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位置・力制御装置、位置・力制御方法及びプログラム

国内特許コード P170013977
整理番号 (S2013-1484-N0)
掲載日 2017年4月7日
出願番号 特願2015-537631
出願日 平成26年9月2日(2014.9.2)
国際出願番号 JP2014073083
国際公開番号 WO2015041046
国際出願日 平成26年9月2日(2014.9.2)
国際公開日 平成27年3月26日(2015.3.26)
優先権データ
  • 特願2013-194704 (2013.9.19) JP
発明者
  • 大西 公平
  • 境野 翔
  • 野崎 貴裕
出願人
  • 学校法人慶應義塾
発明の名称 位置・力制御装置、位置・力制御方法及びプログラム
発明の概要 ロボットによって人間の身体的行為をより適切に実現するための技術を提供すること。
アクチュエータの作用に基づく位置に関する情報を検出する位置検出手段と、位置に関する情報に対応する速度(位置)及び力の情報と、制御の基準となる情報とに基づいて、実現される機能に応じて、制御エネルギーを速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとに割り当てる変換を行う機能別力・速度割当変換手段と、速度または位置のエネルギーに基づいて、速度または位置の制御量を算出する位置制御量算出手段と、力のエネルギーに基づいて、力の制御量を算出する力制御量算出手段と、速度または位置の制御量と力の制御量とを統合し、その出力をアクチュエータに戻すべく速度または位置の制御量と力の制御量とを逆変換して、アクチュエータへの入力を決定する統合手段とを備える位置・力制御装置。
従来技術、競合技術の概要


従来、少子高齢化等を背景に、人手と手間のかかる作業をロボットにより代替することが強く求められている。
ところが、従来のロボットの動作は、環境適応性や柔軟性に欠けており、人間の身体的行為を適切に実現するには至っていない。
ここで、マスタ・スレーブシステムにより取得した時系列な位置情報及び力情報を用いてアクチュエータの運動を人工再現する取り組みも行われているが、再現時における機械的インピーダンスが常に一定であり、依然として環境の位置・大きさ・機械的インピーダンスといった環境変動への適応性に欠けている。
なお、マスタ・スレーブシステムによって遠隔制御を行うロボットに関する技術は、例えば特許文献1及び特許文献2に記載されている。

産業上の利用分野


本発明は、制御対象における位置及び力を制御する位置・力制御装置、位置・力制御方法及びプログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
アクチュエータの作用に基づく位置に関する情報を検出する位置検出手段と、
前記位置に関する情報に対応する速度(位置)及び力の情報と、制御の基準となる情報とに基づいて、実現される機能に応じて、制御エネルギーを速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとに割り当てる変換を行う機能別力・速度割当変換手段と、
前記機能別力・速度割当変換手段によって割り当てられた速度または位置のエネルギーに基づいて、速度または位置の制御量を算出する位置制御量算出手段と、
前記機能別力・速度割当変換手段によって割り当てられた力のエネルギーに基づいて、力の制御量を算出する力制御量算出手段と、
前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを統合し、その出力をアクチュエータに戻すべく前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを逆変換して、前記アクチュエータへの入力を決定する統合手段と、
を備えることで、速度または位置のエネルギーと、力のエネルギーとをそれぞれ独立に制御可能としたことを特徴とする位置・力制御装置。

【請求項2】
前記機能別力・速度割当変換手段は、前記実現される機能を複数の機能から選択可能であることを特徴とする請求項1に記載の位置・力制御装置。

【請求項3】
前記機能別力・速度割当変換手段は、前記実現される機能を表す座標変換によって、前記制御エネルギーを前記速度または位置のエネルギー及び前記力のエネルギーに割り当てることを特徴とする請求項1または2に記載の位置・力制御装置。

【請求項4】
前記制御の基準となる情報は、リアルタイムに入力される他の装置におけるアクチュエータの作用に基づく位置に関する情報であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の位置・力制御装置。

【請求項5】
前記制御の基準となる情報は、予め取得された他の装置におけるアクチュエータの作用に基づく位置に関する情報であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の位置・力制御装置。

【請求項6】
前記制御の基準となる情報は、仮想的に生成されたアクチュエータの作用に基づく位置に関する情報であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の位置・力制御装置。

【請求項7】
前記制御の基準となる情報は、ゲームにおける仮想空間内の物体による作用を想定して仮想的に生成されたアクチュエータの作用に基づく位置に関する情報であることを特徴とする請求項6に記載の位置・力制御装置。

【請求項8】
前記機能別力・速度割当変換手段は、鏡像変換を含む変換を行うことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の位置・力制御装置。

【請求項9】
前記機能別力・速度割当変換手段は、位置及び力の少なくとも一方のスケーリングを含む変換を行うことを特徴とする請求項8に記載の位置・力制御装置。

【請求項10】
前記アクチュエータとは異なる他のアクチュエータをさらに備え、
前記アクチュエータはマスタ装置及びスレーブ装置の一方として動作し、前記他のアクチュエータは前記マスタ装置及び前記スレーブ装置の他方として動作し、
前記マスタ装置と前記スレーブ装置は、無線通信によって接続されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の位置・力制御装置。

【請求項11】
1または複数の対象者による動作の前記機能別力・速度割当変換手段、前記位置制御量算出手段及び前記力制御量算出手段の演算内容が蓄積されたデータベースを備えることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の位置・力制御装置。

【請求項12】
前記機能別力・速度割当変換手段は、オフセットを含む変換を行うことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の位置・力制御装置。

【請求項13】
アクチュエータの作用に基づく位置に関する情報を検出する位置検出手段と、
前記位置に関する情報に対応する速度(位置)及び力の情報と、予め取得されている制御の基準となる情報とに基づいて、実現される機能に応じて、制御エネルギーを速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとのうち、少なくとも一方に割り当てる変換を行う機能別力・速度割当変換手段と、
前記機能別力・速度割当変換手段によって割り当てられた速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとのうち、少なくとも一方に基づいて、速度または位置の制御量と力のエネルギーとの少なくとも一方を算出する位置制御量算出手段と、
前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを統合し、その出力をアクチュエータに戻すべく前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを逆変換して、前記アクチュエータへの入力を決定する統合手段と、
を備えることを特徴とする位置・力制御装置。

【請求項14】
アクチュエータの作用に基づく位置に関する情報を検出する位置検出手段と、
前記位置に関する情報に対応する速度(位置)及び力の情報と、制御の基準となる情報とに基づいて、実現される機能に合わせて設定されている変換によって、制御エネルギーを速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとに割り当てる変換を行う機能別力・速度割当変換手段と、
前記機能別力・速度割当変換手段によって割り当てられた速度または位置のエネルギーに基づいて、速度または位置の制御量を算出する位置制御量算出手段と、
前記機能別力・速度割当変換手段によって割り当てられた力のエネルギーに基づいて、力の制御量を算出する力制御量算出手段と、
前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを統合し、その出力をアクチュエータに戻すべく前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを逆変換して、前記アクチュエータへの入力を決定する統合手段と、
前記アクチュエータの出力に、位置、力及び時間の少なくともいずれかのスケーリングを生じさせるスケーリング手段と、
を備えることを特徴とする位置・力制御装置。

【請求項15】
アクチュエータの作用に基づく位置に関する情報を検出する位置検出ステップと、
前記位置に関する情報に対応する速度(位置)及び力の情報と、制御の基準となる情報とに基づいて、実現される機能に応じて、制御エネルギーを速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとに割り当てる変換を行う機能別力・速度割当変換ステップと、
前記機能別力・速度割当変換ステップにおいて割り当てられた速度または位置のエネルギーに基づいて、速度または位置の制御量を算出する位置制御量算出ステップと、
前記機能別力・速度割当変換ステップにおいて割り当てられた力のエネルギーに基づいて、力の制御量を算出する力制御量算出ステップと、
前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを統合し、その出力をアクチュエータに戻すべく前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを逆変換して、前記アクチュエータへの入力を決定する統合ステップと、
を含むことを特徴とする位置・力制御方法。

【請求項16】
アクチュエータの作用に基づく位置に関する情報を検出する位置検出ステップと、
前記位置に関する情報に対応する速度(位置)及び力の情報と、予め取得されている制御の基準となる情報とに基づいて、実現される機能に応じて、制御エネルギーを速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとのうち、少なくとも一方に割り当てる変換を行う機能別力・速度割当変換ステップと、
前記機能別力・速度割当変換ステップにおいて割り当てられた速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとのうち、少なくとも一方に基づいて、速度または位置の制御量と力のエネルギーとの少なくとも一方を算出する位置制御量算出ステップと、
前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを統合し、その出力をアクチュエータに戻すべく前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを逆変換して、前記アクチュエータへの入力を決定する統合ステップと、
を含むことを特徴とする位置・力制御方法。

【請求項17】
アクチュエータの作用に基づく位置に関する情報を検出する位置検出ステップと、
前記位置に関する情報に対応する速度(位置)及び力の情報と、制御の基準となる情報とに基づいて、実現される機能に合わせて設定されている変換によって、制御エネルギーを速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとに割り当てる変換を行う機能別力・速度割当変換ステップと、
前記機能別力・速度割当変換ステップにおいて割り当てられた速度または位置のエネルギーに基づいて、速度または位置の制御量を算出する位置制御量算出ステップと、
前記機能別力・速度割当変換ステップにおいて割り当てられた力のエネルギーに基づいて、力の制御量を算出する力制御量算出ステップと、
前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを統合し、その出力をアクチュエータに戻すべく前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを逆変換して、前記アクチュエータへの入力を決定する統合ステップと、
前記アクチュエータの出力に、位置、力及び時間の少なくともいずれかのスケーリングを生じさせるスケーリングステップと、
を含むことを特徴とする位置・力制御方法。

【請求項18】
コンピュータに、
アクチュエータの作用に基づく位置に関する情報を検出する位置検出機能と、
前記位置に関する情報に対応する速度(位置)及び力の情報と、制御の基準となる情報とに基づいて、実現される機能に応じて、制御エネルギーを速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとに割り当てる変換を行う機能別力・速度割当変換機能と、
前記機能別力・速度割当変換機能によって割り当てられた速度または位置のエネルギーに基づいて、速度または位置の制御量を算出する位置制御量算出機能と、
前記機能別力・速度割当変換機能によって割り当てられた力のエネルギーに基づいて、力の制御量を算出する力制御量算出機能と、
前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを統合し、その出力をアクチュエータに戻すべく前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを逆変換して、前記アクチュエータへの入力を決定する統合機能と、
を実現させることを特徴とするプログラム。

【請求項19】
コンピュータに、
アクチュエータの作用に基づく位置に関する情報を検出する位置検出機能と、
前記位置に関する情報に対応する速度(位置)及び力の情報と、予め取得されている制御の基準となる情報とに基づいて、実現される機能に応じて、制御エネルギーを速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとのうち、少なくとも一方に割り当てる変換を行う機能別力・速度割当変換機能と、
前記機能別力・速度割当変換機能によって割り当てられた速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとのうち、少なくとも一方に基づいて、速度または位置の制御量と力のエネルギーとの少なくとも一方を算出する位置制御量算出機能と、
前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを統合し、その出力をアクチュエータに戻すべく前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを逆変換して、前記アクチュエータへの入力を決定する統合機能と、
を実現させることを特徴とするプログラム。

【請求項20】
コンピュータに、
アクチュエータの作用に基づく位置に関する情報を検出する位置検出機能と、
前記位置に関する情報に対応する速度(位置)及び力の情報と、制御の基準となる情報とに基づいて、実現される機能に合わせて設定されている変換によって、制御エネルギーを速度または位置のエネルギーと力のエネルギーとに割り当てる変換を行う機能別力・速度割当変換機能と、
前記機能別力・速度割当変換機能によって割り当てられた速度または位置のエネルギーに基づいて、速度または位置の制御量を算出する位置制御量算出機能と、
前記機能別力・速度割当変換機能によって割り当てられた力のエネルギーに基づいて、力の制御量を算出する力制御量算出機能と、
前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを統合し、その出力をアクチュエータに戻すべく前記速度または位置の制御量と前記力の制御量とを逆変換して、前記アクチュエータへの入力を決定する統合機能と、
前記アクチュエータの出力に、位置、力及び時間の少なくともいずれかのスケーリングを生じさせるスケーリング機能と、
を実現させることを特徴とするプログラム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 公開
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