專利名稱：機(jī)器人、機(jī)器人的控制裝置、控制方法以及控制程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在工場內(nèi)、或家庭內(nèi)、或護(hù)理現(xiàn)場等進(jìn)行能力輔助等的作業(yè)支援的機(jī)器人手臂的機(jī)器人等的與人協(xié)作的機(jī)器人、機(jī)器人的控制裝置、控制方法以及控制程序。
背景技術(shù)：
近年來，在工場等與人協(xié)調(diào)動作進(jìn)行能力輔助等的作業(yè)支援的人協(xié)調(diào)型的機(jī)器人受到關(guān)注。這樣的人協(xié)調(diào)型的機(jī)器人通過人的操作進(jìn)行動作，所以即便沒有高度的自律功能，也可以進(jìn)行實(shí)用性的作業(yè)。另外，由于是在人的控制下進(jìn)行動作，所以安全性高，將來不僅限于工場內(nèi)，期待在家庭內(nèi)的生活支援或護(hù)理方面也能應(yīng)用。人協(xié)調(diào)型的機(jī)器人，主要通過使用阻抗控制而可以對應(yīng)于人施加給機(jī)器人的力進(jìn)行動作，其操作性由慣性、粘性和剛性的阻抗參數(shù)來決定。例如，在將粘性較低設(shè)定的情況下，機(jī)器人以較輕的力進(jìn)行動作，所以容易移動，相反穩(wěn)定性低，對于定位等精密的動作成為不適合的特性。另一方面，在將粘性較高設(shè)定的情況下，阻力增大而難以移動，相反，穩(wěn)定性增高，對于定位等精密的動作成為合適特性。如此，在某一個固定的阻抗參數(shù)中，例如無法兼顧移動的容易性和定位的容易性。對于這樣的課題，以往技術(shù)公開了通過對應(yīng)于作業(yè)階段使阻抗參數(shù)發(fā)生變化來獲得合適的操作性的作業(yè)輔助裝置(專利文獻(xiàn)I)。另外，作為其他的以往技術(shù)，公開有如下的能力輔助裝置:根據(jù)物體所在的區(qū)域劃分、物體的位置、規(guī)定的標(biāo)量場、或規(guī)定的矢量場來決定輔助力，對規(guī)定的矢量場進(jìn)行動態(tài)變更(專利文獻(xiàn)2)。以往技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)I日本專利第3504507號公報專利文獻(xiàn)2日本特開2003-081599號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題但是，在上述專利文獻(xiàn)I的以往技術(shù)中，需要對作業(yè)階段進(jìn)行判斷，在無法準(zhǔn)確判斷時，有可能不能設(shè)成合適的阻抗參數(shù)。另外，在作業(yè)內(nèi)容改變時，需要重新找到判斷規(guī)則，在各種作業(yè)中應(yīng)用是不容易的。 另外，在上述專利文獻(xiàn)2的以往技術(shù)中，公開有對矢量場進(jìn)行動態(tài)變更，但具體而言，僅公開了判定是否通過收斂狀態(tài)判定單元進(jìn)行定位，在位勢方面設(shè)定極小點(diǎn)，僅能在定位動作的操作性提高方面發(fā)揮效果。另外，僅僅是設(shè)定了極小點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的操作性的提聞。本發(fā)明的目的在于，解決上述以往的控制裝置的課題，提供一種通過簡潔的算法穩(wěn)定地設(shè)定成最佳的阻抗參數(shù)并可以使作業(yè)的操作性提高的機(jī)器人、機(jī)器人的控制裝置、控制方法以及控制程序。
用于解決技術(shù)問題的技術(shù)手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明如下構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供一種機(jī)器人，其特征在于，具有:多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂；配設(shè)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂且獲得外力的外力獲得部；阻抗地圖存儲部，其將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖加以存儲，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布是將伴隨上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與上述各個位置的包括慣性、粘性、以及剛性在內(nèi)的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)；阻抗地圖可變部，其對應(yīng)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于上述阻抗地圖中上述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布使在進(jìn)行上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的上述手尖的位置之前或 之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化；和阻抗控制部，其根據(jù)由上述外力獲得部獲得的外力以及通過上述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的上述阻抗參數(shù)的分布，對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂阻抗進(jìn)行控制。根據(jù)本發(fā)明的第九方式，提供一種機(jī)器人的控制裝置，其特征在于，具有:阻抗地圖存儲部，其將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖加以存儲，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布將伴隨多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與上述各個位置的包括慣性、粘性、以及剛性在內(nèi)的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)；阻抗地圖可變部，其對應(yīng)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于上述阻抗地圖中上述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布，使在進(jìn)行上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的上述手尖的位置之前或之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化；和阻抗控制部，根據(jù)由配設(shè)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的外力獲得部獲得的外力以及通過上述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的上述阻抗參數(shù)的分布，對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂阻抗進(jìn)行控制。根據(jù)本發(fā)明的第十方式，提供一種機(jī)器人的控制方法，其特征在于，由在多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂配設(shè)的外力獲得部獲得外力，將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖存儲于阻抗地圖存儲部，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布將伴隨上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與上述各個位置的包括慣性、粘性、以及剛性在內(nèi)的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)，通過阻抗地圖可變部，對應(yīng)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于上述阻抗地圖的上述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布，使在進(jìn)行上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的位置之前或之后的位置的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化，根據(jù)由上述外力獲得部獲得的外力以及通過上述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的上述阻抗參數(shù)的分布，利用阻抗控制部對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂進(jìn)行阻抗控制。根據(jù)本發(fā)明的第十一方式，提供一種機(jī)器人的控制程序，其用于使計(jì)算機(jī)作為下述部分發(fā)揮功能:阻抗地圖存儲部，其將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖加以存儲，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布將伴隨多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與上述各個位置的包括慣性、粘性、以及剛性在內(nèi)的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)；阻抗地圖可變部，其對應(yīng)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于上述阻抗地圖中上述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布，使在進(jìn)行上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的上述手尖的位置之前或之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化；和阻抗控制部，根據(jù)由配設(shè)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的外力獲得部獲得的外力以及通過上述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的上述阻抗參數(shù)的分布，對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂阻抗進(jìn)行控制。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的機(jī)器人、機(jī)器人的控制裝置、控制方法以及控制程序，通過具有阻抗地圖可變部，根據(jù)機(jī)器人手臂的手尖的當(dāng)前的位置對阻抗地圖進(jìn)行更新，因此可以通過簡潔的算法，穩(wěn)定地設(shè)定成最佳的阻抗參數(shù)。


本發(fā)明的這些和其他的目的和特征，由有關(guān)附圖的實(shí)施方式所相關(guān)的下面的記載加以明確。在該附圖中，圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的機(jī)器人的全體構(gòu)成的圖，圖2是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中機(jī)器人的阻抗控制單元的構(gòu)成的框圖，圖3是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中利用機(jī)器人的與人的協(xié)調(diào)傳送作業(yè)進(jìn)行說明的圖，圖4是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中協(xié)調(diào)傳送作業(yè)的詳細(xì)過程進(jìn)行說明的圖，圖5是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式的阻抗地圖進(jìn)行說明的圖，圖6A是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中利用阻抗可變單元的粘性D的分布的更新方法進(jìn)行說明的圖，圖6B是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中利用阻抗可變單元的粘性D的分布的更新方法進(jìn)行說明的圖，圖7是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中上述機(jī)器人的阻抗控制單元的全體動作步驟的流程圖，圖8是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中利用阻抗可變單元的粘性D的分布的其他更新方法進(jìn)行說明的圖，圖9A是對本發(fā)明的第二實(shí)施方式的阻抗地圖進(jìn)行說明的圖，圖9B是對本發(fā)明的第二實(shí)施方式的阻抗地圖進(jìn)行說明的圖，圖9C是對本發(fā)明的第二實(shí)施方式的阻抗地圖進(jìn)行說明的圖，圖9D是對本發(fā)明的第二實(shí)施方式的阻抗地圖進(jìn)行說明的圖，圖1OA是對本發(fā)明的第三實(shí)施方式的阻抗地圖進(jìn)行說明的圖，圖1OB是對本發(fā)明的第三實(shí)施方式的阻抗地圖進(jìn)行說明的圖，圖11是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式的阻抗參數(shù)的具體數(shù)值進(jìn)行說明的圖，圖12A是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中機(jī)器人的手部的作業(yè)區(qū)域的y = Y1的X方向的粘性D的分布進(jìn)行說明的圖，圖12B是對本發(fā)明的第一 實(shí)施方式中機(jī)器人的手部的作業(yè)區(qū)域的y = y2的X方向的粘性D的分布進(jìn)行說明的圖，圖12C是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中機(jī)器人的手部的作業(yè)區(qū)域的y = y3的X方向的粘性D的分布進(jìn)行說明的圖，圖12D是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中機(jī)器人的手部的作業(yè)區(qū)域的y = y4的X方向的粘性D的分布進(jìn)行說明的圖，圖12E是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中機(jī)器人的手部的作業(yè)區(qū)域的y = y5的X方向的粘性D的分布進(jìn)行說明的圖，圖12F是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中機(jī)器人的手部的作業(yè)區(qū)域的y = y6的X方向的粘性D的分布進(jìn)行說明的圖，圖12G是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式中機(jī)器人的手部的作業(yè)區(qū)域的y = y7的X方向的粘性D的分布進(jìn)行說明的圖，圖13是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式的組合中利用阻抗可變單元的粘性D的分布的更新方法進(jìn)行說明的圖，圖14A是對本發(fā)明的第四實(shí)施方式中利用阻抗可變單元的慣性M的分布的更新方法進(jìn)行說明的圖，圖14B是對本發(fā)明的第四實(shí)施方式中利用阻抗可變單元的慣性M的分布的更新方法進(jìn)行說明的圖。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)附圖對本發(fā)明涉及的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。以下參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明之前，對本發(fā)明的各種實(shí)施方式進(jìn)行說明。根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供一種機(jī)器人，其特征在于，具有:多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂；配設(shè)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂且獲得外力的外力獲得部；阻抗地圖存儲部，其將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖加以存儲，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布將伴隨上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與上述各個位置的包括慣性、粘性、以及剛性的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)；阻抗地圖可變部，其對應(yīng)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于上述阻抗地圖中上述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布，使在進(jìn)行上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的上述手尖的位置之前或之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化；和阻抗控制部，其根據(jù)由上述外力獲得部獲得的外力以及通過上述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的上述阻抗參數(shù)的分布，對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂阻抗進(jìn)行控制。根據(jù)本發(fā)明的第二方式，在第一方式中記載的機(jī)器人的基礎(chǔ)上，其還具有:對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的位置的信息進(jìn)行微分而求出速度的速度獲得部，上述阻抗地圖可變部，對應(yīng)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的當(dāng)前的位置的信息和由上述速度獲得部獲得的速度，相對于上述阻抗地圖的阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布，使在進(jìn)行上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的上述手尖的位置之前或之后的位置的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化。根據(jù)本發(fā)明的第三方式，在第一方式中記載的機(jī)器人的基礎(chǔ)上，上述阻抗地圖可變部，使上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖通過的位置的上述阻抗參數(shù)的粘性，按照與上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖通過之前相比在上述手尖通過之后升高的方式使其發(fā)生變化。根據(jù)本發(fā)明的第四方式，在第三方式中記載的機(jī)器人的基礎(chǔ)上，上述阻抗地圖可變部，使上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖通過的位置的粘性在上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖通過上述位置之后升高之后，在上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖離開上述位置一定距離時，使上述位置的粘性低于上述升高的粘性的值。根據(jù)本發(fā)明的第五方式，在第一方式中記載的機(jī)器人的基礎(chǔ)上，在上述阻抗地圖存儲部中存儲的上述阻抗地圖，具有:用于移動上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的低粘性的第一區(qū)域、用于對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖進(jìn)行定位的、粘性比上述第一區(qū)域高的第二區(qū)域、和進(jìn)而配置成包圍上述第二區(qū)域的周邊且粘性比上述第二區(qū)域高的第三區(qū)域，上述阻抗地圖可變部，在上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖進(jìn)入上述第二區(qū)域之后，按照上述第三區(qū)域所包圍的上述第二區(qū)域的面積小于上述手尖進(jìn)入上述第二區(qū)域之前的面積的方式發(fā)生變化。根據(jù)本發(fā)明的第六方式，在第五方式中記載的機(jī)器人的基礎(chǔ)上，上述阻抗地圖可變部，在上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖進(jìn)入上述第二區(qū)域之后，使上述第二區(qū)域的粘性的值向低于上述手尖進(jìn)入上述第二區(qū)域之前的粘性的值的方向變化。根據(jù)本發(fā)明的第七方式，在第一方式中記載的機(jī)器人的基礎(chǔ)上，在上述阻抗地圖存儲部中存儲的上述阻抗地圖，具有:用于移動上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的低粘性的第一區(qū)域、和用于對上述手尖進(jìn)行定位的、粘性高于上述第一區(qū)域的粘性的第二區(qū)域，并且，在上述第二區(qū)域和上述第一區(qū)域之間設(shè)定用于對上述手尖進(jìn)行定位的、粘性高于第一區(qū)域的粘性且為第二區(qū)域的粘性以下的第四區(qū)域，上述阻抗地圖可變部，在上述手尖進(jìn)入上述第四區(qū)域之后，按照使上述第四區(qū)域的粘性高于上述第二區(qū)域的粘性的方式變化。根據(jù)本發(fā)明的第八方式，在第七方式中記載的機(jī)器人的基礎(chǔ)上，還具有:對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的位置的信息進(jìn)行微分而求出速度的速度獲得部，上述阻抗地圖可變部，對應(yīng)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的當(dāng)前的位置的信息、和上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖進(jìn)入上述第四區(qū)域的速度且由上述速度獲得部獲得的速度，來設(shè)定上述第四區(qū)域的粘性的高度。根據(jù)本發(fā)明的第九方式，提供一種機(jī)器人的控制裝置，其中，具有:阻抗地圖存儲部，其將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖加以存儲，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布將伴隨多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與上述各個位置的包括慣性、粘性、以及剛性的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)；阻抗地圖可變部，其對應(yīng)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于上述阻抗地圖中上述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布使在進(jìn)行上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的上述手尖的位置之前或之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化；和阻抗控制部，根據(jù)由配設(shè)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的外力獲得部獲得的外力以及通過上述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的上述阻抗參數(shù)的分布，對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂阻抗進(jìn)行控制。
根據(jù)本發(fā)明的第十方式，提供一種機(jī)器人的控制方法，其中，由在多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂配設(shè)的外力獲得部獲得外力，將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖存儲于阻抗地圖存儲部，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布是將伴隨上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與上述各個位置的包括慣性、粘性、以及剛性的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)，通過阻抗地圖可變部，對應(yīng)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于上述阻抗地圖的上述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布使在進(jìn)行上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的位置之前或之后的位置的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化，根據(jù)由上述外力獲得部獲得的外力以及通過上述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的上述阻抗參數(shù)的分布，利用阻抗控制部對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂進(jìn)行阻抗控制。根據(jù)本發(fā)明的第十一方式，提供一種機(jī)器人的控制程序，其用于使計(jì)算機(jī)作為下述部分發(fā)揮功能:阻抗地圖存儲部，其將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖加以存儲，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布將伴隨多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與上述各個位置的包括慣性、粘性、以及剛性的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)；阻抗地圖可變部，其對應(yīng)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的上述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于上述阻抗地圖中上述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布使在進(jìn)行上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的上述手尖的位置之前或之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化；和阻抗控制部，根據(jù)由配設(shè)于上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的外力獲得部獲得的外力以及通過上述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的上述阻抗參數(shù)的分布，對上述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂阻抗進(jìn)行控制。以下根據(jù)附圖對本發(fā)明涉及的實(shí)施方式附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。(第一實(shí)施方式)圖1示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式的機(jī)器人I的構(gòu)成。機(jī)器人I具有:多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂5、和對多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂5的動作進(jìn)行控制的控制裝置2?？刂蒲b置2在硬件上由通常的個人電腦構(gòu)成。此外，控制裝置2中除了阻抗控制單元(阻抗控制部)4的輸入輸出IF19以外的部分，由軟件以由個人電腦執(zhí)行的控制程序17的形式來實(shí)現(xiàn)。輸入輸出IF19，由與個人電腦的PCI總線等的擴(kuò)展槽連接的、D/A板20、A/D板21、計(jì)數(shù)板22構(gòu)成。通過執(zhí)行用于對機(jī)器人I的多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂5的動作進(jìn)行控制的控制程序17，控制裝置2發(fā)揮功能。 由作為機(jī)器人手臂5的各關(guān)節(jié)11、12 (12a、12b)、13、14、15的關(guān)節(jié)角度傳感器的一例的各編碼器42輸出的關(guān)節(jié)角度信息，通過計(jì)數(shù)板22分別取入到控制裝置2?？刂蒲b置2根據(jù)取入的關(guān)節(jié)角度信息，分別算出各關(guān)節(jié)11、12、13、14、15的旋轉(zhuǎn)動作的控制指令值。算出的各控制指令值，通過D/A板20被提供給馬達(dá)驅(qū)動器18，按照從馬達(dá)驅(qū)動器18發(fā)送的各控制指令值，對機(jī)器人手臂5的各關(guān)節(jié)11、12、13、14、15各自的馬達(dá)41進(jìn)行驅(qū)動。 機(jī)器人手臂5是5自由度的多聯(lián)桿操作器，具有用于握持物體的手部(多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂5的手尖的一例)6、前臂聯(lián)桿8、肘塊16、一對上臂聯(lián)桿9a、9b、第一關(guān)節(jié)支柱24、和基臺部10。前臂聯(lián)桿8在頂端連接安裝有手部6的手腕部7，并連接成手腕部7可繞第四關(guān)節(jié)14的關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。在肘塊16的一端連接有前臂聯(lián)桿8的基端，并連接成所述基端可繞第三關(guān)節(jié)13的關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。一對上臂聯(lián)桿9a、9b，由它們的各一端分別與肘塊16的另一端連接且可以繞第二關(guān)節(jié)中的2個關(guān)節(jié)12c、12d的關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)的平行聯(lián)桿構(gòu)造構(gòu)成。關(guān)于第一關(guān)節(jié)支柱24，通過基臺部10和支承構(gòu)件124位于上下方向，且支承成可繞第一關(guān)節(jié)11的關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。在第一關(guān)節(jié)支柱24的上端鄰近部分別連接有上臂聯(lián)桿9a、9b的各另一端，且連接成所述上臂聯(lián)桿9a、9b的各另一端可繞第二關(guān)節(jié)中2個關(guān)節(jié)12a、12b的關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。詳細(xì)而言，第一關(guān)節(jié)支柱24的下端在基臺部10被支承成可繞第一關(guān)節(jié)11的關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，第一關(guān)節(jié)支柱24的上端，在從豎立設(shè)置于基臺部10的支承構(gòu)件124的支承部124b的上端伸出的支承構(gòu)件124的上端支承部124c，被支承成可繞第一關(guān)節(jié)11的關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。通過繞第二關(guān)節(jié)12a、12b、12c、12d的關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)，第三關(guān)節(jié)13的關(guān)節(jié)軸相對于第一關(guān)節(jié)11的關(guān)節(jié)軸始終保持平行，肘塊16進(jìn)行繞第二關(guān)節(jié)12a以及第二關(guān)節(jié)12b的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。通過如此構(gòu)成，機(jī)器人手臂5可繞共計(jì)5個軸旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成上述5自由度的多聯(lián)桿操作器。關(guān)于手腕部7，大括弧(])形狀的第一托架部7a和由倒T字形的上部與一對L字形的下部構(gòu)成的第二托架部7b相互組合而構(gòu)成手部6。即，第一托架部7a的上端中央部與前臂聯(lián)桿8的頂端連結(jié)并連結(jié)成可繞第四關(guān)節(jié)14的關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。在第一托架部7a的兩端部的內(nèi)側(cè)連結(jié)有第二托架部7b的倒T字形的上部的兩端部，且連結(jié)成所述兩端部可繞第五關(guān)節(jié)15的關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。第二托架部7b的倒T字形的上部的中央部，如后所述安裝有操作把手40。在第一托架部7a和第二托架部7b，在倒T字形的上部的上端和兩端部鄰近部和一對L字形的下部的下端的合計(jì)5處分別具有可與薄型電視等的面板等的物體卡合的卡合部7c。該結(jié)果，例如，可以由第一托架部7a、倒T字形的上部的上端的卡合部7c和兩端部鄰近部的卡合部7c，對薄型電視等的面板等的矩形板狀的物體的上端緣和兩側(cè)緣進(jìn)行支承，由第二托架部7b、一對L字形的下部的下端的卡合部7c對薄型電視等的面板等的矩形板狀的物體的下端緣進(jìn)行支承，能夠由手部6穩(wěn)定地握持薄型電視等的面板等的矩形板狀的物體。由此，手部6相互正交，且具有沿著上下方向配置的第四關(guān)節(jié)14和沿著與上下方向正交的橫方向配置的第五關(guān)節(jié)15的2個旋轉(zhuǎn)軸，相對于基臺部10，使手部6的相對的姿勢(朝向)發(fā)生變化，可以使用手部6握持的物體的相對姿勢(朝向)發(fā)生變化。在構(gòu)成各軸的旋轉(zhuǎn)部分的各關(guān)節(jié)ll、12a、13、14、15，具有:在各關(guān)節(jié)ll、12a、13、14、15的一個構(gòu)件設(shè)置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(在本第一實(shí)施方式為馬達(dá)41)、和對馬達(dá)41的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)相位角(即關(guān)節(jié)角)進(jìn)行檢測的編碼器42。此外，馬達(dá)41的旋轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)的另一個構(gòu)件連結(jié)，而使上述旋轉(zhuǎn)軸正反旋轉(zhuǎn)，由此可以使另一個構(gòu)件相對于一個構(gòu)件繞各關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置被后述的馬達(dá)驅(qū)動器18驅(qū)動控制。在本第一實(shí)施方式中，作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的一例的馬達(dá)41和編碼器42，配設(shè)于機(jī)器人手臂5的各關(guān)節(jié)11、12a、13、14、15的內(nèi)部。圖1的參照符號35是相對于基臺部10相對位置關(guān)系被固定的絕對坐標(biāo)系,參照符號36是相對于手部6相對位置關(guān)系被固定的手尖坐標(biāo)系。把從絕對坐標(biāo)系35看到的手尖坐標(biāo)系36的原點(diǎn)位置0e(x、y、z)定義為機(jī)器人手臂5的手尖位置，在將從絕對坐標(biāo)系35看到的手尖坐標(biāo)系36的姿勢用側(cè)擺角和俯仰角表現(xiàn)出來的(φ、Θ)定義為機(jī)器人手臂5的手部6的手尖姿勢，把手部6的手尖位置以及姿勢矢量定義為r=[x、y、ζ、φ、θ]τ。在對機(jī)器人手臂5的手部6的手尖位置以及姿勢進(jìn)行控制的情況下，使手尖位置以及姿勢矢量r與目標(biāo)手尖位置以及姿勢矢量rd隨動。操作把手40和手部6借助作為外力獲得單元(外力獲得部或外力獲得裝置)的一例發(fā)揮功能的力傳感器3被連接并 由中央部被力傳感器3固定的H型支承體40b加以固定的一對沿著上下方向的棒狀抓握部40a構(gòu)成，人39直接抓握操作把手40的一對抓握部40a施加力，由此可以對機(jī)器人5進(jìn)行操作。在操作把手40和機(jī)器人手臂5之間配設(shè)有力傳感器3，人39操作時的力可以由力傳感器3加以檢測。接著，使用圖2，對阻抗控制單元4進(jìn)行詳細(xì)說明。在圖2中，參照符號5是圖1所示的機(jī)器人手臂。從機(jī)器人手臂5輸出由各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)軸的編碼器42測量的關(guān)節(jié)角的當(dāng)前值(關(guān)節(jié)角度矢量)q= Lq1, q2, q3，q4，q5]T，通過計(jì)數(shù)板22取入到阻抗控制單元4。其中，q1、q2、q3、q4、q5分別是第一關(guān)節(jié)11、第二關(guān)節(jié)12a、第三關(guān)節(jié)13、第四關(guān)節(jié)14、第五關(guān)節(jié)15的關(guān)節(jié)角度。另外，從機(jī)器人手臂5的力傳感器3輸出由力傳感器3測量得到的外力(測量值)Fs = [fx, fy, fz, nx, ny, nz]T,通過A/D板21取入到阻抗控制單元4。在這里，fx、fy、fz是手尖坐標(biāo)系36的相互正交的3個方向(X軸、y軸、ζ軸方向)的不同方向的力的成分。另外，nx、ny、nz是繞手尖坐標(biāo)系36的相互正交的3個方向的旋轉(zhuǎn)力矩。目標(biāo)軌道生成單元(目標(biāo)軌道生成部)23，輸出用于實(shí)現(xiàn)成為目標(biāo)的機(jī)器人手臂5的動作的手尖位置以及姿勢目標(biāo)矢量rd。成為目標(biāo)的機(jī)器人手臂5的動作，根據(jù)目的作業(yè)事先提供以各自的時間(t = 0、t = tpt = t2、…)計(jì)的每個點(diǎn)的位置(rdQ、rdl、rd2、…)作為時間序列數(shù)據(jù)。目標(biāo)軌道生成單元23使用多項(xiàng)式插值，對各點(diǎn)間的軌道進(jìn)行插值，生成手尖位置以及姿勢目標(biāo)矢量rd。阻抗地圖存儲部48，將機(jī)器人手臂5的作業(yè)區(qū)域內(nèi)的三維位置中的阻抗參數(shù)M、D以及K (慣性M、粘性D以及剛性K)的基準(zhǔn)分布(變更或更新前的成為基準(zhǔn)的分布或初期狀態(tài)的分布)作為阻抗地圖的數(shù)據(jù)庫，加以存儲、保存。阻抗地圖可變單元(阻抗地圖可變部)50，根據(jù)來自正運(yùn)動學(xué)計(jì)算單元26的機(jī)器人手臂5的手尖(手部)6的當(dāng)前位置，對阻抗地圖存儲部48的阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布進(jìn)行變更。阻抗計(jì)算單元(阻抗計(jì)算部)25，是發(fā)揮使機(jī)器人手臂5實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂5的機(jī)械阻抗的值向機(jī)械阻抗設(shè)定值的控制的功能的部分。阻抗計(jì)算單元25，在機(jī)器人手臂5以沿著目標(biāo)軌道生成單元23生成的目標(biāo)軌道的方式通過位置控制來單獨(dú)進(jìn)行動作的情況下，輸出O。另一方面，在機(jī)器人手臂5和人協(xié)同作業(yè)的情況下，阻抗計(jì)算單元25，從在阻抗地圖存儲部48中設(shè)定的阻抗參數(shù)M、D以及K (慣性M、粘性D、以及剛性K)、和向后述的力變
換單元(力變換部)30輸入的外力？=[^,€為,11()]\利用以下的式⑴計(jì)算出用于使機(jī)器人手臂5實(shí)現(xiàn)機(jī)械阻抗的手尖位置以及姿勢目標(biāo)矯正輸出Ard，并輸出。手尖位置以及姿勢目標(biāo)矯正輸出Ard，通過第一運(yùn)算部51與由目標(biāo)軌道生成單元23輸出的手尖位置以及姿勢目標(biāo)rd加和，生成手尖位置以及姿勢矯正目標(biāo)矢量rdm。其中，ηφ、η0是繞側(cè)滾軸(roll軸)、偏轉(zhuǎn)軸(yaw軸)的旋轉(zhuǎn)力矩。Ard= (s2M+sD+K) ^1F.....(I)其中，分別是下述式(2)、(3)、(4)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人,其中，具有: 多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂； 配設(shè)于所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂且獲得外力的外力獲得部； 阻抗地圖存儲部，其將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖加以存儲，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布將伴隨所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與所述各個位置的包括慣性、粘性以及剛性在內(nèi)的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)； 阻抗地圖可變部，其對應(yīng)于所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于所述阻抗地圖中所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布，使在進(jìn)行所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的所述手尖的位置之前或之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化；和 阻抗控制部，其根據(jù)由所述外力獲得部獲得的外力以及通過所述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的所述阻抗參數(shù)的分布，對所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的阻抗進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中， 還具有:對所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖的位置的信息進(jìn)行微分而求出速度的速度獲得部， 所述阻抗地圖可變部，對應(yīng)于所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖的當(dāng)前的位置的信息和由所述速度獲得部獲得的速度，相對于所述阻抗地圖的阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布使在進(jìn)行所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的所述手尖的位置之前或之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中， 所述阻抗地圖可變部，使所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖通過的位置的所述阻抗參數(shù)的粘性，按照與所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖通過之前相比在所述手尖通過之后升高的方式發(fā)生變化。
4.如權(quán)利要求3所述的機(jī)器人，其中， 所述阻抗地圖可變部，使所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖通過了的位置的粘性，在所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖通過所述位置之后升高之后，在所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖離開所述位置一定距離時使所述位置的粘性低于所述升高的粘性的值。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中， 在所述阻抗地圖存儲部中存儲的所述阻抗地圖，具有:用于移動所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖的低粘性的第一區(qū)域、用于對所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖進(jìn)行定位的粘性比所述第一區(qū)域高的第二區(qū)域、和進(jìn)而配置成包圍所述第二區(qū)域的周邊且粘性比所述第二區(qū)域高的第三區(qū)域， 所述阻抗地圖可變部，在所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖進(jìn)入所述第二區(qū)域之后，按照使所述第三區(qū)域所包圍的所述第二區(qū)域的面積小于所述手尖進(jìn)入所述第二區(qū)域之前的面積的方式發(fā)生變化。
6.如權(quán)利要求5所述的機(jī)器人，其中， 所述阻抗地圖可變部，在所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖進(jìn)入所述第二區(qū)域之后，使所述第二區(qū)域的粘性的值向比所述手尖進(jìn)入所述第二區(qū)域之前的粘性的值低的方向變化。
7.如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人，其中，在所述阻抗地圖存儲部中存儲的所述阻抗地圖，具有:用于移動所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖的低粘性的第一區(qū)域、和用于對所述手尖進(jìn)行定位的粘性高于所述第一區(qū)域的粘性的第二區(qū)域，并且，在所述第二區(qū)域和所述第一區(qū)域之間設(shè)定用于對所述手尖進(jìn)行定位的粘性高于第一區(qū)域的粘性且為第二區(qū)域的粘性以下的第四區(qū)域， 所述阻抗地圖可變部，在所述手尖進(jìn)入所述第四區(qū)域之后，按照使所述第四區(qū)域的粘性高于所述第二區(qū)域的粘性的方式變化。
8.如權(quán)利要求7所述的機(jī)器人，其中， 還具有:對所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖的位置的信息進(jìn)行微分而求出速度的速度獲得部， 所述阻抗地圖可變部，對應(yīng)于所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖的當(dāng)前的位置的信息、和由所述速度獲得部獲得的在所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖進(jìn)入所述第四區(qū)域的速度，來設(shè)定所述第四區(qū)域的粘性的高度。
9.一種機(jī)器人的控制裝置，其中，具有: 阻抗地圖存儲部，其將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖加以存儲，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布將伴隨多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與所述各個位置的包括慣性、粘性以及剛性在內(nèi)的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)； 阻抗地圖可變部，其對應(yīng)于所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于所述阻抗地圖中所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布，使在進(jìn)行所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的所述手尖的位置之前或之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化；和 阻抗控制部，根據(jù)由配設(shè)于所述 多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的外力獲得部獲得的外力以及通過所述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的所述阻抗參數(shù)的分布，對所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的阻抗進(jìn)行控制。
10.一種機(jī)器人的控制方法，其中， 由在多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂配設(shè)的外力獲得部獲得外力， 將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖存儲于阻抗地圖存儲部，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布將伴隨所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與所述各個位置的包括慣性、粘性以及剛性在內(nèi)的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)， 通過阻抗地圖可變部，對應(yīng)于所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于所述阻抗地圖的所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布，使在進(jìn)行所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的位置之前或之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化， 根據(jù)由所述外力獲得部獲得的外力以及通過所述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的所述阻抗參數(shù)的分布，利用阻抗控制部對所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的阻抗進(jìn)行控制。
11.一種機(jī)器人的控制程序，其用于使計(jì)算機(jī)作為下述部分發(fā)揮功能: 阻抗地圖存儲部，其將阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布作為阻抗地圖加以存儲，所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布將伴隨多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作而移動的所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的手尖的各個位置、與所述各個位置的包括慣性、粘性以及剛性在內(nèi)的阻抗參數(shù)建立對應(yīng)； 阻抗地圖可變部，其對應(yīng)于所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的所述手尖的當(dāng)前的位置的信息，相對于所述阻抗地圖中所述阻抗參數(shù)的基準(zhǔn)分布，使在進(jìn)行所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的動作的所述手尖的位置之前或之后的位置處的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化；和阻抗控制部，根據(jù)由配設(shè)于所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的外力獲得部獲得的外力以及通過所述阻抗地圖可變部發(fā)生了變化的所述阻抗參數(shù)的分布，對所述多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的阻抗進(jìn)行控制 。
全文摘要
一種機(jī)器人、機(jī)器人的控制裝置、控制方法以及控制程序，該機(jī)器人具有多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂(5)、配設(shè)于多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂(5)且獲得外力的外力獲得部(3)、根據(jù)外力獲得部(3)獲得的外力使多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂(5)作為假想的彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng)進(jìn)行動作的阻抗控制部(49)，阻抗控制部(49)具有對作業(yè)區(qū)域的各地點(diǎn)的阻抗參數(shù)進(jìn)行定義的阻抗地圖存儲部(48)、和對應(yīng)于多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂(5)的當(dāng)前手尖位置或者當(dāng)前手尖速度使阻抗地圖存儲部(48)的阻抗參數(shù)的分布發(fā)生變化的阻抗地圖可變部(50)。
文檔編號B25J13/08GK103118842SQ20128000289
公開日2013年5月22日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者岡崎安直 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社