JP2007301660A - Foreign substance detection method and robot - Google Patents
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Description
本発明は、異物検知方法およびロボットに関し、特に任意の部位に取り付けられた盗撮器や盗聴器などの異物の有無を検知する異物検知方法およびロボットに関する。 The present invention relates to a foreign object detection method and a robot, and more particularly to a foreign object detection method and a robot that detect the presence or absence of a foreign object such as a voyeur or a wiretap attached to an arbitrary part.
近年、移動型ロボット(以下、「ロボット」と記す)が商品化され、一般家庭に普及し始めている。このようなロボットは、ユーザからの指令や周囲の状況に応じて自律的に行動できるようになっている。また、ロボットの作業空間や移動空間、およびロボットと接する人々や物体を認識するため、視覚機能としてのカメラや、人間とのコミュニケーションを実現するため、周囲の声や音を聞き取る聴覚機能としてのマイクロフォンが搭載されている。 In recent years, mobile robots (hereinafter referred to as “robots”) have been commercialized and have begun to spread to ordinary households. Such a robot can act autonomously according to a command from a user or a surrounding situation. In addition, the camera as a visual function to recognize the robot's work space and moving space, and people and objects in contact with the robot, and the microphone as an auditory function to hear surrounding voices and sounds to realize communication with humans Is installed.
ところで、最近、無線などにより遠隔操作できるロボットが見受けられるようになってきた。このようなロボットでは、ロボットに搭載されたカメラやマイクロフォンなどを用いることで、遠隔地からでも家庭内や事務所内の音の収集や、撮影が可能である。よって、当該ロボットが不正使用されることで盗聴や盗撮など、ロボット使用者などのプライバシーが侵害されたり、業務上秘密としていた情報などが盗撮されたりすることのないよう十分に考慮する必要がある。 By the way, recently, robots that can be remotely controlled by radio or the like have come to be seen. With such a robot, it is possible to collect and shoot sound in a home or office even from a remote place by using a camera or a microphone mounted on the robot. Therefore, it is necessary to carefully consider that the unauthorized use of the robot does not infringe on the privacy of the robot user, such as eavesdropping or voyeurism, or that information that has been kept secret for business purposes is not voyeurized. .
このような状況を考慮して、ロボットが遠隔操作装置に画像情報を送信している間、外部に向けて音や光などの警告を発し、周囲の人に画像情報を送信していることを容易に認識させ、不正な使用を防止する方法が提案されている(たとえば、特許文献1を参照)。 In consideration of this situation, while the robot is sending image information to the remote control device, it warns the outside, such as sound and light, and sends image information to surrounding people. A method for easily recognizing and preventing unauthorized use has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
この方法では、ロボットに搭載されたカメラからの画像情報を、遠隔操作装置(たとえば無線通信機能を備えたパーソナルコンピュータ)に送信している間は、音声やLEDの点滅により、外部に警告を発するようにしている。 In this method, while image information from a camera mounted on a robot is transmitted to a remote control device (for example, a personal computer having a wireless communication function), a warning is issued to the outside by voice or blinking of an LED. I am doing so.
また、工作用ロボットなどにおいては、ロボット本体の手首部に力センサを備え、作業中に複数の工具を必要に応じて自動的に交換して作業を行うロボットが提案されている。 In addition, as a work robot, a robot has been proposed in which a force sensor is provided on the wrist of the robot body, and a plurality of tools are automatically exchanged as necessary during work.
このロボットでは、ロボット本体に着脱される物の正常・異常を判断するため、力センサに複数の工具のそれぞれを装着した場合と、いずれの工具も装着しない場合との各々に関する重量・重心データを用意し、工具の装着または脱離のときに力センサによって検出される荷重値にもとづいて交換した工具の正常・異常を判断していた(たとえば、特許文献2を参照)。
一方、ロボットに搭載されたカメラ、マイクロフォンとは別に、無線式の盗聴器や盗撮器(以後、「異物」という)が、前述のロボットに取り付けられることによって、ロボットの遠隔操作の有無に関わらず、家庭内を盗聴、盗撮される可能性についても十分に考慮する必要がある。 On the other hand, in addition to the camera and microphone mounted on the robot, wireless tapping devices and voyeurs (hereinafter referred to as “foreign objects”) are attached to the above-mentioned robot, regardless of whether the robot is remotely operated or not. It is also necessary to fully consider the possibility of eavesdropping and voyeurism in the home.
しかし、本体に着脱される物の正常・異常を判断する従来のロボットでは、力センサのあるところだけ着脱される物の正常・異常を判断でき、力センサのないところでは、判断できないといった課題があった。 However, with conventional robots that determine the normality / abnormality of an object that is attached to or detached from the main body, there is a problem that it is possible to determine the normality / abnormality of an object that is attached / detached only where there is a force sensor, and it cannot be determined where there is no force sensor. there were.
本発明は、このような課題を解決するものであり、任意の部位に取り付けられた盗聴器や盗撮器などの異物の有無を検知可能とする異物検知方法およびロボットを提供することを目的とする。 This invention solves such a subject, and it aims at providing the foreign material detection method and robot which can detect the presence or absence of foreign materials, such as a wiretap and a voyeur, attached to arbitrary parts. .
本発明のロボットは、複数の部材を連結した関節を中心に複数の部材の少なくともいずれかの部材を回転させる駆動部と、駆動部に対して部材を回転させるための制御信号を出力する制御部と、関節での回転軸まわりの第1の慣性モーメントを検出する検出部と、第1の慣性モーメントの値と異物の付着がない場合の関節での回転軸まわりの第2の慣性モーメントの値とを比較し、複数の部材の少なくともいずれかの部材に付着した異物の有無を判断する異物判断部とを備えることを特徴とする。 The robot according to the present invention includes a driving unit that rotates at least one of the plurality of members around a joint that connects the plurality of members, and a control unit that outputs a control signal for rotating the members with respect to the driving unit. And a detection unit for detecting the first moment of inertia around the rotation axis at the joint, and the value of the first moment of inertia and the value of the second moment of inertia around the rotation axis at the joint when no foreign matter is attached. And a foreign matter judgment unit for judging the presence or absence of foreign matter attached to at least one of the plurality of members.
この構成によれば、ロボットが有する任意の部材に付着している異物の有無を検知することができる。 According to this configuration, it is possible to detect the presence or absence of a foreign substance attached to an arbitrary member of the robot.
また、異物判断部は、第1の慣性モーメントの値の方が第2の慣性モーメントの値よりも大きいときに異物が付着していると判断するようにしてもよい。 The foreign matter determination unit may determine that the foreign matter is attached when the value of the first moment of inertia is larger than the value of the second moment of inertia.
これによれば、さらに、部材に異物が付着していることを検知することが可能となる。 According to this, it is further possible to detect that a foreign substance is attached to the member.
また、関節が複数あり、検出部は、複数の関節それぞれでの回転軸まわりの第1の慣性モーメントを順次に検出し、異物判断部は、関節ごとに検出された第1の慣性モーメントの値それぞれに対して異物の付着の有無を判断し、判断された複数の判断結果にもとづいて異物が付着している部材を特定するようにしてもよい。 In addition, there are a plurality of joints, the detection unit sequentially detects the first moment of inertia around the rotation axis at each of the plurality of joints, and the foreign matter determination unit detects the value of the first moment of inertia detected for each joint. The presence or absence of foreign matter may be determined for each of them, and the member to which the foreign matter is attached may be specified based on the determined determination results.
これによれば、さらに、異物が付着している部材を特定することができる。 According to this, it is possible to further specify a member to which foreign matter is attached.
また、制御部は、第1の慣性モーメントの検出を行わない関節に係る駆動部を所定の姿勢に保持させるようにしてもよい。 Further, the control unit may hold the driving unit related to the joint that does not detect the first moment of inertia in a predetermined posture.
これによれば、さらに、検出を行う関節に係る駆動部での回転軸まわりの慣性モーメントをあらかじめ特定でき、工場出荷時などに、所定の姿勢での慣性モーメントを実測した値を記憶することが可能となる。これにより、慣性モーメントを検出するときの姿勢と同じ姿勢で慣性モーメントを実測して記憶すれば、複雑な慣性モーメントの設計値の計算が不要となるだけでなく、設計上の誤差による影響も同時に低減できる。 According to this, the moment of inertia around the rotation axis in the drive unit related to the joint to be detected can be specified in advance, and a value obtained by actually measuring the moment of inertia in a predetermined posture can be stored at the time of factory shipment or the like. It becomes possible. As a result, if the moment of inertia is measured and stored in the same posture as when detecting the moment of inertia, it is not only necessary to calculate the design value of the complicated moment of inertia, but at the same time the influence of design errors is also caused. Can be reduced.
また、制御部は、第1の慣性モーメントの検出を行う関節に係る駆動部に対しては所定の回転を行うための制御信号を出力し、第1の慣性モーメントの検出を行わない関節に係る駆動部に対しては、所定の姿勢として第1の慣性モーメントの検出を行う関節に係る駆動部での回転軸まわりの第1の慣性モーメントを最小にするための姿勢をさせる制御信号を出力するようにしてもよい。 In addition, the control unit outputs a control signal for performing a predetermined rotation to the drive unit related to the joint that detects the first moment of inertia, and relates to the joint that does not detect the first moment of inertia. For the drive unit, a control signal for causing the posture to minimize the first moment of inertia around the rotation axis in the drive unit related to the joint that detects the first moment of inertia as a predetermined posture is output. You may do it.
これによれば、さらに、異物付着の有無の検出を行う部材の回転運動に対して、検出を行わない部材が及ぼす影響を抑えるように慣性モーメントを最小にさせる姿勢をロボットにとらせることができ、異物をより検出しやすくすることができる。 This further allows the robot to take a posture that minimizes the moment of inertia so as to suppress the influence of the member that does not detect the rotational movement of the member that detects the presence or absence of foreign matter adhesion. , Foreign matter can be detected more easily.
また、制御部は、第1の慣性モーメントの検出を行わない部材を静止状態に保持させるようにしてもよい。 Further, the control unit may hold a member that does not detect the first moment of inertia in a stationary state.
これによれば、さらに、部材を可動して壁、床面などの静止構造物に当接して一時的に固定状態にさせることができ、慣性モーメントの検出時に回転された部材により発生する揺れを低減でき、検出誤差を低減できる。 According to this, the member can be moved and brought into contact with a stationary structure such as a wall or a floor to be temporarily fixed, and the vibration generated by the rotated member when the moment of inertia is detected. The detection error can be reduced.
また、第1の慣性モーメントの検出を行わない複数の部材の少なくともいずれかの部材を静止状態に保持するための部材固定部をさらに備え、検出部は、部材固定部により複数の部材の少なくともいずれかの部材が静止状態に保持された後で第1の慣性モーメントを検出するようにしてもよい。 The apparatus further includes a member fixing portion for holding at least one of the plurality of members that do not detect the first moment of inertia in a stationary state, and the detection portion is at least one of the plurality of members by the member fixing portion. The first moment of inertia may be detected after the member is held stationary.
これによれば、さらに、異物の有無を特定する部材の場所に応じて、慣性モーメントを検出しない部材を部材固定部により一時的に固定状態にすることができ、ロボット本体の揺れなどの振動を低減でき、検出誤差を低減できる。 According to this, the member that does not detect the moment of inertia can be temporarily fixed by the member fixing portion according to the location of the member that specifies the presence or absence of a foreign object, and vibrations such as shaking of the robot body can be generated. The detection error can be reduced.
また、異物判断部で異物が付着していると特定された部材から異物を取り除く異物処置部をさらに備えてもよい。 Moreover, you may further provide the foreign material treatment part which removes a foreign material from the member pinpointed that the foreign material has adhered in the foreign material determination part.
これによれば、さらに、特定された部材に付着した異物を取り除くことができる。 According to this, the foreign matter adhering to the specified member can be further removed.
また、検出部は、第1の慣性モーメントJを、
T=J×α+D×ω
(T:トルク、α:回転角加速度、D:粘性摩擦係数、ω:回転角速度)
の関係式にもとづいて検出するようにしてもよい。
In addition, the detection unit calculates the first moment of inertia J,
T = J × α + D × ω
(T: torque, α: rotational angular acceleration, D: viscous friction coefficient, ω: rotational angular velocity)
Detection may be performed based on the relational expression.
これによれば、さらに、慣性モーメントJを回転運動の運動方程式にもとづいて検出することができる。これにより、静的なモーメントで検出する場合に比べて、慣性モーメントを用いて異物を検出する場は、回転角加速度を大きくすればするほど、質量の小さい異物でも慣性モーメントJを相対的に大きくでき、検出精度を高めることができる。 According to this, furthermore, the moment of inertia J can be detected based on the equation of motion of rotational motion. As a result, as compared with the case of detecting with a static moment, the field of detecting foreign matter using the moment of inertia increases the moment of inertia J relatively even with a small amount of foreign matter as the rotational angular acceleration is increased. And detection accuracy can be increased.
また、関節の温度を検出する温度検出部をさらに備え、検出部は、温度検出部で検出された温度にもとづいて、関係式におけるトルクTまたは粘性摩擦係数Dを補正し、第1の慣性モーメントJを検出するようにしてもよい。 In addition, a temperature detection unit that detects the temperature of the joint is further provided. The detection unit corrects the torque T or the viscous friction coefficient D in the relational expression based on the temperature detected by the temperature detection unit, and the first moment of inertia. J may be detected.
これによれば、さらに、関節の温度の変化に応じて関係式を補正できる。これにより、温度依存性のあるグリースによる粘性摩擦係数の変化、温度依存性のあるモータのトルクの変化による誤差を抑えることができ、高い精度で異物を検出することができる。 According to this, the relational expression can be further corrected according to the change in the joint temperature. As a result, it is possible to suppress errors due to a change in viscous friction coefficient due to temperature-dependent grease and a change in temperature-dependent motor torque, and to detect foreign matter with high accuracy.
また、本発明の異物検知方法は、複数の部材と、複数の部材を連結した関節と、関節を中心に複数の部材の少なくともいずれかの部材を回転させる駆動部とを備えたロボットを用いた異物検知方法において、関節を中心に複数の部材の少なくともいずれかの部材を駆動部により回転させる駆動ステップと、駆動部に対して部材を回転させるための制御信号を出力する制御ステップと、関節での回転軸まわりの第1の慣性モーメントを検出する検出ステップと、第1の慣性モーメントの値と異物の付着がない場合の関節での回転軸まわりの第2の慣性モーメントの値とを比較し、複数の部材の少なくともいずれかの部材に付着した異物の有無を判断する異物判断ステップとを備えたことを特徴とする。 Also, the foreign object detection method of the present invention uses a robot including a plurality of members, a joint connecting the plurality of members, and a drive unit that rotates at least one of the plurality of members around the joint. In the foreign object detection method, a driving step of rotating at least one of a plurality of members around the joint by a driving unit, a control step of outputting a control signal for rotating the member to the driving unit, and a joint The detection step for detecting the first moment of inertia around the rotation axis of the first and the second moment of inertia around the rotation axis at the joint when no foreign matter is attached to the detection step And a foreign matter judgment step for judging the presence or absence of foreign matter attached to at least one of the plurality of members.
この方法によれば、部材に付着している異物の有無を検知可能となる。 According to this method, it is possible to detect the presence or absence of a foreign substance adhering to the member.
また、異物判断ステップは、検出ステップによって検出された慣性モーメントの値と異物の付着がないときの関節での回転軸まわりの慣性モーメントの値とを比較し、検出された慣性モーメントの値の方が大きいときに異物が付着していると判断するようにしてもよい。 In the foreign matter judgment step, the value of the moment of inertia detected in the detection step is compared with the value of the moment of inertia around the rotation axis at the joint when no foreign matter is attached. When the value is large, it may be determined that foreign matter is attached.
これによれば、さらに、部材に異物が付着していることを検知することができる。 According to this, it is further possible to detect that a foreign substance is attached to the member.
また、異物判断ステップは、第1の慣性モーメントの値の方が第2の慣性モーメントの値よりも大きいときに異物が付着していると判断するようにしてもよい。 The foreign matter determination step may determine that the foreign matter is attached when the value of the first moment of inertia is larger than the value of the second moment of inertia.
これによれば、さらに、異物が付着している部材を特定することができる。 According to this, it is possible to further specify a member to which foreign matter is attached.
本発明によれば、任意の部位に取り付けられた盗聴器や盗撮器などの異物の有無を検知可能とする異物検知方法およびロボットを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the foreign material detection method and robot which can detect the presence or absence of foreign materials, such as a wiretap and a voyeur device attached to arbitrary parts, can be provided.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施の形態におけるロボットは、複数の部材を連結した関節を中心に部材を回転させ、関節での回転軸まわりの慣性モーメントを検出することで、検出された慣性モーメントの値と異物の付着がない場合の関節での回転軸まわりの慣性モーメントの値とを比較し、複数の部材に付着した異物の有無を判断するものである。さらに、複数の部材の関節それぞれでの回転軸まわりの慣性モーメントを順次に検出し、関節ごとに検出された慣性モーメントの値それぞれにもとづいて異物の付着の有無を判断し、判断された複数の判断結果にもとづいて異物が付着している部材を特定するものである。 The robot according to the embodiment of the present invention rotates a member around a joint connecting a plurality of members and detects the moment of inertia around the rotation axis at the joint, thereby detecting the value of the detected moment of inertia and the amount of foreign matter. The value of the moment of inertia around the rotation axis at the joint when there is no adhesion is compared to determine the presence or absence of foreign matter adhering to a plurality of members. Further, the moment of inertia around the rotation axis at each of the joints of the plurality of members is sequentially detected, and the presence / absence of adhesion of foreign matter is determined based on the value of the detected moment of inertia for each joint. Based on the determination result, the member to which the foreign matter is attached is specified.
本実施の形態では、倒立二輪型移動部に物をつかむための指を備えるハンドと、ハンドの位置を可変するための2つの腕で構成されるマニピュレータを搭載し、宅内を移動可能なロボットを実施例として説明する。 In the present embodiment, a robot equipped with a manipulator composed of a hand having a finger for grasping an object in an inverted two-wheeled moving unit and two arms for changing the position of the hand, and capable of moving in a home is provided. This will be described as an example.
以下、図面を用いてロボットの構成について説明する。図1は本発明の実施の形態のロボットの構成を示す構成図である。 Hereinafter, the configuration of the robot will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a robot according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、ロボット1は、土台となる筐体200と、一組の車輪201と、上腕202と、前腕203と、物をつかむためのハンド204とを備える。
As shown in FIG. 1, the robot 1 includes a
各部材を回転可能に連結した関節300、関節301、関節302、関節303には、モータ(図示せず)がそれぞれ備えてある。モータは、駆動電流により所定のトルクを発生し、各部材を回転させる。なお、モータの軸回りのトルクを歯車やワイヤーによって別の回転軸に増幅して伝達する機構を有してもよい。このような駆動機構については、広く知られている機構を使用して構成することができる。 A motor (not shown) is provided in each of the joint 300, the joint 301, the joint 302, and the joint 303 that are rotatably connected to each other. The motor generates a predetermined torque by the driving current and rotates each member. In addition, you may have a mechanism which amplifies and transmits the torque around the shaft of a motor to another rotating shaft with a gearwheel or a wire. Such a drive mechanism can be configured using a widely known mechanism.
車輪201と筐体200は、関節300の部分で、モータ(図示せず)により連結されている。ロボット1は、モータを回転させ、モータに連結された車輪201を回転させて移動を行う。
The
ロボット1は、移動制御により、あらかじめロボット1の内部に記憶された地図の位置情報と、車輪201の回転検出によるオドメトリを用いた位置情報とを比較し、自己位置を検出しながら目的地へ移動する。なお、超音波センサによる外部環境認識などの情報を用いてもよい。
The robot 1 moves to the destination while detecting its own position by comparing the position information of the map stored in advance in the robot 1 with the position information using the odometry based on the rotation detection of the
上腕202と筐体200は、関節301の部分で、モータ(図示せず)のシャフトを介して連結されている。また、上腕202は、モータの回転によって、筐体200と連結している関節301の部分を中心に回転する。
The
前腕203と上腕202は、関節302の部分で、モータ(図示せず)のシャフトを介して連結されている。また、前腕203は、モータの回転によって、上腕202と連結している関節302の部分を中心に回転する。
The
ハンド204は、たとえば、2本の指で物をつかめるように構成されており、関節303の部分で、前腕203とモータ(図示せず)のシャフトを介して連結されている。また、ハンド204は、モータの回転によって、前腕203と連結している関節303の部分を中心に回転する。また、マニピュレーションでは、たとえば、搭載された画像認識装置によって把持対象物の位置を認識し、上腕202および前腕203およびハンド204の姿勢を制御し、把持制御を行う。
The
つぎに、ロボット1における異物検出部について説明する。 Next, the foreign matter detection unit in the robot 1 will be described.
異物検出部は、ロボット1に備えられ、各部材に付着した異物の有無を検知するものである。異物検出部は、異物検出のために各関節に備えたモータを駆動し、関節ごとに回転軸まわりの慣性モーメントを検出する。 The foreign matter detection unit is provided in the robot 1 and detects the presence or absence of foreign matter attached to each member. The foreign matter detection unit drives a motor provided in each joint for foreign matter detection, and detects the moment of inertia around the rotation axis for each joint.
異物検出部は、検出された慣性モーメントの値と異物が付着していない場合の慣性モーメントとを比較し、部材に付着した異物があるか否かを判断する。ここで、異物検出部は、部材の慣性モーメントの値が、異物の質量により異物が付着していないときよりも増加することを利用して、部材に付着した異物があることを検出する。 The foreign matter detection unit compares the detected value of the moment of inertia with the moment of inertia when no foreign matter is attached, and determines whether there is a foreign matter attached to the member. Here, the foreign matter detection unit detects that there is a foreign matter attached to the member by utilizing the fact that the value of the moment of inertia of the member is larger than when no foreign matter is attached due to the mass of the foreign matter.
以下、図2を用いて、異物検出部について説明する。図2は、異物検出部の構成を示すブロック図である。 Hereinafter, the foreign object detection unit will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the foreign object detection unit.
図2において、異物検出部は、ロボット1本体を移動するための制御を行う移動制御部150と、ハンド204で物を把持するための制御を行うハンド制御部160と、車輪201を駆動させて異物を検知する車輪異物検知部10と、上腕202を駆動させて異物を検知する上腕異物検知部20と、前腕203を駆動させて異物を検知する前腕異物検知部30と、異物の検出するための制御信号を車輪異物検知部10と上腕異物検知部20と前腕異物検知部30とに出力する異物検出制御部100と、異物を検知したときに処置を行う異物処置部140とを備える。
In FIG. 2, the foreign object detection unit drives a
まず、車輪異物検知部10は、関節300での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知するものである。
First, the wheel foreign
車輪異物検知部10は、車輪駆動部110と、車輪角速度検出部112と、車輪検出部113と、車輪判断部114と、車輪温度検出部115と、を備えている。
The wheel foreign
車輪駆動部110は、異物検出制御部100からの制御信号に応じて、車輪201と筐体200を連結する関節300に備えた一組の車輪モータ111に対して駆動電流を与え、車輪201を回転させる。車輪モータ111の回転指示は異物検出制御部100より行われる。なお、車輪201にブレーキをかけたり、または、壁などの静止構造物に当接させたりして一時的に固定状態とすることによって壁や地面に固定すれば、筐体200を回転させることもできる。また、一組の車輪モータ111は、同期して同じ回転を行うことも、それぞれが異なる回転を行うこともできる。これにより、ロボット1本体の移動時に、異物検出制御部100からの回転指示により、直進することも、蛇行することも、方向を左右に変えることもできる。
In response to a control signal from the foreign object
車輪駆動部110は、回転指示により、速度制御を行いながら車輪モータ111の回転数を所定の回転角速度まで立ち上げる。また、車輪駆動部110は、位置決め制御により車輪モータ111を所定の回転角度でロックすることもできる。この制御の切り替えにより、車輪駆動部110は、車輪モータ111と連結された車輪201を回転させることも、ロックさせることもできる。ロックとは、各関節で連結された部材が所定の回転角度で固定される状態をいう。
The
車輪角速度検出部112は、車輪モータ111の軸回りの回転角速度を検出する。検出された回転角速度から、さらに微分演算により回転角加速度を求めることができる。検出された回転角速度、回転角加速度を回転系の動力学モデルにもとづく運動方程式に代入すれば、慣性モーメントを検出することが可能となる。この慣性モーメントの検出方法についての詳細は後述する。
The wheel angular
車輪温度検出部115は、車輪モータ111の軸周辺の温度を検出する。この温度を検出することによって、たとえば、車輪モータ111の回転軸に塗布されたグリースなどが温度によりその性質が変わり、粘性摩擦係数が変化する場合に、運動方程式の粘性摩擦係数を温度に応じて補正することが可能となる。同様に、モータのトルク特性が温度で変化する場合に、運動方程式のトルク定数を温度に応じて補正することが可能となる。
The wheel temperature detector 115 detects the temperature around the shaft of the
なお、ロボットの使用環境において想定される温度範囲で温度依存性の少ない、すなわち、特性、性状の安定な部材、材料を使用することによって、車輪温度検出部115を省略することも可能である。 It should be noted that the wheel temperature detection unit 115 can be omitted by using a member or material that has little temperature dependency in the temperature range assumed in the environment where the robot is used, that is, characteristics and properties are stable.
車輪検出部113は、車輪モータ111を含む回転系の動力学モデルにもとづく運動方程式から慣性モーメントを演算する演算部(図示せず)を備え、車輪モータ111に対する駆動電流と車輪角速度検出部112で検出された車輪モータ111の軸回りの回転角速度とから、車輪モータ111の軸まわりの慣性モーメントを検出し、その検出値を出力する。このとき、上腕202、前腕203、筐体200を静止した状態に保持する。この慣性モーメントの検出方法についての詳細は後述する。さらに、車輪検出部113は、車輪温度検出部115で検出された車輪モータ111の軸周辺の温度に応じて運動方程式の中で温度に依存する定数を補正するようにしてもよい。これにより、慣性モーメントを検出する精度を高めることができる。温度に依存する定数としては、モータトルクに係る定数、粘性摩擦などに係る定数などがある。
The wheel detection unit 113 includes a calculation unit (not shown) that calculates a moment of inertia from an equation of motion based on a dynamic model of a rotating system including the
車輪判断部114は、異物がロボット1に付着していないときの車輪モータ111の軸回りの慣性モーメントの値をあらかじめ記憶値として保存している。車輪判断部114は、車輪検出部113から出力される慣性モーメントの検出値とあらかじめ記憶されている慣性モーメントの記憶値とを比較し、検出値が記憶値よりも大きい場合は「異物の付着あり」とし、検出値が記憶値と同じ場合は「異物の付着なし」と判断し、判断結果を出力する。ここでは、「異物の付着あり」と判断したときに「1」を出力し、「異物の付着なし」と判断したときに「0」を出力するものとする。
The
なお、検出値と記憶値とを比較するときは、所定の差以上に差が検出されたときに異物の有無を判断するようにしてもよい。 When comparing the detected value with the stored value, the presence or absence of a foreign object may be determined when a difference greater than a predetermined difference is detected.
以上のように、車輪異物検知部10は、関節300での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知する。
As described above, the wheel foreign
つぎに、上腕異物検知部20は、関節301での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知する。
Next, the upper arm
上腕202と筐体200は、関節301で上腕モータ121により連結されている。上腕202は、上腕モータ121の回転によって、関節301の部分を中心に回転する。
The
上腕異物検知部20は、上腕駆動部120と、上腕角速度検出部122と、上腕検出部123と、上腕判断部124と、上腕温度検出部125と、を備えている。
The upper arm foreign
上腕駆動部120は、異物検出制御部100からの制御信号に応じて、上腕202と筐体200を連結する関節301に備えた上腕モータ121に対して駆動電流を与え、上腕202を回転させる。上腕モータ121の回転指示は異物検出制御部100より行われる。このとき、関節300、関節302、関節303は動きがロックされ、静止した状態に制御される。
In response to a control signal from the foreign object
上腕駆動部120は、回転指示により、速度制御を行いながら上腕モータ121の回転数を所定の回転角速度まで立ち上げる。また、上腕駆動部120は、位置決め制御により上腕モータ121を所定の回転角度でロックすることもできる。この制御の切り替えにより、上腕駆動部120は、上腕モータ121と連結された上腕202を回転させることも、ロックさせることもできる。
In response to the rotation instruction, the upper
上腕角速度検出部122は、上腕モータ121の軸回りの回転角速度を検出する。
The upper arm angular
上腕温度検出部125は、上腕モータ121の軸周辺の温度を検出する。
The upper arm
上腕検出部123は、上腕モータ121を含む回転系の動力学モデルにもとづく運動方程式から慣性モーメントを演算する演算部(図示せず)を備え、上腕モータ121に対する駆動電流と上腕角速度検出部122で検出された上腕モータ121の軸回りの回転角速度とから、上腕モータ121の軸周りの慣性モーメントを検出し、その検出値を出力する。さらに、上腕検出部123は、上腕温度検出部125で検出された上腕モータ121の軸周辺の温度に応じて運動方程式の中で温度に依存する定数を補正するようにしてもよい。
The upper
上腕判断部124は、異物がロボットに付着していないときの上腕モータ121の軸回りの慣性モーメントの値をあらかじめ記憶値として保存している。上腕判断部124は、上腕検出部123から出力される慣性モーメントの検出値とあらかじめ記憶されている慣性モーメントの記憶値とを比較し、検出値が記憶値よりも大きい場合は「異物の付着あり」とし、検出値が記憶値と同じ場合は「異物の付着なし」と判断し、判断結果を出力する。ここでは、「異物の付着あり」と判断したときに「1」を出力し、「異物の付着なし」と判断したときに「0」を出力する。
The upper
以上のように、上腕異物検知部20は、関節301での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知する。
As described above, the upper arm foreign
つぎに、前腕異物検知部30は、同様に、関節302での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知する。
Next, the forearm foreign
上腕202と前腕203は、関節302で前腕モータ131により連結されている。前腕203は、前腕モータ131の回転によって、関節302の部分を中心に回転する。
The
前腕異物検知部30は、前腕駆動部130と、前腕角速度検出部132と、前腕検出部133と、前腕判断部134と、前腕温度検出部135と、を備えている。
The forearm foreign
前腕駆動部130は、異物検出制御部100からの制御信号に応じて、前腕203と上腕202を連結する関節302に備えた前腕モータ131に対して駆動電流を与え、前腕203を回転させる。前腕モータ131の回転指示、およびそのタイミングは異物検出制御部100より行われる。
In response to a control signal from the foreign object
前腕駆動部130は、回転指示により、速度制御を行いながら前腕モータ131の回転数を所定の回転角速度まで立ち上げる。また、前腕駆動部130は、位置決め制御により前腕モータ131を所定の回転角度でロックすることもできる。この制御の切り替えにより、前腕駆動部130は、前腕モータ131と連結された前腕203を回転させることも、ロックさせることもできる。
The
前腕角速度検出部132は、前腕モータ131の軸回りの回転角速度を検出する。
The forearm
前腕温度検出部135は、前腕モータ131の軸周辺の温度を検出する。
The
前腕検出部133は、前腕モータ131を含む回転系の動力学モデルにもとづく運動方程式から慣性モーメントを演算する演算部(図示せず)を備え、前腕モータ131に対する駆動電流と前腕角速度検出部132で検出された前腕モータ131の軸回りの回転角速度とから、前腕モータ131の軸周りの慣性モーメントを検出し、その検出値を出力する。さらに、前腕検出部133は、前腕温度検出部135で検出された前腕モータ131の軸周辺の温度に応じて運動方程式の中で温度に依存する定数を補正するようにしてもよい。
The
前腕判断部134は、異物がロボットに付着していないときの前腕モータ131の軸回りの慣性モーメントの値をあらかじめ記憶値として保存している。前腕判断部134は、前腕検出部133から出力される慣性モーメントの検出値とあらかじめ記憶されている慣性モーメントの記憶値とを比較し、検出値が記憶値よりも大きい場合は「異物の付着あり」とし、検出値が記憶値と同じ場合は「異物の付着なし」と判断し、判断結果を出力する。ここでは、「異物の付着あり」と判断したときに「1」を出力し、「異物の付着なし」と判断したときに「0」を出力する。
The
以上のように、前腕異物検知部30は、関節302での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知する。
As described above, the forearm foreign
つぎに、移動制御部150は、異物検出を行うときに、車輪201を固定するための車輪止めが設置された場所へロボット1を移動するよう制御する。
Next, the
また、移動制御部150は、異物検出制御部100によって移動開始を指示される。また、移動制御部150は、車輪201を車輪止めに固定したら移動完了を異物検出制御部100へ返す。
The
ハンド制御部160は、異物検出制御部100からの指示により、ハンド204の姿勢や指を所定の状態まで動作させ、ロックする。
In response to an instruction from the foreign object
異物検出制御部100は、ロボット1において異物検出を行うときに、移動制御部150に対して車輪止めへの移動を指示する。また、異物検出制御部100は、ハンド制御部160に対してハンド204を所定の姿勢にロックするように指示する。また、異物検出制御部100は、車輪駆動部110、上腕駆動部120、前腕駆動部130、ハンド制御部160それぞれに対してモータの回転、ロックの指示を行い、異物検出、異物除去を行う。
The foreign object
異物処置部140は、車輪判断部114、上腕判断部124、前腕判断部134からの判断結果にもとづいて、各部材に付着した異物の有無を判断する。また、異物処置部140は、判断結果に応じて、「異物の付着なし」の場合は、異物検出を終了しロボット1が他の動作に移れるようにする。具体的には、ロボット1は、車輪止めの位置から通常使用される位置に戻り、使用者からの指示を受ける。
The foreign
一方、「異物の付着あり」の場合は、異物処置部140は、ブザーなどの音、LEDなどの光、モニタなどによる表示、などにより異物の付着があること、その異物が付着した部材の位置の情報などを使用者に報知する。さらに、異物の付着位置が特定され、ハンド204により除去可能な場合は、異物を除去するように異物検出制御部100に指示する。これにより、異物検出制御部100は、車輪駆動部110、上腕駆動部120、前腕駆動部130、ハンド制御部160それぞれに対してモータの回転、ロックの指示を行い、異物を除去する。なお、異物の除去が不可能な場合、異物が除去されるまでロボット1の動作を禁止するようにしてもよい。この場合、異物の除去は、たとえばロボット1の使用者が行う。使用者は、異物を除去した後、ロボット1に異物を除去したことを情報として設定する。
On the other hand, in the case of “attachment of foreign matter”, the foreign
なお、車輪角速度検出部112、上腕角速度検出部122、前腕角速度検出部132は、ロボット1のマニピュレーションとしても動きの制御に欠かせないものである。
Note that the wheel angular
つぎに、ロボット1における異物検出の動作について、図3、図4を用いて説明する。 Next, the foreign object detection operation in the robot 1 will be described with reference to FIGS.
図3はロボット1における異物検出の動作を説明するフローチャート、図4(a)は車輪の異物検出時のロボット1の姿勢を説明する説明図、図4(b)は上腕の異物検出時のロボット1の姿勢を説明する説明図、図4(c)は前腕の異物検出時のロボット1の姿勢を説明する説明図である。 FIG. 3 is a flowchart for explaining the foreign object detection operation in the robot 1, FIG. 4 (a) is an explanatory view for explaining the posture of the robot 1 when detecting a foreign object on a wheel, and FIG. 4 (b) is a robot when detecting a foreign object on the upper arm. FIG. 4C is an explanatory diagram for explaining the posture of the robot 1 when the forearm is detected.
図3に示すように、ロボット1は、異物検出制御部100により、異物検出の動作指示を移動制御部150、ハンド制御部160、車輪異物検知部10、上腕異物検知部20、前腕異物検知部30に対して行う。
As shown in FIG. 3, the robot 1 uses the foreign object
まず、ロボット1は、移動制御部150からの指示により、異物検出を行うための場所へ移動する。ロボット1は、図4(a)に示すように、車輪止め210の場所へ移動し(S401)、車輪201を車輪止め210によって地面に固定する(S402)。車輪止め210は、一組の車輪201のそれぞれに対して、ロボット1とは別に地面(宅内ならば床に相当)に設置されている。車輪止め210は、車輪201の回転平面の両側から車輪201をはさみ、摩擦力によって車輪201が回転しないように床面または地面に固定する。なお、車輪止め210は、車輪止め210の間に車輪201が来たことを検出し、車輪201をはさむようにしてもよい。また、車輪止め210の間の距離を徐々に狭く設定し、車輪201が押し当てられることで車輪201が固定される仕組みとしてもよい。
First, the robot 1 moves to a place for foreign object detection according to an instruction from the
なお、筐体200を固定するために、車輪201自体を上下移動可能とする機構部を設け、車輪201を持ち上げることで、筐体200を床面などに当接して固定してもよい。
In addition, in order to fix the housing | casing 200, the mechanism part which enables the
また、慣性モーメントの検出を行わない部材の一部を壁などに当接して固定するようにしてもよい。ハンド204の指で固定している物をつかむことで、固定するようにしてもよい。
Further, a part of the member that does not detect the moment of inertia may be fixed in contact with a wall or the like. You may make it fix by grasping the thing currently fixed with the finger of
つぎに、ロボット1は、関節300での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知するための姿勢をとる。 Next, the robot 1 takes a posture for detecting the presence or absence of a foreign object by detecting the moment of inertia at the joint 300.
ロボット1は、異物検出制御部100から指示された前腕駆動部130、上腕駆動部120、ハンド制御部160により、前腕モータ131、上腕モータ121、ハンド204それぞれのモータを回転させ、異物検出に適した姿勢まで動かしてロックする(S403)。
The robot 1 uses the
図4(a)に示すように、ロボット1は、車輪モータ111の軸回りの慣性モーメントを極力小さくするために上腕202と前腕203とハンド204を折りたたむ姿勢でロックし、車輪モータ111の回転中心からの質点の半径範囲を小さくする。
As shown in FIG. 4A, the robot 1 locks the
つぎに、ロボット1は、車輪温度検出部115で車輪モータ111の軸周辺の温度を検出し、その値に応じて動力学モデルの中で、温度に依存する定数などを補正する(S404)。
Next, the robot 1 detects the temperature around the shaft of the
つぎに、ロボット1は、車輪駆動部110により、車輪モータ111を回転させる(S405)。このとき、車輪201は車輪止め210によって地面に固定されているため、車輪モータ111の回転によって筐体200の側が車輪モータ111の軸回りに回転する。これにより、車輪モータ111の軸回りの回転角速度を検出すれば、一体となって回転する筐体200、上腕202、前腕203、ハンド204を含む部材の慣性モーメントの検出が可能となる。
Next, the robot 1 causes the
つぎに、車輪角速度検出部112は車輪モータ111の軸回りの回転角速度を検出する。さらに、車輪検出部113は、車輪駆動部110が出力する駆動電流に応じて車輪モータ111に発生するトルクと、検出した回転角速度にもとづいて車輪モータ111の軸周りの慣性モーメントを検出し、検出値を出力する(S406)。
Next, the wheel
つぎに、ロボット1は、車輪判断部114により、車輪モータ111の軸回りの慣性モーメントについて、車輪検出部113が出力した慣性モーメントの検出値と、異物が付着していないときの慣性モーメントの記憶値とを比較し、検出値が記憶値よりも大きいか否かを判断する。これにより、車輪判断部114は、付着した異物の有無を検知する。車輪判断部114は、検出値が記憶値よりも大きい場合は「異物の付着あり」と判断した「1」を出力し、検出値が記憶値よりも小さい場合は「異物の付着なし」と判断した「0」を判断結果として出力する(S407)。
Next, the robot 1 stores the detected value of the inertia moment output from the wheel detection unit 113 and the moment of inertia when no foreign matter is attached to the inertial moment about the axis of the
以上のように、ロボット1は、関節300での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知することができる。 As described above, the robot 1 can detect the presence or absence of foreign matter by detecting the moment of inertia at the joint 300.
つぎに、ロボット1は、関節301での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知するための姿勢をとる。 Next, the robot 1 takes a posture for detecting the presence or absence of a foreign object by detecting the moment of inertia at the joint 301.
ロボット1は、異物検出制御部100から指示された前腕駆動部130、車輪駆動部110、ハンド制御部160により、前腕モータ131、車輪モータ111、ハンド204それぞれのモータを回転させ、異物検出に適した姿勢まで動かしてロックする(S408)。
The robot 1 uses the
図4(b)に示すように、ロボット1は、上腕モータ121の軸回りの慣性モーメントを極力小さくするために前腕203とハンド204を折りたたむ姿勢でロックし、上腕モータ121の回転中心からの質点の半径範囲を小さくする。
As shown in FIG. 4B, the robot 1 locks the
つぎに、ロボット1は、上腕温度検出部125で上腕モータ121の軸周辺の温度を検出し、その値に応じて動力学モデルの中で、温度に依存する定数などを補正する(S409)。
Next, the robot 1 detects the temperature around the axis of the
つぎに、ロボット1は、上腕駆動部120により、上腕モータ121を回転させる(S410)。このとき、筐体200、車輪201は固定され、前腕203およびハンド204はロックによって上腕202と共に回転する。これにより、上腕モータ121の軸回りの回転角速度を検出すれば、一体となって回転する上腕202、前腕203、ハンド204を含む部材の慣性モーメントの検出が可能となる。
Next, the robot 1 causes the upper
つぎに、上腕角速度検出部122は、上腕モータ121の回転角速度を検出する。さらに、上腕検出部123は、上腕駆動部120が出力する駆動電流に応じて上腕モータ121に発生するトルクと、検出した回転角速度にもとづいて上腕モータ121の軸周りの慣性モーメントを検出し、検出値を出力する(S411)。
Next, the upper arm angular
つぎに、ロボット1は、上腕判断部124により、上腕モータ121の軸回りの慣性モーメントについて、上腕検出部123が出力した慣性モーメントの検出値と、異物が付着していない状態における慣性モーメントの記憶値とを比較し、検出値が記憶値よりも大きいか否かを判断する。これにより、上腕判断部124は、付着した異物の有無を検知する。上腕判断部124は、検出値が記憶値よりも大きい場合は「異物の付着あり」と判断した「1」を出力し、検出値が記憶値よりも小さい場合は「異物の付着なし」と判断した「0」を判断結果として出力する(S412)。
Next, the robot 1 stores the detected value of the inertia moment output by the upper
以上のように、ロボット1は、関節301での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知する。 As described above, the robot 1 detects the presence or absence of a foreign object by detecting the moment of inertia at the joint 301.
つぎに、ロボット1は、関節302での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知するための姿勢をとる。 Next, the robot 1 takes a posture for detecting the presence or absence of a foreign object by detecting the moment of inertia at the joint 302.
ロボット1は、異物検出制御部100から指示された上腕駆動部120、車輪駆動部110、ハンド制御部160により、上腕モータ121、車輪モータ111、ハンド204それぞれのモータを回転させ、異物検出に適した姿勢まで動かしてロックする(S413)。
The robot 1 uses the upper
図4(c)に示すように、ロボット1は、前腕モータ131の軸回りの慣性モーメントを極力小さくするためにハンド204を折りたたむ姿勢でロックし、前腕モータ131の回転中心からの質点の半径範囲を小さくする。
As shown in FIG. 4 (c), the robot 1 locks the
つぎに、ロボット1は、前腕温度検出部135で前腕モータ131の軸周辺の温度を検出し、その値に応じて動力学モデルの中で、温度に依存する定数などを補正する(S414)。
Next, the robot 1 detects the temperature around the axis of the
つぎに、ロボット1は、前腕駆動部130により、前腕モータ131を回転させる(S415)。このとき筐体200、車輪201、上腕202は固定され、ハンド204は前腕203と共に回転する。これにより、前腕モータ131の軸回りの回転角速度を検出すれば、一体となって回転する前腕203、ハンド204を含む部材の慣性モーメントの検出が可能となる。
Next, the robot 1 causes the
つぎに、前腕角速度検出部132は、前腕モータ131の回転角速度を検出する。さらに、前腕検出部133は、前腕駆動部130が出力する駆動電流に応じて前腕モータ131に発生するトルクと、検出した回転角速度にもとづいて前腕モータ131の軸周りの慣性モーメントを検出し、検出値を出力する(S416)。
Next, the forearm
つぎに、ロボット1は、前腕判断部134により、前腕モータ131の軸回りの慣性モーメントについて、前腕検出部133が出力した慣性モーメントの検出値と、異物が付着していないときの慣性モーメントの記憶値とを比較し、検出値が記憶値よりも大きいか否かを判断する。これにより、前腕判断部134は、異物の有無を検知する。前腕判断部134は、検出値が記憶値よりも大きい場合は「異物の付着あり」と判断した「1」を出力し、検出値が記憶値よりも小さい場合は「異物の付着なし」と判断した「0」の判断結果を出力する(S417)。
Next, the robot 1 stores the detected value of the inertia moment output by the
以上により、ロボット1は、関節302での慣性モーメントの検出により異物の有無を検知する。 As described above, the robot 1 detects the presence or absence of foreign matter by detecting the moment of inertia at the joint 302.
つぎに、ロボット1は、異物処置部140により、車輪判断部114、上腕判断部124、前腕判断部134の判断結果の出力にもとづき、異物付着の有無を判断し、さらに場所を特定する。このとき、各判断結果出力がすべて「0」の場合は「異物の付着なし」と判断し、いずれかの判断結果が「1」ならば、「異物の付着あり」と判断する(S418)。
Next, the robot 1 uses the foreign
ロボット1は、「異物の付着なし」と判断した場合、車輪201の車輪止め210を解除し、通常の操作を行う場所に移動し、使用者の操作指示を受け付け、異物検出を終了する(S419)。
If the robot 1 determines that “no foreign matter is attached”, the robot 1 releases the
一方、ロボット1は、「異物の付着あり」と判断した場合、異物の付着があることをブザーやモニタ表示によって報知し(S420)、異物が除去されるまで移動を禁止する。ハンド204により異物の除去が可能であれば異物除去を行う(S421)。
On the other hand, when the robot 1 determines that “foreign matter is attached”, it notifies the presence of the attached foreign matter by a buzzer or a monitor display (S420), and prohibits the movement until the foreign matter is removed. If the foreign matter can be removed by the
なお、異物処置部140はロボット1本体における異物付着の有無を判断したが、車輪判断部114、上腕判断部124、前腕判断部134の判断結果の出力にもとづき、さらに、部位を特定するようにしてもよい。たとえば、車輪判断部114、上腕判断部124、前腕判断部134の判断結果がそれぞれ「1」、「0」、「0」であった場合、上腕202より先には異物の付着がないことがわかるので、筐体200に異物が付着していることを特定できる。また、判断結果がそれぞれ「1」、「1」、「0」であった場合、筐体200または上腕202に異物が付着していることを特定できる。このように、順次に検出された判断結果を用いることで、異物が付着している部位を特定できる。
The foreign
特定された異物の位置を報知すれば、外見では見つけにくい部位に異物が付着していても、使用者は容易に見つけて除去することができる。さらに、ロボット1が備えるハンド204で異物を指ではさんで除去するのが可能であれば、除去処置を行うことができる。なお、アームの振動によって除去してもよい。
By notifying the position of the identified foreign matter, the user can easily find and remove the foreign matter even if the foreign matter is attached to a site that is difficult to find by appearance. Furthermore, if it is possible to remove the foreign object with a finger with the
また、各部位ごとに慣性モーメントを検出せず、たとえば車輪モータ111の軸回りの慣性モーメントのみを検出し、S408からS417までを省略するようにしてもロボット1本体における異物の付着の有無を判断できる。
Further, even if the inertia moment around the axis of the
また、各部位に分けて検出すれば、異物付着による慣性モーメントの増加分を相対的に大きくでき、異物付着の有無をより高い精度で判断することができる。 Further, if the detection is performed separately for each part, the increase in the moment of inertia due to the adhesion of foreign matter can be relatively increased, and the presence or absence of foreign matter adhesion can be determined with higher accuracy.
また、車輪止め210によって車輪201を床面に固定し、車輪201以外の部位の慣性モーメントを検出するようにしたが、逆に筐体200を床面に固定するようにして、車輪201を回転させ、車輪201の慣性モーメントを検出するようにしてもよい。
In addition, the
具体的には、筐体200に伸縮自在な脚を設け、ロボット1は、この脚を車輪201が浮くまで伸ばすことで、筐体200を床面に固定してもよい。ロボット1は、筐体200を床面に固定した後で車輪201を回転させることで、車輪201の慣性モーメントを検出できる。これにより、ロボット1は、車輪201に付着した異物の有無を検出できる。
Specifically, the
このように、車輪201を上下移動して筐体200を固定する機構部、車輪201を浮かすために筐体200に備えた伸縮自在な脚、車輪201を固定するための車輪止め210など、慣性モーメントを検出しない部材を固定するための部材固定部(図示せず)を設けることで、慣性モーメントの検出時に部材を回転させたときに発生する揺れを防止でき、検出誤差を低減できる。
Thus, inertia such as a mechanism unit for moving the
このように、慣性モーメントの検出を行わない部材を静止状態に保持させることで、慣性モーメントの検出時に回転された部材により発生するロボット本体の揺れを防止でき、検出誤差を低減できる。また、異物の有無を特定する部材の場所に応じて、静止させる部材を変更することで、異物の場所を精度よく特定できる。 In this way, by holding the member that does not detect the moment of inertia in a stationary state, it is possible to prevent the robot body from shaking due to the rotated member when detecting the moment of inertia, and to reduce detection errors. Further, the location of the foreign matter can be accurately identified by changing the member to be stationary according to the location of the member that identifies the presence or absence of the foreign matter.
また、ロボット1は、搭載されているバッテリーの充電が終了した後で異物検出を行ってもよいし、ロボット1が何ら作業を行っていない待機状態のときに行ってもよいし、待機状態が所定の時間以上続いたときに行ってもよい。 Further, the robot 1 may perform foreign object detection after charging of the mounted battery, or may be performed when the robot 1 is in a standby state in which no work is being performed. You may carry out when it continues more than predetermined time.
ロボット1において、異物検出を充電終了後に行われる場合、定期的に充電がなされるため、異物が付着しているのを長期間見逃すことがない。また、車輪止め210の場所で充電を行えばS401への移動を省略することができ、移動に要する時間を短縮できる。
In the robot 1, when foreign matter detection is performed after the end of charging, charging is performed periodically, so that it is not overlooked for a long time that foreign matter is attached. Further, if charging is performed at the place of the
ロボット1において、異物検出を待機状態のときに行えば、作業効率を落とすことがない。 In the robot 1, if the foreign object detection is performed in the standby state, the work efficiency is not lowered.
また、S401からS421まで、異常が発生しない場合を説明したが、たとえば、モータの異常、前腕203などの障害物への衝突など、正常に慣性モーメントを検出できない場合も想定される。これを回避するため、回転角度を検出するセンサや衝突を検出するセンサ、故障を検出するセンサなどを用いてロボット1の異常を検出し、異物検出を中止するようにしてもよい。
Moreover, although the case where abnormality does not generate | occur | produce from S401 to S421 was demonstrated, the case where inertia moment cannot be detected normally, for example, abnormality of a motor, the collision with obstacles, such as a
つぎに、慣性モーメントの検出方法について詳細に説明する。 Next, a method for detecting the moment of inertia will be described in detail.
DCモータにおいて、モータへの入力電流を時変数I、モータの回転角速度を時変数ω、モータの回転角加速度をα、モータのトルク定数をK、モータの回転軸まわりの慣性モーメントをJ、粘性摩擦係数をDとすると、トルクTは、以下の運動方程式よって表わされることが知られている。 In a DC motor, the input current to the motor is the time variable I, the motor rotational angular velocity is the time variable ω, the motor rotational angular acceleration is α, the motor torque constant is K, the moment of inertia around the motor rotation axis is J, the viscosity Assuming that the friction coefficient is D, the torque T is known to be expressed by the following equation of motion.
T=K×I
=J×α+D×ω
本実施の形態において、電流Iは、車輪駆動部110、上腕駆動部120、前腕駆動部130が、それぞれ車輪モータ111、上腕モータ121、前腕モータ131に与える駆動電流である。
T = K × I
= J × α + D × ω
In the present embodiment, the current I is a drive current given to the
また、回転角速度ωは、車輪角速度検出部112、上腕角速度検出部122、前腕角速度検出部132で検出された検出信号である。また、回転角加速度αは回転角速度ωを微分することにより求められたものである。
The rotational angular velocity ω is a detection signal detected by the wheel angular
また、トルク定数K、粘性摩擦係数D、慣性モーメントJは、ロボット1の設計の段階で既知のものである。これにより、もし、ロボット1の部材に異物が付着すると、異物の重量により、慣性モーメントJの値が設計値より大きくなる。この慣性モーメントJの変化を検出することで、異物の付着を判断できる。 Further, the torque constant K, the viscous friction coefficient D, and the moment of inertia J are known at the stage of designing the robot 1. Thereby, if a foreign substance adheres to the member of the robot 1, the value of the moment of inertia J becomes larger than the design value due to the weight of the foreign substance. By detecting this change in the moment of inertia J, it is possible to determine the adhesion of foreign matter.
このように、慣性モーメントを利用して異物を検出することで、回転角加速度を大きくすればするほど、質量の小さい異物でも、慣性モーメントJを相対的に大きくでき、検出精度を高めることができる。この効果は、静的なモーメントでは得られない効果である。 Thus, by detecting the foreign matter using the moment of inertia, the greater the rotational angular acceleration, the larger the moment of inertia J can be made even with a foreign matter having a small mass, and the detection accuracy can be improved. . This effect cannot be obtained with a static moment.
また、車輪検出部113、上腕検出部123、前腕検出部133は、それぞれ入力された回転角速度ωから回転角加速度αを求め、駆動電流I、および既知のトルク定数K、粘性摩擦係数Dで定まる運動方程式から最小二乗法などにより慣性モーメントJを検出することができる。検出方法は、最小二乗法によらず、既知の様々な手法を適用してもよい。
Further, the wheel detection unit 113, the upper
また、車輪判断部114、上腕判断部124、前腕判断部134は、ロボット1の姿勢に動力学モデルにもとづいて慣性モーメントの設計値を求め、記憶値として記憶してもよい。また、車輪判断部114、上腕判断部124、前腕判断部134は、工場出荷時などに、あらかじめ慣性モーメントを検出するときの姿勢をロボット1にさせ、その姿勢での慣性モーメントを実測した値を記憶するようにしてもよい。検出するときの姿勢と同じ姿勢で慣性モーメントを実測して記憶すれば、複雑な慣性モーメントの設計値の計算が不要となるだけでなく、設計上の誤差による影響も同時に低減できる。
Further, the
なお、粘性摩擦係数Dは、特にモータの回転軸に塗布されたグリースなどの性質により、温度によって変化する場合がある。このため、ロボット1は、車輪温度検出部115、上腕温度検出部125、前腕温度検出部135が検出した温度に応じて、慣性モーメントの検出時に粘性摩擦係数Dを補正する。これにより、より高い精度で慣性モーメントを検出することができる。もちろん温度依存性の小さいグリースを用いれば、このような補正は省略することができる。また、慣性モーメントの検出に係るもので、温度依存の少ないものが使用されるならば、車輪温度検出部115、上腕温度検出部125、前腕温度検出部135を省略することは可能である。
The viscous friction coefficient D may vary depending on the temperature, particularly due to the properties of grease applied to the rotating shaft of the motor. For this reason, the robot 1 corrects the viscous friction coefficient D when detecting the moment of inertia according to the temperatures detected by the wheel temperature detection unit 115, the upper arm
また、筐体200、上腕202、前腕203の順に慣性モーメントを検出したが、逆の順番に検出するようにしてもよい。
Further, although the moment of inertia is detected in the order of the
また、ロボット1の慣性モーメントを検出するとき、関節部での慣性モーメントを最小にするための姿勢は、上腕、前腕を折りたたむようにしてもよいし、上腕、前腕を伸縮可能な構造とし、縮めてもよい。 Further, when detecting the moment of inertia of the robot 1, the posture for minimizing the moment of inertia at the joint may be such that the upper arm and the forearm are folded, or the upper arm and the forearm can be expanded and contracted. May be.
以上のように、本発明によれば、特別なセンサを用いることなく任意の部位に付着された異物の有無を検出することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to detect the presence or absence of a foreign substance attached to an arbitrary part without using a special sensor.
本発明によれば、任意の部位に取り付けられた盗聴器や盗撮器などの異物の有無を検知可能であり、異物検知方法およびロボットなどに有用である。 According to the present invention, it is possible to detect the presence or absence of a foreign object such as a wiretap or a voyeur attached to an arbitrary part, which is useful for a foreign object detection method and a robot.
1 ロボット
10 車輪異物検知部
20 上腕異物検知部
30 前腕異物検知部
100 異物検出制御部
110 車輪駆動部
111 車輪モータ
112 車輪角速度検出部
113 車輪検出部
114 車輪判断部
115 車輪温度検出部
120 上腕駆動部
121 上腕モータ
122 上腕角速度検出部
123 上腕検出部
124 上腕判断部
125 上腕温度検出部
130 前腕駆動部
131 前腕モータ
132 前腕角速度検出部
133 前腕検出部
134 前腕判断部
135 前腕温度検出部
140 異物処置部
150 移動制御部
160 ハンド制御部
200 筐体
201 車輪
202 上腕
203 前腕
204 ハンド
210 車輪止め
300,301,302,303 関節
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (13)
前記駆動部に対して前記部材を回転させるための制御信号を出力する制御部と、
前記関節での回転軸まわりの第1の慣性モーメントを検出する検出部と、
前記第1の慣性モーメントの値と異物の付着がない場合の前記関節での回転軸まわりの第2の慣性モーメントの値とを比較し、前記複数の部材の少なくともいずれかの部材に付着した異物の有無を判断する異物判断部と、
を備えることを特徴とするロボット。 A drive unit that rotates at least one of the plurality of members around a joint connecting the plurality of members;
A control unit that outputs a control signal for rotating the member with respect to the drive unit;
A detection unit for detecting a first moment of inertia around the rotation axis at the joint;
The value of the first moment of inertia is compared with the value of the second moment of inertia around the rotation axis at the joint when no foreign matter is attached, and the foreign matter attached to at least one of the plurality of members. A foreign matter judgment unit for judging the presence or absence of
A robot characterized by comprising:
前記検出部は、複数の前記関節それぞれでの回転軸まわりの前記第1の慣性モーメントを順次に検出し、
前記異物判断部は、前記関節ごとに検出された前記第1の慣性モーメントの値それぞれに対して異物の付着の有無を判断し、判断された複数の判断結果にもとづいて異物が付着している部材を特定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のロボット。 A plurality of the joints;
The detection unit sequentially detects the first moment of inertia around the rotation axis at each of the plurality of joints,
The foreign matter determination unit determines whether or not foreign matter is attached to each of the first inertia moment values detected for each joint, and the foreign matter is attached based on the determined determination results. The robot according to claim 1 or 2, wherein a member is specified.
前記検出部は、前記部材固定部により前記複数の部材の少なくともいずれかの部材が静止状態に保持された後で前記第1の慣性モーメントを検出することを特徴とする請求項6に記載のロボット。 A member fixing portion for holding at least any one of the plurality of members not detecting the first moment of inertia;
The robot according to claim 6, wherein the detection unit detects the first moment of inertia after at least one of the plurality of members is held stationary by the member fixing unit. .
T=J×α+D×ω
(T:トルク、α:回転角加速度、D:粘性摩擦係数、ω:回転角速度)
の関係式にもとづいて検出することを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のロボット。 The detection unit detects the first moment of inertia J,
T = J × α + D × ω
(T: torque, α: rotational angular acceleration, D: viscous friction coefficient, ω: rotational angular velocity)
The robot according to any one of claims 1 to 8, wherein the detection is performed based on the relational expression.
前記検出部は、前記温度検出部で検出された前記温度にもとづいて、前記関係式における前記トルクTまたは前記粘性摩擦係数Dを補正し、前記第1の慣性モーメントJを検出することを特徴とする請求項9に記載のロボット。 A temperature detection unit for detecting the temperature of the joint;
The detection unit corrects the torque T or the viscous friction coefficient D in the relational expression based on the temperature detected by the temperature detection unit, and detects the first moment of inertia J. The robot according to claim 9.
前記関節を中心に前記複数の部材の少なくともいずれかの部材を前記駆動部により回転させる駆動ステップと、
前記駆動部に対して前記部材を回転させるための制御信号を出力する制御ステップと、
前記関節での回転軸まわりの第1の慣性モーメントを検出する検出ステップと、
前記第1の慣性モーメントの値と異物の付着がない場合の前記関節での回転軸まわりの第2の慣性モーメントの値とを比較し、前記複数の部材の少なくともいずれかの部材に付着した異物の有無を判断する異物判断ステップと、
を備えたことを特徴とする異物検知方法。 In a foreign object detection method using a robot comprising a plurality of members, a joint connecting the plurality of members, and a drive unit that rotates at least one member of the plurality of members around the joint,
A driving step of rotating at least one member of the plurality of members around the joint by the driving unit;
A control step of outputting a control signal for rotating the member with respect to the drive unit;
A detection step of detecting a first moment of inertia around the rotation axis at the joint;
The value of the first moment of inertia is compared with the value of the second moment of inertia around the rotation axis at the joint when no foreign matter is attached, and the foreign matter attached to at least one of the plurality of members. A foreign matter judgment step for judging the presence or absence of
A foreign object detection method comprising:
前記検出ステップは、複数の前記関節それぞれでの回転軸まわりの前記第1の慣性モーメントを順次に検出し、
前記異物判断ステップは、前記関節ごとに検出された前記第1の慣性モーメントの値それぞれに対して異物の付着の有無を判断し、判断された複数の判断結果にもとづいて異物が付着している部材を特定することを特徴とする請求項11または請求項12に記載の異物検知方法。 A plurality of the joints;
The detecting step sequentially detects the first moment of inertia around the rotation axis at each of the plurality of joints,
In the foreign matter determining step, the presence or absence of foreign matter is determined for each value of the first moment of inertia detected for each joint, and the foreign matter is attached based on a plurality of determined determination results. The foreign object detection method according to claim 11, wherein a member is specified.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006131323A JP2007301660A (en) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | Foreign substance detection method and robot |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010052060A (en) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Denso Corp | Automatic operation device |
JP2012223851A (en) * | 2011-04-19 | 2012-11-15 | Toyota Motor Corp | Robot control device, and control method and control program for the same |
US10850344B2 (en) | 2017-11-10 | 2020-12-01 | Fanuc Corporation | Robot |
-
2006
- 2006-05-10 JP JP2006131323A patent/JP2007301660A/en active Pending
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