CN109834705B - 机器人及其碰撞检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人(1)，即使在产生气弹簧的气缸内压下降时，也高精度地检测机器人的碰撞。所述机器人(1)具备：机器人主体(2)，其具备至少一个臂(6)；气弹簧(9)，其作为机器人主体(2)的臂(6)的平衡器发挥功能；内压检测部，其检测气弹簧(9)的气缸内压；以及控制装置(3)，其控制机器人主体(2)，控制装置(3)为，计算出对驱动臂(6)的伺服马达(12)的转矩命令值与实际上使臂(6)进行动作所需的伺服马达(12)的转矩的差分，作为推断干扰值，在推断干扰值超过预定的阈值时，判定机器人主体(2)产生碰撞，并且基于通过内压检测部检测到的气缸内压，校正推断干扰值或阈值。

Description

机器人及其碰撞检测方法
技术领域
本发明涉及机器人及其碰撞检测方法。
背景技术
以往，已知一种具备由气弹簧构成的平衡器的机器人，所述平衡器作为辅助因重力导致的负载所作用的轴的伺服马达的转矩的装置，所述气弹簧在与重力方向相反的方向上产生转矩(例如，参照专利文献1)。
与可产生同等输出的螺旋弹簧相比，气弹簧小巧轻便，因而能够实现机器人的小巧轻便化以及低成本化。
专利文献1的机器人检测气缸内压下降，所述气缸内压下降是因活塞杆相对于气弹簧的气缸的动作而导致的气体泄漏所引起的。
已知一种碰撞检测方法，根据伺服马达的转矩计算出因碰撞产生的外力，当计算出的外力大于预定的阈值时，检测到机器人的碰撞(例如，参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5628953号公报
专利文献2：日本特开2013－169609号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1的机器人只限于，当产生因气体泄漏所导致的气弹簧的气缸内压下降时，通过显示该要旨，用户或机器人系统能够认识到气缸内压下降的产生。
此外，根据专利文献2的方法，能够根据伺服马达的转矩检测碰撞，但是当产生气弹簧的气缸内压下降时，存在碰撞检测的精度显著下降的不良情况。
本发明是鉴于上述情况做出的，目的在于提供一种机器人及其碰撞检测方法，在产生气弹簧的气缸内压下降时，也能高精度地检测机器人的碰撞。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供以下方案。
本发明的一个方案，提供机一种机器人，具备：机器人主体，其具备至少一个臂；气弹簧，其作为该机器人主体的所述臂的平衡器发挥功能；内压检测部，其检测该气弹簧的气缸内压；以及控制装置，其控制所述机器人主体，该控制装置，计算出对驱动所述臂的伺服马达的转矩命令值与实际上使所述臂动作所需的所述伺服马达的转矩的差分，作为推断干扰值，当该推断干扰值超过预定的阈值时，判定所述机器人主体产生碰撞，并基于所述内压检测部检测出的所述气缸内压，校正所述推断干扰值或所述阈值。
根据本方案，由内压检测部检测出气弹簧的气缸内压，由控制装置计算出对驱动臂的伺服马达的转矩命令值与实际上使臂动作所需的伺服马达的转矩的差分，以此作为推断干扰值，基于检测到的气缸内压，校正计算出的推断干扰值或阈值。接着，根据校正后的值，通过推断干扰值是否超过阈值，来判定机器人主体的碰撞。
当气弹簧的气缸内压下降时，由于伺服马达需要产生额外的转矩，实际上使臂动作所需的伺服马达的转矩增大，推断干扰值也增大。但是，根据本方案，根据检测到的气缸内压校正推断干扰值或与之比较的阈值，因此在气弹簧的气缸内压下降时，也能够防止碰撞的误检测，从而高精度地检测机器人的碰撞。
在上述方案中，所述控制装置还可以利用转矩变化量校正所述推断干扰值或所述阈值，所述转矩变化量基于所述内压检测部检测到的所述气缸内压与处于填充有适量气体的状态下的所述气缸内压的差分。
如此，能够根据因气缸内压的下降而另需伺服马达承担的转矩的变化量，高精度地校正推断干扰值。
在上述方案中，所述内压检测部还可以是所述气弹簧所具备的压力传感器。
如此，能够通过压力传感器直接检测气弹簧的气缸内压的变化。
在上述方案中，所述内压检测部还可以是，在填充有适量的气体的状态下，以所述臂配置于预定的判定位置时的所述伺服马达的电流值作为基准值，并基于所述臂配置于所述判定位置时的所述伺服马达的电流值与所述基准值的差分，推断所述气缸内压。
如此，无需使用新的传感器，便能够由伺服马达的电流值简单地推断气缸内压。
在上述方案中，所述内压检测部还可以累计活塞相对于构成所述气弹簧的气缸的总动作距离，基于累计的所述总动作距离推断所述气缸内压。
气弹簧根据活塞相对于气缸的滑动距离，获知密封在内部的气体泄漏。因此，通过计算总动作距离，能够简单地推断气缸内压。
本发明的其他方案，提供一种机器人的碰撞检测方法，包括：内压检测步骤，检测气弹簧的气缸内压，所述气弹簧作为具备至少一个臂的机器人主体的所述臂的平衡器发挥功能；干扰计算步骤，计算出对驱动所述机器人主体的所述臂的伺服马达的转矩命令值与实际上使所述臂进行动作所需的伺服马达的转矩的差分，作为推断干扰值；校正步骤，基于通过所述内压检测步骤检测到的所述气缸内压，校正所述推断干扰值；以及判定步骤，当通过该校正步骤校正的所述推断干扰值超过预定的阈值时，判定所述机器人主体产生碰撞。
发明效果
根据本发明，在采用气弹簧作为多关节机器人的辅助转矩的机器人中，即使在气弹簧的气缸的内压变动时，也能够高精度地检测机器人的碰撞。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施方式的机器人的整体结构图。
图2是示出图1的机器人的第一臂所需转矩的(A)密封适量气体时、(B)气体泄漏时的各个情况下的伺服马达和气弹簧产生的转矩的分配的图。
图3是示出图1的机器人的碰撞检测方法的流程图。
图4是示出图1的机器人的气弹簧的内压下降时的推断干扰值推移的示例的图。
附图标记说明
1 机器人
2 机器人主体
3 控制装置
6 第一臂(臂)
7 第二臂(臂)
9 气弹簧
10 气缸
11 活塞杆(活塞)
12 伺服马达
S3 内压检测步骤
S6 干扰计算出步骤
S7 校正步骤
S9 判定步骤
具体实施方式
以下参照附图对根据本发明的一个实施方式的机器人1及其碰撞检测方法进行说明。
如图1所示，根据本实施方式的机器人1具备：直立多关节型的机器人主体2；以及控制该机器人主体2的控制装置3。
机器人主体2具备：固定于被设置面(地面)的基座4；相对于基座4围绕竖直的第一轴线A能够旋转地被支撑的回转体5；相对于回转体5围绕水平的第二轴线B能够旋转地被支撑的第一臂(臂)6；围绕水平的第三轴线C能够旋转地支撑于第一臂6的前端的第二臂(臂)7；以及支撑于第二臂7的前端的三轴手腕单元8。
根据本实施方式的机器人主体2，在回转体5与第一臂6之间，具备气弹簧9。气弹簧9具备：可旋转地支撑于第一臂6的气缸10；以及可旋转地支持于回转体5的活塞杆(活塞)11，其在气缸10内能够沿长轴方向滑动。气缸10内部密封有惰性气体。
气弹簧9作为减轻伺服马达12的负载的平衡器发挥功能，所述伺服马达12驱动因重力导致的较大负载所作用的第一臂6。
控制装置3控制机器人主体2的各个轴的伺服马达12。
如图2所示，伺服马达12所产生的转矩Ts0与气弹簧9所产生的转矩Tg0，或伺服马达12所产生的转矩Ts1与气弹簧9所产生的转矩Tg1同时作用于第一臂6，从而提供动作所需的转矩Tr。在图2中，(A)示出适量气体填充气弹簧9时的转矩分配；(B)示出气体泄漏从而气缸10的气缸内压下降的状态下的转矩分配。
如上所述，由于气弹簧9作为第一臂6的平衡器发挥功能，因而驱动第一臂6所需的转矩Tr是，伺服马达12的转矩Ts0与气弹簧9所产生的转矩Tg0的总和。若气体泄漏，则气弹簧9所产生的转矩下降至Tg1，因而为了获取必要转矩Tr，需要使伺服马达12的转矩增大至Ts1。
伺服马达12的转矩Ts0、Ts1能够根据伺服马达12的电流值来计算，气弹簧9所产生的转矩Tg0、Tg1能够根据气缸内压来计算。
控制装置3计算出供给至各个轴的伺服马达12的电流命令值与实际上检测到的各个轴的伺服马达12的电流值的差分，作为推断干扰值，当该推断干扰值超过预定的阈值时，判定机器人主体2与外部的物体产生碰撞。
并且，根据本实施方式的机器人1具备：检测气缸内压的压力传感器(图示略：内压检测部)，控制装置3作为校正部发挥功能，根据通过压力传感器检测到的气缸内压，校正推断干扰值或阈值。
具体地，控制装置3在密封有适量气体的状态下，以第一臂6配置于预定的判定位置时，将通过压力传感器检测到的气缸内压作为基准，计算出与在使机器人主体2进行动作后的适当地时机将第一臂6配置于同一判定位置时，通过压力传感器检测到的气缸内压的差分。然后，计算出与该差分对应的转矩作为气弹簧9所产生的转矩Tg0、Tg1的变化量ΔTg。
并且，控制装置3通过从计算出的推断干扰值中减去气弹簧9所产生的转矩变化量ΔTg，例如，校正推断干扰值，并且比较校正后的推断干扰值与阈值，以此来判定机器人主体2与外部物体的碰撞。或者，将已设定的阈值与转矩变化量ΔTg相加，通过比较校正后的阈值与推断干扰值，判定机器人主体2与外部物体的碰撞。
以下对如此构成的根据本实施方式的机器人1的碰撞检测方法进行说明。
如图3所示，根据本实施方式的机器人1的碰撞检测方法，在密封有适量气体的状态下，将第一臂6配置于预定的判定位置，通过压力传感器检测气缸内压，并且将检测到的气缸内压作为基准内压进行存储(步骤S1)。
之后，使机器人主体2动作，判定是否为检测气缸内压的时期(步骤S2)。若处于判定时期，则在第一臂6配置于判定位置时，通过压力传感器检测气缸内压(内压检测步骤S3)。计算出在同一判定位置检测到的气缸内压与基准内压的差分(步骤S4)；利用计算出的差分，计算出气弹簧9所产生的转矩Tg0、Tg1的变化量ΔTg(步骤S5)。
在机器人主体2进行动作的过程中，基于向各个轴的伺服马达12命令的电流命令值与检测到的实际上流过伺服马达12的电流值的差分，计算出推断干扰值(干扰计算步骤S6)。推断干扰值，例如，以如图4中单点划线所示的方式发生变化。
然后，从计算出的推断干扰值中减去相当于变化量ΔTg的电流变化量ΔIg，从而计算出校正后的推断干扰值(图4中由实线示出)(校正步骤S7)。
之后，比较校正后的推断干扰值与阈值(步骤S8)，当校正后的推断干扰值超过阈值时，判定机器人主体2与外部物体产生碰撞(判定步骤S9)，对该要旨进行报告。当校正后的推断干扰值在阈值以下时，执行自步骤S2起的工序。
在步骤S2中，若判定不是检测气缸内压的时期，则执行自干扰计算步骤S6起的工序。
如此，根据本实施方式的机器人1及其碰撞检测方法，当基于伺服马达12的电流值检测机器人1的碰撞时，当气弹簧9的气缸内压下降的情况下，计算出的伺服马达12的推断干扰值会如单点划线所示一样变大，但是如图4中实线所示，根据气缸内压校正推断干扰值或阈值，因此具有能够防止机器人1的碰撞误检测，进而高精度地检测碰撞的优点。
在本实施方式中，示出了以检测气弹簧9的气缸内压的压力传感器作为内压检测部的示例，代替于此，还可以是，在填充有适量气体的状态下，以第一臂6配置于预定的判定位置时的伺服马达12的电流值作为基准值预先存储，并且在机器人主体2进行动作之后的适当的时机，根据第一臂6再次配置于判定位置时的伺服马达12的电流值与基准值的差分，推断气缸内压。
如此，无需准备压力传感器，就能够检测气缸内压的下降。
作为内压检测部，还可以累积计算活塞杆11相对于气弹簧9的气缸10的总动作距离，根据计算出的总动作距离推断气缸内压。
据此，也无需设置特别的传感器，就能够根据第一臂6的旋转角度简单地计算出总动作距离。

Claims (6)

1.一种机器人，其特征在于，具备：
机器人主体，其具备至少一个臂；
气弹簧，其作为所述机器人主体的所述臂的平衡器发挥功能；
内压检测部，其检测所述气弹簧的气缸内压；以及
控制装置，其控制所述机器人主体，
所述控制装置，计算出对驱动所述臂的伺服马达的转矩命令值与实际上使所述臂进行动作所需的所述伺服马达的转矩的差分，作为推断干扰值，当所述推断干扰值超过预定的阈值时，判定所述机器人主体产生碰撞，并且基于由所述内压检测部检测到的所述气缸内压，校正所述推断干扰值或所述阈值。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述控制装置利用转矩变化量校正所述推断干扰值或所述阈值，所述转矩变化量基于由所述内压检测部检测到的所述气缸内压与处于填充有适量气体的状态下的所述气缸内压的差分。
3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述内压检测部为所述气弹簧所具备的压力传感器。
4.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述内压检测部，将在填充有适量气体的状态下所述臂配置于预定的判定位置时的所述伺服马达的电流值作为基准值，并且基于所述臂配置于所述判定位置时的所述伺服马达的电流值与所述基准值的差分，推断所述气缸内压。
5.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，
所述内压检测部累计活塞相对于构成所述气弹簧的气缸的总动作距离，并根据累计的所述总动作距离推断所述气缸内压。
6.一种机器人的碰撞检测方法，其特征在于，包括：
内压检测步骤，检测气弹簧的气缸内压，所述气弹簧作为具备至少一个臂的机器人主体的所述臂的平衡器发挥功能；
干扰计算步骤，计算出对驱动所述机器人主体的所述臂的伺服马达的转矩命令值与实际上使所述臂进行动作所需的伺服马达的转矩的差分，作为推断干扰值；
校正步骤，基于通过所述内压检测步骤检测到的所述气缸内压，校正所述推断干扰值；以及
判定步骤，当通过所述校正步骤校正后的所述推断干扰值超过预定的阈值时，判定所述机器人主体产生碰撞。
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