JPH05154783A

JPH05154783A - 相対運動模擬装置

Info

Publication number: JPH05154783A
Application number: JP34394791A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kimura; 圭一木村; Taro Iwamoto; 太郎岩本; Hiroshi Yamamoto; 広志山本; Hironari Kikuchi; 宏成菊池; Yuko Okada; 祐子岡田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1993-06-22

Abstract

(57)【要約】【目的】宇宙空間などでのロボットとその作業対象と
の相対運動を模擬する。【構成】宇宙ロボットアーム１が仮想的な宇宙ロボッ
ト衛星１０に登載され、仮想的なターゲット衛星１１に
対してあたかも宇宙空間での相対運動をしているよう
に、相対運動演算手段８によって、宇宙ロボット１の諸
定数や動作状態及び宇宙ロボット１とターゲット衛星模
擬装置３の接触力をもとに相対運動を算出し、相対運動
模擬アーム２を駆動することで、相対６自由度運動を実
現する。【効果】相対運動６自由度をすべてターゲット衛星側
で実現するため、簡略な装置で高精度に三次元相対運動
を模擬できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロボットの基部と作業
対象物が三次元相対運動を行いつつ、ロボットもしくは
ロボットの手先効果器機が作業対象物に対して作業を行
う状況を模擬するための相対運動模擬装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットア−ムを搭載した潜水艇と作業
対象物、または宇宙空間における宇宙ロボット衛星と他
の宇宙機など、浮遊状態にある機体にロボットア−ムが
搭載されている場合、ア−ムの動作やア−ムと作業対象
物の接触などによりア−ムを搭載した機体と作業対象物
が相対運動を起こし、ア−ムによる作業が困難になるこ
とが予想されている。また、宇宙空間における大型構造
物は柔軟構造になり、その上に取り付けられたロボット
ア−ムが他の宇宙機に対して作業をする場合にも、前述
と同様にロボットア−ム基部が他の宇宙機と相対運動を
行いつつ作業をするという状況が考えられる。以上の様
なロボットの作業環境は、地上で物理的にそのまま実現
することは不可能である。このため、これらの特殊環境
で使用されるロボットの開発、またはロボット操縦者の
訓練のために、ロボットの基部と作業対象物が相対運動
をしながらロボットの手先が作業を行う状況を模擬でき
る装置が必要とされている。

【０００３】このような宇宙ロボットの地上における無
重力模擬装置の従来例には、「飛行テレロボットの研究
（２）、（３）」（第３４回宇宙科学技術連合講演会講
演集）に記載のように、宇宙ロボット及び作業の対象と
なる他の宇宙機（以下タ−ゲット衛星と称す）をエアベ
アリング等により定盤上で浮上させ、物理的に二次元の
無重力を実現するもの、「９自由度宇宙ロボティクスシ
ミュレ−タの開発」（第３４回宇宙科学技術連合講演会
講演集）に記載のように、宇宙ロボットア−ム、もしく
は宇宙ロボットア−ムとタ−ゲット衛星の双方を多自由
度のロボットで支持し、宇宙ロボットア−ムの動作から
宇宙ロボット衛星本体とタ−ゲット衛星の相対運動を算
出して、得られた位置関係を多自由度ロボットで実現す
るもの、「多関節ア−ムによるμＧシミュレ−ション」
（第３４回宇宙科学技術連合講演会講演集）に記載のよ
うに、宇宙ロボットア−ムもしくはタ−ゲット衛星を多
自由度のロボットで支持して無重力運動を模擬する装置
において、２物体の接触による無重力運動を模擬するた
めに、サンプリングタイムごとに接触力を検出し、得ら
れた力をもとに物体に働く加速度を計算するもの、等が
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来装置には以
下のような問題点がある。まずエアベアリングを用いる
装置では、模擬できる運動が二次元に限られ、三次元の
模擬が行えない。他の装置では、三次元相対運動６自由
度のうち、少なくとも１自由度以上を重量の大きな宇宙
ロボットア−ム全体を駆動することで実現しているの
で、装置が大規模複雑になり、宇宙ロボットア−ムと装
置全体の共振が発生したり、宇宙ロボットア−ムの動特
性のために正確な模擬が行えないと言う問題があり、ま
た宇宙ロボットア−ムとタ−ゲット衛星が接触する際の
急激な相対運動変化を模擬しきれないという問題があ
る。さらに、重力に対して自重を支えられないような大
型の宇宙ロボットア−ムは模擬できないという問題があ
る。さらに、前記引例では、相対運動の６自由度を宇宙
ロボット側とタ−ゲット側に分割しているが、このよう
な構成にすると、装置外から見た宇宙ロボットア−ムと
タ−ゲット衛星の動きが理解しにくく、さらに宇宙ロボ
ットとタ−ゲット衛星各々の運動の確認が難しい。ま
た、２物体の接触力による相対運動を模擬する際、前述
のようにサンプリング時のみの接触力により相対運動を
計算すると、サンプリング間隔の接触力の情報が模擬す
る相対運動に反映されず、これはとくに模擬する対象が
複雑になり、無重力相対運動の演算数が増加し、その結
果サンプリングタイムが長くなってしまう場合に、相対
運動模擬精度の低下をまねくことになる。

【０００５】本発明の目的は、ロボットと作業対象物の
三次元相対運動を、簡略な装置で精度よく模擬すること
のできる相対運動模擬装置を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、ロボット
とロボットの作業対象の間の相対運動を、その双方もし
くは一方が自由運動可能な状態にあるとして模擬する相
対運動模擬装置に於て、上記ロボットまたはそれを模擬
するロボット模擬手段はその基部を固定し、上記作業対
象またはそれを模擬する対象模擬手段は少なくとも６自
由度を有する駆動装置により支持するか、上記ロボット
またはそれを模擬するロボット模擬手段の手先効果器と
上記作業対象またはそれを模擬する対象模擬手段の一方
を少なくとも６自由度を有する駆動装置により支持し、
他方を固定するとともに、上記ロボットまたはロボット
模擬手段と上記作業対象または対象模擬手段との接触力
を検出するための接触力検出手段と、ロボット及び作業
対象の特性を示す定数とそれらの状態を示すパラメータ
と上記接触力検出手段により検出された上記接触力とを
入力として上記相対運動を演算する演算手段と、該手段
の演算した結果に基づいて上記相対運動を模擬するよう
に上記駆動装置を制御する制御手段とを設けることによ
り達成される。

【０００７】

【作用】作業対象を６自由度の駆動装置で支持する構成
によれば、三次元相対運動６自由度は全て仮想の作業対
象で実現するので、ロボットの基部を動かす必要がなく
なり、装置の簡略化が図れる。また、作業対象模擬手段
を軽量にして駆動装置への負荷を軽くすることにより、
両者の接触等による急激な相対運動の変化も精度よく実
現できる。また、装置外から見た作業対象の動きは、ロ
ボットから見た作業対象の動きになっているので相対運
動が理解しやすい。またロボットアームの手先効果器と
作業対象の一方を駆動装置で支持し、他方を固定する構
成によれば、ロボットア−ムも仮想の模擬手段にできる
ので、どのようなサイズの宇宙ロボットとタ−ゲット衛
星の場合であっても相対運動を容易に模擬できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。図１は本発明の第１の実施例を示したもので、宇宙
ロボットア−ム１の基部は固定されており、宇宙ロボッ
トア−ムコントロ−ラ６により駆動される。タ−ゲット
衛星模擬装置３は、少なくとも６自由度をもつ相対運動
模擬ア−ム２により支持され、このアーム２はアームコ
ントローラ７により駆動される。ここで宇宙ロボットア
−ム１は仮想的に宇宙ロボット衛星１０に固定され宇宙
空間に浮遊しているものと想定する。タ−ゲット衛星模
擬装置３は仮想的なタ−ゲット衛星１１の一部（例えば
宇宙ロボットア−ム１により把持される部分）を模擬す
るものであり、仮想タ−ゲット衛星１１も宇宙空間に浮
遊しているものと想定する。

【０００９】相対運動演算手段８は、宇宙ロボットア−
ム１、仮想宇宙ロボット衛星１０及び仮想タ−ゲット衛
星１１の質量、質量中心位置、慣性モ−メント等を予め
パラメ−タとしてその内部にセットされており、さら
に、宇宙ロボットア−ム１の各関節に搭載した図示しな
い関節角及び関節角速度検出手段によって検出されたア
ーム１の関節角情報、宇宙ロボットア−ム１の手先効果
器５とタ−ゲット衛星模擬装置３が接触した時の、力検
出手段４により検出された接触力を入力とし、これらの
をもとに以下に詳述する方法により仮想宇宙ロボット衛
星１０と仮想タ−ゲット衛星１１の相対運動を算出し、
相対運動模擬ア−ムコントロ−ラ７を介して相対運動模
擬ア−ム２を駆動し、こうして目的とする相対運動を模
擬する。即ち仮想タ−ゲット衛星１１はあたかも仮想宇
宙ロボット衛星１０に対して相対運動をしているように
動く。同時に、相対運動表示装置９により、宇宙ロボッ
ト衛星１０とタ−ゲット衛星１１各々の慣性座標系に対
する運動をグラフィック表示することで、相対運動だけ
でなく各々の絶対運動を確認することができる。

【００１０】次に、力積の変化をもとに宇宙空間におけ
る相対運動を計算する方法を説明する。このために宇宙
空間における宇宙ロボット衛星１０とタ−ゲット衛星１
１の位置関係を図２のようにベクトル表示して解析を行
う。図２に於て、慣性座標系を原点Ｏ、三軸をＸ，Ｙ，
Ｚとし、各記号の意味は次の通りである。ｎ：リンク数（但し宇宙ロボット衛星は除く）ｍ_i：第ｉリンクの質量ｍ_T：タ−ゲット衛星の質量ｒ_i：慣性座標系原点Ｏから第ｉリンク質量中心までの
ベクトルｒ_g：慣性座標系原点Ｏから宇宙ロボット系全体の質量
中心Ｐまでのベクトルｒ_0i：第０リンク質量中心から第ｉリンク質量中心まで
のベクトルｒ_h：慣性座標系原点Ｏから宇宙ロボットア−ム手先５
までのベクトルｒ_T：慣性座標系原点Ｏからタ−ゲット衛星質量中心ま
でのベクトル φ_i：第ｉリンク関節の回転角また、以下の数式において、ベクトルａ＝（ａ₁，ａ₂，
ａ₃）とベクトルｂ＝（ｂ₁，ｂ₂，ｂ₃）の外積ａ×ｂ
を、それと等価なマトリクス表現として、

【数１】の形で書く。

【００１１】以上のように定めると、慣性座標系の原点
Ｏから宇宙ロボットの第ｉリンクの質量中心までのベク
トルｒ_iと、慣性座標系原点Ｏから宇宙ロボット系全体
の質量中心Ｐまでのベクトルｒ_gは、宇宙ロボット系全
体の質量をＭとすると

【数２】と表せる。また、宇宙ロボット系の運動量をＰ_R、角運
動量をＬ_Rとすると、運動量保存則より、

【数３】

【数４】と表せる。一方、宇宙ロボットの第ｉリンクの速度ｖ_i
及び角速度ω_iは、宇宙ロボットのリンク回転角ベクト
ルをΦとすると、

【数５】

【数６】と表せる。ここで、Ｊ_Ti，Ｊ_Riは、第０リンク（宇宙ロ
ボット衛星）から第ｉリンクまでのヤコビ行列と呼ばれ
るΦの既知関数であり、ｄΦはΦの時間微分（リンク角
Φの回転角速度ベクトル）である。（数２）から（数
６）を用いて整理すると、第０リンク（宇宙ロボット衛
星１０）の質量中心Ｐの速度ｖ₀及び角速度ω₀は、

【数７】

【数８】で与えられる。ここで、係数マトリクスＣ1、Ｃ2、Ｃ
3、Ｃ4は、宇宙ロボットの各リンクの質量、慣性モ−メ
ント、各リンクの位置ベクトルｒ_i及び関節角ベクトル
Φの関数である。従ってこれらが与えられれば（数７）
（数８）より、宇宙ロボットア−ムの関節角速度ｄΦ
（Φの時間微分）、宇宙ロボットの運動量Ｐ_R及び角運
動量Ｌ_Rを入力としてｖ₀及びω₀が算出できる。

【００１２】一方、タ−ゲット衛星１１の運動量Ｐ_T及
び角運動量Ｌ_Tは、運動量保存則より、

【数９】

【数１０】と表せる。従って、タ−ゲット衛星質量１１の中心の速
度ｖ_T及び角速度ω_Tは、

【数１１】

【数１２】となる。ここでＩ_Tはターゲット衛星１１の中心に関す
る慣性テンソルである。（数７）（数８）（数１１）（数１２）より、宇宙ロボ
ット１０に対するタ−ゲット衛星１１の相対速度ｖ_0T及
び相対角速度ω_0Tは、

【数１３】

【数１４】となる。従って、前記のｖ₀、ω₀の他に、ターゲット衛
星１１の質量ｍ_T、慣性テンソルＩ_Tの他に、同衛星の運
動量Ｐ_T及び角運動量Ｌ_Tが与えられれば（数１３）（数
１４）からｖ_0T及びω_0Tが求められ、これらの値そのも
のまたはｖ_0T及びω_0Tの積分値を指令値として相対運動
模擬ア−ム２を駆動することで、三次元相対運動が実現
できる。

【００１３】ここで宇宙ロボット１０の運動量Ｐ_Rと角
運動量Ｌ_R及びタ−ゲット衛星１１の運動量Ｐ_Tと角運動
量Ｌ_Tは以下のように求める。宇宙ロボットア−ムの手
先５とタ−ゲット衛星１１が△ｔ時間の間接触し、力
Ｆ及びモ−メントＮの外力を受けた場合、宇宙ロボット
１０の運動量と角運動量の変化△Ｐ_R、△Ｌ_Rは、

【数１５】

【数１６】で与えられる。この時、タ−ゲット衛星側１１には、−
Ｆ、−Ｎの力及びモメントが加わるので、タ−ゲット衛
星１１の運動量と角運動量の変化△Ｐ_T、△Ｌ_Tは、

【数１７】

【数１８】と表せる。系に他の外力が加わる場合も同様に運動量の
変化として表せる。△ｔを相対運動模擬ア−ム２のサン
プリングタイムとすれば、ｋ−１回目のサンプリング時
の宇宙ロボットの運動量をＰ_R（ｋ−１）、角運動量を
Ｌ_R（ｋ−１）として、ｋ回目のサンプリング時のそれ
らは

【数１９】

【数２０】と表せる。タ−ゲット衛星１１の運動量と角運動量も同
様に求められる。

【００１４】従来の模擬装置では（数１９）（数２０）
を（数７）（数８）に代入し、両辺微分することで力と
加速度の関係式を得、サンプリングタイムごとに検出し
た力を基に宇宙ロボット衛星本体の加速度を算出し、相
対運動模擬ア−ムを駆動するようにしていた。本実施例
では、力Ｆ及びモ−メントＮを力検出手段４により検出
し、（数１９）（数２０）の積分を、相対運動模擬ア−
ム２の制御ル−プとは独立に、相対運動模擬ア−ム２の
サンプリングタイムより短いサンプリングタイムでデジ
タル積分、もしくはアナログ積分することで、相対運動
模擬ア−ム２のサンプリング間の接触力も相対運動演算
に反映できるようにして、相対運動を高精度で模擬する
ようにしたものである。

【００１５】図３は、以上に述べた計算方法を用いて相
対運動計算を行う処理のフロ−チャ−トを示すものであ
る。まずステップ１０１で宇宙ロボットア−ムの関節情
報であるベクトル、Φ等を検出し、これらを用いてステ
ップ１０２で（数７）、（数８）の係数Ｃ1、Ｃ2、Ｃ
3、Ｃ4を計算する。一方、ステップ１０３で接触力Ｆ、
Ｎを力検出器４の出力から検出し、ステップ１０４でこ
れらの接触力Ｆ、Ｎを積分して（数１５）〜（数１８）
により運動量、角運動量の変化を求め、ステップ１０５
では、ステップ１０２、１０４で得られた結果を用いて
（数１３）（数１４）により相対速度を計算する。ステ
ップ１０６では、得られた相対速度を指令値として、相
対運動模擬ア−ム２を駆動する。

【００１６】このフローチャートでは、相対運動模擬ア
−ム２の１サイクルはステップ１０１、１０２、１０
５、１０６から成るが、この間、ステップ１０４の積分
は、ステップ１０５へ積分値を出力したのち、積分値を
０クリアして次の出力時まで積分を行う。従って相対運
動模擬ア−ム２の制御サイクル中の接触力も検出し力積
の変化として相対運動演算に反映されるので、高精度に
相対運動を模擬できる。また、宇宙ロボット衛星１０の
速度ｖ₀及び角速度ω₀、タ−ゲット衛星１１の速度ｖ_T
及び角速度ω_T、及び宇宙ロボットア−ム各関節の関節
角Φ、関節角速度ｄΦをもとに、宇宙ロボット衛星１０
とそのア−ム、タ−ゲット衛星１１各々の慣性座標系に
対する運動を相対運動表示装置９によりグラフィックス
で表示すれば、運動の直感的把握が容易となる。

【００１７】なお、本実施例に於て、相対運動模擬ア−
ム２は少なくとも６自由度を有する産業用ロボットを用
いてもよい。また、力検出手段４は宇宙ロボットア−ム
１の先端部に配置してもよい。また、宇宙ロボットア−
ムは複数でもよい。また、宇宙ロボットア−ム１及び相
対運動模擬ア−ム２の自由度数及び軸構成は種々の変形
が可能である。

【００１８】図４は本発明の第２の実施例を示したもの
で、宇宙ロボット手先効果器５は少なくとも６自由度を
もつ相対運動模擬ア−ム２により支持され、タ−ゲット
衛星模擬装置３は固定支持されている。この時、宇宙ロ
ボット手先効果器５は、仮想的な宇宙ロボットア−ム１
２の先端に固定され、仮想的な宇宙ロボットア−ム１２
は仮想宇宙ロボット衛星１０に搭載され宇宙空間に浮遊
しているものと想定する。また、タ−ゲット衛星模擬装
置３は仮想的なタ−ゲット衛星１１の一部（例えば宇宙
ロボット手先効果器５により把持される部分）を模擬す
るものであり、仮想タ−ゲット衛星１１も宇宙空間に浮
遊しているものと想定する。

【００１９】相対運動演算手段８は、仮想宇宙ロボット
衛星１０、仮想宇宙ロボットア−ム１２及び仮想タ−ゲ
ット衛星１１の数学モデルを、図２と同様に与えておけ
ば、仮想宇宙ロボットア−ムコントロ−ラ１３から仮想
宇宙ロボットア−ム１２への指令を与えたときの仮想宇
宙ロボットア−ム１２の挙動を上記数学モデルを用いて
計算する。そしてこの計算結果、即ち仮想宇宙ロボット
ア−ム１２の関節角及び関節角速度と、力検出手段４か
らの情報をもとに、第１の実施例の手法と同様の手法に
よって宇宙ロボットの手先効果器５とタ−ゲット衛星模
擬装置３との相対運動を算出する。得られた相対位置関
係を相対運動模擬ア−ムコントロ−ラ７を介し相対運動
模擬ア−ム２を駆動することで実現する。従って、宇宙
ロボット手先効果器５は、あたかも仮想宇宙ロボットア
−ム１２によって動かされ、かつ、仮想タ−ゲット衛星
１１に対して相対運動をしているように動く。本実施例
によれば、重力等により地上で駆動不可能な宇宙ロボッ
トア−ムについても、手先効果器は実物を用いて相対運
動が模擬できる。同時に、相対運動表示装置９により宇
宙ロボットとタ−ゲット衛星各々の慣性座標系に対する
運動をグラフィックス表示することで、実際には見えな
い仮想宇宙ロボット衛星１０、仮想タ−ゲット衛星１１
の絶対運動、及び仮想宇宙ロボットア−ム１２の運動を
確認することができる。

【００２０】図５は本発明の第３の実施例を示したもの
で、仮想宇宙ロボット衛星１０と仮想タ−ゲット衛星１
１の相対運動６自由度のうち、並進３自由度は並進３軸
直行型の相対運動模擬ア−ム２１により、また回転３自
由度は３軸回転型の相対運動模擬ア−ム２２により実現
する。さらに、相対運動模擬ア−ム２２の３つの回転軸
は一点Ｑで交差し、かつ仮想タ−ゲット衛星１１の重心
と一致させる。上記の構成により、仮想タ−ゲット衛星
１１の相対運動６自由度と相対運動模擬ア−ム２１及び
相対運動模擬ア−ム２２の各自由度を一対一に対応づけ
られ、これら２つの模擬ア−ム２１、２２の制御を簡略
化することができる。

【００２１】図６は本発明の第４の実施例を示したもの
で、宇宙ロボットの手先効果器５を固定し、タ−ゲット
衛星模擬装置３を駆動して相対運動を実現するものであ
る。本実施例によれば、手先効果器が非常に大きく重い
場合でも、タ−ゲット衛星模擬装置３を軽量にすること
で、急激な相対運動も模擬できる。

【００２２】図７は本発明の第５の実施例を示したもの
で、第２の相対運動模擬ア−ム１４により視覚装置１５
を支持し、相対運動演算手段８の結果を用いて仮想ロボ
ット衛星１０の運動を模擬させる。本構成によれば、視
覚装置１５によって得られる画像は、宇宙ロボット衛星
１０から見た宇宙ロボットの手先効果器５とタ−ゲット
模擬装置３の相対運動であるので、宇宙ロボットア−ム
の操作者は実際と同じ運動の状況を見ながら訓練するこ
とができる。

【００２３】図８は本発明の第６の実施例を示したもの
で、水中ロボットアーム１６は仮想潜水艇１８に搭載さ
れ、水中ロボットア−ムコントロ−ラ１７により駆動さ
れる。仮想作業対象物１９の一部を模擬する作業対象物
模擬装置２０は、相対運動模擬ア−ム２により支持され
る。このとき、水中ロボットア−ム１７を搭載した仮想
潜水艇１８及び仮想作業対象物１９は水中を浮遊してい
るものと想定する。相対運動演算手段８には、水中を浮
遊する仮想作業対象物１９及び仮想潜水艇１８の運動を
記述する数学モデルが実装されており、水中ロボットア
−ム１６の関節角情報及び接触力検出手段４により検出
される手先効果器５と作業対象物模擬装置２０の接触力
の情報をもとに、仮想作業対象物１９と仮想潜水艇１８
の相対運動が計算される。得られた相対位置関係を、相
対運動模擬ア−ムコントロ−ラ７を介し相対運動模擬ア
−ム２を駆動することで実現する。同時に水中ロボット
ア−ム１６、仮想潜水艇１８及び仮想作業対象物１９各
々の運動を相対運動表示装置９により、グラフィックス
で表示する。なお、以上の図５〜図８の各実施例の相対
運動演算手段８による計算は、図１の場合に説明したの
と同じ原理で実行できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の相対運動模擬装置によれば、宇
宙ロボットと他の宇宙機との三次元相対運動、ロボット
の搭載機と作業対象物が相対運動をしつつ作業を行う状
態等を、地上で簡略に模擬することができ、ロボットの
研究開発及び操作の訓練を効率よく行えるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】宇宙ロボット及びタ−ゲット衛星の位置関係を
表す図である。

【図３】相対運動計算のフロ−チャ−トである。

【図４】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す図である。

【図６】本発明の第４実施例を示す図である。

【図７】本発明の第５実施例を示す図である。

【図８】本発明の第６実施例を示す図である。

【符号の説明】

１宇宙ロボットア−ム２相対運動模擬ア−ム２１相対運動模擬ア−ム２２相対運動模擬ア−ム３タ−ゲット模擬装置４力検出手段５手先効果器６宇宙ロボットア−ムコントロ−ラ７相対運動模擬ア−ムコントロ−ラ８相対運動演算手段９相対運動表示装置１０仮想宇宙ロボット衛星１１仮想タ−ゲット衛星１２仮想宇宙ロボットア−ム１３仮想宇宙ロボットア−ムコントロ−ラ１４第２の相対運動模擬ア−ム１５視覚装置１６水中ロボットア−ム１７水中ロボットア−ムコントロ−ラ１８仮想潜水艇１９仮想作業対象物２０仮想作業対象物模擬装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菊池宏成茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者岡田祐子茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットとロボットの作業対象の間の相
対運動を、その双方もしくは一方が自由運動可能な状態
にあるとして模擬する相対運動模擬装置に於て、上記ロ
ボットまたはそれを模擬するロボット模擬手段はその基
部を固定し、上記作業対象またはそれを模擬する対象模
擬手段は少なくとも６自由度を有する駆動装置により支
持するとともに、上記ロボットまたはロボット模擬手段
と上記作業対象または対象模擬手段との接触力を検出す
るための接触力検出手段と、ロボット及び作業対象の特
性を示す定数とそれらの状態を示すパラメータと上記接
触力検出手段により検出された上記接触力とを入力とし
て上記相対運動を演算する演算手段と、該手段の演算し
た結果に基づいて上記相対運動を模擬するように上記駆
動装置を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする
相対運動模擬装置。
【請求項２】ロボットとロボットの作業対象の間の相
対運動を、その双方もしくは一方が自由運動可能な状態
にあるとして模擬する相対運動模擬装置に於て、上記ロ
ボットまたはそれを模擬するロボット模擬手段の手先効
果器と上記作業対象またはそれを模擬する対象模擬手段
の一方を少なくとも６自由度を有する駆動装置により支
持し、他方を固定するとともに、上記ロボットまたはロ
ボット模擬手段と上記作業対象または対象模擬手段との
接触力を検出するための接触力検出手段と、ロボット及
び作業対象の特性を示す定数とそれらの状態を示すパラ
メータと上記接触力検出手段により検出された上記接触
力とを入力として上記相対運動を演算する演算手段と、
該手段の演算した結果に基づいて上記相対運動を模擬す
るように上記駆動装置を制御する制御手段とを設けたこ
とを特徴とする相対運動模擬装置。
【請求項３】ロボットとロボットの作業対象の間の相
対運動を、その双方もしくは一方が地上に固定された柔
軟構造物により支持されているとして模擬する相対運動
模擬装置に於て、上記ロボットまたはそれを模擬するロ
ボット模擬手段はその基部を固定し、上記作業対象また
はそれを模擬する対象模擬手段は少なくとも６自由度を
有する駆動装置により支持するとともに、上記ロボット
またはロボット模擬手段と上記作業対象または対象模擬
手段との接触力を検出するための接触力検出手段と、ロ
ボット及び作業対象の特性を示す定数とそれらの状態を
示すパラメータと上記接触力検出手段により検出された
上記接触力とを入力として上記相対運動を演算する演算
手段と、該手段の演算した結果に基づいて上記相対運動
を模擬するように上記駆動装置を制御する制御手段とを
設けたことを特徴とする相対運動模擬装置。
【請求項４】ロボットとロボットの作業対象の間の相
対運動を、その双方もしくは一方が地上に固定された柔
軟構造物により支持されているとして模擬する相対運動
模擬装置に於て、上記ロボットまたはそれを模擬するロ
ボット模擬手段の手先効果器と上記作業対象またはそれ
を模擬する対象模擬手段の一方を少なくとも６自由度を
有する駆動装置により支持し、他方を固定するととも
に、上記ロボットまたはロボット模擬手段と上記作業対
象または対象模擬手段との接触力を検出するための接触
力検出手段と、ロボット及び作業対象の特性を示す定数
とそれらの状態を示すパラメータと上記接触力検出手段
により検出された上記接触力とを入力として上記相対運
動を演算する演算手段と、該手段の演算した結果に基づ
いて上記相対運動を模擬するように上記駆動装置を制御
する制御手段とを設けたことを特徴とする相対運動模擬
装置。
【請求項５】宇宙ロボットとその作業対象としての宇
宙機との間の相対運動を模擬するための相対運動模擬装
置に於て、上記宇宙ロボットのアームまたはそれを模擬
するロボットアーム模擬手段はその基部を固定し、上記
宇宙機またはそれを模擬する宇宙機模擬手段は少なくと
も６自由度を有する駆動装置により支持するとともに、
上記アームまたはロボットアーム模擬手段と上記宇宙機
または宇宙機模擬手段との接触力を検出するための接触
力検出手段と、宇宙ロボット及び宇宙機の特性を示す定
数とそれらの状態を示すパラメータと上記接触力検出手
段により検出された上記接触力とを入力として上記相対
運動を演算する演算手段と、該手段の演算した結果に基
づいて上記相対運動を模擬するように上記駆動装置を制
御する制御手段とを設けたことを特徴とする相対運動模
擬装置。
【請求項６】宇宙ロボットとその作業対象としての宇
宙機との間の相対運動を模擬するための相対運動模擬装
置に於て、上記ロボットのアームまたはそれを模擬する
ロボットアーム模擬手段の手先効果器と上記宇宙機また
はそれを模擬する宇宙機模擬手段の一方を少なくとも６
自由度を有する駆動装置により支持し、他方を固定する
とともに、上記アームまたはロボットアーム模擬手段と
上記宇宙機または宇宙機模擬手段との接触力を検出する
ための接触力検出手段と、宇宙ロボット及び宇宙機の特
性を示す定数とそれらの状態を示すパラメータと上記接
触力検出手段により検出された上記接触力とを入力とし
て上記相対運動を演算する演算手段と、該手段の演算し
た結果に基づいて上記相対運動を模擬するように上記駆
動装置を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする
相対運動模擬装置。
【請求項７】前記演算手段は、前記検出された接触力
を積分して力積を算出し、その値と前記定数及びパラメ
ータから相対運動を算出することを特徴とする請求項１
または２または３または４または５または６の内の１つ
に記載の相対運動模擬装置。
【請求項８】前記ロボットまたはロボットのアームと
作業対象または宇宙機との相対運動を表示手段に表示す
る表示制御手段を付加したことを特徴とする請求項１ま
たは２または３または４または５または６の内の１つに
記載の相対運動模擬装置。
【請求項９】前記手先効果器の部分を撮像する撮像手
段と、該手段の出力する映像を表示手段へ表示する表示
制御装置とを付加したことを特徴とする請求項２または
４または６の内の１つに記載の相対運動模擬装置。