JP2017030106A - ロボット制御装置およびロボットシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】高放射線環境下においても、ロボットの位置決め制御を可能とする。【解決手段】実施形態によるロボット制御装置100は、目標値を座標変換する第1座標変換部111と、減算部112と、減算部112の出力に基づいてロボット10への関節角度の制御指令を計算する逆運動学計算部113と、ロボット10からの関節角度信号に基づき手先の位置・姿勢を計算する順運動学計算部121と、座標変換式導出部162と、逆運動学・順運動学計算式導出部152と、カメラ画像を処理するカメラ画像処理部131と、カメラ画像から手先の位置・姿勢を推定する位置・姿勢推定部132と、位置・姿勢を座標変換する第2座標変換部133と、順運動学計算部121の出力と第2座標変換部133の出力に基づいてフィードバック情報を作成するフィードバック情報生成部122とを有する。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、ロボット制御装置およびこれを有するロボットシステムに関する。
原子力発電所の原子炉内およびその周辺、あるいは放射線治療施設など、きわめて高い放射線量の環境においては、人間による保守作業、様々な物の運搬や操作等のハンドリングが不可能であるため、これらの作業はロボットを用いるなどする必要がある。以下にその応用の一例として、原子力施設における保守作業について示す。原子力施設においては、外部からロボットを施設内に進入させて、これをロボット制御装置により制御し、原子力施設内の多様な場所に設置されている保守対象機器に接近してこれを把持して取り出す等の保守作業を行う。
このようなロボットは、関節機構であり、制御装置により制御される。制御は、ロボットの手先の位置・姿勢をフィードバックしながら行われる。ただし、これには、ロボットの設置位置(ロボット座標原点)が一意に決まっていること、ロボットの関節およびギアの遊びが無いこと、各関節の角度センサの精度が十分に高いこと、およびロボットのリンク等構造物が変形しないことが必要である。
しかしながら、原子力設備内の特に高い放射線環境での保守作業の観点では、設置が望ましい場合でも、運転時に運転に必要でないもの以外を設置できない場合が多くある。このため、ロボットを正確に同じ位置に設置できるとは限らず、また製造の精度に限界があり関節やギアに遊びが必ず存在し、センサの精度にも限界があり、さらに保守対象を把持することによる重力の影響、あるいは衝突や経年変化等リンク・構造が変形することがありうる。したがって、必ずしも精度よく計算で手先の位置・姿勢の現在値をえられるとは限らない。
そのため、マーカなどをあらかじめ目標位置に設置しそれらの情報をもとに自身の位置を同定する方法、あるいはさまざまなセンサを取り付けて、周囲を計測して自身の位置を同定する技術が知られている。また、特定の目標位置にマーカを設置しそれをカメラで捉えることでその目標位置へ向かう技術が知られている。
しかし、原子力設備内の特に高い放射線環境での保守作業においては、原子力設備内には通常運転時に運転に必要でないもの以外を設置することができない場合が多くあり、そのためあらかじめ目標位置にマーカを設置することができないという制約があり、また、保守対象機器が設備内の様々な場所に設置されていて、あらゆる場所に位置決めできる必要がある、などの条件がある。
そのような条件下では、あらかじめマーカを設置しておく方法は、運転に必要でない機器であるためあらかじめすべての保守対象機器にマーカをつけることが不可能であったり、保守対象機器が多数でありすべてにマーカをつけることが困難である。また、自身の位置をセンサで同定する方法は、これらに一般的に使われる計測センサは高い放射線環境下では放射線の影響に耐えられないという問題点がある。
従来のロボットの位置決め制御装置は、まず、計算機にて全体座標上の手先の位置・姿勢の目標値に対して、あらかじめ得られるロボットの設置位置データをもとに、座標変換式を用いて座標変換によって、ロボット座標原点から手先の位置・姿勢目標値を算出する。その値をもとに、ロボットの各関節に対してあらかじめ得られるロボットのリンク・構造データをもとに逆運動学計算式に基づいて逆運動学計算を行い、各関節の指令値を算出し、各関節にこの指令値を出力して制御する。
ロボットは、各関節にモータを持っており、その指令値に合わせて各関節モータを制御し、関節の角度を変えて手先の位置・姿勢を変更する。この各関節の角度はモータ内蔵あるいは関節にリンクしたエンコーダやレゾルバにより検出し、それを計算機に取り込む。計算機では、ロボットのリンク・構造データをもとに、順運動学計算式に基づいて順運動学計算を行い、ロボットの原点から手先の位置・姿勢の現在位置を算出し、目標位置との偏差を算出し、その偏差に基づくフィードバック制御により手先の位置を目標値に接近させる制御を行う。
上記のあらかじめ得られるロボットの設置位置データ、およびあらかじめ得られるロボットのリンク・構造データは、ロボットの設置位置が一定であることや、ロボットのリンクのたわみや重量のある保守対象を把持するなどによりたわみが発生し変形することがない、などと言った条件が必要になる。
しかしながら、たとえば、原子力の高放射線環境での様々な保守作業においては、これらが必ずしも達成されず、あらかじめ得たデータからロボットの手先の位置・姿勢を算出した結果と、実際のロボットの手先の位置・姿勢が一致しない場合が考えられる。また、この手先の位置・姿勢を検出する方法については、高放射線環境に耐えることができるセンサがないことが、この手先の位置・姿勢を検出することの阻害要因となっている。
そこで、本発明の実施形態は、高放射線環境下においても、ロボットの位置決め制御を可能とすることを目的とする。
上述の目的を達成するため、本実施形態は、少なくとも一つの関節を有するロボットの手先の位置・姿勢を制御するロボット制御装置において、全体座標での前記手先の位置・姿勢の目標値を受けてロボット座標空間における前記手先の位置・姿勢の目標値である変換目標値に変換する第1座標変換部と、前記第1座標変換部の出力と、フィードバック情報との差を算出する減算部と、前記減算部の出力に基づいて前記ロボットへの関節角度の制御指令を計算する逆運動学計算部と、前記ロボットからの関節角度信号に基づきロボット座標空間における前記手先の位置・姿勢を計算する順運動学計算部と、前記手先の位置・姿勢に基づいて、全体座標での前記手先の位置・姿勢に変換するための座標変換式を導出する座標変換式導出部と、逆運動学計算および順運動学計算の計算式をロボット構造データに基づき導出する逆運動学・順運動学計算式導出部と、前記ロボットに取り付けられたカメラで撮影した前記ロボットの周辺のカメラ画像に基づき前記カメラ画像をディジタル演算可能に処理するカメラ画像処理部と、前記カメラ画像処理部から出力されるカメラ画像に基づいて、前記手先の位置・姿勢を推定する位置・姿勢推定部と、前記位置・姿勢推定部で推定された前記手先の位置・姿勢をロボット座標に変換する第2座標変換部と、前記順運動学計算部の出力と前記第2座標変換部の出力に基づいて、前記フィードバック情報を作成するフィードバック情報生成部と、を備えることを特徴とする。
また、本実施形態は、少なくとも一つの関節を有するロボットと、手先の位置・姿勢を制御するロボット制御装置と、を具備するロボットシステムにおいて、前記ロボット制御装置は、全体座標での手先の位置・姿勢の目標値を受けてロボット座標空間における前記ロボットの前記手先の位置・姿勢の目標値である変換目標値に変換する第1座標変換部と、前記第1座標変換部の出力と、フィードバック情報との差を算出する減算部と、前記変換目標値に基づいて前記ロボットへの関節角度の制御指令を計算する逆運動学計算部と、前記ロボットの関節角度信号に基づきロボット座標空間における前記手先の位置・姿勢を計算する順運動学計算部と、前記手先の位置・姿勢に基づいて、全体座標での前記手先の位置・姿勢に変換するための座標変換式を導出する座標変換式導出部と、逆運動学計算および順運動学計算の計算式をロボット構造データに基づき導出する逆運動学・順運動学計算式導出部と、前記ロボットに取り付けられたカメラで撮影した前記ロボットの周辺のカメラ画像に基づき前記カメラ画像をディジタル演算可能に処理するカメラ画像処理部と、前記カメラ画像処理部から出力されるカメラ画像に基づいて、前記手先の位置・姿勢を推定する位置・姿勢推定部と、前記位置・姿勢推定部で推定された前記手先の位置・姿勢の座標をロボット座標に変換する第2座標変換部と、前記順運動学計算部の出力と前記第2座標変換部の出力に基づいて、前記フィードバック情報を作成するフィードバック情報生成部と、を備えることを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、高放射線環境下においても、ロボットの位置決め制御が可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るロボット制御装置およびロボットシステムについて説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。ロボットシステム500は、ロボット10およびロボット制御装置100を有する。
図1は、第1の実施形態に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。ロボットシステム500は、ロボット10およびロボット制御装置100を有する。
ロボット10は、保守対象1(図3)を取り扱うように、自走式で、手先11がアーム機構13によって、移動可能となっている。アーム機構13は、アーム13a、13b、13cを有する。手先11とアーム13a間は関節12aにより、アーム13aとアーム13b間は関節12bにより、また、アーム13bとアーム13c間は関節12cにより、少なくとも1つの自由度を以て結合している。
アーム機構13が3つのアームを有する場合を示したが、これには限定されない。たとえば、走行台車(図示せず)に、先端に手先を有するアームが取り付けられ、アームと走行台車間は関節により結合しているように関節が1つの場合でもよい。あるいは、これ以上の数のアームと関節を有する場合でもよい。あるいは、手先は複数ある場合でもよいし、途中でアームが分岐している場合でもよい。
また、ロボット10は、手先11に固定されたカメラ18を有する。カメラ18は、高放射線環境下のエリアにおいて使用することから、半導体等を使用しない耐放射線カメラである。なお、カメラ自体が耐放射線性を有する場合に限定されない。たとえば、外側を遮へい体で覆われ、撮影時のみ開閉するような機構を有する物であってもよい。
図2は、第1の実施形態に係るロボット制御装置とロボットとの取り合いを示すブロック図である。各関節12は、サーボ機構となっており、電動機14a、角度センサ14b、およびサーボアンプ15を有する。電動機14aは、関節12を構成するたとえば2つのアーム13間の角度を増減するための駆動を行う。角度センサ14bは、たとえばレゾルバあるいはエンコーダであり、電動機の軸回りの角度を検出し角度信号を出力する。
サーボアンプ15は、ロボット制御装置100から受け入れた制御指令値と角度センサ14bからのフィードバック信号である角度センサ値との差の値に基づいて、電動機14aに対する電動機駆動電流を出力する。また、サーボアンプ15は、各関節12の関節角度をロボット制御装置100に出力する。
以上、関節12の角度を電動機14aによって変化させる場合を説明したが、これには限定されない。たとえば、油圧式あるいは空気などの気体を用いる方式でもよい。
ロボット制御装置100は、全体座標上の手先の位置・姿勢の目標値を受けて、ロボット10の手先11の位置およびロボット10の手先の位置・姿勢が目標値となるように制御する。ここで、全体座標とは、エリア全体に共通の固定された座標系である。これに対して、移動するロボット10を基準とした座標系をロボット座標系と呼ぶこととする。たとえば、手先11から最も離れている関節12を原点にすることでもよい。また、ロボット10の手先11の位置・姿勢は、ロボット10の手先11の全体座標系における3次元的な位置(X,Y,Z)および3軸回りの回転角(Ω,Θ,Φ)、あるいはロボット座標系における3次元的な位置(x,y,z)および3軸回りの回転角(ω,θ,φ)として規定されるものとする。
ロボット制御装置100は、図1に示すように、第1座標変換部111、減算部112、逆運動学計算部113、順運動学計算部121、フィードバック情報生成部170としての切り替え部122、カメラ画像処理部131、位置・姿勢推定部132、第2座標変換部133、基準画像供給部140、ロボット構造データベース151、逆運動学・順運動学計算式導出部152、ロボット設置位置データベース161、および座標変換式導出部162を有する。
第1座標変換部111は、外部からのロボット10の手先11の位置・姿勢の目標位置の指令信号を受け入れる。目標位置は、全体座標系により規定されている。このため、ロボット座標系に変換する必要があり、第1座標変換部111はこの変換を行い、ロボット座標系における手先11の目標位置である変換目標値を出力する。
図3は、座標変換を説明するための2つの座標系の関係図である。説明を簡便にするために2次元の場合を示している。いま、全体座標系における座標を(X,Y)、ロボット座標系における座標を(x,y)とする。
座標変換の要因のうち、全体座標系の平行移動については、次の、式(1)、(2)により与えられる。ただし、(X0,Y0)は、ロボット座標系の原点の全体座標系における座標である。
X=x+X0 …(1)
Y=y+Y0 …(2)
X=x+X0 …(1)
Y=y+Y0 …(2)
また、座標変換の要因のうち、全体座標系の回転については、次の、式(3)、(4)により与えられる。ただし、Φは、ロボット座標系の全体座標系からみた回転角度である。
X=xcosΦ−ysinΦ …(3)
Y=xsinΦ+ycosΦ …(4)
X=xcosΦ−ysinΦ …(3)
Y=xsinΦ+ycosΦ …(4)
以上に示した式(1)ないし(4)によって、ロボット座標系における座標(x,y)から全体座標系における座標(X,Y)への変換を行うことができる。
また、全体座標系における座標(X,Y)からロボット座標系における座標(x,y)への変換は、式(1)ないし(4)に基づいた逆算式を座標変換式として用いることにより行うことができる。
あらかじめ得られるロボット10の設置位置データを収納するロボット設置位置データベース161をもとに座標変換式導出部162が、上記の座標変換式を導出し、第1座標変換部111は、この座標変換式を用いる。
減算部112は、第1座標変換部111からの変換目標値から、ロボット10の手先11の位置・姿勢に関する切り替え部122からのフィードバック情報の値を減じた値、すなわち、位置・姿勢の偏差信号を出力する。
次に、逆運動学計算部113、順運動学計算部121を説明する。順運動学とは、関節変位(回転、直動)に基づいて手先11の位置・姿勢を求めるものである。また、逆運動学とは、手先の位置・姿勢にもとづいて関節変位(回転、直動)を求めるものである。すなわち、数学的には、手先の位置・姿勢を表すベクトルrと関節変位を表すベクトルqが次の式(5)の関数群で表される場合に、順運動学は関数Fを求めることであり、逆運動学は式(6)のように、関数Fの逆関数F−1を求めるものである。
r=F(q) …(5)
q=F−1(r) …(6)
r=F(q) …(5)
q=F−1(r) …(6)
逆運動学・順運動学計算式導出部152は、ロボット構造データベース151内のデータを用いて、逆運動学の計算式および順運動学の計算式をそれぞれ導出する。逆運動学計算部113および順運動学計算部121は、この計算式を使用する。
図4は、順運動学を説明するためのリンク機構の概念的状態図である。図4は、説明を簡便にするために、2つのアームからなるリンク機構の場合を示している。順運動学は、前述のように、リンク機構の状態すなわち関節変位から、手先の位置・姿勢を求めるものである。
リンク機構が、図4に示すような長さL1の第1のアームがx軸を基準に角度θ1、これに結合した長さL2の第2のアームが第1のアームを基準に角度θ2の状態、すなわちq=(θ1,θ2)の場合、先端部Pの座標r(x0,y0)は、順運動学的に次の式(7)および(8)により求められる。
x0=L1cosθ1+L2cos(θ1+θ2) …(7)
y0=L1sinθ1+L2sin(θ1+θ2) …(8)
x0=L1cosθ1+L2cos(θ1+θ2) …(7)
y0=L1sinθ1+L2sin(θ1+θ2) …(8)
図5は、逆運動学を説明するためのリンク機構の概念的状態図である。手先の位置の座標(x0,y0)が与えられたときに、q=(θ1,θ2)を、式(7)および(8)の逆関数により求める。ここで、アームが1つの場合は、手先の位置の座標に対して、qは一通りに決まるが、アームが2つ以上の場合は、複数のqが算出される。図5に示すような自由度が2の場合は、2通りの解が導かれる。
逆運動学計算部113は、手先11を所定の位置にするための、各関節12の角度、すなわちq=(θ1,θ2)を算出し、制御指令値としてロボット10の各関節12に出力する。ロボット10の各関節12は、この制御指令値に合わせて各電動機14aを制御し、関節12の角度を変えてロボット10の手先の位置・姿勢を変更する。
順運動学計算部121は、ロボット10の各関節12からのフィードバック信号としての各関節角度信号を受けて、ロボット10の手先の位置・姿勢に関する情報に変換する。なお、ロボット構造データベース151は、あらかじめ得られるロボット10の各アーム13のたとえば長さ、各関節12のたとえば屈伸可能方向、屈伸可動域等あるいは図示しない走行部に関する情報等を含むロボット10の構造に関する情報を収納する。
カメラ画像処理部131は、カメラ18からの画像データを受けて、ロボット制御装置100における演算処理に対応するデータ形式に変換し、ディジタル演算可能に処理する。位置・姿勢推定部132は、カメラ画像処理部131および基準画像供給部140からの出力を受け入れて、ロボット10の手先11の現在の位置・姿勢を推定する。
基準画像供給部140は、位置・姿勢推定部132が、カメラ画像処理部131からの画像データによりロボット10の手先11の位置・姿勢を推定する上で、その推定の根拠となるロボット10からロボット10の周囲のエリアを見た場合に取得されるはずの画像データを供給する。
基準画像供給部140は、建屋・機器CADデータベース141、画像特徴データ抽出部142、および全位置画像特徴データベース143を有する。建屋・機器CADデータベース141は、あらかじめ得られる建屋データあるいは機器のCADデータ等、ロボット10が進入するエリア内の外観を形成する元となるデータを収納する。
画像特徴データ抽出部142は、エリア内の各機器、あるいは建屋の柱、梁等のそれぞれについて、外観上の特徴部を画像特徴部として抽出する。なお、画像データとしては、少なくとも保守対象となる主要な機器については、ロボット10が保守作業を行う位置で、カメラ18から見えるはずの画像を収納しておく。
ここで、画像特徴部とは、たとえば、面と面の接合部すなわち辺、あるいは頂点、機器等の表面を配管等が貫通する部分などのように、外観上の目印として活用できる部分を言う。全位置画像特徴データベース143は、各撮影位置および方角と、その位置および方角から見た画像特徴部の画像データとの組み合わせデータを集積して収納する。
位置・姿勢推定部132は、まず、カメラ画像処理部131からのロボット10の位置から撮影した現在の画像に基づいて、画像特徴を抽出する。次に、位置・姿勢推定部132は、全位置画像特徴データベース143内の画像特徴部の画像データと比較する。この結果、現在の画像に隣接する複数の画像データを抽出し、隣接する複数の画像データのそれぞれの位置および方角データからのずれによって、ロボット10の手先11の現在位置および方向を推定する。
第2座標変換部133は、推定されたロボット10の手先11の現在位置および方向に基づいて、逆運動学計算部113が計算する座標系に合わせた座標変換を行う。すなわち、位置・姿勢推定部132における画像データの解析は、全体座標系に基づいてなされるので、この結果を、ロボット座標系に変換する。
切り替え部122は、フィードバック情報を生成するフィードバック情報生成部170として、順運動学計算部121の出力と第2座標変換部133の出力に基づいて、フィードバック情報を作成し、減算部112にフィードバック信号として出力する。具体的には、順運動学計算部121の出力と第2座標変換部133の出力とを入力として、これらの一方のみを出力する。すなわち、順運動学計算部121の出力と第2座標変換部133との切り替えを行う。
次に、本実施形態に係るロボットシステム500の作用を説明する。ロボット10は、図示しない駆動装置により、高放射線環境エリアに進入して、目的とする保守対象機器を取扱い可能な位置まで移動する。なお、この制御に係る部分は、図1のロボット制御装置100の構成においては、図示を省略している。一方、ロボット制御装置100は、高放射線環境エリアの外側におかれる。ロボット制御装置100とロボット10との間は、耐放射線性の動力用および計装用のケーブルで接続される。
座標変換式導出部162は、保守対象機器を取り扱い可能な位置に移動したロボット10の位置および方向と、ロボット設置位置データベース161に基づいて、全体座標系からロボット座標系への座標変換式を導出する。導出された座標変換式は、第1座標変換部111および第2座標変換部133に出力される。
第1座標変換部111は、外部からの手先11の位置・姿勢の目標値(目標位置・姿勢)を受け入れる。目標位置・姿勢は、全体座標系により規定されている。このため、ロボット座標系に変換する必要がある。座標変換式導出部162で導出された座標変換式を用いて、目標位置・姿勢の値を、全体座標系の座標から、ロボット座標系の座標に変換する。
減算部112は、ロボット座標系の座標に変換された目標位置・姿勢の値から、後述するフィードバック信号としてのロボット10の手先11の位置・姿勢の現在値を減じて、その結果である偏差信号を逆運動学計算部113に出力する。
逆運動学計算部113は、偏差信号を受け入れて、逆運動学・順運動学計算式導出部152において導出された逆運動学計算式を用いて、この偏差信号を指令信号に変換する。すなわち、偏差信号は、手先11の位置・姿勢の値の目標値からのずれであるので、この偏差に基づいて、この偏差を減少させるための各アームの角度の変更内容を算出して、指令信号としてロボット10の各関節12に出力する。
ロボット10の各関節12はサーボ機構であり、ロボット制御装置100の逆運動学計算部113からの制御指令値に追従して角度を変化させる。この各関節12の関節角度は、フィードバック信号としてロボット制御装置100の順運動学計算部121に出力される。
順運動学計算部121は、フィードバック信号としての各関節12の関節角度を受け入れて、逆運動学・順運動学計算式導出部152において導出された運動学計算式を用いて、この関節角度を、ロボット10の手先11の位置・姿勢の情報に変換する。フィードバック情報生成部170としての切り替え部122は、当初は順運動学計算部121からの出力を減算部112にフィードバック信号として出力する。
ロボットの手先11が、目標とする位置に近接して、減算部112の出力、すなわち制御偏差が所定の値より小さくなった場合には、切り替え部122は、その出力を第2座標変換部133からの出力とする側に切り換える。
ロボット10の手先11に取り付けたカメラ18は、目標位置に接近した時の手先11からみた画像を取得し、カメラ画像処理部131に出力する。
位置・姿勢推定部132は、現在画像の画像特徴と、全位置画像特徴データベース143に記憶された画像特徴とを比較し、そのずれ量により手先11の位置・姿勢を算出する。第2座標変換部133は、この算出、推定された位置・姿勢をもとに、ロボット座標系での位置・姿勢の現在位置を算出して、切り替え部122を経由して、減算部112にフィードバック信号として出力する。減算部112以降は、切り替え前と同様に、逆運動学計算部113からロボット10に制御指令信号が出力される。
このように、目標位置に接近するまでは、関節12の角度信号に基づくフィードバック制御により接近を行い、目標位置に接近した後は、画像での位置・姿勢計測により実際のロボット10および保守対象の位置や状況に合わせた位置決め制御を行うことができる。
以上のように構成された本第1の実施形態に係るロボットシステム500は、ロボット10の手先11に取り付けられたカメラ18による画像をもとにロボット10の手先11の位置・姿勢を、フィードバック制御に使用する。これにより、あらかじめ定められたロボット10の設置位置からのずれやロボット10のリンク・構造のたわみ等に影響されることなく、確実に目標位置へ位置決めすることができる。
このように、高放射線環境下においても、ロボットの位置決め制御が可能である。
[第2の実施形態]
図6は、第2の実施形態に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態は、第1の実施形態の変形である。
図6は、第2の実施形態に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態は、第1の実施形態の変形である。
本第2の実施形態における基準画像供給部140は、全位置画像データベース144を有する。全位置画像データベース144は、対象とする施設のエリアが高い放射線レベルの環境になる前、例えば原子力設備の運転開始前などの時期で、放射線の影響を受けない環境下において、あらかじめ画像データを取得し収納するものである。すなわち、手先の位置・姿勢を計測するセンサを用いて、ロボット10を、全保守対象機器の必要な場所に位置決めし、その状態でカメラ画像を記録する。
このような本第2の実施形態によれば、手先の位置の算出に使用するデータを、実際の画像データに基づくものとすることができ、実際の建屋および保守対象機器が設計時から製作誤差や設置誤差などにより相違していた場合においても、正しく位置が検出できるため、より精度よくロボットの手先の位置・姿勢の位置算出をすることができる。
[第3の実施形態]
図7は、第3の実施形態に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態は、第1の実施形態の変形である。本第3の実施形態におけるロボット制御装置100においては、フィードバック情報生成部170として、計算式調整部123が設けられている。
図7は、第3の実施形態に係るロボットシステムの構成を示すブロック図である。本実施形態は、第1の実施形態の変形である。本第3の実施形態におけるロボット制御装置100においては、フィードバック情報生成部170として、計算式調整部123が設けられている。
フィードバック情報生成部170としての計算式調整部123は、位置・姿勢推定部132にて得られた全体座標上の手先11の位置・姿勢の現在値に基づいて、逆運動学・順運動学計算式導出部152および座標変換式導出部162のそれぞれの導出内容を調整する。すなわち、前記第2座標変換部133、前記順運動学計算部121、前記座標変換式導出部162、および逆運動学・順運動学計算式導出部152のそれぞれからの出力を受けて、逆運動学・順運動学計算式導出部152で導出される逆運動学計算式、順運動学計算式、および座標変換式導出部162で導出される座標変換式をチューニングし、計算式導出の精度を向上させるものである。
この精度の高い計算式を基に座標変換および逆運動学計算・順運動学計算を行うことで、精度よくロボット10の手先の位置・姿勢を目標位置へ位置決めする事を可能とする。なお、逆運動学計算式、順運動学計算式および座標変換式のチューニングはすべてを同時にチューニングすることは困難であり収束性を高めるために、座標変換式のチューニングを行った後に逆運動学計算・順運動学計算を行うものとする。
画像データに基づき現在の手先の位置・姿勢が計測されても、座標変換式および逆運動学計算式・順運動学計算式の精度が高くない場合には、保守対象機器へアクセスするためのロボットの手先の位置・姿勢が計算通りとならないことがあるが、本実施形態における構成に基づき、座標変換式および逆運動学計算式・順運動学計算式の精度を高めることにより、正確な位置・姿勢を計算することが可能となる。
[その他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…保守対象、10…ロボット、11…手先、12、12a、12b、12c…関節、13…アーム機構、13a、13b、13c…アーム、14a…電動機、14b…角度センサ、15…サーボアンプ、18…カメラ、100…ロボット制御装置、111…第1座標変換部、112…減算部、113…逆運動学計算部、121…順運動学計算部、122…切り替え部(フィードバック情報生成部)、123…計算式調整部(フィードバック情報生成部)、131…カメラ画像処理部、132…位置・姿勢推定部、133…第2座標変換部、140…基準画像供給部、141…建屋・機器CADデータベース、142…画像特徴データ抽出部、143…全位置画像特徴データベース、144…全位置画像データベース、151…ロボット構造データベース、152…逆運動学・順運動学計算式導出部、161…ロボット設置位置データベース、162…座標変換式導出部、170…フィードバック情報生成部、500…ロボットシステム
Claims (8)
- 少なくとも一つの関節を有するロボットの手先の位置・姿勢を制御するロボット制御装置において、
全体座標での前記手先の位置・姿勢の目標値を受けてロボット座標空間における前記手先の位置・姿勢の目標値である変換目標値に変換する第1座標変換部と、
前記第1座標変換部の出力と、フィードバック情報との差を算出する減算部と、
前記減算部の出力に基づいて前記ロボットへの関節角度の制御指令を計算する逆運動学計算部と、
前記ロボットからの関節角度信号に基づきロボット座標空間における前記手先の位置・姿勢を計算する順運動学計算部と、
前記手先の位置・姿勢に基づいて、全体座標での前記手先の位置・姿勢に変換するための座標変換式を導出する座標変換式導出部と、
逆運動学計算および順運動学計算の計算式をロボット構造データに基づき導出する逆運動学・順運動学計算式導出部と、
前記ロボットに取り付けられたカメラで撮影した前記ロボットの周辺のカメラ画像に基づき前記カメラ画像をディジタル演算可能に処理するカメラ画像処理部と、
前記カメラ画像処理部から出力されるカメラ画像に基づいて、前記手先の位置・姿勢を推定する位置・姿勢推定部と、
前記位置・姿勢推定部で推定された前記手先の位置・姿勢をロボット座標に変換する第2座標変換部と、
前記順運動学計算部の出力と前記第2座標変換部の出力に基づいて、前記フィードバック情報を作成するフィードバック情報生成部と、
を備えることを特徴とするロボット制御装置。 - 前記フィードバック情報生成部は、前記順運動学計算部の出力と前記第2座標変換部の出力を入力として、これらの一方のみを出力する切り替え部を有することを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。
- 前記フィードバック情報生成部は、前記第2座標変換部、前記順運動学計算部、前記座標変換式導出部、および逆運動学・順運動学計算式導出部のそれぞれからの出力を受けて、逆運動学・順運動学計算式導出部での計算で用いられるパラメータを調整する計算式調整部を有することを特徴とする請求項1に記載のロボット制御装置。
- 前記位置・姿勢推定部における前記手先の位置・姿勢の算出のために、エリア内の各位置における前記ロボットから見た前記エリア内の複数の基準画像を提供する基準画像供給部をさらに備え、
前記位置・姿勢推定部は、前記カメラ画像処理部からのカメラ画像と、前記複数の基準画像とを比較して、前記手先の位置・姿勢を推定する、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のロボット制御装置。 - 前記基準画像供給部は、
前記エリア内に存在する物の3次元形状に関する情報を記憶する建屋・機器CADデータベースと、
前記3次元形状に関する情報から特徴情報を抽出する画像特徴データ抽出部と、
前記画像特徴データ抽出部で抽出された画像特徴情報を記憶する全位置画像特徴データベースと、
を有することを特徴とする請求項4に記載のロボット制御装置。 - 前記基準画像供給部は、
あらかじめ取得された前記エリア内に存在する物の画像を収納する全位置画像データベースと、
前記全位置画像データベースに収納された画像データから特徴情報を抽出する画像特徴データ抽出部と、
前記画像特徴データ抽出部で抽出された画像特徴情報を記憶する全位置画像特徴データベースと、
を有することを特徴とする請求項4に記載のロボット制御装置。 - 前記ロボットは、高放射線環境下のエリアにおいて動作し、前記カメラは、耐放射線カメラであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
- 少なくとも一つの関節を有するロボットと、
手先の位置・姿勢を制御するロボット制御装置と、
を具備するロボットシステムにおいて、
前記ロボット制御装置は、
全体座標での手先の位置・姿勢の目標値を受けてロボット座標空間における前記ロボットの前記手先の位置・姿勢の目標値である変換目標値に変換する第1座標変換部と、
前記第1座標変換部の出力と、フィードバック情報との差を算出する減算部と、
前記変換目標値に基づいて前記ロボットへの関節角度の制御指令を計算する逆運動学計算部と、
前記ロボットの関節角度信号に基づきロボット座標空間における前記手先の位置・姿勢を計算する順運動学計算部と、
前記手先の位置・姿勢に基づいて、全体座標での前記手先の位置・姿勢に変換するための座標変換式を導出する座標変換式導出部と、
逆運動学計算および順運動学計算の計算式をロボット構造データに基づき導出する逆運動学・順運動学計算式導出部と、
前記ロボットに取り付けられたカメラで撮影した前記ロボットの周辺のカメラ画像に基づき前記カメラ画像をディジタル演算可能に処理するカメラ画像処理部と、
前記カメラ画像処理部から出力されるカメラ画像に基づいて、前記手先の位置・姿勢を推定する位置・姿勢推定部と、
前記位置・姿勢推定部で推定された前記手先の位置・姿勢の座標をロボット座標に変換する第2座標変換部と、
前記順運動学計算部の出力と前記第2座標変換部の出力に基づいて、前記フィードバック情報を作成するフィードバック情報生成部と、
を備えることを特徴とするロボットシステム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015153414A JP2017030106A (ja) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | ロボット制御装置およびロボットシステム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015153414A JP2017030106A (ja) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | ロボット制御装置およびロボットシステム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017030106A true JP2017030106A (ja) | 2017-02-09 |
Family
ID=57987388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015153414A Pending JP2017030106A (ja) | 2015-08-03 | 2015-08-03 | ロボット制御装置およびロボットシステム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017030106A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021030359A (ja) * | 2019-08-22 | 2021-03-01 | オムロン株式会社 | 制御装置、制御方法、及び制御プログラム |
JP7441716B2 (ja) | 2020-04-27 | 2024-03-01 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | 作業システム及び作業制御装置 |
-
2015
- 2015-08-03 JP JP2015153414A patent/JP2017030106A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021030359A (ja) * | 2019-08-22 | 2021-03-01 | オムロン株式会社 | 制御装置、制御方法、及び制御プログラム |
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