JP2022519248A - ２つのロボットマニピュレータの経路の調整 - Google Patents

Abstract

本発明は、第１のロボットマニピュレータ（１０）および第２のロボットマニピュレータ（２０）の相互に調整された経路（１１，２２）を教示および実行するための方法に関し、以下のステップを含む：－ 第１のロボットマニピュレータ（１０）の第１の基準点を所望の第１の経路（１１）上に手動で誘導（Ｓ１）、－ 第１の経路（１１）を取得する、または第１の経路（１１）の第１のポーズのセットを取得（Ｓ２）し、第１の経路（１１）または第１のポーズのセットを第１のデータセットに格納、－ 第１のデータセットに従って、第１の経路（１１）に沿って自動移動（Ｓ３）、－ 第１の経路（１１）に沿った自動移動中：第２のロボットマニピュレータ（２０）の第２の基準点を所望の第２の経路（２２）上に手動誘導（Ｓ４）、－ 第２の経路（２２）を取得する（Ｓ５）、または第２の経路（２２）の第２のポーズのセットを取得し、第２の経路（２２）または第２のポーズのセットを第２のデータセットに格納し、第２のデータセットは、第１の経路（１１）の位置が少なくともほぼ第２の経路（２２）の各位置に割り当てられるように、第１のデータセットに割り当てられ、および、－ 第１のデータセットに従って第１のロボットマニピュレータ（１０）によって第１の経路（１１）に沿って移動、および、第２のデータセットに従って第２のロボットマニピュレータ（２０）によって第２の経路（２２）に沿って移動する同期移動。【選択図】図２

Description

本発明は、第１のロボットマニピュレータと第２のロボットマニピュレータとの相互調整経路を教示・実行する方法と、第１のロボットマニピュレータと第２のロボットマニピュレータとの相互調整経路を教示・実行するシステムに関する。

特に、第１のロボットマニピュレータと第２のロボットマニピュレータとが協調してタスクを実行することになっている場合、第２のロボットマニピュレータに対する第１のロボットマニピュレータの調整の問題が生じる。例えば、第１のロボットマニピュレータと第２のロボットマニピュレータとが一緒に荷物を持ち上げて輸送する場合、第１および第２のロボットマニピュレータが協調して動作することが重要である。また、第１および第２のロボットマニピュレータによって調整された方法で実行される他のタスクでは、それらの対応する移動経路は正確に調整されなければならない。

本発明の目的は、第１のロボットマニピュレータの移動経路と、ティーチングプロセス（「ティーチイン」としても知られる）によって第１の移動経路に調整された第２のロボットマニピュレータの第２の移動経路を指定することである。

本発明は、独立請求項の特徴から生じる。有利な改良および実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明の第１の態様は、相互に調整された経路で、第１のロボットマニピュレータおよび第２のロボットマニピュレータを教示するための方法に関し、以下のステップを有する：
－ 第１のロボットマニピュレータの第１の基準点を所望の第１の経路上に手動で誘導、
－ 第１の経路を取得するか、または第１の経路の第１のポーズのセットを取得し、第１の経路または第１のポーズのセットを第１のデータセットに格納、
－ 第１の経路に沿って自動的に移動、
－ 第１の経路に沿った自動移動中：所望の第２の経路上での第２のロボットマニピュレータの第２の基準点の手動誘導、
－ 第２の経路を取得するか、または第２の経路の第２のポーズのセットを取得し、第２の経路または第２のポーズのセットを第２のデータセットに格納し、ここで、第２のデータセットは第１のデータセットに割り当てられ、その結果、第２の経路の各場所は、少なくともほぼ第１の経路の場所に割り当てられ、および、
－ 第１のデータセットに従って第１のロボットマニピュレータによって第１の経路に沿って移動し、第２のデータセットに従って第２のロボットマニピュレータによって第２の経路に沿って移動する同期移動。

手動誘導は、好ましくは、ユーザが特にそれぞれのロボットマニピュレータのリンクの１つに手を置き、それに力を加えることによってそれを所望の方向に加速するプロセスを意味すると理解される。

第１のロボットマニピュレータおよび第２のロボットマニピュレータは、特に２つの独立したロボットマニピュレータである、すなわち、各ロボットマニピュレータは、独立してタスクを実行することもでき、それ自体の制御ユニットによって制御される。あるいは、第１のロボットマニピュレータおよび第２のロボットマニピュレータは、好ましくは、共通のプラットフォーム上に配置され、共通の制御ユニットによって制御される。本発明は両方の選択肢に関する。

「ポーズのセット」という用語は、それぞれのロボットマニピュレータの時系列のポーズを意味すると有利に理解される。したがって、それぞれのロボットマニピュレータのポーズは、特に複数の時間ステップの個々の時間ステップ毎に取得および格納される。ポーズは、特に関節角度のベクトルによって格納されるため、格納されたポーズはいつでも一意に再現できる。第１の代替案では、例えば光学的検出システムによって、それぞれの基準点の経路が明示的に取得されるが、ポーズのセットが取得されると、特に、それぞれのロボットマニピュレータの関節角度の完全なセットが取得される。したがって、ポーズのセットがそれぞれのデータセットに従って移動する場合、それぞれの基準点のそれぞれの経路が自動的に生成される。

第１の経路上の場所が少なくとも第２の経路上の各場所にほぼ割り当てられるように、第２のデータセットを第１のデータセットに割り当てるとき、例えば、サポートポイントの補間または他の近似方法によって、場所を相互に割り当てることもできるように、第２の経路上の場所を第１の経路上の場所に完全な数学的正確さで割り当てる必要はなく、およそで良い。

軌道とは対照的に、それぞれのロボットマニピュレータのそれぞれの経路は、経路上のそれぞれの位置の時間情報の項目を含まずに、それぞれの基準点の幾何学的経路を単に記述する。対照的に、軌道には、経路の幾何学的経路が含まれ、各場所には、その場所が横断される時点に関する時間情報の項目も割り当てられる。

第１の経路および第２の経路は、好ましくは、特にそれぞれのロボットマニピュレータの関節上の位置センサによって取得される。。

それぞれの基準点を手動で誘導するために、誘導ユーザはロボットマニピュレータの任意のリンクを誘導できる。ユーザがそれぞれのロボットマニピュレータの基準点から直接開始する必要はない。

第１の経路に沿った自動移動、および第１の経路および第２の経路に沿った同期移動は、それぞれ、特に、それぞれのロボットマニピュレータが移動可能なアクチュエータの対応する制御によって行われる。

同期移動の場合、特に、第１のデータセットおよび第２のデータセットは、それぞれの時点で、第１の経路の位置および第２の経路の位置が、ティーチングプロセスによって指定されたそれぞれの相対位置を有するように、互いに調整される。

第１のロボットマニピュレータの第１の経路および第２のロボットマニピュレータの第２の経路が、ユーザによって相互に非常に容易に決定可能であることは、本発明の有利な効果である。特に、ユーザは一度に１台のロボットマニピュレータを手動で誘導するだけでよく、特に、第１の経路に沿って自動的に移動している間に第１のロボットマニピュレータを観察することができ、特に第１のロボットマニピュレータの第１の経路に対する第２のロボットマニピュレータの第２の経路の非常に正確なティーチングプロセスが可能である。

有利な実施形態によれば、それぞれの場合において、離散数の経路ポイントによって、第１のデータセットは第１の経路を格納し、第２のデータセットは、第２の経路を格納し、第２のデータセットを第１のデータセットに割り当てるために、第２のデータセットの長さが第１のデータセットの長さに一致されるので、第１のデータセットと第２のデータセットとは同数の離散経路ポイントを有する。

第１のデータセットと第２のデータセットとに同数の離散経路ポイントがある場合にのみ、経路ポイントを相互に直接割り当てることができる。これは、特に関節角度が離散化された時間ステップで調整される、離散的に実行される制御プログラムの場合に特に有利である。データセット毎のそれぞれの離散経路ポイントの数の一致に対応する、それぞれのデータセットのそれぞれの長さの一致は、好ましくは、最初に長いデータセット内の特定の数の離散スタンドポイントを省略することによって実行される、または、最初に短いデータセットに元々存在しなかった離散経路ポイントの補間および生成によって実行される。

さらに有利な実施形態によれば、それぞれの場合にベクトル化された方法で、第１のデータセットは第１の経路を格納し、第２のデータセットは第２の経路を格納する。

この文脈では、ベクトル化とは、第１の経路と第２の経路とが、解析式の形式であり、好ましくは、多項式関数、ベジェ曲線、またはその次数内でパラメーター化できる別の代数関数によるものであることを意味する。このようにして、第１の経路および／または第２の経路はそれぞれ、非常にメモリ効率の良い方法で有利に格納される。

さらなる有利な実施形態によれば、第１の基準点は、および／または第２の基準点は、それぞれのロボットマニピュレータのそれぞれのエンドエフェクタ上の指定された点である。それぞれのロボットマニピュレータのそれぞれのエンドエフェクタは、特に、それぞれのロボットマニピュレータのそれぞれの遠位リンク上に配置される。

さらなる有利な実施形態によれば、第１のロボットマニピュレータは、第１のロボットマニピュレータが手動で誘導されている間、重力補正方式で制御され、および／または第２のロボットマニピュレータは、第２のロボットマニピュレータが手動で誘導されている間、重力補正方式で制御される。

重力補正制御の場合、特に、それぞれのロボットマニピュレータのアクチュエータは、重力がそれぞれのロボットマニピュレータの加速をもたらさないように制御される。アクチュエータのこの制御とは別に、それぞれのロボットマニピュレータは、手動誘導によって必要に応じて移動できることが好ましい。これは、有利には、ユーザによるそれぞれのロボットマニピュレータの手動誘導を容易にする。

さらに有利な実施形態によれば、第１のロボットマニピュレータおよび／または第２のロボットマニピュレータはそれぞれ、互いに少なくとも部分的に冗長自由度を有する関節によって互いに接続されたリンクを有し、その結果、第１のロボットマニピュレータおよび／または第２のロボットマニピュレータの少なくともサブセットは、それぞれ零空間内で移動可能であり、第１のデータセットおよび／または第２のデータセットは、それぞれの基準点のそれぞれの経路に加えて、その零空間におけるそれぞれのロボットマニピュレータのそれぞれのポーズに関する情報の項目を有する。

それぞれのロボットマニピュレータのポーズは、一般に、それぞれのロボットマニピュレータまたはそれぞれのロボットマニピュレータのエンドエフェクタのリンク全体の方向および位置の両方を表す。関節のサブセットは互いに冗長自由度を持っているので、特に、それぞれのロボットマニピュレータのリンクのいくつかは、それぞれのロボットマニピュレータの遠位端におけるエンドエフェクタの位置および／または向き、または基準点の位置が同時に変化することなく、空間内で移動可能である。したがって、冗長自由度を持つ関節でのリンクの動きは、零空間での動きとも呼ばれる。この動きが代数線形マッピングとして理解される場合、零空間での動きはマッピングのコアとも呼ばれる。冗長自由度を持つ関節を介したこれらのリンクの動きは、特に、それぞれの基準点の位置を同時に変更することなく行われる。

本発明の別の態様は、第１の制御ユニットを備えた第１のロボットマニピュレータおよび第２の制御ユニットを備えた第２のロボットマニピュレータを有する、第１のロボットマニピュレータおよび第２のロボットマニピュレータの相互に調整された経路を教示するためのシステムに関し、第１のロボットマニピュレータは、第１の経路取得ユニットを有し、第２のロボットマニピュレータは、第２の経路取得ユニットを有し、第１の経路取得ユニットは、第１のロボットマニピュレータの手動誘導中に第１のロボットマニピュレータの第１の基準点の所望の第１の経路または第１の経路の第１のポーズのセットを取得し、それを第１のデータセットに格納するように設計され、第１の制御ユニットは、第１のデータセットに従って第１の経路に沿って移動するように第１のロボットマニピュレータを制御するように設計され、および、第２の経路取得ユニットは、第１のロボットマニピュレータが第１の経路に沿って移動し、それを第２のデータセットに格納する間に、第２のロボットマニピュレータの手動誘導中に第２のロボットマニピュレータの第２の基準点の所望の第２の経路または第２の経路の第２のポーズのセットを取得するように設計され、第２のデータセットは、第１の経路の位置が少なくともほぼ第２の経路の各位置に割り当てられるように、第１のデータセットに割り当てられる。

１つの有利な実施形態によれば、第１の制御ユニットおよび／または第２の制御ユニットはそれぞれ、第１のデータセットに従って第１の経路に沿って移動するように第１のロボットマニピュレータを制御し、それに同期して、第２のデータセットに従って第２の経路に沿って移動するように第２のロボットマニピュレータを制御するように設計される。

提案されたシステムの利点および好ましい改良は、提案されたシステムに関連して上記で行われた記述の類似の対応する適用から生じる。

さらなる利点、特徴、および詳細は、以下の説明から生じ、必要に応じて図面を参照して、少なくとも１つの例示的な実施形態が詳細に説明されている。同一の、類似の、および／または機能的に同一の部品には、同じ参照番号が付けられている。

図１は、本発明の１つの例示的な実施形態による、第１のロボットマニピュレータおよび第２のロボットマニピュレータの相互に調整された経路を教示および実行するための方法を示す。 図２は、本発明のさらなる例示的な実施形態による、第１のロボットマニピュレータおよび第２のロボットマニピュレータの相互に調整された経路を教示するためのシステムを示す。

［図面の詳細な説明］
図は概略図であり、縮尺どおりではない。

図１は、第１のロボットマニピュレータ１０および第２のロボットマニピュレータ２０の相互に調整された経路１１，２２を教示および実行するための方法を示し、以下のステップを含む：
－ 第１のロボットマニピュレータ１０の第１の基準点を所望の第１の経路１１上に手動で誘導Ｓ１、
－ 第１の経路１１を取得Ｓ２し、第１の経路１１を第１のデータセットに格納、
－ 第１の経路１１に沿って自動的に移動Ｓ３、
－ 第１の経路１１に沿った自動移動中：所望の第２の経路２２上での第２のロボットマニピュレータ２０の第２の基準点の手動誘導Ｓ４、
－ 第２の経路２２を取得Ｓ５し、第２の経路２２を第２のデータセットに格納し、第２のデータセットは、第１の経路１１の位置が少なくともほぼ第２の経路２２の各位置に割り当てられるように、第１のデータセットに割り当てられ、および、
－ 第１のデータセットに従って第１のロボットマニピュレータ１０によって第１の経路１１に沿って移動し、第２のデータセットに従って第２のロボットマニピュレータ２０によって第２の経路２２に沿って移動する同期移動Ｓ６。

図２は、第１の制御ユニット１４を備えた第１のロボットマニピュレータ１０および第２の制御ユニット２４を備えた第２のロボットマニピュレータ２０を有する、第１のロボットマニピュレータ１０および第２のロボットマニピュレータ２０の相互に調整された経路１１，２２を教示するためのシステム１００を示し、
第１のロボットマニピュレータ１０は、第１の経路取得ユニット１５を有し、第２のロボットマニピュレータ２０は、第２の経路取得ユニット２５を有し、第１の経路取得ユニット１５は、第１のロボットマニピュレータ１０の手動誘導中に第１のロボットマニピュレータ１０の第１の基準点の所望の第１の経路１１を取得し、それを第１のデータセットに格納するように設計されており、第１の制御ユニット１４は、第１のデータセットに従って第１の経路１１に沿って移動するように第１のロボットマニピュレータ１０を制御するように設計され、および、第２の経路取得ユニット２５は、第１のロボットマニピュレータ１０が第１の経路１１に沿って移動している間の、第２のロボットマニピュレータ２０の手動誘導中に第２のロボットマニピュレータ２０の第２の基準点の所望の第２の経路２２を取得し、それを第２のデータセットに格納するように設計され、第２のデータセットは、第１の経路１１の位置が少なくともほぼ第２の経路２２の各位置に割り当てられるように、第１のデータセットに割り当てられる。

本発明は、好ましい例示的な実施形態によってさらに詳細に例示および説明されてきたが、本発明は、開示された例によって限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者によって他の変形形態をそこから導き出すことができる。したがって、考えられる変形形態が多数存在することは明らかである。例として言及された実施形態は、実際には例を表すだけであり、保護の範囲、可能な用途、または本発明の構成を制限するものとして決して解釈されるべきではないことも明らかである。むしろ、前述の記述および図の説明は、当業者が例示的な実施形態を実施することを可能にし、開示された本発明の概念を知っている当業者は、明細書のより広範な説明など、特許請求の範囲およびそれらの法的同等物によって定義される範囲から逸脱することなく、例えば、例示的な実施形態で引用される個々の要素の機能または配置に関して、様々な変更を行うことができる。

１０：第１のロボットマニピュレータ
１１：第１の経路
１３：第１のエンドエフェクタ
１４：第１の制御ユニット
１５：第１経路取得ユニット
２０：第２のロボットマニピュレータ
２２：第２の経路
２３：第２のエンドエフェクタ
２４：第２の制御ユニット
２５：第２経路取得ユニット
１００：システム
Ｓ１：手動誘導
Ｓ２：取得
Ｓ３：自動移動
Ｓ４：手動誘導
Ｓ５：取得
Ｓ６：同期移動

Claims (8)

1. 第１のロボットマニピュレータ（１０）および第２のロボットマニピュレータ（２０）の相互に調整された経路（１１，２２）を教示および実行するための方法であって、以下のステップ：
   － 前記第１のロボットマニピュレータ（１０）の第１の基準点を所望の第１の経路（１１）上に手動で誘導（Ｓ１）、
   － 前記第１の経路（１１）を取得する、または前記第１の経路（１１）の第１のポーズのセットを取得し（Ｓ２）、前記第１の経路（１１）または前記第１のポーズのセットを第１のデータセットに格納、
   － 前記第１のデータセットに従って、前記第１の経路（１１）に沿って自動移動（Ｓ３）、
   － 前記第１の経路（１１）に沿った自動移動中：前記第２のロボットマニピュレータ（２０）の第２の基準点を所望の第２の経路（２２）上に手動誘導（Ｓ４）、
   － 前記第２の経路（２２）を取得する、または前記第２の経路（２２）の第２のポーズのセットを取得し（Ｓ５）、前記第２の経路（２２）または前記第２のポーズのセットを第２のデータセットに格納し、前記第２のデータセットは、前記第１の経路（１１）の位置が少なくともほぼ前記第２の経路（２２）の各位置に割り当てられるように、前記第１のデータセットに割り当てられ、および、
   － 前記第１のデータセットに従って前記第１のロボットマニピュレータ（１０）によって前記第１の経路（１１）に沿って移動、および、前記第２のデータセットに従って前記第２のロボットマニピュレータ（２０）によって前記第２の経路（２２）に沿って移動する同期移動、
   を含む方法。
2. それぞれ離散数の経路ポイントを利用して、前記第１のデータセットは前記第１の経路（１１）を格納し、前記第２のデータセットは前記第２の経路（２２）を格納し、前記第２のデータセットを前記第１のデータセットに割り当てるために、前記第２のデータセットの長さは第１のデータセットの長さと一致され、その結果、前記第１のデータセットと前記第２のデータセットとは同数の離散経路ポイントを有する、請求項１に記載の方法。
3. それぞれベクトル化された方法で、前記第１のデータセットは前記第１の経路（１１）を格納し、前記第２のデータセットは前記第２の経路（２２）を格納する、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の基準点および／または前記第２の基準点が、それぞれの場合において、それぞれのロボットマニピュレータ（１０，２０）のそれぞれのエンドエフェクタ（１３，２３）上の指定された点である、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１のロボットマニピュレータ（１０）は、前記第１のロボットマニピュレータ（１０）の手動誘導中に重力補正された方法で制御される、および／または、前記第２のロボットマニピュレータ（２０）は、前記第２のロボットマニピュレータ（２０）の手動誘導中に重力補正された方法で制御される、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１のロボットマニピュレータ（１０）および／または前記第２のロボットマニピュレータ（２０）はそれぞれ、少なくとも部分的に互いに冗長自由度を有する関節によって互いに接続されたリンクを有し、その結果、前記第１のロボットマニピュレータ（１０）および／または前記第２のロボットマニピュレータ（２０）のリンクの少なくともサブセットは、それぞれ零空間内で移動可能であり、前記第１のデータセットおよび／または前記第２のデータセットは、それぞれの基準点のそれぞれの経路（１１，２２）に加えて、それぞれのロボットマニピュレータ（１０，２０）のそれぞれのポーズに関する情報の項目をその零空間に有する、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 第１のロボットマニピュレータ（１０）および第２のロボットマニピュレータ（２０）の相互に調整された経路（１１，２２）を教示および実行するためのシステム（１００）であって、
   第１の制御ユニット（１４）を備えた第１のロボットマニピュレータ（１０）と、第２の制御ユニット（２４）を備えた第２のロボットマニピュレータ（２０）とを備え、
   前記第１のロボットマニピュレータ（１０）は、第１の経路取得ユニット（１５）を有し、前記第２のロボットマニピュレータ（２０）は、第２の経路取得ユニット（２５）を有し、
   前記第１の経路取得ユニット（１５）は、前記第１のロボットマニピュレータ（１０）の手動誘導中に前記第１のロボットマニピュレータ（１０）の第１の基準点の所望の第１の経路（１１）または前記第１の経路（１１）の第１のポーズのセットを取得し、それを第１のデータセットに格納するように設計され、
   前記第１の制御ユニット（１４）は、前記第１のデータセットに従って前記第１の経路（１１）に沿って移動するように前記第１のロボットマニピュレータ（１０）を制御するように設計され、
   前記第２の経路取得ユニット（２５）は、前記第１のロボットマニピュレータ（１０）による前記第１の経路（１１）に沿った移動中の前記第２のロボットマニピュレータ（２０）の手動誘導中に前記第２のロボットマニピュレータ（２０）の第２の基準点の所望の第２の経路（２２）または前記第２の経路（２２）の第２のポーズのセットを取得し、それを第２のデータセットに格納するように設計され、
   前記第２のデータセットは、前記第１の経路（１１）の位置が少なくともほぼ前記第２の経路（２２）の各位置に割り当てられるように、前記第１のデータセットに割り当てられる、システム。
8. 前記システム（１００）であって、
   前記第１の制御ユニット（１４）および／または前記第２の制御ユニット（２４）はそれぞれ、前記第１のデータセットに従って前記第１の経路（１１）に沿って移動するように前記第１のロボットマニピュレータ（１０）を制御し、それに同期して、前記第２のデータセットに従って前記第２の経路（２２）に沿って移動するように前記第２のロボットマニピュレータ（２０）を制御するように設計される、請求項７に記載のシステム。
   
   

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