CN103025492B - 机器人的控制装置以及控制方法、机器人 - Google Patents

Abstract

一种机器人的控制装置以及控制方法、机器人、以及控制程序，具有对目标关节转矩输出单元(3)进行限制的目标关节转矩输出限制单元(4)和对利用该输出限制单元的限制进行解除的限制解除单元(5)，根据作为输出限制单元的输出的矫正目标关节转矩对机器人(20)的关节的致动器进行控制，即便在发生动态参数切换时也可以控制使机器人的静止状态继续。

Description

机器人的控制装置以及控制方法、机器人

技术领域

本发明涉及对进行物体传送的机器人的动作加以控制的机器人控制装置以及控制方法、机器人、以及控制程序。

背景技术

近年来，看护机器人或家务支援机器人等家庭用机器人在被积极研发。另外，即便是工业用机器人，由于元件生产工厂的扩张等，与人协作的机器人的开发非常盛行。这样的与人协作的机器人，与以往那样划分人所处的区域和机器人用的作业区域而动作的机器人不同，需要与人共同生活，因此要求的安全性与以往的工业用机器人等不同。

另外，作为机器人的一例的机器人手臂，根据所传送的物体以及自己的质量以及惯性力矩等，计算各关节的输出转矩。有握持物体时和未握持物体时，各关节所要求的转矩发生改变，因此，需要对应于是否有握持物体的状况，适当切换目标转矩。

但是，在以静止的状态握持物体的情况下，发生在握持或未在握持的2个状态的质量以及惯性力矩等的切换。为此，输出转矩被切换，机器人手臂的目标位置会有尽管处于静止的状态但机器人手臂活动的情形，从安全的角度来看存在问题。

对于握持物体的机器人的质量以及惯性力矩等的切换，专利文献1中公开了不是切换质量以及惯性力矩等来进行计算，而是通过追加前馈项来对机器人进行控制的控制装置(参照专利文献1)。

【现有技术文献】

专利文献1：日本特开昭63-8912号公报

但是，在专利文献1中有如下的问题：发生对追加前馈项的计算和不追加前馈项的计算这2个状态进行切换的动作，但对于伴随切换的动作而机器人进行活动的情形尚无对策。

发明内容

本发明的目的在于，解决上述以往的问题，而提供即便有握持物体或从握持放开时发生动态参数(例如，握持物体的质量以及惯性力矩等)的切换，机器人也能够使静止状态继续的、机器人的控制装置以及控制方法、机器人、以及控制程序。

为了实现上述目的，本发明如下所示构成。

根据本发明的一方式，提供一种机器人的控制装置，其是具有关节的机器人的控制装置，其具有：

获得上述机器人和上述机器人在握持的物体的多个动态参数的动态参数获得单元、

将上述机器人的关节转矩的目标值作为目标关节转矩加以输出的目标关节转矩输出单元、

对由上述动态参数获得单元获得的上述多个动态参数进行切换的动态参数切换单元、

在通过上述动态参数切换单元切换了上述动态参数后对来自上述目标关节转矩输出单元的上述目标关节转矩的输出进行限制的目标关节转矩输出限制单元、和

对利用上述目标关节转矩输出限制单元的限制进行解除的限制解除单元。

根据本发明的另一方式，提供一种机器人，其中，具有：

上述机器人的控制装置、

具有上述关节的机器人手臂、和

被上述机器人手臂的顶端支承且可以握持上述物体的手部。

根据本发明的又一方式，提供一种具有关节的机器人的控制方法，其中，

由动态参数获得单元获得上述机器人和上述机器人在握持的物体的多个动态参数，

将上述机器人的关节转矩的目标值作为目标关节转矩从目标关节转矩输出单元输出，

用动态参数切换单元对由上述动态参数获得单元获得的上述多个动态参数进行切换，

在通过上述动态参数切换单元对上述动态参数进行了切换之后，由目标关节转矩输出限制单元对来自上述目标关节转矩输出单元的上述目标关节转矩的输出进行限制，

用限制解除单元对利用上述目标关节转矩输出限制单元的限制进行解除。

根据本发明的其他方式，提供一种具有关节的机器人的控制装置的程序，其用于使计算机作为下述单元发挥功能：

动态参数获得单元，其获得上述机器人和上述机器人在握持的物体的多个动态参数；

目标关节转矩输出单元，其将上述机器人的关节转矩的目标值作为目标关节转矩加以输出；

动态参数切换单元，其对由上述动态参数获得单元获得的上述多个动态参数进行切换；

目标关节转矩输出限制单元，其在通过上述动态参数切换单元对上述动态参数进行了切换之后，对来自上述目标关节转矩输出单元的上述目标关节转矩的输出进行限制；和

限制解除单元，其对利用上述目标关节转矩输出限制单元的限制进行解除。

【发明效果】 

根据本发明的机器人的控制装置以及控制方法、机器人、以及控制程序，下述的机器人的控制成为可能：机器人即便有握持物体或从握持放开时发生包含握持物体的质量以及惯性力矩等动态参数的切换，也可以通过上述目标关节转矩输出限制单元对来自上述目标关节转矩输出单元的上述目标关节转矩的输出进行限制，或者，通过上述限制解除单元对利用上述目标关节转矩输出限制单元的限制进行解除，机器人可以使静止状态维持或继续。

附图说明

本发明的这些和其他目的和特征，根据有关附图的优选实施方式涉及的下述记述而加以明确。这些附图如下所示。

图1是表示本发明的第一实施方式中的机器人系统的构成的图。

图2是表示本发明的第一实施方式中的机器人的控制装置以及作为控制对象的机器人的一部分的框图。

图3是表示本发明的第一实施方式中的目标转矩输出限制单元的动作的一例的图。

图4是表示本发明的第二实施方式中的机器人的控制装置以及作为控制对象的机器人的一部分的框图。

图5是表示本发明的第二实施方式中的目标转矩输出限制单元的动作的一例的图。

图6是表示本发明的第三实施方式中的机器人的构成的概要的图。

图7是表示本发明的第三实施方式中的机器人系统的构成的图。

图8是表示本发明的第三实施方式中的机器人的控制装置以及作为控制对象的机器人的一部分的框图。

图9是表示本发明的第一～三实施方式中的在重力方向移动的轴和在水平方向移动的轴分离开的机器人的一例的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明涉及的实施方式进行详细说明。

以下，在参照附图对本发明中的实施方式进行详细说明之前，对本发明的各种方式进行说明。

根据本发明的第一方式，提供一种具有关节的机器人的控制装置，其具有：

获得上述机器人和上述机器人在握持的物体的多个动态参数的动态参数获得单元、

将上述机器人的关节转矩的目标值作为目标关节转矩加以输出的目标关节转矩输出单元、

对由上述动态参数获得单元获得的上述多个动态参数进行切换的动态参数切换单元、

在通过上述动态参数切换单元切换了上述动态参数后对来自上述目标关节转矩输出单元的上述目标关节转矩的输出进行限制的目标关节转矩输出限制单元、和

对利用上述目标关节转矩输出限制单元的限制进行解除的限制解除单元。

根据本发明的第二方式，在第一方式中记载的机器人的控制装置的基础上，其中，上述目标关节转矩输出限制单元，在刚切换上述动态参数后，对上述动态参数的即将切换前的来自上述目标关节转矩输出单元的目标关节转矩的输出进行维持。

根据本发明的第三方式，在第一方式中记载的机器人的控制装置的基础上，其中，还具有对上述机器人的移动进行探测的机器人移动探测单元，

上述目标关节转矩输出限制单元，对上述机器人移动探测单元探测到上述机器人的移动的瞬间的来自上述目标关节转矩输出单元的目标关节转矩的输出进行维持。

根据本发明的第四方式，在第一～三中任一方式中记载的机器人的控制装置的基础上，其中，还具有生成为了实现成为目标的上述机器人的动作而使用的目标关节角度矢量并加以输出的目标角度生成单元，

在上述目标关节转矩输出单元中将上述机器人的关节转矩的目标值作为目标关节转矩加以输出时，使用从上述目标角度生成单元输出的上述目标关节角度矢量，并且在上述限制解除单元中，当根据由上述目标角度生成单元输出的上述目标关节角度矢量判断为上述机器人的目标位置已发生了变化时，对来自上述目标关节转矩输出单元的上述目标关节转矩的输出的限制进行解除。

根据本发明的第五方式，在第一～三中任一方式中记载的机器人的控制装置的基础上，其中，进而，上述限制解除单元具有对从外部作用于上述机器人的力进行检测的力检测单元，

在上述力检测单元检测出阈值以上的力时，对来自上述目标关节转矩输出单元的上述目标关节转矩的输出的限制进行解除。

根据本发明的第六方式，在第一～五中任一方式中记载的机器人的控制装置的基础上，其中，利用上述目标关节转矩输出限制单元的上述输出的限制，不对上述机器人的关节中进行竖直方向的运动的关节起作用。

根据本发明的第七方式，在第一～六中任一方式中记载的机器人的控制装置的基础上，其中，上述动态参数切换单元，具有对利用上述机器人的上述物体的握持进行检测的握持物体检测单元，

通过上述握持物体检测单元检测到上述物体的握持之后，通过上述动态参数切换单元进行上述动态参数的切换。

根据本发明的第八方式，提供一种机器人，其具有：

第一～七中任一方式记载的机器人的控制装置、

具有上述关节的机器人手臂、和

被上述机器人手臂的顶端支承且可以握持上述物体的手部。

根据本发明的第九方式，提供一种具有关节的机器人的控制方法，其中，

由动态参数获得单元获得上述机器人和上述机器人在握持的物体的多个动态参数，

将上述机器人的关节转矩的目标值作为目标关节转矩从目标关节转矩输出单元输出，

用动态参数切换单元对由上述动态参数获得单元获得的上述多个动态参数进行切换，

在通过上述动态参数切换单元对上述动态参数进行了切换之后，由目标关节转矩输出限制单元对来自上述目标关节转矩输出单元的上述目标关节转矩的输出进行限制，

用限制解除单元对利用上述目标关节转矩输出限制单元的限制进行解除。

根据本发明的第十方式，提供一种具有关节的机器人的控制装置的程序，其用于使计算机发挥下述单元的功能：

动态参数获得单元，其获得上述机器人和上述机器人在握持的物体的多个动态参数；

目标关节转矩输出单元，其将上述机器人的关节转矩的目标值作为目标关节转矩加以输出；

动态参数切换单元，其对由上述动态参数获得单元获得的上述多个动 态参数进行切换；

目标关节转矩输出限制单元，其在通过上述动态参数切换单元对上述动态参数进行切换之后，对来自上述目标关节转矩输出单元的上述目标关节转矩的输出进行限制；和

限制解除单元，其对利用上述目标关节转矩输出限制单元的限制进行解除。

以下，根据附图对本发明涉及的实施方式进行详细说明。

(第一实施方式)

图1示出本发明的第一实施方式涉及的机器人20的机器人系统100的构成。机器人系统100具有控制装置50、和作为控制对象的机器人20。进而，机器人20具有由机器人手臂21和手部22和马达驱动器24构成的机器人机构部6、作为致动器的一例的马达23、23H、和编码器7、7H，具有用手部22握持物体30加以传送的功能。

关于控制装置50，在该第一实施方式中，作为一例，由一般的个人计算机构成。控制装置50具有控制程序40、和输入输出IF41。输入输出IF(接口)41具有与个人计算机的PCI总线等的扩展槽连接的例如D/A板、A/D板、计数板等而构成。

关于控制装置50，借助作为输入部的一例的输入输出IF41，与分别独立地对机器人机构部6的机器人手臂21的各联杆33、32、31以及操作器(手部)25进行驱动的马达23、23H的马达驱动器24连接，向该马达驱动器24发送控制信号。

关于马达驱动器24，以控制信号为基础，分别独立地对关节驱动用的旋转驱动装置或作为致动器的一例的马达23进行驱动控制。由马达驱动器24和马达23作为关节驱动用的驱动部的一例发挥功能。作为输出角度信息的关节驱动用的角度检测部的一例，编码器7对马达23的旋转轴的旋转相位角(即关节角)进行检测。另外，关于马达驱动器24，以控制信号为基础，对作为手部驱动用的旋转驱动装置的一例的马达23H进行驱动控制。由马达驱动器24和马达23H作为手部驱动用的驱动部的一例发挥功能。作为输出角度信息的手部驱动用的角度检测部的一例，编码器7H对马达23H的旋转轴的旋转相位角(即关节角)进行检测。

控制装置50执行机器人手臂51的动作控制，将从机器人手臂21的各关节的编码器7输出的各关节角度信息经由输入输出IF41的计数板取入到控制装置50。控制装置50根据取入的各关节角度信息算出各关节的旋转动作的控制指令值。控制装置50通过输入输出IF41的D/A板，向对用于机器人手臂21的各关节进行驱动控制的马达驱动器24提供上述各控制指令值，对机器人手臂21的各关节的马达23进行驱动。

关于机器人手臂21，作为一例，是3自由度的多联杆操作器，可以在顶端安装手部22。机器人手臂21具有：顶端安装有手部22的第三联杆31、借助第三关节35C与第三联杆31连接且顶端具有第三联杆31的第二联杆32、借助第二关节35B与第二联杆32连接且顶端以可以旋转的方式与第二联杆32的基端连结的第一联杆33、和借助第一关节35A与基台部34连接的同时以可以旋转的方式对第一联杆33的基端进行连结支承且固定于地板90的基台部34。

机器人手臂21具有：在含有相互正交的x轴和y轴的xy平面内进行正反旋转的第一关节轴35-1、在同样的xy平面内进行正反旋转的第二关节轴35-2、和在同样的xy平面内进行正反旋转的第三关节轴35-3。第一关节轴35-1、第二关节轴35-2和第三关节轴35-3，分别是机器人手臂21的第一关节35A和第二关节35B和第三关节35C的旋转轴。其结果，机器人手臂21可以绕第一关节轴35-1、第一关节轴35-2和第三关节轴35-3总计3个轴分别独立地进行旋转，构成上述3自由度的多联杆操作器。

构成各轴的旋转部分的各关节35A、35B、35C，具有构成各关节35A、35B、35C的一对构件(例如，转动侧构件、和对该转动侧构件进行支承的支承侧构件)中的一个构件所具备的、马达23和编码器7。例如，马达23和编码器7配设在机器人手臂21的各关节35A、35B、35C的内部，构成各关节35A、35B、35C的一个构件所具备的马达23的旋转轴，与各关节35A、35B、35C的另一构件连结，使上述旋转轴进行正反旋转，由此可以使另一构件相对于一个构件绕各轴旋转。

需要说明的是，在使第一联杆33相对于地板90绕竖直轴正反旋转的情况下，将基台部34分割成固定于地板90的固定部、和与第一联杆33连接的可动部，在该固定部和可动部与其他关节一样配置有马达23和编 码器7，借助马达驱动器24进行驱动控制即可。

另外，手部22还具有通过马达驱动器24加以驱动控制的作为手部驱动装置的一例的手部驱动用马达23H(实际上配设于手部22的内部)、将手部驱动用马达23H的旋转轴的旋转相位角(即关节角)作为旋转角度信息加以检测的编码器7H(实际上配设于手部22的内部)。编码器7H的旋转角度信息借助输入输出IF41被输入到控制装置50的手部控制单元26(握持物体检测单元的一例)。在控制装置50的手部控制单元26中，根据由编码器7H检测到的旋转角度信息，借助马达驱动器24对手部驱动用马达23H的旋转驱动进行控制，使手部驱动用马达23H的旋转轴进行正反旋转，由此可以使手部22进行开闭，而进行物体30的握持或握持放开。

图2是表示本发明的第一实施方式涉及的机器人20的控制装置50以及作为控制对象的机器人20的一部分的框图。

控制装置50具有：目标角度生成单元1、目标角加速度计算单元2、目标关节转矩输出单元3、目标关节转矩输出限制单元4、限制解除单元5、作为动态参数切换单元的一例的参数切换单元8、输出误差计算部9、矫正目标角加速度计算部10、参数获得单元14和手部控制单元26。另外，相对于控制装置50(控制装置50的输出误差计算部9)，输入由编码器7分别测量的来自机器人20的测量信息。

关于目标角度生成单元1，向输出误差计算部9、目标加速度计算单元2和限制解除单元5分别输出用于实现成为目标的机器人20的动作的目标关节角度矢量q_d。关于成为目标的机器人20的动作，对应于目的作业，事先记录有以各自的时间(t＝0、t＝t₁、t＝t₂、…)计的每个点的目标角度矢量q_dt＝[q_dt1，q_dt2，q_dt3]^T(q_d0、q_d1、q_d2、…)。例如，作为机器人20的动作控制程序(机器人的控制装置的程序)，记录有这样的目标角度矢量。此外，关于目标角度生成单元1，以各自的时间(t＝0、t＝t₁、t＝t₂、…)计的每个点的角度(q_d0、q_d1、q_d2、…)的信息为基础，使用多项式插值，对各点间的轨道进行插值，生成目标关节角度矢量q_d＝[q_d1，q_d2，q_d3]^T。向输出误差计算部9、目标加速度计算单元2和限制解除单元5分别输出该生成的目标关节角度矢量q_d。

输出误差计算部9，被输入从目标轨道生成单元1输出的目标关节角 度矢量q_d、编码器7的输出q，计算角度误差矢量q_e＝q_d-q，作为输出误差的一例将角度误差矢量q_e向矫正目标角加速度计算部10输出。

目标角加速度计算单元2，被输入由目标角度生成单元1输出的目标关节角度矢量q_d，目标角加速度(下述[数1])通过计算而被求出，向矫正目标角加速度计算部10输出。

[数1]

矫正目标角加速度计算部10，被输入作为目标角加速度计算单元2的输出的下述[数2]

[数2]

和作为输出误差计算部9的输出的角度误差矢量q_e，作为控制指令值的一例，矫正目标角加速度(下述[数3])通过计算而被求出，向目标关节转矩输出单元3输出。

[数3]

关于参数获得单元14，获得机器人20的动态参数，将获得的动态参数向参数切换单元8输出。作为动态参数的例子，是指机器人手臂21的各联杆或握持物体30的质量、重心位置、或惯性矩阵等。作为动态参数的更具体的例子，在用手部22握持物体30或从利用手部22的握持放开物体30时，可以举出握持物体30的质量以及惯性力矩等。关于必要的动态参数，事先记录在作为参数获得单元14的具体一例的存储器中，或者，作为参数获得单元14的具体其他例，可以由通过通信从置于机器人系统100的外部的数据库等获得动态参数的获得部构成。

关于参数切换单元8，对作为目标关节转矩输出单元3生成目标关节转矩所需的信息的机器人20的动态参数进行切换，向目标关节转矩输出单元3输出。

另外，将表示由参数切换单元8对动态参数进行了切换的参数切换信号，从参数切换单元8向目标关节转矩输出限制单元4输出。

作为由参数切换单元8切换的动态参数的一例，当手部22握持传送物体30时，可以设定没有物体30而仅有机器人主体(机器人手臂21和手部22)的状态下的动态参数、和握入物体30的(物体30和机器人主体(机器人手臂21和手部22)合起来的状态下的)动态参数。作为用参数切换单元8对动态参数进行切换的时机的一例，可以举出如下的例子：当进行手部22放开对传送物体30的握持而加以设置等从手部22放下传送物体30的动作时，从握入物体30的状态的动态参数变成没有物体30而仅有机器人主体的状态的动态参数，另一方面，反过来，在进行手部22握持传送物体30进行传送的动作时，从握入物体30的状态的动态参数切换成没有物体30而仅有机器人主体的状态的动态参数切换。

关于动态参数的切换，通过作为后述的手部控制单元26的输出的手部22的开闭信号，判断物体的握持状态或握持放开状态，由参数切换单元8进行切换。

手部控制单元26被输入编码器7H的输出q，将手部22的开闭信号向参数切换单元8和机器人机构部6输出。事先决定握持位置以及握持放开位置，将该握持位置存储在手部控制单元26。当通过编码器7H的输出q而机器人向手部22的握持位置以及握持放开位置移动了时，输出手部22的开闭信号。在本实施方式中，事先已决定手部握持位置以及握持放开位置，但并不限于此，例如可以是在如果人按压按钮则进行手部22的开闭等方式。

关于目标关节转矩输出单元3，由作为矫正目标角加速度计算部10的输出的矫正目标角加速度(下述[数4])

[数4]

和作为参数切换单元8的输出的动态参数，计算目标关节转矩τ_d，输出计算得到的目标关节转矩τ_d。作为目标关节转矩τ_d的计算方法的一例，按照以下的式子算出目标关节转矩τ_d。

[数5]

${\mathrm{\τ}}_d=M\left(q\right)\·{\stackrel{\·\·}{q}}_d^{*}+C(q,\stackrel{\·}{q})+g\left(q\right)$

[数6]M(q)及是由物体30以及机器人20的动态参数构成的系数矩阵，

[数7]g(q)是物体30以及机器人20的质量涉及的重力项。

像该一例那样，目标关节转矩τ_d使用含有物体30的动态参数的式子算出。为此，通过对参数进行切换，目标关节转矩τ_d阶段性地发生变化。其结果，目标关节转矩τ_d发生变化，因此，后述的马达驱动器24使关节驱动用马达23的输出转矩发生变化，就机器人20而言，尽管目标关节角度矢量q_d没有变化，也会活动。

关于限制解除单元5，被输入作为目标角度生成单元1的输出的目标关节角度矢量q_d，将限制解除信号向目标关节转矩输出限制单元4输出。作为限制解除单元5的动作的一例，例如由目标关节角度矢量q_d算出目标关节角速度，该算出的目标关节角速度的绝对值为事先决定的阈值以上时，将限制解除信号向目标关节转矩输出限制单元4输出。另外，关于限制解除单元5，在算出的目标关节角速度的绝对值小于上述阈值时，不向目标关节转矩输出限制单元4输出限制解除信号。

在限制解除单元5中，作为由目标关节角度矢量q_d算出目标关节角速度的方法的一例，有以下的方法。第一，通过限制解除单元5，按各取样时机存储目标关节角度矢量q_d＝[q_d1，q_d2，q_d3]^T。在限制解除单元5中，将当前的取样时机的目标关节角度矢量作为q_dn＝[q_dn1，q_dn2，q_dn3]^T，将前1次的取样时机的目标关节角度矢量作为q_d＝[q_dn-11，q_dn-12，q_dn-13]^T时，每个关节35A、35B、35C的目标关节角速度能用以下的式子近似求出。

[数8]

${\stackrel{\·}{q}}_{\mathrm{dni}}=(q_{\mathrm{dni}}-q_{\mathrm{dn}-1i})/T$

其中，i是关节编号(图1中，i＝1、i＝2、i＝3)，T是取样周期。

由此，该取样周期T下的目标关节角速度矢量成为下述[数9]。该矢量的各要素的大小成为目标关节角速度。

[数9]

${\stackrel{\·}{q}}_d=[{\stackrel{\·}{q}}_{d1},{\stackrel{\·}{q}}_{d2},{\stackrel{\·}{q}}_{d3}]$

另外，阈值为例如5[deg/sec]等。这根据机器人20的大小或精度、与周边环境的关系所致的安全性等设定成合适的值。

另外，在限制解除单元5中，关于当目标关节角速度的绝对值为阈值以上时输出限制解除信号，认为由手部22握持的对象的物体30是静止的，关于为了用手部22安全握持物体30而用手部22握持前后的时间，认为机器人手臂21的位置是静止的。在如此考虑的情况下，关于目标关节角度矢量q_d，由于用手部22握持前后的时间提供静止的目标，所以认为是某阈值以下。为此，当用手部22握持物体30而机器人手臂21要再次开始动作，而目标关节角度矢量q_d开始变化时，其目的在于，从限制解除单元5向目标关节转矩输出限制单元4输出限制解除信号。

关于目标关节转矩输出限制单元4，被输入作为目标关节转矩输出单元3的输出的目标关节转矩τ_d、作为限制解除单元5的输出的限制解除信号和作为参数切换单元8的输出的参数切换信号，输出成为各关节35A、35B、35C的控制目标的矫正目标关节转矩(下述[数10])。

[数10]

关于目标关节转矩输出限制单元4，在未被输入限制解除信号的状态下被输入了参数切换信号的情况下，在直至接下来被输入了限制解除信号之前的期间，都对即将被输入参数切换信号前的目标关节转矩τ_d的值进行维持，将该目标关节转矩τ_d的值作为矫正目标关节转矩(下述[数11])向机器人机构部6输出。

[数11]

关于目标关节转矩输出限制单元4，在其以外的时间将当前的目标关节转矩τ_d的值直接(原样)作为矫正目标关节转矩(下述[数12])向机器人机构部6输出。

[数12]

在这里，图3是表示目标关节转矩输出限制单元4的动作的一例的图。在这里，以第一关节轴35-1的目标关节角度、目标关节转矩和矫正目标关节转矩值为例而示出，其他关节轴35-2、35-3也同样。

图3的横轴(时间轴)的(A)～(D)之间，手部22未握持物体30。其中，在(A)～(B)之间以及(C)～(D)之间，机器人手臂21在进行动作，在(B)～(C)之间，机器人手臂21是静止的。

另外，在(D)～(F)之间，由于用手部22握持物体30，所以机器人手臂21是静止的。在D)～(E)之间利用手部22进行物体30的握持。此外，在(E)时间点，进行动态参数的切换，在(F)时间点，机器人手臂21从静止状态转为进行动作。

在图3的(A)时间点～(B)时间点之间以及(C)时间点～(D)时间点之间，限制解除信号从限制解除单元5被分别输入到目标关节转矩输出限制单元4。为此，关于目标关节转矩输出限制单元4，将作为目标关节转矩输出单元3的输出的目标关节转矩τ_d直接作为矫正目标关节转矩加以输出。

在(B)时间点～(C)时间点之间以及(D)时间点～(E)时间点之间，限制解除信号不从限制解除单元5输入到目标关节转矩输出限制单元4，动态参数切换信号也不从参数切换单元8输入到目标关节转矩输出限制单元4。为此，目标关节转矩输出限制单元4将作为目标关节转矩输出单元3的输出的目标关节转矩τ_d直接作为矫正目标关节转矩加以输出。

在(E)时间点，从参数切换单元8向目标关节转矩输出限制单元4输入动态参数切换信号。同时，从参数切换单元8向目标关节转矩输出单元3输入切换后的动态参数，根据其由目标关节转矩输出单元3对目标关节转矩τ_d进行运算。为此，目标关节转矩τ_d在(E)时间点发生变化。但 是，在目标关节转矩输出限制单元4中，从参数切换单元8被输入动态参数切换信号，同时，不从限制解除单元5被输入限制解除信号，所以，在(E)时间点，对即将输入动态参数切换信号之前的目标关节转矩值τ_d进行维持，作为矫正目标关节转矩加以输出。

在(F)时间点，直到限制解除信号从限制解除单元5被输入到目标关节转矩输出限制单元4之前，在目标关节转矩输出限制单元4中，作为矫正目标关节转矩值继续输出相同的值。在(F)时间点，限制解除信号从限制解除单元5被输入到目标关节转矩输出限制单元4，因此在(F)时间点以后，在目标关节转矩输出限制单元4中，再次作为矫正目标关节转矩值(下述[数13])，输出与从目标关节转矩输出单元3输入到目标关节转矩输出限制单元4的目标关节转矩τ_d相同的值。

[数13]

由此，矫正目标关节转矩值(下述[数14])在机器人手臂21的目标关节角度矢量q_d的变化量低于阈值的期间不发生变化，因此防止仅仅因为动态参数的切换而机器人20进行动作，

[数14]

进而，如果目标关节角度矢量q_d开始变化，则矫正目标关节转矩值(下述[数15])迅速变化，机器人20可以开始动作。

[数15]

返回图2，矫正目标关节转矩值(下述[数16])，从目标关节转矩输出限制单元4，借助D/A板等输入输出IF41作为转矩目标值向马达驱动器24输入。

[数16]

此外，通过马达驱动器24，各关节轴35所具有的马达23分别独立被驱动正反旋转，机器人机构部6进行动作。 

机器人机构部6进行了动作，结果机器人20的机器人手臂21的各关节角度发生变化，从对该各关节角度q进行检测的编码器7，将分别检测到的结果借助输入输出IF41向输出误差计算部9输入。

如上所示，上述第一实施方式的上述控制装置50，具有：参数切换单元8、限制解除单元5、和目标关节转矩输出限制单元4，构成机器人20，机器人20控制对机器人20的关节35A、35B、35C进行正反旋转驱动的作为致动器的控制的一例的马达23的转矩。通过该目标关节转矩限制单元4，在参数切换单元8对动态参数进行了切换之后对来自目标关节转矩输出单元3的目标关节转矩的输出进行限制。其结果，不管是否对机器人20提供静止的目标值，可以防止机器人20因动态参数的切换而进行动作。由此，例如在通过物体30的握持等而使动态参数有很大变动时，可以对机器人20的静止进行维持，能够控制安全的机器人20的动作。

由此，根据本发明的第一实施方式涉及的机器人的控制装置以及控制方法、机器人、以及控制程序，如下的机器人20的控制成为可能：当在机器人20握持物体30或从握持放开时即便发生包含握持物体30的质量以及惯性力矩等动态参数的切换，也可以由上述目标关节转矩输出限制单元4对来自上述目标关节转矩输出单元3的上述目标关节转矩的输出进行限制，或者，可以由上述限制解除单元5对利用上述目标关节转矩输出限制单元4的限制进行解除，机器人20可以使静止状态继续。

(第二实施方式)

图4是本发明的第二实施方式涉及的机器人20的控制装置50以及作为控制对象的机器人20的一部分的框图。控制装置50具有：目标角度生成单元1、目标角加速度计算单元2、目标关节转矩输出单元3、目标关节转矩输出限制单元4、限制解除单元5、参数切换单元8、输出误差计算部 9、矫正目标角加速度计算部10、参数获得单元14、和机器人移动探测单元11。另外，机器人20与第一实施方式一样，具有机器人机构部6、马达23、23H、和编码器7、7H而构成。另外，对控制装置50输入由编码器7、7H测量的来自机器人20的测量信息。

需要说明的是，该第二实施方式的说明中，以与第一实施方式的构成以及作用相比的不同点为中心加以说明，关于与第一实施方式相同的构成以及作用省略说明。

从对关节角度q进行检测的编码器7检测到的结果经由输入输出IF41被分别输入到输出误差计算部9和机器人移动探测单元11。

向机器人移动探测单元11输入作为编码器7的输出的关节角度q，将移动探测信号从机器人移动探测单元11向目标关节转矩输出限制单元4输出。关于移动探测信号，在由机器人移动探测单元11判断为机器人20在移动时，从机器人移动探测单元11向目标关节转矩输出限制单元4输出移动探测信号。关于所谓在移动的判断，例如在关节角度q的微分值的绝对值为阈值以上时，可以由机器人移动探测单元11判断为在移动。

向目标关节转矩输出限制单元4，输入作为目标关节转矩输出单元3的输出的目标关节转矩τ_d、作为限制解除单元5的输出的限制解除信号、作为参数切换单元8的输出的参数切换信号和作为机器人移动探测单元11的输出的移动探测信号，输出成为各关节35A、35B、35C的控制目标的矫正目标关节转矩(下述[数17])。

[数17]

关于矫正目标关节转矩(下述[数18])，在未从限制解除单元5向目标关节转矩输出限制单元4输入限制解除信号的状态下从参数切换单元8向目标关节转矩输出限制单元4输入了参数切换信号的情况下，在直至接下来移动探测信号从机器人移动探测单元11被输入到目标关节转矩输出限制单元4之前的期间，使从即将输入参数切换信号之前的目标关节转矩值到当前的目标关节转矩值之间逐渐(缓慢)变化而输出。

[数18]

接下来在移动探测信号从机器人移动探测单元11被输入到目标关节转矩输出限制单元4的情况下，目标关节转矩输出限制单元4对该瞬间的矫正目标关节转矩值进行维持，在直至接下来限制解除信号被输入之前的期间，都将其作为矫正目标关节转矩(下述[数19])加以输出。

[数19]

目标关节转矩输出限制单元4在其以外的时间将当前的目标关节转矩τ_d的值直接作为矫正目标关节转矩(下述[数20])加以输出。

[数20]

在这里，图5是表示目标关节转矩输出限制单元4的动作的一例的图。在这里，以第一关节轴35-1的目标关节角度、目标关节转矩和矫正目标关节转矩值为例示出，但其他关节轴35-2、35-3也一样。

在图5的横轴(时间轴)的(A)～(B)之间，手部22未握持物体30，而机器人手臂21在进行动作。

另外，在(B)～(E)之间，由于用手部22握持物体30，所以机器人手臂21是静止的。其中，在(B)～(C)之间，利用手部22进行物体30的握持。此外，在(C)时间点，进行动态参数的切换，从(D)时间点起，移动探测信号从机器人移动探测单元11开始被输入到目标关节转矩输出限制单元4。在(E)时间点，机器人手臂21从静止状态转为进行动作。

在图5的(A)时间点～(B)时间点之间以及(B)时间点～(C)时间点之间，目标关节转矩输出限制单元4，将作为目标关节转矩输出单元3的输出的目标关节转矩τ_d直接作为矫正目标关节转矩加以输出。

在(C)时间点，从参数切换单元8向目标关节转矩输出限制单元4 输入动态参数切换信号。同时，向目标关节转矩输出单元3输入切换后的动态参数，根据其用目标关节转矩输出单元3对目标关节转矩τ_d进行运算。为此，目标关节转矩τ_d在(C)时间点发生变化。但是，在目标关节转矩输出限制单元4中，动态参数切换信号从参数切换单元8被输入，同时，限制解除信号未从限制解除单元5被输入，因此在(C)时间点～(D)时间点之间，目标关节转矩输出限制单元4，在(C)时间点使从即将输入动态参数切换信号之前的目标关节转矩值τ_d至当前的目标关节转矩值之间逐渐变化，作为矫正目标关节转矩加以输出。

在(D)时间点，移动探测信号从机器人移动探测单元11被输入到目标关节转矩输出限制单元4。为此，目标关节转矩输出限制单元4阻止作为输出的矫正目标关节转矩值的逐渐变化。其结果，矫正目标关节转矩值不发生变化而成为恒定值，由此机器人20的实际动作也静止，所以来自机器人移动探测单元11的移动探测信号的输出停止。

在(D)时间点～(E)时间点之间，在目标关节转矩输出限制单元4中，维持(D)时间点的矫正目标关节转矩值进行输出。

在(E)时间点，限制解除信号从限制解除单元5被输入到目标关节转矩输出限制单元4，在(E)时间点以后，再次作为矫正目标关节转矩值(下述[数21])，输出与从目标关节转矩输出单元3向目标关节转矩输出限制单元4输入的目标关节转矩τ_d相同的值。

[数21]

如上所示，根据上述第二实施方式的上述控制装置50，通过目标关节转矩输出限制单元4，在参数切换单元8对动态参数进行了切换之后对来自目标关节转矩输出单元3的目标关节转矩的输出进行限制。其结果，不管是否对机器人20提供了静止的目标值，都可以防止机器人20因动态参数的切换进行动作。进而，配设机器人移动探测单元11，由机器人移动探测单元11探测探测机器人20是否在移动。利用作为机器人移动探测单元11的输出的移动探测信号，目标关节转矩输出限制单元4输出矫正目标关节转矩，因此无需对目标关节转矩进行过度的限制，且即便在动态参数有 很大变动时，也可以维持机器人20的静止，能够控制安全的机器人20的动作。

(第三实施方式)

图6是表示本发明的第三实施方式涉及的机器人20的构成的概要的图。关于该机器人20，人91握持被第三联杆31固定一端的例如L字形的把手36，对想要运送物体30的方向施加力，由此用手部22握持了物体30的机器人20进行移动，可以用机器人20搬运物体30。与先前的实施方式的不同点在于，机器人20具有用于人91操作的把手36、和用于对人91施加给把手36的力进行检测的力检测单元25(例如力传感器)而构成。

需要说明的是，在该第三实施方式的说明中，以与第一实施方式的构成以及作用相比的不同点为中心加以说明，关于与第一实施方式相同的构成以及作用，省略说明。

图7是表示机器人系统100的构成的图。机器人系统100如上所述还具有把手36以及力检测单元25。由力检测单元25检测出的人91的力，经由输入输出IF41向控制装置50(控制装置50的限制解除单元5和力控制单元12)输入。

图8是表示机器人20的控制装置50以及作为控制对象的机器人20的一部分的框图。与第一实施方式的构成相比，控制装置50新设有力控制单元12和目标角度加算部13。

力检测单元25对在把手36和机器人20之间发生的力进行检测或推定，输出该信息F。作为一例，力检测单元25成为在把手36和机器人20之间配设的3轴的力传感器。由力传感器检测出的力信息F，分别向限制解除单元5和力控制单元12输出。

关于力控制单元12，根据作为力检测单元25的输出的力信息，向目标角度加算部13输出补正目标角度矢量Δq_d。力控制单元12，利用阻抗控制法或柔顺控制法等力控制方法算出补正目标角度矢量Δq_d。

关于目标角度生成单元1，向目标角度加算部13输出用于实现成为目标的机器人20的动作的目标关节角度矢量q_d。

关于目标角度加算部13，被输入从目标轨道生成单元1输出的目标关 节角度矢量q_d和从力控制单元12输出的补正目标角度矢量Δq_d，计算矫正目标角度矢量q_dm＝q_d+Δq_d，将所计算的矫正目标角度矢量q_dm向目标角加速度计算单元2、输出误差计算部9输出。

关于输出误差计算部9，被输入从目标角度加算部13输出的矫正目标角度矢量q_dm和编码器7的输出q，计算角度误差矢量q_e＝q_dm-q，作为输出误差的一例，将角度误差矢量q_e向矫正目标角加速度计算部10输出。

另一方面，关于限制解除单元5，被输入作为力检测单元25的输出的力信息F，将限制解除信号向目标关节转矩输出限制单元4输出。作为限制解除单元5的一例，关于限制解除单元5，例如，在力信息F为事先决定的阈值以上时，将限制解除信号从限制解除单元5向目标关节转矩输出限制单元4输出，在力信息F小于阈值时，不将限制解除信号从限制解除单元5向目标关节转矩输出限制单元4输出。由此，在人91按照要使机器人20进行动作的方式对把手36施加力时，将限制解除信号从限制解除单元5向目标关节转矩输出限制单元4输出，在人91未对把手36施加力时，不将限制解除信号从限制解除单元5向目标关节转矩输出限制单元4输出。其结果，第三实施方式中的机器人20，可以在人91向机器人20施加力时进行动作，在人91未对机器人20施加力时，机器人20是静止的。也就是说，机器人20由于只要在人91未施加力时处于静止状态即可，因此不将限制解除信号从限制解除单元5向目标关节转矩输出限制单元4输出。

目标关节转矩输出限制单元4，进行与上述第一实施方式同样的动作。

如上所示，根据上述第三实施方式的上述控制装置50，对具有力检测单元25的机器人20配设力控制单元12，对应于人91的力握持物体30的机器人20进行移动，可以搬运物体30。进而，可以由力检测单元25探测到人91是否施加力，利用人91的力信息，限制解除单元5输出限制解除信号，在动态参数切换后人91想要活动时，机器人20才开始活动，所以能够控制安全的机器人20的动作。

另外，在上述第一～第三实施方式各实施方式中，作为机器人20的致动器的一例，以通过马达23驱动的机器人20为例进行了说明，但不限于马达23，即便在气压以及油压驱动致动器的情况下也发挥相同的效果。

另外，在上述第一～第三实施方式的各实施方式中，作为例子，以3轴的机器人手臂21为例进行了说明，但不限于此，轴数也不限于此，另外，也不限于同样适用于全部的轴，也可以仅对限定的轴适用。例如，关于对握持的物体30施加的重力方向，从握持的瞬间使用握入物体的动态参数，由此需要防止与握持有物体30的机器人手臂21一起落下，但有时想要在水平方向上，在握持的瞬间不活动，握持后，变更目标位置才开始活动。在这样的情况下，对于在重力方向上移动的轴，不适用本第一～第三实施方式的内容，仅对在水平方向上移动的轴适用，由此可以按目的进行动作。

图9是将在重力方向移动的轴和在水平方向移动的轴分离开的成为SCARA型的机器人20A的一例，但其中仅对在水平方向移动的轴适用，由此可以按目的进行动作。

需要说明的是，通过适当组合上述各种实施方式或者变形例中的任意实施方式或者变形例，可以发挥各自具有的效果。

【工业上的可利用性】

本发明的机器人的控制装置以及控制方法、机器人、以及控制程序，有效用作进行握持物体的机器人手臂等的机器人的手指位置的轨道控制等位置控制的控制装置以及控制方法、以及控制程序。另外，不限于机器人手臂，还可以用作对生产设备等中的具有物体进行握持的机构的装置的控制装置以及控制方法、机器人、以及控制程序。

本发明参照附图对优选的实施方式进行了充分记述，但对于熟悉该技术的人来说，自然会进行各种变形或矫正。这样的变形或矫正只要未超出基于技术方案的本发明的范围就应被理解为被本发明所包含。

Claims (8)

1.一种机器人的控制装置，其是具有关节的机器人的控制装置，其具有：

获得所述机器人和所述机器人正在握持的物体的多个动态参数的动态参数获得单元、

将所述机器人的关节转矩的目标值作为目标关节转矩加以输出的目标关节转矩输出单元、

对由所述动态参数获得单元获得的所述多个动态参数进行切换的动态参数切换单元、

在通过所述动态参数切换单元切换了所述动态参数后对来自所述目标关节转矩输出单元的所述目标关节转矩的输出进行限制的目标关节转矩输出限制单元、和

解除所述目标关节转矩输出限制单元进行的限制的限制解除单元，

所述目标关节转矩输出限制单元，在刚切换所述动态参数后，对即将切换所述动态参数前的来自所述目标关节转矩输出单元的目标关节转矩的输出进行维持。

2.如权利要求1所述的机器人的控制装置，其中，

还具有对所述机器人的移动进行探测的机器人移动探测单元，

所述目标关节转矩输出限制单元，对所述机器人移动探测单元探测到所述机器人的移动的瞬间的来自所述目标关节转矩输出单元的目标关节转矩的输出进行维持。

3.如权利要求1或2所述的机器人的控制装置，其中，

还具有生成为了实现成为目标的所述机器人的动作而使用的目标关节角度矢量并加以输出的目标角度生成单元，

在所述目标关节转矩输出单元中将所述机器人的关节转矩的目标值作为目标关节转矩加以输出时，使用从所述目标角度生成单元输出的所述目标关节角度矢量，并且在所述限制解除单元中，当根据由所述目标角度生成单元输出的所述目标关节角度矢量判断为所述机器人的目标位置已发生了变化时，对来自所述目标关节转矩输出单元的所述目标关节转矩的输出的限制进行解除。

4.如权利要求1或2所述的机器人的控制装置，其中，

进而，所述限制解除单元具有对从外部作用于所述机器人的力进行检测的力检测单元，

在所述力检测单元检测出阈值以上的力时，对来自所述目标关节转矩输出单元的所述目标关节转矩的输出的限制进行解除。

5.如权利要求1或2所述的机器人的控制装置，其中，

所述目标关节转矩输出限制单元进行的所述输出的限制，不对所述机器人的关节中进行竖直方向的运动的关节起作用。

6.如权利要求1或2所述的机器人的控制装置，其中，

所述动态参数切换单元，具有对利用所述机器人的所述物体的握持进行检测的握持物体检测单元，

通过所述握持物体检测单元检测到所述物体的握持之后，通过所述动态参数切换单元进行所述动态参数的切换。

7.一种机器人，其中，具有：

权利要求1或2所述的机器人的控制装置、

具有所述关节的机器人手臂、和

支承在所述机器人手臂的顶端且可以握持所述物体的手部。

8.一种机器人的控制方法，其是具有关节的机器人的控制方法，其中，

由动态参数获得单元获得所述机器人和所述机器人正在握持的物体的多个动态参数，

将所述机器人的关节转矩的目标值作为目标关节转矩从目标关节转矩输出单元输出，

利用动态参数切换单元对由所述动态参数获得单元获得的所述多个动态参数进行切换，

在通过所述动态参数切换单元对所述动态参数进行了切换之后，由目标关节转矩输出限制单元对来自所述目标关节转矩输出单元的所述目标关节转矩的输出进行限制，

利用限制解除单元解除所述目标关节转矩输出限制单元进行的限制，

所述目标关节转矩输出限制单元，在刚切换所述动态参数后，对即将切换所述动态参数前的来自所述目标关节转矩输出单元的目标关节转矩的输出进行维持。