CN116075402B

CN116075402B - 机器人控制方法以及机器人控制装置

Info

Publication number: CN116075402B
Application number: CN202280006109.9A
Authority: CN
Inventors: 岩谷正义; 桥本敦实; 中田广之; 本内保义; 山本良祐; 上田纮义
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2022-05-26
Publication date: 2025-06-17
Anticipated expiration: 2042-05-26
Also published as: WO2022259874A1; CN116075402A; JPWO2022259874A1; JP7474935B2

Abstract

在本公开的机器人控制方法中，位置偏差增量(Δθd‑Δθ)基于位置指令增量(Δθd)和位置增量(Δθ)而被运算。位置偏差(e)基于位置偏差增量(Δθd‑Δθ)而被运算。速度指令(ωd)基于位置偏差(e)和增益(K)而被运算。致动器30通过被提供与速度指令(ωd)相应的电流(i)而进行驱动。在输出紧急停止指令的情况下，对位置偏差增量(Δθd‑Δθ)乘以成为C＞1.0的规定的系数(C)。

Description

机器人控制方法以及机器人控制装置

技术领域

本公开涉及机器人控制方法以及机器人控制装置。

背景技术

专利文献1中公开了一种数值控制装置，在紧急停止时从通常的增益切换为紧急停止用中计算的较高的增益，通过保持位置控制进行紧急停止，缩短电机停止距离。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-082850号公报

发明内容

然而，专利文献1的数值控制装置构成为通过在紧急停止时(紧迫停止时)增大位置控制的增益来实现停止时间的缩短。

但是，若增大增益，则担心速度指令、致动器的速度变得不稳定，在机器人的各轴的致动器或者减速机等产生冲击(shock)。

本公开的目的在于，抑制机器人的紧急停止时在致动器产生冲击并且缩短停止时间。

本公开的第1方式是一种机器人控制方法，对具有多个致动器的机器人的动作进行控制，所述机器人控制方法具备：第1工序，基于用于驱动所述致动器的位置指令增量(Δθd)和该致动器的驱动后被反馈的位置增量(Δθ)，运算位置偏差增量(Δθd-Δθ)；第2工序，基于所述位置偏差增量(Δθd-Δθ)，运算位置偏差(e)；第3工序，基于所述位置偏差(e)和增益(K)，运算速度指令(ωd)；第4工序，将与所述速度指令(ωd)相应的电流(i)提供给所述致动器来驱动所述致动器；和第5工序，在反复执行所述第1工序至所述第4工序的期间，在输出紧急停止指令的情况下，对所述位置偏差增量(Δθd-Δθ)乘以成为C＞1.0的规定的系数(C)。

在本公开的第1方式中，位置偏差增量(Δθd-Δθ)是基于位置指令增量(Δθd)和位置增量(Δθ)而运算的。位置偏差(e)是基于位置偏差增量(Δθd-Δθ)而运算的。速度指令(ωd)是基于位置偏差(e)和增益(K)而运算的。致动器通过被提供与速度指令(ωd)相应的电流(i)而进行驱动。在输出紧急停止指令的情况下，对位置偏差增量(Δθd-Δθ)乘以成为C＞1.0的规定的系数(C)。

这样，在输出紧急停止指令的情况下，仅对输出紧急停止指令后的位置偏差增量(Δθd-Δθ)乘以系数(C)来增大速度指令(ωd)。由此，能够抑制在致动器产生冲击，并且缩短到致动器停止为止的时间。

本公开的第2方式是一种机器人控制装置，具备对具有多个致动器的机器人的动作进行控制的控制部，所述控制部进行如下动作：第1动作，基于用于驱动所述致动器的位置指令增量(Δθd)和该致动器的驱动后被反馈的位置增量(△θ)，运算位置偏差增量(Δθd-Δθ)；第2动作，基于所述位置偏差增量(Δθd-Δθ)，运算位置偏差(e)；第3动作，基于所述位置偏差(e)和增益(K)，运算速度指令(ωd)；第4动作，将与所述速度指令(ωd)相应的电流(i)提供给所述致动器来驱动所述致动器；和第5动作，在反复执行所述第1动作至所述第4动作的期间，在输出紧急停止指令的情况下，对所述位置偏差增量(Δθd-Δθ)乘以成为C＞1.0的规定的系数(C)。

在本公开的第2方式中，位置偏差增量(Δθd-Δθ)是基于位置指令增量(Δθd)和位置增量(△θ)而运算的。位置偏差(^e)是基于位置偏差增量(Δθd-Δθ)而运算的。速度指令(ωd)是基于位置偏差(e)和增益(K)而运算的。致动器通过被提供与速度指令(ωd)相应的电流(i)而进行驱动。在输出紧急停止指令的情况下，对位置偏差增量(Δθd-Δθ)乘以成为C＞1.0的规定的系数(C)。

根据本公开，在机器人的紧急停止时，能够抑制在致动器产生冲击并且缩短停止时间。

附图说明

图1是表示本公开的实施方式所涉及的机器人控制装置的结构的侧视图。

图2是本公开的实施方式所涉及的机器人控制装置的框线图。

图3是表示在比较例1中在紧急停止时将增益设为恒定的情况下的速度变化的图表。

图4是表示在比较例2中在紧急停止时增大增益的情况下的速度变化的图表。

图5是表示在本公开的实施方式中在紧急停止时将系数设为恒定的情况下的速度变化的图表。

图6是表示在本公开的实施方式中在紧急停止时增大系数的情况下的速度变化的图表。

具体实施方式

以下，基于附图来说明本公开的实施方式。另外，以下的优选的实施方式的说明本质上仅仅为示例，并不意图限制本公开、其应用物或者其用途。

<机器人的结构>

图1是表示本公开的实施方式所涉及的机器人控制装置1的结构的侧视图。如图1所示，机器人控制装置1具备：机器人5、控制部20。机器人5具有6轴的多关节型的机器人臂10。控制部20对机器人臂10的动作进行控制。机器人5例如对作业台6交接工件W。

机器人臂10具有：底座部11、肩部12、下臂部13、第1上臂部14、第2上臂部15、手腕部16、安装部17。

肩部12相对于底座部11被支承为以第1关节部J1为中心在水平方向可回转。下臂部13相对于肩部12被支承为以第2关节部J2为中心在上下方向可回转。

第1上臂部14相对于下臂部13被支承为以第3关节部J3为中心在上下方向可回转。第2上臂部15相对于第1上臂部14的前端部，被支承为以第4关节部J4为中心可扭转旋转。

手腕部16相对于第2上臂部15，被支承为以第5关节部J5为中心在上下方向可回转。安装部17相对于手腕部16，被支承以第6关节部J6为中心可扭转旋转。在安装部17，安装把持工件W的手部18。

在第1关节部J1至第6关节部J6，内置致动器30(参照图2)。控制部20基于通过示教等而预先输入的动作程序，对第1关节部J1至第6关节部J6的致动器30的驱动进行控制，以使得第1关节部J1至第6关节部J6分别达到目标位置(指令角度)。

<控制部>

图2是机器人控制装置1的框线图。如图2所示，控制部20具有：系数块21、积分算子块22、增益块23、速度以及电流控制块24。控制部20与机器人5的致动器30连接。在致动器30设置各种传感器31。

向控制部20输入用于驱动致动器30的位置指令增量(Δθd)和致动器30的驱动后被反馈的位置增量(Δθ)。

控制部20基于位置指令增量(Δθd)和位置增量(Δθ)，进行运算位置偏差增量(Δθd-Δθ)的第1动作。

在系数块21中，对位置偏差增量(Δθd-Δθ)乘以规定的系数(C)。在通常控制时，系数(C)设定为C＝1.0。换句话说，在通常控制时，系数(C)对位置偏差增量(Δθd-Δθ)的增减没有影响。

在积分算子块22中，到当前时刻为止的位置偏差增量(Δθd-Δθ)被积分。控制部20基于位置偏差增量(Δθd-Δθ)，进行运算位置偏差(e)的第2动作。

在增益块23中，对位置偏差(e)乘以增益(K)。增益(K)是针对位置控制的响应的系数，若提高增益(K)的值则位置控制的响应性提升。控制部20基于位置偏差(e)和增益(K)，进行运算速度指令(ωd)的第3动作。

具体地，速度指令(ωd)基于以下的式而运算。

[式1]

在此，t是当前时刻，te是紧急停止指令被输出的时刻。另外，后面叙述紧急停止指令被输出的情况下的控制部(20)的动作。

向速度以及电流控制块24输入速度指令(ωd)、电流反馈信号(FB)、速度反馈信号(FBω)。电流反馈信号(FB)以及速度反馈信号(FBω)在致动器30的驱动后从各种传感器31被反馈。

在速度以及电流控制块24中，运算与速度指令(ωd)相应的电流(i)。控制部20进行将与速度指令(ωd)相应的电流(i)提供给致动器30来驱动致动器30的第4动作。

致动器30根据被提供的电流(i)，以规定的速度进行驱动。控制部20通过反复执行第1动作至第4动作，控制机器人5的动作。

控制部(20)在反复执行第1动作至第4动作的期间，紧急停止开关8被按压等而输出了紧急停止指令的情况下，进行对位置偏差增量(Δθd-Δθ)乘以规定的系数(C)的第5动作。在紧急停止时，系数(C)被设定为C＞1.0。例如，系数(C)被设定为C＝3.0。

然而，在紧急停止指令被输出的情况下，需要使致动器30的动作紧急停止。但是，若缩短到致动器30停止为止的时间，例如增大增益(K)，则担心速度指令、致动器30的速度变得不稳定，在机器人5的各轴的致动器30产生冲击。

以下，作为比较例1，说明在紧急停止时将增益(K)设为恒定的情况下的致动器30的速度变化。图3是表示比较例1中紧急停止时使增益恒定的情况下的速度变化的图表。

如图3的比较例1所示，在使增益(K)恒定的状态下，输出了紧急停止指令的情况下，速度指令(ωd)、位置增量(Δθ)、实际的速度(ω)逐渐降低。

在图3所示的比较例1中，在输出了紧急停止指令后，增益( K)的值也约为600，是恒定的。在通常控制时，以最高速度4800rpm进行动作的致动器30被控制为在紧急停止时速度为0rpm。在此，在图3所示的例子中，紧急停止指令被输出起到速度为0rpm为止的时间为360ms。

接下来，作为比较例2，对紧急停止时增大增益(K)的情况下的致动器30的速度变化进行说明。图4是表示比较例2中紧急停止时增大增益的情况下的速度变化的图表。

在图4的比较例2中，输出紧急停止指令之后，逐渐增大增益(K)。在输出紧急停止指令的情况下，速度指令(ωd)、位置增量(Δθ)、实际的速度(ω)逐渐降低。

在图4所示的比较例2中，在通常控制时，增益(K)的值约为600，是恒定的。在紧急停止时，增益(K)的值逐渐变大，在约1100成为恒定。在比较例2中，速度指令(ωd)是基于以下的式而运算的。

[式2]

在此，ΔK是增益增加量。

这样，在图4的比较例2中，在运算速度指令(ωd)时，对位置偏差增量(Δθd-Δθ)的整体乘以增益增加量(ΔK)，因此位置控制的响应性提高。因此，在比较例2中，紧急停止指令被输出起到速度为0rpm为止的时间为277ms，相比于使增益(K)恒定的比较例1，能够缩短致动器30停止为止的时间。

但是，若增益(K)的值过高则成为不稳定的动作。具体地，在图4的比较例2中，在紧急停止指令刚刚被输出之后，在致动器30产生冲击，成为致动器30的速度比最高速度更加上升等不稳定的动作。

对此，在本实施方式中，通过针对紧急停止指令被输出后的控制部(20)的动作进行研究，抑制在致动器30产生冲击。

首先，如图5所示，对将系数(C)设定为C＝1.0的情况进行说明。图5是表示本公开的实施方式中紧急停止时使系数恒定的情况下的速度变化的图表。

在图5所示的例子中，在紧急停止指令被输出的情况下，速度指令(ωd)、位置增量(Δθ)、实际的速度(ω)逐渐降低。

在图5所示的例子中，在紧急停止指令被输出后，系数(C)也在C＝1.0恒定。在通常控制时，以最高速度为4800rpm进行动作的致动器30被控制为在紧急停止时速度为0rpm。在此，在图5所示的例子中，紧急停止指令被输出起到速度为0rpm为止的时间为356ms。

接下来，对紧急停止时增大系数(C)的情况下的致动器30的速度变化进行说明。图6是表示本公开的实施方式中紧急停止时增大系数的情况下的速度变化的图表。

如图6所示，在紧急停止指令被输出后，将系数(C)设定为大于1.0(C＞1.0)。在图6所示的例子中，设定为C＝3.0。并且，如上述的式1所示，仅对紧急停止指令输出后的位置偏差增量(Δθd-Δθ)乘以系数(C)，从而增大速度指令(ωd)。

由此，在本实施方式中，紧急停止指令被输出起到速度成为0rpm为止的时间为258ms，相比于将系数(C)设为C＝1.0恒定的情况，能够缩短到致动器30停止为止的时间。

此外，在图6所示的例子中可知，紧急停止指令被输出后，在致动器30也不会产生冲击，致动器30的速度顺畅降低。

如以上那样，在本实施方式所涉及的机器人控制装置1中，在紧急停止指令被输出的情况下，仅对紧急停止指令被输出后的位置偏差增量(Δθd-Δθ)乘以成为C＞1.0的系数(C)来增大速度指令(ωd)。由此，能够抑制在致动器30产生冲击，并且缩短到致动器30停止为止的时间。

产业上的可利用性

如以上说明那样，本公开能够得到在紧急停止时能够抑制在致动器产生冲击这一实用性高的效果，因此极其有用且产业上的可利用性高。

-符号说明-

1 机器人控制装置

5 机器人

8 紧急停止开关

10 机器人臂

11 底座部

12 肩部

13 下臂部

14 第1上臂部

15 第2上臂部

16 手腕部

17 安装部

18 手部

20 控制部

21 系数块

22 积分算子块

23 增益块

24 电流控制块

30 致动器

31 各种传感器

J1 第1关节部

J2 第2关节部

J3 第3关节部

J4 第4关节部

J5 第5关节部

J6 第6关节部

W 工件。

Claims

1.一种机器人控制方法，对具有多个致动器的机器人的动作进行控制，所述机器人控制方法具备：

第1工序，基于用于驱动所述致动器的位置指令增量Δθd和该致动器的驱动后被反馈的位置增量Δθ，运算位置偏差增量Δθd-Δθ；

第2工序，基于所述位置偏差增量Δθd-Δθ，运算位置偏差e；

第3工序，基于所述位置偏差e和增益K，运算速度指令ωd；

第4工序，将与所述速度指令ωd相应的电流i提供给所述致动器来驱动所述致动器；和

第5工序，在反复执行所述第1工序至所述第4工序的期间，在输出紧急停止指令的情况下，对所述位置偏差增量Δθd-Δθ乘以规定的系数C，其中，C＞1.0。

2.一种机器人控制装置，具备对具有多个致动器的机器人的动作进行控制的控制部，

所述控制部进行如下动作：

第1动作，基于用于驱动所述致动器的位置指令增量Δθd和该致动器的驱动后被反馈的位置增量Δθ，运算位置偏差增量Δθd-Δθ；

第2动作，基于所述位置偏差增量Δθd-Δθ，运算位置偏差e；

第3动作，基于所述位置偏差e和增益K，运算速度指令ωd；

第4动作，将与所述速度指令ωd相应的电流i提供给所述致动器来驱动所述致动器；和

第5动作，在反复执行所述第1动作至所述第4动作的期间，在输出紧急停止指令的情况下，对所述位置偏差增量Δθd-Δθ乘以规定的系数C，其中，C＞1.0。