(57)【要約】【課題】ラインにおける実際の動作時に締付けトルクを検出する手段を必要とすることなく、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定する螺子締めロボットのパラメータ自動調整装置を提供する。【解決手段】「精度優先モード−簡易」のとき、速度候補は三つの固定値として予め設定する。パラメータ推定部５８は、三つの速度候補に対応して設定された九つの水準から四つの水準を選択して螺子締めロボット１０の動作テストを実行する。そのため、パラメータを収束させるために必要な動作テストの回数、すなわち消費されるテストピースの数は、数十個程度と熟練者に近くなる。例えば一実施形態のように四つの水準について五回ずつ動作テストを実行する場合、合計２０回程度の動作テストでパラメータは収束する。したがって、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。【選択図】図１
2012200808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺子に接するビットと、電力により前記ビットを回転駆動する駆動部とを備え、
螺子を螺子穴に噛み合わせる第一期、前記第一期で噛み合わされた前記螺子を前記螺子穴に前記第一期よりも高速でねじ込む第二期、前記第二期でねじ込まれた前記螺子を前記第二期よりも低速で締め上げて前記螺子に加わるトルクを予め設定された締付けトルクに調整する第三期、および前記螺子のねじ込みを停止して前記第三期で前記締付けトルクに調整された前記螺子の安定を図る第四期を含む螺子締めを行う螺子締めロボットにおいて、
前記螺子と前記螺子穴が形成された対象物とからなる複数のテストピースを組み付けて、前記螺子締めロボットの制御パラメータを自動で調整するパラメータ自動調整装置であって、
前記第三期において前記螺子を締め込む回転速度として複数の回転速度候補の入力を受け付ける回転速度入力手段と、
前記第三期における前記締付けトルクの目標値τｇの入力を受け付ける目標トルク入力手段と、
前記螺子締めロボットに着脱可能に設けられ、前記テストピースを組み付ける際に、前記第三期における前記締付けトルクの実測値τｆを検出する実測締付けトルク取得手段と、
前記第三期における回転速度を、複数の回転速度候補のうちいずれかに設定して前記テストピースを組み付け、前記第四期において前記駆動部に供給する電流τ４を取得する第四期供給電流取得手段と、
前記回転速度入力手段で入力した複数の速度候補、前記実測締付けトルク取得手段で取得した前記実測値τｆ、および前記第四期供給電流取得手段で取得した電流τ４から前記第三期および前記第四期における螺子締めパラメータを推定するパラメータ推定手段と、
を備えるパラメータ自動調整装置。
【請求項２】
前記回転速度入力手段は、前記第三期において前記螺子を締め込む回転速度として期待値が最も高い任意の第一速度候補ω３ｃ１、前記第一速度候補ω３ｃ１よりも期待値が低いものの安全性が高い任意の第二速度候補ω３ｃ２、および前記第二速度候補ω３ｃ２よりも期待値が低いものの安全性が高い任意の低信頼度回転速度ω３ｃ３の入力を受け付ける請求項１記載のパラメータ自動調整装置。
【請求項３】
前記第四期供給電流取得手段は、前記第三期における回転速度を、前記第一速度候補ω３ｃ１、前記第二速度候補ω３ｃ２、および前記第三速度候補ω３ｃ３のいずれかに設定しながら前記テストピースを組み付け、前記駆動部に供給する電流τ４を取得する請求項２記載のパラメータ自動調整装置。
【請求項４】
前記目標トルク入力手段から入力された前記目標値τｇに、予め設定された任意の誤差範囲を含めた定数Ｃτを算出する定数決定手段をさらに備え、
前記パラメータ推定手段は、前記回転速度入力手段で入力した前記第一速度候補ω３ｃ１、前記第二速度候補ω３ｃ２および前記第三速度候補ω３ｃ３、前記目標トルク入力手段で入力した前記目標値τｇ、前記定数決定手段で決定した前記定数Ｃτ、前記第四期供給電流取得手段で取得した電流τ４、ならびに前記実測締付けトルク取得手段で取得した前記実測値τｆから、複数の水準を設定し、設定した複数の水準から任意の数の水準を選択して螺子締めパラメータを推定する請求項３記載のパラメータ自動調整装置。
【請求項５】
前記パラメータ推定手段は、
水準１：τ４＝（τｇ−ｖ）／ｕ、ω３＝ω３ｃ１
水準２：τ４＝（τｇ−ｖ＋Ｃτ）／ｕ、ω３＝ω３ｃ１
水準３：τ４＝（τｇ−ｖ−Ｃτ）／ｕ、ω３＝ω３ｃ１
水準４：τ４＝（τｇ−ｖ）／ｕ、ω３＝ω３ｃ２
水準５：τ４＝（τｇ−ｖ＋Ｃτ）／ｕ、ω３＝ω３ｃ２
水準６：τ４＝（τｇ−ｖ−Ｃτ）／ｕ、ω３＝ω３ｃ２
水準７：τ４＝（τｇ−ｖ）／ｕ、ω３＝ω３ｃ３
水準８：τ４＝（τｇ−ｖ＋Ｃτ）／ｕ、ω３＝ω３ｃ３
水準９：τ４＝（τｇ−ｖ−Ｃτ）／ｕ、ω３＝ω３ｃ３
のうち少なくとも四つの水準を選択する請求項４記載のパラメータ自動調整装置。
【請求項６】
前記パラメータ推定手段は、係数ｕおよび係数ｖとしたとき、
τｆ＝ｕτ４＋ｖ
から、前記係数ｕおよび前記係数ｖを推定し、前記第三期および前記第四期における螺子締めパラメータを推定する請求項５記載のパラメータ自動調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、螺子締めロボットのパラメータ自動調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象となるワークに螺子を締付ける螺子締めロボットとして特許文献１が公知である。このような螺子締めロボットは、ワークに対する螺子の締め付けを、噛み合わせの第一期、締め込みの第二期、トルク調整のために締め上げる第三期、および締付けトルクの安定を図る第四期の順で実行する。この場合、螺子締めロボットの正確な作動を確保するためには、第一期から第四期までの各ステップにおいてモータへの供給電流値、螺子の回転速度および螺子の回転数などのパラメータを精密に調整する必要がある。特に、これらのパラメータには、螺子の締付けトルクを目標締付けトルクに正確に合致させ、かつ締付けトルクのばらつきが小さく、さらにパラメータの調整に必要な時間が短いことが要求される。
【０００３】
しかしながら、従来の螺子締めロボットにおけるパラメータの設定は、実際に螺子締めロボットでテストピースを組み付けることによって行われている。すなわち、パラメータの設定は、螺子締めロボットを用いたテストピースの組み付けによって得られたデータからユーザの自己の経験および勘に基づいて行われている。この場合、テストピースの消費量は、ユーザの熟練度に左右される。例えば熟練度の高いユーザであればテストピースを用いた数十回程度の動作テストでパラメータの設定を行えるのに対し、熟練度の低いユーザは百回以上の動作テストを行っても目標とするパラメータの近似値が得られない場合もある。一方、すべての現場に熟練度の高いユーザが所在するとは限らないことから、熟練度の高いユーザのみでパラメータの設定を行うのは現実的でない。また、熟練度の低いユーザは、上記の通りテストピースの消費量が増大するにも関わらず、十分な数のテストピースを確保することも現実的でない。
【０００４】
ところで、これらロボットのパラメータをユーザの熟練度に関わらず自動で設定する技術として、特許文献２が提案されている。特許文献２は、ロボットを実際に動作させることにより負荷を推定し、負荷に応じてパラメータの設定を行うことを開示している。また、特許文献３では、螺子締めロボットにトルク検出手段を設けることにより、パラメータの調整による締付けトルクの制御ではなく、トルク検出手段で検出したトルクに基づいて実際の締付けトルクを制御することが開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献２の場合、推定する負荷はロボットのアームの先端における負荷に相当している。そのため、ビットの回転によって螺子をワークに締付ける螺子締めロボットに応用することは困難である。また、特許文献３の場合、螺子締めロボットの構成要素としてトルク検出手段を必要とする。例えばトルクセンサなどのトルク検出手段は、高価である。特に、螺子締めロボットの各種パラメータをラインでの実際の動作の前に正確に設定できれば、パラメータ調整後におけるラインでのロボット動作時にはトルク検出手段は不要である。そのため、調整時にのみトルク検出手段を用いることとし、ラインでの動作時にはトルク検出手段が不要となる構成が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８１１９９９号明細書
【特許文献２】特開平７−２６１８４４号公報
【特許文献３】特開平６−１７０６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ラインにおける実際の動作時に締付けトルクを検出する手段を必要とすることなく、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定する螺子締めロボットのパラメータ自動調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、回転速度入力手段は、ユーザから例えば第一速度候補ω３ｃ１、第二速度候補ω３ｃ２、および第三速度候補ω３ｃ３などの複数の速度候補の入力を受け付ける。これらの第一速度候補ω３ｃ１、第二速度候補ω３ｃ２、および第三速度候補ω３ｃ３は、ユーザが妥当と思われる範囲で任意に設定可能な値である。すなわち、ユーザは、第三期における回転速度として期待値が高いと想定する回転速度を第一速度候補ω３ｃ１として、この第一速度候補ω３ｃ１よりも期待値は低下するものの安全性が高い回転速度を第二速度候補ω３ｃ２として、第二速度候補ω３ｃ２よりもさらに期待値は低下するものの安全性が高い回転速度を第三速度候補ω３ｃ３として入力することができる。
【０００９】
統計的に、パラメータの収束が予測される信頼区間は、動作テストの回数、すなわちテストピースの組み付け回数の平方根に反比例する。そのため、数十回の動作テストを行う場合、動作テストの初期を除くと信頼区間が大きく変化することはない。そこで、第三期において収束が想定される回転速度として、上述の複数の速度候補からいくつかのの速度候補を固定値として用いることにより、パラメータの算出の簡略化が図られる。本願発明では、パラメータ推定手段は、これらの複数の速度候補を用いて、複数の水準を設定している。そして、パラメータ推定手段は、設定したこれら複数の水準から任意の水準を用いて、動作テストを実行し、パラメータを推定する。パラメータ推定手段は、例えばτｆ＝ｕτ４＋ｖに基づいて係数ｕおよび係数ｖを推定することにより、パラメータの設定を行う。このとき、予め速度候補が固定値となっているため、これらのパラメータを収束させるために必要な動作テストの回数、すなわち消費するテストピースの数は、熟練者に近い程度まで減少する。例えば四つの水準について五回ずつ動作テストを実行しても、合計２０回程度の動作テストでパラメータの収束が可能となる。したがって、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による螺子締めロボットのパラメータ自動調整装置を示すブロック図
【図２】螺子締めロボットの例を示す模式図
【図３】図３に示す螺子締めロボットの要部を拡大した部分断面図
【図４】螺子締めロボットの作動の流れを示す概略図
【図５】一実施形態によるパラメータ自動調整装置に入力される初期データを示す概略図
【図６】一実施形態によるパラメータ自動調整装置が螺子締めロボットから取得するデータを示す概略図
【図７】一実施形態によるパラメータ自動調整装置が内部処理によって生成するデータを示す概略図
【図８】第三期における電流の変化を示す模式図
【図９】一実施形態によるパラメータ自動調整装置が出力するデータを示す概略図
【図１０】一実施形態によるパラメータ自動調整装置における初期特性調査処理の流れを示す概略図
【図１１】第二期における回転量と第三期における安定回転量との関係を示す概略図
【図１２】第二期における回転量と第三期における安定回転量との関係を線形回帰した結果を示す模式図
【図１３】第二期における回転量と第三期における安定回転量との関係をロバスト線形回帰によって求める手順を説明するための説明図
【図１４】一実施形態によるパラメータ自動調整装置において第四期電流値−第三期速度をケース１によってテストする例を示す概略図
【図１５】一実施形態によるパラメータ自動調整装置において第四期電流値−第三期速度をケース２によってテストする例を示す概略図
【図１６】一実施形態によるパラメータ自動調整装置において第四期電流値−第三期速度をケース３によってテストする例を示す概略図
【図１７】一実施形態によるパラメータ自動調整装置におけるパラメータ調整処理の流れを示す概略図
【図１８】第二期における回転量と第三期における安定回転量と第二期における回転量との関係を示す概略図
【図１９】第三期における回転速度と締付け時間との関係を示す概略図
【図２０】第三期における電流値、第三期における着座電流値および第四期における判定電流値を算出するための係数を示す概略図
【図２１】一実施形態によるパラメータ自動調整装置で算出された４期電流値の最適パラメータの表示例を示す模式図
【図２２】一実施形態によるパラメータ自動調整装置で算出された２期回転量の最適パラメータの表示例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、螺子締めロボットのパラメータ自動調整装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
（螺子締めロボット）
まず、パラメータ自動調節装置がパラメータを設定する対象となる螺子締めロボットについて説明する。
図２に示すように螺子締めロボット１０は、ヘッド部１１、ステー１２およびコネクタボックス１３を備えている。ヘッド部１１は、図２および図３に示すように直線駆動機構部１４、回転駆動機構部１５およびビット１６を有している。直線駆動機構部１４は、ステー１２に対してヘッド部１１を直線状に往復駆動する。図２に示す場合、直線駆動機構部１４は、図２の上下方向へヘッド部１１を駆動する。直線駆動機構部１４は、例えば図３に示すように動力源となるモータ１７、ラック１８およびピニオン１９などを有している。これにより、ヘッド部１１は、モータ１７へ通電することによって、図２の上下方向へ移動する。回転駆動機構部１５は、特許請求の範囲の駆動部に相当し、図３に示すようにモータ２１およびシャフト２２を有している。モータ２１は、回転軸２３がシャフト２２に接続しており、電力を供給することによりシャフト２２を回転駆動する。ビット１６は、シャフト２２のモータ２１と反対側の端部に接続され、シャフト２２によって回転駆動される。また、ヘッド部１１は、吸着パイプ２４を有している。吸着パイプ２４は、ビット１６の外周側を覆っており、ビット１６側の先端が開口している。吸着パイプ２４は、開口している先端と反対側がパイプ２５を経由して吸引部２６に接続している。吸引部２６は、パイプ２５を経由して吸着パイプ２４の内側を減圧する。これにより、螺子締めの対象となる図示しない螺子は、吸着パイプ２４の先端に吸引されるとともに、ビット１６に装着される。
【００１２】
図３の破線で示すように、モータ２１の回転軸２３にはトルクセンサ２７が装着可能である。トルクセンサ２７は、モータ２１の回転軸２３に着脱可能に装着される。トルクセンサ２７は、後述するパラメータ自動調節装置でパラメータを設定する際にヘッド部１１に装着され、パラメータの設定が完了するとヘッド部１１から取り外される。このトルクセンサ２７は、特許請求の範囲の実測締付けトルク取得手段に相当する。ヘッド部１１のモータ２１や吸引部２６などは、カバー２８に覆われている。
【００１３】
次に、上記の構成の螺子締めロボット１０の作動について説明する。
螺子締めロボット１０は、図１に示すようにベース３１に載置されたワーク３２の螺子穴３３に螺子３４を締め込む。このとき、螺子締めロボット１０は、図４に示すように第一期、第二期、第三期および第四期の手順で螺子３４をワーク３２に締め込む。
螺子締めロボット１０は、第一期において、螺子３４を螺子穴３３に噛み合わせる。すなわち、螺子締めロボット１０は、吸引部２６の減圧によってビット１６の先端に装着した螺子３４を、ワーク３２の螺子穴３３の軸線と一致させる。そして、螺子締めロボット１０は、ビット１６に装着した螺子３４を回転させることにより、螺子３４と螺子穴３３とを噛み合わせる。このとき、ビット１６の回転速度は、第二期よりも低速であり、第三期よりも高速である中速に設定される。これにより、螺子３４と螺子穴３３との確実な噛み合いが達成される。また、螺子３４をワーク３２に押さえつける力は、他の第二期から第四期に比較して小さく設定されている。これにより、螺子３４の傾きおよび無用な噛み込みにともなう螺子３４の固着が回避される。
【００１４】
第一期が終了すると、螺子締めロボット１０は、第一期で螺子穴３３に噛み合わされた螺子３４を螺子穴３３にねじ込む第二期へ移行する。螺子締めロボット１０は、他の第一期および第三期よりも高速でビット１６を回転させ、第一期で螺子穴３３に噛み合わされた螺子３４を螺子穴３３にねじ込む。これにより、螺子３４は、螺子穴３３に対し高速にねじ込まれ、ねじ込みの所要時間が短縮される。また、螺子３４をワーク３２に押さえつける力は、第一期よりも強く、第三期および第四期よりも小さく設定されている。これにより、螺子３４は、安定して螺子穴３３にねじ込まれる。
【００１５】
第二期が終了すると、螺子締めロボット１０は、第二期でねじ込まれた螺子３４を締め上げて螺子３４に加わるトルクを予め設定された締付けトルクに調整する第三期へ移行する。螺子締めロボット１０は、他の第一期および第二期よりも低速でビット１６を回転させ、第二期で高速でねじ込まれた螺子３４を締め上げる。これにより、螺子穴３３にねじ込まれた螺子３４は、予め設定された締付けトルクに高い精度で調整される。また、螺子３４をワーク３２に押さえつける力は、第一期および第二期よりも大きく設定されている。これにより、螺子３４は、螺子頭のつぶれが回避される。
第三期が終了すると、螺子締めロボット１０は、第三期で締付けトルクが調整された螺子３４の締め込みを停止して螺子３４に加わる締付けトルクを安定させる第四期へ移行する。螺子締めロボット１０は、ビット１６の回転を停止させ、ワーク３２に対する螺子３４のねじ込みを停止させる。また、螺子３４をワーク３２に押さえつける力は、第三期と同様に強く設定されている。これにより、第三期と同様に螺子３４は、螺子頭のつぶれが回避される。
【００１６】
以上のように、螺子締めロボット１０は、第一期から第四期までを順に実行することにより、螺子３４をワーク３２の螺子穴３３に締め込む。この螺子締めロボット１０の作動は、図１に示すように螺子締めロボット１０に接続するコントローラ３６からの指示により、一連の流れとして実行される。パラメータ自動調整装置でパラメータを調整する場合、螺子締めロボット１０は、螺子３４およびワーク３２からなるテストピースを組み付ける。このテストピースは、螺子締めロボット１０で実際に組み付ける螺子３４およびワーク３２と同一の部材である。
【００１７】
（パラメータ自動調整装置）
次に、上記の構成による螺子締めロボットの制御パラメータを自動で調節するパラメータ自動調整装置について説明する。
図１に示すようにパラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０のコントローラ３６と通信可能に接続されている。パラメータ自動調整装置４０は、例えば図示しないＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭからなる制御部４１を有するパーソナルコンピュータにおいて、パラメータ自動調整プログラムを実行することによりソフトウェア的に実現されている。パラメータ自動調整装置４０を構成するパーソナルコンピュータは、マウスやキーボードなどの入力部４２、ディスプレイやプリンタなどの出力部４３、ＨＤＤやＥＥＰＲＯＭなどの記憶部４４およびコントローラとの通信を実行する通信インターフェイス４５などを有している。
【００１８】
パラメータ自動調整装置４０は、制御部４１においてパラメータ自動調整プログラムを実行することにより、螺子締めロボット１０から取得した各種のデータなどに基づいてパラメータの自動調整を実行する。具体的には、パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０のコントローラ３６から各種のデータを取得する第三期回転速度取得部５１、第四期供給電流取得部５２および実測締付けトルク取得部５３を有している。また、パラメータ自動調整装置４０は、ユーザが設定するデータの入力を受け付ける回転速度入力部５４、目標トルク入力部５５および第二期初期回転量設定部５６を有している。さらに、パラメータ自動調整装置４０は、定数決定部５７およびパラメータ推定部５８を有している。第三期回転速度取得部５１は、螺子締めロボット１０の第三期におけるビット１６の回転数すなわちモータ２１の回転数をコントローラ３６から取得する。モータ２１の回転数は、例えばモータ２１へ供給する電流やモータ２１へ印加する電圧、またはモータ２１やビット１６の回転数を直接検出する機器を用いて取得される。第四期供給電流取得部５２は、螺子締めロボット１０の第四期におけるモータ２１への供給電流をコントローラ３６から取得する。実測締付けトルク取得部５３は、トルクセンサ２７と協働して構成され、トルクセンサ２７で検出した締付けトルクの実測値をコントローラ３６から取得する。回転速度入力部５４、目標トルク入力部５５および第二期初期回転量設定部５６は、出力部４３の表示画面を利用して入力部４２を経由して入力されるユーザからのデータ入力を受け付ける。定数決定部５７およびパラメータ推定部５８は、パラメータ自動調整プログラムを実行することによりパラメータ自動調整装置４０においてソフトウェア的に実現されている。パラメータ推定部５８は、テストパラメータ生成部６１、締付けトルク推定モデル生成部６２および締付けトルク学習部６３を構成している。
【００１９】
第三期回転速度取得部５１は、第三期において螺子３４をワーク３２に締め込む回転速度ω３を取得する。具体的には、第三期回転速度取得部５１は、例えばモータ２１に供給される電流、モータ２１に印加される電圧、あるいは回転数センサ７１で直接検出した回転数などから、第三期において螺子３４をワーク３２に締め込む回転速度ω３を取得する。第四期供給電流取得部５２は、第四期において回転駆動機構部１５のモータ２１に供給する電流τ４を取得する。実測締付けトルク取得部５３は、上述のトルクセンサ２７から螺子３４をワーク３２の螺子穴３３にねじ込む際に螺子３４に加わるトルク、すなわちシャフト２２を経由してビット１６に接続するモータ２１の回転軸２３に加わるトルクを取得する。
【００２０】
回転速度入力部５４は、第三期において螺子３４を締め込む回転速度として任意の高信頼回転速度ω３ｃ１、中信頼回転速度ω３ｃ２および低信頼回転速度ω３ｃ３の入力を受け付ける。これら高信頼回転速度ω３ｃ１、中信頼回転速度ω３ｃ２および低信頼回転速度ω３ｃ３は、いずれもユーザが設定可能な任意の値である。目標トルク入力部５５は、第三期における締付けトルクの目標値である目標締付けトルクτｇの入力を受け付ける。この目標締付けトルクτｇも、第三期において螺子締めロボット１０に期待するユーザの任意の締付けトルクの目標値である。定数決定部５７は、この目標締付けトルクτｇに、予め設定された任意の誤差範囲を含めた定数Ｃτを算出する。第二期初期回転量設定部５６は、螺子締めロボット１０において最初にテストピースを組み付けてこの螺子締めロボット１０の初期特性を取得するとき、第二期における初期回転量を「１回」に設定する。パラメータ推定部５８は、上記で取得した各種のデータおよびユーザからの入力によって設定された各種の値に基づいて、螺子締めロボット１０を調整するパラメータを推定する。テストパラメータ生成部６１は、テストピースを組み付けるごとに、螺子３４の締付けトルクに関係するテストパラメータを生成する。記憶部４４は、テストピースを組み付けるごとに、テストパラメータ生成部６１で生成したテストパラメータ、および実測締付けトルク取得部５３で取得したトルク実測値τｆを関連づけた履歴を記憶する。締付けトルク推定モデル生成部６２は、螺子締めロボット１０の螺子締めパラメータに基づいて締付けトルクを推定した締付けトルク推定モデルを生成する。締付けトルク学習部６３は、記憶部４４に記憶されたテストパラメータおよびトルク実測値τｆの履歴を用いて、締付けトルク推定モデル生成部６２で生成した締付けトルク推定モデルを学習して学習後締付けトルク推定モデルを生成する。パラメータ推定部５８は、締付けトルク学習部６３で学習した学習後締付けトルク推定モデルを用いて螺子締めロボット１０における螺子締めパラメータの最適値を推定する。これらパラメータ推定部５８の詳細な処理については後述する。
【００２１】
（パラメータ調整処理）
以下、上述の構成によるパラメータ自動調整装置４０によるパラメータ調整処理の流れについて詳細に説明する。
＜記号および定数の定義＞
以下の説明において使用する記号および定数について次のように定義する。
【００２２】
【数１】
2012200808.tif 000003
【００２３】
上記で定義した定数は、本実施形態で用いたものであり、螺子締めロボット１０の特性や対象となる螺子３４およびワーク３２の種類などによって任意に変更することができる。また、本件の明細書および特許請求の範囲では、文書内で表示している文字と数式のイメージで表示した文字との間に書体の差があるものの、特に説明しない限り書体の差は同一の文字として扱うものとする。また、以下の説明では、「第一期」を「１期」、「第二期」を「２期」、「第三期」を「３期」および「第四期」を「４期」と簡略化して表記することもあるが、相互に同一の意義として扱うものとする。さらに、各係数Ｃの右肩に示されている文字は、「べき数」ではなく、各係数を識別するための「文字」である。
【００２４】
＜初期設定データ＞
ユーザは、パラメータ自動調整装置４０を用いてパラメータ調整を実行するに際し、図５に示す各種の初期データを入力する。初期データは、パラメータ自動調整装置４０を構成するパーソナルコンピュータのディスプレイなどの出力部４３に表示された入力画面を利用して、パーソナルコンピュータの入力部４２から入力される。図５において、「呼び」とは、例えばＭ３やＭ４などの螺子３４の規格を意味するものである。「目標締付けトルクτｇ」とは、「締付けトルクの目標値」に相当する。「調整モード」とは、パラメータ自動調整装置４０を利用してパラメータを調整する際に用意されている任意に選択可能なモードである。本実施形態の場合、パラメータ自動調整装置４０は、「精度優先モード」、「時間優先モード」および「速度固定モード」を用意している。「精度優先モード」は、調整した締付けトルクが目標値に近似するように第三期の回転速度の精度を優先するモードである。「時間優先モード」は、平均締付け時間が短縮されるように第三期の回転速度を優先するモードである。「速度固定モード」は、第三期の回転速度を固定するモードである。「３期速度候補」とは、第三期における速度候補である。本実施形態の場合、任意の速度候補を三つ設定することができる。この場合、「３期速度候補１」は、上述の調整モードのすべてにおいて設定される。一方、「精度優先モード」の場合、三つの速度候補である「３期速度候補１」、「３期速度候補２」および「３期速度候補３」のすべてを設定する。この場合、「３期速度候補１」は、第一速度候補に相当し、第三期において想定される範囲内で最も期待値の高い、すなわち第三期における回転速度として最も相応しいと思われる任意の値として設定される。一方、「３期速度候補２」は、第二速度候補に相当し、「３期速度候補１」よりも期待値が低いものの安全性が高い任意の値として設定される。同様に「３期速度候補３」は、「３期速度候補２」よりも期待値が低いものの安全性がさらに高い任意の値として設定される。
【００２５】
＜螺子締めロボットの動作テスト結果＞
螺子締めロボット１０の動作テストを実行することにより、パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０から図６に示すデータを取得する。図６に示す「締付けトルク」は、螺子締めロボット１０の動作テストによって得られる螺子３４の締付けに加わったトルクである。この「締付けトルク」は、トルクセンサ２７から実測締付けトルク取得部５３に取得される。なお、「締付けトルク」は、螺子締めロボット１０で締付け動作を実行した後、手動で増し締めトルクや緩みトルクを計測して入力してもよい。「制御電流データ」は、ビット１６を回転するモータ２１の回転軸２３の電流波形である。「制御ステップデータ」は、螺子締め動作が現在いずれの「期」にあるかを示すデータである。「締付け時間」は、螺子締めロボット１０が動作テストにおいて螺子締めに所要した時間である。
【００２６】
＜動作テスト結果を処理して得られるデータ＞
パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０から取得したデータを用いて、図７に示す次のようなデータを内部処理によって生成する。ここで、第三期安定区間は、第三期のうち、螺子３４に取り付けられている座金などがワーク３２の端面に着座する影響を受けない区間とする。図７に示す「３期安定時間」は、第三期安定区間の所要時間を意味する。また、「３期安定回転量」は、第三期安定区間の回転量を意味する。
【００２７】
パラメータ自動調整装置４０は、「制御ステップデータ」が第三期である範囲において、「制御電流データ」が最大となる値を、第三期最大電流値「τ３ｍａｘ」として取得する。ここで、パラメータ自動調整装置４０は、第三期において、τ３≦τ３ｍａｘ×ＣＳｔＴｈの区間を第三期安定区間とする。また、パラメータ自動調整装置４０は、この第三期安定区間の時間を、上述の通り「３期安定時間ｔｓ３」とする。
【００２８】
なお、仮に第三期の区間が複数に分かれたときは、最も長い区間を第三期安定区間とする。例えば第二期において螺子３４を回転駆動するモータ２１は高速で回転するため、多くの電流が供給される。そのため、この第二期における電流が第三期の開始時に維持され、第三期の初期において短い区間が算出される場合がある。上述のように最も長い区間を第三期安定区間とすることにより、この短い区間が以下の処理に与える影響は排除される。
【００２９】
また、生じるおそれは小さいものの、係数ＣＳｔＴｈが小さいとき、ねじ込み中の負荷による電流の変化にともない第三期安定区間が分かれてしまうおそれがある。これは、次のような手順によって検出することができる。すなわち、通常であれば、第三期の所要時間ｔ３と第三期における安定区間の時間つまり３期安定時間ｔｓ３とが大きく異なることはない。そこで、ｔｓ３／ｔ３＜Ｃｘとして、第三期安定区間の分割を検出することができる。この場合、パラメータ自動調整装置４０は、例えばＣＳｔＴｈ＝ＣＳｔＴｈ＋（１−ＣＳｔＴｈ）／２として更新し、螺子締めロボット１０の動作テストをやり直したり、ＣＳｔＴｈが低い旨を通知して調整を「ＮＧ」として終了してもよい。
【００３０】
パラメータ自動調整装置４０は、次の式によって「３期安定回転量Ｒｓ３」を算出する。
３期安定回転量Ｒｓ３＝３期安定時間ｔｓ３×３期回転速度ω３／モータ速度係数Ｃｍｓ
ここで、係数は、図８に基づいて以下のように設定する。図８は、第三期における電流τ３の変化を示す模式図である。
【００３１】
・３期安定区間算出係数［−］：ＣＳｔＴｈ＝０．３３
このＣＳｔＴｈの値は、螺子締めロボット１０によるねじ込み動作中に当然に生じる自然な負荷の変化、すなわち図８におけるリップル状の変化を検出することなく、かつ螺子３４に取り付けられた座金などの影響による電流の上昇を排除できる値である。本実施形態では、経験的に、ＣＳｔＴｈ＝０．３３としている。
【００３２】
・モータ速度係数［ｍｓ］：Ｃｍｓ＝１２００
このモータ速度係数Ｃｍｓは、モータ２１の回転速度が１（％）のとき、モータ２１が１回転に要する時間（ｍｓ）に相当する。そのため、モータ速度係数Ｃｍｓは、モータ２１の種類または形式などが決定すれば、自動的に決定される値である。本実施形態では、上述の通りＣｍｓ＝１２００としている。
【００３３】
＜パラメータ自動調整装置が螺子締めロボットに出力するパラメータ＞
パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０に対し、図９に示す次のようなデータを出力する。具体的には、パラメータ自動調整装置４０は、「第二期における回転量」、「第三期における螺子締めトルクの制限値」、「第三期における着座判定トルク」、「第三期における螺子締め速度」、「第四期における螺子締めトルク制限値」、および「第四期における螺子締めトルク判定値」を出力する。これらのパラメータは、公知の螺子締めロボット１０において出力されるパラメータと相違がない。
【００３４】
＜テスト履歴データ＞
パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０において動作テストを実行するごとに、取得したデータおよび出力したデータを履歴として記憶部４４に蓄積する。
【００３５】
＜初期特性調査処理の流れ＞
パラメータ自動調整装置４０は、上記の初期設定データの入力が行われると、初期特性調査処理へ移行する。図１０に基づいて初期特性調査処理について説明する。初期特性調査処理は、螺子締めロボット１０において最初にテストピースを組み付けて螺子締めロボット１０の初期特性を取得する処理である。ここで、テストピースとは、上述のように螺子締めロボット１０を実際に適用して組み立てる対象となる螺子３４とワーク３２とからなる試験用の部材である。
【００３６】
パラメータ自動調整装置４０は、初期特性調査処理において、より安全性の高いパラメータを用いて螺子締めロボット１０を動作させ、螺子締めロボット１０の初期特性を調査する。すなわち、パラメータ自動調整装置４０を用いたパラメータ調整の開始直後、つまり螺子締めロボット１０を最初に作動させてテストピースを組み付けるとき、ワーク３２に対し螺子３４をねじ込む量は不明である。そのため、第二期における回転量はどの程度に設定するのがよいのかは不明である。ここで、第二期における回転速度は図４に示す通り他の期に比較して高速である。そのため、第二期における回転量が大きすぎると、ねじ込まれた螺子３４は最終的に大きな衝撃をともなってワーク３２に着座する。その結果、ワーク３２や螺子３４だけでなく、螺子締めロボット１０の損傷を招くおそれがある。そこで、パラメータ自動調整装置４０は、初期特性処理において、まず回転量特性テストを実行し、段階的に第二期における回転量を増加させる。そして、パラメータ自動調整装置４０は、第二期における回転量を概略的に設定した後、第二期における電流および速度と締付けトルクとの関係を調査する。
【００３７】
初期特性調査処理に移行すると、パラメータ自動調整装置４０は、「回転量特性テスト１」を実行し、この「回転量特性テスト１」におけるパラメータを取得する（Ｓ１０１）。そして、パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０の動作をテストし（Ｓ１０２）、「回転量特性テスト１」が完了したか否かを判断する（Ｓ１０３）。
【００３８】
「回転量特性テスト１」では、パラメータ自動調整装置４０は、第二期における回転量を最小とした状態で螺子締めロボット１０の動作をテストする。すなわち、「回転量特性テスト１」のとき、第二期初期回転量設定部５６は、第二期おける回転量の初期値を「１回」に設定する。なお、第二期における回転量の初期値を「０回」とすると、第一期から第三期へ直接移行し、第二期が消失したことと同義となる。そのため、第二期のない螺子締めロボット１０の特性は実際に用いる螺子締めロボット１０の特性と異なることとなり、パラメータの調整が困難になる。そこで、第二期初期回転量設定部５６は、第二期における回転量の初期値を「１回」に設定している。また、「回転量特性テスト１」のとき、パラメータ自動調整装置４０は、第三期における回転速度として図５に示す「３期速度候補１」を用いるとともに、第四期における電流値は予め設定されているデフォルト値を用いる。なお、本実施形態では、螺子締めロボット１０の第二期における回転量が「１回未満」となるような特殊な螺子については想定していない。
したがって、テストパラメータ生成部６１は、「回転量テスト１」におけるテストパラメータを次の通り設定する。
【００３９】
【数２】
2012200808.tif 000004
【００４０】
パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ１０１において「回転量特性テスト１」を実行することにより、得られた「３期安定回転量の平均値」の精度が十分高くなると、「回転量特性テスト１」を終了する。ここで、精度を確保するための基準として、一般に平均値の点推定を行い、推定された区間が予め設定された閾値以下であるとき、精度が確保されたとする手法がある。しかし、第三期における安定的な回転量の平均値すなわち「３期安定回転量の平均値」は、その分散がワーク３２や螺子３４を変更してもほとんど変化しない。そこで、推定された区間は、実質的にテストの回数によって決定される。そのため、本実施形態の場合、パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ１０２においてテスト回数が「３回」つまり「回転量特性テスト１」によるテストピースの組み立てを「３回」実行すると、「回転量特性テスト１」を完了としている。なお、例えば第一期における螺子３４とワーク３２との噛み合いが達成できない場合のようにテストが「ＮＧ」となった場合、テスト回数はカウントしない。
【００４１】
パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ１０２に螺子締めロボット１０の動作をテストする場合、まず螺子締めロボット１０へ各種パラメータを転送する。この場合、パラメータ自動調整装置４０は、転送する段階で設定されているすべてのパラメータを螺子締めロボット１０へ転送する。螺子締めロボット１０は、パラメータ自動調整装置４０から転送された各種パラメータを用いて動作し、ワーク３２に対する螺子３４のねじ込みを実行する。このとき、パラメータ自動調整装置４０は、動作する螺子締めロボット１０からモータ２１の電流波形およびトルクセンサ２７で検出した締付けトルクを取得する。パラメータ自動調整装置４０は、取得した電流波形および締付けトルクを記憶部４４に記憶する。
【００４２】
パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ１０３において「回転量特性テスト１」が完了したと判断すると（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、「回転量特性テスト２」を実行し、この「回転量特性テスト２」におけるパラメータを取得する（Ｓ１０４）。そして、パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０の動作をテストし（Ｓ１０５）、「回転量特性テスト２」が完了したか否かを判断する（Ｓ１０６）。パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ１０３において「回転量特性テスト１」が完了していないと判断すると（Ｓ１０３：Ｎｏ）、Ｓ１０１へリターンし、「回転量特性テスト１」を繰り返し実行する。
【００４３】
「回転量特性テスト２」では、パラメータ自動調整装置４０は、第二期における回転量を「回転量特性テスト１」よりも大きく設定する。すなわち、「回転量特性テスト１」で第二期における回転量の初期値が「１回」と設定して動作をテストした後、「回転量特性テスト２」では「回転量特性テスト１」で取得したパラメータを利用して第二期における回転量の初期値を「回転量特性テスト１」よりも大きく設定する。「回転量特性テスト２」において設定する第二期の回転量は、次の考え方に基づいて算出される。ここで、上記のように第二期における回転量から第三期における安定回転量への変換係数Ｃｒ２３として、Ｃｒ２３＝−１．２を設定すると、第二期における回転量と第三期における安定回転量との関係は、次のように算出することができる。
【００４４】
【数３】
2012200808.tif 000005
【００４５】
上式より、「３期安定回転量の平均値」とＣｒｍ３との中間の値を安全にテストできる第二期における回転量と考えることができる。そこで、第二期における回転量は、
【００４６】
【数４】
2012200808.tif 000006
【００４７】
と設定する。
ここで、第三期回転量マージンＣｒｍ３について検証する。
第二期における回転量を調整する場合、次の三つの要件を満たすことが必要である。
・条件１：第二期において螺子３４がワーク３２に着座してはならない。
上述のように第二期における回転速度は高速である。そのため、第二期において螺子３４がワーク３２に着座すると、ワーク３２および螺子３４にとどまらず螺子締めロボット１０の損傷を招く。一方、螺子３４がワーク３２に着座する限界値を算出するには、第三期における安定回転量すなわち「３期安定回転量：Ｒｓ３」のばらつきを考慮する必要がある。ワーク３２に螺子３４をねじ込む場合、第一期における噛み合いによって少なくとも１回転の誤差が生じる。そのため、ワーク３２または螺子３４のいずれか一方で０．５回転が誤差の最小値となる。さらに、この回転の誤差に螺子締めロボット１０の特性のばらつきが加算される。本実施形態の場合、実験的な値として螺子締めロボット１０の特性のばらつきによる誤差は０．７回転に設定している。
【００４８】
・条件２：第三期の安定回転量を確保する。
第二期における回転の勢いが残存したまま第三期を経て第四期に移行すると、締付けトルクのばらつきは大きくなる。そのため、第三期における安定回転量すなわち「３期安定回転量」は一定以上の量を確保することが望ましい。実験的に第三期における安定回転量が０．５回転確保されると、締付けトルクのばらつきが低減される。そこで、本実施形態では、第三期における安定回転量として０．５回転を確保している。
・条件３：条件１および条件２を満たしつつ第二期における回転量を増す。
【００４９】
螺子締めロボット１０における第一期から第四期までを通した螺子締めの所要時間は、できる限り短縮することが望ましい。したがって、第二期における回転量は、大きいほど好ましい。
以上の条件１から条件３から、本実施形態では、第三期における安定回転量のマージンである「３期安定回転量マージン」は、
Ｃｒｍ３＝０．５＋０．７＋０．５＝１．７
に設定する。
【００５０】
次に、第二期における回転量から第三期における安定回転量への変換係数Ｃｒ２３について検証する。
定性的に、第二期における回転量Ｒ２が増加すると、第三期における安定回転量Ｒｓ３は、回転量Ｒ２の増加分だけ減少する。すなわち、Ｃｒ２３＝−１となるのが妥当である。しかしながら、実際には、例えば螺子３４とワーク３２との間の滑りや螺子締めロボット１０のヒステリシスなどに起因して、Ｃｒ２３＝−１とはならない。すなわち、実験的にデータを収集すると、図１１に示すように変換係数Ｃｒ２３は、「−１」からずれた値となる。ここで、この変換係数Ｃｒ２３を検証するために、第二期における回転量Ｒ２に対する第三期における安定回転量Ｒｓ３の関係を求め、図１２に示している。図１２に示すようにこれらの関係をロバスト（Ｒｏｂｕｓｔ）線形回帰、および線形（Ｎｏｒｍａｌ）回帰すると、変換係数Ｃｒ２３に相当する傾きは、Ｃｒ２３＝−１．１８≒−１．２となっている。そこで、本実施形態では、この傾向を考慮して、Ｃｒ２３＝−１．２と設定する。
以上の理由から、テストパラメータ生成部６１は、「回転量テスト２」におけるテストパラメータを次の通り設定する。
【００５１】
【数５】
2012200808.tif 000007
【００５２】
パラメータ自動調整装置４０は、「回転量特性テスト１」と同様に、Ｓ１０４およびＳ１０５において「回転量特性テスト２」を３回実行する。そして、パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ１０６において「回転量特性テスト２」が完了したと判断すると（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、電流−速度特性のテストパラメータの生成へ移行する（Ｓ１０７）。そして、パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０の動作をテストし（Ｓ１０８）、電流−速度特性のテストパラメータの生成が完了したか否かを判断する（Ｓ１０９）。パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ１０６において「回転量特性テスト２」が完了してないと判断すると（Ｓ１０６：Ｎｏ）、Ｓ１０４へリターンし、「回転量特性テスト２」を繰り返し実行する。また、パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ１０９において電流−速度特性のテストパラメータの生成が完了したと判断すると（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、初期特性調査処理を完了する。一方、パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ１０９において電流−速度特性のテストパラメータの生成が完了していないと判断すると（Ｓ１０９：Ｎｏ）、Ｓ１０７へリターンし、テストパラメータの生成処理を繰り返す。
【００５３】
電流−速度特性のテスト（以下、「電流−速度テスト」とする。）について詳細に説明する。パラメータ自動調整装置４０は、電流−速度テストにおいて、電流および回転速度と締付けトルクとの関係を、予め初期的に設定されたデフォルトパラメータの付近で微少に変更しながら調査する。この調査は、後続するパラメータの調整処理において回帰分析がランク落ちになるのを防止する目的がある。この目的に従えば、回帰分析のパラメータが３個であることから、最低３点において関係を取得すれば足りる。本実施形態では、いわゆるロバスト性を高めるために、４点において関係を取得する。
【００５４】
電流−速度テストにおけるテストパラメータは、以下に示す第二期における回転量Ｒ２、および第四期電流値−第三期速度を用いる。
【００５５】
【数６】
2012200808.tif 000008
【００５６】
第二期における回転量は、上述のＳ１０１における「回転量特性テスト１」およびＳ１０４における「回転量特性テスト２」の各結果、ならびにＳ１０７における電流−速度テストの各結果から、下記の式１に示す第三期安定回転量のモデルＲｓ３を学習し、Ｒｓ３＝Ｃｒｍ３となるようにＲ２を決定する。
【００５７】
具体的には、第二期における回転量は、「回転量特性テスト１」および「回転量特性テスト２」の結果に基づいて、式１からａＩ、ｂＩを求める。つまり、「回転量特性テスト１」および「回転量特性テスト２」において固定値とした係数は、図１３に示すようにロバスト線形回帰によって求められる。そして、第三期安定回転量Ｒｓ３とＣｒｍ３とが等しくなるようにＲ２を設定する。具体的には、下記の式２とする。
【００５８】
【数７】
2012200808.tif 000009
【００５９】
第四期電流値−第三期速度は、予め初期的に設定されたデフォルトパラメータ付近で微少に変更しながらテストを行う。但し、先に実行した「回転量特性テスト１」および「回転量特性テスト２」においてデフォルトパラメータを用いて試験した結果が得られている。そのため、既に「回転量特性テスト１」および「回転量特性テスト２」で得られた試験結果を参考にして次の三つのケースに分類する。
【００６０】
●ケース１：「回転量特性テスト１」および「回転量特性テスト２」における締付けトルクのすべてが目標締付けトルクよりも小さい場合
●ケース２：「回転量特性テスト１」および「回転量特性テスト２」における締付けトルクのすべてが目標締付けトルクよりも大きい場合
●ケース３：ケース１およびケース２のいずれにも該当しない場合
【００６１】
ケース１の場合、第四期における電流値は、デフォルトパラメータにおいて、締付けトルクが不十分であることが明らかになっている。そのため、パラメータ自動調整装置４０は、デフォルトパラメータを１．０〜１．２倍した範囲で電流−速度テストを実行する。
【００６２】
また、ケース２の場合、第四期における電流値は、デフォルトパラメータにおいて、締付けトルクが過剰であることが明らかになっている。そのため、パラメータ自動調整装置４０は、デフォルトパラメータを０．８５〜１．０倍した範囲で電流−速度テストを実行する。
さらに、ケース３の場合、第四期における電流値は、デフォルトパラメータにおいて、締付けトルクが不足する場合および過剰な場合が混在している。そのため、パラメータ自動調整装置４０は、デフォルトパラメータを０．８５〜１．１５倍した範囲で電流−速度テストを実行する。
【００６３】
一方、パラメータ自動調整装置４０は、第三期における回転速度について、最も信頼度が高いと思われるω３＝ω３ｃ１を中心として、微少に回転速度を変更する。ここで、精度優先モードが選択されている場合、第三期における回転速度ω３として三種類の候補が設定されている。この場合、パラメータ自動調整装置４０は、すべての候補を用いて電流−速度テストを実行する。これにより、ケース１の場合、パラメータ自動調整装置４０は、図１４に示すように上述のパラメータ条件を用いて４回のテスト、すなわちＳ１０８における螺子締めロボット１０の動作テストを実行する。同様に、パラメータ自動調整装置４０は、ケース２の場合、図１５に示すように上述のパラメータ条件を用いて４回のテストを実行し、ケース３の場合、図１６に示すように上述のパラメータ条件を用いて４回のテストを実行する。
パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ１０９において、Ｓ１０８における螺子締めロボット１０の動作テストが４回実行されたと判断すると、電流−速度特性テストが完了したと判断する。
【００６４】
＜パラメータ調整処理＞
上述の初期特性調査処理が完了すると、パラメータ自動調整装置４０は、パラメータ調整処理へ移行する。図１７に基づいてパラメータ調整処理について説明する。パラメータ自動調整装置４０は、図１０に示す上述の初期特性調査処理を完了すると、初期特性調査処理で取得した各種のパラメータおよび既に入力された初期設定データを利用してパラメータ調整処理を実行する。
【００６５】
テストパラメータ生成部６１は、パラメータ調整処理へ移行すると、第二期におけるテストパラメータを生成する（Ｓ２０１）。そして、テストパラメータ生成部６１は、第三期における回転速度および第四期における電流値のテストパラメータを生成した後（Ｓ２０２）、第三期における電流値、第三期における螺子３４がワーク３２に着座したときの着座電流値、および第四期における判定電流値のテストパラメータを生成する（Ｓ２０３）。これらＳ２０１からＳ２０３においてテストパラメータが生成されると、パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０へ生成したパラメータを転送し（Ｓ２０４）、螺子締めロボット１０において動作テストを実行する（Ｓ２０５）。そして、パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０から電流波形および締付けトルクの実測値を取得する（Ｓ２０６）。本実施形態の場合、パラメータ自動調整装置４０は、このＳ２０４からＳ２０６の螺子締めロボット１０における動作テストの処理を５回繰り返して実行する。したがって、パラメータ自動調整装置４０は、螺子締めロボット１０から電流波形および締付けトルクを取得すると、動作テストの実行回数が「５回」に到達したか否かを判断する（Ｓ２０７）。
【００６６】
パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ２０７において螺子締めロボット１０の動作テストが「５回」繰り返して実行されていないと判断すると（Ｓ２０７：Ｎｏ）、Ｓ２０４へリターンし、Ｓ２０４からＳ２０６の処理を繰り返す。一方、パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ２０７において螺子締めロボット１０の動作テストが「５回」繰り返して実行されたと判断すると（Ｓ２０７：Ｙｅｓ）、最適パラメータを設定するとともにこの最適パラメータの収束状態を報知する（Ｓ２０８）。そして、パラメータ自動調整装置４０は、処理の途中に処理を中断する指示があったか否かを判断し（Ｓ２０９）、処理を中断する指示がなければ（Ｓ２０９：Ｎｏ）、パラメータ調整処理が完了したか否かを判断する（Ｓ２１０）。パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ２０９において処理を中断する指示があったとき（Ｓ２０９：Ｙｅｓ）およびＳ２１０においてパラメータ調整処理が完了したと判断したとき（Ｓ２１０：Ｙｅｓ）、パラメータ調整処理を終了する。一方、パラメータ自動調整装置は、Ｓ２１０においてパラメータ調整処理が完了していないと判断すると（Ｓ２１０：Ｎｏ）、Ｓ２０１へリターンし、処理を繰り返す。
【００６７】
以下、このパラメータ調整処理の詳細について説明する。
図１７に示すパラメータ調整処理において、第二期における回転量は、すべての調整モードにおいて共通に設定する。
テストパラメータ生成部６１は、パラメータ調整処理のＳ２０１における第二期における回転量のテストパラメータを、次の手順で算出する。
まず、パラメータ自動調整装置４０は、初期特性調査処理を含む過去のすべてのテスト結果に基づいて、第三期における回転量について式３を用いて学習し、係数ａｓおよびｂｓを算出する。そして、パラメータ自動調整装置４０は、第三期における安定回転量すなわち３期安定回転量Ｒｓ３がＣｒｍ３に等しくなるように式４に基づいて第二期における回転量を設定する。つまり、図１８に示すように第二期における回転量Ｒ２と第三期における安定回転量Ｒｓ３との間には相関が得られる。
【００６８】
【数８】
2012200808.tif 000010
【００６９】
テストパラメータ生成部６１は、パラメータ調整処理のＳ２０２における第三期の回転速度、第四期における電流値のテストパラメータを、次の手順で算出する。ここで、Ｓ２０２において生成する第三期の回転速度および第四期の電流値のテストパラメータは、「精度優先モード−通常」、「精度優先モード−簡易」、「時間優先モード」および「速度固定−簡易モード」のいずれかを任意に選択することができる。以下、これらをモードごとに説明する。
【００７０】
●「精度優先モード−通常」のとき
第三期の回転速度ω３および第四期の電流値τ４に対する締付けトルクτｆを算出する場合、これらの間には次のようなモデルが成立する。このモデルは、実験的に収集されたデータについて二乗誤差を最小にする観点で作成している。
【００７１】
【数９】
2012200808.tif 000011
【００７２】
しかし、このモデルのように係数がａ１からａ７と多数存在する場合、テストピースを用いた螺子締めロボット１０の動作テストを多数回繰り返す必要がある。そこで、係数を低減するために、締付けトルク推定モデル生成部６２は、次の式をモデル１として生成する。
【００７３】
【数１０】
2012200808.tif 000012
【００７４】
ここで、上記の式において「ｌｏｇ」の項を含めているのは、第三期における回転速度ω３が小さいとき、非線形に近似されるためである。そのため、第三期における回転速度ω３が比較的大きく、その影響を排除可能であるとき、締付けトルク推定モデル生成部６２は、次の式をモデル２として生成してもよい。
【００７５】
【数１１】
2012200808.tif 000013
【００７６】
ここで、締付けトルク学習部６３は、螺子締めロボット１０において実行したテストピースを組み立てる動作テストによって取得したデータから、上記の式のいずれかを用いて、係数ｕ、ｗ、ｖをそれぞれ学習する。この係数ｕ、ｗ、ｖは、螺子締めロボット１０、螺子３４およびワーク３２の特性を表現している。
【００７７】
螺子締めロボット１０の動作テストを実行するとき、ワーク３２および螺子３４からなるテストピースが動作テストごとに消費される。そのため、パラメータ調整処理は、可能な限り少ない動作テスト回数で終了することが望ましい。すなわち、係数ｕ、ｗ、ｖの推定精度を効率よく向上させるようにテストパラメータを選択する必要がある。そこで、本実施形態では、次のような考え方を導入している。
【００７８】
（１）最適パラメータ付近でのみ精度を向上する
最適パラメータを求めるということは、τｆ＝τｇとなるτ４およびω３を求めることを意味する。そのため、上記したモデルでは、τｇ付近においてのみ精度が高ければ十分である。よって、τｆ＝τｇが成立する可能性が高い領域では動作テストの回数を増加させることが望ましい。特に上記のモデルは、係数をｕ、ｖ、ｗの三つに絞った近似式であるため、広い範囲の特性を求める場合、τｇから遠い領域では精度が著しく低下するからである。
【００７９】
（２）線形回帰における一般的な最適計画を導入する
線形回帰において係数の精度を高める一般的な方法として、Ｄ最適計画が用いられている。
本実施形態の場合、（１）で説明したτｆ＝τｇが成立する可能性が高い領域、すなわち信頼区間で制限された範囲に、（２）におけるＤ最適計画を適用して、テスト水準を決定する。具体的には、パラメータ推定部５８は、次の手順でテストパラメータを算出する。
まず、パラメータ推定部５８は、係数ｕ、ｗ、ｖの信頼区間を計算する。この信頼区間の上限値および下限値を用いて、τｆ＝τｇが成立する可能性が高いパラメータ範囲を限定していく。この信頼区間は、螺子締めロボット１０において動作テストを繰り返して実行するごとに逐次的に絞られていく。具体的な手順は、次の通りである。
【００８０】
パラメータ推定部５８は、図１０に示す初期特性調査処理において取得した第三期における回転速度ω３、および第四期における電流値τ４から、上記のモデル１を用いて係数ｕ、ｖ、ｗを求める。なお、モデル１に代えてモデル２を用いてもよい。
そして、τｇ付近での精度を高めるために、線形回帰による予測分布を利用して、信頼区間におけるテストパラメータの範囲を制限する。ここで、螺子締めロボット１０の動作回数ｎを、ｎ＝１、２、・・・、Ｎとして、得られたデータを、
【００８１】
【数１２】
2012200808.tif 000014
【００８２】
とする。なお、上記の式で文字の右肩に示されている「ｎ」は「べき数」ではなく、上記の動作回数「ｎ」を識別するためのものである。また、係数ｗ（ベクトル）および次のテストパラメータｘは、それぞれ、
【００８３】
【数１３】
2012200808.tif 000015
【００８４】
とする。
このとき、学習済のｗは次のように学習できる。「∧」は学習済であることを示している。
【００８５】
【数１４】
2012200808.tif 000016
【００８６】
このとき事後予測分布は、統計的手法に基づいて次の式から算出される。ここで、「ｐ」は係数の数に相当し、モデル１およびモデル２の場合、「ｐ＝３」である。
【００８７】
【数１５】
2012200808.tif 000017
【００８８】
上記の式により、１００（１−α）％の予測応答の信頼区間は次のように示される。
【００８９】
【数１６】
2012200808.tif 000018
【００９０】
ｔはｔ分布であり、自由度はｎ−ｐ−１である。このうち「ｎ」はデータの数であり、「ｐ」は係数の数である。また、α＝０．０５と設定することにより、９５％の確率で設定した信頼区間に含まれることを意味する。本実施形態では、上述の信頼区間の範囲に、目標締め付けトルクτｇが含まれていることを、次のテストパラメータの条件としている。具体的には、次のテストパラメータｘは、次の式を満たすように制限している。
【００９１】
【数１７】
2012200808.tif 000019
【００９２】
以上によって設定した信頼区間において、Ｄ最適計画を計算する。具体的には、
【００９３】
【数１８】
2012200808.tif 000020
【００９４】
を小さくするようなサンプルの取得方法が望ましい。そこで、
【００９５】
【数１９】
2012200808.tif 000021
【００９６】
を次のテストパラメータとした。ただし、第三期における回転速度ω３は「３期速度候補１」、「３期速度候補２」および「３期速度候補３」に最近傍法を用いて近似させる。
上記の信頼区間の設定については、「パターン認識と機械学習  上−ベイズ理論による統計的予測：Ｃ．Ｍ．ビショップ  著」を参考にしている。また、Ｄ最適計画については、「実験計画法  方法編―基盤的方法から応答曲面法  タグチメソッド  最適計画まで：山田秀  著」を参考にしている。
【００９７】
ところで、螺子締めロボット１０の特性によっては、第三期における回転速度ω３の影響が小さい場合がある。このように第三期における回転速度ω３の影響が小さい場合、信頼区間による制限はω３軸方向へ拡大し、適切な結果が得られない場合がある。この場合、モデル１およびモデル２から第三期における回転速度ω３を除き、τｆ＝ｕτ４＋ｖとしてもよい。そして、下記の通り、ｐ＝２として変数を減らすことにより、第四期による電流値τ４の計算を簡略化させてもよい。
【００９８】
【数２０】
2012200808.tif 000022
【００９９】
この場合、第三期における回転速度ω３は、次の三つの水準において動作テストの回数が等しくなるように決定する。
【０１００】
【数２１】
2012200808.tif 000023
【０１０１】
以上において、同一のパラメータで５回を１セットとして螺子締めロボット１０における動作テストを実行する。これにより、パラメータごとに標準偏差σが算出される。
【０１０２】
次に、上記の第三期における回転速度ω３、および第四期における電流値τ４のテストパラメータの生成を完了する条件を説明する。
最適パラメータは、次の式によって算出される。
【０１０３】
【数２２】
2012200808.tif 000024
【０１０４】
これを、以下の式に当てはめることにより、信頼区間が計算される。
【０１０５】
【数２３】
2012200808.tif 000025
【０１０６】
これにより、以下の式が成立すればパラメータの生成は完了と判断することができる。
【０１０７】
【数２４】
2012200808.tif 000026
【０１０８】
なお、信頼区間は、大まかにはテスト回数の平方根に反比例する。そのため、より簡易的には、テスト回数が予め設定したテスト回数に到達すればパラメータの生成は完了としてもよい。一般的には、螺子締めロボット１０における３０回程度の動作テストがあるように設定することが望ましい。
パラメータの生成が完了すると、Ｓ２０８において最適パラメータを設定する。
【０１０９】
【数２５】
2012200808.tif 000027
【０１１０】
パラメータ推定部５８は、Ｓ２０４からＳ２０６において５回を１セットとして螺子締めロボット１０の動作テストを実行し、１セットごとに標準偏差σｆを計算する。この結果に基づいて、σｆ＝ｒω３＋ｓを学習し、係数ｒ、ｓを求める。
パラメータ推定部５８は、第三期における三種類の速度候補のうち、σｆ＝ｒω３＋ｓ＜σｇを満たす中でもっとも速度の速い速度候補を選択する。パラメータ推定部５８は、いずれの速度候補もこの条件を満たさない場合は、安全性を考慮して最も遅い速度候補を選択する。この場合、パラメータ自動調整装置４０は、ディスプレイなどの出力部４３にすべての速度候補で目標精度を出せなかった旨を報知する．
【０１１１】
●「精度優先モード−簡易」のとき
上述の「精度優先モード−通常」は、複雑な計算を実行するため、パラメータの自動調整を実行する所要時間が長くなる。そこで、以下の手順により、精度を優先しつつ簡易的なパラメータの自動調整を行うこともできる。すなわち、信頼区間は、上述の通り動作テストの回数の平方根に反比例すると考えられる。そのため、数十回の動作テストを行う場合、初期を除くと信頼区間が大きく変化することはない。そこで、信頼区間を以下に示す固定値とすることにより、簡易的な計算が可能となる。また、Ｄ最適計画についても、多くの場合、一般的に信頼区間の端同士が選択される傾向にある。そのため、信頼区間の端点を順に選択することにより、簡易的な計算が可能となる。
【０１１２】
【数２６】
2012200808.tif 000028
【０１１３】
上記に示す定数「Ｃτ」は、信頼区間の計算値から大きく外れない値とすることが好ましい。この定数「Ｃτ」は、定数決定部５７において算出される。すなわち、定数決定部５７は、目標トルク入力部５５から入力された目標締付けトルクτｇに、予め設定された任意の誤差範囲を含め、下記の式に基づいて定数「Ｃτ」を設定する。
【０１１４】
【数２７】
2012200808.tif 000029
【０１１５】
このように、簡易に計算を行う場合も、既に取得した第四期における電流値τ４を用いてτｆ＝ｕτ４＋ｖを学習し、係数ｕ、ｖを算出する。ここで、水準は、上記した９つの水準から動作テストの回数が等しくなるように水準１から順に少なくとも四つを選択する。そして、同一のパラメータについて、Ｓ２０４からＳ２０６において５回を１セットとして動作テストを実行する。パラメータ生成の完了条件、および最適パラメータの設定は、上記の「精度優先モード−通常」の場合と同様である。
【０１１６】
●「時間優先モード」のとき
時間優先モードで計算を行う場合、既に取得した第三期における回転速度ω３を用いて、ｔｆ＝ｇ／ω３＋ｈを学習し、係数ｇ、ｈを算出する。目標締付け時間をｔｇとすると、第三期における回転速度ω３は、下記で示される。
【０１１７】
【数２８】
2012200808.tif 000030
【０１１８】
この場合、第四期における電流値τ４は、電流値候補として任意の水準１から水準３として設定することができる。また、「時間優先モード」の場合、標準偏差σの計算が不要であるため、同一のパラメータごとに１回の動作テストを実行する。第三期における回転速度と第三期における締付け時間との間には、図１９に示すような関係が成立する。
パラメータ生成の完了条件は、上記の「精度優先モード−通常」の場合と同様である。
一方、最適パラメータは、次のように設定される。
【０１１９】
【数２９】
2012200808.tif 000031
【０１２０】
●「速度固定モード−簡易」のとき
「速度固定モード−簡易」は、「精度優先モード−簡易」をさらに簡略化した計算によってパラメータを生成する。この場合も、既に取得した第四期における電流値τ４を用いてτｆ＝ｕτ４＋ｖを学習し、係数ｕ、ｖを算出する。そして、標準偏差σの計算が不要であるため、以下の三つの水準について、同一のパラメータでＳ２０４からＳ２０６において１回の動作テストを実行する。第三期における回転速度は、固定であるため、ω３＝ω３ｃ１である。パラメータの生成の完了条件は、上記の「精度優先モード−簡易」の場合と同様である。
一方、最適パラメータは、次のように設定される。
【０１２１】
【数３０】
2012200808.tif 000032
【０１２２】
パラメータ自動調整装置４０は、パラメータ調整処理のＳ２０３における第三期の電流値、第三期の着座電流値および第四期の判定電流値のテストパラメータを、次の手順で算出する。
なお、第四期電流値については、モータ２１の特性によって決定される。具体的には、自動調整処理の初期などのように螺子締めロボット１０の動作回数が少ないとき、パラメータ推定部５８は、第四期電流値を線形変換によって算出する。この値をデフォルトパラメータと定義する。この値は、以下に示すように目標締付けトルクτｇとモータ２１の電流との関係を示しており、上述の通りモータ２１の特性によって決定される。
【０１２３】
【数３１】
2012200808.tif 000033
【０１２４】
第三期における電流値τ３、第三期における着座電流値τｈ３、および第四期における判定電流値τｈ４は、上述の第四期における電流値に基づいて線形変換によって算出する。本実施形態の場合、これらの値を算出するための係数Ｃは、実験的に求め、図２０に示すように設定している。ここで、第三期における着座電流値τｈ３とは、第三期において締め上げられている螺子３４の頭部がワーク３２の端面に接したときの電流値である。また、第四期における判定電流値τｈ４とは、第四期において螺子３４のねじ込みが停止したと判定したときの電流値である。
【０１２５】
【数３２】
2012200808.tif 000034
【０１２６】
以上のような手順によりＳ２０１からＳ２０３において各種のパラメータが生成され、生成されたパラメータに基づいてＳ２０４からＳ２０６において螺子締めロボット１０の動作テストが実行されると、パラメータ自動調整装置４０は、Ｓ２０７において求められた最適パラメータがあるときディスプレイなどの出力部４３に表示するとともに、収束状態が不適切であるときその旨をディスプレイなどの出力部４３に表示する。これにより、パラメータ調整処理は終了する。
【０１２７】
ところで、上述の手順にしたがって求められた最適パラメータは、テストピースの組み付け回数が増すごとに、徐々に特定の値に収束していく。そこで、パラメータ自動調整装置４０は、テストピースの組み付けによって最適パラメータが更新されるごとに、更新された最適パラメータを図２１および図２２に示すようにディスプレイなどの出力部４３に出力する。この図２１および図２２に示すグラフは、横軸にテストピースの組み付け回数を設定し、縦軸に各組み付け回数における最適パラメータである。なお、図２１および図２２において、下側の図は上側の図の縦軸のスケールを拡大したものである。これにより、ユーザは、テストピースの組み付けによる螺子締めロボット１０の動作テストの繰り返しともなう最適パラメータの推移を認識することができる。その結果、特に熟練者の場合、この出力部４３の表示を確認することにより、パラメータの調整の打ち切りや継続の判断をすることができる。
なお、上述の説明では、特にテストパラメータの範囲について説明していないが、安全性を確保するためにテストパラメータの上限値および下限値は予め設定することが望ましい。
【０１２８】
以上説明した一実施形態では、パラメータ推定部５８は、簡略化したモデルを用いてパラメータを推定している。すなわち、パラメータ推定部５８は、簡略化したモデルを用いて、締付けトルクの実測値τｆが目標とする締付けトルクτｇに近似する第三期の回転速度ω３および第四期の電流τ４を推定している。このとき、求める係数は、三種類であるので、これらの値を収束させるために必要な動作テストの回数、すなわち消費するテストピースの数は、数十個程度と熟練者に近くなる。したがって、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。
【０１２９】
また、一実施形態では、パラメータ推定部５８は、簡略化したモデルを用いて第三期および第四期における螺子締めパラメータ、すなわちτｆ＝τｇとなる回転速度ω３および電流τ４を推定している。このとき、簡略化したモデルで用いる締付けトルクの実測値τｆは、これらのパラメータを設定する際にのみ必要となる。つまり、螺子締めロボット１０についてパラメータを設定することにより、螺子締めロボット１０は、ラインにおいて動作するとき、トルクセンサ２７による締付けトルクの実測値を用いることなく第三期における締付けトルクを調整する。したがって、パラメータを設定した後、ラインにおいて螺子締めロボット１０を動作させるとき、ラインに設けられたすべての螺子締めロボット１０に高価なトルクセンサ２７を設置する必要がない。特に、一実施形態のようにトルクセンサ２７を螺子締めロボット１０から着脱可能とすることにより、複数の螺子締めロボット１０のパラメータを自動調整するとき、、一つのトルクセンサ２７があればよい。したがって、高価なトルクセンサ２７を数多く用意することなく、複数の螺子締めロボット１０のパラメータを自動調整することができる。
【０１３０】
さらに、一実施形態では、「精度優先モード−簡易」のとき、予め設定する速度候補は三つの固定値となっている。パラメータ推定部５８は、三つの速度候補に対応して設定された九つの水準から四つの水準を選択して螺子締めロボット１０の動作テストを実行する。そのため、パラメータを収束させるために必要な動作テストの回数、すなわち消費されるテストピースの数は、数十個程度と熟練者に近くなる。例えば一実施形態のように四つの水準について五回ずつ動作テストを実行する場合、合計２０回程度の動作テストでパラメータは収束する。したがって、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。
【０１３１】
さらに、一実施形態では、第二期初期回転量設定部５６は、螺子締めロボット１０の初期特性を取得するとき第二期における回転量を最小とした状態で螺子締めロボット１０の動作をテストする。すなわち、第二期初期回転量設定部５６は、第二期における回転量の初期値を、「１回」に設定する。これにより、ワーク３２に対する螺子３４のねじ込み量が不明なときでも、初期特性調査処理における第二期の回転量は過剰となることがない。したがって、初期特性の取得の際における過剰な動作によるテストピースおよび螺子締めロボット１０の損傷を回避することができる。
【０１３２】
さらに、一実施形態では、パラメータ自動調整装置４０は、第二期における回転量の初期値として「１回」が設定された後、徐々に回転量を増しながらテストピースの組み付けを実行する。これにより、熟練者の経験および勘に頼ったパラメータ調整によらずに、第二期におけるパラメータが調整される。また、各テストピースの組み付けで得られたデータを利用しながらパラメータを設定するため、動作テストの回数すなわち消費するテストピースの数も減少する。したがって、熟練度に関わらず少ない動作テスト回数で精度の高いパラメータを自動的に設定することができる。
【０１３３】
（その他の実施形態）
以上説明した一実施形態では、螺子締めロボット１０の締付けトルクを検出するトルクセンサ２７をヘッド部１１に着脱可能に設ける例について説明した。しかし、トルクセンサ２７は、ワーク３２側に取り付け、ワーク３２の螺子穴３３に取り付けられる螺子３４の締付けトルクを検出する構成としてもよい。また、「精度優先モード−簡易」において、九つの水準から四つの水準を選択する例を説明したが、四つ以上の水準を選択してもよい。また、このとき、動作テストの回数として「５回」を例に説明したが、各パラメータの収束が確保されるのであれば「５回」に限るものではない。さらに、第二期初期回転量設定部５６が設定する第二期における回転量の初期値は、「１回」に限るものではない。すなわち、第二期における回転量の初期値は、安全性が確保される範囲であれば「２回」以上に設定することもできる。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
図面中、１０は螺子締めロボット、１５は回転駆動機構部（駆動部）、１６はビット、２７はトルクセンサ（実測締付けトルク取得手段）、３３は螺子穴、３４は螺子、４０はパラメータ自動調整装置、５１は第三期回転速度取得部（第三期回転速度取得手段）、５２は第四期供給電流取得部（第四期供給電流取得手段）、５３はトルク取得部（実測締付けトルク取得手段）、５４は回転速度入力部（回転速度入力手段）、５５は目標トルク入力部（目標トルク入力手段）、５６は第二期初期回転量設定部（第二期初期回転量設定手段）、５７は定数決定部（定数決定手段）、５８はパラメータ推定部、６１はテストパラメータ生成部（テストパラメータ生成手段）、６２は締付けトルク推定モデル生成部（締付けトルク推定モデル生成手段）、６３は締付けトルク学習部（締付けトルク学習部）を示す。
【図１】
2012200808.tif 000035
【図２】
2012200808.tif 000036
【図３】
2012200808.tif 000037
【図４】
2012200808.tif 000038
【図５】
2012200808.tif 000039
【図６】
2012200808.tif 000040
【図７】
2012200808.tif 000041
【図８】
2012200808.tif 000042
【図９】
2012200808.tif 000043
【図１０】
2012200808.tif 000044
【図１１】
2012200808.tif 000045
【図１２】
2012200808.tif 000046
【図１３】
2012200808.tif 000047
【図１４】
2012200808.tif 000048
【図１５】
2012200808.tif 000049
【図１６】
2012200808.tif 000050
【図１７】
2012200808.tif 000051
【図１８】
2012200808.tif 000052
【図１９】
2012200808.tif 000053
【図２０】
2012200808.tif 000054
【図２１】
2012200808.tif 000055
【図２２】
2012200808.tif 000056