JP7451940B2 - 制御方法および算出装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御方法および算出装置に関するものである。

近年、工場では人件費の高騰や人材不足により、各種ロボットやそのロボット周辺機器によって、人手で行われてきた作業の自動化が加速している。例えば、特許文献１には、作業対象物が配置される作業台と、作業台の側方に設けられたロボットと、を有する生産システムが開示されている。

特許文献１に記載されているロボットは、台車の上に配置されており、台車の上からロボットアームが作業対象物を組み立てたり加工したりといった作業を行う。また、一般的に、ロボットは、ロボットアームに加わる力を検出する力検出部を有し、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。

また、例えば、台車の高さや作業台の高さによっては、ロボットアームが作業台上の作業対象物に届かないといったことが起こり得る。このような問題を解消するために、ロボットを傾斜した状態で設置するということが考えられる。

特開２０１７－７４６３１号公報

しかしながら、従来では、ロボットを水平面に設置して用いることを想定した力検出パラメーターとなっているので、ロボットが傾斜した状態では、最適値ではなくなる。その結果、力検出精度が低下してしまう。

本適用例の制御方法は、ロボットアームと、前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、を備えるロボットの前記ロボットアームの設置角度に関する情報を入力する入力ステップと、
前記ロボットアームの第１設置角度での設置に対応する前記力検出部の第１力検出パラメーターと、前記ロボットアームの前記第１設置角度と異なる第２設置角度での設置に対応する前記力検出部の第２力検出パラメーターと、に基づいて、前記ロボットアームの前記設置角度における前記力検出部の第３力検出パラメーターを算出する算出ステップと、を有することを特徴とする。

本適用例の算出装置は、ロボットアームと、前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、を備えるロボットの前記ロボットアームの設置角度に関する情報を入力する入力部と、
前記ロボットアームの第１設置角度での設置に対応する前記力検出部の第１力検出パラメーターと、前記ロボットアームの前記第１設置角度と異なる第２設置角度での設置に対応する前記力検出部の第２力検出パラメーターと、に基づいて、前記ロボットアームの前記設置角度における前記力検出部の第３力検出パラメーターを算出する算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明の算出装置の第１実施形態を備えるロボットシステムを示す側面図である。 図１に示すロボットシステムのブロック図である。 図１に示す力検出部の縦断面図である。 図３中Ａ－Ａ線断面図である。 図１に示すロボットおよびロボット制御装置の主要部を示す制御ブロック図である。 第１設置角度で設置したロボット本体を示す側面図である。 第２設置角度で設置したロボット本体を示す側面図である。 図１に示す入力装置の表示画面の部分拡大図である。 図１に示す算出装置が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の算出装置の第２実施形態が備える入力装置の表示画面を示す図である。 本発明の算出装置の第２実施形態が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の制御方法および算出装置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。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の算出装置の第１実施形態を備えるロボットシステムを示す側面図である。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１に示す力検出部の縦断面図である。図４は、図３中Ａ－Ａ線断面図である。図５は、図１に示すロボットおよびロボット制御装置の主要部を示す制御ブロック図である。図６は、第１設置角度で設置したロボット本体を示す側面図である。図７は、第２設置角度で設置したロボット本体を示す側面図である。図８は、図１に示す入力装置の表示画面の部分拡大図である。図９は、図１に示す算出装置が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。

また、図１、図６および図７では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を図示している。また、以下では、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」とも言い、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」とも言い、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」とも言う。

また、以下では、図示された各矢印の先端側を「＋（プラス）」または「正」、基端側を「－（マイナス）」または「負」と言う。また、説明の便宜上、＋ｚ軸方向、すなわち、上側を「上」または「上方」、－ｚ軸方向、すなわち、下側を「下」または「下方」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に示すロボットシステム１００は、例えば、電子部品および電子機器等のワークの保持、搬送、組立ておよび検査等の作業で用いられるものである。

図１および図２に示すロボットシステム１００は、例えば、電子部品および電子機器等のワークの保持、搬送、組立ておよび検査等の作業で用いられる装置である。ロボットシステム１００は、ロボット１と、ロボット制御装置４と、移動体２と、ロボット１に対して動作プログラムを指令する指令装置３と、入力装置６と、を備える。また、ロボット１と指令装置３とは、有線または無線により通信可能とされ、その通信は、インターネットのようなネットワークを介してなされてもよい。

また、後述するが、指令装置３のＣＰＵ３１と入力部３４とにより算出装置９が構成される。

図１に示すロボット１は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットであり、基台１１０と、基台１１０に接続されたロボットアーム１０と、力検出部５と、傾斜部材１８と、を有する。

基台１１０は、ロボットアーム１０を支持するものである。基台１１０は、筐体を有し、該筐体の内部には、例えば、ロボットアーム１０を駆動する駆動装置や、ロボット制御装置４等が内蔵されている。なお、ロボット制御装置４は、基台１１０の外側に配置されていてもよい。

図１に示すロボットアーム１０は、その基端が力検出部５に接続されており、複数のアームであるアーム１１、アーム１２、アーム１３、アーム１４、アーム１５およびアーム１６を有する。これらアーム１１～アーム１６は、基端から先端に向かってこの順に連結されている。各アーム１１～アーム１６は、隣り合うアームまたは基台１１０に対して回動可能になっている。

また、図１および図２に示すように、ロボット１は、基台１１０に対してアーム１１を回動させる駆動部５Ａ、アーム１１に対してアーム１２を回動させる駆動部５Ｂ、アーム１２に対してアーム１３を回動させる駆動部５Ｃ、アーム１３に対してアーム１４を回動させる駆動部５Ｄ、アーム１４に対してアーム１５を回動させる駆動部５Ｅ、およびアーム１５に対してアーム１６を回動させる駆動部５Ｆを有している。図２に示すように、各駆動部５Ａ～駆動部５Ｆは、サーボモーターであるモーター５１０と、モーター５１０の駆動を制御する図示しないモータードライバーと、モーター５１０のロック状態、ロック解除状態を切り替えるブレーキ５２０と、モーター５１０の回転量を検出するエンコーダー５３０と、を備えている。これらは、ロボット制御装置４によって互いに独立に制御される。

また、図１に示すように、ロボットアーム１０の先端には、作業対象物を保持するエンドエフェクター１７が装着される。エンドエフェクター１７は、図示の構成では、複数本、例えば、２本の指を接近、離間させて作業対象物を把持する。なお、エンドエフェクター１７としては、この構成に限定されず、吸着ハンド、磁気ハンド、ドリル等の工具等であってもよい。

また、基台１１０と力検出部５との間には、傾斜部材１８が設けられている。傾斜部材１８は、傾斜面１８１を有する。傾斜部材１８は、傾斜面１８１がｘ－ｙ平面に対して傾斜した向きとなるように基台１１０上に設置される。また、ロボットアーム１０の基端は、傾斜面１８１に固定される。換言すれば、図１に示すロボット１では、傾斜面１８１がロボットアーム１０および力検出部５により構成されるロボット本体１０Ａの設置面である。

なお、傾斜部材１８は、傾斜面１８１の傾斜角度が互いに異なる複数の傾斜部材１８から使用環境に応じてオペレーターが適宜選択、設置する構成であってもよい。また、例えば、傾斜部材１８は、基台１１０と移動体２との間に設置してもよい。

また、図３および図４に示すように、力検出部５は、第１プレート５１と、第２プレート５２と、第１プレート５１と第２プレート５２との間に配置された筒状部５３と、素子５４Ａと、素子５４Ｂと、素子５４Ｃと、素子５４Ｄと、を有し、外形形状が円柱状をなす部材である。また、素子５４Ａ～素子５４Ｄは、第１プレート５１と、第２プレート５２との間で挟持されている。また、素子の数は、これに限定されず、３つ以下でもよく、５つ以上でもよい。

第１プレート５１および第２プレート５２は、円板状をなし、＋ｚ軸側からこの順で離間して配置されている。なお、第１プレート５１および第２プレート５２の平面視における形状は、円形に限定されず、いかなる形状であってもよい。

筒状部５３は、本実施形態では、円筒状をなし、素子５４Ａ～素子５４Ｄを保護する機能を有する。

素子５４Ａ～素子５４Ｄは、円形をなすように等間隔で配置されている。これにより、素子５４Ａ～素子５４Ｄに加わる力が可及的に均一になり、正確に力を検出することができる。

素子５４Ａ～素子５４Ｄは、例えば、水晶等の圧電体で構成され、外力を受けると電荷を出力するものを用いることができる。図４に示すように、素子５４Ａは、－ｘ軸側に位置し、素子５４Ｂは、＋ｘ軸側に位置し、素子５４Ｃは、－ｙ軸側に位置し、素子５４Ｄは、＋ｙ軸側に位置している。

図４に示すように、本実施形態では、素子５４Ａ～素子５４Ｄは、鉛直方向の成分の力Ｆｚと、ｚ軸回り、すなわち、ｕ軸方向の力Ｆｕを受けたときに電荷を出力する。また、素子５４Ａ～素子５４Ｄが出力した電荷に関する情報は、ロボット制御装置４に送信される。ロボット制御装置４は、この電荷の情報に応じて、力検出部５が受けた力に変換する。そして、ロボット制御装置４は、ロボットアーム１０が受けた外力に変換することができる。このことに関しては、後述する。

このような力検出部５の検出結果に基づいて、ロボット制御装置４は、ロボットアーム１０の作動を制御する。

次に、移動体２について説明する。
図１に示す移動体２は、自動走行システムで構成されており、基台１１０を移動させる移動機構２０を有する。移動機構２０は、複数の車輪、すなわち、図１中ｙ軸方向に並ぶ一対の前輪２１、図１中ｙ軸方向に並ぶ一対の後輪２２および図１中ｙ軸方向に並ぶ一対の駆動輪２３を有する。一対の駆動輪２３は、一対の前輪２１および一対の後輪２２の間に設けられている。各駆動輪２３は、図示しない駆動部に接続されており、駆動部からの駆動力により回転し、基台１１０を移動させる。なお、一対の前輪２１および一対の後輪２２は、本実施形態では、従動輪である。

また、各駆動輪２３は、独立してそれぞれ駆動部に接続され、それぞれ、正回転および逆回転可能に構成されている。このため、直進したり、後退したりすることができる。また、各駆動輪２３の回転速度および回転方向の少なくとも一方を調整することにより、走行する向きを変更したりする等、操舵することができる。また、本実施形態では、前輪２１、後輪２２および駆動輪２３は、ｚ軸回りに回転しない構成であるが、これに限定されず、前輪２１、後輪２２および駆動輪２３の少なくとも１つは、ｚ軸回りに回転する構成であってもよい。この場合、ｚ軸回りの回転量を調整することによって操舵することができる。

なお、本明細書中の「移動」には、直進、カーブ、蛇行、往復動等はもちろん、回転も含まれる。また、移動機構２０の車輪の数は、特に限定されない。また、移動機構２０の構成としては、上記のような車輪走行型に限定されず、例えば、複数本の足を有し、歩行する構成等であってもよい。

次に、ロボット制御装置４について説明する。
図２に示すように、ロボット制御装置４は、ロボットアーム１０の作動を制御する機能を有し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、記憶部４２と、通信部４３と、を有する。

ＣＰＵ４１は、記憶部４２に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。ＣＰＵ４１で生成された指令信号は、通信部４３を介してロボット１に送信される。これにより、ロボットアーム１０が所定の作業を実行することができる。

記憶部４２は、ＣＰＵ４１が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部４２としては、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が挙げられる。

通信部４３は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いてロボット１および指令装置３との間でそれぞれ信号の送受信を行う。

また、ＣＰＵ４１は、図４に示す素子５４Ａ～素子５４Ｄが出力した電荷の情報に応じて、素子５４Ａ～素子５４Ｄが受けた力をそれぞれ算出する。そして、力検出部５が受けた力を算出する。力検出部５が受けた力は、ｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向の成分があり、これら力Ｆｘ、力Ｆｙおよび力Ｆｚは、以下のようにして算出される。

力Ｆｘの算出は、素子５４Ａが受けたｕ方向の力Ｆｕａから、素子５４Ｂが受けたｕ方向の力Ｆｕｂを減算した値に、力検出パラメーターＭｘを乗算することにより算出することができる。すなわち、ＣＰＵ４１は、Ｆｘ＝（Ｆｕａ－Ｆｕｂ）×Ｍｘを演算する。

力Ｆｙの算出は、素子５４Ｃが受けたｕ方向の力Ｆｕｃから、素子５４Ｄが受けたｕ方向の力Ｆｕｄを減算した値に、力検出パラメーターＭｙを乗算することにより算出することができる。すなわち、ＣＰＵ４１は、Ｆｙ＝（Ｆｕｃ－Ｆｕｄ）×Ｍｙを演算する。

力Ｆｚの算出は、素子５４Ａが受けたｚ方向の力Ｆｚａから、素子５４Ｂが受けたｚ方向の力Ｆｚｂを減算した値と、素子５４Ｃが受けたｚ方向の力Ｆｚｃから、素子５４Ｄが受けたｚ方向の力Ｆｚｄを減算した値と、の差分に力検出パラメーターＭｚを乗算することにより算出することができる。すなわち、ＣＰＵ４１は、Ｆｚ＝｛（Ｆｚａ－Ｆｚｂ）－（Ｆｚｃ－Ｆｚｄ）｝×Ｍｚを演算する。

なお、力検出パラメーターＭｘ、力検出パラメーターＭｙおよび力検出パラメーターＭｚは、力検出の際、重力の影響を相殺、緩和するために用いられる係数であり、指令装置３によって指示される値である。このことは、後述する。

なお、ロボット制御装置４が、移動体２の作動を制御する構成であってもよく、移動体２の作動を制御する制御装置が、別途設けられていてもよい。

また、ロボット制御装置４には、前述した構成に加えて、さらに他の構成が付加されていてもよい。また、記憶部４２に保存されている各種プログラムやデータ等は、予め記憶部４２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おり、この記録媒体から提供されたものでもよいし、ネットワーク等を介して提供されたものであってもよい。

ここで、ロボット１の制御ブロック図について説明する。
図５に示すように、ロボット１は、位置フィードフォワード制御部４１１と、位置制御部４１２と、速度制御部４１３と、積分器４１４と、モータードライバー４１５と、加減算器４１６と、加減算器４１７と、を有する。これらのうち、位置フィードフォワード制御部４１１と、位置制御部４１２と、速度制御部４１３とは、ＣＰＵ４１に含まれる。

後述する指令装置３から入力された目標位置の信号は、位置フィードフォワード制御部４１１と、加減算器４１６とにそれぞれ入力される。位置フィードフォワード制御部４１１は、目標位置の信号に、サーボパラメーターである位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆを乗算し、加減算器４１７に出力する。

一方で、加減算器４１６に入力された目標位置の信号は、加減算器４１６にて、エンコーダー５３０の検出結果である現在位置に関する信号が加算され、位置制御部４１２に出力される。そして、位置制御部４１２は、サーボパラメーターである位置制御ゲインＫｐｐを入力された信号に乗算し、加減算器４１７に出力する。

加減算器４１７は、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆが乗算された目標位置の信号と、位置制御ゲインＫｐｐが乗算された目標位置の信号と、を加算するとともに、積分器４１４にて積分された現在位置に関する信号を減算し、速度制御部４１３に入力する。

速度制御部４１３は、入力された信号に、サーボパラメーターである速度制御ゲインＫｖｐを乗算して速度情報または電流に変換してモータードライバー４１５に出力する。これにより、ロボットアーム１０の現在位置を加味しつつ目標位置に移動するようにモーター５１０を駆動することができる。

なお、本明細書中での「サーボパラメーター」は、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐおよび速度制御ゲインＫｖｐを含むものであり、これらの総称である。

次に、指令装置３について説明する。
図２に示すように、指令装置３は、ロボットアーム１０の作動を制御する機能を有し、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１と、記憶部３２と、通信部３３と、入力部３４を有する。

ＣＰＵ３１は、記憶部３２に記憶されている各種プログラム等を読み出し、実行する。ＣＰＵ３１で生成された指令信号は、通信部３３を介してロボット制御装置４に送信される。これにより、ロボットアーム１０が所定の作業を所定の条件で実行することができる。また、ＣＰＵ３１は、適正サーボパラメーターと、第３力検出パラメーターである適正力検出パラメーターとを算出する算出部であり、後述する算出ステップを行う。

記憶部３２は、ＣＰＵ３１が実行可能な各種プログラム等を保存する。記憶部３２としては、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が挙げられる。

通信部３３は、例えば有線ＬＡＮ（Local Area Network）、無線ＬＡＮ等の外部インターフェースを用いてロボット制御装置４との間で信号の送受信を行う。

なお、指令装置３には、前述した構成に加えて、さらに他の構成が付加されていてもよい。また、記憶部３２に保存されている各種プログラムやデータ等は、予め記憶部３２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おり、この記録媒体から提供されたものでもよいし、ネットワーク等を介して提供されたものであってもよい。

また、指令装置３は、入力装置６からの指令が入力される端子、すなわち、入力ポートを有する。この部位が、各種情報が入力される入力部３４として機能する。入力部３４が入力装置６からの情報を指令装置３に入力する、すなわち、取り込むことにより、後述する入力ステップが行われる。
このような指令装置３のＣＰＵ３１と入力部３４とにより算出装置９が構成される。

入力装置６は、オペレーターが情報を入力して指令装置３に対して各種設定を行うデバイスである。この入力装置６としては、特に限定されず、例えば、タブレット、パソコン、スマートフォン、ティーチングペンダント等が挙げられる。入力装置６の接続は、有線による接続の他、無線による接続であってもよく、さらには、インターネット等のネットワークを介しての通信によるものであってもよい。

本実施形態では、一例として、図８に示すように、入力装置６は、表示画面６０を有するデバイスとする。表示画面６０に表示される画面の一例としては、設置角度入力部６１と、決定ボタン６２とを有するものが挙げられる。オペレーターは、設置角度入力部６１および決定ボタン６２を、タッチしたりマウスで操作したりすることができる。
以上、ロボットシステム１００の構成について説明した。

ここで、図１に示すように、ロボットアーム１０の基端面が、傾斜部材１８によって水平方向に対して傾斜した状態で設置されている場合、ロボットアーム１０の基端面が水平方向に平行な状態で設置されている場合に比べて、エンドエフェクターの先端の可動域が、－ｚ軸側に広がる。

一般的に、力検出部５の検出結果の補正の際に用いる力検出パラメーターは、図６に示すように、ロボットアーム１０の基端面が水平方向に平行な状態で設置した場合を想定して設定されている。このため、図６に示す状態では、設定されたサーボパラメーターを用いてロボットアーム１０の作動を制御すると、位置精度や応答性が高く、優れたパフォーマンスを発揮することができる。

しかしながら、図６に示す状態や図７に示す状態での最適な、すなわち、適正なサーボパラメーターを、図１に示す状態での力検出部５の検出結果の補正に用いると、その力検出パラメーターは、適正ではなくなり、力検出精度が低下してしまう。このようなことを鑑みて、本発明では、以下のようにして、上記問題を解決することができる。以下、指令装置３の制御動作について図９に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、以下のステップは、ロボット制御装置４と分担して行ってもよいが、以下では、一例として、指令装置３が行うこととする。

まず、オペレーターが図８に示す入力装置６の表示画面６０を見ながら、ロボットアーム１０の設置角度、すなわち、ロボットアーム１０の基端面と水平面とのなす角度を入力する。この入力は、設置角度入力部６１に数値を入力し、決定ボタン６２を押すことにより完了する。なお、オペレーターは、例えば、傾斜部材１８の傾斜面１８１の傾斜角度を把握しておくことにより、設置角度を正確に入力することができる。

オペレーターが決定ボタン６２を押すと、設置角度に関する情報が、入力部３４を介して指令装置３に入力される。そして、ステップＳ１０１において、入力部３４が設置角度に関する情報を記憶部３２に入力する、すなわち、取り込む。

次いで、ステップＳ１０２において、入力された設置角度での適正なサーボパラメーターである適正サーボパラメーターＫ０を算出する。なお、本ステップでは、駆動部５Ａ～駆動部５Ｆの各々のモーター５１０に対して、同様の算出方法で適正サーボパラメーターＫ０を別個に算出するため、１つのモーター５１０に着目して説明する。

本ステップでは、図６に示すロボットアーム１０の第１設置角度での設置に対応する第１サーボパラメーターＫ１と、図７に示すロボットアーム１０の第２設置角度での設置に対応する第２サーボパラメーターＫ２と、に基づいて、適正サーボパラメーターＫ０を算出する。

本実施形態では、図６に示す第１設置角度は、０°であり、図７に示す第２設置角度は、９０°である。また、ロボットアーム１０の第１設置角度での設置に対応する第１サーボパラメーターＫ１は、第１設置角度における最適な値であり、この値は、例えば、予め実験的に算出され、記憶部３２に記憶されている。同様に、ロボットアーム１０の第２設置角度での設置に対応する第２サーボパラメーターＫ２は、第２設置角度における最適な値であり、この値は、例えば、予め実験的に算出され、記憶部３２に記憶されている。

このように、第１設置角度は、ロボットアーム１０を設置する設置面と水平面とのなす角度が０°であり、第２設置角度は、設置面と水平面とのなす角度が９０°である。これにより、後述するように、より正確なパラメーター検出を行うことができる。

ＣＰＵ３１は、第１サーボパラメーターＫ１と第２サーボパラメーターＫ２との差分に、ｓｉｎθを乗算し、得られた値を第１サーボパラメーターＫ１から減算する。すなわち、Ｋ０＝Ｋ１－（Ｋ１－Ｋ２）×ｓｉｎθを演算する。これにより、適正サーボパラメーターＫ０を正確に算出することができる。

より具体的には、前述したように、サーボパラメーターは、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐおよび速度制御ゲインＫｖｐを含んでいる。本実施形態では、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐおよび速度制御ゲインＫｖｐのそれぞれの適正な値を算出する。

まず、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆの適正値の算出について説明する。
第１サーボパラメーターＫ１における位置フィードフォワードゲインをＫｐｐｆｆ１とし、第２サーボパラメーターＫ２における位置フィードフォワードゲインをＫｐｐｆｆ２とし、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆの適正値をＫｐｐｆｆ０としたとき、ＣＰＵ３１は、Ｋｐｐｆｆ０＝Ｋｐｐｆｆ１－（Ｋｐｐｆｆ１－Ｋｐｐｆｆ２）×ｓｉｎθを演算する。これにより、設置角度θに応じて位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆの適正値Ｋｐｐｆｆ０を正確に算出することができる。

次に、位置制御ゲインＫｐｐの適正値の算出について説明する。
第１サーボパラメーターＫ１における位置制御ゲインをＫｐｐ１とし、第２サーボパラメーターＫ２における位置制御ゲインをＫｐｐ２とし、位置制御ゲインＫｐｐの適正値をＫｐｐ０としたとき、ＣＰＵ３１は、Ｋｐｐ０＝Ｋｐｐ１－（Ｋｐｐ１－Ｋｐｐ２）×ｓｉｎθを演算する。これにより、設置角度θに応じて位置制御ゲインＫｐｐの適正値Ｋｐｐ０を正確に算出することができる。

次に、速度制御ゲインＫｖｐの適正値の算出について説明する。
第１サーボパラメーターＫ１における速度制御ゲインをＫｐｖ１とし、第２サーボパラメーターＫ２における速度制御ゲインをＫｐｖ２とし、速度制御ゲインＫｐｖの適正値をＫｐｖ０としたとき、ＣＰＵ３１は、Ｋｐｖ０＝Ｋｐｖ１－（Ｋｐｖ１－Ｋｐｖ２）×ｓｉｎθを演算する。これにより、設置角度θに応じて速度制御ゲインＫｐｖの適正値Ｋｐｖ０を正確に算出することができる。

このように、本実施形態では、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐおよび速度制御ゲインＫｖｐの適正値をそれぞれ算出する。これにより、ロボットアーム１０の設置角度θに応じて、最適なサーボパラメーターを算出することができる。

すなわち、サーボパラメーターは、位置フィードフォワードゲイン、位置制御ゲインおよび速度制御ゲインを含み、算出ステップでは、位置フィードフォワードゲイン、位置制御ゲインおよび速度制御ゲインのうちの少なくとも１つ、本実施形態では、全てのゲインを算出する。これにより、ロボットアーム１０の設置角度θに応じて、最適なサーボパラメーターを算出することができる。

このように、第１サーボパラメーターをＫ１とし、第２サーボパラメーターをＫ２とし、適正サーボパラメーターをＫ０とし、ロボットアーム１０の設置角度θとしたとき、算出ステップでは、Ｋ０＝Ｋ１－（Ｋ１－Ｋ２）×ｓｉｎθを演算する。これにより、ロボットアーム１０の設置角度θに応じて、適正サーボパラメーターＫ０を正確に算出することができる。

なお、本実施形態では、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐおよび速度制御ゲインＫｖｐの適正値をそれぞれ算出する場合について説明したが、これに限定されず、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐおよび速度制御ゲインＫｖｐのうちの少なくとも１つの適正値を算出すれば、上記効果が得られる。

このような位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐおよび速度制御ゲインＫｖｐの適正値を駆動部５Ａ～駆動部５Ｆのモーター５１０ごとに算出し、記憶部３２に記憶する。

次に、ステップＳ１０３において、設置角度θに応じて、適正な力検出パラメーターを算出する。すなわち、設置角度θに応じて、力Ｆｘの算出に用いる力検出パラメーターＭｘの適正値である適正力検出パラメーターＭｘ０と、力Ｆｙの算出に用いる力検出パラメーターＭｙの適正値である適正力検出パラメーターＭｙ０と、力Ｆｚの算出に用いる力検出パラメーターＭｚの適正値である適正力検出パラメーターＭｚ０と、をそれぞれ算出する。

本ステップでは、図６に示すロボットアーム１０の第１設置角度での設置に対応する力検出部５の第１力検出パラメーターＭ１と、ロボットアーム１０の第２設置角度での設置に対応する力検出部５の第２力検出パラメーターＭ２と、に基づいて、適正力検出パラメーターＭｘ０、Ｍｙ０およびＭｚ０を算出する。

第１力検出パラメーターＭ１は、力Ｆｘの算出に用いる力検出パラメーターＭｘ１と、力Ｆｙの算出に用いる力検出パラメーターＭｙ１と、力Ｆｚの算出に用いる力検出パラメーターＭｚ１と、を有する。

第２力検出パラメーターＭ２は、力Ｆｘの算出に用いる力検出パラメーターＭｘ２と、力Ｆｙの算出に用いる力検出パラメーターＭｙ２と、力Ｆｚの算出に用いる力検出パラメーターＭｚ２と、を有する。

前述したように、図６に示す第１設置角度は、０°であり、図７に示す第２設置角度は、９０°である。また、第１設置角度での力検出に対応する力検出パラメーターＭｘ１、Ｍｙ１およびＭｚ１は、第１設置角度における最適な値であり、この値は、例えば、予め実験的に算出され、記憶部３２に記憶されている。同様に、第２設置角度での力検出に対応する力検出パラメーターＭｘ２、Ｍｙ２およびＭｚ２は、第２設置角度における最適な値であり、この値は、例えば、予め実験的に算出され、記憶部３２に記憶されている。

適正力検出パラメーターＭｘ０は、以下のようにして算出される。
ＣＰＵ３１は、力検出パラメーターＭｘ１と、力検出パラメーターＭｘ２との差分に、ｓｉｎθを乗算し、得られた値を力検出パラメーターＭｘ１から減算する。すなわち、Ｍｘ０＝Ｍｘ１－（Ｍｘ１－Ｍｘ２）×ｓｉｎθを演算する。これにより、設置角度θに応じて適正力検出パラメーターＭｘ０を正確に算出することができる。よって、設置角度θに寄らず、ｘ軸方向の力検出を正確に行うことができる。

また、適正力検出パラメーターＭｙ０は、以下のようにして算出される。
ＣＰＵ３１は、力検出パラメーターＭｙ１と、力検出パラメーターＭｙ２との差分に、ｓｉｎθを乗算し、得られた値を力検出パラメーターＭｙ１から減算する。すなわち、Ｍｙ０＝Ｍｙ１－（Ｍｙ１－Ｍｙ２）×ｓｉｎθを演算する。これにより、設置角度θに応じて適正力検出パラメーターＭｙ０を正確に算出することができる。よって、設置角度θに寄らず、ｙ軸方向の力検出を正確に行うことができる。

また、適正力検出パラメーターＭｚ０は、以下のようにして算出される。
ＣＰＵ３１は、力検出パラメーターＭｚ１と、力検出パラメーターＭｚ２との差分に、ｓｉｎθを乗算し、得られた値を力検出パラメーターＭｚ１から減算する。すなわち、Ｍｚ０＝Ｍｚ１－（Ｍｚ１－Ｍｚ２）×ｓｉｎθを演算する。これにより、設置角度θに応じて適正力検出パラメーターＭｚ０を正確に算出することができる。よって、設置角度θに寄らず、ｚ軸方向の力検出を正確に行うことができる。

上記のようにして得られた適正力検出パラメーターＭｘ０、適正力検出パラメーターＭｙ０および適正力検出パラメーターＭｚ０は、記憶部３２に記憶される。

このように、第１力検出パラメーターをＭ１とし、第２力検出パラメーターをＭ２とし、第３力検出パラメーターである適正力検出パラメーターをＭ０とし、ロボットアーム１０の設置角度をθとしたとき、ＣＰＵ３１は、力検出パラメーターＭｘ１と、力検出パラメーターＭｘ２との差分に、ｓｉｎθを乗算し、得られた値を力検出パラメーターＭｘ１から減算する。すなわち、算出ステップでは、Ｍ０＝Ｍ１－（Ｍ１－Ｍ２）×ｓｉｎθを演算する。これにより、設置角度θによらず、適正力検出パラメーターを正確に算出することができる。

また、前述したように、力検出部５は、互いに交わるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の方向の力をそれぞれ検出するものであり、第３力検出パラメーターである適正力検出パラメーターＭ０は、力検出部５が検出するｘ軸方向の力Ｆｘの補正に用いる適正力検出パラメーターＭｘ０と、力検出部５が検出するｙ軸方向の力Ｆｙの補正に用いる適正力検出パラメーターＭｙ０と、力検出部５が検出するｚ軸方向の力Ｆｚの補正に用いる適正力検出パラメーターＭｚ０と、を含む。これにより、設置角度θによらず、各方向の力の補正に用いる適正力検出パラメーターを正確に算出することができる。

以上のようなステップを経て、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐ、速度制御ゲインＫｖｐの適正値、適正力検出パラメーターＭｘ０、適正力検出パラメーターＭｙ０および適正力検出パラメーターＭｚ０が算出される。

なお、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３は、上記のような順で行う場合に限定されず、同時に行ってもよく、逆の順番で行ってもよい。また、ステップＳ１０２は、省略してもよい。

なお、図示はしないが、指令装置３は、ステップＳ１０２で算出した位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐ、速度制御ゲインＫｖｐの適正値の情報を、ロボット制御装置４に送信する。そして、ロボット制御装置４は、受信した位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐ、速度制御ゲインＫｖｐの適正値を用いてロボットアーム１０の作動の制御に用いることにより、ロボットアーム１０の作動の制御の位置精度や応答性が高くなり、優れたパフォーマンスを発揮することができる。その結果、ロボット１は、迅速かつ正確に作業を行うことができる。

また、図示はしないが、指令装置３は、ステップＳ１０３で算出した適正力検出パラメーターＭｘ０、適正力検出パラメーターＭｙ０および適正力検出パラメーターＭｚ０の情報を、ロボット制御装置４に送信する。そして、ロボット制御装置４は、受信した適正力検出パラメーターＭｘ０、適正力検出パラメーターＭｙ０および適正力検出パラメーターＭｚ０を用いて、力検出を行う。これにより、ロボットアーム１０に加わった力を正確に検出することができ、作業を安全かつ精度よく行うことができる。

また、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３の双方を行うことにより、これらの相乗効果が得られる。すなわち、位置フィードフォワードゲインＫｐｐｆｆ、位置制御ゲインＫｐｐおよび速度制御ゲインＫｖｐの適正値を算出することと、適正力検出パラメーターＭｘ０、適正力検出パラメーターＭｙ０および適正力検出パラメーターＭｚ０を算出することとの相乗効果によって、ロボット１は、ロボットアーム１０の作動の制御の位置精度や応答性がさらに高くなり、より安全に優れたパフォーマンスを発揮することができる。

また、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３における算出において、ステップＳ１０１で入力した設置角度θの情報を共有する構成である。すなわち、ステップＳ１０１で一回入力した設置角度θの情報に基づいて、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３を実行する。これにより、より簡単な方法で適正なパラメーターを算出することができる。

また、ステップＳ１０１では、本実施形態では、設置角度に関する情報の一例として、直接的に設置角度の数値を入力する構成であったが、本発明ではこれに限定されず、複数の選択肢の中から選択する構成であってもよい。複数の選択肢としては、例えば、「１０°」、「２０°」、「３０°」といった数値であってもよく、「傾斜角度小」、「傾斜角度中」、「傾斜角度大」のような文字であってもよく、傾斜角度の大小を示す記号であってもよい。

なお、本実施形態では、図６に示す第１設置角度は、０°であり、図７に示す第２設置角度は、９０°である場合について説明したが、本発明では、これに限定されず、第１設置角度および第２設置角度は、互いに異なっていれば、それぞれ、いかなる角度であってもよい。

以上、説明したように、本発明の制御方法は、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０に加わる力を検出する力検出部５と、を備えるロボット１のロボットアーム１０の設置角度に関する情報を入力する入力ステップと、ロボットアーム１０の第１設置角度での設置に対応する力検出部５の第１力検出パラメーターと、ロボットアーム１０の第１設置角度と異なる第２設置角度での設置に対応する力検出部５の第２力検出パラメーターと、に基づいて、ロボットアーム１０の設置角度における力検出部５の第３力検出パラメーターである適正力検出パラメーターを算出する算出ステップと、を有する。これにより、ロボットアーム１０の設置角度に応じて適正力検出パラメーターを算出することができる。よって、設置角度によらず、力検出を正確に行うことができる。その結果、ロボット１は、迅速かつ正確に作業を行うことができる。

また、本発明の算出装置９は、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０に加わる力を検出する力検出部５と、を備えるロボット１のロボットアーム１０の設置角度に関する情報を入力する入力部３４と、ロボットアーム１０の第１設置角度での設置に対応する力検出部５の第１力検出パラメーターと、ロボットアーム１０の第１設置角度と異なる第２設置角度での設置に対応する力検出部５の第２力検出パラメーターと、に基づいて、ロボットアーム１０の設置角度における力検出部５の第３力検出パラメーターである適正力検出パラメーターを算出する算出部としてのＣＰＵ３１と、を備える。これにより、ロボットアーム１０の設置角度に応じて適正力検出パラメーターを算出することができる。よって、設置角度によらず、力検出を正確に行うことができる。その結果、ロボット１は、迅速かつ正確に作業を行うことができる。

＜第２実施形態＞
図１０は、本発明の算出装置の第２実施形態が備える入力装置の表示画面を示す図である。図１１は、本発明の算出装置の第２実施形態が行う制御動作を説明するためのフローチャートである。

以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。

図１０に示すように、本実施形態の入力装置６の表示画面６０には、設置角度入力部６１および決定ボタン６２に加え、適正サーボパラメーター算出ボタン６３および適正力検出パラメーター算出ボタン６４が表示される。

適正サーボパラメーター算出ボタン６３は、適正サーボパラメーターを算出するか否かを選択するボタンである。適正力検出パラメーター算出ボタン６４は、適正力検出パラメーターを算出するか否かを選択するボタンである。

オペレーターは、適正サーボパラメーター算出ボタン６３および適正力検出パラメーター算出ボタン６４のうちの少なくとも一方を選択して押すとともに、設置角度入力部６１に設置角度を入力し、その後、決定ボタン６２を押す。すなわち、オペレーターは、適正サーボパラメーターおよび適正力検出パラメーターのうちのどのパラメーターを算出するかを選択可能である。これにより、オペレーターは、ロボット１の構成や、作業内容に応じて、必要がないパラメーターの算出を省略することができる。よって、指令装置３の制御動作を簡素にすることができる。

次に、図１１に示すフローチャートに基づいて、指令装置３の制御動作について説明する。

まず、オペレーターが図１０に示す入力装置６の表示画面６０を見ながら、適正サーボパラメーター算出ボタン６３および適正力検出パラメーター算出ボタン６４のうちの少なくとも一方を押すとともに、設置角度入力部６１にロボットアーム１０の設置角度を入力する。

そして、オペレーターが決定ボタン６２を押すと、どのパラメーターを算出するかの情報と、設置角度に関する情報とが、図２に示す入力部３４を介して指令装置３に入力される。そして、ステップＳ２０１において、入力部３４が設置角度に関する情報を記憶部３２に入力する、すなわち、取り込む。

次いで、ステップＳ２０２において、ステップＳ２０１での入力結果に基づいて、適正サーボパラメーターおよび適正力検出パラメーターのうちの少なくとも一方を算出する。
これらの算出方法は、前記第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

このように、算出装置９は、少なくとも１つのアームであるアーム１１～アーム１６を有するロボットアーム１０と、アーム１１～アーム１６を駆動するサーボモーターであるモーター５１０を有する駆動部５Ａ～５Ｆと、ロボットアーム１０に加わった力を検出する力検出部５と、を備えるロボット１のロボットアーム１０の設置角度に関する情報を入力する入力部３４と、入力部３４の入力結果に応じて、モーター５１０を駆動する際に用いるサーボパラメーター、および、力検出部５の検出値の補正に用いる力検出パラメーターのうちの少なくとも一方を算出する算出部としてのＣＰＵ３１と、を備える。これにより、ロボットアーム１０の設置角度に応じてサーボパラメーターおよび力検出パラメーターのうちの少なくとも一方を選択的に算出することができる。よって、設置角度によらず、ロボット１は、迅速かつ正確に作業を行うことができる。

なお、適正サーボパラメーター算出ボタン６３および適正力検出パラメーター算出ボタン６４のうち、適正力検出パラメーター算出ボタン６４を押された場合が、本発明に該当する。

以上、本発明の制御方法および算出装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、算出装置の各部の構成は、同様の機能を有する任意の構造物に置換することができる。また、他の任意の構造物が付加されていてもよい。また、制御方法の各ステップは、同様の効果を発揮する任意の工程に置換することができる。また、他の任意の工程が付加されていてもよい。

また、前記各実施形態では、入力部３４に設置角度θを入力するのは、入力装置６であったが、本発明ではこれに限定されず、例えば、設置角度θを検出する角度検出部であってもよい。すなわち、ロボット１は、角度検出部を有し、角度検出部の検出結果に基づいて、適正サーボパラメーターを算出する構成であってもよい。

また、前記実施形態では、ロボットアームの回転軸の数は、６つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットアームの回転軸の数は、例えば、１つ～５つ、または、７つ以上でもよい。すなわち、前記実施形態では、アームの数は、６つであるが、本発明では、これに限定されず、アームの数は、１つ～５つ、または、７つ以上でもよい。

１…ロボット、２…移動体、３…指令装置、４…ロボット制御装置、５…力検出部、５Ａ…駆動部、５Ｂ…駆動部、５Ｃ…駆動部、５Ｄ…駆動部、５Ｅ…駆動部、５Ｆ…駆動部、６…入力装置、９…算出装置、１０…ロボットアーム、１０Ａ…ロボット本体、１１…アーム、１２…アーム、１３…アーム、１４…アーム、１５…アーム、１６…アーム、１７…エンドエフェクター、１８…傾斜部材、２０…移動機構、２１…前輪、２２…後輪、２３…駆動輪、３１…ＣＰＵ、３２…記憶部、３３…通信部、３４…入力部、４１…ＣＰＵ、４２…記憶部、４３…通信部、５１…第１プレート、５２…第２プレート、５３…筒状部、５４Ａ…素子、５４Ｂ…素子、５４Ｃ…素子、５４Ｄ…素子、６０…表示画面、６１…設置角度入力部、６２…決定ボタン、６３…適正サーボパラメーター算出ボタン、６４…適正力検出パラメーター算出ボタン、１００…ロボットシステム、１１０…基台、１８１…傾斜面、４１１…位置フィードフォワード制御部、４１２…位置制御部、４１３…速度制御部、４１４…積分器、４１５…モータードライバー、４１６…加減算器、４１７…加減算器、５１０…モーター、５２０…ブレーキ、５３０…エンコーダー、Ｆｕａ…力、Ｆｕｂ…力、Ｆｕｃ…力、Ｆｕｄ…力、Ｆｚａ…力、Ｆｚｂ…力、Ｆｚｃ…力、Ｆｚｄ…力、θ…設置角度

Claims (5)

1. ロボットアームと、前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、を備えるロボットの前記ロボットアームの設置角度に関する情報を入力部により入力する入力ステップと、
   前記ロボットアームの第１設置角度での設置に対応する前記力検出部の第１力検出パラメーターと、前記ロボットアームの前記第１設置角度と異なる第２設置角度での設置に対応する前記力検出部の第２力検出パラメーターと、に基づいて、前記ロボットアームの前記設置角度における前記力検出部の第３力検出パラメーターを算出部により算出する算出ステップと、を有することを特徴とする制御方法。
2. 前記第１力検出パラメーターをＭ１とし、前記第２力検出パラメーターをＭ２とし、前記第３力検出パラメーターをＭ０とし、前記ロボットアームの設置角度をθとしたとき、
   前記算出ステップでは、Ｍ０＝Ｍ１－（Ｍ１－Ｍ２）×ｓｉｎθを演算する請求項１に記載の制御方法。
3. 前記力検出部は、互いに交わるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の方向の力を検出するものであり、
   前記第３力検出パラメーターＭ０は、前記力検出部が検出するｘ軸方向の力Ｆｘの補正に用いる力検出パラメーターＭｘ０と、前記力検出部が検出するｙ軸方向の力Ｆｙの補正に用いる力検出パラメーターＭｙ０と、前記力検出部が検出するｚ軸方向の力Ｆｚの補正に用いる力検出パラメーターＭｚ０と、を含む請求項１または２に記載の制御方法。
4. 前記第１設置角度は、前記ロボットアームを設置する設置面と水平面とのなす角度が０°であり、
   前記第２設置角度は、前記設置面と水平面とのなす角度が９０°である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御方法。
5. ロボットアームと、前記ロボットアームに加わる力を検出する力検出部と、を備えるロボットの前記ロボットアームの設置角度に関する情報を入力する入力部と、
   前記ロボットアームの第１設置角度での設置に対応する前記力検出部の第１力検出パラメーターと、前記ロボットアームの前記第１設置角度と異なる第２設置角度での設置に対応する前記力検出部の第２力検出パラメーターと、に基づいて、前記ロボットアームの前記設置角度における前記力検出部の第３力検出パラメーターを算出する算出部と、を備えることを特徴とする算出装置。

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