JPH0457688A - 慣性系におけるロボットの制御装置 - Google Patents

慣性系におけるロボットの制御装置

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JPH0457688A
JPH0457688A JP2170571A JP17057190A JPH0457688A JP H0457688 A JPH0457688 A JP H0457688A JP 2170571 A JP2170571 A JP 2170571A JP 17057190 A JP17057190 A JP 17057190A JP H0457688 A JPH0457688 A JP H0457688A
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清 五百井
Osamu Noro
治 野呂
Osatake Miki
三木 修武
Takashi Katsuragawa
敬史 桂川
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    • B25J9/16Program controls
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、重力が作用しない宇宙および海中などの慣性
空間すなわち慣性系におけるロボットの制御装置に関し
、もつと訂し、くは、宇宙や海中などで浮遊しながらロ
ボットのアームを用いて作業を行うロボツ]・の制御装
置に関する。
従来の技術 浮遊するロボットアームの手先を作業座標系(慣性座標
系〉の目標軌道に追従させる場合、アームの動く反力で
ロボット本体も動いてしまうため、正確な追従が難しく
問題になっていた。
そこで、ロボット本体を含む全体系の力学的挙動を考慮
した速度指令の生成法(1”−ffl化ヤコビ行列を用
いた宇宙用ロボットマニピュレータの分解速度制御j梅
谷、吉1)日本1′1ボッ]〜学会誌Vo1.7 NO
,4PP、63−73.1(789年)が提案された。
この手法は、速度制御であるため、「1標位置・姿勢の
指令の生成の仕方に問題が残り、さらに、速度指令を生
成する方法にロボツ■・アーム個々の質量特性、質量中
心、慣性テンソルの計カニ等の膨大な演算を含み、パラ
メータ変動に弱い。
さらに、ロボット本体に推進アクチュエータを付加し、
たり、トルカを付加したりしてロボット本体が反力で動
くのを抑え、制御する手法が提案された(たとえばr 
On 1.he Dynamics ofManipu
lators  in  5pace  llsing
 the  VirtualManipulator 
^pproachJZ、Vafa、S、Dubowsk
y:proc。
IEEE  Int、Conf、on  Roboti
cs&Δutomation  PP、579−585
 (1987) 、および’ Experiments
 on theControl of a 5atel
lite Manipulator」+1.L  ^1
exander、R,11,Cannon  Proc
、Material(andlinHRe5earch
 Focus、Georgin  In5titute
 orTechnology PP、1− 、(198
6) ) 、この手法は、ロボット本体に何らかの推進
力発生手段またはl・ルカを必要とし、エネルギ消費の
観点から得策ではない。
また、手先のセンサで接近すべき対象の相対位置、相対
速度を計測し、これをフィードバックして制御する手法
も考案された(たとえば「宇宙用マニピュレータのセン
サフィードバック制御」升谷、宮崎、有本 第5回日本
ロボット学会学術講演前刷集PP、245−248.1
987年)。この手法は、目標対象物が必要でさらに、
何らかの認識マーカのようなものが必要となるため、ま
わりに何も存在しないようなところで、アームの手先を
目標どおり動かずことはできない。
発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、簡単な構成によって、アームを、作業
を行う慣性空間で正確に位置決めして駆動することがで
きるようにした慣性系におけるロボットの制御装置を提
供することである。
課題を解決するだめの手段 本発明は、ロボット本体にアームを設け、アームを駆動
するロボットと、 アームの慣性系における絶対座標系での目標値を設定す
る目標値設定手段と、 ロボット本体のロボット座標系での速度または加速度を
検出する手段と、 目標値設定手段および検出手段からの各出力に応答し、
目標値を、検出された速度または加速度によって補正し
、その補正された値によってロボットのアームを駆動さ
せる制御手段とを含むことを特徴とする慣性系における
ロボットの制御装置である。
作  用 本発明に従えば、ロボット本体にそのロボット本体のロ
ボット座標系での速度または加速度を検出する検出手段
を搭載し、この検出出力によって、目標値設定手段から
の絶対座標系におけるアームの目標値に重畳して補正し
、これによって慣性系におけるアームの修正軌道を生成
する。これによってロボット本体が慣性系において浮遊
して変位したときにおいても、アームを希望する目標値
に正確にもたらすことが可能になる。
実施例 第1図は本発明の一実施例の全体の構成を示すブロック
図であり、第2図はそのロボットの党略化した斜視図で
ある0重力が作用しない宇宙および海中などの慣性系に
おいて、ロボッ1〜1が浮遊している。このロボット1
は、ロボット本体2と、複数(たとえば6)の自由度を
有するアーム3を備え、その作業端4によって慣性系で
の作業を行うことができる。このロボット本体2には加
速度を検出する検出手段14が設けられる。
マイクロコンピュータなどによって実現される処理回&
@6では、ロボット本体2が動かないと仮定したときに
おける慣性系における絶対座標系での指令位置XC1指
令速度xcおよび指令加速度xcを表す信号を導出し、
加算回路8〜10を経てサーボコントローラ11に与え
る。このサーボコントローラ11によってロボツl−1
のアーム3の駆動手段が駆動される。ロボット本体2に
固定された座標系におけるアーム3の作業端4の現在位
lxは、アーム3の各関節の位置検出器の値と、アーム
3を構成するリンク長から計算される。また、アーム3
の作業端4の現在速度Xも、アーム3の各関節の速度検
出器あるいは位置検出器の擬似微分を使用することで、
リンク長から計算される。演算回路12は、アーム3の
各関節の速度からロボット本体2に固定された座標系の
アーム3の作業端4の現在速度Xを生成し、演算回路1
3はアーム3の各関節位置からロボット本体2に固定さ
れた座標系のアーム3の作業端4の現在位置Xを生成す
るもので、一般の固定型産業用ロボツトの座標変換演算
と同じものでよい。第1図においてθ θは、アーム3
の各関節の変位、速度を示している。現在速度Xおよび
現在位置Xを表す信号は、サーボコントローラ11に与
えられ、こうしてアーム3の作業端4は加算回路8,9
.10から与えられる目標値になるように負帰還制御さ
れる。
ロボット本体2には、本発明に従う加速度検出手段14
が取付けられる。この検出手段14はロボット本体2の
ロボット座標系での加速度を検出する。
検出手段14によって検出されたロボット座標系におけ
る加速度xsは、演算回路15から座標変換演算回路1
6に与えられ、ロボット座標系から絶対座標系(慣性座
標系)に座標変換され、その座標変換されたロボット本
体2の変位量ΔXC1速度Δxcおよび加速度Δxcが
導出されて加算回路8.9.10にそれぞれ与えられて
加算される。
第3図は、加速度検出手段14に関連する具体的な構成
を示すフロック図である。この加速度検出手段14から
の検出された加速度xsは演算回路15の積分手段17
によって積分されてロボット本体2の速度xsが求めら
れ、さらに積分手段18によって変位量xsが求められ
る。この加速度検出手段14によって検出される加速度
xsおよびそれに基づく速度xsおよび変位量xsは、
ロボット座標系の各値であり、前述のように座標変換演
算回路16では、慣性系での絶対座標系の各変位量ΔX
C1速度Δxcおよび加速度Δxcが求められる。
本発明の他の実施例として、第4図に示されるようにロ
ボット本体2の速度を検出する検出手段18が設けられ
てもよい。このとき、速度検出手段18によって検出さ
れたロボット座標系での速度xsは、積分回路19にお
いて積分されてロボット座標系における変位量xsが求
められる。このようなロボット座標系における各値xs
およびxsは座標変換演算回路19に与えられ、慣性系
の絶対座標系における変位1Δxcおよび速度Δxcが
得られ、加算回路8.9に与えられる。この実施例では
、加算回路10は省略され、指令加速度xcは発生され
ない。
第5(2Iは、本件発明者の実験結果を示す図である。
ロボツ+−iはロボット本体2に3自由度のアーム3が
設(〕られ、このアーム3によってその作業端4を用い
て円を措くときの各時刻毎の状態が示されている。その
作業端4を用いて描いた円は第6図の参照符20で示さ
れている。慣性系における手首4の目標値である目標軌
道は参照符21で示されている。これによって本発明に
よれば、慣性系において、目標軌道にごく近似して作業
端4を移動することができることが理解される。
これに対して第7図に示される比較例では、ロボット本
体2aにアーム3aが設けられ、ロボッ)・本体2aに
は検出手段14または18が設けられておらず、このと
き作業端4は第6図の慣性系の目標軌道21に対して参
照符22で示す大略的に楕円形の起動を描き、したがっ
て目標軌道21から大きくずれてしまうことがわかる。
発明の効果 以上のように本発明によれば、ロボット本体がロボット
座標系において浮遊している状態で、そのロボット本体
の速度または加速度を検出し、この検出出力によって、
慣性系での絶対座標系におけるアームの目標値を補正し
てアームの修正軌道を生成するようにしたので、アーム
を目標値に正確にもたらすことが可能となる。
また本発明によれば、前述の先行技術に関連して述べた
目標対象物、すなわちマーカがなくても、アームを目標
軌道とおりに動かずことができ、さらに、ロボット本体
に推進力を発生ずる手段およびトルクを発生する手段な
どを必要としない。すなわちロボット本体に搭載した検
出手段によってロボット本体の速度または加速度を検出
し、一方、ロボット本体が動かないと仮定して生成した
アームの目標値である軌道指令に足込んで補正を行うだ
けで、アームの正確な軌道制御を可能とすることができ
る。したがってロボットのアームの個別的な物理定数な
どを正確に同定する必要が全くなく、またアームのパラ
メータが変動しても、本発明ては、何等の変更を行う必
要なく、アームを希望する目標値にもたらすことができ
る。
したがって本発明では目標対象物、すなわちマーカが不
要であるので環境に左右されず、目標値にもたらすこと
ができ、あるいは目標軌道を辿らせることができ、また
ロボット本体の推進力を得るための手段およびトルクを
発生するトルカなどの1段が不要であるので省エネルギ
ー効果か大きく、さらにまた各アーム毎の物理定数であ
る物理パラメータの同定と演算が不要となるので、その
演算を行うコンピュータなどの処理手段の負担を1滅す
ることができ、ロバスト性が向上される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の全体のブロック図、第2図
はロボット1の簡略化した斜視図、第3図は加速度検出
手段14に関連する構成を示すブロック図、第4図は本
発明の他の実施例の速度系18に関連する構成を示すブ
ロック図、第5図は本件発明者の実験結果を示す簡略化
したロボット1を示す図、第6図は本件発明者の実験結
果を示す図、第7図は比較例のロボット1aを示す簡略
化した図である。 1・・ロボット、2・ ロボット本体、3・アーム、4
・・作業端、6・・・処理回路、8.9.10・・加算
回路、11・・・サーホ゛コントローラ、12.1.3
・・演算回路、14・・・加速度検出手段、15・・演
算回路、16・・・座標変換演算回路、18・・・速度
検出手段、19・・・座標変換演算手段 代理人  弁理士 西教 圭一部 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ロボット本体にアームを設け、アームを駆動するロボッ
    トと、 アームの慣性系における絶対座標系での目標値を設定す
    る目標値設定手段と、 ロボット本体のロボット座標系での速度または加速度を
    検出する手段と、 目標値設定手段および検出手段からの各出力に応答し、
    目標値を、検出された速度または加速度によつて補正し
    、その補正された値によつてロボットのアームを駆動さ
    せる制御手段とを含むことを特徴とする慣性系における
    ロボットの制御装置。
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