけるロボット制御装置２００を「調整装置」とも呼ぶ。制御実行部２５０を「制御部」とも呼ぶ。

Ｂ．第２実施形態：
第１実施形態においては、図６のステップＳ１４１，Ｓ１４５の動作においては、第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓとして一定の値が使用される（図４の上段左部参照）。しかし、第２実施形態においては、パラメーター決定処理において実行される複数の測定処理は、同一のフィードバックに使用される第２種のサーボゲインであって互いに異なる値を有する第２種のサーボゲインを使用して行われる。すなわち、ステップＳ１４３～Ｓ１４７のパラメーター決定処理において、複数の測定処理は、位置のフィードバックに使用される第２種のサーボゲインＫｐｓであって互いに異なる値を有する第２種のサーボゲインＫｐｓを使用して行われる（図６のＳ１４５参照）。同様に、パラメーター決定処理において、複数の測定処理は、速度のフィードバックに使用される第２種のサーボゲインＫｖｓであって互いに異なる値を有する第２種のサーボゲインＫｖｓを使用して行われる（図６のＳ１４５参照）。以下では、図６のステップＳ１４５の動作について説明する。ステップＳ１４１の動作も同様に行われる。

第２実施形態の図６のステップＳ１４５においては、ロボット制御装置２００のプロセッサー２１０は、７回の動作のそれぞれに先立って、第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓにそれぞれ正の係数Ｃｐｓ，Ｃｖｓを掛けて、第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓを補正する。係数Ｃｐｓ，Ｃｖｓは、平均が１であり標準偏差が０．１である正規分布の確率密度分布を有する乱数である。その結果、第２実施形態の図６のステップＳ１４５においては、７回の動作は、異なる値を有するサーボゲインＫｐｓを使用して行われる。また、７回の動作は、異なる値を有するサーボゲインＫｖｓを使用して行われる。７回の動作は、いずれも同一の制御プログラム２２４にしたがって行われるにもかかわらず、互いに微妙に異なる。７回の動作のそれぞれに先立って、第２種のサーボゲインＫｐｓ，Ｋｖｓを補正する処理を、図７において、「サーボゲインの決定」として、破線で囲って示す。

最適化処理を使用する力制御パラメーターの調整においては、集団数および世代数が増えると、少なくともある程度までは評価値が改善する（図６のＳ１４３～Ｓ１４７、ならびに図１３参照）。一方で、力制御パラメーターのための集団数および力制御パラメーターのために繰り返される世代数が増えると、力制御パラメーターの調整において使用されているワークや動作に力制御パラメーターが過剰適合してしまう。たとえば、力制御パラメーターの調整に使用できるワークの数が少なくなるほど、ワークへの力制御パラメーターの過剰適合が生じやすい。その結果、実際の作業において、寸法誤差を含むワークＷＫ１，ＷＫ２や、誤差を含むワークＷＫ１，ＷＫ２の位置に起因して、ロボット１００が好適に動作できなくなるおそれがある。

しかし、本実施形態においては、上記の処理を行うことにより、ワークＷＫ１，ＷＫ２の寸法誤差や、ワークＷＫ１，ＷＫ２が置かれる位置の誤差など、さまざまな外的要因についてばらつきを含む実作業の環境下においても、発振が起こりにくくロボット１００を好適に動作させられる力制御パラメーターを、図６の処理において設定できる（図５のＳ１５０参照）。

Ｃ．他の実施形態：
Ｃ１．他の実施形態１：
（１）上記実施形態においては、ロボット１００は６つの関節Ｊ１～Ｊ６を備える垂直多関節型の６軸ロボットである（図１参照）。しかし、本開示の技術の適用対象は、水平多関節型や直交座標型など、他の関節機構を有するロボットであってもよい。

（２）上記実施形態においては、力検出器１３０は、アーム１１０の先端にあるアームフランジ１２０に設けられている（図１参照）。しかし、力検出器は、ロボットアームにおいて最も先端側に位置する関節以外の関節や、ロボットアームの基部など、他の部位に設けられていてもよい。

（３）上記実施形態においては、力検出器１３０は、固有の座標系であるセンサー座標系において互いに直交するｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の３個の検出軸と平行な力の大きさと、当該３個の検出軸まわりのトルクの大きさとを検出できる（図１参照）。しかし、力検出器は、力を制御する方向のみの力や、その方向の軸まわりのトルクのみを検出するものであってもよい。また、力検出器は、直接、力やトルクを検出するのではなく、たとえば、サーボモーターの電流の測定値に基づいて、ロボットの関節のトルクを検出する態様とすることもできる。すなわち、力検出器は、制御点を制御する方向の力やトルクを検出できるものであればよい。

（４）上記実施形態においては、エンドエフェクター１４０は、対象物を保持できるグリッパーである（図１参照）。しかし、エンドエフェクターは、穴開けを行うドリルや、ネジの締め込みを行うドライバーなど、力制御に使用される他の任意の種類のエンドエフェクターとすることができる。

（５）制御プログラム２２４の生成は、ロボット制御装置２００において行われてもよく、また、ロボット制御装置２００と有線または無線で接続される設定装置において行われてもよい。設定装置としては、たとえば、設定プログラム２２５がインストールされたパーソナルコンピューターが適用可能である（図２の下段参照）。そのような態様においては、設定装置において生成された制御プログラムが、ロボット制御装置２００に送信され、ロボット制御装置２００に格納される。

（６）上記実施形態においては、力制御パラメーターの調整は、フィードバック制御によりロボット１００に動作を行わせるロボット制御装置２００によって行われる（図２の２５０，２７０参照）。しかし、力制御パラメーターの調整は、ロボット制御装置２００と有線または無線で接続される設定装置において行われてもよい。設定装置としては、たとえば、設定プログラム２２５がインストールされたパーソナルコンピューターが採用可能である（図２の下段参照）。そのような態様においては、設定装置において調整された力制御パラメーター２２６が、ロボット制御装置２００に送信され、ロボット制御装置２００に格納される。

（７）制御実行部２５０およびパラメーター調整部２７０は、プロセッサー２１０がプログラムを実行することによって実現される（図２参照）。しかし、制御実行部２５０およびパラメーター調整部２７０の機能の一部または全部をハ―ドウェア回路で実現してもよい。

（８）上記実施形態においては、力制御パラメーター２２６として、各動作における「始点」と「終点」、複数の動作におけるＴＣＰの「加減速特性」、力制御座標系を特定する情報、「目標力」および「インピーダンスパラメーター」が含まれる（図３参照）。しかし、力制御パラメーターは、これに限定されず、たとえば、「加減速特性」を含んでいなくともよい。

（９）上記実施形態においては、力制御パラメーターの調整において使用される第２種のサーボゲインＫｐｓは、力制御を行う実作業において使用される第１種のサーボゲインＫｐに対してより大きい。力制御パラメーターの調整において使用される第２種のサーボゲインＫｖｓは、力制御を行う実作業において使用される第１種のサーボゲインＫｖに対してより大きい。

力制御を伴うフィードバック制御においては、たとえば部材同士の接触の有無に起因する外力の有無のために、力制御を伴わないフィードバック制御よりも、発振が生じやすい。このため、力制御を伴うフィードバック制御においては、力制御を伴わないフィードバック制御よりも、サーボゲインは小さく設定される。言い換えれば、力制御を伴わないフィードバック制御においては、一般に、制御点の位置精度を上げ、かつ動作に要する時間を短縮するために、サーボゲインは、発振しない範囲内で可能な限り大きく設定される。一方、力制御を伴うフィードバック制御におけるサーボゲインは、たとえば、力制御を伴わないフィードバック制御におけるサーボゲインの５０％～７０％に設定される。

第２種のサーボゲインＫｐｓは、力制御を行わず位置制御を行う実作業において使用される第１種の位置のサーボゲインの値よりも、小さいことが好ましい。第２種のサーボゲインＫｖｓは、力制御を行わず位置制御を行う実作業において使用される第１種の速度のサーボゲインの値よりも、小さいことが好ましい。

（１０）上記実施形態においては、図６のステップＳ１４１，Ｓ１４５のロボット１００による倣い動作は、７回実行される。しかし、評価値を得るためのロボットの動作の回数は、１回、２回、３回など、より少ない数でもよく、８回、１０回など、より多い回数でもよい。

（１１）上記実施形態においては、それぞれの動作のためのフィードバックゲインの生成に使用される係数Ｃｐｓ，Ｃｖｓは、平均が１であり標準偏差が０．１である正規分布の確率密度分布を有する乱数である。そして、係数Ｃｐｓ，Ｃｖｓは、もとのフィードバックゲインに掛けられる係数である。しかし、それぞれの動作のためのフィードバックゲインの生成は、もとのフィードバックゲインに乱数を加えるなど、他の方法で生成されてもよい。また、乱数の平均および標準偏差は、乱数の使用方法に応じて適切に定めることができる。

（１２）上記実施形態においては、ステップＳ１４４において、ＣＭＡ－ＥＳを使用した最適化処理が行われる（図６および図７参照）。しかし、最適化処理は、粒子群最適化（ＰＳＯ：Particle Swarm Optimization）や、ベイズ最適化など、他の手法で行われてもよい。

（１３）上記実施形態においては、図６のステップＳ１４７における判定に使用される評価値として、動作時間ＯＴが採用される（図７参照）。しかし、処理の終了条件の判定に使用される評価値は、力測定値に基づいて得られる値など、他の評価値とすることもできる。

（１４）上記実施形態においては、検出力Ｆｄの最大値Ｆmaxが許容値Ｆlimitを超えた場合、および検出トルクＴｄの最大値Ｔmaxが許容値Ｔlimitを超えた場合に、評価値の決定において、ペナルティが科される（上記式（１）参照）。すなわち、検出力の最大値および検出トルクの最大値について、制約条件を課している。しかし、制約条件は、たとえば、測定値のピーク前後の所定時間区間の積分値の大きさが閾値を超えることなど、他のパラメーターに関する条件とすることもできる。

（１５）上記実施形態においては、図６のステップＳ１４７における終了条件は、条件（ｃ１）および（ｃ２）が満たされることである。しかし、終了条件は、たとえば、「上記条件（ｃ１）がＮ世代（Ｎは２以上の整数）連続して満たされること」など、他の条件であってもよい。

（１６）上記実施形態のステップＳ１４７においては、処理の終了条件の判定として、ステップＳ１４５で得られた評価値が収束したか否かかが判定される（条件（ｃ２）参照）。しかし、評価値があらかじめ定められた閾値よりもよい値となったことのみを、処理の終了条件とすることもできる。

Ｃ２．他の実施形態２：
上記実施形態においては、制御実行部２５０は、ロボット１００の動作のフィードバック制御において、ロボット１００の制御点ＣＰの位置、速度、および加速度についてフィードバック制御を行う（図４参照）。そして、位置についてのフィードバックのサーボゲインＫｐと、速度についてのフィードバックのサーボゲインＫｖとについて、図５のステップＳ１５０と図６のステップＳ１４１とにおいて、異なる値が使用される。

しかし、ロボット１００の動作のフィードバック制御においては、たとえば、加速度についてフィードバックが行われないなど、位置、速度、および加速度のうちの一部について、フィードバックが行われない態様とすることができる。すなわち、ロボット１００の動作のフィードバック制御においては、位置、速度、および加速度のうちの１以上について、フィードバックが行われればよい。また、ロボットシステムに実作業を行わせるときに使用される第１種のサーボゲインの値よりも高い値が使用される第２種のサーボゲインは、位置、速度、および加速度のうちの１以上のフィードバックのサーボゲインであればよい。

Ｃ３．他の実施形態３：
第２実施形態においては、パラメーター決定処理において実行される複数の測定処理は、同一のフィードバックに使用される第２種のサーボゲインであって互いに異なる値を有する第２種のサーボゲインを使用して行われる。しかし、パラメーター決定処理において実行される複数の測定処理は、第１実施形態のように、一定の値を有する第２種のサーボゲインを使用して行われてもよい。また、一部のフィードバックのサーボゲインについて、測定処理ごとに異なる値が使用され、他の一部のフィードバックのサーボゲインについて、一定の値が使用されてもよい。

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

（１）本開示の一形態によれば、ロボットシステムの力制御において使用される力制御パラメーターの調整方法が提供される。前記ロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットに加えられる外力を測定できる力検出器と、フィードバック制御により前記ロボットに動作を行わせる制御部と、を備える。前記調整方法は、前記ロボットシステムに実作業を行わせるときに前記制御部において使用される１以上の第１種のサーボゲインに対応する１以上の第２種のサーボゲインであって、それぞれ対応する第１種のサーボゲインよりも高い値を有する第２種のサーボゲインと、前記力制御パラメーターの候補値と、を用いて、前記ロボットに動作を行わせ、前記外力の測定値である力測定値を得る測定工程と、前記力測定値を使用して前記力制御パラメーターについて最適化処理を行うことにより、前記力制御パラメーターの新たな候補値を得るパラメーター更新工程と、前記測定工程と前記パラメーター更新工程とを繰り返すことにより、前記ロボットシステムの前記力制御において使用される力制御パラメーターを決定するパラメーター決定工程と、を含む。
このような態様においては、力制御パラメーターの調整において、実作業における第１種のサーボゲインよりも発振が起こりやすい第２種のサーボゲインでロボットの動作が行われ、得られた力測定値に基づいて、力制御パラメーターが調整される。このため、第２種のサーボゲインの設定によって、実作業における発振のしにくさをあらかじめ確保することができる。よって、経験の少ないオペレーターであっても、発振が起こりにくい力制御パラメーターを、適切に設定できる。

（２）上記形態の調整方法において、前記制御部は、前記ロボットの制御点の位置および速度について前記フィードバック制御を行い、前記第２種のサーボゲインは、位置についてのフィードバックのサーボゲインと、速度についてのフィードバックのサーボゲインと、の少なくとも一方を含む、態様とすることができる。
このような態様とすれば、経験の少ないオペレーターであっても、ロボットのフィードバック制御における位置指令値および速度指令値に起因する発振が起こりにくい力制御パラメーターを、適切に設定できる。

（３）上記形態の調整方法において、前記パラメーター決定工程において実行される複数の前記測定工程は、同一のフィードバックに使用される前記第２種のサーボゲインであって互いに異なる値を有する第２種のサーボゲインを使用して行われる複数の前記測定工程を含む、態様とすることができる。
このような態様とすれば、さまざまな外的要因についてばらつきを含む実作業の環境下においても、発振が起こりにくい力制御パラメーターを、設定できる。

（４）本開示の他の形態によれば、ロボットと、前記ロボットに加えられる外力を測定できる力検出器と、フィードバック制御により前記ロボットに動作を行わせる制御部と、を備えるロボットシステムの力制御において使用される力制御パラメーターを調整する調整装置が提供される。この調整装置は、前記ロボットシステムに実作業を行わせるときに前記制御部において使用される１以上の第１種のサーボゲインに対応する１以上の第２種のサーボゲインであって、それぞれ対応する第１種のサーボゲインよりも高い値を有する第２種のサーボゲインと、前記力制御パラメーターの候補値と、を用いて、前記ロボットに動作を行わせ、前記外力の測定値である力測定値を得る測定処理を行う測定部と、前記力測定値を使用して前記力制御パラメーターについて最適化処理を行うことにより、前記力制御パラメーターの新たな候補値を得るパラメーター更新処理を行うパラメーター更新部と、前記測定処理と前記パラメーター更新処理とを繰り返すことにより、前記ロボットシステムの前記力制御において使用される力制御パラメーターを決定するパラメーター決定処理を行うパラメーター決定部と、を備える。

（５）上記形態の調整装置において、前記制御部は、前記ロボットの制御点の位置および速度についてフィードバック制御を行い、前記第２種のサーボゲインは、位置についてのフィードバックのサーボゲインと、速度についてのフィードバックのサーボゲインと、の少なくとも一方を含む、態様とすることができる。

（６）上記形態の調整装置において、前記パラメーター決定部は、前記パラメーター決定処理において、同一のフィードバックに使用される前記第２種のサーボゲインであって互いに異なる値を有する第２種のサーボゲインを使用して、複数の前記測定処理を実行する、態様とすることができる。

本開示は、力制御パラメーターの調整方法および力制御パラメーター調整装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、ロボットの設定方法やロボットの制御方法、それらの方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

１…ロボットシステム、５０…作業台、１００…ロボット、１１０…アーム、１２０…アームフランジ、１３０…力検出器、１４０…エンドエフェクター、１５０…サーボモーター、１６０…位置センサー、２００…ロボット制御装置、２１０…プロセッサー、２２０…メモリー、２２２…プログラム命令、２２４…制御プログラム、２２５…設定プログラム、２２６…力制御パラメーター、２２７…サーボゲイン、２５０…制御実行部、２５１…制御信号生成部、２５２…位置制御部、２５３…速度制御部、２５５…トルク制御部、２５６…サーボアンプ、２５９…力制御部、２７０…パラメーター調整部、２７２…測定部、２７４…パラメーター更新部、２７６…パラメーター決定部、ＣＰ…制御点、ＤＳ…駆動信号、Ｆｄ…検出力、Ｆｆ２…ｚ軸方向の反力、Ｆｆ４…ｚ軸方向の反力、Ｆｇ…重力、Ｆｌｇ…フラグ、Ｆｎ２…垂直抗力、Ｆｔ…目標力、Ｆｘｔ…力成分、Ｆｙｔ…力成分、Ｆｚｔ…力成分、Ｇ…重心、Ｈ２…嵌合孔、Ｊ１～Ｊ６…関節、Ｋａ…サーボゲイン、Ｋｐ…サーボゲイン、Ｋｐｓ…サーボゲイン、Ｋｖ…サーボゲイン、Ｋｖｓ…サーボゲイン、ＯＴ…倣い動作の動作時間、Ｒｘｐ…エンドエフェクターの角度、Ｒｙｐ…エンドエフェクターの角度、Ｒｚｐ…エンドエフェクターの角度、Ｒｘｓ…倣い動作の開始時のエンドエフェクターの角度、Ｒｙｓ…倣い動作の開始時のエンドエフェクターの角度、Ｒｚｓ…倣い動作の開始時のエンドエフェクターの角度、ＳＮ…スナッピング機構、ＳＣ…閾値平面、Ｓｔ…目標位置、Tｄ…検出トルク、Ｔｘｔ…トルク成分、Ｔｙｔ…トルク成分、Ｔｚｔ…トルク成分、ＷＫ１…ワーク、ＷＫ２…ワーク、ｄ…仮想粘性係数、ｆＳｔ…目標力、ｋ…仮想弾性係数、ｍ…仮想質量係数、ｘｐ…エンドエフェクターの位置、ｙｐ…エンドエフェクターの位置、ｚｐ…エンドエフェクターの位置、ｘｓ…倣い動作の開始時のエンドエフェクターの位置、ｙｓ…倣い動作の開始時のエンドエフェクターの位置、ｚｓ…倣い動作の開始時のエンドエフェクターの位置、ΔＳ…補正量

Claims (6)

1. ロボットシステムの力制御において使用される力制御パラメーターの調整方法であって、
   前記ロボットシステムは、ロボットと、前記ロボットに加えられる外力を測定できる力検出器と、フィードバック制御により前記ロボットに動作を行わせる制御部と、を備え、
   前記調整方法は、
   前記ロボットシステムに実作業を行わせるときに前記制御部において使用される１以上の第１種のサーボゲインに対応する１以上の第２種のサーボゲインであって、それぞれ対応する前記第１種のサーボゲインよりも高い値を有する前記第２種のサーボゲインと、前記力制御パラメーターの候補値と、を用いて、前記ロボットに動作を行わせ、前記外力の測定値である力測定値を得る測定工程と、
   前記力測定値を使用して前記力制御パラメーターについて最適化処理を行うことにより、前記力制御パラメーターの新たな候補値を得るパラメーター更新工程と、
   前記測定工程と前記パラメーター更新工程とを繰り返すことにより、前記ロボットシステムの前記力制御において使用される前記力制御パラメーターを決定するパラメーター決定工程と、を含む、調整方法。
2. 請求項１記載の力制御パラメーターの調整方法であって、
   前記制御部は、前記ロボットの制御点の位置および速度について前記フィードバック制御を行い、
   前記第２種のサーボゲインは、前記位置についてのフィードバックのサーボゲインと、前記速度についてのフィードバックのサーボゲインと、の少なくとも一方を含む、調整方法。
3. 請求項１または２に記載の力制御パラメーターの調整方法であって、
   前記パラメーター決定工程において実行される複数の前記測定工程は、同一のフィードバックに使用される前記第２種のサーボゲインであって互いに異なる値を有する前記第２種のサーボゲインを使用して行われる複数の前記測定工程を含む、調整方法。
4. ロボットと、前記ロボットに加えられる外力を測定できる力検出器と、フィードバック制御により前記ロボットに動作を行わせる制御部と、を備えるロボットシステムの力制御において使用される力制御パラメーターを調整する調整装置であって、
   前記ロボットシステムに実作業を行わせるときに前記制御部において使用される１以上の第１種のサーボゲインに対応する１以上の第２種のサーボゲインであって、それぞれ対応する前記第１種のサーボゲインよりも高い値を有する前記第２種のサーボゲインと、前記力制御パラメーターの候補値と、を用いて、前記ロボットに動作を行わせ、前記外力の測定値である力測定値を得る測定処理を行う測定部と、
   前記力測定値を使用して前記力制御パラメーターについて最適化処理を行うことにより、前記力制御パラメーターの新たな候補値を得るパラメーター更新処理を行うパラメーター更新部と、
   前記測定処理と前記パラメーター更新処理とを繰り返すことにより、前記ロボットシステムの前記力制御において使用される力制御パラメーターを決定するパラメーター決定処理を行うパラメーター決定部と、を備える、調整装置。
5. 請求項４記載の調整装置であって、
   前記制御部は、前記ロボットの制御点の位置および速度についてフィードバック制御を行い、
   前記第２種のサーボゲインは、前記位置についてのフィードバックのサーボゲインと、前記速度についてのフィードバックのサーボゲインと、の少なくとも一方を含む、調整装置。
6. 請求項４または５に記載の調整装置であって、
   前記パラメーター決定部は、前記パラメーター決定処理において、同一のフィードバックに使用される前記第２種のサーボゲインであって互いに異なる値を有する前記第２種のサーボゲインを使用して、複数の前記測定処理を実行する、調整装置。

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