JP2019058648A - 連続体ロボット制御方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ζt’=ζt mod 2π(ζt>2π)
ζt’=ζt mod −2π(ζt<−2π)
ζt’=ζt mod 2π(ζt>2π)
ζt’=ζt mod −2π(ζt<−2π)
ζt’’=−π+ζt’ mod π(ζt’>π)
ζt’’=π+ζt’ mod −π(ζt’<−π)
ζt’=ζt mod 2π(ζt>2π)
ζt’=ζt mod −2π(ζt<−2π)
ζt’’=−π+ζt’ mod π(ζt’>π)
ζt’’=π+ζt’ mod −π(ζt’<−π)
ζt’’’=ζt’’−π(π/2<ζt’’<π)
ζt’’’=ζt’’+π(−π<ζt’’<−π/2)
遠位湾曲部分の湾曲角度θを使用する以下の式を使用することによって得られる角度θ’を計算し、θ’=−θであり、近位湾曲部分が湾曲角度θ’で湾曲され、かつ回転運動の角度ζt’’’だけ回転された状態であるように近位湾曲部分を湾曲させる。
ζf’=ζt mod 2π(ζt>2π)
ζf’=ζt mod −2π(ζt>2π)
ζf’’=−π+ζt’ mod π(ζt’>π)
ζf’’=π+ζt’ mod −π(ζt’>−π)
ζf’’’=ζt’’−π(π/2<ζt’’<π)
ζf’’’=ζt’’+π(−π<ζt’’<−π/2)
図5(a)および図5(b)は、ロボットのためのベース変位に関する湾曲角度指令のテーブルを表すグラフである。オペレータがベース変位aで湾曲指令角度aBおよび回転指令角度abを出すと、ベース変位cで湾曲角度がcDになり、かつ回転角度がcdになるように、従動部に対する湾曲角度指令が自動的に生成されてもよい。これは第1の主動部追従制御方法と称されることになる。その上、回転角度abが2πradを超えれば、図6に例示されるように、回転角度指令から2nπradが減算される。本実施形態において、これは第2の主動部追従制御方法と称されることになる。
図5(a)および図5(b)は、横軸がベース変位zbを表し、縦軸が湾曲角度θおよび回転角度ζをそれぞれ表すグラフである。細い破線はオペレータによって遠位湾曲部分に与えられる湾曲指令を表し、太い破線は後続湾曲部分(従動部)への湾曲指令を表す。オペレータがベース変位aで遠位湾曲指令角度aBおよび回転指令角度abを出すと、ベース変位cで湾曲角度および回転角度がそれぞれcDおよびcdになるように、従動部に対する湾曲角度が自動的に生成されてもよい。ここで、ベース変位cは、距離acが湾曲部分長さldになるように決定される。次いで、従動部の湾曲角度指令は制御処理装置の記憶装置に記憶され、ベース変位に従って読み出される。湾曲部分の数が2つ以上であるとき、上記の説明における従動部分を遠位端に置き替えることによって、そして処理を連続的に行うことによって、全ての湾曲部分に対する湾曲角度指令値を得ることが可能である。
前項に記載した第1の主動部従動部制御方法が、回転角度指令abが2πradを超える指令値に適用されると、ベースが前進するにつれて、従動部はz軸回りの1つまたは複数の回転の回転運動を行う。ベース変位aでz軸回りの1つまたは複数の回転の回転運動を行うためにオペレータによって与えられる回転動作指令は、例えば、ロボットの遠位端に設置される画像取込装置を使用することによってその位置で見回す動作であると考えられる。見回し動作後にベースが進むとき、従動部はこの動作を行う必要はない。この理由は、従動部分が先行部分と連続しているために、従動部分に画像取込装置などを設置することが困難であるからである。その上、障害物によって囲まれている狭小空間における経路でこの動作が行われれば、連続体ロボットの運動範囲はより大きくなり、周囲の要素との接触がより起こりやすくなる。従動部の長さが主動部の長さに対して大きいときに、周囲の要素との接触はさらに起こりやすくなる。
ζcd'=ζcd mod 2π(ζcd>2π)
ζcd'=ζcd mod −2π(ζcd<−2π) (4)
全てのシミュレーションは、前述した主動部従動部制御システムの1つまたは複数の実施形態を使用することによって行われる。シミュレーションは、各々0.01mの湾曲部分長さを有する2つの湾曲部分を含む連続体ロボットについて行われる。
第1の実施形態において、最遠位端から回転運動または1旋回もしくは複数の旋回が減算されるが、後続部分は遠位端と同じ方向に回転運動を行う。しかしながら、先行部分の方向と反対方向に後続部分を回転させることによって回転量を減少させることが可能である。したがって、本実施形態において、図10に例示されるように、第3の主動部従動部制御アルゴリズムが記載されることになる。
ζcd''=−π+ζcd' mod π(ζcd'>π)
ζcd''=π+ζcd' mod −π(ζcd'<−π) (5)
第1および第2の実施形態において、従動部分の回転量は、回転角度指令を操作することによって減少される。しかしながら、後続部分に対する湾曲角度指令を操作することによって回転量をさらに減少させることが可能である。したがって、本実施形態において、図13に例示される、第4の主動部従動部制御アルゴリズムが記載されることになる。
Claims (14)
- 遠位湾曲部分および近位湾曲部分を含む複数の湾曲部分を含み、前記湾曲部分の各々が少なくとも1つのワイヤによって湾曲される連続体ロボットと、
前記ワイヤを駆動する駆動体と、
前記ワイヤの駆動量を制御するコントローラと、
前記連続体ロボットに添設され、かつ前記連続体ロボットを移動させることが可能なベースと、
を備え、
ベースが前記連続体ロボットを変位値だけ移動させるときに、前記遠位湾曲部分が回転運動を行い、前記回転運動の角度(ζt)が360度以上であり、
前記コントローラは、前記遠位湾曲部分が前記回転運動を完了した時の前記遠位湾曲部分の湾曲状態に基づいて、前記近位湾曲部分が360度以上の回転運動を行うのを防止しつつ、前記近位湾曲部分を前記遠位湾曲部分に追従するように制御する、
ロボット装置。 - 前記コントローラは、0度以上360度以下である角度(ζt’)を計算し、前記角度(ζt’)が前記回転運動の前記角度(ζt)と同じ位相を有しており、当該コントローラは、前記計算した角度(ζt’)に基づいて前記近位湾曲部分の湾曲制御を行う、
請求項1に記載のロボット装置。 - 前記コントローラは、前記遠位湾曲部分の前記回転運動の前記角度(ζt)を使用する以下の式を使用することによって得られる角度(ζt’)を計算することによって得られる値に基づいて、前記近位湾曲部分の湾曲制御を行う、
ζt’=ζt mod 2π(ζt>2π)
ζt’=ζt mod −2π(ζt<−2π)
請求項1に記載のロボット装置。 - 前記近位湾曲部分に関して、前記コントローラは、−180度以上180度未満であり、かつ前記回転運動の前記角度(ζt)と同じ位相を有する角度(ζt’’)を計算し、ζt’’に基づいて前記近位湾曲部分の湾曲制御を行う、
請求項1に記載のロボット装置。 - 前記コントローラは、前記遠位湾曲部分の前記回転運動の前記角度(ζt)を使用する以下の式を使用することによって得られる角度ζt’’を計算することによって得られる値に基づいて、前記近位湾曲部分の湾曲制御を行う、
ζt’=ζt mod 2π(ζt>2π)
ζt’=ζt mod −2π(ζt<−2π)
ζt’’=−π+ζt’ mod π(ζt’>π)
ζt’’=π+ζt’ mod −π(ζt’<−π)
請求項1に記載のロボット装置。 - 前記コントローラは、前記遠位湾曲部分の前記回転運動の前記角度(ζt)を使用する以下の式を使用することによって得られる角度ζt’’’を計算し、
ζt’=ζt mod 2π(ζt>2π)
ζt’=ζt mod −2π(ζt<−2π)
ζt’’=−π+ζt’ mod π(ζt’>π)
ζt’’=π+ζt’ mod −π(ζt’<−π)
ζt’’’=ζt’’−π(π/2<ζt’’<π)
ζt’’’=ζt’’+π(−π<ζt’’<−π/2)
前記遠位湾曲部分の湾曲角度θを使用する以下の式を使用することによって得られる角度θ’を計算し、
θ’=−θであり、
前記近位湾曲部分が前記湾曲角度θ’で湾曲され、かつ前記回転運動の前記角度ζt’’’だけ回転された状態であるように前記近位湾曲部分を湾曲させる、
請求項1に記載のロボット装置。 - 前記近位湾曲部分に関して、前記所定のベースの変位が所定の値だけ変化する間に前記遠位湾曲部分が回転運動を行い、かつ前記回転運動の前記角度(ζt)が360度以上であるときに、前記近位湾曲部分に関して、−180度以上180度未満であり、かつ前記回転運動の前記角度と同じ位相を有する角度(ζt’’)が計算され、ζt’’に基づいて前記近位湾曲部分の湾曲制御が行われる、
請求項1に記載のロボット装置。 - 前記近位湾曲部分に関して、前記コントローラは、前記ベースの変位が所定の値(Δz’)だけ変化する期間中の前記遠位湾曲部分の湾曲制御に基づいて湾曲制御を行う、
請求項1に記載のロボット装置。 - 前記ベースが前記変位値を有するときに、前記コントローラは、角度(ζt)が360度以上である回転運動を前記遠位湾曲部分が行うか否かを決定する、
請求項1に記載のロボット装置。 - 前記遠位湾曲部分が2つの独立した湾曲部分を含む、
請求項1に記載のロボット装置。 - 中間湾曲部分をさらに備え、前記中間湾曲部分が少なくとも1つのワイヤによって湾曲される、
請求項1に記載のロボット装置。 - 遠位湾曲部分および近位湾曲部分を含む複数の湾曲部分を含み、前記湾曲部分の各々が少なくとも1つのワイヤによって駆動される連続体ロボットと、
前記ワイヤを駆動する駆動手段と、
前記連続体ロボットの湾曲角度および回転角度からワイヤ駆動量を制御する制御手段と、
前記連続体ロボットを装着し、前記連続体ロボットを移動させることが可能であるベース制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
ベース変位での前記湾曲角度θfおよび前記回転角度ζfの参照テーブルと、
最遠位湾曲部分の湾曲角度θtおよび回転角度ζtに従って前記参照テーブルを書き換えるテーブル書換手段と、
を含み、
前記テーブル書換手段は、前記最遠位湾曲部分を除く湾曲部分の前記回転角度ζfの指令値として従動部ζf’を計算する、
ζf’=ζt mod 2π(ζt>2π)
ζf’=ζt mod −2π(ζt>2π)
連続体ロボット制御手段。 - 前記テーブル書換手段は、前記最遠位湾曲部分を除く前記湾曲部分の前記回転角度ζfの前記指令値として従動部ζf’’を計算する、
ζf’’=−π+ζt’ mod π(ζt’>π)
ζf’’=π+ζt’ mod −π(ζt’>−π)
請求項12に記載の連続体ロボット制御手段。 - 前記テーブル書換手段は、前記最遠位湾曲部分を除く前記湾曲部分の前記回転角度ζfの前記指令値として従動部ζf’’’を計算する、
ζf’’’=ζt’’−π(π/2<ζt’’<π)
ζf’’’=ζt’’+π(−π<ζt’’<−π/2)
請求項12に記載の連続体ロボット制御手段。
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