CN115916488A - 机器人控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，针对机器人的关节臂所具备的转矩传感器，用户能够一眼就知道在关节臂的哪一个转矩传感器中产生了何种程度的劣化度。在具备检测绕关节的外力转矩的传感器的机器人的控制装置中具备：显示装置，其与机器人主体的3D图形一起，在劣化的转矩传感器的安装部位对警告图标进行彩色显示，并根据劣化程度来变更其颜色，由此实现上述目的。

Description

机器人控制装置

技术领域

本发明涉及具备关节臂的机器人，特别是涉及在关节臂具有转矩传感器的机器人。

背景技术

以往，实现了如下的开发：在具备关节臂的机器人中，对机器人的关节臂从外部承受的转矩进行检测，操作者能够考虑关节臂从外部承受的转矩来可靠地进行操作。在专利文献1中，记载了与由照相机拍摄到的机器人的关节臂的图像一起，将通过关节臂所具备的转矩检测而检测出的转矩的图标显示于显示部的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-81209号公报

发明内容

发明所要解决的课题

对机器人的关节臂从外部承受的转矩进行检测的转矩传感器通常从制作阶段包括容许的范围内的误差，在输出的转矩的值上存在偏移。另外，有时随着转矩传感器的使用时间而产生劣化，偏移量的值也会变大。因此，以往，作为转矩传感器的产品规格，预先决定转矩的偏移量的允许值，设为在用户检测出的偏移量超过允许值时更换转矩传感器的规格。

在以往的用户检测出的偏移量超过允许值时更换转矩传感器的规格的方法中，用户需要定期地检测(测量)偏移量，用户的作业量增加而效率低。另外，将产生如下课题：即使能够掌握作为关节臂整体的转矩的偏移量，也难以一眼就看出哪里的关节中转矩的偏移量超过允许值，即，哪里的关节的转矩传感器发生了劣化。

因此，本发明的目的在于，针对机器人的关节臂所具备的转矩传感器，用户能够一眼就知道在关节臂的任意一个转矩传感器中产生了何种程度的劣化度。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本公开的机器人控制装置是具备检测绕关节的外力转矩的传感器的机器人的控制装置，该控制装置具备：显示装置，其与机器人主体的3D图形一起，在劣化的转矩传感器的安装部位对警告图标进行彩色显示，并根据劣化程度变更其颜色。

发明效果

根据本公开的机器人控制装置，用户能够一眼就直观地掌握机器人的关节臂的哪个关节的转矩传感器劣化为何种程度的信息。

附图说明

图1是本公开的机器人系统的结构图。

图2是表示本公开的机器人控制时的信号的收发关系的框线图。

图3是表示偏移量的确定的例子的图表的图。

图4是表示不施加基于重力的转矩的臂的偏移量的确定的例子的图表的图。

图5是表示劣化程度的注意级别、警告级别的图表的图。

图6是表示在机器人1的拍摄图像中显示警告图标的显示例的图。

图7是表示本公开的转矩传感器劣化度的显示的顺序的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是本公开的各实施方式所共用的机器人系统的结构图。图1所示的机器人1是从主体11延伸出6轴垂直多关节或者4轴垂直多关节等多关节臂10的多关节型机器人。多关节臂10通过内置于机器人1的、与每个关节对应地配置的伺服电动机12(图2)而活动，通过多关节臂10抬起物体而进行移动，或者通过与其他构件接触而从外部接受转矩。从外部接受的转矩根据此时的多关节臂10的形态、受到的转矩的方向而被分配到多关节臂10的各关节。多关节臂10的各关节具备转矩传感器101、102、103，能够检测(测量)各关节所受到的转矩。

控制装置2控制机器人1的动作，并且控制显示装置3的显示内容。将由控制装置2生成的机器人1的动作指令提供给机器人1，使内置在机器人1中的伺服电动机12(图2)动作而使多关节臂10活动来进行各种作业。来自配置于多关节臂10的各关节的转矩传感器101、102、103的输出值被发送到控制装置2进行处理，其结果的数据被发送到显示装置3进行显示。

图2是表示控制装置2与机器人1之间、以及控制装置2与显示装置3之间、以及机器人1、控制装置2以及显示装置3各自的内部的信号的收发关系的框线图。作为硬件结构，控制装置2由微处理器等构成的处理单元(CPU)21、包括RAM、ROM、EEPROM、闪存等存储器部件的存储单元22以及收发单元23构成。在控制装置2的处理单元21中的多关节臂移动示教部213和伺服电动机动作量计算部214中，根据多关节臂10的移动的示教数据计算各伺服电动机12的动作量(转速)，生成针对机器人1的各伺服电动机12的动作指令，经由收发单元23发送到机器人1。机器人1的各伺服电动机12根据来自控制装置2的动作指令进行动作，将动作的结果的数据(转速)经由机器人1的收发装置13反馈给控制装置2。另外，配设于机器人1的多关节臂10的各关节的转矩传感器101、102、103的输出数据经由机器人1的收发装置13发送至控制装置2。

在控制装置2的处理单元21中，使用从机器人1的转矩传感器101、102、103发送的输出数据，在转矩传感器偏移量计算部211中计算转矩传感器偏移量。然后，根据计算出的转矩传感器偏移量，由转矩传感器劣化度判定部212判定由显示装置3显示的表示各转矩传感器的劣化度的颜色。

将从机器人1发送至控制装置2的各转矩传感器的输出值、在控制装置2的处理单元21的转矩传感器偏移量计算部211中计算出的转矩传感器偏移量、以及由控制装置2的处理单元21的转矩传感器劣化度判定部212判定出的结果的各数据经由收发单元23发送至显示装置3。发送到显示装置3的各数据经由收发部32被发送到显示部31，在显示部31的转矩值显示部311以及转矩传感器劣化度显示部312中基于发送来的数据进行显示。

接着，对转矩传感器101、102、103的偏移量的计算(确定)方法进行说明。偏移量的确定的手法是根据仅使机器人1的多关节臂10的1轴(1个臂)活动而在多处取得的、臂位置与转矩传感器的输出转矩的数据来进行确定的手法。具体而言，通过以下的各操作、计算来进行。

若只活动机器人1的多关节臂10的1轴而使其臂位置变化，则根据臂的重心位置或与其前端连接的其他臂或前端的负荷，在各臂位置，在臂的旋转轴产生与重力平衡的转矩。或者，在未施加基于重力的转矩的状态的臂中，在静止时不产生转矩。因此，若将转矩传感器的偏移量设为D、将臂位置设为θ，则转矩传感器的输出T由以下的式(1)表示。

[数学式1]

T＝M·sin(θ+α)+D·····式(1)

其中，M是施加于该臂的重力转矩的最大值，α是与臂的重心位置等对应的相位的偏移。

然后，多次使臂位置的θ变化来记录θ、T，使用这些数据通过最小二乘法来确定D。为了使用最小二乘法，将式(1)如式(2)那样变形。

[数学式2]

T＝M1·sinθ+M2·cosθ+D·····式(2)

其中，M1＝M·cosα，M2＝M·sinα。将该式作为模型，在图3中示出使用所取得的θ、T的数据进行的D的确定的1个例子。在图3的图表中，每一个○表示所取得的θ、T的数据，横线(——)表示所确定的偏移量D。另外，作为确定例子，在图4中示出对未施加基于重力的转矩的臂进行了确定的例子。

接着，对根据如上所述确定(计算)出的各转矩传感器101、102、103的偏移量D来判定各转矩传感器101、102、103的劣化程度的方法进行说明。各转矩传感器101、102、103的劣化程度的判定通过与机器人的通常运转下的动作不同而定期地进行自测试来执行。在自测试中，使各臂分别单独活动，记录多个部位的臂位置(角度)和转矩传感器的输出转矩。将这些记录的数据的值代入所述的式(2)，通过最小二乘法来计算各转矩传感器101、102、103的偏移量。并且，在各转矩传感器101、102、103中预先决定作为警告或注意的基准的阈值，在偏移量超过了这些阈值的情况下，判定为达到了警告或注意的级别。在图5中示出在表示警告或注意的基准的图表内记录了偏移量的图表的例子。

在显示装置3的显示部31的转矩传感器劣化度显示部312中，在机器人1的本体(多关节臂10以及主体11)的外形图中，显示各转矩传感器101、102、103的劣化度，因此需要掌握机器人1本体中的各转矩传感器101、102、103的位置。各转矩传感器101、102、103的位置是设计信息，是已知的。而且，在存储于控制装置2的存储单元22的控制软件内也作为与机构相关的参数而被存储。此外，使机器人1的多关节臂10中的各臂分别具有坐标系，各转矩传感器101、102、103的位置用这些坐标系的坐标表示。关于多关节臂10中的各臂的位置，在控制软件中也是已知的信息，各转矩传感器101、102、103安装于各臂的何处也被存储于控制软件内，因此，在显示装置3的显示部31的转矩传感器劣化度显示部312中，能够相对于机器人1的外形图显示各转矩传感器101、102、103存在于哪个位置。

接着，对将判定各转矩传感器101、102、103的劣化度的结果显示于显示装置3的实施方式进行说明。

通过上述方法，针对各转矩传感器101、102、103分别检测(测量)转矩的偏移量。其结果是，例如，在转矩传感器101的转矩的偏移量比注意级别的阈值小的情况下，判定为劣化度未达到注意级别，在该情况下，不特别进行显示。即，不在机器人1的图形上转矩传感器101的位置显示警告图标。另一方面，例如，在转矩传感器102的转矩的偏移量在注意级别的阈值以上且小于警告级别的阈值的情况下，虽然劣化度未达到警告级别，但判定为达到了注意级别，在该情况下，在机器人1的图形上转矩传感器102的位置以黄色对警告图标进行彩色显示。进而，例如，在转矩传感器103的转矩的偏移量为警告级别的阈值以上而成为警告的情况下，判定为劣化度已达到警告级别，在该情况下，在机器人1的图形上在转矩传感器103的位置用红色对警告图标进行彩色显示。

作为显示于显示装置3的机器人1的图形的实施方式，有机器人1的3D图形、机器人1的拍摄图像的形态。图6示出采用机器人1的拍摄图像作为机器人1的图形的形态的图。在转矩传感器的转矩的偏移量成为警告级别的阈值以上的情况下，在该转矩传感器的位置显示警告图标。在图6的例子中，上侧的警告图标例如用黄色显示，下侧的警告图标例如用红色显示。此外，作为显示装置3的实施方式，除了通常的显示器以外，还有透明显示器的形态。即，在操作者的视线通过透明显示器捕捉到机器人时，在相当于转矩传感器的安装部位的透明显示器上的投影位置显示警告图标。

接着，在图7中用流程图表示本公开中的转矩传感器劣化度的显示的顺序。如图7所示，首先，与通常的运转动作不同地，用户多次进行仅使机器人1的多关节臂10的1轴(1个臂)活动的动作(步骤ST1)。作为其结果，在控制装置2的处理装置21的转矩传感器偏移量计算部211中，计算各转矩传感器101、102、103的转矩的偏移量(步骤ST2)。

接着，根据计算出的各转矩传感器101、102、103的转矩的偏移量来判定各转矩传感器101、102、103的劣化度，并显示该判定结果。具体而言，在显示装置3的显示部31的转矩传感器劣化度显示部312，在机器人1的外形图上的各转矩传感器101、102、103的位置显示彩色图标，通过其显示颜色显示劣化度。

首先，判定计算出的各转矩传感器101、102、103各自的转矩的偏移量是否不超过注意级别的阈值而小于注意级别的阈值(步骤ST3)。在判定结果为“是”的情况下，即，在偏移量小于注意级别的阈值的情况下，判定为劣化度尚未达到注意级别，在判定出的转矩传感器101、102、103的机器人1的外形图上的该位置不显示彩色图标(步骤ST4)。然后，该流程结束。

在步骤ST3的判定结果为“否”的情况下，即，在偏移量为注意级别的阈值以上的情况下，接着，判定计算出的各转矩传感器101、102、103各自的转矩的偏移量是否不超过警告级别的阈值而小于警告级别的阈值(步骤ST5)。

在步骤ST5的判定结果为“是”的情况下，即，在偏移量小于警告级别的阈值的情况下，劣化度未达到警告级别，但判定为处于注意级别，在判定出的转矩传感器101、102、103的机器人1的外形图上的该位置显示黄色的彩色图标(步骤ST6)。然后，该流程结束。

在步骤ST5的判定结果为“否”的情况下，即，在偏移量为警告级别的阈值以上的情况下，判定为劣化度超过警告级别，在判定出的转矩传感器101、102、103的机器人1的外形图上的该位置显示红色的彩色图标(步骤ST7)。然后，该流程结束。

如上所述，根据本公开的机器人控制装置，用户能够通过机器人的外形图上的彩色图标的显示颜色，一眼就直观地掌握机器人的关节臂的哪个关节的转矩传感器劣化到何种程度的信息。

并且，关于机器人的外形图，能够选择机器人的3D图形、机器人的拍摄图像等各种形态，用户能够根据机器人的形态、显示装置的特性等，在容易观察的机器人外形的形态下一眼就掌握劣化的转矩传感器的位置及其劣化度。

另外，关于显示装置的方式，除了通常的液晶、有机EL等显示器以外，还能够选择透明显示器，能够根据使用机器人的环境，在容易观察的显示状态下一眼就知道劣化的转矩传感器的位置及其劣化度。

以上，关于本发明的实施方式，对实施方式进行了说明，但本发明不受这样的实施方式任何限定，在不脱离本发明的主旨的范围内，当然能够以各种方式实施。

附图标记说明

1机器人；

10多关节臂；

101，102，103转矩传感器；

11(机器人的)主体；

12伺服电动机；

13(机器人的)收发装置；

2控制装置；

21处理单元；

211转矩传感器偏移量计算部；

212转矩传感器劣化度判定部；

213多关节臂移动示教部；

214伺服电动机动作计算部；

22存储单元；

23(控制装置的)收发单元；

3显示装置；

31显示部；

311转矩值显示部；

312转矩传感器劣化度显示部；

33(显示装置的)收发部。

Claims (5)

1.一种机器人控制装置，其是具备检测绕关节的外力转矩的转矩传感器的机器人的控制装置，其特征在于，

所述机器人控制装置具备：显示装置，其与所述机器人的主体的3D图形一起，在劣化了的所述转矩传感器的安装部位对警告图标进行彩色显示，并根据劣化程度来变更其颜色。

2.一种机器人控制装置，其是具备检测绕关节的外力转矩的转矩传感器的机器人的控制装置，其特征在于，

所述机器人控制装置具备：显示装置，其与实物的所述机器人的主体的拍摄图像一起，在劣化了的所述转矩传感器的安装部位对警告图标进行彩色显示，并根据劣化程度来变更其颜色。

3.一种机器人控制装置，其特征在于，

所述机器人控制装置具备：增强现实显示设备，其在视场中捕捉到具备检测绕关节的外力转矩的转矩传感器的机器人时，在相当于所述机器人的劣化了的所述转矩传感器的安装部位的透明显示器上的投影位置处对警告图标进行彩色显示，并根据劣化程度来变更其颜色。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，

基于仅使所述机器人的1轴活动而在多处取得的、臂的角度位置和根据所述转矩传感器的输出转矩的数据而确定的所述转矩传感器的偏移量来判别所述劣化程度。

5.根据权利要求4所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述转矩传感器的偏移量是使所述臂的角度位置θ变化来测定输出转矩T，记录多组所述臂的角度位置θ、输出转矩T，使用表示所述臂的角度位置θ、输出转矩T以及所述转矩传感器的偏移量D的关系的以下的式(1)，通过最小二乘法求出所述转矩传感器的偏移量D而得的，

[数学式1]

T＝M·sin(θ+α)+D······式(1)

其中，M是施加于所述臂的重力转矩的最大值，α是与所述臂的重心位置对应的相位的偏移。

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