JP2022518277A - ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
- エンドエフェクタによって負荷を把持する;
- 負荷をn個の異なる静的ポーズに移動する;
- n個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチFextを決定し、それぞれの外部レンチFextは、ロボットマニピュレータに作用する外力とトルクを指定する;
- ベース座標系で、少なくとも外力を示す各外部レンチFextのコンポーネントを決定し、ベース座標系はデカルト座標系であり、ロボットマニピュレータのベース上に本体固定された方法で配置されると想定され、ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり;
- ベース座標系の外力を示す各外部レンチFextのコンポーネントの中から、重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて、n個の静的ポーズのそれぞれの負荷の重量の特定の推定値を決定し;
- 負荷の重量のそれぞれの推定値を平均化することによって負荷の重量を決定し;
- 負荷の重量または特定の静的ポーズに対して決定された負荷の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチFextのコンポーネントに基づいて、n個の静的ポーズのそれぞれについて、負荷の重心の座標の推定値を決定し;および、
- 重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することによって負荷の重心を決定する。
を介して相互に接続されているため、重量の決定は質量の決定と完全に等しい。
k個のアクチュエータを制御することによってのみn個の異なる静的ポーズに移動し、ここで、数kは事前定義された量であり、k個のアクチュエータはエンドエフェクタに最も近いk個のジョイントに配置または割り当てられる。さらに有利な実施形態によれば、k=3であり、負荷の移動は、エンドエフェクタに最も近い3つのジョイントの3つのアクチュエータを制御することによってのみ、n個の異なる静的ポーズで起こる。さらに有利な実施形態によれば、k=2であり、負荷の移動は、エンドエフェクタに最も近い2つのジョイントの2つのアクチュエータを制御することによってのみ、n個の異なる静的ポーズで起こる。負荷を移動するステップは、空間のごく一部でのみ有利に実行される。
- 負荷の重量および/または負荷の重心に基づいてロボットマニピュレータの制御システムの調整。
- 負荷の重心を考慮して、移動経路に沿って移動する際の負荷の移動経路および負荷のそれぞれのポーズを計画および実行し、少なくともエンドエフェクタジョイントに作用するトルクが低減されるようにする。
- 質量に基づいて負荷の最大速度を決定し、負荷の所定の最大並進インパルスを超えないようにする。
- 負荷の重心および/または負荷の質量に基づいて負荷の最大回転速度を決定し、負荷の所定の最大角運動量を超えないようにする。
- 負荷をつかむように設計されたエンドエフェクタ、
- 負荷をn個の異なる静的ポーズに移動するためにジョイントに配置されたアクチュエータを制御するように設計された制御ユニット、
- n個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチFextを決定するように設計された推定ユニットであって、それぞれの外部レンチFextは、ロボットマニピュレータに作用する外力とトルクとを示し、
- a)少なくとも、ベース座標系で示される力を示す各外部レンチFextのコンポーネントを決定し、ベース座標系はデカルト座標系であり、ロボットマニピュレータのベース上に本体固定された方法で配置され、ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり;
b)各外部レンチFextの外力を示す、ベース座標系のコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて、および重力ベクトルの大きさに基づいて、負荷の重量の特定の推定値を決定し;
c)負荷の重量のそれぞれの推定値を平均化することにより、負荷の重量を決定し;
d)負荷の重量または特定の静的ポーズに対して決定された負荷の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチFextのコンポーネントに基づいて、n個の静的ポーズのそれぞれについて、負荷の重心の座標の推定値を決定し;および、
e)重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することにより、負荷の重心を決定する;
ように設計された処理ユニット。
図は概略図であり、縮尺どおりではない。
- エンドエフェクタ9によって負荷11を把持S1;
- 負荷11をn個の異なる静的ポーズに移動S2;
- n個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチFextを決定しS3、それぞれの外部レンチFextは、ロボットマニピュレータ1に作用する外力とトルクとを示し;
- ベース座標系で、少なくとも外力を示す各外部レンチFextのコンポーネントを決定しS4、ベース座標系はデカルト座標系であり、ロボットマニピュレータ1のベース3上に本体固定されて配置されており、ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり;
- ベース座標系の外力を示す各外部レンチFextのコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて負荷11の重量の特定の推定値を決定しS5;
- 負荷11の重量のそれぞれの推定値を平均化することによって負荷11の重量を決定しS6;
- 負荷11の重量または特定の静的ポーズに対して決定された負荷11の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチFextのコンポーネントに基づいて、n個の静的ポーズのそれぞれについて、負荷11の重心の座標の推定値を決定しS7;および、
- 重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することにより、負荷11の重心を決定するS8。
- 負荷11をつかむように設計されたエンドエフェクタ9、
- 負荷11をn個の異なる静的ポーズに移動するためにジョイント7に配置されたアクチュエータ6を制御するように設計された制御ユニット101、
- n個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチFextを決定するように設計された推定ユニット103であって、それぞれの外部レンチFextは、ロボットマニピュレータ1に作用する外力とトルクとを示し、ジョイント7のトルクセンサ13と、リンク5のひずみゲージ15によって決定され、
- 処理ユニット105は:
a)少なくとも、ベース座標系で示される力を示す各外部レンチFextのコンポーネントを決定し、ベース座標系はデカルト座標系であり、ロボットマニピュレータ1のベース3上に本体固定された方法で配置され、ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり、
b)各外部レンチFextの外力を示す、ベース座標系のコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて、および重力ベクトルの大きさに基づいて、負荷11の重量の特定の推定値を決定し、
c)負荷11の重量のそれぞれの推定値を平均化することにより、負荷11の重量を決定し、
d)負荷11の重量または特定の静的ポーズに対して決定された負荷11の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチFextのコンポーネントに基づいて、n個の静的ポーズのそれぞれについて、負荷11の重心の座標の推定値を決定し、および、
e)重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することにより、負荷11の重心を決定する、
ように設計される。
n個の静的ポーズの数mに移動され、この場合、以下が適用される:m=n=4。静的ポーズは、q_1、q_2、q_3、およびq_4で示される。これらの静的ポーズごとに、外部レンチFextが決定S3され、それぞれの外部レンチFextは、エンドエフェクタ座標系Kでロボットマニピュレータ1に作用する外力とトルクとを示す。この場合、外部レンチFextには6つのコンポーネントがある。この場合、外部レンチFextの最初の3つのコンポーネントは力を表し、外部レンチFextの次のする3つのコンポーネントは検出されたトルクを表す。外部レンチFextは、エンドエフェクタ9に本体固定されているエンドエフェクタ座標系K内のn個の静的ポーズのそれぞれについて決定され、ベース座標系Bの力を示す各外部レンチFextの少なくともコンポーネントを決定S4するために、エンドエフェクタ座標系Kとベース座標系Bとの間の系変換が実行される。ベース座標系Bはデカルト座標系であり、ロボットマニピュレータ1のベース3上に本体固定されて配置されていると想定され、ベース座標系Bの軸は、現場で与えられた重力ベクトルに平行である。続いて、負荷11の重量の特定の推定値が、ベース座標系Bの外力を示す各外部レンチFextのコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントから決定S5される:
それぞれのポーズq_1またはq_2またはq_3またはq_4に有効なベクトル表記の外部レンチFextの3番目のコンポーネントを示す。したがって、
各ポーズq_1からq_4の負荷の質量の重量の特定の推定値を表す。
3:ベース
5:リンク
6:アクチュエータ
7:ジョイント
9:エンドエフェクタ
11:負荷
13:トルクセンサ
15:ひずみゲージ
100:システム
101:制御ユニット
103:推定ユニット
105:処理ユニット
S1:把持
S2:移動
S3:決定
S4:決定
S5:決定
S6:決定
S7:決定
S8:決定
Claims (10)
- ロボットマニピュレータ(1)の負荷(11)の重量および重心を決定する方法であって、前記ロボットマニピュレータ(1)は、ベース(3)上に配置され、複数のリンク(5)を有し、前記リンク(5)は、ジョイント(7)によって互いに接続され、前記ジョイント(5)上のアクチュエータ(6)によって互いに対して回転可能であり、前記ロボットマニピュレータ(1)は、前記負荷(11)を把持するためのエンドエフェクタ(9)を有し、以下のステップ:
- 前記エンドエフェクタ(9)によって前記負荷(11)を把持(S1);
- 前記負荷(11)をn個の異なる静的ポーズに移動(S2);
- 前記n個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチFextを決定し(S3)、それぞれの外部レンチFextは、前記ロボットマニピュレータ(1)に作用する外力とトルクとを示し;
- ベース座標系で、少なくとも外力を示す各外部レンチFextのコンポーネントを決定し(S4)、前記ベース座標系はデカルト座標系であり、前記ロボットマニピュレータ(1)の前記ベース(3)上に本体固定されて配置されていると想定され、前記ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり;
- 前記ベース座標系の外力を示す各外部レンチFextのコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて前記負荷(11)の重量の特定の推定値を決定し(S5);
- 前記負荷(11)の重量のそれぞれの推定値を平均化することによって前記負荷(11)の重量を決定し(S6);
- 前記負荷(11)の重量または特定の静的ポーズに対して決定された前記負荷(11)の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチFextのコンポーネントに基づいて、n個の静的ポーズのそれぞれについて、前記負荷(11)の重心の座標の推定値を決定し(S7);および、
- 重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することにより、前記負荷(11)の重心を決定する(S8)、
を含む、方法。 - 前記外部レンチFextは、前記ジョイント(7)のトルクセンサ(13)によって決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記外部レンチFextは、前記ジョイント(7)または前記リンク(5)のひずみゲージ(15)を使用して決定される、請求項1に記載の方法。
- n=8である、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記外部レンチFextは、前記エンドエフェクタ(9)に本体固定されているエンドエフェクタ座標系のn個の静的ポーズのそれぞれに対して決定され、力を示す各外部レンチFextの少なくともコンポーネントを決定するために、系変換が、前記エンドエフェクタ座標系と前記ベース座標系との間の前記ベース座標系で行われる、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記負荷(11)の重心の座標の推定値は、前記エンドエフェクタ(9)に本体固定されているエンドエフェクタ座標系におけるn個の静的ポーズのそれぞれについて決定される、請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記負荷(11)の重心は、前記負荷(11)の重心の座標のそれぞれの推定値の算術平均化によって決定される、請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記負荷(11)の重量は、前記負荷(11)の重量のそれぞれの推定値の算術平均化によって決定される、請求項1~請求項8のいずれか一項に記載の方法。
- ロボットマニピュレータ(1)の負荷(11)の重量および重心を決定するためのシステム(100)であって、前記ロボットマニピュレータ(1)は、ベース(3)上に配置され、複数のリンク(5)を有し、前記リンク(5)は、ジョイント(7)によって相互に接続され、前記ジョイント(7)上に配置されたアクチュエータ(6)によって相互に回転可能であり、前記ロボットマニピュレータ(1)は、以下を有す:
- 前記負荷(11)をつかむように設計されたエンドエフェクタ(9)、
- 前記負荷(11)をn個の異なる静的ポーズに移動するために前記ジョイント(7)に配置された前記アクチュエータ(6)を制御するように設計された制御ユニット(101)、
- 前記n個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチFextを決定するように設計された推定ユニット(103)であって、それぞれの外部レンチFextは、前記ロボットマニピュレータ(1)に作用する外力とトルクとを示し、
- 処理ユニット(105)は:
a)少なくとも、ベース座標系で示される力を示す各外部レンチFextのコンポーネントを決定し、前記ベース座標系はデカルト座標系であり、前記ロボットマニピュレータ(1)の前記ベース(3)上に本体固定された方法で配置され、前記ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり、
b)各外部レンチFextの外力を示す、前記ベース座標系のコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて、および重力ベクトルの大きさに基づいて、前記負荷(11)の重量の特定の推定値を決定し、
c)前記負荷(11)の重量のそれぞれの推定値を平均化することにより、前記負荷(11)の重量を決定し、
d)前記負荷(11)の重量または特定の静的ポーズに対して決定された前記負荷(11)の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチFextのコンポーネントに基づいて、前記n個の静的ポーズのそれぞれについて、前記負荷(11)の重心の座標の推定値を決定し、および、
e)重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することにより、前記負荷(11)の重心を決定する、
ように設計される、システム。
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