机械手的控制方法以及控制系统的制作方法

专利名称：机械手的控制方法以及控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制具有多个关节轴的机械手的技术。
技术背景以往，多关节机械手用于产业用或民生用的机器人臂等中。作为涉及 这种机械手的位置控制的技术，存在各种各样的技术。例如，存在一种通过逆运动学来求出实现特定的机械手的手指尖坐标 等的各关节轴的变位或驱动力，基于其变位或驱动力进行控制的使用逆运 动学的技术。用图19、图20，来说明采用该逆运动学的以往技术的例子。在此， 图19为表示以往的机械手的控制方法的概要的图，图20为以往的机械手 的控制处理流程图。在图19中，机械手501的各关节轴511上，搭载有编码器等的传感 器502(传感器S)、和分别驱动关节轴511的执行机构503(执行机构A)。 采用上述部件，相对于控制目标505 (控制目标G)对机械手501的手指 尖504进行位置控制。机械手501具备进行整体控制的整体控制部506， 用由传感器502计测的结果算出执行机构503的控制指令值。另外，整体 控制部506，具有整体评价处理部507、轨道计划处理部508、控制计算处 理部509这三个处理部。手指尖504在实现控制目标505之前，被按照控 制轨道510位置控制。在图20中，控制处理流程首先在步骤S51,通过搭载在各轴得传感器 502来计测各关节轴511的变位(轴变位)、变位速度(轴速度)。接下 来，在步骤S52中，根据由各关节轴511收集的变位以及变位速度的信息 算出手指尖504的坐标。接下来，在步骤S53算出用于移动到目标位置505 的手指尖轨道510。接下来，在步骤S54算出用于实现目标轨道510的各关节轴511的变位以及变位速度的控制指令值。接下来，在步骤S55按照 实现控制指令值的方式驱动各关节轴511的执行机构503。在图19的手指 尖504到达控制目标505之前，反复执行上述步骤S51 步骤S55的处理。 另外，图20的控制处理和图19的控制要素之间的关系为，步骤S51由传 感器502执行，步骤S52由整体评价处理部507执行，步骤S53由轨道计 划处理部508执行，步骤S54由控制计算处理部509执行，步骤S55由执 行机构503执行。
在此，在步骤S52中，为了算出手指尖504的坐标而一般进行的计算 式，如式(1)所示。 H=T (e) …(1)
式(i)称作链接机构的运动学方程式，H表示手指尖的坐标矢量，e
为关节轴的变位矢量。
此外，在步骤S54中，为了算出变位速度的控制指令而一般进行的计 算式如式(2)所示。
0c=T—1 (Ho)…(2)
式(2)称作链接机构的逆运动学方程式，Ho表示实现目标轨道的手 指尖的目标坐标矢量，0c表示实现其手指尖的目标坐标矢量的关节轴的变 位矢量。其中，由于式(2)有在冗余控制系统中不能唯一求解等的问题， 因此也可采用其他计算方法来代替式(2)(例如，参照专利文献l、专利 文献2)。
用图21A、图21B及图22来说明专利文献1、专利文献2中所公开 的以往技术的例子。在此，图21A为以往的机械手的控制处理流程图，图 21B为表示在以往的机械手的控制中限定驱动轴数的控制方法的图，图22 为表示以往的机械手的控制方法的图。
专利文献1中所公开的控制方法，如图21A、图21B所示的那样用两 个方法中的任何一个来决定实现机械手的手指尖坐标的关节轴的变位。在 图21A中，在冗余机械手520中，通过将各关节轴521的变位均等地分配 来决定变位522。此外，在图22B中，在各个的关节轴521中选择需要维 数的要驱动的关节轴523 ，通过将冗余机械手520控制性地设为非冗余， 能够算出关节轴521的变位。专利文献2公开的控制方法，使得能够通过在控制部学习逆运动学的 关系而算出执行机构的驱动力。在图22中，根据作为目标轨道的Pd和实际轨道P的误差由运算装置534算出转矩T，通过该转矩T驱动执行机构 535。此时，通过将让目标轨道Pd通过微分电路536得到的结果与转矩T 输入到多层神经电路537，来进行多层神经电路537的学习，通过将作为 学习结果的该输出加给转矩T后输入到执行机构535，从而进行控制。此外，也有不采用逆运动学，分散地进行控制的方法(例如参照专利 文献3、专利文献4)。用图23、图24对专利文献3、专利文献4中所公开的以往技术的例 子进行说明。在此，图23为表示专利文献3公开的控制方法的图，图24 为表示专利文献4公开的控制方法的图。专利文献3公开的控制方法，由机械手采用多变量评价函数的各关节 角的偏微分来进行控制。在图23中，首先，机械手540用在轨道549上 移动来进行控制时的各关节541的关节角01、 92来设定多变量评价函数 542。接下来，用以在任意时刻的各角度变量对多变量评价函数542进行 偏微分得到的关节角的偏微分543，按照让多变量评价函数542满足规定 条件的方式对各关节541分散地进行控制。在图24中，专利文献4的方法，通过控制装置用与机械手前端的位 置对应的关节部负载阈值来进行控制。对由位置检测装置553所检测出的 机械手的位置进行计测，动作控制装置554中，选择按照所计测的位置信 息的负载阈值，以让设置在各关节角的负载检测装置555达到负载阈值的 方式，用关节角的伺服驱动器556分散地控制执行机构557。以往，进行采用上述那样的逆运动学的控制或分散的控制，来进行多 关节机械手的位置控制。专利文献1:特开平07 —164360号公报专利文献2:特开平02 —054304号公报专利文献3:特开平09—207087号公报专利文献4:特开2000—094368号公报但是，在将上述以往的控制方式适用于进行自由度要求高的作业的机 械手的情况下，存在以下的课题。9采用以往的逆运动学的方式中，虽然能够在非冗余且没有非线性要素 的情况下使用，但根据环境的不同，也有不能进行作为目的的作业的可能 性。这是因为由于机械手的状态唯一确定，因此手指尖不能到达目标位置 的缘故。另一方面，为了提高作业的自由度，取入冗余或非线性的驱动要素时，作为逆运动学方程式的式(2)变得复杂而不能唯一地求解，结果 会有不能控制的情况、或计算量巨大且不能进行实时控制的情况。在专利文献l的情况下，对冗余的机械手利用形状或自由度降低而设 置约束条件，使得能进行该控制。但是，另一方面，通过该约束条件会限 制自由度，因此具有限制机械手的作业性的可能性。此外，专利文献2的 情况下，能够通过多层神经电路的学习解决因冗余或非线性的驱动要素所 引起的计算上的问题或鲁棒性。但是，如果没有适当地设定参数或教导数 据，则在学习需要时间或计算结果不收敛等情况下，存在不能容易地适应 的可能性。此外，在采用逆运动学的方法中，由于在任一情况下为了到达控制目 标而唯一地决定全轴的变位或驱动力，因此若由于周围环境的影响或故障 而限于一个轴不能移动的状态的话，则不能实现整体的位置控制。专利文献3，能够与机械手的形状没有关系地通过各关节进行统一的 分散控制。但是，关于评价函数或其计算处理，需要按照机械手的形状或 作业内容进行设定，因评价函数的不同也有不能执行作业的可能性。此外， 专利文献4，能够与机械手的形状没有关系地通过各关节进行统一的分散 控制。但是，由于关节的负荷，不仅是位置姿势，而且通过轨道或作业时 安装到机械手的工具等而变化，因此在每次作业时需要事先通过教导或学 习登录关节的负荷阈值，不能应对预想外的状况。与这种机械手的控制相关的课题，不仅是在进行机械手的手指尖的位 置控制，在进行手指尖的力量控制的情况下也会产生。发明内容因此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种与周围的环境或关 节轴的故障等的不确定性无关，即使为冗余或非线性的驱动要素也能容易 且灵活地进行控制的机械手的控制方法以及控制系统。根据本发明的第l技术方案，提供一种机械手的控制方法，该机械手 具有多个关节轴，其中，该机械手控制方法包括第1步骤，计测上述机械手的前端部的参数和目标值之间的差值；第2步骤，将包括上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的轴信息、和 上述差值的差值信息，分别向上述关节轴的轴控制部发送；以及，第3步骤，基于上述轴信息和上述差值信息，由各个上述轴控制部独 立地修正上述关节轴的参数，反复进行上述第1步骤到上述第3步骤，直到上述前端部的参数达到 包含上述目标值的设定范围内。根据本发明的第2技术方案，提供一种机械手的控制方法，该机械手具有多个关节轴，其中，上述机械手控制方法包括第1步骤，计测上述机械手的前端位置与目标位置之间的位置差值；第2步骤，将包含上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的轴信息和上 述位置差值的位置差值信息，分别向上述关节轴的轴控制部发送；和第3步骤，基于上述轴信息和上述位置差值信息，由各个上述轴控制 部独立地修正上述关节轴的轴变位和轴速度，反复进行上述第1步骤到上述第3步骤，直到上述前端位置达到包含 上述目标位置的设定范围内。根据本发明的第3技术方案，提供一种根据第2技术方案的机械手的 控制方法，基于从上述多个关节轴所取得的轴变位以及轴速度的信息，对 每个上述关节轴作成包含上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的轴信息，之后，实施上述第2步骤。根据本发明的第4技术方案，提供一种根据第2技术方案的机械手的 控制方法，在上述第2步骤中，将包含用上述轴变位和上述轴速度算出的 雅克比矩阵和上述机械手的前端速度的信息发送给每个上述关节轴，并且 将上述前端位置相对上述目标位置的偏差矢量的信息，作为上述位置差值 的信息发送给每个上述关节轴，在上述第3步骤中，用上述前端速度、上述关节轴的轴速度以及上述 雅克比矩阵，算出基于上述关节轴的轴速度矢量的上述前端位置的移动矢 量，并按照使上述移动矢量接近上述偏差矢量的方式对每个上述关节轴修正上述轴速度矢量。根据本发明的第5技术方案，提供一种根据第2技术方案的机械手的控制方法，在上述第2步骤中将一信息发送给上述关节轴，该信息包含根据上述前端位置与上述目标位置之间的距离设定的前端速度的上限值与 实际的前端速度的速度比的信息，在上述第3步骤中，由上述多个轴控制部根据上述速度比对每个上述 关节轴修正上述轴速度。根据本发明的第6技术方案，提供一种根据技术方案3的机械手的控 制方法，在所取得的上述关节轴的轴速度全部为0的情况下，使上述目标 位置的坐标或上述轴速度暂时变化，之后，实施上述第2步骤。根据本发明的第7技术方案，提供一种根据技术方案2的机械手的控 制方法，对所取得的上述多个关节轴所具有的自轴的识别信息进行综合， 探测上述多个关节轴的连接状态的变化。根据本发明的第8技术方案，提供一种根据第2技术方案的机械手的 控制方法，将上述多个关节轴的识别信息从上述全体控制部发送给上述多 个轴控制部之后，在上述多个轴控制部中，只在预先所保持的自轴的识别 信息与上述所发送的识别信息一致的情况下，进行上述关节轴的控制。根据本发明的第9技术方案，提供一种机械手的控制方法，该机械手 具有多个关节轴，其中，该机械手的控制方法包括第1步骤，计测施加在上述机械手的前端部的接触力与目标接触力之 间的力量差值；第2步骤，将包含上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的轴信息、和 上述力量差值的力量差值信息，分别发送给上述关节轴的轴控制部；和第3步骤，基于包含上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的信息、和 上述力量差值的信息，对每个上述关节轴独立地修正上述轴控制部的上述 关节轴的轴变位和轴速度，反复进行上述第1步骤到上述第3步骤，直到施加在上述前端部的接 触力达到包含上述目标接触力的设定范围内。根据本发明的第10技术方案，提供根据技术方案9的机械手的控制方法，基于所取得的上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的信息，对每个 上述关节轴作成包含上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的信息， 之后，实施上述第2步骤。根据本发明的第11技术方案，提供根据技术方案9的机械手的控制方 法，在上述第l步骤中，进一步计测上述前端部的位置与目标位置之间的 位置差值，在上述第2步骤中，将包含用上述轴变位以及上述轴速度算出的雅克比矩阵和上述机械手的前端速度的信息，发送给上述多个关节轴，并且作 成上述前端部对上述目标位置以及目标接触力的偏差矢量的信息，发送将 上述力量差值被换算为位置差值后的换算位置差值加到上述位置差值得 到的总计差值的信息，在上述第3步骤中，用上述前端速度、上述关节轴的轴速度以及上述 雅克比矩阵，算出基于上述关节轴的轴速度的矢量的上述前端位置的移动 矢量，按照上述移动矢量接近上述偏差矢量的方式对每个上述关节轴修正 上述轴速度的矢量。根据本发明的第12技术方案，提供一种机械手的控制系统，该机械 手具有多个关节轴，其中，上述机械手的控制系统具备-计测装置，计测上述机械手的前端部的参数与目标值之间的差值；整体控制部，基于包含上述差值信息和上述多个关节轴的轴变位以及 轴速度的信息，控制上述机械手；发送装置，将上述控制的评价结果信息从上述整体控制部发送到上述 多个关节轴；和多个轴控制部，分别被对上述多个关节轴安装，基于所发送的上述评 价结果信息，在各个上述关节轴独立地修正上述关节轴的参数，来控制上 述关节轴的驱动。根据本发明的第13技术方案，提供一种机械手的控制系统，该机械手具有多个关节轴，上述机械手的控制系统具备计测装置，计测上述机械手的前端位置与目标位置之间的位置差值； 整体控制部，基于包含上述位置差值信息和上述多个关节轴的轴变位及轴速度的信息，控制上述机械手的位置；发送装置，将上述位置控制信息从上述整体控制部发送到上述多个关 节轴；和多个轴控制部，分别被对上述多个关节轴安装，基于所发送的上述位 置控制信息，在各个上述关节轴独立地修正上述关节轴的轴变位以及轴速 度，来控制上述关节轴的驱动。根据本发明第14技术方案，提供根据技术方案13的机械手的控制系 统，上述整体控制部，具备-存储装置，存储有包含上述关节轴的识别信息或者形态信息的轴信/bJ、，监视装置，基于存储在上述存储装置中的上述轴信息，监视上述多个 关节轴的连接状态；和轴信息更新装置，在由上述监视装置检测出上述多个关节轴的连接状 态的变化时，对存储在上述存储装置中的上述轴信息进行更新。根据本发明第15技术方案，提供根据技术方案13的机械手的控制系 统，上述各个轴控制部具备存储装置，存储有包括上述关节轴的识别信息或形态信息的轴信息；和通信装置，通过将上述关节轴与其他关节轴连接，向上述整体控制部 通知存储在上述存储装置中的上述轴信息。根据本发明的第16技术方案，提供一种机械手的控制系统，该机械手具有多个关节轴，具备计测装置，计测施加在上述机械手的前端部的接触力与目标接触力之 间的力量差值；整体控制部，基于包含上述力量差值的信息、所有的上述关节轴的轴 变位及轴速度的信息，进行上述机械手的转矩控制；发送装置，将上述转矩控制信息从上述整体控制部发送到上述多个关 节轴；和多个轴控制部，分别被对上述多个关节轴安装，基于所发送的上述转 矩控制信息，在上述关节轴独立地修正上述关节轴的轴变位以及轴速度， 来控制上述关节轴的驱动。发明效果通过以上所述的本发明的机械手的控制方法以及控制系统，由于能够 以轴为单位独立地进行朝向控制目标(包括目标位置的规定范围)的位置 控制，因此在具有冗余或非线性的驱动要素的机械手中，也不会产生逆运 动学所带来的不能唯一决定控制指令值的问题、和计算量庞大化的问题， 能够可靠地进行机械手的位置控制。此外，由于不需要设定用于逆运动学的计算的约束条件和进行自由度 的限制，因此能够在维持高自由度的状态下进行控制。此外，由于也不需 要数据积累下的学习，因此也能够容易地控制机械手。此外，即使由于周围环境的影响或轴的故障而导致一部分关节轴陷于 不能活动的状态，通过其他轴分别朝向控制目标而能自然地发挥冗余性， 因此能够进行与周围的环境或关节轴的故障等的不确定度无关的控制。因此，能够提供一种与周围的环境或轴的故障等的不确定度无关，即 使为冗余或非线性的驱动要素也能容易且灵活地进行控制的机械手的控 制方法以及控制系统。


本发明的上述和其他目的和特征，由根据添加附图的优选实施方式相 关的以下记述可明确。在该附图中，图1为本发明的第1实施方式的机械手的示意图。图2为第1实施方式的控制系统的示意图。 图3为表示第1实施方式的控制处理流程的图。 图4为第1实施方式的控制系统的动作的概念图。 图5A为表示机械手的卡爪和控制目标的位置关系的示意图。 图5B为表示机械手的各关节轴的指令值的决定方法的示意图。 图6为表示第1实施方式的机械手的卡爪的速度的上限设定方法的示 意图。图7A为用于说明机械手处于异常姿态时的问题的示意图。图7B为表示机械手用于脱离异常姿态时的第1对应方法的示意图。图7C为表示机械手用于脱离异常姿态时的第2对应方法的示意图。15图8为本发明的第2实施方式的机械手控制系统的示意图。图9为表示变更机械手的构成要素前的状态的示意图。图10为变更机械手的构成要素后，到检测出变更位置的状态的示意图。图11为表示对轴控制部进行参数的査询的状态的示意图。图12为表示轴控制部响应产生的状态的示意图。 图13为表示识别到机械手中发生构成要素的变更后，进行通常的控 制的状态的示意图。图14为本发明的第3实施方式的机械手的控制系统的示意图。图15为表示第3实施方式的控制处理流程的图。图16为第3实施方式的控制系统的动作的概念图。图17为说明机械手的控制中的评价方法的示意图。图18为上述第1实施方式的变形例的机械手的示意图。图19为表示以往的机械手的控制方法的概要的图。图20为以往的机械手的控制处理流程图。图21A为表示以往的机械手的控制中进行弯曲角度的均等分配的控 制方法的图。图21B为表示在以往的机械手的控制中限定驱动轴数的控制方法的图。图22为表示以往的机械手的控制方法的图。 图23为表示以往的机械手的控制方法的图。 图24为表示以往的机械手的控制方法的图。
具体实施方式
在继续本发明的记述之前，在附图中对相同的构成要素添付相同的参 照符号并省略说明。以下，基于附图对本发明相关的实施方式进行详细的 说明。(第1实施方式)以下，参照附图对本发明的第1实施方式相关的机械手的控制系统及 其控制方法进行说明。图1为本发明的第1实施方式的机械手的示意图。如图1所示，机械手1具备7个关节轴3 9;连接各个关节轴的8个连杆(link) 10 17; 支撑通过连杆10 —系列连接的关节轴3 9的基坐2; —系列连接的关节 轴3 9的前端上连接的卡爪(前端部或手指尖)18。机械手1能够通过 各个关节轴3 9的动作，使卡爪18位于控制目标。图2为本第1实施方式的控制系统的示意图。控制系统通过进行各个 关节轴3 9的动作控制，进行用于使机械手1的卡爪18位于控制目标19 (G)的控制。如图2所示，机械手l的控制系统，具备按每个轴单独控 制各个关节轴3 9的驱动动作的轴控制部23 29、和进行机械手1的整 体动作的评价的整体控制部的一例即整体评价部20。轴控制部23具有编码器等的传感器，具备计测关节轴3的状态(轴 变位以及轴速度)的计测装置3s、和驱动关节轴的执行机构3a。此外，还 具备控制计算处理装置3c，其基于从计测装置3s以及整体评价部20输入 的信息，通过运算作成用于驱动控制执行机构3a的信息，由其他关节轴4 9独立进行执行机构3a的驱动控制。另外，计测装置3s以及执行机构3a 被装备在关节轴3。与轴控制部23同样，轴控制部24 29也具备计测装 置4s 9s、执行机构4a 9a以及控制计算处理装置4c 9c。此外，整体 评价部20具备整体评价处理装置21 。图3为表示本第1实施方式的控制处理流程的图。在图3中，分开表 示整体评价部20中的控制处理流程、和各个轴控制部23 29中的控制处 理流程，并且对两者的关联进行表示。在图3的控制处理流程中，在步骤Sl中，通过各关节轴3 9的轴控 制部23 29所具备的计测装置3s 9s计测关节轴的轴变位及轴速度。接 下来，在步骤S2，从各关节轴3 9的轴控制部24 29向整体评价部20 发送并收集所计测的关节轴的轴变位以及轴速度的信息并得到收集。之 后，在步骤S3，用所有的关节轴3 9的轴变位以及轴速度的信息，算出 机械手l的卡爪18的状态、以及整体的状态变量(整体状态)。接下来， 在步骤S4，根据卡爪18的状态评价机械手1的位置控制状态(第1工序)。 之后，在步骤S5，参照评价结果，进行表示机械手1的卡爪18是否到达 控制目标(目标位置)19的判断。在没有到达控制目标19的情况下，在步骤S6将评价结果以及整体状态的信息发送到各个轴控制部23 29 (第 2工序)。接下来，在步骤S7，基于由整体评价部20发送的机械手1的评价结 果以及整体状态的信息、和自轴的轴变位/轴速度的信息(在步骤S1计测 的信息)，由各个轴控制部23 29，与其他关节轴独立地算出自轴的执行 机构3a 9a的控制指令值(修正值)(第3工序)。接下来，在步骤S8， 基于所算出的控制指令值，驱动自轴的执行机构3a 9a。之后，反复执行 步骤S1 S8的控制处理。在步骤S5，在评价结果判断为机械手1的卡爪 18到达控制目标19时，机械手1对控制目标19的位置控制结束。另外， 步骤Sl、 S7以及S8的控制处理，由各个轴控制部23 29独立地执行， 步骤S2 S6的控制处理通过整体评价部20执行。此外，在整体评价部 20以及轴控制部23 29中，反复进行步骤S1 S8的处理的采样时间， 被设定为10ms以下的时间、例如lms左右的时间。其中，这种采样时间 的设定，根据以多长时间使机械手1的卡爪18接近控制目标这一的原因 来确定。如图3的控制处理流程所示，整体评价部20和各个的轴控制部23 29之间的信息的交接等的关系如下所述。首先，在步骤S1中，由各个轴 控制部23 29进行计测的关节轴的轴变位/轴速度的信息，在步骤S2由各 个轴控制部23 29发送后，由整体评价部20收集。此外，在步骤S6，从 整体评价部20向各个轴控制部23 29发送机械手1的评价结果和整体状 态的信息，在步骤S7，在各个轴控制部23 29中，参照所发送的评价结 果以及整体状态，进行执行机构的控制指令值的算出。此外，图2所示的机械手1的控制系统中的各控制要素、和图3的控 制处理流程之间的更具体的关系如下所述。首先，步骤Sl由计测装置3s 9s执行，步骤S2 S6由整体评价处理装置21执行。进而，步骤S7由控 制计算处理装置3c 9c执行，步骤S8由执行机构3a 9a执行。另外，虽然在步骤S5中，机械手1的卡爪18是否到达控制目标19 被作为评价结果判断，但考虑位置控制中的控制幅度或误差，将卡爪18 是否到达包括控制目标19的规定范围内作为判断基准。在此，在图4中表示本第1实施方式的控制系统的动作的概要图。在图4中，整体评价部20，具备进行机械手1整体的控制状态的评价 的整体评价处理装置21、和可与多个控制装置互相通信的通信装置30。 此外，代表各个关节轴3 9的轴控制部23 29，对关节轴9的轴控制部 29的结构进行说明。轴控制部29具备对关节轴9中的轴变位以及轴速 度进行计测来算出执行机构9a的控制指令值的控制计算处理装置9c;驱 动关节轴9的执行机构9a;以及，能与整体评价部20内的通信装置30进 行通信的通信装置31。另外，其他轴控制部23 28也具有相同的结构。 进而，整体评价部20内的通信装置30和各关节轴3 9的轴控制装置23 29内的通信装置(通信装置31等)，由有线或无线的信息通信手段即网 络32连接。此外，例如以下那样设定由本第1实施方式的控制方法中的各处理步 骤算出的具体的值、评价结果、控制计算方法。首先，在图3的控制处理 流程图中，设由整体评价部20的步骤S3算出的卡爪18的状态为卡爪18 的坐标和速度。之后，同样设由整体评价部20的步骤S3算出的整体的状 态变量(整体状态)为卡爪18的速度和雅克比矩阵。另外，在本第1实 施方式中，整体的状态变量即卡爪18的速度和雅克比矩阵，为包括各个 关节轴3 9的轴变位以及轴速度的信息。此外，作为卡爪18的参数有位 置坐标和速度，作为关节轴3 9的参数有轴变位和轴速度。卡爪18的坐标，能够通过将全轴的变位代入式(1)的顺运动学方程 式中来求得。再对式(1)的两边进行微分，得到下述的式(3)。<formula>formula see original document page 19</formula> …(3)在式(3)中，V表示卡爪18的速度矢量，J表示雅克比矩阵，o)表 示关节轴的轴速度的矢量。因此，通过将所计测的关节轴的轴速度代入式 (3)，能够算出卡爪18的速度，同时也能够算出雅克比矩阵。此外，将由整体评价部20的步骤S4算出的评价结果，设为从卡爪18 的坐标(前端位置)连接控制目标(目标位置)19的坐标的偏差矢量。另 外，该偏差矢量为位置差值的一例。另外，偏差矢量能够通过下述的式(4)求出。<formula>formula see original document page 19</formula>…(4)在式(4)中，D为偏差矢量，G为控制目标的坐标矢量。23 29的控制方法，首先研究由对象的关节轴 的轴速度的变化所引起的卡爪18的移动矢量的变化。在此，关于通过作 为对象的第n轴(第n关节轴)的轴速度生成的卡爪18的速度矢量，能 够采用式(3)如下那样算出。Vn=Jom…(5)在式(5)中，Vn为由第n轴的轴速度生成的卡爪18的速度矢量，o)n 为第n轴的要素以外为0 (zero)的关节轴的轴速度矢量。因此，第n轴 的轴速度以微小的速度变化a加速或减速时的卡爪18的移动矢量，在加 速的情况下由式(6)表示，在减速的情况下通过式(7)表示。V+an=J (co+an) …(6)V—an二J (co—an) …(7)在式(6)、式(7)中，V+an为只有第n轴以速度变化a加速时的 卡爪18的速度矢量，V—an为只有第n轴以速度变化a减速时的卡爪18 的速度矢量，an为仅第n轴设为速度变化a，除此以外的要素设为速度变 化0 (zero)的关节轴的轴速度矢量。由于由式(3)、式(6)、式(7)，能够算出维持现状的速度时、 加速时、减速时这3个情况的卡爪18的移动矢量，因此采用以下的式(8) 算出各个偏差矢量方向成分的大小。在式(8)中，C为偏差矢量方向成分的每单位成分的大小，若设将V 和D的方向矢量所构成的角度设为(p时，成为C二coscp，该C越大，可知 cp的角度越小，V和D的方向越接近一致。因此对于V、 V+an、 V—an 分别求出C，算出该C最大即卡爪18的速度矢量最接近控制目标19的关 节轴的轴速度作为控制指令值。接下来，用图5A以及图5B中所示的示意图对由各个轴控制部23 29所进行的各关节轴3 9的控制方法进行说明。图5A为表示机械手的 卡爪和控制目标的位置关系的示意图，图5B为表示机械手的各关节轴的 指令值的决定方法的示意图。在图5A中，从机械手1的卡爪18的坐标(H)连接控制目标19的 坐标(G)得到的矢量，为偏差矢量40 (D)。此外，在图5B中，在控制对象的关节轴6 (第n轴)中，设现状的速度o)l (Q)l=ro)、加速时的速度co2 (o)2= +an)、减速时的速度①3 (co3二co—an)中的卡爪18的速度矢量42的候补，分别为V1、 V2、 V3。 基于上述速度矢量42和偏差矢量40所构成的角度cpl、 cp2、 cp3的大小设 定关节轴6的轴速度。在图5B的情况下，由于角度cp3为最小的角度，因 此判断为速度矢量V3最接近偏差矢量40，将从现状的速度V以a减速后 的速度矢量V3设定为轴速度的控制指令值。在上述控制方法中，作为机械手1整体不直接进行速度、即卡爪18 的速度的调整，而设定各个关节轴3 9的轴速度。因此，存在出现卡爪 18的速度异常变快的危险状况的可能性、和不能停止于控制目标而超过的 可能性。因此，例如图6的示意图所示，通过限制卡爪18的速度来解决 上述问题。图6为表示本第1实施方式的机械手的卡爪的速度的上限设定方法的 示意图。在图6中，在整体评价部20根据控制目标19设定规定范围内的减速 区域43。在此，减速区域43可为球状，也可为圆状。此外，也考虑根据 控制目标19或卡爪18的不同，为在一个方向上较长的区域。设卡爪18 离开减速区域43时的位置44的速度45为卡爪18的上限速度，按照卡爪 18和控制目标19之间的距离越短越使上限速度降低的方式进行控制，设 定为在卡爪18到达控制目标19时速度为0。 S卩，控制为使得在减速区域 43内在接近控制目标19的位置46的速度47，比卡爪18的位置44的速 度45小。进而，加上上限速度和当前速度的速度比作为由图3的步骤S4 算出的新评价结果，并且在图3的步骤S7中在上限速度和当前速度的速 度比超过l的情况下，将该速度比和所选择的关节轴的轴速度相乘得到的 结果作为新的关节轴的轴速度的控制指令值。通过添加这种处理，结果能够控制为所有的关节轴的轴速度与上限速 度匹配而减速，并且卡爪18的速度的上限为上限速度。由于通过随着接 近控制目标19上限速度变小，随着卡爪18接近控制目标19卡爪18的速 度被减速，因此在控制目标19能够使卡爪18可靠地停止。此外，作为在机械手的控制中应解决的问题，有机械手的异常姿态。 所谓"异常姿态"，是在机械手的控制中引起错误的异常的姿势，如何回避该状态在机械手的控制中为重要的问题。为了说明机械手的异常姿态，在图7A、 7B以及图7C中，表示本第1实施方式的机械手1的异常姿态 时的对应的示意图。在此，图7A为用于说明机械手处于异常姿态时的问 题的示意图，图7B为表示机械手用于脱离异常姿态的第1对应方法的示 意图，图7C为表示机械手用于脱离异常姿态的第2对应方法的示意图首先，在图7A中，机械手1处于无论如何驱动该关节轴7 9，都处 于该卡爪18的速度矢量相对控制目标19垂直的方向，并且处于在接近控 制目标19的方向不能生成速度矢量的姿势。这种机械手1的姿势为"异 常姿态"。在本第l实施方式中，仅通过到此为止说明的控制方法中，在 机械手1处于异常姿态时，卡爪18会在不能接近控制目标19的情况下停 止。因此，在本第l实施方式中，通过采用下述的两种方法，能够实现应 对异常姿态、即能脱离异常姿态。在本第l实施方式中，无论是否为卡爪 18没有到达控制目标19 (距目标位置规定的范围内)的状态，在所有的 关节轴3 9 (图7A中为关节轴7 9)的轴速度全部为0的情况下，判断 为发生了异常姿态。例如，在图3的整体评价部20的步骤S4中，能够通 过所有的关节轴3 9中轴速度是否维持为0任意的设定时间以上，来进 行判断。首先，如图7B所示，第1对应方法，是一种在机械手1处于异常姿 态的情况下，在整体评价部20的步骤S4中，设定与本来的控制目标19 (G)错开任意的设定时间的间隔的临时控制目标48 (G2)的方法。在设 定临时控制目标48，算出作为评价结果的偏差矢量后，将偏差矢量作为评 价结果发送给各个轴控制部23 29。在各个轴控制部23 29中，基于所 发送的偏差矢量，通过进行朝向临时控制目标48的卡爪18的移动控制， 能够使机械手1脱离异常姿态。在脱离异常之手后，在任意的设定时间后 再次对本来的控制目标19进行重新设定，继续通常的控制。接下来，第2对应方法，是一种作为图3的整体评价部20的步骤S4 算出的新评价结果添加异常姿态的有无，从整体评价部20向各个轴控制 部23 29发送异常姿态的有无信息的方法。在产生异常姿态的情况下， 将控制目标19暂时从目标割离，如图7C所示，由各个轴控制部23 29在任意的设定时间的期间，对各个关节轴3 9实施任意的轴速度的遥动动作49，通过该遥动动作49的实施能够强制地脱离异常姿态。脱离异常 姿态后，在任意地设定时间后，再次对本来的控制目标19进行重新设定， 继续通常的控制。在上述的本第1实施方式的说明中，对从整体评价部20向所有的轴 控制部23 29发送评价结果以及整体状态的信息(图3的步骤S6)的情 况进行了说明，但本第l实施方式并不只限于上述情况。例如也可只对控 制关节轴3 9中的成为控制对象的关节轴进行控制的轴控制部发送上述 信息，来代替上述情况。根据本第1实施方式的机械手1的控制系统所进行的控制方法，能够 得到以下的各种效果。在本第1实施方式的控制方法中，将由整体评价部20作成的机械手1 的整体状态的评价结果的信息，分别向各个轴控制部23 29发送，基于 该评价结果的信息，在各个轴控制部23 29中，与其他关节轴独立地作 成自轴的控制指令值。由此，通过以各个关节轴为单位独立地朝向控制目 标19进行控制，来进行位置控制。因此，在具有冗余或非线性的驱动要 素的机械手1中，也不会产生逆运动学所带来的不能唯一决定控制指令值 的问题和与计算量庞大化相对应的问题。此外，由于不需要为了逆运动学 的计算而设定约束条件或限制自由度，因此能够在维持高自由度的状态下 进行控制。进而，由于也不需要进行动作的学习，因此能够容易地进行机 械手的控制。此外，由于即使由于周围环境的影响或关节轴的故障而使一部分的关 节轴处于不能工作的状态，通过其他的关节轴各自朝向控制目标19来自 然地发挥冗余性，因此能够在周围环境或轴的故障具有鲁棒性的状态下进 行位置控制。另外，在此，所谓鲁棒性是表示相对外扰或设计误差等的不 确定的变动，系统特性能够维持现状的功能的性质。另外，本发明的"故 障"，表示进行关节轴的动作控制的轴控制部或整体评价部，不能识别成 为对象的关节轴发生了什么问题，就算对关节轴输出控制指令关节轴也不 动作的状态。进而，对于与以各个关节轴为单位算出控制指令值相伴，卡爪18发23生速度超调、或越过控制目标19这一的课题，也能通过整体评价部20进 行卡爪18的速度控制等来解决。此外，对于机械手1的异常姿态，能够通过由整体评价部20暂时设定临时控制目标或实施摇动动作来应对。因此，根据本第1实施方式的机械手的控制方法，能够在相对周围环 境或轴故障具有鲁棒性的状态下进行位置控制，即使有冗余或非线性的驱 动要素也能容易地实现位置控制。进而，本第1实施方式的控制方法，即使改变机械手的形状或轴数也 采用相同的控制规则，只需改变机械手的形状参数就能应对形状和轴数的 变化。(第2实施方式)本发明并不限于上述第1实施方式，也能由其他各种方式来实施。以下，对本发明的第2实施方式的机械手的控制方法进行说明。在实际使用机械手的情况下，需要灵活地与各种作业对应。因此，也 考虑按照作业使机械手的形状或轴数等变化，但通过活用本第2实施方式 的控制方法，则可不需要作成与机械手的形状和轴数相应的程序以及程序 的刷新。由此，即使在机械手的形状或轴数等被改变的情况下，也能通过 只变更参数等来对应，按照即插即用的方式将机械手追加*变更到机器人 (robot)等中并能立刻使用。以下，参照附图对实现即插即用下的机械手的追加变更的方法进行说 明。图8表示本发明的第2实施方式的机械手的控制系统的示意图。在图8中，冗余的机械手101的控制系统，具备进行机械手101的整 体评价的整体评价部120、和按各个关节轴独立进行控制的轴控制部123 129。整体评价部120具备评价计算装置131、通信装置132、将当前控 制中的机械手101所具备的各个关节轴3 9的识别信息或形态信息等的 轴信息作为数据保持的存储装置133、基于存储装置133的数据对构成机 械手101的关节轴101的关节轴3 9的连接状态的变化进行监视的监视 装置134、将通过监视装置D4检测出连接状态的变化时将保持在存储装 置133中的数据更新为变化后的轴信息的轴信息更新装置135。此外，由于各个轴控制部123 129具有相同的结构，因此作为代表对轴控制部123的结构进行说明。轴控制部123，具备将计测装置3s、控 制计算处理装置3c、执行机构3a、通信装置31、存储自轴的识别信息或 形态信息等轴信息的存储装置50。在此，存储在轴控制部123中的存储装置50中的关节轴的识别信息， 例如，优选为按每个关节轴固有的识别信息，通过对由通信装置31发送 的通信数据附加该识别信息，能够识别通信数据是否为由该关节轴通知的 数据。与此同时，能够指定来自整体评价部120的给关节轴3 9的指令 的目的地，各个轴控制部123 129中能够只在与自轴的识别信息一致的 情况下进行自轴的控制。整体评价部120的通信装置132、和轴控制部123的通信装置31，通 过网络51连接。作为网络51，例如，有按照将整体评价部120作为起点， 将机械手101的前端的关节轴9作为末端的方式，以与^l械手101的连接 相同的顺序与各个轴控制部123 129连接的网络。通过如上进行连接， 通过采用网络51的路由选择(rooting)，能够容易地掌握各关节轴3 9 的连接状态。另外，网络51的连接方法并不限于上述方法，也可考虑采 用其他方法。此时，例如探测邻接的各关节轴的连接状态，通过将该连接 状态作为数据载于网络51，能够掌握各关节轴的连接状态。如此检测的识别数据以及连接状态，通过由整体评价部120内的监视 装置134，始终与存储在存储装置133中的机械手101的轴信息进行比较 得到监视，如果产生不同则作为连接状态的变化检测出来。另外，采用由 各关节轴3 9收集的轴信息，通过轴信息更新装置135更新存储装置133 的轴信息。接下来，用图9 图13所示的机械手101的示意图，对通过即插即用 变更机械手101的构成要素的方法进行说明。首先，图9为表示变更机械手的构成要素前的状态的示意图。 在图9中，整体评价部120中，将从各个轴控制部120送来的各关节 轴3 9的通信信息64中所包括的关节轴的识别信息以及利用路由等的连 接信息、与存储在存储装置133中的轴信息数据65进行比较。与此同时， 在整体评价部120中，进行整体的评价，基于存储装置133的轴信息数据 设定成为控制对象的关节轴，将包括该识别信息的通信信息66向各个轴控制部123 129发送。在各个轴控制部123 129中，只在该通信信息66 中包括自轴的识别信息的情况下进行自轴的控制。另外，在图9 图13 中，为了容易理解说明，用A1 A7表示进行各个关节轴3 9的控制的 轴控制部123 129，同时用D1 D7表示各个关节轴3 9的识别信息。 另外，用A8表示如后所述那样变更的构成要素即关节轴的轴控制部，同 时用D8表示其识别信息。图10表示变更机械手的构成要素之后，到变更位置检测出为止的状 态的示意图。在图10中，以机械手101的前端部(卡爪以及关节轴)67，例如从 识别信息D7变更为识别信息D8的关节轴的情况为例进行了说明。在变 更关节轴的瞬间，各个轴控制部(123等)中，如通常那样，将由各关节 轴的控制计算处理装置(3c等)收集的数据作为通信信息64发送给整体 评价部120。其中，此时，由于进行构成要素的变更，因此在通信信息64 中包括不同的识别信息D8。在整体评价部120中，由监视装置134进行 通信信息及其路由等与存储装置133的轴信息之间的比较。该比较实施的 结果，前端部67的识别信息不同这一情况被检测出来，由监视装置134 探测到机械手101的构成要素中产生变更。图11为表示对轴控制部进行参数查询的状态的示意图。在图11中，由监视装置134探测机械手101的前端部67的变更，在 轴信息数据65内发现不明部分的整体评价部120，对具有新的前端部67 的形态等为未知的识别信息D8的关节轴，发送请求轴信息的通信信息68。图12为表示参数被从轴控制部响应的状态的示意图，图13为表示在 机械手中构成要素的变更得到识别后，进行通常的控制的状态的示意图。在图12中，在接受到包括识别信息D8的通信信息68的各个轴控制 部A1 A8(除A7)中，只有具有识别信息D8的轴控制部A8作出反应， 将包括自轴的形态信息的通信信息69返回给整体评价部120。在整体评价 部120中，通过接收该通信信息69，采用轴信息更新装置135来迸行存储 装置133内的轴信息数据65的更新。另外，在到该时刻为止，识别信息 D8的轴控制部A8不进行执行机构的控制。在图13中，变更结果被登记在存储装置133内的轴信息数据65中后，在整体评价部120中，按照新的轴信息数据65进行整体评价的计算，将 其结果作为通信信息70递送。该通信信息70中包括反映变更后的构成的 识别信息，通过该识别信息，目前为止没有进行执行机构的控制的识别信 息D8的轴控制部A8，也与其他轴控制部A1 A6同样开始控制。之后， 如通常那样各个关节轴的计测装置所收集的数据71被递送，基于该数据 71由整体评价部120反复进行监视和控制。通过如上那样的机械手的控制方法，能够与机械手的形状或轴数没有 关系地，按照统一的控制规则进行控制，并且自律地检测出机械手地构成 并更新参数。因此，即使在机械手的构成要素发生变化的情况下，也能插 即用、即控制发生中断地安全继续。因此，能够根据作业的不同，容易地 使机械手的形状和轴数变化，进而能够灵活且容易地适应于大范围的作业 中。(第3实施方式)接下来，用图14所示的机械手的控制系统的示意图，对由本发明的 第3实施方式相关的机械手的控制系统所实施的控制方法进行说明。如图14所示，本第3实施方式的机械手201的控制系统，具备相 对于其他关节轴独立地进行各个关节轴3 9的控制的轴控制部223 229;和进行机械手201的整体状态等的评价的整体评价部220。各个轴控制部223 229，具备具有分别装备在关节轴3 9中的编 码器等的传感器的计测装置(9s等)；驱动关节轴的执行机构(9a等)； 和基于所输入的信息算出执行机构的控制指令值的控制计算处理装置(9c 等)。整体评价部220，具备整体评价处理装置221。此外，本第3实施方式的机械手201的控制方法中， 一边按照使机械 手201的卡爪18移动到控制目标19的方式进行位置控制， 一边进行形成 由卡爪18对作业对象物209施加一定的接触力的状态的力量控制。为了 实现这种力量控制，卡爪18具备计测接触力的力量计测装置222。图15表示由这种结构的控制系统所进行的机械手201的位置控制以 及力量控制的控制处理流程。如图15所示，在步骤Sll,由各个计测装置(9s等)计测各关节轴3 9的轴变位以及轴速度。接下来，在步骤S12，所计测的轴变位/轴速度的27信息，被从各个轴控制部223 229被发送到整体评价部220后，轴变位/ 轴速度的信息得到收集。与此同时，处于与作业对象物209接触的状态的 卡爪18的接触力，通过力量计测装置222计测后，被收集到整体评价部 220。之后，在步骤S13，根据各关节轴3 9的轴变位、轴速度的信息以 及卡爪18的接触力的信息，算出卡爪18的状态以及整体的状态变量(整 体状态)。接下来，在步骤S14，基于卡爪18的状态评价机械手201的控 制状态(第1工序)。另外，关于该控制状态、即位置控制和力量控制的 状态的详细的评价方法将在后文叙述。之后，在步骤S15，基于评价结果 判断为没有到达控制目标的情况下，在步骤S16，评价结果以及整体状态 的信息被从整体评价部220发送到各个轴控制部223 229 (第2工序)。 各个轴控制部223 229中，在步骤S17，基于自轴的轴变位/轴速度 的信息、所发送的评价结果和机械手的整体状态的信息，独立于其他关节 轴地计算出自轴的执行机构的控制指令值(第3工序)。接下来，在步骤 S18，基于所算出的控制指令值，驱动自轴的执行机构。反复执行上述步 骤S11 S18的控制处理。在步骤S15，评价结果为判断为机械手201的 卡爪18到达控制目标(目标位置以及目标接触力)的情况下，机械手201 的位置控制以及力量控制结束。另外，步骤Sll、 S17以及S18的控制处 理，由各个轴控制部223 229独立执行，步骤S12 S16的控制处理由整 体评价部120执行。在此，图16中表示本第3实施方式的控制系统的动作的概要图。 在图16中，整体评价部220，具备进行机械手201整体的控制状态 的评价的整体评价处理装置221;和可与多个控制装置相互通信的通信装 置230。此外，以各个关节轴3 9的轴控制部223 229为代表，对关节 轴9的轴控制部229的结构进行说明。轴控制部229具备计测关节轴9 中的轴变位以及轴速度来计算出执行机构9a的控制指令值的控制计算处 理装置9c;驱动关节轴9的执行机构9a;和能够对整体评价部220内的 通信装置230进行通信的通信装置231。另外，其他的轴控制部223 228 也具有与轴控制部229相同的结构。进而，整体评价部220内的通信装置 230和各关节轴3 9的轴控制装置223 229内的通信装置(通信装置231 等)，由有线或无线的信息通信机构即网络232连接。由本第3实施方式的控制方法中的各处理 步骤所算出的具体的值、评价结果、控制计算方法。首先，在图15的控制处理流程中，将由整体评价部220的步骤S13算出的卡爪18的状态设 为卡爪18的坐标、速度以及卡爪18的接触力。而且，同样将由整体评价 部220的步骤S13算出的整体的状态变量(整体状态)，设为卡爪18的 速度、接触力以及雅克比矩阵。另外，在本第3实施方式中，整体的状态 变量即卡爪18的速度及接触力和雅克比矩阵，为包括各个关节轴3 9的 轴变位以及轴速度的信息。此外，在本第3实施方式中，卡爪18的参数 为速度和接触力。机械手201的卡爪18的坐标，能够通过将关节轴3 9的轴变位代入 式(1)来求得。此外，通过将所计测的关节轴3 9的轴速度代入式(3)，能够算出 卡爪18的速度，同时也能算出雅克比矩阵。此外，由整体评价部220的步骤S14算出的评价结果，例如图17所 示那样算出。首先，算出从手指尖坐标251连接控制目标18的坐标得到 的位置的偏差矢量。另外，能够通过式(9)求出位置的偏差矢量Dp。另 外，G为控制目标19的坐标矢量。Dp二G—H…(9)接下来，算出将控制目标的接触力Ft与实际的接触力Fr之间的接触 力差、即力差部分换算成位置偏差后的结果。该力的换算偏差矢量Df，能 由式(10)表示。另外，Kf为控制增益，根据系统选择适当的值。Df=Kf (Ft—Fr) …(10)采用上述式(9) 、 (10)中所表示的位置偏差矢量Dp和力的换算偏 差矢量Df，如式(11)那样算出用于控制评价的综合偏差矢量D。 D=Dp+Df …(11)如上那样由式(11)算出综合偏差矢量D后，采用与上述第1实施方 式中的位置控制方法相同的步骤，用式(3) 、 (5) 、 (6) 、 (7) 、 (8) 算出维持各个关节轴3 9中的现状的速度的情况(V)、加速时(V+an)、 减速时(V—an)这3种情况的卡爪18的移动矢量、和各个偏差矢量方向 成分的大小C。参照所算出的结果，将该C变为最大的、卡爪18的速度最接近控制目标的方向的关节轴的轴速度作为控制目标。针对该控制目标，第n轴的控制如式(12)所示，输出将ATn加到现 状的输出矢量Tn得到的(Tn+ATn)的矢量。 △Tn=Mn Acon/At+kdn Acon …(12)这里，Acon为所选出的第n轴的轴速度的控制目标、与当前的轴速度 之间的速度差，At表示控制单位时间。此外，Mn为第n轴的惯性矩 (moment) ， Kdn为第n轴的粘性电阻成分。通过采样如上那样算出的控 制力矩输出(Tn+ATn)，能够算出可更有效地实现到达卡爪18的目标 位置以及产生目标接触力的第n轴的轴速度的控制指令值。通过以上解决手段的机械手的控制方法，即使由于周围环境的影响或 轴的故障导致某关节轴陷于不能移动的状态，通过其他的轴分别朝向控制 目标也能自然发挥冗余性。因此，能够在对周围的环境或轴的故障具有鲁 棒性的状态下进行位置控制以及力量控制。因此，能够提供一种与周围的 环境或轴的故障等的不确定度无关，即使为冗余或非线性的驱动要素也能 容易且灵活地进行控制的机械手的控制方法以及控制系统。另外，在本第3实施方式中，以机械手201的卡爪的位置控制和力量 控制被组合起来进行实施的情况为例进行了说明，但代替这种情况，也可 考虑在只进行力量控制的情况下使用本第3实施方式的控制方法。另外，在上述的各个实施方式的说明中，是以支撑机械手l等的手臂 部分的基坐2固定于某位置的状态，来控制机械手1等的动作的情况为例 进行了说明。但是，本发明并不限于这种情况，也能够采用下述结构，即 例如如图18的示意图所示，将支撑机械手301的手臂部分的基坐302安 装在使用车轮等的移动装置305上，使机械手301的设置位置可移动。另外，通过适当地组合上述各种实施方式中的任意的实施方式，能够 成为实现各自所具有的效果的结构。本发明，虽然参照附图对对优选实施方式充分地进行了记载，但对本 领域的技术人员来说，可以明了各种变形或修正。这种变形或修正，只要 不超出由添加的请求范围所限定的本发明的范围，就应理解为包括在其 中。2006年3月24日申请的日本国专利申请No.2006—082269号的说明书、附图以及权利要求书的公开内容，全部被参照而引入到本说明书中。 产业上的利用可能性通过本发明的机械手的控制方法以及控制系统，即使在有周围环境或 轴的故障等不确定、变动的状态下，也能够实现具有可控制的鲁棒性的位 置控制。由于即使为冗余或非线性驱动要素，也能采用较少的传感器来容 易且灵活地实现位置控制，因此能够用于进行需要更复杂且高自由度的作 业用、以及民生用的机器人的手臂等中。尤其是，适合作为障碍物较多、 进而其位置存在许多不确定的环境的家庭用机器人的手臂的用途。
权利要求
1、一种机械手的控制方法，该机械手具有多个关节轴，其中，该机械手控制方法包括第1步骤，计测上述机械手的前端部的参数和目标值之间的差值；第2步骤，将包括上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的轴信息、和上述差值的差值信息，分别向上述关节轴的轴控制部发送；以及，第3步骤，基于上述轴信息和上述差值信息，由各个上述轴控制部独立地修正上述关节轴的参数，反复进行上述第1步骤到上述第3步骤，直到上述前端部的参数达到包含上述目标值的设定范围内。
2、 一种机械手的控制方法，该机械手具有多个关节轴，其中， 上述机械手控制方法包括第1步骤，计测上述机械手的前端位置与目标位置之间的位置差值；第2步骤，将包含上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的轴信息和上 述位置差值的位置差值信息，分别向上述关节轴的轴控制部发送；和第3步骤，基于上述轴信息和上述位置差值信息，由各个上述轴控制 部独立地修正上述关节轴的轴变位和轴速度，反复进行上述第1步骤到上述第3步骤，直到上述前端位置达到包含 上述目标位置的设定范围内。
3、 根据权利要求2所述的机械手的控制方法，其特征在于，基于从上述多个关节轴所取得的轴变位以及轴速度的信息，对每个上 述关节轴作成包含上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的轴信息，之后，实施上述第2步骤。
4、 根据权利要求2所述的机械手的控制方法，其特征在于， 在上述第2步骤中，将包含用上述轴变位和上述轴速度算出的雅克比矩阵和上述机械手的前端速度的信息发送给每个上述关节轴，并且将上述 前端位置相对上述目标位置的偏差矢量的信息，作为上述位置差值的信息 发送给每个上述关节轴，在上述第3步骤中，用上述前端速度、上述关节轴的轴速度以及上述 雅克比矩阵，算出基于上述关节轴的轴速度矢量的上述前端位置的移动矢 量，并按照使上述移动矢量接近上述偏差矢量的方式对每个上述关节轴修 正上述轴速度矢量。
5、 根据权利要求2所述的机械手的控制方法，其特征在于， 在上述第2步骤中将一信息发送给上述关节轴，该信息包含根据上述前端位置与上述目标位置之间的距离设定的前端速度的上限值与实际的 前端速度的速度比的信息，在上述第3步骤中，由上述多个轴控制部根据上述速度比对每个上述 关节轴修正上述轴速度。
6、 根据权利要求3所述的机械手的控制方法，其特征在于， 在所取得的上述关节轴的轴速度全部为0的情况下，使上述目标位置的坐标或上述轴速度暂时变化， 之后，实施上述第2步骤。
7、 根据权利要求2所述的机械手的控制方法，其特征在于， 对所取得的上述多个关节轴所具有的自轴的识别信息进行综合，探测上述多个关节轴的连接状态的变化。
8、 根据权利要求2所述的机械手的控制方法，其特征在于， 将上述多个关节轴的识别信息从上述全体控制部发送给上述多个轴控制部之后，在上述多个轴控制部中，只在预先所保持的自轴的识别信息 与上述所发送的识别信息一致的情况下，进行上述关节轴的控制。
9、 一种机械手的控制方法，该机械手具有多个关节轴，其中， 该机械手的控制方法包括第1步骤，计测施加在上述机械手的前端部的接触力与目标接触力之 间的力量差值；第2步骤，将包含上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的轴信息、和 上述力量差值的力量差值信息，分别发送给上述关节轴的轴控制部；和第3步骤，基于包含上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的信息、和 上述力量差值的信息，对每个上述关节轴独立地修正上述轴控制部的上述 关节轴的轴变位和轴速度，反复进行上述第1步骤到上述第3步骤，直到施加在上述前端部的接 触力达到包含上述目标接触力的设定范围内。
10、 根据权利要求9所述的机械手的控制方法，其特征在于， 基于所取得的上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的信息，对每个上述关节轴作成包含上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的轴信息， 之后，实施上述第2步骤。
11、 根据权利要求9所述的机械手的控制方法，其特征在于， 在上述第1步骤中，进一步计测上述前端部的位置与目标位置之间的位置差值，在上述第2步骤中，将包含用上述轴变位以及上述轴速度算出的雅克 比矩阵和上述机械手的前端速度的信息，发送给上述多个关节轴，并且作 成上述前端部对上述目标位置以及目标接触力的偏差矢量的信息后，发送 将上述力量差值被换算为位置差值后的换算位置差值加到上述位置差值 得到的总计差值的信息，在上述第3步骤中，用上述前端速度、上述关节轴的轴速度以及上述 雅克比矩阵，算出基于上述关节轴的轴速度的矢量的上述前端位置的移动 矢量，按照上述移动矢量接近上述偏差矢量的方式对每个上述关节轴修正 上述轴速度的矢量。
12、 一种机械手的控制系统，该机械手具有多个关节轴，其中， 上述机械手的控制系统具备计测装置，计测上述机械手的前端部的参数与目标值之间的差值； 整体控制部，基于包含上述差值信息和上述多个关节轴的轴变位以及轴速度的信息，控制上述机械手；发送装置，将上述控制的评价结果信息从上述整体控制部发送到上述多个关节轴；和多个轴控制部，分别被对上述多个关节轴安装，基于所发送的上述评 价结果信息，在各个上述关节轴独立地修正上述关节轴的参数，来控制上 述关节轴的驱动。
13、 一种机械手的控制系统，该机械手具有多个关节轴， 上述机械手的控制系统具备-计测装置，计测上述机械手的前端位置与目标位置之间的位置差值； 整体控制部，基于包含上述位置差值信息和上述多个关节轴的轴变位及轴速度的信息，控制上述机械手的位置；发送装置，将上述位置控制信息从上述整体控制部发送到上述多个关节轴；和多个轴控制部，分别被对上述多个关节轴安装，基于所发送的上述位 置控制信息，在各个上述关节轴独立地修正上述关节轴的轴变位以及轴速 度，来控制上述关节轴的驱动。
14、 根据权利要求13所述的机械手的控制系统，其特征在于， 上述整体控制部，具备 .存储装置，存储有包含上述关节轴的识别信息或者形态信息的轴信AiN ，监视装置，基于存储在上述存储装置中的上述轴信息，监视上述多个 关节轴的连接状态；和轴信息更新装置，在由上述监视装置检测出上述多个关节轴的连接状 态的变化时，对存储在上述存储装置中的上述轴信息进行更新。
15、 根据权利要求13所述的机械手的控制系统，其特征在于， 上述各个轴控制部具备存储装置，存储有包括上述关节轴的识别信息或形态信息的轴信息；和通信装置，通过将上述关节轴与其他关节轴连接，向上述整体控制部 通知存储在上述存储装置中的上述轴信息。
16、 一种机械手的控制系统，该机械手具有多个关节轴，具备 计测装置，计测施加在上述机械手的前端部的接触力与目标接触力之间的力量差值；整体控制部，基于包含上述力量差值的信息、所有的上述关节轴的轴 变位及轴速度的信息，进行上述机械手的转矩控制；发送装置，将上述转矩控制信息从上述整体控制部发送到上述多个关 节轴；和多个轴控制部，分别被对上述多个关节轴安装，基于所发送的上述转矩控制信息，在上述关节轴独立地修正上述关节轴的轴变位以及轴速度 来控制上述关节轴的驱动。
全文摘要
一种机械手控制方法，该机械手具有多个关节轴，上述机械手控制方法反复进行下述两个步骤，直到上述前端位置与上述目标位置一致为止，这两个步骤为将机械手的前端位置和目标位置之间的差值向各关节轴发送的步骤；和基于上述差值，由上述各关节轴对上述各关节轴的轴变位和轴速度独立地进行修正的步骤。从而，通过如上的机械手的控制方法，即使周围环境为鲁棒性并且为冗余或非线性的驱动要素，也能容易地实现位置控制。
文档编号B25J9/10GK101326034SQ20078000062
公开日2008年12月17日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月24日
发明者冈本球夫 申请人:松下电器产业株式会社