CN111745277B - 机器人控制装置和机器人*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供机器人控制装置和机器人***，能够防止处理工具或处理对象物损伤。一种用于在机器人***中进行控制的控制装置，机器人***具备：具有多个内部驱动轴的多关节型的机器人；处理头，被保持于机器人的顶端部，具有处理工具和使处理工具移动的工具驱动轴；外部驱动机构，具有一个或多个外部驱动轴，用于将机器人定位，机器人***使处理工具与处理对象物接触，对处理对象物实施规定的处理，控制装置控制内部驱动轴和外部驱动轴以将处理头定位于目标位置，并且控制工具驱动轴以使处理工具与处理对象物接触，机器人控制装置通过监视内部驱动轴、工具驱动轴及外部驱动轴的转矩，来检测处理工具与处理对象物的接触，并对所述机器人进行位置校正。

Description

机器人控制装置和机器人***
技术领域
本发明涉及一种机器人控制装置和机器人***。
背景技术
利用多关节型的机器人使点焊枪等处理工具与工件(处理对象物)接触来对工件实施点焊等规定的处理的机器人***被广泛地使用。进行点焊的机器人***具备：点焊枪(处理头)，其具有被工具驱动轴(枪轴)用电动机驱动的可动电极和与该可动电极相向地配置的对置电极；以及多关节型的机器人，其将点焊枪保持于臂顶端部，被多个内部驱动轴用电动机驱动。这种点焊***在使用机器人来使工件与点焊枪进行相对移动之后，朝向工件的焊接打点位置将点焊枪的可动电极与对置电极闭合，来将工件夹在可动电极与对置电极之间，对两电极之间施加电压，由此进行点焊。
在以往的点焊***中，当示教位置、或者机器人或点焊枪的动作程序(作业程序)的工件位置(点焊打点位置)偏离了实际的工件位置时，有时对工件作用过负荷而使工件变形，招致焊接质量降低。为了避免这种状况，探测工件与点焊枪的电极的接触并对点焊枪的目标位置(动作程序的工件位置)进行校正的技术是公知的。
着眼于当在进行了将点焊枪闭合的动作时电极与工件接触时工具驱动轴用电动机的转矩信息的变化倾向，已知如下一种技术：在进行将点焊枪闭合的动作时，监视工具驱动轴用电动机的转矩，根据转矩信息的变化倾向的变化来估计电极与工件的接触位置，并基于估计出的接触位置来对点焊枪的目标位置(动作程序的工件位置)进行校正(例如参照专利文献1和2)。
另外，当在进行了将点焊枪闭合的动作时电极与工件接触时，内部驱动轴用电动机的转矩也变化(增加或减少)。着眼于该性质，已知如下一种技术：在进行了将点焊枪闭合的动作时，监视内部驱动轴用电动机的转矩，基于转矩达到阈值时的时刻或位置，来对点焊枪的目标位置(动作程序的工件位置)进行校正(例如参照专利文献3和4)。
另外，还已知抑制机器人的转矩来避免电极过度地按压工件的柔顺控制(compliance control)(例如参照专利文献5)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-88175号公报
专利文献2：日本特开2011-152582号公报
专利文献3：日本特开2001-150150号公报
专利文献4：日本特开2012-11403号公报
专利文献5：日本特开2010-253676号公报
发明内容
发明要解决的问题
在使用工具驱动轴的转矩信息的方法中，必须使可动电极与工件接触，在对置电极与工件进行了接触的情况下，无法检测出接触。另外，在独立地具备用于控制内部驱动轴的控制器和用于控制工具驱动轴的控制器那样的点焊***中，在从机器人控制器参照工具驱动轴的转矩信息时产生延迟。另外，在监视电动机转矩是否达到了阈值的情况下，由于是在因工件变形而反力增大的阶段探测出电极与工件的接触，因此无法检测出电极与工件接触的瞬间，从而接触位置的检测精度比较低。因此，期望一种能够更可靠地防止由于处理工具过度地按压处理对象物而引起的处理工具或处理对象物损伤的机器人控制装置和机器人***。
用于解决问题的方案
本公开的一个方式所涉及的机器人控制装置是在机器人***中进行控制的控制装置，所述机器人***具备：多关节型的机器人，其具有多个内部驱动轴；处理头，其被保持于所述机器人的顶端部，具有处理工具和用于使所述处理工具移动的工具驱动轴；以及外部驱动机构，其具有一个或多个外部驱动轴，用于将所述机器人进行定位，所述机器人***使所述处理工具与处理对象物接触，并对所述处理对象物实施规定的处理，所述机器人控制装置控制所述内部驱动轴和所述外部驱动轴，以将所述处理头定位于被设定为对所述处理对象物进行处理的位置的目标位置，并且控制所述工具驱动轴，以使所述处理工具与所述处理对象物接触，在所述机器人控制装置中，通过监视所述内部驱动轴、所述工具驱动轴及所述外部驱动轴的转矩，来检测所述处理工具与所述处理对象物的接触，并对所述机器人进行位置校正。
本公开的另一方式所涉及的机器人控制装置是在机器人***中进行控制的控制装置，所述机器人***具备：多关节型的机器人，其具有多个内部驱动轴；处理头，其被保持于所述机器人的顶端部，具有处理工具和用于使所述处理工具移动的工具驱动轴；以及外部驱动机构，其具有一个或多个外部驱动轴，用于将所述机器人进行定位，所述机器人***使所述处理工具与处理对象物接触，并对所述处理对象物实施规定的处理，所述机器人控制装置控制所述内部驱动轴和所述外部驱动轴，以将所述处理头定位于被设定为对所述处理对象物进行处理的位置的目标位置，并且控制所述工具驱动轴，以使所述处理工具与所述处理对象物接触，在所述机器人控制装置中，具有转矩限制部，所述转矩限制部使所述内部驱动轴和所述外部驱动轴中的至少一个转矩限制轴的输出转矩减小。
发明的效果
根据本公开，能够提供一种能够防止处理工具或处理对象物损伤的机器人***。
附图说明
图1是示出本公开的第一实施方式所涉及的机器人***的结构的示意图。
图2是示出图1的机器人***的控制装置的结构的框图。
图3是由第一实施方式所涉及的控制装置进行的目标位置校正处理的流程图。
图4是例示内部驱动轴用电动机的转矩信息的变化的曲线图。
图5是示出本公开的第二实施方式所涉及的机器人***的控制装置的结构的框图。
图6是由图5的控制装置进行的控制方式切换处理的流程图。
图7是示出本公开的第一实施方式所涉及的机器人***的结构的示意图。
附图标记说明
1：机器人***；10：机器人；11：基座；12：下臂；13：上臂；20：处理头；21：第一处理工具；22：第二处理工具；30：外部驱动机构；40、40a、40b：控制装置(机器人控制装置)；41：程序制作部；42：存储部；43：驱动控制部；44：转矩信息检测部；45：接触位置估计部；46：目标位置校正部；47：转矩限制部；48：驱动轴选定部；49：通知部；50：手；60：处理装置；J1：第一轴(内部驱动轴、基本轴)；J2：第二轴(内部驱动轴、基本轴)；J3：第三轴(内部驱动轴、基本轴)；J4：第四轴(内部驱动轴、手腕轴)；J5：第五轴(内部驱动轴、手腕轴)；J6：第六轴(内部驱动轴、手腕轴)；K：工具驱动轴；L：外部驱动轴；W：处理对象物(处理对象物)。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本公开所涉及的机器人***的各实施方式。
[第一实施方式]
图1是示出本公开的第一实施方式所涉及的机器人***1的结构的图。图1的机器人***1为对处理对象物(工件)W进行点焊的点焊***。
图1的机器人***1具备：多关节型的机器人10；处理头(焊枪)20，其被保持在机器人10的顶端部；外部驱动机构30，其使机器人10整体相对于处理对象物W进行相对移动来进行定位；以及控制装置40，其对机器人10、处理头20及外部驱动机构30的动作进行控制。控制装置40其本身为本公开所涉及的机器人控制装置40的一个实施方式。
机器人10将顶端部所保持的处理头20相对于处理对象物W进行定位。下面，按照图1所示的例子，将机器人10设为具有6个内部驱动轴(机器人轴)J1～J6的6轴垂直多关节型的机器人来进行说明，但是机器人10例如能够设为4轴垂直多关节型机器人等具有任意数量的内部驱动轴的多关节型机器人。
机器人10具有基座(底座)11、下臂12、上臂13以及臂顶端部14。基座11设置在地面上。下臂12的一端侧以能够绕第一轴(垂直轴)J1旋转且能够绕第二轴(水平轴)J2旋转的方式连结在基座11上。上臂13的一端侧以能够绕第三轴(水平轴)J3旋转的方式连结在下臂12的另一端侧。臂顶端部14以能够绕与第三轴J3垂直的第四轴J4旋转且能够绕与第四轴J4垂直的第五轴J5旋转的方式连结在上臂13的另一端侧。处理头20以能够绕与第五轴J5垂直的第六轴J6旋转的方式安装于臂顶端部14。
机器人10内置用于对多个内部驱动轴J1～J6分别进行驱动的多个内部驱动轴用电动机(未图示)。内部驱动轴用电动机能够由伺服电动机构成。各内部驱动轴用电动机通过来自控制装置40的控制信号而被驱动，由此变更处理头20的位置和姿势。各内部驱动轴用的伺服电动机具有编码器，由编码器检测绕各轴的旋转角度。检测出的旋转角度、也就是内部驱动轴J1～J6的位置(基座11、下臂12、上臂13以及臂顶端部14相互之间的相对角度)被传递至控制装置40，并被反馈到控制装置40的控制之中。
多个内部驱动轴J1～J6包括主要决定处理头20的位置(坐标)的多个基本轴以及主要决定处理头20的朝向(姿势)的多个手腕轴。具体地说，在内部驱动轴J1～J6之中，作为垂直轴或水平轴的第一轴J1、第二轴J2以及第三轴J3为基本轴，第四轴J4、第五轴J5以及第六轴J6为手腕轴。
处理头20具有被设置成彼此相向的第一处理工具21和第二处理工具22、以及具有使第一处理工具21朝向第二处理工具22移动的工具驱动轴K的夹持机构23。本实施方式的处理头20为所谓的C型点焊枪。
在本实施方式的机器人***1中，处理头20的第一处理工具21和第二处理工具22为通过与处理对象物W接触来对处理对象物W施加电流的焊接电极。也就是说，第一处理工具21为可动电极，第二处理工具22为固定电极。在由机器人10将处理头进行定位使得处理对象物W位于第一处理工具21与第二处理工具22之间的状态下，夹持机构23利用工具驱动轴K使第一处理工具21朝向第二处理工具22移动，来使第一处理工具21接触到处理对象物W。因此，夹持机构23具有被控制装置40控制并对工具驱动轴K进行驱动的未图示的伺服电动机。对工具驱动轴K进行驱动的伺服电动机具有编码器，将伺服电动机的旋转角度、也就是工具驱动轴K的位置(第一处理工具21相对于第二处理工具22的位置)反馈给控制装置40。
外部驱动机构30通过使机器人10的基座11、进而使机器人10整体移动，来扩大机器人10能够配置处理头20的范围。外部驱动机构30能够构成为具有使基座11沿着配置于地面的轨道进行水平移动的行走机构、使基座11升降的机构以及使基座11旋转的机构等一个以上的机构。在本实施方式中，外部驱动机构30设为具有轨道31和可动台座32的行走机构来说明，其中，该可动台座32被配设成能够沿着轨道31移动，机器人10的基座11被固定于该可动台座32。
外部驱动机构30具有用于决定基座11的水平位置的外部驱动轴L。因此，外部驱动机构30具有被控制装置40控制并对外部驱动轴L进行驱动的未图示的伺服电动机。对外部驱动轴L进行驱动的伺服电动机具有编码器，将伺服电动机的旋转角度、也就是外部驱动轴L的位置(基座11的位置)反馈给控制装置40。
控制装置40能够构成为包括具有CPU、ROM、RAM以及其它周边电路等的运算处理装置。另外，控制装置40也可以构成为包括对机器人10、处理头20以及外部驱动机构30、或者各驱动轴J1～J6、K、L分别独立地进行控制的多个运算处理装置。在控制装置40包括多个运算处理装置的情况下，对各驱动轴J1～J6、K、L进行控制的运算处理装置中的任一个运算处理装置或独立的运算处理装置构成为对其它的运算处理装置进行指示，使得所有的驱动轴J1～J6、K、L协调动作。
控制装置40基于包含焊接打点数据的示教数据来使机器人10、处理头20以及外部驱动机构30动作，该焊接打点数据用于确定在大量的焊接部位对处理对象物W进行点焊(处理)时的处理头20的位置和姿势(下面有时称为焊接打点位置)。具体地说，控制装置40使机器人10动作，对处理头20相对于处理对象物W的位置和姿势进行控制，来将处理对象物W配置于第一处理工具21与第二处理工具22之间。另外，控制装置40通过驱动工具驱动轴K来使第一处理工具21移动，由此将处理对象物W夹在第一处理工具21与第二处理工具22之间。此时，控制装置40抑制处理工具21、22对处理对象物W的压焊力。通过在由处理工具21、22夹着处理对象物W的状态下使电流流过处理工具21、22之间，能够对处理对象物W进行点焊。
在图2中示出控制装置40的结构。控制装置40具有：程序制作部41，其制作作业程序，该作业程序包含用于确定在各时刻内部驱动轴J1～J6、工具驱动轴K以及外部驱动轴L应所在的位置的信息；存储部42，其存储由程序制作部41制作出的作业程序；驱动控制部43，其基于存储部42中存储的作业程序，来控制内部驱动轴J1～J6、工具驱动轴K以及外部驱动轴L；转矩信息检测部44，其检测驱动轴J1～J6、K、L的转矩信息；接触位置估计部45，其基于由转矩信息检测部44检测出的驱动轴J1～J6、K、L中的至少一个控制对象轴的转矩信息的变化倾向的变化，来估计处理对象物W与处理工具21、22接触的接触位置；以及目标位置校正部46，其基于由接触位置估计部45估计出的接触位置，来对处理头20的被设定为对处理对象物W进行处理的位置的目标位置进行校正。
程序制作部41基于包含多个焊接打点位置的示教数据，来制作包含用于确定在各时刻内部驱动轴J1～J6、工具驱动轴K以及外部驱动轴L应所在的位置的信息的作业程序。这种作业程序的制作方法是公知的，因此省略详细的说明。
存储部42例如能够由EEPROM等可重写的存储器构成。存储部42除了存储作业程序以外，还能够存储例如示教数据、由转矩信息检测部44检测出的转矩信息的时间序列数据等各种信息。
驱动控制部43按照存储部42中存储的作业程序来使机器人10动作。具体地说，驱动控制部43基于处理头20的目标位置以及来自内部驱动轴J1～J6及外部驱动轴L的伺服电动机的反馈，来生成动作指令，通过对驱动轴J1～J6、K进行驱动控制来将处理头20进行定位。而且，驱动控制部43驱动工具驱动轴K来将处理对象物W夹在处理工具21、22之间，由此设为能够对处理对象物W进行点焊的状态。
在按照作业程序来进行由处理工具21、22夹住处理对象物W的动作时，转矩信息检测部44检测驱动轴J1～J6、K、L的转矩。具体地说，转矩信息检测部44获取从用于对驱动轴J1～J6、K、L进行驱动的伺服电动机向控制装置40反馈的驱动轴J1～J6、K、L的位置以及伺服电动机的电流值等表示转矩的转矩信息的时间序列数据。转矩信息检测部44将内部驱动轴用电动机的转矩信息的时间序列数据与机器人10的位置的时间序列数据及工具驱动轴的位置的时间序列数据相关联地暂时存储到存储部42中。
接触位置估计部45根据基于由转矩信息检测部44检测出并暂时存储到存储部42中的驱动轴J1～J6、K、L的转矩信息的时间序列数据的转矩信息的变化倾向(斜率、每单位时间的变化量)的变化，来估计处理对象物W与第一处理工具21或第二处理工具22接触的接触位置。接触位置估计部45根据与接触时刻对应的机器人10的位置和工具驱动轴K的位置，来计算处理工具21、22与处理对象物W接触的坐标位置，将该坐标位置估计为接触位置，其中，该接触时刻是基于由转矩信息检测部44检测出并暂时存储到存储部42中的机器人10的位置的时间序列数据和工具驱动轴K的位置的时间序列数据估计出的时刻。此外，在工具驱动轴K动作时内部驱动轴J1～J6和外部驱动轴L处于停止状态(机器人10及外部驱动机构30的动作已完成)的情况下，第一处理工具21与处理对象物W接触，但是在内部驱动轴J1～J6和外部驱动轴L中的至少一者进行着动作的情况下，有可能第二处理工具22比第一处理工具21先接触到处理对象物W。
目标位置校正部46基于由接触位置估计部45估计出的接触位置，来对作业程序中的处理头20的目标位置(与焊接打点位置对应的位置)进行校正。例如，目标位置校正部46对存储部42中存储的作业程序中的目标位置进行校正。由此，能够避免第一处理工具21或第二处理工具22在与处理对象物W接触之后进一步向处理对象物W的一侧移动，因此能够防止处理工具21、22以大的力压焊于处理对象物W而使处理对象物W变形或者损伤处理工具21、22。
接着，详细地说明机器人***1中的与目标位置的校正相关联的处理(称为目标位置校正处理)。在图3中示出通过控制装置40的控制进行的处理的过程。
机器人***1中的目标位置校正处理包括以下工序：由驱动控制部43使机器人10、处理头20以及外部驱动机构30动作，来开始将处理头20向目标位置进行定位(步骤S1：定位开始工序)；由转矩信息检测部44获取从驱动轴J1～J6、K、L中选定的至少一个控制对象轴的转矩信息(步骤S2：转矩信息获取工序)；基于通过转矩信息获取工序获取到的转矩信息，来检测第一处理工具21或第二处理工具22与处理对象物W的接触(步骤S3：接触检测工序)；基于转矩信息的变化倾向的变化，来估计第一处理工具21或第二处理工具22与处理对象物W接触的时刻(接触时刻)(步骤S4：接触时刻估计工序)；基于通过接触时刻估计工序估计出的接触时刻，来估计第一处理工具21或第二处理工具22与处理对象物W接触的位置(接触位置)(步骤S5：接触位置估计工序)；以及基于通过接触位置估计工序推测出的接触位置，来对处理头20的目标位置进行校正(步骤S6：目标位置校正工序)。
(定位开始工序)
在步骤S1的定位开始工序中，驱动控制部43按照作业程序来开始进行下面一系列动作的处理：驱动机器人10和外部驱动机构30，以将处理对象物W配置于第一处理工具21与第二处理工具22之间，由第一处理工具21和第二处理工具22夹住处理对象物W。
(转矩信息获取工序)
在步骤S2的转矩信息获取工序中，转矩信息检测部44检测从驱动轴J1～J6、K、L中选定的至少一个控制对象轴的转矩信息来作为时间序列数据。由转矩信息检测部44检测出的控制对象轴的转矩信息与驱动轴J1～J6、K、L的位置或根据驱动轴J1～J6、K、L的位置计算出的处理工具21、22的位置信息的时间序列数据一起被存储到存储部42中。
(接触检测工序)
在步骤S3的接触检测工序中，将由转矩信息检测部44检测出的转矩信息表示的各控制对象轴的转矩与按相对于目标位置而言的每个定位动作针对各控制对象轴决定的检测阈值分别进行比较。也就是说，接触位置估计部45通过判定对任意的控制对象轴进行驱动的伺服电动机的转矩是否为检测阈值以上，来检测出由于在处理工具21、22与处理对象物W接触的情况下产生的处理对象物W的反力而引起的控制对象轴的转矩上升。
在步骤S3的接触检测工序中，在所有控制对象轴的转矩小于检测阈值的情况下，判断为处理工具21、22与处理对象物W尚未接触，因此返回到步骤S2，来获取下一时刻的转矩信息。另一方面，在任意的控制对象轴的转矩为检测阈值以上的情况下，判断为处理工具21、22与处理对象物W进行了接触，因此进入步骤S4。
此外，如图4所示，由转矩信息检测部44检测的驱动轴J1～J6、K、L的转矩例如由于减速机的摩擦、伺服电动机的特性、机器人10或处理头20的惯性等的影响，而可能包含固定的波动(变动)、也就是相对于驱动轴J1～J6、K、L的理论上的输出转矩而言的偏差。因此，检测阈值是考虑转矩的波动而被设定为能够检测出控制对象轴的转矩有意地上升的值。
另外，控制对象轴的转矩以固定的斜率上升的期间被认为处理工具21、22或处理对象物W发生了弹性变形。因此，通过将检测阈值设定在控制对象轴的转矩以固定的斜率上升的范围内，能够在处理工具21、22或处理对象物W发生断裂或塑性变形之前检测到处理工具21、22与处理对象物W的接触。
(接触时刻估计工序)
在步骤S4的接触时刻估计工序中，接触位置估计部45参照存储部42中存储的控制对象轴的转矩信息的时间序列数据，基于控制对象轴的转矩信息的变化倾向的变化来估计接触时刻。作为例子，如图4所示，接触位置估计部45求出在转矩信息的时间序列数据中斜率不同的两个近似直线L1、L2，将这两个近似直线L1、L2交叉的时刻估计为接触时刻。一个近似直线L1为从转矩达到检测阈值的时刻起回溯时间而计算出的，另一个近似直线L2为从与转矩达到检测阈值的时刻相比非常早的时刻起沿着经过时间的方向计算出的。由此，接触位置估计部45将判断为控制对象轴的转矩信息的斜率(每单位时间的变化量)发生了变化的时刻估计为接触时刻。
此外，如图4所示，由转矩信息检测部44检测的驱动轴J1～J6、K、L的转矩例如由于伺服电动机的特性、机器人10或处理头20的惯性等的影响而可能包含固定的波动(变动)Ni(设为i表示驱动轴J1～J6、K、L中的任一个驱动轴)、也就是相对于驱动轴J1～J6、K、L的理论上的输出转矩而言的偏差。关于这种波动，具有用于决定处理头20的姿势的手腕轴J4～J6的波动比用于决定处理头20的位置的基本轴J1～J3的波动小的倾向。因此，为了减小转矩的波动的影响，优选的是在接触位置估计部45中对手腕轴J4～J6确认转矩信息。
另外，也可以将多个驱动轴设为控制对象轴。通过使用多个控制对象轴的转矩信息，能够降低各控制对象轴的转矩信息中包含的噪声的影响，能够期待防止误检测、提高接触时刻的估计的精度。
详细地说明由转矩信息检测部44进行的针对驱动轴J1～J6、K、L的转矩检测，关于在对处理工具21、22的顶端施加了外力F时对各驱动轴施加的外力力矩Mi，在对工具顶端施加的外力(来自处理对象物W的反力)F无损地在机构部中传递的情况下，当将从驱动轴J1～J6、K、L上的任意的点至外力F的作用点连结的位置向量设为P、将驱动轴方向上的单位向量设为A时，能够用Mi＝(Pi×F)·Ai来表示该外力力矩Mi。此时，关于通过外力F作用于驱动轴J1～J6、K、L的反力转矩(与未作用外力F的情况下的转矩之差)Si，当将各驱动轴的齿轮比设为Gi时，该反力转矩Si能够表示为Si＝Mi/Gi。由转矩信息检测部44检测各驱动轴J1～J6、K、L的转矩的检测灵敏度与该反力转矩Si成比例。
因此，通过从驱动轴J1～J6、K、L中的、反力转矩Si与波动Ni之比即S/N比大的驱动轴中选定控制对象轴，能够比较高精度地检测出处理工具21、22与处理对象物W的接触。
(接触位置估计工序)
在步骤S5的接触位置估计工序中，接触位置估计部45参照存储部42中存储的驱动轴J1～J6、K、L的位置或处理工具21、22的位置的时间序列数据，来将在通过接触时刻估计工序推测出的接触时刻的处理工具21、22的位置估计为与处理对象物W接触的接触位置。
(目标位置校正工序)
在步骤S6的目标位置校正工序中，目标位置校正部46基于由接触位置估计部45估计出的接触位置，来对作业程序中的处理头20的目标位置进行校正。也就是说，通过将处理头20的目标位置校正为接触估计位置，来避免处理工具21、22过度地按压处理对象物W。
重复进行上述的步骤S2至步骤S6的各工序，直到工具驱动轴K的驱动完成、也就是由处理工具21、22夹住处理对象物W从而能够进行点焊为止。也就是说，在第一处理工具21先接触到处理对象物W的情况下，通过对处理头20的目标位置进行校正，能够使第二处理工具22接触到处理对象物W。
如以上说明的那样，根据具备控制装置40的第一实施方式的机器人***1，通过监视内部驱动轴J1～J6、工具驱动轴K及外部驱动轴L的转矩，来检测处理工具21、22与处理对象物W的接触。因此，在具备控制装置40的第一实施方式的机器人***1中，与不将外部驱动轴L的转矩添加到监视对象中的情况相比，能够期待在更多的姿势下检测到处理工具21、22与处理对象物W的接触。
另外，根据具备控制装置40的第一实施方式的机器人***1，基于内部驱动轴用电动机的转矩信息的变化倾向的变化，来估计处理头20的处理工具21、22与处理对象物W接触的接触位置，基于估计出的接触位置，来对机器人10的目标位置进行校正。因此，能够高精度地检测出处理工具21、22或处理对象物W开始弹性变形的位置、也就是处理工具21、22与处理对象物W最初接触的位置。由此，机器人***1能够防止处理工具21、22或处理对象物W损伤。
[第二实施方式]
接着，对本公开的第二实施方式所涉及的机器人***进行说明。第二实施方式所涉及的机器人***具备：多关节型的机器人10；处理头20，其被保持在机器人10的顶端部；外部驱动机构30，其使机器人10整体相对于处理对象物W进行相对移动来进行定位；以及控制装置(机器人控制装置)40a，其对机器人10、处理头20及外部驱动机构30的动作进行控制。在本实施方式的机器人***中，机器人10、处理头20及外部驱动机构30与第一实施方式的机器人***1中的机器人10、处理头20及外部驱动机构30相同。因此，在此后的说明中，对与之前说明过的构成要素相同的构成要素标注相同的标记并省略重复的说明。
图5是示出第二实施方式所涉及的机器人***的控制装置40a的结构的框图。控制装置40a具备：程序制作部41；存储部42；驱动控制部43；转矩信息检测部44；接触位置估计部45；目标位置校正部46；转矩限制部47，其使从驱动轴J1～J6、K、L中选定的至少一个转矩限制轴的输出转矩减小；驱动轴选定部48，其从驱动轴J1～J6、K、L中选定控制对象轴或转矩限制轴；以及通知部49，其进行警报通知。
转矩限制部47通过对转矩限制轴的输出转矩设定上限值、或者将转矩限制轴的驱动速度相对于位置偏差的增益设定得小，来避免转矩限制轴的输出转矩变大。由此，在处理工具21、22接触到处理对象物W之后其它的驱动轴被进行了驱动使得处理工具21、22进一步向处理对象物W侧移动的情况下，通过处理对象物W的反力而使作用于转矩限制轴的转矩超过转矩限制轴的输出转矩，由此转矩限制轴产生位移，使得由其它的驱动轴引起的处理工具21、22的移动抵消。由此，能够防止作用于处理工具21、22与处理对象物W之间的力过度地增大，从而能够防止处理工具21、22损伤、处理对象物W破损或变形。
驱动轴选定部48从驱动轴J1～J6、K、L中选定一个以上的控制对象轴或者选定一个以上的转矩限制轴。在驱动轴选定部48选定了一个以上的控制对象轴的情况下，由于不存在转矩限制轴，因此转矩限制部47被无效化。相反地，在驱动轴选定部48选定了一个以上的转矩限制轴的情况下，由于不存在控制对象轴，因此接触位置估计部45和目标位置校正部46被无效化。因此，驱动轴选定部48根据选定控制对象轴或转矩限制轴，来在目标位置校正方式与转矩限制方式这两个控制方式之间进行切换，其中，所述目标位置校正方式用于基于控制对象轴的转矩信息的变化倾向的变化，来估计处理对象物W与处理工具21、22接触的接触位置，并对处理工具21、22的目标位置进行校正，所述转矩限制方式用于对转矩限制轴的转矩进行限制。
驱动轴选定部48基于如下的反力转矩Si与如下的偏差(波动)Ni之比即S/N比来选定控制对象轴或转矩限制轴，该反力转矩Si为控制装置估计为内部驱动轴J1～J6、工具驱动轴K以及外部驱动轴L通过处理工具21、22接触处理对象物W时的反力而受到的转矩，该偏差(波动)Ni为在处理工具21、22没有与处理对象物W接触时能够产生的理论上的输出转矩与由转矩信息检测部44检测的信息表示的转矩之间的偏差(波动)。
在驱动轴J1～J6、K、L中的至少一者的S/N比为规定的第一切换阈值以上的情况下，驱动轴选定部48将驱动轴J1～J6、K、L中的、S/N比为第一切换阈值以上的至少一个驱动轴设为控制对象轴。另外，在驱动轴J1～J6、K、L的S/N比小于第一切换阈值的情况下，驱动轴选定部48将基本轴J1～J3和外部驱动轴L中的至少一者设为转矩限制轴。
另外，在所有的驱动轴J1～J6、K、L的S/N比小于第一切换阈值且基本轴J1～J3及外部驱动轴L的S/N比小于规定的第二切换阈值的情况下，驱动轴选定部48使通知部49进行警报通知。
通知部49例如对用于进行视觉显示的显示器、用于发出机械音或语音的扬声器等输出装置进行控制。另外，通知部49例如可以为通信接口，用于向外部的示教操作板等进行警报通知。
接着，详细地说明由控制装置40a的驱动轴选定部48进行的控制方式的切换处理。在图6中示出由驱动轴选定部48进行的控制方式切换处理的过程。每当开始将处理头20向与各焊接打点位置对应的目标位置定位时进行该控制方式切换处理。
控制方式切换处理包括以下工序：在将处理头20配置到目标位置时的机器人10的姿势变化(驱动轴J1～J6、K、L的位置和速度)下，估计在处理工具21、22接触到处理对象物W的情况下各驱动轴J1～J6、K、L受到的转矩Si(步骤S11：转矩估计工序)；计算通过转矩估计工序估计出的各驱动轴J1～J6、K、L的转矩Si与针对各驱动轴J1～J6、K、L假定的波动Ni之比(S/N比)(步骤S12：S/N比计算工序)；将通过S/N比计算工序计算出的S/N比与预先设定的第一切换阈值进行比较(步骤S13：第一切换阈值比较工序)；从驱动轴J1～J6、K、L中选定控制对象轴(步骤S14：控制对象轴选定工序)；将通过S/N比计算工序计算出的S/N比与预先设定的第二切换阈值进行比较(步骤S15：第二切换阈值比较工序)；从驱动轴J1～J6、K、L中选定转矩限制轴(步骤S16：转矩限制轴选定工序)；以及使通知部49进行警报通知(步骤S17：警报通知工序)。
(转矩估计工序)
在步骤S11的转矩估计工序中，在通过按照作业程序将处理头20配置到目标位置时的各驱动轴J1～J6、K、L的姿势变化而对处理工具21、22的顶端施加了固定大小的外力F的情况下，计算作用于驱动轴J1～J6、K、L的反力转矩Si＝Mi/Gi。
(S/N比计算工序)
在步骤S12的S/N比计算工序中，分别计算通过转矩估计工序计算出的各驱动轴J1～J6、K、L受到的转矩Si与预先设定的各驱动轴J1～J6、K、L的转矩的波动Ni之比(S/N比)。各驱动轴J1～J6、K、L的转矩的波动Ni能够根据机器人10、处理头20以及外部驱动机构30的构造来估计。另外，各驱动轴J1～J6、K、L的转矩的波动Ni也可以使用根据在过去的运转时由转矩信息检测部44检测出的转矩信息的时间序列数据中的各时刻的转矩相对于近似直线L1、L2而言的偏差计算出的值。
(第一切换阈值比较工序)
在步骤S13的第一切换阈值比较工序中，确认通过S/N比计算工序计算出的各驱动轴J1～J6、K、L的S/N比是否为第一切换阈值以上。在该第一切换阈值比较工序中驱动轴J1～J6、K、L中的至少一个驱动轴的S/N比为第一切换阈值以上的情况下，进入步骤S14的控制对象轴选定工序。另一方面，在所有的驱动轴J1～J6、K、L的S/N比小于第一切换阈值的情况下，进入步骤S15的第二切换阈值比较工序。
(控制对象轴选定工序)
在步骤S14的控制对象轴选定工序中，将驱动轴J1～J6、K、L中的S/N比为第一切换阈值以上的驱动轴中的至少一者设为控制对象轴。作为例子，驱动轴选定部48能够将S/N比最大的驱动轴设为控制对象轴，也可以将S/N比大的多个驱动轴设为控制对象轴。
(第二切换阈值比较工序)
在步骤S15的第二切换阈值比较工序中，确认基本轴J1～J3及外部驱动轴L的S/N比是否为比第一切换阈值小的第二切换阈值以上。在该第二切换阈值比较工序中基本轴J1～J3和外部驱动轴L中的至少一个驱动轴的S/N比为第二切换阈值以上的情况下，进入步骤S16的转矩限制轴选定工序。另一方面，在所有的基本轴J1～J3及外部驱动轴L的S/N比小于第二切换阈值的情况下，进入步骤S17的警报通知工序。
(转矩限制轴选定工序)
在步骤S16的转矩限制轴选定工序中，将基本轴J1～3和外部驱动轴L中的至少一个驱动轴设为转矩限制轴。作为例子，能够将S/N比最大的驱动轴设为限制对象，也可以将S/N比大的多个驱动轴设为转矩限制轴。
(警报通知工序)
在步骤S17的警报通知工序中，使通知部进行警报通知。也就是说，在所有的驱动轴J1～J6、K、L的S/N比小于第一切换阈值且所有的基本轴J1～3及外部驱动轴L的S/N比小于规定的第二切换阈值的情况下，驱动轴选定部判断为无论是目标位置校正方式还是转矩限制方式都有可能无法防止处理工具21、22或处理对象物W损伤，因此向操作员发出警告。操作员通过以变更定位于焊接打点位置的姿势的方式对示教数据或作业程序进行修正，能够使机器人***安全地进行点焊。
本实施方式的机器人***通过像这样根据机器人10的姿势来分开使用目标位置校正方式和转矩限制方式，能够在机器人10的更多的姿势下可靠地防止处理工具21、22和处理对象物W损伤。
[第三实施方式]
接着，对本公开的第三实施方式所涉及的机器人***进行说明。图7是示出本公开的第三实施方式所涉及的机器人***1b的结构的图。第三实施方式所涉及的机器人***具备：多关节型的机器人10；手50，其设置于机器人10的顶端部，用于保持处理对象物W；外部驱动机构30，其使机器人10整体移动来进行定位；处理装置60，其以独立于机器人10的方式配置；以及控制装置(机器人控制装置)40b，其对机器人10、外部驱动机构30及处理装置60的动作进行控制。
手50用于将处理对象物W固定于机器人10的顶端部，不具有在动作中被驱动的轴。
处理装置60具有被设置成彼此相向的第一处理工具21和第二处理工具22、以及具有用于使第一处理工具21朝向第二处理工具22移动的工具驱动轴K的夹持机构23。第三实施方式的机器人***1b中的处理装置60能够认为是将第一实施方式的机器人***1中的处理头20从机器人10分离出来而配设的装置。
第三实施方式的机器人***1b中的控制装置40b除了由上述的机器人10、处理装置60及外部驱动机构30的机械结构与第一实施方式的机器人***的机械结构的差异而引起的设定值不同这一点以外，能够设为进行与第一实施方式的机器人***中的控制装置40或第二实施方式的机器人***中的控制装置40a同样的控制。
本实施方式的机器人***1b也能够防止处理工具21、22和处理对象物W损伤。
以上说明了本公开所涉及的机器人***的实施方式，但是本公开所涉及的机器人***不限于上述的实施方式。另外，本实施方式所记载的效果只不过是列举了由本公开产生的最佳的效果，本公开所涉及的机器人***产生的效果不限定于本实施方式所记载的效果。
作为例子，在上述的实施方式中，处理头20和处理装置60为所谓的C型点焊枪，但是本公开所涉及的机器人***的处理头或处理装置也可以为所谓的X型点焊枪等。
另外，在上述的实施方式中，例示了点焊***，但是本公开所涉及的机器人***不限定于点焊***。本公开所涉及的机器人***例如能够应用于螺柱焊接、铆接、处理对象物的堆垛(stacking)等使处理工具与处理对象物接触并对处理对象物实施规定的处理的各种机器人***。

Claims (10)

1.一种机器人控制装置，是在机器人***中进行控制的控制装置，所述机器人***具备：
多关节型的机器人，其具有多个内部驱动轴；
处理头，其被保持于所述机器人的顶端部，具有处理工具和用于使所述处理工具移动的工具驱动轴；以及
外部驱动机构，其具有一个或多个外部驱动轴，用于将所述机器人进行定位，
所述机器人***使所述处理工具与处理对象物接触，并对所述处理对象物实施规定的处理，
所述机器人控制装置控制所述内部驱动轴和所述外部驱动轴，以将所述处理头定位于被设定为对所述处理对象物进行处理的位置的目标位置，并且控制所述工具驱动轴，以使所述处理工具与所述处理对象物接触，
在所述机器人控制装置中，
通过监视所述内部驱动轴、所述工具驱动轴及所述外部驱动轴的转矩，来检测所述处理工具与所述处理对象物的接触，并对所述机器人进行位置校正，
所述机器人控制装置还具有：
转矩信息检测部，所述转矩信息检测部检测所述内部驱动轴、所述工具驱动轴及所述外部驱动轴的转矩信息；
接触位置估计部，所述接触位置估计部基于由所述转矩信息检测部检测出的所述内部驱动轴、所述工具驱动轴以及所述外部驱动轴中的至少一个控制对象轴的转矩信息的变化倾向的变化，来估计所述处理工具与所述处理对象物接触的接触位置；以及
驱动轴选定部，所述驱动轴选定部基于以下的转矩与以下的偏差之比即S/N比来选定所述控制对象轴，所述转矩为被估计为所述内部驱动轴、所述工具驱动轴以及所述外部驱动轴通过所述处理工具接触到所述处理对象物时的反力而受到的转矩，所述偏差为在所述处理工具没有与所述处理对象物接触时能够产生的理论上的输出转矩与由转矩信息检测部检测的转矩的偏差。
2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，还具有：
目标位置校正部，其基于由所述接触位置估计部估计出的接触位置，来对所述处理头的目标位置进行校正。
3.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述多个内部驱动轴包括主要决定所述处理头的位置的多个基本轴以及主要决定所述处理头的朝向的一个以上的手腕轴，
在所有的所述内部驱动轴、所述工具驱动轴及所述外部驱动轴的所述S/N比小于规定的第一切换阈值的情况下，所述驱动轴选定部将所述基本轴和所述外部驱动轴中的至少一者设为转矩限制轴，
所述机器人控制装置还具有转矩限制部，所述转矩限制部使所述驱动轴选定部设定的所述转矩限制轴的输出转矩减小。
4.根据权利要求3所述的机器人控制装置，其特征在于，
在所有的所述内部驱动轴、所述工具驱动轴及所述外部驱动轴的所述S/N比小于所述第一切换阈值的情况下，将所述基本轴和所述外部驱动轴中的、所述S/N比为规定的第二切换阈值以上的至少一者设为所述转矩限制轴。
5.根据权利要求4所述的机器人控制装置，其特征在于，
还具有进行警报通知的通知部，
在所有的所述内部驱动轴、所述工具驱动轴及所述外部驱动轴的所述S/N比小于所述第一切换阈值且所有的所述基本轴及所述外部驱动轴的所述S/N比小于规定的第二切换阈值的情况下，所述驱动轴选定部使所述通知部进行警报通知。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，
所述转矩信息的变化倾向的变化为所述转矩信息的每单位时间的变化量的变化。
7.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，还具有：
目标位置校正部，其基于由所述接触位置估计部估计出的接触位置，来对所述处理对象物的目标位置进行校正。
8.一种机器人控制装置，是在机器人***中进行控制的控制装置，所述机器人***具备：
多关节型的机器人，其具有多个内部驱动轴；
处理头，其被保持于所述机器人的顶端部，具有处理工具和用于使所述处理工具移动的工具驱动轴；以及
外部驱动机构，其具有一个或多个外部驱动轴，用于将所述机器人进行定位，
所述机器人***使所述处理工具与处理对象物接触，并对所述处理对象物实施规定的处理，
所述机器人控制装置控制所述内部驱动轴和所述外部驱动轴，以将所述处理头定位于被设定为对所述处理对象物进行处理的位置的目标位置，并且控制所述工具驱动轴，以使所述处理工具与所述处理对象物接触，
在所述机器人控制装置中，
具有转矩限制部，所述转矩限制部使所述内部驱动轴和所述外部驱动轴中的至少一个转矩限制轴的输出转矩减小，
所述机器人控制装置还具有：
转矩信息检测部，所述转矩信息检测部检测所述内部驱动轴、所述工具驱动轴及所述外部驱动轴的转矩信息；
接触位置估计部，所述接触位置估计部基于由所述转矩信息检测部检测出的所述内部驱动轴、所述工具驱动轴以及所述外部驱动轴中的至少一个控制对象轴的转矩信息的变化倾向的变化，来估计所述处理工具与所述处理对象物接触的接触位置；以及
驱动轴选定部，所述驱动轴选定部基于以下的转矩与以下的偏差之比即S/N比来选定所述控制对象轴，所述转矩为被估计为所述内部驱动轴、所述工具驱动轴以及所述外部驱动轴通过所述处理工具接触到所述处理对象物时的反力而受到的转矩，所述偏差为在所述处理工具没有与所述处理对象物接触时能够产生的理论上的输出转矩与由转矩信息检测部检测的转矩的偏差。
9.一种机器人***，具备：
根据权利要求1至8中的任一项所述的机器人控制装置；
多关节型的机器人，其具有由所述机器人控制装置控制的多个内部驱动轴；
处理头，其被保持于所述机器人的顶端部，具有由所述机器人控制装置控制的处理工具和用于使所述处理工具移动的工具驱动轴；以及
外部驱动机构，其具有由所述机器人控制装置控制的一个或多个外部驱动轴，用于将所述机器人进行定位。
10.根据权利要求9所述的机器人***，其特征在于，所述处理工具为焊接电极。
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