机器人的控制器和控制方法技术

本发明专利技术涉及机器人的控制器和控制方法。该机器人包括：操纵部，其在教示机器人臂的操作时被操纵；第一传感器，其获取作用在机器人臂的末端上的第一力的数据；第二传感器，其获取作用在操纵部上的第二力的数据；以及第三传感器，其获取机器人臂的末端的位置和取向数据。机器人的控制器配置成基于在教示机器人臂时的第一和第二力数据的分析结果生成具有第一阶段和第二阶段的教示数据。在第一阶段中基于第三传感器的位置和取向数据通过位置和取向控制来控制机器人臂。在第二阶段中基于第一力数据和第二力数据通过力控制来控制机器人臂。数据和第二力数据通过力控制来控制机器人臂。数据和第二力数据通过力控制来控制机器人臂。

【技术实现步骤摘要】
机器人的控制器和控制方法
[0001]本申请是名称为“机器人的控制器和控制方法”、申请日为2019年2月13日、申请号为201910111920.3的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及机器人的控制器和控制方法，其使得教员能够进行直接教示，通过手动操纵机器人臂而教示机器人臂的操作。

技术介绍

[0003]至今为止，在教示机器人臂的操作时，教员过去常常通过使用诸如教示器的操作部而执行将末端执行器等移动到教示位置的操作，并且在视觉确认位置的同时存储教示位置。在这种情况下，在教员需要重复通过在教示器中输入坐标或者通过操作教示器而精密地移动机器人臂的操作的时候，教员不能有效地进行教示，因为这些作业很麻烦。
[0004]然后，作为改进教示操作性的一种方法，有一种称作直接教示的技术。直接教示是：教员保持机器人的预定部分以手动操作机器人臂，从而获取机器人臂的末端在此时的位置和取向数据，以基于该数据生成机器人臂的操作指令值，并且复制在教示时的组装操作。直接教示使得能够生成简单操作机器人臂而没有麻烦作业的教示数据，因为其使得能够仅仅通过手动引导机器人臂而直观地教示。在教员手动操纵机器人臂的情况下，机器人控制器执行通常称作顺应性控制或阻抗控制的控制。例如，机器人控制器通过控制机器人臂而沿着教员施加力的方向操作机器人臂，使得施加到机器人臂末端的力归零。
[0005]日本专利申请特开No.2008
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134903公开了一种方法，该方法在教员手动操纵机器人臂以生成与接触力相关的力教示数据时获取力矩数据以及位置和取向数据的时间序列数据。
[0006]然而，日本专利申请特开No.2008
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134903中公开的方法生成与接触力相关的力教示数据。因此，即使根据日本专利申请特开No.2008
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134903描述的力教示数据再现地操作机器人臂，在需要诸如组装作业的精细作业的部分，机器人臂也不一定按照教员指示那样操作。

技术实现思路

[0007]根据本专利技术的第一方面，提供一种机器人控制器，其包括：操纵部，其在教示机器人臂的操作时被操纵；第一传感器，其配置成获取作用在机器人臂的末端上的第一力数据；第二传感器，其配置成获取作用在操纵部上的第二力数据；以及第三传感器，其配置成获取机器人臂的末端的位置和取向数据，该控制器包括：生成部，其配置成在教示机器人臂时基于第一力数据和第二力数据的分析结果生成具有第一阶段和第二阶段的教示数据，第一阶段是通过基于第三传感器的位置和取向数据进行的位置和取向控制来控制机器人臂的阶段，第二阶段是通过基于第一力数据和第二力数据进行的力控制来控制机器人臂的阶段；以及存储部，其配置成存储生成的教示数据。
[0008]根据本专利技术的第二方面，提供一种控制机器人的控制器的控制方法，该机器人设有在教示机器人臂的操作时被操纵的操纵部，该控制方法包括：通过使用第一传感器获取作用在机器人的末端上的第一力数据；通过使用第二传感器获取作用在操纵部上的第二力数据；通过使用第三传感器获取机器人臂的末端的位置和取向数据；以及基于在教示机器人臂时第一力数据和第二力数据的分析结果生成具有第一阶段和第二阶段的教示数据，第一阶段是通过基于第三传感器的位置和取向数据进行的位置和取向控制来控制机器人臂的阶段，第二阶段是通过基于第一力数据和第二力数据进行的力控制来控制机器人臂的阶段。
[0009]本专利技术的其他特征将从以下参照附图对示例性实施例的描述中变得明显。
附图说明
[0010]图1示出了本公开的第一实施例的机器人系统。
[0011]图2是示出了第一实施例的机器人系统的控制系统的框图。
[0012]图3示出了通过第一实施例的传感器测量的力。
[0013]图4是在图2中示出的控制系统的控制框图。
[0014]图5示出了第一实施例的操作力和接触力的时间序列数据。
[0015]图6示出了第一实施例的第三区段。
[0016]图7A是表示第三区段中的操作力的数据的曲线图。
[0017]图7B是在条件与图7A不同的情况下，表示第三区段中的操作力的数据的曲线图。
[0018]图7C是在条件仍然与图7A不同的情况下，表示第三区段中的操作力的数据的曲线图。
[0019]图8示出了在教示通过第一实施例的机器人进行连接器连接时进行重试操作的情况。
[0020]图9示出了图4所示的比较部的处理。
[0021]图10是示出第一实施例的一个示例性机器人教示方法的流程图。
[0022]图11是示出图10中的力指令值生成处理的流程图。
[0023]图12A示出了如何教示第一实施例的机器人臂的探测操作。
[0024]图12B示出了在机器人臂的探测操作中工件接近插入孔的情况。
[0025]图12C示出了工件进入插入孔的情况。
[0026]图12D示出了工件从图12C的情况进一步进入插入孔的情况。
[0027]图13示出了第一实施例的补充轨迹的具体示例。
[0028]图14示出了第二实施例的机器人系统。
[0029]图15示出了第三实施例的机器人系统。
[0030]图16是示出第四实施例的机器人系统的控制系统的框图。
[0031]图17是图16中的控制系统的控制框图。
[0032]图18A是示出操纵器的显示区域的示意图。
[0033]图18B是示出操纵器的操纵部的示意图。
[0034]图19是示出第五实施例的操纵器的显示区域的示意图。
具体实施方式
[0035]下面参照附图描述实施本公开的实施例。
[0036]第一实施例
[0037]图1示出了本公开的第一实施例的机器人系统。图1中的机器人系统100包括机器人200和控制系统300，控制系统300是控制机器人200的一个示例性控制器。控制系统300包括机器人控制器350和伺服控制器360。
[0038]机器人200是有关节的竖直工业机器人。机器人200包括机器人臂201、手202和操纵部203，手202是一个示例性末端执行器。操纵部203附接到机器人臂201的末端。手202通过操纵部203被支撑在机器人臂201的末端处。即，操纵部203设置在机器人臂201的末端和手202之间。操纵部203是在直接教示机器人臂201的操作时由教员操纵的部分，并且形成为使得教员能够抓持并操纵的形状。
[0039]机器人臂201包括多个(例如7个)串联连接的连杆210至216，其基端(固定端)固定到基座B，例如作业目标对象置于基座B上。在本实施例中，7个连杆210至216通过6个关节J1至J6连接。注意，连杆的数量不限于7个。每个关节J1至J6是线性运动关节、摆动关节或旋转关节(也称作扭转关节)。在本实施例中，关节J2、J3和J5是摆动关节，关节J1、J4和J6是旋转关节。连杆210是机器人臂201的基端。连杆216是机器人臂201的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人系统的控制器，所述机器人系统包括机器人、第一传感器和第二传感器，用户能够移动所述机器人的预定部分，所述第一传感器被配置为获取与作用在机器人的所述预定部分上的力相关的第一信息，所述第二传感器被配置为获取与机器人的所述预定部分的位置相关的第二信息，其中，所述控制器被配置为在用户移动所述预定部分期间获取所述第一信息和所述第二信息，并且其中，所述控制器被配置为基于所述第一信息，简化基于所获取的所述第二信息的、与所述预定部分的轨迹相关的信息。2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器被配置为基于所述第一信息获取与由所述预定部分和周围物体的接触产生的接触力相关的信息，并且其中，所述控制器被配置为基于所述接触力设定第一区段，在所述第一区段中，简化与用户移动所述预定部分期间的轨迹相关的信息。3.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器被配置为获取被简化为位置控制数据的与所述轨迹相关的信息。4.根据权利要求3所述的控制器，其中，所述控制器被配置为通过预定的插值方法在第二信息的两点之间进行插值来获取所述位置控制数据。5.根据权利要求4所述的控制器，其中，所述控制器被配置为执行线性插值或联合插值作为预定的插值方法。6.根据权利要求4所述的控制器，其中，所述控制器被配置为基于第一信息获取与由所述预定部分和周围物体的接触产生的接触力相关的信息，其中，所述控制器被配置为基于所述接触力设定第一区段，在所述第一区段中，简化与用户移动所述预定部分期间的轨迹相关的信息，并且其中，所述控制器被配置为将所述第一区段的起点和所述第一区段的起点之前或之后的点中的一个点，以及所述第一区段的终点和所述第一区段的终点之前或之后的点中的另一个点设置为所述两个点。7.根据权利要求2所述的控制器，其中，所述控制器被配置为在第一区段中执行位置控制而不执行力控制。8.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器被配置为通过执行用户的直接教示来移动所述预定部分。9.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述控制器被配置为基于第一信息获取与由所述预定部分和周围物体的接触产生的接触力相关的信息，并且其中，所述控制器被配置为基于与所述接触力相关的信息设定第二区段，在第二区段中在与轨迹相关的信息中执行力控制。10.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述机器人系统包括由用户操纵的操纵部，并且
其中所述控制器被配置成通过用户操纵所述操纵部来移动所述预定部分。11.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述机器人系统包括第三传感器，第三传感器被配置成获取与作用在操纵部上的力相关的第三信息，其中，所述控制器被配置为在用户移动所述预定部分期间获取所述第三信息，并且其中，所述控制器被配置为基于所述第一信息和所述第三信息获取与在用户移动所述预定部分期间通过用户的操纵而给予所述操纵部的操纵力相关的信息。12.根据权利要求11所述的控制器，其中，所述控制器被配置为基于与操纵力相关的信息获取力控制数据，以在第二区段中执行机器人的力控制。13.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述控制器被配置为基于接触力设定第一区段，在第一区段中，简化与用户移动所述预定部分期间的轨迹相关的信息，其中所述机器人系统包括第三传感器，所述第三传感器被配置为获取与作用在所述操纵部上的力相关的第三信息，并且其中，所述控制器被配置为通过使用所述第二传感器来执行所述机器人在所述第一区段中的位置控制，并且通过使用所述第一传感器和/或所述第三传感器来执行所述机器人在所述第二区段中的力控制。14.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述机器人系统包括由用户操纵的操纵部，其中，所述机器人系统包括第三传感器，所述第三传感器被配置为获取与作用在所述操纵部上的力相关的第三信息，其中，所述控制器被配置为基于所述第一信息和所述第三信息，获取与在用户移动所述预定部分期间通过用户的操纵而给予所述操纵部的操纵力相关的信息，并且其中，所述控制器被配置为通过分析与所述第二区段中的操纵力相关的信息的频率，将所述第二区段分割成多个区段。15.根据权利要求14所述的控制器，其中，所述控制器被配置为将通过频率分析获取的频率的改变点的位置限定为第二区段被分割成多个区段的位置。16.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述机器人系统包括由用户操纵的操纵部，其中所述机器人系统包括第三传感器，所述第三传感器被配置为获取与作用在所述操纵部上的力相关的第三信息，其中，所述控制器被配置为基于所述第一信息和所述第三信息，获取与在用户移动所述预定部分期间通过用户的操纵而给予所述操纵部的操纵力相关的信息，并且其中，所述控制器被配置为基于与所述第二区段中的操纵力相关的信息的改变大小，将所述第二区段分割成多个区段。17.根据权利要求16所述的控制器，其中，所述控制器被配置为在连续区段中校正与操纵力相关的信息，在所述连续区段
中改变大小均低于阈值的多个区段连续预定数量。18.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述机器人系统包括由用户操纵的操纵部，其中，所述机器人系统包括第三传感器，所述第三传感器被配置为获取与作用在所述操纵部上的力相关的第三信息，其中，所述控制器被配置为基于所述第一信息和所述第三信息获取与在用户移动所述预定部分期间通过用户的操纵而给予所述操纵部的操纵力相关的信息，并且其中，所述控制器被配置为在所述第二区段中在所述操纵力的信息的方向反转并且所述反转连续的区段中不校正与所述操纵力相关的信息。19.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述机器人系统包括由用户操纵的操纵部，其中，所述机器人系统包括第三传感器，所述第三传感器被配置为获取与作用在所述操纵部上的力相关的第三信息，其中，所述控制器被配置为基于所述第一信息和所述第三信息获取与在用户移动所述预定部分期间通过用户的操纵而给予所述操纵部的操纵力相关的信息，并且其中，所述控制器被配置为在所述第二区段中在与所述操纵力相关的信息的正负反转的区段中不校正与所述操纵力相关的信息。20.根据权利要求9所述的控制器，其中所述机器人系统包括由用户操纵的操纵部，其中所述机器人系统包括第三传感器，所述第三传感器被配置为获取与作用在所述操纵部上的力相关的第三信息，其中，所述控制器被配置为基于所述第一信息和所述第三信息获取与在用户移动所述预定部分期间通过用户的操纵而给予所述操纵部的操纵力相关的信息，并且其中，所述控制器被配置为在所述第二区段中在与操纵力相关的信息的正负没有反转并且在区段终点处的与操纵力相关的信息处于预定范围内的区段中不校正与操纵力相关的信息。21.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述机器人系统包括由用户操纵的操纵部，其中，所述机器人系统包括第三传感器，所述第三传感器被配置为获取与作用在所述操纵部上的力相关的第三信息，其中，所述控制器被配置为基于所述第一信息和所述第三信息获取与在用户移动所述预定部分期间通过用户的操纵而给予所述操纵部的操纵力相关的信息，并且其中，所述控制器被配置为在所述第二区段中在与操纵力相关的信息的正负没有反转并且在区段终点处的操纵力的信息处于预定范围之外的区段中校正与操纵力相关的信息。22.根据权利要求9所述的控制器，其中，所述机器人系统包括由用户操纵的操纵部，其中，所述机器人系统包括第三传感器，所述第三传感器被配置为获取与作用在所述操纵部上的力相关的第三信息，其中，所述控制器被配置为基于所述第一信息和所述第三信息获取与在用户移动所述
预定部分期间通过用户的操纵而给予所述操纵部的操纵力相关的信息，并且其中，所述控制器被配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥正和，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：