JP2011518677A - 末端部の精密配置のためのマニピュレータロボットおよび関連する制御 - Google Patents
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Abstract
Description
−SCARAタイプでは、1つの平面内に2つの可動腕を有し、(おそらくは、後の方の軸周りの回転によって完成する)そのような平面に対し垂直な方向のロボットフレキシビリディによって、基面に平行な面に立体を配置し配向させることが可能となっている。
ロボットは、ロボットフレキシビリティの度数(作動器の数に関連する)が取り扱われる立体について得られる自由度より大きい場合、冗長となり得る。一般的には、そのようなロボットは、制御が困難であるが、作業空間に位置する障害物を回避したり、近付くことがほぼ不可能な空間において作業したりすることが可能である。
を支持する多関節アームを含むロボットを開示している。多関節アームは、多関節ヘッドのおおざっぱな配置をもたらし、また正確な配置は、リニアベーニアによってもたらされ、ヘッドの関節を構成する。このようなロボットは、性質が異なる少なくとも6個の関節を必要とするという欠点を有する。
特定の実施形態において:
−三次元空間への配置のための多関節アームは、少なくとも4個の電動関節を含み、その中の少なくとも2個は回転軸である。第1工程は、ロボットの末端部を関心領域にもたらす工程からなり、この関心領域は、作業空間のサブアセンブリである。また、第2工程は、3個の二次電動関節を除く全ての関節を阻止する工程と、その中の2個は回転軸であり、前記二次関節の少なくとも1個の基本移動を介して、最終配置を実行する工程とからなる;
−3次元空間への配置のための関節式アームは、少なくとも4個の電動関節を含み、その中の少なくとも1個は回転軸である。第1工程は、ロボットの末端部を関心領域にもた
らす工程からなり、この関心領域は、作業空間のサブアセンブリである。また、第2工程は、3個の二次電動関節を除く全ての関節を阻止する工程と、それらは回転軸であり、前記二次関節の基本移動を介して、最終配置を実行する工程とからなる;
−多関節構造は、少なくとも3個の電動関節を含み、その中の少なくとも2個は、所謂二次平行回転軸である。また、第1工程は、ロボットの末端部を関心領域にもたらす工程からなり;第2工程は、前記二次電動回転軸を除く全ての電動式関節を阻止する工程と、前記二次軸の少なくとも1個の回転による基本移動を介して、最終配置を実行する工程とからなる;
−空間平面への配置のための多関節アームは、少なくとも3個の電動
関節を含み、その中の少なくとも1個は回転軸である。第1工程は、ロボットの末端部を関心領域にもたらす工程からなり、この関心領域は、作業空間のサブアセンブリである。また、第2工程は、2個の二次電動関節を除く全ての関節を阻止する工程と、それらは回転軸であり、前記二次関節の少なくとも1個の基本移動を介して、最終配置を実行する工程とからなる;
−三次元空間への配置のための多関節アームは、少なくとも4個のシリアル電動関節を含み、その中の少なくとも3個は、所謂二次回転軸であり、第1工程は、ロボットの末端部を関心領域にもたらす工程からなり、この関心領域は、作業空間のサブアセンブリである。3個の二次回転軸に対するレバーアームは、長さが短い。また、第2工程は、前記二次電動回転軸を除く全ての関節を阻止する工程と、前記二次軸の少なくとも1個の回転による基本移動を介して、最終配置を開始する工程とからなる;
−多関節アームは、少なくとも3個のシリアル電動関節を含み、その中の少なくとも2個は、所謂二次平行回転軸である。また、第1工程は、ロボットの末端部を、関心領域、もっと強い理由から、最適配置領域にもたらす工程からなり、この最適配置領域は、円板であり、その中心は、操作アームの末端部を含むと共に二次回転軸と直交する平面に記される二等辺直角三角形の斜辺と対向させられる頂点であり、斜辺は、第1二次回転軸上の第1頂点と、第2二次回転軸上の第2頂点とを有する;この円板の直径は、2個の二次回転軸の間の距離とおおよそ等しい;第2工程は、前記二次電動回転軸を除く全ての電動関節を阻止する工程と、前記二次軸の少なくとも1個の回転による基本移動を介して、最終配置を実行する工程とからなる;
前記ロボットは、運動連鎖の上流側に配置される少なくとも1個の付加的な関節と、この付加的な1個の関節又は複数の関節の作用を介して、関心領域の画定を可能にする冒頭工程とからなる;
−精密配置は、調和点と呼ばれる特定の点から目標点までの運動経路の一部の再現を介して間接的に得られ、その結果、乾燥摩擦の問題が解決する。調和点は、目標点と連結させられる不感帯の外部に配置される点である;
−精密配置は、ロボットの末端部の位置および目標点の間の距離を減少させることを可能にすると共に、二次的軸の周りにおける基本回転を介して、ロボットの制御を可能にする位置外受容情報の処理によって得られる;
−両工程は、連続移動に対する制御法則を準備するために、実行に先立ち計算される;
−両工程は、移動の間の制御法則および定期的な再計算を準備するために、実行に先立ち算定される;
−精密配置のためのこのような冗長ロボットの構成は、各工程において、逆転可能な幾何モデルを有することを可能にする;
−精密配置のための冗長ロボットの制御は、事前配置段階の完了に際して、より良好な配置精度のために、局所補正方法を用いる;
−手首はロボットの端部に固定されており、オブジェクト又はツールの配向制御を可能にする。
−二次軸は、目標点に対して最も小さいレバーアームを有するものとして選択される;
−両方の二次軸の間の距離は、第2及び第3軸の間の距離、ならびに第3軸及び末端点の間の距離よりも小さい;
−二次関節の角度位置センサは、他の関節のセンサの分解能よりも大きい分解能を有する;
−精密配置のための冗長ロボットの2工程構成は、運動連鎖における2個の連続的平行回転軸の冗長性に起因して、各工程において、逆転可能な幾何モデルを有することを可能にする。
けではない。
特定のロボット構造について、関心領域及びOPAは、運動連鎖の形態に応じる。しかしながら、作業空間の一部のみが、関心領域となり得る。ロボット構造の設計者は、注意深くしなければならず、また、OPAが存在し得、十分な容積を有し、且つ所望される用途に応じた移動及び形態によって接近可能であり得るように、その形状寸法を定めなければならない。使用者については、可能な形態全てから選択しなければならず、それは使用者に、精密な配置が所望される領域、および関心領域、或いはもっと強い理由からOPAを一致させることを可能にする。理想的には、精密配置は、OPAの中心近くの領域で実行される。
関心領域に留まりつつ、OPAの中心から更に遠くに到達した時に、部分結合が現れ得る。
不感体にあるならば、以下の工程を用いて、精密配置を得ることが可能である:調和点210が定められると共に、移動経路211によって得られる不感体の外側に配置される。原理は次に、最終設定点を、到達位置212及び目標202の間で測定される制御偏差に応じて調整することにより、このような調和点から始まる移動経路213を再現する工程からなる。次に移動経路214は、調和点210に戻るために用いられる。次に最終設定点が僅かに変更され、点212及び目標201の間における制御偏差を考慮にいれる。移動経路216は、調和点210から、目標210に最も近い点215に至る。本工程は、最終点が目標201に十分近くなるまで再開され得る。
多関節アームの末端部に固定されるオブジェクト又はツールの配向は、従来では、運動連鎖上に分散させられる様々な関節から制御され得る。
本発明の他の特徴及び効果は、以下の説明を読む際に、また以下に簡潔に示される添付図面を参照すると明らかになる。
PAの中心から更に遠くに達した時に、分離は消滅する傾向にあるが、配置の精度に関する効果はOPA内に、またより一般的には、関心領域と呼ばれる領域にとどまる。
ロボット構造はまた、上述された二次軸の中から少なくとも1個の軸を使用して、空間内の直線上に精確な配置を得る工程からなる別の実施形態で用いられてよい、
図4−a、4−b及び4−cを参照すると、三次元空間への末端部の極めて精度の高い配置を可能にする特定実施形態において、ロボット構造は、2個の平行な回転軸402および404と、回転軸402および404と直角な2個の平行な回転軸406および408からなる。平面413は軸406を含むと共に、軸402に対して直角である。点410は、平面413の軸402との交点である。点411は、平面413の軸404との交点である。軸404および406の間における距離は、軸402および406の間の距離に0.2の割合を掛けたものと等しい。軸406および408の間における距離は、末端部310および軸408の間の距離と等しく、その0.7倍から、軸402および404の間の距離が推定され、その結果、両方の距離は、同じ桁内にとどまる。アーム407の長さ/アーム403の長さの比率を探し求めており、これは可能な限り大きくなければならない。このロボットアームの工業的用途に従い、また、ロボットアームが使用される作業空間の特性に従い、当該技術分野に属する者は、上記比率を最適化する必要がある。当該技術分野に属する者は、アーム407の長さを恣意的に選択すると共に、アーム403の長さを得るために、そのアーム407の長さを10で割る。ロボットの基部400への軸402の距離は、必ずしも基準でなくてもよく、且つ、作業空間内における制約に応じて決定される。402は、いかなる中間アーム401を有することなく、基部400に直接的に固定されてよい。
図8−aおよび8−bを参照すると、ロボット構造の末端部を平面空間に配置すること
を可能にする特定実施形態において、構造は、平面811と直角であり、ひいては互いに平行な3個の回転リンク802,804および806からなる。回転接合部802は、一方では、1個のアーム801によって、空間800と一体的な支持体に固定され、また他方では、1個のアーム803によって、回転体804に関連させられている。アーム805は、回転リンク804および806を支持する。回転リンク806は、アーム807を制御する。配置される末端部310は、アーム807と一体化している。マース(mars)805および807の長さは、アーム803の長さのおおよそ半分の許容誤差を伴い、互いに実質的に等しい。当該技術分野に属する者であれば、作業空間における制約を考慮しつつ、可能な限り大きい805の長さ/803の長さの比率を得ようとする。制約がなければ、当該技術分野に属する者であれば、アーム805よりも少なくとも10分の1小さいアーム803の長さを考慮するであろう。アーム805の長さは、所望される作業空間の寸法に応じて選択される。
施形態において、構造は3個の回転接合部802,804および806からなり、802および806は、二次回転軸であり、また804のみが一次回転軸である。OPAの中心810は、二次軸802および806に関して上述されたように定められる。制御方法は、事前配置段階が完了したときに804を阻止する工程と、精密配置段階の間のみに、二次軸802および806を作動させる工程とからなる。前の場合と異なり、軸804に対して与えられる角度設定値に応じて、軸802および806の間における距離に作用することにより、二次回転軸に対するOPAの中心810の位置を変更することが可能である。これにより、精密配置段階の間に、両方の直角方向に沿った移動の感度を減少させ、或いは改良することが可能となる。別の利点としては、本機器は、既存のスカラロボットと一体化させられ得、末端部品は、軸806への十分な分解能を有するスカラロボットの端部に取り付けられるツールとみなされ得るアーム807および310からなる。欠点としては、軸804に対して与えられる角度設定値の特定の値についてのみ、OPAの中心に載置され得ないことである。
Claims (15)
- N次元空間における末端部の移動のために多関節アームを含むロボットであって、少なくともN+1個の電動関節と、該電動関節の移動を制御するコンピュータとを含み、前記コンピュータは、前記多関節アームの前記末端部を事前配置する第1工程と、精密配置する第2工程とを制御し、
前記第1工程は、前記多関節アームの末端部を関心領域の最適配置領域の中心に可能な限り近くに引き込む工程からなり、該中心は、N個の二次電動関節に応じて定められ、該関節の少なくとも1個は回転軸であり、
前記第2工程は、前記N個の二次電動関節を除く全ての関節を阻止する工程と、前記N個の二次電動関節の少なくとも1個の基本移動を介して、前記末端部の移動を制御する工程とからなる
ことを特徴とするロボット。 - 三次元空間での配置のための前記多関節アームは、少なくとも4個の電動関節を含み、その中の少なくとも3個は、二次回転軸であり、前記第1工程は、前記ロボットの末端部を関心領域にもたらす工程からなり、該関心領域は、作業空間のサブアセンブリであり、且つ、前記第2工程は、前記二次電動回転軸を除く全ての関節を阻止する工程と、前記二次回転軸の少なくとも1個の回転による基本移動を介して最終配置を実行する工程とからなることを特徴とする請求項1に記載のロボット。
- 前記三次元空間での配置のための多関節アームは、少なくとも4個の電動関節を含み、その中の少なくとも2個は回転軸であり、前記第1工程は、前記ロボットの末端部を前記関心領域にもたらす工程からなり、該関心領域は、作業空間のサブアセンブリであり、且つ、前記第2工程は、3個の二次電動関節を除く全ての関節を阻止する工程と、その中の2個は回転軸であり、前記二次関節の少なくとも1個の基本移動を介して、精密配置を実行する工程とからなることを特徴とする請求項1に記載のロボット。
- 前記三次元空間への配置のための多関節アームは、少なくとも4個の電動関節を含み、その中の少なくとも1個は回転軸であり、前記第1工程は、前記ロボットの前記末端部を前記関心領域にもたらす工程を含み、該関心領域は、作業空間のサブアセンブリであり、且つ、前記第2工程は、3個の二次電動関節を除く全ての関節を阻止する工程と、それらは回転軸であり、前記二次関節の少なくとも1個の基本移動を介して、最終配置を実行する工程とを含むことを特徴とする請求項1に記載のロボット。
- 前記多関節アームは少なくとも3個の電動関節を含み、その中の少なくとも2個は所謂二次平行回転軸であり、且つ、前記第1工程は、前記ロボットの末端部を前記関心領域にもたらす工程を含み、該関心領域は円板であり、該関心領域の中心は、前記多関節アームの前記末端部を含むと共に前記二次回転軸と直角な平面に含まれる二等辺直角三角形の斜辺と対向させられる頂点であり、該斜辺は、前記第1二次回転軸上の第1頂点と、前記第2二次回転軸上の第2頂点とを有し;前記円板の直径は、2個の二次回転軸の間の距離と略等しく、前記第2工程は、前記第2電動回転軸を除く全ての電動関節を阻止する工程と、前記二次軸の少なくとも1個の回転による基本移動を介して、最終配置を実行する工程とからなることを特徴とする請求項1に記載のロボット。
- 前記多関節構造は、少なくとも3個の電動関節を含み、その中の少なくとも2個は、所謂二次平行回転軸であり、且つ、前記第1工程は、前記ロボットの前記末端部を前記関心領域にもたらす工程を含み、前記第2工程は、前記二次電動回転軸を除く全ての関節を阻止する工程と、該二次軸の少なくとも1個の回転による基本移動を介して、最終配置を実行する工程とからなることを特徴とする請求項1に記載のロボット。
- 前記空間平面での配置のための多関節アームは、少なくとも3個の電動関節を含み、その中の少なくとも1個は回転軸であり、前記第1工程は、前記ロボットの前記末端部を前記関心領域にもたらす工程からなり、該関心領域は、作業空間のサブアセンブリであり、且つ、前記第2工程は、2個の二次電動関節を除く全ての関節を阻止する工程と、それらは回転軸であり、前記二次関節の少なくとも1個の基本移動を介して、精密配置を実行する工程とからなることを特徴とする請求項1に記載のロボット。
- 運動連鎖の上流側に配置される少なくとも1個の付加的な関節を含み、一冒頭工程は、該付加的な関節又は複数の関節の作用を介して、関心領域を画定することを可能にすることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載のロボット。
- 前記精密配置は、調和点と呼ばれる特定の点から目標点までの移動経路の一部の再生を介して間接的に得られ、その結果、乾燥摩擦の問題を解消し、該調和点は、該目標点に関して不感体の外に配置される点であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載のロボット。
- 前記精密配置は、前記ロボットの前記末端部の位置及び前記目標点の間の距離を減少させ、且つ前記二次関節の基本移動により、前記ロボットを制御することを可能にする外受容情報を処理することにより得られることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載のロボット。
- 前記二工程は、連続移動のための制御法則を準備するために、実行に先立ち計算されることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一項に記載のロボット。
- 前記両工程は、移動過程における制御法則および定期的な再計算を準備するために、実行に先立ち計算されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載のロボット。
- 前記精密配置のための冗長ロボットの構成は、各工程が逆転可能な幾何モデルを使用することを可能にすることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載のロボット。
- 前記精密配置のための冗長ロボットの制御は、前記事前配置段階の完了に際して、より良好な配置精度のために、局所補正工程を用いることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載のロボット。
- 手首が前記ロボットの端部に固定されて、オブジェクト又はツールの配向制御を可能にすることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか一項に記載のロボット。
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