WO2020161880A1 - 動作モデル算出装置、制御装置、関節機構、動作モデル算出方法、プログラムが記録された記録媒体 - Google Patents

動作モデル算出装置、制御装置、関節機構、動作モデル算出方法、プログラムが記録された記録媒体 Download PDF

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岳大 伊藤
大山　博之
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日本電気株式会社
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    • B25J13/088—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40527—Modeling, identification of link parameters

Definitions

  • the present invention relates to a motion model calculation device, a control device, a joint mechanism, a motion model calculation method, and a recording medium on which a program is recorded.
  • the robot controller drives and controls the joint mechanism provided in the robot to move a predetermined part of the robot to a target position.
  • the motion model of the joint mechanism is information that guides the correspondence between the input signal value input to the joint mechanism and the output when the input signal value is input.
  • Patent Document 1 discloses a technique for generating such a behavior model.
  • Patent Document 1 discloses a technique for generating a motion model for estimating a three-dimensional posture of an estimation target such as a person from image data.
  • Patent Document 2 discloses a technique for automatically generating sensing operation data for a work manipulator, which is necessary for a sensing work for correcting an error between actual work work information of a work manipulator and teaching data of a work work on a computer. It is disclosed.
  • Patent No. 5525407 Japanese Patent No. 5495919
  • some of the above-mentioned robots have a robot arm including a plurality of arms and a joint mechanism that rotatably connects the plurality of arms to a connection destination.
  • the robot arm can be configured as a long robot arm by alternately connecting the joint mechanism and the arm.
  • the control device for controlling the robot arm uses the operation model different from the operation model used before the connection. Need to control. It is required to easily create a motion model in a robot arm in which the joint mechanism and the arm can be detached and the length can be changed.
  • an object of the present invention is to provide a motion model calculation device, a control device, a joint mechanism, a motion model calculation method, and a recording medium on which a program is recorded, which can solve the above-mentioned problems.
  • the motion model calculation device is connected to a robot arm including a plurality of arms and a joint mechanism that rotatably connects the plurality of arms to a connection destination, and performs a predetermined motion.
  • a command means for outputting a command to the joint mechanism an acquisition means for acquiring a driving state of the joint mechanism due to an operation corresponding to the motion command, and an input to the joint mechanism based on the motion command and the driving condition.
  • a calculation unit that calculates a motion model that represents a relationship between the input value that represents the input value and the output value of the joint mechanism with respect to the input.
  • the behavior model calculation device is connected to a robot equipped with a drive device, and a command means for outputting a predetermined motion command to the drive device, and the drive according to the motion corresponding to the motion command.
  • An acquisition unit for acquiring a driving state of the apparatus; an input value representing an input to the driving apparatus based on the operation command and the driving state; and a relationship between an output value of the driving apparatus with respect to the input.
  • Calculating means for calculating the behavior model represented.
  • a motion model calculation method is an apparatus connected to a robot arm including a plurality of arms and a joint mechanism that rotatably connects the plurality of arms to a connection destination, An input value that outputs a predetermined operation command to the joint mechanism, acquires a driving state of the joint mechanism due to a motion corresponding to the motion command, and represents an input to the joint mechanism based on the operation command and the driving state. , And an operation model representing the relationship between the output value of the joint mechanism with respect to the input.
  • the recording medium in which the program is recorded is connected to a robot arm including a plurality of arms and a joint mechanism that rotatably connects the plurality of arms to a connection destination.
  • a command function of outputting a predetermined motion command to the joint mechanism an acquisition function of acquiring a driving state of the joint mechanism by a motion corresponding to the motion command, It is characterized in that an input value representing an input to the joint mechanism and a calculation function for calculating a motion model representing a relationship between the output value of the joint mechanism with respect to the input are realized.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a robot system 100 including a control device 1 and a robot arm 2 according to the same embodiment.
  • the robot system 100 includes a control device 1 and a robot arm 2.
  • the robot arm 2 includes a plurality of arms 21 and a joint mechanism 22 that rotatably connects the plurality of arms 21 to a connection destination.
  • the connection destination of the arm 21 may be another arm 21 or the joint mechanism 22.
  • the control device 1 can drive and control the joint mechanism of the robot arm 2.
  • the joint mechanism 22 is a first rotary motor that rotates the arm 21 about the axis of the connecting arm 21, and a second rotary motor that tilts the arm 21 in a direction orthogonal to the axis of the arm 21 connecting to the joint mechanism 22. It is configured by including.
  • a gripping mechanism 23 for gripping an object may be provided at the tip of the robot arm 2.
  • the control device 1 is electrically connected to each motor of the joint mechanism 22 and controls the drive of the joint mechanism 22.
  • the robot arm 2 is configured such that a unit including an arm 21 and a joint mechanism 22 can be attached and detached.
  • the user can change the length of the robot arm 2 by further connecting or disconnecting the unit to the robot arm 2.
  • an electric circuit is provided in advance so that the joint mechanism 22 can be communicatively connected to the control device 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration of the control device 1.
  • the control device 1 includes a CPU (Central Processing Unit) 101, a ROM (Read Only Memory) 102, a RAM (Random Access Memory) 103, an SSD (Solid State Drive) 104, and a communication module 105, which are control units. It is a computer equipped with each hardware such as.
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • SSD Solid State Drive
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the control device 1 and the joint mechanism 22.
  • the CPU 101 of the control device 1 is activated when the power is turned on and executes a scheduling program stored in advance. Thereby, the control device 1 exerts each function of the first control unit 10 and the second control unit 20.
  • the first control unit 10 calculates a behavior model.
  • the second control unit 20 controls the joint mechanism 22 using the motion model generated by the first control unit 10.
  • the first control unit 10 exerts each function of the model generation start detection unit 11, the operation command unit 12, the drive state acquisition unit 13, and the operation model calculation unit 14.
  • the model generation start detection unit 11 detects the start of generation of the motion model of the robot arm 2.
  • the motion model is an input value representing an input to a joint mechanism of a robot arm including a plurality of arms and a joint mechanism that rotatably connects the plurality of arms to a connection destination, and the joint mechanism with respect to the input. This is data representing the relationship between output values.
  • the operation command unit 12 outputs a predetermined operation command to the motor 221 which is one mode of the actuator of the joint mechanism.
  • the drive state acquisition unit 13 acquires, from the sensor 222, the drive state of the joint mechanism 22 according to the action in response to the action command.
  • the sensor is, for example, a torque sensor, a motor angle sensor, a motor angular velocity sensor, a load sensor, or the like.
  • the motion model calculation unit 14 calculates the motion model of each joint mechanism 22 based on the motion command and the driving state.
  • FIG. 4 is a diagram showing a processing flow of the control device.
  • the model generation start detection unit 11 detects the generation start of a behavioral model (step S101). For example, when the unit is connected to the robot arm 2, the model generation start detection unit 11 detects conduction of an electric signal based on the connection of the unit, and thereby detects generation start of the motion model.
  • the user may operate the input device provided in the control device 1 to instruct the start of generation, and the model generation start detection unit 11 may detect the start of generation of the behavior model based on the input of the information of the instruction.
  • the model generation start detection unit 11 instructs the operation command unit 12 to start processing.
  • the operation command unit 12 specifies the joint mechanism 22 that outputs the operation command from the plurality of connected joint mechanisms 22 (step S102).
  • the motion command unit 12 may specify the target joint mechanism 22 that sequentially outputs motion commands from the joint mechanism 22 at the base of the robot arm 2 to the joint mechanism 22 connected in the distal direction. It may be specified that the target joint mechanism 22 sequentially outputs operation commands from the joint mechanism 22 connected in the distal end direction of the arm 2 to the joint mechanism 22 connected in the root direction.
  • the motion command unit 12 may randomly specify the joint mechanism 22 that outputs the motion command among the plurality of joint mechanisms 22 regardless of the order of connection in the robot arm 2.
  • the motion command unit 12 outputs a unit motion command to the specified joint mechanism 22 (step S103).
  • the unit operation instruction may be an instruction of a predetermined operation unit. For example, it may be a predetermined operation command for performing drive control for driving the motor at a predetermined rotation angle with a predetermined torque, and then performing reverse rotation to return the motor angle to the same position as before rotation.
  • the unit operation command may be defined by a voltage value, a current value, a charge time, or the like.
  • the sensor 222 acquires sensing information when the motor 221 of the joint mechanism 22 is driven by a unit operation command.
  • the sensor 222 outputs the sensing information to the driving state acquisition unit 13.
  • the driving state acquisition unit 13 acquires sensing information from the sensor 222 (step S104).
  • the driving state acquisition unit 13 outputs the sensing information to the behavior model calculation unit 14.
  • the operation model calculation unit 14 acquires a unit operation command and sensing information.
  • the motion model calculation unit 14 calculates a motion model based on the relationship between the unit motion command that is the input value and the sensing information that is the output value in the joint mechanism 22 (step S105).
  • system identification method may be used to calculate the behavior model.
  • Specific system identification methods include MOESP (multivariable Output-Error State Space) method and N4SID (Numerical Algoithms for Suppose occupancy State Spatial Space Identification, etc.) method.
  • MOESP multivariable Output-Error State Space
  • N4SID Numerical Algoithms for Suppose occupancy State Spatial Space Identification, etc.
  • Method or a closed loop subinterval identification method such as a PBSID (Predictor-Based Subspace IDentification) method or an identification method using a neural network.
  • PBSID Predictor-Based Subspace IDentification
  • the linear model least square method, maximum likelihood method, or the like may be used.
  • the motion model calculation unit 14 may estimate another parameter indicating the driving state of the joint mechanism 22 based on the acquired sensing information and calculate the motion model using the parameter as an output value.
  • Other parameters indicating the driving state may be, for example, the length of the arm 21, the moment of inertia, the coefficient of static friction, the viscosity parameter, the elasticity parameter, and the like.
  • the motion model calculation unit 14 detects information (connection state) such as a rotation angle and an axis inclination from the current position of the connected joint mechanism 22 based on the acquired sensing information, and uses these parameters. Then, the behavior model may be calculated.
  • the motion command unit 12 determines whether or not there is a joint mechanism 22 for which a motion model has not been calculated among all the joint mechanisms 22 forming the robot arm 2 (step S106). When there is a joint mechanism 22 for which a motion model has not been calculated (NO in step S106), the motion command unit 12 specifies the next joint mechanism 22. Then, the first control unit 10 repeats the processing from step S102. As a result, the motion model calculation unit 14 calculates motion models of all joint mechanisms 22 forming the robot arm 2. When the first control unit 10 determines that the motion command unit 12 has calculated the motion models of all the joint mechanisms 22 (YES in step S106), the second control unit 20 sets the data of the motion models of the respective joint mechanisms 22. Output to. This completes the operation model calculation process.
  • the second control unit 20 In the drive control of the robot arm 2, when the drive control of the joint mechanism 22 is performed, the second control unit 20 generates an operation command for performing a predetermined operation using the operation model of the joint mechanism 22 to be driven, Output to the joint mechanism 22.
  • control device 1 can easily create the motion model of the joint mechanism that constitutes the robot arm.
  • the control device 1 described above is one mode of the behavior model calculation device.
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of the behavior model calculation device.
  • the behavior model calculation device 220 having each function of the first control unit 10 included in the above-described control device 1 may be provided inside the joint mechanism 22.
  • the model generation start detection unit of the motion model calculation device 220 detects the start of generation of the motion model of the robot arm 2.
  • the operation command unit of the operation model calculation device 220 outputs a predetermined operation command to the motor 221 which is one mode of the actuator of the joint mechanism.
  • the drive state acquisition unit of the motion model calculation device 220 acquires from the sensor 222 the drive state of the joint mechanism 22 according to the motion in response to the motion command.
  • the sensor 222 is, for example, a torque sensor, a motor angle sensor, a motor angular velocity sensor, a load sensor, or the like.
  • the motion model calculation unit of the motion model calculation device 220 calculates the motion model of each joint mechanism 22 based on the motion command and the driving state in the same manner as above. In this case, the behavior model calculation device 220 of the behavior model calculation device 220 outputs the generated behavior model to the control device 1.
  • the second control unit 20 of the control device 1 drives and controls the joint mechanism 22 using the motion model acquired from the motion model calculation device 220 of the joint mechanism 22.
  • the control device 1 may calculate the operation model of the drive device of the robot other than the robot arm 2.
  • the control device 1 detects the start of the generation of the behavior model that represents the relationship between the input value to the drive device of the robot equipped with the drive device and the output value of the drive device based on the input of the input value.
  • a predetermined unit operation command is output to the drive device, the drive state of the drive device by the operation corresponding to the unit operation command is acquired, and an operation model is calculated based on the unit operation command and the drive state.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the control device as described above with reference to FIG. 3 or FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a processing flow by the control device having the minimum configuration.
  • the control device 1 is connected to a robot arm 2 including a plurality of arms and a joint mechanism that rotatably connects the plurality of arms to a connection destination, and includes a motion command unit 12, a driving state acquisition unit 13, and a motion model calculation.
  • the unit 14 is provided.
  • the operation command unit 12 outputs a predetermined unit operation command to the drive device (step S201).
  • the drive state acquisition unit 13 acquires the drive state of the drive device according to the operation corresponding to the unit operation command (step S202).
  • the motion model calculation unit 14 calculates, based on the unit motion command and the driving state, a motion model that represents a relationship between an input value representing an input to the joint mechanism and an output value of the joint mechanism with respect to the input ( Step S203).
  • the control device 1 as described above with reference to FIG. 6 can be realized by using the same function as that of the control device as described above with reference to FIG. 3 or FIG. Since the control device 1 shown in FIG. 6 is a device for calculating a behavior model, it is an aspect of the behavior model calculation device.
  • the above-mentioned control device 1 has a computer system inside.
  • the process of each process described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above process is performed by the computer reading and executing the program.
  • the computer-readable recording medium refers to a magnetic disk, a magneto-optical disk, a semiconductor memory, or the like.
  • the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that receives the distribution may execute the program.
  • the above program may be for realizing some of the functions described above. Further, it may be a so-called difference file (difference program) that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.
  • difference file difference program
  • Control device (behavior model calculation device) 10
  • 1st control part 11
  • Model generation start detection part (detection means) 12
  • Operation command section (command means) 13
  • Driving state acquisition unit acquisition means
  • Behavior model calculation unit (calculation means) 2
  • Robot arm 21 22
  • Arm 22 Joint mechanism

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Abstract

駆動装置の動作モデルを容易に作成する動作モデル算出装置が開示される。動作モデル算出装置は、複数のアームと当該複数のアームを連結先に回動自在に連結する関節機構とを備えたロボットアームに接続され、所定の動作命令を前記関節機構に出力し、前記動作命令に対する動作による前記関節機構の駆動状態を取得し、前記動作命令と前記駆動状態とに基づいて、前記関節機構への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する前記関節機構の出力値間の関係性を表す動作モデルを算出する。

Description

動作モデル算出装置、制御装置、関節機構、動作モデル算出方法、プログラムが記録された記録媒体
　本発明は、動作モデル算出装置、制御装置、関節機構、動作モデル算出方法、プログラムが記録された記録媒体に関する。
　ロボットの制御装置は、ロボットに設けられた関節機構を駆動制御して、ロボットを構成する所定部位を目標位置に移動させる。この関節機構の駆動制御を行う為に、各関節機構の動作モデルを生成する必要がある。関節機構の動作モデルは、当該関節機構へ入力される入力信号値と、その入力信号値が入力されたときの出力との対応関係を導く情報である。このような動作モデルを生成する技術が特許文献１に開示されている。
　特許文献１には、画像データから人などの推定対象の３次元的な姿勢を推定するための動作モデルを生成する技術が開示されている。
　また特許文献２には、作業マニピュレータの実際の作業ワーク情報とコンピュータ上の作業ワークの教示データとの誤差を修正するためのセンシング作業に必要な、作業マニピュレータに対するセンシング動作データを自動生成する技術が開示されている。
特許第５５２５４０７号公報 特許第５４９５９１９号公報
　ところで、上述のロボットのうち、複数のアームと当該複数のアームを連結先に回動自在に連結する関節機構とを備えたロボットアームを有するものがある。このロボットアームは、関節機構とアームとを交互に連結させることにより、尺の長いロボットアームを構成することができる。ある所定のロボットアームの尺を長くするために、関節機構とアームとを連結すると、ロボットアームを制御する制御装置は、その連結前に用いていた動作モデルと異なる動作モデルを用いてロボットアームを制御する必要がある。関節機構とアームを着脱可能にして長さを変更することのできるロボットアームにおいて、動作モデルを容易に作成することが求められている。
　そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる動作モデル算出装置、制御装置、関節機構、動作モデル算出方法、プログラムが記録された記録媒体を提供することを目的としている。
　本発明の第１の態様によれば、動作モデル算出装置は、複数のアームと当該複数のアームを連結先に回動自在に連結する関節機構とを備えたロボットアームに接続され、所定の動作命令を前記関節機構に出力する命令手段と、前記動作命令に対する動作による前記関節機構の駆動状態を取得する取得手段と、前記動作命令と前記駆動状態とに基づいて、前記関節機構への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する前記関節機構の出力値間の関係性を表す動作モデルを算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明の第２の態様によれば、動作モデル算出装置は、駆動装置を備えたロボットに接続され、所定の動作命令を前記駆動装置に出力する命令手段と、前記動作命令に対する動作による前記駆動装置の駆動状態を取得する取得手段と、前記動作命令と前記駆動状態とに基づいて、前記駆動装置への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する前記駆動装置の出力値間の関係性を表す動作モデルを算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。
　本発明の第３の態様によれば、動作モデル算出方法は、複数のアームと当該複数のアームを連結先に回動自在に連結する関節機構とを備えたロボットアームに接続される装置において、所定の動作命令を前記関節機構に出力し、前記動作命令に対する動作による前記関節機構の駆動状態を取得し、前記動作命令と前記駆動状態とに基づいて、前記関節機構への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する前記関節機構の出力値間の関係性を表す動作モデルを算出することを特徴とする。
　本発明の第４の態様によれば、プログラムが記録された記録媒体は、複数のアームと当該複数のアームを連結先に回動自在に連結する関節機構とを備えたロボットアームに接続される装置に、所定の動作命令を前記関節機構に出力する命令機能と、前記動作命令に対する動作による前記関節機構の駆動状態を取得する取得機能と、前記動作命令と前記駆動状態とに基づいて、前記関節機構への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する前記関節機構の出力値間の関係性を表す動作モデルを算出する算出機能と、を実現させることを特徴とする。
　本発明によれば、ロボットアームを構成する関節機構の動作モデルを容易に作成することができる。
本発明の一実施形態によるロボットシステムの概要を示す図である。 本発明の一実施形態による制御装置のハードウェア構成を示す図である。 本発明の一実施形態による制御装置と関節機構の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態による制御装置の処理フローを示す図である。 本発明の一実施形態による動作モデル算出装置の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態による制御装置の最小構成を示す図である。 本発明の一実施形態による最小構成の制御装置による処理フローを示す図である。
　以下、本発明の一実施形態による制御装置を図面を参照して説明する。
　図１は同実施形態による制御装置１とロボットアーム２とにより構成されるロボットシステム１００の概要を示す図である。
　この図で示すように、ロボットシステム１００は制御装置１とロボットアーム２とを含んで構成される。ロボットアーム２は、複数のアーム２１と、当該複数のアーム２１を連結先に回動自在に連結する関節機構２２とを備えている。アーム２１の連結先は他のアーム２１である場合や、関節機構２２である場合がある。制御装置１は、ロボットアーム２の関節機構を駆動制御することができる。
　関節機構２２は、連結するアーム２１の軸を中心として当該アーム２１を回転させる第一回転モータ、関節機構２２に連結するアーム２１の軸に直交する直交方向に当該アーム２１を傾ける第二回転モータなどを内蔵して構成される。ロボットアーム２の先端部には物体を把持する把持機構２３などが設けられてよい。そして制御装置１は関節機構２２の各モータと電気的に接続されており、関節機構２２の駆動制御を行う。
　ロボットアーム２は、アーム２１と関節機構２２とからなるユニットを着脱可能に構成されている。ユーザはユニットをロボットアーム２にさらに連結するか、取り外すことによりロボットアーム２の長さを変更可能である。関節機構２２はロボットアーム２に連結されると、制御装置１と通信接続できるように予め電気回路が設けられている。
　図２は制御装置１のハードウェア構成を示す図である。
　この図が示すように制御装置１は、制御部であるＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、ＳＳＤ（Solid State Drive）１０４、通信モジュール１０５等の各ハードウェアを備えたコンピュータである。
　図３は制御装置１と関節機構２２の機能ブロック図である。
　制御装置１のＣＰＵ１０１は電源が投入されると起動し、予め記憶するスケジューリングプログラムを実行する。これにより制御装置１は、第一制御部１０と、第二制御部２０の各機能を発揮する。第一制御部１０は動作モデルを算出する。第二制御部２０は第一制御部１０により生成された動作モデルを用いて関節機構２２を制御する。第一制御部１０は、モデル生成開始検出部１１、動作命令部１２、駆動状態取得部１３、動作モデル算出部１４の各機能を発揮する。
　モデル生成開始検出部１１は、ロボットアーム２の動作モデルの生成の開始を検出する。動作モデルは、複数のアームと当該複数のアームを連結先に回動自在に連結する関節機構とを備えたロボットアームの関節機構への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する前記関節機構の出力値間の関係性を表すデータである。
　動作命令部１２は、所定の動作命令を関節機構のアクチュエータの一態様であるモータ２２１に出力する。
　駆動状態取得部１３は、動作命令に対する動作による関節機構２２の駆動状態をセンサ２２２から取得する。センサは、例えば、トルクセンサ、モータの角度センサ、モータの角速度センサ、荷重センサなどである。
　動作モデル算出部１４は、動作命令と駆動状態とに基づいて各関節機構２２の動作モデルを算出する。
　図４は制御装置の処理フローを示す図である。
　まず、モデル生成開始検出部１１は、動作モデルの生成開始を検出する（ステップＳ１０１）。例えば、ユニットがロボットアーム２に連結されると、モデル生成開始検出部１１は、当該ユニットの連結に基づいて電気信号の導通を検出し、これにより動作モデルの生成開始を検出する。または制御装置１に備わる入力装置をユーザが操作して生成開始を指示し、モデル生成開始検出部１１は、その指示の情報の入力に基づいて動作モデルの生成開始を検出してもよい。モデル生成開始検出部１１は動作命令部１２へ処理開始を指示する。
　動作命令部１２は接続されている複数の関節機構２２のうち、動作命令を出力する関節機構２２を特定する（ステップＳ１０２）。動作命令部１２は、ロボットアーム２の根本の関節機構２２から先端方向で連結される関節機構２２へ向けて順に動作命令を出力する対象の関節機構２２であると特定してもよいし、ロボットアーム２の先端方向で連結される関節機構２２から根本方向に連結された関節機構２２へ向けて順に動作命令を出力する対象の関節機構２２であると特定してもよい。動作命令部１２は、ロボットアーム２において連結順番に関係なく、複数の関節機構２２のうち、動作命令を出力する関節機構２２をランダムに順に特定してもよい。
　動作命令部１２は、特定した関節機構２２へ単位動作命令を出力する（ステップＳ１０３）。単位動作命令は所定の動作単位の命令であってよい。例えばモータを所定のトルクで所定回転角度の駆動をさせ、その後、逆回転させて回転前と同じ位置にモータの角度を戻す駆動制御をするための予め定められた動作命令であってよい。単位動作命令は、電圧値、電流値、電荷時間などで定められてよい。動作命令部１２は単位動作命令を出力すると、駆動状態取得部１３へ取得開始を指示する。
　センサ２２２は単位動作命令によって関節機構２２のモータ２２１が駆動した際のセンシング情報を取得する。センサ２２２はセンシング情報を駆動状態取得部１３へ出力する。駆動状態取得部１３は、センサ２２２からセンシング情報を取得する（ステップＳ１０４）。駆動状態取得部１３はセンシング情報を動作モデル算出部１４へ出力する。
　動作モデル算出部１４は単位動作命令と、センシング情報とを取得する。動作モデル算出部１４は、関節機構２２における入力値である単位動作命令と、出力値であるセンシング情報との関係に基づいて動作モデルを算出する（ステップＳ１０５）。
　動作モデルの算出は公知のシステム同定手法を用いてよい。具体的なシステム同定手法としては、ＭＯＥＳＰ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｏｕｔｐｕｔ－Ｅｒｒｏｒ　Ｓｔａｔｅ　Ｓｐａｃｅ）法やＮ４ＳＩＤ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｌｇｏｉｔｈｍｓ　ｆｏｒ　Ｓｕｂｓｐａｃｅ　Ｓｔａｔｅ　Ｓｐａｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法などの部分空間同定法、ＣＬ－ＭＯＥＳＰ（ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ　ｓｕｂｓｐａｃｅ　ｍｏｄｅｌ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法やＰＢＳＩＤ（Ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ－Ｂａｓｅｄ　Ｓｕｂｓｐａｃｅ　ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法などの閉ループ部分区間同定法、ニューラルネットワークを用いた同定法などを用いてよい。またシステム同定手法としては、線型モデルである最小二乗法や最尤法などを用いてもよい。動作モデル算出部１４は１つの関節機構２２の動作モデルを算出すると、未処理の関節機構２２が存在するかを判定するよう動作命令部１２へ指示する。
　なお動作モデル算出部１４は、取得したセンシング情報に基づいて、関節機構２２の駆動状態を示す他のパラメータを推定し、当該パラメータを出力値として用いて動作モデルを算出してもよい。駆動状態を示す他のパラメータは、例えば、アーム２１の長さ、慣性モーメント、静止摩擦係数、粘性パラメータ、弾性パラメータなどであってよい。
　また動作モデル算出部１４は、取得したセンシング情報に基づいて、連結された関節機構２２の現在の位置からの回転角度や軸の傾きなどの情報（連結状態）を検出し、これらのパラメータを用いて、動作モデルを算出してもよい。
　動作命令部１２は、ロボットアーム２を構成する全て関節機構２２のうち、動作モデルを算出していない関節機構２２があるかを判定する（ステップＳ１０６）。動作命令部１２は、動作モデルを算出していない関節機構２２が有る場合（ステップＳ１０６にてＮＯ）、次の関節機構２２を特定する。そして第一制御部１０はステップＳ１０２以降の処理を繰り返す。これにより動作モデル算出部１４は、ロボットアーム２を構成する全ての関節機構２２の動作モデルを算出する。第一制御部１０は、動作命令部１２が全ての関節機構２２の動作モデルを算出したと判定した場合（ステップＳ１０６にてＹＥＳ）、各関節機構２２の動作モデルのデータを第二制御部２０へ出力する。これにより、動作モデルの算出処理が完了する。
　第二制御部２０は、ロボットアーム２の駆動制御において、関節機構２２を駆動制御する場合、当該駆動対象の関節機構２２の動作モデルを用いて所定の動作をさせるための動作命令を生成し、関節機構２２へ出力する。
　上述の処理によれば、制御装置１は、ロボットアームを構成する関節機構の動作モデルを容易に作成することができる。上述の制御装置１は動作モデル算出装置の一態様である。
　図５は、動作モデル算出装置の他の例を示す図である。
　上述の制御装置１に含まれる第一制御部１０の各機能を備えた動作モデル算出装置２２０は、関節機構２２の内部に設けられてもよい。
　この場合、関節機構２２がロボットアーム２に連結されると、動作モデル算出装置２２０のモデル生成開始検出部が、ロボットアーム２の動作モデルの生成の開始を検出する。そして動作モデル算出装置２２０の動作命令部が、所定の動作命令を関節機構のアクチュエータの一態様であるモータ２２１に出力する。動作モデル算出装置２２０の駆動状態取得部は、動作命令に対する動作による関節機構２２の駆動状態をセンサ２２２から取得する。センサ２２２は、例えば、トルクセンサ、モータの角度センサ、モータの角速度センサ、荷重センサなどである。動作モデル算出装置２２０の動作モデル算出部は、動作命令と駆動状態とに基づいて各関節機構２２の動作モデルを上記と同様に算出する。この場合、動作モデル算出装置２２０の動作モデル算出装置２２０は、生成した動作モデルを制御装置１へ出力する。制御装置１の第二制御部２０は、関節機構２２の動作モデル算出装置２２０から取得した動作モデルを用いて、関節機構２２を駆動制御する。
　なお上述の処理ではロボットアーム２の関節機構の動作モデルを算出しているが、制御装置１は、ロボットアーム２以外のロボットの駆動装置の動作モデルを算出してもよい。
　この場合、制御装置１は、駆動装置を備えたロボットの駆動装置に対する入力値と当該入力値の入力に基づく駆動装置の出力値との関係性を表す動作モデルの生成の開始を検出し、その後、所定の単位動作命令を駆動装置に出力し、単位動作命令に対する動作による駆動装置の駆動状態を取得し、単位動作命令と駆動状態とに基づいて動作モデルを算出する。
　図６は、図３、または、図５等を参照しながら上述したような制御装置が有している構成を示す図である。
　図７は、最小構成の制御装置による処理フローを示す図である。
　制御装置１は、複数のアームと当該複数のアームを連結先に回動自在に連結する関節機構とを備えたロボットアーム２に接続され、動作命令部１２、駆動状態取得部１３、動作モデル算出部１４を備える。
　動作命令部１２は、所定の単位動作命令を駆動装置に出力する（ステップＳ２０１）。
　駆動状態取得部１３は、単位動作命令に対する動作による駆動装置の駆動状態を取得する（ステップＳ２０２）。
　動作モデル算出部１４は、単位動作命令と駆動状態とに基づいて、関節機構への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する関節機構の出力値間の関係性を表す動作モデルを算出する（ステップＳ２０３）。
　図６を参照しながら上述したような制御装置１は、図３、または、図５等を参照しながら上述したような制御装置が有する機能と同様な機能を用いて実現することができる。
　図６で示す制御装置１は、動作モデル算出を行うための装置であるため、動作モデル算出装置の一態様である。
　上述の制御装置１は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
　また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
　以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
１・・・制御装置（動作モデル算出装置）
１０・・・第一制御部
１１・・・モデル生成開始検出部（検出手段）
１２・・・動作命令部（命令手段）
１３・・・駆動状態取得部（取得手段）
１４・・・動作モデル算出部（算出手段）
２・・・ロボットアーム
２１・・・アーム
２２・・・関節機構

Claims (10)

  1. 　複数のアームと当該複数のアームを連結先に回動自在に連結する関節機構とを備えたロボットアームに接続され、
    　所定の動作命令を前記関節機構に出力する命令手段と、
    　前記動作命令に対する動作による前記関節機構の駆動状態を取得する取得手段と、
    　前記動作命令と前記駆動状態とに基づいて、前記関節機構への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する前記関節機構の出力値間の関係性を表す動作モデルを算出する算出手段と、
    　を備える動作モデル算出装置。
  2. 　前記命令手段は、前記ロボットアームに設けられた複数の前記関節機構それぞれに前記動作命令を順に出力し、
    　前記取得手段は、前記複数の関節機構それぞれの前記動作命令に対する動作による前記駆動状態を順に取得し、
    　前記算出手段は、前記複数の関節機構それぞれの前記動作モデルを算出する
    　請求項１に記載の動作モデル算出装置。
  3. 　前記ロボットアームの前記関節機構に備わる前記駆動状態をセンシングするセンサと通信接続し、
    　前記取得手段は、新たに前記ロボットアームに連結された前記関節機構の前記動作モデルを算出する
    　請求項１または請求項２に記載の動作モデル算出装置。
  4. 　前記動作モデルの生成の開始を検出する検出手段
    　をさらに備える請求項１から請求項３の何れか一項に記載の動作モデル算出装置。
  5. 　請求項１から請求項４の何れか一項に記載の動作モデル算出装置を備えた制御装置。
  6. 　請求項１から請求項４の何れか一項に記載の動作モデル算出装置を備えた関節機構。
  7. 　前記ロボットアームにおいて前記関節機構が着脱可能に構成され、
    　前記算出手段は、前記複数の関節機構のうちの少なくとも一つの関節機構の連結後、または取り外し後に、前記ロボットアームの前記関節機構の動作モデルを算出する
    　請求項６に記載の関節機構。
  8. 　駆動装置を備えたロボットに接続され、
    　所定の動作命令を前記駆動装置に出力する命令手段と、
    　前記動作命令に対する動作による前記駆動装置の駆動状態を取得する取得手段と、
    　前記動作命令と前記駆動状態とに基づいて、前記駆動装置への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する前記駆動装置の出力値間の関係性を表す動作モデルを算出する算出手段と、
    　を備える動作モデル算出装置。
  9. 　複数のアームと当該複数のアームを連結先に回動自在に連結する関節機構とを備えたロボットアームに接続される装置において、
    　所定の動作命令を前記関節機構に出力し、
    　前記動作命令に対する動作による前記関節機構の駆動状態を取得し、
    　前記動作命令と前記駆動状態とに基づいて、前記関節機構への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する前記関節機構の出力値間の関係性を表す動作モデルを算出する
    　動作モデル算出方法。
  10. 　複数のアームと当該複数のアームを連結先に回動自在に連結する関節機構とを備えたロボットアームに接続される装置に、
    　所定の動作命令を前記関節機構に出力する命令機能と、
    　前記動作命令に対する動作による前記関節機構の駆動状態を取得する取得機能と、
    　前記動作命令と前記駆動状態とに基づいて、前記関節機構への入力を表す入力値、及び、当該入力に対する前記関節機構の出力値間の関係性を表す動作モデルを算出する算出機能と、
    　を実現させるプログラムが記録された記録媒体。
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