JPH0675835B2 - マニピュレータ及びその制御方法 - Google Patents
マニピュレータ及びその制御方法Info
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- JPH0675835B2 JPH0675835B2 JP1080032A JP8003289A JPH0675835B2 JP H0675835 B2 JPH0675835 B2 JP H0675835B2 JP 1080032 A JP1080032 A JP 1080032A JP 8003289 A JP8003289 A JP 8003289A JP H0675835 B2 JPH0675835 B2 JP H0675835B2
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- manipulator
- joint
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- brakes
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Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 16
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 18
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
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- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はｎ自由度のマニピュレータアームの位置制御
をするための技術に関するものである。人間の手作業代
行のため、多自由度のリンクからなるアームを有するロ
ボットが開発され、人間の行う巧みな動作を実現するた
め、位置制御が行なわれている。
をするための技術に関するものである。人間の手作業代
行のため、多自由度のリンクからなるアームを有するロ
ボットが開発され、人間の行う巧みな動作を実現するた
め、位置制御が行なわれている。
［従来の技術］ マニピュレータの最も基本的なハードウェア上の構成
は、リンク機構の各関節に対しその関節を駆動する１個
のアクチュエータとその関節の回転の検出するセンサが
対応するものである。従ってマニピュレータは通常各関
節で実質的に独立の位置決め能力を持ち、マニピュレー
タの自由度とアクチュエータの個数は一致する。自由度
の数に比べて、アクチュエータの数を減らすことを目的
としてアクチュエータ数より多い自由度を制御する種々
の手法が提案されているが、差動機構と対象物の拘束に
よる方法や、関節間に動力伝達機構を設ける方法等、機
構に依存するものが中心である。
は、リンク機構の各関節に対しその関節を駆動する１個
のアクチュエータとその関節の回転の検出するセンサが
対応するものである。従ってマニピュレータは通常各関
節で実質的に独立の位置決め能力を持ち、マニピュレー
タの自由度とアクチュエータの個数は一致する。自由度
の数に比べて、アクチュエータの数を減らすことを目的
としてアクチュエータ数より多い自由度を制御する種々
の手法が提案されているが、差動機構と対象物の拘束に
よる方法や、関節間に動力伝達機構を設ける方法等、機
構に依存するものが中心である。
しかし、機構に依存する上記従来の方法はマニピュレー
タの構造を複雑にし、これにともなって、価格が高価に
なりかつマニピュレータの重量を大きくするので、大き
な駆動エネルギーを必要とする。
タの構造を複雑にし、これにともなって、価格が高価に
なりかつマニピュレータの重量を大きくするので、大き
な駆動エネルギーを必要とする。
この点を解決するために、本件発明の発明者は先に新た
なマニピュレータを提案した（昭和63年特許願第80079
号）。この新たに提案されたマニピュレータはｎ自由度
のマニピュレータであって、ｎ個の関節部を有し、前記
ｎ個の関節部のうちのｋ個の関節部にアクチュエータを
備え、残りｎ−ｋ個（ｋ≧ｎ−ｋ）の関節部に保持ブレ
ーキを備えていることを特徴としており、マニピュレー
タ関節のアクチュエータ類を減少させる顕著な効果を発
揮するものである。
なマニピュレータを提案した（昭和63年特許願第80079
号）。この新たに提案されたマニピュレータはｎ自由度
のマニピュレータであって、ｎ個の関節部を有し、前記
ｎ個の関節部のうちのｋ個の関節部にアクチュエータを
備え、残りｎ−ｋ個（ｋ≧ｎ−ｋ）の関節部に保持ブレ
ーキを備えていることを特徴としており、マニピュレー
タ関節のアクチュエータ類を減少させる顕著な効果を発
揮するものである。
［発明が解決しようとする課題］ しかし上記発明は関節の数ｎとアクチュエータの数ｋと
の間に（ｋ≧ｎ−ｋ）のブレーキを備えるという制約が
あったので、これがアクチュエータ等の減少の制約とな
っている。
の間に（ｋ≧ｎ−ｋ）のブレーキを備えるという制約が
あったので、これがアクチュエータ等の減少の制約とな
っている。
本件発明では上記の制約をなくすことによりマニピュレ
ータ関節のアクチュエータ類をより一層減少させ、大幅
なコストダウンを可能にし、また関節を軽量化すること
が可能であり、アクチュエータの小型化、省エネルギー
化を可能とするマニピュレータ及びその制御方法を提供
することを目的とするものである。
ータ関節のアクチュエータ類をより一層減少させ、大幅
なコストダウンを可能にし、また関節を軽量化すること
が可能であり、アクチュエータの小型化、省エネルギー
化を可能とするマニピュレータ及びその制御方法を提供
することを目的とするものである。
［課題を解決するための手段］ 以下では関節を回転関節として述べるが、直動関節につ
いても全く同様に適用できる。
いても全く同様に適用できる。
この目的に対応して、この発明のマニピュレータは、ｎ
自由度のマニピュレータであって、ｎ個の関節部を有
し、前記ｎ個の関節部のうちのｋ個の関節部にアクチュ
エータを備え、残りｎ−ｋ個（ｋ＜ｎ−ｋ）の関節部に
保持ブレーキを備えていることを特徴としている。
自由度のマニピュレータであって、ｎ個の関節部を有
し、前記ｎ個の関節部のうちのｋ個の関節部にアクチュ
エータを備え、残りｎ−ｋ個（ｋ＜ｎ−ｋ）の関節部に
保持ブレーキを備えていることを特徴としている。
また、この発明のマニピュレータの制御方法は、ｎ自由
度のマニピュレータであって、ｎ個の関節部を有し、前
記ｎ個の関節部のうちのｋ個の関節部にアクチュエータ
を備え、残りｎ−ｋ個の関節部に保持ブレーキを備える
マニピュレータの操縦方法であって、前記保持ブレーキ
を備えた関節部のうちｍ個（ｍ≦ｋ）の関節部の保持ブ
レーキを解放し、残りｎ−ｋ−ｍ個の関節部の保持ブレ
ーキを作動した状態で関節間の動力学的干渉によりアク
チュエータを有する関節のトルクまたは力によって前記
ｍ個のブレーキを解放した関節に角加速度または加速度
を発生させて前記ブレーキを解放した関節の角度または
変位を制御し、前記手順を少なくとも２回以上行ってｎ
−ｋ個の保持ブレーキを備えた関節の角度または変位を
制御し、前記保持ブレーキを全て作動した状態ではアク
チュエータを有する関節の角度または前記アクチュエー
タにより制御することを特徴としている。
度のマニピュレータであって、ｎ個の関節部を有し、前
記ｎ個の関節部のうちのｋ個の関節部にアクチュエータ
を備え、残りｎ−ｋ個の関節部に保持ブレーキを備える
マニピュレータの操縦方法であって、前記保持ブレーキ
を備えた関節部のうちｍ個（ｍ≦ｋ）の関節部の保持ブ
レーキを解放し、残りｎ−ｋ−ｍ個の関節部の保持ブレ
ーキを作動した状態で関節間の動力学的干渉によりアク
チュエータを有する関節のトルクまたは力によって前記
ｍ個のブレーキを解放した関節に角加速度または加速度
を発生させて前記ブレーキを解放した関節の角度または
変位を制御し、前記手順を少なくとも２回以上行ってｎ
−ｋ個の保持ブレーキを備えた関節の角度または変位を
制御し、前記保持ブレーキを全て作動した状態ではアク
チュエータを有する関節の角度または前記アクチュエー
タにより制御することを特徴としている。
［作用］ この発明のマニピュレータ及びマニピュレータの制御方
法では、ｋ個のアクチュエータのトルクによって（ｎ−
ｋ）個の保持ブレーキのうちｍ個を解放した状態で保持
ブレーキのみのｍ個の関節を含むｋ個の関節の角度を制
御し、前記手順を少なくとも一回以上反復して保持ブレ
ーキのみの（ｎ−ｋ）個の関節の角度を制御し、保持ブ
レーキを全て作動させた状態でアクチュエータを備えた
ｋ個の関節の角度を制御し、これによってマニピュレー
タの手先を任意の点から任意の点に移動させることがで
きる。
法では、ｋ個のアクチュエータのトルクによって（ｎ−
ｋ）個の保持ブレーキのうちｍ個を解放した状態で保持
ブレーキのみのｍ個の関節を含むｋ個の関節の角度を制
御し、前記手順を少なくとも一回以上反復して保持ブレ
ーキのみの（ｎ−ｋ）個の関節の角度を制御し、保持ブ
レーキを全て作動させた状態でアクチュエータを備えた
ｋ個の関節の角度を制御し、これによってマニピュレー
タの手先を任意の点から任意の点に移動させることがで
きる。
［実施例］ 以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
明する。
マニピュレータの力学系が通常持っている非線形性・干
渉性は各関節上に構成されたサーボ機構に対して外乱と
して働く。この外乱トルクを補償することがマニピュレ
ータの制御における主要な問題の一つとなっている。と
ころが外乱トルクが発生するということは、他の関節の
運動によって、それ自身はトルク発生能力を持たない関
節の運動を引き起こすことができるということである。
渉性は各関節上に構成されたサーボ機構に対して外乱と
して働く。この外乱トルクを補償することがマニピュレ
ータの制御における主要な問題の一つとなっている。と
ころが外乱トルクが発生するということは、他の関節の
運動によって、それ自身はトルク発生能力を持たない関
節の運動を引き起こすことができるということである。
この発明はアクチュエータを持たない非駆動関節を有す
るマニピュレータを、このような動力学的干渉性を利用
して制御する技術に関するものである。
るマニピュレータを、このような動力学的干渉性を利用
して制御する技術に関するものである。
まず、原理を説明する。
第１図において、１はマニピュレータである。マニピュ
レータ１は複数のリンクｌ｛l1，l2…ln｝を関節Ｃ
｛C1，C2…Cn｝で連結したｎ自由度をなしている。先端
のリンクlnはハンド２となっている。複数の関節Ｃ｛C1
〜Cn｝のうち、任意のｋ個の関節Ｃ｛C1…Ci…｝にはア
クチュエータＡ｛A1…Aj…Ak｝が備えられており、残余
の（ｎ−ｋ）個の関節Ｃ｛C2…Cn｝には保持ブレーキＢ
｛B1…Bn-k｝が備えられている。
レータ１は複数のリンクｌ｛l1，l2…ln｝を関節Ｃ
｛C1，C2…Cn｝で連結したｎ自由度をなしている。先端
のリンクlnはハンド２となっている。複数の関節Ｃ｛C1
〜Cn｝のうち、任意のｋ個の関節Ｃ｛C1…Ci…｝にはア
クチュエータＡ｛A1…Aj…Ak｝が備えられており、残余
の（ｎ−ｋ）個の関節Ｃ｛C2…Cn｝には保持ブレーキＢ
｛B1…Bn-k｝が備えられている。
アクチュエータＡはそれぞれ隣り合うリンクを駆動して
相対位置、相対角速度、相対角加速度を制御可能であ
る。
相対位置、相対角速度、相対角加速度を制御可能であ
る。
保持ブレーキＢはそれぞれ隣り合うリンクの動きを固
定、解放可能である。
定、解放可能である。
ｎ自由度のマニピュレータを制御対象とする。そのうち
ｋ自由度の関節は通常のマニピュレータ同様、アクチュ
エータＡと角度センサで構成される能動関節とし、残り
ｎ−ｋ自由度はアクチュエータを持たずに保持ブレーキ
Ｂと角度センサのみからなる非駆動関節とする（Ｏ＜ｋ
＜ｎ）。非駆動関節は、保持ブレーキOFFの状態では自
由に回転することができる。また、保持ブレーキをONに
すると非駆動関節はその角度で固定される。
ｋ自由度の関節は通常のマニピュレータ同様、アクチュ
エータＡと角度センサで構成される能動関節とし、残り
ｎ−ｋ自由度はアクチュエータを持たずに保持ブレーキ
Ｂと角度センサのみからなる非駆動関節とする（Ｏ＜ｋ
＜ｎ）。非駆動関節は、保持ブレーキOFFの状態では自
由に回転することができる。また、保持ブレーキをONに
すると非駆動関節はその角度で固定される。
非駆動関節の保持ブレーキをOFFにすると、能動関節の
運動に伴って発生する干渉トルクによって、間接的にそ
の非駆動関節が制御できる。また、保持ブレーキをONに
すると、その非駆動関節に影響を与えることなく他の関
節の角度を制御できる。更に、すべての非駆動関節の保
持ブレーキをONにして固定すれば、通常のマニピュレー
タと同様に能動関節が制御できる。これらの制御モード
を組合せ、制御を行う関節を順次切換えてマニピュレー
タ全体の位置・姿勢を制御する。
運動に伴って発生する干渉トルクによって、間接的にそ
の非駆動関節が制御できる。また、保持ブレーキをONに
すると、その非駆動関節に影響を与えることなく他の関
節の角度を制御できる。更に、すべての非駆動関節の保
持ブレーキをONにして固定すれば、通常のマニピュレー
タと同様に能動関節が制御できる。これらの制御モード
を組合せ、制御を行う関節を順次切換えてマニピュレー
タ全体の位置・姿勢を制御する。
マニピュレータの運動方程式は、 Ｍ（ｑ）＋ｂ（q,）＝ｕ (1) と表される。但し、 ｂ（q,）＝ｈ（q,）＋Γ＋ｇ（ｑ） ｑ∈Rnは関節角度ベクトル、ｕ∈Rnは関節トルクベクト
ル、ｇ（ｑ）∈Rnは重力項、 ｈ（q,）∈Rnはコリオリ・遠心力項、 Ｍ（ｑ）∈Rn×nは慣性行列、Γ∈Rn×nは粘性摩擦行列
を表す。
ル、ｇ（ｑ）∈Rnは重力項、 ｈ（q,）∈Rnはコリオリ・遠心力項、 Ｍ（ｑ）∈Rn×nは慣性行列、Γ∈Rn×nは粘性摩擦行列
を表す。
ここでｑの要素のうち任意のｋ個の関節角を選んでψ∈
Rkとおく、そのうちで非駆動関節はｍ個であるとする
（Ｏ≦ｍ≦ｋ）。するとｋ個の能動関節のうちでその中
に含まれない関節の数もｍ個になり、その角度をφ∈Rm
とおくと、ψ，φに含まれない残りｎ−ｋ−ｍ個の関節
は全て非駆動関節であり、その角度をθ∈Rn-k-mとお
く。また、ｋ個の能動関節のトルクをτ∈Rkとおく。ψ
に属する非駆動関節のブレーキはOFF、θに属する非駆
動関節のブレーキはONにする。ブレーキOFFの非駆動関
節のブレーキトルクはゼロとおける。ブレーキONの非駆
動関節のブレーキトルクをνとおく。q,uの要素の順序
を並べかえ、新たに、 とする。θに属する非駆動関節は固定されているから
＝Ｏである。
Rkとおく、そのうちで非駆動関節はｍ個であるとする
（Ｏ≦ｍ≦ｋ）。するとｋ個の能動関節のうちでその中
に含まれない関節の数もｍ個になり、その角度をφ∈Rm
とおくと、ψ，φに含まれない残りｎ−ｋ−ｍ個の関節
は全て非駆動関節であり、その角度をθ∈Rn-k-mとお
く。また、ｋ個の能動関節のトルクをτ∈Rkとおく。ψ
に属する非駆動関節のブレーキはOFF、θに属する非駆
動関節のブレーキはONにする。ブレーキOFFの非駆動関
節のブレーキトルクはゼロとおける。ブレーキONの非駆
動関節のブレーキトルクをνとおく。q,uの要素の順序
を並べかえ、新たに、 とする。θに属する非駆動関節は固定されているから
＝Ｏである。
Ｍ（ｑ）,b（q,）もそれに対応して並べかえ、次のよ
うに区分する。
うに区分する。
(2)，(3)を(1)に代入すると、 M11＋M12＋b1（q,）−τ＝Ｏ （4a） M21＋M22＋b2（q,）＝Ｏ （4b） M31＋M32＋b3（q,）−ν＝Ｏ （4c） (4a)，(4b)の（q,）に各関節で計測された関節角及び
角速度の現在値を代入すると、 b1（q,），b2（q,）及びM11，M12，M21，M22が求め
られる。更に角加速度に目標値（＝d）を与える
と、（4b）はに関する連立１次方程式とみなせる。係
数行列M21はφとψとの間の動力学的干渉を表わし、マ
ニピュレータの構造や質量分布に依存する。M21が正則
ならば（4b）は一意に解くことができて、 ＝−M21 -1M22 d−M21 -1b2（q,） (5) (5)に(4a)を代入すると、 τ＝（M21−M11M21 -1M22）d ＋b1（q,） −M11M21 -1b2（q,） (6) こうして求められたトルクτを能動関節において発生す
れば、角加速度，dが得られる。すなわち、ｋ個の
能動関節のトルクによって、ｍ個の非駆動関節を含むｋ
個の関節の角加速度を任意に決定することができる。ｍ
個の能動関節の角加速度はｄによって決定され、任
意に与えることはできない。またｎ−ｋ−ｍ個の非駆動
関節の角速度，角加速度は０である。しかし角加速
度を制御するｋ個の関節の割当てを、ブレーキのON/OFF
によって順次切換えてゆけば、最終的にはすべての関節
の角度が制御できる。（非駆動関節の保持ブレーキを全
てONにして非駆動関節を完全に固定した状態はｍ＝０に
相当し、通常のマニピュレータと同様に能動関節が制御
できる。） ＜制御アルゴリズム＞ マニピュレータの位置・姿勢を制御する場合、ブレーキ
ON/OFFによる制御モードの組合せ方によって、無数の制
御アルゴリズムが考えられる。まずその一例として、ｍ
＝ｎ−ｋ（≦ｋ）の場合の任意の２点間のPTP制御を考
える。この場合全ての非駆動関節のブレーキを同時にON
/OFFする。
角速度の現在値を代入すると、 b1（q,），b2（q,）及びM11，M12，M21，M22が求め
られる。更に角加速度に目標値（＝d）を与える
と、（4b）はに関する連立１次方程式とみなせる。係
数行列M21はφとψとの間の動力学的干渉を表わし、マ
ニピュレータの構造や質量分布に依存する。M21が正則
ならば（4b）は一意に解くことができて、 ＝−M21 -1M22 d−M21 -1b2（q,） (5) (5)に(4a)を代入すると、 τ＝（M21−M11M21 -1M22）d ＋b1（q,） −M11M21 -1b2（q,） (6) こうして求められたトルクτを能動関節において発生す
れば、角加速度，dが得られる。すなわち、ｋ個の
能動関節のトルクによって、ｍ個の非駆動関節を含むｋ
個の関節の角加速度を任意に決定することができる。ｍ
個の能動関節の角加速度はｄによって決定され、任
意に与えることはできない。またｎ−ｋ−ｍ個の非駆動
関節の角速度，角加速度は０である。しかし角加速
度を制御するｋ個の関節の割当てを、ブレーキのON/OFF
によって順次切換えてゆけば、最終的にはすべての関節
の角度が制御できる。（非駆動関節の保持ブレーキを全
てONにして非駆動関節を完全に固定した状態はｍ＝０に
相当し、通常のマニピュレータと同様に能動関節が制御
できる。） ＜制御アルゴリズム＞ マニピュレータの位置・姿勢を制御する場合、ブレーキ
ON/OFFによる制御モードの組合せ方によって、無数の制
御アルゴリズムが考えられる。まずその一例として、ｍ
＝ｎ−ｋ（≦ｋ）の場合の任意の２点間のPTP制御を考
える。この場合全ての非駆動関節のブレーキを同時にON
/OFFする。
ブレーキOFFにおいて非駆動関節を制御し、ブレーキON
において能動関節を制御するから、マニピュレータの全
関節を目標角度に設定するには最低１回のモード切替が
必要である。一方ブレーキOFFにおいて非駆動関節と能
動関節を正確な目標角度まで同時に動かすことは困難で
あると考えられる。そこで制御を行う順番としては、ま
ずブレーキOFFで非駆動関節を位置決めし、しかるのち
にブレーキONで残りの能動関節に位置決めを行う方が有
利である。
において能動関節を制御するから、マニピュレータの全
関節を目標角度に設定するには最低１回のモード切替が
必要である。一方ブレーキOFFにおいて非駆動関節と能
動関節を正確な目標角度まで同時に動かすことは困難で
あると考えられる。そこで制御を行う順番としては、ま
ずブレーキOFFで非駆動関節を位置決めし、しかるのち
にブレーキONで残りの能動関節に位置決めを行う方が有
利である。
これだけでもPTP制御は可能であるが、制御をより容易
にするため、最初にブレーキONの区間をつけ加え、そこ
で能動関節による初期加速を行う。リンク機構に運動エ
ネルギーを与えて、ブレーキOFFの区間で非駆動関節が
動きやすくし、能動関節の無駄な動きを小さく抑える。
にするため、最初にブレーキONの区間をつけ加え、そこ
で能動関節による初期加速を行う。リンク機構に運動エ
ネルギーを与えて、ブレーキOFFの区間で非駆動関節が
動きやすくし、能動関節の無駄な動きを小さく抑える。
従って２点間を結ぶ軌道を次の３つの区間にわけて制御
を行う（第２図）。
を行う（第２図）。
I.ψ軸保持区間（T0≦ｔ＜T1，ブレーキON） II.ψ軸解放区間（T1≦ｔ＜T2，ブレーキOFF） III.ψ軸保持区間（T2≦ｔ＜T3，ブレーキON） IIにおいて非駆動関節を含むｋ個の目標軌道に沿って動
かし、Ｉ・IIIにおいて残りのｍ個の能動関節を初期位
置から最終位置まで動かす。
かし、Ｉ・IIIにおいて残りのｍ個の能動関節を初期位
置から最終位置まで動かす。
まずIIにおける軌道とアクチュエータのトルクをオフラ
インで次のように決定する（第３図）。
インで次のように決定する（第３図）。
非駆動関節を全て含むｋ個の関節に対し角度、加速
度、角加速度の目標値ψd（ｔ），d（ｔ），
ｄ（ｔ）（T1≦ｔ＜T2）を与える。（但しブレーキON/O
FFの瞬間には非駆動関節が停止していなければならない
ため、境界条件としてｄ（T1）＝ｄ（T2）＝Ｏ） 残りｍ個の関節について、初期値φ（T1），（T1）
を与える。
度、角加速度の目標値ψd（ｔ），d（ｔ），
ｄ（ｔ）（T1≦ｔ＜T2）を与える。（但しブレーキON/O
FFの瞬間には非駆動関節が停止していなければならない
ため、境界条件としてｄ（T1）＝ｄ（T2）＝Ｏ） 残りｍ個の関節について、初期値φ（T1），（T1）
を与える。
(5)，(6)式の計算を行い、τ（T1），（T1）を求め
る。
る。
（ｔ）を数値積分することにより（T1＋ΔＴ），
φ（T1＋ΔＴ）を求める。
φ（T1＋ΔＴ）を求める。
但しΔＴはサンプリング間隔である。
｛(5)，(6)式の計算→数値積分｝を反復し、IIの
全区間にわたってトルクτ及び角加速度，角速度，
角度ｑを決定する。
全区間にわたってトルクτ及び角加速度，角速度，
角度ｑを決定する。
またオフライン計算の結果を用いてIIの区間とI,IIIの
区間との間のφ，の境界値を決定する。
区間との間のφ，の境界値を決定する。
リアルタイムで制御を実行する際には次のようなフィー
ドバック制御則を用いる。ｄ ′＝ｄ＋Kv（d−） ＋Kp（ψd−ψ） (7) （Kv，Kpは対角ゲイン行列） ここでψd，ｄ，ｄはで与えられた角度、角速
度、角加速度の目標値、ψ，は角度、角速度の実測値
である。(7)で得られた角加速度ｄ′を(6)のｄに代
入してトルクτを求める。この場合φ，も数値積分に
よらず実測値を用いることができる（第４図）。
ドバック制御則を用いる。ｄ ′＝ｄ＋Kv（d−） ＋Kp（ψd−ψ） (7) （Kv，Kpは対角ゲイン行列） ここでψd，ｄ，ｄはで与えられた角度、角速
度、角加速度の目標値、ψ，は角度、角速度の実測値
である。(7)で得られた角加速度ｄ′を(6)のｄに代
入してトルクτを求める。この場合φ，も数値積分に
よらず実測値を用いることができる（第４図）。
Ｉ・IIIにおけるφの制御は通常のマニピュレータと同
一である。Ｉではφ（T0）：初期位置、（T0）＝０か
ら、で与えるφ（T1），（T1）を目標値とする制御
を行う。またIIIではφ（T2，（T2）からφ（T3）：
最終位置、（T3）＝０を目標値とする制御を行う（第
５図、第６図）。
一である。Ｉではφ（T0）：初期位置、（T0）＝０か
ら、で与えるφ（T1），（T1）を目標値とする制御
を行う。またIIIではφ（T2，（T2）からφ（T3）：
最終位置、（T3）＝０を目標値とする制御を行う（第
５図、第６図）。
以上のアルゴリズムによりマニピュレータの関節角ｑを
任意の２点間で動かすことができる。
任意の２点間で動かすことができる。
ｎ−ｋ＞ｋの場合、同時にブレーキを解放して制御でき
る非駆動関節の数は最大でｋ個である。そこで非駆動関
節のうちm1個（m1≦ｋ）のブレーキをOFF、他の非駆動
関節のブレーキをONにして、ｎ−ｋ≦ｋの場合と同様の
手順によりブレーキOFFの非駆動関節を制御する。位置
決めが完了したら非駆動関節のブレーキON/OFFを切換
え、異なる組合せのm2個（m2≦ｋ）の非駆動関節を同様
に制御する。m1，m2，…個ずつ順次すべての非駆動関節
の位置決めを行う（第７図）。非駆動関節の位置決めが
完了したらすべての保持ブレーキをONにし、位置決めの
完了していない能動関節の位置決めを行う。
る非駆動関節の数は最大でｋ個である。そこで非駆動関
節のうちm1個（m1≦ｋ）のブレーキをOFF、他の非駆動
関節のブレーキをONにして、ｎ−ｋ≦ｋの場合と同様の
手順によりブレーキOFFの非駆動関節を制御する。位置
決めが完了したら非駆動関節のブレーキON/OFFを切換
え、異なる組合せのm2個（m2≦ｋ）の非駆動関節を同様
に制御する。m1，m2，…個ずつ順次すべての非駆動関節
の位置決めを行う（第７図）。非駆動関節の位置決めが
完了したらすべての保持ブレーキをONにし、位置決めの
完了していない能動関節の位置決めを行う。
［発明の効果］ この発明では関節で連続したリンクを有するマニピュレ
ータにおいて、関節間の動力学的干渉を利用してアクチ
ュエータを有する関節のトルクによってアクチュエータ
を有しない関節に角加速度を発生させて角度を制御する
ので、アクチュエータを有しない関節を伝達機構を要せ
ず駆動することができ、マニピュレータ関節のアクチュ
エータ数を減らすことができる。したがってマニピュレ
ータの構造が簡単になり小型化、省エネルギー化を図る
ことができる。
ータにおいて、関節間の動力学的干渉を利用してアクチ
ュエータを有する関節のトルクによってアクチュエータ
を有しない関節に角加速度を発生させて角度を制御する
ので、アクチュエータを有しない関節を伝達機構を要せ
ず駆動することができ、マニピュレータ関節のアクチュ
エータ数を減らすことができる。したがってマニピュレ
ータの構造が簡単になり小型化、省エネルギー化を図る
ことができる。
第１図はこの発明のマニピュレータを示す説明図、第２
図は制御アルゴリズムを示す説明図、第３図は制御アル
ゴリズムのフローチャート、第４図はフィードバック制
御による収束性を示す線図、第５図，第６図はマニピュ
レータの運動を示すスティック線図及び軌道、第７図は
ｎ−ｋ＞ｋの場合の制御を示す説明図である。 １……マニピュレータ Ａ（A1〜Ak）……アクチュエータ Ｂ（B1〜Bn-k）……保持ブレーキ Ｃ（C1〜Cn）……関節
図は制御アルゴリズムを示す説明図、第３図は制御アル
ゴリズムのフローチャート、第４図はフィードバック制
御による収束性を示す線図、第５図，第６図はマニピュ
レータの運動を示すスティック線図及び軌道、第７図は
ｎ−ｋ＞ｋの場合の制御を示す説明図である。 １……マニピュレータ Ａ（A1〜Ak）……アクチュエータ Ｂ（B1〜Bn-k）……保持ブレーキ Ｃ（C1〜Cn）……関節
Claims (2)
- 【請求項１】ｎ自由度のマニピュレータであって、ｎ個
の関節部を有し、前記ｎ個の関節部のうちのｋ個の関節
部にアクチュエータを備え、残りｎ−ｋ個（ｋ＜ｎ−
ｋ）の関節部に保持ブレーキを備えていることを特徴と
するマニピュレータ - 【請求項２】ｎ自由度のマニピュレータであって、ｎ個
の関節部を有し、前記ｎ個の関節部のうちのｋ個の関節
部にアクチュエータを備え、残りｎ−ｋ個の関節部に保
持ブレーキを備えるマニピュレータの操縦方法であっ
て、前記保持ブレーキを備えた関節部のうちｍ個（ｍ≦
ｋ）の関節部の保持ブレーキを解放し、残りｎ−ｋ−ｍ
個の関節部の保持ブレーキを作動した状態で関節間の動
力学的干渉によりアクチュエータを有する関節のトルク
または力によって前記ｍ個のブレーキを解放した関節に
角加速度または加速度を発生させて前記ブレーキを解放
した関節の角度または変位を制御し、前記手順を少なく
とも２回以上行ってｎ−ｋ個の保持ブレーキを備えた関
節の角度または変位を制御し、前記保持ブレーキを全て
作動した状態ではアクチュエータを有する関節の角度ま
たは変位を前記アクチュエータにより制御することを特
徴とするマニピュレータの制御方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1080032A JPH0675835B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | マニピュレータ及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1080032A JPH0675835B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | マニピュレータ及びその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02262989A JPH02262989A (ja) | 1990-10-25 |
| JPH0675835B2 true JPH0675835B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=13706926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1080032A Expired - Lifetime JPH0675835B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | マニピュレータ及びその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0675835B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6380079A (ja) * | 1986-09-25 | 1988-04-11 | Kanto Tokushu Seiko Kk | 車両の発進加速装置 |
-
1989
- 1989-03-30 JP JP1080032A patent/JPH0675835B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02262989A (ja) | 1990-10-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |