CN107639634A - 机器人设备、机器人控制方法和记录介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人设备、机器人控制方法和记录介质。一种机器人设备，其包括：机器人臂；机器人手，其由机器人臂支撑并配置成握持第一工件；力传感器，其配置成从机器人手接收力；以及控制单元，其配置成对机器人臂的操作进行阻抗控制，使得第一工件与第二工件接触，其中，控制单元执行：第一处理，以用于移动机器人手以及将在阻抗控制开始之前获取的值设定为第一目标值，以及第二处理，以用于基于第一目标值进行阻抗控制。根据本发明，抑制了过量负载反复作用在力传感器和机器人臂上以及过量负载作用在每个工件上的情况，并且即使由机器人手握持的第一工件的质量有变化，也可以执行高精度装配操作。

Description

机器人设备、机器人控制方法和记录介质

技术领域

本发明涉及用于进行阻抗控制的机器人控制技术。

背景技术

通过将多个连杆经关节部联接起来而构成铰接的机器人臂。作为末端执行器的机器人手通过力传感器附接到机器人臂前边缘的连杆上。

机器人的操作由控制装置控制。控制装置控制机器人的操作，从而允许机器人执行各种生产操作。作为生产操作，例如，存在用于将第一工件装配到第二工件的装配操作。具体来说，第二工件固定在保持工具上，以及通过机器人把第一工件装配到第二工件上。在装配操作时，控制装置进行阻抗控制，使得：当第一工件在朝向装配到第二工件的移动方向上移动的同时，使机器人臂以减小在与移动方向垂直交叉的方向上的力检测值的方式动作。

另一方面，在装配操作时，机器人手的重量和由机器人手握持的第一工件的重量施加到力传感器。当机器人臂动作时，由于机器人手的自重和第一工件的重量，机器人手中发生振动。通常，在阻抗控制中，旨在使机器人臂在减小力传感器检测值的方向上动作。因此，如果在第一工件与第二工件接触之前开始阻抗控制，则由于机器人臂的前边缘在微小振动的同时动作，所以要校正机器人手在振动方向(作为力施加方向)上的位置。因此，存在第一工件相对于第二工件的偏差量会增加并且装配操作会失败的情况。

另一方面，日本专利申请特开No.2010-142909提出了这样一种技术，其中，直到由机器人手握持的第一工件与第二工件接触为止之前，通过位置控制来操作机器人臂，并且在与第二工件接触之后，通过阻抗控制来操作机器人臂。

根据日本专利申请特开No.2010-142909所公开的技术，通过检查力传感器检测值是否等于或大于阈值来判断第一工件是否已与第二工件接触。作为力传感器的检测值，其包括重力分量，诸如机器人手的重量、第一工件的重量等。例如，当第一工件移动的移动方向是垂直交叉重力方向的方向时，也就是说，当其为水平方向时，重力分量在垂直交叉移动方向的方向上与力检测分量重叠。因此，根据日本专利申请特开No.2010-142909所公开的技术，通过算术运算从机器人的取向和末端执行器的质量获取适于补偿包含在力传感器检测值中的重力分量的重力补偿值，并且通过重力补偿值来校正检测值。

然而，有这样的情况：如果在第一工件与第二工件接触时把控制从位置控制切换到阻抗控制，则过量的负载经由机器人手作用在力传感器上。还有一种情况是，过量负载也作用在每个工件上。

也就是说，在位置控制中，控制机器人臂的操作使得第一工件保持在目标位置。当由机器人手握持的第一工件与第二工件接触时，第一工件将通过从第二工件接收的外力在偏离目标位置的方向上移动。在位置控制中，由于控制机器人臂以把第一工件沿着消除位置偏差的方向上推压和返回，所以将第一工件压向第二工件的力增加。因此，存在这样的情况：当由机器人手握持的第一工件与第二工件接触时，会对每个工件和力传感器施加过量的负载。还有一种情况是：当过量的负载反复地作用在力传感器上时，则力传感器发生劣化、力传感器的检测精度降低或力传感器被破坏。还有一种情况是：当过量的负载反复地作用在机器人臂上时，机器人臂发生劣化或被破坏。此外，还有一种情况是：每个工件的质量以及制造制品的质量由于装配操作而劣化。

由机器人手握持的实际第一工件的质量会有变化。因此，作为第一工件的质量，如果通过使用预定值(设计值等)对重力补偿值进行算术运算，则由于第一工件的质量有变化，所以由第一工件质量变化产生的误差被包括在重力补偿值中。由于机器人手造成的第一工件夹持位置偏离引起的误差也包括在重力补偿值中。因此，在以预定的重力补偿值进行重力补偿的机器人臂阻抗控制中，难以执行精确的组装操作。

发明内容

因此，本发明的一个方面是抑制过量负载反复地作用在力传感器和机器人臂上的情况，并且抑制过量负载作用在每个工件上的情况，从而使得即使由机器人手握持的第一工件的质量有变化，也能够执行高精度装配操作。

根据本发明的一个方面，一种机器人设备，其包括：机器人臂；机器人手，其由机器人臂支撑并配置成握持第一工件；力传感器，其配置成从机器人手接收力；以及控制单元，其配置成对机器人臂的操作进行阻抗控制，使得第一工件与第二工件接触，其中，控制单元执行：第一处理，以用于移动机器人手以及将在阻抗控制开始之前获取的值设定为第一目标值，以及第二处理，以用于基于第一目标值进行阻抗控制。

根据本发明的另一方面，一种机器人控制方法，机器人具有机器人臂、由机器人臂支撑并配置成握持第一工件的机器人手、以及配置成从机器人手接收力的力传感器，该方法用来对机器人臂的操作进行阻抗控制以使第一工件与第二工件接触，该方法包括：第一步骤：移动机器人手，以及将在阻抗控制开始之前获取的值设定为第一目标值，以及第二步骤：基于第一目标值进行阻抗控制。

根据本发明的又一方面，一种制品制造方法，机器人具有机器人臂、由机器人臂支撑并配置成握持第一工件的机器人手、以及配置成从机器人手接收力的力传感器，对机器人臂的操作进行阻抗控制，以及制造出使第一工件与第二工件接触的制品，该方法包括：第一步骤：移动第一工件，以及把在阻抗控制开始之前获取的值设定为第一目标值，以及第二步骤：基于第一目标值进行阻抗控制。

根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得显而易见。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的机器人设备的示意构造的图。

图2是示出在第一实施例中机器人手已位于操作开始位置的状态的示意图。

图3是示出根据第一实施例的制品制造方法(机器人控制方法) 的流程图。

图4A、图4B和图4C是用于描述在执行装配操作时机器人的操作的图。

图5A、图5B和图5C是用于描述在执行装配操作时机器人的操作的图。

图6是示出力传感器检测值相对于时间和握持工件的机器人手的移动速度的说明图。

图7是示出在第二实施例中机器人手已位于操作开始位置的状态的示意图。

具体实施方式

现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。

第一实施例

图1是示出根据第一实施例的机器人设备的示意构造的图。机器人设备100是布置在工厂等的生产线上的生产设备。机器人设备100 构造成具有作为工作机器人的机器人200和用于控制机器人200的操作的控制装置300。机器人200具有垂直铰接(例如六关节)的机器人臂201和作为支撑在机器人臂201前边缘处的末端执行器的机器人手202。机器人200还具有设置在机器人臂201和机器人手202之间的力传感器203。

机器人臂201具有多个连杆210至216，并且构造成使得多个连杆210至216可旋转地或可转动地(可摆动地)通过关节进行联接。机器人臂201的基部边缘(连杆210)构成基部构件并固定到支架150 上。也就是说，机器人臂201的基部边缘(连杆210)是固定边缘，以及机器人臂201的前边缘(连杆216)是自由边缘。机器人手202 通过力传感器203附接到机器人臂201的前边缘(连杆216)。

机器人手202具有多个手指，可以通过闭合多个手指来握持作为第一工件的工件W1，并且可以通过打开多个手指来释放工件W1的握持。支架150设有用于保持作为第二工件的工件W2的保持工具 160。工件W1是环形构件。工件W2是具有圆筒部的构件，在圆筒部上装配工件W1。由机器人手202握持的工件W1与工件W2接触、或组装在工件W2上、或装配在工件W2上，从而制造出物品。工件 W1和W2的形状不限于上述那些。例如，工件W1可以是圆筒形构件，工件W2可以是具有装配孔的构件。

力传感器203检测施加到机器人手202或机器人臂201的前边缘的力(从机器人手202或机器人臂201的前边缘接收的力)。力传感器 203是六轴力传感器。由三个彼此垂直交叉的轴Sx，Sy和Sz组成的传感器坐标系Σs的原点Os设定到机器人臂201的前边缘，也就是说，设定到力传感器203。由力传感器203检测到的力由在三个彼此垂直交叉的轴Sx，Sy和Sz的方向上的力分量(Fx，Fy，Fz)和围绕各轴 Sx，Sy和Sz的力矩分量(Mx，My，Mz)组成。因此，力传感器203 可以检测从任何方向作用在机器人臂201的前边缘上的力。作为力传感器203，可以使用静电电容型、应变片型、光学型和其它类型中的任何一种传感器。

控制装置300具有CPU(中央处理单元)301作为控制单元(处理单元)。控制装置300还具有ROM(只读存储器)302、RAM(随机存取存储器)303和HDD(硬盘驱动器)304作为存储单元。控制装置300还具有记录盘驱动器305、多个(与机器人臂201的关节数量相同数量，六个)伺服控制电路311和接口321、322。虽然控制装置300的组成元件已被封装在同一壳体中，但是它们可以被布置在不同的壳体中。伺服控制电路311可以布置在机器人臂201中。

ROM 302、RAM 303、HDD 304、记录盘驱动器305、伺服控制电路311和接口321、322通过总线310连接到CPU 301。

诸如BIOS等的基本程序已存储在ROM 302中。RAM 303是用于临时存储各种数据(诸如，CPU 301的算术运算处理结果等)的存储装置。HDD 304是用于存储CPU 301的算术运算处理结果、从外部获取的各种数据等的存储装置。HDD304也记录程序350以用于允许CPU301执行各种算术运算处理。CPU301根据记录(存储)在HDD 304 中的程序350执行机器人控制方法(物品制造方法)的每个步骤。通过机器人语言记述的机器人操作程序已经存储在HDD 304中。记录盘驱动器305可以读出记录在记录盘360中的各种数据、程序等。

CPU301通过向每个伺服控制电路311输出位置指令来控制各机器人200的操作。每个伺服控制电路311设置在机器人臂201的每个关节处，连接到用于驱动每个关节的电机(未示出)，并且根据位置指令来驱动电机。

力传感器203连接到接口321。接口321将力传感器203的检测结果输出到CPU301作为可由CPU301进行处理的信号，并且显示检测值。

外部存储装置330(诸如，可重写非易失性存储器、外接HDD等) 连接到接口322。

虽然将针对计算机可读记录介质是HDD 304并且程序350存储在 HDD 304中的情况来描述第一实施例，但是本发明不限于这种情况。程序350可以记录在任何记录介质中，只要是计算机可读记录介质即可。例如，作为用于提供程序350的记录介质，可以使用图1所示的 ROM 302、记录盘360、外部存储装置330等。现在将介绍一个具体的示例。作为记录介质，可以使用软盘、HDD、SSD、CD-ROM、 DVD-ROM、磁带、诸如USB存储器等的非易失性存储器、ROM等等。尽管将描述HDD 304用作存储单元的情况，但也可以使用SSD 或可重写非易失性存储器。

由三个彼此垂直交叉的轴Xo，Yo和Zo组成的绝对坐标系Σo的原点O设定到机器人臂201的基边缘。工具中心点(TCP)设定在机器人200的前边缘，也就是机器人手202中。TCP由表示位置的三个参数和表示取向的三个参数来表示，而采用设定在机器人臂201基边缘中的绝对坐标系原点O作为基准。在存储在作为存储单元的HDD 304 中的机器人操作程序中记述了作为TCP目标值的教导点。

CPU301根据机器人操作程序中记述的插值方法在教导点之间插值，并且通过逆运动学计算来生成机器人臂201的轨迹数据，该轨迹数据转换为每个关节的值。作为在教导点之间插值的插值方法，可以使用各种方法，诸如线性插值、圆弧插值、关节插值、样条插值、B样条插值、贝塞尔曲线等。轨迹数据是每一定时间(例如，每1msec) 的一组位置指令。位置指令表示每个电机的目标旋转位置。CPU301 通过向每个伺服控制电路311输出位置指令来控制机器人臂201的操作。

作为对机器人臂201的操作的控制，存在位置控制和阻抗控制。在位置控制中，以通过绝对坐标系Σo的三个轴Xo，Yo，Zo将设定在机器人200的指尖中的TCP成为目标位置的方式来控制机器人臂 201的操作。换句话说，以使得机器人臂201的每个关节的关节角度等于目标关节角度的方式来控制机器人臂201的操作，也就是说，每个关节的电机的旋转位置等于目标旋转位置。此时，机器人臂201的操作的控制不考虑力传感器203检测出的力的检测值。因此，当外力作用在机器人200的指尖上时，进行控制以抵抗外力使TCP保持在目标位置。因此，如果在进行位置控制时外力作用在机器人200的指尖上，则进行控制以提高机器人臂201的刚性。

在阻抗控制中，机器人臂201的操作按以下方式控制：在下文描述的死区范围之外的区域中，由力传感器203检测到的力的检测值接近目标值(更具体地说是0)。因此，如果外力作用在机器人200的指尖上，则进行控制以在外力作用的方向上移动指尖。例如，如果因为机器人手202握持的工件W1钩挂在工件W2上等而使外力作用在工件W1上，则外力通过握持工件W1的机器人手202传播到力传感器203。因此，以使得减小由力传感器203检测到的外力的方式也就是在解消钩挂的方向上控制机器人臂201的操作。因此，当进行阻抗控制时，进行控制以增加机器人臂201的灵活性。

图2是示出在第一实施例中机器人手已位于操作开始位置的状态的示意图。

在第一实施例中，执行用于将工件W1装配到工件W2的装配操作，并且制造已经将工件W1装配到工件W2的物品W0。在执行装配操作时，CPU 301选择性地执行位置控制或阻抗控制。

力传感器203固定在连杆216的凸缘表面上。传感器坐标系Σs 的Sz轴在与凸缘表面垂直的方向上延伸。机器人手202附接到力传感器203的前边缘并且握持工件W1。作为待装配工件的工件W2的中心轴线C2在与绝对坐标系Σo的Xo轴平行的方向上固定。

在第一实施例中，传感器坐标系Σs的Sz轴和绝对坐标系Σo的 Xo轴进入平行的状态，并且在传感器坐标系Σs的Sx轴和绝对坐标系Σo的Zo轴平行的状态下执行将工件W1装配到工件W2的装配操作。图2示出了以使工件W1的中心轴线C1与工件W2的中心轴线C2重叠的方式控制机器人臂201的状态。如图2所示，在第一实施例中，将工件W1未与工件W2接触的位置假设为开始装配操作的操作开始位置(也就是说，开始阻抗控制的位置)。从工件已经被定位到此操作开始位置的状态起，工件W1在作为Xo轴方向(Sz轴方向)的移动方向D上移动，并且执行将工件W1装配到工件W2的装配操作。

图3是示出根据第一实施例的制品制造方法(也就是说，机器人控制方法)的流程图。图4A至图4C和图5A至图5C是用于描述在执行装配操作时机器人200的操作的图。图6是示出力传感器的检测值相对于时间以及握持工件的机器人手的移动速度的说明图。将假定执行装配操作的移动方向D是水平方向的情况来描述第一实施例。

图4A是示出工件W1已移动到位置PA的状态的图。图4B是示出工件W1已移动到位置PB的状态的图。图4C是示出工件W1已移动到位置PC的状态的图。图5A是示出工件W1已移动到位置PD的状态的图。图5B是示出工件W1已移动到位置PE的状态的图。图 5C是示出机器人200已从工件W1缩回的状态的图。

位置PA是在由机器人手202握持之后工件W1移动到下一个位置PB的过程中工件W1的位置。位置PB是工件W1面对工件W2 并且工件W1不与工件W2接触的位置。例如，位置PB是工件W1 和W2之间的间隔等于10mm的位置。位置PC是工件W1面对工件 W2并且工件W1不与工件W2接触的位置，并且是开始装配操作的位置，也就是开始阻抗控制的位置(操作开始位置)。位置PC是比位置PB更靠近工件W2的位置。例如，位置PC是工件W1和W2之间的间隔等于5mm的位置。这些位置PA、PB和PC是已通过教导预设的位置。位置PD是工件W1与工件W2接触的位置。位置PE是工件W1到工件W2装配完成的位置，也就是说结束阻抗控制的位置(操作完成位置)。

在完成工件W1移动到位置PA之后，机器人臂201从位置PA到位置PE连续地操作。

首先，CPU301控制机器人臂201的操作，使得工件W1从由机器人手202握持工件W1的位置PA(图4A)移动到位置PB(图4B) (S1)。在步骤S1中，CPU301通过位置控制来控制机器人臂201的动作。通过位置控制，工件W1面对工件W2，使得工件W1的中心轴线C1几乎与工件W2的中心轴线C2重合。

随后，CPU301开始机器人臂201的控制(位置控制)，使得在工件W1已被机器人手202握持的状态下工件W1从位置PB(图4B) 移动到位置PC(图4C)(S2)。此时，期望速度Vx是恒定的并且例如设定为35mm/sec。这里，“速度恒定”不仅仅限于速度例如Vx确切不变的情况，而且包括速度最大值和最小值之差的绝对值等于或小于其 10％的情况。在这种情况下，CPU 301控制机器人臂201的操作，并且在将机器人臂201的前边缘的取向保持恒定取向的同时使机器人臂 201的前边缘在移动方向D上移动。也就是说，在步骤S2中，CPU301 控制机器人臂201的操作使得工件W1在移动方向D上移动。

机器人手202具有重量WG₂，由机器人手202握持的工件W1也具有重量WG₁(图2)。在机器人臂201的操作期间，机器人手202 因机器人手202握持的工件W1的惯性力和机器人手202的惯性力而振动。具体来说，力传感器203具有弹簧构件(挠性构件)和检测弹簧构件变形的装置。力传感器203的弹簧构件因工件W1的惯性力和机器人手202的惯性力而变形，使得机器人手202振动。此振动出现在力传感器203的力检测值上。此振动通常在重力方向上出现。例如，如图6所示，在力传感器203的Sx轴方向上的力的检测值Fx振荡。

因此，当工件W1从位置PB动作到位置PC时，CPU301获取力传感器203的力的检测值(数据)(S3)。CPU301判断工件W1是否已到达位置PC(S4)。如果工件W1尚未到达(S4：否)，则处理流程返回到步骤S3，并继续从力传感器203获取数据直至工件W1到达位置 PC为止。通过步骤S3和S4的处理循环获取的力传感器203的数据的数量可以适当地确定。在第一实施例中，例如，数据的采样周期设定为1微秒，并且从位置PB到位置PC的采样时间设定为0.2秒。

以此方式，CPU 301控制机器人臂201的操作，以便在步骤S2 至S4将工件W1从位置PB移动到位置PC。此时，如果速度Vx是恒定的，则可以操作机器人臂201，以便不引起机器人手202和工件 W1的加速(恒定速度处理，恒定速度步骤)。此时，期望直线地移动机器人手202和工件W1，以便不引起机器人手202和工件W1的加速。

如果确定工件W1已经到达位置PC(图4C)(S4：是)，则CPU301 将获取检测值Fx，Fy的中心值和相对中心值的最大振幅值，以便从力传感器203的检测值获取目标值(S5：算术运算处理，算术运算步骤)。也就是说，在步骤S5中，在机器人手从位置PB移动到位置PC 的时间段中在轴Sx和Sy的方向(作为与力传感器203的移动方向D 交叉(垂直交叉)的方向)上获取的力检测值的中心值以及振动的振幅被获取。

在下文中将基于检测值Fy等于0并且机器人手202已仅在重力方向上振动的假设来描述第一实施例。也就是说，如图6所示，在从位置PB到位置PC执行恒定速度处理的时间段中获取的检测值Fx的中心值Fcx和相对中心值Fcx的最大幅度值ΔFx被获取。CPU 301将这些值Fcx和ΔFx存储到诸如图1中的HDD 304等的存储单元中。上述处理被称为第一处理。这里，“中心值”是通过低通滤波器(例如 50Hz)从由力传感器获取的数据中滤除高频分量而获取的值的总数据的平均值。

随后，CPU301基于第一目标值进行阻抗控制(第二处理)。在第一实施例中，在进行阻抗控制以使检测值Fx接近第一目标值(在这种情况下为中心值Fcx)时，控制机器人臂的操作使得工件W1在移动方向D上从位置PC(图4C)移动到位置PE(图5B)(S6至S14：装配处理)。在这种情况下，期望进行阻抗控制以使机器人臂201按以下方式操作：在移动方向D上移动工件W1的同时，由力传感器203 检测到的力检测值中的在与移动方向垂直交叉(交叉)的方向上的检测值Fx接近中心值Fcx。以此方式，当工件W1到达位置PC时， CPU301将机器人臂201的操作控制从位置控制切换到阻抗控制。

在步骤S8至S10中，CPU301基于第一目标值在从位置PC(图 4C)到位置PD(图5A)的时间段进行阻抗控制。在第一实施例中，将第一目标值视为检测值(在这种情况下，认为检测值Fx与中心值 Fcx相同)，并进行阻抗控制。期望从位置PC到位置PD的时间段是在工件W1从位置PC开始移动之后直到力传感器的检测值超过第三目标值(在这种情况下，此检测值Fx应使检测值Fx相对中心值Fcx 的偏差|Fx–Fcx|和振幅值ΔFx相等)为止的时间段。

在下文中将具体描述步骤S6和后续步骤中的处理。CPU 301使力传感器203初始化(S6)。具体来说，如图6所示，CPU301将检测值 Fx校正为使用中心值Fcx作为基准的值。通过中心值Fcx，从检测值 Fx中减去由于机器人手202的重量WG₂和工件W1的重量WG₁引起的重力分量。

如上所述，每当执行用于将工件W1装配到工件W2的装配操作时，测量作为重力补偿值的中心值Fcx。因此，即使由机器人手202 握持的工件W1的重量WG₁变化，也能够精确地补偿重力分量。即使机器人手202中的工件W1的握持位置发生变化，也可以精确地补偿重力分量。

随后，在阻抗控制开始(S7)的同时，CPU 301开始从位置PC的移动(S8)。在阻抗控制中，进行控制使得校正后的检测值Fx接近0。

CPU301控制机器人臂201的操作，使得工件W1以预定速度在从位置PC到位置PD的时间段移动。也就是说，防止了在机器人手 202(工件W1)中发生加速的情况。

此时，期望在步骤S2至S4的处理之后，CPU 301可以使工件 W1在移动方向D上以与通过这些处理移动工件W1时的速度相同的速度Vx移动。也就是说，期望在与第一处理中的条件相同的条件下移动工件W1。这是因为，通过这些处理，机器人手202的振动状态几乎与在第一处理的情况相同。

CPU301将振幅值ΔFx设定为死区，并且判断校正后的检测值Fx 是否等于或大于第三目标值。在这种情况下，判断校正后的检测值Fx 是否等于或大于死区ΔFx(S9)。如果校正后的检测值Fx小于死区ΔFx (S9：否)，则认为校正后的检测值Fx等于0(S10)。也就是说，认为从力传感器203检测的(即未校正的)的检测值Fx与中心值Fcx(第一目标值)相等。

也就是说，设备处于在从位置PC到位置PD的时间段工件W1 不与工件W2接触以及机器人手202以类似于步骤S2至S4处理的方式振动的状态。因此，在机器人手202振动的时间段内，设置死区ΔFx 并进行阻抗控制。

假设在不设置死区ΔFx的情况下进行阻抗控制，则需校正机器人手202(工件W1)在振动方向(即，外力作用的方向)上的位置。因此，工件W1的中心轴线C1相对于工件W2的中心轴线C2的偏差量有增加的风险。

另一方面，在第一实施例中，由于在直到通过步骤S9和S10使工件W1与工件W2接触为止的时间段中校正后的检测值Fx被视为0，所以中心轴线C1相对中心轴线C2的偏差量可以减小。具体来说，此偏差量可以设定为与机器人手202振动一样的偏差量。因此，可以把工件W1从位置PC理想地引导到位置PD。

如果在步骤S9中确定校正后的检测值Fx等于或大于死区ΔFx (S9：是)，则由于工件W1与工件W2接触，CPU301取消死区(S11) 并继续进行阻抗控制。假设确定在步骤S9中的判断结果为“是”之后执行的处理是第三处理。

在第一实施例中，在与移动方向D交叉(垂直交叉)的交叉方向上，通过阻抗控制来使工件W1与工件W2接触。也就是说，与位置控制的情况一样，希望不把会消除当工件W1与工件W2接触时发生的交叉方向上的偏差的力施加到工件W1和W2。因此，由于只有在当工件W1与工件W2接触时的接触力被施加到工件W1和W2，所以可以抑制对工件W1和W2以及力传感器203施加过量负载的情况。

在继续进行工件W1在移动方向D上的移动时，CPU301判断在与移动方向D交叉的方向上的力的检测值Fx是否等于或小于预设阈值THx(S12)。如果确定检测值Fx大于阈值THx(S12：否)，则由于工件W1已与工件W2接触并且装配操作已失败，CPU301停止机器人臂201的操作(S18)。

如果确定检测值Fx等于或小于阈值THx(S12：是)，则CPU301 判断检测值Fz是否等于或大于第二目标值(在这种情况下为阈值 THz)(S13)。如果确定检测值Fz小于阈值THz(S13：否)，则CPU 301返回到步骤S12，并且在移动方向D上移动工件W1的同时继续进行阻抗控制。

如果确定检测值Fz等于或大于作为第二目标值的阈值THz(S13：是)，则CPU301结束阻抗控制(S14)。以此方式，在步骤S11至S14 的阻抗控制中，由于消除了死区ΔFx，所以通过阻抗控制进行的装配操作可以基于力传感器203的检测值以高灵敏度执行。因此，能够抑制工件W1在装配操作中被钩挂在工件W2上的情况，并且能够高精度地进行装配操作。

由于在第一实施例中将检测值Fy视为0，所以假设第二目标值是 z方向上的值。然而，可以根据机器人手的移动方向来选择适当的方向。并不总是需要将第二目标值设定为一个方向，而是可以将其设定为两个或三个方向。

CPU301判断工件W1是否已到达位置PE(图5B)(S15)。如果确定工件W1已经到达位置PE(S15：是)，则由于装配操作成功， CPU301释放对工件W1的握持(S16)。假设直至确定工件W1已经到达位置PE为止所执行的那些处理是第三处理。如图5C所示，CPU301 控制机器人臂201，使得机器人手202缩回到缩回位置(S17)。

如果确定工件W1尚未到达位置PE(S15：否)，则由于装配操作失败，CPU301停止机器人臂201的操作(S18)。

如上所述，根据第一实施例，由于设置了死区ΔFx并且在工件 W1从位置PC移动到位置PD的时间段内进行阻抗控制，所以能够抑制过量负载反复地作用在机器人臂201和力传感器203上(尤其是作用在力传感器203上)的情况。因此，可以抑制机器人臂201和力传感器203发生劣化或破坏的情况。能够抑制过量负载作用在各工件 W1和W2上的情况。因此，各个工件W1和W2的质量得到改善，并因此制品W0的质量得到改善。

在第一实施例中，不需要预先获取工件W1的重量的数据。即使由机器人手202握持的第一工件W1的质量有变化，或者即使工件 W1相对机器人手202的握持位置有变化，但是由于测量了中心值Fcx 并且对每个工件W1进行了重力补偿，因此也可以高精度地执行装配操作。

根据第一实施例，当直线地移动工件W1并执行装配操作时，可以确保在阻抗控制时的线性。根据第一实施例，当工件W1从位置PC 移动到位置PD时，可以在不减小工件W1的移动速度的情况下执行装配操作。

虽然上面已经描述了在Sx轴方向上发生振动的情况，但是即使在Sy轴方向上发生振动时，按与上述方式类似的方式提供死区并进行阻抗控制也足够。根据本实施例，步骤S12中的阈值设定为“THx”，即使在使用阈值THz方向的情况下也不会产生问题。

第二实施例

随后，将描述根据第二实施例通过机器人设备制造制品的方法，也就是机器人控制方法。图7是示出在第二实施例中机器人手已位于操作开始位置的状态的示意图。

在第二实施例中，由于机器人设备的构造与在第一实施例中相同，因此省略对各组成元件的说明。在第二实施例中，执行装配操作的每个工件的形状不同。作为第一工件的工件W11是以45度弯曲的L形圆筒构件。

因此，在机器人臂201的前边缘相对水平状态倾斜45°的状态下，其在作为水平方向的Xo轴方向上移动，并且执行将工件W11装配到作为第二工件的工件W12的装配操作。也就是说，存在这样的位置关系，其中，传感器坐标系Σs的Sx轴相对于绝对坐标系Σo的Zo轴倾斜45°，并且传感器坐标系Σs的Sz轴相对于绝对坐标系Σo的Xo轴倾斜45°。工件W11的重量WG₁₁的方向和机器人手202的重量WG₁₂的方向相对于传感器坐标系Σs的Sx轴倾斜45°。

在第二实施例中，工件W11的移动方向D和传感器坐标系Σs不重合。因此，在步骤S5中，获取在作为移动方向D的Xo轴方向上的力和在用作与此方向垂直交叉的方向的Zo轴方向和Yo轴方向上的力，将其作为力传感器203的三个方向值Fx，Fy和Fz的检测值。在第二实施例的情况下，重力分量包括在Zo轴方向上的力中。因此，在第二实施例中，以与第一实施例相同的方式获取Zo轴方向上的力的中心值和振幅值，并在步骤S6中初始化力传感器203。

因此，在步骤S6至S14的装配处理中，在工件W11在Xo轴方向上移动的同时，进行阻抗控制使得在Zo轴方向和Yo轴方向上的力的检测值接近0。

以与第一实施例类似的方式，在步骤S9中，将在步骤S5中获取的振幅值设定为死区。在工件W11从操作开始位置开始移动之后直至检测值相对于Zo轴方向中心值的偏差超过振幅值为止的时间段中，检测值等于中心值。也就是说，将力传感器203的检测值校正为使用第一目标值(在这种情况下为中心值)作为基准的值，校正后的检测值被认为是0，并进行阻抗控制。

因此，根据第二实施例，即使待装配的工件的形状不同，也可以以与第一实施例类似的方式执行装配操作。

本发明不限于上述实施例，在本发明的技术构思范围中可以有多种变型。实施例中公开的效果只是由本发明引起的最理想的效果。根据本发明的效果不限于实施例中公开的效果。

本发明的实施例还可以通过系统或设备的计算机来实现，该计算机读出并执行记录在存储介质(也可以更全面地称为“非暂态计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)，以执行上述一个或多个实施例中的功能；和/或该计算机包括一个或多个电路(例如专用集成电路(ASIC))，以执行上述一个或多个实施例中的功能；以及本发明的实施例还可以通过由系统或设备的计算机执行的方法来实现，通过例如从存储介质中读出并执行计算机可执行指令来执行上述一个或多个实施例中的功能和/或控制一个或多个电路来执行上述一个或多个实施例中的功能。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)，微处理单元(MPU))，并且可以包括各个计算机或各个处理器的网络以读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统存储器、光盘(诸如光盘(CD)、数字通用盘(DVD)或蓝光盘(BD)^TM)、闪速存储器装置和存储卡等中的一种或多种。

尽管上面已经针对机器人臂201是垂直铰接机器人臂的情况描述了实施例，但是本发明不限于此。例如，机器人臂可以是各种机器人臂，诸如水平铰接的机器人臂、平行连杆的机器人臂、正交机器人等。

在上述实施例中，当力的检测值等于或大于死区时，取消死区。然而，即使在力检测值等于或大于死区之后，如果装配长度短或检测值不受振动的很大影响，则不需要取消死区。

尽管上面已经针对进行装配操作的第一工件的移动方向是水平方向的情况描述了实施例，但是本发明不限于此。移动方向可以是竖直方向、倾斜方向等中的任何一个。

根据本发明，能够抑制过量负载反复作用在力传感器上的情况。抑制了过量负载作用在每个工件上的情况。即使由机器人手握持的第一工件的质量有变化，也可以高精度地进行装配操作。

虽然已经参考示例性实施方案描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方案。以下权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以便涵盖所有变型以及等同的结构和功能。

Claims (16)

1.一种机器人设备，其包括：

机器人臂；

机器人手，其由机器人臂支撑并配置成握持第一工件；

力传感器，其配置成从机器人手接收力；以及

控制单元，其配置成对机器人臂的操作进行阻抗控制，使得第一工件与第二工件接触，

其中，控制单元执行：

第一处理，以用于移动机器人手以及将在阻抗控制开始之前获取的值设定为第一目标值，以及

第二处理，以用于基于第一目标值进行阻抗控制。

2.根据权利要求1的机器人设备，其中，在第二处理之后，控制单元执行第三处理，用于进行阻抗控制直到力传感器的检测值等于或大于预设的第二目标值为止。

3.根据权利要求2的机器人设备，其中，在第二处理中，控制单元将检测值校正为将第一目标值用作基准的值，并将校正后的检测值视为0。

4.根据权利要求1的机器人设备，其中，在第一处理中，控制单元以预定速度将机器人手移动到操作开始位置。

5.根据权利要求1的机器人设备，其中，在第二处理中，控制单元将机器人手移动的速度设定为与第一处理中机器人手移动的速度相同的速度。

6.根据权利要求1的机器人设备，其中，在第二处理中，控制单元将机器人手移动的方向设定为与第一处理中机器人手移动的方向相同的方向。

7.根据权利要求1的机器人设备，其中，控制单元在第一处理中移动机器人手的方向是水平方向。

8.根据权利要求4的机器人设备，其中，由控制单元在第一处理中使用的检测值是在与机器人手从操作开始位置朝向操作完成位置移动的移动方向交叉的方向上的值。

9.根据权利要求1的机器人设备，其中，控制单元把在第一处理中开始阻抗控制之前获取的值设定为第三目标值，并且执行第二处理一段时间直到力传感器的检测值超过第三目标值。

10.一种机器人控制方法，机器人具有机器人臂、由机器人臂支撑并配置成握持第一工件的机器人手、以及配置成从机器人手接收力的力传感器，该方法用来对机器人臂的操作进行阻抗控制以使第一工件与第二工件接触，该方法包括：

第一步骤：移动机器人手，以及将在阻抗控制开始之前获取的值设定为第一目标值，以及

第二步骤：基于第一目标值进行阻抗控制。

11.根据权利要求10的方法，还包括第三步骤：在第二步骤之后进行阻抗控制直到力传感器的检测值等于或大于预设的第二目标值为止。

12.根据权利要求10的方法，其中，把在第一步骤中开始阻抗控制之前获取的值设定为第三目标值，并且执行第二步骤一段时间直到力传感器的检测值超过第三目标值为止。

13.一种制品制造方法，机器人具有机器人臂、由机器人臂支撑并配置成握持第一工件的机器人手、以及配置成从机器人手接收力的力传感器，对机器人臂的操作进行阻抗控制，以及制造出使第一工件与第二工件接触的制品，该方法包括：

第一步骤：移动第一工件，以及把在阻抗控制开始之前获取的值设定为第一目标值，以及

第二步骤：基于第一目标值进行阻抗控制。

14.根据权利要求13的方法，还包括第三步骤：在第二步骤之后进行阻抗控制直到力传感器的检测值等于或大于预设的第二目标值为止。

15.根据权利要求13的方法，其中，把在第一步骤中开始阻抗控制之前获取的值设定为第三目标值，并且执行第二步骤一段时间直到力传感器的检测值超过第三目标值为止。

16.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现根据权利要求10所述机器人控制方法的步骤。