CN110315517A - 机器人系统和控制方法 - Google Patents

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西邑考史
中村民男
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Abstract

本发明提供一种机器人系统和控制方法。机器人系统包括：机器人，具有前端部、基部、多关节臂；通常控制部，使前端部按照动作程序移动，该动作程序确定前端部的目标位置及目标姿势的经时变化；力引导控制部，在控制的中途，使前端部与引导操作对应地移动，该引导操作是基于对机器人施加的外力的；相对信息获取部，关于从目标位置及目标姿势的变化的中途开始的修正对象区间，获取相对指令信息，该相对指令信息用于确定以该修正对象区间的起点处的前端部的目标位置及目标姿势为基准的、到该修正对象区间的终点为止的前端部的目标位置及目标姿势；以及修正控制部，使前端部以多关节臂的动作结束时的前端部的位置及姿势为基准，按照相对指令信息移动。

Description

机器人系统和控制方法
技术领域
本发明涉及机器人系统和控制方法。
背景技术
在专利文献1中公开了包括以下阶段的机器人引导方法：第一阶段，机器人在基于预先注册的作业程序的再现动作的中途停止；第二阶段，允许机器人的直接操作(Directoperation)；第三阶段，通过直接操作使机器人进行引导动作；第四阶段，禁止机器人的直接操作；以及第五阶段，由机器人继续起动基于作业程序的再现动作。另外，公开了在第三阶段中修正了任一个示教点的位置的情况下，第五阶段中的机器人的动作成为修正后的该示教点与未修正的下一个示教点之间进行直线插值的动作。
【现有技术文献】
专利文献
专利文献1：日本专利文献特开2006-82185号公报。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于提供一种机器人系统，该机器人系统有效减轻人与机器人的协作作业中的人的负担。
用于解决问题的手段
本公开的一个侧面提供了一种机器人系统，包括：机器人，所述机器人具有前端部、基部、多关节臂，所述多关节臂调节所述前端部相对于所述基部的位置及姿势；通常控制部，以使所述前端部按照动作程序移动的方式控制所述多关节臂，所述动作程序确定所述前端部相对于所述基部的目标位置及目标姿势的经时变化；力引导控制部，在通常控制部的控制的中途，以使前端部与引导操作对应地移动的方式控制多关节臂，所述引导操作是通过对所述机器人施加外力进行的；相对信息获取部，关于修正对象区间，获取相对指令信息，所述修正对象区间是从按照所述动作程序的所述目标位置及目标姿势的变化的中途开始的，所述相对指令信息用于确定以该修正对象区间的起点处的前端部的目标位置及目标姿势为基准的、到该修正对象区间的终点为止的前端部的目标位置及目标姿势；以及修正控制部，控制所述多关节臂，以使所述前端部以与力引导控制部的控制对应的多关节臂的动作结束时的前端部的位置及姿势为基准，按照相对指令信息移动。
本公开的其他侧面提供一种控制方法，包括：所述通常控制在具有前端部、基部、调节所述前端部相对于所述基部的位置及姿势的多关节臂的机器人中，以使所述前端部按照动作程序移动的方式控制所述多关节臂，所述动作程序确定所述机器人的所述前端部相对于所述基部的目标位置及目标姿势的经时变化；进行力引导控制，所述力引导控制在通常控制的中途，以使前端部与引导操作对应地移动的方式控制多关节臂，所述引导操作是通过对所述机器人施加外力进行的；关于修正对象区间，获取相对指令信息，所述修正对象区间是从按照所述动作程序的所述目标位置及目标姿势的变化的中途开始的，所述相对指令信息用于确定以该修正对象区间的起点处的前端部的目标位置及目标姿势为基准的、到该修正对象区间的终点为止的前端部的目标位置及目标姿势；以及进行修正控制，所述修正控制控制所述多关节臂，以使所述前端部以与力引导控制对应的多关节臂的动作结束时的前端部的位置及姿势为基准，按照相对指令信息移动。
发明效果
根据本公开，能够提供一种机器人系统，该机器人系统能够有效地减轻人与机器人的协作作业中的人的负担。
附图说明
图1是表示机器人系统的整体构成的示意图。
图2是例示基于动作程序的机器人的动作的示意图。
图3是例示动作程序的表。
图4是例示控制器的硬件构成的框图。
图5是例示机器人的控制步骤的流程图。
图6是例示通常控制的步骤的流程图。
图7是例示退避控制的步骤的流程图。
图8是例示退避控制的步骤的流程图。
图9是例示力引导控制的步骤的流程图。
图10是例示修正控制的步骤的流程图。
图11是例示复原控制的步骤的流程图。
图12是例示基于通常控制、力引导控制以及修正控制的机器人的动作的示意图。
图13是例示基于退避控制的机器人的动作的示意图。
图14是表示停止位置和修正对象区间的关系的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行详细说明。在说明中，对同一要素或具有同一功能的要素标注同一符号，并省略重复的说明。
(机器人系统)
图1所示的机器人系统1是以机器人2和作业者的协作为前提的人协作型的系统。机器人系统1具有机器人2和控制器100。
机器人2例如是6轴的垂直多关节机器人，具有基部3、前端部4、多关节臂10、工具5和输入开关6。基部3设置在机器人2的工作区域中例如地面上。
多关节臂10连接基部3和前端部4。多关节臂10具有多个关节，通过改变该多个关节的角度来调节前端部4相对于基部3的位置及姿势。例如，多关节臂10包括旋转部11、下臂12、上臂13、手腕部16、致动器21、22、23、24、25、26、力传感器31、32、33、34、35、36。
旋转部11以能够绕铅垂的轴线Ax1旋转的方式设置在基部3的上部，。即，多关节臂10具有能够使旋转部11绕轴线Ax1旋转的关节41。
下臂12以能够绕与轴线Ax2摆动的方式与下臂12连接，轴线Ax2与轴线Ax1交叉(例如正交)。即，多关节臂10具有能够使下臂12绕轴线Ax2摆动的关节42。另外，这里的“交叉”也包括如所谓立体交叉那样相互处于扭曲的关系的情况。以下也同样。
上臂13以能够绕轴线Ax3摆动的方式与下臂12的端部连接，轴线Ax3与轴线Ax1交叉。即，多关节臂10具有能够使上臂13绕轴线Ax3摆动的关节43。轴线Ax3可以平行于轴线Ax2。
上臂13的前端部15能够绕轴线Ax4旋转，轴线Ax4沿着上臂13的中心。换句话说，上臂13的前端部15能够相对于上臂13的基端部14旋转。即，多关节臂10具有能够使上臂13的前端部15绕轴线Ax4旋转的关节44。
手腕部16以能够绕轴线Ax5摆动的方式与上臂13的前端部15连接，轴线Ax5与轴线Ax4交叉(例如正交)。即，多关节臂10具有能够使手腕部16绕轴线Ax5摆动的关节45。
前端部4以能够绕轴线Ax6旋转的方式与手腕部16的前端部连接，轴线Ax6沿着手腕部16的中心。即，多关节臂10具有能够使前端部4绕轴线Ax6旋转的关节46。
致动器21、22、23、24、25、26例如以电动马达为动力源，分别驱动多关节臂10的多个可动部。例如致动器21使旋转部11绕轴线Ax1旋转，致动器22使下臂12绕轴线Ax2摆动，致动器23使上臂13绕轴线Ax3摆动，致动器24使上臂13的前端部15绕轴线Ax4旋转，致动器25使手腕部16绕轴线Ax5摆动，致动器26使前端部4绕轴线Ax6旋转。即，致动器21～26分别驱动关节41～46。力传感器31～36例如是应变仪等转矩传感器，分别检测作用于关节41～46的转矩。
工具5安装在前端部4上，用于机器人2的作业。工具5的具体结构根据机器人2的作业内容而不同。作为工具5的具体例，可以举出用于握持工件的手、螺钉紧固用的螺丝刀、焊炬等。在图中，例示了工具5是用于握持工件的手的情况。
输入开关6是用于作业者对机器人2输入各种信号的开关，该作业者与机器人2进行协作作业。作为能够通过输入开关6输入的信号的具体例，可以举出后述的引导开始信号、停止指令信号、重新开始指令信号等。
另外，上述机器人2的结构只不过是一个例子。只要能够调节前端部4相对于基部3的位置及姿势，则机器人2可以任意地构成。例如，机器人2也可以是在上述6轴的垂直多关节机器人中追加了冗余轴的7轴机器人。另外，机器人2也可以是所谓的标量型机器人。
控制器100构成为执行以下控制：进行通常控制，即以使前端部4按照动作程序移动的方式控制多关节臂10，该动作程序确定前端部4相对于基部3的目标位置及目标姿势的经时变化；在通常控制的中途，进行力引导控制，即以与引导操作对应地使前端部4移动的方式控制多关节臂10，该引导操作是基于对机器人2施加的外力的；关于从按照动作程序的目标位置及目标姿势的变化的途中开始的修正对象区间，获取相对指令信息，所述相对指令信息用于确定以该修正对象区间起点处的前端部4的目标位置及目标姿势为基准的、到该修正对象区间终点为止的前端部4的目标位置及目标姿势；以及进行修正控制，即控制多关节臂10以使前端部4以与力引导控制对应的多关节臂10的动作结束时的前端部4的位置及姿势为基准，按照相对指令信息移动。
例如，控制器100作为功能上的构成(以下称为“功能模块”)具有动作程序保持部111、通常控制部112、力引导控制部114、相对信息获取部115、修正控制部116、复原控制部117以及紧急控制部113。
动作程序保持部111存储上述动作程序。动作程序包含按时间序列排列的多个动作指令。动作指令包括多关节臂10的动作指令和工具5的动作指令。多关节臂10的动作指令包括确定前端部4相对于基部3的目标位置及目标姿势的移动指令。另外，至少一部分移动指令也可以记述为确定基于该移动指令的前端部4的位置以及姿势的相对变化。以下，将这样记述的指令称为“相对指令”。另一方面，将以确定前端部4相对于基部3的目标位置及目标姿势的方式记述的指令称为“绝对指令”。虽然单独的相对指令无法确定前端部4相对于基部3的目标位置及目标姿势，但是，只要在动作程序中包含至少一个绝对指令，则以绝对指令的目标位置及目标姿势为基准，在相对指令中也确定前端部4相对于基部3的目标位置及目标姿势。在工具5是手的情况下，工具5的动作指令包括工件的握持指令和工件的释放指令。动作程序也可以包含表示修正对象区间的区间指定信息。
图2是例示机器人2的动作的示意图。图2例示的动作包括：在将零件92配置在区域WA1、将零件93配置在区域WA2的状态下，从区域WA2向区域WA1运送零件93；以及将运送的零件93插入零件92的孔部92a。点P1是握持零件93时的工具5的位置。点P9是开始将零件93向孔部92a的插入时的工具5的位置。点P10是完成零件93向孔部92a的插入时的工具5的位置。点P2～P8是点P1～P9之间的工具5的经由点的位置。
图3是例示用于使机器人2执行图2的动作的动作程序的表。指令001是用于将工具5移动到点P1的指令。该移动指令包含将工具5配置于点P1时的前端部4的目标位置及目标姿势。指令002是使工具5握持零件93的指令。指令003～011是用于使工具5依次移动到点P2～P10的指令，均包含将工具5配置在移动目地的点时的前端部4的目标位置及目标姿势。指令012是使工具5释放零件93的指令。指令013是用于将释放了部件93的工具5移动到点P9的指令，包含将工具5配置于点P9时的前端部4的目标位置及目标姿势。在指令014以后，后续有用于使工具5返回到区域WA2侧的指令。图3中的修正对象标志相当于上述区间指定信息。对每个指令设定修正对象标志，修正对象标志表示与各指令对应的移动区间是否为修正对象区间。例如，“0”表示不是修正对象区间，“1”表示是修正对象区间。以下，根据需要参照图2及图3示出说明内容的具体例。
通常控制部112以按照动作程序使前端部4移动的方式控制多关节臂10，该动作程序确定前端部4相对于基部3的目标位置及目标姿势的经时变化。以下，将该控制称为“通常控制”。例如，通常控制部112导出用于使前端部4相对于基部3的位置及姿势移动到动作程序的目标位置及目标姿势的关节41～46的目标动作角度，控制多关节臂10以使关节41～46的动作角度追随该目标动作角度。通常控制部112也可以以在动作程序的中途使前端部4的移动暂时停止的方式控制多关节臂10。
在上述动作程序包含定时指定信息的情况下，通常控制部112也可以控制多关节臂10，以按照由该定时指定信息确定的定时使前端部4的移动暂时停止，该定时指定信息确定使前端部4的移动暂时停止的定时。例如通常控制部112获取上述的区间指定信息作为定时指定信息，控制多关节臂10，以使前端部4的移动在即将开始上述修正对象区间之前暂时停止。更具体而言，通常控制部112控制多关节臂10，以在图3的修正对象标志即将从0切换为1之前(指令010，011期间)，暂时停止前端部4的移动。
力引导控制部114在通常控制部112控制的中途，对多关节臂10进行控制，以使前端部4与引导操作对应地移动，该引导操作是通过对机器人2施加外力来进行。以下，将该控制称为“力引导控制”。在人协作型的机器人系统1中，通过作业者接触机器人2来施加引导操作用的外力。这里，“外力”包括力和力矩两者，“移动”是指位置和姿态中的至少一个的改变。
例如，力引导控制部114以使前端部4按照外力方向移动的方式导出前端部4的目标位置及目标姿势，导出用于使前端部4移动到该目标位置及目标姿势的关节41～46的目标动作角度，控制多关节臂10以使关节41～46的动作角度追随该目标动作角度。
力引导控制部114也可以在动作程序的中途前端部4的移动暂时停止的状态下开始力引导控制，而在前端部4的移动暂时停止之前禁止力引导控制。力引导控制部114也可以在力引导控制中以限制前端部4的可动范围的方式控制多关节臂10。例如，力引导控制部114可以限制前端部4的位置及姿势的可动范围，也可以限制关节41～46的可动范围。另外，力引导控制部114也可以通过限制根据引导操作来使前端部4移动的时间，来限制前端部4的位置及姿势的可动范围。
力引导控制部114也可以在力引导控制中以限制前端部4的移动自由度的方式控制多关节臂10。作为自由度限制的具体例，可以举出：禁止绕规定的轴线的前端部4的姿势变更，禁止前端部4沿着规定的轴线的移动，禁止前端部4的姿势的变更，仅允许前端部4的位置的变更等。
力引导控制部114也可以根据作业者输入的引导开始指令信号开始力引导控制，在输入引导开始指令信号之前禁止力引导控制。例如，力引导控制部114也可以获取前端部4的移动暂时停止的期间的输入开关6的状态作为引导开始指令信号，与输入开关6接通的情况对应地开始力引导控制。另外，引导开始指令信号不限于输入开关6的状态。例如，力引导控制部114也可以基于力传感器31～36的检测结果，检测作业者对机器人2进行了规定的外力附加操作(例如敲击)的情况，与此相应地开始力引导控制。
力引导控制部114也可以根据与作用于多个关节41～46的转矩相关的信息来执行力引导控制。具体而言，力引导控制部114也可以基于作用于关节41～46的转矩导出上述外力，根据该外力控制多关节臂10以使前端部4移动。力引导控制部114也可以参照力传感器31～36的检测结果作为与作用于关节41～46的转矩相关的信息。力引导控制部114也可以参照关节41～46轴的挠曲角(基于致动器21～26的旋转角、各轴减速比以及关节41～46的旋转角计算出的扭转角)的检测结果作为与作用于关节41～46的转矩相关的信息。在该情况下，在各关节轴上需要两个角度传感器，但不需要力传感器31～36。另外，力引导控制部114也可以参照致动器21～26的输出转矩作为与作用于关节41～46的转矩相关的信息。致动器21～26的输出转矩能够基于供应给致动器21～26的电流导出。
相对信息获取部115从动作程序获取相对指令信息，该相对指令信息确定以上述修正对象区间起点处的前端部4的目标位置及目标姿势为基准的、到该修正对象区间终点为止的前端部4的目标位置及目标姿势。例如，相对信息获取部115根据动作程序的区间指定信息获取相对指令信息。例如，相对信息获取部115将修正对象标志即将从“0”变为“1”之前的目标位置及目标姿势(例如图3的指令010的目标位置及目标姿势)作为上述起点处的目标位置及目标姿势来获取相对指令信息。
在修正对象区间中的动作指令为上述的“绝对指令”的情况下，相对信息获取部115将从该动作指令的目标位置以及目标姿势减去上述起点处的目标位置和目标姿态的信息作为相对指令信息来获取。在修正对象区间中的动作指令为上述的“相对指令”的情况下，相对信息获取部115获取该动作指令本身作为相对指令信息。
修正控制部116控制多关节臂10以使前端部4将与力引导控制对应的多关节臂10的动作结束时的前端部4的位置及姿势(以下称为“力引导控制后的位置及姿势”)作为基准，根据相对信息获取部115获取的相对指令信息而移动。以下，将该控制称为“修正控制”。
修正控制部116也可以根据作业者输入的重新开始指令信号开始修正控制。在这种情况下，修正控制部116也可以根据通过与机器人2的接触而输入的重新开始指令信号来开始修正控制。具体而言，修正控制部116也可以获取力引导控制后的输入开关6的状态作为重新开始指令信号，与输入开关6接通对应地开始修正控制。另外，重新开始指令信号也不限于输入开关6的状态。例如，修正控制部116也可以基于力传感器31～36的检测结果，检测出作业者对机器人2进行了规定的外力附加操作(例如敲击)的情况，与此相对应地开始修正控制。
复原控制部117控制多关节臂10，以将与修正控制部116的控制对应的多关节臂10的动作结束时的前端部4的位置及姿势转移到基于动作程序的位置及姿势。以下，将该控制称为“复原控制”。
紧急控制部113根据抵抗与通常控制部112、修正控制部116及复原控制部117的控制对应的机器人2的动作的阻力的增加，控制多关节臂10以使抵抗该阻力的动作停止。例如，当机器人2接触操作者时，上述阻力有可能增加。另外，上述阻力在作业者的手臂等被夹在机器人2的构成要素之间(例如下臂12和上臂13之间)的情况下也有可能增加。上述阻力的增加例如能够基于力传感器31～36的检测结果来检测。使抵抗上述阻力的动作停止除了使机器人2的动作停止之外，还包括使机器人2向与阻力相应的方向(缓和阻力的方向)动作(以下，将其称为“退避动作”)。
图4是例示控制器100的硬件构成的框图。如图4所示，控制器100包括电路120。电路120包括至少一个处理器121、内存122、存储器123、驱动器124和输入输出端口125。存储器123是计算机可读的非易失性存储介质(例如，硬盘或闪存)。存储器123包括：用于构成控制器100的各功能模块的程序的存储区域；以及分配给上述动作程序保持部111的存储区域。内存122暂时存储从存储器123加载的程序以及处理器121的运算结果等。处理器121通过与内存122协作来执行上述程序，从而构成控制器100的各功能模块。驱动器124根据来自处理器121的指令向致动器21～26的马达输出驱动电力。输入输出端口125根据来自处理器121的指令，在与力传感器31～36之间进行电信号的输入输出。
另外，电路120不一定限于通过程序构成各功能的电路。例如，电路120也可以通过专用的逻辑电路或将其集成的ASIC(Applicat ion Specific Integrated Circuit应用集成电路)构成至少一部分的功能。
(控制步骤)
接着，作为机器人2的控制方法的一例，说明控制器100执行的控制步骤。该控制步骤包括：进行通常控制，即以使前端部4按照动作程序移动的方式控制多关节臂10，该动作程序确定前端部4相对于基部3的目标位置及目标姿势的经时变化；在通常控制的中途，进行力引导控制，即以与引导操作对应地使前端部4移动的方式控制多关节臂10，该引导操作是基于对机器人2施加的外力的；关于从按照动作程序的目标位置及目标姿势的变化的途中开始的修正对象区间，获取相对指令信息，所述相对指令信息用于确定以该修正对象区间起点处的前端部4的目标位置及目标姿势为基准的、到该修正对象区间终点为止的前端部4的目标位置及目标姿势；以及进行修正控制，即控制多关节臂10以使前端部4以与力引导控制对应的多关节臂10的动作结束时的前端部4的位置及姿势为基准，按照相对指令信息移动。
如图5所示，控制器100执行步骤S01、S02、S03、S04。在步骤S01中，通常控制部112在上述修正对象区间即将开始之前执行通常控制，然后控制多关节臂10以暂时停止前端部4的移动。图12的(a)例示了在将工具5配置于点P9的状态下前端部4的移动暂时停止的状态。在步骤S02中，力引导控制部114执行上述力引导控制。图12的(b)例示了根据基于外力TF1的施加的引导操作，前端部4从点P9移动到点P21的状态。在步骤S03中，相对信息获取部115获取上述相对指令信息，修正控制部116执行上述修正控制。
在图12的(c)例子中，相对信息获取部115获取用于使工具5从点P9移动到点P10，进而再从点P10移动到点P9的相对指令IM1的信息。例如，在用上述绝对指令记述了指令011的情况下，相对信息获取部115将从指令011的目标位置及目标姿势减去了点P9的目标位置及目标姿势的信息作为相对指令IM1的信息来获取。在用上述相对指令记述了指令011的情况下，相对信息获取部115获取指令011本身作为相对指令IM1的信息。
在步骤S04中，复原控制部117执行上述复原控制。在图12的(c)的例子中，复位控制部117控制多关节臂10，以将与点P21对应的位置及姿势转移到与点P8对应的位置及姿势。
接着，控制器100执行步骤S05。在步骤S05中，通常控制部112确认有无机器人2的控制的结束指令。在步骤S05中判定为没有结束指令的情况下，控制器100将处理返回到步骤S01。以后，反复进行通常控制、力引导控制以及修正控制。在步骤S05中判定为有结束指令的情况下，控制器100结束处理。
(通常控制步骤)
接着，例示步骤S01中的通常控制的具体的步骤。如图6所示，控制器100首先执行步骤S11、S12、S13。在步骤S11中，通常控制部112从动作程序获取动作指令。例如，通常控制部112获取在动作程序中未执行的动作指令中编号最小的动作指令。在步骤S12中，通常控制部112通过逆运动学运算导出关节角度目标值(关节41～46的动作角度目标值)，该关节角度目标值用于使前端部4移动到由动作指令表示的目标位置及目标姿势。在将动作指令分为多个控制周期来执行的情况下，通常控制部112例如通过线性插值等导出每个控制周期的关节角度目标值。在步骤S13中，通常控制部112选择最初的控制周期的关节角度目标值。
接着，控制器100执行步骤S14、S15。在步骤S14中，通常控制部112根据被选择的关节角度目标值控制多关节臂10，以通过致动器21～26分别驱动关节41～46。在步骤S15中，紧急控制部113确认阻力有没有增加。
在步骤S15中判定为阻力增加的情况下，控制器100执行步骤S16。在步骤S16中，紧急控制部113执行退避控制。关于退避控制的具体内容在后面叙述。
接着，控制器100执行步骤S17。在步骤S16中判定为阻力没有增加的情况下，控制器100不执行步骤S16而执行步骤S17。在步骤S17中，通常控制部112确认基于动作指令的前端部4的移动是否完成。例如，通常控制部112确认与该动作指令对应的所有控制周期的执行是否完成。
在步骤S17中判定为所有控制周期的执行未完成的情况下，控制器100执行步骤S18。在步骤S18中，通常控制部112选择下一控制周期的关节角度目标值。然后，控制器100使处理返回到步骤S14。以后，一边监视阻力的增加，一边反复进行按照动作指令使前端部4移动的控制。
如果在步骤S17中判定为完成了所有控制周期的执行，则控制器100执行步骤S19。在步骤S19中，通常控制部112确认前端部4是否到达了引导操作的待机位置。引导操作的待机位置例如是上述修正对象区间即将开始之前的前端部4的目标位置及目标姿势(例如图3的指令010的目标位置及目标姿势)。
在步骤S19中判定为前端部4没有到达待机位置的情况下，控制器100将处理返回到步骤S11。以后，在到达待机位置之前反复进行通常控制。在步骤S19中判定为前端部4到达了待机位置的情况下，控制器100完成通常控制。由此，前端部4的移动暂时停止。另外，上述待机位置也可以不一定是修正对象区间即将开始之前的前端部4的目标位置和目标姿势。例如，上述待机位置也可以是比修正对象区间提前两个以上的动作指令中的前端部4的目标位置及目标姿势。在该情况下，上述待机位置也可以设定为将修正对象区间的起点处的前端部4的目标位置及目标姿势包含在可动范围内的位置及姿势。例如，在图14中，比修正对象区间提前3个的指令008中的前端部4的目标位置及目标姿势(与点P7对应的位置)成为上述待机位置，修正对象区间的起点处的前端部4的目标位置及目标姿势(与点P9对应的位置)包含在距上述待机位置的可动范围MA1内。
另外，通常控制部112也可以根据作业者输入的停止指令信号来执行控制多关节臂10以使前端部4的移动暂时停止。在该情况下，通常控制部112也可以获取输入开关6的状态作为停止指令信号，与输入开关6接通对应地控制多关节臂10以使前端部4的移动暂时停止。
接着，例示步骤S16中的退避控制的具体步骤。如图7所示，控制器100首先执行步骤S21、S22、S23。在步骤S21中，紧急控制部113导出用于缓和阻力的关节角度目标值。以下，将与该关节角度目标值对应的机器人2的姿势称为“退避姿势”。例如，紧急控制部113以缓和由力传感器31～36检测出的转矩的方式导出关节41～46的角度目标值。在将退避控制分为多个控制周期执行的情况下，紧急控制部113例如通过线性插值等导出每个控制周期的关节角度目标值。在步骤S22中，紧急控制部113选择最初的控制周期的关节角度目标值。在步骤S23中，紧急控制部113按照被选择的关节角度目标值控制多关节臂10，以通过致动器21～26分别驱动关节41～46。
接着，控制器100执行步骤S24。在步骤S24中，紧急控制部113确认机器人2的姿势是否成为退避姿势。在步骤S24中判定为机器人2的姿势未成为退避姿势的情况下，执行步骤S25。在步骤S25中，通常控制部112选择下一控制周期的关节角度目标值。然后，控制器100将处理返回到步骤S23。之后，反复进行机器人2的姿势变更，直到机器人2的姿势成为退避姿势。
图13的(a)例示了在使工具5从点P7向点P8移动的过程中作业者的手臂与机器人2接触的情况。在该情况下，通过变更关节41～46的角度目标值以缓和由力传感器31～36检测出的转矩，机器人2的退避姿势被设定为远离作业者的手臂(参照图13的(b))。
在步骤S24中判定为机器人2的姿势为退避姿势的情况下，控制器100执行步骤S26。在步骤S26中，紧急控制部113等待重新开始指令的输入。例如，紧急控制部113获取输入开关6的状态作为重新开始指令信号，等待输入开关6被接通。
接着，如图8所示，控制器100执行步骤S31、S32、S33、S34、S35。在步骤S31中，紧急控制部113设置复原目标位置。例如，紧急控制部113将机器人2的姿势即将开始向退避姿势转换之前的前端部4的位置及姿势作为复原目标位置。在步骤S32中，紧急控制部113通过逆运动学运算导出用于使前端部4移动到复原目标位置的关节角度目标值(关节41～46的动作角度目标值)。在分为多个控制周期执行到复原目标位置的复原的情况下，紧急控制部113例如通过线性插值等导出每个控制周期的关节角度目标值。在步骤S33中，紧急控制部113选择最初的控制周期的关节角度目标值。在步骤S34中，紧急控制部113根据被选择的关节角度目标值控制多关节臂10，以通过致动器21～26分别驱动关节41～46。在步骤S35中，紧急控制部113确认阻力有没有增加。
在步骤S35中判定为阻力增加的情况下，控制器100使处理返回到步骤S21。在步骤S35中判定为阻力没有增加的情况下，控制器100执行步骤S36。在步骤S36中，紧急控制部113确认前端部4到复原目标位置的移动是否完成。
在步骤S36中判定为前端部4的移动未完成的情况下，控制器100执行步骤S37。在步骤S37中，紧急控制部113选择下一个控制周期的关节角度目标值。然后，控制器100将处理返回到步骤S34。之后，反复前端部4的移动，直到前端部4到复原目标位置的移动完成为止。在步骤S36中判定为前端部4的移动完成的情况下，控制器100完成退避控制。
(力引导控制步骤)
接着，例示步骤S02中的力引导控制的具体步骤。如图9所示，控制器100执行步骤S41。在步骤S41中，力引导控制部114等待上述引导开始指令的输入。例如，力引导控制部114获取前端部4的移动暂时停止的期间的输入开关6的状态作为引导开始指令信号，等待输入开关6被接通。
接着，控制器100执行步骤S42、S43、S44、S45。在步骤S42中，力引导控制部114获取作为引导操作而输入的外力的信息。例如，力引导控制部114获取例如力传感器31～36的检测结果。在步骤S43中，力引导控制部114导出与外力对应的前端部4的目标位置及目标姿势(以下称为“引导目标位置”)。例如，力引导控制部114基于力传感器31～36的检测结果导出作用于前端部4的力及力矩，与此相应地导出前端部4的目标位置及目标姿势。在步骤S44中，力引导控制部114通过逆运动学运算导出用于使前端部4移动到引导目标位置的关节角度目标值(关节41～46的动作角度目标值)。在步骤S45中，力引导控制部114根据关节角度目标值控制多关节臂10，以通过致动器21～26分别驱动关节41～46。
接着，控制器100执行步骤S46。在步骤S46中，修正控制部116确认有无上述重新开始指令信号的输入。具体而言，修正控制部116获取力引导控制后的输入开关6的状态作为重新开始指令信号，确认输入开关6是否被接通。在步骤S46中判定为没有输入重新开始指令信号的情况下，控制器100将处理返回到步骤S42。以后，反复进行力引导控制直到重新开始指令信号被输入为止。在步骤S46中判定为输入了重新开始指令信号的情况下，控制器100完成力引导控制。
(修正控制步骤)
接着，例示步骤S03中的修正控制的具体的步骤。如图10所示，控制器100首先执行步骤S51、S52。在步骤S51中，相对信息获取部115获取相对指令信息。例如，在用上述绝对指令记述了指令011的情况下，相对信息获取部115所述从指令011的目标位置及目标姿势减去了点P9的目标位置及目标姿势的信息作为相对指令IM1的信息。在指令011由上述相对指令记述的情况下，相对信息获取部115获取指令011次队作为相对指令IM1的信息。在步骤S52中，修正控制部116导出以前端部4的当前的位置及姿势为基准，按照相对指令信息的情况下的前端部4的目标位置及目标姿势(以下称为“修正目标位置”)。在与相对指令信息对应的动作指令是修正对象区间的最初的动作指令的情况下，前端部4的当前的位置及姿势相当于与力引导控制对应的机器人2的动作结束时的前端部4的位置及姿势。
接着，控制器100执行步骤S53、S54、S55。在步骤S53中，修正控制部116通过逆运动学运算导出用于使前端部4移动到修正目标位置的关节角度目标值(关节41～46的动作角度目标值)。在分多个控制周期执行到修正目标位置的移动的情况下，修正控制部116例如通过线性插值等导出每个控制周期的关节角度目标值。在步骤S54中，修正控制部116选择最初的控制周期的关节角度目标值。在步骤S55中，修正控制部116根据被选择的关节角度目标值，控制多关节臂10以通过致动器21～26分别驱动关节41～46。
接着，控制器100执行步骤S56。在步骤S56中，紧急控制部113确认阻力有没有增加。在判定为阻力增加的情况下，控制器100执行步骤S57。在步骤S57中，与步骤S16同样，紧急控制部113执行退避控制。
接着，控制器100执行步骤S58。在步骤S56中判定为阻力未增加的情况下，控制器100不执行步骤S57而执行步骤S58。在步骤S58中，修正控制部116确认前端部4到修正目标位置的移动是否完成。例如，修正控制部116确认用于使前端部4移动到修正目标位置的所有控制周期的执行是否完成。
在步骤S58中判定为前端部4的移动未完成的情况下，控制器100执行步骤S59。在步骤S59中，修正控制部116选择下一控制周期的关节角度目标值。然后，控制器100将处理返回到步骤S55。以后，一边监视阻力的增加，一边反复进行使前端部4移动到修正目标位置的控制。
在步骤S58中判定为前端部4的移动完成的情况下，控制器100执行步骤S61。修正控制部116对于修正对象区间的全部动作指令确认修正控制是否完成。在步骤S61中判定为没有完成对于全部动作指令的修正控制的情况下，控制器100将处理返回到步骤S51。以后，反复进行修正控制，直到对于修正对象区间的全部动作指令的修正控制结束为止。在步骤S61中判定为对于全部的动作指令完成了修正控制的情况下，控制器100完成修正控制。
(复原控制步骤)
接着，例示步骤S04的复原控制的具体步骤。如图11所示，控制器100首先执行步骤S71、S72、S73、S74。在步骤S71中，复原控制部117设定用于重新开始通常控制的前端部4的目标位置及目标姿势(以下，称为“复原目标位置”)。例如，复原控制部117将紧接在修正对象区间之后的动作指令中的前端部4的目标位置及目标姿势作为复原目标位置。在步骤S72中，复原控制部117通过逆运动学运算导出用于使前端部4移动到复原目标位置的关节角度目标值(关节41～46的动作角度目标值)。在分为多个控制周期执行到复原目标位置的移动的情况下，复原控制部117例如通过线性插值等导出每个控制周期的关节角度目标值。在步骤S73中，复原控制部117选择最初的控制周期的关节角度目标值。在步骤S74中，复原控制单元117根据被选择的关节角度目标值控制多关节臂10，以通过致动器21～26分别驱动关节41～46。
接着，控制器100执行步骤S75。在步骤S75中，紧急控制部113确认阻力有没有增加。在步骤S75中判定为阻力增加的情况下，控制器100执行步骤S76。在步骤S76中，与步骤S16同样，紧急控制部113执行退避控制。
接着，控制器100执行步骤S77。在步骤S75中判定为阻力没有增加的情况下，控制器100不执行步骤S76而执行步骤S77。在步骤S77中，复原控制部117确认前端部4到复原目标位置的移动是否完成。例如，复原控制部117确认用于使前端部4移动到返回目标位置的所有控制周期的执行是否完成。
在步骤S77中判定为前端部4的移动未完成的情况下，控制器100执行步骤S78。在步骤S78中，复原控制部117选择下一控制周期的关节角度目标值。然后，控制器100使处理返回到步骤S74。以后，一边监视阻力的增加，一边反复进行使前端部4移动到复原目标位置的控制。在步骤S77中判定为前端部4的移动完成的情况下，控制器100完成复原控制。
(本实施方式的效果)
如上所述，机器人系统1包括：机器人2，该机器人2具有前端部4、基部3、调节前端部4相对于基部3的位置及姿势的多关节臂10；通常控制部112，以使前端部4按照动作程序移动的方式控制多关节臂10，该动作程序确定前端部4相对于基部3的目标位置及目标姿势的经时变化；力引导控制部114，在通常控制部112的控制的中途，控制多关节臂10以使前端部4与引导操作对应地移动，该引导操作是基于对机器人2施加的外力的；相对信息获取部115，关于从按照动作程序的目标位置及目标姿势的变化的中途开始的修正对象区间，获取相对指令信息，该相对指令信息用于确定以该修正对象区间的起点处的前端部4的目标位置及目标姿势为基准的、到该修正对象区间的终点为止的前端部4的目标位置及目标姿势；以及修正控制部116，控制多关节臂10以使前端部4以与力引导控制部114的控制对应的多关节臂10的动作结束时的前端部4的位置及姿势为基准，按照相对指令信息移动。
为了按照动作程序高精度地重复机器人2的作业，需要机器人2的作业环境也是恒定的。但是，机器人2的实际的作业环境(以下称为“实际环境”。)也有产生偏差的情况。例如，存在工件的配置位置、姿势产生偏差的情况。与此相对，由于机器人系统1具备力引导控制部114，所以能够在机器人2的作业的执行中途使作业者执行通过施加外力而使前端部4的位置及姿势适应实际环境的引导操作。并且，由于机器人系统1具备修正控制部116，因此能够以适应于实际环境的前端部4的位置以及姿势为基准，使机器人继续进行以后的作业。因此，机器人系统1对于减轻人与机器人2的协作作业中的人的负担是有效的。
动作程序也可以包含表示修正对象区间的区间指定信息，相对信息获取部115根据区间指定信息获取相对指令信息。在该情况下，通过在动作程序上预先确定成为修正控制部所控制的执行对象的区间，能够防止因获取不适当的对象区间的相对指令信息而引起的机器人2的误作业。
机器人系统1还可以包括复原控制部117，该复原控制部117控制多关节臂10以使与修正控制部116的控制对应的多关节臂10的动作结束时的前端部4的位置及姿势转移到基于动作程序的位置及姿势。在该情况下，能够抑制如下情况：前端部4的位置及姿势与动作程序的背离通过修正控制部116的控制的反复而扩大，由此引起的机器人2的作业可靠性的降低。
通常控制部112可以控制多关节臂10以在动作程序的中途使前端部4的移动暂时停止，力引导控制部114可以控制多关节臂10，以在前端部4的移动暂时停止的状态下开始使前端部根据引导操作移动。在该情况下，通过使机器人2的动作暂时停止，引导操作变得容易。
动作程序也可以包含确定使前端部4的移动暂时停止的定时的定时指定信息，通常控制部112控制多关节臂10，以按照由定时指定信息确定的定时使前端部4的移动暂时停止。在该情况下，通过在动作程序上预先确定暂时停止的定时，能够使引导操作的开始位置稳定化，更可靠地减轻作业者的负担。
力引导控制部114也可以在根据引导操作使前端部4移动时，限制前端部4的可动范围，通常控制部112控制多关节臂10，以使前端部4的移动在将修正对象区间的起点处的前端部4的目标位置及目标姿势包含在可动范围内的位置及姿势暂时停止。在该情况下，通过可动范围的限制，能够抑制错误的引导操作。另外，在修正成为相对指令信息的基准的位置及姿势时，能够抑制可动范围过小。
力引导控制部114也可以在根据引导操作使前端部移动时，控制多关节臂10以限制前端部4的可动范围。在该情况下，通过可动范围的限制，能够抑制错误的引导操作。
力引导控制部114也可以在根据引导操作使前端部4移动时，控制多关节臂10以限制前端部4的移动自由度。在该情况下，通过自由度的限制，能够抑制错误的引导操作。
修正控制部116也可以根据作业者输入的重新开始指令信号开始控制多关节臂10，以按照相对指令信息使前端部4移动。在该情况下，能够避免操作者在不希望的定时进行修正控制部116的控制的状况。
力引导控制部114也可以根据作业者输入的引导开始指令信号开始控制多关节臂10，以使前端部根据引导操作而移动。在该情况下，能够避免在作业者不希望的定时进行力引导控制部114的控制的状况。
通常控制部112也可以根据作业者输入的停止指令信号来执行控制多关节臂10以在动作程序的中途使前端部4的移动暂时停止。在该情况下，通过使前端部4的移动暂时停止在作业者所希望的位置，能够提高进行引导操作的作业者的舒适性。
修正控制部116也可以根据通过与机器人2的接触而输入的重新开始指令信号来开始以按照相对指令信息使前端部4移动的方式控制多关节臂10。在该情况下，能够在作业者的引导操作后迅速地再次开始机器人2的作业。
机器人系统1还可以包括紧急控制部113，该紧急控制部113根据抵抗与通常控制部112的控制对应的机器人2的动作的阻力的增加，以停止抵抗该阻力的动作的方式控制多关节臂10。
机器人2包括多个关节41～46，力引导控制部114也可以基于与作用于多个关节41～46的转矩相关的信息来执行多关节臂10的控制，以使前端部4根据引导操作而移动。在该情况下，能够将在多关节臂10中能够获取的信息有效地活用于力引导控制部114的控制，能够简化装置构成。
以上，对实施方式进行了说明，但本发明不限于上述方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形。
【符号说明】
1机器人系统、2机器人、3基部、4前端部、10多关节臂、41～46关节、112通常控制部、113紧急控制部、114力引导控制部、115相对信息获取部、116修正控制部、117复原控制部。

Claims (15)

1.一种机器人系统，包括：
机器人，所述机器人具有前端部、基部、多关节臂，所述多关节臂调节所述前端部相对于所述基部的位置及姿势；
通常控制部，以使所述前端部按照动作程序移动的方式控制所述多关节臂，所述动作程序确定所述前端部相对于所述基部的目标位置及目标姿势的经时变化；
力引导控制部，在所述通常控制部的控制的中途，以使所述前端部与引导操作对应地移动的方式控制所述多关节臂，所述引导操作是通过对所述机器人施加外力进行的；
相对信息获取部，关于修正对象区间，获取相对指令信息，所述修正对象区间是从按照所述动作程序的所述目标位置及目标姿势的变化的中途开始的，所述相对指令信息用于确定以该修正对象区间的起点处的所述前端部的目标位置及目标姿势为基准的、到该修正对象区间的终点为止的所述前端部的目标位置及目标姿势；以及
修正控制部，控制所述多关节臂，以使所述前端部以与所述力引导控制部的控制对应的所述多关节臂的动作结束时的所述前端部的位置及姿势为基准，按照所述相对指令信息移动。
2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述动作程序包含表示所述修正对象区间的区间指定信息，所述相对信息获取部根据所述区间指定信息获取所述相对指令信息。
3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其中，
还包括复原控制部，所述复原控制部控制所述多关节臂，以使得与所述修正控制部的控制对应的所述多关节臂的动作结束时的所述前端部的位置及姿势转移到基于所述动作程序的位置及姿势。
4.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述通常控制部控制所述多关节臂以在所述动作程序的中途使所述前端部的移动暂时停止，
所述力引导控制部在所述前端部的移动暂时停止的状态下开始控制所述多关节臂以使所述前端部与所述引导操作对应地移动。
5.根据权利要求4所述的机器人系统，其中，
所述动作程序包含定时指定信息，所述定时指定信息确定使所述前端部的移动暂时停止的定时，
所述通常控制部控制所述多关节臂，以按照由所述定时指定信息确定的所述定时使所述前端部的移动暂时停止。
6.根据权利要求4或5所述的机器人系统，其中，
所述力引导控制部在使所述前端部与所述引导操作对应地移动时，限制所述前端部的可动范围，
所述通常控制部控制所述多关节臂，以使所述前端部的移动在将所述修正对象区间的起点处的所述前端部的目标位置及目标姿势包含在所述可动范围内的位置及姿势暂时停止。
7.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述力引导控制部在使所述前端部与所述引导操作对应地移动时，以限制所述前端部的可动范围的方式控制所述多关节臂。
8.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述力引导控制部在使所述前端部与所述引导操作对应地移动时，以限制所述前端部的移动自由度的方式控制所述多关节臂。
9.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述修正控制部根据作业者输入的重新开始指令信号，开始以使所述前端部按照所述相对指令信息移动的方式控制所述多关节臂。
10.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述力引导控制部根据作业者输入的引导开始指令信号，开始以使所述前端部与所述引导操作对应地移动的方式控制所述多关节臂。
11.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述通常控制部根据作业者输入的停止指令信号，执行所述多关节臂的控制，以在所述动作程序的中途使所述前端部的移动暂时停止。
12.根据权利要求9所述的机器人系统，其中，
所述修正控制部根据重新开始指令信号，开始以使所述前端部按照所述相对指令信息移动的方式控制所述多关节臂，所述重新开始指令是通过接触所述机器人而输入的。
13.根据权利要求1所述的机器人系统，
还包括紧急控制部，所述紧急控制部根据阻力的增加，以停止抵抗该阻力的动作的方式控制所述多关节臂，所述阻力是抵抗与所述通常控制部的控制对应的所述机器人的动作的阻力。
14.根据权利要求1所述的机器人系统，其中，
所述机器人包括多个关节，
所述力引导控制部基于与作用于多个关节的转矩相关的信息来执行所述多关节臂的控制，以使所述前端部与所述引导操作对应地移动。
15.一种控制方法，用于控制机器人，
所述机器人具有前端部、基部、多关节臂，所述多关节臂调节所述前端部相对于所述基部的位置及姿势，
所述控制方法包括：
进行通常控制，所述通常控制以使所述前端部按照动作程序移动的方式控制所述多关节臂，所述动作程序确定所述机器人的所述前端部相对于所述基部的目标位置及目标姿势的经时变化；
进行力引导控制，所述力引导控制在所述通常控制的中途，以使所述前端部与引导操作对应地移动的方式控制所述多关节臂，所述引导操作是通过对所述机器人施加外力进行的；
关于修正对象区间，获取相对指令信息，所述修正对象区间是从按照所述动作程序的所述目标位置及目标姿势的变化的中途开始的，所述相对指令信息用于确定以该修正对象区间的起点处的所述前端部的目标位置及目标姿势为基准的、到该修正对象区间的终点为止的所述前端部的目标位置及目标姿势；以及
进行修正控制，所述修正控制控制所述多关节臂，以使所述前端部以与所述力引导控制对应的所述多关节臂的动作结束时的所述前端部的位置及姿势为基准，按照所述相对指令信息移动。
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