CN112405510A

CN112405510A - 机器人系统

Info

Publication number: CN112405510A
Application number: CN202010762765.4A
Authority: CN
Inventors: 巢山庆太
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2021-02-26
Also published as: JP7414426B2; DE102020121092A1; US20210053211A1; US11453120B2; JP2021030326A

Abstract

本发明提供一种机器人系统(1)，包括：机器人(2)，其具有多个驱动轴；以及控制装置(4)，其对机器人(2)进行控制，各驱动轴包括使第二构件相对于第一构件进行动作的驱动部，各驱动部包括：电机；减速机构，其使电机的旋转减速并将电机减速后的旋转供给至第一构件和第二构件；以及输入侧检测器，其对电机的旋转角度位置进行检测，至少一个驱动部包括输出侧检测器，输出侧检测器对第二构件相对于第一构件的动作位置进行检测，控制装置(4)基于由输入侧检测器检测到的电机的旋转角度位置、以及由输出侧检测器检测到的动作位置，对电机进行控制以使响应性高的驱动轴优先动作。

Description

机器人系统

技术领域

本申请涉及一种机器人系统。

背景技术

在机器人的关节部中，通过减速机构对电机的旋转进行减速，从而驱动输出轴。在通过安装于电机的编码器检测旋转角度以控制输出轴的位置的情况下，可能会由于减速机构等内部的间隙、扭曲而发生位置偏移，导致无法提高定位精度。

在这种情况下，已知在输出轴侧也配置位置检测传感器从而提高输出轴的定位精度的方法(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-000948号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在使用由输出轴侧的位置检测传感器检测到的位置信息，并将输出轴的位置作为直接的控制量而使机器人的各轴动作的情况下，由于减速机构等内部的间隙等，输出轴的运动会产生延迟，因而存在无法增大控制增益、响应性出现问题的情况。期望输出轴能够迅速地动作从而缩短输出轴定位所需的时间。

用于解决问题的方案

本申请的一个方面为一种机器人系统，包括：机器人，所述机器人具有多个驱动轴；以及控制装置，所述控制装置对所述机器人进行控制，各所述驱动轴包括使第二构件相对于第一构件进行动作的驱动部，各所述驱动部包括：电机；减速机构，所述减速机构使所述电机的旋转减速并将所述电机减速后的旋转供给至所述第一构件和所述第二构件；以及输入侧检测器，所述输入侧检测器对所述电机的旋转角度位置进行检测，至少一个所述驱动部包括输出侧检测器，所述输出侧检测器对所述第二构件相对于所述第一构件的动作位置进行检测，所述控制装置基于由所述输入侧检测器检测到的所述电机的旋转角度位置、以及由所述输出侧检测器检测到的所述动作位置，对所述电机进行控制以使响应性高的所述驱动轴优先动作。

附图说明

图1为表示根据本申请的一个实施方式的机器人系统的整体结构图。

图2为对图1的机器人系统的机器人主体、以及定位器的驱动轴与控制装置之间的连接进行说明的图。

图3为对在图1的机器人系统中，仅使机器人主体动作而精度良好地到达定位目标位置的理想情况进行说明的整体结构图。

图4为对图1的机器人系统中设定的新的动作目标位置进行说明的整体结构图。

图5为对在图1的机器人系统中，使机器人主体以及定位器朝向根据图4设定的新的动作目标位置动作的情况进行说明的整体结构图。

图6为表示图1的机器人系统的变形例的整体结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对根据本申请的一个实施方式的机器人系统1进行说明。

例如，如图1所示，根据本实施方式的机器人系统1包括：六轴多关节型的机器人2，其具有六个驱动轴10；定位器(Positioner，外部装置)3，其能够改变所搭载的工件W的位置和姿势；以及控制装置4，其对机器人2和定位器3进行控制。

机器人2包括：基部5，其设置于地面F；以及旋转主体6，其被支承为能够相对于基部5而绕铅直的第一轴线J1旋转。另外，机器人2还包括：第一机械臂7，其被支承为能够相对于旋转主体6而绕水平的第二轴线J2旋转；以及第二机械臂8，其被支承为能够相对于第一机械臂7而绕与第二轴线J2平行的第三轴线J3旋转。并且，机器人2包括支承于第二机械臂8的前端的三轴的手腕单元9。

手腕单元9包括：第一手腕要素9a，其被支承为能够相对于第二机械臂8而绕与第三轴线J3正交的第四轴线J4旋转；第二手腕要素9b，其被支承为能够相对于第一手腕要素9a而绕与第三轴线J3平行且与第四轴线J4正交的第五轴线J5旋转；以及第三手腕要素9c，其被支承为能够相对于第二手腕要素9b而绕与第五轴线J5正交的第六轴线J6旋转。

在本实施方式中，六个驱动轴10为：驱动旋转主体6以使其相对于基部5而绕第一轴线J1旋转的机构、驱动第一机械臂7以使其相对于旋转主体6而绕第二轴线J2旋转的机构、驱动第二机械臂8以使其相对于第一机械臂7而绕第三轴线J3旋转的机构、驱动第一手腕要素9a以使其相对于第二机械臂8而绕第四轴线J4旋转的机构、驱动第二手腕要素9b以使其相对于第一手腕要素9a而绕第五轴线J5旋转的机构、以及驱动第三手腕要素9c以使其相对于第二手腕要素9b而绕第六轴线J6旋转的机构。

在手腕单元9的前端固定有工具S。

在本实施方式中，为了简化说明，工件W为用于指示定位目标位置的针状构件，工具S使用的是用于指示工具前端点的针状构件。

如图2所示，各驱动轴10包括使第二构件B相对于第一构件A动作的驱动部。驱动部包括：进行驱动的电机11；以及减速机构C，其对电机11的旋转进行减速并将电机11减速后的旋转传递至第二构件B。在此，第二构件B相对于第一构件A是指：旋转主体6相对于基部5，第一机械臂7相对于旋转主体6，第二机械臂8相对于第一机械臂7。

另外，驱动部包括能够检测电机11的旋转角度位置的第一编码器(输入侧检测器)E1。并且，驱动部包括在各驱动轴10中对第二构件B相对于第一构件A的旋转角度位置(工作位置)进行检测的第二编码器(输出侧检测器)E2。

如图1所示，定位器3包括：基部12；以及载置台13，其被驱动为相对于基部12而绕水平的轴线G1旋转，并对工件W进行安装。定位器3还包括：电机11，其使载置台13相对于基部12进行摆动；以及编码器(输入侧检测器)E3，其对电机11的旋转角度位置进行检测。

如图2所示，在控制装置4中输入的有：由驱动部的第一编码器E1检测到的机器人2的各驱动轴10的电机11的旋转角度位置、以及由第二编码器E2检测到的第二构件B相对于第一构件A的旋转角度位置(工作位置)。另外，在控制装置4中还输入有由定位器3的编码器E3检测到的电机11的旋转角度位置。

控制装置4基于输入的机器人2的各驱动轴10的电机11的旋转角度位置、第二构件B相对于第一构件A的旋转角度位置、以及定位器3的电机11的旋转角度位置，计算出向各驱动轴10的电机11的动作指令信号，并将其输出至电机11。

在仅基于由各驱动轴10的第一编码器E1检测到的电机11的旋转角度位置对电机11进行控制的情况下，会因减速机构C中的间隙等的影响，而无法将机器人2的工具前端以较高的精度定位于定位目标位置。

例如，如图3中放大所示的那样，点划线表示定位于定位目标位置的状态的机器人2，实线表示从定位目标位置偏移的状态的机器人2。

在该情况下，由第一编码器E1检测到的电机11的旋转角度位置到达目标旋转角度位置，因而不会执行进一步的校正动作，并且在定位目标位置与当前位置之间残留有偏差。

另一方面，由第二编码器E2检测的第二构件B相对于第一构件A的旋转角度位置直接表示机器人2的各驱动轴10的当前位置。

因而，控制装置4对各驱动轴10的电机11进行控制，以使各驱动轴10的目标旋转角度位置与由第二编码器E2检测到的第二构件B相对于第一构件A的旋转角度位置之间的偏差为零。

在该情况下，针对每个驱动轴10，控制装置4中的电机11的控制增益是不同的，在某个驱动轴10中控制增益较大，在其他驱动轴10中控制增益较小。

例如，在本实施方式中，与机器人2的各驱动轴10的刚性相比，定位器3的驱动轴10的刚性较高，对于用于控制电机11的控制增益而言，定位器3的控制增益较大。

由于控制增益越高的驱动轴10，越能够以急剧的加减速进行动作，因而能够延长以较高的速度进行动作的时间，能够缩短到达目标位置的时间。

鉴于此，控制装置4对机器人2的驱动轴10和定位器3的驱动轴10进行控制，以使从控制增益较大的驱动轴10优先开始动作。

即，如图3中点划线所示，控制装置4不仅对机器人2进行控制以使其到达目标位置，还按照响应性、即控制增益的降序对机器人2和定位器3这两者的驱动轴10进行控制。由此，如图5中点划线所示，控制装置4能够将机器人2和定位器3配置于使工具前端点与工件W的定位目标位置一致的位置。

进一步地，具体而言，如图4所示，控制装置4在定位器3的定位目标位置的动作轨迹上设定新的动作目标位置。

基于各驱动轴10的响应性、即控制增益的大小来确定新的动作目标位置。例如，刚性高的定位器3比刚性低的机器人2的驱动轴10更长时间地进行动作，从而使得工件W到达动作目标位置。并且，如图5所示，控制装置4通过使机器人2和定位器3朝向新的动作目标位置动作，从而使工件W与工具S相互靠近。

如上所述，根据本实施方式的机器人系统1，在使用具有六轴的驱动轴10的机器人2和具有一轴以上的驱动轴10的定位器3的情况下，在对因机器人2的减速机构C的间隙等产生的位置偏移进行修正的动作中，使响应性较高的驱动轴10优先动作。由此，具有能够迅速且精度良好地进行定位的优点。

在工具S相对于工件W而配置为单个的情况下，可根据定位器3的驱动轴10的旋转角度位置毫无疑义地确定机器人2的姿势，但存在多种工具前端点到达工件W的定位目标位置的方法。因而，控制装置4可以将新的动作目标位置设定于使定位器3的驱动轴10尽可能长时间地进行动作的位置。

此外，在本实施方式中，例示了包括六轴多关节型的机器人2和一轴的定位器3的机器人系统1，但并不限定于此。例如，作为外部装置，也可以代替一轴的定位器3，而如图6所示，采用使机器人2整体移动的行驶装置15、或者未图示的行驶转向架。在该情况下，搭载工件W的定位器3也可以采用不具有驱动轴10的定位器。

另外，在本实施方式中，使各驱动轴10中的响应性较高的驱动轴10优先动作，但只要根据各驱动轴10的位置修正量和轴速度，使各驱动轴10动作以使定位所需的时间最短即可。

另外，作为机器人，例示了六轴的多关节型的机器人，但机器人的形式并没有限定。可以采用水平多关节型的机器人、圆筒坐标系的机器人或者直动型的机器人等任意的机器人。

另外，作为机器人，例示了六轴的机器人，但也可以采用任意的驱动轴数(例如，七轴以上等)的机器人。另外，也可以采用任意的驱动轴数的外部装置。也可以代替包括六轴以上的机器人和任意的驱动轴数的外部装置的机器人系统，而采用包括七轴以上的机器人的机器人系统。与上述相同，控制装置设定为使各驱动轴中的响应性较高的驱动轴优先动作即可。

另外，在本实施方式中，在基部与旋转主体之间、旋转主体与第一机械臂之间、第一机械臂与第二机械臂之间分别配置第二编码器，但也可以在不易产生间隙等问题的驱动轴中不设置第二编码器。另外，也可以在手腕单元的三个驱动轴中的至少一个驱动轴上配置第二编码器。另外，也可以在定位器上配置第二编码器。

附图标记说明

1：机器人系统

2：机器人

3：定位器(外部装置)

4：控制装置

10：驱动轴

11：电机

15：行驶装置(外部装置)

A：第一构件

B：第二构件

C：减速机构

E1：第一编码器(输入侧检测器)

E2：第二编码器(输出侧检测器)

W：工件

Claims

1.一种机器人系统，其特征在于，包括：

机器人，所述机器人具有多个驱动轴；以及

控制装置，所述控制装置对所述机器人进行控制，

各所述驱动轴包括使第二构件相对于第一构件进行动作的驱动部，

各所述驱动部包括：电机；减速机构，所述减速机构使所述电机的旋转减速并将所述电机减速后的旋转供给至所述第一构件和所述第二构件；以及输入侧检测器，所述输入侧检测器对所述电机的旋转角度位置进行检测，

至少一个所述驱动部包括输出侧检测器，所述输出侧检测器对所述第二构件相对于所述第一构件的动作位置进行检测，

所述控制装置基于由所述输入侧检测器检测到的所述电机的旋转角度位置、以及由所述输出侧检测器检测到的所述动作位置，对所述电机进行控制以使响应性高的所述驱动轴优先动作。

2.一种机器人系统，其特征在于，包括：

机器人，所述机器人具有至少一个驱动轴；

外部装置，所述外部装置具有至少一个驱动轴；以及

控制装置，所述控制装置对所述机器人和所述外部装置进行控制，

3.根据权利要求1或2所述的机器人系统，其特征在于，

所述响应性由所述驱动轴的控制增益来确定。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，

所述控制装置对各所述驱动部的所述电机进行控制，以使所述第二构件相对于所述第一构件的动作目标位置与由所述输出侧检测器检测到的所述动作位置之间的偏差为零。

5.根据权利要求2所述的机器人系统，其特征在于，

所述控制装置维持各所述驱动轴的动作目标位置处的所述机器人与作业对象之间必要的相对位置关系，并且对使响应性高的所述驱动轴优先动作的新的动作目标位置进行设定，并对各所述驱动部的所述电机进行控制，从而使新的动作目标位置与所述动作位置之间的偏差为零。

6.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，

所述外部装置为在由所述机器人实施作业的作业位置对工件进行定位的定位器。

7.根据权利要求5所述的机器人系统，其特征在于，

所述外部装置为搭载所述机器人并进行移动的行驶装置。