JP2014210326A5 - - Google Patents

Claims (17)

1. 基部に対して第１関節で旋回可能に連結された第１リンクと、力発生要素、弾性要素及び粘性要素の並列接続でモデル化され、引張力及び押出力のいずれかの発生力を選択的に発生し、前記第１リンクを前記第１関節まわりに旋回駆動するよう前記第１リンクの両側に配置された一対の第１アクチュエータと、を有するマニピュレータと、
   前記第１関節の第１関節角度が第１目標関節角度となるように、前記一対の第１アクチュエータの一方に引張力、他方に押出力を発生させて前記第１リンクを駆動制御する非拮抗駆動を行い、前記第１関節角度が前記第１目標関節角度に収束しているときに前記第１関節の剛性が第１目標剛性となるように、前記一対の第１アクチュエータのそれぞれに引張力を発生させて前記第１リンクを駆動制御する拮抗駆動を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１関節角度を前記第１目標関節角度にするのに必要な前記第１関節の第１関節トルクを演算する第１関節トルク演算処理と、
   前記第１目標剛性から前記各第１アクチュエータに発生させる発生力の和を示す第１和算値を求める第１和算処理と、
   前記非拮抗駆動の際には第１制約係数を１よりも大きい値に設定し、前記拮抗駆動の際には前記第１制約係数を１に設定する第１設定処理と、
   前記第１関節トルクをＴ_１、前記第１和算値をＵ_１、前記第１リンクのモーメントアーム径をｒ、前記第１制約係数をｈ_１としたとき、｜Ｔ_１｜＜Ｕ_１×ｒ×ｈ_１を第１制約条件とし、前記第１関節トルクを、前記第１制約条件を満足する範囲で制約する第１制約処理と、
   前記第１制約処理にて制約された前記第１関節トルクに基づき、前記各第１アクチュエータの発生力を演算する第１発生力演算処理と、を実行し、
   前記第１設定処理では、前記非拮抗駆動から前記拮抗駆動に切り替わる際の前記非拮抗駆動時に、前記第１制約係数が漸次１に近づくように設定することを特徴とするロボット装置。
2. 前記制御部は、前記第１関節トルク演算処理として、前記第１関節角度と前記第１目標関節角度との差分に基づくフィードバック演算により前記第１関節トルクを求めるフィードバック演算処理を実行することを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
3. 前記制御部は、前記第１関節トルク演算処理として、
   前記第１和算値、前記第１目標関節角度及び前記各第１アクチュエータの粘弾性定数を用いて、フィードフォワード演算により、前記第１関節に対するフィードフォワード制御トルクを求めるフィードフォワード演算処理と、
   前記第１関節角度と前記第１目標関節角度との差分に基づくフィードバック演算によりフィードバック制御トルクを求めるフィードバック演算処理と、
   前記フィードフォワード制御トルクに前記フィードバック制御トルクを加算して、前記関節トルクを求める加算処理と、を実行することを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
4. 前記制御部は、
   前記フィードフォワード演算処理では、逆動力学により前記フィードフォワード制御トルクを演算し、該演算した前記フィードフォワード制御トルクをＴ_ＦＦＷ１としたとき、｜Ｔ_ＦＦＷ１｜＜Ｕ_１×ｒを満たすか否かを判断し、満たさない場合は、発生力が負の値となる第１アクチュエータに対する粘弾性定数を０として、再度、逆動力学により、前記フィードフォワード制御トルクを演算することを特徴とする請求項３に記載のロボット装置。
5. 前記各第１アクチュエータは、可変剛性アクチュエータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボット装置。
6. 前記マニピュレータは、
   前記第１リンクに対して第２関節で旋回可能に連結された第２リンクと、
   力発生要素、弾性要素及び粘性要素の並列接続でモデル化され、引張力及び押出力のいずれかの発生力を選択的に発生し、前記第２リンクを前記第２関節まわりに旋回駆動するよう前記第２リンクの両側に配置された一対の第２アクチュエータと、を有し、
   前記制御部は、前記第２関節の第２関節角度が第２目標関節角度となるように、前記一対の第２アクチュエータの一方に引張力、他方に押出力を発生させて前記第２リンクを駆動制御する非拮抗駆動を行い、前記第２関節角度が前記第２目標関節角度に収束しているときに前記第２関節の剛性が第２目標剛性となるように、前記一対の第２アクチュエータのそれぞれに引張力を発生させて前記第２リンクを駆動制御する拮抗駆動を行う際に、
   前記第２関節角度を前記第２目標関節角度にするのに必要な前記第２関節の第２関節トルクを演算する第２関節トルク演算処理と、
   前記第２目標剛性から前記各第２アクチュエータに発生させる発生力の和を示す第２和算値を求める第２和算処理と、
   前記非拮抗駆動の際には第２制約係数を１よりも大きい値に設定し、前記拮抗駆動の際には前記第２制約係数を１に設定する第２設定処理と、
   前記第２関節トルクをＴ_２、前記第２和算値をＵ_２、前記第２リンクのモーメントアーム径をｒ、前記第２制約係数をｈ_２としたとき、｜Ｔ_２｜＜Ｕ_２×ｒ×ｈ_２を第２制約条件とし、前記第２関節トルクを、前記第２制約条件を満足する範囲で制約する第２制約処理と、
   前記第２制約処理にて制約された前記第２関節トルクに基づき、前記各第２アクチュエータの発生力を演算する第２発生力演算処理と、を実行し、
   前記第２設定処理では、前記非拮抗駆動から前記拮抗駆動に切り替わる際の前記非拮抗駆動時に、前記第２制約係数が漸次１に近づくように設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のロボット装置。
7. 前記各第２アクチュエータは、可変剛性アクチュエータであることを特徴とする請求項６に記載のロボット装置。
8. 前記マニピュレータは、
   力発生要素、弾性要素及び粘性要素の並列接続でモデル化され、引張力及び押出力のいずれかの発生力を選択的に発生し、前記第１リンク及び前記第２リンクを同時に前記第１関節及び前記第２関節まわりに旋回駆動するよう前記第１リンク及び前記第２リンクの両側に配置された一対の第３アクチュエータを有し、
   前記制御部は、
   前記一対の第３アクチュエータに対する発生力の差を０に設定して、前記第１関節及び前記第２関節の剛性を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載のロボット装置。
9. 前記各第３アクチュエータは、可変剛性アクチュエータであることを特徴とする請求項８に記載のロボット装置。
10. 基部に対する相対角度が可変な、第１関節を介して前記基部に連結された第１リンクと、前記第１リンクを前記第１関節に関して前記基部に対する相対角度を変えるように駆動する一対の第１アクチュエータと、を有するマニピュレータと、
    前記一対の第１アクチュエータに引張力を発生させて前記第１リンクを駆動する拮抗駆動と、前記一対の第１アクチュエータの一方に引張力、他方に押出力を発生させて前記第１リンクを駆動する非拮抗駆動で、前記一対の第１アクチュエータを駆動するよう構成された制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記拮抗駆動及び前記非拮抗駆動の一方から他方に継ぎ目なく遷移させることを特徴とするロボット装置。
11. 前記各第１アクチュエータは、可変剛性アクチュエータであることを特徴とする請求項１０に記載のロボット装置。
12. 前記マニピュレータは、前記第１リンクに対する相対角度が可変な、第２関節を介して前記第１リンクに連結された第２リンクと、前記第２リンクを前記第２関節に関して前記第１リンクに対する相対角度を変えるように駆動する一対の第２アクチュエータと、を有し、
    前記制御部は、前記一対の第２アクチュエータに引張力を発生させて前記第２リンクを駆動する拮抗駆動と、前記一対の第２アクチュエータの一方に引張力、他方に押出力を発生させて前記第２リンクを駆動する非拮抗駆動で、前記一対の第２アクチュエータを駆動するよう構成されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のロボット装置。
13. 前記各第２アクチュエータは、可変剛性アクチュエータであることを特徴とする請求項１２に記載のロボット装置。
14. 基部に対して第１関節で旋回可能に連結された第１リンクと、力発生要素、弾性要素及び粘性要素の並列接続でモデル化され、引張力及び押出力のいずれかの発生力を選択的に発生し、前記第１リンクを前記第１関節まわりに旋回駆動するよう前記第１リンクの両側に配置された一対の第１アクチュエータと、を有するマニピュレータと、
    前記第１関節の第１関節角度が第１目標関節角度となるように、前記一対の第１アクチュエータの一方に引張力、他方に押出力を発生させて前記第１リンクを駆動制御する非拮抗駆動を行い、前記第１関節角度が前記第１目標関節角度に収束しているときに前記第１関節の剛性が第１目標剛性となるように、前記一対の第１アクチュエータのそれぞれに引張力を発生させて前記第１リンクを駆動制御する拮抗駆動を行う制御部と、を有するロボット装置を制御するロボット制御方法において、
    前記制御部が、前記第１関節角度を前記第１目標関節角度にするのに必要な前記第１関節の第１関節トルクを演算する第１関節トルク演算ステップと、
    前記制御部が、前記第１目標剛性から前記各第１アクチュエータに発生させる発生力の和を示す第１和算値を求める第１和算ステップと、
    前記制御部が、前記非拮抗駆動の際には第１制約係数を１よりも大きい値に設定し、前記拮抗駆動の際には前記第１制約係数を１に設定する第１設定ステップと、
    前記制御部が、前記第１関節トルクをＴ_１、前記第１和算値をＵ_１、前記第１リンクのモーメントアーム径をｒ、前記第１制約係数をｈ_１としたとき、｜Ｔ_１｜＜Ｕ_１×ｒ×ｈ_１を第１制約条件とし、前記第１関節トルクを、前記第１制約条件を満足する範囲で制約する第１制約ステップと、
    前記制御部が、前記第１制約ステップにて制約された前記第１関節トルクに基づき、前記各第１アクチュエータの発生力を演算する第１発生力演算ステップと、を備え、
    前記第１設定ステップでは、前記制御部が、前記非拮抗駆動から前記拮抗駆動に切り替わる際の前記非拮抗駆動時に、前記第１制約係数が漸次１に近づくように設定することを特徴とするロボット制御方法。
15. 前記マニピュレータが、
    前記第１リンクに対して第２関節で旋回可能に連結された第２リンクと、
    力発生要素、弾性要素及び粘性要素の並列接続でモデル化され、引張力及び押出力のいずれかの発生力を選択的に発生し、前記第２リンクを前記第２関節まわりに旋回駆動するよう前記第２リンクの両側に配置された一対の第２アクチュエータと、を有し、
    前記制御部が、前記第２関節の第２関節角度が第２目標関節角度となるように、前記一対の第２アクチュエータの一方に引張力、他方に押出力を発生させて前記第２リンクを駆動制御する非拮抗駆動を行い、前記第２関節角度が前記第２目標関節角度に収束しているときに前記第２関節の剛性が第２目標剛性となるように、前記一対の第２アクチュエータのそれぞれに引張力を発生させて前記第２リンクを駆動制御する拮抗駆動を行う際に、
    前記制御部が、前記第２関節角度を前記第２目標関節角度にするのに必要な前記第２関節の第２関節トルクを演算する第２関節トルク演算ステップと、
    前記制御部が、前記第２目標剛性から前記各第２アクチュエータに発生させる発生力の和を示す第２和算値を求める第２和算ステップと、
    前記制御部が、前記非拮抗駆動の際には第２制約係数を１よりも大きい値に設定し、前記拮抗駆動の際には前記第２制約係数を１に設定する第２設定ステップと、
    前記制御部が、前記第２関節トルクをＴ_２、前記第２和算値をＵ_２、前記第２リンクのモーメントアーム径をｒ、前記第２制約係数をｈ_２としたとき、｜Ｔ_２｜＜Ｕ_２×ｒ×ｈ_２を第２制約条件とし、前記第２関節トルクを、前記第２制約条件を満足する範囲で制約する第２制約ステップと、
    前記制御部が、前記第２制約ステップにて制約された前記第２関節トルクに基づき、前記各第２アクチュエータの発生力を演算する第２発生力演算ステップと、を備え、
    前記第２設定ステップでは、前記制御部が、前記非拮抗駆動から前記拮抗駆動に切り替わる際の前記非拮抗駆動時に、前記第２制約係数が漸次１に近づくように設定することを特徴とする請求項１４に記載のロボット制御方法。
16. コンピュータに、請求項１４又は１５に記載のロボット制御方法の各ステップを実行させるためのプログラム。
17. 請求項１６に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。