[發明專利]多關節機器人的軌跡控制裝置以及控制方法

有效

• 申請號: 201380028244.4
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN104334323A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 西田吉晴;和田堯;井上芳英;稻田修一
• 申請（專利權）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: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張玉玲

技術領域

本發明涉及在例如電弧焊接中使用的多關節機器人的控制，特別涉及能以較高的軌跡精度進行擺動(weaving)動作的多關節機器人的軌跡控制。

背景技術

在通過電弧焊接進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、一邊在焊接線的左右方向上進行正弦波擺動動作并進行焊接的擺動焊接。該擺動焊接從過去以來通過使焊炬自身左右搖動來進行，或者通過使焊炬以焊炬自身為中心左右掀動來進行。在使多關節機器人進行這樣的擺動焊接的情況下，要求較高的軌跡精度。

在這樣的多關節機器人中，以各軸為單位進行伺服控制。但是，由于固有振動頻率較低，因此從振動抑制的觀點出發，幾乎不采用速度前饋等。因此，相對于目標值而言，實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特性按照每個軸而不同，導致了軌跡誤差。另外，伺服控制部的位置/速度控制特性由于會因伴隨于機器人的姿態變化的慣性變化(特別是相位滯后特性)而變化，所以即使根據目標值而對各軸間干涉轉矩等進行逆運算并補償的非線性補償控制，也會由于相位的偏離而幾乎不能有效發揮功能。關于這樣的多關節機器人的軌跡控制，公知以下那樣的技術。

日本特開平10-217173號公報(專利文獻1)公開了一種能得到穩定的軌跡精度的多軸機器人的非干涉化控制裝置。該機器人的非干涉化控制裝置，設置在具有對至少2條以上的臂通過關節部而串行結合的結構的機器人進行控制的多軸機器人控制裝置中。該機器人的非干涉化控制裝置具有：根據各臂的角度、和各臂的質量、長度等動力學參數來生成慣性矩陣的慣性矩陣計算機構；運算包含各臂的加速度的非干涉化用狀態變量的運算機構；和運算與這些狀態變量相乘的非干涉化增益的運算機構。而且，非干涉化控制裝置還具有：對所述非干涉化用狀態變量和所述非干涉化增益進行乘法運算以及加法運算的乘法運算部以及加法運算部；和用于從該計算的結果而得到的非干涉化轉矩指令中除去高次諧波脈動部分的濾波器處理部。

另外，日本特公平8-7625號公報(專利文獻2)公開了一種提高了針對軌跡指令的系統的隨動性的位置控制裝置。該位置控制裝置具有1軸或多軸，通過位置反饋控制來控制各軸。在此，除了位置反饋回路以外，還設置了前饋回路，該前饋回路以位置指令作為輸入側，串列地具備具有前饋增益的微分要素和時滯要素，并將速度前饋補償輸出相加到所述位置反饋回路的位置回路增益的后級。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平10-217173號公報

專利文獻2：日本特公平8-7625號公報(日本特開平3-40008號公報)

發明內容

發明要解決的課題

在上述的專利文獻1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字的值等，在實現上有非常大的制約性。

另外，在專利文獻2中，公開了一種通過對速度前饋進行濾波器處理，不激發機器人的固有振動地提高前饋增益的方法。但是，基于該技術的前饋增益提高效果甚微，解決不了根本的問題。另外，對于因各軸間的控制特性的差異或姿態不同而引起的控制特性變化，該方法無法應對。而且，由于在目標位置的微分值和濾波器后的速度前饋的值中相位不同，因此難以實現所期望的控制特性。

即，在現有技術中未解決以下的問題。

(1)在機器人的固有振動頻率較低的狀態下，由于不能使將各軸間進行非干涉化的非線性補償控制有效發揮作用，因此不能補償各軸干涉轉矩的影響，這就導致了精度變差。

(2)在有伺服控制部的相位滯后的狀態下，由于不能使將各軸間進行非干涉化的非線性補償控制有效發揮作用，因此不能補償各軸干涉轉矩的影響，這就導致了精度變差。

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

(4)隨著機器人姿態不同，伺服控制特性會發生變化，這就導致了軌跡精度的變差。

(5)在焊接機器人的擺動動作中，使在擺動周期中的相位滯后以及增益特性在各軸一致是非常重要的。但是，由于因各軸間的干涉、姿態不同而引起的伺服特性變化或在每個軸的特性的差異，因而在高頻擺動動作中使相位/增益特性一致是非常困難的。

本發明鑒于上述的問題而提出，目的在于提供一種在具備多軸的多關節機器人中能通過補償各軸的干涉轉矩的影響來以較高的軌跡精度進行擺動等動作的多關節機器人的軌跡控制裝置以及控制方法。

解決課題的手段