CN110049850A - 机器人的控制方法 - Google Patents

Abstract

在具备由电动机驱动且旋转轴方向相同的第一旋转轴和第二旋转轴的机器人中，使直接或间接地装配有负载的第一旋转轴励振，并且使第二旋转轴旋转而使第一旋转轴相对地旋转，从而对施加于第一旋转轴的负载的重力扭矩进行计算。

Description

机器人的控制方法

技术领域

本发明涉及一种对装配于由电动机驱动的机器人的负载的重力扭矩进行计算的方法。

背景技术

近年来，在具有由电动机驱动的多个旋转轴的机器人中，要求以安全性的提高、破损的防止为目的的功能的高精度化。另外，要求以生产节拍的缩短、跟踪性能提高为目的的动作改善、振动抑制控制的提高，进而要求实现由机器人进行的焊接、精密作业等工作的品质提高。

为了实现这样的用途，在各用途的控制方法中，需要装配于机器人的臂及臂的前端的负载的质量、重心位置这样的信息。其中，机器人所具备的臂的质量和重心位置能够从在设计时所使用的CAD等设计工具预先得知。

然而，当在机器人的臂前端装配任意的负载时，需要另外知道负载的质量和重心位置。作为机器人得知负载的质量和重心位置的方法有：机器人的操作者向机器人控制器进行手动输入的方法。

另外作为非手动输入的方法，已知如下方法：通过在静止状态下未装配负载时的电动机各轴的扭矩与装配负载时仅抬起微小量时的扭矩的差分来计算负载的质量(例如参见专利文献1)。

另外，已知如下方法：使以正交的两个旋转轴为中心旋转的各臂以等角速度往复运动，从而根据相对于所安装的负载的质量的重力扭矩的大小和将所述两个旋转中心轴间以最短的方式连结的直线的长度来计算负载的质量和重心位置(例如参见专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-235374号公报

专利文献2：日本特开2010-76074号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在对负载的质量和重心位置进行手动输入的方法中，机器人的操作者需要将负载的质量和重心位置预先通过计算、测定而求得，从而存在作业者的负担增加、忘记输入或输入错误等可能性。

另外，作为非手动输入的方法，在如专利文献1所示的根据未装配负载时末端扭矩的推测值与在装配负载时仅抬起微小量时末端的扭矩推测值的差分来推测负载的质量的方法中，针对想要测定的负载，需要在装配时和未装配时这两个状态下进行扭矩的测定。另外需要考虑到摩擦的方向的微调节，从而存在导致推测负载作业者的负担增加的可能性。

在如考虑摩擦的方向的专利文献2所示那样根据分别施加于正交的两个轴的重力扭矩和将该两个旋转中心轴间以最短的方式连结的直线的长度来计算负载的质量和重心位置的方法中，通过利用等角速度往复旋转运动来消除动摩擦、粘性摩擦的影响而进行推测。然而在因旋转方向不同而导致动摩擦、粘性摩擦的影响不同的情况下，该影响残留，从而对负载的推测很困难。

本发明的目的在于，提供一种机器人的控制方法，即使在因旋转方向不同而导致动摩擦、粘性摩擦的影响不同的情况下，也能够进行负载的重力扭矩的计算。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的机器人的控制方法，所述机器人具备由电动机驱动且旋转轴方向相同的第一旋转轴和第二旋转轴，相对于以第一旋转轴为中心旋转的臂的前端侧直接或间接地装配负载而使用，所述机器人的控制方法包括如下步骤：使第一旋转轴励振，并且使第二旋转轴旋转而使第一旋转轴相对地旋转，从而对施加于第一旋转轴的负载的重力扭矩进行计算。

另外，在上述基础上，也可以是，第二旋转轴的旋转是以等角速度旋转90度以上。

另外，在上述基础上，也可以是，将旋转的第二旋转轴的操作角与相对旋转的第一旋转轴的操作角视为相同，将第一旋转轴的所计算出的重力扭矩与第二旋转轴的操作角相关联。

另外，除了上述之外，可以的是，机器人在第一旋转轴与第二旋转轴之间具备与第一旋转轴与第二旋转轴的旋转轴方向不同的第三旋转轴，负载的重力扭矩的计算包括：求得被视为操作角与第一旋转轴相同的第二旋转轴处于第一规定位置的情况下的负载的重力扭矩、以及处于从第一规定位置旋转了90度的第三规定位置的情况下的负载的重力扭矩，进一步地，使第三旋转轴以等角速度进行90度以上的往复旋转运动，求得第三旋转轴处于第二规定位置的情况下的负载的重力扭矩，以及处于从第二规定位置旋转了90度的第四规定位置的情况下的负载的重力扭矩，通过使用下列参数来求得负载的质量及重心位置：在第二旋转轴处于第一规定位置的情况下与处于第三规定位置的情况下分别求得的负载的重力扭矩；在第三旋转轴处于第二规定位置的情况下与处于第四规定位置的情况下分别求得的负载的重力扭矩；和将第一旋转轴的旋转中心与第三旋转轴的旋转中心以最短的方式连结而得到的轴间距离。

发明効果

对于被装配的负载，即使在因旋转方向不同而导致动摩擦、粘性摩擦的影响不同，从而负载的重力扭矩计算困难的情况下，也能够进行负载的重力扭矩的计算。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的构成机器人的旋转轴的控制方法的框图。

图2是示出本发明的实施方式的构成机器人的旋转轴的在X-Z平面中的配置的一例的图。

图3是示出本发明的实施方式的构成机器人的旋转轴的在Y-Z平面中的配置的一例的图。

图4A是本发明的实施方式的机器人的在相当于图2的X-Z平面观察下的平面图。

图4B是本发明的实施方式的机器人的在相当于图3的Y-Z平面观察下的平面图。

图5A是示出第四轴处于第五规定位置的情况的Y-Z平面图。

图5B是示出第四轴处于从第五规定位置向负方向旋转了90度的第六规定位置的情况的Y-Z平面图。

图5C是示出第四轴越过第六规定位置而处于而从第五规定位置向负方向旋转了90度以上的位置的情况的Y-Z平面图。

图5D是示出第四轴越过第六规定位置及第五规定位置而处于从图5C所示的位置向正方向旋转了90度以上的位置的情况的Y-Z平面图。

图6是示出进行图5A～图5D所示的等角速度运动的情况的施加于第六轴的重力扭矩的一例的图。

图7是示出本发明的实施方式的构成机器人的旋转轴的控制方法的框图。

图8A是示出第五轴处于第二规定位置的情况的X-Z平面图。

图8B是示出第五轴处于从第二规定位置向正方向旋转了90度的第四规定位置的情况的X-Z平面图。

图8C是示出第五轴越过第四规定位置而处于从第二规定位置向正方向旋转了90度以上的位置的情况的X-Z平面图。

图8D是示出第五轴越过第四规定位置及第二规定位置而处于从图8C所示的位置向负方向旋转了90度以上的位置的情况的X-Z平面图。

具体实施方式

以下，使用附图来说明本发明的机器人的控制方法的实施方式。

(实施方式1)

在本实施方式中，对在X-Z平面中表现的图2和在Y-Z平面中表现的图3所示出的、具备第一轴35、第二轴36、第三轴37、第四轴38(第二旋转轴)、第五轴39(第三旋转轴)以及第六轴40(第一旋转轴)这些旋转轴的机器人进行说明。另外机器人具备与旋转轴相同数量的臂，各臂以所对应的旋转轴为中心旋转。例如，第四轴臂48以第四轴38为中心旋转，第五轴臂49以第五轴39为中心旋转，第六轴臂50以第六轴40为中心旋转。该机器人是六轴的垂直多关节型的机器人，机器人的最接近接地面的轴为第一轴35，机器人的最前端侧的轴为第六轴40。X-Y平面与机器人的接地面平行，Z方向相对于机器人的接地面垂直。

在图2和图3中，距离X1、距离Y1、距离Z1表示从第六轴40的旋转中心直至装配于第六轴臂50的前端的负载41的重心位置为止以最短的方式连结而得到的轴间距离(负载偏移)的X分量、Y分量、Z分量。

另外在图2中、臂长Lii和臂长Lj表示从第五轴39的旋转中心直至第六轴40的旋转中心的距离(第五轴臂49的臂长)的Z分量和X分量。在本实施方式中，如图3所示，示出了第五轴39与第六轴40的各旋转中心在平行于Z方向的同一线上的示例。第五轴臂49的臂长的Y分量为0。

在这些尺寸中与负载41的重心位置相关的距离X1、距离Y1及距离Z1为未知的数值。而且与第五轴39和第六轴40相关的臂长Lii和臂长Lj是基于机器人的结构能够预先得知的已知的数值。

图4A是在相当于图2的X-Z平面观察下的第三轴之后的图，图4B是在相当于图3的Y-Z平面观察下的第四轴之后的图。但是，为了比图4A容易观察而放大记载了图4B。

在图4A中，距离L5表示从第五轴39的旋转中心直至负载41的重心位置的长度。在图4B中，距离L6表示从第六轴40的旋转中心直至负载41的重心位置的长度。在此，距离L5能够根据臂长Lii、臂长Lj、距离X1、距离Z1计算出，距离L6能够根据距离Y1、距离Z1计算出。

接下来，关于在构成机器人的臂的前端装配的负载41，说明对施加于臂前端轴即第六轴40的负载41的重力扭矩进行计算的方法。

首先，图1是示出机器人的旋转轴的控制方法的框图。而且以该框图执行的控制是在未图示的机器人控制器内执行的控制。作为机器人整体，存在多个轴的与图1相同的框图，但以图1的框图为代表来说明电动机的单个轴的控制。

在图1的位置控制框1中，根据机器人的关节角指令θrc乘以减速比Rg而计算出的电动机位置指令θcom与电动机位置反馈θm的差分值以及位置比例增益KPP，来生成速度循环指令ωcom。

在图1的速度控制框12中，根据速度循环指令ωcom与电动机速度反馈ωm的差分值、速度比例增益KP以及速度积分增益KI，来生成电动机电流指令Im。

在图1的示出电动机和外力的动力学控制框18中，若假设减速器为刚体，则电动机发生扭矩τm若从电动机驱动侧观察则由算式(数学式1)表示，若从负载侧观察则由算式(数学式2)表示。

[数学式1]

τm＝Kt·Im

[数学式2]

τm＝Jm·am+D-ωm+τμ+τdyn/Rg

其中，算式(数学式1)、算式(数学式2)中的符号如下。

Kt：电动机扭矩常数。

Im：电动机电流。

αm：电动机角加速度(ωm的微分值)。

ωm：电动机角速度。

Jm：电动机惯量(转子+减速器的初级侧惯量换算为减速器的次级侧惯量)。

D：粘性摩擦系数。

τμ：摩擦扭矩。

τdyn：动力学扭矩(重力扭矩、惯性力、离心力、科里奥利力之和)。

Rg：减速器的减速比。

摩擦扭矩τμ能够由以下的算式计算出。

[数学式3]

τμ＝Kμ·sgn

其中，Kμ：动摩擦的大小。

[数学式4]

算式(数学式2)中的动力学扭矩τdyn在以低速进行等角速度运动时，能够忽略因角速度、角加速度而引起的惯性力、离心力、科里奥利力，而能够近似为重力扭矩分量，因此能够如下表示。

[数学式5]

τdyn＝τgA[θr]+τgL[θr]

其中，

θr：机器人关节角(减速器输出角度)＝θm/Rg

τgA[θr]：因机器人的臂而引起的重力扭矩。

τgL[θr]：因装配于机器人的负载而引起的重力扭矩。

两者都由机器人关节角θr唯一确定。

构成机器人的臂等部件的质量和形状是已知的。

而且，若已知机器人的所有轴的关节角，则能够计算出因机器人的臂而引起的重力扭矩τgA[θr]。

图1的臂重力扭矩运算框24输入该轴的机器人关节角θr和处于静止状态的其他轴的机器人关节角θr，根据构成机器人的臂等部件的质量和形状，计算出因臂而引起的重力扭矩τgA[θr]。

在等角速度运动时，电动机角加速度αm为0。导出从算式(数学式1)～算式(数学式5)求得负载的重力扭矩τgL[θr]的算式如下。

[数学式6]

τgL[θr]＝{Kt·Im[θr]-D·ωm-Kμ·sgn}·Rg-τgA[θr]

在此，若将引起在负方向(sgn＝-1)上以-ωm0等角速度运动时的电流设为Im[θr]m，并将引起在正方向(sgn＝1)上以ωm0等角速度运动时的电动机电流设为Im[θr]p来表示算式(数学式6)，则分别成为以下的算式(数学式7)、算式(数学式8)。

[数学式7]

τgL[θr]＝{Kt·Im[θr]m+D·ωm0+Kμ}·Rg-τgA[θr]

[数学式8]

τgL[θr]＝{Kt·Im[θr]p-D·ωm0-Kμ}·Rg-τgA[θr]

算式(数学式7)、算式(数学式8)相加并除以2而成为以下的数学式。

[数学式9]

τgL[θr]＝Kt·Rg·{Im[θr·]p+Im[θr]m}/2-τgA[θr]

＝τgI[θr]-τgA[θr]

其中，

[数学式10]

τgI[θr]＝Ki·Rg·{Im[θr]p+Im[θr]m}/2

也就是说，以低速且等角速度使负载往复旋转运动，在负方向的运动中累积(accumulate)机器人关节角θr和在该角度下的电动机电流值Im[θr]m的数据，并在正方向的运动中累积机器人关节角θr和在该角度下的电动机电流值Im[θr]p的数据。然后，在规定的角度角Δθr的往复旋转运动之后，若对相同的关节角θr彼此取正负方向的平均值(相加除以2)，则去除与摩擦力相关的项。因此，无需求得粘性摩擦系数D、动摩擦Kμ的值，就能够求得重力扭矩τgL[θr]。

然而，该方法并不能应用于由于旋转方向不同而导致的动摩擦的影响的大小不同的情况。例如具有经由存在结构特征的准双曲面齿轮等减速器的旋转轴的机器人的示例即为这种情况。

在这样的情况下算式(数学式7)、算式(数学式8)分别如下。

[数学式11]

τgL[θr]＝{Kt·Im[θr]m+D·ωm0+K′μ}·Rg-τgA[θr]

[数学式12]

τgL[θr]＝{Kt·Im[θr]p-D·ωm0-K′μ}·Rg-τgA[θr]

其中，算式(数学式11)、算式(数学式12)中的符号如下。

K’μ_-：在负方向旋转时的动摩擦的大小。

K’μ₊：在正方向旋转时的动摩擦的大小。

算式(数学式11)、算式(数学式12)相加并除以2而成为以下数学式。

[数学式13]

τgL[θr]

＝Kt·Rg·{Im[θr]p+Im[θr]m}/2+{K′μ-K′μ}·Rg/2-τgA[θr]

＝τgI[θr]-τgA[θr]+{K′μ-K′μ}·Rg/2

其中，

[数学式14]

τgI[θr]＝Kt·Rg·{Im[θr]p+Im[θr]m}/2

如算式(数学式13)所示，若不分别求得负方向和正方向的动摩擦的大小，则不能求得重力扭矩τgL[θr]。然而，实际上测定或者推测动摩擦的大小是很困难的。因此，希望用不受动摩擦的影响的方法求得重力扭矩τgL[θr]。

在此，本发明的实施方式1的机器人控制方法，是对具备由电动机驱动且旋转轴方向相同的第六轴40(第一旋转轴)和第四轴38(第二旋转轴)，并相对于以第六轴40为中心旋转的第六轴臂50的前端侧直接或间接地装配负载4而使用的机器人的控制方法，是一边使第六轴40励振，一边通过使第四轴38旋转而使第六轴40相对地旋转，从而对施加于第六轴40的负载41的重力扭矩进行计算的方法。

首先，如图5A～图5D所示，使第四轴38旋转90度以上，从而求得施加于第六轴40的负载41的重力扭矩。

图5A是示出第四轴38处于第五规定位置的情况。图5B示出第四轴38处于从第五规定位置向负方向旋转了90度的第六规定位置的情况。图5C示出第四轴38越过第六规定位置而处于从第五规定位置向负方向旋转了90度以上的位置的情况。图5D示出第四轴38越过第六规定位置及第五规定位置而处于从图5C示出的位置向正方向旋转了90度以上的位置的情况。如图5A～图5D所示那样，第六轴40的关节角(以下也称为操作角)若以旋转中的第四轴38为基准则实质上是不变的。即，第六轴40从第四轴38观察时实质上未旋转。在此以“实质上”表述是因为，如后所述第六轴40略微被励振。另一方面，若第六轴40的操作角以Y-Z平面(机器人的接地面)为基准，则与第四轴38的操作角一致。即，若从机器人的接地面观察，第六轴40与第四轴38的旋转同步旋转。因此，若以机器人的接地面为基准，则可以将第四轴38的操作角视为第六轴40的操作角。

此外，在使第四轴38旋转时，为了消除第六轴40的静止摩擦的影响，如图5A所示使第六轴40励振。励振是以与第四轴38的关节角一致的关节角为中心向正方向和负方向的往复旋转运动。第六轴40的励振的振幅比第四轴38的往复旋转运动的振幅小。第六轴40的励振的周期比第四轴38的往复旋转运动的周期小。由于第六轴40的励振的中心与第四轴38的关节角一致，且其振幅及周期较小，因此第六轴40可被视为实质上单独未旋转。即，第六轴40从第四轴38观察可被视为实质上未旋转。实质上单独未旋转的第六轴40不受动摩擦及粘性摩擦的影响。另外被励振的第六轴40也不受静止摩擦的影响。因此，能够正确地计算施加于第六轴40的负载41的重力扭矩。具体而言，对流向驱动第六轴40的电动机的电动机电流的大小和可被视为第六轴40的操作角的第四轴38的操作角进行测定。将该测定结果带入算式(数学式6)的右边第一项。由于不受粘性摩擦和动摩擦的影响，因此可忽略算式(数学式6)的右边第2项及第3项。算式(数学式6)的右边第4项为已知。由此，能够计算出施加于第六轴40的负载41的重力扭矩τgL(θr)。

另外，第四轴38的旋转速度最好为低速且等角速度。这是因为若以低速且等角速度进行旋转运动，则惯性力、离心力、科里奥利力能够变小到可忽略的程度，相反，若以高速进行运动，则对轴的由角速度、角加速度引起的惯性力、离心力、科里奥利力的影响变大，从而存在不能求得正确的重力扭矩的情况。

此外，第四轴38的往复旋转运动的振幅优选在包含第五规定位置和第六规定位置的90度以上的范围(以下称为规定的范围)。由此，第四轴38在第五规定位置以及第六规定位置均处于旋转中，因此能够在不受减速器的齿隙影响的情况下求得负载41的重力扭矩。

此外，为了提高精度，如图6所示，针对由算式(数学式6)求得的重力扭矩，可以进行去除励振的分量的过滤处理。而且，将实际上旋转了的第四轴38的操作角视为与安装有负载且正在励振的第六轴40的操作角相同，并且将上述求得的施加于第六轴40的负载41的重力扭矩与被视为与第六轴40的操作角相同的第四轴38的操作角相关联。使第四轴38进行往复旋转运动，并累积在正方向的运动中求得的负载41的重力扭矩的数据和在负方向的运动中求得的负载41的重力扭矩的数据。然后通过取得相同的操作角彼此正负方向的平均值，从而能够进一步提高所计算的负载41的重力扭矩的精度。

图7是示出机器人的控制方法的框图。第四轴38由位置控制框1a、速度控制框12a及动力学控制框18a控制。第六轴40由位置控制框1b、速度控制框12b及动力学控制框18b控制。

位置控制框1a及位置控制框1b与图1的位置控制框1同样地进行动作。在此，位置控制框1a接受关于第四轴38的关节角指令θrc4。关节角指令θrc4是用于在低速、等角速度且规定的范围内使第四轴38往复旋转运动的指令。位置控制框1b接受关于第六轴40的关节角指令θrc6。关节角指令θrc6是用于使第六轴40励振的指令。

速度控制框12a及速度控制框12b与图1的速度控制框12同样地进行动作。速度控制框12a生成关于驱动第四轴38的电动机的电动机电流指令Im4。速度控制框12b生成关于驱动第六轴40的电动机的电动机电流指令Im6。

动力学控制框18a及动力学控制框18b与图1的动力学控制框18同样地进行动作。动力学控制框18a生成关于驱动第四轴38的电动机的电动机位置指令θm4。动力学控制框18b生成关于驱动第六轴40的电动机的电动机位置指令θm6。

臂重力扭矩运算块24基于第四轴38的机器人关节角(操作角)以及其他轴的机器人关节角来计算因臂而引起的重力扭矩τgA(θr)。数据累积/摩擦扭矩去除框26累积第四轴38的操作角θr的数据和此时的第六轴40的驱动扭矩τgI(θr)的数据。

重力扭矩计算框28根据驱动扭矩τgI(θr)和因臂而引起的重力扭矩τgA(θr)，对施加于第六轴40的负载41的重力扭矩τgL(θr)进行计算。在此，施加于第六轴40的负载41的重力扭矩τgL(θr)是第四轴38的操作角θr的函数。即，被计算出的施加于第六轴40的重力扭矩与第四轴38的操作角相关联。

重力扭矩计算框28可以进一步地对在各操作角的重力扭矩执行如图6所示那样的过滤处理及平均处理。

由以上示出了求得施加于第六轴40的负载41的重力扭矩的方法。本方法不使第六轴40进行实质上的旋转，而使与第六轴40旋转轴方向相同的第四轴38旋转，从而使第六轴40相对地旋转。本方法进一步在第四轴38的旋转中使第六轴40励振。

由此，即使在因第六轴40的旋转方向不同而导致动摩擦以及粘性摩擦不同的情况下，也能够正确的计算出在以第六轴40为中心旋转的第六轴臂50的前端侧直接或间接地装配的负载41的重力扭矩。

(实施方式2)

通过实施方式1，能够在不受动摩擦的影响的情况下求得被装配的负载的重力扭矩。作为关于所求得的重力扭矩的利用方法可以例举的是对负载的质量M及重心位置的推测。在背景技术中说明的专利文献2的方法中，求得施加于正交的两个轴的负载的重力扭矩，并计算该负载的质量、重心位置。为此，对通过将实施方式1与专利文献2的方法一起使用而在不受动摩擦的影响的情况下以良好的精度求得任意的负载的质量、重心位置的例子进行说明。

首先，对求得施加于第五轴39的负载41的重力扭矩的方法进行叙述，但这些与专利文献2所记载的内容相同。关于第五轴39求得第二规定位置和从第二规定位置旋转了90度的第四规定位置处的重力扭矩。第二规定位置是指以第五轴39为旋转中心的第五轴臂49呈水平的位置。而且，在实际求得重力扭矩时，在包含第二规定位置和第四规定位置的范围使第五轴39以等角速度往复运动。

图8A示出第五轴39处于第二规定位置的情况(以第五轴39为旋转中心的第五轴臂49处于水平的位置的状态)。图8B示出第五轴39处于从第二规定位置向正方向旋转了90度的第四规定位置的情况。图8C示出第五轴39越过第四规定位置而处于从第二规定位置向正方向旋转了90度以上的位置的情况。图8D示出第五轴39越过第四规定位置及第二规定位置而处于从图8C所示的位置向负方向旋转了90度以上的位置的情况。

而且，在该动作中在第二规定位置施加于第五轴39的负载41的重力扭矩和在第四规定位置施加于第五轴39的负载41的重力扭矩通过上述算式(数学式7)、算式(数学式8)、算式(数学式9)、算式(数学式10)计算。

接下来，对使用以实施方式1求得的施加于第六轴40的负载41的重力扭矩和由专利文献2的方法求得的施加于第五轴39的负载41的重力扭矩，来求得负载41的质量M和与负载41的重心位置相关的距离X1、距离Y1、距离Z1的方法进行说明。

将负载41的质量设为M、重力加速度设为g。第五轴39处于第二规定位置的情况下的施加于第五轴39的负载41的重力扭矩T1若考虑从旋转中心直至负载41的重心位置的距离L5(图4A参照)则由算式(数学式15)表现。第五轴39处于第四规定位置的情况下的施加于第五轴39的负载41的重力扭矩T2由算式(数学式16)表现。

需要说明的是，第二规定位置与第四规定位置为垂直的位置关系，因而能够导出如下的算式。

[数学式15]

T1＝M·g·(X1+Lj)

[数学式16]

T2＝M·g·(Z1+Lii)

同样考虑从旋转中心直至负载41的重心位置的距离L6(参照图4B)，第六轴40及第四轴38处于第一规定位置的情况下的施加于第六轴40的负载41的重力扭矩T3可由算式(数学式17)表现。第六轴40及第四轴38处于从第一规定位置旋转了90度的第三规定位置的情况下的施加于第六轴40的负载41的重力扭矩T4可由算式(数学式18)表现。

[数学式17]

T3＝M·g·Y1

[数学式18]

T4＝M·g·Z1

一般的机器人各轴的关节角通过设置于各轴的编码器等的旋转位置检测装置而检测，因此第五轴39的、用于将第五轴臂49置于水平位置的关节角能够通过旋转位置检测装置检测，负载41处于第一规定位置时的第六轴40的关节角成为水平位置的原点位置而为0度，因此基于上述算式(数学式1)至算式(数学式14)能够计算与负载41相关的重力扭矩T1、T2、T3、T4。

进一步，根据算式(数学式16)、算式(数学式18)得到：

[数学式19]

M＝(T2-T4)/(g·Lii)

求得负载41的质量M。

此外，将由算式(数学式19)求得的质量M带入算式(数学式15)而求得距离X1，代入算式(数学式17)而求得距离Y1，代入算式(数学式16)或算式(数学式18)而求得距离Z1。

如以上那样，关于实施方式1的第六轴40(第一旋转轴)和本实施方式2的第五轴39(第三旋转轴)这两个旋转轴，分别求得在规定的位置(第一规定位置、第二规定位置)和从该规定位置旋转了90度的位置(第三规定的位置、第四规定位置)的两点处的重力扭矩。

具体而言，在实施方式1所示的方法中，求得被视为操作角与第六轴40相同的第四轴38处于第一规定位置的情况下的负载41的重力扭矩以及处于从第一规定位置旋转了90度的第三规定位置的情况下的负载41的重力扭矩。此外，在本实施方式2所示的方法中，使第五轴39以等角速度进行90度以上的往复旋转运动，从而求得第五轴39处于第二规定位置的情况下的负载41的重力扭矩以及处于从第二规定位置旋转了90度的第四规定位置的情况下的负载41的重力扭矩。此外，通过使用被视为操作角与第六轴40相同的第四轴38处于第一规定位置的情况和处于第三规定位置的情况下分别求得的负载41的重力扭矩、第五轴39处于第二规定位置的情况和处于第四规定位置的情况下分别求得的负载41的重力扭矩、和将第六轴40的旋转中心与第五轴39的旋转中心以最短的方式连结而得到的轴间距离(Lj、Lii)，能够简便地求得负载41的质量、重心位置。由此能够以良好的精度计算出与装配于由电动机驱动的机器人的负载相关的重力扭矩和负载的质量、重心位置。

工业上的可利用性

本发明提供一种以良好的精度计算与装配于由电动机驱动的机器人的负载相关的重力扭矩的控制方法，实现负载的重量推测、碰撞检测功能的高灵敏度。另外，能够用于机器人的利用领域的扩大以及焊接、精密作业等品质的提高。

符号说明

1、1a、1b 位置控制框

12、12a、12b 速度控制框

18、18a、18b 动力学控制框

24 臂重力扭矩运算框

26 数据累积/摩擦扭矩去除框

28 重力扭矩计算框

35 第一轴

36 第二轴

37 第三轴

38 第四轴

39 第五轴

40 第六轴

41 负载

48 第四轴臂

49 第五轴臂

50 第六轴臂

M 质量。

Claims (4)

1.一种机器人的控制方法，

所述机器人具备由电动机驱动且旋转轴方向相同的第一旋转轴和第二旋转轴，相对于以所述第一旋转轴为中心旋转的臂的前端侧直接或间接地装配负载而使用，

所述机器人的控制方法包括如下步骤：

使所述第一旋转轴励振，并且使所述第二旋转轴旋转而使所述第一旋转轴相对地旋转，从而对施加于所述第一旋转轴的所述负载的重力扭矩进行计算。

2.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其中，

所述第二旋转轴的旋转是以等角速度进行的90度以上的旋转。

3.根据权利要求2所述的机器人的控制方法，其中，

将旋转的所述第二旋转轴的操作角与相对旋转的所述第一旋转轴的操作角视为相同，将所述第一旋转轴的所计算出的重力扭矩与所述第二旋转轴的操作角相关联。

4.根据权利要求2或3所述的机器人的控制方法，其中，

所述机器人在所述第一旋转轴与所述第二旋转轴之间具备旋转轴方向与所述第一旋转轴和所述第二旋转轴不同的第三旋转轴，

所述负载的重力扭矩的计算包括：求得被视为操作角与所述第一旋转轴相同的所述第二旋转轴处于第一规定位置的情况下的所述负载的重力扭矩、以及处于从所述第一规定位置旋转了90度的第三规定位置的情况下的所述负载的重力扭矩，

进一步地，

使所述第三旋转轴以等角速度进行90度以上的往复旋转运动，

求得所述第三旋转轴处于第二规定位置的情况下的所述负载的重力扭矩、以及处于从所述第二规定位置旋转了90度的第四规定位置的情况下的所述负载的重力扭矩，

通过使用下列参数来求得所述负载的质量及重心位置：

在所述第二旋转轴处于所述第一规定位置的情况下与处于所述第三规定位置的情况下分别求得的所述负载的重力扭矩；

在所述第三旋转轴处于所述第二规定位置的情况下与处于所述第四规定位置的情况下分别求得的所述负载的重力扭矩；和

将所述第一旋转轴的旋转中心与所述第三旋转轴的旋转中心以最短的方式连结而得到的轴间距离。