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モーション習得システムおよびその制御方法 コモンズ

国内特許コード P110005581
整理番号 6015
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2006-207523
公開番号 特開2008-030167
登録番号 特許第4701400号
出願日 平成18年7月31日(2006.7.31)
公開日 平成20年2月14日(2008.2.14)
登録日 平成23年3月18日(2011.3.18)
発明者
  • 大石 潔
  • 桂 誠一郎
出願人
  • 国立大学法人長岡技術科学大学
発明の名称 モーション習得システムおよびその制御方法 コモンズ
発明の概要

【課題】未知の実環境との安定した接触動作を確立すると共に、人間の指のようなモーションを個々に抽出,保存,再現できるようにする。
【解決手段】ロバスト性を保ちつつ制御剛性をゼロにする加速度制御を、外乱オブザーバにより各ロボットシステムのアクチュエータ1に行なう。アクチュエータ1の外乱加速度θ・・extと加速度応答θ・・resとを、モード加速度変換手段27,28によりモードクオリー行列を用いて直交座標系の非干渉モードにおける加速度外乱m・・extや加速度応答値m・・resに変換する。そして、これらの加速度外乱m・・extや加速度応答値m・・resを基に、非干渉モードの各々に対応した対象物47に対するモーションを抽出する。
【選択図】図4

従来技術、競合技術の概要


近年、ロボットによる低侵襲性外科医療や熟練者のスキル保存といった人間の高度な作業支援のための技術の確立が求められている。こうした要求に対し、画像情報に基づいて人間のスキルを抽出する研究が数多く行なわれているが、環境との接触動作を繰り返し行なうようなタスク(人間の作業内容)の抽出と再現は、力制御に基づく動作が必要であるため困難な状況となっている。



例えば特許文献1には、ワークである皿内面に対しての筆記動作に関する筆記情報とワーク情報を、マスター機構部によって認識すると、コントローラーがスレーブ機構のロボットアームとスレーブ側皿を動作制御して、前記筆記動作を再現させるシステムが開示されている。しかし、これも前記画像情報と同じく、位置情報だけでモーションの抽出と再現を行なおうとしているので、環境との接触・被接触の繰り返し動作を再現することが難しい。

【特許文献1】特開2006-62052号公報

産業上の利用分野


本発明は、例えば熟練者などのモーションの抽出,保存,再現を可能にするモーション習得システムおよびその制御方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ロバスト性を保ちつつ制御剛性をゼロにする加速度制御を、実空間の動作自由度に対応して配置した複数のロボットシステムの各アクチュエータに行なう第1のステップと、
前記各アクチュエータへの外力の等価加速度と当該各アクチュエータの加速度応答とを、モードクオリー行列を用いて直交座標系で定義される各々が独立した非干渉モードの外力の等価加速度と加速度応答に変換する第2のステップと、
前記第2のステップで得た非干渉モードにおける外力の等価加速度と加速度応答とに基づいて、前記非干渉モードの各々に対応した対象物に対するモーションを抽出する第3のステップと、からなることを特徴とするモーション習得システムの制御方法。

【請求項2】
前記ロボットシステムがマスターシステムとスレーブシステムとにより構成され、前記第1のステップで、前記マスターシステムと前記スレーブシステムの各アクチュエータを、前記加速度制御に基づくバイラテラル制御により制御することを特徴とする請求項1記載のモーション習得システムの制御方法。

【請求項3】
前記非干渉モードに変換した加速度情報を保存する第4のステップをさらに含むことを特徴とする請求項1または2記載のモーション習得システムの制御方法。

【請求項4】
前記各非干渉モード毎に、当該非干渉モードにおける外力の等価加速度に対する加速度応答の比を決定し、前記第4のステップで保存した加速度情報に基づく加速度目標値と、前記第2のステップで得た非干渉モードにおける外力の等価加速度または加速度応答との偏差を入力として、前記比に基づき設定した前記非干渉モードにおける加速度制御系からその加速度参照値を算出する第5のステップと、
前記モードクオリー行列の逆行列を用いて、前記非干渉モードにおける加速度参照値を前記各ロボットシステムへの加速度参照値に変換する第6のステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項3記載のモーション習得システムの制御方法。

【請求項5】
前記アクチュエータがリニアアクチュエータであることを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載のモーション習得システムの制御方法。

【請求項6】
ロバスト性を保ちつつ制御剛性をゼロにする加速度制御を、実空間の動作自由度に対応して配置した複数のロボットシステムの各アクチュエータに行なう加速度制御手段と、
前記各アクチュエータへの外力の等価加速度と当該各アクチュエータの加速度応答とを、モードクオリー行列を用いて直交座標系で定義される各々が独立した非干渉モードの等価加速度と加速度応答に変換するモード加速度変換手段と、
前記モード加速度変換手段で得た非干渉モードにおける等価加速度と加速度応答とに基づいて、前記非干渉モードの各々に対応した対象物に対するモーションを抽出するモーション抽出手段と、を備えたことを特徴とするモーション習得システム。

【請求項7】
前記ロボットシステムがマスターシステムとスレーブシステムとにより構成され、前記加速度制御手段は、前記マスターシステムと前記スレーブシステムの各アクチュエータを、前記加速度制御に基づくバイラテラル制御により制御するものであることを特徴とする請求項6記載のモーション習得システム。

【請求項8】
前記非干渉モードに変換した加速度情報を保存する記憶手段をさらに備えたことを特徴とする請求項6または7記載のモーション習得システム。

【請求項9】
前記各非干渉モード毎に、当該非干渉モードにおける外力の等価加速度に対する加速度応答の比を決定し、前記記憶手段に保存される加速度情報に基づく加速度目標値と、前記モード加速度変換手段で得た非干渉モードにおける外力の等価加速度または加速度応答との偏差を入力として、前記比に基づき設定した前記非干渉モードにおける加速度制御系からその加速度参照値を算出するモード加速度算出手段と、
前記モードクオリー行列の逆行列を用いて、前記非干渉モードにおける加速度参照値を各ロボットシステムへの加速度参照値に変換するモード加速度逆変換手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項8記載のモーション習得システム。

【請求項10】
前記アクチュエータがリニアアクチュエータであることを特徴とする請求項6~9のいずれか一つに記載のモーション習得システム。
産業区分
  • その他運輸
  • 制御調整
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2006207523thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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