JP2010269385A - S字加減速軌道生成方法および多関節型ロボットシステム - Google Patents
S字加減速軌道生成方法および多関節型ロボットシステム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】基準関節軸の暫定的なS字加減速軌道を生成し、この暫定的なS字加減速軌道において、加速度が最大となる区間のうち速度が最大となる時刻tm1または加速度が最小となる区間のうち速度が最大となる時刻tm2を算出する。次に、予め設定された動力学モデルを用いて、時刻tm1または時刻tm2における各関節の推定トルクτを算出する。その後、S字加速度到達時間を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた推定トルクτが予め設定された目標トルクτtgになるように、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める。
【選択図】図2
Description
まず、図1により、多関節型ロボットシステムの全体構成について説明する。ここでは、多関節型ロボットシステムとして、3つの関節軸を有する多関節型ロボットを含むシステムを例に挙げて説明する。
次に、図2乃至図4により、本実施の形態による基準関節軸決定方法およびS字加減速軌道生成方法について説明する。
τ=M(Θ)Θ”+B(Θ)[Θa’Θb’]+C(Θ)[Θ’2]+G(Θ)+D(Θ’)+τFcsgn(Θ’) ・・・(1)
τ:各関節軸の推定トルク行列(n行1列の行列)
Θ、Θ’、Θ”:それぞれ関節軸角度行列、関節軸角速度行列、関節軸角加速度行列(n行1列の行列)
Θ’2:同じ関節軸の角速度積行列(n行1列の行列)
Θa’・Θb’:異なる軸の角速度積行列({n・(n−1)/2}行1列の行列)
M(Θ):慣性(質量)行列(n行n列の行列)
B(Θ):コリオリ力項行列(n行{n・(n−1)/2}列の行列)
C(Θ):遠心力行列(n行n列の行列)
G(Θ):重力行列(n行n列の行列)
D(Θ’):粘性摩擦力行列(n行1列の行列)
τFcsgn(Θ’):クーロン摩擦力行列(n行1列の行列)
なお、上記において、nは関節軸J1〜J3の軸数(本実施の形態においてはn=3)を表している。
(但し、τother(Θ、Θ’) =B(Θ)[Θa’Θb’]+C(Θ)[Θ’2]+G(Θ)+D(Θ’)+τFcsgn(Θ’))
τtg=M(ΘDec)αDecΘDec”+τother(ΘDec、ΘDec’) ・・・(4)
ΘAcc_NB”=αAcc_MIN・ΘAcc_B” ・・・(7)
により求められる。
ΘDec_NB”=αDec_MIN・ΘDec_B” ・・・(8)
により求められる。
11 基台
12 第1アーム体
13 第2アーム体
14 第3アーム体
20 制御装置
30 RAM
31 教示情報
32 S字加減速パラメータ情報
33 モデルパラメータ情報
34 目標トルク情報
40 CPU
41 第1S字加減速軌道生成部
42 時刻算出部
43 演算処理部
44 角加速度変更処理部
45 第2S字加減速軌道生成部
46 目標位置算出部
47 サーボ部
48 基準関節軸決定処理部
100 多関節型ロボットシステム
J1〜J3 関節軸
Claims (3)
- 複数の関節軸を有するロボットについて、各々の関節軸を駆動するためのS字加減速軌道を生成するS字加減速軌道生成方法において、
ロボットの動作目標位置と動作パターンとに基づいて、動作目標位置までの各関節軸の移動時間を求め、最も移動時間の長い関節軸を基準関節軸に決定する工程と、
基準関節軸に対する暫定的なS字加減速軌道を生成する工程と、
暫定的なS字加減速軌道において、加速度が最大となる区間のうち速度が最大となる時刻tm1を算出し、または加速度が最小となる区間のうち速度が最大となる時刻tm2を算出する工程と、
予め設定された動力学モデルを用いて、時刻tm1または時刻tm2における各関節軸の推定トルクを算出する工程と、
各関節軸毎に加速を開始してから最大加速度に到達するまでの最大加速度到達時間、または減速を開始してから最小加速度に到達するまでの最小加速度到達時間を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた推定トルクが予め設定された目標トルクになるように、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める工程と、
このようにして求めた基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度に基づいて、基準関節軸のS字加減速軌道がこの修正最大加速度または修正最小加速度をもつよう修正した修正S字加減速軌道を生成する工程と備えたことを特徴とするS字加減速軌道生成方法。 - 基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める工程は、
動力学モデルを用いることにより、暫定的なS字加減速軌道における基準関節軸の最大加速度または最小加速度と、時刻tm1または時刻tm2における各関節軸の推定トルクが予め設定された各関節軸の目標トルクに一致するとした場合の各関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度との比である加速度変更率を全関節軸分算出する工程と、
算出された各関節軸の加速度変更率のうち、最小となる最小加速度変更率を求める工程と、
この最小加速度変更率を暫定的なS字加減速軌道における基準関節軸の最大加速度または最小加速度に乗じることにより、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める工程とを含むことを特徴とする請求項1記載のS字加減速軌道生成方法。 - 複数の関節軸を有する多関節型ロボットシステムにおいて、
ロボット本体と、
ロボット本体を制御する制御装置とを備え、
制御装置は、
ロボットの動作目標位置と動作パターンとに基づいて、動作目標位置までの各関節軸の移動時間を求め、最も移動時間の長い関節軸を基準関節軸に決定する基準関節軸決定処理部と、
基準関節軸に対する暫定的なS字加減速軌道を生成する第1S字加減速軌道生成部と、
暫定的なS字加減速軌道において、加速度が最大となる区間のうち速度が最大となる時刻tm1を算出し、または加速度が最小となる区間のうち速度が最大となる時刻tm2を算出する時刻算出部と、
予め設定された動力学モデルを用いて、時刻tm1または時刻tm2における各関節軸の推定トルクを算出する演算処理部と、
各関節軸毎に加速を開始してから最大加速度に到達するまでの最大加速度到達時間、または減速を開始してから最小加速度に到達するまでの最小加速度到達時間を一定に保持したまま、動力学モデルを用いて求めた推定トルクが予め設定された目標トルクになるように、基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求める角加速度変更処理部と、
このようにして求めた基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度に基づいて、基準関節軸のS字加減速軌道がこの修正最大加速度または修正最小加速度をもつよう修正した修正S字加減速軌道を生成する第2S字加減速軌道生成部と有することを特徴とする多関節型ロボットシステム。
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