机器人控制装置以及机器人控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术具备：主控制部(11)，其基于力的指令值以及位置姿势的指令值和机器人(2)所具有的每个关节的角度的当前值，运算每个该关节的扭矩的指令值以及位置姿势控制的指令值；以及关节控制部(12)，其针对机器人(2)所具有的每个关节而设置，基于对应的关节处的扭矩的当前值和由主控制部(11)运算出的扭矩的指令值以及位置姿势控制的指令值，运算针对设置在对应的关节上的马达(21)的指令值。的关节上的马达(21)的指令值。的关节上的马达(21)的指令值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人控制装置以及机器人控制方法


[0001]本专利技术涉及一种能够同时控制机器人的位置姿势和力的机器人控制装置以及机器人控制方法。

技术介绍

[0002]在垂直多关节机器人等机器人(机械臂)中，使用将位置姿势和力同时(并列)作为控制对象的机器人控制装置(例如参照专利文献1)。另外，位置姿势表示机器人的位置以及姿势中的至少一方。图9～图11表示机器人控制装置1b的一例。
[0003]图9所示的机器人控制装置1b具备主控制部(上位控制器)11b以及多个关节控制部(下位控制器)12b。针对机器人2所具有的每个关节设置关节控制部12b。另外，主控制部11b与各关节控制部12b之间通过通信线连接。
[0004]另外，如图9所示，机器人2在每个关节具有马达21以及传感器22(扭矩传感器23以及编码器24)。马达21和传感器22分别通过电力线等与对应的关节控制部12b连接。扭矩传感器23检测对应的关节处的扭矩的当前值。编码器24检测对应的关节的角度的当前值。另外，在图10中，仅示出一组马达21、扭矩传感器23以及编码器24。
[0005]主控制部11b通过向各关节控制部12b输出指令值，来控制机器人2整体。具体而言，主控制部11b基于力的指令值以及位置姿势的指令值以及机器人2所具有的每个关节的扭矩的当前值以及角度的当前值，运算每个该关节的速度的指令值。如图10及图11所示，主控制部11b具备：力运算部111b、力控制部112b、位置姿势运算部113b、位置姿势控制部114b、指令值合成部115b以及指令值变换部116b。
[0006]力运算部111b基于机器人2所具有的每个关节的扭矩的当前值，运算机器人2的力的当前值。机器人2所具有的每个关节的扭矩用关节坐标系表示，力运算部111b将每个关节的扭矩变换为用正交坐标系表示的力。在图11中，τ表示扭矩的当前值，F表示力的当前值。
[0007]力控制部112b基于力的指令值以及由力运算部111b运算出的力的当前值，运算力控制的指令值。在该力控制部112b中，由偏差运算器1121b求出力的指令值与力的当前值之间的偏差，由系数乘法部1122b对偏差运算器1121b的运算结果的偏差乘以增益，由此得到力控制的指令值。在图11中，Fr表示力的指令值，G
F
表示增益。
[0008]位置姿势运算部113b基于机器人2所具有的每个关节的角度的当前值，运算机器人2的位置姿势的当前值。机器人2所具有的每个关节的角度的当前值用关节坐标系表示，位置姿势运算部113b将每个关节的角度的当前值变换为用正交坐标系表示的位置姿势的当前值。在图11中，θ表示角度的当前值，X表示位置姿势的当前值。
[0009]位置姿势控制部114b基于位置姿势的指令值和由位置姿势运算部113b运算出的位置姿势的当前值，运算位置姿势控制的指令值。在该位置姿势控制部114b中，由偏差运算器1141b求出位置姿势的指令值与位置姿势的当前值之间的偏差，由系数乘法部1142b对偏差运算器1141b的运算结果乘以增益，由此得到位置姿势控制的指令值。在图11中，Xr表示位置姿势的指令值，G
Z
表示增益。
[0010]指令值合成部115b合成由力控制部112b运算出的力控制的指令值以及由位置姿势控制部114b运算出的位置姿势控制的指令值。在该指令值合成部115b中，用加法器1151b将力控制的指令值和位置姿势控制的指令值相加。
[0011]指令值变换部116b将指令值合成部115b的合成结果变换为机器人2所具有的每个关节的角速度的指令值。在该指令值变换部116b中，由系数乘法部1161b对上述合成结果乘以雅可比矩阵的逆矩阵。即，指令值变换部116b将用直角坐标系表示的指令值变换为用关节坐标系表示的指令值。在图11中，J表示雅可比矩阵，θ(Dot)r表示角速度的指令值。
[0012]关节控制部12b根据来自主控制部11b的指令，控制设置在对应的关节上的马达21。如图10所示，关节控制部12b具有扭矩获取部121b和关节角控制部122b。
[0013]扭矩获取部121b获取对应的关节处的扭矩的当前值。表示由该扭矩获取部121b获取到的扭矩的当前值的数据被输出到主控制部11b(力运算部111b)。
[0014]关节角控制部122b基于由主控制部11b运算出的角速度的指令值以及机器人2所具有的每个关节的角度的当前值，运算针对设置在对应的关节上的马达21的指令值。在该关节角控制部122b中，由速度变换部1221b将角度的当前值变换为角速度的当前值，由减法器1223b从角速度的指令值中减去由速度变换部1221b得到的角速度的当前值，由PI控制部1224b基于减法器1223b的减法结果进行PI控制，由此得到针对马达21的指令值。
[0015]这样，在图9～图11所示的机器人控制装置1b中，需要联合操作多个关节，由主控制部11b合成对多关节的自由度(例如6自由度)同时控制运算了位置姿势和力的结果，将该合成结果变换为对各轴的关节控制部12b的信号后输出。即，在该机器人控制装置1b中，由主控制部11b实行柔顺控制的主要的运算。因此，在该机器人控制装置1b中，具有能够合理地整合应调整的参数等优点。现有技术文献专利文献
[0016]专利文献1：日本专利申请特开2016
‑
168650号公报

技术实现思路

专利技术要解决的问题
[0017]一般来说，在产业用机器人等的机器人中，作为通过力控制来实现的对象，有精密的研磨的仿形动作等，总是要求稳定动作或追随动作那样的动态的性能提高。另一方面，在现有的机器人控制装置中，在主控制部中构成反馈系统。即，在该机器人控制装置中，以与机器人在物理上和通信上都有距离的构成要素来进行反馈控制运算。因此，从扭矩传感器对扭矩的检测到对马达的指令值的输入为止的延迟变长。其结果是，在该机器人控制装置中，不可避免地浪费时间的空间增多，成为抑制能够维持稳定性的高增益化的主要原因。另外，浪费时间本身也不是能够通过超前补偿等消除的要素，因此无法避免对响应时间的不良影响。这样，在现有的机器人控制装置中，难以提高力控制的性能(特别是快速性)，要求进一步改善。
[0018]本专利技术是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种相对于现有构成能够提高力控制的性能的机器人控制装置。
解决问题的技术手段
[0019]本专利技术的机器人控制装置的特征在于，具备：主控制部，其基于力的指令值以及位置姿势的指令值和机器人所具有的每个关节的角度的当前值，运算每个该关节的扭矩的指令值以及位置姿势控制的指令值；以及关节控制部，其针对机器人所具有的每个关节设置，基于在对应的关节的扭矩的当前值和由主控制部运算出的扭矩的指令值以及位置姿势控制的指令值，运算针对设置在对应的关节上的马达的指令值。专利技术的效果
[0020]根据本专利技术，由于如上述那样构成，所以相对于现有构成能够提高力控制的性能。
附图说明
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种机器人控制装置，其特征在于，具备：主控制部，其基于力的指令值以及位置姿势的指令值和机器人所具有的每个关节的角度的当前值，运算每个该关节的扭矩的指令值以及位置姿势控制的指令值；以及关节控制部，其针对所述机器人所具有的每个关节而设置，基于对应的关节处的扭矩的当前值和由所述主控制部运算出的扭矩的指令值以及位置姿势控制的指令值，运算针对设置在对应的关节上的马达的指令值。2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，所述关节控制部具备：扭矩控制部，其基于对应的关节处的扭矩的当前值以及由所述主控制部运算出的扭矩的指令值，运算扭矩控制的指令值；以及指令值合成部，其合成由所述主控制部运算出的位置姿势控制的指令值以及由所述扭矩控制部运算出的扭矩控制的指令值，从而得到针对所述马达的指令值。3.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，所述关节控制部具备：扭矩控制部，其基于对应的关节处的扭矩的当前值以及由所述主控制部运算出的扭矩的指令值，运算扭矩控制的指令值；关节角控制部，其基于由所述主控制部运算出的位置姿势控制的指令值，运算角速度控制的指令值；以及指令值合...

【专利技术属性】
技术研发人员：田原铁也，
申请(专利权)人：阿自倍尔株式会社，
类型：发明
国别省市：