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多指ロボットハンドの制御方法及び装置 コモンズ

国内特許コード P07A012636
整理番号 B26P01
掲載日 2008年1月11日
出願番号 特願2003-183586
公開番号 特開2005-014166
登録番号 特許第4206305号
出願日 平成15年6月26日(2003.6.26)
公開日 平成17年1月20日(2005.1.20)
登録日 平成20年10月24日(2008.10.24)
発明者
  • 星野 聖
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 多指ロボットハンドの制御方法及び装置 コモンズ
発明の概要 【課題】遠隔操作装置の構成の如何に係らず各種の多指ロボットハンドを遠隔制御することを可能にした多指ロボットハンドの制御装置を提供する。
【解決手段】サンプリング手段62は、予め定めた時系列関節角度パターンに従って関節角度指令値を入力して多指ロボットハンド1を動作させた状態において、多指ロボットハンド1の動きに倣うように遠隔指令装置を操作したときにn個の出力信号を時系列でm回サンプリングする。偏回帰係数導出手段63は、時系列関節角度パターンと、m組のn個の出力信号とに基づいて重回帰分析を行い、各関節のそれぞれについて偏回帰係数を導出する。重回帰式決定手段64は、各関節毎の偏回帰係数を用いて、各関節毎の関節角度指令値とn個の出力信号との間の対応関係を定める重回帰式を決定する。制御信号発生手段7は、重回帰式を対応関係として、関節角度指令値を求める。
【選択図】 図8
従来技術、競合技術の概要


見まね学習により、人動作をロボットに模倣させようとするときには、人の随意動作による多関節運動軌道を定量的に再現し、ロボットに運動を実現するための制御パラメータを与える必要がある。人腕の制御に関しては、最適化規範の観点から躍度最小モデル[T.Flash及びN.Hoganが“The coordination of arm movements: An experimentally confirmed matchcmatical model,”の名称で1985年発行の「Jurnal of Neuroscience,5」の1688~1703頁に発表した論文]、トルク変化最小モデル[Y.Uno,M.Kawato及びR.Suzukiが、“Formation and control of optimal trajectory in human multijoint arm movements - minimum torque - change model”の名称で1989年に「Biological Cybernetics,61」の第89~101頁に発表した論文]、反射運動の観点から複数の反射運動の組み合わせによるモデル[城間智大,星野聖が、“原始反射の運動解析と人型ロボットアームによる随意運動制御”の名称で2001年発行の「信学技報,vol.101, no.154」の第15~20頁に発表した論文]、[中村仁彦が、“反射行動の重ね合わせ理論とその多指ハンドの反射的把握動作への応用”の名称で1997年に「日本ロボット学会誌,vol.15,no.3」の第448~459頁に発表した論文]、また神経振動子の数学モデルを用いた運動生成モデル[Shinya Kotosaka及びStefan Schaalが、“神経振動子を用いたロボットのリズミックな運動生成”の名称で2001年発行の「日本ロボット学会誌,vol.19,no.5」の第580~583頁に発表した論文]などが提案されている。しかしながら従来は、ロボットハンドに見まね学習をさせる場合、重視すべき制御パラメータは人が決定しなければならなかった。またロボットハンドの多くは、特定の動作のみを目的としているために不必要な部位や自由度をカットされていたり、完全な人型多指ロボットハンドでも重量や大きさから人の手とは大きく異なってるため、個々の多指ロボットハンド毎に専用のデータグローブ等の遠隔操作装置を用意しなければならないのが現状である。

産業上の利用分野


本発明は、多指ロボットハンドの制御方法及び装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
関節角度を指示する関節角度指令値yに応じて動作するアクチュエータを備えたk個(kは正の整数)の関節を有する多指ロボットハンドを、操作者の手に装着されて前記操作者の手の動きに応じてn個(nはkより大きい正の整数)の出力信号xnを出力する遠隔指令装置を用いて制御する方法であって、
前記k個の関節のためのk個の関節角度指令値yそれぞれについて、予め各関節角度指令値yと前記n個の出力信号xnとの間の対応関係を定める対応関係決定ステップと、
前記対応関係決定ステップで定めた前記対応関係と前記n個の出力信号xnとに基づいて前記k個の関節角度指令値yを求めて前記多指ロボットハンドを制御する制御ステップとからなり、
前記対応関係決定ステップは、
前記k個の関節にそれぞれ予め定めた時系列関節角度パターンに従って関節角度指令値を入力して前記多指ロボットハンドを動作させた状態において、前記多指ロボットハンドの動きに倣うように前記操作者に前記遠隔指令装置を操作させて前記n個の出力信号xnを時系列でm回(mはnより大きい正の整数)サンプリングするサンプリングステップと、
前記時系列関節角度パターンと、前記m回のサンプリングにより求めたm組の前記n個の出力信号xnとに基づいて重回帰分析を行い、前記k個の関節のそれぞれについて偏回帰係数を導出する偏回帰係数導出ステップと、
前記偏回帰係数導出ステップに基づいて定めた前記k個の関節毎の前記偏回帰係数を用いて、前記k個の関節毎の前記関節角度指令値yと前記n個の出力信号xnとの間の前記対応関係を定めるk個の重回帰式を決定する重回帰式決定ステップとからなり、
前記制御ステップでは、前記k個の重回帰式を前記対応関係として用いて、前記n個の出力信号xnを入力として前記k個の関節角度指令値yを求めて、前記多指ロボットハンドを、前記操作者の手に装着されて前記操作者の手の動きに応じて前記n個の出力信号xnを出力する遠隔指令装置を用いて制御する方法。

【請求項2】
請求項1に記載の方法であって、前記偏回帰係数導出ステップでは、前記偏回帰係数を導出するために最小二乗法と特異値分解とを用いて前記重回帰分析を行って、前記多指ロボットハンドを、前記操作者の手に装着されて前記操作者の手の動きに応じて前記n個の出力信号xnを出力する遠隔指令装置を用いて制御する方法。

【請求項3】
請求項1に記載の方法であって、前記遠隔指令装置がデータグローブである、前記多指ロボットハンドを、前記操作者の手に装着されて前記操作者の手の動きに応じて前記n個の出力信号xnを出力する遠隔指令装置を用いて制御する方法。

【請求項4】
関節角度を指示する関節角度指令値yに応じて動作するアクチュエータを備えたk個(kは正の整数)の関節を有する多指ロボットハンドを、操作者の手に装着されて前記操作者の手の動きに応じてn個(nはkより大きい正の整数)の出力信号xnを出力する遠隔指令装置を用いて遠隔制御する多指ロボットハンドの制御装置であって、
前記k個の関節のためのk個の関節角度指令値yそれぞれについて、各関節角度指令値yと前記n個の出力信号xnとの間の対応関係を予め定める対応関係決定手段と、
前記対応関係決定手段が定めた前記対応関係と前記n個の出力信号xnとに基づいて前記k個の関節角度指令値yを求め、前記k個の関節角度指令値yを示す制御信号を前記多指ロボットハンドの前記k個の関節に出力する制御信号発生手段とからなり、
前記対応関係決定手段は、
前記k個の関節にそれぞれ予め定めた時系列関節角度パターンに従って関節角度指令値を入力して前記多指ロボットハンドを動作させた状態において、前記多指ロボットハンドの動きに倣うように前記操作者が前記遠隔指令装置を操作したときに前記n個の出力信号xnを時系列でm回(mはnより大きい正の整数)サンプリングするサンプリング手段と、
前記時系列関節角度パターンと、前記m回のサンプリングにより求めたm組の前記n個の出力信号xnとに基づいて重回帰分析を行い、前記k個の関節のそれぞれについて偏回帰係数を導出する偏回帰係数導出手段と、
前記偏回帰係数導出ステップに基づいて定めた前記k個の関節毎の前記偏回帰係数を用いて、前記k個の関節毎の前記関節角度指令値yと前記n個の出力信号xnとの間の前記対応関係を定めるk個の重回帰式を決定する重回帰式決定手段とを備えており、
前記制御信号発生手段は、前記k個の重回帰式を前記対応関係として用いて、前記n個の出力信号xnを入力として前記k個の関節角度指令値yを求め、前記多指ロボットハンドを、前記操作者の手に装着されて前記操作者の手の動きに応じて前記n個の出力信号xnを出力する遠隔指令装置を用いて制御する装置

【請求項5】
請求項4に記載の装置であって、前記偏回帰係数導出手段は、前記偏回帰係数を導出するために最小二乗法と特異値分解とを用いて前記重回帰分析を行う、前記多指ロボットハンドを、前記操作者の手に装着されて前記操作者の手の動きに応じて前記n個の出力信号xnを出力する遠隔指令装置を用いて制御する装置
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2003183586thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) SORST 平成13年度採択課題
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