JPH0762613B2 - 物体形状検知方法 - Google Patents
物体形状検知方法Info
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- JPH0762613B2 JPH0762613B2 JP3732586A JP3732586A JPH0762613B2 JP H0762613 B2 JPH0762613 B2 JP H0762613B2 JP 3732586 A JP3732586 A JP 3732586A JP 3732586 A JP3732586 A JP 3732586A JP H0762613 B2 JPH0762613 B2 JP H0762613B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は物体形状検知方法に関し、特に、マニピュレー
タ作業において作業対象現場が海底や不透明環境下にあ
る場合などマニピュレータ操作者が作業対象物体に容易
に近づけなかったり、作業対象物体を目視し難い場合に
適用して有用である。
タ作業において作業対象現場が海底や不透明環境下にあ
る場合などマニピュレータ操作者が作業対象物体に容易
に近づけなかったり、作業対象物体を目視し難い場合に
適用して有用である。
＜従来の技術＞ マニピュレータ作業では一般に、対象物体の位置、形状
を操作者が直接教示する方法が採用されている。しか
し、マニピュレータを屋外で用いる場合は、人間が直接
作業対象現場に行き難いことが多く、操作者によるマニ
ピュレータの直接教示が実施できないことがある。
を操作者が直接教示する方法が採用されている。しか
し、マニピュレータを屋外で用いる場合は、人間が直接
作業対象現場に行き難いことが多く、操作者によるマニ
ピュレータの直接教示が実施できないことがある。
そのような場合、マニピュレータに対象物体を認識させ
る方法を採らざるを得ない。
る方法を採らざるを得ない。
その方法としては、下記（Ａ），（Ｂ）がある。
（Ａ）光学式計測を用いる方法： ITVカメラ等の視覚センサをマニピュレータに取付け、
視覚センサによる画像を処理することによって、対象物
体の形状、位置を認識する。
視覚センサによる画像を処理することによって、対象物
体の形状、位置を認識する。
（Ｂ）接触センサを用いる方法： マニピュレータに手先効果器として接触センサを取付
け、接触センサを対象物体に接触させ、接触センサの位
置から対象物体の形状、位置を認識する。
け、接触センサを対象物体に接触させ、接触センサの位
置から対象物体の形状、位置を認識する。
＜発明が解決しようとする問題点＞ しかし、上記（Ａ）の光学式計測を用いる方法では、必
要とされるITVカメラ等の視覚センサ並びに画像処理装
置等のシステムが極めて大掛かりで高価なものとなると
いう欠点があった。また、作業現場が海底等で採光が不
十分な場所では、強力な光源を必要とする欠点があっ
た。更に、塵埃や煤煙等の不透明な物質が浮遊する環境
下では、視覚センサの使用ができず、またレーザービー
ム等による光学的計測も不可能であるという欠点があっ
た。
要とされるITVカメラ等の視覚センサ並びに画像処理装
置等のシステムが極めて大掛かりで高価なものとなると
いう欠点があった。また、作業現場が海底等で採光が不
十分な場所では、強力な光源を必要とする欠点があっ
た。更に、塵埃や煤煙等の不透明な物質が浮遊する環境
下では、視覚センサの使用ができず、またレーザービー
ム等による光学的計測も不可能であるという欠点があっ
た。
一方、上記（Ｂ）の接触センサを用いる方法では、測定
範囲がマニピュレータの手先部分に限定されるため、手
先が対象物体の表面上をまさになぞるようにマニピュレ
ータを制御せねばならないという欠点があった。このよ
うな制御はマニピュレータの精密な位置決めを必要とす
るので、容易ではない。また対象物体の位置、形状を正
確に検出するにはマニピュレータの手先に微小な接触セ
ンサを複数個配置する必要があった。
範囲がマニピュレータの手先部分に限定されるため、手
先が対象物体の表面上をまさになぞるようにマニピュレ
ータを制御せねばならないという欠点があった。このよ
うな制御はマニピュレータの精密な位置決めを必要とす
るので、容易ではない。また対象物体の位置、形状を正
確に検出するにはマニピュレータの手先に微小な接触セ
ンサを複数個配置する必要があった。
本発明は上述した従来技術に鑑み、光学式計測の不可能
な場所でもマニピュレータ作業の対象物体の形状を検知
でき、また接触センサを用いる場合のようなマニピュレ
ータの高精度な位置決めを必要とすることなく対象物体
の形状を検知できる方法を提供することを目的とする。
な場所でもマニピュレータ作業の対象物体の形状を検知
でき、また接触センサを用いる場合のようなマニピュレ
ータの高精度な位置決めを必要とすることなく対象物体
の形状を検知できる方法を提供することを目的とする。
＜問題点を解決するための手段＞ 上記目的を達成する本発明による物体形状検知方法は、
位置制御可能なマニピュレータと、このマニピュレータ
の先端に力のベクトル及びモーメントのベクトルを測定
する力センサと、この力センサに接続された力伝達可能
な接触子と、マニピュレータの位置制御用計算機とを用
い、 マニピュレータを動作させて力センサに接続した接触子
によって対象物体の表面を走査し、走査時に接触子に作
用する力のベクトル及びモーメントのベクトルを力
センサで測定し、測定した力のベクトルの内積・
を力のベクトルのノルム‖‖として求めると共に接
触子の幾何学的形状によって定まるスカラー定数Ｃを求
め、測定した力のベクトル及びモーメントのベクトル
と、力のベクトルのノルム‖‖及びスカラー定数Ｃ
とを用いて なる式で与えられる力センサから接触子の力の作用点ま
での位置ベクトルを計算し、この位置ベクトルとマ
ニピュレータの手先位置から対象物体表面の位置を求め
る方法である。
位置制御可能なマニピュレータと、このマニピュレータ
の先端に力のベクトル及びモーメントのベクトルを測定
する力センサと、この力センサに接続された力伝達可能
な接触子と、マニピュレータの位置制御用計算機とを用
い、 マニピュレータを動作させて力センサに接続した接触子
によって対象物体の表面を走査し、走査時に接触子に作
用する力のベクトル及びモーメントのベクトルを力
センサで測定し、測定した力のベクトルの内積・
を力のベクトルのノルム‖‖として求めると共に接
触子の幾何学的形状によって定まるスカラー定数Ｃを求
め、測定した力のベクトル及びモーメントのベクトル
と、力のベクトルのノルム‖‖及びスカラー定数Ｃ
とを用いて なる式で与えられる力センサから接触子の力の作用点ま
での位置ベクトルを計算し、この位置ベクトルとマ
ニピュレータの手先位置から対象物体表面の位置を求め
る方法である。
＜作用＞ 力のベクトルとモーメントのベクトルは３次元空間
ではそれぞれ３成分で表わされ、各成分は一般的には図
２に示すように直交座標系xyzを用いて、次のように表
記される。
ではそれぞれ３成分で表わされ、各成分は一般的には図
２に示すように直交座標系xyzを用いて、次のように表
記される。
ｘ軸方向の力:Fx ｙ軸方向の力:Fy ｚ軸方向の力:Fz ｘ軸に関するモーメント:Mx ｙ軸に関するモーメント:My ｚ軸に関するモーメント:Mz また、それぞれの３成分をまとめて、 ＝（Fx,Fy,Fz）Ｔ ＝（Mx,My,Mz）Ｔ とし、これらが力のベクトル、モーメントのベクトル
である。
である。
そして、力のベクトルとメーモントのベクトルとの
間には、座標原点Ｏから力の作用点Ｐまでの位置ベクト
ルをとすると、 ＝× の如く、モーメントのベクトルは位置ベクトルと力
のベクトルの外積である、という関係がある。
間には、座標原点Ｏから力の作用点Ｐまでの位置ベクト
ルをとすると、 ＝× の如く、モーメントのベクトルは位置ベクトルと力
のベクトルの外積である、という関係がある。
力センサは力覚センサとも呼ばれ、一般に構造体に適当
数の歪ゲージを貼付したものであり、これに力及びモー
メントが加えられたとき、構造体の歪を測定し、歪の測
定値から逆算することにより、力センサに作用した力の
ベクトルとモーメントのベクトルを求めるものであ
る。
数の歪ゲージを貼付したものであり、これに力及びモー
メントが加えられたとき、構造体の歪を測定し、歪の測
定値から逆算することにより、力センサに作用した力の
ベクトルとモーメントのベクトルを求めるものであ
る。
接触子の任意位置が対象物体の表面に接触するとその反
力が接触子に加わる。この力は力センサに伝達されて力
のベクトルとモーメントのベクトルが測定される。
これらのベクトル，が判ると、接触子の幾何学的形
状は既知であることから、力センサから接触子の力の作
用点即ち対象物体表面上の接触子との接触位置までの位
置ベクトルが計算によって求まる。この位置ベクトル
が判ると、力センサはマニピュレータの先端に存在す
るので、位置ベクトルとマニピュレータ手先位置とか
ら対象物体表面の位置が判る。従ってマニピュレータを
動作させて接触子によって対象物体の表面を走査するこ
とにより、対象物体の形状が判る。
力が接触子に加わる。この力は力センサに伝達されて力
のベクトルとモーメントのベクトルが測定される。
これらのベクトル，が判ると、接触子の幾何学的形
状は既知であることから、力センサから接触子の力の作
用点即ち対象物体表面上の接触子との接触位置までの位
置ベクトルが計算によって求まる。この位置ベクトル
が判ると、力センサはマニピュレータの先端に存在す
るので、位置ベクトルとマニピュレータ手先位置とか
ら対象物体表面の位置が判る。従ってマニピュレータを
動作させて接触子によって対象物体の表面を走査するこ
とにより、対象物体の形状が判る。
＜実施例＞ 以下、図面により本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明を実現する装置の第１の実施例を示す模
式図であり、１は６自由度のマニピュレータであり、そ
の先端に力センサ２が備えられている。この力センサ２
には、力センサ２に力を伝達する直線形状を持つ接触子
３が接続されている。４は計算機であり、マニピュレー
タ１の位置制御を行うと共に、形状検知の所要の計算を
行う。５は形状検知の対象物体である。形状を検知する
には、マニピュレータ１を動作させて接触子３を対象物
体５に接触させる。
式図であり、１は６自由度のマニピュレータであり、そ
の先端に力センサ２が備えられている。この力センサ２
には、力センサ２に力を伝達する直線形状を持つ接触子
３が接続されている。４は計算機であり、マニピュレー
タ１の位置制御を行うと共に、形状検知の所要の計算を
行う。５は形状検知の対象物体である。形状を検知する
には、マニピュレータ１を動作させて接触子３を対象物
体５に接触させる。
接触子３の任意位置に対象物体５と接触してその反力
（接触力）が加わると、この力は接触子３を介して
力センサ２に伝達される。力センサ２は３次元座標上の
直交する３個の力成分、及び同３次元座標の直交する各
軸まわりの３個のモーメント成分を測定する。これら合
計６個の力情報と接触子３の形状特性に基づき、力セン
サ２から接触力の作用点までの位置ベクトルを推定
することができる。一方、力センサ２自体の位置は、マ
ニピュレータ１のアーム長と関節回転角から計算で求ま
る。
（接触力）が加わると、この力は接触子３を介して
力センサ２に伝達される。力センサ２は３次元座標上の
直交する３個の力成分、及び同３次元座標の直交する各
軸まわりの３個のモーメント成分を測定する。これら合
計６個の力情報と接触子３の形状特性に基づき、力セン
サ２から接触力の作用点までの位置ベクトルを推定
することができる。一方、力センサ２自体の位置は、マ
ニピュレータ１のアーム長と関節回転角から計算で求ま
る。
以上のことから、マニピュレータ１を基準にした対象物
体５の位置▲▼は次式（１）で与えられる。
体５の位置▲▼は次式（１）で与えられる。
ただし、Ti（ｉ＝1,2…６）は回転を表わす変換マトリ
クス、 θｉ（ｉ＝1,2…６）は関節回転角、 ▲▼（ｉ＝0,1…６）はマニピューレータアームを
表わすベクトル、とする。接触子３によって対象物体５
の表面を走査すれば、その都度得られる位置▲▼
から形状が判る。
クス、 θｉ（ｉ＝1,2…６）は関節回転角、 ▲▼（ｉ＝0,1…６）はマニピューレータアームを
表わすベクトル、とする。接触子３によって対象物体５
の表面を走査すれば、その都度得られる位置▲▼
から形状が判る。
第２図は、力情報から接触力の作用点Ｐを推定する方
法を説明する図である。力センサ２固有の３次元座標
（x,y,z）においてなる位置ベクトルで表わされる作
用点Ｐに力が働く場合、力センサ２の力測定値（F
x,Fy,Fz）Ｔとモーメント測定値（Mx,My,Mz）Ｔはそ
れぞれ次式（２），（３）を満足する。
法を説明する図である。力センサ２固有の３次元座標
（x,y,z）においてなる位置ベクトルで表わされる作
用点Ｐに力が働く場合、力センサ２の力測定値（F
x,Fy,Fz）Ｔとモーメント測定値（Mx,My,Mz）Ｔはそ
れぞれ次式（２），（３）を満足する。
＝ …式（２） ＝× …式（３） ただし、Fi（ｉ＝x,y,z）は各軸方向の力、Mi（ｉ＝x,
y,z）は各軸に関するモーメント、・×・はベクトルの
外積を表わすものとする。
y,z）は各軸に関するモーメント、・×・はベクトルの
外積を表わすものとする。
そこで式（２），（３）をについて解くと、作用点Ｐ
の位置ベクトルが次式（４）のように求まる。
の位置ベクトルが次式（４）のように求まる。
ただし、‖・‖はベクトルの内積として定義したノル
ム、Ｃは接触子３の形状、つまり幾何学的条件から決ま
るスカラー定数である。この未定定数Ｃの値は、例えば
接触子３が平面（a1x＋a2y＋a3z＋a4＝０）内に存在す
る場合には、次式（５）で与えられる。
ム、Ｃは接触子３の形状、つまり幾何学的条件から決ま
るスカラー定数である。この未定定数Ｃの値は、例えば
接触子３が平面（a1x＋a2y＋a3z＋a4＝０）内に存在す
る場合には、次式（５）で与えられる。
また、接触子３と対象物体５との間に摩擦が発生しない
場合には、対象物体５の表面の法線はで与えられる。
場合には、対象物体５の表面の法線はで与えられる。
形状検知を行う場合、計算機４はマニピュレータ１を作
動させ、その自由度を利用して力センサ２から伸びた接
触子３によって対象物体５の表面を走査する。この位置
制御の他、計算機４は （ａ）力のベクトルのノルム‖‖を求める手段と、 （ｂ）接触子３の幾何学的形状によって定まるスカラー
定数Ｃを前式（５）等により求める手段と、 （ｃ）前式（４）で与えられる力センサ２から対象物体
５表面までの位置ベクトルを求める手段と、 （ｄ）この位置ベクトルとマニピュレータ１の手先位
置の計算から、前式（１）で与えられる対象物体５表面
の位置▲▼を求める手段を有する。
動させ、その自由度を利用して力センサ２から伸びた接
触子３によって対象物体５の表面を走査する。この位置
制御の他、計算機４は （ａ）力のベクトルのノルム‖‖を求める手段と、 （ｂ）接触子３の幾何学的形状によって定まるスカラー
定数Ｃを前式（５）等により求める手段と、 （ｃ）前式（４）で与えられる力センサ２から対象物体
５表面までの位置ベクトルを求める手段と、 （ｄ）この位置ベクトルとマニピュレータ１の手先位
置の計算から、前式（１）で与えられる対象物体５表面
の位置▲▼を求める手段を有する。
計算機４は接触子３によって対象物体５表面を走査した
時、力センサ２が検出した力情報から、上述した（ａ）
〜（ｄ）の手段によって対象物体５表面の位置を求め
る。つまり形状が検知される。この場合、対象物体５に
接触子３のどの部位が接触しても物体の位置を検出する
ことができるから、マニピュレータ１の位置決め精度が
高くなくても、対象物体５の形状を精度良く検知でき
る。
時、力センサ２が検出した力情報から、上述した（ａ）
〜（ｄ）の手段によって対象物体５表面の位置を求め
る。つまり形状が検知される。この場合、対象物体５に
接触子３のどの部位が接触しても物体の位置を検出する
ことができるから、マニピュレータ１の位置決め精度が
高くなくても、対象物体５の形状を精度良く検知でき
る。
ここで、第２図で説明した力センサ２から力の作用点ま
での位置を推定する方法の実験結果を、第３図、第４
図、第５図に示す。なおこれらの図に示す実験では、ｚ
軸上の作用点に外力を加えている。また、接触子３とし
ては、長さ110mmのアルミニウム丸棒を使用した。また
力センサ２とては、精度約±1Nのものを使用した。
での位置を推定する方法の実験結果を、第３図、第４
図、第５図に示す。なおこれらの図に示す実験では、ｚ
軸上の作用点に外力を加えている。また、接触子３とし
ては、長さ110mmのアルミニウム丸棒を使用した。また
力センサ２とては、精度約±1Nのものを使用した。
第３図は、外力を＝（0,10N,0）Ｔと一定にした場合
における、真の作用点の位置ｚと力情報からの推定値
lzとの関係を示す。この実験から、平均誤差0.9％の精
度で作用点の位置を推定できることを確認した。
における、真の作用点の位置ｚと力情報からの推定値
lzとの関係を示す。この実験から、平均誤差0.9％の精
度で作用点の位置を推定できることを確認した。
第４図は、作用点の位置を＝（0,0,100mm）Ｔと固定
し、力の方向arg（）を変えた場合の力情報からの推
定値lzを示す。この実験から、力の方向arg（）によ
らず標準偏差4.2％の精度で作用点の位置を推定できる
ことを確認した。
し、力の方向arg（）を変えた場合の力情報からの推
定値lzを示す。この実験から、力の方向arg（）によ
らず標準偏差4.2％の精度で作用点の位置を推定できる
ことを確認した。
第５図は、作用点の位置を＝（0,0,100mm）Ｔと固定
し、今度は力の大きさを変えた場合の力情報からの推定
値lzを示す。この実験から、力の大きさによらず標準偏
差3.3％以下の精度で作用点の位置を推定できることを
確認した。
し、今度は力の大きさを変えた場合の力情報からの推定
値lzを示す。この実験から、力の大きさによらず標準偏
差3.3％以下の精度で作用点の位置を推定できることを
確認した。
次に第６図、第７図により、電話機送受話器６を形状検
知のモデルとした実験を説明する。第１図に示した物体
形状検知装置を用いて第６図の送受話器６中破線で示す
部分７をトレースし、その輪郭形状を検出した。第７図
に四角印でプロットしたものが検出結果８である。
知のモデルとした実験を説明する。第１図に示した物体
形状検知装置を用いて第６図の送受話器６中破線で示す
部分７をトレースし、その輪郭形状を検出した。第７図
に四角印でプロットしたものが検出結果８である。
第８図は本発明の第２の実施例を示し、ここでは力セン
サ２に、半球状の表面を持つ接触子９が接続されてい
る。マニピュレータ１、力センサ２、計算機４、対象物
体５第１図における同符号のものと同じである。但し、
計算機４が求める接触子９の形状に依存する定数Ｃは前
式（５）の代りに、ベクトル内積をベクトルのノルムと
定義すると、 を満足する定数である。なお、ｒは接触子９の半球の半
径とする。ここで、 （×）／‖‖＝（Lx,Ly,Lz）Ｔ、＝（Fx,Fy,F
z）Ｔとおくと、定数Ｃは で与えられる。ただし、 b1＝Ｆ２ ｘ＋Ｆ２ ｙ＋Ｆ２ ｚ b2＝LxFx＋LyFy＋LzLz b3＝Ｌ２ ｘ＋Ｌ２ ｙ＋Ｌ２ ｚ＋r2 とする。
サ２に、半球状の表面を持つ接触子９が接続されてい
る。マニピュレータ１、力センサ２、計算機４、対象物
体５第１図における同符号のものと同じである。但し、
計算機４が求める接触子９の形状に依存する定数Ｃは前
式（５）の代りに、ベクトル内積をベクトルのノルムと
定義すると、 を満足する定数である。なお、ｒは接触子９の半球の半
径とする。ここで、 （×）／‖‖＝（Lx,Ly,Lz）Ｔ、＝（Fx,Fy,F
z）Ｔとおくと、定数Ｃは で与えられる。ただし、 b1＝Ｆ２ ｘ＋Ｆ２ ｙ＋Ｆ２ ｚ b2＝LxFx＋LyFy＋LzLz b3＝Ｌ２ ｘ＋Ｌ２ ｙ＋Ｌ２ ｚ＋r2 とする。
第８図の実施例の場合も、計算機４がマニピュレータ１
を位置制御して力センサ２に接続した接触子９によって
対象物体５の表面を走査し、力センサ２が検出する力情
報から、対象物体５表面の位置を求める。つまり、計算
機４は力センサ２の検出した力のベクトルとモーメン
トのベクトルを求め、更にベクトルのノルム＝‖
‖を求め、更に前式（６）または（７）により接触子９
の幾何学的形状で定まるスカラー定数Ｃを求め、前式
（４）で与えられる作用点の位置ベクトルを求め、こ
の位置ベクトルとマニピュレータ１の手先位置の計算
から前式（１）で与えられる対象物体５表面の位置▲
▼を求める。
を位置制御して力センサ２に接続した接触子９によって
対象物体５の表面を走査し、力センサ２が検出する力情
報から、対象物体５表面の位置を求める。つまり、計算
機４は力センサ２の検出した力のベクトルとモーメン
トのベクトルを求め、更にベクトルのノルム＝‖
‖を求め、更に前式（６）または（７）により接触子９
の幾何学的形状で定まるスカラー定数Ｃを求め、前式
（４）で与えられる作用点の位置ベクトルを求め、こ
の位置ベクトルとマニピュレータ１の手先位置の計算
から前式（１）で与えられる対象物体５表面の位置▲
▼を求める。
第８図の実施例では接触子９が面の接触部分を持つた
め、検出有効範囲が広いという利点が有る。
め、検出有効範囲が広いという利点が有る。
ここで、前出の式（１），式（４），式（５），式
（６）及び式（７）の導出過程をまとめて説明する。
（６）及び式（７）の導出過程をまとめて説明する。
〈式（１）の導出〉 まず、式（１）の導出について第９図を参照して説明す
る。式（１）はマニピュレータの運動学の式である。第
９図は第１図のマニピュレータ１の先端部分を示し、第
９図中の記号Jiは第ｉ関節固有の座標系を表わしてい
る。
る。式（１）はマニピュレータの運動学の式である。第
９図は第１図のマニピュレータ１の先端部分を示し、第
９図中の記号Jiは第ｉ関節固有の座標系を表わしてい
る。
そこで、第６関節固有の座標系J6から見た対象物体５の
位置を▲▼とすれば、 となる。次に、第５関節固有の座標系J5から見た対象物
体５の位置▲▼は、 と表わされる。ここでT6（θ６）は第６関節の回転を表
わし、第６関節座標系J6から第５関節座標系J5への座標
変換を行うマトリクスである。次に、第４関節固有の座
標系J4から見た対象物体５の位置▲▼は、 と表わされる。T5（θ５）は第５関節の回転を表わし、
第５関節座標系J5から第４関節座標系J4への座標変換を
行うマトリクスである。
位置を▲▼とすれば、 となる。次に、第５関節固有の座標系J5から見た対象物
体５の位置▲▼は、 と表わされる。ここでT6（θ６）は第６関節の回転を表
わし、第６関節座標系J6から第５関節座標系J5への座標
変換を行うマトリクスである。次に、第４関節固有の座
標系J4から見た対象物体５の位置▲▼は、 と表わされる。T5（θ５）は第５関節の回転を表わし、
第５関節座標系J5から第４関節座標系J4への座標変換を
行うマトリクスである。
以下、同様の操作により順次第３、第２、第１各関節座
標系に変換を行い、最後に基準座標系J0での対象物体５
の位置▲▼が前式（１）の如く求まる。
標系に変換を行い、最後に基準座標系J0での対象物体５
の位置▲▼が前式（１）の如く求まる。
〈式（４）の導出〉 前出の式（２）式と（３）式から、次式（８）が成立す
る。
る。
＝× …式（８） この式（８）を、ｌについてのベクトル方程式と見て解
くと、前式（４）が得られる。その証明を以下に記す。
くと、前式（４）が得られる。その証明を以下に記す。
先ず式（８）から、ベクトル外積の性質によりとは
直交する。そこで、Ｋをスカラー定数、を任意ベクト
ルとし、 ＝Ｋ（×） …式（９） とおいて、式（８）に代入すると、 ＝Ｋ（×）× ∴＝Ｋ〔−（・）＋（・）〕…式（10） を得る。ここで、（・）はベクトルの内積を表わす。式
（８）から、外積の性質によりとは直交するので、
・＝０である。従って、式（10）は ＝Ｋ（・） …式（11） となり、と垂直でないベクトルをとればスカラー定
数Ｋが Ｋ＝1/（・） …式（12） と定まり、式（８）の特殊解が次式（13）で与えら
れる。
直交する。そこで、Ｋをスカラー定数、を任意ベクト
ルとし、 ＝Ｋ（×） …式（９） とおいて、式（８）に代入すると、 ＝Ｋ（×）× ∴＝Ｋ〔−（・）＋（・）〕…式（10） を得る。ここで、（・）はベクトルの内積を表わす。式
（８）から、外積の性質によりとは直交するので、
・＝０である。従って、式（10）は ＝Ｋ（・） …式（11） となり、と垂直でないベクトルをとればスカラー定
数Ｋが Ｋ＝1/（・） …式（12） と定まり、式（８）の特殊解が次式（13）で与えら
れる。
▲▼＝（・）／（・） …式（13） そこで、ベクトルの前記条件（と垂直でないこと）
を満たすものとしてを選べば、特殊解▲▼は次式
（14）で与えられる。
を満たすものとしてを選べば、特殊解▲▼は次式
（14）で与えられる。
▲▼＝（×）／（・） ＝（×）／‖‖ …式（14） 次に、任意の解（一般解）については式（８）の通
り、＝×であり、特殊解▲▼については＝
▲▼×であるから、 （−▲▼）×＝０ …式（15） が成立する。式（15）より、（−▲▼）はに平
行であるから、 −▲▼＝Ｃ・ …式（16） とおける。但し、Ｃは任意のスカラー定数である。
り、＝×であり、特殊解▲▼については＝
▲▼×であるから、 （−▲▼）×＝０ …式（15） が成立する。式（15）より、（−▲▼）はに平
行であるから、 −▲▼＝Ｃ・ …式（16） とおける。但し、Ｃは任意のスカラー定数である。
以上の結果、式（14）と式（16）より、下記の通り前式
（４）が成立する。
（４）が成立する。
＝（×）／‖‖＋Ｃ・ …式（４） 〈式（５）の導出〉 式（４）中のベクトルを下記のように表記する。
（×）／‖‖＝（Lx,Ly,Lz）Ｔ …式（17） ＝（Fx,Fy,Fz）Ｔ …式（18） これにより、式（４）は次式（19）となる。
＝（Lx,Ly,Lz）Ｔ＋Ｃ（Fx,Fy,Fz）Ｔ ＝（Lx＋CFx,Ly＋CFy,Lz＋CFz） …式（19） この式（19）が前述した接触子３が存在する平面の方程
式a1x＋a2y＋a3z＋a4＝０を満足するから、次式（20）
が成立する。
式a1x＋a2y＋a3z＋a4＝０を満足するから、次式（20）
が成立する。
a１(Lx+CFx)+a２(Ly+CFy)+a３(Lz+CFz)+a４=0 …式（2
0） この式（20）をＣについて解くと、下記の通り前式
（５）が得られる。
0） この式（20）をＣについて解くと、下記の通り前式
（５）が得られる。
C=-(a１Lx+a２Ly+a３Lz+a４)/(a１FX+a２Fy+a２Fz)…式
（５） 〈式（６）の導出〉 原点の中心とする半径ｒの球面上に接触点の位置ベクト
ルがある場合には、ベクトルの内積をベクトルのノル
ムとしたことにより、次式（21）が成立する。
（５） 〈式（６）の導出〉 原点の中心とする半径ｒの球面上に接触点の位置ベクト
ルがある場合には、ベクトルの内積をベクトルのノル
ムとしたことにより、次式（21）が成立する。
‖‖＝r2 …式（21） そこで、式（21）を式（４）に代入すれば、下記の通り
となり、前式（６）が得られる。
となり、前式（６）が得られる。
〈式（７）の導出〉 式（６）の左辺を式（17）及び式（18）を用いて展開す
れば、下式（22）となる。但し、b1,b2及びb3は先に式
（７）に関して既に定義したものである。
れば、下式（22）となる。但し、b1,b2及びb3は先に式
（７）に関して既に定義したものである。
‖（Lx,Ly,Lz）Ｔ＋Ｃ（Fx,Fy,Fz）Ｔ‖ ＝‖（Lx,CFx,Ly＋CFy,Lz＋CFz）Ｔ‖ ＝（（Lx＋CFx）２＋（Ly＋CFy）２＋（Lz＋CFz）２） ＝（b1C2＋2b2 2C＋b3＋r2） …式（22） 従って、式（６）は次式（23）のようになる。
b1 2C2＋2b2 2C＋b3＋r2＝r2 ∴b1 2C2＋2b2 2C＋b3＝０ …式（23） この式（23）をＣについて解くと、下記の通り前式
（７）を得る。
（７）を得る。
〈発明の効果〉 本発明によれば、力センサと接触子を用いて物体の形状
を検知するので、海底作業等光学式計測が行えないよう
な環境でも物体の形状を検知することができる。
を検知するので、海底作業等光学式計測が行えないよう
な環境でも物体の形状を検知することができる。
また本発明によれば、物体に接触子のどの部位が接触し
ても、即ち接触子の測定範囲内に物体が存在しさえすれ
ば力センサに接触力が伝達されて物体の位置を検出でき
るから、従来の接触センサを手先効果器として用いる場
合のようにマニピュレータを高精度で位置制御すること
なく、物体形状を検知することができる。
ても、即ち接触子の測定範囲内に物体が存在しさえすれ
ば力センサに接触力が伝達されて物体の位置を検出でき
るから、従来の接触センサを手先効果器として用いる場
合のようにマニピュレータを高精度で位置制御すること
なく、物体形状を検知することができる。
また本発明をマニピュレータ作業に応用する場合は、リ
アルタイムで対象物体の形状情報をフィードバックして
高精度な制御を行うことができる。
アルタイムで対象物体の形状情報をフィードバックして
高精度な制御を行うことができる。
第１図〜第８図は本発明に関し、第１図は本発明の第１
の実施例である物体形状検知装置の模式図、第２図は力
情報から接触子の作用点Ｐを推定する方法の説明図、
第３図は力の作用点の位置とその位置の推定値との関係
を示す図、第４図は力の方向と力の作用点の推定値との
関係を示す図、第５図は力の大きさと力の作用点の推定
値との関係を示す図、第６図は形状検知対象物体の一例
を示す図、第７図は第１図の装置を用いて第６図の物体
の形状を検知した結果を示す図、第８図は第２の実施例
装置を示す模式図、第９図は式（１）を導出するための
説明図である。 図面中、１はマニピュレータ、２は力センサ、３は直線
形状の接触子、４は計算機、５は対象物体、６は形状検
知対象例の電話機送受話機、７はトレース軌道、８は形
状検知結果、９は球形状の接触子である。
の実施例である物体形状検知装置の模式図、第２図は力
情報から接触子の作用点Ｐを推定する方法の説明図、
第３図は力の作用点の位置とその位置の推定値との関係
を示す図、第４図は力の方向と力の作用点の推定値との
関係を示す図、第５図は力の大きさと力の作用点の推定
値との関係を示す図、第６図は形状検知対象物体の一例
を示す図、第７図は第１図の装置を用いて第６図の物体
の形状を検知した結果を示す図、第８図は第２の実施例
装置を示す模式図、第９図は式（１）を導出するための
説明図である。 図面中、１はマニピュレータ、２は力センサ、３は直線
形状の接触子、４は計算機、５は対象物体、６は形状検
知対象例の電話機送受話機、７はトレース軌道、８は形
状検知結果、９は球形状の接触子である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 19/4063
Claims (1)
- 【請求項１】位置制御可能なマニピュレータと、このマ
ニピュレータの先端に備えられた力のベクトル及びモー
メントのベクトルを測定する力センサと、この力センサ
に接続された力伝達可能な接触子と、マニピュレータの
位置制御用計算機とを用い、 マニピュレータを動作させて力センサに接続した接触子
によって対象物体の表面を走査し、走査時に接触子に作
用する力のベクトル及びモーメントのベクトルを力
センサで測定し、測定した力のベクトルの内積・
を力のベクトルのノルム‖‖として求めると共に接
触子の幾何学的形状によって定まるスカラー定数Ｃを求
め、測定した力のベクトル及びモーメントのベクトル
と、力のベクトルのノルム‖‖及びスカラー定数Ｃ
とを用いて、 なる式で与えられる力センサから接触子の力の作用点ま
での位置ベクトルを計算し、この位置ベクトルとマ
ニピュレータの手先位置から対象物体表面の位置を求め
ることを特徴とする物体形状検知方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3732586A JPH0762613B2 (ja) | 1986-02-24 | 1986-02-24 | 物体形状検知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3732586A JPH0762613B2 (ja) | 1986-02-24 | 1986-02-24 | 物体形状検知方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62195513A JPS62195513A (ja) | 1987-08-28 |
| JPH0762613B2 true JPH0762613B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=12494497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3732586A Expired - Fee Related JPH0762613B2 (ja) | 1986-02-24 | 1986-02-24 | 物体形状検知方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0762613B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02131888A (ja) * | 1988-11-14 | 1990-05-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 布地ハンドリング装置 |
| JP3809542B2 (ja) * | 2005-07-29 | 2006-08-16 | 独立行政法人港湾空港技術研究所 | 遠隔操作による施工システム |
| JP4988545B2 (ja) * | 2007-12-29 | 2012-08-01 | 国立大学法人埼玉大学 | 外力検出方法及び検出装置 |
| JP6554039B2 (ja) * | 2016-01-25 | 2019-07-31 | 三菱重工業株式会社 | パワーアシストスーツ |
-
1986
- 1986-02-24 JP JP3732586A patent/JPH0762613B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62195513A (ja) | 1987-08-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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