CN104802161B - 机器人、机器人控制装置以及机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人,机器人具有基座、与基座连结的机身、以能够转动的方式与机身连结的多关节机器人手臂、以及能够使机身成为低位置以及比该低位置高的高位置的升降机构,与机身为低位置时使多关节机器人手臂的前端移动规定距离时所花费的时间相比,机身为高位置时使多关节机器人手臂的前端移动规定距离时所花费的时间较长。

Description

机器人、机器人控制装置以及机器人系统
技术领域
本发明涉及机器人、机器人控制装置以及机器人系统。
背景技术
专利文献1所述的机器人具有基台(主体部)、以能够相对于基台升降的方式设置的机身(臂驱动部)、以及以能够转动的方式设于机身的多关节机器人手臂(臂)。
专利文献2所述的机器人具有机身、和以能够转动的方式设于机身的一对多关节机器人手臂。
专利文献1:日本特开2013-157561号公报
专利文献2:日本特开2013-99806号公报
在专利文献1所记载的构成的机器人中,相对于基台的机身的高度越高,机身的刚性越降低,驱动臂时产生的振动越大。然而,在专利文献1所记载的机器人中,完全未考虑这样的点,推测不管相对于基台的机身的高度是多少,恒定地设定臂的驱动条件(例如,加速度、减速度、位置比例增益等)。因此,存在不能够抑制特别是相对于基台的机身的高度较高时的振动这样的问题。另外,由于上述那样的机身的刚性的降低这样的问题,也存在不稳定的设置状态下难以稳定地驱动机器人这样的问题。
另外,在专利文献2所记载的构成的机器人中,例如,也存在即使在一方多关节机器人手臂进行需要精密度的作业时,另一方多关节机器人手臂也进行其他的作业的情况。在这样的情况下,存在因另一方多关节机器人手臂的驱动所产生的振动,而给予一方多关节机器人手臂进行的需要精密度的作业负面影响这样的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供不管相对于基台的机身的位置如何,而能够抑制振动的机器人、机器人控制装置以及机器人系统。这样的目的的至少一部分通过下述的本发明实现。
另外,本发明的其他的目的在于提供在一方多关节机器人手臂进行需要精密度的规定作业的情况下,能够以尽量不产生振动的方式驱动另一方多关节机器人手臂,而以足够的精度执行上述规定作业的机器人、机器人控制装置以及机器人系统。这样的目的的至少一部分通过下述的本方式实现。
本发明的机器人的特征在于,具有:基台;
机身,其设置于上述基台;
第一机器人手臂,其设置于上述机身;以及
移动机构,其能够使上述机身成为第一位置以及与上述第一位置相比远离上述基台的第二位置,
其中,与上述机身为上述第一位置时使上述第一机器人手臂的前端移动了规定距离的情况下所花费的第一时间相比,上述机身为上述第二位置时使上述第一机器人手臂的前端移动了上述规定距离的情况下所花费的第二时间较长。
由此,能够提供能够不管相对于基台的机身的位置如何,而抑制振动的机器人。
在本发明的机器人中,优选具有接受决定上述第一机器人手臂的驱动条件的设定值的设定接受部,
由上述设定接受部接受的上述设定值在上述第一位置与上述第二位置相同。
由此,能够不管设定值如何,而使机身为第二位置的时使第一机器人手臂移动了规定距离的情况下所花费的时间比机身为第一位置时使第一机器人手臂移动了规定距离的情况下所花费的时间长。
在本发明的机器人中,优选具有输入上述设定值的输入部。
由此,能够简单地输入设定值。
在本发明的机器人中,优选移动上述规定距离的方向是具有与上述机身的移动方向正交的方向成分的方向。
由此,能够更有效地抑制振动。
在本发明的机器人中,优选具有驱动上述第一机器人手臂的马达,
对于上述马达,与上述第一位置时相比上述第二位置时的上述马达的位置与指令位置的差亦即位置偏差所乘的位置比例增益较小。
由此,能够以比较简单的控制,使机身为第二位置时使第一机器人手臂移动了规定距离的情况下所花费的时间比机身为第一位置时使第一机器人手臂移动了规定距离的情况下所花费的时间长。
在本发明的机器人中,优选具有驱动上述第一机器人手臂的马达,
对于上述马达,与上述第一位置时相比上述第二位置时的加速度以及减速度的至少一方较小。
由此,能够以比较简单的控制,使机身为第二位置时使第一机器人手臂移动了规定距离的情况下所花费的时间比机身为第一位置时使第一机器人手臂移动了规定距离的情况下所花费的时间长。
在本发明的机器人中,优选具有检测相对于上述基台的上述机身的分离距离的检测部。
由此,能够简单地检测相对于上述基台的上述机身的分离距离。
在本发明的机器人中,优选具有设置于上述机身的第二机器人手臂,
与上述机身为上述第一位置时使上述第二机器人手臂的前端移动了规定距离的情况下所花费的时间相比,上述机身为上述第二位置时使上述第二机器人手臂的前端移动了上述规定距离的情况下所花费的时间较长。
由此,能够更有效地抑制振动。
在本发明的机器人中,优选具有使上述机身相对于上述基台转动的转动机构,
与上述机身为上述第一位置时使上述机身相对于上述基台转动了规定角度的情况下所花费的时间相比,上述机身为上述第二位置时使上述机身转动了上述规定角度的情况下所花费的时间较长。
由此,能够更有效地抑制振动。
在本发明的机器人中,优选上述第一时间以及上述第二时间分别是使上述第一机器人手臂的前端向相对于机器人的设置面平行的方向移动上述规定距离时所花费的时间。
由此,能够更有效地抑制振动。
在本发明的机器人中,优选上述第一时间以及上述第二时间分别是使上述第一机器人手臂的前端从静止状态移动上述规定距离时所花费的时间。
由此,能够更有效地抑制振动。
本发明的机器人控制装置的特征在于,控制机器人,该机器人具有:
基台;
机身,其设置于上述基台;
第一机器人手臂,其设置于上述机身;以及
移动机构,其使上述机身成为第一位置以及与上述第一位置相比远离上述基台的第二位置的机器人,
上述机器人控制装置以与上述机身为上述第一位置时使上述第一机器人手臂的前端移动了规定距离的情况下所花费的时间相比,上述机身为上述第二位置时使上述第一机器人手臂的前端移动了上述规定距离的情况下所花费的时间较长的方式控制所述机器人。
由此,能够得到能够不管相对于基台的机身的位置如何,而抑制振动的机器人控制装置。
本发明的机器人系统的特征在于,具备:本发明的机器人;以及
机器人控制装置,其控制上述机器人的工作。
由此,能够得到能够不管相对于基台的机身的位置如何,而抑制振动的机器人系统。
本方式的机器人的特征在于,具有第一机器人手臂以及第二机器人手臂,
与上述第一机器人手臂的前端不进行规定作业的非作业状态的情况下使上述第二机器人手臂的前端移动规定距离所花费的第一时间相比,上述第一机器人手臂的前端进行上述规定作业的作业状态的情况下使上述第二机器人手臂的前端移动上述规定距离所花费的第二时间较长。
由此,能够提供在一方的多关节机器人手臂进行需要精密度的规定作业的情况下,以尽量不使另一方多关节机器人手臂产生振动的方式进行驱动,所以能够以足够的精度执行上述规定作业的机器人。
在本方式的机器人中,优选具有接受决定上述第一机器人手臂以及上述第二机器人手臂的驱动条件的设定值的设定接受部,
由上述设定接受部接受的上述设定值在上述非作业状态与上述作业状态相同。
由此,能够不管设定值如何,而使作业状态时使第一机器人手臂的前端移动规定距离时所花费的时间比非作业状态时使第一机器人手臂的前端移动规定距离时所花费的时间长。
在本方式的机器人中,优选具有驱动上述第二机器人手臂的马达,
对于上述马达,上述作业状态时上述马达的位置与指令位置的差亦即位置偏差所乘的位置比例增益比上述非作业状态时小。
由此,能够以比较简单的控制,使作业状态时使第一机器人手臂的前端移动规定距离时所花费的时间比非作业状态时使第一机器人手臂的前端移动规定距离时所花费的时间长。
在本方式的机器人中,优选具有驱动上述第二机器人手臂的马达,
对于上述马达,上述作业状态时的加速度以及减速度的至少一方比上述非作业状态时小。
由此,能够以比较简单的控制,使作业状态时使第一机器人手臂的前端移动规定距离时所花费的时间比非作业状态时使第一机器人手臂的前端移动规定距离时所花费的时间长。
在本方式的机器人中,优选在上述作业状态中,与上述第二机器人手臂为第一姿势时的加速度相比,上述第二机器人手臂为上述第二机器人手臂的惯性力矩比上述第一姿势大的第二姿势时的加速度较低。
由此,能够更有效地抑制作业状态时的振动的产生。
在本方式的机器人中,优选在上述作业状态中,与上述第二机器人手臂保持第一质量的物体时的加速度相比,上述第二机器人手臂保持比上述第一质量重的第二质量的物体时的加速度较低。
由此,能够更有效地抑制作业状态时的振动的产生。
在本方式的机器人中,优选上述第一时间以及上述第二时间分别是使上述第二机器人手臂的前端从静止状态移动上述规定距离所花费的时间。
由此,能够更有效地抑制作业状态时的振动的产生。
本方式的机器人控制装置的特征在于,其以下述的方式控制具有第一机器人手臂以及第二机器人手臂的机器人,
即,以与上述第一机器人手臂的前端不进行规定作业的非作业状态的情况下使上述第二机器人手臂的前端移动规定距离所花费的第一时间相比,上述第一机器人手臂的前端进行上述规定作业的作业状态的情况下使上述第二机器人手臂的前端移动上述规定距离所花费的第二时间较长的方式控制所述机器人。
由此,成为在一方的多关节机器人手臂进行需要精密度的规定作业的情况下,以尽量不使另一方多关节机器人手臂产生振动的方式进行驱动,所以能够以足够的精度执行上述规定作业的机器人。
本方式的机器人系统的特征在于,具备:本构成的机器人;以及
机器人控制装置,其控制上述机器人的工作。
由此,成为在一方的多关节机器人手臂进行需要精密度的规定作业的情况下,以尽量不使另一方多关节机器人手臂产生振动的方式进行驱动,所以能够以足够的精度执行上述规定作业的机器人系统。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的机器人系统的立体图。
图2是表示图1所示的机器人具有的升降机构以及检测部的剖视图。
图3是表示图1所示的机器人的关节机构、扭转机构以及转动轴的图。
图4是表示安装于图1所示的机器人的末端执行器的图。
图5是表示图1所示的机器人系统的控制系统的框图。
图6是表示图1所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图7是表示图1所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图8是表示图1所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图9是表示图1所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图10是表示图1所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图11是表示图1所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图12是表示图1所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图13是表示图1所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图14是表示多关节机器人手臂的静止状态和目标状态的俯视图。
图15是表示驱动信号与多关节机器人手臂的驱动的图。
图16是表示机身的静止状态与目标状态的俯视图。
图17是表示第二实施方式所涉及的机器人系统的立体图。
图18是表示图17所示的机器人具有的升降机构以及检测部的剖视图。
图19是表示图17所示的机器人的关节机构、扭转机构以及转动轴的图。
图20是表示安装于图17所示的机器人的末端执行器的图。
图21是表示图17所示的机器人系统的控制系统的框图。
图22是表示图17所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图23是表示图17所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图24是表示图17所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图25是表示图17所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图26是表示图17所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图27是表示图17所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图28是表示图17所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图29是表示图17所示的机器人系统的驱动控制的框图。
图30是表示多关节机器人手臂的静止状态与目标状态的俯视图。
图31是表示驱动信号与多关节机器人手臂的驱动的图。
图32是表示产生的惯性力矩不同的两个姿势的图。
图33是表示多关节机器人手臂进行的作业的一个例子的图。
具体实施方式
以下,基于附图所示的优选的实施方式对本发明的机器人、机器人控制装置以及机器人系统进行详细的说明。
第一实施方式
图1是表示作为本发明的机器人系统的优选的实施方式的第一实施方式所涉及的机器人系统的立体图。图2是表示图1所示的机器人具有的升降机构以及检测部的剖视图。图3是表示图1所示的机器人的关节机构、扭转机构以及转动轴的图。图4是表示安装于图1所示的机器人的末端执行器的图。图5是表示图1所示的机器人系统的控制系统的框图。图6~图13分别是表示图1所示的机器人系统的驱动控制的框图。图14是表示多关节机器人手臂的静止状态与目标状态的俯视图。图15是表示驱动信号与多关节机器人手臂的驱动的图。图16是表示机身的静止状态与目标状态的俯视图。
图1所示的机器人系统100是双臂机器人,例如,能够在制造手表那样的精密设备等的制造工序中使用。这样的机器人系统100具有机器人200、和控制机器人200的工作的机器人控制装置900。此外,作为机器人200的配置并不特别限定,但以下,为了方便说明,对在水平的地板(设置面)上垂直(后述的转动轴O1垂直)地配置机器人200的情况进行说明。
机器人
如图1所示,机器人200具有基座(基台)210、与基座210连结的机身220、与机身220的左右连结的一对多关节机器人手臂230、240、设于机身220的立体相机250以及信号灯260、以及设于多关节机器人手臂230、240的手提相机280、290。
根据这样的机器人200,能够使用立体相机250、手提相机280、290,在确认作业台上的部件、工具等的位置、周围的环境(在周围是否存在障碍物,是否确保安全)的同时进行作业。另外,通过信号灯260,能够容易地确认机器人200的状态(驱动状态、正常停止状态、异常停止状态等)。
基座
在基座210设有使机器人200的移动变得容易的多个车轮(未图示)、锁定各车轮的锁定机构(未图示)、以及移动机器人200时把持的手柄211。通过解除锁定机构,并把持手柄211推拉,从而能够使机器人200自如地移动,通过锁定机构锁定车轮,从而能够将机器人200固定在规定的位置。这样,使机器人200容易移动,从而提高机器人200的便利性。此外,车轮、锁定机构以及手柄211也可以分别省略。
另外,在基座210设有用于与未图示的作业台抵接的缓冲器213。通过使缓冲器213与作业台的侧面抵接,能够使机器人200隔开规定的间隔与作业台相对。因此,能够防止机器人200与作业台的不希望的接触等。此外,缓冲器213具有与作业台抵接的抵接部213a、和固定于基座210的固定部213b,在图1中,以抵接部213a与固定部213b相比位于下侧的方式安装于基座210。这样的缓冲器213能够针对基座210拆装,能够使缓冲器213的方向上下反转。即,也能够与图1相反,以抵接部213a与固定部213b相比位于上方的方式将缓冲器213安装于基座210。这样,通过变更抵接部213a的高度,能够与高度不同的作业台对应。
另外,在基座210设有紧急停止按钮214,在紧急时通过按压该紧急停止按钮214,能够使机器人200紧急停止。
另外,在基座210设有输入装置270。输入装置270是键盘、与外部设备的连接接口等输入数据的装置。另外在输入装置270包含有输入机器人200的动作的示教用的装置。另外,输入装置270具有监视器,能够在该监视器显示机器人200的状态、各种数据。
机身
如图2所示,机身220经由升降机构(移动机构)800,以能够相对于基座210在垂直方向(转动轴O1方向)上升降的方式连结。作为升降机构800的构成,只要能够使机身220相对于基座210升降,则并不特别限定。
如图2所示,本实施方式的升降机构800具有在内部设有齿条811的筒状的升降部810、与齿条811啮合的小齿轮820、使小齿轮820旋转的蜗轮830、使蜗轮830旋转的蜗杆840、以及使蜗杆840旋转的曲柄850。这些构成中,升降部810与机身220连结,小齿轮820、蜗轮830、蜗杆840以及曲柄850分别固定于基座210。若以手动使曲柄850旋转,则该动力经由蜗杆840以及蜗轮830传递到小齿轮820,且随着小齿轮820的旋转而齿条811移动。由此,机身220与升降部810一起相对于基座210上升或者下降。这样,通过使用蜗轮830以及蜗杆840,即使使曲柄850停止,也能够维持升降部810的位置。此外,也可以在曲柄850与蜗杆840之间设置减慢曲柄850的旋转速度的减速机。
作为升降机构800的构成,并不限定于上述那样的手动的构成,例如也可以是使用了马达等的电动的构成。具体而言,也可以是代替曲柄850,而设置使蜗杆840旋转的马达、和检测马达的旋转角度的位置传感器,并通过使马达旋转,来使机身220升降的构成。该情况下,作为马达,并不特别限定,例如,能够使用AC伺服马达、DC伺服马达等伺服马达,作为位置传感器,并不特别限定,例如,能够使用编码器、旋转编码器、分解器、以及电位器等。
另外,机身220经由关节机构310,以能够相对于基座210绕转动轴O1转动的方式连结。在本实施方式中,转动轴O1向垂直方向延伸。作为关节机构310的构成,只要能够使机身220相对于基座210绕转动轴O1转动,则并不特别限定,但在本实施方式中,如图5所示,具有作为驱动源的马达311、减慢马达311的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达311的旋转角度的位置传感器312。作为马达311,例如,能够使用AC伺服马达、DC伺服马达等伺服马达,作为减速机,例如,能够使用行星齿轮减速机、谐波驱动器(“谐波驱动器”是注册商标)等,作为位置传感器312,例如,能够使用编码器、旋转编码器、分解器、以及电位器等。
另外,如图2所示,在机器人200设有检测相对于基座210的机身220的高度(距离基座210的分离距离)的检测部760。检测部760具有固定于基座210的光遮断器761、和固定于机身220的遮挡板762。另外,光遮断器761具有射出光的发光部761a、和对来自发光部761a的光进行受光的受光部761b,这些部件水平地并排配置。另一方面,遮挡板762通过机身220的升降,以遮挡光遮断器761的发光部761a与受光部761b之间的方式移动。在这样的构成的检测部760中,能够检测光遮断器761被遮挡的低位置(第一位置)、和光遮断器761未被遮挡,且与低位置相比机身220较高的高位置(第二位置)。根据这样的构成的检测部760,能够以简单的构成检测机身220的高度。此外,图2图示了低位置的状态。
作为检测部760的构成,只要能够以两个阶段以上检测机身220的高度,则并不限定于本实施方式,例如,也可以在垂直方向并排配置多个光遮断器761,并检测在哪个光遮断器761光被遮挡,从而检测机身220的高度。具体而言,若在垂直方向并排配置两个光遮断器761,则能够检测上侧以及下侧的光遮断器761均被遮挡的低位置、仅上侧的光遮断器761被遮挡,且与低位置相比机身220较高的中位置、以及上侧以及下侧的光遮断器761均未被遮挡,且与中位置相比机身220较高的高位置。由此,能够以更多阶段检测机身220的高度,所以能够进一步精度良好地检测机身220的高度。
另外,作为检测部760的其他的构成,例如,也可以具有检测曲柄850的旋转角度的位置传感器,并基于该位置传感器检测出的曲柄850的旋转角度检测机身220的高度。另外,作为检测部760的其他的构成,例如,也可以是对升降机构800附加的刻度。根据刻度,作业者能够视觉确认,所以能够更明确地检测机身220的高度。
多关节机器人手臂
如图3所示,多关节机器人手臂(第一机器人手臂)230具有经由关节机构410与机身220连结的第一肩部(第一臂部)231、经由关节机构420与第一肩部231连结的第二肩部232(第二臂部)、经由扭转机构(关节机构)430与第二肩部232的前端连结的上臂部(第三臂部)233、经由关节机构440与上臂部233的前端连结的第一前臂部(第四臂部)234、经由扭转机构(关节机构)450与第一前臂部234的前端连结的第二前臂部(第五臂部)235、经由关节机构460与第二前臂部235的前端连结的手腕部(第六臂部)236、以及经由扭转机构(关节机构)470与手腕部236的前端连结的连结部(第七臂部)237。另外,在连结部237设有手部238,如图4所示,在手部238经由力觉传感器740安装有与使机器人200执行的作业对应的末端执行器610。
另外,如图3所示,关节机构410使第一肩部231相对于机身220绕与转动轴O1正交的转动轴O2转动,关节机构420使第二肩部232相对于第一肩部231绕与转动轴O2正交的转动轴O3转动,扭转机构430使上臂部233相对于第二肩部232绕与转动轴O3正交的转动轴O4转动,关节机构440使第一前臂部234相对于上臂部233绕与转动轴O4正交的转动轴O5转动,扭转机构450使第二前臂部235相对于第一前臂部234绕与转动轴O5正交的转动轴O6转动,关节机构460使手腕部236相对于第二前臂部235绕与转动轴O6正交的转动轴O7转动,扭转机构470使连结部237相对于手腕部236绕与转动轴O7正交的转动轴O8转动。根据这样的多关节机器人手臂230,能够通过比较简单的构成,与人类的臂部相同地,实现关节(肩、肘、手腕)的弯曲伸展、上臂以及前臂的扭转。
作为关节机构410、关节机构420、扭转机构430、关节机构440、扭转机构450、关节机构460以及扭转机构470的构成并不特别限定,但在本实施方式中,是与上述的关节机构310相同的构成。即,如图5所示,关节机构410具有作为驱动源的马达411、减慢马达411的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达411的旋转角度的位置传感器412。另外,关节机构420具有作为驱动源的马达421、减慢马达421的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达421的旋转角度的位置传感器422。另外,扭转机构430具有作为驱动源的马达431、减慢马达431的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达431的旋转角度的位置传感器432。另外,关节机构440具有作为驱动源的马达441、减慢马达441的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达441的旋转角度的位置传感器442。另外,扭转机构450具有作为驱动源的马达451、减慢马达451的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达451的旋转角度的位置传感器452。另外,关节机构460具有作为驱动源的马达461、减慢马达461的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达461的旋转角度的位置传感器462。另外,扭转机构470具有作为驱动源的马达471、减慢马达471的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达471的旋转角度的位置传感器472。
多关节机器人手臂(第二机器人手臂)240是与上述的多关节机器人手臂230相同的构成。即,如图3所示,多关节机器人手臂240具有经由关节机构510与机身220连结的第一肩部241、经由关节机构520与第一肩部241连结的第二肩部242、经由扭转机构(关节机构)530与第二肩部242的前端连结的上臂部243、经由关节机构540与上臂部243的前端连结的第一前臂部244、经由扭转机构(关节机构)550与第一前臂部244的前端连结的第二前臂部245、经由关节机构560与第二前臂部245的前端连结的手腕部246、以及经由扭转机构(关节机构)570与手腕部246的前端连结的连结部247。另外,在连结部247设有手部248,在手部248经由力觉传感器750安装有与使机器人200执行的作业对应的末端执行器620。
另外,如图3所示,关节机构510使第一肩部241相对于机身220绕与转动轴O1正交的转动轴O2’转动,关节机构520使第二肩部242相对于第一肩部241绕与转动轴O2’正交的转动轴O3’转动,扭转机构530使上臂部243相对于第二肩部242绕与转动轴O3’正交的转动轴O4’转动,关节机构540使第一前臂部244相对于上臂部243绕与转动轴O4’正交的转动轴O5’转动,扭转机构550使第二前臂部245相对于第一前臂部244绕与转动轴O5’正交的转动轴O6’转动,关节机构560使手腕部246相对于第二前臂部245绕与转动轴O6’正交的转动轴O7’转动,扭转机构570使连结部247相对于手腕部246绕与转动轴O7’正交的转动轴O8’转动。根据这样的多关节机器人手臂240,能够通过比较简单的构成,与人类的臂部相同地,实现关节的弯曲伸展、上臂以及前臂的扭转。
作为关节机构510、关节机构520、扭转机构530、关节机构540、扭转机构550、关节机构560以及扭转机构570的构成并不特别限定,但在本实施方式中,是与上述的关节机构310相同的构成。即,如图5所示,关节机构510具有作为驱动源的马达511、减慢马达511的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达511的旋转角度的位置传感器512。另外,关节机构520具有作为驱动源的马达521、减慢马达521的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达521的旋转角度的位置传感器522。另外,扭转机构530具有作为驱动源的马达531、减慢马达531的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达531的旋转角度的位置传感器532。另外,关节机构540具有作为驱动源的马达541、减慢马达541的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达541的旋转角度的位置传感器542。另外,扭转机构550具有作为驱动源的马达551、减慢马达551的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达551的旋转角度的位置传感器552。另外,关节机构560具有作为驱动源的马达561、减慢马达561的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达561的旋转角度的位置传感器562。另外,扭转机构570具有作为驱动源的马达571、减慢马达571的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达571的旋转角度的位置传感器572。
末端执行器
安装于多关节机器人手臂230、240的前端的末端执行器610、620例如,具有把持对象物的功能。末端执行器610、620的构成根据执行的作业而不同,但例如,如图4所示,能够构成为具有第一指611、621和第二指611、621。在这样的构成的末端执行器610、620中,通过调整第一指611、621与第二指611、621的分离距离,能够把持对象物。
配置在手部238、248与末端执行器610、620之间的力觉传感器740、750具有检测施加给末端执行器610、620的外力的功能。而且,通过将力觉传感器740、750检测出的力反馈给机器人控制装置900,机器人200能够更精密地执行作业。另外,根据力觉传感器740、750检测出的力、力矩,能够检测末端执行器610、620对障碍物的接触等。因此,能够容易地进行障碍物回避动作、对象物损伤回避动作等。作为这样的力觉传感器740、750,只要能够检测相互正交的三个轴的各轴的力成分和力矩成分,则并不特别限定,能够使用公知的力觉传感器。
此外,末端执行器610、620并不限定于上述那样的构成,能够根据目的作业来更换,例如,也可以是把持对象物、举起对象物、吊起对象物、吸附对象物、对对象物实施加工的构成。即,末端执行器610、620可以是上述那样的手,另外,也可以是挂钩,也可以是吸盘等。并且,也可以对一条臂设置多个末端执行器。
角速度传感器
如图1所示,在机器人200设有三个角速度传感器710、720、730。角速度传感器710配置于机身220,角速度传感器720配置于多关节机器人手臂230,角速度传感器730配置于多关节机器人手臂240。这些角速度传感器710、720、730分别是能够独立地检测绕相互正交的三轴(x轴、y轴以及z轴)的各轴的角速度ωx、ωy、ωz的三轴角速度传感器。此外,在本实施方式中,角速度传感器720、730配置在多关节机器人手臂230、240的肘附近,但这些角速度传感器的配置并不特别限定。
作为角速度传感器710、720、730,只要能够分别检测绕相互正交的三轴(x轴、y轴以及z轴)的各轴的角速度ωx、ωy、ωz,则并不特别限定,例如,能够使用使用了石英基板的公知的角速度传感器。另外,通过使角速度传感器710、720、730成为彼此相同的构成能够降低材料成本。
由角速度传感器710、720、730检测出的角速度(模拟信号)在放大器放大,接着,通过A/D转换电路转换为数字信号之后发送给机器人控制装置900。
机器人控制装置
机器人控制装置900基于机器人200进行的处理的内容对多关节机器人手臂230、240的目标位置进行运算,并生成用于使多关节机器人手臂230、240移动到该目标位置的轨道。然后,机器人控制装置900以机身220、多关节机器人手臂230、240沿该生成的轨道移动的方式分别独立地控制各马达311、411~471、511~571。
如图5所示,机器人控制装置900具有控制马达311(机身220)的驱动的第一驱动源控制部901、控制马达411(第一肩部231)的驱动的第二驱动源控制部902、控制马达421(第二肩部232)的驱动的第三驱动源控制部903、控制马达431(上臂部233)的驱动的第四驱动源控制部904、控制马达441(第一前臂部234)的驱动的第五驱动源控制部905、控制马达451(第二前臂部235)的驱动的第六驱动源控制部906、控制马达461(手腕部236)的驱动的第七驱动源控制部907、控制马达471(连结部237)的驱动的第八驱动源控制部908、控制马达511(第一肩部241)的驱动的第九驱动源控制部909、控制马达521(第二肩部242)的驱动的第十驱动源控制部910、控制马达531(上臂部243)的驱动的第十一驱动源控制部911、控制马达541(第一前臂部244)的驱动的第十二驱动源控制部912、控制马达551(第二前臂部245)的驱动的第十三驱动源控制部913、控制马达561(手腕部246)的驱动的第十四驱动源控制部914、以及控制马达571(连结部247)的驱动的第十五驱动源控制部915。
另外,机器人控制装置900具有接受通过输入装置270输入的设定值的设定接受部920。而且,第一~第十五驱动源控制部901~915原则上,基于设定接受部920接受的设定值,控制马达311、411~471、511~571。
接下来,对第一~第十五驱动源控制部901~915的构成进行说明。但是,控制多关节机器人手臂230的驱动的第二~第八驱动源控制部902~908与控制多关节机器人手臂240的驱动的第九~第十五驱动源控制部909~915是相同的构成,所以以下,对第一驱动源控制部901、第二~第八驱动源控制部902~908进行说明,且对于第九~第十五驱动源控制部909~915,省略其说明。
第一驱动源控制部
如图6所示,第一驱动源控制部901具有减法器901a、转动角度计算部901b、位置控制部901c、减法器901d、角速度控制部901e、角速度计算部901f、加法器901g、减法器901h、角速度转换部901i、转换部901j、以及修正值计算部901k。
在第一驱动源控制部901除了输入马达311的位置指令Pc外,还从位置传感器312、角速度传感器710输入检测信号。第一驱动源控制部901以根据位置传感器312的检测信号计算出的马达311的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,后述的角速度反馈值ωfb成为后述的角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制来驱动马达311。
即,在减法器901a输入位置指令Pc,而且,从转动角度计算部901b输入后述的位置反馈值Pfb。在转动角度计算部901b中,对从位置传感器312输入的脉冲数进行计数,并且向减法器901a输出与计数值对应的马达311的转动角度作为位置反馈值Pfb。减法器901a向位置控制部901c输出这些位置指令Pc与位置反馈值Pfb的偏差(从马达311的转动角度的目标值减去位置反馈值Pfb的值)。
位置控制部901c通过进行使用了从减法器901a输入的偏差、和作为预先决定的系数的比例增益等的规定的运算处理,对与该偏差对应的马达311的角速度的目标值进行运算。位置控制部901c将表示该马达311的角速度的目标值(指令值)的信号作为角速度指令ωc输出给减法器901d。在本实施方式中,作为反馈控制,进行比例控制(P控制),但并不限定于此。
在减法器901d输入角速度指令ωc,而且,输入后述的角速度反馈值ωfb。减法器901d向角速度控制部901e输出这些角速度指令ωc与角速度反馈值ωfb的偏差(从马达311的角速度的目标值减去角速度反馈值ωfb的值)。
角速度控制部901e使用从减法器901d输入的偏差、作为预先决定的系数的比例增益(位置比例增益)、以及积分增益等,进行包含积分的规定的运算处理,从而生成与该偏差对应的马达311的驱动信号(驱动电流),并经由马达驱动器供给至马达311。在本实施方式中,作为反馈控制,进行PI控制,但并不限定于此。
这样一来,以位置反馈值Pfb尽可能地与位置指令Pc相等,并且,角速度反馈值ωfb尽可能地与角速度指令ωc相等的方式,进行反馈控制,控制马达311的驱动电流。
接下来,对第一驱动源控制部901中的角速度反馈值ωfb进行说明。
在角速度计算部901f中,基于从位置传感器312输入的脉冲信号的频率,计算马达311的角速度ωm1,并向加法器901g输出该角速度ωm1。
另外,在角速度计算部901f中,基于从位置传感器312输入的脉冲信号的频率,计算机身220的绕转动轴O1的角速度ωB1m,并向减法器901h输出该角速度ωB1m。此外,角速度ωB1m是角速度ωm1除以关节机构310中的减速比的值。
另外,从角速度传感器710分别检测出角速度ωx、ωy、ωz,且各角速度ωx、ωy、ωz输入角速度转换部901i。在角速度转换部901i中根据输入的角速度ωx、ωy、ωz计算机身220的绕转动轴O1的角速度ωB1,且该角速度ωB1输出给减法器901h。
在减法器901h输入角速度ωB1以及角速度ωB1m,减法器901h将从该角速度ωB1减去角速度ωB1m的值ωB1s(=ωB1-ωB1m)输出给转换部901j。该值ωB1s相当于机身220的绕转动轴O1的角速度的振动成分(振动角速度)。以下,将ωB1s称为振动角速度。在本实施方式中,进行该振动角速度ωB1s乘以后述的增益Ka并返回给马达311的输入侧的反馈控制。具体而言,以振动角速度ωB1s尽可能为0的方式,对马达311进行反馈控制。由此,能够抑制机器人200的振动。此外,在该反馈控制中,控制马达311的角速度。
转换部901j将振动角速度ωB1s转换为马达311中的角速度ωm1s,并将该角速度ωm1s输出给修正值计算部901k。该转换能够通过对振动角速度ωB1s乘以关节机构310中的减速比来获得。
修正值计算部901k对角速度ωm1s乘以作为预先决定的系数的增益(反馈增益)Ka,求出修正值Ka·ωm1s,并将该修正值Ka·ωm1s输出给加法器901g。
在加法器901g输入角速度ωm1,而且,输入修正值Ka·ωm1s。加法器901g将角速度ωm1与修正值Ka·ωm1s的加法值作为角速度反馈值ωfb输出给减法器901d。此外,以下的动作如上述。
第二驱动源控制部
如图7所示,第二驱动源控制部902具有减法器902a、转动角度计算部902b、位置控制部902c、减法器902d、角速度控制部902e、角速度计算部902f、加法器902g、减法器902h、角速度转换部902i、转换部902j、以及修正值计算部902k。
在第二驱动源控制部902除了输入马达411的位置指令Pc外,还从位置传感器412、角速度传感器720输入检测信号。第二驱动源控制部902以根据位置传感器412的检测信号计算出的马达411的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,后述的角速度反馈值ωfb成为后述的角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达411。
即,在减法器902a输入位置指令Pc,而且,从转动角度计算部902b输入后述的位置反馈值Pfb。在转动角度计算部902b中,对从位置传感器412输入的脉冲数进行计数,并且向减法器902a输出与该计数值对应的马达411的转动角度作为位置反馈值Pfb。减法器902a将这些位置指令Pc与位置反馈值Pfb的偏差(从马达411的转动角度的目标值减去位置反馈值Pfb的值)输出给位置控制部902c。
位置控制部902c通过进行使用了从减法器902a输入的偏差、和作为预先决定的系数的比例增益等的规定的运算处理,对与该偏差对应的马达411的角速度的目标值进行运算。位置控制部902c将表示该马达411的角速度的目标值(指令值)的信号作为角速度指令ωc输出给减法器902d。在本实施方式中,作为反馈控制,进行比例控制(P控制),但并不限定于此。
在减法器902d输入角速度指令ωc,而且,输入后述的角速度反馈值ωfb。减法器902d将这些角速度指令ωc与角速度反馈值ωfb的偏差(从马达411的角速度的目标值减去角速度反馈值ωfb的值)输出给角速度控制部902e。
角速度控制部902e使用从减法器902d输入的偏差、作为预先决定的系数的比例增益(位置比例增益)、以及积分增益等,进行包含积分的规定的运算处理,从而生成与该偏差对应的马达411的驱动信号(驱动电流),并经由马达驱动器供给至马达411。在本实施方式中,作为反馈控制,进行PI控制,但并不限定于此。
这样一来,以位置反馈值Pfb尽可能地与位置指令Pc相等,并且,角速度反馈值ωfb尽可能地与角速度指令ωc相等的方式进行反馈控制,控制马达411的驱动电流。
接下来,对第二驱动源控制部902中的角速度反馈值ωfb进行说明。
在角速度计算部902f中,基于从位置传感器412输入的脉冲信号的频率,计算马达411的角速度ωm1,该角速度ωm1输出给加法器902g。
另外,在角速度计算部902f中,基于从位置传感器412输入的脉冲信号的频率,计算第一肩部241的绕转动轴O2的角速度ωA1m,该角速度ωA1m输出给减法器902h。此外,角速度ωA1m是角速度ωm1除以关节机构410中的减速比的值。
另外,根据角速度传感器720分别检测出角速度ωx、ωy、ωz,且各角速度ωx、ωy、ωz输入给角速度转换部902i。在角速度转换部902i中根据输入的角速度ωx、ωy、ωz计算第一肩部241的绕转动轴O2的角速度ωA1,该角速度ωA1输出给减法器902h。在角速度转换部902i中,根据需要,进行被称为雅可比转换的坐标轴转换等。
在减法器902h输入角速度ωA1以及角速度ωA1m,减法器902h将从该角速度ωA1减去角速度ωA1m的值ωA1s(=ωA1-ωA1m)输出给转换部902j。该值ωA1s相当于第一肩部241的绕转动轴O2的角速度的振动成分(振动角速度)。以下,将ωA1s称为振动角速度。在本实施方式中,进行对该振动角速度ωA1s乘以后述的增益Ka并返回至马达411的输入侧的反馈控制。具体而言,以振动角速度ωA1s尽可能为0的方式对马达411进行反馈控制。由此,能够抑制机器人200的振动。此外,在该反馈控制中,控制马达411的角速度。
转换部902j将振动角速度ωA1s转换为马达411中的角速度ωm1s,并将该角速度ωm1s输出给修正值计算部902k。该转换能够通过对振动角速度ωA1s乘以关节机构410中的减速比来获得。
修正值计算部902k对角速度ωm1s乘以作为预先决定的系数的增益(反馈增益)Ka,求出修正值Ka·ωm1s,并将该修正值Ka·ωm1s输出给加法器902g。
在加法器902g输入角速度ωm1,而且,输入修正值Ka·ωm1s。加法器902g将角速度ωm1与修正值Ka·ωm1s的加法值作为角速度反馈值ωfb输出给减法器902d。此外,以下的动作如上述。
第三驱动源控制部
如图8所示,第三驱动源控制部903具有减法器903a、转动角度计算部903b、位置控制部903c、减法器903d、角速度控制部903e、以及角速度计算部903f。而且,在第三驱动源控制部903除了输入马达421的位置指令Pc外,还从位置传感器422输入检测信号。第三驱动源控制部903以根据位置传感器422的检测信号计算出的马达421的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,后述的角速度反馈值ωfb成为后述的角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达421。
即,在减法器903a输入位置指令Pc,而且,从转动角度计算部903b输入后述的位置反馈值Pfb。在转动角度计算部903b中,对从位置传感器422输入的脉冲数进行计数,并且将与该计数值对应的马达421的转动角度作为位置反馈值Pfb输出给减法器903a。减法器903a将这些位置指令Pc与位置反馈值Pfb的偏差(从马达421的转动角度的目标值减去位置反馈值Pfb的值)输出给位置控制部903c。
位置控制部903c通过进行使用了从减法器903a输入的偏差、和作为预先决定的系数的比例增益等的规定的运算处理,对与该偏差对应的马达421的角速度的目标值进行运算。位置控制部903c将表示该马达421的角速度的目标值(指令值)的信号作为角速度指令ωc输出给减法器903d。
另外,在角速度计算部903f中,基于从位置传感器422输入的脉冲信号的频率,计算马达421的角速度,该角速度作为角速度反馈值ωfb输出给减法器903d。
在减法器903d输入角速度指令ωc和角速度反馈值ωfb。减法器903d将这些角速度指令ωc与角速度反馈值ωfb的偏差(从马达421的角速度的目标值减去角速度反馈值ωfb的值)输出给角速度控制部903e。
角速度控制部903e使用从减法器903d输入的偏差、作为预先决定的系数的比例增益(位置比例增益)、以及积分增益等,进行包含积分的规定的运算处理,从而生成与该偏差对应的马达421的驱动信号,并经由马达驱动器供给至马达421。
由此,以位置反馈值Pfb尽可能地与位置指令Pc相等,并且,角速度反馈值ωfb尽可能地与角速度指令ωc相等的方式进行反馈控制,控制马达421的驱动。
第四驱动源控制部
如图9所示,第四驱动源控制部904具有减法器904a、转动角度计算部904b、位置控制部904c、减法器904d、角速度控制部904e、以及角速度计算部904f。而且,在第四驱动源控制部904除了输入马达431的位置指令Pc外,还从位置传感器432输入检测信号。第四驱动源控制部904以根据位置传感器432的检测信号计算出的马达431的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,角速度反馈值ωfb成为角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达431。这样的第四驱动源控制部904与第三驱动源控制部903相同,所以省略其详细的说明。
第五驱动源控制部
如图10所示,第五驱动源控制部905具有减法器905a、转动角度计算部905b、位置控制部905c、减法器905d、角速度控制部905e、以及角速度计算部905f。而且,在第五驱动源控制部905除了输入马达441的位置指令Pc外,还从位置传感器442输入检测信号。第五驱动源控制部905以根据位置传感器442的检测信号计算出的马达441的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,角速度反馈值ωfb成为角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达441。这样的第五驱动源控制部905与第三驱动源控制部903相同,所以省略其详细的说明。
第六驱动源控制部
如图11所示,第六驱动源控制部906具有减法器906a、转动角度计算部906b、位置控制部906c、减法器906d、角速度控制部906e、以及角速度计算部906f。而且,在第六驱动源控制部906除了输入马达451的位置指令Pc外,还从位置传感器452输入检测信号。第六驱动源控制部906以根据位置传感器452的检测信号计算出的马达451的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,角速度反馈值ωfb成为角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达451。这样的第六驱动源控制部906与第三驱动源控制部903相同,所以省略其详细的说明。
第七驱动源控制部
如图12所示,第七驱动源控制部907具有减法器907a、转动角度计算部907b、位置控制部907c、减法器907d、角速度控制部907e以及角速度计算部907f。而且,在第七驱动源控制部907除了输入马达461的位置指令Pc外,还从位置传感器462输入检测信号。第七驱动源控制部907以根据位置传感器462的检测信号计算出的马达461的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,角速度反馈值ωfb成为角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达461。这样的第七驱动源控制部907与第三驱动源控制部903相同,所以省略其详细的说明。
第八驱动源控制部
如图13所示,第八驱动源控制部908具有减法器908a、转动角度计算部908b、位置控制部908c、减法器908d、角速度控制部908e、以及角速度计算部908f。而且,在第八驱动源控制部908除了输入马达471的位置指令Pc外,还从位置传感器472输入检测信号。第八驱动源控制部908以根据位置传感器472的检测信号计算出的马达471的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,角速度反馈值ωfb成为角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达471。这样的第八驱动源控制部908与第三驱动源控制部903相同,所以省略其详细的说明。
以上,对机器人系统100的基本构成进行了说明。
接下来,对机器人系统100的特别是特征性的部分进行说明。
在机器人系统100中,根据机身220的高度(与基座210的分离距离),机身220以及各多关节机器人手臂230、240的驱动速率不同。若比较机身220为低位置(第一位置)时与机身220为高位置(第二位置)时而进行说明,则与处于低位置的状态时相比,处于高位置的状态时使机身220以及多关节机器人手臂230、240进行相同的动作时(以相同的轨道动作时)所花费的时间更长。此外,通过检测部760检测机身220是低位置还是高位置。另外,如上述那样通过刻度来检测机身220的高度的情况下,用户能够从输入装置270输入根据刻度判断出的机身220的高度。
与低位置相比高位置的机身220更高,升降机构800延伸,所以机器人200的刚性变低,机器人200容易产生振动。因此,在机器人200中,以与低位置相比高位置时使机身220以及多关节机器人手臂230、240进行相同的动作时所花费的时间更长的方式控制,由此,不牺牲难以产生振动的低位置的作业速率,而抑制处于容易产生振动的高位置的状态时的机器人200的振动。由此,能够抑制机器人200的作业速率的降低,并抑制机器人200的振动的产生。
这里,如上述那样,能够从输入装置270变更机器人200的各部的设定。作为能够变更设定的项目(设定项目),例如,包含机身220的驱动所使用的马达311、多关节机器人手臂230、240的驱动所使用的411~471、511~571的加速度(角加速度)、减速度(角减速度)、速度(角速度)等,并且,也能够独立地在低位置和高位置设定各设定项目。因此,用户也能够预先以与时间T1相比时间T2较长的方式设定上述设定项目。
若上述设定项目在低位置和高位置为同条件,则在普通的机器人中,使多关节机器人手臂230、240进行相同的动作时所花费的时间T1、T2相同,但在机器人200中,即使上述设定项目在低位置和高位置为同条件,也以与低位置时相比高位置时进行相同的动作时所花费的时间较长的方式控制各部。由此,能够更可靠地抑制机器人200的作业速率的降低,并抑制机器人200的振动的产生。
首先,对多关节机器人手臂230、240进行说明,但这些控制相同,所以以下,以多关节机器人手臂230为代表进行说明,对于多关节机器人手臂240,省略其说明。
如图14所示,机器人200例如,构成为使多关节机器人手臂230从以向水平方向笔直地延伸的姿势(规定姿势)静止的静止状态Ps开始,使第二肩部232相对于第一肩部231旋转,在保持臂笔直地延伸的姿势的同时,使多关节机器人手臂230的前端向水平方向(与设置面平行的方向)移动规定距离而成为目标状态Pe时,机身220为低位置的情况下所花费的时间(第一时间)T1与机身220为高位置的情况下所花费的时间(第二时间)T2满足T1<T2的关系。此外,如图15所示,时间T1、T2在将输出从静止状态Ps成为目标状态Pe的驱动信号的时刻设为t1,并将多关节机器人手臂230最先到达目标状态Pe的时刻设为t2时,能够分别以t2-t1规定。
这里,所谓的静止状态Ps,例如,能够定义为多关节机器人手臂230的驱动所使用的马达411~471未驱动的状态。另外,能够定义为多关节机器人手臂230的运动的速度为0(示教的点的速度为0)的状态。另外,也能够定义为多关节机器人手臂230与设置面的位置关系不变化的状态。
另外,所谓的多关节机器人手臂230的前端可以是手部238的前端,在手部238安装了末端执行器610的情况下,也可以是该末端执行器610的前端。
此外,若满足T1<T2的关系,则并不特别限定,但进一步优选T2为1.2T1~2T1左右。由此,能够有效地发挥上述效果,并且能够防止在高位置的多关节机器人手臂230的动作过度地慢。
另外,在上述的例子中,对使多关节机器人手臂230从以向水平方向笔直地延伸的姿势(规定姿势)静止的静止状态Ps开始,保持笔直地延伸的姿势的同时向水平方向移动规定距离而成为目标状态Pe的例子进行了说明,但在机器人200中,在使多关节机器人手臂230向具有水平方向(与转动轴O1正交的方向)成分的方向(即水平方向和、水平方向与垂直方向的合成方向)移动时进行上述那样的控制。
另一方面,使多关节机器人手臂230向垂直方向移动时,从静止状态Ps成为目标状态Pe所花费的时间T1、T2可以不满足T1<T2的关系,也可以T1=T2。即,使多关节机器人手臂230向垂直方向移动时,也可以不管机身220的高度如何而以恒定的时间从静止状态Ps成为目标状态Pe。使多关节机器人手臂230向垂直方向移动时难以在机身220施加扭转方向的惯性(绕转动轴O1的力),所以与水平方向的移动相比较难以产生振动。因此,如上述那样,构成为使多关节机器人手臂230向垂直方向移动时,不管机身220的高度如何而以恒定的时间从静止状态Ps成为目标状态Pe,从而能够进一步较小地抑制机器人200的处理效率的降低。
另外,在上述的例子中,对使多关节机器人手臂230从向水平笔直地延伸的静止状态Ps开始,以笔直地延伸的状态向水平方向移动而成为目标状态Pe的情况进行了说明,但作为多关节机器人手臂230的静止状态Ps以及目标状态Pe,并不特别限定,能够应用多关节机器人手臂230能够实现的全部的姿势。例如,也可以将以使上臂部向垂直方向下降,而前臂部朝向水平方向的方式弯曲了肘的姿势作为静止状态Ps,将从该状态扭动上臂部而使前臂部向水平方向移动的姿势作为目标状态Pe。另外,也可以将从笔直地延伸的静止状态Ps开始,通过弯曲肘而使前臂部相对于上臂部向水平方向移动的姿势作为目标状态Pe。另外,多关节机器人手臂230的形状(弯曲方式)也可以在静止状态Ps和目标状态Pe改变。
接下来,对用于满足T1<T2的方法列举具体的例子进行说明。作为满足T1<T2的具体的方法之一,列举了使高位置时的马达421的加速度以及减速度与低位置时相比低的方法。由此,能够以简单的控制实现T1<T2。此外,该方法的情况下,只要使高位置时的加速度以及减速度中的至少一方与低位置时相比低即可。
作为其它的方法,列举了使高位置时的控制马达421的驱动的第三驱动源控制部903具有的角速度控制部903e所使用的位置比例增益比低位置时低的方法。由此,相对于从角速度控制部903e供给至马达421的驱动信号的马达421的反应性变钝,其结果,能够实现T1<T2。根据这样的方法,也能够以简单的控制实现T1<T2。
接下来,对机身220的控制进行说明。机器人系统100构成为对于机身220,也进行与上述的多关节机器人手臂230相同的控制。即,机器人200例如,构成为从以图16所示那样的机身220朝向正面的姿势(规定姿势)静止的静止状态Ps’开始,使机身220相对于基座210旋转,而成为朝向侧面的目标状态Pe’时,机身220为低位置时所花费的时间T1’与机身220为高位置时所花费的时间T2’满足T1’<T2’的关系。此外,时间T1’、T2’与时间T1、T2相同,能够在分别将输出了从静止状态Ps’成为目标状态Pe’的驱动信号的时刻设为t1’,并将机身220最先到达目标状态Pe’的时刻设为t2’时,以t2’-t1’规定。
接下来,对用于满足T1’<T2’的方法列举具体的例子进行说明。作为满足T1’<T2’的具体的方法之一,列举了使高位置时的马达311的加速度以及减速度比低位置时低的方法。由此,能够以简单的控制实现T1’<T2’。此外,该方法的情况下,只要使高位置时的加速度以及减速度中的至少一方比低位置时低即可。
作为其它的方法,列举了使高位置时的控制马达311的驱动的第一驱动源控制部901具有的角速度控制部901e所使用的位置比例增益比低位置时低的方法。由此,相对于从角速度控制部901e供给至马达311的驱动信号的马达311的反应性变钝,其结果,能够实现T1’<T2’。根据这样的方法,也能够以简单的控制实现T1’<T2’。
以上,基于图示的实施方式对本发明的机器人、机器人控制装置以及机器人系统进行了说明,但本发明并不限定于此,各部的构成能够置换为具有相同的功能的任意的构成。另外,也可以对本发明附加其他的任意的构成物。
另外,在上述的实施方式中,对以在低位置的时间T1(T1’)、和在高位置的时间T2(T2’)满足T1(T1’)<T2(T2’)的关系的方式进行控制的构成进行了说明,但例如,如上述那样,能够以低位置、中位置、高位置三个阶段检测机身的高度的情况下,能够构成为在低位置的时间T1(T1’)、在中位置的时间T3(T3’)、在高位置的时间T2(T2’)满足T1(T1’)<T3(T3’)<T2(T2’)的关系。同样地,也可以以更多阶段控制时间T1、T2、T3,……、Tn。
另外,在上述的实施方式中,对能够移动的机器人进行了说明,但机器人也可以通过螺栓等固定于工作间的地板、天花板、墙壁等。另外,在上述实施方式中,机器人配置于地板,机身向垂直方向移动,但机器人的配置并不限定于此,例如,也可以构成为基座固定于天花板,且机身向垂直方向移动,也可以构成为基座固定于壁面,且机身向水平方向移动。
另外,在上述的实施方式中,在多关节机器人手臂中,角速度传感器配置在肘的附近,但角速度传感器的配置并不限定于此。另外,将角速度传感器的检测结果反馈给使第一肩部转动的关节机构,但反馈的关节机构(扭转机构)并不限定于此。另外,也可以反馈给多个关节机构(扭转机构)。
另外,在上述实施方式中,各多关节机器人手臂的转动轴的数目为7,但在本发明中,并不限定于此,各多关节机器人手臂的转动轴的数目也可以是1~6,也可以是8以上。
第二实施方式
图17是表示作为本发明的机器人系统的优选的实施方式的第二实施方式所涉及的机器人系统的立体图。图18是表示图17所示的机器人具有的升降机构以及检测部的剖视图。图19是表示图17所示的机器人的关节机构、扭转机构以及转动轴的图。图20是表示图17所示的机器人所安装的末端执行器的图。图21是表示图17所示的机器人系统的控制系统的框图。图22~图29分别是表示图17所示的机器人的驱动控制的框图。图30是表示多关节机器人手臂的静止状态与目标状态的俯视图。图31是表示驱动信号与多关节机器人手臂的驱动的图。图32是表示产生的惯性力矩不同的两个姿势的图。图33是表示多关节机器人手臂进行的作业的一个例子的图。
图17所示的机器人系统1100是双臂机器人,例如,能够在制造手表那样的精密设备等的制造工序中使用。这样的机器人系统1100具有机器人1200、和控制机器人1200的工作的机器人控制装置1900。此外,作为机器人1200的配置并不特别限定,但以下,为了方便说明,对将机器人1200垂直(后述的转动轴O11垂直)地配置于水平的地板(设置面)的情况进行说明。
机器人
如图17所示,机器人1200具有基座(基台)1210、与基座1210连结的机身1220、与机身1220的左右连结的一对多关节机器人手臂1230、1240、设于机身1220的立体相机1250以及信号灯1260、以及设于多关节机器人手臂1230、1240的手提相机1280、1290。
根据这样的机器人1200,能够在使用立体相机1250、手提相机1280、1290确认作业台上的部件、工具等的位置、周围的环境(周围是否有障碍物、是否确保安全)的同时进行作业。另外,通过信号灯1260,能够容易地确认机器人1200的状态(驱动状态、正常停止状态、异常停止状态等)。
基座
在基座1210设有使机器人1200的移动变得容易的多个车轮(未图示)、锁定各车轮的锁定机构(未图示)、以及移动机器人1200时把持的手柄1211。通过解除锁定机构,并把持手柄1211进行推拉,能够使机器人1200自如地移动,通过锁定机构锁定车轮,从而能够将机器人1200固定在规定的位置。这样,使机器人1200容易移动,从而提高机器人1200的便利性。此外,车轮、锁定机构以及手柄1211也可以分别省略。
另外,在基座1210设有用于与未图示的作业台抵接的缓冲器1213。通过使缓冲器1213与作业台的侧面抵接,能够使机器人1200隔开规定的间隔与作业台相对。因此,能够防止机器人1200与作业台的不希望的接触等。此外,缓冲器1213具有与作业台抵接的抵接部1213a和固定于基座1210的固定部1213b,在图17中,以抵接部1213a与固定部1213b相比位于下侧的方式安装于基座1210。这样的缓冲器1213能够针对基座1210拆装,能够使缓冲器1213的方向上下反转。即,也能够与图17相反地,以抵接部1213a与固定部1213b相比位于上方的方式将缓冲器1213安装于基座1210。这样,通过变更抵接部1213a的高度,能够与高度不同的作业台对应。
另外,在基座1210设有紧急停止按钮1214,在紧急时通过按压该紧急停止按钮1214,能够使机器人1200紧急停止。
另外,在基座1210设有输入装置1270。输入装置1270是键盘、与外部设备的连接接口等输入数据的装置。另外在输入装置1270包含有输入机器人1200的动作的示教用的装置。另外,输入装置1270具有监视器,能够在该监视器显示机器人1200的状态、各种数据。
机身
如图17所示,机身1220经由升降机构1800,以能够相对于基座1210在垂直方向(转动轴O11方向)上升降的方式连结。作为升降机构1800的构成,只要能够使机身1220相对于基座1210升降,则并不特别限定。如图18所示,升降机构1800具有在内部设有齿条1811的筒状的升降部1810、与齿条1811啮合的小齿轮1820、使小齿轮1820旋转的蜗轮1830、使蜗轮1830旋转的蜗杆1840、使蜗杆1840旋转的作为驱动源的马达1850、以及检测马达1850的旋转角度的位置传感器1860。这些构成中,升降部1810与机身1220连结,小齿轮1820、蜗轮1830、蜗杆1840以及马达1850分别固定于基座1210。若驱动马达1850,则其动力经由蜗杆1840以及蜗轮1830传递至小齿轮1820,且齿条1811随着小齿轮1820的旋转而移动。由此,机身1220与升降部1810一起相对于基座1210上升或者下降。另外,通过使用蜗轮1830以及蜗杆1840,即使使马达1850停止,也能够维持升降部1810的位置(高度)。此外,作为马达1850,例如,能够使用AC伺服马达、DC伺服马达等伺服马达,作为位置传感器1860,例如,能够使用编码器、旋转编码器、分解器、电位器等。另外,也可以在马达1850与蜗杆1840之间设置减慢马达1850的旋转速度的减速机。
并且,机身1220经由关节机构1310,以能够相对于基座1210绕转动轴O11转动的方式连结。转动轴O11向垂直方向延伸。作为关节机构1310的构成,只要能够使机身1220相对于基座1210绕转动轴O11转动,则并不特别限定,但在本实施方式中,如图21所示,具有作为驱动源的马达1311、减慢马达1311的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1311的旋转角度的位置传感器1312。作为马达1311,例如,能够使用AC伺服马达、DC伺服马达等伺服马达,作为减速机,例如,能够使用行星齿轮减速机、谐波驱动器(“谐波驱动器”是注册商标)等,作为位置传感器1312,例如,能够使用编码器、旋转编码器、分解器、电位器等。
多关节机器人手臂
如图19所示,多关节机器人手臂(第一机器人手臂)1230具有经由关节机构1410与机身1220连结的第一肩部(第一臂部)1231、经由关节机构1420与第一肩部1231连结的第二肩部1232(第二臂部)、经由扭转机构(关节机构)1430与第二肩部1232的前端连结的上臂部(第三臂部)1233、经由关节机构1440与上臂部1233的前端连结的第一前臂部(第四臂部)1234、经由扭转机构(关节机构)1450与第一前臂部1234的前端连结的第二前臂部(第五臂部)1235、经由关节机构1460与第二前臂部1235的前端连结的手腕部(第六臂部)1236、以及经由扭转机构(关节机构)1470与手腕部1236的前端连结的连结部(第七臂部)1237。另外,在连结部1237设有手部1238,如图20所示,在手部1238经由力觉传感器1740安装有与机器人1200所执行的作业对应的末端执行器1610。
另外,如图19所示,关节机构1410使第一肩部1231相对于机身1220绕与转动轴O11正交的转动轴O12转动,关节机构1420使第二肩部1232相对于第一肩部1231绕与转动轴O12正交的转动轴O13转动,扭转机构1430使上臂部1233相对于第二肩部1232绕与转动轴O13正交的转动轴O14转动,关节机构1440使第一前臂部1234相对于上臂部1233绕与转动轴O14正交的转动轴O15转动,扭转机构1450使第二前臂部1235相对于第一前臂部1234绕与转动轴O15正交的转动轴O16转动,关节机构1460使手腕部1236相对于第二前臂部1235绕与转动轴O16正交的转动轴O17转动,扭转机构1470使连结部1237相对于手腕部1236绕与转动轴O17正交的转动轴O18转动。根据这样的多关节机器人手臂1230,能够通过比较简单的构成,与人类的臂部相同地,实现关节(肩、肘、手腕)的弯曲伸展、上臂以及前臂的扭转。
作为关节机构1410、关节机构1420、扭转机构1430、关节机构1440、扭转机构1450、关节机构1460以及扭转机构1470的构成,并不特别限定,但在本实施方式中,是与上述的关节机构1310相同的构成。即,如图21所示,关节机构1410具有作为驱动源的马达1411、减慢马达1411的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1411的旋转角度的位置传感器1412。另外,关节机构1420具有作为驱动源的马达1421、减慢马达1421的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1421的旋转角度的位置传感器1422。另外,扭转机构1430具有作为驱动源的马达1431、减慢马达1431的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1431的旋转角度的位置传感器1432。另外,关节机构1440具有作为驱动源的马达1441、减慢马达1441的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1441的旋转角度的位置传感器1442。另外,扭转机构1450具有作为驱动源的马达1451、减慢马达1451的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1451的旋转角度的位置传感器1452。另外,关节机构1460具有作为驱动源的马达1461、减慢马达1461的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1461的旋转角度的位置传感器1462。另外,扭转机构1470具有作为驱动源的马达1471、减慢马达1471的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1471的旋转角度的位置传感器1472。
多关节机器人手臂(第二机器人手臂)1240是与上述的多关节机器人手臂1230相同的构成。
即,如图19所示,多关节机器人手臂1240具有经由关节机构1510与机身1220连结的第一肩部1241、经由关节机构1520与第一肩部1241连结的第二肩部1242、经由扭转机构(关节机构)1530与第二肩部1242的前端连结的上臂部1243、经由关节机构1540与上臂部1243的前端连结的第一前臂部1244、经由扭转机构(关节机构)1550与第一前臂部1244的前端连结的第二前臂部1245、经由关节机构1560与第二前臂部1245的前端连结的手腕部1246、经由扭转机构(关节机构)1570与手腕部1246的前端连结的连结部1247。另外,在连结部1247设有手部1248,在手部1248经由力觉传感器1750安装有与机器人1200所执行的作业对应的末端执行器1620。
另外,如图19所示,关节机构1510使第一肩部1241相对于机身1220绕与转动轴O11正交的转动轴O12’转动,关节机构1520使第二肩部1242相对于第一肩部1241绕与转动轴O12’正交的转动轴O13’转动,扭转机构1530使上臂部1243相对于第二肩部1242绕与转动轴O13’正交的转动轴O14’转动,关节机构1540使第一前臂部1244相对于上臂部1243绕与转动轴O14’正交的转动轴O15’转动,扭转机构1550使第二前臂部1245相对于第一前臂部1244绕与转动轴O15’正交的转动轴O16’转动,关节机构1560使手腕部1246相对于第二前臂部1245绕与转动轴O16’正交的转动轴O17’转动,扭转机构1570使连结部1247相对于手腕部1246绕与转动轴O17’正交的转动轴O18’转动。根据这样的多关节机器人手臂1240,能够通过比较简单的构成,与人类的臂部相同地,实现关节的弯曲伸展、上臂以及前臂的扭转。
作为关节机构1510、关节机构1520、扭转机构1530、关节机构1540、扭转机构1550、关节机构1560以及扭转机构1570的构成,并不特别限定,但在本实施方式中,是与上述的关节机构1310相同的构成。即,如图21所示,关节机构1510具有作为驱动源的马达1511、减慢马达1511的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1511的旋转角度的位置传感器1512。另外,关节机构1520具有作为驱动源的马达1521、减慢马达1521的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1521的旋转角度的位置传感器1522。另外,扭转机构1530具有作为驱动源的马达1531、减慢马达1531的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1531的旋转角度的位置传感器1532。另外,关节机构1540具有作为驱动源的马达1541、减慢马达1541的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1541的旋转角度的位置传感器1542。另外,扭转机构1550具有作为驱动源的马达1551、减慢马达1551的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1551的旋转角度的位置传感器1552。另外,关节机构1560具有作为驱动源的马达1561、减慢马达1561的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1561的旋转角度的位置传感器1562。另外,扭转机构1570具有作为驱动源的马达1571、减慢马达1571的旋转速度的减速机(未图示)、以及检测马达1571的旋转角度的位置传感器1572。
末端执行器
安装于多关节机器人手臂1230、1240的前端(手部1238、1248)的末端执行器1610、1620虽然根据目的而构成不同,但例如,具有把持对象物的功能。这样的末端执行器1610、1620例如,如图20所示,能够构成为具有第一指1611、1621和第二指1612、1622。在这样的构成的末端执行器1610、1620中,通过调整第一指1611、1621与第二指1612、1622的分离距离,能够把持对象物。
配置在手部1238、1248与末端执行器1610、1620之间的力觉传感器1740、1750具有检测施加给末端执行器1610、1620的外力的功能。而且,通过将力觉传感器1740、1750检测出的力反馈给机器人控制装置1900,机器人1200能够更精密地执行作业。另外,根据力觉传感器1740、1750检测出的力、力矩,能够检测末端执行器1610、1620对障碍物的接触等。因此,能够容易地进行障碍物回避动作、对象物损伤回避动作等。作为这样的力觉传感器1740、1750,只要能够检测相互正交的三轴的各轴的力成分和力矩成分,则并不特别限定,能够使用公知的力觉传感器。
此外,末端执行器1610、1620并不限定于上述那样的构成,能够根据目的作业而更换,例如,也可以是把持对象物、举起对象物、吊起对象物、吸附对象物、对对象物实施加工的构成。即,末端执行器1610、1620可以是上述那样的手,另外,也可以是挂钩,也可以是吸盘等。并且,也可以对一条臂设置多个末端执行器。
角速度传感器
如图17所示,在机器人1200设有三个角速度传感器1710、1720、1730。角速度传感器1710配置于机身1220,角速度传感器1720配置于多关节机器人手臂1230,角速度传感器1730配置于多关节机器人手臂1240。这些角速度传感器1710、1720、1730分别是能够独立地检测绕相互正交的三轴(x轴、y轴以及z轴)的各轴的角速度ωx、ωy、ωz的三轴角速度传感器。此外,在本实施方式中,角速度传感器1720、1730配置在多关节机器人手臂1230、1240的肘附近,但这些角速度传感器的配置并不特别限定。
作为角速度传感器1710、1720、1730,只要能够检测绕相互正交的三轴(x轴、y轴以及z轴)的各轴的角速度ωx、ωy、ωz,则并不特别限定,例如,能够使用使用了石英基板的公知的角速度传感器。另外,通过使角速度传感器1710、1720、1730为彼此相同的构成能够降低材料成本。
由角速度传感器1710、1720、1730检测出的角速度(模拟信号)在放大器放大,接着,通过A/D转换电路转换为数字信号之后发送给机器人控制装置1900。
机器人控制装置
机器人控制装置1900基于机器人1200进行的处理的内容对多关节机器人手臂1230、1240的目标位置进行运算,并生成用于使多关节机器人手臂1230、1240移动到该目标位置的轨道。然后,机器人控制装置1900以机身1220、多关节机器人手臂1230、1240沿该生成的轨道移动的方式,分别独立地控制各马达1311、1411~1471、1511~1571。
如图21所示,机器人控制装置1900具有控制马达1311(机身1220)的驱动的第一驱动源控制部1901、控制马达1411(第一肩部1231)的驱动的第二驱动源控制部1902、控制马达1421(第二肩部1232)的驱动的第三驱动源控制部1903、控制马达1431(上臂部1233)的驱动的第四驱动源控制部1904、控制马达1441(第一前臂部1234)的驱动的第五驱动源控制部1905、控制马达1451(第二前臂部1235)的驱动的第六驱动源控制部1906、控制马达1461(手腕部1236)的驱动的第七驱动源控制部1907、控制马达1471(连结部1237)的驱动的第八驱动源控制部1908、控制马达1511(第一肩部1241)的驱动的第九驱动源控制部1909、控制马达1521(第二肩部1242)的驱动的第十驱动源控制部1910、控制马达1531(上臂部1243)的驱动的第十一驱动源控制部1911、控制马达1541(第一前臂部1244)的驱动的第十二驱动源控制部1912、控制马达1551(第二前臂部1245)的驱动的第十三驱动源控制部1913、控制马达1561(手腕部1246)的驱动的第十四驱动源控制部1914、以及控制马达1571(连结部1247)的驱动的第十五驱动源控制部1915。
另外,机器人控制装置1900具有接受在输入装置1270输入的设定值的设定接受部1920。而且,第一~第十五驱动源控制部1901~1915原则上,基于设定接受部1920接受的设定值,来控制马达1311、1411~1471、1511~1571。
接下来,对第一~第十五驱动源控制部1901~1915的构成进行说明。但是,控制多关节机器人手臂1230的驱动的第二~第八驱动源控制部1902~1908、和控制多关节机器人手臂1240的驱动的第九~第十五驱动源控制部1909~1915为相同的构成,所以以下,对第一驱动源控制部1901、第二~第八驱动源控制部1902~1908进行说明,对于第九~第十五驱动源控制部1909~1915,省略其说明。
第一驱动源控制部
如图22所示,第一驱动源控制部1901具有减法器1901a、转动角度计算部1901b、位置控制部1901c、减法器1901d、角速度控制部1901e、角速度计算部1901f、加法器1901g、减法器1901h、角速度转换部1901i、转换部1901j、以及修正值计算部1901k。
在第一驱动源控制部1901除了输入马达1311的位置指令Pc外,还从位置传感器1312、角速度传感器1710输入检测信号。第一驱动源控制部1901以根据位置传感器1312的检测信号计算出的马达1311的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,后述的角速度反馈值ωfb成为后述的角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达1311。
即,在减法器1901a输入位置指令Pc,而且,从转动角度计算部1901b输入后述的位置反馈值Pfb。在转动角度计算部1901b中,从位置传感器1312输入的脉冲数被计数,并且与该计数值对应的马达1311的转动角度作为位置反馈值Pfb输出给减法器1901a。减法器1901a将这些位置指令Pc与位置反馈值Pfb的偏差(从马达1311的转动角度的目标值减去位置反馈值Pfb的值)输出给位置控制部1901c。
位置控制部1901c通过进行使用了从减法器1901a输入的偏差、和作为预先决定的系数的比例增益等的规定的运算处理,对与该偏差对应的马达1311的角速度的目标值进行运算。位置控制部1901c将表示该马达1311的角速度的目标值(指令值)的信号作为角速度指令ωc输出给减法器1901d。在本实施方式中,作为反馈控制,进行比例控制(P控制),但并不限定于此。
在减法器1901d输入角速度指令ωc,而且,输入后述的角速度反馈值ωfb。减法器1901d将这些角速度指令ωc与角速度反馈值ωfb的偏差(从马达1311的角速度的目标值减去角速度反馈值ωfb的值)输出给角速度控制部1901e。
角速度控制部1901e通过使用从减法器1901d输入的偏差、作为预先决定的系数的比例增益(位置比例增益)、积分增益等,进行包含积分的规定的运算处理,生成与该偏差对应的马达1311的驱动信号(驱动电流),并经由马达驱动器供给至马达1311。在本实施方式中,作为反馈控制,进行PI控制,但并不限定于此。
这样一来,以位置反馈值Pfb尽可能地与位置指令Pc相等,并且,角速度反馈值ωfb尽可能地与角速度指令ωc相等的方式进行反馈控制,控制马达1311的驱动电流。
接下来,对第一驱动源控制部1901中的角速度反馈值ωfb进行说明。
在角速度计算部1901f中,基于从位置传感器1312输入的脉冲信号的频率,计算马达1311的角速度ωm1,该角速度ωm1输出给加法器1901g。
另外,在角速度计算部1901f中,基于从位置传感器1312输入的脉冲信号的频率,计算机身1220的绕转动轴O11的角速度ωB1m,该角速度ωB1m输出给减法器1901h。此外,角速度ωB1m是角速度ωm1除以关节机构1310中的减速比得到的值。
另外,从角速度传感器1710分别检测角速度ωx、ωy、ωz,各角速度ωx、ωy、ωz输入给角速度转换部1901i。在角速度转换部1901i中根据输入的角速度ωx、ωy、ωz计算机身1220的绕转动轴O11的角速度ωB1,该角速度ωB1输出给减法器1901h。
在减法器1901h输入角速度ωB1以及角速度ωB1m,减法器1901h将从该角速度ωB1减去角速度ωB1m的值ωB1s(=ωB1-ωB1m)输出给转换部1901j。该值ωB1s相当于机身1220的绕转动轴O11的角速度的振动成分(振动角速度)。以下,将ωB1s称为振动角速度。在本实施方式中,进行将该振动角速度ωB1s乘以后述的增益Ka并返回至马达1311的输入侧的反馈控制。具体而言,以振动角速度ωB1s尽可能地成为0的方式对马达1311进行反馈控制。由此,能够抑制机器人1200的振动。此外,在该反馈控制中,控制马达1311的角速度。
转换部1901j将振动角速度ωB1s转换为马达1311中的角速度ωm1s,并将该角速度ωm1s输出给修正值计算部1901k。该转换能够通过对振动角速度ωB1s乘以关节机构1310中的减速比来获得。
修正值计算部1901k对角速度ωm1s乘以作为预先决定的系数的增益(反馈增益)Ka,求出修正值Ka·ωm1s,并将该修正值Ka·ωm1s输出给加法器1901g。
在加法器1901g输入角速度ωm1,而且,输入修正值Ka·ωm1s。加法器1901g将角速度ωm1与修正值Ka·ωm1s的和作为角速度反馈值ωfb输出给减法器1901d。此外,以下的动作如上述。
第二驱动源控制部
如图23所示,第二驱动源控制部1902具有减法器1902a、转动角度计算部1902b、位置控制部1902c、减法器1902d、角速度控制部1902e、角速度计算部1902f、加法器1902g、减法器1902h、角速度转换部1902i、转换部1902j、以及修正值计算部1902k。
在第二驱动源控制部1902除了输入马达1411的位置指令Pc外,还从位置传感器1412、角速度传感器1720输入检测信号。第二驱动源控制部1902以根据位置传感器1412的检测信号计算出的马达1411的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,后述的角速度反馈值ωfb成为后述的角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达1411。
即,在减法器1902a输入位置指令Pc,而且,从转动角度计算部1902b输入后述的位置反馈值Pfb。在转动角度计算部1902b中,从位置传感器1412输入的脉冲数被计数,并且与该计数值对应的马达1411的转动角度作为位置反馈值Pfb输出给减法器1902a。减法器1902a将这些位置指令Pc与位置反馈值Pfb的偏差(从马达1411的转动角度的目标值减去位置反馈值Pfb的值)输出给位置控制部1902c。
位置控制部1902c通过进行使用了从减法器1902a输入的偏差、和作为预先决定的系数的比例增益等的规定的运算处理,对与该偏差对应的马达1411的角速度的目标值进行运算。位置控制部1902c将表示该马达1411的角速度的目标值(指令值)的信号作为角速度指令ωc输出给减法器1902d。在本实施方式中,作为反馈控制,进行比例控制(P控制),但并不限定于此。
在减法器1902d输入角速度指令ωc,而且,输入后述的角速度反馈值ωfb。减法器1902d将这些角速度指令ωc与角速度反馈值ωfb的偏差(从马达1411的角速度的目标值减去角速度反馈值ωfb的值)输出给角速度控制部1902e。
角速度控制部1902e通过使用从减法器1902d输入的偏差、作为预先决定的系数的比例增益(位置比例增益)、以及积分增益等,进行包含积分的规定的运算处理,生成与该偏差对应的马达1411的驱动信号(驱动电流),并经由马达驱动器供给至马达1411。在本实施方式中,作为反馈控制,进行PI控制,但并不限定于此。
这样一来,以位置反馈值Pfb尽可能地与位置指令Pc相等,并且,角速度反馈值ωfb尽可能地与角速度指令ωc相等的方式进行反馈控制,控制马达1411的驱动电流。
接下来,对第二驱动源控制部1902中的角速度反馈值ωfb进行说明。
在角速度计算部1902f中,基于从位置传感器1412输入的脉冲信号的频率,计算马达1411的角速度ωm1,该角速度ωm1输出给加法器1902g。
另外,在角速度计算部1902f中,基于从位置传感器1412输入的脉冲信号的频率,计算第一肩部1241的绕转动轴O12的角速度ωA1m,该角速度ωA1m输出给减法器1902h。此外,角速度ωA1m是角速度ωm1除以关节机构1410中的减速比得到的值。
另外,从角速度传感器1720分别检测角速度ωx、ωy、ωz,各角速度ωx、ωy、ωz输入至角速度转换部1902i。在角速度转换部1902i中根据输入的角速度ωx、ωy、ωz计算第一肩部1241的绕转动轴O12的角速度ωA1,该角速度ωA1输出给减法器1902h。在角速度转换部1902i中,根据需要,进行被称为雅可比转换的坐标轴转换等。
在减法器1902h输入角速度ωA1以及角速度ωA1m,减法器1902h将从该角速度ωA1减去角速度ωA1m的值ωA1s(=ωA1-ωA1m)输出给转换部1902j。该值ωA1s相当于第一肩部1241的绕转动轴O12的角速度的振动成分(振动角速度)。以下,将ωA1s称为振动角速度。在本实施方式中,进行对该振动角速度ωA1s乘以后述的增益Ka并返回至马达1411的输入侧的反馈控制。具体而言,以振动角速度ωA1s尽可能地成为0的方式对马达1411进行反馈控制。由此,能够抑制机器人1200的振动。此外,在该反馈控制中,控制马达1411的角速度。
转换部1902j将振动角速度ωA1s转换为马达1411中的角速度ωm1s,并将该角速度ωm1s输出给修正值计算部1902k。该转换能够通过对振动角速度ωA1s乘以关节机构1410中的减速比来获得。
修正值计算部1902k对角速度ωm1s乘以作为预先决定的系数的增益(反馈增益)Ka,求出修正值Ka·ωm1s,并将该修正值Ka·ωm1s输出给加法器1902g。
在加法器1902g输入角速度ωm1,而且,输入修正值Ka·ωm1s。加法器1902g将角速度ωm1与修正值Ka·ωm1s的和作为角速度反馈值ωfb输出给减法器1902d。此外,以下的动作如上述。
第三驱动源控制部
如图24所示,第三驱动源控制部1903具有减法器1903a、转动角度计算部1903b、位置控制部1903c、减法器1903d、角速度控制部1903e、以及角速度计算部1903f。而且,在第三驱动源控制部1903除了输入马达1421的位置指令Pc外,还从位置传感器1422输入检测信号。第三驱动源控制部1903以根据位置传感器1422的检测信号计算出的马达1421的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,后述的角速度反馈值ωfb成为后述的角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达1421。
即,在减法器1903a输入位置指令Pc,而且,从转动角度计算部1903b输入后述的位置反馈值Pfb。在转动角度计算部1903b中,对从位置传感器1422输入的脉冲数进行计数,并且与该计数值对应的马达1421的转动角度作为位置反馈值Pfb输出给减法器1903a。减法器1903a将这些位置指令Pc与位置反馈值Pfb的偏差(从马达1421的转动角度的目标值减去位置反馈值Pfb的值)输出给位置控制部1903c。
位置控制部1903c通过进行使用了从减法器1903a输入的偏差、和作为预先决定的系数的比例增益等的规定的运算处理,对与该偏差对应的马达1421的角速度的目标值进行运算。位置控制部1903c将表示该马达1421的角速度的目标值(指令值)的信号作为角速度指令ωc输出给减法器1903d。
另外,在角速度计算部1903f中,基于从位置传感器1422输入的脉冲信号的频率,计算马达1421的角速度,该角速度作为角速度反馈值ωfb输出给减法器1903d。
在减法器1903d输入角速度指令ωc和角速度反馈值ωfb。减法器1903d将这些角速度指令ωc与角速度反馈值ωfb的偏差(从马达1421的角速度的目标值减去角速度反馈值ωfb的值)输出给角速度控制部1903e。
角速度控制部1903e通过使用从减法器1903d输入的偏差、作为预先决定的系数的比例增益(位置比例增益)、以及积分增益等,进行包含积分的规定的运算处理,生成与该偏差对应的马达1421的驱动信号,并经由马达驱动器供给至马达1421。
由此,以位置反馈值Pfb尽可能地与位置指令Pc相等,并且,角速度反馈值ωfb尽可能地与角速度指令ωc相等的方式进行反馈控制,控制马达1421的驱动。
第四驱动源控制部
如图25所示,第四驱动源控制部1904具有减法器1904a、转动角度计算部1904b、位置控制部1904c、减法器1904d、角速度控制部1904e、以及角速度计算部1904f。而且,在第四驱动源控制部1904除了输入马达1431的位置指令Pc外,还从位置传感器1432输入检测信号。第四驱动源控制部1904以根据位置传感器1432的检测信号计算出的马达1431的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,角速度反馈值ωfb成为角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达1431。这样的第四驱动源控制部1904与第三驱动源控制部1903相同,所以省略其详细的说明。
第五驱动源控制部
如图26所示,第五驱动源控制部1905具有减法器1905a、转动角度计算部1905b、位置控制部1905c、减法器1905d、角速度控制部1905e、以及角速度计算部1905f。而且,在第五驱动源控制部1905除了输入马达1441的位置指令Pc外,还从位置传感器1442输入检测信号。第五驱动源控制部1905以根据位置传感器1442的检测信号计算出的马达1441的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,角速度反馈值ωfb成为角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达1441。这样的第五驱动源控制部1905与第三驱动源控制部1903相同,所以省略其详细的说明。
第六驱动源控制部
如图27所示,第六驱动源控制部1906具有减法器1906a、转动角度计算部1906b、位置控制部1906c、减法器1906d、角速度控制部1906e、以及角速度计算部1906f。而且,在第六驱动源控制部1906除了输入马达1451的位置指令Pc外,还从位置传感器1452输入检测信号。第六驱动源控制部1906以根据位置传感器1452的检测信号计算出的马达1451的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,角速度反馈值ωfb成为角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达1451。这样的第六驱动源控制部1906与第三驱动源控制部1903相同,所以省略其详细的说明。
第七驱动源控制部
如图28所示,第七驱动源控制部1907具有减法器1907a、转动角度计算部1907b、位置控制部1907c、减法器1907d、角速度控制部1907e、以及角速度计算部1907f。而且,在第七驱动源控制部1907除了输入马达1461的位置指令Pc外,还从位置传感器1462输入检测信号。第七驱动源控制部1907以根据位置传感器1462的检测信号计算出的马达1461的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,角速度反馈值ωfb成为角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达1461。这样的第七驱动源控制部1907与第三驱动源控制部1903相同,所以省略其详细的说明。
第八驱动源控制部
如图29所示,第八驱动源控制部1908具有减法器1908a、转动角度计算部1908b、位置控制部1908c、减法器1908d、角速度控制部1908e、以及角速度计算部1908f。而且,在第八驱动源控制部1908除了输入马达1471的位置指令Pc外,还从位置传感器1472输入检测信号。第八驱动源控制部1908以根据位置传感器1472的检测信号计算出的马达1471的转动角度(位置反馈值Pfb)成为位置指令Pc,并且,后述的角速度反馈值ωfb成为后述的角速度指令ωc的方式,通过使用了各检测信号的反馈控制驱动马达1471。这样的第八驱动源控制部1908与第三驱动源控制部1903相同,所以省略其详细的说明。
以上,对机器人系统1100的基本构成进行了说明。
接下来,对机器人系统1100特别是特征性的部分进行说明。
在机器人系统1100中,根据多关节机器人手臂1230是否进行要求精密度的规定的作业E,而多关节机器人手臂1240的驱动速率不同。在多关节机器人手臂1230进行作业E的作业状态下,为了可靠地完成该作业E,与不进行作业E的非作业状态相比较,不希望在多关节机器人手臂1230产生振动。
因此,机器人控制装置1900以与多关节机器人手臂1230为非作业状态的情况下使多关节机器人手臂1240的前端移动规定距离L所花费的时间(第一时间)T1相比,多关节机器人手臂1230为作业状态的情况下使多关节机器人手臂1240的前端移动规定距离L所花费的时间(第二时间)T2较长的方式控制机器人1200的驱动。由此,能够不牺牲不像作业状态那样受振动影响的非作业状态的作业速率,而抑制作业状态下的振动的产生。由此,成为能够抑制机器人1200的作业速率的降低,并进行高精度的作业的机器人系统1100。
这里,如上述那样,能够从输入装置1270变更机器人1200的各部的设定。作为能够变更设定的项目(设定项目),例如,包含多关节机器人手臂1230、1240的驱动所使用的各马达1411~1471、1511~1571的加速度(角加速度)、减速度(角减速度)、速度(角速度)等,并且,也能够在作业状态时和非作业状态时独立地设定各设定项目。因此,用户也能够预先以与时间T1相比时间T2较长的方式设定上述设定项目。
若上述设定项目在作业状态和非作业状态为同条件,则在普通的机器人中,使多关节机器人手臂1240进行相同的动作时所花费的时间T1、T2相同,但在机器人1200中,即使上述设定项目在作业状态和非作业状态为同条件,也以使多关节机器人手臂1240进行相同的动作时与非作业状态时相比作业状态时所花费的时间较长的方式,即T1<T2的方式控制各部。由此,能够抑制机器人1200的作业速率的降低,并抑制作业状态下的多关节机器人手臂1230的振动的产生。
若具体地进行说明,则例如,如图30所示,构成为使多关节机器人手臂1240从以向水平方向笔直地延伸的姿势(规定姿势)静止的静止状态Ps开始,使第二肩部1242相对于第一肩部1241旋转,臂保持笔直地延伸的姿势,并且使多关节机器人手臂1240的前端向水平方向移动规定距离L而成为目标状态Pe的情况下,多关节机器人手臂1230为非作业状态的情况下所花费的时间T1、和多关节机器人手臂1230为作业状态的情况下所花费的时间T2满足T1<T2的关系。此外,如图31所示,时间T1、T2在将输出了从静止状态Ps成为目标状态Pe的驱动信号的时刻设为t1,并将多关节机器人手臂1240最先到达目标状态Pe的时刻设为t2时,能够分别以t2-t1规定。
这里,所谓的静止状态Ps,例如,能够定义为多关节机器人手臂1240的驱动所使用的马达1511~1571未被驱动的状态。另外,能够定义为多关节机器人手臂1240的运动的速度为0(在示教的点的速度为0)的状态。另外,也能够定义为多关节机器人手臂1240与设置面的位置关系不变化的状态。
另外,所谓的多关节机器人手臂1240的前端,可以是手部1238的前端,在手部1238安装了末端执行器1610的情况下,也可以是该末端执行器1610的前端。
此外,若满足T1<T2的关系,则并不特别限定,但进一步优选T2为1.2T1~2T1左右。由此,能够有效地发挥上述效果,并且能够防止多关节机器人手臂1230为作业状态时的多关节机器人手臂1240的动作过度地慢。
另外,在上述的例子中,对使多关节机器人手臂1240从以向水平方向笔直地延伸的姿势(规定姿势)静止的静止状态Ps开始,保持笔直地延伸的姿势的同时向水平方向移动规定距离而成为目标状态Pe的例子进行了说明,但在使多关节机器人手臂1240向具有水平方向(与转动轴O11正交的方向)成分的方向(即水平方向、和水平方向与垂直方向的合成方向)时进行上述那样的控制。
另一方面,使多关节机器人手臂1240向垂直方向移动时,从静止状态Ps成为目标状态Pe所花费的时间T1、T2也可以不满足T1<T2的关系,也可以T1=T2。即,使多关节机器人手臂1240向垂直方向移动时,也可以不管多关节机器人手臂1230是作业状态还是非作业状态均以恒定的时间从静止状态Ps成为目标状态Pe。使多关节机器人手臂1240向垂直方向移动时,机身1220难以施加扭转方向的惯性(绕转动轴O11的力),所以与水平方向的移动相比较难以产生振动。因此,如上述那样,使多关节机器人手臂1240向垂直方向移动时,T1=T2,从而能够进一步较小地抑制机器人1200的处理效率的降低。
另外,在上述的例子中,对使多关节机器人手臂1240从向水平笔直地延伸的静止状态Ps开始,保持笔直地延伸的状态向水平方向移动而成为目标状态Pe的情况进行了说明,但作为多关节机器人手臂1240的静止状态Ps以及目标状态Pe并不特别限定,能够应用多关节机器人手臂1230能够实现的全部的姿势。例如,也可以将使上臂部向垂直方向下降,而前臂部朝向水平方向地弯曲了肘的姿势作为静止状态Ps,将从该状态开始扭动上臂部而使前臂部向水平方向移动的姿势作为目标状态Pe。另外,也可以将从笔直地延伸的静止状态Ps开始,通过弯曲肘而使前臂部相对于上臂部向水平方向移动的姿势作为目标状态Pe。另外,多关节机器人手臂1240的形状(弯曲方式)也可以在静止状态Ps和目标状态Pe改变。
接下来,对用于满足T1<T2的方法列举具体的例子进行说明。作为满足T1<T2的具体的方法的一个,列举使作业状态时的马达1521的加速度以及减速度比非作业状态时低的方法。由此,能够以简单的控制实现T1<T2。此外,该方法的情况下,只要使作业状态时的加速度以及减速度中的至少一方比非作业状态时低即可。
作为其它的方法,列举使作业状态时的控制马达1521的驱动的第十驱动源控制部1910具有的角速度控制部(相当于构成相同的第三驱动源控制部1903的角速度控制部1903e的部)所使用的位置比例增益比非作业状态时低的方法。由此,相对于从角速度控制部供给至马达1521的驱动信号的马达1521的反应性变钝,其结果,能够实现T1<T2。通过这样的方法,也能够以简单的控制实现T1<T2。
以上,对在多关节机器人手臂1230为作业状态时和非作业状态时,变更多关节机器人手臂1240的驱动速率进行了说明,但在机器人系统1100中,进一步以多关节机器人手臂1230为作业状态时的多关节机器人手臂1240的驱动速率根据其姿势(产生的惯性力矩)变化的方式进行控制。
以下,具体地作为一个例,比较如图32(a)所示,肘部弯曲的第一姿势、和如图32(b)所示,多关节机器人手臂1240向水平方向延伸的第二姿势进行说明。
该情况下,与驱动马达1521使第二肩部1242相对于第一肩部1241旋转,并在保持第一姿势的多关节机器人手臂1240的姿势的状态下使其向水平方向转动时产生的惯性力矩M1相比,以与第一姿势时相同的条件(马达1521的加速度、减速度等)使第二肩部1242相对于第一肩部1241旋转,并在保持第二姿势的多关节机器人手臂1240的姿势的状态下,使其向水平方向转动时产生的惯性力矩M2较大。惯性力矩越大越容易产生振动,所以为了抑制多关节机器人手臂1230的振动,优选减小使第二姿势的多关节机器人手臂1240移动时产生的惯性力矩。
因此,机器人控制装置1900构成为以与使第一姿势的多关节机器人手臂1240移动时的加速度相比,使第二姿势的多关节机器人手臂1240移动时的加速度较小的方式控制机器人1200。这样,产生的惯性力矩越大,使加速度越小,从而能够更有效地抑制作业状态的多关节机器人手臂1230产生的振动。此外,在上述的说明中,作为变更的参数,使用加速度,但也可以代替加速度,使用减速度、最高速度(马达的最大转速)。另外,也可以适当地组合这些参数。
另外,在机器人系统1100中,还以多关节机器人手臂1230为作业状态时的多关节机器人手臂1240的驱动速率根据多关节机器人手臂1240保持的部件的质量变化的方式进行控制。具体而言,多关节机器人手臂1240以规定的轨道、加速度、减速度、速度进行驱动的情况下,与保持第一质量S1的部件时产生的惯性力矩相比,保持比第一质量S1重的第二质量S2的部件时产生的惯性力矩更大。如上述那样,惯性力矩越大越容易产生振动,所以优选减小使保持第二质量S2的部件时的多关节机器人手臂1240移动时产生的惯性力矩。
因此,机器人控制装置1900以与使保持第一质量S1的部件的多关节机器人手臂1240移动时的加速度相比,使保持第二质量S2的部件的多关节机器人手臂1240移动时的加速度较小的方式控制机器人1200。这样,多关节机器人手臂1240保持的部件越重,使加速度越小,从而能够更有效地抑制作业状态的多关节机器人手臂1230产生的振动。此外,在上述的说明中,作为变更的参数,使用加速度,但也可以代替加速度,而使用减速度、最高速度(马达的最大转速)。另外,也可以适当地组合这些参数。
以上,对机器人控制装置1900的控制进行了详细的说明。这里,作为多关节机器人手臂1230进行的规定的作业E,只要是需要精密度的作业则并不特别限定,虽然根据机器人1200的用途也不同,但例如,能够列举下面列举的作业。
(A)定位作业
例如,在输送工序中,向部件外壳输送部件(输送对象物),并将该部件安置在规定位置的作业。另外,在组装工序中,输送部件,并配置在其他的部件(壳体等安装对象物)的规定位置的作业。另外,在组装工序中,保持螺丝,并移动至拧紧该螺丝的螺孔位置,以能够将螺丝插入螺孔的状态进行保持的作业。这样的定位作业要求精密度。
(B)把持、保持作业
例如,在输送工序、组装工序中,移动至规定的部件的位置,把持该部件,并直接保持、移动至其它的位置的作业。这样的作业要求精密度。
(C)插入、安装作业
例如,在组装工序中,将把持的部件插入其他的部件的孔的作业、将把持的螺丝的前端部插入其他的部件的螺孔的作业。另外,例如,将把持的各种电缆(电布线、配管等)配置于壳体等安装对象物并且挂在设于安装对象物的卡爪的作业、将把持的可挠性布线等布线与安装对象物具有的连接器连接的作业。这样的作业要求较高的位置精度,所以要求精密度。
(D)探索作业
例如,探索形成于部件的孔、凸部等目的部位的位置的作业、在探索出的孔插入其它的部件、在凸部嵌入其它的部件的作业。为了方便,若列举在第一部件的孔插入第二部件的例子进行说明,则多关节机器人手臂1230把持第二部件,并使把持的第二部件在第一部件的表面滑动从而探索第一部件的表面,基于此时输出的来自力觉传感器1740的信号来检测孔的位置(在孔的位置,力觉传感器1740受到的力变弱),并基于该检测结果,将把持的第二部件插入第一部件的孔。并且,在将把持的第二部件插入第一部件的孔时,也基于来自力觉传感器1740的输出信号,对第二部件的位置、姿势、插入方向等进行微调。
(E)按压、推压作业
例如,暂时按压玻璃制、木制、石制等的由强度比较低的材料构成的部件(工件)而使其不移动的作业。该情况下,基于来自力觉传感器1740的输出使部件不会被施加规定值以上的力。这样的作业要求精密度。
(F)研磨、去毛边作业
进行压铸部件、切削部件、成型部件等的表面研磨、去毛边的作业。该情况下,多关节机器人手臂1230把持锉刀等研磨器具,并基于来自力觉传感器1740的输出以不对部件施加规定值以上的力的方式进行表面研磨、去毛边。这样的作业按压锉刀等研磨器具的力微妙,所以要求精密度。
(G)组装作业
例如,使用于打印机的制造的情况下,如图33(a)所示,有在壳体2000安装供纸辊2100的作业。与壳体2000的嵌入供纸辊2100的部分的宽度相比供纸辊的宽度较长,所以如图33(b)所示,需要弯曲供纸辊2100来安装于壳体2000。在该情况下,把持供纸辊2100,并且施加微妙的力使供纸辊2100弯曲变形的作业。这样的作业施加给供纸辊2100的力微妙,所以要求精密度。
(H)使用了照相机的位置检测作业
基于从配置于多关节机器人手臂1230的手提相机1280获取的图像检测对象部件的位置、姿势的作业。进一步基于检测结果把持、输送、组合对象部件的作业。例如,在第一部件插入第二部件的作业的情况下,使用手提相机1280的图像检测第一、第二部件的位置以及姿势,但该位置检测的允许误差为1像素左右,也根据手提相机1280的像素数、分离距离等而不同但在0.5mm以内。因此,这样的作业要求精密度。
(I)使用了照相机的状态检测作业、异常检测作业
根据从配置于多关节机器人手臂1230的手提相机1280获取的图像监视对象部件、其周围,并基于其结果掌握多关节机器人手臂1230自身、作业区域的状态。作为能够检测的状态,例如,列举了多关节机器人手臂1230的姿势、位置(是否在规定的作业区域内),对象部件(例如,设备、壳体、部件等)的位置以及姿势、多关节机器人手臂1230是否进行异常的动作等。
以上,对需要精密度的规定作业进行了说明。此外,作为多关节机器人手臂1230进行上述的规定作业时的多关节机器人手臂1240的动作并不特别限定,例如,去取作业中使用的道具、为了按压上述其他的部件(壳体等安装对象物)而移动、为了进行下一个作业而移动到规定的位置待机。另外,在拧紧多关节机器人手臂1230保持的螺丝的情况下,去取螺丝刀等工具,其后,使用螺丝刀将多关节机器人手臂1230保持的螺丝与处理物拧紧。
以上,基于图示的实施方式对本发明的机器人、机器人控制装置以及机器人系统进行了说明,但本发明并不限定于此,各部的构成能够置换为具有相同的功能的任意的构成。另外,也可以对本发明附加其他的任意的构成物。
另外,在上述的实施方式中,对能够移动的机器人进行了说明,但机器人也可以通过螺栓等固定于工作间的地板、天花板、墙壁等。另外,在上述实施方式中,机器人配置于地板,而机身向垂直方向移动,但机器人的配置并不限定于此,例如,也可以构成为基座固定于天花板,而机身向垂直方向移动,也可以构成为基座固定于壁面,而机身向水平方向移动。
另外,在上述的实施方式中,在多关节机器人手臂中,角速度传感器配置在肘的附近,但角速度传感器的配置并不限定于此。另外,将角速度传感器的检测结果反馈给使第一肩部转动的关节机构,但反馈的关节机构(扭转机构)并不限定于此。另外,也可以反馈给多个关节机构(扭转机构)。
另外,在上述的实施方式中,构成为多关节机器人手臂1230进行规定的作业E,但并不限定于此,也可以构成为多关节机器人手臂1240进行规定的作业E,也可以构成为多关节机器人手臂1230、1240交替地进行作业E。
另外,在上述实施方式中,各多关节机器人手臂的转动轴的数目为7,但在本发明中,并不限定于此,各多关节机器人手臂的转动轴的数目也可以是1~6,也可以是8以上。
符号说明
100…机器人系统,200…机器人,210…基座,211…手柄,213…缓冲器,213a…抵接部,213b…固定部,214…紧急停止按钮,220…机身,230、240…多关节机器人手臂,231、241…第一肩部,232、242…第二肩部,233、243…上臂部,234、244…第一前臂部,235、245…第二前臂部,236、246…手腕部,237、247…连结部,238、248…手部,25…立体相机,260…信号灯,270…输入装置,280、290…手提相机,310…关节机构,311…马达,312…位置传感器,410…关节机构,411…马达,412…位置传感器,420…关节机构,421…马达,422…位置传感器,430…扭转机构,431…马达,432…位置传感器,440…关节机构,441…马达,442…位置传感器,450…扭转机构,451…马达,452…位置传感器,460…关节机构,461…马达,462…位置传感器,470…扭转机构,471…马达,472…位置传感器,510…关节机构,511…马达,512…位置传感器,520…关节机构,521…马达,522…位置传感器,530…扭转机构,531…马达,532…位置传感器,540…关节机构,541…马达,542…位置传感器,550…扭转机构,551…马达,552…位置传感器,560…关节机构,561…马达,562…位置传感器,570…扭转机构,571…马达,572…位置传感器,610、620…末端执行器,611、621…第一指,611、621…第二指,710、720、730…角速度传感器,740、750…力觉传感器,760…检测部,761…光遮断器,761a…发光部,761b…受光部,762…遮挡板,800…升降机构,810…升降部,811…齿条,820…小齿轮,830…蜗轮,840…蜗杆,850…曲柄,900…机器人控制装置,901…第一驱动源控制部,901a…减法器,901b…转动角度计算部,901c…位置控制部,901d…减法器,901e…角速度控制部,901f…角速度计算部,901g…加法器,901h…减法器,901i…角速度转换部,901j…转换部,901k…修正值计算部,902…第二驱动源控制部,902a…减法器,902b…转动角度计算部,902c…位置控制部,902d…减法器,902e…角速度控制部,902f…角速度计算部,902g…加法器,902h…减法器,902i…角速度转换部,902j…转换部,902k…修正值计算部,903…第三驱动源控制部,903a…减法器,903b…转动角度计算部,903c…位置控制部,903d…减法器,903e…角速度控制部,903f…角速度计算部,904…第四驱动源控制部,904a…减法器,904b…转动角度计算部,904c…位置控制部,904d…减法器,904e…角速度控制部,904f…角速度计算部,905…第五驱动源控制部,905a…减法器,905b…转动角度计算部,905c…位置控制部,905d…减法器,905e…角速度控制部,905f…角速度计算部,906…第六驱动源控制部,906a…减法器,906b…转动角度计算部,906c…位置控制部,906d…减法器,906e…角速度控制部,906f…角速度计算部,907…第七驱动源控制部,907a…减法器,907b…转动角度计算部,907c…位置控制部,907d…减法器,907e…角速度控制部,907f…角速度计算部,908…第八驱动源控制部,908a…减法器,908b…转动角度计算部,908c…位置控制部,908d…减法器,908e…角速度控制部,908f…角速度计算部,909…第九驱动源控制部,910…第十驱动源控制部,911…第十一驱动源控制部,912…第十二驱动源控制部,913…第十三驱动源控制部,914…第十四驱动源控制部,915…第十五驱动源控制部,920…设定接受部,1100…机器人系统,1200…机器人,2000…壳体,2100…供纸辊,O1~O8、O2’~O8’、O11~O18、O12’~O18’…转动轴,Pe…目标状态,Ps…静止状态,t1、t2…时刻,T1、T1’、T2、T2’、T3、T3’…时间。

Claims (9)

1.一种机器人,其特征在于,
具有第一机器人手臂以及第二机器人手臂,
与在所述第一机器人手臂的前端不进行规定作业的非作业状态的情况下使所述第二机器人手臂的前端移动规定距离所花费的第一时间相比,在所述第一机器人手臂的前端进行所述规定作业的作业状态的情况下使所述第二机器人手臂的前端移动所述规定距离所花费的第二时间较长,
所述规定作业是被要求精密度的作业,是定位作业、把持及保持作业、插入及安装作业、探索作业、按压及推压作业、研磨及去毛边作业、组装作业、使用了照相机的位置检测作业、使用了照相机的状态检测作业及异常检测作业中的一个。
2.根据权利要求1所述的机器人,其特征在于,
具有设定接受部,所述设定接受部接受决定所述第一机器人手臂以及所述第二机器人手臂的驱动条件的设定值,
由所述设定接受部接受的所述设定值在所述非作业状态与所述作业状态下相同。
3.根据权利要求1所述的机器人,其特征在于,
具有驱动所述第二机器人手臂的马达,
对于所述马达,所述马达的位置与指令位置之间的差亦即位置偏差所乘的位置比例增益,在所述作业状态时比在所述非作业状态时小。
4.根据权利要求1所述的机器人,其特征在于,
具有驱动所述第二机器人手臂的马达,
对于所述马达,加速度以及减速度的至少一方,在所述作业状态时比在所述非作业状态时小。
5.根据权利要求1所述的机器人,其特征在于,
在所述作业状态下,与所述第二机器人手臂为第一姿势时的加速度相比,所述第二机器人手臂为所述第二机器人手臂的惯性力矩比所述第一姿势大的第二姿势时的加速度较低。
6.根据权利要求1所述的机器人,其特征在于,
在所述作业状态下,与所述第二机器人手臂保持第一质量的物体时的加速度相比,所述第二机器人手臂保持比所述第一质量重的第二质量的物体时的加速度较低。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的机器人,其特征在于,
所述第一时间以及所述第二时间分别是使所述第二机器人手臂的前端从静止状态移动所述规定距离所花费的时间。
8.一种机器人控制装置,其特征在于,
以下述的方式控制具有第一机器人手臂以及第二机器人手臂的机器人:
与在所述第一机器人手臂的前端不进行规定作业的非作业状态的情况下使所述第二机器人手臂的前端移动规定距离所花费的第一时间相比,在所述第一机器人手臂的前端进行所述规定作业的作业状态的情况下使所述第二机器人手臂的前端移动所述规定距离所花费的第二时间较长,
所述规定作业是被要求精密度的作业,是定位作业、把持及保持作业、插入及安装作业、探索作业、按压及推压作业、研磨及去毛边作业、组装作业、使用了照相机的位置检测作业、使用了照相机的状态检测作业及异常检测作业中的一个。
9.一种机器人系统,其特征在于,具备:
权利要求1至7中任意一项所述的机器人;以及
机器人控制装置,其控制所述机器人的工作。
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