CN102046059A - 吸尘器的控制装置及控制方法、吸尘器、吸尘器的控制程序以及集成电子电路 - Google Patents
吸尘器的控制装置及控制方法、吸尘器、吸尘器的控制程序以及集成电子电路 Download PDFInfo
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Abstract
一种在家庭内进行扫除的吸尘器的控制装置,具有:记录有与机械臂的扫除动作相关的信息的扫除动作数据库(17)、确定所述扫除动作的修正类别的修正动作类别确定部(23)、检测人手(16)的力的力检测部(53)、以及在机械臂的作业过程中根据人手的力和修正类别来修正扫除动作的扫除动作修正部(20)。
Description
技术领域
本发明涉及用于对在家庭内进行扫除的吸尘器的扫除动作进行生成及示范的吸尘器的控制装置及控制方法、吸尘器、吸尘器的控制程序以及集成电子电路。
背景技术
近年来,家庭用或大厦等的业务用自动扫除机器人逐渐形成产品。作为家庭用自动扫除机器人,公开有根据来自自动扫除机器人的传感器的信号确认扫除区域并同时自动进行扫除的扫除机器人(参照专利文献1、专利文献2)。另外,对于业务用自动扫除机器人而言,作为大厦清扫用自动扫除机器人,存在如下扫除机器人,即、使用光学传感器或摄像头等识别自身位置,对作为对象的房间或地板面不留角落地进行扫除(参照专利文献3、专利文献4)。
并且,在专利文献5中公开有如下方法,即、将具有无线通信功能的标识器置于人发现的污垢部分,扫除机器人通过搜索标识器,从而仅对设置了标识器的部分迅速进行扫除的方法。
另外,在专利文献6中公开了通过使用遥控器对吸尘器进行远程控制而使操作性良好的吸尘器。
专利文献1:日本特开2003-323214号公报
专利文献2:日本特开2004-148090号公报
专利文献3:日本特开平08-106323号公报
专利文献4:日本特开平08-063229号公报
专利文献5:日本特开2007-82639号公报
专利文献6:日本特开平4-295323号公报
但是,在专利文献1、专利文献2、专利文献3、专利文献4中,机器人一边自行移动,一边同时对地板面不留角落地进行扫除,虽具有不经由人手即可进行扫除的特征,但不能应对使用者掉落食物等时这种立即想要进行扫除时的情况。
并且,在专利文献5中,虽然使用标识器来应对突然产生的污垢,但不能进行对家具或房间的缝隙等进行的扫除、或者与地板面的材质对应的扫除、识别污垢多的部分或少的部分并进行扫除等极细微的扫除。
另外,在专利文献6中,虽然可以通过遥控操作来控制吸尘器的移动方向,但不能直观地操纵吸引力的控制或擦抹扫除时的力的施加状况等。
发明内容
本发明是鉴于上述课题而作出的,其目的在于提供一种吸尘器的控制装置及控制方法、吸尘器、吸尘器的控制程序及集成电子电路,其能够实现作业者可在短时间内容易地向吸尘器示范极细微的扫除动作的吸尘器的控制。
为了实现上述目的,本发明如下构成。
根据本发明的第一形态,提供一种吸尘器的控制装置,该吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪并与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制装置驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制装置的特征在于,具有:
力检测机构,其检测作用于所述机械臂的人的力;
信息获取部,其分别获取所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由所述力检测机构检测到的作用于所述机械臂的所述人的力相关的信息;
修正动作类别确定机构,其根据所述信息获取部分别获取的与所述扫除动作相关的信息和与所述人的力相关的信息,确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别;
扫除动作修正机构,其在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置以修正所述扫除动作。
根据本发明的第十六形态,提供一种吸尘器的控制方法,该吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪并与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制方法驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制方法的特征在于,
利用力检测机构检测作用于所述机械臂的人的力;
使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由所述力检测机构检测且由信息获取部获取的作用于所述机械臂的所述人的力相关的信息,利用修正动作类别确定机构来确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别;
在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,并利用扫除动作修正机构修正所述扫除动作。
根据本发明的第十七形态,提供一种吸尘器,该吸尘器具有:所述机械臂;以及利用所述驱动装置驱动控制所述机械臂的第一~十五形态中任一形态所述的吸尘器的控制装置。
根据本发明的第十八形态,提供一种吸尘器的控制程序,所述吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪且与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制程序驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制程序的特征在于,其用于使计算机执行如下步骤:
使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由力检测机构检测且由信息获取部获取的作用于所述机械臂的人的力相关的信息,利用修正动作类别确定机构来确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别的步骤;
在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的作用于所述机械臂的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,并利用扫除动作修正机构修正所述扫除动作的扫除动作修正步骤。
根据本发明的第十九形态,提供一种吸尘器的控制用集成电子电路,所述吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪并与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制用集成电子电路驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制用集成电子电路的特征在于,具有:
修正动作类别确定机构,其使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由力检测机构检测且由信息获取部获取的作用于所述机械臂的人的力相关的信息,确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别;以及
扫除动作修正机构,其在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的作用于所述机械臂的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置以修正所述扫除动作。
如上所述,根据本发明的吸尘器的控制装置、吸尘器,因具有修正动作类别确定机构、力检测机构、扫除动作修正机构和控制机构,故能够进行如下的吸尘器的控制,即能够利用包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与作用于所述机械臂的所述人的力相关的信息,根据人的力,简单地修正扫除动作。
另外,根据本发明的吸尘器的控制方法、吸尘器的控制程序及集成电子电路,因具有修正动作类别确定机构、扫除动作修正机构和控制机构,故能够进行如下的吸尘器的控制,即能够利用包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与作用于所述机械臂的所述人的力相关的信息,根据由力检测机构检测且由信息获取部获取的人的力,简单地修正扫除动作。
并且,由于具有修正动作类别确定机构,故可以不使用按钮等自动切换并修正多个扫除动作。
并且,由于具有修正动作类别确定机构,故根据进行操作的人的技能等,可以在一次进行多个类别的修正和进行一种修正之间进行切换。
另外,由于还具有控制参数管理机构和控制部,根据修正动作的类别设定机械臂的机械阻抗值,因此,根据机械臂的修正方向,可以变更机械阻抗值来进行控制、或使修正中的吸引力或相对于扫除面的力减弱或停止。
附图说明
本发明的上述这些目的和特征以及其他目的和特征,根据对附图的与优选实施方式相关联的下述记载能够明了。
图1是表示本发明的实施方式中的吸尘器的概要结构的侧视图;
图2A是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图2B是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图;
图3是表示具有本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的控制装置和作为控制对象的机械臂的所述吸尘器的详细结构的图;
图4是对本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的扫除动作数据库的动作信息的一览表进行说明的图;
图5是对与本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的扫除动作数据库的标志相关的信息进行说明的图;
图6是对与本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的修正参数的标志相关的信息进行说明的图;
图7是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的控制部的结构的框图;
图8是与本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的扫除路径相关的图;
图9是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图;
图10是对本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的不可扫除区域数据库信息的一览表进行说明的图;
图11是与本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的扫除路径相关的图;
图12A是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图12B是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的俯视图、图12C是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的俯视图、图12D是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的俯视图;
图13A是与本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的坐标系相关的图、图13B是与本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的坐标系相关的图、图13C是与本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的坐标系相关的图;
图14是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的扫除动作类别确定部的动作步骤(修正类别推定处理)的流程图;
图15是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的、人的施加力和该时刻之间的关系的图;
图16A是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的动作状态的侧视图、图16B是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的动作状态的俯视图、图16C是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的动作状态的俯视图;
图17是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的扫除动作类别确定部的动作步骤的流程图;
图18A是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图18B是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图;
图19是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的、人施加的力和吸引力的对应关系的图;
图20A是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的图、图20B是说明本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态时的吸嘴的放大俯视图;
图21是对本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的外部设备的显示部的画面进行说明的图;
图22是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的动作状态的侧视图;
图23是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的动作状态的侧视图;
图24是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的扫除动作修正部、修正动作类别确定部、动作选择部、扫除动作存储部、扫除动作数据库和控制参数管理部的动作步骤的流程图;
图25是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的控制部的动作步骤的流程图;
图26是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作盘的图;
图27A是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图27B是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图27C是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图;
图28A是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图28B是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图28C是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图;
图29A是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图29B是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的俯视图、图29C是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的俯视图、图29D是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的俯视图;
图30A是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图30B是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的俯视图、图30C是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的俯视图、图30D是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的俯视图;
图31是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的俯视图;
图32A是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图32B是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图、图32C是表示本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的操作状态的侧视图;
图33是表示与本发明的所述实施方式中的所述吸尘器的所述控制装置的扫除动作类别确定部的阈值相关的一览表的图。
具体实施方式
以下,基于附图对本发明的实施方式详细说明。
以下,在参照附图详细说明本发明的实施方式之前,对本发明的各种形态进行说明。
根据本发明的第一形态,提供一种吸尘器的控制装置,该吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪并与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制装置驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制装置的特征在于,具有:
力检测机构,其检测作用于所述机械臂的人的力;
信息获取部,其分别获取所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由所述力检测机构检测到的作用于所述机械臂的所述人的力相关的信息;
修正动作类别确定机构,其根据所述信息获取部分别获取的与所述扫除动作相关的信息和与所述人的力相关的信息,确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别;
扫除动作修正机构,其在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置以修正所述扫除动作。
根据如上所述的结构,根据与所述扫除动作相关的信息和与人的力相关的信息,可以修正机械臂的扫除动作。
根据本发明的第二形态,提供一种吸尘器的控制装置,其在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,所述修正动作类别确定机构确定多个对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别,所述扫除动作修正机构在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的所述多个类别,驱动控制所述驱动装置,并基于所述多个类别的修正动作对所述扫除动作进行修正。
根据如上所述的结构,根据与所述扫除动作相关的信息、与人的力相关的信息和所述修正动作的所述多个类别,对于机械臂的扫除动作,一次能够进行多个类别的修正。
根据本发明的第三形态,提供一种吸尘器的控制装置,其在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,与所述扫除动作相关的信息包括下述信息中的至少一个信息,所述信息为:与所述机械臂进行的所述扫除作业对应的所述扫除部的所述扫除位置的信息、自所述扫除部施加于所述扫除面的力信息、与所述扫除部的扫除方向相关的信息、与所述扫除部的吸引力强度相关的信息、所述扫除部的速度信息、与未进行扫除的区域相关的信息即不可扫除区域信息。
根据如上所述的结构,根据所述吸尘器的机械臂进行的扫除作业,可以修正各个时间下的位置信息、所述机械臂施加的力信息、与扫除方向相关的信息、与吸引力强度相关的信息、速度信息、与不希望扫除的区域相关的信息中的至少一个信息。
根据本发明的第四形态,提供一种吸尘器的控制装置,其在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,与所述扫除动作相关的信息至少具有与所述机械臂进行的所述扫除作业对应的自所述扫除部施加于所述扫除面的力信息和与所述扫除部的吸引力强度相关的信息,
所述扫除动作修正机构基于与所述扫除动作相关的信息,在按照所述机械臂能够移动的xyz轴方向的各轴,设定使预先设定的力自所述机械臂作用于所述扫除面而进行所述扫除动作的力控制模式,从而通过所述机械臂进行所述扫除动作时,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力,在与修正动作前的所述扫除动作中的所述机械臂的刚性相比提高所述机械臂的刚性那样的、控制所述机械臂的位置的位置控制下,修正与修正动作前的所述扫除动作相关的信息中的所述被设定的力的大小或方向。
根据如上所述的结构,基于与所述扫除动作相关的信息,在按照所述机械臂能够移动的xyz轴方向的各轴,设定使预先设定的力自所述机械臂作用于所述扫除面而进行所述扫除动作的力控制模式,从而通过所述机械臂进行所述扫除动作时,对应于由所述力检测机构检测且由信息获取部获取的所述人的力,在与修正动作前的所述扫除动作中的所述机械臂的刚性相比提高所述机械臂的刚性那样的、控制所述机械臂的位置的位置控制下,可以修正与修正动作前的所述扫除动作相关的信息中的所述被设定的力的大小或方向。
根据本发明的第五形态,提供一种吸尘器的控制装置,其在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,与所述扫除动作相关的信息具有与所述机械臂进行的所述扫除作业对应的所述扫除部的所述扫除位置的信息、与所述扫除部的扫除方向相关的信息、所述扫除部的速度信息、与未进行扫除的区域相关的信息即不可扫除区域信息,
所述扫除动作修正机构基于与所述扫除动作相关的信息,在以控制所述机械臂的位置的位置控制模式进行动作时,并在按照所述机械臂能够移动的xyz轴方向的各轴,设定根据相对于停止驱动的所述机械臂自所述人施加于所述机械臂的力使所述机械臂工作的阻抗控制模式而使所述扫除作业动作时,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力,驱动控制所述驱动装置,以便对与所述阻抗控制下的所述扫除动作相关的信息的所述扫除动作进行修正。
根据如上所述的结构,基于与所述扫除动作相关的信息,在以控制所述机械臂的位置的位置控制模式进行动作时,并在按照所述机械臂能够移动的xyz轴方向的各轴,设定根据相对于停止驱动的所述机械臂自所述人施加于所述机械臂的力使所述机械臂工作的阻抗控制模式而使所述扫除作业动作时,对应于由所述力检测机构检测且由信息获取部获取的所述人的力,可以修正与所述阻抗控制下的所述扫除动作相关的信息的所述扫除动作。
根据本发明的第六形态,提供一种吸尘器的控制装置,在第一形态~第五形态中的任一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,还具有:控制参数管理机构,其基于由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,设定所述机械臂的机械阻抗设定值;阻抗控制机构,其将所述机械臂的所述机械阻抗的值控制在所述控制参数管理机构所设定的所述机械阻抗设定值。
根据如上所述的结构,可以基于修正动作的类别,设定所述机械臂的机械阻抗的值并进行控制。
根据本发明的第七形态,提供一种吸尘器的控制装置,在第六形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,所述阻抗控制机构基于所述修正动作的类别,分别独立设定所述机械臂的所述卡爪的平移方向及旋转方向的六轴方向的机械阻抗设定值,并且,作为由所述修正动作类别确定部确定的所述修正动作的类别,当对所述卡爪的所述扫除部的扫除方向进行修正时,控制参数管理机构设定所述机械阻抗设定值,以使所述扫除方向上的刚性比与所述扫除方向不同的方向上的刚性高。
根据如上所述的结构,作为修正类别,通过将卡爪的所述扫除部的扫除方向设为高刚性,可以切实地检测应修正的所述卡爪的所述扫除部的扫除方向并在该方向上容易移动,而且,通过将与所述卡爪的所述扫除部的扫除方向不同的方向设为低刚性,可以构成为难以移动。
根据本发明的第八形态,提供一种吸尘器的控制装置,在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在与所述扫除面平行的方向上的移动量进行检测,并且,
当与所述扫除面垂直的方向上的力成分为第一阈值以下、与所述扫除面平行的方向上的力成分为第二阈值以上、且由所述修正动作类别确定机构检测到的所述机械臂的所述卡爪的位置在与所述扫除面平行的方向上的移动量为第三阈值以上时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为扫除面的位置移动这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便在与所述扫除面平行的方向上修正所述机械臂的所述卡爪的位置。
根据本发明的第九形态,提供一种吸尘器的控制装置,在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量进行检测,并且,
当与所述扫除面垂直的方向上的力成分为第一阈值以上、且由所述修正动作类别确定机构检测到的所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量比第四阈值大时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为扫除面垂直方向的位置移动这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便在垂直于所述扫除面的方向上修正所述机械臂的所述卡爪的位置。
根据本发明的第十形态,提供一种吸尘器的控制装置,在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量进行检测,并且,
当与所述扫除面垂直的方向上的力成分为第一阈值以上、由所述修正动作类别确定机构检测到的所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量为第四阈值以下、且所述扫除作业为擦抹扫除时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为力的施加状况的修正这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便修正所述机械臂朝向垂直于所述扫除面的方向施加的力。
根据本发明的第十一形态,提供一种吸尘器的控制装置,在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量进行检测,并且,
当与所述扫除面垂直的方向上的力成分为第一阈值以上、由所述修正动作类别确定机构检测到的所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量为第四阈值以下、且所述扫除作业为吸引扫除时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为吸引力的修正这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便修正朝向垂直于所述扫除面的方向的所述吸引力。
根据本发明的第十二形态,提供一种吸尘器的控制装置,在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在与所述扫除面平行的方向上的移动量进行检测,并且,
当与所述扫除面垂直的方向上的力成分不到第一阈值、与所述扫除面平行的方向上的力成分为第二阈值以上、且由所述修正动作类别确定机构检测到的所述机械臂的所述卡爪的位置在平行于所述扫除面的方向上的移动量不到第三阈值时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为速度的修正这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便在与所述扫除面平行的方向上修正所述机械臂的所述卡爪的位置的速度。
根据本发明的第十三形态,提供一种吸尘器的控制装置,在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,所述修正动作类别确定机构基于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的施加于所述机械臂的所述人的力,测量施加于所述机械臂的力的位移量,并基于测量结果对位置成分和姿势成分的位移量进行比较,当所述姿势的位移量比所述位置成分的位移量大时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为姿势的修正这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便修正所述机械臂的所述卡爪的姿势。
根据如上所述的结构,根据由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,可以切实地驱动控制所述驱动装置,以便修正所述机械臂的所述卡爪的姿势。
根据本发明的第十四形态,提供一种吸尘器的控制装置,在第一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在与所述扫除面平行的方向上的移动量进行检测,并且,
当由所述人手施加于所述机械臂的力与所述扫除面平行、且由所述修正动作类别确定机构检测到的某一定时间内的与所述扫除面平行的方向上的移动量为阈值以上时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为不可扫除区域的设定这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,使所述机械臂的所述卡爪的位置移动,从而设定所述不可扫除区域。
根据如上所述的结构,可以简单地设定所述不可扫除区域,对于不想进行扫除的区域,可以设为不需要由吸尘器进行扫除动作。
根据本发明的第十五形态,提供一种吸尘器的控制装置,在第一~第十四形态中的任一形态所述的吸尘器的控制装置的基础上,还具有显示机构,该显示机构基于由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,显示与所述修正动作的类别相关的信息。
根据如上所述的结构,能够显示与修正动作的类别相关的信息。
根据本发明的第十六形态,提供一种吸尘器的控制方法,该吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪并与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制方法驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制方法的特征在于,
利用力检测机构检测作用于所述机械臂的人的力;
使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由所述力检测机构检测且由信息获取部获取的作用于所述机械臂的所述人的力相关的信息,利用修正动作类别确定机构来确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别;
在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,并利用扫除动作修正机构修正所述扫除动作。
根据如上所述的结构,可以基于与机械臂的扫除动作相关的信息和与作用于所述机械臂的所述人的力相关的信息,确定所述扫除动作的修正类别,在所述机械臂的作业过程中,根据所述人的力和所述修正类别,提供所述扫除动作。
根据本发明的第十七形态,提供一种吸尘器,具有:所述机械臂;以及利用所述驱动装置驱动控制所述机械臂的第一形态~第十五形态中任一形态所述的吸尘器的控制装置。
根据本发明的第十八形态,提供一种吸尘器的控制程序,所述吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪且与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制程序驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制程序的特征在于,其用于使计算机执行如下步骤:
使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由力检测机构检测且由信息获取部获取的作用于所述机械臂的人的力相关的信息,利用修正动作类别确定机构来确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别的步骤;
在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的作用于所述机械臂的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,并利用扫除动作修正机构修正所述扫除动作的扫除动作修正步骤。
根据如上所述的结构,可以提供一种具有如下步骤的程序:使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与作用于所述机械臂的人的力相关的信息,确定所述扫除动作的修正类别的步骤;检测人的力的步骤;以及在所述机械臂的作业过程中,根据所述人的力和所述修正类别,修正所述扫除动作的步骤。
根据本发明的第十九形态,提供一种吸尘器的控制用集成电子电路,所述吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪并与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制用集成电子电路驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制用集成电子电路的特征在于,具有:
修正动作类别确定机构,其使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由力检测机构检测且由信息获取部获取的作用于所述机械臂的人的力相关的信息,确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别;以及
扫除动作修正机构,其在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的作用于所述机械臂的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置以修正所述扫除动作。
根据如上所述的结构,可以提供一种对包含在家庭内进行扫除的机械臂的吸尘器进行控制的控制用集成电子电路,其特征在于,具有:修正动作类别确定机构,其使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与作用于所述机械臂的人的力相关的信息,确定所述扫除动作的修正类别;以及扫除动作修正机构,其在所述机械臂的作业过程中,根据由对人的力进行检测的力检测机构检测且由信息获取部获取的所述人的力和所述修正类别,修正所述扫除动作。
以下,对本发明的实施方式参照附图进行详细说明。
首先,对作为本发明所述实施方式的吸尘器的一例的扫除机器人1的结构进行说明。图1是表示本发明所述实施方式的扫除机器人1的概要的图。在图1中,扫除机器人1具有:置于地板面10上且作为移动体的一例的主体部19;基端与主体部19连结的机械臂5;安装于机械臂5前端的卡爪(手先)30并与扫除面接触的扫除部8、18;对主体部19、机械臂5及扫除部8、18进行驱动的驱动装置65、67、43、69;内置于主体部19内并对机械臂5进行驱动控制的控制装置。扫除机器人1通过所述控制装置对驱动装置65、67、43、69进行驱动控制以便在家庭内进行扫除作业。
主体部19具有:吸引泵13;作为驱动扫除部8(作为一例的吸嘴)的驱动装置的一例的吸引泵13的电动机67;积存所吸引的尘埃的尘埃袋3;用于使主体部19移动的一对车轮6;作为对一对车轮6进行正向或反向旋转驱动的车轮用驱动装置的一例的一对电动机65;作为驱动机械臂5的机械臂驱动装置的一例的各关节部的电动机43;旋转自如的辅助轮7;配置有按钮等的操作盘26A等的数据输入IF26;作为显示机构的一例的显示部14。附图标记8为作为可装卸地安装于机械臂5前端的扫除部的一例的吸嘴,11为可旋转地收纳于吸嘴8内且由吸嘴8内的旋转刷用电动机69旋转驱动以便搂起地板面10的尘埃的旋转刷,12为内置于机械臂5内侧并将吸嘴8、吸引泵13及尘埃袋3连结的吸引软管;18为作为能够替代吸嘴8可装卸地安装于机械臂5前端的扫除部的其他例的、擦去地板面10的污垢的拖布。吸嘴8内的旋转刷用电动机69作为对作为扫除部8一例的吸嘴8进行驱动的驱动装置的一例起作用。附图标记30为配置于机械臂5前端的手部,用于将吸嘴8更换为作为其他部件的拖布18。扫除机器人1是用于进行如下作业的扫除机器人,即用吸嘴8吸引地板面10的尘埃等的扫除作业、用拖布18擦去地板面、墙壁或桌子、或者车外表面等的污垢的作业、或用力用拖布18擦拭镜子或鞋等的作业。
对扫除机器人1的操作顺序的概要进行说明。
首先,在图2A中,人手16对配置于扫除机器人1上部的数据输入IF26(例如按下图26的操作盘26A的电源按钮26a的“接通(ON)”等)进行操作而接通电源。
接着,在吸引尘埃等时,人手16将吸嘴8安装于扫除机器人1的机械臂5前端的手部30,并且,在进行擦抹扫除或擦拭作业时,人手16将拖布18安装于扫除机器人1的机械臂5前端的手部30。在用人手16安装吸嘴8或拖布18时,根据来自按钮等数据输入IF26的数据输入(例如按下图26的操作盘26A的、用于开闭手部30的开闭按钮26b的“开”等),向扫除机器人1的后述控制部22发出打开手部30的指令,以打开手部30。此后,将吸嘴8或拖布18安装于手部30,根据来自数据输入IF26的数据输入(例如按下图26的操作盘26A的、用于使手部30开闭的开闭按钮26b的“关”等),向控制部22发出关闭手部30的指示,以关闭手部30,从而将吸嘴8或拖布18安装于手部30。另外,在安装时,可以进行操作,使机械臂5的前端移动(例如通过按下开闭按钮26b的“开”,使机械臂5前端的手部30自动上升至朝上的位置),如图2B所示,来到人手16旁边以使手部30的操作容易。另外,例如通过按下开闭按钮26b的“关”,也可以使机械臂5前端的手部30自动下降至朝下的扫除位置。
接着,用人手16按下配置于扫除机器人1上部的数据输入IF26(例如图26的操作盘26A的扫除开关26c的起动按钮等),使扫除机器人1工作,并利用后述的动作选择部29选择最佳扫除动作(例如吸引或擦抹扫除动作),开始基于该被选择的扫除动作的扫除作业(例如吸引或擦抹扫除作业)。在进行擦抹扫除动作时,如图16A、图16B(从上方看图16A的图)所示,利用一对车轮6及辅助轮7,扫除机器人1的主体部19在地板面10的扫除面(xy平面)上沿左右方向自行移动,与自行移动动作同时,机械臂5前端的拖布18一边以沿着主体部19前后方向的中心轴的位置为中心向左右方向一点点地偏移,一边按照例如描绘螺旋那样的轨迹进行擦抹扫除动作。另外,在进行吸引的扫除动作时,如图16C所示,利用一对车轮6及辅助轮7,扫除机器人1的主体部19在地板面10的扫除面上沿左右方向自行移动,与自行移动动作同时,利用机械臂5的驱动,机械臂5前端的吸嘴8沿垂直于自行移动方向的方向移动(即,沿与左右方向正交的前后方向往复移动),从而进行吸引扫除。
另外,数据输入IF26固定于扫除机器人1的上表面,但也可以是能够进行远程操作的遥控器。
接着,人确认扫除面的污垢状况,用人手16直接把持扫除机器人1的机械臂5,并朝想要修正扫除动作的方向(例如以想使机械臂5前端的吸嘴8或拖布18朝向污垢状况严重的区域移动的方式而改变移动方向的方向)施力,从而例如图12A所示,修正扫除机器人1的机械臂5或扫除机器人1的动作。即,当如图12A及图12B所示,使吸嘴8或拖布18沿主体部19的前后方向,例如在锯齿形方向上如实线所示移动而进行扫除动作时,用人手16如箭头所示对机械臂5的前端部或吸嘴8或拖布18施力,使机械臂5前端的吸嘴8或拖布18向左方移动,从而如图12C所示使其例如沿锯齿形方向如虚线所示移动。通过如上所述操作,如图12D所示,相对于沿着主体部19的沿前后方向的中心轴的位置,吸嘴8或拖布18可以在左侧区域例如沿锯齿形方向如实线所示进行基于吸嘴8或拖布18的扫除动作。
图3是详细表示构成扫除机器人1的控制装置的结构要素的图,是表示控制装置本体部45、生成动作的动作生成装置12、作为控制对象的机械臂5、作为控制对象的主体部19以及外部设备47的详细结构的图。扫除机器人1的所述控制装置大致构成为具有控制装置本体部45、动作生成装置12以及外部设备47。
控制装置本体部45、动作生成装置12及外部设备47分别由通常的个人用计算机构成。
控制装置本体部45构成为具有:控制参数管理部21,其作为控制参数管理机构的一例,分别与作为动作生成装置12的扫除动作修正机构的一例的扫除动作修正部20、作为修正动作类别确定机构的一例的修正动作类别确定部23、和外部设备47的数据输入IF26连接;控制部(阻抗控制部)22,其作为阻抗控制机构的一例,与控制参数管理部21和外部设备47的输入输出IF24连接。
动作生成装置12构成为具有:扫除动作数据库17、不可扫除区域数据库28、修正类别确定方法设定部27、扫除动作修正部20、修正动作类别确定部23、扫除动作存储部15、动作选择部29、信息获取部100。扫除动作存储部15与扫除动作数据库17、不可扫除区域数据库28以及扫除动作修正部20连接。扫除动作数据库17和不可扫除区域数据库28分别与扫除动作存储部15、扫除动作修正部20以及动作选择部29连接。扫除动作修正部20与扫除动作数据库17、不可扫除区域数据库28、扫除动作存储部15、控制装置本体部45的控制参数管理部21、修正动作类别确定部23以及外部设备47的数据输入IF26连接。修正动作类别确定部23与扫除动作修正部20、修正类别确定方法设定部27、外部设备47的数据输入IF26以及控制装置本体部45的控制参数管理部21连接。动作选择部29与扫除动作数据库17、不可扫除区域数据库28以及数据输入IF26连接。修正类别确定方法设定部27与数据输入IF26以及修正动作类别确定部23连接。信息获取部100与修正动作类别确定部23、扫除动作数据库17、不可扫除区域数据库28以及控制部22的力检测部53连接。因此,信息获取部100能够分别获取与扫除作业中的包含扫除部8、18的吸引力及扫除部8、18的扫除位置的扫除动作相关的信息和与由力检测部53检测到的作用于机械臂5的人的力相关的信息。由信息获取部100获取的信息被输入修正动作类别确定机构23,根据信息获取部100分别获取的与扫除动作相关的信息和与人的力相关的信息,如后所述,可以利用修正动作类别确定机构23确定对扫除动作进行修正的修正动作的类别。
外部设备47构成为具有:数据输入IF26,其与修正动作类别确定部23、扫除动作修正部20、控制装置本体部45的控制参数管理部21、显示部14以及动作生成装置12连接;输入输出IF24,其自一对车轮6的电动机65的各自的编码器64、吸引泵13的编码器66、各关节部的电动机43的编码器44、手部驱动用电动机62的编码器61以及旋转刷11的电动机69的编码器68被输入各自的角度信息,并且与控制部22连接;电动机驱动器25,其分别与一对车轮6的电动机65、吸引泵13的电动机67、各关节部的电动机43、手部驱动用电动机62以及旋转刷11的电动机69连接;以及显示部14,其与修正动作类别确定部23连接。
输入输出IF24构成为具有与个人用计算机的PCI总线等的扩展槽连接的、例如D/A板、A/D板、对接板(カウンタボ一ド)等。
控制机械臂5及主体部19的动作的动作生成装置12、控制装置本体部45及外部设备47执行各自的动作,由此,机械臂5的各关节部的各关节角度信息即由后述的编码器44输出的各关节角度信息通过输入输出IF24被取入控制装置本体部45,控制装置本体部45基于被取入的各关节角度信息,算出机械臂5的各关节部在旋转动作中的控制指令值。进而,由主体部19的各车轮6的电动机65的编码器64输出的各车轮6的位置信息(旋转角度信息),通过输入输出IF24被取入控制装置本体部45,控制装置本体部45基于被取入的各角度信息,算出主体部19的各车轮6的电动机65的控制指令值。另外,由吸引泵13的电动机67的编码器66输出的吸引力,通过输入输出IF24被取入控制装置本体部45,控制装置本体部45基于被取入的吸引力,算出吸引泵13的电动机67的控制指令值。进而,由旋转刷11的电动机69的编码器68输出的旋转力,通过输入输出IF24被取入控制装置本体部45,控制装置本体部45基于被取入的旋转力,算出旋转刷11的电动机69的控制指令值。
算出的机械臂5的各关节部的电动机43的控制指令值,通过输入输出IF24提供给电动机驱动器25,按照自电动机驱动器25送来的各控制指令值,机械臂5的各关节部的电动机43分别独立地被驱动。
另外,算出的两个车轮6各自的控制指令值,通过输入输出IF24提供给电动机驱动器25,按照自电动机驱动器25送来的各控制指令值,各车轮6的电动机65分别独立地被驱动。
另外,可以构成为,手部30还具有作为由电动机驱动器25驱动控制的手部驱动装置的一例的手部驱动用电动机62和检测手部驱动用电动机62的旋转轴的旋转相位角的编码器61,例如通过使电动机62的旋转轴向正方向旋转来打开手部30以便能够用人手16安装吸嘴8或拖布18,并且通过使电动机62的旋转轴向反方向旋转来关闭手部30以便将被安装于手部30的吸嘴8或拖布18固定。在如上所述的情况下,基于由编码器61检测到的电动机62的旋转轴的旋转角度,根据来自控制装置本体部45的控制部22的手部控制部54(在图7中图示)的控制信号(开闭指令信号),经由电动机驱动器25对手部驱动用电动机62的旋转进行驱动控制,以使手部驱动用电动机62的旋转轴正向或反向旋转,从而开闭手部30。
另外,算出的吸引泵13的电动机67的控制指令值,通过输入输出IF24提供给电动机驱动器25,按照自电动机驱动器25送来的控制指令值,吸引泵13的电动机67被驱动。
另外,算出的旋转刷11的电动机69的控制指令值,通过输入输出IF24提供给电动机驱动器25,按照自电动机驱动器25送来的控制指令值,旋转刷11的电动机69被驱动。
机械臂5是六自由度的多连杆式机械手,其具有:手部30、在前端具有安装手部30的手腕部31的前腕连杆32、前端可旋转地连结在前腕连杆32基端的上腕连杆33、连结支承上腕连杆33的基端并使之可旋转的台部34。台部34与主体部19的前端面连结。手腕部31具有第四关节部38、第五关节部39和第六关节部40这三个旋转轴,能够使手部30相对于前腕连杆32的相对姿势变化。即,在图3中,第四关节部38能够使手部30相对于手腕部31的绕横轴的相对姿势变化。第六关节部40能够使手部30相对于手腕部31的、绕分别与第四关节部38的横轴及第五关节部39的纵轴正交的横轴的相对姿势变化。前腕连杆32的另一端相对于上腕连杆33的前端能够绕第三关节部37、即绕与第四关节部38的横轴平行的横轴旋转。上腕连杆33的另一端相对于台部34能够绕第二关节部36、即绕与第四关节部38的横轴平行的横轴旋转。并且,台部34的上侧活动部34a相对于台部34的下侧固定部34b能够绕第一关节部35、即绕与第五关节部39的纵轴平行的纵轴旋转。其结果是,机械臂5能够共计绕六条轴旋转而构成上述六自由度的多连杆式机械手。
构成各轴的旋转部分的各关节部具有:作为旋转驱动装置的一例的电动机43、和检测电动机43的旋转轴的旋转相位角(即关节角)的编码器44。电动机43配置在构成各关节部的一对部件(例如、转动侧部件和支承该转动侧部件的支承侧部件)中的一个部件上,且由后述的电动机驱动器25驱动控制(实际上,配设于机械臂5的各关节部的一个部件的内部)。另外,编码器44为了检测电动机43的旋转轴的旋转相位角(即,关节角)而配置在一个部件(实际上,配设于机械臂5的各关节部的一个部件的内部)。配置于一个部件的电动机43的旋转轴与另一个部件连结,通过使所述旋转轴正向或反向旋转,使另一个部件相对于一个部件能够绕各轴进行旋转。
附图标记46为主体坐标系,表示主体部19相距预先存储的作业路径(例如如图8所示的扫除区域(扫除面)RA内的扫除机器人1的作业路径)的开始点Os的相对位置关系。附图标记41为相对于在主体部19前端部固定的台部34的固定部34b、相对位置关系被固定的台部坐标系,42为相对于手部30、相对位置关系被固定的卡爪(手先)坐标系。
将自作业路径的开始点Os看到的主体坐标系46的原点位置Od(x、y)作为主体位置。进而,将自台部坐标系41看到的卡爪坐标系42的原点位置Oe(x、y、z)作为机械臂5的卡爪位置(扫除部8、18前端的位置),将以侧转角、俯仰角和偏转角表现自台部坐标系41看到的卡爪坐标系42的姿势的(φ、θ、ψ)作为机械臂5的卡爪姿势(扫除部8、18的姿势),并将卡爪位置及姿势向量定义为向量r=[x、y、z、φ、θ、ψ]T。对于侧转角、俯仰角、偏转角,使用图13A~图13C进行说明。首先,将绝对坐标系35的Z轴作为旋转轴,考虑使坐标系旋转角度φ后的坐标系(图13A)。将此时的坐标轴设为[X′、Y′、Z]。接着,以Y′为旋转轴,使该坐标系绕Z轴旋转角度θ(参照图13B)。将此时的坐标轴设为[X″、Y′、Z″]。最后,以X″轴为旋转轴,使该坐标系绕X″轴旋转角度ψ(参照图13C)。将此时的坐标轴设为[X″、Y′″、Z′″]。将此时的坐标系的姿势设为侧转角度φ、俯仰角度θ、偏转角度ψ,此时的姿势向量成为(φ,θ,ψ)。当将姿势(φ,θ,ψ)的坐标系的原点位置平行移动到卡爪坐标系42的原点位置Oe(x,y,z)后的坐标系与卡爪坐标系42一致时,卡爪坐标系42的姿势向量设为(φ,θ,ψ)。
当分别控制机械臂5的卡爪位置和姿势时,使卡爪位置及姿势向量r追随在后述的目标轨道生成部55生成的卡爪位置和姿势目标向量rd。
附图标记26为数据输入IF(接口),是人(扫除作业者)使用按钮、键盘、鼠标或麦克风等输入装置,将扫除作业的开始、结束等指令输入到扫除机器人1的接口。
显示部14是例如设置于主体部19上表面的显示装置,在显示部14显示后述的扫除动作或进行修正的参数的类别等。
扫除动作数据库17存储主体部19及机械臂5的某时间内的位置及姿势等与扫除时的动作相关的信息(与扫除动作相关的信息)并将其保持。在此,与扫除动作相关的信息指的是至少包含下述信息中的至少一个信息:与所述机械臂5进行的所述扫除作业对应的所述扫除部8、18的所述扫除位置的信息、自所述扫除部8、18施加于扫除面的力信息、与所述扫除部8、18的扫除方向相关的信息、与所述扫除部8、18的吸引力强度相关的信息、所述扫除部8、18的速度信息、与未进行扫除的区域RB相关的信息即不可扫除区域信息。
对扫除动作数据库17的详细情况进行说明。
扫除动作数据库17构成为例如保持图4所示的如下信息:根据与主体部19及机械臂5的动作相关的信息来识别扫除作业的作业ID号;识别该作业内的各个动作的动作ID号;与该动作下的主体部19的位置相关的信息;与机械臂5的卡爪位置和姿势相关的信息;与机械臂5施加于扫除面的力相关的信息;与吸引力强度相关的信息;与表示机械臂5的位置、姿势、力和吸引力这些参数中的任一信息是否有效的标志(表示有效性的标志)相关的信息;与各动作作用的时间相关的信息;与在后述的扫除动作修正部20修正扫除动作数据库17的动作信息时应修正的参数类别相关的信息;以及表示当前是否处于动作中的进展信息。
扫除动作数据库17的识别扫除作业的作业ID号是如下信息,即当存在多种扫除作业时,为了相互识别而表示各扫除作业所附带的作业ID号。
扫除动作数据库17的识别扫除作业内的各个动作的动作ID号是如下信息,即当一个扫除作业由多个扫除动作构成时,为了相互识别一个扫除作业内的各个扫除动作而表示各扫除动作所附带的动作ID号。
扫除动作数据库17的与主体部19位置相关的信息可以表示在将地板面10设为XY平面时前述主体部19的主体位置的信息,即设为自作业路径的开始点Os看到的主体坐标系46的原点位置Od(x、y)而表示例如图8所示的扫除机器人1的作业路径。具体而言,如图8所示,对于扫除机器人1在扫除面呈锯齿形移动而进行扫除动作时的作业路径而言,存储主体部19的第一移动方向变更点(x1、y1)、第二移动方向变更点(x2、y2)、第三移动方向变更点(x3、y3)、第四移动方向变更点(x4、y4)等。
扫除动作数据库17的与主体部19位置相关的信息可以预先设定于扫除动作数据库17内;或作为图像识别装置的一例将照相机搭载于扫除机器人1,并利用图像识别处理部对由照相机拍摄的图像进行图像识别处理,通过图像识别对障碍物进行检测;或将超声波传感器等障碍物感知传感器搭载于扫除机器人1,利用障碍物感知传感器对障碍物进行检测,从而以避开检测到的障碍物的方式在扫除方法存储部27生成扫除机器人1的移动方向的路径(例如图8的路径),与时间一同存储到扫除方法存储部27。
扫除动作数据库17的与机械臂5的卡爪位置和姿势相关的信息表示前述机械臂5的卡爪位置和姿势,根据原点位置Oe和姿势,表示为(x、y、z、φ、θ、ψ)。
扫除动作数据库17的机械臂5的位置及姿势/时间的信息例如如图9所示,用人手16直接把持机械臂5、吸嘴8或拖布18,在后述的阻抗控制模式下,使机械臂5移动,每隔某一定时间(例如每隔0.2msec)由控制部22获取机械臂5的卡爪位置和姿势(图9的虚线的路径)的信息(具体而言,如在控制部22的说明中也被记载的那样,通过正运动学计算部58将由各关节部的编码器44测量的关节角转换为卡爪位置及姿势,从而获取机械臂5的卡爪位置和姿势的信息),并与时间信息一并通过扫除动作存储部15存储到扫除动作数据库17。另外,也可以在产品出厂时由制造商预先通过同样的方法生成位置及姿势/时间的信息,并将其存储到扫除动作数据库17。
存储在扫除动作数据库17的与机械臂5施加的力相关的信息,表示机械臂5在进行作业时向作为对象的物体施加的力的信息,将机械臂5的施加于x、y、z方向的力分别设为fx、fy、fz,并且将施加于φ、θ、ψ方向的力设为fφ、fθ、fψ。在扫除动作数据库17中,表示为(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ)。例如当fz=5[N]时,表示向z轴方向施加5N的力进行作业,是用于对地板面10进行擦抹扫除时或沿地板面10的垂直方向施力而进行擦抹时等的参数。
扫除动作数据库17的与吸引力相关的信息表示机械臂5进行吸引作业时进行吸引的力。将机械臂5的x、y、z方向的吸引力分别设为px、py、pz,并且将φ、θ、ψ方向的吸引力设为pφ、pθ、pψ。在扫除动作数据库17中,表示为(px、py、pz、pφ、pθ、pψ)。例如随着p的值逐渐增大,吸引力增大,例如,在对地毯等进行吸引时,将吸引力设定得大(例如设定为“5”的值),在对草席(榻榻米)或地板等进行吸引时,将吸引力设定得小(例如设定为“2”的值)。
扫除动作数据库17的与表示机械臂5的位置、姿势、力和吸引力这些参数中的任一信息是否有效的标志(表示有效性的标志)相关的信息、即图4的扫除动作数据库17的标志信息,是表示各动作ID所示的机械臂5的位置、姿势、力和吸引力中的任一信息是否有效的值,具体而言,由图5所示的32位数值表示。在图5中,在各个位,位置、姿势、力、吸引力的各自的值有效时设为“1”、无效时设为“0”。例如,在第零位,位置的x坐标值有效时设为“1”、无效时设为“0”。在第一位,位置的y坐标值有效时设为“1”、无效时设为“0”。在第二位,位置的z坐标值有效时设为“1”、无效时设为“0”,依次第三、四、五位表示姿势的φ、θ、ψ的有效性。第六位~第十一位表示力的各成分fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ是有效还是无效。第十二位~第十七位表示吸引力的各成分px、py、pz、pφ、pθ、pψ是有效还是无效。另外,为了用于将来的扩展而将标志准备得多一些(32位),在该例中,由于第十八位~第三十一位未使用,因此,设为“0”,但也可以仅将第十八位设为能够储存的变量。在图5中,第零位~第一位成为“1”、第八位成为“1”,因此,表示动作信息中仅有位置的x、y信息和力的fz信息有效,动作信息中的z、φ、θ、ψ、及力fz之外的值、以及吸引力,无论存储有什么样的值,都设为无效。
扫除动作数据库17的与各动作作用的时间相关的信息、即图4的扫除动作数据库17的时间,是扫除机器人1为了执行各动作所需的时间,表示在存储于扫除动作数据库17的时间内,扫除机器人1执行存储于该动作ID的动作。该时间不是绝对时刻,而是表示距前一动作的相对时间。即,表示主体部19及机械臂5分别移动至动作ID所示的主体部19的位置及机械臂5的位置和姿势的时间。
扫除动作数据库17的、与在扫除动作修正部20修正扫除动作数据库17的动作信息时应修正的参数类别相关的信息即图4的修正参数标志,是表示根据由后述的修正动作类别确定部23确定的类别对哪一参数进行修正的信息。具体而言,由图6所示的32位数值表示。在图6中,在各个位,当位置、姿势、力、吸引力的各自的值能够进行修正时设为“1”、不能进行修正时设为“0”。例如,在第零位,当位置的x坐标值能够进行修正时设为“1”、不能进行修正时设为“0”。在第一位,当位置的y坐标值能够进行修正时设为“1”、不能进行修正时设为“0”。在第二位,当位置的z坐标值能够进行修正时设为“1”、不能进行修正时设为“0”。依次第三、四、五位表示姿势的φ、θ、ψ的修正可能性。同样地,第六位~第十一位表示力的修正可能性、第十二位~第十七位表示吸引力的各成分的修正可能性。另外,为了用于将来的扩展而将标志准备得多一些(32位),在该例中,由于第十八位~第三十一位未使用,因此,设为“0”,但也可以仅将第十八位设为能够储存的变量。
扫除动作数据库17的表示当前是否处于动作中的进展信息,根据表示扫除机器人1是否处于当前动作中的动作的信息,当处于动作中时记录“1”,当未处于动作中时记录“0”。具体而言,人经由数据输入IF26选择想要进行作业的扫除作业,被选择的信息自数据输入IF26被输入至动作选择部29。当扫除机器人1开始进行已选择的作业中的第一个扫除动作时,对于构成该作业的多个动作中的当前动作中的动作,由动作选择部29将“1”存储到扫除动作数据库17,并且对于未进行动作的动作,由动作选择部29将“0”存储到扫除动作数据库17。另外,将告知自控制部22指令的动作结束这一情况的信息经由扫除动作修正部20输入到扫除动作存储部15,表示是否处于动作中的信息通过扫除动作存储部15存储于扫除动作数据库17。
当人经由数据输入IF26自扫除动作数据库17的作业一览(例如显示在图26的扫除开关26c中央的“扫除方法1”及“扫除方法2”之类的作业显示)选择最佳扫除作业时,图3的动作选择部29将被选择的作业中的当前正在进行动作的动作ID的进展信息设定“1”并存储于扫除动作数据库17,对于除此之外的动作,设定“0”并存储于扫除动作数据库17。
不可扫除区域数据库28存储与不由扫除机器人1扫除的区域相关的信息,对于具体的信息而言,如图10所示。在图10中,不可扫除区域的位置(x、y)表示人不希望利用扫除机器人1进行扫除的区域。例如,当将图11的可扫除面R中的斜线区域设为不可扫除区域RB时,存储表示该区域RB所需的坐标(在该例中为矩形区域的四个角的坐标(xc1,yc1)、(xc2,yc2)、(xc3,yc3)、(xc4,yc4))。另外,各坐标表示进行扫除的扫除区域RA的作业路径中的、距开始扫除的坐标Os的相对坐标。这些表示不可扫除区域RB的坐标由后述的扫除动作修正部20生成,并被存储到不可扫除区域数据库28中。
修正动作类别确定部23确定在后述的扫除动作修正部20通过用人手16对机械臂5施力能够进行扫除动作的修正的修正类别。例如,如图12C所示,当人用其手16自横向对机械臂5施力时,移动机械臂5的与扫除面平行的方向(例如当扫除面沿着水平方向时表示水平方向。在以下的说明中为了简化说明而简称为“水平方向”)的位置,从而可以使扫除区域RA平行移动。此时的修正动作的类别是“扫除面的位置移动”。如图27A所示,在利用机械臂5对地板面10进行擦抹扫除过程中,如图27B所示,当人用其手16自机械臂5的上方对机械臂5施加朝向下方的力时,通过后述的扫除动作修正部20,如图27C所示可以增强地设定扫除时力的施加状况。此时的修正动作的类别为“力的施加状况”。这样,修正动作类别确定部23可以根据人手向机械臂5施力的力的施加状况和机械臂5的卡爪位置等,确定扫除动作的修正类别。详细情况将在后面论述。
扫除动作修正部20具有如下功能,即基于扫除动作数据库17的位置、姿势和时间的信息,在扫除机器人1处于扫除动作中时,人用人手16对机械臂5施力,由此修正扫除动作数据库17的扫除动作信息。详细情况将在后面论述。
扫除动作存储部15将由扫除动作修正部20修正后的动作信息存储到扫除动作数据库17或不可扫除区域数据库28。
接着,对控制参数管理部21的详细情况进行说明。
控制参数管理部21基于扫除动作修正部20的动作修正指示,进行如下设定:切换机械臂5的阻抗控制模式、混合阻抗控制模式、力控制模式、力混合阻抗控制模式和高刚性位置控制模式的设定;各个控制模式时的机械阻抗设定值的设定;在各个控制模式下通过控制部22的阻抗计算部51输出的卡爪位置及姿势目标修正输出rdΔ的设定;以及控制部22向目标轨道设定部55发送的动作信息的设定。
并且,控制参数管理部21根据存储在扫除信息数据库17的主体部19的位置(自作业路径的开始点Os看到的主体坐标系46的原点位置Od(x、y)),生成除不可扫除区域数据库28的不可扫除区域RB之外的扫除区域RA内的扫除路径。另外,利用控制参数管理部21自控制部22接收机械臂5的卡爪位置或力的信息等信息,并自控制参数管理部21向扫除动作修正部20告知这些信息。另外,当利用数据输入IF26输入手部30的开闭指令时,来自数据输入IF26的输入信息经由控制参数管理部21输入到控制部22的手部控制部54,从而自控制参数管理部21向手部控制部54发出手部30的开闭指令。
位置控制模式是基于后述目标轨道生成部55的卡爪位置及姿势目标向量指令使机械臂5工作的模式。
阻抗控制模式是根据由人等施加于机械臂5的力使机械臂5工作的模式。
混合阻抗控制模式是在机械臂5正在位置控制模式下进行动作时,根据自人等施加于机械臂5的力使机械臂5工作的模式(阻抗控制模式),是同时进行位置控制模式和阻抗控制模式的模式。例如,是如下模式,即在对扫除面的尘埃等进行吸引的扫除作业过程中,如图12B所示,用人手16直接把持机械臂5而在扫除区域RA进行平行移动等修正。
力控制模式是利用预先提供给控制部22的力使机械臂5相对于扫除面一边按住吸嘴8或拖布18一边进行扫除动作的控制模式,例如是在机械臂5对扫除面施加某力而进行擦去污垢的扫除动作时,机械臂5的扫除面成分所使用的控制模式。
力混合阻抗控制模式是按照六轴的方向切换混合阻抗控制模式和阻抗控制模式进而在使指定的力作用而进行动作的力控制模式下使其进行动作的控制模式。另外,在设定有力控制模式的方向上不能设定阻抗控制模式(力控制模式和阻抗控制模式存在排他性关系)。
这些控制模式在扫除动作时按照机械臂5的方向及姿势分别如下所示设定适当的控制模式而使其进行动作。
例如扫除机器人1如图22所示一边与地板面10的扫除面平行地呈圆形地进行动作一边朝扫除面的垂直方施加指定的力来进行擦抹扫除时,设定力混合阻抗控制模式。具体而言,对(x、y、z、φ、θ、ψ)这六轴分别设定以下的控制模式。即为(x、y)成分在混合阻抗控制模式下进行动作、(φ、θ、ψ)成分在阻抗控制模式下进行动作、z轴成分在力控制模式下进行动作的力混合阻抗控制模式。这样,与地板面10平行的方向设为混合阻抗控制模式,因此,在正在位置控制模式下进行动作时,可以根据自人等施加于机械臂5的力使机械臂5移动。并且,通过将(φ、θ、ψ)成分设为阻抗控制模式,可以根据在停止的状态下自人等施加于机械臂5的力变更机械臂5的姿势。另外,通过将z轴成分设为力控制模式,可以一边利用被指定的力进行按压一边进行动作。
同样地,扫除机器人1如图23所示一边与扫除面平行地呈圆形地进行动作一边吸引扫除面的尘埃来进行扫除时,也设定力混合阻抗控制模式。具体而言,使(x、y)成分在混合阻抗控制模式下进行动作、使(φ、θ、ψ)成分在阻抗控制模式下进行动作、使z轴成分在力控制模式下进行动作。
高刚性位置控制模式是将扫除作业过程中的位置控制模式进一步设为高刚性的模式,且通过增大在后述位置误差补偿部56的增益,可以实现高刚性位置控制模式,当用人手16对机械臂5施力时,使机械臂5不容易移动,并可以根据机械臂5的卡爪位置的变化量,由力检测部53检测人手16施加的力。
作为机械阻抗设定值的设定参数,有惯性M、粘性D、刚性K。机械阻抗设定值的各参数的设定使用修正值,并基于以下评价式进行设定。
(数1)
M=KM×(修正值) 式(1)
(数2)
D=KD×(修正值) 式(2)
(数3)
K=KK×(修正值) 式(3)
所述式(1)~(3)中的KM、KD、KK为增益,分别为某常数值。
控制参数管理部21将基于所述式(1)~(3)算出的机械阻抗参数的惯性M、粘性D、刚性K分别向控制部22输出。
根据上述式(1)~(3),例如如图12C所示,当人想要进行修正以使扫除面的区域移动时,若x轴及y轴之外的位置成分及姿势成分轻易地移动,则变得难以进行所述修正作业。于是,仅对x轴及y轴之外的位置成分及姿势成分,由控制参数管理部21将上述修正值设定得高(具体而言高约10倍),由此,以粘性D及刚性K增大的方式被设定,机械臂5的移动产生阻力感或僵硬感,对于x轴及y轴之外的位置成分及姿势成分而言难以移动。
另外,作为其他方法,有如下方法,即、将自后述阻抗计算部51输出的卡爪位置及姿势目标修正输出rdΔ的各成分中的、x轴及y轴之外的值,通过控制参数管理部21全部设为零。因此,除x轴及y轴之外,不会因人手16的力而移动,故可以防止误操作。
并且,需要自控制参数管理部21向扫除动作修正部20告知机械臂5的卡爪位置和姿势、人施加的力的信息(与作用于机械臂5的人的力相关的信息)。为此,控制参数管理部21自控制部22接收机械臂5的卡爪位置及力的信息,并自控制参数管理部21向动作选择部29、扫除动作存储部15和扫除动作修正部20进行告知。另外,控制参数管理部21将自扫除动作修正部20输入的位置、姿势和时间等动作信息向控制部22告知。
图7表示控制部22的框图。控制部22在由控制参数管理部21设定的控制模式下进行动作,并根据控制模式,将机械臂5的机械阻抗的值控制在基于惯性M、粘性D和刚性K的设定值而设定的机械臂5的机械阻抗设定值。并且,在进行吸引的扫除时,控制部22进行如下控制,即一边利用被指定的吸引力进行吸引、一边使旋转刷11旋转。另外,在擦抹扫除时,控制部22进行利用被指定的力压住扫除面的控制。并且,控制部22进行如下控制,即控制配置于主体部19底部的一对车轮6,以使主体部19移动到指定的位置。
接着,根据图7说明控制部22的详情。
控制部22构成为具有:分别控制机械臂5的各关节部的电动机43的驱动的机械臂控制部49、控制吸引泵13的电动机67的驱动的吸引泵控制部2、控制旋转刷11的电动机69的驱动的旋转刷控制部9以及控制主体部19的车轮6的电动机65的驱动的车轮控制部48。机械臂控制部49构成为具有:位置误差计算部50、阻抗计算部51、作为力检测机构的一例的力检测部53、手部控制部54、目标轨道生成部55、位置误差补偿部56、近似逆运动学计算部57以及正运动学计算部58。由位置误差补偿部56、近似逆运动学计算部57和正运动学计算部58构成位置控制系统59。
接着,对机械臂控制部49详细进行说明。
自机械臂5输出由各个关节部的关节轴的编码器44测量的关节角的当前值(关节角度向量)向量q=[q1,q2,q3,q4,q5,q6]T,并利用输入输出IF24取入到控制部22。其中,q1、q2、q3、q4、q5、q6分别是第一关节部35、第二关节部36、第三关节部37、第四关节部38、第五关节部39、第六关节部40的关节角度。
目标轨道生成部55接收来自控制参数管理部21的扫除动作的输入,并输出用于实现作为目标的机械臂5的动作的、卡爪位置及姿势目标向量rd、卡爪的力向量fd和表示按照各个方向哪一参数有效的标志(表示有效性的标志)。作为目标的机械臂5的动作,根据作为目的的扫除作业,自扫除动作修正部20经由控制参数管理部21,向目标轨道生成部55提供在各个时间(t=0、t=t1、t=t2、......)下的每个点的位置及姿势(rd0、rd1、rd2、......)信息、力(fd0、fd1、fd2、......)的信息以及吸引力(pd0、pd1、pd2、......)的信息。
目标轨道生成部55使用多项式插补,对各点间的轨道、力、吸引力进行插补,以生成卡爪位置和姿势目标向量rd、力向量fd、吸引力pd。
手部控制部54根据自控制参数管理部21输入的手部开闭指令,向机械臂5的手部驱动用电动机62发出指令,以驱动手部驱动用电动机62使手部30开闭。
力检测部53作为力检测机构的一例起作用,检测人等与机械臂5的接触而施加于机械臂5的外力。由电动机驱动器47的电流传感器测量的、在驱动机械臂5的各关节部的电动机43流动的电流值i=[i1,i2,i3,i4,i5,i6]T经由输入输出IF24被取入力检测部53,而且,各关节部的各关节角的当前值q经由输入输出IF24被取入力检测部53,并且,来自后述的近似逆运动学计算部57的关节角度误差补偿输出uqe被取入力检测部53。力检测部53作为观测器起作用,基于以上的电流值i、关节角的当前值q和关节角度误差补偿输出uqe,计算由施加于机械臂5的外力在各关节部产生的转矩τext。接着,根据Fext=Jv(q)-Tτext-[0,0,mg]T换算成机械臂5的卡爪的等效卡爪外力Fext并输出。在此,Jv(q)是满足下述(数4)的雅可比矩阵。
(数4)
其中,v=[vx、vy、vz、ωx、ωy、ωz]T、(vx、vy、vz)是在卡爪坐标系42下的机械臂5的卡爪的平移速度、(ωx、ωy、ωz)是在卡爪坐标系42下的机械臂5的卡爪的角速度。另外,m是安装于机械臂5的手部30的扫除部8、18的重量、g是重力加速度。扫除部8、18的重量m的值虽然可以在安装扫除部8、18之前,由人自数据输入IF26输入到力检测部53,但通常由于扫除部8、18的重量m并非经常变更的值,因此,也可以作为预先设定的值。
阻抗计算部51是实现如下功能的部分,即在机械臂5实现所述机械臂5的机械阻抗值向机械阻抗设定值的控制。
当阻抗控制模式被指定时,自阻抗计算部51输出卡爪位置及姿势目标修正输出rdΔ。当被切换到力混合阻抗控制模式时,在存在通过标志(表示有效性的标志)被指定为有效的力成分的情况下,基于由控制参数管理部21设定的阻抗参数即惯性M、粘性D、刚性K、和关节角的当前值q、由力检测部53检测到的外力Fext、自目标轨道生成部55输出的fd,按照下式(4)由阻抗计算部51计算用于实现如下控制的卡爪位置及姿势目标修正输出rdΔ,并自阻抗计算部51输出,该控制为使所述机械臂5的机械阻抗的值接近在机械臂5设定的机械阻抗设定值。
通过位置误差计算部50,在目标轨道生成部55输出的卡爪位置及姿势目标向量rd上加上卡爪位置及姿势目标修正输出rdΔ,从而在位置误差计算部50生成卡爪位置及姿势修正目标向量rdm。例如为了仅在z轴方向施力来进行扫除、而使其他成分在位置控制模式下进行移动,在位置误差计算部50将卡爪位置及姿势目标修正输出rdΔ的除z成分之外的成分设定为0。
(数5)
其中,
(数6)为
(数7)为
(数8)为
s为拉普拉斯算子。
向正运动学计算部58经由输入输出IF24输入来自机械臂5的由各个关节部的关节轴的编码器44测量的关节角的当前值q即关节角度向量q,正运动学计算部58进行几何科学计算以便自机械臂5的关节角度向量q转换到卡爪位置及姿势向量r。
卡爪位置及姿势目标修正输出rdΔ通过位置误差计算部50与目标轨道生成部55输出的卡爪位置及姿势目标向量rd相加,从而在位置误差计算部50生成卡爪位置及姿势修正目标向量rdm。进而,自位置误差计算部50输出根据在机械臂5测量的关节角度向量q由正运动学计算部58算出的卡爪位置及姿势向量r与卡爪位置及姿势修正目标向量rdm之间的误差re。
位置误差补偿部56自位置误差计算部50被输入误差re,根据误差re在位置误差补偿部56求出位置误差补偿输出ure,并向近似逆运动学计算部57自位置误差补偿部56输出位置误差补偿输出ure。
在近似逆运动学计算部57,利用近似式uout=Jr(q)-1uin进行逆运动学的近似计算。其中,Jr(q)是满足下述(数9)的关系的雅可比矩阵。
(数9)
uin是向近似逆运动学计算部57的输入、uout是自近似逆运动学计算部57的输出,若将输入uin设为关节角度误差qe,则像qe=Jr(q))-1re那样,构成自卡爪位置及姿势误差re向关节角度误差qe转换的转换式。因此,当位置误差补偿输出ure被输入近似逆运动学计算部57时,作为其输出,自近似逆运动学计算部57输出用于补偿关节角度误差qe的关节角度误差补偿输出uqe。
关节角度误差补偿输出uqe自近似逆运动学计算部57被输出后,经由输入输出IF24作为电压指令值提供给电动机驱动器25,利用各电动机43使各关节轴正向或反向旋转驱动,从而使机械臂5动作。
当设定了高刚性位置控制模式时,通过将作为常数的对角矩阵的比例、微分、积分这三个的增益增大地设定为被预先设定的值(具体而言,设定为通常的位置控制模式时的两倍左右的值),可以实现高刚性的位置控制。另外,通过对应各成分改变所述增益的值,可以如下进行控制以使例如仅z轴方向在高刚性下进行动作而其他方向在通常的位置控制下进行动作。
在进行吸引的扫除时,吸引泵控制部2根据自目标轨道生成部55输入的吸引力,驱动控制吸引泵13的电动机67。在进行擦抹扫除的扫除时,不驱动吸引泵13的电动机67。若吸引泵13的电动机67被驱动,则扫除面的-尘埃沿着吸引软管12被吸入并被储存在尘埃袋3中。
旋转刷控制部9根据自目标轨道生成部55输入的吸引力,进行如下控制,即驱动控制旋转刷11的电动机69,以使旋转刷11旋转。
车轮控制部48基于自目标轨道生成部55输入的主体部19的位置信息,进行一对车轮6的旋转控制,以便驱动控制一对车轮6的电动机65使主体部19移动。具体而言,利用车轮控制部48对一对车轮6各自的电动机65的驱动分别独立地进行正向或反向旋转控制,以使主体部19能够向前进、后退、左右方向移动。另外,在图1等中简洁地图示了一对车轮6,不仅可以使一对车轮6的旋转轴如图1所示沿着与主体部19的前后移动方向正交的左右方向固定,而且也可以使一对车轮6的旋转轴旋转以使其沿着前后移动方向、之后使电动机的旋转轴正向或反向旋转以使主体部19沿左右方向移动。或者,也可以准备用于沿左右方向移动的其他的一对车轮,在其与用于沿前后移动方向移动的一对车轮6之间切换驱动。这样的驱动机构可以适当采用公知的机构。
以下,对机械臂5的机械臂控制程序的实际动作步骤,基于图25的流程图进行说明。
由机械臂5的关节部的各个编码器44测量到的关节角度数据(关节变量向量或关节角度向量q)被取入控制装置本体部45(步骤S51)。
接着,在逆运动学计算部57,进行机械臂5的运动学计算所需的雅可比矩阵Jr等的计算(步骤S52)。
接着,在正运动学计算部58,根据来自机械臂5的关节角度数据(关节角度向量q),计算机械臂5的当前的卡爪位置及姿势向量r(步骤S53)。
接着,基于自扫除动作修正部20送来的动作信息,目标轨道计算部55计算机械臂5的卡爪位置及姿势目标向量rd、以及力目标向量fd(步骤S54)。
接着,力检测部53根据电动机43的驱动电流值i、关节角度数据(关节角度向量q)和关节角度误差补偿输出uqe,计算机械臂5的卡爪的等效卡爪外力Fext(步骤S55)。
接着,在步骤S56,设定由控制参数管理部21设定的控制模式。仅在处于高刚性位置控制模式时,使处理进入步骤S57。另一方面,在处于力混合阻抗控制模式或阻抗控制模式或混合阻抗控制模式时,使处理进入步骤S58。
在步骤S57(在阻抗计算部51进行的处理),当在控制参数管理部21中设定高刚性位置控制模式时,通过阻抗计算部51将卡爪位置及姿势目标修正输出rdΔ设为零向量。此后,进入步骤S59。
当在控制参数管理部21中设定为力混合阻抗控制模式、阻抗控制模式或混合阻抗控制模式时,根据在控制参数管理部21被设定的机械阻抗参数的惯性M、粘性D、刚性K、关节角度数据(关节角度向量q)、由力检测部53算出的施加于机械臂5的等效卡爪外力Fext,通过阻抗计算部51计算卡爪位置及姿势目标修正输出rdΔ(步骤S58)。
接着,在位置误差计算部50,计算卡爪位置及姿势修正目标向量rdm与当前的卡爪位置及姿势向量r之差即卡爪位置及姿势的误差re(步骤S59、步骤S60),其中所述卡爪位置及姿势修正目标向量rdm为卡爪位置及姿势目标向量rd与卡爪位置及姿势目标修正输出rdΔ之和。在步骤S60,作为位置误差补偿部56的具体例,可考虑PID补偿器。通过适当调整作为常数的对角矩阵的比例、微分、积分这三个的增益,使控制起作用,以使位置误差收敛到0。在步骤S59,将该增益增大到某一值,从而实现高刚性的位置控制。
接着步骤S59或步骤S60,在步骤S61,在近似逆运动学计算部57,通过在近似逆运动学计算部57对在步骤S52算出的雅可比矩阵Jr的逆矩阵进行乘法运算,从而利用近似逆运动学计算部57将位置误差补偿输出ure从与卡爪位置及姿势的误差相关的值转换到与关节角度的误差相关的值即关节角度误差补偿输出uqe。
接着步骤S61,关节角度误差补偿输出uqe自近似逆运动学计算部57通过输入输出IF24提供给电动机驱动器25,以使在各个电动机43流动的电流量变化,从而产生机械臂5的各关节轴的旋转运动(步骤S62)。
以上的步骤S51~步骤S62作为控制的计算循环被反复执行,从而可以实现如下动作,即、将机械臂5的动作的控制、即机械臂5的机械阻抗的值控制在上述被适当设定的设定值。
接着,对修正动作类别确定部23和扫除动作修正部20详细进行说明。
修正动作类别确定部23对能够在扫除动作修正部20通过由人手16对机械臂5施力而进行扫除动作的修正的修正类别进行确定。具有以下七种修正类别。
第一种修正类别是“扫除面的位置移动”。具体而言,如图12A或图12B(从上方看图12A的图)所示,在利用机械臂5在位置控制模式下对地板面10进行扫除的过程中,若如图12C所示用人手16对机械臂5自横向施力,则根据扫除动作修正部20,如图12D所示移动机械臂5的相对于扫除面的水平方向的位置,从而可以平行移动扫除区域RA。
第二种修正类别是擦抹扫除时相对于地板面10的“力的施加状况”。对于这种修正类别而言,在当前动作中(扫除动作数据库17的进展信息为“1”)的动作的标志(表示有效性的标志)中,力的位成为“1”时是有效的。如图27A所示,在利用机械臂5对地板面10进行擦抹扫除的过程中,若如图27B所示用人手16对机械臂5自上方朝下方施力,则根据扫除动作修正部20,如图27C所示可以进行修正以增强擦抹扫除时的力的施加状况,反之若用人手16对机械臂5自下方朝上方施力,则可以进行修正以减弱擦抹扫除时的力的施加状况。
第三种修正类别是进行吸引扫除时相对于地板面10的“吸引力”。对于这种修正类别而言,在当前动作中(扫除动作数据库17的进展信息为“1”)的动作的标志(表示有效性的标志)中,吸引力的位成为“1”时是有效的。如图28A所示,在利用机械臂5对地板面10进行吸引扫除的过程中,如图28B所示,若用人手16对机械臂5自上方向下方施力,则根据扫除动作修正部20,如图28C所示,吸引扫除时的吸引力被设定得强,反之,若用人手16对机械臂5自下方朝上方施力,则可以将吸引扫除时的吸引力设定得弱。
第四种修正类别是机械臂5的卡爪(扫除部8、18)的移动“速度”。如图29A或图29B(从上方看图29A的图)所示,在利用机械臂5对地板面10进行扫除的过程中,如图29C所示,当沿与机械臂5的行进方向相反的方向用人手16对机械臂5施力时,根据扫除动作修正部20,如图29D所示,可以减小扫除时的速度。反之,在利用机械臂5对地板面10进行扫除的过程中,若人手16与机械臂5的行进方向相吻合地用人手16对机械臂5施力,则根据扫除动作修正部20,可以增大扫除时的速度。
第五种修正类别是“方向(姿势)的变更”。如图30A或图30B(从上方看图30A的图)所示,在利用机械臂5对地板面10进行扫除的过程中,在用人手16变更位置以使扫除部8、18的长度方向沿着草席T的纹理Tm的状态下,如图30C所示,若沿想要改变机械臂5的呈锯齿形的行进方向的方向施力,则根据扫除动作修正部20,如图30D所示,可以变更扫除时的机械臂5的行进方向。这可以通过变更机械臂5的卡爪(扫除部8、18)的姿势(φ、θ、ψ)来实现。
第六种修正类别是“不想进行扫除的区域”。当用人16A的手16如图31所示把持机械臂5并沿着不想进行扫除的区域RB的轮廓对机械臂5(扫除部8、18)施力以使机械臂5移动时,根据扫除动作修正部20,如图31所示,可以设定不想进行扫除的区域RB。
第七种修正类别是“扫除面垂直方向的移动”。如图32A所示,在利用机械臂5对地板面10进行扫除的过程中,当如图32B所示用人手16对机械臂5向上方施力以使机械臂5向上方移动时,根据扫除动作修正部20,例如如图32C所示,可以利用扫除部8、18对存在于地板面10的台或沙发10S等的上表面10Sa进行扫除。
修正动作类别确定部23确定上述七种修正类别中的一种修正类别。具体而言,通过按钮等数据输入IF26来选择七种修正类别中的一种修正类别,或者,根据由力检测部53检测并由信息获取部100获取的用人手16施加于机械臂5的力以及存储在扫除动作数据库17并由信息获取部100获取的施加于机械臂5的力与修正类别之间的关系信息(例如力的施加方向和大小与修正类别之间的关系信息),利用修正动作类别确定部23推定类别。
以下,对修正类别的推定方法的具体修正类别推定处理,使用图14的流程图详细说明。
在将扫除机器人1的电源按钮26a设为“ON”的状态下,当用人手16把持机械臂5但未对机械臂5施力时,机械臂5不移动。当用人手16对机械臂5施力时,可以在阻抗控制模式(通过阻抗控制使其朝检测到人手16的力的方向移动的模式)下使机械臂5朝想要使其移动的方向移动。此时,通过控制部22的力检测部53检测作用于机械臂5的力,由力检测部53检测到的力的信息经由信息获取部100被输入到修正动作类别确定部23(步骤S1)。
接着,在步骤S2,由修正动作类别确定部23判断由力检测部53检测且由信息获取部100获取的力的所有成分(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ这六个成分)是否为某阈值(具体而言为图33的ID“1”的(fdx、fdy、fdz、fdφ、fdθ、fdψ))以下。当由修正动作类别确定部23判断为由力检测部53检测且由信息获取部100获取的力的所有成分(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ这六个成分)为上述某阈值以下时,机械臂5不移动,不进行修正(步骤S20),并结束修正动作的类别推定方法的修正类别推定处理。此时的控制模式为阻抗控制模式。
在步骤S2,当由修正动作类别确定部23判断为由力检测部53检测且由信息获取部100获取的力中的任一成分(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ这六个成分中的任一成分)超过上述某阈值(具体而言为图33的ID“1”的(fdx、fdy、fdz、fdφ、fdθ、fdψ))时,进入步骤S3。
在步骤S3,进一步基于经由信息获取部100获取的信息,由修正动作类别确定部23判定当前的扫除机器人1是否根据扫除动作数据库17进行动作。具体而言,当由修正动作类别确定部23判断为未通过动作选择部29选择扫除作业且对于扫除动作数据库17的所有作业ID而言进展信息成为“0”时(未开始扫除的状态),由修正动作类别确定部23判定为未根据扫除动作数据库17进行动作,进入步骤S6。当由修正动作类别确定部23判断为通过动作选择部29选择扫除作业而开始扫除且进展信息成为“1”时,由修正动作类别确定部23判定为根据扫除动作数据库17进行动作,进入步骤S4。
在步骤S4,当用人手16把持机械臂5并朝想要修正机械臂5的扫除动作的方向施力时,由力检测部53检测施加于机械臂5的力,并由修正动作类别确定部23测量由力检测部53检测且经由信息获取部100获取的来自人手16的各个力(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ)在某一定时间内的位移量,由修正动作类别确定部23测量位置成分(fx、fy、fz)和姿势成分(fφ、fθ、fψ)中的哪一个的位移量大。具体而言,如图15所示,由修正动作类别确定部23测量各个(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ)的时间序列的力,由修正动作类别确定部23测量在某一定时间(例如时间1)内力位移了多少,并由修正动作类别确定部23测量位移最大的成分。在该例中,由于fφ的位移最大,因此,由修正动作类别确定部23判断为姿势成分比位置成分施加力,并进入步骤S9。
在步骤S4,当由修正动作类别确定部23判断为姿势的位移量比位置的位移量大时,由修正动作类别确定部23确定修正类别为“方向(姿势)的变更”这种类别,并结束修正类别推定处理(步骤S9)。此时的控制模式为与确定修正类别前相同的控制模式(力混合阻抗控制模式)。
另一方面,在步骤S4,当由修正动作类别确定部23判断为位置的位移量为姿势的位移量以上时,进而由修正动作类别确定部23判定垂直于扫除面的方向的力成分(例如在对相对于地面呈水平设置的地板面10进行扫除时为fz)是否为某阈值(具体而言为图33的ID“1”的fdz)以上(步骤S5)。
在步骤S5,当由修正动作类别确定部23判定为垂直于扫除面的方向的力成分比上述某阈值小时,进一步由修正动作类别确定部23判定相对于扫除面呈水平的方向的力成分(例如在对相对于地面呈水平设定的地板面10进行扫除时为fx、fy中的任一方或这两方)是否为某阈值(具体而言为图33的ID“1”的fdx、fdy)以上(步骤S10)。
在步骤S10,当由修正动作类别确定部23判断为相对于扫除面呈水平的方向的力成分不到上述某阈值(具体而言为图33的ID“1”的fx、fy)时,确定为无修正(无类别),并结束修正类别推定处理(步骤S11)。当处于无修正时,中止修正并进行扫除作业。
在步骤S10,当由修正动作类别确定部23判断为相对于扫除面呈水平的方向的力成分为上述某阈值以上时,进入步骤S12。
在步骤S12,进一步由修正动作类别确定部23判断为由修正动作类别确定部23算出的扫除面的水平方向的移动量为某阈值(具体而言为图33的ID“2”的gx、gy)以上时,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为“扫除面的位置移动”这种类别,并结束修正类别推定处理(步骤S14)。
另外,在由修正动作类别确定部23计算扫除面的水平方向的移动量时,具体而言,可以自控制部22经由控制参数管理部21或信息获取部100将人进行操作前的机械臂5的卡爪位置和操作中的卡爪位置输入到修正动作类别确定部23,并通过修正动作类别确定部23将自操作中的卡爪位置减去操作前的卡爪位置后得到的值作为移动量而算出。另外,在修正动作类别确定部23计算垂直于扫除面的方向的移动量时,具体而言,可以自控制部22经由控制参数管理部21或信息获取部100将人进行操作前的机械臂5的卡爪位置的z成分和操作中的卡爪位置的z成分输入到修正动作类别确定部23,并通过修正动作类别确定部23将自操作中的卡爪位置的z成分减去操作前的卡爪位置的z成分后得到的值作为移动量而算出。
在步骤S13,当由修正动作类别确定部23判定为扫除面的水平方向的移动量不到上述某阈值时,作为修正类别,确定为相对于扫除面呈水平的方向的“速度”这种类别,并结束修正类别推定处理(步骤S15)。
另外,在步骤S5,当由修正动作类别确定部23判定为垂直于扫除面的力为上述某阈值以上时,进一步由修正动作类别确定部23判断由修正动作类别确定部23算出的扫除面垂直方向的移动量是否比某阈值大(步骤S12)。
在步骤S12,当由修正动作类别确定部23判断为扫除面垂直方向的移动量比某阈值大时,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为“扫除面垂直方向的移动”这种类别,并结束修正类别推定处理(步骤S19)。
另外,在步骤S12,当由修正动作类别确定部23判断为扫除面垂直方向的移动量为上述某阈值以下时,进入步骤S16,在步骤S16,进一步由修正动作类别确定部23判断在当前动作中(扫除动作数据库17的进展信息为“1”)的动作的标志(表示有效性的标志)中、是力的位成为“1”还是吸引力的位成为“1”。
在步骤S16,当由修正动作类别确定部23判断为在当前动作中(扫除动作数据库的进展信息为“1”)的动作的标志(表示有效性的标志)中、力的位成为“1”时,由于这种情况表示擦抹扫除,因此,作为修正类别而确定为“力的修正”(步骤S17),并结束修正类别推定处理。另一方面,当由修正动作类别确定部23判断为在当前动作中(扫除动作数据库17的进展信息为“1”)的动作的标志(表示有效性的标志)中、吸引力的位成为“1”时,由于这种情况表示通过吸引进行扫除,因此,作为修正类别而确定为“吸引力的修正”这种类别(步骤S18),并结束修正类别推定处理。
另外,在步骤S3,当由修正动作类别确定部23判定为未根据扫除动作数据库17进行动作时,进入步骤S6,在步骤S6,进一步由修正动作类别确定部23判断是否为用人手16施加于机械臂5的力相对于扫除面呈水平且某一定时间内的水平方向的移动量为某阈值以上。
在步骤S6,当由修正动作类别确定部23判断为用人手16施加于机械臂5的力相对于扫除面呈水平且某一定时间内的水平方向的移动量为某阈值以上时,作为修正类别而确定为“不想进行扫除的区域”这种类别(步骤S8),并结束修正类别推定处理。在步骤S6,当由修正动作类别确定部23判断为用人手16施加于机械臂5的力相对于扫除面并非水平时(例如相对于扫除面垂直时)、或者即便为相对于扫除面呈水平的力但水平方向的移动量不到上述某阈值时,作为修正类别而确定为“无修正”(步骤S7),并结束修正类别推定处理。
根据以上所述,可以利用修正动作类别确定部23切换修正类别而不使用按钮等数据输入IF26。
虽然修正动作类别确定部23确定上述七种修正类别中的一种类别,但也可以同时确定两种修正类别。
图3的修正类别确定方法设定部27设定由修正动作类别确定部23确定的输出数。但是,输出数也可以使用数据输入IF26由修正动作类别确定部23输入并由人来进行确定。
修正动作类别确定部23按照由修正类别确定方法设定部27设定的输出数,确定修正类别。具体而言,当输出数为1时,由图14的修正类别的推定方法的算法确定修正类别,当输出数为“2”的值时,由后述图17的算法确定修正类别。由此,当对扫除机器人1进行操作的人对操作不习惯时,将输出数设定为1,由于不能同时进行两种修正,因此操作变得简单。反之,当已习惯于操作而想要同时进行两种类别的修正时,将输出数设定为“2”的值,从而可以有效地进行修正。
在上述修正动作类别确定部23,虽然输出一种类别,但作为输出两种类别并进行修正的例子,如图18A所示,存在如下情况,即在擦抹扫除时想要用相比扫除动作数据库17的力更强的力且比通常的速度更高的速度进行扫除面的擦抹扫除。此时,同时修正擦抹扫除的力和速度这两种类别。另外,在图18B中,当进行吸引尘埃等的扫除时,存在一边使扫除面平行地移动、一边增强吸引力的情况。此时,同时修正扫除面的位置移动和吸引力这两种类别。
使用图17的流程图,详细说明用于执行输出两种类别的修正动作的类别推定方法的修正类别推定处理的修正动作类别确定部23的算法。
与一种类别的情况同样地,在将扫除机器人1的电源按钮26a设为“ON”的状态下,当用人手16把持机械臂5但未对机械臂5施力时,机械臂5不移动。当用人手16对机械臂5施力时,可以在阻抗控制模式(通过阻抗控制使其朝检测到人手16的力的方向移动的模式)下使机械臂5朝想要使其移动的方向移动。此时,通过控制部22的力检测部53检测作用于机械臂5的力,由力检测部53检测到的力的信息经由信息获取部100被输入到修正动作类别确定部23(步骤S31)。
接着,在步骤S32,由修正动作类别确定部23判断由力检测部53检测且由信息获取部100获取的力的所有成分(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ这六个成分)是否为某阈值(具体而言为图33的ID“1”的(fdx、fdy、fdz、fdφ、fdθ、fdψ))以下。当由修正动作类别确定部23判断为由力检测部53检测且由信息获取部100获取的力的所有成分(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ这六个成分)为上述某阈值以下时,机械臂5不移动,不进行修正(步骤S51),并结束修正动作的类别推定方法的修正类别推定处理。
在步骤S32,当由修正动作类别确定部23判断为由力检测部53检测且由信息获取部100获取的力的任一成分(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ这六个成分)超过上述某阈值(具体而言为图33的ID“1”的(fdx、fdy、fdz、fdφ、fdθ、fdψ))时,进入步骤S33。
在步骤S33,进一步由修正动作类别确定部23判定当前的扫除机器人1是否根据扫除动作数据库17进行动作。具体而言,当由修正动作类别确定部23判断为未通过动作选择部29选择扫除作业且对于扫除动作数据库17的所有作业ID而言未通过动作选择部29选择作业并且进展信息成为“0”时(未开始扫除的状态),由修正动作类别确定部23判定为未根据扫除动作数据库17进行动作,进入步骤S36。当由修正动作类别确定部23判断为通过动作选择部29选择扫除作业而开始扫除且进展信息成为“1”时,由修正动作类别确定部23判定为根据扫除动作数据库17进行动作,进入步骤S34。
在步骤S34,当用人手16把持机械臂5并朝想要修正机械臂5的扫除动作的方向施力时,由力检测部53检测施加于机械臂5的力,并由修正动作类别确定部23测量由力检测部53检测且由信息获取部100获取的来自人手16的各个力(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ)在某一定时间内的位移量,由修正动作类别确定部23测量位置成分(fx、fy、fz)和姿势成分(fφ、fθ、fψ)中的哪一个的位移量大。具体而言,如图15所示,由修正动作类别确定部23测量各个(fx、fy、fz、fφ、fθ、fψ)的时间序列的力,由修正动作类别确定部23测量在某一定时间(例如时间1)内力位移了多少,并测量位移最大的成分。在该例中,由于fφ的位移最大,因此,由修正动作类别确定部23判断为姿势成分比位置成分施加力,并进入步骤S39。
在步骤S34,当由修正动作类别确定部23判断为姿势的位移量比位置的位移量大时,由修正动作类别确定部23确定修正类别为“方向(姿势)的变更”这种类别,并结束修正类别推定处理(步骤S39)。
另一方面,在步骤S34,当由修正动作类别确定部23判断为位置的位移量为姿势的位移量以上时,进而由修正动作类别确定部23判定垂直于扫除面的方向的力成分(例如在对相对于地面呈水平地设置的地板面10进行扫除时为fz)是否为某阈值(具体而言为图33的ID“1”的fdz)以上(步骤S35)。与此同时,由修正动作类别确定部23判定相对于扫除面呈水平的方向的力成分(例如在对相对于地面呈水平地设定的地板面10进行扫除时为fx、fy中的任一方或这两方)是否为某阈值(具体而言为图33的ID“1”的fdx、fdy)以上(步骤S40)。
在步骤S35,当由修正动作类别确定部23判定为垂直于扫除面的方向的力成分比上述某阈值小时,确定为垂直面无修正(无类别),并结束修正类别推定处理(步骤S45)。在步骤S40,当由修正动作类别确定部23判定为相对于扫除面呈水平的方向的力成分比上述某阈值小时,确定为水平面无修正(无类别),并结束修正类别推定处理(步骤S41)。
在步骤S40,当由修正动作类别确定部23判定为相对于扫除面呈水平的方向的力成分为上述某阈值以上时,进入步骤S42。
在步骤S42,进一步由修正动作类别确定部23判定扫除面的水平方向的移动量是否为某阈值(具体而言为图33的ID“2”的gx、gy)以上。在步骤S42,当进一步由修正动作类别确定部23判定为扫除面的水平方向的移动量为上述某阈值(具体而言为图33的ID“2”的gx、gy)以上时,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为“扫除面的位置移动”这种类别,并结束修正类别推定处理(步骤S43)。
在步骤S42,当由修正动作类别确定部23判定为扫除面的水平方向的移动量不到上述某阈值时,作为修正类别,确定为相对于扫除面呈水平的方向的“速度”这种类别,并结束修正类别推定处理(步骤S44)。
在步骤S35,当由修正动作类别确定部23判定为垂直于扫除面的力为上述某阈值以上时,进一步由修正动作类别确定部23判断扫除面的垂直方向的移动量是否比某阈值大(步骤S46)。
在步骤S46,当由修正动作类别确定部23判断为扫除面的垂直方向的移动量比上述某阈值大时,作为修正类别,确定为“扫除面垂直方向的移动”这种类别,并结束修正类别推定处理(步骤S50)。
在步骤S46,当由修正动作类别确定部23判断为扫除面的垂直方向的移动量为上述某阈值以下时,进入步骤S47,在步骤S47,进一步由修正动作类别确定部23判断在当前动作中(扫除动作数据库17的进展信息为“1”)的动作的标志(表示有效性的标志)中,在进行擦抹扫除时,是力的位成为“1”还是吸引力的位成为“1”。
在步骤S47,当由修正动作类别确定部23判断为在当前动作中(扫除动作数据库的进展信息为“1”)的动作的标志(表示有效性的标志)中,力的位成为“1”时,由于这种情况表示擦抹扫除,因此,作为修正类别而确定为“力的修正”(步骤S48),并结束修正类别推定处理。另一方面,当由修正动作类别确定部23判断为在当前动作中(扫除动作数据库17的进展信息为“1”)的动作的标志(表示有效性的标志)中,吸引力的位成为“1”时,由于这种情况表示通过吸引进行扫除,因此,作为修正类别而确定为“吸引力的修正”这种类别(步骤S49),并结束修正类别推定处理。
另外,在步骤S33,当由修正动作类别确定部23判定为未根据扫除动作数据库17进行动作时,进入步骤S36,在步骤S36,进一步由修正动作类别确定部23判断是否为用人手16施加于机械臂5的力相对于扫除面呈水平且某一定时间内的水平方向的移动量为某阈值以上。
在步骤S36,当由修正动作类别确定部23判断为用人手16施加于机械臂5的力相对于扫除面呈水平且某一定时间内的水平方向的移动量为某阈值以上时,作为修正类别而确定为“不想进行扫除的区域”这种类别(步骤S38),并结束修正类别推定处理。在步骤S36,当由修正动作类别确定部23判断为用人手16施加于机械臂5的力相对于扫除面并非水平时(例如相对于扫除面垂直时)、或者即便为相对于扫除面呈水平的力但水平方向的移动量不到上述某阈值时,作为修正类别而确定为“无修正”(步骤S36),并结束修正类别推定处理。
根据以上所述,可以利用修正动作类别确定部23切换两种以上的修正类别而不使用按钮等数据输入IF26。
扫除动作修正部20具有如下功能,即基于扫除动作数据库17的位置、姿势和时间,在动作过程中用人手16对机械臂5施力,从而修正扫除动作数据库17的动作信息。
以下,对扫除动作修正部20的功能进行说明。
当用人手16对配置于扫除机器人1上部的数据输入IF26(例如操作盘26A的电源按钮26a等)进行操作而接通电源时,扫除动作修正部20向控制参数管理部21发出指令以便在阻抗控制模式下进行动作。
接着,用人手16通过动作选择部29自扫除动作数据库17的扫除作业的一览中选择所希望的扫除作业,并进行扫除动作开始的指示。扫除动作修正部20基于自扫除动作数据库17中选择的作业ID的动作信息(具体而言为主体部19的位置及机械臂5的位置、姿势和时间)向控制参数管理部21发出指令以使主体部19及机械臂5在力混合阻抗控制模式下进行动作。
在处于力混合阻抗控制模式时,相对于扫除动作数据库17的相对动作ID的标志(表示有效性的标志)中的标志的位成为“1”的机械臂5的位置及姿势,分别由扫除动作修正部20设定为混合阻抗控制模式(在正在位置控制模式下进行动作时,根据自人等施加于机械臂5的力,使机械臂5工作的模式),吸引力或力的标志(表示有效性的标志)的位成为“1”的成分由扫除动作修正部20设定为力控制模式。位置及姿势的六个成分中的、既未被设定为混合阻抗控制模式也未被设定为力控制模式的成分,由扫除动作修正部20设定为阻抗控制模式。例如,当图4的作业ID为“1”时,表示进行吸引尘埃的扫除这种作业,由于作业ID为“1”时且动作ID为“1”时的标志仅有第一、二、十四位为“1”,因此,相对于x轴及y轴成分,由扫除动作修正部20设定为混合阻抗控制模式,并且,相对于z轴成分,由扫除动作修正部20设定为力控制模式,相对于姿势成分,由扫除动作修正部20设定为阻抗控制模式。当图4的作业ID为“2”时,表示进行擦抹扫除这种作业,由于作业ID为“2”时且动作ID为“1”的标志仅有第一、二、八位为“1”,因此,x轴及y轴成分由扫除动作修正部20设定为混合阻抗控制模式,z轴成分由扫除动作修正部20设定为力控制模式,姿势成分由扫除动作修正部20设定为阻抗控制模式。
控制参数管理部21自扫除动作修正部20接收指令。即,当自扫除动作修正部20向控制参数管理部21发出指令以便在力混合阻抗控制模式下进行扫除作业时,如图16A~图16C所示,在主体部19指令的位置扫除机器人1自行移动,与此同时机械臂5根据动作ID的位置、姿势和力,或根据动作ID的位置、姿势和吸引力开始扫除作业。
接着,人确认扫除面的污垢的状况等,如图12C所示,以想要使机械臂5再稍微向横向平行移动来进行扫除(吸引)的情况为例进行说明。
如图12C所示,用人手16直接把持机械臂5,沿与扫除面平行的方向对机械臂5施力以使其相对于扫除面平行移动。
根据由信息获取部100获取的用人手16施加于机械臂5的力和存储于扫除动作数据库17的信息,由修正动作类别确定部23按照图14的流程图所示的修正类别推定处理来推定并确定修正类别。在此,由于用人手16沿相对于扫除面呈水平的方向对机械臂5施力,以使机械臂5移动某阈值以上,因此,在步骤S14,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为“扫除面的位置移动”这种类别。
当处于表示图4的作业ID为“1”且动作ID为“1”这种作业的情况时,x轴成分及y轴成分可以根据力混合阻抗控制模式,在位置控制模式下使机械臂5移动,与此同时由力检测部53检测根据阻抗控制模式用人手16施加于机械臂5的力并使机械臂5朝用人手16对机械臂5施力的方向在x轴方向及y轴方向移动,从而如图12D所示修正扫除位置。
另外,在该例中,由于仅在x轴及y轴方向想要对动作进行修正,因此,在由修正动作类别确定部23确定修正类别的时机,根据修正动作类别确定部23将图6的修正参数标志的第零位、第一位设定为“1”,并且,将其他的位设定为“0”,并自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,从而可以设定为不能进行x轴及y轴之外的移动。并且,通过由修正动作类别确定部23变更阻抗控制模式时的机械阻抗设定值并自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,从而可以构成为使机械臂5的x轴方向及y轴方向的刚性比其他方向的刚性低,以便容易用人手16使机械臂5在x轴方向及y轴方向移动,并且提高x轴方向及y轴方向之外的方向的刚性,以便难以用人手16使机械臂5在x轴方向及y轴方向之外的方向移动。由此,当想要仅修正机械臂5的x轴成分及y轴成分时,可以防止误进行机械臂5的z轴成分的修正。另外,在机械臂5的x轴及y轴方向的修正过程中,也可以根据修正动作类别确定部23,将z轴成分的吸引强度或施加于扫除面的力,相比修正前的动作时,设为更弱或更小(具体而言为一半左右)。或者,也可以自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令以便停止吸引或力控制。具体而言,由修正动作类别确定部23将扫除动作数据库17的标志的第六~第十七位设定为“0”。由此,在沿x轴方向及y轴方向使机械臂5移动而进行修正时,可以防止因对机械臂5施力而导致损伤地板面10、或误吸入尘埃之外的异物。
如上述那样,当用人手16把持机械臂5,朝相对于扫除面呈水平的方向施力以使机械臂5沿x轴方向及y轴方向移动Δx量及Δy量时,Δx的值及Δy的值经由控制部22和控制参数管理部21发送到扫除动作修正部20。
在扫除动作修正部20,将自被选择的作业ID的动作信息的所有x坐标值减去Δx并自所有y坐标值减去Δy而修正后的动作信息,自扫除动作修正部20向控制参数管理部21发送。控制参数管理部21向控制部22发出指示,以使机械臂5在修正了Δx量及Δy量的坐标下进行动作。由此,被修正为图12D那样的动作。接着,将减去Δx及Δy量后的动作信息通过扫除动作存储部15存储到扫除动作数据库17中。
接着,如图32B所示,例如在对地板面10进行扫除过程中,当对放置于地板面10的沙发10S等的上表面10Sa进行扫除时,用人手16直接把持机械臂5,沿与扫除面垂直的方向对机械臂5施力以使其相对于扫除面沿垂直方向移动。
根据由信息获取部100分别获取的用人手16施加于机械臂5的力和扫除动作数据库17的信息,由修正动作类别确定部23按照图14的流程图所示的修正类别推定处理推定并确定修正类别。在此,由于用人手16对机械臂5沿与扫除面垂直的方向施力以使机械臂5移动某阈值以上,因此,在步骤S 19,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为“扫除面的垂直方向的移动”这种类别。
根据力混合阻抗控制模式,在位置控制模式下使机械臂5移动,与此同时,根据阻抗控制模式由力检测部53检测人手16的力并朝用人手16对机械臂5施力的方向使机械臂5在z轴方向移动,从而如图32C所示可以修正扫除位置。
另外,在该例中,由于仅在z轴方向想要对动作进行修正,因此,在由修正动作类别确定部23确定修正类别的时机,根据修正动作类别确定部23将图6的第二位设定为“1”,并且,将除此之外的位设定为“0”,并自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,从而可以设定为不能进行z轴方向之外的移动。并且,通过由修正动作类别确定部23变更阻抗控制模式时的机械阻抗设定值并自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,从而可以构成为使z轴方向的刚性比其他方向的刚性低,以便容易用人手16使机械臂5沿z轴方向移动,并且提高z轴方向之外的刚性,以便难以用人手16使机械臂5沿z轴方向之外的方向移动。
另外,在对机械臂5的z轴方向的动作进行修正时,也可以根据修正动作类别确定部23,将z轴成分的吸引强度或施加于扫除面的力,相比修正前的动作时,设为更弱或更小(具体而言为一半左右)。或者,也可以自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令以便停止吸引或力控制。具体而言,由修正动作类别确定部23将扫除动作数据库17的标志的第六~第十七位设定为“0”。由此,在正在沿z轴方向使机械臂5移动时,可以防止因对机械臂5施力来进行吸引而导致损伤地板面10、或误吸入尘埃之外的异物。
如上述那样,当用人手16把持机械臂5,向与扫除面垂直的方向施力以使机械臂5沿z轴方向移动Δz量时,Δz的值经由控制部22和控制参数管理部21发送到扫除动作修正部20。
在扫除动作修正部20,将自被选择的作业ID的动作信息的所有z坐标值减去Δz而修正后的动作信息,自扫除动作修正部20向控制参数管理部21发送。控制参数管理部21向控制部22发出指示以使机械臂5在修正了Δz量的坐标下进行动作。由此,被修正为图32C那样的动作。接着,将减去Δz量的动作信息通过扫除动作存储部15存储到扫除动作数据库17中。
如图30B所示,例如当不顺着草席T的纹理Tm进行扫除时,若要变更扫除部8、18的长度方向以便沿着草席T的纹理Tm进行扫除,如图30C所示,用人手16直接把持机械臂5,使机械臂5向想要变更扫除部8、18的长度方向的方向移动。
根据由信息获取部100分别获取的用人手16施加于机械臂5的力和扫除动作数据库17的信息,由修正动作类别确定部23按照图14的流程图所示的修正类别推定处理推定并确定修正类别。在此,由于用人手16对机械臂5施力以使其朝想要变更扫除部8、18的长度方向的方向移动,因此,在步骤S9,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为“方向(姿势)的变更”这种类别。
根据力混合阻抗控制模式,在位置控制模式下使机械臂5移动,与此同时,根据阻抗控制模式由力检测部53检测用人手16施加于机械臂5的力并朝用人手16对机械臂5施力的方向使机械臂5沿φ轴方向旋转,从而如图30D所示可以修正扫除方向。
另外,在该例中,由于仅在φ轴方向想要对动作进行修正,因此,在由修正动作类别确定部23确定修正类别的时机,根据修正动作类别确定部23,将图6的修正参数标志的第三位设定为“1”,并且,将除此之外的位设定为“0”,并自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令。由此,可以由修正动作类别确定部23设定为不能进行φ轴方向之外的移动。并且,通过由修正动作类别确定部23变更阻抗控制模式时的机械阻抗设定值并自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,从而可以构成为使φ轴方向的刚性比其他方向的刚性低,以便容易用人手16使机械臂5沿φ轴方向移动,并且提高φ轴方向之外的刚性,以便难以用人手16使机械臂5沿φ轴方向之外的方向移动。
另外,在机械臂5的φ轴方向的修正过程中,可以根据修正动作类别确定部23,将z轴成分的吸引强度或施加于扫除面的力,相比修正前的动作时,设为更弱或更小(具体而言为一半左右)。或者,也可以自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令以便停止吸引或力控制。具体而言,通过修正动作类别确定部23将扫除动作数据库17的标志的第六~第十七位设定为“0”。由此,在正在沿φ轴方向使其移动时,可以防止因对机械臂5施力而导致损伤地板面10、或误吸引尘埃之外的异物。
如上述那样,当用人手16把持机械臂5,向与扫除面垂直的方向施力以使机械臂5沿φ轴方向旋转Δφ量时,Δφ的值经由控制部22和控制参数管理部21发送到扫除动作修正部20。
在扫除动作修正部20,将自被选择的作业ID的动作信息的所有φ坐标值减去Δφ而修正后的动作信息,自扫除动作修正部20向控制参数管理部21发送。控制参数管理部21向控制部22发出指示以使机械臂5在修正了Δφ量的坐标下进行动作。由此,被修正为图12E那样的动作。接着,将减去Δφ量后的动作信息通过扫除动作存储部15存储到扫除动作数据库17。
根据以上所述,在根据扫除动作数据库17的位置、姿势和时间在力混合阻抗控制模式下进行动作的状态下,通过用人手16对机械臂5施力,由此,扫除动作修正部20可以按照方向对所生成的位置进行修正。
接着,如图27B所示,当变更相对于擦抹扫除时的扫除面的力时,用人手16直接把持机械臂5,相对于扫除面沿垂直方向对机械臂5施力。
根据由信息获取部100分别获取的用人手16施加于机械臂5的力和扫除动作数据库17的信息,由修正动作类别确定部23按照图14的流程图所示的修正类别推定处理推定并确定修正类别。在此,用人手16沿与扫除面垂直的方向对机械臂5施力,因未使机械臂5移动某阈值以上,故在步骤S17,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为“力的修正”这种类别。
在由修正动作类别确定部23将修正类别确定为“力的修正”的时机,自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,以便自力混合阻抗控制模式在高刚性位置控制模式进行动作。当自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令时,在高刚性位置控制模式下,可以通过修正动作类别确定部23按照方向来设定位置控制时的高刚性,因此,例如图4的扫除动作数据库17的作业ID“2”且动作ID“1”的动作标志的0、1、8位被设定为“1”,从而z轴方向在力控制模式下进行动作而其他方向在混合阻抗控制模式下进行动作,故自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,以便仅使z轴方向在高刚性位置控制模式下进行动作,而使其他方向在混合阻抗控制模式下进行动作。
接着,如图27B所示,在机械臂5进行擦抹扫除的过程中,在机械臂5正在污垢严重的部分进行动作时,当用人手16直接把持机械臂5而想要对扫除面用力进行擦抹扫除时,用人手16朝向扫除面对机械臂5(例如机械臂5的拖布18)向下方施力。在高刚性位置控制模式下,通过将扫除时的混合阻抗控制模式中的、按照方向被设定的位置控制模式进一步设为高刚性的模式,且增大在位置误差补偿部56的增益(具体而言为扫除时的位置控制模式的两倍左右)来实现,当用人手16对机械臂5施力时,机械臂5不会容易地移动,并可以由力检测部53检测用人手16施加于机械臂5的力。将由控制部22的力检测部53检测到的力告知扫除动作修正部20。通过将告知扫除动作修正部20的力利用扫除动作存储部15存储到扫除动作数据库17中,从而可以修正动作以便仅对弄脏的部分用力进行擦抹扫除。当人想要结束修正时,把持机械臂5停止对机械臂5施力。当用人手16未对机械臂5施力时,根据图14的步骤S2,由于力的所有成分为阈值以下,因此,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为“无修正”(图14的步骤S20)。扫除动作修正部20接收“无修正”的信息并自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,以便自高刚性位置控制模式在混合阻抗控制模式下进行控制。由此,根据修正后的扫除动作数据库17进行扫除。
根据以上所述,在根据扫除动作数据库17的力的信息在混合阻抗控制模式下进行动作的状态下,通过用人手16施力,扫除动作修正部20可以能够进行修正以便利用被修正的力进行扫除。
接着,如图28C所示,当变更相对于扫除面的吸引力时,用人手16直接把持机械臂5,相对于扫除面沿垂直方向对机械臂5施力。
根据由信息获取部100分别获取的用人手16施加于机械臂5的力和扫除动作数据库17的信息,由修正动作类别确定部23按照图14的流程图所示的修正类别推定处理推定并确定修正类别。在此,用人手16沿与扫除面垂直的方向对机械臂5施力,因未使机械臂5移动某阈值以上,因此,在步骤S18,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为“吸引力的修正”这种类别。
在由修正动作类别确定部23将修正类别确定为“吸引力的修正”的时机,自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,以便自力混合阻抗控制模式在高刚性位置控制模式下进行动作。当自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令时,在高刚性位置控制模式下,可以通过修正动作类别确定部23按照方向来设定位置控制时的高刚性,因此,例如图4的扫除动作数据库17的作业ID“1”且动作ID“1”的动作标志的0、1、14位被设定为“1”,所以,z轴方向在吸引控制模式下进行动作而其他方向在混合阻抗控制模式进行动作,故自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,以便仅使z轴方向在高刚性位置控制模式下进行动作,而使其他方向在混合阻抗控制模式下进行动作。
接着,如图28B所示,在机械臂5进行吸引扫除的过程中,在机械臂5正在污垢严重的部分进行动作时,当用人手16直接把持机械臂5而想要对扫除面用力进行吸引时,用人手16朝向扫除面对机械臂5(例如机械臂5的拖布18)向下方施力。在高刚性位置控制模式下,通过将通常的位置控制模式进一步设为高刚性的模式,且增大在位置误差补偿部56的增益来实现,当用人手16对机械臂5施力时,不会使机械臂5容易地移动,并可以用力检测部53检测用人手16施加于机械臂5的力。将由控制部22的力检测部53检测到力经由控制参数管理部21告知扫除动作修正部20,扫除动作修正部20使用存储于扫除动作数据库17(或扫除动作修正部20的存储部)内的图19所示的转换表,将扫除动作数据库17的z轴方向的吸引力,自力转换为吸引力。例如,当人施加于机械臂5的力为4.5[N]时,根据转换表,由于与力为4~5[N]相对应地转换为吸引力“4”,因此,通过扫除动作存储部15将吸引力“4”存储到扫除动作数据库17,从而可以对动作进行修正以便仅对弄脏的部分用力进行吸引来进行扫除。当人想要结束修正时,用人手16把持机械臂5对机械臂5施力以使其停止即可。即,当用人手16未对机械臂5施力时,根据图14的步骤S2,由于力的所有成分成为阈值以下,因此,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为“无修正”(图14的步骤S20)。扫除动作修正部20作为修正类别而接收到确定为“无修正”这种信息,并向控制参数管理部21发出指令以便自高刚性位置控制模式在混合阻抗控制模式下进行控制。由此,根据修正后的扫除动作数据库17进行扫除。
根据以上所述,在根据扫除动作数据库17的吸引力在混合阻抗控制模式下进行动作的状态下,通过用人手16对机械臂5施力,扫除动作修正部20可以进行修正以便利用被修正的吸引力进行扫除。
接着,如图29D所示,当变更扫除的速度时,用人手16直接把持机械臂5,当想要加速时,沿与扫除的行进方向相同的方向用人手16对机械臂5施力,当想要减速时,沿与扫除的行进方向相反的方向用人手16对机械臂5施力。此时,虽然也可以改变机械臂5的卡爪位置的速度,但为了防止位置移动某阈值以上,用人手16对机械臂5施力。
根据由信息获取部100分别获取的用人手16施加于机械臂5的力和扫除动作数据库17的信息,由修正动作类别确定部23按照图14的流程图所示的修正类别推定处理推定并确定修正类别。在此,用人手16沿相对于扫除面呈水平的方向对机械臂5施力,因未使机械臂5移动某阈值以上,故根据图14的步骤S15,作为修正类别,由修正动作类别确定部23确定为相对于扫除面呈水平的方向的“速度”这种类别。
根据混合阻抗控制模式,在位置控制模式下使机械臂5移动,与此同时,根据阻抗控制模式由力检测部53检测用人手16施加于机械臂5的力并朝用人手16对机械臂5施力的方向使机械臂5在x轴方向及y轴方向移动。若将从在扫除动作数据库17例如由作业ID和动作ID所示的机械臂5的位置(x1、y2、z1)移动至下一动作ID的机械臂5的位置(x2、y2、z2)所需的时间设为t1,在用人手16的力变更机械臂5的速度时(参照图29C),即从位置(x1、y2、z1)移动至位置(x2、y2、z2)所需的时间自t1被变更为t2时,时间t2的值经由控制部22和控制参数管理部21被发送到扫除动作修正部20。在扫除动作修正部20,关于被选择的作业ID的动作信息,自t1这一时间变更为t2这一时间,并自扫除动作修正部20向控制参数管理部21发送。在控制参数管理部21,自控制参数管理部21向控制部22发出指示以便按照修正后的时间即t2进行动作。由此,被修正为如图29D所示的动作。接着,将时间t2通过扫除动作存储部15存储到扫除动作数据库17中。
根据以上所述,在根据扫除动作数据库17的位置、姿势和时间的信息在力混合阻抗控制模式下进行动作的状态下,通过用人手16对机械臂5施力,扫除动作修正部20可以修正机械臂5的动作速度。
如图31所示,以如下情况为例进行说明,即使用机械臂5对扫除机器人1设定不想进行扫除的区域RB。
当用人手16通过配置于扫除机器人1上部的数据输入IF26(例如操作盘26A的电源按钮26a等)而接通电源时,扫除动作修正部20向控制参数管理部21发出指令以便在阻抗控制模式进行动作。在未通过动作选择部29选择作业的状态下,如图31所示,用人16A的手16直接把持机械臂5(扫除部8、18),以相对于扫除面平行移动的方式使机械臂5移动,并沿着不想进行扫除的区域RB的轮廓使机械臂5移动。图20A是从上方看扫除面的图,若将不想进行扫除的区域RB设为斜线所示的区域,则用人手16移动机械臂5,如箭头所示,使机械臂5沿着不想进行扫除的区域RB的轮廓移动。此时,在安装于机械臂5的卡爪(手部30)的作为扫除部的一例的吸嘴8的上表面的中央前端,被赋予标识63(参照图31、图20A及图20B),使标识63朝向不想进行扫除的方向移动。
根据修正动作类别确定部23执行图14所示的修正类别推定处理而判定为未根据扫除动作数据库17进行动作(步骤S2,S3,S6),进而用人手16施加于机械臂5的力相对于扫除面呈水平且某一定时间内的水平方向的移动量为某阈值以上时,在步骤S8,作为修正类别而确定为“不想进行扫除的区域”这种类别。
根据阻抗控制模式,由力检测部53检测用人手16施加于机械臂5的力并朝用人手16对机械臂5施力的方向使机械臂5在x轴方向及y轴方向移动,如图20A所示,若按照位置(x1、y1)、位置(x2、y2)、位置(x3、y3)、位置(x4、y4)的顺序使机械臂5的吸嘴8移动,则这些位置信息经由控制部22和控制参数管理部21被发送到扫除动作修正部20。扫除动作修正部20接收该指令,并将这些位置信息作为不可扫除区域RB的信息通过扫除动作存储部15存储到不可扫除区域数据库28。这四个位置为不可扫除区域RB的顶点信息,在该情况下例如可以获取人以某一定间隔使机械臂5移动的机械臂5的卡爪位置,将获取的卡爪位置的坐标相连而生成区域,并将该区域作为不可扫除区域RB。在修正类别确定方法设定部27追加确定设为哪种形状的区域这种功能,例如当被设定为“矩形”时,若以接近90度的角度改变移动方向,则将该位置作为顶点信息而存储,当被设定为“随机”时,可以获取人以某一定间隔使机械臂5移动的机械臂5的卡爪位置,将获取的卡爪位置的坐标相连而生成区域,并将该区域作为不可扫除区域RB。
另外,在该例中,由于仅在x轴及y轴方向想要对机械臂5的动作进行修正,因此,在由修正动作类别确定部23确定修正类别的时机,将图6的修正参数标志的第零位、第一位设定为“1”,并且将其他位设定为“0”,并自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,从而可以设定为使机械臂5不能向x轴方向及y轴方向之外的轴向移动。并且,通过变更阻抗控制模式时的机械阻抗设定值并自修正动作类别确定部23向控制参数管理部21发出指令,从而可以构成为降低x轴方向及y轴方向的刚性,以便容易用人手16使机械臂5在x轴方向及y轴方向移动,并且提高x轴方向及y轴方向之外的轴向的刚性,以便难以用人手16使机械臂5在x轴方向及y轴方向之外的方向移动。
根据以上所述,扫除动作修正部20可以通过用人手16施力来设定不想进行扫除的区域。
如图21所示,在显示部14中,将显示部14的画面左右分割为两画面14a、14b来进行显示,由扫除动作数据库17记载的机械臂5的动作,以视频、图片或文本显示在左侧的画面14a中。并且,以视频、图片或文本将由修正动作类别确定部23推定的修正类别的信息显示在右侧的画面14b中。在该图21的示例中,当用人手16沿垂直于扫除面的方向对机械臂5施力,以便进行对力的施加状况进行修正那样的动作时,在修正动作类别确定部23作为修正类别而确定为“力的修正”这种类别的时机,在右侧画面14b中显示正进行力的修正的视频和当前的力的强弱。
另外,在该例中,虽然设为视频、图片或文本,但也可以是说明动作的语音等。
对以上的扫除动作修正部20、修正动作类别确定部23、动作选择部29、扫除动作存储部15、扫除动作数据库20和控制参数管理部21的动作步骤(即,在自开始驱动扫除机器人1起至开始扫除作业这一期间进行的扫除作业及扫除动作的设定处理),基于图24的流程图进行说明。
用人手16对数据输入IF26进行操作以便将扫除机器人1的电源接通(步骤S121)。
接着,扫除动作修正部20向控制参数管理部21发出指令以便在阻抗控制模式下进行控制(步骤S122)。
接着,由修正动作类别确定部23判定是否进行不可扫除区域RB的修正(步骤S130)。当由修正动作类别确定部23判定为进行不可扫除区域RB的修正时,在扫除动作修正部20进行修正(步骤S133),并将该修正信息通过扫除动作存储部15存储到扫除动作数据库17中(步骤S134)。此后,进入步骤S123。
当在步骤S130由修正动作类别确定部23判定为不进行不可扫除区域RB的修正时,或者在执行步骤S134后,人通过动作选择部29自显示于显示部14的扫除作业的一览经由数据输入IF26选择一个扫除作业,并将被选择的当前的扫除作业设定成扫除动作数据库17的进展信息(步骤S123)。
接着,扫除动作修正部20向控制参数管理部21发出指令以便在力混合阻抗控制模式下进行动作,用人手16将机械臂5引导至地板面10等的扫除面,通过数据输入IF26(例如扫除开关26c的起动按钮)进行扫除作业开始的指令(步骤S124)。
接着,当人朝想要修正的方向施力时,由修正动作类别确定部23推定并确定修正动作的类别(步骤S125)。
接着,当在步骤S125作为修正类别由修正动作类别确定部23确定为施加于扫除面的力或吸引力这种类别时,自扫除动作修正部20向控制参数管理部21发出指令,以便相对于垂直于扫除面的方向以高刚性位置控制模式进行动作(步骤S126、S127)。
接着,通过用人手16把持机械臂5并朝想要修正的方向用人手16对机械臂5施力,扫除动作修正部20对动作信息进行修正(步骤S128)。
另一方面,在步骤S125,当作为修正类别而确定为施加于扫除面的力或吸引力这种类别之外时,控制模式在力阻抗控制模式下不变更,用人手16朝想要进行修正的方向对机械臂5施力,由此,扫除动作修正部20对动作信息进行修正(步骤S126、S128)。
接着,在步骤S128被修正的扫除动作信息通过扫除动作存储部15存储到扫除动作数据库17中,并结束一系列的扫除作业及扫除动作的设定处理(步骤S129)。
另一方面,当在步骤S125由修正动作类别确定部23作为修正类别而确定为“无修正”时,结束一系列的扫除作业及扫除动作的设定处理(步骤S126、S131)。
扫除作业及扫除动作的设定处理结束后,基于被设定的扫除作业及扫除动作,由扫除机器人1进行扫除。
根据以上的动作步骤S121~步骤S131、步骤S132、步骤S133及步骤S51~步骤S62,在以力混合阻抗控制进行动作过程中,以混合阻抗控制模式或高刚性位置控制模式对扫除动作进行修正,从而实现基于机械臂5的扫除作业。
另外,根据修正动作类别确定部23,不使用按钮等,仅通过用人手16对机械臂5施力即可自动切换多个扫除动作并进行修正。
并且,根据修正动作类别确定部27,习惯或熟练于机械臂5的操作的人通过一次修正即可同时进行两种修正,反之,不习惯于操作的人一次进行一种修正。
另外,由于具有控制参数管理部21和控制部22,根据修正动作的类别适当设定机械臂5的机械阻抗值,从而可以根据机械臂5的修正方向变更机械阻抗值来进行控制、或使修正中的吸引力或力减弱或停止,因此,在扫除动作的修正过程中,可以防止损伤地板面10、或误吸入尘埃之外的异物。
另外,在上述实施方式中,扫除动作修正部20根据由信息获取部100分别获取的用人手16施加于机械臂5的力和扫除动作数据库17的信息,由修正动作类别确定部23推定修正类别,之后立刻进行扫除动作的修正,但为了防止用人手16误对机械臂5施力而导致选择人未打算的修正类别,也可以在由修正动作类别确定部23进行推定后,在某一定时间后开始修正。此时,在开始修正之前,可以进行多次操作直至选择操作者已打算的修正类别。
另外,在上述实施方式中,动作选择部29、动作存储部15、扫除动作修正部20、修正动作类别确定部23、修正类别确定方法设定部27、控制参数管理部21和控制部22等全部或他们中的任意一部分,其自身可以由软件构成。因此,例如,作为具有构成本说明书的上述实施方式的控制动作的步骤的计算机程序,使其以能够读取的方式存储于存储装置(硬盘等)等记录介质,通过将该计算机程序读入计算机的临时存储装置(半导体存储器等)并使用CPU执行该计算机程序,从而可以执行上述各步骤。
并且,通过适当组合上述各种实施方式及变形例中的任意的实施方式或任意的变形例,可以获取各实施方式及变形例所具有的效果。
工业实用性
本发明作为家庭用机器人等人与机器人协调地进行作业时进行吸尘器的机械臂的动作控制的吸尘器的控制装置及控制方法、吸尘器、吸尘器的控制程序及集成电子电路是有用的。另外,并不限于家庭用机器人,作为产业用机器人或生产设备等中的具有活动机构的吸尘器的控制装置及控制方法、吸尘器、吸尘器的控制程序及集成电子电路也是适用的。
虽然参照附图并与优选实施方式相关联地充分记载了本发明,但很明显对于本领域技术人员而言可以进行各种变形或修正。这些变形或修正只要不脱离本发明的权利要求保护的范围,应理解为包含在本发明中。
Claims (19)
1.一种吸尘器的控制装置,该吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪并与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制装置驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制装置的特征在于,具有:
力检测机构,其检测作用于所述机械臂的人的力;
信息获取部,其分别获取所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由所述力检测机构检测到的作用于所述机械臂的所述人的力相关的信息;
修正动作类别确定机构,其根据所述信息获取部分别获取的与所述扫除动作相关的信息和与所述人的力相关的信息,确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别;
扫除动作修正机构,其在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置以修正所述扫除动作。
2.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
所述修正动作类别确定机构确定多个对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别,
所述扫除动作修正机构在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的所述多个类别,驱动控制所述驱动装置,并基于所述多个类别的修正动作对所述扫除动作进行修正。
3.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
与所述扫除动作相关的信息包括下述信息中的至少一个信息,所述信息为:与所述机械臂进行的所述扫除作业对应的所述扫除部的所述扫除位置的信息、自所述扫除部施加于所述扫除面的力信息、与所述扫除部的扫除方向相关的信息、与所述扫除部的吸引力强度相关的信息、所述扫除部的速度信息、与未进行扫除的区域相关的信息即不可扫除区域信息。
4.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
与所述扫除动作相关的信息至少具有与所述机械臂进行的所述扫除作业对应的自所述扫除部施加于所述扫除面的力信息和与所述扫除部的吸引力强度相关的信息,
所述扫除动作修正机构基于与所述扫除动作相关的信息,在按照所述机械臂能够移动的xyz轴方向的各轴,设定使预先设定的力自所述机械臂作用于所述扫除面而进行所述扫除动作的力控制模式,从而通过所述机械臂进行所述扫除动作时,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力,在与修正动作前的所述扫除动作中的所述机械臂的刚性相比提高所述机械臂的刚性那样的、控制所述机械臂的位置的位置控制下,修正与修正动作前的所述扫除动作相关的信息中的所述被设定的力的大小或方向。
5.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
与所述扫除动作相关的信息具有与所述机械臂进行的所述扫除作业对应的所述扫除部的所述扫除位置的信息、与所述扫除部的扫除方向相关的信息、所述扫除部的速度信息、与未进行扫除的区域相关的信息即不可扫除区域信息,
所述扫除动作修正机构基于与所述扫除动作相关的信息,在以控制所述机械臂的位置的位置控制模式进行动作时,并在按照所述机械臂能够移动的xyz轴方向的各轴,设定根据相对于停止驱动的所述机械臂自所述人施加于所述机械臂的力使所述机械臂工作的阻抗控制模式而使所述扫除作业动作时,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力,驱动控制所述驱动装置,以便对与所述阻抗控制下的所述扫除动作相关的信息的所述扫除动作进行修正。
6.如权利要求1~5中任一项所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,还具有:
控制参数管理机构,其基于由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,设定所述机械臂的机械阻抗设定值;
阻抗控制机构,其将所述机械臂的所述机械阻抗的值控制在所述控制参数管理机构所设定的所述机械阻抗设定值。
7.如权利要求6所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
所述阻抗控制机构基于所述修正动作的类别,分别独立设定所述机械臂的所述卡爪的平移方向及旋转方向的六轴方向的机械阻抗设定值,
并且,作为由所述修正动作类别确定部确定的所述修正动作的类别,当对所述卡爪的所述扫除部的扫除方向进行修正时,控制参数管理机构设定所述机械阻抗设定值,以使所述扫除方向上的刚性比与所述扫除方向不同的方向上的刚性高。
8.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在与所述扫除面平行的方向上的移动量进行检测,并且,
当与所述扫除面垂直的方向上的力成分为第一阈值以下、与所述扫除面平行的方向上的力成分为第二阈值以上、且由所述修正动作类别确定机构检测到的所述机械臂的所述卡爪的位置在与所述扫除面平行的方向上的移动量为第三阈值以上时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为扫除面的位置移动这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便在与所述扫除面平行的方向上修正所述机械臂的所述卡爪的位置。
9.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量进行检测,并且,
当与所述扫除面垂直的方向上的力成分为第一阈值以上、且由所述修正动作类别确定机构检测到的所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量比第四阈值大时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为扫除面垂直方向的位置移动这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便在垂直于所述扫除面的方向上修正所述机械臂的所述卡爪的位置。
10.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量进行检测,并且,
当与所述扫除面垂直的方向上的力成分为第一阈值以上、由所述修正动作类别确定机构检测到的所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量为第四阈值以下、且所述扫除作业为擦抹扫除时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为力的施加状况的修正这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便修正所述机械臂朝向垂直于所述扫除面的方向施加的力。
11.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量进行检测,并且,
当与所述扫除面垂直的方向上的力成分为第一阈值以上、由所述修正动作类别确定机构检测到的所述机械臂的所述卡爪的位置在垂直于所述扫除面的方向上的移动量为第四阈值以下、且所述扫除作业为吸引扫除时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为吸引力的修正这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便修正朝向垂直于所述扫除面的方向的所述吸引力。
12.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在与所述扫除面平行的方向上的移动量进行检测,并且,
当与所述扫除面垂直的方向上的力成分不到第一阈值、与所述扫除面平行的方向上的力成分为第二阈值以上、且由所述修正动作类别确定机构检测到的所述机械臂的所述卡爪的位置在平行于所述扫除面的方向上的移动量不到第三阈值时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为速度的修正这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便在与所述扫除面平行的方向上修正所述机械臂的所述卡爪的位置的速度。
13.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
所述修正动作类别确定机构基于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的施加于所述机械臂的所述人的力,测量施加于所述机械臂的力的位移量,并基于测量结果对位置成分和姿势成分的位移量进行比较,当所述姿势的位移量比所述位置成分的位移量大时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为姿势的修正这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,以便修正所述机械臂的所述卡爪的姿势。
14.如权利要求1所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
所述修正动作类别确定机构对所述机械臂的所述卡爪的位置在与所述扫除面平行的方向上的移动量进行检测,并且,
当由所述人手施加于所述机械臂的力与所述扫除面平行、且由所述修正动作类别确定机构检测到的某一定时间内的与所述扫除面平行的方向上的移动量为阈值以上时,作为所述修正动作的类别,所述修正动作类别确定机构确定为不可扫除区域的设定这种类别,
进而,所述扫除动作修正机构对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,使所述机械臂的所述卡爪的位置移动,从而设定所述不可扫除区域。
15.如权利要求1~5、8~14中任一项所述的吸尘器的控制装置,其特征在于,
还具有显示机构,该显示机构基于由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,显示与所述修正动作的类别相关的信息。
16.一种吸尘器的控制方法,该吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪并与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制方法驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制方法的特征在于,
利用力检测机构检测作用于所述机械臂的人的力;
使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由所述力检测机构检测且由信息获取部获取的作用于所述机械臂的所述人的力相关的信息,利用修正动作类别确定机构来确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别;
在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,并利用扫除动作修正机构修正所述扫除动作。
17.一种吸尘器,具有:
所述机械臂;以及
利用所述驱动装置驱动控制所述机械臂的权利要求1~5、8~15中任一项所述的吸尘器的控制装置。
18.一种吸尘器的控制程序,所述吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪且与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制程序驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制程序的特征在于,其用于使计算机执行如下步骤:
使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由力检测机构检测且由信息获取部获取的作用于所述机械臂的人的力相关的信息,利用修正动作类别确定机构来确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别的步骤;
在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的作用于所述机械臂的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置,并利用扫除动作修正机构修正所述扫除动作的扫除动作修正步骤。
19.一种吸尘器的控制用集成电子电路,所述吸尘器具有:移动体、基端与所述移动体连结的机械臂、安装于所述机械臂前端的卡爪并与扫除面接触的扫除部、以及驱动所述移动体、所述机械臂和所述扫除部的驱动装置,通过所述控制用集成电子电路驱动控制所述吸尘器的所述驱动装置而在家庭内进行扫除作业,所述吸尘器的控制用集成电子电路的特征在于,具有:
修正动作类别确定机构,其使用所述扫除作业中的包含所述扫除部的吸引力及所述扫除部的扫除位置的与扫除动作相关的信息和与由力检测机构检测且由信息获取部获取的作用于所述机械臂的人的力相关的信息,确定对所述扫除动作进行修正的修正动作的类别;以及
扫除动作修正机构,其在所述机械臂的所述扫除作业过程中,对应于由所述力检测机构检测且由所述信息获取部获取的作用于所述机械臂的所述人的力和由所述修正动作类别确定机构确定的所述修正动作的类别,驱动控制所述驱动装置以修正所述扫除动作。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110504 |