CN1762670A - 具备学习控制功能的机器人及机器人的控制方法 - Google Patents

具备学习控制功能的机器人及机器人的控制方法 Download PDF

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CN1762670A CNA2005101092567A CN200510109256A CN1762670A CN 1762670 A CN1762670 A CN 1762670A CN A2005101092567 A CNA2005101092567 A CN A2005101092567A CN 200510109256 A CN200510109256 A CN 200510109256A CN 1762670 A CN1762670 A CN 1762670A
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Abstract

一种具备改善末端执行器的轨迹精度的学习功能的机器人及该机器人的控制方法。在机器人的末端执行器上安装了加速度传感器以及视频传感器的状态下测定末端执行器的信息，同时反复进行动作程序的试运转，由此机器人控制装置进行最佳动作的学习。在其后的实际运转中，不使用加速度传感器以及视频传感器而是根据学习到的最佳动作进行高精度的动作。在实际运转时也可以将加速度传感器以及视频传感器拆除。

Description

具备学习控制功能的机器人及机器人的控制方法
技术领域
本发明涉及具备学习控制功能的机器人以及该机器人的控制方法。
背景技术
以往，作为具备用于对机器人的动作进行控制的学习控制功能的装置，比如有在特开2004-227163号公报中所公布的伺服控制装置。该伺服控制装置具备在根据同一指令格式的位置偏差生成修正数据并存储到存储器的同时对位置偏差进行修正的学习控制单元。学习控制单元在从学习控制开始指令到学习控制结束指令为止的期间，可以在根据位置偏差生成修正数据的同时，对位置偏差进行修正。在该情况下用于学习控制的传感器一般经常安装在机器人的末端执行器末端执行器等部位上，对数据进行输出。
而且，关于位置修正，在特开平5-92378号公报中记载了一个以在短时间内高精度地对手臂的位置进行修正为目的的，使用视频传感器的产业用机器人。该机器人具有：设置在手臂前端的视频传感器、为了使该传感器的坐标轴与机器人的坐标轴保持一定的关系而驱动传感器的传感器驱动单元、根据来自传感器的信息可变更地控制机器人的位置的控制单元。
当要求高精度的动作控制的情况下，一般在反复进行实际运转的期间进行学习控制。此时，有时需要比较频繁地进行传感器的维护，而且必须准备多个传感器作为在故障时交换之用。而且，根据末端执行器末端执行器的动作环境，有时也会担心传感器会干扰其他的机器等。
而且，在特开平5-92378号公报中记载的产业用机器人使用了视频传感器，而一般的视频传感器具有以下的频率特性：由于与取入图像的时间间隔的关系等，适合于追踪比较低频率的偏差，而无法追踪高频偏差。因此对于进行更高精度的控制略显不足。
发明内容
所以，本发明的目的在于提供一种可以减低传感器的个数和维护费用，以较低的成本来改善末端执行器的轨迹，而且可以追踪高频的偏差的可实行学习控制的机器人以及这样的机器人的控制方法。
为了实现上述的的目的，根据本发明的一种方式提供了一种机器人，具备：机器人机构部、安装在所述机器人机构部的末端执行器、用于测定由于所述机器人机构部的动作的所述末端执行器或所述机器人机构部的移动信息的移动信息测定部、和控制所述机器人机构部的动作的控制装置，所述控制装置设有：根据从所述移动信息测定部得到的信息对所述机器人机构部的动作的试运转进行控制，执行用于改善所述机器人机构部的动作的学习控制的学习控制部；根据作为所述学习控制部执行的所述学习控制的结果得到的修正量，对所述机器人机构部的实际运转进行控制的实际运转控制部。
所述移动信息包含所述末端执行器的加速度，所述移动信息测定部可设有用于测定所述末端执行器的加速度的加速度传感器。
而且，所述移动信息包含所述末端执行器的位置，所述移动信息测定部还可设有用于检测所述末端执行器的位置的视频传感器。
此时，可以将所述视频传感器安装在所述末端执行器上，或者将其设置在作业空间内的任意的固定位置上。
由所述学习控制部以及所述实际运转控制部向所述机器人机构部发出的动作指令可包含速度指令、转矩指令以及位置指令中的至少一种。
根据本发明的其它方式提供了一种方法，该方法控制机器人的所述机器人机构部的动作，所述机器人具有：机器人机构部、安装在所述机器人机构部上的末端执行器、用于测定由于所述机器人机构部的动作的所述末端执行器或所述机器人机构部的移动信息的移动信息测定部、和控制所述机器人机构部的动作的控制装置，所述方法根据从所述移动信息测定部得到的信息对所述机器人机构部的动作的试运转进行控制，包括执行用于改善所述机器人机构部的动作的学习控制；和根据作为所述学习控制的结果得到的修正量，对所述机器人机构部的实际运转进行控制的方法。
在执行所述学习控制中，最好多次反复所述试运转。
附图说明
通过参照附图对以下的最佳实施方式进行说明，上述本发明的内容或其他的目的、特征以及优点将更加明确。
图1表示本发明机器人的概要结构以及机器人控制装置的方块结构。
图2a以及2b是本发明机器人的程序再生时的流程图。
图3是表示包含在图2b中的学习处理的详细步骤的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明机器人的最佳实施方式进行详细说明。
图1表示本发明机器人1的概要结构以及机器人1所具有的控制装置10的方块结构。另外，在本实施方式中，学习控制部由后述的学习处理部以及伺服控制部构成，实际运转控制部由伺服控制部构成。
机器人1最好是多关节机器人，该机器人机构部2具有：三个可转动的关节3a、3b以及3c；三个可转动的关节4a、4b以及4c，而且在机器人机构部2的末端(在图示例中的关节4c)上安装末端执行器5。而且，在末端执行器5上安装有移动信息测定部，即加速度传感器50，用于检测末端执行器5的平移方向以及转动方向的加速度；和移动信息测定部，即视频传感器52，用于检测固定地设置在作业空间的标记60对于末端执行器5的平移方向以及转动方向的坐标。或者，也可以在末端执行器5的适当部位上设置标记，在其他的固定部位上安装视频传感器52检测该标记。另外，加速度传感器50以及视频传感器52也可以测定末端执行器5之外的机器人机构部2的部位的移动信息。
控制机器人1的机器人控制装置10具有非易失性存储器12，而非易失性存储器12具有：对预先确定的机器人程序进行保存的程序存储部14；对包含在该机器人程序中的各个动作指令的每个插补周期的修正量(后述)进行保存的修正量存储器16。
而且机器人控制装置10具有：当程序再生时，根据程序内的动作指令的始点位置、终点位置、移动速度、插补形式等信息生成末端执行器5的目标轨道的轨道计划部18；根据目标轨道生成每个插补周期的末端执行器5的位置的动作插补部20；在求出与这些每个插补周期的末端执行器位置相对应的机器人的各控制轴位置的同时，计算出每个插补周期的移动量的控制轴移动量运算部22。机器人控制装置10还具有将动作指令传输到机器人机构部2对各控制轴的驱动进行控制的驱动控制部，比如伺服控制部24，控制轴移动量运算部22将速度指令值的初始值传输到伺服控制部24。
机器人控制装置10包含分别对末端执行器5实际动作时的轨道(即实轨道)偏差的高频成分以及低频成分进行运算的高频运算部26和低频运算部28，高频运算部26以及低频运算部28分别根据来自加速度传感器50以及视频传感器52的信息进行运算。如果将高频运算部26以及低频运算部28的输出加在一起，就可以求出末端执行器5的实轨道。另外，在这里，区别高频成分和低频成分的频率为数10Hz。
而且，控制装置10具有根据末端执行器5的目标轨道以及实轨道进行后述的学习处理200的学习处理部30。
接着，参照图2a、图2b，对本发明的机器人装置10的程序再生的流程图进行说明。
程序再生开始后，首先由轨道计划部18从程序存储部14读出程序(步骤101)。
接着，轨道计划部18依次或选择程序行执行程序。此时，首先读出应执行的程序行编号(步骤102)，判定有无与该程序行编号相对应的程序行(步骤103)。在没有相对应的程序行的情况下，程序再生结束。在存在相对应的程序行的情况下，再判定该程序行是否包含动作指令(步骤104)，当包含动作指令时，则将该程序行的动作指令ID作为变量m保存到寄存器中(步骤105)。接着，轨道计划部18对该程序行进行轨道计划(步骤106)并将插补周期计数器i设定为零(步骤107)。
另一方面，当该程序行不含有动作指令时，则从步骤104转移到步骤108，在进行逻辑处理之后返回到步骤102。
在步骤107之后，在步骤109中将插补周期计数器i与轨道计划中已确定的插补点数进行比较，如果i大于等于插补点数该程序行的动作结束，处理返回到步骤102执行下一个被选择的程序行。另一方面，当i没有达到插补点数的情况下，该程序行的动作不结束，处理进入到步骤110由动作插补部20执行动作插补。动作插补部20根据由轨道计划部18生成的轨道，生成每个插补周期的末端执行器5的目标位置r(i)。
接着在步骤111中，各轴移动量运算部22在求出与每个插补周期的末端执行器5的目标位置r(i)相对应的机器人机构部2的各控制轴的位置的同时，算出每个插补周期的移动量，并计算没有进行学习处理时的各控制轴的速度指令值u0(i)。然后，(比如通过操作员的事先操作)对表示当前的动作是否为正在学习的开关进行确认(步骤112)，如果为正在学习，那么处理进入到后面叙述的学习处理200中。如果不是正在学习，(比如通过操作员的事先操作)则对表示是否应该根据最近的学习进行修正的修正开关进行确认(步骤113)。
在步骤13中如果修正开关为有效，则从修正量存储部16中读出与该动作指令ID(即m)以及插补周期计数器i的值相对应的速度修正量Δu(m，i)(步骤114)。这里，在步骤115中如果判定为已经设定了Δu(m，i)，则由以下的公式(1)求出向伺服控制部24发送的速度指令u(i)(步骤116)。
U(i)＝u0(i)+Δu(m，i)             .......(1)
然后，在步骤117中，将该速度指令u(i)发送给伺服控制部24。
另一方面，在步骤113中当修正开关为无效时，处理直接进入到117，此时向伺服控制部24发送的速度指令u(i)为：
u(i)＝u0(i)                       ........(2)
步骤117之后，对插补周期计数器加1(步骤118)，处理返回到步骤109，即返回到i和插补点数的比较。如上述所述，当在步骤103中没有了选择的程序行时，程序再生结束。
接着使用图3对上述的学习处理200进行说明。
首先，学习处理部30从修正量存储部16读出速度修正量Δu(m，i)(步骤201)，并把由上述的公式(1)得到的u(i)作为速度指令发送给伺服控制部24(步骤202)使之实际地动作。
接着，学习处理部30根据以下的公式(3)，根据动作插补部20在步骤110求出的末端执行器5的目标位置r(i)和基于实际使伺服控制部24进行动作时的传感器50以及52的测定结果的末端执行器5的轨迹即实际位置(i)，计算每个插补周期的偏差e(i)(步骤203)。
e(i)＝r(i)-y(i)                 .......(3)
这里，使用基于将加速度传感器50的输出换算成位置而求出的高频成分yH(i)以及基于将视频传感器52的输出换算成位置而求出的低频成分yL(i)，由以下的公式(4)求出y(i)。
y(i)＝yH(i)+yL(i)               .......(4)
接着，学习处理部30使用上述的偏差e(i)以及为了将e(i)换算成速度指令而预先设定的常数行列Γ、和从修正量存储部16读出的修正量Δu(m，i)0来求出新的修正量Δu(m，i)N(步骤204)，并写入到修正量存储部16(步骤205)，即进行更新。另外，Δu(m，i)N由以下的公式(5)求出。T是插补周期。
Δu(m，i)N＝Δu(m，i)0+Γ(e(i)-e(i-1))/T    .......(5)
而公式(5)当i＝0时，成为：
Δu(m，i)N＝Δu(m，i)0+Γe(i)/T             .......(5)’
在本实施方式中，伺服控制部24向机器人机构部2发送的动作指令是速度指令，但也可以变更为包含机器人机构部2的各轴驱动装置的转矩值的转矩指令或包含末端执行器5的位置坐标的位置指令等其他的动作指令，或者将这些指令组合在一起使用。
机器人控制装置10只在试运转时进行一次或者反复进行在机器人1的末端执行器5上安装了传感器50以及52的状态下进行的所述学习控制。所以，由于在实际运转时不进行学习控制，因此不更新Δu(i)，而是由在试运转的最后所存储的Δu(i)来进行修正。另外，机器人控制装置10在实际运转时不使用来自传感器(50)或者传感器(52)的信息，而是根据试运转得到的最佳动作进行机器人控制。
如上所述，由于机器人1在试运转中完成最佳动作的学习，因此，在其后的实际运转中末端执行器5的轨迹的精度从实际运转初期到整个过程都将大幅提高。而且，由于为了分别求出高频成分以及低频成分而使用两种传感器50以及52，因此可进一步提高精度。另外，通过反复进行试运转，可进一步得到最佳的动作。
而且，由于在其后的实际运转中不使用传感器，因此可以大幅度减少传感器的维护频率。进而，当在实际运转中担心传感器会干扰其他机器时，也可以拆除传感器。
根据本发明，在试运转时，在末端执行器上安装了传感器的状态下学习最佳动作，在实际运转时，不使用来自传感器的信息而是根据学习到的最佳动作进行驱动控制，因此可以在整个实际运转的期间改善实际运转时的末端执行器的实际轨道，而且可进一步大幅度降低传感器的维护频率。
此外，通过在传感器中使用加速度传感器，可以进行还追踪高频偏差的高精度控制。
为了进行说明参照选定的特定实施方式对本发明进行了说明，但对于本行业的专业人员来说很明显，在不脱离本发明的基本概念以及范围的情况下可以进行多种变更。

Claims (8)

1.一种机器人，具备：
机器人机构部(2)、
安装在所述机器人机构部(2)的末端执行器(5)；
用于测定因所述机器人机构部(2)的动作的所述末端执行器(5)或所述机器人机构部(2)的移动信息的移动信息测定部(50、52)；和
控制所述机器人机构部(2)的动作的控制装置(10)，其特征在于，
所述控制装置具有：
学习控制部(30、24)，根据从所述移动信息测定部(50、52)得到的信息，对所述机器人机构部(2)的动作的试运转进行控制，执行用于改善所述机器人机构部(2)的动作的学习控制；和
实际运转控制部(24)，根据作为所述学习控制部(30、24)执行的所述学习控制的结果而得到的修正量，对所述机器人机构部(2)的实际运转进行控制。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述移动信息包含所述末端执行器(5)的加速度，所述移动信息测定部(50、52)具有用于测定所述末端执行器(5)的加速度的加速度传感器(50)。
3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，
所述移动信息包含所述末端执行器(5)的位置，所述移动信息测定部(50、52)具有用于检测所述末端执行器(5)的位置的视频传感器(50)。
4.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述视频传感器(52)安装在所述末端执行器(5)上。
5.根据权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述视频传感器(52)安装在作业空间内的任意的固定位置上。
6.根据权利要求1～5的任意一项所述的机器人，其特征在于，由所述学习控制部(30、24)以及所述实际运转控制部(24)向所述机器人机构部(2)发送的动作指令包含速度指令、转矩指令以及位置指令中的至少一种。
7.一种方法，其控制机器人(1)的机器人机构部(2)的动作，
所述机器人(1)具备：
机器人机构部(2)；
安装在所述机器人机构部(2)上的末端执行器(5)；
用于测定因所述机器人机构部(2)的动作的所述末端执行器(5)或所述机器人机构部(2)的移动信息的移动信息测定部(50、52)；和
对所述机器人机构部(2)的动作进行控制的控制装置(10)，
其特征在于，包含：
根据从所述移动信息测定部(50、52)得到的信息对所述机器人机构部(2)的动作的试运转进行控制，执行用于改善所述机器人机构部(2)的动作的学习控制；和
根据作为所述学习控制部的结果而得到的修正量，控制所述机器人机构部(2)的实际运转。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在执行所述学习控制中，多次反复进行所述试运转。
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