CN110065051A - 机器人的控制方法以及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于降低加减速所需的转矩，使机器人小型轻量化。本发明的机器人(100)的控制方法，当通过使支撑的工件能够向同一方向移动的多个关节轴(J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7)的机器人(100)，使工件移动时，以使通过一个关节轴(J1)的加减速动作对其他关节轴作用的干扰转矩、与用于使其他关节轴加减速动作的转矩不会同时向相反方向作用的方式，控制各关节轴(J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7)。

Description

机器人的控制方法以及控制装置

技术领域

本发明涉及机器人的控制方法以及控制装置。

背景技术

以往以来，已知有七轴机器人，出于实现冲压加工装置之间的工件搬运的高速化以及到达距离扩大的目的，在具有六个旋转关节轴的机器人主体的手腕前端，附加有使工件向一个方向以直线状移动的滑动关节轴(例如，参照专利文献1。)。

在专利文献1所记载的机器人，在工件搬入到一个冲压加工装置后、或在将工件从一个冲压加工装置搬出后，将工件从另一个冲压加工装置搬出、或将工件搬入到另一个冲压加工装置时，为了使两台冲压加工装置的动作同步，需要对机器人主体的旋转关节轴以及滑动关节轴进行加速以及减速。

即，专利文献1的机器人，在将搬运用工具从一个冲压加工装置抽出，在冲压加工装置之间待机，并在与另一个冲压加工装置的动作同步地将搬运用工具插入至另一个冲压加工装置的动作中，使将工件向同一方向移动的多个关节轴同时向同一方向减速或加速。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2012/239184号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，如果使将工件向同一方向移动的多个关节轴同时向同一方向减速或加速，则虽然工件的移动可以迅速进行，但由于干扰转矩，存在各关节轴需要与仅使该关节轴单独进行加速或减速的情况相比更大的转矩的不良情况。

本发明提供一种能够降低加减速所需的转矩、使机器人小型轻量化的机器人的控制方法以及控制装置。

用于解决问题的方案

本发明的一方式是一种机器人的控制方法，其当利用具备使支撑的工件能够向同一方向移动的多个关节轴的机器人，使所述工件移动时，以使通过一个所述关节轴的加减速动作对其他所述关节轴作用的干扰转矩、与用于使其他所述关节轴加减速动作的转矩不会同时向相反方向作用的方式，控制各所述关节轴。

根据本方式，当通过使支撑工件的机器人的多个关节轴进行动作从而使工件移动时，如果使一个关节轴加速动作或减速动作，则干扰转矩会作用于其他关节轴。利用其他关节轴的加减速动作的转矩与该干扰转矩的方向不会向相反方向作用的方式，进行控制，由此，通过其他关节轴的加减速动作，防止对一个关节轴作用的干扰转矩与用于一个关节轴的加减速的转矩相加。

即，当在一个关节轴的加速度方向，与通过其他关节轴对一个关节轴作用的干扰转矩的方向成为相反方向的情况下，需要一种产生大的转矩的大型马达，该大的转矩为对使一个关节轴单独加减速动作所需的转矩加上干扰转矩而得到的转矩。通过本方式的机器人的控制方法，利用一个关节轴的加速度方向、与通过其他关节轴对一个关节轴作用的干扰转矩的方向不会同时成为相反方向的方式，进行控制，因此，驱动一个关节轴的马达为能产生使一个关节轴单独加减速动作所需的转矩的小型马达即可。由此，可以实现马达的小型化、机器人的小型轻量化以及耗电的削减。

在上述方式中，可以沿着与通过一个所述关节轴的加减速动作对其他所述关节轴作用的干扰转矩的方向相同的方向，使其他所述关节轴加减速动作。

通过该构成，使一个关节轴加速动作或减速动作，由此使其他关节轴沿着与对其他关节轴作用的干扰转矩的方向相同的方向加减速动作。由此，可以通过其他关节轴的加减速动作使对一个关节轴作用的干扰转矩在与一个关节轴的加速度方向相同的方向上作用。

即，通过本方式的机器人的控制方法，将一个关节轴的加速度方向、与通过其他关节轴对一个关节轴作用的干扰转矩的方向设定为同一方向，因此，驱动一个关节轴的马达为能产生小的转矩的小型马达即可，该小的转矩为从使一个关节轴单独加减速动作所需的转矩中减去干扰转矩而得到的转矩。由此，可以实现马达的小型化、机器人的小型轻量化以及耗电的削减。

在上述方式中，可以将所述机器人配置于两个冲压加工装置之间，在将装卸所述工件的手插入到各所述冲压加工装置或使其从所述冲压加工装置脱离的动作中，使各所述关节轴进行加减速动作。

当使机器人进行动作并将由手支撑的工件插入到冲压加工装置时、当在冲压加工装置交接工件后使手从冲压加工装置脱离时、当为了将通过冲压加工装置进行了冲压加工的工件从冲压加工装置取出而将手插入冲压加工装置时、或者当使支撑工件的手从冲压加工装置脱离时，使机器人的多个关节轴同时进行加减速动作。

这些动作中，为了使机器人与冲压加工装置同步，而使机器人频繁进行加减速动作。这些加减速动作中，控制一个关节轴的加速度方向、与通过其他关节轴对一个关节轴作用的干扰转矩的方向成为同一方向，由此可以降低由各关节轴的马达产生的转矩，实现马达的小型化、机器人的小型轻量化以及耗电的削减。

另外，上述方式中，所述机器人可以具有用于将所述工件以预定的位置以及姿态的冗余的自由度。

通过该构成，用于使工件向同一方向移动的多个关节轴的动作方向一致。当使处于这样的关系多个关节轴同时动作时，控制一个关节轴的加速度方向、与通过其他关节轴对一个关节轴作用的干扰转矩的方向成为同一方向，由此可以降低由各关节轴的马达产生的转矩，实现马达的小型化、机器人的小型轻量化以及耗电的削减。

另外，本发明的其他方式是一种机器人的控制装置，其当输入利用具备使支撑的工件能够向同一方向移动的多个关节轴的机器人使所述工件移动的动作程序时，以沿着与通过一个所述关节轴的加减速动作而作用于其他所述关节轴的干扰转矩的方向相同的方向，使其他所述关节轴进行加减速动作的方式，设定加速度。

上述方式中，所述机器人的控制装置可以具备：干扰转矩计算部，其计算通过一个所述关节轴的加减速动作对其他所述关节轴作用的干扰转矩；以及显示部，其显示通过该干扰转矩计算部计算出的干扰转矩。

发明效果

根据本发明，发挥可以降低加减速所需的转矩、使机器人小型轻量化的效果。

附图说明

图1是表示通过本发明的一实施方式的控制方法控制的机器人的一例的立体图。

图2是从手腕侧滑块侧观察图1的机器人中具备的搬运用工具的立体图。

图3是从工件侧滑块侧观察图2的搬运用工具的立体图。

图4是表示在图2的搬运用工具的工件侧滑块上设置的前端摆动轴的主视图。

图5是将图4的前端摆动轴的一部分剖切而表示的俯视图。

图6是说明利用图1的机器人对冲压加工装置的供给工件以及取出工件的立体图。

图7是表示安装于图2的搬运用工具的工具的一例的立体图。

图8是表示在构成图2的搬运用工具的前端摆动轴的轴的两端设置的接口部的一例的立体图。

图9是表示图8的接口部的其他实例的立体图。

图10是表示利用图1的机器人对冲压加工装置动作的状态S1的示意图。

图11是表示利用图1的机器人对冲压加工装置动作的状态S2的示意图。

图12是表示利用图1的机器人对冲压加工装置动作的状态S3的示意图。

图13是说明在图10的状态S1中仅使第七轴加速的动作的示意图。

图14是说明在图13的状态中使第一轴加速并使第七轴减速的动作的示意图。

图15是说明在图14的状态中使第七轴再次加速并使第一轴减速至图11的状态S2的动作的示意图。

图16是说明在图15的状态中使第一轴再次加速并使第七轴减速的动作的示意图。

图17是说明在图16的状态中使第七轴停止并使第一轴减速至图13的状态S3的动作的示意图。

图18是说明图13至图17的动作中的转矩的变化的时序图。

图19是表示本发明的一实施方式的机器人的控制装置的框图。

附图标记说明：

24、25 冲压加工装置

60 控制装置

100 机器人

J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7 关节轴

S 工具(手)

W 工件

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的机器人100的控制方法以及控制装置60进行说明。

如图1所示，本实施方式的控制方法以及根据控制装置60控制的机器人100具备多关节型的机器人主体30、和安装于机器人主体30的手腕前端的滑动臂型的搬运用工具(关节轴)1。

例如如图1所示，机器人主体30具备：固定于支撑台2的基台3；可围绕水平的第一轴线A旋转地支撑于基台3的一侧面的旋转基座4；可围绕与和第一轴线A隔开间隔的平行轴线(图示略)正交的第二轴线B摆动地支撑的第一臂5；沿第一臂5的长度方向可直线移动地支撑的第二臂6；以及在第二臂6的前端配置的手腕单元(手腕)7。

即，机器人主体30具备：使旋转基座4相对于基台3围绕第一轴线A旋转的第一轴(关节轴)J1；使第一臂5相对于旋转基座4围绕第二轴线B摆动的第二轴(关节轴)J2；以及使第二臂6相对于第一臂5沿第一臂5的长度方向直线移动的第三轴(关节轴)J3。

作为手腕单元7，具备围绕相互相交的轴线C、D、E旋转的两个以上的旋转轴即可。

手腕单元7具备：围绕相互正交的轴线C、D、E旋转的3个旋转轴(第四轴(关节轴)J4、第五轴(关节轴)J5以及第六轴(关节轴)J6)，在末端的旋转轴J6配置有用于固定工具等的面板8。第四轴J4使第一手腕壳体9相对于第二臂6围绕与第一臂5的长度方向平行的第四轴线C旋转，第五轴J5使第二手腕壳体10围绕与第四轴线C正交的第五轴线D旋转，第六轴J6使面板8围绕与第五轴线D正交的第六轴线E旋转。图中，附图标记11至附图标记16分别为第一轴J1至第六轴J6的马达。

第一轴J1使旋转基座4围绕水平的第一轴线A旋转，因此从旋转基座4以及安装于该旋转基座4的第一臂5至手腕单元7，像摆锤那样摆动。该摆锤状的动作范围配置在包含第一轴线A的大致水平面以下。在通过摆锤状的动作搬运工件(参照图6。)W的情况下，重力始终作用于辅助加速或减速的方向，因此利用第一轴J1的运行的摆动动作能够高速且节能地进行。

第二轴J2可以改变第一臂5相对于旋转基座4的倾斜。第三轴J3可以使第二臂6相对于第一臂5直线移动，使由第一臂5和第二臂6构成的整个臂的长度伸缩。

即，通过第一轴J1至第三轴J3，可以将手腕单元7配置于动作范围内的任意位置。而且，通过第四轴J4至第六轴J6，可以任意地调整面板8上安装的搬运用工具1的姿态。

搬运用工具1具备：具有带板状(长方形的平板状)的形态的框架18；以及在厚度方向上隔着该框架18且配置于其两侧的两个滑块19、20。

如图2以及图3所示，两个滑块19、20沿着导轨31在长度方向上可移动地支撑于框架18的表面和背面，该导轨31沿着框架18的长度方向配置。另外，两个滑块19、20通过架设于滑轮32的带21连结在一起，所述滑轮32可围绕平行的轴线旋转地被支撑于框架18的长度方向的两端。

在框架18的宽度方向的一端面，沿着长度方向固定有齿条33。如图3所示，齿条33上啮合有安装于滑块(手腕侧滑块)19的马达22的小齿轮34。当通过驱动马达22，从而使滑块19在框架18的表面向长度方向的一方向移动时，通过带21连结的另一个滑块(工件侧滑块)20被带21牵引，由此在框架18的背面侧向长度方向的另一方向移动。即，沿着框架18的长度方向，使两个滑块19、20沿相互相反方向相对移动。由此，构成包括滑动关节轴的第七轴(关节轴)J7。

滑块19固定于手腕单元7的第六轴J6。如图4以及图5所示，在另一个滑块20上设置有：对具备吸附工件W的多个吸附垫片35的工具(手)S(参图6以及图7照。)进行安装的工件支撑部36；以及使该工件支撑部36围绕沿着框架18的宽度方向延伸的轴线F摆动的前端摆动轴37。前端摆动轴37构成包括旋转关节轴的第八轴(关节轴)。

工件支撑部36具备：可围绕轴线F旋转地安装于滑块20的直杆状的轴38；以及例如如图8或图9所示，固定于该轴38的两端的两个接口部39、40。两个接口部39、40具有相互平行的安装面41。由此，在接口部39、40安装工具S时无需角度对准，能够简易地安装。

如图4以及图5所示，前端摆动轴37具备：马达42；使该马达42的旋转减速的减速器43；以及将该减速器43的输出转矩传递至轴38的一对齿轮44、45。轴承46被收容至齿轮箱47内一起被润滑，所述轴承46可旋转地支撑减速器43的输出轴、一对齿轮44、45、以及轴38。

齿轮箱47固定于滑块20，马达42经由减速器43固定于齿轮箱47。马达42与轴38的轴线F平行地配置。一对齿轮44、45例如具备：作为平齿轮并且固定于减速器43的输出轴的驱动齿轮44；以及固定于轴38的从动齿轮45。通过使从动齿轮45形成为直径比驱动齿轮44充分大，从而使驱动齿轮44的旋转减速并传递至轴38。

如图7所示，工具S具备：分别固定于轴38两端的一对接口部39、40的支柱部48；以及分别从该支柱部48分叉延伸的多个分支部49。多个吸附垫片35朝向同一方向配置于各分支部49。

例如如图6所示，当将平板状的工件W供给至冲压加工装置24、25，并将在冲压加工装置24、25中加工后的工件W取出时，工具S通过吸附垫片35吸附以及释放工件W。

另外，如图1所示，机器人主体30中具备倾斜连结部件23，该倾斜连结部件23将手腕单元7的面板8和固定于该面板8的一个滑块19以预定的倾斜角度进行固定。

倾斜连结部件23使第一臂5以预定角度围绕第二轴线B摆动，并且当笔直地配置手腕单元7时，即第四轴线C与第六轴线E在配置于一条直线上的状态下，以使搬运用工具1的宽度方向以及长度方向成为大致水平的方式，连结手腕单元7的第六轴J6和搬运用工具1。

对于该机器人100，特别是机器人主体30中的第一轴J1与搬运用工具1的第七轴J7成为可以使工件W向大致同一方向移动的冗余的关节轴。

接下来，以下参照附图对本实施方式的机器人100的控制方法进行说明。

如图6所示，本实施方式的机器人100的控制方法是，例如将机器人100配置于两个冲压加工装置24、25之间，针对两个冲压加工装置24、25交替进行工件W的插入以及取出的情况下的控制方法。

首先，如图10所示，在利用第一冲压加工装置24进行工件W的冲压加工的状态下，第一冲压加工装置24打开到能够接收工具S时，通过机器人100的动作，工具S插入到第一冲压加工装置24内，通过工具S吸附已加工的工件W(状态S1)。

接下来，如图11所示，使支撑工件W的工具S从第一冲压加工装置24脱离，并减速待机直至第二冲压加工装置25打开到能够接收工件W为止(状态S2)。

而且，如图12所示，第二冲压加工装置25打开到能够接收工具S时，通过机器人100的动作，支撑工件W的工具S插入到第二冲压加工装置25内，通过解除吸附，将工件W交付至第二冲压加工装置25(状态S3)。

本实施方式的机器人100的控制方法适用于，在状态S1、状态S2以及状态S3依次转移时，使第一轴J1以及第七轴J7进行加减速动作的情况。

即，从状态S1转移至状态S2时，首先，如图13以及图18所示，在第一轴J1停止的状态下，使第七轴J7进行加速动作直至达到预定的第一速度V71为止。此时，由于第一轴J1处于停止状态，因此第一轴J1上仅作用有由第七轴J7的加速动作引起的干扰转矩。另外，由第一轴J1引起的干扰转矩不会作用于第七轴J7。

接下来，如图14以及图18所示，当在第七轴J7以第一速度V71恒速动作的状态下、或者减速动作至低于第一速度V71的第二速度V72为止的状态下，使第一轴J1进行加速动作直至达到预定的第一速度V21为止。

此时，当第七轴J7正在恒速动作的情况下，在第一轴J1上仅作用有用于使第一轴J1加速动作的转矩。第七轴J7上仅作用有由第一轴J1的加速动作引起的干扰转矩。

另一方面，在第七轴J7正在减速动作的情况下，在第一轴J1上作用有，从用于使第一轴J1加速动作的转矩中减去由第七轴J7的减速动作引起的干扰转矩而得到的转矩。另外，在第七轴J7上也作用有，从用于使第七轴J7减速动作的转矩中减去由第一轴J1的加速动作引起的干扰转矩而得到的转矩。

而且，如图15以及图18所示，在第一轴J1达到预定的第一速度V21并恒速动作的状态下、或者减速动作至低于第一速度V21的第二速度(图18中为速度零)的状态下，使第七轴J7加速动作至第一速度V71为止。

此时，在第一轴J1正在恒速动作的情况下，在第七轴J7上仅作用有用于使第七轴J7加速动作的转矩。在第一轴J1上仅作用有由第七轴J7的加速动作引起的干扰转矩。

另一方面，在第一轴J1正在减速动作的情况下，第七轴J7上作用有，从用于使第七轴J7加速动作的转矩中减去由第一轴J1的减速动作引起的干扰转矩而得到的转矩。在第一轴J1上也作用有，从用于使第一轴J1减速动作的转矩中减去由第七轴J7的加速动作引起的干扰转矩而得到的转矩。

由此，转移至状态S2。

而且，如图16以及图18所示，使第一轴J1再次进行加速动作至第一速度V21，并且使第七轴J7减速动作至速度零为止，接下来，如图17以及图18所示，在第七轴J7停止的状态下，使第一轴J1进行减速动作直至达到停止的状态S3为止。此时，在第一轴J1正在加速动作的状态下，第七轴J7正在减速动作，在第一轴J1上作用有，从用于使第一轴J1加速动作的转矩中减去由第七轴J7的减速动作引起的干扰转矩而得到的转矩。在第七轴J7上也作用有，从用于使第七轴J7减速动作的转矩中减去由第一轴J1的加速动作引起的干扰转矩而得到的转矩。

另外，在第七轴J7停止的状态下，在第一轴J1上仅作用有用于使第一轴J1加速动作的转矩。在第七轴J7上仅作用有由第一轴J1的减速动作引起的干扰转矩。

即，根据本实施方式的机器人100的控制方法，以在第一轴J1以及第七轴J7中的一个的加减速动作中产生的转矩的方向、与作用于另一个的干扰转矩的方向不成为相反方向的方式，控制第一轴J1以及第七轴J7。由此，不需要产生比在使第一轴J1以及第七轴J7分别单独加减速动作的情况下产生的转矩T_MAX更大的转矩，具有可以使第一轴J1以及第七轴J7的马达小型化、实现机器人100的小型轻量化的优点。

特别是，以在第一轴J1以及第七轴J7中的一个的加减速动作中产生的转矩的方向、与作用于另一个的干扰转矩的方向成为同一方向的方式，控制第一轴J1以及第七轴J7，从而能够以比使第一轴J1以及第七轴J7分别单独加减速动作的情况下产生的转矩T_MAX小的转矩，进行加减速动作。由此，具有可以使第一轴J1以及第七轴J7的马达小型化、实现机器人100的小型轻量化、而且大幅削减耗电的优点。

此外，在本实施方式中，例示出了配置于两台冲压加工装置24、25之间、且在与冲压加工装置24、25之间交换工件W的机器人100，但不限定于此。

另外，作为机器人100的轴结构，也可以采用其它任意的轴结构。该情况下，机器人100优选具备可使支撑的工件W向同一方向移动的多个冗余的关节轴。

接下来，以下，对本发明的另一个实施方式的机器人100的控制装置60进行说明。

如图19所示，本实施方式的控制装置60具备：输入部61，其通过示教操作盘等的操作来输入动作程序；以及运算部62，其在通过该输入部61输入了动作程序时，以沿着与通过机器人100的一个关节轴的加减速动作而作用于其他关节轴的干扰转矩的方向相同的方向，使其他关节轴进行加减速动作的方式，设定加速度。

根据如此构成的控制装置60，如果输入构成动作程序的多个示教点以及示教点之间的机器人100的动作轨迹等，则按照该动作轨迹计算用于使工件W在示教点之间移动的机器人100的各关节轴的加速度图案时，以沿着与通过一个关节轴的加减速动作而作用于其他关节轴的干扰转矩的方向相同的方向，使其他关节轴进行加减速动作的方式，自动设定加速度。

即，根据本实施方式的控制装置60，例如，在控制图1所示的机器人100的情况下，利用机器人100的第一轴J1以及第七轴J7中的一个的加减速动作中产生的转矩的方向、与作用于另一个的干扰转矩的方向不成为相反方向的方式，控制第一轴J1以及第七轴J7。由此，不需要产生比使第一轴J1以及第七轴J7分别单独加减速动作的情况下产生的转矩更大的转矩，具有可以使第一轴J1以及第七轴J7的马达小型化、实现机器人100的小型轻量化的优点。

另外，控制装置60可以具备：计算通过一个关节轴的加减速动作而作用于其他关节轴的干扰转矩的未图示的干扰转矩计算部；以及显示由干扰转矩计算部计算出的干扰转矩的未图示的显示部。显示部可考虑例如用户操作的TP等。

Claims (6)

1.一种机器人的控制方法，其特征在于，

当利用具备使支撑的工件能够向同一方向移动的多个关节轴的机器人，使所述工件移动时，以使通过一个所述关节轴的加减速动作而作用于其他所述关节轴的干扰转矩、与用于使其他所述关节轴进行加减速动作的转矩不会同时向相反方向作用的方式，控制各所述关节轴。

2.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

沿着与通过一个所述关节轴的加减速动作而作用于其他所述关节轴的干扰转矩的方向相同的方向，使其他所述关节轴进行加减速动作。

3.根据权利要求1或2所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述机器人配置于两个冲压加工装置之间，在将装卸所述工件的手插入到各所述冲压加工装置或从所述冲压加工装置脱离的动作中，使各所述关节轴进行加减速动作。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述机器人具有用于以预定的位置以及姿态配置所述工件的冗余的自由度。

5.一种机器人的控制装置，其特征在于，

当输入了利用具备使支撑的工件能够向同一方向移动的多个关节轴的机器人使所述工件移动的动作程序时，以沿着与通过一个所述关节轴的加减速动作而作用于其他所述关节轴的干扰转矩的方向相同的方向，使其他所述关节轴进行加减速动作的方式，设定加速度。

6.根据权利要求5所述的机器人的控制装置，其特征在于，

所述机器人的控制装置具备：

干扰转矩计算部，其计算通过一个所述关节轴的加减速动作而作用于其他所述关节轴的干扰转矩；以及

显示部，其显示由该干扰转矩计算部计算出的干扰转矩。