多关节机器人的弹性变形补偿控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多关节机器人的控制。
【背景技术】
[0002] 在通过电弧焊接进行多个母材的焊接时，采用摆动焊接，所述摆动焊接是一边使 焊接电极在焊接方向上前进，一边在焊接线的左右方向上进行正弦波摆动动作并进行焊 接。过去以来，该摆动焊接通过使焊炬自身左右摇动来进行，或通过以焊炬自身为中心使其 左右倾动来进行。在使多关节机器人进行这样的摆动焊接的情况下，要求较高的轨迹精度。
[0003] 这样的多关节机器人以各轴为单位进行伺服控制。但是，由于固有振动频率较低， 因此从振动抑制的观点出发，几乎不采用速度前馈等，相对于目标值而言，实际的反馈值的 相位滞后较大，伺服控制部的速度控制部的响应特性按照每个轴而不同，导致了轨迹误差。 另外，使这样的多关节机器人的各轴执行动作的电动机经由减速器与臂结合。在对由于该 减速器的刚性不足等而引起的弹性变形进行校正的情况下，电动机按照指令值那样进行动 作为前提。但是，由于前馈等未充分发挥功能，因此电动机如指令值那样进行动作几乎不可 能，弹性变形补偿未充分发挥功能。关于这样的多关节机器人的弹性变形补偿控制，公知以 下那样的技术。
[0004] 日本特开昭61-201304号公报（专利文献1)公开了一种如下方法：在减速器等的 关节群的机械刚性较低的情况下，也针对位置指令值对机器人臂高精度地进行位置控制。 该位置控制方法的特征在于，通过将构成机器人的各臂的位置指令值、对该位置指令值进 行一阶微分而得到的速度、进行二阶微分而得到的加速度代入到考虑了各臂间的关节的机 械刚性的机器人臂的运动方程，来计算出施加在各关节的转矩，通过用求得的转矩除以作 为常数、函数或控制装置内的表给出的各关节的机械弹力刚性，来求取基于各关节的机械 刚性的挠曲角，并使求得的挠曲角与位置指令值相加从而抵消各关节的挠曲，来设定新的 位置指令值。
[0005] 另外，日本特开2005-186235号公报（专利文献2)公开了即使干扰力发挥作用、 由相互干扰的多轴构成的机器人的各轴也按照指令动作的机器人的控制装置。该控制装置 是机器人的控制装置，该机器人由相互干扰的多轴构成，具备用于使由电动机、经由减速机 等与电动机结合的臂和检测电动机的位置的电动机位置检测器构成的各轴按照每个轴的 指令进行动作的位置控制部以及速度控制部。该控制装置的特征在于，具备：干扰力计算 部，其根据自轴的指令来计算作用于其它轴的干扰力；非干扰转矩信号作成部，其根据自轴 的指令和从其它轴作用的干扰力的计算值来求取即使在有从其它轴作用的干扰力的情况 下也使自轴按照指令动作的电动机转矩指令信号；和非干扰位置信号作成部，其根据自轴 的指令和从其它轴作用的干扰力的计算值来求取即使在有从其它轴作用的干扰力的情况 下也使自轴按照指令动作的电动机位置信号。
[0006] 先行技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献I :日本特开昭61-201304号公报
[0009] 专利文献2 :日本特开2005-186235号公报 [0010] 发明的概要
[0011] 发明要解决的课题
[0012] 在上述的专利文献1中，根据关节角目标值等来计算因减速器等的刚性不足而产 生的挠曲（弹性变形），将弹性变形量和给电动机的角度指令值相加以补偿该弹性变形，由 此谋求位置精度的改善。但是，由于如上所述未进行良好的前馈控制等，因此电动机未按照 指令值动作，弹性变形补偿未充分发挥功能。
[0013] 另外，在专利文献2中，记载了包括各轴间的干扰在内的弹性变形补偿。但是，需 要臂加速度的一阶微分值、二阶微分值，非常不耐噪声，另外只是进行稍微剧烈的动作，臂 加速度的二阶微分值就示出天文数字的值等，该弹性变形补偿的实现受到非常大的制约。
[0014] 即，在现有技术中，未能解决以下的问题。
[0015] (1)在机器人的固有振动低的状态下，由于不能使弹性变形补偿以及轴力转矩补 偿有效地发挥作用，因此不能对弹性变形的影响进行补偿，导致了精度变差。
[0016] (2)在有伺服控制部的相位滞后的状态下，由于不能使弹性变形补偿控制有效地 发挥作用，因此不能对弹性变形的影响进行补偿，导致了精度变差。
[0017] (3)由于按每个轴而伺服控制特性不同，因此在各轴的响应中产生差异，导致了轨 迹精度的变差。
[0018] (4)在指令值的计算周期比伺服控制部中的计算周期滞后的情况下产生的相位差 导致了轨迹精度的变差。
[0019] (5)在焊接机器人的摆动动作中，使在摆动周期的相位滞后以及增益特性在各轴 一致是非常重要的。但是，由于减速器所引起的弹性变形导致的伺服特性变化和按每个轴 的特性的差异，因而使相位/增益特性在高频摆动动作中一致是非常困难的。
【发明内容】
[0020] 本发明鉴于上述的问题而提出，其目的在于，提供一种在具备多轴的多关节机器 人中能够补偿各轴的弹性变形的影响从而能以较高的轨迹精度进行摆动等动作的多关节 机器人的弹性变形补偿控制装置。
[0021] 用于解决课题的手段
[0022] 为了解决上述课题，本发明所涉及的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置采取 以下的技术手段。
[0023] 即，本发明所涉及的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置驱动多个关节轴以使 安装于多关节机器人的工具进行所期望的动作，其中所述多关节机器人经由弹性变形的减 速器将驱动多关节机器人的关节轴的电动机、和臂進行结合，所述多关节机器人的弹性变 形补偿控制装置的特征在于，具有：关节角度指令值计算部，其计算用于实现所期望的工具 动作的各关节轴的关节角度指令值Θ Ic并输出；轴力转矩计算部，其基于动力学模型，根 据关节角度指令值Θ Ic来计算按照所述关节角度指令值Θ Ic动作时产生的作用于各关节 轴的轴力转矩fc并输出；电动机角度指令值计算部，其基于包括关节轴的刚性参数在内的 参数，根据关节角度指令值Θ Ic和轴力转矩fc来计算电动机角度指令值Θ mc并输出；第 1动态特性运算部，其具备具有低于机器人的固有振动频率的截止频率的高频阻隔特性，对 所述电动机角度指令值Smc进行滤波处理，并输出处理后的电动机角度目标值θπκ?;电动 机角度控制部，其被输入所述电动机角度目标值Θ md作为针对所述电动机的目标值；和电 动机电流控制部，其被输入从所述电动机角度控制部输出的电动机转矩指令值加上轴力转 矩补偿值fd而得到的值作为目标值，所述第1动态特性运算部由以N次曲线内插构成的内 插部、和以M阶滤波器构成的滤波器部来构成，并且N+M为4以上。
[0024] 优选为，最好将构成所述滤波器部的M阶滤波器设为以下的式（1)。
[0025] [式 1]
[0027] 优选为，最好将构成所述滤波器部的M阶滤波器设为以下的式（2)。
[0028] [式 2]
[0030] 优选为，最好将构成所述滤波器部的M阶滤波器的波形设为对于该M阶滤波器的 阶跃响应时的波形而言M-I阶微分值连续的波形。优选为，最好将构成所述滤波器部的M阶 滤波器的波形设为对于该M阶滤波器的脉冲响应时的波形而言M-2阶微分值连续的波形。
[0031] 发明的效果
[0032] 通过使用本发明所涉及的弹性变形补偿控制装置，在具备多轴的多关节机器人 中，能够补偿各轴的弹性变形的影响从而能以较高的轨迹精度进行摆动等动作。
【附图说明】
[0033] 图1是表示本发明的实施方式所涉及的弹性变形补偿控制装置的动态特性（1)的 框图。
[0034] 图2A表示通过本实施方式的方法构成动态特性（1)并进行了控制的结果（X、Z轴 方向的动作）（N = 4、M = 0)。
[0035] 图2B表示通过本实施方式的方法构成动态特性（1)并进行了控制的结果（Z轴方 向的动作的放大图）（N = 4、M = 0)。
[0036] 图3A表示通过本实施方式的方法构成动态特性（1)并进行了控制的结果（X、Z轴 方向的动作）（N = 5、M = 0)。
[0037] 图3B表示通过本实施方式的方法构成动态特性（1)并进行了控制的结果（Z轴方 向的动作的放大图）（N = 5、M = 0)。
[0038] 图4A表示通过本实施方式的方法构成动态特性（1)并进行了控制的结果（X、Z轴 方向的动作）（N = 3、M = 1)