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)明涉及控制產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人(以下簡單稱"機(jī)器人")的機(jī)器人控制裝置。
背景技術(shù)：
驅(qū)動機(jī)器人的多個關(guān)節(jié)軸的伺服電動機(jī)通常通過具有位置控制環(huán)和速度 控制環(huán)的伺服系統(tǒng)控制。在通過這樣的伺服系統(tǒng)，機(jī)器人的刀具前端點(diǎn)向目標(biāo) 位置移動時刀具前端點(diǎn)遭遇.接觸到某種障礙物時，會發(fā)生機(jī)器人的刀具前端 點(diǎn)抵抗障礙物，繼續(xù)向目標(biāo)位置移動的現(xiàn)象。該現(xiàn)象如下所述。即，即使存在障礙物伺服電動機(jī)也會朝向目標(biāo)位置移 動，但是實際上由于障礙物的影響，向該目標(biāo)位置的移動受阻，因此位置偏差e增大。結(jié)果，對該位置偏差乘以位置環(huán)增益Kp得到的速度指令vc也增大。 并且，該增大的速度指令vc和電動機(jī)的速度v (在接觸到障礙物時認(rèn)為速度v 近似"0")的差通過速度環(huán)具有的積分器進(jìn)行積分而增大，轉(zhuǎn)矩指令tc成為 較大的值。最終，伺服電動機(jī)為了實現(xiàn)向目標(biāo)位置的移動輸出最大的轉(zhuǎn)矩，成為引 起機(jī)器人停止或工件、末端效應(yīng)器(EndEffector)等損害(干擾事故)的原因。 因此，作為避免這樣的不良情況的方法，使用以下的方式根據(jù)需要P條低位置 環(huán)增益Kp以及速度環(huán)增益Kv，由此來抑制速度指令vc以及轉(zhuǎn)矩指令tc值的 增大。在該方式中，預(yù)先設(shè)定柔性控制用增益值Kp，、 Kv，，在輸入柔性控制指 令時，將增益分別從通?？刂朴迷鲆嬷礙p、 Kv切換為柔性控制用增益值Kp，、 Kv，。這樣的柔性控制使機(jī)器人的關(guān)節(jié)軸(以下有時也簡稱為"軸")變得柔性 來執(zhí)行"各軸空間上的軟浮點(diǎn)(soft float)功能"(以下適當(dāng)?shù)胤Q為"各軸軟浮
在特開2005—219205號公報中，公開了以下的柔性控制使用與直角坐 標(biāo)系中設(shè)定的虛擬彈簧有關(guān)的參數(shù)(Kx， Ky， Kz)求出直角坐標(biāo)系中的力(Fx， Fy, Fz )，把該力變換為刀具坐標(biāo)系的力，并根據(jù)Newton - Euler法計算各軸 的轉(zhuǎn)矩Ti,把計算出的轉(zhuǎn)矩Ti作為各軸的轉(zhuǎn)矩指令使用。圖7表示直角坐標(biāo)系中的柔性控制(以下適當(dāng)?shù)胤Q為"正交軟浮點(diǎn)，，)的 一例。機(jī)器人R具有如圖示那樣配置的六個關(guān)節(jié)軸J1 J6，在機(jī)器人R的前端 安裝刀具H。另外，直角坐標(biāo)系SO如圖示那樣決定。當(dāng)成型品Wl通過成型機(jī)W2內(nèi)的銷P3在-X方向上被推出時，機(jī)器人 R為了取出成型品Wl,需要隨動于成型品Wl的動作，在X方向上柔性地并 且在Z方向上剛性(rigid)地進(jìn)行正交軟浮點(diǎn)。即，在圖7中，X方向為柔性 的方向，即應(yīng)平滑地進(jìn)行動作的方向，Z方向是剛性的方向，即不應(yīng)進(jìn)行動作 的方向。圖8說明在一個例中進(jìn)行正交軟浮點(diǎn)時作用的力。在圖8中，作為X方 向以及Z方向上的虛擬彈簧的參數(shù)Kx、 Kz，決定(Kx， Kz) = (0, Kz)。此 外，為了方便說明，不表示Ky。由于銷P3推出成型品Wl的力以及其他的干擾，如圖8所示，在目標(biāo)位 置pO和反饋位置pf之間產(chǎn)生差。而且，設(shè)該偏差為偏差pf-pO-(Ax, Az)。 對于Ax、 Az虛擬彈簧輸出的力分別是-KxAx、 -KzAz。因為如上所述決定 了 (Kx， Kz) = (0, Kz),所以在此僅-KzAz-Fz啟作用。當(dāng)通過Newton - Euler法計算在刀具H的刀具前端點(diǎn)TCP產(chǎn)生力Fz時 各軸的轉(zhuǎn)矩時，在關(guān)節(jié)軸J2、 J3、 J5得到轉(zhuǎn)矩T2、 T3、 T5。從圖8可知，在 關(guān)節(jié)軸J3中，轉(zhuǎn)矩T3作用在妨礙向-X方向的動作的方向上，結(jié)果，妨害X 方向上的柔性度，即妨害平滑的動作。因此，在抵抗轉(zhuǎn)矩T3進(jìn)行動作時，需 要比各軸軟浮點(diǎn)的情況大的力。但在特開2005—219205號公報的情況下，不 能僅對于特定的關(guān)節(jié)軸例如轉(zhuǎn)矩T3作用的關(guān)節(jié)軸J3調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明是鑒于這樣的問題而提出的，其目的在于提供一種機(jī)器人控制裝 置，在進(jìn)行柔性控制時，可以抑制在虛擬彈簧等作用的方向上妨礙平滑動作的 情況。 發(fā)明內(nèi)容為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)第一方式，提供一種機(jī)器人控制裝置，其控制具 有多個關(guān)節(jié)軸的機(jī)器人，在通過對于所述機(jī)器人的刀具處于一定位置姿勢關(guān)系 的刀具坐標(biāo)系或者對于作業(yè)對象物處于一定的位置姿勢關(guān)系的作業(yè)坐標(biāo)系定 義的方向上，在所述機(jī)器人的所述刀具和所述作業(yè)對象物之間進(jìn)行使虛擬彈簧作用的柔性控制，其具有在進(jìn)行所述柔性控制時，才艮據(jù)開始所述柔性控制的 柔性控制開始位置和所述虛擬彈簧，從所述機(jī)器人的所述多個關(guān)節(jié)軸中選擇特 定的關(guān)節(jié)軸，降低該特定的關(guān)節(jié)軸的位置增益以及速度增益中的至少一方，使 其低于所述特定的關(guān)節(jié)軸的位置增益通常值以及速度增益通常值的增益降低 單元；和在進(jìn)行所述柔性控制時，降低根據(jù)所述柔性控制開始位置和所述虛擬 彈簧計算出的所述特定的關(guān)節(jié)軸的修正轉(zhuǎn)矩，使其低于所述特定的關(guān)節(jié)軸的修正轉(zhuǎn)矩通常值的修正轉(zhuǎn)矩降低單元。根據(jù)第二方式，提供一種機(jī)器人控制裝置，其控制具有多個關(guān)節(jié)軸的機(jī)器人，其在通過對于所述機(jī)器人的刀具處于一定位置姿勢關(guān)系的刀具坐標(biāo)系或 者對于作業(yè)對象物處于一定位置姿勢關(guān)系的作業(yè)坐標(biāo)系定義的方向上，在所述 機(jī)器人的所述刀具和所述作業(yè)對象物之間進(jìn)行使虛擬阻尼器作用的柔性控制， 其具有在進(jìn)行所述柔性控制時，根據(jù)開始所述柔性控制的柔性控制開始位置 和所述虛擬阻尼器，從所述機(jī)器人的所述多個關(guān)節(jié)軸中選擇特定的關(guān)節(jié)軸，降 低該特定的關(guān)節(jié)軸的位置增益以及速度增益中的至少一方，使其低于所述特定 的關(guān)節(jié)軸的位置增益通常值以及速度增益通常值的增益降低單元；和在進(jìn)行所 述柔性控制時，降低根據(jù)所述柔性控制開始位置和所述虛擬阻尼器計算出的所 述特定的關(guān)節(jié)軸的修正轉(zhuǎn)矩，使其低于所述特定的關(guān)節(jié)軸的修正轉(zhuǎn)矩通常值的 修正轉(zhuǎn)矩降低單元。即，在第一或者第二方式中，通過增益降低單元降低關(guān)于特定關(guān)節(jié)軸的 位置增益和/或速度增益，同時通過修正轉(zhuǎn)矩降低單元降低關(guān)于特定關(guān)節(jié)軸的 轉(zhuǎn)矩。結(jié)果，能夠抑制在虛擬彈簧或者虛擬阻尼器作用的方向上妨礙平滑動作 的情況。換言之，在第一以及第二方式中，能夠以較小的力進(jìn)行向柔性化方向 的動作。根據(jù)第三方式，在第一或者第二方式中，在所述柔性控制開始位置計算 從關(guān)節(jié)軸向所述作業(yè)坐標(biāo)系的雅可比矩陣，選擇在與進(jìn)行所述柔性控制的方向 對應(yīng)的所述雅可比矩陣的行中與絕對值最大的列對應(yīng)的關(guān)節(jié)軸，作為所述特定 的關(guān)節(jié)軸。根據(jù)第四方式，在第一方式到第三方式的任何一個方式中，自動地設(shè)定所述特定的關(guān)節(jié)軸的所述位置增益和/或所述速度增益的降低量。根據(jù)第五方式，在第一方式到第四方式的任何一個方式中，自動地設(shè)定所述特定的關(guān)節(jié)軸的所述修正轉(zhuǎn)矩的降低量。即，在第三方式到第五方式中，因為能夠自動地進(jìn)行關(guān)節(jié)軸的選擇的設(shè)定；以及位置增益、速度增益和/或修正轉(zhuǎn)矩的降低量的設(shè)定，所以即使是不 熟練的操作者也能恰當(dāng)?shù)夭僮鳈C(jī)器人。根據(jù)第六方式，在第一方式到第五方式的任何一個方式中，在開始所述 柔性控制前，通過通常控制使所述機(jī)器人的刀具在指定的方向上預(yù)先移動指定 的3巨離。即，在第六方式中，進(jìn)行通過通常控制在柔性方向上稍微地進(jìn)行動作的 預(yù)備動作，由此可以補(bǔ)償每個關(guān)節(jié)軸不同的摩擦，抑制動作方向從正交方向偏 離。根據(jù)第七方式，在第一方式到第五方式的任何一個方式中，在進(jìn)行所述 柔性控制時，加上指定方向并且指定量的修正轉(zhuǎn)矩。即，在第七方式中，即使在根據(jù)機(jī)器人和周邊設(shè)備的布局關(guān)系無法確保 預(yù)備動作所需要的距離時，也能夠補(bǔ)償每個關(guān)節(jié)軸不同的摩擦，抑制動作方向 從正交方向偏離。根據(jù)第八方式，在第一方式到第五方式的任何一個方式中，在進(jìn)行所述 柔性控制時，在轉(zhuǎn)矩上加上周期的修正轉(zhuǎn)矩。即，在第八方式中，即使在柔性控制中動作的方向未知的情況下，也能 夠補(bǔ)償每個關(guān)節(jié)軸不同的摩擦，抑制動作方向從正交方向偏離。根據(jù)第九方式，在第一方式到第八方式的任何一個方式中，根據(jù)所指定 的直角坐標(biāo)系上的兩個以上的位置姿勢決定進(jìn)行所述柔性控制的坐標(biāo)系或刀 具坐標(biāo)系。根據(jù)第十方式，在第六方式中，根據(jù)所指定的直角坐標(biāo)系上的兩個以上 的位置姿勢決定進(jìn)行所述預(yù)備移動的方向。
根據(jù)第十一方式，在第七方式中，根據(jù)所指定的直角坐標(biāo)系上的兩個以 上的位置姿勢決定所述修正轉(zhuǎn)矩的方向。即，在第九方式到第十一方式中，對于操作者來說能夠直感而且明確地 指定坐標(biāo)系上的方向。根據(jù)附圖所示的本發(fā)明典型的實施方式的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些目的、 特征、優(yōu)點(diǎn)以及其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)變得更加明確


圖l表示本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置。圖2是圖1所示的機(jī)器人控制裝置的功能框圖。 圖3表示在示教操作盤上顯示的參數(shù)設(shè)定畫面。圖4是在本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置中執(zhí)行正交軟浮點(diǎn)功能時的第一流程圖。圖5是在本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置中執(zhí)行正交軟浮點(diǎn)功能時的第二流程圖。圖6是執(zhí)行正交軟浮點(diǎn)功能時的控制系統(tǒng)的功能框圖。 圖7表示直角坐標(biāo)系中的柔性控制的一例。 圖8用于說明在一個例子中進(jìn)行正交軟浮點(diǎn)時作用的力。
具體實施方式
下面。參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。在以下的附圖中，對同 一部件附以相同的參照符號。為了容易理解，對這些附圖進(jìn)行了適當(dāng)?shù)谋壤?更。圖1表示本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置，圖2是圖1所示的機(jī)器人控制裝置 的功能框圖。如這些附圖所示，機(jī)器人控制裝置RC與示教操作盤TP以及機(jī) 器人R，嚴(yán)格地說是機(jī)器人R的機(jī)器人機(jī)構(gòu)部RM連接。如圖2所示，機(jī)器人控制裝置RC包含控制整個機(jī)器人控制裝置RC的主 CPUll。另外，機(jī)器人控制裝置RC包含存儲有各種系統(tǒng)程序的ROM12a、主 CPU11為臨時存儲數(shù)據(jù)使用的RAM 12b、存儲與機(jī)器人的動作內(nèi)容有關(guān)的各 種程序以及關(guān)聯(lián)設(shè)定值等的非易失性存儲器12c。如圖2所示，在主CPU11上連接有多個公用RAM#1 ~#n,在這些公用 RAM#1 弁n上連接有數(shù)字伺服電路Cl Cn。多個公用RAM弁l 弁n啟動以下 的作用向數(shù)字伺服電路Cl-Cn的各個處理器傳遞從主CPUll輸出的移動指 令或控制信號，并且，向主CPUll傳遞來自數(shù)字伺服電路Cl Cn的處理器的 各種信號。因此，雖然在圖中未表示，但數(shù)字伺服電路Cl Cn分別包含處理 器、ROM、 RAM等。另夕卜，公用RAM#l~#n的個數(shù)以及數(shù)字伺服電路Cl Cn的個數(shù)與機(jī)器人 的機(jī)器人機(jī)構(gòu)部RM的電動機(jī)Ml Mn的個數(shù)對應(yīng)。這些電動機(jī)Ml Mn用于 驅(qū)動機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)軸。典型的六軸結(jié)構(gòu)的垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人包含六個關(guān) 節(jié)軸J1 J6，因此，電動機(jī)、公用RAM、數(shù)字伺服電路分別為六個。如圖所示，示教操作盤TP具有液晶顯示器15和鍵盤16。它們用于進(jìn)行 上述程序中的數(shù)據(jù)的輸入以及變更、關(guān)聯(lián)的設(shè)定值輸入以及變更。圖3表示在示教操作盤TP上顯示的參數(shù)設(shè)定畫面。在進(jìn)行柔性控制前， 操作者在示教操作盤TP的液晶顯示器15上調(diào)出圖3所示的參數(shù)設(shè)定畫面。然后，在設(shè)定畫面中的"柔性度"項目中，設(shè)定在X方向、Y方向、Z 方向上配置"虛擬彈簧"，還是配置"虛擬阻尼器"。在實際的畫面中，可以筒 單地由鍵盤16輸入"彈簧"或者"阻尼器"。此外，這些X方向、Y方向、Z 方向與預(yù)定的直角坐標(biāo)系H)(參照圖7)中的各方向相對應(yīng)。然后，操作者輸入與設(shè)定的彈簧或者阻尼器有關(guān)的比例常數(shù)。在圖3所 示的設(shè)定畫面中，在X方向、Y方向、Z方向輸入"彈簧"，各個方向上的數(shù) 值輸入0 (kgf/cm)、 0(kgf/cm)、 200 (kgf/cm)。輸入的數(shù)值為零以上的數(shù)值。 輸入的數(shù)值越小越設(shè)定柔性的狀態(tài)，輸入的數(shù)值越大越設(shè)定剛性的狀態(tài)。因此， 此時，X方向以及Y方向是希望柔性控制的方向。設(shè)定了 "彈簧"時的這些數(shù)值分別與直角坐標(biāo)系SO中的虛擬彈簧的比例 常數(shù)Kx、 Ky、 Kz對應(yīng)。另外，設(shè)定了 "阻尼器"時輸入的數(shù)值分別與直角坐 標(biāo)系20中的虛擬阻尼器的比例常數(shù)Dx、 Dy、 Dz對應(yīng)。此外，在圖示的設(shè)定 畫面中，還可以關(guān)于X軸旋轉(zhuǎn)、Y軸旋轉(zhuǎn)、Z軸旋轉(zhuǎn)設(shè)定虛擬彈簧或虛擬阻尼 器，同樣可以輸入數(shù)值。在圖3的設(shè)定畫面中，還存在"增益降低設(shè)定"的項目。在該項目中， 如下自動地選擇對于已設(shè)定的希望柔性控制的方向(在圖3中X方向以及Y
方向)的動作造成較大影響的關(guān)節(jié)軸。當(dāng)操作者在圖3所示的設(shè)定畫面的"開始位置，，的項目中輸入開始位置 時，機(jī)器人控制裝置rc計算從關(guān)節(jié)軸向作業(yè)坐標(biāo)的雅可比矩陣j的該開始位 置的值。然后，機(jī)器人控制裝置rc在虛擬彈簧的設(shè)定與柔性方向?qū)?yīng)的行中， 降低與絕對值大的列對應(yīng)的關(guān)節(jié)軸的位置增益和/或速度增益。因此，機(jī)器人 控制裝置rc把這些關(guān)節(jié)軸的增益降低設(shè)定顯示為"有效"。具體地說，當(dāng)操作者輸入開始位置時，機(jī)器人控制裝置rc計算以下表示 的雅可比矩陣j。<image>image see original document page 10</image>在上式中，設(shè)與柔性的x方向?qū)?yīng)的行是第一行，與柔性的y方向?qū)?yīng)的行是第二行。然后，選擇雅可比矩陣j的第一行。x/an， ax/aj2， ax/an, sx/ai4， 3x/aj5, 3x/ai6)中絕對值最大的列。在這樣的列是ax/ai3時，自動地將作為對應(yīng)的軸的j3軸的增益降低設(shè)定設(shè)定為"有效"(請參照圖3中的"增益降低設(shè)定"項目)。同樣，選擇雅可比矩陣j的第二行(3y/an， 3y/ar2， 3y/aj3, 3y/ai4， 3y/ai5, 3y/ai6)中絕對值最大的列。在這樣的列是3y/an時，自動地將作為 對應(yīng)的軸的ji軸的增益降低設(shè)定設(shè)定為"有效"(請參照圖3中的"增益降低 設(shè)定"項目)。此外，這樣的關(guān)節(jié)軸的選擇也可以通過和圖1所示的機(jī)器人控制裝置rc不同的裝置進(jìn)行。例如，還可以通過其他的計算機(jī)軟件求出使增益降低有效的 關(guān)節(jié)軸，操作者通過示教操作盤輸入進(jìn)行降低增益的關(guān)節(jié)軸。在設(shè)定了關(guān)節(jié)軸之后，對于該關(guān)節(jié)軸設(shè)定位置增益和/或速度增益降低的比例。具體地說，輸入作為降低前的增益和降低后的增益的比的位置增益比(xp (=降低后位置增益Kps/通常位置增益Kp)、速度增益比av (=降低后速度 增益Kvs/通常速度增益Kv) (0S(xp^100， 0SavS100)。在圖3中，設(shè)定關(guān)
節(jié)軸Jl的位置增益比ap是5%，速度增益比av是5%，關(guān)節(jié)軸J3的位置增益 比叩是10%，速度增益比av是10%。進(jìn)而，在關(guān)于這些關(guān)節(jié)軸J1、 J3的修正轉(zhuǎn)矩Ti (后述)中，還輸入與轉(zhuǎn) 矩指令tc (后述)相加的比例at (0^at^100)。在圖3中，設(shè)定關(guān)節(jié)軸J1、 J3的〗奮正轉(zhuǎn)矩的比例為0%。此外，在機(jī)器人控制裝置RC具有對柔性控制用增益Kp，、 Kv，和通常控 制用增益Kp、 Kv進(jìn)行切換的功能時，還可以把降低后增益Kps、 Kvs和柔性 控制用增益Kp，、 Kv，的比作為ap、 av輸入。此外，在柔性控制用增益Kp，、 Kv，和通?？刂朴迷鲆鍷p、 Kv之間假定具有Kp〉Kp，、 Kv〉Kv，的關(guān)系。另外，這些比或比例的設(shè)定可以由操作者使用鍵盤16輸入，也可以根據(jù) 預(yù)定的規(guī)則由機(jī)器人控制裝置RC決定，僅將其結(jié)果在液晶顯示器15上顯示。 例如，還可以對這些位置增益比(xp、速度增益比av以及比例at自動設(shè)定規(guī)定 的常數(shù)，例如(ctp， av， at) = (10%， 10°/。， 0%)。此時，即使是不熟練的操 作者也能恰當(dāng)?shù)夭僮鳈C(jī)器人。通常，機(jī)器人R由機(jī)器人控制裝置RC進(jìn)行通常控制。而且，在希望正 交軟浮點(diǎn)時，操作者通過示教操作盤TP有效地設(shè)定正交軟浮點(diǎn)功能。例如圖 7所示，所謂進(jìn)行正交軟浮點(diǎn)的情況是指機(jī)器人R為取出成型品Wl,需要隨 動于成型品Wl的動作，在X方向柔性地進(jìn)行動作并且在Z方向剛性地進(jìn)行 動作的情況。圖4以及圖5是在本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置RC中執(zhí)行正交軟浮點(diǎn)功能時 的流程圖，圖6是執(zhí)行正交軟浮點(diǎn)功能時的控制系統(tǒng)的功能框圖。下面參照圖 4、圖5以及圖6，說明在本發(fā)明的機(jī)器人裝置RC中進(jìn)行的正交軟浮點(diǎn)功能。在機(jī)器人控制裝置RC具有切換柔性控制用增益Kp，、 Kv，和通?？刂朴?增益Kp、 Kv的功能時，在正交軟浮點(diǎn)開始時，首先把全部關(guān)節(jié)軸的位置增益 Kp以及速度增益Kv分別變更為柔性控制用位置增益Kp，以及速度增益Kv，。在主CPU11中，以規(guī)定周期執(zhí)行圖4的流程圖中所示的處理。在圖4的 步驟101中，才艮據(jù)各關(guān)節(jié)軸的位置指令通過順序運(yùn)動學(xué)(sequential kinematics) 計算正交指令位置，并且，根據(jù)各關(guān)節(jié)軸的位置反饋通過順序運(yùn)動學(xué)計算正交 反饋位置。然后，作為直角坐標(biāo)系S0上的位置偏差(Ax， Ay， Az)，即柔性
控制開始位置，計算這些正交指令位置和正交反饋位置之間的差(請參照圖6 中的框21、 22)。然后，對該位置偏差乘以在圖3所示的設(shè)定畫面中輸入的虛擬彈簧的參 數(shù)(Kx， Ky, Kz)，由此計算直角坐標(biāo)系IX)中的力(Fx， Fy， Fz) ( (Fx， Fy, Fz) = (Kx， Ky， Kz) ( -Ax， 一Ay， - Az))(請參照圖6中的框23 )。然后，在步驟102中，使用機(jī)器人的姿勢數(shù)據(jù)，把直角坐標(biāo)系2X)中的力 (Fx， Fy, Fz)變換為刀具坐標(biāo)系Sn+1中的力(Fx(n+1)， Fy(n+1), Fz(n+1))。之后，在步驟103中，通過Newton-Euler法，才艮據(jù)機(jī)器人的當(dāng)前位置和 刀具坐標(biāo)系2n+l中的力(Fx(n+1)， Fy(n+1)， Fz(n+1))計算各軸的修正轉(zhuǎn)矩 Ti (i=l~n)(請參照圖6中的框24 )。然后，在步驟104，將關(guān)于各關(guān)節(jié)軸得到的修正轉(zhuǎn)矩Ti存儲在各公用RAM #l~#n中。以上的處理在;f幾器人控制裝置RC的主CPU11中進(jìn)行。然后，實施圖5所示的流程圖。在圖5的步驟111，向各個數(shù)字伺服電路 Cl Cn發(fā)送公用RAM#l~#n的修正轉(zhuǎn)矩Ti。圖5所示的以下的處理在各個數(shù) 字伺服電路Cl Cn中以規(guī)定的周期實施。然后，在步驟112，判定與某個數(shù)字伺服電路Ci對應(yīng)的關(guān)節(jié)軸Ji是否為 在圖3中被設(shè)定為"增益降低設(shè)定"的關(guān)節(jié)軸。在為被設(shè)定為"增益降低設(shè)定" 的關(guān)節(jié)軸時，進(jìn)入到步驟113。在步驟113，位置增益降低單元41對通常的位置增益Kp或者Kp，乘以位 置增益比叩(參照圖3)來計算降低后位置增益Kps。同樣，速度增益降低單 元42對通常速度增益Kv或Kv，乘以速度增益比av (參照圖3 )來計算降低后 速度增益Kvs。這樣的降低位置增益以及速度增益的處理分別由圖6所示的位 置增益降低單元41以及速度增益降低單元42進(jìn)行。圖6所示的框31是位置環(huán)增益Kp的項，框32是速度環(huán)增益Kv的項， 框33是積分項，框34是#"正轉(zhuǎn)矩的比例at的項。在步驟113，上述降低后Kps、 Kvs分別在框31、 32中使用。從圖6可 知，向框31輸入根據(jù)由機(jī)器人控制裝置RC生成的電動機(jī)Mi的位置指令和反 饋的實際的電動機(jī)位置生成的位置偏差e。然后，在框31中，乘以降低后增 益Kps來生成速度指令vc。進(jìn)而，通過速度指令vc和電動機(jī)速度v計算速度
偏差ev，對該速度偏差ev乘以速度環(huán)增益Kvs后輸出轉(zhuǎn)矩指令tc。然后，如步驟114所示，通過^"正轉(zhuǎn)矩降低單元43對修正轉(zhuǎn)矩Ti乘以上述的比例at。在圖3中因為作為at設(shè)定為0%，所以修正后的修正轉(zhuǎn)矩為零。這樣的降低修正轉(zhuǎn)矩的處理通過圖6所示的修正轉(zhuǎn)矩降低單元43進(jìn)行。然后，對轉(zhuǎn)矩指令tc相加修正后修正轉(zhuǎn)矩(此時為零)作為新的轉(zhuǎn)矩指令tc，。然后，向電動機(jī)Mi提供與新的轉(zhuǎn)矩指令tc，對應(yīng)的驅(qū)動電流，之后結(jié)束處理。如此，在本發(fā)明中，通過位置增益降低單元41使有關(guān)特定關(guān)節(jié)軸的位置 增益Kp降低至降低后增益Kps，通過速度增益降低單元42使關(guān)于相同關(guān)節(jié)軸 的速度增益Kv降低至降低后增益Kvs。進(jìn)而，在本發(fā)明中，通過修正轉(zhuǎn)矩降 低單元43降低進(jìn)行用于實現(xiàn)虛擬彈簧的控制的修正轉(zhuǎn)矩Ti。因為進(jìn)行這樣的 處理，所以在本發(fā)明中，可以抑制在虛擬彈簧作用的方向上妨礙平滑動作的情 況。換言之，在本發(fā)明中，能夠用較小的力進(jìn)行向柔性化方向的動作。如參照圖8說明的那樣，在現(xiàn)有技術(shù)中例如在決定為(Kx, Kz) = (0， Kz)時，在關(guān)節(jié)軸J2、 J3、 J5產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T2、 T3、 T5。而且，在關(guān)節(jié)軸J3中， 轉(zhuǎn)矩T3在妨礙向-X方向的動作的方向上作用，結(jié)果，妨礙X方向上的柔性 度。但是，根據(jù)本發(fā)明，除了通過增益降低單元41、 42抑制轉(zhuǎn)矩指令tc之外， 還可以通過修正轉(zhuǎn)矩降低單元43降低追加的修正轉(zhuǎn)矩Ti。因此，在本發(fā)明中， 通過增益降低單元41 、 42以及修正轉(zhuǎn)矩降低單元43能夠抑制轉(zhuǎn)矩T3自身。 因此，在本發(fā)明中，能夠抑制妨礙X方向上的柔性度的情況，減小為在-X 方向上進(jìn)行動作需要的力。再次參照圖5，當(dāng)在步驟112中判定為不是被設(shè)定為"降低增益設(shè)定"的 關(guān)節(jié)軸時，進(jìn)入步驟115。此時，在框31、 32中使用柔性控制用增益Kp，、 Kv，。然后，和上述相同生成轉(zhuǎn)矩指令tc。然后，在步驟116,將修正轉(zhuǎn)矩Ti原樣不變地加在轉(zhuǎn)矩指令tc上生成新 的轉(zhuǎn)矩指令tc，。即，此時，不使用增益比ap、 av以及比例at。其后，對電動 機(jī)Mi提供與新的轉(zhuǎn)矩指令tc，對應(yīng)的驅(qū)動電流，然后結(jié)束處理。但是，在直角坐標(biāo)系SO中修正轉(zhuǎn)矩指令時，因為某時刻的關(guān)節(jié)軸的摩擦
對于各關(guān)節(jié)軸來說不同，所以雖然某關(guān)節(jié)軸立即進(jìn)行動作，但在其他的關(guān)節(jié)軸 中在實際開始動作前產(chǎn)生微小的延遲，因此，存在動作方向從所設(shè)定的正交方 向逐漸偏離的問題。
為了解決這一問題，優(yōu)選進(jìn)行通過通?？刂圃谌嵝苑较蛏线M(jìn)行;敝小的動
作的預(yù)備動作，并在速度環(huán)的積分器33中對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行積分。由此，在積分器 33中對補(bǔ)償摩擦方向的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行積分。具體地說，在開始柔性控制前，操作 者命令進(jìn)行預(yù)備動作的位置控制動作。通過這樣的預(yù)備動作，補(bǔ)償每個關(guān)節(jié)軸 不同的摩擦。即，每個關(guān)節(jié)軸的摩擦大體相等。因此，通過進(jìn)行這樣的預(yù)備動 作，能夠抑制動作方向從正交方向偏離。
如此用于摩擦補(bǔ)償?shù)念A(yù)備動作不一定需要由操作者進(jìn)行命令。即使在操 作者不命令位置控制動作時，也可以在存在柔性控制開始命令時，由控制裝置 的解釋程序生成并執(zhí)行預(yù)備動作，然后開始柔性控制。但此時，需要預(yù)先決定 用于預(yù)備動作的方向以及距離。
但是，還存在才艮據(jù)機(jī)器人和周邊設(shè)備的布局關(guān)系，無法確保預(yù)備動作所 需要的距離的情況。此時，預(yù)先設(shè)定在預(yù)備動作中與積分器33中積分的轉(zhuǎn)矩 相當(dāng)?shù)牧俊６?，在?zhí)行柔性控制時還可以對速度環(huán)輸出相加該轉(zhuǎn)矩。即，因 為沒有必要實際進(jìn)行預(yù)備動作，所以即使在無法確保預(yù)備動作所需要的距離 時，也能夠得到和上述相同的效果。
此外，這樣的用于補(bǔ)償摩擦的方法僅限于預(yù)先知道在柔性控制中進(jìn)行動 作的方向的情況。當(dāng)在柔性控制中進(jìn)行動作的方向未知時，加上與靜摩擦的大 小相近的振幅的正弦波、三角波、矩形波等周期性轉(zhuǎn)矩。在這樣的狀態(tài)下從一 個方向施加外力時，在外力和所述周期性轉(zhuǎn)矩的方向一致時，合計的轉(zhuǎn)矩超過 靜摩擦量能夠在該方向上開始動作。即，即使在柔性控制中進(jìn)行動作的方向未 知時，也能夠補(bǔ)償每個關(guān)節(jié)軸不同的摩擦，抑制動作方向從正交方向偏離。
另外，當(dāng)在作業(yè)坐標(biāo)系中進(jìn)行正交軟浮點(diǎn)時，或者在坐標(biāo)系上指定預(yù)備 動作的方向時，需要預(yù)先設(shè)定坐標(biāo)系。因此，設(shè)想直接輸入坐標(biāo)系的參數(shù)?；?者，也可以示教關(guān)于刀具前端點(diǎn)TCP的兩個位置，把連接該兩點(diǎn)的方向設(shè)定 為正交軟浮點(diǎn)的作業(yè)坐標(biāo)系的一個軸(例如Z軸)，或者設(shè)定為預(yù)備動作的方 向。由此，對于操作者來說可以直感而且明確地指定坐標(biāo)系中的方向。 此外，雖然未進(jìn)行詳細(xì)的說明，但在圖3的設(shè)定畫面中取代虛擬彈簧， 使用阻尼參數(shù)Dx、 Dy、 Dz設(shè)定了虛擬阻尼器時，使用滿足-Dx Avx = Fx， -Dy . Avy = Fy， — Dz Avz = Fz的關(guān)系的速度偏差A(yù)vx、 Avy、 Avz。 jt匕時， 對于本領(lǐng)域的^支術(shù)人員來說應(yīng)該清楚可以得到和上述大體相同的效果。另外，在圖3中通過在畫面進(jìn)行輸入來設(shè)定各種參數(shù)，但也可以在動作 程序中設(shè)定這些參數(shù)。該情況也包含在本發(fā)明的范圍中。以上使用典型的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 該可以理解，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下能夠進(jìn)^f亍上述的變更以及各種其他 的變更、省略以及追加。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人控制裝置(RC)，其控制具有多個關(guān)節(jié)軸(J1～J6)的機(jī)器人(R)，其在通過對于所述機(jī)器人(R)的刀具(H)處于一定位置姿勢關(guān)系的刀具坐標(biāo)系或者對于作業(yè)對象物處于一定的位置姿勢關(guān)系的作業(yè)坐標(biāo)系定義的方向上，在所述機(jī)器人(R)的所述刀具(H)和所述作業(yè)對象物之間進(jìn)行使虛擬彈簧作用的柔性控制，其特征在于，具有在進(jìn)行所述柔性控制時，根據(jù)開始所述柔性控制的柔性控制開始位置和所述虛擬彈簧，從所述機(jī)器人(R)的所述多個關(guān)節(jié)軸(J1～J6)中選擇特定的關(guān)節(jié)軸，降低該特定的關(guān)節(jié)軸的位置增益以及速度增益中的至少一方，使其低于所述特定的關(guān)節(jié)軸的位置增益通常值以及速度增益通常值各自的增益降低單元(41，42)，和在進(jìn)行所述柔性控制時，降低根據(jù)所述柔性控制開始位置和所述虛擬彈簧計算出的所述特定的關(guān)節(jié)軸的修正轉(zhuǎn)矩，使其低于所述特定的關(guān)節(jié)軸的修正轉(zhuǎn)矩通常值的修正轉(zhuǎn)矩降低單元(43)。
2. —種機(jī)器人控制裝置(RC),其控制具有多個關(guān)節(jié)軸(J1 J6)的機(jī)器 人(R)，其在通過對于所述機(jī)器人(R)的刀具(H)處于一定位置姿勢關(guān)系 的刀具坐標(biāo)系或者對于作業(yè)對象物處于一定位置姿勢關(guān)系的作業(yè)坐標(biāo)系定義 的方向上，在所述機(jī)器人(R)的所述刀具(H)和所述作業(yè)對象物之間進(jìn)行 使虛擬阻尼器作用的柔性控制，其特征在于，具有在進(jìn)行所述柔性控制時，根據(jù)開始所述柔性控制的柔性控制開始位置和 所述虛擬阻尼器，從所述機(jī)器人(R)的所述多個關(guān)節(jié)軸(J1 J6)中選擇特定 的關(guān)節(jié)軸，降低該特定的關(guān)節(jié)軸的位置增益以及速度增益中的至少一方，使其 低于所述特定的關(guān)節(jié)軸的位置增益通常值以及速度增益通常值的增益降低單 元(41, 42),和在進(jìn)行所述柔性控制時，降低根據(jù)所述柔性控制開始位置和所述虛擬阻 尼器計算出的所述特定的關(guān)節(jié)軸的修正轉(zhuǎn)矩，使其低于所述特定的關(guān)節(jié)軸的修 正轉(zhuǎn)矩通常值的修正轉(zhuǎn)矩降低單元(43)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 在所述柔性控制開始位置計算從關(guān)節(jié)軸向所述作業(yè)坐標(biāo)系的雅可比矩陣，選擇在與進(jìn)行所述柔性控制的方向?qū)?yīng)的所述雅可比矩陣的行中與絕對值最大的列對應(yīng)的關(guān)節(jié)軸，作為所述特定的關(guān)節(jié)軸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3的任何一項所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 自動地設(shè)定所述特定的關(guān)節(jié)軸的所述位置增益和/或所述速度增益的降低量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任何一項所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 自動地設(shè)定所述特定的關(guān)節(jié)軸的所述修正轉(zhuǎn)矩的降低量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任何一項所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 在開始所述柔性控制前，通過通?？刂剖顾鰴C(jī)器人(R)的刀具(H)在指定的方向上預(yù)先移動指定的距離。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任何一項所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 在進(jìn)行所述柔性控制時，加上指定方向并且指定量的修正轉(zhuǎn)矩。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任何一項所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 在進(jìn)行所述柔性控制時，對轉(zhuǎn)矩加上周期性的修正轉(zhuǎn)矩。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8的任何一項所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 根據(jù)所指定的直角坐標(biāo)系上的兩個以上的位置姿勢決定進(jìn)行所述柔性控制的坐標(biāo)系或刀具坐標(biāo)系。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 根據(jù)所指定的直角坐標(biāo)系上的兩個以上的位置姿勢決定進(jìn)行所述預(yù)先移動的方向。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 根據(jù)所指定的直角坐標(biāo)系上的兩個以上的位置姿勢決定所述修正轉(zhuǎn)矩的方向。
全文摘要
進(jìn)行在機(jī)器人的刀具和作業(yè)對象物之間使虛擬彈簧或虛擬阻尼器進(jìn)行作用的柔性控制的機(jī)器人控制裝置(RC)中包含在進(jìn)行柔性控制時，根據(jù)開始柔性控制的柔性控制開始位置和虛擬彈簧或虛擬阻尼器，從機(jī)器人的多個關(guān)節(jié)軸(J1～J6)中選擇特定的關(guān)節(jié)軸，降低該特定的關(guān)節(jié)軸的位置增益以及/或者速度增益，使其低于特定的關(guān)節(jié)軸的位置增益通常值以及速度增益通常值的增益降低單元(41，42)；和在進(jìn)行柔性控制時，降低根據(jù)柔性控制開始位置和虛擬彈簧或虛擬阻尼器計算出的特定的關(guān)節(jié)軸的修正轉(zhuǎn)矩，使其低于所述特定的關(guān)節(jié)軸的修正轉(zhuǎn)矩通常值的修正轉(zhuǎn)矩降低單元(43)。由此，抑制在虛擬彈簧等作用的方向上妨礙平滑動作的情況。
文檔編號B25J9/16GK101152719SQ20071016172
公開日2008年4月2日 申請日期2007年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者加藤哲朗, 黑下彰喜 申請人:發(fā)那科株式會社