JP6678034B2 - 動作制御システム及び動作制御方法 - Google Patents
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Description
第1機械要素を備える可動部材と、
当該可動部材を可変な速度で移動させるアクチュエータと、
前記可動部材とは別個に構成され、かつ、前記第1機械要素と当接可能な位置に固定された第2機械要素と、
前記第1機械要素の位置及び速度を含む動作状態を認識する動作状態認識部と、
前記動作状態認識部により認識された前記第1機械要素の位置及び速度が、位置及び速度により表される2次元座標系で所定の許容範囲を逸脱した場合に、前記アクチュエータの動作を停止させる停止指示を前記アクチュエータに出力するアクチュエータ制御部とを備え、
前記アクチュエータ制御部は、前記第1機械要素の位置及び速度と、衝突時間と、前記第1機械要素又は前記第2機械要素が許容できる力である許容力を示す成分と、前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗力を示す成分と、前記第1機械要素にかかる慣性を示す成分とを用いた所定の条件式が成立する場合に、前記第1機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することを特徴とする。
前記第1機械要素と、前記第2機械要素とが接触する第1機械要素の位置である接触位置をゼロとし、前記第1機械要素と前記第2機械要素とが離間した第1機械要素の位置を正とし、前記第1機械要素が前記第2機械要素に向かって移動するときの速度を負の速度とした場合に、位置がゼロまたは正の所定値以上である一定範囲の定義域において値域が負でありかつ一次微分が負となる関数が前記許容範囲の境界の少なくとも一部を形成し、
前記定義域において前記関数の値と同一または当該関数の値よりも小さい速度が前記許容範囲外となることが好ましい。
前記アクチュエータは、前記可動部材を所定の軸回りに回転させるように構成され、
前記アクチュエータ制御部は、衝突時間をΔt、前記許容力を示す成分としての前記第1機械要素が許容できるトルク及び前記第2機械要素が許容できるトルクのうち小さいトルクをτlim、前記位置としての前記所定の軸回りに前記第1機械要素の前記第2機械要素側の面と前記第2機械要素の前記第1機械要素側の面とがなす角をθdiff、前記速度としての前記第2機械要素からみた前記第1機械要素の相対的な角速度をdθdiff、前記抵抗力を示す成分としての前記アクチュエータ停止後に前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗トルクをτbrake、前記慣性を示す成分としての前記第1機械要素のイナーシャをIとしたときに、前記所定の条件式としての下記式(1)が成立する場合に、前記第1機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することが好ましい。
τlimは、前記第1機械要素のせん断荷重及び前記第2機械要素のせん断荷重のいずれよりも小さい値であることが好ましい。
前記アクチュエータは、前記可動部材を並進運動させるように構成され、
前記アクチュエータ制御部は、衝突時間をΔt、前記許容力を示す成分としての前記第1機械要素が許容できる力及び前記第2機械要素が許容できる力のうち小さい力をFlim、前記位置としての前記第1機械要素の前記第2機械要素側の面と前記第2機械要素の前記第1機械要素側の面との距離をDdiff、前記速度としての前記第2機械要素からみた前記第1機械要素の相対的な速度をVdiff、前記抵抗力を示す成分としての前記アクチュエータ停止後に前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗力をFbrake、前記第1機械要素の質量をmとしたときに、前記所定の条件式としての下記式(2)が成立する場合に、前記第1機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することが好ましい。
次に、図3〜図5Bを参照して、制御部11によって実行される駆動制御処理を説明する。
Δt‥衝突時間、
τlim‥第1アーム側メカニカルストッパ261のせん断荷重及び第2アーム側メカニカルストッパ262のせん断荷重並びにロボット側メカニカルストッパ27のせん断荷重のいずれよりも小さい力、
τbrake‥前記アクチュエータ停止時に前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗トルク、
I‥イナーシャ、
θ‥アーム26の角度(図5A参照)、
dθ‥アーム26の角速度(図5A参照)、
θlim1‥第1接触角度、
θlim2‥第2接触角度。
本実施形態によれば、アーム26の角度及び角速度が許容範囲から逸脱した場合に、アクチュエータ25の動作停止指示が出力され、アクチュエータ25の動作が停止する。これにより、アーム26はアクチュエータ25による抵抗力を受けて減速する。
本実施形態では、アクチュエータ制御部112は、アクチュエータ25が可動部材としてのアーム26を回転させる場合についてのアクチュエータ25の動作を制御したが、これに加えてまたは代えて、アクチュエータ制御部が、アクチュエータが可動部材を並進運動させる場合においてのアクチュエータの動作を制御してもよい。
Δt‥衝突時間、
Flim‥アーム側メカニカルストッパが許容できる力及びロボット側メカニカルストッパが許容できる力のうち小さい力、
Ddiff‥アーム側メカニカルストッパのロボット側メカニカルストッパ側の面とロボット側メカニカルストッパのアーム側メカニカルストッパ側の面との距離、
Vdiff‥ロボット側メカニカルストッパからみたアーム側メカニカルストッパの相対的な速度、
Fbrake‥アクチュエータ停止後にアクチュエータから可動部材にかかる抵抗力、
m‥アーム側メカニカルストッパの質量。
Claims (6)
- 第1機械要素を備える可動部材と、
当該可動部材を可変な速度で移動させるアクチュエータと、
前記可動部材とは別個に構成され、かつ、前記第1機械要素と当接可能な位置に固定された第2機械要素と、
前記第1機械要素の位置及び速度を含む動作状態を認識する動作状態認識部と、
前記動作状態認識部により認識された前記第1機械要素の位置及び速度が、位置及び速度により表される2次元座標系で所定の許容範囲を逸脱した場合に、前記アクチュエータの動作を停止させる停止指示を前記アクチュエータに出力するアクチュエータ制御部とを備え、
前記アクチュエータ制御部は、前記第1機械要素の位置及び速度と、衝突時間と、前記第1機械要素又は前記第2機械要素が許容できる力である許容力を示す成分と、前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗力を示す成分と、前記第1機械要素にかかる慣性を示す成分とを用いた所定の条件式が成立する場合に、前記第1機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することを特徴とする動作制御システム。 - 請求項1記載の動作制御システムにおいて、
前記第1機械要素と、前記第2機械要素とが接触する第1機械要素の位置である接触位置をゼロとし、前記第1機械要素と前記第2機械要素とが離間した第1機械要素の位置を正とし、前記第1機械要素が前記第2機械要素に向かって移動するときの速度を負の速度とした場合に、位置がゼロまたは正の所定値以上である一定範囲の定義域において値域が負でありかつ一次微分が負となる関数が前記許容範囲の境界の少なくとも一部を形成し、
前記定義域において前記関数の値と同一または当該関数の値よりも小さい速度が前記許容範囲外となることを特徴とする動作制御システム。 - 請求項1又は2記載の動作制御システムにおいて、
前記アクチュエータは、前記可動部材を所定の軸回りに回転させるように構成され、
前記アクチュエータ制御部は、衝突時間をΔt、前記許容力を示す成分としての前記第1機械要素が許容できるトルク及び前記第2機械要素が許容できるトルクのうち小さいトルクをτlim、前記位置としての前記所定の軸回りに前記第1機械要素の前記第2機械要素側の面と前記第2機械要素の前記第1機械要素側の面とがなす角をθdiff、前記速度としての前記第2機械要素からみた前記第1機械要素の相対的な角速度をdθdiff、前記抵抗力を示す成分としての前記アクチュエータ停止後に前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗トルクをτbrake、前記慣性を示す成分としての前記第1機械要素のイナーシャをIとしたときに、前記所定の条件式としての下記式(1)が成立する場合に、前記第1機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することを特徴とする動作制御システム。
- 請求項3記載の動作制御システムにおいて、
τlimは、前記第1機械要素のせん断荷重及び前記第2機械要素のせん断荷重のいずれよりも小さい値であることを特徴とする動作制御システム。 - 請求項1又は2記載の動作制御システムにおいて、
前記アクチュエータは、前記可動部材を並進運動させるように構成され、
前記アクチュエータ制御部は、衝突時間をΔt、前記許容力を示す成分としての前記第1機械要素が許容できる力及び前記第2機械要素が許容できる力のうち小さい力をFlim、前記位置としての前記第1機械要素の前記第2機械要素側の面と前記第2機械要素の前記第1機械要素側の面との距離をDdiff、前記速度としての前記第2機械要素からみた前記第1機械要素の相対的な速度をVdiff、前記抵抗力を示す成分としての前記アクチュエータ停止後に前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗力をFbrake、前記第1機械要素の質量をmとしたときに、前記所定の条件式としての下記式(2)が成立する場合に、前記第1機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することを特徴とする動作制御システム。
- 第1機械要素を備える可動部材と、
当該可動部材を可変な速度で移動させるアクチュエータと、
前記可動部材とは別個に構成され、かつ、前記第1機械要素と当接可能な位置に固定された第2機械要素とを備えるシステムが実行する方法であって、
前記第1機械要素の位置及び速度を含む動作状態を認識する動作状態認識ステップと、
前記動作状態認識ステップにより認識された前記第1機械要素の位置及び速度が、位置及び速度により表される2次元座標系で所定の許容範囲を逸脱した場合に、前記アクチュエータの動作を停止させる停止指示を前記アクチュエータに出力するアクチュエータ停止制御ステップとを含み、
前記アクチュエータ停止制御ステップは、前記第1機械要素の位置及び速度と、衝突時間と、前記第1機械要素又は前記第2機械要素が許容できる力である許容力を示す成分と、前記アクチュエータから前記可動部材にかかる抵抗力を示す成分と、前記第1機械要素にかかる慣性を示す成分とを用いた所定の条件式が成立する場合に、前記第1機械要素の位置及び速度が前記許容範囲に含まれると判定することを特徴とする動作制御方法。
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