JPH09207087A - Manipulator dispersion control method and manipulator system - Google Patents
Manipulator dispersion control method and manipulator systemInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボットの
アームの運動制御等に応用される多関節マニピュレータ
の分散制御方法及びこれを実施するためのマニピュレー
タシステムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a decentralized control method for an articulated manipulator, which is applied to motion control of an arm of an industrial robot, and a manipulator system for carrying out the method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、多関節マニピュレータの制御、
解析の基本には、順運動学手法や逆運動学手法が用いら
れている。順運動学手法は、マニピュレータの各回転関
節の移動量（回転角度）を各々に与えることにより、当
該マニピュレータの先端の最終的な空間座標、および姿
勢を算出するものである。2. Description of the Related Art Generally, control of an articulated manipulator,
The forward kinematics method and the inverse kinematics method are used as the basis of the analysis. The forward kinematics method is to calculate the final spatial coordinates and orientation of the tip of the manipulator by giving the amount of movement (rotation angle) of each rotary joint of the manipulator to each.
【０００３】逆運動学手法は、マニピュレータの先端が
到達可能な範囲内に目標点がある場合に、その点の座標
とその点での姿勢（ヨー、ピッチ、ロール（yaw,pitch,
roll））を与えることにより、その条件を満たす各回転
関節の移動量（回転角度）を逆算するものである。In the inverse kinematics method, when a manipulator has a target point within a reachable range, the coordinates of the target point and the posture (yaw, pitch, roll (yaw, pitch,
roll)), the amount of movement (rotation angle) of each rotary joint that satisfies the condition is calculated backward.
【０００４】[0004]
【外１】 [Outside 1]
【数１】 [Equation 1]
【外２】 [Outside 2]
【０００５】例えば、順運動学手法において、各軸の移
動量を与えて基準座標系Ｏから見た場合のマニピュレー
タ先端ｔの３次元空間座標を求める方法は、次の通りで
ある。For example, in the forward kinematics method, a method of obtaining the three-dimensional space coordinates of the manipulator tip t when viewed from the reference coordinate system O by giving the movement amount of each axis is as follows.
【外３】 [Outside 3]
【外４】 [Outside 4]
【０００６】従来のマニピュレータ制御方法では、３次
元空間上の任意の点、または軌道を指定して、多関節マ
ニピュレータの先端に当該軌道を辿らせる場合、図３の
フローチャートに示す逆運動学の手法を用いていた。In the conventional manipulator control method, when an arbitrary point or trajectory in a three-dimensional space is designated and the trajectory is traced to the tip of the multi-joint manipulator, the inverse kinematics method shown in the flowchart of FIG. 3 is used. Was used.
【０００７】この逆運動学の手法では、まず、目標点Ｔ
の座標、その点における姿勢（ヨウ、ピッチ、ロール）
のデータをマニピュレータの制御系に与える（ＳＴ
１）。In this inverse kinematics method, first, the target point T
Coordinates, posture at that point (yaw, pitch, roll)
Is given to the control system of the manipulator (ST
1).
【外５】 [Outside 5]
【０００８】解が存在する場合は、制御系は各関節に対
応する解を付与し、マニピュレータの動作を開始するよ
うに動作系に指示する（ＳＴ４）。一方、解が存在しな
い場合は、マニピュレータの先端は目標点に到達できな
いないので、制御系はマニピュレータの動作を開始させ
ないように指示する（ＳＴ５）。If there is a solution, the control system gives a solution corresponding to each joint and instructs the motion system to start the motion of the manipulator (ST4). On the other hand, when there is no solution, the tip of the manipulator cannot reach the target point, and the control system instructs not to start the operation of the manipulator (ST5).
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のマニピュレータ制御方法では、与えられた空間座標
にマニピュレータの先端が到達できるような各回転関節
の移動量（回転角度）を、三角関数を含む連立非線形方
程式から求めている。したがって、当該マニピュレータ
の自由度（関節の数）が増加すると、求めるべき間接角
度の変数が増えるので、その動作様式が複雑になる。そ
の結果、満足する解を各回転関節について求めることが
極めて難しくなるという問題が生じる。In the conventional manipulator control method described above, the amount of movement (rotation angle) of each rotary joint such that the tip of the manipulator can reach a given spatial coordinate includes a trigonometric function. Calculated from simultaneous nonlinear equations. Therefore, when the degree of freedom (the number of joints) of the manipulator increases, the variable of the indirect angle to be calculated increases, and the operation mode becomes complicated. As a result, it is extremely difficult to find a satisfactory solution for each rotary joint.
【００１０】また、同じく、逆運動学に基づいて各回転
関節の回転角度を求める場合には、多関節マニピュレー
タの先端が到達可能な範囲内に、作業目標点があること
を前提としている。したがって、マニピュレータの先端
が到達不可能な位置にある目標点に対しては、各回転関
節の回転角度を求めることができず、当該目標点にマニ
ピュレータを接近させるように指示することができない
という問題がある。Similarly, when the rotation angle of each rotary joint is obtained based on the inverse kinematics, it is premised that the work target point is within the reachable range of the tip of the multi-joint manipulator. Therefore, for a target point at which the tip of the manipulator cannot reach, the rotation angle of each rotary joint cannot be obtained, and it is impossible to instruct the manipulator to approach the target point. There is.
【００１１】ここにおいて本発明の解決すべき主要な目
的は、次の通りである。本発明の第１の目的は、関節の
自由度に依存することなく、柔軟にマニピュレータを制
御することができるマニピュレータ分散制御方法及びこ
れを実施するためのマニピュレータシステムを提供せん
とするものである。Here, the main objects to be solved by the present invention are as follows. A first object of the present invention is to provide a manipulator decentralized control method capable of flexibly controlling a manipulator without depending on the degrees of freedom of joints, and a manipulator system for implementing the method.
【００１２】本発明の第２の目的は、マニピュレータの
先端が到達不可能な位置にある目標点に対して、当該マ
ニピュレータを接近させることができるマニピュレータ
分散制御方法及びこれを実施するためのマニピュレータ
システムを提供せんとするものである。A second object of the present invention is to provide a manipulator decentralized control method capable of bringing the manipulator close to a target point at which the tip of the manipulator cannot reach, and a manipulator system for carrying out the method. Is intended to be provided.
【００１３】本発明のその他の目的は、明細書、図面、
特に特許請求の範囲の各請求項の記載から自ずと明らか
となろう。Another object of the present invention is to provide a specification, drawings,
Especially, it will be apparent from the description of each claim.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】前記した課題の解決は、
本発明が次に列挙する新規な特徴的構成手法及び手段を
採用することにより前記目的を達成する。Means for Solving the Problems The above-mentioned problems can be solved by:
The above object is achieved by the present invention employing the following novel characteristic configuration methods and means.
【００１５】すなわち、本発明方法の第１の特徴は、複
数個の回転関節が分散配置されて、互いに機械的に結合
されたた多関節マニピュレータを制御系にて操作するに
当たり、予めタスクの達成度を評価するために前記マニ
ピュレータの各回転関節の角度を変数とする多変数の評
価関数を生成しておき、任意の時点における各角度変数
に関する前記評価関数の偏微分を行い、当該偏微分した
関係式から前記評価関数の値の増減と前記マニピュレー
タの各回転関節の角度変数との関係を求めて、当該評価
関数が所定の条件を満たすように各回転関節の回転方向
及び回転角度を制御してなるマニピュレータ分散制御方
法にある。That is, the first feature of the method of the present invention is to achieve a task in advance when operating a multi-joint manipulator in which a plurality of rotary joints are distributed and mechanically coupled to each other by a control system. In order to evaluate the degree, a multivariable evaluation function having the angle of each rotary joint of the manipulator as a variable is generated, and the partial differentiation of the evaluation function regarding each angle variable at an arbitrary time point is performed, and the partial differentiation is performed. The relationship between the increase / decrease in the value of the evaluation function and the angle variable of each rotary joint of the manipulator is obtained from the relational expression, and the rotation direction and the rotation angle of each rotary joint are controlled so that the evaluation function satisfies a predetermined condition. There is a manipulator distributed control method.
【００１６】本発明方法の第２の特徴は、複数個の回転
関節が分散配置されて、互いに機械的に結合されたた多
関節マニピュレータを制御系にて操作するに当たり、実
行すべきタスクが教示手段にて与えられると、当該タス
クの達成度を評価するために前記マニピュレータの各回
転関節の角度を変数とする多変数の評価関数を自動生成
するステップと、任意の時点における各角度変数に関す
る前記評価関数の偏微分を行うステップと、当該偏微分
した関係式から前記評価関数の値の増減と前記マニピュ
レータの各回転関節の角度変数との関係を求めて、当該
評価関数が所定の条件を満たすように各回転関節の回転
方向及び回転角度を制御するステップとからなるマニピ
ュレータ分散制御方法にある。The second feature of the method of the present invention is to teach the task to be executed when operating a multi-joint manipulator in which a plurality of rotary joints are distributed and mechanically coupled to each other by a control system. When given by means, a step of automatically generating a multi-variable evaluation function having the angle of each rotary joint of the manipulator as a variable in order to evaluate the achievement degree of the task, The step of performing the partial differentiation of the evaluation function, and the relationship between the increase / decrease in the value of the evaluation function and the angle variable of each rotary joint of the manipulator is obtained from the partial differential relational expression, and the evaluation function satisfies a predetermined condition. As described above, the manipulator distributed control method comprises the step of controlling the rotation direction and the rotation angle of each rotary joint.
【００１７】本発明方法の第３の特徴は、前記本発明方
法の第１又は第２の特徴における前記評価関数が、マニ
ピュレータの各リンク長、各回転関節が回転可能な範
囲、及びタスクの対象となる軌道情報を基に、マニピュ
レータの先端の座標とタスク軌道の差から求めてなるマ
ニピュレータ分散制御方法にある。A third feature of the method of the present invention is that the evaluation function in the first or second feature of the method of the present invention is such that each link length of the manipulator, a range in which each rotary joint is rotatable, and a target of a task. Based on the trajectory information, the manipulator distributed control method is obtained from the difference between the coordinates of the tip of the manipulator and the task trajectory.
【００１８】本発明方法の第４の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２又は第３の特徴における前記評価関数
が、常に０に近似するように各回転関節の回転方向及び
回転角度を制御してなるマニピュレータ分散制御方法に
ある。The fourth feature of the method of the present invention is that the rotation direction and the rotation angle of each rotary joint are such that the evaluation function in the first, second or third feature of the method of the present invention is always close to zero. Is a manipulator decentralized control method.
【００１９】本発明方法の第５の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記マニ
ピュレータが、並進関節を有してなるマニピュレータ分
散制御方法にある。A fifth feature of the method of the present invention is a manipulator distributed control method in which the manipulator in the first, second, third or fourth feature of the method of the present invention has a translation joint.
【００２０】本発明方法の第６の特徴は、前記本発明方
法の第１、第２、第３、第４又は第５の特徴における前
記偏微分の演算が、制御系に組み込まれたコンピュータ
にて並列・分散処理して行ってなるマニピュレータ分散
制御方法にある。A sixth feature of the method of the present invention is that the calculation of the partial differential in the first, second, third, fourth or fifth feature of the method of the present invention is performed by a computer incorporated in a control system. It is a manipulator distributed control method that is performed by parallel and distributed processing.
【００２１】本発明装置の第１の特徴は、動作系、認識
系及び制御系からなり、動作系には各々独立に回転動作
する回転関節が複数個設けられ、これらが分散配置され
て互いに機械的に結合した多関節マニピュレータを有す
るマニピュレータシステムにおいて、前記制御系には、
前記認識系が得た各回転関節の角度を基に、当該角度を
変数とした多変数の評価関数を生成する機能と、各回転
関節の角度変数に関して前記評価関数の偏微分を実行し
た後、当該偏微分した関係式から前記評価関数の値の増
減と前記マニピュレータの各回転関節の角度変数との関
係を求めて、当該評価関数が所定の条件を満たすように
各回転関節の回転方向及び回転角度を制御する機能とを
有してなるマニピュレータシステムにある。The first feature of the device of the present invention is that it comprises an operation system, a recognition system, and a control system, and the operation system is provided with a plurality of rotary joints that rotate independently of each other. In the manipulator system having the articulated manipulators, the control system includes:
Based on the angle of each rotary joint obtained by the recognition system, after performing a partial differentiation of the evaluation function with respect to the angle variable of each rotary joint, the function of generating a multivariable evaluation function with the angle as a variable, The relation between the increase / decrease in the value of the evaluation function and the angle variable of each rotary joint of the manipulator is obtained from the partially differentiated relational expression, and the rotation direction and rotation of each rotary joint are satisfied so that the evaluation function satisfies a predetermined condition. The manipulator system has a function of controlling an angle.
【００２２】本発明装置の第２の特徴は、前記本発明装
置の第１の特徴における前記評価関数が、マニピュレー
タの各リンク長、各回転関節が回転可能な範囲、及びタ
スクの対象となる軌道情報を基に、マニピュレータの先
端の座標とタスク軌道の差から求めてなるマニピュレー
タシステムにある。A second feature of the device of the present invention is that the evaluation function in the first feature of the device of the present invention is such that each link length of the manipulator, a range in which each rotary joint is rotatable, and a trajectory as a target of a task. This is a manipulator system that is obtained from the difference between the coordinates of the tip of the manipulator and the task trajectory based on information.
【００２３】本発明装置の第３の特徴は、前記本発明装
置の第１又は第２の特徴における前記評価関数が、常に
０に近似するように各回転関節の回転方向及び回転角度
を制御してなるマニピュレータシステムにある。The third feature of the device of the present invention is to control the rotation direction and the rotation angle of each rotary joint so that the evaluation function in the first or second feature of the device of the present invention always approximates to zero. It is in the manipulator system.
【００２４】本発明装置の第４の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２又は第３の特徴における前記マニピュレ
ータが、並進関節を有してなるマニピュレータシステム
にある。A fourth feature of the device of the present invention is a manipulator system in which the manipulator in the first, second or third feature of the device of the present invention has a translation joint.
【００２５】本発明装置の第５の特徴は、前記本発明装
置の第１、第２、第３又は第４の特徴における前記偏微
分の演算が、制御系に組み込まれたコンピュータにて並
列・分散処理されてなるマニピュレータシステムにあ
る。A fifth feature of the device of the present invention is that the calculation of the partial differential in the first, second, third or fourth feature of the device of the present invention is performed in parallel by a computer incorporated in a control system. It is in a manipulator system that is distributed.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明に係るマニピュレータシステムでは、回転
関節をｎ個分散配置して、相互に結合した多関節マニピ
ュレータが用いられる。各回転関節の回転角度θi (i＝
1,...,n)は各々独立に制御される。あるタスクを実行す
る場合には、先ず、ｎ個の回転関節の角度θi (i＝
1,...,n)を変数とする関数を、当該タスクの達成度を検
証するための評価関数として式(3) のように定義する。Embodiments of the present invention will be described below. In the manipulator system according to the present invention, a multi-joint manipulator in which n rotary joints are dispersedly arranged and coupled to each other is used. Rotation angle of each rotary joint θi (i ＝
1, ..., n) are controlled independently. When performing a certain task, first, the angles θi (i =
Define a function with (1, ..., n) as variables as an evaluation function for verifying the achievement level of the task, as shown in Eq. (3).
【数２】 [Equation 2]
【００２７】[0027]
【外６】 で表される回転関節の角度を採ると、式(3) で記述され
た当該評価関数の値は、次の通りになる。[Outside 6] Taking the angle of the rotary joint represented by, the value of the evaluation function described in equation (3) is as follows.
【外７】 [Outside 7]
【数３】 (Equation 3)
【００２８】[0028]
【外８】 [Outside 8]
【数４】 (Equation 4)
【００２９】[0029]
【外９】 [Outside 9]
【００３０】[0030]
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明をその実
施例に基づいて、より詳細に説明する。図１は本実施例
のマニピュレータシステムで用いるマニピュレータを示
す。同図のマニピュレータは、２次元平面上のもので、
腕の長さがＬ1 、Ｌ2 の２本のリンクから構成された多
関節マニピュレータである。マニピュレータの第一の関
節１を２次元平面座標の原点に置き、その回転角をθ1
として、第二の関節２は原点から距離Ｌ1 だけ離れた点
にあり、その回転角をθ2 として、反時計回りを正、時
計回りを負にとる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in more detail based on its embodiments with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a manipulator used in the manipulator system of this embodiment. The manipulator in the figure is on a two-dimensional plane,
It is a multi-joint manipulator composed of two links with arm lengths L1 and L2. The first joint 1 of the manipulator is placed at the origin of the two-dimensional plane coordinates, and its rotation angle is θ1.
, The second joint 2 is at a point separated from the origin by a distance L1, and the rotation angle is θ2, and the counterclockwise direction is positive and the clockwise direction is negative.
【００３１】マニピュレータに与えるタスクは、その先
端ＥをＸ−Ｙ平面上の軌道ｘ＝Ｄ0に接近させて、当該
軌道に沿う動作とする。図１に示した２リンクのマニピ
ュレータの運動は式(7) 、(8) 、(9) 、(10)にて表され
る。 ［先端ＥのＸ座標］The task given to the manipulator is to move the tip E of the manipulator close to the trajectory x = D0 on the XY plane, and perform the operation along the trajectory. The movement of the two-link manipulator shown in FIG. 1 is expressed by equations (7), (8), (9), and (10). [X coordinate of tip E]
【数５】 式(7) はマニピュレータの先端Ｅのｘ座標を２つの関節
１、２の角度θ1 、θ2 で表したものである。(Equation 5) Expression (7) represents the x coordinate of the tip E of the manipulator by the angles θ1 and θ2 of the two joints 1 and 2.
【００３２】［評価関数］[Evaluation function]
【数６】 式(8) は、与えたタスクの多変数評価関数に相当して、
先端Ｅのｘ座標値と軌道ｘ＝Ｄ0 との差を示した式であ
る。(Equation 6) Equation (8) is equivalent to the multi-variable evaluation function of the given task,
It is an expression showing the difference between the x coordinate value of the tip E and the trajectory x = D0.
【００３３】［評価関数のθ1 、θ2 に関する偏微分］[Partial differentiation with respect to θ1 and θ2 of evaluation function]
【数７】 式(9) は、式(8) の多変数評価関数を角度変数θ1 に関
して偏微分した式であり、式(10)は同様の操作を角度変
数θ2 に対して行った式である。(Equation 7) Expression (9) is an expression obtained by partially differentiating the multivariable evaluation function of Expression (8) with respect to the angle variable θ1, and Expression (10) is an expression in which the same operation is performed on the angle variable θ2.
【００３４】図２は、図１に示す状況にある２リンクマ
ニピュレータが与えられたタスクを実行する場合に、角
度変数θ1 、θ2 を各々指定された範囲内で連続的に変
化させた際の当該評価関数Ｆ（θ1 , θ2 ）（式(8) ）
の変化を示したものである。ここで、図１中のパラメー
タは、FIG. 2 shows a case where the two-link manipulator in the situation shown in FIG. 1 executes the given task and the angle variables θ1 and θ2 are continuously changed within the specified range. Evaluation function F (θ1, θ2) (Equation (8))
This shows the change of Here, the parameters in FIG. 1 are
【外１０】 [Outside 10]
【００３５】[0035]
【外１１】 前記した多関節マニピュレータを用いたマニピュレータ
分散制御方法について説明する。[Outside 11] A manipulator distributed control method using the above-described multi-joint manipulator will be described.
【００３６】本実施例において、マニピュレータに与え
るタスクは、その先端ＥをＸ−Ｙ平面上の軌道ｘ＝Ｄ0
に接近させて、その軌道に沿って移動させることとす
る。この場合、先端Ｅの位置（式(7) に相当）と当該軌
道との間のＸ軸方向の距離がそのタスクの評価関数の一
つとして採用可能である。In the present embodiment, the task given to the manipulator is that the tip E of the trajectory on the XY plane is x = D0.
And move along its orbit. In this case, the distance in the X-axis direction between the position of the tip E (corresponding to equation (7)) and the trajectory can be adopted as one of the evaluation functions of the task.
【００３７】評価関数は、関節角度θ1 、θ2 を変数と
する式(8) の形式で表されて、両角度変数を連続的に変
えた場合の式(8) の変化は図２のグラフのようになる。The evaluation function is expressed in the form of formula (8) having joint angles θ1 and θ2 as variables, and the change of formula (8) when both angle variables are continuously changed is shown in the graph of FIG. Like
【外１２】 [Outside 12]
【００３８】[0038]
【数８】 式(11)は、図２中で点Ａにおける角度変数θ1 から見た
接線の傾きに等しい。また、同じく、式(10)は式(12)の
通りになる。(Equation 8) Expression (11) is equal to the inclination of the tangent line seen from the angle variable θ1 at the point A in FIG. Similarly, equation (10) becomes equation (12).
【数９】 [Equation 9]
【００３９】式(12)は、点Ａにおける角度変数θ2 に関
する接線の傾きを表しているので、図２からＦ（θ1 ，
θ2 ）は変数θ1 ，θ2 の正方向に対して単調増加であ
ることが判る。そして、第一関節１、および第二関節２
は各々角度変数θ1 、θ2 を負の方向に変化させれば当
該評価関数の値が減少することが判る。このことから各
関節１、２の回転動作すべき運動方向が定まり、一定量
の角度だけ負の方向に各関節１、２を回転させると、マ
ニピュレータの先端Ｅは点Ａの状態からタスクで定めた
当該軌道に、より接近することになる。Since the expression (12) expresses the inclination of the tangent line with respect to the angle variable θ2 at the point A, F (θ1,
It can be seen that θ2) increases monotonically in the positive direction of the variables θ1 and θ2. Then, the first joint 1 and the second joint 2
It can be seen that the value of the evaluation function decreases when the angle variables θ1 and θ2 are changed in the negative direction. From this, the direction of movement of each joint 1 and 2 is determined, and when each joint 1 and 2 is rotated in the negative direction by a certain amount of angle, the tip E of the manipulator is determined from the state of point A by a task. It will be closer to the orbit.
【００４０】以上の操作過程を繰り返すことにより各関
節１、２は評価関数（式(8) ）の値を増減させるための
角度変数の変化方向を知りながら、漸近的に変数を自律
的に変える。その結果、マニピュレータの先端Ｅと当該
軌道との間の距離が縮まる方向に先端Ｅが動作する。By repeating the above operation process, the joints 1 and 2 asymptotically change the variables asymptotically while knowing the changing direction of the angle variable for increasing or decreasing the value of the evaluation function (Equation (8)). . As a result, the tip E moves in a direction in which the distance between the tip E of the manipulator and the track decreases.
【００４１】また、評価関数（式(8) ）が常に式(13)を
満たすように角度変数θ1 、θ2 を変化させるならば、
それは図２の実線の軌道( ｔ1 −ｔ2 平面上の左側にあ
る実線表示の最も内側の軌道) に沿って運動することと
等価となる。If the angle variables θ1 and θ2 are changed so that the evaluation function (Equation (8)) always satisfies Equation (13),
It is equivalent to moving along the solid line trajectory in FIG. 2 (the innermost trajectory on the left side on the t1-t2 plane).
【数１０】 その結果、マニピュレータの先端Ｅが軌道ｘ＝Ｄ0 上を
直線運動することが可能となる。(Equation 10) As a result, the tip E of the manipulator can move linearly on the trajectory x = D0.
【００４２】以上本発明の代表的な実施例について説明
したが、本発明は必ずしも当該実施例の手法だけに限定
されるものではなく、本発明にいう目的を達成し、後述
する効果を有する範囲内において適宜変更して実施する
ことができるものである。Although a representative embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not necessarily limited to the method of the embodiment, and the scope of achieving the object of the present invention and having the effects described below. It can be implemented by appropriately changing it.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、評
価関数の値の増減とマニピュレータの各回転関節の角度
変数との関係を求めて、当該評価関数が所定の条件を満
たすように各回転関節の回転方向及び回転角度を制御す
る手法を採用しているので、マニピュレータの関節の自
由度に依存することなく、柔軟にマニピュレータを制御
することができるという効果を奏する。As described above, according to the present invention, the relationship between the increase / decrease in the value of the evaluation function and the angle variable of each rotary joint of the manipulator is obtained so that each evaluation function satisfies the predetermined condition. Since the method of controlling the rotation direction and the rotation angle of the rotary joint is adopted, the manipulator can be flexibly controlled without depending on the degree of freedom of the joint of the manipulator.
【００４４】特に、マニピュレータの先端が到達不可能
な位置にある目標点に対して、当該マニピュレータを接
近させることが可能となる。In particular, it becomes possible to bring the manipulator close to a target point at which the tip of the manipulator cannot reach.
【図１】本発明の実施例で用いた２リンクマニピュレー
タをＸ−Ｙ座標に示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a two-link manipulator used in an embodiment of the present invention on XY coordinates.
【図２】図１に示す２リンクマニピュレータの評価関数
を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing an evaluation function of the 2-link manipulator shown in FIG.
【図３】逆運動学を用いた従来のマニピュレータ制御方
法の概要を示したフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing an outline of a conventional manipulator control method using inverse kinematics.
Ｌ1 、Ｌ2 …リンク長 Ｅ…マニピュレータの先端 Ｆ…評価関数 １、２…関節（回転関節） L1, L2 ... Link length E ... Manipulator tip F ... Evaluation function 1, 2 ... Joint (rotary joint)
Claims (11)
に機械的に結合されたた多関節マニピュレータを制御系
にて操作するに当たり、 予めタスクの達成度を評価するために前記マニピュレー
タの各回転関節の角度を変数とする多変数の評価関数を
生成しておき、任意の時点における各角度変数に関する
前記評価関数の偏微分を行い、当該偏微分した関係式か
ら前記評価関数の値の増減と前記マニピュレータの各回
転関節の角度変数との関係を求めて、当該評価関数が所
定の条件を満たすように各回転関節の回転方向及び回転
角度を制御する、 ことを特徴とするマニピュレータ分散制御方法。1. When operating a multi-joint manipulator in which a plurality of revolute joints are dispersedly arranged and mechanically coupled to each other in a control system, each manipulator for evaluating the achievement level of a task in advance. A multi-variable evaluation function having the angle of the rotary joint as a variable is generated, a partial differentiation of the evaluation function for each angle variable at an arbitrary time point is performed, and the value of the evaluation function is increased or decreased from the partial differential relational expression. And the angle variable of each rotary joint of the manipulator are obtained, and the rotation direction and the rotation angle of each rotary joint are controlled so that the evaluation function satisfies a predetermined condition. .
に機械的に結合されたた多関節マニピュレータを制御系
にて操作するに当たり、 実行すべきタスクが教示手段にて与えられると、当該タ
スクの達成度を評価するために前記マニピュレータの各
回転関節の角度を変数とする多変数の評価関数を自動生
成するステップと、 任意の時点における各角度変数に関する前記評価関数の
偏微分を行うステップと、 当該偏微分した関係式から前記評価関数の値の増減と前
記マニピュレータの各回転関節の角度変数との関係を求
めて、当該評価関数が所定の条件を満たすように各回転
関節の回転方向及び回転角度を制御するステップとから
なる、 ことを特徴とするマニピュレータ分散制御方法。2. When operating a multi-joint manipulator in which a plurality of rotary joints are dispersedly arranged and mechanically coupled to each other by a control system, a task to be executed is given by a teaching means. A step of automatically generating a multivariable evaluation function having the angle of each rotary joint of the manipulator as a variable in order to evaluate the degree of achievement of the task, and a step of partially differentiating the evaluation function with respect to each angle variable at an arbitrary time point And the relation between the increase and decrease of the value of the evaluation function and the angle variable of each rotary joint of the manipulator is obtained from the partial differential relational expression, and the rotation direction of each rotary joint is satisfied so that the evaluation function satisfies a predetermined condition. And a step of controlling the rotation angle, the manipulator decentralized control method.
範囲、及びタスクの対象となる軌道情報を基に、マニピ
ュレータの先端の座標とタスク軌道の差から求める、 ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマニピュレー
タ分散制御方法。3. The evaluation function is obtained from the difference between the coordinates of the tip of the manipulator and the task trajectory based on each link length of the manipulator, the rotatable range of each rotary joint, and the trajectory information to be the target of the task. The manipulator distributed control method according to claim 1 or 2, characterized in that.
角度を制御する、ことを特徴とする請求項１、２又は３
に記載のマニピュレータ分散制御方法。4. The evaluation function controls the rotation direction and the rotation angle of each rotary joint so that the evaluation function always approximates to 0.
The manipulator decentralized control method described in.
ピュレータ分散制御方法。5. The manipulator decentralized control method according to claim 1, wherein the manipulator has a translational joint.
して行う、 ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の
マニピュレータ分散制御方法。6. The manipulator dispersion according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the partial differential calculation is performed by parallel / distributed processing by a computer incorporated in a control system. Control method.
系には各々独立に回転動作する回転関節が複数個設けら
れ、これらが分散配置されて互いに機械的に結合した多
関節マニピュレータを有するマニピュレータシステムに
おいて、 前記制御系には、前記認識系が得た各回転関節の角度を
基に、当該角度を変数とした多変数の評価関数を生成す
る機能と、 各回転関節の角度変数に関して前記評価関数の偏微分を
実行した後、当該偏微分した関係式から前記評価関数の
値の増減と前記マニピュレータの各回転関節の角度変数
との関係を求めて、当該評価関数が所定の条件を満たす
ように各回転関節の回転方向及び回転角度を制御する機
能と、を有する、 ことを特徴とするマニピュレータシステム。7. A multi-joint manipulator comprising a motion system, a recognition system, and a control system, wherein the motion system is provided with a plurality of rotary joints that rotate independently of each other, and these are distributed and mechanically coupled to each other. In the manipulator system having, in the control system, based on the angle of each rotary joint obtained by the recognition system, a function of generating a multivariable evaluation function in which the angle is a variable, and an angle variable of each rotary joint After performing the partial differentiation of the evaluation function, the relationship between the increase and decrease of the value of the evaluation function and the angle variable of each rotary joint of the manipulator is obtained from the partial differential relational expression, and the evaluation function has a predetermined condition. A manipulator system having a function of controlling a rotation direction and a rotation angle of each rotary joint so as to satisfy the condition.
範囲、及びタスクの対象となる軌道情報を基に、マニピ
ュレータの先端の座標とタスク軌道の差から求める、 ことを特徴とする請求項７に記載のマニピュレータシス
テム。8. The evaluation function is obtained from the difference between the coordinates of the tip of the manipulator and the task trajectory based on the link length of the manipulator, the range in which each rotary joint can rotate, and the trajectory information that is the target of the task. The manipulator system according to claim 7, wherein:
角度を制御する、 ことを特徴とする請求項７又は８に記載のマニピュレー
タシステム。9. The manipulator system according to claim 7, wherein the evaluation function controls the rotation direction and the rotation angle of each rotary joint so as to always approximate 0.
レータシステム。10. The manipulator system according to claim 7, wherein the manipulator has a translational joint.
して行う、 ことを特徴とする請求項７、８、９又は１０に記載のマ
ニピュレータシステム。11. The manipulator system according to claim 7, wherein the calculation of the partial differential is performed by parallel / distributed processing by a computer incorporated in a control system.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1528796A JPH09207087A (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Manipulator dispersion control method and manipulator system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1528796A JPH09207087A (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Manipulator dispersion control method and manipulator system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09207087A true JPH09207087A (en) | 1997-08-12 |
Family
ID=11884644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1528796A Pending JPH09207087A (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Manipulator dispersion control method and manipulator system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09207087A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5191738B2 (en) * | 2006-03-24 | 2013-05-08 | パナソニック株式会社 | Manipulator control method and control system |
| CN107962567A (en) * | 2017-11-15 | 2018-04-27 | 西安交通大学 | The distributed vibration control system and its vibration control method of float flexible mechanical arm |
-
1996
- 1996-01-31 JP JP1528796A patent/JPH09207087A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5191738B2 (en) * | 2006-03-24 | 2013-05-08 | パナソニック株式会社 | Manipulator control method and control system |
| CN107962567A (en) * | 2017-11-15 | 2018-04-27 | 西安交通大学 | The distributed vibration control system and its vibration control method of float flexible mechanical arm |
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