CN112109076A

CN112109076A - 机器人的控制装置及编程装置

Info

Publication number: CN112109076A
Application number: CN202010504713.7A
Authority: CN
Inventors: 森冈昌宏; 佐藤贵之
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2020-12-22
Also published as: JP2021000686A; US20200398426A1; US11628564B2; JP7283994B2; DE102020115395A1

Abstract

本发明提供一种机器人(110)的控制装置(1)，包括：比较部，其将在使搭载有能够检测多个方向(x、y、z)上的相同种类的力分量的力传感器(112)的机器人(110)动作时由力传感器(112)检测到的各力分量的大小，按照每个方向(x、y、z)与预定的阈值进行比较；以及控制部，其在由比较部判定为任意的方向(x、y、z)上的力分量的大小超过阈值的情况下，控制机器人(110)以避免方向(x、y、z)上的力分量的大小的增加。

Description

机器人的控制装置及编程装置

技术领域

本公开涉及一种机器人的控制装置及编程装置。

背景技术

已知一种搭载有能够检测多个方向上的力的力传感器的机器人(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-137421号公报

发明内容

发明所要解决的问题

对于检测到的多个方向上的力，通常通过对检测到的力进行合成而计算出合力。并且，判定计算出的合力是否超过预定的阈值。特别是在协同作业机器人的情况下，作用于协同作业机器人的外力的大小成为问题，因而需要判定合力的大小。

然而，有时力传感器或装配于机器人的工具根据方向而额定不同，如果利用合力进行判定，则可能存在即使任意的方向上的力分量超过额定也难以检测出这一情况的问题。

用于解决问题的手段

本公开的一个方面为一种机器人的控制装置，包括：比较部，其将在使搭载有能够检测多个方向上的相同种类的力分量的力传感器的机器人动作时由所述力传感器检测到的各所述力分量的大小，按照每个所述方向与预定的阈值进行比较；以及控制部，其在由所述比较部判定为任意的所述方向上的所述力分量的大小超过所述阈值的情况下，控制所述机器人以避免所述方向上的所述力分量的大小的增加。

附图说明

图1为表示根据本公开的一个实施方式的具备控制装置的机器人***的整体结构图。

图2为示意地示出图1的机器人***所具备的安装于机器人的手腕的前端的力传感器、工具及其轴向的立体图。

图3为表示图1的控制装置的框图。

图4为表示图1的控制装置的变形例的框图。

图5为表示根据本公开的一个实施方式的编程装置的框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的一个实施方式所涉及的机器人的控制装置1及编程装置10进行说明。

根据本实施方式的控制装置1包括如图1所示的机器人***100。

该机器人***100包括机器人110和根据本实施方式的控制装置1。

机器人110为六轴垂直多关节型的机器人，但也可以为六轴以外的垂直多关节型机器人或水平多关节型机器人等任意形式的机器人。

机器人110包括：基座113，其设置于地面F；旋转主体(连杆)114，其能够相对于基座113而绕第一轴线A旋转；第一臂(连杆)115，其能够相对于旋转主体114而绕与第一轴线A正交的水平的第二轴线B旋转；第二臂(连杆)116，其能够相对于第一臂115而绕与第二轴线B平行的第三轴线C旋转；以及手腕(连杆)111，其能够相对于第二臂116进行旋转。在手腕111的前端安装有工具S。

另外，机器人110在手腕111的前端面与工具S之间具有三轴的力传感器112。力传感器112能够对作用于工具S的三轴x、y、z方向上的三个力分量Fx、Fy、Fz进行检测。如图2所示，三轴x、y、z方向分别与从手腕111的中心朝向工具S的前端的方向z、正交于方向z且彼此正交的两个方向x、y一致。

如图3所示，控制装置1包括比较部2，所述比较部2通过输入由力传感器112检测到的三个力分量Fx、Fy、Fz，从而分别将各力分量Fx、Fy、Fz的大小(绝对值)与对应的阈值进行比较。另外，控制装置1包括控制部3。

控制部3按照预先示教的动作程序使机器人110动作，并且当比较部2的比较结果、任意的力分量Fx、Fy、Fz的大小超过对应的阈值的情况下，使机器人110的动作速度降低。各阈值被设定为，力传感器112的能够检测力分量Fx、Fy、Fz的三个方向x、y、z上的额定载荷以下的值。

根据如此构成的根据本实施方式的控制装置1，在机器人110按照动作程序进行动作的过程中，利用力传感器112检测彼此正交的三个方向x、y、z上的力分量Fx、Fy、Fz，在比较部2中，按照每个方向x、y、z分别与阈值进行比较。其结果，在任意一个方向上的力分量超过阈值的情况下，通过控制部3使机器人110的动作速度降低，从而防止超过阈值的方向上的力分量进一步增大。

例如，在搭载有力传感器112并通过力控制进行微妙的嵌合、研磨等的情况下，存在需要使用检测分辨率较高的力传感器，搭载额定载荷为机器人110的额定载荷以下的小型的力传感器的情况。即使在这样的情况下，力传感器112按照能够检测力的方向x、y、z而分别设定阈值，在任意的方向x、y、z上的力分量Fx、Fy、Fz超过阈值的情况下，使机器人110的动作速度降低。由此，具有如下优点：能够防止各方向x、y、z上的力分量Fx、Fy、Fz超过力传感器112的额定载荷，从而将力传感器112维持在健康状态。

即，根据本实施方式的机器人110的控制装置1，具有如下优点：能够实现搭载于机器人110的力传感器112的小型化及高精度化，并且能够维持力传感器112的健康性。

此外，在欲检测作用于工具S的实际的力的情况下，只要对各力分量Fx、Fy、Fz进行合成并计算出合力即可。

另外，在本实施方式中，例示了即使在使力传感器112小型化的情况下也能够防止力传感器112的故障的控制装置1。但取而代之地，作为力传感器112也可以使用具有充分的额定载荷的力传感器，将工具S的每个方向x、y、z上的额定载荷以下的值设定为阈值。由此，在工具S的每个方向x、y、z上分别具有不同的额定载荷的情况下，能够防止在任意的方向x、y、z上施加于工具S的力超过工具S的额定载荷，从而维持工具S的健康性。

另外，在本实施方式中，利用力传感器112来判定实际检测到的力分量Fx、Fy、Fz是否在每个方向x、y、z上超过阈值。但取而代之地，如图4所示，控制装置1也可以包括力计算部4，所述力计算部4基于机器人110的几何参数和机器人110的状态量而计算出由力传感器112检测到的各力分量Fx、Fy、Fz的大小。

并且，在该情况下，比较部2对由力计算部4计算出的各力分量Fx、Fy、Fz与阈值进行比较即可。

几何参数例如包含机器人110的各连杆114、115、116的质量及连杆长度。

另外，状态量包含机器人110的各轴的角度、动作速度、加速度。

由此，力计算部4能够计算出考虑了重力、动力项的影响的力分量Fx、Fy、Fz，并且预先预测出在动作程序的哪个时间点力分量Fx、Fy、Fz的大小会超过对应的阈值。因而，能够在力分量Fx、Fy、Fz的大小超过对应的阈值之前，使动作速度降低。在该情况下，作为阈值也可以设定为与力传感器112的各方向x、y、z上的额定载荷相等的值。

另外，也可以并用力计算部4对力分量Fx、Fy、Fz的估计与力传感器112对力分量Fx、Fy、Fz的检测。具有如下优点：虽然在力计算部4的估计中未超过阈值，但在实际的力分量Fx、Fy、Fz超过阈值的情况下，也能够使机器人110的动作速度降低，从而维持力传感器112的健康性。

另外，在本实施方式中，对力传感器112检测正交的三个方向x、y、z上的力分量Fx、Fy、Fz的情况进行了说明，但也可以对绕沿着三个方向x、y、z的轴线的扭矩进行检测，也可以对方向z上的力分量Fz和绕沿着方向y、z的轴线的扭矩进行检测。或者，也可以对绕沿着方向z的轴线的扭矩和方向y、z上的力分量Fy、Fz进行检测。

另外，力传感器112的检测方向也不一定必须正交。

另外，在本实施方式中，例示了在任意的方向x、y、z上的力分量Fx、Fy、Fz的大小超过对应的阈值的情况下，控制部3使机器人110的动作速度降低的情况。但取而代之地，也可以使机器人110停止、或在停止后使机器人110以相反的轨迹动作，以避免超过阈值的方向x、y、z上的力分量Fx、Fy、Fz的大小进一步增加。

另外，在本实施方式中，例示了力传感器112安装于手腕111的前端的情况，但取而代之地，也可以应用于力传感器112安装于其他任意位置的情况。

另外，在本实施方式中，例示了将由力传感器112或力计算部4获得的力分量Fx、Fy、Fz实时地与阈值进行比较并通过控制部3控制机器人110的控制装置1的情况。但取而代之地，如图5所示，也可以应用于通过离线使动作程序动作的编程装置10。

即，如图5所示，编程装置10包括：力计算部11，其在动作程序上的各地点计算出三个方向x、y、z上的力分量Fx、Fy、Fz；以及比较部12，其按照每个方向x、y、z对计算出的力分量Fx、Fy、Fz的大小与对应的阈值进行比较。另外，编程装置10包括程序调整部13，所述程序调整部13在比较部12中判定为任意的方向x、y、z上的力分量Fx、Fy、Fz的大小超过对应的阈值的情况下，变更动作程序以使其力分量Fx、Fy、Fz成为阈值以下。

由此，作为力传感器112，即使在装配额定载荷小于机器人110的额定载荷那样的小型的力传感器的情况下，仅通过离线使动作程序动作，也能够调整动作程序，从而不会对力传感器112施加过度的载荷。

此外，在未预先确定力传感器112的规格的情况下，也可以在动作程序上的各地点求出由力计算部11计算出的三个方向x、y、z上的力分量Fx、Fy、Fz的大小的最大值。由此，能够用于选择具有大于力分量Fx、Fy、Fz的最大值的额定载荷的适当尺寸的力传感器112。

此外，作为与力传感器112的估计值或检测值Fx、Fy、Fz进行比较的阈值，也可以不使用力传感器112的额定载荷，而使用力传感器112的承载量，承载量通常被设定为比额定载荷大的值。通过对Fx、Fy、Fz与力传感器112的承载量进行比较，从而能够更可靠地防止力传感器112的故障。

另外，作为与Fx、Fy、Fz进行比较的阈值，也可以同时使用力传感器112的额定载荷和承载量，在超过作为第一阈值的额定载荷的情况下，针对机器人动作设置第一限制，在超过作为第二阈值的承载量的情况下，针对机器人动作设置第二限制。具体而言，也可以为，在判断为超过额定载荷的情况下，作为第一限制使机器人110的动作速度降低，在判定为超过承载量的情况下，作为第二限制使机器人110的动作停止。通过分两个阶段对机器人动作进行限制，从而能够更可靠地防止力传感器112的故障。

另外，在基于对Fx、Fy、Fz与额定载荷、承载量进行比较的结果使机器人110以相反的轨迹动作，以使机器人110减速、停止、或使作用于力传感器112的力降低时，通常在机器人110完成这些动作之前，可能出现因机器人110减速时作用的惯性力等而对力传感器112作用有更大的力的情况。因此，预先估计这些过大的力，并对机器人110的加减速度进行限制，使得Fx、Fy、Fz的大小(绝对值)相对于额定载荷和承载量而变小，从而能够将力传感器112更可靠地维持在健康状态。

进一步地，在使用了力传感器112的应用程序中，向外部按压机器人110并控制机器人110以使按压力恒定的应用较多，在该情况下，力传感器112中除了作用有根据机器人110的几何参数及状态量而计算出的计算力以外，还作用有该按压力。该按压力能够根据应用程序预先按照每个x、y、z方向而确定大小，因而在对力传感器112的Fx、Fy、Fz的计算力与阈值进行比较的情况下，通过将从力传感器112的额定载荷及承载量中减去预先确定的按压力而得到的值设定为阈值，从而能够按照每个应用程序进行更加适当的比较判定。

附图标记说明

1：控制装置

2、12：比较部

3：控制部

4、11：力计算部

10：编程装置

13：程序调整部

110：机器人

111：手腕

112：力传感器

114：旋转主体(连杆)

115：第一臂(连杆)

116：第二臂(连杆)

S：工具

x、y、z：方向

Fx、Fy、Fz：力分量

Claims

1.一种机器人的控制装置，其特征在于，包括：

比较部，其将在使搭载有能够检测多个方向上的相同种类的力分量的力传感器的机器人动作时由所述力传感器检测到的各所述力分量的大小，按照每个所述方向与预定的阈值进行比较；以及

控制部，其在由所述比较部判定为任意的所述方向上的所述力分量的大小超过所述阈值的情况下，控制所述机器人以避免所述方向上的所述力分量的大小的增加。

2.根据权利要求1所述的机器人的控制装置，其特征在于，

所述机器人的控制装置包括力计算部，所述力计算部基于所述机器人的几何参数和所述机器人的状态量计算出由所述力传感器检测到的各所述力分量的大小，

所述比较部对由所述力计算部计算出的各所述力分量的大小与所述阈值进行比较。

3.根据权利要求1所述的机器人的控制装置，其特征在于，

所述比较部对由所述力传感器检测到的各所述力分量的大小与所述阈值进行比较。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人的控制装置，其特征在于，

所述力传感器安装于所述机器人的手腕的前端。

5.根据权利要求2所述的机器人的控制装置，其特征在于，

所述几何参数包含所述机器人的各连杆的质量和长度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人的控制装置，其特征在于，

由所述力传感器检测的各所述力分量为沿着预定的轴向的力或绕所述轴的扭矩。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人的控制装置，其特征在于，

所述阈值被设定为所述力传感器的每个所述方向上的额定值以下。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的机器人的控制装置，其特征在于，

所述阈值被设定为装配于所述机器人的工具的每个所述方向上的额定值以下。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的机器人的控制装置，其特征在于，

所述控制部在任意的所述力分量超过所述阈值的情况下，使所述机器人的动作速度降低。

10.根据权利要求1所述的机器人的控制装置，其特征在于，

所述机器人的控制装置包括力计算部，

所述力计算部在通过预定的按压力向外部按压所述机器人的情况下，基于所述机器人的几何参数、所述机器人的状态量、以及所述按压力计算出由所述力传感器检测到的各所述力分量的大小，

所述比较部将由所述力计算部计算出的各所述力分量的大小与所述阈值进行比较。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的机器人的控制装置，其特征在于，

所述阈值具有：第一阈值，其是所述力传感器的每个所述方向上的额定值；以及第二阈值，其是比所述第一阈值大的所述力传感器的承载量，

所述控制部在任意的所述力分量超过所述第一阈值的情况下，使所述机器人的动作速度降低，在任意的所述力分量超过所述第二阈值的情况下，使所述机器人的动作停止、或在使所述机器人的动作停止后使所述机器人以相反的轨迹动作。

12.一种机器人的编程装置，其特征在于，包括：

力计算部，其基于所述机器人的几何参数和所述机器人的动作程序计算出在使搭载有能够检测多个方向上的相同种类的力分量的力传感器的机器人动作时由所述力传感器检测到的各所述力分量的大小；

比较部，其将由所述力计算部计算出的所述力分量按照每个所述方向与预定的阈值进行比较；以及

程序调整部，其在由所述比较部判定为任意的所述方向上的所述力分量的大小超过所述阈值的情况下，变更所述动作程序以将所述方向上的所述力分量设为所述阈值以下。