JP6943906B2 - robot - Google Patents

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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。
An articulated robot having a plurality of joints and each joint having a torque sensor for detecting torque around the axis of the joint is known (see, for example, Patent Document 1). The robot of Patent Document 1 corrects the torque around the axis of one joint by using the torque detected by the torque sensor of another joint located on the tip side of the one joint.
This is because the torque around the axis of one joint fluctuates due to the influence of the load applied in a direction other than around the axis of one joint.

特開2017−80841号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-80841

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, since it is premised that torque sensors are arranged in all joints, the robot becomes expensive. Further, if an external force by an operator is applied to the arm connecting the joint for which the torque is calculated and the joint on the distal end side by a lead-through instruction or the like, the torque around the axis of the joint cannot be calculated correctly. By increasing the rigidity of the body of the torque sensor, the influence of the load applied 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しロボット構成部品によって連結される複数の関節と、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し、検出されるトルクは、ロボットの動作により生じる前記ロボット構成部品の慣性力と前記ロボット構成部品の重量とによって前記対象関節の軸線回りに作用するトルクを含む、トルクセンサと、前記複数の関節の全てまたは一部の軸線回りの回転角度に関連する情報を検出し、前記複数の関節の前記一部は、前記対象関節と、該対象関節以外の少なくとも1つの関節とを含む、角度関連情報検出部と、検出された前記複数の関節の全てまたは前記一部の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し、前記負荷が、前記ロボット構成部品の慣性力および前記ロボット構成部品の重量によって前記対象関節に作用する負荷である、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し、精度が向上した前記対象関節の軸線回りのトルクを算出する補正部とを備えるロボットを提供する。 One aspect of the present disclosure, detects a plurality of joints and rotating around its own axis Ru linked by robot components, the axis around torque is one object joint of the plurality of the joints, it is detected The torque includes a torque sensor and all or a part of the plurality of joints, including a torque acting around the axis of the target joint by the inertial force of the robot component generated by the operation of the robot and the weight of the robot component. Information related to the rotation angle around the axis of the Based on the information of all or a part of the plurality of joints, the amount of fluctuation of the torque detected by the torque sensor due to a load other than the torque around the axis of the target joint is estimated, and the load is calculated. The torque fluctuation amount estimation unit, which is a load acting on the target joint due to the inertial force of the robot component and the weight of the robot component, and the torque detected by the torque sensor using the estimated fluctuation amount are obtained. Provided is a robot including a correction unit that corrects and calculates a torque around the axis of the target joint with improved accuracy.

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。It is a schematic plan view of the robot which concerns on one Embodiment of this 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。It is a schematic side view of the connection part of the base of the robot of FIG. 1 and a swivel body. 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。It is a block diagram of the torque control of a motor by the control part of the robot of FIG. 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 the change of the detection torque with respect to the rotation angle of the swivel cylinder around the 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。It is a graph which shows an example of the correction torque calculated based on the detection 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。It is a perspective view which shows an example of the 1st torque sensor provided in the robot of FIG.

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 the 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 rotationally driven around each axis.

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 swivel body (robot configuration) rotatably supported around a J1 axis (target joint) extending in a vertical direction with respect to the base 1. (Parts) 2, the first arm (robot component) 3 rotatably supported around the horizontal J2 axis (joint) orthogonal to the J1 axis with respect to the swivel body 2, and J2 with respect to the first arm 3. Around the second arm (robot component) 4 rotatably supported around the J3 axis (joint) parallel to the axis, and around the J4 axis (joint) at a twisted position with the J3 axis with respect to the second arm 4. A rotatably supported first wrist element (robot component) 5 and a rotatably supported second wrist element (robot) around the J5 axis (joint) orthogonal to the J4 axis with respect to the first wrist element 5. It includes a component 6) and a third wrist element 7 rotatably supported around the J6 axis (joint) orthogonal to the J5 axis with respect to the second wrist element 6.

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。 Further, the robot 100 is arranged between the base 1 and the swivel cylinder 2 and is located between the first torque sensor (torque sensor) S1 for detecting the torque around the J1 axis and between the swivel cylinder 2 and the first arm 3. A second torque sensor S2 that is arranged to detect the torque around the J2 axis and a third torque sensor S3 that is arranged between the first arm 3 and the second arm 4 to detect the torque around the J3 axis are provided. 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。 Further, the robot 100 includes motors MT1 to MT6 for driving each part around the J1 to J6 axes, and each encoder (angle-related information detection unit) EN1 provided in each motor MT to detect the rotation angle around the J1 to J6 axes. ~ EN6 and a control unit 10 that controls driving around the J1 to J6 axes of each unit by using the detected rotation angle around each axis are provided. The motor MT1 and the encoder EN1 that drive the swivel cylinder 2 around 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. When the CPU expands the program stored in the ROM into the RAM, the control unit 10 executes each program function.

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 the correction torque (fluctuation amount) Tf by estimating the fluctuation amount of the torque detected by the first torque sensor S1 according to the posture change of the robot 100. The amount estimation unit (torque fluctuation amount estimation unit) 13, the correction unit 11 that corrects the detection torque T using the correction torque Tf calculated by the fluctuation amount estimation unit 13, and the torque input to drive the motor MT1. It includes a drive unit 12 that drives the motor MT1 based on the command value Ti, the detection 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 estimation unit 13 preliminarily (ships) a rotation angle characteristic consisting of a table or an approximate formula to which the detection torque T detected by the torque sensor is applied to the rotation angle when each joint is rotated around each axis. I ask for it (at times, etc.) and remember it.
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 each of the other joints is fixed at a rotation angle 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 the load is not applied to the J1 axis is, for example, the posture of the robot 100 in which the J4 axis and the J6 axis substantially match the extension line of the J1 axis, and the state in which the mechanism on the tip side of the swivel cylinder 2 or more is removed. The posture of the robot 100 and the like can be mentioned.

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 swivel cylinder 2 rotates around the J1 axis while maintaining the posture of the robot 100 in which no load is applied around the J1 axis, ideally, the torque around the J1 axis detected by the first torque sensor S1 is zero. .. However, in reality, 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 by the amount of strain detected by G1 and G2. The torque T is determined. An error may occur in the detection torque T due to a deviation in the attachment position of the strain gauges G1 and G2.

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 amount estimation unit 13 stores the rotation angle characteristic of the torque T0 detected by the first torque sensor S1 by a table or an approximate expression. Then, the fluctuation amount estimation unit 13 stores the rotation angle characteristics of the torque with respect to the rotation angles of all the joints by a table or an approximate expression. This table or approximate expression is experimentally obtained by plotting the correlation between the rotation angle and torque data. Calculate the coefficients of the table or approximate expression from this 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 torque rotation angle characteristic may be measured by simulation as well as when the robot is actually operated for measurement.
As a result, during the actual operation of the robot, the fluctuation amount estimation unit calculates the correction torque Tf by applying or interpolating the rotation angle of each axis detected by the encoder to the stored 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, as shown in the following equation (1), the correction unit 11 subtracts the correction torque Tf estimated by the fluctuation amount estimation unit 13 from the detection torque T of the first torque sensor S1 in the robot 100 during use. To calculate the estimated actual torque Tr.
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 that is applied to the J1 axis by excluding the torque other than the torque around the J1 axis. In order to calculate the estimated actual torque Tr, the correction unit 11 may use any of addition, multiplication, and division calculation methods instead of subtracting the correction torque Tf from the detection torque T.

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 the input torque Ti based on the input command for controlling the robot 100. As shown in FIG. 3, the detection torque T detected by the first torque sensor S1 while the motor MT1 is being driven is used for feedback control of the drive unit 12 as an estimated actual torque Tr by subtracting the correction torque Tf.

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 robot 100 according to the present embodiment configured in this way will be described below.
The detected torque T detected by the first torque sensor S1 may include 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 estimation unit 13 calculates the correction torque Tf as the fluctuation amount from the stored rotation angle characteristics based on the rotation angle of each joint of the robot 100. presume. Then, the correction unit 11 corrects the detection torque T of the first torque sensor S1 by using the correction torque Tf, so that the load other than the torque around the J1 axis is excluded from the detection torque T of the first torque sensor S1. The actual torque Tr can be obtained. That is, the estimated actual torque Tr can accurately acquire the torque around the J1 axis, and the robot 100 can be controlled accurately.

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 operator directly touches the arm and applies an external force to the robot 100, the estimated actual torque Tr is used to rotate the J1 axis by the external force. The torque generated in the robot can be estimated accurately. As a result, it is possible to prevent the robot 100 from malfunctioning in the feedback control of the drive unit 12 using the detection torque T of the first torque sensor S1.

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 value of the torque sensor 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 dispose 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, the encoder is exemplified as the angle-related information detection unit, and the rotation angle around the J1 to J6 axes is exemplified as the angle-related information, but the present invention is not limited to this, and the angular velocity or the angle is not limited thereto. Acceleration may be detected. Further, the correction torque Tf may be calculated by using the angular velocity and / or the angular acceleration around the J1 to J6 axes in addition to the rotation angles around the J1 to J6 axes. Further, the correction torque Tf may be calculated by using the information related to the angles of some joints instead of all the 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 fluctuation amount estimation unit 13 stores physical parameters (for example, dimensions and weight) of robot components (for example, first arm 3 and the like) that connect the J1 to J6 axes, and stores the physical parameters and rotation. The correction torque Tf may be estimated based on the angle. In this case, the fluctuation amount estimation unit 13 more accurately calculates the correction torque Tf by using the moment of inertia applied other than around the J1 axis generated by the arm weight or the like, and the tensile force or compressive force applied in the direction along the J1 axis. 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。 Further, in the above embodiment, the correction unit 11 corrects the detection torque T of the first torque sensor S1, but the torque detected by the second torque sensor S2 and the torque detected by the third torque sensor S3 are measured. Similar to the detection torque T of the first torque sensor S1, the correction torque of each shaft may be used for correction. Further, the robot 100 may include a torque sensor that detects torque around the axis of a joint (for example, the J4 axis) 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, the correction unit 11 or the fluctuation amount estimation unit 13 may be provided on arbitrary parts on the arms 3 and 4 of the robot 100, respectively, or a robot control device for controlling the robot 100. It may be provided inside the. Further, the robot 100 may be provided inside the peripheral devices excluding the arms 3 and 4 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. It may be connected to the device. 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 embodiment is derived from each of the following aspects of the present disclosure.
One aspect of the present disclosure is a plurality of joints that are rotationally driven around an axis, a torque sensor that detects torque around the axis of a target joint that is one of the plurality of joints, and a torque sensor around the axis of each of the joints. Based on the angle-related information detection unit that detects information related to the rotation angle and the detected information, the amount of fluctuation of the torque detected by the torque sensor due to a load other than the torque around the axis of the target joint is estimated. Provided is a robot including a torque fluctuation amount estimation unit and a correction unit for correcting 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 rotationally driven around the axis or an external force is applied around the axis of the target joint, the torque sensor detects the torque around the axis, but each joint rotates around the axis and the posture of the robot changes. Then, the torque sensor may detect a torque on which a load other than the torque around the axis of the target joint is superimposed.

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 around the axis of each joint, and the torque fluctuation amount estimation unit is based on the detected information. Therefore, the amount of torque fluctuation due to a load other than the torque around the axis of the target joint is estimated. Then, the torque detected by the torque sensor is corrected using the estimated fluctuation amount, so that a load other than the torque around the axis of the target joint is eliminated. As a result, the robot can be controlled accurately by accurately acquiring the torque around the axis of the target joint without arranging the torque sensor in 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 around the axis of each of the joints.
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 amount of load fluctuation 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 around the axis of each of the joints.
With this configuration, the angular velocity 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, the robot component connecting each of the joints is provided, and the information is calculated from the rotation angle, the angular velocity or the angular acceleration around the axis of each of the joints, and the physical parameters of the robot component. It may be load information applied to the joint.
With this configuration, the angle-related information detector can provide information about the rotation angle, such as the detected rotation angle, angular velocity or angular acceleration, and load information such as moment of inertia, tensile force or compressive force based on the physical parameters of the robot component. It is calculated. By calculating the 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 acquired accurately.

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 the torque around the 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 the load in the tensile and compressive 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 the target joint is rotated around the axis of the target joint in a state where no load other than the torque around the axis of the target joint is applied. The torque detected by the torque sensor may be corrected based on the torque characteristic indicating the relationship between the torque and the information of the target joint detected by the angle-related information detection 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 represents the amount of torque fluctuation with respect to a change in the detection value of the angle-related information detection unit in a state where the torque around the axis of the target joint is not applied to the target joint. That is, since the torque characteristic represents the characteristic caused by the detection error of the torque sensor itself, the torque around the axis of the target joint is acquired more accurately by correcting the detected torque using the torque characteristic. 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 component)
2 Swivel cylinder (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 amount estimation unit (torque fluctuation amount estimation unit)
100 Robot EN1 to EN6 encoder (angle related information detector)
J1 to J6 Joint J1 Target joint S1 1st torque sensor (torque sensor)
Tf correction torque (fluctuation amount)

Claims (7)

軸線回りに回転駆動しロボット構成部品によって連結される複数の関節と、
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し、検出されるトルクは、ロボットの動作により生じる前記ロボット構成部品の慣性力と前記ロボット構成部品の重量とによって前記対象関節の軸線回りに作用するトルクを含む、トルクセンサと、
前記複数の関節の全てまたは一部の軸線回りの回転角度に関連する情報を検出し、前記複数の関節の前記一部は、前記対象関節と、該対象関節以外の少なくとも1つの関節とを含む、角度関連情報検出部と、
検出された前記複数の関節の全てまたは前記一部の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し、前記負荷が、前記ロボット構成部品の慣性力および前記ロボット構成部品の重量によって前記対象関節に作用する負荷である、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し、精度が向上した前記対象関節の軸線回りのトルクを算出する補正部とを備えるロボット。
A plurality of joints that will be connected by the robot components to rotate driving around an axis,
The torque around the axis of the target joint, which is one of the plurality of joints, is detected, and the detected torque is determined by the inertial force of the robot component generated by the operation of the robot and the weight of the robot component. A torque sensor that includes the torque acting around the axis of the target joint,
Information related to the rotation angle of all or a part of the plurality of joints around the axis is detected, and the part of the plurality of joints includes the target joint and at least one joint other than the target joint. , Angle related information detector,
Based on the information of all or a part of the plurality of detected joints, the amount of fluctuation of the torque detected by the torque sensor due to a load other than the torque around the axis of the target joint is estimated, and the load is calculated. , A torque fluctuation amount estimation unit , which is a load acting on the target joint due to the inertial force of the robot component and the weight of the robot component.
A robot including a correction unit that corrects the torque detected by the torque sensor using the estimated fluctuation amount and calculates the torque around the axis of the target joint with improved accuracy.
前記情報が、各前記関節の軸線回りの回転角度である請求項1に記載のロボット。 The robot according to claim 1, wherein the information is a rotation angle around the axis of each of the joints. 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る請求項1に記載のロボット。 The robot according to claim 1, wherein the information is an angular velocity or an angular acceleration around the axis of each of the joints. 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る請求項1に記載のロボット。
It is equipped with robot components that connect each of the joints.
The robot according to claim 1, wherein the information is load information applied to each joint calculated from a rotation angle, an angular velocity or an angular acceleration around the axis of each joint and physical parameters of the robot component.
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る請求項1から請求項4までのいずれかに記載のロボット。 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 the torque around the orthogonal axis arranged in a plane orthogonal to the axis of the target joint. 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る請求項1から請求項4までのいずれかに記載のロボット。 The robot according to any one of claims 1 to 4, wherein a load other than the torque around the axis of the target joint is a load in the tensile and compressive directions acting in the axial direction of the target joint. 前記トルク変動量推定部が、前記対象関節のトルク特性から、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に対応するトルクを算出し、前記トルク特性は、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し、 前記補正部が、前記トルク変動量推定部によって算出されたトルクを用いて、前記トルクセンサにより検出されるトルクを補正する請求項1から請求項6のいずれかに記載のロボット。 The torque fluctuation amount estimation unit calculates the torque corresponding to the information of the target joint detected by the angle-related information detection unit from the torque characteristic of the target joint, and the torque characteristic is the axis of the target joint. The torque detected by the torque sensor and the target joint detected by the angle-related information detection unit when the target joint is rotated around the axis of the target joint in a state where a load other than the surrounding torque is not applied. Any one of claims 1 to 6, wherein the correction unit corrects the torque detected by the torque sensor by using the torque calculated by the torque fluctuation amount estimation unit. The robot described in.
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