专利名称：机器人设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及机器人设备，并涉及用于机器人设备的控制方法，该机器人设备包括具有多个关节的机器人机构以及驱动机器人机构的关节轴的多个致动器。更具体而言，本发明涉及能够在抑制电力消耗量的情况下柔性地执行期望动作的机器人机构，并涉及用于该机器人设备的控制方法。
背景技术：
近年来，关于与人类共用活动空间的机器人设备，已经出现了机器人设备的电力消耗增大的状况，已经需要频繁地对机器人设备的电池进行充电。而且，还存在如下技术问题当机器人设备接触机器人设备周围的人员或物体等时，机器人设备需要柔性地并安全地进行接触，并同时执行期望动作。因此，需要能够在抑制电力消耗量的情况下柔性地执行机器人设备的期望动作的对机器人设备的控制。另一方面，国际专利申请公开号W000/43167揭示了一种机器人设备，其使得机器人设备的关节轴的位置的轨迹遵循为向下一个行动转变而设置的姿态转变计划，下一个行动已经基于行动基准输入信息而计算得到。此外，日本专利号3观3650揭示了一种机器人设备，其通过基于与机器人已经识别的坐标系统相关的、指定的柔软度指标改变伺服控制系统的控制增益，来控制机器人的各轴。但是，对于如国际专利申请公开号W000/43167所示的前述机器人设备，存在例如如下可能性来自用户的动作基准输入值会超过必要地约束机器人的各关节轴的动作，因此机器人的电力消耗增大，且机器人变得难以柔性地接触机器人周围的障碍物。类似地，对于如日本专利号3283650所示的前述机器人控制设备，存在如下可能机器人的轴的动作受到约束，因而机器人的电力消耗增大，或者机器人在接触机器人周围的障碍物时无法执行满足动作基准输入值的动作。
发明内容
本发明提供了一种机器人设备，其能够在抑制其电力消耗的情况下柔性地执行期
望动作。本发明的第一方面涉及一种机器人设备，其包括机器人机构，其具有多个关节； 多个致动器，其驱动所述机器人机构的关节轴；以及机器人控制器，其基于成本函数来驱动所述致动器，所述成本函数是对于所述致动器的转矩基准输入值的函数。在根据此方面的机器人设备中，机器人控制器可具有用于计算所述成本函数的最小值的成本函数最小值计算部分，并且所述机器人控制器可驱动所述致动器，使得由所述成本函数最小值计算部分计算得到的所述成本函数的值变成最小。由于此构造，成本函数的值得到最小化，因此可以最小化电力消耗。此外，根据此方面的机器人设备可还包括生成目标动作的目标动作生成器，所述目标动作表示所述机器人机构的期望动作，并且，所述成本函数最小值计算部分可基于由所述目标动作生成器生成的所述目标动作将所述机器人机构的所述多个关节轴分类为独立轴和从属于所述独立轴的从属轴，并计算仅将所述独立轴的位置用作变量的所述成本函数的所述最小值。由于此构造，变得可以执行与独立轴和从属轴相称的柔性控制。即使在与设备周围的障碍物接触时，机器人设备也能够在抑制电力消耗的同时柔性并安全地接触障碍物。根据此方面的机器人设备可还包括检测所述机器人机构的动作环境的动作环境检测器，并且，所述成本函数最小值计算部分可基于由所述动作环境检测器检测到的所述动作环境和由所述目标动作生成器生成的所述目标动作，来计算所述成本函数的所述最小值。由于此构造，机器人设备能够通过将动作环境和机器人机构的目标动作考虑在内来计算成本函数的最小值。在根据此方面的机器人设备中，所述动作环境检测器可检测满足由所述机器人机构的周围环境所确定的所述关节轴的可动范围、并还满足所述关节轴的机械限制可动范围的约束条件，作为所述动作环境。由于此构造，可以合适地设定机器人机构的约束条件。根据此方面的机器人设备可还包括测量所述关节轴的位置的位置传感器，并且， 所述成本函数最小值计算部分可计算当所述成本函数变成最小时所述独立轴的位置，作为独立轴位置基准输入值，并且所述机器人控制器可还具有个体轴反馈控制部分，所述个体轴反馈控制部分计算独立轴转矩基准输入值，使得来自所述位置传感器的所述独立轴的位置收敛至由所述成本函数最小值计算部分计算得到的所述独立轴位置基准输入值。由于此构造，机器人设备能够计算用于控制独立轴的独立轴转矩基准输入值，并能够合适地控制独立轴。在根据此方面的机器人设备中，所述机器人控制器可还具有计算个体致动器权重的个体致动器权重计算部分，所述个体致动器权重示出了所述多个致动器的相对重要程度，并且所述个体轴反馈控制部分可具有独立轴控制部分，所述独立轴控制部分以与由所述个体致动器权重计算部分计算得到的所述个体致动器权重成比例的方式计算对于所述独立轴的控制增益，并利用计算得到的所述控制增益来计算所述独立轴转矩基准输入值。 由于此构造，机器人设备能够设定与独立轴的重要程度相称的最优控制增益，因此能够优化控制独立轴。在根据此方面的机器人设备中，所述个体轴反馈控制部分可还具有从属轴位置基准输入值生成器并可还具有从属轴控制部分，所述从属轴位置基准输入值生成器基于来自所述位置传感器的所述从属轴的位置并基于由所述目标动作生成器生成的所述目标动作来计算从属轴位置基准输入值，所述从属轴控制部分以与由所述个体致动器权重计算部分计算得到的所述个体致动器权重成比例的方式计算对于所述从属轴的控制增益，并利用计算得到的所述控制增益来计算所述从属轴转矩基准输入值。由于此构造，机器人设备能够设定与从属轴的重要程度相称的最优控制增益，并能够优化控制从属轴。在根据此方面的机器人设备中，所述机器人控制器可还具有转矩控制部分，所述转矩控制部分基于由所述独立轴控制部分计算得到的所述独立轴转矩基准输入值或由所述从属轴控制部分计算得到的所述从属轴转矩基准输入值来驱动所述致动器。此外，在根据此方面的机器人设备中，所述成本函数可以是对于所述致动器的转矩基准输入值的平方之和。
在根据此方面的机器人设备中，所述成本函数最小值计算部分可通过数值搜索法来计算所述成本函数的所述最小值。由于此构造，机器人设备能够对于复杂的机器人机构进一步合适地计算成本函数的最小值。在根据此方面的机器人设备中，所述成本函数最小值计算部分可将所述成本函数的极值以及位于所述成本函数的预定区间的端点处的值当中的所述最小值确定为所述成本函数的所述最小值。由于此构造，机器人设备能够通过简单处理来计算成本函数的最小值。此外，在根据此方面的机器人设备中，所述成本函数最小值计算部分可选择提供利用随机数选择的初始参数附近的最小值的点作为所述成本函数的所述最小值的候选，并可将所述候选确定为所述成本函数的所述最小值。这使得可以通过简单处理来计算成本函数的最小值。在根据此方面的机器人设备中，所述机器人控制器可驱动所述致动器，使得所述致动器柔性地移动。本发明的第二方面涉及一种用于机器人设备的控制方法，所述机器人设备包括具有多个关节的机器人机构以及驱动所述机器人机构的关节轴的多个致动器。此控制方法包括基于成本函数对所述驱动器的控制，所述成本函数是对于所述致动器的转矩基准输入值的函数。根据此构造，可以在抑制电力消耗的同时柔性地执行期望动作。此外，在根据此方面的控制方法中，控制所述致动器的步骤可包括以下步骤计算所述成本函数的最小值，并驱动所述致动器使得计算得到的所述成本函数的值变成所述最小值。此外，根据此方面的控制方法可还包括以下步骤生成表示所述机器人机构的期望动作的目标动作，并且，计算所述成本函数的所述最小值的步骤可还包括以下步骤基于由所述目标动作生成器生成的所述目标动作将所述机器人机构的所述多个关节轴分类为独立轴和从属于所述独立轴的从属轴，并计算仅将所述独立轴的位置用作变量的所述成本函数的所述最小值。根据此方面的控制方法可还包括以下步骤检测所述机器人机构的动作环境，并且，计算所述成本函数的所述最小值的步骤还包括以下步骤基于检测到的所述动作环境和所生成的所述目标动作，来计算所述成本函数的所述最小值。根据此方面的控制方法可还包括以下步骤检测所述关节轴的位置，并且，计算所述成本函数的所述最小值的步骤还包括以下步骤计算当所述成本函数取所述最小值时所述独立轴的位置，作为独立轴位置基准输入值，并且控制所述致动器的步骤可还包括以下步骤计算独立轴转矩基准输入值，使得测量得到的所述独立轴的位置收敛至计算得到的所述独立轴位置基准输入值。在根据此方面的控制方法中，控制所述致动器的步骤可还包括以下步骤计算个体致动器权重，所述个体致动器权重示出了所述多个致动器的相对重要程度，并且，计算所述独立轴转矩基准输入值的步骤可包括以下步骤以与计算得到的所述个体致动器权重成比例的方式计算对于所述独立轴的控制增益，并可还包括以下步骤利用计算得到的所述控制增益来计算所述独立轴转矩基准输入值。在根据此方面的控制方法中，计算所述独立轴转矩基准输入值的步骤可包括以下步骤基于测量得到的所述从属轴的位置和所生成的所述目标动作来计算从属轴位置基准输入值，并还包括以下步骤以与计算得到的所述个体致动器权重成比例的方式计算对于所述从属轴的控制增益，并通过利用计算得到的所述控制增益来计算所述从属轴转矩基准输入值。在根据此方面的控制方法中，可基于所述成本函数来驱动所述致动器，使得所述致动器柔性地移动。根据本发明，可以提供能够在抑制电力消耗的同时柔性地执行期望动作的机器人设备和控制方法。
参考附图，根据以下对本发明的示例实施例的详细描述，本发明的前述和其他目的、特征及优点将变得清楚，其中，类似的标记表示类似的元件，并且其中图1是示出根据本发明的实施例的机器人设备的总体系统构造的框图；图2是示出根据本发明的实施例的机器人控制器的个体轴反馈控制部分的总体系统构造的框图；图3是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人设备的机构模型的图；图4是示出基于预定参数值的模拟结果、并示出肩关节位置θ 1、肘关节位置θ 2 及成本函数值之间的关系示例的图；图5Α是示出在步进外力沿着水平方向施加在前臂部的中心处的情况下本实施例中的机器人设备的模拟结果的图，图5Β是示出在步进外力沿着水平方向施加在前臂部的中心处的情况下在根据本实施例的机器人设备中的总转矩基准输入值的模拟结果的图；且图6是示出由根据本发明的实施例的机器人设备执行的控制处理流程的示例的流程图。
具体实施例方式此后，将参照附图对本发明的实施例进行说明。图1是示出根据本发明的实施例的机器人设备的总体系统构造的框图。根据此实施例的机器人设备101包括目标动作生成器103、动作环境检测器104、多个致动器109、机器人机构110、多个位置传感器111、以及机器人控制器102。机器人机构110是机器人的可动部分，例如机器人的具有多个可枢转关节轴的臂部和腿部。各关节轴设置有对关节轴进行旋转驱动的致动器109。各关节轴还设置有用于检测关节轴的位置的位置传感器111。目标动作生成器103生成机器人机构110的各关节轴的目标动作，其是关节位置的约束方程，并在例如使机器人设备101执行期望动作时使用。机器人机构110是例如具有多个关节轴的多关节式机器人臂机构。在此情况下，目标动作是关节轴的位置(转角) 的关系表达式。目标动作生成器103将所产生的目标动作输出至机器人控制器102的成本函数最小值计算部分106。动作环境检测器104利用诸如视觉传感器(相机等)、距离传感器(超声波传感器等)之类的各种传感器来检测机器人机构110周围的障碍物(人、物体等)的相对位置。基于所检测到的障碍物的相对位置，动作环境检测器104例如计算各关节轴的可动范围使得机器人机构110将不会接触障碍物。然后，动作环境检测器104基于为机器人机构110 的各关节轴计算得到的可动范围Ω e以及各关节轴的预定机械限制可动范围Ωω，来计算机器人机构110的各关节轴的最终约束条件Ω。机器人机构110的关节轴的机械限制可动范围Ωω表示例如由机器人机构110的机械约束所限制的其中允许关节轴旋转的动作范围。动作环境检测器104将计算得到的机器人机构110的各关节轴的约束条件Ω输出至机器人控制器102的成本函数最小值计算部分106。机器人控制器102能够通过基于由目标动作生成器103生成的目标动作、由动作环境检测器104计算得到的机器人机构110的各关节轴的约束条件Ω、以及来自位置传感器111的测量信号来控制致动器109，而如下所述地对机器人机构110进行柔性的控制。接着，将详细说明机器人控制器102的系统构造。机器人控制器102具有个体致动器权重计算部分105、成本函数最小值计算部分106、个体轴反馈控制部分107、以及转矩控制部分108。个体致动器权重计算部分105通过例如将由目标动作生成器103生成的目标动作与预定动作模式相比较来计算各个致动器的权重。例如，个体致动器权重计算部分105对于执行重要动作的关节轴的致动器109计算出相对较高的权重，并对于计算执行较不重要动作的关节轴的致动器109计算出相对较低的权重。个体致动器权重计算部分105将分别为关节轴的致动器109计算处的各个致动器权重输出至个体轴反馈控制部分107。成本函数最小值计算部分106计算满足由目标动作生成器103示出的目标动作并还满足由动作环境检测器104计算得到的各个关节轴的约束条件Ω的成本函数的最小值。 成本函数最小值计算部分106还计算当时的独立轴的旋转位置。此外，成本函数是用于评估机器人设备101的电力消耗量的函数，并以对关节轴的致动器109的转矩基准输入的项来表达。因此，例如，通过使用成本函数的最小值，对各关节轴的致动器109的转矩基准输入值可以被最小化，使得能够使机器人设备101的电力消耗量最小化。成本函数最小值计算部分106基于目标动作将机器人机构110的关节轴分类为独立轴和从属于独立轴的从属轴。此处的独立轴例如是在目标动作的函数中被表达为独立变量的关节轴。另一方面，从属轴是在目标动作的函数中被表达为从属变量的关节轴。成本函数最小值计算部分106将计算得到的独立轴的位置作为独立轴位置基准输入值向个体轴反馈控制部分107输出。个体轴反馈控制部分107计算各关节轴的致动器109的控制增益，其与由个体致动器权重计算部分105针对该致动器109计算得到的权重成比例。此外，假定满足目标动作，则个体轴反馈控制部分107计算独立轴转矩基准输入值，使得由位置传感器111测量到的独立轴位置(独立轴的位置)收敛到由成本函数最小值计算部分106计算得到的独立轴位置基准输入值。而且，假定测量得到的独立轴位置的变化比测量得到的从属轴位置(由位置传感器111测量得到的从属轴的位置)的变化充分地慢，个体轴反馈控制部分107计算从属轴转矩基准输入值，使得满足目标动作。此后，独立轴转矩基准输入值是用于驱动各独立轴的致动器109的转矩基准输入值，且从属轴转矩基准输入值是用于驱动各从属轴的致动器109的转矩基准输入值。个体轴反馈控制部分107将计算得到的独立轴转矩基准输入值和计算得到的从属轴转矩基准
9输入值向转矩控制部分108输出。根据由个体轴反馈控制部分107计算得到的独立轴转矩基准输入值，转矩控制部分108将用于驱动对应独立轴的致动器109的驱动电流输出至该致动器109。类似地，根据由个体轴反馈控制部分107计算得到的从属轴转矩基准输入值，转矩控制部分108将用于对应从属轴的致动器109的驱动电流输出至该致动器109。此外，机器人控制器102具有如下所述的硬件构造，其包括作为中央单元的微计算机，该微计算机具有执行控制处理和计算CPU(中央处理单元)、其中存储例如由CPU执行的控制程序和计算程序的ROM(只读存储器)、以及被设置用于临时存储处理数据的RAM(随机存取存储器)等。此外，个体致动器权重计算部分105、成本函数最小值计算部分106、个体轴反馈控制部分107和转矩控制部分108例如可以通过存储在ROM中由CPU执行的程序来实现。致动器109例如是对机器人机构110的关节轴进行旋转驱动的伺服电动机等。各致动器109根据来自转矩控制部分108的驱动电流来对机器人机构110的关节轴中的对应一个进行旋转驱动，以使得机器人设备101执行期望的动作。多个位置传感器111例如是电位计、编码器和分解器。各位置传感器111被色环只在机器人机构110的关节轴中的对应一个处，并能够测量对应关节轴的位置。位置传感器111例如测量独立轴的位置，并将其测量值作为独立轴的位置输出至个体轴反馈控制部分107。相似地，位置传感器111例如测量从属轴的位置，并将其测量值作为从属轴的位置输出至个体轴反馈控制部分107。图2是根据本发明的实施例的机器人控制器的个体轴反馈控制部分的总体系统构造的框图。根据此实施例的个体轴反馈控制部分107具有独立轴控制部分201、从属轴位置基准输入值生成器202和从属轴控制部分203。独立轴控制部分201计算与由个体致动器权重计算部分105针对独立轴的致动器计算得到的权重(控制增益平衡)成比例的用于独立轴的控制增益(例如通过将对于各致动器的权重乘以比例系数)。然后，使用计算得到的独立轴的控制增益，独立轴控制部分 201计算独立轴转矩基准输入值，使得由位置传感器111测量得到的独立轴位置收敛至由成本函数最小值计算部分106计算得到的独立轴位置基准输入值。独立轴控制部分201将计算得到的独立轴转矩基准输入值向转矩控制部分108输出。基于由位置传感器111测量得到的从属轴位置和由目标动作生成器103生成的目标动作，从属轴位置基准输入值生成器202计算作为满足目标动作的从属轴位置的从属轴位置基准输入值。从属轴位置基准输入值生成器202将计算得到的从属轴位置基准输入值向从属轴控制部分203输出。从属轴控制部分203计算与由个体致动器权重计算部分105针对从属轴的致动器计算得到的权重(控制增益平衡)成比例的用于从属轴的控制增益。然后，使用计算得到的用于从属轴的控制增益，从属轴控制部分203计算从属轴转矩基准输入值，使得由位置传感器111测量得到的从属轴位置收敛至由从属轴位置基准输入值生成器202计算得到的从属轴位置基准输入值。从属轴控制部分203将计算得到的从属轴转矩基准输入值向转矩控制部分108输出。此外，独立轴控制部分201和从属轴控制部分203能够通过使用任意控制法则(例如，反馈线性化、滑动模型控制、自适应控制、神经控制、模糊控制、扰动观测、线性控制或这些控制法则的任意组合等)来执行前述控制。接着，将对根据本发明的实施例的机器人设备的控制处理的具体示例进行说明。 图3是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人设备的机器人机构模型的图。根据此实施例的机器人机构110具有躯干部301、经由肩关节轴302可枢转地连接至躯干部301的上臂部303、经由肘关节轴304可枢转地连接至上臂部303的前臂部305、以及经由腕关节轴 306可枢转地连接至前臂部305的手部307。对于数学表达式，肩关节轴302的位置由θ i表示，肘关节轴304的位置由θ 2表示，腕关节轴306的位置由θ 3表示，上臂部303的长度由I1表示，前臂部305的长度由I2 表示，上臂部303的质量由Hi1表示，前臂部305的质量由叫表示，手部307的质量由％表示，持握物体308的质量由mQ表示。此外，从上臂部303的重心至肩关节轴302的距离由 Ilc表示，从前臂部305的重心至肘关节轴304的距离由12。表示，且从手部307的重心至腕关节轴306的距离由13。表示。例如，假定持握物体308是包含饮料的玻璃等、并且机器人设备101的机器人机构 110对持握物体308进行持握并将持握物体308移动至目的地的情况。在此情况下，在稳定期间为肩关节轴302、肘关节轴304和腕关节轴306所需的肩关节转矩T1、肘关节转矩T2 和腕关节转矩1可以分别由以下表达式(1)、(2)和(3)表示。T1 = HiigllcSin θ fn^g [I1Sin θ ^l2cSin ( θ ^ θ 2)]+m3g[I1Sin θ ^l2Sin ( θ ^ θ 2)+l3csin ( θ ^ θ 2+θ 3)](1)+m0g [I1Sin θ Jl2Sin ( θ 广 θ 2)+l3sin( θ 广 θ 2+ θ 3)]T2 = m2gl2csin( θ j+ θ 2)+m3g[llSin( θ 工+θ 2)+l3cSin( θ 工+θ 2+θ 3)](2)+m0g [l2sin ( θ 广 θ 2) +l3sin ( θ 汁 θ 2+ θ 3)]T3 = m3gl3csin ( θ 广 θ 2+ θ 3) +m0gl3sin ( θ 广 θ 2+ θ 3)(3)在此实施例中，因为持握物体308是包含饮料的玻璃等，目标动作是水平地保持持握物体308。在此情况下，肩关节轴302(位置Θ)和肘关节轴304(位置θ 2)是独立轴， 腕关节轴306(位置θ 3)是从属轴。因而，目标动作生成器103几何地生成如下(4)表示的目标动作，并将所生成的目标动作向成本函数最小值计算部分106输出。θ 3 = Ji /2- θ r θ 2(4)此外，例如，假定机器人机构110使持握物体308在桌子与墙壁之间(间隔h)移动。在此情况下，如以下( 所示，动作环境检测器104几何地计算持握物体308、肘关节轴304和腕关节轴306的可动范围Ω e，使得机器人机构110既不会接触桌子，也不会接触墙壁。Ωε = { θ 工，θ 2，θ 3 =I1Sin θ Jl2Sin( θ ^ θ 2)+l3sin( θ ^ θ 2+ θ 3) < h} (5)动作环境检测器104使用以下(6)来计算满足以下两者的约束条件Ω 利用(5) 计算得到的肩关节轴302、肘关节轴304和腕关节轴306的可动范围Ωε，以及肩关节轴302、 肘关节轴304和腕关节轴306的限制可动范围Ωω。Q = Qm^Qe(6)利用以下(J)中的成本函数，成本函数最小值计算部分106计算使成本函数最小化并使电力消耗最小化的各独立轴的位置(其独立轴位置基准输入值)。此外，如(7)所示，成本函数被表示为肩关节转矩T1、肘关节转矩T2和腕关节转矩T3之和，并且是仅独立轴的位置(即，肩关节轴302的位置G1(此后称为“肩关节位置θ广)和肘关节轴304的位置θ 2 (此后成为“肘关节位置θ2”))的函数。A(Q1J2)=T1Vr2Vr33(7)成本函数最小值计算部分106执行将(1)至(4)代入(7)中的计算。接着，成本函数最小值计算部分106使用以下(8)来计算成本函数的极值点(θ Λ θ ；)。
权利要求
1.一种机器人设备，其特征在于包括机器人机构，其具有多个关节；多个致动器，其驱动所述机器人机构的关节轴；以及机器人控制器，其基于成本函数来驱动所述致动器，所述成本函数是对于所述致动器的转矩基准输入值的函数。
2.根据权利要求1所述的机器人设备，其中，所述机器人控制器具有用于计算所述成本函数的最小值的成本函数最小值计算部分，并且所述机器人控制器驱动所述致动器，使得由所述成本函数最小值计算部分计算得到的所述成本函数的值变成最小。
3.根据权利要求2所述的机器人设备，还包括生成目标动作的目标动作生成器，所述目标动作表示所述机器人机构的期望动作，其中，所述成本函数最小值计算部分基于由所述目标动作生成器生成的所述目标动作将所述机器人机构的所述多个关节轴分类为独立轴和从属于所述独立轴的从属轴，并计算仅将所述独立轴的位置用作变量的所述成本函数的所述最小值。
4.根据权利要求3所述的机器人设备，还包括检测所述机器人机构的动作环境的动作环境检测器，其中，所述成本函数最小值计算部分基于由所述动作环境检测器检测到的所述动作环境和由所述目标动作生成器生成的所述目标动作，来计算所述成本函数的所述最小值。
5.根据权利要求4所述的机器人设备，其中，所述动作环境检测器检测满足由所述机器人机构的周围环境所确定的所述关节轴的可动范围、并还满足所述关节轴的机械限制可动范围的约束条件，作为所述动作环境。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的机器人设备，还包括测量所述关节轴的位置的位置传感器，其中所述成本函数最小值计算部分计算当所述成本函数变成最小值时所述独立轴的位置， 作为独立轴位置基准输入值；并且所述机器人控制器还具有个体轴反馈控制部分，所述个体轴反馈控制部分计算独立轴转矩基准输入值，使得来自所述位置传感器的所述独立轴的位置收敛至由所述成本函数最小值计算部分计算得到的所述独立轴位置基准输入值。
7.根据权利要求6所述的机器人设备，其中所述机器人控制器还具有计算个体致动器权重的个体致动器权重计算部分，所述个体致动器权重示出了所述多个致动器的相对重要程度；并且所述个体轴反馈控制部分具有独立轴控制部分，所述独立轴控制部分以与由所述个体致动器权重计算部分计算得到的所述个体致动器权重成比例的方式计算对于所述独立轴的控制增益，并利用计算得到的所述控制增益来计算所述独立轴转矩基准输入值。
8.根据权利要求6或7所述的机器人设备，其中，所述个体轴反馈控制部分还具有从属轴位置基准输入值生成器并还具有从属轴控制部分，所述从属轴位置基准输入值生成器基于来自所述位置传感器的所述从属轴的位置并基于由所述目标动作生成器生成的所述目标动作来计算从属轴位置基准输入值，所述从属轴控制部分以与由所述个体致动器权重计算部分计算得到的所述个体致动器权重成比例的方式计算对于所述从属轴的控制增益，并利用计算得到的所述控制增益来计算所述从属轴转矩基准输入值。
9.根据权利要求7或8所述的机器人设备，其中，所述机器人控制器还具有转矩控制部分，所述转矩控制部分基于由所述独立轴控制部分计算得到的所述独立轴转矩基准输入值或由所述从属轴控制部分计算得到的所述从属轴转矩基准输入值来驱动所述致动器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的机器人设备，其中，所述成本函数是对于所述致动器的转矩基准输入值的平方之和。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的机器人设备，其中，所述成本函数最小值计算部分通过数值搜索法来计算所述成本函数的所述最小值。
12.根据权利要求2至10中任一项所述的机器人设备，其中，所述成本函数最小值计算部分将所述成本函数的极值以及位于所述成本函数的预定区间的端点处的值当中的所述最小值确定为所述成本函数的所述最小值。
13.根据权利要求2至12所述的机器人设备，其中，所述成本函数最小值计算部分选择提供利用随机数选择的初始参数附近的最小值的点作为所述成本函数的所述最小值的候选，并将所述候选确定为所述成本函数的所述最小值。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的机器人设备，其中，所述机器人控制器驱动所述致动器，使得所述致动器柔性地移动。
15.一种用于机器人设备的控制方法，所述机器人设备包括具有多个关节的机器人机构以及驱动所述机器人机构的关节轴的多个致动器，以基于成本函数来驱动所述驱动器， 所述成本函数是对于所述致动器的转矩基准输入值的函数，所述控制方法的特征在于包括以下步骤基于成本函数来驱动所述致动器，所述成本函数是对于所述致动器的转矩基准输入值的函数。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其中，控制所述致动器的步骤包括以下步骤计算所述成本函数的最小值，并驱动所述致动器使得计算得到的所述成本函数的值变成所述最小值。
17.根据权利要求16所述的控制方法，还包括以下步骤生成表示所述机器人机构的期望动作的目标动作，其中，计算所述成本函数的所述最小值的步骤还包括以下步骤基于由目标动作生成器生成的所述目标动作将所述机器人机构的所述多个关节轴分类为独立轴和从属于所述独立轴的从属轴，并计算仅将所述独立轴的位置用作变量的所述成本函数的所述最小值。
18.根据权利要求16或17所述的控制方法，还包括以下步骤检测所述机器人机构的动作环境，其中，计算所述成本函数的所述最小值的步骤还包括以下步骤基于检测到的所述动作环境和所生成的所述目标动作，来计算所述成本函数的所述最小值。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的控制方法，还包括以下步骤检测所述关节轴的位置，其中计算所述成本函数的所述最小值的步骤还包括以下步骤计算当所述成本函数取所述最小值时所述独立轴的位置，作为独立轴位置基准输入值；并且控制所述致动器的步骤还包括以下步骤计算独立轴转矩基准输入值，使得测量得到的所述独立轴的位置收敛至计算得到的所述独立轴位置基准输入值。
20.根据权利要求19所述的控制方法，其中，控制所述致动器的步骤还包括以下步骤 计算个体致动器权重，所述个体致动器权重示出了所述多个致动器的相对重要程度，并且其中，计算所述独立轴转矩基准输入值的步骤包括以下步骤以与计算得到的所述个体致动器权重成比例的方式计算对于所述独立轴的控制增益，并还包括以下步骤利用计算得到的所述控制增益来计算所述独立轴转矩基准输入值。
21.根据权利要求19或20所述的控制方法，其中，计算所述独立轴转矩基准输入值的步骤包括以下步骤基于测量得到的所述从属轴的位置和所生成的所述目标动作来计算从属轴位置基准输入值，并还包括以下步骤以与计算得到的所述个体致动器权重成比例的方式计算对于所述从属轴的控制增益，并通过利用计算得到的所述控制增益来计算所述从属轴转矩基准输入值。
22.根据权利要求15至21中任一项所述的控制方法，其中，基于所述成本函数来驱动所述致动器，使得所述致动器柔性地移动。
全文摘要
机器人设备(101)包括机器人机构(110)，其具有多个关节；多个致动器(109)，其驱动机器人机构(110)的关节轴。机器人设备(101)包括机器人控制器(102)，其基于成本函数来控制致动器(109)的驱动，所述成本函数是对于致动器(109)的转矩基准输入值的函数。
文档编号B25J9/16GK102348541SQ201080011887
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月10日 优先权日2009年3月11日
发明者安藤玄 申请人:丰田自动车株式会社