JP7399287B2 - 形状制約付きの非線形ロボットシステムの軌道最適化のための方法およびシステム - Google Patents
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Description
発明の概要
上記図面はここで開示されている実施形態を示しているが、本明細書で述べるようにその他の実施形態も意図されている。本開示は、説明のための実施形態を、限定のためではなく代表として示す。当業者は、ここで開示されている実施形態の原理の範囲および精神に含まれるその他数多くの改良形および実施形態に想到することが可能である。
車両の実施形態
実験
特徴
ロボット装置
車両
定義
実施形態
Claims (16)
- コンピューティングシステムであって、
前記コンピューティングシステムは、
センサデータと、ロボット操作およびダイナミクス(ROD)データと、マルチリンク動的(MLD)モデルと、非線形最適化(NLO)プログラムと、目的関数とを含む入力を受信し、
ロボットアームに対する動的制約および形状制約を満たしながら、一連の時間間隔にわたって、開始姿勢および終了姿勢とともに経路を含む軌道を求めるように構成され、前記ロボットアームは、前記ロボットアームを動かすためのモータを有するロボット駆動装置に接続され、前記コンピューティングシステムはさらに、
前記ダイナミクス(ROD)データからの前記ロボットアームが有する各リンクのダイナミクスに基づいて前記動的制約を求め、前記センサデータから環境の座標格子を生成して少なくとも1つの障害物および前記各リンク上の点の位置をデカルト座標を用いてパラメータ化し、次いで、前記環境における前記少なくとも1つの障害物の各々を表す球体の中心と前記各リンク上のパラメータ化された位置との間の最小距離を見つけ、前記最小距離が前記球体の半径を超えることを要求することによって前記形状制約を求め、
前記マルチリンク動的(MLD)モデルを用いて前記ロボットアームについての前記非線形最適化(NLO)プログラムを定式化するように構成され、前記非線形最適化(NLO)プログラムは、前記開始姿勢および前記終了姿勢、前記動的制約および前記形状制約を入力として使用して、前記軌道がロボットエンドエフェクタを前記開始姿勢から前記終了姿勢に動かすように、前記一連の時間間隔における時間間隔ごとに、前記動的制約および前記形状制約を満たしながら前記軌道の目的関数を最適化し、前記コンピューティングシステムはさらに、
前記非線形最適化(NLO)プログラムから得られる最適化された前記軌道に基づいて前記ロボットアームを動かすように前記ロボット駆動装置の前記モータを制御するように構成される、コンピューティングシステム。 - 前記目的関数は、前記開始姿勢から前記終了姿勢までの前記経路の前記軌道に沿った前記一連の時間間隔にわたる前記ロボットアームの状態および制御入力の関数の和である、請求項1に記載のコンピューティングシステム。
- 前記ロボットアームは、ベースと、第1の関節を介して前記ベースに結合された第1のリンクと、第2の関節を介して前記第1のリンクに結合された第2のリンクとを含み、前記第1のリンクは前記ベースと前記第2のリンクとの間に配置され、前記ロボットアームはさらに、グリッパ関節を介して前記第2の関節と反対側の前記第2のリンクの端に結合されたグリッパを含む、請求項1に記載のコンピューティングシステム。
- 前記各リンクの前記ダイナミクスは、前記ダイナミクス(ROD)データから得られる、前記各リンクの質量、形状、および慣性モーメントテンソルを含む、請求項1に記載のコンピューティングシステム。
- 前記第1のリンク、前記第2のリンク、および前記グリッパの前記ダイナミクスは、前記ダイナミクス(ROD)データから得られる、障害物回避のための質量、形状、および慣性モーメントテンソルを含む、請求項3に記載のコンピューティングシステム。
- 前記ダイナミクス(ROD)データは、前記ロボットアームの各関節を動かすために前記ロボット駆動装置を介して前記モータによって加えられるトルクの操作制御入力に加えて、前記ロボットアームの動きのシミュレーションを可能にする前記ロボットアームのモデルを含むロボットアーム情報を含む、請求項1に記載のコンピューティングシステム。
- 前記センサデータは、前記環境における少なくとも1つのセンサから得られ、有線接続または無線接続を介して前記コンピューティングシステムに関連付けられ、前記センサデータは、データを出力するおよびデータを受信するように構成されたトランシーバを介して前記コンピューティングシステムが備えるメモリに格納され、各時間間隔の後に、前記センサデータは前記少なくとも1つのセンサによって更新される、請求項1に記載のコンピューティングシステム。
- ロボット装置に対する動的制約および形状制約を満たしながら、開始姿勢および終了姿勢に関連付けられた経路および対応する制御入力を含む軌道を求めるための方法であって、前記経路は前記ロボット装置が一連の時間間隔にわたって進むべき経路であり、前記ロボット装置は複数のリンクを有するロボットアームを含み、前記ロボットアームは、前記ロボットアームを動かすためのモータを有するロボット駆動装置に接続され、前記方法は、
メモリに格納されたダイナミクス(ROD)データからの前記ロボットアームが有する各リンクのダイナミクスに基づいて前記動的制約を求め、前記メモリに格納されたセンサデータから環境の座標格子を生成して少なくとも1つの障害物および前記各リンク上の点の位置をデカルト座標を用いてパラメータ化し、次いで、前記環境における前記少なくとも1つの障害物の各々を表す球体の中心と前記各リンク上のパラメータ化された位置との間の最小距離を見つけ、前記最小距離が前記球体の半径を超えることを要求することによって前記形状制約を求めることと、
マルチリンク動的(MLD)モデルを用いて前記ロボットアームについての非線形最適化(NLO)プログラムを定式化することとを含み、前記非線形最適化(NLO)プログラムは、前記開始姿勢および前記終了姿勢、前記動的制約および前記形状制約を入力として使用して、前記軌道がロボットエンドエフェクタを前記開始姿勢から前記終了姿勢に動かすように、前記一連の時間間隔における時間間隔ごとに、前記動的制約および前記形状制約を満たしながら前記軌道の目的関数を最適化し、前記方法はさらに、
前記非線形最適化(NLO)プログラムから得られる最適化された前記軌道に基づいて前記ロボットアームを動かすように前記ロボット駆動装置の前記モータを制御することを含む、方法。 - 前記目的関数は、前記開始姿勢から前記終了姿勢までの前記経路の前記軌道に沿った前記一連の時間間隔にわたる前記ロボットアームの状態および制御入力の関数の和である、請求項8に記載の方法。
- 前記ロボットアームは、ベースと、第1の関節を介して前記ベースに結合された第1のリンクと、第2の関節を介して前記第1のリンクに結合された第2のリンクとを含み、前記第1のリンクは前記ベースと前記第2のリンクとの間に配置され、前記ロボットアームはさらに、グリッパ関節を介して前記第2の関節と反対側の前記第2のリンクの端に結合されたグリッパを含み、前記状態は、各関節の角度位置および角速度を含み、前記制御入力は、前記関節の各関節に加えられるトルクの量を含む、請求項9に記載の方法。
- 実行可能命令を記憶した非一時的なコンピュータ読取可能媒体であって、前記実行可能命令は、1つ以上のデータ処理システムに実行されると、
センサデータと、ロボット操作およびダイナミクス(ROD)データと、マルチリンク動的(MLD)モデルと、非線形最適化(NLO)プログラムと、目的関数とを含む入力を受信させ、
ロボットアームに対する動的制約および形状制約を満たしながら、一連の時間間隔にわたって、開始姿勢および終了姿勢とともに経路を含む軌道を求めさせ、前記ロボットアームは、前記ロボットアームを動かすためのモータを有するロボット駆動装置に接続され、前記実行可能命令は、前記1つ以上のデータ処理システムにさらに実行されると、
前記ダイナミクス(ROD)データからの前記ロボットアームが有する各リンクのダイナミクスに基づいて前記動的制約を求めさせ、前記センサデータから環境の座標格子を生成して少なくとも1つの障害物および前記各リンク上の点の位置をデカルト座標を用いてパラメータ化し、次いで、前記環境における前記少なくとも1つの障害物の各々を表す球体の中心と前記各リンク上のパラメータ化された位置との間の最小距離を見つけ、前記最小距離が前記球体の半径を超えることを要求することによって前記形状制約を求めさせ、
前記マルチリンク動的(MLD)モデルを用いて前記ロボットアームについての前記非線形最適化(NLO)プログラムを定式化させ、前記非線形最適化(NLO)プログラムは、前記開始姿勢および前記終了姿勢、前記動的制約および前記形状制約を入力として使用して、前記軌道がロボットエンドエフェクタを前記開始姿勢から前記終了姿勢に動かすように、前記一連の時間間隔における時間間隔ごとに、前記動的制約および前記形状制約を満たしながら前記軌道の目的関数を最適化し、前記実行可能命令は、実行されると、前記1つ以上のデータ処理システムにさらに、
前記非線形最適化(NLO)プログラムから得られる最適化された前記軌道に基づいて前記ロボットアームを動かすように前記ロボット駆動装置の前記モータを制御させる、非一時的なコンピュータ読取可能媒体。 - ロボット装置に対する動的制約および形状制約を満たしながら、開始姿勢および終了姿勢に関連付けられた経路および対応する制御入力を含む軌道を求めるためのロボットシステムであって、前記経路は前記ロボット装置が一連の時間間隔にわたって進むべき経路であり、前記ロボット装置は複数のリンクを有するロボットアームを含み、前記ロボットアームは、前記ロボットアームを動かすためのモータを有するロボット駆動装置に接続され、前記ロボット装置はアクセス可能なメモリをさらに含み、前記メモリは、センサデータと、ロボット操作およびダイナミクス(ROD)データと、マルチリンク動的(MLD)モデルと、非線形最適化(NLO)プログラムと、目的関数とを含み、前記ロボットシステムは、
プロセスを備え、前記プロセスは、
前記ダイナミクス(ROD)データからの前記ロボットアームが有する各リンクのダイナミクスに基づいて前記動的制約を求め、前記センサデータから環境の座標格子を生成して少なくとも1つの障害物および前記各リンク上の点の位置をデカルト座標を用いてパラメータ化し、次いで、前記環境における前記少なくとも1つの障害物の各々を表す球体の中心と前記各リンク上のパラメータ化された位置との間の最小距離を見つけ、前記最小距離が前記球体の半径を超えることを要求することによって前記形状制約を求め、
前記マルチリンク動的(MLD)モデルを用いて前記ロボットアームについての前記非線形最適化(NLO)プログラムを定式化するように構成され、前記非線形最適化(NLO)プログラムは、前記開始姿勢および前記終了姿勢、前記動的制約および前記形状制約を入力として使用して、前記軌道がロボットエンドエフェクタを前記開始姿勢から前記終了姿勢に動かすように、前記一連の時間間隔における時間間隔ごとに、前記動的制約および前記形状制約を満たしながら前記軌道の目的関数を最適化し、前記プロセスはさらに、
前記非線形最適化(NLO)プログラムから得られる最適化された前記軌道に基づいて前記ロボットアームを動かすように前記ロボット駆動装置の前記モータを制御するように構成される、ロボットシステム。 - コンピューティングシステムであって、
前記コンピューティングシステムは、
センサデータと、車両操作およびダイナミクス(VOD)データと、車両動的(VD)モデルと、非線形最適化(NLO)プログラムと、目的関数とを含む入力を受信し、
車両に対する動的制約および形状制約を満たしながら、一連の時間間隔にわたって、開始姿勢および終了姿勢とともに経路を含む軌道を求めるように構成され、前記車両は、前記車両を前記経路に沿って誘導するためのステアリング駆動システムを有し、前記コンピューティングシステムはさらに、
前記ダイナミクス(VOD)データからの前記車両のダイナミクスに基づいて前記動的制約を求め、前記センサデータから環境の座標格子を生成して少なくとも1つの障害物および前記車両上の点の位置をデカルト座標を用いてパラメータ化し、次いで、前記環境における前記少なくとも1つの障害物の各々を表す球体の中心と前記車両上のパラメータ化された位置との間の最小距離を見つけ、前記最小距離が前記球体の半径を超えることを要求することによって前記形状制約を求め、
前記車両動的(VD)モデルを用いて前記車両についての前記非線形最適化(NLO)プログラムを定式化するように構成され、前記非線形最適化(NLO)プログラムは、前記開始姿勢および前記終了姿勢、前記動的制約および前記形状制約を入力として使用して、前記軌道が前記車両を前記開始姿勢から前記終了姿勢に動かすように、前記一連の時間間隔における時間間隔ごとに、前記動的制約および前記形状制約を満たしながら前記軌道の目的関数を最適化し、前記コンピューティングシステムはさらに、
前記非線形最適化(NLO)プログラムから得られる最適化された前記軌道に基づいて前記車両を動かすように前記ステアリング駆動システムを制御するように構成される、コンピューティングシステム。 - 車両に対する動的制約および形状制約を満たしながら、開始姿勢および終了姿勢に関連付けられた経路および対応する制御入力を含む軌道を求めるための方法であって、前記経路は前記車両が一連の時間間隔にわたって進むべき経路であり、前記車両は、前記車両を前記経路に沿って誘導するためのステアリング駆動システムを有し、前記方法は、
メモリに格納された車両操作およびダイナミクス(VOD)データを含む前記車両のダイナミクスに基づいて前記動的制約を求め、前記メモリに格納されたセンサデータから環境の座標格子を生成して少なくとも1つの障害物および前記車両上の点の位置をデカルト座標を用いてパラメータ化し、次いで、前記環境における前記少なくとも1つの障害物の各々を表す球体の中心と前記車両上のパラメータ化された位置との間の最小距離を見つけ、前記最小距離が前記球体の半径を超えることを要求することによって前記形状制約を求めることと、
車両動的(VD)モデルを用いて前記車両についての非線形最適化(NLO)プログラムを定式化することとを含み、前記非線形最適化(NLO)プログラムは、前記開始姿勢および前記終了姿勢、前記動的制約および前記形状制約を入力として使用して、前記軌道が前記車両を前記開始姿勢から前記終了姿勢に動かすように、前記一連の時間間隔における時間間隔ごとに、前記動的制約および前記形状制約を満たしながら前記軌道の目的関数を最適化し、前記方法はさらに、
前記非線形最適化(NLO)プログラムから得られる最適化された前記軌道に基づいて前記車両を動かすように前記ステアリング駆動システムを制御することを含む、方法。 - 実行可能命令を記憶した非一時的なコンピュータ読取可能媒体であって、前記実行可能命令は、1つ以上のデータ処理システムに実行されると、
センサデータと、車両操作およびダイナミクス(VOD)データと、車両動的(VD)モデルと、非線形最適化(NLO)プログラムと、目的関数とを含む入力を受信させ、
車両に対する動的制約および形状制約を満たしながら、一連の時間間隔にわたって、開始姿勢および終了姿勢とともに経路を含む軌道を求めさせ、前記車両は、前記車両を前記経路に沿って移動させ誘導するためのステアリング駆動システムを有し、前記実行可能命令は、前記1つ以上のデータ処理システムにさらに実行されると、
前記ダイナミクス(VOD)データからの前記車両のダイナミクスに基づいて前記動的制約を求めさせ、前記センサデータから環境の座標格子を生成して少なくとも1つの障害物および前記車両上の点の位置をデカルト座標を用いてパラメータ化し、次いで、前記環境における前記少なくとも1つの障害物の各々を表す球体の中心と前記車両上のパラメータ化された位置との間の最小距離を見つけ、前記最小距離が前記球体の半径を超えることを要求することによって前記形状制約を求めさせ、
前記車両動的(VD)モデルを用いて前記車両についての前記非線形最適化(NLO)プログラムを定式化させ、前記非線形最適化(NLO)プログラムは、前記開始姿勢および前記終了姿勢、前記動的制約および前記形状制約を入力として使用して、前記軌道が前記車両を前記開始姿勢から前記終了姿勢に動かすように、前記一連の時間間隔における時間間隔ごとに、前記動的制約および前記形状制約を満たしながら前記軌道の目的関数を最適化し、前記実行可能命令は、実行されると、前記1つ以上のデータ処理システムにさらに、
前記非線形最適化(NLO)プログラムから得られる最適化された前記軌道に基づいて前記車両を動かすように前記ステアリング駆動システムを制御させる、非一時的なコンピュータ読取可能媒体。 - 車両に対する動的制約および形状制約を満たしながら、開始姿勢および終了姿勢に関連付けられた経路および対応する制御入力を含む軌道を求めるための車両システムであって、前記経路は前記車両が一連の時間間隔にわたって進むべき経路であり、前記車両は、前記車両を前記経路に沿って誘導するためのステアリング駆動システムと、アクセス可能なメモリとを有し、前記メモリは、センサデータと、車両操作およびダイナミクス(VOD)データと、車両動的(VD)モデルと、非線形最適化(NLO)プログラムと、目的関数とを含み、前記車両システムは、
プロセスを備え、前記プロセスは、
前記ダイナミクス(VOD)データからの前記車両のダイナミクスに基づいて前記動的制約を求め、前記センサデータから環境の座標格子を生成して少なくとも1つの障害物および前記車両上の点の位置をデカルト座標を用いてパラメータ化し、次いで、前記環境における前記少なくとも1つの障害物の各々を表す球体の中心と前記車両上のパラメータ化された位置との間の最小距離を見つけ、前記最小距離が前記球体の半径を超えることを要求することによって前記形状制約を求め、
前記車両動的(VD)モデルを用いて前記車両についての前記非線形最適化(NLO)プログラムを定式化するように構成され、前記非線形最適化(NLO)プログラムは、前記開始姿勢および前記終了姿勢、前記動的制約および前記形状制約を入力として使用して、前記軌道が前記車両を前記開始姿勢から前記終了姿勢に動かすように、前記一連の時間間隔における時間間隔ごとに、前記動的制約および前記形状制約を満たしながら前記軌道の目的関数を最適化し、前記プロセスはさらに、
前記非線形最適化(NLO)プログラムから得られる最適化された前記軌道に基づいて前記車両を動かすように前記ステアリング駆動システムを制御するように構成される、車両システム。
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