本發(fā)明涉及機(jī)器人裝置，特別是涉及具備計(jì)算用于改善機(jī)器人動(dòng)作的學(xué)習(xí)修正量的學(xué)習(xí)功能的多關(guān)節(jié)的機(jī)器人裝置。

背景技術(shù)：

已知一種具備學(xué)習(xí)功能的機(jī)器人，該學(xué)習(xí)功能是通過(guò)重復(fù)執(zhí)行預(yù)定動(dòng)作，來(lái)制作用于改善機(jī)器人動(dòng)作的學(xué)習(xí)修正量。另外，根據(jù)制作出的學(xué)習(xí)修正量，一邊使機(jī)器人動(dòng)作一邊進(jìn)行示教修正時(shí)，為了避免對(duì)修正后的動(dòng)作適用錯(cuò)誤的學(xué)習(xí)修正量，提出了把機(jī)器人速度降低到安全速度，并將學(xué)習(xí)修正量歸零的方法(例如，日本特開(kāi)2011－192267號(hào)公報(bào)。以下稱(chēng)為“專(zhuān)利文獻(xiàn)1”。)。

在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，提出了有學(xué)習(xí)控制功能的機(jī)器人的學(xué)習(xí)運(yùn)行、或者在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生異常處理的處置方法和直到重新學(xué)習(xí)的方法。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，提出了如下方法：當(dāng)學(xué)習(xí)過(guò)的動(dòng)作被示教修正時(shí)，只要修正量在某范圍內(nèi)，則直接適用相鄰位置的學(xué)習(xí)修正量，若修正量超過(guò)預(yù)定范圍，則一邊減速一邊將學(xué)習(xí)修正量歸零。

但是，在該現(xiàn)有技術(shù)中，學(xué)習(xí)修正量依賴(lài)于機(jī)器人的控制對(duì)象部位的位置時(shí)，如果直接適用不同位置的學(xué)習(xí)修正量，則有可能給抑制振動(dòng)的效果帶來(lái)影響。示教修正較大時(shí)，一邊減速一邊將學(xué)習(xí)修正量歸零，還有可能得到高速化效果。另外，在使用了視覺(jué)傳感器等進(jìn)行跟蹤動(dòng)作的系統(tǒng)中，存在工件位置隨機(jī)變化時(shí)無(wú)法應(yīng)對(duì)的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)器人裝置，通過(guò)求出學(xué)習(xí)修正量與動(dòng)作信息之間的關(guān)系，即使針對(duì)還未學(xué)習(xí)的新動(dòng)作也能計(jì)算學(xué)習(xí)修正量，而不需要安裝傳感器進(jìn)行重新學(xué)習(xí)的作業(yè)。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置，其特征在于，具有：機(jī)器人機(jī)構(gòu)部；傳感器，其設(shè)置在機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的位置控制的對(duì)象部位，直接或間接地檢測(cè)用于求出對(duì)象部位的位置信息的物理量；以及機(jī)器人控制部，其具有控制機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的動(dòng)作的動(dòng)作控制部，機(jī)器人控制部具備：學(xué)習(xí)控制部，其根據(jù)通過(guò)動(dòng)作控制部使機(jī)器人機(jī)構(gòu)部進(jìn)行預(yù)定動(dòng)作時(shí)的、在該預(yù)定動(dòng)作中通過(guò)傳感器檢測(cè)出的物理量，來(lái)計(jì)算用于改善機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的預(yù)定動(dòng)作的學(xué)習(xí)修正量；以及學(xué)習(xí)擴(kuò)展部，其求出學(xué)習(xí)控制部計(jì)算出的學(xué)習(xí)修正量與學(xué)習(xí)過(guò)的預(yù)定動(dòng)作的信息之間的關(guān)系，對(duì)于不同于機(jī)器人機(jī)構(gòu)部的預(yù)定動(dòng)作的新動(dòng)作的信息，使用求出的關(guān)系，計(jì)算用于改善新動(dòng)作的學(xué)習(xí)修正量。

附圖說(shuō)明

根據(jù)與附圖有關(guān)的以下實(shí)施方式的說(shuō)明，本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更清楚。在這些圖中：

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置的結(jié)構(gòu)圖，

圖2表示本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置的學(xué)習(xí)中的位置控制的對(duì)象部位的軌跡的圖，

圖3是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置的傳遞函數(shù)的計(jì)算處理過(guò)程的流程圖，

圖4a是表示本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置的速度的時(shí)間變化的圖，

圖4b是表示本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置的學(xué)習(xí)修正量的時(shí)間變化的圖，

圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置的運(yùn)行中的位置控制的對(duì)象部位的新的軌跡的圖，以及

圖6是用于說(shuō)明對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置的新位置的學(xué)習(xí)修正量的計(jì)算處理過(guò)程的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖1表示本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置的結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置101具有機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1、傳感器2以及機(jī)器人控制部4。

傳感器2被設(shè)置在機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的位置控制的對(duì)象部位，直接或間接地檢測(cè)用于求出對(duì)象部位的位置信息的物理量。作為傳感器2，能夠使用例如加速度傳感器。機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的位置控制的對(duì)象部位，例如如果是點(diǎn)焊用的機(jī)器人，則是點(diǎn)焊槍。但是，機(jī)器人裝置的位置控制的對(duì)象部位并不限定于此例，也可以是其他部位。

機(jī)器人控制部4具有控制機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的動(dòng)作的動(dòng)作控制部3。動(dòng)作控制部3接受來(lái)自未圖示的上層控制裝置等的動(dòng)作指令，根據(jù)在驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的同時(shí)來(lái)自機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的反饋數(shù)據(jù)，控制機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的動(dòng)作。作為反饋控制，能夠使用例如位置反饋控制、速度反饋控制、或電流反饋控制中的至少一個(gè)。通過(guò)反饋控制，機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的位置或速度被控制成與指令位置或指令速度一致。

機(jī)器人控制部4還具備學(xué)習(xí)控制部5和學(xué)習(xí)擴(kuò)展部6。學(xué)習(xí)控制部5根據(jù)通過(guò)動(dòng)作控制部3使機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1進(jìn)行預(yù)定動(dòng)作時(shí)的、在預(yù)定動(dòng)作中通過(guò)傳感器2檢測(cè)出的物理量，來(lái)計(jì)算用于改善機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的預(yù)定動(dòng)作的學(xué)習(xí)修正量。作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1所執(zhí)行的預(yù)定動(dòng)作，列舉有例如圖2所示向圖中箭頭方向(y方向)的點(diǎn)焊動(dòng)作。預(yù)定動(dòng)作也可以是在作業(yè)程序中使用的動(dòng)作、或者是在指定動(dòng)作范圍內(nèi)自動(dòng)生成的包含了x軸、y軸、z軸、繞x軸、繞y軸、繞z軸的動(dòng)作。像這樣執(zhí)行預(yù)定動(dòng)作，通過(guò)學(xué)習(xí)控制部5計(jì)算用于降低機(jī)器人振動(dòng)的學(xué)習(xí)修正量。將計(jì)算出的學(xué)習(xí)修正量和從動(dòng)作指令得到的動(dòng)作信息存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器8中。這里，優(yōu)選的是，在機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的動(dòng)作信息中包含位置、動(dòng)作速度、加速度以及慣性中的至少1個(gè)。

作為傳感器2使用了加速度傳感器時(shí)，傳感器2所檢測(cè)的物理量是機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的控制對(duì)象部位的加速度。學(xué)習(xí)控制部5計(jì)算出的學(xué)習(xí)修正量在加算器7中與來(lái)自動(dòng)作控制部3的指令值相加，修正后的指令值被輸入到機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1中。

在本發(fā)明中提出了根據(jù)針對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)的位置的動(dòng)作信息和制作好的學(xué)習(xí)修正量，來(lái)計(jì)算還未學(xué)習(xí)的位置的學(xué)習(xí)修正量的方法以及裝置。具體地，首先，使機(jī)器人執(zhí)行預(yù)定動(dòng)作，并學(xué)習(xí)用于改善機(jī)器人動(dòng)作的修正量。接下來(lái)，根據(jù)預(yù)定動(dòng)作的信息以及學(xué)習(xí)修正量的頻譜圖(spectrogram)求出動(dòng)作信息與學(xué)習(xí)修正量之間的傳遞函數(shù)，使用該傳遞函數(shù)，根據(jù)還未學(xué)習(xí)的動(dòng)作信息來(lái)計(jì)算學(xué)習(xí)修正量。

學(xué)習(xí)擴(kuò)展部6求出學(xué)習(xí)控制部5計(jì)算出的學(xué)習(xí)修正量與學(xué)習(xí)過(guò)的預(yù)定動(dòng)作的信息之間的關(guān)系，對(duì)于不同于機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的預(yù)定動(dòng)作的新動(dòng)作的信息，使用求出的關(guān)系，計(jì)算用于改善新動(dòng)作的學(xué)習(xí)修正量。

具體地，使機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1執(zhí)行預(yù)定動(dòng)作并求出學(xué)習(xí)修正量之后，根據(jù)新的動(dòng)作指令使機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1運(yùn)行。在停止中或運(yùn)行中，通過(guò)學(xué)習(xí)擴(kuò)展部6求出表示存儲(chǔ)器8中所存儲(chǔ)的上述動(dòng)作信息與學(xué)習(xí)修正量之間的關(guān)系的傳遞函數(shù)。把從動(dòng)作指令取得的新動(dòng)作的信息輸入學(xué)習(xí)擴(kuò)展部6，根據(jù)上述傳遞函數(shù)計(jì)算針對(duì)新動(dòng)作的學(xué)習(xí)修正量，并與從動(dòng)作控制部3輸出的動(dòng)作指令相加。

這樣，學(xué)習(xí)擴(kuò)展部6根據(jù)學(xué)習(xí)控制部5計(jì)算出的學(xué)習(xí)修正量以及機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的預(yù)定動(dòng)作信息的頻譜圖，求出學(xué)習(xí)修正量與動(dòng)作信息之間的傳遞函數(shù)，并根據(jù)傳遞函數(shù)以新動(dòng)作的信息為輸入計(jì)算針對(duì)新動(dòng)作的學(xué)習(xí)修正量。

機(jī)器人控制部4還可以通過(guò)動(dòng)作控制部3使機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1以機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1所容許的最大速度以及最大加速度進(jìn)行動(dòng)作、或者在仿真模式執(zhí)行動(dòng)作，由此取得機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的動(dòng)作信息。

此外，學(xué)習(xí)控制部5和學(xué)習(xí)擴(kuò)展部6不會(huì)同時(shí)動(dòng)作。學(xué)習(xí)控制部5僅在學(xué)習(xí)中進(jìn)行動(dòng)作，在學(xué)習(xí)結(jié)束后的再現(xiàn)時(shí)(運(yùn)行中)不進(jìn)行動(dòng)作。反之，學(xué)習(xí)擴(kuò)展部6僅在再現(xiàn)時(shí)(運(yùn)行中)進(jìn)行動(dòng)作，在學(xué)習(xí)中不進(jìn)行動(dòng)作。

接下來(lái)，對(duì)于如上所述的傳遞函數(shù)的導(dǎo)出方法進(jìn)行說(shuō)明。

圖3表示用于說(shuō)明傳遞函數(shù)的計(jì)算處理過(guò)程的流程圖。另外，在圖4a以及圖4b分別表示本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置的速度指令以及學(xué)習(xí)修正量的時(shí)間變化。首先，在步驟s1中，將在學(xué)習(xí)中得到的動(dòng)作信息(例如，速度數(shù)據(jù))和學(xué)習(xí)修正量存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，根據(jù)這些動(dòng)作狀態(tài)，劃分為1個(gè)或多個(gè)區(qū)間。具體地，如圖4a以及圖4b所示，把機(jī)器人從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移到動(dòng)作開(kāi)始的時(shí)刻作為區(qū)間1～區(qū)間7的各區(qū)間的始點(diǎn)，把從動(dòng)作停止到開(kāi)始下一個(gè)動(dòng)作的時(shí)刻作為該區(qū)間的終點(diǎn)。在這里也可以不劃分區(qū)間，而從各時(shí)刻的數(shù)據(jù)求出傳遞函數(shù)。

接下來(lái)，在步驟s2中，通過(guò)短時(shí)傅立葉變換按照每個(gè)區(qū)間以如下方式求出動(dòng)作信息(例如，速度數(shù)據(jù))以及學(xué)習(xí)修正量的頻譜圖。

這里，yi表示速度，yi表示求出的速度頻譜圖，ω表示窗口函數(shù)，k表示指數(shù)(index)、jm表示m區(qū)間的終點(diǎn)時(shí)刻的指數(shù)，m表示區(qū)間編號(hào)，f表示頻率區(qū)間的指數(shù)，n表示預(yù)定動(dòng)作的數(shù)據(jù)數(shù)量，下標(biāo)i表示表示在多個(gè)軸的第i個(gè)軸的軸編號(hào)。例如，6軸多關(guān)節(jié)機(jī)器人時(shí)，則i是1～6。

在這里，如果把短時(shí)傅里葉變換表示為stft，則能夠如下表示上述數(shù)學(xué)式(1)。

yi＝stft{yi}(2)

另外，當(dāng)yi為已知時(shí)，求出yi的過(guò)程如果逆變換為istft，則如下表示。

yi＝istft{yi}(3)

也可以同樣地求出學(xué)習(xí)修正量的頻譜圖和其逆變換。

xi＝stft{xi}(4)

xi＝istft{xi}(5)

在這里，xi表示學(xué)習(xí)修正量，xi表示求出的學(xué)習(xí)修正量的頻譜圖，下標(biāo)i表示軸編號(hào)。

接下來(lái)，在步驟s3中，如下求出每個(gè)區(qū)間的速度與學(xué)習(xí)修正量之間的傳遞函數(shù)。

在這里，ci表示速度與學(xué)習(xí)修正量之間的傳遞函數(shù)，m表示區(qū)間編號(hào)，下標(biāo)i表示軸編號(hào)。

圖5表示本發(fā)明的實(shí)施例所涉及的機(jī)器人裝置的運(yùn)行中的位置控制的對(duì)象部位的新軌跡。在運(yùn)行中，使具有機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的機(jī)器人在與圖5所示的學(xué)習(xí)過(guò)的位置不同的、新位置執(zhí)行y方向的點(diǎn)焊動(dòng)作。機(jī)器人在進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，計(jì)算從動(dòng)作指令得到的每個(gè)插補(bǔ)位置與學(xué)習(xí)過(guò)的位置之間的距離，選擇距離最短的區(qū)間，并使用該區(qū)間的傳遞函數(shù)。這里根據(jù)距離選擇了要使用的傳遞函數(shù)的區(qū)間，也可以根據(jù)慣性(inertia)選擇慣性最近的區(qū)間。根據(jù)所選擇的傳遞函數(shù)，針對(duì)新動(dòng)作指令把速度信息代入傳遞函數(shù)，計(jì)算學(xué)習(xí)修正量。把計(jì)算出的學(xué)習(xí)修正量與動(dòng)作指令相加，并輸出到具有機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的機(jī)器人。

設(shè)從動(dòng)作指令得到的某時(shí)刻的控制對(duì)象部位的位置為pt。圖6表示用于說(shuō)明對(duì)于新位置pt的學(xué)習(xí)修正量的計(jì)算處理過(guò)程的流程圖。

首先，在步驟s11中，從動(dòng)作指令取得新的動(dòng)作位置，計(jì)算新的動(dòng)作位置與各區(qū)間之間的平均距離，選擇最近的區(qū)間。如下計(jì)算從學(xué)習(xí)過(guò)的位置的各插補(bǔ)點(diǎn)到pt(xpt，ypt，zpt)的距離。

在這里，pk表示時(shí)刻k的位置(xpk，ypk，zpk)。

按照每個(gè)區(qū)間求出到pt的平均距離sm，選擇到pt的距離最短的區(qū)間。也可以選擇慣性最近的區(qū)間。

在這里，m表示區(qū)間編號(hào)、n表示m區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)數(shù)量。

接下來(lái)，在步驟s12中，根據(jù)所選擇的區(qū)間得傳遞函數(shù)，根據(jù)速度信息計(jì)算pt的新的學(xué)習(xí)修正量。

qi＝istft{qi}(11)

在這里，pjoint表示pt的各軸區(qū)間上的各軸位置，表示把pjoint微分后的速度，表示的頻譜圖，qi表示位置pt的學(xué)習(xí)修正量，qi表示qi的頻譜圖，下標(biāo)i表示第i軸。

接下來(lái)，在步驟s13中，把在步驟s12計(jì)算出的學(xué)習(xí)修正量qi與從動(dòng)作控制部3計(jì)算出的動(dòng)作指令相加，并輸出到具有機(jī)器人機(jī)構(gòu)部1的機(jī)器人中。

在以上的說(shuō)明中，示出了使用速度數(shù)據(jù)作為動(dòng)作信息的例子，但是并不限定于此例，動(dòng)作信息也可以是位置、加速度或慣性等。

如以上說(shuō)明，根據(jù)本發(fā)明，能夠計(jì)算基于預(yù)定動(dòng)作的機(jī)器人的動(dòng)作信息與學(xué)習(xí)修正量之間的傳遞函數(shù)。因此，能夠使用該傳遞函數(shù)來(lái)計(jì)算還未學(xué)習(xí)的動(dòng)作的學(xué)習(xí)修正量而不必使用傳感器。結(jié)果，不需要花費(fèi)時(shí)間精力進(jìn)行傳感器的設(shè)置、重新學(xué)習(xí)，從而能夠縮短學(xué)習(xí)的開(kāi)始時(shí)間。另外，還能夠應(yīng)對(duì)通過(guò)視覺(jué)傳感器等檢測(cè)不確定位置工件的系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明所涉及的機(jī)器人裝置，通過(guò)求出學(xué)習(xí)修正量與動(dòng)作信息之間的關(guān)系，即使對(duì)于還未學(xué)習(xí)的新動(dòng)作也能夠計(jì)算學(xué)習(xí)修正量，而不需要安裝傳感器進(jìn)行重新學(xué)習(xí)的作業(yè)。另外，還能夠應(yīng)對(duì)以往不能應(yīng)對(duì)的使用了視覺(jué)傳感器等進(jìn)行追蹤動(dòng)作的系統(tǒng)。