使用三軸力傳感器進(jìn)行力控制的機(jī)器人控制裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種機(jī)器人控制裝置（11），其相對(duì)于工具（4）以及工件（W）中的一方，通過(guò)機(jī)器人（1）的手前端部使另一方相對(duì)移動(dòng)，控制作用于工具與工件之間的力，該機(jī)器人控制裝置具備：力檢測(cè)部（3），其檢測(cè)單軸方向的力和與該單軸正交并且相互正交的兩軸方向的繞軸的力矩；力估算用點(diǎn)設(shè)定部（12），其設(shè)定用于估算作用于工具（4）與工件（W）之間的力的力估算用點(diǎn)；力估算部（13），其基于通過(guò)力檢測(cè)部檢測(cè)出的單軸方向的力以及兩軸方向的繞軸的力矩、和通過(guò)力估算用點(diǎn)設(shè)定部設(shè)定的力估算用點(diǎn)的位置估算所述兩軸方向的力，或者進(jìn)一步估算繞所述單軸的力矩。由此，能夠估算由三軸力傳感器不能檢測(cè)的力以及力矩。
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用三軸力傳感器進(jìn)行力控制的機(jī)器人控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用測(cè)量由單軸方向的力和與該軸正交且相互正交的兩軸方向的繞軸的力矩構(gòu)成的三個(gè)成分的三軸力傳感器進(jìn)行力控制的機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為三軸力傳感器，能夠測(cè)量由單軸方向的力和與該軸正交且相互正交的兩軸方向的繞軸的力矩構(gòu)成的三個(gè)成分的傳感器是公知的。如日本特開(kāi)2010-112864號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的那樣，該種三軸力傳感器小型，并且能夠以低廉的價(jià)格進(jìn)行生產(chǎn)，現(xiàn)在正在廣泛普及。
[0003]在此，設(shè)通過(guò)三軸力傳感器3能夠檢測(cè)力的軸為Z軸，設(shè)與該軸正交且相互正交的兩方向的軸分別為X軸、Y軸。并且，將作用于這些X軸、Y軸、Z軸方向的力分別表示為Fx、Fy、Fz，并且將繞X軸、Y軸、Z軸作用的力矩分別表示為Mx、My、Mz。
[0004]日本特開(kāi)2010-112864號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了五軸力傳感器,該五軸力傳感器具備檢測(cè)力Fz、力矩Mx、My這三個(gè)成分的第一測(cè)量部和檢測(cè)力Fx、Fy這兩個(gè)成分的第二測(cè)量部。該種五軸力傳感器小型，并且能夠直接感知多個(gè)軸向的并進(jìn)力Fx、Fy、Fz以及繞XY各軸的力矩 Mx、My。
[0005]但是，由于日本特開(kāi)2010-112864號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的五軸力傳感器具備測(cè)量力Fx、Fy的第二測(cè)量部，因此其生產(chǎn)以及校準(zhǔn)費(fèi)力費(fèi)時(shí)。
[0006]而且，檢測(cè)力Fz以及力矩Mx、My這三個(gè)成分的以往的三軸力傳感器只能進(jìn)行針對(duì)Z軸方向的力的控制、或者、針對(duì)繞X軸、Y軸的轉(zhuǎn)炬的控制、或者、繞X軸、Y軸的以相互面對(duì)為目的的姿勢(shì)控制等利用這三個(gè)成分的力控制。因此，難以應(yīng)對(duì)要求四個(gè)以上成分的復(fù)雜控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是鑒于該種情況作出的發(fā)明，目的在于提供一種機(jī)器人控制裝置，即使在使用三軸力傳感器的情況下，也能夠通過(guò)估算由三軸力傳感器不能檢測(cè)的力以及力矩來(lái)進(jìn)行與使用六軸力傳感器的情況相同的力控制。
[0008]根據(jù)為了達(dá)成上述目的的第一方案，提供一種機(jī)器人控制裝置，其相對(duì)于工具以及工件中的一方，使另一方通過(guò)機(jī)器人的手前端部相對(duì)移動(dòng)，控制作用于所述工具與所述工件之間的力，具備:力檢測(cè)部，其檢測(cè)單軸方向的力和與該單軸正交并且相互正交的兩軸方向的繞軸的力矩；力估算用點(diǎn)設(shè)定部，其設(shè)定用于估算作用于所述工具與所述工件之間力的力估算用點(diǎn)；力估算部，其基于通過(guò)所述力檢測(cè)部檢測(cè)出的所述單軸方向的力以及所述兩軸方向的繞軸的力矩、和通過(guò)所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部設(shè)定的所述力估算用點(diǎn)的位置估算所述兩軸方向的力，或者進(jìn)一步估算繞所述單軸的力矩。
[0009]根據(jù)第二方案，在第一方案中，所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部根據(jù)所述工具與所述工件之間的相對(duì)位置關(guān)系、用于計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置的力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置、所述工具與所述工件之間的擠壓方向、所述工具的形狀或者所述工件的形狀的信息，計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
[0010]根據(jù)第三方案，在第二方案中，用于計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置的所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置能夠變更，基于變更后的所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
[0011]根據(jù)第四方案，在第一方案中，所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部在所述機(jī)器人的動(dòng)作過(guò)程中能夠變更所述力估算用點(diǎn)的位置。
[0012]根據(jù)第五方案，在第一至第四方案的任一方案中，還具備估算所述工具的磨耗量并且修正所述力估算用點(diǎn)的位置的力估算用點(diǎn)修正部。
[0013]根據(jù)第六方案，在第一、第四、第五方案的任一方案中，所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部通過(guò)對(duì)所述力估算用點(diǎn)施加力并基于所述單軸方向的力和所述兩軸方向的繞軸的力矩計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
[0014]根據(jù)第七方案，在第六方案中，所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部通過(guò)對(duì)所述力估算用點(diǎn)施加既知的力來(lái)計(jì)算該力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
[0015]根據(jù)第八方案，在第六方案中，在所述力估算用點(diǎn)配置在三個(gè)軸中的任一個(gè)軸上的情況下，所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部通過(guò)在與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩個(gè)軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上施加任意的力來(lái)計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定，或者，在所述力估算用點(diǎn)配置在由能夠測(cè)量力的軸和剩余兩軸中的一個(gè)軸構(gòu)成的平面上的情況下，所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部通過(guò)在與該平面不平行、并且與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上施加任意的力來(lái)計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
[0016]根據(jù)第九方案，在第二、第三、第五方案的任一方案中，還具備力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部，該力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部通過(guò)對(duì)所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)施加力并基于所述單軸方向的力和所述兩軸方向的繞軸的力矩計(jì)算所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
[0017]根據(jù)第十方案，在第九方案中，所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部通過(guò)對(duì)所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)施加既知的力來(lái)計(jì)算該力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
[0018]根據(jù)第十一方案，在第九方案中，在所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)配置在三個(gè)軸中的任一個(gè)軸上的情況下，所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部通過(guò)在與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩個(gè)軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上施加任意的力來(lái)計(jì)算所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定，或者，在所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)配置在由能夠測(cè)量力的軸和剩余兩軸中的一個(gè)軸構(gòu)成的平面上的情況下，所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部通過(guò)在與該平面不平行、并且與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上施加任意的力來(lái)計(jì)算所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
[0019]根據(jù)附圖中所示的本發(fā)明的典型實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的這些目的、特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更加清楚。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是包含基于本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置的機(jī)器人系統(tǒng)的立體圖。
[0021]圖2A是表示三軸力傳感器所檢測(cè)的成分的圖。
[0022]圖2B是表不力估算用點(diǎn)的圖。[0023]圖3是表示基于本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置的動(dòng)作的流程圖。
[0024]圖4A是與工件接觸的工具的大致側(cè)視圖。
[0025]圖4B是與工件接觸的工具的另一大致側(cè)視圖。
[0026]圖4C是與工件接觸的工具的大致俯視圖。
[0027]圖5A是與工件接觸的工具的第一大致側(cè)視圖。
[0028]圖5B是與工件接觸的工具的第二大致側(cè)視圖。
[0029]圖5C是與工件接觸的工具的第三大致側(cè)視圖。
[0030]圖是與工件接觸的工具的第四大致側(cè)視圖。
[0031]圖6A是機(jī)器人的前端部分的第一放大圖。
[0032]圖6B是機(jī)器人的前端部分的第二放大圖。
[0033]圖7A是表示工件的形狀的第一圖。
[0034]圖7B是表示工件的形狀的第二圖。
[0035]圖7C是表示工件的形狀的第三圖。
[0036]圖7D是表示工件的形狀的第四圖。
[0037]圖8是機(jī)器人的前端部分的另一放大圖。
[0038]圖9A是工件的俯視圖。
[0039]圖9B是工件的另一俯視圖。
[0040]圖1OA是另一工件的俯視圖。
[0041]圖1OB是另一工件的另一俯視圖。
[0042]圖1lA是與工件接觸的工具的另一大致側(cè)視圖。
[0043]圖1lB是與工件接觸的工具的大致俯視圖。
[0044]圖12A是與工件接觸的工具的第一大致側(cè)視圖。
[0045]圖12B是與工件接觸的工具的第二大致側(cè)視圖。
[0046]圖12C是與工件接觸的工具的第三大致側(cè)視圖。
[0047]圖12D是與工件接觸的工具的第四大致側(cè)視圖。
[0048]圖13A是與工件接觸的工具的另一大致側(cè)視圖。
[0049]圖13B是與工件接觸的工件的大致俯視圖。
[0050]圖14是機(jī)器人的前端部分的又一放大圖。
[0051]圖15是表不三軸力傳感器坐標(biāo)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]以下，參照【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的實(shí)施方式。以下的圖中，對(duì)于同樣的部件附注同樣的參照符號(hào)。為了易于理解，這些圖適當(dāng)變更了比例尺。
[0053]圖1是包含基于本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置的機(jī)器人系統(tǒng)的立體圖。由圖1可知，在下文中，使能夠檢測(cè)力的軸為Z軸，使與該Z軸正交并且相互正交兩方向的軸分別為X軸、Y軸。并且，將作用于這些X軸、Y軸、Z軸的方向的力分別表示為Fx、Fy、Fz，并且，將繞X軸、Y軸、Z軸作用的力矩分別表示為Mx、My、Mz。
[0054]圖1中所示的機(jī)器人系統(tǒng)10包括機(jī)器人I和控制裝置11。機(jī)器人I是六軸結(jié)構(gòu)的垂直多關(guān)節(jié)型機(jī)器人，但是也可以是六自由度的多關(guān)節(jié)型機(jī)器人以外類(lèi)型的機(jī)器人。在機(jī)器人I的機(jī)器人臂2的前端安裝有用于加工工件W的工具4。而且，出于方便，工具4為朝下的圓錐形，但是也可以采用用于仿形作業(yè)、加工作業(yè)等的其它形狀的工具4。
[0055]如圖所示，在機(jī)器人臂2與工具4之間配置有三軸力傳感器3(下文中有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為“力傳感器”)。力傳感器3檢測(cè)作用于工具4的力Fz以及力矩Mx、My這三個(gè)成分。而且，如圖1所示，工件W載置于作業(yè)臺(tái)B上。
[0056]而且，通過(guò)三軸力傳感器3檢測(cè)的力F以及力矩M是受到相對(duì)于安裝在三軸力傳感器3的某個(gè)物體由于其它物體的接觸而作用的力、以及/或者作用于安裝在三軸力傳感器3的物體的重心的重力、慣性力(包括哥氏力、陀螺效應(yīng))等的影響產(chǎn)生的。
[0057]如圖1所示，機(jī)器人I以及力傳感器3與機(jī)器人控制裝置11連接。機(jī)器人控制裝置11是數(shù)字計(jì)算機(jī)，控制機(jī)器人系統(tǒng)10中機(jī)器人I的各軸的位置。而且，力傳感器3所檢測(cè)的力以及力矩?cái)?shù)據(jù)被輸入機(jī)器人控制裝置U。如圖所示，機(jī)器人控制裝置11包括力估算用點(diǎn)設(shè)定部12，該力估算用點(diǎn)設(shè)定部12設(shè)定用于估算作用于工具4與工件W之間的力的力估算用點(diǎn)。在此，力估算用點(diǎn)是進(jìn)行如下假設(shè)時(shí)的點(diǎn):在外力作用于三軸力傳感器3的情況下，除了上述的重力、慣性力等的影響以外，通過(guò)其它的物體與三軸力傳感器3接觸而作用的力作用于具有代表性的某一個(gè)點(diǎn)。
[0058]并且，機(jī)器人控制裝置11包括力估算部13，該力估算部13基于通過(guò)力傳感器3檢測(cè)到的力Fz以及力矩Mx、My、和通過(guò)力估算用點(diǎn)設(shè)定部12估算出的力估算用點(diǎn)的位置來(lái)估算力Fx、Fy,或者進(jìn)一步估算力矩Mz。在只需估算力Fx、Fy的情況下,可以只對(duì)其進(jìn)行估
笪
o
[0059]并且，機(jī)器人控制裝置11`包括力估算用點(diǎn)修正部14和力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部15，該力估算用點(diǎn)修正部14估算工具4的磨耗量，并修正力估算用點(diǎn)的位置，該力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部15計(jì)算用于計(jì)算力估算用點(diǎn)的位置的力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。而且，機(jī)器人I的示教數(shù)據(jù)、工具、工件的質(zhì)量、重心數(shù)據(jù)等實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所必需的數(shù)據(jù)等保存在存儲(chǔ)部16中。
[0060]以下，參照?qǐng)D1等針對(duì)安裝在機(jī)器人I上的工具4對(duì)工件W進(jìn)行仿形的情況進(jìn)行說(shuō)明。但是，使安裝在機(jī)器人臂2的前端部分的工具4相對(duì)于工件W相對(duì)移動(dòng)的情況，以及使通過(guò)安裝在機(jī)器人臂2的前端部分把持工件W的手部(圖1中沒(méi)有表示)相對(duì)于位于固定位置的加工工具等相對(duì)移動(dòng)的情況，也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，力傳感器3沒(méi)有必要一定安裝在機(jī)器人I上，也可以固定在作業(yè)臺(tái)B上。而且，也可以是如下情況:作業(yè)臺(tái)B是其它機(jī)器人等的能夠移動(dòng)的裝置，使由其設(shè)置的工件、工具移動(dòng)。
[0061]換而言之，本發(fā)明可以是如下結(jié)構(gòu):力傳感器3安裝在機(jī)器人I側(cè)，機(jī)器人I具備工具4，或者把持工件W。并且，本發(fā)明可以是如下結(jié)構(gòu):力傳感器3安裝或者固定在作業(yè)臺(tái)B等上，機(jī)器人I具備工具4或者把持工件。而且，作業(yè)臺(tái)B也可以是能夠移動(dòng)的裝置。而且，在以下的說(shuō)明中，數(shù)學(xué)式中的“ ?”表示矢量的內(nèi)積，“ X ”表示外積，“*”表示乘法運(yùn)算。
[0062]圖2A是表示三軸力傳感器所檢測(cè)的成分的圖。如圖2A所示，本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，利用通過(guò)三軸力傳感器3檢測(cè)的力Fz以及力矩Mx、My這三個(gè)成分來(lái)進(jìn)行力控制。圖2B是表示力估算用點(diǎn)的圖。本發(fā)明中，基于力Fz以及力矩Mx、My和相對(duì)于三軸力傳感器的力估算用點(diǎn)Pc的位置(圖2B所示)來(lái)估算力Fx、Fy、以及/或者力矩Mz成分。然后，基于這些值，根據(jù)需要補(bǔ)償重力、慣性力等，估算施加在力估算用點(diǎn)上的凈力，通過(guò)機(jī)器人進(jìn)行力控制。
[0063]因此，在第一實(shí)施方式中，在使用能夠檢測(cè)力Fz以及力矩Mx、My三成分的三軸力傳感器3的同時(shí)，能夠與可檢測(cè)六方向的力以及力矩的六軸力傳感器等一樣，進(jìn)行任意方向的力控制。在只進(jìn)行并進(jìn)方向的力控制的情況下，可以只估算力Fx、Fy。而且，在沒(méi)有必要對(duì)力、力矩的全部進(jìn)行估算時(shí)，也可以只估算必要的成分。
[0064]檢測(cè)力Fz以及力矩Mx、My這三個(gè)成分的三軸力傳感器3相比同規(guī)格的能夠檢測(cè)四軸以上的多軸力傳感器通常結(jié)構(gòu)單純，組裝也簡(jiǎn)單，因此能夠抑制生產(chǎn)時(shí)費(fèi)力費(fèi)時(shí)，價(jià)格便宜。因此，通過(guò)將同規(guī)格的能夠檢測(cè)四軸以上的多軸力傳感器置換為所述三軸力傳感器并且用于力控制，能夠抑制機(jī)器人系統(tǒng)整體的價(jià)格。并且，三軸力傳感器3能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，因此相比使用以往的能夠檢測(cè)六軸方向的力傳感器等情況，還能夠?qū)C(jī)器人系統(tǒng)制作得更小型。
[0065]如圖2B所不,將相對(duì)于三軸力傳感器3固定的三軸力傳感器的坐標(biāo)系稱(chēng)作力傳感器坐標(biāo)系。并且，將從力傳感器坐標(biāo)系觀察時(shí)的力估算用點(diǎn)Pc的位置設(shè)定為Re (rx、ry、rz)。
[0066]圖3是表示基于本發(fā)明的機(jī)器人控制裝置的動(dòng)作的流程圖。首先，在步驟S 10中，三軸力傳感器3檢測(cè)力Fz以及力矩Mx、My。接著，按照以下的要領(lǐng)，在步驟S20中，計(jì)算力Fx、Fy,或者進(jìn)一步計(jì)算力矩Mz。
[0067]關(guān)于通過(guò)三軸力傳感器3檢測(cè)的力Fz以及力矩Mx、My與力估算用點(diǎn)Pc以及估算為作用于力估算用點(diǎn)Pc的力Fx、Fy的關(guān)系，在不考慮重力、機(jī)器人的手前端部的動(dòng)作帶來(lái)的影響的情況下，由下式(I)、(2)來(lái)表示。
[0068]Mx=Fz*ry-Fy*rz (I)
[0069]My=_Fz*rx_Fx*rz (2)
[0070]因此,力Fx、Fy由下式(3)、(4)來(lái)表示。
[0071]Fy= (-Mx+Fz*ry) /rz (3)
[0072]Fx= (My+Fz*rx) /rz (4)
[0073]于是，通過(guò)求出的力Fx、Fy，如下式(5)所示估算力矩Mz。這些計(jì)算由力推定部13來(lái)進(jìn)行。
[0074]Mz=Fy*rx-Fx*ry (5)
[0075]而且，在將三軸力傳感器3安裝在機(jī)器人的手前端，將工具4安裝在三軸力傳感器3，或者使機(jī)器人的手前端部把持工件W移動(dòng)的情況下，通過(guò)三軸力傳感器3檢測(cè)的力中還包含通過(guò)機(jī)器人臂前端的末端執(zhí)行器與機(jī)器人臂一起運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力、哥氏力這樣的慣性力等動(dòng)力學(xué)項(xiàng)。以下，針對(duì)力估算部13估算考慮了重力、動(dòng)力學(xué)項(xiàng)等的影響的力Fx、Fy以及力矩Mz進(jìn)行說(shuō)明。
[0076]這種重力以及動(dòng)力學(xué)項(xiàng)通過(guò)公知的方法來(lái)計(jì)算，例如日本專(zhuān)利第4267027號(hào)中公開(kāi)的手法。具體地，使用牛頓-歐拉法、拉格朗日法等解機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程式，根據(jù)機(jī)器人臂的關(guān)節(jié)角度矢量0、該關(guān)節(jié)角度矢量e的速度以及加速度求取從三軸力傳感器的坐標(biāo)系觀察的、作用于安裝在三軸力傳感器上的工具的重心的慣性力與重力一起作用于三軸力傳感器的坐標(biāo)系中心的力。由此，能夠由力估算部13估算從三軸力傳感器的坐標(biāo)系觀察的、作用于三軸力傳感器的重力以及動(dòng)力學(xué)項(xiàng)。[0077]以下敘述力估算部13估算如上求取的考慮了重力、動(dòng)力學(xué)項(xiàng)等的影響的力Fx、Fy以及力矩Mz的具體方法。設(shè)機(jī)器人的手前端的三軸力傳感器3上安裝的工具4或者工件W通過(guò)重力以及機(jī)器人的手前端部的移動(dòng)動(dòng)作所產(chǎn)生的從三軸力傳感器坐標(biāo)系觀察的矢量為Fm。并且，將由檢測(cè)的力矩Mx、My和估算出的力矩Mz構(gòu)成的矢量表示為Mm(Mx、My、Mz)。并且，設(shè)由估算的力Fx、Fy和檢測(cè)的力Fz構(gòu)成的矢量為Fr (Fx、Fy、Fz)。然后，設(shè)機(jī)器人的手前端的三軸力傳感器3上安裝的工具4或者工件W的重心的在力傳感器坐標(biāo)系中的位置為Cg (cx、cy、cz)。預(yù)先求出位置Cg。
[0078]這種情況下，得到以下式(6)表示的關(guān)系。
[0079]Mm=Re X Fr+Cg X Fm (6)
[0080]如上所述，Re是力估算用點(diǎn)Pc的位置。使用該式子(6)，力估算部13能夠計(jì)算考慮了重力、動(dòng)力學(xué)項(xiàng)等的影響的力Fx、Fy以及力矩Mz
[0081]而且，力估算用點(diǎn)Pc的位置Re由力估算用點(diǎn)設(shè)定部12來(lái)設(shè)定。力估算用點(diǎn)Pc的位置Re是將在機(jī)器人的基準(zhǔn)坐標(biāo)系上賦予的位置在力傳感器坐標(biāo)系上進(jìn)行表示的位置、或者將對(duì)機(jī)器人的手前端部賦予的位置在力傳感器坐標(biāo)系上進(jìn)行表示的位置等?；蛘?，這些由各個(gè)位置表示的位置Re可以固定或者可變化。
[0082]而且，力估算用點(diǎn)設(shè)定部12也可以將設(shè)想的接觸點(diǎn)附近的位置、或者TCP(工具前端點(diǎn))等位置設(shè)定為力估算用點(diǎn)Pc的位置Re?；蛘?，也可以將預(yù)先實(shí)際測(cè)得的位置、或者動(dòng)作過(guò)程中實(shí)際測(cè)得的位置設(shè)定為力估算用點(diǎn)Pc的位置Re。
[0083]為了設(shè)定該種力估算用點(diǎn)Pc的位置Re，也可以對(duì)機(jī)器人設(shè)定示教動(dòng)作等，從而成為既知的位置。而且，也可以根據(jù)使用能在機(jī)器人的動(dòng)作過(guò)程中以預(yù)定間隔取得圖像的照相機(jī)等取得的圖像來(lái)設(shè)定力估算用點(diǎn)Pc的位置Re?；蛘?，可以使感知接觸部分的接觸傳感器移動(dòng)，預(yù)先取得動(dòng)作過(guò)程中的接觸位置，并利用該數(shù)據(jù)，由力估算用點(diǎn)設(shè)定部12設(shè)定力估算用點(diǎn)Pc的位置Re。
[0084]根據(jù)上述方法，在機(jī)器人的手前端安裝三軸力傳感器3，并且安裝把持工件W的手部6或者工具4，即使在使機(jī)器人的手前端部發(fā)生移動(dòng)的情況下，也能夠精度良好地估算力Fx, Fy以及力矩Mz。
[0085]本發(fā)明的第二至第五實(shí)施方式中，為了提高力Fx、Fy以及力矩Mz的估算精度，更加正確地估算相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置Re。
[0086]在本發(fā)明中，使用力估算用點(diǎn)Pc估算通過(guò)三軸力傳感器3不能檢測(cè)的方向的力、力矩。因此，希望更加正確地設(shè)定力估算用點(diǎn)Pc。因此，在正確估算力Fx、Fy以及力矩Mz時(shí)，使用以下的方法是非常有效的。
[0087]力估算用點(diǎn)Pc是假設(shè)其它物體接觸安裝在三軸力傳感器3上的工具或者工件而作用的力作用于具有代表性的一個(gè)點(diǎn)時(shí)的點(diǎn)。因此，通過(guò)更加正確地設(shè)定力估算用點(diǎn)Pcjg夠更加正確地估算力Fx、Fy以及力矩Mz。
[0088]在第二實(shí)施方式中，工具4與工件W的接觸點(diǎn)變化，在相對(duì)于三軸力傳感器3的接觸點(diǎn)的位置發(fā)生變化的情況下，使用作為基準(zhǔn)的點(diǎn)(力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn))基于幾何學(xué)上的關(guān)系計(jì)算力估算用點(diǎn)Pc的位置Re。
[0089]具體地，在第二實(shí)施方式中，使用工具4與工件W的相對(duì)位置關(guān)系、用于計(jì)算相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置的“力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)”、擠壓方向、工具4或者工件W的形狀的信息，計(jì)算相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置。
[0090]以下對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps是用于計(jì)算力估算用點(diǎn)Pc的適當(dāng)?shù)娜我恻c(diǎn)，由力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部15設(shè)定。在相對(duì)于三軸力傳感器3的接觸點(diǎn)的位置發(fā)生變化的情況下，希望將力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps設(shè)定在位于其中心的點(diǎn)或者利于計(jì)算的點(diǎn)。而且，也可以將力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps設(shè)定為與力估算用點(diǎn)Pc的最初位置相同的位置，并對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行修正。
[0091]圖4A以及圖4B是與工件接觸的工具的大致側(cè)視圖，圖4C是與工件接觸的工具的大致俯視圖。參照這些圖說(shuō)明力估算用點(diǎn)Pc的一個(gè)計(jì)算方法。該情況下，力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps設(shè)定在圓錐形工具4的中心線(xiàn)上的一部分，例如工具4的前端。
[0092]如圖4A以及圖4C所示，工具4在圓形的工件W的周?chē)M(jìn)行仿形。也就是，在圖4A以及圖4C中，改變工具4的位置和由箭頭表示的擠壓方向，并且，在改變工具4上的接觸位置的同時(shí)，使工具4移動(dòng)。該種情況下，通過(guò)將力估算用點(diǎn)Pc估算為更加接近實(shí)際接觸點(diǎn)的位置，能夠更加正確地估算力Fx、Fy以及力矩Mz。
[0093]在此，設(shè)力估算用點(diǎn)Pc的位置為Re，力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps的位置為Rb，從力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps向力估算用點(diǎn)Pc的矢量為Rr。針對(duì)機(jī)器人I的每個(gè)控制周期，根據(jù)幾何學(xué)上的關(guān)系求取矢量Rr。于是，通過(guò)下述式子(7)，力估算用點(diǎn)設(shè)定部12求取力估算用點(diǎn)Pc的位置Re。
[0094]Re=Rb+Rr (7)
[0095]而且，如圖4B所示，在工具4相對(duì)于工件W傾斜并且改變工具4上的接觸位置地運(yùn)動(dòng)的情況下，也同上述一樣，根據(jù)基于力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps、力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps與力估算用點(diǎn)Pc的位置關(guān)系的計(jì)算，能夠更加正確地估算力Fx、Fy以及力矩Mz。
[0096]另外，圖5A至圖是與工件接觸的工具的大致側(cè)視圖。該情況下，由圖5A以及圖5B可知，工具4與工件W的相對(duì)位置關(guān)系朝向上方變化。同樣，如圖5C以及圖所示，即使在工具4相對(duì)于工件W傾斜的情況下，工具4與工件W的相對(duì)位置關(guān)系也朝向上方變化。這樣，即使在工具4與工件W的相對(duì)位置關(guān)系變化的情況下，也能夠通過(guò)使用式子(7)來(lái)更加正確地估算力Fx、Fy、力矩Mz的值。
[0097]并且，圖6A以及圖6B是機(jī)器人的前端部分的放大圖。在這些圖中，三軸力傳感器3安裝在機(jī)器人的手前端部。而且，在比三軸力傳感器3更靠前端處安裝有手部6，手部6把持工件W。另一方面，工具4固定在其它位置。
[0098]在圖6A中，在該狀態(tài)下，在改變工件W的加工部位的同時(shí)，進(jìn)行加工。圖6A中所示的工件W的剖面為圓形。在如上所述工件W為比較單純的形狀的情況下，進(jìn)行加工的位置(與力估算用點(diǎn)Pc大致相同)與力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps (該情況下，工件W的中心)之間的距離恒定?？梢灾?，這種情況下，通過(guò)與上述相同的手法，能夠更加正確地估算力Fx、Fy、力矩Mz的值。
[0099]相對(duì)于此，圖6B中所示的工件W的剖面為矩形，進(jìn)行加工的位置(與力估算用點(diǎn)Pc大致相同)與力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps 件W的中心)之間的距離非恒定。圖7A至圖7D是表示如下情況例子:把持的工件W的形狀比較復(fù)雜，力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps與進(jìn)行加工作業(yè)的部分之間的距離在機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作時(shí)非恒定，并且，進(jìn)行加工作業(yè)的部分存在于從力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps擠壓方向。[0100]這種情況下，預(yù)先取得工件W的進(jìn)行加工的部分的形狀信息，根據(jù)通過(guò)手部6把持時(shí)的抓住位置和姿勢(shì)計(jì)算相對(duì)于三軸力傳感器3的力傳感器坐標(biāo)系的工件W的加工部分的形狀信息。這樣，能夠基于力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps的位置(例如工件W的中心)、擠壓方向、相對(duì)于三軸力傳感器的工件W的進(jìn)行加工作業(yè)的部分的形狀信息計(jì)算力估算用點(diǎn)Pc。
[0101]另外，圖8是機(jī)器人的前端部分的另一放大圖。如圖8所示，在機(jī)器人I側(cè)設(shè)置三軸力傳感器3，使通過(guò)手部6把持的工件W相對(duì)于固定的工具4作用，該情況下，通過(guò)以下方法，能夠計(jì)算相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置Pe。
[0102]首先，通過(guò)力估算用點(diǎn)設(shè)定部12在固定的工具4的外周部上設(shè)定力估算用點(diǎn)Pc。如圖8所示，力估算用點(diǎn)Pc的位置在機(jī)器人I的動(dòng)作過(guò)程中變化。而且，力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps位于工具4的中心。
[0103]接著，示教機(jī)器人I的動(dòng)作，使工具4與工件W盡可能地在力估算用點(diǎn)Pc接觸。作為這種機(jī)器人的動(dòng)作的示教參數(shù)，可列舉機(jī)器人I的軌道或速度、擠壓方向、目標(biāo)擠壓力等。[0104]在使機(jī)器人I把持的工件接觸固定工具的情況下，圖9A以及圖1OA中表示相對(duì)于工具4的力估算用點(diǎn)Pc的位置不發(fā)生變化的情況，圖9B以及圖1OB中表示相對(duì)于工具4的力估算用點(diǎn)Pc的位置發(fā)生變化，擠壓方向也變化的情況。這樣，即使在工件具有復(fù)雜形狀、并且通過(guò)機(jī)器人I的移動(dòng)導(dǎo)致相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置動(dòng)態(tài)地復(fù)雜變化的情況下，通過(guò)基于相對(duì)于機(jī)器人的基準(zhǔn)坐標(biāo)系的力估算用點(diǎn)Pc的位置，也能夠不需要工件W的加工部分的形狀信息地簡(jiǎn)易地求取相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置。
[0105]而且，在示教機(jī)器人I的動(dòng)作時(shí)使用力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps的情況下，設(shè)定力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps、力估算用點(diǎn)Pc與力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps的相對(duì)位置(方向和距離等)(第二或者第三實(shí)施方式)。而且，在示教機(jī)器人I的動(dòng)作時(shí)不使用力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps而直接使用力估算用點(diǎn)Pc的情況下，直接動(dòng)態(tài)地設(shè)定和更新力估算用點(diǎn)Pc的位置(第四實(shí)施方式)。由此，機(jī)器人I的動(dòng)作與相對(duì)于機(jī)器人I的力估算用點(diǎn)Pc對(duì)應(yīng)起來(lái)。
[0106]當(dāng)機(jī)器人I正在移動(dòng)時(shí)，力估算部13基于機(jī)器人的位置和姿勢(shì)計(jì)算相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置。在此，設(shè)表示機(jī)器人I的基準(zhǔn)坐標(biāo)系和三軸力傳感器3的力傳感器坐標(biāo)系的位置和姿勢(shì)關(guān)系的矩陣為T(mén)rf?，設(shè)表示機(jī)器人的基準(zhǔn)坐標(biāo)系和力估算用點(diǎn)Pc的位置和姿勢(shì)關(guān)系的矩陣為T(mén)re。由此，根據(jù)Trf和Tre的關(guān)系求取相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置。這對(duì)于該領(lǐng)域人員是顯而易見(jiàn)的。
[0107]該情況下，力估算用點(diǎn)Pc與固定在作業(yè)臺(tái)B等上的工具4的位置關(guān)系能夠比較簡(jiǎn)單地表示，但是力估算用點(diǎn)Pc與三軸力傳感器3的位置關(guān)系根據(jù)工件W的形狀、機(jī)器人I的手前端部的姿態(tài)而復(fù)雜地動(dòng)態(tài)變化。此時(shí)，通過(guò)基于工具4上的力估算用點(diǎn)Pc與機(jī)器人I的位置關(guān)系隨時(shí)更新相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置，能夠動(dòng)態(tài)改變力估算用點(diǎn)Pc的位置。
[0108]在使用這種手法的情況下，即使在工件W的形狀復(fù)雜、并且相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置動(dòng)態(tài)地復(fù)雜變化的情況下，也能夠簡(jiǎn)易地計(jì)算力估算用點(diǎn)Pc。而且，通過(guò)使用力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps，能夠通過(guò)相對(duì)的位置關(guān)系表示力估算用點(diǎn)Pc的位置，因此，也能夠更加簡(jiǎn)易地表示力估算用點(diǎn)Pc的位置。[0109]這樣，將力估算用點(diǎn)Pc或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps設(shè)定在工具4或者手部6等機(jī)器人I的手前端部，或者，相對(duì)于機(jī)器人I的基準(zhǔn)坐標(biāo)系進(jìn)行設(shè)定。于是，通過(guò)示教按照幾何學(xué)上的關(guān)系求取力估算用點(diǎn)Pc，能夠精度良好地計(jì)算不能由三軸力傳感器3檢測(cè)的力以及力矩，例如力Fx、Fy以及力矩Fz。
[0110]在第三實(shí)施方式中，優(yōu)選求取力估算用點(diǎn)Pc時(shí)使用的基準(zhǔn)點(diǎn)在動(dòng)作過(guò)程中也適當(dāng)改變。亦即，力估算用點(diǎn)修正部14基于來(lái)自示教操作盤(pán)、鍵盤(pán)等的輸入或者機(jī)器人I的動(dòng)作程序、對(duì)應(yīng)于機(jī)器人I的動(dòng)作的切換等規(guī)定的設(shè)定使相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps的位置發(fā)生變化。由此，在切換到不同的工具4的情況下，即使在工具4上的接觸部位發(fā)生了變化的情況下，也能夠修正接觸估算點(diǎn)的位置偏差。
[0111]圖1lA是與工件接觸的工具的另一大致側(cè)視圖，圖1lB是與工件接觸的工具的大致俯視圖。由這些圖1lA以及圖1lB可知，在機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作時(shí)改變工具4的位置和擠壓方向，改變工具4上的接觸位置地移動(dòng)。這種情況下，有必要使相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置也發(fā)生變化。并且，由圖1lA可知，當(dāng)工具4相對(duì)于工件W的高度發(fā)生變化時(shí)，有必要改變力估算用點(diǎn)Pc (從Pca至Pcb)。
[0112]如圖1lA所示，在工具4下方位置的力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Psa的工具軸向位置的工具圓周上與工件接觸的情況下，基于力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Psa和在該部分的工具的半徑Ra計(jì)算力估算用點(diǎn)Pea。而且，在工具4上方位置的力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Psb的工具軸向位置的工具圓周上與工件接觸的情況下，基于力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Psb和在該部分的工具的半徑Rb計(jì)算力估算用點(diǎn)Pcb。這樣，通過(guò)使用不同位置的力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，能夠估算更加正確的接觸點(diǎn)。而且，通過(guò)將力估算用點(diǎn)Pc估算為更加接近實(shí)際的接觸點(diǎn)，能夠估算更加正確的力。
[0113]圖12A至圖12D是與工件接觸的工具的大致側(cè)視圖。在這些圖中，根據(jù)工件W上的位置，改變工具4上的接觸部位。這種情況下，與所述圖11中所示情況的方法相同。也就是，根據(jù)與工件接觸的部分在工具4的下方位置(圖12A以及圖12C)還是與工件接觸的部分在工具4的上方位置(圖12B以及圖12D)，使用不同位置的力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)，估算力估算用點(diǎn)Pc。通過(guò)這樣適當(dāng)變更力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps的值，能夠根據(jù)擠壓方向和至力估算用點(diǎn)Pc的距離信息估算更加正確的接觸點(diǎn)。
[0114]圖13A是與工件接觸的工具的另一大致側(cè)視圖，圖13B是與工件接觸的工具的大致俯視圖。在圖13A以及圖13B中所示的例子中，改變工具4的位置和擠壓方向，改變工具4上的接觸位置地動(dòng)作。
[0115]在第四實(shí)施方式中，這種情況下，即使在機(jī)器人I的動(dòng)作過(guò)程中等也適當(dāng)改變力估算用點(diǎn)Pc。也就是，在相對(duì)于三軸力傳感器3的工具4與工件W的接觸部位發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)更新相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置，能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定。而且，通過(guò)將力估算用點(diǎn)Pc估算為更加接近實(shí)際的接觸點(diǎn)，能夠估算更加正確的力。
[0116]作為這種變更手法，可列舉:向預(yù)先準(zhǔn)備的設(shè)定值的切換；來(lái)自示教操作盤(pán)、鍵盤(pán)等的輸入或者機(jī)器人I的動(dòng)作程序；對(duì)應(yīng)于機(jī)器人I的動(dòng)作的切換；對(duì)應(yīng)于工具4與工件W的位置關(guān)系地準(zhǔn)備力估算用點(diǎn)Pc ;預(yù)先準(zhǔn)備與擠壓方向?qū)?yīng)的力估算用點(diǎn)Pc的位置并根據(jù)擠壓方向進(jìn)行變更；預(yù)先準(zhǔn)備與行進(jìn)方向?qū)?yīng)的力估算用點(diǎn)Pc的位置并根據(jù)行進(jìn)方向進(jìn)行變更等。[0117]圖14是機(jī)器人的前端部分的又一放大圖。如圖14所示，在機(jī)器人I側(cè)設(shè)置三軸力傳感器3，使機(jī)器人的手部6把持的工件W相對(duì)于固定的工具4作用。這種情況下，為了與固定的工具4接觸而使設(shè)定在工具4的目標(biāo)接觸點(diǎn)為力估算用點(diǎn)Pc時(shí)，隨著機(jī)器人I的運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置動(dòng)態(tài)變化。
[0118]這種情況下，通過(guò)基于工具4上的力估算用點(diǎn)Pc與機(jī)器人I之間的位置關(guān)系隨時(shí)更新相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc的位置，能夠使力估算用點(diǎn)Pc的位置動(dòng)態(tài)變化。而且，在改變固定的工具4上的發(fā)生接觸的部位時(shí)，更新力估算用點(diǎn)Pc即可。這種計(jì)算能夠如上所述地根據(jù)使用表示位置以及姿勢(shì)的變換矩陣容易地計(jì)算。
[0119]在第五實(shí)施方式中，優(yōu)選力估算用點(diǎn)修正部14基于工具4的磨耗量的估算修正相對(duì)于三軸力傳感器3的力估算用點(diǎn)Pc。通過(guò)將力估算用點(diǎn)Pc估算為更加接近實(shí)際的接觸點(diǎn)的位置，能夠估算更加正確的力。在三軸力傳感器3中，基于磨耗量的估算，更加正確地求取力Fx、Fy以及力矩Mz。
[0120]針對(duì)估算磨耗量的手法，優(yōu)選例如通過(guò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)預(yù)先制作數(shù)據(jù)表。這種數(shù)據(jù)表表示工具4與工件W的材質(zhì)、施加在工具4上的力、工具4與工件W的相對(duì)速度、工具4的轉(zhuǎn)速、執(zhí)行時(shí)間等與工具4的磨耗量的關(guān)系。而且，從存儲(chǔ)部16讀入預(yù)先制作的數(shù)據(jù)表，力估算用點(diǎn)修正部14估算與所述的材質(zhì)、力等對(duì)應(yīng)的工具4的磨耗量。或者，也可以基于實(shí)驗(yàn)等預(yù)先制作用于計(jì)算磨耗量的函數(shù)，基于這種函數(shù)估算磨耗量。然后，基于估算出的磨耗量，力估算用點(diǎn)修正部14修正力估算用點(diǎn)Pc。
[0121]在第六、第七、第九、第十實(shí)施方式中，優(yōu)選基于既知的力估算力估算用點(diǎn)Pc或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps。于是，基于此時(shí)通過(guò)三軸力傳感器3檢測(cè)的、單軸方向的力Fz和與該軸正交且相互正交的兩方向的繞軸的力矩Mx、My，由力估算用點(diǎn)設(shè)定部12或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部15計(jì)算力估算力估算用點(diǎn)Pc或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps并進(jìn)行設(shè)定。在作用既知的力的情況下，能夠考慮到使用通過(guò)擠壓量知道擠壓力的彈簧裝置等、或者擠壓至能夠測(cè)量力的固定的測(cè)量裝置、或者使能夠測(cè)量力的裝置擠壓該部分等方法。由此作用既知的力時(shí)，從示教`操作盤(pán)等通知其定時(shí)，根據(jù)機(jī)器人的姿勢(shì)取得補(bǔ)償了重力影響的力以及力矩信息，與指定的或者測(cè)量到的力一起適用于上述計(jì)算。而且，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)等預(yù)先求出希望是怎樣程度的既知力。
[0122]這樣，在機(jī)器人系統(tǒng)10中，通過(guò)作用既知的力，能夠簡(jiǎn)易地設(shè)定力估算用點(diǎn)Pc或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps。具體方法以下進(jìn)行說(shuō)明。
[0123]圖15是表不三軸力傳感器坐標(biāo)系的圖。圖15中，力F作用在三軸力傳感器坐標(biāo)系中的點(diǎn)Pl時(shí)，以下關(guān)系式成立。
[0124]Mx=b*Fz_c*Fy 式(8)
[0125]My=_a*Fz+c*Fx 式(9)
[0126]該情況下，雖然不能檢測(cè)力矩Mz，但是能夠檢測(cè)力Fz以及力矩Mx、My。
[0127]通過(guò)這些式(8)以及(9)，通過(guò)對(duì)希望求取位置的點(diǎn)以進(jìn)行作用的方向、大小不同的方式作用多次既知的力(例如，F(xiàn)z為任意，(Fx、Fy) = (1、0)、(0、1)等不同的值),從而能夠計(jì)算 Pl (a、b、c)。
[0128]在第六、第八、第九以及第十一實(shí)施方式中，能夠基于適當(dāng)?shù)奈粗牧浪阌命c(diǎn)Pc或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps。也就是，使適當(dāng)?shù)奈粗笮〉牧ψ饔糜诹浪懔浪阌命c(diǎn)Pc或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps，基于此時(shí)的通過(guò)三軸力傳感器3檢測(cè)的、單軸方向的力Fz和與該軸正交且相互正交兩方向的繞軸的力矩Mx、My補(bǔ)償重力的影響,計(jì)算力估算用點(diǎn)Pc或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps并進(jìn)行設(shè)定。在作用適當(dāng)?shù)奈粗笮〉牧r(shí)，優(yōu)選使用示教操作盤(pán)等設(shè)定使力作用的定時(shí)、或者通過(guò)作用某一閾值以上的力時(shí)等的條件進(jìn)行設(shè)定，取得那時(shí)的力以及力矩、機(jī)器人的姿勢(shì)等。
[0129]這樣，在機(jī)器人系統(tǒng)10中，通過(guò)作用適當(dāng)?shù)牧?，能夠?jiǎn)易地設(shè)定力估算用點(diǎn)Pc或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps。
[0130]如參照?qǐng)D15所說(shuō)明的那樣，力F作用在三軸力傳感器坐標(biāo)系中的點(diǎn)Pl時(shí)，式(8)以及式(9)成立。因此，能夠如上所述地計(jì)算Pl (a、b、c)。
[0131]通過(guò)這些式(8)以及式(9)，在希望求取位置的點(diǎn)配置在三個(gè)軸(X、Y、Z軸)中任一個(gè)軸上的情況下，通過(guò)對(duì)該點(diǎn)在與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩個(gè)軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上作用適當(dāng)?shù)拇笮〉牧，能夠根據(jù)Fz的值和力的作用方向的關(guān)系求取力Fx、Fy的值，計(jì)算力的作用點(diǎn)、也就是力估算用點(diǎn)Pc或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps的位置Pl
(a、b、C)。
[0132]該情況下，如果Pl存在于Z軸上，由于a=0、b=0方向既知，因此根據(jù)力Fz的值知道力Fx、Fy。因此，能夠求取C。
[0133]而且，通過(guò)對(duì)希望求取位置的點(diǎn)在與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩個(gè)軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上以方向不同的方式多次作用適當(dāng)大小的力，能夠根據(jù)Fz的值和力的作用方向的關(guān)系求取力Fx、Fy的值,計(jì)算Pl (a、b、C)。
[0134]同樣，在希望求取位置的點(diǎn)配置在由能夠測(cè)量力的軸和其之外的一個(gè)軸構(gòu)成的平面上的情況下，通過(guò)對(duì)該點(diǎn)在與該平面不平行、并且與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩個(gè)軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上作用適當(dāng)大小的力F，能夠根據(jù)Fz的值和力的作用方向的關(guān)系求取力Fx、Fy的值，計(jì)算力的作用點(diǎn)、也就是力估算用點(diǎn)Pc或者力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps的位置Pl (a、b、c)。
[0135]該情況下，如果Pl存在于X-Z平面上，由于a=0方向既知，因此根據(jù)Fz的值知道力Fx、Fy。該條件下，F(xiàn)x古O。因此,能夠求取b、c。由此可知,在本發(fā)明中，力估算用點(diǎn)設(shè)定部12能夠簡(jiǎn)易地設(shè)定力估算用點(diǎn)Pc，力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部15能夠簡(jiǎn)易地設(shè)定力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)Ps。
[0136]發(fā)明的效果如下。
[0137]根據(jù)本發(fā)明，能夠使用檢測(cè)力Fz以及力矩Mx、My這三個(gè)成分的三軸力傳感器精度良好地估算力Fx、Fy以及/或者力矩Mz。
[0138]并且，在使用檢測(cè)力Fz以及力矩Mx、My這三個(gè)成分的三軸力傳感器估算力Fx、Fy以及/或者力矩Mz時(shí)，有必要更加正確地估算力的作用點(diǎn)，也就是工具與工件之間的接觸點(diǎn)。為了使基于三軸力傳感器的力控制具有實(shí)用性，基于上述的手法簡(jiǎn)易而且更加正確地估算、設(shè)定接觸點(diǎn)。由此，能夠使用三軸力傳感器具有實(shí)用性地、更加精度良好地估算力Fx、Fy以及/或者力矩Mz，將力Fx、Fy、Fz以及力矩Mx、My、Mz用于力控制。
[0139]本發(fā)明在進(jìn)行向各種方向的力控制的機(jī)器人系統(tǒng)中應(yīng)用了檢測(cè)力Fz以及力矩Mx、My這三個(gè)成分的三軸力傳感器。該三軸力傳感器相比同規(guī)格的能夠檢測(cè)四軸以上的多軸力傳感器價(jià)格低廉，并且能夠小型化，因此能夠?qū)⒃摲N多軸傳感器置換為所述三軸力傳感器，通過(guò)用于力控制，能夠抑制機(jī)器人系統(tǒng)整體的價(jià)格，并且將機(jī)器人系統(tǒng)制作得更小型。
[0140]使用典型性的實(shí)施方式說(shuō)明了本發(fā)明，但是能夠理解，只要是該領(lǐng)域人員，就能夠不脫離本發(fā)明范圍地進(jìn)行所述的變更以及各種其它變更、省略、追加。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)器人控制裝置(11)，相對(duì)于工具(4)以及工件(W)中的一方，使另一方通過(guò)機(jī)器人(I)的手前端部相對(duì)移動(dòng)，控制作用于所述工具與所述工件之間的力，其特征在于，具備: 力檢測(cè)部(3)，其檢測(cè)單軸方向的力和與該單軸正交并且相互正交的兩軸方向的繞軸的力矩； 力估算用點(diǎn)設(shè)定部(12)，其設(shè)定用于估算作用于所述工具與所述工件之間力的力估算用點(diǎn)；以及 力估算部(13)，其基于通過(guò)所述力檢測(cè)部檢測(cè)出的所述單軸方向的力以及所述兩軸方向的繞軸的力矩、和通過(guò)所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部設(shè)定的所述力估算用點(diǎn)的位置估算所述兩軸方向的力，或者進(jìn)一步估算繞所述單軸的力矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部(12)根據(jù)所述工具與所述工件之間的相對(duì)位置關(guān)系、用于計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置的力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置、所述工具與所述工件之間的擠壓方向、所述工具的形狀或者所述工件的形狀的信息，計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 用于計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置的所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置能夠變更，基于變更后的所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部(12)在所述機(jī)器人的動(dòng)作過(guò)程中能夠變更所述力估算用點(diǎn)的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 還具備估算所述工具的磨耗量并且修正所述力估算用點(diǎn)的位置的力估算用點(diǎn)修正部(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4、5中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部(12)通過(guò)對(duì)所述力估算用點(diǎn)施加力并基于所述單軸方向的力和所述兩軸方向的繞軸的力矩計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部(12)通過(guò)對(duì)所述力估算用點(diǎn)施加既知的力來(lái)計(jì)算該力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 在所述力估算用點(diǎn)配置在三個(gè)軸中的任一個(gè)軸上的情況下，所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部(12)通過(guò)在與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩個(gè)軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上施加任意的力來(lái)計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定， 或者，在所述力估算用點(diǎn)配置在由能夠測(cè)量力的軸和剩余兩軸中的一個(gè)軸構(gòu)成的平面上的情況下，所述力估算用點(diǎn)設(shè)定部(12)通過(guò)在與該平面不平行、并且與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上施加任意的力，來(lái)計(jì)算所述力估算用點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
9.根據(jù)權(quán)利要求2、3、5中任一項(xiàng)所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 還具備力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部(15)，該力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部(15)通過(guò)對(duì)所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)施加力并基于所述單軸方向的力和所述兩軸方向的繞軸的力矩，計(jì)算所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部(15)通過(guò)對(duì)所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)施加既知的力來(lái)計(jì)算該力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的機(jī)器人控制裝置，其特征在于， 在所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)配置在三個(gè)軸中的任一個(gè)軸上的情況下，所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部(15)通過(guò)在與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩個(gè)軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上施加任意的力來(lái)計(jì)算所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定， 或者，在所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)配置在由能夠測(cè)量力的軸和剩余兩軸中的一個(gè)軸構(gòu)成的平面上的情況下，所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定部(15)通過(guò)在與該平面不平行、并且與由能夠測(cè)量力的軸以外的兩軸構(gòu)成的平面不平行的既知的方向上施加任意的力來(lái)計(jì)算所述力估算用點(diǎn)計(jì)算基準(zhǔn) 點(diǎn)的位置并進(jìn)行設(shè)定。
【文檔編號(hào)】B25J13/08GK103507070SQ201210213883
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月25日
【發(fā)明者】佐藤貴之, 巖竹隆裕 申請(qǐng)人:發(fā)那科株式會(huì)社