CN109015628B - 控制装置、机器人以及机器人系统 - Google Patents

控制装置、机器人以及机器人系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及控制装置、机器人以及机器人系统，其考虑在传递部中产生的位置的误差来准确地进行可动部的控制。控制装置(300)对具备可动部(110a)的机器人(100)进行控制，产生驱动力的驱动部(410)经由传递部(510)来驱动可动部(110a)。控制装置(300)具备控制部(309)，该控制部(309)使用来自对传递部(510)的输入侧的动作位置进行检测的输入位置检测部(420)的输入检测值(Pm)、以及来自对传递部(510)的输出侧的动作位置进行检测的输出位置检测部(520)的输出检测值(Pro)，对可动部(110a)进行速度控制。

Description

控制装置、机器人以及机器人系统
技术领域
本发明涉及在机器人中提高动作的精度的技术。
背景技术
以往，在机器人的技术领域中，使用波动齿轮减速机作为减速机。波动齿轮减速机在原理上包含角度传递误差。专利文献1的技术为，基于预先同定的波动齿轮减速机的角度传递误差的特性，将其特性的逆相位的位置指令提供给波动齿轮减速机，从而抑制波动齿轮减速机的角度传递误差所引起的振动。
另外，在专利文献2的技术中，在臂的前端设置陀螺传感器，基于由陀螺传感器检测到的角度与电机的旋转角度之差，对陀螺传感器的灵敏度进行校正。其结果，降低了由臂的扭转引起的陀螺传感器的灵敏度误差。
专利文献1：日本特开平11-264448号公报(专利第4052490号)
专利文献2：日本特开2013-146827号公报
在专利文献1的方法中，为了抑制由波动齿轮减速机的角度传递误差引起的振动，需要预先计测波动齿轮减速机的角度传递误差的特性。然而，角度传递误差的特性取决于每个波动齿轮减速机的固体而不同，因此为了将上述方法应用于大量生产的波动齿轮减速机，要求极大的负荷。
在专利文献2的技术中，并没有考虑作为角度传递误差的重要因素之一的减速机的挠曲(位置的误差)对臂的位置带来的影响。
发明内容
本发明为了解决上述问题的至少一部分而完成，可作为以下的方式或应用例而实现。
(1)根据本公开的一方面，提供一种控制装置，控制具备可动部的机器人，产生驱动力的驱动部经由传递部来驱动所述可动部。该控制装置具备控制部，所述控制部使用来自输入位置检测部的输入检测值以及来自输出位置检测部的输出检测值，对所述可动部进行速度控制，所述输入位置检测部对所述传递部的输入侧的动作位置进行检测，所述输出位置检测部对所述传递部的输出侧的动作位置进行检测。
通过使之为这样的方式，能够基于输入检测值与输出检测值，考虑到在传递部中产生的位置的误差来准确地对可动部进行速度控制。其结果，与不使用输出检测值进行速度控制的方面相比，能够直至更高的速度范围地进一步准确地控制可动部的位置。另外，无需事先测定单独的传递部的误差。
(2)上述方面的控制装置能够使之为下述方式：由所述输出位置检测部进行的所述输出侧的动作位置的检测的周期长于由所述输入位置检测部进行的所述输入侧的动作位置的检测的周期，所述控制部使用通过使所述输入检测值延迟而得到的延迟输入检测值与所述输出检测值之差来对所述可动部进行速度控制。通过使之为这样的方式，即使在输出位置检测部的检测的周期与输入位置检测部的检测的周期存在偏离的情况下，也能够更适当地计算传递部中所产生的位置的误差来稳定地对可动部进行速度控制。
(3)上述方面的控制装置能够使之为下述方式：所述控制部具备低通滤波器，所述低通滤波器将所述延迟输入检测值与所述输出检测值之差作为输入，所述控制部使用所述低通滤波器的输出，对所述可动部进行速度控制。传递部的特性有时会包含弹性成分(spring component)。若直接使用这样的传递部的延迟输入检测值与输出检测值之差来进行速度控制，则有产生振荡的可能性。然而，通过使之为上述那样的方式，利用低通滤波器去除延迟输入检测值与输出检测值之差中的高频成分，从而能够稳定地对可动部进行速度控制。
(4)上述方面的控制装置能够使之为下述方式：所述输出位置检测部具备能够拍摄所述可动部的拍摄部，所述输出位置检测部基于所拍摄到的图像来检测所述传递部的输出侧的动作位置。通过使之为这样的方式，能够在机器人的控制中有效地活用可用于各种用途的拍摄部来获得传递部的输出侧的动作位置。
(5)上述方面的控制装置能够使之为下述方式：所述输出位置检测部检测传递旋转运动的所述传递部的输出轴的角度位置来作为输出。若使之为这样的方式，则与对通过输出轴驱动的构成的位置进行检测的方式相比，能够更准确地对反映出传递部的特性的输出侧的动作位置进行检测。
(6)上述方面的控制装置能够使之为下述方式：在所述可动部设置有能够检测从外部施加的力的力检测部，所述控制部使用所述力检测部的输出，对所述可动部进行速度控制。若使之为这样的方式，则能够也考虑到基于力检测部所检测到的力而得到的可动部的挠曲的信息来更高精度地对可动部进行速度控制。
(7)上述方面的控制装置能够使之为下述方式：所述传递部包括减速机。减速机有时会在减速机中包含特有的输出位置的误差。通过使之为上述那样的方式，能够以减少传递部中特有的输出位置的误差的方式对可动部进行速度控制。
(8)根据本公开的其它方面，提供一种由上述任一方面的控制装置控制的机器人。
(9)根据本公开的其它方面，提供一种机器人系统，其具备：上述任一方面的控制装置；以及由所述控制装置控制的所述机器人。
上述的本公开的各方面所具有的多个构成部分并非全部都是必须的，为了解决上述技术问题的一部分或全部、或者为了达到本说明书中记载的效果的一部分或全部，能够适当对所述多个构成部分中的一部分构成部分进行其变更、删除、与新的其它构成部分的替换、删除限定内容的一部分。另外，为了解决上述技术问题的一部分或全部、或者为了达到本说明书中记载的效果的一部分或全部，也可以将上述的本公开的一方面中包含的技术特征的一部分或全部与上述的本公开的其它方面中包含的技术特征的一部分或全部组合来构成本公开的独立的一方面。
附图说明
图1为示意性示出本实施方式的机器人系统1的说明图。
图2为示出比较例1的控制部309ca的构成部分与机器人100所具备的伺服电机410、电机角度传感器420及减速机510的关系的框图。
图3为示出伺服电机410与减速机510的控制模型的框图。
图4为示出比较例2的控制部309cb的构成部分与机器人100所具备的伺服电机410、电机角度传感器420、减速机510及输出侧角度传感器520的关系的框图。
图5为示出比较例3的控制部309cc的构成部分与机器人100所具备的伺服电机410、电机角度传感器420、减速机510及输出侧角度传感器520的关系的框图。
图6为示出第一实施方式的控制部309的构成部分与机器人100所具备的伺服电机410、电机角度传感器420、减速机510及输出侧角度传感器520的关系的框图。
图7为表示进行本实施方式、比较例1及比较例3的控制部309、309ca、309cc的控制时的、减速机510的输出轴510o的位置偏差的曲线图。
图8为表示在本实施方式的控制部309中使延迟块424的功能停止时以及使延迟块424发挥功能时的、减速机510的输出轴510o的位置偏差的曲线图。
图9为示出第二实施方式的控制部309b的构成部分与机器人100所具备的伺服电机410、电机角度传感器420、减速机510、输出侧角度传感器520及力觉传感器190的关系的框图。
图10为示出本实施方式的控制部309b中的速度反馈fva与速度反馈fvr的效果的曲线图，其中，速度反馈fva表示由臂110的挠曲引起的加速度变化，速度反馈fvr表示减速机510中的输入与输出之间的扭转量。
附图标记说明
1…机器人系统；100…机器人；110…臂；110a、110b、110d…臂部分；112…高通滤波器；114…积分块；116…增益块；190…力觉传感器；200…末端执行器；300…控制装置；301…RAM；302…ROM；303…CPU；309、309b…控制部；309ca、309cb、309cc…控制部；310…控制信号生成部；320…位置控制部；330…速度控制部；400…照相机；410…伺服电机；410o…输出轴；420…电机角度传感器；422、423…微分块；424…延迟块；426…微分块；510…减速机；510i…减速机的输入轴；510o…减速机的输出轴；520…输出侧角度传感器；521…延迟检测块；522～524…低通滤波器；A…延迟量；Aa…延迟量；Art…臂的前端的角加速度；F400…支柱；G0…采用控制部309时的位置偏差的曲线；G20…进行了控制部309b的控制时的位置偏差的曲线；G21…在控制部309b中进行了不执行速度反馈fva而执行速度反馈fvr的控制时的位置偏差的曲线；G22…在比较例1中进一步进行了执行速度反馈fva的控制时的位置偏差曲线；G23…进行了比较例1的控制时的位置偏差的曲线；Ga…采用控制部309ca时的输出轴510o的位置偏差的曲线；Gc…采用控制部309cc时的输出轴510o的位置偏差的曲线；Gp0…使延迟块424发挥功能时的输出轴510o的位置偏差的曲线；Gp1…使延迟块424的功能停止时的输出轴510o的位置偏差的曲线；J1～J4…关节；K…弹簧常量；N…减速机的减速比；Pm…减速机510的输入侧的动作位置(输入检测值)；Pmd…延迟角度位置；Pro…减速机510的输出轴510o的角度位置(输出检测值)；Tr…减速机510中的输入与输出之间的扭转量；Trd…减速机510中的输入与输出之间的扭转量；Vm…电机的旋转速度；Vro…减速机510的输出轴510o的旋转速度；W01…工件；fva…速度反馈；fvr…速度反馈；θATE…角度传递误差。
具体实施方式
A.第一实施方式：
A1.机器人系统的构成：
图1为示意性示出本实施方式的机器人系统1的说明图。本实施方式的机器人系统1具备机器人100、末端执行器200、控制装置300以及照相机400。
机器人100是具有臂110的4轴机器人，该臂110具备四个关节J1～J4。关节J1、J2、J4是扭转关节。关节J3是直动关节。在本说明书中将构成臂110的关节与关节之间的构成部分称作“臂部分”。在图1中，对于臂110所包括的多个臂部分中的、关节J1与关节J2之间的臂部分110a、关节J2与关节J3之间的臂部分110b以及构成臂110的前端的臂部分110d标注有附图标记来进行示出。
机器人100通过分别利用伺服电机使四个关节J1～J4旋转或者直线前进，从而能够将安装在臂110的前端部的末端执行器200以指定的姿势配置到三维空间中的指定的位置。需要说明的是，也将代表三维空间中的末端执行器200的位置的地点称作TCP(ToolCenter Point：工具中心点)。
机器人100在各关节具备伺服电机410、减速机510、电机角度传感器420以及输出侧角度传感器520。在图1中，为了容易理解技术，仅针对关节J1示意性示出了伺服电机410、减速机510、电机角度传感器420以及输出侧角度传感器520。
伺服电机410被从控制装置300供给电流而产生驱动力。更具体而言，伺服电机410被从控制装置300供给电流，从而使其输出轴410o旋转。
电机角度传感器420对伺服电机410的输出轴410o的角度位置Pm进行检测。电机角度传感器420是旋转编码器。电机角度传感器420所检测到的输出轴410o的角度位置Pm被发送至控制装置300。
减速机510具备输入轴510i与输出轴510o。减速机510将对于输入轴510i的旋转输入转换为旋转速度低于旋转输入的旋转输出，并从输出轴510o输出。具体而言，减速机510是波动齿轮减速机。
减速机510的输入轴510i与伺服电机410的输出轴410o连接。输入轴510i的角度位置与伺服电机410的输出轴410o的角度位置Pm相等。因此，能够检测伺服电机410的输出轴410o的角度位置Pm的电机角度传感器420对减速机510的输入轴510i的角度位置进行检测。
对于来自伺服电机410的输出轴410o的持续且一定的输入，减速机510产生周期性的传递误差。即，对于来自伺服电机410的输出轴410o的持续性的一定速度的旋转输入，减速机510的输出轴510o的旋转速度以及角度位置包含周期性的偏离。
臂部分110a固定于关节J1的减速机510的输出轴510o。其结果，臂部分110a通过伺服电机410的输出轴410o的旋转而经由减速机510在关节J1上旋转。
输出侧角度传感器520配置于臂部分110a内。输出侧角度传感器520对减速机510的输出轴510o的角度位置Pro进行检测。即，电机角度传感器420对减速机510的输入侧的动作位置Pm进行检测，而输出侧角度传感器520对减速机510的输出侧的动作位置Pro进行检测。
需要说明的是，在本说明书中，将传递驱动力的传递部(在本实施方式中是减速机510)中接受输入的驱动力的部件(在本实施方式中是输入轴510i)的动作位置记载为“输入侧的动作位置”。将传递驱动力的传递部中向其它的构成传递输出的驱动力的部件(在本实施方式中是输出轴510o)的动作位置记载为“输出侧的动作位置”。
输出侧角度传感器520具体而言是利用照相机的拍摄式的旋转编码器。输出侧角度传感器520是能够检测绝对的角度位置的编码器。具体而言，在输出侧角度传感器520中，在与对象物的旋转相应地旋转的码盘的各个角度位置记录有相互不同的符号。在输出侧角度传感器520中，这些符号被照相机读取，并通过图像处理而被识别，从而检测绝对的角度位置。因此，输出侧角度传感器520的输出相对于实际的输出轴510o的角度位置包含时间延迟。
由输出侧角度传感器520进行的输出侧动作位置的检测的周期长于由电机角度传感器420进行的输入侧动作位置的检测的周期。需要说明的是，电机角度传感器420的输出相对于减速机510的输入轴510i的角度位置，不包含输出侧角度传感器520的输出程度的时间延迟。输出侧角度传感器520检测到的输出轴510o的角度位置Pro被发送至控制装置300。
通过设置对减速机510的输出轴510o的角度位置Pro进行检测的旋转编码器，从而与对通过减速机510的输出进行驱动的更下游的构成(例如，臂部分110a中比关节J1更靠前端侧的位置)的动作位置进行测定的方式相比，能够准确地检测减速机510的输出位置。
机器人100在臂110的前端具备力觉传感器190。末端执行器200经由力觉传感器190安装于机器人100的臂110。力觉传感器190能够测定从外部、即力觉传感器190以外的构成施加的X轴、Y轴、Z轴这三轴方向的力以及绕X轴、Y轴、Z轴的转矩。因此，力觉传感器190能够测定作用于末端执行器200的X轴、Y轴、Z轴这三轴方向的力以及绕X轴、Y轴、Z轴的转矩。力觉传感器190的输出被发送至控制装置300，用于机器人100的控制。
控制装置300是控制机器人100的控制装置。控制装置300与机器人100连接。控制装置300包括具备RAM301、ROM302、CPU303的计算机。CPU303通过将存储在ROM302中的计算机程序加载于RAM301并执行，由此实现后述的各种功能。将控制机器人100的控制装置300的CPU303的功能部作为“控制部309”在图1中示出。
末端执行器200安装于臂110的前端。末端执行器200受控制装置300控制而能够抓取工件W01，另外，能够放开抓取的工件W01。其结果，例如机器人100与末端执行器200被控制装置300控制而能够抓着作为作业对象物的工件W01，使其移动。需要注意的是，在图1中为了容易理解技术，以单纯的圆柱示出了末端执行器200。
照相机400能够拍摄包含工件W01、该工件W01的周边以及臂110的照片图像。照相机400生成的图像被发送至控制装置300，用于机器人100的控制。照相机400支承于支柱F400。
A2.机器人的控制：
以下，对本实施方式的控制装置300的控制部309(参照图1的右下)、以及比较例1～3的控制装置300的控制部309ca～309cc进行说明。为了容易理解技术，首先，对比较例1～3的控制装置300的控制部309ca～309cc进行说明，之后，对本实施方式的控制装置300的控制部309进行说明。需要注意的是，比较例1～3的控制部309ca～309cc所控制的机器人是图1所示的机器人100。比较例1～3中的控制部309ca～309cc以外的控制装置300的构成与本实施方式的控制装置300相同。
以下，对由控制部309或者控制部309ca～309cc进行的一个关节J1(参照图1)的控制进行说明。但是，本实施方式的控制部309以及比较例1～3的控制部309ca～309cc实际上能够控制机器人100的各关节J1～J4。
图2为示出比较例1的控制部309ca的构成部分与机器人100具备的伺服电机410、电机角度传感器420及减速机510的关系的框图。需要注意的是，这里为了容易理解技术，对于与力觉传感器190及照相机400的输出相应的控制，省略其说明。这些控制将在后言及。
比较例1的控制部309ca具备控制信号生成部310、位置控制部320以及速度控制部330。
控制信号生成部310生成表示臂110应位于的目标位置的位置控制信号，并向位置控制部320输出。
位置控制部320从控制信号生成部310接收位置控制信号。位置控制部320从机器人100的电机角度传感器420接收伺服电机410的角度位置Pm作为位置反馈。位置控制部320基于这些信息，生成机器人100的伺服电机410的速度控制信号，并向速度控制部330输出。
速度控制部330从位置控制部320接收速度控制信号。另外，速度控制部330接收对从电机角度传感器420输出的伺服电机410的角度位置Pm进行微分而得的信号、即旋转速度的信号，来作为速度反馈。在图2中，以标有“S”的块422来示出表示角度位置的微分的块。速度控制部330基于来自位置控制部320的速度控制信号以及伺服电机410的旋转速度，生成并输出转矩控制信号。之后，基于转矩控制信号，确定对伺服电机410供给的电流的大小，并将所确定的大小的电流供给伺服电机410。
伺服电机410被供给电流，并将驱动力向减速机510输出。减速机510使从伺服电机410接收到的驱动力的旋转速度减速。然后，减速机510利用被减速了的驱动力，以输出轴510o为中心使臂部分110a旋转运动(参照图1)。
在比较例1中，伺服电机410的角度位置Pm从电机角度传感器420向位置控制部320反馈。另外，伺服电机410的角速度从电机角度传感器420向速度控制部330反馈。因此，比较例1与没有上述反馈的方式相比，能够准确地控制臂部分110a的位置。
在比较例1中，作为控制对象的臂部分110a的角度位置、即减速机510的输出轴510o的角度位置本身不用于位置反馈。在比较例1中进行的控制被称作“半闭环控制(semi-closed control)”。
图3为示出伺服电机410与减速机510的控制模型的框图。在图3中，各附图标记表示以下的内容。
Jm：电机惯量
Dm：电机粘性系数
N：减速机的减速比
K：减速机的弹簧常量
Jg：减速机惯量
Dg：减速机粘性系数
θATE：角度传递误差
Vm：电机的旋转速度
Vro：减速机510的输出轴510o的旋转速度
以图3那样的控制模型表示的减速机510产生周期性的角度传递误差θATE。角度传递误差θATE能够用以下的式(1)近似。
θATE＝－A×sin(2×θm+Δθ)···(1)
A：振幅
θm：输入轴的角度位置(伺服电机410的角度位置)
Δθ：相位偏差
在式(1)中，输入轴的角度位置θm被设为2倍是基于以下的理由。即，波动齿轮减速机中，在其原理上，在输入轴半旋转的期间，角度传递误差θATE产生1周期的变化。即，在输入轴旋转1圈的期间，角度传递误差θATE产生2周期的变化。因此，在式(1)中，输入轴的角度位置θm被设为2倍。
如前述那样，比较例1的控制部309ca未接收减速机510的输出的反馈。因此，不能消除在减速机510中产生的角度传递误差θATE所引起的臂部分110a的振动、位置偏移。
图4为示出比较例2的控制部309cb的构成部分与机器人100具备的伺服电机410、电机角度传感器420、减速机510及输出侧角度传感器520的关系的框图。比较例2的控制部309cb具备将来自机器人100的输出侧角度传感器520的减速机510的输出轴510o的角度位置Pro作为输入的低通滤波器522。低通滤波器522仅输出输入中的比减速机510的共振频率低的频率分量。
比较例2的控制部309cb中，位置控制部320从低通滤波器522接收由减速机510的输出轴510o的角度位置Pro中的低频分量构成的角度位置作为位置反馈。位置控制部320基于由减速机510的输出轴510o的角度位置Pro中的低频分量构成的角度位置、以及来自控制信号生成部310的位置控制信号，生成机器人100的伺服电机410的速度控制信号。另一方面，作为电机角度传感器420的输出的伺服电机410的角度位置Pm或者其微分值不向速度控制部330反馈。
比较例2的控制部309cb的其它点与比较例1的控制部309ca相同。
在比较例2中，减速机510的输出轴510o的角度位置Pro从输出侧角度传感器520向位置控制部320反馈。因此，比较例2能够进行减少由减速机510的角度传递误差θATE(参照图3)所引起的臂部分110a的振动、位置偏移的控制。因此，比较例2与比较例1相比，能够更准确地控制臂部分110a的位置。因此，根据比较例2的控制部309cb，即使是在按照预定的移动路径使所述机器人进行动作的控制、即连续路径控制(CP控制)中，也能够使末端执行器在所设定的移动路径上准确地移动。
另外，在比较例2中，减速机510的输出轴510o的角度位置Pro经由低通滤波器522向位置控制部320反馈。即，使用低通滤波器522的输出对臂部分110a进行速度控制。因此，即使将包含弹性成分(spring component)K的减速机510(参照图3)的输出轴510o的角度位置Pro向位置控制部320反馈，也能够不引发振荡地进行稳定的臂部分110a的速度控制及位置控制。
在比较例2中，作为控制对象的减速机510的输出轴510o的角度位置Pro被用于位置反馈。在比较例2中进行的控制被称作“全闭环控制(fully closed control)”。
图5为示出比较例3的控制部309cc的构成部分与机器人100具备的伺服电机410、电机角度传感器420、减速机510及输出侧角度传感器520的关系的框图。比较例3的控制部309cc具备低通滤波器523，该低通滤波器523将减速机510的输出轴510o的角度位置Pro相对于伺服电机410的角度位置Pm的差作为输入。低通滤波器523仅输出输入中的低于减速机510的共振频率的频率分量。低通滤波器523的构成与低通滤波器522相同。低通滤波器523的输出(即，由减速机510的输出轴510o的角度位置Pro相对于伺服电机410的角度位置Pm的差中的低频分量构成的角度)Tr大致表示减速机510中的输入与输出之间的扭转量(位置的误差)。
在比较例3的控制部309cc中，位置控制部320接收将来自低通滤波器522的输出Tr(即，减速机510中的扭转量)与伺服电机410的角度位置Pm相加而得的信号作为位置反馈。位置控制部320基于该信号以及来自控制信号生成部310的位置控制信号，生成机器人100的伺服电机410的速度控制信号。
比较例3的控制部309cc的其它点与比较例2的控制部309cb相同。
在比较例3中，伺服电机410的角度位置Pm从电机角度传感器420向位置控制部320反馈，该伺服电机410的角度位置Pm是减速机510的输入侧的角度位置，而非输出侧的角度位置(参照图5以及图4)。因此，比较例3能够直至高于比较例2的速度范围地减少臂部分110a的振动、位置偏移。即，比较例3与比较例2相比，频带更宽，能够直至更高的速度范围地进行稳定的控制。
另外，在比较例3中，由减速机510的输出轴510o的角度位置Pro相对于伺服电机410的角度位置Pm的差中的低频分量构成的角度Tr(减速机510中的扭转量)向位置控制部320反馈。因此，比较例3能够进行减少由减速机510的角度传递误差θATE引起的臂部分110a的振动、位置偏移的控制。即，比较例3与比较例1相比，能够更准确地控制臂部分110a的位置。
在比较例3中，作为控制对象的减速机510的输出轴510o的角度位置Pro被用于位置反馈。并且，减速机510的输入轴510i的角度位置Pm被用于速度反馈。在比较例3中进行的控制被称作“混合控制”。
图6为示出第一实施方式的控制部309的构成部分与机器人100具备的伺服电机410、电机角度传感器420、减速机510及输出侧角度传感器520的关系的框图。本实施方式的控制部309具备延迟检测块521，该延迟检测块521检测减速机510的输出轴510o的角度位置Pro相对于伺服电机410的角度位置Pm的延迟量A。本实施方式的控制部309具备延迟块424，该延迟块424使伺服电机410的角度位置Pm延迟基于由延迟检测块521检测到的延迟量A的延迟量Aa，并生成延迟角度位置Pmd。其结果，通过延迟块424，可减少或消除伺服电机410的角度位置Pm的检测定时与减速机510的输出轴510o的角度位置Pro的检测定时的偏差。
本实施方式的控制部309的构成部分还具备低通滤波器524，该低通滤波器524将减速机510的输出轴510o的角度位置Pro相对于被延迟了的伺服电机410的延迟角度位置Pmd之差作为输入。低通滤波器524仅输出输入中的低于减速机510的共振频率的频率成分。低通滤波器524的构成与低通滤波器522、523相同。低通滤波器524的输出(即，由调整为检测定时一致的减速机510的输出轴510o的角度位置Pro相对于伺服电机410的延迟角度位置Pmd的差中的低频分量构成的角度)Trd表示减速机510中的扭转量。
在本实施方式的控制部309中，位置控制部320接收将来自低通滤波器524的输出Trd(即，减速机510中的扭转量)与伺服电机410的角度位置Pm相加而得的信号作为位置反馈。位置控制部320基于该信号以及来自控制信号生成部310的位置控制信号，生成机器人100的伺服电机410的速度控制信号。
另外，在本实施方式的控制部309中，速度控制部330接收对来自低通滤波器524的输出Trd(即，减速机510中的扭转量)与伺服电机410的角度位置Pm相加后的信号进行微分而得的信号作为速度反馈。在图6中，以标有“S”的块423示出表示该微分的块。速度控制部330基于该信号以及来自位置控制部320的速度控制信号，生成机器人100的伺服电机410的转矩控制信号。
本实施方式的控制部309的其它点与比较例3的控制部309cc相同。
在本实施方式中，伺服电机410的延迟角度位置Pmd与减速机510的输出轴510o的角度位置Pro之差(在减速机510中产生的位置的误差)向速度控制部330反馈。因此，本实施方式与未将在减速机510中产生的位置的误差向速度控制部330反馈的比较例3相比，能够直至更高的速度范围地适当进行减少由减速机510的角度传递误差θATE引起的臂部分110a的振动、位置偏移的控制。即，本实施方式与比较例3相比，频带更宽，能够直至更高的速度范围地进行稳定的控制。
另外，在本实施方式中，调整了检测定时的伺服电机410的延迟角度位置Pmd与减速机510的输出轴510o的角度位置Pro之差被用于向速度控制部330的反馈。即，控制部309使用通过使输入轴510i的角度位置Pm延迟而得的延迟角度位置Pmd与减速机510的输出轴510o的角度位置Pro之差，对臂部分110a进行速度控制(参照图6的330)。因此，本实施方式即使在由输出侧角度传感器520进行的检测的周期与由电机角度传感器420进行的检测的周期存在偏差的情况下，也能够适当地计算在减速机510中产生的位置的误差，能够直至快于比较例3的速度范围地适当减少臂部分110a的振动、位置偏移。即，本实施方式与比较例3相比，频带更宽。
进而，在本实施方式中，关于减速机510的输入轴510i的角度位置Pm向位置控制部320以及速度控制部330的反馈，不产生由延迟块424引起的延迟(参照图6)。因此，能够直至更高的速度范围地减少臂部分110a的振动、位置偏移。
图7为表示进行了本实施方式、比较例1以及比较例3的控制部309、309ca、309cc的控制时的、减速机510的输出轴510o的位置偏差的曲线图。曲线Ga表示采用了比较例1的控制部309ca(参照图2)时的输出轴510o的位置偏差。曲线Gc表示采用了比较例3的控制部309cc(参照图5)时的输出轴510o的位置偏差。曲线G0表示采用了本实施方式的控制部309(参照图6)时的输出轴510o的位置偏差。需要说明的是，使用图2、图5以及图6说明的本实施方式、比较例1及比较例3的控制部309、309ca、309cc的控制的不同点以外的条件全部统一来进行了位置偏差的测定。
由图7可知，在比较例1的控制部309ca、比较例3的控制部309cc以及本实施方式的控制部309的情况下，位置偏差的周期均大致相同。然而，关于位置偏差的大小，本实施方式的控制部309最小，比较例3的控制部309cc为第二小，比较例1的控制部309ca最大。
图8为表示在本实施方式的控制部309中使延迟块424(参照图6)的功能停止的情况下以及使延迟块424发挥功能的情况下的、减速机510的输出轴510o的位置偏差的曲线图。曲线Gp1表示使延迟块424的功能停止的情况下的输出轴510o的位置偏差。曲线Gp0表示使延迟块424发挥功能的情况下的输出轴510o的位置偏差。不过，图8的纵轴的比例尺与图7的纵轴的比例尺不同。
由图8可知，与使延迟块424的功能停止的情况相比，使延迟块424发挥功能的情况下的振幅更小，控制更稳定。
如上所述，本实施方式的控制装置300具备控制部309，该控制部309使用来自对减速机510的输入轴510i的动作位置进行检测的电机角度传感器420的输入检测值Pm以及来自对减速机510的输出轴510o的动作位置进行检测的输出侧角度传感器520的输出检测值Pro，对减速机510进行速度控制(参照图6的Pm、Pro、330)。因此，能够基于输入检测值Pm与输出检测值Pro，考虑到在减速机510中产生的位置的误差来准确地对减速机510进行速度控制。其结果，与未使用输出检测值Pro进行速度控制的比较例1～3(参照图2、图4以及图5)相比，能够直至更高的速度范围地准确控制臂部分110a的位置。因此，根据本实施方式的控制装置300，即使在连续路径控制(CP控制)中，也能够准确地使末端执行器在移动路径上移动。另外，能够在不事先单独对各机器人的减速机510的误差进行测定的情况下准确地控制臂部分110a的位置。
需要说明的是，在本说明书中，“使用X对O进行速度控制”这一情况除了包含直接使用X(例如参照图6的Pro)对O进行速度控制的方式以外，还包含使用对X进行规定的处理而得的信息(例如参照图6的“Pm+Trd”以及423)对O进行速度控制的情况。
本实施方式中的伺服电机410也被称作“驱动部”。减速机510也被称作“传递部”。臂部分110a也被称作“可动部”。电机角度传感器420也被称作“输入位置检测部”。伺服电机410的输出轴410o的角度位置Pm也被称作“输入检测值”。输出侧角度传感器520也被称作“输出位置检测部”。减速机510的输出轴510o的角度位置Pro也被称作“输出检测值”。延迟角度位置Pmd也被称作“延迟输入检测值”。照相机400也被称作“拍摄部”。
B.第二实施方式：
图9为示出第二实施方式的控制部309b的构成部分与机器人100具备的伺服电机410、电机角度传感器420、减速机510、输出侧角度传感器520、臂110及力觉传感器190的关系的框图。第二实施方式的控制部309b不具备第一实施方式的控制部309所具备的延迟检测块521以及延迟块424(参照图6)。另外，在第二实施方式中，减速机510的输出轴510o的角度位置Pro与减速机510的输入轴510i的角度位置Pm之差不用于位置控制(在图9中，以虚线的箭头示出相应的反馈部分)。
在第二实施方式中，力觉传感器190(参照图1)的输出被用于速度控制。根据力觉传感器190检测到的作用于末端执行器200的绕X轴、Y轴、Z轴的转矩、以及末端执行器200和工件W01的质量，得到绕关节J1的角加速度Art。第二实施方式的控制部309b具备高通滤波器112，该高通滤波器112将臂110的前端的角加速度Art相对于对减速机510的输入轴510i的角度位置Pm进行二阶微分而得的值之差作为输入值。在图9中，以标有“S2”的块426示出表示角度位置的二阶微分的块。对减速机510的输入轴510i的角度位置Pm进行二阶微分而得的值与臂110的前端的角加速度Art之差表示由臂110的挠曲引起的加速度的变化(扭转加速度)。高通滤波器112仅输出输入中的高于规定的共振频率的频率分量。
速度控制部330接收对将来自高通滤波器112的输出进行积分得到的值进一步实施增益Kv倍而得的值作为速度反馈fva。在图9中，以标有“1/S”的块114示出表示角度位置的积分的块。以标有“Kv”的块116示出表示Kv倍的处理的块。
通过经由高通滤波器112进行速度反馈fva，能够去除由积分(参照图9的积分块114)引起的偏移差(offset deviation)来进行速度反馈。另外，通过使进行增益Kv倍而得的值作为速度反馈fva，能够将用于抑制起因于臂110的扭转的振动的校正量调整为适当的值。
另外，速度控制部330接收对来自低通滤波器524的输出Trd(即，减速机510中的扭转量)与伺服电机410的角度位置Pm相加后的信号进行微分而得的信号作为速度反馈fvr。经由高通滤波器112得到的速度反馈fva表示由臂110的挠曲引起的加速度变化(扭转加速度)，而经由低通滤波器524得到的速度反馈fvr如前所述表示减速机510中的输入与输出之间的扭转量。
本实施方式的控制部309b的其它点与第一实施方式的控制部309相同。
本实施方式中，在速度控制部330中，基于表示由臂110的挠曲引起的加速度变化(扭转加速度)的速度反馈fva、以及表示减速机510中的输入与输出之间的扭转量的速度反馈fvr进行速度控制。因此，能够考虑到臂110的挠曲与减速机510的扭转双方来高精度地对臂部分110a进行速度控制。
图10为示出本实施方式的控制部309b中的表示由臂110的挠曲引起的加速度变化(扭转加速度)的速度反馈fva以及表示减速机510中的输入与输出之间的扭转量的速度反馈fvr的效果的曲线图。曲线G20表示进行了本实施方式的控制部309b(参照图9)的控制时的输出轴510o的位置偏差。
在图10中，曲线G21表示在本实施方式的控制部309b中进行了不进行表示由臂110的挠曲引起的加速度变化的速度反馈fva(参照图9)、而进行表示减速机510中的输入与输出之间的扭转量的速度反馈fvr的控制时的输出轴510o的位置偏差。曲线G22表示在比较例1(参照图2)中进一步进行了执行表示由臂110的挠曲引起的加速度变化的速度反馈fva(参照图9)的控制时的输出轴510o的位置偏差。曲线G23表示进行了比较例1(参照图2)的控制时的输出轴510o的位置偏差。
由图10可知，进行了本实施方式的控制部309b的控制时的输出轴510o的位置偏差(曲线G20)最小。可知，在本实施方式的控制部309b中进行了不执行速度反馈fva的控制时的位置偏差(曲线G21)第二小。可知，在比较例1(参照图2)中进行了执行速度反馈fva(参照图9)的控制时的位置偏差(曲线G22)第三小。并且可知，进行了比较例1(参照图2)的控制时的位置偏差(曲线G23)最大。
即，根据图10的曲线G20与曲线G21的比较、以及曲线G22与曲线G23的比较，可知进行表示由臂110的挠曲引起的加速度变化的速度反馈fva(参照图9)的有效性。另外，根据图10的曲线G21与曲线G23的比较，可知进行表示减速机510中的输入与输出之间的扭转量的速度反馈fvr(参照图9)的有效性。
本实施方式中的力觉传感器190也被称作“力检测部”。需要说明的是，如前所述，“使用X对O进行速度控制”这一情况除了包含直接使用X(例如参照图9的Art)对O进行速度控制的方式以外，还包含使用对X进行规定的处理而得的信息(例如参照图9的fva)对O进行速度控制的情况。
C.其它实施方式：
C1.其它的实施方式1：
(1)在上述实施方式中，驱动部是伺服电机410。然而，驱动部也可以采用伺服电机以外的方式。驱动部例如能够设为输出为旋转运动的电机。另外，驱动部也可以是输出为直线运动的线性电机、缸体。
(2)在上述实施方式中，输出位置检测部是作为输出侧角度传感器520的拍摄式的旋转编码器。然而，作为检测传递部的输出侧的动作位置的输出位置检测部，也能够采用其它的构成。在可动部旋转的情况下，作为输出位置检测部，能够采用光学式的旋转编码器、旋转变压器、电位计。另外，在可动部直线地运动的情况下，作为输出位置检测部，能够采用电位计、线性编码器。这些传感器既可以是能够检测绝对的位置，也可以是不能检测绝对的位置而能检测相对的位置。
(3)在上述实施方式中，输入检测值是作为电机角度传感器420的光学式的旋转编码器。然而，作为对传递部的输入侧的动作位置进行检测的输入位置检测部，也能够采用其它的构成。在驱动部输出旋转力的情况下，作为输入位置检测部，能够采用旋转变压器、电位计。另外，在驱动部输出伴随直线运动的驱动力的情况下，作为输入位置检测部，能够采用电位计、线性编码器。这些传感器既可以是能够检测绝对的位置，也可以是不能检测绝对的位置而能检测相对的位置。
(4)在上述第一实施方式中，在伺服电机410的输出轴410o上连接有减速机510的输入轴510i，伺服电机410的输出轴410o的角度位置与减速机510的输入轴510i的角度位置相等(参照图1的410o、510i)。然而，在产生驱动力的驱动部与传递部之间，也可以设置其它的齿轮机构、带与带轮等使旋转速度变化的机构。若将这样的机构的减速比设为Np、将驱动部的输出轴的角度位置设为θo，则减速机的输入轴的角度位置θ能够通过θ＝Np×θo得到。
(5)在上述第一实施方式中，作为第一输入位置检测部的电机角度传感器420对作为第一驱动部的伺服电机410的输出轴410o的角度位置进行检测(参照图1)。然而，检测传递部的输入侧的动作位置的第一输入位置检测部也可以对传递部的输入进行测定。
(6)在上述第二实施方式中，输出侧角度传感器520的输出检测值Pro不用于位置控制。然而，来自检测传递部的输出侧的动作位置的输出位置检测部的输出检测值也能够用于位置控制(参照图9中向320进行输入的虚线的箭头)。
(7)在上述第一实施方式中，控制装置300作为独立于机器人100的构成而设置(参照图1)。然而，控制装置也能够以与机器人一体的方式设置。另外，控制装置也能够采用独立于机器人地设置、并通过有线或无线与机器人连接的方式。
另外，在上述实施方式中，也能够将由硬件实现的构成的一部分置换为软件，相反地，也能够将由软件实现的构成的一部分置换为硬件。例如，在上述实施方式中，作为控制部309的CPU读出计算机程序并执行，从而实现各种功能。然而，也可以使控制部实现的功能的一部分或者全部通过硬件电路来实现。控制部能够作为实现某些处理的处理器而构成。
C2.其它的实施方式2：
(1)在上述第二实施方式中，控制部309b不具备第一实施方式的控制部309所具备的延迟检测块521以及延迟块424(参照图6以及图9)。然而，在第二实施方式中，也能够采用使用通过使输入检测值延迟而得到的延迟输入检测值与输出检测值之差来对可动部进行速度控制的方式。
(2)另外，在第一实施方式中，也能够采用不具备延迟检测块521以及延迟块424的方式(参照图6)。在由输出位置检测部进行的输出侧的动作位置检测的周期与由输入位置检测部进行的输入侧的动作位置检测的周期实质上相等的情况下，能够不使输入检测值延迟地使用输入检测值与输出检测值之差来对所述可动部进行速度控制。
C3.其它的实施方式3：
在上述实施方式中，控制部309具备低通滤波器524，该低通滤波器524仅输出输入中的低于减速机510的共振频率的频率分量。然而，也能够将低通滤波器使其通过的频率范围设为其它的频率范围。例如，低通滤波器也能够采用输出输入中的包含传递部的共振频率的一部分的部分的方式。另外，控制部也可以不经过低通滤波器，而是根据需要，使用被延迟了的输入检测值与输出检测值之差来对可动部进行速度控制。
C4.其它的实施方式4：
在上述实施方式中，输出位置检测部是作为输出侧角度传感器520的光学式的旋转编码器。然而，作为检测传递部的输出侧的动作位置的输出位置检测部，能够使用输出侧角度传感器520以外的各种传感器。例如，作为输出位置检测部，能够采用可检测X、Y、Z轴方向的加速度与角速度的IMU(Inertial Measurement Unit：惯性测量单元)。另外，作为输出位置检测部，能够采用可检测传递部的输出侧的动作位置的激光位移计、照相机400(参照图1)等。在测定时安装于测定对象的传感器既可以是预先装入装置的传感器，也可以是为了测定而安装于装置的传感器。
例如，在输出位置检测部具备能够拍摄可动部的数字照相机等拍摄部(参照图1的400)的情况下，能够基于拍摄到的图像检测传递部的输出侧的动作位置Pro。通过使之为这样的方式，在机器人的控制中，能够有效活用可用于跟踪控制等各种用途的拍摄部来获得传递部的输出侧的动作位置。
C5.其它的实施方式5：
在上述第一实施方式中，输出侧角度传感器520检测作为传递部的减速机510的输出轴510o的角度位置。然而，检测传递部的输出侧的动作位置的输出位置检测部既可以测定传递部的输出，也可以测定由传递部的输出驱动的下游的构成的动作位置。作为测定由传递部的输出驱动的下游的构成的动作位置的构成，例如有惯性传感器，该惯性传感器设置在由传递部的输出驱动的下游的构成，能够检测规定方向的加速度。
C6.他的实施方式6：
在上述第二实施方式中，使用能够测定作用于末端执行器200的相互正交的X轴、Y轴、Z轴这三个轴向的力、以及绕X轴、Y轴、Z轴的转矩的力觉传感器(参照图1以及图9的190)。然而，作为力检测部，也能够使用可测定一个轴向的力和绕该轴的转矩的力觉传感器、可测定相互正交的X轴和Y轴这两个轴向的力、以及绕X轴和Y轴的转矩的力觉传感器。另外，也能够采用不使用力检测部地进行可动部的速度控制的方式。
需要说明的是，在本说明书中，“O设置于X”不仅包括在X内设置有O的情况、O直接安装于X的情况，还包括O(例如图1的力觉传感器190)直接安装于X(例如图1的臂部分110a)或者安装于在关节上安装的其它部件(例如图1的臂部分110d)的情况。
C7.其它的实施方式7：
在上述实施方式中，传递驱动力的传递部是减速机510。然而，作为减少传递误差的对象的传递部既可以是将旋转输入转换为旋转速度更高的旋转输出的构成，也可以是使旋转输入与旋转输出几乎一致的构成。
更具体而言，传递部能够设为带和带轮、齿轮机构、或者联轴器。带和带轮、以及齿轮机构既可以是将旋转输入转换为旋转速度更高的旋转输出的构成，也可以是将旋转输入转换为旋转速度更低的旋转输出的构成，还可以是使旋转输入与旋转输出几乎一致的构成。
C8.其它的实施方式8：
(1)在上述第二实施方式中，以4轴机器人为例说明了本公开的技术(参照图1)。然而，本公开的技术也能够应用于6轴机器人、具备其它数量的关节的机器人。不过，本公开的技术优选应用于具备对关节传递驱动力的传递部的装置。
(2)在上述实施方式中，以机器人为例说明了本公开的技术。然而，本说明书中公开的技术并不限于机器人，其能够应用于打印机、投影仪等经由传递驱动力的传递部进行控制而使物理状态发生变化的各种机械。例如，通过将本说明书中公开的技术应用于打印机的印刷头的动作、印刷介质的输送动作，从而能够提高头与印刷介质的相对位置的精度。
C9.其它的实施方式9：
本公开不限于上述实施方式，可在不脱离其主旨的范围内通过各种构成来实现。例如，为了解决上述技术问题的一部分或全部、或者为了达到上述效果的一部分或全部，与发明内容部分所记载的各方面中的技术特征对应的实施方式中的技术特征可适当进行替换、组合。另外，只要该技术特征在本说明书中未作为必须的特征而说明，则能够适当地将其删除。

Claims (8)

1.一种控制装置，其特征在于，控制具备可动部的机器人，产生驱动力的驱动部经由传递部来驱动所述可动部，
所述控制装置具备控制部，所述控制部使用来自输入位置检测部的输入检测值以及来自输出位置检测部的输出检测值，对所述可动部进行速度控制，所述输入位置检测部对所述传递部的输入侧的动作位置进行检测，所述输出位置检测部对所述传递部的输出侧的动作位置进行检测，
由所述输出位置检测部进行的所述输出侧的动作位置的检测的周期长于由所述输入位置检测部进行的所述输入侧的动作位置的检测的周期，
所述控制部使用通过使所述输入检测值延迟而得到的延迟输入检测值与所述输出检测值之差来对所述可动部进行速度控制。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述控制部具备低通滤波器，所述低通滤波器将所述延迟输入检测值与所述输出检测值之差作为输入，
所述控制部使用所述低通滤波器的输出，对所述可动部进行速度控制。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，
所述输出位置检测部具备能够拍摄所述可动部的拍摄部，
所述输出位置检测部基于所拍摄到的图像来检测所述传递部的输出侧的动作位置。
4.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，
所述输出位置检测部检测传递旋转运动的所述传递部的输出轴的角度位置来作为输出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，
在所述可动部设置有能够检测从外部施加的力的力检测部，
所述控制部使用所述力检测部的输出，对所述可动部进行速度控制。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其特征在于，
所述传递部包括减速机。
7.一种机器人，其特征在于，由权利要求1至6中任一项所述的控制装置控制。
8.一种机器人系统，其特征在于，具备：
权利要求1至6中任一项所述的控制装置；以及
由所述控制装置控制的所述机器人。
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