机器人控制方法、系统和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能够基于在指令轨道与实际轨道之间的轨道误差学习指令轨道并控 制指令轨道的机器人控制方法和机器人控制装置。
【背景技术】
[0002] 近些年来，人们致力于实现包含能够与人手的能力一样好地迅速地执行复杂的组 装过程的机器人的机器人系统。在理想情况下，当目标轨道由指令轨道指定时，机器人沿着 目标轨道被准确地驱动。但是，实际上，轨道跟踪误差会出现于实际轨道与指令轨道之间。 此外，随着驱动机器人的速度增加，轨道误差也增加。
[0003] 要减小这样的轨道误差，人们已经提出了执行学习控制，以使得下次操作结 果基于前一次操作结果而习得（日本专利特开No. 2006-110702)。在日本专利特开 No. 2006-110702所公开的技术中，机器人根据指令轨道来驱动，并且使用传感器等来测量 实际轨道。使用比例-积分-微分（PID)补偿器，基于在实际轨道与指令轨道之间的轨道误 差来计算轨道的校正，并且通过将轨道校正加上当前的指令轨道来生成下一个指令轨道。 通过在机器人每次被驱动时都按照以上所描述的方式来学习指令轨道，尽量获得机器人的 尽可能接近于目标轨道的实际轨道。由机器人执行的组装过程通常是基本操作的重复，并 且因而通过按照以上所描述的方式的学习很容易实现预期的改进。
[0004] 但是，即使是在日本专利特开No. 2001-182785所公开的技术中，也还存在对轨道 误差的减小的限制。也就是，轨道误差可能由伺服控制系统中的操作延迟以及机器人的振 动导致。机器人的关节由其中控制带宽并不是无限宽，而是有限的伺服控制系统驱动，并且 对控制带宽的限制使得实际轨道难以精确地跟随所指令轨道，并从而可能出现轨道误差。 而且，机器人的关节的刚性以及主体的刚性并不是无限高的，而是有限的，并从而机器人的 任何运动可能导致具有固有频率的振动发生，这可能导致轨道误差。特别地，由振动导致的 轨道误差的特征在于振动在固有频率附近的频率范围内具有大的振幅，并且输出具有与输 入的相位相差180°的相位。
[0005] 要确保伺服控制系统中的高稳定性，控制频带通常被设定为比机器人的固有频 率低。但是，这会导致伺服控制系统在低频率范围内具有响应延迟，并且导致机器人在高 频率范围内具有振动，这可能是误差的主要原因。类似的情况同样可能出现于学习控制 系统中的控制回路内。因而，要在学习控制中确保高稳定性，控制频带被设定为比机器人 的固有频率低。但是，结果，机器人可以在比学习控制系统的控制频带高的范围内进行振 动，这使得难以减小由机器人的振动导致的轨道误差。因此，难以通过使用日本专利特开 No. 2001-182785所公开的技术的学习控制来减小轨道误差。
[0006] 另一种可能的控制方法是对机器人建模并且配置在学习控制中使用的补偿器，以 致于根据其逆模型来操作。但是，实际上，在建模中会出现不可避免的误差，这会产生不利 的影响。这已知为溢出问题。由于以上所述的原因，在设计能够降低机器人的振动的补偿 器方面存在着约束，并且存在难以通过学习控制来减小的轨道误差。
[0007] 要处理以上所描述的难以减小轨道误差的情况，可以减小补偿器的增益以在学习 控制中获得高稳定性。但是，增益的减小会导致调整轨道误差的速度降低。结果，大量的学 习迭代是必要的，这导致学习速度降低。此外，在学习控制中，在实际轨道的测量当中会出 现噪声，并且这样的噪声会导致轨道误差与先前的轨道误差相比变得更差。在这种情况下， 在根据日本专利特开No. 2001-182785所公开的技术的学习控制中，学习控制从退化的状 态开始继续进行，并从而学习的大量迭代是必要的，这导致了学习速度降低。
【发明内容】
[0008] 本发明的各个方面一般地提供能够降低轨道误差并提高学习速度的机器人控制 方法和控制装置。
[0009] 根据本发明的一个方面，机器人控制方法能够通过控制单元来控制机器人以便按 照指令轨道驱动机器人、检查机器人沿其被驱动的实际轨道，并且通过基于在实际轨道与 目标轨道之间的轨道误差的学习来控制指令轨道。该方法包括：通过控制单元来计算对轨 道误差的评价值，并且由控制单元通过学习来控制指令轨道。通过学习的控制包括：1)通 过控制单元来存储好的状态，使得在计算出的评价值比存储于存储单元内的评价值好的情 况下，存储于存储单元中的评价值由计算出的评价值更新并且被存储在存储单元中，并且 存储在存储单元中的指令轨道由在轨道误差被评价时所给出的指令轨道来更新，2)通过 控制单元来改变补偿器，使得在所计算出的评价值比存储于存储单元内的评价值差的情况 下，当前选定的补偿器被改变为另一个补偿器，该另一个补偿器包含于配置为根据轨道误 差来计算指令轨道的校正量的多个补偿器中并且被配置为按照与当前选定的补偿器用以 计算校正量的方式不同的方式来计算校正量，以及3)由控制单元计算在下次操作中的指 令轨道，使得使用所选定的补偿器来计算针对存储在存储单元中的指令轨道的校正量，并 且在下次操作中的指令轨道根据计算出的校正量以及存储于存储单元内的指令轨道来计 算。
[0010] 根据本发明的一个方面，机器人控制装置能够控制机器人以便按照指令轨道驱动 机器人、检查机器人被沿其驱动的实际轨道，并且通过基于在实际轨道与目标轨道之间的 轨道误差的学习来控制指令轨道。该装置包含被配置为计算对轨道误差的评价值并通过学 习执行控制的控制单元，以及能够存储评价值和指令轨道的存储单元。控制单元被配置为 通过学习执行控制，使得在计算出的评价值比存储于存储单元中的评价值好的情况下，存 储于存储单元中的评价值由计算出的评价值更新并且被存储在存储单元中，并且存储在存 储单元中的指令轨道由在轨道误差被评价时所给出的指令轨道来更新，在计算出的评价值 比存储在存储单元中的评价值差的情况下，从被配置为根据轨道误差来计算指令轨道的校 正量的多个补偿器中选出的补偿器被改变为配置为按照与当前选定的补偿器用以计算校 正量的方式不同的方式来计算校正量的另一个补偿器，使用当前选定的补偿器计算存储于 存储单元中的指令轨道的校正量，并且根据计算出的校正量以及存储于存储单元中的指令 轨道计算下次操作中的指令轨道。
[0011] 本发明的更多特征根据下面参照附图关于示例性实施例的描述将变得明显。
【附图说明】
[0012] 图1是示意性地示出机器人装置的结构的示意图。
[0013] 图2是示出机器人控制装置的配置的框图。
[0014] 图3是示出根据第一实施例的学习控制的框图。
[0015] 图4A和4B是示出根据第一实施例的学习控制的流程图。
[0016] 图5是示出所模拟的阶跃响应的示意图。
[0017] 图6是示出所模拟的目标轨道与实际轨道的示意图。
[0018] 图7是示出在执行首次学习之后的模拟的轨道误差的示意图。
[0019] 图8是示出在执行第二次学习之后的模拟的轨道误差的示意图。
[0020] 图9是示出在执行第三次学习之后的模拟的轨道误差的示意图。
[0021] 图10是示出在执行第四次学习之后的模拟的轨道误差的示意图。
[0022] 图11是示出在执行第五次学习之后的模拟的轨道误差的示意图。
[0023] 图12是示出根据第二实施例的学习控制的框图。
[0024] 图13是示出根据第二实施例的学习控制的流程图，在该图中仅示出在学习控制 中的改变参数和补偿器编号的过程。
[0025] 图14是示出根据第三实施例的学习控制的框图。
[0026] 图15A和15B是示出根据第四实施例的学习控制过程的流程图。
【具体实施方式】
[0027] 第一实施例
[0028] 在下文参照图1至图11来描述第一实施例。首先，描述机器人装置的总体结构。 如图1所示，机器人装置100包含起着多关节机器人的作用的机器人手臂（机器人）200以 及控制机器人手臂200的机器人控制装置300。机器人装置100还包含起着用于