专利名称：机器人的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在保养时等，使得机器人的臂不接触止动装置等的技术的改进。
背景技术：
根据日本国特开平11-179691号公报，说明现有的机器人的控制装置。根据该公报，记载了一种机器人的控制装置，其利用伺服控制部的动作控制机器人的臂的位置，同时具有在伺服控制部未动作时将臂制动的制动器，该机器人的控制装置具有制动器控制部，该制动器控制部具有锁定制动器规定时间的锁定时间设定部，以及解除制动器规定时间的解除时间设定部，在有来自于操作部的制动器解除指令的情况下，对应于锁定时间设定部和解除时间设定部的设定时间，交替进行制动器的锁定和解除。
根据该机器人的控制装置，因为在操作者指令制动器解除时，能够根据制动器的解除时间设定部和锁定时间设定部的设定值，断续地进行制动器的解除和锁定动作，因此可以抑制由机器人的臂的自重引起的过大移动，同时能够进行该臂的微调整和顺利移动。
但是，如上述构成的机器人的控制装置，由于根据臂的重量和姿势以及负荷条件等，在解除制动器的情况下的移动速度会急剧变化，所以存在以下问题点，即，操作者必须一边监视臂的移动一边调整制动器的锁定和解除时间的设定。
并且，还存在下述问题点，即，与停止伺服控制部同时，臂等的作业点有可能与止动装置、机器人主体、周边设备等接触。
发明内容
本发明正是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种机器人的控制装置，其在保养时，臂等的作业点不易与止动装置、主体接触。
第1发明涉及的机器人的控制装置，其特征在于，具有移动部件，其可以移动；电动机，其驱动该移动部件；位置检测单元，其检测该电动机的位置，产生位置检测信号；止动部件，其限制前述移动部件的移动；制动器，其约束以及放开前述电动机的旋转；控制部，其驱动前述电动机；指令单元，其使该控制部失效，同时放开前述制动器；以及第1制动器控制单元，其利用该指令单元的动作，对应于前述止动部件和前述移动部件之间的距离，变更约束或者放开前述制动器的时间。
第2发明涉及的机器人的控制装置，其特征在于，具有臂，其可以旋转；电动机，其驱动该臂；位置检测单元，其检测该电动机的旋转位置，产生位置检测信号；止动部件，其限制前述臂的旋转；制动器，其约束以及放开前述电动机的旋转；控制部，其驱动前述电动机；指令单元，其使前述控制部失效，同时放开前述制动器；以及第1制动器控制单元，其利用该指令单元的动作，对应于前述止动部件和前述臂之间的角度，变更约束或者放开前述制动器的时间。
第3发明涉及的机器人的控制装置，其特征在于，具有可以旋转的第1臂，其与作业点相连接，同时设在第1关节部上；第2臂，其通过第2关节部连接固定在第1臂上；第1、第2电动机，其分别驱动该第1、第2臂；主体部，其与前述第1、第2臂连接，并且可以与前述作业点接触；第1、第2位置检测单元，其分别检测前述第1、第2电动机的旋转位置，产生第1、第2位置检测信号；第1、第2制动器，其分别约束以及放开前述第1、第2电动机的旋转；控制部，其驱动前述第1、第2电动机；位置识别单元，其示教并识别前述主体部的主体位置；指令单元，其使该控制部失效，同时放开第1、第2制动器；以及第2制动器控制单元，其利用该指令单元的动作，使前述控制部失效同时根据前述第1、第2位置检测信号，求出前述作业点和前述主体位置的距离，对应于该距离，变更约束或者放开前述第1、第2制动器的时间。
第4发明涉及的机器人的控制装置，其特征在于，具有设定单元，其取代前述位置识别单元，在前述第2臂可移动的范围内，由X、Y、Z值设定三维空间；以及第3制动器控制单元，其取代前述第2制动器控制单元，利用指令单元的动作使该控制部失效，同时根据前述第1、第2位置检测信号，求出前述作业点和前述三维空间之间的距离，对应于该距离，变更约束或者放开前述第1、第2制动器的时间。
第5发明涉及的机器人的控制装置，其特征在于，具有动作速度运算单元，其根据前述位置检测信号，基于前述电动机的旋转速度检测前述臂的动作速度；以及约束单元，其比较预先设定的最高动作速度和前述动作速度，如果前述动作速度超过前述最高动作速度，则约束前述制动器。
第6发明涉及的机器人的控制装置，其特征在于，具有放开单元，其在执行前述约束单元后，在规定时间后放开前述制动器。
根据第1发明，因为在例如保养时通过操作者使指令单元动作，对应于作业点和止动部件之间的距离，变更约束或者放开制动器的时间，因此具有能够事先防止作业点与止动部件相冲突的效果。
根据第2发明，因为在例如保养时通过操作者使指令单元动作，对应于臂和止动部件之间的角度，变更约束或者放开制动器的时间，因此具有能够事先防止臂与止动部件相冲突的效果。
根据第3发明，因为在例如保养时通过操作者使指令单元动作，对应于作业点和主体部之间的距离，变更约束或者放开制动器的时间，因此具有能够事先防止作业点与主体部相冲突的效果。
根据第4发明，因为在例如保养时通过操作者使指令单元动作，对应于作业点和例如设定在周边设备附近的三维空间之间的距离，变更约束或者放开制动器的时间，因此具有能够事先防止作业点进入上述三维空间内的效果。
根据第5发明，因为对预先规定的最高动作速度和前述动作速度进行比较，利用约束单元约束制动器，因此具有臂更加不易与主体等接触的效果。
根据第6发明，具有臂停止后可以按照状况移动臂的效果。
图1是表示一个实施例的机器人系统的整体结构图。
图2是图1所示的机器人系统的电气系统的框图。
图3是图1所示的机器人的关节的模型图。
图4是表示图1的机器人的臂和止动装置之间的角度差与臂的拉伸扭矩之间的关系的图表的图。
图5是表示图1所示的机器人的动作的流程图。
图6是表示图1的制动器的动作的时间图。
图7是表示另一实施例的机器人的动作的流程图。
图8是表示另一实施例的制动器的动作的时间图。
图9是表示另一实施例的机器人的电气系统的框图。
图10是表示另一实施例的机器人的第2臂的端部位置的X、Y曲线图。
图11是表示另一实施例的机器人的动作的流程图。
具体实施例方式
实施例1.
根据图1至图4说明本发明的一个实施方式。图1是表示一个实施例的机器人系统的整体结构图，图2是表示图1所示的机器人系统的电气系统的框图，图3是由臂和电动机组成的关节的模型图，图4是臂的负荷扭矩和角度之间的对应图。
在图1中，机器人系统1具有控制装置30，其具有控制机器人3的伺服控制部33，同时具有对机器人3的端部Ts(作业点)进行示教的作为位置识别单元的示教功能；以及手动操作装置40，其执行机器人3的操作，同时具有使伺服控制部33接通、断开的作为指令单元的解除操作开关43。
机器人3上具有主体5，其直立设置；第1臂15，其通过第1关节部10与主体5连接；第2臂17，其通过第2关节部20与第1臂15连接，并连接固定具有端部Ts的工具19；以及作为止动部件的止动装置23，其限制第1臂15的旋转移动，同时设在关节部10上。而且，臂15、17构成移动部件，在臂17上具有端部As。
在图2中，关节部10中具有第1电动机11，其驱动臂15；作为第1位置检测单元的位置检测器12，其检测电动机11的旋转位置并产生第1位置检测信号θs1；以及第1制动器13，其设置在电动机11的轴上，同时在电源被切断的情况下，阻止臂15的移动。控制装置30中具有中央处理部31，其解析并处理使机器人3动作的动作程序，执行第1臂15等的姿势控制、制动器13的接通、断开控制等；存储部32，其存储臂15和止动装置23之间的角度差等；作为控制部的伺服控制部33，其控制电动机11；伺服放大部35，其根据来自于伺服控制部33的驱动指令，驱动电动机11；作为第1制动器控制单元的制动器控制部37，其控制电动机11；以及制动器驱动部39，其驱动制动器13。
此外，在图2中省略了与第2关节部相关的电器系统图。
对于关节部10，如果使电动机11的轴的旋转成为通过齿轮驱动臂15的图3所示的模型，则在制动器13所产生的制动扭矩为Tb、电动机11的角速度为ω时，下述运动方程式成立。
TL-Tb＝(Jm+Ja/n2)(dω/dt)……(1)在这里，Jm电动机的惯性矩Ja臂的惯性矩，n减速比，TL负荷扭矩在制动扭矩Tb为零、即制动器13放开时，上述(1)式表示被臂15所具有的负荷扭矩TL牵引而臂15旋转。如果整理上式(1)，则变为下式。
J0dω＝(TL-Tb)dt……(2)在这里，J0Jm+Ja/n2ω＝{(TL-Tb)/J0}t+A……(3)因为在t＝0时ω＝0，所以积分常数A＝0。
TL-Tb＝2πN·J0·t……(4)
在这里，如果对制动器13进行开闭控制，则制动扭矩Tb的平均值如下式所示地变化。
Tbc＝Tb·{t on/(t on+t off)}……(5)在这里，t on制动器的接通时间，t off制动器的断开时间。
另一方面，如果臂15和止动装置23之间的角度为θ，旋转角度中心到止动装置23的距离为rs，向周方向的移动距离为Ls，则成为下式。
θ＝Ls·rs……(6)根据上述(4)式，要利用制动器13约束电动机11而将臂15停止，必须产生比负荷扭矩TL大的制动扭矩Tb。
而且，为了使由制动器13使臂15停止的时间恒定，与臂15和止动装置23之间的角度差成正比地产生制动扭矩Tb即可。也就是说，使制动器13的开闭的占空比与臂15和止动装置23的角度差成正比即可。
如上所述，因为要利用制动器13约束电动机11，必须产生比负荷扭矩TL大的扭矩Tb，因此在事先的实际测量中，测定臂15和止动装置23之间的每个角度差的负荷扭矩TL，对应于角度差将图4所示的图表存储在存储部32中。
根据图1至图6说明按上述方式构成的机器人的控制装置的动作。图5是表示机器人的控制装置的动作的流程图，图6是表示与制动器相关的动作的时间图。
操作者事先测定上述每个角度差的负荷扭矩TL，对应于角度差将图4所示的图表存储在存储部32中。然后，操作者使作为作业点的臂15与止动装置23接触，将基准位置θr存储在存储部32中。
中央处理部31判断是否产生伺服控制部33的断开指令(步骤S101)。该断开指令用于判断是否是在保养时等操作者由手动操作装置40接通解除操作开关42。当该断开指令产生时，中央处理部31使伺服控制部33断开(步骤S103)，制动器控制部37通过伺服控制部33从位置检测器12读入位置检测信号θs1(步骤S105)，对臂15和止动装置23之间的角度差θe进行运算(步骤S107)，对应于作为距离的角度差θe，确定制动器13的接通、断开时间，将制动器信号输入制动器驱动部39中。制动器驱动部39在时间ta内将制动器13放开(解除)规定时间，锁定(约束)规定时间，以控制臂15的移动速度(步骤S109)。
中央处理部31判断角度差θL是否达到预先规定的值，如果没有达到，则执行上述步骤S105、S107、S109，如果角度差θL达到预先规定的值(步骤S121)，则约束制动器13并结束。
如上所述，在手动操作时，因为对应于臂15和止动装置23之间的角度差变更制动器13的接通、断开控制时间，所以能够事先防止臂15与止动装置23相冲突。
另外，在上述实施例中，说明了电动机11为旋转型的例子，但线性电动机也可以。在线性电动机的情况下，位置检测器12检测线性电动机的动子的前进位置，中央处理部31计算该前进位置和止动装置23之间的距离，对应于求出的距离，由来自于制动器控制部37的制动器信号驱动制动器13。
实施例2.
上述实施例是根据臂15和止动装置17的角度差，使制动器13的接通、断开的占空比变化，下面说明还考虑臂15的速度，使制动器13的接通、断开的占空比变化的例子。
重新提出上述(3)式，如下所示。
ω＝dθ/dt＝〔(TL-Tb)/J0〕t将该式两边积分，变为下式。
θ＝(TL-Tb)t2/(2J0)+B……(7)因为在t＝0时θ＝0，所以积分常数B＝0。
θ＝(TL-Tb)t2/(2J0)……(8)在上述(8)式中，如果假定负荷扭矩TL与上述角度差无关，为恒定值，则当臂15超过最高旋转速度ωmax时，通过约束制动器13使臂15的减速度为恒定值。因为减速度恒定，所以减速时间与角度差成正比。优选与角度差成正比地设定臂15的最高旋转速度ωmax。
根据图7及图8说明上述方式构成的机器人的控制装置的动作。图7是表示机器人的控制装置的动作的流程图，图8是表示与制动器相关的动作的时间图。图7中与图5相同的标号表示相同或者相当的部分，省略说明。
如实施例1所示，执行步骤S101至S109，中央处理部31起到作为动作速度运算单元的作用，由位置检测信号θs1求出臂15的角速度ωs，与预先设定的角速度ωmax进行比较(步骤S111)，如果角速度ωs比最高角速度ωmax大，则作为约束单元的伺服控制部33在时间tc，使制动器信号截止(锁定)，以使制动器13产生制动，约束电动机11，将臂15停止(步骤S113)。
另一方面，在步骤S111中，如果角速度ωs比角速度ωmax小，则如实施例1所示，执行步骤S121。
另外，在步骤S113中，作为放开单元的伺服控制部33可以在约束电动机11而将臂停止15后，放开制动器13而使臂15自由动作。
如上所述，因为在手动操作时，对应于臂15和止动装置17之间的角度差，变更制动器13的接通、断开控制时间，同时对应于角度差限制臂15的移动速度，所以能够进一步事先防止臂15与止动装置17相冲突。
实施例3.
上述实施例1设有限制臂15的旋转的止动装置23，在本实施例中，对在主体5和作为作业点的第2臂17的端部As可以接触的机器人3中，避免臂17的端部As和主体5接触的制动器13的控制进行说明。
本实施例的机器人系统与图1所示的相同，包含第2关节部20而构成如图9所示的电气系统。图9中，与图2相同的标号表示相同的部分，省略说明。在图1及图9中，机器人3具有两个关节10、20，由第1电动机11驱动第1关节10，第2关节20上具有第2电动机111，其驱动臂17；作为第2位置检测单元的第2位置检测器112，其检测电动机111的旋转位置并产生位置检测信号θs2；以及第2制动器113，其设在电动机111的轴上，且在电源被切断的情况下阻止臂17的移动。
具有伺服控制部133，其控制电动机111；伺服放大部124，其根据来自于伺服控制部133的驱动指令，驱动电动机111；作为第2制动器控制单元的制动器控制部137，其控制电动机111；以及制动器驱动部135，其驱动制动器111。此外，由制动器控制部37、137构成第2、第3制动器控制单元。
在这里，如图6所示，使工具19的端部Ts和臂17的端部As的位置相同，作为端部As的位置P(x，y)，如果将第1、第2臂15、17的长度设为L1、L2，将第1臂15和X轴之间的角度设为θ1，将第2臂17和第1臂15之间的角度设为θ2，则臂17的端部Px、Py、Pz为下式。
Px＝L1·cosθ1+L2·cos(θ1+θ2)……(9)Py＝L1·sinθ1+L2·sin(θ1+θ2)……(10)Pz＝(Px2+Py2)1/2 ……(11)因此，按照上式，通过检测位置检测器12、112的位置检测信号θ1、θ2，能够求出臂17的端部位置Px、Py、Pz。
根据图1、图4、图9、图11说明以上述方式构成的机器人的控制装置的动作。图11是表示机器人的控制装置的动作的流程图。
操作者预先测定上述每个角度差的负荷扭矩TL，对应于角度差将图4所示的图表存储到存储部32中。然后，操作者利用控制装置30，使臂17的端部As和主体5接触而进行示教，设定示教位置，将示教位置存储在存储部32中。
中央处理部31与实施例1的步骤S101相同地，判断是否由手动操作装置40产生伺服控制部23、133的断开指令(步骤S201)。如果产生断开指令，则中央处理部31使伺服控制部23、133断开(步骤S203)，从位置检测器12、122读入位置检测信号θs1、θs2(步骤S205)，求出臂17的端部位置Px、Py、Pz，对臂17的端部和主体5之间的距离Le进行运算(步骤S207)，对应于该距离Le，确定制动器13、113的接通、断开时间，控制制动器13、113(步骤S209)。
中央处理部31判断距离Le是否达到预先规定的值(步骤S211)，如果未达到，则执行步骤S205、S207、S209，如果角度差θL达到预先规定的值，则约束制动器13、113而结束。
如上所述，因为在手动操作时，对应于臂17和主体5之间的距离，变更制动器13、113的接通、断开控制时间，所以能够事先防止臂17与主体5相冲突。
另外，在上述实施例中，利用控制装置30使臂17的端部As与主体5接触，但也可以具有在臂17可移动的范围内根据X、Y、Z值设定三维空间的设定单元，取代上述步骤S107，根据检测信号θs1、θs2，计算臂17和假想平面之间的距离(第2距离运算单元)，对应于该距离Le，确定制动器13、113的接通、断开时间，控制制动器13、113。
另外，在上述实施例中，使作业点为臂17的端部，但也可以是臂17的适当位置。并且，作业点也可以是与第2臂17连接同时具有第3关节部的第3臂的端部等。
工业实用性如上所述，本发明涉及的机器人的控制装置，适用于手动移动的机器人的臂。
权利要求
1.一种机器人的控制装置，其特征在于，具有移动部件，其可以移动；电动机，其驱动该移动部件；位置检测单元，其检测该电动机的位置，产生位置检测信号；止动部件，其限制前述移动部件的移动；制动器，其约束以及放开前述电动机的旋转；控制部，其驱动前述电动机；指令单元，其使该控制部失效，同时放开前述制动器；以及第1制动器控制单元，其利用该指令单元的动作，对应于前述止动部件和前述移动部件之间的距离，变更约束或者放开前述制动器的时间。
2.一种机器人的控制装置，其特征在于，具有臂，其可以旋转；电动机，其驱动该臂；位置检测单元，其检测该电动机的旋转位置，产生位置检测信号；止动部件，其限制前述臂的旋转；制动器，其约束以及放开前述电动机的旋转；控制部，其驱动前述电动机；指令单元，其使前述控制部失效，同时放开前述制动器；以及第1制动器控制单元，其利用该指令单元的动作，对应于前述止动部件和前述臂之间的角度，变更约束或者放开前述制动器的时间。
3.一种机器人的控制装置，其特征在于，具有可以旋转的第1臂，其与作业点相连接，同时设在第1关节部上；第2臂，其通过第2关节部连接固定在第1臂上；第1、第2电动机，其分别驱动该第1、第2臂；主体部，其与前述第1、第2臂连接，并且可以与前述作业点接触；第1、第2位置检测单元，其分别检测前述第1、第2电动机的旋转位置，产生第1、第2位置检测信号；第1、第2制动器，其分别约束以及放开前述第1、第2电动机的旋转；控制部，其驱动前述第1、第2电动机；位置识别单元，其示教并识别前述主体部的主体位置；指令单元，其使该控制部失效，同时放开第1、第2制动器；以及第2制动器控制单元，其利用该指令单元的动作使前述控制部失效，同时根据前述第1、第2位置检测信号，求出前述作业点和前述主体位置的距离，对应于该距离，变更约束或者放开前述第1、第2制动器的时间。
4.根据权利要求3所述的机器人的控制装置，其特征在于，具有设定单元，其取代前述位置识别单元，在前述第2臂可移动的范围内，由X、Y、Z值设定三维空间；以及第3制动器控制单元，其取代前述第2制动器控制单元，利用指令单元的动作使该控制部失效，同时根据前述第1、第2位置检测信号，求出前述作业点和前述三维空间之间的距离，对应于该距离，变更约束或者放开前述第1、第2制动器的时间。
5.根据权利要求2或3所述的机器人的控制装置，其特征在于，具有动作速度运算单元，其根据前述位置检测信号，基于前述电动机的旋转速度检测前述臂的动作速度；以及约束单元，其比较预先设定的最高动作速度和前述动作速度，如果前述动作速度超过前述最高动作速度，则约束前述制动器。
6.根据权利要求5所述的机器人的控制装置，其特征在于，具有放开单元，其在执行前述约束单元后，在规定时间后放开前述制动器。
全文摘要
本发明的机器人的控制装置具有臂(15)，其可以旋转；电动机(11)，其驱动臂(15)；位置检测器(12)，其检测电动机(11)的旋转位置，产生位置检测信号；止动装置(23)，其限制臂(15)的旋转；制动器(13)，其约束以及放开电动机(11)的旋转；伺服控制部(33)，其驱动电动机(11)；解除操作开关(42)，其使伺服控制部(33)失效，同时放开制动器(13)；以及制动器控制部(37)，其利用解除操作开关(42)的动作，对应于止动装置(23)和臂(15)的角度，变更约束或放开制动器(13)的时间。
文档编号G05B19/19GK1839019SQ200380110518
公开日2006年9月27日 申请日期2003年10月10日 优先权日2003年10月10日
发明者高桥浩喜, 北村笃史, 水谷朋治 申请人:三菱电机株式会社