JP2020037172A

JP2020037172A - robot

Info

Publication number: JP2020037172A
Application number: JP2019035508A
Authority: JP
Inventors: 一隆中山; Kazutaka Nakayama; 健一郎小栗; kenichiro Oguri
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: JP6943906B2

Abstract

To provide a robot which accurately calculates torque around an axis of a joint even when external force by an operator is applied to an arm for connecting the joint in which the torque is calculated and a joint on a tip side by lead-through teaching or the like.SOLUTION: A robot 100 includes: a plurality of joints J1 to J6 which are rotationally driven around an axis line; a torque sensor S1 which detects torque around the axis line of an object joint J1 to be one of the plurality of joints J1 to J6; angle related information detection sections EN2 to EN6 which detect information related to a rotation angle around the axis line of each of the joints J1 to J6; a torque variation amount estimation section which estimates variation amount by loads other than the torque around the axis line of the object joint J1 of the torque detected by the torque sensor S1 on the basis of the detected information; and a correction section which corrects the torque detected by the torque sensor S1 using the estimated variation amount.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、ロボットに関する。 The present disclosure relates to robots.

複数の関節を備え、各関節に、関節の軸線回りのトルクを検出するトルクセンサを備える多関節型ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１のロボットは、一の関節の軸線回りのトルクを当該一の関節よりも先端側に位置する他の関節のトルクセンサにより検出されたトルクを用いて補正している。
一の関節の軸線回り以外の方向に加わる負荷の影響で、一の関節の軸線回りのトルクが変動してしまうためである。 BACKGROUND ART An articulated robot having a plurality of joints and each joint having a torque sensor for detecting a torque around an axis of the joint is known (for example, see Patent Literature 1). The robot disclosed in Patent Literature 1 corrects a torque around an axis of one joint by using a torque detected by a torque sensor of another joint located on the distal end side of the one joint.
This is because torque around the axis of one joint fluctuates due to the effect of a load applied in a direction other than around the axis of one joint.

特開２０１７−８０８４１号公報JP 2017-80841 A

しかしながら、特許文献１の方法では、全ての関節にトルクセンサが配置されることが前提となるため、ロボットが高価になってしまう。また、トルクが算出される関節と、先端側の関節とを接続するアームに、リードスルー教示などによって作業者による外力が加わってしまうと、関節の軸回りのトルクを正しく算出できない。トルクセンサのボディの剛性を高くすることにより、関節の軸線回り以外に加わる負荷の影響を軽減できるが、トルクセンサ自体が大きくなってしまい、ロボットが大型化し、ロボット質量が増加してしまう。 However, in the method of Patent Document 1, it is premised that torque sensors are arranged at all joints, so that the robot becomes expensive. In addition, if an external force is applied to the arm connecting the joint for which the torque is calculated and the joint on the distal end side by an operator through read-through teaching or the like, the torque around the joint axis cannot be calculated correctly. By increasing the rigidity of the body of the torque sensor, the influence of a load applied to the joint other than around the axis of the joint can be reduced, but the torque sensor itself becomes large, the robot becomes large, and the robot mass increases.

本開示の一態様は、軸線回りに回転駆動する複数の関節と、複数の前記関節の内の１つである対象関節の軸線回りのトルクを検出するトルクセンサと、各前記関節の軸線回りの回転角度に関連する情報を検出する角度関連情報検出部と、検出された前記情報に基づいて、前記トルクセンサにより検出されたトルクの前記対象関節の軸線回りのトルク以外の負荷による変動量を推定するトルク変動量推定部と、推定された前記変動量を用いて前記トルクセンサにより検出されたトルクを補正する補正部とを備えるロボットを提供する。 One embodiment of the present disclosure provides a plurality of joints that rotate around an axis, a torque sensor that detects torque around an axis of a target joint that is one of the plurality of joints, and a plurality of joints that rotate around the axis of each of the joints. An angle-related information detection unit that detects information related to a rotation angle; and, based on the detected information, estimates a variation amount of a torque detected by the torque sensor due to a load other than a torque around an axis of the target joint. The present invention provides a robot including a torque fluctuation amount estimating unit that corrects and a correcting unit that corrects a torque detected by the torque sensor using the estimated fluctuation amount.

本開示の一実施形態に係るロボットの概略平面図である。1 is a schematic plan view of a robot according to an embodiment of the present disclosure. 図１のロボットのベースと旋回胴との接続部分の概略側面図である。FIG. 2 is a schematic side view of a connection portion between a base and a turning body of the robot in FIG. 1. 図１のロボットの制御部によるモータのトルク制御のブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram of torque control of a motor by a control unit of the robot in FIG. 1. Ｊ１軸回りの旋回胴の回転角度に対する検出トルクの変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a change of the detected torque with respect to the rotation angle of the turning body about a J1 axis. 図４に示される検出トルクに基づいて算出された補正トルクの一例を示すグラフである。5 is a graph showing an example of a correction torque calculated based on the detected torque shown in FIG. 図１のロボットに備えられた第１トルクセンサの一例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of a first torque sensor provided in the robot of FIG. 1.

本開示の一実施形態に係るロボット１００について、図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態に係るロボット１００は、それぞれの軸線回りに回転駆動される６つの関節を備える垂直多関節型ロボットである。 The robot 100 according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.
The robot 100 according to the present embodiment is a vertical articulated robot having six joints that are driven to rotate around respective axes.

ロボット１００は、図１に示されるように、設置面に固定されたベース１と、ベース１に対して鉛直方向に延びるＪ１軸（対象関節）回りに回転可能に支持された旋回胴（ロボット構成部品）２と、旋回胴２に対してＪ１軸に直交する水平なＪ２軸（関節）回りに回転可能に支持された第１アーム（ロボット構成部品）３と、第１アーム３に対してＪ２軸に平行なＪ３軸（関節）回りに回転可能に支持された第２アーム（ロボット構成部品）４と、第２アーム４に対してＪ３軸とねじれの位置にあるＪ４軸（関節）回りに回転可能に支持された第１手首要素（ロボット構成部品）５と、第１手首要素５に対してＪ４軸に直交するＪ５軸（関節）回りに回転可能に支持された第２手首要素（ロボット構成部品）６と、第２手首要素６に対してＪ５軸に直交するＪ６軸（関節）回りに回転可能に支持された第３手首要素７とを備えている。 As shown in FIG. 1, the robot 100 includes a base 1 fixed to an installation surface, and a revolving torso (robot configuration) rotatably supported around a J1 axis (target joint) extending in a direction perpendicular to the base 1. Parts) 2, a first arm (robot component) 3 rotatably supported about a horizontal J2 axis (joint) perpendicular to the J1 axis with respect to the revolving torso 2, and a J2 with respect to the first arm 3. A second arm (robot component) 4 rotatably supported about a J3 axis (joint) parallel to the axis, and a J4 axis (joint) that is twisted relative to the second arm 4 with respect to the J3 axis. A first wrist element (robot component) 5 rotatably supported, and a second wrist element (robot) rotatably supported with respect to the first wrist element 5 around a J5 axis (joint) orthogonal to the J4 axis. Component) 6 and the second wrist element 6 Third and a wrist element 7 which is rotatably supported on the J6 axis (joint) about perpendicular to the axis.

また、ロボット１００は、ベース１と旋回胴２との間に配置されてＪ１軸回りのトルクを検出する第１トルクセンサ（トルクセンサ）Ｓ１と、旋回胴２と第１アーム３との間に配置されてＪ２軸回りのトルクを検出する第２トルクセンサＳ２と、第１アーム３と第２アーム４との間に配置されてＪ３軸回りのトルクを検出する第３トルクセンサＳ３とを備えている。 The robot 100 is provided between a base 1 and a swing body 2 and a first torque sensor (torque sensor) S1 for detecting a torque around the J1 axis, and between the swing body 2 and the first arm 3. A second torque sensor S2 disposed to detect torque around the J2 axis; and a third torque sensor S3 disposed between the first arm 3 and the second arm 4 to detect torque around the J3 axis. ing.

また、ロボット１００は、Ｊ１〜Ｊ６軸回りに各部を駆動させる各モータＭＴ１〜ＭＴ６と、各モータＭＴに備えられＪ１〜Ｊ６軸回りの回転角度を検出する各エンコーダ（角度関連情報検出部）ＥＮ１〜ＥＮ６と、検出された各軸回りの回転角度を用いて各部のＪ１〜Ｊ６軸回りの駆動を制御する制御部１０とを備えている。なお、ベース１に対して旋回胴２をＪ１軸回りに駆動させるモータＭＴ１およびエンコーダＥＮ１は、図２に示され、図１における図示が省略されている。 In addition, the robot 100 includes motors MT1 to MT6 for driving the respective units around the J1 to J6 axes, and encoders (angle-related information detecting units) EN1 provided in the respective motors MT for detecting rotation angles around the J1 to J6 axes. And a control unit 10 that controls the driving of each unit around the J1 to J6 axes using the detected rotation angles around each axis. Note that the motor MT1 and the encoder EN1 that drive the revolving drum 2 about the J1 axis with respect to the base 1 are shown in FIG. 2 and are not shown in FIG.

図１に示される制御部１０は、図示されていないＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭとで構成されている。ＣＰＵが、ＲＯＭに格納されたプログラムを、ＲＡＭに展開することにより、制御部１０は各プログラム機能を実行する。 The control unit 10 shown in FIG. 1 includes a CPU (not shown), a ROM, and a RAM. The control unit 10 executes each program function by the CPU expanding the program stored in the ROM into the RAM.

制御部１０は、図３に示されるように、ロボット１００の姿勢変化に応じて第１トルクセンサＳ１により検出されるトルクの変動量を推定することにより補正トルク（変動量）Ｔｆを算出する変動量推定部（トルク変動量推定部）１３と、変動量推定部１３により算出された補正トルクＴｆを用いて検出トルクＴを補正する補正部１１と、モータＭＴ１を駆動するために入力されるトルク指令値Ｔｉ、検出トルクＴおよび補正トルクＴｆに基づいてモータＭＴ１を駆動させる駆動部１２とを備えている。 As shown in FIG. 3, the control unit 10 calculates a correction torque (fluctuation amount) Tf by estimating a fluctuation amount of the torque detected by the first torque sensor S <b> 1 in accordance with the posture change of the robot 100. Amount estimating unit (torque fluctuation estimating unit) 13, correcting unit 11 for correcting detected torque T using correction torque Tf calculated by fluctuation estimating unit 13, and torque input to drive motor MT1. A drive unit 12 for driving the motor MT1 based on the command value Ti, the detected torque T, and the correction torque Tf.

変動量推定部１３は、各関節を各軸回りに回転させたときの、回転角度に対してトルクセンサにより検出される検出トルクＴを当てはめたテーブルあるいは近似式からなる回転角度特性を予め（出荷時等に）求めて記憶している。
例えば、Ｊ１軸回りの回転角度のみを変化させ、他の各関節をＪ１軸に負荷がかからない回転角度に固定した場合に、第１トルクセンサＳ１により検出されるトルクＴ０を図４に示す。 The fluctuation amount estimating unit 13 preliminarily obtains a rotation angle characteristic obtained from a table or an approximate expression in which the detected torque T detected by the torque sensor is applied to the rotation angle when each joint is rotated around each axis (shipping). At times, etc.).
For example, FIG. 4 shows the torque T0 detected by the first torque sensor S1 when only the rotation angle around the J1 axis is changed and the other joints are fixed at rotation angles at which no load is applied to the J1 axis.

Ｊ１軸に負荷がかからないロボット１００の姿勢としては、例えば、Ｊ４軸およびＪ６軸がＪ１軸の延長線に実質的に一致するロボット１００の姿勢、旋回胴２以上の先端側の機構を取り外した状態のロボット１００の姿勢などが挙げられる。 The posture of the robot 100 in which no load is applied to the J1 axis includes, for example, the posture of the robot 100 in which the J4 axis and the J6 axis substantially coincide with the extension of the J1 axis, and the state in which the mechanism on the tip side of the revolving torso 2 or more is removed. Posture of the robot 100 of FIG.

Ｊ１軸回りに負荷がかからないロボット１００の姿勢を保ったまま旋回胴２がＪ１軸回りに回転すれば、理想的には、第１トルクセンサＳ１によって検出されるＪ１軸回りのトルクはゼロである。しかし、実際には、図６に示されるように、第１トルクセンサＳ１のボディＢＤの表面には、２つの歪みゲージＧ１，Ｇ２が貼り付けられ、Ｇ１，Ｇ２により検出された歪み量によって検出トルクＴが決定される。歪みゲージＧ１，Ｇ２の貼り付け位置のずれなどを原因として、検出トルクＴに誤差が発生する場合がある。 If the rotating torso 2 rotates around the J1 axis while maintaining the posture of the robot 100 with no load applied around the J1 axis, ideally, the torque around the J1 axis detected by the first torque sensor S1 is zero. . However, in practice, as shown in FIG. 6, two strain gauges G1 and G2 are attached to the surface of the body BD of the first torque sensor S1 and are detected based on the strain amounts detected by G1 and G2. The torque T is determined. An error may occur in the detected torque T due to a shift in the position where the strain gauges G1 and G2 are attached.

図４によれば、トルクＴ０は、第１エンコーダＥＮ１により検出されたＪ１軸回りの回転角度に応じて変化している。
そこで、図５に示されるように、変動量推定部１３には、第１トルクセンサＳ１により検出されるトルクＴ０の回転角度特性をテーブルまたは近似式により記憶しておく。そして、変動量推定部１３には、全ての関節の回転角度に対するトルクの回転角度特性をテーブルまたは近似式により記憶しておく。このテーブルまたは近似式は、実験により、回転角度およびトルクのデータの相関関係をデータプロットして求める。このプロットデータよりテーブルまたは近似式の係数を算出する。 According to FIG. 4, the torque T0 changes according to the rotation angle around the J1 axis detected by the first encoder EN1.
Therefore, as shown in FIG. 5, the fluctuation estimating unit 13 stores the rotation angle characteristics of the torque T0 detected by the first torque sensor S1 in a table or an approximate expression. Then, the fluctuation amount estimating unit 13 stores the rotation angle characteristics of the torque with respect to the rotation angles of all the joints using a table or an approximate expression. The table or the approximate expression is obtained by experimentally plotting the correlation between the rotation angle and the torque data. A coefficient of a table or an approximate expression is calculated from the plot data.

トルクの回転角度特性は、実際にロボットを動作させて測定する場合の他、シミュレーションによって測定することにしてもよい。
これにより、ロボットの実際の動作時には、変動量推定部が、エンコーダにより検出された各軸の回転角度を、記憶されている回転角度特性に当てはめて、あるいは補間して、補正トルクＴｆを算出することができる。 The rotation angle characteristic of the torque may be measured by simulation, instead of measuring the actual operation of the robot.
Accordingly, during the actual operation of the robot, the fluctuation estimating unit calculates the correction torque Tf by applying the rotation angle of each axis detected by the encoder to the stored rotation angle characteristic or by interpolating the rotation angle characteristic. be able to.

そして、補正部１１は、下記式（１）に示されるように、使用時のロボット１００における第１トルクセンサＳ１の検出トルクＴから、変動量推定部１３により推定された補正トルクＴｆを差し引くことによって、推定実トルクＴｒを算出する。
推定実トルクＴｒ＝検出トルクＴ−補正トルクＴｆ・・・（１） Then, the correction unit 11 subtracts the correction torque Tf estimated by the fluctuation amount estimation unit 13 from the detected torque T of the first torque sensor S1 in the robot 100 at the time of use, as shown in the following equation (1). Thus, the estimated actual torque Tr is calculated.
Estimated actual torque Tr = detected torque T−corrected torque Tf (1)

推定実トルクＴｒは、Ｊ１軸回りのトルク以外が排除されてＪ１軸に加わるＪ１軸回りの実際のトルクを表している。なお、補正部１１は、推定実トルクＴｒを算出するために、検出トルクＴから補正トルクＴｆを減算するのではなく、加算、乗算、および除算のいずれの算出方法を用いてもよい。 The estimated actual torque Tr represents the actual torque around the J1 axis applied to the J1 axis except for the torque around the J1 axis. Note that the correction unit 11 may use any calculation method of addition, multiplication, and division instead of subtracting the correction torque Tf from the detected torque T in order to calculate the estimated actual torque Tr.

駆動部１２は、ロボット１００を制御するための入力指令に基づく入力トルクＴｉから推定実トルクＴｒを差し引いた駆動トルクによってモータＭＴ１を駆動させる。モータＭＴ１が駆動中に第１トルクセンサＳ１により検出される検出トルクＴは、図３に示されるように、補正トルクＴｆが減算されて推定実トルクＴｒとして駆動部１２のフィードバック制御に用いられる。 The drive unit 12 drives the motor MT1 with a drive torque obtained by subtracting the estimated actual torque Tr from an input torque Ti based on an input command for controlling the robot 100. As shown in FIG. 3, the correction torque Tf is subtracted from the detected torque T detected by the first torque sensor S1 while the motor MT1 is being driven, and is used for the feedback control of the drive unit 12 as the estimated actual torque Tr.

このように構成された本実施形態に係るロボット１００の作用について以下に説明する。
第１トルクセンサＳ１により検出される検出トルクＴには、Ｊ１軸回りのトルク以外の負荷によって発生するトルクが含まれている場合がある。本実施形態においては、変動量推定部１３が、図６に示されるように、ロボット１００の各関節の回転角度に基づいて、記憶されている回転角度特性から、変動量としての補正トルクＴｆを推定する。そして、補正部１１が補正トルクＴｆを用いて第１トルクセンサＳ１の検出トルクＴを補正することにより、第１トルクセンサＳ１の検出トルクＴからＪ１軸回りのトルク以外の負荷が排除された推定実トルクＴｒが得られる。すなわち、推定実トルクＴｒによりＪ１軸回りのトルクが精度よく取得され、ロボット１００を精度よく制御することができる。 The operation of the thus-configured robot 100 according to the present embodiment will be described below.
The detected torque T detected by the first torque sensor S1 may include a torque generated by a load other than the torque around the J1 axis. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the fluctuation amount estimating unit 13 calculates the correction torque Tf as the fluctuation amount from the stored rotation angle characteristics based on the rotation angles of the joints of the robot 100. presume. Then, the correction unit 11 corrects the detected torque T of the first torque sensor S1 using the corrected torque Tf, so that the load other than the torque around the J1 axis is excluded from the detected torque T of the first torque sensor S1. The actual torque Tr is obtained. That is, the torque around the J1 axis is accurately acquired from the estimated actual torque Tr, and the robot 100 can be accurately controlled.

また、上記実施形態に係るロボット１００によれば、作業者がアームに直接触れて外力を加えることによるリードスルー教示が行われる場合に、推定実トルクＴｒが用いられることにより、外力によってＪ１軸回りに発生するトルクを精度よく推定できる。これにより、第１トルクセンサＳ１の検出トルクＴを用いた駆動部１２のフィードバック制御において、ロボット１００の誤作動を防止することができる。 Further, according to the robot 100 according to the above embodiment, when the worker directly touches the arm to perform the read-through teaching by applying the external force, the estimated actual torque Tr is used, and the external force causes the rotation around the J1 axis. Can be accurately estimated. Thereby, in the feedback control of the drive unit 12 using the detected torque T of the first torque sensor S1, malfunction of the robot 100 can be prevented.

また、本実施形態によれば補正部１１が、Ｊ１軸回りの検出トルクＴを補正するための補正トルクＴｆの算出に、第１トルクセンサＳ１以外のトルクセンサの検出値を必要としない。そのため、ロボット１００の全ての関節にトルクセンサが配置される必要がなく、ロボット１００が低コスト化を図ることができる。 Further, according to the present embodiment, the correction unit 11 does not need the detection values of the torque sensors other than the first torque sensor S1 to calculate the correction torque Tf for correcting the detection torque T around the J1 axis. Therefore, it is not necessary to arrange the torque sensors at all the joints of the robot 100, and the cost of the robot 100 can be reduced.

また、本実施形態においては、角度関連情報検出部としてエンコーダを例示し、角度に関連する情報としてＪ１〜Ｊ６軸回りの回転角度を例示したが、これに限定されるものではなく、角速度あるいは角加速度を検出することにしてもよい。また、Ｊ１〜Ｊ６軸回りの回転角度に加えて、Ｊ１〜Ｊ６軸回りの角速度および／または角加速度も用いて補正トルクＴｆを算出してもよい。また、全ての関節ではなく一部の関節の角度に関連する情報を用いて、補正トルクＴｆを算出してもよい。 Further, in the present embodiment, an encoder is exemplified as the angle-related information detecting unit, and the rotation angle around the J1 to J6 axes is exemplified as the information related to the angle. However, the present invention is not limited thereto, and the angular velocity or the angular The acceleration may be detected. Further, the correction torque Tf may be calculated using an angular velocity and / or an angular acceleration around the J1 to J6 axes in addition to the rotation angles around the J1 to J6 axes. Alternatively, the correction torque Tf may be calculated using information relating to angles of some joints, not all joints.

また、変動量推定部１３は、Ｊ１〜Ｊ６軸を連結するロボット構成部品（例えば、第１アーム３など）の物理パラメータ（例えば、寸法および重量等）を記憶しておき、物理パラメータと、回転角度とに基づいて補正トルクＴｆを推定してもよい。この場合に、変動量推定部１３は、アーム重量などによって発生するＪ１軸回り以外に加わる慣性モーメント、Ｊ１軸に沿う方向に加わる引張力あるいは圧縮力を用いて、より正確に補正トルクＴｆを算出できる。 Further, the variation estimating unit 13 stores physical parameters (for example, dimensions and weight) of a robot component (for example, the first arm 3 or the like) connecting the J1 to J6 axes, and stores the physical parameters and the rotation. The correction torque Tf may be estimated based on the angle. In this case, the fluctuation amount estimating unit 13 calculates the correction torque Tf more accurately using the moment of inertia applied around the J1 axis and the tensile force or the compressive force applied in the direction along the J1 axis due to the arm weight or the like. it can.

また、上記実施形態においては、補正部１１が、第１トルクセンサＳ１の検出トルクＴを補正したが、第２トルクセンサＳ２により検出されるトルクおよび第３トルクセンサＳ３により検出されるトルクを、第１トルクセンサＳ１の検出トルクＴと同じように各軸の補正トルクを用いて補正してもよい。また、ロボット１００は、上記実施形態と異なる関節（例えば、Ｊ４軸など）の軸線回りのトルクを検出するトルクセンサを備えていてもよい。 In the above-described embodiment, the correction unit 11 corrects the detected torque T of the first torque sensor S1. However, the correction unit 11 calculates the torque detected by the second torque sensor S2 and the torque detected by the third torque sensor S3. The correction may be performed using the correction torque of each axis in the same manner as the detection torque T of the first torque sensor S1. Further, the robot 100 may include a torque sensor that detects a torque around an axis of a joint (for example, a J4 axis or the like) different from the above embodiment.

また、本実施形態においては、補正部１１または変動量推定部１３は、それぞれがロボット１００のアーム３，４上の任意の部品に設けられていてもよいし、ロボット１００を制御するロボット制御装置の内部に設けられていてもよい。また、ロボット１００のアーム３，４およびロボット制御装置を除いた周辺装置の内部に設けられていてもよいし、補正部１１または変動量推定部１３を別置きの制御部として設置し、ロボット制御装置と接続してもよい。補正部１１または変動量推定部１３は、それぞれ別の場所に設けてもよい。 Further, in the present embodiment, each of the correction unit 11 and the fluctuation amount estimation unit 13 may be provided on an arbitrary part on the arm 3 or 4 of the robot 100, or a robot control device that controls the robot 100. May be provided inside. Further, it may be provided inside the peripheral device except for the arms 3 and 4 of the robot 100 and the robot control device, or the correction unit 11 or the fluctuation amount estimation unit 13 may be installed as a separate control unit to control the robot. You may connect with an apparatus. The correction unit 11 or the fluctuation amount estimation unit 13 may be provided at different locations.

上記実施形態は、以下の本開示の各態様から導かれる。
本開示の一態様は、軸線回りに回転駆動する複数の関節と、複数の前記関節の内の１つである対象関節の軸線回りのトルクを検出するトルクセンサと、各前記関節の軸線回りの回転角度に関連する情報を検出する角度関連情報検出部と、検出された前記情報に基づいて、前記トルクセンサにより検出されたトルクの前記対象関節の軸線回りのトルク以外の負荷による変動量を推定するトルク変動量推定部と、推定された前記変動量を用いて前記トルクセンサにより検出されたトルクを補正する補正部とを備えるロボットを提供する。 The above embodiments are derived from the following aspects of the present disclosure.
One embodiment of the present disclosure provides a plurality of joints that rotate around an axis, a torque sensor that detects torque around an axis of a target joint that is one of the plurality of joints, and a plurality of joints that rotate around the axis of each of the joints. An angle-related information detection unit that detects information related to a rotation angle; and, based on the detected information, estimates a variation amount of a torque detected by the torque sensor due to a load other than a torque around an axis of the target joint. The present invention provides a robot including a torque fluctuation amount estimating unit that corrects and a correcting unit that corrects a torque detected by the torque sensor using the estimated fluctuation amount.

対象関節を軸線回りに回転駆動したり、対象関節の軸線回りに外力が加わったりすると、トルクセンサにより軸線回りのトルクが検出されるが、各関節が軸線回りに回転してロボットの姿勢が変化すると、対象関節の軸線回りのトルク以外の負荷が重畳されたトルクがトルクセンサにより検出される場合がある。 When the target joint is driven to rotate around the axis or an external force is applied around the axis of the target joint, the torque sensor detects torque around the axis, but each joint rotates around the axis and the posture of the robot changes. Then, a torque on which a load other than the torque around the axis of the target joint is superimposed may be detected by the torque sensor.

本態様によれば、各関節が軸線回りに回転すると、角度関連情報検出部により、各関節の軸線回りの回転角度に関連する情報が検出され、検出された情報に基づいてトルク変動量推定部により、対象関節における軸線回りのトルク以外の負荷によるトルクの変動量が推定される。そして、トルクセンサにより検出されたトルクが、推定された変動量を用いて補正されることにより、対象関節の軸線回りのトルク以外の負荷が排除される。これにより、対象関節以外の関節にトルクセンサを配置しなくても、対象関節の軸線回りのトルクを精度よく取得して、ロボットを精度よく制御することができる。 According to this aspect, when each joint rotates around the axis, the angle-related information detection unit detects information related to the rotation angle of each joint around the axis, and based on the detected information, the torque fluctuation estimation unit. Thus, the amount of torque fluctuation due to a load other than the torque around the axis at the target joint is estimated. Then, by correcting the torque detected by the torque sensor using the estimated variation, loads other than the torque around the axis of the target joint are excluded. This makes it possible to accurately acquire the torque around the axis of the target joint and control the robot with high accuracy without disposing a torque sensor at a joint other than the target joint.

上記態様においては、前記情報が、各前記関節の軸線回りの回転角度であってもよい。
この構成により、角度関連情報検出部により各関節の回転角度が検出され、ロボットの姿勢の変化に応じて推定された負荷の変動量を用いてトルクを補正することができる。 In the above aspect, the information may be a rotation angle of each of the joints around an axis.
With this configuration, the rotation angle of each joint is detected by the angle-related information detection unit, and the torque can be corrected using the load variation estimated according to the change in the posture of the robot.

上記態様においては、前記情報が、各前記関節の軸線回りの角速度または角加速度であってもよい。
この構成により、角度関連情報検出部により各関節の角速度または角加速度が検出され、検出された角速度または角加速度に応じて負荷の変動量が推定される。 In the above aspect, the information may be an angular velocity or an angular acceleration about an axis of each of the joints.
With this configuration, the angular velocity information or angular acceleration of each joint is detected by the angle-related information detection unit, and the amount of load fluctuation is estimated according to the detected angular velocity or angular acceleration.

上記態様においては、各前記関節を連結するロボット構成部品を備え、前記情報が、各前記関節の軸線回りの回転角度、角速度または角加速度と、前記ロボット構成部品の物理パラメータとから計算される各前記関節にかかる負荷情報であってもよい。
この構成により、角度関連情報検出部により、回転角度に関する情報として、検出された回転角度、角速度または角加速度とロボット構成部品の物理パラメータに基づいた慣性モーメント、引張力または圧縮力等の負荷情報が算出される。算出された負荷情報に基づいて、対象関節に加わる軸線回りのトルク以外の負荷が算出されることにより、対象関節の軸線回りのトルクを精度よく取得できる。 In the above aspect, a robot component for connecting each of the joints is provided, and the information is calculated from a rotation angle, an angular velocity or an angular acceleration around an axis of each of the joints, and physical parameters of the robot component. The information may be load information on the joint.
With this configuration, the angle-related information detector detects load information such as moment of inertia, tensile force or compressive force based on the detected rotation angle, angular velocity or angular acceleration, and physical parameters of the robot components as information on the rotation angle. Is calculated. By calculating a load other than the torque around the axis applied to the target joint based on the calculated load information, the torque around the axis of the target joint can be accurately acquired.

上記態様においては、前記対象関節の軸線回りのトルク以外の負荷が、前記対象関節の軸線に直交する平面内に配置される直交軸線回りのトルクであってもよい。
上記態様においては、前記対象関節の軸線回りのトルク以外の負荷が、前記対象関節の軸線方向に作用する引張および圧縮方向の負荷であってもよい。 In the above aspect, the load other than the torque around the axis of the target joint may be a torque around an orthogonal axis arranged in a plane orthogonal to the axis of the target joint.
In the above aspect, the load other than the torque around the axis of the target joint may be a load acting in the tension and compression directions acting in the axial direction of the target joint.

上記態様においては、前記補正部が、前記対象関節の軸線回りのトルク以外の負荷が加わっていない状態において前記対象関節の軸線回りに前記対象関節を回転させたときに前記トルクセンサにより検出されたトルクと前記角度関連情報検出部により検出された前記対象関節の前記情報との関係を示すトルク特性に基づいて、前記トルクセンサにより検出されるトルクを補正してもよい。 In the above aspect, the correction unit is detected by the torque sensor when rotating the target joint around the axis of the target joint in a state where a load other than the torque around the axis of the target joint is not applied. The torque detected by the torque sensor may be corrected based on a torque characteristic indicating a relationship between the torque and the information on the target joint detected by the angle-related information detecting unit.

トルク特性は、対象関節の軸線回りのトルクが対象関節に加わっていない状態において角度関連情報検出部の検出値の変化に対するトルクの変動量を表している。すなわち、トルク特性は、トルクセンサ自体が備える検出誤差に起因した特性を表しているため、トルク特性を用いた検出トルクの補正が行われることにより、対象関節の軸線回りのトルクをさらに精度よく取得できる。 The torque characteristic indicates the amount of change in torque with respect to a change in the detection value of the angle-related information detection unit in a state where torque around the axis of the target joint is not applied to the target joint. That is, since the torque characteristic represents a characteristic caused by a detection error provided in the torque sensor itself, the detected torque is corrected using the torque characteristic, so that the torque around the axis of the target joint can be obtained with higher accuracy. it can.

１ベース（ロボット構成部品）
２旋回胴（ロボット構成部品）
３第１アーム（ロボット構成部品）
４第２アーム（ロボット構成部品）
５第１手首要素（ロボット構成部品）
６第２手首要素（ロボット構成部品）
７第３手首要素（ロボット構成部品）
１１補正部
１３変動量推定部（トルク変動量推定部）
１００ロボット
ＥＮ１〜ＥＮ６エンコーダ（角度関連情報検出部）
Ｊ１〜Ｊ６関節
Ｊ１対象関節
Ｓ１第１トルクセンサ（トルクセンサ）
Ｔｆ補正トルク（変動量） 1 base (robot components)
2 Revolving body (robot component)
3 First arm (robot component)
4 Second arm (robot component)
5 First wrist element (robot component)
6 Second wrist element (robot component)
7 Third wrist element (robot component)
11 Correction unit 13 Fluctuation estimation unit (Torque fluctuation estimation unit)
100 Robot EN1 to EN6 Encoder (angle-related information detection unit)
J1 to J6 Joint J1 Target joint S1 First torque sensor (torque sensor)
Tf Correction torque (variation)

Claims

A plurality of joints that rotate around the axis,
A torque sensor that detects torque around an axis of a target joint that is one of the plurality of joints;
An angle-related information detection unit that detects information related to the rotation angle of each of the joints around the axis,
Based on the detected information, a torque fluctuation amount estimating unit that estimates a fluctuation amount due to a load other than the torque around the axis of the target joint of the torque detected by the torque sensor,
A robot configured to correct the torque detected by the torque sensor using the estimated variation.

The robot according to claim 1, wherein the information is a rotation angle about an axis of each of the joints.

The robot according to claim 1, wherein the information is an angular velocity or an angular acceleration about an axis of each of the joints.

Comprising a robot component for connecting each of said joints,
2. The robot according to claim 1, wherein the information is load information on each joint calculated from a rotation angle, an angular velocity, or an angular acceleration around an axis of each of the joints and a physical parameter of the robot component. 3.

The robot according to any one of claims 1 to 4, wherein the load other than the torque around the axis of the target joint is a torque around an orthogonal axis arranged in a plane perpendicular to the axis of the target joint.

The robot according to any one of claims 1 to 4, wherein the load other than the torque around the axis of the target joint is a load acting in an axial direction of the target joint in tension and compression directions.

When the correction unit rotates the target joint around the axis of the target joint in a state where a load other than the torque around the axis of the target joint is not applied, the torque detected by the torque sensor and the angle-related The robot according to any one of claims 1 to 6, wherein the torque detected by the torque sensor is corrected based on a torque characteristic indicating a relationship between the target joint and the information detected by the information detection unit.