CN112405566A - 机器人控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种机器人控制装置(1)，使安装于机器人(100)的前端的第一工件(W1)相对于第二工件(W2)相对移动，机器人(100)包括传感器(140)，传感器(140)对作用于第一工件(W1)的力的大小或作用于机器人(100)的转矩的大小进行检测，机器人控制装置(1)包括：计算部，基于由传感器(140)检测到的力的大小或转矩的大小，计算出作用于第一工件(W1)与第二工件(W2)的接触点的力和作用于第一工件(W1)的力矩；控制部，其进行力控制以使由计算部计算出的力和力矩成为预定的力和力矩；显示部(2)，其将由控制部的控制的结果产生的、第一工件(W1)的速度或绕设定于第一工件(W1)的基准点的角速度中的至少一个重叠地显示于机器人(100)的图像。

Description

机器人控制装置
技术领域
本公开涉及一种机器人控制装置。
背景技术
在使用机器人进行研磨、去毛刺、或多个工件的精密嵌合等的操作的情况下，使用力传感器或者负荷传感器等力检测器检测作用于机器人的力、力矩。然后，控制机器人的动作，从而使由力检测器检测到的力、力矩成为期望的值(例如，参照专利文献1)。
在组装操作或嵌合操作失败、研磨或去毛刺的品质变差的情况下，有时为了确认或改善情况而想要确认力的大小或方向。在使用了机器人的上述操作中，为了确认作用于机器人的力，有时对由力检测器检测到的力进行图表显示。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-262563号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在精密的嵌合操作中，如果仅对力的大小和方向进行图表显示，则无法直观地判断机器人是否被正确地实施控制。因而，期待一种能够容易地判断出机器人正被正确地实施控制的机器人的控制装置。
用于解决问题的手段
本公开的一个方面为一种机器人控制装置，使安装于机器人的前端的第一工件相对于第二工件相对移动，其中，所述机器人包括传感器，所述传感器对作用于所述第一工件的力的大小或作用于所述机器人的转矩的大小进行检测，所述机器人控制装置包括：计算部，其基于由所述传感器检测到的所述力的大小或所述转矩的大小，计算出作用于所述第一工件与所述第二工件之间的接触点的力和作用于所述第一工件的力矩；控制部，其进行力控制以使由所述计算部计算出的所述力和所述力矩成为预定的力和预定的力矩；以及显示部，其将由所述控制部的控制的结果产生的、所述第一工件的速度或绕设定于所述第一工件的基准点的角速度中的至少一个重叠地显示于所述机器人的图像。
附图说明
图1为表示根据本公开的一个实施方式的具备机器人控制装置的机器人系统的整体结构图。
图2为表示图1的机器人控制装置的框图。
图3为对图1的机器人控制装置的力控制中的位置补正进行说明的图。
图4为对图1的机器人控制装置的力控制中的姿势补正进行说明的图。
图5为表示由图1的机器人控制装置显示的角速度的显示例的图。
图6为表示由图1的机器人控制装置显示的速度的显示例的图。
图7为表示图5的角速度较大的情况下的显示例的图。
图8为表示图5的角速度较小的情况下的显示例的图。
图9为表示图5的角速度较大的情况下的其它显示例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对根据本公开的一个实施方式的机器人控制装置1进行说明。
如图1所示，根据本实施方式的机器人控制装置1例如为对机器人100进行控制的装置，其中，机器人100具有对柱状的第一工件W1进行把持的机械手110。
机器人100实施如下嵌合操作：将由机械手110把持的第一工件W1嵌合于固定在操作台200上的第二工件W2所设置的孔O中。
但是，本公开还能够应用于对作为操作对象的第二工件执行在操作中产生力的其它操作、例如去毛刺操作、螺纹紧固操作等的操作的机器人中。
机器人100例如为六轴多关节型的机器人，包括：机械臂120；手腕单元130，其设置于机械臂120的前端；以及机械手110，其安装于手腕单元130的前端。另外，在机器人100的手腕单元130与机械手110之间，在剖面线所示的位置具有对作用于机械手110的力进行检测的六轴力传感器(传感器)140。力传感器140对正交的三个轴向的力及绕上述三个轴的力矩进行检测。
由力传感器140检测到的力的信息被发送至机器人控制装置1。机器人控制装置1进行力控制，以使作用于第一工件W1与第二工件W2之间的力成为预先设定的大小。作为力控制的控制方式，可以采用公知的阻抗控制、阻尼控制或混合控制等。
如图1所示，根据在本实施方式的机器人控制装置1连接有示教器(显示部)2，所述示教器2用于对机器人100进行动作程序的示教或各种状态的确认及设定。示教器2的监视器3能够显示对机器人100、操作台200、第一工件W1以及第二工件W2进行了模拟的图像或动态图像。在动态图像的情况下，还能够匹配机器人100的实际动作而使机器人100的图像进行动作。
作为显示部例示了示教器2，但取而代之地，也可以将显示部设置于机器人控制装置1的主体，也可以将个人计算机、平板终端或便携式终端等用作显示部。
如图2所示，根据本实施方式的机器人控制装置1包括：存储部4、计算部5、控制部6、以及图像处理部7。
存储部4对图像信息进行存储，所述图像信息用于根据机器人100的几何参数和机器人100的状态变量来构建机器人100的图像。
计算部5基于由力传感器140检测到的力、存储部4中存储的几何参数、以及控制部6中计算出的状态变量，计算出作用于第一工件W1与第二工件W2之间的接触点的力以及作用于第一工件W1的力矩。
几何参数包含机器人100的各连杆的长度尺寸。
状态变量包含在控制部6的控制中计算出的机器人100的各关节的位置、速度或者加速度。
控制部6对机器人100进行力控制，以使由计算部5计算出的力和力矩成为预定的值。
具体而言，如图3所示，在由示教程序规定的第一工件W1的位置相对于固定于操作台200的第二工件W2偏移的情况下，在第一工件W1的移动中第一工件W1与第二工件W2接触而受到来自第二工件W2的反作用力。第二工件W2的孔O的开口部设置有倒角A，在第一工件W1与倒角A接触的情况下，机器人控制装置1使机器人100动作以使该反作用力成为预定的大小，第一工件W1沿着倒角A移动至虚线所示的位置。
另外，当将图3的左右方向设为X方向时，在阻尼控制的情况下，以满足下式(1)的方式计算出X方向的速度指令。
Vx＝D1·(Fx-Fdx) (1)
在此，Vx为X方向的速度指令；
Fx为反作用力(力传感器140的检测值)；
Fdx为X方向的目标力；
D1为系数。
特别地，当将目标力设为0时，式(1)变换为以下的式(2)，在产生向右的力Fx的同时，产生与其大小成比例的速度指令，机器人100和第一工件W1朝向纸面的右侧移动。
Vx＝D1·Fx (2)
另外，如图4所示，在由示教程序规定的第一工件W1的位置和姿势相对于固定于操作台200的第二工件W2偏移的情况下，在第一工件W1的移动中第一工件W1与第二工件W2接触而受到来自第二工件W2的反作用力和力矩。在姿势偏移的第一工件W1与设置于第二工件W2的孔O的开口部的倒角A接触的情况下，机器人控制装置1使机器人100动作以使该反作用力和力矩成为预定的大小，第一工件W1移动至虚线所示的位置。
另外，当将图4的左右方向设为X方向、将纸面垂直方向设为Y方向时，在阻尼控制的情况下，以满足式(1)和下式(3)的方式计算出速度指令和角速度指令。
Ay＝D2·(My-Mdy) (3)
在此，Ay为绕Y轴的角速度指令；
My为绕以TCP为中心的Y轴的力矩(力传感器140的检测值)；
Mdy为绕Y轴的目标力矩；
D2为系数。
特别地，当将绕Y轴的目标力矩设为0时，式(3)变换为以下的式(4)，在产生沿箭头方向的力矩My的同时，产生与其大小成比例的角速度指令，机器人100和第一工件W1沿箭头的方向移动。
Ay＝D2·My (4)
同时，根据式(1)或式(2)的作用，还会产生朝向X方向的速度指令，因此机器人100以与该速度指令匹配的速度和角速度进行动作。
图像处理部7使用存储部4中存储的图像信息，并基于从控制部6获得的机器人100的各关节的位置、速度或者加速度等状态变量，从而构建当前时间点的机器人100的图像。
另外，图像处理部7生成将由计算部5计算出的力、速度、力矩、角速度的方向以及大小与机器人100的图像重叠而成的合成图像G。如图5或图6所示，速度或角速度的方向和大小通过箭头及文字而重叠于机器人100的图像。生成的合成图像G被显示于示教器2的监视器3。
如图5或图6所示，作为速度或角速度的显示方法，例如可以列举箭头的显示方法。如图7和图8所示，角速度的方向表示机器人100的姿势的变化方向，并通过箭头来表现。另外，如图6所示，速度的方向表示机器人100的位置的变化方向，并通过箭头来表现。另外，速度或角速度的大小表示机器人100的移动速度，并且可以通过箭头的长度来表现。
速度或角速度的大小也可以如图9所示，通过箭头的粗细来表现，以代替箭头的长度，也可以通过箭头的颜色来表现。图9表示与具有相同的长度的图7的箭头相比箭头的粗细较粗且与图7相比角速度较大的情况。
在通过颜色来表现的情况下，在速度或角速度超过预定的阈值的情况下，例如，如果通过红色等来显示，则操作者能够直观地判断出速度或角速度过大。
如上所述，根据本实施方式的机器人控制装置1，不仅显示作用于第一工件W1的前端的反作用力及力矩，还通过箭头及文字来显示机器人100的速度或角速度。由此，具有如下优点：能够直观地目视确认由机器人100的力控制的结果而产生的机器人100的移动方向及移动速度，能够容易地判断出机器人100正被正确地实施控制的情况。
另外，在本实施方式中，第一工件W1上的基准点TCP也重叠地显示于图像G上。由此，具有如下优点：操作者能够通过基准点容易地目视确认角速度的中心，能够容易地理解机器人100的动作方向。
此外，在本实施方式中，作为几何参数而包含机器人100的各连杆的长度尺寸，但取而代之地，也可以包含各连杆的长度尺寸和质量。通过包含质量，从而能够根据由力传感器140检测到的力和力矩，求得进行了将惯性力的影响去除的补正之后的接触点的力和力矩。
另外，在作为工具而安装有随着螺帽扳手等的旋转动作来进行工具的安装的情况下，也可以利用力传感器140检测拧紧转矩，并将其重叠地显示于机器人100的图像。
另外，在本实施方式中，作为传感器例示了配置于手腕单元130的前端与机械手110之间的六轴力传感器140，但取而代之地，也可以将力传感器140配置于任意的位置。例如，也可以在各轴配置转矩传感器、或者也可以单独地配置三轴转矩传感器和三轴力传感器。
附图标记说明
1：机器人控制装置
2：示教器(显示部)
4：存储部
5：计算部
6：控制部
100：机器人
140：力传感器(传感器)
TCP：基准点
W1：第一工件
W2：第二工件

Claims (7)

1.一种机器人控制装置，使安装于机器人的前端的第一工件相对于第二工件相对移动，其特征在于，
所述机器人包括传感器，所述传感器对作用于所述第一工件的力的大小或作用于所述机器人的转矩的大小进行检测，
所述机器人控制装置包括：
计算部，其基于由所述传感器检测到的所述力的大小或所述转矩的大小，计算出作用于所述第一工件与所述第二工件之间的接触点的力和作用于所述第一工件的力矩；
控制部，其进行力控制以使由所述计算部计算出的所述力和所述力矩成为预定的力和预定的力矩；以及
显示部，其将由所述控制部进行的控制的结果产生的、所述第一工件的速度或绕设定于所述第一工件的基准点的角速度中的至少一个重叠地显示于所述机器人的图像。
2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述显示部通过箭头来显示所述速度的方向或所述角速度的方向。
3.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述显示部通过所述箭头的长度来显示所述速度的大小或所述角速度的大小。
4.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述显示部通过所述箭头的粗细来显示所述速度的大小或所述角速度的大小。
5.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述显示部通过所述箭头的颜色来显示所述速度的大小或所述角速度的大小。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述显示部将所述基准点重叠地显示于所述图像。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述机器人控制装置包括存储部，所述存储部对所述机器人的几何参数进行存储，
所述计算部使用所述存储部中存储的所述几何参数和由所述控制部计算出的所述机器人的状态变量计算出所述力和所述力矩。
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