多关节机器人的弹性变形补偿控制装置

摘要

本发明所涉及的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置(10)由关节角度指令值计算部(100)、轴力转矩计算部(200)、第1动态特性运算部(300)、反馈控制部(500)以及电动机角度指令值计算部(600)构成。第1动态特性运算部(300)由以N次曲线内插构成的内插部和以M阶滤波器构成的滤波器部来构成，并使N+M为4以上。

权利要求

1.一种多关节机器人的弹性变形补偿控制装置，驱动多个关节轴以使安装于多关节机器人的工具进行所期望的动作，其中所述多关节机器人经由弹性变形的减速器将驱动多关节机器人的关节轴的电动机、和臂进行结合，所述多关节机器人的弹性变形补偿控制装置的特征在于，具有：关节角度指令值计算部，其计算用于实现所期望的工具动作的各关节轴的关节角度指令值θlc并输出；

轴力转矩计算部，其基于动力学模型，根据关节角度指令值θlc来计算按照所述关节角度指令值θlc动作时产生的作用于各关节轴的轴力转矩fc并输出；

电动机角度指令值计算部，其基于包括关节轴的刚性参数在内的参数，根据关节角度指令值θlc和轴力转矩fc来计算电动机角度指令值θmc并输出；

第1动态特性运算部，其具备具有低于机器人的固有振动频率的截止频率的高频阻隔特性，对所述电动机角度指令值θmc进行滤波处理，并输出处理后的电动机角度目标值θmd；

第2动态特性运算部，其对向所述轴力转矩计算部的输入以及来自所述轴力转矩计算部的输出的至少任意一者进行滤波处理，并输出处理后的轴力转矩补偿值fd；

电动机角度控制部，其被输入所述电动机角度目标值θmd作为针对所述电动机的目标值；和电动机电流控制部，其被输入从所述电动机角度控制部输出的电动机转矩指令值加上所述轴力转矩补偿值fd而得到的值作为目标值，所述第1动态特性运算部由以N次曲线内插构成的内插部、和以M阶滤波器构成的滤波器部来构成，并且N+M为4以上。

2.根据权利要求1所述的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置，其特征在于，将构成所述滤波器部的M阶滤波器设为以下的式(1)：[式1]

3.根据权利要求1所述的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置，其特征在于，将构成所述滤波器部的M阶滤波器设为以下的式(2)：[式2]

4.根据权利要求1～3中任一项所述的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置，其特征在于，将构成所述滤波器部的M阶滤波器的波形设为对于该M阶滤波器的阶跃响应时的波形而言M-1阶微分值连续的波形。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置，其特征在于，将构成所述滤波器部的M阶滤波器的波形设为对于该M阶滤波器的脉冲响应时的波形而言M-2阶微分值连续的波形。

说明书

多关节机器人的弹性变形补偿控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及多关节机器人的控制。

背景技术

[0002] 在通过电弧焊接进行多个母材的焊接时，采用摆动焊接，所述摆动焊接是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。过去以来，该摆动焊接通过使焊炬自身左右摇动来进行，或通过以焊炬自身为中心使其左右倾动来进行。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。

[0003] 这样的多关节机器人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，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执行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校正的情况下，电动机按照指令值那样进行动作为前提。但是，由于前馈等未充分发挥功能，因此电动机如指令值那样进行动作几乎不可能，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。

[0004] 日本特开昭61-201304号公报(专利文献1)公开了一种如下方法：在减速器等的关节群的机械刚性较低的情况下，也针对位置指令值对机器人臂高精度地进行位置控制。该位置控制方法的特征在于，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刚性的机器人臂的运动方程，来计算出施加在各关节的转矩，通过用求得的转矩除以作为常数、函数或控制装置内的表给出的各关节的机械弹力刚性，来求取基于各关节的机械刚性的挠曲角，并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。

[0005] 另外，日本特开2005-186235号公报(专利文献2)公开了即使干扰力发挥作用、由相互干扰的多轴构成的机器人的各轴也按照指令动作的机器人的控制装置。该控制装置是机器人的控制装置，该机器人由相互干扰的多轴构成，具备用于使由电动机、经由减速机等与电动机结合的臂和检测电动机的位置的电动机位置检测器构成的各轴按照每个轴的指令进行动作的位置控制部以及速度控制部。该控制装置的特征在于，具备：干扰力计算部，其根据自轴的指令来计算作用于其它轴的干扰力；非干扰转矩信号作成部，其根据自轴的指令和从其它轴作用的干扰力的计算值来求取即使在有从其它轴作用的干扰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；和非干扰位置信号作成部，其根据自轴的指令和从其它轴作用的干扰力的计算值来求取即使在有从其它轴作用的干扰力的情况下也使自轴按照指令动作的电动机位置信号。

[0006] 先行技术文献

[0007] 专利文献

[0008] 专利文献1：日本特开昭61-201304号公报

[0009] 专利文献2：日本特开2005-186235号公报

[0010] 发明的概要

[0011] 发明要解决的课题

[0012] 在上述的专利文献1中，根据关节角目标值等来计算因减速器等的刚性不足而产生的挠曲(弹性变形)，将弹性变形量和给电动机的角度指令值相加以补偿该弹性变形，由此谋求位置精度的改善。但是，由于如上所述未进行良好的前馈控制等，因此电动机未按照指令值动作，弹性变形补偿未充分发挥功能。

[0013] 另外，在专利文献2中，记载了包括各轴间的干扰在内的弹性变形补偿。但是，需要臂加速度的一阶微分值、二阶微分值，非常不耐噪声，另外只是进行稍微剧烈的动作，臂加速度的二阶微分值就示出天文数字的值等，该弹性变形补偿的实现受到非常大的制约。

[0014] 即，在现有技术中，未能解决以下的问题。

[0015] (1)在机器人的固有振动低的状态下，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，导致了精度变差。

[0016] (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，导致了精度变差。

[0017] (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产生差异，导致了轨迹精度的变差。

[0018] (4)在指令值的计算周期比伺服控制部中的计算周期滞后的情况下产生的相位差导致了轨迹精度的变差。

[0019] (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。但是，由于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，因而使相位/增益特性在高频摆动动作中一致是非常困难的。

发明内容

[0020] 本发明鉴于上述的问题而提出，其目的在于，提供一种在具备多轴的多关节机器人中能够补偿各轴的弹性变形的影响从而能以较高的轨迹精度进行摆动等动作的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置。

[0021] 用于解决课题的手段

[0022] 为了解决上述课题，本发明所涉及的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置采取以下的技术手段。

[0023] 即，本发明所涉及的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置驱动多个关节轴以使安装于多关节机器人的工具进行所期望的动作，其中所述多关节机器人经由弹性变形的减速器将驱动多关节机器人的关节轴的电动机、和臂進行结合，所述多关节机器人的弹性变形补偿控制装置的特征在于，具有：关节角度指令值计算部，其计算用于实现所期望的工具动作的各关节轴的关节角度指令值θlc并输出；轴力转矩计算部，其基于动力学模型，根据关节角度指令值θlc来计算按照所述关节角度指令值θlc动作时产生的作用于各关节轴的轴力转矩fc并输出；电动机角度指令值计算部，其基于包括关节轴的刚性参数在内的参数，根据关节角度指令值θlc和轴力转矩fc来计算电动机角度指令值θmc并输出；第1动态特性运算部，其具备具有低于机器人的固有振动频率的截止频率的高频阻隔特性，对所述电动机角度指令值θmc进行滤波处理，并输出处理后的电动机角度目标值θmd；电动机角度控制部，其被输入所述电动机角度目标值θmd作为针对所述电动机的目标值；和电动机电流控制部，其被输入从所述电动机角度控制部输出的电动机转矩指令值加上轴力转矩补偿值fd而得到的值作为目标值，所述第1动态特性运算部由以N次曲线内插构成的内插部、和以M阶滤波器构成的滤波器部来构成，并且N+M为4以上。

[0024] 优选为，最好将构成所述滤波器部的M阶滤波器设为以下的式(1)。

[0025] [式1]

[0026]

[0027] 优选为，最好将构成所述滤波器部的M阶滤波器设为以下的式(2)。

[0028] [式2]

[0029]

[0030] 优选为，最好将构成所述滤波器部的M阶滤波器的波形设为对于该M阶滤波器的阶跃响应时的波形而言M-1阶微分值连续的波形。优选为，最好将构成所述滤波器部的M阶滤波器的波形设为对于该M阶滤波器的脉冲响应时的波形而言M-2阶微分值连续的波形。

[0031] 发明的效果

[0032] 通过使用本发明所涉及的弹性变形补偿控制装置，在具备多轴的多关节机器人中，能够补偿各轴的弹性变形的影响从而能以较高的轨迹精度进行摆动等动作。

附图说明

[0033] 图1是表示本发明的实施方式所涉及的弹性变形补偿控制装置的动态特性(1)的框图。

[0034] 图2A表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(X、Z轴方向的动作)(N＝4、M＝0)。

[0035] 图2B表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(Z轴方向的动作的放大图)(N＝4、M＝0)。

[0036] 图3A表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(X、Z轴方向的动作)(N＝5、M＝0)。

[0037] 图3B表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(Z轴方向的动作的放大图)(N＝5、M＝0)。

[0038] 图4A表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(X、Z轴方向的动作)(N＝3、M＝1)。

[0039] 图4B表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(Z轴方向的动作的放大图)(N＝3、M＝1)。

[0040] 图5A表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(X、Z轴方向的动作)(N＝2、M＝2)。

[0041] 图5B表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(Z轴方向的动作的放大图)(N＝2、M＝2)。

[0042] 图6A表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(X、Z轴方向的动作)(N＝1、M＝3)。

[0043] 图6B表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(Z轴方向的动作的放大图)(N＝1、M＝3)。

[0044] 图7A表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(X、Z轴方向的动作)(N＝0、M＝4)。

[0045] 图7B表示通过本实施方式的方法构成动态特性(1)并进行了控制的结果(Z轴方向的动作的放大图)(N＝0、M＝4)。

[0046] 图8A是表示一阶滤波器的阶跃响应的图。

[0047] 图8B是表示一阶滤波器的阶跃响应的一阶微分值的图。

[0048] 图9A是表示相当于一阶的移动平均滤波器的移动平均权重的图。

[0049] 图9B是表示相当于一阶的移动平均滤波器的阶跃响应的图。

[0050] 图9C是表示相当于一阶的移动平均滤波器的阶跃响应的一阶微分值的图。

[0051] 图10A是表示使用三次内插和相当于一阶的移动平均滤波器并进行了控制的结果(X、Z轴方向的动作)的图。

[0052] 图10B是表示使用三次内插和相当于一阶的移动平均滤波器并进行了控制的结果(Z轴方向的动作的放大图)的图。

[0053] 图11A是表示相当于二阶的移动平均滤波器的移动平均权重的图。

[0054] 图11B是表示相当于二阶的移动平均滤波器的阶跃响应的图。

[0055] 图11C是表示相当于二阶的移动平均滤波器的阶跃响应的一阶微分值的图。

[0056] 图11D是表示相当于二阶的移动平均滤波器的阶跃响应的二阶微分值的图。

[0057] 图12A是表示相当于三阶的移动平均滤波器的移动平均权重的图。

[0058] 图12B是表示相当于三阶的移动平均滤波器的阶跃响应的图。

[0059] 图12C是表示相当于三阶的移动平均滤波器的阶跃响应的一阶微分值的图。

[0060] 图12D是表示相当于三阶的移动平均滤波器的阶跃响应的二阶微分值的图。

[0061] 图12E是表示相当于三阶的移动平均滤波器的阶跃响应的三阶微分值的图。

[0062] 图13是运用本实施方式的动态特性(1)的弹性变形补偿控制装置的框图。

[0063] 图14A表示通过现有的方法(零阶保持)构成动态特性(1)并进行控制的结果(X、Z轴方向的动作)。

[0064] 图14B表示通过现有的方法(一次内插)构成动态特性(1)并进行控制的结果(X、Z轴方向的动作)。

[0065] 图14C表示通过现有的方法(二次内插)构成动态特性(1)并进行控制的结果(X、Z轴方向的动作)。

[0066] 图14D表示通过现有的方法(三次内插)构成动态特性(1)并进行控制的结果(X、Z轴方向的动作)。

[0067] 图14E表示通过现有的方法(三次内插)构成动态特性(1)并进行控制的结果(Z轴方向的动作的放大图)。

[0068] 图15是运用本实施方式的动态特性(1)的其它弹性变形补偿控制装置的框图。

[0069] 图16是表示运用弹性变形补偿控制装置的多关节机器人的整体构成的概略图。

[0070] 图17是用于说明N次内插的图。

具体实施方式

[0071] 以下根据附图来详细说明本发明的实施方式所涉及的多关节机器人的弹性变形补偿控制装置。另外，在以下的说明中，对同一部件标注同一标号。它们的名称以及功能也相同。因此，不再重复针对它们的详细的说明。另外，以下作为控制对象说明了使焊炬进行倾动动作(摆动动作)的多关节机器人，但这仅是一例。本发明所涉及的弹性变形补偿控制装置能够广泛运用在用于使多个关节轴进行驱动使得安装于将驱动多关节机器人的关节轴的电动机和臂经由弹性变形的减速器而结合的多关节机器人的工具进行所期望的动作的控制。

[0072] [成为前提的实施方式]

[0073] 首先，说明运用本实施方式所涉及的弹性变形补偿控制装置的垂直多关节机器人(以下有时仅记载为多关节机器人)的概要。

[0074] 图16是使焊炬进行倾动动作(摆动动作)的机器人的一例，是表示运用本实施方式所涉及的弹性变形补偿控制装置的多关节机器人1的概要的图。该多关节机器人1是垂直多关节型，具备S1～S6这6个关节。在S6轴的前端设置焊炬，通过从焊炬送出的焊丝来进行电弧焊接。该多关节机器人1将预先规定的焊接开始点与焊接结束点之间设定为焊接作业区间内，在连结焊接开始点和焊接结束点的焊接线方向上移动，并对焊丝进行设置，以使其以预先规定的振幅以及频率进行倾动的动作(摆动动作)。

[0075] 这样的多关节机器人1除了包括图示的多关节机器人1的主体以外，还包括具备未图示的示教器并对各轴进行伺服控制的控制装置(伺服控制部)、和未图示的上级计算机(上级CPU)。通过这些控制装置以及上级计算机实现本实施方式所涉及的弹性变形补偿控制装置。

[0076] 控制装置(伺服控制部)按照预先示教的程序来控制设置在多关节机器人1的焊炬，以使其模仿上述的焊接线进行摆动动作来移动。示教程序有使用与控制装置连接的示教器来制成的情况、和使用利用了上级计算机的在线示教系统来制成的情况。不管是哪种情况，都在实际的动作前预先制成示教程序。

[0077] 在上级计算机中，生成焊接路径或生成基于焊接路径的摆动动作指令。

[0078] 图13表示控制图16的多关节机器人1的弹性变形补偿控制装置10的控制框图。如上述那样，该弹性变形补偿控制装置10构成为包括以上级CPU实现的部分和以伺服控制部实现的部分。

[0079] 该弹性变形补偿控制装置10驱动多个关节轴，以使安装在多关节机器人1的工具(在此为焊炬)进行所期望的动作(例如摆动动作)。

[0080] 该弹性变形补偿控制装置10由以上级CPU实现的关节角度指令值计算部100、轴力转矩计算部(图示为“轴力FF”)200以及电动机角度指令值计算部(图示为“弹性变形补偿”)600、和以伺服控制部实现的第1动态特性运算部(图示为“动态特性(1)”)300、第2动态特性运算部(图示为“动态特性(2)”)400以及反馈控制部(图示为“伺服控制FB特性”)500构成。
反馈控制部500构成为包括电动机角度控制部510以及电动机电流控制部(图示为“电流控制”)520。另外，以下，控制块中的要素的特性(即使没有记载为动态特性也)全都是动态特性。另外，记载“FB”是指反馈，记载“FF”是指前馈。

[0081] 关节角度指令值计算部100计算用于实现焊炬的摆动动作的各关节轴的关节角度指令值θlc，并予以输出。

[0082] 轴力转矩计算部200基于动力学模型，根据关节角度指令值θlc来计算按照从关节角度指令值计算部100输出的关节角度指令值θlc进行动作时产生的作用于各关节轴的轴力转矩fc。

[0083] 电动机角度指令值计算部600基于包括关节轴的刚性参数在内的参数，根据关节角度指令值θlc和轴力转矩fc来计算电动机角度指令值θmc，并予以输出。

[0084] 更详细地，轴力转矩计算部200计算在基于关节角度指令值θlc按照指令值动作时作用于各轴的轴力转矩fc。电动机角度指令值计算部600根据轴力转矩fc基于轴刚性K、粘性B等(粘性较小因而能省略)来计算弹性变形量ec，根据关节角度指令值θlc和弹性变形量ec来计算电动机角度指令值θmc。

[0085] 第1动态特性运算部300对从电动机角度指令值计算部600输出的电动机角度指令值θmc进行滤波处理，并将处理后的电动机角度目标值θmd输出。该第1动态特性运算部300具备具有低于多关节机器人1的固有振动频率的截止频率的高频阻隔特性。

[0086] 第2动态特性运算部400对向轴力转矩计算部200的输入以及来自轴力转矩计算部200的输出的至少任意一者进行滤波处理，将处理后的轴力转矩补偿值fd输出。在图13中，第2动态特性运算部400对来自轴力转矩计算部200的输出进行滤波处理。该第2动态特性运算部400具备具有低于或等于第1动态特性运算部300的截止频率的高频阻隔特性。

[0087] 另外，第1动态特性运算部300和第2动态特性运算部400也可以具有相同的特性。在2个动态特性运算部300、400为相同特性的情况下，成为和将1个第1动态特性运算部300设置在关节角度指令值计算部100的出侧的弹性变形补偿控制装置等效。针对这样的弹性变形补偿控制装置也能运用本发明的技术(详细后述)。

[0088] 对电动机角度控制部510输入电动机角度目标值θmd来作为针对电动机的目标值。电动机角度控制部510具有速度前馈控制以及/或者加速度前馈控制。Gda以及Gdv是加速度前馈以及速度前馈增益，取0～1的值。

[0089] 对电动机电流控制部520输入将从电动机角度控制部510输出的电动机转矩指令值与从第2动态特性运算部400输出的轴力转矩补偿值fd相加得到的值来作为目标值。

[0090] 图13所示的框图中示出的弹性变形补偿控制装置10具备以下的特征。

[0091] 在非线性项的轴力转矩计算部200之前以及/或者之后(在此仅为之后)配置第2动态特性运算部400。对该第2动态特性运算部400赋予阻隔第1动态特性运算部300的高频阻隔特性以上的高频带的特性。即，第2动态特性运算部400的截止频率低于或等于第1动态特性运算部300的截止频率。

[0092] 根据这样的构成，除了能够通过第1动态特性运算部300来抑制含有包含在关节角度指令值θlc中的固有振动分量的高频以外，还能通过第2动态特性运算部400抑制含有包含在轴力转矩fc中的固有振动分量的高频。由此，能抑制在多关节机器人1产生的高频振动。

[0093] 另外，在多关节机器人1中，在即使于XYZ空间进行低频动作、特异点近旁等的雅可比矩阵(Jacobian)也剧烈地发生变化之处，若关节角度发生变化，则会产生2倍或3倍分量的高频。进而，即使在关节角度空间进行低频动作，也由于非线性项具有速度的2次方项等，因而产生关节角度的2倍或3倍分量的高频。为此，通过具备第1动态特性运算部300的高频阻隔特性以上的高频阻隔特性的第2动态特性运算部400对来自非线性项的轴力转矩计算部200的输出即轴力转矩fc进行处理来设为轴力转矩补偿值fd，从而进一步抑制了在多关节机器人1产生的高频振动。

[0094] [第1实施方式]

[0095] 通过使用以上叙述的弹性变形补偿控制装置10，在多关节机器人1中能够对各轴的弹性变形的影响进行补偿从而能以较高的轨迹精度进行摆动等动作。但是，本中请的发明者们发现若未适当地设计设置于图13的框图所示的弹性变形补偿控制装置10的动态特性(1)即第1动态特性运算部300而进行弹性变形补偿以及前馈控制，则会产生在焊炬前端的振动。该状況即使将第1动态特性运算部300配置在轴力转矩计算部200的输入侧也同样。另外，即使将第1动态特性运算部300分离为2个动态特性部并分别配备在“图13中的第1动态特性运算部300的位置”、和“轴力转矩计算部200的输入侧”也相同。

[0096] 因此，本申请的申请人们如图1所示，由以更细的标度对上级CPU所计算出的焊接工具的大概轨迹(控制轨迹)进行内插的内插部301、和对内插部301的输出进行滤波的滤波器部302来构成第1动态特性运算部300。在该内插部301采用N次曲线内插，在滤波器部302采用M阶滤波器。

[0097] 所谓由内插部301实施的N次曲线内插是指用N阶函数(曲线)对以较粗糙的采样周期给出的点序列的点间进行内插。最一般的N次曲线内插是N＝0的零阶保持、直到N＝1的一次内插，二次以上的内插能通过使用日本专利4119011号所公开的技术等来实现。图17示出五次内插的示例。

[0098] 尽管如此，本申请的发明者们还发现若不将N次曲线中的N的值、M阶滤波器中的M的值设为适当的值，则会如图14A～图14E所示，产生在焊炬前端的振动(特别是Z方向上的振动)。

[0099] 基于这样的见解，本申请的发明者们进行了锐意研究。结果发现，在弹性变形补偿控制装置10(以弹性变形补偿进行位置控制的控制系统)中，由以N次曲线内插构成的内插部301、和以M阶滤波器构成的滤波器部302构成第1动态特性运算部300，并且使N+M成为4以上。由此可以明确，能够抑制图14A～图14E所示那样的在焊炬前端的振动的产生，从而能够对各轴的弹性变形的影响进行补偿而以较高的轨迹精度进行摆动等动作。

[0100] 优选为，将滤波器部302所运用的滤波器设为式(1)所示的滤波器。

[0101] [式3]

[0102]

[0103] 进而，也可以采用分母和分子的阶数差成为M的式(2)所示的M阶滤波器。

[0104] [式4]

[0105]

[0106] 图2A～图7B表示使用由以N次曲线内插构成的内插部301和以M阶滤波器构成的滤波器部302(其中N+M≥4)构成的第1动态特性运算部300并进行控制的结果。

[0107] 图2A、图2B表示仅由以四次曲线内插构成的内插部301来构成第1动态特性运算部300的情况下的控制结果。在现有的技术中，如图14A～图14E所示，在使焊炬在Z方向上移动了3×10-3m的情况下，会产生在Z方向上具有20×10-3m这样极大的振幅的振动。但是，通过将内插部301设为四次曲线内插，如图2B所示，能使振动的振幅在Z方向上为1×10-5m以下。

[0108] 图3A、图3B表示仅由以五次曲线内插构成的内插部301来构成第1动态特性运算部300的情况下的控制结果。在这种情况下，也能使振动的振幅在Z方向上为1×10-5m以下。

[0109] 图4A、图4B表示由以三次曲线内插构成的内插部301、和采用了一阶滤波器的滤波器部302来构成第1动态特性运算部300的情况下的控制结果。这种情况下，也能使振动的振-5幅在Z方向上为1×10 m以下。

[0110] 图5A、图5B表示由以二次曲线内插构成的内插部301、和采用了二阶滤波器的滤波器部302来构成第1动态特性运算部300的情况下的控制结果。这种情况下，也能使振动的振幅在Z方向上为1×10-5m以下。

[0111] 图6A、图6B表示由以一次曲线内插构成的内插部301、和采用了三阶滤波器的滤波器部302来构成第1动态特性运算部300的情况下的控制结果。这种情况下，也能使振动的振幅在Z方向上为1×10-5m以下。

[0112] 图7A、图7B表示仅由以四阶滤波器构成的滤波器部302来构成第1动态特性运算部-5300的情况下的控制结果。在这种情况下，振动的振幅在Z方向上为1×10 m程度。虽然图7A、图7B的结果相比于图2A～图6B的结果稍差，但与图14A～图14E所示的现有的技术的结果相比振动的振幅明显变小。

[0113] 如上所述，通过由以N次曲线内插构成的内插部301和以M阶滤波器构成的滤波器部302来构成第1动态特性运算部300，并使N+M成为4以上，能够确实地抑制图14A～图14E所示那样的焊炬前端的振动，并且能补偿各轴的弹性变形的影响从而以较高的轨迹精度进行摆动等动作。

[0114] [第2实施方式]

[0115] 另外，滤波器部302所运用的M阶滤波器的波形可以设为针对该M阶滤波器的阶跃响应时的波形而言M-1阶微分值连续的波形。另一方面，滤波器部302所运用的M阶滤波器的波形可以设为针对该M阶滤波器的脉冲响应时的波形而言M-2阶微分值连续的波形。

[0116] 即，在前述的第1实施方式中，示出了能以连续时间的传递函数表现的M阶滤波器(式(1))，但若进行脉冲响应近似，则能将该M阶滤波器近似为移动平均滤波器。另外，在以分数形式表现M阶滤波器的情况下，分母与分子的阶数差为M，直到阶跃响应的M-1阶微分值为止都连续，M阶微分值不连续。即，对于包括移动平均滤波器在内的各种滤波器，也通过上述性质而具有与M阶滤波器等效的性质，能够将包括移动平均滤波器在内的直到阶跃响应的M-1阶微分值为止都连续的滤波器设为与M阶滤波器等效的滤波器。也可以在滤波器部302中采用这样的等效的滤波器，能起到和第1实施方式大致同样的作用效果。

[0117] 图8A、图8B、图9A、图9B、图11A～图11D、图12A～图12E示出了第2实施方式的滤波器部302所运用的滤波器的波形。

[0118] 图8A、图8B涉及第1实施方式的一阶滤波器，图8A的曲线图是一阶滤波器的阶跃响应的波形。该波形连续，但如图8B的曲线图所示，阶跃响应的波形一阶微分的波形在时间0处不连续变化。

[0119] 图9A、图9B是相当于一阶的移动平均滤波器的一例，由于N-1＝0，因此直到阶跃响应的N-1阶微分值即不进行微分的阶跃响应本身为止都连续，N阶微分值即一阶微分值不连续。

[0120] 图10A、图10B表示将图9A、图9B所示的移动平均滤波器运用于滤波器部302、在内插部301运用三次内插并进行了控制的结果。

[0121] 如图10B所示，通过使用该第1动态特性运算部300，能使振动的振幅在Z方向上为1-5×10 m以下。

[0122] 另外，图11A～图11D是相当于二阶的移动平均滤波器的一例，直到阶跃响应的N-1(＝1)阶微分值为止都连续，N(＝2)阶微分值不连续。通过将图11A～图11D所示的移动平均滤波器运用在滤波器部302中，并在内插部301中运用二次内插，能抑制和图10A、图10B同样的振动。

[0123] 图12A～图12E是相当于三阶的移动平均滤波器的一例，直到阶跃响应的N-1(＝2)阶微分值为止都连续，N(＝3)阶微分值不连续。通过将图12A～图12E所示的移动平均滤波器运用在滤波器部302中，并在内插部301中运用一次内插，能抑制和图10A、图10B同样的振动。

[0124] 同样在零阶保持后，即使仅使用运用了相当于四阶的移动平均滤波器的滤波器部302来实施控制，也能得到和图10A、图10B同样的控制结果。

[0125] 另外，在移动平均滤波器的情况下，由于权重与脉冲响应一致，而阶跃响应的微分值与脉冲响应也一致，因此阶跃响应的N-1阶微分值与脉冲响应的N-2阶微分值等效。

[0126] [第3实施方式]

[0127] 关于第1实施方式中叙述的弹性变形补偿控制装置10(参考图13)，本申请的发明者们进一步进行了锐意研究，发现以下情况。

[0128] 即，在图13所示的弹性变形补偿控制装置10中，若Gda＝0，则即使由以N+M为3以上的N次曲线内插构成的内插部301、和以M阶滤波器构成的滤波器部302来构成第1动态特性运算部300，也能确实地抑制焊炬前端的振动。进而，能够对各轴的弹性变形的影响进行补偿从而能以较高的轨迹精度进行摆动等动作。

[0129] 特别是本申请的发明者们还发现，若Gda＝Gdv＝0，则也能够由以N+M为2以上的N次曲线内插构成的内插部301、和以M阶滤波器构成的滤波器部302来构成第1动态特性运算部300。

[0130] 即，虽然若Gda≠0则需要N+M为4以上，但若是Gda＝0的情况，则只要N+M为3以上即可，进而若是Gda＝Gdv＝0的情况，则N+M为2以上即可。这时，动态特性(2)的高频阻隔特性需要给予动态特性(1)以上的高频阻隔特性。

[0131] 如上所述，在本发明所涉及的弹性变形补偿控制装置10中，由以N次曲线内插构成的内插部301和以M阶滤波器构成的滤波器部302来构成第1动态特性运算部300，并使N+M成为4以上。由此，能够确实地抑制焊炬前端的振动，并且对各轴的弹性变形的影响进行补偿从而能以较高的轨迹精度进行摆动等动作。

[0132] 另外，应当理解，本次公开的实施方式的全部内容均为例示而并非限制性的内容。本发明的范围并非通过上述的说明、而是通过权利要求书来示出，并旨在包含与权利要求书等同的意义以及范围内的全部变更。

[0133] 例如本发明的技术也能运用在图15所示的弹性变形补偿控制装置20中。对于弹性变形补偿控制装置20而言，构成该装置20的电动机角度控制部510不具备速度前馈控制以及/或者加速度前馈控制。通过对该装置20运用本发明的技术，能起到和在第1实施方式～第3实施方式等中所公开的作用效果大致同样的作用效果。

[0134] 本申请基于2013年2月15日申请的日本专利申请(特愿2013-027947)，将其内容作为参考而援引于此。

[0135] 标号的说明

[0136] 1 多关节机器人

[0137] 10、20 弹性变形补偿控制装置

[0138] 100 关节角度指令值计算部

[0139] 200 轴力转矩计算部(轴力FF)

[0140] 300 第1动态特性运算部(动态特性(1))

[0141] 400 第2动态特性运算部(动态特性(2))

[0142] 500 反馈控制部(伺服控制FB特性)

[0143] 600 电动机角度指令值计算部(弹性变形补偿)

[0144] 510 电动机角度控制部

[0145] 520 电动机电流控制部(电流控制)