本发明专利技术提供一种多关节机器人，该多关节机器人，当作用于关节的负荷为过负荷时对关节进行控制，使得缓和过负荷状态，并能够尽可能地继续作业。由负荷推定部（３２）推定作用于各关节的负荷，由过负荷确定部（３４）确定推定负荷大于阈值的过负荷关节。在存储装置（４０）中存储有机器人的前端连杆的目标状态矢量和针对该矢量的要素预先设定的优先级。要素抽出部（４２）按优先级高的顺序从目标状态矢量中抽出与非过负荷关节同数的要素。针对过负荷关节，通过力控制演算部（３６）决定沿与负荷相同的方向驱动关节的目标驱动量。针对非过负荷关节，通过逆变换部决定实现抽出的要素的目标驱动量。能够向缓和负荷的方向对过负荷关节进行控制，同时能够对非过负荷关节进行控制使得尽可能地追随目标状态矢量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主张基于2006年6月26日申请的日本专利申请第2006-175063 号的优先权。该申请的全部内容作为参照而引用在本说明书中。本专利技术涉及多关节机器人及其控制程序(用于控制多关节机器人的计 算机程序产品)。
技术介绍
多关节机器人具备多关节机器人机构和用于控制该机构的控制器。在 本说明书中，在表示"多关节机器人机构，，时，有时也称"多关节机器人，， 或简称"机器人"。本说明书所说的多关节机器人机构，是指具有多个连杆和多个关节、相邻的连杆经由关节连接、至少有两个以上的关节介于基 部连杆和前端连杆之间的机器人。这里所说的前端连杆是指被给与目标状 态矢量的连杆，并不一定限于物理性地配置于前端的连杆。例如，模拟包 含5根手指的手臂的多关节机器人，在给与手掌连杆的目标状态矢量时， 虽然在手掌连杆的最前端连接有手指连杆群，但手掌连杆却成为前端连杆。 还有，在本说明书中，将l自由度计为一个关节，能够使相邻的连杆围绕 两轴旋转的关节由2个关节构成。具有n个关节的多关节机器人(即，具有n自由度的多关节机器人)， 通过独立控制各关节，能够使前端连杆的当前状态矢量追随以n以下的维 度记述的目标状态矢量。在本说明书中，简化"使前端连杆的当前状态追 随目标状态矢量"的表达，记为"使前端连杆追随目标状态矢量"。目标 状态矢量，有时以位置(姿态)单位给与，有时以速度(角速度)单位给 与。或者有时以加速度(加速度)的单位、力(转矩)的单位给与。例如，4在目标状态矢量具有6维，以位置(姿态)的单位给与的情况下，目标状 态矢量的要素，通过直角坐标系的各坐标轴方向的位置和、所谓滚动角 (roll)、俯仰角(pitch)以及偏转角(yaw)的6个数量值来给与。因为 目标状态矢量的要素能够取各种单位系，所以在本说明书中代替目标位置 矢量、目标速度矢量等这样的表达，而使用没有特定单位系的目标状态矢 量的表达。前端连杆的当前状态矢量，是以与目标状态矢量同样的单位系 记述前端连杆的物理状态的矢量。还有，将目标状态矢量的次数表述为n以下，是因为本说明书所涉及 的多关节机器人也可以是具有所谓冗余自由度的多关节机器人。如果对n自由度的多关节机器人给与n以下的目标状态矢量，则能够 决定用于使前端连杆追随目标状态矢量的各关节的目标驱动量。关节的目 标驱动量的单位，可以取位置(角度)、速度(角速度)等各种单位系。 本专利技术书中的"目标驱动量"这一表达，以包括关节的目标关节角、目标 角速度这样的关节的"目标状态"的意思而使用。因此，有时将例如驱动 关节使得关节的当前关节角追随目标关节角表达为"使关节追随目标驱动 量，，。众所周知，可以通过所谓逆变换、雅可比矩阵求出用于使前端连杆追 随目标状态矢量的各关节的目标驱动量。在求出关节的目标驱动量后，控 制用于驱动关节的执行器，使得关节的当前状态(当前关节角、当前关节 角速度等)追随关节的目标驱动量(目标关节角、目标关节角速度等)。 这里所说的"驱动关节"是指使与关节连接的连杆彼此之间的相对位置(姿 态)变化。在是旋转关节的情况下，相当于使与关节连接的连杆之间的角 度(关节角)变化。在是直线运动关节的情况下，相当于使与关节连接的 连杆之间的距离变化。通过使机器人的前端连杆追随目标状态矢量，能够使机器人进行预定 的作业。通过将例如机械爪、焊接工具等的末端执行器(end-effector)固 定于机器人的前端连杆，使前端连杆追随随时间变化的目标状态矢量，从 而能够使该末端执行器沿预期的轨道移动而进行预定的作业。或者，在多5关节机器人是腿式机器人的情况下，通过使相当于前端连杆的脚掌连杆追 随目标状态矢量，能够使其执行步行这一作业。但是，在机器人的作业中，存在作用于关节的负荷增大的可能性。例 如，如果机器人已与未预期的物体接触，却继续进行追随随时间变化的目 标状态矢量的控制，则其结果是机器人会推开物体。在机器人推开物体时， 存在作用于关节的负荷增大的可能性。或者，在机器人通过安装于前端连 杆的机械爪进行拿起物体的作业的情况下，如果拿起物体的质量比预料的 大，则作用于关节的负荷也出乎预料地增大。关于作用于关节的负荷中的、 作用于关节的驱动轴的负荷分量，能够通过在驱动该关节的执行器上设置 扭矩限制器等的过负荷对策来加以緩和。下面，以作用于关节的驱动轴的 负荷为对象。还有，本说明书中所说的过负荷，是指作用于关节的负荷超 过预先设定的阈值的情况。即，本说明书中所说的过负荷，并不限定于超 过关节的物理容许限度的负荷作用于关节的情况。作为过负荷对策安装于关节的扭矩限制器，包括机械性的扭矩限制器 和软件性的扭矩限制器。在专利文献l中公开了软件性的扭矩限制器的一 个例子。专利文献l所公开的技术，AJ&视施加于执行器即马达的电流， 在所施加的电流超过了预定值的情况下，停止对马达的电流供给的技术。专利文献l:日本特许公开公报2005-161469
技术实现思路
在某关节变为过负荷、扭矩限制器工作后，不能基于目标驱动量控制 该关节。如上所述，在多关节机器人中，决定各关节的目标驱动量使得前端连 杆追随目标状态矢量。目标状态矢量的各个要素的值，通常是多个关节的 目标驱动量的函数。而且，在机器人的所有的关节都能够用于使前端连杆 追随目标状态矢量这一前提下，决定各个关节的目标驱动量。因此，如果 即便有一个关节过负荷而无法使该关节追随目标驱动量，则关于目标状态 矢量的多个要素，就不能使前端连杆的当前状态矢量的要素的值追随对应的目标状态矢量的要素的值。即，机器人的作业中断。一个关节过负荷，其他的关节并不一定也过负荷。而是没有过负荷的 关节的数量高于已成为过负荷的关节的可能性较大。如果剩有没有过负荷 的关节，则优选，通过适当地驱动这些关节，尽可能地继续使机器人的前 端连杆追随目标状态矢量的控制，使机器人继续进行预定的作业。在现有技术中，仅着眼于如果有一个关节成为过负荷，则解除过负荷 状态，而不是消除过负荷状态同时尽可能地使预定的作业继续。因此，在 关节变为过负荷的情况下，能够一边消除该过负荷状态并一边有效利用没 有变为过负荷的关节、能够继续进行预定的机器人作业的多关节机器人是 所希望的。为了使机器人的前端连杆的当前状态矢量追随被给与的目标状态矢 量，相对于目标状态矢量的要素的数量，要求可控制为任意的关节角的关节的数量在其以上。即，对于n维的目标状态矢量，要求机器人有ii以上 的自由度。于是，通常根据目标状态矢量的维数来决定机器人的自由度数。 例如，如果目标状态矢量是n维的，则要准备具有n自由度的多关节机器 人。在处于机器人的作业中的关节变为过负荷的情况下，该关节已经不能 用于使前端连杆追随目标状态矢量的控制，所以能够用于使前端连杆追随 目标状态矢量的控制的关节数会低于n个。其结果是，不能使机器人的前 端连杆追随目标状态矢量。专利技术者着眼于根据使机器人进行的作业的种类，使前端连杆的目标状 态矢量的要素中包含希望前端连杆尽可能正确地进行追随的要素和可以使 其不那么正确地进行追随的要素。例如，对用安装于前端连杆的末端执行 器抓持装有水的杯子并使其移动的作业进行研究。此时，假定目标状态矢 量具有前端连杆的6维空间(3轴的直角坐标系中的各轴方向的目标位本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多关节机器人，该机器人具有多关节机器人机构和控制器，其特征在于， 多关节机器人机构，具有多个连杆、多个关节和多个执行器，相邻的连杆经由关节相连接，能够通过各个执行器驱动各个关节而使前端连杆的状态变化， 控制器，具备： 存储有前端连杆的状态的目标状态矢量和按各目标状态矢量的要素而设定的优先级的存储部； 推定作用于各关节的驱动轴的负荷的大小和方向的负荷推定部； 确定推定出的负荷的大小大于阈值的过负荷关节、和推定出的负荷的大小在阈值以下的非过负荷关 节的过负荷关节确定部； 第一驱动量算出部，其针对过负荷关节，算出沿与负荷的作用方向相同的方向驱动过负荷关节的目标驱动量； 第二驱动量算出部，其从目标状态矢量的要素中按优先级高的顺序抽出与非过负荷关节相同数量的要素，针对非过负荷关 节，算出驱动非过负荷关节使得实现抽出的要素的值的目标驱动量；和 基于第一驱动量算出部和第二驱动量算出部算出的目标驱动量对执行器进行控制的驱动器。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：中岛裕一朗，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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