专利名称：具备工件质量测定功能的机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备测定由具备力测定部的机器人把持的工件的质量的功能的机器人。
背景技术：
为了进行生产中的部件或产品的次品检查，进行使用具备力测定部的机器人测定工件的质量的工作。具体地说，在机器人手腕部具备力测定部的机器人的手把持工件。并且，根据此时的力测定部的输出值测定工件的质量。这种质量的测定例如在确认与只把持一个工件无关，在搬运中是否把持多个工件时进行。或者，这种质量的测定也在通过单一的工件的质量是否位于规定的范围内来判断工件是否是良品时进行。在日本特开平6-31667号公报中公开了下述内容根据质量的测定值进行工件的良品检查、部件安装检查、种类检查，由此，区分工件。另外，在日本特开平6-31667号公报中，为了测定工件的质量，以工件的重量垂直地施加在力测定部上的方式设定机器人动作，求出此时的力测定部的输出和规定的基准质量间的差。另外，日本特开平5-57667号公报公开了在机器人手的上方及下方分别具备一对力测定部(负载传感器)的结构。并且，根据从上方及下方把持工件时的力测定部的各自的输出测定工件的重量。在日本特开平5-57667号公报中，在手把持工件的状态下且一对负载传感器位于垂直方向的状态下使工件静止，通过从下侧的负载传感器的重量值减去上侧的负载传感器的重量值求出工件的质量。其中，图7A及图7B是现有技术的机器人的侧视图。这些图所示的机器人是垂直多关节机器人，在机器人的臂的前端部2上安装有机器人手3。并且，在臂的前端部2与手3之间配置有力传感器5。首先，如图7A所示，在未把持工件W的状态下，使机器人I静止，存储力传感器5的输出。接着，如图7B所示，只进行手3把持工件W的动作(不改变机器人I的位置姿势)，在静止状态下，存储力传感器5的输出。并且，根据力传感器5的两个输出的偏差求出工件W的质量。在此，在力传感器5是单轴的负载传感器的场合，如图7A及图7B所示，要求在力传感器5计测时，力传感器5是垂直向下的。但是，在力传感器5是三轴以上的力传感器的场合，只要在未把持工件W时及把持工件时的位置姿势相同，则力传感器5可以是垂直向下以外的姿势。如上所述，在测定工件W的质量时，需要机器人I静止。其理由在于，在机器人I进行动作时，不仅是手3及工件W的重力，由机器人I的加速减速产生的力、离心力、科里奥利力等惯性力也由力传感器5检测。并且，若为了这种重力及惯性力不进行作用而使机器人I静止，则机器人I需要减速时间、静止时间、再加速时间。由此，机器人I的周期也变得相当大。
另夕卜，即使在日本特开平6-31667号公报及日本特开平5_57667号公报中，在工件的测定时，也需要以工件的重量垂直地施加在力测定部上的方式改变机器人I的姿势。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供即使在操纵动作时也能够正确地获得工件的质量的、具备工件质量测定功能的机器人。为了实现上述目的，根据第一方案，在具备测定所把持的工件的质量的工件质量测定功能的机器人中，具备测定作用在上述机器人的机构部的前端部的力的力测定部、及根据在上述机器人移动时由上述力测定部得到的力推断上述机 器人所把持的工件的质量的质量推断部。根据第二方案，在第一方案中，上述力测定部根据在把持上述工件时测定的力测定值和在未把持上述工件时测定的力测定值推断上述工件的质量。根据第三方案，在第一或第二方案中，在上述机器人移动时，不改变上述机构部的前端部的姿势。根据第四方案，在第一至第三方案的任一方案中，将上述质量推断部在上述机器人移动时的多个时刻推断的上述工件的多个质量的平均值作为质量推断值。根据第五方案，在第一至第四方案的任一方案中，上述质量推断部包括测定或推断作用在上述机器人的机构部前端部的加速度的加速度获取部，上述质量推断部根据上述机器人移动时由上述力测定部测定的力及由上述加速度获取部获取的加速度，推断上述机器人把持的工件的质量。根据第六方案，在第五方案中，上述加速度获取部利用动力学方程式计算加速度。根据第七方案，在第五方案中，上述加速度获取部获取由安装在上述机器人上的加速度传感器测定的加速度。根据第八方案，在第一至第七方案的任一方案中，上述力测定部在多个方向测定上述力，上述加速度获取部在上述多个方向获取上述加速度，上述质量推断部在上述多个方向推断上述质量，由此，将多个上述质量的平均值作为质量推断值。根据第九方案，在第一至第七方案的任一方案中，上述力测定部在多个方向测定上述力，上述加速度获取部在上述多个方向获取上述加速度，上述质量推断部在上述多个方向推断上述质量，由此，将与多个上述方向中的、上述加速度的绝对值最大的方向对应的上述质量作为质量推断值。根据第十方案，在第一至第四方案的任一方案中，上述质量推断部根据在上述机构部的前端部在与作用在上述机器人的机构部的前端部的重力方向垂直的平面上移动时由上述力测定部得到的力，推断上述机器人把持的工件的质量。根据第十一方案，在第一至第四方案的任一方案中，上述质量推断部根据在上述机器人的机构部的前端部以一定速度在直线轨道上移动时由上述力测定部得到的力，推断上述机器人把持的工件的质量。根据第十二方案，在第十或第i^一方案中，还具备获取上述机器人的机构部的前端部的姿势的姿势获取部，上述质量推断部根据由上述力测定部测定的一方向以上的力和由上述姿势获取部获取的上述姿势，推断上述机器人把持的工件的质量。
根据附图所示的本发明的优选的实施方式的详细的说明，本发明的这些目的、特征、优点及其他目的、特征及优点更加明确。本发明的效果如下。在第一方案中，能够不停止机器人地计算工件的质量。因此，不会伴随质量的测定而延长机器人作业的周期。另外，由于单一的力测定部即可，因此能够使机器人系统的结构简单，也能够抑制构筑机器人系统所需的费用。在第二方案中，即使手的质量是未知的，也能够求出工件的质量。在第三方案中，在求出工件的质量时，能够减少由外来干扰产生的影响。在第四方案中，能够更正确地算出工件的质量。在第五方案中，通过使用加速度，能够更正确地计算工件的质量。在第六方案中，由于不需要加速度传感器，因此能够使机器人系统的结构简单，能够抑制构筑机器人系统所需的费用。在第七方案中，能正确且直接地求出加速度。在第八方案中，由于使用多个方向、例如XYZ三方向的平均值，因此能更正确地计算工件的质量。在第九方案中，由于在加速度的绝对值较大的方向求出质量，因此能够减少干扰等误差主要原因的影响。在第十方案中，能够排除惯性力作用在重力方向上的情况。在第十一方案中，能够排除对机器人的加速减速必要的力、离心力、科里奥利力等惯性力。在第十二方案中，通过考虑机器人的姿势，不需要使机器人以使手朝向正下方等特殊的姿势进行动作。
图1是根据本发明的机器人的侧视图。图2A是表示根据本发明的实施例一等的机器人的动作的第一图。图2B是表示根据本发明的实施例一等的机器人的动作的第二图。图3是表示根据本发明的实施例二等的机器人的动作的图。图4是机器人的侧视图。图5A是表示根据本发明的实施例五等的机器人的动作的第一图。图5B是表示根据本发明的实施例五等的机器人的动作的第二图。图6是根据本发明的实施例九的机器人的侧视图。图7A是现有技术的机器人的侧视图。图7B是现有技术的机器人的另一侧视图。
具体实施例方式下面，参照
本发明的实施方式。在以下的附图中，对同样的部件标注相同的参照符号。为了容易理解，这种附图适当改变了比例尺。图1是根据本发明的机器人的侧视图。在图1中，机器人I是垂直多关节机器人或公知的机器人操作装置，在其臂的前端部2上安装有把持工件W的手3。另外，也不需要在机器人I的臂的前端部2上安装手3。手3根据工件W的形状、材质、质量等适当选择。手3可以是吸引式、夹头式的任一种。另外，在臂的前端部2和手3之间配置有力传感器5。在图1中，在机器人I的动作范围内配置有两个工作台T1、T2，在一方的工作台Tl上载置有工件W。另外，如图1所示，控制机器人I整体的机器人控制装置9连接在机器人I上。另外，力传感器5也连接在机器人控制装置9上。机器人控制装置9是数字计算机，具备推断工件W的质量的质量推断部11、计算作用在机器人臂的前端部2上的加速度的加速度获取部12。另外，也可以代替加速度获取部12，在手3上安装加速度传感器6 (后述)。另外，如图1所示，机器人控制装置9包括获取机器人臂的前端部2的姿势的姿势获取部13。另外，在图1中，表示固定在机器人I的基体上的基准坐标系Σ I和固定在力传感 器5上的力传感器坐标系Σ 2。基准坐标系Σ I的轴向与重力方向的关系预先存储在机器人控制装置9的存储部(未图示)中。另外，在该存储部中存储有各种数据。通常，基准坐标系Σ I的Z方向和重力方向设定为一致，但也可以设定为其他方向。另外，在图1及后述的附图中，重力朝向各附图的下方进行作用。随着机器人臂的前端部2进行动作，力传感器坐标系Σ 2相对于基准坐标系Σ I的位置/姿势变化。某时刻的力传感器坐标系Σ 2的位置/姿势能够使用该瞬间的机器人I的各轴的角度及机器人联杆长等并利用公知的正运动学计算来计算。图2Α及图2Β分别是表示根据本发明的实施例一等的机器人的动作的第一及第二图。在图2Α中，在机器人I未把持工件W的状态下，使前端部2从工作台Τ2向工作台Tl在某轨道上进行动作。此时，由手3的重力及手3运动产生的惯性力等作用在力传感器5上。另外，在图2Β中，在机器人I把持工件W的状态下，使前端部2从工作台Tl向工作台Τ2在某轨道上进行动作。此时，由手3和工件W的重力及手3和工件W运动产生的惯性力等作用在力传感器5上。实施例一在实施例一中，手3的质量通过其他计测，是已知的。另外，作为力传感器5使用三轴以上的力传感器，因此,力传感器5能够检测并行三成分的力。在图2Β中，利用机器人I的手3把持工件W，并且机器人I及工件W不与周围设备等接触地进行动作。此时，如图2Β所示，以机器人I的手腕的姿势不变化的方式使机器人I进行动作时的力传感器5的输出利用以下的式(I)表示。另外，不使手腕变化的理由是为了减少机器人的振动等干扰的影响。F= (Mh+Mw) · R · {g+d2x / dt2+C(x、dx / dt)}(I)其中，F是由力传感器5检测的力向量(检测值)，Mh是手3的质量，Mw是工件W的质量，R是从基准坐标系Σ I向力传感器坐标系Σ 2的转换矩阵，g是从基准坐标系Σ I观察的重力加速度向量，X是从基准坐标系Σ I观察的力传感器坐标系Σ 2原点的位置向量，
d2x / dt2 是 X 的二次微分，C(x、dx / dt)是表示作用在手3和工件W上的离心力或科里奥利力等惯性力的向量，是X及dx/ dt的函数。式(I)只要机器人I不与周围设备等接触，在任意的时刻都是成立的。存储机器人I的动作时的某时刻的力向量F。并且，根据机器人联杆长及机器人I的各轴的角度等信息并利用正运动学计算算出质量推断部11在相同时刻的X。接着，质量推断部11使用算出的X，也计算g、d2x / dt2及C(x、dx / dt)。另外,后述的运算也主要由质量推断部11进行。式(I)的各项是三成分的向量而由三个式子构成，能够从各个求出工件Mw的质量。理想的是全部为相同的值，但在实际的测量中，普遍为稍微不同的结果。若将从三个式子得到的质量分别设为Mwx、Mwy, Mwz，则能利用以下的方法计算Mw。第一方法是算出Mwx、Mwy、Mwz平均值,能利用以下的式(2)容易且正确地求出Mw。Mw= (Mwx+Mwy+Mwz) / 3(2)或者,可以采用向量{g+d2x / dt2+C(x、dx / dt)}的三成分中绝对值最大的方向的质量。即，由于加速度的绝对值较大的方向干扰等误差主要原因的影响相对变小，因此利用其结果。即，若假设为{g+d2x / dt2+C(x、dx / dt)} = (ax、ay、az),则若I ax I最大,贝丨J将Mwx作为Mw而采用，若I ay I最大，则将Mwy作为Mw而采用，若I az I最大，则将Mwz作为Mw而采用。如上所述，能够只利用某一时刻的式(I)计算工件W的质量Mw。但是，也可以求出多个时刻的工件W的质量Mw而采用其平均值。由此，能够减少由因机器人联杆长的个体差或联杆的挠曲等引起的模型化误差、力传感器的输出值的波动、因机器人自身的摇摆引起的振动等外部干扰产生的影响，能够求出可靠性高的质量Mw。实施例二图3是表示根据本发明的实施例二等的机器人的动作的图。从图可以看出，实施例二在将加速度传感器6安装在手3的基部上这一点与实施例一不同。另外，即使在实施例二中，作为力传感器5也使用三轴以上的力传感器，因此，力传感器5能够检测并行三成分的力。在上述的实施例一中，利用计算求出向量{g+d2x / dt2+C(x、dx / dt)},但在实施例二中，利用加速度传感器6的输出求出上述向量。在如图2B所示那样机器人I把持工件W的状态下，使前端部2从工作台Tl向工作台T2在某个轨道上进行动作。此时的力传感器5的输出能够利用以下的式(3)表示。F= (Mh+Mw) · A(3)其中，F是由力传感器5检测的力向量(检测值)，Mh是手3的质量，Mw是工件W的质量，A是将加速度传感器6的输出向量变换为在力传感器坐标系Σ 2下的值的数值。与实施例一的场合相同，存储在机器人I进行动作时的某时刻的力向量F。此时，某时刻的加速度传感器6的输出向量A也同样地存储。并且，由于手3的质量Mh是已知的，因此能够通过使用式(3)计算工件W的质量Mw。式(3)的各项是三成分的向量而由三个式子构成，能够从各个求出工件质量Mw。理想的是全部为相同的值，但在实际的测量中，普遍为稍微不同的结果。
若将从三个式子得到的质量分别设为Mwx、Mwy、Mwz,则能如下计算Mw。第一方法是算出Mwx、Mwy、Mwz平均值,能利用上述的式⑵容易地求出工件W的质量Mw。或者，可以采用向量A的三成分中绝对值最大的方向的结果。即，由于加速度的绝对值较大的方向干扰等误差主要原因的影响相对变小，因此利用其结果。即，若假设为A= (ax、ay、az),则若I ax I最大,则将Mwx作为Mw而采用，若I ay I最大，则将Mwy作为Mw而采用，若I az I最大，则将Mwz作为Mw而采用。如上所述，能够只利用某一时刻的式(3)计算工件W的质量Mw。但是，也可以求出多个时刻的工件W的质量Mw而采用其平均值。由此，能够减少各种误差的影响。另外，在实施例二中，由于采用加速度传感器6，因此能更正确且直接地求出加速度。实施例三在实施例三中使用的力传感器5是三轴以上的力传感器，能够检测并行三成分的力。实施例三在利用后述的两个步骤测定这一点上与上述的实施例一不同。即，在实施例 三中，由于也计算手3的质量，因此不需要事先测定手3的质量。首先，说明第一步骤。如图2A所示，在机器人I的手3未把持工件W的状态下，不与周围设备接触地使机器人I的手3在空中移动。以机器人I的手腕的姿势不变化的方式使机器人I进行动作时的力传感器5的输出利用以下的式(4)表示。Fl=Mh · R · (g+d2x / dt2+C(x、dx / dt))(4)其中，Fl是由力传感器5检测的力向量(检测值)，Mh是手的质量，Mw是工件W的质量，R是从基准坐标系Σ I向力传感器坐标系Σ 2的转换矩阵，g是从基准坐标系Σ I观察的重力加速度向量，X是从基准坐标系Σ I观察的力传感器Σ 2原点的位置向量，d2x / dt2 是 X 的二次微分，C(x、dx / dt)是由作用在工具上的离心力或科里奥利力产生的加速度向量，是X及dx / dt的函数。式(4)只要机器人I不与周围设备等接触，则在任意的时刻都成立，存储机器人I进行动作时的某时刻的力向量F1。根据机器人联杆长及机器人的各轴角度等信息并利用正运动学计算算出相同时刻的位置向量X。并且，使用位置向量X还算出g、d2x / dt2、C(x、dx / dt)。在该场合，由于不需要设置加速度传感器6，因此能够使机器人系统的结构简单，能抑制构筑机器人系统所需的费用。接着，根据上述信息并利用式(4)计算手3的质量Mh。除了在某一个时刻根据式
(4)求出手3的质量Mh，也可以在多个时刻根据式(4)求出手3的质量Mh并计算其平均值。由此，能够减少由因机器人联杆长的个体差或联杆的挠曲等引起的模型化误差、力传感器的输出值的波动、因机器人自身的摇摆引起的振动等外部干扰产生的影响，能够求出可靠性高的质量Mh。接着，说明第二步骤。如图2B所示，在机器人I的手3把持工件W的状态下，使机器人I的手3不与周围设备接触地在空中移动。以机器人I的手腕的姿势不变化的方式使机器人I动作时的力传感器5的输出利用以下的式(5)表不。
F2= (Mh+Mw) · R · (g+d2x / dt2+C(x、dx / dt))(5)其中，F2是由力传感器检测的力向量(检测值)，Mh是手3的质量，Mw是工件W的质量，R是从基准坐标系Σ I向力传感器坐标系Σ 2的转换矩阵，g是从基准坐标系Σ I观察的重力加速度向量，X是从基准坐标系Σ I观察的力传感器Σ 2原点的位置向量，d2x / dt2 是 X 的二次微分，C(x、dx / dt)是合成作用在工具上的离心力或科里奥利力的向量，是X及dx /dt的函数。与上述第一步骤相同地计算某时刻的X、g、d2x / dt2、C(x、dx / dt)。手3的质量Mh在第一步骤中已经决定。因此，使用式(5)导出工件W的质量Mw。式(5)的各项是三成分的向量而由三个式子构成，能够从各个求出质量Mw。理想的是全部为相同的值，但在实际的计算中，普遍为稍微不同的结果。若将从三个式子得到的质量分别设为Mwx、Mwy、Mwz,则能如下计算Mw。第一方法是算出Mwx、Mwy、Mwz平均值,能利用上述的式⑵容易地求出Mw。或者,可以采用向量{g+d2x / dt2+C(x、dx / dt)}的三成分中绝对值最大的方向的结果。即，由于加速度的绝对值较大的方向干扰等误差主要原因的影响相对变小，因此利用其结果。即，若假设为{g+d2x / dt2+C(x、dx / dt)} = (ax、ay、az),则若I ax I最大,贝丨J将Mwx作为Mw而采用，若I ay I最大，则将Mwy作为Mw而采用，若I az I最大，则将Mwz作为Mw而采用。如上所述，能够只利用某一时刻的式(5)计算工件W的质量Mw。但是，也可以求出多个时刻的工件W的质量Mw而采用其平均值。由此，能够减少各种误差的影响。实施例四参照图3，如上那样将三轴的加速度传感器6安装在手3上。在上述的实施例三中，从机器人联杆长或机器人的各轴角度等求出加速度(g+d2x / dt2+C(x、dx / dt)),但在实施例四中使用加速度传感器6的输出。即使在实施例四中也与实施例三相同地使用三轴以上的力传感器5，能够检测并行三成分的力。实施例四在利用后述的两个步骤测定这一点与上述实施例二不同。即，在实施例四中，计算手3的质量。首先，说明第一步骤。如图2A所示，在机器人I的手3未把持工件W的状态下，手3不与周围设备等接触地在空中移动。此时的力传感器5的输出能够利用以下的式(6)表
/Jn οFl=Mh · A(6)其中，Fl是由力传感器5检测的力向量(检测值)，Mh是手3的质量，A是将加速度传感器6的输出向量变换为在力传感器坐标系Σ 2下的值的数值。式(6)只要机器人1不与周围设备等接触，则在任意的时刻都成立，存储某一时刻的力传感器5的力向量Fl和加速度传感器6的值A。并且，使用这些信息并根据式(6)计算手3的质量Mh。除了在某一时刻根据式(6)求出手3的质量Mh之外，也可以在多个时刻求出手3的质量Mh，计算其平均值。通过这样，能够减少由因机器人联杆长的个体差或联杆的弯曲等引起的模型化误差、力传感器的输出值的波动、因机器人自身的晃动引起的振动等外来干扰产生的影响。接着，说明第二步骤。如图2B所示，在机器人I把持工件W的状态下，使手3不与周围设备等接触地在空中进行动作。此时的力传感器5的输出能够利用以下的式(7)表示。F2= (Mh+Mw) · A(7)其中，F2是由力传感器5检测的 力向量(检测值)，Mh是手3的质量，Mw是工件W的质量，A是将加速度传感器6的输出向量变换为在力传感器坐标系Σ 2下的值的数值。与第一步骤的场合相同，存储在某时刻的力传感器5的力向量F2和加速度传感器6的值A。由于手3的质量Mh在第一步骤中决定了，因此能够通过使用式(7)计算工件W的质量Mw。式(7)的各项是三成分的向量而由三个式子构成，能够从各个求出质量Mw。理想的是全部为相同的值，但在实际的计算中，普遍为稍微不同的结果。若将从三个式子得到的质量分别设为Mwx、Mwy、Mwz,则能如下计算Mw。第一方法是算出Mwx、Mwy、Mwz平均值,能利用上述的式⑵容易地求出Mw。或者，可以采用向量A的三成分中绝对值最大的方向的结果。即，由于加速度的绝对值较大的方向干扰等误差主要原因的影响相对变小，因此利用其结果。即，若假设为A= (ax、ay、az),则若I ax I最大,则将Mwx作为Mw而采用，若I ay I最大，则将Mwy作为Mw而采用，若I az I最大，则将Mwz作为Mw而采用。如上所述，能够只利用某一时刻的式(7)计算工件W的质量Mw。但是，也可以求出多个时刻的工件W的质量Mw而采用其平均值。由此，能够减少各种误差的影响。在后述的实施例五 实施例八中，作为力测定部，可以米用一轴以上的负载传感器或力传感器的任一个。在使用一轴负载传感器的场合，以下将负载传感器能够测定力的一方向称为测定方向。以在机器人手臂为垂直向下的姿势时测定方向与重力方向一致的方式将负载传感器安装在机器人手臂上(参照作为机器人的侧视图的图4)。随着机器人的臂的前端部2进行动作，力传感器坐标系Σ 2或负载传感器5相对于基准坐标系Σ I的位置/姿势变化。姿势获取部13能够使用该瞬间的机器人的各轴角度及机器人联杆长等并利用已知的正运动学计算求出某时刻的力传感器坐标系Σ 2或负载传感器5的位置/姿势。图5A是表不根据本发明的实施例五的机器人的动作的第一图。在图5A中，表不在机器人I未把持工件W的状态下，机器人的臂的前端部2在与重力方向垂直的平面上进行动作的样子。手3的重力及由手3进行运动产生的惯性力等作用在力传感器5上。但是，在重力方向上，由于没有作用惯性力的成分，因此只作用有重力。图5B是表示根据本发明的实施例五等的机器人的动作的第二图。在图5B中，表示在机器人I把持工件W的状态下，机器人的臂的前端部2在与重力方向垂直的平面上进行动作的样子。手3和工件W的重力及由手3和工件W进行运动产生的惯性力等作用在力传感器5上。但是，在重力方向上，由于没有作用惯性力的成分，因此只作用有重力。实施例五在实施例五中，手3的质量预先测定而是已知的，作为力测定部5，使用一轴以上的负载传感器5。如图5B所示，机器人I在把持工件W的状态下不与周围设备等接触地且不使机器人的手腕的姿势变化地使工件W在与重力方向垂直的平面上进行动作。动作中的姿势是一定的，但也未必与重力方向一致。就此时的力而言，以下的式(8)成立。F= (Mh+Mw) · g · cos θ(8)
其中，F是由负载传感器5检测的力(检测值)，Mh是手3的质量，Mw是工件W的质量，g是重力加速度，Θ是测定方向与重力方向所成的角度(例如图4的角度Θ是0° )。在式(8)中，只要在与重力方向垂直的平面上进行动作则在任意的时刻都成立。并且，存储此时的某时刻的力F。姿势获取部13能够使用该瞬间的机器人I的各轴角度及机器人联杆长等并利用公知的正运动学计算求出负载传感器5相对于基准坐标系Σ I的位置/姿势。由于相对于基准坐标系Σ I的重力方向也清楚，因此该瞬间的Θ也能够计算。并且，由于手3的质量Mh是已知的，因此能够从式⑶求出工件的质量Mw。在该场合，由于能够排除惯性力作用在重力方向上，因此工件W的质量更正确。能够在某一时刻利用式(8)求出工件W的质量Mw。也可以求出多个时刻的工件W的质量Mw而采用其平均值。通过这样，能够减少由因负载传感器输出值的波动、机器人自身的晃动引起的振动等外来干扰产生的影响。实施例六在实施例六中，手3的质量预先测定而是已知的，作为力测定部5，使用三轴以上的力传感器。如图5B所示，在机器人I把持工件W的状态下不与周围设备等接触地且不使机器人I的手腕的姿势变化地使工件W在与重力方向垂直的平面上进行动作。动作中的姿势是一定的，但也未必与重力方向一致。就此时的力而言，以下的式(9)成立。F= (Mh+Mw) · g(9)其中，F是由力传感器5检测的重力方向的成分(检测值)，Mh是手3的质量，Mw是工件W的质量，g是重力加速度。上述式(8)是与计测方向相关的式子，但式(9)是与重力方向相关的式子。式(9)只要在与重力方向垂直的平面上进行动作则在任意的时刻都成立，并存储某时刻的力传感器5的输出。力传感器5的输出在力传感器坐标系Σ 2的值下是X、Y、Z三成分。如上所述，由于力传感器坐标系Σ 2、重力方向相对于基准坐标系Σ I都清楚，因此该瞬间的、力传感器5的输出的重力方向成分F也能够计算。并且，由于手3的质量Mh是已知的，因此根据式(9)计算Mw。能够在某一时刻使用式(9)求出工件W的质量Mw。也可以求出多个时刻的工件W的质量Mw而采用其平均值。通过这样，能够减少由因负载传感器输出值的波动、机器人自身的晃动引起的振动等外来干扰产生的影响。实施例七在实施例七中，作为力测定部使用一轴以上的负载传感器5。实施例七在利用后述的两个步骤测定这一点上与上述的实施例五不同。即，在实施例七中，计算手3的质量。首先，说明第一步骤。如图5A所示，在机器人I未把持工件W的状态下不与周围设备等接触地且不使机器人的手腕的姿势变化地使工件W在与重力方向垂直的平面上进行动作。动作中的姿势是一定的，但也未必与重力方向一致。就此时的力而言，以下的式(10)成立。
·
F=Mh · g · cos Θ(10)其中，F是由负载传感器5检测的力(检测值)，Mh是手3的质量，g是重力加速度，Θ是测定方向与重力方向所成的角度。式(10)只要在与重力方向垂直的平面上进行动作则在任意的时刻都成立。并且，存储此时的某时刻的力F。姿势获取部13能够使用该瞬间的机器人I的各轴角度及机器人联杆长等并利用公知的正运动学计算求出负载传感器5相对于基准坐标系Σ I的位置/姿势。相对于基准坐标系Σ I的重力方向也清楚，因此也能计算该瞬间的角度Θ。使用这些信息并根据式
(10)计算手3的质量Mh。能够在某一时刻利用式(10)求出手3的质量Mh。也可以求出多个时刻的手3的质量Mh而采用其平均值。通过这样，能够减少由因负载传感器输出值的波动、机器人自身的晃动引起的振动等外来干扰产生的影响。接着，说明第二步骤。如图5B所示，在机器人I把持工件W的状态下不与周围设备等接触地且不使机器人I的手腕的姿势变化地使工件W在与重力方向垂直的平面上进行动作。动作中的姿势是一定的，但也未必与重力方向一致。就此时的力而言，以下的式(11)成立。F= (Mh+Mw) · g · cos θ(11)其中，F是由负载传感器5检测的力(检测值)，Mh是手3的质量，Mw是工件W的质量，g是重力加速度。Θ是测定方向与重力方向所成的角度。与上述的第一步骤的场合相同，存储某时刻的力F，计算角度Θ。并且，手3的质量Mh在第一步骤中已经决定，因此根据式(11)计算工件W的质量Mw。能够在某一时刻使用式(11)求出工件W的质量Mw。也可以求出多个时刻的工件W的质量Mw而采用其平均值。通过这样，能够减少由因负载传感器输出值的波动、机器人自身的晃动引起的振动等外来干扰产生的影响。实施例八在实施例八中，作为力测定部5，使用三轴以上的力传感器5。实施例八利用后述的两个步骤进行测定这点与上述的实施例六不同。即，在实施例八中，计算手3的质量。首先，对第一步骤进行说明。如图5A所示，在机器人I未把持工件W的状态下不与周围设备等接触地且不使机器人I的手腕的姿势变化地使工件W在与重力方向垂直的平面上进行动作。动作中的姿势是一定的，但也未必与重力方向一致。就此时的力而言，以下的式(12)成立。·F=Mh · g(12)其中，F是由力传感器5检测的重力方向的成分(检测值)，Mh是手3的质量，g是重力加速度。上述式⑶是与计测方向相关的式子，但式(12)是重力方向的式子。式(12)只要在与重力方向垂直的平面上进行动作则在任意的时刻都成立，并存储此时的某时刻的力传感器5的输出。力传感器5的输出在力传感器坐标系Σ 2的值下是X、Y、Z三成分。如上所述，由于力传感器坐标系Σ 2、重力方向相对于基准坐标系Σ I的都清楚，因此该瞬间的、力传感器5的重力方向成分F也能够计算。使用这些信息并根据式(12)计算手3的质量Mh。能够在某一时刻使用式(12)求出工件手3的质量Mh。也可以求出多个时刻的手3的质量Mh而采用其平均值。通过这样，能够减少由因负载传感器输出值的波动、机器人自身的晃动引起的振动等外来干扰产生的影响。接着，对第二步骤进行说明。如图5B所示，在机器人I把持工件W的状态下不与周围设备等接触地且不使机器人I的手腕的姿势变化地使工件W在与重力方向垂直的平面上进行动作。动作中的姿势是一定的，但也未必与重力方向一致。就此时的力而言，以下的式(13)成立。F= (Mh+Mw) · g(13)其中，F是由力传感器5检测的重力方向的成分(检测值)，Mh是手3的质量，Mw是工件W的质量，g是重力加速度。与上述的第一步骤的场合相同，计算某时刻的力的成分F。由于手3的质量Mh在第一步骤中已经决定，因此能够使用式(13)计算工件W的质量Mw。能够在某一时刻使用式(13)求出工件W的质量Mw。也可以求出多个时刻的工件W的质量Mw而采用其平均值。通过这样，能够减少由因负载传感器输出值的波动、机器人自身的晃动引起的振动等外来干扰产生的影响。实施例九图6是根据本发明的实施例九的机器人的侧视图。在实施例五 实施例八中，机器人臂前端部2在与作用在臂的前端部2上的重力方向垂直的平面上移动。相对于此，在实施例九中，如图6所示，使机器人臂的前端部以一定速度在直线轨道上移动。
从图6可以看出，该直线轨道未必在与重力方向垂直的平面上。通过限定在一定速度且直线轨道上，对加速减速必要的力、离心力、科里奥利力等惯性力不会作用在力测定部5上。因此，能更正确地求出工件W的质量Mh。另外，工件W的质量Mw的计算方法与实施例五 实施例八相同，因此省略说明。这样，在本发明中，能够不停止机器人I地计算工件W的质量。因此，不需要机器人I的减速时间、静止时间、再加速时间。因此，不会伴随质量的测定而延长机器人作业的周期。另外，即使机器人I以任意的起动进行动作，也不会受到动力学项的影响，能够正确地获取工件W的质量。另外，在本发明中，不需要多个力测定部，单一的力测定部即可。因此，能够使机器人系统的结构简单，能抑制构筑机器人系统的费用。另外，从业人员当然清楚，即使是不同的实施例，只要是同样的结构，便能够得到相同的效果。使用了优选的实施方式说明了本发明，但从业人员能够不脱离本发明的范围地进行上述改变及多种其他改变、省略、添加。
权利要求
1.一种机器人(I)，其具备测定所把持的工件的质量的工件质量测定功能，该机器人(I)的特征在于，具备测定作用在上述机器人的机构部的前端部(2)上的力的力测定部(5);以及根据在上述机器人移动时由上述力测定部得到的力推断上述机器人所把持的工件的质量的质量推断部(11)。
2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，上述力测定部(5)根据在把持上述工件时测定的力测定值和在未把持上述工件时测定的力测定值推断上述工件的质量。
3.根据权利要求1或2所述的机器人，其特征在于，在上述机器人移动时，不改变上述机构部的前端部的姿势。
4.根据权利要求1 3任一项所述的机器人，其特征在于，将上述质量推断部(11)在上述机器人移动时的多个时刻推断的上述工件的多个质量的平均值作为质量推断值。
5.根据权利要求1 4任一项所述的机器人，其特征在于，上述质量推断部(11)包括测定或推断作用在上述机器人的机构部前端部上的加速度的加速度获取部(12)，上述质量推断部(11)根据上述机器人移动时由上述力测定部测定的力及由上述加速度获取部(12)获取的加速度，推断上述机器人把持的工件的质量。
6.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，上述加速度获取部(12)利用动力学方程式计算加速度。
7.根据权利要求5所述的机器人，其特征在于，上述加速度获取部(12)获取由安装在上述机器人上的加速度传感器(6)测定的加速度。
8.根据权利要求1 7任一项所述的机器人，其特征在于，上述力测定部(5)在多个方向测定上述力，上述加速度获取部(12)在上述多个方向获取上述加速度，上述质量推断部(11)在上述多个方向推断上述质量，由此，将多个上述质量的平均值作为质量推断值。
9.根据权利要求1 7任一项所述的机器人，其特征在于，上述力测定部(5)在多个方向测定上述力，上述加速度获取部(12)在上述多个方向获取上述加速度，上述质量推断部(11)在上述多个方向推断上述质量，由此，将与多个上述方向中的、上述加速度的绝对值最大的方向对应的上述质量作为质量推断值。
10.根据权利要求1 4任一项所述的机器人，其特征在于，上述质量推断部(11)根据在上述机构部的前端部在与作用在上述机器人的机构部的前端部的重力方向垂直的平面上移动时由上述力测定部(5)得到的力，推断上述机器人把持的工件的质量。
11.根据权利要求1 4任一项所述的机器人，其特征在于，上述质量推断部(11)根据在上述机器人的机构部的前端部以一定速度在直线轨道上移动时由上述力测定部(5)得到的力，推断上述机器人把持的工件的质量。
12.根据权利要求10或11所述的机器人，其特征在于，还具备获取上述机器人的机构部的前端部的姿势的姿势获取部(13)，上述质量推断部(11)根据由上述力测定部测定的一方向以上的力和由上述姿势获取部(13)获取的上述姿势，推断上述机器人把持的工件的质量。
全文摘要
本发明提供具备工件质量测定功能的机器人。即使是操纵动作时，也能正确地获取工件的质量。具备测定所把持的工件的质量的工件质量测定功能的机器人(1)具备测定作用在机器人(1)的机构部的前端部(2)上的力的力测定部(5)、以及根据在机器人(1)移动时由力测定部(5)得到的力的信息推断机器人(1)所把持的工件的质量的质量推断部(11)。由此，即使是操纵动作时，也能正确地获取工件的质量。优选力测定部(5)根据把持工件时测定的力测定值和未把持工件时测定的力测定值推断工件的质量。
文档编号B25J9/00GK102990642SQ201210328610
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月6日 优先权日2011年9月9日
发明者佐藤贵之 申请人:发那科株式会社