CN108568814B

CN108568814B - 机器人以及机器人的控制方法

Info

Publication number: CN108568814B
Application number: CN201810187042.9A
Authority: CN
Inventors: 鹫头伸一; 铃木元; 王凯濛
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2038-03-07
Also published as: JP2018149606A; JP6717768B2; DE102018001676B4; DE102018001676A1; US20180257227A1; US11000949B2; CN108568814A

Abstract

本发明提供进行考虑了生产线中的运用的学习控制的机器人以及机器人的控制方法。控制装置对根据传感器检测出的控制对象部位的位置与目标位置之差即差分量进行计算，在不超过为了增加或减少机器人机构部的动作速度而设定的动作速度变更率的最大值的范围内，且在控制对象部位产生的振动的允许条件的范围内，多次增加或减少动作速度变更率，同时进行根据为了抑制各次动作速度变更率中的振动而在以前计算出的校正量和差分量，重复计算新的校正量的学习，并且在校正量以及动作速度变更率收敛之后，存储收敛时的校正量以及动作速度变更率。

Description

机器人以及机器人的控制方法

技术领域

本发明涉及机器人的控制技术，特别是涉及进行考虑了生产线的运用的学习控制的机器人以及机器人的控制方法。

背景技术

使机器人动作高速化，缩短单件产品生产时间(tact time)直接关系到生产效率。但是，在使机器人动作以一定以上的程度高速化的情况下，因减速机以及机器人手臂的刚性不足等原因，会导致在机器人末端部产生振动。作为这样问题的应对方法，提出了如下方法：通过在机器人末端部安装传感器来计量工作中的振动，一边使机器人动作高速化一边学习控制机器人末端部的振动(例如，参照日本特开2011-167817号公报)。

在实际的生产线中，取决于机器人末端部的振动大小，存在机器人无法对作业对象物正确地进行作业的情况或对作业对象物造成伤害的情况。因此，不论学习过程中以及学习结束之后，振动的允许值都非常重要。当振动超过允许值时，由于无法满足生产线上的要求，因此存在降低动作速度而再次进行学习这样的不便。此外，对于以怎样的程度来降低动作速度，操作员需要进行试错。

在由于使学习中的动作高速化而造成机器人末端部的振动超过允许值的情况下，无法一边使生产线运转一边进行学习。在这样的情况下，需要不配置作业对象物地进行学习，但是由于停止生产线，因此运转率降低，对用户造成较大损失。此外，根据示教的程序有时不配置作业对象物地执行程序，在这样的情况下学习本身是很困难的。

发明内容

因此，谋求进行考虑了生产线的运用的学习控制的技术。

本公开的一方式，提供一种机器人，具有：机器人机构部，其具有用于对位置控制对象即控制对象部位的位置进行检测的传感器；控制装置，其按照作业程序来控制机器人机构部的动作，其中，控制装置具有：学习控制部，其进行如下学习：通过与控制对象部位的目标轨迹或目标位置相关的动作指令使机器人机构部动作，对根据传感器检测出的控制对象部位的位置与目标位置之差即差分量进行计算，并且根据为了使控制对象部位的位置接近目标位置而在以前计算出的校正量和差分量，计算新的校正量；以及机器人控制部，其被给予动作指令，使用被给予的动作指令以及学习控制部计算出的新的校正量，控制机器人机构部的动作，学习控制部具有：动作速度变更率调整部，其在不超过为了增加或减少机器人机构部的动作速度而设定的动作速度变更率的最大值的范围内，且在控制对象部位产生的振动的允许条件的范围内，多次增加或减少动作速度变更率；校正量计算部，其为了抑制各次动作速度变更率中的振动而计算新的校正量；以及存储部，其在校正量以及动作速度变更率收敛之后，存储收敛时的校正量以及动作速度变更率。

本公开的另一方式提供一种机器人的控制方法，该机器人具有：机器人机构部，其具有用于对位置控制对象即控制对象部位的位置进行检测的传感器；控制装置，其按照作业程序来控制机器人机构部的动作，其中，该机器人的控制方法包含以下步骤：通过与控制对象部位的目标轨迹或目标位置相关的动作指令使机器人机构部动作，对根据传感器检测出的控制对象部位的位置与目标位置之差即差分量进行计算的步骤；在不超过为了增加或减少机器人机构部的动作速度而设定的动作速度变更率的最大值的范围内，且在控制对象部位产生的振动的允许条件的范围内，多次增加或减少动作速度变更率的步骤；重复以下学习的步骤：根据为了抑制各次动作速度变更率中的振动而在以前计算出的校正量和差分量，计算新的校正量；以及在校正量以及动作速度变更率收敛之后，存储收敛时的校正量以及动作速度变更率的步骤。

附图说明

图1是一实施方式涉及的机器人的概略图。

图2是一实施方式涉及的机器人机构部的结构图。

图3是一实施方式涉及的控制装置的框图。

图4是表示一实施方式涉及的机器人的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。在各附图中，对相同或类似的结构要素标注相同或类似的符号。此外，以下所记载的实施方式并非限定权利要求书所记载的发明的技术范围和用语的含义。

图1是本实施方式涉及的机器人10的概略图，图2是本实施方式涉及的机器人机构部12的结构图。如图1所示，机器人10具有：机器人机构部12，其具有用于对位置控制对象即控制对象部位的位置进行检测的传感器11；控制装置13，其按照作业程序来控制机器人机构部12的动作。传感器11通过有线或无线方式能够与控制装置13通信，机器人机构部12经由线缆14能够与控制装置13通信。

传感器11是加速度传感器，安装于作为控制对象部位一例的机器人末端部15上，并且对机器人末端部15中的三轴方向的加速度进行检测。由传感器11检测出的三轴加速度通过控制装置13被变换为三维位置。只要能够最终计算机器人末端部15中的三维位置，传感器11也可以取得加速度以外的数据，例如位置、速度、角速度、力、激光等的飞行时间、图像等。即，在其他实施方式中，传感器11可以是陀螺仪传感器、惯性传感器、力传感器、激光传感器、照相机、动作捕捉器等。

如图2所示，机器人机构部12是具有六个关节轴J1～J6的公知的机械手(robotmanipulator)，其至少由固定于空间上的世界坐标系C1、处于凸缘16位置的机械式接口(mechanical interface)坐标系C2定义，其中，该六个关节轴J1～J6具有伺服电动机(未图示)。使用公知的方法，通过控制装置13将由传感器11检测出的三轴加速度从机械式接口坐标系的三维位置变换为世界坐标系的三维位置。

图3是本实施方式涉及的控制装置13的框图。如图3所示，控制装置13具有：机器人控制部18，其按照作业程序17来控制机器人机构部12的动作。机器人控制部18从作业程序17被给予与机器人末端部15的目标轨迹或目标位置相关的动作指令，使用被给予的动作指令，使机器人机构部12的伺服电动机(未图示)动作。所谓动作指令只要可以最终变换为与目标轨迹或目标位置相关的位置指令即可，例如包括由与时间相关的三轴位置、三轴速度、三轴加速度等构成的指令。机器人控制部18进行位置反馈控制、速度反馈控制、以及电流反馈控制，以使实际的位置以及速度与目标位置以及目标速度一致。但是，即使进行这样的控制，在使机器人10的动作高速化的情况下，因减速机或机器人手臂的刚性不足等原因会导致在机器人末端部15产生振动，产生距目标轨迹以及目标位置的误差。因此，控制装置13具有：学习控制部19，其通过安装于机器人末端部15的传感器11来检测位置误差，并且学习控制机器人末端部15的振动。

学习控制部19在示教新的作业模式(新的目标轨迹以及目标位置)或作业模式的修正时开始学习。学习控制部19具有：第一存储器20，其存储根据传感器11检测出的机器人末端部15的位置(称为“传感器位置”)和给予到机器人控制部18的目标位置。此外，学习控制部19具有：差分量计算部21，其计算存储于第一存储器21的传感器位置与目标位置的差分量。并且，学习控制部19具有：校正量计算部22，其根据为了使机器人末端部15的位置接近目标位置而在以前计算出的校正量和所述差分量(即，包含本次的振动成分的信息)学习振动抑制效果，并在此基础上计算新的校正量。所谓校正量只要可以最终变换为使机器人末端部15的位置接近目标位置的位置校正量即可，例如包括由与时间相关的三轴位置、三轴速度、三轴加速度构成的校正量。

学习控制部19还具有：第四存储器23，其存储为了增加或减少机器人机构部12的动作速度而设定的动作速度变更率的最大值、以及在机器人末端部15产生的振动的允许条件(振幅、稳定时间等允许值)。此外，学习控制部19具有：动作速度变更率调整部24，其在不超过动作速度变更率的最大值的范围内，且在振动允许条件的范围内，增加或减少以前的动作速度变更率调整成新的动作速度变更率。此外，学习控制部19具有：第二存储器25，其存储由校正量计算部22计算出的新的校正量、以及由动作速度变更率调整部24调整后的新的动作速度变更率。机器人控制部18根据存储于第二存储器25的新的校正量以及新的动作速度变更率，来控制机器人机构部12的动作。

另一方面，学习控制部19具有：比较部26，其比较新的校正量与以前的校正量之比、新的动作速度变更率与以前的动作速度变更率之比是否分别在规定范围内。即，比较部26判定校正量的收敛率以及动作速度变更率的收敛率是否分别在规定范围内(例如98％以上)。并且，学习控制部19具有：第三存储器27，其存储收敛的校正量以及收敛的动作速度变更率。为了进行高速的学习控制，优选第一存储器20、第二存储器25、以及第四存储器23是DRAM等易失性存储器，但是为了即使在切断电源之后也可以存储收敛的校正量以及收敛的动作速度变更率，优选第三存储器27是EEPROM等非易失性存储器。收敛的校正量以及收敛的动作速度变更率在接通电源之后被读出到第二存储器25而被机器人控制部18再次利用。

并且，机器人10虽未图示，但是可以具有输入存储于第四存储器23的振动的允许条件(振幅、稳定时间等允许值)的振动条件输入单元。作为振动条件输入单元可以利用示教操作盘(未图示)上的液晶触摸面板、键盘、鼠标等。优选振动条件输入单元能够对示教的目标轨迹的一部分以及全部中的至少一方输入振动的允许条件(振幅、稳定时间等允许值)。由此，例如当机器人10进行将在地点A抓住的作业对象物放置于地点B的作业时，不仅可以全程无差别地设定振动的允许条件，还可以将从地点A到地点B运送物体的过程(动作中)中的振动的允许条件设定得宽泛，并且可以将在地点B放置物体的过程(动作停止附近)中的振动的允许条件设定得严格。即，控制装置13可以进行在运送过程中使机器人机构部12的动作速度高速化，且在放置过程中抑制机器人末端部15的振动来防止作业对象物的损伤这样的控制。

此外，学习控制部19可以根据机器人机构部12(即，伺服电动机)允许的最大速度以及最大加速度(即，电动机速度的允许值以及电动机转矩的允许值)预先计算存储于第四存储器23的动作速度变更率的最大值。学习控制部19将某个作业模式中的各关节轴的电动机速度的最大值以及电动机转矩的最大值分别存储为为ω_max_j、τ_max_j(j是各关节轴的轴序号)，预先计算能够对这样的作业模式(或目标轨迹)设定的动作速度变更率α的最大值α_max。若将作业的经过时间t与电动机目标角度θ的关系设为

θ＝f(t)(0≤t≤t_max)

则所谓动作速度变更率α是以成为

的方式进行动作的指标。在该数学式中，若考虑电动机速度与α成比例，电动机转矩与α的二次方成比例，则允许的动作速度变更率的最大值α_max可以预先计算为

这里，ω_alw_j、τ_alw_j是各关节轴中的电动机速度的允许值以及电动机转矩的允许值。

并且，优选控制装置13具有以下单元：将学习控制部19中的输入数据、存储数据以及输出数据中的至少一个发送给上位计算机(未图示)的单元、输出给存储介质的单元、或者显示于示教操作部(未图示)上的单元。作为学习控制部19中的输入数据，可以列举表示各学习周期中的振动以及周期时间的信息、通过修正所示教的目标轨迹而需要再次学习的作业模式的信息等。此外，作为学习控制部19中的存储数据，可以列举存储于第三存储器27的收敛的校正量以及收敛的动作速度变更率、存储于第四存储器23的振动的允许条件(振幅、稳定时间等允许值)、动作速度变更率的最大值。作为学习控制部19中的输出数据，可列举学习的进度(例如，学习的经过时间与收敛预测时间的比等)。

图4是表示本实施方式涉及的机器人的控制方法的流程图。通过图3所示的硬件来执行本实施方式涉及的控制方法，但是在其他实施方式中，也可以通过作业程序17等软件来执行。首先，在步骤S10中，在进行学习之前，操作员在示教操作盘上设定机器人末端部15中的振动的允许条件(振幅、稳定时间等允许值)。在步骤S11中，根据机器人机构部12(例如伺服电动机等)允许的最大速度以及最大加速度(例如电动机速度的允许值和电动机转矩的允许值)，预先计算动作速度变更率的最大值。

在步骤S12中，进行学习对象的动作，计算由传感器11检测出的机器人末端部15的位置与目标位置的差分量。在步骤S13中，在差分量(即，包含本次的振动成分的信息)超过振动的允许条件(振幅、稳定时间等允许值)的情况下，减少以前的动作速度变更率调整为新的动作速度变更率。另一方面，在差分量(即，包含本次的振动成分的信息)是振动的允许条件(振幅、稳定时间等允许值)以下的情况下，在不超过动作速度变更率的最大值的范围内，增加以前的动作速度变更率调整为新的动作速度变更率。

在步骤S14中，在从以前计算出的校正量和所述的差分量(即，包含本次的振动成分的信息)学习了振动抑制效果之后，计算新的校正量。在步骤S15中，比较新的校正量与以前的校正量之比(即，校正量的收敛率)、以及新的动作速度变更率与以前的动作速度变更率之比(即，动作速度变更率的收敛率)是否分别在规定范围内(例如98％以上)。在校正量的收敛率以及动作速度变更率的收敛率的至少一方是规定范围外(例如，小于98％)的情况下，返回到步骤S12，重复学习控制。在校正量的收敛率以及动作速度变更率的收敛率两者是规定范围内(例如，98％以上)的情况下，向步骤S16前进，将收敛的校正量以及收敛的动作速度变更率存储于非易失性存储器(第三存储器)。在校正量以及动作速度变更率收敛时，学习结束。

根据本实施方式涉及的机器人以及控制方法，在不超过动作速度变更率的最大值的范围内，且在振动的允许条件(振幅、稳定时间等允许值)的范围内，一边多次增加或减少动作速度变更率一边学习控制在机器人末端部15产生的振动，因此，即使是生产线正在运转，作业对象物也不会因在机器人末端部产生的振动而受到损伤。即，即使是生产线正在运转，也可以一边使机器人10的动作速度高速化，一边学习控制在机器人末端部15产生的振动。

上述实施方式中的软件可以存储于计算机能够读取的非暂时的存储介质、CD-ROM等来进行提供。在本说明书中对各种实施方式进行了说明，但是本发明并非局限于上述各种实施方式，可以在所付的权利要求书所记载的范围内进行各种变更。

Claims

1.一种机器人，具有：机器人机构部，其具有用于对位置控制对象即控制对象部位的位置进行检测的传感器；控制装置，其按照作业程序来控制所述机器人机构部的动作，其特征在于，

所述控制装置具有：

振动条件输入单元，其输入在所述控制对象部位产生的振动的允许条件；

学习控制部，其进行如下学习：通过与所述控制对象部位的目标轨迹或目标位置相关的动作指令使所述机器人机构部动作，对根据所述传感器检测出的所述控制对象部位的位置与所述目标位置之差即差分量进行计算，并且根据为了使所述控制对象部位的位置接近所述目标位置而在以前计算出的校正量和所述差分量，计算新的校正量；以及

机器人控制部，其被给予所述动作指令，使用被给予的所述动作指令以及所述学习控制部计算出的新的校正量，控制所述机器人机构部的动作，

所述振动的允许条件被预先设定，并且至少包含所述振动的振幅的允许值，

所述学习控制部具有：

动作速度变更率调整部，其在不超过为了增加或减少所述机器人机构部的动作速度而设定的动作速度变更率的最大值的范围内，且以满足所述振动的允许条件的方式，多次增加或减少所述动作速度变更率；

校正量计算部，其为了抑制各次动作速度变更率中的所述振动而计算所述新的校正量；以及

存储部，其在所述校正量以及所述动作速度变更率收敛之后，存储收敛时的所述校正量以及所述动作速度变更率。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，

所述振动条件输入单元能够对所述控制对象部位的目标轨迹的一部分以及整体中至少一方输入所述振动的允许条件。

3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

所述学习控制部根据所述机器人机构部允许的最大速度以及最大加速度来预先计算所述动作速度变更率的最大值。

4.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

所述控制装置具有以下单元：将所述学习控制部中的输入数据、存储数据以及输出数据中的至少一个发送给上位计算机的单元、输出给存储介质的单元、或者显示于示教操作盘上的单元。

5.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，

所述传感器是加速度传感器、陀螺仪传感器、惯性传感器、力传感器、激光传感器、照相机、或者动作捕捉器。

6.一种机器人的控制方法，该机器人具有：机器人机构部，其具有用于对位置控制对象即控制对象部位的位置进行检测的传感器；控制装置，其按照作业程序来控制所述机器人机构部的动作，其特征在于，

该机器人的控制方法包含以下步骤：

输入在所述控制对象部位产生的振动的允许条件的步骤；

预先设定所述振动的允许条件，并且使所述振动的允许条件至少包含所述振动的振幅的允许值的步骤；

通过与所述控制对象部位的目标轨迹或目标位置相关的动作指令使所述机器人机构部动作，对根据所述传感器检测出的所述控制对象部位的位置与所述目标位置之差即差分量进行计算的步骤；

在不超过为了增加或减少所述机器人机构部的动作速度而设定的动作速度变更率的最大值的范围内，且以满足所述振动的允许条件的方式，多次增加或减少所述动作速度变更率的步骤；

重复以下学习的步骤：根据为了抑制各次动作速度变更率中的所述振动而在以前计算出的校正量和所述差分量，计算新的校正量；以及

在所述校正量以及所述动作速度变更率收敛之后，存储收敛时的所述校正量以及所述动作速度变更率的步骤。