专利名称：机器人控制装置、机器人系统以及机器人控制方法
技术领域：
本发明涉及机器人控制装置、机器人系统以及机器人控制方法等。
背景技术：
在使用机械手等机器人进行的作业中，存在各种约束条件，例如伴随着与物体的接触的作业。在这种情况下，除了位置的控制，还要求力的控制的情况较多。例如，在描绘物体的表面的情况、使一个物体嵌合于其他物体的情况、不破坏柔软物地进行把持的情况下等，除了单纯的位置的控制之外，还需要与来自物体的反作用力对应的动作。作为在机器人中进行力控制的代表手法，存在被称为阻抗控制的手法。所谓阻抗控制是，使机器人以不管其实际的质量、粘性特性、弹性特性如何，都宛如具有适合作业的这些值的方式动作的控制手法。这是基于从安装在机器人上的力觉传感器等得到的力信息来求解运动方程式，并使机器人按照该解进动作作的控制手法。通过适当地设定该运动方程式，从而能够使机械手等机器人以宛如具有规定的质量、粘性、弹性那样的方式进行动作。此外，在阻抗控制中，为了使机器人等以具有所希望的特性(质量、粘性特性、弹性特性)的方式动作，需要对使用了与该特性对应的系数参数的常微分方程式(作为二阶线性常微分方程式的运动方程式)进行求解。已知各种求解常微分方程式的手法，但使用Runge — Kutta 法、Newton 法等。作为与这种阻抗控制、力控制有关的现有技术，已知专利文献I中公开的技术。专利文献1:日本特开平10 - 128685号公报上述的阻抗控制中的常微分方程式是线性，所以这样的阻抗控制具有相对于力(外力)的方向(朝向)对称的特性。可是，在人进行作业时，经常发生对力进行控制以使位移相对于外力的方向不对称的情况。例如，在对具有某些引入机构的装置插入物体的情况下，针对来自装置的回弹力，施加力来抵抗该抵抗回弹力，但是一旦引入机构工作，切换为引入力，则照此进行动作，换句话说具有“柔软”的特性。因此，在机器人进行与人相同的这样的作业时，需要这种非对称的阻抗控制。此处，在专利文献I中公开了一种如下的手法:通过使力控制中的运动方程式的柔顺项(弹性项)相对于假想位移呈非线性的函数，从而使柔顺项具有非线性性。在专利文献I的说明书中未明确地记载，但能够认为在上述的非线性的柔顺项中包括非对称的柔顺项，由此也能够认为能够实现非对称的阻抗控制。可是，该手法是相对于位置(位移)的非对称性，并不是如上述说明的那样的相对于力的方向的位移(修正值)的非对称性。换句话说，在专利文献I中所公开的手法中，不能够实现位移相对于力的方向非对称的阻抗控制
发明内容
根据本发明的几个方式，能够提供一种进行修正值相对于力的方向不对称的阻抗控制的机器人控制装置、机器人系统以及机器人控制方法等。本发明的一方式涉及机器人控制装置，该机器人控制装置包括:力控制部，其基于从力觉传感器获取的检测传感器值来输出机器人的目标轨道的修正值；目标值输出部，其对上述目标轨道，进行基于上述修正值的修正处理来求出目标值，并输出所求出的上述目标值；以及机器人控制部，其基于上述目标值进行上述机器人的反馈控制，在由上述检测传感器值表示的外力的方向是第一方向的情况下，上述力控制部进行第一力控制，在上述外力的方向是与上述第一方向相反的方向即、第二方向的情况下，上述力控制部进行与上述第一力控制不同的第二力控制。由此，能够进行位移的变化量相对于外力的方向呈非对称的阻抗控制。另外，在本发明的一方式中，上述力控制部也可以在上述外力的方向是上述第一方向的情况下，把使相对于外力的位移变化量成为第一位移变化量的力控制作为上述第一力控制来进行，在上述外力的方向是上述第二方向的情况下，把使相对于外力的上述位移变化量成为与上述第一位移变化量不同的第二位移变化量的力控制作为上述第二力控制来进行。由此，能够例如在检测出朝向第一方向的外力的情况下，进行位移变化量变大的力控制，在检测出朝向第二方向的外力的情况下，进行位移变化量变小的力控制等。另外,在本发明的一方式中，上述力控制部可以在上述外力的方向是上述第一方向的情况下，进行输出与上述第一位移变化量对应的第一修正值的上述第一力控制，在上述外力的方向是上述第二方向的情况下，进行输出与上述第二位移变化量对应的第二修正值的上述第二力控制。由此，能够根据外力的方向来输出不同的修正值等。另外，在本发明的一方式中，上述力控制部可以包括外力方向判定部，该外力方向判定部对由上述检测传感器值表示的上述外力的方向进行判定。由此，能够判定外力的方向等。另外，在本发明的一方式中，上述力控制部具有:控制参数存储部，其存储多个力控制中的控制参数集；以及控制参数选择部，其进行从存储在上述控制参数存储部的上述控制参数集中选择要使用的上述控制参数集的选择处理，在由上述检测传感器值表示的上述外力的方向是上述第一方向的情况下，上述力控制部进行选择第一控制参数集的上述选择处理，在上述外力的方向是上述第二方向的情况下，上述力控制部进行选择第二控制参数集的上述选择处理，使用选择出的上述控制参数集，求出力控制中的常微分方程式的解作为上述修正值，并输出上述修正值也可以。由此，能够通过切换使用于阻抗控制的控制参数集，实现非线性阻抗控制等。另外，在本发明的一方式中，当使用上述第一控制参数集进行力控制时，在判断出有规定的控制参数变更指示的情况下，上述力控制部也可以进行将要使用的上述控制参数集从上述第一控制参数集向上述第二控制参数集变更的变更处理。由此，能够在有规定的控制参数变更指示的情况下，变更要使用的控制参数集等。另外，在本发明的一方式中，上述力控制部也可以在使用上述第二控制参数集进行力控制的情况下，当判断出朝向上述第一方向的外力的大小超过第一阈值时，进行将要使用的上述控制参数集变更为上述第一控制参数集的上述变更处理，在使用上述第一控制参数集进行力控制的情况下，当判断出朝向上述第二方向的外力的大小超过第二阈值时，进行将要使用的上述控制参数集变更为上述第二控制参数集的上述变更处理。由此，能够对控制参数集的变更控制赋予迟滞特性，从而能够避免频繁地发生要使用的控制参数集的变更等。另外，在本发明的一方式中，上述力控制部也可以在由上述检测传感器值表示的外力的方向是上述第二方向的情况下，对进行上述第一力控制所求出的第一修正值、和进行上述第二力控制所求出的第二修正值进行加权处理，求出第三修正值，并输出所求出的上述第三修正值。由此，使用多个数字滤波器的参数，求出进行数字滤波器处理时的输出值，进行各输出值的加权相加，从而能够求出修正值，实现非对称阻抗控制等。另外，在本发明的一方式中，上述力控制部可以具有数字滤波器部，该数字滤波器部求出力控制中的常微分方程式的解作为上述修正值。由此，能够在求出常微分方程式的解的这样的力控制中使用数字滤波器进行所需要的处理，所以能够使硬件化较容易等。另外，在本发明的一方式中，上述力控制部可以对求出上述修正值的上述数字滤波器部的动作的稳定度进行判定，并在判定出上述数字滤波器部的上述动作是稳定的情况下，求出力控制中的上述常微分方程式的解作为上述修正值。由此，能够判定数字滤波器的稳定性等。另外，在本发明的一方式中，上述常微分方程式也可以是将假想质量项、假想粘性项以及假想弹性项作为系数参数的运动方程式。由此，能够求出运动方程式的解等。另外，本发明的其他方式涉及机器人系统，该机器人系统包括上述机器人控制装置、和基于从上述目标值输出部获取的上述目标值来使各部动作的上述机器人。由此，不限于机器人控制装置，也能够实现执行本实施方式的处理的机器人系统
坐寸ο另外，本发明的其他方式涉及机器人控制方法，该机器人控制方法的特征在于，基于从力觉传感器获取的检测传感器值，求出力控制中的常微分方程式的解作为机器人的目标轨道的修正值，在由上述检测传感器值表示的外力的方向是第一方向的情况下，进行第一力控制，在上述外力的方向是与上述第一方向相反的方向、即第二方向的情况下，进行与上述第一力控制不同的第二力控制，对上述目标轨道进行基于上述修正值的修正处理来求出目标值，并输出所求出的上述目标值，基于上述目标值，进行上述机器人的反馈控制。另外，在本发明的其他方式中涉及机器人控制方法，该机器人控制方法的特征在于，在上述外力的方向是上述第一方向的情况下，把使相对于外力的位移变化量成为第一位移变化量的力控制作为上述第一力控制来进行，在上述外力的方向是上述第二方向的情况下，把使相对于外力的上述位移变化量成为与上述第一位移变化量不同的第二位移变化量的力控制作为上述第二力控制来进行。另外，本发明的其他方式涉及机器人控制方法，该机器人控制方法的特征在于，是进行具有力觉传感器的机器人的控制的机器人控制方法，根据施加给上述力觉传感器的外力的方向，进行上述机器人的位移的大小不同的力控制。另外，本发明的其他方式涉及机器人控制方法，该机器人控制方法的特征在于，是进行具有力觉传感器的机器人的控制的机器人控制方法，进行对上述力觉传感器施加了第一外力的情况下的上述机器人的位移的大小、和对上述力觉传感器施加了与上述第一外力大小相同、方向相反的力即、第二外力的情况下的上述机器人的位移的大小不同的力控制。
图1是机器人控制装置以及机器人系统的基本构成例。图2 (A)、图2 (B)是机器人系统的一个例子。图3 (A) 图3 (C)是关于力控制的说明图。图4 (A)、图4 (B)是关于柔顺控制的说明图。图5 (A)、图5 (B)是关于阻抗控制的说明图。图6 (A) 图6 (C)是需要非对称阻抗控制的事例的说明图。图7 (A) 图7 (D)是各力控制中的外力与位移的关系的说明图。图8是不包括力觉反馈的控制系统的基本构成例。图9是包括力觉反馈的控制系统的基本构成例。图10是求出运动方程式的解时的数字滤波器的基本形。图11 (A) 图11 (C)是系统的稳定性判定手法的说明图。图12是使用了数字滤波器的机器人控制装置以及机器人系统的基本构成例。图13是第一实施方式的详细的系统构成例。图14是说明第一实施方式的阻抗数字滤波器处理的流程图。图15 (A) 图15 (E)是说明非对称阻抗控制的各动作步骤的具体例。图16是相对于正弦波外力的对称阻抗控制的响应例。图17是相对于正弦波外力的非对称阻抗控制的响应例。图18是2个阻抗处理输出的加权相加的例子。图19是第二实施方式的详细的系统构成例。图20是说明第二实施方式的阻抗数字滤波器处理的流程图。图21是控制参数的变更处理的说明图。图22 (A)、图22 (B)是求出目标轨道、修正值、目标值的具体的系统构成例。
具体实施例方式以下，对本实施方式进行说明。首先，说明本实施方式的概要。接下来，关于第一实施方式与第二实施方式，分别对系统构成例与详细的处理进行说明。此外，以下说明的本实施方式并未不当地限定权利要求书中所记载的本发明的内容。另外，在本实施方式中所说明的构成的全部未必是本发明的必要构成要件。1.概要1.1基本构成图1表示本实施方式的机器人控制装置(机械手控制装置)以及包括机器人控制装置的机器人系统的构成例。此外，本实施方式的机器人控制装置、机器人系统并不限于图1的构成，而能够实施省略其一部分构成要素，或者追加其他构成要素等的各种变形。本实施方式的机器人控制装置包括力控制部20、目标值输出部60、和机器人控制部80。另外，本实施方式的机器人系统由该机器人控制装置和机器人100 (力觉传感器10)构成。目标值输出部60输出机器人(狭义上说，是机械手)的反馈控制的目标值。基于该目标值来实现机器人100的反馈控制。如果以多关节机器人等为例，该目标值是机器人的关节角信息等。机器人的关节角信息例如是表示机器人的手臂的联杆机构中的各关节的角度(接合轴与接合轴所成的角度)的信息。目标值输出部60能够包括轨道生成部62和逆运动学处理部64。轨道生成部62输出机器人的轨道信息。轨道信息能够包括机器人的末端执行器部(末端)的位置信息(X，y，z)、和绕各坐标轴旋转的旋转角度信息(U，V，W)。逆运动学处理部64基于来自轨道生成部62的轨道信息进行逆运动学处理，例如输出机器人的关节角信息作为目标值。逆运动学处理是对具有关节的机器人的动作进行计算的处理，是根据机器人的末端执行器部的位置姿势等，通过逆运动学来计算关节角信息等的处理。力控制部20 (狭义上说，是阻抗控制部)基于来自力觉传感器10的传感器信息进行力控制(力觉控制)，并输出目标值的修正值。更具体而言，力控制部20 (阻抗控制部)基于来自力觉传感器10的传感器信息(力信息、力矩信息)进行阻抗控制(或者柔顺控制)。力控制例如是，相对于现有的位置控制而增加了力的反馈的控制。阻抗控制是，通过控制使末端执行器部(手指)相对于外力产生位移的容易度(机械阻抗)成为所希望的状态的手法。具体而言，是在机器人的末端执行器部联系质量、粘性系数、和弹性要素的模型中，以作为目标而设定的质量、粘性系数、和弹性系数来与物体接触的控制。另外，力觉传感器10是，对作为针对机器人100产生的力的反作用力而受到的力、力矩进行检测的传感器。该力觉传感器10通常被安装于机器人100的手臂上的手腕部分，检测出的力、力矩作为传感器信息被用于各种的力控制(阻抗控制)。机器人控制部80基于从目标值输出部60得到的目标值进行机器人100的反馈控制。具体而言，根据输出基于来自力控制部20的修正值的修正处理的结果的目标值进行机器人100的反馈控制。例如基于目标值、和来自机器人100的反馈信号进行机器人100的反馈控制。例如机器人控制部80包括多个驱动控制部82-1 82-N (狭义上说，是电机控制部)，并对机器人100所具有的驱动部102-1 102-N输出其控制信号。此处，驱动部102-1 102-N是用于使机器人100的各关节活动的驱动机构，例如通过电机等来实现。此处，图2 (A)表示包括本实施方式的机器人控制装置的机器人系统的例子。该机器人系统包括控制装置300 (信息处理装置)和机器人310 (图1的机器人100)。控制装置300进行机器人310的控制处理。具体而言，进行基于动作顺序信息(脚本信息)使机器人310动作的控制。机器人310具有手臂320以及手部(把持部)330。而且，按照来自控制装置300的动作指示而动作。例如，进行把持或者移动载置在未图示的托盘上的工件等的动作。另外，基于由未图示的拍摄装置所获取的拍摄图像信息来检测机器人的姿势、工件的位置等信息，并将检测出的信息发送给控制装置300。本实施方式的机器人控制装置例如设在图2(A)的控制装置300上，并且通过控制装置300的硬件、程序来实现机器人控制装置。而且，根据本实施方式的机器人控制装置，能够降低对控制装置300等控制硬件的性能要求，并且能够以较高的响应性使机器人310动作。另外，在图2 (A)中，机器人主体310 (机器人)与控制装置300 (机器人控制装置)独立地构成，但本实施方式的机器人并不限于图2 (A)的构成，也可以如图2 (B)那样，机器人主体310与控制装置300 —体地构成。具体而言，如图2 (B)所示，机器人包括机器人主体310 (具有手臂320以及手部330)以及支承机器人主体310的基座单元部，在该基座单元部收纳控制装置300。在图2 (B)的机器人中，在基座单元部设置有车轮等，机器人整体形成为能够移动的结构。此外，图2 (A)是单臂型的例子，但如图2 (B)所示，机器人也可以是双臂型等的多臂型机器人。此外，机器人的移动也可以手动进行，也可以设置驱动车轮的电机，通过控制装置300控制该电机进行。1.2力控制 阻抗控制接下来，对力控制、阻抗控制(柔顺控制)的概要进行说明。图3 (A)表示利用机器人的左臂AL、右臂AR夹住物体OB进行移动的情况。例如，只利用位置控制，有可能掉落或者破坏物体。根据力控制，如图3 (A)所示，能够从两侧以适当的力夹住柔软的物体、易碎的物体，并使之移动。另外，根据力控制，如图3(B)所示，能够利用手臂AM等来描绘存在不确定性的物体的表面SF。这样的控制仅依靠位置控制则不可能实现。另外，根据力控制，如图3 (C)所示，也能够在进行粗略定位之后，试探地进行对位，使物体OB嵌入孔部HL。然而，在弹簧等的实际的机械部件进行的力控制中存在限制用途这样的问题。另夕卜，在这样的机械部件进行的力控制中，特性的动态切换较困难。
另一方面，控制电机的扭矩的扭矩控制简单，但存在位置精度差这样的问题。另夕卜，在异常时产生碰撞等问题。例如在图3(A)中，在发生异常情况，物体OB掉落的情况下，在扭矩控制中，应平衡的反作用力消失，所以产生左右臂AL、AR会碰撞等问题。与此相对，阻抗控制(柔顺控制)的控制虽然较复杂，但存在通用性、安全性较高这样的优点。图4 (A)、图4 (B)是说明作为阻抗控制之一的柔顺控制的图。柔顺是指弹簧常数的倒数，弹簧常数表示硬度，而柔顺指柔软度。当在机器人与环境之间起相互作用时，将赋予机械柔软性亦即柔顺的控制称为柔顺控制。例如在图4 (A)中，在机器人的手臂AM安装有力觉传感器SE。进行编程使该机器人的手臂AM根据由力觉传感器SE所得到的传感器信息(力、扭矩信息)改变姿势。具体而言，图4 (A)的Al所示的假想弹簧以宛如安装在手臂AM的前端的方式控制机器人。例如Al所示的弹簧的弹簧常数是IOOKg / m。如果如图4 (B)的A2所示，以5Kg的力推压弹簧，则如A3所示，弹簧收缩5cm。反言之，可以说如果收缩5cm，则是以5Kg的力推压。换句话说，力信息与位置信息呈线性、且对称地对应。在柔顺控制中，进行宛如该Al所示的假想弹簧被安装在手臂AM的前端那样的控制。具体而言，机器人被控制为响应力觉传感器SE的输入而动作，针对A2所示的5Kg的加重，如A3所示，后退5cm，从而被控制为位置信息对应于力信息而变化。在这样的单纯的柔顺控制中不包括时间项，而包括时间项、且连其2次项都考虑到的控制是阻抗控制。具体而言，2次项是质量项，I次项是粘性项，阻抗控制的模型能够由下式(I)所示的运动方程式表示。数If(t) = mx-￥μχ + L......( I )在上式(I)中，m是质量，μ是粘性系数，k是弹性系数，f是力，X是来自目标位置的位移。另外，X的I次微分、2次微分分别对应于速度、加速度。在阻抗控制中，构成用于使作为手臂的前端的末端执行器部具有上式(I)的特性的控制系统。即、以手臂的前端宛如具有由上式(I)表示的假想质量、假想粘性系数、假想弹性系数的方式进行控制。这样，阻抗控制是，在粘性要素与弹性要素在各方向上与手臂的前端的质量联系的模型中，以作为目的而设定的粘性系数与弹性系数与物体接触的控制。例如图5 (A)所示，考虑一种利用机器人的手臂AL、AR抓取物体0B，使之沿着轨道TR移动的控制。在这种情况下，轨道TRL是通过设定在物体OB的左侧的内侧的点PL的轨道，是假定阻抗控制而决定的假想的左手轨道。另外，轨道TRR是通过设定在物体OB的右侧的内侧的点PR的轨道，是假定阻抗控制而决定的假想的右手轨道。在这种情况下，手臂AL被控制为产生与手臂AL的前端和点PL的距离差对应的力。另外，手臂AR被控制为产生与手臂AR的前端和点PR的距离差对应的力。如果这样，则能够实现一边较软地抓取物体OB—边使之移动的阻抗控制。而且，在阻抗控制中，如图5 (A)的BI所示，即使产生物体OB落下的情况，如B2、B3所示，手臂AL、AR也被控制为其前端在点PL、PR的位置停下。即、如果假想的轨道不是碰撞轨道，则能够防止手臂AL、AR碰撞。另外，如图5(B)，在控制为描绘物体的表面SF的情况下，在阻抗控制中，控制为对手臂AM的前端作用与假想的轨道TRVA和前端的距离差DF对应的力。因此，能够进行一边对手臂AM施加力一边描绘 表面SF这样的控制。这些例子表示进行线性且对称的阻抗控制的情况。此外，此处，所谓线性阻抗控制是指，位移相对于外力呈线性地变化的阻抗控制，所谓非线性阻抗控制是指，位移相对于外力呈非线性地变化的阻抗控制。并且，所谓对称阻抗控制是指，位移相对于外力的方向对称的阻抗控制，所谓非对称阻抗控制是指，位移相对于外力的方向非对称的阻抗控制。1.3非对称阻抗控制可是，在线性且对称的阻抗控制中，在图6 (A) 图6 (C)所示的那样的根据外力的朝向来要求不同的力控制的事例中，不能够充分地应对。此处，具体而言，在图6 (A) 图6 (C)中对求出的阻抗控制进行说明。首先，图6 (A)表示作为引入机构而具有辊子部RL、此外还具有导向辊部GRL的装置中，机器人的手臂AM插入工件WK的情况。此外，导向辊部GRL是不具有引入机构的辊子，在手臂AM的前端设有力觉传感器SE。在本例中，在工件WK的前端与导向辊部GRL接触时，力觉传感器SE检测朝右的力。在此刻，优选进行抵抗朝右的外力这样的可靠的力控制。即、应使位移相对于外力的变
化量较小。然后，工件WK被手臂AM推压而向右移动，工件WK的前端接触到辊子部RL时，力觉传感器检测朝左的力。因为是辊子部RL将工件WK引入。在本例中，因为目的是将工件WK压入装置内，所以之后应进行按照朝左的外力进行动作的柔和的力控制。换言之，应使位移的变化量相对于外力 较大。
图6 (B)的例子也与图6 (A)的例子相同，在导向辊部GRL上使工件WK移动的情况下，进行抵抗朝右的外力的力控制，在工件WK接触到传送带一部分BC的时刻，应相对于朝左的外力进行顺从的力控制。并且，图6 (C)的情况也与图6 (A)以及图6 (B)的例子相同，优选地，在上坡时进行相对于外力的位移变化量变小的控制，在下坡时进行相对于外力的位移变化量变大的控制。接下来，使用图7 (A) 图7 (D)，从各力控制中的外力与位移的关系观点来说明对称阻抗控制与非对称阻抗控制的不同。此外，例如，考虑在图6 (A)的例子中适用图7(A) 图7 (D)的情况下，将在压入工件WK时所受到的右方向的力表示为负的外力，将在工件WK被辊子部RL拉动时所受到的左方向的力表示为正的外力。首先，图7 (A)表示线性且对称的阻抗控制的例子。S卩、图7 (A)的图表表示外力越大，位移也成正比例地变大的情况。这样的关系在前述的图5 (A)、图5 (B)中外力与位移中成立。接下来，图7 (B)表示在外力增大至规定的阈值以上的情况下，位移难以变大的非线性阻抗控制的例子。在这些图7 (A)与图7 (B)所示的对称阻抗控制中，即使外力的方向变化了，外力与位移的关系也不变化。换句话说，在图7 (A)与图7 (B)中，如果无论外力的方向是第一方向(右方向)还是与第一方向相反的方向的第二方向(左方向)，外力的大小都相同，贝1J相对于此的位移的大小(绝对值)都相同。接下来，对在图6 (A)那样的事例中所求出的外力与位移的理想关系以及实现该理想关系的力控制进行说明。此外，此处为了使说明易懂，而只进行柔顺控制的说明，但并不限于柔顺控制，对阻抗控制也适用。
首先，从结论先叙述，在后述的第一实施方式以及第二实施方式中，进行施加给力觉传感器的外力的方向与施加外力时的机器人的位移的大小的关系呈非对称的力控制，作为图6 (A)那样的事例中所求出的力控制。即、根据施加给力觉传感器的外力的方向来进行机器人的位移的大小不同的力控制。此处，具体而言，考虑将式(I)中的柔顺项(弹性项)设为X的函数g (X)的运动方程式亦即下式(2)。数2f(t) = mx + fm + g(x).....( 2 )例如，如果式(2)中的g (X)呈图7 (C)的曲线那样的形状，则看起来实现了在压入图6 (A)的工件WK时所受到的右方向的外力较生硬，在拉动工件WK时所受到的左方向的外力较柔和的构造。如果进行这样的阻抗控制，则能够获得相对于外力的方向的非对称性。可是，如果正确地来说，该g (X)是位移X的函数，取决于外力的方向，控制参数并不变化。换句话说，即使在外力的方向未变化的范围内，响应特性也变化，与在图6 (A)中求出的响应特性有点微妙地不同。实际想要的是，例如以下所示的图7 (D)的特性。在图7 (D)所示的非对称阻抗控制中，针对第一方向的外力与位移的关系如gl直线，针对与第一方向相反的方向亦即第二方向的外力与位移的关系如g2直线。即、与图7(A)、图7 (B)所示的对称阻抗控制不同，在外力的方向是第一方向时、与外力的方向是第二方向时，相对于外力的位移变化量(换句话说，gl与g2直线的斜率)不同。换言之，外力与位移的关系根据外力的方向而不同。具体而言，对于在压入图6 (A)的工件WK时所受到的右方向的外力而言，按照gl曲线，进行外力即使变大，位移也难以变化的较生硬的力控制，对于拉动工件WK时所受到的左方向的外力而言，按照g2的曲线，实现即使是较小的外力，位移也容易变化的较柔和的力控制。这样，本申请人提出一种对例如图6 (A) 图6 (C)的事例进行图7 (D)所示的非对称阻抗控制的机器人控制装置等。1.4控制系统的构成
另外，此处，图8表示不包括力觉反馈的情况下的控制系统的基本构成例。轨道生成部562生成轨道信息P (xyzuvw),并输出给逆运动学处理部564。此处，轨道信息P包括例如手臂的前端(末端执行器部)的位置信息(xyz)与绕各轴旋转的旋转信息(uvw)。而且，逆运动学处理部564基于轨道信息P进行逆运动学处理，从而生成作为目标值的各关节的关节角Θ，并将其输出。然后，基于该关节角Θ进行电机控制，从而进行机器人的手臂的动作控制。在这种情况下，通过公知的PID控制来实现图8的电机(M)的控制。该PID控制是公知的技术，所以此处省略详细的说明。图8中，由轨道生成部562与逆运动学处理部564构成目标值输出部。该目标值输出部的处理成为机器人的整体处理。另一方面，后段的电机控制成为每个关节的控制。图9表示包括力觉反馈的情况下的控制系统的基本构成例。在图9中，相对于图8，进一步设有力觉传感器510、姿势修正部532、手部、工具自重修正部534、运动方程式处理部536、和正向运动学处理部540。在图9中，姿势修正部532接受来自力觉传感器510的传感器信息来进行传感器的姿势修正，手部、工具自重修正部534进行手部、工具自重修正。然后，运动方程式处理部536进行求出前述的式(I)所示的运动方程式的解的处理，并输出修正值Λρ。根据该修正值Λρ修正轨道信息P，从而进行作为目标值的关节角Θ的修正处理。另外，正向运动学处理部540进行正向运动学处理，求出机器人的轨道信息P’并将其反馈给轨道生成部562。另外，对姿势修正部532、和手部、工具自重修正部534输出用于确定姿势的信息。此外，机器人的轨道信息P’向轨道生成部562的反馈用于进行基于ρ’的轨道的修正处理等，如果不进行该修正处理等，则未必需要反馈。在手部、工具自重修正部534中进行手部、工具自重修正，在姿势修正部532中进行姿势修正。此处，手部、工具自重修正是用于根据来自力觉传感器510的传感器信息(力信息)来抵消机器人的手部的自重、手部抓取的工具的自重带来的影响的修正处理。另外，姿势修正是用于根据传感器信息(力信息)来抵消力觉传感器510的姿势带来的影响的修正处理。这些手部、工具自重修正以及姿势修正能够例如下式(3)所示。数3
权利要求
1.一种机器人控制装置，其特征在于，包括: 力控制部，其基于从力觉传感器获取的检测传感器值来输出机器人的目标轨道的修正值； 目标值输出部，其对所述目标轨道进行基于所述修正值的修正处理来求出目标值，并输出所求出的所述目标值；以及 机器人控制部，其基于所述目标值，进行所述机器人的反馈控制， 在由所述检测传感器值表示的外力的方向是第一方向的情况下，所述力控制部进行第一力控制， 在所述外力的方向是与所述第一方向相反的方向即、第二方向的情况下，所述力控制部进行与所述第一力控制不同的第二力控制。
2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于， 在所述外力的方向是所述第一方向的情况下，所述力控制部把使相对于外力的位移变化量成为第一位移变化量的力控制作为所述第一力控制来进行， 在所述外力的方向是所述第二方向的情况下，所述力控制部把使相对于外力的所述位移变化量成为与所述第一位移变化量不同的第二位移变化量的力控制作为所述第二力控制来进行。
3.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于， 在所述外力的方向是所述第一方向的情况下，所述力控制部进行输出与所述第一位移变化量对应的第一修正值的所述第一力控制， 在所述外力的方向是所述第二方向的情况下，所述力控制部进行输出与所述第二位移变化量对应的第二修正值的所述第二力控制。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的机器人控制装置，其特征在于， 所述力控制部包括外力方向判定部，该外力方向判定部对由所述检测传感器值表示的所述外力的方向进行判定。
5.根据权利要求1 4中任意一项所述的机器人控制装置，其特征在于， 所述力控制部具有: 控制参数存储部，其存储多个力控制中的控制参数集；以及 控制参数选择部，其进行从存储在所述控制参数存储部的所述控制参数集中选择要使用的所述控制参数集的选择处理， 在由所述检测传感器值表示的所述外力的方向是所述第一方向的情况下，所述力控制部进行选择第一控制参数集的所述选择处理， 在所述外力的方向是所述第二方向的情况下，所述力控制部进行选择第二控制参数集的所述选择处理， 使用选择出的所述控制参数集，求出力控制中的常微分方程式的解来作为所述修正值，并输出所述修正值。
6.根据权利要求5所述的机器人控制装置，其特征在于， 当使用所述第一控制参数集进行力控制时， 在判断出有规定的控制参数变更指示的情况下，所述力控制部进行将要使用的所述控制参数集从所述第一控制参数集向所述第二控制参数集变更的变更处理。
7.根据权利要求6所述的机器人控制装置，其特征在于， 在使用所述第二控制参数集进行力控制的情况下，当判断出朝向所述第一方向的外力的大小超过第一阈值时，所述力控制部进行将要使用的所述控制参数集变更为所述第一控制参数集的所述变更处理， 在使用所述第一控制参数集进行力控制的情况下，当判断出朝向所述第二方向的外力的大小超过第二阈值时，所述力控制部进行将要使用的所述控制参数集变更为所述第二控制参数集的所述变更处理。
8.根据权利要求1 7中任意一项所述的机器人控制装置，其特征在于， 在由所述检测传感器值表示的外力的方向是所述第二方向的情况下，所述力控制部对进行所述第一力控制所求出的第一修正值、和进行所述第二力控制所求出的第二修正值进行加权处理，求出第三修正值，并输出所求出的所述第三修正值。
9.根据权利要求1 8中任意一项所述的机器人控制装置，其特征在于， 所述力控制部具 有数字滤波器部，该数字滤波器部求出力控制中的常微分方程式的解来作为所述修正值。
10.根据权利要求9所述的机器人控制装置，其特征在于， 所述力控制部对求出所述修正值的所述数字滤波器部的动作的稳定度进行判定， 并在判定出所述数字滤波器部的所述动作为稳定的情况下，求出力控制中的所述常微分方程式的解来作为所述修正值。
11.根据权利要求9或者10所述的机器人控制装置，其特征在于， 所述常微分方程式是将假想质量项、假想粘性项以及假想弹性项作为系数参数的运动方程式。
12.—种机器人系统,其特征在于,包括: 权利要求1 11中任意一项所述的所述机器人控制装置； 所述机器人，其基于从所述目标值输出部获取的所述目标值使各部动作。
13.—种机器人控制方法,其特征在于， 基于从力觉传感器获取的检测传感器值，求出力控制中的常微分方程式的解来作为机器人的目标轨道的修正值， 在由所述检测传感器值表示的外力的方向是第一方向的情况下，进行第一力控制，在所述外力的方向是与所述第一方向相反的方向、即第二方向的情况下，进行与所述第一力控制不同的第二力控制， 对所述目标轨道进行基于所述修正值的修正处理来求出目标值，并输出所求出的所述目标值， 基于所述目标值，进行所述机器人的反馈控制。
14.根据权利要求13所述的机器人控制方法，其特征在于， 在所述外力的方向是所述第一方向的情况下，把使相对于外力的位移变化量成为第一位移变化量的力控制作为所述第一力控制来进行， 在所述外力的方向是所述第二方向的情况下，把使相对于外力的所述位移变化量成为与所述第一位移变化量不同的第二位移变化量的力控制作为所述第二力控制来进行。
15.—种机器人控制方法,其特征在于，是进行具有力觉传感器的机器人的控制的机器人控制方法， 根据施加给所述力觉传感器的外力的方向，进行所述机器人的位移的大小不同的力控制。
16.—种机器人控制方法,其特征在于， 是进行具有力觉传感器的机器人的控制的机器人控制方法， 进行对所述力觉传感器施加了第一外力的情况下的所述机器人的位移的大小和对所述力觉传感器施加了与所述第一外力大小相同、方向相反的力即第二外力的情况下的所述机器人的位移的大小 不同的力控制。
全文摘要
本发明涉及机器人控制装置、机器人系统以及机器人控制方法。在机器人控制装置中包括力控制部，其基于从力觉传感器获取的检测传感器值来输出机器人的目标轨道的修正值；目标值输出部，其对目标轨道进行基于修正值的修正处理来求出目标值，并输出所求出的目标值；以及机器人控制部，其基于目标值进行机器人的反馈控制。并且，在由检测传感器值表示的外力的方向是第一方向的情况下，力控制部进行第一力控制，在外力的方向是与第一方向相反的方向即、第二方向的情况下，力控制部进行与第一力控制不同的第二力控制。
文档编号B25J13/00GK103203755SQ20131001456
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月15日 优先权日2012年1月17日
发明者稻积满广 申请人:精工爱普生株式会社