DE112020007659T5 - Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung (1) beinhaltet Antriebsdrehmomentberechnungsmittel (3), die einen geschätzten Wert des Antriebsdrehmoments eines Roboters berechnen, Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel (5), die eine Differenz und eine Variation der Differenz erlernen, wobei die Differenz zwischen dem auf der Grundlage eines Motorstroms zum Antreiben des Roboters berechneten Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln (3) berechneten geschätzten Wert vorliegt, Schwellenwertberechnungsmittel (8), die einen Schwellenwert auf der Grundlage eines von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln (5) trainierten Drehmomentschätzungsfehlermodells berechnen, und Kollisionsbestimmungsmittel (9), die eine Bestimmung über das Auftreten einer Kollision des Roboters mit einem Objekt durch Vergleichen der Differenz mit dem von den Schwellenwertberechnungsmitteln (8) berechneten Schwellenwert treffen, wobei die Differenz zwischen dem auf der Grundlage des Motorstroms zum Antreiben des Roboters berechneten Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln (3) berechneten geschätzten Wert vorliegt.

Description

• Gebiet
• Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung zum Detektieren einer Kollision eines Roboters mit einem roboternahen Objekt, wenn der Roboter mit dem Objekt kollidiert.
• Allgemeiner Stand der Technik
• Ein Roboter detektiert herkömmlicherweise den Kontakt oder eine Kollision des Roboters mit einer Vorrichtung oder einem Arbeiter in der Nähe des Roboters und stoppt seinen Betrieb, wenn der Roboter mit der Vorrichtung oder dem Arbeiter in Kontakt kommt oder damit kollidiert, um eine Beschädigung der Vorrichtung oder eine Verletzung des Arbeiters in der Nähe des Roboters und des Roboters selbst zu verhindern. Eine Robotersteuerung berechnet herkömmlicherweise den für den vom Roboter durchzuführenden Betrieb erforderlichen Drehmomentwert und leitet einen Drehmomentmesswert auf der Grundlage eines tatsächlichen Motorstromwerts oder eines Messwerts von einem in einer Antriebsmechanismuseinheit bereitgestellten Drehmomentsensor ab. Die Robotersteuerung vergleicht den Drehmomentmesswert mit dem Wert des erforderlichen Drehmoments und bestimmt, dass der Roboter mit einer Vorrichtung oder einem Arbeiter in der Nähe des Roboters kollidiert ist, wenn die Differenz zwischen dem Wert des erforderlichen Drehmoments und dem Drehmomentmesswert einen Schwellenwert überschreitet. Um eine Kollision eines Roboters mit einer Vorrichtung oder einem Arbeiter in der Nähe des Roboters mit hoher Empfindlichkeit zu detektieren, ist eine Technologie erforderlich, um den Schwellenwert so weit wie möglich zu senken, ohne eine Fehldetektion zu verursachen.
• Die Patentliteratur 1 offenbart eine Technologie zum Schätzen von Parametern, die sich auf eine Trägheitskraft und Reibungskraft eines Roboters beziehen, und zum Verbessern, unter Verwendung der geschätzten Parameter, der Genauigkeit der Berechnung oder der Genauigkeit der Schätzung des Drehmoments, das für den von dem Roboter durchgeführten Betrieb erforderlich ist. Die Patentliteratur 1 offenbart zudem eine Technologie zum Reduzieren des Effekts eines Faktors, der nicht von einer Berechnungseinheit zum Berechnen des erforderlichen Drehmoments modelliert wurde, unter Verwendung eines Hochpassfilters.
• Entgegenhaltungsliste
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: Japanische Übersetzung der internationalen PCT-Offenlegungsschrift Nr. 2016-511699
• Kurzdarstellung
• Technisches Problem
• Die herkömmliche Technologie kann mit einer Variation eines Parameters umgehen, der sich auf die Dynamik eines Roboters bezieht, wie zum Beispiel einem Effekt einer Änderung eines Werkstücks, das von einer Hand gehalten wird, die an einem Armende des Roboters befestigt ist, berücksichtigt jedoch einen Effekt der Variation des Drehmoments während des Roboterbetriebs unter gleichen Bedingungen nicht. Das heißt, während eines Betriebs mit einer großen Drehmomentvariation kann die herkömmliche Technologie eine Fehldetektion des Auftretens einer Kollision auch dann verursachen, wenn der Roboter nicht mit einer Vorrichtung oder einem Arbeiter in der Nähe des Roboters kollidiert ist. Zusätzlich verwendet die herkömmliche Technologie ein Hochpassfilter, um den Effekt eines nicht modellierten Faktors, wie zum Beispiel einen Effekt von Elastizität oder Nicht-Linearität von Reibung, die durch den Getriebemechanismus verursacht wird, aufzuheben. Dies kann noch immer das Übersehen einer Kollision gestatten, die unter bloßer Berücksichtigung von Fehlern in einer Hochfrequenzregion schwer zu detektieren ist, wenn die Kollision auf eine solche Weise auftritt, dass zum Beispiel der Roboter langsam auf eine Vorrichtung oder einen Arbeiter in der Nähe des Roboters trifft.
• Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der vorstehenden Ausführungen entwickelt und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung bereitzustellen, die eine Kollision eines Roboters mit einem Objekt in der Nähe des Roboters mit relativ hoher Empfindlichkeit detektiert, wenn der Roboter mit dem Objekt kollidiert, während der Effekt eines nicht modellierten Faktors berücksichtigt wird und gleichzeitig eine Fehldetektion verhindert wird.
• Lösung des Problems
• Um das Problem zu lösen und die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, beinhaltet eine Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung Antriebsdrehmomentberechnungsmittel, die einen geschätzten Wert des Antriebsdrehmoments eines Roboters berechnen, Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel, die eine Differenz und eine Variation der Differenz erlernen, wobei die Differenz zwischen dem auf der Grundlage eines Motorstroms zum Antreiben des Roboters berechneten Antriebsdrehmoment oder dem von einem Drehmomentsensor, der an einer Antriebseinheit bereitgestellt ist, abgeleiteten Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln berechneten geschätzten Wert vorliegt, Schwellenwertberechnungsmittel, die einen Schwellenwert auf der Grundlage eines von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln trainierten Drehmomentschätzungsfehlermodells berechnen, und Kollisionsbestimmungsmittel, die eine Bestimmung über das Auftreten einer Kollision des Roboters mit einem Objekt durch Vergleichen der Differenz mit dem von den Schwellenwertberechnungsmitteln berechneten Schwellenwert treffen, wobei die Differenz zwischen dem auf der Grundlage des Motorstroms zum Antreiben des Roboters berechneten Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln berechneten geschätzten Wert vorliegt.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Eine Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung stellt einen Vorteil dahingehend bereit, dass sie in der Lage ist, eine Kollision eines Roboters mit einem Objekt in der Nähe des Roboters mit relativ hoher Empfindlichkeit zu detektieren, wenn der Roboter mit dem Objekt kollidiert, während der Effekt eines nicht modellierten Faktors, einschließlich einer Variation davon, berücksichtigt wird und gleichzeitig eine Fehldetektion verhindert wird.
• Figurenliste
• 1 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 2 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
• 3 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht.
• 4 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
• 5 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform veranschaulicht.
• 6 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform veranschaulicht.
• 7 ist eine Darstellung, welche einen Prozessor veranschaulicht, wenn mindestens ein Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel, Betriebszustandsberechnungsmittel, Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel, Umwandlungsmittel, Fehlerberechnungsmittel, Schwellenwertberechnungsmittel und Kollisionsbestimmungsmittel, die in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform enthalten sind, in dem Prozessor umgesetzt wird.
• 8 ist eine Darstellung, welche eine Verarbeitungsschaltung veranschaulicht, wenn mindestens ein Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel, der Betriebszustandsberechnungsmittel, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel, der Umwandlungsmittel, der Fehlerberechnungsmittel, der Schwellenwertberechnungsmittel und der Kollisionsbestimmungsmittel, die in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform enthalten sind, in der Verarbeitungsschaltung umgesetzt wird.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Eine Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß Ausführungsformen wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
• Erste Ausführungsform.
• 1 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Die nachfolgende Beschreibung kann sich auf die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 als die „Kollisionsdetektionsvorrichtung 1“ beziehen. Die Kollisionsdetektionsvorrichtung 1 umfasst eine Robotersteuervorrichtung 2, die einen Roboter steuert. Der Roboter ist in 1 nicht veranschaulicht.
• Die Robotersteuervorrichtung 2 beinhaltet Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, die Informationen empfangen, welche die Motorposition entlang jeder Achse zum Antreiben des Roboters darstellen, und einen geschätzten Wert des Antriebsdrehmoments des Roboters berechnen. Die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3 differenzieren die Motorposition zum Berechnen der Motorgeschwindigkeit und der Motorbeschleunigung entlang jeder Achse. Die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3 berechnen das Antriebsdrehmoment des Roboters auf der Grundlage der Motorposition, der Motorgeschwindigkeit und der Motorbeschleunigung und der Bewegungsgleichung (1) des Roboters, wie nachstehend beschrieben. $$\mathrm{\tau }=\text{M}\left(\text{q}\right)\text{a}+\text{h}\left(\text{q}\text{,v}\right)+\text{g}\left(\text{q}\right)+\text{f}\left(\text{v}\right)$$

  
• In der Gleichung (1) ist „τ“ ein Vektor, der das Antriebsdrehmoment entlang jeder Achse des Roboters beinhaltet, und ist „q“ ein Vektor, der die Position entlang jeder Achse des Roboters beinhaltet, die äquivalent zur Motorposition entlang jeder Achse des Roboters ist, dargestellt in Form einer Ausgabeposition des Getriebemechanismus. Der Parameter „a“ ist ein Vektor, der die Beschleunigung entlang jeder Achse des Roboters beinhaltet, die äquivalent zu der Motorbeschleunigung ist und in Form einer Ausgabebeschleunigung des Getriebemechanismus entlang jeder Achse des Roboters dargestellt wird, und „v“ ist ein Vektor, der die Geschwindigkeit entlang jeder Achse des Roboters beinhaltet, die äquivalent zu der Motorgeschwindigkeit ist und in Form einer Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus entlang jeder Achse des Roboters dargestellt wird.
• Der Term M(q)a stellt die Trägheitskraft entlang jeder Achse des Roboters dar. Der Term h(q,v) stellt die Coriolis-Zentrifugalkraft dar. Der Term g(q) stellt die Schwerkraft dar. Der Term f(v) stellt die Reibungskraft dar. Diese Terme sind Komponenten des Antriebsdrehmoments. Die Reibungskraft ist eine Summe aus Coulomb-Reibungskraft in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsrichtung und viskoser Reibungskraft in Abhängigkeit von der Richtung und dem Betrag der Geschwindigkeit. Das einfachste Modell der viskosen Reibungskraft ist ein Modell mit Proportionalität zur Geschwindigkeit und die erste Ausführungsform verwendet ein Modell der viskosen Reibung mit Proportionalität zur Geschwindigkeit. Das Modell der viskosen Reibungskraft kann ein Modell eines Polynoms der Geschwindigkeit oder ein Modell eines Exponentials der Geschwindigkeit sein.
• Die Kollisionsdetektionsvorrichtung 1 beinhaltet ferner außerhalb der Robotersteuervorrichtung 2 angeordnete Betriebszustandsberechnungsmittel 4. Die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 berechnen eine Zustandsgröße, die sich auf den Betriebszustand des Roboters bezieht. Insbesondere berechnen die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 eine Zustandsgröße, welche die gesamten oder einen Teil der Informationen über die Motorgeschwindigkeit, der Informationen über die Motorbeschleunigung und einen Teil der Komponenten des Antriebsdrehmoments des Roboters beinhalten. Der Ausdruck „Teil der Komponenten des Antriebsdrehmoments des Roboters“ bezieht sich auf eine von der Trägheitskraft M(q)a, der Coriolis-Zentrifugalkraft h(q,v), der Schwerkraft g(q) und der Reibungskraft f(v) oder eine Summe von Komponenten des Antriebsdrehmoments, wie etwa M(q)a+h(q,v). In der ersten Ausführungsform empfangen die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 Informationen, welche die Motorposition darstellen, differenzieren die Motorposition zum Berechnen der Motorgeschwindigkeit und berechnen eine Betriebszustandsgröße, welche die Geschwindigkeit entlang jeder Achse des Roboters darstellt, die äquivalent zur Motorgeschwindigkeit ist und Form einer Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus entlang jeder Achse des Roboters dargestellt ist.
• Die Kollisionsdetektionsvorrichtung 1 beinhaltet ferner außerhalb der Robotersteuervorrichtung 2 angeordnete Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5. Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 erlernen eine Differenz und eine Variation der Differenz, wobei die Differenz zwischen dem auf der Grundlage eines Motorstroms zum Antreiben des Roboters berechneten Antriebsdrehmoment und einem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 berechneten geschätzten Wert des Antriebsdrehmoments vorliegt. Die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 geben die Informationen, welche die Betriebszustandsgröße darstellen, an die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 aus. Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 führen Lernen unter Verwendung der Zustandsgröße, die von den Betriebszustandsberechnungsmitteln 4 berechnet wurde, als ein Eingabesignal für eine Korrekturfunktion durch. Eines oder beide der Betriebszustandsberechnungsmittel 4 und der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 kann/können innerhalb der Robotersteuervorrichtung 2 angeordnet sein.
• Die Robotersteuervorrichtung 2 beinhaltet ferner Umwandlungsmittel 6, welche das gemessene Drehmoment berechnen. Das gemessene Drehmoment ist ein Messwert des Antriebsdrehmoments entlang jeder Achse des Roboters, der durch Umrechnung des Motorstroms auf der Grundlage der Drehmomentkonstante des Motors und des Geschwindigkeitsverhältnisses des Getriebemechanismus erhalten wird. Die Kollisionsdetektionsvorrichtung 1 beinhaltet ferner außerhalb der Robotersteuervorrichtung 2 angeordnete Fehlerberechnungsmittel 7. Die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3 geben Informationen, die das geschätzte Drehmoment darstellen, an die Fehlerberechnungsmittel 7 aus. Das geschätzte Drehmoment ist ein geschätzter Wert des Antriebsdrehmoments. Die Umwandlungsmittel 6 geben Informationen, die das gemessene Drehmoment darstellen, an die Fehlerberechnungsmittel 7 aus. Die Fehlerberechnungsmittel 7 subtrahieren das von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 berechnete geschätzte Drehmoment von dem von den Umwandlungsmitteln 6 erhaltenen gemessenen Drehmoment, um einen Drehmomentschätzungsfehler zu berechnen, der eine Differenz zwischen dem gemessenen Drehmoment und dem geschätzten Drehmoment ist. Die Fehlerberechnungsmittel 7 geben die Informationen, welche den Drehmomentschätzungsfehler darstellen, an die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 aus.
• Beim Durchführen des Lernens empfangen die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 die Informationen, welche die Betriebszustandsgröße darstellen und von den Betriebszustandsberechnungsmitteln 4 ausgegeben werden, und die Informationen, welche den Drehmomentschätzungsfehler darstellen und von den Fehlerberechnungsmitteln 7 ausgegeben werden. Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 beinhalten Trainingsmittel 5a, die eine nicht parametrische Technik für jede Achse verwenden. Die Trainingsmittel 5a verwenden Gauß-Prozess-Regression. Die Trainingsmittel 5a, die von einem nicht parametrischen Typ sind, können zudem eine Kernel-Dichteschätzung oder einen k-Nearest-Neighbor-Algorithmus verwenden.
• In Bezug auf das von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5 durchgeführte Lernen sei mit x1, x2, ..., xn jeweils die Ausgabe der aus den Betriebszustandsberechnungsmitteln 4 und mit yi die Differenz zwischen dem gemessenen Drehmoment, entsprechend xi, und dem geschätzten Drehmoment, berechnet von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3, bezeichnet, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist und i eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis n ist. Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 führen das Lernen über einen Hyperparameter einer Kernel-Funktion, die bei der Gauß-Prozess-Regression verwendet wird, unter Verwendung von n Paaren mit einer Eingabe von jeweils x und einer Ausgabe y, d. h. D={(x1,y1), (x2,y2), ..., (xn, yn)} , als Lerndaten durch. Beliebte Kernel-Funktionen für die Gauß-Prozess-Regression beinhalten Gauß-Kernel und Kernel der radialen Basisfunktion (RBF). Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 verwenden eine RBF als Kernel-Funktion. Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 können zudem eine andere Kernel-Funktion als eine RBF verwenden, z. B. einen exponentiellen Kernel oder einen periodischen Kernel.
• Nach dem Abschluss des Lernens erhalten die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 ein Drehmomentschätzungsfehlermodell zum Berechnen einer vorhergesagten Verteilung von y* auf der Grundlage einer neuen Eingabe x*. Die nachfolgende Gleichung (2) gibt ein Beispiel für das Drehmomentschätzungsfehlermodell. $$\text{P}\left(\text{y*}|\text{x*}\text{,D}\right)=\text{N}\left({\text{k*}}^{\text{T}}{\text{K}}^{-1}\text{y}\text{,k**}-{\text{k*}}^{\text{T}}{\text{K}}^{-1}\text{k*}\right)$$

  
• Der Faktor k* der Gleichung (2) wird durch die nachstehende Gleichung (3) ausgedrückt und der Faktor k** der Gleichung (2) wird durch die nachstehende Gleichung (4) ausgedrückt. $$\text{k*}={\left(\text{k}\left(\text{x*}\text{,x1}\right),\text{k}\left(\text{x*}\text{,x2}\right),\dots ,\text{k}\left(\text{x*}\text{,xn}\right)\right)}^{\text{T}}$$

  

  $$\text{k**}=\text{k}\left(\text{x*}\text{,x*}\right)$$

  

  k() ist eine Kernel-Funktion. K ist eine Matrix, die als Kernel-Matrix bezeichnet wird, deren ij-tes Element k(xi, xj) ist, wobei j eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis n ist. N(b, σ²) ist eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion einer Gauß-Verteilung mit einem Mittelwert von b und einer Varianz von σ².
• Die Robotersteuervorrichtung 2 beinhaltet ferner Schwellenwertberechnungsmittel 8, die Informationen empfangen, welche die Motorposition darstellen. Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 geben Informationen, die das Drehmomentschätzungsfehlermodell darstellen, an die Schwellenwertberechnungsmittel 8 aus. Die Schwellenwertberechnungsmittel 8 berechnen einen Schwellenwert auf der Grundlage des von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5 trainierten Drehmomentschätzungsfehlermodells. Insbesondere führen die Schwellenwertberechnungsmittel 8 die gleiche Berechnung wie die Berechnung durch, die durch die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 durchgeführt wurde. Wenn die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 eine Berechnung der Motorgeschwindigkeit durchgeführt haben, führen die Schwellenwertberechnungsmittel 8 eine Berechnung der Motorgeschwindigkeit durch. Wenn die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 eine Berechnung der Motorbeschleunigung durchgeführt haben, führen die Schwellenwertberechnungsmittel 8 eine Berechnung der Motorbeschleunigung durch. Wenn die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 eine Berechnung der eines Teils der Komponenten des Antriebsdrehmoments, z. B. der Trägheitskraft M(q)a, durchgeführt haben, führen die Schwellenwertberechnungsmittel 8 eine Berechnung der Trägheitskraft M(q)a durch. In der ersten Ausführungsform differenzieren die Schwellenwertberechnungsmittel 8 die Motorposition zum Berechnen der Motorgeschwindigkeit und berechnen die Geschwindigkeit entlang jeder Achse des Roboters, die äquivalent zur Motorgeschwindigkeit ist und Form einer Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus entlang jeder Achse des Roboters dargestellt ist. Die Schwellenwertberechnungsmittel 8 führen die Berechnung der Gleichung (2) unter Verwendung der Geschwindigkeit entlang jeder Achse als x* der Gleichung (2) durch.
• Die Robotersteuervorrichtung 2 beinhaltet ferner Kollisionsbestimmungsmittel 9. Nach der Berechnung der Gleichung (2) bestimmen die Schwellenwertberechnungsmittel 8 einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert eines Bereichs von ±2σ als Schwellenwerte und geben Informationen, welche die Schwellenwerte darstellen, an die Kollisionsbestimmungsmittel 9 aus. Bei der Berechnung der Gleichung (2) können die Schwellenwertberechnungsmittel 8 eine Berechnung, wie bestimmt, durchführen oder ein Verfahren zum Reduzieren des Betrags der Berechnung der Gauß-Prozess-Regression, beispielsweise ein Verfahren mit induzierender Variable, verwenden. Die Kollisionsbestimmungsmittel 9 bestimmen, ob eine Kollision zwischen dem Roboter und einem Objekt aufgetreten, durch Vergleichen einer Differenz mit jedem der durch die Schwellenwertberechnungsmittel 8 berechneten Schwellenwerte, wobei die Differenz zwischen dem auf der Grundlage eines Motorstroms zum Antreiben des Roboters berechneten Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 berechneten geschätzten Wert vorliegt.
• Die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3 geben Informationen, die das berechnete geschätzte Drehmoment darstellen, an die Kollisionsbestimmungsmittel 9 aus. Die Umwandlungsmittel 6 geben die Informationen, die das gemessene Drehmoment darstellen, an die Kollisionsbestimmungsmittel 9 aus. Die Kollisionsbestimmungsmittel 9 empfangen die Informationen, die von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3, von den Umwandlungsmitteln 6 und von den Schwellenwertberechnungsmitteln 8 ausgegeben werden. Die Kollisionsbestimmungsmittel 9 bestimmen, dass der Roboter mit einem Objekt kollidieren wird oder kollidiert ist, und stoppen den Roboter, wenn die Differenz zwischen dem von den Umwandlungsmitteln 6 erhaltenen gemessenen Drehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 berechneten geschätzten Drehmoment größer oder gleich dem oberen Grenzwert oder kleiner oder gleich dem unteren Grenzwert ist.
• Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform trifft eine Bestimmung über das Auftreten einer Kollision eines Roboters mit einem Objekt durch Vergleichen einer Differenz mit jedem der durch die Schwellenwertberechnungsmittel 8 berechneten Schwellenwerte, wobei die Differenz zwischen dem auf der Grundlage eines Motorstroms zum Antreiben des Roboters berechneten Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 berechneten geschätzten Wert vorliegt. Die Schwellenwertberechnungsmittel 8 berechnen die Schwellenwerte auf der Grundlage des von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5 trainierten Drehmomentschätzungsfehlermodells. Dadurch wird es der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 ermöglicht, einen Schwellenwert unter Berücksichtigung eines Effekts festzulegen, der durch den Drehmomentschätzungsfehler verursacht wird, der nicht von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 modelliert wurde, wie etwa der Elastizität oder Nicht-Linearität der Reibung des Getriebemechanismus, und ebenfalls unter Berücksichtigung der Variation des Drehmomentschätzungsfehlers. Wenn der Roboter mit einem Objekt kollidiert, kann die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 die Kollision des Roboters mit dem Objekt somit mit relativ hoher Empfindlichkeit bestimmen, während eine Fehldetektion verhindert wird.
• Darüber hinaus beinhaltet die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 die Betriebszustandsberechnungsmittel 4, die eine Zustandsgröße berechnen, die sich auf den Betriebszustand des Roboters bezieht; die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, die das Lernen unter Verwendung der Zustandsgröße, die durch die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 berechnet wurde, als Eingabesignal für die Korrekturfunktion durchführen; und die Schwellenwertberechnungsmittel 8, die einen Schwellenwert auf der Grundlage des Drehmomentschätzungsfehlermodells berechnen, das von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5 trainiert wurde. Dadurch wird es der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 ermöglicht, einen Schwellenwert unter Berücksichtigung eines Effekts festzulegen, der durch den Drehmomentschätzungsfehler verursacht wird, der mit der Zustandsgröße, die sich auf den Betriebszustand des Roboters bezieht, korreliert und nicht von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 modelliert wurde, und ebenfalls unter Berücksichtigung der Variation des Drehmomentschätzungsfehlers. Wenn der Roboter mit einem Objekt in der Nähe des Roboters kollidiert, kann die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 die Kollision des Roboters mit dem Objekt somit mit relativ hoher Empfindlichkeit detektieren, während der Effekt eines Faktors, der nicht modelliert wurde, berücksichtigt wird und gleichzeitig eine Fehldetektion verhindert wird.
• Es ist anzumerken, dass in der ersten Ausführungsform die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 und die Schwellenwertberechnungsmittel 8 die Geschwindigkeit entlang jeder Achse berechnen, die äquivalent zu der Motorgeschwindigkeit ist und in Form der Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus dargestellt ist. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 kann anstelle der Geschwindigkeit entlang jeder Achse, die in Form der Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus dargestellt ist, die Motorgeschwindigkeit als die Werte x1, x2, ..., xn und x* verwenden. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 kann anstelle der Motorgeschwindigkeit entlang jeder Achse die Norm der Motorgeschwindigkeit entlang jeder Achse oder die Norm der Geschwindigkeit entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorgeschwindigkeit ist und in Form der Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus dargestellt ist, als die Werte x1, x2, ..., xn und x* verwenden.
• Zweite Ausführungsform.
• 2 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1A beinhaltet alle in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthaltenen Komponenten mit Ausnahme der Umwandlungsmittel 6. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1A beinhaltet eine Robotersteuervorrichtung 2A, welche die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, die Schwellenwertberechnungsmittel 8 und die Kollisionsbestimmungsmittel 9 beinhaltet, nicht aber die Umwandlungsmittel 6 beinhaltet. Die zweite Ausführungsform wird mit einem Fokus auf Unterschieden zur ersten Ausführungsform beschrieben.
• In der zweiten Ausführungsform wird das gemessene Drehmoment, das ein Messwert des Antriebsdrehmoments entlang jeder Achse des Roboters ist, von einem Drehmomentsensor gemessen, der an einer Antriebseinheit des Roboters bereitgestellt ist. Die Antriebseinheit und der Drehmomentsensor sind in 2 nicht veranschaulicht. Informationen, die das gemessene Drehmoment darstellen, werden durch die Fehlerberechnungsmittel 7 und die Kollisionsbestimmungsmittel 9 empfangen. Die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3 berechnen auf der Grundlage der nachfolgenden Gleichung (5) einen geschätzten Wert des Antriebsdrehmoments ohne das Reibungsdrehmoment der Antriebseinheit oder das Beschleunigungs-/Verlangsamungsdrehmoment dieses Motors. $$\mathrm{\tau =}{\text{M}}_{\text{L}}\left(\text{q}\right)\text{a}+\text{h}\left(\text{q}\text{,v}\right)+\text{g}\left(\text{q}\right)$$

  
• In Gleichung (5) ist M_L(q) die Trägheitsmatrix des Roboters ohne die Trägheit entlang jeder Achse des Abschnitts, der sich näher am Motor als der Drehmomentsensor befindet. Die vorstehende Trägheit beinhaltet die Trägheit des Motors selbst.
• Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 erlernen eine Differenz und eine Variation der Differenz, wobei die Differenz zwischen dem von dem Drehmomentsensor gemessenen Antriebsdrehmoment und einem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 berechneten geschätzten Wert des Antriebsdrehmoments vorliegt. Die Kollisionsbestimmungsmittel 9 treffen eine Bestimmung über das Auftreten einer Kollision des Roboters mit einem Objekt durch Vergleichen der Differenz mit jedem der von den Schwellenwertberechnungsmitteln 8 berechneten Schwellenwerten, wobei die Differenz zwischen dem von dem Drehmomentsensor gemessenen Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 berechneten geschätzten Wert vorliegt.
• Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform kann einen Schwellenwert unter Berücksichtigung eines Effekts eines Faktors des Drehmomentschätzungsfehlers festlegen, der nicht von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 modelliert wurde, wie etwa der Elastizität des Getriebemechanismus und der Spannung von einem Kabel, das mit dem Roboter verbunden ist, und ebenfalls unter Berücksichtigung der Variation des Drehmomentschätzungsfehlers, auf der Grundlage des gemessenen Drehmoments, das von dem Drehmomentsensor erhalten wird, der nicht durch den Motor und durch den Getriebemechanismus beeinflusst ist. Wenn der Roboter mit einem Objekt kollidiert, kann die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1A die Kollision des Roboters mit dem Objekt somit mit relativ hoher Empfindlichkeit bestimmen, während der Effekt eines Faktors, der nicht modelliert wurde, berücksichtigt wird und gleichzeitig eine Fehldetektion verhindert wird.
• Dritte Ausführungsform.
• 1 ist zudem eine Darstellung, welche eine Konfiguration der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. In der ersten Ausführungsform empfangen die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 Informationen, welche die Motorposition darstellen, differenzieren die Motorposition zum Berechnen der Motorgeschwindigkeit und berechnen dann, als eine Betriebszustandsgröße, die Geschwindigkeit entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorgeschwindigkeit ist und in Form der Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus dargestellt ist. In der dritten Ausführungsform empfangen die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 die Informationen, welche die Motorposition darstellen, führen eine Differenzierung zweiter Ordnung der Motorposition zum Berechnen der Motorbeschleunigung durch und berechnen dann, als eine Betriebszustandsgröße, die Beschleunigung entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorbeschleunigung ist und in Form der Ausgabebeschleunigung des Getriebemechanismus dargestellt ist.
• Nach dem Empfang der Informationen, welche die Motorposition darstellen, führen die Schwellenwertberechnungsmittel 8 die gleiche Berechnung wie die Berechnung durch, die durch die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 durchgeführt wurde. Insbesondere führen die Schwellenwertberechnungsmittel 8 eine Differenzierung zweiter Ordnung der Motorposition zum Berechnen der Motorbeschleunigung durch und berechnen die Beschleunigung entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorbeschleunigung ist und in Form der Ausgabebeschleunigung des Getriebemechanismus dargestellt ist. Als Nächstes führen die Schwellenwertberechnungsmittel 8 die Berechnung der Gleichung (2) unter Verwendung der Beschleunigung entlang jeder Achse, die für jede Achse abgeleitet ist, als x* der Gleichung (2) durch. Die Details außer den vorstehenden Details sind die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform beschriebenen und auf eine Beschreibung der Details außer den vorstehenden Details wird daher verzichtet.
• Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform kann den Effekt des Drehmomentschätzungsfehlers entlang jeder Achse, der mit der Beschleunigung entlang jeder Achse oder der Beschleunigungsnorm korreliert, mit relativ hoher Genauigkeit korrigieren.
• Es ist anzumerken, dass die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 und die Schwellenwertberechnungsmittel 8 die Beschleunigung entlang jeder Achse berechnen, die äquivalent zu der Motorbeschleunigung ist und in Form der Ausgabebeschleunigung des Getriebemechanismus dargestellt ist. Die Motorbeschleunigung kann bei der Berechnung der Gleichung (2) oder bei dem Lernen verwendet werden, das in den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5 durchgeführt wird. Anstelle der Motorbeschleunigung entlang jeder Achse kann die Norm der Motorbeschleunigung entlang jeder Achse oder die Norm der Beschleunigung entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorbeschleunigung ist und in Form der Ausgabebeschleunigung des Getriebemechanismus dargestellt ist, als die Werte x1, x2, ..., xn und x* verwendet werden.
• Vierte Ausführungsform.
• 1 ist zudem eine Darstellung, welche eine Konfiguration der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. In der ersten Ausführungsform empfangen die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 Informationen, welche die Motorposition darstellen, differenzieren die Motorposition zum Berechnen der Motorgeschwindigkeit und berechnen dann, als eine Betriebszustandsgröße, die Geschwindigkeit entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorgeschwindigkeit ist und in Form der Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus dargestellt ist. In der vierten Ausführungsform empfangen die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 die Informationen, welche die Motorposition darstellen, differenzieren die Motorposition zum Berechnen der Motorgeschwindigkeit und der Motorbeschleunigung und berechnen dann die Geschwindigkeit entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorgeschwindigkeit ist und in Form der Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus dargestellt ist, und berechnen die Beschleunigung entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorbeschleunigung ist und in Form der Ausgabebeschleunigung des Getriebemechanismus dargestellt ist. Die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 berechnen dann die Betriebszustandsgröße τ auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung (6). Die berechnete Betriebszustandsgröße τ wird bei dem Lernen verwendet, das in den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5 durchgeführt wird. $$\mathrm{\tau }=\text{M}\left(\text{q}\right)\text{a}+\text{h}\left(\text{q}\text{,v}\right)+\text{g}\left(\text{q}\right)$$

  
• Nach dem Empfang der Informationen, welche die Motorposition darstellen, berechnen die Schwellenwertberechnungsmittel 8 die Motorgeschwindigkeit und die Motorbeschleunigung auf ähnliche Weise wie die Betriebszustandsberechnungsmittel 4. Die Schwellenwertberechnungsmittel 8 berechnen die Geschwindigkeit entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorgeschwindigkeit ist und in Form der Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus dargestellt ist, und die Beschleunigung entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorbeschleunigung ist und in Form der Ausgabebeschleunigung des Getriebemechanismus dargestellt ist, und führen die Berechnung der Gleichung (2) unter Verwendung der Komponente entlang jeder Achse der Betriebszustandsgröße τ, die auf der Grundlage von Gleichung (6) berechnet wurde, als x* von Gleichung (2) durch. Die Details außer den vorstehenden Details sind die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform beschriebenen und auf eine Beschreibung der Details außer den vorstehenden Details wird daher verzichtet.
• Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform kann den Effekt des Antriebsdrehmoments entlang jeder Achse oder des Drehmomentschätzungsfehlers entlang jeder Achse in Korrelation mit dem Antriebsdrehmoment, mit relativ hoher Genauigkeit korrigieren.
• Es ist anzumerken, dass die vorstehende Beschreibung davon ausgeht, dass die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 die Summe der Komponenten M(q)a, h(q,v) und g(q) von Gleichung (6) als Betriebszustandsgröße verwenden. Jede der Komponenten M(q)a, h(q,v) und g(q) ist Teil der Komponenten des Antriebsdrehmoments und die Reibungskraft f(v) ist nicht enthalten. Die Summe aus M(q)a, h(q,v) und g(q) ist daher zudem ein Beispiel für einen Teil der Komponenten des Antriebsdrehmoments. Die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 können jedoch eines von M(q)a, h(q,v) und g(q) als Betriebszustandsgröße verwenden. Dies stellt ebenfalls ein Beispiel für die Verwendung eines Teils der Komponenten des Antriebsdrehmoments bereit. Die Schwellenwertberechnungsmittel 8 können die Berechnung der Gleichung (6) durchführen oder das Berechnungsergebnis von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 verwenden. Zusätzlich kann anstelle der Summe der Komponenten M(q)a, h(q,v) und g(q) von Gleichung (6) ebenfalls ein gleicher Betrag wie das Ergebnis der Berechnung von Gleichung (1), die ebenfalls die Reibungskraft f(v) addiert, als Betriebszustandsgröße verwendet werden. Auch wenn ein gleicher Betrag wie das Ergebnis der Berechnung von Gleichung (1) als Betriebszustandsgröße verwendet wird, können die Schwellenwertberechnungsmittel 8 die Berechnung der Gleichung (1) durchführen oder das Berechnungsergebnis von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 verwenden.
• Fünfte Ausführungsform.
• 3 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1B gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1B beinhaltet alle in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthaltenen Komponenten mit Ausnahme der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1B beinhaltet die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3B anstelle der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1B beinhaltet eine Robotersteuervorrichtung 2B, welche die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3B, die Umwandlungsmittel 6, die Schwellenwertberechnungsmittel 8 und die Kollisionsbestimmungsmittel 9 beinhaltet. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1B beinhaltet ferner außerhalb der Robotersteuervorrichtung 2B angeordnete Parameteridentifizierungsmittel 10. Die Parameteridentifizierungsmittel 10 können innerhalb der Robotersteuervorrichtung 2B angeordnet sein. Die fünfte Ausführungsform wird mit einem Fokus auf Unterschieden zur ersten Ausführungsform beschrieben.
• Die Parameteridentifizierungsmittel 10 identifizieren einen Wert eines Parameters der Bewegungsgleichung, die von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3B verwendet wird, auf der Grundlage von vorab gemessenen Daten. Das heißt, die Parameteridentifizierungsmittel 10 identifizieren alle oder einen Teil der Parameter der Bewegungsgleichung des Roboters, die durch Gleichung (1) ausgedrückt ist. Wenn alle Parameter der Bewegungsgleichung des Roboters, die durch Gleichung (1) ausgedrückt ist, zu identifizieren sind, transformieren die Parameteridentifizierungsmittel 10 die Gleichung (1) unter Verwendung eines Vektors p in die nachfolgende Gleichung (7). Der Vektor p beinhaltet die Parameter selbst, wie etwa die Masse, die Position des Schwerpunkts und den Reibungskoeffizienten, oder was als neuer Parameter betrachtet wird, der ein Ergebnis einer Berechnung ist, die unter Verwendung von zwei oder mehr Parametern, wie etwa „Masse × Position des Schwerpunkts“, erhalten wird. Die Parameteridentifizierungsmittel 10 berechnen dann den Parameter p unter Verwendung eines Verfahrens der kleinsten Quadrate auf der Grundlage eines Vektors Y_p, der von der Position, von der Geschwindigkeit und von der Beschleunigung zu jedem entsprechenden Zeitpunkt abgeleitet ist, und des Antriebsdrehmoments τ zum Zeitpunkt der Ableitung des Vektors Y_p. Der berechnete Parameter p wird bei der Berechnung verwendet, die von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3B unter Verwendung von Gleichung (1) durchgeführt wird. Das heißt die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3B berechnen einen geschätzten Wert des Antriebsdrehmoments unter Verwendung der Werte der von den Parameteridentifizierungsmitteln 10 identifizierten Parameter. $$\mathrm{\tau }=\text{M}\left(\text{q}\right)\text{a}+\text{h}\left(\text{q}\text{,v}\right)+\text{g}\left(\text{q}\right)+\text{f}\left(\text{v}\right)={\text{Y}}_{\text{p}}{}^{\text{T}}\text{p}$$

  
• Wenn ein Teil der Parameter der Bewegungsgleichung des Roboters, die durch Gleichung (1) ausgedrückt ist, zu identifizieren ist, transformieren die Parameteridentifizierungsmittel 10 die Bewegungsgleichung aus Gleichung (1) in die nachstehende Gleichung (8), wobei M₀(q), h₀(q,v), g₀(q) bzw. f₀(v) eine Trägheitsmatrix, Zentrifugalkraft, Schwerkraft und Reibungskraft darstellen, die auf der Grundlage der nicht zu identifizierenden Parameter berechnet werden, da bekannte Parameterwerte vorhanden sind, und p₁ einen Vektor darstellt, der die zu identifizierenden Parameter beinhaltet. $$\mathrm{\tau }={\text{M}}_0\left(\text{q}\right)\text{a}+{\text{h}}_0\left(\text{q}\text{,v}\right)+{\text{g}}_0\left(\text{q}\right)+{\text{f}}_0\left(\text{v}\right)+{\text{Y}}_{\text{p1}}{}^{\text{T}}{\text{p}}_1$$

  
• Mit τ₀ sein ein Wert bezeichnet, der durch die nachstehende Gleichung (9) definiert ist. $${\mathrm{\tau }}_0={\text{M}}_0\left(\text{q}\right)\text{a}+{\text{h}}_0\left(\text{q}\text{,v}\right)+{\text{g}}_0\left(\text{q}\right)+{\text{f}}_0\left(\text{v}\right)$$

  
• Die Parameteridentifizierungsmittel 10 berechnen τ₁ = τ - τ₀ auf der Grundlage von τ₀, das von der Position, von der Geschwindigkeit und von der Beschleunigung zu jedem entsprechenden Zeitpunkt abgeleitet ist, und des Antriebsdrehmoments τ zum Zeitpunkt der Ableitung von τ₀ und berechnen den Parameter P₁ unter Verwendung eines Verfahrens der kleinsten Quadrate zusammen mit Y_p1, das von der Position, von der Geschwindigkeit und von der Beschleunigung zu jedem entsprechenden Zeitpunkt abgeleitet ist. Der berechnete Parameter p₁ wird bei der Berechnung verwendet, die von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3B unter Verwendung von Gleichung (1) durchgeführt wird. Die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3B unterscheiden sich von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 dadurch, dass die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3B den berechneten Parameter p oder den berechneten Parameter p₁ verwenden.
• Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1B gemäß der fünften Ausführungsform verbessert die Genauigkeit der Parameterwerte eines Modells, das sich auf ein dynamisches Merkmal des Roboters bezieht, und wenn der Roboter mit einem Objekt kollidiert, kann sie die Kollision des Roboters mit dem Objekt mit einer relativ hohen Empfindlichkeit detektieren, während eine Fehldetektion verhindert wird. Wenn der Roboter mit einem Objekt kollidiert, kann die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1B darüber hinaus die Kollision des Roboters mit dem Objekt mit relativ hoher Empfindlichkeit detektieren, während eine Fehldetektion auch dann verhindert wird, wenn die vorstehenden Parameterwerte unbekannt sind.
• Sechste Ausführungsform.
• 4 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1C gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1C beinhaltet alle in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthaltenen Komponenten mit Ausnahme der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1C beinhaltet die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3C anstelle der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1C beinhaltet ferner Online-Parameteridentifizierungsmittel 11. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1C beinhaltet eine Robotersteuervorrichtung 2C, welche die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3C, die Umwandlungsmittel 6, die Schwellenwertberechnungsmittel 8, die Kollisionsbestimmungsmittel 9 und die Online-Parameteridentifizierungsmittel 11 beinhaltet. Die sechste Ausführungsform wird mit einem Fokus auf Unterschieden zur ersten Ausführungsform beschrieben.
• Die Online-Parameteridentifizierungsmittel 11 identifizieren einen Wert eines Parameters der Bewegungsgleichung, die von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3C verwendet wird, auf der Grundlage von Daten während des Betriebs des Roboters. Beispielsweise verwendet die Online-Parameteridentifizierungsmittel 11 eine adaptive Identifizierungstechnik, um während des Betriebs des Roboters unter den Parametern der Bewegungsgleichung der Gleichung (1) einen Wert eines Parameters mit einem unbekannten Wert und einen Wert eines Parameters mit einem während des Betriebs des Roboters variablen Wert zu identifizieren. Die Online-Parameteridentifizierungsmittel 11 identifizieren alle oder einen Teil der Parameter der Bewegungsgleichung des Roboters, die durch Gleichung (1) ausgedrückt ist.
• Wenn alle Parameter der Bewegungsgleichung des Roboters, die durch die Gleichung (1) ausgedrückt ist, zu identifizieren sind, führen die Online-Parameteridentifizierungsmittel 11 eine Identifizierung auf der Grundlage der nachstehenden Gleichungen (10), (11) und (12) durch, wobei τ[k] bzw. Y_p[k] τ und Y_p von Gleichung (7) in einer k-ten Identifizierungsperiode darstellen, p[k] den identifizierten Wert von p in der k-ten Identifizierungsperioden darstellt und moit die Identifizierungsperiode darstellt. Es ist anzumerken, dass k eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis n ist. $$\text{R}\left[\text{k}\right]=\text{R}\left[\text{k}-1\right]+\text{moit*}\left(-\text{k1*R}\left[\text{k}-1\right]+{\text{Y}}_{\text{p}}\left[\text{k}\right]{\text{Y}}_{\text{p}}{\left[\text{k}\right]}^{\text{T}}\right)$$

  

  $$\text{r}\left[\text{k}\right]=\text{r}\left[\text{k}-1\right]+\text{moit*}\left(-\text{k1*r}\left[\text{k}-1\right]+\mathrm{\tau }\left[\text{k}\right]*{\text{Y}}_{\text{p}}\left[\text{k}\right]\right)$$

  

  $$\text{p}\left[\text{k}\right]=\text{p}\left[\text{k}-1\right]-\text{moit*G1}\cdot \left(\text{R}\left[\text{k}\right]\cdot \text{p}\left[\text{k}-1\right]-\text{r}\left[\text{k}\right]\right)$$

  

  k1 ist ein Gewichtungsfaktor zum Einstellen der Identifizierungsgeschwindigkeit und G1 ist eine Verstärkungsmatrix zum Einstellen der Identifizierungsgeschwindigkeit.
• Wenn ein Teil der Parameter der Bewegungsgleichung des Roboters, die durch die Gleichung (1) ausgedrückt ist, zu identifizieren ist, verwenden die Online-Parameteridentifizierungsmittel 11 in den Gleichungen (10), (11) und (12) τ₁ anstelle von τ und Y_p1 anstelle von Y_p, um den Parameter p₁ anstelle von p zu identifizieren. Die Online-Parameteridentifizierungsmittel 11 geben Informationen, welche die identifizierten Parameterwerte darstellen, an die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3C aus. Die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3C empfangen die Informationen, die von den Online-Parameteridentifizierungsmitteln 11 ausgegeben wurden, und verwenden die in den empfangenen Informationen dargestellten Parameterwerte bei der Berechnung der Bewegungsgleichung. Das heißt, die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3C verwenden die Werte, die von den Online-Parameteridentifizierungsmitteln 11 identifiziert wurden, um einen geschätzten Wert des Antriebsdrehmoments zu berechnen. Die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3C unterscheiden sich von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3 dadurch, dass die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3C die Werte, die von den Online-Parameteridentifizierungsmitteln 11 identifiziert wurden, verwenden, um einen geschätzten Wert des Antriebsdrehmoments zu berechnen. Es ist anzumerken, dass die Online-Parameteridentifizierungsmittel 11 Informationen, welche sequenziell aktualisierte Parameterwerte darstellen, an die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3C ausgeben.
• Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1C gemäß der sechsten Ausführungsform verbessert die Genauigkeit der Parameterwerte eines Modells, das sich auf ein dynamisches Merkmal des Roboters bezieht, und wenn der Roboter mit einem Objekt kollidiert, kann sie die Kollision des Roboters mit dem Objekt mit einer relativ hohen Empfindlichkeit detektieren, während eine Fehldetektion auch dann verhindert wird, wenn der Wert des Parameters, der sich auf ein dynamisches Merkmal des Roboters bezieht, während des Betriebs des Roboters variiert.
• Siebte Ausführungsform.
• 1 ist zudem eine Darstellung, welche eine Konfiguration der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform veranschaulicht. In der ersten Ausführungsform empfangen die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 die Informationen, welche die Motorposition darstellen, differenzieren die Motorposition zum Berechnen der Motorgeschwindigkeit und berechnen dann, als eine Betriebszustandsgröße, die Geschwindigkeit entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorgeschwindigkeit ist und in Form der Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus dargestellt ist. In der siebten Ausführungsform empfangen die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 Informationen, welche die Motorposition darstellen, differenzieren die Motorposition zum Berechnen der Motorgeschwindigkeit und der Motorbeschleunigung und berechnen dann die Geschwindigkeit entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorgeschwindigkeit ist und in Form der Ausgabegeschwindigkeit des Getriebemechanismus dargestellt ist, und die Beschleunigung entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorbeschleunigung ist und in Form der Ausgabebeschleunigung des Getriebemechanismus dargestellt ist. Die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 berechnen einen Vektor, der die Geschwindigkeit entlang jeder Achse und die Beschleunigung entlang jeder Achse beinhaltet, als Betriebszustandsgröße.
• Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform, bei der die Eingabe für die Kernel-Funktion, die von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5 und von den Schwellenwertberechnungsmitteln 8 verwendet wird, Elemente einer skalaren Größe aufweist, sind die entsprechenden Elemente in der siebten Ausführungsform jeweils eine Vektorgröße. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform kann den Effekt des Drehmomentschätzungsfehlers entlang jeder Achse, der sowohl mit der Beschleunigung als auch der Geschwindigkeit entlang jeder Achse korreliert, mit relativ hoher Genauigkeit korrigieren.
• Die vektorielle Beschleunigung kann durch einen Wert ersetzt werden, der durch Multiplikation mit einen Gewichtungsfaktor der Beschleunigung entlang jeder Achse, die äquivalent zu der Motorbeschleunigung ist und in Form der Ausgabebeschleunigung des Getriebemechanismus dargestellt ist, erhalten wird. Die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 können als Betriebszustandsgröße einen Vektor berechnen, der nicht nur die Geschwindigkeit und die Beschleunigung jeder zu erlernenden Achse, sondern auch die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen entlang aller Achsen beinhaltet. Die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 können als Betriebszustandsgröße einen Vektor berechnen, der die Positionen entlang aller Achsen, die Geschwindigkeiten entlang aller Achsen und die Ergebnisse der Multiplikation der Beschleunigungen entlang aller Achsen mit einer Gewichtung beinhaltet.
• Achte Ausführungsform.
• 5 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1D gemäß einer achten Ausführungsform veranschaulicht. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1D beinhaltet alle in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthaltenen Komponenten mit Ausnahme der Schwellenwertberechnungsmittel 8. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1D beinhaltet die Schwellenwertberechnungsmittel 8D anstelle der Schwellenwertberechnungsmittel 8. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1D beinhaltet eine Robotersteuervorrichtung 2D, welche die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, die Umwandlungsmittel 6, die Schwellenwertberechnungsmittel 8D und die Kollisionsbestimmungsmittel 9 beinhaltet. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1D beinhaltet ferner außerhalb der Robotersteuervorrichtung 2D angeordnete Näherungsfunktionstrainingsmittel 12. Die achte Ausführungsform wird mit einem Fokus auf Unterschieden zur ersten Ausführungsform beschrieben.
• Die Näherungsfunktionstrainingsmittel 12 trainieren eine Näherungsfunktion auf der Grundlage des von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5 trainierten Drehmomentschätzungsfehlermodells. Insbesondere empfangen die Näherungsfunktionstrainingsmittel 12 Gleichung (2) zum Berechnen einer vorhergesagten Verteilung und von Daten, die zum Ableiten von Gleichung (2) verwendet werden. Wenn zusätzliche Daten hinzugefügt werden, empfangen die Näherungsfunktionstrainingsmittel 12 zudem eine Ausgabe von den Betriebszustandsberechnungsmitteln 4. Die Näherungsfunktionstrainingsmittel 12 erhalten durch Lernen eine Näherungsfunktion, die einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert eines Bereichs von ±2σ eines geschätzten Werts des Drehmomentschätzungsfehlers ausgibt, unter Verwendung der Funktion und der Parameter, die in Gleichung (2) enthalten sind, der Daten, die für das Lernen durch die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 verwendet werden, und der neu hinzugefügten Daten von den Betriebszustandsberechnungsmitteln 4. Beispielsweise ist die Näherungsfunktion ein vorwärtsgekoppeltes neuronales Netz oder ein rekurrentes neuronales Netz.
• Nach dem Durchführen des Trainings geben die Näherungsfunktionstrainingsmittel 12 Informationen, welche die trainierte Näherungsfunktion darstellen, an die Schwellenwertberechnungsmittel 8D aus. Die Schwellenwertberechnungsmittel 8D berechnen die Schwellenwerte unter Verwendung der von den Näherungsfunktionstrainingsmitteln 12 trainierten Näherungsfunktion. Das heißt, die Schwellenwertberechnungsmittel 8D berechnen die Schwellenwerte unter Verwendung der von den Näherungsfunktionstrainingsmitteln 12 abgeleiteten Näherungsfunktion. Nach dem Empfang der Informationen, welche die Motorposition darstellen, führen die Schwellenwertberechnungsmittel 8D insbesondere die gleiche Berechnung wie die Berechnung durch, die durch die Betriebszustandsberechnungsmittel 4 durchgeführt wurde, geben das Berechnungsergebnis in die von den Näherungsfunktionstrainingsmitteln 12 erhaltene Näherungsfunktion ein und geben das Berechnungsergebnis der Näherungsfunktion an die Kollisionsbestimmungsmittel 9 als den höheren und den unteren Schwellenwert aus. Der höhere Schwellenwert ist der vorstehende obere Grenzwert und der untere Schwellenwert ist der vorstehende untere Grenzwert. Die Details außer den vorstehenden Details sind die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform beschriebenen und auf eine Beschreibung der Details außer den vorstehenden Details wird daher verzichtet.
• Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1D gemäß der achten Ausführungsform verwendet eine Näherungsfunktion anstelle eines Drehmomentschätzungsfehlermodells zum Berechnen der Schwellenwerte und kann somit den Betrag der Berechnung der Schwellenwerte auf ein relative geringes Niveau reduzieren, wodurch es ermöglicht wird, die Schwellenwerte in einer relativ kurzen Zeit zu berechnen.
• Neunte Ausführungsform.
• 6 ist eine Darstellung, welche eine Konfiguration einer Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1E gemäß einer neunten Ausführungsform veranschaulicht. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1E beinhaltet alle in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthaltenen Komponenten mit Ausnahme der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 und der Schwellenwertberechnungsmittel 8. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1E beinhaltet die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5E anstelle der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 und die Schwellenwertberechnungsmittel 8E anstelle der Schwellenwertberechnungsmittel 8. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1E beinhaltet ferner Temperaturmessmittel 13, welche die Temperatur messen. Beispielsweise handelt es sich bei den Temperaturmessmitteln 13 um einen Temperatursensor, der an einem Codierer zum Messen des Winkels des Motors jeder Achse des Roboters befestigt ist. Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1E beinhaltet eine Robotersteuervorrichtung 2E, welche die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, die Umwandlungsmittel 6, die Schwellenwertberechnungsmittel 8E, die Kollisionsbestimmungsmittel 9 und die Temperaturmessmittel 13 beinhaltet. Die neunte Ausführungsform wird mit einem Fokus auf Unterschieden zur ersten Ausführungsform beschrieben.
• Wenn die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1E das Lernen durchführt, geben die Temperaturmessmittel 13 Informationen, die eine gemessene Temperatur darstellen, an die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5E aus. Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5E führen das Lernen unter Verwendung der von den Temperaturmessmitteln 13 gemessenen Temperatur durch. In der ersten Ausführungsform verwenden die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5 beim Durchführen des Lernens die Geschwindigkeit entlang jeder Achse des Roboters als Eingabe für die Gauß-Prozess-Regression. Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5E verwenden einen Vektor, der die Geschwindigkeit entlang jeder Achse und die Temperatur jeder Achse beinhaltet, als Eingabe für die Gauß-Prozess-Regression für jede Achse des Roboters. Die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5E unterscheiden sich von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5 dadurch, dass die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5E einen Vektor, der die Geschwindigkeit entlang jeder Achse und die Temperatur jeder Achse beinhaltet, als Eingabe für die Gauß-Prozess-Regression für jede Achse des Roboters verwenden. Die vorstehende Temperatur jeder Achse kann durch einen Wert ersetzt werden, der durch Multiplikation der vorstehenden Temperatur jeder Achse mit einem Gewichtungsfaktor erhalten wird.
• Wenn die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1E bestimmt, ob eine Kollision zwischen dem Roboter und einem Objekt während des Betriebs des Roboters aufgetreten ist, geben die Temperaturmessmittel 13 Informationen, welche die gemessene Temperatur darstellen, an die Schwellenwertberechnungsmittel 8E aus. Die Schwellenwertberechnungsmittel 8E berechnen die Schwellenwerte unter Verwendung der von den Temperaturmessmitteln 13 gemessenen Temperatur. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform, bei welcher die Eingabe für die Kernel-Funktion, die von den Schwellenwertberechnungsmitteln 8 verwendet wird, Elemente der Geschwindigkeit entlang jeder Achse aufweist, verwenden die Schwellenwertberechnungsmittel 8E einen Vektor, der die Geschwindigkeit entlang jeder Achse und die Temperatur jeder Achse beinhaltet. Die Schwellenwertberechnungsmittel 8E berechnen die Schwellenwerte unter Verwendung der von den Temperaturmessmitteln 13 gemessenen Temperatur. Die Schwellenwertberechnungsmittel 8E unterscheiden sich von den Schwellenwertberechnungsmitteln 8 dadurch, dass die Schwellenwertberechnungsmittel 8E die von den Temperaturmessmitteln 13 gemessene Temperatur zum Berechnen der Schwellenwerte verwenden. Wenn die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5E einen Wert, der durch Multiplikation der Temperatur jeder Achse mit einem Gewichtungsfaktor erhalten wird, zum Durchführen des Lernens verwenden, verwenden die Schwellenwertberechnungsmittel 8E einen Vektor, der die Geschwindigkeit entlang jeder Achse und den durch Multiplikation der Temperatur jeder Achse mit einem Gewichtungsfaktor erhaltenen Wert beinhaltet. Die Details außer den vorstehenden Details sind die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform beschriebenen und auf eine Beschreibung der Details außer den vorstehenden Details wird daher verzichtet.
• Die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1E gemäß der neunten Ausführungsform kann den Effekt des Drehmomentschätzungsfehlers entlang jeder Achse, der mit der Temperatur jeder Achse korreliert, mit relativ hoher Genauigkeit verbessern und wenn der Roboter mit einem Objekt kollidiert, kann sie somit die Kollision des Roboters mit dem Objekt mit einer relativ hohen Empfindlichkeit detektieren, während eine Fehldetektion verhindert wird.
• 7 ist eine Darstellung, welche einen Prozessor 71 veranschaulicht, wenn mindestens ein Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9, die in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthalten sind, in dem Prozessor 71 umgesetzt wird. Das heißt, die Funktionalität von mindestens einem Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9 kann in dem Prozessor 71 umgesetzt sein, der ein in einem Speicher 72 gespeichertes Programm ausführt.
• Der Prozessor 71 ist eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit - CPU), eine Verarbeitungseinheit, eine Recheneinheit, ein Mikroprozessor oder ein digitaler Signalprozessor (DSP). In 7 ist ebenfalls der Speicher 72 veranschaulicht.
• Wenn die Funktionalität von mindestens einem Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9 in dem Prozessor 71 umgesetzt ist, ist die Funktionalität von mindestens dem Teil in dem Prozessor 71 durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware umgesetzt. Die Software oder Firmware ist als ein Programm beschrieben und ist im Speicher 72 gespeichert. Der Prozessor 71 liest ein Programm, das in dem Speicher 72 gespeichert ist, aus und führt es aus und setzt dadurch die Funktionalität von mindestens einem Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9 um.
• Wenn die Funktionalität von mindestens einem Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9 in dem Prozessor 71 umgesetzt ist, beinhaltet die Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 den Speicher 72 zum Speichern eines Programms, das den Prozessor 71 dazu veranlasst, mindestens einen Teil der Schritte durchzuführen, die von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3, den Betriebszustandsberechnungsmittel 4, den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5, den Umwandlungsmitteln 6, den Fehlerberechnungsmitteln 7, den Schwellenwertberechnungsmitteln 8 und den Kollisionsbestimmungsmitteln 9 durchzuführen sind. Es kann auch gesagt werden, dass das Programm, das in dem Speicher 72 gespeichert ist, einen Computer dazu veranlasst, mindestens einen Teil des Vorgangs oder Verfahrens durchzuführen, der/das von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln 3, den Betriebszustandsberechnungsmittel 4, den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln 5, den Umwandlungsmitteln 6, den Fehlerberechnungsmitteln 7, den Schwellenwertberechnungsmitteln 8 und den Kollisionsbestimmungsmitteln 9 durchzuführen ist.
• Der Speicher 72 ist zum Beispiel ein nicht flüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie etwa ein Direktzugriffsspeicher (random access memory - RAM), ein Festwertspeicher (read-only memory - ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (erasable programmable read-only memory - EPROM) oder ein elektrisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (electrically erasable programmable read-only memory - EEPROM) (eingetragenes Warenzeichen); eine Magnetplatte, eine flexible Platte, eine optische Platte, eine Compact Disc, eine MiniDisc, eine Digital Versatile Disk (DVD) oder dergleichen.
• 8 ist eine Darstellung, welche eine Verarbeitungsschaltung 81 veranschaulicht, wenn mindestens ein Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9, die in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthalten sind, in der Verarbeitungsschaltung 81 umgesetzt wird. Das heißt, mindestens ein Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9 kann in der Verarbeitungsschaltung 81 umgesetzt sein.
• Die Verarbeitungsschaltung 81 ist ein dediziertes Hardwareelement. Die Verarbeitungsschaltung 81 ist zum Beispiel eine Einzelschaltung, ein Satz mehrerer Schaltungen, ein programmierter Prozessor, ein parallel programmierter Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application specific integrated circuit - ASIC), eine feldprogrammierbare Gatter-Anordnung (field-programmable gate array - FPGA) oder eine Kombination daraus.
• Ein Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9 kann in einem dedizierten Hardwareelement umgesetzt sein, das von einem dedizierten Hardwareelement des Rests getrennt ist.
• Mehrere Funktionalitäten der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9 können so umgesetzt sein, dass ein Teil der mehreren Funktionalitäten in Software oder Firmware umgesetzt ist und der Rest der mehreren Funktionalitäten in einem dedizierten Hardwareelement umgesetzt ist. Somit können mehrere Funktionalitäten der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9 in Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination daraus umgesetzt sein.
• Die Funktionalität von mindestens einem Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9, die in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform enthalten sind, kann in einem Prozessor umgesetzt sein, der ein in einem Speicher gespeichertes Programm ausführt. Ein solcher Speicher ist ein dem Speicher 72 ähnlicher Speicher, und ein solcher Prozessor ist ein dem Prozessor 71 ähnlicher Prozessor. Mindestens ein Teil der vorstehend beschriebenen Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9 kann in einer Verarbeitungsschaltung umgesetzt sein. Eine solche Verarbeitungsschaltung ist eine der Verarbeitungsschaltung 81 ähnliche Verarbeitungsschaltung.
• Die Funktionalität von mindestens einem Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9, die in jeder der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtungen gemäß der dritten, vierten und siebten Ausführungsform enthalten sind, kann in einem Prozessor umgesetzt sein, der ein in einem Speicher gespeichertes Programm ausführt. Ein solcher Speicher ist ein dem Speicher 72 ähnlicher Speicher, und ein solcher Prozessor ist ein dem Prozessor 71 ähnlicher Prozessor. Mindestens ein Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8 und der Kollisionsbestimmungsmittel 9, die in jeder der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtungen gemäß der dritten, vierten und siebten Ausführungsform enthalten sind, kann in einer Verarbeitungsschaltung umgesetzt sein. Eine solche Verarbeitungsschaltung ist eine der Verarbeitungsschaltung 81 ähnliche Verarbeitungsschaltung.
• Die Funktionalität von mindestens einem Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3B, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8, der Kollisionsbestimmungsmittel 9 und der Parameteridentifizierungsmittel 10, die in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1B gemäß der fünften Ausführungsform enthalten sind, kann in einem Prozessor umgesetzt sein, der ein in einem Speicher gespeichertes Programm ausführt. Ein solcher Speicher ist ein dem Speicher 72 ähnlicher Speicher, und ein solcher Prozessor ist ein dem Prozessor 71 ähnlicher Prozessor. Mindestens ein Teil der vorstehend beschriebenen Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3B, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8, der Kollisionsbestimmungsmittel 9 und der Parameteridentifizierungsmittel 10 kann in einer Verarbeitungsschaltung umgesetzt sein. Eine solche Verarbeitungsschaltung ist eine der Verarbeitungsschaltung 81 ähnliche Verarbeitungsschaltung.
• Die Funktionalität von mindestens einem Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3C, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8, der Kollisionsbestimmungsmittel 9 und der Online-Parameteridentifizierungsmittel 11, die in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1C gemäß der sechsten Ausführungsform enthalten sind, kann in einem Prozessor umgesetzt sein, der ein in einem Speicher gespeichertes Programm ausführt. Ein solcher Speicher ist ein dem Speicher 72 ähnlicher Speicher, und ein solcher Prozessor ist ein dem Prozessor 71 ähnlicher Prozessor. Mindestens ein Teil der vorstehend beschriebenen Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3C, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8, der Kollisionsbestimmungsmittel 9 und der Online-Parameteridentifizierungsmittel 11 kann in einer Verarbeitungsschaltung umgesetzt sein. Eine solche Verarbeitungsschaltung ist eine der Verarbeitungsschaltung 81 ähnliche Verarbeitungsschaltung.
• Die Funktionalität von mindestens einem Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8D, der Kollisionsbestimmungsmittel 9 und der Näherungsfunktionstrainingsmittel 12, die in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1D gemäß der achten Ausführungsform enthalten sind, kann in einem Prozessor umgesetzt sein, der ein in einem Speicher gespeichertes Programm ausführt. Ein solcher Speicher ist ein dem Speicher 72 ähnlicher Speicher, und ein solcher Prozessor ist ein dem Prozessor 71 ähnlicher Prozessor. Mindestens ein Teil der vorstehend beschriebenen Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8D, der Kollisionsbestimmungsmittel 9 und der Näherungsfunktionstrainingsmittel 12 kann in einer Verarbeitungsschaltung umgesetzt sein. Eine solche Verarbeitungsschaltung ist eine der Verarbeitungsschaltung 81 ähnliche Verarbeitungsschaltung.
• Die Funktionalität von mindestens einem Teil der Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5E, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8E, der Kollisionsbestimmungsmittel 9 und der Temperaturmessmittel 13, die in der Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung 1E gemäß der neunten Ausführungsform enthalten sind, kann in einem Prozessor umgesetzt sein, der ein in einem Speicher gespeichertes Programm ausführt. Ein solcher Speicher ist ein dem Speicher 72 ähnlicher Speicher, und ein solcher Prozessor ist ein dem Prozessor 71 ähnlicher Prozessor. Mindestens ein Teil der vorstehend beschriebenen Antriebsdrehmomentberechnungsmittel 3, der Betriebszustandsberechnungsmittel 4, der Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel 5E, der Umwandlungsmittel 6, der Fehlerberechnungsmittel 7, der Schwellenwertberechnungsmittel 8E, der Kollisionsbestimmungsmittel 9 und der Temperaturmessmittel 13 kann in einer Verarbeitungsschaltung umgesetzt sein. Eine solche Verarbeitungsschaltung ist eine der Verarbeitungsschaltung 81 ähnliche Verarbeitungsschaltung.
• Die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen sind lediglich Beispiele. Diese Konfigurationen können mit einer anderen bekannten Technologie kombiniert werden und es können Konfigurationen unterschiedlicher Ausführungsform miteinander kombiniert werden. Darüber hinaus kann ein Teil der Konfigurationen weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Geist davon abzuweichen.
• Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E

Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung;

2, 2A, 2B, 2C, 2D,2E

Robotersteuervorrichtung;

3, 3B, 3C

Antriebsdrehmomentberechnungsmittel;

4

Betriebszustandsberechnungsmittel;

5, 5E

Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel;

5a

Trainingsmittel;

6

Umwandlungsmittel;

7

Fehlerberechnungsmittel;

8, 8D, 8E

Schwellenwertberechnungsmittel;

9

Kollisionsbestimmungsmittel;

10

Parameteridentifizierungsmittel;

11

Online-Parameteridentifizierungsmittel;

12

Näherungsfunktionstrainingsmittel;

13

Temperaturmessmittel;

71

Prozessor;

72

Speicher;

81

Verarbeitungsschaltung.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2016511699 [0004]

Claims (12)

1. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung, umfassend: Antriebsdrehmomentberechnungsmittel zum Berechnen eines geschätzten Werts des Antriebsdrehmoments eines Roboters; Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel zum Erlernen einer Differenz und einer Variation der Differenz, wobei die Differenz zwischen dem auf der Grundlage eines Motorstroms zum Antreiben des Roboters berechneten Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln berechneten geschätzten Wert vorliegt; Schwellenwertberechnungsmittel zum Berechnen eines Schwellenwerts auf der Grundlage eines von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln trainierten Drehmomentschätzungsfehlermodells; und Kollisionsbestimmungsmittel zum Treffen einer Bestimmung über das Auftreten einer Kollision des Roboters mit einem Objekt durch Vergleichen der Differenz mit dem von den Schwellenwertberechnungsmitteln berechneten Schwellenwert, wobei die Differenz zwischen dem auf der Grundlage des Motorstroms zum Antreiben des Roboters berechneten Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln berechneten geschätzten Wert vorliegt.
2. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung, umfassend: Antriebsdrehmomentberechnungsmittel zum Berechnen eines geschätzten Werts des Antriebsdrehmoments eines Roboters; Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel zum Erlernen einer Differenz und einer Variation der Differenz, wobei die Differenz zwischen dem von einem Drehmomentsensor, der an einer Antriebseinheit des Roboters bereitgestellt ist, gemessenen Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln berechneten geschätzten Wert vorliegt; Schwellenwertberechnungsmittel zum Berechnen eines Schwellenwerts auf der Grundlage eines von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln trainierten Drehmomentschätzungsfehlermodells; und Kollisionsbestimmungsmittel zum Treffen einer Bestimmung über das Auftreten einer Kollision des Roboters mit einem Objekt durch Vergleichen der Differenz mit dem von den Schwellenwertberechnungsmitteln berechneten Schwellenwert, wobei die Differenz zwischen dem von dem Drehmomentsensor gemessenen Antriebsdrehmoment und dem von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln berechneten geschätzten Wert vorliegt.
3. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel Trainingsmittel beinhalten, die eine nicht parametrische Technik verwenden.
4. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Trainingsmittel Gauß-Prozess-Regression verwenden.
5. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: Parameteridentifizierungsmittel zum Identifizieren, auf der Grundlage von vorab gemessenen Daten, eines Werts eines Parameters einer Bewegungsgleichung, die von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln zu verwenden ist, wobei die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel den geschätzten Wert unter Verwendung des von den Parameteridentifizierungsmitteln identifizierten Werts berechnen.
6. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: Online-Parameteridentifizierungsmittel zum Identifizieren, auf der Grundlage von Daten während des Betriebs des Roboters, eines Werts eines Parameters einer Bewegungsgleichung, die von den Antriebsdrehmomentberechnungsmitteln zu verwenden ist, wobei die Antriebsdrehmomentberechnungsmittel den von den Online-Parameteridentifizierungsmitteln identifizierten Wert zum Berechnen des geschätzten Werts verwenden.
7. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: Betriebszustandsberechnungsmittel zum Berechnen einer Zustandsgröße, die sich auf einen Betriebszustand des Roboters bezieht, wobei die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel Lernen unter Verwendung der Zustandsgröße, die von den Betriebszustandsberechnungsmitteln berechnet wurde, als ein Eingabesignal für eine Korrekturfunktion durchführen.
8. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Betriebszustandsberechnungsmittel die Zustandsgröße, die Informationen über eine Motorgeschwindigkeit beinhaltet, berechnen.
9. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Betriebszustandsberechnungsmittel die Zustandsgröße, die Informationen über eine Motorbeschleunigung beinhaltet, berechnen.
10. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Betriebszustandsberechnungsmittel die Zustandsgröße, die einen Teil von Komponenten des Antriebsdrehmoments des Roboters beinhaltet, berechnen.
11. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend: Näherungsfunktionstrainingsmittel zum Trainieren einer Näherungsfunktion auf der Grundlage des von den Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmitteln trainierten Drehmomentschätzungsfehlermodells, wobei die Schwellenwertberechnungsmittel den Schwellenwert unter Verwendung der von den Näherungsfunktionstrainingsmitteln abgeleiteten Näherungsfunktion berechnen.
12. Roboterkollisionsdetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: Temperaturmessmittel zum Messen einer Temperatur, wobei die Drehmomentschätzungsfehlermodelltrainingsmittel Lernen unter Verwendung der von den Temperaturmessmitteln gemessenen Temperatur durchführen, und die Schwellenwertberechnungsmittel den Schwellenwert unter Verwendung der von den Temperaturmessmitteln gemessenen Temperatur berechnen.

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