机器人设备及其控制方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210163682.9	申请日：	2012.05.24
公开号：	CN102806556A	公开日：	2012.12.05
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):B25J 9/00申请公布日:20121205\|\|\|公开
IPC分类号：	B25J9/00; B25J9/16	主分类号：	B25J9/00
申请人：	索尼公司
发明人：	坪井利充; 田中章爱; 白土宽和; 岩井嘉昭; 宫本敦史
地址：	日本东京
优先权：	2011.05.31 JP 2011-122908
专利代理机构：	中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038	代理人：	张荣海
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内容摘要

本发明公开了机器人设备及其控制方法。提供一种机器人设备，包括驱动关节轴，并测量每个关节轴的关节角度和/或关节角速度的致动器，和控制各个致动器的中央控制部分，其中中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，响应在给定的一段时间内，未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信，响应在给定的一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，每个致动器进行安全停止。

权利要求书

1：一种机器人设备，包括：致动器，用于驱动关节轴，并测量每个关节轴的关节角度和关节角速度中的至少一个；和中央控制部分，用于控制各个致动器，其中中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，其中响应在周期通信中在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止所述周期通信，以及其中响应在所述周期通信中在给定的一段时间内致动器未收到目标控制值的事件，每个致动器进行安全停止。
2：一种机器人设备，包括：致动器，用于驱动关节轴，并测量每个关节轴的关节角度和关节角速度中的至少一个以及力矩；和中央控制部分，用于控制各个致动器，其中中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，其中响应在所述周期通信中在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止所述周期通信，和其中响应在所述周期通信中在给定的一段时间内致动器未收到目标控制值的事件，每个致动器进行安全停止。
3：按照权利要求 1 所述的机器人设备，其中作为安全停止，每个致动器在角速度控制模式下，按照时间顺序使目标角速度值接近 0，还按照时间顺序使速度控制增益接近 0，随后停止伺服。
4：按照权利要求 1 所述的机器人设备，还包括：手臂部分，其中每个致动器包括在安全停止时保持旋转角的制动器部分，以及其中在安全停止时尽管制动器部分保持旋转轴方向和重力方向不一致的包含在手臂部分中的致动器的旋转角，不过制动器部分不保持旋转轴方向和重力方向一致的包含在手臂部分中的致动器的旋转角。
5：按照权利要求 1 所述的机器人设备，其中每个致动器包括在安全停止时保持旋转角的制动器部分，其中中央控制部分求出安全停止每个致动器的角度值和指示制动器部分的开 / 关的安全停止预定值，并进行所述周期通信以传送这些值，和其中每个致动器在每个周期通信更新安全停止预定值，以按照安全停止预定值进行安全停止。
6：按照权利要求 5 所述的机器人设备，其中中央控制部分逆运动学计算机器人设备的姿势，并根据所述姿势计算安全停止预定值。
7：按照权利要求 5 所述的机器人设备， 2 其中作为安全停止，每个致动器在角速度控制模式下按照时间顺序使目标角速度值接近 0，还把模式切换成位置控制模式，按照时间顺序使关节角度接近安全停止预定值，随后停止伺服。
8：一种控制机器人设备的方法，包括：以预定控制周期，在致动器和中央控制部分之间进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，每个致动器驱动关节轴，并且还测量关节轴的关节角度和关节角速度中的至少一个，中央控制部分控制各个致动器；响应在所述周期通信中持续给定一段时间未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信；和响应在所述周期通信中在给定一段时间内致动器未收到目标控制值的事件，进行安全停止。
9：一种控制机器人设备的方法，包括：以预定控制周期在致动器和中央控制部分之间进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，每个致动器驱动关节轴，并且还测量关节轴的关节角度和关节角速度中的至少一个以及力矩，中央控制部分控制各个致动器；响应在所述周期通信中持续给定一段时间未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信；和响应在所述周期通信中在给定一段时间内致动器未收到目标控制值的事件，进行安全停止。

说明书

机器人设备及其控制方法
    技术领域本公开涉及按照中央控制部分和每个关节轴的致动器之间的周期通信动作的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法，尤其涉及当丧失所述周期通信时，确保动作的安全性的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。中央控制部分指示目标控制值。致动器按照目标控制值，驱动每个关节。
     背景技术
     在快速老年化的社会中，老年人最好尽可能在没有护理的情况下保持健康，另外，即使老年人处于需要护理的状况，那么他或她也最好能够独立生活，而不会恶化健康状况。今后，由一位佣工照料一位老年人会导致佣工的短缺，因为对护理或者家务支持的需要不断增长。因而，在老年护理机构和有老年人的家庭之中，对相当于管家或者护工的机电一体化设备（如机器人）的需要不断增长。换句话说，在假设机器人深入地渗透到生活空间中的情况下，迫切需要确保在生活空间中工作的机器人的安全。
     就工业机器人来说，用栅栏分隔工作区一般可确保安全。但是，就家务或护理机器人来说，难以用栅栏分隔工作区，因为机器在物理接触个人的时候进行作业。
     当被关闭电源时，一般的工作机械臂等制动，从而停止动作以保持姿势，以便确保安全。在这种情况下，安全性意味防止机械臂因重力而落下，从而损伤周边环境。不过，当在使机械臂断电的同时，利用制动器固定机械臂时，机械臂本身变成地板或者墙壁上的突出物。当人靠近时，这会导致固定的机械臂与人相撞的风险。
     以前的机器人通常是位置控制型机器人，位置控制型机器人向驱动关节的致动器提供角度指令值，从而按照指令值驱动关节。位置控制型机器人在对尽管易于控制的力或加速度的 “软” 控制方面较弱。另一方面，申请人考虑到作为护理或者家务助手，向人提供更柔性的物理互动的机器人最好是力控制型机器人，力控制型机器人向驱动关节的致动器提供力矩指令值，从而按照指令值驱动关节。通过直接控制在关节产生的力，力控制型机器人能够直接控制作用力。
     例如，日本专利申请公开 No.10-329071 公开一种通过直接检测机械臂和人 ( 或者物体 ) 之间的接触力，和利用接触力信息，从而在较大的力作用于机械臂时，能够降低回复力，以增大安全性，和在较小的力作用于机械臂时，能够增大回复力，以确保动作精度的机械臂用阻抗控制设备 ( 参见日本专利申请公开 No.10-329071)。
     机器人一般按预定的控制周期，按照中央控制部分 400 和每个关节致动器的驱动部分之间的通信，控制力或位置。当丧失中央控制部分 400 和每个关节致动器的驱动部分之间的周期通信时，中央控制部分 400 不能获得在关节产生的力矩的数值，或者关节的当前位置信息，从而关节致动器的驱动部分不能从中央控制部分 400 接收指令值。因而，中央控制部分 400 不能控制关节致动器的驱动。
     在上面提及的机械臂用阻抗控制设备中，中央控制部分 400 在假定能够进行周期通信的情况下，控制关节致动器的驱动。例如，当力控制型机器人控制关节致动器的驱动时，需要按照姿势改变力矩值。当在这种情况下，丧失周期通信时，丧失通信的关节轴的力矩指令值变得恒定。当由于某些原因改变姿势时，这会导致关节轴失去平衡，屈服于重力或者克服重力旋转。恒定的力矩指令值不维持位置，以致姿势逐渐失去平衡。因而，致动器有失控的危险。换句话说，在丧失周期通信的时候，阻抗控制设备不能确保安全性。发明内容
     理想的是提供一种极好的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。所述机器人设备能够按照指示目标控制值的中央控制部分，和按照目标控制值从动的每个关节轴的致动器之间的周期通信，恰当地动作。
     此外，理想的是提供一种极好的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。所述机器人设备能够在丧失周期通信的情况下，确保动作的安全性。
     鉴于以上需要，按照本公开的实施例，提供一种机器人设备，包括驱动关节轴，和测量每个关节轴的关节角度和 / 或关节角速度的致动器，和控制各个致动器的中央控制部分。中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，响应在周期通信中，在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信，响应在周期通信中，在给定的一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，各个致动器进行安全停止。按照本公开的另一个实施例，提供一种机器人设备，包括驱动关节轴，并测量每个关节轴的力矩，以及关节角度和 / 或关节角速度的致动器，和控制各个致动器的中央控制部分。中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，响应在周期通信中，在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信，和响应在周期通信中，在给定的一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，各个致动器进行安全停止。
     按照上面说明的本公开的实施例，作为安全停止，每个致动器在角速度控制模式下，按照时间顺序，使目标角速度值接近 0，还按照时间顺序使速度控制增益接近 0，随后停止伺服。
     按照上面说明的本公开的实施例，机器人设备还包括手臂部分。每个致动器包括在安全停止时，保持旋转角的制动器部分，尽管制动器部分保持其旋转轴方向和重力方向不一致的致动器的旋转角，不过在安全停止时，制动器部分不保持其旋转轴方向和重力方向一致的致动器的旋转角，致动器包含在手臂部分中。
     按照上面说明的本公开的实施例，每个致动器包括在安全停止时，保持旋转角的制动器部分，中央控制部分求出安全停止每个致动器的角度值，和指示制动器部分的开 / 关的安全停止预定值，并进行周期通信以传送所述值，每个致动器在每个周围通信，更新安全停止预定值，以按照安全停止预定值进行安全停止。
     按照本公开的另一个实施例，提供一种控制机器人设备的方法，包括以预定控制周期，在致动器和中央控制部分之间进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，每个致动器驱
     动关节轴，并测量关节轴的关节角度和 / 或关节角速度，中央控制部分控制各个致动器；响应在周期通信中，持续给定一段时间未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信；和响应在周期通信中，在给定一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，进行安全停止。
     按照本公开的另一个实施例，提供一种控制机器人设备的方法，包括以预定控制周期，在致动器和中央控制部分之间进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，每个致动器驱动关节轴，并测量关节轴的关节角度和 / 或关节角速度，中央控制部分控制各个致动器；响应在周期通信中，持续给定一段时间未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信；和响应在周期通信中，在给定一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，进行安全停止。
     按照这里公开的技术，能够提供极限的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。即使丧失指示目标控制值的中央控制部分和按照目标控制值进行驱动的每个关节轴的致动器之间的周期通信，机器人设备也能够确保动作的安全性。
     当检查附图和阅读本公开的实施例的以下详细说明时，将理解这里公开的技术的这些和其它用途、特征和优点。附图说明
     图 1 是能够利用这里公开的技术的机器人设备 100 的外观的示图；图 2 是表示能够利用这里公开的技术的机器人设备 100 的关节的自由度结构的模式图；图 3 是表示置于图 1 和 2 中所示的机器人设备 100 的各个关节的致动器 300 的例证结构的模式图；
     图 4 是统括控制图 1 和 2 中所示的整个机器人设备 100 的动作的中央控制部分 400 的例证结构的示图；
     图 5 是表示利用中央控制部分 400 的全身周期通信的处理的流程图；
     图 6 是表示由每个轴的致动器 300 进行的周期通信的处理的流程图；
     图 7 是表示由每个轴的致动器 300 独立进行的安全停止的处理的流程图；
     图 8 是包括制动器部分 308 的致动器 300 的例证结构的示图；
     图 9A 是用其右手把物体 120 水平保持在肘部高度的图 1 中所示机器人设备 100 的示图；
     图 9B 是由于机器人设备 100 不维持相对于致动器 300 的旋转角，因而未能用其右手把物体 120 水平保持在肘部高度的图 1 中所示机器人设备 100 的示图，所述致动器 300 的旋转轴方向和重力方向不一致；
     图 10A 是用其右手把物体 120 水平保持在肩部高度的机器人设备 100 的示图；
     图 10B 是由于机器人设备 100 不维持相对于致动器 300 的旋转角，因而未能用其右手把物体 120 水平保持在肩部高度的机器人设备 100 的示图，所述致动器 300 的旋转轴方向和重力方向不一致；
     图 11A 是用其右手把物体 120 水平保持在肩部高度的图 1 中所示机器人设备 100
     的示图；
     图 11B 是由于机器人设备 100 不维持相对于致动器 300 的旋转角，因而未能用其右手把物体 120 水平保持在肩部高度的机器人设备 100 的示图，所述致动器 300 的旋转轴方向和重力方向不一致；
     图 12 是统括控制图 1 和 2 中所示的整个机器人设备 100 的动作的中央控制部分 400 的例证结构的示图；
     图 13 是表示利用中央控制部分 400 的全身周期通信的处理的流程图；
     图 14 是表示由每个轴的致动器 300 进行的周期通信的处理的流程图；
     图 15 是表示由每个轴的致动器 300 独立进行的安全停止的处理的流程图。具体实施方式
     下面参考附图，详细说明本公开的优选实施例。注意在说明书和附图中，功能和结构基本相同的构成元件用相同的附图标记表示，这些构成元件的重复说明被省略。
     图 1 表示能够利用这里公开的技术的机器人设备 100 的外观。机器人设备 100 是其中利用关节，相互连接多个链节的链节结构。每个关节由致动器操作。图 2 示意表示机器人设备 100 的关节的自由度结构。尽管主要设置在家中，用于进行家务或护理，不过图 1 和 2 中所示的机器人设备 100 可用于各种用途，比如工业应用。作为移动装置，图 1 和 2 中所示的机器人设备 100 具有与底座部分相对的两个驱动轮 101R 和 101L。驱动轮 101R 和 101L 由分别用于驱动轮，沿着俯仰方向旋转的致动器 102R 和 102L 驱动。注意在图 2 中，附图标记 151、 152 和 153 表示事实上欠驱动的关节，还分别表示机器人设备 100 相对于地板表面，在 X 方向 ( 前后方向 ) 的平移自由度，在 Y 方向 ( 左右方向 ) 的平移自由度，和偏转自由度，以解释机器人设备 100 在虚拟世界中来回移动。
     驱动轮通过腰关节耦接到上身。腰关节由绕俯仰轴旋转的腰关节俯仰轴致动器 103 驱动。上身包括左右手臂两个部分，和通过颈关节耦接的头部。左右手臂部分具有肩关节的 3 自由度，肘关节的 2 自由度，和腕关节的 2 自由度，从而共计 7 个自由度。肩关节的 3 自由度由肩关节俯仰轴致动器 104R/104L，肩关节滚转轴致动器 105R/105L，和肩关节偏转轴致动器 106R/106L 驱动。肘关节的 2 自由度由肘关节俯仰轴致动器 107R/107L 和肘关节偏转轴致动器 108R/108L 驱动。腕关节的 2 自由度由腕关节滚转轴致动器 109R/109L 和腕关节俯仰轴致动器 110R/110L 驱动。颈关节的 2 自由度由颈关节俯仰轴致动器 111 和颈关节偏转轴致动器 112 驱动。手关节的 1 自由度由手关节滚转轴致动器 113R/113L 驱动。
     注意，尽管图 1 和 2 中所示的机器人设备 100 具有对置两轮式移动装置，不过这里公开的技术的要旨并不局限于对置两轮式移动装置。例如，这里公开的技术也可按照相同的方式，适用于具有腿式移动装置的机器人设备 100。
     每个轴的致动器配有测量关节角的编码器，产生力矩的电动机，驱动电动机的电流控制型电动机驱动器，和获得足够的生成力的减速器。致动器还配有控制致动器的驱动的微计算机 ( 这些均未在图 2 中示出 )。
     主计算机 ( 下面说明 ) 统括控制整个机器人设备 100 的动作。主计算机可以与每个轴的微计算机通信，以致能够从主计算机传送每个轴的致动器的目标力矩值。每个轴的微计算机能够向主计算机传送致动器的当前输出力矩，关节角度和关节角速度。主计算机
     进行协调全身的控制操作，以计算每个关节的目标力矩值。
     图 3 示意表示置于图 1 和 2 中所示的机器人设备 100 的每个关节的致动器 300 的例证结构。每个轴的致动器 300 装有测量关节角度的的角度测量部分 301，测量关节角速度的角速度测量部分 302，测量对周围环境或个人的作用力的力矩测量部分 303，产生力矩的电动机 ( 驱动部分 304)，驱动电动机的电流控制型电动机驱动器 ( 驱动部分 304 和电流测量部分 305)，和获得足够的生成力的减速器 ( 驱动部分 304)。致动器 300 还配有驱动控制部分 307，驱动控制部分 307 控制驱动部分 304 的驱动，并且包括微计算机。例如，驱动控制部分 307 能够通过通信部分 306，从主计算机接收驱动致动器 300 的指令，和把包括关节角、关节角速度和电流值的传感器信息传给主计算机。
     图 4 表示统括控制图 1 和 2 中所示的整个机器人设备 100 的动作的中央控制部分 400 的例证结构。作为主计算机的中央处理器 (CPU)401 通过总线 403，统括控制整个机器人设备 100 的动作。
     中央控制部分 400 的全身通信部分 405 通过例如有线局域网 (LAN)( 比如以太网 ( 注册商标 ))，通用接口 ( 比如通用串行总线 (USB))，或者由 IEEE802.11 等规定的无线 LAN，与每个轴的致动器 300 的通信部分 306 相互通信。CPU 401 能够提供每个轴的致动器 300 的目标力矩值，因为通过全身通信部分 405 和每个轴的通信部分 306， CPU401 能够与每个轴的致动器 300 中的微计算机 ( 驱动控制部分 307) 通信。每个轴的微计算机能够把致动器 300 的当前输出力矩，关节角度和关节角速度传给 CPU 401。随后， CPU 401 执行展开到随机存取存储器 (RAM)402 中的程序，从而连同全身驱动控制部分 404 一起进行协调全身的控制操作，以计算每个关节的目标力矩值。通过每个轴的通信部分 306，全身通信部分 405 能够与每个轴的致动器 300 中的微计算机通信。全身通信部分 405 每隔预定的控制间隔，进行全身的周期通信，以传送诸如目标力矩值之类的目标控制值，和接收诸如关节轴的角度、角速度和力矩之类的测量值。图 5 是表示利用中央控制部分 400 的全身周期通信的处理的流程图。
     在步骤 S501，全身通信部分 405 开始周期通信。在开始周期通信之后，处理进入步骤 S502。
     在步骤 S502，中央控制部分 400 进行周期通信，把目标值传给每个轴的致动器 300。
     之后，在步骤 S503，中央控制部分 400 进行周期通信，以便从每个轴的致动器 300 接收诸如输出力矩、关节角度和关节角速度之类的测量值。
     之后，在步骤 S504，中央控制部分 400 判定在给定的一段时间内，中央控制部分 400 是否未能从致动器 300 收到诸如输出力矩、关节角度和关节角速度之类的测量值。当中央控制部分 400 持续给定的一段时间，未能从致动器 300 至少之一收到测量值，或者尽管中央控制部分 400 收到了测量值，但是包含在接收结果中并且被假定每次变化的计数值一直未被更新时，中央控制部分 400 检测到接收测量值的失败。
     当中央控制部分 400 能够从每个致动器 300 收到测量值时 ( 步骤 S504 中 “否” )，处理返回步骤 S502。另一方面，当中央控制部分 400 检测到未能从致动器 300 至少之一接收测量值时 ( 步骤 S504 中 “是” )，处理进入步骤 S505。
     在步骤 S505，中央控制部分 400 停止周期通信。当发现未能通信的关节轴，即，未
     能接收目标值的关节轴时，中央控制部分 400 停止全身的周期通信，因为存在危险。一旦周期通信被停止，就如下所述，在每个关节轴的致动器 300 中起动安全停止。
     图 6 是表示响应利用中央控制部分 400 的全身周期通信，由每个轴的致动器 300 进行的周期通信的处理的流程图。
     首先，在步骤 S601，每个轴的致动器 300 判定是否开始了周期通信。当未开始周期通信时 ( 步骤 S601 中 “否” )，处理返回步骤 S601，等待周期通信的开始。另一方面，当开始了周期通信时 ( 步骤 S601 中 “是” )，处理进入步骤 S602。
     在步骤 S602，每个轴的致动器 300 判定在周期通信时，在给定的一段时间内，每个轴的致动器 300 是否未能从中央控制部分 400 收到驱动部分 304 的目标力矩值。当每个轴的致动器 300 从中央控制部分 400 收到了驱动部分 304 的目标力矩值时 ( 步骤 S602 中 “否” )，处理进入步骤 S604，因为进行了正常接收。
     在步骤 S604，作为正常接收，致动器 300 用从中央控制部分 400 接收的最新值更新它的目标力矩值。在步骤 S605，致动器 300 随后测量关节轴的角度、角速度和力矩，然后把测量值传给中央控制部分 400。
     之后，在步骤 S606，致动器 300 判定致动器 300 是否从中央控制部分 400 收到终止周期通信的命令。当致动器 300 未从中央控制部分 400 收到终止周期通信的命令时 ( 步骤 S606 中 “否” )，处理随后返回步骤 S602，继续与中央控制部分 400 的周期通信。另一方面，当致动器 300 从中央控制部分 400 收到终止周期通信的命令时 ( 步骤 S606 中 “是” )，处理进入步骤 S607。在步骤 S607，进行正常终止。具体地说，致动器 300 通过从中央控制部分 400 接收进行正常终止所必需的目标力矩值或者目标位置值，进行正常终止。
     另一方面，当在周期通信时，在给定的一段时间内，每个轴的致动器 300 未能从中央控制部分 400 收到目标力矩值时 ( 步骤 S602 中 “是” )，处理进入步骤 S603。在步骤 S603，当致动器 300 未能与中央控制部分 400 通信时，进行安全停止。当未能与中央控制部分 400 通信时，每个轴的致动器 300 独立地进行安全停止。
     图 7 是表示在图 6 中所示的流程图的步骤 S603 中，由每个轴的致动器 300 独立进行的安全停止的处理的流程图。
     在开始安全停止之后，在步骤 S701 中，把当前角速度代入当前的目标角速度值中，如在以下的表达式 (1) 中所示，以把控制模式从力矩控制模式切换成速度控制模式 ( 在以下的表达式 (1) 中，左侧表示目标角速度值，右侧表示当前角速度 )。
     当控制模式被切换成速度控制模式时，维持速度。在随后的处理中，速度被指数减小。因而，即使当每个致动器独立动作时，这也能够实现平滑的动作。
     为了停止机器人设备 100 的动作，在步骤 S702 中，按照时间顺序使目标角速度值接近 0。具体地说，如在以下的表达式 (2) 中所示，每个控制周期一次地把目标角速度值乘以常数 a(0     随后在步骤 S703，致动器 300 在每个控制周期，判定计算的目标角速度值的绝对值是否已充分接近 0。当目标角速度值的绝对值大于足够小的正数 εrθ 时 ( 步骤 S703 中 “否” )，处理返回步骤 S702，重复使目标角速度值更接近 0。
     当如在以下的表达式 (3) 中所示，目标角速度值的绝对值小于足够小的正数 εrθ 时 ( 步骤 S703 中 “是” )，处理进入步骤 S704。重复步骤 S702 和 703 能够停止机器人设备 100 的动作。
     进行步骤 S704 中的处理，以便例如缓慢放下已被停止的机器人设备 100 的手臂部分。具体地说，致动器 300 按时间顺序，使速度控制的控制增益 Kd 接近 0，以便借助重力逐渐增大偏差。换句话说，如在以下的表达式 (4) 中所示，每个控制周期一次地把控制增益 Kd 乘以常数 b(0     Kd ＝ Kd×b … (4)
     随后在步骤 S705，致动器 300 在每个控制周期，判定计算的控制增益 Kd 是否已充分接近 0。当控制增益 Kd 大于足够小的正数 εKd 时 ( 步骤 S705 中 “否” )，处理返回步骤 S704，重复使控制增益 Kd 更接近 0。重复步骤 S704 和 S705 能够例如缓慢放下机器人设备 100 的手臂部分。
     当如在以下的表达式 (5) 中所示，控制增益 Kd 小于足够小的正数 εKd 时 ( 步骤 S705 中 “是” )，处理进入步骤 S706。
     在步骤 S706，致动器 300 关闭致动器 300 的伺服，从而停止生成力矩，以便使手臂部分完全脱力 (exhaust)。
     参考图 4-7 说明的安全停止用于最终使机器人设备 100 的手臂部分完全脱力，从而防止手臂因重力而落下。当应用于机器人设备 100 的未保持物体的手臂部分时，可发挥安全停止的效果。
     另一方面，当在机器人设备 100 用手臂部分保持物体的时候，响应如图 7 中所示的安全停止，使手臂部分完全脱力时，保持的物体有落下的危险。因而，当机器人设备 100 用手臂部分保持物体时，为了安全停止，必须维持手臂部分的姿势。不过在生活环境中，当停止的机器人设备 100 保持手臂部分的姿势时，存在个人碰撞手臂部分，或者给手臂部分绊倒的危险。鉴于上面所述，为了使手臂摆脱碰撞，机器人设备保持包括其旋转轴方向和重力方向不一致的致动器 300 的轴，而不保持包括其旋转轴方向与重力方向一致的致动器 300 的轴。这能够降低碰撞的冲击。
     作为轴的例证保持方法，举出的是给致动器 300 装备用于保持轴的制动器部分。图 3 表示置于在图 1 和 2 中所示的机器人设备 100 的每个关节的致动器 300 的例证结构。图 8 表示作为变形例的包括制动器部分 308 的致动器 300 的例证结构。制动器部分 308 响应来自驱动控制部分 307 的指令被启动，以保持驱动部分 304 的位置。例如，制动器部分 308 包括电磁制动器，以致即使当机器人设备 100 被关闭电源时，也保持驱动部分 304 的位置。
     图 9A 表示用其右手把物体 120 水平保持在肘部高度的图 1 中所示的机器人设备 100。如图 9A 中所示，通过把物体放进手关节滚转轴致动器 113R 中，机器人设备 100 用其
     右手保持物体 120。肘关节俯仰轴致动器 107R 仅仅从垂直方向旋转 90°，以水平保持从肘关节到指尖 (tip) 的前臂部分。其它关节成和图 1 中所示相同的角度。
     图 9A 中所示的机器人设备 100 的姿势是基本安全停止姿势之一。这种情况下，基本安全停止姿势意味某些制动器部分 308 保持它们的致动器 300，以致能够维持基本把持姿势的姿势。更具体地说，右臂的基本安全停止姿势意味构成右臂的关节轴的至少一个致动器 300 的旋转轴方向和重力方向一致的姿势。旋转其旋转轴方向与重力方向一致的致动器使手臂能够在机器人设备把物体水平保持在相同高度的时候，摆脱外力。
     在图 9A 中所示的情况下，以下致动器的旋转轴方向和重力方向不一致：肩关节俯仰轴致动器 104R，肩关节滚转轴致动器 105R，肘关节俯仰轴致动器 107R，肘关节偏转轴致动器 108R，腕关节俯仰轴致动器 110R，和手关节滚转轴致动器 113R。从而，使致动器 104R,105R,107R,108R,110R 和 113R 保持图 9A 中所示的角度能够维持基本把持姿势。另一方面，肩关节偏转轴致动器 106R 和腕关节滚转轴致动器 109R 都不保持旋转角，因为这两个致动器的旋转轴方向和重力方向一致 ( 图 9A 中用灰色表示不保持旋转角的致动器 )。因而，当外力作用于右臂时，致动器 106R 和 109R 绕旋转轴旋转，从而使右臂能够在把物体 120 水平保持在肘部高度的时候，摆脱外力。这能够缓和与人或物体碰撞时的冲击。注意其旋转轴方向和重力方向不一致的致动器，比如致动器 104R 最好保持旋转角，否则右臂难以把物体 120 保持在肘部高度，或者水平保持物体 120，如图 9B 中所示。
     图 10A 表示用其右手把物体 120 水平保持在肩部高度的机器人设备 100。如图 10A 中所示，通过把物体 120 放进手关节滚转轴致动器 113R 中，机器人设备 100 用其右手保持物体 120。肩关节俯仰轴致动器 104R 仅仅从垂直方向旋转 90°，以水平保持从肩关节到指尖的手臂部分。其它关节成和图 1 中所示相同的角度。
     图 10A 中所示的机器人设备 100 的姿势也是基本安全停止姿势之一，因为致动器至少之一的旋转轴方向和重力方向一致。这些致动器构成保持物体的右臂。在图 10A 中所示的情况下，以下致动器的旋转轴方向和重力方向不一致：肩关节俯仰轴致动器 104R，肩关节偏转轴致动器 106R，肘关节俯仰轴致动器 107R，肘关节偏转轴致动器 108R，腕关节俯仰轴致动器 110R，和手关节滚转轴致动器 113R。从而，使致动器 104R,106R,107R,108R,110R 和 113R 保持图 10A 中所示的角度能够维持基本把持姿势。另一方面，肩关节滚转轴致动器 105R 和腕关节滚转轴致动器 109R 都不保持旋转角，因为这两个致动器的旋转轴方向和重力方向一致 ( 图 10A 中用灰色表示不保持旋转角的致动器 )。因而，当外力作用于右臂时，致动器 105R 和 109R 绕旋转轴旋转，从而使右臂能够在把物体 120 水平保持在肩部高度时，摆脱外力。这能够缓和与人或物体碰撞时的冲击。
     注意如图 10B 中所示，其旋转轴方向和重力方向不一致的致动器，比如肩关节俯仰轴致动器 104R，肘关节俯仰轴致动器 107R，腕关节俯仰轴致动器 110R 和手关节滚转轴致动器 113R 最好保持旋转角，否则右臂难以把物体 120 保持在肩部高度，或者水平保持物体 120。
     图 11A 也表示在弯曲其肘部的时候，把物体 120 水平保持在肩部高度的机器人设备 100。如图 11A 中所示，通过把物体放进手关节滚转轴致动器 113R 中，机器人设备 100 用其右手保持物体 120。为了水平保持从肩关节到指尖的手臂部分，肩关节俯仰轴致动器 104R 仅仅从垂直方向旋转 90°，以使肩关节偏转轴致动器 106R 旋转 90°，肘关节俯仰轴致
     动器 107R 仅仅从图 2 中所示的角度旋转 90°，而肘关节偏转轴致动器 108R 旋转 90°。其它关节成和图 1 中所示相同的角度。
     图 11A 中所示的机器人设备 100 的姿势也是基本安全停止姿势之一，因为致动器至少之一的旋转轴方向和重力方向一致。这些致动器构成保持物体的右臂。在图 11A 中所示的情况下，肩关节滚转轴致动器 105R，肘关节俯仰轴致动器 107R 和腕关节滚转轴致动器 109R 不保持旋转角，因为这三个致动器的旋转轴方向和重力方向一致 ( 图 11A 中用灰色表示不保持旋转角的致动器 )。因而，当外力作用于右臂时，致动器 105R,107R 和 109R 绕旋转轴旋转，从而使右臂能够在把物体 120 水平保持在肩部高度的时候，摆脱外力。这能够缓和与人或物体碰撞时的冲击。
     注意其旋转轴方向和重力方向不一致的致动器，比如肩关节偏转轴致动器 106R 最好保持旋转角，否则右臂难以把物体 120 保持在肩部高度，或者水平保持物体 120，如图 11B 中所示。
     图 12 表示统括控制图 1 和 2 中所示的整个机器人设备 100 的动作的中央控制部分 400 的另一个例证结构。CPU 401 通过总线 403，统括控制整个机器人设备的动作。
     中央控制部分 400 的全身通信部分 405 通过例如有线 LAN( 比如以太网 ( 注册商标 ))，通用接口 ( 比如 USB)，或者由 IEEE802.11 等规定的无线 LAN，与每个轴的通信部分 306 相互通信。CPU 401 能够提供每个轴的致动器 300 的目标力矩值，因为通过全身通信部分 405 和每个轴的通信部分 306， CPU 401 能够与每个轴的微计算机 ( 上面所述 ) 通信。每个轴的微计算机能够把致动器 300 的当前输出力矩，关节角度和关节角速度传给 CPU 401。 CPU 401 执行展开到 RAM 402 中的程序，从而连同全身驱动控制部分 404 一起进行协调全身的控制操作，以计算每个关节的目标力矩值。
     此外，安全停止预定值计算部分 430 根据关节角度，计算机器人设备 100 的姿势，以求出每个轴的致动器 300 的待停止的角度值，和指示制动器部分 308 的开 / 关的安全停止预定值。安全停止预定值计算部分 430 例如按照以下处理，计算安全停止预定值。
     (1) 利用逆运动学计算，计算当前指尖位置。(2) 比较当前指尖位置和基本安全停止姿势的每个指尖位置，以选择离当前指尖位置最近的基本安全停止姿势的指尖位置。为了相互比较当前指尖位置和基本安全停止姿势的每个指尖位置，计算它们之间的距离。 (3) 在一些接近的指尖位置中，选择最接近的指尖位置。比较接近的指尖位置的旋转角和当前指尖位置的旋转角。
     当从中央控制部分 400 收到安全停止预定值时 ( 下面说明 )，致动器 300 的驱动部分 304 根据在紧急情况下（例如，与中央控制部分 400 通信失败时）的安全停止预定值，安全地停止每个轴的致动器 300。
     已参考图 5，说明了利用中央控制部分 400 的全身的周期通信的处理。另一方面，图 13 是表示包括传送安全停止预定值的全身周期通信的处理的流程图。
     在步骤 S1301，全身通信部分 405 开始周期通信。之后，处理进入步骤 S1302。
     在步骤 S1302，中央控制部分 400 在全身驱动控制部分 404 逆运动学计算机器人设备 100 的姿势，从而根据安全停止预定值计算部分 430 获得的机器人设备 100 的姿势，求出安全停止预定值。
     在步骤 S1303，中央控制部分 400 进行周期通信，以把目标值和安全停止预定值传
     给每个轴的致动器 300。
     之后，在步骤 S1304，中央控制部分 400 在周期通信的情况下，从每个轴的致动器 300 接收诸如输出力矩、关节角度和关节角速度之类的测量值。
     之后，在步骤 S1305，中央控制部分 400 判定在给定的一段时间内，中央控制部分 400 是否未能从每个轴的致动器 300 收到诸如输出力矩、关节角度和关节角速度之类的测量值。当中央控制部分 400 在给定的一段时间内，未能从致动器 300 至少之一收到测量值，或者尽管中央控制部分 400 收到了测量值，但是包含在接收结果中并且被假定每次变化的计数值一直未被更新时，中央控制部分 400 检测到接收测量值的失败。
     当中央控制部分 400 从每个致动器 300 收到了测量值时 ( 步骤 S1305 中 “否” )，处理返回步骤 S1302。另一方面，当中央控制部分 400 检测到未能从致动器 300 至少之一接收测量值时 ( 步骤 S1305 中 “是” )，处理进入步骤 S1306。
     在步骤 S1306，中央控制部分 400 停止周期通信。当发现未能通信的轴，即，未能接收目标值的轴时，中央控制部分 400 停止全身的周期通信，因为存在危险。
     已参考图 6 说明了按照利用中央控制部分 400 的全身周期通信，由每个轴的致动器 300 进行的周期通信的处理。另一方面，图 14 是表示由每个轴的致动器 300 进行的周期通信的处理的流程图，包括更新安全停止预定值。首先，在步骤 S1401，每个轴的致动器 300 判定是否开始了周期通信。随后，当未开始周期通信时 ( 步骤 S1401 中 “否” )，处理返回步骤 S1401，等待周期通信的开始。另一方面，当开始了周期通信时 ( 步骤 S1401 中 “是” )，处理进入步骤 S1402。
     在步骤 S1402，每个轴的致动器 300 判定在周期通信时，在给定的一段时间内，每个轴的致动器 300 是否未能从中央控制部分 400 收到驱动部分的目标力矩值。当每个轴的致动器 300 从中央控制部分 400 收到了目标力矩值时 ( 步骤 S1402 中 “否” )，处理进入步骤 S1404，因为进行了正常接收。
     在步骤 S1404，作为正常接收，致动器 300 用从中央控制部分 400 接收的最新值更新它的目标力矩值和安全停止预定值。在步骤 S1405，致动器 300 随后测量关节轴的角度、角速度和力矩，然后把测量值传给中央控制部分 400。
     之后，在步骤 S1406，致动器 300 判定致动器 300 是否从中央控制部分 400 收到终止周期通信的命令。当致动器 300 未从中央控制部分 400 收到终止周期通信的命令时 ( 步骤 S1406 中 “否” )，处理随后返回步骤 S1402，继续与中央控制部分 400 的周期通信。另一方面，当致动器 300 从中央控制部分 400 收到终止周期通信的命令时 ( 步骤 S1406 中 “是” )，处理进入步骤 S1407。
     在步骤 S1407，进行正常终止。具体地说，致动器 300 通过从中央控制部分 400 接收进行正常终止所必需的目标力矩值或者目标位置值，进行正常终止。
     此外，当在周期通信时，在给定的一段时间内，致动器 300 未能从中央控制部分 400 收到目标力矩值时 ( 步骤 S1402 中 “是” )，处理进入步骤 S1403。在步骤 S1403，当致动器 300 未能与中央控制部分 400 通信时，进行安全停止。当未能与中央控制部分 400 通信时，每个轴的致动器 300 独立地进行安全停止。
     图 15 是表示在图 14 中所示的流程图的步骤 S1403 中，由每个轴的致动器 300 独立进行的安全停止的处理的流程图。
     在开始安全停止之后，在步骤 S1501，把当前角速度代入当前的目标角速度值中，如在上述表达式 (1) 中所示，以把控制模式从力矩控制模式切换成速度控制模式。
     为了停止机器人设备 100 的动作，在步骤 S1502 中，按照时间顺序使目标角速度值接近 0。具体地说，如在上述表达式 (2) 中所示，每个控制周期一次地把目标角速度值乘以常数 a(0     随后在步骤 S1503，致动器 300 在每个控制周期，判定计算的目标角速度值的绝对值是否已充分接近 0。当目标角速度值的绝对值等于或大于足够小的正数 εrθ 时 ( 步骤 S1503 中 “否” )，处理返回步骤 S1502，重复使目标角速度值更接近 0。
     当如在上述表达式 (3) 中所示，目标角速度值的绝对值小于足够小的正数 εrθ 时 ( 步骤 S1503 中 “是” )，处理进入步骤 S1504。重复步骤 S1502 和 1503 能够停止机器人设备 100 的动作。
     随后在步骤 S1504，把当前关节角度 θ 代入目标角度值 rθ 中，以把控制模式切换成位置控制模式。
     随后，在步骤 S1505，按照时间顺序，使目标角度值 rθ 接近从中央控制部分 400 接收的安全停止的预定角度值 θrsv。例如，作为近似算法，可以使用直线插值、正弦插值和样条插值。
     随后在步骤 S1506，致动器 300 在每个控制周期，判定更新的关节角度 θ 是否已接近安全停止的预定角度值 θrsv。当如以下的表达式 (6) 中所示，通过从当前的关节角度 θ 中减去安全停止的预定角度值 θrsv 而获得的差值的绝对值小于足够小的正数 εθ 时 ( 步骤 S1506 中 “是” )，致动器 300 判定当前的关节角度 θ 已被接近安全停止的预定角度值 θrsv，从而处理进入步骤 S1507。
     |θ-θrsv | ＜ εθ … (6)
     另一方面，当致动器 300 判定当前的关节角度 θ 未被接近安全停止的预定角度值 θrsv 时 ( 步骤 S1506 中 “否” )，处理返回步骤 S1505，以便例如利用直线插值，使目标角度值 rθ 进一步接近安全停止的预定角度值 θrsv。
     在步骤 S1507 中，根据安全停止的预定制动值，设定每个致动器的制动器部分 308 的开 / 关。
     在步骤 S1507 中，当每个致动器的伺服被关闭时，根据制动器部分 308 的设定，启动制动器部分 308。当制动器部分 308 开启时，致动器 300 被保持在当前关节角度，当制动器部分 308 关闭时，致动器 300 未被保持在当前关节角度。
     在机器人设备 100 保持物体或者维持其指尖位置的时候，图 15 中所示的安全停止确保碰撞时的安全性。
     (1) 一种机器人设备，包括：
     驱动关节轴，并测量每个关节轴的关节角度和 / 或关节角速度的致动器；和
     控制各个致动器的中央控制部分，
     其中中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，
     其中响应在周期通信中，在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信，和其中响应在周期通信中，在给定的一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，每个致动器进行安全停止。
     (2) 一种机器人设备，包括：
     驱动关节轴，并测量每个关节轴的力矩，以及关节角度和 / 或关节角速度的致动器；和
     控制各个致动器的中央控制部分，
     其中中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，
     其中响应在周期通信中，在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信，和
     其中响应在周期通信中，在给定的一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，每个致动器进行安全停止。
     (3) 按照 (1) 或 (2) 的机器人设备，
     其中作为安全停止，每个致动器在角速度控制模式下，按照时间顺序，使目标角速度值接近 0，还按照时间顺序使速度控制增益接近 0，随后停止伺服。
     (4) 按照 (1) 或 (2) 的机器人设备，还包括：
     手臂部分，
     其中每个致动器包括在安全停止时，保持旋转角的制动器部分，和
     其中尽管制动器部分保持其旋转轴方向和重力方向不一致的致动器的旋转角，不过在安全停止时，制动器部分不保持其旋转轴方向和重力方向一致的致动器的旋转角，致动器包含在手臂部分中。
     (5) 按照 (1) 或 (2) 的机器人设备，
     其中每个致动器包括在安全停止时，保持旋转角的制动器部分，
     其中中央控制部分求出安全停止每个致动器的角度值，和指示制动器部分的开 / 关的安全停止预定值，并进行周期通信以传送所述值，和
     其中每个致动器在每个周围通信，更新安全停止预定值，以按照安全停止预定值进行安全停止。
     (6) 按照 (5) 的机器人设备，
     其中中央控制部分逆运动学计算机器人设备的姿势，并根据所述姿势，计算安全停止预定值。
     (7) 按照 (5) 的机器人设备，
     其中作为安全停止，每个致动器在角速度控制模式下，按照时间顺序，使目标角速度值接近 0，还把模式切换成位置控制模式，按照时间顺序使关节角度接近安全停止预定值，随后停止伺服。
     (8) 一种控制机器人设备的方法，包括：
     以预定控制周期，在致动器和中央控制部分之间进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，每个致动器驱动关节轴，并测量关节轴的关节角度和 / 或关节角速度，中央控制部分控制各个致动器；响应在周期通信中，持续给定一段时间未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信；和
     响应在周期通信中，在给定一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，进行安全停止。
     (9) 一种控制机器人设备的方法，包括：
     以预定控制周期，在致动器和中央控制部分之间进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，每个致动器驱动关节轴，并测量关节轴的关节角度和 / 或关节角速度、以及力矩，中央控制部分控制各个致动器；
     响应在周期通信中，持续给定一段时间未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信；和
     响应在周期通信中，在给定一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，进行安全停止。
     本领域的技术人员应明白，根据设计要求和其它因素，可以产生各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附的权利要求或其等同物的范围之内。尽管这里主要说明了适用于具有两个对置轮子的机器人设备的实施例，不过这里公开的技术的要旨并不局限于这些实施例。所述技术也可适用于具有另一种移动装置或者不具有移动装置的机器人设备。
     当然，尽管这里主要说明了家用机器人设备的实施例，不过所述技术也可适用于用于各种用途的机器人设备，包括工业机器人。
     总之，不应由于这里公开了所述技术的例子而限制性地解释这里说明的内容。要判断这里公开的技术的要旨，应考虑附加权利要求的范围。
     本公开包含与在 2011 年 5 月 31 日向日本专利局提交的日本优先权专利申请 JP 2010-122908 中公开的主题相关的主题，该专利申请的整个内容在此引为参考。

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 102806556 A (43)申请公布日 2012.12.05 C N 1 0 2 8 0 6 5 5 6 A *CN102806556A* (21)申请号 201210163682.9 (22)申请日 2012.05.24 2011-122908 2011.05.31 JP B25J 9/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (71)申请人索尼公司地址日本东京 (72)发明人坪井利充田中章爱白土宽和岩井嘉昭宫本敦史 (74)专利代理机构中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 11038 代理人张荣海 (54) 发明名称机器人设备。

2、及其控制方法 (57) 摘要本发明公开了机器人设备及其控制方法。提供一种机器人设备，包括驱动关节轴，并测量每个关节轴的关节角度和/或关节角速度的致动器，和控制各个致动器的中央控制部分，其中中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，响应在给定的一段时间内，未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信，响应在给定的一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，每个致动器进行安全停止。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书2页说明书13页附图18页 (19。

3、)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 2 页说明书 13 页附图 18 页 1/2页 2 1.一种机器人设备，包括：致动器，用于驱动关节轴，并测量每个关节轴的关节角度和关节角速度中的至少一个；和中央控制部分，用于控制各个致动器，其中中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，其中响应在周期通信中在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止所述周期通信，以及其中响应在所述周期通信中在给定的一段时间内致动器未收到目标控制值的事件，每个致。

4、动器进行安全停止。 2.一种机器人设备，包括：致动器，用于驱动关节轴，并测量每个关节轴的关节角度和关节角速度中的至少一个以及力矩；和中央控制部分，用于控制各个致动器，其中中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，其中响应在所述周期通信中在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止所述周期通信，和其中响应在所述周期通信中在给定的一段时间内致动器未收到目标控制值的事件，每个致动器进行安全停止。 3.按照权利要求1所述的机器人设备，其中作为安全停止，每个致动器在角速。

5、度控制模式下，按照时间顺序使目标角速度值接近0，还按照时间顺序使速度控制增益接近0，随后停止伺服。 4.按照权利要求1所述的机器人设备，还包括：手臂部分，其中每个致动器包括在安全停止时保持旋转角的制动器部分，以及其中在安全停止时尽管制动器部分保持旋转轴方向和重力方向不一致的包含在手臂部分中的致动器的旋转角，不过制动器部分不保持旋转轴方向和重力方向一致的包含在手臂部分中的致动器的旋转角。 5.按照权利要求1所述的机器人设备，其中每个致动器包括在安全停止时保持旋转角的制动器部分，其中中央控制部分求出安全停止每个致动器的角度值和指示制动器部分的开/关的安全停止预定值，并进行所述周期。

6、通信以传送这些值，和其中每个致动器在每个周期通信更新安全停止预定值，以按照安全停止预定值进行安全停止。 6.按照权利要求5所述的机器人设备，其中中央控制部分逆运动学计算机器人设备的姿势，并根据所述姿势计算安全停止预定值。 7.按照权利要求5所述的机器人设备，权利要求书CN 102806556 A 2/2页 3 其中作为安全停止，每个致动器在角速度控制模式下按照时间顺序使目标角速度值接近0，还把模式切换成位置控制模式，按照时间顺序使关节角度接近安全停止预定值，随后停止伺服。 8.一种控制机器人设备的方法，包括：以预定控制周期，在致动器和中央控制部分之间进行周期通信，所述周。

7、期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，每个致动器驱动关节轴，并且还测量关节轴的关节角度和关节角速度中的至少一个，中央控制部分控制各个致动器；响应在所述周期通信中持续给定一段时间未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信；和响应在所述周期通信中在给定一段时间内致动器未收到目标控制值的事件，进行安全停止。 9.一种控制机器人设备的方法，包括：以预定控制周期在致动器和中央控制部分之间进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，每个致动器驱动关节轴，并。

8、且还测量关节轴的关节角度和关节角速度中的至少一个以及力矩，中央控制部分控制各个致动器；响应在所述周期通信中持续给定一段时间未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信；和响应在所述周期通信中在给定一段时间内致动器未收到目标控制值的事件，进行安全停止。权利要求书CN 102806556 A 1/13页 4 机器人设备及其控制方法技术领域 0001 本公开涉及按照中央控制部分和每个关节轴的致动器之间的周期通信动作的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法，尤其涉及当丧失所述周期通信时，确保动作的安全性的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。中央控制部分指示目标控。

9、制值。致动器按照目标控制值，驱动每个关节。背景技术 0002 在快速老年化的社会中，老年人最好尽可能在没有护理的情况下保持健康，另外，即使老年人处于需要护理的状况，那么他或她也最好能够独立生活，而不会恶化健康状况。今后，由一位佣工照料一位老年人会导致佣工的短缺，因为对护理或者家务支持的需要不断增长。因而，在老年护理机构和有老年人的家庭之中，对相当于管家或者护工的机电一体化设备（如机器人）的需要不断增长。换句话说，在假设机器人深入地渗透到生活空间中的情况下，迫切需要确保在生活空间中工作的机器人的安全。 0003 就工业机器人来说，用栅栏分隔工作区一般可确保安全。但是，就家务或护理机。

10、器人来说，难以用栅栏分隔工作区，因为机器在物理接触个人的时候进行作业。 0004 当被关闭电源时，一般的工作机械臂等制动，从而停止动作以保持姿势，以便确保安全。在这种情况下，安全性意味防止机械臂因重力而落下，从而损伤周边环境。不过，当在使机械臂断电的同时，利用制动器固定机械臂时，机械臂本身变成地板或者墙壁上的突出物。当人靠近时，这会导致固定的机械臂与人相撞的风险。 0005 以前的机器人通常是位置控制型机器人，位置控制型机器人向驱动关节的致动器提供角度指令值，从而按照指令值驱动关节。位置控制型机器人在对尽管易于控制的力或加速度的“软”控制方面较弱。另一方面，申请人考虑到作为护理或者。

11、家务助手，向人提供更柔性的物理互动的机器人最好是力控制型机器人，力控制型机器人向驱动关节的致动器提供力矩指令值，从而按照指令值驱动关节。通过直接控制在关节产生的力，力控制型机器人能够直接控制作用力。 0006 例如，日本专利申请公开No.10-329071公开一种通过直接检测机械臂和人(或者物体)之间的接触力，和利用接触力信息，从而在较大的力作用于机械臂时，能够降低回复力，以增大安全性，和在较小的力作用于机械臂时，能够增大回复力，以确保动作精度的机械臂用阻抗控制设备(参见日本专利申请公开No.10-329071)。 0007 机器人一般按预定的控制周期，按照中央控制部分400和每个。

12、关节致动器的驱动部分之间的通信，控制力或位置。当丧失中央控制部分400和每个关节致动器的驱动部分之间的周期通信时，中央控制部分400不能获得在关节产生的力矩的数值，或者关节的当前位置信息，从而关节致动器的驱动部分不能从中央控制部分400接收指令值。因而，中央控制部分400不能控制关节致动器的驱动。 0008 在上面提及的机械臂用阻抗控制设备中，中央控制部分400在假定能够进行周期通信的情况下，控制关节致动器的驱动。例如，当力控制型机器人控制关节致动器的驱动说明书CN 102806556 A 2/13页 5 时，需要按照姿势改变力矩值。当在这种情况下，丧失周期通信时，丧失通信的关。

13、节轴的力矩指令值变得恒定。当由于某些原因改变姿势时，这会导致关节轴失去平衡，屈服于重力或者克服重力旋转。恒定的力矩指令值不维持位置，以致姿势逐渐失去平衡。因而，致动器有失控的危险。换句话说，在丧失周期通信的时候，阻抗控制设备不能确保安全性。发明内容 0009 理想的是提供一种极好的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。所述机器人设备能够按照指示目标控制值的中央控制部分，和按照目标控制值从动的每个关节轴的致动器之间的周期通信，恰当地动作。 0010 此外，理想的是提供一种极好的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。所述机器人设备能够在丧失周期通信的情况下，确保动作的安全性。 0。

14、011 鉴于以上需要，按照本公开的实施例，提供一种机器人设备，包括驱动关节轴，和测量每个关节轴的关节角度和/或关节角速度的致动器，和控制各个致动器的中央控制部分。中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，响应在周期通信中，在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信，响应在周期通信中，在给定的一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，各个致动器进行安全停止。 0012 按照本公开的另一个实施例，提供一种机器人设备，包括驱动关节轴，并测量每个关节轴的力矩，以及。

15、关节角度和/或关节角速度的致动器，和控制各个致动器的中央控制部分。中央控制部分以预定控制周期进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，响应在周期通信中，在给定的一段时间内未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信，和响应在周期通信中，在给定的一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，各个致动器进行安全停止。 0013 按照上面说明的本公开的实施例，作为安全停止，每个致动器在角速度控制模式下，按照时间顺序，使目标角速度值接近0，还按照时间顺序使速度控制增益接近0，随后停止伺服。 0014 按照上面说明。

16、的本公开的实施例，机器人设备还包括手臂部分。每个致动器包括在安全停止时，保持旋转角的制动器部分，尽管制动器部分保持其旋转轴方向和重力方向不一致的致动器的旋转角，不过在安全停止时，制动器部分不保持其旋转轴方向和重力方向一致的致动器的旋转角，致动器包含在手臂部分中。 0015 按照上面说明的本公开的实施例，每个致动器包括在安全停止时，保持旋转角的制动器部分，中央控制部分求出安全停止每个致动器的角度值，和指示制动器部分的开/ 关的安全停止预定值，并进行周期通信以传送所述值，每个致动器在每个周围通信，更新安全停止预定值，以按照安全停止预定值进行安全停止。 0016 按照本公开的另一个实施例，。

17、提供一种控制机器人设备的方法，包括以预定控制周期，在致动器和中央控制部分之间进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，每个致动器驱说明书CN 102806556 A 3/13页 6 动关节轴，并测量关节轴的关节角度和/或关节角速度，中央控制部分控制各个致动器；响应在周期通信中，持续给定一段时间未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信；和响应在周期通信中，在给定一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，进行安全停止。 0017 按照本公开的另一个实施例，提供一种控制机器人设备的方法，包括以预定控制。

18、周期，在致动器和中央控制部分之间进行周期通信，所述周期通信包括从中央控制部分向各个致动器传送目标控制值，和从各个致动器向中央控制部分传送测量值，每个致动器驱动关节轴，并测量关节轴的关节角度和/或关节角速度，中央控制部分控制各个致动器；响应在周期通信中，持续给定一段时间未能收到测量值的致动器的出现，中央控制部分停止周期通信；和响应在周期通信中，在给定一段时间内，致动器未收到目标控制值的事件，进行安全停止。 0018 按照这里公开的技术，能够提供极限的机器人设备，和控制所述机器人设备的方法。即使丧失指示目标控制值的中央控制部分和按照目标控制值进行驱动的每个关节轴的致动器之间的周期通。

19、信，机器人设备也能够确保动作的安全性。 0019 当检查附图和阅读本公开的实施例的以下详细说明时，将理解这里公开的技术的这些和其它用途、特征和优点。附图说明 0020 图1是能够利用这里公开的技术的机器人设备100的外观的示图； 0021 图2是表示能够利用这里公开的技术的机器人设备100的关节的自由度结构的模式图； 0022 图3是表示置于图1和2中所示的机器人设备100的各个关节的致动器300的例证结构的模式图； 0023 图4是统括控制图1和2中所示的整个机器人设备100的动作的中央控制部分 400的例证结构的示图； 0024 图5是表示利用中央控制部分400的全身周期通信的处理。

20、的流程图； 0025 图6是表示由每个轴的致动器300进行的周期通信的处理的流程图； 0026 图7是表示由每个轴的致动器300独立进行的安全停止的处理的流程图； 0027 图8是包括制动器部分308的致动器300的例证结构的示图； 0028 图9A是用其右手把物体120水平保持在肘部高度的图1中所示机器人设备100 的示图； 0029 图9B是由于机器人设备100不维持相对于致动器300的旋转角，因而未能用其右手把物体120水平保持在肘部高度的图1中所示机器人设备100的示图，所述致动器300 的旋转轴方向和重力方向不一致； 0030 图10A是用其右手把物体120水平保持在肩部高度的机器。

21、人设备100的示图； 0031 图10B是由于机器人设备100不维持相对于致动器300的旋转角，因而未能用其右手把物体120水平保持在肩部高度的机器人设备100的示图，所述致动器300的旋转轴方向和重力方向不一致； 0032 图11A是用其右手把物体120水平保持在肩部高度的图1中所示机器人设备100 说明书CN 102806556 A 4/13页 7 的示图； 0033 图11B是由于机器人设备100不维持相对于致动器300的旋转角，因而未能用其右手把物体120水平保持在肩部高度的机器人设备100的示图，所述致动器300的旋转轴方向和重力方向不一致； 0034 图12是统括控制图。

22、1和2中所示的整个机器人设备100的动作的中央控制部分 400的例证结构的示图； 0035 图13是表示利用中央控制部分400的全身周期通信的处理的流程图； 0036 图14是表示由每个轴的致动器300进行的周期通信的处理的流程图； 0037 图15是表示由每个轴的致动器300独立进行的安全停止的处理的流程图。具体实施方式 0038 下面参考附图，详细说明本公开的优选实施例。注意在说明书和附图中，功能和结构基本相同的构成元件用相同的附图标记表示，这些构成元件的重复说明被省略。 0039 图1表示能够利用这里公开的技术的机器人设备100的外观。机器人设备100是其中利用关节，相互连接多个链。

23、节的链节结构。每个关节由致动器操作。图2示意表示机器人设备100的关节的自由度结构。尽管主要设置在家中，用于进行家务或护理，不过图1 和2中所示的机器人设备100可用于各种用途，比如工业应用。 0040 作为移动装置，图1和2中所示的机器人设备100具有与底座部分相对的两个驱动轮101R和101L。驱动轮101R和101L由分别用于驱动轮，沿着俯仰方向旋转的致动器 102R和102L驱动。注意在图2中，附图标记151、152和153表示事实上欠驱动的关节，还分别表示机器人设备100相对于地板表面，在X方向(前后方向)的平移自由度，在Y方向 (左右方向)的平移自由度，和偏转自由度，以解释机。

24、器人设备100在虚拟世界中来回移动。 0041 驱动轮通过腰关节耦接到上身。腰关节由绕俯仰轴旋转的腰关节俯仰轴致动器 103驱动。上身包括左右手臂两个部分，和通过颈关节耦接的头部。左右手臂部分具有肩关节的3自由度，肘关节的2自由度，和腕关节的2自由度，从而共计7个自由度。肩关节的3 自由度由肩关节俯仰轴致动器104R/104L，肩关节滚转轴致动器105R/105L，和肩关节偏转轴致动器106R/106L驱动。肘关节的2自由度由肘关节俯仰轴致动器107R/107L和肘关节偏转轴致动器108R/108L驱动。腕关节的2自由度由腕关节滚转轴致动器109R/109L和腕关节俯仰轴致动器110R。

25、/110L驱动。颈关节的2自由度由颈关节俯仰轴致动器111和颈关节偏转轴致动器112驱动。手关节的1自由度由手关节滚转轴致动器113R/113L驱动。 0042 注意，尽管图1和2中所示的机器人设备100具有对置两轮式移动装置，不过这里公开的技术的要旨并不局限于对置两轮式移动装置。例如，这里公开的技术也可按照相同的方式，适用于具有腿式移动装置的机器人设备100。 0043 每个轴的致动器配有测量关节角的编码器，产生力矩的电动机，驱动电动机的电流控制型电动机驱动器，和获得足够的生成力的减速器。致动器还配有控制致动器的驱动的微计算机(这些均未在图2中示出)。 0044 主计算机(下面说明。

26、)统括控制整个机器人设备100的动作。主计算机可以与每个轴的微计算机通信，以致能够从主计算机传送每个轴的致动器的目标力矩值。每个轴的微计算机能够向主计算机传送致动器的当前输出力矩，关节角度和关节角速度。主计算机说明书CN 102806556 A 5/13页 8 进行协调全身的控制操作，以计算每个关节的目标力矩值。 0045 图3示意表示置于图1和2中所示的机器人设备100的每个关节的致动器300的例证结构。每个轴的致动器300装有测量关节角度的的角度测量部分301，测量关节角速度的角速度测量部分302，测量对周围环境或个人的作用力的力矩测量部分303，产生力矩的电动机(驱动部分。

27、304)，驱动电动机的电流控制型电动机驱动器(驱动部分304和电流测量部分305)，和获得足够的生成力的减速器(驱动部分304)。致动器300还配有驱动控制部分307，驱动控制部分307控制驱动部分304的驱动，并且包括微计算机。例如，驱动控制部分307能够通过通信部分306，从主计算机接收驱动致动器300的指令，和把包括关节角、关节角速度和电流值的传感器信息传给主计算机。 0046 图4表示统括控制图1和2中所示的整个机器人设备100的动作的中央控制部分 400的例证结构。作为主计算机的中央处理器(CPU)401通过总线403，统括控制整个机器人设备100的动作。 0047 中央控。

28、制部分400的全身通信部分405通过例如有线局域网(LAN)(比如以太网 (注册商标)，通用接口(比如通用串行总线(USB)，或者由IEEE802.11等规定的无线 LAN，与每个轴的致动器300的通信部分306相互通信。CPU 401能够提供每个轴的致动器 300的目标力矩值，因为通过全身通信部分405和每个轴的通信部分306，CPU401能够与每个轴的致动器300中的微计算机(驱动控制部分307)通信。每个轴的微计算机能够把致动器300的当前输出力矩，关节角度和关节角速度传给CPU 401。随后，CPU 401执行展开到随机存取存储器(RAM)402中的程序，从而连同全身驱动控制部分。

29、404一起进行协调全身的控制操作，以计算每个关节的目标力矩值。 0048 通过每个轴的通信部分306，全身通信部分405能够与每个轴的致动器300中的微计算机通信。全身通信部分405每隔预定的控制间隔，进行全身的周期通信，以传送诸如目标力矩值之类的目标控制值，和接收诸如关节轴的角度、角速度和力矩之类的测量值。图5 是表示利用中央控制部分400的全身周期通信的处理的流程图。 0049 在步骤S501，全身通信部分405开始周期通信。在开始周期通信之后，处理进入步骤S502。 0050 在步骤S502，中央控制部分400进行周期通信，把目标值传给每个轴的致动器 300。 0051 之后，在。

30、步骤S503，中央控制部分400进行周期通信，以便从每个轴的致动器300 接收诸如输出力矩、关节角度和关节角速度之类的测量值。 0052 之后，在步骤S504，中央控制部分400判定在给定的一段时间内，中央控制部分 400是否未能从致动器300收到诸如输出力矩、关节角度和关节角速度之类的测量值。当中央控制部分400持续给定的一段时间，未能从致动器300至少之一收到测量值，或者尽管中央控制部分400收到了测量值，但是包含在接收结果中并且被假定每次变化的计数值一直未被更新时，中央控制部分400检测到接收测量值的失败。 0053 当中央控制部分400能够从每个致动器300收到测量值时(步骤S5。

31、04中“否”)，处理返回步骤S502。另一方面，当中央控制部分400检测到未能从致动器300至少之一接收测量值时(步骤S504中“是”)，处理进入步骤S505。 0054 在步骤S505，中央控制部分400停止周期通信。当发现未能通信的关节轴，即，未说明书CN 102806556 A 6/13页 9 能接收目标值的关节轴时，中央控制部分400停止全身的周期通信，因为存在危险。一旦周期通信被停止，就如下所述，在每个关节轴的致动器300中起动安全停止。 0055 图6是表示响应利用中央控制部分400的全身周期通信，由每个轴的致动器300 进行的周期通信的处理的流程图。 0056 首先，。

32、在步骤S601，每个轴的致动器300判定是否开始了周期通信。当未开始周期通信时(步骤S601中“否”)，处理返回步骤S601，等待周期通信的开始。另一方面，当开始了周期通信时(步骤S601中“是”)，处理进入步骤S602。 0057 在步骤S602，每个轴的致动器300判定在周期通信时，在给定的一段时间内，每个轴的致动器300是否未能从中央控制部分400收到驱动部分304的目标力矩值。当每个轴的致动器300从中央控制部分400收到了驱动部分304的目标力矩值时(步骤S602中 “否”)，处理进入步骤S604，因为进行了正常接收。 0058 在步骤S604，作为正常接收，致动器300用从。

33、中央控制部分400接收的最新值更新它的目标力矩值。在步骤S605，致动器300随后测量关节轴的角度、角速度和力矩，然后把测量值传给中央控制部分400。 0059 之后，在步骤S606，致动器300判定致动器300是否从中央控制部分400收到终止周期通信的命令。当致动器300未从中央控制部分400收到终止周期通信的命令时(步骤 S606中“否”)，处理随后返回步骤S602，继续与中央控制部分400的周期通信。另一方面，当致动器300从中央控制部分400收到终止周期通信的命令时(步骤S606中“是”)，处理进入步骤S607。 0060 在步骤S607，进行正常终止。具体地说，致动器300。

34、通过从中央控制部分400接收进行正常终止所必需的目标力矩值或者目标位置值，进行正常终止。 0061 另一方面，当在周期通信时，在给定的一段时间内，每个轴的致动器300未能从中央控制部分400收到目标力矩值时(步骤S602中“是”)，处理进入步骤S603。在步骤S603，当致动器300未能与中央控制部分400通信时，进行安全停止。当未能与中央控制部分400 通信时，每个轴的致动器300独立地进行安全停止。 0062 图7是表示在图6中所示的流程图的步骤S603中，由每个轴的致动器300独立进行的安全停止的处理的流程图。 0063 在开始安全停止之后，在步骤S701中，把当前角速度代入当前。

35、的目标角速度值中，如在以下的表达式(1)中所示，以把控制模式从力矩控制模式切换成速度控制模式(在以下的表达式(1)中，左侧表示目标角速度值，右侧表示当前角速度)。 0064 0065 当控制模式被切换成速度控制模式时，维持速度。在随后的处理中，速度被指数减小。因而，即使当每个致动器独立动作时，这也能够实现平滑的动作。 0066 为了停止机器人设备100的动作，在步骤S702中，按照时间顺序使目标角速度值接近0。具体地说，如在以下的表达式(2)中所示，每个控制周期一次地把目标角速度值乘以常数a(0a1)，以使目标角速度值接近0。 0067 0068 随后在步骤S703，致动器300在每。

36、个控制周期，判定计算的目标角速度值的绝对说明书CN 102806556 A 7/13页 10 值是否已充分接近0。当目标角速度值的绝对值大于足够小的正数 r 时(步骤S703中 “否”)，处理返回步骤S702，重复使目标角速度值更接近0。 0069 当如在以下的表达式(3)中所示，目标角速度值的绝对值小于足够小的正数 r 时(步骤S703中“是”)，处理进入步骤S704。重复步骤S702和703能够停止机器人设备 100的动作。 0070 0071 进行步骤S704中的处理，以便例如缓慢放下已被停止的机器人设备100的手臂部分。具体地说，致动器300按时间顺序，使速度控制的控制增益K 。

37、d 接近0，以便借助重力逐渐增大偏差。换句话说，如在以下的表达式(4)中所示，每个控制周期一次地把控制增益K d 乘以常数b(0b1)，以使控制增益K d 接近0。 0072 K d K d b (4) 0073 随后在步骤S705，致动器300在每个控制周期，判定计算的控制增益K d 是否已充分接近0。当控制增益K d 大于足够小的正数 Kd 时(步骤S705中“否” )，处理返回步骤 S704，重复使控制增益K d 更接近0。重复步骤S704和S705能够例如缓慢放下机器人设备 100的手臂部分。 0074 当如在以下的表达式(5)中所示，控制增益K d 小于足够小的正数 Kd 时(步。

38、骤 S705中“是”)，处理进入步骤S706。 0075 0076 在步骤S706，致动器300关闭致动器300的伺服，从而停止生成力矩，以便使手臂部分完全脱力(exhaust)。 0077 参考图4-7说明的安全停止用于最终使机器人设备100的手臂部分完全脱力，从而防止手臂因重力而落下。当应用于机器人设备100的未保持物体的手臂部分时，可发挥安全停止的效果。 0078 另一方面，当在机器人设备100用手臂部分保持物体的时候，响应如图7中所示的安全停止，使手臂部分完全脱力时，保持的物体有落下的危险。因而，当机器人设备100用手臂部分保持物体时，为了安全停止，必须维持手臂部分的姿势。不。

39、过在生活环境中，当停止的机器人设备100保持手臂部分的姿势时，存在个人碰撞手臂部分，或者给手臂部分绊倒的危险。鉴于上面所述，为了使手臂摆脱碰撞，机器人设备保持包括其旋转轴方向和重力方向不一致的致动器300的轴，而不保持包括其旋转轴方向与重力方向一致的致动器300 的轴。这能够降低碰撞的冲击。 0079 作为轴的例证保持方法，举出的是给致动器300装备用于保持轴的制动器部分。图3表示置于在图1和2中所示的机器人设备100的每个关节的致动器300的例证结构。图8表示作为变形例的包括制动器部分308的致动器300的例证结构。制动器部分308响应来自驱动控制部分307的指令被启动，以保持驱。

40、动部分304的位置。例如，制动器部分 308包括电磁制动器，以致即使当机器人设备100被关闭电源时，也保持驱动部分304的位置。 0080 图9A表示用其右手把物体120水平保持在肘部高度的图1中所示的机器人设备 100。如图9A中所示，通过把物体放进手关节滚转轴致动器113R中，机器人设备100用其说明书CN 102806556 A 10 8/13页 11 右手保持物体120。肘关节俯仰轴致动器107R仅仅从垂直方向旋转90，以水平保持从肘关节到指尖(tip)的前臂部分。其它关节成和图1中所示相同的角度。 0081 图9A中所示的机器人设备100的姿势是基本安全停止姿势之一。这种情。

41、况下，基本安全停止姿势意味某些制动器部分308保持它们的致动器300，以致能够维持基本把持姿势的姿势。更具体地说，右臂的基本安全停止姿势意味构成右臂的关节轴的至少一个致动器300的旋转轴方向和重力方向一致的姿势。旋转其旋转轴方向与重力方向一致的致动器使手臂能够在机器人设备把物体水平保持在相同高度的时候，摆脱外力。 0082 在图9A中所示的情况下，以下致动器的旋转轴方向和重力方向不一致：肩关节俯仰轴致动器104R，肩关节滚转轴致动器105R，肘关节俯仰轴致动器107R，肘关节偏转轴致动器108R，腕关节俯仰轴致动器110R，和手关节滚转轴致动器113R。从而，使致动器 104R,1。

42、05R,107R,108R,110R和113R保持图9A中所示的角度能够维持基本把持姿势。另一方面，肩关节偏转轴致动器106R和腕关节滚转轴致动器109R都不保持旋转角，因为这两个致动器的旋转轴方向和重力方向一致(图9A中用灰色表示不保持旋转角的致动器)。因而，当外力作用于右臂时，致动器106R和109R绕旋转轴旋转，从而使右臂能够在把物体120 水平保持在肘部高度的时候，摆脱外力。这能够缓和与人或物体碰撞时的冲击。 0083 注意其旋转轴方向和重力方向不一致的致动器，比如致动器104R最好保持旋转角，否则右臂难以把物体120保持在肘部高度，或者水平保持物体120，如图9B中所示。 0。

43、084 图10A表示用其右手把物体120水平保持在肩部高度的机器人设备100。如图10A 中所示，通过把物体120放进手关节滚转轴致动器113R中，机器人设备100用其右手保持物体120。肩关节俯仰轴致动器104R仅仅从垂直方向旋转90，以水平保持从肩关节到指尖的手臂部分。其它关节成和图1中所示相同的角度。 0085 图10A中所示的机器人设备100的姿势也是基本安全停止姿势之一，因为致动器至少之一的旋转轴方向和重力方向一致。这些致动器构成保持物体的右臂。在图10A中所示的情况下，以下致动器的旋转轴方向和重力方向不一致：肩关节俯仰轴致动器104R，肩关节偏转轴致动器106R，肘关节俯。

44、仰轴致动器107R，肘关节偏转轴致动器108R，腕关节俯仰轴致动器110R，和手关节滚转轴致动器113R。从而，使致动器 104R,106R,107R,108R,110R和113R保持图10A中所示的角度能够维持基本把持姿势。另一方面，肩关节滚转轴致动器105R和腕关节滚转轴致动器109R都不保持旋转角，因为这两个致动器的旋转轴方向和重力方向一致(图10A中用灰色表示不保持旋转角的致动器)。因而，当外力作用于右臂时，致动器105R和109R绕旋转轴旋转，从而使右臂能够在把物体 120水平保持在肩部高度时，摆脱外力。这能够缓和与人或物体碰撞时的冲击。 0086 注意如图10B中所示，其旋。

45、转轴方向和重力方向不一致的致动器，比如肩关节俯仰轴致动器104R，肘关节俯仰轴致动器107R，腕关节俯仰轴致动器110R和手关节滚转轴致动器113R最好保持旋转角，否则右臂难以把物体120保持在肩部高度，或者水平保持物体 120。 0087 图11A也表示在弯曲其肘部的时候，把物体120水平保持在肩部高度的机器人设备100。如图11A中所示，通过把物体放进手关节滚转轴致动器113R中，机器人设备100 用其右手保持物体120。为了水平保持从肩关节到指尖的手臂部分，肩关节俯仰轴致动器 104R仅仅从垂直方向旋转90，以使肩关节偏转轴致动器106R旋转90，肘关节俯仰轴致说明书CN 1。

46、02806556 A 11 9/13页 12 动器107R仅仅从图2中所示的角度旋转90，而肘关节偏转轴致动器108R旋转90。其它关节成和图1中所示相同的角度。 0088 图11A中所示的机器人设备100的姿势也是基本安全停止姿势之一，因为致动器至少之一的旋转轴方向和重力方向一致。这些致动器构成保持物体的右臂。在图11A中所示的情况下，肩关节滚转轴致动器105R，肘关节俯仰轴致动器107R和腕关节滚转轴致动器 109R不保持旋转角，因为这三个致动器的旋转轴方向和重力方向一致(图11A中用灰色表示不保持旋转角的致动器)。因而，当外力作用于右臂时，致动器105R,107R和109R绕旋转。

47、轴旋转，从而使右臂能够在把物体120水平保持在肩部高度的时候，摆脱外力。这能够缓和与人或物体碰撞时的冲击。 0089 注意其旋转轴方向和重力方向不一致的致动器，比如肩关节偏转轴致动器106R 最好保持旋转角，否则右臂难以把物体120保持在肩部高度，或者水平保持物体120，如图 11B中所示。 0090 图12表示统括控制图1和2中所示的整个机器人设备100的动作的中央控制部分400的另一个例证结构。CPU 401通过总线403，统括控制整个机器人设备的动作。 0091 中央控制部分400的全身通信部分405通过例如有线LAN(比如以太网(注册商标)，通用接口(比如USB)，或者由IEE。

48、E802.11等规定的无线LAN，与每个轴的通信部分 306相互通信。CPU 401能够提供每个轴的致动器300的目标力矩值，因为通过全身通信部分405和每个轴的通信部分306，CPU 401能够与每个轴的微计算机(上面所述)通信。每个轴的微计算机能够把致动器300的当前输出力矩，关节角度和关节角速度传给CPU 401。 0092 CPU 401执行展开到RAM 402中的程序，从而连同全身驱动控制部分404一起进行协调全身的控制操作，以计算每个关节的目标力矩值。 0093 此外，安全停止预定值计算部分430根据关节角度，计算机器人设备100的姿势，以求出每个轴的致动器300的待停止的。

49、角度值，和指示制动器部分308的开/关的安全停止预定值。安全停止预定值计算部分430例如按照以下处理，计算安全停止预定值。 0094 (1)利用逆运动学计算，计算当前指尖位置。(2)比较当前指尖位置和基本安全停止姿势的每个指尖位置，以选择离当前指尖位置最近的基本安全停止姿势的指尖位置。为了相互比较当前指尖位置和基本安全停止姿势的每个指尖位置，计算它们之间的距离。(3) 在一些接近的指尖位置中，选择最接近的指尖位置。比较接近的指尖位置的旋转角和当前指尖位置的旋转角。 0095 当从中央控制部分400收到安全停止预定值时(下面说明)，致动器300的驱动部分304根据在紧急情况下（例如，与中央控制部分400通信失败时）的安全停止预定值，安全地停止每个轴的致动器300。 0096 已参考图5，说明了利用中央控制部分400的全身的周期通信的处理。另一方面。

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