根据力而动作的机器人的机器人控制装置及机器人系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据作用于机器人的力而使机器人移动的机器人控制装置和包含该机器人及该机器人控制装置的机器人系统。
【背景技术】
[0002]作为通过使力作用于机器人，而使机器人移动的机器人的操作方法、使机器人移动并示教位置的方法，已知有直接示教。利用这种方法，相对于机器人使力作用于所希望的移动方向而直接进行引导，由此能够使机器人移动至正交坐标系上的所希望的位置及/或姿势。
[0003]作为与此相关的技术，在日本特开昭56 - 085106号公报中公开有如下方法，当对安装在机器人臂部前端的力检测器的手动操作部进行操作时，以由力检测器产生的信号为基准，使机器人臂部前端的位置、姿势移动。
[0004]另外，在日本特开平06 - 250728号公报中公开有机器人的直接示教装置，其通过设置于机器人的力传感器，检测出施加于末端执行器的人为的力，当使用通过该检测而得到的力信号对机器人手臂的动作进行控制时，仅向由操作方向设定单元设定的方向引导机器人手臂。
[0005]日本特开昭56- 085106号公报所记载的方法是根据力而使机器人前端部在正交坐标系上的位置及/或姿势移动的方法。此时，因力控制的响应性的设定、移动的方式，有时姿势的移动动作变得不稳定。而且，在日本特开昭56 - 085106号公报中，在直接示教中未记载使各轴的位置移动的方法、单元。
[0006]可以理解为日本特开平06 - 250728号公报所记载的装置，在通过直接示教而使机器人移动时，限制针对机器人前端在笛卡尔坐标系上的关于位置及/或姿势的方向的移动方向，使其仅向所限制的方向移动，由此使操作性提高。但是，在日本特开平06 - 250728号公报中，未提出稳定地使机器人的姿势变化的方法、使各轴的位置移动的方法。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的是提供机器人控制装置和包含该机器人控制装置及该机器人的机器人系统，该机器人控制装置能够更稳定地进行通过使力作用于机器人的前端部而引起的该前端部的姿势的变更，并且通过变更机器人的前端部的正交坐标系上的姿势，而能够使各轴移动至所希望的位置。
[0008]为了达成上述目的，本发明的一个方式是提供一种机器人控制装置，根据作用于机器人的力，使上述机器人移动，上述机器人控制装置的特征在于，具备:测力部，测量作用于上述机器人的前端部的力；控制点设定部，针对上述机器人设定控制点；力计算部，以上述测力部测量出的力为基准，计算出上述控制点的控制坐标系上的力；以及操作指令部，根据由上述力计算部计算出的上述控制坐标系上的力，针对上述机器人输出进行以上述控制点为旋转中心的旋转移动的指令，上述机器人具有通过依次组合包含至少三个旋转轴的三个以上的轴而构成的构造，并且具有上述三个旋转轴的旋转中心线以作为上述三个旋转轴内的一个的中心线交叉轴的原点为交点而相交的构造，上述控制点设定部将上述中心线交叉轴的原点设定为控制点。
[0009]在优选的实施方式中，上述机器人具有:台座；以及在上述三个旋转轴中最靠近上述台座的旋转轴和上述台座之间至少一个的轴，上述机器人是如下构成的垂直多关节型机器人:根据上述至少一个轴的位置，来确定上述中心线交叉轴的原点的空间上的位置。
[0010]在优选的实施方式中，上述操作指令部根据由上述力计算部计算出的上述控制坐标系上的力，针对上述机器人输出进行以上述控制点为旋转中心的旋转移动、以及平移移动的指令。
[0011]本发明的其它形式是提供一种机器人系统，其包含上述机器人控制装置和上述机器人。
【附图说明】
[0012]参照附图对以下优选的实施方式进行说明将会使本发明的上述或其它的目的、特征及优点变得明确。其中:
[0013]图1是表示具备由本发明一个实施方式所涉及的机器人控制装置控制的机器人的机器人系统的示意结构的图。
[0014]图2是功能性地表示本发明一个实施方式所涉及的机器人控制装置的结构的图。
[0015]图3是表示本发明一个实施方式所涉及的机器人控制装置的处理的一个例子的流程图。
【具体实施方式】
[0016]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，为了便于理解，适当变更附图中的比例尺。
[0017]在本申请说明书中，“力”是指除非另有规定，其是包含力的平移方向成分及力矩成分的力，“位置及/或姿势”是指包含位置及姿势的至少一方。另外，“轴”是指构成机器人的连结连杆和连杆的关节部分，其为改变连杆和连杆的位置关系、角度关系的部分。例如，通过改变轴的位置(旋转轴的情况下的位置为角度)，能够改变连杆和连杆的位置关系，能够改变机器人前端部的位置及/或姿势。另外，也可以在与成为轴的部分不同的部位上配置使轴的位置移动的驱动器。而且，“力控制增益”是指在根据所作用的力而使机器人移动的力控制中，用于以所作用的力的大小为基准，求出每个控制周期的正交坐标系上的机器人前端部的位置及/或姿势、机器人的各轴的位置等的移动量的系数。
[0018]图1是表示机器人系统11的结构例的示意图，该机器人系统11具备本发明一个实施方式所涉及的机器人控制装置10和由机器人控制装置10控制的机器人50。机器人控制装置10构成为在规定的每个控制周期内对机器人50的各轴的位置进行控制。
[0019]在机器人系统11中，操作者60使力(外力)作用于机器人50的前端部58时，机器人控制装置10根据测力部21 (参照图2)测量的作用于机器人50的前端部58的力、所设定的数据、及机器人50的位置数据等，对使机器人50的各轴移动的驱动器进行控制，改变构成机器人50的轴的位置，使机器人50移动。而且，机器人控制装置10具有包含运算处理装置、ROM、RAM等的硬件结构，执行后述的各种功能。
[0020]由本发明一个实施方式所涉及的机器人控制装置10控制的机器人50是如下的垂直多关节型机器人，其具有通过依次组合三个以上的轴而构成的构造，并且，具有与上述轴的位置无关，三个旋转轴的旋转中心线以上述三个旋转轴内的一个轴的原点为交点而相交的构造，并且，具有将以上述三个旋转轴的旋转中心线的交点为原点的轴作为中心线交叉轴时，根据上述三个以上的轴内从上述机器人的台座侧的轴到上述三个旋转轴的跟前为止的上述轴的位置，来确定上述中心线交叉轴的原点的空间上的位置的构造。
[0021]以下，参照图1对机器人50的构造更具体地进行说明。虽然在图1的实施方式中，机器人50是六轴结构的垂直多关节型机器人，但是也能够同样应用于具有上述构造的任意公知的机器人。而且，虽然在本实施方式中，六个轴都是旋转轴，但是也可以包含直动轴。
[0022]机器人50具有六个轴，即从接近机器人50的台座59的一侧依次具有Jl轴51、J2轴52、J3轴53、J4轴54、J5轴55及J6轴56。Jl轴51、J4轴54、J6轴56在附图中具有连结轴和轴且绕连杆旋转的(即与纸面平行的)旋转轴Rl，J2轴52、J3轴53、J5轴55在附图中具有连结轴和轴且绕与连杆正交的方向旋转的(即与纸面垂直的)旋转轴R2。另夕卜，图1是用于表示机器人50的轴的结构的简单的说明图。而且，将各轴的原点定义为设定于各轴的坐标系的原点且连接连杆和连杆的点时，则各轴的原点位置表现为设定在空间中的坐标系(以后也称为参照坐标系)上的位置。在图1的结构中，Jl轴51和J2轴52的原点位于同一位置，J3轴53和J4轴54的原点位于同一位置，J5轴55和J6轴56的原点位于同一位置。
[0023]在图1的例子中，对于构成机器人50的多个轴(图示例中为六个轴)内连续的三个旋转轴J4轴54、J5轴55、J6轴56，J4轴54的旋转中心线、J5轴55的旋转中心线、及J6轴56的旋转中心线以J5轴55的原点41为交点而相交。也就是说，J5轴55的原点成为三个旋转轴的旋转中心线的交点，此时也将J5轴55称为中心线交叉轴。此时，构成机器人50的多个轴的