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予測力による拘束軌道作業の制御方法及びそのシステム

国内特許コード P04A006890
整理番号 KN000453
掲載日 2005年3月18日
出願番号 特願平11-174286
公開番号 特開2001-001283
登録番号 特許第3323912号
出願日 平成11年6月21日(1999.6.21)
公開日 平成13年1月9日(2001.1.9)
登録日 平成14年7月5日(2002.7.5)
発明者
  • 若林 幸子
  • 松本 甲太郎
出願人
  • 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
発明の名称 予測力による拘束軌道作業の制御方法及びそのシステム
発明の概要 【課題】 本発明はロボットの拘束軌道作業を実行するシステムにおいて、モデルデータを必要としないで非定型作業一般に適応できる新たな操作法を提供すること、実行すべき入力操作を視覚的に指示する画像を表示する新たな支援方式を提供すること、更に手動操作と機械操作の長所を生かしお互いの問題点を補償するような効率よく組み合わせた支援方式/制御方式の提供を目的課題としている。
【解決手段】 ロボットが操作対象に加える力の作用点の過去の変位履歴情報から現時点における作用点位置と軌道接線ベクトルとを推定すると共に、指令印加力情報から軌道接線ベクトルと一致する方向のベクトル成分を所望量とし直交するベルトル成分を減少させる操作法を自動操作にも機械操作にも採用し、実行すべき操作を入力装置の座標系と一致させて画面表示させる支援方式を採用して、自動操作又は機械操作に切替可能な総合システムとした。
従来技術、競合技術の概要


ロボットによる拘束作業を行う際の従来の操作支援方式及び制御方式には基本的に手動操作時の支援方式とプログラム操作時の制御方式の2方式が採用されている。手動操作は情報の変化に対応できる操作法として有効であるが操作技術の熟練が要求される上、正確で滑らかな作動は難しい。また制御方式は幾何学的な設計値(モデル)に基づいて作動させることが多いため、状況が安定しており型どうりの作業であれば正確で滑らかな作動が実行できる。そして、宇宙ロボット等には作業軌道から外れた方向の力が加わることで生じる過大力を防止する手段としてはコンプライアンス制御等の力制御による過大力緩和機構が採用されていることが多く、本件でもコンプライアンス制御を仮定している。ここで、従来の手動操作時の支援方式とプログラム操作時の制御方式について簡単に説明しておく。
1)手動操作時の支援システム
これはジョイスティツク等の入力装置を使用して人間が拘束作業を直接行う方式である。この場合、操作者は通常カメラ画像やグラフィックシミュレータによる模擬画像を支援画像として利用する。三次元情報を把握するため操作者は複数の視点から作業状況を確認しながら入力を行うのであるが、入力方向を直感的に理解しやすくするために、入力装置自体の動作方向と確認画面の1つにおけるロボットの移動方向を一致させるものであることが多い。
2)プログラム操作時の制御システム
この方式は拘束軌道動作指令の生成方法を予めプログラムしておき、それに基づいて制御するものである。工業用ロボットに代表される部品加工や組み立てといった定型作業については教示が基本であり、その設定プログラムに従って繰り返し実行される単純動作であるが、非定型作業においては、幾何学的な設計値(モデル)に基づき、設計軌道をなぞる指令値を連続的に生成/送信しつつ作業を進めるものとなっている。その際にモデル誤差を考慮し、モデル軌道の始点を調整する等の工夫がなされる場合もあるが、基本的には設計値をもとにした指令生成を行い、制御動作を実行している。

産業上の利用分野


本発明は、主にロボットによる拘束作業における制御方法及びそのシステムに関するものである。ここでいう拘束作業とは、各種作業例えば、展開構造物のような複雑な閉リンク機構を始めとし、押しつけ/挿入等に伴う移動方向の部分的な拘束等の単純な拘束作業を含む。また、軌道が不明または不正確な状況での作業も含まれる。本発明は、作業形態としては工場での部品組立等に見られるような教示等による定型繰り返し作業よりも、非定型作業において連続的に指令値を生成してロボットを操作し、操作結果が連続的にフィードバックされるシステムにおいてより有効に適用される。また、時間遅れを伴う遠隔地作業に適応可能であるため、特に宇宙ロボットによる展開構造物の展開に適用して有効な技術である。

特許請求の範囲 【請求項1】
ロボットによる拘束軌道作業において、ロボットが操作対象に加える力の作用点の過去の変位履歴情報から現時点における作用点位置と軌道接線ベクトルとを推定すると共に、現在指令している印加力情報から現時点の軌道接線ベクトルと一致する方向のベクトル成分を所望量とし、直交するベクトル成分を減少させる操作を時々刻々更新しながら実行する拘束軌道作業における制御方法。

【請求項2】
ロボットによる拘束軌道作業を手動で実行するシステムであって、入力手段と、ロボットが操作対象に加える力の作用点の過去の変位履歴情報から現時点における作用点位置と軌道接線ベクトルとを推定する手段と、現在指令している印加力情報を基に現時点の軌道接線ベクトルと一致する方向のベクトル成分の所望量と、減少させるべき直交するベクトル成分量を演算する手段と、ディスプレイ手段とを備え、操作者が実行すべき入力操作を、入力装置の物理的な座標系に準じてディスプレイに直接画面表示することを特徴とする拘束軌道作業支援システム

【請求項3】
ロボットによる拘束軌道作業を自動で実行するシステムであって、ロボットが操作対象に加える力の作用点の過去の変位履歴情報から現時点における作用点位置と軌道接線ベクトルとを推定する手段と、現在指令している印加力情報から現時点の軌道接線ベクトルと一致する方向のベクトル成分を所望量とし、直交するベクトル成分を減少させる制御値を演算する手段とを備え、実時間で随時計算して自動的に作業を実行することを特徴とする拘束軌道作業操作システム。

【請求項4】
入力手段と指令生成機構とロボットからなるロボットの拘束軌道作業を実行するシステムであって、前記指令生成機構は、ロボットの作用点の過去の軌道情報と操作情報を加工して人間による直接入力の支援を行い入力値を指令値に変換する直接遠隔操作支援機構と、ロボットの作用点の過去の軌道情報と操作情報を加工して指令値の自動生成を行う指令自動生成機構と、両機構の指令を選択/合成する指令切替機構とから構成さ、該指令切替機構は該手動操作支援機構と該指令自動生成機構による指令を相互に切り替えまたは合成することで効率的に作業を行う操作システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP1999174286thum.jpg
出願権利状態 登録
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