РОБОТ И СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ШУМА РОБОТА
ROBOT AND ROBOT NOISE SUPPRESSION

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к роботу и способу устранения шума для робота, а более конкретно - к способу управления для робота.
Уровень техники
[0002] Когда манипулятор робота активируется и останавливается, манипулятор колеблется. Когда манипулятор колеблется, поскольку робот не может выполнять работу с высокой точностью позиционирования, робот иногда остается в режиме ожидания, пока манипулятор не прекратит колебание. Когда скорость манипулятора увеличивается, поскольку колебание во время остановки манипулятора увеличивается, время до прекращения колебания увеличивается. Поэтому, например, в PTL 1 раскрывается способ уменьшения остаточного колебания с помощью инерционного датчика в роботе. Остаточное колебание возникает потому, что большая упругость присутствует между электромотором и дальним концом манипулятора. Информация о вращении электромотора может быть получена только с помощью датчика положения, представленного кодером. Однако информация, касающаяся дальнего конца манипулятора, может быть более точно получена посредством присоединения инерционного датчика. Эта информация возвращается по каналу обратной связи блоку управления, чтобы уменьшать остаточное колебание.
Список библиографических ссылок
Патентные документы
[0003] PTL 1: Патент (Япония) номер 3883544
Сущность изобретения
Техническая задача
[0004] Чтобы использовать инерционный датчик, необходимо принимать во внимание шум. В частности, в гиродатчике колебательного типа, когда механическое колебание прикладывается к гиродатчику, возникает шум очень большой частоты, нарушающей настройку. Когда создается система обратной связи, которая управляет манипулятором с помощью выходного сигнала инерционного датчика, иногда эта система обратной связи колеблется и робот не работает. Следовательно, существует потребность в роботе, который предотвращает колебание системы обратной связи, включающей в себя инерционный датчик.
Решение задачи
[0005] Изобретение создано, чтобы решить по меньшей мере часть проблем, описанных выше, и оно может быть осуществлено в следующем виде или примерах применения.
[0006] (Пример 1 применения)
Робот согласно этому примеру применения включает в себя: манипулятор; секцию присоединения манипулятора, соединенную с манипулятором и включающую в себя источник приведения в движение, который поворачивает или перемещает манипулятор; основание, соединенное с секцией присоединения манипулятора; датчик угла, который определяет угол поворота источника приведения в движение; инерционный датчик, который присоединен к манипулятору и определяет инерционную силу, действующую на манипулятор; шумовой фильтр, который устраняет шум из выходного сигнала инерционного датчика; блок управления, который управляет действием поворота манипулятора; блок определения шума, который определяет частоту шума инерционного датчика из выходного сигнала датчика угла и выходного сигнала инерционного датчика; и блок определения коэффициента фильтра, который определяет с помощью частоты шума характеристику шумового фильтра для шумового фильтра для устранения шума.
[0007] Согласно примеру применения манипулятор соединен с основанием через секцию присоединения манипулятора. Секция присоединения манипулятора включает в себя источник приведения в движение. Источник приведения в движение поворачивает или перемещает манипулятор. Блок управления управляет источником приведения в движение, чтобы, тем самым, управлять действием поворота манипулятора. Датчик угла установлен в источнике приведения в движение. Датчик угла определяет угол поворота источника приведения в движение. Блок управления распознает состояние поворота манипулятора на основе информации, касающейся угла поворота источника приведения в движение.
[0008] Инерционный датчик присоединен к манипулятору. Блок управления распознает состояние поворота манипулятора с помощью выходного сигнала инерционного датчика. Блок определения шума определяет частоту шума в шуме, присущем инерционному датчику, с помощью выходного сигнала датчика угла и выходного сигнала инерционного датчика. Блок определения коэффициента фильтра определяет характеристику шумового фильтра с помощью частоты шума. Характеристика шумового фильтра определяется согласно характеристике, присущей инерционному датчику. Шумовой фильтр соединен с инерционным датчиком. Шумовой фильтр устраняет шум из выходного сигнала инерционного датчика согласно характеристике шумового фильтра. Следовательно, блок управления может управлять манипулятором с помощью выходного сигнала инерционного датчика, в котором шум уменьшен. В результате, блок управления может предотвращать колебание системы обратной связи, включающей в себя инерционный датчик.
[0009] (Пример 2 применения)
В роботе согласно примеру применения, описанному выше, предпочтительно, что блок определения шума определяет частоту шума из сигнала, выводимого инерционным датчиком, с помощью распределения частот сигнала, выводимого датчиком угла, и распределения частот сигнала, выводимого инерционным датчиком.
[0010] Согласно этому примеру применения используются распределение частот сигнала, выводимого датчиком угла, и распределение частот сигнала, выводимого инерционным датчиком. Следовательно, возможно отделять распределение частот сигнала шумовой компоненты от распределения частот колебаний сигнала, определенного инерционным датчиком. В результате, возможно точно определять частоту шума.
[0011] (Пример 3 применения)
В роботе согласно примеру применения, описанному выше, предпочтительно, что шумовой фильтр является полосовым устраняющим фильтром.
[0012] Согласно этому примеру применения возможно уменьшать изменение в фазе в диапазонах, отличных от диапазона частот, который должен быть устранен. Возможно устранять сигнал в диапазоне частот шумовой компоненты из сигнала, выводимого инерционным датчиком.
[0013] (Пример 4 применения)
В роботе согласно примеру применения, описанному выше, предпочтительно, что блок определения коэффициента фильтра определяет коэффициент фильтра, ссылаясь на частоту шума и таблицу.
[0014] Согласно этому примеру применения можно определять коэффициент фильтра без необходимости в сложных вычислениях. Следовательно, возможно уменьшать нагрузки, связанные с вычислением.
[0015] (Пример 5 применения)
В роботе согласно примеру применения, описанному выше, предпочтительно, что шумовой фильтр установлен в блоке управления как программное обеспечение.
[0016] Согласно этому примеру применения электронные компоненты и т.п., включенные в шумовой фильтр, не нужны. Возможно сокращать человеко-часы на пайку, сборку и т.д. Следовательно, возможно производить робота с высокой производительностью труда.
[0017] (Пример 6 применения)
Робот согласно этому примеру применения включает в себя: несущую систему манипуляторов, к которой множество манипуляторов и множество секций присоединения манипуляторов, соединенных с множеством манипуляторов и включающих в себя источники приведения в движение, которые поворачивают или перемещают множество манипуляторов, поочередно присоединены; основание, соединенное с несущей системой манипуляторов; множество датчиков углов, которые определяют углы поворота источников приведения в движение; множество инерционных датчиков, которые определяют инерционную силу, действующую на множество манипуляторов; множество шумовых фильтров, которые устраняют шум из выходных сигналов инерционных датчиков; блок управления, который управляет действиями поворота множества манипуляторов; блок определения шума, который определяет частоты шума множества инерционных датчиков из выходных сигналов множества датчиков углов и выходных сигналов множества инерционных датчиков; и блок определения коэффициента фильтра, который определяет с помощью частот шума характеристики шумовых фильтров для шумовых фильтров для устранения шума.
[0018] Согласно этому примеру применения, робот включает в себя несущую систему манипуляторов, к которой манипуляторы и секции присоединения манипуляторов поочередно присоединены. Следовательно, манипуляторы могут двигаться свободно. Установлено множество манипуляторов, и установлено множество инерционных датчиков, которые определяют инерционную силу, действующую на манипуляторы. Установлено множество секций присоединения манипуляторов. Множество датчиков углов установлены в несущей системе манипуляторов.
[0019] Блок определения шума определяет частоты шума инерционных датчиков из выходных сигналов множества датчиков углов и выходных сигналов множества инерционных датчиков. Блок определения коэффициента фильтра определяет характеристики шумового фильтра, соответствующие инерционным датчикам, с помощью частот шума. Следовательно, шумовые фильтры могут устранять шум инерционных датчиков. В результате, в роботе, включающем в себя несущую систему манипуляторов, к которой манипуляторы и секции присоединения манипуляторов поочередно присоединены, как и в роботе согласно примеру применения, поясненному выше, блок управления может предотвращать колебание системы обратной связи, включающей в себя инерционные датчики.
[0020] (Пример 7 применения)
В роботе согласно примеру применения, описанному выше, предпочтительно, что блок определения шума определяет частоты шума сигналов, выводимых инерционными датчиками, с помощью распределений частот сигналов, выводимых датчиками углов, и распределений частот сигналов, выводимых инерционными датчиками.
[0021] Согласно этому примеру применения используются распределения частот сигналов, выводимых датчиками углов, и распределения частот сигналов, выводимых инерционными датчиками. Следовательно, возможно отделять распределения частот сигналов шумовых компонент от распределений частот колебаний сигналов, определяемых инерционными датчиками. В результате, возможно точно определять частоты шума.
[0022] (Пример 8 применения)
В роботе согласно примеру применения, описанному выше, предпочтительно, что шумовые фильтры являются полосовыми устраняющими фильтрами.
[0023] Согласно этому примеру применения изменение по фазе уменьшается в диапазонах, отличных от диапазона частот, который должен быть устранен. Следовательно, возможно устранять сигналы диапазонов частот шумовых компонент из сигналов, выводимых инерционными датчиками.
[0024] (Пример 9 применения)
В роботе согласно примеру применения, описанному выше, предпочтительно, что блок определения коэффициента фильтра определяет коэффициент фильтра, ссылаясь на частоты шума и таблицу.
[0025] Согласно этому примеру применения можно определять коэффициент фильтра без необходимости в сложных вычислениях. Следовательно, возможно уменьшать нагрузки, связанные с вычислением.
[0026] (Пример 10 применения)
В роботе согласно примеру применения, описанному выше, предпочтительно, что шумовые фильтры установлены в блоке управления как программное обеспечение.
[0027] Согласно этому пример
у применения электронные компоненты и т.п., включенные в шумовые фильтры, не нужны. Можно сокращать человеко-часы на пайку, сборку и т.д. Следовательно, возможно производить робота с высокой производительностью труда.
[0028] (Пример 11 применения)
Способ устранения шума робота согласно этому примеру применения содержит: этап определения угла источника приведения в движение для определения угла поворота источника приведения в движение; этап определения инерционной силы манипулятора для определения с помощью инерционного датчика инерционной силы, действующей на манипулятор; этап определения шумовой компоненты для определения частоты шума инерционного датчика с помощью сигнала угла поворота, определенного на этапе определения угла источника приведения в движение, и сигнала инерционной силы, определенного на этапе определения инерционной силы манипулятора; этап определения коэффициента фильтра для определения характеристики шумового фильтра для устранения шума из определенной информации; этап устранения шума для устранения шума с помощью шумового фильтра на основе характеристики шумового фильтра.
[0029] Согласно этому примеру применения угол поворота источника приведения в движение определяется на этапе определения угла источника приведения в движение. Инерционная сила, действующая на манипулятор, определяется с помощью инерционного датчика на этапе определения инерционной силы манипулятора. Затем на этапе определения шумовой компоненты частота шума инерционного датчика определяется с помощью сигнала угла поворота, определенного на этапе определения угла источника приведения в движение, и сигнала инерционной силы, определенного на этапе определения инерционной силы манипулятора. На этапе определения коэффициента фильтра характеристика шумового фильтра, которая является характеристикой для устранения шума, определяется из определенной информации. Шум устраняется посредством шумового фильтра на основе характеристики шумового фильтра на этапе устранения шума.
[0030] Следовательно, возможно задавать характеристику шумового фильтра, чтобы она была характеристикой для устранения шума, присущего инерционному датчику. Следовательно, возможно точно устранять шум на этапе устранения шума. В результате, возможно предотвращать колебание системы обратной связи, включающей в себя инерционный датчик.
Краткое описание чертежей
[0031] (Фиг. 1) Блок-схема, показывающая схематичную конфигурацию робота согласно первому варианту осуществления.
(Фиг. 2) Блок-схема для показа процесса устранения шума из выходного сигнала датчика.
(Фиг. 3) Схемы для пояснения процесса устранения шума из выходного сигнала датчика.
(Фиг. 4) Схемы для пояснения процесса устранения шума из выходного сигнала датчика.
(Фиг. 5) Блок-схема, показывающая схематичную конфигурацию робота согласно второму варианту осуществления.
(Фиг. 6) Схемы для пояснения процесса устранения шума из выходного сигнала датчика.
Подробное описание вариантов осуществления
[0032] Варианты осуществления изобретения поясняются ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи. На чертежах, упоминаемых ниже, для того чтобы показать уровни и элементы в размерах распознаваемых степеней, масштабы уровней и элементов заданы отличающимися от фактических масштабов.
[0033] (Первый вариант осуществления)
В этом варианте осуществления робот и характерный способ управления манипулятором, выполняемый роботом, поясняются со ссылкой на фиг. 1-4 С. Фиг. 1 - это блок-схема, показывающая схематичную конфигурацию робота согласно первому варианту осуществления.
[0034] Как показано на фиг. 1, робот 100 включает в себя основание 105. Секция 104 присоединения манипулятора установлена внутри основания 105. В секции 104 присоединения манипулятора датчик 106 угла, электромотор 103, функционирующий в качестве источника приведения в движение, и механизм 102 передачи крутящего момента размещены в таком порядке на одной оси. Один конец выходного вала электромотора 103 соединен с датчиком 106 угла. Датчик 106 угла включает в себя кодер и определяет угол поворота электромотора 103. Другой конец выходного вала электромотора 103 соединен с входным валом механизма 102 передачи крутящего момента. Механизм 102 передачи крутящего момента является понижающим редуктором, установленным на заданное передаточное отношение. Следовательно, угол поворота выходного вала механизма 102 передачи крутящего момента - это значение, полученное делением угла поворота электромотора 103 на передаточное отношение.
[0035] Выходной вал механизма 102 передачи крутящего момента соединен с одним концом манипулятора 101. Следовательно, манипулятор 101 поворачивается согласно повороту электромотора 103. Захватное устройство 112 робота установлено на другом конце манипулятора 101. Инерционный датчик 107 установлен на захватном устройстве 112 робота. Инерционный датчик 107 является гиродатчиком колебательного типа. Инерционный датчик 107 определяет угловую скорость манипулятора 101 в момент времени, когда манипулятор 101 поворачивается.
[0036] Робот 100 включает в себя устройство 113 управления. Устройство 113 управления включает в себя CPU (центральный процессор), который функционирует как процессор, чтобы выполнять различные виды арифметической обработки, и память, которая хранит различные виды информации. Кроме того, устройство 113 управления соединено с CPU через интерфейс ввода и вывода и шину данных. Устройство 113 управления включает в себя в качестве основных функциональных блоков блок 108 управления, блок 109 определения шума, блок 110 определения коэффициента фильтра и фильтр 111, функционирующий в качестве шумового фильтра. Эти функции объединены в программное обеспечение и сохранены в памяти. CPU выполняет функции согласно программному обеспечению.
[0037] Блок 108 управления включает в себя функцию управления действием поворота манипулятора 101 и действием захватного устройства 112 робота. Блок 109 определения шума принимает входной сигнал угла поворота электромотора 103, выводимый датчиком 106 угла, и сигнал угловой скорости поворота манипулятора 101, выводимый инерционным датчиком 107. Блок 109 определения шума включает в себя функцию определения частоты шума, включенной в выходной сигнал инерционного датчика 107. Частота шума также называется частотой нарушения настройки.
[0038] Блок 110 определения коэффициента фильтра включает в себя функцию задания коэффициента фильтра 111, обращаясь к частоте шума и таблице коэффициентов. Фильтр 111 принимает входной сигнал угловой скорости поворота манипулятора 101, выводимый инерционным датчиком 107. Фильтр 111 включает в себя функцию устранения шума из сигнала угловой скорости поворота на основе заданного коэффициента.
[0039] Потоки сигналов поясняются ниже. Сначала блок 108 управления выводит возбуждающий сигнал электромотору 103. Вследствие этого электромотор 103 работает и манипулятор 101 поворачивается. Датчик 106 угла выводит сигнал угла электромотора, указывающий угол поворота электромотора 103, блоку 108 управления и блоку 109 определения шума. Инерционный датчик 107 выводит сигнал угловой скорости манипулятора, который является сигналом угловой скорости поворота манипулятора 101, блоку 109 определения шума и фильтру 111.
[0040] Блок 109 определения шума принимает входной сигнал угла электромотора и сигнал угловой скорости манипулятора и вычисляет частоту шума. Блок определения 109 шума выводит информацию относительно вычисленной частоты шума блоку 110 определения коэффициента фильтра. Блок 110 определения коэффициента фильтра вычисляет коэффициент фильтра 111 из информации о частоте шума. Блок 110 определения коэффициента фильтра задает коэффициент фильтра 111. Фильтр 111 принимает входной сигнал угловой скорости манипулятора от инерционного датчика 107. Фильтр 111 устраняет шум из сигнала угловой скорости манипулятора с помощью заданного коэффициента и выводит сигнал угловой скорости манипулятора блоку 108 управления.
[0041] Фиг.2 - блок-схема для пояснения процесса устранения шума из выходного сигнала датчика. На фиг.2 этап S1 эквивалентен этапу приведения в действие манипулятора. Этот этап является этапом, на котором блок 108 управления приводит в действие электромотор 103 и поворачивает манипулятор 101. Этап S1 выполняется параллельно с другими этапами. Этап S2 эквивалентен этапу определения угла источника приведения в движение. Этот этап является этапом, на котором угловой датчик 106 определяет угол электромотора 103 и выводит сигнал угла электромотора. Процесс переходит к этапу S3. Этап S3 эквивалентен этапу определения инерционной силы манипулятора. Этот этап является этапом, на котором инерционный датчик 107 определяет и выводит угловую скорость манипулятора 101. Процесс переходит к этапу S4. Этап S2 и этап S3 выполняются параллельно.
[0042] Этап S4 эквивалентен этапу выбора коэффициента фильтра. Этот этап является этапом, на котором принимается решение, изменяется ли коэффициент фильтра 111. Когда коэффициент изменяется, процесс переходит к этапу S5. Когда коэффициент не изменяется, процесс переходит к этапу S7. Этап S5 эквивалентен этапу определения шумовой компоненты. Этот этап является этапом, на котором блок 109 определения шума вычисляет частоту шума, присущую инерционному датчику 107. Процесс переходит к этапу S6. Этап S6 эквивалентен этапу определения коэффициента фильтра. Этот этап является этапом, на котором блок 110 определения коэффициента фильтра задает коэффициент фильтра 111, ссылаясь на частоту шума. Процесс переходит к этапу S7. Этап S7 эквивалентен этапу устранения шума. Этот этап является этапом, на котором фильтр 111 принимает входной сигнал угловой скорости манипулятора от инерционного датчика 107, устраняет шум и выводит сигнал угловой скорости манипулятора блоку 108 управления. Процесс устранения шума из выходного сигнала датчика заканчивается.
[0043] Фиг. 3 и фиг. 4 - схемы для пояснения процесса устранения шума из выходного сигнала датчика. Способ устранения шума из выходного сигнала датчика поясняется подробно со ссылкой на фиг. 3 и фиг. 4 с чертежами, ассоциированными с этапами, показанными на фиг. 2. Этапы S1-S3 являются этапами, выполняемыми с помощью широко известной технологии. Следовательно, пояснение этих этапов опущено. На этапе S4, этапе определения коэффициента фильтра, решается, задан ли коэффициент фильтра 111. Коэффициент фильтра 111 должен быть задан только после того, как фильтр 111 заменен, и не должен сбрасываться до тех пор, пока фильтр 111 не будет заменен снова. Когда коэффициент должен быть изменен согласно изменению в окружении, коэффициент фильтра 111 может быть задан снова.
[0044] Фиг. 3 иллюстрирует графики, соответствующие этапу S5 этапу определения шумовой компоненты. На фиг. 3 абсцисса указывает частоту. Частота выше с правой стороны, чем с левой стороны. На фиг. 3(а) и 3(b) ордината указывает интенсивность. Интенсивность выше с верхней стороны, чем с нижней стороны. На фиг. 3(c) ордината указывает относительную величину интенсивности. Относительная величина интенсивности выше с верхней стороны, чем с нижней стороны. Блок 109 определения шума принимает входной сигнал угла электромотора, выводимый датчиком 106 угла. Блок 109 определения шума делит сигнал угла электромотора на передаточное отношение. Сигнал угла электромотора является сигналом, который изменяется во времени, заданном в качестве параметра. Блок 109 определения шума дифференцирует сигнал угла электромотора со временем. В результате, получается сигнал угловой скорости манипулятора 101. Блок 109 определения шума подвергает разделенный сигнал угла электромотора преобразованию Фурье, чтобы, тем самым, вычислять первый спектр 114 угловой скорости, выступающий в качестве распределения частот, показанного на фиг. 3(a).
[0045] Блок 109 определения шума принимает входной сигнал угловой скорости манипулятора, выводимый инерционным датчиком 107. Сигнал угловой скорости манипулятора - это сигнал, который изменяется во времени, заданном в качестве параметра. Блок 109 определения шума подвергает сигнал угловой скорости манипулятора инерционного датчика 107 преобразованию Фурье, чтобы, тем самым, вычислять второй спектр 115 угловой скорости, служащий в качестве распределения частот, показанного на фиг. 3(b). Во втором спектре 115 угловой скорости сформированы два интервала с частотами, где интенсивность находится на пике. Одно из них -это частота 115а скорости поворота посредством поворота манипулятора 101, а другое - частота 115b шума, присущая инерционному датчику 107.
[0046] Далее блок 109 определения шума делит второй спектр 115 угловой скорости на первый спектр 114 угловой скорости. В результате, вычисляется третий спектр 116 угловой скорости, показанный на фиг. 3(c). В третьем спектре 116 угловой скорости пик частоты 115а скорости поворота уменьшается, и остается только пик частоты 115b шума. Следовательно, частота 115b шума может быть определена.
[0047] Фиг.4 иллюстрирует схемы, соответствующие этапу S6 - этапу определения коэффициента фильтра. Фиг. 4(а) - блок-схема, показывающая фильтр 111. Блок-схема может быть представлена, как указано следующими формулами.
[0048] а: Первый коэффициент 402, выступающий в качестве коэффициента фильтра.
b: Второй коэффициент 403, выступающий в качестве коэффициента фильтра.
с: Третий коэффициент 404, выступающий в качестве коэффициента фильтра.
d: Четвертый коэффициент 405, выступающий в качестве коэффициента фильтра.
е: Пятый коэффициент 406, выступающий в качестве коэффициента фильтра.
-1
Z: Элемент 401 задержки.
[0049] (Мат. 1)
<mrow><mfrac><mrow><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><msup><mi>Z</mi><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>+</mo><mi>c</mi><msup><mi>Z</mi><mrow><mo>−</mo><mn>2</mn></mrow></msup></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>d</mi><msup><mi>Z</mi><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>−</mo><mi>e</mi><msup><mi>Z</mi><mrow><mo>−</mo><mn>2</mn></mrow></msup></mrow></mfrac></mrow>
[0050] Характеристика шумового фильтра, которая является характеристикой для фильтра 111, чтобы устранять шум, определяется посредством первого-пятого коэффициентов 402-406. Фиг. 4(b) показывает пример таблицы 117 коэффициентов, служащей в качестве таблицы для обращения, когда задается коэффициент фильтра. Как показано на фиг. 4(b), в таблице 117 коэффициентов первый-пятый коэффициенты 402-406 заданы соответствующими частоте 115b шума. Ширина частоты среза специально не ограничена. В этом варианте осуществления пример, в котором ширина частоты среза равна 50 Гц, показан в таблице 117 коэффициентов. Ширина частоты среза также называется диапазоном устранения. Таблица 117 коэффициентов не ограничена этим примером и желательно вычисляется посредством выполнения предварительного эксперимента. Блок 110 определения коэффициента фильтра определяет первый-пятый коэффициенты 402-406, обращаясь к частоте 115b шума и таблице 117 коэффициентов. Блок 110 определения коэффициента фильтра задает первый-пятый коэффициенты 402-406 в качестве параметров фильтра 111.
[0051] Фиг. 4(с) является графиком, показывающим характеристику шумового фильтра для фильтра 111. Ордината указывает коэффициент усиления. Коэффициент усиления выше с верхней стороны, чем с нижней стороны. Абсцисса указывает частоту. Частота выше с правой стороны, чем с левой стороны. Линия 118 характеристики фильтра указывает частотную характеристику фильтра 111, чтобы позволять сигналу проходить. Как показано на фиг. 4(с), линия 118 характеристики фильтра указывает характеристику для ослабления сигнала с частотой в диапазоне 118а устранения вокруг частоты 115b шума. Фильтр 111 является полосовым устраняющим фильтром, который позволяет проходить сигналам с частотами, более низкими и высокими, чем диапазон 118а устранения вокруг частоты 115b шума.
[0052] На этапе S7, этапе устранения шума, сигнал угловой скорости манипулятора вводится в фильтр 111. Первый-пятый коэффициенты 402-406 уже заданы в фильтре 111. Следовательно, фильтр 111 устраняет шум с частотой 115b шума из сигнала угловой скорости манипулятора и выводит сигнал угловой скорости манипулятора блоку 108 управления. Этап устранения шума из выходного сигнала датчика заканчивается.
[0053] Как пояснено выше, с помощью робота 100 согласно этому варианту осуществления могут быть получены результаты, поясненные ниже.
(1) Согласно этому варианту осуществления блок 109 определения шума определяет частоту 115b шума в шуме, присущем инерционному датчику 107, с помощью выходного сигнала датчика 106 угла и выходного сигнала инерционного датчика 107. Блок 110 определения коэффициента фильтра определяет характеристику шумового фильтра с помощью частоты 115b шума. Характеристика шумового фильтра соответствует характеристике, присущей инерционному датчику 107. Фильтр 111 соединен с инерционным датчиком 107. Фильтр 111 устраняет шум из выходного сигнала инерционного датчика 107 согласно характеристике шумового фильтра. Следовательно, блок 108 управления может управлять манипулятором 101 с помощью выходного сигнала инерционного датчика 107, в котором шум уменьшен. В результате, блок 108 управления может предотвращать колебания системы обратной связи, включающей в себя инерционный датчик 107.
[0054] (2) Согласно этому варианту осуществления используются первый спектр 114 угловой скорости выходного сигнала датчика 106 угла и второй спектр 115 угловой скорости выходного сигнала инерционного датчика 107. Следовательно, возможно отделять сигнал частоты 115b шума от распределения частот колебаний сигнала, определенного инерционным датчиком 107. В результате, возможно точно определять частоту 115b шума.
[0055] (3) Согласно этому варианту осуществления линия 118 характеристики фильтра для фильтра 111 указывает полосовой устраняющий фильтр. Следовательно, возможно уменьшать изменение в фазе в диапазонах, отличных от диапазона частот, который должен быть устранен. Дополнительно возможно устранять сигнал в диапазоне частот шумовой компоненты из сигнала, выводимого инерционным датчиком 107.
[0056] (4) Согласно этому варианту осуществления блок 110 определения коэффициента фильтра определяет коэффициент фильтра из частоты 115b шума, обращаясь к таблице 117 коэффициентов. Следовательно, поскольку возможно определять коэффициент фильтра без необходимости сложного вычисления,  можно уменьшать нагрузки, связанные с вычислением.
[0057] (5) Согласно этому варианту осуществления фильтр 111 установлен в устройстве 113 управления как программное обеспечение. Следовательно, электронные компоненты и т.п., включенные в фильтр 111, не нужны. Можно сокращать человеко-часы на пайку, сборку и т.д. Следовательно, можно предоставить робота 100, который может быть изготовлен с высокой производительностью труда.
[0058] (6) Согласно этому варианту осуществления угол поворота электромотора 103 определяется на этапе S2 - этапе определения угла источника приведения в движение. Угловая скорость манипулятора 101 определяется с помощью инерционного датчика 107 на этапе S3 - этапе определения инерционной силы. Затем на этапе S5, этапе определения шумовой компоненты, частота 115b шума инерционного датчика 107 определяется с помощью сигнала угла поворота, определенного на этапе определения угла источника приведения в движение, и сигнала инерционной силы, определенного на этапе определения инерционной силы манипулятора. На этапе S6, этапе определения коэффициента фильтра, определяется характеристика шумового фильтра, которая является характеристикой для устранения шума из определенной информации. На этапе S7, этапе устранения шума, шум устраняется посредством фильтра 111 на основе характеристики шумового фильтра.
[0059] Следовательно, поскольку характеристика шумового фильтра является характеристикой шума, присущего инерционному датчику 107, возможно точно устранять шум на этапе устранения шума. В результате, можно предотвращать колебания системы обратной связи, включающей в себя инерционный датчик 107.
[0060] (7) Согласно этому варианту осуществления устройство 113 управления автоматически определяет частоту 115b шума инерционного датчика 107. Блок 110 определения коэффициента фильтра автоматически задает первый-пятый коэффициенты 402-406 фильтра 111, который устраняет шум с частотой 115b шума. Фильтр 111 устраняет шум инерционного датчика 107. Следовательно, возможно стабилизировать систему обратной связи, включающей в себя инерционный датчик 107. Поскольку коэффициент фильтра задается без управления оператором, можно эксплуатировать робота 100 с высокой производительностью.
[0061] (Второй вариант осуществления)
Далее робот и способ устранения характерного шума, выполняемый роботом, поясняются со ссылкой на фиг. 5 и фиг. 6. Этот вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что число манипуляторов увеличено с одного до двух. Пояснение сходств с первым вариантом осуществления опущено.
[0062] То есть в этом варианте осуществления число манипуляторов равно двум, как показано в блок-схеме, показывающей схематичную конфигурацию согласно второму варианту осуществления на фиг. 5. Робот 500 включает в себя основание 509. В основании 509 первый датчик 510 угла первый электромотор 504, функционирующий в качестве источника приведения в движение, и первый механизм 503 передачи крутящего момента размещены в таком порядке: один поверх другого на одной и той же оси. Первый механизм 503 передачи крутящего момента и первый электромотор 504 конфигурируют секцию 505 присоединения первого манипулятора.
[0063] Первый манипулятор 501 соединен с выходным валом первого механизма 503 передачи крутящего момента. Первый манипулятор 501 поворачивается согласно приведению в движение от первого электромотора 504. Формы основания 509, первого датчика 510 угла, секции 505 присоединения первого манипулятора и первого манипулятора 501 такие же, что и формы основания 105, датчика 106 угла, секции 104 присоединения манипулятора и манипулятора 101 согласно первому варианту осуществления. Следовательно, пояснение основания 509, первого датчика 510 угла, секции 505 присоединения первого манипулятора и первого манипулятора 501 опущено.
[0064] В первом манипуляторе 501 с противоположной стороны от секции 505 присоединения первого манипулятора, второй датчик 511 угла, второй электромотор 507, функционирующий в качестве источника приведения в движение, и второй механизм 506 передачи крутящего момента размещены в таком порядке: один поверх другого на одной и той же оси. Второй механизм 506 передачи крутящего момента и второй электромотор 507 конфигурируют секцию 508 присоединения второго манипулятора. Первый механизм 503 передачи крутящего момента является понижающим редуктором, который замедляет скорость с передаточным отношением, равным первому передаточному отношению. Второй механизм 506 передачи крутящего момента является понижающим редуктором, который замедляет скорость с передаточным отношением, равным второму передаточному отношению. Формы второго датчика 511 угла и секции 508 присоединения второго манипулятора такие же, что и формы первого датчика 510 угла и секции 505 присоединения первого манипулятора. Следовательно, пояснение второго датчика 511 угла и секции 508 присоединения второго манипулятора опущено. В первом манипуляторе 501 первый инерционный датчик 512 установлен рядом со вторым датчиком 511 угла.
[0065] Второй манипулятор 502 соединен с выходным валом второго механизма 506 передачи крутящего момента. Второй манипулятор 502 поворачивается согласно приведению в движение от второго электромотора 507. Первый манипулятор 501, второй манипулятор 502, секция 505 присоединения первого манипулятора и секция 508 присоединения второго манипулятора конфигурируют несущую систему 521 манипулятора. Во втором манипуляторе 502 захватное устройство 522 робота установлено на конце с противоположной стороны от секции 508 присоединения второго манипулятора. Второй инерционный датчик 513 установлен на захватном устройстве 522 робота. Первый инерционный датчик 512 и второй инерционный датчик 513 являются гиродатчиками колебательного типа. Первый инерционный датчик 512 определяет угловую скорость первого манипулятора 501 в момент времени, когда первый манипулятор 501 поворачивается. Второй инерционный датчик 513 определяет абсолютную угловую скорость второго манипулятора 502 относительно основания 509.
[0066] Робот 500 включает в себя устройство 523 управления. Аналогично устройству 113 управления в первом варианте осуществления устройство 523 управления включает в себя CPU (центральный процессор), память, интерфейс ввода и вывода и шину данных и включает в себя те же функции. В качестве основных функциональных блоков устройство 523 управления включает в себя блок 514 управления, первый блок 515 определения шума, первый блок 517 определения коэффициента фильтра и первый фильтр 519, функционирующий как шумовой фильтр. Блок 514 управления, первый блок 515 определения шума, первый блок 517 определения коэффициента фильтра и первый фильтр 519 соответственно включают в себя те же функции, что и функции блока 108 управления, блока 109 определения шума, блока 110 определения коэффициента фильтра и фильтра 111 в первом варианте осуществления.
[0067] Дополнительно в качестве основных функциональных блоков устройство 523 управления включает в себя второй блок 516 определения шума, второй блок 518 определения коэффициента фильтра и второй фильтр 520, функционирующий как шумовой фильтр. Второй блок 518 определения коэффициента фильтра и второй фильтр 520 соответственно включают в себя те же функции, что и функции блока 110 определения коэффициента фильтра и фильтр 111 в первом варианте осуществления. Второй блок 516 определения шума включает в себя функцию, аналогичную функции блока 109 определения шума в первом варианте осуществления. Второй блок 516 определения шума отличается от блока 109 определения шума тем, что сигналы двух датчиков углов, то есть первого датчика 510 угла и второго датчика 511 угла, вводятся во второй блок 516 определения шума. Эти функции объединены в программное обеспечение и сохранены в памяти. CPU выполняет функции согласно программному обеспечению.
[0068] В последовательности процесса устранения шума из выходного сигнала датчика этап S1 (этап приведения в действие манипулятора) - этап S4 (этап выбора коэффициента фильтра) являются такими же, что и в первом варианте осуществления.
Следовательно, пояснение этих этапов опущено. На этапе S5 первый блок 515 определения шума определяет частоту шума первого инерционного датчика 512, а второй блок 516 определения шума определяет частоту шума второго инерционного датчика 513. Сущность обработки, выполняемой посредством первого блока 515 определения шума, первого блока 517 определения коэффициента фильтра и первого фильтра 519 на этапах S5-S7, является той же, что и сущность обработки, выполняемой посредством блока 109 определения шума, блока 110 определения коэффициента фильтра и фильтра 111 в первом варианте осуществления. Следовательно, пояснение сущности этой обработки опущено. Сущность обработки, выполняемой посредством второго блока 516 определения шума, поясняется далее.
[0069] Фиг. 6 иллюстрирует схемы для пояснения процесса устранения шума из выходного сигнала датчика и является графиками, соответствующими этапу S5 - этапу определения шумовой компоненты. На фиг. 6 абсцисса указывает частоту. Частота выше с правой стороны, чем с левой стороны. На фиг. 6(а) и 6(b) ордината указывает интенсивность. Интенсивность выше с верхней стороны, чем с нижней стороны. На фиг. 6(с) ордината указывает относительную величину интенсивности. Относительная величина интенсивности выше с верхней стороны, чем с нижней стороны.
[0070] Второй блок 516 определения шума принимает входной сигнал угла первого электромотора, выводимый первым датчиком 510 угла, сигнал угла второго электромотора, выводимый вторым датчиком 511 угла, и сигнал угловой скорости второго манипулятора, выводимый вторым инерционным датчиком 513. Второй блок 516 определения шума делит сигнал угла первого электромотора на первое передаточное отношение. Второй блок 516 определения шума делит сигнал угла второго электромотора на второе передаточное отношение. Следовательно, второй блок 516 определения шума формирует объединенный сигнал электромотора, полученный соединением разделенного сигнала угла первого электромотора и разделенного сигнала угла второго электромотора.
[0071] Сигнал угла электромотора является сигналом, который изменяется во времени, заданном в качестве параметра. Второй блок 516 определения шума дифференцирует соединенный сигнал электромотора со временем. В результате, получается объединенный сигнал угловой скорости, полученный соединением сигналов угловой скорости первого манипулятора 501 и второго манипулятора 502. Второй блок 516 определения шума подвергает объединенный сигнал угловой скорости преобразованию Фурье, чтобы, тем самым, вычислять четвертый спектр 524 угловой скорости, выступающий в качестве распределения частот, показанного на фиг. 6(а).
[0072] Второй блок 516 определения шума принимает входной сигнал угловой скорости второго манипулятора, выводимый вторым инерционным датчиком 513. Сигнал угловой скорости второго манипулятора - это сигнал, который изменяется во времени, заданном в качестве параметра. Второй блок 516 определения шума подвергает сигнал угловой скорости второго манипулятора преобразованию Фурье, чтобы, тем самым, вычислять пятый спектр 525 угловой скорости, выступающий в качестве распределения частот, показанного на фиг. 6(b). В пятом спектре 525 угловой скорости сформированы три интервала с частотами, где интенсивность находится на пике. Одним из них является первая частота 525а скорости поворота посредством поворота первого манипулятора 501, другим является вторая частота 525b скорости поворота посредством поворота второго манипулятора 502, а третьим является частота 525 с шума, присущего второму инерционному датчику 513.
[0073] Затем второй блок 516 определения шума делит пятый спектр 525 угловой скорости на четвертый спектр 524 угловой скорости. В результате, вычисляется шестой спектр 526 угловой скорости, показанный на фиг. 6(с). В шестом спектре 526 угловой скорости пики первой частоты 525а скорости поворота и второй частоты 525b скорости поворота уменьшаются и только пик частоты 525с шума остается. Следовательно, может быть определена частота 525с шума.
[0074] На этапе S6, этапе определения коэффициента фильтра, частота 525 с шума выводится из второго блока 516 определения шума во второй блок 518 определения коэффициента шума. Второй блок 518 определения коэффициента шума определяет согласно таблице, подготовленной заранее, коэффициент фильтра для подавления частоты 525 с шума. Второй блок 518 определения коэффициента фильтра устанавливает определенный коэффициент во втором фильтре 520. Следовательно, на этапе S7, этапе устранения шума, шум устраняется из сигнала угловой скорости второго манипулятора. Процесс устранения шума из выходного сигнала датчика заканчивается.
[0075] Как пояснено выше, с помощью робота 500 согласно этому варианту осуществления могут быть получены результаты, поясненные ниже.
(1) Согласно этому варианту осуществления второй блок 516 определения шума автоматически определяет частоту шума второго инерционного датчика 513. Второй блок 518 определения коэффициента фильтра автоматически задает коэффициент второго фильтра 520 для устранения шума. Второй фильтр 520 устраняет шум второго инерционного датчика 513. Следовательно, устройство 523 управления может стабильно управлять системой обратной связи, включающей в себя второй инерционный датчик 513.
[0076] (2) Согласно этому варианту осуществления робот 500 включает в себя несущую систему манипуляторов, в которой манипуляторы и секции присоединения манипуляторов соединены поочередно. Следовательно, первый манипулятор 501 и второй манипулятор 502 могут двигаться свободно. Второй блок 516 определения шума определяет частоту 525 с шума второго инерционного датчика 513 из выходных сигналов первого датчика 510 угла и второго датчика 511 угла и выходного сигнала второго инерционного датчика 513. Второй блок 518 определения коэффициента фильтра определяет характеристику шумового фильтра, соответствующую второму инерционному датчику 513, с помощью частоты 525 с шума. Следовательно, второй фильтр 520 может устранять шум второго блока 516 определения шума. В результате, в роботе 500, включающем в себя несущую систему манипуляторов, в которой манипуляторы и секции присоединения манипуляторов соединены поочередно, как и в роботе 100 согласно первому варианту осуществления, блок 514 управления может предотвращать колебания системы обратной связи, включающей в себя второй инерционный датчик 513.
[0077] Варианты осуществления изобретения не ограничены вариантами осуществления, поясненными выше. Различные изменения и улучшения могут быть внесены в эти варианты осуществления. Модификации поясняются ниже.
(Модификация 1)
В первом варианте осуществления робот 100 является роботом горизонтальной формы с несколькими сочленениями. Однако форма робота не ограничена этим. Способ, поясненный выше, может быть использован для роботов различных форм, таких как вертикальный робот с несколькими сочленениями, робот с несколькими степенями подвижности и робот с шарнирными сочленениями. В этом случае шум инерционного датчика может быть устранен с помощью того же способа, что и способ, поясненный выше.
[0078] В случае робота с ортогональными координатами, поскольку инерционный датчик движется линейно, используется датчик ускорения. В этом случае шум, присущий датчику ускорения, может быть определен с помощью таких данных, как угол поворота роторного электромотора и расстояние перемещения линейного электромотора и выходного сигнала датчика ускорения. Шум датчика ускорения может быть устранен с помощью фильтра.
[0079] (Модификация 2)
В первом варианте осуществления первый-пятый коэффициенты 402-406 определяются с помощью таблицы 117 коэффициентов. Однако определение первого-пятого коэффициентов 402-406 не ограничено этим. Может быть использована формула для вычисления первого-пятого коэффициентов 402-406. Следовательно, возможно более точно настраивать первый-пятый коэффициенты 402-406.
[0080] (Модификация 3)
В первом варианте осуществления фильтр 111 является полосовым устраняющим фильтром. Однако фильтр 111 может быть низкочастотным фильтром. Фильтр 111 может быть любым фильтром при условии, что фильтр может устранять шум инерционного датчика 107. Поскольку число коэффициентов меньше в низкочастотном фильтре, чем в полосовом устраняющем фильтре, можно уменьшать объем данных, сохраненных в памяти.
[0081] (Модификация 4)
В первом варианте осуществления угол манипулятора 101 определяется с помощью датчика 106 угла и инерционного датчика 107. После того как коэффициент фильтра 111 задан, угол манипулятора 101 может быть определен с помощью только инерционного датчика 107. Можно легко определять угол манипулятора 101. Сущность модификаций 1-4 может быть применена также ко второму варианту осуществления.
[0082] (Модификация 5)
Во втором варианте осуществления робот включает в себя два манипулятора. Однако число манипуляторов может быть три или более. В этом случае манипуляторы могут выполнять более сложное действие.
[0083] (Модификация 6)
Во втором варианте осуществления формируется объединенный сигнал электромотора, полученный соединением сигнала угла первого электромотора, деленного на первое передаточное отношение, и сигнала угла второго электромотора, деленного на второе передаточное отношение. Второй блок 516 определения шума вычисляет четвертый спектр 524 угловой скорости с помощью объединенного сигнала электромотора. Однако способ вычисления четвертого спектра 524 угловой скорости не ограничен этим. Сначала спектр угловой скорости первого манипулятора вычисляется из сигнала угла первого электромотора, разделенного на первое передаточное отношение. Затем спектр угловой скорости второго манипулятора вычисляется из сигнала угла второго электромотора, разделенного на второе передаточное отношение. Четвертый спектр 524 угловой скорости может быть вычислен с помощью спектра угловой скорости первого манипулятора и спектра угловой скорости второго манипулятора. Может быть выбран способ с коротким временем вычисления.
Список ссылочных обозначений
[0084] 100, 500: робот, 101: манипулятор, 103: электромотор, функционирующий в качестве источника приведения в движение, 104: секция присоединения манипулятора, 105, 509: основание, 106: датчик угла, 107: инерционный датчик, 108, 514: блок управления, 109: блок определения шума, 110: блок определения коэффициента фильтра, 111: фильтр, функционирующий в качестве шумового фильтра, 114: первый спектр угловой скорости, выступающий в качестве распределения частот, 115: второй спектр угловой скорости, служащий в качестве распределения частот, 115b, 525 с: частота шума, 117: таблица коэффициентов, служащая в качестве таблицы, 402: первый коэффициент, служащий в качестве коэффициента фильтра, 403: второй коэффициент, служащий в качестве коэффициента фильтра, 404: третий коэффициент, служащий в качестве коэффициента фильтра, 405: четвертый коэффициент, служащий в качестве коэффициента фильтра, 406: пятый коэффициент, служащий в качестве коэффициента фильтра, 501: первый манипулятор, 502: второй манипулятор, 504: первый электромотор, функционирующий в качестве источника приведения в движение, 505: секция присоединения первого манипулятора, 507: второй электромотор, служащий в качестве источника приведения в движение, 508: секция присоединения второго манипулятора, 510: первый датчик угла, 511: второй датчик угла, 512: первый инерционный датчик, 513: второй инерционный датчик, 515: первый блок определения шума, 516: второй блок определения шума, 517: первый блок определения коэффициента фильтра, 518: второй блок определения коэффициента фильтра, 519: первый фильтр, функционирующий как шумовой фильтр, 520: второй фильтр, функционирующий как шумовой фильтр, 521: несущая система манипуляторов, 524: четвертый спектр угловой скорости, служащий в качестве распределения частот, 525: пятый спектр угловой скорости, служащий в качестве распределения частот.