專利名稱：具有學(xué)習(xí)控制功能的機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有學(xué)習(xí)控制功能的機(jī)器人，特別涉及利用在手臂側(cè)安裝的傳感器進(jìn)行動作的高速化的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
在機(jī)器人中，為對用伺服電動機(jī)驅(qū)動的被驅(qū)動體的位置或速度進(jìn)行控制，通常進(jìn)行位置反饋控制、速度反饋控制、以及電流反饋控制，控制成被驅(qū)動體與指令位置、速度一致。即使進(jìn)行這樣的位置、速度、電流的反饋控制，在機(jī)器人的高速動作中，也會產(chǎn)生軌跡誤差或者位置振動成分。另外，在高速動作中，因為電動機(jī)側(cè)和手臂側(cè)的動態(tài)特性不同，所以不能從電動機(jī)編碼器直接測定手臂側(cè)的軌跡誤差或者位置振動成分。因此，需要在手臂側(cè)直接安裝傳感器，測量軌跡誤差、位置振動成分。安裝傳感器進(jìn)行學(xué)習(xí)控制的例子， 公開了雖然不是機(jī)器人的例子但是使用了加速度傳感器的學(xué)習(xí)控制(專利文獻(xiàn)1)。圖1表示具有現(xiàn)有的實施學(xué)習(xí)控制的學(xué)習(xí)控制器的機(jī)器人的概略圖。機(jī)器人100 由機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1、和控制機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的控制裝置2構(gòu)成。控制裝置2具有實施機(jī)器人的學(xué)習(xí)控制的學(xué)習(xí)控制部3、和直接驅(qū)動機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的通?？刂撇?。在機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1中設(shè)置加速度傳感器10、手臂11、手臂尖端部12、電動機(jī)(未圖示)。向機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的電動機(jī)輸入來自在控制裝置2內(nèi)所包含的通常控制部4的信號， 機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的電動機(jī)驅(qū)動手臂11。機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的電動機(jī)還使手臂尖端部12移動到所期望的位置，執(zhí)行例如焊接等的作業(yè)。在手臂尖端部12上設(shè)置加速度傳感器10，能夠得到手臂尖端部12的空間的位置數(shù)據(jù)(t(k))。來自加速度傳感器10的位置數(shù)據(jù)(t(k)) 輸出至學(xué)習(xí)控制部3，在學(xué)習(xí)控制中利用。這里，j是試行次數(shù)，k是時間，Ns是一次試行的采樣數(shù)。yd(k)是位置指令，Yj (k)是上次的控制對象量，ej(k)是通過濾波器從yd(k)和 Yj(k)計算的目標(biāo)修正量。Uj(k)表示上次的學(xué)習(xí)修正量。在通常控制部4內(nèi)設(shè)置位置控制部41、速度控制部42、電流控制部43、放大器44、 微分單元45。位置控制部41接收從控制裝置2的外部輸入的位置指令(yd(k))，并且接收機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的電動機(jī)位置等的位置信息，對于速度控制部42輸出機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的手臂尖端部12的所期望的位置信息。微分單元45接收從機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1反饋的電動機(jī)位置信息，計算電動機(jī)速度，將其對于速度控制部42輸出。速度控制部42利用來自位置控制部41的位置信息以及來自微分單元45的電動機(jī)速度信息計算所期望的電動機(jī)速度，將其輸出至電流控制部43。電流控制部43接收從放大器44反饋的電流值，并且計算以使電動機(jī)成為從速度控制部42輸入的所期望的電動機(jī)速度的方式計算流過電動機(jī)的電流，將其輸出至放大器44。放大器44根據(jù)來自電流控制部43的電流值計算所期望的電力，將其投入到機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的電動機(jī)(未圖示)。在學(xué)習(xí)控制部3中設(shè)置一試行延遲W—iOO、第一存儲器31、學(xué)習(xí)控制器L(q) 32、低通濾波器Q(q)33、第二存儲器34、第三存儲器35。第一存儲器31根據(jù)關(guān)于手臂尖端部12 的位置指令數(shù)據(jù)(yd(k))、和加速度傳感器10測定的位置數(shù)據(jù)(y“k))，通過濾波器計算輸入目標(biāo)修正量 (k)，并將其存儲，并且向L (q) 32輸出目標(biāo)修正量 (k)。這里，目標(biāo)修正量 ed(k)相當(dāng)于與手臂尖端部12的所期望的位置相對應(yīng)的軌跡、振動誤差。學(xué)習(xí)控制器L(q) 32，通過執(zhí)行在L(q) 32中存儲的作業(yè)程序，從目標(biāo)修正量 00 和1!」(10計算學(xué)習(xí)修正量uj+1(k)，將其輸出至低通濾波器Q(q)33。輸入了 Q(q) 33的學(xué)習(xí)修正量uj+1 (k)輸出至第二存儲器34，被存儲在第二存儲器34內(nèi)，并且加在用通常控制部4的位置控制部41算出的位置偏差數(shù)據(jù)上。根據(jù)被修正的位置偏差數(shù)據(jù)控制機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1，重復(fù)學(xué)習(xí)控制。通過重復(fù)執(zhí)行這一系列處理，學(xué)習(xí)控制使位置偏差收斂到“0”。學(xué)習(xí)控制結(jié)束后，不執(zhí)行用圖1的虛線表示的學(xué)習(xí)修正量的回路，從第二存儲器34向位置控制部41輸出學(xué)習(xí)修正量uj+1(k)。此外，在圖1中，實線部分表示在通?？刂撇?使機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1動作時執(zhí)行的部分，作為虛線部分的學(xué)習(xí)控制在學(xué)習(xí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下動作結(jié)束后執(zhí)行。專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-172149號公報現(xiàn)有的學(xué)習(xí)控制著眼于改善某條件下的軌跡、振動誤差這一點。但是，存在應(yīng)用的幅度狹窄，另外使用的方便性沒有太多考慮這樣的問題。作為使用傳感器的學(xué)習(xí)控制的例子的上述現(xiàn)有技術(shù)，雖然是機(jī)床的例子，但是作為傳感器設(shè)想使用加速度傳感器。在機(jī)器人上安裝加速度傳感器的情況下，雖然能夠抽出正交坐標(biāo)中的軌跡誤差以及位置誤差，但是有不能原樣不變地根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)來計算各軸的軌跡誤差以及位置誤差的問題。另外，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，在從加速度傳感器抽出軌跡、振動誤差時使用通常的高通濾波器。因為在機(jī)床的情況下作為對象的反饋控制帶寬高達(dá)數(shù)十Hz 數(shù)百Hz，亦即因為反饋控制在其帶寬中具有非常好的特性，所以即使不能為去除偏移數(shù)據(jù)而使用IOHz以下的數(shù)據(jù)，也沒有大的問題。因此，偏移不是那樣重要的問題。另一方面，在產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人中，通常反饋的控制帶寬為數(shù)Hz，高于這以上的帶寬通過反饋來控制，因為性能容易依賴模型誤差，所以要通過學(xué)習(xí)控制修正那一部分。例如，為去除加速度傳感器數(shù)據(jù)的偏移而在進(jìn)行IHz的高通的情況下因為到IOHz左右的軌跡、振動誤差的相位旋轉(zhuǎn)，所以有包括想要除去的帶寬的軌跡、振動誤差數(shù)據(jù)也被加工、學(xué)習(xí)控制的性能惡化這樣的問題。進(jìn)而也存在很難調(diào)整學(xué)習(xí)控制器的這樣的問題。雖然提出了各種調(diào)整方法，但是有控制器的階數(shù)升高，穩(wěn)定性降低，需要龐大的行列式計算等的問題。因此，在大部分的現(xiàn)場中實際情況是基于經(jīng)驗來試行錯誤。另外，因為機(jī)器人根據(jù)姿勢系統(tǒng)變化所以有試行錯誤中的調(diào)整更加困難這樣的特征。另外，迄今不存在自動進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整、具有進(jìn)行高速化的學(xué)習(xí)功能的產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的機(jī)器人包含在作為位置控制的對象的部位具有傳感器的機(jī)器人機(jī)構(gòu)部；和控制機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的動作的控制裝置，上述控制裝置具有通常控制部，其控制上述機(jī)
4器人機(jī)構(gòu)部的動作；和學(xué)習(xí)控制部，其通過作業(yè)程序使上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部動作，為了使通過上述傳感器檢測出的上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的控制對象位置接近對上述通?？刂撇抠x予的目標(biāo)軌跡或位置而進(jìn)行計算學(xué)習(xí)修正量的學(xué)習(xí)，上述學(xué)習(xí)控制部計算在學(xué)習(xí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下可設(shè)定的最大速度倍率，在達(dá)到上述最大速度倍率前多次一邊增加速度倍率一邊進(jìn)行計算學(xué)習(xí)修正量的學(xué)習(xí)。作為本發(fā)明的其他的實施方式，上述學(xué)習(xí)控制部也可以根據(jù)在上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部中允許的最大速度以及最大加速度計算上述最大速度倍率。作為本發(fā)明的其他的實施方式，上述學(xué)習(xí)控制部也可以具有高通濾波器，該高通濾波器用于根據(jù)由上述傳感器檢出的數(shù)據(jù)，計算上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的軌跡、振動誤差。作為本發(fā)明的其他的實施方式，上述學(xué)習(xí)控制部優(yōu)選通過對基軸三軸逆運(yùn)動學(xué)計算由上述傳感器檢測出的數(shù)據(jù)，計算包含軌跡、振動誤差的各軸上的位置。作為本發(fā)明的其他的實施方式，上述學(xué)習(xí)控制部也可以使上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部執(zhí)行預(yù)定的動作，計算上述傳感器的位置及傾角。作為本發(fā)明的其他的實施方式，上述學(xué)習(xí)控制部優(yōu)選還具有用于保存上述學(xué)習(xí)修正量的存儲器。作為本發(fā)明的其他的實施方式，上述傳感器也可以是視覺傳感器、加速度傳感器、 陀螺傳感器、慣性傳感器、以及應(yīng)變計的任何一種。作為本發(fā)明的其他的實施方式，上述傳感器具有可對于機(jī)器人機(jī)構(gòu)部裝卸的安裝單元是理想的，作為上述安裝單元具有磁鐵更為理想。根據(jù)本發(fā)明，學(xué)習(xí)控制部計算在學(xué)習(xí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下可設(shè)定的最大速度倍率，在達(dá)到上述最大速度倍率前多次一邊增加速度倍率一邊進(jìn)行計算學(xué)習(xí)修正量的學(xué)習(xí)，由此能夠自動執(zhí)行學(xué)習(xí)中的動作的高速化。


通過參照附圖閱讀下面詳細(xì)的說明將會更好地理解本發(fā)明的這些以及其他的特征和優(yōu)點。圖1是現(xiàn)有的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的實施例1的機(jī)器人的機(jī)器人機(jī)構(gòu)部以及傳感器的結(jié)構(gòu)圖。圖3是本發(fā)明的實施例1的機(jī)器人的機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是表示通用坐標(biāo)系中的傳感器的位置的圖。圖5是本發(fā)明的實施例1的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)圖。圖6是用于說明構(gòu)成本發(fā)明的機(jī)器人的機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的動作的高速化的過程的流程圖。圖7是表示視覺傳感器的例子的圖。
具體實施例方式下面參照

本發(fā)明的機(jī)器人。但是請留意本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于那些實施方式，而涉及在權(quán)利要求書中記載的發(fā)明及其等價物。在本實施例中進(jìn)行機(jī)器人動作的高速化。首先，圖2表示本發(fā)明的機(jī)器人的機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的結(jié)構(gòu)圖。圖2(a)表示機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的整體結(jié)構(gòu)，圖2(b)表示安裝了傳感器的焊槍的放大圖。機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1是公知的機(jī)器人操縱器(以下簡稱“機(jī)器人機(jī)構(gòu)部”)，只要焊槍20能夠到達(dá)進(jìn)行作業(yè)的位置姿勢，則不限于該機(jī)構(gòu)。作為用于檢測機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的位置以及為了使機(jī)器人機(jī)構(gòu)部靜止而減速時發(fā)生的軌跡、振動誤差的傳感器，在成為機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的位置控制對象的部位、即焊槍20的尖端部安裝加速度傳感器10。作為加速度傳感器10可以使用三軸加速度傳感器。加速度傳感器10具有磁鐵，為可裝卸式。也可以把加速度傳感器10的外殼作為磁鐵。下面作為本發(fā)明的實施例說明使用加速度傳感器的例子，但是代替加速度傳感器也可以使用視覺傳感器。在圖7中表示使用視覺傳感器的例子。視覺傳感器70具有第一攝像機(jī)72以及第二攝像機(jī)73兩臺攝像機(jī)。設(shè)置在機(jī)器人手71上。視覺傳感器70使用攝像機(jī)72、73測量靶線74上的假想TCP76的位置，用于計算在把前進(jìn)方向75作為χ軸的正方向的情況下的作為X軸、y軸、ζ軸的各個軸的軸方向的軌跡、振動誤差ΔΧ、Ay、Δζ。在安裝加速度傳感器10后，使機(jī)器人機(jī)構(gòu)部執(zhí)行規(guī)定的動作，進(jìn)行計算傳感器的位置及傾角的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的過程如下。首先，確定最初加速度傳感器的傾角。如圖3所示，從通用坐標(biāo)系的某點Ptl在χ軸方向上進(jìn)行動作，通過某點P1，取得此時的加速度數(shù)據(jù)。然后，把Ptl點的靜止?fàn)顟B(tài)下的加速度數(shù)據(jù)作為，把P1點的動作狀態(tài)下的加速度數(shù)據(jù)作為％。此時去掉了重力加速度(靜止加速度)的加速度 ^可以用= - 表示。進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，如下定義。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人，其特征在于，包含在作為位置控制的對象的部位具有傳感器的機(jī)器人機(jī)構(gòu)部；和控制上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的動作的控制裝置，其中，上述控制裝置具有通?？刂撇?，其控制上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的動作；和學(xué)習(xí)控制部，其通過作業(yè)程序使上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部動作，為了使通過上述傳感器檢測出的上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的控制對象位置接近對上述通?？刂撇抠x予的目標(biāo)軌跡或位置而進(jìn)行計算學(xué)習(xí)修正量的學(xué)習(xí)， 其中，上述學(xué)習(xí)控制部，計算在學(xué)習(xí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下可設(shè)定的最大速度倍率，在達(dá)到上述最大速度倍率前多次一邊增加速度倍率一邊進(jìn)行計算學(xué)習(xí)修正量的學(xué)習(xí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，上述學(xué)習(xí)控制部根據(jù)在上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部允許的最大速度以及最大加速度計算上述最大速度倍率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，上述學(xué)習(xí)控制部具有高通濾波器，該高通濾波器用于根據(jù)由上述傳感器檢測出的數(shù)據(jù)，計算上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的位置振動成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，上述學(xué)習(xí)控制部通過對基軸三軸逆運(yùn)動學(xué)計算由上述傳感器檢測出的數(shù)據(jù)，計算包含位置振動成分的各軸上的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，上述學(xué)習(xí)控制部使上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部執(zhí)行預(yù)定的動作，計算上述傳感器的位置及傾
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，上述學(xué)習(xí)控制部還具有用于保存上述學(xué)習(xí)修正量的存儲器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，上述傳感器是視覺傳感器、加速度傳感器、陀螺傳感器、慣性傳感器、以及應(yīng)變計中的任意一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，上述傳感器具有對于機(jī)器人機(jī)構(gòu)部可裝卸的安裝單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器人，其中， 上述傳感器具有作為上述安裝單元的磁鐵。
全文摘要
本發(fā)明的機(jī)器人包含在作為位置控制的對象的部位具有傳感器的機(jī)器人機(jī)構(gòu)部、和控制機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的動作的控制裝置，控制裝置具有控制機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的動作的通?？刂撇俊⒑蛯W(xué)習(xí)控制部，其通過作業(yè)程序使機(jī)器人機(jī)構(gòu)部動作，使通過上述傳感器檢出的上述機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的控制對象位置接近對上述通?？刂撇抠x予的目標(biāo)軌跡或者位置而進(jìn)行計算學(xué)習(xí)修正量的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)控制部計算在學(xué)習(xí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下可設(shè)定的最大速度倍率，在達(dá)到上述最大速度倍率前多次一邊增加速度倍率一邊進(jìn)行計算學(xué)習(xí)修正量的學(xué)習(xí)。
文檔編號B25J13/00GK102189550SQ20111004414
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月19日
發(fā)明者一之瀨雅一, 加藤哲朗, 稻葉清典 申請人:發(fā)那科株式會社