根据力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]本发明涉及基于作用于机器人的力使机器人移动的机器人控制装置与包括该机器人及该机器人控制装置的机器人系统。
【背景技术】
[0002]作为通过使力作用在机器人上，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，已知直接示教法。通过使用这种方法，对机器人沿期望的移动方向使力作用并直接地引导，能够将机器人移动到正交坐标系上的期望的位置及/或姿势。
[0003]作为与之相关的技术，日本特开昭56-85106号公报公开了在操作安装于机器人的手臂的前端的力检测器的手动操作部时，根据由力检测器产生的信号，使机器人的手臂的前端位置、姿势移动的方法。
[0004]另外，在日本特开平06-250728号公报中公开了利用设在机器人的力传感器，检测人为地施加在手尖效果器上的力，使用由该检测得到的力信号控制机器人臂的动作时，只在由操作方向设定机构设定的方向引导机器人臂的机器人的直接示教装置。
[0005]日本特开昭56-85106号公报所记载的方法能够根据力使机器人的前端部的正交坐标系上的位置及/或姿势移动，但在直接示教中，无法将各轴移动到期望的位置。
[0006]在日本特开平06-250728号公报记载的装置中，在通过直接示教使机器人移动时，能够通过限制其移动方向，只在所限制的方向上移动，实现操作性的提高。该限制的方向是与机器人的前端的笛卡尔坐标系上的位置及/或姿势相关的姿势，在直接示教中，未提及在各轴的控制中切换、或只在期望的轴进行动作等的、驱动的轴的限制相关的方法等。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的目的在于提供一种机器人控制装置与包括该机器人控制装置及该机器人的机器人系统，该机器人控制装置在使力作用在机器人的前端部，改变机器人的前端部的正交坐标系上的位置及/或姿势时，能够移动到移动困难的位置，并且，不使用特别的输入装置等，也不需要进行移动方法的切换的输入作业，能简单地将轴移动到期望的位置。
[0008]为了实现上述目的，本申请发明提供一种机器人控制装置，其基于作用在由多个轴构成的机器人的力，使上述机器人移动，具备计测作用在上述机器人的前端部的力的力计测部、基于上述力计测部计测的力计算进行上述机器人的各轴的位置的移动操作的操作力的操作力计算部、输出使上述机器人移动的指令的操作指令部、将上述多个轴内、根据力移动的轴设定为操作轴并设定与力的方向对应的上述操作轴的移动方向的操作轴设定部，上述操作轴设定部在上述操作轴是两个以上时，根据移动操作的状况，基于相对于上述操作轴的上述力计测部计测的力的方向，对上述操作轴设定是否移动，上述操作指令部基于上述操作轴设定部的设定及上述操作力计算部计算的操作部，输出使上述操作轴的位置移动的操作指令。
[0009]另外，本申请发明提供一种机器人控制装置，其基于作用在由多个轴构成的机器人的力，使上述机器人移动，具备计测作用在上述机器人的前端部的力的力计测部、基于上述力计测部计测的力计算进行上述机器人的各轴的位置的移动操作的操作力的操作力计算部、输出使上述机器人移动的指令的操作指令部、将上述多个轴内、根据力移动的轴设定为操作轴并设定与力的方向对应的上述操作轴的移动方向的操作轴设定部，上述操作轴设定部在上述操作轴是两个以上时，根据移动操作的状况，基于上述操作轴与上述机器人的前端部的位置关系，对上述操作轴设定是否移动，上述操作指令部基于上述操作轴设定部的设定及上述操作力计算部计算的操作力，输出使上述操作轴的位置移动的操作指令。
[0010]另外，本申请发明提供一种机器人控制装置，其基于作用在由多个轴构成的机器人的力，使上述机器人移动，具备计测作用在上述机器人的前端部的力的力计测部、基于上述力计测部计测的力计算进行上述机器人的各轴的位置的移动操作的操作力的操作力计算部、输出使上述机器人移动的指令的操作指令部、将上述多个轴内、根据力移动的轴设定为操作轴并设定与力的方向对应的上述操作轴的移动方向的操作轴设定部，上述操作轴设定部在上述操作轴是两个以上时，根据移动操作的状况，基于相对于上述操作轴的上述力计测部计测的力的方向、及上述操作轴与上述机器人的前端部的位置关系内的至少一方和规定的优先顺序，对上述操作轴设定是否移动，上述操作指令部基于上述操作轴设定部的设定及上述操作力计算部计算的操作力，输出使上述操作轴的位置移动的操作指令。
[0011]另外，本申请发明提供一种机器人控制装置，其基于作用在由包括两个以上的旋转轴的多个轴构成的机器人的力，使上述机器人移动，具备计测作用在上述机器人的前端部的力的力计测部、基于上述力计测部计测的力计算进行上述机器人的各轴的位置的移动操作的操作力的操作力计算部、输出使上述机器人移动的指令的操作指令部、将上述多个轴内、根据力移动的轴设定为操作轴并设定与力的方向对应的上述操作轴的移动方向的操作轴设定部，上述操作轴设定部将上述多个轴内、不论上述多个轴的位置如何旋转轴的旋转中心线都正交的两个轴设定为上述操作轴，上述操作指令部基于上述操作轴设定部的设定及上述操作力计算部计算的操作力，输出使上述操作轴的位置移动的操作指令。
[0012]在优选的实施方式中，上述操作轴设定部将上述多个轴内、不论上述多个轴的位置如何旋转轴的旋转中心线都正交的两个旋转轴设定为上述操作轴，根据移动操作的状况，基于相对于上述操作轴的上述力计测部计测的力的方向、上述操作轴与上述机器人的前端部的位置关系、及规定的优先顺序内至少一个，对上述操作轴设定是否移动。
[0013]本发明的其他方案提供一种包括本申请发明的的机器人控制装置与上述机器人。
[0014]在优选的实施方式中，上述机器人系统具备向上述机器人控制装置输入设定的示教操作装置，上述操作轴设定部基于来自上述示教操作装置的输入设定上述操作轴，上述示教操作装置从组合了能设定为上述操作轴的轴内、成为操作轴的轴的选择肢项选择并输入。
[0015]在优选的实施方式中，上述机器人系统具备向上述机器人控制装置输入设定的示教操作装置，上述操作轴设定部基于来自上述示教操作装置的输入设定上述操作轴，上述示教操作装置显示上述多个轴内、能作为上述操作轴选择的轴，基于所选择的轴，在上述所选择的轴以外的轴中，显示能作为上述操作轴与上述所选择的轴同时选择、不能与上述所选择的轴同时选择的至少一方。
[0016]本申请发明的方式提供包括本申请发明的机器人控制装置与上述机器人的机器人系统，上述机器人系统具备显示装置，上述显示装置显示上述操作轴设定部设定是否使上述操作轴移动时的设定条件。
[0017]在优选的实施方式中，提供机器人系统，上述示教操作装置基于上述机器人的现在的轴的位置，在从上述多个轴内的旋转轴的旋转中心线到上述机器人的前端部的最短距离为规定的阈值以下时，表示上述机器人的前端部位于上述旋转轴的旋转中心线的附近，或不能进行作为上述操作轴设定包括该轴的设定。
【附图说明】
[0018]本发明的上述或其他目的、特征及长处通过参照【附图说明】以下优选的实施方式进
行说明，变得更明确。
[0019]图1是表示具备由本发明的一实施方式的机器人控制装置控制的机器人的机器人系统的概略结构的图。
[0020]图2是功能性地表示本发明的一实施方式的机器人控制装置的结构的图。
[0021]图3是表示利用本发明的一实施方式的机器人控制装置进行的处理的过程的流程图。
[0022]图4是用于说明由操作力计算部计算操作力的方法的一例的图。
[0023]图5是用于说明由操作力计算部计算操作力的方法的一例的图。
[0024]图6是用于说明判断、设定相对于操作轴是否为移动的操作轴的方法的一例的图。
[0025]图7是用于说明判断、设定相对于操作轴是否为移动的操作轴的方法的一例的图。
[0026]图8是用于说明判断、设定相对于操作轴是否为移动的操作轴的方法的一例的图。
[0027]图9是表示利用本发明的一实施方式的机器人控制装置的处理的过程的流程图。
[0028]图10是表示利用本发明的一实施方式的机器人控制装置的处理的过程的流程图。
[0029]图11是表示具备由本发明的一实施方式的机器人控制装置控制的机器人的机器人系统的、示教操作装置的安装位置的一例的图。
[0030]图12是表示具备由本发明的一实施方式的机器人控制装置控制的机器人的机器人系统的、示教操作装置的安装位置的一例的图。
[0031]图13a是表示在向本发明的一实施方式的机器人控制装置输入设定的示教操作装置上显示的画面的一例的图。
[0032]图13b是表示在向本发明的一实施方式的机器人控制装置输入设定的示教操作装置上显示的画面的一例的图。
[0033]图14a是表示在向本发明的一实施方式的机器人控制装置输入设定的示教操作装置上显示的画面的一例的图。
[0034]图14b表示在向本发明的一实施方式的机器人控制装置输入设定的示教操作装置上显示的画面的一例的图。
【具体实施方式】
[0035]下面，参照【附图说明】本发明的实施方式。在下面的附图中，对相同的部件标注相同的参照符号。另外，为了容易地理解，适当改变在附图中的比例尺。
[0036]在本申请说明书中，“力”未特别地限定，包括力的并进方向及力的力矩成分，“位置及/或姿势”包括位置及姿势的至少一方。另外，“轴”是连接构成机器人的联杆与联杆的关节部分，为改变联杆与联杆的位置关系或角度关系的部分。例如，通过改变轴的位置(旋转轴的情况下的位置为角度)，能改变联杆与联杆的位置关系，从而能改变机器人的前端部的位置及或姿势。另外，可在与成为轴的部分不同的部位配置使轴的位置移动的驱动器。另外，“力控制增益”为在根据作用的力使机器人移动的控制中，基于作用的力的大小，用于求出每个控制周期的、正交坐标系上的机器人的前端部的位置及/或姿势、机器人的各轴的位置等移动量的系数。
[0037]另外，绕机器人的轴的旋转中心线作用的力或绕机器人的轴的旋转中心线施加的力在机器人的轴为旋转轴的情况下，在以坐标系的一个轴与机器人的轴的旋转中心线一致的方式，对机器人的轴设定坐标系时，在该坐标系上，为在与机器人的轴的旋转中心线正交的平面、且原点为与机器人的轴的旋转中心线与其平面的交点的平面中存在的并列方向的力、或绕机器人的轴的旋转中心线作用的力的力矩。
[0038]图1是表示具备本发明的一实施方式的机器人控制装置10与由机器人控制装置10控制的机器人50的机器人系统11的结构例的概略图。机器人控制装置10构成为在每个规定的控制周期控制机器人50的各轴的位置。
[0039]在机器人系统11中，在操作人员60向机器人550的前端部58施加力(外力)时，机器人控制装置10基于力计测部21 (参照图2)计测的作用于机器人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，控制使机器人50的各轴移动的驱动器，改变构成机器人50的轴的位置，使机器人50移动。另外，机器人控制装置10具有包括运算处理装置、ROM、RAM等的硬件结构，执行后述的各种功能。
[0040]下面，参照图1更具体地说明机器人50的结构。在图1的实施方式中，机器人50是六轴结