嵌合装置的制作方法

专利名称：嵌合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用机器人进行顺应控制同时使两个工件嵌合的嵌合装置。
技术背景在使用机器人进行装配作业的场合，需要把工件定位在工作台上的规定 的位置，同时通过机器人高精度地使其他工件移动到该位置。但是，机器人把 持的工件和在工作台上固定的工件之间有位置误差以及姿势误差，这些误差有 时对于通过机器人进行的装配作业、特别是两个工件的嵌合作业等产生障碍。为解决该问题，在用于使两个工件互相嵌合的嵌合装置中， 一般使用RCC(远 程中心顺应)机构，该机构通过在机器人手臂和机械手之间中间安装弹簧或者 緩冲器(damper)等，使在机器人手臂的尖端安装的机械手的动作具有机械弹 性，即使有一些位置误差以及姿势误差也能自动地改变机械手中把持的工件的 位置以及姿势，使其和另一方的工件圆滑地嵌合。另外，如特公平4_43744 号公报、特公平6—83976号公报、特开平5—38637号公报以及特许第2604929 号公报等记载的那样，也使用顺应控制的方法，该方法通过机器人手臂的动作 的控制，使机器人像在机器人手臂和机械手之间有弹簧或者緩冲器等那样地动 作，得到和RCC机构同样的作用。在现有的顺应控制中，通过机器人手臂的机械手把持互相嵌合的两个工 件中的一方，并向另一方的工件按压，检测此时向在机械手中把持的工件作用 的力以及转矩，控制机器人手臂的动作， 一边校正机器人手臂的动作一边执行 嵌合动作，以使检测到的力以及转矩成为目标量。在校正机器人手臂的动作时， 在每一控制周期，通过对于检测到的力和作为目标的力之间的差分以及检测到 的转矩和作为目标的转矩之间的差分乘以力控制增益这样的参数，计算对于机 器人手臂的指令速度以及指令角速度，并根据通过计算求得的指令速度以及指 令角速度，使在机械手中把持的工件进行平移及旋转。因此，力控制增益表示 力控制的性能，力控制增益的值越大，机械手中把持的工件的位置以及姿势的校正越快。但是，当增大力控制增益时，机器人手臂的振动或者由工件彼此的接触 引起的振动也容易被放大，机器人手臂的动作容易振荡。因此，在现有的顺应 控制中，仅能够使力控制增益增大到由该振荡界限决定的值，在工件或者机器 人手臂的位置或者姿势中有初始误差的系统中，误差的校正需要很长的时间。 发明内容因此，本发明的目的是使得能够在使用顺应控制的嵌合装置中比现有方 式更加高速地执行稳定的嵌合。为实现上述目的，根据本发明，提供一种嵌合装置，其具有在尖端上安 装有把持工件的机械手的机器人手臂、用于检测机械手中把持的工件承受的力 以及转矩的力检测器、和用于控制机器人手臂的动作的控制装置，通过所述机 械手把持互相嵌合的两个工件中的一方，使其在嵌合方向上移动，根据所述力 检测器的输出进行顺应控制，以校正在所述机械手中把持的工件的位置以及姿 势，同时，使所述机械手中把持的工件与所述两个工件中的另一方嵌合，在该 嵌合装置中，所述控制装置具有动作指令制作部，其制作动作指令，使所述两个工件嵌合；以及动作指令修正部，其根据在所述两个工件的接触中通过所 述力检测器检测的力以及转矩的最大值或者所述两个工件初次接触时通过所 述力检测器检测的力以及转矩中的某一方，在通过所述力检测器检测的力以及 转矩成为预定的阈值以下为止，修正通过所述动作指令制作部制作的动作指 令，以校正相对于所述嵌合方向垂直的方向上的所述机械手的位置和围绕相对 于所述嵌合方向垂直的轴线转的所述机械手的姿势；所述控制装置遵照修正后 的动作指令控制所述4几器人手臂的动作，使所述两个工件互相嵌合。在本发明的嵌合装置中，控制装置在各控制周期中根据两个工件的接触 中通过力检测器检测到的力以及转矩的最大值或者两个工件初次接触时通过 力检测器检测到的力以及转矩，进行针对机器人手臂的动作指令的修正，直至 通过力检测器检测到的力以及转矩成为预定的阈值以下为止，校正相对于嵌合 方向垂直的方向上的机械手以及工件的位置、围绕相对于嵌合方向垂直的轴线 转的机械手以及工件的姿势。另外，在每一控制周期进行在机械手中把持的工 件上作用的力以及转矩的检测，但是检测到的力以及转矩仅在监视是否成为预5定的阈值以下时使用。因此，即使由于机器人手臂或者工件的振动而在力检测 器上产生噪声，也几乎不影响校正动作，与现有方式相比能够把力控制增益设 定为大的值。在上述嵌合装置中，优选所述动作指令修正部^"正动作指令，使通过所 述力检测器检测到的力以及转矩减小。例如，所述力检测器检测在相对于所述 嵌合方向垂直而且互相垂直的两轴方向上作用的力，所述动作指令修正部根据 通过所述力检测器检测到的两轴方向的力来修正动作指令，校正相对于所述嵌 合方向垂直的方向上的所述机械手的位置。另外，所述力检测器检测围绕相对 于所述嵌合方向垂直而且互相垂直的两轴转的转矩，所述动作指令修正部根据 通过所述力检测器检测的、围绕两轴转的转矩来修正动作指令，校正围绕相对 于所述嵌合方向垂直的轴线转的所述^a械手的姿势。优选所述动作指令修正部修正所述动作指令，直至通过所述力检测器检 测的力以及转矩成为0。另外，所述力检测器可以是力觉传感器。所述力检测器也可以根据驱动所述机器人手臂的驱动器的电流值，求所 述工件承受的力以及转矩。此外，在本申请中，术语"力控制增益"是通过下式定义的常数。关于力的力控制增益=指令速度(m/s) / (检测到的力-目标力)(Kgf) 关于转矩的力控制增益=指令角速度(rad/s) / (检测到的转矩-目标转 矩)(Kgfm )根据本发明，即使因为机器人手臂或者工件的振动而在力检测单元上产 生噪声，也不影响校正动作，与现有方式相比能够把力控制增益设定为大的值， 所以即使在工件或者机器人手臂上有初始误差，也能够比现有方式高速地校正 该误差。因此，能够以高速进行稳定的嵌合作业。


下面参照附图、根据本发明的优选的实施形态更加详细地说明本发明的 上述以及其他的目的、特征、优点。图l是表示本发明的嵌合装置的整体结构的立体图。 图2是本发明的嵌合装置的功能框图。图3是表示通过图1以及图2表示的嵌合装置进行的嵌合动作的过程的 流程图。图4A~图4D是表示通过图1以及图2表示的嵌合装置进行的嵌合动作 的过程的线图。图5是表示通过图1以及图2表示的嵌合装置进行的另一形态的嵌合动 作的过程的流程图。图6A以及B是在现有的顺应控制下的、工件^c受的转矩以及工件的姿 势随时间变化的图表。图7A以及B是在本发明的嵌合装置中采用的顺应控制下的、工件承受 的转矩以及工件的姿势随时间变化的图表。
具体实施方式
下面参照附图记述本发明的优选的实施形态。首先参照图l,说明本发明的嵌合装置IO的整体结构。嵌合装置IO具有可进行围绕多个轴转的动作的机器人手臂12、用于检测 力以及转矩的力检测器14、用于控制机器人手臂12的动作的控制装置16、和 用于载放工件Wl的工作台18。在机器人手臂12的尖端部设置有可把持以及 释放工件W2的机械手20。另外，在工作台18上，设置有用于固定工件W1 的固紧(damp)装置22,使能够可拆卸地固定应与在机械手20中把持的工 件W2嵌合的工件Wl。力检测器14被安装在机器人手臂12的手腕部，能够检测机械手20中把 持的工件W2承受的力F以及转矩M。例如，力检测器14可以安装在机器人 手臂12的尖端和机械手20之间，能够将该力监测器14作为检测正交的三轴 方向的力以及围绕正交的三轴转的转矩的六轴力觉传感器。但是，力检测器 14不限于六轴力觉传感器，也可以采用根据用于驱动机器人手臂12的电动机 等驱动器(未图示)的电流值来估计机械手20中把持的工件W2所承受的力 以及转矩的装置。互相嵌合的工件Wl 、 W2例如由具有圆筒形状的突出部24的工件W2、 和形成有与圆筒形状的突出部24对应的圆筒形状的嵌合孔26的工件Wl构 成。在图1表示的嵌合装置10中，用机械手20把持具有突出部24的工件W2,使突出部24对准在工作台18上固定的工件Wl的嵌合孔26的中心轴线 28并在和中心轴线28平行的嵌合方向上移动工件W2，由此把工件W2的突 出部24插入工件Wl的嵌合孔26中，使两个工件Wl、 W2嵌合。图2是本发明的嵌合装置10的功能框图，表示在嵌合装置10中使用的 控制装置16的细节。控制装置16，如图2所示，包含用于制作对于机器人手臂12以及机械手 20的动作指令的动作指令制作部30;和在一定条件下修正通过动作指令制作 部30制作的动作指令的动作指令修正部32。动作指令制作部30遵照预先输 入的程序等，制作对于机器人手臂12及其机械手20的动作指令，详细说制作 速度指令以及角速度指令，使在规定的位置用机械手20把持要互相嵌合的两 个工件W1、 W2中的一个工件W2，使该工件W2与固定在工作台18上的规 定位置的另一个工件Wl嵌合。另夕卜，动作指令修正部32由力控制增益部34、 力以及转矩保存部36构成。力以及转矩保存部36通过RAM等存储装置实现，存储或者保存在通过 机械手20把持的工件W2和固定在工作台18上的工件Wl的接触中通过力枱r 测器14检测到的力F以及转矩M的最大值F，、 M，，或者，存储或者保存在 通过机械手20把持的工件W2和固定在工作台18上的工件Wl初次接触时通 过力检测器14检测到的力F以及转矩M的值FO、 MO。另外，当输入保存在 力以及转矩保存部36中的力F，、 FO以及转矩M，、 MO和在工件Wl、 W2彼 此嵌合时应该通过力检测器14检测的目标力Fd以及目标转矩Md之间的差分 时，力控制增益部34通过在该输入上乘以力控制增益G，输出速度指令修正 量vc以及角速度指令修正量coc,该速度指令修正量vc以及角速度指令修正 量toe用于使机器人手臂12以及机械手20执行为了使通过力检测器14检测出 的力F以及转矩M接近目标力Fd以及目标转矩Md所需要的动作。动作指令修正部32,通过在由动作指令制作部30制作的速度指令v以及 角速度指令co上加上从力控制增益部34输出的速度指令修正量vc以及角速度 指令修正量coc,修正速度指令v以及角速度指令O)，并根据修正后的速度指 令v，以及角速度指令co，使机器人手臂12以及机械手20动作。通过动作指令 修正部32进行的动作指令的修正持续到通过力检测器14检测出的力F以及转矩M成为预定的阈值TF、 TM以下为止。下面参照图3~图5说明图1以及图2所示的嵌合装置10的动作。在以 下的说明中，假定Z轴指固定在工作台18上的工件Wl的嵌合孔26的中心轴 线28的方向，X轴以及Y轴指在和Z轴垂直的平面中互相垂直的方向。首先，把应通过操作者或者其他机器人等嵌合的一对工件Wl、 W2中的 一个工件Wl固定在工作台18上的规定的位置。机器人手臂12遵照动作指令 制作部30根据预定的程序等制作的动作指令，通过机械手20把持在规定的位 置配置的、成为嵌合对象的另一个工件W2，并使其移动到与固定在工作台18 上的工件Wl相对的位置，使固定在工作台18上的工件W1的嵌合孔26的中 心轴线28和通过机械手20把持的工件W2的突出部24的轴线对准。进而， 机器人手臂12在和工件Wl的嵌合孔26的中心轴线28平行的嵌合方向(即 Z轴方向)上移动工件W2，使其与工作台18上的工件Wl接触(步骤S100 )。 此外，动作指令包含用于使机械手20在X轴、Y轴以及Z轴方向上平移的速 度指令v(vx, vY, vz)、和使机械手分别围绕X轴、Y轴以及Z轴旋转的角 速度指令CO(COw, cop, coR),在嵌合时的速度指令v以及角速度指令co中，除 了嵌合方向的速度指令以外都成为0, Wvx=0、 vY=0、 cow=0、 g)p=0、 coR= 0。在使固定在工作台18上的工件Wl的嵌合孔26的中心轴线28和通过机 械手20把持的工件W2的突出部24的轴线正确地对准那样地配置有工件Wl 以及工件W2的场合，工件W2的突出部24被圆滑地插入工件Wl的嵌合孔 26中。亦即，在嵌合过程中作用于工件W2的力F (Fx， FY, Fz)以及转矩M(Mx, MY, Mz)在嵌合方向的分量以夕卜;t卩成为0 (亦即Fx=0、 Fy=0、 Mx = 0、 MY=0、 Mz=0)。因此，将在嵌合过程中应该作用于工件W2的目标力Fd(Fdx， FdY, Fdz)以及目标转矩Md (Mdx， MdY, Mdz)决定为在嵌合方向 以夕卜;t卩成为O (亦即Fdx-O、 FdY=0、 Mdx=0、 MdY=0、 Mdz=0)。但是， 一般固定在工作台18上的工件W1的位置以及姿势或者在机械手 20中把持的工件W2的位置以及姿势中有误差，所以固定在工作台18上的工 件Wl的嵌合孔26的中心轴线28和通过机械手20把持的工件W2的突出部 24的轴线不能正确地在一条直线上对准的状态下进行嵌合动作的情况很多。在这样的场合，当在扭4成手20中^l巴持的工件W2 4妄触到固定在工作台18上的 工件Wl时，力F以及转矩M作用于在机械手20中4巴持的工件W2上(步骤 S102)。例如，如图4A所示，在机械手20中把持的工件W2的突出部24的 轴线38相对于固定在工作台18上的工件W1的嵌合孔26的中心轴线28倾斜 的场合，当两工件W1、 W2接触时，如图4B所示，与嵌合方向垂直的方向的 力Fx、 FY和围绕与嵌合方向垂直的轴线转的转矩Mx、 My作用于在机械手20 中把持的工件W2上。当力检测器14检测到工件W2承受的力F以及转矩M 时，控制装置16控制机器人手臂12及其机械手20的动作，以使通过力检测 器14检测到的力F以及转矩M接近目标力Fd以及目标转矩Md。在本发明的嵌合装置10中，固定在工作台18上的工件Wl和在机械手 20中把持的工件W2的接触中通过力检测器14才企测的力F (Fx， FY， Fz )以 及转矩M (Mx, MY, Mz)的最大值被存储或者保存在力以及转矩保存部36 中。力以及转矩保存部36，在每一控制周期，对于通过力检测器14检测到的 力F (Fx, FY, Fz)以及转矩M (Mx， MY， Mz)和在力以及转矩保存部36 中存储或者保存的力F， (F，x, F，y， F，z)以及转矩M， (M，x, M，Y， M，z)，分 别比较对应的各分量，在通过力检测器14检测到的力F (Fx, FY， Fz)以及 转矩M (Mx， MY， Mz)的某一分量比在其时存储或者保存在力以及转矩保 存部36中的力F (F，x, F，y， F，z)以及转矩M， (M，x， M，Y, M，z)的对应的 分量大时，把存储或者保存的力F (F，x， F，y， F，z)以及转矩M， (M，x， M，Y， M，z)的其分量的值更新为通过力检测器14检测到的力F (Fx， FY， Fz)以及 转矩M(Mx， MY, Mz)的对应的分量的值，并将其进行存储或者保存。动作指令修正部32,对于Z轴方向的速度指令Vz,和现有的顺应控制相 同地通过在由力4企测器14 4企测到的Z轴方向的力Fz和Z轴方向的目标力Fdz 之间的差分上乘以关于Z轴方向的力的力控制增益Gz来计算速度指令修正量 vcz,并把通过计算求得的速度指令修正量vcz加在通过动作指令制作部30制 作的Z轴方向的速度指令Vz上，从而修正Z轴方向的速度指令。亦即遵照式 (1 )求修正后的Z轴方向的速度指令v，z。v,z=(Fz-Fdz) x Gz+vz (1)另一方面，因为工件W2的突出部24和工件Wl的嵌合孔26是圆筒形10状，围绕Z轴的旋转不具有意义，所以不需要求围绕Z轴转的角速度指令COR以及修正后的围绕Z轴转的角速度co，r。但是，在工件W2的突出部24和工 件Wl的嵌合孔26是非圆筒形状的场合，和现有的顺应控制同样通过下式求 修正后的围绕Z轴转的角速度(o，R即可。 co，R= (Mz _ Mdz) x GR+ cor式中，GK是关于围绕Z轴转的转矩的力控制增益。另外，动作指令修正部32,对于X轴方向的速度指令vx、 Y轴方向的速 度指令Vy、围绕X轴转的角速度指令cow、围绕Y轴转的角速度指令①p,通 过在力以及转矩保存部36中存储或者保存的力以及转矩的最大值F，、 M，和目 标力Fd、目标转矩Md之间的差分上乘以力控制增益G来计算速度指令修正量VCx、 VCy以及角速度指令修正量(OCw、 C0Cp,将通过计算求得的速度指令修 正量vcx、 vcy以及角速度指令修正量cocw、 (ocp分别加在由动作指令制作部30 制作的X轴方向的速度指令Vx、 Y轴方向的速度指令vy、围绕X轴转的角速 度指令COw、围绕Y轴转的角速度指令CDp上，从而修正X轴方向的速度指令 vx、 Y轴方向的速度指令vy、围绕X轴转的角速度指令cow、围绕Y轴转的角 速度指令(Dp。当考虑X轴、Y轴方向的目标力Fdx、 FdY以及围绕X轴、Y 轴转的转矩Mdx、 MdY均为0的情况时，通过以下的式(2) ~ (5)来求修 正后的X轴方向的速度指令v，x、 Y轴方向的速度指令v，y、围绕X轴转的角 速度指令co'w、围绕Y轴转的角速度指令o)'p。v，x= (F，x- Fdx) x Gx + vx = F,x x Gx (2)v，y=(F，Y—FdY)x GY+vY = F，Yx GY (3)co，w= (M，x—Mdx) x Gw+a>w=M，x x Gw (4)oo,p = (M，y — MdY) x GP + cop = M，Y x GP (5)式中，Gx、 Gy分别是关于X轴方向的力的力控制增益、关于Y轴方向 的力的力控制增益，Gw、 Gp分别是关于围绕X轴转的转矩的力控制增益、关 于围绕Y轴转的转矩的力控制增益。此外，嵌合动作，是使机械手20以及工件W2仅在嵌合方向即Z轴方向上移动的动作，因为X轴方向的速度指令Vx、 Y轴方向的速度指令vy、围绕X轴转的角速度指令cow、围绕Y轴转的角速度指令coP均为0，所以由动作指令修正部32求-彈的动作指令修正量vcx、 vcY、 cocw、①cp成为修正后的X轴方向的速度指令v'x、Y轴方向的速度指令v'Y、围绕X轴转的角速度指令co'w、围绕Y轴转的角速度指令co，p。因此，动作指令修正部32通过在力以及转矩 保存部36中存储或者保存的力以及转矩的最大值F，、M，上乘以力控制增益G, 求v，x、 v，y、 ，w、 co，p作为X轴、Y轴方向的速度指令以及围绕X轴、Y轴 转的角速度指令。控制装置16，如图4C所示，根据这样求得的修正后的X轴方向的速度 指令v'x、 Y轴方向的速度指令v'Y、 Z轴方向的速度指令v'z、围绕X轴转的 角速度指令Q)，w、围绕Y轴转的角速度指令co，p，使机器人手臂12及其机械 手20动作，修正机械手20以及工件W2的位置以及姿势(步骤S104 )。接着，在每一控制周期，比较通过力检测器14检测到的X轴以及Y轴 方向的力Fx、 FY、围绕X轴以及Y轴转的转矩Mx、 My和预定的阈值TFx、 TFY、 TMx、 TMy，在某一个比预定的阈值大的场合，直到Fx、 FY、 Mx、 MY 的全部满足下式(6)为止，在每一控制周期重复步骤S104,继续机械手20 以及工件W2的位置以及姿势的修正(步骤S106 )。Fx 5: TFxFY ^ TFY (6) Mx ^ TMX MY S TMy式中，阈值TFx、 TFY分别是针对检测的X轴方向的力Fx的阈值、针对 检测的Y轴方向的力Fy的阈值，阈值TMX、 TMY分别是针对检测的围绕X 轴转的转矩Mx的阔值、针对检测的围绕Y轴转的转矩MY的阈值。另一方面，当通过力^r测器144会测到的力Fx、 FY、以及转矩Mx、 MY 的各分量全部成为预定的阔值TFx、 TFY、 TMX、 TMy以下，即满足式(6)时， 判断为机械手20以及工件W2的位置及姿势的误差的校正结束(步骤S108 )。 然后，当机械手20以及工件W2的位置及姿势的校正动作结束时，机械手20 中把持的工件W2的突出部24的轴线38与固定在工作台18上的工件Wl的 嵌合孔26的中心轴线28对准，成为在一条直线上配置的状态，所以如果保持 该位置以及姿势向嵌合方向移动机械手20以及工件W2，则如图4D所示，能够把在机械手20中把持的工件W2的突出部24圆滑地插入到固定在工作台 18上的工件Wl的嵌合孔26中，并结束嵌合作业(步骤SllO)。在上述的本发明的嵌合装置10的动作中，说明了在力以及转矩保存部36 中存储或者保存在工件Wl和工件W2的接触中通过力检测器14检测到的力 F以及转矩M的最大值F (F，x、 F，y、 F，z)、 M， (M，x、 M，Y、 M，z)的情况。 但是，在力以及转矩保存部36中也可以存储或者保存在工件Wl和工件W2 初次接触时通过力检测器14检测到的力FO (F0X、 F0Y、 F0Z)、以及转矩MO (M0X、 M0Y、 M0Z)。此外，因为在两个工件W1、 W2没有接触时力F以及 转矩几乎为0,所以通过检测用力检测器14检测到的F (Fx、 FY、 Fz)或者转 矩(Mx、 MY、 Mz)的分量达到预定的值以上，能够4全测两个工件Wl、 W2 接触。这样，图5表示力以及转矩保存部36存储或者保存在工件Wl和工件 W2初次接触时通过力^r测器14检测到的力FO以及转矩MO的场合的动作过 程。图5所示的动作过程和图3所示的动作过程的不同点在于，进行步骤S112 来代替图3所示的动作过程的步骤S104，其他的过程相同。当通过步骤S100工件Wl 、 W2彼此接触，力F以及转矩M作用于通过 机械手20把持的工件W2上时，通过力检测器14检测在工件W2上作用的力 F以及转矩M (步骤S102 )。于是，力以及转矩保存部36存储在工件Wl和 W2初次接触时通过力检测器14检测到的力FO (F0X、 F0Y、 F0Z)以及转矩 MO ( M0X 、 M0Y 、 M0Z ),以后继续保存该力以及转矩。和步骤S104同样，动作指令修正部32根据用力检测器14检测到的Z轴 方向的力Fz和Z轴方向的目标力Fdz之间的差分，^奮正通过动作指令制作部 30制作的Z轴方向的速度指令vz,遵照式(1 )来求修正后的Z轴方向的速 度指令v，z。此外，因为工件W2的突出部24和工件W1的嵌合孔26是圆筒 形状，围绕Z轴的旋转不具有意义，所以不需要求围绕Z轴转的角速度指令coR 以及修正后的围绕Z轴转的角速度co，r。但是，在工件W2的突出部24和工 件Wl的嵌合孔26是非圆筒形状的场合，和图3所示的过程一样地求修正后 的围绕Z轴转的角速度。'R即可。另一方面，动作指令修正部32，对于X轴方向的速度指令vx、 Y轴方向的速度指令vy、围绕X轴转的角速度指令。w、围绕Y轴转的角速度指令cop, 通过在力以及转矩保存部36中存储或者保存的力F0、转矩M0和目标力Fd、 目标转矩Md之间的差分上乘以力控制增益G来计算动作指令修正量vcx、vcY、COCw、 ①Cp, 把通过计算求得的动作指令修正量VCx、 VCy、 COCw、①Cp分别加在通过动作指令制作部30制作的X轴方向的速度指令vx、 Y轴方向的速度指令 vY、围绕X轴转的角速度指令cow、围绕Y轴转的角速度指令o)p上，从而修 正X轴方向的速度指令Vx、 Y轴方向的速度指令VY、围绕X轴转的角速度指 令①w、围绕Y轴转的角速度指令①p。当考虑X轴、Y轴方向的目标力Fdx、 Fdy以及围绕X轴、Y轴转的转矩Mdx、 MdY均为O的情况时，通过以下的式 (2，) ~ (5，)来求修正后的X轴方向的速度指令v，x、 Y轴方向的速度指令V'y、围绕X轴转的角速度指令(O'w、围绕Y轴转的角速度指令CO'p。v，x = (F0X - Fdx) x Gx + vx = F0X x Gx (2，) v，Y=(F0Y—FdY)x GY+vY = F0Yx GY (3，) o)，w=(M0x —Mdx) x Gw+cow =M0X x Gw (4，) (o,p=(M0Y—MdY)xGP+coP =M0YxGP (5，)式中，Gx、 GY分别是关于X轴方向的力的力控制增益、关于Y轴方向 的力的力控制增益，Gw、 Gp分别是关于围绕X轴转的转矩的力控制增益、关 于围绕Y轴转的转矩的力控制增益。另外，因为X轴方向的速度指令vx、 Y轴方向的速度指令VY、围绕X轴 转的角速度指令cow以及围绕Y轴转的角速度指令coP均为0,所以通过动作指 令修正部32求得的动作指令修正量vcx、 vcY、 cocw、 cocp成为修正后的X轴 方向的速度指令v'x、 Y轴方向的速度指令v'y、围绕X轴转的角速度指令co'w、 围绕Y轴转的角速度指令co，p。因此，动作指令修正部32通过在力以及转矩 保存部36中存储或者保存的力F0以及转矩M0上乘以力控制增益G，求v，x、 v，Y、 co，w、 w，p作为X轴、Y轴方向的速度指令以及围绕X轴、Y轴转的角速 度指令。控制装置116根据这样求得的修正后的X轴方向的速度指令v，x、 Y轴方 向的速度指令v，y、 Z轴方向的速度指令v'z、围绕X轴转的角速度指令co'w、 围绕Y轴转的角速度指令co，p,使机器人手臂12及其机械手20动作，修正机械手20以及工件W2的位置以及姿势(步骤S112 )。接着，在每一控制周期通过力检测器14检测工件W2承受的力F以及转 矩M,比较检测到的X轴以及Y轴方向的力Fx、 FY、围绕X轴以及Y轴转 的转矩Mx、 MY与预定的阈值TFx、 TFY、 TMx、 TMy,在某一个比预定的阈 值大的场合，直至Fx、 FY、 Mx、 My的全部滿足式(6)为止，在每一控制周 期重复步骤S112，继续机械手20以及工件W2的位置以及姿势的修正(步骤 S106)。另一方面，当通过力检测器14检测到的力Fx、 Fy以及转矩Mx、 My的 各分量全部成为预定的阈值TFx、 TFY、 TMx、 TMy以下，满足式(6)时，判 断为机械手20以及工件W2的位置及姿势的误差的修正结束(步骤S108 )。 然后，当机械手20以及工件W2的位置及姿势的修正动作结束时，机械手20 中把持的工件W2的突出部24的轴线38与固定在工作台18上的工件W1的 嵌合孔26的中心轴线28对准，成为在一条直线上配置的状态，所以如果保持 该位置以及姿势向嵌合方向移动机械手20,则能够把在机械手20中把持的工 件W2的突出部24圆滑地插入到固定在工作台18上的工件Wl的嵌合孔26 中，结束嵌合作业(步骤SllO)。下面参照图6A、图6B、图7A以及图7B，以在工件W1、 W2中有姿势 误差的场合为例，说明本发明的效果。图6A、图6B、图7A以及图7B分别表示不同的图表，这些图表表示 在如现有的顺应控制那样根据由力检测器14检测到的转矩M来校正工件W2 对于工件Wl的、围绕X轴以及Y轴转的姿势误差的场合和本发明根据由力 检测器14检测到的转矩的最大值M，来校正工件W2对于工件Wl的、围绕X 轴以及Y轴转的姿势误差的场合，通过力检测器14才企测的转矩M以及机械 手20的姿势变化量的时间变化。在表示现有方式的图6A以及B中，为防止由工件W2等的振动引起的振 荡而把力控制增益G设定为0.03 (rad/Kgfms),对此，在本发明中因为与现有 方式相比振荡界限升高，所以在图7A以及B中把力控制增益G设定为图6A 以及B的场合的力控制增益值的3倍的0.09 (rad/Kgfms )。另外，在图6A和 B以及图7A和B中，在任何一种场合都是从在机械手20中把持的工件W215的突出部24的轴线38和固定在工作台18上的工件Wl的嵌合孔26的中心轴 线28偏离10 mrad的状态开始进行嵌合动作，在1.3 ( s )以后发生由工件W2 的姿势误差引起的转矩M，在1.5 (s)以后进行姿势误差的校正。在表示现有方式的图6A以及B中，在每一控制周期根据在其时刻通过 力检测器14检测到的转矩M的大小求角速度指令co，对此，在表示本发明的 图7A以及B中，根据在接触中通过力检测器14检测到的转矩的最大值M，求 角速度指令。因此，在图7A以及B中，在1.7 (s)转矩M成为最大值以后， 根据该最大值M，计算角速度指令，直至通过力检测器14检测到的转矩M成 为0的2.8(s),继续使用其角速度指令。这样，可知，在表示本发明的图7A以及B中把力控制增益G设定为表 示现有方式的图6A以及B的场合的3倍，其结果，工件W2的姿势误差的校 正，在图6A以及B的场合的约三分之一的时间内完成。在本发明的嵌合装置10中，控制装置16在控制周期中根据两个工件Wl、 W2的接触中通过力检测器14检测到的力以及转矩的最大值F，、 M，或者两个 工件Wl、 W2初次接触时通过力检测器14检测到的力F0以及转矩M0，进行 针对机器人手臂12的动作指令的修正，直至通过力检测器14检测到的力F 以及转矩M成为预定的阈值TF、 TM以下为止，校正相对于嵌合方向垂直的 方向上的机械手20以及工件W2的位置、围绕相对于嵌合方向垂直的轴线转 的机械手20以及工件W2的姿势。另外，在每一控制周期进行在机械手20中 把持的工件W2上作用的力F以及转矩M的检测，但是检测到的力F以及转 矩M仅在监视是否成为预定的阈值TF、 TM以下时使用。亦即，通过力检测 器14检测到的力F以及转矩M的数据不直接用于反馈控制。因此，即使由于 机器人手臂12或者工件W2的振动而在力检测器14上产生噪声，也几乎不影 响相对于工件Wl的工件W2的位置误差以及姿势误差的校正动作，与现有方 式相比能够把力控制增益G设定为大的值，所以在工件W1、 W2或者机器人 手臂12上有初始误差，也能够稳定而且比现有方式高速地进行校正。以上根据图示的实施形态说明了本发明，但是本发明不限于图示以及说 明的实施形态。例如，在上述的说明中，分成各分量，根据垂直于嵌合方向的 两轴方向(在上述说明中X轴以及Y轴)上作用的力F来校正位置误差，根据围绕与嵌合方向垂直的两轴转(在上述说明中围绕X轴以及Y轴转)的转矩M来校正姿势误差。但是，也可以采用如下方式，即，不需要这样分成各 分量来校正位置误差以及姿势误差，而是把在工件W1、 W2彼此接触的瞬间 工件W2在X轴方向以及Y轴方向上承受的力Fx、 FY的合力作为FR时，把 FR的方向作为X，，根据力控制增益G求X，方向的速度指令v，同时把在工件 Wl、 W2彼此接触的瞬间工件W2承受的、围绕X轴以及Y轴转的转矩Mx、 My的合成转矩作为MR时，把转矩MR的旋转轴方向作为X"，求围绕X"转 的角速度指令co。
权利要求
1.一种嵌合装置(10)，其具有在尖端上安装有把持工件(W2)的机械手(20)的机器人手臂(12)、用于检测机械手(20)中把持的工件(W2)承受的力以及转矩的力检测器(14)、和用于控制机器人手臂(12)的动作的控制装置(16)，通过所述机械手(20)把持互相嵌合的两个工件中的一方(W2)使其在嵌合方向上移动，根据所述力检测器(14)的输出进行顺应控制，以校正在所述机械手(20)中把持的工件(W2)的位置以及姿势，同时，使工件(W2)与所述两个工件中的另一方(W1)嵌合，其特征在于，所述控制装置(16)具有动作指令制作部(30)，其制作动作指令，使所述两个工件(W1，W2)嵌合；以及动作指令修正部(32)，其根据在所述两个工件(W1，W2)的接触中通过所述力检测器(14)检测的力以及转矩的最大值或者所述两个工件(W1，W2)初次接触时通过所述力检测器(14)检测的力以及转矩中的某一方，在通过所述力检测器(14)检测的力以及转矩成为预定的阈值以下为止，修正通过所述动作指令制作部(30)制作的动作指令，以校正相对于所述嵌合方向垂直的方向上的所述机械手(20)的位置和围绕相对于所述嵌合方向垂直的轴线转的所述机械手(20)的姿势，所述控制装置(16)遵照修正后的动作指令控制所述机器人手臂(12)的动作，使所述两个工件(W1，W2)互相嵌合。
2. 根据权利要求1所述的嵌合装置，其中，所述动作指令修正部(32)修正动作指令，使通过所述力检测器(14) 检测的力以及转矩减小。
3. 根据权利要求2所述的嵌合装置，其中，所述力检测器(14)检测在相对于所述嵌合方向垂直且互相垂直的两轴 方向上作用的力，所述动作指令修正部(32 )根据通过所述力检测器(14)检 测的两轴方向的力修正动作指令，校正相对于所述嵌合方向垂直的方向上的所 述机械手(20)的位置。
4. 根据权利要求2所述的嵌合装置，其中，所述力检测器(14) 一企测围绕相对于所述嵌合方向垂直且互相垂直的两 轴转的转矩，所述动作指令修正部(32 )根据通过所述力检测器(14 )检测的、 围绕两轴转的转矩修正动作指令，校正围绕相对于所述嵌合方向垂直的轴线转 的所述机械手(20)的姿势。
5. 根据权利要求1所述的嵌合装置，其中， 所述力检测器(14)是力觉传感器。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的嵌合装置，其中， 所述力检测器(14)根据驱动所述机器人手臂(12)的驱动器的电流值，求所述工件(W2)承受的力以及转矩。
全文摘要
本发明提供一种嵌合装置，其具有在尖端上安装有把持工件的机械手的机器人手臂、用于检测机械手中把持的工件承受的力以及转矩的力检测器、和用于控制机器人手臂的动作的控制装置。控制装置具有动作指令制作部，其制作动作指令，使工件嵌合；以及动作指令修正部，其根据在工件的接触中通过力检测器检测的力以及转矩的最大值或者工件初次接触时通过力检测器检测的力以及转矩中的某一方，直至检测的力以及转矩成为阈值以下为止，修正动作指令，以校正相对于嵌合方向垂直的方向上的机械手的位置和围绕相对于嵌合方向垂直的轴线转的机械手的姿势。
文档编号B25J9/10GK101323111SQ20081012562
公开日2008年12月17日 申请日期2008年6月12日 优先权日2007年6月14日
发明者佐藤贵之, 山冈宣章 申请人:发那科株式会社