JPH11143512A - モジュール型マニピュレータの制御装置 - Google Patents
モジュール型マニピュレータの制御装置Info
- Publication number
- JPH11143512A JPH11143512A JP30304997A JP30304997A JPH11143512A JP H11143512 A JPH11143512 A JP H11143512A JP 30304997 A JP30304997 A JP 30304997A JP 30304997 A JP30304997 A JP 30304997A JP H11143512 A JPH11143512 A JP H11143512A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単純な方法でマニピュレータの連結状態を入
力できるモジュール型マニピュレータの制御装置を提供
する。 【解決手段】 連結組み換え可能な複数のモジュールよ
り構成されるモジュール型マニピュレータの制御装置に
おいて、前記マニピュレータ７を構成するモジュールの
種類及び複数のモジュールの連結順序を入力する入力装
置２と、各モジュールの形状情報を予め登録しておく記
憶装置４と、前記入力装置２への入力情報と前記記憶装
置４に登録された形状情報よりマニピュレータの運動学
計算式を算出して、この運動学計算式に基づき前記マニ
ピュレータの先端部の位置及び姿勢を制御する手段６と
を備えたモジュール型マニピュレータの制御装置。この
手段によれば、マニピュレータのモジュール構成に関し
て、モジュールの種類と連結順序のみを入力するだけで
済むので、数値パラメータを入力する煩雑さがない。
力できるモジュール型マニピュレータの制御装置を提供
する。 【解決手段】 連結組み換え可能な複数のモジュールよ
り構成されるモジュール型マニピュレータの制御装置に
おいて、前記マニピュレータ７を構成するモジュールの
種類及び複数のモジュールの連結順序を入力する入力装
置２と、各モジュールの形状情報を予め登録しておく記
憶装置４と、前記入力装置２への入力情報と前記記憶装
置４に登録された形状情報よりマニピュレータの運動学
計算式を算出して、この運動学計算式に基づき前記マニ
ピュレータの先端部の位置及び姿勢を制御する手段６と
を備えたモジュール型マニピュレータの制御装置。この
手段によれば、マニピュレータのモジュール構成に関し
て、モジュールの種類と連結順序のみを入力するだけで
済むので、数値パラメータを入力する煩雑さがない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モジュール型マニ
ピュレータの制御装置に関する。
ピュレータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のモジュール型マニピュレータの制
御装置には、特公平６−８５１２５号公報に開示された
ものがある。これは、連結組み換え可能なモジュールよ
り構成され先端にハンドを有するモジュール型マニピュ
レータの制御装置であって、ハンドの位置・姿勢の目標
値を出力するハンド位置・姿勢目標値発生部と、ハンド
の位置・姿勢を出力するハンド位置・姿勢演算部と、該
ハンド位置・姿勢目標値発生部とハンド位置・姿勢演算
部との出力の差に基づいて各モジュールの関節目標値を
出力する関節目標値演算部と、該関節目標値演算部の出
力に対応するように各関節を駆動する関節駆動機構と、
各モジュールの関節の連結状態を入力する連結状態入力
装置と、該連結状態入力装置からの出力に従ってハンド
の位置・姿勢算出方法を前記ハンド位置・姿勢演算部に
選択指示するハンド演算選択部と、上記連結状態入力装
置からの出力に従ってハンドの位置・姿勢データからマ
ニピュレータの各関節の目標値を算出する方法を前記関
節目標値演算部に選択指示する関節演算選択部とを備え
たものである。この従来の制御装置においては、関節駆
動機構とその連結状態を制御装置に出力する際に、関節
の種類と、連結のリンク長および連結角度を指定するよ
うになっている。
御装置には、特公平６−８５１２５号公報に開示された
ものがある。これは、連結組み換え可能なモジュールよ
り構成され先端にハンドを有するモジュール型マニピュ
レータの制御装置であって、ハンドの位置・姿勢の目標
値を出力するハンド位置・姿勢目標値発生部と、ハンド
の位置・姿勢を出力するハンド位置・姿勢演算部と、該
ハンド位置・姿勢目標値発生部とハンド位置・姿勢演算
部との出力の差に基づいて各モジュールの関節目標値を
出力する関節目標値演算部と、該関節目標値演算部の出
力に対応するように各関節を駆動する関節駆動機構と、
各モジュールの関節の連結状態を入力する連結状態入力
装置と、該連結状態入力装置からの出力に従ってハンド
の位置・姿勢算出方法を前記ハンド位置・姿勢演算部に
選択指示するハンド演算選択部と、上記連結状態入力装
置からの出力に従ってハンドの位置・姿勢データからマ
ニピュレータの各関節の目標値を算出する方法を前記関
節目標値演算部に選択指示する関節演算選択部とを備え
たものである。この従来の制御装置においては、関節駆
動機構とその連結状態を制御装置に出力する際に、関節
の種類と、連結のリンク長および連結角度を指定するよ
うになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
装置では、各モジュールの連結状態を入力する際に、モ
ジュールのリンク長や斜旋回角度といった複数のパラメ
ータと共に入力しなければならず、煩雑な入力作業が必
要になるという問題があった。この場合、連結毎にパラ
メータ入力が必要になるため、同種のモジュールを複数
使用する場合にも、連結の数だけパラメータ入力が必要
になり、煩雑な入力作業を何度も繰り返さなければなら
ない。そこで本発明は、単純な方法でマニピュレータの
連結状態を入力できるモジュール型マニピュレータの制
御装置を提供することを目的とする。
装置では、各モジュールの連結状態を入力する際に、モ
ジュールのリンク長や斜旋回角度といった複数のパラメ
ータと共に入力しなければならず、煩雑な入力作業が必
要になるという問題があった。この場合、連結毎にパラ
メータ入力が必要になるため、同種のモジュールを複数
使用する場合にも、連結の数だけパラメータ入力が必要
になり、煩雑な入力作業を何度も繰り返さなければなら
ない。そこで本発明は、単純な方法でマニピュレータの
連結状態を入力できるモジュール型マニピュレータの制
御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、連結組み換え可能な複数のモジュールよ
り構成されるモジュール型マニピュレータの制御装置に
おいて、前記マニピュレータを構成するモジュールの種
類及び複数のモジュールの連結順序を入力する入力装置
と、各モジュールの形状情報を予め登録しておく記憶装
置と、前記入力装置への入力情報と前記記憶装置に登録
された形状情報よりマニピュレータの運動学計算式を算
出して、この運動学計算式に基づき前記マニピュレータ
の先端部の位置及び姿勢を制御する手段とを備えたもの
である。上記手段により、マニピュレータのモジュール
構成に関して、モジュールの種類と連結順序のみを入力
するだけで済むので、数値パラメータを入力する煩雑さ
がない。
め、本発明は、連結組み換え可能な複数のモジュールよ
り構成されるモジュール型マニピュレータの制御装置に
おいて、前記マニピュレータを構成するモジュールの種
類及び複数のモジュールの連結順序を入力する入力装置
と、各モジュールの形状情報を予め登録しておく記憶装
置と、前記入力装置への入力情報と前記記憶装置に登録
された形状情報よりマニピュレータの運動学計算式を算
出して、この運動学計算式に基づき前記マニピュレータ
の先端部の位置及び姿勢を制御する手段とを備えたもの
である。上記手段により、マニピュレータのモジュール
構成に関して、モジュールの種類と連結順序のみを入力
するだけで済むので、数値パラメータを入力する煩雑さ
がない。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施
例に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例を示す
構成図、図２は本発明におけるモジュール型マニピュレ
ータの組み換え例を示す図、図３はモジュールの形状情
報に関する説明図である。図１において、１は本発明の
実施例におけるモジュール型マニピュレータの制御装
置、２はモジユール連結入力装置、３，３’はモジュー
ル連結状態の入力テキスト、４はモジュール情報記憶装
置、５は運動学演算式算出部、６はマニピュレータ制御
部、７，７’はマニピュレータである。図１において、
モジュール型マニピュレータの制御装置１は、モジュー
ル連結入力装置２と、モジュール情報記憶装置４を備え
る。モジュール連結入力装置には、制御するマニピュレ
ータ７のモジュール連結状態を、モジュールの種類と連
結の順序として入力テキスト３のように入力する。入力
テキスト３において、ｂａｓｅＡ、ｊｏｉｎｔＡ、ｌｉ
ｎｋＡなどの名称はモジュールの種類を表し、付随する
番号は連結の順序を表す。この入力情報は、運動学演算
式算出部５に送られる。一方で、モジュール情報記憶装
置３には、各モジュールに関する形状情報が、入力され
るモジュール名と共に登録してある。運動学算出部５
は、入力されたモジュール名についてモジュールの形状
情報を参照し、また連結順序からマニピュレータの運動
学式を算出する。なお運動学演算式とは、マニピュレー
タの関節角度からマニピュレータエンドエフェクタ部の
位置や姿勢を求める演算式である。制御装置内のマニピ
ュレータ制御部６は、算出された運動学式に基づいてマ
ニピュレータ７のエンドエフェクタの位置や姿勢を制御
する。
例に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例を示す
構成図、図２は本発明におけるモジュール型マニピュレ
ータの組み換え例を示す図、図３はモジュールの形状情
報に関する説明図である。図１において、１は本発明の
実施例におけるモジュール型マニピュレータの制御装
置、２はモジユール連結入力装置、３，３’はモジュー
ル連結状態の入力テキスト、４はモジュール情報記憶装
置、５は運動学演算式算出部、６はマニピュレータ制御
部、７，７’はマニピュレータである。図１において、
モジュール型マニピュレータの制御装置１は、モジュー
ル連結入力装置２と、モジュール情報記憶装置４を備え
る。モジュール連結入力装置には、制御するマニピュレ
ータ７のモジュール連結状態を、モジュールの種類と連
結の順序として入力テキスト３のように入力する。入力
テキスト３において、ｂａｓｅＡ、ｊｏｉｎｔＡ、ｌｉ
ｎｋＡなどの名称はモジュールの種類を表し、付随する
番号は連結の順序を表す。この入力情報は、運動学演算
式算出部５に送られる。一方で、モジュール情報記憶装
置３には、各モジュールに関する形状情報が、入力され
るモジュール名と共に登録してある。運動学算出部５
は、入力されたモジュール名についてモジュールの形状
情報を参照し、また連結順序からマニピュレータの運動
学式を算出する。なお運動学演算式とは、マニピュレー
タの関節角度からマニピュレータエンドエフェクタ部の
位置や姿勢を求める演算式である。制御装置内のマニピ
ュレータ制御部６は、算出された運動学式に基づいてマ
ニピュレータ７のエンドエフェクタの位置や姿勢を制御
する。
【０００６】以下、制御装置１の各要素について詳細に
説明する。まず、マニピュレータ７のモジュール構成と
入力テキスト３の関係について説明する。図１におい
て、入力テキスト３は、マニピュレータ７のモジュール
連結状態を表している。マニピュレータ７は、根本か
ら、ｂａｓｅＡ、ｊｏｉｎｔＢ、ｌｉｎｋＡ、ｊｏｉｎ
ｔ（１）、ｌｉｎｋＢ、ｊｏｉｎｔＡ（２）、ｅｎｄＡ
の順に連結されている。ここで、ｊｏｉｎｔＢ、ｊｏｉ
ｎｔＡ（１）、ｊｏｉｎｔＡ（２）は回転駆動機構を持
つ関節モジュール、ｂａｓｅＡ、ｌｉｎｋＡ、ｌｉｎｋ
Ｂは関節駆動機構を持たないリンクモジュール、ｅｎｄ
Ａはエンドエフェクタモジュールである。また、各モジ
ュールの接続は、機械的な嵌め合いにより１通りに決ま
るものとする。例えば、ｊｏｉｎｔＢとｌｉｎｋＡとを
「ｊｏｉｎｔＢ→ｌｉｎｋＡ」の順序に連結する接続は
１通りに定まる。従って、これらのモジュールによって
構成されるマニピュレータ７は、入力テキスト３のよう
に、モジュールの種類と接続の順序を示すことで、マニ
ピュレータのモジュール連結状態を規定することができ
る。図２は、モジュール連結を別に組み換えたマニピュ
レータ７’と、それに対応する入力テキスト３’であ
る。図１、図２に示すように、モジュール型マニピュレ
ータでは、共通のモジュールの組み換えによって、マニ
ピュレータの軸構成を様々に変更することができる。
説明する。まず、マニピュレータ７のモジュール構成と
入力テキスト３の関係について説明する。図１におい
て、入力テキスト３は、マニピュレータ７のモジュール
連結状態を表している。マニピュレータ７は、根本か
ら、ｂａｓｅＡ、ｊｏｉｎｔＢ、ｌｉｎｋＡ、ｊｏｉｎ
ｔ（１）、ｌｉｎｋＢ、ｊｏｉｎｔＡ（２）、ｅｎｄＡ
の順に連結されている。ここで、ｊｏｉｎｔＢ、ｊｏｉ
ｎｔＡ（１）、ｊｏｉｎｔＡ（２）は回転駆動機構を持
つ関節モジュール、ｂａｓｅＡ、ｌｉｎｋＡ、ｌｉｎｋ
Ｂは関節駆動機構を持たないリンクモジュール、ｅｎｄ
Ａはエンドエフェクタモジュールである。また、各モジ
ュールの接続は、機械的な嵌め合いにより１通りに決ま
るものとする。例えば、ｊｏｉｎｔＢとｌｉｎｋＡとを
「ｊｏｉｎｔＢ→ｌｉｎｋＡ」の順序に連結する接続は
１通りに定まる。従って、これらのモジュールによって
構成されるマニピュレータ７は、入力テキスト３のよう
に、モジュールの種類と接続の順序を示すことで、マニ
ピュレータのモジュール連結状態を規定することができ
る。図２は、モジュール連結を別に組み換えたマニピュ
レータ７’と、それに対応する入力テキスト３’であ
る。図１、図２に示すように、モジュール型マニピュレ
ータでは、共通のモジュールの組み換えによって、マニ
ピュレータの軸構成を様々に変更することができる。
【０００７】次に、モジュールの形状情報と運動学演算
式算出方法について説明する。上記モジュールの形状情
報は、モジュール情報記憶装置４に予め登録しておく。
この形状情報は、運動学演算式を算出するために必要な
だけの情報でよい。リンク長、や回転角度の情報を同次
変換行列として登録するのが一つの手法である。同次変
換行列とは４×４の行列で、姿勢を表す３×３行列Ｒと
位置を表す３次元ベクトルｐにより
式算出方法について説明する。上記モジュールの形状情
報は、モジュール情報記憶装置４に予め登録しておく。
この形状情報は、運動学演算式を算出するために必要な
だけの情報でよい。リンク長、や回転角度の情報を同次
変換行列として登録するのが一つの手法である。同次変
換行列とは４×４の行列で、姿勢を表す３×３行列Ｒと
位置を表す３次元ベクトルｐにより
【数１】 と表す。この手法を使うと、図１または図２に示したｂ
ａｓｅＢ、ｌｉｎｋＣ、ｊｏｉｎｔＡ及び各モジュール
の同次変換行列は次のようになる。
ａｓｅＢ、ｌｉｎｋＣ、ｊｏｉｎｔＡ及び各モジュール
の同次変換行列は次のようになる。
【数２】 だだしこれは、図３に示すように各モジュールの基部と
先端の接続部位にそれぞれ座標系を設定し、先端座標か
ら基部座標への同次変換行列を表したものである。ｌ、
ｄ，ａ、ｂはリンク長を表し、ｊｏｉｎｔＡのθは駆動
関節の回転変位を表す。ここでは、モジュールを接続す
る際、接続順序の前側モジュールの先端座標系が後側モ
ジュールの基部座標系と一致するように、各座標系を設
定してある。
先端の接続部位にそれぞれ座標系を設定し、先端座標か
ら基部座標への同次変換行列を表したものである。ｌ、
ｄ，ａ、ｂはリンク長を表し、ｊｏｉｎｔＡのθは駆動
関節の回転変位を表す。ここでは、モジュールを接続す
る際、接続順序の前側モジュールの先端座標系が後側モ
ジュールの基部座標系と一致するように、各座標系を設
定してある。
【０００８】よって、図１に示すように、マニピュレー
タ７についてモジュール連結状態がテキスト３として入
力されると、運動学演算式算出部５はモジュール情報記
憶装置４から各モジュールの同次変換行列を参照し、マ
ニピュレータの運動学演算式を同次変換行列の積とし
て、 Ｔ＝Ａ１×Ａ２×Ａ３×Ａ４×Ａ５×Ａ６×Ａ７ で算出する。ただし、Ａｎは入力テキスト３を基に参照
される同次変換行列で、例えばＡ１は「１．ｂａｓｅ
Ａ」から参照されるｂａｓｅＡの同次変換行列である。
結果として算出された同次変換行列ＴのＲ要素とｐ要素
がそれぞれ、マニピユレータ７のエンドエフエクタ部の
姿勢と位置を表す。マニピュレータ制御部６は、算出さ
れた運動学演算式に基づいてマニピュレータ７のエンド
エフェクタの位置や姿勢を制御するが、この方法につい
ては様々な周知の技術があるためここでは説明を省略す
る。なお以上の説明で、ｊｏｉｎｔＡ、ｊｏｉｎｔＢ、
ｊｏｉｎｔＣは、モジュールの種類としては区別してい
るが、機械的には同じものであってもよい。この場合、
この関節モジュールは複数の接続部位を有し、どの接続
部位を使うかによって、別個のモジュールとして区別す
ることになる。
タ７についてモジュール連結状態がテキスト３として入
力されると、運動学演算式算出部５はモジュール情報記
憶装置４から各モジュールの同次変換行列を参照し、マ
ニピュレータの運動学演算式を同次変換行列の積とし
て、 Ｔ＝Ａ１×Ａ２×Ａ３×Ａ４×Ａ５×Ａ６×Ａ７ で算出する。ただし、Ａｎは入力テキスト３を基に参照
される同次変換行列で、例えばＡ１は「１．ｂａｓｅ
Ａ」から参照されるｂａｓｅＡの同次変換行列である。
結果として算出された同次変換行列ＴのＲ要素とｐ要素
がそれぞれ、マニピユレータ７のエンドエフエクタ部の
姿勢と位置を表す。マニピュレータ制御部６は、算出さ
れた運動学演算式に基づいてマニピュレータ７のエンド
エフェクタの位置や姿勢を制御するが、この方法につい
ては様々な周知の技術があるためここでは説明を省略す
る。なお以上の説明で、ｊｏｉｎｔＡ、ｊｏｉｎｔＢ、
ｊｏｉｎｔＣは、モジュールの種類としては区別してい
るが、機械的には同じものであってもよい。この場合、
この関節モジュールは複数の接続部位を有し、どの接続
部位を使うかによって、別個のモジュールとして区別す
ることになる。
【０００９】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、モジ
ュール型マニピュレータの各モジュールの形状情報は予
め登録されており、マニピュレータのモジュール連結状
態については、モジュールの種類と連結順序のみを入力
するだけでよいので、連結状態の入力が簡便である。な
お、各モジュールの形状情報を予め登録するという手間
に関しては、モジュール型マニピュレータでは、モジュ
ールを組み合わせてマニピュレータを構成するので、組
み合わせの数が多いが、使用するモジュールの種類はそ
れほど多くはない。従って、モジュールの形状情報の登
録の手間は、モジュールを組み合わせたものを関節とし
て入力する手間に比べ著しく少なく、本発明による効果
は大である。
ュール型マニピュレータの各モジュールの形状情報は予
め登録されており、マニピュレータのモジュール連結状
態については、モジュールの種類と連結順序のみを入力
するだけでよいので、連結状態の入力が簡便である。な
お、各モジュールの形状情報を予め登録するという手間
に関しては、モジュール型マニピュレータでは、モジュ
ールを組み合わせてマニピュレータを構成するので、組
み合わせの数が多いが、使用するモジュールの種類はそ
れほど多くはない。従って、モジュールの形状情報の登
録の手間は、モジュールを組み合わせたものを関節とし
て入力する手間に比べ著しく少なく、本発明による効果
は大である。
【図１】 本発明の実施例を示す構成図である。
【図２】 本発明におけるモジュール型マニピュレータ
の組み換え例を示す説明図である。
の組み換え例を示す説明図である。
【図３】 モジュールの形状情報に関する説明図であ
る。
る。
１：本発明の実施例におけるモジュール型マニピュレー
タの制御装置 ２：モジユール連結入力装置 ３，３’：モジュール連結状態の入力テキスト ４：モジュール情報記憶装置 ５：運動学演算式算出部 ６：マニピュレータ制御部 ７，７’：マニピュレータ
タの制御装置 ２：モジユール連結入力装置 ３，３’：モジュール連結状態の入力テキスト ４：モジュール情報記憶装置 ５：運動学演算式算出部 ６：マニピュレータ制御部 ７，７’：マニピュレータ
Claims (1)
- 【請求項１】 連結組み換え可能な複数のモジュールよ
り構成されるモジュール型マニピュレータの制御装置に
おいて、 前記マニピュレータを構成するモジュールの種類及び複
数のモジュールの連結順序を入力する入力装置と、各モ
ジュールの形状情報を予め登録しておく記憶装置と、前
記入力装置への入力情報と前記記憶装置に登録された形
状情報よりマニピュレータの運動学計算式を算出して、
この運動学計算式に基づき前記マニピュレータの先端部
の位置及び姿勢を制御する手段とを備えたことを特徴と
するモジュール型マニピュレータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30304997A JPH11143512A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | モジュール型マニピュレータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30304997A JPH11143512A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | モジュール型マニピュレータの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11143512A true JPH11143512A (ja) | 1999-05-28 |
Family
ID=17916309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30304997A Pending JPH11143512A (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | モジュール型マニピュレータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11143512A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2020161880A1 (ja) * | 2019-02-08 | 2021-11-25 | 日本電気株式会社 | 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 |
-
1997
- 1997-11-05 JP JP30304997A patent/JPH11143512A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2020161880A1 (ja) * | 2019-02-08 | 2021-11-25 | 日本電気株式会社 | 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 |
| US12030192B2 (en) | 2019-02-08 | 2024-07-09 | Nec Corporation | Motion model calculation device, control device, joint mechanism, and motion model calculation method |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20041015 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20050817 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051007 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060407 |