CN113226663A - 控制装置、控制方法和程序 - Google Patents

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CN113226663A CN201980086509.3A CN201980086509A CN113226663A CN 113226663 A CN113226663 A CN 113226663A CN 201980086509 A CN201980086509 A CN 201980086509A CN 113226663 A CN113226663 A CN 113226663A
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Abstract

控制装置被设置有：插值方向导出部，用于导出在从起点经由经由点到达终点的路径中移动的机器元件在经由点处的插值方向；最佳方向导出部，其导出机器元件在经由点处的最佳姿势；以及姿势导出部，其使用插值姿势和最佳姿势作为基础，以导出机器元件在经由点处被控制的方向。

Description

控制装置、控制方法和程序
技术领域
本公开内容涉及控制装置、控制方法和程序。
背景技术
通常，对于设置在机器人装置(在下文中，也称为机器元件)中的机械手等，基于指示该机械手等的位置和姿势的运动轨迹来控制操作。
为了适当地控制这种机器元件的操作，重要的是适当地确定机器元件在连接运动的起点和终点的运动轨迹中的位置和姿势。然而，当规划运动轨迹时，同时搜索机器元件的位置和姿势不是优选的，因为搜索的自由度很高(总共六个自由度)并且搜索花费时间。
因此，首先考虑在运动轨迹上确定经由点，并且搜索机器元件在经由点处的位置(三个自由度)，然后基于已经搜索出的机器元件的位置来搜索机器元件的姿势(三个自由度)。
例如，下面的专利文献1描述了以下方法：预先存储姿势数据表，在该姿势数据表中，关于机械手的轨迹的位置数据和机械手的姿势数据相互关联，并且基于机械手的位置数据来确定机械手的姿势。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]
日本专利特开平10-315169
发明内容
[技术问题]
然而，在基于机器元件在经由点处的位置来确定机器元件的姿势的情况下，考虑到机器元件的机械特性，所确定的机器元件的姿势可能不是合适的姿势。因此，需要能够更适当地导出机器元件在运动轨迹的起点与终点之间存在的经由点处的姿势的控制装置、控制方法和程序。
问题的解决方案
根据本公开，提供了控制装置，该控制装置包括：插值姿势导出部，其导出在从起点经由经由点到达终点的轨迹中移动的机器元件在经由点处的插值姿势；最佳姿势导出部，其导出机器元件在经由点处的最佳姿势；以及姿势导出部，其基于插值姿势和最佳姿势，导出机器元件在经由点处被控制成的姿势。
此外，根据本公开，提供了计算装置的控制方法，该控制方法包括：导出在从起点经由经由点到达终点的轨迹中移动的机器元件在经由点处的插值姿势；导出机器元件在经由点处的最佳姿势；以及基于插值姿势和最佳姿势，导出机器元件在经由点处被控制成的姿势。
另外，根据本公开，提供了程序，该程序使计算机用作：插值姿势导出部，其导出在从起点经由经由点到达终点的轨迹中移动的机器元件在经由点处的插值姿势；最佳姿势导出部，用于导出机器元件在经由点处的最佳姿势；以及姿势导出部，其基于插值姿势和最佳姿势，导出机器元件在经由点处被控制成的姿势。
附图说明
[图1A]图1A是示出机器元件在起点处的位置和姿势的示例的示意图。
[图1B]图1B是示出机器元件在终点处的位置和姿势的示例的示意图。
[图2A]图2A是示出机器元件在经由点处的位置和姿势的示例的示意图。
[图2B]图2B是示出机器元件在经由点处的位置和姿势的另一示例的示意图。
[图3]图3是示出根据本公开的实施方式的控制装置的功能配置的框图。
[图4]图4是示出当导出机器元件的姿势时控制装置的操作示例的流程图。
[图5]图5是示出通过四元数进行的球面线性插值的说明图。
[图6]图6是示出起点与经由点之间的欧几里得距离(Euclidean distance)以及经由点与终点之间的欧几里得距离的说明图。
[图7]图7是示出了使用四元数球面线性校正来导出机器元件在经由点处的插值姿势的说明图。
[图8]图8是示出通过起点、经由点和终点的二次贝塞尔曲线(Bezier curve)的说明图。
[图9]图9是用于说明考虑了机器元件的机构而导出的机器元件在经由点处的最佳姿势的说明图。
[图10A]图10A是示出控制插值姿势与最佳姿势之间的内部划分比率的函数的示例的图。
[图10B]图10B是示出控制插值姿势与最佳姿势之间的内部划分比率的函数的另一示例的图。
[图10C]图10C是示出控制插值姿势与最佳姿势之间的内部划分比率的函数的另一示例的曲线图。
[图11]图11是示出根据本公开的实施方式的控制装置的硬件配置的示例的框图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本公开内容的优选实施方式。顺便提及，在本说明书和附图中，具有基本相同的功能配置的部件由相同的符号表示，以省略重复的描述在本说明书和附图中，具有基本上相同的功能配置的部件由相同的附图标记表示，以省略重复的描述。
注意，按如下顺序给出描述。
1.与本公开相关的技术的概述
2.控制装置的配置示例
3.控制装置的操作示例
4.硬件配置示例
5.总结
<1.与本公开相关的技术的概述>
首先，将参照图1A至图2B描述根据本公开的技术的概述。
例如，考虑以下情况：诸如机器人装置10的机器人臂之类的机器元件200经由经由点Pv从起点Ps移动到终点Pe。具体地，将考虑以下情况：将机器人装置10操作为在图1A所示的从机器元件200的起点Ps处的位置和姿势到在图1B所示的机器元件200的终点Pe处的位置和姿势。注意，为了简化说明，如图1A和图1B所示，机器元件200在起点Ps和终点Pe处的姿势是相同的。
此时，例如，机器元件200在经由点Pv处的姿势可以从机器元件200在起点Ps和终点Pe处的姿势导出。具体地，可以通过将机器元件200在起点Ps和终点Pe处的姿势彼此相加来导出机器元件200在经由点Pv处的姿势。例如，机器元件200在图1A所示的起点Ps处的姿势与机器元件200在图1B所示的终点Pe处的姿势相同。因此，可以与机器元件200在起点Ps和终点Pe处的姿势相同地导出机器元件200在经由点Pv处的姿势。
然而，在通过这种方法导出机器元件200在经由点Pv处的姿势的情况下，取决于经由点Pv的位置，无法存在使机器元件200的姿势适当的解决方案，如图2A所示。此外，取决于经由点Pv的位置，机器元件200的姿势可能变得不自然或者效率低下。
另一方面，例如，机器元件200在经由点Pv处的姿势可以从机器元件200的机械特性导出，而无需考虑机器元件200在起点Ps处和终点Pe的姿势。具体地，可以导出机器元件200在经由点Pv处的姿势，使得在经由点Pv处施加到机器元件200的每个部分的扭矩小或者机器元件200的可操纵性高。
然而，在通过这种方法导出机器元件200在经由点Pv处的姿势的情况下，机器元件200的姿势可能与起点Ps或者终点Pe处的姿势相比显著改变，如图2B所示，并且机器元件200的操作效率可能降低。
因此，期望在考虑通过不同方法导出的多个姿势来导出机器元件200在经由点Pv处的姿势。鉴于以上情况考虑了根据本公开的技术。具体地，根据本公开的技术基于插值姿势和最佳姿势来导出机器元件200在经由点Pv处的姿势。
在此，插值姿势是通过在机器元件200在起点Ps处的姿势与机器元件200在终点Pe处的姿势之间进行插值而得到的姿势。另一方面，最佳姿势是基于机器元件200的机械特性导出的姿势。根据与本公开相关的技术，通过使用插值姿势和最佳姿势来导出机器元件200的姿势，可以更适当地控制机器元件200在经由点Pv处的姿势。
在下文中，将详细描述实现根据以上概述的本公开的技术的控制装置。
<2.控制装置的配置示例>
接下来，将参照图3描述根据本公开的实施方式的控制装置100的具体配置示例。图3是示出根据本实施方式的控制装置100的功能配置的框图。
如图3所示，控制装置100包括识别部110、轨迹生成部120、插值姿势导出部130、最佳姿势导出部140、姿势导出部150和控制部160。
例如，控制装置100基于由传感器单元210获取的信息，通过控制机器元件200的驱动单元220，来控制机器元件200的位置和姿势。控制装置100可以被设置在包括机器元件200的机器人装置10的内部，或者可以被设置在包括机器元件200的机器人装置10的外部。
在此，机器元件200表示设置在机器人装置10中的构件中的其位置和姿势可以通过机械机构控制的构件，例如，机器元件200可以是机器人装置10的机器人臂或者机器人臂的末端处的端部执行器，或者可以是机器人装置10的腿部或者腿部的末端处的地面接触部分。
传感器单元210包括用于获取关于机器人装置10周围的环境的信息的传感器以及用于获取关于机器人装置10本身的信息的传感器。例如，传感器单元210可以包括各种摄像装置(例如，RGB摄像装置、灰度摄像装置、立体摄像装置、深度摄像装置、红外摄像装置和ToF(飞行时间)摄像装置)作为用于获取机器人装置10周围的环境信息的传感器。传感器单元210可以包括各种测距传感器，例如，LIDAR(激光成像检测和振铃)传感器或者RADAR(无线电检测和振铃)传感器。例如，传感器单元210可以包括环境传感器，麦克风、照度计、温度计或者湿度计。此外，例如，传感器单元210可以包括编码器、电压表、电流表、应变计、压力计、IMU(惯性测量单元)等作为用于获取机器人装置10的自身机器信息的传感器。
然而，不言而喻，传感器单元210可以包括除了上述传感器之外的已知传感器，只要传感器单元210可以获取机器人装置10周围的环境信息或者机器人装置10的自身机器信息即可。
识别部110基于由传感器单元210获取的信息来识别机器人装置10周围的环境状态或者机器人装置10的自身机器状态。具体地，识别部110可以基于由传感器单元210获取的环境信息，通过障碍物识别、形状识别、物体识别、标记识别、字符识别、白线识别、车道识别或语音识别来识别机器人装置10周围的环境状态。此外，识别部110可以基于由传感器单元210获取的自身机器信息，通过执行位置识别、运动状态(速度、加速度、冲击(jerk)等)识别或者本体状态(剩余电力供给、温度、关节角度等)识别来识别机器人装置10的自身机器状态。
可以通过使用已知的识别技术来执行识别部110的上述任何识别操作。例如，识别部110的识别可以基于预定规则来执行，或者可以基于机器学习算法来执行。
轨迹生成部120基于识别部110的识别结果，生成用于操作机器人装置10的机器元件200的轨迹。具体地，首先，轨迹生成部120基于由识别部110识别的机器人装置10周围的环境状态和机器人装置10的自身机器状态来确定用于操作机器元件200的起点Ps和终点Pe。接下来，轨迹生成部120生成连接所确定的起点Ps和终点Pe的机器元件200的轨迹，并且确定机器元件200在轨迹上的位置以及机器元件200该位置上的姿势。控制装置100可以通过基于所生成的轨迹控制驱动单元220的驱动，来使机器元件200沿着所生成的轨迹移动。
此外，轨迹生成部120设置连接起点Ps和终点Pe的轨迹所经过的经由点Pv，并且在生成轨迹时确定机器元件200在经由点Pv处的位置。轨迹生成部120可以将经由点Pv设置为中间点以便于搜索轨迹，或者可以将经由点Pv设置为用于避开障碍物，或者可以根据来自用户的指令来设置经由点Pv。此外，轨迹生成部120可以在轨迹上设置多个经由点Pv。顺便提及，在由轨迹生成部120设置经由点Pv的情况下，轨迹生成部120可以通过使用已知的搜索算法设置机器元件200在经由点Pv处的位置。
在此，在本实施方式的控制装置100中，由后面描述的姿势导出部150导出机器元件200在经由点Pv处的姿势。具体地，基于由插值姿势导出部130导出的插值姿势以及由最佳姿势导出部140导出的最佳姿势，导出机器元件200在经由点Pv处的姿势。
据此，当控制装置100搜索从起点Ps到终点Pe的路线时，仅搜索机器元件200的位置就足够了，而不是搜索机器元件200在经由点Pv处的位置和姿势二者。因此，当使用搜索算法设置经由点Pv时，控制装置100可以减少搜索负荷和时间，因为以机器元件200的位置的三个自由度来进行搜索就足够了，而不是以机器元件200的位置和姿势的六个自由度来进行搜索。
插值姿势导出部130基于机器元件200在起点Ps处的姿势以及机器元件200在终点Pe处的姿势，导出经由点Pv处的插值姿势。
具体地，插值姿势导出部130可以通过对机器元件200在起点Ps处的姿势以及机器元件200在终点Pe处的姿势进行线性插值来导出在经由点Pv处的插值姿势。例如，插值姿势导出部130还可以通过使用从起点Ps到经由点Pv的距离与从终点Pe到经由点Pv的距离的比率，在起点Ps处的姿势与终点Pe处姿势之间进行线性插值，来导出经由点Pv处的插值姿势。即，插值姿势导出部130还可以导出机器元件200的从起点Ps到终点Pe的姿势转换的途中的一种姿势作为插值姿势。
稍后将描述的姿势导出部150使用经由点Pv处的插值姿势来导出机器元件200实际上在经由点Pv处被控制成的姿势。控制装置100使用插值姿势来导出机器元件200实际上被控制成的姿势，从而能够防止使得机器元件200在经由点Pv处的姿势同机器元件200在起点Ps或终点Pe处的姿势的较大变化。
最佳姿势导出部140基于机器元件200的机械特性来导出经由点Pv处的最佳姿势。具体地，最佳姿势导出部140可以基于以下中的至少一个来导出机器元件200在经由点Pv处最佳姿势：机器元件200的可操纵性、施加到机器元件200的扭矩或者机器元件200的奇点。例如，最佳姿势导出部140可以导出最佳姿势，使得机器元件200的可操纵性较高，或者可以导出最佳姿势，使得施加到机器元件200的扭矩较小，或者可以导出最佳姿势，从而避免机器元件200的奇点。即，最佳姿势导出部140可以导出机器元件200的机构在经由点Pv处最佳的姿势作为最佳姿势。
替选地，最佳姿势导出部140可以导出经由点Pv处的最佳姿势，使得经过经由点Pv的轨迹的切线方向与机器元件200在经由点Pv处的接近方向彼此基本上一致。
稍后将描述的姿势导出部150使用经由点Pv处的插值姿势来导出机器元件200在经由点Pv处实际上被控制成的姿势。控制装置100可以通过使用最佳姿势来导出机器元件200实际上被控制成的姿势，从而使机器元件200在经由点Pv处具有使得机器元件200具有较小的负荷的姿势。此外，控制装置100通过使用最佳姿势导出机器元件200实际上被控制成的姿势，使得机器元件200在经由点Pv处的姿势可以是使操作元件200的操作更合适的姿势。
姿势导出部150基于插值姿势和最佳姿势，导出机器元件200在经由点Pv处实际上被控制成的姿势。具体地，姿势导出部150可以通过插值姿势与最佳姿势之间的内部划分来导出机器元件200在经由点Pv处实际上被控制成的姿势。应当注意，例如，可以基于连续函数来执行插值姿势与最佳姿势之间的内部划分，在该连续函数中，插值姿势的比率在起点Ps和终点Pe处为100％。因此，姿势导出部150可以更适当地导出机器元件200在经由点Pv处的姿势。
控制部160基于由轨迹生成部120生成的轨迹来控制驱动单元220的驱动。具体地，首先，控制部160从由识别部110识别的机器人装置10的自身机器状态中掌握机器元件200的位置和姿势。接下来，控制部160控制机器元件200的驱动单元220的驱动，使得机器元件200的位置和姿势与由轨迹生成部120生成的轨迹的位置和姿势之间的差减小。据此，控制装置100能够基于由轨迹生成部120生成的轨迹来操作机器元件200从起点Ps到终点Pe。
驱动单元220基于来自控制部160的控制来驱动机器人装置10的机器元件200的每个单元。例如，驱动单元220可以是驱动机器元件200的关节的致动器等。
<3.控制装置的操作示例>
接下来，将参照图4至图10C描述在导出机器元件200的姿势时控制装置100的操作示例。图4是示出在导出机器元件200的姿势时控制装置100的操作示例的流程图。
首先，控制装置100计算起点Ps与经由点Pv之间的欧几里德距离ds以及经由点Pv与终点Pe之间的欧几里德距离dv(S100)。接下来，插值姿势导出部130通过对表示机器元件200的姿势的四元数执行球面线性校正来导出插值姿势(S110)。
球面线性插值是使用两个独立的四元数qA和qB进行插值的方法，并且可以通过以下等式1使用参数t(其中0≤t≤1)来执行。结果，如图5所示，可以从四元数qA和qB导出插值的四元数q(t)。
[数学式1]
Figure BDA0003133111470000091
(其中θ＝cos-1(qA·qB))
注意，对于四元数，共轭四元数表示相同的姿势。因此，在等式1中，在θ的绝对值超过π/2的情况下，用具有相反符号的共轭四元数代替qA或者qB进行计算就足够了。
另外，在用欧拉角代替四元数来表示机器元件200的姿势的情况下，插值姿势导出部130可以通过对欧拉角的侧倾角
Figure BDA0003133111470000092
俯仰角θ和横摆角ψ的各个分量执行线性插值来导出插值姿势。例如，侧倾角
Figure BDA0003133111470000093
的线性插值可以使用参数t(其中0≤t≤1)通过以下等式2来执行。顺便提及，可以以类似的方式针对俯仰角θ和横摆角ψ执行线性插值。
[数学式2]
Figure BDA0003133111470000094
以这种方式，插值姿势导出部130可以通过使用四元数的球面线性校正来导出机器元件200在如图6和7所示的经由点Pv处的插值姿势。具体地，首先，如图6所示，插值姿势导出部130计算起点Ps与经由点Pv之间的欧几里德距离ds以及经由点Pv与终点Pe之间的欧几里德距离dv。接下来，如以下等式3所示，通过计算计算出的欧几里得距离ds与dv的比率来确定球面线性校正的参数ti。结果，如图7所示，插值姿势导出部130可以通过以下等式4导出机器元件200在经由点Pv处的插值姿势。
[数学式3]
Figure BDA0003133111470000095
Figure BDA0003133111470000096
接下来，最佳姿势导出部140导出平滑地连接起点Ps、经由点Pv和终点Pe的曲线，并且导出曲线的经由点Pv处的切向量L(S120)。作为平滑地连接起点Ps、经由点Pv和终点Pe的曲线，例如，可以例举贝塞尔曲线、样条曲线、B样条曲线或者通过拉格朗日插值的曲线。
如图8所示，作为贝塞尔曲线的示例的二次贝塞尔曲线是由三个控制点P0、P1和P2定义的曲线。通过使用三个控制点P0、P1和P2的位置和参数s(其中0≤s≤1)，可以通过以下等式5表示二次贝塞尔曲线上的点P。
[数学式4]
p(s)＝(1-s)2p0+2s(1-s)p1+s2p2 等式5
因此，最佳姿势导出部140可以通过以P0作为起点Ps，以P2作为终点Pe适当地控制P1，来导出平滑地连接起点Ps、经由点Pv和终点Pe的曲线。例如，如果P1被确定成使得当起点Ps与经由点Pv之间的欧几里德距离ds与经由点Pv与终点Pe之间的欧几里德距离dv的比率s0被参数s代替时得到的点成为经由点Pv就足够了。结果，最终导出的经由点Pv处的切向量L如以下等式6所示。
[数学式5]
Figure BDA0003133111470000101
接下来，最佳姿势导出部140导出机器元件200的最佳姿势，使得曲线的经由点Pv处的切向量L与机器元件200相对于经由点Pv的接近方向基本上彼此一致(S130)。
但是，在该方法中，没有确定机器元件200在相对于经由点Pv的接近方向的轴向上的姿势。类似于插值姿势导出部130，可以通过在机器元件200在起点Ps和终点Pe处的姿势之间进行线性插值来导出机器元件200在轴向上的姿势。
应当注意，作为上述修改的示例，最佳姿势导出部140还可以使用经过起点Ps和经由点Pv的直线向量以及经过经由点Pv和终点Pe的直线向量的等分线方向向量，而不是曲线的经由点Pv处的切向量L。在这种情况下，最佳姿势导出部140能够导出机器元件200的最佳姿势，使得等分线方向向量与机器元件200相对于经由点Pv的接近方向基本上彼此一致。例如，等分线方向L2可以由以下等式7表示。
[数学式6]
Figure BDA0003133111470000111
此外，如图9所示，最佳姿势导出部140可以通过考虑机器元件200的机构来导出最佳姿势qo。例如，最佳姿势导出部140可以预先准备查询表，在该查询表中，对于机器元件200可以采用的每个位置，已经导出最佳姿势。例如，存储在查找表中的最佳姿势可以是使可操纵性最大化的机器元件200的姿势、使施加到机器元件200的每个关节的扭矩平方和最小的机器元件200的姿势或者与特定任务对应的机器元件200的预定姿势。
随后，姿势导出部150确定用于在插值姿势与最佳姿势之间进行内部划分的函数(S140)。此后，姿势导出部150通过基于所确定的函数f(pv)在插值姿势与最佳姿势之间进行内部划分，来导出机器元件200实际上被控制为在经由点Pv处具有的姿势(S150)。
例如，可以基于以下等式8，通过插值姿势qi与最佳姿势qo之间的基于上述函数的比率为u:1-u(其中0≤u≤1)的内部划分，来导出机器元件200在经由点Pv处实际上被控制成的姿势qv。顺带提及，姿势qv、插值姿势qi和最佳姿势qo分别是四元数。
[数学式7]
Figure BDA0003133111470000112
在此，在经由点Pv与起点Ps或终点Pe一致的情况下，机器元件200实际被控制成的姿势qv是插值姿势qi(即机器元件200在起点Ps或终点Pe处的姿势)，因此，内部划分比率u优选地被控制为0。另外，考虑到机器元件200的姿势的连续性，希望内部划分比率u连续地变化。因此，插值姿势与最佳姿势之间的内部划分比率u是经由点Pv的位置Pv处的函数f(pv)，并且可以被确定为满足以下条件(1)至(3)。注意，Ps表示起点Ps的位置，并且Pe表示终点Pe的位置。
(1)0≤f(pv)≤1
(2)f(ps)＝f(pe)＝0
(3)f(pv)在Pv的域中是连续的
例如，在起点Ps与经由点Pv之间的欧几里得距离ds与经由点Pv与终点Pe之间的欧几里得距离dv的比率r由以下等式9定义时，控制u的函数f(pv)可以是图10A至10C的曲线图中所示的函数g(r)。其函数在图10A中示出的函数g(r)是B样条基函数，其曲线在图10B中示出的函数g(r)是绘制抛物线的二次函数，并且其曲线在图10C中示出的函数g(r)是满足上述条件(1)至(3)的可选函数。
[数学式8]
Figure BDA0003133111470000121
根据上述操作，插值姿势导出部130、最佳姿势导出部140和姿势导出部150可以导出机器元件200在经由点Pv处的适当姿势。结果，控制装置100可以基于导出的姿势来控制机器元件200在经由点Pv处的姿势(S160)。
应当注意，上述姿势导出方法仅是示例，并且根据本公开的技术不限于上述姿势导出方法。
例如，最佳姿势导出部140可以导出以下最佳姿势，该最佳姿势是通过将从作为姿势导出部150要使用的最佳姿势的多个视点中的每一个导出的多个最佳姿势加权并且彼此相加而获得的。另外，姿势导出部150可以基于机器人装置10周围的环境信息(例如，障碍物信息)或者关于机器元件200的可操纵性或奇异性的信息，动态地控制插值姿势与最佳姿势之间的内部划分比率。另外，在存在对机器元件200可以采用的姿势的约束条件的情况下，最佳姿势导出部140可以控制最佳姿势以满足约束条件，并且姿势导出部150可以控制插值姿势与最佳姿势之间的内部划分比率以满足约束条件。
<4.硬件配置示例>
接下来，将参照图11描述根据本实施方式的控制装置100的硬件配置的示例。图11是示出根据本实施方式的控制装置100的硬件配置的示例的框图。
如图11所示出的，控制装置100包括CPU(中央处理单元)901、ROM(只读存储器)902、RAM(随机存取存储器)903、主机总线905、桥接器907、外部总线906、接口908、输入装置911、输出装置912、存储装置913、驱动器914、连接端口915和通信装置916。信息处理装置100可以包括诸如电气电路、DSP或者ASIC的处理电路来代替CPU 901或者与CPU 901组合使用。
CPU 901用作算术处理单元和控制装置，并且根据各种程序来控制装置100中的整体操作。此外，CPU 901可以是微处理器。ROM 902存储CPU 901要使用的程序、计算参数等。RAM 903临时存储将用于CPU 901的执行的程序、在执行中适当改变的参数等。例如，CPU901可以执行识别部110、轨迹生成部120、插值姿势导出部130、最佳姿势导出部140、姿势导出部150和控制部160的功能。
CPU 901、ROM 902和RAM 903通过包括CPU总线等的主机总线905来彼此连接。主机总线905经由桥接器907连接至外部总线906，例如，PCI(外围部件互连/接口)总线。顺便提及，不一定必须分开地配置主总线905、桥接器907和外部总线904b，并且可以在一个总线中实现这些功能。
输入装置911是用户用于输入信息的装置，例如，鼠标、键盘、触摸面板、按钮、麦克风、开关或者操作杆。替选地，输入装置911可以是使用红外线或者其他无线电波的遥控装置，或者可以是支持控制装置100的操作的诸如移动电话或者PDA的外部连接装置。此外，例如，输入装置911可以包括输入控制电路，该输入控制电路使用上述输入装置，基于用户输入的信息来生成输入信号。
输出装置912是能够在视觉上或者听觉上向用户通知信息的装置。例如，输出装置912可以是诸如CRT(阴极射线管)显示装置、液晶显示装置、等离子显示装置、EL(电致发光)显示装置、激光投影仪、LED(发光二极管)投影仪或者灯之类的显示装置，并且可以是诸如扬声器或者耳机之类的音频输出装置。
例如，输出装置912可以输出通过控制装置100的各种处理获得的结果。具体地，输出装置912可以以诸如文本、图像、表格或者图形的各种格式可视地显示通过控制装置100的各种处理获得的结果。替选地，输出装置912可以将诸如语音数据或者声学数据之类的音频信号转换成模拟信号并且可听地输出该信号。
存储装置913是用于数据存储的装置，其形成为控制装置100的存储单元的示例。例如，存储装置913可以由磁存储装置(例如，HDD(硬盘驱动器))、半导体存储装置、光存储装置或者磁光存储装置实现。存储装置913可以包括存储介质、在该存储介质中记录数据的记录装置、从该存储介质读取数据的读取装置、删除记录在该存储介质中的数据的删除装置等。存储装置913可以存储由CPU 901执行的程序和各种数据、从外部获取的各种数据等。
驱动器914是用于存储介质的读取器/写入器，并且内置于控制装置100中或者外部地附接至信息处理器900。驱动器914读取记录在作为安装的或者可移动的存储介质(诸如半导体存储器)的磁盘、光盘、磁光盘或者中的信息，并且将该信息输出至RAM 903。替选地，驱动器914还可以在可移动存储介质中写入信息。
连接端口915是连接到外部装置的接口。连接端口915是能够与外部装置交换数据的连接端口，并且例如，可以是USB(通用串行总线)。
例如，通信装置916是由通信装置等形成的用于连接到网络920的接口。例如，通信装置916可以是用于有线或者无线LAN(局域网)、LTE(长期演进)、Bluetooth(注册商标)或者WUSB(无线USB)。替选地，通信装置916可以是用于光通信的路由器、用于ADSL(非对称数字用户线)的路由器、用于各种通信的调制解调器等。通信装置916可以根据诸如TCP/IP的预定协议向因特网或者其他通信装置发送信号等以及从因特网和其他通信装置接收信号等。
注意，网络920是用于信息的有线或者无线传输线。例如，网络920可以包括诸如因特网的公共网络、电话线网络或者卫星通信网络、包括以太网(注册商标)、WAN(广域网)和LAN的各种LAN(局域网)等。此外，网络920可以包括专用线路网络，例如IP-VPN(因特网协议-虚拟专用网络)。
注意，还可以生成用于硬件(例如，CPU、ROM和RAM)的计算机程序，该计算机程序内置在控制装置100中，以发挥与根据上述实施方式的控制装置的每个配置的功能相同的功能。此外，还可以提供存储有计算机程序的存储介质。
<5.总结>
如上所述，根据本实施方式的控制装置100不仅可以基于机器元件200在起点Ps处和终点Pe处的姿势而且考虑到机器元件200在经由点Pv处的最佳姿势，通过简单的插值来导出机器元件200在经由点Pv处的姿势。
据此，控制装置100可以使机器元件200在经由点Pv处的姿势更合适，从而可以扩大机器元件200的可到达范围。
此外，控制装置100可以通过将最佳姿势设置成满足机器元件200的要求或约束条件，从而根据要求或约束条件来控制机器元件200在经由点Pv处的姿势。
此外，由于控制装置100能够从位置导出机器元件200在经由点Pv处的姿势，因此在通过教导生成轨迹的情况下，在没有教导机器元件200的姿势的情况下只要教导机器元件200的位置就足够了。据此，控制装置100可以提高教导的效率。
另外，控制装置100能够在搜索轨迹时将搜索空间的维数从机器元件200的位置和姿势的6维空间减少到仅机器元件200的位置的3维空间，这可以使搜索效率更高。
在上文中，尽管已经参照附图详细描述了本公开内容的优选实施方式，但是本公开内容的技术范围不限于这些示例。清楚的是，具有本公开的技术领域中的普通知识的任何人都可以在权利要求书中阐述的技术思想的范围内提出各种改变或者修改，因此，应当理解的是，这些改变和修改当然属于本公开的技术范围。
另外，本文中描述的效果仅是说明性或者示例性的，而不是限制性的。即，根据本公开的技术除了上述效果之外或者代替上述效果，还可以展示根据本说明书的描述对于本领域技术人员显而易见的其他效果。
要注意的是，以下配置也属于本公开内容的技术范围。
(1)
一种控制装置，包括：
插值姿势导出部，其导出在从起点经过经由点到达终点的轨迹中运动的机器元件在所述经由点处的插值姿势；
最佳姿势导出部，其导出所述机器元件在所述经由点处的最佳姿势；以及
姿势导出部，其基于所述插值姿势和所述最佳姿势，导出在所述经由点处所述机器元件被控制成的姿势。
(2)
根据上述(1)所述的控制装置，其中，
所述插值姿势导出部基于所述机器元件在所述起点处的姿势以及所述机器元件在所述终点处的姿势来导出所述插值姿势。
(3)
根据上述(2)所述的控制装置，其中，
所述插值姿势导出部通过所述机器元件在所述起点处的姿势与所述机器元件在所述终点处的姿势之间的线性插值来导出所述插值姿势。
(4)
根据上述(3)所述的控制装置，其中，
基于从所述起点到所述经由点的距离与从所述终点到所述经由点的距离的比率来执行所述线性插值。
(5)
根据上述(1)～(4)中任一项所述的控制装置，其中，
所述最佳姿势导出部基于所述机器元件的机械特特性来导出所述最佳姿势。
(6)
根据上述(5)所述的控制装置，其中，
所述最佳姿势导出部基于以下中的至少任意一个或更多个来导出所述最佳姿势：所述机器元件的可操纵性、施加到所述机器元件的扭矩以及所述机器元件的奇异性。
(7)
根据上述(5)所述的控制装置，其中，
所述最佳姿势导出部导出以下最佳姿势：所述最佳姿势使依次通过所述起点、所述经由点和所述终点的连续的曲线的切向量与所述机器元件向所述经由点的接近方向基本一致。
(8)
根据上述(7)所述的控制装置，其中，
所述曲线是贝塞尔曲线、样条曲线、B样条曲线或者通过拉格朗日插值的曲线。
(9)
根据上述(5)至(8)中任一项所述的控制装置，其中，
所述最佳姿势导出部通过对多个姿势进行加权和叠加来导出所述最佳姿势。
(10)
根据上述(1)至(9)中任一项所述的控制装置，其中，
所述姿势导出部通过所述插值姿势与所述最佳姿势之间的内部划分，导出在所述经由点处所述机器元件被控制成的姿势。
(11)
根据上述(10)所述的控制装置，其中，
基于以下函数来确定所述内部划分的比率：该函数基于从所述起点到所述经由点的距离与从所述终点到所述经由点的距离的比率。
(12)
根据(11)所述的控制装置，其中，
所述函数是连续函数。
(13)
根据上述(11)或(12)所述的控制装置，其中，
所述函数是以下函数：在该函数中，在所述经由点与所述起点或所述终点一致的情况下，采用在所述经由点处所述机器元件被控制成的姿势作为所述插值姿势。
(14)
根据上述(11)至(13)中任一项所述的控制装置，其中，
基于环境信息或者所述机器元件的本机信息来改变所述函数。
(15)
一种计算装置的控制方法，所述控制方法包括：
15.一种由计算装置执行的控制方法，所述控制方法包括：
导出在从起点经过经由点到达终点的轨迹中运动的机器元件在所述经由点处的插值姿势；
导出所述机器元件在所述经由点处的最佳姿势；以及
基于所述插值姿势和所述最佳姿势，导出在所述经由点处所述机器元件被控制成的姿势。
(16)
一种程序，所述程序使计算机用作：
插值姿势导出部，其导出在从起点经过经由点到达终点的轨迹中运动的机器元件在所述经由点处的插值姿势；
最佳姿势导出部，其导出所述机器元件在所述经由点处的最佳姿势；以及
姿势导出部，其基于所述插值姿势和所述最佳姿势，导出在所述经由点处所述机器元件被控制成的姿势。
[附图标记列表]
10：机器人装置
100：控制装置
110：识别部
120：轨迹生成部
130：插值姿势导出部
140：最佳姿势导出部
150：姿势导出部
160：控制部
200：机器元件
210：传感器单元
220：驱动单元

Claims (16)

1.一种控制装置，包括：
插值姿势导出部，其导出在从起点经过经由点到达终点的轨迹中运动的机器元件在所述经由点处的插值姿势；
最佳姿势导出部，其导出所述机器元件在所述经由点处的最佳姿势；以及
姿势导出部，其基于所述插值姿势和所述最佳姿势，导出在所述经由点处所述机器元件被控制成的姿势。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述插值姿势导出部基于所述机器元件在所述起点处的姿势以及所述机器元件在所述终点处的姿势来导出所述插值姿势。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其中，
所述插值姿势导出部通过所述机器元件在所述起点处的姿势与所述机器元件在所述终点处的姿势之间的线性插值来导出所述插值姿势。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其中，
基于从所述起点到所述经由点的距离与从所述终点到所述经由点的距离的比率来执行所述线性插值。
5.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述最佳姿势导出部基于所述机器元件的机械特征来导出所述最佳姿势。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其中，
所述最佳姿势导出部基于以下中的至少任意一个或更多个来导出所述最佳姿势：所述机器元件的可操纵性、施加到所述机器元件的扭矩以及所述机器元件的奇异性。
7.根据权利要求5所述的控制装置，其中，
所述最佳姿势导出部导出以下最佳姿势：所述最佳姿势使依次通过所述起点、所述经由点和所述终点的连续的曲线的切向量与所述机器元件向所述经由点的接近方向基本一致。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其中，
所述曲线是贝塞尔曲线、样条曲线、B样条曲线或者通过拉格朗日插值的曲线。
9.根据权利要求5所述的控制装置，其中，
所述最佳姿势导出部通过对多个姿势进行加权和叠加来导出所述最佳姿势。
10.根据权利要求1所述的控制装置，其中，
所述姿势导出部通过所述插值姿势与所述最佳姿势之间的内部划分，导出在所述经由点处所述机器元件被控制成的姿势。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其中，
基于以下函数来确定所述内部划分的比率：该函数基于从所述起点到所述经由点的距离与从所述终点到所述经由点的距离的比率。
12.根据权利要求11所述的控制装置，其中，
所述函数是连续函数。
13.根据权利要求11所述的控制装置，其中，
所述函数是以下函数：在该函数中，在所述经由点与所述起点或所述终点一致的情况下，采用在所述经由点处所述机器元件被控制成的姿势作为所述插值姿势。
14.根据权利要求11所述的控制装置，其中，
基于环境信息或者所述机器元件的本机信息来改变所述函数。
15.一种由计算装置执行的控制方法，所述控制方法包括：
导出在从起点经过经由点到达终点的轨迹中运动的机器元件在所述经由点处的插值姿势；
导出所述机器元件在所述经由点处的最佳姿势；以及
基于所述插值姿势和所述最佳姿势，导出在所述经由点处所述机器元件被控制成的姿势。
16.一种程序，所述程序使计算机用作：
插值姿势导出部，其导出在从起点经过经由点到达终点的轨迹中运动的机器元件在所述经由点处的插值姿势；
最佳姿势导出部，其导出所述机器元件在所述经由点处的最佳姿势；以及
姿势导出部，其基于所述插值姿势和所述最佳姿势，导出在所述经由点处所述机器元件被控制成的姿势。
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