專利名稱：機械手的控制方法和機械手的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械手的控制方法和利用該機械手的控制方法進行動作的機械手。
背景技術：
在使機械手動作時，利用角度傳感器檢測電機的旋轉角度，并根據(jù)旋轉角度計算角速度來控制動作。但是，在有些情況下，被電機驅動的傳遞機構、臂并不是剛體，在動作時會產生振動或扭轉，無法進行準確的控制。于是，提出了一種利用由配置于臂的前端部的慣性傳感器檢測出的加速度來計算臂的彎曲量，并將其與臂動作的角度目標值相加來抑制臂的振動的機械手(例如，參照專利文獻I)。另外，也存在如下技術，即通過慣性傳感器檢測臂前端部的動作，利用該慣性傳感器的檢測信號來驅動臂，由此即使臂發(fā)生了振動也能夠實現(xiàn)高精度的定位(例如參照專利文獻2)。專利文獻I日本特開平1-173116號公報專利文獻2日本特開平7-9374號公報在上述的專利文獻I和專利文獻2中，在臂前端部配置慣性傳感器，利用慣性傳感器的檢測值來控制臂的動作(包含位置)。但是，會預想到慣性傳感器的靈敏度的精度會因慣性傳感器的個體差、溫度變化的影響、老化等而下降。由于這樣的慣性傳感器的精度下降，會存在因為無法進行按照目標的控制，所以機械手的動作精度下降這樣的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決上述問題的至少一部分而完成的，能夠實現(xiàn)為以下的方式或應用例。[應用例I]本應用例涉及的機械手的控制方法是具備電機、檢測所述電機的旋轉角度的角度傳感器、與所述電機連結的臂、和安裝于所述臂的慣性傳感器的機械手的控制方法，該機械手的控制方法的特征在于，包括:利用由所述慣性傳感器檢測的角速度和根據(jù)由所述角度傳感器檢測的角度信息得到的慣性傳感器坐標下的角速度之差來計算所述臂的扭轉角速度的步驟；利用所述扭轉角速度來計算所述慣性傳感器的靈敏度的修正量的步驟；和利用所述修正量來修正所述慣性傳感器的靈敏度的步驟。這里，作為慣性傳感器具有陀螺儀傳感器，作為角度傳感器具有編碼器、旋轉變壓器等。
另外，慣性傳感器坐標是將慣性傳感器被安裝的位置表示為基準的坐標系。另外，以后有時將慣性傳感器坐標單純地表示為傳感器坐標。由于慣性傳感器的輸出值是傳感器坐標系的輸出值，所以也將角度傳感器的角速度信息轉換為傳感器坐標系來計算扭轉角速度。根據(jù)本應用例，利用慣性傳感器所檢測的角速度和根據(jù)由角度傳感器所檢測的信息得到的慣性傳感器坐標下的角速度之差來決定慣性傳感器的靈敏度修正量。該角速度差是扭轉角速度。利用這樣計算出的靈敏度修正量來修正慣性傳感器的靈敏度，并使機械手進行動作。由此，能夠降低因慣性傳感器的個體差、溫度變化引起的對精度的影響、因老化弓I起的對精度降低的影響，從而提高機械手動作的精度。[應用例2]優(yōu)選在上述應用例涉及的機械手的控制方法中，計算所述修正量的步驟在所述機械手的動作中執(zhí)行。若在機械手靜止時執(zhí)行靈敏度誤差的計算，則需要考慮靈敏度檢測時的噪聲分量被累積從而導致靈敏度誤差與實際不同的情況。因此，通過僅在進行動作時計算靈敏度誤差的修正量，能夠抑制噪聲的影響，從而得到高精度的靈敏度修正量。另外，在慣性傳感器不具有角速度的動作、角速度不具有一定的大小的動作的情況下判定為處于靜止時。[應用例3]優(yōu)選在上述應用例涉及的機械手的控制方法中，在計算所述修正量的步驟中，以所述機械手的動作中的所給定的時間間隔計算扭轉角速度，在動作結束后，根據(jù)以所述時間間隔計算出的所述扭轉角速度的總和來計算所述靈敏度誤差的修正量。例如，當以600mS結束I個動作時，在慣性傳感器中每2ms檢測角速度，在I個動作結束后，計算每2ms檢測出的扭轉角速度的和作為靈敏度誤差的修正量。由此，能夠基本實時地取得扭轉角速度的變化，如果按每I個動作計算修正量，則能夠降低計算步驟的計算負荷。另外，由于一邊使機械手動作一邊更新慣性傳感器的靈敏度，所以在反復執(zhí)行動作的情況下，具有能夠按每I個動作提高精度的效果。[應用例4]優(yōu)選在上述應用例涉及的機械手的控制方法中，在計算所述修正量的步驟中，在檢測到所述電機的旋轉方向后，根據(jù)所述旋轉方向來切換所述扭轉角速度的值的正負。在扭轉角速度的計算中沒有旋轉方向的信息。于是，根據(jù)電機的旋轉方向的正逆來將計算出的扭轉角速度的值切換為正或者負。由此，能夠進行配置了慣性傳感器的臂的正逆旋轉雙方的靈敏度修正。[應用例5]優(yōu)選在上述應用例涉及的機械手的控制方法中，還具有所述慣性傳感器的偏移去除步驟，計算所述扭轉角速度的步驟在所述偏移去除步驟后執(zhí)行。由此，能夠除去慣性傳感器的偏移的影響，從而進行高精度的靈敏度誤差的修正。[應用例6]優(yōu)選在上述應用例涉及的機械手的控制方法中，利用與所述機械手的動作速度的大小對應的所述慣性傳感器的靈敏度的修正常數(shù)來計算所述修正量。由此，能夠在動作速度大時使修正常數(shù)變大來增大靈敏度修正量，在動作速度小時通過使修正常數(shù)變小來減小靈敏度修正量。另外，修正常數(shù)例如利用慣性傳感器的靈敏度修正增益來計算。[應用例7]本應用例涉及的機械手的特征在于，具備:電機；與所述電機連結而被驅動的臂；檢測所述電機的旋轉角度的角度傳感器；安裝于所述臂的慣性傳感器；利用由所述慣性傳感器檢測的角速度和根據(jù)由所述角度傳感器檢測的信息得到的慣性傳感器坐標下的角速度之差來計算所述臂的扭轉角速度的扭轉角速度計算部；計算所述慣性傳感器的靈敏度修正量的靈敏度修正量計算部；利用所述靈敏度修正量計算部所計算的靈敏度修正量來修正靈敏度的靈敏度修正部；和判斷所述臂的動作的動作判斷部。根據(jù)本應用例，利用由慣性傳感器檢測的角速度和根據(jù)由角度傳感器檢測的角度信息得到的慣性傳感器坐標下的角速度之差來決定慣性傳感器的靈敏度修正量。該角速度差是扭轉角速度。利用這樣算出的靈敏度修正量來修正慣性傳感器的靈敏度，并使機械手動作。由此，能夠排除因慣性傳感器的個體差、溫度變化引起的對精度的影響、因老化引起的對精度下降的影響，從而提高機械手動作的精度。[應用例8]本應用例涉及的機械手的控制方法的特征在于，包括:利用由加速度傳感器檢測的加速度來計算傳感器坐標系的速度的步驟；根據(jù)由速度傳感器檢測的傳感器坐標系的速度和利用所述加速度計算的傳感器坐標系的速度之差來計算歪斜速度的步驟；利用所述歪斜速度來計算所述加速度傳感器的靈敏度修正量的步驟；和利用所述靈敏度修正量來修正所述加速度傳感器的靈敏度的步驟。相對于利用上述的扭轉角速度來進行慣性傳感器(例如陀螺儀傳感器)的靈敏度修正，本應用例涉及的機械手的控制方法利用歪斜速度來進行加速度傳感器的靈敏度修正，使機械手動作。由此，能夠降低因加速度傳感器的個體差、溫度變化引起的對精度的影響、因老化弓I起的對精度降低的影響，從而提高機械手動作的精度。[應用例9]優(yōu)選在上述應用例涉及的機械手的控制方法中，計算所述修正量的步驟在所述機械手的動作中執(zhí)行。若在機械手靜止時執(zhí)行靈敏度誤差的計算，則需要考慮靈敏度檢測時的噪聲分量被累積從而導致靈敏度誤差與實際不同的情況。由此，通過僅在進行動作時計算靈敏度誤差的修正量，能夠抑制噪聲的影響，從而得到高精度的靈敏度修正量。另外，在加速度傳感器不具有速度的動作、速度不具有一定的大小的動作的情況下判定為處于靜止時。[應用例10]優(yōu)選在上述應用例涉及的機械手的控制方法中，在計算所述修正量的步驟中，以所述機械手的動作中的所給定的時間間隔計算歪斜速度，在動作結束后，根據(jù)以所述時間間隔計算出的歪斜速度的總和來計算所述靈敏度誤差的修正量。例如，在以600mS結束I個動作的情況下，在加速度傳感器中每2ms檢測加速度，在I個動作結束后，計算每2ms檢測出的歪斜速度的總和作為靈敏度誤差的修正量。由此，能夠基本實時地取得歪斜速度的變化，如果按每I個動作計算修正量，則能夠降低計算步驟的計算負荷。另外，由于一邊使機械手動作一邊更新加速度傳感器的靈敏度，所以在反復執(zhí)行動作的情況下，具有能夠按每I個動作提高精度這樣的效果。[應用例11]優(yōu)選在上述應用例涉及的機械手的控制方法中，在計算所述修正量的步驟中，在檢測出所述加速度傳感器的安裝位置的移動方向后，根據(jù)所述移動方向來切換所述歪斜速度的值的正負。在歪斜速度的計算中沒有移動方向的信息。于是，根據(jù)加速度傳感器安裝位置的移動方向的正逆來將計算出的歪斜速度的值切換為正或者負。由此，能夠進行加速度傳感器被配置的位置處的正逆移動雙方的靈敏度修正。[應用例12]優(yōu)選在上述應用例涉及的機械手的控制方法中，還具有所述加速度傳感器的偏移去除步驟，計算所述歪斜速度的步驟在所述偏移去除步驟后執(zhí)行。
加速度傳感器在初始狀態(tài)下存在偏移誤差。偏移誤差是在靜止時檢測出加速度傳感器的檢測值為“O”以外的值時的誤差，通過除去偏移誤差，能夠進行高精度的靈敏度誤差的修正。[應用例13]優(yōu)選在上述應用例涉及的機械手的控制方法中，利用與所述機械手的動作速度的絕對值對應的所述加速度傳感器的靈敏度的修正常數(shù)來計算所述修正量。由此，能夠在動作速度大時使修正常數(shù)變大來增大靈敏度修正量，在動作速度小時通過使修正常數(shù)變小來減小靈敏度修正量。另外，修正常數(shù)例如利用加速度傳感器的靈敏度修正增益來進行計算。[應用例14]本應用例涉及的機械手的特征在于，具備:取得加速度傳感器的檢測值，來計算傳感器坐標系下的速度的傳感器坐標速度計算部；根據(jù)由速度傳感器檢測出的速度和所述傳感器坐標系下的速度之差來計算歪斜速度的歪斜速度計算部；計算所述加速度傳感器的靈敏度修正量的靈敏度修正量計算部；基于所述靈敏度修正量來修正所述加速度傳感器的靈敏度的靈敏度計算部；和判斷是處于動作還是處于靜止中的動作判斷部。根據(jù)本應用例，利用歪斜速度來進行加速度傳感器的靈敏度修正，使機械手動作。由此，能夠降低因加速度傳感器的個體差、溫度變化引起的對精度的影響、因老化引起的對精度下降的影響，從而提高機械手動作的精度。另外，本應用例的機械手能夠適用于直動機械手和3軸/6軸機械手。


圖1是例示實施方式I的機械手的概略構成的構成說明圖。圖2是表示實施方式I的控制裝置的主要構成的構成說明圖。圖3是表示事例I的靈敏度誤差和扭轉角速度的關系的數(shù)據(jù)。圖4是表示事例2的靈敏度誤差和扭轉角速度的關系的數(shù)據(jù)。圖5是表示事例3的靈敏度誤差和扭轉角速度的關系的數(shù)據(jù)。圖6是表示事例4的靈敏度誤差和扭轉角速度的關系的數(shù)據(jù)。圖7是表示實施方式I的機械手的控制方法的主要步驟的流程圖。圖8是示意性表示實施方式I的6軸機械手的構成說明圖。圖9是例示實施方式2的直動機械手的概略構成的構成說明圖。圖10是表示實施方式2的控制裝置的主要構成的構成說明圖。圖11是表示實施方式2的傳感器坐標速度計算部的構成的構成說明圖。圖12是示意性表示實施方式2的6軸機械手的構成說明圖。
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明的實施方式。(實施方式I)(機械手的構成)圖1是例示實施方式I的機械手的概略構成的構成說明圖。另外，圖1是為了使各部件成為能夠識別的大小而將各部件乃至部分的縱橫的比例設為與實際不同的示意圖。另外，在本實施方式中例示了 3軸機械手(選擇順應性裝配機器手(SCARA Robot))。在圖1中，機械手10被構成為以平板狀的基臺38為基礎將多個電機和臂連結。在基臺38上，配置有形成了空間的支持框39。在支持框39的下方空間配置電機41，在電機41的軸方向端部配置有作為角度傳感器的第I編碼器42。第I編碼器42檢測電機41的旋轉角度。在支持框39的上方空間配置有第I減速器43，電機41的旋轉軸41a與第I減速器43連結。在第I減速器43的上側突出設置有輸出軸43a，輸出軸43a按以規(guī)定的減速比使電機41的轉速減速后的轉速進行旋轉。第I減速器43能夠采用各種減速機構，在本實施方式中，采用波動齒輪。輸出軸43a貫穿于支持框39的孔部39a而突出設置于支持框39的上方。突出設置的輸出軸43a與臂44的一端部連結，臂44以輸出軸43a為旋轉軸在XY平面內轉動。在臂44的另一端部重疊連結有第2減速器46、電機47，在電機47的旋轉軸方向端部配置有作為角度傳感器的第2編碼器48。第2編碼器48檢測電機47的旋轉角度。并且，第2減速器46的輸出軸46a貫穿臂44的孔部44a而從臂44突出設置。第2減速器46的輸出軸46a按以規(guī)定的減速比使電機47的轉速減速后的轉速進行旋轉。如果電機41和電機47的旋轉方向能夠利用電信號來控制，則可以使用各種電機。在本實施方式中，例如采用直流電機。第I編碼器42能夠檢測電機41的旋轉角度即可，第2編碼器48能夠檢測電機47的旋轉角度即可，因此能夠使用各種旋轉編碼器。在本實施方式中，例如，采用光學式的旋轉編碼器。臂49的一端部與輸出軸46a連結，將輸出軸46a作為旋轉軸在XY平面內轉動。在臂49的另一端部配置有作為慣性傳感器的陀螺儀傳感器50。陀螺儀傳感器50的種類沒有特別限定，在本實施方式中，采用振動型陀螺儀傳感器。另外，對于陀螺儀傳感器50而言，在本實施例中優(yōu)選采用3軸陀螺儀傳感器。在臂49的陀螺儀傳感器50側配置有電機51,電機51的旋轉軸51a貫穿于臂49的孔部49a而在基臺38側突出設置。升降裝置52與旋轉軸51a連結，被構成為能夠通過旋轉軸51a進行旋轉。在升降裝置52的下前端部配置有手部53。升降裝置52具有沿上下(Z軸方向)移動的直動機構，能夠使手部53升降。手部53具有多個指部53a和直動機構(未圖示)，直動機構能夠變更多個指部53a的間隔。并且，手部53能夠在指部53a之間夾持保持作業(yè)對象的工件(未圖示)。機械手10具備控制上述各驅動系統(tǒng)的控制裝置20?？刂蒲b置20具有基于電機41、47、51的驅動控制、第I編碼器42、第2編碼器48以及陀螺儀傳感器50的檢測接口、第I編碼器42、第2編碼器48以及陀螺儀傳感器50的檢測值來計算扭轉角速度、靈敏度修正
量的計算部等。接著，對控制裝置20的構成進行說明。圖2是表示控制裝置20的主要構成的構成說明圖?？刂蒲b置20經由接口(未圖示)獲得陀螺儀傳感器50的角速度的檢測值、基于第I編碼器42的電機41的旋轉角度檢測值以及基于第2編碼器48的電機47的旋轉角度檢測值，并具備:計算扭轉角速度的扭轉角速度計算部21、計算陀螺儀傳感器50的靈敏度修正量的靈敏度修正量計算部22、基于計算出的靈敏度修正量來修正陀螺儀傳感器50的靈敏度的靈敏度修正部24、和判斷機械手10是在動作中還是在靜止中的動作判斷部23。另外，在圖2中，將第I編碼器42和第2編碼器48總稱表示為編碼器40。(機械手的控制方法)接著，對機械手10的控制方法進行說明。首先，例示計算式來說明機械手10的控制方法的見解。這里，將陀螺儀傳感器50檢測出的角速度表示為陀螺儀輸出，將根據(jù)第I編碼器42和第2編碼器48檢測出的角度計算出的陀螺儀傳感器50的配置位置處的角速度表示為編碼器輸出。陀螺儀輸出和編碼器輸出的差為扭轉角速度。另外，在“陀螺儀輸出一編碼器輸出”中，包含動作的扭轉角速度、陀螺儀傳感器50的偏移誤差、和陀螺儀傳感器50自身的靈敏度誤差。由于扭轉角速度是振動分量，所以根據(jù)動作具有差異，但是若對I個動作進行平均則大致為“O”。因此，若獲取除去了偏移的影響的“陀螺儀輸出一編碼器輸出”的和，則能夠了解靈敏度誤差的影響。如果對該靈敏度誤差進行修正，則能夠進行陀螺儀傳感器50的靈敏度修正。另外，若將根據(jù)第I編碼器42的信息計算出的電機41的角速度設為J1，將根據(jù)第2編碼器48的信息計算出的電機47的角速度設為J2，則編碼器輸出是Jl和J2之和，將“J1 + J2”表示為電機角速度來進行說明。利用數(shù)學式來說明該內容。陀螺儀角速度=電機角速度(J1 + J2) +扭轉角速度……(1)若對(I)式進行變形，則成為:扭轉角速度=陀螺儀角速度一電機角速度(J1 +J2)……(2)( 2)式能夠進行如下變形。扭轉角速度=扭轉角速度+電機角速度(J1 + J2) 一電機角速度(J1 + J2)…
(3)這里，計算出的扭轉角速度能夠按如下方式表示。但是，陀螺儀靈敏度是將實際值標準化為I的值，(陀螺儀靈敏度-1)表示靈敏度誤差。計算出的扭轉角速度=陀螺儀角速度一電機角速度(J1 + J2)=(扭轉角速度+電機角速度(J1 + J2)) X陀螺儀靈敏度一電機角速度(J1 + J2)=扭轉角速度X陀螺儀靈敏度+電機角速度(J1 + J2) X (陀螺儀靈敏度-1)……(4)由于扭轉角速度是振動分量，所以如果沒有扭轉分量，則I個動作中的平均值大致為“O”。因此，(3)式的第I項為“0”，僅剩余第2項。因此，如果按使得(陀螺儀靈敏度-1)接近“O”的方式進行修正，則能夠得到正確的陀螺儀靈敏度的值。接著，列舉沒有靈敏度誤差時的事例和有靈敏度誤差時的事例，并參照圖3 圖6，對靈敏度誤差和扭轉角速度的關系進行說明。另外，各圖的(a)的實線表示根據(jù)來自編碼器40的信息計算出的角速度(電機角速度(Jl+J2))，虛線表示陀螺儀傳感器50檢測出的角速度，各圖的(b)表示計算出的扭轉角速度，縱軸是角速度(deg / S)，橫軸是時間(sec)。另外，對于計算出的扭轉角速度，利用曲線圖來表示以所給定的時間間隔(在本實施例中各事例都設為2ms間隔)檢測出的值。另外，在各圖中，都將從動作開始到大約0.13秒為止進行加速動作，之后大約0.13秒 0.2秒以恒定速度進行動作，大約0.2秒 0.3秒進行減速并靜止的一系列動作設為I個動作。例如，將工件從A地點移動至B地點的動作設為I個動作。(事例I)圖3是表示事例I的靈敏度誤差和扭轉角速度的關系的數(shù)據(jù)，表示靈敏度誤差大約為“O”的情況。也就是說，如圖3 (a)所示那樣由編碼器40計算出的陀螺儀傳感器坐標(有時表示為陀螺儀坐標)處的角速度和陀螺儀傳感器50所檢測出的角速度的值基本一致。此時，如圖3 (b)所示，利用上述(3)式計算出的扭轉角速度的總和大約為“O”。(事例2)圖4是表示事例2的靈敏度誤差和扭轉角速度的關系的數(shù)據(jù)，如圖4 Ca)所示那樣，示出由陀螺儀傳感器50檢測出的角速度相對于根據(jù)編碼器40的檢測值計算出的角速度大約存在+ 10%的靈敏度誤差。該靈敏度誤差是扭轉角速度，如圖4(b)所示，利用上述
(4)式計算出的扭轉角速度的總和為正值，該值相當于+ 10%的靈敏度誤差。(事例3)圖5是表示事例3的靈敏度誤差和扭轉角速度的關系的數(shù)據(jù)，表示靈敏度誤差(扭轉分量和靈敏度誤差分量的和)為-10%的情況。如圖5 (b)所示，利用上述(4)式計算出的扭轉角速度的總和為負值，如圖5 (a)所示，示出由陀螺儀傳感器50檢測出的角速度相對于根據(jù)編碼器40的檢測值計算出的角速度大約存在-10%的靈敏度誤差。(事例4)圖6是表示事例4的靈敏度誤差和扭轉角速度的關系的數(shù)據(jù)。上述事例2和事例3是進行正旋轉的事例，相對于此，事例4是進行逆旋轉的情況的事例，表示靈敏度誤差(扭轉分量和靈敏度誤差分量的和)為+ 10%的情況。如圖6 (b)所示，利用上述(4)式計算出的扭轉角速度的總和為負值，如圖6 (a)所示，示出由陀螺儀傳感器50檢測出的角速度相對于根據(jù)編碼器40的檢測值計算出的角速度大約存在+ 10%的靈敏度誤差。也就是說，如果對以上說明的靈敏度誤差進行修正，則能夠排除陀螺儀傳感器50的因臂扭轉引起的靈敏度誤差。以下參照流程圖說明利用了這樣的見解的機械手的控制方法。圖7是表示機械手的控制方法的主要步驟的流程圖。首先，進行陀螺儀傳感器50的偏移去除(S10)。陀螺儀傳感器50在初始狀態(tài)下存在偏移誤差。偏移誤差是在靜止時檢測出陀螺儀傳感器50的檢測值為“O”以外的值時的誤差，通過除去偏移誤差來確保后續(xù)步驟的計算處理的準確性。接著，計算扭轉角速度(S20)。對于扭轉角速度而言，利用由陀螺儀傳感器50檢測出的角速度和電機角速度(J1 + J2)并根據(jù)上述的(2)式進行計算。接著，判定機械手10是在動作中還是在靜止中(S30)。這里，在陀螺儀傳感器50、以及第I編碼器42和第2編碼器48這兩方不具有角速度的狀態(tài)、以及電機41的角速度Jl和利用第2編碼器48檢測出的電機47的角速度J2向相反方向旋轉相同角度這樣的動作的情況下，判斷為機械手10處于靜止中。在判定為機械手10處于靜止中的情況下，設定靈敏度修正量=O (S35)，并向計算修正常數(shù)的步驟(S60)轉移。此時，由于靈敏度修正量=0，所以不進行靈敏度修正。在步驟S30中，在判斷為機械手10處于動作中的情況下，判斷相對于陀螺儀傳感器坐標，陀螺儀傳感器50的旋轉是正(正旋轉)還是負(逆旋轉)(S40)。在逆旋轉的情況下，對扭轉角速度乘以(-1) (S45)。因此，在逆旋轉的情況下，設定為靈敏度修正量=扭轉角速度X (-1)并轉移到下一個計算修正常數(shù)的步驟(S60)。在步驟S40中，在判定為陀螺儀傳感器50是正旋轉的情況下，設定為靈敏度修正量=扭轉角速度并轉移到下一個計算修正常數(shù)的步驟(S60)。也就是說，在存在動作指令，且由陀螺儀傳感器50和編碼器40取得的角速度在一定的值以上的情況下判定為處于動作中。修正常數(shù)是對步驟S45或者步驟S50中計算出的靈敏度修正量乘以陀螺儀傳感器50的靈敏度修正增益而計算出的值，在旋轉角速度大時變大，在旋轉角速度小時變小?；谶@樣計算出的靈敏度修正量和修正常數(shù)來執(zhí)行陀螺儀傳感器50的靈敏度修正(S70)。并且，在判定為基于動作指令的動作結束時(是)，停止上述的各種計算步驟。此時，在該一系列控制步驟中計算出的數(shù)據(jù)反饋至控制裝置20，下一動作命令以基于這些計算并修正后的數(shù)據(jù)的靈敏度而被輸出。并且，每當這樣的I個動作結束，則一邊使機械手10動作一邊對陀螺儀傳感器50的靈敏度進行更新。當在步驟S80中基于動作指令的動作未結束(否)時，繼續(xù)進行步驟S20以后的步驟直至動作結束。另外，偏移去除步驟(SlO)也可以在靈敏度修正量計算步驟(S50或者S45)中執(zhí)行。根據(jù)上述的機械手的控制方法，利用陀螺儀傳感器50所檢測的角速度、和根據(jù)編碼器40所檢測的信息(綜合了第I編碼器42的檢測值和第2編碼器48的檢測值的信息)得到的陀螺儀傳感器坐標中的角速度之差來決定陀螺儀傳感器50的靈敏度修正量。該角速度差是扭轉角速度。利用這樣計算出的靈敏度修正量來修正陀螺儀傳感器50的靈敏度，并使機械手10進行動作。由此，能夠排除因陀螺儀傳感器50的個體差、因溫度變化而引起的對精度的影響、因老化而引起的對精度降低的影響，從而提高機械手動作的精度。另外，由于一邊使機械手10動作一邊對陀螺儀傳感器50的靈敏度進行更新，所以在反復執(zhí)行動作的情況下，具有能夠按每I個動作提高精度的效果。另外，在實施方式I的機械手控制方法中，計算陀螺儀傳感器50的靈敏度誤差的修正量的步驟(S50或者S45)在機械手10的動作中執(zhí)行。若在機械手10靜止時執(zhí)行靈敏度誤差的計算，則需要考慮噪聲分量被累積從而導致靈敏度誤差成為與實際不同的值的情況。因此，通過僅在進行動作時計算靈敏度誤差的修正量，能夠抑制噪聲的影響，從而得到高精度的靈敏度修正量。在計算陀螺儀傳感器50的靈敏度誤差的修正量的步驟(S50或者S45)中，以機械手10的動作中的所給定的時間間隔計算扭轉角速度，并在動作結束后綜合以上述的時間間隔計算出的扭轉角速度來計算出靈敏度誤差的修正量。由此，能夠大致實時地取得扭轉角速度的變化，如果每當I個動作結束時計算修正量，則能夠降低計算步驟的計算負荷。另外，在計算陀螺儀傳感器50的靈敏度誤差的修正量的步驟(S50或者S45)中，在檢測出陀螺儀傳感器50的旋轉方向后，與旋轉方向對應地切換扭轉角速度的值的正負。在扭轉角速度的計算中不存在直接的旋轉方向的信息。于是，根據(jù)陀螺儀傳感器50的旋轉方向將計算出的扭轉角速度的值切換為正或者負。由此，能夠進行陀螺儀傳感器50的正逆旋轉雙方的靈敏度修正。另外，計算扭轉角速度的步驟(S20)在陀螺儀傳感器50的偏移去除后執(zhí)行，從而能夠除去偏移的影響，進行高精度的靈敏度誤差的修正。陀螺儀傳感器50的靈敏度誤差的修正量使用與機械手10的動作速度的大小對應的修正常數(shù)而被計算。修正常數(shù)是對靈敏度修正量乘以靈敏度修正增益而得的值。因此，能夠在動作速度大時使修正常數(shù)變大來使靈敏度修正量變大，在動作速度小時通過使修正常數(shù)變小來使靈敏度修正量變小。利用了以上說明的機械手的控制方法的機械手10 —邊修正陀螺儀傳感器50的靈敏度一邊進行動作，因此能夠排除因陀螺儀傳感器50的個體差、溫度變化引起的對精度的影響、因老化引起的精度低下、因扭轉引起的對動作精度的影響，從而提高動作精度。另外，雖然例示了上述的機械手10使用了 3軸機械手(選擇順應性裝配機器手)的情況進行了說明，但是在6軸機械手中也能夠應用上述的機械手的控制方法。參照附圖對該情況進行說明。(6軸機械手)圖8是示意性表示6軸機械手100的構成說明圖。6軸機械手100在具有XY平面的支持臺11上具有與XY平面垂直配置的基部12，將基部12的中心軸(Z軸)作為基本坐標軸，由多個關節(jié)和連結關節(jié)間的臂構成。在此，圖8所示的圓形和四邊形表示關節(jié)，對關節(jié)標注的箭頭表示旋轉方向?；?2的端部固定于支持臺11，關節(jié)J1和關節(jié)J2之間由臂13連結。另外，關節(jié)J2和關節(jié)J3由臂14連結，關節(jié)JjPJ4由臂15連結，關節(jié)J4和關節(jié)J5由臂16連結，關節(jié)J5和關節(jié)J6由臂17連結。并且，在關節(jié)J6上連結有臂18，臂18的終端部(Endpoint)具有指部(未圖示)。此處省略了圖示，在關節(jié)J1 J6處分別設置有電機、減速器、作為檢測電機的旋轉角度(即關節(jié)的旋轉角度)的角度傳感器的編碼器。另外，在臂16上安裝有作為慣性傳感器的陀螺儀傳感器50， 檢測陀螺儀傳感器50的安裝位置處的角速度。另外，陀螺儀傳感器50在本實施例中配設于臂16，但不限于該位置。但是，如果能夠安裝，則優(yōu)選配設于與Endpoint接近的位置。其原因在于，頂端部的Endpoint處的振動比基部12附近大。6軸機械手100具備進行各電機的驅動控制、基于編碼器的角速度的計算、基于陀螺儀傳感器50的角速度檢測、上述的各種計算處理等的控制裝置20。并且，6軸機械手100通過利用臂13 18、和關節(jié)J1 J6的電機以及減速器來進行相對運動,在Endpoint (例如指部)處進行規(guī)定的作業(yè)。這里，對6軸機械手100的陀螺儀傳感器50的角速度的計算方法進行說明。首先，利用陀螺儀傳感器50的安裝位置處的姿勢信息和編碼器角速度(關節(jié)角度)來計算陀螺儀傳感器的安裝位置姿勢間雅可比矩陣。數(shù)式5
J, = .* * (S》
s 8ΘJs:關節(jié)角度/陀螺儀傳感器的安裝位置姿勢間雅可比矩陣ρ:陀螺儀傳感器的安裝位置處的姿勢Θ:關節(jié)角度(編碼器的信息)
接著，利用陀螺儀傳感器50的安裝位置姿勢間雅可比矩陣Js和根據(jù)關節(jié)角度計算出的關節(jié)角速度來計算陀螺儀傳感器的安裝位置處的坐標系角速度。數(shù)式6P=IiO*..,( )P:陀螺儀傳感器的安裝位置處的坐標系角速度$:根據(jù)關節(jié)角度計算出的關節(jié)角速度通過基于數(shù)式5和數(shù)式6的計算，根據(jù)通過電機角速度(編碼器的角速度)計算出的陀螺儀傳感器50的安裝位置處的坐標系角速度和陀螺儀傳感器50的輸出角速度的差值計算扭轉角速度，執(zhí)行與上述3軸的機械手10 (選擇順應性裝配機器手)的控制方法(參照圖7)同樣的靈敏度修正。也就是說，利用上述數(shù)式5和數(shù)式6進行圖7的扭轉角速度的計算(S20)即可。由此，在6軸機械手100的情況下，也與3軸的機械手10同樣，由于一邊修正陀螺儀傳感器50的靈敏度誤差一邊進行動作，所以能夠排除因陀螺儀傳感器50的個體差、溫度變化引起的對精度的影響、因老化引起的精度下降、因扭轉引起的對動作精度的影響，從而提高動作精度。另外，也能夠在上述的3軸機械手、6軸機械手中同樣地進行控制。(實施方式2)接著，對實施方式2的機械手以及機械手的控制方法進行說明。在上述的實施方式I中，對使用陀螺儀傳感器作為慣 性傳感器的情況進行了說明，但是實施方式2的特征在于使用加速度傳感器。以直動機械手和6軸機械手為例進行說明。首先，對直動機械手進行說明。圖9是例示實施方式2涉及的直動機械手200的概略構成的構成說明圖。機械手200構成為具有:在X方向(圖示Vx方向)延伸的固定軌210、安裝于固定軌210并在X方向(沿著固定軌210的Vx方向)能夠移動的X方向移動裝置220、安裝于X方向移動裝置220并在Y方向(圖示Vy方向)能夠移動的Y方向移動裝置230、安裝于Y方向移動裝置230并在Z方向(圖示Vz方向)能夠移動的Z方向移動裝置240。Z方向移動裝置240的頂端部是抓取工件的把持部。在該Z方向移動裝置240上配置有作為慣性傳感器的加速度傳感器60。加速度傳感器60是能夠檢測X方向、Y方向、Z方向各自的加速度、姿勢的3軸加速度傳感器。在X方向移動裝置220、Υ方向移動裝置230以及Z方向移動裝置240上具有線性致動器，分別具備檢測X方向、Y方向、Z方向的移動速度的檢測器。作為檢測器具備直動系統(tǒng)或者旋轉系統(tǒng)檢測用的編碼器40 (都省略圖示)。接著，對實施方式2涉及的控制裝置120的構成進行說明。圖10是表示實施方式2涉及的控制裝置120的主要構成的構成說明圖?？刂蒲b置120取得加速度傳感器60的檢測值，并具備:計算速度和傳感器坐標的傳感器坐標速度計算部121 ;計算由編碼器40檢測出的速度和由傳感器坐標速度計算部121計算出的速度之差(稱為歪斜速度)的歪斜速度計算部122、計算加速度傳感器60的靈敏度修正量的靈敏度修正量計算部123、基于計算出的靈敏度修正量來修正加速度傳感器60的靈敏度的靈敏度計算部125、和判斷機械手200是在動作中還是在靜止中的動作判斷部124。
接著，對傳感器坐標速度計算部121的構成進行說明。圖11是表示傳感器坐標速度計算部121的構成的構成說明圖。傳感器坐標速度計算部121由利用加速度傳感器60的檢測值來向機械手200的基準坐標進行轉換的變?yōu)榛鶞首鴺说淖鴺宿D換部130、從加速度傳感器60的檢測值(加速度和移動方向)除去重力加速度的影響的重力加速度去除計算部131、將除去了重力加速度的加速度轉換為速度的積分計算部132、和變?yōu)閭鞲衅髯鴺说淖鴺宿D換部133構成。這里，傳感器坐標相當于上述的實施方式I所記載的陀螺儀傳感器坐標。接著，對歪斜速度進行說明。將根據(jù)編碼器40的角度信息計算出的X方向、Y方向、z方向各自的直動速度設為Vmx、Vmy、Vmz，將由加速度傳感器60檢測出的X方向加速度設為ax，將Y方向加速度設為ay，將Z方向加速度設為az。若對從該加速度傳感器60檢測出的加速度除去重力加速度分量而得的值進行積分，則得到X方向速度Vsx、Y方向速度Vsy> Z方向速度Vsz。于 是,根據(jù)由編碼器40得到的速度(Vmx, Vmy, Vmz)和由加速度傳感器60得到的速度(Vsx，Vsy, Vsz)之差計算歪斜速度。接著，對實施方式2的機械手200的控制方法進行說明。機械手200的控制方法具有:利用由加速度傳感器60檢測出的加速度來計算傳感器坐標系的速度的步驟、根據(jù)由編碼器40檢測的傳感器坐標系的速度和利用加速度計算的傳感器坐標系的速度之差計算歪斜速度的步驟、利用歪斜速度來計算加速度傳感器60的靈敏度修正量的步驟、和利用靈敏度修正量來修正加速度傳感器60的靈敏度的步驟。在圖7所示的表示控制方法的主要步驟的流程圖的各步驟中，能夠將旋轉系統(tǒng)的“扭轉角速度計算(S20)”置換成上述的計算方法中計算出的直動系統(tǒng)的“歪斜速度計算”來進行說明。另外，將“旋轉方向的判定(S40)”置換成“移動方向的判定”即可。接著，對6軸機械手進行說明。圖12是示意性表示實施方式2涉及的6軸機械手300的構成說明圖。6軸機械手的構成相對于實施方式I中的6軸機械手100 (參照圖8)，除了將陀螺儀傳感器50和加速度傳感器60置換以外，其他構成相同，控制裝置和傳感器坐標速度計算部的構成與上述的直動機械手相同，因此省略詳細說明。對6軸機械手300的速度的計算方法進行說明。首先，利用加速度傳感器60的安裝位置處的姿勢信息和關節(jié)角度(基于編碼器40的角度信息)來計算關節(jié)角度/安裝位置姿勢間雅可比矩陣。數(shù)式7
權利要求
1.一種機械手的控制方法，其特征在于，所述機械手具備電機、檢測所述電機的旋轉角度的角度傳感器、與所述電機連結的臂、和安裝于所述臂的慣性傳感器， 所述機械手的控制方法包括: 利用由所述慣性傳感器檢測的角速度和根據(jù)由所述角度傳感器檢測的角度信息得到的慣性傳感器坐標下的角速度之差計算所述臂的扭轉角速度的步驟； 利用所述扭轉角速度來計算所述慣性傳感器的靈敏度的修正量的步驟；以及 利用所述修正量來修正所述慣性傳感器的靈敏度的步驟。
2.根據(jù)權利要求1所述的機械手的控制方法，其特征在于， 計算所述修正量的步驟在所述機械手的動作中執(zhí)行。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的機械手的控制方法，其特征在于， 在計算所述修正量的步驟中，以所述機械手的動作中的所給定的時間間隔計算扭轉角速度，在動作結束后，根據(jù)以所述時間間隔計算出的扭轉角速度的總和來計算所述靈敏度誤差的修正量。
4.根據(jù)權利要求1至3中任意一項所述的機械手的控制方法，其特征在于， 在計算所述修正量的步驟中，在檢測出所述電機的旋轉方向后，根據(jù)所述旋轉方向來切換所述扭轉角速度的值的正負。
5.根據(jù)權利要求1至4中任意一項所述的機械手的控制方法，其特征在于， 所述機械手的控制方法還具有所述慣性傳感器的偏移去除步驟， 計算所述扭轉角速度的步驟在所述偏移去除步驟后執(zhí)行。
6.根據(jù)權利要求1至5中任意一項所述的機械手的控制方法，其特征在于， 利用與所述機械手的動作速度的絕對值對應的所述慣性傳感器的靈敏度的修正常數(shù)來計算所述修正量。
7.一種機械手，其特征在于，具備: 電機； 臂，其與所述電機連結而被驅動； 角度傳感器，其檢測所述電機的旋轉角度； 慣性傳感器，其安裝于所述臂； 扭轉角速度計算部，其利用由所述慣性傳感器檢測的角速度和根據(jù)由所述角度傳感器檢測的信息得到的慣性傳感器坐標下的角速度之差來計算所述臂的扭轉角速度； 靈敏度修正量計算部，其計算所述慣性傳感器的靈敏度修正量； 靈敏度修正部，其利用所述靈敏度修正量計算部所計算的靈敏度修正量來修正靈敏度；和 動作判斷部，其判斷所述臂的動作。
8.一種機械手的控制方法，其特征在于，包括: 利用由加速度傳感器檢測的加速度來計算傳感器坐標系的速度的步驟； 根據(jù)由速度傳感器檢測的傳感器坐標系的速度和利用所述加速度計算的傳感器坐標系的速度之差來計算歪斜速度的步驟； 利用所述歪斜速度來計算所述加速度傳感器的靈敏度修正量的步驟；以及 利用所述靈敏度修正量來修正所述加速度傳感器的靈敏度的步驟。
9.根據(jù)權利要求8所述的機械手的控制方法，其特征在于， 計算所述修正量的步驟在所述機械手的動作中執(zhí)行。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的機械手的控制方法，其特征在于， 在計算所述修正量的步驟中，以所述機械手的動作中的所給定的時間間隔計算歪斜速度，在動作結束后，根據(jù)以所述時間間隔計算出的歪斜速度的總和來計算所述靈敏度誤差的修正量。
11.根據(jù)權利要求8至10中任意一項所述的機械手的控制方法，其特征在于， 在計算所述修正量的步驟中，在檢測出所述加速度傳感器的安裝位置的移動方向后，根據(jù)所述移動方向來切換所述歪斜速度的值的正負。
12.根據(jù)權利要求8至11中任意一項所述的機械手的控制方法，其特征在于， 所述機械手的控制方法還具有所述加速度傳感器的偏移去除步驟， 計算所述歪斜速度的步驟在所述偏移去除步驟后執(zhí)行。
13.根據(jù)權利要求8至12中任意一項所述的機械手的控制方法，其特征在于， 利用與所述機械手的動作速度的絕對值對應的所述加速度傳感器的靈敏度的修正常數(shù)來計算所述修正量。
14.一種機械手，其特征在于，具備: 傳感器坐標速度計算部，其獲取加速度傳感器的檢測值，來計算傳感器坐標系下的速度； 歪斜速度計算部，其根據(jù)由速度傳感器檢測出的速度和所述傳感器坐標系下的速度之差來計算歪斜速度； 靈敏度修正量計算部，其計算所述加速度傳感器的靈敏度修正量； 靈敏度計算部，其基于所述靈敏度修正量來修正所述加速度傳感器的靈敏度；以及 動作判斷部，其判斷是處于動作中還是處于靜止中。
全文摘要
本發(fā)明涉及機械手的控制方法和機械手。機械手的控制方法包括利用由陀螺儀傳感器檢測的角速度和根據(jù)由第1編碼器以及第2編碼器檢測的信息得到的陀螺儀傳感器坐標系下的角速度之差來計算臂的扭轉角速度的步驟；利用扭轉角速度的變化值來計算陀螺儀傳感器的靈敏度誤差的修正量的步驟；和利用靈敏度誤差的修正量來修正陀螺儀傳感器的靈敏度的步驟。
文檔編號B25J9/04GK103213134SQ20131001984
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月18日 優(yōu)先權日2012年1月20日
發(fā)明者元吉正樹, 平林友一 申請人:精工愛普生株式會社