JP2014054722A - 速度制御ロボット機構におけるワークスペース制限の応用 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】速度制御信号に応答し、凸多角形境界により画定される許容される作業スペースを備え、ホストマシンは、境界に対する、機構上の参照ポイントの位置を決定する。ホストマシンは、位置の関数として速度制御信号を自動的に形成することで境界を守らせるためのアルゴリズムを含む。それにより、境界のエッジおよび角部に沿って、機構の滑らかな乱れのない動作を提供する。このアルゴリズムは、高い速度、および/または、外力が存在する用途に適している。ホストマシンは、参照ポイントの位置の関数として速度制御信号を形成することにより境界を守らせるアルゴリズムを含み、また、このアルゴリズムを実行するハードウェアモジュールを含む。また、凸多角形境界を守らせるための方法が提供され、この方法は、ホストマシンを介して、参照ポイントの位置の関数として速度制御信号を形成する。
【選択図】図4
Description
[0002]本発明は、ロボットシステム内の手首アセンブリまたは他のロボット機構の制御に関する。
ホストマシンは、ロボットシステム内での使用に適合するように提供される。上述したように、本システムは、速度制御信号に応答するロボット機構を含む。ホストマシンは、ロボット機構に電気的に接続されたハードウェアモジュールを含み、また、ハードウェアモジュールは、たとえばジョイントセンサまたは他のセンサを用いて、複雑な多角形の境界に対するロボット機構の参照ポイントの位置を決定する。ホストマシンは、境界を守らせるためのアルゴリズムを含む。ハードウェアモジュールによるアルゴリズムの実行は、境界に対する参照ポイントの位置の関数として、自動的に速度制御信号を形成し、それにより、境界のエッジに沿う、および角部内での、ロボット機構の滑らか且つ乱れの無い動作を提供する。境界のエッジおよび角部付近に付与される遷移バッファは、安定したチャタリングのない動作を確保し、特に高速および/または外力を伴う場合である。
伝達される。センサ15は、ピッチ軸およびヨー軸に沿うジョイント角度を決定するように構成されたジョイントセンサを含むことができ、および/または、以下で説明する手首アセンブリ16の参照ポイントの位置を決定して図1のホストマシン18に位置情報を伝達するように構成された他の装置を含むことができる。手首アセンブリ16は、閉鎖機構内の間接駆動を介するアクチュエータ24を介して運動することができ、アクチュエータ空間とジョイント空間との間の必要なマッピングは結合され且つ非線形であり、すなわち、ジョイントとアクチュエータの自由度との間のマッピングは、ジョイントの速度が複数のアクチュエータの速度の関数となるように結合(couple)される。そのため、手首アセンブリ16は、不規則な形状の、または、凸多角形境界の許容される作業スペースを備え、以下で図3とともに説明される。
[0035]ステップ106は、2つの方法で実行することができる。第1の方法として、図6に示すように、参照ポイント(P)から各角部に引いたベクトルrPiを考える。ψiは2つの連続するベクトルの間の角度を示す。ベクトル間の角度は、[0,π]の範囲で画定することができる。参照ポイント(P)は、
[0036]第2の方法は、これは高次のDOFに拡張可能であり、境界40の各ラインセグ
メントの法線ベクトルを見る。niをセグメントiの法線方向の単位ベクトルとする。この法線は、作業スペース30内に向くようにする。重心は作業スペース30内に位置することが保障されているので、法線ベクトルは重心52に関して導かれる。したがって、
[0037]ステップ104において正確なアークが決定され、およびステップ106においてその参照ポイント(P)が境界の外側に位置する場合、ステップ107において、ホストマシン18は、速度制御信号11を設計および計量または形成し、その後ステップ109に進む。境界40をソフトウェアにおいて守らせるように、手首アセンブリ16の速度制御信号11は、自動的に形成される必要がある。当業者に理解されるように、DOFと図2の手首アセンブリのアクチュエータ24との間の結合されたマッピングにより、境界40は、単純なジョイント限界を用いてハードウェア内で実行することができない。
[0044]ステップ111において、ホストマシン18は、速度制御信号11をプロジェクトおよびスケールし、ステップ113に進む。
れ、これは、境界40からの参照ポイント(P)の距離に比例し、すなわちf=kΔxである。手首アセンブリ16は、ソフトウェアにより境界40に戻ることを強いられ、境界において速度がゼロになるようにされる。
[0049]仮想バネ70、すなわち上述したルールを強制するためにソフトウェアにより生成された仮想バネは、ホストマシン18により採用され、速度成分vs=kd1n1とともに境界40を守らせる。特に、仮想バネ70により提供されるバネ成分は、可逆動作可能(back-drivable)なシステムに必要であり、この語は本業界で理解されている。vは初期の望ましい速度を表すものとし、v0は速度成形後に命令される出力を表すものとする。以下のルールは、包絡線の内外の速度を画定する。
[0051]本発明を実施する最良の形態を詳細に説明してきたが、本発明の技術分野におけ
る当業者は、添付の特許請求の範囲内において、本発明を実施する様々な代替設計および実施形態を認識するであろう。
Claims (20)
- ロボットシステムであって、
速度制御信号に応答するロボット機構を有し、前記ロボット機構は、少なくとも2自由度および許される作業スペースを備え、
前記ロボットシステムはさらに、前記ロボット機構の動作を制御するように構成されるホストマシンを有し、前記ホストマシンはさらに、前記作業スペースに凸多角形境界を適用するように構成され、
前記ホストマシンは、前記境界に対する前記ロボット機構の参照ポイントの位置を決定し、また、前記参照ポイントの位置の関数として速度制御信号を自動的に形成することにより前記境界を守らせる、アルゴリズムを含み、それにより、前記境界のエッジおよび角部に沿って、前記ロボット機構の滑らか且つ乱れの無い動作を提供する、ロボットシステム。 - 請求項1に記載のロボットシステムであって、前記アルゴリズムは、前記参照ポイントが前記境界内に位置するときに、第1の方法において速度制御信号を形成し、前記参照ポイントが前記境界の外に位置するときに第2の方法において速度制御信号を形成する、ロボットシステム。
- 請求項1に記載のロボットシステムであって、前記ロボット機構は、開放手首ジョイントを備えるロボット手首アセンブリである、ロボットシステム。
- 請求項3に記載のロボットシステムであって、前記ロボット手首アセンブリのジョイントは、閉鎖リンクにおける少なくとも1つの間接駆動アクチュエータにより駆動され、前記ジョイントの自由度および前記アクチュエータの自由度は連結される、ロボットシステム。
- 請求項1に記載のロボットシステムであって、前記ホストマシンは、前記参照ポイントが前記境界の外側に位置するときに、前記境界から外に向かう、前記ロボット機構の法線速度成分を自動的にゼロにするように構成され、それにより、前記参照ポイントが前記境界から離れるように移動することを防止し、一方で、前記境界の接線方向の、前記ロボット機構の速度を許容する、ロボットシステム。
- 請求項1に記載のロボットシステムであって、前記ホストマシンは、前記参照ポイントが前記境界の外に位置するときに、前記境界から前記参照ポイントまでの距離を決定し、速度制御信号が前記境界の方を向き且つ前記距離に比例するように、速度制御信号を重ね合わせるように構成される、ロボットシステム。
- 請求項1に記載のロボットシステムであって、前記ホストマシンは、
前記参照ポイントの望ましい速度を決定し、
前記参照ポイントが、前記境界に対応して較正されるバッファ内に位置するかどうかを決定し、
前記参照ポイントが前記境界内に位置し且つ速度が前記境界に向かっているときに、現在の速度の法線成分がゼロになるように徐々に減少させる、ように構成される、ロボットシステム。 - 請求項1に記載のロボットシステムであって、前記ホストマシンは、
前記参照ポイントの望ましい速度を決定し、
前記参照ポイントが、前記境界に対応して較正されるバッファ内に位置するかどうかを決定し、
前記望ましい速度の、前記境界の隣接セグメントに対して垂直な方向に外側に向いた成分を徐々に減少させる、ように構成される、ロボットシステム。 - 速度制御信号に応答するロボット機構を備えるロボットシステム内で用いられるホストマシンであって、前記ロボット機構は少なくとも2自由度を備え、また、凸多角形境界により画定される許される作業スペースを備え、前記ホストマシンは、
前記ロボット機構の動作を制御するように構成され、且つ、前記境界に対する前記ロボット機構上の参照ポイントの位置を決定するように構成される、ハードウェアモジュールと、
前記参照ポイントの位置の関数として速度制御信号を自動的に形成することにより前記境界を守らせるように構成されるアルゴリズムと、を有し、それにより、前記境界のエッジおよび角部に沿って、前記ロボット機構の滑らで乱れのない動作を提供する、ホストマシン。 - 請求項9に記載のホストマシンであって、前記アルゴリズムは、前記参照ポイントが前記境界内に位置するときに、第1の方法において速度制御信号を形成し、前記参照ポイントが前記境界の外に位置するときに第2の方法において速度制御信号を形成する、ホストマシン。
- 請求項9に記載のホストマシンであって、前記ホストマシンは、前記参照ポイントが前記境界の外に位置するときに、前記境界から外に向かう、前記ロボット機構の法線速度成分を自動的にゼロにするように構成され、それにより、前記参照ポイントが、前記境界から離れて移動することを防止し、一方で、前記ロボット機構の前記境界の接線方向の速度を許容する、ホストマシン。
- 請求項9に記載のホストマシンであって、前記ホストマシンは、前記参照ポイントが前記境界の外に位置するときに、前記境界から前記参照ポイントまでの距離を決定し、且つ、速度制御信号が前記境界に戻る方を向き且つ前記距離に比例するように、速度制御信号を重ね合わせる、ように構成される、ホストマシン。
- 請求項9に記載のホストマシンであって、前記ホストマシンはさらに、
前記参照ポイントの望ましい速度を決定し、
前記参照ポイントが前記境界に対応して較正されるバッファ内に位置するかどうかを決定し、
前記参照ポイントが前記境界内に位置し且つ現在の速度が前記境界の方を向いているときに、現在の速度の法線成分がゼロになるように徐々に減少させる、ように構成される、ホストマシン。 - 請求項9に記載のホストマシンであって、前記ホストマシンはさらに、
前記参照ポイントの望ましい速度を決定し、
前記参照ポイントが前記境界に対応して較正されるバッファ内に位置するかどうかを決定し、
前記境界の隣接セグメントに対して法線方向外側を向く、現在の速度の成分を徐々に減少させる、ように構成される、ホストマシン。 - 少なくとも2自由度を備えるロボット機構の許される作業スペースの、凸多角形境界を守らせる方法であって、前記方法は、
前記ロボット機構上の参照ポイントが前記境界内に位置するかどうかを決定するステップと、
前記参照ポイントの位置の関数として速度制御信号を自動的に形成するステップと、を有し、それにより、前記境界の周辺に沿っておよび前記境界の角部内において、前記ロボット機構の滑らか且つ乱れのない動作を提供する、方法。 - 請求項15に記載の方法であって、参照ポイントの位置の関数として速度制御信号を自動的に形成する前記ステップは、
前記参照ポイントが前記境界内に位置するときに、第1の方法でホストマシンを介して速度制御信号を形成するステップと、
前記参照ポイントが前記境界の外に位置するときに、第2の方法でホストマシンを介して速度制御信号を形成するステップと、を有する、方法。 - 請求項15に記載の方法であって、さらに、
前記参照ポイントが前記境界の外に位置するときに、前記境界から離れる方を向く、前記ロボット機構の速度の法線成分を自動的にゼロにするためにホストマシンを使用するステップを有し、前記参照ポイントが前記境界から離れて移動することを防止し、一方で、前記ロボット機構の前記境界の接線方向の速度を許容する、方法。 - 請求項15に記載の方法であって、さらに、
前記参照ポイントが前記境界の外に位置するときに、前記境界から前記参照ポイントまでの距離を決定するステップと、
速度制御信号が前記境界に戻る方を向き且つ前記距離に比例するように、ホストマシンを介して速度制御信号を重ね合わせるステップと、を有する、方法。 - 請求項15に記載の方法であって、さらに、
前記参照ポイントの望ましい速度を決定するステップと、
前記参照ポイントが前記境界に対応して予め決定されるバッファ内に位置するかどうかを決定するステップと、
前記参照ポイントが前記境界内に位置し且つ現在の速度が前記境界の方に向いているときに、望ましい速度の法線成分がゼロになるように徐々に減少させるステップと、を有する、方法。 - 請求項15に記載の方法であって、さらに、
前記参照ポイントの望ましい速度を決定するステップと、
前記参照ポイントが、前記境界の角部に対応して予め決定されるバッファ内に位置するかどうかを決定するステップと、
前記境界の隣接セグメントに対して、法線方向外側を向く、望ましい速度の成分を徐々に減少させるステップと、を有する、方法。
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