CN109483528B - 机器人以及力传感器的偏移校正装置 - Google Patents

机器人以及力传感器的偏移校正装置 Download PDF

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Abstract

一种机器人以及力传感器的偏移校正装置。提供能够通过在作业开始前的负载状态下校正力传感器，根据作业开始前的负载状态进行准确的力检测的技术。机器人具备设置于机械臂的力传感器、处理力传感器的传感器输出的处理部。处理部具有偏移校正部，所述偏移校正部进行偏移计算动作和校正动作，在所述偏移计算动作中，在重置所述力传感器后设定偏移计算期间，计算在所述偏移计算期间的基于所述传感器输出的值作为偏移，在所述校正动作中，在经过所述偏移计算期间后的力检测时从所述传感器输出中减去所述偏移。

Description

机器人以及力传感器的偏移校正装置
技术领域
本发明涉及具有力传感器的机器人以及力传感器的偏移校正装置。
背景技术
专利文献1中公开了对机器人的力传感器进行零点校正的技术。在该现有技术中，判定是无负载或是负载状态，并使用被判定为无负载的状态下的电压信息的采样值的平均值决定新的零点。
专利文献1：日本特开平8-43220号公报
在使用力传感器的实际作业中，在作业开始前进行力传感器的零点校正。此时必须含有传感器顶板等安定地进行与外部的相互作用的顶板构造物，并施加任意的重力负载。因此，力传感器始终在负载状态下进行零点校正。但是，在上述的现有技术中记载的在无负载状态下进行零点校正，本申请的发明者发现存在如下问题点：即使机器人在没有与外部的接触状态且看起来安定的状态下，由于力传感器重置后传感器输出的水平受外部振动、机器人停止时振动或者控制振动等产生很大变化，将重置之后的传感器输出直接用于校正也无法进行准确的力检测。
发明内容
本发明以解决上述问题的至少一部分为目的，可以作为以下的方式(aspect)实现。
(1)根据本发明的第一方式，提供一种具备机械臂的机器人。该机器人具备：力传感器，设置于所述机械臂；以及处理部，处理所述力传感器的传感器输出，所述处理部具有偏移校正部，所述偏移校正部进行偏移计算动作和校正动作，在所述偏移计算动作中，在重置所述力传感器后设定偏移计算期间，计算在所述偏移计算期间的基于所述传感器输出的值作为偏移，在所述校正动作中，在经过所述偏移计算期间后的力检测时从所述传感器输出中减去所述偏移。
根据该机器人，在重置力传感器后的偏移计算期间计算偏移，由于能够使用其偏移来校正力传感器，因此能够根据作业开始前的负载状态进行准确的力检测。而且，由于求出在偏移计算期间的基于力传感器的输出的值作为偏移，因此，即使在重置力传感器后，传感器输出的水平有可能产生较大变化的情况下，也能够准确地求出正确的偏移。
(2)在上述机器人中，也可以是基于所述传感器输出的值是在所述偏移计算期间的所述传感器输出的平均值。
根据该机器人，能够容易地计算偏移。
(3)在上述机器人中，也可以是所述力传感器具有多个力检测单元，所述多个力检测单元分别包括力检测元件和放大所述力检测元件的输出信号的放大电路，所述偏移校正部将所述放大电路的输出信号作为所述传感器输出使用而执行所述偏移计算动作以及所述校正动作。
根据该机器人，由于将多个力检测单元的放大电路的输出信号作为传感器输出使用而执行偏移计算动作以及校正动作，因此能够准确地执行偏移校正。
(4)在上述机器人中，也可以是所述处理部还具备力转换部，所述力转换部将对所述多个力检测单元的所述放大电路的输出信号进行所述校正动作而获得的完成偏移校正的信号转换为表示关于多个检测轴的力的力信号。
根据该机器人，由于力转换部将完成偏移校正的信号转换为表示关于多个检测轴的力的力信号，因此能够将对力信号的偏移的影响抑制到很小，能够进行高精度的力检测。
(5)在上述机器人中，也可以是所述力传感器输出表示关于多个检测轴的力的力信号，所述偏移校正部将关于所述多个检测轴的所述力信号作为所述传感器输出使用而执行所述偏移计算动作以及所述校正动作。
根据该机器人，由于将关于多个检测轴的力信号作为传感器输出使用而执行偏移计算动作以及校正动作，因此在关于多个检测轴的力信号中产生偏移的情况下能够减低其影响。
(6)在上述机器人中，也可以是所述偏移校正部将所述偏移计算期间设定为相当于所述机械臂中的所述力传感器的设置部分的固有振动的N周期的期间，N为1以上的整数。
根据该机器人，能够准确地求出偏移。
(7)在上述机器人中，也可以是所述偏移校正部在所述偏移计算期间之前设定直至所述传感器输出安定为止进行待机的待机期间。
根据该机器人，由于在传感器输出安定之后计算偏移，因此能够准确地求出偏移。
(8)本发明的第二方式是校正力传感器的偏移的偏移校正装置。该力传感器校正装置具备：偏移计算部，在重置所述力传感器后设定偏移计算期间，计算在所述偏移计算期间的基于所述力传感器的输出的值作为偏移；以及校正执行部，在经过所述偏移计算期间后的力检测时从所述力传感器的输出中减去所述偏移。
根据该力传感器校正装置，由于在重置力传感器后的偏移计算期间计算偏移，能够使用其偏移校正力传感器，因此能够根据作业开始前的负载状态进行准确的力检测。而且，由于求出在偏移计算期间的基于力传感器的输出的值作为偏移，因此在重置力传感器后传感器输出的水平有可能产生较大偏移的情况下，也能够准确地求出正确的偏移。
本发明能够以上述以外的各种方式实现。例如，可以通过以实现机器人或者力传感器校正装置的功能为目的计算机程序和记录其计算机程序的非暂时性记录介质(non-transitory storage medium)等方式实现。
附图说明
图1是机器人系统的示意图。
图2是示出第一实施方式的机器人和控制装置的功能的框图。
图3是示出由多个处理器构成的控制装置的一个例子的示意图。
图4是示出由多个处理器构成的控制装置其他的例子的示意图。
图5是示出力传感器的内部结构的一个例子的电路图。
图6A是说明力传感器的重置导致的偏移的问题的说明图。
图6B是说明力传感器的重置导致的偏移的问题的说明图。
图6C是说明力传感器的重置导致的偏移的问题的说明图。
图7A是第一实施方式的偏移校正处理的时序图。
图7B是第一实施方式的偏移校正处理的时序图。
图7C是第一实施方式的偏移校正处理的时序图。
图8是第一实施方式的偏移校正处理的流程图。
图9是示出第二实施方式的机器人和控制装置的功能的框图。
图10是第二实施方式的偏移校正处理的流程图。
图11是第三实施方式的传感器校准的流程图。
图12是示出用于传感器校准测量装置的结构的说明图。
图13是示出用于传感器校准的其他的测量装置的结构的说明图。
附图标记的说明
20…力检测元件；30…放大电路；31…运算放大器；32…电容器；33…开关元件；40…力检测单元；50…A-D转换电路；60…信号处理电路；62…偏移校正部；63…偏移计算部；64…校正执行部；66…力转换部；100…机器人；120…基台；130…手臂；132…手臂末端；150…力传感器；160…末端执行器；200…控制装置；210…处理器；212…指令执行部；214…偏移校正部；220…主存储器；230…非易失性存储器；232…指令；240…显示控制部；250…显示部；260…I/O接口；300…示教器；400、410…个人计算机；500…云服务；610…测量装置；611…壁面；612…基台；613…吊挂夹具；614…螺丝；615…吊挂盘；616…重物；620…测量装置；621…桌面；622…基台；623…夹具；700…偏移校正装置；710…偏移计算部；720…校正执行部。
具体实施方式
A.第一实施方式
图1是一实施方式的机器人系统的示意图。该机器人系统具备机器人100、控制装置200和示教器300。机器人100是示教回放方式的机器人。使用机器人100作业根据预先创建的示教数据或者指令而执行。
机器人100具备基台120和手臂130。将手臂130称为“机械臂”。手臂130的六个关节J1～J6依次连接。这些关节J1～J6中，三个关节J2、J3、J5是弯曲关节，其他的三个关节J1、J4、J6是扭转关节。在本实施方式中以六轴机器人为示例，也可以使用具有一个以上关节的具有任意手臂机构的机器人。
在手臂130的前端部即手臂末端132上，力传感器150、末端执行器160以该顺序安装。在图1的例中，末端执行器160是用于操作器件OE的按压检查的直棒状按压部件。但是，作为末端执行器160可以使用此之外的任意物。末端执行器160前面设定有工具中心点TCP(Tool Center Point)。由机器人100对末端执行器160的控制包含变更工具中心点TCP的位姿的控制。需要说明的是，位姿(position and orientation)的意思是指由三维坐标系中的三个坐标值和绕各坐标轴旋转所规定的状态。
力传感器150是检测对末端执行器160施加力的传感器。作为力传感器150，可以利用可以检测单轴方向的力的压力传感器和可以检测多个轴方向的力的成分的力觉传感器或力矩传感器。在本实施方式中，作为力传感器150，使用六轴的力觉传感器。六轴的力觉传感器检测与固有的传感器坐标系中互相正交的三个检测轴平行的力的大小和绕三个检测轴的力矩的大小。需要说明的是，力传感器150可以设置在末端执行器160的位置以外的位置，例如，可以设置在关节J1～J6中的一个以上的关节上。
控制装置200具有处理器210、主存储器220、非易失性存储器230、显示控制部240、显示部250和I/O接口260。这些各部经由总线连接。处理器210例如是微型处理器或者处理器电路。控制装置200经由I/O接口260与力传感器150、机器人100和示教器300连接。
示教器300是人类的示教作业者示教机器人100的动作时使用的机器人示教装置的一种。示教器300具有未图示的处理器和存储器。通过使用示教器300的示教所创建的示教数据或者指令存储在控制装置200的非易失性存储器230中。
图2是示出机器人100和控制装置200的功能的框图。控制装置200的处理器210通过执行存储器230中存储的各种指令232实现作为使机器人100动作的指令执行部212的功能。
作为控制装置200的构成，可以采用图1以及图2所示的构成以外的各种构成。例如，可以将处理器210和主存储器220从图1的控制装置200中删除，在与该控制装置200可通信地连接的其他的装置中设置处理器210和主存储器220。这种情况下，该其他装置和控制装置200组成的装置全体作为机器人100的控制装置发挥功能。其他的实施方式中，控制装置200也可以具有两个以上的处理器210。此外其他的实施方式中，控制装置200也可以通过多个可以相互通信地连接的装置实现。这些各种实施方式中，控制装置200由具备一个以上的处理器210的装置或装置群构成。
图3是示出由多个处理器构成的控制装置的一个例子的示意图。在该例中，除机器人100以及其控制装置200以外，描绘了个人计算机400、410和经由LAN等网络环境提供的云服务500。个人计算机400、410包含各自的处理器和存储器。而且，还可以利用云服务500的处理器和存储器。可以利用这些多个处理器的一部分或者全部，实现机器人100的控制装置。
图4是示出由多个处理器构成的控制装置其他的例子的示意图。在该例中，机器人100的控制装置200在机器人100中存储的点与图3不同。该例中也可以利用多个处理器的一部分或者全部，实现机器人100的控制装置。
图5是示出力传感器150的内部结构的一个例子的电路图。力传感器150具有多个力检测单元40、A-D转换电路50和信号处理电路60。每个力检测单元40各自包含力检测元件20和放大力检测元件20的输出信号的放大电路30。放大电路30将放大后的信号Va向A-D转换电路50供给。A-D转换电路50将数字转换后的信号Vd向信号处理电路60供给。力检测单元40的个数根据由力传感器150检测的检测轴的数量以及关于各检测轴的力的种类设定。例如，力传感器150在检测与互相正交的三个检测轴平行的力的大小和绕三个检测轴的力矩的大小时，使用十二个力检测单元40。关于具体的力检测单元40的结构例，例如已在由本申请人公开的日本特开2014-163870号公报中详述，因此在此省略其说明。
作为力检测元件20，例如可以使用压电式、应变片式或光学式等各种元件。在本实施方式中使用利用了作为压电部件的水晶的力检测元件20，力检测元件20根据从外部施加的外力输出电荷。
放大电路30构成为作为将从力检测元件20输出的电荷积分并转换成电压信号Va的积分电路。具体地，放大电路30具有运算放大器31、电容器32和开关元件33。运算放大器31的负极输入端子与力检测元件20的电极连接，运算放大器31的正极输入端子与地(基准电位点)接地。而且，运算放大器31的输出端子与A-D转换电路50连接。电容器32连接在运算放大器31的负极输入端子与输出端子之间。开关元件33与电容器32并列连接。开关元件33根据从信号处理电路60供给的接通/断开信号执行切换操作。
开关元件33是断开时，从力检测元件20输出的电荷在电容器32中存储，其电压Va向A-D转换电路50输出。另一方面，开关元件33成为接通时，电容器32的两端子间短路。其结果是电容器32中存储的电荷被放电并成为零，向A-D转换电路50输出的电压Va成为0伏特。将开关元件33接通的操作相当于力传感器150的重置。
信号处理电路60具有偏移校正部62和力转换部66。偏移校正部62具有偏移计算部63和校正执行部64，输出完成偏移校正的信号Vc。关于通过偏移校正部62的偏移校正的内容在后面叙述。信号处理电路60相当于“处理力传感器的传感器输出的处理部”。
力转换部66将多个力检测单元40的输出转换为表示关于多个检测轴的力的F信号(i)并输出。需要说明的是，也将力信号F(i)简单地称为“力F(i)”。在图5的例子中，这些力F(i)包含与互相正交的三个检测轴平行的力Fx、Fy、Fz和绕三个检测轴的力矩Tx、Ty、Tz。力F(i)此外也包含将与三个检测轴平行的力Fx、Fy、Fz作为三个轴方向成分的力向量的大小Fmag和将绕三个检测轴的力矩Tx、Ty、Tz作为三个轴方向成分的力矩向量的大小Tmag。力向量的大小Fmag是三个力Fx、Fy、Fz的二次方和的平方根，力矩向量的大小Tmag是三个力矩Tx、Ty、Tz的二次方和的平方根。但是，这些大小Fmag、Tmag可以省略。从信号处理电路60输出的力F(i)向机器人100的控制装置200供给，并利用于通过控制装置200对机器人100的力控制。
图6A～图6C是说明力传感器150的重置导致的偏移的问题的说明图。在此，示出机器人100的手臂130在同一姿势的静止状态下所观测的三个种类的传感器输出。图6A～图6C以及在后面叙述的图7A～图7C的说明中“传感器输出”是指力检测单元40(图5)的放大电路30的输出的意思。图6A～图6C所示的每个传感器输出的输出值以几乎同程度的噪声水平NL变化。本申请的发明者发现该噪声水平NL存在比力传感器150的规格的噪声水平大很多的情况。具体而言，发现由于力传感器150的前端部安装的末端执行器160的质量，而存在用户不希望的大的噪声(干扰振动)。可以推测该原因是由于力传感器150检测到末端执行器160的周围的振动、电动机控制的共振导致的微小的振动和末端执行器160的惯性导致的移动抑制的相互作用，观测到远远超过力传感器150在理想的状态(力传感器150上什么都没有安装的状态)时的噪声水平的噪声。实际上，观测到噪声水平NL比力传感器150的规格的噪声水平增大10倍左右的情况。
在存在如此大的噪声水平NL的情况下，若进行力传感器150的重置，存在重置后的传感器输出产生大的漂移的情况。图6A～图6C的例子中，在时刻t0重置力传感器150，经过重置期间Tres后在时刻t1解除重置。如前所述，重置期间Tres是力检测单元40的放大电路30的开关元件33呈接通状态的期间。重置后的三个种类的传感器输出从重置期间Tres的传感器输出(0V)开始偏移，这些偏移量彼此大不不同。可以推定，此为根据重置解除的时机噪声水平NL的范围内的偏移在传感器输出上重叠导致。从而，在最大时，存在产生与噪声水平NL同程度的偏移的情况，另一方面，在最小时，也存在几乎没有偏移的情况(图6A的理想状态)。偏移量由于依存于重置解除的时机和当时的噪声水平，而不可能事先进行预估。
图7A～图7C是第一实施方式的偏移校正处理的时序图。偏移校正处理由偏移校正部62(图5)执行。在此首先，与图6A～图6C同样地，在时刻t0重置力传感器150，经过重置期间Tres后在时刻t1解除重置。其后，设定从时刻t1到时刻t2为止的待机期间Twt。待机期间Twt是传感器输出到安定化为止的待机期间。但是，也可以省略待机期间Twt。
在从时刻t2到时刻t3为止的偏移计算期间Tco中，偏移计算部63执行计算偏移Δf的偏移计算动作。具体地，偏移计算部63计算作为偏移Δf的在偏移计算期间Tco的传感器输出的平均值。但是，也可以将传感器输出的平均值以外的值，即基于传感器输出计算的作为偏移Δf使用的其他的值。但是，如果使用传感器输出的平均值，能够容易地计算偏移Δf。在第一实施方式中，关于每个力检测单元40计算偏移Δf。将所计算的偏移Δf从偏移计算部63供给到校正执行部64。
偏移计算期间Tco优选设定为相当于手臂130中的力传感器150的设置部分的固有振动的N周期(N为1以上的整数)的期间。可以通过信号处理电路60对传感器输出Vd的分析从而检测该固有振动。信号处理电路60，例如，能够通过对传感器输出Vd应用高速傅立叶变换处理检测力传感器150的设置部分的固有振动数。传感器输出Vd的振动由于包含力传感器150的设置部分的固有振动，如果将偏移计算期间Tco设定为相当于其固有振动的N周期(N为1以上的整数)的期间，可以更准确地求偏移Δf。需要说明的是，若将N设定为过大的值，则偏移校正需要较长时间，优选N设定为1～2的值。“相当于固有振动的N周期的期间”也可以包含容许误差，将“与固有振动的N周期相等的期间”作为100％时，容许±10％的误差。
经过偏移计算期间Tco后为力检测执行期间Ten。在该力检测执行期间Ten中，校正执行部64按下式执行从传感器输出中减去偏移Δf的校正动作。
Vc＝Vd-Δf…(1)
在此，Vc为完成偏移校正的信号，Vd为校正前的传感器输出。在图5的例中，校正前的传感器输出Vd为将每个力检测单元40的放大电路30的输出信号Va进行数字转换后的数字信号。
在图7A～图7C中，时刻t3之后的力检测执行期间Ten示出由上述(1)式求出的完成偏移校正的信号Vc。完成偏移校正的信号Vc为在图7A～图7C中任意情况下消除偏移后的信号。将多个力检测单元40的输出Vd所求出的完成偏移校正的信号Vc向力转换部66供给。力转换部66将这些多个完成偏移校正的信号Vc转换成表示关于多个检测轴的力的力信号F(i)。在前述的图5的例子中，从力转换部66输出的力信号F(i)是分别表示与互相正交的三个检测轴平行的力Fx、Fy、Fz、绕三个检测轴的力矩Tx、Ty、Tz、力向量的大小Fmag、力矩向量的大小Tmag的信号。力转换部66的转换处理，例如可以使用力传感器150的校准中设定的变换矩阵执行。由于该转换处理的内容为公知，在此省略说明。
图8是第一实施方式的偏移校正处理的流程图。该偏移校正处理例如在使用末端执行器160开始作业前，对于工件(图1的情况下为操作器件OE)以在预先设定的基准位置的状态执行TCP。在步骤S110中，将放大电路30的开关元件33接通并开始重置(图7A～图7C的时刻t1)，在步骤S120中，将放大电路30的开关元件33断开并解除重置(图7A～图7C的时刻t2)。其后，在步骤S130中，放大电路30的输出到安定为止待机(图7A～图7C的待机期间Twt)。在步骤S140中，在偏移计算期间Toc中，计算作为偏移Δf的基于传感器输出的值。在步骤S150中，使用计算的偏移Δf开始力检测。具体地，校正执行部64执行从传感器输出中减去偏移Δf的校正动作，力转换部66将多个完成偏移校正的信号转换为表示关于多个检测轴的力的力信号F(i)。
如以上，在第一实施方式中，在重置力传感器150后设置有偏移计算期间Toc，执行计算作为偏移Δf的基于在偏移计算期间传感器输出的值的偏移计算动作和在经过偏移计算期间Toc后的力检测时从传感器输出中减去偏移Δf的校正动作。该结果为，在重置力传感器150后有可能产生较大偏移的情况下，由于也能够使用其偏移力对传感器150校正，能够根据作业开始前的负载状态进行准确的力检测。而且，由于求出作为偏移Δf的基于在偏移计算期间传感器输出的值，在重置力传感器150后传感器输出的水平有可能变化较大的情况下，也能够准确地求出正确的偏移Δf。
B.第二实施方式
图9是示出第二实施方式的机器人100和控制装置200的功能的框图。与图2所示的第一实施方式的区别是，通过控制装置200的处理器210执行偏移校正部214的功能这一点。而且，在第二实施方式中，图5所示的力传感器150的信号处理电路60内的偏移校正部62被省略，力转换部66将多个力检测单元40的输出Va进行数字转换后的信号Vd转换为力信号F(i)并输出。在第二实施方式中，处理器210相当于“处理力传感器的传感器输出的处理部”。
偏移校正部214通过将从力传感器150供给的多个力信号F(i)作为传感器输出使用而执行偏移校正，来计算关于多个力信号F(i)每个的偏移。关于多个力信号F(i)的偏移是将从力传感器150供给的力信号F(i)的每个在偏移计算期间进行平均后的值。
在第二实施方式中，完成偏移校正的信号F(i)，替代上述的(1)式，由下式计算。
Fc(i)＝F(i)-ΔF(i)…(2)
在此，F(i)为校正前的传感器输出，ΔF(i)为传感器输出F(i)的偏移。指令执行部212可以利用该完成偏移校正的信号Fc(i)执行力控制。
需要说明的是，根据上述(2)式替代从力传感器输出F(i)中减去偏移ΔF(i)，可以将用于使机器人100动作的指令232中所指定的力的目标值以偏移ΔF(i)校正。该校正处理可以由下式给出。
tFc(i)＝tF(i)+ΔF(i)…(3)
在此，tFc(i)为校正后的力的目标值，tF(i)为校正前的力的目标值，ΔF(i)为传感器输出F(i)的偏移。
根据该(3)式的校正处理可以在根据指令232的执行作业前进行。该校正处理与根据上述(2)式的校正处理等价。
图10是第二实施方式的偏移校正处理的流程图。在步骤S205中，偏移校正部214向力传感器150发送重置命令。之后的步骤S210～S230是与图8的步骤S110～S130相同的处理。即，在步骤S210中，力传感器150将放大电路30的开关元件33接通并开始重置(图7A～图7C的时刻t1)。在步骤S220中，力传感器150将放大电路30的开关元件33断开并解除重置(图7A～图7C的时刻t2)。在步骤S230中，放大电路30的输出到安定为止待机(图7A～图7C的待机期间Twt)。在步骤S235中，其后的传感器输出F(i)日志记录在偏移校正部214内。在步骤SS40中，在偏移计算期间Toc，计算作为偏移ΔF(i)的基于传感器输出F(i)的值(例如平均值)。在步骤S250中，开始使用计算的偏移ΔF(i)的力检测。具体地，偏移校正部214执行从关于多个检测轴的传感器输出F(i)中减去偏移ΔF(i)的校正动作。
以上的第二实施方式也与第一实施方式同样，在重置力传感器150后设置有偏移计算期间Toc，执行计算作为偏移ΔF(i)的基于在偏移计算期间传感器输出F(i)的值的偏移计算动作和从在经过偏移计算期间Toc后的力检测时传感器输出F(i)中减去偏移ΔF(i)的校正动作。该结果为，在重置力传感器150后有可能产生较大偏移的情况下，由于也能够使用其偏移力对传感器150校正，能够根据作业开始前的负载状态进行准确的力检测。而且，由于求出作为偏移ΔF(i)的基于在偏移计算期间传感器输出F(i)的值，在重置力传感器150后传感器输出F(i)的水平有可能变化较大的情况下，也能够准确地求出正确的偏移ΔF(i)。
但是，由于前述的第一实施方式比第二实施方式的偏移校正的精度更高，优选第一实施方式。第一实施方式的偏移校正的精度更高的原因可以推定为对产生偏移的电路(图5的力检测单元40)的输出进行偏移校正。
C.第三实施方式
图11是在第三实施方式中执行的力传感器150的校准处理的流程图。校准处理是在将力传感器150安装在机器人100上之前求出将多个力检测单元40的输出转换为关于多个检测轴的力F(i)的变换矩阵的处理。在第三实施方式中，在该校准处理中，执行对每个力检测单元40的输出的偏移校正。图11的处理可以利用例如图3所示的个人计算机400执行。
在步骤S310中，将力传感器150安装到测量装置上。该测量装置是用于对力传感器150的多个检测轴x、y、z，力传感器150检测的力F(i)高精度地测定的装置。
图12是示出用于传感器校准的测量装置610的结构的说明图。该测量装置610具有在垂直的壁面611上设置的基台612，在该基台612的垂直面上设置有力传感器150。在图12中，描绘出力传感器150的传感器坐标系Σf。在该例中，力传感器150以传感器坐标系Σf的x方向呈铅垂向上的状态设置在基台612上。测量装置610还具有在力传感器150的表面(力感知面)固定的吊挂夹具613和从吊挂夹具613铅垂下方吊挂的吊挂盘615。吊挂夹具613使用螺丝614固定在力传感器150上。吊挂盘615上，可以载置一个以上预先准确地测定过重量的基准砝码即重物616。力传感器150与偏移校正装置700连接。偏移校正装置700具有偏移计算部710和校正执行部720。该偏移校正装置700和图5所示的偏移校正部62同样具有偏移校正功能。
如果使用该测量装置610，可以通过重物616准确地设定向力传感器150的-x方向施加力-Fx。从而，可以使从该状态的力传感器150的输出F(i)中的x方向的力Fx与重物616的重量对应的力准确地匹配，校准力传感器150。
图13是示出用于传感器校准的其他的测量装置620的结构的说明图。该测量装置620具有在水平桌面621上设置的基台622，该基台622的水平面上设置有力传感器150。在该例中，力传感器150以传感器坐标系Σf的z方向呈铅垂向上的状态设置在基台622上。测量装置620还具有在力传感器150的表面(力感知面)固定的夹具623。该夹具623上可以载置一个以上的重物616。力传感器150与图12同样，与偏移校正装置700连接。
如果使用该测量装置620，可以通过重物616准确地设定向力传感器150的-z方向施加力-Fz。从而，可以使从该状态的力传感器150的输出F(i)中的z方向的力Fz与重物616的重量对应的力准确地匹配，校准力传感器150。
图12和图13所示的测量装置610、620是图11的步骤S310中使用的测量装置的一个例子，可以利用这些以外的任意测量装置。y方向的力Fy和绕三轴的力矩Tx、Ty、Tz的校准也可以利用同样的测量装置。
图11的步骤S320中，偏移校正装置700执行力传感器150的偏移校正处理。该偏移校正处理与结合第一实施方式的图7A～图7C以及图8说明的处理相同。通过该偏移校正处理可以获得对多个力检测单元40的输出Vd的偏移Δf。在此之后，根据上述(1)式，使用从力检测单元40的输出Vd中减去偏移Δf后的完成偏移校正的信号Vc。
在步骤S330中，使测量装置上放置的重物616的重量依次变化，通过力传感器150检测力。重物616的重量例如可以按每5kgf变化。在步骤S340中，对多个重物重量获得的数据线性化。该线性化是使通过多个重物重量获得的完成偏移校正的信号Vc对于重物重量成为几乎直线的关系的对完成偏移校正的信号Vc进行校正的处理。需要说明的是，对力传感器150的各检测轴的每个进行步骤S330和步骤S340的处理。
在步骤S350中使用由步骤S340获得的关于多个检测轴的数据，计算将多个力检测单元40的输出Vd转换为多个力F(i)的变换矩阵。在步骤S360中将获得的变换矩阵在力传感器150的信号处理电路60(图5)中登记。在步骤S370中确认力传感器150的偏移。例如能够通过执行和图8的步骤S110～S140相同的处理而取得偏移Δf来进行该处理。若该偏移Δf与图11的步骤S320中获得的偏移几乎为相同程度，则作为无问题并结束校准。另一方面，在步骤S370中获得偏移Δf与步骤S320中获得的偏移超过容许差且不同的情况下，可以再次执行步骤S320之后的处理。
如以上，在第三实施方式中，在进行力传感器150的校准时，由于执行与第一实施方式同样的偏移校正处理，能够准确地校准力传感器150。如果在上述第一实施方式或第二实施方式中也在信号处理电路60的力转换部66(图5)中利用该校准中获得的变换矩阵，则能够进行精度更加良好的使用力传感器150的力的检测。
本发明不限于上述实施方式、实施例或变形例，可以在不脱离其宗旨的范围内以各种构成实现。例如，为解决上述问题的一部分或全部，或者为达成上述效果的一部分或全部，可以对发明内容中记载的与各方式中技术特征相对应的实施方式、实施例或变形例适当地进行替换或组合。而且，除非其技术特征在本说明书中被说明为必须，可以适当地去除。
作为减低在偏移计算期间来自外部的振动影响的手法，除“平均化手法”以外，“应用具有适当的时间常数的滤波器”也可以作为计算偏移的手法发挥功能。例如，可以使用平滑滤波器对传感器输出平滑化后的值作为偏移利用。即，在偏移计算动作中可以计算作为偏移的基于在偏移计算期间的传感器输出的值。
而且，例如可以与由本申请人公开的日本特开2015-182164号公报中记载的以等速度移动中重置力传感器结合并实施本申请的发明。

Claims (8)

1.一种机器人，其特征在于，具备：
机械臂；
力传感器，设置于所述机械臂；以及
处理部，处理所述力传感器的传感器输出，
所述处理部具有偏移校正部，所述偏移校正部进行偏移计算动作和校正动作，在所述偏移计算动作中，在重置所述力传感器后设定偏移计算期间，计算在所述偏移计算期间的基于所述传感器输出的值作为偏移，在所述校正动作中，在经过所述偏移计算期间后的力检测时从所述传感器输出中减去所述偏移，
所述偏移校正部将所述偏移计算期间设定为相当于所述机械臂中的所述力传感器的设置部分的固有振动的N周期的期间，N为1以上的整数。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
基于所述传感器输出的值是在所述偏移计算期间的所述传感器输出的平均值。
3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述力传感器具有多个力检测单元，所述多个力检测单元分别包括力检测元件和放大所述力检测元件的输出信号的放大电路，
所述偏移校正部将所述放大电路的输出信号作为所述传感器输出使用而执行所述偏移计算动作以及所述校正动作。
4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，
所述处理部还具备力转换部，所述力转换部将对所述多个力检测单元的所述放大电路的输出信号进行所述校正动作而获得的完成偏移校正的信号转换为表示关于多个检测轴的力的力信号。
5.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述力传感器输出表示关于多个检测轴的力的力信号，
所述偏移校正部将关于所述多个检测轴的所述力信号作为所述传感器输出使用而执行所述偏移计算动作以及所述校正动作。
6.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述偏移校正部在所述偏移计算期间之前设定直至所述传感器输出安定为止进行待机的待机期间。
7.一种偏移校正装置，其特征在于，校正设置于机械臂的力传感器的偏移，
所述偏移校正装置具备：
偏移计算部，在重置所述力传感器后设定偏移计算期间，计算在所述偏移计算期间的基于所述力传感器的输出的值作为偏移；以及
校正执行部，在经过所述偏移计算期间后的力检测时从所述力传感器的输出中减去所述偏移，
所述偏移计算部将所述偏移计算期间设定为相当于所述机械臂中的所述力传感器的设置部分的固有振动的N周期的期间，N为1以上的整数。
8.一种控制方法，其特征在于，是基于设置于机械臂的力传感器的传感器输出而执行力控制的机器人的控制方法，
将偏移计算期间设定为相当于所述机械臂中的所述力传感器的设置部分的固有振动的N周期的期间，N为1以上的整数，将所述力传感器重置，
在将所述力传感器重置后，计算在偏移计算期间的基于所述力传感器的所述传感器输出的值作为偏移，
在所述偏移计算期间后，从所述力传感器输出中减去所述偏移，而执行所述力控制。
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