[發明專利]機器人控制系統、機器人系統以及傳感器信息處理裝置

有效

• 申請號: 201210441587.0
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN103101053A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 稻積滿廣
• 申請（專利權）人: 精工愛普生株式會社
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/08
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 王軼;李洋

技術領域

本發明涉及機器人控制系統、機器人系統以及傳感器信息處理裝置等。

背景技術

在使用機械手等機器人進行的作業中，有伴隨著各種限制條件、例如與物體接觸的作業。這樣的情況下，除了進行位置的控制之外，多有要求力的控制的情況。例如，描摹物體的表面的情況、使一個物體與其他的物體嵌合的情況、以不破壞柔軟物的方式進行把持的情況等，除了僅僅進行位置的控制之外，還需要應對來自物體的反作用力的動作。

作為在機器人中進行力控制的代表方法，有被稱作阻抗控制的方法。所謂阻抗控制，是使機器人與其實際的質量、粘性特性、彈性特性無關地以具有正好適用于作業的這些值的方式動作的控制方法。這是基于由安裝于機器人的測力傳感器等得到的力信息而解出運動方程式，并根據該解使機器人動作的控制方法。通過適當地設定該運動方程式，能夠使機械手等機器人如同正好具有規定的質量、粘性、彈性那樣地動作。作為與這樣的阻抗控制、力控制有關的現有技術，公知有專利文獻1、2、3所公開的技術。

專利文獻1：日本特開平6-320451號公報

專利文獻2：日本特開平2-205489號公報

專利文獻3：日本特開平4-369004號公報

專利文獻1中公開了如下方法，即，即使在控制對象柔軟的情況這樣非常復雜的系統中，也能夠精度良好地進行阻抗控制。

專利文獻2中公開了如下方法，即，不使用測力傳感器，通過在控制系統內部具有運動模型來推斷力，控制系統雖然變復雜了但不需要傳感器，并且利用更加純粹的機械式構造來進行阻抗控制。

另一方面，專利文獻3中公開了用于減少運算量的一個方法。其不進行求出上述的專利文獻1、2所記載的逆雅可比行列的計算，而通過使用倒置雅可比行列來減少計算量。

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2階線性常微分方程式的運動方程式）進行求解。公知有各種對常微分方程式進行求解的方法，但使用Runge-Kutta法、Newton法等。

但是，這些方法不適用于硬件化，也難以進行穩定性的判定。另外，也有難以與響應性的切換對應的問題。此處，響應性指的是根據給予機器人的所希望的特性（質量/粘性特性/彈性特性）來決定的動態特性，響應性低例如指由大的質量系數、大的粘性系數、小的彈性系數實現的特性，響應性高例如指由小的質量系數、小的粘性系數、大的彈性系數實現的特性。它們取決于實現的作業內容或者作業的場面，最佳的特性是不同的。因此，能夠容易地切換響應特性是非常重要的功能。

發明內容

根據本發明的幾個方式，能夠提供容易地進行硬件化、穩定性的驗證、解的響應性的切換的機器人控制系統、機器人系統以及傳感器信息處理裝置等。

本發明的一個方式涉及如下機器人控制系統，即，包括：力控制部，其基于來自測力傳感器的傳感器信息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，并輸出求出的所述目標值；以及機器人控制部，其基于所述目標值來進行所述機器人的反饋控制，所述力控制部具有數字濾波部，所述力控制部通過對所述傳感器信息進行基于所述數字濾波部的數字濾波處理，來求出力控制的常微分方程式的解，并基于求出的所述解來輸出所述修正值。

本發明的一個方式中，機器人控制系統基于來自測力傳感器的傳感器信息來進行力控制并求出修正值，使用基于修正值而得到的目標值來進行機器人的反饋控制。力控制中，利用數字濾波處理來進行求出常微分方程式的解的處理而輸出修正值，由此能夠容易地進行該處理的硬件化、穩定性的判定、響應性的切換等。

另外，本發明的一個方式中也可以構成為，所述數字濾波部包括：數字濾波系數輸出部，其基于所述常微分方程式的各項系數參數來輸出數字濾波系數；以及數字濾波運算部，其基于所述數字濾波系數以及所述傳感器信息來進行所述數字濾波處理。

由此，能夠使常微分方程式的各項系數參數與數字濾波系數對應，來進行數字濾波處理等。

另外，本發明的一個方式中也可以構成為，所述數字濾波系數輸出部包括：數字濾波系數變換部，其進行將所述系數參數變換為所述數字濾波系數的處理；以及數字濾波系數存儲部，其對由所述數字濾波系數變換部變換后的所述數字濾波系數進行存儲，所述數字濾波系數輸出部輸出存儲于所述數字濾波系數存儲部的所述數字濾波系數。

由此，能夠將常微分方程式的各項系數參數變換為數字濾波系數。