位置/力控制装置、位置/力控制方法以及程序的制作方法_3

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[0141] 臂单元200A具备能够向一方向滑动的可动轴(未图示),并在可动轴的前端部固定 有臂部201A。臂部201A的位置(即,可动轴的位置)被位置传感器50检测出,该检测值被输出 至 IJPC200C。
[0142] 另外,臂单元200A的促动器40被PC200C控制。具体而言,臂部201A被PC200C控制 为,以设定的力抵接于对象物,并与臂部201B-起保持该状态地移动对象物。
[0143] 臂单元200B与臂部201A和臂单元200A相同地由内置有驱动器30以及位置传感器 50的促动器40构成。
[0144] PC200C具备有着基准值输入部10的功能的通信接口 210和控制部20。
[0145] 通信接口 210接受从臂单元200A以及臂单元200B输入的位置传感器50的检测值并 输出到控制部20。另外,通信接口 210将从控制部20输入的用于控制臂单元200A以及臂单元 200B的促动器40的加速度的值输出到臂单元200A以及臂单元200B。
[0146] 在实现拾取和放置功能的位置/力控制装置1的情况下,由于在控制部20中定义有 作为式(3)而表示的坐标转换,因此控制成作用于臂单元200A的促动器40的来自物体的反 作用力矢量与作用于臂单元200B的促动器40的来自物体的反作用力矢量之差、即把持力成 为设定的目标值的状态。另外,控制成臂单元200A的臂部201A的位置(从基准位置起的位 移)与臂单元200B的臂部201B的位置(从基准位置起的位移)之和、即两个臂的中心成为设 定的目标值的状态。
[0147] 由此,臂单元200A的臂部201A与臂单元200B的臂部201B被控制成进行相互靠近或 远离的动作、并且以相同的力与对象物抵接的状态。在这种状态下使臂部201A与臂部201B 向相同方向移动,从而能够抓住对象物并输送到目的位置。
[0148] (实现转动螺丝的学习以及再现功能的位置/力控制装置1的构成例)
[0149] 图11是表示实现转动螺丝的学习以及再现功能的位置/力控制装置1的构成的示 意图。
[0150] 在图11中,位置/力控制装置1包含作为主装置的指型机器人300A、作为从装置的 指型机器人300B、以及PC300C而构成。
[0151] 指型机器人300A由指机构部310A、连结于指机构部310A的各部位的线W1~W4、以 及进行引入线W1~W4的控制的促动器40a~40d构成。
[0152] 指机构部310A具备相当于人类的掌骨的基部311A、相当于近节指骨的近节指骨部 312A、相当于中节指骨的中节指骨部313A、相当于远节指骨的远节指骨部314A、相当于MP关 节的MP关节部315A、相当于PIP关节的PIP关节部316A、以及相当于DIP关节的DIP关节部 317A〇
[0153] 线W1的一端连结于远节指骨部314A的手背侧,并穿过指机构部310A中的手背侧使 另一端连结于促动器40a的输出轴。因此,若通过促动器40a引入线W1,则可实现指机构部 310A中的伸直手指的动作。
[0154] 线W2的一端连结于远节指骨部314A的手心侧,并在中节指骨部313A中向手背侧引 出之后,使另一端连结于促动器40b的输出轴。因此,若通过促动器40b引入线W2,则在DIP关 节部中向弯曲手指的方向施加力,在PIP关节以及MP关节中向伸直手指的方向施加力。
[0155] 线W3的一端连结于中节指骨部313A的手心侧,并在近节指骨部312A中向手背侧引 出后,使另一端连结于促动器40c的输出轴。因此,若通过促动器40c引入线W3,则在PIP关节 中向弯曲手指的方向施加力,在MP关节中向伸直手指的方向施加力。
[0156] 线W4的一端连结于近节指骨部312A的手心侧,并穿过指机构部310A中的手心侧使 另一端连结于促动器40d的输出轴。因此,若通过促动器40d引入线W4,则可实现近节指骨部 312A中的以MP关节部315A为支点而弯曲手指的动作。
[0157] 促动器40a~40d由PC300C控制。具体而言,从PC300C向促动器40a~40d输入用于 实现指型机器人300A的各部位的位置·角度以及姿势、旋转转矩、线W1~W4的张力的值,并 根据这些输入值执行引入线W1~W4的控制。
[0158] 另外,各促动器40a~40d内置有驱动器30以及位置传感器50。线W1~W4的位置被 各促动器40a~40d的位置传感器50检测出,该检测值被输出到PC300C。
[0159] 这里,指型机器人300A跟随人类的手指的动作(行为)而移动,并提取该动作(行 为)作为促动器40a~40d中的位置传感器50的时间序列的检测值。
[0160]具体而言,指型机器人300A的指机构部310A的各部位固定于与人类的手指对应的 位置(即,远节指骨与远节指骨部314A、中节指骨与中节指骨部313A、近节指骨与近节指骨 部312A),从而成为跟随于人类的手指的动作的状态。
[0161] 此外,除了远节指骨与远节指骨部314A、中节指骨与中节指骨部313A、近节指骨与 近节指骨部312A中的远节指骨与远节指骨部314A的固定之外,如果固定其他一个位置,则 能够省略另一其他位置的固定。
[0162] 指型机器人300B由指机构部310B、连结于指机构部310B的各部位的线W5~W8、进 行引入线W5~W8的控制的促动器40e~40h构成。
[0163] 指机构部310B具备相当于人类的掌骨的基部311B、相当于近节指骨的近节指骨部 312B、相当于中节指骨的中节指骨部313B、相当于远节指骨的远节指骨部314B、相当于MP关 节的MP关节部315B、相当于PIP关节的PIP关节部316B、以及相当于DIP关节的DIP关节部 317B〇
[0164] 线W5的一端连结于近节指骨部312B的手背侧,并穿过指机构部310A中的手背侧使 另一端连结于促动器40e的输出轴。因此,若通过促动器40e引入线W5,则可实现近节指骨部 312B中的以MP关节部315B为支点而伸直手指的动作。
[0165] 线W6的一端连结于中节指骨部313B的手背侧,并在近节指骨部312B中向手心侧引 出之后,使另一端连结于促动器40f的输出轴。因此,若通过促动器40f引入线W6,则可实现 中节指骨部313B中的以PIP关节部316B为支点而伸直手指的动作。
[0166] 线W7的一端连结于远节指骨部314B的手背侧,并在中节指骨部313B中向手心侧引 出之后,使另一端连结于促动器40g的输出轴。因此,若通过促动器40g引入线W7,则可实现 远节指骨部314B中的以DIP关节部317B为支点而伸直手指的动作。
[0167] 线W8的一端连结于远节指骨部314B的手心侧,并穿过指机构部310B中的手心侧使 另一端连结于促动器40h的输出轴。因此,若通过促动器40h引入线W8,则可实现指机构部 310B中的弯曲手指的动作。
[0168] 促动器40e~40h由PC300C控制。具体而言,从PC300C向促动器40e~40h输入作为 指型机器人300A的动作而提取的、用于实现各部位的位置·角度以及姿势、旋转转矩、线W5 ~W8的张力的值,并根据这些输入值执行引入线W5~W8的控制。
[0169] 另外,各促动器40e~40h内置有驱动器30以及位置传感器50。线W5~W8的位置被 各促动器40e~40h的位置传感器50检测出,该检测值被输出到PC300C。
[0170] PC300C具备有着基准值输入部10的功能的通信接口 310和控制部20。
[0171] 通信接口 310接受从指型机器人300A以及指型机器人300B输入的各位置传感器50 的检测值并输出到控制部20。另外,通信接口 310将从控制部20输入的用于控制指型机器人 300A以及指型机器人300B的促动器40a~40h的加速度的值输出到指型机器人300A以及指 型机器人300B。
[0172]在实现转动螺丝的学习以及再现功能的位置/力控制装置1的情况下,在控制部20 中定义有作为式(4)而表示的坐标转换。因此,在指型机器人300B中执行与在指型机器人 300A中提取的手指的各部位的动作相应的控制。
[0173]由此,若人类在作为主装置的指型机器人300A中进行转动螺丝的动作,则能够在 作为从装置的指型机器人300B中实现该动作,能够转动螺丝。此时,从螺丝作用于指型机器 人300B的力通过双向控制功能而在指型机器人300A中再现。即,相对于进行转动螺丝的动 作的人类的手指,可通过促动器40a~40d再现与实际转动螺丝的情况相同的反作用力。 [0174](行为的提取功能)
[0175] 接下来,详细地说明通过本发明实现的人类的行为的提取功能。
[0176] 如在图11的"实现转动螺丝的学习以及再现功能的位置/力控制装置1的构成例" 中说明的那样,通过构成与人类的身体的功能对应的机构的机器人,使该机器人跟随于人 类的身体的功能,并检测出此时的时间序列的动作,由此能够提取人类的行为。
[0177] 例如,在图11所示的指型机器人300A的情况下,跟随于人类活动手指而转动螺丝 的动作,由各位置传感器50按照时间序列检测出指机构部310A移动时的线W1~W4或者线W5 ~W8的位置,并将这些位置存储于存储装置。
[0178] 另外,也可以取代线W1~W4或者线W5~W8的位置的检测结果,而是将控制部20中 的用于导出作为坐标转换结果而获得的状态值的各个值(即,按照时间序列计算出的式(4) 的左边的各个值)存储于存储装置。
[0179] 图12是表示作为行为的提取结果而存储的信息例的示意图,图12(a)表示存储有 线W1~W4的时间序列的位置的情况,图12(b)表示存储有式(4)的坐标转换结果的情况。
[0180] 若参照图12(a),例如关于线W1,在时刻tl存储有位置pi,在时刻t2存储有位置p2, 在时刻t3存储有位置ρ3· · ·这样时间序列的位置。
[0181] 另外,若参照图12(b),例如关于坐标转换结果x"al,在时刻tl存储有坐标转换结果 ql,在时刻t2存储有坐标转换结果q2,在时刻t3存储有坐标转换结果q3· · ·这样时间序 列的值。
[0182] 由此,如果人类实际上仅进行一次手指的动作(行为),则即使之后不进行手指的 动作(行为),也能够通过机器人再现转动螺丝的学习以及再现功能等的动作(行为)。
[0183] (适应的功能实现)
[0184] 接下来,对能够通过本发明实现的适应的功能进行说明。
[0185] 适应的功能实现指的是,在如上述那样通过行为的提取功能提取人类的行为的情 况下,即使是与行为的提取时不同的对象物,也可适应性地实现提取的功能。
[0186] 在本实施方式中的适应的功能实现中,应用式(7)以及式(8)所示的坐标转换中 的、获得用于导出力的区域中的状态值的力的矢量的运算。即,在适应的功能实现中,在式 (7)以及式(8)所示的坐标转换中,使用与适应的功能实现的目的相应的输入,另一方面,使 其他部分的输入实际为零,通过坐标转换中的一部分要素导出状态值。通过这种方法,对速 度或者位置的能量与力的能量中的至少一方分配控制能量,可实现与行为的提取时不完全 相同的适应的功能。
[0187] 具体而言,本实施方式中的用于适应的功能实现的坐标转换由接下来的式(9)表 不。
[0188] [数式 5]
[0189]
( 9 )
[0190] 以下,列举图11的"实现转动螺丝的学习以及再现功能的位置/力控制装置1的构 成例"中说明的装置为例,对适应的功能实现进行说明。
[0191 ]图13是表示适应的功能实现的概念的说明图。
[0192] 如图13(a)~(c)所示,首先,在图11所示的位置/力控制装置1中,提取人类转动螺 丝的动作(行为),存储例如图12(a)所示的线W1~W4或者线W5~W8的时间序列的位置或者 力的至少一方。
[0193] 接下来,位置/力控制装置1从存储装置依次读出线W1~W4或者线W5~W8的时间序 列的位置或者力的至少一方。然后,以其为基准值,在成为从装置的指型机器人300B中,依 次应用式(8)的坐标转换且控制促动器40e~40f。此时,在指型机器人300B安置有与提取人 类转动螺丝的动作(行为)时相同的螺丝X。
[0194] 于是,如图13(d)~(f)所示,可再现存储的线W1~W4或者线W5~W8所示的主装置 中的动作,能够与提取
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