机器人手的控制方法和机器人设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及机器人手的控制方法和机器人设备。当在指状物正用第一夹持力夹持工件W的状态下要改变夹持工件W的夹持力时，该机器人手的控制方法执行计算位置和改变夹持力。在计算位置中，手控制单元使用指示指状物的夹持力和固定部分的位置之间的关系的相关值、第一夹持力和作为夹持力的目标值的第二夹持力来计算用第二夹持力来夹持工件W时的固定部分的位置。在改变夹持力中，手控制单元通过计算用于将指状物移动到所计算出的固定部分的位置所需的马达的驱动量来驱动马达。
【专利说明】
机器人手的控制方法和机器人设备
技术领域
[0001 ]本发明涉及控制机器人手的机器人手控制方法和机器人设备。
【背景技术】
[0002]近年来，包括机器人手的机器人设备被用作工业机器人以提高以往由人力来操作的产品装配的自动化。当机器人手被用来拿住工件以装配各种产品时，不管工件的物理性质如何，该工件都需要被可靠地夹持而不会破坏工件或者让工件掉落。近年来，要求能够容易地控制机器人手的夹持力以精确地夹持工件，从而使用工业机器人来实现更先进的产品装配。
[0003]作为控制夹持力的方法的示例，提出了利用扰动估计观测器来控制机器人手的夹持力的方法(参见日本专利申请公开N0.2002-178281)。为了在日本专利申请公开N0.2002-178281中公开的夹持力控制装置中使得夹持装置夹持工件，提供夹持力的马达的驱动电流和旋转速度被输入，并且扰动估计观测器输出机器人手的夹持力的估计值。在日本专利申请公开N0.2002-178281中公开的夹持力控制装置执行消除从扰动估计观测器输出的夹持力估计值和夹持力目标值之间的偏差的控制，从而控制机器人手的夹持力。
[0004]然而，在日本专利申请公开N0.2002-178281中描述的发明中，在从机器人手的指状物的移动速度为O的状态到马达开始转动的状态的转变中，在驱动指状物的驱动机构中产生的摩擦力从静摩擦切换成动摩擦，并且摩擦力显著变化。因此，用于估计摩擦的影响的扰动估计观测器的补偿系数不能被唯一地确认。在日本专利申请公开N0.2002-178281中描述的发明中，当指状物的移动速度为O时和当指状物的移动速度不为O时，为用于估计摩擦的影响的扰动估计观测器的补偿系数设置滞后(hysteresis) (S卩，不能被控制的死区)。因此，在日本专利申请公开N0.2002-178281中描述的发明中，在机器人手正在夹持工件的状态中来精确调整和控制机器人手的夹持力是困难的。
[0005]可以考虑使用能测量夹持力的外部力传感器并且在测量机器人手的夹持力的同时控制夹持力的方法。然而，在这种情况下，需要给机器人手单独设置用于使外部力传感器检测夹持力的构件，并难以小型化机器人手。此外，力传感器通常比能够测量位置的传感器贵，也难以降低机器人手的成本。力传感器的测量精度比位置传感器等的测量精度低，难以精确调整和控制机器人手的夹持力。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的是提供能够精确地调整夹持力的机器人手控制方法和能够通过简单的配置精确地调整夹持力的机器人设备。
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种机器人手控制方法，所述机器人手包括:能够抓住工件的多个指状物;产生驱动力的致动器；以及根据致动器的驱动量来移动所述多个指状物的驱动力传输机构，其中当在所述多个指状物正用第一夹持力夹持工件的状态下要改变所述多个指状物夹持工件的夹持力时，控制单元执行:通过使用指示所述多个指状物的夹持力和所述多个指状物的位置之间的关系的相关值、第一夹持力和作为夹持力的目标值的第二夹持力，计算所述多个指状物用第二夹持力夹持工件时的所述多个指状物的位置；以及在计算出用于将所述多个指状物移动到在计算位置时所计算出的所述多个指状物的位置所需的致动器的驱动量之后，通过驱动致动器来改变夹持力。
[0008]根据本发明另一方面，一种机器人设备包括:机器人手以及控制所述机器人手的控制单元，所述机器人手包括:能够抓住工件的多个指状物;产生驱动力的致动器；以及根据致动器的驱动量来移动所述多个指状物的驱动力传输机构，其中当在所述多个指状物正用第一夹持力夹持工件的状态下要改变所述多个指状物夹持工件的夹持力时，控制单元通过使用指示所述多个指状物的夹持力和所述多个指状物的位置之间的关系的相关值、第一夹持力和作为夹持力的目标值的第二夹持力，来计算所述多个指状物用第二夹持力夹持工件时的所述多个指状物的位置;以及在计算出用于将所述多个指状物移动到所计算出的所述多个指状物的位置所需的致动器的驱动量之后，通过驱动致动器来改变夹持力。
[0009]根据本发明，由于可以通过根据用改变后的夹持力夹持工件时的多个指状物的位置计算致动器的驱动量来改变夹持力，因此可以精确地调整夹持力。
[0010]根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。
【附图说明】
[0011 ]图1是示出了根据本发明实施例的机器人设备的示意图。
[0012]图2是示出了根据本发明实施例的机器人手的配置的透视图。
[0013]图3是示出了根据本发明实施例的手控制单元的配置的框图。
[0014]图4是示出了根据本发明实施例的机器人手控制程序的流程图。
[0015]图5是示出了根据本发明实施例的指状物的夹持力和接触点的示意图。
[0016]图6是示出了根据本发明实施例的指状物的夹持力和位置之间的关系的具体示例的曲线图。
[0017]图7是示出了根据本发明实施例的夹持力调整表的具体示例的图。
[0018]图8是示出了根据本发明实施例的机器人设备的经修改的示例的示意图。
【具体实施方式】
[0019]现在将根据所附附图来详细描述本发明的优选实施例。
[0020]现在将参照图1至图7描述本发明的一个实施例。图1是示出了根据本发明实施例的机器人设备的示意性配置的示意图。
[0021]机器人设备I包括:能够抓住工件W(参见图2)的机器人手10;以及在顶端包括机器人手10的机器人臂20，机器人臂20控制机器人手10的位置并且包括多个关节。机器人设备I还包括:作为控制机器人手10的控制单元的手控制单元30;以及能够传输各种控制指令的控制指令单元40。机器人设备I还包括通过电源电缆51向包括在机器人设备I中的元件供给电力的电力控制单元50。
[0022]控制指令单元40通过通信电缆41连接到手控制单元30，并且通过通信电缆41将用于打开和闭合机器人手10的指状物Ila和llb(参见图2)的控制指令传输到手控制单元30，从而打开和闭合指状物Ila和I lb。手控制单元30和控制指令单元40之间的通信是通过例如并行I/O或对噪声具有高抗性的高速差分串行通信来执行的。
[0023]控制指令单元40通过臂部电缆42连接到包括在机器人臂20中的臂控制单元(未示出)，并且通过臂部电缆42将用于操作关节的控制指令传输到臂控制单元，从而操作机器人臂20。更具体地，控制指令单元40可以控制机器人手10和机器人臂20，并作为机器人系统用来夹持和装配组件以实现产品的装配。由控制指令单元40执行的控制以及由控制指令单元40传输到手控制单元30的控制指令的细节提前由用户在机器人系统的产品装配操作的JOB程序中设计并且存储在控制指令单元40的存储器中。机器人臂20可包括控制各关节的操作的多个臂控制单元。
[0024]电力控制单元50通过电源电缆51连接到设置在机器人设备I的外面的外部电源，并且调整从外部电源供给的电力，从而向手控制单元30、控制指令单元40等供给所需的电力。
[0025]图2是示出了机器人手10的配置的图。如图2所示，机器人手10包括:能够抓住工件W的一对指状物IIa和IIb;以及作为产生驱动力的致动器的马达12。机器人手10还包括一对直线导轨13a和13b、一对齿条(rack gear)14a和14b和小齿轮(pin1n gear) 15，所述一对直线导轨13a和13b、一对齿条14a和14b和小齿轮15为基于根据马达12的驱动量的移动量来移动指状物11 a和11 b的驱动力传输机构。
[0026]指状物IIa和I Ib具有镊子形状，并包括:与工件W接触从而夹持工件W的接触部分
11Ia和11 Ib;以及固定到齿条14a和14b的固定部分112a和112b。指状物I Ia和I Ib根据齿条14a和14b的移动而在夹持工件W的方向上和在远离工件W的方向上移动。
[0027]马达12是例如三相交流伺服马达，并被附接到底座板16的下表面。马达12包括:放大马达12的输出扭矩的减速器17;以及作为传感器的编码器电路18，其检测马达12的转数和旋转角度。马达12通过手部电缆31连接到手控制单元30。
[0028]手部电缆31包括:用于将从编码器电路18输出的输出信号传输到手控制单元30的编码器信号线31a;以及用于向马达12供给驱动电流的马达电力线31b。编码器信号线31a例如包括用于编码器电路18的电源、GND和编码器的输出信号的A相、B相和Z相的五条线。马达电力线31b是对应于马达12的类型的电力线，并且当马达12是例如三相交流伺服马达时马达电力线31 b包括连接到U相、V相和W相的三条电力线。
[0029]—对直线导轨13a和13b被附接到底座板16的上表面并且在彼此相对的表面上包括引导槽19a和19b。一对齿条14a和14b在与齿轮的齿面相对的表面上包括安装到直线导轨13a和13b的引导槽19a和19b的突起形状的引导突起141a和141b。引导突起141a和141b被安装到引导槽19a和19b并且被附接到直线导轨13a和13b。以这种方式，齿条14a和14b可以在用于将指状物Ila和Ilb接触和分开的打开和闭合方向上平行地移动指状物Ila和lib。
[0030]小齿轮15被附接到马达12的驱动轴并且与齿条14a和14b的齿轮齿面啮合。以这种方式，机器人手10可以驱动马达12正向和反向旋转小齿轮15，从而平行地移动齿条14a和14b以便打开和闭合指状物11 a和11 b。
[0031]手控制单元30的配置将参照图3进行描述。手控制单元30包括:能够计算程序的CPU 301;用作能够存储的存储单元的ROM 302和RAM 303;以及作为记录介质的HDD(硬盘驱动)304 ο手控制单元30还包括各种接口 305至307和马达驱动器308。
[0032]ROM 302、RAM 303、HDD 304和各种接口305至307通过总线310连接到CPU 301。例如，用于操作CPU 301的各种程序和过滤器的数据被存储在HDD 304(或者可以是外部存储装置322)中。
[0033]在各种程序之中，指令值转换程序304a是用于CPU301将从控制指令单元40传输的控制指令转换成伺服计算所需的参数的程序。具体而言，从控制指令单元40传输的诸如位置、速度、夹持力和夹持级别之类的控制指令被转换成诸如位置、速度和电流值之类的参数。当机器人手10的最大夹持力的规格是50N时，基于夹持级别的控制指令是例如将夹持力指定为级别I到10的十个等级的控制指令。在这种情况下，5N的夹持力的控制指令可以以夹持级别I的控制指令传输，且50N的夹持力的控制指令可以以夹持级别10的控制指令传输。在各种数据之中，伺服计算参数304b是当CPU 301执行伺服计算时根据需要所使用的参数，并且包括例如用于计算马达驱动电流的PID增益的参数。
[0034]包括在机器人手10中的马达12通过手部电缆31连接到接口 305，且马达驱动器308被连接到接口 306。外部存储装置(例如，外部HDD或非易失性存储器)322被连接到接口 307。
[0035]来自马达12的关于马达12的转数和旋转角度的输出信号被从编码器电路18传输。CPU 301使用由指令值转换程序304a转换得到的参数、从编码器电路18接收的输出信号和马达驱动电流来执行伺服计算并且向马达驱动器308输出马达驱动信号。马达驱动器308包括U相、V相和W相的半桥电路，其为马达驱动电流的检测电路。马达驱动信号是用于驱动包括在马达驱动器308中的半桥电路的PffM(脉冲宽度调制)信号。
[0036]马达驱动器308根据驱动器驱动信号激活内置半桥电路，并且通过手部电缆31向马达12供给马达驱动电流以驱动马达12。以这种方式，机器人设备I可以使得手控制单元30计算从控制指令单元40传输的控制指令，并且基于计算结果来通过马达驱动器308驱动马达12，从而使得指状物11 a和11 b用所希望的夹持力来夹持工件W。
[0037]将描述根据本实施例的机器人手控制方法。粗略地说，在根据本实施例的机器人手控制方法中，手控制单元30首先在指状物Ila和Ilb不夹持工件W时(打开状态)设置夹持工件W的第一夹持力。在机器人手控制方法中，第一夹持力被用于计算马达12的马达驱动电流和马达旋转速度，并且马达12基于所计算出的马达驱动电流和马达旋转速度来驱动。手控制单元30然后使指状物I Ia和I Ib夹持工件W。
[0038]在机器人手控制方法中，当在指状物Ila和Ilb正用第一夹持力夹持工件W的情况下(闭合状态)而要改变夹持力时，首先执行计算位置。在计算位置时，指示指状物Ila和Ilb的夹持力和固定部分112a和112b的位置之间的关系的相关值、第一夹持力和第二夹持力(其为夹持力的目标值)被用于计算用第二夹持力来夹持工件W时的固定部分112a和112b的位置。在机器人手控制方法中，手控制单元30然后通过计算将固定部分112a和112b移动到所计算出的固定部分112a和112b的位置所需要的马达12的驱动量来驱动马达12以改变夹持力。
[0039]当本实施例的机器人手10夹持工件W时由手控制单元30执行的机器人手控制程序的细节将参照图4进行描述。图4是示出了由手控制单元30执行的夹持控制的流程图。夹持控制是根据用户预先设置的机器人手控制程序来执行的。在机器人手10和机器人臂20的位置被控制成使得要被夹持的工件W被定位在机器人手10的指状物Ila和Ilb之间之后，夹持控制在工件W被夹持之前的状态中和工件W被夹持的状态中执行。
[0040]手控制单元30的CPU301从控制指令单元40接收控制指令，该控制指令指示夹持*Fn，其为指状物I Ia和I Ib夹持工件W时的目标夹持力(SI I)。在此处理中，CPU 301从控制指令单元40接收夹持力控制指令并将上次从控制指令单元40接收的夹持力Fh的控制指令存储在RAM 303中。当执行步骤Sll的处理时指状物Ila和Ilb处于打开状态时，CPU 301将夹持力Fn = O存储在RAM 303中。在本实施例中，手控制单元30的步骤Sll的处理包括设置夹持力。
[0041 ] CPU 301确定存储在RAM 303中的夹持力Fn-!是否为0(S12)。在这个处理中，CI3U301确定此次的夹持控制是在打开状态下执行的夹持处理还是在指状物Ila和Ilb处于闭合状态时所执行的夹持调整处理。
[0042]如果CPU 301在步骤S12的处理中确定夹持力Frrf为0(是)，则CPU 301确定该处理是打开状态下执行的夹持处理并从HDD 304读取指令值转换程序304a<XPU 301根据指令值转换程序304a来设置马达驱动电流I和马达旋转速度v(S13)。在此处理中，CPU 301根据指令值转换程序304a来使用预先保存在ROM 302中的初始夹持转换表并读取对应于目标夹持*Fn[N]的马达驱动电流I[A]和马达旋转速度V[rpm]<XPU 301将所读取的马达驱动电流I和马达旋转速度V作为通过基于指令值转换程序304a转换从控制指令单元40接收的控制指令而获得的参数存储在RAM 303中。
[0043]这里的初始夹持指的是从打开状态开始用指状物IIa和I Ib夹持工件W。初始夹持转换表是根据通过实验预先获得的马达驱动电流I[A]、马达旋转速度v[rpm]和夹持力[N]之间的关系的数据创建的数据表。设置马达驱动电流I和马达旋转速度V的方法并不限于使用转换表的方法。例如，CPU 301可以基于预先获得的实验数据来计算用于推导出马达驱动电流1、马达旋转速度V和夹持力F之间的关系的近似公式，并且使用该近似公式来计算马达驱动电流I和马达旋转速度V。由手控制单元30从控制指令单元40接收的并且被设置为指状物Ila和Ilb的夹持力的初始夹持中的夹持力Fn是根据本实施例的第一夹持力。
[0044]CPU 301使用在步骤S13中存储在RAM 303中的马达驱动电流I和马达旋转速度v来执行伺服计算并向马达驱动器308输出马达驱动信号。马达驱动器308基于马达驱动信号将马达驱动电流供给到马达12以驱动马达12(S14)。在此处理中，CPU 301通过马达驱动器308用所计算出的马达驱动电流I和马达旋转速度V来驱动马达12，并且驱动马达12以使得处于打开状态的指状物Ila和Ilb进入闭合状态。以这种方式，CPU 301可以使得指状物Ila和Ilb用目标夹持力Fn夹持工件W。
[0045]CPU 301确定从编码器电路18输出的所接收到的马达12的转数和旋转角度的输出信号是否从上次所接收到的输出信号发生了改变(S15)。在这个处理中，CPU 301确定输出信号的改变以确定指状物11 a和11 b是否与工件W发生接触，从而使得指状物11 a和11 b的移动停止，即，马达12的驱动被停止，从而与来自工件W的反作用力平衡。在这个处理中，如果CPU 301确定所接收到的输出信号从上次所接收到的输出信号发生了改变(是)JljCPU 301重复步骤S15的处理。在这个处理中，如果所接收到的输出信号没有改变，或者如果所接收到的输出信号和上次所接收到的输出信号之间的差小于特定阈值(否)JljCPU 301使处理进入步骤S19。步骤S15的处理为否的情况对应于夹持完成的状态，并且细节将在后面描述。
[0046]另一方面，如果CPU301在步骤S12的处理中确定夹持力Fh不为0(*)JljCPU 301执行下面描述的夹持力调整处理，其为闭合状态下执行的处理。在夹持力调整处理中，被设置为指状物Ila和Ilb的夹持力的夹持力Fn是通过控制指令单元40传输对应数据和手控制单元30接收该数据来设置的，并且夹持力??是根据本实施例的第二夹持力。在夹持力调整处理中，存储在RAM 303中的当前夹持力Fr1是根据本实施例的第一夹持力。
[0047]在其中执行夹持力调整处理的情况的示例包括将软的帽状组件安装到主要工件的凸台的安装操作。在安装操作中，帽状组件可以变形并且可能由于与凸台的形状不匹配而不能安装。为了防止这种情况，该组件需要用较小的夹持力夹持，并且在防止变形的同时需要将位置调整到凸台的位置。因此，在执行安装操作时，机器人设备I在用较小的夹持力夹持的帽状组件的开口被钩到凸台的顶端之后将夹持力调整到较高的夹持力。该机器人设备I然后推动组件并将组件安装到凸台的基部。
[0048]在其中执行夹持力调整处理的情况的示例包括插入操作，其中刚性棒状组件被插入到类似刚性的主要工件中。在插入操作中，安装刚性体时要求高的定位精度。当机器人设备的绝对位置精度比要求的定位精度低的时候，棒状组件和主要工件可能彼此干涉，并且可能产生缺陷。在插入操作中，希望的是减小将棒状组件移动到主要工件的插入孔的时间。因此，在执行插入操作时，机器人设备I首先稳定棒状组件并用较高的夹持力夹持棒状组件，并且迅速地将位置调整到主要工件的插入孔以将棒状组件放到插入孔的顶端中。机器人设备I然后将夹持力调整到较低的夹持力，并将棒状组件插入到插入孔中，同时防止棒状组件与主要工件的插入孔的过度干涉。
[0049]在夹持力调整处理中，CPU 301从HDD 304读取指令值转换程序304a<XPU 301根据指令值转换程序304a设置指状物IIa和IIb的固定部分112a和112b的移动量AcLCPU 301使用固定部分112a和112b的对应于当前夹持力Fh的当前位置do的值和固定部分112a和112b的移动量A d的值来计算位置控制的指令值d(S16)。手控制单元30的步骤S16的处理包括根据本实施例的计算位置。
[0050]在此处理中，CPU 301首先计算Δ F，其为存储在RAM 303中的当前夹持力Fn-!和从控制指令单元40接收到的控制指令中所包括的目标夹持*Fn之间的差。CPU 301然后将Fn[N]的值和Fn—JN]的值赋予公式Δ F = Fn-FH来计算AF[N] 0CPU 301根据指令值转换程序304a来根据从编码器电路18接收的输出信号计算固定部分112a和112b的对应于当前夹持力Fh的当前位置doXPU 301根据指令值转换程序304a来使用预先保存在ROM 302中的夹持力调整转换表并设置固定部分112a和112b的对应于AF的移动量Ad[mm] XPU 301将do[mm]的值和△ d[mm]的值赋予公式d = d()+A d来计算马达12的位置控制的指令值d。
[0051 ]指状物I Ia和I Ib在夹持工件W时产生弹性变形，并且接触部分11 Ia和11 Ib相对于固定部分112a和112b的位置基于所设置的夹持力而改变。图5是示出了其中指状物Ila和1113用不同的夹持力?&113和?(3彼此接触的状态的示意图。夹持力?&、？13和?(3的强度为?&$匕〈Fe ο如图5所示，当所设置的夹持力是Fa时，接触部分11 Ia和11 Ib的位置是距离固定部分112a和112b的距离为La的部分。当所设置的夹持力是Fb时，接触部分11 Ia和11 Ib的位置是距离固定部分112a和112b的距离为Lb的部分。当所设置的夹持力是Fe时，接触部分Illa和I Ilb的位置是距离固定部分112a和112b的距离为Lc的部分。距离固定部分112a和112b的距离La、Lb和Lc为Lc〈Lb〈La。以这种方式，所设置的夹持力越高，接触部分11 Ia和11 Ib越接近固定部分112a和112b。
[0052]图6是指示了在具有带上述特性的指状物Ila和Ilb的机器人手10的实验中预先测量的AF和Ad之间关系的曲线图。图6是指示了夹持力调整转换表(其包括有在实验中预先测量的Δ F和Δ d之间关系)中的Fn = 5[N]的情况下和Fn = 10 [N]的情况下的Δ F和Δ d之间的关系的曲线图。至于固定部分112a和112b的移动量△ d，与目标夹持力差值△ F和移动量Ad之间的关系根据夹持力Fm的当前强度而改变，如图6中所示，并且当当前夹持力Fh越小时，Δ d比上Δ F的值越大。
[0053]图7是示出了当可以在机器人手10中设置的夹持力F为2到20[N]时，从指状物Ila和I Ib用最小夹持力2N进行接触的状态增大夹持力的情况下的△ F和△ d之间关系的夹持力调整表的具体示例。
[0054]在创建夹持力调整表时，CPU301首先执行多次(η次)夹持操作，其中指状物Ila和Ilb用从2至20Ν的整个范围内的夹持力被置于闭合状态。夹持力的调整精度随着用每个夹持力进行的夹持操作的次数的增加和记录测量结果的次数的增加而增加。虽然在图7的夹持力调整表中所示的测量结果中夹持力改变2Ν，但是在每个夹持操作中夹持力的改变量可以被设置成更小的量(例如，每0.5Ν)来执行夹持操作。在执行每个夹持操作时所设置的夹持力是本实施例中的预定的夹持力。
[0055]CPU 301记录在由于指状物Ila和Ilb接触而反作用力的平衡停止时的来自编码器电路18的输出信号，作为测量结果。CPU 301从每个夹持力下的测量结果的值减去夹持力为2Ν的测量结果的值。CPU301根据η次测量的结果计算每个夹持力下的测量结果的平均值，从而创建图7中所示的用于从夹持力F = 2[N]的夹持状态调整夹持力的夹持力调整表。以这种方式，夹持力调整表(其为考虑了指状物Ila和Ilb的刚性并指示指状物Ila和Ilb的夹持力和位置之间的关系的表)包括本实施例中的相关值。
[0056]图7中所示的夹持力调整表是在将2N的当前夹持力改变到目标夹持力时所参考的夹持力调整表。为了使用用于从打开状态转变到闭合状态而设置的多个夹持力，对应于用于转变到闭合状态而设置的每个夹持力的多个夹持力调整表可以预先存储在ROM 302中。
[0057]在步骤S16的处理中，CPU301使用如图7中所示的夹持力调整表之中的对应于当前夹持力Fm的夹持力调整表来计算指状物I Ia和I Ib对应于△ F的移动量△ d[mm]。例如，当当前夹持力Fh为2N，并且目标夹持力FdlON时，CPU 301参考图7中所示的夹持力调整表将Δ d = 0.3232[mm]设置为当Δ F为8N时的Δ d的值。
[0058]在执行步骤S16的处理之后，CPU301使用所计算出的指令值d来执行伺服计算，以计算作为马达12的驱动量的马达驱动信号。CPU301将计算出的马达驱动信号输出到马达驱动器308，并使得马达驱动器308驱动马达12(S17)。在此处理中，CPU 301使用计算出的指令值d来执行伺服计算并将马达驱动信号输出到马达驱动器308以驱动马达12，从而将固定部分112a和112b移动到d[mm]的位置。手控制单元30的步骤S17的处理包括本实施例中的改变夹持力。以这种方式，CPU 301被配置成使指状物I Ia和I Ib的接触部分11 Ia和11 Ib与工件W接触，并将接触部分Illa和Illb基本上固定到工件WXPU 301被配置成将固定部分112a和112b移动指令值d，从而控制指状物11 a和11 b的位置。
[0059]CPU 301确定来自编码器电路18的输出信号是否在基于指令值d设置的值的范围内(S18)。在这个处理中，CHJ 301基于来自编码器电路18的输出信号来确定指状物IIa和Ilb的移动是否完成。基于指令值d设置的值的范围是通过根据可以从编码器电路18输出的输出信号计算出的值确定的。在该处理中，如果CPU 301确定输出信号不在基于指令值d设置的值的范围内(否)，则CPU 301重复步骤S18的处理。
[0060]如果CPU 301在步骤S15的处理中确定所接收的输出信号没有改变(否)或者如果CPU 301在步骤S18的处理中确定输出信号在基于指令值d设置的值的范围内(是)，则CPU301移到步骤S19的处理。在步骤S19的处理中，CPU 301将指示夹持处理或夹持调整处理完成的信号传输到控制指令单元40(S19)。控制指令单元40接收该指示夹持处理或夹持调整处理完成的信号并进行下面的装配操作。
[0061 ]如所描述的，在根据本实施例的机器人手控制方法中，在执行夹持力调整处理时，马达12的驱动量是通过在没有使用马达驱动电流I和马达旋转速度V的情况下使用位置控制的指令值d来控制的。在机器人手控制方法中，马达12可以被驱动从而移动固定部分112a和112b，以控制指状物I Ia和I Ib的位置，从而从第一夹持力Fm调整到第二夹持力Fn。因此，机器人设备I可以使用根据本实施例的机器人手控制方法，通过根据当用改变后的夹持力夹持工件W时的指状物Ila和Ilb的位置d计算马达12的驱动量来改变夹持力。结果，使用根据本实施例的机器人手控制方法的机器人设备I能够从工件W被夹持的状态精确地调整夹持力。
[0062]在根据本实施例的机器人手控制方法中，没有测量夹持力的传感器等的配置简单的机器人手10可以执行夹持处理和夹持调整处理。因此，根据本实施例的机器人手控制方法可以用于小型化机器人设备I中的机器人手10并且以较低的成本制造机器人设备I。
[0063]虽然在本实施例中夹持力调整表是其中考虑了指状物Ila和Ilb的刚度的、指状物I Ia和I Ib的夹持力和固定部分112a和112b的位置之间的关系的表，但是该表不局限于此，并且工件W的变形量也可以被考虑在内。在这种情况下，夹持力调整表是通过使得处于打开状态的指状物Ila和Ilb在可以设置的夹持力的整个范围内夹持工件W来测量固定部分112a和112b的位置而创建的。在创建夹持工件W的夹持力调整表时，也需要考虑工件W的尺寸公差的变化。当有多种类型的工件W时，可以根据工件W的类型来创建夹持力调整表。其中考虑了工件W的变形量的夹持力调整表可以用来在机器人手控制方法中容易地调整夹持力，甚至在夹持较低刚度的工件W (当指状物11 a和11 b夹持工件W时，工件W变形)时。
[0064]虽然在本实施例中，在执行夹持调整处理时，CPU301使用夹持力调整表来设置Δd，但是该处理不限于此。CPU 301例如可以将指状物Ila和Ilb假定为悬臂模型从而根据偏转的计算公式来计算AcLCPU 301可以基于多个夹持力调整表的数据来推导出近似AF和Ad之间的关系的用于调整夹持力的计算公式，或者可以将计算公式预先存储在ROM 302中，从而通过将A F赋予计算公式来计算△ d。创建夹持力调整表和预先设置△ F和△ d之间的关系(诸如用于调整夹持力的计算公式)的各个步骤包括本实施例中的设置相关值，并且用于调整夹持力的各种计算公式包括本实施例中的相关值。基于用于调整和转换夹持力的计算公式的△ d的计算即使在考虑工件W的变形量时也是同样的。考虑了工件W的变形量的计算公式可以预先推导出或者被存储在ROM 302中以计算Ad。
[0065]由于本实施例中的夹持力调整处理和夹持处理之间的控制模型不同，因此CPU301可以从夹持处理中的控制的PID增益改变夹持力调整处理中的控制的PID增益。改变夹持力调整处理中的控制的PID增益的示例包括设置更高的积分增益，以抵抗指状物Ila和I Ib的弹性地将位置控制在目标位置d处。
[0066]虽然CPU301在本实施例中的步骤S12的处理中基于夹持力Frrf是否为O来确定指状物Ila和Ilb是处于打开状态还是处于闭合状态，但是该方法不限于此。例如，在通过CPU301确定打开状态和闭合状态的方法中，从控制指令单元40传输的控制指令的命令可以在每次接收到命令时存储在RAM 303中，并且CPU 301可以查阅命令的内容，以确定指状物Ila和Ilb是处于打开状态还是处于闭合状态。
[0067]虽然在本实施例中，机器人设备I的CPU301在步骤S15和S18的处理中接收从编码器电路18输出的输出信号来确定夹持处理或夹持调整处理是否完成，但是该处理并不局限于此。例如，机器人设备I的控制指令单元40可以被配置成确定夹持处理或夹持调整处理的结束。根据该配置，机器人设备I的手控制单元30需要周期性地通过通信电缆41将输出信号(其从编码器电路18输出)传输到控制指令单元40。
[0068]虽然在本实施例中，手控制单元30执行图4中所示的机器人手控制程序，但是机器人手控制程序可以记录在计算机可读记录介质中，并且计算机可读取并执行该机器人手控制程序。
[0069]虽然在本实施例中，手控制单元30的CPU301和指令值转换程序304a将从控制指令单元40传输的控制指令转换成机器人设备I中的伺服计算所需的参数，但是该布置并不局限于此。例如，机器人设备I的控制指令单元40可以将控制指令转换成伺服计算所需的参数。
[0070]图8是示出了控制指令单元40将控制指令转换成伺服计算所需的参数的机器人设备I的图。如图8中所示，控制指令单元40包括执行用于将控制指令转换成伺服计算所需的参数的各种计算处理的CPU 401 οCPU 401可以执行图4中所示的步骤Sll到S13和S16的处理。更具体地，CPU 401在执行夹持处理时使用初始夹持转换表来转换控制指令并且将转换得到的马达驱动电流I和马达旋转速度V传输到CPU 301 XPU 401还准备有用于用多个不同的指令夹持力将指状物Ila和Ilb置于闭合状态的测试夹持模式。CPU 401可以将所获得的指令夹持力和用该夹持力夹持时的固定部分112a和112b的停止位置之间的关系存储在RAM403中，从而获取夹持力调整表以执行夹持调整处理。
[0071]根据该配置，机器人设备I可以组合可买到的机器人手和具有控制指令单元40的手控制器来实现本发明的机器人手控制方法。当初始获取的夹持力调整表中的或者可以根据AF计算出△ d的计算公式中的AF和△ d之间的关系由于机器人手10的时间改变而被破坏时，机器人设备I还可以再次获取和更新AF和Ad之间的关系。因此，机器人设备I可以校准AF和Ad之间的关系。当工件W的类型改变时，机器人设备I还可以在继续装配操作的同时获取夹持力调整表或可以根据A F计算出△ d的计算公式。
[0072]虽然在本实施例和修改的示例中，指状物Ila和Ilb是一对镊子形状的构件，但该布置并不局限于此。任何形状和数量的指状物都是可能的，只要指状物是弹性的并且能够抓住工件W。
[0073]虽然在本实施例和修改的示例中，马达12是包括编码器电路18(其为用于检测旋转角度的传感器)的交流伺服马达，但是该布置并不局限于此，并且可以使用包括能够控制夹持力并控制位置的传感器的任何致动器。虽然机器人手10包括作为用于产生驱动力的致动器的一个马达12，但是该布置并不局限于此，并且可以针对各个指状物包括多个致动器。虽然在本实施例和修改的不例中，机器人手10包括作为驱动力传输机构的齿条14a和14b以及小齿轮15，但是该布置并不局限于此。机器人手10可以是能够驱动马达12来移动指状物I Ia和I Ib以夹持工件W的任何组件。
[0074]其它实施例
[0075]也可以通过以下来实现本发明的实施例:系统或装置的计算机，其读出并且运行存储介质(其也可以更完整地被称为“非瞬时计算机可读存储介质”)上所记录的计算机可执行指令(例如一个或更多个程序)以执行上述实施例中的一个或更多个的功能，并且/或者包括用于执行上述实施例中的一个或更多个的功能的一个或更多个电路(例如专用集成电路(ASIC));或该系统或装置的计算机所执行的方法，该方法通过例如从存储介质读出并且运行计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或更多个的功能和/或控制一个或更多个电路以执行上述实施例中的一个或更多个的功能来执行。该计算机可以包括一个或更多个处理器(例如中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括单独计算机或单独处理器的网络，以读出并且运行计算机可执行指令。该计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储件、光盘(如致密盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)?)、闪存器件、存储卡等中的一个或更多个。
[0076]本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，S卩，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
[0077]虽然本发明已经参照示例性实施例进行了描述，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改和等同结构和功能。
【主权项】
1.一种机器人手的控制方法，其特征在于，所述机器人手包括:能够抓住工件的多个指状物;产生驱动力的致动器；以及根据致动器的驱动量来移动所述多个指状物的驱动力传输机构，其中 当在所述多个指状物正用第一夹持力夹持工件的状态下要改变所述多个指状物夹持工件的夹持力时， 控制单元执行: 通过使用指示所述多个指状物的夹持力和所述多个指状物的位置之间的关系的相关值、第一夹持力和作为夹持力的目标值的第二夹持力，计算所述多个指状物用第二夹持力夹持工件时的所述多个指状物的位置;以及 在计算出用于将所述多个指状物移动到在计算位置时所计算出的所述多个指状物的位置所需的致动器的驱动量之后，通过驱动致动器来改变夹持力。2.根据权利要求1所述的机器人手的控制方法，其中 所述相关值指示考虑了工件的变形量的、所述多个指状物的夹持力和所述多个指状物的位置之间的关系。3.根据权利要求2所述的机器人手的控制方法，其中 控制单元通过预先测量在所述多个指状物用预定的夹持力夹持工件时所述多个指状物的位置来执行相关值的设置。4.根据权利要求1所述的机器人手的控制方法，其中 控制单元通过预先测量在所述多个指状物用预定的夹持力接触时所述多个指状物的位置来执行相关值的设置。5.根据权利要求1-4中任意之一所述的机器人手的控制方法，其中 控制单元还执行: 设置第一夹持力；以及 通过使用在设置第一夹持力中所设置的第一夹持力来计算致动器的驱动电流和旋转速度以便用所计算出的驱动电流和旋转速度来驱动致动器，使得所述多个指状物夹持工件。6.一种机器人设备，其特征在于，所述机器人设备包括:机器人手以及控制所述机器人手的控制单元，所述机器人手包括:能够抓住工件的多个指状物;产生驱动力的致动器；以及根据致动器的驱动量来移动所述多个指状物的驱动力传输机构，其中 当在所述多个指状物正用第一夹持力夹持工件的状态下要改变所述多个指状物夹持工件的夹持力时， 控制单元 通过使用指示所述多个指状物的夹持力和所述多个指状物的位置之间的关系的相关值、第一夹持力和作为夹持力的目标值的第二夹持力，来计算所述多个指状物用第二夹持力夹持工件时的所述多个指状物的位置;以及 在计算出用于将所述多个指状物移动到所计算出的所述多个指状物的位置所需的致动器的驱动量之后，通过驱动致动器来改变夹持力。7.根据权利要求6所述的机器人设备，其中 控制单元使用如下的相关值:所述相关值指示还考虑了工件的变形量的、所述多个指状物的夹持力和所述多个指状物的位置之间的关系。8.根据权利要求7所述的机器人设备，其中 控制单元通过预先测量在所述多个指状物用预定的夹持力夹持工件时所述多个指状物的位置来设置相关值。9.根据权利要求6所述的机器人设备，其中 控制单元通过预先测量在所述多个指状物用预定的夹持力接触时所述多个指状物的位置来设置相关值。10.根据权利要求6-9中任意之一所述的机器人设备，其中 控制单元设置第一夹持力，并通过使用所设置的第一夹持力来计算致动器的驱动电流和旋转速度以便用所计算的驱动电流和旋转速度来驱动致动器，使得所述多个指状物夹持工件。11.根据权利要求6-9中任意之一所述的机器人设备，还包括 包括多个关节并且在顶端设置有机器人手的机器人臂。12.—种机器人手的控制程序，其特征在于，所述机器人手的控制程序用于操作计算机执行根据权利要求1-5中任意之一所述的机器人手的控制方法。13.—种非暂时性计算机可读记录介质，其特征在于，所述非暂时性计算机可读记录介质存储根据权利要求12所述的机器人手的控制程序。
【文档编号】B25J9/16GK105835056SQ201610063959
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】永井政行
【申请人】佳能株式会社