CN118046378A - 机器人的控制方法以及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供机器人的控制方法以及机器人系统，能够减少输送中的工件的振动。一种机器人的控制方法，为具有机械臂、工具以及配置于所述机械臂与所述工具之间的力检测部的机器人的控制方法，所述机器人的控制方法包括：移动工序，用所述工具保持至少一部分相对于所述工具位移的工件，并使所述机械臂动作而使所述工件向第一方向移动；力检测工序，检测在所述移动中所述机器人的控制点受到的力；以及控制工序，对所述机械臂的驱动进行力控制，以使检测到的所述力成为目标力。

Description

机器人的控制方法以及机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人的控制方法以及机器人系统。

背景技术

在使用机器人的生产现场中，为了实现生产效率的提高，要求将机器人的动作提速来缩短节拍时间。然而，当将机器人的动作提速某种程度以上时，会因减速器的变形、机械臂的刚性不足等导致在动作过程中的机器人的前端部产生振动。

作为抑制机器人的振动的技术，例如已知专利文献1所记载的机器人系统。在该机器人系统中，使用机器学习来抑制机器人的振动。具体而言，基于作为学习控制的对象的动作程序实际地驱动机器人，获取此时的传感器检测值的时间序列数据以及针对机器人的伺服电机的位置指令值的时间序列数据。另外，根据这两数据求得机器人的振动量的时间序列数据，并根据该数据求得振动校正量。然后，基于求出的振动校正量校正动作程序。

专利文献1：日本特开2018-118353号公报

然而，在专利文献1的机器人系统中，需要事先求得振动校正量，存在若非所定下的工件以及所定下的动作则不能抑制振动的问题。

发明内容

本发明的机器人的控制方法是具有机械臂、工具以及配置于所述机械臂与所述工具之间的力检测部的机器人的控制方法，包括：移动工序，用所述工具保持至少一部分相对于所述工具位移的工件，并使所述机械臂动作而使所述工件向第一方向移动；力检测工序，检测在所述移动中所述机器人的控制点受到的力；以及控制工序，对所述机械臂的驱动进行力控制，以使检测到的所述力成为目标力。

本发明的机器人系统具有机器人和控制装置，所述机器人具有机械臂、工具以及配置于所述机械臂与所述工具之间的力检测部，所述控制装置对所述机器人的驱动进行控制，所述控制装置执行：移动工序，用所述工具保持至少一部分相对于所述工具位移的工件，并使所述机械臂动作而使所述工件向第一方向移动；力检测工序，检测在所述移动中所述机器人的控制点受到的力；以及控制工序，对所述机械臂的驱动进行力控制，以使检测到的所述力成为目标力。

附图说明

图1是第一实施方式涉及的机器人系统的构成图。

图2是示出工件以及移动时的工件的位移的图。

图3是控制装置的区块部。

图4是示出机器人的控制方法的流程图。

图5是示出第二实施方式涉及的工件以及移动时的工件的位移的图。

图6是示出第三实施方式涉及的工件以及移动时的工件的位移的图。

图7是示出第四实施方式涉及的工件的图。

图8是示出第四实施方式涉及的机器人的控制方法的流程图。

图9是示出作业工序的一例的图。

附图标记说明

1：机器人系统、2：机器人、21：底座、22：机械臂、221：臂、222：臂、223：臂、224：臂、225：臂、226：臂、23：工具、231：勾挂部、24：力传感器、3：控制装置、31：力控制部、311：力检测部、312：力控制校正量计算部、33：指令整合部、331：反馈控制部、332：力控制校正量相加部、9：喷涂装置、A：第一方向、Da：旋转角、Dc：操作量、Dt：目标角、E：编码器、F0：力、F1：力、F2：力、Fref：目标力、J1：关节、J2：关节、J3：关节、J4：关节、J5：关节、J6：关节、Jg：水平轴、M：电机、Pref：目标位置、Ptt：指令位置、Q：对象物、S1：移动工序、S11：步骤、S12：步骤、S2：力检测工序、S21：步骤、S3：控制工序、S31：步骤、S32：步骤、S33：步骤、S34：步骤、S4：作业工序、TCP：工具中心点、U1：第一转换部、U2：第二转换部、U3：第三转换部、W：工件、W1：工件主体、W11：箱体、W12：把持部、W3：托盘、W41：作业对象物、W42：钩、ΔP：力控制校正量、ΔP1：力控制校正量。

具体实施方式

以下，基于附图所示的实施方式详细地对本发明的机器人的控制方法以及机器人系统进行说明。

第一实施方式

图1是第一实施方式涉及的机器人系统的构成图。图2是示出工件以及移动时的工件的位移的图。图3是控制装置的区块部。图4是示出机器人的控制方法的流程图。

图1所示的机器人系统1具有保持工件W的机器人2以及对机器人2的驱动进行控制的控制装置3。

机器人2是具有六个驱动轴的六轴垂直多关节机器人。机器人2具有：底座21；机械臂22，转动自如地与底座21连结；工具23，安装于机械臂22的前端；以及作为力检测部的力传感器24，配置于机械臂22与工具23之间。

另外，机械臂22是转动自如地连结有六条臂221、222、223、224、225、226的机械手臂，具备六个关节J1、J2、J3、J4、J5、J6。在这六个关节J1～J6中，关节J2、J3、J5为弯曲关节，关节J1、J4、J6为扭转关节。

在关节J1、J2、J3、J4、J5、J6分别设置有电机M与编码器E。控制装置3在机器人系统1的运转期间对各关节J1～J6执行使编码器E的输出所示的关节J1～J6的旋转角度与目标位置Pref一致的反馈控制。由此，能够在期望的轨道上输送通过工具23所把持的工件W。

另外，工具23是保持工件W的构成，具有钩状的勾挂部231。这样的工具23能够通过将工件W勾挂于勾挂部231来保持工件W。不过，只要能够保持工件W，则工具23的构成不被特别地限定。

另外，力传感器24是六轴力传感器，该六轴力传感器具有相互正交的三个检测轴，并能够分别独立地对沿着各检测轴的平移力(轴力)以及绕各检测轴的旋转力(转矩)进行检测。

另外，对机器人2设定有将底座21设定为坐标系的基准位置的机器人坐标系、将作为控制点的工具中心点(以下也称为“TCP”。)设定为坐标系的基准位置的工具坐标系以及将力传感器24设定为坐标系的基准位置的传感器坐标系。需要指出，TCP是设定于工具23的基准点，能够由用户任意地进行设定。

以上，对机器人2进行了说明，但机器人2的构成不被特别地限定。例如也可以是SCARA机器人(水平多关节机器人)、具备两条上述机械臂22的双臂机器人等。另外，也可以是底座21未被固定的自走式的机器人。

工件W在被工具23所保持的状态下，至少一部分相对于工具23位移。因此，在由机器人2输送工件W时，工件W主要因惯性力而振动。当工件W在输送中振动时，有可能该振动向机器人2传递而导致机器人2的驱动变得不稳定。另外，也有可能在工件W的振动停止之前都无法进入下一作业，节拍时间变长。另外，例如，当在工件W载置有对象物Q那样的情况下，也有可能使对象物Q因工件W的振动而从工件W掉落。因此，控制装置3使用力控制对机器人2的驱动进行控制，以便减小输送中的工件W的振动而解决上述问题。需要指出，对于控制装置3的构成、控制方法将在后叙述。

本实施方式的工件W具有工件主体W1以及对象物Q，该工件主体W1具备箱体W11以及安装于箱体W11的把持部W12，该对象物Q载置于工件主体W1。这样的工件W通过使把持部W12勾挂于勾挂部231而被工具23所保持。在把持部W12勾挂于勾挂部231的状态下，工件W能够相对于工具23像摆那样进行摇摆。另外，箱体W11呈架子状，在箱体W11内载置有多个对象物Q。因此，例如，如图2所示，当使机器人2动作而将工件W向第一方向A输送时，工件W绕与第一方向A正交的水平轴Jg摇摆。因此，如前所述，有可能使机器人2的驱动变得不稳定、或节拍时间变长、或对象物Q掉落。

控制装置3对机器人2的驱动进行控制。控制装置3例如由计算机构成，具有：处理器(CPU)，处理信息；存储器，可通信地与处理器连接；以及外部接口，进行与外部装置的连接。在存储器中保存有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所存储的程序等。

为了减小输送工件W时的振动，这样的控制装置3使用力控制对机器人2的驱动进行控制。如图3所示，控制装置3具有力控制部31以及指令整合部33。

控制装置3具有第一转换部U1，该第一转换部U1将各电机M的旋转角、也就是根据各编码器E的输出信号导出的各关节J1～J6的旋转角与机器人坐标系中的TCP的位置及姿势(以下也简称为“位置姿势”。)相互转换。第一转换部U1能够将机器人坐标系中的TCP的位置转换为各电机M的旋转角，相反地，能够将各电机M的旋转角转换为机器人坐标系中的TCP的位置。

另外，控制装置3具有第二转换部U2，该第二转换部U2基于传感器坐标系与工具坐标系的对应关系，将由力传感器24检测的力F0转换为工具坐标系中的力、也就是作用于TCP的力F1。第二转换部U2能够计算力F1的力分量以及力F1的转矩分量。

力控制部31具有力检测部311、力控制校正量计算部312以及第三转换部U3。力控制部31具有将作用于TCP的力F1控制为规定的目标力Fref的功能。具体而言，力控制部31计算对目标位置Pref进行校正以使力F1成为目标力Fref的力控制校正量ΔP，并输出到指令整合部33。

力检测部311基于来自力传感器24的输出来检测作用于TCP的力F2。具体而言，力检测部311对经由第二转换部U2从力传感器24获取的力F1实施去除由重力引起的分量的重力补偿，来检测不具有重力的影响的作用于TCP的力F2。

这里，在本实施方式中，力检测部311检测绕与工件W的移动方向即第一方向A正交的水平轴Jg的转矩作为力F2。工件W因惯性力而在向第一方向A的移动中特别容易绕水平轴Jg摇摆。因此，通过检测绕水平轴Jg的转矩，能够更为有效地减小移动中的工件W的振动。需要指出，关于工件W的移动方向，例如能够从动作程序获取。

力控制校正量计算部312根据目标力Fref与力F2计算对目标位置Pref进行校正以使力F2成为目标力Fref的力控制校正量ΔP。力控制校正量ΔP意指，在TCP受到机械阻抗的情况下，为了消除目标力Fref与力F2的力偏差(＝Fref-F2)，TCP应从位置移动的量。力控制校正量计算部312例如通过利用各电机M实现假想的机械阻抗的阻抗控制来计算力控制校正量ΔP。

这里，作为目标力Fref，不被特别地限定，但越小越能够减小移动中的工件W的振动。因此，在本实施方式中，目标力Fref被设定为0(零)。由此，能够更为有效地减小移动中的工件W的振动。

第三转换部U3基于工具坐标系与机器人坐标系的对应关系，将力控制校正量ΔP转换为机器人坐标系中的力控制校正量ΔP1。

指令整合部33具有反馈控制部331、前述的第一转换部U1与第二转换部U2以及力控制校正量相加部332。指令整合部33将目标位置Pref与由力控制部31计算出的力控制校正量ΔP1整合。指令整合部33将操作量输出到机器人2，以达到与整合后的控制指令相应的目标值。

力控制校正量相加部332将力控制校正量ΔP1与目标位置Pref相加，并计算各电机M的指令位置Ptt。指令位置Ptt意指机器人坐标系中的最终的TCP的目标值。第一转换部U1将机器人坐标系中的指令位置Ptt转换为各电机M的目标角Dt。

反馈控制部331进行将各电机M的实际的旋转角Da作为控制量控制为目标角Dt的反馈控制。反馈控制部331从各编码器E的输出获取旋转角Da。反馈控制部331根据旋转角Da、目标角Dt计算操作量Dc，并对各电机M进行控制。

以上，对控制装置3进行了说明。接着，参照图4所示的流程图对机器人的控制方法进行说明。机器人的控制方法包括：移动工序S1，驱动机械臂22而使工件W向第一方向A移动；力检测工序S2，检测在向第一方向A的移动中TCP受到的力F2；以及控制工序S3，对机械臂22的驱动进行控制，以使检测到的力F2成为目标力Fref。需要指出，力检测工序S2以及控制工序S3在移动工序S1中进行。

移动工序S1

在移动工序S1中，作为步骤S11，控制装置3使机械臂22动作，使TCP朝向目标位置Pref移动。由此，TCP开始向目标位置Pref移动。接着，作为步骤S12，控制装置3判定TCP是否到达目标位置Pref。控制装置3在TCP到达目标位置Pref的情况下结束机器人2的控制，在TCP未到达目标位置Pref的情况下转移到力检测工序S2。

力检测工序S2

在力检测工序S2中，作为步骤S21，控制装置3在从TCP开始向目标位置Pref移动起到TCP到达目标位置Pref为止的期间，基于由力传感器24检测的力F0以规定的周期计算力F2。

控制工序S3

在控制工序S3中，作为步骤S31，控制装置3基于力F2与目标力Fref计算力控制校正量ΔP。接着，作为步骤S32，控制装置3将力控制校正量ΔP转换为机器人坐标系来计算力控制校正量ΔP1。接着，作为步骤S33，控制装置3基于力控制校正量ΔP1与目标位置Pref来计算各电机M的指令位置Ptt。接着，作为步骤S34，控制装置3基于指令位置Ptt对机器人2的驱动进行控制。

根据这样的控制方法，能够有效地减小向目标位置Pref移动中的工件W的振动。因此，向目标位置Pref移动中的机器人2的驱动稳定。另外，在完成了向目标位置Pref的移动之后，能够迅速进入下一作业。因此，能够缩短节拍时间，生产率提高。另外，还能够抑制向目标位置Pref移动中的对象物Q的掉落，还能够有效地抑制作业错误的发生。特别是，根据上述控制方法，不需要事先求得校正量，不管是怎样的工件W并且不管是怎样的动作都能够减小移动中的工件W的振动。因此，成为容易且便利性高的机器人的控制方法。

如上所述，本实施方式的机器人的控制方法是具有机械臂22、工具23以及力传感器24的机器人2的控制方法，其中，力传感器24为配置于机械臂22与工具23之间的力检测部，本实施方式的机器人的控制方法包括：移动工序S1，用工具23保持至少一部分相对于工具23位移的工件W，并使机械臂22动作而使工件W向第一方向A移动；力检测工序S2，检测在移动中控制点受到的力；以及控制工序S3，对机械臂22的驱动进行力控制，以使检测到的力成为目标力Fref。

由此，能够有效地减小移动中的工件W的振动。因此，向目标位置Pref移动中的机器人2的驱动稳定。另外，在完成了向目标位置Pref的移动之后，能够迅速进入下一作业。因此，能够缩短节拍时间，生产率提高。另外，还能够抑制向目标位置Pref移动中的对象物Q的掉落，还能够有效地抑制作业错误的发生。特别是，根据上述控制方法，不需要事先求得校正量，不管是怎样的工件W并且不管是怎样的动作都能够减小移动中的工件W的振动。因此，成为容易且便利性高的机器人的控制方法。

另外，如前所述，目标力Fref为零。由此，能够更为有效地减小移动中的工件W的振动。

另外，如前所述，在力检测工序S2中，检测绕与第一方向A正交的水平轴Jg的转矩作为力F2。在向第一方向A的移动中，工件W容易绕水平轴Jg摇摆。因而，通过检测绕水平轴Jg的转矩作为力F2，能够更为有效地减小移动中的工件W的振动。

另外，如前所述，第一方向A为水平方向。由此，工件W变得更为容易振动，上述力控制的效果变得更为显著。

另外，如前所述，机器人系统1具有机器人2以及对机器人2的驱动进行控制的控制装置3，该机器人2具有机械臂22、工具23以及力传感器24，其中，力传感器24为配置于机械臂22与工具23之间的力检测部。另外，控制装置3执行：移动工序S1，用工具23保持至少一部分相对于工具23位移的工件W，并使机械臂22动作而使工件W向第一方向A移动；力检测工序S2，检测在移动中控制点受到的力；以及控制工序S3，对机械臂22的驱动进行力控制，以使检测到的力成为目标力Fref。

由此，能够有效地减小移动中的工件W的振动。因此，向目标位置Pref移动中的机器人2的驱动稳定。另外，在完成了向目标位置Pref的移动之后，能够迅速进入下一作业。因此，能够缩短节拍时间，生产率提高。另外，还能够抑制向目标位置Pref移动中的对象物Q的掉落，还能够有效地抑制作业错误的发生。特别是，根据上述机器人系统1，不需要事先求得校正量，不管是怎样的工件W并且不管是怎样的动作都能够减小移动中的工件W的振动。因此，成为容易且便利性高的机器人系统1。

第二实施方式

图5是示出第二实施方式涉及的工件以及移动时的工件的位移的图。

本实施方式涉及的机器人的控制方法除了作为工件W的移动方向的第一方向A不同以外，与前述第一实施方式的机器人的控制方法是同样的。需要指出，在以下的说明中，对于本实施方式的机器人的控制方法，围绕与前述第一实施方式的不同点进行说明，至于同样的事项则省略其说明。另外，在本实施方式的附图中，对与前述实施方式同样的构成标注相同的附图标记。

在本实施方式的机器人的控制方法中，如图5所示，工件W的移动方向即第一方向A是相对于水平方向以及铅直方向倾斜的方向。即便是这样的方向，工件W也容易绕水平轴Jg摇摆。因而，控制装置3进行的力控制的效果变得更为显著。

通过这样的第二实施方式，也能够发挥与前述第一实施方式同样的效果。

第三实施方式

图6是示出第三实施方式涉及的工件以及移动时的工件的位移的图。

本实施方式涉及的机器人的控制方法除了工件W的构成以及力F2的种类不同以外，与前述第一实施方式的机器人的控制方法是同样的。需要指出，在以下的说明中，对于本实施方式的机器人的控制方法，围绕与前述第一实施方式的不同点进行说明，至于同样的事项则省略其说明。另外，在本实施方式的附图中，对与前述实施方式同样的构成标注相同的附图标记。

如图6所示，本实施方式的工件W具有托盘W3以及载置在托盘W3上的对象物Q。对象物Q例如是餐具。此外，这样的工件W以使托盘W3呈水平的姿势由工具23所保持。当在该状态下使工件W向第一方向A移动时，对象物Q因惯性力而以相对于托盘W3向移动方向后方侧滑动的方式位移。因此，在移动中对象物Q有可能从托盘W3掉落。

在这样的工件W的情况下，控制装置3的力检测部311检测工件W的移动方向即第一方向A的平移力作为力F2。如前所述，托盘W3上的对象物Q容易因惯性力而向第一方向A的相反侧位移，因此通过检测第一方向A的平移力，能够更为有效地减少对象物Q的位移。

如上所述，在力检测工序S2中，检测第一方向A的平移力作为力F2。在向第一方向A的移动中，工件W容易向与第一方向A相反一侧的方向位移。因而，通过检测第一方向A的平移力作为力F2，能够更为有效地减少移动中的工件W的位移。

通过这样的第三实施方式，也能够发挥与前述第一实施方式同样的效果。

第四实施方式

图7是示出第四实施方式涉及的工件的图。图8是示出第四实施方式涉及的机器人的控制方法的流程图。图9是示出作业工序的一例的图。

本实施方式涉及的机器人的控制方法除了还具有在移动工序S1中或者移动工序S1之后进行的作业工序S4以外，与前述第一实施方式的机器人的控制方法是同样的。需要指出，在以下的说明中，对于本实施方式的机器人的控制方法，围绕与前述第一实施方式的不同点进行说明，至于同样的事项则省略其说明。另外，在本实施方式的附图中，对与前述实施方式同样的构成标注相同的附图标记。

如图7所示，本实施方式的工件W是用钩W42悬挂作业对象物W41的构成，钩W42勾挂于工具23的勾挂部231。因此，当使工件W向第一方向A移动时，工件W相对于工具23绕水平轴Jg摇摆。

接着，参照图8所示的流程图对机器人的控制方法进行说明。机器人的控制方法包括：移动工序S1，驱动机械臂22而使工件W向第一方向A移动；力检测工序S2，检测在向第一方向A的移动中TCP受到的力F2；控制工序S3，对机械臂22的驱动进行控制，以使检测到的力F2成为目标力Fref；以及作业工序S4，对工件W进行规定的作业。需要指出，力检测工序S2以及控制工序S3在移动工序S1中进行。与此相对，作业工序S4在移动工序S1之后进行。

在作业工序S4中，对工件W进行规定的作业。作为规定的作业，不被特别地限定，在本实施方式中，如图9所示，是使用喷涂装置9对工件W进行涂装的涂装作业。如前所述，由于通过控制装置3进行的力控制使移动工序S1中的工件W的位移减少，因此在移动工序S1结束之后，能够更迅速地进入作业工序S4。因此，能够缩短节拍时间。

需要指出，作业工序S4也可以不是在移动工序S1之后进行，而是在移动工序S1中进行。也就是说，也可以边使TCP朝向目标位置Pref移动，边对工件W进行涂装作业。由此，能够并行地进行移动工序S1与作业工序S4，能够进一步缩短节拍时间。特别是，如前所述，由于通过控制装置3进行的力控制使移动工序S1中的工件W的位移减少，因此在移动工序S1中也能够高精度地进行作业工序S4。

如上所述，本实施方式的机器人的控制方法在移动工序S1中或者在移动工序S1之后包括对工件W进行规定的作业的作业工序。在移动工序S1中进行作业工序S4的情况下，能够并行地进行这些工序S1、S4，因此能够缩短节拍时间。特别是，如前所述，由于通过控制装置3进行的力控制使移动工序S1中的工件W的振动减小，因此在移动工序S1中也能够高精度地进行作业工序S4。另一方面，在移动工序S1之后进行作业工序S4的情况下，能够在移动工序S1之后更迅速地进入作业工序S4。因此，能够缩短节拍时间。

通过这样的第四实施方式，也能够发挥与前述第一实施方式同样的效果。

以上，基于图示的实施方式对本发明的机器人的控制方法以及机器人系统进行了说明，但本发明并不限定于此。各部分的构成能够替换为具有同样功能的任意的构成。另外，也可以对本发明附加其他任意的构成物。

Claims (8)

1.一种机器人的控制方法，其特征在于，所述机器人具有机械臂、工具以及配置于所述机械臂与所述工具之间的力检测部，所述机器人的控制方法包括：

移动工序，用所述工具保持至少一部分相对于所述工具位移的工件，并使所述机械臂动作而使所述工件向第一方向移动；

力检测工序，检测在所述移动中所述机器人的控制点受到的力；以及

控制工序，对所述机械臂的驱动进行力控制，以使检测到的所述力成为目标力。

2.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述目标力为零。

3.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述力检测工序中，检测所述第一方向的平移力作为所述力。

4.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述力检测工序中，检测绕与所述第一方向正交的水平轴的转矩作为所述力。

5.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述第一方向为水平方向。

6.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述第一方向为相对于水平方向以及铅直方向倾斜的方向。

7.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述机器人的控制方法在所述移动工序的期间或者在所述移动工序之后包括对所述工件进行规定的作业的作业工序。

8.一种机器人系统，其特征在于，具有机器人和控制装置，

所述机器人具有机械臂、工具以及配置于所述机械臂与所述工具之间的力检测部，

所述控制装置对所述机器人的驱动进行控制，

所述控制装置执行：

移动工序，用所述工具保持至少一部分相对于所述工具位移的工件，并使所述机械臂动作而使所述工件向第一方向移动；

力检测工序，检测在所述移动中所述机器人的控制点受到的力；以及

控制工序，对所述机械臂的驱动进行力控制，以使检测到的所述力成为目标力。