CN106444624B - 抑制带移动轴的机器人的工具前端振动的机器人控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制由移动轴的动作所引起的机器人的工具前端的振动的机器人控制装置。该机器人控制装置具备：移动量计算部，每当移动轴根据指令动作时，上述移动量计算部分别计算出移动轴的移动量及工具前端的移动量；以及修正部，在移动轴的移动量比预定的第一阈值大、且工具前端的移动量比预定的第二阈值小时，上述修正部对指令值进行修正，以使针对移动轴的速度及加速度中的至少任一方的指令值变小。

Description

抑制带移动轴的机器人的工具前端振动的机器人控制装置

技术领域

本发明涉及对带移动轴的机器人进行控制的机器人控制装置。

背景技术

在工业用机器人中，提出了对由其它地方的轴的动作所引起的机构部的变形、以及转矩的发生进行补偿的控制技术。

日本特开2006-293624号公报公开了以下技术，在对相互干扰的多个轴进行控制的多轴控制装置中，基于相对于其它轴的位置指令来推断扰动转矩，并对各关节轴的转矩进行修正。

日本特开2009-082997号公报公开了一种机器人控制装置，其将正交坐标系的各坐标轴上的机器人指尖部的移动速度与阈值进行比较，在至少一个坐标轴上的移动速度比阈值大的情况下，使机器人停止。

日本特开2002-307344号公报公开了一种机器人控制装置，其将各关节部设置成弹簧进行模型化，从而考虑多关节机器人的机构部的挠曲来对机器人的指尖的位置姿势进行修正。

对于带移动轴的机器人，有时在将工具前端固定于空间上的某位置的状态下，通过移动轴使机器人移动。图5是从上方观察通过移动轴110移动的机器人100的图。参照图5，相对于机器人100的底座通过移动轴110从由虚线表示的位置移动至由实线表示的位置，安装于臂120的工具130的前端132的位置在移动前后没有变化。

在执行这样的动作时，绕机器人100的J1轴(绕相对于移动轴的设置面垂直延伸的轴线进行旋转的轴)产生干扰转矩T(参照图6)。在移动轴110的移动速度或加速度大的情况下，由于干扰转矩T的影响，工具130的前端132的位置有时如图6中由箭头140所示地进行振动。在由卷边辊等夹持着工件的状态下，若作用点的位置振动，则存在使工件变形成意想之外的形状的担忧。

若将J1轴周边的机构部使用高刚性材料形成，则能够抑制由干扰转矩所引起的工具前端的振动。另外，若将各关节设置成弹簧进行模型化，从而考虑关节的挠曲来对工具前端的位置进行修正，则能够对工具前端的振动进行补偿。

发明内容

然而，高刚性材料通常价格高，随之而来的是成本增大。将关节设置成弹簧进行模型化的方法对于接近实际的机器人的机构部的举动存在界限，不能达到足够的精度。

因此，要求一种能够抑制由移动轴的动作所引起的机器人的工具前端的振动的机器人控制装置。

在优选的实施方式中，提供一种机器人控制装置，其对在臂前端具备工具的多关节机器人以及使上述多关节机器人往复移动的移动轴进行控制，上述机器人控制装置具备：移动量计算部，每当上述移动轴根据指令动作时，上述移动量计算部分别计算出上述移动轴的移动量及工具前端的移动量；以及修正部，在上述移动轴的上述移动量比预定的第一阈值大、且上述工具前端的上述移动量比预定的第二阈值小时，上述修正部对上述指令值进行修正，以使针对上述移动轴的速度及加速度中的至少任一方的指令值变小。

在优选的实施方式中，在上述移动轴的上述移动量比上述第一阈值大、且上述工具前端的上述移动量比上述第二阈值小时，上述修正部修正上述指令值，以随着上述工具前端的上述移动量变小而上述指令值逐渐变小。

在优选的实施方式中，上述修正部构成为，在上述移动轴的上述移动量比上述第一阈值大、且上述工具前端的上述移动量比第三阈值小时，上述修正部对上述指令值进行修正，以使上述指令值变小至预定的下限值，上述第三阈值比上述第二阈值小。

附图说明

参照附图所示的本发明的示例的实施方式的详细说明，将更清楚本发明的上述的及其他的目的、特征以及优点。

图1是表示一个实施方式的机器人装置的图。

图2是表示由机器人控制装置执行的指令值的修正处理的流程图。

图3是表示工具前端的移动量与指令速度的关系的图。

图4是表示工具前端的移动量与指令加速度的关系的图。

图5是表示带移动轴的机器人的动作的示例的图。

图6是表示工具前端的振动的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。为了帮助理解本发明，图示的实施方式的结构要素的尺寸进行了适当改变。另外，对相同或对应的结构要素使用相同的参照符号。

图1是表示一个实施方式的机器人装置1的图。机器人装置1具备机器人2、使机器人2往复移动的移动轴4以及对机器人2及移动轴4进行控制的机器人控制装置3。

机器人2是在臂23的前端的手腕24具备工具、例如卷边辊25的六轴垂直多关节机器人。机器人2还具备载置于移动轴4上且本身为固定部的底座21以及绕在铅锤方向上延伸的轴线29相对于底座21能够旋转的回旋主体22。下面，虽然对图1示出的机器人2的示例进行说明，但是本领域技术人员应当清楚，在具有其他结构的工业用机器人中也能够应用本发明。

机器人2的各关节轴由旋转电机26(仅图示若干个旋转电机)驱动。旋转电机26具备测量旋转电机26的位置及速度等的编码器27。

移动轴4由驱动器41驱动，并使机器人2在左右方向上移动。驱动器41由直线电机或旋转电机构成。在将旋转电机作为驱动器41使用的情况下，移动轴4具有将旋转运动变换成直线运动的机构，例如，滚珠丝杠。移动轴4的驱动器41具备编码器42，测量移动轴4的位置，进而测量机器人2的底座21的位置、速度等。

针对移动轴4的指令可以是机器人控制装置3根据控制程序生成的指令，也可以是根据来自操作人员的输入生成的人工输入指令。

机器人控制装置3是具有硬件结构的数字计算机，上述硬件结构包括CPU31、存储器32以及接口33。CPU31、存储器32以及接口33相互通过母线连接。

CPU31执行控制程序、或者进行执行机器人控制装置3的其它各种功能所需要的运算。

存储器32由ROM、RAM、非易失性存储器等构成。ROM中存储有进行机器人控制装置3的整体控制的系统程序。RAM中临时存储CPU31的运算结果以及编码器27、42的检测值等。非易失性存储器中存储控制机器人2及移动轴4的控制程序、及参数等的设定值。

接口33与外部装置、例如，显示器、键盘、操作演示板等连接，用于在这些之间收发信号及数据。

机器人控制装置3基于控制程序及来自编码器27、42的反馈信号对机器人2及移动轴4施加指令，控制机器人2及移动轴4的动作。

在机器人装置1中，如参照图5及图6在上面所述，有时因为在将工具前端28的位置固定在三维空间中的状态下使移动轴4动作时所产生的干扰转矩，在工具前端28产生振动。

根据本实施方式，为了修正针对移动轴4的指令值并抑制工具前端28的振动，机器人控制装置3具备移动量计算部34、判断部35以及修正部36。

每当移动轴4根据指令动作时，移动量计算部34分别计算出移动轴4的移动量及工具前端28的移动量。移动轴4的移动量基于针对移动轴4的指令进行计算。工具前端28的移动量基于针对驱动各关节的旋转电机26的指令、机器人2固有的机构参数以及移动轴4的移动量进行计算。应当指出，工具前端28的移动量不是相对于机器人2的底座21固定的机器人坐标系，而是世界坐标系中的移动量。

判断部35判断移动轴4的移动量是否比预定的第一阈值大，并且判断工具前端28的移动量是否比预定的第二阈值小。判断部35的判断结果输入修正部36。

修正部36在视为工具前端28的位置不变而移动轴4动作的情况下，修正指令值，以使针对移动轴4的速度或加速度的指令值或这两者的指令值变小。

接下来，参照图2，对由本实施方式的机器人控制装置3执行的处理进行说明。每次执行对移动轴4的指令时，都执行后面叙述的步骤S01～S05的处理。例如，在移动轴4从第一位置向右方向移动到第二位置，之后从第二位置向左方向移动到第三位置的情况下，在移动轴4从第一位置移动到第二位置时，执行上述处理。然后，在移动轴4从第二位置移动到第三位置时，再次执行上述处理。

在步骤S01中，移动量计算部34计算出与输出的指令对应的移动轴4的移动量。在步骤S02中，在移动轴4仅移动在步骤S01计算出的移动量的期间，移动量计算部34计算出三维空间中的工具前端28的移动量。

在步骤S03中，判断部35判断移动轴4的移动量是否比第一阈值大。第一阈值以能够判断移动轴4是否已移动了的方式适当地进行设定。例如，第一阈值通常设定为接近于零的值。

或者，第一阈值也可以根据视为工具前端28的振动足够小的移动轴4的移动量来设定。例如，在移动轴4的移动量足够小且在移动速度变大前移动轴4停止的情况下，也可以不考虑工具前端28的振动。从而，步骤S03的判断有时即使在移动轴4的移动量不是零的情况下，也是否定。

在步骤S03的判断结果为肯定的情况下，进入步骤S04。在步骤S04中，判断部35判断工具前端28的移动量是否比第二阈值小。第二阈值以能够判断工具前端28的位置在移动轴4的移动前后是否发生了变化的方式适当进行设定。在对工具前端28的移动量在世界坐标系中计算出的情况下，第二阈值通常设定为接近于零的值。

在步骤S04的判断结果为肯定的情况下，进入步骤S05。在步骤S05中，修正部36降低针对移动轴4的指令值。修正的指令值可以是速度指令值，或者也可以是加速度指令，或者也可以是这两者。

在步骤S03的判断结果为否定的情况，或者在步骤S04的判断结果为否定的情况下，视为无需修正针对移动轴4的指令值，结束处理。该情况下，移动轴4根据原本输出的指令值进行动作。典型地，将与最高速度及最高加速度对应的指令值分别施加至移动轴4。

下面，参照图3及图4，对指令值的修正处理的示例进行说明。图3是表示工具前端28的移动量与对移动轴4的指令速度之间的关系。如图所示，在工具前端28的移动量为第二阈值Th2以上的情况下，将与最大速度对应的速度指令v2施加至移动轴4。在工具前端28的移动量比小于第二阈值Th2的第三阈值Th3小的情况下，将与最小速度对应的速度指令v1施加至移动轴4。

在工具前端28的移动量处于第二阈值Th2与第三阈值Th3之间的范围内的情况下，随着工具前端28的移动量变小，对移动轴4施加逐渐变小的速度指令。

图4是表示工具前端28的移动量与对移动轴4的指令加速度之前的关系。如图所示，在工具前端28的移动量为第二阈值Th2以上的情况下，将与最大加速度对应的加速度指令a2施加至移动轴4。在工具前端28的移动量比小于第二阈值Th2的第三阈值Th3小的情况下，将与最小加速度对应的加速度指令a1施加至移动轴4。

在工具前端28的移动量处于第二阈值Th2与第三阈值Th3之间的范围内的情况下，随着工具前端28的移动量变小，对移动轴4施加逐渐变小的加速度指令。

根据本实施方式的机器人控制装置3，在将工具前端28的位置固定的状态下使移动轴4动作时，修正指令值以限制移动轴4的速度或加速度或者这两者。从而，能够抑制由移动轴4的动作所引起的工具前端的振动，能够提高机器人2的定位精度。另外，在为了使用卷边辊25加工工件而使用机器人2的情况下，能够防止由于工具前端28的振动的原因而工件变形成意想之外的形状。

由于能够一边执行使用工具的作业一边通过移动轴4改变机器人2的底座21的位置，因此能够使机器人装置1顺利地过度到接下来的工序，能够缩短周期。

在工具前端28移动的情况下，不执行修正部36进行的修正处理、且移动轴4能够以最大速度移动机器人2。从而能够一边维持使用了工具的作业的可靠性，一边抑制周期增大至所需以上。

由于无需对机器人2的机构部使用高价的高刚性材料，因此能够低价提供机器人装置1。

以上虽然对本发明的各种实施方式进行了说明，但是本领域技术人员将认识到，通过其它实施方式也能够实现本发明的作用效果。特别地，在不脱离本发明的范围的前提下，能够删除或置换上述的实施方式的构成要素，或者进一步添加公知的方案。另外，本领域技术人员自然清楚，通过将本说明书中明示或暗示地公开的多个实施方式的特征进行任意组合，也能够实施本发明。

根据本发明的机器人控制装置，在将工具前端的位置固定的状态下使移动轴移动时修正指令，以使移动轴的速度或加速度变小。从而能够抑制由移动轴的动作所引起的工具前端的振动。

Claims (3)

1.一种机器人控制装置，其对在臂前端具备工具的多关节机器人以及使上述多关节机器人往复移动的移动轴进行控制，

上述机器人控制装置的特征在于，具备：

移动量计算部，每当上述移动轴根据指令动作时，上述移动量计算部分别计算出上述移动轴的移动量及工具前端的移动量；以及

修正部，在上述移动轴的上述移动量比预定的第一阈值大、且上述工具前端的上述移动量比预定的第二阈值小时，在视为上述工具前端的位置不变而上述移动轴动作的情况下，上述修正部对上述指令值进行修正，以使针对上述移动轴的速度及加速度中的至少任一方的指令值变小。

2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

在上述移动轴的上述移动量比上述第一阈值大、且上述工具前端的上述移动量比上述第二阈值小时，上述修正部修正上述指令值，以随着上述工具前端的上述移动量变小而上述指令值逐渐变小。

3.根据权利要求1或2所述的机器人控制装置，其特征在于，

上述修正部构成为，在上述移动轴的上述移动量比上述第一阈值大、且上述工具前端的上述移动量比第三阈值小时，上述修正部对上述指令值进行修正，以使上述指令值变小至预定的下限值，

上述第三阈值比上述第二阈值小。