JPH1124718A - ロボットの制御装置及び制御方法 - Google Patents
ロボットの制御装置及び制御方法Info
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- JPH1124718A JPH1124718A JP9180992A JP18099297A JPH1124718A JP H1124718 A JPH1124718 A JP H1124718A JP 9180992 A JP9180992 A JP 9180992A JP 18099297 A JP18099297 A JP 18099297A JP H1124718 A JPH1124718 A JP H1124718A
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Links
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- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 12
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 3
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000009189 diving Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
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- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 検出周期の異なる情報を用いても、マニピュ
レータを円滑に動作させることができる宇宙ロボットの
制御装置及び方法を提供する。 【解決手段】 人工衛星に搭載された宇宙ロボットの制
御装置は、当衛星の位置、速度を検出する慣性センサ、
捕捉すべき浮遊ターゲットとの相対位置、速度を検出す
る視覚センサ、マニピュレータに搭載された近接センサ
等のセンサ群と、慣性センサから得られた情報をマニピ
ュレータの制御周期で補間するための本***置・速度補
間手段４０と、視覚センサ情報を基に当衛星をターゲッ
トに追尾させるべく、マニピュレータの制御周期で補間
させると共に、近接センサ情報を基に、ターゲットの被
把持部分を把持可能な位置にマニピュレータのグリッパ
を位置させるべきターゲット位置・速度補間手段３９と
を有している。
レータを円滑に動作させることができる宇宙ロボットの
制御装置及び方法を提供する。 【解決手段】 人工衛星に搭載された宇宙ロボットの制
御装置は、当衛星の位置、速度を検出する慣性センサ、
捕捉すべき浮遊ターゲットとの相対位置、速度を検出す
る視覚センサ、マニピュレータに搭載された近接センサ
等のセンサ群と、慣性センサから得られた情報をマニピ
ュレータの制御周期で補間するための本***置・速度補
間手段４０と、視覚センサ情報を基に当衛星をターゲッ
トに追尾させるべく、マニピュレータの制御周期で補間
させると共に、近接センサ情報を基に、ターゲットの被
把持部分を把持可能な位置にマニピュレータのグリッパ
を位置させるべきターゲット位置・速度補間手段３９と
を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中、宇宙等の浮
遊空間での組立作業や保守作業などに使用されるロボッ
トを制御するための制御装置および制御方法に関する。
遊空間での組立作業や保守作業などに使用されるロボッ
トを制御するための制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、人工衛星にマニピュレータを搭載
して構成された宇宙ロボット２１は、図１に示すよう
に、人工衛星２２とこの人工衛星２２に搭載されたマニ
ピュレータ２３とを備えている。
して構成された宇宙ロボット２１は、図１に示すよう
に、人工衛星２２とこの人工衛星２２に搭載されたマニ
ピュレータ２３とを備えている。
【０００３】人工衛星２２には、人工衛星の位置、速度
を検出するための慣性センサ２４と、捕捉対象である図
示しないターゲットと人工衛星２２との相対的な位置、
速度を認識するための視覚センサ２５と、人工衛星２２
の飛行、姿勢制御を行うための推進装置２６ａ，２６
ｂ，２６ｃとが搭載されている。
を検出するための慣性センサ２４と、捕捉対象である図
示しないターゲットと人工衛星２２との相対的な位置、
速度を認識するための視覚センサ２５と、人工衛星２２
の飛行、姿勢制御を行うための推進装置２６ａ，２６
ｂ，２６ｃとが搭載されている。
【０００４】一方、マニピュレータ２３には、その先端
部にグリッパ２７が設けられている。このグリッパ２７
の近傍には、グリッパ２７に加わる力を検出するための
力覚センサ２８が搭載されている。また、グリッパ２７
の近傍には、グリッパ２７と図示しないターゲットの被
把持部分との相対的な位置、姿勢を検出するための近接
センサ２９が設けられている。
部にグリッパ２７が設けられている。このグリッパ２７
の近傍には、グリッパ２７に加わる力を検出するための
力覚センサ２８が搭載されている。また、グリッパ２７
の近傍には、グリッパ２７と図示しないターゲットの被
把持部分との相対的な位置、姿勢を検出するための近接
センサ２９が設けられている。
【０００５】宇宙ロボットの制御装置では、人工衛星に
搭載された視覚センサ２５で、人工衛星とターゲットの
位置、速度を検出し、この情報を基にしてマニピュレー
タ先端速度生成器３４においてマニピュレータ２３の動
作に伴う人工衛星２２の位置、姿勢の変化を考慮したマ
ニピュレータの先端速度を生成することにより、宇宙空
間においてマニピュレータの飛行ターゲットへの追従動
作を実行する。さらに、近接センサ２９で得られたター
ゲットの被把持部分とグリッパとの相対的な位置、姿勢
情報を用いて、マニピュレータ軌道生成器２３において
ターゲットーのアプローチ軌道を生成し、さらにまたグ
リッパ把持時に力覚センサ２８でマニピュレータ先端の
位置を外力に応じて制御する。
搭載された視覚センサ２５で、人工衛星とターゲットの
位置、速度を検出し、この情報を基にしてマニピュレー
タ先端速度生成器３４においてマニピュレータ２３の動
作に伴う人工衛星２２の位置、姿勢の変化を考慮したマ
ニピュレータの先端速度を生成することにより、宇宙空
間においてマニピュレータの飛行ターゲットへの追従動
作を実行する。さらに、近接センサ２９で得られたター
ゲットの被把持部分とグリッパとの相対的な位置、姿勢
情報を用いて、マニピュレータ軌道生成器２３において
ターゲットーのアプローチ軌道を生成し、さらにまたグ
リッパ把持時に力覚センサ２８でマニピュレータ先端の
位置を外力に応じて制御する。
【０００６】ここで、マニピュレータ各関節の位置検出
器からの関節角、マニピュレータ先端の力覚センサ２８
からの力・トルクは、数msecから十数msec程度の宇宙ロ
ボットのマニピュレータ制御装置の周期で検出される。
一方、人工衛星２２に搭載されたセンサからの並進、回
転速度などは、十数msecから数十msec程度の宇宙ロボッ
トの姿勢制御装置の周期で検出される。
器からの関節角、マニピュレータ先端の力覚センサ２８
からの力・トルクは、数msecから十数msec程度の宇宙ロ
ボットのマニピュレータ制御装置の周期で検出される。
一方、人工衛星２２に搭載されたセンサからの並進、回
転速度などは、十数msecから数十msec程度の宇宙ロボッ
トの姿勢制御装置の周期で検出される。
【０００７】これに対し、人工衛星に搭載された視覚セ
ンサからの視覚情報、及び、マニピュレータ先端の近接
センサからのターゲットの位置、姿勢情報は、検出した
情報に対し、ノイズ除去、フレーム処理、二値化処理な
どの画像処理に時間を要するため、数十msecから数百ms
ecの周期で検出されるのが一般的である。
ンサからの視覚情報、及び、マニピュレータ先端の近接
センサからのターゲットの位置、姿勢情報は、検出した
情報に対し、ノイズ除去、フレーム処理、二値化処理な
どの画像処理に時間を要するため、数十msecから数百ms
ecの周期で検出されるのが一般的である。
【０００８】このため、マニピュレータ軌道生成器３３
に入力されるターゲット位置、速度、マニピュレータ先
端速度生成器３４に入力される本体速度A ＶC m 、本体
角速度ωC m 、座標変換器３７で生成されたマニピュレ
ータの現在位置A Ｐm m 、回転行列生成器３８で生成さ
れた回転行列C ＴA は、前記の検出周期にて更新される
こととなる。
に入力されるターゲット位置、速度、マニピュレータ先
端速度生成器３４に入力される本体速度A ＶC m 、本体
角速度ωC m 、座標変換器３７で生成されたマニピュレ
ータの現在位置A Ｐm m 、回転行列生成器３８で生成さ
れた回転行列C ＴA は、前記の検出周期にて更新される
こととなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、慣性セン
サ２４からの人工衛星本体の速度情報や、視覚センサ２
５や近接センサ２９からのターゲットの位置、姿勢情報
を用いてマニピュレータ２３の各関節の駆動を行う場
合、上記情報をそのまま用いると、マニピュレータ２３
は、上記慣性センサ２４、視覚センサ２５、近接センサ
２９の情報が検出される周期において、間欠的に動作す
ることとなる。
サ２４からの人工衛星本体の速度情報や、視覚センサ２
５や近接センサ２９からのターゲットの位置、姿勢情報
を用いてマニピュレータ２３の各関節の駆動を行う場
合、上記情報をそのまま用いると、マニピュレータ２３
は、上記慣性センサ２４、視覚センサ２５、近接センサ
２９の情報が検出される周期において、間欠的に動作す
ることとなる。
【００１０】このようなことから、視覚センサ２５、近
接センサ２９からの情報を、宇宙ロボットのマニピュレ
ータ制御装置の制御周期にて円滑に補間する制御方法の
出現が望まれていた。
接センサ２９からの情報を、宇宙ロボットのマニピュレ
ータ制御装置の制御周期にて円滑に補間する制御方法の
出現が望まれていた。
【００１１】そこで本発明は、上記した要望を満たすこ
とができ、慣性センサ２４、視覚センサ２５、近接セン
サ２９からの情報を用いてもロボットを円滑に動作させ
ることができるロボットの制御装置および方法を提供す
ることを目的としている。
とができ、慣性センサ２４、視覚センサ２５、近接セン
サ２９からの情報を用いてもロボットを円滑に動作させ
ることができるロボットの制御装置および方法を提供す
ることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
ロボット本体とこのロボット本体に搭載されたマニピュ
レータとを有するロボットが、空間に浮遊しているター
ゲットを捕捉しうるように前記ロボットを制御するため
のロボットの制御装置であって、ロボット本体の位置、
速度を検出するためにロボット本体に搭載された慣性セ
ンサと、ロボット本体とターゲットとの相対位置、速度
を検出するための視覚センサと、マニピュレータのグリ
ッパとターゲットとの相対的な位置・速度を検出するた
めにマニピュレータに搭載された近接センサと、慣性セ
ンサから得られた情報をマニピュレータの制御周期にて
補間するための本***置・速度補間手段と、視覚センサ
から得られた情報を基にロボット本体をターゲットに追
尾させるべく、視覚センサ情報をマニピュレータの制御
周期にて補間するとともに、近接センサから得られた情
報を基にターゲットの被把持部分の把持可能な位置にグ
リッパを位置させるべく、近接センサ情報をマニピュレ
ータの制御周期にて補間するためのターゲット位置・速
度補間手段とを備えていることである。
ロボット本体とこのロボット本体に搭載されたマニピュ
レータとを有するロボットが、空間に浮遊しているター
ゲットを捕捉しうるように前記ロボットを制御するため
のロボットの制御装置であって、ロボット本体の位置、
速度を検出するためにロボット本体に搭載された慣性セ
ンサと、ロボット本体とターゲットとの相対位置、速度
を検出するための視覚センサと、マニピュレータのグリ
ッパとターゲットとの相対的な位置・速度を検出するた
めにマニピュレータに搭載された近接センサと、慣性セ
ンサから得られた情報をマニピュレータの制御周期にて
補間するための本***置・速度補間手段と、視覚センサ
から得られた情報を基にロボット本体をターゲットに追
尾させるべく、視覚センサ情報をマニピュレータの制御
周期にて補間するとともに、近接センサから得られた情
報を基にターゲットの被把持部分の把持可能な位置にグ
リッパを位置させるべく、近接センサ情報をマニピュレ
ータの制御周期にて補間するためのターゲット位置・速
度補間手段とを備えていることである。
【００１３】従って、慣性センサ、視覚センサ、近接セ
ンサからの情報をマニピュレータ制御装置の制御周期に
て補間して、マニピュレータを円滑に動作させることが
でき、安定した動作でターゲットを捕捉することができ
る。
ンサからの情報をマニピュレータ制御装置の制御周期に
て補間して、マニピュレータを円滑に動作させることが
でき、安定した動作でターゲットを捕捉することができ
る。
【００１４】本発明の第２の特徴は、前記ロボット本体
に搭載された視覚センサが、ターゲットの被把持部分と
マニピュレータ先端のグリッパとの相対位置、速度を認
識する近接センサの機能をも有することである。さら
に、本発明の第３の特徴は、マニピュレータに搭載され
た近接センサが、ターゲットとロボット本体との相対位
置、速度を認識する視覚センサの機能をも有することで
ある。
に搭載された視覚センサが、ターゲットの被把持部分と
マニピュレータ先端のグリッパとの相対位置、速度を認
識する近接センサの機能をも有することである。さら
に、本発明の第３の特徴は、マニピュレータに搭載され
た近接センサが、ターゲットとロボット本体との相対位
置、速度を認識する視覚センサの機能をも有することで
ある。
【００１５】従って、必要な装置の数を減少させること
ができ、ロボット全体としてコストの低減を図ることが
できる。
ができ、ロボット全体としてコストの低減を図ることが
できる。
【００１６】本発明の第４の特徴は、ロボット本体の位
置、速度を検出するためにこのロボット本体に搭載され
た慣性センサと、ロボット本体と捕捉すべきターゲット
との相対位置、速度を検出するために前記ロボット本体
に搭載された視覚センサと、ロボット本体に設けられた
マニピュレータのグリッパと前記ターゲットとの相対的
な位置・速度を検出するためにマニピュレータに搭載さ
れた近接センサと、を有するロボットの制御方法であっ
て、視覚センサから得られた情報を、マニピュレータの
制御周期にて補間し、この補間された情報を基に、マニ
ピュレータの先端をターゲットの被把持部分に一致させ
るようなロボット本体の軌道を生成し、その後駆動指令
を生成し、ターゲットを追尾するようにロボット本体の
推進装置を駆動する段階と、マニピュレータの動作に伴
うロボット本体の位置、姿勢の変化を慣性センサによっ
て検出し、この検出した情報を、マニピュレータの制御
周期にて補間し、この補間された情報を基に、ロボット
本体の位置の変動を考慮してマニピュレータの先端をタ
ーゲットの被把持部分へ位置決めすべくマニピュレータ
を駆動する段階と、近接センサから得られた情報を、マ
ニピュレータ制御周期にて補間し、この補間された情報
を基に、ターゲットの被把持部分との相対的な位置、速
度を生成し、この情報を基にターゲットの被把持部分の
把持可能な位置にグリッパを位置させるべくマニピュレ
ータを駆動し、グリッパによってターゲットを捕捉する
段階とを備えたことである。
置、速度を検出するためにこのロボット本体に搭載され
た慣性センサと、ロボット本体と捕捉すべきターゲット
との相対位置、速度を検出するために前記ロボット本体
に搭載された視覚センサと、ロボット本体に設けられた
マニピュレータのグリッパと前記ターゲットとの相対的
な位置・速度を検出するためにマニピュレータに搭載さ
れた近接センサと、を有するロボットの制御方法であっ
て、視覚センサから得られた情報を、マニピュレータの
制御周期にて補間し、この補間された情報を基に、マニ
ピュレータの先端をターゲットの被把持部分に一致させ
るようなロボット本体の軌道を生成し、その後駆動指令
を生成し、ターゲットを追尾するようにロボット本体の
推進装置を駆動する段階と、マニピュレータの動作に伴
うロボット本体の位置、姿勢の変化を慣性センサによっ
て検出し、この検出した情報を、マニピュレータの制御
周期にて補間し、この補間された情報を基に、ロボット
本体の位置の変動を考慮してマニピュレータの先端をタ
ーゲットの被把持部分へ位置決めすべくマニピュレータ
を駆動する段階と、近接センサから得られた情報を、マ
ニピュレータ制御周期にて補間し、この補間された情報
を基に、ターゲットの被把持部分との相対的な位置、速
度を生成し、この情報を基にターゲットの被把持部分の
把持可能な位置にグリッパを位置させるべくマニピュレ
ータを駆動し、グリッパによってターゲットを捕捉する
段階とを備えたことである。
【００１７】従って、慣性センサ、視覚センサ、近接セ
ンサからの情報をマニピュレータ制御装置の制御周期に
て補間することにより、マニピュレータを円滑に動作さ
せることができ、これによって、安定した動作でターゲ
ットを捕捉することができる。
ンサからの情報をマニピュレータ制御装置の制御周期に
て補間することにより、マニピュレータを円滑に動作さ
せることができ、これによって、安定した動作でターゲ
ットを捕捉することができる。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について説明する。
について説明する。
【００１９】図１は、本発明の一実施例に係るロボット
の制御装置によって制御される宇宙ロボット２１の外観
を示している。
の制御装置によって制御される宇宙ロボット２１の外観
を示している。
【００２０】この宇宙ロボット２１は、人工衛星２２と
これに搭載されたマニピュレータ２３とを備えている。
これに搭載されたマニピュレータ２３とを備えている。
【００２１】人工衛星２２には、この人工衛星２２の位
置、速度を検出するための慣性センサ２４と、捕捉対象
である図示しないターゲットと人工衛星２２との相対的
な位置、速度を認識するための視覚センサ２５と、人工
衛星２２の飛行、姿勢制御を行うための推進装置２６
ａ，２６ｂ，２６ｃとが搭載されている。
置、速度を検出するための慣性センサ２４と、捕捉対象
である図示しないターゲットと人工衛星２２との相対的
な位置、速度を認識するための視覚センサ２５と、人工
衛星２２の飛行、姿勢制御を行うための推進装置２６
ａ，２６ｂ，２６ｃとが搭載されている。
【００２２】一方、マニピュレータ２３の先端部には、
グリッパ２７が取り付けられている。このグリッパ２７
の近傍には、グリッパ２７に加わる力を検出するための
力覚センサ２８と、グリッパ２７と図示しないターゲッ
トとの相対的な位置・速度を検出するための近接センサ
２９とが搭載されている。
グリッパ２７が取り付けられている。このグリッパ２７
の近傍には、グリッパ２７に加わる力を検出するための
力覚センサ２８と、グリッパ２７と図示しないターゲッ
トとの相対的な位置・速度を検出するための近接センサ
２９とが搭載されている。
【００２３】そして、人工衛星２２の内部には、図２に
示すように、外部からの無線信号で動作を開始する制御
系３１が設けられており、この制御系３１は、人工衛星
とマニピュレータのダイナミクス３２に接続されてい
る。
示すように、外部からの無線信号で動作を開始する制御
系３１が設けられており、この制御系３１は、人工衛星
とマニピュレータのダイナミクス３２に接続されてい
る。
【００２４】この制御系３１は、視覚センサ２５あるい
は近接センサ２９で検出されたターゲットの位置、姿勢
をマニピュレータの制御周期にて補間するターゲット位
置・速度補間器３９と、ターゲットの位置、姿勢、速度
からマニピュレータ２３の先端の軌道を生成するマニピ
ュレータ軌道生成器３３と、マニピュレータ２３の軌
道、マニピュレータ２３に作用する力情報、人工衛星２
２の並進、回転速度などを入力してマニピュレータ２３
の先端速度を生成するマニピュレータ先端速度生成器３
４と、マニピュレータ２３の先端速度からマニピュレー
タ２３の関節速度を生成するマニピュレータ関節速度生
成器３５と、マニピュレータ２３の関節角からヤコビ行
列を生成してマニピュレータ関節速度生成器３５に与え
るヤコビ行列生成器３６と、マニピュレータ２３の関節
角、人工衛星２２の位置、姿勢情報を入力して宇宙空間
に固定された座標系におけるマニピュレータ２３の先端
位置を生成する座標変換器３７と、人工衛星２２の位
置、姿勢情報を入力し人工衛星２２の本体の位置、姿勢
を生成する本***置・速度補間器４０と、人工衛星の本
体の位置、姿勢とマニピュレータの関節角から宇宙空間
に固定され座標系と人工衛星２２に固定され座標系間の
回転行列を生成する回転行列生成器３８とを有してい
る。
は近接センサ２９で検出されたターゲットの位置、姿勢
をマニピュレータの制御周期にて補間するターゲット位
置・速度補間器３９と、ターゲットの位置、姿勢、速度
からマニピュレータ２３の先端の軌道を生成するマニピ
ュレータ軌道生成器３３と、マニピュレータ２３の軌
道、マニピュレータ２３に作用する力情報、人工衛星２
２の並進、回転速度などを入力してマニピュレータ２３
の先端速度を生成するマニピュレータ先端速度生成器３
４と、マニピュレータ２３の先端速度からマニピュレー
タ２３の関節速度を生成するマニピュレータ関節速度生
成器３５と、マニピュレータ２３の関節角からヤコビ行
列を生成してマニピュレータ関節速度生成器３５に与え
るヤコビ行列生成器３６と、マニピュレータ２３の関節
角、人工衛星２２の位置、姿勢情報を入力して宇宙空間
に固定された座標系におけるマニピュレータ２３の先端
位置を生成する座標変換器３７と、人工衛星２２の位
置、姿勢情報を入力し人工衛星２２の本体の位置、姿勢
を生成する本***置・速度補間器４０と、人工衛星の本
体の位置、姿勢とマニピュレータの関節角から宇宙空間
に固定され座標系と人工衛星２２に固定され座標系間の
回転行列を生成する回転行列生成器３８とを有してい
る。
【００２５】宇宙ロボット２１で飛行ターゲットを捕捉
する場合、まず人工衛星２２に搭載された視覚センサ２
５でターゲットとの相対的な位置、速度を認識させる。
この認識結果に基づき、ターゲットが宇宙ロボット２１
に搭載されたマニピュレータ２３の動作範囲以内に入る
ように、推進装置２６ａ〜２６ｃを動作させて宇宙ロボ
ットをターゲットに向かって誘導する。
する場合、まず人工衛星２２に搭載された視覚センサ２
５でターゲットとの相対的な位置、速度を認識させる。
この認識結果に基づき、ターゲットが宇宙ロボット２１
に搭載されたマニピュレータ２３の動作範囲以内に入る
ように、推進装置２６ａ〜２６ｃを動作させて宇宙ロボ
ットをターゲットに向かって誘導する。
【００２６】次に、マニピュレータ２３の動作に伴う人
工衛星２２の位置、速度の変化を人工衛星２２に搭載さ
れた慣性センサ２４で検出する。そして、人工衛星２２
の位置の変動を考慮しながら、図示しないターゲットの
被把持位置にグリッパ２７が位置するようにマニピュレ
ータ２３を移動させる。
工衛星２２の位置、速度の変化を人工衛星２２に搭載さ
れた慣性センサ２４で検出する。そして、人工衛星２２
の位置の変動を考慮しながら、図示しないターゲットの
被把持位置にグリッパ２７が位置するようにマニピュレ
ータ２３を移動させる。
【００２７】このマニピュレータ２３の制御は、具体的
には次のようにして行われる。
には次のようにして行われる。
【００２８】すなわち、宇宙空間において、グリッパ２
７の現在位置から図示しないターゲットの被把持部分の
位置までについてターゲット位置・速度補間器３９でマ
ニピュレータ２２の制御周期に補間された軌道を生成す
る。これに基づいて、マニピュレータ軌道生成器３３に
おいて、宇宙空間に固定された座標ΣA における逐次目
標値A Ｐm d を生成する。その際、この遂次目標値A Ｐ
m d と宇宙空間におけるマニピュレータ２３の現在位置
A Ｐm m から、マニピュレータ先端速度生成器３４にお
いて、ＰＩＤ制御により以下の値を算出する。即ち、マ
ニピュレータ２３の先端速度指令値A Ｖm d を用いると
ともに、慣性センサ２４で検出され本***置・速度補間
器４０でマニピュレータ２３の制御周期に補間された座
標系ΣAにおける人工衛星２２の並進速度A ＶC m 及び
回転角速度ωC m を用いて、 CＶm d ＝C ＴA ・（A Ｖm d −A ＶC m ）−Ｃ・C Ｐm m ・ωC m (1) の式によって、人工衛星２２に固定して設けた座標系Σ
c におけるマニピュレータ２３の先端速度C Ｖm d を算
出する。ただし、C ＴA は、人工衛星２２に固定された
座標系Σc を宇宙空間に固定された座標系ΣA に変換す
る回転行列である。この回転行列C ＴA は、人工衛星２
２の本体の位置より本***置・速度補間器４０でマニピ
ュレータ２３の制御周期に補間され、回転行列生成器３
８にて生成される。Ｃは定数変換行列である。
７の現在位置から図示しないターゲットの被把持部分の
位置までについてターゲット位置・速度補間器３９でマ
ニピュレータ２２の制御周期に補間された軌道を生成す
る。これに基づいて、マニピュレータ軌道生成器３３に
おいて、宇宙空間に固定された座標ΣA における逐次目
標値A Ｐm d を生成する。その際、この遂次目標値A Ｐ
m d と宇宙空間におけるマニピュレータ２３の現在位置
A Ｐm m から、マニピュレータ先端速度生成器３４にお
いて、ＰＩＤ制御により以下の値を算出する。即ち、マ
ニピュレータ２３の先端速度指令値A Ｖm d を用いると
ともに、慣性センサ２４で検出され本***置・速度補間
器４０でマニピュレータ２３の制御周期に補間された座
標系ΣAにおける人工衛星２２の並進速度A ＶC m 及び
回転角速度ωC m を用いて、 CＶm d ＝C ＴA ・（A Ｖm d −A ＶC m ）−Ｃ・C Ｐm m ・ωC m (1) の式によって、人工衛星２２に固定して設けた座標系Σ
c におけるマニピュレータ２３の先端速度C Ｖm d を算
出する。ただし、C ＴA は、人工衛星２２に固定された
座標系Σc を宇宙空間に固定された座標系ΣA に変換す
る回転行列である。この回転行列C ＴA は、人工衛星２
２の本体の位置より本***置・速度補間器４０でマニピ
ュレータ２３の制御周期に補間され、回転行列生成器３
８にて生成される。Ｃは定数変換行列である。
【００２９】そして、マニピュレータ関節速度生成器３
５において、 ωm d ＝Ｊ-1・C Ｖm d (2) により、マニピュレータ２３の各関節の速度指令値ωm
d を求め、マニピュレータ２３の各軸モータを駆動す
る。
５において、 ωm d ＝Ｊ-1・C Ｖm d (2) により、マニピュレータ２３の各関節の速度指令値ωm
d を求め、マニピュレータ２３の各軸モータを駆動す
る。
【００３０】ただし、Ｊはマニピュレータのヤコビ行列
であり、マニピュレータの関節角情報を用いてヤコビ行
列生成器３６において算出されたものである。
であり、マニピュレータの関節角情報を用いてヤコビ行
列生成器３６において算出されたものである。
【００３１】ターゲット把持位置に到達した後は、近接
センサ２９で検出しターゲット位置・速度補間器３９に
おいてマニピュレータの制御周期にて補間したグリッパ
２７と図示しないターゲットとの相対的な速度C Ｖt m
を用いて、マニピュレータ先端速度生成器３４におい
て、マニピュレータ先端速度指令値C Ｖm d を生成す
る。即ち、第（ｋ−１）回目と第ｋ回目の制御周期にお
けるアーム先端の逐次目標位置 C Ｐm d [k] 、C Ｐm
d [k-1] 、そしてアーム先端速度指令値C Ｖm d の関
係、 C Ｐm d [k] ＝C Ｐm d [k-1] ＋C Ｖm d ・ｔ0 (3) C Ｖm d ＝Ｇp ・（C Ｐt d [k-1] −C Ｐm d [k-1])＋C Ｖt m (4) から、先端速度指令値C Ｖm d を生成する。さらに、マ
ニピュレータ関節速度生成器３５において、式(2) によ
り、マニピュレータ２３の各関節の速度指令値ωm d を
生成し、各軸モータを駆動する。
センサ２９で検出しターゲット位置・速度補間器３９に
おいてマニピュレータの制御周期にて補間したグリッパ
２７と図示しないターゲットとの相対的な速度C Ｖt m
を用いて、マニピュレータ先端速度生成器３４におい
て、マニピュレータ先端速度指令値C Ｖm d を生成す
る。即ち、第（ｋ−１）回目と第ｋ回目の制御周期にお
けるアーム先端の逐次目標位置 C Ｐm d [k] 、C Ｐm
d [k-1] 、そしてアーム先端速度指令値C Ｖm d の関
係、 C Ｐm d [k] ＝C Ｐm d [k-1] ＋C Ｖm d ・ｔ0 (3) C Ｖm d ＝Ｇp ・（C Ｐt d [k-1] −C Ｐm d [k-1])＋C Ｖt m (4) から、先端速度指令値C Ｖm d を生成する。さらに、マ
ニピュレータ関節速度生成器３５において、式(2) によ
り、マニピュレータ２３の各関節の速度指令値ωm d を
生成し、各軸モータを駆動する。
【００３２】さらに、グリッパ２７で図示しないターゲ
ットの被把持部を把持するときは、マニピュレータ先端
速度生成器３４において、マニピュレータ２３の先端位
置に不感帯を備えたタンパ（粘性減衰係数Ｃ）を想定
し、これにマニピュレータ２３に取り付けた力覚センサ
２８で検出された力Ｆが作用した場合の運動と同一とな
るようにマニピュレータ２３の先端速度C Ｖm d を生成
する。そして、ターゲットの被把持部分のグリッパ２７
との接触に伴うターゲットの揺動を低減させる。
ットの被把持部を把持するときは、マニピュレータ先端
速度生成器３４において、マニピュレータ２３の先端位
置に不感帯を備えたタンパ（粘性減衰係数Ｃ）を想定
し、これにマニピュレータ２３に取り付けた力覚センサ
２８で検出された力Ｆが作用した場合の運動と同一とな
るようにマニピュレータ２３の先端速度C Ｖm d を生成
する。そして、ターゲットの被把持部分のグリッパ２７
との接触に伴うターゲットの揺動を低減させる。
【００３３】すなわち、力覚センサ２８で検出された力
情報Ｆと、予め設定された力の設定値Ｆa と、粘性減衰
係数Ｃを用いて、Ｆ＞Ｆa のときには、 C Ｖm d ＝Ｃ-1・（Ｆ−Ｆa ） (5) Ｆ≦Ｆa のときには、 C Ｖm d ＝０ (6) により、マニピュレータ２３の先端速度 C Ｖm d を求
める。次いで、この値を使ってマニピュレータ関節速度
生成器３５で、マニピュレータ２３の各関節の速度指令
値ωm d を求め、マニピュレータ２３の各軸モータを駆
動する。そして、最終的に把持動作へと移行させる。
情報Ｆと、予め設定された力の設定値Ｆa と、粘性減衰
係数Ｃを用いて、Ｆ＞Ｆa のときには、 C Ｖm d ＝Ｃ-1・（Ｆ−Ｆa ） (5) Ｆ≦Ｆa のときには、 C Ｖm d ＝０ (6) により、マニピュレータ２３の先端速度 C Ｖm d を求
める。次いで、この値を使ってマニピュレータ関節速度
生成器３５で、マニピュレータ２３の各関節の速度指令
値ωm d を求め、マニピュレータ２３の各軸モータを駆
動する。そして、最終的に把持動作へと移行させる。
【００３４】このように、視覚センサ２５で捕捉対象で
あるターゲットと宇宙ロボット２１との相対的な位置、
速度を認識し、視覚センサ２５で得られた情報をターゲ
ット位置・速度補間器３９にてマニピュレータ２３の制
御周期にて補間した情報を基にして宇宙ロボット本体を
ターゲットに追尾させる。その後、近接センサ２９でタ
ーゲットの被把持部と宇宙ロボット２１のマニピュレー
タ先端との相対位置、速度を検出し、この情報をターゲ
ット位置・速度補間器３９にてマニピュレータ２３の制
御周期にて補間した情報を基に、近接センサ２９で得ら
れたマニピュレータ先端位置をターゲットに追尾させ
る。次いで、マニピュレータ２３の動作に伴う人工衛星
２２の姿勢変化を考慮してマニピュレータ２３の先端の
目標速度を生成し、マニピュレータ２３の先端の位置決
めを行うことにより、飛行ターゲットへの追従動作を実
行する。さらに、力覚センサ２８で検出されたターゲッ
トの被把持部分とグリッパ２７との間に作用する力を検
出し、この情報を使ってマニピュレータ２３を制御す
る。このようにして、捕捉に伴うターゲットの揺動を低
減させるようにしているので、飛行ターゲットの捕捉動
作を安定的に行わせることができる。
あるターゲットと宇宙ロボット２１との相対的な位置、
速度を認識し、視覚センサ２５で得られた情報をターゲ
ット位置・速度補間器３９にてマニピュレータ２３の制
御周期にて補間した情報を基にして宇宙ロボット本体を
ターゲットに追尾させる。その後、近接センサ２９でタ
ーゲットの被把持部と宇宙ロボット２１のマニピュレー
タ先端との相対位置、速度を検出し、この情報をターゲ
ット位置・速度補間器３９にてマニピュレータ２３の制
御周期にて補間した情報を基に、近接センサ２９で得ら
れたマニピュレータ先端位置をターゲットに追尾させ
る。次いで、マニピュレータ２３の動作に伴う人工衛星
２２の姿勢変化を考慮してマニピュレータ２３の先端の
目標速度を生成し、マニピュレータ２３の先端の位置決
めを行うことにより、飛行ターゲットへの追従動作を実
行する。さらに、力覚センサ２８で検出されたターゲッ
トの被把持部分とグリッパ２７との間に作用する力を検
出し、この情報を使ってマニピュレータ２３を制御す
る。このようにして、捕捉に伴うターゲットの揺動を低
減させるようにしているので、飛行ターゲットの捕捉動
作を安定的に行わせることができる。
【００３５】なお、上記実施例においては、ロボット本
体として、人工衛星を採用しているが、これに限る必要
はなく、水中を浮遊する潜水ロボットのような潜水体を
採用してもよい。
体として、人工衛星を採用しているが、これに限る必要
はなく、水中を浮遊する潜水ロボットのような潜水体を
採用してもよい。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るロボ
ットの制御装置では、ロボット本体の位置、速度を検出
するためにロボット本体に搭載された慣性センサ及び視
覚センサと、マニピュレータのグリッパとターゲットと
の相対的な位置、姿勢を検出するためにマニピュレータ
に搭載された近接センサと、慣性センサから得られた情
報をマニピュレータの制御周期にて補間するための本体
位置・速度補間手段と、視覚センサから得られた情報を
基にロボット本体をターゲットに追尾させるべく、視覚
センサ情報をマニピュレータの制御周期にて補間すると
ともに、近接センサから得られた情報を基にターゲット
の被把持部分の把持可能な位置にグリッパを位置させる
べく、近接センサの情報をマニピュレータの制御周期に
て補間するためのターゲット位置・速度補間手段とを有
しているから、視覚センサ、近接センサからの情報の処
理に時間を要しても、マニピュレータの動きを円滑にす
ることができ、ターゲットを安定に捕捉することが可能
となる。
ットの制御装置では、ロボット本体の位置、速度を検出
するためにロボット本体に搭載された慣性センサ及び視
覚センサと、マニピュレータのグリッパとターゲットと
の相対的な位置、姿勢を検出するためにマニピュレータ
に搭載された近接センサと、慣性センサから得られた情
報をマニピュレータの制御周期にて補間するための本体
位置・速度補間手段と、視覚センサから得られた情報を
基にロボット本体をターゲットに追尾させるべく、視覚
センサ情報をマニピュレータの制御周期にて補間すると
ともに、近接センサから得られた情報を基にターゲット
の被把持部分の把持可能な位置にグリッパを位置させる
べく、近接センサの情報をマニピュレータの制御周期に
て補間するためのターゲット位置・速度補間手段とを有
しているから、視覚センサ、近接センサからの情報の処
理に時間を要しても、マニピュレータの動きを円滑にす
ることができ、ターゲットを安定に捕捉することが可能
となる。
【図１】本発明にかかる人工衛星を示す斜視図。
【図２】本発明にかかる人工衛星の制御装置を示すブロ
ック図。
ック図。
【図３】従来の人工衛星の制御装置を示すブロック図。
２１ 宇宙ロボット ２２ 人工衛星 ２３ マニピュレータ ２４ 慣性センサ ２５ 視覚センサ ２７ グリッパ ２８ 力覚センサ ２９ 近接センサ ３９ ターゲット位置速度補間器 ４０ 本***置速度補間器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｂ 19/4103 Ｇ０５Ｄ 3/12 Ｋ Ｇ０５Ｄ 3/12 1/08 Ａ Ｇ０５Ｂ 19/18 Ｄ // Ｇ０５Ｄ 1/08 19/415 Ｄ
Claims (4)
- 【請求項１】ロボット本体とこのロボット本体に搭載さ
れたマニピュレータとを有するロボットが、浮遊してい
るターゲットを捕捉しうるように前記ロボットを制御す
るためのロボットの制御装置であって、 前記ロボット本体の位置、速度を検出するために前記ロ
ボット本体に搭載された慣性センサと、 前記ロボット本体と前記ターゲットとの相対位置、速度
を検出するための視覚センサと、 前記マニピュレータのグリッパと前記ターゲットとの相
対的な位置・速度を検出するために前記マニピュレータ
に搭載された近接センサと、 前記慣性センサから得られた情報を前記マニピュレータ
の制御周期にて補間するための本***置・速度補間手段
と、 前記視覚センサから得られた情報を基に前記ロボット本
体を前記ターゲットに追尾させるべく、前記視覚センサ
情報を前記マニピュレータの制御周期にて補間するとと
もに、前記近接センサから得られた情報を基に前記ター
ゲットの被把持部分の把持可能な位置に前記グリッパを
位置させるべく、前記近接センサ情報を前記マニピュレ
ータの制御周期にて補間するためのターゲット位置・速
度補間手段とを備えていることを特徴とするロボットの
制御装置。 - 【請求項２】前記ロボット本体に搭載された前記視覚セ
ンサが、前記ターゲットの被把持部分と前記マニピュレ
ータ先端の前記グリッパとの相対位置、速度を認識する
近接センサの機能をも有することを特徴とする、請求項
１記載のロボットの制御装置。 - 【請求項３】前記マニピュレータに搭載された前記近接
センサが、前記ターゲットと前記ロボット本体との相対
位置、速度を認識する視覚センサの機能をも有すること
を特徴とする、請求項１記載のロボットの制御装置。 - 【請求項４】ロボット本体の位置、速度を検出するため
にこのロボット本体に搭載された慣性センサと、前記ロ
ボット本体と捕捉すべきターゲットとの相対位置、速度
を検出するために前記ロボット本体に搭載された視覚セ
ンサと、前記ロボット本体に設けられたマニピュレータ
のグリッパと前記ターゲットとの相対的な位置・速度を
検出するために前記マニピュレータに搭載された近接セ
ンサとを有するロボットの制御方法であって、 前記視覚センサから得られた情報を、マニピュレータの
制御周期にて補間し、この補間された情報を基に、前記
マニピュレータの先端を前記ターゲットの被把持部分に
一致させるようなロボット本体の軌道を生成し、その後
駆動指令を生成し、前記ターゲットを追尾するようにロ
ボット本体の推進装置を駆動する段階と、 前記マニピュレータの動作に伴うロボット本体の位置、
姿勢の変化を前記慣性センサによって検出し、この検出
した情報を、前記マニピュレータの制御周期にて補間
し、この補間された情報を基に、ロボット本体の位置の
変動を考慮して前記マニピュレータの先端を前記ターゲ
ットの被把持部分へ位置決めすべく前記マニピュレータ
を駆動する段階と、 前記近接センサから得られた情報を、前記マニピュレー
タ制御周期にて補間し、この補間された情報を基に、前
記ターゲットの被把持部分との相対的な位置、速度を生
成し、この情報を基に前記ターゲットの被把持部分の把
持可能な位置に前記グリッパを位置させるべく前記マニ
ピュレータを駆動し、前記グリッパによって前記ターゲ
ットを捕捉する段階と、を備えたロボットの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9180992A JPH1124718A (ja) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | ロボットの制御装置及び制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9180992A JPH1124718A (ja) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | ロボットの制御装置及び制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1124718A true JPH1124718A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=16092852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9180992A Pending JPH1124718A (ja) | 1997-07-07 | 1997-07-07 | ロボットの制御装置及び制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1124718A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012153629A1 (ja) * | 2011-05-12 | 2012-11-15 | 株式会社Ihi | 運動予測制御装置と方法 |
| JP2012236254A (ja) * | 2011-05-12 | 2012-12-06 | Ihi Corp | 移動体把持装置と方法 |
| JP2012247835A (ja) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Ihi Corp | ロボットの運動予測制御方法と装置 |
| JP2012245568A (ja) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Ihi Corp | 運動予測制御装置と方法 |
| JP2017136677A (ja) * | 2015-07-29 | 2017-08-10 | キヤノン株式会社 | 情報処理装置、情報処理方法、ロボット制御装置及びロボットシステム |
| WO2019208108A1 (ja) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | オムロン株式会社 | 制御システム、制御方法、および制御プログラム |
| WO2024024815A1 (ja) * | 2022-07-27 | 2024-02-01 | Thk株式会社 | ロボットアーム及び飛行ロボット |
-
1997
- 1997-07-07 JP JP9180992A patent/JPH1124718A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012153629A1 (ja) * | 2011-05-12 | 2012-11-15 | 株式会社Ihi | 運動予測制御装置と方法 |
| JP2012236254A (ja) * | 2011-05-12 | 2012-12-06 | Ihi Corp | 移動体把持装置と方法 |
| US9108321B2 (en) | 2011-05-12 | 2015-08-18 | Ihi Corporation | Motion prediction control device and method |
| JP2012247835A (ja) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Ihi Corp | ロボットの運動予測制御方法と装置 |
| JP2012245568A (ja) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Ihi Corp | 運動予測制御装置と方法 |
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| WO2019208108A1 (ja) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | オムロン株式会社 | 制御システム、制御方法、および制御プログラム |
| JP2019188549A (ja) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | オムロン株式会社 | 制御システム、制御方法、および制御プログラム |
| CN111886556A (zh) * | 2018-04-26 | 2020-11-03 | 欧姆龙株式会社 | 控制***、控制方法以及控制程序 |
| CN111886556B (zh) * | 2018-04-26 | 2024-06-07 | 欧姆龙株式会社 | 控制***、控制方法以及计算机可读存储介质 |
| WO2024024815A1 (ja) * | 2022-07-27 | 2024-02-01 | Thk株式会社 | ロボットアーム及び飛行ロボット |
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