[发明专利]多关节机器人的弹性变形补偿控制装置以及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及例如用在电弧焊接中的多关节机器人的控制，特别涉及能以较高轨迹精度进行摆动(weaving)动作的多关节机器人的轨迹控制。

背景技术

在通过电弧焊接进行多个母材的焊接时，采用一边使焊接电极在焊接方向上前进、一边在焊接线的左右方向上进行正弦波摆动动作并进行焊接的摆动焊接。过去以来，该摆动焊接通过使焊炬自身左右摇动，或通过使焊炬以焊炬自身为中心左右掀动来进行。在使多关节机器人进行这样的摆动焊接的情况下，要求较高的轨迹精度。

在这样的多关节机器人中，以各轴为单位进行伺服控制。但是，由于固有振动频率较低，因此，从振动抑制的观点出发，几乎不采用速度前馈等。以此，相对于目标值而言，实际的反馈值的相位滞后较大，伺服控制部的速度控制部的响应特性按照每个轴而不同，导致了轨迹误差。另外，使这样的多关节机器人的各轴动作的电动机经由减速器与臂结合。在对由于该减速器的刚性不足等而引起的弹性变形进行修正的情况下，电动机按照指令值那样进行动作为前提。但是，由于前馈等未发挥充分的功能，因此电动机按照指令值那样动作几乎不可能，弹性变形补偿未充分发挥功能。关于这样的多关节机器人的弹性变形补偿控制，公知以下那样的技术。

日本特开昭61-201304号公报(专利文献1)公开了一种在减速器等的关节群的机械性刚性较低的情况下也针对位置指令值来对机器人臂进行高精度的位置控制的方法。在该位置控制方法中，通过将构成机器人的各臂的位置指令值、对该位置指令值进行一阶微分而得到的速度、进行二阶微分而得到的加速度代入到考虑了各臂间的关节的机械性刚性的机器人臂的运动方程式，来算出施加在各关节的转矩。然后，通过用求得的转矩除以作为常数或函数或控制装置内的表而赋予的各关节的机械性弹力刚性来求取基于各关节的机械性刚性的挠曲角。通过使求得的挠曲角与位置指令值相加从而抵消各关节的挠曲，来设定新的位置指令值。

另外，日本特开2005-186235号公报(专利文献2)公开了一种即使干涉力发挥作用、各轴也按照指令动作的机器人的控制装置。该控制装置是由相互干涉的多轴构成的机器人的控制装置，机器人具备由电动机、经由减速器等与电动机结合的臂、检测电动机的位置的电动机位置检测器构成的用于使各轴按每个轴的指令而动作的位置控制部以及速度控制部。该控制装置具备：通过计算根据自轴的指令来求取作用于其它轴的干涉力的干涉力计算部；和根据自轴的指令和从其它轴作用的干涉力的计算值来求取即使在有从其它轴作用的干涉力的情况下也使自轴按照指令动作的电动机转矩指令信号的非干涉转矩信号制成部。控制装置还具备：根据自轴的指令和从其它轴作用的干涉力的计算值来求取即使在有从其它轴作用的干涉力的情况下也使自轴按照指令动作的电动机位置信号的非干涉位置信号制成部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP日本特开昭61-201304号公报

专利文献2：JP日本特开2005-186235号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述的专利文献1中，根据关节角目标值等算出因减速器等的刚性不足而产生的挠曲(弹性变形)，在对电动机的角度指令值加上弹性变形量来补偿该弹性变形，由此谋求位置精度的改善。但是，由于未如上述那样进行良好的前馈控制等，因此不能使电动机按照指令值动作，弹性变形补偿未充分发挥功能。

另外，在专利文献2中，公开了一种使各轴间的干涉非干涉化的方法。但是，在该方法中，需要臂加速度的一阶微分值、二阶微分值，且对于噪声非常弱。另外，只是有稍微剧烈的动作就会使臂加速度的二阶微分值示出天文数字的值等，在实现上有非常大的制约性。

即，在现有技术中，未解决以下的问题。

(1)在机器人的固有振动较低的状态下，由于不能使弹性变形补偿以及轴力转矩补偿有效地发挥作用，因此不能对弹性变形的影响进行补偿，这导致了精度变差。

(2)在有伺服控制部的相位滞后的状态下，由于不能使弹性变形补偿控制有效地发挥作用，因此不能对弹性变形的影响进行补偿，这导致了精度变差。

(3)由于按每个轴而伺服控制特性不同，因此在各轴的响应中会产生差异，这导致了轨迹精度的变差。

(4)在指令值的计算周期慢于伺服控制部中的计算周期时产生的相位差，导致了轨迹精度的变差。

(5)在焊接机器人的摆动动作中，使在摆动周期的相位滞后以及增益特性在各轴一致是非常重要的，但因减速器所引起的弹性变形导致的伺服特性变化和按每个轴的特性的差异，使相位/增益特性在高频摆动动作中一致是非常困难的。