CN112041125A - 机器人的控制方法 - Google Patents

Abstract

输入与安装于机械臂(10)上的工具(18)相关的负载信息、以及碰撞灵敏度。根据所输入的负载信息来计算重力转矩。根据重力转矩来计算机械臂(10)的挠曲量。并且，根据所输入的碰撞灵敏度来计算校正量，并在机械臂(10)移动的过程中校正挠曲量。

Description

机器人的控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人的控制方法。

背景技术

迄今为止，根据示教数据来驱动机器人的各关节部的机器人的控制方法已为人所知(例如参照专利文献1、2)。在此，由于使用设置于关节部处的减速器来驱动机器人，因此减速器、轴承发生弹性变形就会导致臂弯曲，从而存在难以保证绝对定位精度的问题。

在专利文献1中公开了如下内容：计算在两个示教点之间的响应轨迹上至少一点以上的代表点处由重力引起的挠曲量，并进行挠曲校正(deflection correction)，以使响应轨迹与指令轨迹相一致。

在专利文献2中公开了如下内容：根据抓握工件前机器人各轴的负载转矩和在抓握工件状态下各轴的负载转矩，求出负载转矩变化，并通过手动动作来校正由于抓握工件而产生的挠曲量。

专利文献1：日本专利第3493765号公报

专利文献2：日本公开专利公报特开2007-190662号公报

发明内容

-发明要解决的技术问题-

不过，在专利文献1的发明中，存在如下问题：例如在由于改变了安装于机器人的臂前端的工具等而使得在示教时设定的臂的负载与臂的实际负载不同的情况下，就无法进行适当的挠曲校正。

另外，在专利文献2的发明中，通过手动动作来校正由于抓握工件而产生的挠曲量，因此当每次臂的负载转矩发生变化时都需要进行作业，从而存在作业量增大的问题。

本发明正是为解决上述技术问题而完成的，其目的在于：即便在安装于臂上的负载发生了变化的情况下，也能够适当地对臂的挠曲量进行校正。

-用以解决技术问题的技术方案

本公开的一方面以一种机器人的控制方法为对象，所述机器人包括具有多个关节部的臂，所述机器人的控制方法根据规定的动作程序使所述臂进行动作，并且采用了如下的解决方案。

即，第一方面的特征在于，所述机器人的控制方法包括：输入与安装于所述臂上的负载相关的负载信息、以及碰撞灵敏度的步骤，其中，所述碰撞灵敏度表示用于对该臂的碰撞进行检测的阈值；根据所述负载信息，计算施加于所述关节部的重力转矩的步骤；根据所述重力转矩，计算所述臂的挠曲量的步骤；根据所述碰撞灵敏度，计算用于校正所述挠曲量的校正量的步骤；以及根据所述校正量，校正所述挠曲量的步骤。

在第一方面中，根据所输入的负载信息来计算重力转矩，并根据重力转矩来计算臂的挠曲量。而且，根据所输入的碰撞灵敏度来计算校正量，从而校正挠曲量。

由此，即便在安装于臂上的负载发生了变化的情况下，也能够适当地校正臂的挠曲量。

具体而言，在碰撞灵敏度高的情况下，检测到碰撞的反应快，因此也可以判断为安装于臂上的负载的信息是准确的。另一方面，在碰撞灵敏度低的情况下，检测到碰撞的反应过慢，因而安装于臂上的负载的信息是不可靠的。

这样一来，由于负载信息的准确性与碰撞灵敏度之间存在比例关系，因而碰撞灵敏度越高，便将挠曲校正量设定得越大即可。

例如，当碰撞灵敏度大于80％时，就判断为负载信息是准确的，并且在考虑由负载引起的挠曲量和由臂的质量引起的挠曲量的情况下来计算挠曲校正量即可。

另一方面，当碰撞灵敏度小于20％时，就判断为负载信息是不准确的，在仅考虑由臂的质量引起的挠曲量的情况下来计算挠曲校正量即可。

另外，当碰撞灵敏度为20％以上且80％以下时，在考虑由负载引起的挠曲量和由臂的质量引起的挠曲量的情况下，来计算挠曲校正量以使其随着碰撞灵敏度增高而逐渐增大即可。

第二方面在第一方面的基础上，其特征在于，计算所述挠曲量的步骤在所述机器人移动的过程中实时地执行。

在第二方面中，在机器人移动的过程中实时地计算挠曲量。由此，能够在考虑处于移动中的机器人的位置信息、臂的姿态等的情况下，高精度地计算挠曲量。

第三方面在第一方面或第二方面的基础上，其特征在于，所述机器人的控制方法包括：对在创建所述动作程序时预先设定的负载信息与在执行该动作程序之前新输入的负载信息加以比较的步骤；以及在所述设定的负载信息与所述输入的负载信息之差大于规定的阈值的情况下，修改所述动作程序的步骤。

在第三方面中，比较预先设定的负载信息与新输入的负载信息，在该差较大的情况下，修改动作程序。

具体而言，在将比创建动作程序时所设定的负载大的负载安装于臂上的情况下，臂的挠曲量会比所设想的挠曲量大。因此，在根据原始动作程序让机器人进行动作时，臂就会在偏离开目标移动路径的位置上移动。

因此，在安装于臂上的负载发生变化的情况下，修改动作程序，使得臂以与该负载相应的适当校正量进行动作。由此，能够适当地校正臂的挠曲量，使臂沿着目标移动路径进行移动。

第四方面在第一方面至第三方面中任一方面的基础上，其特征在于，所述机器人的控制方法包括：对在创建所述动作程序时预先设定的碰撞灵敏度与在执行该动作程序之前新输入的碰撞灵敏度进行比较的步骤；以及在所述设定的碰撞灵敏度与所述输入的碰撞灵敏度之差大于规定的阈值的情况下，修改所述动作程序的步骤。

在第四方面中，比较预先设定的碰撞灵敏度与新输入的碰撞灵敏度，在该差较大的情况下，修改动作程序。

具体而言，在创建动作程序时所设定的碰撞灵敏度为80％且新输入的碰撞灵敏度为20％的情况下，检测到碰撞的反应就会过慢，因而安装于臂上的负载的信息是不可靠的。

因此，在碰撞灵敏度发生变化的情况下，就修改动作程序，使得臂以与该碰撞灵敏度相应的适当校正量进行动作。

第五方面在第一方面至第四方面中任一方面的基础上，其特征在于，计算所述挠曲量的步骤、计算所述校正量的步骤、以及校正该挠曲量的步骤在所述机器人的移动路径上的多个插补点处分别执行。

在第五方面中，在机器人的移动路径上的多个插补点处分别执行挠曲量的计算、校正量的计算、以及挠曲量的校正。

这样一来，通过在机器人的移动路径上的多个插补点处进行挠曲量的校正，从而能够使臂沿着目标移动路径高精度地移动。在此，插补点指的是程序化的机器人的目标位置，即，在示教点之间移动时每个控制周期的目标位置。

-发明的效果-

根据本公开的各方面，即便在安装于臂上的负载发生变化的情况下，也能够适当地对臂的挠曲量进行校正。

附图说明

图1是示出本实施方式所涉及的机器人的结构的侧视图。

图2是示出机器人的结构的框图。

图3是示出碰撞灵敏度与碰撞检测转矩之间的关系的图。

图4是示出碰撞灵敏度与挠曲校正量之间的关系的曲线图。

图5是示出校正臂的挠曲量的步骤的流程图。

图6A是示出当未执行挠曲校正时臂的轨迹的图。

图6B是示出当执行了挠曲校正时臂的轨迹的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，以下对优选实施方式的说明在本质上仅为举例说明而已，并没有对本发明、其应用对象或者其用途加以限制的意图。

如图1所示，机器人1包括六轴多关节型机械臂10。在机器人1上连接有控制机械臂10的动作的电机控制装置30。

机械臂10具有：基座部11；肩部12，其被基座部11支承着能够以第一关节部J1为中心沿水平方向转动；下臂部13，其被肩部12支承着能够以第二关节部J2为中心沿上下方向转动；第一上臂部14，其被下臂部13支承着能够以第三关节部J3为中心沿上下方向转动；第二上臂部15，其被第一上臂部14的前端部支承着能够以第四关节部J4为中心进行扭转；手腕部16，其被第二上臂部15支承着能够以第五关节部J5为中心沿上下方向转动；以及安装部17，其被手腕部16支承着能够以第六关节部J6为中心进行扭转。在安装部17上安装有作为负载的工具18(图1中为焊炬)。

在第一关节部J1至第六关节部J6中内置有电机21(参照图2)。电机控制装置30根据通过示教等预先输入的动作程序，对第一关节部J1至第六关节部J6中的电机21的驱动进行控制，使得第一关节部J1至第六关节部J6分别到达目标位置(指令角度)。

在这样的多关节型机器人1中，由于机械臂10的自重、安装于机械臂10的前端的工具18的质量，而使得机械臂10在重力方向上产生挠曲变形。

具体而言，在第一关节部J1至第六关节部J6中设置有未图示的减速器、轴承，由于减速器、轴承产生弹性变形，而使得机械臂10弯曲，位于机械臂10的前端的工具18的作业点就会偏离开目标位置。

因此，在本实施方式中，根据负载信息和碰撞灵敏度来执行机械臂10的挠曲校正，其中，该负载信息与作为安装于机械臂10上的负载的工具18相关，该碰撞灵敏度表示用于对机械臂10的碰撞进行检测的阈值。

亦如图2所示，在机器人1上连接有控制电机21的动作的电机控制装置30。电机控制装置30具有输入部31、电流控制部32、碰撞检测部33、存储部34以及控制部35。

在机器人1中，通过编码器22，以规定的采样周期检测电机21的转子的位置。然后，由编码器22检测到的电机21的位置信息被发送到控制部35。

输入部31输入负载信息、碰撞灵敏度、以及控制机器人1的动作的动作程序，该负载信息包括作为安装于机械臂10上的负载的工具18的质量、工具18的重心位置的信息，该碰撞灵敏度表示用于对机械臂10的碰撞进行检测的阈值。由输入部31输入的负载信息、碰撞灵敏度及动作程序被发送到控制部35，并被存储于存储部34。

从控制部35向电流控制部32输入转矩指令值和电机产生转矩。电流控制部32计算驱动指令值，并根据驱动指令值使电流向电机21流动。这样一来，电流控制部32便对电机21的驱动进行控制。

控制部35具有运算部36、比较部37以及程序修改部38。运算部36根据由电机21的位置信息的时间变化求出的转子的旋转速度、和负载信息，计算作用于电机21的关节部上的重力转矩。

运算部36根据重力转矩，计算机械臂10的挠曲量。具体而言，针对第一关节部J1至第六关节部J6，分别计算由于减速器、轴承的弹性变形而产生的挠曲角度(deflectionangle)，并根据第一关节部J1至第六关节部J6的挠曲角度，计算整个机械臂10的挠曲量。由运算部36计算出的重力转矩和挠曲量被发送到存储部34并存储起来。

运算部36根据能够从编码器22取得的电机21的位置信息、速度和加速度的信息、以及工具18、机器人主体的质量等负载信息，来计算原本作用于电机21上的转矩以作为动力学转矩。

碰撞检测部33将碰撞检测转矩与碰撞检测阈值进行比较，该碰撞检测转矩是实际上在电流控制部32的控制下作用于电机21上的电机产生转矩、与动力学转矩之差。

需要说明的是，碰撞检测阈值是根据事先设定的碰撞灵敏度决定的。如果碰撞检测转矩在碰撞检测阈值以上，则碰撞检测结果显示为发生了碰撞。另外，碰撞灵敏度能够由用户设定，根据灵敏度来设置阈值的范围，从而防止碰撞的误检测，来进行准确的碰撞检测。

具体而言，在图3所示的示例中，当碰撞检测转矩(最大转矩比)为20％时，如果碰撞灵敏度被设定为20％、50％、80％，则没有检测出“碰撞”。另一方面，当碰撞灵敏度被设定为100％时，则检测出“碰撞”。即，碰撞检测阈值被设定为80％以上且小于100％。

当碰撞检测转矩(最大转矩比)为30％时，也与20％时的情况相同。

当碰撞检测转矩(最大转矩比)为40％时，由于碰撞检测阈值被设定为50％以上且小于80％的碰撞灵敏度，因此例如碰撞灵敏度被设定为50％的话，则没有检测出“碰撞”，但如果碰撞灵敏度被设定为80％，则检测出“碰撞”。

当碰撞检测转矩(最大转矩比)为50％时，由于碰撞检测阈值被设定为20％以上且小于50％的碰撞灵敏度，因此例如碰撞灵敏度被设定为20％的话，则没有检测出碰撞”，但如果碰撞灵敏度被设定为50％以上，则检测出“碰撞”。

这样一来，如果将碰撞灵敏度设定得较高，则检测到碰撞的频度上升，如果将碰撞灵敏度设定得较低，则检测到碰撞的频度下降。例如，如果将碰撞灵敏度设定得较高，则即便是较小的冲击，也被视作“碰撞”。反之，如果将碰撞灵敏度设定得较低，则当仅存在较小的冲击时，则不被视作“碰撞”。

另外，在开始对电机21通电时检测到碰撞转矩的情况下，由所设定的碰撞灵敏度来决定碰撞检测阈值的大小。因此，可以说所设定的碰撞灵敏度代表负载信息的准确性。需要说明的是，用户能够利用输入部31预先任意地设定碰撞灵敏度。

在本实施方式中，运算部36根据所输入的碰撞灵敏度，计算用于校正机械臂10的挠曲量的校正量。以下，对挠曲校正量与碰撞灵敏度之间的关系进行说明。

具体而言，在碰撞灵敏度较高的情况下，检测到碰撞的反应较快，因此也可以判断为安装于机械臂10上的工具18的负载信息是准确的。另一方面，在碰撞灵敏度较低的情况下，检测到碰撞的反应过慢，因而安装于机械臂10上的工具18的负载信息是不可靠的。

如上所述，工具18的负载信息的准确性与碰撞灵敏度之间存在比例关系，因此碰撞灵敏度越高，便将挠曲校正量设定得越大即可。

如图4所示，例如，当碰撞灵敏度大于80％时，判断为工具18的负载信息是准确的，并且在考虑由负载引起的挠曲量和由机械臂10的质量引起的挠曲量的情况下来计算挠曲校正量即可。

另一方面，当碰撞灵敏度小于20％时，判断为工具18的负载信息是不准确的，在仅考虑由机械臂10的质量引起的挠曲量的情况下来计算挠曲校正量即可。

另外，当碰撞灵敏度为20％以上且80％以下时，在考虑由负载引起的挠曲量和由机械臂10的质量引起的挠曲量的情况下，来计算挠曲校正量以使其随着碰撞灵敏度增高而逐渐增大即可。由运算部36计算出的校正量被发送到存储部34并存储起来。

比较部37对在创建动作程序时预先设定的负载信息及碰撞灵敏度、与在执行动作程序之前新输入的负载信息及碰撞灵敏度进行比较。

程序修改部38根据比较部37的比较结果，修改动作程序。具体而言，在预先设定的负载信息与新输入的负载信息之差大于规定的阈值的情况下，例如，在将质量比创建动作程序时所设定的工具18大的工具18安装于机械臂10上的情况下，机械臂10的挠曲量会比所设想的挠曲量大。

另外，在预先设定的碰撞灵敏度与新输入的碰撞灵敏度之差大于规定的阈值的情况下，例如，在创建动作程序时所设定的碰撞灵敏度为80％且新输入的碰撞灵敏度为20％的情况下，检测到碰撞的反应就会过慢，因而安装于机械臂10上的工具18的信息是不可靠的。

因此，在程序修改部38中，在安装于机械臂10上的工具18的负载信息、碰撞灵敏度发生变化的情况下，就修改动作程序，使得机械臂10以与该负载信息、碰撞灵敏度相应的适当校正量进行动作。

由此，能够适当地校正机械臂10的挠曲量，使机械臂10沿着目标移动路径进行移动。

<关于机器人的动作>

以下，使用图5所示的流程图对校正机械臂10的挠曲量的步骤进行说明。需要说明的是，如图6A及图6B所示，假设机械臂10进行从示教点A朝着示教点B移动的动作。

如图5所示，在步骤S101中，读入所输入的负载信息及碰撞灵敏度，然后进入步骤S102。

在步骤S102中，判定在创建动作程序时(示教时)设定的负载信息及碰撞灵敏度与新输入的负载信息及碰撞灵敏度是否不同。在步骤S102中的判定为“是”的情况下，就分支到步骤S103。在步骤S102中的判定为“否”的情况下，就分支到步骤S106。

在步骤S103中，移至修改动作程序的示教点的作业，然后进入步骤S104。

在步骤S104中，计算每个示教点的挠曲校正量，然后进入步骤S105。

在步骤S105中，用户判断是否修改示教点，然后进入步骤S106。需要说明的是，让用户进行上述判断是因为示教作业也存在例如像示教回放方式那样已在考虑到挠曲量的基础上进行编程的情况。

在步骤S106中，根据动作程序，让机器人1开始动作，然后进入步骤S107。

在步骤S107中，在机械臂10沿着移动路径移动的期间，在移动路径上的各插补点处，根据重力转矩来计算挠曲校正量，然后进入步骤S108。在此，插补点指的是在示教点A与示教点B之间移动时每个控制周期的目标位置。

在步骤S108中，在机械臂10沿着移动路径移动的期间，实时地执行挠曲校正，然后进入步骤S109。

在步骤S109中，判定是否已到达示教点B。在步骤S109中的判定为“是”的情况下，就结束挠曲校正处理。在步骤S109中的判定为“否”的情况下，分支到步骤S107，再重复进行处理。

图6A及图6B是用于说明在机械臂10从示教点A朝着示教点B移动的期间目标轨迹与实际轨迹之间的差异的图。需要说明的是，在图6A及图6B中，用虚线示出目标轨迹，用实线示出实际轨迹。

如图6A所示，在不考虑机械臂10的挠曲量的情况下，即便欲使机械臂10沿着用直线将示教点A与示教点B相连而得到的目标轨迹进行移动，但实际上却绘制出下述实际轨迹：从示教点A朝着示教点B在图6A中朝右斜下方逐渐下降，在即将要到达示教点B之前，朝右斜上方上升而接近示教点B。因此，机械臂10在移动路径的中途可能与未图示的工件接触。

另一方面，在本实施方式中，如图6B所示，在考虑机械臂10的挠曲量的情况下，一边校正机械臂10的挠曲量一边使机械臂10移动。具体而言，使机械臂10沿着将图6A中实线所示的实际轨迹上下翻转而得到的这一形状的目标轨迹，从示教点A朝着示教点B进行移动。

由此，机械臂10的挠曲就会被抵消，如图6B所示，能够使机械臂10沿着用直线将示教点A与示教点B相连而得到的实际轨迹进行移动。

-产业实用性-

综上所述，本发明能够收到即便在安装于臂上的负载发生变化的情况下也能够适当地校正臂的挠曲量这样的实用性较高的效果，因此非常有用，具有较高的产业实用性。

-符号说明-

1 机器人

10 机械臂

18 工具(负载)

31 输入部

36 运算部

37 比较部

38 程序修改部

J1 第一关节部

J2 第二关节部

J3 第三关节部

J4 第四关节部

J5 第五关节部

J6 第六关节部。

Claims (5)

1.一种机器人的控制方法，所述机器人包括具有多个关节部的臂，所述机器人的控制方法根据规定的动作程序使所述臂进行动作，其特征在于：

所述机器人的控制方法包括：

输入与安装于所述臂上的负载相关的负载信息、以及碰撞灵敏度的步骤，其中，所述碰撞灵敏度表示用于对该臂的碰撞进行检测的阈值；

根据所述负载信息，计算施加于所述关节部的重力转矩的步骤；

根据所述重力转矩，计算所述臂的挠曲量的步骤；

根据所述碰撞灵敏度，计算用于校正所述挠曲量的校正量的步骤；以及

根据所述校正量，校正所述挠曲量的步骤。

2.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于：

计算所述挠曲量的步骤在所述机器人移动的过程中实时地执行。

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：

所述机器人的控制方法包括：

对在创建所述动作程序时预先设定的负载信息与在执行该动作程序之前新输入的负载信息加以比较的步骤；以及

在所述设定的负载信息与所述输入的负载信息之差大于规定的阈值的情况下，修改所述动作程序的步骤。

4.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的机器人的控制方法，其特征在于：

所述机器人的控制方法包括：

对在创建所述动作程序时预先设定的碰撞灵敏度与在执行该动作程序之前新输入的碰撞灵敏度进行比较的步骤；以及

在所述设定的碰撞灵敏度与所述输入的碰撞灵敏度之差大于规定的阈值的情况下，修改所述动作程序的步骤。

5.根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的机器人的控制方法，其特征在于：

计算所述挠曲量的步骤、计算所述校正量的步骤、以及校正该挠曲量的步骤在所述机器人的移动路径上的多个插补点处分别执行。

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