JP4280999B2 - ロボットシステム - Google Patents
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Description
1.複数の自由度を制御するために複数の計算機を用いる。
2.複数の計算機は通信ネットワーク(無線又は結線、ローカルまたはグローバル)を介して結合しており、自由に情報伝達が行える。
3.各計算機には、各自由度の運動制御のためのモデルが記述されており、他の計算機の内部状態をネットワークにより取得し、自由度間協調のための調整を行う。
4.各自由度の運動制御のモデルとして、非線形振動子と呼ばれる周期パターン発生器モデルを利用する。非線形振動子モデルは、他からの周期パターン入力に対して、自律的に振動周期を合わせたり、結合係数により決まる位相差を協調的に生成する特徴を有する。
5.各計算機に非線形振動子モデルを記述し、非線形振動子間を計算機ネットワークにより結び、また各自由度からの角度や角速度などのセンサフィードバックを入力することで、自由度間同期、位相差形成を自律分散的に行うことができる。たとえば、これを多自由度構造体による全体移動運動に応用すれば、複数計算機のネットワークを介した相互作用により自律的に自由度間の位相差が形成され、全体移動動作が実現される。さらに、一つの自由度が外乱を受けリズムが乱れた場合でも、相互作用により自律的な調整が行われ、再び位相関係が生成され安定した移動動作が行える、ことを最も主要な特徴とする。
1.処理能力の高い計算機を必要としない。コスト的にも有利。
2.情報処理部分は共通なので、チップ化が可能となる。
3.各自由度からのセンサ情報を集約する必要がないので、配線数を大幅に削減できる。
4.位相差を分散計算機で協調的に生成するので、外乱に対して安定した移動動作が実現できる。
5.構造の変化に対して振動子間の結合係数を変化させるだけで対応できる。制御器の変更が必要ない。
6.明示的なクロック同期などの同期制御が必要ない。
等の効果を奏する。
上記式(1)における添え字pは、1、2のいずれかを取り、それぞれ図4にも示しているとおり伸筋、屈筋側を表している。iはi番目のCPG、変数upi、νpiはニューロンの内部状態、ypiは各ニューロンの出力(式(3))、ueは定常入力、fpiは関節からの角度偏差フィードバック(式(4))を表している。式(4)におけるangle(t)iは、時刻tにおける関節の角度を、initial angleiはその関節の初期角度を表す。定数βはニューロンの疲労係数、τ、τ’はupi、νpiの自邸数、w0は拮抗ニューロン同士の結合係数、weightijはi番目とj番目の接続CPG間の結合係数、spiは結合しているCPG内のそれぞれ対応するニューロン(屈筋側は屈筋側、伸筋側は伸筋側、結合係数は同じ値)の出力の和feedpiをモジュール数numで割って平均化したものを、シグモイド関数に代入して−1.0〜1.0に正規化した値である(式(5))。この式(5)により、モジュール数の異なる(CPG数の異なる)構造にも対応できるようにしている。
Claims (2)
- 個々に関節駆動アクチュエータ、角度センサ、計算機、有線または無線による通信手段を備えた複数の構造体から構成されるロボットにおいて、
前記各計算機には、周期的変位入力に対して自律的に振動周期を合わせ、位相差をもって振動する周期波形を生成する非線形振動子モデルを備え、
前記非線形振動子モデルは、前記構造体間の通信により取得した他の構造体の前記非線形振動子モデルの周期的出力波形を入力して計算を行うことでアクチュエータへの周期波形出力制御装置として作用し、
前記複数の構造体から構成されるロボット全体として自律分散的に周期運動を生成することを特徴とするロボットシステム。 - 前記ロボットシステムは、移動ロボット、多自由度を有するロボットアーム、複数のロボットモジュールにより構成されるモジュール型ロボット、無線又は結線によるネットワークを介してつながった移動ロボットのいずれかに用いることを特徴とする請求項1記載のロボットシステム。
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