WO2019138703A1 - 制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

制御装置、制御方法及びプログラム Download PDF

Info

Publication number
WO2019138703A1
WO2019138703A1 PCT/JP2018/043383 JP2018043383W WO2019138703A1 WO 2019138703 A1 WO2019138703 A1 WO 2019138703A1 JP 2018043383 W JP2018043383 W JP 2018043383W WO 2019138703 A1 WO2019138703 A1 WO 2019138703A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotational position
actuator
driving force
motor
control device
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/043383
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宗之 堀口
英紀 上林
Original Assignee
ソニー株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ソニー株式会社 filed Critical ソニー株式会社
Priority to CN201880083084.6A priority Critical patent/CN111511510A/zh
Priority to US16/959,850 priority patent/US20230191597A1/en
Publication of WO2019138703A1 publication Critical patent/WO2019138703A1/ja

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1628Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/08Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/088Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06Safety devices
    • B25J19/063Safety devices working only upon contact with an outside object
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/032Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members with alternately or sequentially lifted supporting base and legs; with alternately or sequentially lifted feet or skid
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4155Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by programme execution, i.e. part programme or machine function execution, e.g. selection of a programme
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/39Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39221Control angular position of joint by length of linear actuator

Definitions

  • the present disclosure relates to a control device, a control method, and a program.
  • Patent Document 1 describes a robot apparatus that includes an actuator for driving a joint and moves an arm or the like by the actuator for driving a joint.
  • a comparison unit that compares a first rotational position, which is a rotational position of an input shaft of a power transmission mechanism, and a second rotational position, which is a rotational position of an output shaft of the power transmission mechanism;
  • a control device comprising: a driving force control unit configured to control a driving force of an actuator that drives the input shaft based on a difference between the first rotational position and the second rotational position.
  • a program for causing a computer to function as means for controlling a driving force of an actuator for driving the input shaft based on a difference between the first rotational position and the second rotational position is provided.
  • the power transmission mechanism when the power transmission mechanism receives an external force, it is possible to protect the actuator with a simple configuration.
  • the above-mentioned effects are not necessarily limited, and, along with or in place of the above-mentioned effects, any of the effects shown in the present specification, or other effects that can be grasped from the present specification May be played.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an appearance of the robot device 1000 and rotation axes of joints.
  • the robot apparatus 1000 includes four legs 100, 110, 120, and 130 driven by an electric motor such as a servomotor.
  • the robot apparatus 1000 includes a plurality of joints.
  • the robot apparatus 1000 is classified into right forefoot system, left forefoot system, right hindfoot system, left hindfoot system, body system, and head system according to the movement.
  • the right forefoot system has a joint 102, a joint 104, and a joint 106.
  • the left forefoot system has a joint 112, a joint 114, and a joint 116.
  • the right hind leg system has a joint 122, a joint 124, and a joint 126.
  • the left hind leg system has a joint 132, a joint 134, and a joint 136.
  • the main system has a joint portion 142.
  • the head system includes joints 152, joints 154, joints 156, and joints 158. Each of these lines is connected to the body 140.
  • Each joint shown in FIG. 1 indicates a main joint driven by an electric motor.
  • the robot apparatus 1000 has, in addition to the joints shown in FIG. 1, joints driven to move in accordance with the movement of other joints.
  • the robot apparatus 1000 also has a plurality of movable parts such as a mouth, an ear, and a tail, and these movable parts are also driven by an electric motor or the like.
  • each joint is shown by a cylinder.
  • the central axis of the cylinder corresponds to the rotation axis of the joint.
  • Each joint is driven by an electric motor such as a servomotor (hereinafter simply referred to as a motor).
  • the driving source is not particularly limited.
  • the motor of each joint is housed in one box together with a gear mechanism and a microcontroller for driving the motor.
  • the box is made of a resin material (such as plastic). The quietness of the robot apparatus 1000 can be improved by storing and sealing the motor and the gear mechanism in one box.
  • a 2-axis box and a 1-axis box as a box for housing the motor, gear mechanism and microcontroller.
  • the motor of the joint portion 132 and the joint portion 134, the gear mechanism, and the microcontroller are housed in one box 200, and the box 200 constitutes a two-axis rotation shaft.
  • the motor, gear mechanism, and microcontroller of the joint unit 136 are housed in one box 210, and the box 210 constitutes a rotation axis of one axis.
  • a spherical joint can be realized by, in particular, accommodating the two rotation axes in one box 200. Further, by storing the two rotation axes in one box, the space related to the joint can be suppressed, and the shape of the robot apparatus 1000 can be determined with emphasis on the design.
  • each system such as the right forefoot system described above is controlled by a microcontroller (a control device 500 described later) included in each joint.
  • the joint 158 of the head system is configured to be electrically braked.
  • the brake can be realized by a method of determining the rotation of the motor based on the electromotive force generated by the rotation of the motor of the joint portion 158 when the power is off, and generating the driving force in the opposite direction to the direction in which the motor tends to rotate.
  • FIG. 2 is a schematic view for explaining the structure of each joint.
  • the joint unit includes an actuator unit 300 and a movable arm 400.
  • the actuator unit 300 shown in FIG. 2 corresponds to the box described above.
  • the movable arm 400 is rotated relative to the actuator unit 300 by the driving force of the motor 314 of the actuator unit 300, with the alternate long and short dash line C1 in FIG. Thereby, a joint portion of a rotation axis of one axis is realized.
  • FIG. 3 is a view showing the actuator unit 300 alone.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a state in which the cover of the exterior of the actuator unit 300 is removed.
  • FIG. 5 is a schematic view showing the actuator unit 300 in a disassembled state.
  • the actuator unit 300 includes a rear cover 302, a control substrate 304, a gear box base 306, a bearing 308, a gear box cover 310, a detection magnet 312, a motor (actuator) 314, and a first gear.
  • a second gear 318, an output gear 320, a rotation detector 322 on the motor 314 side, and a rotation detector 324 on the output gear 320 side are configured.
  • the driving force of the motor 314 is transmitted to the output gear 320 via the first gear 316 and the second gear 318.
  • the rotation axis of the output gear 320 coincides with the position of the rotation axis C 1 and is fixed to the movable arm 400.
  • the movable arm 400 is rotated about the rotation axis C1 by the driving force of the motor 314.
  • the bearing 308 rotatably supports the output gear 320.
  • the rotation detector 322 on the motor 314 side is formed of, for example, a Hall element or the like, and detects the absolute rotational position of the rotation shaft of the motor 314.
  • the rotation detector 324 on the output gear 320 side is provided on the control board 304.
  • the detection magnet 312 has a ring shape, is fixed to the output gear 320, and rotates with the output gear 320.
  • a predetermined magnetization pattern is provided on the outer periphery of the detection magnet 312.
  • the rotation detector 324 on the output gear 320 side is formed of, for example, an MR sensor, and detects the absolute rotational position of the detection magnet 312, that is, the absolute rotational position of the output gear 320.
  • a control device 500 for controlling the motor 314 is provided on the control board 304.
  • the movable arm 400 rotates with respect to the actuator unit 300 by the driving force of the motor 314. Further, the movable arm 400 is maintained at a constant angular position relative to the actuator unit 300 by the driving force of the motor 314.
  • the motion of each joint such as the right forefoot system described above is performed, and the state in which the angle of each joint such as the right forefoot system is fixed is maintained.
  • an external force is applied to the movable arm 400 while the joint is being operated or if the angle of the joint is maintained constant, for example, by the driving force of the motor 314, it causes a failure.
  • the motor 314 may be broken.
  • Such an external force may occur, for example, when a person acts on the robot 1000 or by an operation of the robot apparatus 1000 itself (for example, an operation such as hitting a wall, an operation such as falling from a step). is there.
  • the reduction mechanism (the first gear 316, the second gear 318, the output gear) that transmits power is 320) and the like.
  • a load is applied to the reduction mechanism or mechanism component between the rotation detector 322 and the rotation detector 324, and a slight deformation such as deflection occurs.
  • FIG. 6 and FIG. 7 are schematic diagrams for explaining how load is applied to the reduction mechanism and mechanism components between the rotation detector 322 and the rotation detector 324, and a minute deformation such as deflection occurs. 6 and 7 schematically show a state in which the rotation shaft 314a on the motor 314 side and the output gear 320 are connected by the belt 330.
  • FIG. 6 shows a state in which no external force or impact is applied to the output gear 320, and no load is applied to the speed reduction mechanism or the mechanism component between the rotation detector 322 and the rotation detector 324. Further, in FIG. 7, an external force or impact acts on the output gear 320, a load is applied to the reduction mechanism or mechanism component between the rotation detector 322 and the rotation detector 324, and a slight deformation such as deflection occurs. Is shown.
  • the occurrence of such minute deformation causes a difference between position signals of the rotation detector 322 on the motor 314 side and the rotation detector 324 on the output gear 320 side.
  • the rotational position P1 of the rotation shaft 314a of the motor 314 obtained from the rotation detector 322 and the rotational position P2 of the output gear 320 obtained from the rotation detector 324 coincide with each other.
  • a difference of ⁇ occurs between the rotational position P1 and the rotational position P2.
  • this difference is calculated by a computing unit, and when the difference exceeds a predetermined threshold value, the output of the motor 314 is changed to prevent the motor 314 from being damaged and protect the motor 314.
  • FIGS. 8 and 9 are schematic diagrams showing the relationship between the elapsed time and the difference between the position signals of the rotation detector 322 on the motor 314 side and the rotation detector 324 on the output gear 320 side.
  • the rotational position (solid line) of the rotational shaft 314a of the motor 314 obtained from the rotation detector 322 and the rotational position (dashed line) of the output gear 320 obtained from the rotation detector 324 It shows how it changes along with it.
  • the drive current (dot and dash line) of motor 314 changes according to the difference between the rotational position (solid line) of rotational shaft 314a of motor 314 and the rotational position (dotted line) of output gear 320. It shows how to do it.
  • FIGS. 8 and 9 show two different examples of control of the drive current of the motor 314 when the difference ⁇ in rotational position is detected.
  • a predetermined drive current A1 is flowing in the motor 314, and is the movable arm 400 rotated in a predetermined direction? The state in which the position of the movable arm 400 is fixed at the predetermined position is maintained.
  • FIG. 8 shows an example in which the drive current of the motor 314 is decreased or the drive current is turned off when the rotational position difference ⁇ reaches a predetermined threshold value ⁇ th (time t3).
  • the operation mode of the robot apparatus 1000 includes a “power reduction (rest) mode in which the power of the robot apparatus 1000 is turned off” and a “power reduction (rest) mode in which the power supply to the motor 314 is stopped”. These modes can be transitioned by turning off the drive current of the motor 314 when receiving an external force or impact. Note that "weakness” is synonymous with “rest”.
  • control blocks other than the external force and the impacted motor 314 are operable.
  • the LED display or the like of the “eye” provided in the robot device 1000 changes to indicate an emotion such as “my” or “trouble”, and the smartphone application or cloud service (server The notification of the error content to 2000) is performed.
  • the robot apparatus 1000 performing the above-described operation, it is possible for the user to look like the robot apparatus 1000 dislikes and avoids an operation to which an external force or an impact is applied. For example, when an external force is applied to the neck and driving force limitation is applied to the motor 314 of the neck joint, the motor 314 of the joints of the limbs other than the neck is driven to perform the crooked motion and the crouched motion. As described above, when external force or impact is received, as a variation of the final condition of control of the motor 314, transition to the “yorke mode” or “tilt mode” at the timing when the power is turned off causes the user to Thus, the robot apparatus 1000 can appear to have hated and avoided motions to which external force or impact is applied.
  • FIG. 9 increases the drive current of the motor 314 to A2 when the difference ⁇ of the rotational position reaches the predetermined threshold value ⁇ th (time t3) to move the movable arm 400 in the direction of external force and impact.
  • ⁇ th time t3
  • An example is shown in which the motor 314 is controlled to rotate.
  • the motor 314 is controlled to rotate.
  • the drive current of the motor 314 is turned off. As described above, damage to the motor 314 due to external force or impact can be suppressed.
  • control shown in FIG. 8 and the control shown in FIG. 9 can be switched, for example, in accordance with the magnitude of the difference ⁇ in rotational position, which will be described later.
  • control based on the current value flowing to the motor 314 is performed.
  • a current detection sensor 340 for detecting the current flowing to the motor 314 is provided, and by using this measured value, protection of the motor 314 can be flexibly performed.
  • the external force or impact is transmitted to the motor 314 through the output gear 320, the second gear 318, and the first gear 316. Thereby, the motor 314 is reversely rotated with respect to the original rotation direction.
  • the current value of the motor 314 is increased.
  • the current detection sensor 340 constantly measures and monitors the current of the motor 314 and detects an increase in the current due to the external force, the driving force of the motor 314 is turned off to prevent the motor 314 from being damaged by the external force. Can be protected.
  • the current value flowing to the motor 314 is measured, the integral value is calculated, and the current of the motor 314 is turned off when the integral value within a predetermined time exceeds a predetermined threshold.
  • the current of the motor 314 may be controlled to decrease when the integral value within a predetermined time exceeds a predetermined threshold value.
  • the temperature detector detects the temperature of the motor 314, and when the temperature of the motor 314 exceeds a predetermined threshold value, the current of the motor 314 is Alternatively, the current may be turned off.
  • the division between the control based on the phase difference of the rotational position and the control based on the current integration value may be performed according to the position of the joint of the robot apparatus 1000.
  • the motor 314 of the joint to which an external force is easily applied is controlled based on the phase difference of the rotational position to make it easy to activate the driving force limitation of the motor 314.
  • the motor 314 of the joints 152, 154, 156, and 158 performing the motion of the neck swing, nodding, scoop, mouth and neck up and down corresponds.
  • control based on the current integration value is made to make it relatively difficult for the driving force limitation of the motor 314 to be activated.
  • joints that perform ear, tail, waist, shoulder rotation, shoulder open, and knee movement are applicable.
  • the control based on the phase difference of the rotational position and the control based on the current integration value may be divided in consideration of the size and the position where the external force and the impact are applied.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the control device 500 that performs the control described above and the actuator unit 300.
  • the control device 500 outputs rotational position information of the output gear 320 detected by the rotational detector 324 and the rotational position information of the output gear 320 detected by the rotational detector 324.
  • control device 500 compares the rotational position information of the motor 314 with the rotational position information of the output gear 320, and determines a comparison unit 510 which determines whether or not the difference ⁇ between the two exceeds a predetermined threshold value. Based on the result of the comparison at 510, a driving force limitation starting unit 512 that activates the driving force limitation of the motor 314, and a notification unit 514 that notifies the upper layer of the comparison result at the comparing unit 510.
  • control device 500 determines whether the integrated value of the current value of the motor 314 exceeds the predetermined threshold value, the current value acquisition unit 516 acquiring the current value of the motor 314 detected by the current detection sensor 340. Determination unit 518, a driving force limitation initiating unit 520 for activating the driving force limitation of the motor 314 when the integrated value of the current value of the motor 314 exceeds a predetermined threshold value, and an integrated value of the current values of the motor 314 And a notification unit 522 that notifies the upper layer that the threshold value has exceeded a predetermined threshold value.
  • control device 500 controls the current of motor 314 to control the drive power of motor 314.
  • Each component of the control device 500 can be configured from a circuit (hardware) or a central processing unit such as a CPU and a program (software) for causing the central processing unit to function.
  • FIGS. 11 to 13 are flowcharts showing the flow of processing by the control device 500.
  • FIG. 11 shows control based on the difference ⁇ described in FIGS. 8 and 9.
  • the comparison unit 510 obtains the difference ⁇ between the rotational position of the motor 314 and the rotational position of the output gear 320.
  • comparison unit 510 determines whether difference ⁇ is equal to or larger than the first threshold, and if difference ⁇ is equal to or larger than the first threshold, the process proceeds to step S14.
  • step S14 as described with reference to FIG. 9, the current value of the motor 314 is controlled so that the motor 314 rotates in the direction of external force and impact, and then the control to turn off the current is set Do 1).
  • step S16 it is determined whether the difference ⁇ is equal to or greater than a second threshold. If the difference ⁇ is equal to or greater than the second threshold, the process proceeds to step S18.
  • step S18 as described with reference to FIG. 8, the setting for activating the control for reducing the current value of the motor 314 or turning it off is performed (activation setting 2). Since the second threshold is smaller than the first threshold, the control shown in FIG. 9 is performed when the difference ⁇ is larger. As a result, when the external force or impact applied to the movable arm 400 is larger, the motor 314 is controlled to rotate the movable arm 400 in the direction of the external force or impact, so that breakage of the motor 314 can be reliably suppressed.
  • step S20 it is determined whether the difference ⁇ is equal to or larger than the nth threshold value. If the difference ⁇ is equal to or larger than the nth threshold value, the process proceeds to step S22 and a motor according to the size of the difference ⁇ Set to activate the control of 314 (Activation setting n). The nth threshold is smaller than the n-1th threshold. If the difference ⁇ is less than the nth threshold value in step S22, normal processing is performed on the assumption that no external force or impact is applied to the movable arm 400.
  • the driving force restriction initiating unit 512 drives the motor 314 based on the activation settings 1, 2, ..., n.
  • the control for controlling the force is activated, and the driving force control unit 530 controls the motor 314.
  • the motor 314 is controlled in accordance with the external force and the impact, whereby the breakage of the motor 314 is suppressed.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the flow of control of the motor 314 based on the current integration value of the motor 314.
  • step S30 the motor current is integrated within a predetermined integration time.
  • the determination unit 518 determines whether or not the integrated value obtained by the integration in step S30 is equal to or greater than a predetermined threshold, and if the integrated value is equal to or larger than the predetermined threshold Go to S34.
  • step S34 setting for activating control for limiting the current of the motor 314 is performed.
  • the drive power limit activation unit 520 activates control for limiting the drive power of the motor 314, and the drive power control unit 530 executes control of the motor 314.
  • step S32 If it is determined in step S32 that the integrated value is less than the predetermined threshold value, the process ends (END).
  • FIG. 13 is a flowchart showing processing for finally turning off the drive of the motor 314 when a predetermined time has elapsed after control of the motor 314 corresponding to external force and impact is started.
  • step S40 the timer count is reset.
  • step S42 control of the motor 314 corresponding to external force and impact is started.
  • step S44 it is determined whether the count value of the timer is equal to or more than a predetermined threshold value. If the count value is equal to or more than the predetermined threshold value, the process proceeds to step S46 to turn off the driving of the motor 314. Do. On the other hand, if the count value of the timer is less than the predetermined threshold value in step 44, the count value of the timer is incremented in step S48, and the processes in step S44 and subsequent steps are subsequently performed.
  • the control device 500 notifies the upper layer of the comparison result of the comparison unit 510, and the integrated value of the current value of the motor 314 exceeds a predetermined threshold value.
  • a notification unit 522 is provided to notify the upper layer of the presence.
  • the control device 600 of the upper layer of the robot apparatus 1000 having received these notices can recognize that the driving force of the motor 314 is restricted by the control apparatus 500. Therefore, after receiving the notice, the control apparatus 600 pauses the entire robot apparatus 1000. Or the robot apparatus 1000 can perform an operation to notify the user of an abnormality. Further, the control device 600 of the upper layer can cause the robot device 1000 to notify the user of an abnormality or display.
  • control device 500 included in each of the actuator units 300 performs an operation for limiting the power of the motor 314.
  • information on the rotational position and the information on the current value can be used as the upper control device 600. It is also possible for the control device 600 to calculate and transmit.
  • the control device 500 included in the actuator unit 300 performs an operation for limiting the power of the motor 314, the amount of communication data in communication with the control device 600 can be reduced and the communication time can be shortened. High operation is possible.
  • the control device 600 can monitor the plurality of motors 314 of each joint, so that the motion of the robot device 1000 is controlled optimally at the time of activation of the driving force limitation. It is possible to continue the whole exercise. For example, when the driving force of the motor 314 of the joint of the right foot system is turned off, the walking of the robot apparatus 1000 can be maintained by increasing the driving force of the motor 314 of the joint of the other foot.
  • the robot apparatus 1000 is configured to be able to communicate with an external server 2000.
  • the communication may be either wireless or wired. Further, the communication method is not particularly limited, and any method can be adopted.
  • Communication between the robot apparatus 1000 and the external server 2000 makes it possible to optimally change the value of the threshold value ⁇ h for activating the above-described driving force restriction.
  • threshold value ⁇ h set by default, when driving force limitation due to external force, impact, etc. frequently occurs, the robot device 1000 transmits that effect to the server 2000, and the server 2000 side uses the threshold.
  • the value ⁇ h can also be changed.
  • the threshold value changing unit 2200 of the server 2000 changes the threshold value ⁇ h, and the transmitting / receiving unit 2100 transmits the changed threshold value ⁇ h to the robot apparatus 1000.
  • the robot apparatus 1000 receives the changed threshold value ⁇ h, and changes the setting of the control apparatus 500 or the threshold value ⁇ h of the control apparatus 600.
  • the threshold ⁇ h can be uniformly changed for the plurality of robot apparatuses 1000, and the threshold ⁇ h can be optimally adapted to the occurrence of the driving force limitation.
  • the motor 314 since it is possible to detect an excessive load on the motor 314 and limit the driving force, the motor 314 is not damaged by an external force, and high reliability can be achieved. Can be realized. Moreover, since it is not necessary to provide a mechanical mechanism, it is possible to reduce the size and weight. Further, in the configuration in which the driving force of the motor 314 is limited, mechanical failure or deterioration does not occur, and therefore, the life of the configuration in which the driving force is limited can be extended.
  • the transmission of the external force to the motor 314 can be varied by changing the difference ⁇ or the threshold value of the current integration value, so the load is small.
  • a wide range of protection functions can be realized by changing the drive force limit of the motor 314 for different inputs such as long time external force, short time but large load impact force.
  • a comparison unit that compares a first rotational position, which is the rotational position of the input shaft of the power transmission mechanism, with a second rotational position, which is the rotational position of the output shaft of the power transmission mechanism;
  • a driving force control unit that controls a driving force of an actuator that drives the input shaft based on a difference between the first rotational position and the second rotational position;
  • a control device a control device.
  • the control device (8) The control device according to (7), wherein the drive force control unit decreases the drive current of the actuator according to the decrease of the difference after increasing the drive current of the actuator. (9) A determination unit that determines an integrated value of the current flowing through the actuator, The control device according to any one of (1) to (8), wherein the driving force control unit limits the driving force of the actuator when the integrated value reaches a predetermined value. (10) The first rotation position is obtained from a first rotation detector provided in the actuator, and the second rotation is obtained from a second rotation detector provided on the output shaft of the power transmission mechanism. The control device according to any one of (1) to (9), which obtains a position.
  • the control device according to any one of (1) to (10), provided in a robot apparatus for autonomous walking, wherein the driving force control unit controls the driving force of the actuator of the robot apparatus. (12) comparing a first rotational position, which is a rotational position of an input shaft of a power transmission mechanism, with a second rotational position, which is a rotational position of an output shaft of the power transmission mechanism; Controlling a driving force of an actuator for driving the input shaft based on a difference between the first rotational position and the second rotational position; Control method.
  • (13) Means for comparing the first rotational position, which is the rotational position of the input shaft of the power transmission mechanism, with the second rotational position, which is the rotational position of the output shaft of the power transmission mechanism; A means for controlling a driving force of an actuator for driving the input shaft based on a difference between the first rotational position and the second rotational position; A program to make a computer function.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

【課題】動力伝達機構が外力を受けた場合に、簡素な構成でアクチュエータを保護する。 【解決手段】本開示によれば、動力伝達機構の入力軸の回転位置である第1の回転位置と、前記動力伝達機構の出力軸の回転位置である第2の回転位置と、を比較する比較部と、前記第1の回転位置と前記第2の回転位置との差分に基づいて、前記入力軸を駆動するアクチュエータの駆動力を制御する駆動力制御部と、を備える、制御装置が提供される。この構成により、動力伝達機構が外力を受けた場合に、簡素な構成でアクチュエータを保護することが可能となる。

Description

制御装置、制御方法及びプログラム
 本開示は、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
 従来、例えば下記の特許文献1には、関節駆動用アクチュエータを備え、この関節駆動用アクチュエータにより腕部などを可動させるロボット装置が記載されている。
特開2010-188471号公報
 上記特許文献に記載されたようなロボット装置では、例えば腕部に衝撃などの外力が強制的に加わると、関節駆動用のアクチュエータやその他の部材が破損する場合がある。このような駆動出力側からの衝撃等による破損を防止するため、従来のロボット装置では、スリップ式やラチェット式等による機械的な動力制限機構を有しているものがある。このような動力制限機構を設けることにより、仮に駆動力出力側である腕部が外力を受けた場合であっても、動力の入力側と出力側との間に機械的な滑りが生じるため、入力側のアクチュエータの破損を抑制できる。
 一方、上記のような機械的な動力制限機構は、機械構造によりその機能を実現するため、動力制限値にバラツキが生じ、正確な動力制限値の管理が困難になる問題がある。また、動力制限を行うことで、機械的な摩耗が生じ、機構部の劣化が生じる題題がある。
 また、機械的な動力制限機構をロボット装置に搭載する場合、搭載した部位の体積が増加し、また、重量が増加する問題がある。また、機械的な動力制限機構では、環境に応じて動作時の駆動力を動的に変更することは困難である。更には、機械的な動力制限機構では、バックラッシュや機械的な弾性変形が生じ、動力伝達特性における線形性が悪化する問題も生じる。
 そこで、動力伝達機構が外力を受けた場合に、簡素な構成でアクチュエータを保護することが望まれていた。
 本開示によれば、動力伝達機構の入力軸の回転位置である第1の回転位置と、前記動力伝達機構の出力軸の回転位置である第2の回転位置と、を比較する比較部と、前記第1の回転位置と前記第2の回転位置との差分に基づいて、前記入力軸を駆動するアクチュエータの駆動力を制御する駆動力制御部と、を備える、制御装置が提供される。
 また、本開示によれば、動力伝達機構の入力軸の回転位置である第1の回転位置と、前記動力伝達機構の出力軸の回転位置である第2の回転位置と、を比較することと、前記第1の回転位置と前記第2の回転位置との差分に基づいて、前記入力軸を駆動するアクチュエータの駆動力を制御することと、を備える、制御方法が提供される。
 また、本開示によれば、動力伝達機構の入力軸の回転位置である第1の回転位置と、前記動力伝達機構の出力軸の回転位置である第2の回転位置と、を比較する手段、前記第1の回転位置と前記第2の回転位置との差分に基づいて、前記入力軸を駆動するアクチュエータの駆動力を制御する手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。
 以上説明したように本開示によれば、動力伝達機構が外力を受けた場合に、簡素な構成でアクチュエータを保護することが可能となる。
 なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
ロボット装置の外観と、関節の回転軸を示す模式図である。 各関節部の構成を説明するための模式図である。 アクチュエータユニットを単体で示す図である。 アクチュエータユニットの外装のカバーを取り外した状態を示す模式図である。 アクチュエータユニットを分解した状態を示す模式図である。 回転検出器と回転検出器の間にある減速機構や機構部品に負荷がかかり、たわみなどの微小な変形が発生する様子を説明するための模式図である。 回転検出器と回転検出器の間にある減速機構や機構部品に負荷がかかり、たわみなどの微小な変形が発生する様子を説明するための模式図である。 モータ側の回転検出器と出力ギヤ側の回転検出器の位置信号に差と、経過時間との関係を示す模式図である。 モータ側の回転検出器と出力ギヤ側の回転検出器の位置信号に差と、経過時間との関係を示す模式図である。 制御装置と、アクチュエータユニットの構成を示すブロック図である。 制御装置による処理の流れを示すフローチャートである。 制御装置による処理の流れを示すフローチャートである。 制御装置による処理の流れを示すフローチャートである。
 以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
 なお、説明は以下の順序で行うものとする。
 1.ロボット装置の構成
 2.関節部の構成
 3.可動アームへの外力の作用
 4.モータへの外力の作用を制限する構成
  4.1.モータ側の回転検出器と出力ギヤ側の回転検出器との位相差に基づく制御
  4.2.モータに流れる電流値に基づく制御
 5.本実施形態に係る制御装置の構成
 6.本実施形態に係る制御装置による処理フロー
 7.上位コントローラとの連携
 8.外部サーバとの連携
 1.ロボット装置の構成
 図1は、ロボット装置1000の外観と、関節の回転軸を示す模式図である。ロボット装置1000は、サーボモータ等の電動モータにより駆動される4本の足100,110,120,130を備える。
 図1に示すように、ロボット装置1000は、複数の関節部を備える。ここで、説明の便宜上、ロボット装置1000をその動きから右前足系統、左前足系統、右後足系統、左後足系統、本体(Body)系統、頭系統に分類することにする。右前足系統は、関節部102、関節部104、関節部106を有する。左前足系統は、関節部112、関節部114、関節部116を有する。右後足系統は、関節部122、関節部124、関節部126を有する。左後足系統は、関節部132、関節部134、関節部136を有する。また、本体系統は、関節部142を有する。頭系統は関節部152、関節部154、関節部156、関節部158を有する。これらの各系統は、胴体140に対して連結されている。なお、図1に示す各関節部は、電動モータにより駆動される主要な関節部を示している。ロボット装置1000は、図1に示す関節部の他にも、他の関節部の動きに従って従動的に動く関節部を有する。また、ロボット装置1000は、口、耳、尻尾などの複数の可動部を有し、これらの可動部も電動モータ等によって駆動される。
 図1では、各関節部を円筒で示している。各関節部において、円筒の中心軸が関節部の回転軸に対応している。
 各関節部は、サーボモータ等の電動モータ(以下、単にモータという)によって駆動される。なお、駆動源は特に限定されるものではない。各関節部のモータは、ギヤ機構、及びモータを駆動するためのマイクロコントローラとともに、1つのボックス(箱)に収められている。ボックスは、樹脂材料(プラスチックなど)から構成される。モータとギヤ機構を1つのボックスの中に収納して密閉することで、ロボット装置1000の静粛性を高めることが可能である。
 モータ、ギヤ機構、マイクロコントローラを収納するボックスとして、2軸のボックスと1軸のボックスがある。右後足系統を例に挙げると、関節部132と関節部134のモータ、ギヤ機構、マイクロコントローラは、1つのボックス200に収納されており、このボックス200は2軸の回転軸を構成する。一方、関節部136のモータ、ギヤ機構、マイクロコントローラは、1つのボックス210に収納されており、このボックス210は1軸の回転軸を構成する。
 本実施形態では、特に2軸の回転軸を1つのボックス200に収納することで、球体の関節を実現することができる。また、2軸の回転軸を1つのボックスに収納することで、関節部に関わるスペースを抑制することができ、デザインを重視してロボット装置1000の形状を決定することが可能となる。
 上述した右前足系統などの各系統は、各関節部が備えるマイクロコントローラ(後述する制御装置500)によって制御される。関節部のうち、例えば頭系統の関節部158は、電気的にブレーキがかかるように構成されている。電源オフ時などに関節部158が自在に回転できるようになると、頭部が下に降りて、ユーザの手などに当たる可能性がある。関節部158にブレーキをかけておくことで、このような事態を回避できる。ブレーキは、電源オフ時に関節部158のモータの回転により生じる起電力に基づいて、モータの回転を判定し、モータが回転しようとする方向と逆方向に駆動力を生じさせる方法により実現できる。
 2.関節部の構成
 図2は、各関節部の構成を説明するための模式図である。説明の便宜上、1軸の回転軸の関節部を例に挙げて、関節部の構成を説明する。関節部は、アクチュエータユニット300と、可動アーム400を備える。図2に示すアクチュエータユニット300は、上述したボックスに相当する。可動アーム400はアクチュエータユニット300のモータ314の駆動力により、図2中の一点鎖線C1を回転軸として、アクチュエータユニット300に対して回転する。これにより、1軸の回転軸の関節部が実現される。
 図3は、アクチュエータユニット300を単体で示す図である。また、図4は、アクチュエータユニット300の外装のカバーを取り外した状態を示す模式図である。また、図5は、アクチュエータユニット300を分解した状態を示す模式図である。
 図4及び図5に示すように、アクチュエータユニット300は、リアカバー302、制御基板304、ギヤボックスベース306、ベアリング308、ギヤボックスカバー310、検出用マグネット312、モータ(アクチュエータ)314、第1のギヤ316、第2のギヤ318、出力ギヤ320、モータ314側の回転検出器322、出力ギヤ320側の回転検出器324、を有して構成されている。
 図4及び図5に示す構成において、モータ314の駆動力は、第1のギヤ316及び第2のギヤ318を介して出力ギヤ320へ伝達される。出力ギヤ320の回転軸は回転軸C1の位置と一致しており、可動アーム400に固定される。これにより、モータ314の駆動力により可動アーム400が回転軸C1を回転中心として回転する。なお、ベアリング308は、出力ギヤ320を回転可能に支持する。
 モータ314側の回転検出器322は、例えばホール素子等から構成され、モータ314の回転軸の絶対回転位置を検出する。出力ギヤ320側の回転検出器324は、制御基板304に設けられている。検出用マグネット312はリング形状を成し、出力ギヤ320に固定され、出力ギヤ320とともに回転する。検出用マグネット312の外周には、所定の着磁パターンが設けられている。出力ギヤ320側の回転検出器324は、例えばMRセンサ等から構成され、検出用マグネット312の絶対回転位置、つまり、出力ギヤ320の絶対回転位置を検出する。また、モータ314を制御する制御装置500は、制御基板304に設けられている。
 3.可動アームへの外力の作用
 可動アーム400は、モータ314の駆動力により、アクチュエータユニット300に対して回転する。また、可動アーム400は、モータ314の駆動力により、アクチュエータユニット300に対する角度位置が一定の位置に維持される。この原理により、上述した右前足系統などの各関節部の動作が行われ、また、右前足系統などの各関節部の角度が固定された状態が維持される。
 一方、例えばモータ314の駆動力により、関節部の動作が行われている状態で、または関節部の角度が一定に維持された状態で、可動アーム400に外力が加わると、故障の要因となる。特に、可動アーム400に一定程度以上の衝撃力が加わると、モータ314が破損してしまう可能性も生じる。このような外力は、例えば人がロボット1000に対して作用させることによって、あるいはロボット装置1000自身の動作(例えば、壁を叩くなどの動作、段差から落下するなどの動作)によって、生じる可能性がある。
 4.モータへの外力の作用を制限する構成
  4.1.モータ側の回転検出器と出力ギヤ側の回転検出器との位相差に基づく制御
 以上のような可動アーム400への外力の作用に備え、本実施形態では、モータ314側の回転検出器322と出力ギヤ320側の回転検出器324との絶対回転位置の位相差に基づいて、可動アーム400に外力が加わったか否かを判定し、外力が加わった場合は、モータ314の駆動力をオフにする制御を行う。
 上述のように、モータ314側の回転検出器322と出力ギヤ320側の回転検出器324との間には、動力を伝達する減速機構(第1のギヤ316、第2のギヤ318、出力ギヤ320)などが備えられている。動力出力側である出力ギヤ320に外力、衝撃が加わることで、回転検出器322と回転検出器324の間にある減速機構や機構部品に負荷がかかり、たわみなどの微小な変形が発生する。
 図6及び図7は、回転検出器322と回転検出器324の間にある減速機構や機構部品に負荷がかかり、たわみなどの微小な変形が発生する様子を説明するための模式図である。説明を判り易くするため、図6及び図7では、モータ314側の回転軸314aと出力ギヤ320とがベルト330で連結された状態を模式的に示している。
 図6は、出力ギヤ320に外力、衝撃が作用しておらず、回転検出器322と回転検出器324の間にある減速機構や機構部品に負荷がかかっていない状態を示している。また、図7は、出力ギヤ320に外力、衝撃が作用し、回転検出器322と回転検出器324の間にある減速機構や機構部品に負荷がかかり、たわみなどの微小な変形が発生した状態を示している。
 図7に示すように、出力ギヤ320に外力、衝撃が作用し、回転検出器322と回転検出器324の間に負荷がかかると、ベルト330の一方には外力、衝撃による伸びが発生し、ベルト330の他方は弛んだ状態となる。このベルト330の伸び、弛みは、回転検出器322と回転検出器324の間にある減速機構や機構部品に発生する、たわみなどの微小な変形に相当する。
 このような微小な変形が生じることにより、モータ314側の回転検出器322と出力ギヤ320側の回転検出器324の位置信号に差が生じる。具体的に、図6では、回転検出器322から得られるモータ314の回転軸314aの回転位置P1と回転検出器324から得られる出力ギヤ320の回転位置P2は一致しているが、図7では、回転位置P1と、回転位置P2の間にΔθの差が生じている。本実施形態では、この差を演算器で算出し、差が所定のしきい値を超えた時に、モータ314の出力を変化させることで、モータ314の破損を防止してモータ314を保護する。
 図8及び図9は、モータ314側の回転検出器322と出力ギヤ320側の回転検出器324の位置信号に差と、経過時間との関係を示す模式図である。図8及び図9では、回転検出器322から得られるモータ314の回転軸314aの回転位置(実線)と、回転検出器324から得られる出力ギヤ320の回転位置(破線)が、時間の経過に伴って変化する様子を示している。また、図8及び図9では、モータ314の回転軸314aの回転位置(実線)と、出力ギヤ320の回転位置(破線)との差に応じて、モータ314の駆動電流(一点鎖線)を変化させる様子を示している。
 図8及び図9に示すように、時刻t1までは、回転検出器322から得られるモータ314の回転軸314aの回転位置(実線)と、回転検出器324から得られる出力ギヤ320の回転位置(破線)は一致している。時刻t1を過ぎると、回転検出器322から得られるモータ314の回転軸314aの回転位置と、回転検出器324から得られる出力ギヤ320の回転位置の間に差が生じ、回転検出器322から得られるモータ314の回転軸314aの回転位置よりも、回転検出器324から得られる出力ギヤ320の回転位置の方が大きくなっている。つまり、時刻t1の時点で出力ギヤ320側に外力、衝撃等が加わり、図7で説明したような回転位置の差分Δθが生じ始めたことが判る。
 図8及び図9に示すように、回転位置の差分Δθは、時刻t1の経過後、時間の経過に伴って増加した後、減少に転じ、時刻t2で0に収束している。従って、時刻t1からt2の間に外力、衝撃等が加わっていたことが判る。
 図8及び図9では、回転位置の差分Δθを検出した場合に、モータ314の駆動電流の制御について、異なる2つの例を示している。図8及び図9において、回転位置の差分Δθが所定のしきい値θthに達する時刻t3までは、モータ314に所定の駆動電流A1が流れており、可動アーム400が所定方向に回転しているか、または可動アーム400の位置が所定の位置に固定された状態が維持されている。
 図8は、回転位置の差分Δθが所定のしきい値θthに達した時点(時刻t3)で、モータ314の駆動電流を減少し、または駆動電流をオフにする例を示している。このような制御を行うことにより、可動アーム400に外力、衝撃が加わった場合に、可動アーム400が外力、衝撃に対抗する力が減少し、モータ314に過度な力が加わることが抑制される。特に、駆動電流をオフにした場合は、可動アーム400が外力、衝撃に応じて自由に回転できるようになる。以上により、モータ314が外力、衝撃によって破損することを抑制できる。
 ここで、ロボット装置1000の動作モードには、「ロボット装置1000の電力を切った脱力(休止)モード」、「モータ314への電力供給を止めた脱力(休止)モード」がある。外力、衝撃を受けた場合にモータ314の駆動電流をオフにすることで、これらのモードに遷移することができる。なお、「脱力」は「休止」と同義である。
 また、「モータ314への電力供給を止めた脱力(休止)モード」では、外力、衝撃を受けたモータ314以外の他の制御ブロックは動作可能である。このモードに遷移した場合は、ロボット装置1000が備える「目」のLED表示等が、「まいった」、「困った」といった感情を表すように変わり、ユーザが使うスマートフォンのアプリケーションやクラウドサービス(サーバ2000)へのエラー内容の通知が行われる。
 以上のような動作をロボット装置1000が行うことで、ユーザ側に対しては、ロボット装置1000が外力や衝撃が加わる動作を嫌がって避けたように見せることができる。例えば、首に外力が加わって首の関節のモータ314に駆動力制限がかかった場合に、首以外の手足の関節のモータ314を駆動して、よろけた動作、うずくまる動作を行うようにする。このように、外力、衝撃を受けた場合に、モータ314の制御の終期の条件のバリエーションとして、電源をオフにするタイミングで「よろけモード」、「うずくまりモード」に遷移することで、ユーザに対して、ロボット装置1000が外力や衝撃が加わる動作を嫌がって避けたように見せることができる。
 また、図9は、回転位置の差分Δθが所定のしきい値θthに達した時点(時刻t3)で、モータ314の駆動電流をA2まで増加させて、可動アーム400を外力、衝撃の方向に回転させるようにモータ314を制御する例を示している。このような制御を行うことにより、可動アーム400に外力、衝撃が加わった場合に、可動アーム400が外力、衝撃を受けた方向に回転するため、モータ314に過度な力が加わることが抑制される。その後、差分Δθが0になる時刻t2において、モータ314の駆動電流をオフにする。以上により、モータ314が外力、衝撃によって破損することを抑制できる。
 図8に示す制御と、図9に示す制御は、例えば、回転位置の差分Δθの大きさに応じて切り換えることができ、この点については後述する。
  4.2.モータに流れる電流値に基づく制御
 本実施形態では、上述したモータ314の回転位置と出力ギヤ320の回転位置との差に基づく制御に加え、モータ314に流れる電流値に基づく制御を行う。この場合、モータ314に流れる電流を検出する電流検出センサ340を設け、この測定値を用いることでモータ314の保護を柔軟に行うことができる。
 可動アーム400を回転するため、もしくは可動アーム400を所定の角度位置で固定した状態を維持するため、モータ314には電流が流れている。可動アーム400に外力や衝撃により強制的な回転が発生すると、その外力や衝撃は出力ギヤ320、第2のギヤ318、第1のギヤ316を介して、モータ314に伝達される。これにより、モータ314は、本来の回転方向に対して逆回転されることになる。
 このようなモータ314の逆回転により、逆起電圧が発生し、モータ314の電流値が上昇する。電流検出センサ340によりモータ314の電流を常に測定、監視し、外力による電流増加を検知したときに、モータ314の駆動力をオフにすることで、外力によるモータ314の破損を防止し、モータ314の保護を行うことができる。具体的な方法として、モータ314に流れる電流値を計測し、その積分値を演算し、一定時間内の積分値が所定のしきい値を超えた場合に、モータ314の電流をオフにする。また、一定時間内の積分値が所定のしきい値を超えた場合に、モータ314の電流を減少させるように制御しても良い。
 また、逆起電圧の発生によりモータ314の温度が上昇するため、温度検出器によりモータ314の温度を検出し、モータ314の温度が所定のしきい値を超えた場合に、モータ314の電流を減少させ、もしくは、電流をオフにしても良い。
 回転位置の位相差に基づく制御と電流積算値に基づく制御との切り分けは、ロボット装置1000の関節の位置に応じて行っても良い。一例として、頭部や胴体の関節のうち、外力が加わり易い関節のモータ314については、回転位置の位相差に基づく制御とし、モータ314の駆動力制限を発動し易くする。例えば、首横振り、うなずき、かしげ、口、首上下の動作を行う関節152,154,156,158のモータ314が該当する。それ以外の関節については、電流積算値に基づく制御とし、モータ314の駆動力制限が比較的発動し難いようにする。例えば、耳、しっぽ、腰、肩回転、肩開き、ひざの動作を行う関節が該当する。このように、外力、衝撃が加わる大きさや位置を考慮して、回転位置の位相差に基づく制御と電流積算値に基づく制御を切り分けても良い。一方、任意の1つのモータ314について、回転位置の位相差に基づく制御と電流積算値に基づく制御の双方を重畳して行うことも勿論可能である。
 5.本実施形態に係る制御装置の構成
 図10は、上述した制御を行う制御装置500と、アクチュエータユニット300の構成を示すブロック図である。制御装置500は、回転検出器322が検出したモータ314の回転位置情報が入力される入力側の回転位置取得部502、回転検出器324が検出した出力ギヤ320の回転位置情報が入力される出力側の回転位置取得部504、モータ314の回転位置情報をA/D変換するA/D変換部506、出力ギヤ320の回転位置情報A/D変換するA/D変換部508、を備える。
 また、制御装置500は、モータ314の回転位置情報と出力ギヤ320の回転位置情報を比較し、両者の差分Δθが所定のしきい値を超えているか否かを判定する比較部510、比較部510での比較の結果に基づいて、モータ314の駆動力制限を発動する駆動力制限発動部512、比較部510での比較の結果を上位層に通知する通知部514、を備える。
 また、制御装置500は、電流検出センサ340が検出したモータ314の電流値を取得する電流値取得部516、モータ314の電流値の積算値が所定のしきい値を超えているか否かを判定する判定部518、モータ314の電流値の積算値が所定のしきい値を超えている場合に、モータ314の駆動力制限を発動する駆動力制限発動部520、モータ314の電流値の積算値が所定のしきい値を超えていることを上位層に通知する通知部522、を備える。
 また、制御装置500は、駆動力制限発動部512、または駆動力制限発動部520によりモータ314の駆動力制限が発動された場合に、モータ314の電流を制御してモータ314の駆動力を制御する駆動力制御部530、駆動力制御部530によるモータ314の電流制御指令をD/A変換するD/A変換部532、D/A変換されたモータ314の電流制御指令をアクチュエータユニット300のモータ314へ出力する出力部534、を備える。なお、制御装置500の各構成要素は、回路(ハードウェア)、またはCPUなどの中央演算処理装置とこれを機能させるためのプログラム(ソフトウェア)から構成することができる。
 6.本実施形態に係る制御装置による処理フロー
 図11~図13は、制御装置500による処理の流れを示すフローチャートである。図11は、図8及び図9で説明した差分Δθに基づく制御を示している。先ず、ステップS10では、比較部510が、モータ314の回転位置と、出力ギヤ320の回転位置との差分Δθを取得する。次のステップS12では、比較部510が、差分Δθが第1のしきい値以上であるか否かを判定し、差分Δθが第1のしきい値以上の場合はステップS14へ進む。ステップS14では、図9で説明したように、モータ314の電流値を、モータ314が外力、衝撃の方向に回転するように制御し、その後、電流をオフにする制御を発動する設定(発動設定1)を行う。
 また、ステップS12で差分Δθが第1のしきい値未満の場合はステップS16へ進む。ステップS16では、差分Δθが第2のしきい値以上であるか否かを判定し、差分Δθが第2のしきい値以上の場合はステップS18へ進む。ステップS18では、図8で説明したように、モータ314の電流値を減少させるか、またはオフにする制御を発動する設定(発動設定2)を行う。なお、第1のしきい値よりも第2のしきい値の方が小さいため、差分Δθがより大きい場合に図9で示す制御が行われる。これにより、可動アーム400に加わる外力、衝撃等がより大きい場合に、可動アーム400を外力、衝撃の方向に回転させるようにモータ314が制御されるため、モータ314の破損を確実に抑制できる。
 ステップS16で差分Δθが第2のしきい値未満の場合は、しきい値に基づく同様の処理を繰り返し、差分Δθの大きさに応じたモータ314の制御を発動する設定を行う。ステップS20では、差分Δθが第nのしきい値以上であるか否かを判定し、差分Δθが第nのしきい値以上の場合はステップS22へ進み、差分Δθの大きさに応じたモータ314の制御を発動する設定(発動設定n)を行う。第nのしきい値は、第n-1のしきい値よりも小さいものとする。ステップS22で差分Δθが第nのしきい値未満の場合は、可動アーム400に外力、衝撃が加わっていないものとして、正常処理を行う。
 ステップS14,S16,S22でモータ314の制御を発動する設定をした後、次のステップS26では、駆動力制限発動部512が発動設定1,2,・・・,nに基づいてモータ314の駆動力を制限する制御を発動し、駆動力制御部530がモータ314の制御を実行する。これにより、外力、衝撃に応じてモータ314が制御されることで、モータ314の破損が抑制される。
 また、図12は、モータ314の電流積算値に基づくモータ314の制御の流れを示すフローチャートである。先ず、ステップS30では、モータ電流を所定の積算時間内で積算する。次のステップS32では、判定部518が、ステップS30の積算により得られた積算値が所定のしきい値以上であるか否かを判定し、積算値が所定のしきい値以上の場合はステップS34へ進む。ステップS34では、モータ314の電流を制限する制御を発動する設定を行う。次のステップS36では、駆動力制限発動部520が、モータ314の駆動力を制限する制御を発動し、駆動力制御部530がモータ314の制御を実行する。これにより、外力、衝撃に応じてモータ314が制御されることで、モータ314の破損が抑制される。また、ステップS32で積算値が所定のしきい値未満の場合は処理を終了する(END)。
 図13は、外力、衝撃に対応したモータ314の制御を開始した後、所定の時間が経過した際にモータ314の駆動を最終的にオフにする処理を示すフローチャートである。先ず、ステップS40では、タイマのカウントをリセットする。次のステップS42では、外力、衝撃に対応したモータ314の制御を開始する。次のステップS44では、タイマのカウント値が所定のしきい値以上であるか否かを判定し、カウント値が所定のしきい値以上の場合はステップS46に進み、モータ314の駆動をオフにする。一方、ステップ44でタイマのカウント値が所定のしきい値未満の場合は、ステップS48でタイマのカウント値をカウントアップした後、ステップS44以降の処理を引き続き行う。
 7.上位コントローラとの連携
 上述したように、制御装置500は、比較部510での比較の結果を上位層に通知する通知部514、モータ314の電流値の積算値が所定のしきい値を超えていることを上位層に通知する通知部522を備える。これらの通知を受けたロボット装置1000の上位層の制御装置600は、制御装置500によりモータ314の駆動力が制限されていることを認識できるため、通知を受けた後にロボット装置1000の全体を休止させたり、ロボット装置1000にユーザへ異常を知らせるための動作を行わせることができる。また、上位層の制御装置600は、ロボット装置1000からユーザへ異常を知らせる通知や表示を行わせることができる。
 また、上述の例では、個々のアクチュエータユニット300が備える制御装置500がモータ314の動力制限のための演算を行う例を示したが、回転位置の情報や電流値に関する情報を上位の制御装置600へ送信し、制御装置600が演算することでも可能である。
 アクチュエータユニッ300トが備える制御装置500がモータ314の動力制限のための演算を行う場合は、制御装置600との間の通信における通信データ量の削減や通信時間の短縮が可能なため、精度の高い演算が可能である。一方、上位の制御装置600で演算を行う場合は、制御装置600が、各関節部の複数のモータ314を監視できるため、駆動力制限の発動時にその後のロボット装置1000のモーションを最適に制御して、全体の運動を継続させることが可能である。例えば、右足系統の関節のモータ314の駆動力をオフにした際に、他の足の関節のモータ314の駆動力を増加することで、ロボット装置1000の歩行を維持することなどが想定できる。
 8.外部サーバとの連携
 図1に示すように、ロボット装置1000は、外部のサーバ2000と通信可能に構成されている。通信は、無線又は有線のいずれであっても良い。また、通信の方式は特に限定されるものではなく、任意の手法を採用できる。
 ロボット装置1000が外部のサーバ2000と通信を行うことで、上述した駆動力制限を発動するしきい値θhの値を最適に変更することも可能となる。例えば、デフォルトで設定されているしきい値θhの場合に、外力、衝撃等による駆動力制限が頻繁に生じる場合は、その旨をロボット装置1000からサーバ2000へ送信し、サーバ2000側でしきい値θhを変更することもできる。この場合、サーバ2000のしきい値変更部2200がしきい値θhを変更し、送受信部2100が変更されたしきい値θhをロボット装置1000へ送信する。
 ロボット装置1000側では、変更されたしきい値θhを受信し、制御装置500または制御装置600のしきい値θhの設定を変更する。これにより、複数のロボット装置1000に対し、一律にしきい値θhを変更することが可能であり、駆動力制限の発生状況に応じて、しきい値θhを最適に適合することが可能である。
 以上説明したように本実施形態によれば、モータ314への過大な負荷を検出し、駆動力の制限を行うことが可能であるため、モータ314が外力による破損することがなく、高い信頼性を実現することができる。また、機械的な機構を設ける必要が無いため、小型、軽量化が可能である。また、モータ314の駆動力を制限する構成において、機械的な故障、劣化が生じないため、駆動力を制限する構成の寿命の長期化を達成できる。
 更に、本実施形態によれば、機械式の機構と異なり、差分Δθや電流積算値のしきい値の変更によりモータ314への外力の伝達を可変させることが可能であるため、負荷は小さいが時間の長い外力、時間が短いが負荷が大きな衝撃力といった異なる入力に対して、モータ314の駆動力制限を変化させることにより幅広い保護機能の実現が可能である。
 以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
 また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
 なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1) 動力伝達機構の入力軸の回転位置である第1の回転位置と、前記動力伝達機構の出力軸の回転位置である第2の回転位置と、を比較する比較部と、
 前記第1の回転位置と前記第2の回転位置との差分に基づいて、前記入力軸を駆動するアクチュエータの駆動力を制御する駆動力制御部と、
 を備える、制御装置。
(2) 前記駆動力制御部は、前記出力軸に外力が加わった場合の前記差分に基づいて、前記アクチュエータの駆動力を制御する、前記(1)に記載の制御装置。
(3) 前記駆動力制御部は、前記差分が所定のしきい値に達した場合に、前記アクチュエータの駆動力を制限する、前記(1)又は(2)に記載の制御装置。
(4) 前記駆動力制御部は、前記差分が所定のしきい値に達した場合に、前記アクチュエータの駆動電流を低下させる、前記(1)~(3)のいずれかに記載の制御装置。
(5) 前記駆動力制御部は、前記差分が所定のしきい値に達した場合に、前記アクチュエータの駆動電流を0まで低下させる、前記(4)に記載の制御装置。
(6) 前記駆動力制御部は、前記差分が所定のしきい値に達した場合に、前記アクチュエータが前記外力を受ける方向に駆動するように前記アクチュエータを制御する、前記(2)に記載の制御装置。
(7) 前記駆動力制御部は、前記差分が所定のしきい値に達した場合に、前記アクチュエータを、前記外力を受ける方向に駆動するため、前記アクチュエータの駆動電流を増加する、前記(6)に記載の制御装置。
(8) 前記駆動力制御部は、前記アクチュエータの駆動電流を増加した後、前記差分の減少に応じて、前記アクチュエータの駆動電流を減少させる、前記(7)に記載の制御装置。
(9) 前記アクチュエータを流れる電流の積算値を判定する判定部を備え、
 前記駆動力制御部は、前記積算値が所定値に達すると、前記アクチュエータの駆動力を制限する、前記(1)~(8)のいずれかに記載の制御装置。
(10) 前記アクチュエータに設けられた第1の回転検出器から前記第1の回転位置を取得し、前記動力伝達機構の前記出力軸に設けられた第2の回転検出器から前記第2の回転位置を取得する、前記(1)~(9)のいずれかに記載の制御装置。
(11) 自立歩行のロボット装置に備えられ、前記駆動力制御部は、前記ロボット装置が有する前記アクチュエータの駆動力を制御する、前記(1)~(10)のいずれかに記載の制御装置。
(12) 動力伝達機構の入力軸の回転位置である第1の回転位置と、前記動力伝達機構の出力軸の回転位置である第2の回転位置と、を比較することと、
 前記第1の回転位置と前記第2の回転位置との差分に基づいて、前記入力軸を駆動するアクチュエータの駆動力を制御することと、
 を備える、制御方法。
(13) 動力伝達機構の入力軸の回転位置である第1の回転位置と、前記動力伝達機構の出力軸の回転位置である第2の回転位置と、を比較する手段、
 前記第1の回転位置と前記第2の回転位置との差分に基づいて、前記入力軸を駆動するアクチュエータの駆動力を制御する手段、
 としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
 314  モータ
 322,324  回転検出器
 500  制御装置
 510  比較部
 518  判定部
 530  駆動力制限部

Claims (13)

  1.  動力伝達機構の入力軸の回転位置である第1の回転位置と、前記動力伝達機構の出力軸の回転位置である第2の回転位置と、を比較する比較部と、
     前記第1の回転位置と前記第2の回転位置との差分に基づいて、前記入力軸を駆動するアクチュエータの駆動力を制御する駆動力制御部と、
     を備える、制御装置。
  2.  前記駆動力制御部は、前記出力軸に外力が加わった場合の前記差分に基づいて、前記アクチュエータの駆動力を制御する、請求項1に記載の制御装置。
  3.  前記駆動力制御部は、前記差分が所定のしきい値に達した場合に、前記アクチュエータの駆動力を制限する、請求項1に記載の制御装置。
  4.  前記駆動力制御部は、前記差分が所定のしきい値に達した場合に、前記アクチュエータの駆動電流を低下させる、請求項1に記載の制御装置。
  5.  前記駆動力制御部は、前記差分が所定のしきい値に達した場合に、前記アクチュエータの駆動電流を0まで低下させる、請求項4に記載の制御装置。
  6.  前記駆動力制御部は、前記差分が所定のしきい値に達した場合に、前記アクチュエータが前記外力を受ける方向に駆動するように前記アクチュエータを制御する、請求項2に記載の制御装置。
  7.  前記駆動力制御部は、前記差分が所定のしきい値に達した場合に、前記アクチュエータを、前記外力を受ける方向に駆動するため、前記アクチュエータの駆動電流を増加する、請求項6に記載の制御装置。
  8.  前記駆動力制御部は、前記アクチュエータの駆動電流を増加した後、前記差分の減少に応じて、前記アクチュエータの駆動電流を減少させる、請求項7に記載の制御装置。
  9.  前記アクチュエータを流れる電流の積算値を判定する判定部を備え、
     前記駆動力制御部は、前記積算値が所定値に達すると、前記アクチュエータの駆動力を制限する、請求項1に記載の制御装置。
  10.  前記アクチュエータに設けられた第1の回転検出器から前記第1の回転位置を取得し、前記動力伝達機構の前記出力軸に設けられた第2の回転検出器から前記第2の回転位置を取得する、請求項1に記載の制御装置。
  11.  自立歩行のロボット装置に備えられ、前記駆動力制御部は、前記ロボット装置が有する前記アクチュエータの駆動力を制御する、請求項1に記載の制御装置。
  12.  動力伝達機構の入力軸の回転位置である第1の回転位置と、前記動力伝達機構の出力軸の回転位置である第2の回転位置と、を比較することと、
     前記第1の回転位置と前記第2の回転位置との差分に基づいて、前記入力軸を駆動するアクチュエータの駆動力を制御することと、
     を備える、制御方法。
  13.  動力伝達機構の入力軸の回転位置である第1の回転位置と、前記動力伝達機構の出力軸の回転位置である第2の回転位置と、を比較する手段、
     前記第1の回転位置と前記第2の回転位置との差分に基づいて、前記入力軸を駆動するアクチュエータの駆動力を制御する手段、
     としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
PCT/JP2018/043383 2018-01-10 2018-11-26 制御装置、制御方法及びプログラム WO2019138703A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201880083084.6A CN111511510A (zh) 2018-01-10 2018-11-26 控制设备、控制方法和程序
US16/959,850 US20230191597A1 (en) 2018-01-10 2018-11-26 Control device, control method, and program

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018002003 2018-01-10
JP2018-002003 2018-01-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019138703A1 true WO2019138703A1 (ja) 2019-07-18

Family

ID=67219012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/043383 WO2019138703A1 (ja) 2018-01-10 2018-11-26 制御装置、制御方法及びプログラム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230191597A1 (ja)
CN (1) CN111511510A (ja)
WO (1) WO2019138703A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115285251A (zh) * 2021-09-30 2022-11-04 深圳鹏行智能研究有限公司 动力模组和动力设备
CN115285251B (zh) * 2021-09-30 2024-05-31 深圳鹏行智能研究有限公司 动力模组和动力设备

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61251915A (ja) * 1985-04-30 1986-11-08 Fujitsu Ltd 移動体制御方式
JPH0230487A (ja) * 1988-07-18 1990-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 産業用ロボットの制御装置
JPH03196313A (ja) * 1989-12-26 1991-08-27 Fanuc Ltd 外乱推定オブザーバによる衝突検出方法
JPH03222692A (ja) * 1990-01-25 1991-10-01 Mitsubishi Electric Corp ロボットの異常監視装置
JPH06245561A (ja) * 1993-02-10 1994-09-02 Fanuc Ltd サーボモータの異常負荷検出制御方法
JPH06284764A (ja) * 1993-03-31 1994-10-07 Nec Corp サーボモータの位置制御装置
JPH09305235A (ja) * 1996-05-10 1997-11-28 Nec Corp サーボモータの位置制御方法および制御装置
JP2000052286A (ja) * 1998-07-31 2000-02-22 Yaskawa Electric Corp ロボットの制御装置
JP2003159674A (ja) * 2001-11-21 2003-06-03 Sony Corp ロボット装置、ロボット装置の外力検出方法及びロボット装置の外力検出プログラム、並びにロボット装置の外力検出のためのキャリブレーション方法及びロボット装置の外力検出のためのキャリブレーションプログラム
JP2004088838A (ja) * 2002-08-23 2004-03-18 Denso Corp モータ制御装置
JP2005059171A (ja) * 2003-08-18 2005-03-10 Kawasaki Heavy Ind Ltd 駆動手段の制御方法および制御装置
EP1927440A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-04 Abb Research Ltd. Method and device for monitoring the condition of an industrial robot
JP2011152634A (ja) * 2009-12-28 2011-08-11 Honda Motor Co Ltd ロボットの制御装置
JP2013002110A (ja) * 2011-06-15 2013-01-07 Aisin Seiki Co Ltd 開閉体制御装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7072740B2 (en) * 2002-12-16 2006-07-04 Sony Corporation Legged mobile robot
US7603199B2 (en) * 2003-11-27 2009-10-13 Honda Motor Co., Ltd. Control device for mobile body
JP4588666B2 (ja) * 2005-05-27 2010-12-01 本田技研工業株式会社 歩行補助装置の制御装置および制御プログラム
JP5978027B2 (ja) * 2012-06-28 2016-08-24 本田技研工業株式会社 移動ロボットの制御装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61251915A (ja) * 1985-04-30 1986-11-08 Fujitsu Ltd 移動体制御方式
JPH0230487A (ja) * 1988-07-18 1990-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 産業用ロボットの制御装置
JPH03196313A (ja) * 1989-12-26 1991-08-27 Fanuc Ltd 外乱推定オブザーバによる衝突検出方法
JPH03222692A (ja) * 1990-01-25 1991-10-01 Mitsubishi Electric Corp ロボットの異常監視装置
JPH06245561A (ja) * 1993-02-10 1994-09-02 Fanuc Ltd サーボモータの異常負荷検出制御方法
JPH06284764A (ja) * 1993-03-31 1994-10-07 Nec Corp サーボモータの位置制御装置
JPH09305235A (ja) * 1996-05-10 1997-11-28 Nec Corp サーボモータの位置制御方法および制御装置
JP2000052286A (ja) * 1998-07-31 2000-02-22 Yaskawa Electric Corp ロボットの制御装置
JP2003159674A (ja) * 2001-11-21 2003-06-03 Sony Corp ロボット装置、ロボット装置の外力検出方法及びロボット装置の外力検出プログラム、並びにロボット装置の外力検出のためのキャリブレーション方法及びロボット装置の外力検出のためのキャリブレーションプログラム
JP2004088838A (ja) * 2002-08-23 2004-03-18 Denso Corp モータ制御装置
JP2005059171A (ja) * 2003-08-18 2005-03-10 Kawasaki Heavy Ind Ltd 駆動手段の制御方法および制御装置
EP1927440A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-04 Abb Research Ltd. Method and device for monitoring the condition of an industrial robot
JP2011152634A (ja) * 2009-12-28 2011-08-11 Honda Motor Co Ltd ロボットの制御装置
JP2013002110A (ja) * 2011-06-15 2013-01-07 Aisin Seiki Co Ltd 開閉体制御装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115285251A (zh) * 2021-09-30 2022-11-04 深圳鹏行智能研究有限公司 动力模组和动力设备
CN115285251B (zh) * 2021-09-30 2024-05-31 深圳鹏行智能研究有限公司 动力模组和动力设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN111511510A (zh) 2020-08-07
US20230191597A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6987374B2 (en) Robot apparatus, and load absorbing apparatus and method
JP2008150021A (ja) 加速ペダルシステム
US6989645B2 (en) Robot apparatus, and load absorbing apparatus and method
JP2005098957A (ja) 衝突試験用模擬人体の腕機構
JP2011152620A (ja) ロボットアーム駆動装置
JP2018029458A (ja) 駆動装置およびロボット
WO2019138703A1 (ja) 制御装置、制御方法及びプログラム
US11453128B2 (en) Robot control apparatus, control method and control program
US20160265603A1 (en) Electromechanical, unidirectional, rotary clutch systems and methods
JP2011041995A (ja) ロボット、2足歩行ロボット及びこれらの制御方法
JP2010149203A5 (ja)
KR102163960B1 (ko) 유연 관절 모듈
JP2011062766A (ja) 省エネルギー型ロボット関節駆動制御システム
JP6774050B2 (ja) 駆動装置およびロボット
WO2021196212A1 (zh) 可移动平台及其控制方法、惯性传感器电路
WO2021106071A1 (ja) アクチュエータ
CN202925288U (zh) 一种缝纫机的速控装置
US10384712B2 (en) Sensor apparatus and electric power steering apparatus using the same
JP5062436B2 (ja) キャンバ角可変機構
US11787068B2 (en) Robot joint structure
JP2007175170A (ja) 負荷可変装置
US20220117831A1 (en) Stick with wheel, method of controlling stick with the wheel, and computer readable medium
JP2010156692A (ja) 遠心力検知装置および遠心力反応システム
JP2004025319A (ja) ロボット装置および緩衝装置
JP2007127597A (ja) 回転角検出装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18900455

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18900455

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP