CN107199562B - 机器人控制装置和机器人控制方法 - Google Patents

机器人控制装置和机器人控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供机器人控制装置和机器人控制方法。即使在机器人(1)处于接近特异姿势的状态的情况下，也能够保证在机器人(1)的控制点产生的动作方向(Dx)的力为指定值以下。本发明的机器人控制装置(2)构成为控制具有能够绕旋转轴旋转的多个关节部(J1～J6)的机器人(1)，具备：取得部(21)，其构成为能够检测多个关节部(J1～J6)的旋转角；判断部(22)，其构成为根据多个关节部(J1～J6)的旋转角判断机器人(1)是否处于接近特异姿势的状态；以及控制部(23)，其构成为在判断为机器人(1)处于接近特异姿势的状态的情况下以使得不同时旋转的方式控制应旋转的多个关节部(J2/J3)。

Description

机器人控制装置和机器人控制方法
技术领域
本发明涉及机器人控制装置和机器人控制方法。
背景技术
以往，已知有控制与人协作地进行作业的机器人的技术(例如，参照专利文献1等)。
专利文献1：日本特表2015-511544
在ISO10218-1中的针对与人协作地进行作业的机器人的要求事项中，需要保证在该机器人的控制点(TCP：Tool Center Point)产生的力为指定值(例如150N)以下。
在此，控制该机器人的机器人控制装置构成为使用各关节部的旋转轴的转矩来计算在机器人的控制点产生的力。
然而，在该机器人处于特异姿势的状态的情况下(即，在该机器人的特异点)，该机器人控制装置无法计算在该机器人的控制点产生的力。具体而言，如图6所示，在该机器人的关节部J1/J2旋转而从图6的虚线所示的状态变化成图6的实线所示的状态的情况下，该机器人的控制点朝方向D进行动作，但是，在该机器人为特异姿势的状态下，该机器人控制装置无法计算在该控制点产生的动作方向Dx的力。
其结果是，存在无法保证在该机器人的控制点产生的力为指定值以下的问题。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供机器人控制装置和机器人控制方法，即使在机器人处于接近特异姿势的状态的情况下，也能够保证在该机器人的控制点产生的动作方向的力为指定值以下。
本发明的第1特征的主旨在于，机器人控制装置控制具有能够绕旋转轴旋转的多个关节部的机器人，所述机器人控制装置具备：取得部，其构成为能够取得所述多个关节部的旋转角；判断部，其构成为根据所述多个关节部的旋转角来判断所述机器人是否处于接近特异姿势的状态；以及控制部，其构成为在判断为所述机器人处于接近特异姿势的状态的情况下，以使得应旋转的所述多个关节部不同时旋转的方式进行控制。
本发明的第2特征的主旨在于，机器人控制方法控制具有能够绕旋转轴旋转的多个关节部的机器人，包括以下步骤：取得所述多个关节部的旋转角；根据所述多个关节部的旋转角判断所述机器人是否处于接近特异姿势的状态；以及在判断为所述机器人处于接近特异姿势的状态的情况下，以使得应旋转的所述多个关节部不同时旋转的方式进行控制。
发明效果
根据本发明，能够提供机器人控制装置和机器人控制方法，即使在机器人处于接近特异姿势的状态的情况下，也能够保证在该机器人的控制点产生的动作方向的力为指定值以下。
附图说明
图1是示出实施方式的机器人系统的一例的图。
图2是示出实施方式的机器人控制装置的功能框的一例的平面图。
图3是示出实施方式的机器人的动作的一例的图。
图4是示出实施方式的机器人的动作的一例的图。
图5是示出实施方式的机器人的控制方法的一例的流程图。
图6是示出现有的机器人的动作的一例的图。
标号说明
100：机器人系统；1：机器人；2：机器人控制装置；21：取得部；22：判断部；23：控制部；24：输出部；J1～J6：关节部；Dx：动作方向；P：控制点。
具体实施方式
以下，参照图1～图5对一个实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式的机器人系统100具备机器人1和以控制机器人1的方式构成的机器人控制装置(机器人控制器)2。
在本实施方式中，机器人1具有臂，所述臂具有多个关节部J1～J6。该多个关节部J1～J6构成为能够绕各自的旋转轴(未图示)旋转。
另外，在本实施方式中，机器人1是以与人协作地进行作业为前提而构成的，因此，如上所述，构成为在机器人1的控制点(Tool Center Point)P产生的力被机器人控制装置2控制成指定值(例如150N)以下。在此，在本实施方式中，设机器人1的控制点P是安装于机器人1的臂的末端的工具(Tool)的代表性的点。
在本实施方式中，如图1所示，作为机器人1，例示出具有臂的多轴机器人，该臂具有关节部J1～J6，但是，关节部(即旋转轴)的数量不限于6个。例如，该机器人1也可以是具备具有7个以上关节部(即旋转轴)的臂的多轴机器人，也可以是具备具有2个以上且5个以下的关节部(即旋转轴)的臂的多轴机器人。此外，在本实施方式中，如图1所示，作为机器人1，例示出单臂机器人，但是，该机器人1也可以是双臂以上的多臂机器人。
此外，在机器人1处于特异姿势的情况下(即，在该机器人1的特异点)，机器人控制装置2无法计算在机器人1的控制点P产生的动作方向Dx的力。
在此，机器人1处于特异姿势的状态(机器人1的特异点)意味着无法得到机器人1的反向运动学计算的解的状态。此外，反向运动学计算意味着根据机器人1的控制点P的动作来求出各关节部J1～J6的位置和角度的计算。
机器人控制装置2构成为控制上述机器人1，如图2所示，具备取得部21、判断部22、控制部23和输出部24。
取得部21构成为能够取得多个关节部J1～J6的旋转角和转矩。
例如，也可以构成为：取得部21利用编码器和分解器来检测并取得多个关节部J1～J6的旋转角，也可以构成为：取得部21根据驱动多个关节部J1～J6各自的致动器(未图示)的旋转角和减速器(未图示)的减速比来计算并取得多个关节部J1～J6的旋转角。
或者，也可以构成为：取得部21能够检测多个关节部J1～J6的旋转轴的转矩，根据该转矩来计算并取得多个关节部J1～J6的旋转角。
此外，也可以构成为：取得部21根据设置于多个关节部J1～J6各自的转矩传感器等来检测多个关节部J1～J6的旋转轴的转矩。
或者，也可以构成为：取得部21根据驱动多个关节部J1～J6各自的致动器的输出转矩、电流值和减速器的减速比来检测多个关节部J1～J6的旋转轴的转矩，也可以构成为：取得部21根据其它方法来检测多个关节部J1～J6的旋转轴的转矩。
判断部22构成为根据由取得部21取得的多个关节部J1～J6的旋转角来判断机器人1是否处于接近特异姿势的状态。
控制部23构成为，在由判断部22判断为机器人1处于接近特异姿势的状态的情况下，以使得应旋转的多个关节部J2/J3不同时旋转的方式进行控制。
即，控制部23构成为，在判断部22判断为机器人1处于接近特异姿势的状态的情况下，以使得应旋转的多个关节部逐个旋转的方式进行控制。
在此，控制部23构成为，在由判断部22判断为机器人1处于接近特异姿势的状态的情况下，能够决定应逐个旋转的关节部。
例如，控制部23构成为：在由判断部22判断为机器人1处于接近特异姿势的状态的情况下，如图3所示，在使关节部J2向动作方向D1旋转之后，如图4所示，使关节部J3向动作方向D2旋转。
根据上述结构，在机器人1处于接近特异姿势的状态的情况下，使多个关节部(图3和图4的示例中的关节部J2/J3)逐个旋转，因此，在机器人1的控制点P不会产生无法计算的动作方向Dx的力，因此，能够计算在该机器人1的控制点P产生的力。
另一方面，控制部23构成为：在由判断部22判断为机器人1不处于接近特异姿势的状态的情况下，能够使多个关节部J2/J3同时旋转。
根据上述结构，在机器人1不处于接近特异姿势的状态的情况下，通过使多个关节部J2/J3同时旋转，能够提高机器人1的作业效率。
此外，控制部23也可以构成为：根据来自用户的指示，决定使多个关节部(图3和图4的示例中的关节部J2/J3)旋转的顺序。
根据上述结构，考虑到配置在机器人1周围的工具等，能够沿着对用户来说方便的轨道来移动机器人1的臂。
此外，控制部23也可以构成为：事先设定使多个关节部(图3和图4的示例中的关节部J2/J3)旋转的顺序，在判断部22判断为机器人1处于接近特异姿势的状态的情况下，根据上述设定来决定使多个关节部(图3和图4的示例中的关节部J2/J3)旋转的顺序。
此外，控制部23也可以构成为：根据来自用户的指示来变更用于判断机器人1处于接近特异姿势的状态的条件。
该条件也可以根据各关节部的J1～J6的位置、角度等而规定。例如，判断部22也可以构成为：在各关节部的J1～J6的位置和角度成为规定的位置和角度的情况下，判断为机器人1处于接近特异姿势的状态。
根据该特征，通过与各种状态对应地变更应判断为机器人1处于接近特异姿势的状态的范围，能够更安全地保证在该机器人1的控制点P产生的力为指定值以下。
此外，控制部23也可以构成为：根据来自用户的指示，停止使多个关节部逐个旋转的控制。即，控制部23也可以构成为：在停止了该控制的情况下，即使在判断部22判断为机器人1处于接近特异姿势的状态的情况下，也以使得应旋转的多个关节部同时旋转的方式进行控制。
根据该特征，在机器人1没有与人协作的情况下，能够使该机器人1进行通常动作，因此，能够提高该机器人1的动作速度。
而且，控制部23还可以构成为：根据多个关节部J1～J6的转速来变更用于判断机器人1处于接近特异姿势的状态的条件。也可以构成为：该多个关节部J1～J6的转速由上述取得部21取得。
根据该特征，在多个关节部J1～J6的转速较快的情况下，通过扩大应判断为机器人1处于接近特异姿势的状态的范围，能够更安全地保证在该机器人1的控制点P产生的力为指定值以下。
输出部24构成为，在判断为机器人1处于接近特异姿势的状态、且多个关节部J2/J3同时旋转的情况下，输出警报。此外，输出部24也可以构成为：当多个关节部J1～J6产生了异常转矩时，输出警报。
控制部23也可以构成为：当输出部24输出了警报时，以使机器人1的动作停止的方式进行控制。在该情况下，控制部23也可以构成为：根据用户的指示来恢复机器人1的动作。
根据该结构，在判断为机器人1处于接近特异姿势的状态、且多个关节部J2/J3同时旋转的情况下，通过停止机器人1的动作，能够更安全地实现机器人1与人的协作。
以下，参照图5，对本实施方式的机器人控制装置2控制机器人的动作的一例进行说明。
如图5所示，机器人控制装置2在步骤S101中取得多个关节部J1～J6的旋转角，在步骤S102中，根据多个关节部J1～J6的旋转角来判断机器人1是否处于接近特异姿势的状态。
在判断为机器人1处于接近特异姿势的状态的情况下，本动作前进至步骤S103，在判断为机器人1不处于接近特异姿势的状态的情况下，本动作前进至步骤S104。
机器人控制装置2在步骤S103中以使得应旋转的多个关节部逐个旋转的方式进行控制(即，以使得多个关节部不同时旋转的方式进行控制)，在步骤S104中，以使得应旋转的多个关节部同时旋转的方式进行控制，即，进行通常的控制。
根据本实施方式的机器人系统100，即使在机器人1处于接近特异姿势的状态的情况下，也能够保证在该机器人1的控制点P产生的动作方向Dx的力为指定值以下。

Claims (9)

1.一种机器人控制装置，其控制具有能够绕旋转轴旋转的多个关节部的机器人，其特征在于，
所述机器人控制装置具备：
取得部，其构成为能够取得所述多个关节部的旋转角；
判断部，其构成为根据所述多个关节部的旋转角来判断所述机器人是否处于接近特异姿势的状态；以及
控制部，其构成为在判断为所述机器人处于接近特异姿势的状态的情况下，以使得应旋转的所述多个关节部不同时旋转的方式进行控制，
所述判断部构成为：在所述多个关节部的位置和角度成为规定的位置和角度的情况下，判断为所述机器人处于接近特异姿势的状态。
2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述控制部构成为：在判断为所述机器人不处于接近特异姿势的状态的情况下，能够使所述多个关节部同时旋转。
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，
所述机器人控制装置还具备输出部，该输出部构成为：在判断为所述机器人处于接近特异姿势的状态、且所述多个关节部同时旋转的情况下，输出警报。
4.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述取得部构成为检测所述多个关节部的转矩，根据所述转矩取得所述多个关节部的旋转角。
5.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述控制部构成为根据来自用户的指示，决定使所述多个关节部旋转的顺序。
6.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述控制部根据来自用户的指示，变更用于判断所述机器人处于接近特异姿势的状态的条件。
7.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述控制部构成为根据来自用户的指示，停止使所述多个关节部逐个旋转的控制。
8.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述控制部构成为根据所述多个关节部的转速，变更用于判断所述机器人处于接近特异姿势的状态的条件。
9.一种机器人控制方法，控制具有能够绕旋转轴旋转的多个关节部的机器人，其特征在于，包括以下步骤：
利用编码器和分解器取得所述多个关节部的旋转角；
根据所述多个关节部的旋转角来判断所述机器人是否处于接近特异姿势的状态；以及
在判断为所述机器人处于接近特异姿势的状态的情况下，以使得应旋转的所述多个关节部不同时旋转的方式进行控制，
在所述判断的步骤中，在所述多个关节部的位置和角度成为规定的位置和角度的情况下，判断为所述机器人处于接近特异姿势的状态。
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