CN113319848B - 机器人的控制方法以及机器人系统 - Google Patents

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Abstract

提供能够迅速地设定目标位置且进行精确的作业的机器人的控制方法以及机器人系统。一种机器人的控制方法，其特征在于，控制具有对作业对象物进行预定的作业的机械臂的机器人，在所述机器人的控制方法中，具有：目标位置设定步骤，对于根据从不同的方向对所述作业对象物投影后的多个投影形状而预测到的简易形状数据，设定多个使进行所述预定的作业时的所述机械臂的控制点移动的目标位置；以及驱动步骤，通过基于在所述目标位置设定步骤中设定的多个所述目标位置和施加于所述机械臂的力的力控制来驱动所述机械臂，进行所述预定的作业。

Description

机器人的控制方法以及机器人系统
技术领域
本发明涉及机器人的控制方法以及机器人系统。
背景技术
已知有一种机器人，该机器人具有在前端装配有末端执行器的机械臂，并通过驱动机械臂而对工件进行预定的作业。在这样的机器人中，例如，如专利文献1所记载那样，在工件的表面设定作为末端执行器的前端所通过的目标位置的工具通过点。并且，以末端执行器的前端通过工具通过点的方式对机械臂进行驱动。
另外，在专利文献1中，公开有如下的方法：在工件的三维数据中，在工件的表面设定网状的格子点，并将各格子点设定为工具通过点。另外，通过对各工具通过点设定移动的顺序，从而生成机械臂的移动路径。
专利文献1：日本特开平7-100755号公报
然而，在专利文献1所公开那样的工具通过点的设定方法中，为了在工件的表面精确地设定工具通过点，而有必要详细地设定在三维数据上的工件的表面设定的网状的格子点。这种情况下，有时会导致工具通过点的数量增大，而机械臂的移动路径的生成的处理需要时间。另一方面，若粗略地设定在三维数据上的工件的表面设定的网状的格子点，则存在在与实际的工件的表面分离的位置处设定工具通过点的情况，从而无法精确地进行所述预定的作业。
发明内容
本发明的机器人的控制方法的特征在于，控制具有对作业对象物进行预定的作业的机械臂的机器人，在所述机器人的控制方法中，具有：目标位置设定步骤，对于根据从不同的方向对所述作业对象物投影后的多个投影形状而预测到的简易形状数据，设定多个使进行所述预定的作业时的所述机械臂的控制点移动的目标位置；以及驱动步骤，通过基于在所述目标位置设定步骤中设定的多个所述目标位置和施加于所述机械臂的力的力控制来驱动所述机械臂，进行所述预定的作业。
本发明的机器人的控制方法的特征在于，控制具有对作业对象物进行预定的作业的机械臂的机器人，在所述机器人的控制方法中，具有：目标位置设定步骤，对于根据从不同的方向对所述作业对象物投影后的多个投影形状而预测到的简易形状数据，设定多个使进行所述预定的作业时的所述机械臂的控制点移动的目标位置；以及驱动步骤，基于在所述目标位置设定步骤中设定的多个所述目标位置和所述作业对象物与所述机械臂的控制点的分离距离，通过位置控制来驱动所述机械臂，进行所述预定的作业以使所述分离距离达到预定值。
本发明的机器人系统的特征在于，具备：机械臂，对作业对象物进行预定的作业；力检测部，检测施加于所述机械臂的力；目标位置设定部，对于根据从不同的方向对所述作业对象物投影后的多个投影形状而预测到的简易形状数据，设定多个使进行所述预定的作业时的所述机械臂的控制点移动的目标位置；以及驱动控制部，通过基于所述目标位置设定部设定的多个所述目标位置和施加于所述机械臂的力的力控制来驱动所述机械臂，进行所述预定的作业。
本发明的机器人系统的特征在于，具备：机械臂，对作业对象物进行预定的作业；距离检测部，检测所述机械臂与所述作业对象物的距离；目标位置设定部，对于根据从不同的方向对所述作业对象物投影后的多个投影形状而预测到的简易形状数据，设定多个使进行所述预定的作业时的所述机械臂的控制点移动的目标位置；以及驱动控制部，基于所述目标位置设定部设定的多个所述目标位置和所述距离检测部的检测结果，通过位置控制来驱动所述机械臂进行所述预定的作业，以使所述作业对象物与所述机械臂的分离距离达到预定值。
附图说明
图1是示出第一实施方式的机器人系统的整体构成的图。
图2是图1所示的机器人系统的框图。
图3是示出图1所示的第一拍摄部拍摄到的第一拍摄图像的图。
图4是示出图1所示的第二拍摄部拍摄到的第二拍摄图像的图。
图5是示出图1所示的第三拍摄部拍摄到的第三拍摄图像的图。
图6是示出作为第一投影形状的数据的第一投影形状数据的图。
图7是示出作为第二投影形状的数据的第二投影形状数据的图。
图8是示出作为第三投影形状的数据的第三投影形状数据的图。
图9是示出根据第一投影形状数据预测的第一预测形状数据的图。
图10是示出根据第二投影形状数据预测的第二预测形状数据的图。
图11是示出根据第三投影形状数据预测的第三预测形状数据的图。
图12是示出作为工件的预测立体形状的简易形状数据的图。
图13是示出在图12所示的预测立体形状设定了目标位置的状态的图。
图14是示出将图13所示的在预测立体形状所设定的目标位置应用于实际的作业对象物后的状态的图。
图15是示出对于在图13所示的预测立体形状所设定的目标位置，设定机械臂移动的顺序后的状态的图。
图16是示出对于在图13所示的预测立体形状所设定的目标位置，设定机械臂移动的顺序后的状态的图。
图17是示出机械臂对于工件进行预定的作业的状态的剖视图。
图18是用于说明图2所示的控制装置所进行的控制动作的流程图。
图19是示出第二实施方式的机器人系统所具备的机械臂对于工件进行预定的作业的状态的剖视图。
图20是用于说明图19所示的机器人系统所具备的控制装置所进行的控制动作的流程图。
图21是用于对机器人系统以硬件为中心进行说明的框图。
图22是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例1的框图。
图23是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例2的框图。
附图标记说明
1…机器人；3…控制装置；3A…目标位置设定部；3B…驱动控制部；3C…存储部；4…示教装置；5A…第一拍摄部；5B…第二拍摄部；5C…第三拍摄部；9…距离检测部；10…机械臂；11…基座；12…第一臂部；13…第二臂部；14…第三臂部；15…第四臂部；16…第五臂部；17…第六臂部；18…中继电缆；19…力检测部；20…末端执行器；21…研磨部件；30…位置控制部；31…坐标转换部；32…坐标转换部；33…校正部；34…力控制部；35…指令综合部；41…显示器；61…控制器；62…计算机；63…计算机；64…云；65…网络；66…计算机；100…机器人系统；100A…机器人系统；100B…机器人系统；100C…机器人系统；171…关节；172…关节；173…关节；174…关节；175…关节；176…关节；200…棱线；351…执行部；CP…控制点；D1…第一拍摄图像；D1’…第一投影形状数据；D2…第二拍摄图像；D2’…第二投影形状数据；D3…第三拍摄图像；D3’…第三投影形状数据；DA…第一预测形状数据；DB…第二预测形状数据；DC…第三预测形状数据；DD…简易形状数据；E1…编码器；E2…编码器；E3…编码器；E4…编码器；5…编码器；E6…编码器；L…处理液；M1…电机；M2…电机；M3…电机；M4…电机；M5…电机；M6…电机；P…位置指令值；P’…位置指令值；St…目标位置；TCP…工具中心点；W’…预测立体形状；W1…工件；d1…分离距离；fS…作用力；fSt…目标力；ΔS…力来源校正量。
具体实施方式
第一实施方式
图1是示出第一实施方式的机器人系统的整体构成的图。图2是图1所示的机器人系统的框图。图3是示出图1所示的第一拍摄部拍摄到的第一拍摄图像的图。图4是示出图1所示的第二拍摄部拍摄到的第二拍摄图像的图。图5是示出图1所示的第三拍摄部拍摄到的第三拍摄图像的图。图6是示出作为第一投影形状的数据的第一投影形状数据的图。图7是示出作为第二投影形状的数据的第二投影形状数据的图。图8是示出作为第三投影形状的数据的第三投影形状数据的图。图9是示出根据第一投影形状数据预测的第一预测形状数据的图。图10是示出根据第二投影形状数据预测的第二预测形状数据的图。图11是示出根据第三投影形状数据预测的第三预测形状数据的图。图12是示出作为工件的预测立体形状的简易形状数据的图。图13是示出在图12所示的预测立体形状设定了目标位置的状态的图。图14是示出将图13所示的在预测立体形状所设定的目标位置应用于实际的作业对象物后的状态的图。图15是示出对于在图13所示的预测立体形状所设定的目标位置，设定机械臂移动的顺序后的状态的图。图16是示出对于在图13所示的预测立体形状所设定的目标位置，设定机械臂移动的顺序后的状态的图。图17是示出机械臂对于工件进行预定的作业的状态的剖视图。图18是用于说明图2所示的控制装置所进行的控制动作的流程图。
以下，基于附图所示的优选的实施方式对本发明的机器人的控制方法以及机器人系统进行详细说明。此外，以下为了便于说明，也将图1中的+Z轴方向即上侧称为“上”，将-Z轴方向即下侧称为“下”。另外，对于机械臂，也将图1中的基座11侧称为“基端”，将其相反侧即末端执行器20侧称为“前端”。另外，将图1中的Z轴方向即上下方向设为“铅垂方向”，将X轴方向以及Y轴方向即左右方向设为“水平方向”。
如图1所示，机器人系统100具备机器人1、控制机器人1的控制装置3、示教装置4、第一拍摄部5A、第二拍摄部5B以及第三拍摄部5C，并执行本发明的机器人的控制方法。
首先，对机器人1进行说明。
图1所示的机器人1在本实施方式中是单臂的六轴垂直多关节机器人，并具有基座11和机械臂10。另外，能够在机械臂10的前端部装配末端执行器20。末端执行器20可以是机器人1的构成要件，也可以不是机器人1的构成要件。
此外，机器人1不限定于图示的构成，例如，也可以是双臂型的多关节机器人。另外，机器人1还可以是水平多关节机器人。
基座11是从下侧将机械臂10支承为能够驱动的支承体，例如固定在工厂内的地面。在机器人1中，基座11经由中继电缆18与控制装置3电连接。此外，机器人1与控制装置3的连接不限定于图1所示的构成那样基于有线的连接，例如，也可以是基于无线的连接，还可以是经由因特网那样的网络而连接。
在本实施方式中，机械臂10具有第一臂部12、第二臂部13、第三臂部14、第四臂部15、第五臂部16以及第六臂部17，并从基座11侧起依次连结这些臂部。此外，机械臂10所具有的臂部的数量不限定于六个，例如，也可以是一个、两个、三个、四个、五个或七个以上。另外，各臂部的全长等的大小分别没有特别限定，而能够适当设定。
基座11与第一臂部12经由关节171连结。并且，第一臂部12能够相对于基座11，以与铅垂方向平行的第一转动轴为转动中心，绕着其第一转动轴转动。第一转动轴与基座11所固定的地面的法线一致。
第一臂部12与第二臂部13经由关节172连结。并且，第二臂部13能够相对于第一臂部12，以与水平方向平行的第二转动轴为转动中心而转动。第二转动轴与正交于第一转动轴的轴平行。
第二臂部13与第三臂部14经由关节173连结。并且，第三臂部14能够相对于第二臂部13以与水平方向平行的第三转动轴为转动中心而转动。第三转动轴与第二转动轴平行。
第三臂部14与第四臂部15经由关节174连结。并且，第四臂部15能够相对于第三臂部14以与第三臂部14的中心轴方向平行的第四转动轴为转动中心而转动。第四转动轴与第三转动轴正交。
第四臂部15与第五臂部16经由关节175连结。并且，第五臂部16能够相对于第四臂部15以第五转动轴为转动中心而转动。第五转动轴与第四转动轴正交。
第五臂部16与第六臂部17经由关节176连结。并且，第六臂部17能够相对于第五臂部16以第六转动轴为转动中心而转动。第六转动轴与第五转动轴正交。
另外，第六臂部17成为在机械臂10中位于最前端侧的机器人前端部。该第六臂部17能够通过机械臂10的驱动，而使末端执行器20转动。
机器人1具备作为驱动部的电机M1、电机M2、电机M3、电机M4、电机M5以及电机M6以及编码器E1、编码器E2、编码器E3、编码器E4、编码器E5以及编码器E6。电机M1内置于关节171，并使基座11与第一臂部12相对地旋转。电机M2内置于关节172，并使第一臂部12与第二臂部13相对地旋转。电机M3内置于关节173，并使第二臂部13与第三臂部14相对地旋转。电机M4内置于关节174，并使第三臂部14与第四臂部15相对地旋转。电机M5内置于关节175，并使第四臂部15与第五臂部16相对地旋转。电机M6内置于关节176，并使第五臂部16与第六臂部17相对地旋转。
另外，编码器E1内置于关节171，检测电机M1的位置。编码器E2内置于关节172，检测电机M2的位置。编码器E3内置于关节173，检测电机M3的位置。编码器E4内置于关节174，检测电机M4的位置。编码器E5内置于关节175，检测电机M5的位置。编码器E6内置于关节176，检测电机M6的位置。
编码器E1～E6与控制装置3电连接，并将电机M1～电机M6的位置信息即旋转量作为电信号发送到控制装置3。并且，基于该信息，控制装置3经由未图示的电机驱动器使电机M1～电机M6驱动。即，所谓的控制机械臂10是指控制电机M1～电机M6。
另外，在机械臂10的前端设定有控制点CP。控制点CP是进行机械臂10的控制时成为基准的点。在机器人系统100中，在机器人坐标系中掌握控制点CP的位置，并驱动机械臂10以使控制点CP移动到期望的位置。
另外，在机器人1中，在机械臂10以拆装自如的方式设置有检测力的力检测部19。并且，机械臂10能够以设置有力检测部19的状态进行驱动。在本实施方式中，力检测部19是六轴力觉传感器。力检测部19检测互相正交的三个检测轴上的力的大小和绕着该三个检测轴的转矩的大小。即，检测互相正交的X轴、Y轴、Z轴的各轴方向的力分量、成为绕着X轴的W方向的力分量、成为绕着Y轴的V方向的力分量以及成为绕着Z轴的U方向的力分量。此外，在本实施方式中，Z轴方向是铅垂方向。另外，也可以将各轴方向的力分量称为“平移力分量”，将绕着各轴的力分量称为“转矩分量”。另外，力检测部19不限定于六轴力觉传感器，也可以是其他的构成。
在本实施方式中，力检测部19设置于第六臂部17。此外，作为力检测部19的设置部位，不限定于第六臂部17即位于最前端侧的臂部，例如，也可以是其他的臂部、相邻的臂部彼此之间。
在力检测部19上，能够将末端执行器20装配为可拆装。在本实施方式中，末端执行器20是对作为作业对象物的工件W1进行研磨的研磨机。该研磨机具有：在外周部具有磨粒的研磨部件21、使研磨部件21旋转的未图示的电机以及驱动电机的未图示的电源。另外，在机器人坐标系中，在研磨部件21的前端面的任意的位置优选在中心设定有工具中心点TCP。此外，没有限定于此，工具中心点TCP也可以设定在研磨部件21的外周部。
如上所述，在机器人系统100中，在机器人坐标系中掌握控制点CP的位置，并对机械臂10进行驱动以使控制点CP移动到期望的位置。另外，通过掌握末端执行器20的种类，特别是掌握长度，而能够掌握工具中心点TCP与控制点CP的偏移量。因此，能够在机器人坐标系中掌握工具中心点TCP的位置。因此，能够将工具中心点TCP设为控制的基准。
另外，在本实施方式中，末端执行器20由研磨机构成，但在本发明中没有限定于此，例如，也可以是磨床、铣刨机等、驱动器、扳手等工具，还可以是通过吸引、夹持来把持工件W1的手部。另外，如第二实施方式那样，末端执行器也可以是喷出处理液的喷雾器，还可以是涂布处理液的毛刷等。
另外，在本实施方式中，如图1所示，工件W1由横截面形状为圆形的长尺寸体构成，并作为其长边方向的中途有两处弯曲的部件而进行说明。
接下来，对第一拍摄部5A～第三拍摄部5C进行说明。第一拍摄部5A～第三拍摄部5C除了设置位置、方向不同以外，是同样的构成。第一拍摄部5A～第三拍摄部5C例如可以设为具有拍摄元件和光学系统的构成，上述拍摄元件由具有多个像素的CCD(Charge CoupledDevice：电荷耦合装置)图像传感器构成，上述光学系统包括透镜等。如图2所示，第一拍摄部5A～第三拍摄部5C与控制装置3的目标位置设定部3A电连接。另外，第一拍摄部5A～第三拍摄部5C将拍摄元件所接受到的光转换为电信号，并将该电信号向目标位置设定部3A输出。并且，目标位置设定部3A将该电信号转换为图像数据并暂时存储于存储部3C。此外，以下，将基于来自第一拍摄部5A的电信号的图像数据称为第一拍摄图像D1，将基于来自第二拍摄部5B的电信号的图像数据称为第二拍摄图像D2，将基于来自第三拍摄部5C的电信号的图像数据称为第三拍摄图像D3。
如图1所示，第一拍摄部5A从+X轴侧拍摄工件W1，第二拍摄部5B从+Y轴侧拍摄工件W1，第三拍摄部5C从+Z轴侧拍摄工件W1。另外，第一拍摄部5A～第三拍摄部5C先于机器人1对工件W1进行预定的作用而进行拍摄。并且，基于所获得的第一拍摄图像D1～第三拍摄图像D3，目标位置设定部3A设定机械臂10的动作路径。关于该内容将在后面进行详述。
此外，在本实施方式中，构成为具有第一拍摄部5A～第三拍摄部5C的三个拍摄部，但在本发明中没有限定于此，也可以省略第一拍摄部5A～第三拍摄部5C中的一个～三个。在拍摄部为一个或两个时，优选一边使拍摄部移动一边从多个方向进行拍摄的构成。另外，在省略拍摄部时，例如，能够通过将工件W1的三维数据例如CAD数据等输入到控制装置3或示教装置4，设定机械臂10的动作路径。
接下来，对控制装置3以及示教装置4进行说明。
控制装置3与机器人1分离配置，可以由内置有作为处理器的一例的CPU(CentralProcessing Unit：中央处理器)的计算机等构成。该控制装置3也可以内置于机器人1的基座11。
控制装置3通过中继电缆18与机器人1能够通信地连接。另外，控制装置3与示教装置4能够通过电缆或无线通信而连接。示教装置4也可以是专用的计算机，还可以是安装有用于示教机器人1的程序的通用的计算机。例如也可以将作为用于示教机器人1的专用装置的示教器等代替示教装置4而使用。而且，控制装置3与示教装置4也可以分别具备壳体，还可以构成为一体的。
另外，也可以在示教装置4安装如下的程序：用于在控制装置3生成将后述的目标位置St和目标力fSt设为自变量的执行程序并载入到控制装置3。示教装置4具备显示器41、处理器、RAM、ROM，并且这些硬件资源与示教程序协同动作而生成执行程序。
如图2所示，控制装置3是安装有用于进行机器人1的控制的控制程序的计算机。控制装置3具备处理器、未图示的RAM、ROM，并通过这些硬件资源与程序协同动作来控制机器人1。
另外，如图2所示，控制装置3具有目标位置设定部3A、驱动控制部3B以及存储部3C。存储部3C例如由RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等易失性存储器、ROM(Read Only Memory：只读存储器)等非易失性存储器以及拆装式的外部存储装置等构成。在存储部3C中，存储有用于执行本发明的机器人的控制方法的程序等、用于使机器人1动作的动作程序。
目标位置设定部3A对工件W1设定用于执行预定的作业的目标位置St以及动作路径。以下，具体进行说明。
目标位置设定部3A首先从第一拍摄部5A获取图3所示的第一拍摄图像D1，并且从第二拍摄部5B获取图4所示的第二拍摄图像D2，并且从第三拍摄部5C获取图5所示的第三拍摄图像D3。
接着，目标位置设定部3A对第一拍摄图像D1进行二值化处理，如图6所示，生成作为工件W1的第一投影形状的数据的第一投影形状数据D1’。同样地，如图7所示，目标位置设定部3A根据第二拍摄图像D2生成作为工件W1的第二投影形状的数据的第二投影形状数据D2’，如图8所示，根据第三拍摄图像D3生成作为工件W1的第三投影形状的数据的第三投影形状数据D3’。
接着，目标位置设定部3A根据第一投影形状数据D1’预测工件W1的形状并生成第一预测形状数据DA。具体而言，生成横截面形状与第一投影形状数据D1’中的第一投影形状相同的形状那样的预定长度的长条的第一立体形状的第一预测形状数据DA。同样地，如图10所示，目标位置设定部3A根据第二投影形状数据D2’生成第二立体形状的第二预测形状数据DB，并且如图11所示，根据第三投影形状数据D3’生成第三立体形状的第三预测形状数据DC。
接着，目标位置设定部3A基于第一预测形状数据DA～第三预测形状数据DC即进行合成，如图12所示，生成作为工件W1的预测立体形状W’的数据的简易形状数据DD。简易形状数据DD中的预测立体形状W’的曲面的部分少于实际的工件W1，另外，棱线200的条数较多，是比较粗略的数据。这样，目标位置设定部3A基于第一拍摄图像D1～第三拍摄图像D3，生成简易形状数据DD。但是，不限定于该构成，也可以省略第一拍摄部5A～第三拍摄部5C，并根据工件W1的CAD数据等立体形状数据来生成简易形状数据DD。
另外，在上述中，虽然对目标位置设定部3A生成简易形状数据DD的情况进行了说明，但在本发明中没有限定于此，例如，也可以是在示教装置4、其他的外部设备生成的简易形状数据DD被输入到控制装置3的构成。
并且，如图13所示，目标位置设定部3A对简易形状数据DD中的预测立体形状W’设定多个目标位置St。此外，本说明书中“设定目标位置St”是指，将相对于预测立体形状W’的目标位置St的位置信息存储于存储部3C。
在本实施方式中，在预测立体形状W’的棱线200上，按预定的间隔设定目标位置St。预测立体形状W’的棱线200是工件W1的形状被简化后的特征部分。通过在该棱线200上设定多个目标位置St，而能够对简化了工件W1的形状的部分设定目标位置St，并能够实现目标位置St的设定的简化。另外，棱线200定影于各投影形状中的轮廓部分。通过在这样的棱线200上设定多个目标位置St，从而能够在整体上均匀地设定目标位置St。
此外，在预测立体形状W’中，也可以对棱线200以外的部分设定目标位置St。另外，也可以根据各棱线200的形状变更目标位置St的设定频度。例如，也可以使弯曲形状的棱线200中的各目标位置St的间隔比较小，使直线形状的棱线200中的各目标位置St的间隔比较大。
接着，如图14所示，目标位置设定部3A对实际的工件W1应用上述所设定的目标位置St。具体而言，在维持图13所示的各目标位置St彼此的位置关系的状态下，基于图3～图5所示的第一拍摄图像D1～第三拍摄图像D3，对实际的工件W1设定目标位置St。而且换言之，基于实际上工件W1被放置的位置，设定相对于各目标位置St在机器人坐标系中的坐标。此外，设定坐标，并相对于各目标位置St也设定机械臂10接近的姿态。
接着，如图15以及图16所示，设定机械臂10的控制点CP或工具中心点TCP相对于各目标位置St移动的顺序。即，设定机械臂10的动作路径。“机械臂10的控制点CP或工具中心点TCP相对于目标位置St移动”是指，即使控制点CP或工具中心点TCP与目标位置St一致之前不移动，也以目标位置St为目标进行移动。
此外，相对于各目标位置St设定顺序时，也相对于各目标位置St设定机械臂10接近的姿态。即，相对于各目标位置St设定顺序时，将按目标位置St从哪个方向以怎样的姿态接近关联起来并存储于存储部3C。
根据以上那样的目标位置设定部3A，能够对作为比较简单的构造的预测立体形状W’设定多个目标位置St。因此，例如，通过在日本特开平7-100755号公报所公开的方法也能够减少目标位置St的数量。因此，与以往相比，能够简单且迅速地设定目标位置St。
然而，如图14～图16所示，所设定的目标位置St也存在位于远离工件W1的表面的部位的情况。这种情况下，若仅以工具中心点TCP通过各目标位置St的方式一边驱动机械臂10一边进行作业，则末端执行器20有时不与工件W1接触。这种情况下，无法进行良好的作业。因此，在机器人系统100中，能够通过驱动控制部3B进行以下那样的控制，来消除该问题。以下，对驱动控制部3B进行说明。
驱动控制部3B控制机械臂10的驱动，并具有位置控制部30、坐标转换部31、坐标转换部32、校正部33、力控制部34以及指令综合部35。
位置控制部30根据由预先作成的命令指定的目标位置，生成控制机器人1的工具中心点TCP的位置的位置指令信号，即位置指令值。
这里，控制装置3能够以力控制等控制机器人1的动作。“力控制”是指，基于力检测部19的检测结果，对末端执行器20的位置，即工具中心点TCP的位置、第一臂部12～第六臂部17的姿态进行变更的机器人1的动作的控制。
在力控制中例如包括力触发器控制和阻抗控制。在力触发器控制中，通过力检测部19进行力检测，并且知道通过该力检测部19检测到预定的力为止，使机械臂10进行移动、姿态的变更的动作。
阻抗控制包括仿形控制。首先，若简单进行说明，则在阻抗控制中，对机械臂10的动作进行控制，以使施加于机械臂10的前端部的力尽量维持在预定的力，即由力检测部19检测到的预定方向的力尽量维持在目标力fSt。由此，例如，若对机械臂10进行阻抗控制，则机械臂10对于对象物、从操作员施加的外力进行关于所述预定方向的仿照的动作。此外，在目标力fSt中也包括0。例如，在仿形动作的情况下，可以将目标值设为“0”。此外，也可以将目标力fSt设为0以外的数值。对于该目标力fSt，作业者可以适当设定。
存储部3C存储电机M1～电机M6的旋转角度的组合与机器人坐标系中的工具中心点TCP的位置的对应关系。另外，控制装置3在机器人1所进行的作业的每一工序中，基于命令将目标位置St和目标力fSt中的至少一方存储在存储部3C。在机器人1所进行的作业的每一工序中设定将目标位置St以及目标力fSt作为自变量，即参数的命令。
驱动控制部3B以所设定的目标位置St和目标力fSt与工具中心点TCP一致的方式，基于命令来控制第一臂部12～第六臂部17。目标力fSt是指，力检测部19根据第一臂部12～第六臂部17的动作而应检测的力。这里，“S”的文字设为表示规定机器人坐标系的轴的方向(X、Y、Z、U、V、W)的任意一个方向。另外，S也设为表示S方向的位置。例如，在S＝X时，机器人坐标系中设定的目标位置的X方向分量变为St＝Xt，目标力的X方向分量变为fSt＝fXt。
另外，在驱动控制部3B中，若获取到电机M1～电机M6的旋转角度，则图2所示的坐标转换部31基于对应关系，将该旋转角度转换为机器人坐标系中的工具中心点TCP的位置S(X、Y、Z、V、W、U)。并且，坐标转换部32基于工具中心点TCP的位置S和力检测部19的检测值，在机器人坐标系中确定在力检测部19实际作用的作用力fS。
作用力fS的作用点与工具中心点TCP不同地定义为原点。原点与力检测部19检测力的点对应。此外，控制装置3按照机器人坐标系中的工具中心点TCP的位置S，存储规定了力检测部19的传感器坐标系中的检测轴的方向的对应关系。因此，控制装置3能够基于机器人坐标系中的工具中心点TCP的位置S和对应关系，确定机器人坐标系中的作用力fS。另外，作用于机器人的转矩能够根据作用力fS与从接触点到力检测部19的距离来计算，并确定为转矩分量。此外，在末端执行器20与工件W1接触而进行作业时，接触点可以看作工具中心点TCP。
校正部33对作用力fS进行重力补偿。重力补偿是指，从作用力fS中去除起因于重力的力、转矩的分量。进行了重力补偿的作用力fS可以视为作用于机械臂10或末端执行器20的重力以外的力。
另外，校正部33对作用力fS进行惯性补偿。惯性补偿是指，从作用力fS去除起因于惯性力的力、转矩的分量。进行了惯性补偿的作用力fS可以视为作用于机械臂10或末端执行器20的惯性力以外的力。
力控制部34进行阻抗控制。阻抗控制是通过电机M1～电机M6来实现虚拟的机械阻抗的主动阻抗控制。控制装置3在工件的嵌合作业、螺合作业、研磨作业等末端执行器20从作为对象物的工件接受力的接触状态的工序、进行直接示教时，执行这样的阻抗控制。此外，即使除了这样的工序之外，例如，在人与机器人1接触时通过进行阻抗控制，也能够提高安全性。
在阻抗控制中，将目标力fSt代入后述的运动方程式而导出电机M1～电机M6的旋转角度。控制装置3控制电机M1～电机M6的信号是PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)调制后的信号。
另外，控制装置3在末端执行器20不受到外力的非接触状态的工序中，以根据目标位置St在线性运算中导出的旋转角度来控制电机M1～电机M6。将以根据目标位置St在线性运算中导出的旋转角度来控制电机M1～电机M6的模式称为位置控制模式。
控制装置3通过将目标力fSt和作用力fS代入阻抗控制的运动方程式，来确定力来源校正量ΔS。力来源校正量ΔS是指，在工具中心点TCP受到机械阻抗的情况下，为了消除与目标力fSt的力偏差ΔfS(t)，工具中心点TCP应移动的位置S的大小。下述的式(1)是阻抗控制的运动方程式。
数1
式(1)的左边由虚拟质量系数m(以下，称为“质量系数m”)与工具中心点TCP的位置S的二阶微分值相乘的第一项、虚拟粘性系数d(以下，称为“粘性系数d”)与工具中心点TCP的位置S的微分值相乘的第二项以及虚拟弹性系数k(以下，称为“弹性系数k”)与工具中心点TCP的位置S相乘的第三项构成。式(1)的右边由从目标力fSt减去实际的力f的力偏差ΔfS(t)构成。式(1)中的微分是指时间上的微分。在机器人1所进行的工序中，存在作为目标力fSt设定有一定值的情况，还存在作为目标力fSt设定有时间的函数的情况。
质量系数m是指工具中心点TCP虚拟具有的质量，粘性系数d是指工具中心点TCP虚拟受到的粘性阻力，弹性系数k是指工具中心点TCP虚拟受到的弹性力的弹簧常数。
随着质量系数m的值变大，动作的加速度变小，随着质量系数m的值变小，动作的加速度变大。随着粘性系数d的值变大，动作的速度变慢，随着粘性系数d的值变小，动作的速度变快。随着弹性系数k的值变大，弹性变大，随着弹性系数k的值变小，弹性变小。
在本说明书中，分别将质量系数m、粘性系数d以及弹性系数k称为力控制参数。这些质量系数m、粘性系数d以及弹性系数k也可以按照方向而设定为不同的值，还可以与方向无关地设定为共同的值。另外，质量系数m、粘性系数d以及弹性系数k可以由作业者在作业前适当设定。
这样，在机器人系统100中，根据力检测部19的检测值、预先设定的力控制参数以及预先设定的目标力求出校正量。该校正量是前述的力来源校正量ΔS，是从受到外力的该位置到应移动到工具中心点TCP的位置的差。
并且，指令综合部35将力来源校正量ΔS与位置控制部30所生成的位置指令值P相加。通过随时进行该操作，指令综合部35根据用于使受到外力的位置移动的位置指令值P而求出新的位置指令值P’。
并且，通过坐标转换部31将该新的位置指令值P’转换为机器人坐标，并由执行部351执行，从而使工具中心点TCP移动到考虑了力来源校正量ΔS的位置，缓和施加了外力的冲击，能够缓和与机器人1接触的对象物受到在此以上的负载。
根据这样的驱动控制部3B，能够对机械臂10进行驱动，以使工具中心点TCP朝向目标位置St移动，且工具中心点TCP移动到目标力fSt达到预先设定的值为止。换言之，例如，如图17所示，使工具中心点TCP从预先设定的方向朝向目标位置St移动，如图17中两点划线所示，即使工具中心点TCP与目标位置St一致，如果末端执行器20没有与工件W1接触，则驱动机械臂10以使工具中心点TCP在移动到至今为止的方向的延伸上进一步移动。并且，如图17中实线所示，驱动机械臂10，以使末端执行器20与工件W1接触，目标力fSt达到预先设定的值。另外，按照每个目标位置St执行这样的控制。
根据这样的构成，即使目标位置设定部3A所设定的目标位置St位于远离工件W1的表面的部位，也能够通过如上所述的力控制，使末端执行器20与工件W1接触而良好地进行预定的作业。换言之，在机器人系统100中，通过目标位置设定部3A迅速设定目标位置St，进而动作路径，驱动控制部3B根据力控制来驱动机械臂10，从而能够以驱动控制部3B的高精度的机械臂10的驱动来弥补进行迅速的路径设定的目标位置设定部3A的粗糙度。其结果是，能够兼顾迅速设定目标位置St以及相对于工件W1的作业的精确性。
这样，机器人系统100具备：机械臂10，对作为作业对象物的工件W1进行预定的作业；力检测部19，检测施加于机械臂10的力；目标位置设定部3A，对于根据从不同的方向对工件W1投影后的多个投影形状而预测到的简易形状数据DD，设定多个使进行预定的作业时的机械臂10的控制点CP移动的目标位置St；以及驱动控制部3B，通过基于目标位置设定部3A所设定的多个目标位置St和施加于机械臂10的力的力控制来驱动机械臂10，并进行预定的作业。由此，目标位置设定部3A能够迅速且简单地设定目标位置St。另外，通过驱动控制部3B根据力控制来驱动机械臂10，从而能够以驱动控制部3B所进行的力控制来弥补进行迅速的目标位置St的设定的目标位置设定部3A的粗糙度。其结果是，能够兼顾迅速设定目标位置St以及相对于工件W1的作业的精确性。
接下来，基于图18所示的流程图对控制装置3执行的动作程序的一例，即本发明的机器人的控制方法的一例进行说明。
步骤S101～步骤S104是简易形状数据生成步骤，步骤S105以及步骤S106是目标位置设定步骤，步骤S107是驱动步骤。
首先，在步骤S101中，使用第一拍摄部5A～第三拍摄部5C来拍摄工件W1。由此，如图3～图5所示，能够获得从不同的方向拍摄到的第一拍摄图像D1～第三拍摄图像D3。
接着，在步骤S102中，生成至少两个投影形状数据，在本实施方式中生成三个投影形状数据。即，对第一拍摄图像D1～第三拍摄图像D3进行二值化处理，如图6～图8所示，生成第一投影形状数据D1’～第三投影形状数据D3’。
接着，在步骤S103中，生成预测形状数据。即，如图9～图11所示，根据第一投影形状数据D1’～第三投影形状数据D3’，生成第一预测形状数据DA～第三预测形状数据DC。该生成方法如上所述。
接着，在步骤S104中，生成作为工件W1的预测立体形状的简易形状数据DD。即，如图12所示，将第一预测形状数据DA～第三预测形状数据DC合成而生成作为工件W1的预测立体形状W’的简易形状数据DD。简易形状数据DD中的预测立体形状W’是曲面的部分少于实际的工件W1，另外，棱线200的条数较多且比较粗略的数据。
以上的步骤S101～步骤S104是简易形状数据生成步骤。这样，机器人的控制方法在目标位置设定步骤之前，还具有生成简易形状数据的简易形状数据生成步骤。由此，即使在没有简易形状数据的情况下，也能够生成简易形状数据，并能够转移到目标位置设定步骤。
另外，在简易形状数据生成步骤中，优选的是，根据从不同的方向对作为作业对象物的工件W1投影的多个投影形状中投影面积最大的投影形状和投影面积第二大的投影形状来生成简易形状数据DD。通过从来自多个方向的投影形状中选择投影面积较大的投影形状，并基于此生成简易形状数据DD，从而能够使简易形状数据DD的形状更接近于实际的工件W1。
另外，在简易形状数据生成步骤中，使用作为拍摄部的第一拍摄部5A～第三拍摄部5C对作为作业对象物的工件W1进行拍摄而获取作为拍摄图像的第一拍摄图像D1～第三拍摄图像D3，并基于第一拍摄图像D1～第三拍摄图像D3，获取作为投影形状的数据的第一投影形状数据D1’～第三投影形状数据D3’。由此，例如，即使在没有工件W1的立体形状数据的情况下，也能够生成简易形状数据，并能够转移到目标位置设定步骤。
接着，在步骤S105中，设定目标位置St。即，如图13所示，在预测立体形状W’的棱线200上，按预定的间隔设定多个目标位置St。这样，在目标位置设定步骤中，在简易形状数据DD的棱线200上按预定的间隔设定多个目标位置St。棱线200是简化了工件W1的形状的特征部分。通过在该棱线200上设定多个目标位置St，从而能够对简化了工件W1的形状的部分设定目标位置St，能够实现目标位置St的设定的简化。另外，棱线200与各投影形状中的轮廓部分对应。通过在这样的棱线200上设定多个目标位置St，能够在整体上均匀地设定目标位置St。
接着，在步骤S106中，对于各目标位置St设定移动的顺序。在本步骤中，对于各目标位置St一个一个地设定顺序。另外，在图15以及图16中，根据该顺序将各目标位置St用箭头连起来。作为设定顺序的方法，例如，列举有从与工具中心点TCP最近的位置起渐渐地远离的方式设定顺序的方法等。此外，在对于各目标位置St设定移动的顺序时，也对于各目标位置St设定机械臂10接近的姿态。
根据这样的目标位置设定步骤，能够对简易形状数据DD设定各目标位置St。另外，通过对于各目标位置St设定移动的顺序，而能够设定机械臂10的动作路径。
并且，在步骤S107中，如上所述，通过力控制进行作业。即，通过基于在目标位置设定步骤所设定的目标位置St和施加于机械臂10的力的力控制来驱动机械臂10，并进行预定的作业。
如以上说明那样，机器人的控制方法是控制机器人1的机器人的控制方法，上述机器人1具有对作为作业对象物的工件W1进行预定的作业的机械臂10。另外，具有：目标位置设定步骤，对于根据从不同的方向对工件W1投影后的多个投影形状而预测到的简易形状数据DD，设定多个使进行预定的作业时的机械臂的控制点CP移动的目标位置St；以及驱动步骤，通过基于在目标位置设定步骤所设定的多个目标位置St和施加于机械臂10的力的力控制来驱动机械臂10，并进行预定的作业。由此，在目标位置设定步骤中能够迅速且简单地设定目标位置St。另外，通过在驱动步骤中根据力控制来驱动机械臂10，从而能够以驱动控制部3B所进行的力控制来弥补进行迅速的目标位置St的设定的目标位置设定部3A的粗糙度。其结果是，能够兼顾迅速设定目标位置St以及相对于工件W1的作业的精确性。
第二实施方式
图19是示出第二实施方式的机器人系统所具备的机械臂对于工件进行预定的作业的状态的剖视图。图20是用于说明图19所示的机器人系统所具备的控制装置所进行的控制动作的流程图。
以下，参照图19以及图20对本发明的机器人的控制方法以及机器人系统的第二实施方式进行说明，但以与前述的实施方式的不同点为中心进行说明，对于同样的事项省略其说明。
如图19所示，在本实施方式中，末端执行器20由对工件W1喷出处理液L的喷出部构成。另外，作为处理液L，没有特别限定，但列举有水、消毒液、粘合剂、涂层剂等。
另外，在本实施方式中，机器人1具有检测机械臂10与工件W1的分离距离d1的距离检测部9，作为距离检测部9没有特别限定，但例如列举有相机、光学式传感器、静电电容传感器等。另外，距离检测部9的设置位置没有特别限定，可以设置在机械臂10的任意的位置，还可以设置在机械臂10以外的位置，例如作业台等。
另外，虽然没有图示，但距离检测部9与控制装置3电连接，距离检测部9检测到的有关于机械臂10与工件W1的分离距离d1的信息作为电信号而发送至控制装置3。
接下来，基于图20所示的流程图，对本实施方式的机器人的控制方法进行说明。在本实施方式中，除了驱动步骤不同之外，均与第一实施方式是同样的。即，在本实施方式中，代替第一实施方式中的步骤S107，而执行作为驱动步骤的步骤S207。
在步骤S207中，一边使工具中心点TCP朝向目标位置St移动，一边使用距离检测部9，来检测机械臂10与工件W1的分离距离d1。进行工具中心点TCP的移动直到机械臂10与工件W1的分离距离d1达到预先设定的值，即预定值为止。
例如，如图19所示，即使从预先设定的方向使工具中心点TCP朝向目标位置St移动，工具中心点TCP未到达目标位置St，只要机械臂10与工件W1的分离距离d1达到预定值，则停止机械臂10的移动并进行作业，即，喷出处理液L。另外，按每个目标位置St来执行这样的控制。
根据这样的本实施方式，与所述第一实施方式同样地，在目标位置设定步骤中能够迅速且简单地设定目标位置St。另外，在驱动步骤中，以一边检测机械臂10与工件W1的分离距离d1，一边使分离距离d1达到预定值的方式来驱动机械臂10。因此，即使目标位置St与工件W1的表面分离，在作业中，也能够将机械臂10与工件W1的分离距离d1保持在预定值。因此，能够进行良好的作业，即抑制处理液L的涂布不均，能够进行精确的作业。
这样，机器人系统100具备：机械臂10，对作为作业对象物的工件W1进行预定的作业；距离检测部9，检测机械臂10与工件W1的距离；目标位置设定部3A，对于根据从不同的方向对工件W1投影后的多个投影形状而预测到的简易形状数据DD，设定多个使进行预定的作业时的机械臂10的控制点CP移动的目标位置St；以及驱动控制部3B，通过基于目标位置设定部3A所设定的多个目标位置St和距离检测部9的检测结果，来驱动机械臂10并进行预定的作业，以使工件W1与机械臂10的控制点CP的分离距离d1达到预定值。由此，与第一实施方式同样地，目标位置设定部3A能够迅速地进行目标位置St的设定。另外，能够通过驱动控制部3B所进行的上述位置控制来弥补目标位置St的粗糙度。其结果是，能够兼顾迅速设定目标位置St以及相对于工件W1的作业的精确性。
另外，机器人的控制方法是控制机器人1的机器人的控制方法，上述机器人1具有对作为作业对象物的工件W1进行预定的作业的机械臂10。另外，机器人的控制方法具有：目标位置设定步骤，对于根据从不同的方向对工件W1投影后的多个投影形状而预测到的简易形状数据DD，设定多个使进行预定的作业时的机械臂10的控制点CP移动的目标位置St；以及驱动步骤，基于在目标位置设定步骤所设定的多个目标位置St和工件W1与机械臂10的控制点CP的分离距离d1，通过位置控制来驱动机械臂10，并进行预定的作业以使分离距离d1达到预定值。由此，目标位置设定部3A能够迅速地进行目标位置St的设定。另外，能够通过在驱动步骤中进行的上述位置控制来弥补目标位置St的粗糙度。其结果是，能够兼顾迅速设定目标位置St以及相对于工件W1的作业的精确性。
此外，预定值是根据作业内容而适当设定的值，设为是预先存储于存储部3C的值。另外，预定值也可以具有幅度。即，预定值也可以是预定数值范围。
机器人系统的其他的构成例
图21是用于对机器人系统以硬件为中心进行说明的框图。
在图21中，示出了机器人1、控制器61以及计算机62连接后的机器人系统100A的整体构成。机器人1的控制也可以通过处于控制器61的处理器读出处于存储器的指令并执行，还可以通过存在于计算机62的处理器读出处于存储器的指令并经由控制器61而执行。
因此，能够将控制器61和计算机62中的任意一方或双方看作“控制装置”。
变形例1
图22是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例1的框图。
在图22中，示出了计算机63直接与机器人1连接的机器人系统100B的整体构成。机器人1的控制通过存在于计算机63的处理器读出处于存储器的指令而直接执行。
因此，能够将计算机63看作“控制装置”。
变形例2
图23是示出以机器人系统的硬件为中心的变形例2的框图。
在图23中，示出了内置有控制器61的机器人1与计算机66连接，并且计算机66经由LAN等网络65与云64连接的机器人系统100C的整体构成。机器人1的控制也可以通过存在于计算机66的处理器读出处于存储器的指令而执行，还可以通过存在于云64上的处理器经由计算机66读出处于存储器的指令而执行。
因此，能够将控制器61、计算机66以及云64中的任意一个、或任意两个、或三个看作“控制装置”。
以上，对图示的实施方式说明了本发明的机器人的控制方法以及机器人系统，但本发明并非限定于此。另外，构成机器人系统的各部分可以替换为能够发挥同样的功能的任意的构成。另外，也可以附加任意的构成物。

Claims (9)

1.一种机器人的控制方法，其特征在于，控制具有对作业对象物进行预定的作业的机械臂的机器人，
在所述机器人的控制方法中，具有：
目标位置设定步骤，对于将根据从不同的方向对所述作业对象物投影后的多个投影形状合成而生成的作为所述作业对象物的预测立体形状的简易形状数据，设定多个使进行所述预定的作业时的所述机械臂的控制点移动的目标位置；以及
驱动步骤，通过基于在所述目标位置设定步骤中设定的多个所述目标位置和施加于所述机械臂的力的力控制来驱动所述机械臂，进行所述预定的作业。
2.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，
在所述目标位置设定步骤中，在所述简易形状数据的棱线上按预定的间隔设定多个所述目标位置。
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，
在所述目标位置设定步骤中，对多个所述目标位置设定所述控制点移动的顺序。
4.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具有在所述目标位置设定步骤之前生成所述简易形状数据的简易形状数据生成步骤。
5.根据权利要求4所述的机器人的控制方法，其特征在于，
在所述简易形状数据生成步骤中，根据从不同的方向对所述作业对象物投影后的多个投影形状中投影面积最大的投影形状和投影面积第二大的投影形状来生成所述简易形状数据。
6.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，
在所述简易形状数据生成步骤中，使用拍摄部对所述作业对象物进行拍摄而获取拍摄图像，并基于所述拍摄图像获取所述投影形状。
7.一种机器人的控制方法，其特征在于，控制具有对作业对象物进行预定的作业的机械臂的机器人，
在所述机器人的控制方法中，具有：
目标位置设定步骤，对于将根据从不同的方向对所述作业对象物投影后的多个投影形状合成而生成的作为所述作业对象物的预测立体形状的简易形状数据，设定多个使进行所述预定的作业时的所述机械臂的控制点移动的目标位置；以及
驱动步骤，基于在所述目标位置设定步骤中设定的多个所述目标位置和所述作业对象物与所述机械臂的控制点的分离距离，通过位置控制来驱动所述机械臂，进行所述预定的作业以使所述分离距离达到预定值。
8.一种机器人系统，其特征在于，具备：
机械臂，对作业对象物进行预定的作业；
力检测部，检测施加于所述机械臂的力；
目标位置设定部，对于将根据从不同的方向对所述作业对象物投影后的多个投影形状合成而生成的作为所述作业对象物的预测立体形状的简易形状数据，设定多个使进行所述预定的作业时的所述机械臂的控制点移动的目标位置；以及
驱动控制部，通过基于所述目标位置设定部设定的多个所述目标位置和施加于所述机械臂的力的力控制来驱动所述机械臂，进行所述预定的作业。
9.一种机器人系统，其特征在于，具备：
机械臂，对作业对象物进行预定的作业；
距离检测部，检测所述机械臂与所述作业对象物的距离；
目标位置设定部，对于将根据从不同的方向对所述作业对象物投影后的多个投影形状合成而生成的作为所述作业对象物的预测立体形状的简易形状数据，设定多个使进行所述预定的作业时的所述机械臂的控制点移动的目标位置；以及
驱动控制部，基于所述目标位置设定部设定的多个所述目标位置和所述距离检测部的检测结果，通过位置控制来驱动所述机械臂进行所述预定的作业，以使所述作业对象物与所述机械臂的分离距离达到预定值。
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