JP2023007084A - 力制御パラメーター設定支援方法および力制御パラメーター設定支援システム - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な方法により、力制御パラメーターを適正に設定することができる力制御パラメーター設定支援方法および力制御パラメーター設定支援システムを提供すること。【解決手段】先端に研磨用工具が装着されたロボットアームを力制御により制御して、対象物に対し研磨作業を行うに際し、前記力制御に用いる力制御パラメーターを設定するのを支援する力制御パラメーター設定支援方法であって、前記研磨作業に関する作業情報を取得する第1ステップと、前記第1ステップで取得した前記作業情報に対応する前記力制御パラメーターの情報を、複数の前記力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部から選択して読み出す第2ステップと、前記第2ステップで読み出した前記力制御パラメーターの情報を表示部に表示する第3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設定支援方法。【選択図】図4
Description
本発明は、力制御パラメーター設定支援方法および力制御パラメーター設定支援システムに関する。
例えば、特許文献1には、予めプログラムされた経路に沿って研磨工具を移動させることにより研磨を行う自動研磨装置が開示されている。この自動研磨装置では、研磨工具に加わる研磨力を研磨力計測装置に基づいて工具を移動させ研磨力を一定に保つ動作、すなわち、力制御を用いた動作が行われている。このため、研磨力を可及的に所望の値に保ちつつ、研磨作業を行うことができる。
力制御を行うに際し、力制御パラメーターを適正な値に設定する必要がある。しかしながら、この設定は、力制御パラメーターを変えながら作業を繰り返し、研磨作業に対して適した力制御パラメーターを探索するという方法が採用されており、熟練者でなければ調整が困難である。
本発明の力制御パラメーター設定支援方法は、先端に研磨用工具が装着されたロボットアームを力制御により制御して、対象物に対し研磨作業を行うに際し、前記力制御に用いる力制御パラメーターを設定するのを支援する力制御パラメーター設定支援方法であって、
前記研磨作業に関する作業情報を取得する第1ステップと、
前記第1ステップで取得した前記作業情報に対応する前記力制御パラメーターの情報を、複数の前記力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部から選択して読み出す第2ステップと、
前記第2ステップで読み出した前記力制御パラメーターの情報を表示部に表示する第3ステップと、を有することを特徴とする。
前記研磨作業に関する作業情報を取得する第1ステップと、
前記第1ステップで取得した前記作業情報に対応する前記力制御パラメーターの情報を、複数の前記力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部から選択して読み出す第2ステップと、
前記第2ステップで読み出した前記力制御パラメーターの情報を表示部に表示する第3ステップと、を有することを特徴とする。
本発明の力制御パラメーター設定支援システムは、先端に研磨用工具が装着されたロボットアームを力制御により制御して、対象物に対し研磨作業を行うに際し、前記力制御に用いる力制御パラメーターを設定するのを支援する設定支援部を備える力制御パラメーター設定システムであって、
前記設定支援部は、
前記研磨作業に関する作業情報を取得する取得部と、
複数の前記力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部から、前記取得部が取得した前記作業情報に対応する前記力制御パラメーターの情報を選択して読み出す読み出し部と、
前記読み出し部が読み出した前記力制御パラメーターの情報を表示部に表示する表示制御部と、を有することを特徴とする。
前記設定支援部は、
前記研磨作業に関する作業情報を取得する取得部と、
複数の前記力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部から、前記取得部が取得した前記作業情報に対応する前記力制御パラメーターの情報を選択して読み出す読み出し部と、
前記読み出し部が読み出した前記力制御パラメーターの情報を表示部に表示する表示制御部と、を有することを特徴とする。
<実施形態>
図1は、本発明の力制御パラメーター設定支援方法を実行する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、図2に示すロボットシステムが備える設定支援部のブロック図である。図4~図14は、表示部に表示される画面の一例を示す図である。図15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1は、本発明の力制御パラメーター設定支援方法を実行する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、図2に示すロボットシステムが備える設定支援部のブロック図である。図4~図14は、表示部に表示される画面の一例を示す図である。図15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。
以下、本発明の力制御パラメーター設定支援方法および力制御パラメーター設定支援システ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設定支援方法を実行する。また、制御装置3には、力制御パラメーター設定支援システム10Aが内蔵されており、力制御パラメーター設定支援システム10Aによって、本発明の力制御パラメーター設定支援方法が実行される。
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。
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、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、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、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し、全関節にそれぞれ設置されていてもよい。
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、本実施形態では、研磨を行う研磨用工具で構成される。エンドエフェクター20は、先端に砥石を有し、砥石が回転しつつワークW1と接触することにより、ワークW1を研磨する。なお、本実施形態においては、研磨用工具として砥石を用いているが、これに限定されず、紙、布、またはフィルムに砥粒を付着させたものやスポンジであってもよい。
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、好ましくは砥石の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。
ワークW1は、エンドエフェクター20による研磨の対象物である。ワークW1の表面のうち、研磨される領域が研磨領域である。ワークW1としては、電子機器のコネクターや、プラスチック外装品、金属外装品等が挙げられる。
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、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、設定支援部3D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設定支援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。
なお、本実施形態では、設定支援部3Dは、制御装置3に内蔵されている構成であるが、本発明ではこれに限定されず、教示装置4に内蔵されていてもよい。
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,U,V,W)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との対応関係に基づいて、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1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W1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W1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。
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。
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。
このような質量係数m、粘性係数dおよび弾性係数kは、力制御パラメーターである。力制御パラメーターは、ロボットアーム10が実際に作業を行うのに先立って設定される値である。力制御パラメーターには、質量係数m、粘性係数dおよび弾性係数kの他に、前述したような目標力等が含まれる。
このように、ロボットシステム100では、力制御を実行中、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と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、外力に対して応答し、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に対してエンドエフェクター20を押し付けつつ、力制御を行って、所望の圧力を加えつつ研磨作業を良好に行うことができる。
図3に示すように、設定支援部3Dは、取得部31Dと、読み出し部32Dと、表示制御部33Dと、を有する。
取得部31Dは、例えば教示装置4を介して作業者が入力した研磨作業に関する作業情報を取得する。ここで、作業情報は、対象物であるワークW1に関する情報および研磨用工具に関する情報を含む。
ワークW1に関する情報は、ワークW1の研磨領域の形状、ワークW1の研磨領域の寸法、研磨領域の材質、研磨前の研磨領域の表面粗さ、および、研磨後の研磨領域の目標表面粗さに関する情報を含む。
なお、ワークW1に関する情報は、上記で列挙した情報のうちの少なくとも1つを含んでいればよい。
研磨用工具に関する情報は、研磨用工具の種類および研磨用工具の作動条件を含む。
具体的には、研磨用工具に関する情報は、砥石の砥粒の材質に関する情報、砥粒の大きさに関する情報、砥石の回転速度に関する情報を含む。
具体的には、研磨用工具に関する情報は、砥石の砥粒の材質に関する情報、砥粒の大きさに関する情報、砥石の回転速度に関する情報を含む。
なお、研磨用工具に関する情報は、上記で列挙した情報のうちの少なくとも1つを含んでいればよい。
このような作業情報は、図4~図14に示すような入力画面を用いて作業者が入力する。このことに関しては、後に詳述する。
読み出し部32Dは、複数の力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部3Cから、取得部31Dが取得した作業情報に対応する力制御パラメーターの情報を選択して読み出す。すなわち、読み出し部32Dは、記憶部3Cに記憶されているデータベースから、取得した作業情報に適した力制御パラメーターの情報を選択して読み出す。作業情報に適した力制御パラメーターの情報の選択方法に関しては、後に詳述する。
表示制御部33Dは、読み出し部32Dが読み出した力制御パラメーターの情報を表示部41に表示するための指令信号を生成する。
次に、作業情報を入力する際の入力画面の一例について説明する。入力画面は、教示装置4の表示部41に表示される画面である。ただし、この構成に限定されず、他の表示部に表示されていてもよい。
入力画面としては、図4に示す入力画面D1、図5に示す入力画面D2、図6に示す入力画面D3、図7に示す入力画面D4、図8に示す入力画面D5、図9に示す入力画面D6、図10に示す入力画面D7、図11に示す入力画面D8および図12に示す入力画面D9が挙げられる。本実施形態では、入力画面D1にて設定した内容に応じて入力画面D2~入力画面D9が適宜表示される。
図4に示す入力画面D1は、図中左側の入力部にカテゴリーを入力することにより、作業情報が分類されているカテゴリーの優先順位を設定することができる。図示の構成では、「Material」、「Backing」、「Abrasive」、「Grain Size」、「Area」および「Task」の6つのカテゴリーが表示されており、これらを順に入力することにより、図中右側の表示部に示すように、優先順位が設定される。優先順位が高く設定されたカテゴリーは、後述する力制御パラメーターの読み出しの際に優先して検索される。
「Material」は、ワークW1の材質、すなわち、ワークW1の研磨領域の材質のことである。「Backing」は、研磨用工具のバッキング材、すなわち、研磨基材のことである。「Abrasive」は、研磨作業に用いる研磨剤のことである。「Grain Size」は、砥石の砥粒のサイズのことである。「Area」は、ワークW1の研磨領域の形状のことである。「Task」は、研磨後の仕上がりの程度のことである。このような入力画面D1によって、カテゴリーに優先順位を設定することができる。
図5に示す入力画面D2は、ワークW1の材質を入力する画面である。具体的には、「Material List」と表示されている領域から、ワークW1の材料を選択することにより、ワークW1の材質を選択することができる。図示の構成では、「POM」、「ABS」、「Acrylic」、「PVC」、「Bakelite」、「SS400」、「S45C」、「SPCC」、「SUS」および「Titanium」の中から1つを選択する。このような入力画面D2によって、ワークW1の材質に関する情報を入力することができる。
図6に示す入力画面D3は、研磨用工具の研磨基材の種類を入力する画面である。具体的には、「Backing List」と表示されている領域から、ワークW1の材料を選択することにより、研磨基材の種類を選択することができる。図示の構成では、「Paper」、「Cloth」、「Film」、「Net」、「Form」および「Buff」の中から1つを選択する。このような入力画面D3によって、研磨基材の種類に関する情報を入力することができる。
図7に示す入力画面D4は、砥石の砥粒の種類を入力する画面である。具体的には、「A」、「WA」、「PA」、「HA」、「AE」、「AZ(25)」、「AZ(40)」、「C」、「GC」、「D」、「SD」、「SDC」、「CBN」および「CBNC」の中から1つを選択する。このような入力画面D4によって、砥石の砥粒の種類に関する情報を入力することができる。
図8~図10に示す入力画面D5~D7は、砥石の砥粒サイズを入力する画面である。図8に示す入力画面D5は、「Grinding Wheel」を選択した状態であり、図9に示す入力画面D6は、「Sand Paper」を選択した状態であり、図10に示す入力画面D7は、「Diamond/CBN」を選択した状態である。
図8に示す入力画面D5は、「Grinding Wheel」における砥粒サイズを入力する画面である。具体的には、「F4」、「F5」、「F6」、「F7」、「F8」、「F10」、「F12」、「F14」、「F16」、「F20」、「F22」、「F24」、「F30」、「F36」、「F40」、および、それ以降の数値の中から1つを選択する。このような入力画面D5によって、「Grinding Wheel」における砥粒サイズに関する情報を入力することができる。
図9に示す入力画面D6は、「Sand Paper」における砥粒サイズを入力する画面である。具体的には、「P180」、「P220」、「P240」、「P280」、「P320」、「P360」、「P400」、「P500」、「P600」、「P800」、「P1000」、「P1200」、「P1500(S)」、「P2000(S)」、「P2500(S)」、および、それ以降の数値の中から1つを選択する。このような入力画面D6によって、「Sand Paper」における砥粒サイズに関する情報を入力することができる。
図10に示す入力画面D7は、「Diamond/CBN」における砥粒サイズを入力する画面である。具体的には、「30/40(♯30)」、「40/50(♯40)」、「50/60(♯50)」、「60/80(♯60)」、「80/100(♯80)」、「100/120(♯100)」、「120/140(♯120)」、「140/170(♯140)」、「170/200(♯170)」、「200/230(♯200)」、「230/270(♯230)」、「270/325(♯270)」、「325/400(♯325)」、「♯500」、「♯600」、および、それ以降の数値の中から1つを選択する。このような入力画面D7によって、「Diamond/CBN」における砥粒サイズに関する情報を入力することができる。
図11に示す入力画面D8は、ワークW1の研磨領域の形状を入力する画面である。具体的には、「Flat Surface」、「Curved Surface」、「Edge」中から1つを選択する。このような入力画面D8によって、ワークW1の研磨領域の形状に関する情報を入力することができる。
図12に示す入力画面D9は、研磨後の表面粗さを入力する画面である。具体的には、「Debuming」、「Cutter Mark Removal」、「Partingline Removal」、「Hairline、Fnish」等の中から1つを選択する。このような入力画面D9によって、研磨後のワークW1の表面粗さに関する情報を入力することができる。
このような入力画面D1~入力画面D9を用いて作業情報を入力することができる。
そして、図13に示す入力結果表示画面D10において、入力された作業情報を表示する。次いで、入力結果表示画面D10において「Finish」が表示されているボタンを押すと、読み出し部32Dは、記憶部3Cに記憶されているデータベースから、取得した作業情報に適した力制御パラメーターの情報を選択して読み出す。
そして、図13に示す入力結果表示画面D10において、入力された作業情報を表示する。次いで、入力結果表示画面D10において「Finish」が表示されているボタンを押すと、読み出し部32Dは、記憶部3Cに記憶されているデータベースから、取得した作業情報に適した力制御パラメーターの情報を選択して読み出す。
記憶部3Cには、作業情報と、それに適した力制御パラメーターの情報とが紐づけられた対の情報が記憶されている。この対の情報が、作業情報のカテゴリーが異なる組み合わせごとに記憶部3Cに記憶されている。読み出し部32Dは、取得した作業情報と一致するまたは最も近いと見做すことができる作業情報を記憶部3Cから検索し、その作業情報に紐づけられている力制御パラメーターの情報を読み出す。
そして、表示制御部33Dは、読み出し部32Dが読み出した力制御パラメーターの情報を例えば図14に示す表示画面D11として表示部41に表示させるよう指令信号を教示装置4に送信する。これにより、表示部41に、これから行う研磨作業に適した力制御パラメーターを表示させることができる。よって、作業者は、表示された力制御パラメーターをそのまま設定したり、微調整を行ってから設定したりすることができる。
ここで、従来では、力制御パラメーターの設定は、力制御パラメーターを変えながら作業を繰り返し、研磨作業に対して適した力制御パラメーターを探索するという方法が採用されており、熟練者でなければ調整が困難である。これに対し、本発明によれば、研磨作業に関する作業情報を取得し、取得した作業情報に対応する力制御パラメーターの情報を選択して読み出し、表示する。このような構成によれば、従来のような面倒な作業を省略することができるとともに、熟練者でなくとも適正な力制御パラメーターを設定することができる。
このように、本発明の力制御パラメーター設定支援システム10Aは、先端に研磨用工具が装着されたロボットアーム10を力制御により制御して、対象物であるワークW1に対し研磨作業を行うに際し、力制御に用いる力制御パラメーターを設定するのを支援する設定支援部3Dを備える。設定支援部3Dは、研磨作業に関する作業情報を取得する取得部31Dと、複数の力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部3Cから、取得部31Dが取得した作業情報に対応する力制御パラメーターの情報を選択して読み出す読み出し部32Dと、読み出し部32Dが読み出した力制御パラメーターの情報を表示部41に表示する表示制御部33Dと、を有する。これにより、従来のような面倒な設定作業を省略することができるとともに、熟練者でなくとも適正な力制御パラメーターを設定することができる。
また、作業情報は、対象物であるワークW1に関する情報および研磨用工具に関する情報を含む。これにより、ワークW1に関する情報および研磨用工具に関する情報を考慮して力制御パラメーターを読み出すことができる。よって、より適正な力制御パラメーターを設定することができる。
また、対象物であるワークW1に関する情報は、ワークW1の研磨領域の形状、ワークW1の研磨領域の寸法、研磨領域の材質、研磨前の研磨領域の表面粗さ、および、研磨後の研磨領域の目標表面粗さに関する情報のうちの少なくとも1つの情報を含む。これにより、これらの情報のうちの少なくとも1つを考慮して力制御パラメーターを読み出すことができる。よって、より適正な力制御パラメーターを設定することができる。
また、研磨用工具は、回転する砥石を有し、研磨用工具に関する情報は、砥石の砥粒の材質に関する情報、砥粒の大きさに関する情報のうちの少なくとも1つの情報を含む。これにより、これら情報のうちの少なくとも1つを考慮して力制御パラメーターを読み出すことができる。よって、より適正な力制御パラメーターを設定することができる。
以下、本発明の力制御パラメーター設定支援方法について、図15に示すフローチャートを用いて説明する。
以下の各ステップは、本実施形態では、制御装置が実行する構成であるが、本発明ではこれに限定されず、設定支援部が教示装置に内蔵されている場合、教示装置が実行する構成であってもよい。
本発明の力制御パラメーター設定支援方法は、第1ステップS101と、第2ステップS102と、第3ステップS103と、を有する。
まず、第1ステップS101において、研磨作業に関する作業情報を取得する。本ステップでは、作業者が図4~図12に示すような画面から入力し、その情報を取得部31Dが取得する。
次いで、第2ステップS102において、複数の力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部3Cから、第1ステップS101で取得した作業情報に対応する力制御パラメーターの情報を選択して読み出す。
この際、取得した作業情報を第1作業情報とし、記憶部3Cに記憶されている作業情報を第2作業情報としたとき、第1作業情報と第2作業情報とを比較し、一致度が最も高い第2作業情報に対応する力制御パラメーターの情報を読み出す。本実施形態では、優先度が高いカテゴリーが一致している第2作業情報に対応する力制御パラメーターの情報を読み出す。
このように、作業情報は、カテゴリーに分類されており、カテゴリーには、第2ステップにおいて力制御パラメーターの情報を読み出す際に優先される優先順位が付されている。これにより、より適正な力制御パラメーターを設定することができる。
なお、この構成に限定されず、例えば、第1作業情報と第2作業情報との各カテゴリーを比較し、一致しているカテゴリー数が最も多い第2作業情報に対応する力制御パラメーターの情報を読み出す構成であってもよい。
次いで、第3ステップS103において、第2ステップS102で読み出した力制御パラメーターの情報を表示部41に表示する。すなわち、力制御パラメーターの情報を表示部41に表示するための信号を生成し、教示装置4に送信する。これにより、表示部41に、これから行う研磨作業に適した力制御パラメーターを表示させることができる。よって、作業者は、表示された力制御パラメーターをそのまま設定したり、微調整を行ってから設定したりすることができる。
このように、本発明の力制御パラメーター設定支援方法は、先端に研磨用工具が装着されたロボットアーム10を力制御により制御して、対象物であるワークW1に対し研磨作業を行うに際し、力制御に用いる力制御パラメーターを設定するのを支援する方法である。また、力制御パラメーター設定支援方法は、研磨作業に関する作業情報を取得する第1ステップと、複数の力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部3Cから、第1ステップで取得した作業情報に対応する力制御パラメーターの情報を選択して読み出す第2ステップと、第2ステップで読み出した力制御パラメーターの情報を表示部41に表示する第3ステップと、を有する。これにより、従来のような面倒な設定作業を省略することができるとともに、熟練者でなくとも適正な力制御パラメーターを設定することができる。
なお、本実施形態においては、エンドエフェクター20は研磨を行う研磨用工具で構成されており、対象物であるワークW1に作業を行うようにロボットシステム100を構成しているが、これに限定されず、エンドエフェクター20を把持部で構成し、当該把持部でワークW1を把持して、ロボット1とは別に設けられた研磨用工具で作業を行うような構成であってもよい。このような場合であっても、従来のような面倒な設定作業を省略することができるとともに、熟練者でなくとも適正な力制御パラメーターを設定することができる。
<ロボットシステムの他の構成例>
図16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16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16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17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17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17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。
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18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18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18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設定支援方法および力制御パラメーター設定支援システ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、力制御パラメーター設定支援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、3D…設定支援部、4…教示装置、10…ロボットアーム、10A…力制御パラメーター設定支援システム、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、31D…取得部、32…座標変換部、32D…読み出し部、33…補正部、33D…表示制御部、34…力制御部、35…指令統合部、41…表示部、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、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、D1…入力画面、D2…入力画面、D3…入力画面、D4…入力画面、D5…入力画面、D6…入力画面、D7…入力画面、D8…入力画面、D9…入力画面、D10…入力結果表示画面、D11…表示画面、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
Claims (6)
- 先端に研磨用工具が装着されたロボットアームを力制御により制御して、対象物に対し研磨作業を行うに際し、前記力制御に用いる力制御パラメーターを設定するのを支援する力制御パラメーター設定支援方法であって、
前記研磨作業に関する作業情報を取得する第1ステップと、
前記第1ステップで取得した前記作業情報に対応する前記力制御パラメーターの情報を、複数の前記力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部から選択して読み出す第2ステップと、
前記第2ステップで読み出した前記力制御パラメーターの情報を表示部に表示する第3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設定支援方法。 - 前記作業情報は、前記対象物に関する情報および前記研磨用工具に関する情報を含む請求項1に記載の力制御パラメーター設定支援方法。
- 前記対象物に関する情報は、前記対象物の研磨領域の形状、前記対象物の研磨領域の寸法、前記研磨領域の材質、研磨前の前記研磨領域の表面粗さ、および、研磨後の前記研磨領域の目標表面粗さに関する情報のうちの少なくとも1つの情報を含む請求項2に記載の力制御パラメーター設定支援方法。
- 前記研磨用工具は、回転する砥石を有し、
前記研磨用工具に関する情報は、前記砥石の砥粒の材質に関する情報、前記砥粒の大きさに関する情報のうちの少なくとも1つの情報を含む請求項2または3に記載の力制御パラメーター設定支援方法。 - 前記作業情報はカテゴリーに分類されており、
前記カテゴリーには、前記第2ステップにおいて前記力制御パラメーターの情報を読み出す際に優先される優先順位が付されている請求項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設定支援方法。 - 先端に研磨用工具が装着されたロボットアームを力制御により制御して、対象物に対し研磨作業を行うに際し、前記力制御に用いる力制御パラメーターを設定するのを支援する設定支援部を備える力制御パラメーター設定システムであって、
前記設定支援部は、
前記研磨作業に関する作業情報を取得する取得部と、
複数の前記力制御パラメーターの情報が記憶された記憶部から、前記取得部が取得した前記作業情報に対応する前記力制御パラメーターの情報を選択して読み出す読み出し部と、
前記読み出し部が読み出した前記力制御パラメーターの情報を表示部に表示する表示制御部と、を有することを特徴とする力制御パラメーター設定支援システム。
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RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
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