[发明专利]机器人控制装置及机器人控制方法

说明书

本发明的机器人控制装置具备：频率分离部(111)，其将力或转矩的指令值分离为低频分量和高频分量；频率分离部(122)，其将力或转矩的当前值分离为低频分量和高频分量；主控制部(11)，其基于频率分离部(111)得到的高频分量运算转矩的指令值的高频分量，基于频率分离部(111、122)得到的低频分量运算力控制的指令值，基于该力控制的指令值运算控制指令值；以及关节控制部(12)，其针对每个关节而设置，基于频率分离部(122)得到的高频分量及主控制部(11)得到的转矩的指令值的高频分量运算转矩控制的指令值，基于该转矩控制的指令值和该主控制部(11)得到的控制指令值运算对马达(21)的指令值，频率分离部(111、122)设置在主控制部(11)和关节控制部(12)的外部或内部。

技术领域

本发明涉及能够同时控制机器人的位置姿势和力的机器人控制装置及机器人控制方法。

背景技术

在垂直多关节机器人等机器人(机器人手臂)中，使用将位置姿势和力同时(并列)作为控制对象的机器人控制装置(例如参照专利文献1)。另外，位置姿势表示机器人的位置和姿势中的至少一方。图13～图15表示机器人控制装置1b的一例。

图13所示的机器人控制装置1b具有主控制部(上位控制器)11b以及多个关节控制部(下位控制器)12b。关节控制部12b针对机器人2所具有的每个关节而设置。此外，主控制部11b和各关节控制部12b之间通过通信线路连接。

另外，如图13所示，机器人2针对每个关节具有马达21和传感器22(转矩传感器23和编码器24)。马达21及传感器22分别通过电力线等与对应的关节控制部12b连接。转矩传感器23检测对应的关节的转矩的当前值。编码器24检测对应的关节的角度的当前值。此外，在图14中，仅示出了一组马达21、转矩传感器23和编码器24。

主控制部11b通过向各关节控制部12b输出指令值来控制机器人2整体。具体而言，主控制部11b根据力的指令值和位置姿势的指令值以及机器人2所具有的每个关节的转矩的当前值和角度的当前值，运算该每个关节的角速度的指令值。如图14及图15所示，主控制部11b具有力运算部111b、力控制部112b、位置姿势运算部113b、位置姿势控制部114b、指令值合成部115b及指令值变换部116b。

力运算部111b根据机器人2所具有的每个关节的转矩的当前值，运算机器人2的力的当前值。机器人2所具有的每个关节的转矩由关节坐标系表示，在该力运算部111b中，通过系数乘法部1111b将排列了每个关节的转矩的矢量乘以雅可比矩阵的转置的逆矩阵，将每个关节的转矩变换为由正交坐标系表示的力。在图15中，τ表示转矩的当前值，J表示雅可比矩阵，F表示力的当前值。

力控制部112b根据力的指令值以及由力运算部111b运算出的力的当前值来运算力控制的指令值。在该力控制部112b中，由偏差运算器1121b求出力的指令值与力的当前值之间的偏差，由系数乘法部1122b对偏差运算器1121b的运算结果的偏差乘以增益，从而得到力控制的指令值。在图15中，Fr表示力的指令值，G_F表示增益。

位置姿势运算部113b根据机器人2所具有的每个关节的角度的当前值，运算机器人2的位置姿势的当前值。机器人2所具有的每个关节的角度的当前值由关节坐标系表示，位置姿势运算部113b将每个关节的角度的当前值变换为由正交坐标系表示的位置姿势的当前值。在图15中，θ表示角度的当前值，X表示位置姿势的当前值。

位置姿势控制部114b根据位置姿势的指令值和由位置姿势运算部113b运算出的位置姿势的当前值，运算位置姿势控制的指令值。在该位置姿势控制部114b中，由偏差运算器1141b求出位置姿势的指令值和位置姿势的当前值之间的偏差，由系数乘法部1142b对偏差运算器1141b的运算结果乘以增益，从而得到位置姿势控制的指令值。在图15中，Xr表示位置姿势的指令值，G_Z表示增益。