[發(fā)明專利]多關(guān)節(jié)機(jī)器人的彈性變形補(bǔ)償控制裝置以及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380028233.6
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN104349873A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 西田吉晴;和田堯;井上芳英;稻田修一
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社神戶制鋼所
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B23K9/095;B23K9/12;G05B19/4093
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 張玉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及例如用在電弧焊接中的多關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制，特別涉及能以較高軌跡精度進(jìn)行擺動(weaving)動作的多關(guān)節(jié)機(jī)器人的軌跡控制。

背景技術(shù)

在通過電弧焊接進(jìn)行多個母材的焊接時，采用一邊使焊接電極在焊接方向上前進(jìn)、一邊在焊接線的左右方向上進(jìn)行正弦波擺動動作并進(jìn)行焊接的擺動焊接。過去以來，該擺動焊接通過使焊炬自身左右搖動，或通過使焊炬以焊炬自身為中心左右掀動來進(jìn)行。在使多關(guān)節(jié)機(jī)器人進(jìn)行這樣的擺動焊接的情況下，要求較高的軌跡精度。

在這樣的多關(guān)節(jié)機(jī)器人中，以各軸為單位進(jìn)行伺服控制。但是，由于固有振動頻率較低，因此，從振動抑制的觀點(diǎn)出發(fā)，幾乎不采用速度前饋等。以此，相對于目標(biāo)值而言，實(shí)際的反饋值的相位滯后較大，伺服控制部的速度控制部的響應(yīng)特性按照每個軸而不同，導(dǎo)致了軌跡誤差。另外，使這樣的多關(guān)節(jié)機(jī)器人的各軸動作的電動機(jī)經(jīng)由減速器與臂結(jié)合。在對由于該減速器的剛性不足等而引起的彈性變形進(jìn)行修正的情況下，電動機(jī)按照指令值那樣進(jìn)行動作為前提。但是，由于前饋等未發(fā)揮充分的功能，因此電動機(jī)按照指令值那樣動作幾乎不可能，彈性變形補(bǔ)償未充分發(fā)揮功能。關(guān)于這樣的多關(guān)節(jié)機(jī)器人的彈性變形補(bǔ)償控制，公知以下那樣的技術(shù)。

日本特開昭61-201304號公報(專利文獻(xiàn)1)公開了一種在減速器等的關(guān)節(jié)群的機(jī)械性剛性較低的情況下也針對位置指令值來對機(jī)器人臂進(jìn)行高精度的位置控制的方法。在該位置控制方法中，通過將構(gòu)成機(jī)器人的各臂的位置指令值、對該位置指令值進(jìn)行一階微分而得到的速度、進(jìn)行二階微分而得到的加速度代入到考慮了各臂間的關(guān)節(jié)的機(jī)械性剛性的機(jī)器人臂的運(yùn)動方程式，來算出施加在各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)矩。然后，通過用求得的轉(zhuǎn)矩除以作為常數(shù)或函數(shù)或控制裝置內(nèi)的表而賦予的各關(guān)節(jié)的機(jī)械性彈力剛性來求取基于各關(guān)節(jié)的機(jī)械性剛性的撓曲角。通過使求得的撓曲角與位置指令值相加從而抵消各關(guān)節(jié)的撓曲，來設(shè)定新的位置指令值。

另外，日本特開2005-186235號公報(專利文獻(xiàn)2)公開了一種即使干涉力發(fā)揮作用、各軸也按照指令動作的機(jī)器人的控制裝置。該控制裝置是由相互干涉的多軸構(gòu)成的機(jī)器人的控制裝置，機(jī)器人具備由電動機(jī)、經(jīng)由減速器等與電動機(jī)結(jié)合的臂、檢測電動機(jī)的位置的電動機(jī)位置檢測器構(gòu)成的用于使各軸按每個軸的指令而動作的位置控制部以及速度控制部。該控制裝置具備：通過計算根據(jù)自軸的指令來求取作用于其它軸的干涉力的干涉力計算部；和根據(jù)自軸的指令和從其它軸作用的干涉力的計算值來求取即使在有從其它軸作用的干涉力的情況下也使自軸按照指令動作的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩指令信號的非干涉轉(zhuǎn)矩信號制成部。控制裝置還具備：根據(jù)自軸的指令和從其它軸作用的干涉力的計算值來求取即使在有從其它軸作用的干涉力的情況下也使自軸按照指令動作的電動機(jī)位置信號的非干涉位置信號制成部。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：JP日本特開昭61-201304號公報

專利文獻(xiàn)2：JP日本特開2005-186235號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的課題

在上述的專利文獻(xiàn)1中，根據(jù)關(guān)節(jié)角目標(biāo)值等算出因減速器等的剛性不足而產(chǎn)生的撓曲(彈性變形)，在對電動機(jī)的角度指令值加上彈性變形量來補(bǔ)償該彈性變形，由此謀求位置精度的改善。但是，由于未如上述那樣進(jìn)行良好的前饋控制等，因此不能使電動機(jī)按照指令值動作，彈性變形補(bǔ)償未充分發(fā)揮功能。

另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開了一種使各軸間的干涉非干涉化的方法。但是，在該方法中，需要臂加速度的一階微分值、二階微分值，且對于噪聲非常弱。另外，只是有稍微劇烈的動作就會使臂加速度的二階微分值示出天文數(shù)字的值等，在實(shí)現(xiàn)上有非常大的制約性。

即，在現(xiàn)有技術(shù)中，未解決以下的問題。

(1)在機(jī)器人的固有振動較低的狀態(tài)下，由于不能使彈性變形補(bǔ)償以及軸力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償有效地發(fā)揮作用，因此不能對彈性變形的影響進(jìn)行補(bǔ)償，這導(dǎo)致了精度變差。

(2)在有伺服控制部的相位滯后的狀態(tài)下，由于不能使彈性變形補(bǔ)償控制有效地發(fā)揮作用，因此不能對彈性變形的影響進(jìn)行補(bǔ)償，這導(dǎo)致了精度變差。

(3)由于按每個軸而伺服控制特性不同，因此在各軸的響應(yīng)中會產(chǎn)生差異，這導(dǎo)致了軌跡精度的變差。

(4)在指令值的計算周期慢于伺服控制部中的計算周期時產(chǎn)生的相位差，導(dǎo)致了軌跡精度的變差。

(5)在焊接機(jī)器人的擺動動作中，使在擺動周期的相位滯后以及增益特性在各軸一致是非常重要的，但因減速器所引起的彈性變形導(dǎo)致的伺服特性變化和按每個軸的特性的差異，使相位/增益特性在高頻擺動動作中一致是非常困難的。