JP6217089B2 - ロボット制御システム、ロボット、ロボット制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
まず第1の実施形態について説明する。具体的には、ロボットのシステム構成例を説明し、次に経由点情報の具体例及び軌道計画処理の概要について述べる。その後、経由点情報に基づく軌道計画処理の詳細について説明する。また、軌道計画処理において区間最短時間を併せて利用することでなめらかな軌道生成を行う変形例についても説明する。
図1に、第1の実施形態に係るロボット制御システムを含むロボットのブロック図を示す。ロボットは制御部(ロボット制御システム)1、ロボットアーム2によって構成されている。
次に、経由点情報の具体例について説明する。1つの経由点は、ロボットの1つの状態に対応する情報であり、具体的にはロボットの位置等を表す情報である。さらに具体的には、複数の関節を有するロボットにおいては各関節角の値の集合であってもよい。
本実施形態では、各関節のジョイント角度が単調に増加または単調に減少することで目標位置に到達可能な経路に対して軌道を計画し、ロボット(ロボットアーム2)を制御する例を示す。
また、第2の直線についても、ロボットの目標位置を基準に過去方向について考えることで上式(1)と同様に考えることができる。例えば、第2の直線は所与の点からロボットの目標位置までの移動距離をdist2とした場合に、当該所与の点での到達可能関節角速度(厳密にはその候補)を、dist2の関数として表現することも可能である。第3の直線についてはV=Vmaxという、t軸に平行な直線として定義できる。
上述の手法では到達可能関節角速度を用いて、S205において処理区間の時間長の更新処理を行うものとした。本変形例では、到達可能関節角速度に加えて、区間最短時間を用いて前記更新処理を行う手法について説明する。
これは、対象としている経由点では到達可能関節角速度がVとなる以上、機械的に決定される最大関節角加速度で加速をしたとしても、関節角速度がVとなるにはTs秒を要することを意味する。すなわち、移動の開始点(ロボットの現在位置)から対象としている経由点に到達するためには、最短でもTs秒を要するのであり、それより短い時間で到達する経路を計画していたとしたら、それはアクチュエーターの機械的な性能を超えるもので不適切となる。
第1の実施形態では、全ての関節についてその関節角の値は単調増加、或いは単調減少することを仮定していた。しかし、経路によっては1又は複数の関節で折り返し動作が行われることも考えられる。そこで、本実施形態では、経路内の折り返しも考慮し、各関節が同一方向に移動する区間ごとに、到達可能関節角速度を求め、求めた到達可能関節角速度に応じて各区間の時間調整を行う。
Tc2=-(sqrt(2*dist*Amax+Vinit*Vinit)+Vinit)/Amax ・・・・・(4)
Tc=Max(Tc1,Tc2) ・・・・・(5)
V=Vinit+Tc*Amax ・・・・・(6)
部分経由点情報の両端が折り返し点に対応する点(D3,D4のように、速度は0でないが周辺に比べて落ち込む点であり、当該関節は折り返していないが他の関節が折り返している点)の場合には、図8の第1の直線A4で決定する値及び第2の直線A5で決定する値の両方を、上式(3)〜(6)により代用すればよい。
24,25,26,27 連結部、28 ハンド部、
101 中央制御部、102 メモリー、103 軌道計画部、
104 エンコーダー読み取り部、105 ロボット制御部
Claims (14)
- 第1〜第M(Mは2以上の整数)の経由点を表す経由点情報に基づいて、第1〜第N(Nは2以上の整数)の関節を備えたロボットに対して、前記第1〜第Mの経由点を含む経路を移動させるための軌道を生成する軌道計画処理を行う軌道計画部と、
前記軌道計画処理の結果に基づいて、前記ロボットを制御するロボット制御部と、
を含み、
前記軌道計画部は、
各処理区間が前記第1〜第Mの経由点のうちの2つの経由点の間に設定される、第1〜第P(Pは2以上の整数)の処理区間を設定するとともに、前記第1〜第Pの処理区間の各処理区間の時間長を設定し、
前記時間長が設定された前記第1〜第Pの処理区間と、前記第1〜第Mの経由点での関節角の値とに基づいて、各処理区間での前記第1〜第Nの関節の前記関節角の値を決定する第1の補間処理を行い、
前記第1〜第Pの処理区間の第k(kは1≦k≦Pを満たす整数)の処理区間において、前記第1〜第Nの関節がそれぞれ到達しうる最大の関節角速度である到達可能関節角速度vk1〜vkNと、前記第1の補間処理の結果から特定される前記第kの処理区間での前記第1〜第Nの関節の関節角速度とに基づいて、前記第kの処理区間の前記時間長の更新処理を行い、
前記更新処理後の前記処理区間と、前記第1〜第Mの経由点での前記関節角の値とに基づいて、各処理区間での前記第1〜第Nの関節の前記関節角の値を決定する第2の補間処理を行う処理を、
前記軌道計画処理として行い、
前記第kの処理区間の前記時間長の更新処理は、前記第1〜第Nの関節のうち、到達する前記関節角速度が最大となる関節の関節角速度が、前記到達可能関節角速度に到達していない場合に、前記時間長を短縮する設定を含む、ロボット制御システム。 - 請求項1において、
前記軌道計画部は、
前記第1〜第Nの関節の第i(iは1≦i≦Nを満たす整数)の関節を駆動する第iのアクチュエーターの性能に基づいて決定される機械的な最大加速度と、前記経路の始点と終点の間の前記第iの関節の前記関節角の変位である総移動距離とを取得し、
前記第iの関節について、前記第1〜第Pの処理区間のそれぞれでの前記到達可能関節角速度であるv1i〜vPiを求め、
前記到達可能関節角速度v1i〜vPiに基づいて、前記第1〜第Pの処理区間の前記
時間長の前記更新処理を行うことを特徴とするロボット制御システム。 - 請求項2において、
前記軌道計画部は、
前記第iの関節の前記最大加速度と、前記到達可能関節角速度v1i〜vPiに基づい
て、前記第1〜第Mの経由点のそれぞれの経由点に到達するために必要な最短時間Ts1〜TsMを求め、
求めた前記最短時間Ts1〜TsMに基づいて、前記第1〜第Pの処理区間の各処理区間の移動に要する区間最短時間Tmin1〜TminPを求め、
求めた前記区間最短時間Tmin1〜TminPに基づいて、前記第1〜第Pの処理区間の前記時間長の前記更新処理を行うことを特徴とするロボット制御システム。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記軌道計画部は、
前記第kの処理区間において、前記第1〜第Nの関節に対応する第1〜第Nの補正係数を求め、
求めた前記第1〜第Nの補正係数のうち最大となる値を、前記第kの処理区間の前記時間長に乗ずることで、前記第kの処理区間の前記時間長の前記更新処理を行うことを特徴とするロボット制御システム。 - 請求項4において、
前記軌道計画部は、
前記第1〜第Nの関節の第i(iは1≦i≦Nを満たす整数)の関節の前記第kの処理区間での到達可能関節角速度vkiに対する、前記第1の補間処理の結果から特定される
前記第iの関節の前記第kの処理区間での前記関節角速度の比を、前記第kの処理区間での第iの補正係数として求めることを特徴とするロボット制御システム。 - 請求項1乃至5のいずれかにおいて、
前記軌道計画部は、
前記第1〜第Nの関節の第i(iは1≦i≦Nを満たす整数)の関節において、第m(mは1≦m≦Mを満たす整数)の経由点で移動の折り返し点が検出された場合に、
前記第iの関節について、前記折り返し点の情報に基づいて、前記第1の補間処理、前記時間長の前記更新処理、及び前記第2の補間処理を行うことを特徴とするロボット制御システム。 - 請求項6において、
前記軌道計画部は、
前記第iの関節について、前記経由点情報を、前記第mの経由点の前方の第1の部分経由点情報と、前記第mの経由点の後方の第2の部分経由点情報とに分割し、前記第1の部分経由点情報と、前記第2の部分経由点情報のそれぞれに対して、前記第1の補間処理、前記時間長の前記更新処理、及び前記第2の補間処理を行うことを特徴とするロボット制御システム。 - 請求項6又は7において、
前記軌道計画部は、
前記第1〜第Nの関節のうち前記第iの関節以外の関節について、前記第iの関節の前記折り返し点に対応する対応点での各関節の前記関節角速度を、前記第2の補間処理の結果から決定し、決定した前記対応点での前記第iの関節以外の関節の前記関節角速度に基づいて、前記到達可能関節角速度の速度更新処理を行うことを特徴とするロボット制御システム。 - 請求項8において、
前記軌道計画部は、
前記速度更新処理後の前記第1〜第Nの関節の前記到達可能関節角速度と、前記第2の補間処理の結果から特定される前記各処理区間での前記第1〜第Nの関節の前記関節角速度とに基づいて、前記各処理区間の前記時間長の第2の更新処理を行い、
前記第2の更新処理後の前記処理区間と、前記第1〜第Mの経由点での前記関節角の値とに基づいて、各処理区間での前記第1〜第Nの関節の前記関節角の値を決定する第3の補間処理を行うことを特徴とするロボット制御システム。 - 第1〜第M(Mは2以上の整数)の経由点を表す経由点情報に基づいて、第1〜第N(Nは2以上の整数)の関節を備えたロボットに対して、前記第1〜第Mの経由点を含む経路を移動させるための軌道を生成する軌道計画処理を行う軌道計画部と、
前記軌道計画処理の結果に基づいて、前記ロボットを制御するロボット制御部と、
を含み、
前記軌道計画部は、
前記第1〜第Nの関節の第i(iは1≦i≦Nを満たす整数)の関節において、第m(mは1≦m≦Mを満たす整数)の経由点で移動の折り返し点が検出された場合に、
前記第1〜第Nの関節のうち前記第iの関節以外の関節について、前記折り返し点に対応する点の直前では関節角速度を減速させ、前記折り返し点に対応する点の直後では前記関節角速度を加速させる前記軌道計画処理を行うことを特徴とするロボット制御システム。 - 請求項1乃至10のいずれかに記載のロボット制御システムを含むことを特徴とするロボット。
- 第1〜第N(Nは2以上の整数)の関節を備えたロボットであって、
第1〜第M(Mは2以上の整数)の経由点を表す経由点情報を取得し、
各処理区間が前記第1〜第Mの経由点のうちの2つの経由点の間に設定される、第1〜第P(Pは2以上の整数)の処理区間を設定するとともに、前記第1〜第Pの処理区間の各処理区間の時間長を設定し、
前記時間長が設定された前記第1〜第Pの処理区間と、前記第1〜第Mの経由点での関節角の値とに基づいて、各処理区間での前記第1〜第Nの関節の前記関節角の値を決定する第1の補間処理を行い、
前記第1〜第Pの処理区間の第k(kは1≦k≦Pを満たす整数)の処理区間において、前記第1〜第Nの関節の到達可能関節角速度vk1〜vkNと、前記第1の補間処理の
結果から特定される前記第kの処理区間での前記第1〜第Nの関節の関節角速度とに基づいて、前記第kの処理区間の前記時間長の更新処理を行い、
前記更新処理後の前記処理区間と、前記第1〜第Mの経由点での前記関節角の値とに基づいて、各処理区間での前記第1〜第Nの関節の前記関節角の値を決定する第2の補間処理を行い、
前記第2の補間処理の結果に基づいて、前記第1〜第Mの経由点に含む経路を移動し、
前記第kの処理区間の前記時間長の更新処理は、前記第1〜第Nの関節のうち、到達する前記関節角速度が最大となる関節の関節角速度が、前記到達可能関節角速度に到達していない場合に、前記時間長を短縮する設定を含む、ロボット。 - 第1〜第M(Mは2以上の整数)の経由点を表す経由点情報に基づいて、第1〜第N(Nは2以上の整数)の関節を備えたロボットに対して、前記第1〜第Mの経由点を含む経路を移動させるための軌道を生成する軌道計画処理を行うロボット制御方法であって、
各処理区間が前記第1〜第Mの経由点のうちの2つの経由点の間に設定される、第1〜第P(Pは2以上の整数)の処理区間を設定するとともに、前記第1〜第Pの処理区間の各処理区間の時間長を設定し、
前記時間長が設定された前記第1〜第Pの処理区間と、前記第1〜第Mの経由点での関節角の値とに基づいて、各処理区間での前記第1〜第Nの関節の前記関節角の値を決定する第1の補間処理を行い、
前記第1〜第Pの処理区間の第k(kは1≦k≦Pを満たす整数)の処理区間において、前記第1〜第Nの関節がそれぞれ到達しうる最大の関節角速度である到達可能関節角速度vk1〜vkNと、前記第1の補間処理の結果から特定される前記第kの処理区間での
前記第1〜第Nの関節の関節角速度とに基づいて、前記第kの処理区間の前記時間長の更新処理を行い、
前記更新処理後の前記処理区間と、前記第1〜第Mの経由点での前記関節角の値とに基づいて、各処理区間での前記第1〜第Nの関節の前記関節角の値を決定する第2の補間処理を行い、
前記第kの処理区間の前記時間長の更新処理は、前記第1〜第Nの関節のうち、到達する前記関節角速度が最大となる関節の関節角速度が、前記到達可能関節角速度に到達していない場合に、前記時間長を短縮する設定を含む、ロボット制御方法。 - 第1〜第M(Mは2以上の整数)の経由点を表す経由点情報に基づいて、第1〜第N(Nは2以上の整数)の関節を備えたロボットに対して、前記第1〜第Mの経由点を含む経路を移動させるための軌道を生成する軌道計画処理を行う軌道計画部と、
前記軌道計画処理の結果に基づいて、前記ロボットを制御するロボット制御部として、
コンピューターを機能させ、
前記軌道計画部は、
各処理区間が前記第1〜第Mの経由点のうちの2つの経由点の間に設定される、第1〜第P(Pは2以上の整数)の処理区間を設定するとともに、前記第1〜第Pの処理区間の各処理区間の時間長を設定し、
前記時間長が設定された前記第1〜第Pの処理区間と、前記第1〜第Mの経由点での関節角の値とに基づいて、各処理区間での前記第1〜第Nの関節の前記関節角の値を決定する第1の補間処理を行い、
前記第1〜第Pの処理区間の第k(kは1≦k≦Pを満たす整数)の処理区間において、前記第1〜第Nの関節がそれぞれ到達しうる最大の関節角速度である到達可能関節角速度vk1〜vkNと、前記第1の補間処理の結果から特定される前記第kの処理区間での前記第1〜第Nの関節の関節角速度とに基づいて、前記第kの処理区間の前記時間長の更新処理を行い、
前記更新処理後の前記処理区間と、前記第1〜第Mの経由点での前記関節角の値とに基づいて、各処理区間での前記第1〜第Nの関節の前記関節角の値を決定する第2の補間処理を行う処理を、
前記軌道計画処理として行い、
前記第kの処理区間の前記時間長の更新処理は、前記第1〜第Nの関節のうち、到達する前記関節角速度が最大となる関節の関節角速度が、前記到達可能関節角速度に到達していない場合に、前記時間長を短縮する設定を含む、プログラム。
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