JP2016043449A - Robot operation determination device, robot operation determination program and robot operation determination method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボット動作決定装置、ロボット動作決定プログラム及びロボット動作決定方法に関する。 The present invention relates to a robot motion determination device, a robot motion determination program, and a robot motion determination method.
従来、ロボットに作業や動作を教示するには、非常に多くの労力を必要としていた。特に、空間的制約を考慮してロボット動作の教示を行う必要がある場合には、多大な工数を要していた。なお、空間的制約がある場合とは、例えば、既存の生産ラインにロボットを導入する場合のように、ロボットの動作空間が制限される場合や、ロボットが電子機器の組立等、複雑な動作が要求される作業を行う場合のように、ロボット同士を含め、周囲の物体(障害物)との衝突を回避しながら動作させる必要がある場合などである。 Conventionally, a great deal of labor has been required to teach robots operations and operations. In particular, when it is necessary to teach robot operation in consideration of spatial constraints, a great amount of man-hours are required. In addition, when there is a spatial restriction, for example, when the robot's operation space is limited, such as when a robot is introduced into an existing production line, or when the robot performs complicated operations such as assembly of electronic devices. This is the case when it is necessary to operate while avoiding collisions with surrounding objects (obstacles) including robots, as in the case of performing required work.
また、汎用性を高めるために自由度を多くした(冗長自由度を有する)ロボットシステムを採用する場合、さらに多くの工数を要する。冗長自由度を有するロボットシステムでは、従来は、機構系全体の関節角速度ベクトルと手先速度ベクトルとの線形関係に基づいて、その係数行列であるヤコビ行列の零空間を使う手法(零空間法)や、個別の機構的特徴に基づいて、冗長自由度をパラメータ化することで、冗長自由度を持たない形式に変換し、制御を行う手法が採用されていた。 Further, when adopting a robot system having a large degree of freedom (having redundant degrees of freedom) in order to enhance versatility, a greater number of man-hours are required. In a robot system having redundant degrees of freedom, conventionally, based on the linear relationship between the joint angular velocity vector and the hand velocity vector of the entire mechanism system, a method (zero space method) using the Jacobian matrix that is the coefficient matrix is used. However, based on the individual mechanistic features, the redundancy degree of freedom is parameterized to convert it into a form having no degree of redundancy and control.
しかしながら、上記零空間法の場合、零空間へ射影するベクトルとして、ロボットの関節角速度制限や関節角度制限等のロボット自体の機構制約を反映したものがほとんどであり、障害物の回避等の、ロボットシステムの外部環境の制約を考慮したものはなかった。 However, in the case of the above-mentioned null space method, most of the vectors projected to the null space reflect the robot's own mechanism restrictions such as joint angular velocity limitation and joint angle limitation of the robot. None considered the external environment constraints of the system.
一方、上記冗長自由度をパラメータ化する手法の場合、パラメータ化した冗長自由度を使って、障害物との距離に基づいた回避制御等が行われている。しかるに、人腕のような比較的単純な冗長機構の場合は定式化できるが、冗長自由度が多く、複雑な機構の場合は、物理的に意味のあるパラメータを見つけだし、定式化するのは難しい。 On the other hand, in the case of the above-described method of parameterizing the redundancy degree of freedom, avoidance control based on the distance from the obstacle is performed using the parameterized degree of freedom degree of redundancy. However, in the case of a relatively simple redundant mechanism such as a human arm, it can be formulated. However, in the case of a complicated mechanism with many redundant degrees of freedom, it is difficult to formulate a physically meaningful parameter. .
1つの側面では、本発明は、冗長自由度を有するロボットの障害物の回避動作を簡易に決定することが可能なロボット動作決定装置、ロボット動作決定プログラム及びロボット動作決定方法を提供することを目的とする。 In one aspect, an object of the present invention is to provide a robot operation determination device, a robot operation determination program, and a robot operation determination method capable of easily determining an obstacle avoidance operation of a robot having redundant degrees of freedom. And
一つの態様では、ロボット動作決定装置は、冗長自由度を有するロボットの動作を決定するロボット動作決定装置であって、前記ロボットが有する手先の作業空間上における位置姿勢の指令値を受け付ける受付部と、前記指令値に基づいて前記手先の位置姿勢を指令値から所定範囲に維持しつつ、前記ロボットの各リンクと障害物との最近接距離および近接方向を求め、前記最近接距離が最小の特定リンクを仮想的な手先と見做し、該特定リンクの最近接距離と近接方向に基づいて、該特定リンクの回避動作を決定する決定部と、を備えている。 In one aspect, the robot motion determination device is a robot motion determination device that determines the motion of a robot having a redundancy degree of freedom, and a reception unit that receives a command value of a position and orientation on a work space of a hand possessed by the robot; Based on the command value, while determining the position and orientation of the hand within a predetermined range from the command value, the closest distance and the approach direction between each link of the robot and the obstacle are obtained, and the closest distance is specified. A determination unit that regards the link as a virtual hand and determines an avoidance operation of the specific link based on a closest distance and a proximity direction of the specific link.
一つの態様では、ロボット動作決定プログラムは、コンピュータに、冗長自由度を有するロボットの動作を決定させるロボット動作決定プログラムであって、前記ロボットが有する手先の作業空間上における位置姿勢の指令値を受け付け、前記指令値に基づいて前記手先の位置姿勢を指令値から所定範囲に維持しつつ、前記ロボットの各リンクと障害物との最近接距離および近接方向を求め、前記最近接距離が最小の特定リンクを仮想的な手先と見做し、該特定リンクの最近接距離と近接方向に基づいて、該特定リンクの回避動作を決定する、処理を前記コンピュータに実行させるロボット動作決定プログラムである。 In one aspect, the robot motion determination program is a robot motion determination program that causes a computer to determine the motion of a robot having a redundancy degree of freedom, and accepts a command value of a position and orientation on the work space of the hand of the robot. Based on the command value, while determining the position and orientation of the hand within a predetermined range from the command value, the closest distance and the approach direction between each link of the robot and the obstacle are obtained, and the closest distance is specified. It is a robot operation determination program that causes the computer to execute a process of regarding a link as a virtual hand and determining an avoidance operation of the specific link based on a closest distance and a proximity direction of the specific link.
一つの態様では、ロボット動作決定方法は、コンピュータが、冗長自由度を有するロボットの動作を決定するロボット動作決定方法であって、前記ロボットが有する手先の作業空間上における位置姿勢の指令値を受け付け、前記指令値に基づいて前記手先の位置姿勢を指令値から所定範囲に維持しつつ、前記ロボットの各リンクと障害物との最近接距離および近接方向を求め、前記最近接距離が最小の特定リンクを仮想的な手先と見做し、該特定リンクの最近接距離と近接方向に基づいて、該特定リンクの回避動作を決定する、処理を前記コンピュータが実行するロボット動作決定方法である。 In one aspect, the robot motion determination method is a robot motion determination method in which a computer determines a motion of a robot having redundancy degrees of freedom, and accepts a command value of a position and orientation on the work space of the hand of the robot. Based on the command value, while determining the position and orientation of the hand within a predetermined range from the command value, the closest distance and the approach direction between each link of the robot and the obstacle are obtained, and the closest distance is specified. This is a robot operation determination method in which the computer executes a process of regarding a link as a virtual hand and determining an avoidance operation of the specific link based on the closest distance and proximity direction of the specific link.
冗長自由度を有するロボットの障害物の回避動作を簡易に決定することができる。 It is possible to easily determine an obstacle avoidance operation of a robot having redundant degrees of freedom.
以下、作業装置の一実施形態について、図1〜図10に基づいて詳細に説明する。図1には、作業装置100の構成が概略的に示されている。
Hereinafter, an embodiment of a working device will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1 schematically shows the configuration of the
図1に示すように、作業装置100は、ロボット50と、ロボット動作決定装置としての制御装置10と、を備える。ロボット50は、例えば、図6(a)に示すような垂直多関節ロボットであり、作業空間上における手先の指令値(位置・姿勢の6自由度)に対し、機構的な冗長性(7自由度以上)を有しているものとする。ロボット50は、ベースと、ベース上に設けられ、関節で接続された複数のリンクと、手先(ハンド)と、を有する。各関節の関節角はエンコーダ等により検出可能となっており、各関節の関節角はモータ等により変更される。ロボット50においては、各間接の関節角に応じて、手先(ハンド)の位置・姿勢が変更されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
制御装置10は、作業空間上におけるロボット50の手先の指令値に基づいて、ロボット50の動作を決定し、ロボット50を制御する。この場合、制御装置10は、ロボット50の周辺に存在する物体(障害物)との衝突を回避するように、ロボット50の動作を決定する。
The
図2には、制御装置10のハードウェア構成が示されている。図2に示すように、制御装置10は、コンピュータとしてのCPU(Central Processing Unit)90、ROM(Read Only Memory)92、RAM(Random Access Memory)94、記憶部(ここではHDD(Hard Disk Drive))96、入出力インタフェース97、表示部93、入力部95、及び可搬型記憶媒体用ドライブ99等を備えている。これら制御装置10の構成各部は、バス98に接続されている。制御装置10では、ROM92あるいはHDD96に格納されているプログラム(ロボット動作決定プログラムを含む)、或いは可搬型記憶媒体用ドライブ99が可搬型記憶媒体91から読み取ったプログラム(ロボット動作決定プログラムを含む)をCPU90が実行することにより、図1に示す各部の機能が実現される。
FIG. 2 shows a hardware configuration of the
図1に示すように、制御装置10は、CPU90がプログラムを実行することにより、関節角取得部12、受付部としての指令値取得部14、手先位置姿勢計算部16、及び回避動作決定部18としての機能が実現されている。なお、手先位置姿勢計算部16及び回避動作決定部18は、決定部の一例として挙げられる。
As illustrated in FIG. 1, the
関節角取得部12は、ロボット50の関節角度をロボット50の各関節に設けられたエンコーダ等から取得する。指令値取得部14は、ユーザ等から入力された作業空間上におけるロボット50の手先の指令値(位置・姿勢)を取得し、回避動作決定部18に送信する。手先位置姿勢計算部16は、関節角取得部12が取得した関節角から手先の位置・姿勢を計算する。回避動作決定部18は、指令値取得部14が取得した指令値及び手先位置姿勢計算部16が計算した手先の位置・姿勢に基づいて、手先の位置・姿勢をほぼ指令値どおりに維持したままロボット50の周辺に存在する障害物に各リンクが接触しないような動き(回避動作)を決定する。また、回避動作決定部18は、決定した動きとなるように、ロボット50の動作を制御する。
The joint
次に、制御装置10の処理について、図3、図5のフローチャートに沿って、その他図面を適宜参照しつつ詳細に説明する。なお、図3、図5の処理の前提として、障害物の位置のデータ(各頂点のXYZ座標など)は、回避動作決定部18が保持しているものとする。
Next, the processing of the
図3の処理では、まず、ステップS10において、指令値取得部14が、手先の位置姿勢に関する指令値を取得する。なお、指令値は、例えば、図4に破線にて示すような作業対象物上における作業軌道のデータ(手先が位置P1からP2に移動する間の、手先の位置姿勢の時系列データ)であるものとする。
In the process of FIG. 3, first, in step S10, the command
次いで、ステップS11において、関節角取得部12が、各関節の関節角の初期値(現在の関節角度)0θを取得する。この場合、関節角取得部12は、ロボットの各関節に設けられたエンコーダ等から関節角の初期値を取得する。
Next, in step S11, the joint
次いでステップS12では、手先位置姿勢計算部16が、現在の関節角度0θから手先の位置姿勢r(=0r)を計算する。次いで、ステップS14では、回避動作決定部18が、手先の位置姿勢の現在値(0r)と、作業軌道上の最初の手先の位置姿勢の目標値(1r)との差分から手先の位置姿勢の変化量(速度ベクトル)Δr(=1r−0r)を計算する。以下、Δrを手先速度とも呼ぶものとする。
Next, at step S12, the hand position and
次いで、ステップS16では、回避動作決定部18が、手先速度Δrから関節角変化量(関節角速度)Δθを計算するサブルーチンを実行する。本処理では、具体的には、図5のフローチャートに沿った処理が実行される。
Next, in step S16, the avoidance
ここで、ロボット50の手先の位置姿勢rと関節角度θとの関係は、次式(1)のように、一般に非線形方程式となる。
r=f(θ) …(1)
Here, the relationship between the position and orientation r of the hand of the
r = f (θ) (1)
作業空間上でロボット50が作業を遂行する場合、その指令値は、ロボット50の手先の位置姿勢rとして与えられ、この値からロボット50の動作として関節角度θを求めることになる。これを式(1)から計算しようとした場合、f(θ)は一般に複雑な非線形連立方程式となるため、この解を解析的に求めることは困難である。
When the
そこで、式(1)の両辺を時間微分して線形関係にした次式(2)を用いる。 Therefore, the following equation (2) in which both sides of the equation (1) are differentiated in time to obtain a linear relationship is used.
ここで、J(θ)はヤコビ行列と呼ばれ、その各要素Jij(θ)は、次式(3)で定義される。 Here, J (θ) is called a Jacobian matrix, and each element J ij (θ) is defined by the following equation (3).
ここで、J+(θ)はヤコビ行列の擬似逆行列で、J+=JT・(JT・J)-1、(I−J+・J)は、零空間への射影を表す。 Here, J + (θ) is a pseudo inverse matrix of the Jacobian matrix, and J + = J T · (J T · J) −1 , (I−J + · J) represents a projection onto the null space.
また、ξはθドットと同じ次元の任意ベクトルである。 Further, ξ is an arbitrary vector having the same dimension as θ dots.
式(4)’を用いると、機構系全体の関節角速度Δθは、次式(5)のように表される。 When Expression (4) ′ is used, the joint angular velocity Δθ of the entire mechanical system is expressed as the following Expression (5).
以下、上式(1)〜(5)を踏まえて、図5の処理(ステップS16)について説明する。 Hereinafter, based on the above formulas (1) to (5), the process of FIG. 5 (step S16) will be described.
図5の処理では、まず、ステップS50において、回避動作決定部18は、ロボット50の各リンクと障害物との距離及び近接方向を計算する。具体的には、図6(a)において矢印で示すように、ロボットの各リンクと障害物との最近接点(矢印の先の点)および距離(矢印の長さ)を計算する。次いで、ステップS52では、回避動作決定部18は、障害物との距離が最小となるリンクiに注目し、該リンクiを特定リンクとしての仮想的な手先リンク(仮想手先リンクi)と見做す。
In the process of FIG. 5, first, in step S50, the avoidance
次いで、ステップS54では、回避動作決定部18は、仮想手先リンクiまでの部分的な機構のヤコビ行列Jiを計算する。具体的には、以下の方法を用いる。
Next, in step S54, the avoidance
まず、回避動作決定部18は、仮想手先リンクiと障害物の最近接点間を結ぶベクトルを計算し、仮想手先位置の回避(速度)ベクトルをriドット(次式(6)参照)とする。ここで、ベクトルの向きは、障害物の点からリンクの点へ向かう方向とし、その大きさは(1/最近接距離)とする(図6(b)参照)。
First, the avoidance
そして、回避動作決定部18は、図7(a)に示すように、障害物との距離が最短となる仮想手先リンクi上の点までの長さを仮想手先リンクiのリンク長Lとする。そして、回避動作決定部18は、図7(b)に示すように、リンク長をLと仮定して、仮想手先リンクiまでの機構におけるヤコビ行列Jiを計算する。
Then, as shown in FIG. 7A, the avoidance
次いで、ステップS56では、回避動作決定部18は、回避ベクトルをベースからリンクiまでの間の部分的な機構の手先速度とみなし、回避関節角速度ベクトルξを計算する。具体的には、回避ベクトル(riドット)と仮想手先リンクiまでの機構におけるヤコビ行列Jiから次式(6)により回避関節角速度ベクトルξを求める(図7(c)の矢印参照)。
Next, in step S56, the avoidance
次いで、ステップS58では、回避動作決定部18は、ロボットの機構系全体の関節角速度Δθを求める。具体的には、回避動作決定部18は、上式(5)や上式(6)で求めたξを用いて、Δθを求める。なお、本処理では、制御装置10は、図7(c)の関節角速度ベクトルをロボット50の機構系全体の零空間に射影して、ロボットの機構系全体の関節角速度Δθを求めているといえる。その後は、図3のステップS18に移行する。
Next, in step S58, the avoidance
図3のステップS18に移行すると、回避動作決定部18は、現在の関節角度θを、関節角速度Δθを用いて更新(θ←θ+Δθ)する。
In step S18 of FIG. 3, the avoidance
次いで、ステップS20では、回避動作決定部18は、更新された関節角度θnewから手先の位置姿勢rnewを更新する。この場合、上式(1)より、rnew=f(θnew)が求まる。
Then, in step S20, avoidance
次いで、ステップS22では、回避動作決定部18は、目標値と更新された関節角度θnewから求まる手先の位置姿勢rnewとの誤差(rnew−1r)が閾値以下か否かを判断する。誤差が閾値以下の場合、すなわち、手先を目標(指令値)からほとんど変更されることなく障害物を回避できる場合に、ステップS22の判断は肯定され、回避動作決定部18は、ステップS24に移行する。一方、誤差が閾値より大きい場合には、ステップS14に戻り、ステップS14〜S22の処理・判断を繰り返す。
Next, in step S22, the avoidance
ステップS22の判断が肯定され、ステップS24に移行すると、回避動作決定部18は、手先の位置姿勢の目標値を次の値(作業軌道上の次の位置姿勢)に更新し、ステップS12に戻る。なお、この場合、回避動作決定部18は、rnewを0rと置き換える(0r←rnew)。その後は、ステップS12以降の処理を目標値が存在しなくなるまで繰り返す。
When the determination in step S22 is affirmative and the process proceeds to step S24, the avoidance
なお、制御装置10は、ロボット50を駆動する際には、ステップS58で求めたロボットの機構系全体の関節角速度Δθに基づいて、ロボット50の各モータを駆動する。これにより、障害物とロボット50との接触を回避しつつ、ロボット50の手先を作業軌道にほぼ沿って移動させることが可能となる。
When driving the
ここで、図8には、ロボットとして、垂直多関節ロボットと6自由度ステージとを含む機構(ロボットシステム)を採用した場合の例が示されている。図8では、垂直多関節ロボットと6自由度ステージとにより冗長自由度を有するロボットシステムが実現されている。なお、垂直多関節ロボットと6自由度ステージは、図8に示す囲いの中に格納されているため、当該囲いが垂直多関節ロボットの障害物となりうる。 Here, FIG. 8 shows an example in which a mechanism (robot system) including a vertical articulated robot and a 6-degree-of-freedom stage is adopted as the robot. In FIG. 8, a robot system having redundant degrees of freedom is realized by a vertical articulated robot and a 6-degree-of-freedom stage. Since the vertical articulated robot and the 6-degree-of-freedom stage are stored in the enclosure shown in FIG. 8, the enclosure can be an obstacle for the vertical articulated robot.
図9(a)〜図9(c)には、図8のロボットシステムが障害物を回避しない場合において、垂直多関節ロボットの手先を6自由度ステージ上に載置された物体の一端から他端へ移動させる場合(図4のP1,P2参照)の各関節角の計算例を示している。また、図10(a)〜図10(c)には、本実施形態の方法で障害物を回避する場合の各関節角の計算例を示している。なお、図9(a)、図10(a)のq1〜q6は、垂直多関節ロボットの各関節の角度変化を示し、図9(b)、図10(b)のth1〜th3は、6自由度ステージの各関節の角度変化(実際には、XYZ方向の移動量)を示し、図9(c)、図10(c)のth4〜th6は、6自由度ステージの各関節の角度変化(実際には、θx、θy、θz方向の移動量)を示している。また、各図の横軸は、作業軌道の経由点番号を示している。 9 (a) to 9 (c), when the robot system of FIG. 8 does not avoid an obstacle, the hand of the vertical articulated robot is moved from one end of an object placed on a stage with 6 degrees of freedom. An example of calculating each joint angle when moving to the end (see P1 and P2 in FIG. 4) is shown. FIGS. 10A to 10C show calculation examples of joint angles when an obstacle is avoided by the method of this embodiment. 9 (a) and 10 (a), q1 to q6 indicate the angle change of each joint of the vertical articulated robot, and th1 to th3 in FIGS. 9 (b) and 10 (b) are 6 FIG. 9C and FIG. 10C show the change in angle of each joint of the 6-degree-of-freedom stage. (Actually, movement amounts in the θx, θy, and θz directions) are shown. Moreover, the horizontal axis of each figure has shown the waypoint number of the working track.
この場合、6自由度ステージ上の物体に対する垂直多関節ロボットの手先の軌道は、障害物を回避してもしなくてもほぼ同一となるが、図9、図10に示すように、各関節の角度変化は、障害物を回避するかしないかに応じて異なるものとなる。 In this case, the trajectory of the hand of the vertical articulated robot with respect to the object on the 6-degree-of-freedom stage is substantially the same regardless of whether the obstacle is avoided or not, as shown in FIGS. The change in angle varies depending on whether or not an obstacle is avoided.
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、指令値取得部14が、冗長自由度を有するロボット50が有する手先の作業空間上における位置姿勢の指令値を取得し、回避動作決定部18が、指令値に基づいて手先の位置姿勢を指令値から所定範囲に((rnew−1r)を閾値以下に)維持しつつ、ロボットの各リンクと障害物との最近接距離および近接方向を求め、最近接距離が最小のリンクiを仮想的な手先と見做し、該リンクiの最近接距離と近接方向に基づいて、該リンクiの回避動作を決定する。これにより、目標となる作業軌道(指令値)を与えることで、ロボットの自由度の冗長性を利用した回避動作を簡易に決定することができる。
As described above in detail, according to the present embodiment, the command
また、本実施形態では、回避動作決定部18は、障害物との最近接距離が最小のリンクiの回避動作を決定する際に、障害物との距離が最短となるリンク上の点を特定し、最近接距離と近接方向と特定した点とに基づいて回避速度ベクトルを決定する。これにより、回避速度ベクトルを適切に決定することができる。
In the present embodiment, the avoidance
また、本実施形態では、回避動作決定部18は、ロボット50のベースとリンクiとの間の関節における関節角速度ベクトルとリンクiの回避ベクトルとの関係(ヤコビ行列)を算出し、この関係を用いて、リンクi上の点の回避ベクトルをロボット50のベースとリンクiとの間の関節における関節角速度ベクトルに変換する。これにより、回避ベクトルを簡易に関節角速度ベクトルに変換することができる。
In the present embodiment, the avoidance
また、本実施形態では、回避動作決定部18は、ロボット50のベースとリンクiとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルをロボット50の機構系全体の零空間に射影して、ロボットの機構系全体での回避動作を決定する。これにより、例えば、図8のような垂直多関節ロボットと6自由度ステージとを組み合わせたような複雑なロボットシステムであっても、指令値(目標となる作業軌道)を与えることで、機構全体の関節自由度の冗長性を利用した回避動作制御が可能となる。なお、熟練のオペレータによる手動での教示の場合には、垂直多関節ロボットの単純な軌道追従の教示作業でも1,2時間を要すると想定される。また、図8のような6自由度ステージの教示作業およびそれらの相互衝突可能性を考慮した教示修正を行わなければならないとすると、作業には数日を要すると想定される。これに対し、本実施形態の方法を用いれば、指令値を与えてから数分の処理で教示作業を完了することが可能となる。
In the present embodiment, the avoidance
なお、上記実施形態では、ロボット50と関節角取得部12、指令値取得部14、手先位置姿勢計算部16、及び回避動作決定部18の機能を有する制御装置10とが接続されている場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、制御装置10の各部12,14,16,18の機能を制御装置10とは異なる装置が有していてもよい。この場合、制御装置10から当該装置に対して指令値を入力し、当該装置において計算した結果を制御装置10に対して出力するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
なお、上記実施形態では、障害物が、図6(a)等に示すような障害物や、図8に示すような囲いである場合を示したが、これに限らず、障害物は、ロボット50の近傍に位置している他のロボットであってもよい。 In the above embodiment, the obstacle is an obstacle as shown in FIG. 6A or an enclosure as shown in FIG. 8, but the present invention is not limited to this. Another robot located in the vicinity of 50 may be used.
なお、上記の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、処理装置が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体(ただし、搬送波は除く)に記録しておくことができる。 The above processing functions can be realized by a computer. In that case, a program describing the processing contents of the functions that the processing apparatus should have is provided. By executing the program on a computer, the above processing functions are realized on the computer. The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium (except for a carrier wave).
プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたDVD(Digital Versatile Disc)、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)などの可搬型記録媒体の形態で販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。 When the program is distributed, for example, it is sold in the form of a portable recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) or a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) on which the program is recorded. It is also possible to store the program in a storage device of a server computer and transfer the program from the server computer to another computer via a network.
プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。 The computer that executes the program stores, for example, the program recorded on the portable recording medium or the program transferred from the server computer in its own storage device. Then, the computer reads the program from its own storage device and executes processing according to the program. The computer can also read the program directly from the portable recording medium and execute processing according to the program. Further, each time the program is transferred from the server computer, the computer can sequentially execute processing according to the received program.
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
なお、以上の実施形態の説明に関して、更に以下の付記を開示する。
(付記1) 冗長自由度を有するロボットの動作を決定するロボット動作決定装置であって、
前記ロボットが有する手先の作業空間上における位置姿勢の指令値を受け付ける受付部と、
前記指令値に基づいて前記手先の位置姿勢を指令値から所定範囲に維持しつつ、前記ロボットの各リンクと障害物との最近接距離および近接方向を求め、前記最近接距離が最小の特定リンクを仮想的な手先と見做し、該特定リンクの最近接距離と近接方向に基づいて、該特定リンクの回避動作を決定する決定部と、を備えるロボット動作決定装置。
(付記2) 前記決定部は、前記特定リンクの回避動作を決定する際に、前記障害物との距離が最短の前記特定リンク上の点を特定し、前記最近接距離と前記近接方向と前記点に基づいて、前記特定リンクの回避速度ベクトルを決定する、ことを特徴とする付記1に記載のロボットの動作決定装置。
(付記3) 前記決定部は、
前記ロボットのベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルと前記特定リンクの回避速度ベクトルとの関係を算出し、
前記関係を用いて、前記特定リンク上の前記点における前記回避速度ベクトルを前記ロボットのベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルに変換することを特徴とする付記2に記載のロボットの動作決定装置。
(付記4) 前記決定部は、前記ロボットの前記ベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルを前記ロボットの機構系全体の零空間に射影して、前記ロボットの機構系全体での回避動作を決定することを特徴とする付記3に記載のロボットの動作決定装置。
(付記5) コンピュータに、冗長自由度を有するロボットの動作を決定させるロボット動作決定プログラムであって、
前記ロボットが有する手先の作業空間上における位置姿勢の指令値を受け付け、
前記指令値に基づいて前記手先の位置姿勢を指令値から所定範囲に維持しつつ、前記ロボットの各リンクと障害物との最近接距離および近接方向を求め、前記最近接距離が最小の特定リンクを仮想的な手先と見做し、該特定リンクの最近接距離と近接方向に基づいて、該特定リンクの回避動作を決定する、
処理を前記コンピュータに実行させるロボット動作決定プログラム。
(付記6) 前記決定する処理では、前記特定リンクの回避動作を決定する際に、前記障害物との距離が最短の前記特定リンク上の点を特定し、前記最近接距離と前記近接方向と前記点に基づいて、前記特定リンクの回避速度ベクトルを決定する、ことを特徴とする付記5に記載のロボットの動作決定プログラム。
(付記7) 前記決定する処理では、
前記ロボットのベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルと前記特定リンクの回避速度ベクトルとの関係を算出し、
前記関係を用いて、前記特定リンク上の前記点における前記回避速度ベクトルを前記ロボットのベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルに変換することを特徴とする付記6に記載のロボットの動作決定プログラム。
(付記8) 前記決定する処理では、前記ロボットの前記ベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルを前記ロボットの機構系全体の零空間に射影して、前記ロボットの機構系全体での回避動作を決定することを特徴とする付記7に記載のロボットの動作決定プログラム。
(付記9) コンピュータが、冗長自由度を有するロボットの動作を決定するロボット動作決定方法であって、
前記ロボットが有する手先の作業空間上における位置姿勢の指令値を受け付け、
前記指令値に基づいて前記手先の位置姿勢を指令値から所定範囲に維持しつつ、前記ロボットの各リンクと障害物との最近接距離および近接方向を求め、前記最近接距離が最小の特定リンクを仮想的な手先と見做し、該特定リンクの最近接距離と近接方向に基づいて、該特定リンクの回避動作を決定する、
処理を前記コンピュータが実行するロボット動作決定方法。
(付記10) 前記決定する処理では、前記特定リンクの回避動作を決定する際に、前記障害物との距離が最短の前記特定リンク上の点を特定し、前記最近接距離と前記近接方向と前記点に基づいて、前記特定リンクの回避速度ベクトルを決定する、ことを特徴とする付記9に記載のロボットの動作決定方法。
(付記11) 前記決定する処理では、
前記ロボットのベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルと前記特定リンクの回避速度ベクトルとの関係を算出し、
前記関係を用いて、前記特定リンク上の前記点における前記回避速度ベクトルを前記ロボットのベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルに変換することを特徴とする付記10に記載のロボットの動作決定方法。
(付記12) 前記決定する処理では、前記ロボットの前記ベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルを前記ロボットの機構系全体の零空間に射影して、前記ロボットの機構系全体での回避動作を決定することを特徴とする付記11に記載のロボットの動作決定方法。
In addition, the following additional remarks are disclosed regarding description of the above embodiment.
(Supplementary note 1) A robot motion determination device for determining the motion of a robot having redundant degrees of freedom,
A receiving unit for receiving a command value of a position and orientation on a work space of a hand of the robot;
Based on the command value, while maintaining the position and orientation of the hand within a predetermined range from the command value, the closest distance and proximity direction between each link of the robot and the obstacle are obtained, and the specific link with the minimum closest distance And a determination unit that determines an avoidance operation of the specific link based on the closest distance and the proximity direction of the specific link.
(Additional remark 2) When the determination part determines the avoidance operation | movement of the said specific link, it specifies the point on the said specific link with the shortest distance with the said obstacle, The said nearest distance, the said proximity direction, and the said The robot motion determination apparatus according to
(Supplementary note 3)
Calculating a relationship between a joint angular velocity vector of a joint existing between the base of the robot and the specific link and an avoidance speed vector of the specific link;
The
(Additional remark 4) The said determination part projects the joint angular velocity vector of the joint which exists between the said base of the said robot and the said specific link on the null space of the whole mechanism system of the said robot, and the whole mechanism system of the said
(Supplementary Note 5) A robot motion determination program for causing a computer to determine the motion of a robot having redundant degrees of freedom,
Accepting the command value of the position and orientation on the work space of the hand of the robot,
Based on the command value, while maintaining the position and orientation of the hand within a predetermined range from the command value, the closest distance and proximity direction between each link of the robot and the obstacle are obtained, and the specific link with the minimum closest distance Is determined as a virtual hand, and the avoidance action of the specific link is determined based on the closest distance and the proximity direction of the specific link.
A robot operation determination program for causing a computer to execute processing.
(Additional remark 6) In the process to determine, when determining the avoidance operation of the specific link, a point on the specific link with the shortest distance to the obstacle is specified, and the closest distance, the proximity direction, The robot motion determination program according to
(Supplementary note 7) In the process of determining,
Calculating a relationship between a joint angular velocity vector of a joint existing between the base of the robot and the specific link and an avoidance speed vector of the specific link;
The supplementary note 6, wherein the avoidance velocity vector at the point on the specific link is converted into a joint angular velocity vector of a joint existing between the base of the robot and the specific link using the relationship. Robot motion determination program.
(Supplementary Note 8) In the determining process, a joint angular velocity vector of a joint existing between the base of the robot and the specific link is projected onto a null space of the entire mechanism system of the robot, and the mechanism system of the robot 8. The robot motion determination program according to appendix 7, wherein an overall avoidance motion is determined.
(Supplementary note 9) A robot motion determination method in which a computer determines a motion of a robot having redundant degrees of freedom,
Accepting the command value of the position and orientation on the work space of the hand of the robot,
Based on the command value, while maintaining the position and orientation of the hand within a predetermined range from the command value, the closest distance and proximity direction between each link of the robot and the obstacle are obtained, and the specific link with the minimum closest distance Is determined as a virtual hand, and the avoidance action of the specific link is determined based on the closest distance and the proximity direction of the specific link.
A robot motion determination method in which the computer executes processing.
(Additional remark 10) In the process to determine, when determining the avoidance operation of the specific link, a point on the specific link with the shortest distance to the obstacle is specified, and the closest distance, the proximity direction, The robot motion determination method according to appendix 9, wherein an avoidance speed vector of the specific link is determined based on the point.
(Supplementary Note 11) In the determination process,
Calculating a relationship between a joint angular velocity vector of a joint existing between the base of the robot and the specific link and an avoidance speed vector of the specific link;
Item 11. The
(Supplementary Note 12) In the determining process, a joint angular velocity vector of a joint existing between the base of the robot and the specific link is projected onto a null space of the entire mechanism system of the robot, and the mechanism system of the
10 制御装置(ロボット動作決定装置)
14 指令値取得部(受付部)
16 手先位置姿勢計算部(決定部の一部)
18 回避動作決定部(決定部の一部)
50 ロボット
90 CPU(コンピュータ)
10 Control device (robot motion determination device)
14 Command value acquisition unit (reception unit)
16 Hand position and orientation calculation unit (part of the determination unit)
18 Avoidance action determination unit (part of determination unit)
50
Claims (6)
前記ロボットが有する手先の作業空間上における位置姿勢の指令値を受け付ける受付部と、
前記指令値に基づいて前記手先の位置姿勢を指令値から所定範囲に維持しつつ、前記ロボットの各リンクと障害物との最近接距離および近接方向を求め、前記最近接距離が最小の特定リンクを仮想的な手先と見做し、該特定リンクの最近接距離と近接方向に基づいて、該特定リンクの回避動作を決定する決定部と、を備えるロボット動作決定装置。 A robot motion determination device for determining a motion of a robot having redundant degrees of freedom,
A receiving unit for receiving a command value of a position and orientation on a work space of a hand of the robot;
Based on the command value, while maintaining the position and orientation of the hand within a predetermined range from the command value, the closest distance and proximity direction between each link of the robot and the obstacle are obtained, and the specific link with the minimum closest distance And a determination unit that determines an avoidance operation of the specific link based on the closest distance and the proximity direction of the specific link.
前記ロボットのベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルと前記特定リンクの回避速度ベクトルとの関係を算出し、
前記関係を用いて、前記特定リンク上の前記点における前記回避速度ベクトルを前記ロボットのベースと前記特定リンクとの間に存在する関節の関節角速度ベクトルに変換することを特徴とする請求項2に記載のロボットの動作決定装置。 The determination unit
Calculating a relationship between a joint angular velocity vector of a joint existing between the base of the robot and the specific link and an avoidance speed vector of the specific link;
3. The avoidance velocity vector at the point on the specific link is converted into a joint angular velocity vector of a joint existing between the base of the robot and the specific link using the relationship. The operation determining apparatus for the robot described.
前記ロボットが有する手先の作業空間上における位置姿勢の指令値を受け付け、
前記指令値に基づいて前記手先の位置姿勢を指令値から所定範囲に維持しつつ、前記ロボットの各リンクと障害物との最近接距離および近接方向を求め、前記最近接距離が最小の特定リンクを仮想的な手先と見做し、該特定リンクの最近接距離と近接方向に基づいて、該特定リンクの回避動作を決定する、
処理を前記コンピュータに実行させるロボット動作決定プログラム。 A robot operation determination program for causing a computer to determine the operation of a robot having redundant degrees of freedom,
Accepting the command value of the position and orientation on the work space of the hand of the robot,
Based on the command value, while maintaining the position and orientation of the hand within a predetermined range from the command value, the closest distance and proximity direction between each link of the robot and the obstacle are obtained, and the specific link with the minimum closest distance Is determined as a virtual hand, and the avoidance action of the specific link is determined based on the closest distance and the proximity direction of the specific link.
A robot operation determination program for causing a computer to execute processing.
前記ロボットが有する手先の作業空間上における位置姿勢の指令値を受け付け、
前記指令値に基づいて前記手先の位置姿勢を指令値から所定範囲に維持しつつ、前記ロボットの各リンクと障害物との最近接距離および近接方向を求め、前記最近接距離が最小の特定リンクを仮想的な手先と見做し、該特定リンクの最近接距離と近接方向に基づいて、該特定リンクの回避動作を決定する、
処理を前記コンピュータが実行するロボット動作決定方法。 A robot motion determination method in which a computer determines a motion of a robot having redundant degrees of freedom,
Accepting the command value of the position and orientation on the work space of the hand of the robot,
Based on the command value, while maintaining the position and orientation of the hand within a predetermined range from the command value, the closest distance and proximity direction between each link of the robot and the obstacle are obtained, and the specific link with the minimum closest distance Is determined as a virtual hand, and the avoidance action of the specific link is determined based on the closest distance and the proximity direction of the specific link.
A robot motion determination method in which the computer executes processing.
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