TWI701119B - 關節型機器人及其氣體彈簧之氣體減少狀態之推定方法 - Google Patents

Abstract

本發明之機器人2具備：臂支承部12；轉動臂14，其由臂支承部12可轉動地支承；驅動馬達，其轉動轉動臂14；氣體彈簧8，其支承作用於轉動臂14之荷重而減輕驅動馬達之負荷；及控制裝置10。控制裝置10具備：判定轉動臂14處於轉動狀態之功能；及基於轉動臂14處於轉動狀態時之驅動馬達之實際電流值與理論電流值之比較而推定氣體彈簧8之氣體之減少狀態之功能。

Description

關節型機器人及其氣體彈簧之氣體減少狀態之推定方法

本申請案主張基於2018年5月10日提出申請之日本專利申請案2018-091629之優先權。該等日本申請案之全部內容藉由參照而引入至本文。

本發明係關於一種關節型機器人及其氣體彈簧之氣體減少狀態之推定方法。

日本專利特開2017-159402公報中揭示有一種關節型機器人。該機器人具備臂、使臂轉動之驅動馬達、及氣體彈簧。該氣體彈簧支承作用於臂之荷重，而減輕驅動馬達之負荷。

該氣體彈簧藉由所封入之氣體之壓力（以下亦稱為氣體壓力），產生減輕驅動馬達之負荷之平衡力。封入氣體彈簧中之氣體會因長期之使用而洩漏。該氣體之洩漏會降低氣體壓力。該氣體壓力之降低會減小氣體彈簧所產生之平衡力。該平衡力之減小會增大驅動馬達之負荷。

該機器人之控制手段具備推定氣體彈簧之氣體之減少狀態之功能。該控制手段於驅動驅動馬達而使臂停止之狀態下，獲得驅動馬達之實際電流值。該控制手段基於該實際電流值，推定氣體之減少狀態。若氣體之減少狀態達到特定之減少狀態，則該控制手段會報告氣體之減少狀態。藉此，利用該機器人抑制因氣體之洩漏導致驅動馬達之負荷變得過大之情況。

如上文所述，於該機器人中，於驅動驅動馬達使臂停止之狀態下獲得驅動馬達之實際電流值。於該臂之停止狀態下，靜摩擦力作用於臂。該臂停止至靜摩擦力之大小超過最大靜摩擦力為止。於該臂之停止狀態下，實際產生作用之靜摩擦力會產生偏差。該靜摩擦力之偏差導致臂之停止狀態下之驅動馬達之轉矩產生偏差。該驅動馬達之轉矩之偏差導致驅動馬達之實際電流值亦產生偏差。該實際電流值之偏差會降低推定氣體之減少狀態之精度。

本發明之目的在於提供一種可高精度地推定氣體彈簧之氣體之減少狀態之機器人、及使用機器人之氣體彈簧之氣體減少狀態之推定方法。

本發明之關節型機器人具備：臂支承部；轉動臂，其由上述臂支承部可轉動地支承；驅動馬達，其轉動上述轉動臂；氣體彈簧，其支承作用於上述轉動臂之荷重而減輕上述驅動馬達之負荷；及控制裝置。 上述控制裝置具備：判定上述轉動臂處於轉動狀態之功能；及基於上述轉動臂處於轉動狀態時之上述驅動馬達之實際電流值與理論電流值之比較而推定上述氣體彈簧之氣體之減少狀態之功能。

本發明之其他關節型機器人具備：臂支承部；轉動臂，其由上述臂支承部可轉動地支承；驅動馬達，其轉動上述轉動臂；氣體彈簧，其支承作用於上述轉動臂之荷重而減輕上述驅動馬達之負荷；及控制裝置。 上述控制裝置具備基於上述轉動臂不處於停止狀態而為處於轉動狀態時之上述驅動馬達之實際電流值與理論電流值之比較而推定上述氣體彈簧之氣體之減少狀態之功能。

較佳為上述控制裝置具備判定上述驅動馬達之角加速度之變動大小之功能。

較佳為上述控制裝置使用上述轉動臂為產生上述氣體彈簧所擔負之最大轉矩之25%以上之轉矩的姿勢時之實際電流值。

本發明之氣體減少量推定方法係於關節型機器人中推定下述氣體彈簧之氣體之減少狀態，該關節型機器人具備：轉動臂；驅動馬達，其轉動上述轉動臂；及氣體彈簧，其支承作用於上述轉動臂之荷重而減輕上述驅動馬達之負荷。 該方法包括：實際電流值獲得步驟，其獲得上述驅動馬達之實際電流值；及推定步驟，其基於上述實際電流值推定上述氣體彈簧之氣體之減少狀態。 於上述實際電流值獲得步驟中，獲得上述轉動臂處於轉動狀態時之上述實際電流值。於上述推定步驟中，基於上述實際電流值獲得步驟中所獲得之上述實際電流值與理論電流值之比較而推定上述氣體彈簧之氣體之減少狀態。

本發明之機器人係基於轉動臂為轉動狀態之實際電流值而推定氣體彈簧之氣體之減少狀態。於靜摩擦力未作用於轉動臂之狀態下，該機器人推定氣體彈簧之氣體之減少狀態。該機器人可高精度地推定氣體彈簧之氣體之減少狀態。使用該機器人之氣體減少狀態推定方法可高精度地推定該氣體之減少狀態。

以下，一面適當參照圖式，一面基於較佳之實施形態對本發明進行詳細說明。

圖1表示本發明之機器人2。該機器人2具備基台4、機械臂6、氣體彈簧8及控制裝置10。雖未圖示，但該機器人2進而具備驅動馬達M1至M6、旋轉感測器E1至E6、及電流感測器C1至C6。

機械臂6具備第1臂12、第2臂14、第3臂16、第4臂18、第5臂20及第6臂22。於該機器人2中，基台4、第1臂12、第2臂14、第3臂16、第4臂18、第5臂20及第6臂22係依序連結。該機器人2具備複數個關節作為該等之連結部。該機器人2係所謂多關節型機器人。

如圖1所示，於該機器人2中，於第6臂22之前端部安裝有手部24。該手部24具備把持未圖示之工件之功能。該手部24係安裝於機器人2之工具之例示，亦可安裝其他工具。

於該機器人2中，第1臂12以上下方向之軸線L1為旋轉軸而可旋轉地連結於基台4。第2臂14以水平方向之軸線L2為轉動軸而可旋轉地連結於第1臂12。第3臂16以水平方向之軸線L3為轉動軸而可轉動地連結於第2臂14。第4臂18以其軸線L4為旋轉軸而可旋轉地連結於第3臂16。第5臂20以與軸線L4正交之軸線L5為轉動軸而可轉動地連結於第4臂18。第6臂22以其軸線L6為轉動軸而可轉動地連結於第5臂20。此處以第2臂14作為轉動臂，以第1臂12作為臂支承部，對本發明進行說明。

驅動馬達M1具備使第1臂12旋轉之功能。該驅動馬達M1係由控制裝置10控制。驅動馬達M1例如為伺服馬達。驅動馬達M2具備使第2臂14轉動之功能。該驅動馬達M2係由控制裝置10控制。驅動馬達M2例如為伺服馬達。同樣地，驅動馬達M3、M5具備使第3臂16、第5臂20轉動之功能，驅動馬達M4、M6具備使第4臂18、第6臂22旋轉之功能。驅動馬達M3、M4、M5及M6係由控制裝置10控制。驅動馬達M3、M4、M5及M6例如為伺服馬達。

旋轉感測器E1具備檢測驅動馬達M1之旋轉位置之功能。旋轉感測器E2具備檢測驅動馬達M2之旋轉位置之功能。同樣地，旋轉感測器E3、E4、E5及E6具備檢測驅動馬達M3、M4、M5及M6之旋轉位置之功能。該旋轉感測器E1、E2、E3、E4、E5及E6例如為編碼器。

電流感測器C1具備檢測控制驅動馬達M1之旋轉之電流之功能。電流感測器C2具備檢測控制驅動馬達M2之旋轉之電流之功能。同樣地，電流感測器C3、C4、C5及C6具備檢測控制驅動馬達M3、M4、M5及M6之旋轉之電流之功能。

氣體彈簧8係軸接於以其基端部8b作為臂支承部之第1臂12。氣體彈簧8係軸接於以其前端部8c作為轉動臂之第2臂14。該氣體彈簧8可於該基端部8b與前端部8c之間伸縮。伴隨第2臂14之轉動，該氣體彈簧8可轉動。

圖1之符號Pa表示第2臂14之轉動中心。符號Pb表示氣體彈簧8之基端部8b之轉動中心。符號Pc表示氣體彈簧8之前端部8c之轉動中心。雙箭頭S表示基端部8b之旋轉中心Pb距前端部8c之旋轉中心Pc之距離。該距離S根據氣體彈簧8之伸縮而變動。

控制裝置10具備輸入輸出資料之輸入輸出部、儲存資料之儲存部、及對資料進行運算之運算部。控制裝置10具備控制驅動馬達M1至M6各自之旋轉之功能。控制裝置10具備分別自旋轉感測器E1至E6接收驅動馬達M1至M6之旋轉位置資訊之功能。控制裝置10具備特定出第1臂12、第4臂18及第6臂22之旋轉位置與第2臂14、第3臂16及第5臂20之轉動位置之功能。控制裝置10具備接收電流感測器C1至C6之電流值之功能。控制裝置10具備根據驅動馬達M1至M6之電流值計算驅動馬達M1至M6之轉矩之功能。

圖2（a）表示圖1之氣體彈簧8之使用狀態。該氣體彈簧8具備氣缸26及活塞28。氣缸26係安裝於基端部8b。活塞28係安裝於前端部8c。該活塞28可滑動地插入至氣缸26中。該活塞28與氣缸26形成氣室30。於該氣室30中封入有高壓之氣體。該氣體並無特別限定，例如為惰性氣體。

圖2（b）表示將圖2（a）之氣體彈簧8之全長拉伸之使用狀態。圖2（b）之距離S大於圖2（a）之距離S。於圖2（b）中，藉由拉伸氣體彈簧8之全長，氣室30之容積縮小。於圖2（b）之使用狀態下，與圖2（a）之使用狀態相比，氣室30之氣體被壓縮。圖2（b）之氣體彈簧8與圖2（a）之氣體彈簧8相比，沿氣體彈簧8之全長收縮之方向作用較大之力。

再者，於該氣體彈簧8中，於其全長拉伸時，其全長收縮之方向之力發揮作用。亦可為該氣體彈簧8之基端部8b軸接於第2臂14而非第1臂12，且其前端部8c軸接於第1臂12而非第2臂14。該氣體彈簧8只要可發揮支承作用於第2臂14之荷重而減輕驅動馬達M2之負荷之功能即可。氣體彈簧8亦可為於其全長收縮時其全長延伸之方向之力發揮作用者。亦可以如下方式構成：於氣體彈簧8之全長收縮時，使其全長延伸之方向之力發揮作用，而減輕驅動馬達M2之負荷。

圖3表示圖1之機器人2之轉動中心Pa、Pb及Pc之位置關係。圖3中對平行於圖1之紙面之平面進行投影而示出該等位置關係。一點鎖線C表示伴隨圖1之第2臂14之轉動而移動之轉動中心Pc之軌跡。該軌跡C係以轉動中心Pa為中心之圓弧。二點鎖線Lb表示基準線。該基準線Lb係通過轉動中心Pa與轉動中心Pb而延伸之直線。

符號Pc1係軌跡C與基準線Lb之交點。二點鎖線C'表示以轉動中心Pb為中心並以交點Pc1內切於軌跡C之圓弧之軌跡。雙箭頭S1表示轉動中心Pb距交點Pc1之距離。於圖3中，該距離S1係作為轉動中心Pb與交點Pc1之直線距離而求出。該距離S1係軌跡C'之半徑。

二點鎖線Lc表示假想線。該假想線Lc係通過轉動中心Pa而沿軌跡C之半徑方向延伸之直線。符號Pc2係軌跡C與假想線Lc之交點。二點鎖線Ld係通過轉動中心Pb與交點Pc2而延伸之直線。符號Pc'表示該直線Ld與軌跡C'之交點。雙箭頭S2表示轉動中心Pb距交點Pc2之距離。於圖3中，該距離S2係作為轉動中心Pb與交點Pc2之直線距離而求出。雙箭頭θc表示基準線Lb與假想線Lc所形成之角度。於圖3中，該角度θc係將基準線Lb設為0°，以順時針方向為正，以逆時針方向為負而表示。

於該機器人2中，於第2臂14轉動而圖1之轉動中心Pc移動至交點Pc1時，將氣體彈簧8之距離S設為距離S1。該距離S1係距離S之最小值。又，於第2臂14轉動而轉動中心Pc移動至交點Pc2時，將該距離S設為距離S2。此時，氣體彈簧8之距離S自距離S1伸長至距離S2。氣體彈簧8被伸長距離S1與距離S2之差（S2－S1）之程度。

即，藉由轉動中心Pc自交點Pc1移動至交點Pc2，氣體彈簧8之距離S被伸長差（S2－S1）之程度。此時，氣體被壓縮，氣體彈簧8產生其全長收縮之方向之力。藉此，該氣體彈簧8發揮支承作用於轉動之第2臂14之荷重而減輕驅動馬達M2之負荷之功能。

圖4（a）示意性地表示驅動馬達M2所產生之轉矩Tm與氣體彈簧8所產生之轉矩Tg。該圖4（a）表示第2臂14為轉動狀態之機器人2之某姿勢下之轉矩Tm與轉矩Tg。該圖4（a）表示無氣體洩漏之初始設定狀態下之轉矩Tm與轉矩Tg。該轉動狀態之第2臂14係該轉矩Tg與轉矩Tm發揮作用而進行特定之轉動動作。

圖4（b）表示氣體之一部分洩漏之狀態下之轉矩Tm與轉矩Tg。該圖4（b）表示機器人2為與圖4（a）相同之姿勢下之轉矩Tm與轉矩Tg。於圖4（b）中，氣體之洩漏導致氣體彈簧8所負擔之轉矩Tg減少。轉矩Tg以減少量ΔT減少。由於第2臂14進行特定之轉動動作，故而驅動馬達M2所產生之轉矩Tm增大。該轉矩Tm以減少量ΔT增大。

於該機器人2中，根據第2臂14之姿勢確定角度θc（參照圖3）。氣體彈簧8之距離S亦單一化地確定。因此，於無氣體洩漏之初始設定狀態下，氣體彈簧8之轉矩Tg亦根據第2臂14之姿勢而確定。基於該根據第2臂14之姿勢確定之轉矩Tg，驅動馬達M2應負擔之轉矩Tm亦單一化地確定。又，若確定該轉矩Tm，則可基於驅動馬達M2之電流-轉矩特性，藉由計算求出應對驅動馬達M2供給之電流值。

如圖4（b）所示，若氣體彈簧8之氣體之一部分洩漏而氣體壓力降低，則氣體彈簧8之轉矩Tg減少。若使第2臂14進行特定之動作，則該轉矩Tg之減少量ΔT使驅動馬達M2之轉矩Tm增加而得以補償。該增加之轉矩Tm可基於驅動馬達M2之電流-轉矩特性，根據驅動馬達M2之實際電流值而以計算方式求出。

此處，使用該機器人2對本發明之氣體減少狀態推定方法進行說明。該氣體減少狀態推定方法係於機器人2之氣體彈簧8之使用開始後之任意時點對氣體彈簧8之氣體之減少量進行推定之方法。

該氣體減少狀態推定方法包括準備步驟（STEP1）、實際電流值獲得步驟（STEP2）及推定步驟（STEP3）。

於準備步驟（STEP1）中，控制裝置10儲存預先求出之係數K。該係數K係根據實際電流值Im與下文所述之理論電流值Ii求出。實際電流值Im係自驅動之驅動馬達M2以實際之電流值之形式獲得。理論電流值Ii係以驅動馬達M2之計算上之電流值之形式求出。該係數K係以理論電流值Ii相對於實際電流值Im之比（Ii/Im）之形式算出。

理論電流值Ii係於氣體彈簧8之初始之氣體壓力Pi下之設定狀態下應對驅動馬達M2供給之電流值。於該設定狀態下，根據第2臂14之轉動姿勢單一化地確定驅動馬達M2應負擔之轉矩Tm。基於驅動馬達M2之電流-轉矩特性，根據該驅動馬達M2應負擔之轉矩Tm求出理論電流值Ii。為了檢測碰撞，求出考慮動摩擦力之理論電流值Ii與控制裝置10儲存該理論電流值Ii係自先前起一直進行。

例如，於第2臂14為轉動狀態之不同之複數個姿勢下，控制裝置10自電流感測器C2獲得驅動馬達M2之實際電流值Im。控制裝置10求出與該等各姿勢相對應之驅動馬達M2之理論電流值Ii並儲存。控制裝置10根據該等理論電流值Ii與實際電流值Im求出比（Ii/Im）。控制裝置10以該等比（Ii/Im）之平均值之形式求出該係數K。若該係數K之偏差較小，則控制裝置10儲存該係數K。

若該係數K之偏差較大，則例如設定將轉動狀態之第2臂14之姿勢之範圍細分化而成之區域。針對所設定之各區域求出係數K。該區域可不僅包括第2臂14之姿勢，而且包括第1臂12至第6臂22之姿勢之範圍而進行細分化。於該情形時，控制裝置10儲存所設定之區域及與該區域相對應之係數K。

實際電流值獲得步驟（STEP2）包括判定步驟（STEP2-1）及轉動實際電流值獲得步驟（STEP2-2）。於實際電流值獲得步驟（STEP2）中，控制裝置10判定第2臂14是否為轉動狀態。於轉動實際電流值獲得步驟（STEP2-2）中，控制裝置10獲得第2臂14之轉動狀態之實際電流值Im。該實際電流值Im亦特別稱為轉動實際電流值Ir。

例如，於該實際電流值獲得步驟（STEP2）中，控制裝置10於機器人2之一系列動作中獲得實際電流值Im。該實際電流值Im例如以第2臂14為轉動狀態之特定時間之電流值之平均值的形式獲得。該電流值之平均值可以特定時間期間所積分之積分量除以該特定時間而求出。該特定時間可為數秒，亦可為數分鐘。

控制裝置10自與一系列動作相對應之實際電流值Im中儲存第2臂14處於轉動狀態而非停止狀態時之實際電流值Im（轉動實際電流值Ir）。

再者，該轉動實際電流值Ir之獲得方法為例示，並不限於此。於該方法中，只要可獲得不包括第2臂14停止中之實際電流值Im之第2臂14之轉動實際電流值Ir即可。例如，控制裝置10亦可於獲得實際電流值Im之前判定第2臂14是否為轉動狀態。此外，控制裝置10亦可獲得第2臂14為轉動狀態時之實際電流值Im。

於推定步驟（STEP3）中，控制裝置10推定氣體彈簧8之氣體之減少狀態。控制裝置10例如藉由求出氣體壓力之減少壓力ΔP而推定氣體之減少狀態。具體而言，控制裝置10根據第2臂14為轉動狀態下之係數K、轉動實際電流值Ir、理論電流值Ii、及下文所述之假想電流值Ig求出氣體壓力之減少壓力ΔP。

假想電流值Ig係藉由驅動馬達M2產生氣體彈簧8之轉矩Tg時之電流值。於氣體彈簧8之初始之氣體壓力Pi下之設定狀態下，單一化地確定氣體彈簧8應負擔之轉矩Tg。於該設定狀態下，根據第2臂14之轉動姿勢確定轉矩Tg。基於驅動馬達M2之電流-轉矩特性，求出該藉由驅動馬達M2產生轉矩Tg時之假想電流值Ig。

如圖4（a）及4（b）所示，若氣體彈簧8之氣體壓力降低，則使第2臂14進行特定之動作，因此驅動馬達M2之轉矩Tm以減少量ΔT增大。該驅動馬達M2伴隨該減少量ΔT之增大，實際電流值Im（轉動實際電流值Ir）增大。因此，控制裝置10可藉由以下之數式（1）而計算氣體彈簧8之氣體壓力之降低率Gp。進而，控制裝置10可藉由以下之數式（2），作為初始之氣體壓力Pi而計算氣體壓力之減少壓力ΔP。 Gp＝（K・Im－Ii）/Ig （1） ΔP＝Pi・Gp （2）

該控制裝置10儲存減少壓力ΔP之閾值ΔPr。於該推定步驟（STEP3）中，機器人2於減少壓力ΔP為閾值ΔPr以上時，藉由未圖示之警報器發出警報。其後，機器人2返回至特定之停止位置時停止而成為待機狀態。

於該機器人2中，基於第2臂14為轉動狀態之實際電流值Im（轉動實際電流值Ir）與理論電流值Ii之比較而推定減少壓力ΔP。於該機器人2中，不使用第2臂14處於停止狀態時之實際電流值Im，而推定減少壓力ΔP。

於第2臂14之停止狀態下，靜摩擦力作用於第2臂14。該靜摩擦力發揮作用導致於該第2臂14之停止狀態下，驅動馬達M2之轉矩Tm及實際電流值Im產生偏差。該偏差導致基於處於停止狀態之第2臂14中之實際電流值Im推定之減少壓力ΔP容易產生誤差。該機器人2之控制裝置10基於轉動狀態之第2臂14之實際電流值Im（轉動實際電流值Ir）而推定減少壓力ΔP。對於轉動狀態之第2臂14，靜摩擦力不發揮作用，而一定之動摩擦力發揮作用。於該動摩擦力發揮作用之轉動狀態之第2臂14中，驅動馬達M2之轉矩Tm之增減使得第2臂14之轉動速度增減。於轉動狀態之第2臂14中，驅動馬達M2之實際電流值Im之增減使得第2臂14之轉動速度增減。該控制裝置10藉由基於轉動狀態之第2臂14中之實際電流值Im（轉動實際電流值Ir）推定減少壓力ΔP，而可高精度地推定減少壓力ΔP。該機器人2之控制裝置10可高精度地推定氣體彈簧8之氣體之減少狀態。

於該機器人2中，可於運轉中在任意之時點推定減少壓力ΔP。於該機器人2中，無需用以推定氣體之減少狀態之特殊動作。該機器人2可於不停止製造線之情況下推定氣體之減少狀態。又，可一面使該機器人2運轉一面即時地推定減少壓力ΔP。於氣體之減少狀態成為特定之狀態時，可即時地發出警報。該機器人2可將氣體彈簧8之氣體之減少引起之動作不良或故障防患於未然。

於驅動馬達M2之角加速度之變動較大之情形時，由該驅動馬達M2測定之實際電流值Im之變動亦較大。該變動較大之實際電流值Im會降低減少壓力ΔP之推定精度。就提高該推定精度之觀點而言，較佳為驅動馬達M2之每單位時間之角加速度之變化率、即角加速度之變動較小。就該觀點而言，控制裝置10較佳為具備判定角加速度之變動之大小之功能。控制裝置10較佳為具備基於不包括該角加速度之變動超過特定之絕對值時之實際電流值Im在內的該角加速度之變動為特定之絕對值以下時之實際電流值Im而推定減少壓力ΔP之功能。

又，拉伸較小之氣體彈簧8中氣體之壓縮率較小。該壓縮率較小之氣體彈簧8會降低氣體壓力之減少壓力ΔP之推定精度。相反地，拉伸較大之氣體彈簧8可以高精度推定減少壓力ΔP。就該觀點而言，較佳為於圖3之基準線Lb與假想線Lc所形成之角度θc之絕對值較大之狀態下，獲得驅動馬達M2之實際電流值Im。就高精度地推定減少壓力ΔP之觀點而言，該角度θc之絕對值較佳為20°以上，進而較佳為25°以上，尤佳為30°以上。

就高精度地推定該減少壓力ΔP之觀點而言，較佳為藉由氣體之壓縮率較大之氣體彈簧8推定減少壓力ΔP。較佳為藉由擔負之轉矩Tg較大之氣體彈簧8推定減少壓力ΔP。較佳為基於該第2臂14為產生氣體彈簧8所擔負之最大轉矩Tgmax之25%以上的轉矩Tg之姿勢時之實際電流值Im推定該減少壓力ΔP。較佳為基於產生不包括未達最大轉矩Tgmax之25%之轉矩Tg在內的最大轉矩Tgmax之25%以上之轉矩Tg時之實際電流值Im推定該減少壓力ΔP。該最大轉矩Tgmax係該機器人2中氣體彈簧8可負擔之最大值。

此處係推定氣體壓力之減少壓力ΔP，但本發明所推定之氣體之減少狀態並不限於此。只要基於第2臂14為轉動狀態之驅動馬達M2之實際電流值Im與理論電流值Ii之比較推定氣體之減少狀態即可。作為氣體之減少狀態，亦可求出氣體壓力之降低率Gp、氣體彈簧8之氣體壓力、氣室30之氣體量或自氣室30洩漏之氣體洩漏量。進而，作為表示氣體之減少狀態者，可直接使用驅動馬達M2之轉動狀態之實際電流值Im與理論電流值Ii之比較。

該機器人2中係第2臂14作為本發明之轉動臂、第1臂12作為本發明之臂支承部而進行說明，但並不限於此。例如，亦可於第2臂14與第3臂16之間設置氣體彈簧，以第2臂14作為臂支承部，以第3臂16作為轉動臂。同樣地，亦可於第4臂18與第5臂20之間設置氣體彈簧，以第4臂18作為臂支承部，以第5臂20作為轉動臂。此處，本發明之機器人2係以多關節型機器人為例進行說明，但只要為具備臂支承部與轉動臂之關節型機器人即可。

圖5以圖表例示機器人2進行某動作時之氣體彈簧8之氣體壓力Pa之變化之情況。該圖表之橫軸為時間t（s），縱軸為壓力P（MPa）。藉由機器人2之第2臂14轉動，氣體彈簧8伸縮。藉由第2臂14之轉動，如圖5所示，氣體彈簧8之氣體壓力Pa增減。

[測試1] 圖6（a）表示藉由本發明之推定方法推定之氣體壓力與實際之氣體壓力Pa之差、及藉由習知之推定方法推定之氣體壓力與實際之氣體壓力Pa之差。於圖6（a）中，於M1至M12之不同之12種動作下，推定氣體彈簧8之氣體壓力。符號A所示之斜線之氣體壓力之差係基於本發明之推定方法者。符號B所示之斜線之氣體壓力之差係基於習知之推定方法者。於該習知之推定方法中，基於驅動馬達M2為驅動狀態且第2臂14為停止狀態下之實際電流值Im推定氣體壓力之減少壓力ΔP。求出基於該減少壓力ΔP之氣體壓力與實際之氣體壓力Pa之差。於圖6（a）中，初始設定狀態下之氣體彈簧8之氣體壓力係設為P1（11（MPa））。圖6（a）中壓力P作為基準線而以實線表示，壓力Pa＋1（MPa）與壓力Pa－1（MPa）係以一點鎖線表示。

如圖6（a）所示，12種動作中於M1、M2、M4、M5、M8、M10、M11及M12之8種動作下，藉由本發明之推定方法推定之氣體壓力之差小於藉由習知之推定方法推定之氣體壓力之差。進而，藉由本發明之推定方法推定之氣體壓力與氣體壓力Pa之差於任一動作下均為1（MPa）以下。與此相對，藉由習知之推定方法推定之氣體壓力與氣體壓力Pa之差於動作M11及動作M12下超過1（MPa）。本發明之推定方法與習知之推定方法相比，可高精度地推定氣體之減少狀態。

圖6（b）及圖6（c）中除了變更初始設定狀態下之氣體彈簧8之氣體壓力以外，以與圖6（a）中之推定方法同樣之方式求出氣體壓力之差。於圖6（b）中，將初始設定狀態下之氣體彈簧8之氣體壓力設為P2（9（MPa））。於圖6（c）中，將初始設定狀態下之氣體彈簧8之氣體壓力設為P3（7（MPa））。如該圖6（b）及圖6（c）所示，即便氣體彈簧8之氣體壓力降低，亦可藉由本發明之推定方法高精度地推定氣體之減少狀態。

[測試2] 圖7（a）表示藉由本發明之推定方法推定之氣體壓力與實際之氣體壓力Pa之關係。圖7（a）之氣體壓力係基於第2臂14處於轉動狀態時之實際電流值Im進行推定。於圖7（a）中，橫軸為時間t（s），縱軸為氣體壓力P相對於實際之氣體壓力Pa之比（P/Pa）。直線（Pa/Pa）表示實際之氣體壓力Pa與該氣體壓力Pa之比（Pa/Pa）之基準線。黑圓點所表示之點表示各推定之氣體壓力與氣體壓力Pa之比。

於圖7（a）中，二點鎖線表示之區域A1、A2及A3中所推定之氣體壓力之偏差與其他區域相比較小。該區域A1、A2及A3均係基於角加速度一定之狀態下測得之實際電流值Im（轉動實際電流值Ir）而推定。該區域A1、A2及A3表示基於驅動馬達M2之角加速度一定之狀態下之實際電流值Im所推定之氣體壓力中偏差較小。就高精度地推定氣體彈簧8之氣體之減少狀態之觀點而言，控制裝置10較佳為具備判定驅動馬達M2之角加速度之大小之功能。該控制裝置10較佳為基於不包括驅動馬達M2之角加速度變動時之實際電流值Im在內的該角加速度一定之狀態下之實際電流值Im推定氣體之減少狀態之功能。

於圖7（b）中表示藉由本發明之其他推定方法推定之氣體壓力與實際之氣體壓力Pa之關係。於該圖7（b）中，使用驅動馬達M2之角加速度之變動之大小為特定之絕對值以下時之實際電流值Im（轉動實際電流值Ir）。除此以外，以與圖7（a）之推定方法同樣之方式，求出所推定之氣體壓力與氣體壓力Pa之比。該圖7（a）與圖7（b）之縱軸及橫軸之刻度之大小相同而表示。圖7（b）與圖7（a）相比，所推定之氣體壓力之偏差較小。就高精度地推定氣體彈簧8之氣體之減少狀態之觀點而言，控制裝置10較佳為具備判定驅動馬達M2之角加速度之變動大小之功能。該控制裝置10較佳為基於不包括驅動馬達M2之角加速度之變動超過特定之絕對值時之實際電流值Im的該角加速度之變動為特定之絕對值以下時之實際電流值Im推定氣體之減少狀態之功能。

[測試3] 圖8表示藉由本發明之推定方法推定之氣體壓力與角度θc（參照圖3）之關係。於圖8中，橫軸為角度θc，縱軸為氣體壓力P相對於實際之氣體壓力Pa之比（P/Pa）。直線（Pa/Pa）表示實際之氣體壓力Pa與該氣體壓力Pa之比（Pa/Pa）之基準線。黑圓點所表示之點表示各推定之氣體壓力與氣體壓力Pa之比。

圖8表示於角度θc之絕對值較大之範圍內所推定之氣體壓力之偏差較小。所推定之氣體壓力之偏差於角度θc之絕對值為20°以上時明顯變小。該推定之氣體壓力之偏差於角度θc之絕對值為25°以上時進一步變小，於角度θc之絕對值為30°以上時尤其變小。

就高精度地推定該氣體之減少狀態之觀點而言，控制裝置10較佳為具備判定角度θc之絕對值之功能。控制裝置10較佳為基於該角度θc為特定之角度以上時之實際電流值Im推定氣體之減少狀態。該特定之角度較佳為20°以上，進而較佳為25°以上，尤佳為30°以上。

又，該圖8表示藉由利用氣體之壓縮率較大之氣體彈簧8推定減少壓力ΔP，可高精度地推定氣體之減少狀態。就該觀點而言，較佳為藉由所擔負之轉矩Tg較大之氣體彈簧8推定減少壓力ΔP。較佳為基於該第2臂14為產生氣體彈簧8所擔負之最大轉矩Tgmax之25%以上的轉矩Tg之姿勢時之實際電流值Im推定該減少壓力ΔP。

以上之說明終究為一例，可於不偏離本發明之本質之範圍內進行各種變更。

2‧‧‧機器人 4‧‧‧基台 6‧‧‧機械臂 8‧‧‧氣體彈簧 8b‧‧‧基端部 8c‧‧‧前端部 10‧‧‧控制裝置 12‧‧‧第1臂 14‧‧‧第2臂 16‧‧‧第3臂 18‧‧‧第4臂 20‧‧‧第5臂 22‧‧‧第6臂 24‧‧‧手部 L1、L2、L3、L4、L5、L6‧‧‧軸線 Pa‧‧‧第2臂14之轉動中心 Pb‧‧‧氣體彈簧8之基端部8b之轉動中心 Pc‧‧‧氣體彈簧8之前端部8c之轉動中心 S‧‧‧Pb距Pc之距離

圖1係表示本發明之一實施形態之間接型機器人之側視圖， 圖2（a）係表示圖1之機器人之氣體彈簧之使用狀態的說明圖，圖2（b）係表示該氣體彈簧之其他使用狀態之說明圖， 圖3係圖1之機器人之氣體彈簧之使用狀態的說明圖， 圖4（a）係圖1之機器人之初始設定狀態下的氣體彈簧之轉矩與驅動馬達之轉矩之關係的說明圖，圖4（b）係氣體之減少狀態下的氣體彈簧之轉矩與驅動馬達之轉矩之關係的說明圖， 圖5係表示圖1之機器人之動作中的氣體彈簧之壓力Pa之變化情況的說明圖， 圖6（a）係表示使用圖1之機器人於氣體壓力P1下藉由本發明之推定方法獲得之氣體壓力與藉由習知之推定方法獲得之氣體壓力之圖表，圖6（b）係表示於其他氣體壓力P2下藉由本發明之推定方法獲得之氣體壓力與藉由習知之推定方法獲得之氣體壓力之圖表，圖6（c）係表示於進而其他氣體壓力P3下藉由本發明之推定方法獲得之氣體壓力與藉由習知之推定方法獲得之氣體壓力之圖表， 圖7（a）係表示使用圖1之機器人而藉由本發明之推定方法獲得之氣體壓力之分佈之圖表，圖7（b）係表示藉由本發明之其他推定方法獲得之氣體壓力之分佈之圖表， 並且， 圖8係表示使用圖1之機器人而藉由本發明之推定方法獲得之氣體壓力與第2臂之角度θc之關係之圖表。

2‧‧‧機器人

4‧‧‧基台

6‧‧‧機械臂

8‧‧‧氣體彈簧

8b‧‧‧基端部

8c‧‧‧前端部

10‧‧‧控制裝置

12‧‧‧第1臂

14‧‧‧第2臂

16‧‧‧第3臂

18‧‧‧第4臂

20‧‧‧第5臂

22‧‧‧第6臂

24‧‧‧手部

L1、L2、L3、L4、L5、L6‧‧‧軸線

Pa‧‧‧第2臂14之轉動中心

Pb‧‧‧氣體彈簧8之基端部8b之轉動中心

Pc‧‧‧氣體彈簧8之前端部8c之轉動中心

S‧‧‧Pb距Pc之距離

Claims (5)

1. 一種關節型機器人，其具備：臂支承部；轉動臂，其由上述臂支承部可轉動地支承；驅動馬達，其轉動上述轉動臂；氣體彈簧，其支承作用於上述轉動臂之荷重而減輕上述驅動馬達之負荷；以及控制裝置，且上述控制裝置具備：判定上述轉動臂處於轉動狀態之功能；及根據上述轉動臂處於轉動狀態之判定，不使用處於停止狀態時之上述驅動馬達之實際電流值，而基於動摩擦力發揮作用之上述轉動臂處於轉動狀態時之上述驅動馬達之實際電流值與理論電流值之比較而推定上述氣體彈簧之氣體之減少狀態之功能。
2. 如請求項1所述之關節型機器人，其中上述控制裝置具備判定上述驅動馬達之角加速度之變動大小之功能。
3. 如請求項1所述之關節型機器人，其中上述控制裝置使用上述轉動臂為產生上述氣體彈簧所擔負之最大轉矩之25%以上的轉矩之姿勢時之實際電流值。
4. 如請求項2所述之關節型機器人，其中上述控制裝置使用上述轉動臂為產生上述氣體彈簧所擔負之最大轉矩之25%以上的轉矩之姿勢時之實際電流值。
5. 一種氣體減少量推定方法，其係於關節型機器人中推定氣體彈簧之氣體之減少狀態的方法，上述關節型機器人具備：轉動臂；驅動馬達，其 轉動上述轉動臂；及上述氣體彈簧，其支承作用於上述轉動臂之荷重而減輕上述驅動馬達之負荷，上述氣體減少量推定方法包括：實際電流值獲得步驟，其獲得上述驅動馬達之實際電流值；及推定步驟，其基於上述實際電流值推定上述氣體彈簧之氣體之減少狀態，且於上述實際電流值獲得步驟中，判定上述轉動臂處於轉動狀態，不使用處於停止狀態時之上述驅動馬達之實際電流值，而獲得動摩擦力發揮作用之上述轉動臂處於轉動狀態時之上述實際電流值，於上述推定步驟中，基於上述實際電流值獲得步驟中所獲得之上述實際電流值與理論電流值之比較而推定上述氣體彈簧之氣體之減少狀態。

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