JP2014124734A - Robot, and motion trajectory control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットおよび動作軌道制御システムに関するものである。 The present invention relates to a robot and an operation trajectory control system.
複数の回動可能なアームを備え、3次元空間で自在に作業を行う多軸ロボットが知られている。ロボットが作業を行う際は、ロボットが作業する対象物の周辺を電子カメラで撮像し、得られた画像データに基づいて、その対象物の位置等を確認する。
また、ロボットが作業を行う際は、そのアームの軌道を生成する必要があり、特許文献1には、障害物を仮想斥力発生源とする仮想斥力ベクトルで構成される仮想斥力ベクトル場を設定し、その仮想斥力ベクトル場を用いてアームの軌道を生成するロボットが開示されている。
A multi-axis robot is known that includes a plurality of pivotable arms and performs work freely in a three-dimensional space. When the robot performs work, the periphery of the object on which the robot works is imaged with an electronic camera, and the position of the object is confirmed based on the obtained image data.
Further, when the robot performs work, it is necessary to generate a trajectory of the arm. In
しかしながら、特許文献1に記載のロボットでは、電子カメラで対象物を撮像するとき、アームが対象物を遮ってしまうことがあり、その場合は、対象物を撮像することができないという問題がある。
本発明の目的は、電子カメラによりロボット本体が作業する対象物を撮像するとき、アームが対象物を遮ることを防止することができるロボットおよび動作軌道制御システムを提供することにある。
However, the robot described in
An object of the present invention is to provide a robot and an operation trajectory control system that can prevent an arm from blocking an object when an object to be worked by a robot body is imaged by an electronic camera.
このような目的は、下記の適用例により達成される。
(適用例1)
本適用例のロボットは、駆動源によって駆動されるアームと、
前記アームが作業する対象物と該対象物の周辺とを撮像して撮像データを取得する撮像装置と、
前記アームを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記撮像データから、予め設定されている前記対象物の参照点と前記撮像装置とを結ぶ直線を発生源とする仮想斥力ベクトルを含む仮想斥力ベクトル場を設定する仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第1代表点を設定し、前記仮想斥力ベクトル場において前記第1代表点に作用する仮想斥力を求める仮想斥力データ取得部と、
前記仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第1トルクを求める第1トルクデータ取得部と、
前記対象物の参照点を発生源とする仮想引力ベクトルを含む仮想引力ベクトル場を設定する仮想引力ベクトル場設定部と、
前記アームに第2代表点を設定し、前記仮想引力ベクトル場において前記第2代表点に作用する仮想引力を求める仮想引力データ取得部と、
前記仮想引力データ取得部により求められた前記仮想引力に基づいて、該仮想引力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第2トルクを求める第2トルクデータ取得部と、
前記第1トルクと前記第2トルクに基づいて、前記アームの作動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
これにより、アームは、電子カメラと参照点を結ぶ直線を避けて動作するので、電子カメラによりロボット本体が作業する対象物を撮像するとき、アームが対象物を遮ることを防止することができ、確実に対象物を撮像することができる。
Such an object is achieved by the following application examples.
(Application example 1)
The robot of this application example includes an arm driven by a drive source,
An imaging device that captures imaging data by imaging the object on which the arm works and the periphery of the object;
A control device for controlling the arm,
The control device includes:
A virtual repulsive force vector field setting unit for setting a virtual repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having a straight line connecting the reference point of the object set in advance and the image capturing device as a source, from the imaging data;
A virtual repulsive force data acquisition unit for setting a first representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the first representative point in the virtual repulsive force vector field;
Based on the virtual repulsive force obtained by the virtual repulsive force data obtaining unit, a first torque data obtaining unit for obtaining a first torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm;
A virtual attractive force vector field setting unit for setting a virtual attractive force vector field including a virtual attractive force vector having a reference point of the object as a generation source;
A virtual attraction data acquisition unit for setting a second representative point on the arm and obtaining a virtual attraction acting on the second representative point in the virtual attraction vector field;
A second torque data obtaining unit for obtaining a second torque of the drive source generated by the virtual attractive force and acting on the arm based on the virtual attractive force obtained by the virtual attractive force data obtaining unit;
And a control unit that controls the operation of the arm based on the first torque and the second torque.
As a result, the arm operates avoiding a straight line connecting the electronic camera and the reference point, so that when the robot main body captures an object to be worked by the electronic camera, the arm can be prevented from blocking the object. An object can be reliably imaged.
(適用例2)
本適用例のロボットでは、前記仮想斥力ベクトル場の前記仮想斥力ベクトルの大きさは、前記対象物の参照点との距離に反比例することが好ましい。
これにより、より確実にアームの作動を制御することができる。
(Application example 2)
In the robot of this application example, it is preferable that the magnitude of the virtual repulsive force vector in the virtual repulsive force vector field is inversely proportional to the distance from the reference point of the object.
Thereby, the operation of the arm can be controlled more reliably.
(適用例3)
本適用例のロボットでは、前記アームは回転軸を軸中心として回動し、
前記前記第1トルク、前記第2トルクおよび前記アームの前記回転軸の回りの慣性モーメントに基づいて、前記アームの回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める駆動データ取得部を有し、
前記制御部は、前記アームが前記角速度および前記角加速度で前記回転角度を回動するように前記アームの作動を制御することが好ましい。
これにより、対象物に近いほど、電子カメラと参照点を結ぶ直線からアームを遠ざけることができ、電子カメラによりロボット本体が作業する対象物を撮像するとき、アームが対象物を遮ることをより確実に防止することができる。
(Application example 3)
In the robot of this application example, the arm rotates around the rotation axis,
A drive data acquisition unit that obtains the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration of the arm based on the first torque, the second torque, and the moment of inertia of the arm around the rotation axis;
It is preferable that the control unit controls the operation of the arm so that the arm rotates the rotation angle at the angular velocity and the angular acceleration.
As a result, the closer to the object, the farther the arm can be from the straight line connecting the electronic camera and the reference point, and the more reliable that the arm blocks the object when the robot body images the object to be worked on by the electronic camera. Can be prevented.
(適用例4)
本適用例のロボットは、駆動源によって駆動されるアームと、
前記アームが作業する対象物及びこの対象物の周辺を撮像する撮像装置と、
前記アームを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記撮像装置の撮像データから、設定された参照点と前記撮像装置とを結ぶ直線を仮想斥力発生源とする仮想斥力ベクトルを含む第1仮想斥力ベクトル場を設定する第1仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第1代表点を設定し、前記第1仮想斥力ベクトル場において前記第1代表点に作用する仮想斥力を求める第1仮想斥力データ取得部と、
前記第1仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第1トルクを求める第1トルクデータ取得部と、
前記対象物の参照点を発生源とする仮想引力ベクトルを含む仮想引力ベクトル場を設定する仮想引力ベクトル場設定部と、
前記アームに第2代表点を設定し、前記仮想引力ベクトル場において前記第2代表点に作用する仮想引力を求める仮想引力データ取得部と、
前記仮想引力データ取得部により求められた前記仮想引力に基づいて、該仮想引力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第2トルクを求める第2トルクデータ取得部と、
障害物を発生源とする仮想斥力ベクトルを含む第2仮想斥力ベクトル場を設定する第2仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第3代表点を設定し、前記第2仮想斥力ベクトル場において前記第3代表点に作用する仮想斥力を求める第2仮想斥力データ取得部と、
前記第2仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第3トルクを求める第3トルクデータ取得部と、
前記第1トルクと前記第2トルクと前記第3トルクとに基づいて、前記アームの作動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
これにより、アームは、電子カメラと参照点を結ぶ直線を避けて回動するので、電子カメラによりロボット本体が作業する対象物を撮像するとき、アームが対象物を遮ることを防止することができ、確実に対象物を撮像することができる。また、アームは、障害物を避けて回動することができる。
(Application example 4)
The robot of this application example includes an arm driven by a drive source,
An imaging device for imaging the object on which the arm works and the periphery of the object;
A control device for controlling the arm,
The control device includes:
A first virtual repulsive force vector field setting unit that sets a first repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having a straight line connecting the set reference point and the image capturing device as a virtual repulsive force generation source from the image data of the image capturing device. When,
A first virtual repulsive force data acquisition unit for setting a first representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the first representative point in the first virtual repulsive force vector field;
Based on the virtual repulsive force obtained by the first virtual repulsive force data obtaining unit, a first torque data obtaining unit for obtaining a first torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm;
A virtual attractive force vector field setting unit for setting a virtual attractive force vector field including a virtual attractive force vector having a reference point of the object as a generation source;
A virtual attraction data acquisition unit for setting a second representative point on the arm and obtaining a virtual attraction acting on the second representative point in the virtual attraction vector field;
A second torque data obtaining unit for obtaining a second torque of the drive source generated by the virtual attractive force and acting on the arm based on the virtual attractive force obtained by the virtual attractive force data obtaining unit;
A second virtual repulsive force vector field setting unit for setting a second repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having an obstacle as a generation source;
A second virtual repulsive force data acquisition unit for setting a third representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the third representative point in the second virtual repulsive force vector field;
A third torque data obtaining unit for obtaining a third torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm based on the virtual repulsive force obtained by the second virtual repulsive force data obtaining unit;
And a control unit that controls the operation of the arm based on the first torque, the second torque, and the third torque.
As a result, the arm rotates while avoiding the straight line connecting the electronic camera and the reference point, so that when the robot body images the object to be worked by the electronic camera, the arm can be prevented from blocking the object. The object can be reliably imaged. Further, the arm can be rotated while avoiding an obstacle.
(適用例5)
本適用例のロボットでは、前記撮像装置は、前記障害物を含めて撮像するものであり、
前記第2仮想斥力ベクトル場設定部は、前記撮像装置で撮像して得られる撮像データに基づいて、前記障害物を認識し、前記第2仮想斥力ベクトル場を設定することが好ましい。
これにより、より確実にアームの作動を制御することができる。
(Application example 5)
In the robot of this application example, the imaging device captures an image including the obstacle,
It is preferable that the second virtual repulsive force vector field setting unit recognizes the obstacle based on imaging data obtained by imaging with the imaging device and sets the second virtual repulsive force vector field.
Thereby, the operation of the arm can be controlled more reliably.
(適用例6)
本適用例のロボットでは、前記第1仮想斥力ベクトル場の前記仮想斥力ベクトルの大きさは、前記対象物の参照点との距離に反比例することが好ましい。
これにより、別途、障害物を撮像する電子カメラを設ける場合に比べ、構成物の数を削減することができ、コストを低減することができる。
(Application example 6)
In the robot according to this application example, it is preferable that the magnitude of the virtual repulsive force vector of the first virtual repulsive force vector field is inversely proportional to the distance from the reference point of the object.
Thereby, compared with the case where the electronic camera which images an obstruction separately is provided, the number of components can be reduced and cost can be reduced.
(適用例7)
本適用例のロボットでは、前記アームは回転軸を軸中心として回動し、
前記第1トルク、前記第2トルク、前記第3トルクおよび前記アームの前記回転軸の回りの慣性モーメントに基づいて、前記アームの回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める駆動データ取得部を有し、
前記制御部は、前記アームが前記角速度および前記角加速度で前記回転角度を回動するように前記アームの作動を制御することが好ましい。
これにより、対象物に近いほど、電子カメラと参照点を結ぶ直線からアームを遠ざけることができ、電子カメラによりロボット本体が作業する対象物を撮像するとき、アームが対象物を遮ることをより確実に防止することができる。
(Application example 7)
In the robot of this application example, the arm rotates around the rotation axis,
A drive data acquisition unit that obtains the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration of the arm based on the first torque, the second torque, the third torque, and the moment of inertia of the arm around the rotation axis; ,
It is preferable that the control unit controls the operation of the arm so that the arm rotates the rotation angle at the angular velocity and the angular acceleration.
As a result, the closer to the object, the farther the arm can be from the straight line connecting the electronic camera and the reference point, and the more reliable that the arm blocks the object when the robot body images the object to be worked on by the electronic camera. Can be prevented.
(適用例8)
本適用例のロボットでは、前記撮像装置は、前記アームから離間した位置に設置されていることが好ましい。
これにより、電子カメラがロボット本体に設置されている場合に比べ、電子カメラによりロボット本体が作業する対象物を撮像するとき、アームが対象物を遮ることをより確実に防止することができる。
(Application example 8)
In the robot according to this application example, it is preferable that the imaging device is installed at a position separated from the arm.
Thereby, compared with the case where the electronic camera is installed in the robot main body, when the target object on which the robot main body works is imaged by the electronic camera, it is possible to more reliably prevent the arm from blocking the target object.
(適用例9)
本適用例の動作軌道制御システムは、駆動源によって駆動されるアームと、
前記アームが作業する対象物及びこの対象物の周辺を撮像する撮像装置と、
前記アームを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記撮像装置の撮像データから、前記対象物の参照点と前記撮像装置とを結ぶ直線を発生源とする仮想斥力ベクトルを含む仮想斥力ベクトル場を設定する仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第1代表点を設定し、前記仮想斥力ベクトル場において前記第1代表点に作用する仮想斥力を求める仮想斥力データ取得部と、
前記仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第1トルクを求める第1トルクデータ取得部と、
前記対象物の参照点を発生源とする仮想引力ベクトルを含む仮想引力ベクトル場を設定する仮想引力ベクトル場設定部と、
前記アームに第2代表点を設定し、前記仮想引力ベクトル場において前記第2代表点に作用する仮想引力を求める仮想引力データ取得部と、
前記仮想引力データ取得部により求められた前記仮想引力に基づいて、該仮想引力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第2トルクを求める第2トルクデータ取得部と、
前記第1トルクと前記第2トルクに基づいて、前記アームの作動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
これにより、アームは、電子カメラと参照点を結ぶ直線を避けて回動するので、電子カメラによりロボット本体が作業する対象物を撮像するとき、アームが対象物を遮ることを防止することができ、確実に対象物を撮像することができる。
(Application example 9)
The motion trajectory control system of this application example includes an arm driven by a drive source,
An imaging device for imaging the object on which the arm works and the periphery of the object;
A control device for controlling the arm,
The control device includes:
A virtual repulsive force vector field setting unit that sets a virtual repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having a straight line connecting the reference point of the object and the image capturing device as a source, from the imaging data of the image capturing device;
A virtual repulsive force data acquisition unit for setting a first representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the first representative point in the virtual repulsive force vector field;
Based on the virtual repulsive force obtained by the virtual repulsive force data obtaining unit, a first torque data obtaining unit for obtaining a first torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm;
A virtual attractive force vector field setting unit for setting a virtual attractive force vector field including a virtual attractive force vector having a reference point of the object as a generation source;
A virtual attraction data acquisition unit for setting a second representative point on the arm and obtaining a virtual attraction acting on the second representative point in the virtual attraction vector field;
A second torque data obtaining unit for obtaining a second torque of the drive source generated by the virtual attractive force and acting on the arm based on the virtual attractive force obtained by the virtual attractive force data obtaining unit;
And a control unit that controls the operation of the arm based on the first torque and the second torque.
As a result, the arm rotates while avoiding the straight line connecting the electronic camera and the reference point, so that when the robot body images the object to be worked by the electronic camera, the arm can be prevented from blocking the object. The object can be reliably imaged.
(適用例10)
本適用例の動作軌道制御システムでは、前記アームは回転軸を軸中心として回動し、
前記前記第1トルク、前記第2トルクおよび前記アームの前記回転軸の回りの慣性モーメントに基づいて、前記アームの回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める駆動データ取得部を有し、
前記制御部は、前記アームが前記角速度および前記角加速度で前記回転角度を回動するように前記アームの作動を制御することが好ましい。
これにより、より確実にアームの作動を制御することができる。
(Application Example 10)
In the motion trajectory control system of this application example, the arm rotates around the rotation axis,
A drive data acquisition unit that obtains the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration of the arm based on the first torque, the second torque, and the moment of inertia of the arm around the rotation axis;
It is preferable that the control unit controls the operation of the arm so that the arm rotates the rotation angle at the angular velocity and the angular acceleration.
Thereby, the operation of the arm can be controlled more reliably.
(適用例11)
本適用例の動作軌道制御システムは、駆動源によって駆動されるアームと、
前記アームが作業する対象物及びこの対象物の周辺を撮像する撮像装置と、
前記アームを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記撮像装置の撮像データから、設定された参照点と前記撮像装置とを結ぶ直線を仮想斥力発生源とする仮想斥力ベクトルを含む第1仮想斥力ベクトル場を設定する第1仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第1代表点を設定し、前記第1仮想斥力ベクトル場において前記第1代表点に作用する仮想斥力を求める第1仮想斥力データ取得部と、
前記第1仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第1トルクを求める第1トルクデータ取得部と、
前記対象物の参照点を発生源とする仮想引力ベクトルを含む仮想引力ベクトル場を設定する仮想引力ベクトル場設定部と、
前記アームに第2代表点を設定し、前記仮想引力ベクトル場において前記第2代表点に作用する仮想引力を求める仮想引力データ取得部と、
前記仮想引力データ取得部により求められた前記仮想引力に基づいて、該仮想引力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第2トルクを求める第2トルクデータ取得部と、
障害物を発生源とする仮想斥力ベクトルを含む第2仮想斥力ベクトル場を設定する第2仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第3代表点を設定し、前記第2仮想斥力ベクトル場において前記第3代表点に作用する仮想斥力を求める第2仮想斥力データ取得部と、
前記第2仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第3トルクを求める第3トルクデータ取得部と、
前記第1トルクと前記第2トルクと前記第3トルクとに基づいて、前記アームの作動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
これにより、アームは、電子カメラと参照点を結ぶ直線を避けて回動するので、電子カメラによりロボット本体が作業する対象物を撮像するとき、アームが対象物を遮ることを防止することができ、確実に対象物を撮像することができる。また、アームは、障害物を避けて回動することができる。
(Application Example 11)
The motion trajectory control system of this application example includes an arm driven by a drive source,
An imaging device for imaging the object on which the arm works and the periphery of the object;
A control device for controlling the arm,
The control device includes:
A first virtual repulsive force vector field setting unit that sets a first repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having a straight line connecting the set reference point and the image capturing device as a virtual repulsive force generation source from the image data of the image capturing device. When,
A first virtual repulsive force data acquisition unit for setting a first representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the first representative point in the first virtual repulsive force vector field;
Based on the virtual repulsive force obtained by the first virtual repulsive force data obtaining unit, a first torque data obtaining unit for obtaining a first torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm;
A virtual attractive force vector field setting unit for setting a virtual attractive force vector field including a virtual attractive force vector having a reference point of the object as a generation source;
A virtual attraction data acquisition unit for setting a second representative point on the arm and obtaining a virtual attraction acting on the second representative point in the virtual attraction vector field;
A second torque data obtaining unit for obtaining a second torque of the drive source generated by the virtual attractive force and acting on the arm based on the virtual attractive force obtained by the virtual attractive force data obtaining unit;
A second virtual repulsive force vector field setting unit for setting a second repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having an obstacle as a generation source;
A second virtual repulsive force data acquisition unit for setting a third representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the third representative point in the second virtual repulsive force vector field;
A third torque data obtaining unit for obtaining a third torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm based on the virtual repulsive force obtained by the second virtual repulsive force data obtaining unit;
And a control unit that controls the operation of the arm based on the first torque, the second torque, and the third torque.
As a result, the arm rotates while avoiding the straight line connecting the electronic camera and the reference point, so that when the robot body images the object to be worked by the electronic camera, the arm can be prevented from blocking the object. The object can be reliably imaged. Further, the arm can be rotated while avoiding an obstacle.
(適用例12)
本適用例の動作軌道制御システムでは、前記アームは回転軸を軸中心として回動し、
前記前記第1トルク、前記第2トルク、前記第3トルクおよび前記アームの前記回転軸の回りの慣性モーメントに基づいて、前記アームの回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める駆動データ取得部を有し、
前記制御部は、前記アームが前記角速度および前記角加速度で前記回転角度を回動するように前記アームの作動を制御することが好ましい。
これにより、より確実にアームの作動を制御することができる。
(Application Example 12)
In the motion trajectory control system of this application example, the arm rotates around the rotation axis,
A drive data acquisition unit for respectively determining the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration of the arm based on the first torque, the second torque, the third torque, and the moment of inertia of the arm around the rotation axis; And
It is preferable that the control unit controls the operation of the arm so that the arm rotates the rotation angle at the angular velocity and the angular acceleration.
Thereby, the operation of the arm can be controlled more reliably.
以下、本発明に係わるロボットおよび動作軌道制御システムを添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明に係わるロボットの第1実施形態を正面側から見た斜視図である。図2は、図1に示すロボットを背面側から見た斜視図である。図3は、図1に示すロボットの概略図である。図4は、図1に示すロボットの主要部のブロック図である。図5および図6は、それぞれ、図1に示すロボットの作動を説明するための図である。図7は、図1に示すロボットの制御動作を示すフローチャートである。図6には、ロボットのうち第1アームのみを模式的に示す。
なお、以下では、説明の都合上、図1〜図3中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。また、図1〜図3中の基台側を「基端」、その反対側を「先端」と言う。
Hereinafter, a robot and a motion trajectory control system according to the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of a robot according to a first embodiment of the present invention as viewed from the front side. FIG. 2 is a perspective view of the robot shown in FIG. 1 viewed from the back side. FIG. 3 is a schematic diagram of the robot shown in FIG. FIG. 4 is a block diagram of the main part of the robot shown in FIG. 5 and 6 are diagrams for explaining the operation of the robot shown in FIG. FIG. 7 is a flowchart showing a control operation of the robot shown in FIG. FIG. 6 schematically shows only the first arm of the robot.
In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIGS. 1 to 3 is referred to as “upper” or “upper”, and the lower side is referred to as “lower” or “lower”. Moreover, the base side in FIGS. 1-3 is called "base end", and the opposite side is called "tip".
図1〜図3に示すロボット(産業用ロボット)1は、例えば腕時計のような精密機器等を製造する製造工程で用いることができ、ロボット本体10と、ロボット本体10の作動を制御する制御装置(制御手段)20(図4参照)と、第1電子カメラ71および第2電子カメラ72とを有している。ロボット本体10、第1電子カメラ71および第2電子カメラ72と、制御装置20とは、それぞれ、電気的に接続されている。なお、制御装置20、第1電子カメラ71および第2電子カメラ72により、動作軌道制御システムが構成される。また、制御装置20は、例えば、CPU(Central Processing Unit)が内蔵されたパーソナルコンピューター(PC)等で構成することができる。なお、制御装置20については、後で詳述する。
The robot (industrial robot) 1 shown in FIGS. 1 to 3 can be used in a manufacturing process for manufacturing precision equipment such as a wristwatch, for example, and includes a
ロボット本体10は、基台11と、4本のアーム(リンク)12、13、14、15と、リスト(リンク)16と、6つの駆動源401、402、403、404、405、406とを備えている。このロボット本体10は、基台11と、アーム12、13、14、15と、リスト16とが基端側から先端側に向ってこの順に連結された垂直多関節(6軸)ロボット(ロボット本体)である。垂直多関節ロボットでは、基台11と、アーム12〜15と、リスト16とを総称して「アーム」と言うこともでき、アーム12を「第1アーム」、アーム13を「第2アーム」、アーム14を「第3アーム」、アーム15を「第4アーム」、リスト16を「第5アーム、第6アーム」と分けて言うことができる。なお、リスト16は、第5アームと、第6アームとを有していてもよい。リスト16にはエンドエフェクタ等を取り付けることができる。
The
図3に示すように、アーム12〜15、リスト16は、それぞれ、基台11に対し独立して変位可能に支持されている。このアーム12〜15、リスト16の長さは、それぞれ、特に限定されないが、図示の構成では、アーム12〜14の長さが、他のアーム15およびリスト16よりも長く設定されている。なお、例えば、第3アーム14の長さを第1アーム12および第2アーム13の長さよりも短くしてもよい。
As shown in FIG. 3, the
基台11と第1アーム12とは、関節(ジョイント)171を介して連結されている。そして、第1アーム12は、基台11に対し、鉛直方向と平行な第1回転軸O1を回転中心とし、その第1回転軸O1回りに回動自在となっている。第1回転軸O1は、基台11の設置面である床101の上面の法線と一致している。この第1回転軸O1回りの回動は、第1駆動源401の駆動によりなされる。また、第1駆動源401はモーター401Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター401Mは電気的に接続されたモータードライバー301を介して制御装置20により制御される。第1駆動源401はモーター401Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター401Mからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。
The
第1アーム12と第2アーム13とは、関節(ジョイント)172を介して連結されている。そして、第2アーム13は、第1アーム12に対し、水平方向と平行な第2回転軸O2を軸中心として回動自在となっている。第2回転軸O2は、第1回転軸O1と直交している。この第2回転軸O2回りの回動は、第2駆動源402の駆動によりなされる。また、第2駆動源402はモーター402Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター402Mは電気的に接続されたモータードライバー302を介して制御装置20により制御される。第2駆動源402はモーター402Mの他に設けた減速機(図示せず)によってモーター402Mからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。なお、第2回転軸O2は、第1回転軸O1に直交する軸と平行であってもよい。
The
第2アーム13と第3アーム14とは、関節(ジョイント)173を介して連結されている。そして、第3アーム14は、第2アーム13に対して水平方向と平行な回転軸O3を回転中心とし、その第3回転軸O3回りに回動可能となっている。第3回転軸O3は、第2回転軸O2と平行である。この第3回転軸O3回りの回動は、第3駆動源403の駆動によりなされる。また、第3駆動源403は、モーター403Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター403Mは電気的に接続されたモータードライバー303を介して制御装置20により制御される。第3駆動源403はモーター403Mの他に減速機(図示せず)も設けてモーター403Mからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。
The
第3アーム14と第4アーム15とは、関節(ジョイント)174を介して連結されている。そして、第4アーム15は、第3アーム14(基台11)に対し、第3アーム14の中心軸方向と平行な第4回転軸O4を回転中心とし、その第4回転軸O4回りに回動自在となっている。第4回転軸O4は、第3回転軸O3と直交している。この第4回転軸O4回りの回動は、第4駆動源404の駆動によりなされる。また、第4駆動源404は、モーター404Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター404Mは電気的に接続されたモータードライバー304を介して制御装置20により制御される。第4駆動源404はモーター404Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター404Mからの駆動を伝達されてもよく、また、減速機が省略されていてもよい。なお、第4回転軸O4は、第3回転軸O3に直交する軸と平行であってもよい。
The
第4アーム15とリスト16とは、関節(ジョイント)175を介して連結されている。そして、リスト16は、第4アーム15に対して水平方向(y軸方向)と平行な第5回転軸O5を回転中心とし、その第5回転軸O5回りに回動自在となっている。第5回転軸O5は、第4回転軸O4と直交している。この第5回転軸O5回りの回動は、第5駆動源405の駆動によりなされる。また、第5駆動源405は、モーター405Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター405Mは電気的に接続されたモータードライバー305を介して制御装置20により制御される。第5駆動源405はモーター405Mとともに設けた減速機(図示せず)によってモーター405Mからの駆動を伝達されてもよく、また、減速機が省略されていてもよい。また、リスト16は、関節(ジョイント)176を介して、第5回転軸O5と垂直な第6回転軸O6を回転中心とし、その第6回転軸O6回りにも回動自在となっている。回転軸O6は、回転軸O5と直交している。この第6回転軸O6回りの回動は、第6駆動源406駆動によりなされる。また、第6駆動源406の駆動は、モーター406Mとケーブル(図示せず)によって駆動され、このモーター406Mは電気的に接続されたモータードライバー306を介して制御装置20により制御される。第6駆動源406はモーター406Mの他に減速機(図示せず)も設けてモーター406Mからの駆動を伝達されても良く、また、減速機が省略されていてもよい。なお、第5回転軸O5は、第4回転軸O4に直交する軸と平行であってもよく、また、第6回転軸O6は、第5回転軸O5に直交する軸と平行であってもよい。
The
駆動源401〜406には、それぞれのモーターまたは減速機に、第1角度センサー411、第2角度センサー412、第3角度センサー413、第4角度センサー414、第5角度センサー415、第6角度センサー416が設けられている。これらの角度センサーとして、エンコーダ、ロータリーエンコーダ等が用いることができる。これらの角度センサー411〜416により、それぞれ、駆動源401〜406のモーターあるいは減速機の回転軸の回転角度を検出する。この駆動源401〜406のモーターとしては、それぞれ、特に限定されず、例えば、ACサーボモーター、DCサーボモーター等のサーボモーターを用いるのが好ましい。また、前記各ケーブルは、それぞれ、ロボット本体10を挿通していてもよい。
The driving
ロボット本体10は、制御装置20と電気的に接続されている。すなわち、駆動源401〜406、角度センサー411〜416は、それぞれ、制御装置20と電気的に接続されている。
そして、制御装置20は、アーム12〜15、リスト16をそれぞれ独立して作動させることができる、すなわち、モータードライバー301〜306を介して、駆動源401〜406をそれぞれ独立して制御することができる。この場合、制御装置20は、角度センサー411〜416により検出を行い、その検出結果に基づいて、駆動源401〜406の駆動、例えば、角加速度、角速度、回転角度等をそれぞれ制御する。この制御プログラムは、制御装置20に内蔵された記録媒体に予め記憶されている。
The
The
図1、図2に示すように、基台11は、ロボット1が垂直多関節ロボットの場合、当該垂直多関節ロボットの最も下方に位置し、設置スペースの床101に固定される部分である。この固定方法としては、特に限定されず、例えば、図1、図2に示す本実施形態では、複数本のボルト111による固定方法を用いている。なお、基台11の設置スペースでの固定箇所としては、床の他に、設置スペースの壁や天井とすることもできる。
As shown in FIGS. 1 and 2, when the
基台11は、中空の基台本体(ハウジング)112を有している。基台本体112は、円筒状をなす円筒状部113と、当該円筒状部113の外周部に一体的に形成された、箱状をなす箱状部114とに分けることができる。そして、このような基台本体112には、例えば、モーター401Mやモータードライバー301〜306が収納されている。
アーム12〜15は、それぞれ、中空のアーム本体2と、駆動機構3と、封止手段4とを有している。なお、以下では、説明の都合上、第1アーム12が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2a」、「駆動機構3a」、「封止手段4a」と言い、第2アーム13が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2b」、「駆動機構3b」、「封止手段4b」と言い、第3アーム14が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2c」、「駆動機構3c」、「封止手段4c」と言い、第4アーム15が有するアーム本体2、駆動機構3、封止手段4をそれぞれ「アーム本体2d」、「駆動機構3d」、「封止手段4d」と言うことがある。
The
Each of the
また、関節171〜176は、それぞれ、回動支持機構(図示せず)を有している。この回動支持機構は、互いに連結された2本のアームのうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構、互いに連結された基台11と第1アーム12のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構、互いに連結された第4アーム15と第5リスト16のうちの一方を他方に対し回動可能に支持する機構である。互いに連結された第4アーム15とリスト16とを一例とした場合、回動支持機構は、リスト16を第4アーム15に対し回動させることができる。また、各回動支持機構は、それぞれ、対応するモーターの回転速度を所定の減速比で減速して、その駆動力を対応するアーム、リスト16のリスト本体161、支持リング162に伝達する減速機(図示せず)を有している。
Each of the
第1アーム12は、基台11の上端部(先端部)に水平方向に対し傾斜した姿勢で連結されている。この第1アーム12では、駆動機構3aがモーター402Mを有しており、アーム本体2a内に収納している。また、アーム本体2a内は、封止手段4aにより気密封止されている。
第2アーム13は、第1アーム12の先端部に連結されている。この第2アーム13では、駆動機構3bがモーター403Mを有しており、アーム本体2b内に収納している。また、アーム本体2a内は、封止手段4bにより気密封止されている。
第3アーム14は、第2アーム13の先端部に連結されている。この第3アーム14では、駆動機構3cがモーター404Mを有しており、アーム本体2c内に収納している。また、アーム本体2c内は、封止手段4cにより気密封止されている。
The
The
The
第4アーム15は、第3アーム14の先端部に、その中心軸方向と平行に連結されている。このアーム15では、駆動機構3dがモーター405M、406Mを有しており、アーム本体2d内に収納している。また、アーム本体2d内は、封止手段4dにより気密封止されている。
第4アーム15の先端部(基台11と反対側の端部)には、リスト16が連結されている。このリスト16には、その先端部(第4アーム15と反対側の端部)に、例えば、腕時計等のような精密機器を把持するマニピュレーター(図示せず)が着脱自在に装着される。なお、マニピュレーターとしては、特に限定されず、例えば、複数本の指部(フィンガー)を有する構成のものが挙げられる。そして、このロボット1は、マニピュレーターで精密機器を把持したまま、アーム12〜15やリスト16等の動作を制御することにより、当該精密機器を搬送することができる。なお、前記精密機器は、ロボット1のロボット本体10が作業する対象物の1例である。
The
A
リスト16は、円筒状をなすリスト本体(第6アーム)161と、リスト本体161と別体で構成され、当該リスト本体161の基端部に設けられ、リング状をなす支持リング(第5アーム)162とを有している。
リスト本体161の先端面163は、平坦な面となっており、マニピュレーターが装着される装着面となる。また、リスト本体161は、関節176を介して、第4アーム15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター406Mの駆動により、回転軸O6回りに回動する。
支持リング162は、関節175を介して、第4アーム15の駆動機構3dに連結されており、当該駆動機構3dのモーター405Mの駆動により、リスト本体161ごと回転軸O5回りに回動する。
The
The
The
第1電子カメラ71および第2電子カメラ72は、それぞれ、撮像素子を有し、ロボット1のロボット本体10が作業する対象物に設定された後述する参照点の周辺、すなわち、対象物を撮像する装置である。第1電子カメラ71および第2電子カメラ72により撮像し、得られた撮像データは、それぞれ、制御装置20に入力される。制御装置20は、前記画像データに基づいて、対象物の位置、すなわち、参照点の位置(座標)を求める。なお、2つの電子カメラを設けることにより、参照点の位置を確実に求めることができる。
また、第1電子カメラ71および第2電子カメラ72は、それぞれ、ロボット本体10から所定距離離間した位置に設置されている。これにより、ロボット本体10が作動しても第1電子カメラ71および第2電子カメラ72は、常に、一定の位置にあり、容易に、参照点の位置を求めることができる。
Each of the first
Further, the first
次に、図1、図2、図4を参照し、制御装置20の構成について説明する。
制御装置20は、第1駆動源401、第2駆動源402、第3駆動源403、第4駆動源404、第5駆動源405、第6駆動源406の作動をそれぞれ制御する装置である。この制御装置20は、ベクトル場設定部61と、軌道生成部62と、角速度制御部63と、駆動源制御部64とを有している。なお、角速度制御部63および駆動源制御部64により、各駆動源401〜406の作動、すなわち、各アーム12〜15、リスト16の作動を制御する制御部が構成される。
Next, the configuration of the
The
また、ベクトル場設定部61は、仮想斥力ベクトル場設定部611と、仮想引力ベクトル場設定部612とを有している。
また、軌道生成部62は、仮想斥力データ取得部621と、第1トルクデータ取得部622と、仮想引力データ取得部623と、第2トルクデータ取得部624と、駆動データ取得部625とを有している。
The vector
The
仮想斥力ベクトル場設定部611は、第1電子カメラ71および第2電子カメラ72により撮像して得られた撮像データに基づいて、対象物に設定された参照点を認識し、第1電子カメラ71および第2電子カメラ72と参照点を結ぶ直線を求め、その直線を仮想斥力発生源とする仮想斥力ベクトルで構成される仮想斥力ベクトル場を設定する機能を有している。
仮想斥力データ取得部621は、アーム12〜15、リスト16に第1代表点を設定し、仮想斥力ベクトル場において第1代表点に作用する仮想斥力を求める機能を有している。
The virtual repulsive force vector
The virtual repulsive force data acquisition unit 621 has a function of setting a first representative point in the
第1トルクデータ取得部622は、仮想斥力データ取得部621により求められた斥力に基づいて、その仮想斥力により生じ、アーム12〜15、リスト16に作用し、回転軸O1〜O6の回りの第1トルクを求める機能を有している。
仮想引力ベクトル場設定部612は、参照点を仮想引力発生源とする仮想引力ベクトルで構成される仮想引力ベクトル場を設定する機能を有している。
The first torque data acquiring unit 622 is generated by the virtual repulsive force based on the repulsive force obtained by the virtual repulsive force data acquiring unit 621, acts on the
The virtual attraction vector
仮想引力データ取得部623は、アーム12〜15、リスト16に第2代表点を設定し、仮想引力ベクトル場において第2代表点に作用する仮想引力を求める機能を有している。
第2トルクデータ取得部624は、仮想引力データ取得部623により求められた仮想引力に基づいて、その仮想引力により生じ、アーム12〜15、リスト16に作用し、回転軸O1〜O6の回りの第2トルクを求める機能を有している。
駆動データ取得部625は、第1トルクデータ取得部622により求められた第1トルク、第2トルクデータ取得部624により求められた第2トルクおよびアーム12〜15、リスト16の回転軸O1〜O6の回りの慣性モーメントに基づいて、アーム12〜15、リスト16の回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める機能を有している。
The virtual attractive force
The second torque
The drive
角速度制御部63および駆動源制御部64は、第1トルクデータ取得部622により求められた第1トルク、第2トルクデータ取得部624により求められた第2トルクおよびアーム12〜15、リスト16の回転軸O1〜O6の回りの慣性モーメントに基づいて、アーム12〜15、リスト16の作動を制御する機能を有している。すなわち、角速度制御部63および駆動源制御部64は、アーム12〜15、リスト16が駆動データ取得部625により求められた前記角速度および前記角加速度で前記回転角度、回動するようにアーム12〜15、リスト16の作動を制御する機能を有している。
The angular
ここで、制御装置20は、ロボット1が行う処理の内容や、第1電子カメラ71および第2電子カメラ72により撮像して得た画像データ等に基づいてリスト16の先端部の目標位置、すなわち、リスト16に装着されたエンドエフェクタの目標位置を求め、その目標位置にエンドエフェクタを移動させるための各アーム12〜15、リスト16の軌道を生成する。この軌道は、所定の制御周期ごとに少しずつ生成される。
Here, the
具体的には、制御装置20は、前記軌道の生成の際は、エンドエフェクタが目標位置に向って移動するように、所定の制御周期ごとに、アーム12〜15、リスト16の回転角度、角速度、角加速度の目標値、すなわち、各駆動源401〜406の回転角度、角速度、角加速度の目標値を求める。そして、所定の制御周期ごとに、各駆動源401〜406の回転角度、角速度、角加速度の目標値を示す信号である各駆動源401〜406の位置指令Pcが生成される。
なお、前記および以下では、「値が入力、出力」等と表記しているが、これは、「その値に対応する信号が入力、出力」の意味である。
Specifically, when generating the trajectory, the
In the above and the following, “value is input and output” and the like are described, which means “a signal corresponding to the value is input and output”.
角速度制御部63では、第1駆動源401の位置指令Pcを軌道生成部62から入力されるとともに、角速度制御部63には、第1角度センサー411から検出信号が入力される。角速度制御部63は、第1角度センサー411の検出信号から算出される第1駆動源401の回転角度(位置フィードバック値Pfb)が位置指令Pcになり、かつ、後述する角速度フィードバック値ωfbが後述する角速度指令ωcになるように、各検出信号を用いたフィードバック制御によって第1駆動源401を駆動する。
In the angular
すなわち、角速度制御部63の第1減算器(図示せず)には、位置指令Pcが入力され、また、後述する位置フィードバック値Pfbが入力される。角速度制御部63では、第1角度センサー411から入力されるパルス数がカウントされるとともに、そのカウント値に応じた第1駆動源401の回転角度が位置フィードバック値Pfbとして第1減算器に出力される。第1減算器は、これら位置指令Pcと位置フィードバック値Pfbとの偏差(第1駆動源401の回転角度の目標値から位置フィードバック値Pfbを減算した値)を出力する。
That is, a position command Pc is input to a first subtracter (not shown) of the angular
また、角速度制御部63は、第1減算器から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン等を用いた所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第1駆動源401の角速度の目標値を演算する。そして、その第1駆動源401の角速度の目標値(指令値)を示す信号を角速度指令(第1角速度指令)ωcとして第2減算器(図示せず)に出力する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、比例制御(P制御)がなされるが、これに限定されるものではない。
Further, the angular
また、角速度制御部63は、第1角度センサー411から入力されるパルス信号の周波数に基づいて、第1駆動源401の角速度が算出され、その角速度が角速度フィードバック値ωfbとして第2減算器に出力される。
第2減算器には、角速度指令ωcが入力され、また、角速度フィードバック値ωfbが入力される。第2減算器は、これら角速度指令ωcと角速度フィードバック値ωfbとの偏差(第1駆動源401の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωfbを減算した値)を出力する。
Further, the angular
The second subtracter receives an angular velocity command ωc and an angular velocity feedback value ωfb. The second subtracter outputs a deviation between the angular velocity command ωc and the angular velocity feedback value ωfb (a value obtained by subtracting the angular velocity feedback value ωfb from the target value of the angular velocity of the first drive source 401).
また、角速度制御部63は、第2減算器から入力された偏差と、予め定められた係数である比例ゲイン、積分ゲイン等を用い、積分を含む所定の演算処理を行うことで、その偏差に応じた第1駆動源401の角加速度(トルク)の目標値を演算する。そして角速度制御部631は、その第1駆動源401の角加速度の目標値(指令値)を示す信号を角加速度指令(トルク指令)として駆動源制御部64に出力する。なお、ここでは、本実施形態では、フィードバック制御として、PI制御がなされるが、これに限定されるものではない。
Further, the angular
駆動源制御部64は、角速度制御部63から入力された角加速度指令に基づいて、第1駆動源401の駆動信号(駆動電流)を生成し、モータードライバー301を介してモーター401Mに供給する。
このようにして、第1駆動源401の角加速度、すなわち、トルクがその目標値と可及的に等しくなり、かつ、位置フィードバック値Pfbが位置指令Pcと可及的に等しくなるとともに、角速度フィードバック値ωfbが角速度指令ωcと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、第1駆動源401の駆動電流が制御される。
なお、駆動源制御部64による駆動源402〜406の制御については、それぞれ、前記第1駆動源401の制御と同様であるので、その説明は省略する。
The drive
In this way, the angular acceleration, that is, the torque of the
The control of the
次に、図5、図6および図7に基づいて、制御装置20が各アーム12〜15、リスト16の軌道を生成する際の手順について、説明する。なお、各アーム12〜15、リスト16の軌道を生成する際の手順は、同様であるので、以下では、代表的に、第1アーム12の軌道を生成する際の手順について、説明する。また、ロボットが作業を行う作業空間は、本来は、3次元であるが、ここでは、理解を容易にするため、2次元とし、互いに直交するx軸およびz軸を有する2次元座標を想定する(図5参照)。また、本実施形態では、電子カメラの数は2つであり、各電子カメラと参照点とを結ぶ直線は2本あるが、ここでは、理解を容易にするため、その2本の直線のうち、代表的に、1本の直線、すなわち第1電子カメラ71と参照点とを結ぶ直線95(図5参照)を設定して説明する。
Next, a procedure when the
なお、制御装置20は、第1電子カメラ71、第2電子カメラ72の位置、初期の各アーム12〜15、リスト16、エンドエフェクタの位置および姿勢を把握している。また、制御装置20は、各アーム12〜15、リスト16が作動する際の各駆動源401〜406の回転角度を把握しており、各回転角度から、各アーム12〜15、リスト16の位置および姿勢を常に把握している。これにより、制御装置20は、後述する第1代表点および第2代表点の位置(座標)を常に把握している。
The
まず、全体を簡単に説明すると、図7に示すように、ロボット1の制御装置20が実行する制御方法は、撮像を行う撮像工程(ステップS101)と、参照点91を認識する認識工程(ステップS102)と、第1電子カメラ71と参照点91とを結ぶ直線95を設定する直線設定工程(ステップS103)と、仮想斥力ベクトル場を設定する仮想斥力ベクトル場設定工程(ステップS104)と、第1代表点を設定する第1代表点設定工程(ステップS105)と、仮想斥力を求める仮想斥力取得工程(ステップS106)と、第1トルクを求める第1トルク取得工程(ステップS107)と、仮想引力ベクトル場を設定する仮想引力ベクトル場設定工程(ステップS108)と、第2代表点を設定する第2代表点設定工程(ステップS109)と、仮想引力を求める仮想引力取得工程(ステップS110)と、第2トルクを求める第2トルク取得工程(ステップS111)と、回転角度、角速度および角加速度を求める駆動データ取得工程(ステップS112)とを有している。
First, briefly explaining the whole, as shown in FIG. 7, the control method executed by the
なお、仮想斥力ベクトル場設定工程と、仮想引力ベクトル場設定工程とは、仮想引力ベクトル場設定工程を先に行ってもよく、また、同時に行ってもよい。
また、第1代表点設定工程と、第2代表点設定工程とは、第2代表点設定工程を先に行ってもよく、また、同時に行ってもよい。
また、仮想斥力取得工程と、仮想引力取得工程とは、仮想引力取得工程を先に行ってもよく、また、同時に行ってもよい。
また、第1トルク取得工程と、第2トルク取得工程とは、第2トルク取得工程を先に行ってもよく、また、同時に行ってもよい。
The virtual repulsive force vector field setting step and the virtual attractive force vector field setting step may be performed first or simultaneously.
In addition, the first representative point setting step and the second representative point setting step may be performed first or simultaneously.
Moreover, the virtual attractive force acquisition step and the virtual attractive force acquisition step may be performed first or simultaneously.
Further, the first torque acquisition step and the second torque acquisition step may be performed first or simultaneously.
以下、具体的に説明する。
まず、図5および図6に示すように、ロボット1の制御装置20は、第1電子カメラ71により、ロボット1(ロボット本体10)が作業する対象物90に設定された参照点91の周辺を撮像し、撮像データを得る。制御装置20は、前記画像データに基づいて、対象物90の位置、すなわち、参照点91の位置(座標)を求める。
This will be specifically described below.
First, as shown in FIGS. 5 and 6, the
次に、制御装置20の仮想斥力ベクトル場設定部611は、第1電子カメラ71と参照点とを結ぶ直線95を求め、その直線95を仮想斥力発生源とする仮想斥力ベクトルで構成される仮想斥力ベクトル場を設定する。なお、前記直線95を求めるうえでの第1電子カメラ71の位置として、その第1電子カメラ71の所定の点の位置(座標)が予め設定されている。
なお、2次元座標は、ここでは、その原点が、前記第1電子カメラ71の所定の点と一致し、z軸が、第1電子カメラ71と参照点とを結ぶ直線と一致するように設定される。
Next, the virtual repulsive force vector
Here, the two-dimensional coordinates are set such that the origin coincides with a predetermined point of the first
前記仮想斥力ベクトル場としては、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、ここでは、仮想斥力ベクトル場の1例を示す。
まず、x>0の場合、仮想斥力ベクトル場を求めるための各座標(x、z)におけるポテンシャルVは、下記(1)式で示される。
V=k・z/x ・・・(1)
但し、上記(1)式中のkは、係数である。
The virtual repulsive force vector field is not particularly limited and is appropriately set according to various conditions. Here, an example of the virtual repulsive force vector field is shown.
First, in the case of x> 0, the potential V at each coordinate (x, z) for obtaining the virtual repulsive force vector field is expressed by the following equation (1).
V = k · z / x (1)
However, k in the above equation (1) is a coefficient.
そして、x>0の場合の各座標(x、z)における仮想斥力ベクトルf(x、z)のx成分およびz成分、すなわち、仮想斥力ベクトル場は、下記(2)式で示される。
f(x、z)=−∇・V
=(k・z/x2、−k/x) ・・・(2)
また、x<0の場合、仮想斥力ベクトル場を求めるための各座標(x、z)におけるポテンシャルVは、下記(3)式で示される。
V=−k・z/x ・・・(3)
但し、上記(3)式中のkは、係数である。
Then, the x component and the z component of the virtual repulsive force vector f (x, z) at each coordinate (x, z) when x> 0, that is, the virtual repulsive force vector field is expressed by the following equation (2).
f (x, z) = − ∇ · V
= (K · z / x 2 , −k / x) (2)
Further, in the case of x <0, the potential V at each coordinate (x, z) for obtaining the virtual repulsive force vector field is expressed by the following equation (3).
V = −k · z / x (3)
However, k in the above equation (3) is a coefficient.
そして、x<0の場合の各座標(x、z)における仮想斥力ベクトルf(x、z)のx成分およびz成分、すなわち、仮想斥力ベクトル場は、下記(4)式で示される。
f(x、z)=−∇・V
=(−k・z/x2、k/x) ・・・(4)
上記(2)式および(4)式で示される仮想斥力ベクトル場を設定する。
Then, the x and z components of the virtual repulsive force vector f (x, z) at each coordinate (x, z) when x <0, that is, the virtual repulsive force vector field is expressed by the following equation (4).
f (x, z) = − ∇ · V
= (− K · z / x 2 , k / x) (4)
A virtual repulsive force vector field represented by the above equations (2) and (4) is set.
なお、前記仮想斥力ベクトル場における仮想斥力ベクトルの大きさ、すなわち、仮想斥力ベクトルのx成分およびz成分の大きさは、それぞれ、第1電子カメラ71と参照点91を結ぶ直線95に近いほど大きい。これにより、第1電子カメラ71と参照点91を結ぶ直線95から第1アーム12を遠ざけることができ、第1電子カメラ71により対象物90を撮像するとき、第1アーム12が対象物90を遮ることを防止することができる。
Note that the magnitude of the virtual repulsive force vector in the virtual repulsive force vector field, that is, the magnitudes of the x component and the z component of the virtual repulsive force vector are larger as they are closer to the
また、前記仮想斥力ベクトル場における仮想斥力ベクトルの大きさ、すなわち、仮想斥力ベクトルのx成分の大きさは、それぞれ、参照点91に近いほど大きい。これにより、対象物90に近いほど、第1電子カメラ71と参照点91を結ぶ直線95から第1アーム12を遠ざけることができる。第1電子カメラ71の視野は、第1電子カメラ71から遠いほど広く、すなわち、参照点91に近いほど広くなるので、これにより、第1電子カメラ71により対象物90を撮像するとき、第1アーム12が対象物を遮ることをより確実に防止することができる。
In addition, the magnitude of the virtual repulsive force vector in the virtual repulsive force vector field, that is, the magnitude of the x component of the virtual repulsive force vector is larger as it is closer to the
次に、仮想斥力データ取得部621は、第1アーム12に第1代表点92を設定し、仮想斥力ベクトル場において第1代表点92に作用する仮想斥力を求める。
この第1代表点92の数は、特に限定されず、1つでもよく、また、複数でもよいが、複数であることが好ましい。具体的には、2以上、30以下であることが好ましく、3以上、10以下であることがより好ましい。また、第1代表点92の数が比較的多い場合は、各第1代表点は、均一に配置されることが好ましい。これにより、より正確に、第1アーム12に作用し、第1回転軸O1の回りの第1トルクを求めることができる。
Next, the virtual repulsive force data acquisition unit 621 sets the first
The number of the first representative points 92 is not particularly limited, and may be one or plural, but is preferably plural. Specifically, it is preferably 2 or more and 30 or less, and more preferably 3 or more and 10 or less. Further, when the number of the first representative points 92 is relatively large, it is preferable that the first representative points are arranged uniformly. As a result, the first torque acting on the
次に、第1トルクデータ取得部622は、仮想斥力データ取得部621により求められた仮想斥力に基づいて、その仮想斥力により生じ、第1アーム12に作用する第1回転軸O1の回りの第1トルクを求める。第1代表点92が複数の場合は、第1トルクは、各第1代表点92に作用する仮想斥力から求めた各トルクの合計値である。
なお、仮に、第1アーム12が最先端のアームである場合は、第1アーム12には、第1アーム12に作用する仮想斥力のみから生じるトルクだけが作用する。このため、第1アーム12に作用する仮想斥力のみから、第1トルクを求める。
Next, the first torque data acquisition unit 622 generates the first revolving force around the first rotation axis O <b> 1 that is generated by the virtual repulsive force and acts on the
If the
しかし、第1アーム12の先端側には、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16が存在するので、第1アーム12には、第1アーム12に作用する仮想斥力のみから生じるトルクだけでなく、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想斥力により生じるトルクも作用する。このため、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想斥力から、第1トルクを求める。すなわち、第1アーム12に作用する第1トルクは、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想斥力により生じ、第1アーム12に作用する各トルクの合計値である。
However, since the
ここで、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想斥力により生じ、第1アーム12に作用する各トルクの求め方として、代表的に、第2アーム13に作用する仮想斥力により生じ、第1アーム12に作用するトルクの求め方を説明する。
まず、第2アーム13に作用する仮想斥力のうち、第2回転軸O2の回転成分に寄与するトルクとなる仮想斥力成分は、第1アーム12に作用しない。このため、第2アーム13に作用する仮想斥力により生じ、第1アーム12に作用するトルクは、第2アーム13に作用する仮想斥力のうち、第2アーム13に作用するトルクとなる仮想斥力成分に対して垂直な仮想成分が、第1アーム12のうちの第2アーム13の第2回転軸O2の位置に作用しているものとして求める。
Here, as a method for obtaining each torque generated by the virtual repulsive force acting on the
First, of the virtual repulsive force that acts on the
次に、仮想引力ベクトル場設定部612は、参照点91を仮想引力発生源とする仮想引力ベクトルで構成される仮想引力ベクトル場を設定する。
前記仮想引力ベクトル場としては、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、ここでは、仮想引力ベクトル場の1例を示す。
まず、参照点91の座標を(x0、z0)としたとき、仮想引力ベクトル場を求めるための各座標(x、z)におけるポテンシャルVは、下記(5)式で示される。
V=−L/{(x−x0)2+(z−z0)2}1/2 ・・・(5)
但し、上記(5)式中のLは、係数である。
Next, the virtual attractive force vector
The virtual attractive force vector field is not particularly limited and is appropriately set according to various conditions. Here, an example of the virtual attractive force vector field is shown.
First, when the coordinates of the
V = −L / {(x−x 0 ) 2 + (z−z 0 ) 2 } 1/2 (5)
However, L in the above equation (5) is a coefficient.
そして、各座標(x、z)における仮想引力ベクトルf(x、z)のx成分およびz成分、すなわち、仮想引力ベクトル場は、下記(6)式で示される。
f(x、z)=−∇・V
=(−L(x−x0)/{(x−x0)2+(z−z0)2}3/2、−L(z−z0)/{(x−x0)2+(z−z0)2}3/2) ・・・(6)
上記(6)式で示される仮想引力ベクトル場を設定する。
なお、前記仮想引力ベクトル場における仮想引力ベクトルの大きさ、すなわち、仮想引力ベクトルのx成分およびz成分の大きさは、それぞれ、参照点91に近いほど大きい。
Then, the x component and the z component of the virtual attractive vector f (x, z) at each coordinate (x, z), that is, the virtual attractive vector field is expressed by the following equation (6).
f (x, z) = − ∇ · V
= (− L (x−x 0 ) / {(x−x 0 ) 2 + (z−z 0 ) 2 } 3/2 , −L (z−z 0 ) / {(x−x 0 ) 2 + (Z−z 0 ) 2 } 3/2 ) (6)
The virtual attractive vector field shown by the above equation (6) is set.
Note that the magnitude of the virtual attraction vector in the virtual attraction vector field, that is, the magnitudes of the x component and the z component of the virtual attraction vector are larger as the
次に、仮想引力データ取得部623は、第1アーム12に第2代表点93を設定し、仮想引力ベクトル場において第2代表点93に作用する仮想引力を求める。
この第2代表点93の数は、特に限定されず、1つでもよく、また、複数でもよいが、複数であることが好ましい。具体的には、2以上、30以下であることが好ましく、3以上、10以下であることがより好ましい。また、第2代表点93の数が比較的多い場合は、各第2代表点93は、均一に配置されることが好ましい。これにより、より正確に、第1アーム12に作用し、第1回転軸O1の回りの第2トルクを求めることができる。
なお、第2代表点93と、第1第代表点92とは、同一でもよく、また、異なっていてもよいが、同一にすることで、制御をより簡素化することができる。
Next, the virtual attractive force
The number of the second representative points 93 is not particularly limited, and may be one or plural, but is preferably plural. Specifically, it is preferably 2 or more and 30 or less, and more preferably 3 or more and 10 or less. Further, when the number of the second representative points 93 is relatively large, it is preferable that the second representative points 93 are arranged uniformly. As a result, the second torque acting on the
It should be noted that the second representative point 93 and the first first
次に、第2トルクデータ取得部624は、仮想引力データ取得部623により求められた仮想引力に基づいて、その仮想引力により生じ、第1アーム12に作用する第1回転軸O1の回りの第2トルクを求める。第2代表点93が複数の場合は、第2トルクは、各第2代表点93に作用する仮想引力から求めた各トルクの合計値である。
なお、仮に、第1アーム12が最先端のアームである場合は、第1アーム12には、第1アーム12に作用する仮想引力のみから生じるトルクだけが作用する。このため、第1アーム12に作用する仮想引力のみから、第2トルクを求める。
Next, the second torque
If the
しかし、第1アーム12の先端側には、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16が存在するので、第1アーム12には、第1アーム12に作用する仮想引力のみから生じるトルクだけでなく、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想引力により生じるトルクも作用する。このため、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想引力から、第2トルクを求める。すなわち、第1アーム12に作用する第2トルクは、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想引力により生じ、第1アーム12に作用する各トルクの合計値である。
なお、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想引力により生じ、第1アーム12に作用する各トルクは、それぞれ、前記第1トルクと同様にして求める。
However, since the
The torques generated by the virtual attractive force acting on the
次に、駆動データ取得部625は、第1トルク、第2トルクおよび第1アーム12の第1回転軸O1の回りの慣性モーメントに基づいて、第1アーム12の回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求め、これらが目標値とされる。
なお、前記第1アーム12の第1回転軸O1の回りの慣性モーメントとは、仮に、第1アーム12が最先端のアームである場合は、第1アーム12のみの慣性モーメントであるが、第1アーム12の先端側には、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16が存在するので、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16全体の慣性モーメントである。
Next, the drive
The moment of inertia of the
この第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16全体の慣性モーメントは、各角度センサー412、413、414、415、416の検出結果により、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16の姿勢求め、それに基づいて求める。
そして、角速度制御部63および駆動源制御部64は、第1アーム12が、駆動データ取得部625により求められた角速度および角加速度で、駆動データ取得部625により求められた回転角度、回動するように第1アーム12の作動を制御する。
The moment of inertia of the
Then, in the angular
具体的には、第1アーム12の回転角度、角速度および角加速度の目標値は、それぞれ、第1駆動源401の回転角度、角速度および角加速度の目標値に変換される。そして、前述したように、第1駆動源401の回転角度、角速度、角加速度の目標値を示す信号である位置指令Pcが生成され、その位置指令Pcに基づいて、前述した制御がなされる。
以上の動作は、所定の制御周期ごとに繰り返し実行され、最終的に、リスト16の先端部に装着されたマニピュレーターが対象物90に到達する。
Specifically, target values for the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration of the
The above operation is repeatedly executed at every predetermined control cycle, and finally, the manipulator attached to the tip of the
以上説明したように、このロボット1によれば、アーム12〜15、リスト16は、第1電子カメラ71と参照点91を結ぶ直線95、第2電子カメラ72と参照点91を結ぶ直線(図示せず)を避けて回動するので、第1電子カメラ71、第2電子カメラ72によりロボット本体10が作業する対象物90を撮像するとき、アーム12〜15、リスト16が対象物90を遮ることを防止することができ、確実に対象物90を撮像することができる。
As described above, according to the
<第2実施形態>
図8は、本発明に係わるロボットの第2実施形態の主要部のブロック図である。図9は、図8に示すロボットの作動を説明するための図である。図10は、図8に示すロボットの制御動作を示すフローチャートである。図9には、ロボットのうち第1アームのみを模式的に示す。
以下、第2実施形態について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態のロボット1では、障害物が存在する場合でもその障害物を避けて作動するよう構成されている。
Second Embodiment
FIG. 8 is a block diagram of the main part of the second embodiment of the robot according to the present invention. FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the robot shown in FIG. FIG. 10 is a flowchart showing a control operation of the robot shown in FIG. FIG. 9 schematically shows only the first arm of the robot.
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of the same matters will be omitted.
The
図8に示すように、第2実施形態のロボット1では、制御装置20のベクトル場設定部61は、第1仮想斥力ベクトル場設定部613と、第2仮想斥力ベクトル場設定部614と、仮想引力ベクトル場設定部612とを有している。
また、軌道生成部62は、第1仮想斥力データ取得部626と、第1トルクデータ取得部622と、仮想引力データ取得部623と、第2トルクデータ取得部624と、第2斥力データ取得部627と、第3トルクデータ取得部628と、駆動データ取得部625とを有している。
As shown in FIG. 8, in the
The
第1仮想斥力ベクトル場設定部613は、第1電子カメラ71および第2電子カメラ72により撮像して得られた撮像データに基づいて、対象物に設定された参照点を認識し、第1電子カメラ71および第2電子カメラ72と参照点を結ぶ直線を求め、その直線を仮想斥力発生源とする仮想斥力ベクトルで構成される第1仮想斥力ベクトル場を設定する機能を有している。
The first virtual repulsive force vector field setting unit 613 recognizes the reference point set for the object based on the imaging data obtained by imaging with the first
第1仮想斥力データ取得部626は、アーム12〜15、リスト16に第1代表点を設定し、第1仮想斥力ベクトル場において第1代表点に作用する仮想斥力を求める機能を有している。
第1トルクデータ取得部622は、第1仮想斥力データ取得部626により求められた仮想斥力に基づいて、その仮想斥力により生じ、アーム12〜15、リスト16に作用し、回転軸O1〜O6の回りの第1トルクを求める機能を有している。
The first virtual repulsive force
The first torque data acquiring unit 622 is generated by the virtual repulsive force based on the virtual repulsive force obtained by the first virtual repulsive force
仮想引力ベクトル場設定部612は、参照点を仮想引力発生源とする仮想引力ベクトルで構成される仮想引力ベクトル場を設定する機能を有している。
仮想引力データ取得部623は、アーム12〜15、リスト16に第2代表点を設定し、仮想引力ベクトル場において第2代表点に作用する仮想引力を求める機能を有している。
The virtual attraction vector
The virtual attractive force
第2トルクデータ取得部624は、仮想引力データ取得部623により求められた仮想引力に基づいて、その仮想引力により生じ、アーム12〜15、リスト16に作用し、回転軸O1〜O6の回りの第2トルクを求める機能を有している。
第2斥力ベクトル場設定部614は、第1電子カメラ71および第2電子カメラ72により撮像して得られた撮像データに基づいて、障害物を認識し、障害物を斥力発生源とする仮想斥力ベクトルで構成される第2仮想斥力ベクトル場を設定する機能を有している。
The second torque
The second repulsive force vector field setting unit 614 recognizes an obstacle based on the imaging data obtained by imaging with the first
第2仮想斥力データ取得部627は、アーム12〜15、リスト16に第3代表点を設定し、第2仮想斥力ベクトル場において第3代表点に作用する斥力を求める機能を有している。
第3トルクデータ取得部628は、第2仮想斥力データ取得部627により求められた仮想斥力に基づいて、その仮想斥力により生じ、アーム12〜15、リスト16に作用し、回転軸O1〜O6の回りの第3トルクを求める機能を有している。
The second virtual repulsive force
The third torque
駆動データ取得部625は、第1トルクデータ取得部622により求められた第1トルク、第2トルクデータ取得部624により求められた第2トルク、第3トルクデータ取得部627により求められた第3トルクおよびアーム12〜15、リスト16の回転軸O1〜O6の回りの慣性モーメントに基づいて、アーム12〜15、リスト16の回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める機能を有している。
The drive
角速度制御部63および駆動源制御部64は、第1トルクデータ取得部622により求められた第1トルク、第2トルクデータ取得部624により求められた第2トルク、第3トルクデータ取得部627により求められた第3トルクおよびアーム12〜15、リスト16の回転軸O1〜O6の回りの慣性モーメントに基づいて、アーム12〜15、リスト16の作動を制御する機能を有している。すなわち、角速度制御部63および駆動源制御部64は、アーム12〜15、リスト16が駆動データ取得部625により求められた前記角速度および前記角加速度で前記回転角度、回動するようにアーム12〜15、リスト16の作動を制御する機能を有している。
なお、第1仮想斥力ベクトル場設定部613は、第1実施形態の仮想斥力ベクトル場設定部611と同様であり、第1仮想斥力データ取得部626は、第1実施形態の仮想斥力データ取得部621と同様であるので、その説明は省略する。
The angular
The first virtual repulsive force vector field setting unit 613 is the same as the virtual repulsive force vector
また、第2仮想斥力ベクトル場は、第1実施形態の仮想斥力ベクトル場や仮想引力ベクトル場と同様に、作業空間内の各座標に仮想斥力ベクトルを定義することで行う。すなわち、第2仮想斥力ベクトル場は、第1実施形態の仮想斥力ベクトル場や仮想引力ベクトル場のように、例えば、関数として設定する。
この第2仮想斥力ベクトル場としては、特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定されるものであるが、ここでは、作業空間内の各座標(x、z)における仮想斥力ベクトルf(x、z)のx成分およびz成分は、それぞれ、障害物81、82(図9参照)に近いほど大きく設定する。これにより、アーム12〜15、リスト16は、障害物81、82を避けつつ回動することができる。なお、ここでは、障害物81は、対象物を載置する作業台である。
The second virtual repulsive force vector field is defined by defining a virtual repulsive force vector at each coordinate in the work space, like the virtual repulsive force vector field and the virtual attractive force vector field of the first embodiment. That is, the second virtual repulsive force vector field is set as a function, for example, like the virtual repulsive force vector field and the virtual attractive force vector field of the first embodiment.
The second virtual repulsive force vector field is not particularly limited and is appropriately set according to various conditions. Here, the virtual repulsive force vector f (x (x) at each coordinate (x, z) in the work space is used. , Z), the x component and the z component are set larger as they are closer to the
具体的には、各座標に設定される仮想斥力ベクトルの方向は障害物81、82の表面の法線方向、すなわち障害物81、82の表面に垂直な方向とし、仮想斥力ベクトルの大きさは障害物81、82に近いほど大きくなるように設定する。また、作業空間に複数の障害物81、82が存在する場合、例えば各座標に最も近い障害物81、82から発生する仮想斥力ベクトルを、最終的にその座標の仮想斥力ベクトルとして設定するか、または、各障害物81、82から発生する仮想斥力ベクトルの合成力を仮想斥力ベクトルとして設定する。
なお、第2仮想斥力ベクトル場を設定する際、障害物81、82が複雑な形状で、例えば突起や極端な狭隘部を有する等のマニピュレーターの手先が通過しにくい形状や配置をとる場合は、該当箇所付近の仮想斥力ベクトルを大きくする等の重み付けを行ってもよい。
Specifically, the direction of the virtual repulsive force vector set for each coordinate is the normal direction of the surfaces of the
When setting the second virtual repulsive force vector field, when the
次に、図9および図10に基づいて、制御装置20が各アーム12〜15、リスト16の軌道を生成する際の手順について、説明する。
まず、全体を簡単に説明すると、図10に示すように、ロボット1の制御装置20が実行する制御方法は、撮像を行う撮像工程(ステップS201)と、参照点91、障害物81、82を認識する認識工程(ステップS202)と、第1電子カメラ71と参照点91とを結ぶ直線95を設定する直線設定工程(ステップS203)と、第1仮想斥力ベクトル場を設定する第1仮想斥力ベクトル場設定工程(ステップS204)と、第1代表点を設定する第1代表点設定工程(ステップS205)と、仮想斥力を求める第1仮想斥力取得工程(ステップS206)と、第1トルクを求める第1トルク取得工程(ステップS207)と、仮想引力ベクトル場を設定する仮想引力ベクトル場設定工程(ステップS208)と、第2代表点を設定する第2代表点設定工程(ステップS209)と、仮想引力を求める仮想引力取得工程(ステップS210)と、第2トルクを求める第2トルク取得工程(ステップS211)と、第2仮想斥力ベクトル場を設定する第2仮想斥力ベクトル場設定工程(ステップS212)と、第3代表点を設定する第3代表点設定工程(ステップS213)と、仮想斥力を求める第2仮想斥力取得工程(ステップS214)と、第3トルクを求める第3トルク取得工程(ステップS215)と、回転角度、角速度および角加速度を求める駆動データ取得工程(ステップS216)とを有している。
なお、第1仮想斥力ベクトル場設定工程と、仮想引力ベクトル場設定工程と、第2仮想斥力ベクトル場設定工程とは、どの順序で行ってもよく、また、いずれか2つまたは3つを同時に行ってもよい。
Next, a procedure when the
First, in brief, as shown in FIG. 10, the control method executed by the
The first virtual repulsive force vector field setting step, the virtual attractive force vector field setting step, and the second virtual repulsive force vector field setting step may be performed in any order, and any two or three may be performed simultaneously. You may go.
また、第1代表点設定工程と、第2代表点設定工程と、第3代表点設定工程とは、どの順序で行ってもよく、また、いずれか2つまたは3つを同時に行ってもよい。
また、第1仮想斥力取得工程と、仮想引力取得工程と、第2仮想斥力取得工程とは、どの順序で行ってもよく、また、いずれか2つまたは3つを同時に行ってもよい。
また、第1トルク取得工程と、第2トルク取得工程と、第3トルク取得工程とは、どの順序で行ってもよく、また、いずれか2つまたは3つを同時に行ってもよい。
Further, the first representative point setting step, the second representative point setting step, and the third representative point setting step may be performed in any order, and any two or three may be performed simultaneously. .
Further, the first virtual repulsive force acquisition step, the virtual attractive force acquisition step, and the second virtual repulsive force acquisition step may be performed in any order, and any two or three may be performed simultaneously.
Further, the first torque acquisition step, the second torque acquisition step, and the third torque acquisition step may be performed in any order, and any two or three of them may be performed simultaneously.
以下、具体的に説明する。
まず、図8に示すように、ロボット1の制御装置20は、第1電子カメラ71により、ロボット1(ロボット本体10)が作業する対象物90に設定された参照点91の周辺を撮像し、撮像データを得る。制御装置20は、前記画像データに基づいて、対象物90の位置、すなわち、参照点91の位置(座標)を求める。また、制御装置20は、第1電子カメラ71により、障害物81、82を撮像し、撮像データを得る。制御装置20は、前記画像データに基づいて、障害物81、82の位置、すなわち、障害物81、82の輪郭の位置(座標)を求める。
なお、前記参照点91の周辺の撮像と、障害物81、82の撮像とは、同時に行ってもよい。
This will be specifically described below.
First, as shown in FIG. 8, the
The imaging around the
以下、第1実施形態と同様であるので、その部分までの説明は省略する。
第2トルクが求められた後、第2仮想斥力ベクトル場設定部614は、前述した障害物81、82を仮想斥力発生源とする仮想斥力ベクトルで構成される第2仮想斥力ベクトル場を設定する。
次に、第2仮想斥力データ取得部627は、第1アーム12に第3代表点94を設定し、斥第2力ベクトル場において第3代表点94に作用する仮想斥力を求める。
Hereinafter, since it is the same as that of 1st Embodiment, the description to the part is abbreviate | omitted.
After the second torque is obtained, the second virtual repulsive force vector field setting unit 614 sets a second virtual repulsive force vector field composed of a virtual repulsive force vector using the
Next, the second virtual repulsive force
この第3代表点94の数は、特に限定されず、1つでもよく、また、複数でもよいが、複数であることが好ましい。具体的には、2以上、30以下であることが好ましく、3以上、10以下であることがより好ましい。また、第3代表点94の数が比較的多い場合は、各第3代表点94は、均一に配置されることが好ましい。これにより、より正確に、第1アーム12に作用し、第1回転軸O1の回りの第1トルクを求めることができる。
なお、第3代表94点と、第1第代表点92、第2第代表点93とは、同一でもよく、また、異なっていてもよいが、同一にすることで、制御をより簡素化することができる。
The number of the third representative points 94 is not particularly limited, and may be one or plural, but is preferably plural. Specifically, it is preferably 2 or more and 30 or less, and more preferably 3 or more and 10 or less. In addition, when the number of the third representative points 94 is relatively large, it is preferable that the third
The third representative 94 point, the first first
次に、第3トルクデータ取得部628は、第2仮想斥力データ取得部627により求められた仮想斥力に基づいて、その仮想斥力により生じ、第1アーム12に作用する第1回転軸O1の回りの第3トルクを求める。第3代表点が複数の場合は、第3トルクは、各第3代表点に作用する仮想斥力から求めた各トルクの合計値である。
なお、仮に、第1アーム12が最先端のアームである場合は、第1アーム12には、第1アーム12に作用する仮想斥力のみから生じるトルクだけが作用する。このため、第1アーム12に作用する仮想斥力のみから、第3トルクを求める。
Next, the third torque
If the
しかし、第1アーム12の先端側には、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16が存在するので、第1アーム12には、第1アーム12に作用する仮想斥力のみから生じるトルクだけでなく、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想斥力により生じるトルクも作用する。このため、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想斥力から、第3トルクを求める。すなわち、第1アーム12に作用する第3トルクは、第1アーム12、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する斥力により生じ、第1アーム12に作用する各トルクの合計値である。
なお、第2アーム13、第3アーム14、第4アーム15、リスト16に作用する仮想斥力により生じ、第1アーム12に作用する各トルクは、それぞれ、第1実施形態で述べた第1トルクと同様にして求める。
However, since the
Note that each torque generated by the virtual repulsive force acting on the
次に、前述した第1実施形態と同様にして、駆動データ取得部625は、第1トルク、第2トルク、第3トルクおよび第1アーム12の第1回転軸O1の回りの慣性モーメントに基づいて、第1アーム12の回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める。そして、制御部は、第1アーム12が、駆動データ取得部により求められた角速度および角加速度で、駆動データ取得部により求められた回転角度、回動するように第1アーム12の作動を制御する。
このロボット1によれば、前述した第1実施形態と同様の効果が得られる。
また、このロボット1では、アーム12〜15、リスト16が障害物81、82を避けつつ回動し、リスト16の先端部に装着されたマニピュレーターが対象物90に到達することができる。
Next, similarly to the first embodiment described above, the drive
According to this
In the
以上、本発明に係わるロボットおよび動作軌道制御システムを、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
なお、各駆動源のモーターとしては、それぞれ、前記サーボモーターの他、例えば、ステッピングモーター等が挙げられる。また、モーターとしてステッピングモーターを用いる場合は、角度センサーとして、例えば、ステッピングモーターへ入力する駆動パルスの数を計測することで、モーターの回転角度を検出するものを用いてもよい。
The robot and the motion trajectory control system according to the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each unit is an arbitrary configuration having the same function. Can be substituted. In addition, any other component may be added to the present invention.
Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
In addition, as a motor of each drive source, for example, a stepping motor or the like can be cited in addition to the servo motor. Moreover, when using a stepping motor as a motor, you may use what detects the rotation angle of a motor by measuring the number of the drive pulses input into a stepping motor as an angle sensor, for example.
また、各角度センサーの方式は、それぞれ、特に限定されず、例えば、光学式、磁気式、電磁式、電気式等が挙げられる。
また、前記実施形態では、電子カメラの数は、2つであるが、本発明では、これに限定されず、電子カメラの数は、1つでもよく、また、3つ以上でもよい。但し、電子カメラの数は、複数であることが好ましい。
In addition, the method of each angle sensor is not particularly limited, and examples thereof include an optical method, a magnetic method, an electromagnetic method, and an electric method.
In the embodiment, the number of electronic cameras is two. However, the present invention is not limited to this, and the number of electronic cameras may be one, or may be three or more. However, the number of electronic cameras is preferably plural.
また、前記実施形態では、電子カメラは、ロボット本体から離間した位置に設置されているが、本発明では、これに限定されず、電子カメラは、例えば、ロボット本体に設置されていてもよい。
また、前記実施形態では、電子カメラは、固定されているが、本発明では、これに限定されず、電子カメラは、例えば、移動可能に設置されていてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the electronic camera is installed in the position away from the robot main body, in this invention, it is not limited to this, For example, the electronic camera may be installed in the robot main body.
Moreover, in the said embodiment, although the electronic camera is being fixed, in this invention, it is not limited to this, For example, the electronic camera may be installed so that a movement is possible.
また、前記実施形態では、ロボットの回転軸の数は、6つであるが、本発明では、これに限定されず、ロボットの回転軸の数は、1つ、2つ、3つ、4つ、5つまたは7つ以上でもよい。
すなわち、前記実施形態では、リストが2本のアームを有しているので、ロボットのアームの本数は、6本であるが、本発明では、これに限定されず、ロボットのアームの本数は、1本、2本、3本、4本、5本または7本以上でもよい。
In the embodiment, the number of rotation axes of the robot is six. However, the present invention is not limited to this, and the number of rotation axes of the robot is one, two, three, four. There may be five or seven or more.
That is, in the embodiment, since the list has two arms, the number of robot arms is six. However, in the present invention, the number of robot arms is not limited to this. One, two, three, four, five, or seven or more may be used.
また、前記実施形態では、ロボットは、複数のアームを回動自在に連結してなるアーム連結体を1つ有する単腕ロボットであるが、本発明では、これに限定されず、例えば、複数のアームを回動自在に連結してなるアーム連結体を2つ有する双腕ロボット等、前記アーム連結体を複数有するロボットであってもよい。
また、本発明に係わるロボットは、アーム型ロボット(ロボットアーム)に限定されず、他の形式のロボット、例えば、スカラーロボット、脚式歩行(走行)ロボット等であってもよい。
In the embodiment, the robot is a single-arm robot having one arm connection body in which a plurality of arms are rotatably connected. However, in the present invention, the robot is not limited to this. It may be a robot having a plurality of the arm connecting bodies such as a double-arm robot having two arm connecting bodies each having an arm rotatably connected.
The robot according to the present invention is not limited to an arm type robot (robot arm), but may be another type of robot, for example, a scalar robot, a legged walking (running) robot, or the like.
以下、本発明に係わるロボットを脚式歩行ロボットに適用した場合の1例を簡単に説明する。
図11は、本発明に係わるロボットの他の構成例を示す斜視図である。
図11に示すように、ロボット1Bのロボット本体10Bは、頭部20Bと、胴部30Bと、1対の腕部40Bと、1対の脚部50Bとを有している。
Hereinafter, an example when the robot according to the present invention is applied to a legged walking robot will be briefly described.
FIG. 11 is a perspective view showing another configuration example of the robot according to the present invention.
As shown in FIG. 11, the robot body 10B of the
各腕部40Bは、それぞれ、複数のアームを回動自在に連結してなるアーム連結体で構成されている。この各アーム連結体の基本的な構成は、それぞれ、関節の数やアームの数等は異なるが、前述した実施形態のロボットのアーム連結体と同様であるので、その説明は省略する。
また、各脚部50Bは、それぞれ、複数のレッグを回動自在に連結してなるレッグ連結体で構成されている。この各レッグ連結体の基本的な構成は、それぞれ、関節の数やレッグの数等は異なるが、前述した実施形態のロボットのアーム連結体と同様であるので、その説明は省略する。
なお、本願では回転軸を軸中心として回動するアームを有するロボットを例示したが、本願を直動アームまたは並進アーム等において適用しても同様な効果を得ることができる。
Each
Each
In the present application, a robot having an arm that rotates about the rotation axis is illustrated, but the same effect can be obtained even if the present application is applied to a linear motion arm, a translation arm, or the like.
1、1B……ロボット(産業用ロボット) 10、10B……ロボット本体 11……基台 12、13、14、15……アーム(リンク) 16……リスト(リンク) 131、141……軸線 161……リスト本体 162……支持リング 163……先端面 171、172、173、174、175、176……関節(ジョイント) 18……アーム連結体 2、2a、2b、2c、2d……アーム本体 3、3a、3b、3c、3d……駆動機構 4、4a、4b、4c、4d……封止手段 20……制御装置 101……床 111……ボルト 112……基台本体 113……円筒状部 114……箱状部 201〜206……駆動源制御部 301、302、303、304、305、306……モータードライバー 401、402、403、404、405、406……駆動源 401M、402M、403M、404M、405M、406M……モーター 411、412、413、414、415、416……角度センサー 61……ベクトル場設定部 611、613、614……仮想斥力ベクトル場設定部 612……仮想引力ベクトル場設定部 62……軌道生成部 621、626、627……仮想斥力データ取得部 622、624、628……トルクデータ取得部 623……仮想引力データ取得部 625……駆動データ取得部 63……角速度制御部 64……駆動源制御部 71、72……電子カメラ 81、82……障害物 90……対象物 91……参照点 92、93、94……代表点 95……直線 20B……頭部 30B……胴部 40B……腕部 50B……脚部 O1、O2、O3、O4、O5、O6……回転軸 S101〜S112……ステップ S201〜S216……ステップ
1, 1B ... Robot (industrial robot) 10, 10B ...
Claims (12)
前記アームが作業する対象物と該対象物の周辺とを撮像して撮像データを取得する撮像装置と、
前記アームを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記撮像データから、予め設定されている前記対象物の参照点と前記撮像装置とを結ぶ直線を発生源とする仮想斥力ベクトルを含む仮想斥力ベクトル場を設定する仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第1代表点を設定し、前記仮想斥力ベクトル場において前記第1代表点に作用する仮想斥力を求める仮想斥力データ取得部と、
前記仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第1トルクを求める第1トルクデータ取得部と、
前記対象物の参照点を発生源とする仮想引力ベクトルを含む仮想引力ベクトル場を設定する仮想引力ベクトル場設定部と、
前記アームに第2代表点を設定し、前記仮想引力ベクトル場において前記第2代表点に作用する仮想引力を求める仮想引力データ取得部と、
前記仮想引力データ取得部により求められた前記仮想引力に基づいて、該仮想引力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第2トルクを求める第2トルクデータ取得部と、
前記第1トルクと前記第2トルクに基づいて、前記アームの作動を制御する制御部と、を備えることを特徴とするロボット。 An arm driven by a drive source;
An imaging device that captures imaging data by imaging the object on which the arm works and the periphery of the object;
A control device for controlling the arm,
The control device includes:
A virtual repulsive force vector field setting unit for setting a virtual repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having a straight line connecting the reference point of the object set in advance and the image capturing device as a source, from the imaging data;
A virtual repulsive force data acquisition unit for setting a first representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the first representative point in the virtual repulsive force vector field;
Based on the virtual repulsive force obtained by the virtual repulsive force data obtaining unit, a first torque data obtaining unit for obtaining a first torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm;
A virtual attractive force vector field setting unit for setting a virtual attractive force vector field including a virtual attractive force vector having a reference point of the object as a generation source;
A virtual attraction data acquisition unit for setting a second representative point on the arm and obtaining a virtual attraction acting on the second representative point in the virtual attraction vector field;
A second torque data obtaining unit for obtaining a second torque of the drive source generated by the virtual attractive force and acting on the arm based on the virtual attractive force obtained by the virtual attractive force data obtaining unit;
And a control unit that controls the operation of the arm based on the first torque and the second torque.
前記前記第1トルク、前記第2トルクおよび前記アームの前記回転軸の回りの慣性モーメントに基づいて、前記アームの回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める駆動データ取得部を有し、
前記制御部は、前記アームが前記角速度および前記角加速度で前記回転角度を回動するように前記アームの作動を制御する請求項1または2に記載のロボット。 The arm rotates about the axis of rotation,
A drive data acquisition unit that obtains the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration of the arm based on the first torque, the second torque, and the moment of inertia of the arm around the rotation axis;
The robot according to claim 1, wherein the control unit controls the operation of the arm so that the arm rotates the rotation angle at the angular velocity and the angular acceleration.
前記アームが作業する対象物及びこの対象物の周辺を撮像する撮像装置と、
前記アームを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記撮像装置の撮像データから、設定された参照点と前記撮像装置とを結ぶ直線を仮想斥力発生源とする仮想斥力ベクトルを含む第1仮想斥力ベクトル場を設定する第1仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第1代表点を設定し、前記第1仮想斥力ベクトル場において前記第1代表点に作用する仮想斥力を求める第1仮想斥力データ取得部と、
前記第1仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第1トルクを求める第1トルクデータ取得部と、
前記対象物の参照点を発生源とする仮想引力ベクトルを含む仮想引力ベクトル場を設定する仮想引力ベクトル場設定部と、
前記アームに第2代表点を設定し、前記仮想引力ベクトル場において前記第2代表点に作用する仮想引力を求める仮想引力データ取得部と、
前記仮想引力データ取得部により求められた前記仮想引力に基づいて、該仮想引力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第2トルクを求める第2トルクデータ取得部と、
障害物を発生源とする仮想斥力ベクトルを含む第2仮想斥力ベクトル場を設定する第2仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第3代表点を設定し、前記第2仮想斥力ベクトル場において前記第3代表点に作用する仮想斥力を求める第2仮想斥力データ取得部と、
前記第2仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第3トルクを求める第3トルクデータ取得部と、
前記第1トルクと前記第2トルクと前記第3トルクとに基づいて、前記アームの作動を制御する制御部と、を備えることを特徴とするロボット。 An arm driven by a drive source;
An imaging device for imaging the object on which the arm works and the periphery of the object;
A control device for controlling the arm,
The control device includes:
A first virtual repulsive force vector field setting unit that sets a first repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having a straight line connecting the set reference point and the image capturing device as a virtual repulsive force generation source from the image data of the image capturing device. When,
A first virtual repulsive force data acquisition unit for setting a first representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the first representative point in the first virtual repulsive force vector field;
Based on the virtual repulsive force obtained by the first virtual repulsive force data obtaining unit, a first torque data obtaining unit for obtaining a first torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm;
A virtual attractive force vector field setting unit for setting a virtual attractive force vector field including a virtual attractive force vector having a reference point of the object as a generation source;
A virtual attraction data acquisition unit for setting a second representative point on the arm and obtaining a virtual attraction acting on the second representative point in the virtual attraction vector field;
A second torque data obtaining unit for obtaining a second torque of the drive source generated by the virtual attractive force and acting on the arm based on the virtual attractive force obtained by the virtual attractive force data obtaining unit;
A second virtual repulsive force vector field setting unit for setting a second repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having an obstacle as a generation source;
A second virtual repulsive force data acquisition unit for setting a third representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the third representative point in the second virtual repulsive force vector field;
A third torque data obtaining unit for obtaining a third torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm based on the virtual repulsive force obtained by the second virtual repulsive force data obtaining unit;
And a control unit that controls the operation of the arm based on the first torque, the second torque, and the third torque.
前記第2仮想斥力ベクトル場設定部は、前記撮像装置で撮像して得られる撮像データに基づいて、前記障害物を認識し、前記第2仮想斥力ベクトル場を設定する請求項4に記載のロボット。 The imaging device captures an image including the obstacle,
The robot according to claim 4, wherein the second virtual repulsive force vector field setting unit recognizes the obstacle and sets the second virtual repulsive force vector field based on imaging data obtained by imaging with the imaging device. .
前記第1トルク、前記第2トルク、前記第3トルクおよび前記アームの前記回転軸の回りの慣性モーメントに基づいて、前記アームの回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める駆動データ取得部を有し、
前記制御部は、前記アームが前記角速度および前記角加速度で前記回転角度を回動するように前記アームの作動を制御する請求項4ないし6のいずれかに記載のロボット。 The arm rotates about the axis of rotation,
A drive data acquisition unit that obtains the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration of the arm based on the first torque, the second torque, the third torque, and the moment of inertia of the arm around the rotation axis; ,
The robot according to claim 4, wherein the control unit controls the operation of the arm so that the arm rotates the rotation angle at the angular velocity and the angular acceleration.
前記アームが作業する対象物及びこの対象物の周辺を撮像する撮像装置と、
前記アームを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記撮像装置の撮像データから、前記対象物の参照点と前記撮像装置とを結ぶ直線を発生源とする仮想斥力ベクトルを含む仮想斥力ベクトル場を設定する仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第1代表点を設定し、前記仮想斥力ベクトル場において前記第1代表点に作用する仮想斥力を求める仮想斥力データ取得部と、
前記仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第1トルクを求める第1トルクデータ取得部と、
前記対象物の参照点を発生源とする仮想引力ベクトルを含む仮想引力ベクトル場を設定する仮想引力ベクトル場設定部と、
前記アームに第2代表点を設定し、前記仮想引力ベクトル場において前記第2代表点に作用する仮想引力を求める仮想引力データ取得部と、
前記仮想引力データ取得部により求められた前記仮想引力に基づいて、該仮想引力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第2トルクを求める第2トルクデータ取得部と、
前記第1トルクと前記第2トルクに基づいて、前記アームの作動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする動作軌道制御システム。 An arm driven by a drive source;
An imaging device for imaging the object on which the arm works and the periphery of the object;
A control device for controlling the arm,
The control device includes:
A virtual repulsive force vector field setting unit that sets a virtual repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having a straight line connecting the reference point of the object and the image capturing device as a source, from the imaging data of the image capturing device;
A virtual repulsive force data acquisition unit for setting a first representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the first representative point in the virtual repulsive force vector field;
Based on the virtual repulsive force obtained by the virtual repulsive force data obtaining unit, a first torque data obtaining unit for obtaining a first torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm;
A virtual attractive force vector field setting unit for setting a virtual attractive force vector field including a virtual attractive force vector having a reference point of the object as a generation source;
A virtual attraction data acquisition unit for setting a second representative point on the arm and obtaining a virtual attraction acting on the second representative point in the virtual attraction vector field;
A second torque data obtaining unit for obtaining a second torque of the drive source generated by the virtual attractive force and acting on the arm based on the virtual attractive force obtained by the virtual attractive force data obtaining unit;
An operation trajectory control system comprising: a control unit that controls the operation of the arm based on the first torque and the second torque.
前記前記第1トルク、前記第2トルクおよび前記アームの前記回転軸の回りの慣性モーメントに基づいて、前記アームの回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める駆動データ取得部を有し、
前記制御部は、前記アームが前記角速度および前記角加速度で前記回転角度を回動するように前記アームの作動を制御する請求項9に記載の動作軌道制御システム。 The arm rotates about the axis of rotation,
A drive data acquisition unit that obtains the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration of the arm based on the first torque, the second torque, and the moment of inertia of the arm around the rotation axis;
The motion trajectory control system according to claim 9, wherein the control unit controls the operation of the arm so that the arm rotates the rotation angle at the angular velocity and the angular acceleration.
前記アームが作業する対象物及びこの対象物の周辺を撮像する撮像装置と、
前記アームを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記撮像装置の撮像データから、設定された参照点と前記撮像装置とを結ぶ直線を仮想斥力発生源とする仮想斥力ベクトルを含む第1仮想斥力ベクトル場を設定する第1仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第1代表点を設定し、前記第1仮想斥力ベクトル場において前記第1代表点に作用する仮想斥力を求める第1仮想斥力データ取得部と、
前記第1仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第1トルクを求める第1トルクデータ取得部と、
前記対象物の参照点を発生源とする仮想引力ベクトルを含む仮想引力ベクトル場を設定する仮想引力ベクトル場設定部と、
前記アームに第2代表点を設定し、前記仮想引力ベクトル場において前記第2代表点に作用する仮想引力を求める仮想引力データ取得部と、
前記仮想引力データ取得部により求められた前記仮想引力に基づいて、該仮想引力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第2トルクを求める第2トルクデータ取得部と、
障害物を発生源とする仮想斥力ベクトルを含む第2仮想斥力ベクトル場を設定する第2仮想斥力ベクトル場設定部と、
前記アームに第3代表点を設定し、前記第2仮想斥力ベクトル場において前記第3代表点に作用する仮想斥力を求める第2仮想斥力データ取得部と、
前記第2仮想斥力データ取得部により求められた前記仮想斥力に基づいて、該仮想斥力により生じ、前記アームに作用する前記駆動源の第3トルクを求める第3トルクデータ取得部と、
前記第1トルクと前記第2トルクと前記第3トルクとに基づいて、前記アームの作動を制御する制御部と、を備えることを特徴とする動作軌道制御システム。 An arm driven by a drive source;
An imaging device for imaging the object on which the arm works and the periphery of the object;
A control device for controlling the arm,
The control device includes:
A first virtual repulsive force vector field setting unit that sets a first repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having a straight line connecting the set reference point and the image capturing device as a virtual repulsive force generation source from the image data of the image capturing device. When,
A first virtual repulsive force data acquisition unit for setting a first representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the first representative point in the first virtual repulsive force vector field;
Based on the virtual repulsive force obtained by the first virtual repulsive force data obtaining unit, a first torque data obtaining unit for obtaining a first torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm;
A virtual attractive force vector field setting unit for setting a virtual attractive force vector field including a virtual attractive force vector having a reference point of the object as a generation source;
A virtual attraction data acquisition unit for setting a second representative point on the arm and obtaining a virtual attraction acting on the second representative point in the virtual attraction vector field;
A second torque data obtaining unit for obtaining a second torque of the drive source generated by the virtual attractive force and acting on the arm based on the virtual attractive force obtained by the virtual attractive force data obtaining unit;
A second virtual repulsive force vector field setting unit for setting a second repulsive force vector field including a virtual repulsive force vector having an obstacle as a generation source;
A second virtual repulsive force data acquisition unit for setting a third representative point on the arm and obtaining a virtual repulsive force acting on the third representative point in the second virtual repulsive force vector field;
A third torque data obtaining unit for obtaining a third torque of the drive source generated by the virtual repulsive force and acting on the arm based on the virtual repulsive force obtained by the second virtual repulsive force data obtaining unit;
And a control unit that controls the operation of the arm based on the first torque, the second torque, and the third torque.
前記前記第1トルク、前記第2トルク、前記第3トルクおよび前記アームの前記回転軸の回りの慣性モーメントに基づいて、前記アームの回転角度、角速度および角加速度をそれぞれ求める駆動データ取得部を有し、
前記制御部は、前記アームが前記角速度および前記角加速度で前記回転角度を回動するように前記アームの作動を制御する請求項11に記載の動作軌道制御システム。 The arm rotates about the axis of rotation,
A drive data acquisition unit for respectively determining the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration of the arm based on the first torque, the second torque, the third torque, and the moment of inertia of the arm around the rotation axis; And
The motion trajectory control system according to claim 11, wherein the control unit controls the operation of the arm so that the arm rotates the rotation angle at the angular velocity and the angular acceleration.
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