JP2014018912A - ロボット制御装置、ロボット制御方法およびロボット制御プログラムならびにロボットシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロボット制御装置101は、肩に対応する関節と肘に対応する関節と手首に対応する関節を接続して有し前記手首にエンドエフェクター(例えば、手先)が接続されるロボット(マニピュレーター102)の前記エンドエフェクターおよび前記肘が障害物を回避するように前記ロボットを制御するロボット制御部を備える。
【選択図】図1
Description
このようなマニピュレーターは、肩に対応する関節と肘に対応する関節と手首に対応する関節を接続して有し、前記手首にエンドエフェクターが接続される。エンドエフェクターとしては、例えば、対象物を把持する手先が用いられる。
マニピュレーターの構造として、垂直多関節型などが知られている。
本発明の第1実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
まず、図6〜図10を参照して、オフセット構造を含み7つの関節を有するロボットを、肘の位置を明確に指定して、制御することについて説明する。
<全体の機能ブロックの例>
図6は、本発明の一実施形態に係るロボット制御装置1001を含むロボットシステムの構成例を示す概略ブロック図である。
本実施形態に係るロボットシステムは、ロボット制御装置1001と、ロボット1002と、ケーブル1003と、を備える。
制御部1011は、ロボット制御部1021を備える。
出力部1014は、例えば、情報を表示する液晶画面などを用いて構成され、ユーザーに対して各種の情報を表示出力する。
記憶部1012は、各種の情報を記憶する。記憶部1012は、例えば、制御部1011により使用されるプログラムの情報や、各種の処理で使用される数値などの情報を記憶する。
ロボット制御部1021は、ケーブル1003を介して、制御のための信号(制御信号)をロボット1002に送信することで、ロボット1002を制御する。
また、ロボット制御部1021は、ロボット1002から送信される信号を、ケーブル1003を介して、受信することも可能である。
ロボット1002は、ロボット制御装置1001のロボット制御部1021から送信される制御信号を、ケーブル1003を介して、受信し、受信した制御信号により制御される。
また、ロボット1002は、自己の状態などを示す信号を、ケーブル1003を介して、ロボット制御装置1001のロボット制御部1021に送信する機能を有してもよい。
図7は、第1の例に係るオフセット構造を有する7関節(7自由度)のロボット1002の構成例を示す概略ブロック図である。
第1の例に係るロボット1002は、ベースa0と、第1関節に相当する回転軸A1と、第1のリンクa1と、第2関節に相当する旋回軸A2と、第2のリンクa2と、第3関節に相当する回転軸A3と、第3のリンクa3と、第4関節に相当する旋回軸A4と、第4のリンクa4と、第5関節に相当する回転軸A5と、第5のリンクa5と、第6関節に相当する旋回軸A6と、第6のリンクa6と、第7関節に相当する回転軸A7と、第7のリンクa7と、手先12と、を接続して構成される。
第4関節で、肘の部分が構成されている。
第5関節、第6関節および第7関節で、手首の部分が構成されている。
各関節は、各軸A1〜A7により実現されている。
各リンク(節)a1〜a7は、例えば、剛体から構成されている。
本実施形態では、肩の根元から手先12までを含む部分を「アーム」とする。
この例では、エンドエフェクターとして、対象物を把持する手先12が用いられている。なお、エンドエフェクターとして、他のものが用いられてもよい。
また、ベースa0、第2のリンクa2、第3のリンクa3、第4のリンクa4、第5のリンクa5、第6のリンクa6、第7のリンクa7は、直線状である。
また、第1の例では、第1のリンクa1は、1箇所で略90度に折れ曲がった形状を有している。この部分が、オフセット構造を有するオフセット部11である。オフセット構造とは、隣り合う関節同士の回転中心軸線が互いに交わらない構造のことである。上述した構成のように、90度に折れ曲がった形状には限られない。
各旋回軸A2、A4、A6は、図7において表から裏への直線(または、裏から表への直線)を中心軸として、旋回(回転)することが可能である。
なお、各回転軸A1、A3、A5、A7の中心軸(回転軸)に対して、各旋回軸A2、A4、A6の中心軸(旋回軸)は、直交する。
ここで、ロボット1002を制御する変数(パラメーター)としては、必ずしもこれら7つの角度でなくてもよく、これら7つの角度の全てを直接または間接に特定することができる任意の変数を用いることができる。
ロボット制御部1021は、記憶部1012に記憶された前記制御情報に基づいて、ロボット1002の手先12の位置および姿勢の指示と、肘に相当する位置の指示に応じて、これらの指示に合うロボットの状態の条件に合致するように、ロボット1002の各回転軸A1、A3、A5、A7および各旋回軸A2、A4、A6の角度を制御する。
ここで、逆運動学により、ロボット1002の手先12の位置および姿勢と、肘に相当する位置とから、ロボット1002の全体の状態を解析的に計算して決定することができる。
このような逆運動学における計算の手順(逆運動学における計算手順1)〜(逆運動学における計算手順4)の概要を説明する。
手先12の姿勢を、第7関節の回転軸と向きが等しい単位ベクトルb(bは図および数式ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)と、ベクトルbと直交する単位ベクトルn(nは図および数式ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)と、ベクトルbおよびベクトルnと直交して、それらと右手座標系を構成する単位ベクトルt(tは図ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)とで表す。
さらに、ロボット1002(本実施形態では、マニピュレーター)の全体の姿勢を指定する変数(角度の値)であるオフセット角度値δを指定する。このオフセット角度値δは、肘に相当する位置を指定するものである。
そして、手先12の位置および姿勢と、オフセット角度値δとから、各関節の角度を計算する。
ここで、図10に示したように手先12の位置ベクトルpが、式(1)で表されるものであって、ベクトルn、ベクトルtおよびベクトルbが所定の姿勢の時の各関節角度を0度とする。
最初に、第6関節J6の中心を手首と定義し、指定された手先12の位置と、手先12と第6関節J6との相対的な位置および姿勢から、ベース座標における手首の位置ベクトルw(wは図および数式ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)を式(2)により計算する。
ここで、幾何学的な対称性から、式(4)も第1関節J1の角度θ1とすることができる。そこで、実際の制御においては、適宜選択してロボットへ指令する。
また、ベース座標における手首の位置ベクトルwの座標を(wx、wy、wz)としてある。
求めた第1関節J1の角度θ1を用いて、第1関節J1の角度θ1が0度で、第2関節J2の中心を原点とした場合における手首の位置ベクトルw’(w’は図および数式ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)を式(5)により計算する。
まず、第4関節J4の角度θ4はベクトルw’とd3およびd5が三角形を形成することを条件として式(6)により求める。
手首の位置ベクトルw’の座標を(w’x、w’y、w’z)としてある。
式(8)におけるθ2[1]は第2関節J2の角度θ2の第1の例である。
式(11)におけるθ3[2]は第3関節J3の角度θ3の第2の例である。
式(12)におけるθ4[2]は第4関節J4の角度θ4の第2の例である。
式(13)におけるθ2[3]は第2関節J2の角度θ2の第3の例である。
式(14)におけるθ3[3]は第3関節J3の角度θ3の第3の例である。
式(15)におけるθ4[3]は第4関節J4の角度θ4の第3の例である。
式(16)におけるθ2[4]は第2関節J2の角度θ2の第4の例である。
式(17)におけるθ3[4]は第3関節J3の角度θ3の第4の例である。
式(18)におけるθ4[4]は第4関節J4の角度θ4の第4の例である。
求めた第1関節J1、第2関節J2、第3関節J3および第4関節J4の角度を用いて、第1関節J1、第2関節J2、第3関節J3および第4関節J4の角度が0度で、第6関節J6の中心を原点とした場合の手先12の位置を式(19)により計算する。
この手先12の位置ベクトルp’の座標を(p’x、p’y、p’z)としてある。
式(20)におけるθ5[1]は第5関節J5の角度θ5の第1の例である。
式(21)におけるθ6[1]は第6関節J6の角度θ6の第1の例である。
式(23)におけるθ6[2]は第6関節J6の角度θ6の第2の例である。
求めた第1関節J1、第2関節J2、第3関節J3、第4関節J4、第5関節J5および第6関節J6の角度を用いて、第7関節J7の角度が0度の時の単位ベクトルn0(n0は数式ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)を式(24)により計算する。
次に、計算したベクトルn0と、指定されたベクトルnとの外積vp(vpは数式ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)を式(25)により求めて、それと指定されたベクトルbとの式(26)による内積sppの正負から、その回転方向を判別する。
ベクトルn0の座標を(n0x、n0y、n0z)としてある。
ベクトルbの座標を(bx、by、bz)としてある。
ベクトルvpの座標を(vpx、vpy、vpz)としてある。
表(1)において、θ1〜θ7について記載された()付きの番号は、以上で示した数式の番号を示している。例えば、θ1について(3)という場合は式(3)に示されるθ1[1]をθ1として使用するということであり、また、θ2について(16)という場合は式(16)に示されるθ2[4]をθ2として使用するということであり、他も同様である。
一例として、逆運動学による解析式などをあらかじめオフラインで求めておいて記憶部1012に記憶させておき、ロボット制御部1021がその解析式などを使用して各関節の角度を計算することができる。
図8に示されるXYZ座標系は、ベース座標の座標系である。
図8において、点701(図8の例では、原点O)は、ロボット1002を構成するベースa0の根元の点を表す。
図8において、点702は、ロボット1002を構成する手首を表す。
図8において、ロボットの状態602は、点701と点702を固定した場合に、オフセット角度値δがあるとしたときにおけるロボットの状態を表す。このとき、第1関節の角度は(θ1+δ)となる。
なお、本実施形態では、肘に相当する位置(肘の位置)を指定する変数として、オフセット角度値δを用いるが、例えば、同様なものが間接に特定されれば、他の方法で定義される変数が用いられてもよい。
本実施形態に係るロボットシステムのロボット制御装置1001では、肘に相当する位置を明確に指定する変数(オフセット角度値δ)を使用することで、例えば、ユーザーにより、直感でロボット1002の状態を指示することができ、制御のし易さを向上させることができる。
第1の例では、図7に示されるように第1関節(回転軸A1)と第2関節(旋回軸A2)との間にオフセット構造(オフセット部11)を有するロボットを制御する場合について説明したが、第2の例では、図9に示されるように第6関節(旋回軸A6)と第7関節(回転軸A2)との間にオフセット構造(オフセット部21)を有するロボットを制御する場合について説明する。
第2の例に係るロボット1002は、ベースb0と、第1関節に相当する回転軸B1と、第1のリンクb1と、第2関節に相当する旋回軸B2と、第2のリンクb2と、第3関節に相当する回転軸B3と、第3のリンクb3と、第4関節に相当する旋回軸B4と、第4のリンクb4と、第5関節に相当する回転軸B5と、第5のリンクb5と、第6関節に相当する旋回軸B6と、第6のリンクb6と、第7関節に相当する回転軸B7と、第7のリンクb7と、手先22と、を接続して構成される。
第4関節で、肘の部分が構成されている。
第5関節、第6関節および第7関節で、手首の部分が構成されている。
各関節は、各軸B1〜B7により実現されている。
各リンク(節)b1〜b7は、例えば、剛体から構成されている。
本実施形態では、肩の根元から手先22までを含む部分を「アーム」とする。
この例では、エンドエフェクターとして、対象物を把持する手先22が用いられている。なお、エンドエフェクターとして、他のものが用いられてもよい。
また、ベースb0、第1のリンクb1、第2のリンクb2、第3のリンクb3、第4のリンクb4、第5のリンクb5、第7のリンクb7は、直線状である。
また、第2の例では、第6のリンクb6は、1箇所で略90度に折れ曲がった形状を有している。この部分が、オフセット構造を有するオフセット部21である。
各旋回軸B2、B4、B6は、図9において表から裏への直線(または、裏から表への直線)を中心軸として、旋回(回転)することが可能である。
なお、各回転軸B1、B3、B5、B7の中心軸(回転軸)に対して、各旋回軸B2、B4、B6の中心軸(旋回軸)は、直交する。
ここで、ロボット1002を制御する変数(パラメーター)としては、必ずしもこれら7つの角度でなくてもよく、これら7つの角度の全てを直接または間接に特定することができる任意の変数を用いることができる。
ロボット制御部1021は、記憶部1012に記憶された前記制御情報に基づいて、ロボット1002の手先22の位置および姿勢の指示と、肘に相当する位置の指示に応じて、これらの指示に合うロボットの状態の条件に合致するように、ロボット1002の各回転軸B1、B3、B5、B7および各旋回軸B2、B4、B6の角度を制御する。
また、第2の例では、図9に示されるように、オフセット構造が手首側にあるロボット1002について、逆運動学を適用する。これについては、例えば、第1の例の場合と同様な手法を第2の例の場合に適用して、逆運動学による解を求めることが可能である。
また、本実施形態に係るロボットシステムのロボット制御装置1001では、肘に相当する位置を明確に指定する変数(オフセット角度値δ)を使用することで、例えば、ユーザーにより、直感でロボット1002の状態を指示することができ、制御のし易さを向上させることができる。
<外観の概略の例>
図1は、本発明の一実施形態に係るロボット制御装置を含むロボットシステムの外観の概略の一例を示す図である。
本実施形態に係るロボットシステムは、ロボット制御装置101と、マニピュレーター(ロボット)102と、ケーブル103と、を備える。
また、本実施形態では、マニピュレーター(ロボット)102は、図7に示される第1の例に係る構成、または、図9に示される第2の例に係る構成を有する。なお、図1では、マニピュレーター(ロボット)102の外観の概略を示しているが、採用する図7または図9に示される構成に応じて、オフセット構造を有する。
まず、障害物回避に関し、手先の位置を変位させる並進力について説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係る障害物を回避する手法を説明するための模式図である。
図2において、マニピュレーター102はリンクモデルとして描かれている。
図2において、マニピュレーター102の第1関節の回転軸の延長線が設置面と交わる点に原点を定義し、前記設置面と平行な方向に互いに直交するX軸およびY軸を定義し、前記設置面に対して鉛直上向きにZ軸を定義し、マニピュレーター102および障害物201をXYZ座標軸のXY平面上に射影して表す。
図2には、マニピュレーター102の手先の動作開始位置202を示してあり、この動作開始位置202をベクトルxs(xsは数式ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)とする。
図2には、マニピュレーター102の手先の動作終了位置203を示してあり、この動作終了位置203をベクトルxf(xfは数式ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)とする。
図2には、斥力ポテンシャル204の中心の位置301と原点とを結んだ直線と、斥力ポテンシャル204の中心の位置301と手先の位置とを結んだ直線との成す角205を示してあり、この角205の大きさをθとする。
図2には、マニピュレーター102の肘の位置を決定するオフセット角206を示してあり、このオフセット角206の大きさ(オフセット角度値)をδとする。
図2には、本実施形態に係る障害物回避技術を適用しない場合における、手先が動作終了位置203にある時のマニピュレーター102をマニピュレーター102bとして示してある。
図2には、本実施形態に係る障害物回避技術を適用した場合における、手先が動作終了位置203にある時のマニピュレーター102をマニピュレーター102cとして示してある。
まず、手先の動作開始位置202から動作終了位置203に至る直線の軌道311を作成する。
手先の動作開始位置202と動作終了位置203とから、直線軌道における速度ベクトルV(Vは数式ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)を式(30)で表す。
式(30)において、tfは、この直線軌道を移動する動作が開始してから完了するまでの時間を表す。
ここで、ベクトルxは、マニピュレーター102の手先の位置ベクトルを表す。
また、式(32)において、αは、斥力の大きさを決定する変数(制御パラメーター)であり、障害物の大きさ等を考慮して適宜設定することが可能である。
なお、式(32)は、斥力ポテンシャル204を仮想にクーロンポテンシャル様とした場合の例である。
なお、斥力ポテンシャルとしては、障害物の形状や位置などに応じて、様々な数式で設定されてもよい。また、斥力ポテンシャルとしては、クーロンポテンシャル様以外のポテンシャルが用いられてもよい。
また、本実施形態では、1個の障害物が存在する場合を示したが、他の構成例として、複数個の障害物が存在する場合に適用されてもよい。この場合、例えば、複数個の障害物のそれぞれについて斥力ポテンシャルが別々に設定されてもよく、または、2個以上の障害物についてまとめて斥力ポテンシャルが設定されることがあってもよい。また、複数個の障害物が存在して、2つ以上の斥力ポテンシャルが設定される場合には、例えば、これら全ての斥力ポテンシャルの和により生じる斥力F(x)を用いて、式(33)に示される運動方程式を立てて計算することができる。
式(33)において、この変位をΔx(t)(Δx(t)のxは、ベクトルであり、数式ではベクトルを表す矢印を付してある、以下も同様)と表している。
式(33)において、行列D(Dは数式では行列を表す記号ハットを付してある、以下も同様)は、斥力F(x)に応じた手先の運動に対するX軸、Y軸方向の見掛けの粘性係数を対角要素とする2行2列の行列である。
式(33)において、行列K(Kは数式では行列を表す記号ハットを付してある、以下も同様)は、斥力F(x)に応じた手先の運動に対するX軸、Y軸方向の見掛けのバネ定数を対角要素とする2行2列の行列である。
これらの行列M、行列D、行列Kは、斥力F(x)に応じた手先の運動を決定する変数(制御パラメーター)であり、障害物の大きさ等を考慮して適宜設定することが可能である。
以上により、斥力ポテンシャル204を考慮した場合におけるマニピュレーター102の手先の軌道312を生成することができる。
これにより、マニピュレーター102は、マニピュレーター102aの状態からマニピュレーター102bの状態に制御される。
次に、障害物回避に関し、肘の位置を変位させるトルクについて説明する。
以上に示したマニピュレーター102aの状態からマニピュレーター102bの状態への制御では、マニピュレーター102bの状態において、肘から手先にかけての上腕部が障害物と干渉する可能性がある(図2の例では、干渉している)。
ここで、βは、トルクの大きさを決定する変数(制御パラメーター)であり、障害物の大きさ等を考慮して適宜設定することが可能である。
また、Δθは、θの変位を表す。
オフセット角度値δ(t)は、時刻tのオフセット角度値δを表す。
式(36)において、dは、トルクτ(θ)に応じたオフセット角度値δ(t)の運動に対する粘性係数である。
式(36)において、kは、トルクτ(θ)に応じたオフセット角度値δ(t)の運動に対するバネ定数である。
これらのm、d、kは、トルクτ(θ)に応じたオフセット角度値δ(t)の運動を決定する変数(制御パラメーター)であり、障害物の大きさ等を考慮して適宜設定することが可能である。
式(35)〜式(37)に示されるように、マニピュレーター102の手先の位置ベクトル(ベクトルx)を計算する場合と同様に、オフセット角度値δ(t)についても、あらかじめ設定された軌道を表すδT(t)と、式(36)により算出される障害物を回避するための回転角(オフセット角度値δ(t)の変位Δδ(t))との和で計算される。
ここで、δT(t)は、障害物を考慮しない場合の時刻tにおけるオフセット角度値δ(t)を表す。
図3において、縦軸はX軸を表し、横軸はY軸を表す。つまり、XY平面上の軌跡を示してある。
また、マニピュレーター102の手先の位置は、時刻t=0の位置から時刻t=10(図3および図4の例では、軌道を移動する動作が開始してから完了するまでの時間を10とした)の位置へ移動する。
図4において、横軸は時刻tを表し、縦軸はオフセット角度値δ(t)を表す。
なお、図3および図4で示した時刻tの数値およびオフセット角度値δ(t)の数値[degree]は、一例であり、これに限定されない。
このとき、図4に示されるように、この角θが大きくなるに従って、オフセット角度値δ(t)も大きくなる。そして、図2に示されるマニピュレーター102cの状態のように、肘の位置が障害物201と干渉することを回避した状態に制御される。
なお、通常、αやβの値(絶対値)が小さい方が、移動にかかる時間が短くなると考えられる。
本実施形態では、マニピュレーター102の制御に際して、例えば、初期状態におけるマニピュレーター102の手先の位置ベクトル(x0、y0、z0)および姿勢ベクトル(θx0、θy0、θz0)ならびにオフセット角度値δ(t0)を指定するとともに、マニピュレーター102の手先が最終の状態(目標の状態)にあるときのマニピュレーター102の手先の位置ベクトル(x1、y1、z1)および姿勢ベクトル(θx1、θy1、θz1)ならびにオフセット角度値δ(t1)を指定する。
オフセット角度値δ(t)は、拘束条件として用いられる。
ここで、t0は初期状態における時刻を表し、t1は最終の状態(目標の状態)における時刻を表す。
ここで、通常、マニピュレーター102の手先の姿勢については、障害物201との干渉には関係が無いため、姿勢は別に任意に設定することができる。
また、マニピュレーター102の制御は、例えば、制御のための計算があらかじめ行われて、その計算の結果の情報が装置のメモリーに設定(記憶)されて、その情報に基づいて行われてもよく、または、制御時にリアルタイムに装置により制御のための計算が行われてもよい。
これに対して、他の構成例として、オフラインであらかじめ、障害物を回避するロボットの手先や肘の軌道を実現する制御情報を生成しておくような場合には、必ずしも前記のような自然界の運動モデルを用いなくてもよく、他の様々な手法により制御情報が生成されてもよい。
以上のように、本実施形態に係るロボットシステムにおけるロボット制御装置101では、冗長関節マニピュレーター102において障害物201を回避するに当たって、手先の位置を変位させる並進力に加えて、肘の位置を変位させるトルクを、障害物201と手先の位置に応じて発生させることで、肘についても障害物201との干渉を防ぐことを実現することができる。
ここで、ロボットの状態の条件を決定する1つ以上のパラメーターの値といては、例えば、ロボットのエンドエフェクターの位置、ロボットのエンドエフェクターの位置の変位、ロボットの肘の位置、ロボットの肘の位置の変位、ロボットの姿勢、障害物に仮想に設定した斥力ポテンシャルにより生じる斥力、ロボットの肘の位置を決定するオフセット角度値、ロボットの肘の位置を決定するオフセット角度値の変位、あるいは、ロボットの肘の位置を決定するオフセット角度値を回転させるトルク、などの値を用いることが可能である。
本発明は、以下のそれぞれの構成例の全てまたは任意の一部を利用することが可能である。
一構成例として、オフセット構造を含み7つの関節(軸)を有するロボットにおける肘の位置を含む前記ロボットの状態の条件、および、前記条件を満たすように前記ロボットを制御する制御情報を対応付けて記憶する記憶部と、前記肘の位置を含む前記ロボットの状態の条件が入力される入力部と、前記入力部にて入力された条件と同じ条件に対応付けられて前記記憶部に記憶された前記制御情報に基づいて、前記入力された条件を満たすように前記ロボットを制御するロボット制御部と、を備えることを特徴とするロボット制御装置である。
図5は、本発明の実施形態の変形例に係るロボットシステムの外観の概略の一例を示す図である。
図5は、本変形例に係るロボットシステムをその前方から見た外観例を示している。このため、図5における右側が本変形例に係るロボットシステムの左側に相当し、図5における左側が本変形例に係るロボットシステムの右側に相当する。
各腕を構成するロボット2011、2012は、それぞれ、例えば、図7に示されるロボットを有するロボット(本実施形態では、マニピュレーター)、または、図9に示されるロボットを有するロボット(本実施形態では、マニピュレーター)から構成される。
そして、本変形例に係るロボットシステムは、人力により車輪2021、2022を回転させて、移動させられることが可能である。
このロボット制御装置は、例えば、図1に示されるロボット制御装置101(図6に示されるロボット制御装置1001)と同様な機能を有しており、図1に示されるロボット102(図6に示されるロボット1002)に対応する左腕のロボット2011と、図1に示されるロボット102(図6に示されるロボット1002)に対応する右腕のロボット2012を制御する。
ここで、このロボット制御装置は、例えば、左腕のロボット2011と右腕のロボット2012とを同時に関連付けて制御してもよく、または、左腕のロボット2011と右腕のロボット2012とをそれぞれ別個に制御してもよい。
以上のように、本変形例に係るロボットシステムでは、例えば、図1に示されるロボット制御装置101(図6に示されるロボット制御装置1001)とロボット102(図6に示されるロボット1002)に対応するもの(本変形例に係るロボットシステムでは、ベースユニット2001に備えられるロボット制御装置と、2つのロボット2011、2012)が一体として構成されている。
なお、ベースユニット2001に備えられるロボット制御装置と各ロボット2011、2012とは、例えば、有線のケーブルまたは無線を介して、制御信号などを通信することが可能に接続される。
具体例として、図1に示されるロボット制御装置101に備えられる入力部(図6に示されるロボット制御装置1001の入力部1013)と出力部(図6に示されるロボット制御装置1001の出力部1014)の機能と同様な機能を、図5に示されるロボットシステムとは別体のコントローラーに備え、ベースユニット2001に備えられるロボット制御装置と当該コントローラーとに互いに無線により通信する機能を備えることで、図1に示されるロボット制御装置101に備えられる入力部と出力部の機能と同様な機能をリモートのコントローラーで実現することが可能である。
ここで、以上の実施形態に係る技術は、様々なロボットに適用することができ、例えば、マニピュレーターのロボットを利用した装置に広く適用することが可能であり、具体例として、組み付けを行うロボットなどに適用することが可能である。また、以上の実施形態に係る技術は、例えば、第2実施形態に示されるように、車のように移動するロボット(または、ロボットシステムなど)に適用することが可能である。
すなわち、ロボットの手先を任意の位置および姿勢に制御するためには、ロボットは少なくとも6つの関節を含む必要がある。さらに、ロボットの手先を任意の位置および姿勢に制御した状態で、障害物の回避をさせるためには、ロボットは少なくとも7つの関節を含む必要がある。
また、上記のプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上記のプログラムは、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
Claims (22)
- 肩に対応する関節と肘に対応する関節と手首に対応する関節を接続して有し前記手首にエンドエフェクターが接続されるロボットの前記エンドエフェクターおよび前記肘が障害物を回避するように前記ロボットを制御するロボット制御部を備える、
ことを特徴とするロボット制御装置。 - 前記ロボット制御部は、前記障害物から前記ロボットの前記エンドエフェクターを回避させるための量および前記障害物から前記ロボットの前記肘を回避させるための量に基づいて、前記ロボットを制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。 - 前記ロボット制御部は、前記ロボットの前記エンドエフェクターの位置と、前記障害物から前記ロボットの前記エンドエフェクターを斥けるあらかじめ定められた斥力ポテンシャルにより生じる斥力に関する運動方程式に基づいて算出される前記ロボットの前記エンドエフェクターの位置の変位と、前記ロボットの前記肘の位置を決定するオフセット角度値と、前記ロボットの前記肘の位置を決定する前記オフセット角度値を回転させるトルクに関する運動方程式に基づいて算出される前記オフセット角度値の変位とを含む前記ロボットの状態の条件を満たすように前記ロボットを制御する制御情報に基づいて、前記条件を満たすように前記ロボットを制御する、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のロボット制御装置。 - 前記ロボットは、少なくとも、前記肩に対応する3つの関節と、前記肘に対応する1つの関節と、前記手首に対応する3つの関節とを接続して有する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のロボット制御装置。 - 前記ロボットは、前記エンドエフェクターとして、対象物を把持する手先を用いる、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のロボット制御装置。 - 前記ロボットの状態の条件、および、前記条件を満たすように前記ロボットを制御する制御情報を対応付けて記憶する記憶部と、
前記ロボットの状態の条件を決定する1つ以上のパラメーターの値が入力される入力部と、を備え、
前記ロボット制御部は、前記入力部にて入力されたパラメーターの値を用いて決定される条件と同じ条件に対応付けられて前記記憶部に記憶された前記制御情報に基づいて、前記条件を満たすように前記ロボットを制御する、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のロボット制御装置。 - 前記ロボットの状態の条件は、前記ロボットにおける前記エンドエフェクターの位置および姿勢ならびに肘の位置を指定する条件である、
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のロボット制御装置。 - 前記制御情報は、前記ロボットの各回転軸および各旋回軸を制御する情報である、
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のロボット制御装置。 - 前記ロボットは、オフセット構造を含み7つの関節を有し、前記ロボットの第1関節と前記ロボットの第2関節との間に前記オフセット構造を含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のロボット制御装置。 - 前記ロボットは、オフセット構造を含み7つの関節を有し、前記ロボットの第6関節と前記ロボットの第7関節との間に前記オフセット構造を含む、
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のロボット制御装置。 - ロボット制御部が、肩に対応する関節と肘に対応する関節と手首に対応する関節を接続して有し前記手首にエンドエフェクターが接続されるロボットの前記エンドエフェクターおよび前記肘が障害物を回避するように前記ロボットを制御するステップを、
有することを特徴とするロボット制御方法。 - ロボット制御部が、肩に対応する関節と肘に対応する関節と手首に対応する関節を接続して有し前記手首にエンドエフェクターが接続されるロボットの前記エンドエフェクターおよび前記肘が障害物を回避するように前記ロボットを制御する手順を、
コンピューターに実行させるためのロボット制御プログラム。 - 肩に対応する関節と肘に対応する関節と手首に対応する関節を接続して有し前記手首にエンドエフェクターが接続されるロボットと、
前記ロボットを制御するロボット制御装置と、を備え、
前記ロボット制御装置は、前記ロボットの前記エンドエフェクターおよび前記肘が障害物を回避するように前記ロボットを制御するロボット制御部を備える、
ことを特徴とするロボットシステム。 - 前記ロボット制御装置の前記ロボット制御部は、前記障害物から前記ロボットの前記エンドエフェクターを回避させるための量および前記障害物から前記ロボットの前記肘を回避させるための量に基づいて、前記ロボットを制御する、
ことを特徴とする請求項13に記載のロボットシステム。 - 前記ロボット制御装置の前記ロボット制御部は、前記ロボットの前記エンドエフェクターの位置と、前記障害物から前記ロボットの前記エンドエフェクターを斥けるあらかじめ定められた斥力ポテンシャルにより生じる斥力に関する運動方程式に基づいて算出される前記ロボットの前記エンドエフェクターの位置の変位と、前記ロボットの前記肘の位置を決定するオフセット角度値と、前記ロボットの前記肘の位置を決定する前記オフセット角度値を回転させるトルクに関する運動方程式に基づいて算出される前記オフセット角度値の変位とを含む前記ロボットの状態の条件を満たすように前記ロボットを制御する制御情報に基づいて、前記条件を満たすように前記ロボットを制御する、
ことを特徴とする請求項13または請求項14に記載のロボットシステム。 - 前記ロボットは、少なくとも、前記肩に対応する3つの関節と、前記肘に対応する1つの関節と、前記手首に対応する3つの関節とを接続して有する、
ことを特徴とする請求項13から請求項15のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記ロボットは、前記エンドエフェクターとして、対象物を把持する手先を用いる、
ことを特徴とする請求項13から請求項16のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記ロボット制御装置は、
前記ロボットの状態の条件、および、前記条件を満たすように前記ロボットを制御する制御情報を対応付けて記憶する記憶部と、
前記ロボットの状態の条件を決定する1つ以上のパラメーターの値が入力される入力部と、を備え、
前記ロボット制御装置の前記ロボット制御部は、前記入力部にて入力されたパラメーターの値を用いて決定される条件と同じ条件に対応付けられて前記記憶部に記憶された前記制御情報に基づいて、前記条件を満たすように前記ロボットを制御する、
ことを特徴とする請求項13から請求項17のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記ロボットの状態の条件は、前記ロボットにおける前記エンドエフェクターの位置および姿勢ならびに肘の位置を指定する条件である、
ことを特徴とする請求項13から請求項18のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記制御情報は、前記ロボットの各回転軸および各旋回軸を制御する情報である、
ことを特徴とする請求項13から請求項19のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記ロボットは、オフセット構造を含み7つの関節を有し、前記ロボットの第1関節と前記ロボットの第2関節との間に前記オフセット構造を含む、
ことを特徴とする請求項13から請求項20のいずれか1項に記載のロボットシステム。 - 前記ロボットは、オフセット構造を含み7つの関節を有し、前記ロボットの第6関節と前記ロボットの第7関節との間に前記オフセット構造を含む、
ことを特徴とする請求項13から請求項20のいずれか1項に記載のロボットシステム。
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015137162A1 (ja) * | 2014-03-14 | 2015-09-17 | 三菱重工業株式会社 | 制御装置、ロボットシステム、および制御用データ生成方法 |
WO2015137167A1 (ja) * | 2014-03-14 | 2015-09-17 | 三菱重工業株式会社 | ロボットのシミュレーション装置及び方法、制御装置、及びロボットシステム |
JP2017019058A (ja) * | 2015-07-13 | 2017-01-26 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステム |
JP2017131990A (ja) * | 2016-01-26 | 2017-08-03 | トヨタ自動車株式会社 | 干渉回避方法 |
JP2018164959A (ja) * | 2017-03-28 | 2018-10-25 | 川崎重工業株式会社 | ロボット装置 |
KR20190022435A (ko) * | 2017-03-27 | 2019-03-06 | 핑안 테크놀로지 (션젼) 컴퍼니 리미티드 | 로봇의 장애물 회피 제어 시스템, 방법, 로봇 및 저장매체 |
JP2019177436A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 日本電産株式会社 | ロボット制御装置、ロボットの関節の角度を求める方法、プログラム |
CN110916976A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-27 | 北京交通大学 | 一种个性化可穿戴康复机械臂装置 |
CN113829378A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-24 | 广东博工三六五机器人信息技术有限公司 | 一种具有无线机械手的多轴实验抓取机器人 |
US11312011B2 (en) | 2018-02-28 | 2022-04-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Manipulator system, control device, control method, and computer program product |
CN116587289A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-08-15 | 西北工业大学太仓长三角研究院 | 一种七自由度腕关节偏置机械臂逆解方法、系统及介质 |
CN117290980A (zh) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 江西格如灵科技股份有限公司 | 一种基于Unity平台的机械臂仿真方法及系统 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6270913A (ja) * | 1985-09-24 | 1987-04-01 | Kobe Steel Ltd | 多関節型ロボツト装置 |
JPS62193789A (ja) * | 1986-02-18 | 1987-08-25 | ロボテイツクス・リサ−チ・コ−ポレ−シヨン | 自己密閉型ピツチジヨイントおよび回転ジヨイント並びに多関節式マニプレ−タ,サ−ボ制御装置,制御方法 |
JPH05345291A (ja) * | 1992-06-15 | 1993-12-27 | Fanuc Ltd | ロボットの動作範囲制限方式 |
JP2005014108A (ja) * | 2003-06-23 | 2005-01-20 | Honda Motor Co Ltd | 多関節ロボットの干渉回避方法 |
JP2010247309A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Toyota Motor Corp | ロボットアーム、及びその制御方法 |
US20110093119A1 (en) * | 2009-10-16 | 2011-04-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Teaching and playback method based on control of redundancy resolution for robot and computer-readable medium controlling the same |
JPWO2009125648A1 (ja) * | 2008-04-07 | 2011-08-04 | 株式会社安川電機 | 多関節ロボットおよびシステム |
JP2012011498A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Toshiba Corp | ロボットアーム操作システムおよびその操作方法 |
JP2012232361A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Seiko Epson Corp | ロボット |
JP2012240144A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Yaskawa Electric Corp | ロボット制御装置およびロボットシステム |
JP2013166222A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボット制御方法およびロボット制御プログラムならびにロボットシステム |
-
2012
- 2012-07-18 JP JP2012159600A patent/JP2014018912A/ja not_active Withdrawn
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6270913A (ja) * | 1985-09-24 | 1987-04-01 | Kobe Steel Ltd | 多関節型ロボツト装置 |
JPS62193789A (ja) * | 1986-02-18 | 1987-08-25 | ロボテイツクス・リサ−チ・コ−ポレ−シヨン | 自己密閉型ピツチジヨイントおよび回転ジヨイント並びに多関節式マニプレ−タ,サ−ボ制御装置,制御方法 |
JPH05345291A (ja) * | 1992-06-15 | 1993-12-27 | Fanuc Ltd | ロボットの動作範囲制限方式 |
JP2005014108A (ja) * | 2003-06-23 | 2005-01-20 | Honda Motor Co Ltd | 多関節ロボットの干渉回避方法 |
JPWO2009125648A1 (ja) * | 2008-04-07 | 2011-08-04 | 株式会社安川電機 | 多関節ロボットおよびシステム |
JP2010247309A (ja) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Toyota Motor Corp | ロボットアーム、及びその制御方法 |
US20110093119A1 (en) * | 2009-10-16 | 2011-04-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Teaching and playback method based on control of redundancy resolution for robot and computer-readable medium controlling the same |
JP2012011498A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Toshiba Corp | ロボットアーム操作システムおよびその操作方法 |
JP2012232361A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Seiko Epson Corp | ロボット |
JP2012240144A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Yaskawa Electric Corp | ロボット制御装置およびロボットシステム |
JP2013166222A (ja) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Seiko Epson Corp | ロボット制御装置、ロボット制御方法およびロボット制御プログラムならびにロボットシステム |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015137167A1 (ja) * | 2014-03-14 | 2015-09-17 | 三菱重工業株式会社 | ロボットのシミュレーション装置及び方法、制御装置、及びロボットシステム |
JP2015174185A (ja) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | 三菱重工業株式会社 | ロボットのシミュレーション装置及び方法、制御装置、及びロボットシステム |
WO2015137162A1 (ja) * | 2014-03-14 | 2015-09-17 | 三菱重工業株式会社 | 制御装置、ロボットシステム、および制御用データ生成方法 |
JP2017019058A (ja) * | 2015-07-13 | 2017-01-26 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット制御装置、ロボットおよびロボットシステム |
JP2017131990A (ja) * | 2016-01-26 | 2017-08-03 | トヨタ自動車株式会社 | 干渉回避方法 |
KR20190022435A (ko) * | 2017-03-27 | 2019-03-06 | 핑안 테크놀로지 (션젼) 컴퍼니 리미티드 | 로봇의 장애물 회피 제어 시스템, 방법, 로봇 및 저장매체 |
KR102170928B1 (ko) * | 2017-03-27 | 2020-10-29 | 핑안 테크놀로지 (션젼) 컴퍼니 리미티드 | 로봇의 장애물 회피 제어 시스템, 방법, 로봇 및 저장매체 |
US11059174B2 (en) | 2017-03-27 | 2021-07-13 | Ping An Technology (Shenzhen) Co., Ltd. | System and method of controlling obstacle avoidance of robot, robot and storage medium |
JP2018164959A (ja) * | 2017-03-28 | 2018-10-25 | 川崎重工業株式会社 | ロボット装置 |
US11312011B2 (en) | 2018-02-28 | 2022-04-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Manipulator system, control device, control method, and computer program product |
JP2019177436A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | 日本電産株式会社 | ロボット制御装置、ロボットの関節の角度を求める方法、プログラム |
CN110916976A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-03-27 | 北京交通大学 | 一种个性化可穿戴康复机械臂装置 |
CN110916976B (zh) * | 2019-12-06 | 2021-08-13 | 北京交通大学 | 一种个性化可穿戴康复机械臂装置 |
CN113829378A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-24 | 广东博工三六五机器人信息技术有限公司 | 一种具有无线机械手的多轴实验抓取机器人 |
CN116587289A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-08-15 | 西北工业大学太仓长三角研究院 | 一种七自由度腕关节偏置机械臂逆解方法、系统及介质 |
CN116587289B (zh) * | 2023-07-17 | 2024-03-29 | 西北工业大学太仓长三角研究院 | 一种七自由度腕关节偏置机械臂逆解方法、系统及介质 |
CN117290980A (zh) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 江西格如灵科技股份有限公司 | 一种基于Unity平台的机械臂仿真方法及系统 |
CN117290980B (zh) * | 2023-11-27 | 2024-02-02 | 江西格如灵科技股份有限公司 | 一种基于Unity平台的机械臂仿真方法及系统 |
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