CN118046379A - 机器人的控制方法以及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供能够减少被输送物的洒落的机器人的控制方法以及机器人系统。一种机器人的控制方法，是具有机械臂、保持具备被输送物的工件的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，使所述机械臂动作而使所述工件向第一方向移动；计算工序，计算在所述移动中施加于所述工件的重力与惯性力的合力的方向；以及姿势控制工序，改变所述工件的姿势以使所述工件的姿势沿着所述合力的方向。

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

在专利文献1中记载了能够不使容器内的液体溢出来进行输送的机器人装置。这样的机器人装置在输送装有液体的容器时，针对容器以及机器人的姿势，考虑对液体施加的重力加速度矢量以及在加速的方向的反方向上施加的惯性加速度矢量来计算重力加速度矢量与惯性加速度矢量的合成加速度矢量，将该合成加速度矢量的方向用于指标，求得合适的输送姿势，并对机器人的姿势进行控制以实现求得的合适输送姿势。

专利文献1：日本特开2005-001055号公报

然而，在专利文献1的机器人装置中，需要事先求得并设定液体的重力加速度，存在若非所定下的液体则无法不溢出地进行输送这一问题。

发明内容

本发明的机器人的控制方法是具有机械臂、保持具备被输送物的工件的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，使所述机械臂动作而使所述工件向第一方向移动；计算工序，计算在所述移动中施加于所述工件的重力与惯性力的合力的方向；以及姿势控制工序，改变所述工件的姿势以使所述工件的姿势沿着所述合力的方向。

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、保持具备被输送物的工件的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，所述控制装置使所述机械臂动作而使所述工件向第一方向移动，计算在所述移动中施加于所述工件的重力与惯性力的合力的方向，并改变所述工件的姿势以使所述工件的姿势沿着所述合力的方向。

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是示出通过姿势控制使容器的姿势沿着合力的方向的状态的图。

图5是示出机器人的控制方法的流程图。

图6是示出第二实施方式涉及的工件以及被输送物的图。

图7是示出第三实施方式涉及的工件以及被输送物的图。

图8是示出第四实施方式涉及的工件以及被输送物的图。

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、24：力传感器、3：控制装置、31：姿势控制部、311：合力计算部、312：当前姿势检测部、313：姿势控制校正量计算部、33：指令整合部、331：反馈控制部、332：力控制校正量相加部、A：第一方向、Da：旋转角、Dc：操作量、E：编码器、Fg：重力、Fi：惯性力、Fn：合力、J1：关节、J2：关节、J3：关节、J4：关节、J5：关节、J6：关节、M：电机、P：姿势、Pref：目标位置、Ptt：指令位置、Q：被输送物、Q1：液体、Q2：粉体、Q3：电子部件、Q4：硅晶圆、S1：移动工序、S11：步骤、S12：步骤、S13：步骤、S2：计算工序、S21：步骤、S22：步骤、S23：步骤、S3：姿势控制工序、S31：步骤、S32：步骤、S33：步骤、W：工件、W1：容器、W2：铁锹、W3：托盘、W4：晶圆盒、ΔP：姿势控制校正量。

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是示出通过姿势控制使容器的姿势沿着合力的方向的状态的图。图5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：机器人2，保持具备被输送物Q的工件W；以及控制装置3，对机器人2的驱动进行控制。

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，并具备六个关节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是具有一对爪部的手爪，通过用一对爪部夹持工件W，能够保持工件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，工件W具备被输送物Q。如图2所示，本实施方式的工件W是容纳有被输送物Q的容器W1。容器W1具有在上表面开口的凹部，在凹部内放入有被输送物Q。被放入容器W1的被输送物Q是液体Q1。作为液体Q1，不被特别地限定，例如可列举出水、酒精饮用物等各种饮用物、药品等。

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。另外，也可以是底座21未被固定的自走式的机器人。

如前所述，在容器W1中放入有液体Q1。因此，在使机器人2动作来输送容器W1时，液体Q1由于输送中施加的力而摇晃，有可能从容器W1洒落。因此，控制装置3为了抑制输送中的液体Q1的洒落，基于施加于容器W1的重力Fg以及惯性力Fi的合力Fn对输送中的容器W1的姿势进行控制。特别是，液体Q1由于形状不定而不稳定，因此容易从容器W1洒落。因此，控制装置3对容器W1的姿势控制的效果变得更为显著。

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。

为了减少输送容器W1时的液体Q1的洒落，这样的控制装置3使用姿势控制对机器人2的驱动进行控制。如图3所示，控制装置3具有姿势控制部31以及指令整合部33。

另外，姿势控制部31具有合力计算部311、当前姿势检测部312以及姿势控制校正量计算部313。这样的姿势控制部31具有计算校正量的功能，该校正量用于将容器W1的姿势校正为能够有效地抑制液体Q1洒落的姿势。具体而言，姿势控制部31计算对容器W1的姿势进行校正以使容器W1的姿势沿着施加于容器W1的重力Fg与惯性力Fi的合力Fn的方向的姿势控制校正量ΔP，并将所计算出的姿势控制校正量ΔP输出到指令整合部33。

需要指出，以下，如图2所示，代表性地对使机械臂22动作而使容器W1向第一方向A移动的情况进行说明。需要指出，在附图的例子中，第一方向A为水平方向，但第一方向A的朝向不被特别地限定。

首先，合力计算部311基于力传感器24的输出来计算施加于容器W1的重力Fg以及由于向第一方向A移动而施加于容器W1的惯性力Fi。重力Fg例如能够根据将放置于未图示的载置台的容器W1拿起前后的力传感器24的输出差来计算。接着，合力计算部311计算重力Fg与惯性力Fi的合力Fn的方向。需要指出，合力计算部311只要能够计算合力Fn的方向，则其构成、计算方法并无特别限定。

当前姿势检测部312基于容器W1与工具23的相对位置关系以及各编码器E的输出来检测当前的容器W1的姿势P，具体而言，检测容器W1的中心轴的方向。不过，检测容器W1的方向的方法不被特别地限定，例如也可以基于机器人2的动作程序与当前时刻来检测。

需要指出，容器W1与工具23的相对位置关系能够如下所述来获取。首先，将容器W1以中心轴沿着铅直方向的方式载置于已知的位置。由此，容器W1的位置以及姿势是已知的。然后，使机器人2动作而用工具23保持容器W1，并根据各编码器E的输出来检测保持时的工具23的姿势。由此，能够求得容器W1与工具23的相对位置关系。

姿势控制校正量计算部313根据由合力计算部311计算出的合力Fn的方向以及由当前姿势检测部312检测出的容器W1的姿势P来计算对容器W1的姿势P进行校正以使容器W1的姿势P沿着合力Fn的方向、也就是说使容器W1的中心轴与合力Fn的方向一致的姿势控制校正量ΔP。姿势控制校正量ΔP意指，为了消除容器W1的姿势P与合力Fn的方向的姿势偏差，容器W1应从当前姿势移动的量。

这样的姿势控制部31在直到容器W1的输送结束为止的期间以规定的周期计算上述姿势控制校正量ΔP并输出到指令整合部33。

指令整合部33具有反馈控制部331以及力控制校正量相加部332。指令整合部33将目标位置Pref以及由姿势控制部31计算出的姿势控制校正量ΔP整合。指令整合部33向机器人2输出操作量，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将姿势控制校正量ΔP与目标位置Pref相加，计算各电机M的指令位置Ptt。反馈控制部331进行将各电机M的实际的旋转角Da作为控制量控制为指令位置Ptt的反馈控制。反馈控制部331根据各编码器E的输出来获取旋转角Da。反馈控制部331根据旋转角Da、指令位置Ptt计算操作量Dc，并对各电机M进行控制。

这样的指令整合部33在直到容器W1的输送结束为止的期间以规定的周期计算上述操作量Dc，对各电机M进行控制。

根据这样的控制装置3，如图4所示，在容器W1的输送中，由于容器W1的方向沿着合力Fn的方向，因此能够有效地抑制被输送物Q从容器W1洒落。特别是，通过在直到容器W1的输送结束为止的期间周期性地反复进行姿势控制，能够更为有效地抑制被输送物Q从容器W1洒落。

以上，对控制装置3进行了说明。接着，参照图5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，使机械臂22动作而使容器W1向第一方向A移动；计算工序S2，计算在移动中施加于容器W1的重力Fg与惯性力Fi的合力Fn的方向；以及姿势控制工序S3，改变容器W1的姿势以使容器W1的姿势沿着合力Fn的方向。需要指出，计算工序S2以及姿势控制工序S3在移动工序S1中周期性地反复进行。

移动工序S1

在移动工序S1中，作为步骤S11，控制装置3使机器人2动作，用工具23保持放入有被输送物Q的容器W1。这时，基于各编码器E的输出来获取容器W1与工具23的相对关系。接着，作为步骤S12，控制装置3使机械臂22动作，使容器W1朝着目标位置Pref向第一方向A移动。由此，开始被输送物Q的输送。接着，作为步骤S13，控制装置3判定容器W1是否到达目标位置Pref。控制装置3在容器W1到达目标位置Pref的情况下结束机器人2的控制，在容器W1未到达目标位置Pref的情况下转移到计算工序S2。

计算工序S2

在计算工序S2中，作为步骤S21，控制装置3基于来自力传感器24的输出，计算施加于容器W1的重力Fg以及由于向第一方向A移动而产生的惯性力Fi。接着，作为步骤S22，控制装置3计算重力Fg与惯性力Fi的合力Fn的方向。另外，与步骤S21、S22并行地，作为步骤S23，控制装置3基于来自各编码器E的输出，检测当前的容器W1的姿势P。不过，检测容器W1的姿势的时机不被特别地限定，可以是步骤S21、S22之前，也可以是步骤S21、S22之后。

姿势控制工序S3

在姿势控制工序S3中，作为步骤S31，控制装置3基于合力Fn的方向与容器W1的姿势P来计算姿势控制校正量ΔP。接着，作为步骤S32，控制装置3基于姿势控制校正量ΔP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S33，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，在向目标位置Pref的移动中，能够使容器W1的姿势沿着合力Fn的方向。即，使容器W1的姿势沿着合力Fn的方向是指，将容器W1的底部从铅直方向下方向合力Fn的方向改变方向。因此，在直到目标位置Pref为止的移动中，能够有效地抑制被输送物Q从容器W1洒落。特别是，根据上述控制方法，由于不需要事先求出姿势控制校正量，因此不管是怎样的工件W并且不管是怎样的动作都能够有效地减少移动中的被输送物Q的洒落。因此，成为容易且便利性高的机器人的控制方法。另外，由于在移动工序S1中周期性地反复进行计算工序S2以及姿势控制工序S3，因此能够对应于移动中的合力Fn的方向的变化依次改变容器W1的姿势。因此，能够有效地减少移动中的被输送物Q的洒落。

以上，对机器人系统1进行了说明。如前所述，应用于这样的机器人系统1的机器人的控制方法是具有机械臂22、保持具备被输送物Q的作为工件W的容器W1的工具23以及配置于机械臂22与工具23之间的作为力检测部的力传感器24的机器人2的控制方法，包括：移动工序S1，使机械臂22动作而使容器W1向第一方向A移动；计算工序S2，计算在移动中施加于容器W1的重力Fg与第一方向A的惯性力Fi的合力Fn的方向；以及姿势控制工序S3，改变容器W1的姿势以使容器W1的姿势沿着合力Fn的方向。根据这样的控制方法，在容器W1的移动中，能够使容器W1的姿势沿着合力Fn的方向。因此，能够有效地抑制移动中的被输送物Q的洒落。特别是，根据上述控制方法，由于不需要事先求得姿势控制校正量，因此不管是怎样的工件W并且不管是怎样的动作都能够有效地减少移动中的被输送物Q的洒落。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，在机器人的控制方法中，在移动工序S1中周期性地反复进行计算工序S2与姿势控制工序S3。由此，能够对应于移动中的合力Fn的方向的变化。因此，能够有效地减少移动中的被输送物Q的洒落。

另外，如前所述，被输送物Q为液体Q1。液体Q1由于形状不定地进行流动，故容易洒落。因此，更为显著地发挥上述机器人的控制方法的效果。

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，保持具备被输送物Q的作为工件W的容器W1；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。此外，控制装置3使机械臂22动作而使容器W1向第一方向A移动，计算在移动中施加于容器W1的重力Fg与惯性力Fi的合力Fn的方向，并改变容器W1的姿势以使容器W1的姿势沿着合力Fn的方向。根据这样的构成，在容器W1的移动中能够使容器W1的姿势沿着合力Fn的方向。因此，能够有效地抑制移动中的被输送物Q的洒落。特别是，根据上述机器人系统1，由于不需要事先求得姿势控制校正量，因此不管是怎样的工件W并且不管是怎样的动作都能够有效地减少移动中的被输送物Q的洒落。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6是示出第二实施方式涉及的工件以及被输送物的图。

本实施方式涉及的机器人系统1除了工具23以及被输送物Q不同以外，与前述第一实施方式的机器人系统1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系统1，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，在本实施方式的机器人系统1中，工件W由铁锹W2构成。另外，铁锹W2与工具23连结，由此被工具23所保持。另外，被输送物Q为粉体Q2。在本实施方式中，将由铁锹W2铲起的粉体Q2向第一方向A输送。粉体Q2与前述第一实施方式的液体Q1同样地形状不定而不稳定，因此在向第一方向A的输送中有可能从铁锹W2洒落。因此，通过利用与前述第一实施方式同样的方法对移动中的铁锹W2的姿势进行控制，能够有效地抑制粉体Q2的洒落。

如上所述，在本实施方式中，被输送物Q为粉体Q2。粉体Q2由于形状不定而不稳定，故容易洒落。因此，更为显著地发挥上述机器人的控制方法的效果。

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7是示出第三实施方式涉及的工件以及被输送物的图。

本实施方式涉及的机器人系统1除了工件W以及被输送物Q不同以外，与前述第一实施方式的机器人系统1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系统1，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，在本实施方式的机器人系统1中，工件W为托盘W3，被输送物Q为载置在托盘W3上的多个电子部件Q3。在本实施方式中，用工具23保持托盘W3，将多个电子部件Q3一起向第一方向A输送。电子部件Q3由于只是载置于托盘W3，因此有可能由于惯性力Fi而在向第一方向A的输送中从托盘W3洒落。

因此，通过利用与前述第一实施方式同样的方法对移动中的托盘W3的姿势进行控制，能够有效地抑制托盘W3上的电子部件Q3的洒落。需要指出，作为电子部件Q3，不被特别地限定，例如优选电路芯片、惯性传感器、振子等轻量且小型的电子部件。由此，电子部件Q3变得更为容易从托盘W3洒落，上述机器人的控制方法的效果变得更为显著。

如上所述，在本实施方式中，被输送物Q为电子部件Q3。电子部件Q3轻量且小型的情况较多，容易从托盘W3洒落。因此，更为显著地发挥上述机器人的控制方法的效果。

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8是示出第四实施方式涉及的工件以及被输送物的图。

本实施方式涉及的机器人系统1除了工件W以及被输送物Q不同以外，与前述第一实施方式的机器人系统1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系统1，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8所示，在本实施方式的机器人系统1中，工件W为晶圆盒W4，被输送物Q为放置于晶圆盒W4的多个硅晶圆Q4。在本实施方式中，用工具23保持晶圆盒W4，将多个硅晶圆Q4一起向第一方向A输送。硅晶圆Q4由于只是载置于晶圆盒W4，因此有可能由于惯性力Fi而在向第一方向A的输送中从晶圆盒W4洒落。因此，通过利用与前述第一实施方式同样的方法对移动中的晶圆盒W4的姿势进行控制，能够有效地抑制晶圆盒W4上的硅晶圆Q4的洒落。

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。另外，也可以对本发明附加任意目的的工序。

Claims (6)

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、保持具备被输送物的工件的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，使所述机械臂动作而使所述工件向第一方向移动；

计算工序，计算在所述移动中施加于所述工件的重力与惯性力的合力的方向；以及

姿势控制工序，改变所述工件的姿势以使所述工件的姿势沿着所述合力的方向。

2.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

在所述移动工序中周期性地反复进行所述计算工序与所述姿势控制工序。

3.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述被输送物为液体。

4.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述被输送物为粉体。

5.根据权利要求1所述的机器人的控制方法，其特征在于，

所述被输送物为电子部件。

6.一种机器人系统，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、保持具备被输送物的工件的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，

所述控制装置使所述机械臂动作而使所述工件向第一方向移动，计算在所述移动中施加于所述工件的重力与惯性力的合力的方向，并改变所述工件的姿势以使所述工件的姿势沿着所述合力的方向。