專利名稱：機(jī)器人控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)行工業(yè)用機(jī)器人的柔性控制的機(jī)器人控制裝置，更詳細(xì)地說 的話，涉及用于控制機(jī)器人軸驅(qū)動用伺服電動機(jī)來變更正交坐標(biāo)系上的柔度的 機(jī)器人控制技術(shù)。
技術(shù)背景作為用于保持柔性控制中的機(jī)器人的姿勢的現(xiàn)有技術(shù)，例如，在以下所述的專利文獻(xiàn)l (特許第3473834號公報(bào))中，公開了 "機(jī)器人控制裝置，，技術(shù)。 在該機(jī)器人控制裝置中，使安裝在機(jī)器人的手指尖的刀具的姿勢保持一定，同 時對可進(jìn)行并進(jìn)的柔性動作的機(jī)器人進(jìn)行控制。但是，此時，不具有根據(jù)跟蹤 外力的方向求出對不進(jìn)行柔性控制的控制軸的指令的單元。此外，另一方面，在以下所述的專利文獻(xiàn)2(特開平8-155868號公報(bào))中， 公開了用于控制向?qū)τ谧饔糜诠I(yè)用機(jī)器人的刀具的外力而預(yù)先特定的一定 方向的后退跟蹤動作的機(jī)器人控制方法。但是，此時，也不具有根據(jù)跟蹤外力 的方向求出對不進(jìn)行柔性控制的控制軸的指令的單元。專利文獻(xiàn)1特許第3473834號公報(bào)專利文獻(xiàn)2特開平8-155868號公報(bào)如以上所述，在用于保持柔性控制中的機(jī)器人的姿勢的現(xiàn)有技術(shù)中，存在 這樣的問題不能指定跟蹤方向，或者即使可以指定跟蹤方向，也會由于控制 不跟蹤方向的轉(zhuǎn)矩而妨礙向跟蹤方向的動作。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述問題點(diǎn)而提出的，其目的是提供一種在保持柔性控制中 的機(jī)器人的姿勢的同時，即使在向偏離了跟蹤的方向的方向施加力時，也能防 止妨礙向跟蹤方向的動作的機(jī)器人控制裝置。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置，在機(jī)器人的每個控制軸設(shè) 有位置以及速度控制環(huán)^各，具有下述單元用于輸入機(jī)器人的臂前端應(yīng)跟蹤外力的方向的信息的單元；將特定的控制軸的位置控制增益以及速度控制增益設(shè) 定成分別低于該特定控制軸以外的控制軸的位置控制增益以及速度控制增益 的單元；求出機(jī)器人的臂前端在跟蹤外力過程中應(yīng)釆取的姿勢即開始跟蹤之前 的機(jī)器人臂前端的姿勢的單元；根據(jù)由施加給機(jī)器人的臂前端的外力而移動的 所述特定的控制軸的當(dāng)前位置、應(yīng)跟蹤所述外力的方向以及開始所述跟蹤之前 的機(jī)器人的臂前端的姿勢，分別求出所述特定的控制軸以外的控制軸的位置指 令或者速度指令的單元；將所求出的所述特定的控制軸以外的控制軸的位置指 令或者速度指令分別給予各自的控制軸的控制環(huán)路的單元。概括地說，在本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置中，在柔性控制中的特定的控制軸 上降低增益的同時根據(jù)跟蹤外力的方向求出對不進(jìn)行柔性控制的控制軸的指 令后給出。理想的是，在本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置中，通過手動輸入來進(jìn)行所述特定 的控制軸的設(shè)定。而且，理想的是，在本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置中，根據(jù)機(jī)器人的臂前端應(yīng) 跟蹤外力的方向和施加外力時機(jī)器人的位置來自動地進(jìn)行所述特定的控制軸 的設(shè)定。根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置，在柔性控制中的特定的控制軸上降低增益 的同時根據(jù)跟蹤外力的方向而求出對不進(jìn)行柔性控制的控制軸的指令后給出， 由此，在保持柔性控制中的機(jī)器人的姿勢的同時，能夠指定跟蹤方向，而且不 會由于控制不跟蹤方向的力矩而妨礙向跟蹤方向的動作，即使在向偏離跟蹤方 向的方向施加了力時，也能以較小的力來向跟蹤方向移動。


通過參照附圖來說明以下所述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而使前面所述的本 發(fā)明的目的以及特征變得更加明確。圖1是表示本發(fā)明的機(jī)器人控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的概略圖； 圖2是表示本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖； 圖3是本發(fā)明的柔性控制中的控制系統(tǒng)的框圖； 圖4是表示本發(fā)明的正交柔軟實(shí)行的主處理的流程圖； 圖5是表示本發(fā)明的正交柔軟實(shí)行的伺服處理的流程圖；圖6是表示本發(fā)明的正交柔軟實(shí)行的參數(shù)設(shè)定畫面的圖。
具體實(shí)施方式
以下參照附圖(圖1 圖6)詳細(xì)說明本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置的優(yōu)選實(shí)施 方式。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例的機(jī)器人控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的概略圖。圖1的機(jī)器人控制系統(tǒng)，具有用于進(jìn)行包含工業(yè)用機(jī)器人的伺服控制(柔 性控制)的系統(tǒng)整體的控制的機(jī)器人控制裝置RC以及用于根據(jù)來自該機(jī)器人 控制裝置RC的控制信號等由伺服電動機(jī)等來驅(qū)動工業(yè)用機(jī)器人的機(jī)器人機(jī)構(gòu) 部RM。而且，還設(shè)有包含用戶通過手動輸入來輸入用于進(jìn)行工業(yè)用機(jī)器人的 柔性控制的參數(shù)的參數(shù)設(shè)定畫面的示教操作盤TP。接著，更詳細(xì)地說明本發(fā) 明的特征的構(gòu)成要素的機(jī)器人控制裝置RC。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例的機(jī)器人控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。但是，在這 里簡化表示在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的機(jī)器人控制裝置的結(jié)構(gòu)。另外，以下， 對與前面所述的構(gòu)成要素相同的要素標(biāo)上同樣的參照符號來表示。下面從與機(jī)器人的正交坐標(biāo)上的柔性控制(以下稱為"正交柔軟實(shí)行 (softfloat)，，)有直接關(guān)系的部分開始說明。圖2的機(jī)器人控制裝置包括控 制系統(tǒng)整體的主CPU1;以及用于將從該主CPU1輸出的移動指令或控制指令 傳送到后述的數(shù)字伺服電路2的處理器、或者相反地將來自數(shù)字伺服電路2 的處理器的各種信號傳送到主CPU1的共用RAM存儲器3。執(zhí)行前面所述的 伺服控制的數(shù)字伺服(軟伺服)電路2,由在圖2中省略的處理器、ROM以 及RAM等存儲器等構(gòu)成。下面來看其他部分。在主CPU1上連接有ROM4a、 RAM4b、非易失性存 儲器5以及示教操作盤TP。在ROM4a中存儲有各種系統(tǒng)程序。RAM4b是主 CPU1用于暫時存儲數(shù)據(jù)的存儲器。在非易失性存儲器5中存儲有關(guān)于機(jī)器人 的動作內(nèi)容的各種程序、關(guān)聯(lián)設(shè)定值等。示教操作盤TP具有液晶顯示器(LCD) 6以及鍵盤7，可進(jìn)行程序數(shù)據(jù) 的輸入/變更、關(guān)聯(lián)設(shè)定值的輸入/變更等。而且，機(jī)器人機(jī)構(gòu)部RM具有根據(jù) 來自主CPU1的移動指令或控制指令來驅(qū)動機(jī)器人的多個電動機(jī)(例如伺服電 動機(jī))8。在本實(shí)施例中，在非易失性存儲器5中存儲有經(jīng)由后述的正交柔軟實(shí)行的 參數(shù)設(shè)定畫面從示教操作盤TP輸入的正交坐標(biāo)系的各方向的柔度的數(shù)據(jù)以及 坐標(biāo)系的設(shè)定等值。在進(jìn)行機(jī)器人的柔性控制時，首先，用戶在附設(shè)在示教操作盤TP的液晶 顯示器6中調(diào)用如圖6所示的正交柔軟實(shí)行的參數(shù)設(shè)定畫面60。由此，在該參數(shù)設(shè)定畫面上能夠進(jìn)行正交柔軟實(shí)行的作業(yè)坐標(biāo)系的設(shè)定和 跟蹤外力的方向的設(shè)定。而且，也可以在上述的參數(shù)設(shè)定畫面上進(jìn)行降低柔性控制中的增益的軸 (控制軸)的設(shè)定。用戶選擇對設(shè)定成跟蹤上述外力的方向(在圖6的例中是 Y方向)的動作產(chǎn)生較大的影響的關(guān)節(jié)軸，并輸入降低了增益后的位置增益 Ksp與通常的位置增益Kp之間的比叩以及降低了增益后的速度增益Ksv與 通常的速度增益Kv之間的比av。此處，示出了選擇J1軸，并在J1軸上設(shè)定 了 ap=5[%]、 0^=5[%]的例子。此外，上述軸的選擇以及比例的設(shè)定可以做成不是用戶來輸入，而是在機(jī) 器人控制裝置側(cè)根據(jù)預(yù)先規(guī)定的規(guī)則來確定，并將這樣確定的結(jié)果顯示在參數(shù) 設(shè)定畫面上。作為該規(guī)則可以使用以下方法例如，計(jì)算在柔性控制開始位置 上針對各軸移動量的跟蹤方向的正交移動量的雅可比行列式，對其值較大的軸 的比ap、 av,自動地設(shè)定常數(shù)(例如10%、 100/0)。圖3是本發(fā)明的柔性控制中的控制系統(tǒng)的框圖，圖4是表示本發(fā)明的正交 柔軟實(shí)行的主處理的流程圖，而且圖5是表示本發(fā)明的正交柔軟實(shí)行的伺服處 理的流程圖。通過主CPU1 (參照圖2 )從非易失性存儲器5 (參照圖2 )等讀取的動作 程序中的正交柔軟實(shí)行開始指令或者來自示教操作盤TP的手動操作來使正交 柔軟實(shí)行功能有效時，以規(guī)定周期執(zhí)行如圖4及圖5所示的處理，并根據(jù)以下 原理來執(zhí)行正交柔軟實(shí)行功能。即正交柔軟實(shí)行開始時，在降低增益的軸中使用預(yù)先設(shè)定的比叩、av來 降低位置環(huán)路增益以及速度環(huán)路增益，由此執(zhí)行正交柔軟實(shí)行功能。此處，詳細(xì)說明圖4的流程圖。根據(jù)上述的動作程序來執(zhí)行圖4的正交柔 軟實(shí)行功能的主處理時，首先，如步驟S10所示求出正交坐標(biāo)系S0的坐標(biāo)上的當(dāng)前4立置。接著，如步驟Sll所示，計(jì)算用于跟蹤外力的移動量AJ1 AJ6。再者， 如步驟S12所示，；險(xiǎn)測降低增益的軸(例如J1軸)的實(shí)際移動量5J1。再者，如步驟13所示，計(jì)算降低增益的軸以外的軸必要的移動量5 J2 5J6。進(jìn)而，如步驟14所示，將必要的移動量5J2 5J6寫入到共用存儲器。 由此，結(jié)束正交柔軟實(shí)行功能的主處理。而且，詳細(xì)說明圖5的流程圖。根據(jù)上述動作程序來執(zhí)行圖5的正交柔軟 實(shí)行功能的伺服處理時，首先，如步驟S20所示判定是否選擇了降低增益的軸 (例如Jl軸)。在步驟S20中，判定已選擇了降低增益的軸時，進(jìn)入步驟S21，使用降低 了增益后的位置增益Ksp以及降低了增益后的速度增益Ksv來執(zhí)行位置環(huán)路、 積分以及速度環(huán)路的各種處理。由此，在降低增益的軸中以降低位置環(huán)路增益 以及速度環(huán)路增益的方式進(jìn)行控制。此外，另一方面在步驟S20中判定已選擇了降低增益的軸以外的軸時，進(jìn) 入步驟S22，從共用存儲器讀取必要的移動量5Jx (此處，Jx表示降低增益的 軸以外的軸)。而且，如步驟S23所示，將必要的移動量5Jx加到位置環(huán)路的輸入，并 且將必要的移動量5 Jx的微分加到速度環(huán)路的輸入。而且，如步驟S24所示， 使用通常的位置增益Kp以及通常的速度增益Kv來執(zhí)行位置環(huán)路、積分以及 速度環(huán)路的各種處理。由此，結(jié)束正交柔軟實(shí)行功能的伺服處理。因此，在正交柔軟實(shí)行功能的執(zhí)行中，在每一規(guī)定周期里進(jìn)行如圖3的控 制流程圖中所示的處理。首先，在主CPU1 (參照圖2)側(cè)，在方框10 方框12中，在正交坐標(biāo)系 SO的坐標(biāo)上機(jī)器人的刀具前端點(diǎn)(TCP)在從當(dāng)前位置/P1 (/Pl表示矢量P1 ) 向跟蹤外力的方向/e (/e表示矢量e)保持正交柔軟實(shí)行開始時的機(jī)器人的臂 前端的姿勢的同時，求出僅動作一定距離D時各軸的動作量(用于跟蹤外力 的移動量AJ1 AJ6)。該各軸的動作量可以通過以下公式來計(jì)算。此處，/P2 (/P2表示矢量P2)表示保持正交柔軟實(shí)行開始時的機(jī)器人的臂前端的姿勢的 同時僅移動一定距離D后的機(jī)器人的位置。/P2=/P1+D. /e/PI —{Jll， J21， J31, J41， J51， J61}/P2—{J12, J22, J32， J42, J52, J62}{△Jl: AJ2: AJ3: AJ4: AJ5: AJ6}={ J11-J12, J21-J22, J31匿J32， J41隱J42， J51-J52, J61-J62}接著，在方框13中檢測降低增益的軸的實(shí)際移動量。例如，當(dāng)J1是降低 增益的軸時，將Jl軸的實(shí)際移動量作為5J1。而且，在上述方框13中求出降低增益的軸以外的軸實(shí)際應(yīng)移動的移動量 5 J2 5 J6。該移動量5 J2 5 J6可以通過以下公式來計(jì)算。5 J2=5 Jl x AJ2/AJ15 J6=5 Jl x AJ6/AJ1經(jīng)由共用RAM向數(shù)字伺服電路2 (參照圖2)側(cè)發(fā)送降低增益的軸以外 的軸的移動量5 J2 5 J6。在數(shù)字伺服電路2中，對上述降低增益的軸以外的軸，將上述移動量5 J2 5J6作為輸入加到位置環(huán)路(包含位置增益方框20以及位置反饋路徑的環(huán) 路)，并且將由微分器21計(jì)算的上述移動量5 J2~ 5 J6的微分作為輸入加到速 度環(huán)路(包含關(guān)于速度增益方框23以及速度反饋路徑的微分器22的環(huán)路)。而且，在數(shù)字伺服電路2中執(zhí)行位置環(huán)路內(nèi)的處理以及速度環(huán)路內(nèi)的處 理，并進(jìn)行針對機(jī)器人內(nèi)部的電動機(jī)8的數(shù)字伺服控制。其結(jié)果，機(jī)器人的刀 具前端點(diǎn)(TCP)能夠從當(dāng)前位置向跟蹤外力的方向保持姿勢來動作。但是，在速度環(huán)路上具有積分器(例如，圖3的積分器24)的機(jī)器人的 柔性控制中，在開始柔性控制時積分器保留了相當(dāng)于重力力矩以及庫倫摩擦的 轉(zhuǎn)矩，而庫倫摩擦的轉(zhuǎn)矩的方向與外力相反時，會產(chǎn)生不額外追加消除其轉(zhuǎn)矩 的外力就不能移動的異常事態(tài)。作為該對策，在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場中經(jīng)常使用以下方法在跟蹤方向進(jìn)行預(yù)備 動作，并在速度環(huán)路的積分器中對補(bǔ)償摩擦的方向的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行累計(jì)。具體地說， 用戶在動作程序中，在柔性控制開始指令之前增加進(jìn)行預(yù)備動作的位置控制動 作指令。在不增加位置控制動作指令時，事先設(shè)定預(yù)備動作的方向以及距離，當(dāng)有 柔性控制開始指令時，通過控制裝置的解釋程序來生成.執(zhí)行預(yù)備動作，之后 使其具有開始柔性控制的功能，這樣，就可以^t巴獲得同樣的效果的功能應(yīng)用到 本實(shí)施例中。此外，由于機(jī)器人與周邊設(shè)備的配置上的原因，當(dāng)沒有進(jìn)行預(yù)備動作的距 離時，預(yù)先設(shè)定相當(dāng)于在預(yù)備動作中在積分器所累計(jì)的轉(zhuǎn)矩的量，在柔性控制 的執(zhí)行中，將該轉(zhuǎn)矩加到速度環(huán)路的輸出，這樣，就可以把獲得同樣的效果的 功能應(yīng)用到本實(shí)施例中。另外，能夠通過上述方法來補(bǔ)償摩撐V,僅限于預(yù)先知道柔性控制中動作的 方向的情況。在不知道柔性控制中動作的方向時，通過施加接近靜摩擦的大小 的振幅的正弦波、三角波、矩形波等周期性的轉(zhuǎn)矩，可以把下述的功能應(yīng)用到本實(shí)施例中亦即，在從一個方向施加了外力、且外力與上述周期性的轉(zhuǎn)矩的 方向一致時，相疊加后的轉(zhuǎn)矩超過靜摩^察而在該方向上可以開始動作。此外，在作業(yè)坐標(biāo)系上進(jìn)行正交柔軟實(shí)行時或者在坐標(biāo)系上指定預(yù)備動作 的方向時，有必要事先設(shè)定坐標(biāo)系。作為設(shè)定該坐標(biāo)系的方法， 一般是采用直 接輸入坐標(biāo)系的參數(shù)的方法l但除此之外，還可以在本實(shí)施例中應(yīng)用以下功能 來直感易懂地指定坐標(biāo)系的方向，該功能是，示教兩個刀具前端點(diǎn)的位置，并 將連接該兩點(diǎn)的方向設(shè)定在正交柔軟實(shí)行的作業(yè)坐標(biāo)系的軸中的一個上(例如 Z軸)或者預(yù)備動作的方向上。就其本發(fā)明的產(chǎn)業(yè)上的利用可能性而言，本發(fā)明可被應(yīng)用到這樣的機(jī)器人 控制系統(tǒng)，即，在由機(jī)器人控制裝置來進(jìn)行工業(yè)用機(jī)器人的柔性控制時，通過 在柔性控制中的特定的控制軸上降低增益，并且根據(jù)跟蹤外力的方向來求出對 不進(jìn)行柔性控制的控制軸的指令后施力口，可控制機(jī)器人軸驅(qū)動用的伺服電動機(jī) 來變更正交坐標(biāo)系上的柔度的機(jī)器人控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人控制裝置，其在機(jī)器人的每個控制軸設(shè)有位置以及速度控制環(huán)路，其特征在于，具有下述單元用于輸入機(jī)器人的臂前端應(yīng)跟蹤外力的方向的信息的單元；將特定的控制軸的位置控制增益以及速度控制增益設(shè)定成分別低于該特定控制軸以外的控制軸的位置控制增益以及速度控制增益的單元；求出機(jī)器人的臂前端在跟蹤外力的過程中應(yīng)采取的姿勢即開始跟蹤之前的機(jī)器人臂前端的姿勢的單元；根據(jù)由施加給機(jī)器人的臂前端的外力而移動的所述特定的控制軸的當(dāng)前位置、應(yīng)跟蹤所述外力的方向以及開始所述跟蹤之前的機(jī)器人的臂前端的姿勢，來分別求出所述特定的控制軸以外的控制軸的位置指令或者速度指令的單元；以及將所求出的所述特定的控制軸以外的控制軸的位置指令或者速度指令給予各自的控制軸的控制環(huán)路的單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 通過手動輸入來進(jìn)行所述特定的控制軸的設(shè)定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 根據(jù)機(jī)器人的臂前端應(yīng)跟蹤外力的方向和給予外力時的機(jī)器人的位置來自動地進(jìn)行所述特定的控制軸的設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)器人控制裝置，其用于進(jìn)行機(jī)器人的柔性控制。該用于進(jìn)行機(jī)器人的柔性控制被構(gòu)成為在機(jī)器人的每個控制軸設(shè)有位置以及速度控制環(huán)路，將柔軟控制中的特定的控制軸的位置控制增益以及速度控制增益設(shè)定成低于特定的控制軸以外的控制軸的位置控制增益以及速度控制增益，求出機(jī)器人的臂前端在跟蹤外力過程中應(yīng)采取的姿勢即開始跟蹤之前的機(jī)器人臂前端的姿勢，將根據(jù)由施加給機(jī)器人的臂前端的外力而移動的特定的控制軸的當(dāng)前位置、應(yīng)跟蹤所述外力的方向以及開始跟蹤之前的機(jī)器人的臂前端的姿勢所求出的特定的控制軸以外的控制軸的位置指令或者速度指令給予該控制軸的控制環(huán)路。
文檔編號B25J9/16GK101318329SQ20081009862
公開日2008年12月10日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者加藤哲朗, 黑下彰喜 申請人:發(fā)那科株式會社