多關節機器人的彈性變形補償控制裝置以及控制方法
【專利摘要】在彈性變形補償控制裝置(10)中，第1動態特性運算部(300)對從電動機角度指令值計算部(600)輸出的電動機角度指令值(θmc)進行濾波處理，并輸出處理后的電動機角度目標值(θmd)。第2動態特性運算部(400)具備具有低于第1動態特性運算部(300)的截止頻率的高頻阻隔特性，對來自軸力轉矩計算部(200)的輸出進行濾波處理，并輸出處理后的軸力轉矩補償值(fd)。
【專利說明】多關節機器人的彈性變形補償控制裝置以及控制方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及例如用在電弧焊接中的多關節機器人的控制，特別涉及能以較高軌跡 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】
[0002] 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。過去以來，該 擺動焊接通過使焊炬自身左右搖動，或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。
[0003] 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。以此，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，使這樣的多關節機器人的各軸動作的電動機經由減速器與臂結合。在 對由于該減速器的剛性不足等而引起的彈性變形進行修正的情況下，電動機按照指令值那 樣進行動作為前提。但是，由于前饋等未發揮充分的功能，因此電動機按照指令值那樣動作 幾乎不可能，彈性變形補償未充分發揮功能。關于這樣的多關節機器人的彈性變形補償控 制，公知以下那樣的技術。
[0004] 日本特開昭61-201304號公報（專利文獻1)公開了一種在減速器等的關節群的 機械性剛性較低的情況下也針對位置指令值來對機器人臂進行高精度的位置控制的方法。 在該位置控制方法中，通過將構成機器人的各臂的位置指令值、對該位置指令值進行一階 微分而得到的速度、進行二階微分而得到的加速度代入到考慮了各臂間的關節的機械性剛 性的機器人臂的運動方程式，來算出施加在各關節的轉矩。然后，通過用求得的轉矩除以作 為常數或函數或控制裝置內的表而賦予的各關節的機械性彈力剛性來求取基于各關節的 機械性剛性的撓曲角。通過使求得的撓曲角與位置指令值相加從而抵消各關節的撓曲，來 設定新的位置指令值。
[0005] 另外，日本特開2005-186235號公報（專利文獻2)公開了一種即使干涉力發揮作 用、各軸也按照指令動作的機器人的控制裝置。該控制裝置是由相互干涉的多軸構成的機 器人的控制裝置，機器人具備由電動機、經由減速器等與電動機結合的臂、檢測電動機的位 置的電動機位置檢測器構成的用于使各軸按每個軸的指令而動作的位置控制部以及速度 控制部。該控制裝置具備：通過計算根據自軸的指令來求取作用于其它軸的干涉力的干涉 力計算部；和根據自軸的指令和從其它軸作用的干涉力的計算值來求取即使在有從其它軸 作用的干涉力的情況下也使自軸按照指令動作的電動機轉矩指令信號的非干涉轉矩信號 制成部。控制裝置還具備：根據自軸的指令和從其它軸作用的干涉力的計算值來求取即使 在有從其它軸作用的干涉力的情況下也使自軸按照指令動作的電動機位置信號的非干涉 位置信號制成部。
[0006] 現有技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻I JP日本特開昭61-201304號公報
[0009] 專利文獻2 JP日本特開2005-186235號公報


【發明內容】

[0010] 發明要解決的課題
[0011] 在上述的專利文獻1中，根據關節角目標值等算出因減速器等的剛性不足而產生 的撓曲（彈性變形），在對電動機的角度指令值加上彈性變形量來補償該彈性變形，由此謀 求位置精度的改善。但是，由于未如上述那樣進行良好的前饋控制等，因此不能使電動機按 照指令值動作，彈性變形補償未充分發揮功能。
[0012] 另外，在專利文獻2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。
[0013] 即，在現有技術中，未解決以下的問題。
[0014] (1)在機器人的固有振動較低的狀態下，由于不能使彈性變形補償以及軸力轉矩 補償有效地發揮作用，因此不能對彈性變形的影響進行補償，這導致了精度變差。
[0015] (2)在有伺服控制部的相位滯后的狀態下，由于不能使彈性變形補償控制有效地 發揮作用，因此不能對彈性變形的影響進行補償，這導致了精度變差。
[0016] (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，這導致 了軌跡精度的變差。
[0017] (4)在指令值的計算周期慢于伺服控制部中的計算周期時產生的相位差，導致了 軌跡精度的變差。
[0018] (5)在焊接機器人的擺動動作中，使在擺動周期的相位滯后以及增益特性在各軸 一致是非常重要的，但因減速器所引起的彈性變形導致的伺服特性變化和按每個軸的特性 的差異，使相位/增益特性在高頻擺動動作中一致是非常困難的。


【發明內容】
[0019]
[0020] 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 中補償各軸的彈性變形的影響從而能以較高軌跡精度進行擺動等動作的多關節機器人的 彈性變形補償控制裝置以及控制方法。
[0021] 解決課題的手段
[0022] 為了解決上述課題，本發明所涉及的多關節機器人的彈性變形補償控制裝置采取 以下的技術手段。
[0023] S卩，本發明所涉及的多關節機器人的彈性變形補償控制裝置驅動多個關節軸，以 使安裝于將驅動多關節機器人的關節軸的電動機和臂經由彈性變形的減速器而結合的多 關節機器人的工具進行所期望的動作。該彈性變形補償控制裝置特征在于，具備：關節角 度指令值計算部，其算出并輸出用于實現所期望的工具動作的各關節軸的關節角度指令值 Θ Ic ;軸力轉矩計算部，其基于動力學模型，根據關節角度指令值Θ Ic來算出并輸出按照 所述關節角度指令值Θ Ic而動作時產生的作用于各關節軸的軸力轉矩fc ;電動機角度指 令值計算部，其基于包含關節軸的剛性參數的參數，根據關節角度指令值Θ Ic和軸力轉矩 fc來算出并輸出電動機角度指令值Θ mc ;第1動態特性運算部，其具備具有低于機器人的 固有振動頻率的截止頻率的高頻阻隔特性，對所述電動機角度指令值Θ me進行濾波處理， 并輸出處理后的電動機角度目標值θπκ?;電動機角度控制部，其輸入所述電動機角度目標 值Θ md，作為針對所述電動機的目標值；第2動態特性運算部，其具備具有低于或等于所述 第1動態特性運算部的截止頻率的高頻阻隔特性，對向所述軸力轉矩計算部的輸入以及來 自所述軸力轉矩計算部的輸出的至少任一者進行濾波處理，并輸出處理后的軸力轉矩補償 值fd ;和電動機電流控制部，其輸入在從所述電動機角度控制部輸出的電動機轉矩指令值 中加上所述軸力轉矩補償值fd而得到的值，作為目標值。
[0024] 彈性變形補償控制裝置能優選地構成為：將所述電動機角度控制部的響應較慢的 軸的第1動態特性運算部的相位滯后賦予得比所述電動機角度控制部的響應快的軸的第1 動態特性運算部的相位滯后短。
[0025] 彈性變形補償控制裝置能進一步優選構成為：基于包含位置反饋增益以及速度 反饋增益的至少任一者的參數來算出從沒有各軸間的軸力的狀態下的電動機角度目標值 θπκ!到實際的電動機角度0 m為止的反饋控制動態特性，且構成為：將所述第1動態特性 運算部的特性賦予成使所述第2動態特性運算部中的截止頻率低于所述第1動態特性運算 部中的截止頻率，并與將所述第2動態特性運算部中的特性除以所述反饋控制動態特性而 得到的特性對應。
[0026] 彈性變形補償控制裝置能進一步優選構成為：在考慮所述電動機電流控制部的電 流控制特性的情況下，將所述第1動態特性運算部的特性賦予成與將所述第2動態特性運 算部中的特性除以所述反饋控制動態特性再乘以電流控制特性而得到的特性對應。
[0027] 彈性變形補償控制裝置能進一步優選構成為：在所述電動機角度指令值計算部中 的計算周期慢于所述電動機角度控制部中的控制周期的情況下，在所述電動機角度指令值 計算部中，使軸力轉矩計算值或彈性變形量計算值與關節角度指令值的相位差一致，根據 相位修正后的軸力轉矩計算值或彈性變形量計算值和相位修正后的關節角度指令值來算 出電動機角度指令值。
[0028] 另外，本發明的另外方式所涉及的多關節機器人的彈性變形補償控制方法構成為 包括：關節角度指令值計算步驟，算出并輸出用于實現所期望的工具動作的各關節軸的關 節角度指令值Θ Ic;軸力轉矩計算步驟，基于動力學模型，根據關節角度指令值0 1c來算 出按照所述關節角度指令值Θ Ic而動作時產生的作用于各關節軸的軸力轉矩fc ;電動機 角度指令值計算步驟，基于包含關節軸的剛性參數的參數，根據關節角度指令值Θ Ic和軸 力轉矩fc來算出并輸出電動機角度指令值Θ mc ;第1動態特性運算步驟，具備具有低于機 器人的固有振動頻率的截止頻率的高頻阻隔特性，對所述電動機角度指令值Θ me進行濾 波處理，并輸出處理后的電動機角度目標值emd;電動機角度控制步驟，其輸入所述電動 機角度目標值Θ md，作為針對所述電動機的目標值；第2動態特性運算步驟，具備具有低于 或等于所述第1動態特性運算步驟的截止頻率的高頻阻隔特性，對向所述軸力轉矩計算步 驟的輸入以及來自所述軸力轉矩計算步驟的輸出的至少任一者進行濾波處理，并輸出處理 后的軸力轉矩補償值fd ;和電動機電流控制步驟,輸入在從所述電動機角度控制步驟輸出 的電動機轉矩指令值中加上所述軸力轉矩補償值fd而得到的值，作為目標值。
[0029] 發明效果
[0030] 通過使用本發明所涉及的彈性變形補償控制裝置或控制方法，在具備多軸的多關 節機器人中補償各軸的彈性變形的影響，從而能以較高軌跡精度進行擺動等動作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1是表示運用本發明的實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置的多關節機 器人的整體構成的概略圖。
[0032] 圖2是本發明的第1實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置的控制框圖。
[0033] 圖3是表示由圖2所示的控制框圖所控制的多關節機器人的擺動軌跡的圖。
[0034] 圖4是現有技術所涉及的彈性變形補償控制裝置的控制框圖。
[0035] 圖5是表示由圖4所示的控制框圖所控制的多關節機器人的擺動軌跡的圖。
[0036] 圖6是現有技術所涉及的其它彈性變形補償控制裝置的控制框圖。
[0037] 圖7是表示由圖6所示的控制框圖所控制的多關節機器人的擺動軌跡的圖。
[0038] 圖8是表示由本發明的第2實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置（與圖2的 動態特性不同的特性）所控制的多關節機器人的擺動軌跡的圖。
[0039] 圖9是本發明的第2實施方式的變形例所涉及的彈性變形補償控制裝置的控制框 圖。
[0040] 圖10是由本發明的第3實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置（與圖2的動 態特性不同的特性）所控制的多關節機器人的擺動軌跡的圖。
[0041] 圖11是表示由本發明的第4實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置（按每個 軸來變更動態特性）所控制的多關節機器人的擺動軌跡的圖。
[0042] 圖12是本發明的第5實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置的控制框圖。
[0043] 圖13是本發明的第5實施方式的變形例所涉及的彈性變形補償控制裝置的控制 框圖。
[0044] 圖14是本發明的第6實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置的控制框圖。
[0045] 圖15是本發明的第6實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置其它控制框圖。

【具體實施方式】
[0046] 以下，基于附圖詳細說明本發明的實施方式所涉及的多關節機器人的彈性變形補 償控制裝置以及控制方法。另外，在以下的說明中，對同一部件標注同一標號，它們的名稱 以及功能也相同。因此，不再重復對它們的詳細的說明。另外，以下，作為控制對象，而說明 使焊炬掀動動作（擺動動作）的多關節機器人，但這只是一例。本發明所涉及的彈性變形 補償控制裝置能廣泛運用在用于驅動多個關節軸的控制中，在該控制中，使將安裝在驅動 多關節機器人的關節軸的電動機和臂經由彈性變形的減速器結合的多關節機器人的工具 進行所期望的動作。
[0047] 〈第1實施方式〉
[0048] [整體構成]
[0049] 首先，說明運用本實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置的垂直多關節機器人 (以下有時僅記載為多關節機器人）的概要。
[0050] 圖1是使焊炬進行掀動動作（擺動動作）的機器人的一例，是表示運用本實施方 式所涉及的彈性變形補償控制裝置的多關節機器人1的概要的圖。該多關節機器人1是垂 直多關節型且具備Jl?J6這6個關節，通過從設置于J6的軸的前端焊炬送出的焊絲進行 電弧焊接。該多關節機器人1將預先確定的焊接開始點與焊接結束點之間設定為焊接作業 區間，在連結焊接開始點和焊接結束點的焊接線方向上移動，并對焊絲進行設置，以使其以 預先確定的振幅以及頻率進行掀動的動作（擺動動作）。
[0051] 這樣的多關節機器人1除了圖示的多關節機器人1的主體以外，還包含：具有示教 器且對各軸進行伺服控制的控制裝置（伺服控制部）；和上級計算機（上級CPU)。通過這 些控制裝置以及上級計算機實現本實施方式所涉及的軌跡控制裝置。
[0052] 控制裝置（伺服控制部）按照預先示教的程序對設置于多關節機器人1的焊炬進 行控制，以使其仿效上述的焊接線以擺動動作移動。示教程序有使用與控制裝置連接的示 教器來制成的情況、和使用利用了上級計算機的離線示教系統來制成的情況。不管是哪種 情況，示教程序都是在實際的動作前預先制成。在上級計算機中，生成焊接通道，或生成基 于它的擺動動作指令。
[0053] [控制塊]
[0054] 圖2表示控制圖1的多關節機器人1的彈性變形補償控制裝置10的控制框圖。如 上述那樣，該彈性變形補償控制裝置10構成為包括以上位CPU實現的部分和以伺服控制部 實現的部分。
[0055] 如圖2所示那樣，該彈性變形補償控制裝置10驅動多個關節軸，以使安裝在多關 節機器人1的工具（在此為焊炬）進行所期望的動作（在此為擺動動作）。
[0056] 該彈性變形補償控制裝置10具備以上級CPU實現的：關節角度指令值計算部 1〇〇、軸力轉矩計算部（圖示為"軸力FF"）200、和電動機角度指令值計算部（圖示為"彈性 變形補償")600。而且，彈性變形補償控制裝置10具備以伺服控制部實現的：第1動態特性 運算部（圖示為"動態特性（1) ") 300、第2動態特性運算部（圖示為"動態特性（2) ") 400、 和反饋控制部（圖示為"伺服控制FB特性"）500。反饋控制部500構成為包括電動機角度 控制部510以及電動機電流控制部（圖示為"電流控制"）520。另外，以下，控制塊中的要 素的特性在未記載為動態特性的情況下也全都是動態特性。另外，記載"FB"是指反饋，記 載" FF "是指前饋。
[0057] 關節角度指令值計算部100算出用于實現焊炬的擺動動作的各關節軸的關節角 度指令值Θ lc，并輸出。
[0058] 軸力轉矩計算部200基于動力學模型，根據關節角度指令值Θ Ic來算出按照從關 節角度指令值計算部100輸出的關節角度指令值Θ Ic動作時產生的作用于各關節軸的軸 力轉矩fc，并輸出。
[0059] 電動機角度指令值計算部600基于包含關節軸的剛性參數的參數，根據關節角度 指令值Θ Ic和軸力轉矩fc來算出電動機角度指令值Θ mc，并輸出。
[0060] 更詳細地，軸力轉矩計算部200基于關節角度指令值Θ Ic來算出按照指令值動作 時作用于各軸的軸力轉矩fc。電動機角度指令值計算部600基于軸剛性K和粘性B等（由 于粘性較小，因此能省略），根據軸力轉矩fc來算出彈性變形量ec。然后，電動機角度指令 值計算部600根據關節角度指令值Θ Ic和彈性變形量ec來算出電動機角度指令值Θ mc。
[0061] 第1動態特性運算部300對從電動機角度指令值計算部600輸出的電動機角度指 令值0 mc進行濾波處理，并輸出處理后的電動機角度目標值θπκ!。該第1動態特性運算部 300具備具有低于多關節機器人1的固有振動頻率的截止頻率的高頻阻隔特性。
[0062] 第2動態特性運算部400對向軸力轉矩計算部200的輸入以及來自軸力轉矩計算 部200的輸出的至少任一者進行濾波處理，并輸出處理后的軸力轉矩補償值fd。另外，在圖 2中，第2動態特性運算部400對來自軸力轉矩計算部200的輸出進行了濾波處理。該第2 動態特性運算部400具備具有低于或等于第1動態特性運算部300的截止頻率的高頻阻隔 特性。
[0063] 對電動機角度控制部510輸入電動機角度目標值Θ md，以作為針對電動機的目標 值。
[0064] 對電動機電流控制部520輸入將從電動機角度控制部510輸出的電動機轉矩指令 值與從第2動態特性運算部400輸出的軸力轉矩補償值fd相加的值，以作為目標值。
[0065] 圖2所示的框圖中示出的彈性變形補償控制裝置10具備以下的特征。
[0066] 在非線性項的軸力轉矩計算部200之前以及/或者之后（在此僅為之后）配置了 第2動態特性運算部400。由該第2動態特性運算部400賦予了阻隔第1動態特性運算部 300的高頻阻隔特性以上的高頻帶的特性。在此，第2動態特性運算部400的截止頻率低于 或等于第1動態特性運算部300的截止頻率。
[0067] 通過如此構成，能通過第1動態特性運算部300抑制含有包含在關節角度指令值 Θ Ic中的固有振動分量的高頻。進而，能由第2動態特性運算部400抑制含有包含在軸力 轉矩fc中的固有振動分量的高頻。由此，能抑制在多關節機器人1產生的高頻振動。
[0068] 另外，在多關節機器人1中，在即使于XYZ空間進行低頻動作、奇異點近旁等的雅 可比矩陣（Jacobian)也會劇烈地發生變化之處，若對于關節角度發生變化，則會產生2倍 或3倍分量的高頻。進而，即使在關節角度空間進行低頻動作，也由于非線性項有速度的平 方項等，因此產生關節角度的2倍或3倍分量的高頻。由此，將作為非線性項的來自軸力轉 矩計算部200的輸出即軸力轉矩fc用具備第1動態特性運算部300的高頻阻隔特性以上 的高頻阻隔特性的第2動態特性運算部400進行處理，以作為軸力轉矩補償值fd。由此，進 一步抑制了在多關節機器人1廣生的1?頻振動。
[0069][控制特性（擺動軌跡）]
[0070] 說明使用具備以上那樣的構成的彈性變形補償控制裝置10來控制多關節機器人 1的情況下的控制特性（擺動軌跡）。
[0071] 圖3示出作為第2動態特性運算部400的高頻阻隔特性賦予了與第1動態特性運 算部300相等的高頻阻隔特性的情況下的擺動軌跡。
[0072] 當對此進行評價時，首先說明現有技術（控制框圖以及擺動軌跡）。
[0073] 圖4表示最一般的多關節機器人的控制框圖。如圖4所示那樣，該控制塊包括位 置控制部（Gp)、速度控制部（Gv)和電流控制部。位置控制部對關節角度進行反饋控制，對 角度偏差進行比例控制（P控制），作為速度指令而對速度控制部進行指令。速度控制部對 關節角速度進行反饋控制，對與所賦予的速度指令的偏差進行比例積分控制（PI控制），作 為電流控制指令對電流控制部進行指令。電流控制部基于賦予的電流控制指令而對電動機 電流進行控制。
[0074] 另外，多關節機器人由于機械的固有振動頻率較低，因此通過在圖4所示的第1動 態特性運算部（動態特性1)等中進行的濾波器處理來抑制了這些分量，以使得目標值中不 含激發固有振動的分量。
[0075] 其中，在多關節機器人中，在各軸間，干涉轉矩包含重力項等，作為非線性項c而 作用于各連桿。由于連桿和電動機經由作為彈簧要素發揮作用的減速器而結合，因此軸力 作用于連桿和電動機，以作為作用/反作用。特別在焊接機器人的擺動動作中，由于需要使 焊炬不上下抖動（不產生上下方向的運動）地在所期望方向上以所期望的振幅搖動，因此 需要非常高精度的動態控制。為此，該軸力以及彈性變形的影響甚大。
[0076] 圖5表示用在圖4的控制塊示出的控制裝置控制多關節機器人的情況下的擺動軌 跡。如該圖5所示那樣，若非線性項、軸力以及彈性變形發揮作用，則會產生上下方向的運 動，作為擺動動作完全不適合。為了對其進行抑制，考慮以目標值為基礎來算出軸力，進行 前饋補償。
[0077] 圖6表示基于這樣的思路的以目標值為基礎來實現現有技術所涉及的非線性前 饋補償的控制框圖。
[0078] 圖7表示用在圖6的控制塊示出的控制裝置控制多關節機器人的情況下的擺動軌 跡。由于這是以目標值為基礎的前饋補償，因此在相位滯后的影響下前饋定時會出現偏離， 反而成為使上下方向的運動變差的結果。
[0079] -般，在這樣的現有技術所涉及的控制中，由于反饋控制部（伺服控制反饋特性） 中的相位特性和增益特性按每個軸而不同，因此難以使前饋控制等的相位一致。為此，上述 那樣的軸力轉矩補償和彈性變形補償幾乎沒有實用化，難以抑制彈性變形等的影響。
[0080] 另外，在圖6中，由上級CPU進行了非線性前饋計算。由于非線性項的計算非常復 雜，計算量多，難以由伺服控制部計算，因此一般由上級CPU以目標值為基礎來進行。
[0081] 若與表示這樣的現有技術所涉及的控制的結果（擺動軌跡）的圖5以及圖7進行 比較，則本實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置10的結果（擺動軌跡）如圖3所示那 樣，雖然還發生上下動分量，但卻顯著抑制了上下動分量。另外，圖3是使第2動態特性運 算部400中的高頻阻隔特性與第1動態特性運算部300中的高頻阻隔特性等同的情況下的 結果。
[0082] 在本實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置10中，通過第1動態特性運算部 300來抑制含有包含在關節角度指令值Θ Ic中的固有振動分量的高頻。而且，通過第2動 態特性運算部400抑制含有包含在軸力轉矩fc中的固有振動分量的高頻。由此抑制了上 述的現有技術中的非線性項引起的振動。
[0083] 如以上那樣，根據本實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置，在多關節機器人 中能夠補償各軸的彈性變形的影響，從而能以較高軌跡精度進行擺動等動作。
[0084] 〈第2實施方式〉
[0085] 以下，說明本發明的第2實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置。另外，本實施 方式所涉及的彈性變形補償控制裝置在第1動態特性運算部300的賦予方式上，與上述的 第1實施方式所涉及的彈性變形補償控制裝置10不同。由于除此以外都與第1實施方式 相同，因此對與上述的說明重復的部分不再重復。
[0086] 在上述的第1實施方式中，對第2動態特性運算部400賦予了與第1動態特性運 算部300相等以上的高頻阻隔特性。在本實施方式中與第1實施方式同樣地以具有非常強 的高頻阻隔特性的方式賦予第2動態特性運算部400。另外，將第1動態特性運算部300賦 予為使第2動態特性運算部400的動態特性與在各軸伺服控制中想定的反饋特性的逆特性 相乘而得到的結果。這表示構成為將第1動態特性運算部300的特性賦予成與將第2動態 特性運算部400中的特性除以反饋控制動態特性而得到的特性對應。
[0087] 在圖2所示的控制塊的情況下，各軸伺服反饋控制的動態特性由以下的式⑴賦 予。另外，在以下所示的公式中，"動態特性1"表示第1動態特性運算部300中的動態特 性，"動態特性2"表示第2動態特性運算部400中的動態特性。
[0088] [公式 1]

【權利要求】
1. 一種多關節機器人的彈性變形補償控制裝置，通過電動機來驅動多個關節軸，以使 安裝于將所述電動機和臂經由彈性變形的減速器而結合的所述多關節機器人的工具進行 所期望的動作， 所述多關節機器人的彈性變形補償控制裝置的特征在于，構成為包括： 關節角度指令值計算部，其算出并輸出用于實現所述工具的所期望的動作的各關節軸 的關節角度指令值e lc ; 軸力轉矩計算部，其基于動力學模型，根據關節角度指令值0 lc來算出并輸出按照所 述關節角度指令值e lc而動作時產生的作用于各關節軸的軸力轉矩fc ; 電動機角度指令值計算部，其基于包含所述關節軸的剛性參數的參數，根據關節角度 指令值e lc和軸力轉矩fc來算出并輸出電動機角度指令值e me ; 第1動態特性運算部，其具備具有比所述多關節機器人的固有振動頻率低的截止頻率 的高頻阻隔特性，對所述電動機角度指令值eme進行濾波處理，并輸出處理后的電動機角 度目標值Q md ; 電動機角度控制部，其輸入所述電動機角度目標值9 md，以作為針對所述電動機的目 標值； 第2動態特性運算部，其具備具有低于或等于所述第1動態特性運算部的截止頻率的 高頻阻隔特性，對向所述軸力轉矩計算部的輸入以及來自所述軸力轉矩計算部的輸出的至 少任一者進行濾波處理，并輸出處理后的軸力轉矩補償值fd ;以及 電動機電流控制部，其輸入在從所述電動機角度控制部輸出的電動機轉矩指令值中加 上所述軸力轉矩補償值fd而得到的值，以作為目標值。
2. 根據權利要求1所述的多關節機器人的彈性變形補償控制裝置，其特征在于， 所述多關節機器人的彈性變形補償控制裝置構成為： 將所述電動機角度控制部的響應較慢的軸的第1動態特性運算部的相位滯后賦予得 比所述電動機角度控制部的響應較快的軸的第1動態特性運算部的相位滯后短。
3. 根據權利要求1所述的多關節機器人的彈性變形補償控制裝置，其特征在于， 所述多關節機器人的彈性變形補償控制裝置構成為：基于包含位置反饋增益以及速度 反饋增益的至少任一者的參數來算出從沒有各軸間的軸力的狀態下的電動機角度目標值 9 md到實際的電動機角度0 m為止的反饋控制動態特性， 所述多關節機器人的彈性變形補償控制裝置構成為：將所述第1動態特性運算部的特 性賦予成使所述第2動態特性運算部中的截止頻率低于所述第1動態特性運算部中的截止 頻率，并與將所述第2動態特性運算部中的特性除以所述反饋控制動態特性而得到的特性 對應。
4. 根據權利要求2所述的多關節機器人的彈性變形補償控制裝置，其特征在于， 所述多關節機器人的彈性變形補償控制裝置構成為：基于包含位置反饋增益以及速度 反饋增益的至少任一者的參數來算出從沒有各軸間的軸力的狀態下的電動機角度目標值 e md到實際的電動機角度e m為止的反饋控制動態特性， 所述多關節機器人的彈性變形補償控制裝置構成為：將所述第1動態特性運算部的特 性賦予成使所述第2動態特性運算部中的截止頻率低于所述第1動態特性運算部中的截止 頻率，并與將所述第2動態特性運算部中的特性除以所述反饋控制動態特性而得到的特性 對應。
5. 根據權利要求3所述的多關節機器人的彈性變形補償控制裝置，其特征在于， 所述多關節機器人的彈性變形補償控制裝置構成為：在考慮所述電動機電流控制部的 電流控制特性的情況下，將所述第1動態特性運算部的特性賦予成與將所述第2動態特性 運算部中的特性除以所述反饋控制動態特性再乘以電流控制特性而得到的特性對應。
6. 根據權利要求4所述的多關節機器人的彈性變形補償控制裝置，其特征在于， 所述多關節機器人的彈性變形補償控制裝置構成為：在考慮所述電動機電流控制部的 電流控制特性的情況下，將所述第1動態特性運算部的特性賦予成與將所述第2動態特性 運算部中的特性除以所述反饋控制動態特性再乘以電流控制特性而得到的特性對應。
7. 根據權利要求1?6中任一項所述的多關節機器人的彈性變形補償控制裝置，其特 征在于， 所述多關節機器人的彈性變形補償控制裝置構成為：在所述電動機角度指令值計算部 中的計算周期慢于所述電動機角度控制部中的控制周期的情況下，在所述電動機角度指令 值計算部中，使軸力轉矩計算值或彈性變形量計算值與關節角度指令值的相位差一致，根 據相位修正后的軸力轉矩計算值或彈性變形量計算值和相位修正后的關節角度指令值來 算出電動機角度指令值。
8. -種多關節機器人的彈性變形補償控制方法，通過電動機來驅動多個關節軸，以使 安裝于將所述電動機和臂經由彈性變形的減速器而結合的多關節機器人的工具進行所期 望的動作， 所述多關節機器人的彈性變形補償控制方法的特征在于，構成為包括： 關節角度指令值計算步驟，算出并輸出用于實現所述工具的所期望的動作的各關節軸 的關節角度指令值e lc ; 軸力轉矩計算步驟，基于動力學模型，根據關節角度指令值0 lc來算出并輸出按照所 述關節角度指令值e lc而動作時產生的作用于各關節軸的軸力轉矩fc ; 電動機角度指令值計算步驟，基于包含所述關節軸的剛性參數的參數，根據關節角度 指令值e lc和軸力轉矩fc來算出電動機角度指令值e me ; 第1動態特性運算步驟，具備具有比所述多關節機器人的固有振動頻率低的截止頻率 的高頻阻隔特性，對所述電動機角度指令值e me進行濾波處理，并輸出處理后的電動機角 度目標值Q md ; 電動機角度控制步驟，輸入所述電動機角度目標值emd，以作為針對所述電動機的目 標值； 第2動態特性運算步驟，具備具有低于或等于所述第1動態特性運算步驟的截止頻率 的高頻阻隔特性，對向所述軸力轉矩計算步驟的輸入以及來自所述軸力轉矩計算步驟的輸 出的至少任一者進行濾波處理，并輸出處理后的軸力轉矩補償值fd ;和 電動機電流控制步驟，輸入在從所述電動機角度控制步驟輸出的電動機轉矩指令值中 加上所述軸力轉矩補償值fd而得到的值，以作為目標值。
【文檔編號】B23K9/095GK104349873SQ201380028233
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年5月30日 優先權日:2012年5月30日
【發明者】西田吉晴, 和田堯, 井上芳英, 稻田修一 申請人:株式會社神戶制鋼所