JPH0445313B2 - - Google Patents
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- JPH0445313B2 JPH0445313B2 JP62172070A JP17207087A JPH0445313B2 JP H0445313 B2 JPH0445313 B2 JP H0445313B2 JP 62172070 A JP62172070 A JP 62172070A JP 17207087 A JP17207087 A JP 17207087A JP H0445313 B2 JPH0445313 B2 JP H0445313B2
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- JP
- Japan
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- axis
- arm
- command speed
- freedom
- hand
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- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
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- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は原子力プラント内の点検補修ロボツト
等の冗長度を有する多関節形アームロボツトに関
する。
等の冗長度を有する多関節形アームロボツトに関
する。
〈発明の技術的背景〉
一般に、ロボツトハンド（以下、単に「ハン
ド」という）の位置および姿勢を表わす座標系を
作業座標系と云い、ロボツトアーム（以下、単に
「アーム」という）の各関節の回転角や位置を表
わす座標系を関節座標系という。
ド」という）の位置および姿勢を表わす座標系を
作業座標系と云い、ロボツトアーム（以下、単に
「アーム」という）の各関節の回転角や位置を表
わす座標系を関節座標系という。
ロボツトのハンドを目標の軌道上に制御するた
めには、作業座標系での指令を関節座標系の指令
に変換し、各関節のサーボ機構を制御しなければ
ならない。
めには、作業座標系での指令を関節座標系の指令
に変換し、各関節のサーボ機構を制御しなければ
ならない。
冗長度を有するアーム（例えば、９自由度アー
ム）は潜在的に高い性能を持ちながら、上述した
作業座標系の指令を関節座標系の指令に変換する
ためには演算量が莫大であるため、実時間で処理
し、冗長度を有するアームを制御することは困難
で、ほとんど実用に供されていない。
ム）は潜在的に高い性能を持ちながら、上述した
作業座標系の指令を関節座標系の指令に変換する
ためには演算量が莫大であるため、実時間で処理
し、冗長度を有するアームを制御することは困難
で、ほとんど実用に供されていない。
一方、冗長度を持たないアーム（例えば、６自
由度アーム）が用いられ、分離速度制御方式と呼
ばれる方式、すなわち、下記の(1)式で示される比
較的演算量の少ない変換式に従つて変換する冗長
度を持たないアームが実用化されていた。
由度アーム）が用いられ、分離速度制御方式と呼
ばれる方式、すなわち、下記の(1)式で示される比
較的演算量の少ない変換式に従つて変換する冗長
度を持たないアームが実用化されていた。
〓・＝J1 -1・〓・〓 (1)
ただし、〓・は作業座標系でのハンド指令速度、
〓・は関節座標系での各軸の指令速度、
J1 -1は逆ヤコビ行列である。
冗長度を有しない従来の６自由度アームの装置
構成は、第４図に示すごとく、オペレータ１００
が操縦桿２００を操作すると、ハンド指令速度発
生器３００がハンド指令速度〓・を指令速度変換器
４００ａへ出力する。指令速度変換器４００ａは
アームの現在位置から、逆ヤコビ行列J1 -1を演算
し、(1)式によつてハンド指令速度〓を各軸の指令
速度〓・に変換し、各軸のサーボ機構５００ａへ指
令する構成になつていた。
構成は、第４図に示すごとく、オペレータ１００
が操縦桿２００を操作すると、ハンド指令速度発
生器３００がハンド指令速度〓・を指令速度変換器
４００ａへ出力する。指令速度変換器４００ａは
アームの現在位置から、逆ヤコビ行列J1 -1を演算
し、(1)式によつてハンド指令速度〓を各軸の指令
速度〓・に変換し、各軸のサーボ機構５００ａへ指
令する構成になつていた。
〈発明が解決しようとする問題点〉
ところが、第４図の６自由度アームは演算量が
少い変換にしたがつているから演算処理時間が少
いが、ある自由度が故障したり、あるいは障害物
のために動作しなくなつた場合は動作を停止しな
ければならない欠点があつた。
少い変換にしたがつているから演算処理時間が少
いが、ある自由度が故障したり、あるいは障害物
のために動作しなくなつた場合は動作を停止しな
ければならない欠点があつた。
この発明は、このような従来の多関節形アーム
ロボツトの欠点を除去するためになされたもので
あつて、演算処理時間を６自由度アーム並みに保
つたまま、かかる状況にある冗長度を有するアー
ム（例えば、９自由度アーム）の潜在的に高い性
能、つまり動作範囲の広さ、障害物の回避能力、
故障に対する耐故障性を有効に引出しうる多関節
形アームロボツトを提供しようとするものであ
る。
ロボツトの欠点を除去するためになされたもので
あつて、演算処理時間を６自由度アーム並みに保
つたまま、かかる状況にある冗長度を有するアー
ム（例えば、９自由度アーム）の潜在的に高い性
能、つまり動作範囲の広さ、障害物の回避能力、
故障に対する耐故障性を有効に引出しうる多関節
形アームロボツトを提供しようとするものであ
る。
〈問題点を解決するための手段〉
上記目的を達成する本発明の構成は、冗長度を
有する多関節形アームロボツトにおいて、オペレ
ータが操縦する操縦桿と、操縦桿の変位量からハ
ンドに固定された作業座標系におけるハンド指令
速度発生器と、ハンド指令速度の内容とアームの
現在の位置及び姿勢から定まる判別式によつて固
定する冗長軸を決定する冗長軸判別器と、冗長度
分の自由度を固定して仮想の６自由度アームを再
構成する再構成器と、ハンド指令速度を作業座標
系から関節座標系へ変換する変換器と、ブレーキ
機能を有するアームのサーボ機構とを有すること
を特徴とする。
有する多関節形アームロボツトにおいて、オペレ
ータが操縦する操縦桿と、操縦桿の変位量からハ
ンドに固定された作業座標系におけるハンド指令
速度発生器と、ハンド指令速度の内容とアームの
現在の位置及び姿勢から定まる判別式によつて固
定する冗長軸を決定する冗長軸判別器と、冗長度
分の自由度を固定して仮想の６自由度アームを再
構成する再構成器と、ハンド指令速度を作業座標
系から関節座標系へ変換する変換器と、ブレーキ
機能を有するアームのサーボ機構とを有すること
を特徴とする。
〈作用〉
以上の手段により、ハンド指令速度の内容とア
ームの現在の位置と姿勢とから定める判別式を用
いて冗長度分の自由度を固定して、仮想の６自由
度アームを再構成して、演算処理時間を従来の６
自由度アーム並みに保つたまま、冗長度を有する
アームが潜在的にもつ動作範囲の広さを、作業内
容に応じて有効に引出すことができる。
ームの現在の位置と姿勢とから定める判別式を用
いて冗長度分の自由度を固定して、仮想の６自由
度アームを再構成して、演算処理時間を従来の６
自由度アーム並みに保つたまま、冗長度を有する
アームが潜在的にもつ動作範囲の広さを、作業内
容に応じて有効に引出すことができる。
また、オペレータの意志により軸番号を指定
し、上述の判別式の決定に優先して冗長度分の自
由度を固定して、仮想の６自由度アームを再構成
して、演算処理時間を従来の６自由度アーム並み
に保つたまま、冗長度を有するアームが潜在的に
もつ障害物の回避能力を、オペレータの指示に応
じて有効に引出すことができる。
し、上述の判別式の決定に優先して冗長度分の自
由度を固定して、仮想の６自由度アームを再構成
して、演算処理時間を従来の６自由度アーム並み
に保つたまま、冗長度を有するアームが潜在的に
もつ障害物の回避能力を、オペレータの指示に応
じて有効に引出すことができる。
〈実施例〉
つぎに、本発明にかかる冗長度を有する多関節
形アームロボツトの実施例を説明する。
形アームロボツトの実施例を説明する。
第１図は９自由度アームにおける本発明の実施
例を示している。
例を示している。
人間オペレータ１００が操縦桿２００を操作す
ると、ハンド指令速度発生器３００がハンド指令
速度〓・を指令速度変換器４００、及び冗長軸判別
器１０へ出力する。指令速度変換器４００ではハ
ンド指令速度〓・が次に示す(2)式によつて作業座標
系から関節座標系へ変換され、各関節の指令速度
〓・として出力され、各サーボ機構５００へ与えら
れる。
ると、ハンド指令速度発生器３００がハンド指令
速度〓・を指令速度変換器４００、及び冗長軸判別
器１０へ出力する。指令速度変換器４００ではハ
ンド指令速度〓・が次に示す(2)式によつて作業座標
系から関節座標系へ変換され、各関節の指令速度
〓・として出力され、各サーボ機構５００へ与えら
れる。
〓＝〓1
〓2
〓3
〓4
〓5
〓6
〓7
〓8
〓9＝KJ2 -1〓1
〓2
〓3
〓4
〓5
〓6
ここで、
Ｋは９×６の行列
であつて、次の要素以外は０、すなわち
Kij＝〓ｉ＜ｌ，ｍ，ｎでかつｉ＝ｊ
〓ｉ＞ｌ，ｍ，ｎの内いずれか１つでかつｉ＝ｊ＋１
〓ｉ＞ｌ，ｍ，ｎの内いずれか２つでかつｉ＝ｊ＋２
〓ｉ＞ｌ，ｍ，ｎでかつｉ＝ｊ＋３
〓但し、ｉは１から９，ｊは１から６の値
J2 -1は６×６の行列で、６×９のヤコビ行列J3
のｌ，ｍ，ｎ列を除いた正規なヤコビ行列J2の逆
ヤコビ行列である。
のｌ，ｍ，ｎ列を除いた正規なヤコビ行列J2の逆
ヤコビ行列である。
ｌは故障した軸番号（１〜９）を示す。
ｍはオペレータの意志によつて固定した軸番号
（１〜９）を示す。
（１〜９）を示す。
ｎは判別式により決定された軸番号（１〜９）
を示す。
を示す。
次に本発明の特徴を最もよく示す冗長軸判別器
１０について述べる。
１０について述べる。
冗長軸判別器１０への入力信号は、ハンド指令
速度〓・〓と各関節角θである。次の(3)式に示す演
算により、ハンドの作業内容に最も有利となるよ
う固定する冗長軸の信号、すなわち軸番号信号ｎ
を出力する。
速度〓・〓と各関節角θである。次の(3)式に示す演
算により、ハンドの作業内容に最も有利となるよ
う固定する冗長軸の信号、すなわち軸番号信号ｎ
を出力する。
Db＝b
〓a=1
｜J3ab｜｜〓・a｜ｂ＝１〜９
ｎはDb（ｂ＝１〜９）の中で最も小
さな値をとる軸番号を表わす。
J3abは６×９ヤコビ行列の要素、〓・aはハンド
指令速度〓・の要素を表わす。
指令速度〓・の要素を表わす。
(2)
なお、(2)式で示す判別式Dbの意味するところ
は、例えばJ3a1〜J3a9は現在のアームの位置及び
姿勢において、ハンド指令速度〓・aに対しての感
度を示すものであり、さらにｂ＝１〜９につい
て、ハンド指令速度の絶対値（大きさ）｜〓・a｜で
重みづけを行い、ハンド指令速度〓・aに対する貢
献度の相対的な量を示すものである。
は、例えばJ3a1〜J3a9は現在のアームの位置及び
姿勢において、ハンド指令速度〓・aに対しての感
度を示すものであり、さらにｂ＝１〜９につい
て、ハンド指令速度の絶対値（大きさ）｜〓・a｜で
重みづけを行い、ハンド指令速度〓・aに対する貢
献度の相対的な量を示すものである。
９自由度アームは、例えば第３図に示すごと
く、軌道上において点０に支持され第１軸ａ、第
２軸ｂ、第３軸ｃ、第４軸ｄ、第５軸ｅ、第６軸
ｆ、第７軸ｇ、第８軸ｈ、第９軸ｉからなつてお
り第９軸の先端にハンドが設けられたのである。
第１軸ａ、第６軸ｆおよび第９軸ｉはロール軸で
あり、第６軸ｆは冗長軸判別式によつて固定する
軸（ｎ＝n6）第２軸ｂ、第３軸ｃ、第４軸ｄ、第
７軸ｇおよび第８軸ｈはピツチ軸であり、これら
のピツチ軸のうち第２軸ｂは故障して固定した軸
（ｌ＝l2）を、第７軸ｇはオペレータが指示して
固定した軸（ｍ＝m7）を表わす。
く、軌道上において点０に支持され第１軸ａ、第
２軸ｂ、第３軸ｃ、第４軸ｄ、第５軸ｅ、第６軸
ｆ、第７軸ｇ、第８軸ｈ、第９軸ｉからなつてお
り第９軸の先端にハンドが設けられたのである。
第１軸ａ、第６軸ｆおよび第９軸ｉはロール軸で
あり、第６軸ｆは冗長軸判別式によつて固定する
軸（ｎ＝n6）第２軸ｂ、第３軸ｃ、第４軸ｄ、第
７軸ｇおよび第８軸ｈはピツチ軸であり、これら
のピツチ軸のうち第２軸ｂは故障して固定した軸
（ｌ＝l2）を、第７軸ｇはオペレータが指示して
固定した軸（ｍ＝m7）を表わす。
また、第５軸ｅはヨー軸を表わしている。
再び第１図において、故障診断装置４０は、各
サーボ機構５００の故障を診断する。たとえば、
ある軸の指令速度〓・と実際の速θ・度〓との偏差が
あるしきい値以上の場合は、その軸は故障と診断
し、故障した軸番号ｌを信号として出力する。
サーボ機構５００の故障を診断する。たとえば、
ある軸の指令速度〓・と実際の速θ・度〓との偏差が
あるしきい値以上の場合は、その軸は故障と診断
し、故障した軸番号ｌを信号として出力する。
また、軸選択器３０は、人間オペレータ指示、
例えばスイツチ操作により、障害物を回避する目
的で、ある軸を動作させたくない場合（例えばｍ
＝m7）、その軸を固定するために、その軸の軸番
号ｍを信号として出力する。
例えばスイツチ操作により、障害物を回避する目
的で、ある軸を動作させたくない場合（例えばｍ
＝m7）、その軸を固定するために、その軸の軸番
号ｍを信号として出力する。
再構成器２０では軸番号ｌ、軸番号ｍ、軸番号
ｎの信号から冗長度を有するアームの自由度構成
を優先度の高いｌ、次にｍ、次にｎの順に固定し
て、仮想的に６自由度アームを構成してその結
果、６自由度を構成する軸番号のｘの信号を出力
する。
ｎの信号から冗長度を有するアームの自由度構成
を優先度の高いｌ、次にｍ、次にｎの順に固定し
て、仮想的に６自由度アームを構成してその結
果、６自由度を構成する軸番号のｘの信号を出力
する。
第２図は冗長軸判別器１０、再構成器２０の構
成について詳しい説明を示すものである。すなわ
ち、ヤコビ行列演算器１１はアームの現在位置θ
を入力してヤコビ行列｜J3ab｜を出力し、乗算器
はハンド指令速度〓・とヤコビ行列｜J3ab｜から判
別式Dbの値を出力する。最小値判別器１３はｂ
＝１〜９についてDbの値を比較して、最小値を
判別し、その軸番号ｎの信号を出力する。
成について詳しい説明を示すものである。すなわ
ち、ヤコビ行列演算器１１はアームの現在位置θ
を入力してヤコビ行列｜J3ab｜を出力し、乗算器
はハンド指令速度〓・とヤコビ行列｜J3ab｜から判
別式Dbの値を出力する。最小値判別器１３はｂ
＝１〜９についてDbの値を比較して、最小値を
判別し、その軸番号ｎの信号を出力する。
優先順位判別器２１は軸番号ｌ，ｍ，ｎの信号
を入力とし、ｎよりもｍ，ｍよりもｌを優先させ
て、冗長度分の数だけ、すなわち、９自由度アー
ムであれば３つの軸番号、たとえば軸番号ｌ，
ｍ，ｎの信号を出力する。但し、ｌ，ｍのうち指
定されないものがあれば、その分｜θb｜の小さい
軸番号をとる再構成行列生成器２２は軸番号ｌ，
ｍ，ｎの信号を入力とし、要素Kijが１或いは０
からなる行列Ｋを出力する。
を入力とし、ｎよりもｍ，ｍよりもｌを優先させ
て、冗長度分の数だけ、すなわち、９自由度アー
ムであれば３つの軸番号、たとえば軸番号ｌ，
ｍ，ｎの信号を出力する。但し、ｌ，ｍのうち指
定されないものがあれば、その分｜θb｜の小さい
軸番号をとる再構成行列生成器２２は軸番号ｌ，
ｍ，ｎの信号を入力とし、要素Kijが１或いは０
からなる行列Ｋを出力する。
〈発明の効果〉
以上の説明から明らかなごとく、本発明の冗長
度を有する多関節形アームロボツトによれば、ハ
ンド指令速度の内容とアームの現在の位置と姿勢
とから定める判別式を用いて冗長度分の自由度を
固定して、仮想の６自由度アームを再構成して、
演算処理時間を従来の６自由度アーム並みに保つ
たまま、冗長度を有するアームが潜在的にもつ動
作範囲の広さを、作業内容に応じて有効に引出す
ことができる。
度を有する多関節形アームロボツトによれば、ハ
ンド指令速度の内容とアームの現在の位置と姿勢
とから定める判別式を用いて冗長度分の自由度を
固定して、仮想の６自由度アームを再構成して、
演算処理時間を従来の６自由度アーム並みに保つ
たまま、冗長度を有するアームが潜在的にもつ動
作範囲の広さを、作業内容に応じて有効に引出す
ことができる。
また、オペレータの意志により軸番号を指定
し、上述の判別式の決定に優先して冗長度分の自
由度を固定して、仮想の６自由度アームを再構成
して、演算処理時間を従来の６自由度アーム並み
に保つたまま、冗長度を有するアームが潜在的に
もつ障害物の回避能力を、オペレータの指示に応
じて有効に引出すことができる。
し、上述の判別式の決定に優先して冗長度分の自
由度を固定して、仮想の６自由度アームを再構成
して、演算処理時間を従来の６自由度アーム並み
に保つたまま、冗長度を有するアームが潜在的に
もつ障害物の回避能力を、オペレータの指示に応
じて有効に引出すことができる。
さらに、サーボ機構の故障診断装置により故障
した軸番号を自動的に選び、上述の判別式の決定
或いはオペレータの指示に優先して、冗長度分の
自由度を固定し、仮想の６自由度アームを再構成
して、演算処理時間を従来の６自由度アーム並み
に保つたまま、冗長度を有するアームが潜在的に
もつ耐故障性を故障の内容に応じて有効に引出す
ことができる。
した軸番号を自動的に選び、上述の判別式の決定
或いはオペレータの指示に優先して、冗長度分の
自由度を固定し、仮想の６自由度アームを再構成
して、演算処理時間を従来の６自由度アーム並み
に保つたまま、冗長度を有するアームが潜在的に
もつ耐故障性を故障の内容に応じて有効に引出す
ことができる。
第１図は本発明の冗長度を有する関節アームロ
ボツトの実施例概略構成図、第２図は第１図中の
冗長軸判別器と再構成器の構成の詳細図、第３図
は冗長度を有する９自由度アームの構成図、第４
図は従来の６自由度アームの構成図である。 １０……冗長軸判別器、２０……再構成器、３
０……軸選択器、４０……故障診断装置、１１…
…ヤコビ行列演算器、１２……乗算器、１３……
最小値判別器、２１……優先順位判別器、２２…
…再構成行列生成器、１００……人間オペレー
タ、２００……操縦桿、３００……ハンド指令速
度発生器、４００……指令速度変換器、５００…
…各軸サーボ機構（９自由度）、４００ａ……指
令速度変換器（６自由度アーム用）、５００ａ…
…各軸サーボ機構（６自由度）。
ボツトの実施例概略構成図、第２図は第１図中の
冗長軸判別器と再構成器の構成の詳細図、第３図
は冗長度を有する９自由度アームの構成図、第４
図は従来の６自由度アームの構成図である。 １０……冗長軸判別器、２０……再構成器、３
０……軸選択器、４０……故障診断装置、１１…
…ヤコビ行列演算器、１２……乗算器、１３……
最小値判別器、２１……優先順位判別器、２２…
…再構成行列生成器、１００……人間オペレー
タ、２００……操縦桿、３００……ハンド指令速
度発生器、４００……指令速度変換器、５００…
…各軸サーボ機構（９自由度）、４００ａ……指
令速度変換器（６自由度アーム用）、５００ａ…
…各軸サーボ機構（６自由度）。
Claims (1)
- １ 冗長度を有する多関節形アームロボツトにお
いて、オペレータが操縦する操縦桿と、操縦桿の
変位量からハンドに固定された作業座標系におけ
るハンド指令速度発生器と、ハンド指令速度の内
容とアームの現在の位置及び姿勢から定まる判別
式によつて固定する冗長軸を決定する冗長軸判別
器と、冗長度分の自由度を固定して仮想の６自由
度アームを再構成する再構成器と、ハンド指令速
度を作業座標系から関節座標系へ変換する変換器
と、ブレーキ機能を有するアームのサーボ機構と
を有することを特徴とする冗長度を有する多関節
形アームロボツト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17207087A JPS6416389A (en) | 1987-07-11 | 1987-07-11 | Control system of multi-joint type arm robot having redundancy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17207087A JPS6416389A (en) | 1987-07-11 | 1987-07-11 | Control system of multi-joint type arm robot having redundancy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6416389A JPS6416389A (en) | 1989-01-19 |
| JPH0445313B2 true JPH0445313B2 (ja) | 1992-07-24 |
Family
ID=15934981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17207087A Granted JPS6416389A (en) | 1987-07-11 | 1987-07-11 | Control system of multi-joint type arm robot having redundancy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6416389A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009069653A1 (ja) * | 2007-11-28 | 2009-06-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | ロボットの動作経路作成装置及びロボットの動作経路作成方法 |
| WO2012099111A1 (ja) * | 2011-01-20 | 2012-07-26 | オリンパス株式会社 | マスタスレーブマニピュレータ及び医療用マスタスレーブマニピュレータ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2874238B2 (ja) * | 1990-01-23 | 1999-03-24 | 株式会社安川電機 | 多関節形ロボットの制御方法 |
| JP4046378B2 (ja) * | 1996-09-19 | 2008-02-13 | 株式会社カネカ | エンドトキシン吸着システム |
| US8785141B2 (en) | 2000-08-25 | 2014-07-22 | Kaneka Corporation | Bacterial toxin adsorbing material, method of removing the toxin by adsorbing, and an adsorber formed by filling the adsorbing material therein |
| US8170718B2 (en) * | 2008-12-18 | 2012-05-01 | GM Global Technology Operations LLC | Multiple priority operational space impedance control |
| JP5612971B2 (ja) * | 2010-09-07 | 2014-10-22 | オリンパス株式会社 | マスタスレーブマニピュレータ |
| JP5948932B2 (ja) * | 2012-02-16 | 2016-07-06 | セイコーエプソン株式会社 | ロボット制御装置、ロボット制御方法およびロボット制御プログラムならびにロボットシステム |
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