JP4947073B2 - ロボット装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
102 ロボット制御装置
103 動作目標生成器
104 動作環境検出器
105 アクチュエータ別重み演算部
106 評価関数最小値演算部
107 軸別フィードバック制御部
108 トルク制御部
109 アクチュエータ
110 ロボット機構
111 位置検出センサ
201 独立軸制御部
202 従属軸位置指令生成部
203 従属軸制御部
Claims (15)
- 体幹部に肩関節軸を介して連結された上腕部と、該上腕部に肘関節軸を介して連結された前腕部と、該前腕部に手首関節軸を介して連結されたハンド部と、を有するロボットアームと、
前記ロボットアームの関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、を備えるロボット装置であって、
前記アクチュエータに対するトルク指令の2乗の和の関数である評価関数に基づいて、前記アクチュエータの駆動を制御するロボット制御装置と、
前記前腕部の延長線と前記ハンド部とが成す角度を示す前記手首関節軸の回転位置θ 3 、前記体幹部と前記上腕部とが成す角度を示す前記肩関節軸の回転位置θ 1 、及び、前記上腕部の延長線と前記前腕部との成す角度を示す前記肘関節軸の回転位置θ 2 を含む下記従属関係式である動作目標を設定する動作目標生成器と、を備え、
前記ロボット制御装置は、
前記評価関数の最小値を算出するための評価関数最小値演算部を有し、
前記評価関数最小値演算部により算出される前記評価関数の値が最小となるように、前記アクチュエータの駆動を制御しており、
前記評価関数最小値演算部は、
前記動作目標生成器により設定された前記動作目標の従属関係式において、前記ロボットアームの複数の関節軸を、独立変数として表わされる前記肩関節軸の回転位置θ 1 及び肘関節軸の回転位置θ 2 と、該肩関節軸の回転位置θ 1 及び肘関節軸の回転位置θ 2 に従動し前記従属関係式において従属変数として表わされる前記手首関節軸の回転位置θ 3 と、に分類し、
前記肩関節軸の回転位置θ 1 及び肘関節軸の回転位置θ 2 のみを変数とした前記評価関数の最小値を算出する、ことを特徴とするロボット装置。
但し、前記従属関係式は、θ 3 =π/2−θ 1 −θ 2 である。 - 請求項1記載のロボット装置であって、
前記ロボットアームの動作環境を検出する動作環境検出器を更に備え、
前記評価関数最小値演算部は、前記動作環境検出器により検出された前記動作環境と、前記動作目標生成器により設定された前記動作目標と、に基づいて、前記評価関数の最小値を算出する、ことを特徴とする、ロボット装置。 - 請求項2記載のロボット装置であって、
前記動作環境検出器は、前記ロボットアームの周辺環境による前記関節軸の可動範囲と、前記関節軸の限界可動範囲と、を満足する拘束条件を、前記動作環境として検出する、ことを特徴とするロボット装置。 - 請求項1乃至3のうちいずれか1項記載のロボット装置であって、
前記関節軸の回転位置を検出する位置検出センサを更に備え、
前記評価関数最小値演算部は、前記評価関数が最小値となるときの前記肩関節軸及び肘関節軸の回転位置を独立軸位置指令値として算出し、
前記ロボット制御装置は、前記位置検出センサにより検出された前記肩関節軸及び肘関節軸の回転位置が前記評価関数最小値演算部により算出された前記独立軸位置指令値に収束するような、独立軸トルク指令値を算出する軸別フィードバック制御部を更に有する、ことを特徴とするロボット装置。 - 請求項4記載のロボット装置であって、
前記ロボット制御装置は、前記複数のアクチュエータの相対的な重要度を示すアクチュエータ別重みを算出するアクチュエータ別重み演算部を更に有し、
前記軸別フィードバック制御部は、前記アクチュエータ別重み演算部により算出された前記アクチュエータ別重みに比例して、前記肩関節軸及び肘関節軸に対する制御ゲインを算出し、該算出した制御ゲインを用いて、前記独立軸トルク指令値を算出する独立軸制御部を有する、ことを特徴とするロボット装置。 - 請求項4又は5記載のロボット装置であって、
前記軸別フィードバック制御部は、
前記位置検出センサにより検出された前記手首関節軸の回転位置と、動作目標生成器により設定された前記動作目標と、に基づいて、従属軸位置指令値を算出する従属軸位置指令生成部と、
前記アクチュエータ別重み演算部により算出された前記アクチュエータ別重みに比例して、前記手首関節軸に対する制御ゲインを算出し、該算出した制御ゲインを用いて、前記従属軸トルク指令値を算出する従属軸制御部と、を更に有する、ことを特徴とするロボット装置。 - 請求項5又は6記載のロボット装置であって、
前記ロボット制御装置は、前記独立軸制御部により算出された前記独立軸トルク指令値、又は、前記従属軸制御部により算出された前記従属軸トルク指令値、に基づいて、前記アクチュエータを制御するトルク制御部を更に有する、ことを特徴とするロボット装置。 - 請求項1乃至7のうちいずれか1項記載のロボット装置であって、
前記評価関数最小値演算部は、前記評価関数の最小値を数値探索法により算出する、ことを特徴とするロボット装置。 - 請求項1乃至8のうちいずれか1項記載のロボット装置であって、
前記評価関数最小値演算部は、前記評価関数の極値、および評価関数の所定区間における端の値、のうち最小となる値を、前記評価関数の最小値とする、ことを特徴とするロボット装置。 - 請求項1乃至9のうちいずれか1項記載のロボット装置であって、
前記評価関数最小値演算部は、乱数によって選択した初期パラメータの周囲で最も小さい値をとる点を前記評価関数の最小値の候補とする、ことを特徴とするロボット装置。 - 体幹部に肩関節軸を介して連結された上腕部と、該上腕部に肘関節軸を介して連結された前腕部と、該前腕部に手首関節軸を介して連結されたハンド部と、を有するロボットアームと、前記ロボットアームの関節軸を駆動する複数のアクチュエータと、を備えるロボット装置の制御方法であって、
前記アクチュエータに対するトルク指令の2乗の和の関数である評価関数に基づいて、前記アクチュエータの駆動を制御するロボット制御工程を含み、
前記ロボット制御工程は、前記評価関数の最小値を算出するための評価関数最小値演算工程を含み、
前記ロボット制御工程において、前記評価関数最小値演算工程で算出される前記評価関数の値が最小となるように、前記アクチュエータの駆動を制御し、
前記前腕部の延長線と前記ハンド部とが成す角度を示す前記手首関節軸の回転位置θ 3 、前記体幹部と前記上腕部とが成す角度を示す前記肩関節軸の回転位置θ 1 、及び、前記上腕部の延長線と前記前腕部との成す角度を示す前記肘関節軸の回転位置θ 2 を含む下記従属関係式である動作目標を設定する動作目標生成工程を更に含み、
前記評価関数最小値演算工程において、
前記動作目標生成工程で設定された前記動作目標の従属関係式において、前記ロボットアームの複数の関節軸を、独立変数として表わされる前記肩関節軸の回転位置θ 1 及び肘関節軸の回転位置θ 2 と、該肩関節軸の回転位置θ 1 及び肘関節軸の回転位置θ 2 に従動し前記従属関係式において従属変数として表わされる前記手首関節軸の回転位置θ 3 と、に分類し、
前記肩関節軸の回転位置θ 1 及び肘関節軸の回転位置θ 2 のみを変数とした前記評価関数の最小値を算出する、
ことを特徴とするロボット装置の制御方法。
但し、前記従属関係式は、θ 3 =π/2−θ 1 −θ 2 である。 - 請求項11記載のロボット装置の制御方法であって、
前記ロボットアームの動作環境を検出する動作環境検出工程を更に含み、
前記評価関数最小値演算工程において、前記動作環境検出工程で検出された前記動作環境と、前記動作目標生成工程で設定された前記動作目標と、に基づいて、前記評価関数の最小値を算出する、ことを特徴とする、ロボット装置の制御方法。 - 請求項11又は12記載のロボット装置の制御方法であって、
前記関節軸の回転位置を検出する位置検出工程を更に含み、
前記評価関数最小値演算工程において、前記評価関数が最小値となるときの前記肩関節軸及び肘関節軸の回転位置を独立軸位置指令値として算出し、
前記ロボット制御工程は、前記位置検出工程で検出された前記肩関節軸及び肘関節軸の回転位置が前記評価関数最小値演算工程で算出された前記独立軸位置指令値に収束するような、独立軸トルク指令値を算出する軸別フィードバック制御工程を更に含む、ことを特徴とするロボット装置の制御方法。 - 請求項13記載のロボット装置の制御方法であって、
前記ロボット制御工程は、前記複数のアクチュエータの相対的な重要度を示すアクチュエータ別重みを算出するアクチュエータ別重み演算工程を更に含み、
前記軸別フィードバック制御工程は、前記アクチュエータ別重み演算工程で算出された前記アクチュエータ別重みに比例して、前記肩関節軸及び肘関節軸に対する制御ゲインを算出し、該算出した制御ゲインを用いて、前記独立軸トルク指令値を算出する独立軸制御工程を含む、ことを特徴とするロボット装置の制御方法。 - 請求項13又は14記載のロボット装置の制御方法であって、
前記軸別フィードバック制御工程は、
前記位置検出工程で検出された前記手首関節軸の回転位置と、動作目標生成工程で設定された前記動作目標と、に基づいて、従属軸位置指令値を算出する従属軸位置指令生成工程と、
前記アクチュエータ別重み演算工程で算出された前記アクチュエータ別重みに比例して、前記手首関節軸に対する制御ゲインを算出し、該算出した制御ゲインを用いて、前記従属軸トルク指令値を算出する従属軸制御工程と、を更に含む、ことを特徴とするロボット装置の制御方法。
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