CN113905853A - 机器人的控制方法 - Google Patents

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Abstract

将基于从机器人臂(10)前端的作业点到通过第2关节部(J2)的轴心以及第3关节部(J3)的轴心的虚拟直线(30)为止的距离而计算出的判定值与给定的阈值进行比较。在判定值比阈值大的情况和小的情况下，变更第2关节部(J2)以及第3关节部(J3)的挠曲补偿量的计算方法。然后，使第2关节部(J2)以及第3关节部(J3)基于计算出的挠曲补偿量分别转动。

Description

机器人的控制方法
技术领域
本发明涉及机器人的控制方法。
背景技术
以往，已知具备了具有多个关节部的机器人臂的多关节机器人(例如，参照专利文献1)。
然而，在这样的多关节机器人中，因臂的自重、施加在臂的前端的负荷而有时臂挠曲变形。该臂的变形在具有旋转轴的关节部特别显著地产生。也就是说，因形成具有可动部位的关节部的构件引起弹性变形，有时关节部从作为目标的位置向可动方向位移。
在专利文献1中公开了如下的结构，即，针对每个臂求出关节部的实际的角度，并求出作为所求出的实际的角度与来自控制装置的控制用的指令角度之差的偏移量，基于此补偿从控制装置赋予关节部的指令角度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-58256号公报
发明内容
然而，在专利文献1的发明中，仅对具有在重力方向上转动的旋转轴的关节部的角度进行补偿，对于不在重力方向上转动的关节部，没有进行任何考虑。
具体地，即使是不具有在重力方向上转动的旋转轴的关节部，也因关节部内的减速器、轴承的弹性变形而会在旋转轴自身倾斜的方向上挠曲。因此，无法精度优异地进行臂前端的定位，存在使用机器人来进行的加工的精度下降的问题。
本发明是鉴于这样的情形而完成的，其目的在于，抑制由机器人臂的关节部的挠曲引起的机器人臂前端的位置偏移。
本发明以对至少具有第1关节部、第2关节部、第3关节部以及第4关节部的机器人臂的动作进行控制的机器人的控制方法为对象，采取了如下的解决方法。
即，第1发明的特征在于，
第1关节部、第2关节部、第3关节部以及第4关节部分别具有旋转轴，
第1关节部以及第4关节部被构成为各自的旋转轴的倾斜对机器人臂前端的位置偏移造成影响，
第2关节部以及第3关节部被构成为各自的旋转轴在重力方向上转动，
具备：
基于第1关节部的力矩刚性、和在该第1关节部的旋转轴倾斜的方向上施加的重力转矩，计算该第1关节部的挠曲角度的步骤；
基于第2关节部的弹簧常数、和在该第2关节部的转动方向上施加的重力转矩，计算该第2关节部的挠曲角度的步骤；
基于第3关节部的弹簧常数、和在该第3关节部的转动方向上施加的重力转矩，计算该第3关节部的挠曲角度的步骤；
基于第4关节部的力矩刚性、和在该第4关节部的旋转轴倾斜的方向上施加的重力转矩，计算该第4关节部的挠曲角度的步骤；
基于从机器人臂前端的作业点到通过第2关节部的旋转轴的轴心以及第3关节部的旋转轴的轴心的虚拟直线为止的距离，计算判定值的步骤；
将判定值与给定的阈值进行比较的步骤；
在判定值比阈值大的情况下，基于第1关节部、第2关节部以及第4关节部的挠曲角度，计算第2关节部的挠曲补偿量，并且基于第1关节部、第3关节部以及该第4关节部的挠曲角度，计算第3关节部的挠曲补偿量的步骤；
在判定值比阈值小的情况下，基于第1关节部、第2关节部以及第4关节部的挠曲角度和阈值，计算第2关节部的挠曲补偿量，并且基于第1关节部、第3关节部以及第4关节部的挠曲角度和阈值，计算第3关节部的挠曲补偿量的步骤；以及
基于第2关节部以及第3关节部的挠曲补偿量，使第2关节部以及第3关节部转动的步骤。
在第1发明中，将基于从机器人臂前端的作业点到通过第2关节部的旋转轴的轴心以及第3关节部的旋转轴的轴心的虚拟直线为止的距离而计算出的判定值与给定的阈值进行比较。
在判定值比阈值大的情况下，基于第1关节部、第2关节部以及第4关节部的挠曲角度，计算第2关节部的挠曲补偿量。此外，基于第1关节部、第3关节部以及第4关节部的挠曲角度，计算第3关节部的挠曲补偿量。
另一方面，在判定值比阈值小的情况下，基于第1关节部、第2关节部以及第4关节部的挠曲角度和阈值，计算第2关节部的挠曲补偿量。此外，基于第1关节部、第3关节部以及第4关节部的挠曲角度和阈值，计算第3关节部的挠曲补偿量。
然后，使第2关节部以及第3关节部分别基于计算出的挠曲补偿量转动。
这样，使用能够在重力方向上转动的第2关节部以及第3关节部，不仅补偿第2关节部以及第3关节部的挠曲角度，而且对于第1关节部以及第4关节部的旋转轴的倾斜也进行补偿，由此能够抑制机器人臂前端的位置偏移。
在此，挠曲角度是相对于作为目标的设定角度而偏移的角度。
另外，基于对判定值与阈值进行了比较的结果来变更第2关节部以及第3关节部的挠曲补偿量的计算方法是基于如下的理由。
本申请的发明人发现了存在在机器人臂为给定的姿势时挠曲补偿量急剧增大的异常姿势。而且，发现了这样的异常姿势因机器人臂前端的作业点到虚拟直线为止的距离接近“0”而产生。
因此，在本发明中，设定用于判定机器人臂接近了异常姿势的阈值，在判定值比阈值小的情况下，使用能够抑制挠曲补偿量急剧增大的计算式来计算挠曲补偿量。
由此，能够连续地校正机器人臂的动作来对控制变得不稳定的情况进行抑制。
第2发明的特征在于，在第1发明中，
判定值是对第2关节部以及第3关节部的轴心间的距离和从机器人臂前端的作业点到虚拟直线为止的距离进行乘法运算(積算、intergrating)而得的值。
在第2发明中，使用对第2关节部以及第3关节部的旋转轴的轴心间的距离和从机器人臂前端的作业点到虚拟直线为止的距离进行乘法运算而得的值作为判定值。
根据本发明，能够抑制由机器人臂的关节部的挠曲引起的机器人臂前端的位置偏移。
附图说明
图1是示出本实施方式涉及的机器人的结构的侧视图。
图2是将以往的机器人臂的系统结构模型化而示出的图。
图3是将本实施方式的机器人臂的系统结构模型化而示出的图。
图4是示出工具的作业点与各关节部的水平方向以及垂直方向的距离的图。
图5是示出将第2关节部的关节角设定为-90°时的机器人臂的姿势的图。
图6是示出将第2关节部的关节角设定为0°时的机器人臂的姿势的图。
图7是示出将第2关节部的关节角设定为90°时的机器人臂的姿势的图。
图8是示出第2关节部的关节角与工具的作业点的水平方向的误差的关系的曲线图。
图9是示出第2关节部的关节角与工具的作业点的垂直方向的误差的关系的曲线图。
图10是示出将第3关节部的关节角设定为-60°时的机器人臂的姿势的图。
图11是示出将第3关节部的关节角设定为0°时的机器人臂的姿势的图。
图12是示出将第3关节部的关节角设定为90°时的机器人臂的姿势的图。
图13是示出第3关节部的关节角与工具的作业点的水平方向的误差的关系的曲线图。
图14是示出第3关节部的关节角与工具的作业点的垂直方向的误差的关系的曲线图。
图15是示出机器人臂为异常姿势时的状态的图。
图16是示出判定值与校正角度的关系的曲线图。
图17是示出根据判定值与阈值的比较结果来变更了计算式时的判定值与校正角度的关系的曲线图。
图18是示出判定值与第2关节部的校正角度的关系的曲线图。
图19是示出判定值与第3关节部的校正角度的关系的曲线图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外，以下的优选的实施方式的说明本质上只不过是例示，并不意图对本发明、其应用物或者其用途进行限制。
如图1所示，机器人1具备6轴的多关节型的机器人臂10和对机器人臂10的动作进行控制的控制部20。
机器人臂10具有台座部11、肩部12、下臂部13、第1上臂部14、第2上臂部15、手腕部16、和安装部17。机器人臂10还具有第1关节部J1、第2关节部J2、第3关节部J3、第4关节部J4、第5关节部J5、和第6关节部J6。第1关节部J1、第2关节部J2、第3关节部J3、第4关节部J4、第5关节部J5以及第6关节部J6分别具有旋转轴。
肩部12被支承为能够相对于台座部11以第1关节部J1的旋转轴为中心在水平方向上旋转。下臂部13被支承为能够相对于肩部12以第2关节部J2的旋转轴为中心在重力方向上转动。
第1上臂部14被支承为能够相对于下臂部13以第3关节部J3的旋转轴为中心在重力方向上转动。第2上臂部15被支承为能够相对于第1上臂部14以第4关节部J4的旋转轴为中心扭转旋转。
手腕部16被支承为能够相对于第2上臂部15以第5关节部J5的旋转轴为中心在重力方向上转动。安装部17被支承为能够相对于手腕部16以第6关节部J6的旋转轴为中心扭转旋转。在安装部17安装有焊炬等工具18。
在第1关节部J1至第6关节部J6内置有未图示的致动器。控制部20基于通过示教(teaching)等预先输入的动作程序，对第1关节部J1至第6关节部J6的致动器的驱动进行控制以使第1关节部J1至第6关节部J6分别到达目标位置(指令角度)。
图2是将以往的机器人臂10的系统结构模型化而示出的图。在图2中，用涂白箭头示出在机器人臂10的各关节部产生的挠曲方向，对于用于消除挠曲的补偿方向，用涂黑箭头示出。
另外，在第5关节部J5以及第6关节部J6产生的挠曲由于对位于机器人臂10前端的工具18的作业点的位置偏移造成的影响小而能够忽视，所以不考虑第5关节部J5以及第6关节部J6。
第2关节部J2以及第3关节部J3分别能够在重力方向上转动。如图2所示，在以往的机器人臂10中，仅考虑在第2关节部J2以及第3关节部J3产生的静态弹性挠曲而对该挠曲进行消除。
具体地，对第2关节部J2以及第3关节部J3在图2中顺时针方向上作用重力转矩，在各自的旋转轴转动的方向上产生挠曲。而且，使第2关节部J2以及第3关节部J3在图2中逆时针方向上分别转动，抵消在第2关节部J2以及第3关节部J3产生的挠曲，由此对在工具18的作业点产生的位置偏移进行补偿。
然而，如在图2中用虚线箭头示出那样，对于第1关节部J1以及第4关节部J4，也在各自的旋转轴倾斜的方向上作用重力转矩。该重力转矩引起第1关节部J1以及第4关节部J4的未图示的减速器、轴承的弹性变形。由此，在第1关节部J1以及第4关节部J4在各自的旋转轴倾斜的方向上产生挠曲。因此，实际上，工具18的作业点的位置偏移会变大虚线箭头的量。
因此，在本实施方式中，对于在第1关节部J1以及第4关节部J4产生的静态弹性挠曲也进行考虑，通过使第2关节部J2以及第3关节部J3转动，能够消除工具18的作业点的位置偏移。
具体地，如图3所示，对第1关节部J1以及第4关节部J4在图3中顺时针方向上作用重力转矩，在各自的旋转轴倾斜的方向上产生挠曲。另一方面，对第2关节部J2以及第3关节部J3也分别在图3中顺时针方向上作用重力转矩，在各自的旋转轴转动的方向上产生挠曲。
因此，使第2关节部J2以及第3关节部J3在图3中的逆时针方向上分别转动，对第2关节部J2以及第3关节部J3的挠曲量进行补偿，并且对于第1关节部J1以及第4关节部J4的挠曲量也进行补偿。
由此，能够得到抵消工具18的作业点的挠曲量(用涂白箭头图示)的补偿量(用涂黑箭头图示)，能够消除工具18的作业点的位置偏移。
以下，说明对第2关节部J2以及第3关节部J3的补偿量的计算方法。如图4所示，将工具18的作业点与第i关节部的水平方向的距离设为ri[m]，将工具18的作业点与第i关节部的垂直方向的距离设为zi[m]，将第i关节部的关节角设为θi[°]，将第i关节部的扭转弹簧常数(以下，简称为弹簧常数)设为ki[Nm/rad]，将第i关节的力矩刚性设为Mi[Nm/rad]。在本实施方式中，i为1、2、3或4。
此外，将机器人臂10以及工具18的质量设为m[kg]，将机器人臂10以及工具18的重心位置设为xg，将机器人臂10以及工具18的长度设为L[m]。
而且，在第i关节部的转动方向上施加的重力转矩τi[Nm]能够由τi＝f1(m、xg、L、θi)的函数表示。此外，在第i关节部的旋转轴的倾斜的方向上施加的重力转矩Wi[Nm]能够由Wi＝f2(m、xg、L、θi)的函数表示。
此外，工具18的作业点与第i关节部的水平方向的距离ri能够由ri＝f3(L、θi)的函数表示。此外，工具18的作业点与第i关节部的垂直方向的距离zi能够由zi＝f4(L、θi)的函数表示。
接着，计算由在第2关节部J2以及第3关节部J3的转动方向上施加的重力转矩引起的挠曲角度。具体地，第2关节部J2的挠曲角度能够由τ2/k2表示。此外，第3关节部J3的挠曲角度能够由τ3/k3表示。另外，这些运算由控制部20进行。
接着，计算第1关节部J1以及第4关节部J4的旋转轴的倾斜对工具18的作业点造成的位移、也就是说挠曲量。补偿量能够基于水平方向以及垂直方向的挠曲量来计算。
具体地，水平方向的合计挠曲量∑r能够由下述式(1)来计算。
∑r＝(W1/M1)·z1+(W4/M4)·z4…(1)
此外，垂直方向的合计挠曲量∑z能够由下述式(2)来计算。
∑z＝(W1/M1)·r1+(W4/M4)·r4…(2)
而且，若将对第i关节部的补偿量设为Δθi[rad]，则对第2关节部J2的补偿量Δθ2能够由下述式(3)来计算。
Δθ2＝(τ2/k2)+(z3·∑z-r3·∑r)/(z3·r2-r3·z2)…(3)
也就是说，第2关节部J2的补偿量Δθ2可基于第1关节部J1、第2关节部J2以及第4关节部J4的挠曲角度而计算。
此外，对第3关节部J3的补偿量Δθ3能够由下述式(4)来计算。
Δθ3＝(τ3/k3)+(r2·∑r-z2·∑z)/(z3·r2-r3·z2)…(4)
也就是说，第3关节部J3的补偿量Δθ3可基于第1关节部J1、第3关节部J3以及第4关节部J4的挠曲角度而计算。
而且，控制部20基于第2关节部J2的补偿量Δθ2来驱动第2关节部J2，另一方面，基于第3关节部J3的补偿量Δθ3来驱动第3关节部J3。由此，能够消除在第1关节部J1至第4关节部J4产生的挠曲。
以下，对第2关节部J2的关节角θ2与工具18的作业点相对于目标位置的误差的关系进行说明。
首先，在将机器人臂10的下臂部13、第1上臂部14以及第2上臂部15呈一条直线状延伸的状态下，如图5所示，将第2关节部J2的关节角θ2设定为-90°。在该状态下，机器人臂10成为向图5中右方向水平地延伸的姿势。
接着，如图6所示，将第2关节部J2的关节角θ2设定为0°。在该状态下，机器人臂10成为向图6中上方向垂直地延伸的姿势。
然后，如图7所示，将第2关节部J2的关节角θ2设定为90°。在该状态下，机器人臂10成为向图7中左方向水平地延伸的姿势。
在此，在机器人臂10依次变更第2关节部J2的关节角θ2以使成为图5～图7所示的姿势时，在控制部20中实时计算工具18的作业点的水平方向的误差和垂直方向的误差。将其结果示于图8以及图9的曲线图。
在图8中，用虚线示出了以往的挠曲补偿方法、也就是说仅考虑了在第2关节部J2以及第3关节部J3产生的挠曲的情况下的第2关节部J2的关节角θ2与水平方向的误差的关系。此外，用实线示出了本实施方式的挠曲补偿方法、也就是说将在第1关节部J1至第4关节部J4产生的挠曲全部考虑的情况下的第2关节部J2的关节角θ2与水平方向的误差的关系。
在图9中，用虚线示出了基于以往的挠曲补偿方法的第2关节部J2的关节角θ2与垂直方向的误差的关系。此外，用实线示出了基于本实施方式的挠曲补偿方法的第2关节部J2的关节角θ2与垂直方向的误差的关系。
如图8以及图9所示，可知在本实施方式的挠曲补偿方法中，与以往的挠曲补偿方法相比，相对于目标位置(误差0的位置)的水平方向以及垂直方向的误差被计算得大。
因此，在计算补偿量时，与以往的挠曲补偿方法相比，能够计算考虑了实际的挠曲角度的补偿量，能够抑制工具18的作业点的位置偏移。
接着，对第3关节部J3的关节角θ3与工具18的作业点相对于目标位置的误差的关系进行说明。
首先，如图10所示，设为将机器人臂10的下臂部13向上方向垂直地延伸的姿势。然后，在将第1上臂部14以及第2上臂部15呈一条直线状延伸的状态下，将第3关节部J3的关节角θ3设定为-60°。在该状态下，机器人臂10的第1上臂部14以及第2上臂部15成为向图10中左倾斜下方延伸的姿势。
接着，如图11所示，将第3关节部J3的关节角θ3设定为0°。在该状态下，机器人臂10的第1上臂部14以及第2上臂部15成为向图11中左方向水平地延伸的姿势。
然后，如图12所示，将第3关节部J3的关节角θ3设定为90°。在该状态下，机器人臂10的第1上臂部14以及第2上臂部15成为向图12中的上方向垂直地延伸的姿势。
在此，在机器人臂10依次变更第3关节部J3的关节角θ3以使成为图10～图12所示的姿势时，在控制部20中实时计算工具18的作业点的水平方向的误差和垂直方向的误差。将其结果示于图13以及图14的曲线图。
在图13中，用虚线示出了以往的挠曲补偿方法、也就是说仅考虑了在第2关节部J2以及第3关节部J3产生的挠曲的情况下的第3关节部J3的关节角θ3与水平方向的误差的关系。此外，用实线示出了本实施方式的挠曲补偿方法、也就是说将在第1关节部J1至第4关节部J4产生的挠曲全部考虑的情况下的第3关节部J3的关节角θ3与水平方向的误差的关系。
在图14中，用虚线示出了基于以往的挠曲补偿方法的第3关节部J3的关节角θ3与垂直方向的误差的关系。此外，用实线示出了基于本实施方式的挠曲补偿方法的第3关节部J3的关节角θ3与垂直方向的误差的关系。
如图13以及图14所示，可知在本实施方式的挠曲补偿方法中，与以往的挠曲补偿方法相比，相对于目标位置(误差0的位置)的水平方向以及垂直方向的误差被计算得大。
因此，在计算补偿量时，与以往的挠曲补偿方法相比，能够计算考虑了实际的挠曲角度的补偿量，能够抑制工具18的作业点的位置偏移。
如以上那样，本实施方式涉及的机器人1的控制方法不仅使用能够在重力方向上转动的第2关节部J2以及第3关节部J3的旋转轴转动的方向的挠曲角度，而且还使用第1关节部J1以及第4关节部J4的旋转轴倾斜的方向的挠曲角度，计算对第2关节部J2以及第3关节部J3的补偿量Δθ2以及Δθ3。这样计算出的补偿量Δθ2以及Δθ3降低机器人臂10前端的位置偏移。
<关于异常姿势>
本申请的发明人发现了存在在机器人臂10为给定的姿势时挠曲补偿量急剧增大的异常姿势(参照图15)。
具体地，上述的式(3)导出第2关节部J2的补偿量Δθ2。上述的式(4)导出对第3关节部J3的补偿量Δθ3。式(3)以及式(4)均包含(z3·r2-r3·z2)作为第2项的分母的变量。
在此，变量(z3·r2-r3·z2)与对距离D1和距离D2进行乘法运算而得的值等价。距离D1是第2关节部J2以及第3关节部J3的旋转轴的轴心间的距离。距离D2是从机器人臂10前端的作业点到通过第2关节部J2的轴心以及第3关节部J3的轴心的虚拟直线30为止的距离。
而且，若变量(z3·r2-r3·z2)接近“0”，则挠曲补偿量、也就是说校正角度无限地发散，校正角度会急剧增大。在以下的说明中，将变量(z3·r2-r3·z2)设为用于判定异常姿势的判定值。
图16是示出判定值与校正角度的关系的曲线图。另外，在图16的曲线图中，为了便于说明，将上述的计算式中的第2项的分子的变量设为固定值。
如图16所示，若使机器人臂10动作，则根据机器人臂10的姿势，判定值从负值变化为正值。而且，若判定值从负值接近“0”，则校正角度向负方向发散。此外，若判定值从正值接近“0”，则校正角度向正方向发散。
因此，尽管机器人臂10为异常姿势，但是若仍使用上述的式(3)以及式(4)来计算挠曲补偿量，则校正角度会急剧变化。因此，存在机器人臂10的安全功能起作用而装置停止的担忧。
因此，在本实施方式中，在判定值的绝对值(|z3·r2-r3·z2|)比给定的阈值Dth小的情况下，对挠曲补偿量的计算式进行变更以使成为重视稳定性而连续地变化的校正角度。
具体地，在图17所示的例子中，将阈值Dth设定为0.1。然后，在判定值的绝对值比阈值大的情况(|z3·r2-r3·z2|≥Dth)下，使用上述的式(3)以及式(4)计算挠曲补偿量。
另一方面，在判定值的绝对值比阈值小的情况(|z3·r2-r3·z2|＜Dth)下，使用未在第2项的分母包含判定值而能够抑制挠曲补偿量急剧增大的情况的计算式，计算挠曲补偿量。
例如，在图17中标注了阴影线的范围(-0.1至+0.1)的判定值的绝对值比阈值小。在该范围内，如图17所示，也可以成为校正角度的变化被线性补充的形状。由此，能够在校正角度不发散的情况下，连续地进行校正。
以下，对在判定值比阈值小的情况下用于计算挠曲补偿量的计算式进行说明。第2关节部J2的补偿量Δθ2能够由下述式(5)计算。
Δθ2＝(τ2/k2)+(z3·∑r-r3·∑z)·(z3·r2-r3·z2)/Dth2…(5)
也就是说，第2关节部J2的补偿量Δθ2可基于第1关节部J1、第2关节部J2以及第4关节部J4的挠曲角度和阈值Dth而计算。
此外，对第3关节部J3的补偿量Δθ3能够由下述(6)式计算。
Δθ3＝(τ3/k3)+(r2·∑z-z2·∑r)·(z3·r2-r3·z2)/Dth2…(6)
也就是说，第3关节部J3的补偿量Δθ3可基于第1关节部J1、第3关节部J3以及第4关节部J4的挠曲角度和阈值Dth而计算。
图18是示出第2关节部J2的补偿量即校正角度的变化的曲线图。在图18的曲线图中，示出第2关节部J2的实际的校正角度。也就是说，挠曲补偿量的计算式中的第2项的分子的变量也变动。此外，在图18所示的例子中，将阈值Dth设定为0.1。
然后，在判定值比-0.1小的区域以及判定值比0.1大的区域中，使用上述的式(3)，计算第2关节部J2的补偿量Δθ2。另一方面，在图18中的标注了阴影线的阈值的范围(-0.1至+0.1)内，使用上述的式(5)，计算第2关节部J2的补偿量Δθ2。
图19是示出第3关节部J3的补偿量即校正角度的变化的曲线图。在图19的曲线图中，示出第3关节部J3的实际的校正角度。也就是说，挠曲补偿量的计算式中的第2项的分子的变量也变动。在图19所示的例子中，将阈值Dth设定为0.1。
然后，在判定值比-0.1小的区域以及判定值比0.1大的区域中，使用上述的式(4)，计算第3关节部J3的补偿量Δθ3。另一方面，在图19中标注了阴影线的阈值的范围(-0.1至+0.1)内，使用上述的(6)式，计算第3关节部J3的补偿量Δθ3。
这样，可知在图18以及图19所示的例子中，在第2关节部J2以及第3关节部J3中，能够不使挠曲补偿量增大且连续地进行校正。由此，能够连续地校正机器人臂10的动作，对控制变得不稳定的情况进行抑制。
另外，在上述的实施方式中，机器人臂10依次具有第1关节部J1、第2关节部J2、第3关节部J3以及第4关节部J4。本发明也能够应用于按照与上述的实施方式不同的顺序具有第1关节部J1～第4关节部J4的机器人臂。例如，机器人臂也可以按照第1关节部J1、第4关节部J4、第2关节部J2以及第3关节部J3的顺序具有上述关节部。第1关节部J1以及第4关节部J4与实施方式同样地，构成为各自的旋转轴的倾斜对机器人臂10的前端的位置偏移造成影响。第2关节部J2以及第3关节部J3与实施方式同样地，构成为各自的旋转轴在重力方向上转动。
产业上的可利用性
如以上说明的那样，本发明可得到能够抑制由机器人臂的关节部的挠曲引起的机器人臂前端的位置偏移这样的实用性高的效果，因此极其有用且产业上的可利用性高。
附图标记说明
1：机器人；
10：机器人臂；
30：虚拟直线；
J1：第1关节部；
J2：第2关节部；
J3：第3关节部；
J4：第4关节部。

Claims (2)

1.一种机器人的控制方法，对至少具有第1关节部、第2关节部、第3关节部以及第4关节部的机器人臂的动作进行控制，
所述第1关节部、所述第2关节部、所述第3关节部以及所述第4关节部分别具有旋转轴，
所述第1关节部以及所述第4关节部被构成为各自的旋转轴的倾斜对所述机器人臂前端的位置偏移造成影响，
所述第2关节部以及所述第3关节部被构成为各自的旋转轴在重力方向上转动，
所述机器人的控制方法具备：
基于所述第1关节部的力矩刚性、和在该第1关节部的旋转轴倾斜的方向上施加的重力转矩，计算该第1关节部的挠曲角度的步骤；
基于所述第2关节部的弹簧常数、和在该第2关节部的转动方向上施加的重力转矩，计算该第2关节部的挠曲角度的步骤；
基于所述第3关节部的弹簧常数、和在该第3关节部的转动方向上施加的重力转矩，计算该第3关节部的挠曲角度的步骤；
基于所述第4关节部的力矩刚性、和在该第4关节部的旋转轴倾斜的方向上施加的重力转矩，计算该第4关节部的挠曲角度的步骤；
基于从所述机器人臂前端的作业点到通过所述第2关节部的旋转轴的轴心以及所述第3关节部的旋转轴的轴心的虚拟直线为止的距离，计算判定值的步骤；
将所述判定值与给定的阈值进行比较的步骤；
在所述判定值比所述阈值大的情况下，基于所述第1关节部、所述第2关节部以及所述第4关节部的挠曲角度，计算该第2关节部的挠曲补偿量，并且基于该第1关节部、所述第3关节部以及该第4关节部的挠曲角度，计算该第3关节部的挠曲补偿量的步骤；
在所述判定值比所述阈值小的情况下，基于所述第1关节部、所述第2关节部以及所述第4关节部的挠曲角度和该阈值，计算该第2关节部的挠曲补偿量，并且基于该第1关节部、所述第3关节部以及该第4关节部的挠曲角度和该阈值，计算该第3关节部的挠曲补偿量的步骤；以及
基于所述第2关节部以及所述第3关节部的所述挠曲补偿量，使该第2关节部以及该第3关节部转动的步骤。
2.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，
所述判定值是对所述第2关节部以及所述第3关节部的旋转轴的轴心间的距离和从所述机器人臂前端的作业点到所述虚拟直线为止的距离进行乘法运算而得的值。
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Citations (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60118478A (ja) * 1983-11-30 1985-06-25 株式会社日立製作所 関節形ロボツトの位置制御装置
JPS61122706A (ja) * 1984-11-20 1986-06-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd ロボツトの動作制御方法
JPH07244513A (ja) * 1994-03-03 1995-09-19 Ricoh Co Ltd ロボット制御装置
JPH09174466A (ja) * 1995-12-25 1997-07-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd アーム手先位置キャリブレーション装置
JPH10138180A (ja) * 1996-11-05 1998-05-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 冗長マニピュレータの特異姿勢近傍検知方法および装置並びに冗長マニピュレータの特異姿勢近傍検知プログラムを格納した記憶媒体
US20020173878A1 (en) * 2001-04-16 2002-11-21 Fanuc Ltd. Robot controller
JP2004347548A (ja) * 2003-05-26 2004-12-09 Ts Corporation 荷重検出システム
JP2005125427A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Yaskawa Electric Corp ロボットの制御装置および制御方法
EP1930131A2 (en) * 2006-12-07 2008-06-11 Fanuc Ltd Robot control apparatus for force control
US20080301872A1 (en) * 2007-06-05 2008-12-11 Wolfram Fahrig Positioning device and method for positioning a load
JP2010058256A (ja) * 2008-09-08 2010-03-18 Yaskawa Electric Corp アーム位置調整方法及び装置並びにロボットシステム
US20120310412A1 (en) * 2011-05-30 2012-12-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Robot and control method thereof
JP2013027939A (ja) * 2011-07-26 2013-02-07 Yaskawa Electric Corp ロボットおよびロボットの製造方法
JP2013223895A (ja) * 2012-04-20 2013-10-31 Jtekt Corp ロボット制御方法及びロボット制御装置
JP2013244540A (ja) * 2012-05-23 2013-12-09 Nachi Fujikoshi Corp 産業用ロボットの重力たわみ角補正方法および装置
JP2014180726A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Kobe Steel Ltd 多関節ロボットのバネ定数補正装置
CN106457560A (zh) * 2014-06-02 2017-02-22 株式会社神户制钢所 机器人的控制装置
US20170151671A1 (en) * 2015-12-01 2017-06-01 Seiko Epson Corporation Control device, robot, and robot system
US20180079090A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Verb Surgical Inc. Robotic arms
JP2018099743A (ja) * 2016-12-19 2018-06-28 株式会社デンソーウェーブ ロボットのたわみ補正方法、ロボットの制御装置
CN109476024A (zh) * 2016-09-27 2019-03-15 松下知识产权经营株式会社 机器人的控制方法以及焊接方法
US20190126479A1 (en) * 2017-10-31 2019-05-02 Fanuc Corporation Robot system
US20210114211A1 (en) * 2018-03-28 2021-04-22 Bae Systems Plc Collaborative robot system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5752565B2 (ja) 2011-11-04 2015-07-22 本田技研工業株式会社 ロボットアーム
JP6934640B2 (ja) 2018-04-20 2021-09-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ロボットの制御方法

Patent Citations (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60118478A (ja) * 1983-11-30 1985-06-25 株式会社日立製作所 関節形ロボツトの位置制御装置
JPS61122706A (ja) * 1984-11-20 1986-06-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd ロボツトの動作制御方法
JPH07244513A (ja) * 1994-03-03 1995-09-19 Ricoh Co Ltd ロボット制御装置
JPH09174466A (ja) * 1995-12-25 1997-07-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd アーム手先位置キャリブレーション装置
JPH10138180A (ja) * 1996-11-05 1998-05-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 冗長マニピュレータの特異姿勢近傍検知方法および装置並びに冗長マニピュレータの特異姿勢近傍検知プログラムを格納した記憶媒体
US20020173878A1 (en) * 2001-04-16 2002-11-21 Fanuc Ltd. Robot controller
JP2004347548A (ja) * 2003-05-26 2004-12-09 Ts Corporation 荷重検出システム
JP2005125427A (ja) * 2003-10-22 2005-05-19 Yaskawa Electric Corp ロボットの制御装置および制御方法
EP1930131A2 (en) * 2006-12-07 2008-06-11 Fanuc Ltd Robot control apparatus for force control
US20080140257A1 (en) * 2006-12-07 2008-06-12 Fanuc Ltd Robot control apparatus for force control
US20080301872A1 (en) * 2007-06-05 2008-12-11 Wolfram Fahrig Positioning device and method for positioning a load
JP2010058256A (ja) * 2008-09-08 2010-03-18 Yaskawa Electric Corp アーム位置調整方法及び装置並びにロボットシステム
US20120310412A1 (en) * 2011-05-30 2012-12-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Robot and control method thereof
JP2013027939A (ja) * 2011-07-26 2013-02-07 Yaskawa Electric Corp ロボットおよびロボットの製造方法
JP2013223895A (ja) * 2012-04-20 2013-10-31 Jtekt Corp ロボット制御方法及びロボット制御装置
JP2013244540A (ja) * 2012-05-23 2013-12-09 Nachi Fujikoshi Corp 産業用ロボットの重力たわみ角補正方法および装置
JP2014180726A (ja) * 2013-03-19 2014-09-29 Kobe Steel Ltd 多関節ロボットのバネ定数補正装置
CN106457560A (zh) * 2014-06-02 2017-02-22 株式会社神户制钢所 机器人的控制装置
US20170151671A1 (en) * 2015-12-01 2017-06-01 Seiko Epson Corporation Control device, robot, and robot system
US20180079090A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Verb Surgical Inc. Robotic arms
CN109476024A (zh) * 2016-09-27 2019-03-15 松下知识产权经营株式会社 机器人的控制方法以及焊接方法
JP2018099743A (ja) * 2016-12-19 2018-06-28 株式会社デンソーウェーブ ロボットのたわみ補正方法、ロボットの制御装置
US20190126479A1 (en) * 2017-10-31 2019-05-02 Fanuc Corporation Robot system
US20210114211A1 (en) * 2018-03-28 2021-04-22 Bae Systems Plc Collaborative robot system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TORII, A等: "Control of a Tripedal Robot Walking with a Shuffle", ELECTRICAL ENGINEERING IN JAPAN, vol. 177, no. 41, 31 December 2011 (2011-12-31) *
谢光辉;张进春;: "一种仿人机器人臂的重力补偿研究", 机械传动, no. 07 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3981552A1 (en) 2022-04-13
US11926054B2 (en) 2024-03-12
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CN113905853B (zh) 2024-03-08
EP3981552A4 (en) 2022-07-06
JP7349605B2 (ja) 2023-09-25
EP3981552B1 (en) 2022-12-21
WO2020246171A1 (ja) 2020-12-10
US20220072702A1 (en) 2022-03-10

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