[发明专利]机器人控制方法

说明书

本发明涉及一种在位置控制与柔性控制之间转换时进行工作的机器人的控制方法。

另外，本发明涉及一种机器人或类似物的柔性控制方法，尤其涉及一种能根据一个工作坐标系中的力与力矩的设定值来限制用于驱动关节的伺服电动机的生成力的机器人柔性控制方法，特别是本发明涉及一种能在有外力施加于其上时灵活地跟随外力的机器人柔性控制方法，跟随动作是通过限制位置速度控制系统的增益或通过限制根据力矩极值生成驱动关节的伺服电动机的力来实现的，本发明尤其还涉及一种控制位置速度控制系统的增益或者通过力矩控制来限制控制关节的伺服电动机的生成力的柔性控制方法，通过所述的控制工作与限制工作，改变了用来控制机器人的仪器中柔性控制系统对于一个外力的柔性。还有，本发明涉及一种能够在机器人的柔性控制期间监视伺服偏差并在异常工作时中断工作或将这种工作变成另一种工作的伺服控制机器人柔性控制方法。

图1表示出一个电动机的位置/速度控制系统，它已广泛地用于控制机器人的关节。参考符号“S”代表一个拉普拉斯算符。

在该位置/速度控制系统中，将速度控制环增益Kv111和位置环增益Kp110设定得尽可能高，以便进行与摩擦力和外力相反的位置控制。另外，使积分器113与比例控制器112并联，由此进行控制以改善其特性。采用这样一种控制系统，甚至在有外力的情况下也能够准确地将机器人的末端定位于它们的目标位置。

但是，前述机器人不能解决在接受一个从外部施加的强力时进行工作的应用问题。例如，在传统的位置控制机器人要进行灵活地接收从外部机器施加的力的工作并且通过机器人抓取和推动工件的情况下，要完成这些工作会很困难。

具体地说，当在这种控制系统中进行涉及与工件相接触的工作时，速度控制环的输出值即力矩参量变大，从而在发生工件的位置偏移时产生过载状态，这是因为将增益设定为一个较大的值以便增强积分器的稳定性和作用。这样，会很难进行上述工作。为了解决这些问题，已采用了一种力控制系统，其中在机器人的末端装有用来吸收作用力的浮动装置(float instrument)或例如具有机械柔性的RCC这样的专用装置，或者装有力传感器[第一种已有技术]。对于进行柔性控制而无需为机器人增加专用装置的方法来说，公开号为6-332538的日本专利申请案已公开了一种用来减小伺服增益的方法[第二种已有技术，见图2]。还有，第7-20941号日本专利中请案已公开了一种能够设定工作坐标系中柔性的方法[第三种已有技术，图中未示]。

第二种已有技术涉及一种柔性伺服控制方法，该方法借助人力移动被驱动的物体，用伺服电动机驱动该被驱动的物体，并且使其远离障碍物。在该方法中，当开始柔性控制时，按照设定的柔性程度降低速度控制环的位置增益Kp110a和比例增益Kv112a。还有，将来自速度控制环的积分器113的输出限定在设定箝位值。因此，尽管位置偏差量增长，力矩参考也不会有一个很大的值，从而可用人力移动要由伺服电动机驱动的被驱动的物体。在障碍物处于被驱动物体的移动路径中的情况下，第二种已有技术是一种能够在用人力避开障碍物的同时移动被驱动物体的技术。

第三种已有技术涉及一种柔性伺服控制方法，该方法能够通过设定工作坐标系上的柔性改变设置于每个坐标轴上的机器人伺服系统的增益。在包括位置控制环和速度控制环的控制系统中控制的伺服电动机的控制方法中，第三种已有技术是一种其中把在工作坐标系上设定的柔性转换为每个坐标轴上伺服电动机的伺服增益Kp110a和Kv112a的技术，其中所述的伺服电动机位于工作坐标系中，用由柔性转换的伺服增益Kp和Kv驱动伺服电动机，用人力能够移动要由伺服电动机驱动的物体。

还有，已有这样一种机器人柔性控制系统，其中为减小环路增益而设置了对位置速度控制系统的输出进行限制的部分，当施加了比预定水平大的外力时改变机器人的姿态[第四种已有技术，图3]。

此外，如“Impedance Contro1 of a Direct Drive ManipulatorUsing no Force Sensor”，Tachi and Sakaki，Journal of JapanRobot Society，Vo1.7-3，1989，第172-184页所述，在一个控制系统中，其中独立地设有位置控制环、速度控制环和加速度控制环，把将它们相加所得的结果用作电动机的力矩指令，通过调节每个环的增益控制阻抗，所述阻抗为机械刚度、韧度和质量[第五种已有技术，见图4]。

前述已有技术具有以下缺点。