JP2018532608A - 位置および／または姿勢の離散手動入力の制御システムを備えるロボット - Google Patents

Abstract

【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータによって駆動することができる移動可能な多部材ロボット構造体、特にロボットアームを備えるロボットであって、入力モードにおいてユーザがロボット構造体を動かすことによりロボットの作業空間における移動可能なロボット構造体の位置、姿勢、および／または動作シーケンスを学習するよう構成されるロボットに関する。この学習プロセスは、いわゆる「ティーチイン」プロセスと呼ばれることもある。

特に、人間と相互作用を行う現代のロボットでは、移動可能なロボット構造体の位置、姿勢、および／または動作シーケンスは、「ティーチイン」プロセスによってロボットに与えられる。「ティーチイン」プロセスの間、駆動されるロボット構造体のアクチュエータは、通常、ロボット構造体が重力補償を受けるように制御され、また、それ以外では対応する作業空間内において基本的に人が自由にロボット構造体を移動させることができるように制御される。これは、通常、ロボットのトルク調整、力調整、または固有の駆動戻り能力によって引き起こされる。

いわゆる「ティーチイン」プロセスの欠点は、駆動可能で移動可能なロボット構造体の位置、姿勢、および動作シーケンスを学習する際の速度と正確さが制限されることである。

本発明の目的は、向上した「ティーチイン」プロセスを可能とするロボットを提供することである。

本発明は、独立請求項の特徴より得られる。好都合な発展形および実施形態は、従属請求項に規定される。本発明のさらなる特徴、考えられる活用例、および利点は、以下の説明、および図に示す本発明の例示的実施形態の説明に記載される。

本発明の第一の局面は、アクチュエータによって駆動することができる移動可能な多部材ロボット構造体を備えるロボットであって、この移動可能なロボット構造体には少なくとも１つの点Ｐ_Ｓがマークされたマーク付き構成要素Ｓが少なくとも１つ規定される。

ここで、「姿勢」と言う用語は、DIN EN ISO 8373によるものである。よって、構成要素Ｓの姿勢とは、３次元空間における構成要素Ｓの位置と方位の組み合わせである。

３Ｄグリッドに対する点Ｐ_Ｓの現在位置ＰＯＳ_ＰＳは、例えば、移動可能ロボット構造体の現在の姿勢を検出するセンサシステムによって、またはアクチュエータを制御する制御パラメータを評価することによって決定することもできる。これらに相当する装置は従来技術において周知である。３Ｄグリッドに対する点Ｐ_Ｓの現在位置ＰＯＳ_ＰＳは、移動可能ロボット構造体の現在の姿勢を判断するセンサシステム、ならびにロボット構造体のＣＡＤデータセットおよび／またはロボット構造体の表面モデルによって決定される。

好都合には、「ティーチイン」プロセスにおける点Ｐ_Ｓの位置ＰＯＳ_ＰＳ，_Ｅｉｎｇの記録は、点Ｐ_Ｓの位置ＰＯＳ_ＰＳが３Ｄグリッドの格子点または点Ｐ_Ｓの位置ＰＯＳ_ＰＳが予め規定される格子群内にある場合にのみ起こる。点Ｐ_Ｓは、３Ｄグリッドの格子点または３Ｄグリッドの格子群にほぼ固定される。よって、点Ｐ_Ｓの位置ＰＯＳ_{ＰＳ，Ｅｉｎｇ}の入力または記録は、好都合には、所定の３Ｄグリッドに対応する空間分解能でのみ可能である。

好都合には、「ティーチイン」プロセスにおける点Ｐ_Ｓの位置ＰＯＳ_{ＰＳ，Ｅｉｎｇ}の記録または入力は、点Ｐ_Ｓが３Ｄグリッドの格子点にまたは格子群内にあるときでも、ロボットに接続可能または接続されている入力手段がユーザによって動作させられる場合にのみ起こる。この入力手段は、例えば、キーである。

この場合、「３Ｄグリッド」と言う用語は、任意の３Ｄグリッドを指す。特に、３Ｄグリッドは、構造化されてもよいし構造化されていなくてもよく、規則的であっても不規則であってもよく、直交であっても非直交であってもよい。特に、３Ｄグリッドの格子点の密度は、空間的に変化してもよい。３Ｄグリッドの格子点が時間ｔとともに変化してもよく、言い換えると、３Ｄグリッドは時間変化する。

好都合な実施形態において、移動可能なロボット構造体の複数の構成要素Ｓ_ｉおよび／またはこれに対応する点Ｐ_Ｓ，ｉが定義され、これが制御装置により上記の状況に従って考慮される。これにより、特に、移動可能なロボット構造体全体の姿勢および動作シーケンスの離散型入力を可能とする。

好都合には、平行移動および／または回転／方位の離散型入力の増加単位（ステップ幅）は可変的に設定されてもよい。言い換えると、好都合には、３Ｄグリッドのグリッド距離または３Ｄ方位空間Ｏの離散角α_ｉ，β_ｊ，γ_ｋは、可変的に設定される。

このようなロボットにより、特に、移動可能なロボット構造体の位置、姿勢、または運動シーケンスの高速で正確な反復入力が可能となる。

好都合には、ロボット構造は、ロボットアーム、特に多部材ロボットアームである。構成要素Ｓは、基本的に、ロボットアームの一部とすることができる。好都合には、構成要素Ｓは、ロボットアームのエンドエフェクタである。ロボット構造体は、ロボットハンドなどの枝分かれした移動可能要素を備えてもよい。ロボット構造体は、非作動的な被駆動構造部材を備えてもよい。

提案されるロボットの実施形態において、構成要素Ｓは、ロボットアームのエンドエフェクタであり、点Ｐ_Ｓは、エンドエフェクタのいわゆる「工具中心」点ＴＣＰである。本実施形態では、「工具中心」点ＴＣＰの位置および平行移動の、離散型ひいては正確な入力が可能になる。

好都合には、３Ｄグリッドの格子点および／または３Ｄグリッドの格子点の距離を、例えば、個別に、またはロボットの作業空間の領域ごとに、ロボットの入力装置によって可変的に設定することができる。特に、より高い解像度を実現するため、ロボットの作業空間の空間領域には、個々の空間領域で他の領域より密度の高い３Ｄグリッド（すなわち、群単位でより多くの格子点）が設けられる。好都合には、ロボットは、記録部にアクセスする入力装置を備え、記録部には入力装置を介して選択可能な各種の３Ｄグリッドが記録される。

好都合には、制御装置は、３Ｄグリッドの少なくとも２つの隣接する格子点または格子点群が３Ｄグリッドの点Ｐ_Ｓの現在位置ＰＯＳ_ＰＳから同じ距離に位置する場合、これらの格子点／格子点群のひとつを予め規定された方法に従って隣接する格子点／格子点群として選択するよう構成される。このような判断は、ランダム・アルゴリズムに基づいて、すなわち統計学的に行うことができる。言うまでもなく、特定の用途に応じて別の選択アルゴリズムを用いてもよい。

好都合には、３Ｄポテンシャル場の極小値が、任意の空間領域内の３Ｄグリッドの各格子点周囲において一定のポテンシャルを有し、所定の空間領域の最大拡張は３Ｄグリッドの２つの隣接する格子点の間のグリッド間隔よりも小さい。

ロボットの実施形態において、方位空間Ｏ＝：（α_ｉ，β_ｊ，γ_ｋ）は、点Ｐ_ｓの現在位置ＰＯＳ_ＰＳの関数として定義される。
Ｏ＝Ｏ（ＰＯＳ_ＰＳ）＝（α_ｉ（ＰＯＳ_ＰＳ），β_ｊ（ＰＯＳ_ＰＳ），γ_ｋ（ＰＯＳ_ＰＳ））

これにより、作業空間の点Ｐ_Ｓの位置ＰＯＳ_ＰＳに依存して、様々な離散型方位空間の指定が可能となる。

好都合には、ロボットは、３Ｄグリッドの格子点の距離を変化可能に予め決定することができる入力装置を備える。

好都合には、ロボットは、方位空間Ｏの離散角α_ｉ，β_ｊ，γ_ｋを変化可能に予め決定することができる入力装置を備える。

本方法の別の発展形では、３Ｄポテンシャル場の極小値が、３Ｄグリッドの各格子点周囲の所定の空間領域内において一定のポテンシャルを有し、空間領域の最大拡張は２つの隣接する格子点の間のグリッド間隔よりも小さい。

本方法の発展形では、構成要素Ｓの現在の方位ＯＲ_Ｓからの少なくとも２つの隣接する方位Ｏ＝：（α_ｉ，β_ｊ，γ_ｋ）の差が同じである場合、これらの方位Ｏ＝：（α_ｉ，β_ｊ，γ_ｋ）のひとつを所定の方法に従って選択する。

提案される方法のその他の発展形およびそこから生じる利点は、提案されるロボットについて上述した記載に類似および対応した変換よりもたらされる。

本発明の別の局面は、ロボットの制御装置に関し、このロボットの制御装置は、データ処理装置で上記の方法が行われるよう構成される。

本発明の別の局面は、データ処理装置を備えるコンピュータシステムに関し、このデータ処理装置は、データ処理装置で上記の方法が実行されるよう構成される。

提案される調整装置のその他の発展形およびそこから生じる利点は、上述した記載に類似および対応した変換よりもたらされる。

本発明は、さらに、電子的に読み取り可能な制御信号を有するデジタル記憶媒体に関し、この制御信号は、上記の方法を実行するよう、プログラム可能なコンピュータシステムと相互作用を行う。

本発明は、さらに、機械読み取り可能な媒体に記録された、プログラムコードがデータ処理装置で実行されるとき上記の方法を実行する、プログラムコードを含むコンピュータプログラムプロダクトに関する。

また、本発明は、プログラムがデータ処理装置で動作するとき上記の方法を実行するプログラムコードを有するコンピュータプログラムに関する。このため、データ処理装置は、従来技術で知られる任意のコンピュータシステムとして構成することができる。

さらなる利点、特徴、および詳細は、少なくとも１つの例示的実施形態について、必要であれば図面を参照して詳細に説明する、以下の説明からもたらされる。同一、類似、および／または機能的に同一の要素には、同一の参照符号を付している。

図１は、提案されるロボットの模式図である。

図１は、提案されるロボットの模式図であり、このロボットはアクチュエータ１０１によって駆動することができる移動可能な多部材ロボット構造体１０２を備え、この移動可能なロボット構造体１０２には、少なくとも１つの点Ｐ_Ｓを有するマーク付き構成要素Ｓが少なくとも１つ規定されている。ロボット構造体１０２は、ロボット本体（破線矩形）に取り付けられている。

ここでは、ロボット構造体１０２は、遠位端にエフェクタＳが配置された５部材ロボットアーム１０２である。この場合、エフェクタＳが構成要素Ｓである。エフェクタＳには、いわゆる「工具中心点」（ＴＣＰ）が規定されており、これはマークされた点Ｐ_Ｓ（Ｐ_ＴＣＰ）と同一のものである。

以上、好適な例示的実施形態によって本発明を詳細に説明したが、本発明が開示された例に限定されるものではなく、当業者には本発明の保護の範囲を逸脱することなくその他の変形例を導き出すことが可能であることは言うまでもない。したがって、考えられる変形例が無数に存在することは明らかである。また、例示的実施形態は単に例を提示するものであり、本発明の保護の範囲、適用可能性、または構成を限定することを意図しないことも明らかである。以上の説明および図の説明は、当業者が例示的実施形態を実施することを可能にするためのものと解釈されるべきものであり、当業者は、開示された発明の着想についての知識に基づいて、請求項および本発明のさらなる説明におけるその法的等価物によって規定される本発明の範囲を逸脱することなく、例えば例示的実施形態に規定される個々の要素の機能や配置に関して様々な変更を行うことができる。

１０１：アクチュエータ
１０２：移動可能な多部材ロボット構造体
１０３：制御装置

Claims (10)

1. 
2. 
3. 前記制御装置（１０３）は、少なくとも２つの隣接する格子点または格子点群が点Ｐ_Ｓの前記現在位置ＰＯＳ_ＰＳから同じ距離に位置する場合、これらの格子点／格子点群のひとつを所定の方法に従って前記隣接する格子点／格子点群として選択するよう構成される、請求項１または２に記載のロボット。
4. 
5. 
6. 前記方位空間Ｏ＝：（α_ｉ，β_j，γ_ｋ）は、点Ｐ_Ｓの前記現在位置ＰＯＳ_ＰＳに依存して規定され、Ｏ＝Ｏ（ＰＯＳ_ＰＳ）＝（α_ｉ（ＰＯＳ_ＰＳ）、β_ｊ（ＰＯＳ_ＰＳ）、γ_ｋ（ＰＯＳ_ＰＳ））である、請求項１から５のいずれかに記載のロボット。
7. 
8. 
9. 前記３Ｄポテンシャル場の前記極小値が、前記３Ｄグリッドの各格子点周囲の所定の空間領域内において一定のポテンシャルを有し、前記空間領域の最大拡張は２つの隣接する格子点の間のグリッド間隔よりも小さい、請求項７または８に記載の方法。
10. 構成要素Ｓの前記現在の方位ＯＲ_ｓに対する少なくとも２つの隣接する方位の差が同じである場合、これらの方位Ｏ＝：（α_ｉ，β_ｊ，γ_ｋ）のひとつを所定の方法に従って選択する、請求項７から９のいずれかに記載の方法。

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