專利名稱：機(jī)器人的控制裝置以及控制方法、機(jī)器人、以及控制程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)進(jìn)行物體傳送的機(jī)器人的動(dòng)作加以控制的機(jī)器人控制裝置以及控制方法、機(jī)器人、以及控制程序。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，看護(hù)機(jī)器人或家務(wù)支援機(jī)器人等家庭用機(jī)器人在被積極研發(fā)。另外，即便是工業(yè)用機(jī)器人，由于元件生產(chǎn)工廠的擴(kuò)張等，與人協(xié)作的機(jī)器人的開(kāi)發(fā)非常盛行。這樣的與人協(xié)作的機(jī)器人，與以往那樣劃分人所處的區(qū)域和機(jī)器人用的作業(yè)區(qū)域而動(dòng)作的機(jī)器人不同，需要與人共同生活，因此要求的安全性與以往的工業(yè)用機(jī)器人等不同。另外，作為機(jī)器人的一例的機(jī)器人手臂，根據(jù)所傳送的物體以及自己的質(zhì)量以及慣性力矩等，計(jì)算各關(guān)節(jié)的輸出轉(zhuǎn)矩。有握持物體時(shí)和未握持物體時(shí)，各關(guān)節(jié)所要求的轉(zhuǎn)矩 發(fā)生改變，因此，需要對(duì)應(yīng)于是否有握持物體的狀況，適當(dāng)切換目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。但是，在以靜止的狀態(tài)握持物體的情況下，發(fā)生在握持或未在握持的2個(gè)狀態(tài)的質(zhì)量以及慣性力矩等的切換。為此，輸出轉(zhuǎn)矩被切換，機(jī)器人手臂的目標(biāo)位置會(huì)有盡管處于靜止的狀態(tài)但機(jī)器人手臂活動(dòng)的情形，從安全的角度來(lái)看存在問(wèn)題。對(duì)于握持物體的機(jī)器人的質(zhì)量以及慣性力矩等的切換，專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了不是切換質(zhì)量以及慣性力矩等來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而是通過(guò)追加前饋?lái)?xiàng)來(lái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制的控制裝置(參照專利文獻(xiàn)I)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)昭63-8912號(hào)公報(bào)但是，在專利文獻(xiàn)I中有如下的問(wèn)題發(fā)生對(duì)追加前饋?lái)?xiàng)的計(jì)算和不追加前饋?lái)?xiàng)的計(jì)算這2個(gè)狀態(tài)進(jìn)行切換的動(dòng)作，但對(duì)于伴隨切換的動(dòng)作而機(jī)器人進(jìn)行活動(dòng)的情形尚無(wú)對(duì)策。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決上述以往的問(wèn)題，而提供即便有握持物體或從握持放開(kāi)時(shí)發(fā)生動(dòng)態(tài)參數(shù)(例如，握持物體的質(zhì)量以及慣性力矩等)的切換，機(jī)器人也能夠使靜止?fàn)顟B(tài)繼續(xù)的、機(jī)器人的控制裝置以及控制方法、機(jī)器人、以及控制程序。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明如下所示構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種機(jī)器人的控制裝置，其是具有關(guān)節(jié)的機(jī)器人的控制裝置，其具有獲得上述機(jī)器人和上述機(jī)器人在握持的物體的多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)的動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元、將上述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩加以輸出的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單兀、對(duì)由上述動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得的上述多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換的動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元、在通過(guò)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元切換了上述動(dòng)態(tài)參數(shù)后對(duì)來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行限制的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元、和對(duì)利用上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元的限制進(jìn)行解除的限制解除單元。根據(jù)本發(fā)明的另一方式，提供一種機(jī)器人，其中，具有上述機(jī)器人的控制裝置、具有上述關(guān)節(jié)的機(jī)器人手臂、和被上述機(jī)器人手臂的頂端支承且可以握持上述物體的手部。根據(jù)本發(fā)明的又一方式，提供一種具有關(guān)節(jié)的機(jī)器人的控制方法，其中，由動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得上述機(jī)器人和上述機(jī)器人在握持的物體的多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)，將上述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩從目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元輸出，用動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元對(duì)由上述動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得的上述多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換，在通過(guò)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元對(duì)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行了切換之后，由目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元對(duì)來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行限制，用限制解除單元對(duì)利用上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元的限制進(jìn)行解除。根據(jù)本發(fā)明的其他方式，提供一種具有關(guān)節(jié)的機(jī)器人的控制裝置的程序，其用于使計(jì)算機(jī)作為下述單元發(fā)揮功能動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元，其獲得上述機(jī)器人和上述機(jī)器人在握持的物體的多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)；目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元，其將上述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩加以輸出；動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元,其對(duì)由上述動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得的上述多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換；目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元,其在通過(guò)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元對(duì)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行了切換之后，對(duì)來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行限制；和限制解除單元，其對(duì)利用上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元的限制進(jìn)行解除。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人的控制裝置以及控制方法、機(jī)器人、以及控制程序，下述的機(jī)器人的控制成為可能機(jī)器人即便有握持物體或從握持放開(kāi)時(shí)發(fā)生包含握持物體的質(zhì)量以及慣性力矩等動(dòng)態(tài)參數(shù)的切換，也可以通過(guò)上述目標(biāo) 關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元對(duì)來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行限制，或者，通過(guò)上述限制解除單元對(duì)利用上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元的限制進(jìn)行解除，機(jī)器人可以使靜止?fàn)顟B(tài)維持或繼續(xù)。


本發(fā)明的這些和其他目的和特征，根據(jù)有關(guān)附圖的優(yōu)選實(shí)施方式涉及的下述記述而加以明確。這些附圖如下所示。圖1是表不本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。圖2是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的機(jī)器人的控制裝置以及作為控制對(duì)象的機(jī)器人的一部分的框圖。圖3是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元的動(dòng)作的一例的圖。圖4是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式中的機(jī)器人的控制裝置以及作為控制對(duì)象的機(jī)器人的一部分的框圖。圖5是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式中的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元的動(dòng)作的一例的圖。圖6是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式中的機(jī)器人的構(gòu)成的概要的圖。圖7是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式中的機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。圖8是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式中的機(jī)器人的控制裝置以及作為控制對(duì)象的機(jī)器人的一部分的框圖。圖9是表不本發(fā)明的第一 三實(shí)施方式中的在重力方向移動(dòng)的軸和在水平方向移動(dòng)的軸分離開(kāi)的機(jī)器人的一例的圖。
具體實(shí)施例方式以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明涉及的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下，在參照附圖對(duì)本發(fā)明中的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明之前，對(duì)本發(fā)明的各種方式進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供一種具有關(guān)節(jié)的機(jī)器人的控制裝置，其具有獲得上述機(jī)器人和上述機(jī)器人在握持的物體的多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)的動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元、將上述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩加以輸出的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單兀、對(duì)由上述動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得的上述多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換的動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元、在通過(guò)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元切換了上述動(dòng)態(tài)參數(shù)后對(duì)來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行限制的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元、和對(duì)利用上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元的限制進(jìn)行解除的限制解除單元。根據(jù)本發(fā)明的第二方式，在第一方式中記載的機(jī)器人的控制裝置的基礎(chǔ)上，其中，上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元，在剛切換上述動(dòng)態(tài)參數(shù)后，對(duì)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)的即將切換前的來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行維持。根據(jù)本發(fā)明的第三方式，在第一方式中記載的機(jī)器人的控制裝置的基礎(chǔ)上，其中，還具有對(duì)上述機(jī)器人的移動(dòng)進(jìn)行探測(cè)的機(jī)器人移動(dòng)探測(cè)單元，上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元，對(duì)上述機(jī)器人移動(dòng)探測(cè)單元探測(cè)到上述機(jī)器人的移動(dòng)的瞬間的來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行維持。
根據(jù)本發(fā)明的第四方式，在第一 三中任一方式中記載的機(jī)器人的控制裝置的基礎(chǔ)上，其中，還具有生成為了實(shí)現(xiàn)成為目標(biāo)的上述機(jī)器人的動(dòng)作而使用的目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量并加以輸出的目標(biāo)角度生成單元，在上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元中將上述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩加以輸出時(shí)，使用從上述目標(biāo)角度生成單元輸出的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量，并且在上述限制解除判斷單元中，當(dāng)根據(jù)由上述目標(biāo)角度生成單元輸出的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量判斷為上述機(jī)器人的目標(biāo)位置已發(fā)生了變化時(shí)，對(duì)來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出的限制進(jìn)行解除。根據(jù)本發(fā)明的第五方式，在第一 三中任一方式中記載的機(jī)器人的控制裝置的基礎(chǔ)上，其中，進(jìn)而，上述限制解除判斷單元具有對(duì)從外部作用于上述機(jī)器人的力進(jìn)行檢測(cè)的力檢測(cè)單元，在上述力檢測(cè)單元檢測(cè)出閾值以上的力時(shí)，對(duì)來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出的限制進(jìn)行解除。根據(jù)本發(fā)明的第六方式，在第一 五中任一方式中記載的機(jī)器人的控制裝置的基礎(chǔ)上，其中，利用上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元的上述輸出的限制，不對(duì)上述機(jī)器人的關(guān)節(jié)中進(jìn)行豎直方向的運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)起作用。根據(jù)本發(fā)明的第七方式，在第一 六中任一方式中記載的機(jī)器人的控制裝置的基礎(chǔ)上，其中，上述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元，具有對(duì)利用上述機(jī)器人的上述物體的握持進(jìn)行檢測(cè)的握持物體檢測(cè)單元，通過(guò)上述握持物體檢測(cè)單元檢測(cè)到上述物體的握持之后，通過(guò)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元進(jìn)行上述動(dòng)態(tài)參數(shù)的切換。根據(jù)本發(fā)明的第八方式，提供一種機(jī)器人，其具有第一 七中任一方式記載的機(jī)器人的控制裝置、具有上述關(guān)節(jié)的機(jī)器人手臂、和被上述機(jī)器人手臂的頂端支承且可以握持上述物體的手部。根據(jù)本發(fā)明的第九方式，提供一種具有關(guān)節(jié)的機(jī)器人的控制方法，其中，由動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得上述機(jī)器人和上述機(jī)器人在握持的物體的多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)，將上述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩從目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元輸出，用動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元對(duì)由上述動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得的上述多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換，在通過(guò)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元對(duì)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行了切換之后，由目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元對(duì)來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行限制，用限制解除單元對(duì)利用上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元的限制進(jìn)行解除。根據(jù)本發(fā)明的第十方式，提供一種具有關(guān)節(jié)的機(jī)器人的控制裝置的程序，其用于使計(jì)算機(jī)發(fā)揮下述單元的功能動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元，其獲得上述機(jī)器人和上述機(jī)器人在握持的物體的多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)；
目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元，其將上述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩加以輸出；動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元,其對(duì)由上述動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得的上述多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換；目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元,其在通過(guò)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元對(duì)上述動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換之后，對(duì)來(lái)自上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行限制；和限制解除單元，其對(duì)利用上述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元的限制進(jìn)行解除。
以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明涉及的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。(第一實(shí)施方式)圖1示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的機(jī)器人20的機(jī)器人系統(tǒng)100的構(gòu)成。機(jī)器人系統(tǒng)100具有控制裝置50、和作為控制對(duì)象的機(jī)器人20。進(jìn)而，機(jī)器人20具有由機(jī)器人手臂21和手部22和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24構(gòu)成的機(jī)器人機(jī)構(gòu)部6、作為致動(dòng)器的一例的馬達(dá)23、23H、和編碼器7、7H，具有用手部22握持物體30加以傳送的功能。關(guān)于控制裝置50，在該第一實(shí)施方式中，作為一例，由一般的個(gè)人計(jì)算機(jī)構(gòu)成?？刂蒲b置50具有控制程序40、和輸入輸出IF41。輸入輸出IF(接口)41具有與個(gè)人計(jì)算機(jī)的PCI總線等的擴(kuò)展槽連接的例如D/Α板、Α/D板、計(jì)數(shù)板等而構(gòu)成。關(guān)于控制裝置50，借助作為輸入部的一例的輸入輸出IF41，與分別獨(dú)立地對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)部6的機(jī)器人手臂21的各聯(lián)桿33、32、31以及操作器(手部)25進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)23、23H的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24連接，向該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24發(fā)送控制信號(hào)。關(guān)于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24，以控制信號(hào)為基礎(chǔ)，分別獨(dú)立地對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)用的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置或作為致動(dòng)器的一例的馬達(dá)23進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24和馬達(dá)23作為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)用的驅(qū)動(dòng)部的一例發(fā)揮功能。作為輸出角度信息的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)用的角度檢測(cè)部的一例，編碼器7對(duì)馬達(dá)23的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)相位角(即關(guān)節(jié)角)進(jìn)行檢測(cè)。另外，關(guān)于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24，以控制信號(hào)為基礎(chǔ)，對(duì)作為手部驅(qū)動(dòng)用的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的一例的馬達(dá)23H進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24和馬達(dá)23H作為手部驅(qū)動(dòng)用的驅(qū)動(dòng)部的一例發(fā)揮功能。作為輸出角度信息的手部驅(qū)動(dòng)用的角度檢測(cè)部的一例，編碼器7H對(duì)馬達(dá)23H的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)相位角(即關(guān)節(jié)角)進(jìn)行檢測(cè)?？刂蒲b置50執(zhí)行機(jī)器人手臂51的動(dòng)作控制，將從機(jī)器人手臂21的各關(guān)節(jié)的編碼器7輸出的各關(guān)節(jié)角度信息經(jīng)由輸入輸出IF41的計(jì)數(shù)板取入到控制裝置50?？刂蒲b置50根據(jù)取入的各關(guān)節(jié)角度信息算出各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的控制指令值?？刂蒲b置50通過(guò)輸入輸出IF41的D/Α板，向?qū)τ糜跈C(jī)器人手臂21的各關(guān)節(jié)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24提供上述各控制指令值，對(duì)機(jī)器人手臂21的各關(guān)節(jié)的馬達(dá)23進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。關(guān)于機(jī)器人手臂21，作為一例，是3自由度的多聯(lián)桿操作器，可以在頂端安裝手部22。機(jī)器人手臂21具有頂端安裝有手部22的第三聯(lián)桿31、借助第三關(guān)節(jié)35C與第三聯(lián)桿31連接且頂端具有第三聯(lián)桿31的第二聯(lián)桿32、借助第二關(guān)節(jié)35B與第二聯(lián)桿32連接且頂端以可以旋轉(zhuǎn)的方式與第二聯(lián)桿32的基端連結(jié)的第一聯(lián)桿33、和借助第一關(guān)節(jié)35A與基臺(tái)部34連接的同時(shí)以可以旋轉(zhuǎn)的方式對(duì)第一聯(lián)桿33的基端進(jìn)行連結(jié)支承且固定于地板90的基臺(tái)部34。機(jī)器人手臂21具有在含有相互正交的X軸和I軸的xy平面內(nèi)進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)的第一關(guān)節(jié)軸35-1、在同樣的xy平面內(nèi)進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)的第二關(guān)節(jié)軸35-2、和在同樣的xy平面內(nèi)進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)的第三關(guān)節(jié)軸35-3。第一關(guān)節(jié)軸35-1、第二關(guān)節(jié)軸35-2和第三關(guān)節(jié)軸35-3，分別是機(jī)器人手臂21的第一關(guān)節(jié)35A和第二關(guān)節(jié)35B和第三關(guān) 節(jié)35C的旋轉(zhuǎn)軸。其結(jié)果，機(jī)器人手臂21可以繞第一關(guān)節(jié)軸35-1、第一關(guān)節(jié)軸35-2和第三關(guān)節(jié)軸35_3總計(jì)3個(gè)軸分別獨(dú)立地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成上述3自由度的多聯(lián)桿操作器。構(gòu)成各軸的旋轉(zhuǎn)部分的各關(guān)節(jié)35A、35B、35C，具有構(gòu)成各關(guān)節(jié)35A、35B、35C的一對(duì)構(gòu)件(例如，轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)構(gòu)件、和對(duì)該轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)構(gòu)件進(jìn)行支承的支承側(cè)構(gòu)件)中的一個(gè)構(gòu)件所具備的、馬達(dá)23和編碼器7。例如，馬達(dá)23和編碼器7配設(shè)在機(jī)器人手臂21的各關(guān)節(jié)35A、35B、35C的內(nèi)部，構(gòu)成各關(guān)節(jié)35A、35B、35C的一個(gè)構(gòu)件所具備的馬達(dá)23的旋轉(zhuǎn)軸，與各關(guān)節(jié)35A、35B、35C的另一構(gòu)件連結(jié)，使上述旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)，由此可以使另一構(gòu)件相對(duì)于一個(gè)構(gòu)件繞各軸旋轉(zhuǎn)。需要說(shuō)明的是，在使第一聯(lián)桿33相對(duì)于地板90繞豎直軸正反旋轉(zhuǎn)的情況下，將基臺(tái)部34分割成固定于地板90的固定部、和與第一聯(lián)桿33連接的可動(dòng)部，在該固定部和可動(dòng)部與其他關(guān)節(jié)一樣配置有馬達(dá)23和編碼器7，借助馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制即可。另外，手部22還具有通過(guò)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24加以驅(qū)動(dòng)控制的作為手部驅(qū)動(dòng)裝置的一例的手部驅(qū)動(dòng)用馬達(dá)23H(實(shí)際上配設(shè)于手部22的內(nèi)部)、將手部驅(qū)動(dòng)用馬達(dá)23H的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)相位角(即關(guān)節(jié)角)作為旋轉(zhuǎn)角度信息加以檢測(cè)的編碼器7H(實(shí)際上配設(shè)于手部22的內(nèi)部)。編碼器7H的旋轉(zhuǎn)角度信息借助輸入輸出IF41被輸入到控制裝置50的手部控制單元26 (握持物體檢測(cè)單元的一例)。在控制裝置50的手部控制單元26中，根據(jù)由編碼器7H檢測(cè)到的旋轉(zhuǎn)角度信息，借助馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器24對(duì)手部驅(qū)動(dòng)用馬達(dá)23H的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制，使手部驅(qū)動(dòng)用馬達(dá)23H的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)，由此可以使手部22進(jìn)行開(kāi)閉，而進(jìn)行物體30的握持或握持放開(kāi)。圖2是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及的機(jī)器人20的控制裝置50以及作為控制對(duì)象的機(jī)器人20的一部分的框圖?？刂蒲b置50具有目標(biāo)角度生成單元1、目標(biāo)角加速度計(jì)算單元2、目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元3、目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元4、限制解除單元5、作為動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元的一例的參數(shù)切換單元8、輸出誤差計(jì)算部9、矯正目標(biāo)角加速度計(jì)算部10、參數(shù)獲得單元14和手部控制單元26。另外，相對(duì)于控制裝置50 (控制裝置50的輸出誤差計(jì)算部9)，輸入由編碼器7分別測(cè)量的來(lái)自機(jī)器人20的測(cè)量信息。關(guān)于目標(biāo)角度生成單元1，向輸出誤差計(jì)算部9、目標(biāo)加速度計(jì)算單元2和限制解除單元5分別輸出用于實(shí)現(xiàn)成為目標(biāo)的機(jī)器人20的動(dòng)作的目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量qd。關(guān)于成為目標(biāo)的機(jī)器人20的動(dòng)作，對(duì)應(yīng)于目的作業(yè)，事先記錄有以各自的時(shí)間(t = O、t = t=t2、…)計(jì)的每個(gè)點(diǎn)的目標(biāo)角度矢量qdt = [qdtl, qdt2, qdt3]T(qdQ、qdl、qd2、…)。例如，作為機(jī)器人20的動(dòng)作控制程序(機(jī)器人的控制裝置的程序)，記錄有這樣的目標(biāo)角度矢量。此外，關(guān)于目標(biāo)角度生成單元I，以各自的時(shí)間(t = O、t = tp t = t2、…)計(jì)的每個(gè)點(diǎn)的角度(qd(1、qdl、qd2、…)的信息為基礎(chǔ)，使用多項(xiàng)式插值，對(duì)各點(diǎn)間的軌道進(jìn)行插值，生成目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量qd = [qdl，qd2> qd3]T°向輸出誤差計(jì)算部9、目標(biāo)加速度計(jì)算單元2和限制解除單元5分別輸出該生成的目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量qd。輸出誤差計(jì)算部9，被輸入從目標(biāo)軌道生成單元I輸出的目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量qd、編碼器7的輸出q，計(jì)算角度誤差矢量= qd_q，作為輸出誤差的一例將角度誤差矢量向矯正目標(biāo)角加速度計(jì)算部10輸出。目標(biāo)角加速度計(jì)算單元2，被輸入由目標(biāo)角度生成單元I輸出的目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量qd，目標(biāo)角加速度(下述[數(shù)I])通過(guò)計(jì)算而被求出，向矯正目標(biāo)角加速度計(jì)算部10輸出。[數(shù)I]矯正目標(biāo)角加速度計(jì)算部10，被輸入作為目標(biāo)角加速度計(jì)算單元2的輸出的下述[數(shù)2][數(shù)2]
'id 和作為輸出誤差計(jì)算部9的輸出的角度誤差矢量qe，作為控制指令值的一例，矯正目標(biāo)角加速度(下述[數(shù)3])通過(guò)計(jì)算而被求出，向目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元3輸出。[數(shù)3]關(guān)于參數(shù)獲得單元14,獲得機(jī)器人20的動(dòng)態(tài)參數(shù),將獲得的動(dòng)態(tài)參數(shù)向參數(shù)切換單元8輸出。作為動(dòng)態(tài)參數(shù)的例子，是指機(jī)器人手臂21的各聯(lián)桿或握持物體30的質(zhì)量、重心位置、或慣性矩陣等。作為動(dòng)態(tài)參數(shù)的更具體的例子，在用手部22握持物體30或從利用手部22的握持放開(kāi)物體30時(shí)，可以舉出握持物體30的質(zhì)量以及慣性力矩等。關(guān)于必要的動(dòng)態(tài)參數(shù)，事先記錄在作為參數(shù)獲得單元14的具體一例的存儲(chǔ)器中，或者，作為參數(shù)獲得單元14的具體其他例，可以由通過(guò)通信從置于機(jī)器人系統(tǒng)100的外部的數(shù)據(jù)庫(kù)等獲得動(dòng)態(tài)參數(shù)的獲得部構(gòu)成。關(guān)于參數(shù)切換單元8，對(duì)作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元3生成目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩所需的信息的機(jī)器人20的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換，向目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元3輸出。另外,將表示由參數(shù)切換單元8對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行了切換的參數(shù)切換信號(hào)，從參數(shù)切換單元8向目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元4輸出。作為由參數(shù)切換單元8切換的動(dòng)態(tài)參數(shù)的一例，當(dāng)手部22握持傳送物體30時(shí)，可以設(shè)定沒(méi)有物體30而僅有機(jī)器人主體(機(jī)器人手臂21和手部22)的狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)參數(shù)、和握入物體30的(物體30和機(jī)器人主體(機(jī)器人手臂21和手部22)合起來(lái)的狀態(tài)下的)動(dòng)態(tài)參數(shù)。作為用參數(shù)切換單元8對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換的時(shí)機(jī)的一例，可以舉出如下的例子當(dāng)進(jìn)行手部22放開(kāi)對(duì)傳送物體30的握持而加以設(shè)置等從手部22放下傳送物體30的動(dòng)作時(shí)，從握入物體30的狀態(tài)的動(dòng)態(tài)參數(shù)變成沒(méi)有物體30而僅有機(jī)器人主體的狀態(tài)的動(dòng)態(tài)參數(shù)，另一方面，反過(guò)來(lái)，在進(jìn)行手部22握持傳送物體30進(jìn)行傳送的動(dòng)作時(shí)，從握入物體30的狀態(tài)的動(dòng)態(tài)參數(shù)切換成沒(méi)有物體30而僅有機(jī)器人主體的狀態(tài)的動(dòng)態(tài)參數(shù)切換。關(guān)于動(dòng)態(tài)參數(shù)的切換，通過(guò)作為后述的手部控制單元26的輸出的手部22的開(kāi)閉信號(hào)，判斷物體的握持狀態(tài)或握持放開(kāi)狀態(tài)，由參數(shù)切換單元8進(jìn)行切換。
手部控制單元26被輸入編碼器7H的輸出q，將手部22的開(kāi)閉信號(hào)向參數(shù)切換單元8和機(jī)器人機(jī)構(gòu)部6輸出。事先決定握持位置以及握持放開(kāi)位置，將該握持位置存儲(chǔ)在手部控制單元26。當(dāng)通過(guò)編碼器7H的輸出q而機(jī)器人向手部22的握持位置以及握持放開(kāi)位置移動(dòng)了時(shí)，輸出手部22的開(kāi)閉信號(hào)。在本實(shí)施方式中，事先已決定手部握持位置以及握持放開(kāi)位置，但并不限于此，例如可以是在如果人按壓按鈕則進(jìn)行手部22的開(kāi)閉等方式。關(guān)于目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元3，由作為矯正目標(biāo)角加速度計(jì)算部10的輸出的矯正目標(biāo)角加速度(下述[數(shù)4])[數(shù)4]
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人的控制裝置，其是具有關(guān)節(jié)的機(jī)器人的控制裝置，其具有 獲得所述機(jī)器人和所述機(jī)器人正在握持的物體的多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)的動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元、 將所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩加以輸出的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元、 對(duì)由所述動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得的所述多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換的動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元、 在通過(guò)所述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元切換了所述動(dòng)態(tài)參數(shù)后對(duì)來(lái)自所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行限制的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元、和 解除所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元進(jìn)行的限制的限制解除單元。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人的控制裝置，其中， 所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元，在剛切換所述動(dòng)態(tài)參數(shù)后，對(duì)即將切換所述動(dòng)態(tài)參數(shù)前的來(lái)自所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行維持。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人的控制裝置，其中， 還具有對(duì)所述機(jī)器人的移動(dòng)進(jìn)行探測(cè)的機(jī)器人移動(dòng)探測(cè)單元， 所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元，對(duì)所述機(jī)器人移動(dòng)探測(cè)單元探測(cè)到所述機(jī)器人的移動(dòng)的瞬間的來(lái)自所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行維持。
4.如權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的機(jī)器人的控制裝置，其中， 還具有生成為了實(shí)現(xiàn)成為目標(biāo)的所述機(jī)器人的動(dòng)作而使用的目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量并加以輸出的目標(biāo)角度生成單元， 在所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元中將所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩加以輸出時(shí)，使用從所述目標(biāo)角度生成單元輸出的所述目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量，并且在所述限制解除判斷單元中，當(dāng)根據(jù)由所述目標(biāo)角度生成單元輸出的所述目標(biāo)關(guān)節(jié)角度矢量判斷為所述機(jī)器人的目標(biāo)位置已發(fā)生了變化時(shí)，對(duì)來(lái)自所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出的限制進(jìn)行解除。
5.如權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的機(jī)器人的控制裝置，其中， 進(jìn)而，所述限制解除判斷單元具有對(duì)從外部作用于所述機(jī)器人的力進(jìn)行檢測(cè)的力檢測(cè)單元， 在所述力檢測(cè)單元檢測(cè)出閾值以上的力時(shí)，對(duì)來(lái)自所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出的限制進(jìn)行解除。
6.如權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的機(jī)器人的控制裝置，其中， 所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元進(jìn)行的所述輸出的限制，不對(duì)所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)中進(jìn)行豎直方向的運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)起作用。
7.如權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的機(jī)器人的控制裝置，其中， 所述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元，具有對(duì)利用所述機(jī)器人的所述物體的握持進(jìn)行檢測(cè)的握持物體檢測(cè)單元， 通過(guò)所述握持物體檢測(cè)單元檢測(cè)到所述物體的握持之后，通過(guò)所述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元進(jìn)行所述動(dòng)態(tài)參數(shù)的切換。
8.—種機(jī)器人,其中，具有 權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的機(jī)器人的控制裝置、 具有所述關(guān)節(jié)的機(jī)器人手臂、和支承在所述機(jī)器人手臂的頂端且可以握持所述物體的手部。
9.一種機(jī)器人的控制方法，其是具有關(guān)節(jié)的機(jī)器人的控制方法，其中， 由動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得所述機(jī)器人和所述機(jī)器人正在握持的物體的多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)， 將所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩從目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元輸出， 利用動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元對(duì)由所述動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得的所述多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換， 在通過(guò)所述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元對(duì)所述動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行了切換之后，由目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元對(duì)來(lái)自所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行限制， 利用限制解除單元解除所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元進(jìn)行的限制。
10.一種機(jī)器人的控制裝置的控制程序，其是具有關(guān)節(jié)的機(jī)器人的控制裝置的程序，其用于使計(jì)算機(jī)作為下述單元發(fā)揮功能 動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元，其獲得所述機(jī)器人和所述機(jī)器人正在握持的物體的多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)； 目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元，其將所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值作為目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩加以輸出； 動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元，其對(duì)由所述動(dòng)態(tài)參數(shù)獲得單元獲得的所述多個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行切換； 目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元，其在通過(guò)所述動(dòng)態(tài)參數(shù)切換單元對(duì)所述動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行了切換之后，對(duì)來(lái)自所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元的所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的輸出進(jìn)行限制；和限制解除單元，其解除所述目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元進(jìn)行的限制。
全文摘要
一種機(jī)器人的控制裝置以及控制方法、機(jī)器人、以及控制程序，具有對(duì)目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出單元(3)進(jìn)行限制的目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩輸出限制單元(4)和對(duì)利用該輸出限制單元的限制進(jìn)行解除的限制解除單元(5)，根據(jù)作為輸出限制單元的輸出的矯正目標(biāo)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)器人(20)的關(guān)節(jié)的致動(dòng)器進(jìn)行控制，即便在發(fā)生動(dòng)態(tài)參數(shù)切換時(shí)也可以控制使機(jī)器人的靜止?fàn)顟B(tài)繼續(xù)。
文檔編號(hào)B25J13/00GK103025492SQ201180036838
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者小松真弓 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社