CN116175554A - 机器人系统、水平多关节机器人及其控制方法 - Google Patents

机器人系统、水平多关节机器人及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供控制装置、水平多关节机器人和机器人系统，其减小轴的前端部处的轴在轴向上的振动。一种控制装置，控制水平多关节机器人，该水平多关节机器人具备：基座；第一臂，设置于上述基座，并相对于上述基座以第一轴为中心转动；第二臂，设置于上述第一臂，并相对于上述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于上述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动上述轴的直线移动；位置检测器，检测上述电机的位置；以及惯性传感器，设置于上述第二臂，上述控制装置具备控制部，该控制部将上述惯性传感器的输出反馈到上述电机的控制，以驱动上述电机。

Description

机器人系统、水平多关节机器人及其控制方法
本申请是申请日为2019年07月19日、申请号为201910657380.9、发明名称为“控制装置、水平多关节机器人和机器人系统”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及控制装置、水平多关节机器人和机器人系统。
背景技术
已提出了一种控制装置，其在可以控制水平面内的位置和姿势以及铅直方向的位置的水平多关节机器人上安装惯性传感器来减小振动。
例如，专利文献1中记载的水平多关节机器人具备：基座；设置成可相对于基座以第一轴为旋转中心转动的第一臂；设置成可相对于第一臂以第二轴为旋转中心转动的第二臂；相对于第二臂直线移动的轴；以及设置在第二臂上的惯性传感器，并且记载了一种通过将惯性传感器的输出反馈到驱动第一臂的电机以减小臂的转动方向上的振动的技术。
专利文献1：日本专利特开2012-171052号公报
然而，在专利文献1所记载的技术中，没有考虑到减小轴的前端部处的轴在轴向上的振动。在这种情况下，由于到振动自然衰减为止需要时间，因此存在由于等待振动收敛而导致的作业能力降低、由于在振动收敛前进行作业所导致的作业品质降低的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的一方面是一种控制装置，控制水平多关节机器人，所述水平多关节机器人具备：基座；第一臂，设置于所述基座，并相对于所述基座以第一轴为中心转动；第二臂，设置于所述第一臂，并相对于所述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于所述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动所述轴的直线移动；位置检测器，检测所述电机的位置；以及惯性传感器，设置于所述第二臂，所述控制装置具备控制部，所述控制部将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制来驱动所述电机。
另外，本发明的另一方面是由上述控制装置控制的水平多关节机器人。
另外，本发明的另一方面是一种机器人系统，其具备上述控制装置和由上述控制装置控制的水平多关节机器人。
附图说明
图1是示出根据第一实施方式的机器人系统的整体结构的图。
图2是示出根据第一实施方式的机器人的结构的图。
图3是根据第一实施方式的在惯性传感器信息处理部A中处理惯性传感器信息后反馈到电流指令的控制框图。
图4是根据第一实施方式的在惯性传感器信息处理部B中处理惯性传感器信息后反馈到电流指令的控制框图。
图5是根据第二实施方式的在惯性传感器信息处理部A中处理惯性传感器信息后反馈到速度控制部的比例控制的控制框图。
图6是根据第二实施方式的在惯性传感器信息处理部B中处理惯性传感器信息后反馈到速度控制部的比例控制的控制框图。
图7是根据第三实施方式的在惯性传感器信息处理部B中处理惯性传感器信息后反馈到速度指令的控制框图。
图8是示出根据第一实施方式的控制装置的减振效果的图表。
图9是示出根据第四实施方式的第二臂的角度θ2与系数Rgj之间的关系的图表。
图10是示出根据第五实施方式的工件的质量W与系数Rgw之间的关系的图表。
图11是示出根据第六实施方式的轴位置Z与系数Rgz之间的关系的图表。
图12是示出根据第七实施方式的第二臂的角度θ2与系数Rfj之间的关系的图表。
图13是示出根据第八实施方式的工件的质量W与系数Rfw之间的关系的图表。
图14是示出根据第九实施方式的轴位置Z与系数Rfz之间的关系的图表。
图15是示出控制器连接到机器人、计算机以及示教器的状态的框图。
符号说明
1、1A…机器人系统；2…机器人；3…控制装置；3A…控制部；11…惯性传感器；21…基座；22…臂；23…第一臂；24…第二臂；31…轴；32…轴支承部；33…手爪安装凸缘；41…手爪；42…工件；51…第一电机；52…第二电机；53…第三电机；54…第四电机；61…第一位置检测器；62…第二位置检测器；63…第三位置检测器；64…第四位置检测器；71…第一减速器；72…第二减速器；83…第一同步带；84…第二同步带；93…滚珠丝杠螺母；94…花键外筒；100…控制框图；101…位置指令生成部；102…位置控制部；103…速度控制部；104…电流控制部；105…惯性传感器信息处理部A；106…惯性传感器信息处理部B；111…LPF(低通滤波器)；112…DC去除部；113…BEF(带阻滤波器)；114…HPF(高通滤波器)；121…LPF截止频率调整部；122…Kgp调整部；A1…第一转动轴；A2…第二转动轴；A3…第三直线移动轴；A4…第四转动轴；As…角速度检测轴；Vs…角速度；J1…第一关节；J2…第二关节；θ1…第一臂角度；θ2…第二臂的角度；Z…轴直线移动位置；U…轴转动角度；D…位移量；S…轴支承部位移方向；Kvp…速度环比例增益；Kvi…速度环积分增益；Kgp…角速度反馈增益；Flpf…LPF截止频率；s…微分运算符；1/s…积分运算符；Rgj…系数；Kgj…Kgp第二臂角度校正系数斜率；Rgjmin…Kgp第二臂角度校正系数下限值；Rgw…系数；Kgw1…第一Kgp工件质量校正系数斜率；Kgw2…第二Kgp工件质量校正系数斜率；Rgwmin…Kgp工件质量校正系数下限值；Rgwmax…Kgp工件质量校正系数上限值；Rgz…系数；Kgz…Kgp直线移动位置校正系数斜率；Rgzmin…Kgp直线移动位置校正系数下限值；Rfj…系数；Kfj…Flpf第二臂角度校正系数斜率；Rfjmin…Flpf第二臂角度校正系数下限值；Rfw…系数；Kfw1…第一Flpf工件质量校正系数斜率；Kfw2…第二Flpf工件质量校正系数斜率；Rfwmin…Flpf工件质量校正系数下限值；Rfwmax…Flpf工件质量校正系数上限值；Rfz…系数；Kfz…Flpf直线移动位置校正系数斜率；Rfzmin…Flpf直线移动位置校正系数下限值
具体实施方式
基于实施方式详细描述本发明的控制装置、水平多关节机器人和机器人系统。
第一实施方式
图1是示出根据本发明第一实施方式的机器人系统的整体结构的图。图2是示出图1所示的机器人的结构的图。图3和图4是图1中所示的控制装置的将惯性传感器信息反馈到电流指令的控制框图。图8是示出图1所示的控制装置的振动减小的效果的图表。
图1所示的机器人系统1包括机器人2和控制机器人2的控制装置3。机器人系统1的用途不受限制，例如可以用于电子部件的传输、组装和检查等作业。
机器人2是水平多关节机器人，具备：基座21；设置成可相对于基座21以第一轴A1为转动中心进行转动的第一臂23；设置成可相对于第一臂23以第二轴A2为转动中心进行转动的第二臂24；设置成相对于上述第二臂24能够沿第三轴A3的方向进行直线移动以及能以第四轴A4为转动中心进行转动的轴31；以及设置在上述第二臂24上并检测将与由上述第二轴A2和上述第三轴A3构成的平面正交的角速度检测轴As作为旋转轴的角速度的惯性传感器11。
上述基座21通过螺栓等固定于未图示的机器人的设置面。上述第一臂23经由减速器71由第一电机51可转动地驱动，并以第一轴A1为转动中心进行转动。第一位置检测器61设置于上述第一电机51，检测第一臂23的转动位置。
上述第二臂24经由减速器72由第二电机52可转动地驱动，并以第二轴A2为转动中心进行转动。第二位置检测器62设置于上述第二电机52，检测第二臂24的转动位置。
在本实施方式中，轴31使用可以直线移动和转动的滚珠丝杠花键轴，滚珠丝杠螺母93的外圈和花键外筒94的外圈固定到第二臂24，构成轴支承部32。上述滚珠丝杠螺母93经由第一同步带83由第三电机53转动驱动，轴31沿第三轴A3的方向直线移动。第三位置检测器63设置于上述第三电机53，检测轴31的直线移动的位置。
上述花键外筒94经由第二同步带84由第四电机54转动驱动，轴31以第四轴A4为转动中心转动。第四位置检测器64设置于上述第四电机54，检测轴31的转动角度。
需要指出，在本实施方式中，使用第三轴A3和第四轴A4配置在同一轴上的滚珠丝杠花键轴，但也可以是第三轴A3和第四轴A4不同的配置的机构。此外，在本实施方式中，轴31设置在第二臂24上，但轴31只要设置在包含第一臂23和第二臂24的臂22上即可。例如，在臂22具备设置在第二臂24上的第三臂的情况下，轴31也可以设置在第三臂上。
上述惯性传感器11优选地设置在第二臂24的轴支承部32附近。另外，在本实施方式中，虽然惯性传感器11设置于第二臂24，但惯性传感器11只要设置在包含第一臂23和第二臂24的臂22上即可。例如，在臂22具备设置在第二臂24上的第三臂的情况下，惯性传感器11也可以设置在第三臂上。
在本实施方式中，惯性传感器11是角速度传感器，如图2所示，配置成检测围绕与包含第二轴A2和第三轴A3的平面正交的角速度检测轴As的角速度Vs。
第一臂23通过第一关节J1悬臂支承于基座21，第二臂24通过第二关节J2悬臂支承于上述第一臂23，因此如图2所示，上述轴支承部32因第一关节J1和第二关节J2的挠曲变形以及第一臂23和第二臂24的弯曲和扭转变形而向包含旋转分量的S的方向位移。由于上述S的方向具有旋转运动的分量，因此惯性传感器11可以检测轴支承部32的位移量D的变化作为围绕角速度检测轴As的角速度Vs。
控制装置3与机器人2电连接，并且具有控制机器人2的控制部3A。机器人2和控制装置通过电缆电连接。另外，控制装置3也可以在机器人2中内置其一部分或全部。
控制装置3例如具备控制器200，该控制器200包括：由处理用于控制机器人的运算的微处理器等处理器、存储器、存储装置构成的运算装置；控制驱动电机的电流的电流放大器；以及与外围设备进行信息交换的接口(I/F)。此外，在控制装置3上可以连接用作人机界面的计算机201和对机器人进行示教的示教器202(参见图15)。
需要说明的是，处理器也可以由多个处理器构成。例如，处理器不仅存在于控制器200，而且还存在于与控制器200不同的地方(例如计算机201、示教器202、经由LAN等网络环境提供的云服务中利用的服务器等)，可以利用这些处理器中的部分或全部来实现控制装置3。
控制装置3的控制部3A使用处理器，基于第一位置检测器61、第二位置检测器62、第三位置检测器63和第四位置检测器64的位置信息，控制第一电机51、第二电机52、第三电机53和第四电机54。此外，上述控制部3A将惯性传感器11检测到的角速度反馈到第三电机53的控制，以减小轴支承部32在铅直方向上的振动。
如图2所示，手爪安装凸缘33设置在轴31的下端。手爪41安装于上述手爪安装凸缘33。上述手爪41抓持工件42，并且机器人2进行输送、组装的作业。
在这种结构的机器人2中，当轴31的直线移动的加速/减速、铅直方向的外力作用于轴31时，轴支承部32在铅直方向上振动。上述轴支承部32在铅直方向上的振动的衰减时间长。
接下来，使用图3和图4的控制框图，描述将通过惯性传感器11检测到的角速度信息反馈到电流指令来减小轴支承部32的振动的控制方法。角速度信息的滤波处理方法有使用图3的惯性传感器信息处理部A和图4的惯性传感器信息处理部B这两种。
图3的控制部3A包括：用于控制使轴31直线移动的第三电机53的位置指令生成部101、位置控制部102、速度控制部103、电流控制部104以及惯性传感器信息处理部A105，该惯性传感器信息处理部A105对通过惯性传感器11检测出的角速度信息进行滤波处理并反馈到电流指令。
上述位置指令生成部101每隔控制周期间隔便生成用于使轴31直线移动的第三电机53的位置指令。上述位置控制部102以使上述位置指令生成部101生成的位置指令和第三位置检测器63检测出的第三电机53的位置一致的方式生成速度指令。上述速度控制部103作为其一示例，由比例积分控制构成，以使根据由第三位置检测器检测出的位置求出的速度与速度指令一致的方式生成电流指令。上述电流控制部104以使驱动第三电机53的电流与电流指令一致的方式控制电流。
上述惯性传感器信息处理部A105包括惯性传感器11、LPF(低通滤波器)111、DC去除部112以及反馈增益Kgp乘法处理部。
在本实施方式中，上述惯性传感器11使用角速度传感器，将轴支承部32在铅直方向上的振动作为角速度的变化进行检测。
上述LPF111去除由惯性传感器11检测到的角速度信息中包含的高频区域的传感器噪声、机械共振以及惯性传感器11输出的失谐噪声。LPF111的截止频率优选设定为20Hz以上且200Hz以下，以便不降低检测轴支承部32的振动所需的低频区的角速度信息的质量，而以高衰减率去除使控制不稳定的噪声。
上述DC去除部112去除角速度信息中包含的偏移分量。在本实施方式中，当机器人2停止时，偏移分量作为角速度信息的移动平均进行检测。通过上述角速度信息的移动平均来去除偏移分量的方法仅去除角速度信息中包含的直流分量，不会降低为减小振动而利用的低频区的角速度信息的质量，因此，与使用HPF(高通滤波器)的方法相比，降低铅直方向的振动的能力高。此外，由于该处理比较简单，因此可以防止控制部3A的运算处理的增加。
上述反馈增益Kgp乘法处理部在对由惯性传感器11检测出的角速度信息进行了滤波处理后，乘以角速度反馈增益Kgp，创建对于电流指令的输入。
如果将这样构成的控制方法应用于驱动第三电机的控制，则可以减小轴支承部32的振动。
接下来，使用如图3所述的控制方法，描述降低轴支承部32的振动的作用。轴31直线移动的反作用力作用于轴支承部32。本发明利用上述反作用力减小轴支承部32的振动。如图2所示，定义轴31的位置Z、惯性传感器11检测出的角速度Vs以及轴支承部32的位移量D的方向。如图3所示，如果将惯性传感器信息处理部A105的输出与电流指令相加，则调整轴31的加速度，使轴支承部32的角速度衰减，从而轴支承部32的振动减小。根据本控制方法，由于调整用于驱动轴31的电流指令来降低轴支承部32的振动，从而可以一边使轴31动作，一边降低轴支承部32的振动。
根据如图3所述的控制方法，将角速度信息反馈到电流指令，直接控制抑制轴支承部32在铅直方向上的振动的反作用力，因此响应性高，可以实现振动抑制能力高的控制。另外，可以一边使轴31动作，一边降低轴支承部32的振动。进而，DC去除部112仅去除角速度信息中包含的直流分量，在低频区的角速度信息中不产生失真，因此不会发生定位的延迟。另外，即使直流分量残留在DC去除部112的输出中，由于通过速度控制部的积分控制作为干扰被消除，因此不会发生轴31的位置偏差。
如图8所述的图表中记录有在有减振控制A和没有减振控制B的情况下对工件42进行了定位时的铅直方向的振动的变化。根据控制装置3，与没有减小铅直振动的控制的情况B相比，在有控制的情况A下，振动减小。
接下来，描述如图4中所述的使用惯性传感器信息处理部B的控制方法。与图3同样地，如图4所述的控制部3A包括：位置指令生成部101、位置控制部102、速度控制部103、电流控制部104以及与图3不同的惯性传感器信息处理部B106。上述惯性传感器信息处理部B106包括：惯性传感器11、LPF(低通滤波器)111、BEF(带阻滤波器)113、HPF(高通滤波器)114以及反馈增益Kgp乘法处理部。
在本实施方式中，上述惯性传感器11使用角速度传感器，将轴支承部32在铅直方向上的振动作为角速度的变化进行检测，并输出角速度信息。
上述LPF111去除由惯性传感器11检测出的角速度信息中包含的高频区域的传感器噪声以及机械共振。LPF111的截止频率优选设定为20Hz以上且200Hz以下，以便不会降低检测轴支承部32在铅直方向上的振动所需的低频区的角速度信息的质量，而以高衰减率去除使发声、控制不稳定的高频区域的传感器噪声和机械共振。
上述BEF113去除惯性传感器11输出的失谐(detuning)噪声。由于上述失谐噪声因惯性传感器11的种类而频率不同，因此可以根据所使用的惯性传感器11的特性来设定去除失谐噪声的频带。
上述HPF114去除角速度信息中包含的偏移分量。上述HPF在设定了适当的截止频率时，可以完全去除随时间变化的偏移。优选将上述HPF的截止频率设定为20Hz以下。
上述反馈增益Kgp乘法处理部将从由惯性传感器11检测出的角速度信息中去除了低频区的噪声和DC分量后的角速度信息与角速度反馈增益Kgp相乘，创建对于电流指令的输入。
根据如图4所述的惯性传感器信息处理部B106，由于可以使用BEF113来根据惯性传感器11的特性去除失谐噪声，因此可以使用特性不同的惯性传感器。另外，由于HPF114可以完全去除角速度信息中包含的直流分量，因此可以使用偏移的变化大的惯性传感器11。
需要指出，在本实施方式中示出了惯性传感器11使用角速度传感器的一个示例，但也可以使用对由加速度传感器检测出的加速度进行积分得到的速度信息。
以上，对在机器人系统1中，其特征在于控制部3A将由惯性传感器11检测出的角速度信息反馈到电流指令的控制方法的控制装置3的实施方式进行了描述。根据本实施方式，可以得到以下的效果。
本发明的实施方式所涉及的控制装置控制水平多关节机器人，该水平多关节机器人具备：基座；第一臂，设置于上述基座，并相对于上述基座以第一轴为中心进行转动；第二臂，设置于上述第一臂，并相对于上述第一臂以第二轴为中心进行转动；轴，设置于上述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动上述轴的直线移动；位置检测器，检测上述电机的位置；以及惯性传感器，设置于上述第二臂，该控制装置具备将上述惯性传感器的输出反馈到上述电机的控制来驱动上述电机的控制部。
在现有技术中，为了不发生轴支承部在铅直方向上的振动，需要提高支承臂的轴承的力矩刚性，提高臂的弯曲和扭转刚性。近年来，为了提高机器人的作业能力，在谋求机器人的可移动重量的增加、机器人的作业速度的提高的过程中，提高前述那样的机器人的机械构成部分的刚性，相应地，存在机器人的形状的大型化、重量增加、成本提高的问题。
根据本实施方式，能够减小因水平多关节机器人的第一臂和第二臂的支承部的倾倒以及第一臂和第二臂的弯曲和扭转而产生的轴支承部的振动。由于随着臂的支承部及臂的变形而产生的轴下端部在铅直方向上的振动到自然衰减为止需要时间所导致的等待振动收敛而使作业能力降低、由于在振动收敛之前进行作业而对作业对象造成损伤并因作业位置的参差不齐而使作业质量下降、机器人的形状的大型化、重量增加、成本上升等现有水平多关节机器人的问题可以得到解决。
根据本实施方式，可以抑制由于为了使机器人高速化而增加使轴进行直线移动的加速度、为了扩大对应作业而增加工件的质量、为了扩大作业范围而延长臂的长度所导致的轴支承部的振动的增大，提高机器人的作业能力。
本发明的实施方式涉及的控制部具有：生成位置指令的位置指令生成部、基于上述位置指令生成速度指令的位置控制部、基于上述速度指令生成电流指令的速度控制部以及控制驱动上述电机的电流的电流控制部，并将上述惯性传感器的输出反馈到上述电流指令。
根据本实施方式，由于将惯性传感器的输出反馈到驱动使轴进行直线移动的电机的控制的电流指令，因此响应快，抑制振动的能力高，即使惯性传感器的输出中包含偏移，也不会产生位置偏差，可以降低轴支承部在铅直方向上的振动。
本发明的实施方式涉及的控制部通过低通滤波器去除上述惯性传感器的输出中包含的噪声。
根据本实施方式，由于可以去除使控制不稳定的高频区域的机械共振、惯性传感器的输出中包含的失谐噪声，因此不易受到个体差异、环境变化的影响，可以实现降低轴支承部在铅直方向上的振动的控制。
本发明的实施方式所涉及的低通滤波器的截止频率为20Hz以上且200Hz以下。
根据本实施方式，通过在不降低抑制轴支承部在铅直方向上的振动所需的低频区的信息的质量的情况下去除使控制不稳定的噪声，从而可以实现抑制轴支承部在铅直方向上的振动的效果高的控制。
本发明的实施方式所涉及的控制部通过带阻滤波器去除上述惯性传感器的输出中包含的失谐噪声。
根据本实施方式，通过与惯性传感器的特性相符地去除惯性传感器的输出中包含的无法通过低通滤波器去除的失谐噪声，从而可以使用具有不同的失谐噪声特性的惯性传感器抑制轴支承部在铅直方向上的振动。
本发明的实施方式所涉及的控制部通过移动平均求出上述惯性传感器的输出中包含的偏移分量，并从上述惯性传感器的输出中去除上述偏移分量。
根据本实施方式，通过以简单的运算即可实现的移动平均来求出惯性传感器所包含的偏移，并消除偏移，因此抑制振动所需的惯性传感器的输出的低频区的信息不会失真，从而定位不会延迟，可以抑制控制处理的运算量的增加，并抑制轴支承部在铅直方向上的振动。
本发明的实施方式所涉及的控制部通过高通滤波器去除上述惯性传感器的输出中包含的偏移分量。
根据本实施方式，由于可以通过高通滤波器完全去除惯性传感器所包含的偏移，因此可以使用偏移的变化大的惯性传感器11来抑制轴支承部在铅直方向上的振动。
本发明的实施方式所涉及的惯性传感器是检测围绕与包含上述第二轴和上述第三轴的平面正交的角速度检测轴的角速度的角速度传感器。
根据本实施方式，通过将角速度传感器配置成检测围绕与包含第二轴和第三轴的平面正交的角速度检测轴的角速度，从而可以高灵敏度地检测与轴支承部在铅直方向上的振动等效的角速度。
本发明的实施方式涉及的水平多关节机器人是由上述控制装置控制的水平多关节机器人。
根据本实施方式，可以实现抑制轴支承部在铅直方向上的振动的水平多关节机器人。
本发明的实施方式涉及的机器人系统具备上述控制装置和由上述控制装置控制的水平多关节机器人。
根据本实施方式，可以实现包括抑制轴支承部在铅直方向上的振动的水平多关节机器人和控制装置的机器人系统。
第二实施方式
图5和图6是本发明第二实施方式所涉及的图1所示的控制装置将惯性传感器信息反馈到速度控制部的比例控制的控制框图。
本实施方式所涉及的机器人系统1除了控制装置3的控制部3A的控制方法不同以外，均与上述第一实施方式的机器人系统1相同。需要注意的是，在以下的描述中，关于第二实施方式的机器人系统1，围绕与上述第一实施方式的不同点进行描述，对于同样的事项，则省略其描述。
接下来，使用图5和图6的控制框图，描述将由惯性传感器11检测到的角速度信息反馈到速度控制部的比例控制来减小轴支承部32的振动的控制方法。角速度信息的滤波处理方法有使用图5的惯性传感器信息处理部A和图6的惯性传感器信息处理部B这两种。
图5的控制部3A包括：用于控制使轴31进行直线移动的第三电机53的位置指令生成部101、位置控制部102、速度控制部103、电流控制部104以及惯性传感器信息处理部A105，该惯性传感器信息处理部A105对通过惯性传感器11检测出的角速度信息进行滤波处理并反馈到速度控制部的比例控制。
上述惯性传感器信息处理部A105包括惯性传感器11、LPF(低通滤波器)111、DC去除部112以及反馈增益Kgp乘法处理部。
在本实施方式中，上述惯性传感器11使用角速度传感器，将轴支承部32在铅直方向上的振动作为角速度的变化进行检测。
如果将这样构成的控制方法应用于驱动第三电机的控制，则可以减小轴支承部32在铅直方向上的振动。
接下来，使用图2描述通过如图5所述的控制方法减小轴支承部32在铅直方向上的振动的作用。
在轴支承部32相对于位移量D的坐标以+方向的速度向图2的上方位移的情况下，惯性传感器11检测出+方向的角速度Vs。在如图5所述的控制方法中，上述角速度Vs在LPF和DC去除部中进行了滤波处理后，乘以角速度反馈增益Kgp，并与速度控制部的比例控制相加，生成使第三电机53的速度在+方向上增加的速度指令。因此，当轴31在图2所示的Z坐标+方向上加速时，D-方向的反作用力作用在轴支承部32上，抑制轴支承部32在D+方向上的位移。
由于驱动上述轴31的反作用力作用在轴支承部32上，从而轴支承部32的角速度衰减，因此可以减小轴支承部32的振动。
另外，由于上述反作用力与使轴31同位置指令一致来进行驱动的控制相配合地被处理，因此可以与轴31的位置控制同时地减小轴支承部32的振动。
根据如图5所述的控制方法，由于将角速度信息反馈给速度控制部的比例控制部，并且改变速度指令而得到抑制轴支承部32在铅直方向上的振动的反作用力，因此控制的稳定性高，对于环境变化或干扰可以实现鲁棒控制。另外，可以一边控制轴31的位置，一边减小轴支承部32的振动。进而，DC去除部112仅去除角速度信息中包含的偏移分量，并不降低为减小轴支承部32的振动所需的低频区的角速度信息的质量，因此可以实现振动抑制效果高的控制。另外，即使偏移分量残留在从DC去除部112输出的角速度信息中，由于通过速度控制部的积分控制作为干扰而被消除，因此不会产生轴31的位置偏差。
接下来，在本发明的第二实施方式中，对使用惯性传感器信息处理部B的实施方式进行描述。
图6的特征在于，通过包括LPF111、BEF113、HPF114以及反馈增益Kgp乘法处理部的惯性传感器信息处理部B对惯性传感器信息进行滤波处理。
在本实施方式中，上述惯性传感器11使用角速度传感器，将轴支承部32在铅直方向上的振动作为角速度的变化进行检测，并输出角速度信息。
如果将这样构成的控制方法应用于驱动第三电机的控制，则可以减小轴支承部32在铅直方向上的振动。
根据如图6所述的控制方法的、减小轴支承部32在铅直方向上的振动的作用与使用惯性传感器信息处理部A的控制方法相同，因此省略。
根据如图6所述的惯性传感器信息处理部B106，由于可以使用BEF113来根据惯性传感器11的特性去除失谐噪声，因此可以使用特性不同的惯性传感器。另外，由于使用HPF114可以去除角速度信息中包含的时变的偏移分量，因此可以使用偏移的变化大的惯性传感器11。
需要指出，在本实施方式中示出了惯性传感器11使用角速度传感器的一个示例，但也可以使用对由加速度传感器检测出的加速度进行积分得到的速度信息。
以上，对在机器人系统1中，其特征在于控制部3A将由惯性传感器11检测出的角速度信息反馈到速度控制部的比例控制的控制方法的控制装置3的实施方式进行了描述。根据本实施方式，可以得到以下的效果。
本发明的实施方式所涉及的控制部具有：生成位置指令的位置指令生成部、基于上述位置指令生成速度指令的位置控制部、基于上述速度指令生成电流指令的速度控制部以及控制驱动上述电机的电流的电流控制部，并将上述惯性传感器的输出反馈到上述速度控制部的比例控制。
根据本实施方式，由于将惯性传感器的输出反馈到驱动使轴进行直线移动的电机的控制的速度控制部的比例控制，因此不易受到环境变化的影响，即使惯性传感器的输出中包含偏移，也不会产生位置偏差，可以减小轴支承部在铅直方向上的振动。
第三实施方式
图7是在本发明的第三实施方式所涉及的图1所示的控制装置3中，将惯性传感器信息反馈到速度指令的控制框图。
本实施方式所涉及的机器人系统1除了控制装置3的控制部3A的控制方法不同以外，均与上述第一实施方式的机器人系统1相同。需要注意的是，在以下的描述中，关于第三实施方式的机器人系统1，围绕与上述第一实施方式的不同点进行描述，并且对于同样的事项，省略其描述。
基于图7的控制框图，对将由惯性传感器11检测到的惯性传感器信息反馈到速度指令来减小轴支承部32在铅直方向上的振动的控制部3A的控制方法进行描述。
图7的控制部3A包括：用于控制使轴31进行直线移动的第三电机53的位置指令生成部101、位置控制部102、速度控制部103、电流控制部104以及惯性传感器信息处理部B106，该惯性传感器信息处理部B106对通过惯性传感器11检测出的角速度信息进行滤波处理并反馈到速度指令。
本发明的特征在于，将通过包括LPF111、BEF113、HPF114以及反馈增益Kgp乘法处理部的惯性传感器信息处理部B对惯性传感器信息进行滤波处理而得的角速度信息反馈到速度指令。
在本实施方式中，上述惯性传感器11使用角速度传感器，将轴支承部32在铅直方向上的振动作为角速度的变化进行检测，并输出角速度信息。
如果将这样构成的控制方法应用于驱动第三电机的控制，则可以减小轴支承部32在铅直方向上的振动。
根据如图7所述的控制方法的、减小轴支承部32在铅直方向上的振动的作用与第二实施方式的控制方法相同，因此省略。
根据如图7所述的惯性传感器信息处理部B106，由于可以使用BEF113来根据惯性传感器11的特性去除失谐噪声，因此可以提高控制的稳定性。另外，由于使用HPF114可以完全去除角速度信息中包含的时变的偏移分量，因此可以使用偏移的变化大的惯性传感器11。
需要指出，在本实施方式中示出了惯性传感器11使用角速度传感器的一个示例，但也可以使用对由加速度传感器检测出的加速度进行积分得到的速度信息。
以上，对在机器人系统1中，其特征在于控制部3A将由惯性传感器11检测出的角速度信息反馈到速度指令的控制方法的控制装置3的实施方式进行了描述。根据本实施方式，可以得到以下的效果。
本发明的实施方式所涉及的控制部具有：生成位置指令的位置指令生成部、基于上述位置指令生成速度指令的位置控制部、基于上述速度指令生成电流指令的速度控制部以及控制驱动上述电机的电流的电流控制部，并将上述惯性传感器的输出反馈到上述速度指令。
根据本实施方式，由于将惯性传感器的输出反馈到驱动使轴进行直线移动的电机的控制的速度指令，因此不易受到条件变化的影响，可以减小轴支承部在铅直方向上的振动。
第四实施方式
本发明的第四实施方式所涉及的控制装置3基于第二臂24的角度θ2调整角速度反馈增益Kgp。
本实施方式所涉及的如图1所述的机器人系统1的控制装置3具有提高减小轴支承部32在铅直方向上的振动的效果并使控制稳定的功能。需要注意的是，在以下的描述中，围绕与第一实施方式至第三实施方式的不同点进行描述，并且对于同样的事项，省略其描述。
在本实施方式所涉及的机器人系统1中，如图3至图7所示，控制部3A具有Kgp调整部122，该Kgp调整部122基于第二臂24相对于第一臂23的角度θ2而改变角速度反馈增益Kgp。当角度θ2发生变化时，轴支承部32相对于基座21的铅直方向刚性以及将第一臂23和第二臂24合在一起的绕轴支承部32的惯性发生变化。具体地，当第二臂弯曲而角度θ2增加时，上述刚性降低，上述惯性减少。因此，如果与角度θ2无关地固定了角速度反馈增益Kgp，则有可能控制不稳定、无法得到充分的减振效果。因此，本实施方式的控制装置3构成为根据角度θ2调整角速度反馈增益Kgp，解决了上述问题。
作为这种控制方法的一个示例，图9示出了第二臂的角度θ2与系数Rgj之间的关系的图表。图9的图表的纵轴是根据第二臂的角度θ2调整Kgp的系数Rgj。另外，将Rgj的下限值设为Rgjmin。另外，Rgj相对于第二臂的角度θ2的斜率以θ2＝0°为对称地由±Kgj来定义。根据基于图9的Rgj的调整方法，可以通过斜率Kgj和下限值Rgjmin这两种参数来调整相对于角度θ2的角速度反馈增益Kgp。
角速度反馈增益Kgp通过将根据图9求出的系数Rgj与Kgp的基准值Kgpb相乘的式(1)而求出。
Kgp＝Rgj×Kgpb···(1)
如上所述，在第二臂24相对于第一臂23伸展的姿势(θ2＝0)附近，由第一臂23和第二臂24构成的围绕轴支承部32的惯性大，并且轴支承部32相对于基座21的铅直方向刚性高，因此控制系统具有稳定的倾向。在这种情况下，可以增加Rgj来提高减小铅直方向的振动的效果。
另一方面，在第二臂24相对于第一臂23弯曲的姿势下，由第一臂23和第二臂24构成的惯性减少，轴支承部32相对于基座21的刚性下降，存在控制不稳定的倾向。在这种情况下，可以减小Rgj来提高控制的稳定性。
本发明的实施方式所涉及的控制部基于上述第二臂的角度调整将上述惯性传感器的输出反馈到上述电机的控制的增益。
根据本实施方式，通过配合因第二臂的角度的变化所引起的轴支承部的铅直方向刚性以及围绕轴支承部的惯性的变化来调整惯性传感器的输出的反馈增益，从而可以防止抑制轴支承部在铅直方向上的振动的控制的不稳定。
第五实施方式
本发明的第五实施方式所涉及的控制装置3基于工件的质量W来调整角速度反馈增益Kgp。
本实施方式所涉及的如图1所述的机器人系统1的控制装置3具有提高减小轴支承部32在铅直方向上的振动的效果并使控制稳定的功能。需要注意的是，在以下的描述中，围绕与第一实施方式至第三实施方式的不同点进行描述，并且对于同样的事项，省略其描述。
在本实施方式的机器人系统1中，如图3至图7所示，控制部3A具有Kgp调整部122，该Kgp调整部122基于工件的质量W改变角速度反馈增益Kgp。当工件的质量W发生变化时，随着轴31的驱动，作用于轴支承部32的反作用力的大小发生变化。具体地，在工件的质量W大的情况下，因轴31的驱动所引起的反作用力变大，因此与提高角速度反馈增益Kgp具有同样的影响。为此，如果不管工件的质量W而固定了角速度反馈增益Kgp，则有可能控制不稳定、无法得到充分的减振效果。因此，本实施方式的控制装置3构成为根据工件的质量W调整角速度反馈增益Kgp，解决了上述问题。
作为这种控制方法的一个示例，图10是示出标准化的工件的质量W与系数Rgw之间的关系的图表。图10的图表的纵轴是根据工件的质量W调整Kgp的系数Rgw。另外，将Rgw的下限值设为Rgwmin，将Rgw的上限值设为Rgwmax。另外，图表的横轴是标准化的工件的质量W。另外，将工件的质量W小于1时的图表的斜率定义为Kgw1，将工件的质量W大于1时的图表的斜率定义为Kgw2。根据基于图10的Rgw的调整方法，可以通过斜率Kgw1、Kgw2、Rgwmax和Rgwmin这四种参数来调整相对于工件的质量W的角速度反馈增益Kgp。
如上所述，在机器人系统1中，工件的质量W越大，则驱动轴31的反作用力越增加，所以与提高角速度反馈增益Kgp具有同等的影响，因此如图10所示，在工件的质量W大于1的区域中，通过斜率Kgw2使Rgw减少，从而可以将控制的稳定性保持为一定。此外，在工件的质量W小于1的区域中，通过斜率Kgw1使Rgw增加，从而可以提高减振效果。
角速度反馈增益Kgp通过将根据图10求出的系数Rgw与Kgp的基准值Kgpb相乘的式(2)而求出。
Kgp＝Rgw×Kgpb…(2)
如上所述，在机器人系统1中，由于工件的质量W越大，则反作用力越增加，因此控制存在不稳定的倾向。在这种情况下，如图10所示，可以降低Rgw来提高控制的稳定性。
如上所述，本发明的实施方式所涉及的控制部基于附加于上述轴的工件的质量调整将上述惯性传感器的输出反馈到上述电机的控制的增益。
根据本实施方式，通过配合工件的质量的变化来调整惯性传感器的输出的反馈增益，从而可以防止抑制轴支承部在铅直方向上的振动的控制的不稳定。
第六实施方式
本发明的第六实施方式所涉及的控制装置3基于轴位置Z来调整角速度反馈增益Kgp。
本实施方式所涉及的如图1所述的机器人系统1的控制装置3具有提高减小轴支承部32在铅直方向上的振动的效果并使控制稳定的功能。需要注意的是，在以下的描述中，围绕与第一实施方式至第三实施方式的不同点进行描述，并且对于同样的事项，省略其描述。
在本实施方式的机器人系统1中，如图3至图7所示，控制部3A具有Kgp调整部122，该Kgp调整部122基于轴位置Z改变角速度反馈增益Kgp。当轴位置Z发生变化时，轴31的弯曲模式的共振频率发生变化。具体地，当降低轴31时，轴31的弯曲模式的共振频率下降，有时会与减小铅直方向振动的控制相干涉而使控制不稳定。因此，本实施方式的控制装置3构成为根据轴位置Z改变角速度反馈增益Kgp，解决了上述问题。
作为这种控制方法的一个示例，图11示出轴位置Z与系数Rgz之间的关系的图表。图11的图表的纵轴是系数Rgz，最大值为1，最小值设为Rgzmin。另外，图表的横轴表示轴位置Z。另外，系数Rgz相对于Z位置的斜率用Kgz表示。根据基于图11的Rgz的调整方法，可以通过最小值Rgzmin和系数Rgz这两种参数来调整相对于轴位置Z的角速度反馈增益Kgp。
角速度反馈增益Kgp通过将根据图11求出的系数Rgz与Kgp的基准值Kgpb相乘的式(3)而求出。
Kgp＝Rgz×Kgpb…(3)
如上所述，在机器人系统1中，轴位置Z越下降，则轴的弯曲模式的共振频率越下降，控制具有不稳定的倾向。在这种情况下，如图11所示，可以降低Rgz来提高控制的稳定性。
如上所述，本发明的实施方式所涉及的控制部基于上述直线移动的位置调整将上述惯性传感器的输出反馈到上述电机的控制的增益。
根据本实施方式，配合轴的直线移动的位置来调整惯性传感器的输出的反馈增益，从而可以防止抑制轴支承部在铅直方向上的振动的控制的不稳定。
第七实施方式
本发明的第七实施方式所涉及的控制装置3基于第二臂24的角度θ2调整LPF截止频率Flpf。
在本实施方式所涉及的如图1所述的机器人系统1的控制装置3中，具有提高减小轴支承部32在铅直方向上的振动的效果并使控制稳定的功能。需要注意的是，在以下的描述中，围绕与第一实施方式至第三实施方式的不同点进行描述，并且对于同样的事项，省略其描述。
在本实施方式的机器人系统1中，如图3至图7所示，控制部3A具有Flpf调整部121，该Flpf调整部121基于第二臂24相对于第一臂23的角度θ2而改变LPF截止频率Flpf。当角度θ2发生变化时，轴支承部32相对于基座21的铅直方向刚性以及围绕将第一臂23和第二臂24合在一起的轴支承部32的惯性发生变化。具体地，当第二臂弯曲而角度θ2增加时，上述刚性降低，上述惯性减少。因此，如果与角度θ2无关地固定了LPF截止频率Flpf，则有可能控制不稳定、无法得到充分的减振效果。因此，本实施方式的控制装置3构成为根据角度θ2调整LPF截止频率Flpf，解决了上述问题。
作为这种控制方法的一个示例，图12示出了第二臂的角度θ2与系数Rfj之间的关系的图表。图12的图表的纵轴是根据θ2调整Flpf的系数Rfj。另外，将Rfj的下限值设为Rfjmin。另外，Rfj相对于第二臂的角度θ2的斜率以θ2＝0°为对称地由±Kfj来定义。根据基于图12的Rfj的调整方法，可以通过斜率Kfj和下限值Rfjmin这两种参数针对角度θ2调整LPF截止频率Flpf。
LPF截止频率Flpf通过将根据图12求出的系数Rfj与Flpf的基准值Flpfb相乘的式(4)而求出。
F1pf＝Rfj×Flpfb…(4)
如上所述，在第二臂24相对于第一臂23伸展的姿势(θ2＝0)附近，由第一臂23和第二臂24构成的围绕轴支承部32的惯性大，并且轴支承部32相对于基座21的铅直方向刚性高，因此控制系统具有稳定的倾向。在这种情况下，可以增大Flpf来提高减小铅直方向的振动的效果。
另一方面，在第二臂24相对于第一臂23弯曲的姿势下，由第一臂23和第二臂24构成的惯性减少，轴支承32相对于基座21的刚性下降，存在控制不稳定的倾向。在这种情况下，可以减小Flpf来提高控制的稳定性。
如上所述，本发明的实施方式所涉及的控制部基于上述第二臂的角度调整上述低通滤波器的截止频率。
根据本实施方式，通过配合第二臂的角度调整低通滤波器的截止频率，从而可以防止抑制轴支承部在铅直方向上的振动的控制的不稳定。
第八实施方式
在图13中，本发明的第八实施方式所涉及的控制装置3基于工件的质量W调整LPF截止频率Flpf。
本实施方式所涉及的如图1所述的机器人系统1的控制装置3具有提高减小轴支承部32在铅直方向上的振动的效果并使控制稳定的功能。需要注意的是，在以下的描述中，围绕与第一实施方式至第三实施方式的不同点进行描述，并且对于同样的事项，省略其描述。
在本实施方式的机器人系统1中，如图3至图7所示，控制部3A具有Flpf调整部121，该Flpf调整部121基于工件的质量W改变LPF截止频率Flpf。当工件的质量W发生变化时，轴31的弯曲模式的共振频率会发生变化，有时会与减小轴支承部32在铅直方向上的振动的控制相干涉。为此，如果不管工件的质量W而固定了LPF截止频率Flpf，则有可能控制不稳定、无法得到充分的减振效果。因此，本实施方式的控制装置3构成为根据工件的质量W改变LPF截止频率Flpf，解决了上述问题。
作为这种控制方法的一个示例，图13是示出标准化的工件的质量W与系数Rfw之间的关系的图表。图13的图表的纵轴是根据工件的质量W调整Flpf的系数Rfw。另外，将Rfw的下限值设为Rfwmin，将Rfw的上限值设为Rfwmax。另外，图表的横轴为工件的质量W。另外，将工件的质量W小于1时的图表的斜率定义为Kfw1，将工件的质量W大于1时的图表的斜率定义为Kfw2。根据基于图13的Rfw的调整方法，可以通过斜率Kfwl、Kfw2、Rfwmax和Rfwmin这四种参数针对工件的质量W调整LPF截止频率Flpf。
如上所述，在机器人系统1中，工件的质量W越大，则轴31的弯曲模式的共振频率越发降低，有时会与减小铅直方向振动的控制相干涉而使控制不稳定，因此如图13所示，在工件的质量W大于1的区域中，通过Kfw2使Rfw减少，从而可以将控制的稳定性保持为一定。此外，在工件的质量W小于1的区域中，通过斜率Kfwl使Fjw增加，从而可以提高减振效果。
LPF截止频率Flpf通过将根据图13求出的系数Rfw与Flpf的基准值Flpfb相乘的式(5)而求出。
Flpf＝Rfw×F1pfb…(5)
如上所述，工件的质量W越大，则轴31的弯曲模式的共振频率越发降低，有时会使减小铅直方向振动的控制不稳定。在这种情况下，可以降低Flpf来使控制稳定。
如上所述，本发明的实施方式所涉及的控制部基于附加于上述轴的工件的质量调整上述低通滤波器的截止频率。
根据本实施方式，通过配合工件的质量来调整低通滤波器的截止频率，从而可以防止抑制轴支承部在铅直方向上的振动的控制不稳定。
第九实施方式
本发明的第九实施方式所涉及的控制装置3基于轴位置Z调整LPF截止频率Flpf。
本实施方式所涉及的如图1所述的机器人系统1的控制装置3中具有提高减小轴支承部32在铅直方向上的振动的效果并使控制稳定的功能。需要注意的是，在以下的描述中，围绕与第一实施方式至第三实施方式的不同点进行描述，并且对于同样的事项，省略其描述。
在本实施方式的机器人系统1中，如图3至图7所示，控制部3A具有Flpf调整部121，该Flpf调整部121基于轴位置Z改变LPF截止频率Flpf。当轴位置Z发生变化时，轴31的弯曲模式的共振频率发生变化。具体地，当降低轴31时，上述弯曲模式的共振频率下降，有时会与减小铅直方向振动的控制相干涉而使控制不稳定。因此，本实施方式的控制装置3构成为根据轴位置Z改变LPF截止频率Flpf，解决了上述问题。
作为这种控制方法的一个示例，图14示出轴位置Z与根据轴位置Z调整Flpf的系数Rfz之间的关系的图表。图14的图表的纵轴是系数Rfz，最大值为1，最小值设为Rfzmin。另外，图表的横轴表示轴位置Z。另外，系数Rfz相对于Z位置的斜率用Kfz表示。根据基于图14的Rfz的调整方法，可以通过最小值Rfzmin和斜率Kfz这两种参数来调整相对于轴位置Z的LPF截止频率Flpf。
LPF截止频率Flpf通过将根据图14求出的系数Rfz与Flpf的基准值Flpfb相乘的式(6)而求出。
Flpf＝Rfz×Flpfb…(6)
如上所述，在机器人系统1中，轴位置Z越下降，则轴的弯曲模式的共振频率越下降，控制具有不稳定的倾向。在这种情况下，如图14所示，可以降低Rfz来提高控制的稳定性。
如上所述，本发明的实施方式所涉及的控制部基于上述直线移动的位置调整上述低通滤波器的截止频率。
根据本实施方式，通过配合直线移动的位置来调整低通滤波器的截止频率，从而可以防止抑制轴支承部在铅直方向上的振动的控制的不稳定。

Claims (35)

1.一种机器人系统，其特征在于，具备水平多关节机器人和控制装置，所述水平多关节机器人具备：基座；第一臂，相对于所述基座以第一轴为中心转动；第二臂，相对于所述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于所述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动所述轴的直线移动；以及惯性传感器，设置于所述第二臂，
所述控制装置将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制来驱动所述电机。
2.一种机器人系统，其特征在于，具备水平多关节机器人和控制装置，所述水平多关节机器人具备：基座；第一臂，相对于所述基座以第一轴为中心转动；第二臂，相对于所述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于所述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动所述轴的直线移动；以及惯性传感器，设置于所述第二臂，
所述控制装置基于所述惯性传感器的输出调整所述轴的动作，从而降低所述轴在轴方向上的振动。
3.一种机器人系统，其特征在于，具备水平多关节机器人和控制装置，所述水平多关节机器人具备：基座；第一臂，相对于所述基座以第一轴为中心转动；第二臂，相对于所述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于所述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动所述轴的直线移动；以及惯性传感器，设置于所述第二臂，
所述惯性传感器是角速度传感器，配置成检测围绕与包含所述第二轴和所述第三轴的平面交叉的角速度检测轴的角速度，所述控制装置将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制来驱动所述电机。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置具有：位置指令生成部，生成位置指令；位置控制部，基于所述位置指令生成速度指令；速度控制部，基于所述速度指令生成电流指令；以及电流控制部，控制驱动所述电机的电流，所述控制装置将所述惯性传感器的输出反馈到所述电流指令。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置具有：位置指令生成部，生成位置指令；位置控制部，基于所述位置指令生成速度指令；速度控制部，基于所述速度指令生成电流指令；以及电流控制部，控制驱动所述电机的电流，所述控制装置将所述惯性传感器的输出反馈到所述速度控制部的比例控制。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置具有：位置指令生成部，生成位置指令；位置控制部，基于所述位置指令生成速度指令；速度控制部，基于所述速度指令生成电流指令；以及电流控制部，控制驱动所述电机的电流，所述控制装置将所述惯性传感器的输出反馈到所述速度指令。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置通过低通滤波器去除所述惯性传感器的输出中包含的噪声。
8.根据权利要求7所述的机器人系统，其特征在于，
所述低通滤波器的截止频率为20Hz以上且200Hz以下。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置通过带阻滤波器去除所述惯性传感器的输出中包含的失谐噪声。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置通过移动平均求出所述惯性传感器的输出中包含的偏移分量，并从所述惯性传感器的输出中去除所述偏移分量。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置通过高通滤波器去除所述惯性传感器的输出中包含的偏移分量。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置基于所述第二臂的角度调整将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制的增益。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置基于附加于所述轴的工件的质量调整将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制的增益。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置基于所述直线移动的位置调整将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制的增益。
15.根据权利要求7所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置基于所述第二臂的角度调整所述低通滤波器的截止频率。
16.根据权利要求7所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置基于附加于所述轴的工件的质量调整所述低通滤波器的截止频率。
17.根据权利要求7所述的机器人系统，其特征在于，
所述控制装置基于所述直线移动的位置调整所述低通滤波器的截止频率。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述惯性传感器设置于所述第二臂的轴的附近。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述惯性传感器设置于所述电机和所述轴之间的位置。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所设置的所述惯性传感器的上表面在铅垂方向上的高度低于所设置的所述电机的上表面在铅垂方向上的高度。
21.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述第二臂具备同步带，所述同步带配置于比所述惯性传感器更靠铅垂方向下侧。
22.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述惯性传感器配置为悬浮于所述第二臂的下表面。
23.根据权利要求12中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述增益通过将所述第二臂的角速度反馈增益的基准值与根据所述第二臂的角度调整所述角速度反馈增益的系数相乘而求出，在所述第二臂相对于所述第一臂伸展的姿势的情况下，使所述系数变大。
24.根据权利要求13中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述增益通过将所述第二臂的角速度反馈增益的基准值与根据所述工件的质量调整所述角速度反馈增益的系数相乘而求出，所述工件的质量越大，使所述系数越小。
25.根据权利要求14中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述增益通过将所述第二臂的角速度反馈增益的基准值与根据所述直线移动的位置调整所述角速度反馈增益的系数相乘而求出，在所述直线移动的位置越靠下，使所述系数越小。
26.根据权利要求15中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述截止频率通过将基准值与相对于所述第二臂的角度调整所述截止频率的系数相乘而求出，在所述第二臂相对于所述第一臂伸展的姿势的情况下，使所述系数变大。
27.根据权利要求16中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述截止频率通过将基准值与相对于所述工件的质量调整所述截止频率的系数相乘而求出，所述工件的质量越大，使所述系数越小。
28.根据权利要求17中任一项所述的机器人系统，其特征在于，
所述截止频率通过将基准值与相对于所述直线移动的位置调整所述截止频率的系数相乘而求出，在所述直线移动的位置越靠下，使所述系数越小。
29.一种水平多关节机器人，其特征在于，具备：
基座；第一臂，相对于所述基座以第一轴为中心转动；第二臂，相对于所述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于所述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动所述轴的直线移动；以及惯性传感器，设置于所述第二臂，
所述水平多关节机器人内置有控制装置，所述控制装置将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制来驱动所述电机。
30.一种水平多关节机器人，其特征在于，具备：
所述水平多关节机器人具备：基座；第一臂，相对于所述基座以第一轴为中心转动；第二臂，相对于所述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于所述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动所述轴的直线移动；以及惯性传感器，设置于所述第二臂，
所述水平多关节机器人内置有控制装置，所述控制装置基于所述惯性传感器的输出调整所述轴的动作，从而降低所述轴在轴方向上的振动。
31.一种水平多关节机器人，其特征在于，具备：
所述水平多关节机器人具备：基座；第一臂，相对于所述基座以第一轴为中心转动；第二臂，相对于所述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于所述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动所述轴的直线移动；以及惯性传感器，设置于所述第二臂，
所述惯性传感器是角速度传感器，配置成检测围绕与包含所述第二轴和所述第三轴的平面交叉的角速度检测轴的角速度，所述水平多关节机器人内置有控制装置，所述控制装置将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制来驱动所述电机。
32.一种控制方法，其特征在于，用于控制权利要求29至31中任一项的所述水平多关节机器人，所述控制方法包括：
生成位置指令；
基于所述位置指令生成速度指令；
基于所述速度指令生成电流指令；
控制驱动所述电机的电流；以及
将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制，并驱动所述电机。
33.一种水平多关节机器人的控制方法，其特征在于，
所述水平多关节机器人具备：基座；第一臂，相对于所述基座以第一轴为中心转动；第二臂，相对于所述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于所述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动所述轴的直线移动；以及惯性传感器，设置于所述第二臂，
在所述控制方法中，将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制来驱动所述电机。
34.一种水平多关节机器人的控制方法，其特征在于，
所述水平多关节机器人具备：基座；第一臂，相对于所述基座以第一轴为中心转动；第二臂，相对于所述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于所述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动所述轴的直线移动；以及惯性传感器，设置于所述第二臂，
在所述控制方法中，基于所述惯性传感器的输出调整所述轴的动作，从而降低所述轴在轴方向上的振动。
35.一种水平多关节机器人的控制方法，其特征在于，
所述水平多关节机器人具备：基座；第一臂，相对于所述基座以第一轴为中心转动；第二臂，相对于所述第一臂以第二轴为中心转动；轴，设置于所述第二臂，并在第三轴的方向上进行直线移动；电机，驱动所述轴的直线移动；以及惯性传感器，设置于所述第二臂，
所述惯性传感器是角速度传感器，配置成检测围绕与包含所述第二轴和所述第三轴的平面交叉的角速度检测轴的角速度，在所述控制方法中，将所述惯性传感器的输出反馈到所述电机的控制来驱动所述电机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111590558B (zh) * 2020-02-05 2022-06-14 季华实验室 机器人振动抑制方法、装置、终端及存储介质
JP2023079111A (ja) * 2021-11-26 2023-06-07 セイコーエプソン株式会社 ロボットアームおよびロボットシステム
CN115674208B (zh) * 2022-12-30 2023-05-26 广东隆崎机器人有限公司 一种机器人振动抑制装置、控制方法及其机器人
KR102607487B1 (ko) * 2023-03-29 2023-11-29 주식회사 아임토리 로봇팔의 노이즈 제거 방법 및 장치

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3883544B2 (ja) * 2004-02-27 2007-02-21 株式会社東芝 ロボット制御装置およびロボットの制御方法
JP5444875B2 (ja) * 2009-06-24 2014-03-19 セイコーエプソン株式会社 ロボット制御装置
JP5682314B2 (ja) * 2011-01-06 2015-03-11 セイコーエプソン株式会社 ロボット
JP5817142B2 (ja) * 2011-02-22 2015-11-18 セイコーエプソン株式会社 水平多関節ロボット
JP5821210B2 (ja) * 2011-02-22 2015-11-24 セイコーエプソン株式会社 水平多関節ロボット及び水平多関節ロボットの制御方法
US8886359B2 (en) * 2011-05-17 2014-11-11 Fanuc Corporation Robot and spot welding robot with learning control function
JP5874260B2 (ja) * 2011-09-14 2016-03-02 セイコーエプソン株式会社 ロボット装置
JP2013066954A (ja) * 2011-09-21 2013-04-18 Seiko Epson Corp ロボット及びロボットの制御方法
JP5409844B2 (ja) * 2012-05-30 2014-02-05 株式会社神戸製鋼所 多関節ロボットの軌跡制御装置および制御方法
JP6111562B2 (ja) * 2012-08-31 2017-04-12 セイコーエプソン株式会社 ロボット
JPWO2015019495A1 (ja) * 2013-08-09 2017-03-02 株式会社安川電機 モータ駆動システムおよびモータ制御装置
JP2015104789A (ja) * 2013-12-02 2015-06-08 セイコーエプソン株式会社 ロボット
JP6834123B2 (ja) 2015-09-17 2021-02-24 株式会社デンソーウェーブ ロボット制御装置
JP6137379B2 (ja) * 2016-04-25 2017-05-31 セイコーエプソン株式会社 ロボット装置

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