JP3234928B2 - マニピュレータの位置・姿勢制御装置 - Google Patents
マニピュレータの位置・姿勢制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、移動体に備えられ、種
々の動作を行うマニピュレータの位置及び姿勢を制御す
る装置に関する。
々の動作を行うマニピュレータの位置及び姿勢を制御す
る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】工場での生産性の向上及び安全性の確保
を実現するために、種々の作業用のロボットが開発され
ており、例えば、その先端に手先効果器を設けた多関節
型のマニピュレータを、自律走行する移動体である台車
に搭載した移動ロボットがある。このような移動ロボッ
トにおいては、前記台車の走行制御を行いつつ前記マニ
ピュレータの手先効果器の位置・姿勢制御を行うことに
よって、作業対象物に対して台車の走行中にマニピュレ
ータにて作業を行うものが考えられている。この移動ロ
ボットでは、台車の走行中の位置及び方位の情報をマニ
ピュレータの位置・姿勢制御に取り込むことによって、
台車を走行させつつマニピュレータの手先効果器を、作
業対象物に対する目標の位置・姿勢に制御するようにな
っていた。この場合の位置・姿勢制御では、マニピュレ
ータの手先効果器の実際の位置・姿勢を検出することに
よって、作業対象物に対する目標の位置・姿勢とその実
際の位置・姿勢との偏差を求め、この偏差を零とするよ
うにマニピュレータを動作させるフィードバック制御が
行われていた。
を実現するために、種々の作業用のロボットが開発され
ており、例えば、その先端に手先効果器を設けた多関節
型のマニピュレータを、自律走行する移動体である台車
に搭載した移動ロボットがある。このような移動ロボッ
トにおいては、前記台車の走行制御を行いつつ前記マニ
ピュレータの手先効果器の位置・姿勢制御を行うことに
よって、作業対象物に対して台車の走行中にマニピュレ
ータにて作業を行うものが考えられている。この移動ロ
ボットでは、台車の走行中の位置及び方位の情報をマニ
ピュレータの位置・姿勢制御に取り込むことによって、
台車を走行させつつマニピュレータの手先効果器を、作
業対象物に対する目標の位置・姿勢に制御するようにな
っていた。この場合の位置・姿勢制御では、マニピュレ
ータの手先効果器の実際の位置・姿勢を検出することに
よって、作業対象物に対する目標の位置・姿勢とその実
際の位置・姿勢との偏差を求め、この偏差を零とするよ
うにマニピュレータを動作させるフィードバック制御が
行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前述の如きフィードバ
ック制御を行う従来の移動ロボットにおいては、台車の
走行中に、作業対象物に対するマニピュレータの手先効
果器の目標の位置・姿勢と実際の位置・姿勢との偏差を
零とすべくマニピュレータが制御動作を行うが、この制
御動作中にも台車が走行しているので、前記制御動作中
にも台車の走行に従って手先効果器が台車の走行方向に
移動していく。このため、台車の走行中は、マニピュレ
ータの制御動作が行われるのにも関わらず、台車の走行
に従って新たな位置・姿勢の偏差が生じて行くので、位
置・姿勢の偏差は零になることはなく、台車の定速走行
中には、手先効果器の目標の位置・姿勢と実際の位置・
姿勢との間に定常偏差が生じるという難点があり、マニ
ピュレータの位置・姿勢制御の精度が悪いという問題が
あった。
ック制御を行う従来の移動ロボットにおいては、台車の
走行中に、作業対象物に対するマニピュレータの手先効
果器の目標の位置・姿勢と実際の位置・姿勢との偏差を
零とすべくマニピュレータが制御動作を行うが、この制
御動作中にも台車が走行しているので、前記制御動作中
にも台車の走行に従って手先効果器が台車の走行方向に
移動していく。このため、台車の走行中は、マニピュレ
ータの制御動作が行われるのにも関わらず、台車の走行
に従って新たな位置・姿勢の偏差が生じて行くので、位
置・姿勢の偏差は零になることはなく、台車の定速走行
中には、手先効果器の目標の位置・姿勢と実際の位置・
姿勢との間に定常偏差が生じるという難点があり、マニ
ピュレータの位置・姿勢制御の精度が悪いという問題が
あった。
【０００４】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、マニピュレータの位置・姿勢の定常偏差を抑制
し、位置・姿勢制御の精度を向上させることを可能とす
るマニピュレータの位置・姿勢制御装置を提供すること
を目的とする。
であり、マニピュレータの位置・姿勢の定常偏差を抑制
し、位置・姿勢制御の精度を向上させることを可能とす
るマニピュレータの位置・姿勢制御装置を提供すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るマニピュレ
ータの位置・姿勢制御装置は、種々の動作を行うマニピ
ュレータを備えた移動体の位置及び方位に応じて前記マ
ニピュレータの位置及び姿勢の目標値を定める手段と、
定めた目標値を実現すべく、その目標値と前記マニピュ
レータの実際の位置及び姿勢との偏差に関連して前記マ
ニピュレータの制御量を求める手段と、求めた制御量の
動作を実行させる手段とを備え、前記マニピュレータの
位置及び姿勢を制御する装置であって、前記マニピュレ
ータの位置及び姿勢の目標値及びその時間微分値を設定
する手段と、前記移動体の位置及び方位を含む移動に関
する情報を求める手段と、前記移動に関する情報と、設
定したマニピュレータの位置及び姿勢の目標値及びその
時間微分値とに基づいて前記移動に関する情報のもとで
の新たな前記マニピュレータの位置及び姿勢の目標値及
びその時間微分値を決定する手段と、これを実現すべく
マニピュレータに対する制御量を求める手段とを具備す
ることを特徴とする。
ータの位置・姿勢制御装置は、種々の動作を行うマニピ
ュレータを備えた移動体の位置及び方位に応じて前記マ
ニピュレータの位置及び姿勢の目標値を定める手段と、
定めた目標値を実現すべく、その目標値と前記マニピュ
レータの実際の位置及び姿勢との偏差に関連して前記マ
ニピュレータの制御量を求める手段と、求めた制御量の
動作を実行させる手段とを備え、前記マニピュレータの
位置及び姿勢を制御する装置であって、前記マニピュレ
ータの位置及び姿勢の目標値及びその時間微分値を設定
する手段と、前記移動体の位置及び方位を含む移動に関
する情報を求める手段と、前記移動に関する情報と、設
定したマニピュレータの位置及び姿勢の目標値及びその
時間微分値とに基づいて前記移動に関する情報のもとで
の新たな前記マニピュレータの位置及び姿勢の目標値及
びその時間微分値を決定する手段と、これを実現すべく
マニピュレータに対する制御量を求める手段とを具備す
ることを特徴とする。
【０００６】
【０００７】
【作用】本発明のマニピュレータの位置・姿勢制御装置
にあっては、マニピュレータがその位置及び姿勢の目標
値を実現すべく制御動作を行う場合、マニピュレータの
制御量は、マニピュレータの位置及び姿勢の目標値と、
その実際の位置及び姿勢との偏差を求め、求めた制御量
にてマニピュレータを制御する。マニピュレータの位置
及び姿勢の目標値及びその時間微分値に基づいて得られ
る制御量は、前記移動体の位置及び方位を含む移動に関
する情報と、求めた移動体の位置及び方位を含む移動に
関する情報のもとでの前記マニピュレータの位置及び姿
勢の目標値及びその時間微分値を決定し、移動体の移動
によって生じる、前記目標値からのマニピュレータの位
置及び姿勢のずれ量を予測してこれを補償する。
にあっては、マニピュレータがその位置及び姿勢の目標
値を実現すべく制御動作を行う場合、マニピュレータの
制御量は、マニピュレータの位置及び姿勢の目標値と、
その実際の位置及び姿勢との偏差を求め、求めた制御量
にてマニピュレータを制御する。マニピュレータの位置
及び姿勢の目標値及びその時間微分値に基づいて得られ
る制御量は、前記移動体の位置及び方位を含む移動に関
する情報と、求めた移動体の位置及び方位を含む移動に
関する情報のもとでの前記マニピュレータの位置及び姿
勢の目標値及びその時間微分値を決定し、移動体の移動
によって生じる、前記目標値からのマニピュレータの位
置及び姿勢のずれ量を予測してこれを補償する。
【０００８】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。図１は本発明に係るマニピュレー
タの位置・姿勢制御装置により制御される移動ロボット
の斜視図である。
て具体的に説明する。図１は本発明に係るマニピュレー
タの位置・姿勢制御装置により制御される移動ロボット
の斜視図である。
【０００９】図中１は自律走行を行う移動体である台車
であり、該台車１は、箱型の車体10を、左右一対の駆動
輪11,11 （右駆動輪のみ図示）と、前後左右に配された
キャスタ12,12,12,12 （２つのみ図示）とにて支持して
なる。前記左駆動輪11及び右駆動輪11は各別のモータ
（図示せず）によって独立的に駆動されるようになって
いる。台車１の車体10の上部には、連結された複数の関
節21,21,…を有し、その先端部に手先効果器20を備えた
多関節型のマニピュレータ２が備えられている。前記関
節21,21,…の夫々は、サーボモータ（図示せず）によっ
て駆動されるようになっている。前記左駆動輪11及び右
駆動輪11には夫々、その回転に応じてパルス信号を発振
するパスジェネレータよりなる走行速度検出器（図示せ
ず）が設けられている。そして、前記マニピュレータ２
の各関節21,21,…には、その関節角度を検出する角度検
出器（図示せず）が設けられている。また、図中ΣH は
マニピュレータ２の手先効果器20の位置・姿勢を表現す
るために手先効果器20に設定された座標系、Σv は台車
１に設定された移動座標系、Σw は作業対象物３の位置
・姿勢を表現するために作業対象物３に設定された作業
座標系である。
であり、該台車１は、箱型の車体10を、左右一対の駆動
輪11,11 （右駆動輪のみ図示）と、前後左右に配された
キャスタ12,12,12,12 （２つのみ図示）とにて支持して
なる。前記左駆動輪11及び右駆動輪11は各別のモータ
（図示せず）によって独立的に駆動されるようになって
いる。台車１の車体10の上部には、連結された複数の関
節21,21,…を有し、その先端部に手先効果器20を備えた
多関節型のマニピュレータ２が備えられている。前記関
節21,21,…の夫々は、サーボモータ（図示せず）によっ
て駆動されるようになっている。前記左駆動輪11及び右
駆動輪11には夫々、その回転に応じてパルス信号を発振
するパスジェネレータよりなる走行速度検出器（図示せ
ず）が設けられている。そして、前記マニピュレータ２
の各関節21,21,…には、その関節角度を検出する角度検
出器（図示せず）が設けられている。また、図中ΣH は
マニピュレータ２の手先効果器20の位置・姿勢を表現す
るために手先効果器20に設定された座標系、Σv は台車
１に設定された移動座標系、Σw は作業対象物３の位置
・姿勢を表現するために作業対象物３に設定された作業
座標系である。
【００１０】まず、マニピュレータ２及び台車１の夫々
の基本的な運動学について説明する。ある座標系で表さ
れた６自由度を持つマニピュレータ２の手先効果器20の
位置・姿勢を下記(1) 式のベクトルｒで表し、その位置
・姿勢を実現するマニピュレータ２の関節21,21,…の関
節角を下記(2) 式のベクトルｑで表す。
の基本的な運動学について説明する。ある座標系で表さ
れた６自由度を持つマニピュレータ２の手先効果器20の
位置・姿勢を下記(1) 式のベクトルｒで表し、その位置
・姿勢を実現するマニピュレータ２の関節21,21,…の関
節角を下記(2) 式のベクトルｑで表す。
【００１１】
【数１】
【００１２】
【数２】
【００１３】前記手先効果器20の位置・姿勢と、前記関
節角との間には、下記(3) 式に示される如く所定の関数
による順変換の関係があり、また、下記(4) 式に示され
る如く所定の関数による逆変換の関係がある。
節角との間には、下記(3) 式に示される如く所定の関数
による順変換の関係があり、また、下記(4) 式に示され
る如く所定の関数による逆変換の関係がある。
【００１４】
【数３】
【００１５】
【数４】
【００１６】前記(3) 式を時間で微分すると、前記位置
・姿勢の時間微分値と前記関節角の時間微分値との間に
は、下記(5) 式の如き関係がある。
・姿勢の時間微分値と前記関節角の時間微分値との間に
は、下記(5) 式の如き関係がある。
【００１７】
【数５】
【００１８】また、作業座標系Σw で表された台車１の
位置・方位は、見浪ほか：同次変換行列を用いた自律移
動ロボットの任意曲線コース誘導方法，日本ロボット学
会誌，Vol.8 ，No.4，1990に発表された如く、下記(6)
式の如き同時変換行列 wＡvにて表される。
位置・方位は、見浪ほか：同次変換行列を用いた自律移
動ロボットの任意曲線コース誘導方法，日本ロボット学
会誌，Vol.8 ，No.4，1990に発表された如く、下記(6)
式の如き同時変換行列 wＡvにて表される。
【００１９】
【数６】
【００２０】次に、台車１の走行を考慮してマニピュレ
ータ２の手先効果器20の位置を制御する原理について説
明する。下記(7) 式の如き作業座標系Σw で表された手
先効果器20の位置・姿勢の目標軌道と、その時間微分値
とが与えられている場合を考える。
ータ２の手先効果器20の位置を制御する原理について説
明する。下記(7) 式の如き作業座標系Σw で表された手
先効果器20の位置・姿勢の目標軌道と、その時間微分値
とが与えられている場合を考える。
【００２１】
【数７】
【００２２】この場合、移動座標系Σv で表された手先
効果器20の位置ベクトル vｒpdは、前記(6) 式で表され
た台車１の位置・方位を考慮すると、下記(8) 式を満た
さなければならない。
効果器20の位置ベクトル vｒpdは、前記(6) 式で表され
た台車１の位置・方位を考慮すると、下記(8) 式を満た
さなければならない。
【００２３】
【数８】
【００２４】前記(8) 式は、作業座標系Σw から見た手
先効果器20の位置の目標軌道を表す位置ベクトル wｒpd
は、移動座標系Σv で表された手先効果器20の位置ベク
トルvｒpdを作業座標系Σw から見た位置ベクトルに変
換したものと、作業座標系Σw から見た台車１の移動座
標系Σv の位置ベクトル wｒv との和に等しいというこ
とを表している。即ち、台車１の走行に伴って変化す
る、台車１の方位を表す行列 wＲv 及び台車１の位置を
表す位置ベクトル wｒv に応じて手先効果器20の位置を
表す位置ベクトル vｒpdが前記(8) 式を満たしつつ変化
すれば、位置ベクトル wｒpdで表される手先効果器20の
位置の目標軌道は実現される。
先効果器20の位置の目標軌道を表す位置ベクトル wｒpd
は、移動座標系Σv で表された手先効果器20の位置ベク
トルvｒpdを作業座標系Σw から見た位置ベクトルに変
換したものと、作業座標系Σw から見た台車１の移動座
標系Σv の位置ベクトル wｒv との和に等しいというこ
とを表している。即ち、台車１の走行に伴って変化す
る、台車１の方位を表す行列 wＲv 及び台車１の位置を
表す位置ベクトル wｒv に応じて手先効果器20の位置を
表す位置ベクトル vｒpdが前記(8) 式を満たしつつ変化
すれば、位置ベクトル wｒpdで表される手先効果器20の
位置の目標軌道は実現される。
【００２５】また、前記(8) 式を時間微分すると、下記
(9) 式が得られる。
(9) 式が得られる。
【００２６】
【数９】
【００２７】走行している台車１が、前記(8) 式におけ
る手先効果器20の位置の目標軌道（位置ベクトル
wｒpd）及びその時間微分値を実現するためには、手先
効果器20の位置ベクトル vｒpd は前記(8) 式を変形し
て得られる下記(10)式を満たす必要があり、その位置ベ
クトル vｒpdの時間微分値は前記(9) 式を変形して得ら
れる下記(11)式を満たす必要がある。但し、下記(11)式
における位置ベクトル vｒpdは下記(10)式において求ま
るので既知である。
る手先効果器20の位置の目標軌道（位置ベクトル
wｒpd）及びその時間微分値を実現するためには、手先
効果器20の位置ベクトル vｒpd は前記(8) 式を変形し
て得られる下記(10)式を満たす必要があり、その位置ベ
クトル vｒpdの時間微分値は前記(9) 式を変形して得ら
れる下記(11)式を満たす必要がある。但し、下記(11)式
における位置ベクトル vｒpdは下記(10)式において求ま
るので既知である。
【００２８】
【数１０】
【００２９】
【数１１】
【００３０】マニピュレータ２の手先効果器20の姿勢を
表す３×３行列Ｒは、手先効果器20の姿勢を表すベクト
ルｒo の定義に従って定まる関数ｆによって、下記(12)
式の如く表される。
表す３×３行列Ｒは、手先効果器20の姿勢を表すベクト
ルｒo の定義に従って定まる関数ｆによって、下記(12)
式の如く表される。
【００３１】
【数１２】
【００３２】また、前記(12)式を時間微分すると、下記
(13)式が得られる。
(13)式が得られる。
【００３３】
【数１３】
【００３４】作業座標系Σw で表された手先効果器20の
姿勢の目標軌道を表すベクトル wｒodが与えられている
とき、作業座標系Σw で表された手先効果器20の目標姿
勢を表す３×３行列 wＲd は、前記(12)式により定ま
る。台車１は走行しているので、この目標姿勢を実現す
るためには、移動座標系Σv で表された手先効果器20の
姿勢を表す行列 vＲH が台車１の姿勢を考慮した下記(1
4)式を満たさなければならない。下記(14)式は、前記行
列 wＲd が、作業座標系Σw で表された台車１の姿勢を
表す行列 wＲv と、移動座標系Σv で表された手先効果
器20の姿勢を表す行列 vＲH との積に等しいことを表し
ている。
姿勢の目標軌道を表すベクトル wｒodが与えられている
とき、作業座標系Σw で表された手先効果器20の目標姿
勢を表す３×３行列 wＲd は、前記(12)式により定ま
る。台車１は走行しているので、この目標姿勢を実現す
るためには、移動座標系Σv で表された手先効果器20の
姿勢を表す行列 vＲH が台車１の姿勢を考慮した下記(1
4)式を満たさなければならない。下記(14)式は、前記行
列 wＲd が、作業座標系Σw で表された台車１の姿勢を
表す行列 wＲv と、移動座標系Σv で表された手先効果
器20の姿勢を表す行列 vＲH との積に等しいことを表し
ている。
【００３５】
【数１４】
【００３６】移動座標系Σv で表された手先効果器20の
姿勢を表す行列 vＲH は、前記(14)式を変形することに
よって下記(15)式の如く求められる。
姿勢を表す行列 vＲH は、前記(14)式を変形することに
よって下記(15)式の如く求められる。
【００３７】
【数１５】
【００３８】また、前記(12)式の逆関数を用いることに
よって、移動座標系Σv で表された手先効果器20の姿勢
の目標軌道を表すベクトル vｒod の時間微分値が下記(1
6)式の如く求められる。
よって、移動座標系Σv で表された手先効果器20の姿勢
の目標軌道を表すベクトル vｒod の時間微分値が下記(1
6)式の如く求められる。
【００３９】
【数１６】
【００４０】前記(14)式を微分すると、行列 wＲd の時
間微分値は下記(17)式の如きものとなる。
間微分値は下記(17)式の如きものとなる。
【００４１】
【数１７】
【００４２】下記(17)式においては、行列 wＲd の時間
微分値は前記(13)式より、行列 vＲH は前記(15)式よ
り、行列 wＲv は前記(6) 式より既知であり、行列 wＲ
v の時間微分値は台車１の走行速度が走行速度検出器に
よって測定できることから、既知である。従って、行列
vＲH の時間微分値は前記(17)式を変形して得られる下
記(18)式の如く求めることができる。
微分値は前記(13)式より、行列 vＲH は前記(15)式よ
り、行列 wＲv は前記(6) 式より既知であり、行列 wＲ
v の時間微分値は台車１の走行速度が走行速度検出器に
よって測定できることから、既知である。従って、行列
vＲH の時間微分値は前記(17)式を変形して得られる下
記(18)式の如く求めることができる。
【００４３】
【数１８】
【００４４】また、行列 vＲH の時間微分値は前記(13)
式を用いて、移動座標系Σv で表された手先効果器20の
姿勢の目標軌道を表すベクトル vｒodをその変数とする
関数により、下記(19)式の如く表すことができる。
式を用いて、移動座標系Σv で表された手先効果器20の
姿勢の目標軌道を表すベクトル vｒodをその変数とする
関数により、下記(19)式の如く表すことができる。
【００４５】
【数１９】
【００４６】前記(19)式における行列 vＲHの時間微分
値は前記(18)式にて求められるので、(19)式に行列 vＲ
H の時間微分値を代入して(19)式を解くことによってベ
クトル vｒodの時間微分値が得られる。
値は前記(18)式にて求められるので、(19)式に行列 vＲ
H の時間微分値を代入して(19)式を解くことによってベ
クトル vｒodの時間微分値が得られる。
【００４７】以上の如き手順によって、移動座標系Σv
で表された手先効果器20の位置・姿勢の目標軌道と、そ
の時間微分値とが求められる。
で表された手先効果器20の位置・姿勢の目標軌道と、そ
の時間微分値とが求められる。
【００４８】次に、マニピュレータ２の制御則について
説明する。前述の如く求められた、移動座標系Σv で表
された手先効果器20の位置・姿勢の目標軌道及びその時
間微分値とを実現する、マニピュレータ２の関節21,21,
…の目標関節角を表すベクトルｑd 及びその時間微分値
（目標関節角速度）を表すベクトルとは、前記(4) ，
(5) 式を用いて夫々下記(20)，(21)式にて表される。な
お、ここでは、マニピュレータ２の姿勢は特異姿勢では
ない場合を仮定している。
説明する。前述の如く求められた、移動座標系Σv で表
された手先効果器20の位置・姿勢の目標軌道及びその時
間微分値とを実現する、マニピュレータ２の関節21,21,
…の目標関節角を表すベクトルｑd 及びその時間微分値
（目標関節角速度）を表すベクトルとは、前記(4) ，
(5) 式を用いて夫々下記(20)，(21)式にて表される。な
お、ここでは、マニピュレータ２の姿勢は特異姿勢では
ない場合を仮定している。
【００４９】
【数２０】
【００５０】
【数２１】
【００５１】マニピュレータ２の各関節21,21,…は全
て、前記サーボモータを含むサーボ系を介して駆動さ
れ、各関節21,21,…を駆動するためのサーボ系への入力
電圧を表すベクトルＶは、下記(22)式で与えられる。
て、前記サーボモータを含むサーボ系を介して駆動さ
れ、各関節21,21,…を駆動するためのサーボ系への入力
電圧を表すベクトルＶは、下記(22)式で与えられる。
【００５２】
【数２２】
【００５３】前記(22)式において、右辺第１項は、各関
節21,21,…の位置フィードバックを表しており、前記目
標関節角と関節角の実測値との偏差に所定の制御ゲイン
を乗じたものであり、また、右辺第２項は、手先効果器
20の目標軌道の時間微分値であるフィードフォワード項
と、台車１の走行速度のフィードバック項とを含んでお
り、前記目標関節角速度に所定の制御ゲインを乗じたも
のである。
節21,21,…の位置フィードバックを表しており、前記目
標関節角と関節角の実測値との偏差に所定の制御ゲイン
を乗じたものであり、また、右辺第２項は、手先効果器
20の目標軌道の時間微分値であるフィードフォワード項
と、台車１の走行速度のフィードバック項とを含んでお
り、前記目標関節角速度に所定の制御ゲインを乗じたも
のである。
【００５４】次に、上述の如き原理に基づいてマニピュ
レータ２の位置・姿勢制御を実施するための装置、即ち
本発明に係るマニピュレータの位置・姿勢制御装置の構
成について説明する。図２はマニピュレータ２の位置・
姿勢制御を行う本発明に係るマニピュレータの位置・姿
勢制御装置の模式的ブロック図である。
レータ２の位置・姿勢制御を実施するための装置、即ち
本発明に係るマニピュレータの位置・姿勢制御装置の構
成について説明する。図２はマニピュレータ２の位置・
姿勢制御を行う本発明に係るマニピュレータの位置・姿
勢制御装置の模式的ブロック図である。
【００５５】図中41は、前記(7) 式の如き、作業座標系
Σwで表された手先効果器20の位置・姿勢の目標軌道及
びその時間微分値を設定する作業座標系目標軌道設定部
であり、該作業座標系目標軌道設定部41で設定された前
記目標軌道及びその時間微分値の情報は、移動座標系目
標軌道決定部43へ与えられるようになっている。また、
台車走行情報演算部42では、台車１の走行状態に基づい
て台車１の位置・姿勢, 走行速度及び旋回角速度等の台
車１の走行に関する情報を求めるようになっており、台
車走行情報演算部42で求められた台車１の位置・姿勢,
走行速度及び旋回角速度の情報は、移動座標系目標軌道
決定部43へ与えられるようになっている。
Σwで表された手先効果器20の位置・姿勢の目標軌道及
びその時間微分値を設定する作業座標系目標軌道設定部
であり、該作業座標系目標軌道設定部41で設定された前
記目標軌道及びその時間微分値の情報は、移動座標系目
標軌道決定部43へ与えられるようになっている。また、
台車走行情報演算部42では、台車１の走行状態に基づい
て台車１の位置・姿勢, 走行速度及び旋回角速度等の台
車１の走行に関する情報を求めるようになっており、台
車走行情報演算部42で求められた台車１の位置・姿勢,
走行速度及び旋回角速度の情報は、移動座標系目標軌道
決定部43へ与えられるようになっている。
【００５６】移動座標系目標軌道決定部43では、作業座
標系目標軌道設定部41及び台車走行情報演算部42から与
えられた情報に基づき、前述の如き手順で台車１の位置
・姿勢, 走行速度及び旋回角速度を考慮した、移動座標
系Σv で表された手先効果器20の位置・姿勢の目標軌道
と、その時間微分値とを決定するようになっている。移
動座標系目標軌道決定部43で決定された手先効果器20の
位置・姿勢の目標軌道とその時間微分値との情報は、関
節駆動情報決定部44に与えられるようになっている。
標系目標軌道設定部41及び台車走行情報演算部42から与
えられた情報に基づき、前述の如き手順で台車１の位置
・姿勢, 走行速度及び旋回角速度を考慮した、移動座標
系Σv で表された手先効果器20の位置・姿勢の目標軌道
と、その時間微分値とを決定するようになっている。移
動座標系目標軌道決定部43で決定された手先効果器20の
位置・姿勢の目標軌道とその時間微分値との情報は、関
節駆動情報決定部44に与えられるようになっている。
【００５７】関節駆動情報決定部44では、移動座標系目
標軌道決定部43から与えられた情報に基づいて前記(2
0)，(21)式の如く、座標系目標軌道決定部43で決定され
た手先効果器20の位置・姿勢の目標軌道とその時間微分
値とを実現するマニピュレータ２の関節角を表すベクト
ルとその関節角速度を表すベクトルとを決定するように
なっている。関節駆動情報決定部44で決定された関節角
とその関節角速度との情報は、サーボ系入力電圧演算部
45に与えられるようになっている。
標軌道決定部43から与えられた情報に基づいて前記(2
0)，(21)式の如く、座標系目標軌道決定部43で決定され
た手先効果器20の位置・姿勢の目標軌道とその時間微分
値とを実現するマニピュレータ２の関節角を表すベクト
ルとその関節角速度を表すベクトルとを決定するように
なっている。関節駆動情報決定部44で決定された関節角
とその関節角速度との情報は、サーボ系入力電圧演算部
45に与えられるようになっている。
【００５８】サーボ系入力電圧演算部45では、関節駆動
情報決定部44から与えられた情報と、サーボ系を含むマ
ニピュレータ２からフィードバックされたマニピュレー
タ２の関節角の実測値とに基づいて、前記前記(22)式の
如く、サーボ系への入力電圧を求めるようになってい
る。サーボ系入力電圧演算部45で求められたサーボ系へ
の入力電圧は、サーボ系を含むマニピュレータ２に与え
られるようになっている。
情報決定部44から与えられた情報と、サーボ系を含むマ
ニピュレータ２からフィードバックされたマニピュレー
タ２の関節角の実測値とに基づいて、前記前記(22)式の
如く、サーボ系への入力電圧を求めるようになってい
る。サーボ系入力電圧演算部45で求められたサーボ系へ
の入力電圧は、サーボ系を含むマニピュレータ２に与え
られるようになっている。
【００５９】このように構成された本発明に係るマニピ
ュレータの位置・姿勢制御装置によって、マニピュレー
タ２は、サーボ系入力電圧演算部45から与えられた入力
電圧によって駆動制御され、その手先効果器20は、移動
座標系目標軌道決定部43で決定された目標軌道上を移動
する。
ュレータの位置・姿勢制御装置によって、マニピュレー
タ２は、サーボ系入力電圧演算部45から与えられた入力
電圧によって駆動制御され、その手先効果器20は、移動
座標系目標軌道決定部43で決定された目標軌道上を移動
する。
【００６０】次に、前述の如き本発明に係るマニピュレ
ータの位置・姿勢制御装置を用いてマニピュレータの制
御のシミュレーション実験を行った結果について説明す
る。このシミュレーション実験では、移動ロボットに対
して、作業座標系Σw のｙ軸方向へステップ的に60mm/s
の速度を与え、その１秒後に移動ロボットを停止させる
シミュレーションを、従来の制御方法及び本発明に係る
マニピュレータの位置・姿勢制御装置による制御の夫々
について行った。図３はこのシミュレーション実験で走
行させた移動ロボットの走行状態を示す模式的斜視図で
ある。この図３においては、マニピュレータ２及び台車
１の位置・姿勢の初期状態を実線にて示し、これらの位
置・姿勢の軌跡を所定時間毎に破線にて示してある。
ータの位置・姿勢制御装置を用いてマニピュレータの制
御のシミュレーション実験を行った結果について説明す
る。このシミュレーション実験では、移動ロボットに対
して、作業座標系Σw のｙ軸方向へステップ的に60mm/s
の速度を与え、その１秒後に移動ロボットを停止させる
シミュレーションを、従来の制御方法及び本発明に係る
マニピュレータの位置・姿勢制御装置による制御の夫々
について行った。図３はこのシミュレーション実験で走
行させた移動ロボットの走行状態を示す模式的斜視図で
ある。この図３においては、マニピュレータ２及び台車
１の位置・姿勢の初期状態を実線にて示し、これらの位
置・姿勢の軌跡を所定時間毎に破線にて示してある。
【００６１】まず、従来の制御方法を行った結果につい
て説明する。従来の制御方法は、各関節21,21,…の位置
フィードバックのみでマニピュレータ２を制御する方法
である。即ち、前記(22)式における右辺の第２項を零と
した制御である。このような従来の制御方法を行った場
合の結果を図４に示す。
て説明する。従来の制御方法は、各関節21,21,…の位置
フィードバックのみでマニピュレータ２を制御する方法
である。即ち、前記(22)式における右辺の第２項を零と
した制御である。このような従来の制御方法を行った場
合の結果を図４に示す。
【００６２】図４(a) 〜 (c)は従来の制御方法によるシ
ミュレーション実験を行った場合の手先効果器20の位置
・姿勢の夫々の偏差の時間的推移を示すグラフであり、
図４(a) 〜 (c)においては、縦軸に位置・姿勢の偏差、
横軸に経過時間を夫々とり、これらの関係を、図４(a)
には作業座標系Σw のｘ軸方向について表し、図４(b)
には作業座標系Σw のｙ軸方向について表し、図４(c)
には作業座標系Σw のｚ軸方向について表してある。即
ち、図４(a) においてはｘ軸方向の位置偏差をｅpx、ｘ
軸方向の姿勢偏差をｅoxで表し、図４(b) においてはｙ
軸方向の位置偏差をｅpy、ｙ軸方向の姿勢偏差をｅoyで
表し、図４(c) においてはｚ軸方向の位置偏差をｅpz、
ｚ軸方向の姿勢偏差をｅozで表してある。
ミュレーション実験を行った場合の手先効果器20の位置
・姿勢の夫々の偏差の時間的推移を示すグラフであり、
図４(a) 〜 (c)においては、縦軸に位置・姿勢の偏差、
横軸に経過時間を夫々とり、これらの関係を、図４(a)
には作業座標系Σw のｘ軸方向について表し、図４(b)
には作業座標系Σw のｙ軸方向について表し、図４(c)
には作業座標系Σw のｚ軸方向について表してある。即
ち、図４(a) においてはｘ軸方向の位置偏差をｅpx、ｘ
軸方向の姿勢偏差をｅoxで表し、図４(b) においてはｙ
軸方向の位置偏差をｅpy、ｙ軸方向の姿勢偏差をｅoyで
表し、図４(c) においてはｚ軸方向の位置偏差をｅpz、
ｚ軸方向の姿勢偏差をｅozで表してある。
【００６３】図４(a) 〜 (c)から明らかな如く、従来の
制御方法ではｙ軸方向の位置偏差ｅpy及びｚ軸方向姿勢
偏差ｅozに定常偏差が発生した。
制御方法ではｙ軸方向の位置偏差ｅpy及びｚ軸方向姿勢
偏差ｅozに定常偏差が発生した。
【００６４】次に、本発明に係るマニピュレータの位置
・姿勢制御装置による制御を行った結果について説明す
る。本発明に係るマニピュレータの位置・姿勢制御装置
による制御を行った場合の結果を図５に示す。
・姿勢制御装置による制御を行った結果について説明す
る。本発明に係るマニピュレータの位置・姿勢制御装置
による制御を行った場合の結果を図５に示す。
【００６５】図５(a) 〜 (c)は本発明に係るマニピュレ
ータの位置・姿勢制御装置の制御によるシミュレーショ
ン実験を行った場合の手先効果器20の位置・姿勢の夫々
の偏差の時間的推移を示すグラフであり、図５(a) 〜
(c)においては、縦軸に位置・姿勢の偏差、横軸に経過
時間を夫々とり、これらの関係を、図５(a) には作業座
標系Σw のｘ軸方向について表し、図５(b) には作業座
標系Σw のｙ軸方向について表し、図５(c) には作業座
標系Σw のｚ軸方向について表してある。即ち、図５
(a) においてはｘ軸方向の位置偏差をｅpx、ｘ軸方向の
姿勢偏差をｅoxで表し、図５(b) においてはｙ軸方向の
位置偏差をｅpy、ｙ軸方向の姿勢偏差をｅoyで表し、図
５(c) においてはｚ軸方向の位置偏差をｅpz、ｚ軸方向
の姿勢偏差をｅozで表してある。
ータの位置・姿勢制御装置の制御によるシミュレーショ
ン実験を行った場合の手先効果器20の位置・姿勢の夫々
の偏差の時間的推移を示すグラフであり、図５(a) 〜
(c)においては、縦軸に位置・姿勢の偏差、横軸に経過
時間を夫々とり、これらの関係を、図５(a) には作業座
標系Σw のｘ軸方向について表し、図５(b) には作業座
標系Σw のｙ軸方向について表し、図５(c) には作業座
標系Σw のｚ軸方向について表してある。即ち、図５
(a) においてはｘ軸方向の位置偏差をｅpx、ｘ軸方向の
姿勢偏差をｅoxで表し、図５(b) においてはｙ軸方向の
位置偏差をｅpy、ｙ軸方向の姿勢偏差をｅoyで表し、図
５(c) においてはｚ軸方向の位置偏差をｅpz、ｚ軸方向
の姿勢偏差をｅozで表してある。
【００６６】図５(a) 〜 (c)から明らかな如く、本発明
に係るマニピュレータの位置・姿勢制御装置による制御
では、従来の制御方法で発生したような定常偏差は発生
しなかった。
に係るマニピュレータの位置・姿勢制御装置による制御
では、従来の制御方法で発生したような定常偏差は発生
しなかった。
【００６７】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明に係るマニピ
ュレータの位置・姿勢制御装置では、マニピュレータが
その位置及び姿勢の目標値を実現すべく制御動作を行う
場合、マニピュレータの制御量は、マニピュレータの位
置及び姿勢の目標値と、その実際の位置及び姿勢との偏
差を求め、求めた制御量にてマニピュレータを制御す
る。マニピュレータの位置及び姿勢の目標値及びその時
間微分値に基づいて得られる制御量は、前記移動体の位
置及び方位を含む移動に関する情報と、求めた移動体の
位置及び方位を含む移動に関する情報のもとでの前記マ
ニピュレータの位置及び姿勢の目標値及びその時間微分
値を決定し、移動体の移動によって生じる、前記目標値
からのマニピュレータの位置及び姿勢のずれ量を予測し
てこれを補償することが可能となる等、優れた効果を奏
する。
ュレータの位置・姿勢制御装置では、マニピュレータが
その位置及び姿勢の目標値を実現すべく制御動作を行う
場合、マニピュレータの制御量は、マニピュレータの位
置及び姿勢の目標値と、その実際の位置及び姿勢との偏
差を求め、求めた制御量にてマニピュレータを制御す
る。マニピュレータの位置及び姿勢の目標値及びその時
間微分値に基づいて得られる制御量は、前記移動体の位
置及び方位を含む移動に関する情報と、求めた移動体の
位置及び方位を含む移動に関する情報のもとでの前記マ
ニピュレータの位置及び姿勢の目標値及びその時間微分
値を決定し、移動体の移動によって生じる、前記目標値
からのマニピュレータの位置及び姿勢のずれ量を予測し
てこれを補償することが可能となる等、優れた効果を奏
する。
【図１】本発明に係るマニピュレータの位置・姿勢制御
装置により制御される移動ロボットの斜視図である。
装置により制御される移動ロボットの斜視図である。
【図２】本発明に係るマニピュレータの位置・姿勢制御
装置の構成を示す模式的ブロック図である。
装置の構成を示す模式的ブロック図である。
【図３】シミュレーション実験で走行させた移動ロボッ
トの走行状態を示す模式的斜視図である。
トの走行状態を示す模式的斜視図である。
【図４】従来の制御方法によるシミュレーション実験を
行った場合の手先効果器の位置・姿勢の夫々の偏差の時
間的推移を示すグラフである。
行った場合の手先効果器の位置・姿勢の夫々の偏差の時
間的推移を示すグラフである。
【図５】本発明に係るマニピュレータの位置・姿勢制御
装置の制御によるシミュレーション実験を行った場合の
手先効果器の位置・姿勢の夫々の偏差の時間的推移を示
すグラフである。
装置の制御によるシミュレーション実験を行った場合の
手先効果器の位置・姿勢の夫々の偏差の時間的推移を示
すグラフである。
１ 台車 ２ マニピュレータ 42 台車走行情報演算部 43 移動座標系目標軌道決定部 44 関節駆動情報決定部 45 サーボ系入力電圧演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−49407（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−99808（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−274885（ＪＰ，Ａ) 藤原直史（外３名），自律移動ロボッ ト搭載型マニピュレータの制御，日本機 械学会ロボティクス・メカトロニクス講 演会講演論文集，平成３年５月30日，Ｖ ｏｌＡ，ｐ109−112 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 9/10 B25J 13/08 G05D 3/12 305
Claims (1)
- 【請求項１】 種々の動作を行うマニピュレータを備え
た移動体の位置及び方位に応じて前記マニピュレータの
位置及び姿勢の目標値を定める手段と、定めた目標値を
実現すべく、その目標値と前記マニピュレータの実際の
位置及び姿勢との偏差に関連して前記マニピュレータの
制御量を求める手段と、求めた制御量の動作を実行させ
る手段とを備え、前記マニピュレータの位置及び姿勢を
制御する装置であって、前記 マニピュレータの位置及び姿勢の目標値及びその時
間微分値を設定する手段と、 前記移動体の位置及び方位を含む移動に関する情報を求
める手段と、 前記 移動に関する情報と、設定したマニピュレータの位
置及び姿勢の目標値及びその時間微分値とに基づいて前
記移動に関する情報のもとでの新たな前記マニピュレー
タの位置及び姿勢の目標値及びその時間微分値を決定す
る手段と、 これを実現すべくマニピュレータに対する制御量を求め
る手段と を具備することを特徴とするマニピュレータの
位置・姿勢制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16216291A JP3234928B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | マニピュレータの位置・姿勢制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16216291A JP3234928B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | マニピュレータの位置・姿勢制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04360779A JPH04360779A (ja) | 1992-12-14 |
| JP3234928B2 true JP3234928B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=15749210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16216291A Expired - Fee Related JP3234928B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | マニピュレータの位置・姿勢制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3234928B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102029154B1 (ko) * | 2014-12-26 | 2019-10-07 | 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 | 자주식 관절 로봇 |
-
1991
- 1991-06-05 JP JP16216291A patent/JP3234928B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 藤原直史（外３名），自律移動ロボット搭載型マニピュレータの制御，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会講演論文集，平成３年５月３０日，ＶｏｌＡ，ｐ１０９−１１２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04360779A (ja) | 1992-12-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |