JP2009083094A - ロボット装置の制御方法及びロボット装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カメラ6により取得した対象物101の画像を処理して得られる画像特徴量に基づき、逐次最小二乗法を用いて画像特徴量の変化速度とマニピュレータ1の各関節2a,2b,2c,2d,2e,2fの動作速度との関係式であるヤコビ行列を推定し、事前に目標位置において取得された対象物101の画像特徴量と対比して、マニピュレータ1の手先位置5が目標位置に近づくように各関節2a,2b,2c,2d,2e,2fの動作速度を求めてマニピュレータ1の指令信号とし、この指令信号に基づいてマニピュレータ1を動作させる。
【選択図】図1
Description
本発明に係るロボット装置の制御方法は、6自由度以上のマニピュレータを有しマニピュレータの手先位置に撮像手段を有するロボット装置を制御するロボット装置の制御方法であって、撮像手段により取得した対象物の画像を処理して得られる画像特徴量に基づき、逐次最小二乗法を用いて画像特徴量の変化速度とマニピュレータの各関節の動作速度との関係式であるヤコビ行列を推定し、事前に目標位置において取得された対象物の画像特徴量と対比して、マニピュレータの手先位置が目標位置に近づくように各関節の動作速度を求めてマニピュレータの指令信号とし、この指令信号に基づいてマニピュレータを動作させ手先位置を目標位置とすることを特徴とするものである。
構成1を有するロボット装置の制御方法において、ヤコビ行列の推定において、忘却係数を固定ではなく動的に変化させることを特徴とするものである。
構成1、または、構成2を有するロボット装置の制御方法において、ヤコビ行列の推定に先だって、マニピュレータを僅かに駆動させ、各関節の動作速度と画像特徴量の変化速度との関係を求め、この関係によりヤコビ行列の初期解を定めることを特徴とするものである。
本発明に係るロボット装置は、6自由度以上のマニピュレータと、マニピュレータの手先位置に設けられた撮像手段と、マニピュレータに対する指令信号を生成する制御手段とを備え、制御手段は、撮像手段により取得した対象物の画像を処理して得られる画像特徴量に基づき、逐次最小二乗法を用いて画像特徴量の変化速度とマニピュレータの各関節の動作速度との関係式であるヤコビ行列を推定し、事前に目標位置において取得された対象物の画像特徴量と対比して、マニピュレータの手先位置が目標位置に近づくように各関節の動作速度を求めてマニピュレータに対する指令信号として生成し、この指令信号に基づいてマニピュレータを動作させ手先位置を目標位置とすることを特徴とするものである。
構成4を有するロボット装置において、制御手段は、ヤコビ行列の推定において、忘却係数を固定ではなく動的に変化させることを特徴とするものである。
構成4、または、構成5を有するロボット装置において、制御手段は、ヤコビ行列の推定に先だって、マニピュレータを僅かに駆動させ、各関節の動作速度と画像特徴量の変化速度との関係を求め、この関係によりヤコビ行列の初期解を定めることを特徴とするものである。
図1は、本発明に係るロボット装置の構成を示す模式的な側面図である。
そして、このロボット装置においては、以下に示す本発明に係るロボット装置の制御方法が実行されることにより、マニピュレータ1が自動制御される。すなわち、このロボット装置においては、事前に目標位置において取得した画像から算出し記憶している画像特徴量と、カメラ6により取得された画像から算出した画像特徴量とが一致するように、マニピュレータ1を動作させる。
Δf(θ)=J(θ)Δθ ・・・(式1)
前述のようにしてヤコビ行列の推定を行うにあたっては、初期解を適切に設定する必要がある。初期解の設定は、単純には、適当な値、例えば、単位行列などとすればよいが、より正確な推定を行うには、(式1)より、マニピュレータ1の関節を速度Δθで僅かに動かしたときに画像特徴量がどのような速度Δfで動くかを求めることが好ましい。
Ji0=〔Δf1・・・Δfm〕diag(Δθ1,・・・,Δθ6)−1・・・(式2)
マニピュレータ1の関節の軸数をnとし、画像特徴量の数をmとしたとき、(n+1)×(n+1)のゼロ行列をP0、m×nのヤコビ行列の初期解をJi0、m×1のゼロ行列をJt0とする。
カメラ6により取得された画像から求められる画像特徴量は、例えば、対象物101が円形状ならば、円の中心位置と半径、対象物101が楕円ならば、中心と長径、短径及び傾き、対象物101が四角形ならば、4頂点の位置などである。
制御開始からの時刻、または現在の時刻をtk(kは制御ステップ数を意味する整数)とし、制御開始直後の時刻をt0とする。関節角度をθkとし、制御開始直後の角度をθ0とする。そして、k=1を初期解として、以下の式を解く。
前述のように、忘却係数λを動的に変更することにより、より収束速度を向上させることができる。λkの初期解λ0を適当な値、たとえば1に選ぶとする。この場合、各制御周期での計算式は以下のようになる。
1a 第1のリンク
1b 第2のリンク
1c 第3のリンク
1d 第4のリンク
1e 第5のリンク
1f 第6のリンク
2a 第1の関節
2b 第2の関節
2c 第3の関節
2d 第4の関節
2e 第5の関節
2f 第6の関節
3 コンピュータ
3a メモリ
3b 画像処理部
3c 指令信号生成部
5 先端ツール機構
6 カメラ
101 対象物
Claims (6)
- 6自由度以上のマニピュレータを有し、マニピュレータの手先位置に撮像手段を有するロボット装置を制御するロボット装置の制御方法であって、
前記撮像手段により取得した前記対象物の画像を処理して得られる画像特徴量に基づき、逐次最小二乗法を用いて、画像特徴量の変化速度とマニピュレータの各関節の動作速度との関係式であるヤコビ行列を推定し、事前に目標位置において取得された前記対象物の画像特徴量と対比して、マニピュレータの手先位置が前記目標位置に近づくように各関節の動作速度を求めてマニピュレータの指令信号とし、この指令信号に基づいて前記マニピュレータを動作させ手先位置を前記目標位置とする
ことを特徴とするロボット装置の制御方法。 - 前記ヤコビ行列の推定において、忘却係数を固定ではなく動的に変化させる
ことを特徴とする請求項1記載のロボット装置の制御方法。 - 前記ヤコビ行列の推定に先だって、前記マニピュレータを僅かに駆動させ、各関節の動作速度と画像特徴量の変化速度との関係を求め、この関係により前記ヤコビ行列の初期解を定める
ことを特徴とする請求項1、または、請求項2記載のロボット装置の制御方法。 - 6自由度以上のマニピュレータと、
前記マニピュレータの手先位置に設けられた撮像手段と、
前記マニピュレータに対する指令信号を生成する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記撮像手段により取得した前記対象物の画像を処理して得られる画像特徴量に基づき、逐次最小二乗法を用いて、画像特徴量の変化速度とマニピュレータの各関節の動作速度との関係式であるヤコビ行列を推定し、事前に目標位置において取得された前記対象物の画像特徴量と対比して、マニピュレータの手先位置が前記目標位置に近づくように各関節の動作速度を求めてマニピュレータに対する指令信号として生成し、この指令信号に基づいて前記マニピュレータを動作させ手先位置を前記目標位置とする
ことを特徴とするロボット装置。 - 前記制御手段は、前記ヤコビ行列の推定において、忘却係数を固定ではなく動的に変化させる
ことを特徴とする請求項4記載のロボット装置。 - 前記制御手段は、前記ヤコビ行列の推定に先だって、前記マニピュレータを僅かに駆動させ、各関節の動作速度と画像特徴量の変化速度との関係を求め、この関係により前記ヤコビ行列の初期解を定める
ことを特徴とする請求項4、または、請求項5記載のロボット装置。
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