CN106457560A - 机器人的控制装置 - Google Patents

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Abstract

机器人(R)的控制装置(10)对由马达(M)驱动的机器人(10)的关节(J)的角度进行控制。控制装置(10)具备：对关节角度指令值进行计算的关节角度指令计算部(11)；对关节轴所产生的轴向力转矩进行计算的轴向力转矩计算部(12)；向关节角度指令值加上由轴向力转矩以及关节的弹簧常量计算出的关节的挠曲量而计算马达指令角度的弹性变形补偿部(13)；对机器人(R)与外部的构造物接触时的马达(M)的角度进行检测的停止位置检测部(15)；以及在停止位置检测部(15)输出马达(M)的角度后，替代关节角度指令值而输出由停止位置检测部(15)检测出的马达(M)的角度的指令角度切换部(16)。

Description

机器人的控制装置
技术领域
本发明涉及一种机器人的控制装置。
背景技术
作为根据关节角度的变化来决定姿态的机器人的一例而具有工业用机器人。例如，使用作为工业用机器人的一种的焊接机器人的焊接动作中，具有对要焊接的工件位置进行传感检测的被称作接触传感的动作。接触传感是指，在对焊矩施加有电压的状态下移动焊接机器人，将焊矩的焊丝与工件接触的位置(换句话说，检测出工件与焊丝之间的通电的位置)检测为工件位置的传感检测动作。
在该接触传感中，通常以检测出向工件接触时的机器人的姿态(换句话说，机器人的各关节的马达角度)为基础，检测工件的位置。但是，从检测出工件的接触时至获得机器人的姿态信息为止产生延迟。因此，当使焊丝高速移动而向工件接触时，在该延迟时间的期间，焊丝也较大移动，从而将与实际的工件位置偏离的位置检测为工件的位置。
因此，在使焊丝向工件接近时，使焊接机器人低速动作，以使得该焊丝低速移动。但是，若使焊接机器人低速动作，则产生传感检测耗费时间这样的其它问题。
作为解决这些问题的方法，专利文献1公开有自动焊接装置的工件检测方法，专利文献2公开有焊接机器人的焊丝接触传感方法。
专利文献1所公开的工件检测方法涉及一种自动焊接装置的工件检测方法，该自动焊接装置具有通电检测机构，该通电检测机构对消耗电极式焊矩选择性施加焊接电压和传感检测电压，在施加传感检测电压时检测从所述焊矩突出的消耗电极与工件之间的通电状态，其特征在于，对所述焊矩施加传感检测电压而使所述焊矩高速地接近所述工件，通过来自所述通电检测机构的通电检测输出使所述焊矩的动作停止，接着通过该通电检测输出使所述焊矩低速离开，利用所述通电检测机构检测来自所述工件的所述消耗电极的离开，并将来自所述通电检测机构的离开检测输出用作所述自动焊接装置的控制信号。
另外，专利文献2所公开的焊丝接触传感方法的特征在于，在移动施加有电压的焊丝并检测到该焊丝的短路信号时，使焊丝低速向相反方向移动，并将检测到短路消除信号的位置判断为被焊接体的实际存在位置。
在这些专利文献所公开的技术中，在对焊矩施加有电压的状态下，使焊丝与工件接触，在检测到与工件接触之后使机器人停止。然后，使焊丝以从工件离开的方式低速移动，基于焊丝与工件之间成为非通电状态时的机器人姿态来检测工件的位置。
若采用该方法，则能够在使焊丝高速接近工件之后暂时停止，并在之后的离开动作时检测工件的位置，因此传感检测时间也较短，从而能够高精度地检测工件位置。
对此，专利文献3中，作为使高速接近工件的焊丝停止的技术的一例，公开有工业用机械的加速减速方法。
专利文献3所公开的加速减速方法是用于控制如下的工业用机械中的移动机构的加速减速的工业用机械的加速减速方法，该工业用机械具备：与设置场所的关系近似第一弹簧振动系统的机台；以及具有移动机构的控制对象，该移动机构接收由在该机台上固定的致动器的动作而产生的力并在所述机台上移动，且与所述机台之间的关系近似于第二弹簧振动系统，其特征在于，在想要使所述移动机构以恒定的加速度进行加速减速的情况下，生成加速时间以及减速时间与基于所述机台以及所述致动器的质量的合计和所述第一弹簧振动系统的弹簧常量而决定的所述机台的固有振动周期的整数倍的时间相等那样的速度指令，并将基于所述速度指令而使所述移动机构移动那样的动作指令向所述致动器输出。
通过生成基于固有振动周期的上述的加速减速方法所带来的减速轨迹，能够使工业用机械无振动地停止。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平1-249268号公报
专利文献2：日本特开平7-308780号公报
专利文献3：日本特开2001-290541号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，如专利文献1、2所公开的那样，若在焊丝与工件接触时单纯地使机器人急速停止，则不仅是焊矩以及焊丝、机器人整体也产生振动。上述问题是作为现场的实际情况而被知晓的。在机器人振动的状态下直接使焊丝从工件离开时，无法准确地检测工件的位置。因此，在机器人产生振动的情况下，不得不使焊丝从工件的离开等待至机器人的振动收敛为止。因此，传感检测所需的时间变长。
在此，作为解决上述问题的方法，考虑使用使机器人无振动地停止的专利文献3所公开的技术。但是，专利文献3的技术是适用于使机器人停止的位置被预先确定的情况的技术。换句话说，在停止位置被预先确定的情况下，能够朝向该停止位置而生成减速轨迹，但如停止位置在工件接触时确定的焊丝接触传感动作那样，在停止位置未被预先确定的情况下无法生成减速轨迹。
另外，焊接机器人那样的具有多个关节的设备中，在各关节产生的振动也向其它的关节传播而成为非常复杂的振动，仅单纯地考虑固有振动周期无法抑制振动。因此，即便将专利文献3所公开的技术应用于焊丝接触传感动作，也无法抑制在机器人停止时产生的振动。
本发明是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于，提供一种在机器人的停止动作中能够在抑制机器人的振动的同时使其尽快地停止在所希望的位置的机器人的控制装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明所涉及的机器人的控制装置采用以下的技术手段。即，本发明所涉及的机器人的控制装置对由马达驱动的机器人的关节的角度进行控制，其特征在于，所述机器人的控制装置具备：关节角度指令计算部，其为了使所述机器人进行所希望的动作，计算并输出指示所述关节的角度的第一角度指令；轴向力转矩计算部，其基于所述机器人的动力学模型，计算当接收所述第一角度指令时根据所接收的所述第一角度指令进行动作的所述机器人的关节轴所产生的第一轴向力转矩；弹性变形补偿部，其在所述轴向力转矩计算部接收的所述第一角度指令所指示的关节的角度上加上由所述第一轴向力转矩以及表示所述机器人的关节的刚度的弹簧常量计算出的该关节的挠曲量，由此计算并输出指示所述马达的旋转角度的马达指令角度；停止位置检测部，其将所述机器人与外部的构造物接触时的所述马达的角度检测为马达检测角度并输出；以及指令角度切换部，其在所述停止位置检测部输出所述马达的角度时，替代由所述关节角度指令计算部输出的所述第一角度指令，将由所述停止位置检测部检测出的所述马达的角度输出为指示所述关节的角度的第二角度指令。
在此，也可以是，所述轴向力转矩计算部基于所述机器人的动力学模型，计算当接收所述第二角度指令时根据所接收的所述第二角度指令进行动作的所述机器人的关节轴所产生的第二轴向力转矩，所述弹性变形补偿部在所述轴向力转矩计算部所接收的所述第二角度指令所指示的关节的角度上加上所述第二轴向力转矩、以及所述关节的挠曲量，由此计算马达指令角度。
此外，也可以是，所述机器人的控制装置具备逆弹性变形补偿部，该逆弹性变形补偿部从所述马达检测角度中减去根据表示所述关节的刚度的弹簧常量与由所述轴向力转矩计算部输出的所述第一轴向力转矩或者所述第二轴向力转矩而计算出的所述关节的挠曲量，由此计算修正后马达检测角度，
替代所述马达检测角度，所述停止位置检测部检测并输出所述修正后马达检测角度。
在此基础上，也可以是，所述机器人的控制装置具备：FF转矩计算部，其基于所述机器人和马达的动力学模型，计算当接收所述第一角度指令时如所述第一角度指令那样使所述关节动作时所述马达所产生的FF转矩；位置速度控制部，其根据所输出的所述马达指令角度，输出指示使所述马达产生的转矩的转矩指令；以及转矩控制部，其根据在从所述位置速度控制部输出的转矩指令上加上所述FF转矩而成的指令值，控制所述马达。
发明效果
通过使用本发明所涉及的机器人的控制装置，在机器人的停止动作中，能够在抑制机器人的振动的同时使其尽快地停止在所希望的位置。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的多关节机器人即焊接机器人整体的概要结构的简图。
图2是示出本发明的实施方式的控制装置的概要结构的框图。
图3是示出本发明的第一实施方式的上位控制器的概要结构的框图。
图4是示意性示出本实施方式的机器人的关节所存在的挠曲要素(弹性变形要素)的说明图。
图5是示出本实施方式的伺服放大器的概要结构的框图。
图6A是示出通过本实施方式(第一实施方式)的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第二轴的马达动作的图表。
图6B是示出通过本实施方式(第一实施方式)的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第二轴的臂动作的图表。
图6C是示出通过本实施方式(第一实施方式)的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第三轴的马达动作的图表。
图6D是示出通过本实施方式(第一实施方式)的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第三轴的臂动作的图表。
图7A是示出通过不具备停止位置检测部以及指令角度切换部的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第二轴的马达动作的图表。
图7B是示出通过不具备停止位置检测部以及指令角度切换部的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第二轴的臂动作的图表。
图7C是示出通过不具备停止位置检测部以及指令角度切换部的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第三轴的马达动作的图表。
图7D是示出通过不具备停止位置检测部以及指令角度切换部的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人第三轴的臂动作的图表。
图8是示出本发明的第二实施方式的上位控制器的概要结构的框图。
图9A是示出通过本实施方式(第二实施方式)的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第二轴的马达动作的图表。
图9B是示出通过本实施方式(第二实施方式)的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第二轴的臂动作的图表。
图9C是示出通过本实施方式(第二实施方式)的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第三轴的马达动作的图表。
图9D是示出通过本实施方式(第二实施方式)的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人的第三轴的臂动作的图表。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式所涉及的机器人的控制装置进行详细说明。
需要说明的是，对于在以下说明的各实施方式中共用的相同的构成构件标注相同的附图标记以及相同的名称。因此，对于标注有相同的附图标记以及相同的名称的构成构件，不重复相同的说明。
[第一实施方式]
参照图1～图6以及图7A～7D，对本发明的第一实施方式所涉及的机器人R的控制装置10进行说明。
首先，对基于本实施方式所涉及的控制装置10的机器人R的通常控制方法进行说明。由本实施方式所涉及的控制装置10控制的机器人R是具有至少一个以上的关节J、通过马达M的驱动(旋转)来变更该关节J的角度而进行动作的(变更姿态的)机器人。控制装置10控制马达M的旋转而变更关节的角度，由此使该机器人R动作。
在本实施方式中，作为通过上述的控制装置10来控制动作的机器人R，例示出多关节的焊接机器人R。
图1是示出多关节机器人即焊接机器人R整体的概要结构的简图。焊接机器人R(以下，仅称作机器人R)例如是6轴的垂直多关节型且具备6个关节J(J1～J6)，在前端轴设有焊矩1，利用从焊矩1送出的焊丝2来进行电弧焊接。该机器人R例如进行使焊矩1沿着连结焊接开始点与焊接结束点的焊缝方向移动、并且使焊丝2以预先确定的振幅以及频率进行倾动的动作(摆动动作)。上述那样的机器人R的动作由控制装置10控制，其动作预先被控制装置10示教。
图2是示出控制装置10的概要结构的图，且是示出伺服放大器SA(SA1～SA6)的概要结构的框图。如图2所示，机器人R的控制装置10大致由控制机器人R整体的动作的上位控制器C1、控制机器人的关节J(J1～J6)的马达M(M1～M6)的动作的伺服放大器SA(SA1～SA6)构成。上位控制器C1、伺服放大器SA以及机器人R彼此通过通信线路连接，并经由该通信线路进行信息传递。
接下来，参照图3以及图4，对上位控制器C1和伺服放大器SA(SA1～SA6)进行说明。图3是示出上位控制器C1的概要结构的框图。
图3所示的上位控制器C1生成相对于后述的伺服放大器SA的指令值，以使得机器人R根据预先存储的机器人R的动作信息(通常，称作示教数据)动作。上位控制器C1具备关节角度指令计算部11、轴向力转矩计算部12、弹性变形补偿部13以及FF转矩计算部14，还具备停止位置检测部15以及指令角度切换部16。
关节角度指令计算部11为了使机器人R进行所希望的动作而计算并输出指示关节J的角度的关节角度指令值，基于预先存储的机器人R的动作信息(示教数据)，从机器人R的前端即焊矩1的姿态进行逆变换而将机器人R的各关节J的角度指令值(关节角度指令值θL)生成为第一角度指令。机器人R的动作信息有时为机器人R的各关节J的角度自身，在该情况下，关节角度指令计算部11将作为动作信息的各关节J的角度直接设为各关节J的关节角度指令值。
关节角度指令计算部能够将所生成的关节角度指令值θL作为用于使马达M动作的指令角度即马达指令角度θM，并向后述的伺服放大器SA直接输出。换句话说，也可以单纯地将马达指令角度θM设为与机器人R的关节角度(臂角度)相等，但由于机器人R的关节J具有图4所示那样的挠曲要素(弹性变形要素)，因此实际上马达指令角度θM≠机器人关节角度。因此，在准确地使机器人R动作的情况下，对于因该挠曲(弹性变形)产生的误差量进行补偿。将该补偿称作弹性变形补偿。
图4是示意性示出在机器人R的关节J存在的挠曲要素(弹性变形要素)的说明图。马达M的旋转轴与臂A之间的减速机G等成为弹性变形要素，马达角度和关节角度不一定一致。
接下来，对进行该弹性变形补偿的轴向力转矩计算部12以及弹性变形补偿部13进行说明。
轴向力转矩计算部12在接收第一角度指令即关节角度指令值θL时，将根据所接收的关节角度指令值θL进行动作的机器人R的关节轴所产生的转矩τL作为第一轴向力转矩，并基于机器人R的动力学模型进行计算。具体来说，轴向力转矩计算部12使用下式(1)所示的机器人R的动力学模型并根据机器人R的关节角度指令值θL来计算并输出关节J所产生的轴向力转矩即转矩τL。
θL：机器人的关节角度指令值
施加于臂的惯性力
施加于臂的离心力、科里奥利力
G(θL)：施加于臂的重力
施加于臂的摩擦力
弹性变形补偿部13将由转矩τL以及表示机器人R的关节J的刚度的弹簧常量计算的该关节J的挠曲量加上轴向力转矩计算部12所接收的关节角度指令值θL指示的关节J的角度，计算并输出指示马达M的旋转角度的马达指令角度。具体来说，弹性变形补偿部13从轴向力转矩计算部12接收转矩τL，基于所接收的转矩τL，如下式(2)那样求出关节J的挠曲量(τL/K)，使用该求出的关节J的挠曲量，计算并输出指示马达M的旋转角度的马达指令角度θM。
θM＝θL+τL/K 式(2)
θM：马达指令角度
K：与关节的挠曲量相关的弹簧常量
弹性变形补偿部13将由上述的式(2)计算出的各关节J相对于马达M的马达指令角度θM向后述的伺服放大器SA输出并传递。例如，在机器人R是6轴的多关节机器人且关节J具有6个的情况下，将第一轴～第六轴的6个关节J(J1～J6)相对于马达M1～M6的6个马达指令角度θM1～θM6向后述的伺服放大器SA1～SA6输出。
另一方面，为了使机器人R高精度地动作，除上述的轴向力转矩的计算和弹性变形补偿以外，还采用组合有反馈(FB)控制和前馈(FF)控制的双自由度控制。在此，反馈控制是指，基于马达指令角度θM等指令值与机器人R等控制对象的状态(关节角度等的实测值)的比较而进行的控制。另一方面，前馈控制是指，采用使用作为控制对象的机器人R的模型而被给予的指令值，预测朝向按照该指令值用于使机器人R动作的马达M的输入的控制。
双自由度控制的优点是，能够通过基于前馈控制的模型的控制来补偿消除在仅利用反馈控制时相对于指令值的机器人动作的控制延迟这样的影响，能够利用该双自由度控制按照指令值使马达M动作。在此需要的是，基于机器人R的模型，计算用于使该机器人R按照指令值动作的输入、即马达M的驱动转矩τr。
FF转矩计算部14在接收第一角度指令即关节角度指令值θL时，基于机器人R和马达M的动力学模型来计算在按照计算出的关节角度指令值θL进行动作时马达M所产生的FF转矩。具体来说，FF转矩计算部14基于机器人R的动力学模型和马达M的动力学模型并利用例如以下所示的式(3)～(5)来计算并输出用于使机器人R按照指令值进行动作的马达M的驱动转矩τr(称作FF转矩τr)。
θL:机器人的关节角度指令值
施加于臂的惯性力
施加于臂的离心力、科里奥利力
G(θL):施加于臂的重力
施加于臂的摩擦力
θM:马达的指令角度
施加于马达的惯性力
施加于臂的摩擦力
τr＝τL+τM 式(5)
FF转矩计算部14将由上述的式(3)～(5)计算出的、使各马达M按照指令值进行动作所需要的FF转矩τr向后述的伺服放大器SA输出并传递。例如，在机器人R为6轴的多关节机器人且关节J具有6个的情况下，将第一轴～第六轴的6个关节J1～J6相对于马达M1～M6的6个FF转矩τr1～τr6向后述的伺服放大器SA1～SA6传递。
接下来，参照图2以及图5，对伺服放大器SA进行说明。图5是示出伺服放大器SA的内部结构的框图，图2所示的伺服放大器SA(SA1～SA6)分别具有图5所示的结构。
伺服放大器SA接收从上位控制器C1输出的指令值即马达指令角度θM以及FF转矩τr，并根据这些指令值使马达M动作，并具有位置速度控制部17以及转矩控制部18。伺服放大器SA相对于第一轴～第六轴的马达M(M1～M6)分别各设置一个。例如，设于马达M1的伺服放大器SA1接收马达指令角度θM1以及FF转矩τr1，并根据这些接收到的指令值使马达M1动作，设于马达M2的伺服放大器SA2接收马达指令角度θM2以及FF转矩τr2，并根据这些接收到指令值使马达M2动作。
伺服放大器SA的位置速度控制部17根据从上位控制器C1输出的马达指令角度θM，并输出指示马达M所产生的转矩的转矩指令。具体来说，位置速度控制部17基于由上位控制器C1计算出的马达指令角度θM、由马达M所附带的编码器等角度检测装置检测出的马达检测角度θFB以及马达检测速度d(θFB)，主要进行反馈处理。而且，位置速度控制部17计算例如用于使机器人R的第三轴的关节按照马达指令角度θM3进行动作的转矩。
转矩控制部18根据向从位置速度控制部17输出的转矩指令加上FF转矩τr而成的指令值来控制马达M。具体来说，转矩控制部18向位置速度控制部17计算出的转矩加上由上位控制器C1计算出的FF转矩τr，控制马达M并使马达M动作，以便产生所希望的转矩。
上位控制器C1以及伺服放大器SA中的上述结构是进行本实施方式的机器人R的动作控制的控制装置10的基本结构。该动作控制中的特征在于如下两点：一点是进行补偿关节J的挠曲的弹性变形补偿；另一点是进行基于机器人R的动力学模型来计算用于按照指令值进行动作的转矩的双自由度控制。
本实施方式的控制装置10具备这两点的动作控制，因此能够使上述的机器人那样的具有多个关节的复杂的机体按照指令值动作，换言之，能够无振动地进行动作。
其中，上述的动作控制在使机器人R始终基于根据预先确定的、换句话说预先存储的动作信息(示教数据)的指令值而动作的情况下有效。在没有预先存储的机器人R的动作信息(示教数据)、新制作动作信息(示教数据)时的机器人动作中，控制装置10难以仅通过上述的结构使机器人R按照指令值动作。
具体来说，在制作焊接机器人等的示教数据时，如图1所示，以把握工件W的位置以及形状为目的，进行使在机器人R的前端轴设置的焊矩1的焊丝2移动至与工件W接触为止的接触传感动作。该接触传感动作是对于本领域技术人员来说公知的机器人动作，但在焊丝2与工件W接触的位置必须使机器人R的动作立即停止。这样，当使机器人R在未预先确定的位置紧急停止时，在机器人R整体产生因关节J的弹性变形等产生的振动，尤其是设有焊矩1的前端轴附近产生较大的振动。
本实施方式的控制装置10以在如接触传感动作那样停止位置未被预先确定的情况下也抑制在机器人动作的紧急停止时产生的机器人R的振动为目的，如图3所示具备停止位置检测部15以及指令角度切换部16。
停止位置检测部15将机器人R与外部的构造物即工件W接触时的该马达M的角度检测为马达检测角度并输出。具体来说，停止位置检测部15在接触传感动作等中焊矩1的焊丝2与工件W接触时，检测并记录该工件接触被检测出时的马达检测角度θFB(马达检测角度θFB1～θFB6)。
指令角度切换部16在停止位置检测部15输出马达M的角度时，替代由关节角度指令计算部11输出的关节角度指令值θL，将由停止位置检测部15检测到的马达M的角度输出为指示关节J的角度的第二角度指令。具体来说，指令角度切换部16接收关节角度指令计算部11所输出的关节角度指令值θL，并且接收停止位置检测部15所检测出的马达检测角度θFB。而且，指令角度切换部16在未检测到工件接触时输出关节角度指令值θL，在检测到工件接触时替代关节角度指令值θL而将马达检测角度θFB输出为第二角度指令。由此，指令角度切换部16将关节角度指令值θL切换为马达检测角度θFB。
从指令角度切换部16输出的关节角度指令值θL以及马达检测角度θFB经过上述的轴向力转矩计算部12以及弹性变形补偿部13的处理。具体来说，轴向力转矩计算部12在接收第二角度指令即马达检测角度θFB时，将根据所接收的马达检测角度θFB而进行动作的机器人R的关节轴所产生的转矩τL作为第二轴向力转矩，并基于机器人R的动力学模型进行计算。此外，弹性变形补偿部13向轴向力转矩计算部12所接收的马达检测角度θFB指示的关节J的角度加上第二轴向力转矩即转矩τL、以及关节J的挠曲量而计算马达指令角度。该计算出的马达指令角度作为马达指令角度θM而向伺服放大器SA输出，并且经过上述的FF转矩计算部14的处理而作为FF转矩τr向伺服放大器SA输出。
若利用以上说明的具备上位控制器C1以及伺服放大器SA的控制装置10来控制机器人R的动作，例如，在制作示教数据时的机器人动作等、需要在未预先确定的位置使机器人R紧急停止的动作中，能够使机器人R无振动地尽快停止。
参照图6A～图6D以及图7A～图7D，对本实施方式的控制装置10的效果进行说明。图6A～图6D是示出通过本实施方式的控制装置10来进行接触传感动作时的、机器人R的第二轴以及第三轴的马达M以及臂的动作的图表。图7A～图7D是示出通过不具备停止位置检测部15以及指令角度切换部16的控制装置来进行接触传感动作时的、机器人R的第二轴以及第三轴的马达M以及臂的动作的图表。
参照图6A～图6D，若使用本实施方式的控制装置10，知晓在第二轴以及第三轴中，均在从时间3秒(s)所示的工件接触时刻起0.05秒(s)后的3.05秒之后，不使臂角度发生较大变化，换句话说，不发生振动地停止，能够使机器人R无振动地尽快停止。
与之相对，参照图7A～图7D，知晓在使用不具备停止位置检测部15以及指令角度切换部16的控制装置10时，在3.05秒之后，臂角度也发生较大变化，振动持续，无法使机器人R无振动地尽快停止。
[第二实施方式]
接下来，参照图8以及图9A～图9D，对本发明的第二实施方式所涉及的机器人R的控制装置20进行说明。图8是示出本实施方式的上位控制器C2的概要结构的框图。
本实施方式的控制装置20的结构与第一实施方式的控制装置10的结构相比，不同点在于，与第一实施方式的上位控制器C1相当的上位控制器C2具备逆弹性变形补偿部21，逆弹性变形补偿部21以外的结构与第一实施方式的控制装置10的结构相同。因此，以下，记载针对逆弹性变形补偿部21的说明、以及控制装置20具备逆弹性变形补偿部21来获得的效果。
首先，参照由第一实施方式说明的图6A～图6D，第二轴以及第三轴均成功抑制因紧急停止产生的振动，但3.05秒之后的臂角度、即机器人停止位置与由实线表示的工件接触时的位置稍微偏离。这是因为，利用指令角度切换部16单纯地将关节角度指令值θL置换为在工件接触时所记录的马达检测角度θFB。
换句话说，这是因为利用在工件接触时所记录的马达检测角度来置换将机器人关节角度。如第一实施方式所述那样，由于马达指令角度θM≠机器人关节角度，因此若将关节角度指令值θL单纯地置换为马达检测角度θFB，则偏离了关节J的挠曲量。
本实施方式的控制装置20为了解决该机器人停止位置与工件接触时的位置偏离这样的问题，具备逆弹性变形补偿部21。
逆弹性变形补偿部21从马达检测角度θFB中减去通过由轴向力转矩计算部12输出的转矩τL(第一轴向力转矩或者第二轴向力转矩)和表示关节的刚度的弹簧常量计算出的关节的挠曲量，并计算修正后马达检测角度。具体来说，逆弹性变形补偿部21以由轴向力转矩计算部12计算出的转矩τL为基础，对马达检测角度θFB进行下式(6)所示的修正(减法)，生成新修正后的马达检测角度(修正后马达检测角度)，并向停止位置检测部15输出。
修正后马达检测角度
θFB:马达检测角度
K:与关节的挠曲量相关的弹簧常量
而且，停止位置检测部15替代马达检测角度θFB而检测并记录修正后马达检测角度，并且输出修正后马达检测角度，进行与上述的第一实施方式相同的处理。指令角度切换部16接收关节角度指令计算部11所输出的关节角度指令值θL，并且接收停止位置检测部15所检测到的修正后马达检测角度，进行与第一实施方式相同的动作。
本实施方式的控制装置20的技术要点在于，将利用逆弹性变形补偿部21修正检测到工件接触时的马达检测角度而成的修正后马达检测角度从指令角度切换部16替代机器人关节角度(关节角度指令值θL)输出。
即，本实施方式的弹性变形补偿部13如上所述，通过向轴向力转矩计算部12所接收的关节角度指令值θL指示的关节的角度加上机器人R的关节J的挠曲量，对机器人R自身所存在的弹性变形的影响进行补偿。通过该补偿，能够抑制因机器人R的紧急停止产生的振动，但在停止后，弹性变形补偿部13的补偿仍在作用，在与工件接触时的位置稍微偏离的状态下，机器人R停止。
对此，准备具有与弹性变形补偿部13的特性完全相反的特性的逆弹性变形补偿部21，通过将由逆弹性变形补偿部21修正的修正后马达检测角度从指令角度切换部16替代机器人关节角度输出，能够抵消机器人R的停止后的弹性变形补偿部13的补偿。
因此，本实施方式的控制装置20若具备具有上述的逆弹性变形补偿部21的上位控制器C2而控制机器人R的动作，例如在制作示教数据时的机器人动作等、需要在未预先确定的位置使机器人R紧急停止的动作中，能够使机器人R无振动地尽快且准确地停止在所希望的停止位置(工件接触时的位置附近)。因此，能够解决机器人停止位置与工件接触时的位置偏离这样的问题。
参照图9A～图9D对本实施方式的控制装置20的效果进行说明。图9A～图9D是示出通过本实施方式的控制装置20来进行接触传感动作时的、机器人R的第二轴以及第三轴的马达M以及臂的动作的图表。
参照图9A～图9D，若使用本实施方式的控制装置20，知晓在第二轴以及第三轴中，均在从时间3秒(s)所示的工件接触时刻起0.05秒(s)后的3.05秒之后，臂角度不发生较大变化，换句话说，不进行振动地停止，能够使机器人R无振动地尽快停止。在此基础上，机器人停止位置与由实线表示的工件接触时的位置几乎一致，机器人停止位置基本不与工件接触时的位置偏离。
需要说明的是，这次公开的实施方式的全部点皆为例示，应认为并非限制性内容。本发明的范围并非由上述的说明示出而是由权利要求书示出，并意图包括与权利要求书均等的含义以及范围内的所有变更。尤其是在这次公开的实施方式中，未明确公开的事项例如运转条件、操作条件、各种参数、构成物的尺寸、重量、体积等采用不脱离本领域技术人员通常实施的范围、只要是普通的本领域技术人员就能够容易想到的值。
本申请基于2014年6月2日申请的日本专利申请(日本特愿2014-114086)，将其内容援引于此。
附图标记说明：
10、20 控制装置
11 关节角度指令计算部
12 轴向力转矩计算部
13 弹性变形补偿部
14 FF转矩计算部
15 停止位置检测部
16 指令角度切换部
17 位置速度控制部
18 转矩控制部
21 逆弹性变形补偿部
J 关节
M 马达
R 焊接机器人(机器人)
W 工件(外部的构造物)
C1、C2 上位控制器
SA 伺服放大器

Claims (4)

1.一种机器人的控制装置，该机器人的控制装置对由马达驱动的机器人的关节的角度进行控制，其特征在于，
所述机器人的控制装置具备：
关节角度指令计算部，其为了使所述机器人进行所希望的动作，计算并输出指示所述关节的角度的第一角度指令；
轴向力转矩计算部，其基于所述机器人的动力学模型，计算当接收所述第一角度指令时根据所接收的所述第一角度指令进行动作的所述机器人的关节轴所产生的第一轴向力转矩；
弹性变形补偿部，其在所述轴向力转矩计算部所接收的所述第一角度指令所指示的关节的角度上加上由所述第一轴向力转矩以及表示所述机器人的关节的刚度的弹簧常量计算出的该关节的挠曲量，由此计算并输出指示所述马达的旋转角度的马达指令角度；
停止位置检测部，其将所述机器人与外部的构造物接触时的所述马达的角度检测为马达检测角度并输出；以及
指令角度切换部，其在所述停止位置检测部输出所述马达的角度时，替代由所述关节角度指令计算部输出的所述第一角度指令，将由所述停止位置检测部检测出的所述马达的角度输出为指示所述关节的角度的第二角度指令。
2.根据权利要求1所述的机器人的控制装置，其特征在于，
所述轴向力转矩计算部基于所述机器人的动力学模型，计算当接收所述第二角度指令时根据所接收的所述第二角度指令进行动作的所述机器人的关节轴所产生的第二轴向力转矩，
所述弹性变形补偿部在所述轴向力转矩计算部所接收的所述第二角度指令所指示的关节的角度上加上所述第二轴向力转矩以及所述关节的挠曲量，由此计算马达指令角度。
3.根据权利要求2所述的机器人的控制装置，其特征在于，
所述机器人的控制装置具备逆弹性变形补偿部，该逆弹性变形补偿部从所述马达检测角度中减去根据表示所述关节的刚度的弹簧常量与由所述轴向力转矩计算部输出的所述第一轴向力转矩或者所述第二轴向力转矩而计算出的所述关节的挠曲量，由此计算修正后马达检测角度，
替代所述马达检测角度，所述停止位置检测部检测并输出所述修正后马达检测角度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人的控制装置，其特征在于，
所述机器人的控制装置具备：
FF转矩计算部，其基于所述机器人和马达的动力学模型，计算当接收所述第一角度指令时如所述第一角度指令那样使所述关节动作时所述马达所产生的FF转矩；
位置速度控制部，其根据所输出的所述马达指令角度，输出指示使所述马达产生的转矩的转矩指令；以及
转矩控制部，其根据在从所述位置速度控制部输出的转矩指令上加上所述FF转矩而成的指令值，控制所述马达。
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