JP3099067B1 - 物体協調運搬ロボットの制御方法及びその装置 - Google Patents
物体協調運搬ロボットの制御方法及びその装置Info
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- JP3099067B1 JP3099067B1 JP11153158A JP15315899A JP3099067B1 JP 3099067 B1 JP3099067 B1 JP 3099067B1 JP 11153158 A JP11153158 A JP 11153158A JP 15315899 A JP15315899 A JP 15315899A JP 3099067 B1 JP3099067 B1 JP 3099067B1
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Abstract
【要約】
【課題】 人間と協調して物体を運搬する物体協調運搬
ロボットの制御を、物体が運動可能な方向を制限するこ
とにより、人間が物体の挙動を日常的な感覚で直感的に
把握できるようにする。 【解決手段】 物体協調運搬ロボットを制御するに際
し、物体４からロボットに加わる力を力覚センサ５で検
出し、そのセンサ信号から分離した鉛直軸周りの回転力
成分τ及び物体長軸方向の並進力成分Ｆｘに基づき、上
記鉛直軸周りの回転運動成分及び上記物体長軸方向の並
進運動成分を、ロボットの抵抗力が小さくなるようにゲ
インを設定して出力させる。一方、物体短軸方向の並進
力成分Ｆｙに対しては物体短軸方向の並進運動が生じな
いように拘束する。それにより、物体４に対してそれが
ロボット側の一点で物体長軸方向を向いた仮想的な車輪
に支えられているのと同等な運動制限を与えてロボット
アームを駆動する。
ロボットの制御を、物体が運動可能な方向を制限するこ
とにより、人間が物体の挙動を日常的な感覚で直感的に
把握できるようにする。 【解決手段】 物体協調運搬ロボットを制御するに際
し、物体４からロボットに加わる力を力覚センサ５で検
出し、そのセンサ信号から分離した鉛直軸周りの回転力
成分τ及び物体長軸方向の並進力成分Ｆｘに基づき、上
記鉛直軸周りの回転運動成分及び上記物体長軸方向の並
進運動成分を、ロボットの抵抗力が小さくなるようにゲ
インを設定して出力させる。一方、物体短軸方向の並進
力成分Ｆｙに対しては物体短軸方向の並進運動が生じな
いように拘束する。それにより、物体４に対してそれが
ロボット側の一点で物体長軸方向を向いた仮想的な車輪
に支えられているのと同等な運動制限を与えてロボット
アームを駆動する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉱工業・農林水産
業・建設業・流通業・家庭等における重量物運搬作業に
利用できる物体協調運搬ロボットの制御方法及びその装
置に関するものである。
業・建設業・流通業・家庭等における重量物運搬作業に
利用できる物体協調運搬ロボットの制御方法及びその装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】人間とロボットが協調して物体を運搬す
る方法としては、まず、カリフォルニア大学、東北大
学、工業技術院機械技術研究所等で研究されてきたパワ
ーアシストという方法がある。これは、ロボットアーム
先端に把持した物体の負荷と操作者から加えられる力を
それぞれ検出する二つの力覚センサを装着し、操作者か
ら加えられた力を増幅して物体に加えることにより、ロ
ボットが操作者の運動にならって運動しながら操作者の
負荷を低減するという技術である。
る方法としては、まず、カリフォルニア大学、東北大
学、工業技術院機械技術研究所等で研究されてきたパワ
ーアシストという方法がある。これは、ロボットアーム
先端に把持した物体の負荷と操作者から加えられる力を
それぞれ検出する二つの力覚センサを装着し、操作者か
ら加えられた力を増幅して物体に加えることにより、ロ
ボットが操作者の運動にならって運動しながら操作者の
負荷を低減するという技術である。
【０００３】ところが、この方法では操作者がロボット
アーム先端の力覚センサハンドルを掴んで動かすことが
必要となるため、力を加えることができるのは物体の１
カ所のみに限定される。長尺物あるいは寸法の大きな物
体を運搬する場合には、図１に示すように、ロボットア
ーム１先端のハンド２と操作者（人間）３が物体４の両
端等を持って支えることが望ましいが、その場合に、ロ
ボットアーム１側では力覚センサ５を設けて力を測定で
きても、操作者３側では物体４に加えている力は直接測
定することができず、そのため、上記パワーアシストの
技術を適用することは困難である。
アーム先端の力覚センサハンドルを掴んで動かすことが
必要となるため、力を加えることができるのは物体の１
カ所のみに限定される。長尺物あるいは寸法の大きな物
体を運搬する場合には、図１に示すように、ロボットア
ーム１先端のハンド２と操作者（人間）３が物体４の両
端等を持って支えることが望ましいが、その場合に、ロ
ボットアーム１側では力覚センサ５を設けて力を測定で
きても、操作者３側では物体４に加えている力は直接測
定することができず、そのため、上記パワーアシストの
技術を適用することは困難である。
【０００４】一方、人間とロボットが物体の何カ所かを
支持し、負荷を分担して運搬する方法は、米国スタンフ
ォード大学、東北大学等において研究されてきた。これ
らは主にインピーダンス制御に基づいている。すなわ
ち、物体の重量を補償することにより、物体を無重量状
態にして支えると同時に、物体またはロボットに仮想的
なインピーダンス（慣性、粘性、バネ係数）を設定し、
人間が加えた力の変化に応じて物体の運動を変化させ、
人間の動きに物体の運動をならわせるという方法であ
る。
支持し、負荷を分担して運搬する方法は、米国スタンフ
ォード大学、東北大学等において研究されてきた。これ
らは主にインピーダンス制御に基づいている。すなわ
ち、物体の重量を補償することにより、物体を無重量状
態にして支えると同時に、物体またはロボットに仮想的
なインピーダンス（慣性、粘性、バネ係数）を設定し、
人間が加えた力の変化に応じて物体の運動を変化させ、
人間の動きに物体の運動をならわせるという方法であ
る。
【０００５】しかしながら、物体が長尺物の場合に、人
間が加えることのできるのは主に並進力のみであり、対
象物の一端でトルク（回転力）を加えることは難しい。
インピーダンス制御を基本とした場合、人間とロボット
を結ぶ長軸方向の直進動作は容易であるが、回転を含む
動作で、ロボット側の端点を目標点に位置制御するの
は、人間にとって困難な作業となる。人間が弱い力を加
えただけで物体が動くようにするには、慣性・粘性等の
インピーダンスパラメータを低く設定する必要がある。
しかし、そうした場合、法線方向のドリフト（ずれ運
動）が生じ、それを停止させるのは難しいため、物体の
挙動が直感的に予想しにくいという問題点がある。
間が加えることのできるのは主に並進力のみであり、対
象物の一端でトルク（回転力）を加えることは難しい。
インピーダンス制御を基本とした場合、人間とロボット
を結ぶ長軸方向の直進動作は容易であるが、回転を含む
動作で、ロボット側の端点を目標点に位置制御するの
は、人間にとって困難な作業となる。人間が弱い力を加
えただけで物体が動くようにするには、慣性・粘性等の
インピーダンスパラメータを低く設定する必要がある。
しかし、そうした場合、法線方向のドリフト（ずれ運
動）が生じ、それを停止させるのは難しいため、物体の
挙動が直感的に予想しにくいという問題点がある。
【０００６】上記の従来の技術の問題点は、インピーダ
ンスパラメータを全方向均一に、また、固定された絶対
座標空間内で設定するために生じたものである。その結
果として、物体の挙動は、あたかも無重力空間に浮かん
だ物体に力を加えて動かす場合という、人間が日常経験
しないものとなり、物体を目標の位置・姿勢へと動かす
作業が困難になる。
ンスパラメータを全方向均一に、また、固定された絶対
座標空間内で設定するために生じたものである。その結
果として、物体の挙動は、あたかも無重力空間に浮かん
だ物体に力を加えて動かす場合という、人間が日常経験
しないものとなり、物体を目標の位置・姿勢へと動かす
作業が困難になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に対処し、人間と協調して物体を運搬する物体協調
運搬ロボットの制御において、物体が運動可能な方向を
制限することにより、人間が加えた力と物体の運動の関
係を単純化し、人間が物体の挙動を日常的な感覚で直感
的に把握できるようにすることを、技術的課題とするも
のである。また、本発明の他の技術的課題は、物体を任
意の目標位置・姿勢に運搬するという、作業本来の目的
を損なうことなく、上述した物体の挙動を日常的な感覚
で把握できるようにした物体協調運搬ロボットの制御手
段を得ることにある。
問題に対処し、人間と協調して物体を運搬する物体協調
運搬ロボットの制御において、物体が運動可能な方向を
制限することにより、人間が加えた力と物体の運動の関
係を単純化し、人間が物体の挙動を日常的な感覚で直感
的に把握できるようにすることを、技術的課題とするも
のである。また、本発明の他の技術的課題は、物体を任
意の目標位置・姿勢に運搬するという、作業本来の目的
を損なうことなく、上述した物体の挙動を日常的な感覚
で把握できるようにした物体協調運搬ロボットの制御手
段を得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る制御方法は、人間とロボットが長尺物
あるいは寸法の大きな物体の両端を把持して水平面内を
運搬するための物体協調運搬ロボットを制御する制御方
法であって、物体からロボットに加わる力を力覚センサ
で検出し、そのセンサ信号から分離した鉛直軸周りの回
転力成分及び人間による把持点とロボットによる把持点
とを結ぶ物体長軸方向の並進力成分に基づき、上記鉛直
軸周りの回転運動成分及び上記物体長軸方向の並進運動
成分を、ロボットの抵抗力が小さくなるようにゲインを
設定して出力させ、一方、上記物体長軸方向と直交する
物体短軸方向の並進力成分に対しては物体短軸方向の並
進運動が生じないように拘束し、それにより、物体に対
してそれがロボット側の一点で物体長軸方向を向いた仮
想的な車輪に支えられているのと同等な運動制限を与え
てロボットアームを駆動することを特徴とするものであ
る。
め、本発明に係る制御方法は、人間とロボットが長尺物
あるいは寸法の大きな物体の両端を把持して水平面内を
運搬するための物体協調運搬ロボットを制御する制御方
法であって、物体からロボットに加わる力を力覚センサ
で検出し、そのセンサ信号から分離した鉛直軸周りの回
転力成分及び人間による把持点とロボットによる把持点
とを結ぶ物体長軸方向の並進力成分に基づき、上記鉛直
軸周りの回転運動成分及び上記物体長軸方向の並進運動
成分を、ロボットの抵抗力が小さくなるようにゲインを
設定して出力させ、一方、上記物体長軸方向と直交する
物体短軸方向の並進力成分に対しては物体短軸方向の並
進運動が生じないように拘束し、それにより、物体に対
してそれがロボット側の一点で物体長軸方向を向いた仮
想的な車輪に支えられているのと同等な運動制限を与え
てロボットアームを駆動することを特徴とするものであ
る。
【０００９】また、本発明に係る制御装置は、人間とロ
ボットが長尺物あるいは寸法の大きな物体の両端を把持
して水平面内を運搬するための物体協調運搬ロボットを
制御する制御装置であって、物体からロボットに加わる
力を検出する力覚センサと、そのセンサ信号から鉛直軸
周りの回転力成分、並びに人間による把持点とロボット
による把持点とを結ぶ物体長軸方向及びそれと直交する
物体短軸方向の並進力成分を分離する座標変換部と、上
記鉛直軸周りの回転力成分及び物体長軸方向の並進力成
分に基づいて、それらの回転及び並進方向のロボットの
抵抗力が小さくなるゲインでそれらの運動成分を出力す
る力−運動変換部と、これらの運動成分及びゼロに設定
した上記物体短軸方向の並進運動成分を合成し、ロボッ
トアームを駆動する運動指令を出力する座標変換部とを
備えたことを特徴とするものである。
ボットが長尺物あるいは寸法の大きな物体の両端を把持
して水平面内を運搬するための物体協調運搬ロボットを
制御する制御装置であって、物体からロボットに加わる
力を検出する力覚センサと、そのセンサ信号から鉛直軸
周りの回転力成分、並びに人間による把持点とロボット
による把持点とを結ぶ物体長軸方向及びそれと直交する
物体短軸方向の並進力成分を分離する座標変換部と、上
記鉛直軸周りの回転力成分及び物体長軸方向の並進力成
分に基づいて、それらの回転及び並進方向のロボットの
抵抗力が小さくなるゲインでそれらの運動成分を出力す
る力−運動変換部と、これらの運動成分及びゼロに設定
した上記物体短軸方向の並進運動成分を合成し、ロボッ
トアームを駆動する運動指令を出力する座標変換部とを
備えたことを特徴とするものである。
【００１０】上記構成を有する物体協調運搬ロボットの
制御手段によれば、人間とロボットが長尺物あるいは寸
法の大きな物体の両端を把持して水平面内を運搬する物
体協調運搬ロボットを制御するに際し、物体に対してそ
れがロボット側の一点で上記物体長軸方向を向いた仮想
的な車輪に支えられているのと同等な運動制限を与え、
それにより、物体が運動可能な方向を制限しているの
で、操作者が加えた力と物体の運動の関係が単純化さ
れ、操作者が物体の挙動を日常的な感覚で直感的に把握
することが可能になる。しかも、物体を任意の目標位置
・姿勢に運搬するという、作業本来の目的を損なうこと
もない。
制御手段によれば、人間とロボットが長尺物あるいは寸
法の大きな物体の両端を把持して水平面内を運搬する物
体協調運搬ロボットを制御するに際し、物体に対してそ
れがロボット側の一点で上記物体長軸方向を向いた仮想
的な車輪に支えられているのと同等な運動制限を与え、
それにより、物体が運動可能な方向を制限しているの
で、操作者が加えた力と物体の運動の関係が単純化さ
れ、操作者が物体の挙動を日常的な感覚で直感的に把握
することが可能になる。しかも、物体を任意の目標位置
・姿勢に運搬するという、作業本来の目的を損なうこと
もない。
【００１１】
【発明の実施の形態】受動的な車輪を持つ台車に物体を
載せ、水平な床面上で台車を押して物体を運搬するとい
う作業は、一輪運搬車（いわゆるネコ車）、ショッピン
グカート、ベビーカー、テーブルワゴン等において、人
間が日常的にしばしば経験するものである。これらの場
合、台車が運動可能な方向は、瞬間的には車輪の方向に
よって制限されている。すなわち、車輪と平行な方向に
は、車輪の回転によって台車を前後に動かすことが可能
であるが、車輪と垂直な方向には、床面と車輪との摩擦
力に逆らって車輪をスリップさせない限り、動かすこと
ができない。このような性質の運動制限を非ホロノミッ
ク拘束と呼ぶ。
載せ、水平な床面上で台車を押して物体を運搬するとい
う作業は、一輪運搬車（いわゆるネコ車）、ショッピン
グカート、ベビーカー、テーブルワゴン等において、人
間が日常的にしばしば経験するものである。これらの場
合、台車が運動可能な方向は、瞬間的には車輪の方向に
よって制限されている。すなわち、車輪と平行な方向に
は、車輪の回転によって台車を前後に動かすことが可能
であるが、車輪と垂直な方向には、床面と車輪との摩擦
力に逆らって車輪をスリップさせない限り、動かすこと
ができない。このような性質の運動制限を非ホロノミッ
ク拘束と呼ぶ。
【００１２】このような運動方向の制限に拘わらず、適
切な軌道に沿って台車を押すことにより台車を最終的に
任意の目標位置・姿勢に持って行くことは可能であり、
そのことは数学的にも証明されている。また、人間は日
常の経験からそれを実現する技能を一般に有していると
言える。
切な軌道に沿って台車を押すことにより台車を最終的に
任意の目標位置・姿勢に持って行くことは可能であり、
そのことは数学的にも証明されている。また、人間は日
常の経験からそれを実現する技能を一般に有していると
言える。
【００１３】そこで、図１に示すように、ロボットアー
ム１のハンド２と操作者３とが長尺物あるいは寸法の大
きな物体４の両端を把持し、向かい合って水平面内を協
調運搬する場合においても、物体４が台車と同様の挙動
を行うようにロボットを制御すれば、人間は物体の挙動
を直感的に把握することができるため、容易に目標の位
置・姿勢まで物体を運搬することが可能になる。そのた
めには、図２に示すように、物体４に対して、それがロ
ボット側４ａで物体長軸方向を向いた仮想的な車輪６に
支えられているような運動制限を与えればよく、それに
より、操作者側４ｂでは、矢印によって例示する適宜方
向に台車を押して物体を運搬するのと同様な作業が可能
になる。
ム１のハンド２と操作者３とが長尺物あるいは寸法の大
きな物体４の両端を把持し、向かい合って水平面内を協
調運搬する場合においても、物体４が台車と同様の挙動
を行うようにロボットを制御すれば、人間は物体の挙動
を直感的に把握することができるため、容易に目標の位
置・姿勢まで物体を運搬することが可能になる。そのた
めには、図２に示すように、物体４に対して、それがロ
ボット側４ａで物体長軸方向を向いた仮想的な車輪６に
支えられているような運動制限を与えればよく、それに
より、操作者側４ｂでは、矢印によって例示する適宜方
向に台車を押して物体を運搬するのと同様な作業が可能
になる。
【００１４】具体的には、図３に示すように、ロボット
アーム１とその先端のハンド２との間に力覚センサ５を
設け、この力覚センサ５により、物体４におけるロボッ
ト側の１点Ｐにおいて操作者側Ｑから物体４を介してロ
ボットアーム１側に加えられる力を検出し、得られたセ
ンサ信号を、操作者とロボットを結ぶ物体長軸方向（Ｐ
Ｑ方向）の並進力成分Ｆｘ、それと垂直の方向（ＰＲ方
向）の並進力成分Ｆｙ、及び点Ｐにおける鉛直軸周りの
回転力成分τに分解する。そして、回転力成分τと長軸
方向の並進力成分Ｆｘとについては、それぞれの方向に
ロボットが抵抗なく運動するようにし、並進力成分Ｆｙ
については、ロボットの運動を制限し、それにより、物
体４が点Ｐで物体長軸方向を向いた仮想的な車輪によっ
て支えられているのと同等な運動制限を与えることにな
る。
アーム１とその先端のハンド２との間に力覚センサ５を
設け、この力覚センサ５により、物体４におけるロボッ
ト側の１点Ｐにおいて操作者側Ｑから物体４を介してロ
ボットアーム１側に加えられる力を検出し、得られたセ
ンサ信号を、操作者とロボットを結ぶ物体長軸方向（Ｐ
Ｑ方向）の並進力成分Ｆｘ、それと垂直の方向（ＰＲ方
向）の並進力成分Ｆｙ、及び点Ｐにおける鉛直軸周りの
回転力成分τに分解する。そして、回転力成分τと長軸
方向の並進力成分Ｆｘとについては、それぞれの方向に
ロボットが抵抗なく運動するようにし、並進力成分Ｆｙ
については、ロボットの運動を制限し、それにより、物
体４が点Ｐで物体長軸方向を向いた仮想的な車輪によっ
て支えられているのと同等な運動制限を与えることにな
る。
【００１５】そのためには、力覚センサ５のセンサ信号
における鉛直軸周りの回転力成分τ及び物体長軸方向の
並進力成分Ｆｘに基づき、鉛直軸周りの回転運動成分及
び物体長軸方向の並進運動成分を、ロボットの抵抗力が
小さくなるようにゲインを設定して出力させ、一方、物
体短軸方向の並進力成分Ｆｙに対しては物体短軸方向の
並進運動が生じないように拘束し、ロボットアームを駆
動することになる。なお、この物体短軸方向の並進運動
が生じないようにするための拘束は、短軸方向運動成分
が実質的に０になるように運動指令が出力されるように
すればよい。
における鉛直軸周りの回転力成分τ及び物体長軸方向の
並進力成分Ｆｘに基づき、鉛直軸周りの回転運動成分及
び物体長軸方向の並進運動成分を、ロボットの抵抗力が
小さくなるようにゲインを設定して出力させ、一方、物
体短軸方向の並進力成分Ｆｙに対しては物体短軸方向の
並進運動が生じないように拘束し、ロボットアームを駆
動することになる。なお、この物体短軸方向の並進運動
が生じないようにするための拘束は、短軸方向運動成分
が実質的に０になるように運動指令が出力されるように
すればよい。
【００１６】このようにして、図３に示す物体４上の点
Ｐは、ＰＱ方向にのみ並進させることができる。また、
点Ｐ周りで回転させることも可能である。さらに、直線
ＰＱに接する滑らかな曲線軌道に沿って進みながら、進
行方向を連続的に変えてゆくこともできる。物体４の挙
動は、点Ｐで車輪に支えられている場合と同様になるた
め、操作者は台車を押す場合と同じ技能を用いて、直感
的に目標の位置・姿勢まで物体を運搬することができ
る。
Ｐは、ＰＱ方向にのみ並進させることができる。また、
点Ｐ周りで回転させることも可能である。さらに、直線
ＰＱに接する滑らかな曲線軌道に沿って進みながら、進
行方向を連続的に変えてゆくこともできる。物体４の挙
動は、点Ｐで車輪に支えられている場合と同様になるた
め、操作者は台車を押す場合と同じ技能を用いて、直感
的に目標の位置・姿勢まで物体を運搬することができ
る。
【００１７】上述した制御方法を実施するためには、図
３及び図４によって以下に説明するような装置を用いる
ことができる。まず、ロボットアーム１の先端には、図
３に示すように、物体４を把持するためのハンド２及び
操作者が加えた力を物体４を介して検出する力覚センサ
５を配することが必要である。力覚センサ５において検
出されたセンサ信号は、制御装置（コンピュータ）に入
力されるが、この制御装置では、図４に示すように、座
標変換部（１）において、物体長軸方向の並進力成分Ｆ
ｘ及び物体短軸方向の並進力成分Ｆｙ、並びに鉛直軸周
りの回転力成分τが分離される。
３及び図４によって以下に説明するような装置を用いる
ことができる。まず、ロボットアーム１の先端には、図
３に示すように、物体４を把持するためのハンド２及び
操作者が加えた力を物体４を介して検出する力覚センサ
５を配することが必要である。力覚センサ５において検
出されたセンサ信号は、制御装置（コンピュータ）に入
力されるが、この制御装置では、図４に示すように、座
標変換部（１）において、物体長軸方向の並進力成分Ｆ
ｘ及び物体短軸方向の並進力成分Ｆｙ、並びに鉛直軸周
りの回転力成分τが分離される。
【００１８】そして、力−運動変換部において、上記物
体長軸方向の並進力成分Ｆｘに基づき、図３の点Ｐにお
けるＰＱ方向の並進運動成分（速度・加速度）が決定さ
れ、また、鉛直軸周りの回転力成分τに基づいて、点Ｐ
まわりの回転運動成分（角速度・角加速度）が決定され
る。これらは、回転及び並進方向のロボットの抵抗力が
小さくなるゲインの設定により決定されるるものであ
る。一方、短軸方向並進力成分Ｆｙについては、力覚セ
ンサの出力の如何に拘わらず、点ＰのＰＲ方向の並進運
動成分（速度・加速度）をゼロに設定し、座標変換部
（２）においてこれらの運動成分を合成して、ロボット
アーム１の各関節アクチュエータを駆動する運動指令を
出力させる。関節アクチュエータの動作は、それぞれの
関節に設けた関節センサにより検出され、ロボットアー
ムの動作が目標値に近づくように関節の位置や駆動速度
がフィードバックされる。
体長軸方向の並進力成分Ｆｘに基づき、図３の点Ｐにお
けるＰＱ方向の並進運動成分（速度・加速度）が決定さ
れ、また、鉛直軸周りの回転力成分τに基づいて、点Ｐ
まわりの回転運動成分（角速度・角加速度）が決定され
る。これらは、回転及び並進方向のロボットの抵抗力が
小さくなるゲインの設定により決定されるるものであ
る。一方、短軸方向並進力成分Ｆｙについては、力覚セ
ンサの出力の如何に拘わらず、点ＰのＰＲ方向の並進運
動成分（速度・加速度）をゼロに設定し、座標変換部
（２）においてこれらの運動成分を合成して、ロボット
アーム１の各関節アクチュエータを駆動する運動指令を
出力させる。関節アクチュエータの動作は、それぞれの
関節に設けた関節センサにより検出され、ロボットアー
ムの動作が目標値に近づくように関節の位置や駆動速度
がフィードバックされる。
【００１９】
【発明の効果】以上に詳述した本発明の制御方法及び装
置によれば、人間と協調して物体を運搬する物体協調運
搬ロボットの制御において、物体が運動可能な方向を適
切に制限することにより、物体を任意の目標位置・姿勢
に運搬するという、作業本来の目的を損なうことなく、
人間が加えた力と物体の運動の関係を単純化し、人間が
物体の挙動を日常的な感覚で直感的に把握して、物体の
ロボット側を物体長軸方向を向いた仮想的な車輪で支え
ているのと同等に作業することができる。
置によれば、人間と協調して物体を運搬する物体協調運
搬ロボットの制御において、物体が運動可能な方向を適
切に制限することにより、物体を任意の目標位置・姿勢
に運搬するという、作業本来の目的を損なうことなく、
人間が加えた力と物体の運動の関係を単純化し、人間が
物体の挙動を日常的な感覚で直感的に把握して、物体の
ロボット側を物体長軸方向を向いた仮想的な車輪で支え
ているのと同等に作業することができる。
【図１】本発明に基づいて制御する物体協調運搬ロボッ
トについての説明図である。
トについての説明図である。
【図２】本発明による制御についての概念的な説明図で
ある。
ある。
【図３】本発明による物体協調運搬ロボットの制御にお
いて用いる力覚センサの検出出力成分についての説明図
である。
いて用いる力覚センサの検出出力成分についての説明図
である。
【図４】本発明における物体協調運搬ロボットの制御系
の構成図である。
の構成図である。
１ ロボットアーム ２ ハンド ３ 操作者 ４ 物体 ５ 力覚センサ ６ 車輪 Ｆｘ センサ信号の物体長軸方向の並進力成分 Ｆｙ 同物体短軸方向の並進力成分 τ 同鉛直軸周りの回転力成分
フロントページの続き (56)参考文献 特開2000−176872（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−205072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−200983（ＪＰ，Ａ) 林原靖男（外４名），長尺物運搬時の 人の協調行動に関する研究，第16回日本 ロボット学会学術講演会予稿集，平成10 年９月18日，Ｖｏｌ．１，ｐ107−108 池浦良淳（外２名），人間と協調する ロボットの可変ダンピング制御と実験的 評価，日本機械学会東海支部第47期総会 講演会講演論文集，平成10年３月６日, Ｎｏ．983−１，ｐ305−306 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 13/08 B25J 13/00 B25J 17/00 G05B 19/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】人間とロボットが長尺物あるいは寸法の大
きな物体の両端を把持して水平面内を運搬するための物
体協調運搬ロボットを制御する制御方法であって、 物体からロボットに加わる力を力覚センサで検出し、そ
のセンサ信号から分離した鉛直軸周りの回転力成分及び
人間による把持点とロボットによる把持点とを結ぶ物体
長軸方向の並進力成分に基づき、上記鉛直軸周りの回転
運動成分及び上記物体長軸方向の並進運動成分を、ロボ
ットの抵抗力が小さくなるようにゲインを設定して出力
させ、一方、上記物体長軸方向と直交する物体短軸方向
の並進力成分に対しては物体短軸方向の並進運動が生じ
ないように拘束し、 それにより、物体に対してそれがロボット側の一点で物
体長軸方向を向いた仮想的な車輪に支えられているのと
同等な運動制限を与えてロボットアームを駆動する、こ
とを特徴とする物体協調運搬ロボットの制御方法。 - 【請求項２】人間とロボットが長尺物あるいは寸法の大
きな物体の両端を把持して水平面内を運搬するための物
体協調運搬ロボットを制御する制御装置であって、 物体からロボットに加わる力を検出する力覚センサと、
そのセンサ信号から鉛直軸周りの回転力成分、並びに人
間による把持点とロボットによる把持点とを結ぶ物体長
軸方向及びそれと直交する物体短軸方向の並進力成分を
分離する座標変換部と、上記鉛直軸周りの回転力成分及
び物体長軸方向の並進力成分に基づいて、それらの回転
及び並進方向のロボットの抵抗力が小さくなるゲインで
それらの運動成分を出力する力−運動変換部と、これら
の運動成分及びゼロに設定した上記物体短軸方向の並進
運動成分を合成し、ロボットアームを駆動する運動指令
を出力する座標変換部とを備えた、ことを特徴とする物
体協調運搬ロボットの制御装置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP11153158A JP3099067B1 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 物体協調運搬ロボットの制御方法及びその装置 |
| US09/774,173 US6522952B1 (en) | 1999-06-01 | 2000-03-31 | Method and system for controlling cooperative object-transporting robot |
| PCT/JP2000/002079 WO2004103651A1 (ja) | 1999-06-01 | 2000-03-31 | 物体協調運搬ロボットの制御方法及びその装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11153158A JP3099067B1 (ja) | 1999-06-01 | 1999-06-01 | 物体協調運搬ロボットの制御方法及びその装置 |
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| JP2000343469A JP2000343469A (ja) | 2000-12-12 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-06-01 JP JP11153158A patent/JP3099067B1/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
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|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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