机器人控制装置及机器人控制方法与流程

1.本发明涉及能够同时控制机器人的位置姿势和力的机器人控制装置及机器人控制方法。


背景技术：

2.在垂直多关节机器人等机器人(机器人手臂)中，使用将位置姿势和力同时(并列)作为控制对象的机器人控制装置(例如参照专利文献1)。另外，位置姿势表示机器人的位置和姿势中的至少一方。图13～图15表示机器人控制装置1b的一例。
3.图13所示的机器人控制装置1b具有主控制部(上位控制器)11b以及多个关节控制部(下位控制器)12b。关节控制部12b针对机器人2所具有的每个关节而设置。此外，主控制部11b和各关节控制部12b之间通过通信线路连接。
4.另外，如图13所示，机器人2针对每个关节具有马达21和传感器22(转矩传感器23和编码器24)。马达21及传感器22分别通过电力线等与对应的关节控制部12b连接。转矩传感器23检测对应的关节的转矩的当前值。编码器24检测对应的关节的角度的当前值。此外，在图14中，仅示出了一组马达21、转矩传感器23和编码器24。
5.主控制部11b通过向各关节控制部12b输出指令值来控制机器人2整体。具体而言，主控制部11b根据力的指令值和位置姿势的指令值以及机器人2所具有的每个关节的转矩的当前值和角度的当前值，运算该每个关节的角速度的指令值。如图14及图15所示，主控制部11b具有力运算部111b、力控制部112b、位置姿势运算部113b、位置姿势控制部114b、指令值合成部115b及指令值变换部116b。
6.力运算部111b根据机器人2所具有的每个关节的转矩的当前值，运算机器人2的力的当前值。机器人2所具有的每个关节的转矩由关节坐标系表示，在该力运算部111b中，通过系数乘法部1111b将排列了每个关节的转矩的矢量乘以雅可比矩阵的转置的逆矩阵，将每个关节的转矩变换为由正交坐标系表示的力。在图15中，τ表示转矩的当前值，j表示雅可比矩阵，f表示力的当前值。
7.力控制部112b根据力的指令值以及由力运算部111b运算出的力的当前值来运算力控制的指令值。在该力控制部112b中，由偏差运算器1121b求出力的指令值与力的当前值之间的偏差，由系数乘法部1122b对偏差运算器1121b的运算结果的偏差乘以增益，从而得到力控制的指令值。在图15中，fr表示力的指令值，gf表示增益。
8.位置姿势运算部113b根据机器人2所具有的每个关节的角度的当前值，运算机器人2的位置姿势的当前值。机器人2所具有的每个关节的角度的当前值由关节坐标系表示，位置姿势运算部113b将每个关节的角度的当前值变换为由正交坐标系表示的位置姿势的当前值。在图15中，θ表示角度的当前值，x表示位置姿势的当前值。
9.位置姿势控制部114b根据位置姿势的指令值和由位置姿势运算部113b运算出的位置姿势的当前值，运算位置姿势控制的指令值。在该位置姿势控制部114b中，由偏差运算器1141b求出位置姿势的指令值和位置姿势的当前值之间的偏差，由系数乘法部1142b对偏
差运算器1141b的运算结果乘以增益，从而得到位置姿势控制的指令值。在图15中，xr表示位置姿势的指令值，gz表示增益。
10.指令值合成部115b将由力控制部112b运算出的力控制的指令值和由位置姿势控制部114b运算出的位置姿势控制的指令值合成。在该指令值合成部115b中，由加法器1151b将力控制的指令值和位置姿势控制的指令值相加。
11.指令值变换部116b将指令值合成部115b的合成结果变换为机器人2所具有的每个关节的角速度的指令值。在该指令值变换部116b中，通过系数乘法部1161b对上述合成结果乘以雅可比矩阵的逆矩阵。即，指令值变换部116b将由正交坐标系表示的指令值变换为由关节坐标系表示的指令值。在图15中，θ(dot)r表示角速度的指令值。
12.关节控制部12b根据来自主控制部11b的指令，控制设置于对应的关节的马达21。如图14所示，关节控制部12b具备转矩获取部121b和关节角控制部122b。
13.转矩获取部121b获取对应的关节处的转矩的当前值。表示由该转矩获取部121b获取的转矩的当前值的数据被输出到主控制部11b(力运算部111b)。
14.关节角控制部122b根据由主控制部11b运算出的角速度的指令值和机器人2所具有的每个关节的角度的当前值，运算对于设置在对应的关节的马达21的指令值。在该关节角控制部122b中，由速度变换部1221b将角度的当前值变换为角速度的当前值，由减法器1223b从角速度的指令值中减去由速度变换部1221b得到的角速度的当前值，由pi控制部1224b根据减法器1223b的减法结果进行pi控制，由此得到对于马达21的指令值。
15.这样，在图13～图15所示的机器人控制装置1b中，需要协同操作多个关节，在主控制部11b中，对于多关节的自由度(例如6自由度)，将同时控制运算出的位置姿势和力的结果合成，将该合成结果变换为针对各轴的关节控制部12b的信号后输出。即，在该机器人控制装置1b中，通过主控制部11b执行柔顺控制的主要运算。因此，在该机器人控制装置1b中，具有能够合理地统合应调整的参数等优点。现有技术文献专利文献
16.专利文献1：日本特开2016-168650号公报


技术实现要素：

发明要解决的课题
17.通常，在工业用机器人等机器人中，作为要求通过力控制来实现的对象，有精密的研磨的仿形动作等，经常要求提高稳定动作或追随动作那样的动态特性。另一方面，在现有的机器人控制装置中，由主控制部构成反馈系统。即，在该机器人控制装置中，在与机器人物理上和通信上都有距离的构成要素中进行反馈控制运算。因此，从转矩传感器的转矩检测到向马达输入指令值的延迟变长。其结果，在该机器人控制装置中，不可避免地浪费时间的地方变多，成为抑制能够维持稳定性的高增益化的主要原因。另外，由于浪费的时间本身也不是能够通过超前补偿等消除的要素，所以不能避免对响应时间的不良影响。这样，在以往的机器人控制装置中，难以提高力控制的性能(特别是快速响应性)，要求进一步的改善。
18.本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种相对于现有构成能够提高力控制的性能的机器人控制装置。解决问题的手段
19.本发明的机器人控制装置具备：第一频率分离部，其将机器人的力的指令值或该机器人所具有的每个关节的转矩的指令值分离为低频分量和高频分量；第二频率分离部，其将机器人的力的当前值或该机器人所具有的每个关节的转矩的当前值分离为低频分量和高频分量；主控制部，其基于由第一频率分离部得到的高频分量，运算机器人所具有的每个关节的转矩的指令值的高频分量，基于由第一频率分离部得到的低频分量和由第二频率分离部得到的低频分量，运算力控制的指令值，基于该力控制的指令值，运算机器人所具有的每个关节的控制指令值；以及关节控制部，其针对机器人所具有的每个关节而设置，基于由第二频率分离部得到的高频分量以及由主控制部运算出的转矩的指令值的高频分量，运算转矩控制的指令值，基于该转矩控制的指令值以及由该主控制部运算出的控制指令值，运算对于设置于对应的关节的马达的指令值，第一频率分离部和第二频率分离部设置在主控制部和关节控制部的外部或内部。发明效果
20.根据本发明，由于如上述那样构成，所以相对于现有构成能够提高力控制的性能。
附图说明
21.图1是表示实施方式1的机器人控制装置的构成例的图。图2是表示实施方式1的机器人控制装置的构成例的图。图3a、图3b是表示实施方式1中的频率分离部的构成例的图。图4是表示实施方式1的机器人控制装置的动作例的流程图。图5是表示实施方式1中的主控制部的动作例的流程图。图6是表示实施方式1中的关节控制部的动作例的流程图。图7是表示实施方式1的机器人控制装置的低频力控制和高频转矩控制的一例的图。图8是表示实施方式1的机器人控制装置的其他构成例的图。图9是表示实施方式2的机器人控制装置的构成例的图。图10是表示实施方式2的机器人控制装置的构成例的图。图11是表示实施方式3的机器人控制装置的构成例的图。图12是表示实施方式3中的频率分离部的构成例的图。图13是表示包含现有的机器人控制装置的机器人系统的构成例的图。图14是表示现有的机器人控制装置的构成例的图。图15是表示现有的机器人控制装置的构成例的图。
具体实施方式
22.以下，一边参照附图，一边详细说明本发明的实施方式。实施方式1图1、图2是表示实施方式1的机器人控制装置1的构成例的图。此外，机器人控制装
置1和机器人2的关系与图13相同，省略其说明。机器人控制装置1同时(并列)控制机器人2的位置姿势和力。如图1、图2所示，机器人控制装置1具有主控制部(上位控制器)11和多个关节控制部(下位控制器)12。关节控制部12针对机器人2所具有的每个关节而设置。此外，主控制部11和各关节控制部12之间通过通信线路连接。
23.主控制部11通过向各关节控制部12输出指令值来控制机器人2整体。具体而言，主控制部11根据机器人2的力的指令值和位置姿势的指令值以及机器人2所具有的每个关节的角度的当前值和转矩的当前值的低频分量，运算该每个关节的转矩的指令值的高频分量和控制指令值。在图1、图2中，主控制部11运算的控制指令值是角速度的指令值。如图1所示，主控制部11具有频率分离部(第一频率分离部)111、转矩指令值变换部112、力运算部113、力控制部114、位置姿势运算部115、位置姿势控制部116、指令值合成部117以及指令值变换部118。但是，位置姿势运算部115、位置姿势控制部116、指令值合成部117在控制力和位置姿势双方的情况下是必要的，在仅控制力的情况下是不需要的。此外，主控制部11通过系统lsi(large scale integration：大规模集成电路)等处理电路、或者执行存储在存储器等中的程序的cpu(central processing unit：中央处理单元)等来实现。
24.频率分离部111将力的指令值分离为低频分量和高频分量。在图1、图2中，fr表示力的指令值。此外，频率分离部111例如根据从转矩传感器23的转矩检测到向马达21输入指令值的延迟量，设定低频区域和高频区域。例如，频率分离部111在上述延迟量为5ms左右的情况下，以其10倍即50ms左右为界设定低频区域和高频区域。对于后述的频率分离部122也同样。
25.转矩指令值变换部112将由频率分离部111得到的力的指令值的高频分量变换为机器人2所具有的每个关节的转矩的指令值的高频分量。转矩指令值变换部112具有系数乘法部1121。系数乘法部1121对力的指令值的高频分量乘以雅可比矩阵的转置矩阵。力指令值的高频分量由正交坐标系表示，转矩指令值变换部112将力指令值的高频分量变换为由关节坐标系表示的转矩的指令值的高频分量。在图2中，j表示雅可比矩阵，τr表示转矩的指令值。
26.力运算部113将机器人2所具有的每个关节的转矩的当前值的低频分量变换为力的当前值的低频分量。力运算部113具有系数乘法部1131。系数乘法部1131对转矩的当前值的低频分量乘以雅可比矩阵的转置的逆矩阵。转矩的当前值的低频分量是用关节坐标系表示的值，但在力控制部114中需要用正交坐标系表示的力的指令值，所以由力运算部113进行变换。此外，机器人2所具有的每个关节的转矩的当前值的低频分量由频率分离部122得到。
27.力控制部114根据由频率分离部111得到的力的指令值的低频分量和由力运算部113得到的力的当前值的低频分量，运算速度的指令值(低频力控制的指令值)。该力控制部114执行力控制中的低频区域的控制(稳定响应的控制)。力控制部114具有减法器1141和系数乘法部1142。
28.减法器1141通过减法求出力的指令值的低频分量和力的当前值的低频分量之间的偏差。
系数乘法部1142通过对由减法器1141求出的偏差乘以增益，从而得到速度的指令值。在图2中，gf表示相对于力的偏差的增益。
29.位置姿势运算部115根据机器人2所具有的每个关节的角度的当前值，运算机器人2的位置姿势的当前值。机器人2所具有的每个关节的角度由关节坐标系表示，位置姿势运算部115将每个关节的角度变换为由正交坐标系表示的位置姿势。此外，机器人2所具有的每个关节的角度的当前值由设置于该每个关节的编码器24检测。在图2中，θ表示角度的当前值，x表示位置姿势的当前值。
30.位置姿势控制部116根据位置姿势的指令值和由位置姿势运算部115运算出的位置姿势的当前值，运算速度的指令值(位置姿势控制的指令值)。位置姿势控制部116具有偏差运算器1161和系数乘法部1162。
31.偏差运算器1161通过运算求出位置姿势的指令值和位置姿势的当前值之间的偏差。系数乘法部1162通过对偏差运算器1161的运算结果的偏差乘以增益，从而得到速度的指令值。在图2中，xr表示位置姿势的指令值，gz表示增益。
32.指令值合成部117通过将由力控制部114运算出的速度的指令值和由位置姿势控制部116运算出的速度的指令值相加来进行合成，得到一个速度的指令值。指令值合成部117具有加法器1171。加法器1171将由力控制部114运算出的速度指令值和由位置姿势控制部116运算出的速度指令值相加。
33.指令值变换部118将由指令值合成部117得到的速度的指令值变换为机器人2所具有的每个关节的角速度的指令值。指令值变换部118具有系数乘法部1181。系数乘法部1181对由指令值合成部117得到的速度的指令值乘以雅可比矩阵的逆矩阵。即，指令值变换部118将由正交坐标系表示的指令值变换为由关节坐标系表示的指令值。在图2中，θ(dot)r表示角速度的指令值。
34.关节控制部12根据来自主控制部11的指令，控制设置于对应的关节的马达21。具体而言，关节控制部12根据对应的关节处的转矩的当前值以及由主控制部11运算出的转矩的指令值的高频分量和控制指令值，运算对于设置于对应的关节的马达21的指令值。在图1、图2中，上述控制指令值是角速度的指令值。如图1所示，关节控制部12具备转矩获取部121、频率分离部(第二频率分离部)122、转矩控制部123和马达控制部124。马达控制部124具有关节角控制部125和指令值合成部126。
35.转矩获取部121获取对应的关节处的转矩的当前值。机器人2所具有的每个关节的转矩的当前值由设置于该每个关节的转矩传感器23检测。
36.频率分离部122将由转矩获取部121获取的转矩的当前值分离为低频分量和高频分量。
37.转矩控制部123根据由频率分离部122得到的转矩的当前值的高频分量和由主控制部11运算出的转矩的指令值的高频分量，运算转矩控制的指令值。该转矩控制部123执行力控制中的高频区域的控制(过渡响应的控制)。转矩控制部123具有减法器1231和pi控制部1232。
38.减法器1231从由主控制部11运算出的转矩的指令值的高频分量中减去由频率分离部122得到的转矩的当前值的高频分量。
pi控制部1232根据减法器1231的减法结果进行pi控制，由此得到转矩控制的指令值。
39.关节角控制部125根据由主控制部11运算出的角速度的指令值，运算角速度控制的指令值。关节角控制部125具有速度变换部1251和速度控制部1252。速度控制部1252具有减法器1253和pi控制部1254。
40.速度变换部1251将对应的关节处的角度的当前值变换为角速度的当前值。
41.减法器1253从由主控制部11运算出的角速度的指令值中减去由速度变换部1251得到的角速度的当前值。pi控制部1254根据减法器1253的减法结果进行pi控制，由此得到角速度控制的指令值。
42.指令值合成部126将由转矩控制部123运算出的转矩控制的指令值和由关节角控制部125运算出的角速度控制的指令值合成。在图2中，指令值合成部126具有加法器1261。加法器1261将由转矩控制部123运算出的转矩控制的指令值与由关节角控制部125运算出的角速度控制的指令值相加。作为该指令值合成部126的合成结果的指令值(电流指令值)被输出到马达21。
43.接着，一边参照图3，一边说明频率分离部111的构成例。在图3中示出了频率分离部111的构成例，但对于频率分离部122也同样。图3a所示的频率分离部111具有低通滤波器1111和高通滤波器1112。低通滤波器1111仅使从外部输入的信号的低频分量通过。高通滤波器1112仅使从外部输入的信号的高频分量通过。此外，优选的是，低通滤波器1111和高通滤波器1112的截止频率相同(包括大致相同的含义)。
44.图3b所示的频率分离部111具有低通滤波器1113和减法器1114。低通滤波器1113仅使从外部输入的信号的低频分量通过。减法器1114将从外部输入的信号中减去通过了低通滤波器1113的信号。由减法器1114得到的信号是从外部输入的信号的高频分量。
45.此外，在图3中，示出了频率分离部111具有低通滤波器1113的情况。但是，不限于此，频率分离部111也可以具有如下的结构，即，取代低通滤波器1113而使用如加权移动平均等那样具有平滑化效果的其他信号处理方法。
46.接着，一边参照图4，一边说明图1、图2所示的实施方式1的机器人控制装置1的动作例。在图1、图2所示的实施方式1的机器人控制装置1的动作例中，如图4所示，首先，主控制部11根据机器人2的力的指令值和位置姿势的指令值以及机器人2所具有的每个关节的角度的当前值和转矩的当前值的低频分量，运算该每个关节的转矩的指令值的高频分量和角速度的指令值(步骤st401)。
47.接着，关节控制部12根据对应的关节处的转矩的当前值以及由主控制部11运算出的转矩的指令值的高频分量和角速度的指令值，运算对于设置于对应的关节的马达21的指令值(步骤st402)。
48.接着，一边参照图5，一边说明图1、图2所示的主控制部11的动作例。
在图1、图2所示的主控制部11的动作例中，如图5所示，首先，频率分离部111将力的指令值分离为低频分量和高频分量(步骤st501)。
49.接着，转矩指令值变换部112将由频率分离部111得到的力的指令值的高频分量变换为机器人2所具有的每个关节的转矩的指令值的高频分量(步骤st502)。在图1、图2中，系数乘法部1121对力的指令值的高频分量乘以雅可比矩阵的转置矩阵。此外，雅可比矩阵根据机器人2的关节的角度而变化，所以需要适当更新。
50.另外，力运算部113将机器人2所具有的每个关节的转矩的当前值的低频分量变换为力的当前值的低频分量(步骤st503)。在图1、图2中，系数乘法部1131对转矩的当前值的低频分量乘以雅可比矩阵的转置的逆矩阵。此外，转矩获取部121所获取的转矩的当前值通常包含由重力引起的转矩分量，所以在从转矩变换为力之前，可以从转矩的当前值的低频分量中减去由该重力引起的转矩分量的推定值来进行去除。
51.接着，力控制部114根据由频率分离部111得到的力的指令值的低频分量和由力运算部113得到的力的当前值的低频分量，运算速度的指令值(低频力控制的指令值)(步骤st504)。在图1、图2中，减法器1141通过减法求出力的指令值的低频分量和力的当前值的低频分量之间的偏差，系数乘法部1142通过对由减法器1141求出的偏差乘以增益，从而得到速度的指令值。
52.另外，位置姿势运算部115根据机器人2所具有的每个关节的角度的当前值，运算机器人2的位置姿势的当前值(步骤st505)。
53.接着，位置姿势控制部116根据位置姿势的指令值和由位置姿势运算部115运算出的位置姿势的当前值，运算速度的指令值(位置姿势控制的指令值)(步骤st506)。在图1、图2中，偏差运算器1161运算位置姿势的指令值和位置姿势的当前值之间的偏差，系数乘法部1162通过对偏差运算器1161的运算结果的偏差乘以增益，从而得到速度的指令值。此外，位置的偏差是通过从指令值的坐标值减去当前值的坐标值而得到的。姿势的偏差可以通过求出从当前值的姿势向指令值的姿势的旋转变换而得到。
54.接着，指令值合成部117通过将由力控制部114运算出的速度的指令值和由位置姿势控制部116运算出的速度的指令值相加来进行合成，得到一个速度的指令值(步骤st507)。
55.接着，指令值变换部118将由指令值合成部117得到的速度的指令值变换为机器人2所具有的每个关节的角速度的指令值(步骤st508)。在图1、图2中，系数乘法部1181通过对由指令值合成部117得到的速度的指令值乘以雅可比矩阵的逆矩阵，从而得到每个关节的角速度的指令值。
56.接下来，一边参照图6，一边说明图1、图2所示的关节控制部12的动作例。在图1、图2所示的关节控制部12的动作例中，如图6所示，转矩获取部121首先获取对应的关节处的转矩的当前值(步骤st601)。
57.接着，频率分离部122将由转矩获取部121获取的转矩的当前值分离为低频分量和高频分量(步骤st602)。
58.接着，转矩控制部123根据由频率分离部122得到的转矩的当前值的高频分量和由主控制部11运算出的转矩的指令值的高频分量，运算转矩控制的指令值(步骤st603)。在图1、图2中，减法器1231从由主控制部11运算出的转矩的指令值的高频分量中减去由频率分
离部122得到的转矩的当前值的高频分量，pi控制部1232根据减法器1231的减法结果进行pi控制，由此得到转矩控制的指令值。
59.另外，关节角控制部125根据由主控制部11运算出的角速度的指令值，运算角速度控制的指令值(步骤st604)。在图1、图2中，速度变换部1251将对应的关节处的角度的当前值变换为角速度的当前值，减法器1253从由主控制部11运算出的角速度的指令值减去由速度变换部1251得到的角速度的当前值，pi控制部1254根据减法器1253的减法结果进行pi控制，由此得到角速度控制的指令值。
60.接着，指令值合成部126将由转矩控制部123运算出的转矩控制的指令值和由关节角控制部125运算出的角速度控制的指令值合成(步骤st605)。在图1、图2中，加法器1261将由转矩控制部123运算出的转矩控制的指令值与由关节角控制部125运算出的角速度控制的指令值相加。作为该指令值合成部126的合成结果的指令值(电流指令值)被输出到马达21。
61.接着，说明实施方式1的机器人控制装置1的力控制。图7是表示实施方式1的机器人控制装置1的低频力控制和高频转矩控制的一例的图。在图7中，粗实线箭头表示力或转矩的低频分量的流动，细实线箭头表示力或转矩的高频分量的流动。另外，粗实线箭头和细实线箭头并列的部位表示力或转矩在频率上没有分离的部位。另外，虚线箭头表示仅与位置姿势控制关联的部位。
62.在图7中，关于低频分量，通过力控制部114进行控制，以使力的当前值的低频分量与力的指令值的低频分量一致。力的当前值的低频分量是通过在频率分离部122对转矩的当前值进行频率分离而得的值在力运算部113中变换为力而得到的。另外，力的指令值的低频分量通过由频率分离部111对力的指令值进行频率分离而得到。然后，由力控制部114生成的指令值经过指令值合成部117、指令值变换部118、速度控制部1252以及指令值合成部126，驱动马达21。这样，在实施方式1的机器人控制装置1中，力的低频分量被控制，稳定响应被控制。
63.另外，在图7中，关于高频分量，通过转矩控制部123进行控制，以使转矩的当前值的高频分量与转矩的指令值的高频分量一致。转矩的当前值的高频分量是通过由频率分离部122对转矩的当前值进行频率分离而得到的。转矩的指令值的高频分量是通过在频率分离部111对力的指令值进行频率分离而得的值在转矩指令值变换部112中进行变换而得到的。转矩控制部123生成的指令值经过指令值合成部126，驱动马达21。这样，在实施方式1的机器人控制装置1中，力的高频分量被控制，过渡响应被控制。
64.然后，在实施方式1的机器人控制装置1中，通过指令值合成部126合成上述两个控制，从而以使力的当前值与力的指令值一致的方式而作为整体进行控制。
65.接着，说明实施方式1的机器人控制装置1的效果。如上所述，在现有的机器人控制装置1b中，由主控制部11b构成反馈系统。即，在该机器人控制装置1b中，在与机器人2物理上和通信上都有距离的构成要素中进行反馈控制运算。因此，从转矩传感器23的转矩检测到向马达21输入指令值的延迟变长。其结果，在该机器人控制装置1b中，不可避免地浪费时间的地方变多，成为抑制能够维持稳定性的高增益化的主要原因。另外，由于浪费的时间本身也不是能够通过超前补偿等消除的要素，所以不能避免对响应时间的不良影响。
66.与此相对，在实施方式1的机器人控制装置1中，将力控制的执行分割为过渡响应的控制(高频区域)和稳定响应的控制(低频区域)，关于过渡响应的控制，通过控制能够配设在接近关节控制部12侧的转矩传感器23的值来实现，在下位控制器(图中的关节控制部12)侧执行控制的主要运算。由此，在实施方式1的机器人控制装置1中，能够削减浪费时间的地方，提高快速响应性。即，在实施方式1的机器人控制装置1中，也能够进行与能够维持稳定性的控制器的高增益化相当的调整(关节单位的一个变量控制的增益调整)。另一方面，在实施方式1的机器人控制装置1中，稳定响应的控制与以往相同，由上位控制器(主控制部11)协同控制多个关节。由此，在实施方式1的机器人控制装置1中，稳定偏差那样的稳定的控制特性与以往相同。即，关节控制部12是关节单位的控制，有时会产生稳定的控制偏差。例如，当在z轴方向进行力控制时，如果作为干扰施加x轴方向的外力，则在z轴方向的力的当前值和目标值之间产生偏差。这样的干扰在关节单位的控制中无法抑制，所以产生控制偏差。与此相对，在实施方式1的机器人控制装置1中，通过主控制部11进行稳定响应的控制，能够解决上述问题。而且，对快速响应性产生影响的主要是过渡响应的控制(高频区域)，因此也能够解决现有技术所具有的难以改善快速响应性的问题。
67.另外，在上述中，示出了频率分离部111对力的指令值进行频率分离，频率分离部122对转矩的当前值进行频率分离的情况。另一方面，例如像转矩指令值变换部112及力运算部113那样，转矩和力能够相互变换。因此，频率分离部111也可以在将力的指令值变换为转矩的指令值之后进行频率分离。同样，频率分离部122也可以在将转矩的当前值变换为力的当前值之后进行频率分离。换言之，即使调换力与转矩的相互变换和频率分离部111、122的运算，也与频率分离部111对力的指令值进行频率分离、或频率分离部122对转矩的当前值进行频率分离的情况相同。另外，可以向频率分离部111输入转矩的指令值，也可以向频率分离部122输入力的当前值。
68.另外，也可以取代分别对力的指令值和转矩的当前值进行频率分离，而对从力的指令值中减去转矩的当前值而得的偏差进行频率分离。这可以解释为将频率分离部111和频率分离部122合并为一个，是同等的。
69.另外，在上述中，示出了频率分离部111设置在主控制部11的内部的情况。但是，并不限于此，频率分离部111也可以设置在主控制部11的外部。另外，在上述中，示出了频率分离部122设置在关节控制部12的内部的情况。但是，并不限于此，频率分离部122也可以设置在关节控制部12的外部。在图8中，示出了频率分离部111和频率分离部122设置在主控制部11和关节控制部12的外部的情况。
70.如上所述，根据本实施方式1，机器人控制装置1具有：频率分离部111，其将机器人2的力的指令值或该机器人2所具有的每个关节的转矩的指令值分离为低频分量和高频分量；频率分离部122，其将机器人2的力的当前值或该机器人2所具有的每个关节的转矩的当前值分离为低频分量和高频分量；主控制部11，其基于由频率分离部111得到的高频分量来运算机器人2所具有的每个关节的转矩的指令值的高频分量，基于由频率分离部111得到的低频分量以及由频率分离部122得到的低频分量来运算力控制的指令值，并基于该力控制的指令值来运算机器人2所具有的每个关节的控制指令值；以及关节控制部12，其针对机器人2所具有的每个关节而设置，基于由频率分离部122得到的高频分量以及由主控制部11运
算出的转矩的指令值的高频分量来运算转矩控制的指令值，基于该转矩控制的指令值和由该主控制部11运算出的控制指令值，来运算对于设置于对应的关节的马达21的指令值，频率分离部111和频率分离部122设置在主控制部11和关节控制部12的外部或内部。由此，实施方式1的机器人控制装置1相对于现有构成能够提高力控制的性能。另外，实施方式1的机器人控制装置1能够抑制控制偏差。
71.实施方式2在实施方式1中，示出了在关节控制部12中，使用由主控制部11运算出的角速度的指令值运算角速度控制的指令值，然后将转矩控制的指令值和角速度控制的指令值合成的情况。然而，不限于此，在关节控制部12中，也可以将转矩控制的指令值和由主控制部11运算出的角速度的指令值合成，然后使用该合成结果来运算角速度控制的指令值。图9、图10是表示实施方式2的机器人控制装置1的构成例的图。相对于图1、图2所示的实施方式1的机器人控制装置1，图9、图10所示的实施方式2的机器人控制装置1将关节角控制部125和指令值合成部126变更为指令值合成部127和关节角控制部128。其他结构相同，标注相同的符号并省略其说明。
72.指令值合成部127将由主控制部11运算出的角速度的指令值和由转矩控制部123运算出的转矩控制的指令值合成。在图10中，指令值合成部127具有加法器1271。加法器1271将由主控制部11运算出的角速度的指令值和由转矩控制部123运算出的转矩控制的指令值相加。
73.关节角控制部128根据指令值合成部127的合成结果，运算角速度控制的指令值。关节角控制部128具有速度变换部1281和速度控制部1282。速度控制部1282具有减法器1283和pi控制部1284。
74.速度变换部1281将对应的关节处的角度的当前值变换为角速度的当前值。
75.减法器1283从指令值合成部127的合成结果中减去由速度变换部1281得到的角速度的当前值。pi控制部1284根据减法器1283的减法结果进行pi控制，由此得到角速度控制的指令值。由该关节角控制部128运算出的角速度控制的指令值(电流指令值)被输出到设置于对应的关节的马达21。
76.这样，在实施方式2的机器人控制装置1中，将角速度的指令值和转矩控制的指令值合成，根据该合成结果实施角速度控制。关于本实施方式2的机器人控制装置1，也能够得到与实施方式1的机器人控制装置1同样的效果。另外，实施方式2的机器人控制装置1成为与以往的柔顺控制接近的对应关系。
77.实施形态3在图1、图2所示的实施方式1的机器人控制装置1中，示出了频率分离部122设置于关节控制部12的情况。但是，不限于此，频率分离部122也可以被分割到主控制部11和关节控制部12而设置。图11是表示实施方式3的机器人控制装置1的构成例的图。相对于图1、图2所示的实施方式1的机器人控制装置1，图11所示的实施方式3的机器人控制装置1将频率分离部122变更为低通滤波器119、加法部120以及减法部129。低通滤波器119、加法部120以及减法
部129针对机器人2所具有的每个关节而设置。如图11、图12所示，低通滤波器119、加法部120以及减法部129构成频率分离部(第二频率分离部)13。其他结构相同，标注相同的符号并省略其说明。此外，在图12中，(低)表示低频分量，(高)表示高频分量，(低 高)表示双方的分量，即原来的信号。
78.低通滤波器119设置在主控制部11中，仅使由转矩获取部121获取的转矩的当前值的低频分量通过。加法部120设置在主控制部11中，将通过了低通滤波器119的转矩的当前值的低频分量和由转矩指令值变换部112得到的转矩的指令值的高频分量相加。
79.减法部129设置在关节控制部12中，从加法部120的加法结果中减去由转矩获取部121获取的转矩的当前值。减法部129的输出成为从转矩的指令值的高频分量中减去转矩的当前值的高频分量而得的值。
80.此外，实施方式3的机器人控制装置1的位置姿势的控制与实施方式1的机器人控制装置1的位置姿势的控制相同。实施方式3的机器人控制装置1的力控制(低频控制)使用将由频率分离部13得到的转矩的当前值的低频分量在力运算部113变换成力的当前值的低频分量而得的值来进行，与实施方式1的机器人控制装置1的力控制实质上相同。另一方面，实施方式3的机器人控制装置1的转矩控制(高频控制)与实施方式1的机器人控制装置1的转矩控制不同。以下，仅对与该转矩控制相关的部分进行说明。
81.在实施方式3的机器人控制装置1中，由转矩获取部121获取的转矩的当前值在通过关节控制部12分支后，一方向主控制部11输出。输出到主控制部11的转矩的当前值被输入到低通滤波器119，得到转矩的当前值的低频分量。该信号被输出到力运算部113和加法部120。加法部120将由转矩指令值变换部112得到的转矩的指令值的高频分量和转矩的当前值的低频分量相加，并输出到关节控制器12。将输出到关节控制部12的上述相加值输入到减法部129，并且减去转矩的当前值。其结果，来自主控制部11的转矩的当前值的低频分量和由转矩获取部121获取的转矩的当前值的低频分量相互抵消，所以转矩的当前值的高频分量残留。该转矩的当前值的高频分量从转矩的指令值的高频分量中减去，从频率分离部13输出转矩的偏差(指令值与当前值之差)的高频分量。该转矩的偏差的高频分量被输出到转矩控制部123。以后与实施方式1相同。
82.在本实施方式3的机器人控制装置1中，由于在关节控制部12内不存在进行滤波处理等的结构，所以具有只要是具有转矩控制功能的关节控制部12就可以不变更而直接利用的优点。
83.此外，关于减法部129从加法部120得到的转矩的当前值的低频分量，从输入到频率分离部13的转矩的当前值来看，是经过两次通信而得到的值，所以存在延迟。因此，严格地说，低频分量不能完全抵消。但是，低频分量原本变化缓慢，如果延迟与低通滤波器119的时间常数相比足够小，则延迟的影响变小。
84.另外，在图11、图12中，示出了使用低通滤波器119的情况。但是，不限于此，也可以使用卡尔曼滤波器或观测器来推定转矩的当前值的低频分量。
85.此外，本技术发明在该发明的范围内，可以进行各实施方式的自由组合、或者各实施方式的任意构成要素的变形、或者在各实施方式中省略任意构成要素。例如，在实施方式1-3中，使用主控制部运算角速度的指令值、关节角控制部进行速度控制的例子进行了说
明，但也可以通过主控制部运算加速度或电流等其他物理量的指令值、关节角控制部进行这些物理量的控制来进行位置姿势和力的控制。工业上的可利用性
86.相对于现有构成能够提高力控制的性能，本发明的机器人控制装置适用于能够同时控制机器人的位置姿势和力的机器人控制装置等。符号说明
87.1机器人控制装置2机器人11主控制部12关节控制部13频率分离部(第二频率分离部)21马达22传感器23转矩传感器24编码器111频率分离部(第一频率分离部)112转矩指令值变换部113力运算部114力控制部115位置姿势运算部116位置姿势控制部117指令值合成部118指令值变换部119低通滤波器120加法部121转矩获取部122频率分离部(第二频率分离部)123转矩控制部124马达控制部125关节角控制部126指令值合成部127指令值合成部128关节角控制部129减法部1111低通滤波器1112高通滤波器1113低通滤波器1114减法器1121系数乘法部
1131系数乘法部1141减法器1142系数乘法部1161偏差运算器1162系数乘法部1171加法器1181系数乘法部1231减法器1232pi控制部1251速度变换部1252速度控制部1253减法器1254pi控制部1261加法器1271加法器1281速度变换部1282速度控制部1283减法器1284pi控制部。