[发明专利]机器人设备及其控制方法

说明书

技术领域

本公开涉及按照中央控制部分和每个关节轴的致动器之间的周期通信动作的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法，尤其涉及当丧失所述周期通信时，确保动作的安全性的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。中央控制部分指示目标控制值。致动器按照目标控制值，驱动每个关节。

背景技术

在快速老年化的社会中，老年人最好尽可能在没有护理的情况下保持健康，另外，即使老年人处于需要护理的状况，那么他或她也最好能够独立生活，而不会恶化健康状况。今后，由一位佣工照料一位老年人会导致佣工的短缺，因为对护理或者家务支持的需要不断增长。因而，在老年护理机构和有老年人的家庭之中，对相当于管家或者护工的机电一体化设备（如机器人）的需要不断增长。换句话说，在假设机器人深入地渗透到生活空间中的情况下，迫切需要确保在生活空间中工作的机器人的安全。

就工业机器人来说，用栅栏分隔工作区一般可确保安全。但是，就家务或护理机器人来说，难以用栅栏分隔工作区，因为机器在物理接触个人的时候进行作业。

当被关闭电源时，一般的工作机械臂等制动，从而停止动作以保持姿势，以便确保安全。在这种情况下，安全性意味防止机械臂因重力而落下，从而损伤周边环境。不过，当在使机械臂断电的同时，利用制动器固定机械臂时，机械臂本身变成地板或者墙壁上的突出物。当人靠近时，这会导致固定的机械臂与人相撞的风险。

以前的机器人通常是位置控制型机器人，位置控制型机器人向驱动关节的致动器提供角度指令值，从而按照指令值驱动关节。位置控制型机器人在对尽管易于控制的力或加速度的“软”控制方面较弱。另一方面，申请人考虑到作为护理或者家务助手，向人提供更柔性的物理互动的机器人最好是力控制型机器人，力控制型机器人向驱动关节的致动器提供力矩指令值，从而按照指令值驱动关节。通过直接控制在关节产生的力，力控制型机器人能够直接控制作用力。

例如，日本专利申请公开No.10-329071公开一种通过直接检测机械臂和人(或者物体)之间的接触力，和利用接触力信息，从而在较大的力作用于机械臂时，能够降低回复力，以增大安全性，和在较小的力作用于机械臂时，能够增大回复力，以确保动作精度的机械臂用阻抗控制设备(参见日本专利申请公开No.10-329071)。

机器人一般按预定的控制周期，按照中央控制部分400和每个关节致动器的驱动部分之间的通信，控制力或位置。当丧失中央控制部分400和每个关节致动器的驱动部分之间的周期通信时，中央控制部分400不能获得在关节产生的力矩的数值，或者关节的当前位置信息，从而关节致动器的驱动部分不能从中央控制部分400接收指令值。因而，中央控制部分400不能控制关节致动器的驱动。

在上面提及的机械臂用阻抗控制设备中，中央控制部分400在假定能够进行周期通信的情况下，控制关节致动器的驱动。例如，当力控制型机器人控制关节致动器的驱动时，需要按照姿势改变力矩值。当在这种情况下，丧失周期通信时，丧失通信的关节轴的力矩指令值变得恒定。当由于某些原因改变姿势时，这会导致关节轴失去平衡，屈服于重力或者克服重力旋转。恒定的力矩指令值不维持位置，以致姿势逐渐失去平衡。因而，致动器有失控的危险。换句话说，在丧失周期通信的时候，阻抗控制设备不能确保安全性。

发明内容

理想的是提供一种极好的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。所述机器人设备能够按照指示目标控制值的中央控制部分，和按照目标控制值从动的每个关节轴的致动器之间的周期通信，恰当地动作。

此外，理想的是提供一种极好的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。所述机器人设备能够在丧失周期通信的情况下，确保动作的安全性。

鉴于以上需要，按照本公开的实施例，提供一种机器人设备，包括驱动关节轴，和测量每个关节轴的关节角度和/或关节角速度的致动器，和控制各个致动器的中央控制部分。中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，响应在周期通信中，在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信，响应在周期通信中，在给定的一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，各个致动器进行安全停止。