JP2014004653A5

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Publication number: JP2014004653A5
Application number: JP2012141597A
Authority: JP
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2032-06-25

Description

本発明のロボットは、関節で旋回するリンクと、前記リンクに接続され、互いに拮抗して配置された第１紐状部材及び第２紐状部材と、前記第１紐状部材を進退させる駆動力を発生する第１アクチュエータ、及び前記第２紐状部材を進退させる駆動力を発生する第２アクチュエータを有し、前記第１アクチュエータにより発生させた駆動力と前記第２アクチュエータにより発生させた駆動力との差で前記関節まわりにトルクを発生し、前記第１アクチュエータにより発生させた駆動力と前記第２アクチュエータにより発生させた駆動力との和で前記関節に剛性を与える駆動部と、前記第１及び第２アクチュエータに発生させる駆動力を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、外部から入力を受けた目標関節角度に対する関節角度の角度偏差に基づいて、前記関節まわりのトルク指令値を算出する位置制御部と、前記各紐状部材の固有振動数をｆ_ｍｉｎ、前記位置制御部の制御帯域をｆ_ｃ、前記位置制御部のナイキスト周波数をｆ_ｎとしたとき、ｆ_ｎ＞ｆ_ｍｉｎ＞ｆ_ｃを満たす前記固有振動数を求め、前記第１及び第２紐状部材の長さをＬ、前記第１及び第２紐状部材の線密度をμ、前記第１及び第２紐状部材の張力最低値をＴ_ｍｉｎとしたとき、Ｔ_ｍｉｎ＝４×Ｌ^２×μ×ｆ_ｍｉｎ ^２の関係式から前記張力最低値を算出する張力最低値計算部と、前記第１及び第２紐状部材のうち張力が小さい方の紐状部材の張力が前記張力最低値となるように、前記張力最低値、前記関節角度及び前記トルク指令値を用いて、前記第１及び第２アクチュエータの駆動力指令値を算出する駆動力指令値計算部と、前記駆動力指令値計算部により求めた駆動力指令値に対応する駆動力を、前記第１及び第２アクチュエータに発生させる駆動制御部と、を有することを特徴とする。

また、本発明のロボット制御方法は、関節で旋回するリンクと、前記リンクに接続され、互いに拮抗して配置された第１紐状部材及び第２紐状部材と、前記第１紐状部材を進退させる駆動力を発生する第１アクチュエータ、及び前記第２紐状部材を進退させる駆動力を発生する第２アクチュエータを有し、前記第１アクチュエータにより発生させた駆動力と前記第２アクチュエータにより発生させた駆動力との差で前記関節まわりにトルクを発生し、前記第１アクチュエータにより発生させた駆動力と前記第２アクチュエータにより発生させた駆動力との和で前記関節に剛性を与える駆動部と、を備えたロボット本体を、制御装置により制御するロボット制御方法において、前記制御装置の位置制御部が、外部から入力を受けた目標関節角度に対する関節角度の角度偏差に基づいて、前記リンクの前記関節まわりのトルク指令値を算出する位置制御工程と、前記制御装置の張力最低値計算部が、前記各紐状部材の固有振動数をｆ_ｍｉｎ、前記位置制御部の制御帯域をｆ_ｃ、前記位置制御部のナイキスト周波数をｆ_ｎとしたとき、ｆ_ｎ＞ｆ_ｍｉｎ＞ｆ_ｃを満たす前記固有振動数を求め、前記第１及び第２紐状部材の長さをＬ、前記第１及び第２紐状部材の線密度をμ、前記第１及び第２紐状部材の張力最低値をＴ_ｍｉｎとしたとき、Ｔ_ｍｉｎ＝４×Ｌ^２×μ×ｆ_ｍｉｎ ^２の関係式から前記張力最低値を算出する張力最低値計算工程と、前記制御装置の駆動力指令値計算部が、前記第１及び第２紐状部材のうち張力が小さい方の紐状部材の張力が前記張力最低値となるように、前記張力最低値、前記関節角度及び前記トルク指令値を用いて、前記第１及び第２アクチュエータの駆動力指令値を算出する駆動力指令値計算工程と、前記制御装置の駆動制御部が、前記駆動力指令値計算工程にて求められた駆動力指令値に対応する駆動力を、前記第１及び第２アクチュエータに発生させる駆動制御工程と、を備えたことを特徴とする。

Claims

関節で旋回するリンクと、
前記リンクに接続され、互いに拮抗して配置された第１紐状部材及び第２紐状部材と、
前記第１紐状部材を進退させる駆動力を発生する第１アクチュエータ、及び前記第２紐状部材を進退させる駆動力を発生する第２アクチュエータを有し、前記第１アクチュエータにより発生させた駆動力と前記第２アクチュエータにより発生させた駆動力との差で前記関節まわりにトルクを発生し、前記第１アクチュエータにより発生させた駆動力と前記第２アクチュエータにより発生させた駆動力との和で前記関節に剛性を与える駆動部と、
前記第１及び第２アクチュエータに発生させる駆動力を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
外部から入力を受けた目標関節角度に対する関節角度の角度偏差に基づいて、前記関節まわりのトルク指令値を算出する位置制御部と、
前記各紐状部材の固有振動数をｆ_ｍｉｎ、前記位置制御部の制御帯域をｆ_ｃ、前記位置制御部のナイキスト周波数をｆ_ｎとしたとき、ｆ_ｎ＞ｆ_ｍｉｎ＞ｆ_ｃを満たす前記固有振動数を求め、前記第１及び第２紐状部材の長さをＬ、前記第１及び第２紐状部材の線密度をμ、前記第１及び第２紐状部材の張力最低値をＴ_ｍｉｎとしたとき、Ｔ_ｍｉｎ＝４×Ｌ^２×μ×ｆ_ｍｉｎ ^２の関係式から前記張力最低値を算出する張力最低値計算部と、
前記第１及び第２紐状部材のうち張力が小さい方の紐状部材の張力が前記張力最低値となるように、前記張力最低値、前記関節角度及び前記トルク指令値を用いて、前記第１及び第２アクチュエータの駆動力指令値を算出する駆動力指令値計算部と、
前記駆動力指令値計算部により求めた駆動力指令値に対応する駆動力を、前記第１及び第２アクチュエータに発生させる駆動制御部と、を有することを特徴とするロボット。
前記駆動力指令値計算部は、
前記第１及び第２紐状部材のうち少なくとも一方の紐状部材の張力が、前記張力最低値を下回る場合には、前記第１及び第２紐状部材のうち張力が小さい方の紐状部材の張力が前記張力最低値となるように、前記張力最低値、前記関節角度及び前記トルク指令値を用いて前記第１及び第２アクチュエータの駆動力指令値を計算し、
前記第１及び第２紐状部材の両方の紐状部材の張力が、前記張力最低値を上回る場合には、前記関節の剛性が外部から入力を受けた剛性指令値となるように、前記剛性指令値及び前記トルク指令値を用いて前記第１及び第２アクチュエータの駆動力指令値を計算することを特徴とする請求項１に記載のロボット。
前記第１及び第２アクチュエータは、空気圧式のアクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット。
前記第１及び第２アクチュエータは、回転モータとバネとを組み合わせたアクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のロボット。
前記第１及び第２紐状部材は、ワイヤであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボット。
前記第１及び第２紐状部材は、ベルトであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボット。
前記制御装置は、前記第１及び第２アクチュエータに発生させる駆動力を制御することで、前記リンクの動作を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボット。
関節で旋回するリンクと、前記リンクに接続され、互いに拮抗して配置された第１紐状部材及び第２紐状部材と、前記第１紐状部材を進退させる駆動力を発生する第１アクチュエータ、及び前記第２紐状部材を進退させる駆動力を発生する第２アクチュエータを有し、前記第１アクチュエータにより発生させた駆動力と前記第２アクチュエータにより発生させた駆動力との差で前記関節まわりにトルクを発生し、前記第１アクチュエータにより発生させた駆動力と前記第２アクチュエータにより発生させた駆動力との和で前記関節に剛性を与える駆動部と、を備えたロボット本体を、制御装置により制御するロボット制御方法において、
前記制御装置の位置制御部が、外部から入力を受けた目標関節角度に対する関節角度の角度偏差に基づいて、前記リンクの前記関節まわりのトルク指令値を算出する位置制御工程と、
前記制御装置の張力最低値計算部が、前記各紐状部材の固有振動数をｆ_ｍｉｎ、前記位置制御部の制御帯域をｆ_ｃ、前記位置制御部のナイキスト周波数をｆ_ｎとしたとき、ｆ_ｎ＞ｆ_ｍｉｎ＞ｆ_ｃを満たす前記固有振動数を求め、前記第１及び第２紐状部材の長さをＬ、前記第１及び第２紐状部材の線密度をμ、前記第１及び第２紐状部材の張力最低値をＴ_ｍｉｎとしたとき、Ｔ_ｍｉｎ＝４×Ｌ^２×μ×ｆ_ｍｉｎ ^２の関係式から前記張力最低値を算出する張力最低値計算工程と、
前記制御装置の駆動力指令値計算部が、前記第１及び第２紐状部材のうち張力が小さい方の紐状部材の張力が前記張力最低値となるように、前記張力最低値、前記関節角度及び前記トルク指令値を用いて、前記第１及び第２アクチュエータの駆動力指令値を算出する駆動力指令値計算工程と、
前記制御装置の駆動制御部が、前記駆動力指令値計算工程にて求められた駆動力指令値に対応する駆動力を、前記第１及び第２アクチュエータに発生させる駆動制御工程と、を備えたことを特徴とするロボット制御方法。
前記駆動力指令値計算工程では、
前記駆動力指令値計算部が、前記第１及び第２紐状部材のうち少なくとも一方の紐状部材の張力が、前記張力最低値を下回る場合には、前記第１及び第２紐状部材のうち張力が小さい方の紐状部材の張力が前記張力最低値となるように、前記張力最低値、前記関節角度及び前記トルク指令値を用いて前記第１及び第２アクチュエータの駆動力指令値を計算し、
前記第１及び第２紐状部材の両方の紐状部材の張力が、前記張力最低値を上回る場合には、前記関節の剛性が外部から入力を受けた剛性指令値となるように、前記剛性指令値及び前記トルク指令値を用いて前記第１及び第２アクチュエータの駆動力指令値を計算することを特徴とする請求項８に記載のロボット制御方法。