JP2022544524A - 負荷質量が増加したロボットマニピュレータの操作方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ロボットマニピュレータ（１）を操作するための方法に関し、エンドエフェクタ（３）は高負荷（５）を担う。最大許容ワークスペースおよび運動変数（例えば速度）は、負荷（５）の影響（例えば慣性効果）に基づいて把握され、最大許容ワークスペースおよび最大許容ワークスペースが遵守されるように所定の軌跡が、把握される。特に、この方法は以下のステップを有する：－負荷（５）の質量の重力および／または慣性力に基づいて、レンチまたは関節トルクベクトルを把握（Ｓ１）、－レンチまたは関節トルクベクトルがワークスペース内で所定のメトリックを超えないように、レンチまたは関節トルクベクトルに基づいて、最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数を把握（Ｓ２）、－タスクの実行の開始時に、エンドエフェクタ（３）または任意にエンドエフェクタ（３）の負荷（５）が最大許容ワークスペース内に位置する場合に、エンドエフェクタ（３）または任意にエンドエフェクタ（３）上の負荷（５）が最大許容ワークスペース内に残るように、最大許容運動変数を考慮して、所定のタスクを実行するようにロボットマニピュレータ（１）を起動する（Ｓ５）。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットマニピュレータを操作するための方法と、その方法を実行するためのエンドエフェクタおよび制御ユニットを有するロボットマニピュレータを有するロボットシステムに関する。

以下の情報は、必ずしも特定の先行技術に属するものではなく、ロボットマニピュレータの機構に関する当業者の日常的な考察の結果として得られたものである。ロボットマニピュレータのエンドエフェクタに負荷がかかるとトルクが発生し、トルクは、ロボットマニピュレータのベースに作用し、一般にロボットマニピュレータの関節に作用する。この負荷の質量がロボットマニピュレータの機械設計と比較して非常に大きい場合、ロボットマニピュレータの手足または関節の材料、特にギアまたはトルクセンサの引張限界または降伏点にいつでも到達する可能性がある。したがって、エンドエフェクタの負荷に対して最大許容質量を定義することは明らかである。ただし、これにより、ロボットマニピュレータの動作が、この最大許容質量の負荷の処理に制限される。したがって、本発明の目的は、この欠点を克服し、また、ロボットマニピュレータのエンドエフェクタ上でより高い質量の負荷を操作することである。

本発明は、独立請求項の特徴に起因するものである。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、以下のステップを有する、ロボットマニピュレータを操作するための方法に関する：
－ロボットマニピュレータのエンドエフェクタに配置された負荷の質量の重力に基づいて、および／または質量の慣性によって誘発される力に基づいて、レンチまたは関節トルクベクトルを把握、
－それぞれの場合のレンチまたは関節トルクベクトルに基づいて、エンドエフェクタまたは任意で負荷の最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数を把握し、ここで、最大許容ワークスペースは、レンチまたは関節トルクベクトルがワークスペース内の所定のメトリックを超えないように、エンドエフェクタまたは任意でエンドエフェクタ上の負荷の許容位置の範囲を指定し、
－最大許容運動変数を考慮して、かつ、タスクの実行の開始時にエンドエフェクタまたは任意でエンドエフェクタ上の負荷が最大許容ワークスペース内にある場合、エンドエフェクタまたは任意でエンドエフェクタの負荷が最大許容ワークスペース内にとどまるように、制御ユニットによってロボットマニピュレータを作動させて所定のタスクを実行する。

レンチまたは関節トルクベクトルは、それぞれ、ロボットマニピュレータのエンドエフェクタに配置された負荷の質量の重力および／または質量の慣性によって誘発される力に基づいて把握される。レンチは特に力、より好ましくは追加的または代替的に好ましくはトルクのみを示し、特に地球に固定された、好ましくはデカルト座標系との関係で示される。質量自体が地球の重力場に重力を発生させ、ロボットマニピュレータの関節とロボットマニピュレータのベースとにトルクを発生させる。静的な場合、負荷の質量は重力のみに関与する。これに対して、動的な場合、すなわちロボットマニピュレータが移動する場合、エンドエフェクタ上の負荷の質量の慣性によって慣性力が働き、特にロボットマニピュレータの均一な円運動時には遠心力、エンドエフェクタの負荷の結果としての慣性トルクの変化時にはコリオリ力、ロボットマニピュレータがその経路上を加速移動する場合には加速に対する質量の慣性に起因する力が働く。関節トルクベクトルは、レンチと相関のある関節トルクをベクトルにしたものである。

したがって、レンチの把握は、エンドエフェクタの負荷の質量がわかるとすぐに、予測把握に加えて、すべての静的なケースで非常に簡単に行うことができる。これは、負荷の重力もわかっているためである。これに対し、エンドエフェクタの負荷の質量の慣性に基づくレンチまたはトルクベクトルの把握は、特に、計画されたタスクまたはタスク群に基づいて予測的に実行され、ここで、特に、エンドエフェクタ上の負荷の軌道、したがってそれぞれの経路曲線、およびエンドエフェクタの負荷の計画された加速度は、それぞれのタスクから導き出すことができる。

そのため、把握されるレンチや関節トルクベクトルは、必ずしもロボットマニピュレータに実際に存在する必要はなく、対応するタスクの実行時やロボットマニピュレータのエンドエフェクタへの負荷の配置時に発生するであろう予測的に把握された仮想レンチまたは関節トルクベクトルである事も可能である。

エンドエフェクタまたは任意でエンドエフェクタの負荷の最大許容運動変数は、特に、エンドエフェクタの速度または加速度、または任意でエンドエフェクタの負荷である。エンドエフェクタまたはエンドエフェクタへの負荷が観測されるかどうかは、本発明の概念に対して従属的な役割のみを果たすか、または役割を果たさない。

ワークスペースは、好ましくは、ロボットマニピュレータのベースの内側またはその領域内に球の中心点を有する球形の空間、あるいは好ましくは直方体の空間である。さらに、楕円体またはその一部が可能である。演算方式やワークスペースの把握精度により、さらなる形状も可能である。このため、ワークスペースも概算的にしか把握できず、体積の異なる立方体や球体などの領域をあらかじめ有限個用意し、その有限個の中から最も近い近似値を選択することができる。

少なくともエンドエフェクタまたは任意でエンドエフェクタの負荷がタスクの実行開始時に最大許容ワークスペース内にある場合、ロボットマニピュレータに接続された制御ユニットは、把握された最大許容ワークスペースおよび最大許容運動変数が遵守されるように、所定のタスクを把握する。この目的のために、タスクをこれらの最大許容幾何学的および運動学的範囲を超えて制限するか、変更するか、または少なくとも、これらの幾何学的または運動学的範囲を超えないようにオブジェクトを変更する方法についてユーザに指示を与えることができる。

したがって、エンドエフェクタまたは任意でエンドエフェクタの負荷が、タスクの実行開始時に最大許容ワークスペース内にない場合、タスクは、好ましくは全く実行されないか、または代替的に好ましくはこの目的のために、制御ユニットの信号により、ロボットマニピュレータ、特にエンドエフェクタまたは任意にエンドエフェクタ上の負荷が、許容されるそれぞれの運動学的変数内にある速度および／または加速度で幾何学的最大許容ワークスペースに戻され、特にその後、制御ユニットによりタスクの実行が開始される。

所定のメトリックは、特に、負荷の重力によってロボットマニピュレータのベース、すなわち、特にペデスタルに加えられるトルクの制限値であり、所定のメトリックは、ロボットマニピュレータのベースを通る垂直軸から負荷に向かって伸びる半径に負荷の質量を掛けたものから指定できる。したがって、負荷の質量が特に一定で既知である場合、メトリックは、この半径と比較される制限値とのみで構成することもできる。

本発明の有利な効果は、一般的な操作ではエンドエフェクタの負荷に対する最大許容質量に制限されるロボットマニピュレータも、エンドエフェクタの質量が高くても操作できることである。

１つの有利な実施形態によれば、エンドエフェクタの最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数、または任意でエンドエフェクタの負荷は、ロボットマニピュレータの質量分布、および／またはロボットマニピュレータの重心、および／またはロボットマニピュレータのエンドエフェクタの質量、および／またはエンドエフェクタの重心に基づいてそれぞれ把握される。ロボットマニピュレータのベースまたは手足または関節に作用する総トルクを決定するには、エンドエフェクタおよび負荷の質量とともにロボットマニピュレータの総質量分布が必要である。明示的な質量分布が把握されるか、質量分布がロボットマニピュレータの要素の個々の重心に要約されるか、またはロボットマニピュレータの全体的な重心に要約され、対応する慣性センサを使用して観察されるかは、従属的な役割のみを果たす。この実施形態は、有利には、最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数を、ロボットマニピュレータの対応する要素（ベース、ギア、関節、トルクセンサ、肢など）の最大事前定義トルクの関数として把握することを可能にする。

さらに有利な実施形態によれば、負荷の質量の重力は、静的または動的なシステム同定によって把握される。静的システム同定では、ロボットマニピュレータはアイドル位置に置かれ、それぞれの関節トルクがトルクセンサ、特にロボットマニピュレータの関節によって検出され、そこから重力が把握され、次に負荷の質量がそこから把握されることが好ましい。従来技術で知られている他の力および／またはトルクセンサを使用して、負荷の重力を検出し、そこからの負荷の質量を把握することができる。動的システム同定では、特に、時間とともに周波数が上昇する正弦波信号は、ロボットマニピュレータの少なくとも１つのアクチュエータの入力信号として事前定義されており、ロボットマニピュレータの応答、またはロボットマニピュレータのレギュレータによって生成された操作変数、特に電気アクチュエータのアンペア数が検出される。ロボットマニピュレータの運動学的応答が検出された場合、入力信号のスペクトルおよび出力信号の結果のスペクトルであって、対応する信号処理およびスペクトルの互いによる除算により、周波数応答を供給し、そこからエンドエフェクタの負荷の質量を読み取ることができる、あるいは、最適化方法によって質量モデルに近似されることができ、質量モデル、特に負荷の質量を含むロボットマニピュレータのパラメータが、質量モデルと周波数応答との間の誤差を最小化するように互いに近似される。この実施形態によって、負荷の質量は、有利には、事前に決定されてロボットマニピュレータの制御ユニットに伝達される必要はなく、むしろ、ロボットマニピュレータの制御ユニットは、ロボットマニピュレータの対応するセンサの助けを借りて、ロボットマニピュレータのエンドエフェクタにかかる負荷の正確な質量を把握することができる。

さらに有利な実施形態によれば、ロボットマニピュレータは、最大許容ワークスペースの境界で仮想壁を事前に決定することによって、最大許容ワークスペースを考慮して所定のタスクを実行するように起動され、ここで、仮想壁を生成するために、ロボットマニピュレータがアクティブ化され、ロボットマニピュレータの手動ガイド中にロボットマニピュレータの仮想壁から離れる方向に向けられた力が加えられる。仮想壁から遠ざかる方向に向かう力は、ロボットマニピュレータの手動ガイドの間、ユーザがロボットマニピュレータの仮想壁へのガイドに対するロボットマニピュレータの抵抗の増加を介してそれぞれの仮想壁の方向への柔らかい遷移を知覚するように、徐々に上昇するか、また好ましくは、仮想壁は、ユーザが実際に物理壁に対してロボットマニピュレータを手動ガイド時に経験するように、仮想壁でロボットマニピュレータの急激な反力が発生するハード境界線であることができる。この実施形態は、有利には、ユーザの手動ガイドの直感的な支援を可能にし、その結果、ユーザは、ワークスペースのどの幾何学的境界がすでに定義されているかについてのフィードバックを直感的に受け取る。仮想壁は、デカルト地球固定座標系だけでなく、それぞれの関節の人工的な停止としても実装できるため、後者の場合、それぞれの関節の角度範囲を人工的に制限することができる。

さらに有利な実施形態によれば、最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数を考慮して所定のタスクを実行するためのロボットマニピュレータの起動は、ロボットマニピュレータのブレーキの起動を含み、ここで、ロボットマニピュレータのブレーキは、エンドエフェクタまたは任意でエンドエフェクタの負荷がタスクの実行の開始時に許容されるワークスペース内にある場合にのみ、閉じた状態から開く。たとえば、名目上許容できない質量を持つ負荷がユーザによってエンドエフェクタに配置された場合、負荷の質量が、たとえば、その重力のみによってロボットマニピュレータのギアに許容できないほどの損傷を与える場合、ブレーキは特にロボットマニピュレータの関節のギアを保護するために閉じたままにすることができる。これは、ロボットマニピュレータ、特にロボットマニピュレータのギアの耐用年数を有利に延長するか、またはロボットマニピュレータの耐用年数の早期の短縮を有利に防止する。

さらなる有利な実施形態によれば、最大許容ワークスペース及び／又は最大許容運動変数が、所定のタスクによって予め定義されたロボットマニピュレータの軌道に基づいて、並びに軌道上で生じるロボットマニピュレータおよび／又はエンドエフェクタおよび／又は負荷の慣性テンソルに基づいて把握され、ロボットマニピュレータおよび／またはエンドエフェクタおよび／または負荷の時間依存加速度が、予め定義された軌道から把握され、ロボットマニピュレータおよび／またはエンドエフェクタおよび／または負荷の時間依存慣性テンソルが、予め定義された軌道に依存するロボットマニピュレータの時間依存ポーズから把握される。特にロボットマニピュレータの軌道は、経路曲線の情報を有し、さらに好ましくは経路曲線に割り当てられた時間情報をさらに有するので、ロボットマニピュレータの軌道の概念は、好ましくはエンドエフェクタ又は負荷の幾何学的経路のみならず、経路曲線の移動中に生じるそれぞれの速度および／又は加速度も含む。このようにして、負荷の質量の慣性によって引き起こされる動的トルクを把握するために、十分に多くの運動学的情報の項目が提供され、ロボットマニピュレータの動作中、特に所定のタスクの実行中に負荷の質量の重力を考慮するのみならず、ロボットマニピュレータの手足、関節、およびベース上のトルクになる動的力をも考慮に入れることが可能である。

さらに有利な実施形態によれば、この方法はさらに以下のステップを有す：
－エンドエフェクタまたは任意で負荷によって最大許容ワークスペースを離れるかどうか、および／またはエンドエフェクタまたは任意で負荷の最大許容運動変数を超えるかどうか、所定のタスクをチェックし、
－タスクの実行中に、最大許容ワークスペースが、エンドエフェクタによって、若しくは任意で負荷によって離脱されないように、および／またはエンドエフェクタの最大許容運動変数、若しくは任意で負荷を超えないよう、タスクの変更方法の出力ユニットでユーザに指示を出力する。

出力ユニットは、好ましくは、タスクの実行中に最大許容ワークスペースおよび最大許容運動変数を超えないようにタスクを変更する方法をユーザに、好ましくは矢印を介して視覚化する表示画面である。したがって、特に、公称許容負荷を超える負荷でタスクを実行してもロボットマニピュレータの耐用年数が不必要に減少することはなく、またはロボットマニピュレータの安全な動作が保証されるよう、ユーザは、タスクがどのように変更されるかについての直感的なフィードバックを有利に受け取ることができる。

さらに有利な実施形態によれば、最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数は、非線形最適化の検索アルゴリズムによって把握される。最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数を把握するための分析ソリューションが可能な場合、非線形最適化の方法は、対応する制限を見つけることを有利に示唆する。非線形最適化の方法は、特に、勾配ベースの方法、二次最適化の方法、遺伝的および進化的アルゴリズム、および言及されたものの混合形式などの体系的な検索アルゴリズムである。非線形最適化の制限は、特に、所定のメトリックを維持し、許容される運動学的変数を維持することによって与えられる。

さらに有利な実施形態によれば、検索アルゴリズムの開始点は、ロボットマニピュレータの遠位肢から数えて第２関節の角度位置であり、第２関節のトルクに対する重力の影響が最大になる。特に、この角度位置は、ロボットマニピュレータの機械的状況を知ることで、当業者であれば即座に決定可能である。特に、好ましくは、ロボットマニピュレータの遠位肢から数えて第３の関節を固定している間、第２の関節は、好ましくは回転対称の垂直軸を有する円錐内で摂動されて、第２の関節への負荷の低減を得る。

本発明のさらなる態様は、エンドエフェクタおよび制御ユニットを有するロボットマニピュレータを有するロボットシステムに関し、制御ユニットは、ロボットマニピュレータのエンドエフェクタに配置された負荷の質量の重力に基づいて、および／または質量の慣性によって引き起こされる力に基づいて、レンチまたは関節トルクベクトルを把握するように具体化され、並びに、それぞれレンチまたは関節トルクベクトルに基づいて、エンドエフェクタまたは任意で負荷の最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数を把握するために具体化され、ここで、最大許容ワークスペースは、レンチまたは関節トルクベクトルがワークスペース内の所定のメトリックを超えないように、エンドエフェクタまたはエンドエフェクタの負荷の許容位置の範囲を指定し、および、タスクの実行の開始時に、エンドエフェクタまたは任意でエンドエフェクタの負荷が最大許容ワークスペース内にある場合、エンドエフェクタまたは任意でエンドエフェクタの負荷は最大許容ワークスペース内に留まるよう、制御装置を介してロボットマニピュレータを起動し、最大許容運動変数を考慮して、所定のタスクを実行する。

提案されたロボットシステムの利点及び好ましい改良は、提案された方法と関連して上でなされた記述の類推的かつ対応する転用によってもたらされる。

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。

さらなる利点、特徴、および詳細は、必要であれば図面を参照し、少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する以下の説明から導き出すことができる。同一、類似、および／または機能的に同一の要素は同じ参照符号で示す。

図１は、本発明の例示的な一実施形態による方法を示す。 図２は、本発明のさらなる例示的な実施形態によるロボットシステムを示す。

図面の表現は、図式化されたものであり、縮尺通りではない。

図１は、ロボットマニピュレータ１の操作方法を示す。図１の方法は、図２で説明したように、ロボットシステム１００で実行される。したがって、以下の説明においても、図２の説明を用いることができる。この場合、方法は次のようなステップを有す：
－ロボットマニピュレータ１のエンドエフェクタ３に配置された負荷５の質量の重力と質量の慣性によって誘起される力に基づいて、レンチまたは関節トルクベクトルを把握するＳ１。負荷５の質量の重力は、静的システム同定により把握される。すなわち、エンドエフェクタ３にユーザによって負荷５が配置された後、ロボットマニピュレータ１の関節に配置されたトルクセンサがトルクを検出し、ロボットマニピュレータ１およびエンドエフェクタ３の既知の質量分布からロボットマニピュレータ１の現在の関節角度を介して負荷５の質量を求める。これに対し、質量の慣性によって誘発されるロボットマニピュレータ１のエンドエフェクタ３上に配置された負荷５の力は、所定のタスクが分析され、エンドエフェクタ３または負荷５の軌道が把握されるという点で、予測的に把握される。
－それぞれレンチまたは関節トルクベクトルに基づいて、エンドエフェクタ３の最大許容ワークスペースおよび最大許容運動変数を把握しＳ２、最大許容ワークスペースは、レンチまたは関節トルクベクトルがワークスペース内で予め定義された制限値を超えないように、エンドエフェクタ３の許容位置の範囲を指定する。エンドエフェクタ３の最大許容ワークスペースおよび最大許容運動変数は、それぞれ、ロボットマニピュレータ１の質量分布およびエンドエフェクタ３の質量分布に基づいて、および負荷５の質量および慣性テンソルに基づいて、把握される。負荷５を含むロボットマニピュレータ１のすべての要素の質量分布が完全に知られているため、ロボットマニピュレータ１のベース上のトルクは、半径上のすべての質量要素の積分によって知られている。これで、エンドエフェクタ３の最大許容ワークスペースと最大許容速度・加速度とは、勾配に基づく探索手法によって生成されるようになる。勾配に基づく方法では、所定のメトリック、すなわちロボットマニピュレータ１のベース上のトルクにおける限界値を遵守するために、目標関数におけるある距離の出発点の周囲でさらなる探索点が把握される。この探索点から勾配を求め、勾配にあらかじめ設定された長さを乗じることで次のステップを求める。この方法は、アルゴリズムが収束し、勾配の絶対値がある閾値を下回るまで、繰り返し行われる。この計算の結果、最大許容ワークスペースを制限するための円筒形の範囲が得られる。さらに、エンドエフェクタ３の最大許容速度および加速度は、所定のタスクによって予め定義されたロボットマニピュレータ１の軌跡と、軌跡上で発生するロボットマニピュレータ１およびエンドエフェクタ３および負荷５の慣性テンソルとに基づいて把握される。これは、すでに把握されている最大許容ワークスペースを考慮して実施される。予め設定された軌道は、ロボットマニピュレータ１およびエンドエフェクタ３および負荷５の時間依存の加速度を供給する。そして、すべての慣性モーメントと加速度とは、ロボットマニピュレータ１およびエンドエフェクタ３および負荷５の時間依存慣性テンソルの、予め定義された軌道に依存するロボットマニピュレータ１の時間依存姿勢から知ることができる。
－所定のタスクが、エンドエフェクタ３によって最大許容ワークスペースから外れていないか、エンドエフェクタ３の最大許容運動変数を越えていないかをチェックするＳ３。
－タスクの実行時に、最大許容ワークスペースがエンドエフェクタ３によって離脱されないように、および／またはエンドエフェクタ３の最大許容運動変数を超えないように、ユーザがタスクを変更できる方法を、制御ユニット７に接続されたユーザコンピュータの表示画面１１に矢印の形でユーザに視覚的に指示することを出力するＳ４。
－タスクの実行の開始時に、エンドエフェクタ３または任意にエンドエフェクタ３上の負荷５が最大許容ワークスペース内に位置する場合に、エンドエフェクタ３または任意にエンドエフェクタ３上の負荷５が最大許容ワークスペース内に残るように、最大許容運動変数を考慮して、制御ユニット７によってロボットマニピュレータ１を作動させてＳ５所定のタスクを実行する。把握した円筒のワークスペースを土台に、円筒の横面に仮想壁が生成される。ロボットマニピュレータ１は、ロボットマニピュレータ１の仮想壁を生成するために、ロボットマニピュレータ１の手動ガイド時に、ロボットマニピュレータ１に対して仮想壁から離れる方向に力を作用させるように、所定のタスクを行うように制御される。したがって、タスクの実行開始時に負荷５が円筒形ワークスペースの横面の外側に位置している場合、ロボットマニピュレータ１のブレーキ９は、全く解除されない。このため、表示画面１１には、負荷５が許容ワークスペースの外に位置している旨の通知がユーザに対して表示される。

図２は、ロボットシステム１００を示す。ロボットシステム１００は、特に図１の方法を実行するために具体化され、エンドエフェクタ３および制御ユニット７を有するロボットマニピュレータ１を有し、制御ユニット７は、ロボットマニピュレータ１のエンドエフェクタ３上に配置された負荷５の質量の重力および／または質量の慣性によって誘発される力に基づいて、レンチまたは関節トルクベクトルを把握するように具体化されており、レンチまたは関節トルクベクトルに基づいて、それぞれエンドエフェクタ３または任意で負荷５の最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数を把握するように具体化されており、ここで、最大許容ワークスペースは、レンチまたは関節トルクベクトルがワークスペース内で所定のメトリックを超えないように、エンドエフェクタ３上またはエンドエフェクタ３の負荷５の許容位置の範囲を指定し、最大許容運動変数を考慮して所定のタスクを実行するために制御ユニット７によってロボットマニピュレータ１を起動し、および、タスクの実行開始時に、エンドエフェクタ３または任意にエンドエフェクタ３上の負荷５が最大許容ワークスペース内に位置する場合、エンドエフェクタ３または任意にエンドエフェクタ３上の負荷５が最大許容ワークスペース内に留まるように、所定のタスクを実行するように具現化される。

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。

１：ロボットマニピュレータ
３：エンドエフェクタ
５：負荷
７：制御ユニット
９：ブレーキ
１１：出力ユニット
１００：ロボットシステム

Ｓ１：把握
Ｓ２：把握
Ｓ３：チェック
Ｓ４：出力
Ｓ５：作動

Claims (10)

1. ロボットマニピュレータ（１）を操作する方法であって、次のステップ：
   －ロボットマニピュレータ（１）のエンドエフェクタ（３）にかかる負荷（５）の質量の重力に基づいておよび／または質量の慣性によって誘発される力に基づいて、レンチまたは関節のトルクベクトルを把握し（Ｓ１）、
   －前記エンドエフェクタ（３）若しくは任意で前記負荷（５）の最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数を、それぞれレンチまたは関節トルクベクトルに基づいて把握し（Ｓ２）、ここで、最大許容ワークスペースは、レンチまたは関節トルクベクトルがワークスペース内の所定のメトリックを超えないように、前記エンドエフェクタ（３）または任意で前記負荷（５）の許容位置の範囲を指定し、
   －タスクの実行の開始時に前記エンドエフェクタ（３）または任意で前記エンドエフェクタ（３）上の前記負荷（５）が前記最大許容ワークスペース内にある場合、前記エンドエフェクタ（３）または任意で前記エンドエフェクタ（３）の前記負荷（５）が前記最大許容ワークスペース内にとどまるように、前記最大許容運動変数を考慮して、所定のタスクを実行するために制御ユニット（７）によって前記ロボットマニピュレータ（１）を作動させる（Ｓ５）、
   を有する、方法。
2. 前記エンドエフェクタ（３）若しくは任意で前記エンドエフェクタ（３）の前記負荷（５）の最大許容ワークスペースおよび／または前記最大許容運動変数の把握は、前記ロボットマニピュレータ（１）の質量分布、および／または前記ロボットマニピュレータ（１）の重心、および／または前記ロボットマニピュレータ（１）の前記エンドエフェクタ（３）の質量、および／または前記エンドエフェクタ（３）の重心にそれぞれ基づいて実施される、請求項１に記載の方法。
3. 前記負荷（５）の質量の重力は、静的または動的なシステム同定によって把握される、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記ロボットマニピュレータ（１）の作動は、前記最大許容ワークスペースの限界で仮想壁を事前に決定することにより、前記最大許容ワークを考慮して所定のタスクを実行するために実施され、ここで、前記仮想壁を生成するために、前記ロボットマニピュレータ（１）の手動ガイド中に、前記ロボットマニピュレータ（１）上の前記仮想壁から離れる方向に向けられた力を及ぼすように前記ロボットマニピュレータ（１）が作動される、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記最大許容ワークスペースおよび／または前記最大許容運動変数を考慮して所定のタスクを実行するための前記ロボットマニピュレータ（１）の作動は、前記ロボットマニピュレータ（１）のブレーキ（９）の作動を含み、ここで、前記ロボットマニピュレータ（１）の前記ブレーキ（９）は、前記エンドエフェクタ（３）または任意で前記エンドエフェクタ（３）の前記負荷（５）がタスクの実行の開始時に許容ワークスペース内にある場合にのみ、閉じた状態から開く、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記最大許容ワークスペースおよび／または前記最大許容運動変数の把握は、所定のタスクによって事前定義された前記ロボットマニピュレータ（１）の軌道に基づいて、並びに、軌道上で発生する前記ロボットマニピュレータ（１）および／または前記エンドエフェクタ（３）および／または前記負荷（５）の慣性テンソルに基づいて実装され、
   前記ロボットマニピュレータ（１）および／または前記エンドエフェクタ（３）および／または前記負荷（５）の時間依存加速度は、事前定義された軌道から把握され、並びに、
   前記ロボットマニピュレータ（１）および／またはエンドエフェクタ（３）および／または負荷（５）の時間依存慣性テンソルは、事前定義された軌道に依存する前記ロボットマニピュレータ（１）の時間依存ポーズから把握される、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 更に以下のステップ：
   －前記エンドエフェクタ（３）または任意で前記負荷（５）によって前記最大許容ワークスペースを離れるかどうか、および／または前記エンドエフェクタ（３）または任意で前記負荷（５）の前記最大許容運動変数を超えるかどうか、所定のタスクをチェックし（Ｓ３）、
   －タスクの実行中に、前記最大許容ワークスペースが前記エンドエフェクタ（３）または任意で前記負荷（５）によって離脱されない、および／または前記エンドエフェクタ（３）または任意で前記負荷（５）の最大許容運動変数を超えないよう、出力ユニット（１１）でユーザにタスクの変更方法の指示を出力（Ｓ４）する、
   を有する、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記最大許容ワークスペースおよび／または前記最大許容運動変数の把握は、非線形最適化の検索アルゴリズムによって実装される、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記検索アルゴリズムの開始点は、前記ロボットマニピュレータ（１）の遠位肢から数えて、第２関節のトルクに対する重力の影響が最大になる第２関節の角度位置である、請求項８に記載の方法。
10. エンドエフェクタ（３）および制御ユニット（７）を有するロボットマニピュレータ（１）を有するロボットシステム（１００）であって、
    前記制御ユニット（７）は、前記ロボットマニピュレータ（１）のエンドエフェクタ（３）に配置された負荷（５）の質量の重力および／または質量の慣性によって誘発される力に基づいてレンチまたは関節トルクベクトルを把握するため、並びに、レンチまたは関節トルクベクトルに基づいてそれぞれ前記エンドエフェクタ（３）または任意に前記負荷（５）の最大許容ワークスペースおよび／または最大許容運動変数を把握するために具体化され、前記最大許容ワークスペースは、レンチまたは関節トルクベクトルがワークスペース内の所定のメトリックを超えないように、前記エンドエフェクタ（３）の前記負荷（５）または前記エンドエフェクタ（３）の許容位置の範囲を指定し、前記最大許容運動変数を考慮して所定のタスクを実行するために前記制御ユニット（７）を介して前記ロボットマニピュレータ（１）を作動させるため、およびタスクの実行の開始時に前記エンドエフェクタ（３）または任意に前記エンドエフェクタ（３）の前記負荷（５）が前記最大許容ワークスペース内に位置している場合に前記エンドエフェクタ（３）または任意に前記エンドエフェクタ（３）の前記負荷（５）が前記最大許容ワークスペース内に留まるように所定のタスクを実行するため具体化される、
    ロボットシステム。
    

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