JP6818708B2 - マニピュレータシステム、制御装置、制御方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
[マニピュレータシステム]
図1は、マニピュレータ10の構成図である。マニピュレータ10は、図1には不図示の制御装置20(図2参照)とともに、マニピュレータシステム100を構成している。マニピュレータ10は、ロボットアームとも称されうる。
図2は、制御装置20のブロック図である。図2に示されるように、制御装置20は、目標取得部21、障害物情報取得部22、マニピュレータ情報取得部23、およびアクチュエータ制御部24を有している。
次に、アクチュエータ制御部24が実行する演算処理および制御について説明する。
図5は、本変形例の制御装置20Aのブロック図である。本変形例のマニピュレータシステム100Aでは、制御装置20Aのマニピュレータ情報取得部23は、アクチュエータ制御部24の演算処理結果からマニピュレータ情報を取得する。具体的には、マニピュレータ情報取得部23は、アクチュエータ制御部24から、当該アクチュエータ制御部24が算出した各関節12の角速度を取得し、当該角速度を積分することにより、各関節12の角度を取得することができる。
図6は、本実施形態の制御装置20Bのブロック図である。本実施形態のマニピュレータシステム100Bでは、制御装置20Bは、カメラ17の画像に基づくビジュアルサーボ制御によって、制御対象点Pcを目標位置に移動させる。このため、制御装置20Bは、画像取得部25、特徴量算出部26、およびビジュアルサーボ制御部27を有している。
Lvc=−λe ・・・(9)
ここに、Lは、画像ヤコビ行列であり、eは、ビジュアルサーボを用いて最小化する偏差であり、λは安定性を確保するための正のスカラーである。
特徴量ベース手法においては、画像上の特徴量Xの座標が[x,y]Tで表されるとき、特徴量Xに対する画像ヤコビ行列Lxおよび偏差exは、次の式(10)で表される。
位置ベース手法においては、画像特徴量より制御対象点Pcの目標となる位置と姿勢を算出し、現在の位置、姿勢との差を最小化する制御対象点Pcの速度、角速度が算出される。位置偏差をt、姿勢偏差をRとすれば、画像ヤコビ行列Lおよび偏差eは、以下の式(11)で表される。
図7は、本実施形態の制御装置20Cのブロック図である。本実施形態のマニピュレータシステム100Cでは、制御装置20Cは、カメラ17の画像に基づくビジュアルサーボ制御によって、制御対象点Pcを目標位置に移動させる。ただし、アクチュエータ制御部24は、干渉回避の制約条件を満たしながらビジュアルサーボ制御も含む演算処理を実行し、当該演算処理結果に応じて作動するようアクチュエータ14を制御する。アクチュエータ制御部24は、ビジュアルサーボ制御によるタスクと、干渉回避制御(干渉回避の制約条件)によるタスクと、を実行する。ビジュアルサーボ制御によるタスクをビジュアルサーボタスクと称し、干渉回避制御によるタスクを干渉回避タスクと称する。
Lvc=−λe ・・・(9)
よって、以下の式(12)で表せる最小二乗問題の解を導出すればよい。
L1vc=−λ1e1 ・・・(15)
を制約条件とする。ここに、L1はl×6行(l<6)の行列であり、このタスクを達成可能な解が複数あるものとする。
Claims (7)
- マニピュレータと、
前記マニピュレータを作動させるアクチュエータと、
前記マニピュレータが障害物を避けながら移動するよう前記アクチュエータを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記マニピュレータの第一対象点の移動速度ベクトルと前記障害物の表面の第二対象点での法線ベクトルとの角度が90°以内となるよう、前記アクチュエータを制御し、
前記マニピュレータは、関節型マニピュレータであり、
前記制御装置は、前記第一対象点におけるヤコビ行列と前記表面の前記第二対象点での法線ベクトルとに基づいて、前記移動速度ベクトルと前記法線ベクトルとの内積を0以上とする第一制約条件を含む制約条件付きの、前記マニピュレータの制御対象点の目標動作の最適化問題を解くことにより、前記アクチュエータを制御する、
マニピュレータシステム。 - 前記最適化問題は、予め定められた前記制御対象点の目標動作に対して前記アクチュエータの作動を最適化する問題である、前記アクチュエータを制御する、請求項1に記載のマニピュレータシステム。
- 前記最適化問題は、ビジュアルサーボ制御における前記制御対象点の目標動作に対して前記アクチュエータの作動を最適化する問題である、請求項1に記載のマニピュレータシステム。
- 前記制約条件は、前記制御対象点のビジュアルサーボ制御による第二制約条件を含む、請求項1〜3のうちいずれか一つに記載のマニピュレータシステム。
- 請求項1〜4のうちいずれか一つに記載のマニピュレータシステムに含まれる制御装置。
- 請求項5に記載の制御装置によってマニピュレータを制御するマニピュレータの制御方法であって、
前記法線ベクトルを取得し、
前記移動速度ベクトルと前記法線ベクトルとの角度が90°以内となるよう、前記アクチュエータを制御する、マニピュレータの制御方法。 - コンピュータを請求項5に記載の制御装置として機能させるプログラムであって、
前記法線ベクトルを取得し、
前記移動速度ベクトルと前記法線ベクトルとの角度が90°以内となるよう、前記アクチュエータを制御する、プログラム。
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