CN114800483A - 机器人的控制方法和机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供机器人的控制方法和机器人系统，能够准确地判断把持作业的成功或失败。机器人的控制方法，其特征在于，控制机器人，所述机器人具有机械臂和检测施加于所述机械臂的力的力检测部，并通过设置于所述机械臂的末端执行器来把持由带搬运的对象物，所述机器人的控制方法具有：把持步骤，由所述末端执行器执行把持所述对象物的动作；以及判断步骤，基于所述把持步骤中的所述力检测部的检测结果，进行是否正常地进行了所述对象物的把持的判断。

Description

机器人的控制方法和机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人的控制方法和机器人系统。

背景技术

近年来，由于工厂中人工成本的高涨、人材不足，通过各种机器人或该机器人周边设备以手工进行的作业的自动化不断加速。例如专利文献1所记载的机器人系统具备：输送机、把持由输送机搬运的工件的机械臂、以及控制输送机和机械臂的操作的控制部。

专利文献1：特开2016-60002号公报

在这种机器人系统中，在机器人对工件的把持失败了的情况下，例如机械臂有可能与带接触而对其它工件的位置带来影响，对以后的作业也带来障碍。因此，要求准确地判断把持是否已成功的方法。

发明内容

本发明的机器人的控制方法的特征在于，控制机器人，所述机器人具有机械臂和检测施加于所述机械臂的力的力检测部，并通过设置于所述机械臂的末端执行器来把持由带搬运的对象物，所述控制方法具有：

把持步骤，由所述末端执行器执行把持所述对象物的动作；以及

判断步骤，基于所述把持步骤中的所述力检测部的检测结果，进行是否正常地进行了所述对象物的把持的判断。

本发明的机器人系统的特征在于，具备：机器人，具有机械臂及检测施加于所述机械臂的力的力检测部；以及控制部，控制所述机械臂的驱动，以使通过设置于所述机械臂的末端执行器来把持由带搬运的对象物，

所述控制部执行由所述末端执行器把持所述对象物的动作，

基于所述力检测部的检测结果，进行是否正常地进行了所述对象物的把持的判断。

附图说明

图1是机器人系统的概要构成图。

图2是用于说明机器人进行的把持动作的成功例的侧视图。

图3是用于说明机器人进行的把持动作的成功例的侧视图。

图4是用于说明机器人进行的把持动作的成功例的侧视图。

图5是用于说明机器人进行的把持动作的成功例的侧视图。

图6是用于说明机器人进行的把持动作的失败例的侧视图。

图7是用于说明机器人进行的把持动作的失败例的侧视图。

图8是用于随时间经过而说明在把持动作中机械臂检测出的力的大小的图表。

图9是用于随时间经过而说明在把持动作中机械臂检测出的力的大小的图表。

图10是用于说明本发明的机器人的控制方法的一个例子的流程图。

附图标记说明

100：机器人系统；200：机器人；210：末端执行器；220：机械臂；230：基座；240：力检测部；300：位置传感器；400：控制装置；500：教导装置；600：搬运装置；610：搬运方向；620：带；630a：搬运辊；630b：搬运辊；640：搬运量传感器；E1：编码器；E2：编码器；E3：编码器；E4：编码器；E5：编码器；E6：编码器；F1：力；F2：力；F3：力；F4：力；F5：力；F6：力；J1：关节；J2：关节；J3：关节；J4：关节；J5：关节；J6：关节；M1：电机；M2：电机；M3：电机；M4：电机；M5：电机；M6：电机；T1：第一阈值；T2：第二阈值；T3：第3阈值；W：工件。

具体实施方式

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和机器人系统详细地进行说明。

第一实施方式

图1是机器人系统的概要构成图。图2至图5是用于说明机器人进行的把持动作的成功例的侧视图。图6和图7是用于说明机器人进行的把持动作的失败例的侧视图。图8和图9是用于随时间经过而说明在把持动作中机械臂检测出的力的大小的图表。图10是用于说明本发明的机器人的控制方法的一个例子的流程图。

另外，在图1中，为了便于说明，作为相互正交的三轴，图示出X轴、Y轴以及Z轴。另外，以下还将与X轴平行的方向称为“X轴方向”，将与Y轴平行的方向称为“Y轴方向”，将与Z轴平行的方向称为“Z轴方向”，

另外，以下将图1中的Z轴方向、即上下方向设为“铅垂方向”，将X轴方向和Y轴方向设为“水平方向”。

机器人200具有固定于地面的基座230、支承于基座230的机械臂220、以及支承于机械臂220的末端执行器210。机械臂220的多个臂转动被自如地连结，在本实施方式中是具备6个关节J1至J6的六轴臂。其中，关节J2、J3、J5是弯曲关节，关节J1、J4、J6是扭曲关节。

另外，在关节J1、J2、J3、J4、J5、J6分别设置有电机M1、M2、M3、M4、M5、M6和编码器E1、E2、E3、E4、E5、E6。控制装置400在机器人系统100的运转中执行反馈控制，使编码器E1至E6的输出所示的关节J1至J6的旋转角度与作为控制目标的目标旋转角度一致。由此，能够将各关节J1至J6保持为目标旋转角度，能够将机械臂220设为所需的位置和姿势。因而，能够以所需的动作稳定地驱动机器人200。

末端执行器210经由机械接口装载于机械臂220的前端部即关节J6。虽未图示，但末端执行器210具有吸引孔、与吸引孔连通的流路、以及使流路产生负压的吸引源，该吸引源被控制装置400控制操作。由此，能够按照所需的定时进行吸引并吸附、把持工件W，能够通过按所需的定时解除吸引而解除工件W的把持。

需要说明的是，作为末端执行器210，不限于上述构成，例如，可以是用多个爪来把持工件W的构成等。另外，在本实施方式中，末端执行器210既可以成为机器人200的构成要素，也可以不成为机器人200的构成要素。

另外，在机械臂220的关节J6处安装有取得与从末端执行器210作用于工件W的作用力相关的信息的力检测部240。力检测部240在作为固有的三维正交坐标系的传感器坐标系中，计测作用于工件W的三轴的力和绕三轴的转矩。

力检测部240由水晶力传感器构成。水晶力传感器例如是能够检测外力的六轴成分的六轴力传感器。需要说明的是，六轴成分由作为相互正交的三轴的α轴、β轴以及γ轴各自的方向的平移力成分、以及绕这些三轴各自的轴的旋转力组成。

虽未图示，水晶力传感器具有外壳和配置于外壳内的多个水晶压电元件。水晶力传感器能够通过输出与各传感器元件受到的外力相应的检测信号并处理这些检测信号从而检测施加于力检测部240的外力的六轴成分，能够根据检测出的六轴成分来检测外力的程度。

这样，力检测部240具有水晶力传感器。由此，能够得到具有高灵敏度、宽动态范围、高刚性等优异的特性的力检测部240。因而，能够准确地检测施加于机械臂220的力。

需要说明的是，传感器元件也可以是使用水晶以外的压电体的构成。作为水晶以外的压电体，例如可列举黄玉、钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂、钽酸锂等。

需要说明的是，力检测部240的安装部位虽然没有特别限定，但是也可以安装于其它关节J1至J5。

搬运装置600是以X轴方向为宽度方向并在Y轴方向上输送工件W的带式输送机，并具有带620和将带620输送的搬运辊630a、630b。搬运装置600的搬运方向610在本实施方式中是从-Y轴侧朝向+Y轴侧的方向。不过，搬运装置600不限于带式输送机，只要能够沿着搬运方向610搬运工件W即可，可以是任何装置。

搬运装置600通过搬运辊630a、630b在搬运面上移动，从而将载置于搬运面的工件W在搬运方向610上搬运。在搬运辊630a设置有将与其旋转量相应的信号输出到控制装置400的搬运量传感器640。控制装置400在机器人系统100的运转中执行使搬运量传感器640的输出所示的工件W的搬运速度与作为控制目标的目标搬运速度一致的反馈控制。由此，能够将工件W的搬运速度保持为目标搬运速度，能够以所需的速度稳定地搬运工件W。

位置传感器300从搬运装置600的上方检测工件W的位置。位置传感器300是将工件W的图像输出到控制装置400的相机。不过，作为位置传感器300，并不限于相机，例如可以采用激光距离扫描仪等。如图1中用虚线所示那样，位置传感器300具有包括在带620上搬运的工件W在内的视角。从位置传感器300输出的图像中的位置通过控制装置400与搬运路径中的位置相关联。因而，在位置传感器300的视角内存在工件W的情况下，能够基于位置传感器300的图像内的工件W的位置来确定工件W的坐标。

控制装置400对机器人200、位置传感器300以及搬运装置600的驱动进行控制。这种控制装置400例如由计算机构成，具有处理信息的处理器(CPU)、与处理器以能通信的方式连接的存储器、以及进行与外部装置的连接的外部接口。在存储器中保存能够由处理器执行的各种程序，处理器能够读入并执行存储器中存储的各种程序等。需要说明的是，控制装置400的构成要素的一部分或全部也可以配置在机器人200的壳体的内侧。另外，控制装置400也可以由多个处理器构成。

控制装置400基于位置传感器300的检测结果来驱动机械臂220，使得末端执行器210例如以等速追随由搬运装置600搬运的工件W。由此，不仅能够限制末端执行器210与工件W在Y轴方向上的位置关系，而且能够进行把持或者把持解除的作业。

教导装置500是用户通过直接教导或者间接教导来输入动作程序的装置。教导装置500例如由计算机构成，具有：处理信息的处理器(CPU)、与处理器以能够通信的方式连接的存储器、以及进行与外部装置的连接的外部接口。作业者所输入的动作程序存储到存储器，经由外部接口发送到控制装置400。

接着，对机器人200进行的把持动作的成功例和失败例进行说明。在图8和图9中，在成功例和失败例中，随时间经过示出了力检测部240检测出的力的推移。

需要说明的是，在以下的说明中，仅对设为执行了使搬运量传感器640的输出所示的工件W的搬运速度与作为控制目标的目标搬运速度一致的反馈控制的状态且在Z轴方向上升降的动作进行说明。

首先，对把持动作的成功例进行说明。

如图2所示，在使末端执行器210位于工件W的+Z轴侧的状态下，如图3所示，使末端执行器210移动到-Z轴侧、即使其下降，以使末端执行器210接近工件W。

当使末端执行器210下降而将末端执行器210按压到工件W时，如图8和图9所示，力检测部240检测出的力、即从工件W承受的反作用力变大。此时，将力检测部240检测出的力的大小的最大值设为力F1。

另外，在本实施方式中，设为从图2所示的状态开始末端执行器210的吸气。并且，如图4所示，将末端执行器210按压于工件W。由此，末端执行器210的前端部与工件W的上表面密合，成为末端执行器210把持着工件W的状态。

接下来，如图5所示，使末端执行器210移动到+Z轴侧，即，驱动机械臂220以使末端执行器210上升。由此，如图8和图9所示，末端执行器210被向-Z轴方向拉动的力变大。

将抬起工件W时、即在图5所示的状态中力检测部240检测出的力、即被向-Z轴方向拉动的力的最大值设为力F2(参照图8)。

这样，当把持工件W时，依次执行使末端执行器210下降并将末端执行器210按压到工件W的按压动作、以及使末端执行器210上升的上升动作。

接着，对把持动作的失败例进行说明。

作为失败例，例如可列举图6所示的状态、图7所示的状态等。

图6所示的状态是在按压动作中将末端执行器210按压到带620的状态。在按压动作中力检测部240检测出的力的最大值比在成功例中力检测部240检测出的力F1小。在图6所示的状态中，将力检测部240检测出的力的最大值设为力F3(参照图8)。在这种情况下，力检测部240检测出的力如图8所示那样过渡。

另外，当在该状态下进行上升动作时，由于要将带620抬起，因此，力检测部240检测出的力F4比当要抬起工件W时检测出的力F2大(参照图8)。

图7所示的状态是在按压动作中将末端执行器210按压到工件W的缘部的状态。在这种情况下，力检测部240检测出的力如图9所示那样过渡。在按压动作中力检测部240检测出的力的大小的最大值是与力F1大致同等的力F5(参照图9)。

另外，当在该状态下进行上升动作时，由于无法抬起工件W，因此，力检测部240检测出的力的最大值比当要抬起工件W时检测出的力F2小(参照图9)。另外，在图7所示的状态中，将力检测部240检测出的力的最大值设为力F6(参照图9)。

这种力F1至F4例如是通过作业者进行教导时执行上述那样的动作并存储各动作中的力检测部240的检测结果来设定的。并且，基于这些力F1至F4来设定后述的第一阈值T1和第二阈值T2。

需要说明的是，除了力F1至F4之外，关于力F5、F6，也可以预先以试验方式执行上述失败例后存储。

接着，使用图10所示的流程图对本发明的机器人的控制方法进行说明。

首先，在步骤S101中，使末端执行器210向开始位置移动。即，使末端执行器210一边追随移动中的工件W，一边保持在Z轴方向上以规定距离间隔开的状态。

接下来，在步骤S102中，开始末端执行器210的吸气。

接下来，在步骤S103中，使末端执行器210从开始位置下降。即，进行前述的按压动作。该步骤S103是由末端执行器210执行把持工件W的动作的把持步骤。

接下来，在步骤S104中，判断-Z轴方向的力是否是第一阈值T1以上。即，判断施加于机械臂220的力F1是否是第一阈值T1以上。第一阈值T1例如是基于进行了教导时的力F1设定的值、例如比力F1小规定值的值。第一阈值T1预先存储于控制装置400的存储器。

这种步骤S104是进行是否正常地进行了工件W的把持的判断的判断步骤。

例如，在图5所示那样的正常的把持动作的情况下，由于是T1<F1(参照图8)，因此判断为正常，转移至步骤S105。需要说明的是，关于图7所示的失败例2，在此也是转移至步骤S105。该步骤S105是由末端执行器210执行把持工件W的动作的把持步骤。

另一方面，例如在把持着厚度比工件W薄的物体、即Z轴方向上的高度低的物体的情况下，检测出的力比第一阈值T1小，因此判断为异常，转移至步骤S113。

接下来，在步骤S105中，在保持继续吸气的状态下使末端执行器210上升。即，进行抬起工件W的上升动作。由此，如图5所示，能够抬起工件W。

接下来，在步骤S106中，判断朝向+Z轴方向施加的力是否是第二阈值T2以上。即，判断施加于机械臂220的-Z轴方向的力F2是否是第二阈值T2以上。第二阈值T2例如是基于进行了教导时的力F2设定的值、例如比力F2小规定值的值。第二阈值T2预先存储到控制装置400的存储器。

这种步骤S106是进行是否正常地进行了工件W的把持的判断的判断步骤。

例如，在图5所示那样的正常的把持动作的情况下，由于是T2<F2(参照图8)，因此判断为正常，在步骤S107中，使末端执行器210在结束位置、即释放把持而完成工件W的移动。并且，在步骤S108中，将吸气停止。

另一方面，在步骤S106中，在判断为朝向+Z轴方向施加的力不是第二阈值T2以上的情况下，在步骤S109中，判定为把持失败。接下来，在步骤S110中，判断是否把持了带620。

步骤S110中的判断是基于被向-Z轴方向拉动的力F5是否超过第3阈值T3来进行的。第3阈值T3是设定为比在教导动作中得到的力F5大规定值的值的值。第3阈值T3预先存储到控制装置400的存储器。

在步骤S110中，在判断为把持着带620的情况下，在步骤S112中，将上升动作停止，在步骤S112中，将吸气停止。即，在将末端执行器210的上升动作立刻停止后将把持解除。由此，通过设为要抬起带620，从而能够防止机械臂220或搬运装置600损伤。这种步骤S112是进行释放工件W的把持的动作的释放步骤。

然后，将吸气停止并在步骤S116中报告是把持失败的意思。作为该报告，虽然没有特别限定，但是可列举例如在设置于控制装置400或教导装置500的未图示的监视器中显示警告画面的报告、基于灯等的发光的报告、基于从扬声器发出的声音的报告等。

另一方面，在步骤S110中，在判断为并未把持着带620、即例如如图7所示那样把持着工件W的缘部的情况下，在步骤S112中，将吸气停止，在步骤S116中，报告是把持失败的意思。这种步骤S116是报告没有正常地进行工件W的把持的意思的报告步骤。

在此，在步骤S104中，在判断为是异常的情况下，在步骤S113中，判定为是把持失败，在步骤S114中，将吸气停止。然后，使末端执行器210上升。这种步骤S114是进行将工件W的把持释放的动作的释放步骤。

这样，本发明的机器人的控制方法是控制机器人的控制方法，所述机器人具有机械臂220和检测施加于机械臂220的力的力检测部，并通过设置于机械臂220的末端执行器210来把持作为由带620搬运的对象物的工件W，所述机器人的控制方法具有：把持步骤，由末端执行器210执行把持作为对象物的工件W的动作；以及判断步骤，基于把持步骤中的力检测部240的检测结果，进行是否正常地进行了工件W的把持的判断。由此，例如与基于吸引力的变化来判断是否正常地进行了把持的情况相比，能够进行准确的判断。特别是，在吸引了工件W的情况以及吸引了带620的情况下，吸引力降低的程度大致相同，因此在基于吸引力的变化来判断是否正常地进行了把持的情况下，确定失败的种类是困难的。相对于此，在本发明中，如上所述，能够特定把持失败的种类。因而，能够适当地进行之后的机械臂220的动作、末端执行器210的把持解除的定时。

另外，本发明的机器人系统100具备：机器人200，具有机械臂220和检测施加于机械臂220的力的力检测部240；以及控制装置400，是通过设置于机械臂220的末端执行器210以把持作为由带620搬运的对象物的工件W的方式对机械臂220的驱动进行控制的控制部。另外，控制装置400执行由末端执行器210把持工件W的动作，基于力检测部240的检测结果进行是否正常地进行了工件W的把持的判断。因此，例如与基于吸引力的变化来判断是否正常地进行了把持的情况相比，能够进行准确的判断。

另外，末端执行器210通过吸引把持作为对象物的工件W，在把持步骤中，依次执行一边使末端执行器210下降并进行吸引一边按压到工件W的按压动作、以及在按压动作后一边进行吸引一边使末端执行器210上升的上升动作。由此，末端执行器210能够准确地把持工件W。

另外，在判断步骤中，在进行按压动作时的、力检测部240检测出的力的最大值是第一阈值T1以下的情况下，判断为没有正常地进行工件W的把持。由此，能够掌握例如是把持了工件W还是把持了不同的工件。因而，之后能够使机械臂220进行前述那样的适当的动作。

另外，在判断步骤中，在进行上升动作时的、力检测部240检测出的力的大小是第二阈值T2以下的情况下，判断为没有正常地进行工件W的把持。由此，能够掌握末端执行器210是保持了工件W还是把持了带620。

另外，在判断步骤中具有释放步骤，所述释放步骤是在判断为没有正常地进行作为对象物的工件W的把持的情况下，进行释放工件W的把持的动作，在释放步骤中，使释放工件W的把持的定时在以下情况不同：判断为在按压动作中没有正常地进行工件W的把持的情况、以及判断为在上升动作中没有正常地进行工件W的把持的情况。由此，能够使机械臂220进行与失败的种类相应的适当的动作。

另外，在判断步骤中具有报告步骤，所述报告步骤在判断为没有正常地进行工件W的把持的情况下，报告没有正常地进行工件W的把持的意思。由此，作业者能够掌握把持失败。因而，作业者例如能够确认机器人200的作业环境或者重新设定为正常的作业环境。

以上，基于图示的实施方式对本发明的机器人的控制方法和机器人系统进行了说明，但本发明不限于此，各工序、结构物能够置换为具有相同功能的任意工序、结构物。另外，也可以附加有其它任意工序、结构物。

需要说明的是，不限于如上述实施方式那样将检测出的力的最大值与阈值进行比较来判断是否正常地进行了工件的把持的构成，例如，也可以是将施加于机械臂的力与在把持步骤中得到的随时间经过的检测结果实时地比较的构成。即，可以是在判断步骤中基于力检测部检测出的随时间经过的力的信息来进行判断的构成。在这种情况下，例如，在比较结果的背离程度成为规定量以上时，能够判定为没有正常地进行工件的把持。

Claims (10)

1.一种机器人的控制方法，其特征在于，控制机器人，所述机器人具有机械臂和检测施加于所述机械臂的力的力检测部，并通过设置于所述机械臂的末端执行器来把持由带搬运的对象物，

所述机器人的控制方法具有：

把持步骤，执行由所述末端执行器把持所述对象物的动作；以及

判断步骤，基于所述把持步骤中的所述力检测部的检测结果，进行是否正常地进行了所述对象物的把持的判断。

2.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述末端执行器通过吸引来把持所述对象物，

所述把持步骤依次执行按压动作和上升动作，其中，所述按压动作一边使所述末端执行器下降而进行所述吸引，一边按压到所述对象物；所述上升动作在所述按压动作后，一边进行所述吸引，一边使所述末端执行器上升。

3.根据权利要求2所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述判断步骤中，在进行所述按压动作时的、所述力检测部检测出的力的最大值是第一阈值以下的情况下，判断为没有正常地进行所述对象物的把持。

4.根据权利要求3所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述判断步骤中，在进行所述上升动作时的、所述力检测部检测出的力的大小是第二阈值以下的情况下，判断为没有正常地进行所述对象物的把持。

5.根据权利要求3所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述判断步骤中具有：释放步骤，在判断为没有正常地进行所述对象物的把持的情况下，进行释放所述对象物的把持的动作，

在所述释放步骤中，使释放所述对象物的把持的定时在以下情况下不同：判断为在所述按压动作中没有正常地进行所述对象物的把持的情况、以及判断为在所述上升动作中没有正常地进行所述对象物的把持的情况。

6.根据权利要求4所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述判断步骤中具有：释放步骤，在判断为没有正常地进行所述对象物的把持的情况下，进行释放所述对象物的把持的动作，

在所述释放步骤中，使释放所述对象物的把持的定时在以下情况下不同：判断为在所述按压动作中没有正常地进行所述对象物的把持的情况、以及判断为在所述上升动作中没有正常地进行所述对象物的把持的情况。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述判断步骤中具有：报告步骤，在判断为没有正常地进行所述对象物的把持的情况下，报告没有正常地进行所述对象物的把持的意思。

8.根据权利要求1至6中的任一项所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述判断步骤中，基于所述力检测部检测出的随时间经过的力的信息来进行所述判断。

9.根据权利要求1至6中的任一项所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述力检测部具有水晶力传感器。

10.一种机器人系统，其特征在于，具备：

机器人，具有：机械臂；及力检测部，检测施加于所述机械臂的力，以及

控制部，控制所述机械臂的驱动，以使通过设置于所述机械臂的末端执行器来把持由带搬运的对象物，

所述控制部执行由所述末端执行器把持所述对象物的动作，

基于所述力检测部的检测结果，进行是否正常地进行了所述对象物的把持的判断。

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