機(jī)器人裝置和機(jī)器人裝置的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及包含具有多個(gè)關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人裝置和機(jī)器人裝置的控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)上，機(jī)器人裝置被廣泛使用，該機(jī)器人裝置包括：多關(guān)節(jié)臂和末端執(zhí)行器（以 下，稱為"機(jī)器人體"）；和控制機(jī)器人體的控制裝置。一般地，機(jī)器人體包含諸如電動(dòng)機(jī)的 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和諸如定時(shí)帶和滑輪的傳送機(jī)構(gòu)。包含電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳送機(jī)構(gòu)由于操作期 間的熱損失或摩擦而發(fā)熱，并且，這些機(jī)構(gòu)充當(dāng)熱源。因此，如果機(jī)器人體長時(shí)間操作，那么 機(jī)器人體進(jìn)入溫度比機(jī)器人體停止時(shí)高十到幾十?dāng)z氏度的狀態(tài)（以下，稱為"升溫狀態(tài)"）。
[0003] 在具有機(jī)器人體的生產(chǎn)線中，可能存在這樣一些情況，即，諸如在維護(hù)期間中、在 停機(jī)時(shí)間期間以及在由于一些原因?qū)е碌臅和Ｆ陂g中，盡管操作是可能的，也需要暫停機(jī) 器人體的操作。機(jī)器人體在操作停止時(shí)間段中不發(fā)熱，并且，剛剛重新開始操作之后的機(jī)器 人體處于溫度比升溫狀態(tài)中的溫度低的狀態(tài)（以下，稱為"冷卻狀態(tài)"）中。
[0004] 眾所周知，如果機(jī)器人體在諸如升溫狀態(tài)和冷卻狀態(tài)的不同溫度條件下操作，那 么減速停止時(shí)的機(jī)器人體的停止位置和誤差量在這些狀態(tài)之間輕微改變，并且，機(jī)器人體 的移動(dòng)精度降低。將機(jī)器人體從冷卻狀態(tài)變?yōu)樯郎貭顟B(tài)會在操作開始之后花費(fèi)2~4小時(shí)， 并且，例如，當(dāng)操作為一天8小時(shí)時(shí)，機(jī)器人體的移動(dòng)精度在操作時(shí)間的25~50%中降低。 存在會降低工作效率的問題。
[0005] 為了解決這一點(diǎn)，日本專利申請公開No. 2008-235839公開了在機(jī)器人體上包含 加熱器和溫度傳感器的機(jī)器人裝置，其中，加熱器可加熱機(jī)器人體。根據(jù)該機(jī)器人裝置，機(jī) 器人體被強(qiáng)制加熱，并且，機(jī)器人體的溫度在利用溫度傳感器的反饋控制中被控制在適當(dāng) 的溫度，由此減少機(jī)器人體從冷卻狀態(tài)切換到升溫狀態(tài)的時(shí)間。
[0006] 日本專利申請公開No. S63-127885描述了在機(jī)器人體上包含溫度傳感器的機(jī)器 人裝置，其中，可通過調(diào)整d軸電流以執(zhí)行驅(qū)動(dòng)無刷電動(dòng)機(jī)的矢量控制來增加發(fā)熱量。根 據(jù)該機(jī)器人裝置，d軸電流被調(diào)整以加熱機(jī)器人體，并且，機(jī)器人體的溫度在利用溫度傳感 器的反饋控制中被控制在適當(dāng)?shù)臏囟龋纱藴p少機(jī)器人體從冷卻狀態(tài)切換到升溫狀態(tài)的時(shí) 間。
[0007] 但是，溫度傳感器被安裝在日本專利申請公開No. 2008-235839和No. S63-127885 描述的機(jī)器人裝置上。因此，存在機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜化且機(jī)器人裝置的成本較高的問題。 沒有特別考慮機(jī)器人體的加熱控制時(shí)的設(shè)定溫度。因此，存在這樣一種問題，即，由于不必 要的過量發(fā)熱，能量消耗可能過多，或者發(fā)熱可能不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種機(jī)器人裝置，該機(jī)器人裝置包括：具有包含多個(gè) 關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人體；被設(shè)置為多個(gè)關(guān)節(jié)的至少一部分的驅(qū)動(dòng)源的電動(dòng)機(jī)；和能夠 控制電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，其中，控制系統(tǒng)包含：被配置為向電動(dòng)機(jī)輸入電流以使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn) 的移動(dòng)控制單元；被配置為在不使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下向電動(dòng)機(jī)輸入電流以發(fā)熱的發(fā)熱控 制單元；和被配置為計(jì)算在不使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下升高到預(yù)定的溫度所需要的升溫電 流、產(chǎn)生用于升溫的電流指令以設(shè)定發(fā)熱控制單元以輸出升溫電流并且在停止機(jī)器人體時(shí) 向發(fā)熱控制單元傳送用于升溫的電流指令的控制單元。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種機(jī)器人裝置的控制方法，其中，機(jī)器人裝置包 括：具有包含多個(gè)關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人體；被設(shè)置為多個(gè)關(guān)節(jié)的至少一部分的驅(qū)動(dòng)源 的電動(dòng)機(jī)；和具有控制單元并且向電動(dòng)機(jī)輸入電流以產(chǎn)生使旋轉(zhuǎn)使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)和熱量中的 至少一種以控制機(jī)器人體的操作的控制系統(tǒng)，其中，該方法包括：通過控制單元計(jì)算在不使 電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下升高到預(yù)定的溫度所需要的升溫電流；和在停止機(jī)器人體時(shí)通過控制 單元向電動(dòng)機(jī)供給用于升高溫度的升溫電流。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種機(jī)器人裝置的控制方法，其中，機(jī)器人裝置包 括：具有包含多個(gè)關(guān)節(jié)的多關(guān)節(jié)臂的機(jī)器人體；被設(shè)置為多個(gè)關(guān)節(jié)的至少一部分的驅(qū)動(dòng)源 的電動(dòng)機(jī)；和具有控制單元并且向電動(dòng)機(jī)輸入電流以產(chǎn)生使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)和熱量中的至少一 種以控制機(jī)器人體的操作的控制系統(tǒng)，其中，該方法包括：通過控制單元計(jì)算在不使電動(dòng)機(jī) 旋轉(zhuǎn)的情況下升高到預(yù)定的溫度所需要的升溫電流；通過控制單元基于熱時(shí)間常數(shù)計(jì)算通 過升溫電流使機(jī)器人體的溫度從當(dāng)前溫度升高到預(yù)定溫度所需要的升溫時(shí)間段，使得機(jī)器 人體的溫度在開始機(jī)器人體的操作時(shí)升高到預(yù)定的溫度；和通過控制單元向電動(dòng)機(jī)供給升 溫電流以開始升溫，所述升溫時(shí)間段在開始機(jī)器人體的操作的時(shí)間之前。
[0011] 根據(jù)參照附圖對示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得十分明顯。
【附圖說明】
[0012] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的機(jī)器人裝置的示意性構(gòu)成的說明圖。
[0013] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的機(jī)器人裝置的示意性構(gòu)成的框圖。
[0014] 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的機(jī)器人裝置的電流控制器的示意性構(gòu)成的說 明圖。
[0015] 圖4是示出在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的操作中暫時(shí)停止機(jī)器人裝置時(shí)的過程的流 程圖。
[0016] 圖5是示出在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的操作中暫時(shí)停止機(jī)器人裝置時(shí)的經(jīng)過時(shí)間 與機(jī)器人體溫度之間的關(guān)系的示圖。
[0017] 圖6是示出在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的機(jī)器人裝置的操作之前升高溫度時(shí)的過程 的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0019] 如圖1所示，機(jī)器人裝置1包括機(jī)器人體2和控制機(jī)器人體2的控制裝置3。機(jī)器 人體2包含：具有多個(gè)關(guān)節(jié)的六軸垂直多關(guān)節(jié)臂（以下，稱為"臂體"）20 ;和作為末端效應(yīng) 器的手21。雖然在本實(shí)施例中應(yīng)用六軸垂直多關(guān)節(jié)臂作為臂體20,但可根據(jù)應(yīng)用或目的適 當(dāng)?shù)馗淖冚S的數(shù)量。
[0020] 手21被附接于臂體20的尖端鏈接67上并且被其支撐，并且，通過臂體20的操作， 調(diào)整位置和姿勢中的至少一個(gè)的自由度。手21包含：手體24 ;和被設(shè)置為能夠相對于手體 24移動(dòng)并且可把握工件W的多個(gè)手指23。臂體20包含：七個(gè)鏈接61~67 ;和用于可搖擺 且可旋轉(zhuǎn)地連接鏈接61~67的六個(gè)關(guān)節(jié)71~76。鏈接61~67的長度被固定。但是，例 如，也可采用通過線性移動(dòng)致動(dòng)器膨脹和收縮的鏈接。
[0021] 如圖2所示，例如，關(guān)節(jié)71包含關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)101和電動(dòng)機(jī)控制單元81。關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)101 包含：驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)71的電動(dòng)機(jī)IOla ;和檢測電動(dòng)機(jī)IOla的旋轉(zhuǎn)角度的編碼器101b。關(guān)節(jié)機(jī) 構(gòu)101還包含：包含定時(shí)帶和滑輪的未示出的功率傳送機(jī)構(gòu)；包含齒輪的未示出的減速機(jī) 構(gòu)；和當(dāng)電動(dòng)機(jī)IOla不被通電時(shí)支撐位置和姿勢的未示出的制動(dòng)機(jī)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)IOla被設(shè) 置為多個(gè)關(guān)節(jié)71~76的至少一部分的驅(qū)動(dòng)源，并且，例如，使用可通過基于q軸電流和d軸 電流的矢量控制控制的無刷電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)IOla和編碼器IOlb與電動(dòng)機(jī)控制單元81連 接，并且，電動(dòng)機(jī)控制單元81與后面描述的控制裝置3連接。
[0022] 電動(dòng)機(jī)控制單元81包含電動(dòng)機(jī)控制和切換單元81a、移動(dòng)控制單元81q、發(fā)熱控制 單元81d和電動(dòng)機(jī)電流控制器91。電動(dòng)機(jī)控制和切換單元81a被配置為基于從后面描述的 狀態(tài)選擇單元34傳送的信號在移動(dòng)控制與發(fā)熱控制之間切換電動(dòng)機(jī)IOla的控制狀態(tài)。移 動(dòng)控制單元81q被配置為基于來自后面描述的旋轉(zhuǎn)命令產(chǎn)生單元35q的旋轉(zhuǎn)命令值Cq產(chǎn) 生用于將電動(dòng)機(jī)IOla控制為指令旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)IOla的扭矩指令I(lǐng)q。發(fā)熱控制單元 81d被配置為基于來自后面描述的發(fā)熱命令產(chǎn)生單元35d的發(fā)熱命令值Cd產(chǎn)生用于確定用 于將電動(dòng)機(jī)IOla的溫度升高到指令發(fā)熱狀態(tài)的通電電流量的發(fā)熱命令I(lǐng)d。
[0023] 電動(dòng)機(jī)電流控制器91包含：基于扭矩指令I(lǐng)q確定輸出到電動(dòng)機(jī)IOla的繞組的