CN114929435A - 控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够高精度地控制机器人的动作的控制系统。控制系统(1)具备：传感器(44)，其检测基于机器人(3)的振动的加速度；插值部(222)，其对由传感器(44)检测出的多个传感器数据进行插值；以及数据生成部(223)，其基于由插值部(222)插值的多个插值数据，生成采样周期短的合成数据。

Description

控制系统
技术领域
本发明涉及控制系统。
背景技术
已知通过控制机器人机构部的臂前端部(位置控制的对象部位)的位置来进行激光加工、密封、电弧焊接等的例如工业用机器人。在这样的机器人中，通过使动作高速化，能够缩短节拍时间(tact time)，能够提高生产效率。然而，若使机器人的动作高速化，则由于减速机、机器人机构部的臂的刚性不足等原因，有时在机器人机构部的臂前端部产生振动，由此有时加工对象物的品质会恶化。
在专利文献1和2中记载有解决这样的问题点的机器人。这些机器人在机器人机构部的臂前端部具备传感器，通过传感器测量基于动作程序的机器人机构部的动作中的机器人机构部的臂前端部的振动。机器人反复进行计算用于降低测量出的振动的学习修正量的学习控制。
机器人使用学习修正量进行机器人机构部的臂前端部(位置控制的对象部位)的位置控制的修正，降低机器人机构部的臂前端部的振动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-167817号公报
专利文献2：日本特开2012-240142号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了进行所述那样的学习控制，需要将检测机器人机构部的臂前端部的振动的传感器配置于臂前端部。
在将具有这样的传感器的终端装置安装于臂前端部而检测振动的情况下，终端装置内的传感器一般存在采样周期长、检测精度不充分这样的问题。因此，期望能够高精度地控制机器人的动作的控制系统。
用于解决课题的手段
本公开的一个方式的控制系统具备：传感器，其检测基于机器人的振动的加速度；插值部，其对由所述传感器检测出的多个传感器数据进行插值；以及数据生成部，其基于由所述插值部插值的多个插值数据，生成采样周期短的合成数据。
发明效果
根据本发明，能够高精度地控制机器人的动作。
附图说明
图1是表示本实施方式的控制系统的概要的图。
图2是表示机器人控制装置以及终端装置的结构的框图。
图3是表示对传感器数据进行合成的处理的图。
图4是表示机器人控制装置的处理的流程图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式的一例进行说明。
图1是表示本实施方式的控制系统1的概要的图。
如图1所示，控制系统1具备机器人控制装置2、机器人3、终端装置4a以及4b。
机器人控制装置2基于机器人程序对机器人3输出驱动指令，控制机器人3的动作。
如图1所示，机器人3例如是6轴的垂直多关节机器人，具有通过各个关节轴进行连结的臂部31。
机器人3基于来自机器人控制装置2的驱动指令，驱动配置于各个关节轴的伺服电动机30a～30f，由此驱动臂部31等可动部件。另外，伺服电动机30a～30f作为整体也称为伺服电动机30。
另外，在机器人3的凸缘32安装有例如焊枪、把手、激光照射装置等末端执行器33。另外，机器人3是6轴的垂直多关节机器人，但也可以是6轴以外的垂直多关节机器人，也可以是水平多关节机器人或并联连杆机器人(parallel link robot)等。
终端装置4a以及4b安装于机器人3的末端执行器33。终端装置4a以及4b检测基于机器人3的振动的加速度，并将检测出的传感器数据向机器人控制装置2发送。另外，终端装置4a以及4b作为整体也称为终端装置4。
图2是表示机器人控制装置2以及终端装置4的结构的框图。
机器人控制装置2具备通信部21、控制部22以及存储部23。
通信部21是用于经由网络与终端装置4之间进行通信的通信接口。通信部21包括用于执行通信的处理器、连接器、电路等。通信部21对从终端装置4接收到的通信信号进行预定的处理而取得数据，并将取得的数据输入到控制部22。另外，通信部21对从控制部22输入的数据进行预定的处理而生成通信信号，并将生成的通信信号发送到终端装置4。例如，通信部21从终端装置4接收传感器数据。
控制部22是CPU(Central Processing Unit中央处理单元)等处理器，通过执行存储于存储部23的程序而作为坐标转换部221、插值部222、数据生成部223、动作控制部224、修正量计算部225以及学习控制部226来发挥功能。
存储部23是存储OS(Operating System：操作系统)、应用程序等的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、存储其他各种信息的硬盘驱动器或SSD(Solid State Drive：固态驱动器)等存储装置。
存储部23例如存储使机器人3动作的机器人程序。
终端装置4(终端装置4a以及4b)具备通信部41、控制部42、存储部43以及传感器44。
通信部41是用于经由网络与机器人控制装置2之间进行通信的通信接口。通信部41包括用于执行通信的处理器、连接器、电路等。通信部41对从机器人控制装置2接收到的通信信号进行预定的处理而取得数据，并将取得的数据输入到控制部42。另外，通信部41对从控制部42输入的数据进行预定的处理而生成通信信号，并将生成的通信信号发送到机器人控制装置2。
控制部42是CPU(Central Processing Unit中央处理单元)等处理器。
存储部43是存储OS(Operating System：操作系统)、应用程序等的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、存储其他各种信息的硬盘驱动器或SSD(Solid State Drive：固态驱动器)等存储装置。
传感器44是以预定的采样时间周期性地检测伴随机器人3的动作的末端执行器33的加速度的加速度传感器。传感器44并不限定于加速度传感器，例如也可以是视觉传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、惯性传感器以及应变仪等。
另外，控制部42具有未图示的时钟，每当检测加速度时，取得从该时钟输出的时刻信息作为检测出加速度的时刻。然后，通信部41将包含检测出的加速度以及时刻信息的传感器信号作为传感器数据发送到机器人控制装置2。
接着，参照图2及图3对控制部22的控制进行说明。图3是表示对传感器数据进行合成的处理的图。如图3所示，在各个终端装置4a以及4b中，通过传感器44检测N个传感器数据。另外，在本实施方式中，使用终端装置4通过2个终端装置4a、4b取得传感器数据的例子进行了说明，但也可以使用3个以上的终端装置4取得传感器数据，或者也可以使用1个终端装置4取得多次传感器数据。
坐标转换部221将由通信部21接收到的传感器数据从以机器人3的凸缘32的面为基准的传感器坐标系转换为以机器人3的前端部为基准的工具坐标系。另外，关于各终端装置4a以及4b，传感器坐标系例如通过预先设定以机器人3的凸缘32的面为基准的传感器44的位置以及姿势而得到。另外，机器人3的前端部是例如末端执行器33。
由此，机器人控制装置2即使在位置不同的多个终端装置4a以及4b的传感器44中取得传感器数据的情况下，也能够使用由工具坐标系定义的位置来控制安装有末端执行器33的机器人3的前端部的位置。另外，坐标转换部221在未定义工具坐标系的情况下，也可以使用凸缘坐标系。
插值部222对坐标转换后的多个传感器数据进行插值。具体而言，如图3所示，插值部222对离散的多个传感器数据进行插值，生成连续的插值数据。在此，插值部222例如使用线性插值、样条插值来生成插值数据。
数据生成部223基于由插值部插值的多个插值数据，生成采样周期短的合成数据。
具体而言，数据生成部223对多个插值数据进行合成，生成1个合成数据。即，数据生成部223使多个插值数据的波形重合，生成1个合成数据。另外，数据生成部223对合成后的合成数据进行平均。
另外，数据生成部223也可以基于多个插值数据计算相关系数，根据相关系数对多个插值数据进行合成，将合成后的合成数据平均。
通过这样对多个插值数据进行合成，数据生成部223能够生成采样周期短的合成数据。
另外，由于多个插值数据中的每一个的时刻不同步，所以数据生成部223使多个插值数据时刻同步，基于时刻同步后的多个插值数据生成合成数据。
例如，数据生成部223对将对第一传感器数据进行插值而得到的第一插值数据f(t)与对第二传感器数据进行插值而得到的第二插值数据g(t)之间的相关关系进行数值化后的相关值C进行运算，根据该相关值C，对第一插值数据f(t)相对于第二插值数据g(t)的延迟时间ta进行运算。
相关值C例如能够通过将最小二乘法的方法应用于连续函数来求出。即，将彼此同一时间点的第一插值数据f(t)与第二插值数据g(t)的差进行平方，将该平方后的值在预定的时间范围内进行积分而得到的平方和设为相关值C。具体而言，相关值C可以由下式给出。
[数学式1]
C＝∫{(f(t)-g(t)}2dt
在该情况下，第一插值数据f(t)与第二插值数据g(t)的相关性越强，则基于最小二乘法的运算值、即相关值C变得越小。最佳的延迟时间ta由下式给出。
[数学式2]
Figure BDA0003727722820000051
例如，在对传感器数据进行样条插值的情况下，f(t)、g(t)分别由t的多项式给出，因此数学式3可以认为是延迟时间ta的多项式。
[数学式3]
∫{(f(t-ta)-g(t)}2dt
因此，例如能够使用牛顿法来求出最佳的延迟时间ta。
另外，也可以不是最小二乘法，而是如以下那样运算表示第一插值数据f(t)与第二插值数据g(t)的相关程度的相关值C。
[数学式4]
C＝∫f(t)g(t)dt
第一插值数据f(t)与第二插值数据g(t)的相关性越强，相关系数变得越大。
另外，在该情况下，延迟时间ta也通过与最小二乘法的情况相同的步骤求出。即，如果用t的多项式赋予f(t)、g(t)，则例如能够使用牛顿法来求出最佳的延迟时间ta。
数据生成部223例如分别运算针对成为基准的插值数据的多个插值数据的延迟时间ta。然后，数据生成部223从成为基准的插值数据的时间值中减去或加上延迟时间ta，从而能够使多个插值数据的每一个的时刻同步。
动作控制部224根据基于机器人程序的动作指令值来控制机器人3的动作。
修正量计算部225基于由数据生成部223合成的合成数据，计算机器人3的动作轨迹。然后，修正量计算部225计算振动修正量，以抑制机器人3的振动。
另外，机器人3的动作轨迹使用已知的技术来计算。例如，传感器44的动作轨迹通过对合成数据所包含的加速度的数据进行2次积分而得到。并且，通过将传感器44的动作轨迹从传感器坐标系转换为工具坐标系，能够计算机器人3的动作轨迹。
学习控制部226进行将计算出的振动修正量应用于基于下次的相同动作指令值的机器人3的动作控制的学习控制。学习控制部226通过反复进行这样的学习控制，降低在机器人3的末端执行器33产生的振动。
图4是表示机器人控制装置2的处理的流程图。
在步骤S1中，动作控制部224通过基于机器人程序的动作指令值来控制机器人3的动作，终端装置4的传感器44检测基于机器人3的振动的加速度。然后，终端装置4经由通信部41向机器人控制装置2发送由传感器44检测出的传感器数据。
在步骤S2中，坐标转换部221将由通信部21接收到的传感器数据从以机器人3的凸缘32的面为基准的传感器坐标系转换为以机器人3的前端部为基准的工具坐标系。
在步骤S3中，插值部222使用线性插值、样条插值等，对坐标转换后的多个传感器数据进行插值。
在步骤S4中，数据生成部223基于由插值部222插值的多个插值数据，生成采样周期短的合成数据。
在步骤S5中，修正量计算部225基于由数据生成部223合成的合成数据，计算机器人3的动作轨迹。修正量计算部225计算振动修正量，以抑制机器人3的振动。
在步骤S6中，学习控制部226进行将计算出的振动修正量应用于基于下次的相同动作指令值的机器人3的动作控制的学习控制。
根据本实施方式，控制系统1具备：传感器44，其检测基于机器人3的振动的加速度；插值部222，其对由传感器44检测出的多个传感器数据进行插值；以及数据生成部223，其基于由插值部222插值的多个插值数据，生成采样周期短的合成数据。
由此，控制系统1一般能够使用输出采样周期长的数据的终端装置4的传感器44，生成采样周期短的合成数据。因此，控制系统1能够使用采样周期短的合成数据来高精度地控制机器人3的动作。
另外，控制系统1还具备：修正量计算部225，其根据合成数据计算机器人3的动作轨迹，并计算机器人3的动作修正量，以抑制机器人3的振动。由此，控制系统1能够适当地计算机器人3的动作修正量。
另外，控制系统1还具备：学习控制部226，其进行将由修正量计算部225计算出的动作修正量应用于机器人3的动作控制的学习控制。由此，控制系统1能够适当地进行机器人3的学习控制。
另外，数据生成部223对多个插值数据进行合成，对合成后的合成数据进行平均。由此，控制系统1能够得到适当的合成数据以计算动作修正量。
另外，数据生成部223基于多个插值数据计算相关系数，基于相关系数对多个插值数据进行合成，对合成后的合成数据进行平均。由此，控制系统1能够得到适当的合成数据以计算动作修正量。
另外，数据生成部223将多个插值数据的时刻同步，根据时刻同步的多个插值数据生成合成数据。由此，控制系统1能够得到适当的合成数据以计算动作修正量。
另外，控制系统1还具备：终端装置4，其具有传感器44，并设置于机器人3；以及坐标转换部221，其将传感器数据从以机器人3的凸缘面为基准的传感器坐标系转换为以机器人3的前端部为基准的工具坐标系。由此，控制系统1能够使用多个终端装置4(终端装置4a以及4b)的传感器44来生成采样周期短的合成数据。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于所述的实施方式。另外，本实施方式所记载的效果只不过是列举了由本发明产生的最优选的效果，本发明的效果并不限定于本实施方式所记载的效果。
附图标记的说明
1 控制系统
2 机器人控制装置
3 机器人
4 终端设备
21 通信部
22 控制部
23 存储部
41 通信部
42 控制部
43 存储部
44 传感器
221 坐标转换部
222 插值部
223 数据生成部
224 动作控制部
225 修正量计算部
226 学习控制部。

Claims (7)

1.一种控制系统，其特征在于，
该控制系统具备：
传感器，其检测基于机器人的振动的加速度；
插值部，其对由所述传感器检测出的多个传感器数据进行插值；以及
数据生成部，其基于由所述插值部插值的多个插值数据，生成采样周期短的合成数据。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，
该控制系统还具备修正量计算部，该修正量计算部根据所述合成数据计算所述机器人的动作轨迹，并计算所述机器人的动作修正量以抑制所述机器人的振动。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，
该控制系统还具备学习控制部，该学习控制部进行将所述修正量计算部计算出的所述动作修正量应用于所述机器人的动作控制的学习控制。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制系统，其特征在于，
所述数据生成部对所述多个插值数据进行合成，对合成后的所述合成数据进行平均。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，
所述数据生成部基于所述多个插值数据来计算相关系数，基于所述相关系数来对所述多个插值数据进行合成，对合成后的所述合成数据进行平均。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制系统，其特征在于，
所述数据生成部使所述多个插值数据的时刻同步，基于时刻同步后的所述多个插值数据来生成所述合成数据。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制系统，其特征在于，
该控制系统还具备：
多个终端装置，其具有所述传感器并设置于所述机器人；以及
坐标转换部，其将所述传感器数据从以所述机器人的凸缘面为基准的传感器坐标系转换为以所述机器人的前端部为基准的工具坐标系。
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