JP2023515598A - ロボットデバイス - Google Patents

Abstract

ロボットデバイスに関する。本明細書で説明される特定の実施例は、本体と、１つ又は複数の関節によって本体に結合されたエンドエフェクタと、１つ又は複数の関節を駆動し、ロボットデバイスの状態を制御する推進システムとを含む、ロボットデバイスを制御する方法を提供する。例示的な方法は、ロボットデバイスにインピーダンス制御を適用することと、エンドエフェクタの基準軌道を決定することと、基準軌道からの逸脱を引き起こす、ロボットデバイスに作用する加えられた外力及び／又はトルクを検出することと、検出された加えられた外力及び／又はトルクを補償するために１つ又は複数の関節の１つ又は複数に加えられるべき調整値を計算することと、１つ又は複数の関節を制御し、エンドエフェクタを作動させ、エンドエフェクタの基準軌道を回復するために、計算された調整値を使用することとを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットデバイスを制御する方法、方法を実行するように構成されているコントローラ、及びコントローラを含むロボットデバイスに関する。

インピーダンス制御は、ロボットデバイスを制御する既知の方法である。例えば、インピーダンス制御は、オブジェクトを把持すること、持ち上げること、操作することなど、又は、ボード上に書き込むこと、若しくは表面を拭き取ることなどの、特定のタスクを実行するように構成されているエンドエフェクタを有するロボットアームを含むロボットデバイスを制御するために使用され得る。そのような状況では、インピーダンス制御は、エンドエフェクタに与えられた力とエンドエフェクタの位置との関係に基づいて、エンドエフェクタを制御することを可能にする。インピーダンス制御では、質量－ばね－ダンパー系としてロボットアームを実質的にモデル化することによって、力の出力の、動作入力に対する比率が制御され得る。インピーダンス制御は、そのようなタスクが人間の環境で実行される場合に特に有用であり得る。特に、インピーダンス制御は、例えば、ロボットアームと相互作用する人間によって生じた力が、ロボットアームが動くべき速度に関連することが望ましい場合に有用であり得る。しかしながら、インピーダンス制御はまた、例えば、ロボットデバイスが、工場などの環境に存在するオブジェクトを損傷することを避けることが重要である場合といった、人間の環境ではない他の環境でロボットを制御することに適用され得る。

環境とのいくつかの相互作用中、未知の荷重がロボットデバイスに作用し得る。例えば、上述されたように、ロボットアームは、適切なエンドエフェクタの使用によってオブジェクトを持ち上げることを課せられ得る。場合によっては、持ち上げられるオブジェクトの質量が不明であることがあり、したがって、エンドエフェクタに作用する荷重が未知であることがある。典型的なインピーダンス制御スキームでは、そのような未知の荷重は、その未知の荷重が、質量－ばね－ダンパー系として作用しているエンドエフェクタの平衡位置を変更するように作用し、エンドエフェクタの所望の位置における誤差をもたらし得る。本明細書では、これは、エンドエフェクタをその「基準軌道」から逸脱させる荷重とも呼ばれ得る。これは、特に、例えば、特定のタスクを実行するために、エンドエフェクタの位置の厳密な制御が必要とされる場合に望ましくないことがある。

本発明の第１の態様によれば、本体と、１つ又は複数の関節によって本体に結合されたエンドエフェクタと、１つ又は複数の関節を駆動し、ロボットデバイスの状態を制御する推進システムとを含む、ロボットデバイスを制御する方法が提供され、方法は、ロボットデバイスにインピーダンス制御を適用することと、エンドエフェクタの基準軌道を決定することと、基準軌道からの逸脱を引き起こす、ロボットデバイスに加えられた外力及び／又はトルクを検出することと、検出された加えられた外力及び／又はトルクを補償するために１つ又は複数の関節のうちの１つ又は複数に加えられるべき調整値を計算することと、１つ又は複数の関節を制御し、エンドエフェクタを作動させ、エンドエフェクタの基準軌道を回復するために、計算された調整値を使用することとを含む。

本発明による例示的な方法は、インピーダンス制御スキームの使用によってエンドエフェクタを制御することを継続しつつ、加えられた外力及び／又はトルクの影響を補償し得る。例えば、外力及び／又はトルクは、ロボットデバイスのインピーダンス制御挙動に影響を与えることなく補償されてもよい。例えば、外力及び／又はトルクによって引き起こされた基準軌道に対するエンドエフェクタの位置での静的誤差が「補正」される間、ロボットデバイスの動きの知覚された剛性は、変化しないままであってもよい。本発明の更なる利点は、本開示の残りの部分から明らかになるであろう。

本方法は、加えられた外力及び／又はトルクによって引き起こされた、１つ又は複数の関節に加えられた関節力及び／又はトルクを推定することをさらに含み得る。したがって、１つ又は複数の関節に対する、ロボットデバイス上での外力及び／又はトルクの影響は、この影響を補償するために適切な調整値が計算され得るように推定されてもよい。

調整値は、１つ又は複数の関節に加えられるべき関節力及び／又はトルクであり得る。例えば、関節トルクは、調整値を与えるために加えられてもよい。いくつかの実施例では、調整値は、関節に加えられるべき「予圧（preload）」トルク及び／又は力として作用し、インピーダンス制御を適用することによってエンドエフェクタの制御を継続しつつ、加えられた外力及び／又はトルクを補償することを可能にしてもよい。

検出された加えられた外力及び／又はトルクは、エンドエフェクタに作用する外力に起因し得る。それに応じて、いくつかの実施例では、本方法は、エンドエフェクタで加えられた外力の影響を補償してもよい。

加えられた外力及び／又はトルクを補償するために１つ又は複数の関節に加えられるべき調整値を計算することは、軸に沿ってエンドエフェクタに作用する加えられた外力及び／又はトルクの１つ又は複数のコンポーネントを決定することと、軸に沿って外力及び／又はトルクの１つ又は複数のコンポーネントを補償するために１つ又は複数の関節に加えられるべき関節トルク及び／又は力として調整値を決定することとを含み得る。例えば、軸は、実質的に垂直軸であってもよい。いくつかの実施例では、これは、調整値が、特定の軸に沿って作用しない外力及び／又はトルクのコンポーネントをフィルタリングしつつ、特定の軸に沿って作用する外力及び／又はトルクの影響を補償することを可能にしてもよい。例えば、軸が実質的に垂直軸である場合、エンドエフェクタに作用する荷重の重量は、荷重の重量に起因しない他の影響をフィルタリングしつつ補償されてもよい。

加えられるべき調整値を計算することは、ベクトル部分空間におけるエンドエフェクタに作用する加えられた外力及び／又はトルクの射影を決定することと、ベクトル部分空間における外力の射影を補償するために１つ又は複数の関節に加えられるべき関節トルク及び／又は力として調整値を決定することとを含み得る。これは、外力及び／又はトルクの他のコンポーネントを補償しない一方で、任意の特定の部分空間における外力及び／又はトルクのコンポーネントを補償することを可能にし得る。

加えられた外力及び／又はトルクは、エンドエフェクタによって運ばれた荷重の重量に起因し得る。したがって、調整値は、エンドエフェクタによって運ばれた重量によって引き起こされた基準軌道からの逸脱を補償し得る。

基準軌道は、ロボットデバイスが表面上に荷重を課すための軌道を定義し得、本方法は、荷重が表面上に課され、エンドエフェクタに作用する荷重の重量が減少すると、基準軌道を維持するために調整値を精緻化することを含み得る。これは、荷重を、エンドエフェクタから表面へ円滑に伝達することを可能にし得る。

関節力及び／又はトルクを推定することは、ロボットデバイスの１つ又は複数の自己受容センサからのデータを使用することを含み得る。したがって、特定の実施例では、ロボットデバイスに作用する外力及び／又はトルクを決定することができる追加のセンサは必要とされない。

関節力及び／又はトルクを推定することは、運動量オブザーバ法を使用することを含み得る。運動量オブザーバ法の使用は、直接推定法が使用される場合に推定に使用され得るなどの、測定された関節加速度を使用せずに、加えられた外部関節力及び／又はトルクを推定することを可能にし得る。

本方法は、計算された調整値が１つ又は複数の関節を制御するために使用される速度を決定することを含み、１つ又は複数の関節を制御し、エンドエフェクタの基準軌道を回復するために、計算された調整値を使用することは、決定された速度でインピーダンス制御を調整することを含み得る。これは、外力及び／又はトルクが補償される間、インピーダンス制御法則によってもたらされる弾性効果が、より効果的に保持されることを可能にする遅延をもたらすことを可能にし得る。

計算された調整値が１つ又は複数の関節を制御するために使用される速度を決定することは、検出された加えられた外力及び／又はトルクに関連する信号にローパスフィルタを適用することを含み得る。ローパスフィルタは、上記の遅延をもたらす信号を処理するための便利な手段を提供し、また、ノイズが調整値によって補償されないように、検出された加えられた外力及び／又はトルクのノイズがフィルタリングされるように提供し得る。

本方法は、ロボットデバイスの重量に起因した、ロボットデバイスに作用するトルクを補償するために１つ又は複数の関節に加えられている重力補償トルクを決定することと、決定された重力補償トルクを使用して、１つ又は複数の関節を制御し、ロボットデバイスの重量に起因した、ロボットデバイスに作用するトルクを補償するためにインピーダンス制御を調節することとをさらに含み得る。それに応じて、本明細書の例示的な方法は、外力及び／又はトルクに加えて、ロボットデバイスの重量の影響を補償し得る。

本発明の第２の態様によれば、本体と、１つ又は複数の関節によって本体に結合されたエンドエフェクタと、１つ又は複数の関節を駆動し、ロボットデバイスの状態を制御する推進システムとを含むロボットデバイスを制御するためのコントローラであって、コントローラは、本発明の第１の態様による方法を実行するように構成されているコントローラが提供される。

本発明の第３の態様によれば、ロボットデバイスのコントローラによって実行されると、本発明の第１の態様による方法を実行させる、機械読取可能な命令のセットが提供される。

本発明の第４の態様によれば、本発明の第３の態様による機械読取可能な命令のセットを含む機械読取可能な媒体が提供される。

本発明の第５の態様によれば、本体と、１つ又は複数の関節によって本体に結合されたエンドエフェクタと、１つ又は複数の関節を駆動し、ロボットデバイスの状態を制御する推進システムと、コントローラとを含むロボットデバイスが提供される。ここで、コントローラは、ロボットデバイスにインピーダンス制御を適用することと、エンドエフェクタの基準軌道を決定することと、基準軌道からの逸脱を引き起こす、ロボットデバイスに加えられた外力及び／又はトルクを検出することと、検出された加えられた外力及び／又はトルクを補償するために１つ又は複数の関節のうちの１つ又は複数に加えられるべき調整値を計算することと、１つ又は複数の関節を制御し、エンドエフェクタを作動させ、エンドエフェクタの基準軌道を回復するために、計算された調整値を使用することと、を行うように構成されている。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付の図面を参照してなされる、例としてのみ与えられる、本発明の好ましい実施形態である以下の説明から明らかになるであろう。

図１は、ロボットデバイスを制御する例示的な方法のフローチャート表現である。 図２Ａ－図２Ｃは、本明細書で説明される実施例による制御方法を適用する例示的なロボットデバイスを示す概略図である。 図３は、本明細書で説明される例示的な制御方法の概略図である。 図４は、例示的なロボットデバイスのための例示的な制御コンポーネントを示す概略図である。

本発明の実施例は、インピーダンス制御を使用するように構成されているロボットデバイスの制御に関する。そのようなロボットデバイスは、人間の環境で人間と相互作用するように構成され得る。しかしながら、本発明の実施例は、人間以外の、例えば工場、の環境で動作するように意図された商業用ロボットなどの、他の分野に応用され得る。本発明の特定の実施例は、外部トルクが、例えば未知の重量のオブジェクトを伴うエンドエフェクタの荷重に起因してエンドエフェクタに加えられるとき、基準軌道を回復するように構成されている。しかしながら、本明細書で説明される同じ制御アプローチは、同様に、ロボットデバイスに与えられた他のタイプの力を補償するために使用されてもよい。いずれにせよ、次に、ロボットデバイスを制御する方法が、例として説明される。

図１は、ベースリンクとも呼ばれ得る本体と、１つ又は複数の関節によって本体に結合されたエンドエフェクタと、１つ又は複数の関節を駆動し、ロボットデバイスの状態を制御する推進システムとを含む、ロボットデバイスを制御する、例示的な方法１０００のフローチャート表現を示す。ロボットデバイスの状態を制御するために１つ又は複数の関節を駆動することは、関節の回転を制御するために関節に関節トルクを加えることを含み得る。いくつかの実施例では、ロボットデバイスはまた、直線運動を可能にする１つ又は複数の関節を含んでもよい。直線運動を可能にする関節は、推進システムによる関節力の印加によって制御されてもよい。方法１０００は、ブロック１００２において、ロボットデバイスにインピーダンス制御を適用することを含む。インピーダンス制御を適用することは典型的に、例えば、１つ又は複数のセンサによって測定されたロボットデバイスの状態、及び基準軌道を考慮に入れる制御法則を適用することと、推進システムによって１つ又は複数の関節に加えられるべきトルクを決定することとを含む。例示的なインピーダンス制御法則は、より詳細に以下で説明される。

ブロック１００４において、本方法は、エンドエフェクタの基準軌道を決定することを含む。基準軌道は、エンドエフェクタが、ロボットデバイス１００が置かれている環境での３次元空間内で追従すべき経路を定義し得る。例えば、基準軌道は、エンドエフェクタの速度、位置及び／又は向き、ならびに加速度を定義してもよい。いくつかの実施例では、基準軌道は、エンドエフェクタが、例えば、オブジェクトを運ぶ、書き込むタスクを実行する、或いは表面を拭き取るといったタスクの実行を可能にするために追従すべきエンドエフェクタの軌道であってもよい。他の実施例では、基準軌道は、エンドエフェクタを固定位置に維持することが意図された静止軌道を含んでもよい。

ブロック１００６において、方法１０００は、ロボットデバイスに作用し、基準軌道からの逸脱を引き起こす、加えられた外力及び／又はトルクを検出することを含む。加えられた外力及び／又はトルクは、例えば、エンドエフェクタに作用する外力に起因し得る、ロボットデバイスに作用する外力及び／又はトルクである。例えば、加えられた外力及び／又はトルクは、エンドエフェクタによって運ばれた荷重の重量に起因した、エンドエフェクタに作用する力であってもよい。代替的に或いは追加的に、外力及び／又はトルクは、ユーザの手によるねじれ効果によってなどの、エンドエフェクタに加えられているトルクに起因してもよい。いくつかの実施例では、外力及び／又はトルクは、エンドエフェクタ以外の点でロボットデバイスに加えられた力／トルクであってもよい。加えられた外力及び／又はトルクは、基準軌道からのエンドエフェクタの逸脱をもたらし得る。

いくつかの実施例では、加えられた外力及び／又はトルクによって引き起こされた、１つ又は複数の関節に加えられた関節力及び／又はトルクが推定されてもよい。これは、本明細書では、加えられた関節力及び／若しくはトルク、又は外部関節力及び／若しくはトルクと呼ばれ得る。関節力及び／又はトルクは、例えば、１つ又は複数のセンサによって測定された、ロボットデバイスの状態を示すデータから推定されてもよい。ロボットデバイスの状態は、１つ又は複数の関節のそれぞれの位置、速度、及び加速度という観点から定義されてもよい。データは、１つ又は複数の自己受容（proprioceptive）センサによってもたらされてもよい。例えば、自己受容センサは、１つ又は複数の関節の関節角度及び／又はトルクを検出してもよい。１つ又は複数の関節が直線運動を可能にする実施例では、１つ又は複数の自己受容センサは、直線運動を可能にする関節の関節位置及び／又は力を検出してもよい。本明細書では、これは、推定プロセスにおいて自己受容センサ以外のセンサが使用されないので、加えられた関節力及び／又はトルクを推定するために「センサレス」推定方法を使用すると呼ばれ得る。センサレス方法の使用は、ロボットデバイスを生産するコストを低減するなどの利益を有し得るエンドエフェクタに作用する荷重を決定することができる追加のセンサの必要性を除去し得る。本明細書で説明される実施例において使用され得るセンサレス推定方法の一実施例は、例えば、参照により本明細書に援用される、２００５年の「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００５ ＩＥＥＥ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ」における、Ａ．Ｄｅ Ｌｕｃａ及びＲ．Ｍａｔｔｏｎｅによる「Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ｒｏｂｏｔ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｈｙｂｒｉｄ ｆｏｒｃｅ／ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ」に記載された「運動量オブザーバ」法である。他の実施例では、加えられた関節力及び／又はトルクを推定する他のセンサレス方法が使用されてもよい。例えば、加えられた関節力及び／又はトルクは、例えば、２００７年の「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ２００７ ＩＥＥＥ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ」における、Ａ．Ｄｅ Ｌｕｃａ、Ｄ．Ｓｃｈｒｏｄｅｒ及びＭ．Ｔｈｕｍｍｅｌによる「Ａｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ－ｂａｓｅｄ ｓｔａｔｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ｆｏｒ ｒｏｂｏｔ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｅｌａｓｔｉｃ ｊｏｉｎｔｓ」に記載された方法を使用して直接推定されてもよい。別の実施例では、例えば、２０１４年の「Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｔｒａｃｔｓ ｉｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ」における、Ｓ．Ｈａｄｄａｄｉｎによる「Ｔｏｗａｒｄｓ Ｓａｆｅ Ｒｏｂｏｔｓ； Ａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇ Ａｓｉｍｏｖ'ｓ １ｓｔ Ｌａｗ」に記載されたように、「関節速度オブザーバ」法が使用されてもよい。さらに別の実施例では、例えば、２００６年の「２００６ ＩＥＥＥ／ＲＳＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ」における、Ａ．Ｄｅ Ｌｕｃａ、Ａ．ＡｌｂｕＳｃｈａｆｆｅｒ、Ｓ．Ｈａｄｄａｄｉｎ及びＧ．Ｈｉｒｚｉｎｇｅｒによる「Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓａｆｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＤＬＲ－ＩＩＩ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ａｒｍ」に記載されたように、「エネルギーオブザーバ」法が使用されてもよい。先行する全ての文書は、参照により本明細書に援用される。

ブロック１００８において、検出された加えられた外力及び／又はトルクを補償するために、１つ又は複数の関節のうちの１つ又は複数に加えられるべき調整値が計算される。いくつかの実施例では、加えられるべき調整値を計算することは、特定のベクトル部分空間においてエンドエフェクタに作用する外力及び／又はトルクのコンポーネントを決定することを含む。例えば、加えられた外力及び／又はトルクは、外力であってもよく、特定の軸に沿って外力の射影が決定されてもよい。それに応じて、例えば、調整値は、軸に沿って作用する外力を補償するために計算されてもよい。例えば、本方法は、エンドエフェクタに作用する外部荷重の重量に起因した、エンドエフェクタに作用する力を補償するために使用されてもよい。そのような実施例では、軸は、実質的に垂直軸であってもよい。次いで、調整値を決定することは、エンドエフェクタ上の外部荷重の重量の作用を補償するために調整値を決定することを含んでもよい。これは、検出された加えられた外力及び／又はトルクを垂直軸に沿って射影することによって行われてもよい。したがって、外部荷重の重量が補償され得る一方で、外部荷重の重量に起因しない加えられた外力及び／又はトルクへの寄与は、フィルタリングされ、補償されない。この実施例は、より詳細に以下で説明される。

いくつかの実施例では、方法は、計算された調整値が１つ又は複数の関節を制御するために使用される速度を決定することをさらに含んでもよい。調整値は、決定された速度でエンドエフェクタの基準軌道を回復するために適用されてもよい。これは、インピーダンス制御法則によって与えられる弾性効果が保持されることを可能にする遅延をもたらし得る。例えば、加えられた関節力及び／又はトルクの推定は、少量の時間で取得され得るので、加えられた外力及び／又はトルクは、関節を制御するために加えられるべきインピーダンス制御力及び／又はトルクに、推定された関節力／又はトルクを直接加えることによって補償され得る。しかしながら、特定の実施例では、そのようなアプローチは、インピーダンス制御によって与えられる「ばね」効果を無視し得る。決定された速度でインピーダンス制御を調整することによって遅延を導入することは、これを防ぎ得る。調整値を適用する速度を決定することは、検出された加えられた外力及び／又はトルクに関する信号にローパスフィルタを適用することを含み得る。例えば、ローパスフィルタは、検出された加えられた外力及び／又はトルクを表す信号に適用されてもよい。ローパスフィルタは、所望の遅延をもたらすために必要に応じて調整されてもよい。ローパスフィルタの使用はさらに、フィルタリングされるべきである検出された加えられた外力及び／又はトルクのノイズを提供することで、ノイズが調整値によって補償されないことがあり、これは望ましくないことがある。

最後に、ブロック１０１０において、方法１０００は、１つ又は複数の関節を制御し、エンドエフェクタを作動させ、エンドエフェクタの基準軌道を回復するために、計算された調整値を使用することを含む。いくつかの実施例では、ブロック１０１０において調整値を使用することは、エンドエフェクタを制御するためにインピーダンス制御法則によって決定された関節トルクに、計算された予圧トルクを加えることを含んでもよい。したがって、一実施例では、調整値は、インピーダンス制御法則に従って決定された関節トルクに加えて、関節に加えられるべきトルクを含んでもよい。１つ又は複数の関節が線形関節である場合、調整値は、線形関節に加えられるべき関節力をさらに含んでもよい。調整値の印加により、インピーダンス制御を適用することによってエンドエフェクタの制御を継続しつつ、基準軌道が、加えられた外力及び／又はトルクを補償するために回復されることを可能にする予圧力及び／又はトルクが加えられてもよい。したがって、本方法は、直交空間で補償するのではなく、エンドエフェクタの位置及び／又は向きの誤差を力空間で補償する方法であると見なされ得る。これは、例えば、方法が所望の位置を基準としてエンドエフェクタの位置を直接補正しようとする方法とは異なり、調整値が基準軌道を回復するために加えられるからである。

インピーダンス制御の調整値は、加えられた外力及び／又はトルクの変化が補償され得るように、動的であり得る。例えば、ロボットデバイスは、オブジェクトを把持して持ち上げ、その後、オブジェクトを下ろすように構成されていてもよい。オブジェクトが把持されると、オブジェクトの重量がエンドエフェクタに作用し始める。このとき、オブジェクトに起因した、検出された加えられた外力及び／又はトルクを補償するために調整値が計算され、インピーダンス制御は、計算された調整値を使用して、基準軌道を回復するために調整される。表面上にオブジェクトを下ろすプロセスが始まると、オブジェクトと表面との接触が検出される。オブジェクトが下ろされるにつれて、オブジェクトが表面上に下ろされ、オブジェクトがエンドエフェクタ上に重量をかけなくなると、エンドエフェクタ上の荷重がゼロになるまで、その荷重が減少する。したがって、いくつかの実施例では、オブジェクトの重量を補償するために使用される調整値、例えば予圧トルクは、オブジェクトが表面上に下ろされるにつれて、徐々にゼロまで減少してもよい。計算された調整値がゼロに達すると、オブジェクトに対するエンドエフェクタの把持が解放されてもよい。これは、オブジェクトをエンドエフェクタから表面へ円滑に伝達することを可能にし得る。

特定の例示的な方法はまた、ロボットデバイスの重量に起因した、ロボットデバイスに作用するトルクを補償するために重力補償トルクを決定することを含む。そのような方法では、インピーダンス制御は、既知の方法で、重力補償トルクを使用して調整され得る。ロボットデバイスの重量が重力補償方法によって補償され得るのと同様の方法で、特定の例示的な方法はまた、ロボットデバイスに作用するコリオリ効果などの他の効果を補償してもよい。

したがって、特定の実施例では、本明細書で説明される方法は、エンドエフェクタに作用する未知の荷重に起因した、基準軌道に対するエンドエフェクタの位置の静的誤差を補正するための手段と見なされ得る。未知の荷重に起因した、ロボットデバイスの関節に作用する、加えられた関節力及び／又はトルクは、例えば、センサレス手段によって推定されてもよく、インピーダンス制御法則によって制御される関節に「予圧をかけること」によって補償されてもよい。これは、ロボットデバイスのインピーダンス制御挙動に影響を与えることなく、外部の加えられた荷重が補償され得ることを意味する。すなわち、加えられた外力及び／又はトルクによって引き起こされた静的な位置誤差は、所望の位置又は直交インピーダンスのいずれをも変更することなく、補正され得る。その代わりに、ロボットデバイスの動きの知覚された「剛性」が変化しないままであり得る間、ロボットの荷重変位曲線は、予圧力／トルクによって相殺される。他の利点の中で、これは、未知の荷重がエンドエフェクタに加えられるときに、ロボットデバイスがエンドエフェクタを使用し、位置精度でインピーダンス制御を必要とするタスクを実行し続けることを可能にし得る。

図２Ａは、上述された例示的な制御方法を実行するように構成されている例示的なロボットデバイス１００の簡略化された表現を示す。図２Ａは、例示的なロボットデバイス１００の側面図を示す。例示的なロボットデバイス１００は、上述のように、ベースリンクとも呼ばれ得る本体１０２と、エンドエフェクタ１１２と、多数の関節とを含む作動型ロボットアーム１０５を含む。ロボットデバイス１００はまた、１つ又は複数の関節を作動させるための推進システム（図示せず）を含む。いくつかの実施例では、関節は、動力関節であり、推進システムは、関節モータのセットを含み、関節モータのセットのうちの１つの関節モータは、関節の１つを制御する。１つ又は複数の関節の位置は、エンドエフェクタ１１２が、ロボットデバイス１００が置かれている環境に動かされ得るように、直交空間内のエンドエフェクタ１１２の位置及び／又は向きを制御するように制御される。例えば、エンドエフェクタ１１２の位置及び向きが関節によって制御される場合、いくつかの実施例では、エンドエフェクタ１１２の「姿勢」と呼ばれ得る、エンドエフェクタ１１２の位置及び向きは、６次元空間内で制御され得る。

例示的なロボットデバイス１００では、作動型ロボットアーム１０５は、例えば、６つの自由度を有するエンドエフェクタ１１２の位置決めを可能にするように構成されている６つの関節１１４ａ－１１４ｆを含む。ロボットデバイス１００は、６Ｒロボットと呼ばれ得る。別の実施例では、ロボットデバイス１００は、別の自由度数、例えば７つの自由度を有してもよい。作動型ロボットアーム１０５の関節１１４ａ－１１４ｆは、機械的なリンケージ又は「リンク」によって結合される。図２Ａは、第１関節１１４ａを第２関節１１４ｂに機械的に結合する第１リンク１１５ａを示す。第２リンク１１５ｂは、第２関節１１４ｂを第３関節１１４ｃに機械的に結合する。ロボットアーム１０５は、第３関節１１４ｃを第４関節１１４ｄに、第４関節１１４ｄを第５関節１１４ｅに、及び第５関節１１４ｅを第６関節１１４ｆにそれぞれ機械的に結合する第３リンク１１５ｃ、第４リンク１１５ｄ、及び第５リンク１１５ｅをさらに含む。ロボットデバイス１００は、図には示されない更なる関節及び／又はリンクを含んでもよい。例えば、上述のように、いくつかの実施例では、ロボットデバイスは、回転運動を可能にする関節に加えて、並進運動、すなわち直線運動を可能にする１つ又は複数の関節を含んでもよい。各リンクは、剛性の細長い部材を含んでもよい。各リンクは、単一のユニットであってもよく、或いは複数の結合されたサブユニットであってもよい。各リンクは、中実部分及び／又は中空部分を有してもよい。１つのケースでは、リンクは、中空管及び／又は鋼、アルミニウム、又は炭素繊維などの剛性材料のフレームを含んでもよい。いくつかの実施例では、ツール（図示せず）が、エンドエフェクタ１１２に機械的に結合されてもよい。

ロボットデバイス１００は、ｘ－ｙ平面を定義する表面１７０上に位置している。ｘ－ｙ平面は、ｚ軸が垂直軸であるような水平面であってもよい。もっとも、これは、全ての実施例でのケースである必要はない。この三次元座標系に対するエンドエフェクタ１１２の位置及び／又は向きは、１つ又は複数の関節１１４ａ－１１４ｆの回転を制御することによって制御されてもよい。関節１１４ａ－１１４ｆの各々は、特定の自由度内でのエンドエフェクタ１１２の動きを可能にするために、少なくとも１つの軸の周りを回転するように構成されている。例えば、ロボットデバイス１００の所定の構成では、１つ又は複数の関節１１４ａ－１１４ｆは、ｘ－ｙ平面内のエンドエフェクタ１１２の位置を制御することを可能にするために、ｚ軸に平行である軸の周りを回転してもよい。さらに、１つ又は複数の関節１１４ａ－１１４ｆは、ｚ軸に沿ってエンドエフェクタ１１２の位置を制御するために回転するように構成されていてもよい。いくつかの実施例では、１つ又は複数の関節１１４ａ－１１４ｆは、ボールジョイント、又はｚ軸とｙ軸との両方に平行な軸の周りのそれぞれの回転を可能にする２関節アセンブリのいずれか１つを含んでもよい。

作動型ロボットアーム１０５の関節１１４ａ－１１４ｆは、関節１１４ａ－１１４ｆにそれぞれの関節トルクを加えることによって回転されてもよい。関節トルクは、本明細書で説明されるような、制御方法を実行するコントローラ（図２Ａから図２Ｃには図示せず）によって計算される。計算された関節トルクは、１つ又は複数の電子モータを含み得る、推進システムによって関節に加えられる。例えば、推進システムは、複数の電子モータを含んでもよく、電子モータの１つは、関節１１４ａ－１１４ｆの各々に設置されてもよい。ロボットデバイス１００はまた、ロボットデバイス１００の状態を検出し、これを制御方法で用いるコントローラに提供するための１つ又は複数のセンサ（図示せず）を含む。例えば、センサは、関節１１４ａ－１１４ｆのそれぞれの関節角度を検出し、且つ／或いは関節１１４ａ－１１４ｆに加えられているトルクを測定してもよい。

コントローラは、制御方法を適用し、基準軌道１６０に沿ったエンドエフェクタ１１２の位置及び向きを制御するように構成されている。基準軌道１６０は、エンドエフェクタ１１２にもたらされるべき位置及び速度のセットを含んでもよい。基準軌道は、例えば、オブジェクトを運ぶなどのタスクを実行するために、エンドエフェクタ１１２の運動経路を定義してもよい。他の実施例では、基準軌道は、エンドエフェクタ１１２の固定された意図された位置を定義する静止軌道であってもよい。図２Ａは、エンドエフェクタ１１２が動くために制御される空間内の線を含む例示的な基準軌道１６０を示す。基準軌道１６０は、図２Ａから図２Ｃにおいて点線で表されている。

図２Ｂを見ると、図２Ａのロボットデバイス１００は、エンドエフェクタ１１２でオブジェクト２５０を保持していることが示されている。例えば、オブジェクト２５０は、エンドエフェクタ１１２によって保持されるべき荷重であってもよく、基準軌道１６０は、エンドエフェクタ１１２がオブジェクト２５０を運ぶために動くことが望まれる経路を定義してもよい。図２Ｂは、エンドエフェクタ１１２がオブジェクト２５０を持った直後の例示的なロボットデバイス１００を示す。図２Ｂにおいて、ロボットデバイス１００は、エンドエフェクタ１１２上に重量をかけているオブジェクト２５０に起因して、エンドエフェクタ１１２が基準軌道１６０から下方に逸脱している状態である。基準軌道１６０からの逸脱をもたらすオブジェクト２５０に起因した、外部の加えられた力は、ロボットデバイス１００のセンサによって検出され得る。センサからの入力は、オブジェクト２５０に起因した、ロボットアーム１０５の関節１１４ａ－１１４ｆのうちの１つ又は複数に作用する加えられた外部関節トルクを推定するために使用され得る。

図２Ｂに示される位置から、コントローラは、荷重２５０の影響を補償するための調整値を加えるために、制御方法を実行し続ける。図２Ｃは、調整値が加えられ、基準軌道１６０が回復した後の例示的なロボットデバイス１００を示す。すなわち、エンドエフェクタ１１２の位置は、荷重２５０を保持しつつ、基準軌道１６０を元に戻したことが分かる。この位置から、ロボットデバイス１００は、インピーダンス制御法則を適用しつつ、基準軌道１６０に沿って動くためにエンドエフェクタ１１２を作動させ続け得る。例えば、適用される制御方法は、インピーダンス制御法則のパラメータによって定義されるロボットデバイスの剛性が、荷重２５０の存在に起因して変化しないようなものであってもよい。図２Ｃに示される構成において、これは、ロボットアーム１０５との任意の追加の外部の相互作用、例えば、人とのランダムな衝突などが、ロボットアーム１０５が無荷重のときに（すなわち、図２Ａに示されるように）有していたのと同じ剛性を知覚し得ることを意味し得る。

エンドエフェクタ１１２の基準軌道１６０を回復するために、すなわち、図２Ｂに示される構成から図２Ｃに示される構成に移行するためにロボットデバイス１００にかかる時間は、上述されたように、また、より詳細に以下で説明されるように、コントローラによって信号経路に適用されたローパスフィルタのパラメータによって決定されてもよい。

図３は、ロボットデバイス１００の例示的な制御スキーム３００を表す系統図を示す。制御スキーム３００は、ロボットデバイス１００の動きを制御し、環境３０４と相互作用するためにインピーダンス制御を適用することを含む。制御スキーム３００のインピーダンス制御ブロック３１０は、ロボットデバイス１００の状態及び基準軌道１６０に基づいて関節に与えられるべき関節トルクを制御する制御信号を決定するためのインピーダンス制御方法の実施を表す。状態ブロック３２０は、制御スキーム３００におけるロボットデバイス１００の状態を表す。インピーダンス制御ブロック３１０は、状態ブロック３２０と基準軌道１６０とからロボットデバイス１００の状態を入力として受け取る。インピーダンス制御ブロック３１０は、既知の方法で、インピーダンス制御法則を適用する。例えば、インピーダンス制御ブロック３１０は、以下の形式でインピーダンス制御法則を計算してもよい。

これから説明されるように、制御スキーム３００は、ロボットデバイス１００上で、加えられた外力及び／又はトルクの影響を補償するために調整値を加えるように構成されている調整値ブロック３３０をさらに含む。

制御スキーム３００は、外力及び／又はトルク補償ブロック３４０を含む。外力及び／又はトルク補償ブロック３４０は、ロボットデバイスに作用し、基準軌道からの逸脱を引き起こす加えられた外力及び／又はトルクを決定するように構成されている。外力及び／又はトルク補償ブロック３４０は、状態ブロック３２０からの入力としてロボットデバイス１００の状態を受け取る外部関節トルク推定ブロック３４２を含む。外部関節トルク推定ブロック３４２は、外力及び／又はトルクに起因した、ロボットデバイス１００の１つ又は複数の関節に作用する関節トルクを推定する。実施例では、外部関節トルク推定ブロック３４２は、ブロック３２０から受け取られたロボットの状態から、加えられた外部関節トルクを推定する。上述されたように、これは、センサレス方法、すなわちロボットデバイス１００の自己受容センサのみに依存し、例えば、外部受容荷重センサ又は他のセンサから取得されたデータを使用しない方法を使用することと説明され得る。加えられた外部関節トルクを推定するために外力及び／又はトルク推定ブロック３４２において使用され得るセンサレス方法の一実施例は、運動量オブザーバ法である。運動量オブザーバ法を使用することは、加えられた外部関節トルクが、直接推定法によって必要とされ得る測定された関節加速度を使用せずに推定されることを可能にし得るので、いくつかの実施例では有利であり得る。これは、関節加速度の取得には、ノイズの影響を受け得る関節エンコーダ測定値の二次導関数を計算する必要があり得るので、望ましいことがある。さらに、運動量オブザーバ法は、質量行列の反転が計算される必要がなく、質量行列の反転が、加えられた外部関節トルクへの収束を取得する際に関与する複数の反復の各々で計算される必要が典型的にある速度オブザーバ法よりも、潜在的に、より計算上効率的にする。

外部関節トルク推定ブロック３４２において推定された外部の加えられた関節トルクは、推定された加えられた外部関節トルクを補償するために、調整値、例えば予圧トルクを加えるために調整値ブロック３３０に提供される。しかしながら、特定の実施例では、推定された加えられた外部関節トルクが、インピーダンス制御方法を調整するために使用される調整値ブロック３３０に提供される前に、更なるステップが実行される。例えば、図３に示された実施例では、外力及び／又はトルク補償ブロック３４０は、射影ブロック３４４をさらに含む。射影ブロック３４４において、推定された外部関節トルクは、エンドエフェクタ１１２に対する作用と呼ばれ得る、エンドエフェクタに作用する加えられた外力及び／又はトルクを計算するために使用され得る。次いで、特定の部分空間への、エンドエフェクタに作用する加えられた外力及び／又はトルクの射影、すなわち作用が決定される。例えば、作用が射影される部分空間は、特定の軸を定義することであってもよい。例えば、これは、エンドエフェクタ１１２上の他の外部効果を除外しつつ、特定の軸に沿ってエンドエフェクタ１１２に作用する荷重を補償することを可能にする。一実施例では、射影ブロック３４４は、推定された加えられた外力及び／又はトルクを直交空間に射影し、これからエンドエフェクタ１１２に対する６次元作用を推定するように構成されている。６次元作用は、力の３つの直交コンポーネントと３つのモーメントとを含む。直交空間に射影されると、エンドエフェクタで推定された作用は、所定の軸に沿って射影され得る。例えば、射影ブロック３４４は、垂直軸に沿ってエンドエフェクタ１１２に作用する荷重の射影を決定するように構成されていてもよい。これは、外力及び／又はトルク補償ブロック３４０が、他の方向に沿った力を除外しつつ、エンドエフェクタ１１２に作用する外部荷重の重量を補償することを可能にし得る。したがって、荷重の重量に起因したエンドエフェクタ１１２に対する作用が考慮され得る一方で、他の外部効果がフィルタリングされるということがあり得る。

図３において、外力及び／又はトルク補償ブロック３４０は、フィルタブロック３４６を含む。フィルタブロック３４６は、制御スキーム３００が、遅延を導入することによって加えられた外力及び／又はトルクを補償する速度を制御するように構成されている。実施例でのフィルタブロック３４６は、補償されるべき検出された加えられた外力及び／又はトルクを示す信号をローパスフィルタで処理することを含む。ローパスフィルタは、加えられた外力／トルクを調整する際に所望の応答性をもたらすように調整されてもよい。ローパスフィルタはまた、予圧補償作用が平滑化されるように、検出された加えられた外力／トルク信号のノイズをフィルタリングするように作用してもよい。

図３において、フィルタブロック３４６は、外力及び／又はトルク補償ブロック３４０の信号経路において射影ブロック３４４に追従するように示されている。しかしながら、他の実施例では、フィルタブロック３４６は、信号経路の異なる位置に配置されてもよい。例えば、フィルタブロック３４６は、射影ブロック３４４が既にフィルタリングされた加えられた外力及び／又はトルクを射影するように、信号経路において射影ブロック３４４の前に位置してもよい。

外力及び／又はトルク補償ブロック３４０は、上述されたように所定の軸に沿ってフィルタリングされ且つ／或いは射影され得る、検出された加えられた外力及び／又はトルクを補償するために行われるべき調整値を計算し、それを調整値ブロック３３０に提供する。次いで、調整値ブロック３３０は、調整値をインピーダンス制御方法に適用する。例えば、調整値ブロック３３０は、ロボットデバイス１００の１つ又は複数の関節を制御するためにインピーダンス制御ブロック３１０によって出力された関節トルクに、予圧トルクの形態で調整値を加えてもよい。したがって、特定の実施例での方法３００は、インピーダンス制御方法に「予圧」トルクを加える方法であると考えられ得る。上述のように、これは、質量－ばね－ダンパーの「剛性」が変化されずに、外部の加えられた荷重が補償され得ることを意味する。したがって、本明細書で説明される例示的な方法は、エンドエフェクタに作用する未知の荷重によってもたらされた位置誤差を補償しつつ、エンドエフェクタ１１２に与えられた力と、エンドエフェクタ１１２によって与えられた力と、エンドエフェクタ１１２の位置とを制御する際にインピーダンス制御を適用する利益を保持することを可能にし得る。したがって、エンドエフェクタ１１２の基準軌道は回復され、例えば、位置精度を回復しつつ、エンドエフェクタ１１２が基準軌道によって符号化されるタスクを実行することを可能にし得る。

いくつかの実施例では、制御スキーム３００は、重力補償ブロック３５０をさらに含んでもよい。重力補償ブロック３５０は、ロボットデバイス１００の重量を補償するために重力補償トルクを計算するように構成されている。実施例では、重力補償ブロック３５０は、調整値ブロック３３０にフィードフォワード項を提供するように作用する。重力補償トルクは、状態ブロック３２０によって提供されるようなロボットデバイス１００の状態に基づいて計算され得る。次いで、重力補償トルクは、インピーダンス制御を調整するために調整値ブロック３３０において使用され、インピーダンス制御がロボットデバイス１００の重量に起因した誤差によって影響を受けないことを定め得る。上述のように、いくつかの例では、コリオリ効果などの追加の効果は、重力補償ブロック３５０が動作する方法と同様の方法で補償されてもよい。

特定の実施例では、垂直軸は、ｚ軸とアラインされる。そのような実施例では、垂直軸に沿った射影は、ｚ軸に沿った射影と一致し、以下の式が成り立つ。

他の実施例では、垂直軸に沿った射影がｚ軸に沿った射影と一致しない場合がある。例えば、ロボットデバイス１００は、表面１７０に対して傾斜されてもよく、したがって、ロボットデバイス１００のフレームは、表面１７０によって定義される直交フレームとアラインされない場合がある。そのような実施例では、以下のように、より一般的な射影作用素が使用され得る。Ａが線形空間の基底である場合、線形空間上の点ｂの射影ｐは、以下のように計算され得る。

ここで、線形空間Ａ上の射影作用素Ｐ_Ａは以下のように定義される。

誤差ｅは、線形空間Ａに直交するｂのコンポーネントを記述していることに留意されたい。ここで、

であり、ここで、（Ｉ－Ｐ_Ａ）は、Ａの列空間に直交する、Ａ^Ｔの零空間における射影作用素である。

フィルタブロック３４６において適用されたフィルタはまた、上記と同様の表記を使用して、以下のように記述され得る。

したがって、予圧トルクを取得するためのプロセスは、上記の式から取得可能な、以下の式でまとめられ得る。

図４は、本明細書で説明される例示的な方法を実施するためのロボットデバイス１００の例示的な制御システム４００を示す。例示的な制御システム４００は、ロボットデバイスの本体の一部として供給され得る（例えば、ベースリンク及び／又はデバイスの他のリンクなどの、本体上又は本体内に取り付けられ得る）内部本体コンポーネント４１０を含む。内部本体コンポーネント４１０は、コントローラ４２０と、関節制御システム４４０－４４４のセットとを含む。図４において、関節制御システム４４０－４４４のセットは、例えば、ロボットデバイスのベースリンクに取り付けられた第１関節１１４ａを制御し得る、第１関節制御システム４４０と、ロボットデバイス１００の先で説明された第２－第６関節１１４ｂ－１１４ｆなどの、ロボットデバイスの本体の外部にある複数の関節を制御し得る、第ｎ関節制御システム４４２－４４４のセットとを含む。関節制御システム４４０－４４４のセットは、直列デイジーチェーン式配置又は並列結合を含む、当技術分野で知られているような多くの方法で結合されてもよい。これは、図４における破線矢印によって示されている。駆動制御システム４４０－４４４は、コントローラ４２０から受信された信号に応答して、関節に配置された１つ又は複数の電気モータによって加えられるトルクを制御し得る。

コントローラ４２０は、１つ又は複数のマイクロプロセッサ、中央処理装置及び／又はグラフィック処理装置を含む１つ又は複数のプロセッサと、メモリ（又は複数のメモリ）とを含み得る。コントローラ４２０は、例示的な制御コンポーネントに通信可能に結合され、ロボットデバイスの動作を制御する。図４において、この結合は、システムバス４６０を介して達成される。異なるレベルの制御が提供されてもよく、例えば、１つのケースでは、コントローラ４２０は、関節制御システム４４０－４４４のセットによって関節アクチュエータコマンドに変換される所望の関節トルクを提供してもよく、或いは別のケースでは、コントローラ４２０は、関節制御システム４４０－４４４のセットによってもたらされる、関節アクチュエータコマンドそのものを提供してもよい。

もっとも、上記のように、上述された特定の実施例は、外部荷重の重量を考慮するために、加えられた外力及び／又はトルクが垂直軸に沿って射影されることを説明している。他の実施例では、射影は、例えば、任意の他の軸に沿って、別のベクトル部分空間であってもよい。例えば、本明細書で説明される方法は、異なる方向に沿った外力又は異なる軸に関するトルクを補償するために使用されてもよく、これらの外力／トルクは、重力に関連していない。例えば、加えられた外部トルクは、特定の方向でエンドエフェクタに作用するバイアス力に起因してもよい。そのようなケースでは、所定の射影軸は、バイアス力が作用する方向に沿ってアラインされ得る。

上述された特定の実施例は、ロボットデバイスのエンドエフェクタに対する作用を補償することを説明しているが、本明細書で説明される方法は、デバイス上の別の点、例えば、デバイスと外部のオブジェクトとの間の接触点での作用を補償するために使用され得る。

本明細書で説明された特定の実施例は、作動型ロボットアームを含むものとして説明される。これらの実施例では、用語「作動型」は、ロボットアームの１つ又は複数の関節が推進システムを介して動かされ得ることを示すために使用される。例えば、推進システムは、関節モータ又は電気活性ポリマなどの、１つ又は複数のアクチュエータを含んでもよい。したがって、作動型ロボットアームは、その環境内で動くように構成されている。いくつかの実施例では、用語「アーム」が使用され得るが、ロボットアームは、空間内でエンドエフェクタを動かすことができる、任意の形態の関節のある肢体又は機械的アセンブリであってもよい。作動型ロボットアームは、図２Ａから図２Ｃに示されるものとは異なることがあっても、環境内でエンドエフェクタに複数の自由度を提供してもよいことに留意されたい。例えば、電気活性ポリマは、枢動する関節の周りに配置され、電流によって制御されてもよい。異なるタイプのセンサは、関節の作動タイプに応じて、ロボットデバイスの状態の測定値を提供するために使用されてもよい。例えば、関節を作動させるために供給される電流の測定値は、デバイスの状態の指標を提供してもよい。特定のケースでは、カメラ配置は、３次元空間内のエンドエフェクタの位置の視覚的フィードバックを可能にするために、ロボットデバイス上に配置されてもよい。

例示的なロボットデバイス１００は、作動型ロボットアームを有するロボットデバイスの多くの潜在的な構成のうちの単に１つであることに留意されたい。少なくとも、異なる関節配置及び異なる本体配置が想定される。

上記の実施例は、例示的なものとして理解されるべきである。更なる実施例が想定される。任意の１つの実施例に関連して説明された任意の特徴は、単独で、或いは説明された他の特徴と組み合わせて使用されてもよく、また、任意の他の実施例の１つ又は複数の特徴、又は任意の他の実施例の任意の組み合わせと組み合わせて使用されてもよい。さらに、上述されていない均等物及び変更も、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく採用され得る。

Claims (17)

1. 本体と、１つ又は複数の関節によって前記本体に結合されたエンドエフェクタと、前記１つ又は複数の関節を駆動し、ロボットデバイスの状態を制御する推進システムとを含む前記ロボットデバイスを制御する方法であって、
   前記ロボットデバイスにインピーダンス制御を適用することと、
   前記エンドエフェクタの基準軌道を決定することと、
   前記基準軌道からの逸脱を引き起こす、前記ロボットデバイスに加えられた外力及び／又はトルクを検出することと、
   前記検出された加えられた外力及び／又はトルクを補償するために前記１つ又は複数の関節のうちの１つ又は複数に加えられるべき調整値を計算することと、
   前記１つ又は複数の関節を制御し、前記エンドエフェクタを作動させ、前記エンドエフェクタの前記基準軌道を回復するために、前記計算された調整値を使用することと、
   を含む、方法。
2. 前記加えられた外力及び／又はトルクによって引き起こされた、前記１つ又は複数の関節に加えられた関節力及び／又はトルクを推定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記調整値は、前記１つ又は複数の関節に加えられた関節力及び／又はトルクである、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記検出された加えられた外力及び／又はトルクは、前記エンドエフェクタに作用する外力に起因する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記加えられた外力及び／又はトルクを補償するために前記１つ又は複数の関節に加えられるべき前記調整値を計算することは、軸に沿って前記エンドエフェクタに作用する前記加えられた外力及び／又はトルクの１つ又は複数のコンポーネントを決定することと、前記軸に沿って前記外力及び／又はトルクの前記１つ又は複数のコンポーネントを補償するために前記１つ又は複数の関節に加えられるべき前記関節トルク及び／又は力として前記調整値を決定することとを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記軸は、実質的に垂直軸である、請求項５に記載の方法。
7. 前記加えられた外力及び／又はトルクは、前記エンドエフェクタによって運ばれた荷重の重量に起因する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記基準軌道は、前記ロボットデバイスが表面上に前記荷重を課すための軌道を定義し、前記方法は、前記荷重が前記表面上に課され、前記エンドエフェクタに作用する前記荷重の前記重量が減少すると、前記基準軌道を維持するために前記調整値を精緻化することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記関節力及び／又はトルクを推定することは、前記ロボットデバイスの１つ又は複数の自己受容センサからのデータを使用することを含む、請求項２乃至８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記関節力及び／又はトルクを推定することは、運動量オブザーバ法を使用することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記計算された調整値が前記１つ又は複数の関節を制御するために使用される速度を決定することを含み、前記１つ又は複数の関節を制御し、前記エンドエフェクタの前記基準軌道を回復するために前記計算された調整値を使用することは、前記決定された速度で前記インピーダンス制御を調整することを含む、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記計算された調整値が前記１つ又は複数の関節を制御するために使用される前記速度を決定することは、前記検出された加えられた外力及び／又はトルクに関連する信号にローパスフィルタを適用することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ロボットデバイスの重量に起因した、前記ロボットデバイスに作用するトルクを補償するために前記１つ又は複数の関節に加えられている重力補償トルクを決定することと、
    前記決定された重力補償トルクを使用して、前記１つ又は複数の関節を制御し、前記ロボットデバイスの前記重量に起因した、前記ロボットデバイスに作用する前記トルクを補償するために前記インピーダンス制御を調節することと、
    をさらに含む、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 本体と、１つ又は複数の関節によって前記本体に結合されたエンドエフェクタと、前記１つ又は複数の関節を駆動し、前記ロボットデバイスの状態を制御する推進システムとを含む、前記ロボットデバイスを制御するためのコントローラであって、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法を実行するように構成されている、コントローラ。
15. ロボットデバイスのコントローラによって実行されると、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法を実行させる、機械読取可能な命令のセット。
16. 請求項１５に記載の機械読取可能な命令のセットを含む、機械読取可能な媒体。
17. 本体と、
    １つ又は複数の関節によって前記本体に結合されたエンドエフェクタと、
    前記１つ又は複数の関節を駆動し、ロボットデバイスの状態を制御する推進システムと、
    コントローラであって、
    前記ロボットデバイスにインピーダンス制御を適用し、
    前記エンドエフェクタの基準軌道を決定し、
    前記基準軌道からの逸脱を引き起こす、前記ロボットデバイスに加えられた外力及び／又はトルクを検出し、
    前記検出された加えられた外力及び／又はトルクを補償するために、前記１つ又は複数の関節のうちの１つ又は複数に加えられるべき調整値を計算し、
    前記１つ又は複数の関節を制御し、前記エンドエフェクタを作動させ、前記エンドエフェクタの前記基準軌道を回復するために、前記計算された調整値を使用するように構成されている、前記コントローラと、
    を含む、ロボットデバイス。
    

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