JPH1124718A - Device and method for controlling robot - Google Patents

Device and method for controlling robot

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JPH1124718A
JPH1124718A JP9180992A JP18099297A JPH1124718A JP H1124718 A JPH1124718 A JP H1124718A JP 9180992 A JP9180992 A JP 9180992A JP 18099297 A JP18099297 A JP 18099297A JP H1124718 A JPH1124718 A JP H1124718A
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JP
Japan
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manipulator
target
robot
speed
sensor
Prior art date
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Application number
JP9180992A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Fukuda
田 靖 福
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH1124718A publication Critical patent/JPH1124718A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller and method for a space robot by which a manipulator can be smoothly operated even when information which is different in detection cycle is used. SOLUTION: The controller for the space robot which is mounted on an artificial satellite has a sensor group of an inertia sensor which detects the position and speed of the satellite, a visual sensor which detects the relative position and speed of a floating target to be acquired, a proximity sensor mounted on the manipulator, etc., a main body position and speed interpolating means 40 which interpolates information obtained from the inertia sensor with control cycles of the manipulator, and a target position and speed interpolating means 39 which performs interpolation with the control cycles of the manipulator on the basis of visual sensor information so as to allow the satellite to trace the target and also positions the gripper of the manipulator where the part to be gripped of the target can be gripped on the basis of proximity sensor information.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水中、宇宙等の浮
遊空間での組立作業や保守作業などに使用されるロボッ
トを制御するための制御装置および制御方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device and a control method for controlling a robot used for assembling work or maintenance work in a floating space such as underwater or space.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、人工衛星にマニピュレータを搭載
して構成された宇宙ロボット21は、図1に示すよう
に、人工衛星22とこの人工衛星22に搭載されたマニ
ピュレータ23とを備えている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a space robot 21 configured by mounting a manipulator on an artificial satellite includes an artificial satellite 22 and a manipulator 23 mounted on the artificial satellite 22, as shown in FIG.

【0003】人工衛星22には、人工衛星の位置、速度
を検出するための慣性センサ24と、捕捉対象である図
示しないターゲットと人工衛星22との相対的な位置、
速度を認識するための視覚センサ25と、人工衛星22
の飛行、姿勢制御を行うための推進装置26a,26
b,26cとが搭載されている。
The artificial satellite 22 includes an inertial sensor 24 for detecting the position and speed of the artificial satellite, a relative position between a target (not shown) to be captured and the artificial satellite 22,
A visual sensor 25 for recognizing the speed and an artificial satellite 22
Devices 26a and 26 for controlling the flight and attitude of the aircraft
b, 26c.

【0004】一方、マニピュレータ23には、その先端
部にグリッパ27が設けられている。このグリッパ27
の近傍には、グリッパ27に加わる力を検出するための
力覚センサ28が搭載されている。また、グリッパ27
の近傍には、グリッパ27と図示しないターゲットの被
把持部分との相対的な位置、姿勢を検出するための近接
センサ29が設けられている。
On the other hand, the manipulator 23 is provided with a gripper 27 at its tip. This gripper 27
Is mounted with a force sensor 28 for detecting a force applied to the gripper 27. Also, the gripper 27
A proximity sensor 29 for detecting the relative position and posture of the gripper 27 and a portion to be gripped by a target (not shown) is provided in the vicinity of.

【0005】宇宙ロボットの制御装置では、人工衛星に
搭載された視覚センサ25で、人工衛星とターゲットの
位置、速度を検出し、この情報を基にしてマニピュレー
タ先端速度生成器34においてマニピュレータ23の動
作に伴う人工衛星22の位置、姿勢の変化を考慮したマ
ニピュレータの先端速度を生成することにより、宇宙空
間においてマニピュレータの飛行ターゲットへの追従動
作を実行する。さらに、近接センサ29で得られたター
ゲットの被把持部分とグリッパとの相対的な位置、姿勢
情報を用いて、マニピュレータ軌道生成器23において
ターゲットーのアプローチ軌道を生成し、さらにまたグ
リッパ把持時に力覚センサ28でマニピュレータ先端の
位置を外力に応じて制御する。
In the control device of the space robot, the position and speed of the artificial satellite and the target are detected by the visual sensor 25 mounted on the artificial satellite, and the manipulator tip speed generator 34 operates the manipulator 23 based on this information. Then, the manipulator follows the flight target in the outer space by generating the tip speed of the manipulator in consideration of the change in the position and attitude of the artificial satellite 22 accompanying the above. Further, the manipulator trajectory generator 23 generates an approach trajectory of the target using information on the relative position and posture of the gripped portion of the target and the gripper obtained by the proximity sensor 29. The position of the tip of the manipulator is controlled by the sensation sensor 28 according to the external force.

【0006】ここで、マニピュレータ各関節の位置検出
器からの関節角、マニピュレータ先端の力覚センサ28
からの力・トルクは、数msecから十数msec程度の宇宙ロ
ボットのマニピュレータ制御装置の周期で検出される。
一方、人工衛星22に搭載されたセンサからの並進、回
転速度などは、十数msecから数十msec程度の宇宙ロボッ
トの姿勢制御装置の周期で検出される。
Here, the joint angle from the position detector of each joint of the manipulator, the force sensor 28 at the tip of the manipulator,
Is detected at a period of the manipulator control device of the space robot of about several msec to about several tens msec.
On the other hand, translation, rotation speed, and the like from sensors mounted on the artificial satellite 22 are detected at a period of the space robot attitude control device of about ten to several tens msec.

【0007】これに対し、人工衛星に搭載された視覚セ
ンサからの視覚情報、及び、マニピュレータ先端の近接
センサからのターゲットの位置、姿勢情報は、検出した
情報に対し、ノイズ除去、フレーム処理、二値化処理な
どの画像処理に時間を要するため、数十msecから数百ms
ecの周期で検出されるのが一般的である。
On the other hand, visual information from a visual sensor mounted on an artificial satellite and target position / posture information from a proximity sensor at the tip of the manipulator are used to remove noise, perform frame processing, Because it takes time for image processing such as binarization, several tens of msec to several hundreds of ms
It is generally detected at the ec cycle.

【0008】このため、マニピュレータ軌道生成器33
に入力されるターゲット位置、速度、マニピュレータ先
端速度生成器34に入力される本体速度A C m 、本体
角速度ωC m 、座標変換器37で生成されたマニピュレ
ータの現在位置A m m 、回転行列生成器38で生成さ
れた回転行列C A は、前記の検出周期にて更新される
こととなる。
For this reason, the manipulator trajectory generator 33
Target position input, the speed, the body velocity A V C m to be input to the manipulator tip velocity generator 34, the body angular velocity omega C m, the current position of the manipulator generated by the coordinate converter 37 A P m m, rotating The rotation matrix C T A generated by the matrix generator 38 is updated at the above-described detection cycle.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、慣性セン
サ24からの人工衛星本体の速度情報や、視覚センサ2
5や近接センサ29からのターゲットの位置、姿勢情報
を用いてマニピュレータ23の各関節の駆動を行う場
合、上記情報をそのまま用いると、マニピュレータ23
は、上記慣性センサ24、視覚センサ25、近接センサ
29の情報が検出される周期において、間欠的に動作す
ることとなる。
As described above, the speed information of the satellite main body from the inertial sensor 24 and the visual sensor 2
When driving each joint of the manipulator 23 using the position and orientation information of the target from the proximity sensor 5 and the proximity sensor 29, if the above information is used as it is, the manipulator 23
Operates intermittently in a cycle in which the information of the inertial sensor 24, the visual sensor 25, and the proximity sensor 29 is detected.

【0010】このようなことから、視覚センサ25、近
接センサ29からの情報を、宇宙ロボットのマニピュレ
ータ制御装置の制御周期にて円滑に補間する制御方法の
出現が望まれていた。
For this reason, there has been a demand for a control method for smoothly interpolating information from the visual sensor 25 and the proximity sensor 29 in the control cycle of the manipulator control device of the space robot.

【0011】そこで本発明は、上記した要望を満たすこ
とができ、慣性センサ24、視覚センサ25、近接セン
サ29からの情報を用いてもロボットを円滑に動作させ
ることができるロボットの制御装置および方法を提供す
ることを目的としている。
Accordingly, the present invention satisfies the above-mentioned demands and provides a robot control apparatus and method capable of operating a robot smoothly using information from an inertial sensor 24, a visual sensor 25, and a proximity sensor 29. It is intended to provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の特徴は、
ロボット本体とこのロボット本体に搭載されたマニピュ
レータとを有するロボットが、空間に浮遊しているター
ゲットを捕捉しうるように前記ロボットを制御するため
のロボットの制御装置であって、ロボット本体の位置、
速度を検出するためにロボット本体に搭載された慣性セ
ンサと、ロボット本体とターゲットとの相対位置、速度
を検出するための視覚センサと、マニピュレータのグリ
ッパとターゲットとの相対的な位置・速度を検出するた
めにマニピュレータに搭載された近接センサと、慣性セ
ンサから得られた情報をマニピュレータの制御周期にて
補間するための本体位置・速度補間手段と、視覚センサ
から得られた情報を基にロボット本体をターゲットに追
尾させるべく、視覚センサ情報をマニピュレータの制御
周期にて補間するとともに、近接センサから得られた情
報を基にターゲットの被把持部分の把持可能な位置にグ
リッパを位置させるべく、近接センサ情報をマニピュレ
ータの制御周期にて補間するためのターゲット位置・速
度補間手段とを備えていることである。
A first feature of the present invention is as follows.
A robot having a robot body and a manipulator mounted on the robot body, a robot control device for controlling the robot so as to be able to capture a target floating in space, the position of the robot body,
An inertial sensor mounted on the robot body to detect the speed, a relative position between the robot body and the target, a visual sensor to detect the speed, and a relative position and speed between the gripper of the manipulator and the target Proximity sensor mounted on the manipulator, a body position / velocity interpolation means for interpolating information obtained from the inertial sensor in the control cycle of the manipulator, and a robot body based on the information obtained from the visual sensor. Proximity sensor to interpolate the visual sensor information at the control cycle of the manipulator to track the target, and to position the gripper at the position where the gripped portion of the target can be gripped based on the information obtained from the proximity sensor. Target position / velocity interpolation means for interpolating information at the control cycle of the manipulator. And it is that it is.

【0013】従って、慣性センサ、視覚センサ、近接セ
ンサからの情報をマニピュレータ制御装置の制御周期に
て補間して、マニピュレータを円滑に動作させることが
でき、安定した動作でターゲットを捕捉することができ
る。
Therefore, the manipulator can be smoothly operated by interpolating information from the inertial sensor, the visual sensor, and the proximity sensor in the control cycle of the manipulator control device, and the target can be captured with a stable operation. .

【0014】本発明の第2の特徴は、前記ロボット本体
に搭載された視覚センサが、ターゲットの被把持部分と
マニピュレータ先端のグリッパとの相対位置、速度を認
識する近接センサの機能をも有することである。さら
に、本発明の第3の特徴は、マニピュレータに搭載され
た近接センサが、ターゲットとロボット本体との相対位
置、速度を認識する視覚センサの機能をも有することで
ある。
A second feature of the present invention is that the visual sensor mounted on the robot body also has a function of a proximity sensor for recognizing the relative position and speed between the gripped portion of the target and the gripper at the tip of the manipulator. It is. Further, a third feature of the present invention is that the proximity sensor mounted on the manipulator also has the function of a visual sensor for recognizing the relative position and speed between the target and the robot body.

【0015】従って、必要な装置の数を減少させること
ができ、ロボット全体としてコストの低減を図ることが
できる。
Therefore, the number of necessary devices can be reduced, and the cost of the robot as a whole can be reduced.

【0016】本発明の第4の特徴は、ロボット本体の位
置、速度を検出するためにこのロボット本体に搭載され
た慣性センサと、ロボット本体と捕捉すべきターゲット
との相対位置、速度を検出するために前記ロボット本体
に搭載された視覚センサと、ロボット本体に設けられた
マニピュレータのグリッパと前記ターゲットとの相対的
な位置・速度を検出するためにマニピュレータに搭載さ
れた近接センサと、を有するロボットの制御方法であっ
て、視覚センサから得られた情報を、マニピュレータの
制御周期にて補間し、この補間された情報を基に、マニ
ピュレータの先端をターゲットの被把持部分に一致させ
るようなロボット本体の軌道を生成し、その後駆動指令
を生成し、ターゲットを追尾するようにロボット本体の
推進装置を駆動する段階と、マニピュレータの動作に伴
うロボット本体の位置、姿勢の変化を慣性センサによっ
て検出し、この検出した情報を、マニピュレータの制御
周期にて補間し、この補間された情報を基に、ロボット
本体の位置の変動を考慮してマニピュレータの先端をタ
ーゲットの被把持部分へ位置決めすべくマニピュレータ
を駆動する段階と、近接センサから得られた情報を、マ
ニピュレータ制御周期にて補間し、この補間された情報
を基に、ターゲットの被把持部分との相対的な位置、速
度を生成し、この情報を基にターゲットの被把持部分の
把持可能な位置にグリッパを位置させるべくマニピュレ
ータを駆動し、グリッパによってターゲットを捕捉する
段階とを備えたことである。
According to a fourth feature of the present invention, an inertial sensor mounted on the robot body for detecting the position and speed of the robot body, and a relative position and speed between the robot body and a target to be captured are detected. A robot equipped with a visual sensor mounted on the robot body, and a proximity sensor mounted on the manipulator for detecting a relative position / velocity between a gripper of the manipulator provided on the robot body and the target. A robot body that interpolates information obtained from a visual sensor in a control cycle of a manipulator and, based on the interpolated information, matches a tip of the manipulator to a gripped portion of a target. Trajectory, and then generate a drive command to drive the propulsion device of the robot body to track the target. The stage and the change of the position and posture of the robot body due to the operation of the manipulator are detected by the inertial sensor, and the detected information is interpolated in the control cycle of the manipulator. Driving the manipulator to position the tip of the manipulator to the gripped portion of the target in consideration of the position change, and interpolating the information obtained from the proximity sensor in the manipulator control cycle, and interpolating this interpolated information Based on this information, the relative position and speed of the target to be gripped are generated, and based on this information, the manipulator is driven to position the gripper at a grippable position of the target to be gripped, and the target is moved by the gripper. And the step of capturing.

【0017】従って、慣性センサ、視覚センサ、近接セ
ンサからの情報をマニピュレータ制御装置の制御周期に
て補間することにより、マニピュレータを円滑に動作さ
せることができ、これによって、安定した動作でターゲ
ットを捕捉することができる。
Therefore, the manipulator can be operated smoothly by interpolating the information from the inertia sensor, the visual sensor, and the proximity sensor in the control cycle of the manipulator control device. can do.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】図1は、本発明の一実施例に係るロボット
の制御装置によって制御される宇宙ロボット21の外観
を示している。
FIG. 1 shows the appearance of a space robot 21 controlled by a robot controller according to one embodiment of the present invention.

【0020】この宇宙ロボット21は、人工衛星22と
これに搭載されたマニピュレータ23とを備えている。
The space robot 21 includes an artificial satellite 22 and a manipulator 23 mounted on the artificial satellite 22.

【0021】人工衛星22には、この人工衛星22の位
置、速度を検出するための慣性センサ24と、捕捉対象
である図示しないターゲットと人工衛星22との相対的
な位置、速度を認識するための視覚センサ25と、人工
衛星22の飛行、姿勢制御を行うための推進装置26
a,26b,26cとが搭載されている。
The artificial satellite 22 has an inertial sensor 24 for detecting the position and speed of the artificial satellite 22, and a position and speed for recognizing a relative position between a target (not shown) to be captured and the artificial satellite 22. Visual sensor 25 and a propulsion device 26 for controlling the flight and attitude of the artificial satellite 22
a, 26b, 26c.

【0022】一方、マニピュレータ23の先端部には、
グリッパ27が取り付けられている。このグリッパ27
の近傍には、グリッパ27に加わる力を検出するための
力覚センサ28と、グリッパ27と図示しないターゲッ
トとの相対的な位置・速度を検出するための近接センサ
29とが搭載されている。
On the other hand, at the tip of the manipulator 23,
A gripper 27 is attached. This gripper 27
A force sensor 28 for detecting a force applied to the gripper 27 and a proximity sensor 29 for detecting a relative position and speed between the gripper 27 and a target (not shown) are mounted in the vicinity of.

【0023】そして、人工衛星22の内部には、図2に
示すように、外部からの無線信号で動作を開始する制御
系31が設けられており、この制御系31は、人工衛星
とマニピュレータのダイナミクス32に接続されてい
る。
As shown in FIG. 2, a control system 31 for starting operation by an external radio signal is provided inside the artificial satellite 22, and this control system 31 is provided between the artificial satellite and the manipulator. It is connected to the dynamics 32.

【0024】この制御系31は、視覚センサ25あるい
は近接センサ29で検出されたターゲットの位置、姿勢
をマニピュレータの制御周期にて補間するターゲット位
置・速度補間器39と、ターゲットの位置、姿勢、速度
からマニピュレータ23の先端の軌道を生成するマニピ
ュレータ軌道生成器33と、マニピュレータ23の軌
道、マニピュレータ23に作用する力情報、人工衛星2
2の並進、回転速度などを入力してマニピュレータ23
の先端速度を生成するマニピュレータ先端速度生成器3
4と、マニピュレータ23の先端速度からマニピュレー
タ23の関節速度を生成するマニピュレータ関節速度生
成器35と、マニピュレータ23の関節角からヤコビ行
列を生成してマニピュレータ関節速度生成器35に与え
るヤコビ行列生成器36と、マニピュレータ23の関節
角、人工衛星22の位置、姿勢情報を入力して宇宙空間
に固定された座標系におけるマニピュレータ23の先端
位置を生成する座標変換器37と、人工衛星22の位
置、姿勢情報を入力し人工衛星22の本体の位置、姿勢
を生成する本体位置・速度補間器40と、人工衛星の本
体の位置、姿勢とマニピュレータの関節角から宇宙空間
に固定され座標系と人工衛星22に固定され座標系間の
回転行列を生成する回転行列生成器38とを有してい
る。
The control system 31 includes a target position / speed interpolator 39 for interpolating the position and orientation of the target detected by the visual sensor 25 or the proximity sensor 29 in the control cycle of the manipulator, and the position, orientation and speed of the target. Manipulator trajectory generator 33 that generates a trajectory of the tip of manipulator 23 from, a trajectory of manipulator 23, force information acting on manipulator 23, artificial satellite 2
Input the translation, rotation speed, etc. of the manipulator 23
Manipulator tip speed generator 3 for generating tip speed
4, a manipulator joint speed generator 35 for generating the joint speed of the manipulator 23 from the tip speed of the manipulator 23, and a Jacobian matrix generator 36 for generating a Jacobian matrix from the joint angles of the manipulator 23 and providing the same to the manipulator joint speed generator 35 A coordinate converter 37 for inputting the joint angle of the manipulator 23, the position and attitude of the artificial satellite 22, and generating the tip position of the manipulator 23 in a coordinate system fixed in outer space; and the position and attitude of the artificial satellite 22 A body position / velocity interpolator 40 for inputting information and generating the position and attitude of the body of the artificial satellite 22; a coordinate system fixed to space from the position and attitude of the body of the artificial satellite and the joint angle of the manipulator; And a rotation matrix generator 38 that generates a rotation matrix between coordinate systems.

【0025】宇宙ロボット21で飛行ターゲットを捕捉
する場合、まず人工衛星22に搭載された視覚センサ2
5でターゲットとの相対的な位置、速度を認識させる。
この認識結果に基づき、ターゲットが宇宙ロボット21
に搭載されたマニピュレータ23の動作範囲以内に入る
ように、推進装置26a〜26cを動作させて宇宙ロボ
ットをターゲットに向かって誘導する。
When the space robot 21 captures a flight target, first, the visual sensor 2 mounted on the artificial satellite 22 is used.
In step 5, the relative position and speed with respect to the target are recognized.
Based on this recognition result, the target is the space robot 21
The space robot is guided toward the target by operating the propulsion devices 26a to 26c so as to be within the operation range of the manipulator 23 mounted on the target.

【0026】次に、マニピュレータ23の動作に伴う人
工衛星22の位置、速度の変化を人工衛星22に搭載さ
れた慣性センサ24で検出する。そして、人工衛星22
の位置の変動を考慮しながら、図示しないターゲットの
被把持位置にグリッパ27が位置するようにマニピュレ
ータ23を移動させる。
Next, changes in the position and speed of the artificial satellite 22 accompanying the operation of the manipulator 23 are detected by an inertial sensor 24 mounted on the artificial satellite 22. And artificial satellite 22
The manipulator 23 is moved so that the gripper 27 is located at the position to be gripped by the target (not shown) while taking into account the change in the position.

【0027】このマニピュレータ23の制御は、具体的
には次のようにして行われる。
The control of the manipulator 23 is specifically performed as follows.

【0028】すなわち、宇宙空間において、グリッパ2
7の現在位置から図示しないターゲットの被把持部分の
位置までについてターゲット位置・速度補間器39でマ
ニピュレータ22の制御周期に補間された軌道を生成す
る。これに基づいて、マニピュレータ軌道生成器33に
おいて、宇宙空間に固定された座標ΣA における逐次目
標値A m d を生成する。その際、この遂次目標値A
m d と宇宙空間におけるマニピュレータ23の現在位置
A m m から、マニピュレータ先端速度生成器34にお
いて、PID制御により以下の値を算出する。即ち、マ
ニピュレータ23の先端速度指令値A m d を用いると
ともに、慣性センサ24で検出され本体位置・速度補間
器40でマニピュレータ23の制御周期に補間された座
標系ΣAにおける人工衛星22の並進速度A C m 及び
回転角速度ωC m を用いて、 Cm d C A ・(A m d A C m )−C・C m m ・ωC m (1) の式によって、人工衛星22に固定して設けた座標系Σ
c におけるマニピュレータ23の先端速度C m d を算
出する。ただし、C A は、人工衛星22に固定された
座標系Σc を宇宙空間に固定された座標系ΣA に変換す
る回転行列である。この回転行列C A は、人工衛星2
2の本体の位置より本体位置・速度補間器40でマニピ
ュレータ23の制御周期に補間され、回転行列生成器3
8にて生成される。Cは定数変換行列である。
That is, in the outer space, the gripper 2
The target position / velocity interpolator 39 generates a trajectory interpolated in the control cycle of the manipulator 22 from the current position 7 to the position of the gripped portion of the target (not shown). Based on this, the manipulator trajectory generator 33 generates a sequential target value A P m d in the coordinate sigma A fixed in space. At that time, the sequential target value A P
the current position of the manipulator 23 in m d and space
From A P m m, the manipulator tip velocity generator 34 to calculate the following values by the PID control. That is, the use of tip speed command value A V m d of the manipulator 23, the translation of the artificial satellite 22 in the coordinate system sigma A interpolated in the control cycle of the manipulator 23 at the body position and velocity interpolator 40 is detected by the inertial sensor 24 using the velocity a V C m and the rotational angular velocity ω C m, C V m d = C T a · (a V m d - a V C m) -C · C P m m · ω C m (1) According to the equation, a coordinate system fixedly provided on the artificial satellite 22 Σ
calculating the tip velocity C V m d of the manipulator 23 in c. However, the C T A, a rotation matrix for converting the coordinate system Σc fixed to the satellite 22 to the fixed coordinate system sigma A in space. This rotation matrix C T A is
2 is interpolated from the position of the main body by the main body position / velocity interpolator 40 in the control cycle of the manipulator 23, and the rotation matrix generator 3
8 is generated. C is a constant conversion matrix.

【0029】そして、マニピュレータ関節速度生成器3
5において、 ωm d =J-1C m d (2) により、マニピュレータ23の各関節の速度指令値ωm
d を求め、マニピュレータ23の各軸モータを駆動す
る。
Then, the manipulator joint velocity generator 3
In 5, the ω m d = J -1 · C V m d (2), the speed command value for each joint of the manipulator 23 omega m
d is obtained, and each axis motor of the manipulator 23 is driven.

【0030】ただし、Jはマニピュレータのヤコビ行列
であり、マニピュレータの関節角情報を用いてヤコビ行
列生成器36において算出されたものである。
Here, J is the Jacobian matrix of the manipulator, which is calculated by the Jacobian matrix generator 36 using the joint angle information of the manipulator.

【0031】ターゲット把持位置に到達した後は、近接
センサ29で検出しターゲット位置・速度補間器39に
おいてマニピュレータの制御周期にて補間したグリッパ
27と図示しないターゲットとの相対的な速度C t m
を用いて、マニピュレータ先端速度生成器34におい
て、マニピュレータ先端速度指令値C m d を生成す
る。即ち、第(k−1)回目と第k回目の制御周期にお
けるアーム先端の逐次目標位置 C m d [k] 、C m
d [k-1] 、そしてアーム先端速度指令値C m d の関
係、 C m d [k] =C m d [k-1] +C m d ・t0 (3) C m d =Gp ・(C t d [k-1] −C m d [k-1])+C t m (4) から、先端速度指令値C m d を生成する。さらに、マ
ニピュレータ関節速度生成器35において、式(2) によ
り、マニピュレータ23の各関節の速度指令値ωm d
生成し、各軸モータを駆動する。
After reaching the target gripping position, the relative velocity C V t m between the gripper 27 and the target (not shown) detected by the proximity sensor 29 and interpolated by the target position / velocity interpolator 39 in the control cycle of the manipulator.
Using, in the manipulator tip velocity generator 34 generates the manipulator tip speed command value C V m d. That is, the (k-1) th and successive target position C P m d of the end of the arm in the control period of the k-th [k], C P m
d [k-1], and the relationship of the arm tip speed command value C V m d, C P m d [k] = C P m d [k-1] + C V m d · t 0 (3) C V m d = G p · (C P t d [k-1] - C P m d [k-1]) + from C V t m (4), to produce a tip speed command value C V m d. Furthermore, the manipulator joint velocity generator 35, by the equation (2), and generates a speed command value omega m d of each joint of the manipulator 23 to drive the motors of the respective axes.

【0032】さらに、グリッパ27で図示しないターゲ
ットの被把持部を把持するときは、マニピュレータ先端
速度生成器34において、マニピュレータ23の先端位
置に不感帯を備えたタンパ(粘性減衰係数C)を想定
し、これにマニピュレータ23に取り付けた力覚センサ
28で検出された力Fが作用した場合の運動と同一とな
るようにマニピュレータ23の先端速度C m d を生成
する。そして、ターゲットの被把持部分のグリッパ27
との接触に伴うターゲットの揺動を低減させる。
Further, when the gripper 27 grips the target gripping portion of the target (not shown), the manipulator tip speed generator 34 assumes a tamper (viscosity damping coefficient C) having a dead zone at the tip position of the manipulator 23, This produces a tip speed C V m d of as the manipulator 23 detected force F at the force sensor 28 attached to the manipulator 23 is the same movement and in the case of action. Then, the gripper 27 of the gripped portion of the target
Swing of the target due to contact with the target.

【0033】すなわち、力覚センサ28で検出された力
情報Fと、予め設定された力の設定値Fa と、粘性減衰
係数Cを用いて、F>Fa のときには、 C m d =C-1・(F−Fa ) (5) F≦Fa のときには、 C m d =0 (6) により、マニピュレータ23の先端速度 C m d を求
める。次いで、この値を使ってマニピュレータ関節速度
生成器35で、マニピュレータ23の各関節の速度指令
値ωm d を求め、マニピュレータ23の各軸モータを駆
動する。そして、最終的に把持動作へと移行させる。
[0033] That is, the force information F detected by the force sensor 28, the set value F a preset force, using a viscous damping coefficient C, and when the F> F a is, C V m d = when the C -1 · (F-F a ) (5) F ≦ F a is the C V m d = 0 (6 ), determine the tip speed C V m d of the manipulator 23. Then, in the manipulator joint velocity generator 35 uses this value, obtain a speed command value omega m d of each joint of the manipulator 23 to drive the motors of the respective axes of the manipulator 23. Then, the operation is finally shifted to the gripping operation.

【0034】このように、視覚センサ25で捕捉対象で
あるターゲットと宇宙ロボット21との相対的な位置、
速度を認識し、視覚センサ25で得られた情報をターゲ
ット位置・速度補間器39にてマニピュレータ23の制
御周期にて補間した情報を基にして宇宙ロボット本体を
ターゲットに追尾させる。その後、近接センサ29でタ
ーゲットの被把持部と宇宙ロボット21のマニピュレー
タ先端との相対位置、速度を検出し、この情報をターゲ
ット位置・速度補間器39にてマニピュレータ23の制
御周期にて補間した情報を基に、近接センサ29で得ら
れたマニピュレータ先端位置をターゲットに追尾させ
る。次いで、マニピュレータ23の動作に伴う人工衛星
22の姿勢変化を考慮してマニピュレータ23の先端の
目標速度を生成し、マニピュレータ23の先端の位置決
めを行うことにより、飛行ターゲットへの追従動作を実
行する。さらに、力覚センサ28で検出されたターゲッ
トの被把持部分とグリッパ27との間に作用する力を検
出し、この情報を使ってマニピュレータ23を制御す
る。このようにして、捕捉に伴うターゲットの揺動を低
減させるようにしているので、飛行ターゲットの捕捉動
作を安定的に行わせることができる。
As described above, the relative position between the target to be captured by the visual sensor 25 and the space robot 21,
Recognizing the speed, the space robot body is made to track the target based on the information obtained by the visual sensor 25 and interpolated by the target position / speed interpolator 39 in the control cycle of the manipulator 23. Thereafter, the proximity sensor 29 detects the relative position and speed between the grasped portion of the target and the tip of the manipulator of the space robot 21, and information obtained by interpolating this information in the control cycle of the manipulator 23 by the target position / speed interpolator 39. Based on the above, the manipulator tip position obtained by the proximity sensor 29 is tracked to the target. Next, a target speed at the tip of the manipulator 23 is generated in consideration of a change in the attitude of the artificial satellite 22 accompanying the operation of the manipulator 23, and the tip of the manipulator 23 is positioned, thereby performing a tracking operation on the flying target. Further, a force acting between the gripped portion of the target and the gripper 27 detected by the force sensor 28 is detected, and the manipulator 23 is controlled using this information. In this manner, since the swing of the target accompanying the capture is reduced, the capture operation of the flying target can be performed stably.

【0035】なお、上記実施例においては、ロボット本
体として、人工衛星を採用しているが、これに限る必要
はなく、水中を浮遊する潜水ロボットのような潜水体を
採用してもよい。
In the above embodiment, an artificial satellite is used as the robot body. However, the present invention is not limited to this, and a diving body such as a diving robot floating in water may be used.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るロボ
ットの制御装置では、ロボット本体の位置、速度を検出
するためにロボット本体に搭載された慣性センサ及び視
覚センサと、マニピュレータのグリッパとターゲットと
の相対的な位置、姿勢を検出するためにマニピュレータ
に搭載された近接センサと、慣性センサから得られた情
報をマニピュレータの制御周期にて補間するための本体
位置・速度補間手段と、視覚センサから得られた情報を
基にロボット本体をターゲットに追尾させるべく、視覚
センサ情報をマニピュレータの制御周期にて補間すると
ともに、近接センサから得られた情報を基にターゲット
の被把持部分の把持可能な位置にグリッパを位置させる
べく、近接センサの情報をマニピュレータの制御周期に
て補間するためのターゲット位置・速度補間手段とを有
しているから、視覚センサ、近接センサからの情報の処
理に時間を要しても、マニピュレータの動きを円滑にす
ることができ、ターゲットを安定に捕捉することが可能
となる。
As described above, in the robot control apparatus according to the present invention, the inertial sensor and the visual sensor mounted on the robot body for detecting the position and speed of the robot body, the gripper and the target of the manipulator are provided. A proximity sensor mounted on the manipulator to detect a relative position and orientation with respect to the body, a main body position / velocity interpolating means for interpolating information obtained from the inertial sensor at a control cycle of the manipulator, and a visual sensor In order to track the robot body to the target based on the information obtained from the robot, the visual sensor information is interpolated at the control cycle of the manipulator, and the gripped part of the target can be gripped based on the information obtained from the proximity sensor. To interpolate the information of the proximity sensor at the control cycle of the manipulator to position the gripper at the position. Target position / velocity interpolation means, the manipulator can move smoothly even if it takes time to process information from the visual sensor and the proximity sensor, and the target can be stably captured. Becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる人工衛星を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing an artificial satellite according to the present invention.

【図2】本発明にかかる人工衛星の制御装置を示すブロ
ック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a control device of the artificial satellite according to the present invention.

【図3】従来の人工衛星の制御装置を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a conventional artificial satellite control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 宇宙ロボット 22 人工衛星 23 マニピュレータ 24 慣性センサ 25 視覚センサ 27 グリッパ 28 力覚センサ 29 近接センサ 39 ターゲット位置速度補間器 40 本体位置速度補間器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Space robot 22 Artificial satellite 23 Manipulator 24 Inertial sensor 25 Visual sensor 27 Gripper 28 Force sensor 29 Proximity sensor 39 Target position / velocity interpolator 40 Body position / velocity interpolator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G05B 19/4103 G05D 3/12 K G05D 3/12 1/08 A G05B 19/18 D // G05D 1/08 19/415 D ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G05B 19/4103 G05D 3/12 K G05D 3/12 1/08 A G05B 19/18 D // G05D 1/08 19/415 D

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ロボット本体とこのロボット本体に搭載さ
れたマニピュレータとを有するロボットが、浮遊してい
るターゲットを捕捉しうるように前記ロボットを制御す
るためのロボットの制御装置であって、 前記ロボット本体の位置、速度を検出するために前記ロ
ボット本体に搭載された慣性センサと、 前記ロボット本体と前記ターゲットとの相対位置、速度
を検出するための視覚センサと、 前記マニピュレータのグリッパと前記ターゲットとの相
対的な位置・速度を検出するために前記マニピュレータ
に搭載された近接センサと、 前記慣性センサから得られた情報を前記マニピュレータ
の制御周期にて補間するための本体位置・速度補間手段
と、 前記視覚センサから得られた情報を基に前記ロボット本
体を前記ターゲットに追尾させるべく、前記視覚センサ
情報を前記マニピュレータの制御周期にて補間するとと
もに、前記近接センサから得られた情報を基に前記ター
ゲットの被把持部分の把持可能な位置に前記グリッパを
位置させるべく、前記近接センサ情報を前記マニピュレ
ータの制御周期にて補間するためのターゲット位置・速
度補間手段とを備えていることを特徴とするロボットの
制御装置。
1. A robot controller for controlling a robot having a robot main body and a manipulator mounted on the robot main body so that the robot can capture a floating target. An inertial sensor mounted on the robot main body to detect the position and speed of the main body, a relative position between the robot main body and the target, a visual sensor to detect a speed, the gripper of the manipulator and the target, A proximity sensor mounted on the manipulator to detect the relative position and speed of the main body, and a main body position / speed interpolation unit for interpolating information obtained from the inertial sensor at a control cycle of the manipulator, The robot body tracks the target based on information obtained from the visual sensor. In addition, the visual sensor information is interpolated in a control cycle of the manipulator, and the proximity is performed so that the gripper is located at a position where the gripped portion of the target can be gripped based on the information obtained from the proximity sensor. A control device for a robot, comprising: target position / velocity interpolation means for interpolating sensor information at a control cycle of the manipulator.
【請求項2】前記ロボット本体に搭載された前記視覚セ
ンサが、前記ターゲットの被把持部分と前記マニピュレ
ータ先端の前記グリッパとの相対位置、速度を認識する
近接センサの機能をも有することを特徴とする、請求項
1記載のロボットの制御装置。
2. The method according to claim 1, wherein the visual sensor mounted on the robot body also has a function of a proximity sensor for recognizing a relative position and a speed between a gripped portion of the target and the gripper at the tip of the manipulator. The control device for a robot according to claim 1, wherein
【請求項3】前記マニピュレータに搭載された前記近接
センサが、前記ターゲットと前記ロボット本体との相対
位置、速度を認識する視覚センサの機能をも有すること
を特徴とする、請求項1記載のロボットの制御装置。
3. The robot according to claim 1, wherein the proximity sensor mounted on the manipulator also has a function of a visual sensor for recognizing a relative position and a speed between the target and the robot body. Control device.
【請求項4】ロボット本体の位置、速度を検出するため
にこのロボット本体に搭載された慣性センサと、前記ロ
ボット本体と捕捉すべきターゲットとの相対位置、速度
を検出するために前記ロボット本体に搭載された視覚セ
ンサと、前記ロボット本体に設けられたマニピュレータ
のグリッパと前記ターゲットとの相対的な位置・速度を
検出するために前記マニピュレータに搭載された近接セ
ンサとを有するロボットの制御方法であって、 前記視覚センサから得られた情報を、マニピュレータの
制御周期にて補間し、この補間された情報を基に、前記
マニピュレータの先端を前記ターゲットの被把持部分に
一致させるようなロボット本体の軌道を生成し、その後
駆動指令を生成し、前記ターゲットを追尾するようにロ
ボット本体の推進装置を駆動する段階と、 前記マニピュレータの動作に伴うロボット本体の位置、
姿勢の変化を前記慣性センサによって検出し、この検出
した情報を、前記マニピュレータの制御周期にて補間
し、この補間された情報を基に、ロボット本体の位置の
変動を考慮して前記マニピュレータの先端を前記ターゲ
ットの被把持部分へ位置決めすべく前記マニピュレータ
を駆動する段階と、 前記近接センサから得られた情報を、前記マニピュレー
タ制御周期にて補間し、この補間された情報を基に、前
記ターゲットの被把持部分との相対的な位置、速度を生
成し、この情報を基に前記ターゲットの被把持部分の把
持可能な位置に前記グリッパを位置させるべく前記マニ
ピュレータを駆動し、前記グリッパによって前記ターゲ
ットを捕捉する段階と、を備えたロボットの制御方法。
4. An inertial sensor mounted on the robot body for detecting the position and speed of the robot body, and the robot body for detecting a relative position and speed between the robot body and a target to be captured. A robot control method comprising: a mounted visual sensor; and a proximity sensor mounted on the manipulator for detecting a relative position / velocity between a gripper of the manipulator provided on the robot body and the target. The information obtained from the visual sensor is interpolated in the control cycle of the manipulator, and based on the interpolated information, the trajectory of the robot body such that the tip of the manipulator coincides with the gripped portion of the target. Then, a drive command is generated, and the propulsion device of the robot body is driven so as to track the target. Moving, the position of the robot body accompanying the operation of the manipulator,
Posture change is detected by the inertial sensor, the detected information is interpolated in the control cycle of the manipulator, and based on the interpolated information, the tip of the manipulator is considered in consideration of a change in the position of the robot body. Driving the manipulator to position the target on the grasped portion of the target; and interpolating information obtained from the proximity sensor in the manipulator control cycle, and based on the interpolated information, A relative position with respect to the gripped portion, a speed is generated, and based on this information, the manipulator is driven to position the gripper at a grippable position of the gripped portion of the target, and the target is moved by the gripper. Capturing the robot.
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