JP2012223851A - ロボット制御装置、その制御方法及び制御プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロボット制御装置は、先端側の第1関節から第i関節(i≧2)までの関節角度を含む関数に基づいて、第i関節から先端部分までの第i関節周りの慣性モーメントを算出する慣性モーメント演算手段と、第i関節の関節角度を含む関数に基づいて、第i関節の回転軸が鉛直方向となるときの第i関節周りの慣性モーメント推定値を算出する慣性モーメント推定手段と、第i関節周りの慣性モーメントと第i関節周りの慣性モーメント推定値と、の差を第i関節周りの慣性モーメント誤差として算出する推定誤差演算手段と、第i関節周りの慣性モーメント誤差の絶対値と判定閾値とを比較して、関節角度検出手段の故障を判定する故障判定手段と、故障の判定結果と、ロボットの作業パターンと、に基づいて、関節角度指令を生成する関節角度指令生成手段と、を備える。
【選択図】図1
Description
φm、n:第m関節において、第m+1リンクと第m関節と第n関節を結ぶ線分が成す角度(以下、「第m第n関節間線分第m+1リンク間角度」と称す)
θm:第m関節角度
まず、第m第n関節間距離am,nと、第m第n関節間線分第m+1リンク間角度φm、nを導出する。図4(a)において、下記(1)式及び(2)式が成立する。
図4(a)において第iリンク重心第i関節間距離bi、iの2乗は、下記(17)式として導出できる。
ただし、上記(22)式において各記号は以下のように定義されている。
Ti:第i関節モータトルク
di:第i関節トルク外乱
Di:第i関節粘性摩擦
T:制御周期
k:各制御周期の値を示すインデックス(k番目の制御周期における値を表す)
また、上記(27)式と上記(21)式との差を、第i関節周り慣性モーメント推定誤差eJ、iとし、下記(28)式を用いて算出することができる。
故障判定部140が、上述した図2及び図3に示す処理フローを用いて、全ての関節角度検出器133の故障判定を行い完了すると、安全制御部120は、その判定結果とロボットハンド130が実施しようとしている作業の種類に応じて、下記(31)式に示す第j関節のモータトルクTjを生成する。
(a)Tj<0:第j関節角度検出器133が故障しており、かつロボットハンド130が実施しようとしている作業において、指機構131が外側(指が伸びる方向)に向かって反力を発生する必要がある場合(sj=1)。
(b)Tj=0:第j関節角度検出器133が故障しており、かつロボットハンド130が実施しようとしている作業において、指機構131が外側に向かって反力を発生する必要がない場合(sj=0)。
(c)Tj=Tjr:第j関節角度検出器133が故障していない、又は故障しているか否か分からない場合。
g=9.8[m/s−2]
ただし、上記各記号は、以下のように定義されている。
li0:第iリンク重心と第i関節の間の距離(以下、「第iリンク重心第i関節間距離」と称す)
θimin:第i関節角度下限値、
θimax:第i関節角度上限値、
cv2:第2関節速度検出値ドリフト量、
Kpi:第i関節角度比例制御ゲイン、
Kvi:正規化第i関節速度比例制御ゲイン、
Kvji:第i関節速度比例制御ゲイン、
Tic:第i関節角度を第i関節角度下限値に保持するための第i関節のモータトルク(以下、「第i関節角度下限値保持モータトルク」と称す)
θif:第i関節角度検出器133が故障していない場合の第i関節角度最終目標値(以下、「第i関節角度最終目標値」と称す)
vic:第i関節角度検出器133が故障していない場合の各制御周期における第i関節速度指令変化量(以下、「第i関節速度指令変化量」と称す)
g:重力加速度
111 作業パターン生成器
112 関節角度指令生成器
120 安全制御部
121 パラメータ生成器
122 モータトルク指令生成器
130 ロボットハンド
131 指機構
132 モータ
133 関節角度検出器
140 故障判定部
141 慣性モーメント演算器
142 慣性モーメント推定器
143 慣性モーメント推定誤差演算器
144 故障判定器
401 第1リンク
402 第1関節
403 第i−2関節
404 第i−1リンク
405 第i−1関節
406 第iリンク
407 第i関節
408 第i−3リンク
409 第i−3関節
410 第i−2リンク
Claims (12)
- 複数のリンクと、該各リンクを回転可能に連結する複数の関節と、該各関節を駆動する複数の駆動手段と、前記各関節角度を検出する複数の関節角度検出手段と、を備えたロボット制御装置であって、
前記各関節角度検出手段により検出された先端側の第1関節から第i関節(i≧2)までの関節角度を含む関数に基づいて、前記第i関節から先端部分までの第i関節周りの慣性モーメントを算出する慣性モーメント演算手段と、
前記関節角度検出手段により検出された前記第i関節の関節角度を含む関数に基づいて、前記第i関節の回転軸が鉛直方向となるときの前記第i関節周りの慣性モーメント推定値を算出する慣性モーメント推定手段と、
前記慣性モーメント演算手段により算出された前記第i関節周りの慣性モーメントと、前記慣性モーメント推定手段により算出された前記第i関節周りの慣性モーメント推定値と、の差を前記第i関節周りの慣性モーメント誤差として算出する推定誤差演算手段と、
前記推定誤差演算手段により算出された前記第i関節周りの慣性モーメント誤差の絶対値と判定閾値とを比較して、前記関節角度検出手段の故障を判定する故障判定手段と、
前記故障判定手段により判定された故障の判定結果と、ロボットが実施しようとしている作業パターンと、に基づいて、前記各関節に対する関節角度指令を生成する関節角度指令生成手段と、
を備える、ことを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1記載のロボット制御装置であって、
前記故障判定手段は、前記推定誤差演算手段により算出された前記第i関節周りの慣性モーメント誤差の絶対値が判定閾値を超えるとき、前記複数の関節角度検出手段の関節角度のうちの一つ関節角度を0度に保持して、前記第i関節周りの慣性モーメント誤差の絶対値と判定閾値との比較を繰返し、前記関節角度検出手段の故障を判定する、ことを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項2記載のロボット制御装置であって、
前記故障判定手段は、前記複数の関節角度のうちの一つ関節角度を0度に保持して、
前記第i関節周りの慣性モーメント誤差の絶対値が判定閾値以下となるとき、前記関節角度を0度に保持した前記関節角度検出手段を故障、それ以外の前記関節角度検出手段を正常、と判定し、
前記第i関節周りの慣性モーメント誤差の絶対値が判定閾値を超えるとき、前記関節角度を0度に保持した前記関節角度検出手段を不明、それ以外の前記関節角度検出手段を故障、と判定し、該故障と判定した関節角度検出手段に対応する関節角度を0度に保持し、前記第i関節周りの慣性モーメント誤差の絶対値と判定閾値との比較を繰り返す、ことを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1乃至3のうちいずれか1項記載のロボット制御装置であって、
前記関節角度指令生成手段は、前記故障判定手段により判定された故障の判定結果と、ロボットが実施しようとしている作業パターンと、に基づいて、前記作業パターンが実施可能か否かを判断し、
実施不能と判断した場合、前記作業パターンの作業を中止するための関節角度指令を生成し、
実施可能と判断した場合、故障した関節角度検出手段が設置された関節以外に対する関節角度指令を生成する、ことを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1乃至4のうちいずれか1項記載のロボット制御装置であって、
前記故障判定手段からの判定結果に基づいて、故障した前記関節角度検出手段が無いと判断した場合、全関節における前記関節角度検出手段の関節角度が前記関節角度指令生成手段により生成された関節角度指令に追従するような前記駆動手段に対するトルク指令を生成し、
前記故障判定手段からの故障判定結果に基づいて、故障した前記関節角度検出手段が存在すると判断した場合、故障していない前記関節角度検出手段の関節角度が前記関節角度指令生成手段により生成された関節角度指令に追従するように前記駆動手段に対するトルク指令を生成し、かつ、故障した前記関節角度検出手段が設けられた関節の駆動手段に対して前記作業内容毎に予め設定されたトルク指令を生成する、
トルク指令生成手段を更に備える、ことを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1乃至4のうちいずれか1項記載のロボット制御装置であって、
ユーザの入力情報又は予め設定されたプログラムに基づいて、ロボットが作業を実施する作業パターンを生成する作業パターン生成手段と、
前記作業パターン生成手段により生成された前記作業パターンを分類し、予め設定された前記分類に対応する値を作業分類パラメータに設定するパラメータ生成手段と、
前記関節角度指令生成手段からの各関節角度指令と、前記パラメータ生成手段からの前記作業分類パラメータと、前記故障判定手段からの故障の判定結果と、に基づいて、前記駆動手段に対するトルク指令を生成するトルク指令生成手段と、
を更に備える、ことを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項6記載のロボット制御装置であって、
前記トルク指令生成手段は、
(a)前記故障判定手段からの判定結果に基づいて、前記関節角度検出器が故障していると判断し、前記パラメータ生成手段からの作業分類パラメータに第1所定値が設定されていると判断したとき、所定トルクを生じさせるトルク指令を生成し、
(b)前記故障判定手段からの判定結果に基づいて、前記関節角度検出器が故障していると判断し、前記パラメータ生成手段からの作業分類パラメータに第2所定値が設定されていると判断したとき、トルク指令に0を設定し、
(c)前記故障判定手段からの判定結果に基づいて、前記関節角度検出器が故障していない、或いは不明と判断したとき、前記作業パターン毎に予め設定されたトルク指令を生成する、ことを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項6又は7記載のロボット制御装置であって、
前記パラメータ生成手段は、前記作業パターン生成手段により生成された作業パターンに基づいて、
ロボットが実施しようとしている作業がロボットハンドの指を伸ばすように外側に向かって反力を発生させると判断したとき、第1所定値を前記作業分類パラメータに設定し、
ロボットが実施しようとしている作業がロボットハンドの指を外側に向かって反力を発生させないと判断したとき、第2所定値を前記作業分類パラメータに設定する、
ことを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1乃至8のうちいずれか1項記載のロボット制御装置であって、
前記ロボットは、
前記複数のリンクと、該各リンクを回転可能に連結する複数の関節と、を有する指機構と、
前記各関節を駆動する複数のモータと、
前記各関節角度を検出する複数の関節角度検出部と、
を備えるロボットハンドである、ことを特徴とするロボット制御装置。 - 請求項1乃至9のうちいずれか1項記載のロボット制御装置であって、
前記慣性モーメント演算手段は、前記関数として(21)式を用いて前記第i関節周りの慣性モーメントJiを算出し、
前記慣性モーメント推定手段は、前記関数として(27)式を用いて前記第i関節周りの慣性モーメント推定値Ji(ハット)を算出し、
前記推定誤差演算手段は、(29)式を用いて前記第i関節周りの慣性モーメント誤差eJ,iを算出する、ことを特徴とするロボット装置。
但し、上記(21)式、(27)式、及び(29)式において、下記式が成立し、lmは第mリンク長さ、miは第iリンク質量、am、nは第m関節と第n関節を結ぶ線分の長さ、bm、nは第mリンク重心第n関節間距離、φm、nは第m関節において第m+1リンクと第m関節と第n関節を結ぶ線分が成す角度、θmは第m関節角度、Jj、iは第jリンクの第i関節に関する慣性モーメント、Jj0は第jリンクの重心周り慣性モーメント、Tiは第i関節モータトルク、Diは第i関節粘性摩擦、Tは制御周期、kは各制御周期の値を示すインデックス、とする。
- 複数のリンクと、該各リンクを回転可能に連結する複数の関節と、該各関節を駆動する複数の駆動手段と、前記各関節角度を検出する複数の関節角度検出手段と、を備えたロボット制御装置の制御方法であって、
前記検出された先端側の第1関節から第i関節(i≧2)までの関節角度を含む関数に基づいて、前記第i関節から先端部分までの第i関節周りの慣性モーメントを算出するステップと、
前記検出された前記第i関節の関節角度を含む関数に基づいて、前記第i関節の回転軸が鉛直方向となるときの前記第i関節周りの慣性モーメント推定値を算出するステップと、
前記算出された第i関節周りの慣性モーメントと、前記算出された第i関節周りの慣性モーメント推定値と、の差を前記第i関節周りの慣性モーメント誤差として算出するステップと、
前記算出された第i関節周りの慣性モーメント誤差の絶対値と判定閾値とを比較して、前記関節角度検出手段の故障を判定するステップと、
前記判定された故障の判定結果と、ロボットが実施しようとしている作業パターンと、に基づいて、前記各関節に対する関節角度指令を生成するステップと、
を含む、ことを特徴とするロボット制御装置の制御方法。 - 複数のリンクと、該各リンクを回転可能に連結する複数の関節と、該各関節を駆動する複数の駆動手段と、前記各関節角度を検出する複数の関節角度検出手段と、を備えたロボット制御装置の制御プログラムであって、
前記検出された先端側の第1関節から第i関節(i≧2)までの関節角度を含む関数に基づいて、前記第i関節から先端部分までの第i関節周りの慣性モーメントを算出する処理と、
前記検出された前記第i関節の関節角度を含む関数に基づいて、前記第i関節の回転軸が鉛直方向となるときの前記第i関節周りの慣性モーメント推定値を算出する処理と、
前記算出された第i関節周りの慣性モーメントと、前記算出された第i関節周りの慣性モーメント推定値と、の差を前記第i関節周りの慣性モーメント誤差として算出する処理と、
前記算出された第i関節周りの慣性モーメント誤差の絶対値と判定閾値とを比較して、前記関節角度検出手段の故障を判定する処理と、
前記判定された故障の判定結果と、ロボットが実施しようとしている作業パターンと、に基づいて、前記各関節に対する関節角度指令を生成する処理と、
をコンピュータに実行させる、ことを特徴とするロボット制御装置の制御プログラム。
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