[发明专利]机器人的碰撞检测方法

说明书

用以下方法检测机器人的碰撞。机器人具有电动机、与电动机连接的减速器、检测电动机的旋转的编码器、内置于编码器的温度传感器和经由减速器由电动机驱动的对象物。通过从电动机向减速器输出的扭矩中减去通过机器人的逆动力学计算而求出的动力学扭矩，从而估算基于碰撞的外力扭矩作为碰撞扭矩估算值。若碰撞扭矩估算值大于给定的碰撞检测阈值，则判断为机器人受到了外力。在由温度传感器检测出的温度小于给定的温度阈值的情况下，将给定的碰撞检测阈值设为第一值。在从与所检测出的温度为给定的温度阈值以上的第一时间点相比靠前给定时间的第二时间点起到第一时间点为止的期间中的碰撞扭矩估算值的最大值小于第一最大值判定阈值的情况下，在第一时间点将给定的碰撞检测阈值设为比第一值小的第二值。在上述期间中的碰撞扭矩估算值的最大值为第一最大值判定阈值以上的情况下，在第一时间点将给定的碰撞检测阈值设为第一值。

技术领域

本发明涉及经由减速器由电动机驱动的机器人的碰撞检测方法。

背景技术

近年来，在机器人中，为了提高碰撞时的安全性、防止因破坏而造成的损失，谋求实现碰撞检测的高精度化。但是，使用高精度的碰撞传感器会增大成本，并进一步使作为重量负荷的该碰撞传感器摆动，因而会阻碍机器人的高速化、节能。因此，期望能够不使用碰撞传感器而高精度地求取碰撞力。

作为不使用碰撞传感器而求取碰撞时的碰撞力的方法的一例，可举出动力学计算方式(参照非专利文献1)。在动力学计算方式中，求取从由电动机的驱动电流产生的扭矩中减去因电动机以及减速器的惯量和摩擦而损失的扭矩所得的减速器输出扭矩。从所求出的减速器输出扭矩中，减去从机器人的逆动力学计算求出的机器人的动力学扭矩来求取碰撞力。

图1是示出与垂直多关节的机器人的位置控制相关的现有的结构的框图，示出机器人机构161与机器人控制装置162的内部结构的概略。在此，机器人机构161具有多个臂以及关节轴，使用在各关节轴的附近设置的减速器来驱动机器人的臂以及关节轴。

在图1中，设置在机器人控制装置162的内部的主控制部64按照由操作/示教部63指示并存储的机器人机构161的臂等的移动轨迹，输出机器人的各轴(例如6轴)的位置指令θcom(θcom1～θcom6)。而且，机器人的各轴的伺服控制部165(1651～1656)分别控制机器人机构161内的电动机66(661～666)，使得分别跟随位置指令θcom(θcom1～θcom6)。

图2是详细示出了图1的伺服控制部165的框图，追加了不使用动力学计算方式的碰撞传感器的无传感器碰撞检测功能。

在图2中，位置控制模块6从位置指令θcom与电动机位置反馈θm的差分值，生成速度环指令ωcom。电动机位置反馈θm从安装于电动机66的作为位置检测器的编码器51得到。

图2的速度控制模块10从对电动机位置反馈θm进行微分得到的电动机速度反馈ωm与速度环指令ωcom的差分值生成电动机电流指令Im。

图2的框18示出电动机66和外力。若假定减速器53为刚体，则电动机发生扭矩τm根据电动机扭矩常数Kt、电动机电流Im、电动机角加速度αm、电动机角速度ωm、电动机惯量Jm、粘性摩擦系数D、动摩擦扭矩τμ、动力学扭矩τdyn和碰撞扭矩τdis由(数式1)表示。

[数式1]

τm＝Kt×Im

τm＝τdyn+τdis+Jm×αm+D×ωm+τμ

另外，电动机角加速度αm是电动机角速度ωm的微分值。电动机惯量Jm是电动机66的转子和减速器53的一次侧的和。动力学扭矩τdyn是重力扭矩、惯性力、离心力和科里奥利力的和。

具体而言，电动机发生扭矩τm若从电动机66的驱动侧观察则由(数1)中的第一式表示，若从相对于电动机66隔着减速器53的负荷侧观察则由(数1)的第二式表示。