CN102950597A

CN102950597A - 机器人控制***和机器人控制方法

Info

Publication number: CN102950597A
Application number: CN2012100354115A
Authority: CN
Inventors: 石田大祐; 井上光; 前原伸一; 高西完治
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2032-02-16
Also published as: JP5488549B2; US9108315B2; JP2013039635A; KR20130019333A; EP2559524A1; US20130046408A1; CN102950597B

Abstract

本发明涉及机器人控制***和机器人控制方法。根据实施方式的方面的机器人控制***包括：多个机器人；至少一个外部轴；以及转换器。该机器人执行轴动作。外部轴是由机器人共享的可移动轴并且相互连接到机器人。每一个转换器都假定通过将全部外部轴连接到一个机器人而形成的虚拟机器人，并且将针对该虚拟机器人获取的关于机器人和外部轴的位置的获取值转换为指示预定基准坐标系中的绝对位置的转换值。

Description

机器人控制***和机器人控制方法

技术领域

本文中讨论的实施方式涉及机器人控制***和机器人控制方法。

背景技术

已知控制多轴机器人的现有机器人控制***。该机器人控制***基于由诸如编码器的位置检测器检测到的轴位置信息进行干扰保护控制，多轴机器人通过该干扰保护控制来防止受到周围障碍物干扰。现有的机器人控制***已知例如在日本专利申请特开No.2009-90403中公开。

还已知具有一个主体和用作两个手臂的一对多轴机器人的双臂机器人。在这种双臂机器人的情况下，机器人控制***基于针对各个手臂(即，针对各个多轴机器人)的单独位置检测，进行干扰保护控制。

当双臂机器人不固定到诸如地板的固定表面，而是固定到诸如枢转轴或者行走轴的可移动外部轴时，机器人控制***对外部轴执行单独的干扰保护控制。

发明内容

然而，因为如上所述现有的机器人控制***对多轴机器人和外部轴执行单独的干扰保护控制，所以该机器人控制***具有***的整体处理很容易复杂化的问题。

多轴机器人的行为通常要求确定性。因此，为了保证确定性，优选地避免对整个***具有影响的复杂化。

除了双臂机器人的干扰保护控制以外，对彼此连接的机器人的整体控制也造成了上述问题。

鉴于以上问题实现实施方式的方面，本发明的目的是提供一种机器人控制***和机器人控制方法，它们用于容易和确定地控制彼此连接的多个机器人。

根据实施方式的方面的机器人控制***包括：多个机器人；至少一个外部轴；以及转换器。所述机器人执行轴行为。所述外部轴是所述机器人共有的可移动轴并且将机器人彼此连接起来。每一个所述转换器假定通过将全部外部轴连接到一个机器人而形成的虚拟机器人，并且将针对所述虚拟机器人而获取的关于所述机器人和所述外部轴的位置的获取值转换为指示预定基准坐标系中的绝对位置的转换值。

根据根据实施方式的方面，可容易并且确定地控制彼此连接的多个机器人。

附图说明

通过结合附图参考下面的详细描述而得到更好地理解，将很容易获得本发明及其优点的更完整的理解，其中：

图1是例示根据实施方式的机器人控制***的结构示例的图；

图2A是例示在根据实施方式的机器人控制***中使用的轴的模式图；

图2B是例示在根据实施方式的机器人控制***中假定的虚拟机器人的图；

图3是例示根据实施方式的机器人控制***的结构的框图；

图4A是例示根据实施方式的机器人控制***的连接关系的图；

图4B是例示根据实施方式的机器人控制***的连接结构示例的图；

图5是例示由根据实施方式的机器人控制***执行的处理顺序的流程图；

图6A是例示一般的干扰保护控制技术的概要的图；以及

图6B是例示在现有的干扰保护控制技术中使用的轴的模式图。

具体实施方式

在下文中，将详细描述根据本公开的实施方式的机器人控制***和机器人控制方法。另外，以下公开的实施方式不旨在限制本发明。

图1是例示根据实施方式的机器人控制***1的结构示例的图。为了使得说明易于理解，图1中例示了三维直角坐标系，该坐标系包括正方向为铅直向上的z轴。该直角坐标系可以在针对以下说明而使用的其它附图中采用。

如图1所例示，机器人控制***1包括机器人10、机器人控制装置20和输入装置30。

机器人10包括机器人R1、机器人R2、主体11和基座12。这里，如图1所例示，机器人10是所谓的双臂机器人，其包括机器人R1和机器人R2作为两个手臂。

机器人R1和机器人R2是多轴机器人(图1中七轴机器人)，并且在两个终端可移动部中设置有末端执行器(未例示)。

如图1所例示，主体11支承机器人R1和机器人R2。另外，基座12以使得主体11可围绕枢轴AZ转动的方式支承主体11(参见图1的双箭头100)。此外，基座12设置在导轨部13上。

基座12包括未例示的行走机构，并且沿着行走轴AY在所设置的导轨部13上行走(参见图1的双箭头200)。这里，枢轴AZ和行走轴AY可以是由机器人R1和机器人R2共享的外部轴。

机器人控制装置20是对机器人10执行整体控制的控制器。在下文中，将说明机器人控制装置20主要执行干扰保护控制。另外，下面参照图3描述机器人控制装置20的结构示例。

机器人控制装置20经过诸如有线LAN(局域网)或者无线LAN的通信网络连接到机器人10。

输入装置30是接收来自操作员的操作的装置。输入装置30还经过诸如有线LAN或者无线LAN的通信网络连接到机器人控制装置20。操作员经过输入装置30对机器人10执行示教并设定机器人10的操作区域。

这里，将参照图6A和图6B描述干扰保护控制技术。图6A是例示一般的干扰保护控制技术的概要的图。图6B是例示在现有的干扰保护控制技术中的轴的模式图。

图6A和图6B中例示的机器人10’与根据实施方式的机器人控制***1的机器人10具有相同的轴结构。

在图6A中，在页面空间的左侧例示了机器人10’的动作之前的情形，在页面空间的右侧例示了机器人10′的动作之后的情形。假定机器人10’在动作之前处于预定操作区域500中。

如图6A所例示，当向机器人10’给出动作指示时，一般的干扰保护控制技术判断机器人R1或者机器人R2是否响应于动作指示而走出操作区域500。

这里，当判断机器人R1或者机器人R2超出了操作区域500时，如图6A的页面空间的右侧所例示，例如以使机器人R1或者机器人R2进入操作区域500的方式对动作指示进行附加的修正。在下文中，将这种处理称为针对动作指示的“前检查处理”。

考虑到动作指示的时间延迟和误差，对机器人R1和机器人R2在动作之后是否处于操作区域500内进行判断。这种判断基于由包括在机器人R1和机器人R2中的诸如编码器的位置检测器测量到的实际测量值而进行。在下文中，将这种处理称为针对动作指示的“后检查处理”。

另外，如图6B所例示，现有的干扰保护控制技术通过使用单独的坐标系来获取机器人10’的机器人R1和机器人R2的位置。

类似地，图1中例示的枢轴AZ的位置(具体地，旋转角等)也是通过使用单独的坐标系获取的。

图6B中被闭合虚线包围的部分表示机器人R1、机器人R2和枢轴AZ的位置是单独获取的。尽管未例示，这一点相似地适用于行走轴AY。

因此，现有的干扰保护控制技术很难掌握机器人R1、机器人R2和枢轴AZ的相互位置。换句话说，因为干扰保护控制处理很容易复杂化，所以例如对机器人10’进行示教的操作员需要很高的熟练度。

因此，假定根据实施方式的机器人控制***1通过使用预定的公共基准坐标系获取机器人R1、机器人R2以及由这些机器人共享的外部轴的位置。

参照图2A和图2B说明这一点的细节。图2A是例示在根据实施方式的机器人控制***1中使用的轴的模式图。图2B是例示在根据实施方式的机器人控制***1中假定的虚拟机器人的图。

如图2A所例示，假定根据实施方式的机器人控制***1将作为外部轴的枢轴AZ和行走轴AY(参见图1)视为机器人R1和机器人R2以外的机器人R3和机器人R4。

假定通过使用预定的公共基准坐标系获取机器人R1到R4的位置。在此，图2A中的被闭合虚线包围的部分表示通过使用例如机器人R4的基座坐标系(参见图2A的XYZ坐标)作为基准坐标系来获取机器人R1到R4的位置。

具体地，根据实施方式的机器人控制***1假定虚拟机器人，该虚拟机器人通过将全部的外部轴连串连接到一个多轴机器人而形成。例如，在机器人R1的情况下，如图2B中的闭合曲线300包围的部分所例示，通过将机器人R3和机器人R4连串连接到机器人R1而形成虚拟机器人。

在机器人R2的情况下，如图2B中的闭合曲线400包围的部分所例示，通过将机器人R3和机器人R4连串连接到机器人R2而形成虚拟机器人。

根据实施方式的机器人控制***1获取构成每一个虚拟机器人的轴(或者机器人)的位置。接着，机器人控制***1将关于针对各个虚拟机器人获取的位置的获取值转换为表示预定基准坐标系中的绝对位置的转换值。

此时，预定基准坐标系采用基座坐标系，在该基座坐标系中，机器人R1或者机器人R2是开始端并且外部轴成串地位于其末端。换句话说，因为在图2B的示例中机器人R4位于末端，所以机器人R4的基座坐标系被用作基准坐标系。

结果，构成各个虚拟机器人的轴在预定的基准坐标系中的位置被至少每一个虚拟机器人共享。换句话说，机器人R1和机器人R2中的每一个都可以获得机器人R3和R4的位置信息。

接着，根据实施方式的机器人控制***1最终针对虚拟机器人集成位置信息并且掌握机器人10的轴的绝对位置。换句话说，因为可以避免由对单独坐标系的控制造成的复杂处理，可以容易并肯定地控制具有彼此连接的多轴机器人的双臂机器人。

在上述示例中已经说明了采用使外部轴定位到虚拟机器人的终端的基座坐标系作为基准坐标系。然而，基准坐标系可以总是固定到在地面或者作业地面上设置的世界坐标系。

接着，将参照图3说明根据实施方式的机器人控制***1的结构示例。图3是例示根据实施方式的机器人控制***1的结构的框图。

图3中仅例示了说明机器人控制***1所需要的部件，因而省略了对一般部件的描述。而且，图3例示的部件仅仅是基于它们的功能等而抽象化的逻辑块。因此，机器人控制***1的硬件结构等不限于此。

如图3所例示，机器人控制***1包括机器人R1到R4以及机器人控制装置20。这里，省略了图1例示的输入装置30的说明。

机器人R1包括作为位置检测器的编码器enR1。类似地，机器人R2包括编码器enR2，机器人R3包括编码器enR3，并且机器人R4包括编码器enR4。

因为机器人R1和机器人R2是多轴机器人，所以它们中的每一个实际具有与多轴机器人的轴相对应的编码器。然而，这里仅例示出了检测预定代表位置的编码器enR1和编码器enR2。

机器人控制装置20包括控制部21和存储部22。控制部21包括与机器人R1相对应的虚拟机器人转换器21a-1、与机器人R2相对应的虚拟机器人转换器21a-2、集成部21b和伺服控制部21c。存储部22存储结构定义信息。

虚拟机器人转换器21a-1是处理部，其假定通过将机器人R3和机器人R4连接到机器人R1而形成虚拟机器人，并且获取作为该虚拟机器人的轴的机器人R1、机器人R3和机器人R4的位置。

具体地，虚拟机器人转换器21a-1获取编码器enR1的输出值作为指示机器人R1的位置的获取值。类似地，虚拟机器人转换器21a-1还获取编码器enR3的输出值作为指示机器人R3的位置的获取值，并且获取编码器enR4的输出值作为指示机器人R4的位置的获取值。

虚拟机器人转换器21a-1将获取值转换为指示预定基准坐标系中的绝对位置的转换值。转换可以使用所谓的正运动学计算(forward kinematics calculation)。接着，所转换的转换值输出到以下描述的集成单元21b。

虚拟机器人转换器21a-1参照先前在存储部22的结构定义信息22a中注册的关于虚拟机器人的定义信息，确定预定的基准坐标系等。该定义信息包括例如指示机器人R1、机器人R3和机器人R4中的哪一个位于更高一级的连接关系信息。

虚拟机器人转换器21a-1基于转换值针对动作指示一起执行后检查处理。

虚拟机器人转换器21a-2是处理部，其假定通过将机器人R3和机器人R4连接到机器人R2而形成虚拟机器人，并且获取作为该虚拟机器人的轴的机器人R2、机器人R3和机器人R4的位置。

因为除了机器人R1被机器人R2代替以外，虚拟机器人转换器21a-2的处理类似于虚拟机器人转换器21a-1的处理，所以在此省略描述。

尽管图3例示的虚拟机器人转换器的数量是虚拟机器人转换器21a-1和虚拟机器人转换器21a-2这两个，但是根据假定的虚拟机器人的数量，虚拟机器人转换器的数量可以是任意的。

集成部21b是处理部，其基于从虚拟机器人转换器21a-1和虚拟机器人转换器21a-2输入的指示虚拟机器人的轴的位置的转换值，集成机器人10的全部轴在预定的基准坐标系中的位置(参见图1)。

集成部21b基于机器人10的轴的集成位置，执行针对动作指示的前检查处理。

在进行前检查处理之后，集成部21b向伺服控制部21c输出动作指示。集成部21b可进一步监视动作指示以检查机器人R1和机器人R2的干扰。

伺服控制部21c是处理部，其基于从集成部21b输入的动作指示，向机器人R1到R4中的每一个的伺服器(未例示)输出针对该伺服器的控制信号。

接着，伺服器基于从伺服控制部21c输出的相应控制信号，驱动相应的机器人R1到R4。

存储部22是诸如非易失性存储器和硬盘驱动器的存储装置，并且存储结构定义信息22a。因为详细说明了结构定义信息22a，在此省略描述。

接着，参照图4A和图4B说明根据实施方式的机器人控制***1的连接结构。图4A是例示根据实施方式的机器人控制***1的连接关系的图。图4B是例示根据实施方式的机器人控制***2的结构示例的图。

图4A和图4B例示的虚拟机器人转换部210a-1是与图3中例示的虚拟机器人转换器21a-1相对应的部件。另外，虚拟机器人转换部210a-2是与图3中例示的虚拟机器人转换器21a-2相对应的部件。

类似地，主CPU板210b是与图3中例示的集成部21b相对应的部件。另外，伺服控制板210c-1和伺服控制板210c-2是与图3中例示的伺服控制部21c相对应的部件。

这里，假定图4A和图4B中例示的伺服控制板210c-1驱动机器人R1和机器人R3的轴。另外，假定伺服控制板210c-2驱动机器人R2的轴和机器人R4的轴。

在此情况下，如图4A所例示的，编码器enR1连接到伺服控制板210c-1和虚拟机器人转换部210a-1(参见图4A的符号“O”)。另外，编码器enR2连接到伺服控制板210c-2和虚拟机器人转换部210a-2。

如图4A所例示，编码器enR3连接到伺服控制板210c-1、虚拟机器人转换部210a-1和虚拟机器人转换部210a-2。另外，编码器enR4连接到虚拟机器人转换部210a-1、伺服控制板210c-2和虚拟机器人转换部210a-2。

换句话说，作为外部轴的机器人R3的编码器enR3连接到虚拟机器人转换部210a-1和虚拟机器人转换部210a-2两者。类似地，作为外部轴的机器人R4的编码器enR4连接到虚拟机器人转换部210a-1和虚拟机器人转换部210a-2两者。

换句话说，假定一个虚拟机器人的单元(虚拟机器人转换部210a-1和虚拟机器人转换部210a-2中的任一个)连接到与外部轴相关联的全部编码器。

图4B例示了假定图4A例示的连接关系的连接结构示例。例如，如图4B所例示，编码器enR1经由虚拟机器人转换部210a-1的输入端口和输出端口连接到伺服控制板210c-1。

类似地，编码器enR2经由虚拟机器人转换部210a-2的输入端口和输出端口连接到伺服控制板210c-2。

例如，编码器enR3连续经由虚拟机器人转换部210a-1和虚拟机器人转换部210a-2连接到伺服控制板210c-1。

类似地，编码器enR4连续经由虚拟机器人转换部210a-1和虚拟机器人转换部210a-2连接到伺服控制板210c-2。

图4B的结构仅仅是连接结构的示例，因而不限制实际的连接结构。因此，根据机器人控制***1的各个单元的物理规格等，可以适当地改变图4B的结构。

接着，将参照图5说明根据实施方式的机器人控制***1的执行的处理顺序。图5是例示由根据第二实施方式的机器人控制***1执行的处理顺序的流程图。

在图5中例示了机器人控制***1所执行的位置计算处理的处理顺序。位置计算处理可以由上述虚拟机器人转换部210a-1、虚拟机器人转换部210a-2和集成部21b中的任一个执行。

如图5所例示，机器人控制***1经由编码器enR1到enR4获取机器人R1到R4的位置(步骤S101)。

接着，机器人控制***1基于所获取的机器人R1到R4的位置的获取值，计算机器人R1到R4的位置(步骤S102)。这里，通过将作为编码器enR1到enR4的输出值的获取值转换为相应坐标系中的位置值来执行该计算。

接着，机器人控制***1判断机器人R3与机器人R4相比是否连接到更高一级(步骤S103)。当判断机器人R3与机器人R4相比连接到更高一级时(步骤S103：是)，机器人控制***1使用机器人R4的基座坐标系作为标准，重新计算机器人R3的位置(步骤S104)。

另一方面，当步骤S103的判定条件不满足时(步骤S103：否)，机器人控制***1使该处理控制移动到步骤S105。

接着，机器人控制***1确定机器人R1与机器人R3相比是否连接到更高一级(步骤S105)。当判断出机器人R1与机器人R3相比连接到更高一级时(步骤S105：是)，机器人控制***1使用机器人R3的基座坐标系作为标准，重新计算机器人R1的位置(步骤S106)。

如果在步骤S104已经重新计算了机器人R3的位置，则使用机器人R4的基座坐标系作为标准来执行步骤S106的机器人R1的位置的重新计算。这一点相似地应用于以下描述的步骤S108。

在另一方面，当步骤S105的判定条件不满足时(步骤S105：否)，机器人控制***1使处理控制移动到步骤S107。

接着，机器人控制***1判断机器人R2与机器人R3相比是否连接到更高一级(步骤S107)。当判断出机器人R2与机器人R3相比连接到更高一级时(步骤S107：是)，机器人控制***1使用机器人R3的基座坐标系作为标准来重新计算机器人R2的位置(步骤S108)并且终止该处理。

另一方面，当步骤S107的判断条件不满足时(步骤S107：否)，机器人控制***1终止该处理。

到目前为止，说明了具有两个多轴机器人作为两臂的双臂机器人。然而，机器人的结构不限于此。例如，多轴机器人可以是单轴机器人，或者双臂机器人可以是具有三臂或者更多臂的多臂机器人。

换句话说，根据实施方式的机器人控制***可以应用于经由外部轴彼此连接的多个机器人。

如上所述，根据实施方式的机器人控制***包括：多个机器人；至少一个外部轴，该外部轴是由机器人共享的可移动轴；以及转换器。每一个转换器假定通过将全部外部轴连接到一个机器人而形成的虚拟机器人并且将针对该虚拟机器人而获取的机器人和外部轴的位置的获取值转换为指示在预定的基准坐标系中的绝对位置的转换值。

因此，根据涉及实施方式的机器人控制***，可以容易地并且肯定地控制彼此连接的多个机器人。

尽管已经主要地说明，机器人和外部轴在预定基准坐标系中的“位置”是基于通过编码器获得的获取值而计算的，实施方式还可以基于“位置”而应用于“姿态”。这里，“姿态”可以表示为“方向”。

Claims

1.一种机器人控制***，该机器人控制***包括：

多个机器人；

至少一个外部轴，所述至少一个外部轴是所述机器人共有的可移动轴；

转换器，各个转换器都假定通过将全部所述外部轴连接到一个机器人而形成的虚拟机器人，并且将针对所述虚拟机器人而获取的关于所述机器人和所述外部轴的位置的获取值转换为指示预定基准坐标系中的绝对位置的转换值。

2.根据权利要求1所述的机器人控制***，其中所述转换器基于所述转换值，判断所述机器人和所述外部轴是否处于预定的动作区域内。

3.根据权利要求1所述的机器人控制***，该机器人控制***还包括位置检测器，所述位置检测器分别与所述外部轴和所述机器人的轴关联地设置，并且检测所述外部轴的位置和所述机器人的轴的位置，其中

所述转换器中的一个连接到全部与所述外部轴关联的所述位置检测器。

4.根据权利要求1所述的机器人控制***，其中所述转换器假定所述虚拟机器人，在该虚拟机器人中所述机器人是开始端并且所述外部轴连串地连接到该开始端，并且所述转换器采用基座坐标系作为所述基准坐标系，在所述基座坐标系中，基座是位于所述串的终端的所述外部轴。

5.一种机器人控制方法，该方法包括以下步骤：

假定虚拟机器人，所述虚拟机器人各包括机器人和外部轴，所述外部轴是连接到所述机器人的可移动轴；以及

将针对每一个所述虚拟机器人获取的关于所述机器人和所述外部轴的位置的获取值转换为指示预定基准坐标系中的绝对位置的转换值。