專利名稱：機器人控制裝置、機器人系統以及機器人控制方法
技術領域：
本發明涉及機器人控制裝置、機器人系統以及機器人控制方法等。
背景技術：
在使用機械手等機器人進行的作業中，存在各種約束條件，例如伴隨著與物體的接觸的作業。在這種情況下，除了位置的控制，還要求力的控制的情況較多。例如，在描繪物體的表面的情況、使一個物體嵌合于其他物體的情況、不破壞柔軟物地進行把持的情況下等，除了單純的位置的控制之外，還需要與來自物體的反作用力對應的動作。作為在機器人中進行力控制的代表手法，存在被稱為阻抗控制的手法。所謂阻抗控制是，使機器人以不管其實際的質量、粘性特性、彈性特性如何，都宛如具有適合作業的這些值的方式動作的控制手法。這是基于從安裝在機器人上的力覺傳感器等得到的力信息來求解運動方程式，并使機器人按照該解進動作作的控制手法。通過適當地設定該運動方程式，從而能夠使機械手等機器人以宛如具有規定的質量、粘性、彈性那樣的方式進行動作。此外，在阻抗控制中，為了使機器人等以具有所希望的特性(質量、粘性特性、彈性特性)的方式動作，需要對使用了與該特性對應的系數參數的常微分方程式(作為二階線性常微分方程式的運動方程式)進行求解。已知各種求解常微分方程式的手法，但使用Runge — Kutta 法、Newton 法等。作為與這種阻抗控制、力控制有關的現有技術，已知專利文獻I中公開的技術。專利文獻1:日本特開平10 - 128685號公報上述的阻抗控制中的常微分方程式是線性，所以這樣的阻抗控制具有相對于力(外力)的方向(朝向)對稱的特性。可是，在人進行作業時，經常發生對力進行控制以使位移相對于外力的方向不對稱的情況。例如，在對具有某些引入機構的裝置插入物體的情況下，針對來自裝置的回彈力，施加力來抵抗該抵抗回彈力，但是一旦引入機構工作，切換為引入力，則照此進行動作，換句話說具有“柔軟”的特性。因此，在機器人進行與人相同的這樣的作業時，需要這種非對稱的阻抗控制。此處，在專利文獻I中公開了一種如下的手法:通過使力控制中的運動方程式的柔順項(彈性項)相對于假想位移呈非線性的函數，從而使柔順項具有非線性性。在專利文獻I的說明書中未明確地記載，但能夠認為在上述的非線性的柔順項中包括非對稱的柔順項，由此也能夠認為能夠實現非對稱的阻抗控制。可是，該手法是相對于位置(位移)的非對稱性，并不是如上述說明的那樣的相對于力的方向的位移(修正值)的非對稱性。換句話說，在專利文獻I中所公開的手法中，不能夠實現位移相對于力的方向非對稱的阻抗控制
發明內容
根據本發明的幾個方式，能夠提供一種進行修正值相對于力的方向不對稱的阻抗控制的機器人控制裝置、機器人系統以及機器人控制方法等。本發明的一方式涉及機器人控制裝置，該機器人控制裝置包括:力控制部，其基于從力覺傳感器獲取的檢測傳感器值來輸出機器人的目標軌道的修正值；目標值輸出部，其對上述目標軌道，進行基于上述修正值的修正處理來求出目標值，并輸出所求出的上述目標值；以及機器人控制部，其基于上述目標值進行上述機器人的反饋控制，在由上述檢測傳感器值表示的外力的方向是第一方向的情況下，上述力控制部進行第一力控制，在上述外力的方向是與上述第一方向相反的方向即、第二方向的情況下，上述力控制部進行與上述第一力控制不同的第二力控制。由此，能夠進行位移的變化量相對于外力的方向呈非對稱的阻抗控制。另外，在本發明的一方式中，上述力控制部也可以在上述外力的方向是上述第一方向的情況下，把使相對于外力的位移變化量成為第一位移變化量的力控制作為上述第一力控制來進行，在上述外力的方向是上述第二方向的情況下，把使相對于外力的上述位移變化量成為與上述第一位移變化量不同的第二位移變化量的力控制作為上述第二力控制來進行。由此，能夠例如在檢測出朝向第一方向的外力的情況下，進行位移變化量變大的力控制，在檢測出朝向第二方向的外力的情況下，進行位移變化量變小的力控制等。另外,在本發明的一方式中，上述力控制部可以在上述外力的方向是上述第一方向的情況下，進行輸出與上述第一位移變化量對應的第一修正值的上述第一力控制，在上述外力的方向是上述第二方向的情況下，進行輸出與上述第二位移變化量對應的第二修正值的上述第二力控制。由此，能夠根據外力的方向來輸出不同的修正值等。另外，在本發明的一方式中，上述力控制部可以包括外力方向判定部，該外力方向判定部對由上述檢測傳感器值表示的上述外力的方向進行判定。由此，能夠判定外力的方向等。另外，在本發明的一方式中，上述力控制部具有:控制參數存儲部，其存儲多個力控制中的控制參數集；以及控制參數選擇部，其進行從存儲在上述控制參數存儲部的上述控制參數集中選擇要使用的上述控制參數集的選擇處理，在由上述檢測傳感器值表示的上述外力的方向是上述第一方向的情況下，上述力控制部進行選擇第一控制參數集的上述選擇處理，在上述外力的方向是上述第二方向的情況下，上述力控制部進行選擇第二控制參數集的上述選擇處理，使用選擇出的上述控制參數集，求出力控制中的常微分方程式的解作為上述修正值，并輸出上述修正值也可以。由此，能夠通過切換使用于阻抗控制的控制參數集，實現非線性阻抗控制等。另外，在本發明的一方式中，當使用上述第一控制參數集進行力控制時，在判斷出有規定的控制參數變更指示的情況下，上述力控制部也可以進行將要使用的上述控制參數集從上述第一控制參數集向上述第二控制參數集變更的變更處理。由此，能夠在有規定的控制參數變更指示的情況下，變更要使用的控制參數集等。另外，在本發明的一方式中，上述力控制部也可以在使用上述第二控制參數集進行力控制的情況下，當判斷出朝向上述第一方向的外力的大小超過第一閾值時，進行將要使用的上述控制參數集變更為上述第一控制參數集的上述變更處理，在使用上述第一控制參數集進行力控制的情況下，當判斷出朝向上述第二方向的外力的大小超過第二閾值時，進行將要使用的上述控制參數集變更為上述第二控制參數集的上述變更處理。由此，能夠對控制參數集的變更控制賦予遲滯特性，從而能夠避免頻繁地發生要使用的控制參數集的變更等。另外，在本發明的一方式中，上述力控制部也可以在由上述檢測傳感器值表示的外力的方向是上述第二方向的情況下，對進行上述第一力控制所求出的第一修正值、和進行上述第二力控制所求出的第二修正值進行加權處理，求出第三修正值，并輸出所求出的上述第三修正值。由此，使用多個數字濾波器的參數，求出進行數字濾波器處理時的輸出值，進行各輸出值的加權相加，從而能夠求出修正值，實現非對稱阻抗控制等。另外，在本發明的一方式中，上述力控制部可以具有數字濾波器部，該數字濾波器部求出力控制中的常微分方程式的解作為上述修正值。由此，能夠在求出常微分方程式的解的這樣的力控制中使用數字濾波器進行所需要的處理，所以能夠使硬件化較容易等。另外，在本發明的一方式中，上述力控制部可以對求出上述修正值的上述數字濾波器部的動作的穩定度進行判定，并在判定出上述數字濾波器部的上述動作是穩定的情況下，求出力控制中的上述常微分方程式的解作為上述修正值。由此，能夠判定數字濾波器的穩定性等。另外，在本發明的一方式中，上述常微分方程式也可以是將假想質量項、假想粘性項以及假想彈性項作為系數參數的運動方程式。由此，能夠求出運動方程式的解等。另外，本發明的其他方式涉及機器人系統，該機器人系統包括上述機器人控制裝置、和基于從上述目標值輸出部獲取的上述目標值來使各部動作的上述機器人。由此，不限于機器人控制裝置，也能夠實現執行本實施方式的處理的機器人系統
坐寸ο另外，本發明的其他方式涉及機器人控制方法，該機器人控制方法的特征在于，基于從力覺傳感器獲取的檢測傳感器值，求出力控制中的常微分方程式的解作為機器人的目標軌道的修正值，在由上述檢測傳感器值表示的外力的方向是第一方向的情況下，進行第一力控制，在上述外力的方向是與上述第一方向相反的方向、即第二方向的情況下，進行與上述第一力控制不同的第二力控制，對上述目標軌道進行基于上述修正值的修正處理來求出目標值，并輸出所求出的上述目標值，基于上述目標值，進行上述機器人的反饋控制。另外，在本發明的其他方式中涉及機器人控制方法，該機器人控制方法的特征在于，在上述外力的方向是上述第一方向的情況下，把使相對于外力的位移變化量成為第一位移變化量的力控制作為上述第一力控制來進行，在上述外力的方向是上述第二方向的情況下，把使相對于外力的上述位移變化量成為與上述第一位移變化量不同的第二位移變化量的力控制作為上述第二力控制來進行。另外，本發明的其他方式涉及機器人控制方法，該機器人控制方法的特征在于，是進行具有力覺傳感器的機器人的控制的機器人控制方法，根據施加給上述力覺傳感器的外力的方向，進行上述機器人的位移的大小不同的力控制。另外，本發明的其他方式涉及機器人控制方法，該機器人控制方法的特征在于，是進行具有力覺傳感器的機器人的控制的機器人控制方法，進行對上述力覺傳感器施加了第一外力的情況下的上述機器人的位移的大小、和對上述力覺傳感器施加了與上述第一外力大小相同、方向相反的力即、第二外力的情況下的上述機器人的位移的大小不同的力控制。
圖1是機器人控制裝置以及機器人系統的基本構成例。圖2 (A)、圖2 (B)是機器人系統的一個例子。圖3 (A) 圖3 (C)是關于力控制的說明圖。圖4 (A)、圖4 (B)是關于柔順控制的說明圖。圖5 (A)、圖5 (B)是關于阻抗控制的說明圖。圖6 (A) 圖6 (C)是需要非對稱阻抗控制的事例的說明圖。圖7 (A) 圖7 (D)是各力控制中的外力與位移的關系的說明圖。圖8是不包括力覺反饋的控制系統的基本構成例。圖9是包括力覺反饋的控制系統的基本構成例。圖10是求出運動方程式的解時的數字濾波器的基本形。圖11 (A) 圖11 (C)是系統的穩定性判定手法的說明圖。圖12是使用了數字濾波器的機器人控制裝置以及機器人系統的基本構成例。圖13是第一實施方式的詳細的系統構成例。圖14是說明第一實施方式的阻抗數字濾波器處理的流程圖。圖15 (A) 圖15 (E)是說明非對稱阻抗控制的各動作步驟的具體例。圖16是相對于正弦波外力的對稱阻抗控制的響應例。圖17是相對于正弦波外力的非對稱阻抗控制的響應例。圖18是2個阻抗處理輸出的加權相加的例子。圖19是第二實施方式的詳細的系統構成例。圖20是說明第二實施方式的阻抗數字濾波器處理的流程圖。圖21是控制參數的變更處理的說明圖。圖22 (A)、圖22 (B)是求出目標軌道、修正值、目標值的具體的系統構成例。
具體實施例方式以下，對本實施方式進行說明。首先，說明本實施方式的概要。接下來，關于第一實施方式與第二實施方式，分別對系統構成例與詳細的處理進行說明。此外，以下說明的本實施方式并未不當地限定權利要求書中所記載的本發明的內容。另外，在本實施方式中所說明的構成的全部未必是本發明的必要構成要件。1.概要1.1基本構成圖1表示本實施方式的機器人控制裝置(機械手控制裝置)以及包括機器人控制裝置的機器人系統的構成例。此外，本實施方式的機器人控制裝置、機器人系統并不限于圖1的構成，而能夠實施省略其一部分構成要素，或者追加其他構成要素等的各種變形。本實施方式的機器人控制裝置包括力控制部20、目標值輸出部60、和機器人控制部80。另外，本實施方式的機器人系統由該機器人控制裝置和機器人100 (力覺傳感器10)構成。目標值輸出部60輸出機器人(狹義上說，是機械手)的反饋控制的目標值。基于該目標值來實現機器人100的反饋控制。如果以多關節機器人等為例，該目標值是機器人的關節角信息等。機器人的關節角信息例如是表示機器人的手臂的聯桿機構中的各關節的角度(接合軸與接合軸所成的角度)的信息。目標值輸出部60能夠包括軌道生成部62和逆運動學處理部64。軌道生成部62輸出機器人的軌道信息。軌道信息能夠包括機器人的末端執行器部(末端)的位置信息(X，y，z)、和繞各坐標軸旋轉的旋轉角度信息(U，V，W)。逆運動學處理部64基于來自軌道生成部62的軌道信息進行逆運動學處理，例如輸出機器人的關節角信息作為目標值。逆運動學處理是對具有關節的機器人的動作進行計算的處理，是根據機器人的末端執行器部的位置姿勢等，通過逆運動學來計算關節角信息等的處理。力控制部20 (狹義上說，是阻抗控制部)基于來自力覺傳感器10的傳感器信息進行力控制(力覺控制)，并輸出目標值的修正值。更具體而言，力控制部20 (阻抗控制部)基于來自力覺傳感器10的傳感器信息(力信息、力矩信息)進行阻抗控制(或者柔順控制)。力控制例如是，相對于現有的位置控制而增加了力的反饋的控制。阻抗控制是，通過控制使末端執行器部(手指)相對于外力產生位移的容易度(機械阻抗)成為所希望的狀態的手法。具體而言，是在機器人的末端執行器部聯系質量、粘性系數、和彈性要素的模型中，以作為目標而設定的質量、粘性系數、和彈性系數來與物體接觸的控制。另外，力覺傳感器10是，對作為針對機器人100產生的力的反作用力而受到的力、力矩進行檢測的傳感器。該力覺傳感器10通常被安裝于機器人100的手臂上的手腕部分，檢測出的力、力矩作為傳感器信息被用于各種的力控制(阻抗控制)。機器人控制部80基于從目標值輸出部60得到的目標值進行機器人100的反饋控制。具體而言，根據輸出基于來自力控制部20的修正值的修正處理的結果的目標值進行機器人100的反饋控制。例如基于目標值、和來自機器人100的反饋信號進行機器人100的反饋控制。例如機器人控制部80包括多個驅動控制部82-1 82-N (狹義上說，是電機控制部)，并對機器人100所具有的驅動部102-1 102-N輸出其控制信號。此處，驅動部102-1 102-N是用于使機器人100的各關節活動的驅動機構，例如通過電機等來實現。此處，圖2 (A)表示包括本實施方式的機器人控制裝置的機器人系統的例子。該機器人系統包括控制裝置300 (信息處理裝置)和機器人310 (圖1的機器人100)。控制裝置300進行機器人310的控制處理。具體而言，進行基于動作順序信息(腳本信息)使機器人310動作的控制。機器人310具有手臂320以及手部(把持部)330。而且，按照來自控制裝置300的動作指示而動作。例如，進行把持或者移動載置在未圖示的托盤上的工件等的動作。另外，基于由未圖示的拍攝裝置所獲取的拍攝圖像信息來檢測機器人的姿勢、工件的位置等信息，并將檢測出的信息發送給控制裝置300。本實施方式的機器人控制裝置例如設在圖2(A)的控制裝置300上，并且通過控制裝置300的硬件、程序來實現機器人控制裝置。而且，根據本實施方式的機器人控制裝置，能夠降低對控制裝置300等控制硬件的性能要求，并且能夠以較高的響應性使機器人310動作。另外，在圖2 (A)中，機器人主體310 (機器人)與控制裝置300 (機器人控制裝置)獨立地構成，但本實施方式的機器人并不限于圖2 (A)的構成，也可以如圖2 (B)那樣，機器人主體310與控制裝置300 —體地構成。具體而言，如圖2 (B)所示，機器人包括機器人主體310 (具有手臂320以及手部330)以及支承機器人主體310的基座單元部，在該基座單元部收納控制裝置300。在圖2 (B)的機器人中，在基座單元部設置有車輪等，機器人整體形成為能夠移動的結構。此外，圖2 (A)是單臂型的例子，但如圖2 (B)所示，機器人也可以是雙臂型等的多臂型機器人。此外，機器人的移動也可以手動進行，也可以設置驅動車輪的電機，通過控制裝置300控制該電機進行。1.2力控制 阻抗控制接下來，對力控制、阻抗控制(柔順控制)的概要進行說明。圖3 (A)表示利用機器人的左臂AL、右臂AR夾住物體OB進行移動的情況。例如，只利用位置控制，有可能掉落或者破壞物體。根據力控制，如圖3 (A)所示，能夠從兩側以適當的力夾住柔軟的物體、易碎的物體，并使之移動。另外，根據力控制，如圖3(B)所示，能夠利用手臂AM等來描繪存在不確定性的物體的表面SF。這樣的控制僅依靠位置控制則不可能實現。另外，根據力控制，如圖3 (C)所示，也能夠在進行粗略定位之后，試探地進行對位，使物體OB嵌入孔部HL。然而，在彈簧等的實際的機械部件進行的力控制中存在限制用途這樣的問題。另夕卜，在這樣的機械部件進行的力控制中，特性的動態切換較困難。
另一方面，控制電機的扭矩的扭矩控制簡單，但存在位置精度差這樣的問題。另夕卜，在異常時產生碰撞等問題。例如在圖3(A)中，在發生異常情況，物體OB掉落的情況下，在扭矩控制中，應平衡的反作用力消失，所以產生左右臂AL、AR會碰撞等問題。與此相對，阻抗控制(柔順控制)的控制雖然較復雜，但存在通用性、安全性較高這樣的優點。圖4 (A)、圖4 (B)是說明作為阻抗控制之一的柔順控制的圖。柔順是指彈簧常數的倒數，彈簧常數表示硬度，而柔順指柔軟度。當在機器人與環境之間起相互作用時，將賦予機械柔軟性亦即柔順的控制稱為柔順控制。例如在圖4 (A)中，在機器人的手臂AM安裝有力覺傳感器SE。進行編程使該機器人的手臂AM根據由力覺傳感器SE所得到的傳感器信息(力、扭矩信息)改變姿勢。具體而言，圖4 (A)的Al所示的假想彈簧以宛如安裝在手臂AM的前端的方式控制機器人。例如Al所示的彈簧的彈簧常數是IOOKg / m。如果如圖4 (B)的A2所示，以5Kg的力推壓彈簧，則如A3所示，彈簧收縮5cm。反言之，可以說如果收縮5cm，則是以5Kg的力推壓。換句話說，力信息與位置信息呈線性、且對稱地對應。在柔順控制中，進行宛如該Al所示的假想彈簧被安裝在手臂AM的前端那樣的控制。具體而言，機器人被控制為響應力覺傳感器SE的輸入而動作，針對A2所示的5Kg的加重，如A3所示，后退5cm，從而被控制為位置信息對應于力信息而變化。在這樣的單純的柔順控制中不包括時間項，而包括時間項、且連其2次項都考慮到的控制是阻抗控制。具體而言，2次項是質量項，I次項是粘性項，阻抗控制的模型能夠由下式(I)所示的運動方程式表示。數If(t) = mx-￥μχ + L......( I )在上式(I)中，m是質量，μ是粘性系數，k是彈性系數，f是力，X是來自目標位置的位移。另外，X的I次微分、2次微分分別對應于速度、加速度。在阻抗控制中，構成用于使作為手臂的前端的末端執行器部具有上式(I)的特性的控制系統。即、以手臂的前端宛如具有由上式(I)表示的假想質量、假想粘性系數、假想彈性系數的方式進行控制。這樣，阻抗控制是，在粘性要素與彈性要素在各方向上與手臂的前端的質量聯系的模型中，以作為目的而設定的粘性系數與彈性系數與物體接觸的控制。例如圖5 (A)所示，考慮一種利用機器人的手臂AL、AR抓取物體0B，使之沿著軌道TR移動的控制。在這種情況下，軌道TRL是通過設定在物體OB的左側的內側的點PL的軌道，是假定阻抗控制而決定的假想的左手軌道。另外，軌道TRR是通過設定在物體OB的右側的內側的點PR的軌道，是假定阻抗控制而決定的假想的右手軌道。在這種情況下，手臂AL被控制為產生與手臂AL的前端和點PL的距離差對應的力。另外，手臂AR被控制為產生與手臂AR的前端和點PR的距離差對應的力。如果這樣，則能夠實現一邊較軟地抓取物體OB—邊使之移動的阻抗控制。而且，在阻抗控制中，如圖5 (A)的BI所示，即使產生物體OB落下的情況，如B2、B3所示，手臂AL、AR也被控制為其前端在點PL、PR的位置停下。即、如果假想的軌道不是碰撞軌道，則能夠防止手臂AL、AR碰撞。另外，如圖5(B)，在控制為描繪物體的表面SF的情況下，在阻抗控制中，控制為對手臂AM的前端作用與假想的軌道TRVA和前端的距離差DF對應的力。因此，能夠進行一邊對手臂AM施加力一邊描繪 表面SF這樣的控制。這些例子表示進行線性且對稱的阻抗控制的情況。此外，此處，所謂線性阻抗控制是指，位移相對于外力呈線性地變化的阻抗控制，所謂非線性阻抗控制是指，位移相對于外力呈非線性地變化的阻抗控制。并且，所謂對稱阻抗控制是指，位移相對于外力的方向對稱的阻抗控制，所謂非對稱阻抗控制是指，位移相對于外力的方向非對稱的阻抗控制。1.3非對稱阻抗控制可是，在線性且對稱的阻抗控制中，在圖6 (A) 圖6 (C)所示的那樣的根據外力的朝向來要求不同的力控制的事例中，不能夠充分地應對。此處，具體而言，在圖6 (A) 圖6 (C)中對求出的阻抗控制進行說明。首先，圖6 (A)表示作為引入機構而具有輥子部RL、此外還具有導向輥部GRL的裝置中，機器人的手臂AM插入工件WK的情況。此外，導向輥部GRL是不具有引入機構的輥子，在手臂AM的前端設有力覺傳感器SE。在本例中，在工件WK的前端與導向輥部GRL接觸時，力覺傳感器SE檢測朝右的力。在此刻，優選進行抵抗朝右的外力這樣的可靠的力控制。即、應使位移相對于外力的變
化量較小。然后，工件WK被手臂AM推壓而向右移動，工件WK的前端接觸到輥子部RL時，力覺傳感器檢測朝左的力。因為是輥子部RL將工件WK引入。在本例中，因為目的是將工件WK壓入裝置內，所以之后應進行按照朝左的外力進行動作的柔和的力控制。換言之，應使位移的變化量相對于外力 較大。
圖6 (B)的例子也與圖6 (A)的例子相同，在導向輥部GRL上使工件WK移動的情況下，進行抵抗朝右的外力的力控制，在工件WK接觸到傳送帶一部分BC的時刻，應相對于朝左的外力進行順從的力控制。并且，圖6 (C)的情況也與圖6 (A)以及圖6 (B)的例子相同，優選地，在上坡時進行相對于外力的位移變化量變小的控制，在下坡時進行相對于外力的位移變化量變大的控制。接下來，使用圖7 (A) 圖7 (D)，從各力控制中的外力與位移的關系觀點來說明對稱阻抗控制與非對稱阻抗控制的不同。此外，例如，考慮在圖6 (A)的例子中適用圖7(A) 圖7 (D)的情況下，將在壓入工件WK時所受到的右方向的力表示為負的外力，將在工件WK被輥子部RL拉動時所受到的左方向的力表示為正的外力。首先，圖7 (A)表示線性且對稱的阻抗控制的例子。S卩、圖7 (A)的圖表表示外力越大，位移也成正比例地變大的情況。這樣的關系在前述的圖5 (A)、圖5 (B)中外力與位移中成立。接下來，圖7 (B)表示在外力增大至規定的閾值以上的情況下，位移難以變大的非線性阻抗控制的例子。在這些圖7 (A)與圖7 (B)所示的對稱阻抗控制中，即使外力的方向變化了，外力與位移的關系也不變化。換句話說，在圖7 (A)與圖7 (B)中，如果無論外力的方向是第一方向(右方向)還是與第一方向相反的方向的第二方向(左方向)，外力的大小都相同，貝1J相對于此的位移的大小(絕對值)都相同。接下來，對在圖6 (A)那樣的事例中所求出的外力與位移的理想關系以及實現該理想關系的力控制進行說明。此外，此處為了使說明易懂，而只進行柔順控制的說明，但并不限于柔順控制，對阻抗控制也適用。
首先，從結論先敘述，在后述的第一實施方式以及第二實施方式中，進行施加給力覺傳感器的外力的方向與施加外力時的機器人的位移的大小的關系呈非對稱的力控制，作為圖6 (A)那樣的事例中所求出的力控制。即、根據施加給力覺傳感器的外力的方向來進行機器人的位移的大小不同的力控制。此處，具體而言，考慮將式(I)中的柔順項(彈性項)設為X的函數g (X)的運動方程式亦即下式(2)。數2f(t) = mx + fm + g(x).....( 2 )例如，如果式(2)中的g (X)呈圖7 (C)的曲線那樣的形狀，則看起來實現了在壓入圖6 (A)的工件WK時所受到的右方向的外力較生硬，在拉動工件WK時所受到的左方向的外力較柔和的構造。如果進行這樣的阻抗控制，則能夠獲得相對于外力的方向的非對稱性。可是，如果正確地來說，該g (X)是位移X的函數，取決于外力的方向，控制參數并不變化。換句話說，即使在外力的方向未變化的范圍內，響應特性也變化，與在圖6 (A)中求出的響應特性有點微妙地不同。實際想要的是，例如以下所示的圖7 (D)的特性。在圖7 (D)所示的非對稱阻抗控制中，針對第一方向的外力與位移的關系如gl直線，針對與第一方向相反的方向亦即第二方向的外力與位移的關系如g2直線。即、與圖7(A)、圖7 (B)所示的對稱阻抗控制不同，在外力的方向是第一方向時、與外力的方向是第二方向時，相對于外力的位移變化量(換句話說，gl與g2直線的斜率)不同。換言之，外力與位移的關系根據外力的方向而不同。具體而言，對于在壓入圖6 (A)的工件WK時所受到的右方向的外力而言，按照gl曲線，進行外力即使變大，位移也難以變化的較生硬的力控制，對于拉動工件WK時所受到的左方向的外力而言，按照g2的曲線，實現即使是較小的外力，位移也容易變化的較柔和的力控制。這樣，本申請人提出一種對例如圖6 (A) 圖6 (C)的事例進行圖7 (D)所示的非對稱阻抗控制的機器人控制裝置等。1.4控制系統的構成
另外，此處，圖8表示不包括力覺反饋的情況下的控制系統的基本構成例。軌道生成部562生成軌道信息P (xyzuvw),并輸出給逆運動學處理部564。此處，軌道信息P包括例如手臂的前端(末端執行器部)的位置信息(xyz)與繞各軸旋轉的旋轉信息(uvw)。而且，逆運動學處理部564基于軌道信息P進行逆運動學處理，從而生成作為目標值的各關節的關節角Θ，并將其輸出。然后，基于該關節角Θ進行電機控制，從而進行機器人的手臂的動作控制。在這種情況下，通過公知的PID控制來實現圖8的電機(M)的控制。該PID控制是公知的技術，所以此處省略詳細的說明。圖8中，由軌道生成部562與逆運動學處理部564構成目標值輸出部。該目標值輸出部的處理成為機器人的整體處理。另一方面，后段的電機控制成為每個關節的控制。圖9表示包括力覺反饋的情況下的控制系統的基本構成例。在圖9中，相對于圖8，進一步設有力覺傳感器510、姿勢修正部532、手部、工具自重修正部534、運動方程式處理部536、和正向運動學處理部540。在圖9中，姿勢修正部532接受來自力覺傳感器510的傳感器信息來進行傳感器的姿勢修正，手部、工具自重修正部534進行手部、工具自重修正。然后，運動方程式處理部536進行求出前述的式(I)所示的運動方程式的解的處理，并輸出修正值Λρ。根據該修正值Λρ修正軌道信息P，從而進行作為目標值的關節角Θ的修正處理。另外，正向運動學處理部540進行正向運動學處理，求出機器人的軌道信息P’并將其反饋給軌道生成部562。另外，對姿勢修正部532、和手部、工具自重修正部534輸出用于確定姿勢的信息。此外，機器人的軌道信息P’向軌道生成部562的反饋用于進行基于ρ’的軌道的修正處理等，如果不進行該修正處理等，則未必需要反饋。在手部、工具自重修正部534中進行手部、工具自重修正，在姿勢修正部532中進行姿勢修正。此處，手部、工具自重修正是用于根據來自力覺傳感器510的傳感器信息(力信息)來抵消機器人的手部的自重、手部抓取的工具的自重帶來的影響的修正處理。另外，姿勢修正是用于根據傳感器信息(力信息)來抵消力覺傳感器510的姿勢帶來的影響的修正處理。這些手部、工具自重修正以及姿勢修正能夠例如下式(3)所示。數3
權利要求
1.一種機器人控制裝置，其特征在于，包括: 力控制部，其基于從力覺傳感器獲取的檢測傳感器值來輸出機器人的目標軌道的修正值； 目標值輸出部，其對所述目標軌道進行基于所述修正值的修正處理來求出目標值，并輸出所求出的所述目標值；以及 機器人控制部，其基于所述目標值，進行所述機器人的反饋控制， 在由所述檢測傳感器值表示的外力的方向是第一方向的情況下，所述力控制部進行第一力控制， 在所述外力的方向是與所述第一方向相反的方向即、第二方向的情況下，所述力控制部進行與所述第一力控制不同的第二力控制。
2.根據權利要求1所述的機器人控制裝置，其特征在于， 在所述外力的方向是所述第一方向的情況下，所述力控制部把使相對于外力的位移變化量成為第一位移變化量的力控制作為所述第一力控制來進行， 在所述外力的方向是所述第二方向的情況下，所述力控制部把使相對于外力的所述位移變化量成為與所述第一位移變化量不同的第二位移變化量的力控制作為所述第二力控制來進行。
3.根據權利要求2所述的機器人控制裝置，其特征在于， 在所述外力的方向是所述第一方向的情況下，所述力控制部進行輸出與所述第一位移變化量對應的第一修正值的所述第一力控制， 在所述外力的方向是所述第二方向的情況下，所述力控制部進行輸出與所述第二位移變化量對應的第二修正值的所述第二力控制。
4.根據權利要求1 3中任意一項所述的機器人控制裝置，其特征在于， 所述力控制部包括外力方向判定部，該外力方向判定部對由所述檢測傳感器值表示的所述外力的方向進行判定。
5.根據權利要求1 4中任意一項所述的機器人控制裝置，其特征在于， 所述力控制部具有: 控制參數存儲部，其存儲多個力控制中的控制參數集；以及 控制參數選擇部，其進行從存儲在所述控制參數存儲部的所述控制參數集中選擇要使用的所述控制參數集的選擇處理， 在由所述檢測傳感器值表示的所述外力的方向是所述第一方向的情況下，所述力控制部進行選擇第一控制參數集的所述選擇處理， 在所述外力的方向是所述第二方向的情況下，所述力控制部進行選擇第二控制參數集的所述選擇處理， 使用選擇出的所述控制參數集，求出力控制中的常微分方程式的解來作為所述修正值，并輸出所述修正值。
6.根據權利要求5所述的機器人控制裝置，其特征在于， 當使用所述第一控制參數集進行力控制時， 在判斷出有規定的控制參數變更指示的情況下，所述力控制部進行將要使用的所述控制參數集從所述第一控制參數集向所述第二控制參數集變更的變更處理。
7.根據權利要求6所述的機器人控制裝置，其特征在于， 在使用所述第二控制參數集進行力控制的情況下，當判斷出朝向所述第一方向的外力的大小超過第一閾值時，所述力控制部進行將要使用的所述控制參數集變更為所述第一控制參數集的所述變更處理， 在使用所述第一控制參數集進行力控制的情況下，當判斷出朝向所述第二方向的外力的大小超過第二閾值時，所述力控制部進行將要使用的所述控制參數集變更為所述第二控制參數集的所述變更處理。
8.根據權利要求1 7中任意一項所述的機器人控制裝置，其特征在于， 在由所述檢測傳感器值表示的外力的方向是所述第二方向的情況下，所述力控制部對進行所述第一力控制所求出的第一修正值、和進行所述第二力控制所求出的第二修正值進行加權處理，求出第三修正值，并輸出所求出的所述第三修正值。
9.根據權利要求1 8中任意一項所述的機器人控制裝置，其特征在于， 所述力控制部具 有數字濾波器部，該數字濾波器部求出力控制中的常微分方程式的解來作為所述修正值。
10.根據權利要求9所述的機器人控制裝置，其特征在于， 所述力控制部對求出所述修正值的所述數字濾波器部的動作的穩定度進行判定， 并在判定出所述數字濾波器部的所述動作為穩定的情況下，求出力控制中的所述常微分方程式的解來作為所述修正值。
11.根據權利要求9或者10所述的機器人控制裝置，其特征在于， 所述常微分方程式是將假想質量項、假想粘性項以及假想彈性項作為系數參數的運動方程式。
12.—種機器人系統,其特征在于,包括: 權利要求1 11中任意一項所述的所述機器人控制裝置； 所述機器人，其基于從所述目標值輸出部獲取的所述目標值使各部動作。
13.—種機器人控制方法,其特征在于， 基于從力覺傳感器獲取的檢測傳感器值，求出力控制中的常微分方程式的解來作為機器人的目標軌道的修正值， 在由所述檢測傳感器值表示的外力的方向是第一方向的情況下，進行第一力控制，在所述外力的方向是與所述第一方向相反的方向、即第二方向的情況下，進行與所述第一力控制不同的第二力控制， 對所述目標軌道進行基于所述修正值的修正處理來求出目標值，并輸出所求出的所述目標值， 基于所述目標值，進行所述機器人的反饋控制。
14.根據權利要求13所述的機器人控制方法，其特征在于， 在所述外力的方向是所述第一方向的情況下，把使相對于外力的位移變化量成為第一位移變化量的力控制作為所述第一力控制來進行， 在所述外力的方向是所述第二方向的情況下，把使相對于外力的所述位移變化量成為與所述第一位移變化量不同的第二位移變化量的力控制作為所述第二力控制來進行。
15.—種機器人控制方法,其特征在于，是進行具有力覺傳感器的機器人的控制的機器人控制方法， 根據施加給所述力覺傳感器的外力的方向，進行所述機器人的位移的大小不同的力控制。
16.—種機器人控制方法,其特征在于， 是進行具有力覺傳感器的機器人的控制的機器人控制方法， 進行對所述力覺傳感器施加了第一外力的情況下的所述機器人的位移的大小和對所述力覺傳感器施加了與所述第一外力大小相同、方向相反的力即第二外力的情況下的所述機器人的位移的大小 不同的力控制。
全文摘要
本發明涉及機器人控制裝置、機器人系統以及機器人控制方法。在機器人控制裝置中包括力控制部，其基于從力覺傳感器獲取的檢測傳感器值來輸出機器人的目標軌道的修正值；目標值輸出部，其對目標軌道進行基于修正值的修正處理來求出目標值，并輸出所求出的目標值；以及機器人控制部，其基于目標值進行機器人的反饋控制。并且，在由檢測傳感器值表示的外力的方向是第一方向的情況下，力控制部進行第一力控制，在外力的方向是與第一方向相反的方向即、第二方向的情況下，力控制部進行與第一力控制不同的第二力控制。
文檔編號B25J13/00GK103203755SQ20131001456
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月15日 優先權日2012年1月17日
發明者稻積滿廣 申請人:精工愛普生株式會社