JP2698660B2 - マニピュレータの制御方法及び制御装置並びにマニピュレータ装置 - Google Patents
マニピュレータの制御方法及び制御装置並びにマニピュレータ装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は産業用および宇宙用のマニピュレータのファ
ジィ制御を行うマニピュレータの制御方法及び制御装置
並びにマニピュレータ装置（システム）に関する。
ジィ制御を行うマニピュレータの制御方法及び制御装置
並びにマニピュレータ装置（システム）に関する。
従来のマニピュレータの制御方法は、マニピュレータ
の先端の位置／姿勢が与えられたときに各関節角を求め
る方法として、R.P.ポール著、吉川恒夫訳「ロボット・
マニピュレータ」（コロナ社昭和59年９月発行）の第３
章に記載のように、幾何的に座標変換を行うものであっ
た。またこれに動特性制御たとえば振動制御を行う場合
にも、特開昭62−235602号公報に記載のように、モデル
を定式化して複雑な式を解いて行うものであった。
の先端の位置／姿勢が与えられたときに各関節角を求め
る方法として、R.P.ポール著、吉川恒夫訳「ロボット・
マニピュレータ」（コロナ社昭和59年９月発行）の第３
章に記載のように、幾何的に座標変換を行うものであっ
た。またこれに動特性制御たとえば振動制御を行う場合
にも、特開昭62−235602号公報に記載のように、モデル
を定式化して複雑な式を解いて行うものであった。
上記従来技術は、マニピュレータの各関節への指令値
を決定するのに膨大な演算を行う必要があるのでサンプ
リングタイムが長くなるという問題があった。また特異
点と呼ばれる演算式の分母が０となる点が存在するので
該特異点における処理が重要な課題となっていた。さら
にマニピュレータのシステムを式で表現しているため環
境条件および制御条件が変わった場合には式を立て直す
必要があるなどの問題があった。
を決定するのに膨大な演算を行う必要があるのでサンプ
リングタイムが長くなるという問題があった。また特異
点と呼ばれる演算式の分母が０となる点が存在するので
該特異点における処理が重要な課題となっていた。さら
にマニピュレータのシステムを式で表現しているため環
境条件および制御条件が変わった場合には式を立て直す
必要があるなどの問題があった。
本発明の目的は少ない演算量で環境条件および制御条
件に柔軟に対応するようにマニピュレータを制御するこ
とのできるマニピュレータの制御方法及び制御装置並び
にマニピュレータ装置を提供するにある。
件に柔軟に対応するようにマニピュレータを制御するこ
とのできるマニピュレータの制御方法及び制御装置並び
にマニピュレータ装置を提供するにある。
上記目的を達成するために、本発明によるマニピュレ
ータの制御方法及び制御装置並びにマニピュレータ装置
は、マニピュレータの関節数より少ない関節数による座
標変換（逆変換）のマトリックス演算を行い、マニピュ
レータ先端の位置／姿勢が与えられたときの当該関節角
度を求め、残りの関節につき関節毎のファジィ推論を行
うと共に、環境条件により対応するべく前記ファジィ推
論には目標値の絶対値に代えてマニピュレータ先端の位
置／姿勢の目標値と現在値との差分を用いて推論を行う
ことにより、各関節角への指令値を決定してマニピュレ
ータのファジィ制御を行うようにしたものである。
ータの制御方法及び制御装置並びにマニピュレータ装置
は、マニピュレータの関節数より少ない関節数による座
標変換（逆変換）のマトリックス演算を行い、マニピュ
レータ先端の位置／姿勢が与えられたときの当該関節角
度を求め、残りの関節につき関節毎のファジィ推論を行
うと共に、環境条件により対応するべく前記ファジィ推
論には目標値の絶対値に代えてマニピュレータ先端の位
置／姿勢の目標値と現在値との差分を用いて推論を行う
ことにより、各関節角への指令値を決定してマニピュレ
ータのファジィ制御を行うようにしたものである。
上記のマニピュレータの制御方法及び制御装置並びに
マニピュレータ装置（システム）は、ファジィ推論が比
較と比例演算のみによって行われるので座標変換のマト
リクス演算に比べて演算量を著しく少なくすることがで
きるとともに、ファジィ推論にはマニピュレータ先端の
目標値と現在値との差分すなわち相対値を用いて推論を
行っているのでアームの変形などの理想状態からの誤差
があっても最終的に目標値に達することが可能になり、
またファジィ推論を行って結果を求めるさいには分数演
算の分母がメンバシップ関数の和のみであるので該メン
バシップ関数の和が零にならないようにルールを決めて
やることにより特異点を全くなくすことができる。
マニピュレータ装置（システム）は、ファジィ推論が比
較と比例演算のみによって行われるので座標変換のマト
リクス演算に比べて演算量を著しく少なくすることがで
きるとともに、ファジィ推論にはマニピュレータ先端の
目標値と現在値との差分すなわち相対値を用いて推論を
行っているのでアームの変形などの理想状態からの誤差
があっても最終的に目標値に達することが可能になり、
またファジィ推論を行って結果を求めるさいには分数演
算の分母がメンバシップ関数の和のみであるので該メン
バシップ関数の和が零にならないようにルールを決めて
やることにより特異点を全くなくすことができる。
以下に本発明の実施例を第１図から第14図により説明
する。
する。
第５図は本発明によるマニピュレータの制御方法及び
制御装置並びにマニピュレータ装置（マニピュレータシ
ステム）の第１の実施例を示すマニピュレータシステム
のシステム構成外観図である。第５図において、本マニ
ピュレータシステムは基本的にマニピュレータ201と、
中央演算装置202と、入出力装置203との３つの部分から
成る。マニピュレータ201は５つの関節と、先端の把持
部306とから成る。501はマニピュレータ201の位置決め
の指標である。
制御装置並びにマニピュレータ装置（マニピュレータシ
ステム）の第１の実施例を示すマニピュレータシステム
のシステム構成外観図である。第５図において、本マニ
ピュレータシステムは基本的にマニピュレータ201と、
中央演算装置202と、入出力装置203との３つの部分から
成る。マニピュレータ201は５つの関節と、先端の把持
部306とから成る。501はマニピュレータ201の位置決め
の指標である。
第２図は第５図のマニピュレータシステムをブレーク
ダウンしたシステム機能ブロック図である。第２図にお
いて、マニピュレータ201の５つの関節にはそれぞれ関
節駆動装置204〜208と、角度センサ210〜214とが内蔵さ
れ、把持部306には把持部駆動装置209が内蔵されてい
る。中央演算装置202は本システムの演算処理を全て行
い、マニピュレータ201の各関節および把持部306への指
令値を出力し、該指令値は入出力装置203を経て関節駆
動装置204〜208および把持部駆動装置209へ入力されて
関節および把持部306を動かす。そのときの各関節の角
度は角度センサ210〜214で検出され、入出力装置203を
経て中央演算装置202へ取り込まれる。
ダウンしたシステム機能ブロック図である。第２図にお
いて、マニピュレータ201の５つの関節にはそれぞれ関
節駆動装置204〜208と、角度センサ210〜214とが内蔵さ
れ、把持部306には把持部駆動装置209が内蔵されてい
る。中央演算装置202は本システムの演算処理を全て行
い、マニピュレータ201の各関節および把持部306への指
令値を出力し、該指令値は入出力装置203を経て関節駆
動装置204〜208および把持部駆動装置209へ入力されて
関節および把持部306を動かす。そのときの各関節の角
度は角度センサ210〜214で検出され、入出力装置203を
経て中央演算装置202へ取り込まれる。
第３図は第５図（第２図）のマニピュレータ201の構
造図である。第３図において、マニピュレータ201の５
つの関節を根元から第１関節301と、第２関節302と、第
３関節303と、第４関節304と、第５関節305とし、マニ
ピュレータ201の先端には作業対象を把持する把持部306
がある。マニピュレータ201の根元から第２関節302まで
のアームの長さa1と、第２関節302から第３関節303まで
のアームの長さa2と、第３関節303から第４関節304まで
のアームの長さa3と、第４関節304からマニピュレータ2
01先端までのアームの長さa4とする。またマニピュレー
タ201の基準座標系のとり方は、紙面に垂直手前にｘ
軸、紙面右側にｙ軸、紙面上方にｚ軸とし、原点をマニ
ピュレータ201の根元に一致するものとする。さらに第
１関節301〜第５関節305各々での角度をθ１〜θ５とす
る。
造図である。第３図において、マニピュレータ201の５
つの関節を根元から第１関節301と、第２関節302と、第
３関節303と、第４関節304と、第５関節305とし、マニ
ピュレータ201の先端には作業対象を把持する把持部306
がある。マニピュレータ201の根元から第２関節302まで
のアームの長さa1と、第２関節302から第３関節303まで
のアームの長さa2と、第３関節303から第４関節304まで
のアームの長さa3と、第４関節304からマニピュレータ2
01先端までのアームの長さa4とする。またマニピュレー
タ201の基準座標系のとり方は、紙面に垂直手前にｘ
軸、紙面右側にｙ軸、紙面上方にｚ軸とし、原点をマニ
ピュレータ201の根元に一致するものとする。さらに第
１関節301〜第５関節305各々での角度をθ１〜θ５とす
る。
第１図は第５図（第２図、第３図）のマニピュレータ
システムの制御系の制御ブロック線図である。第１図に
おいて、マニピュレータ201先端の位置／姿勢の目標値1
06を与えたときに、これよりマニピュレータ先端の位置
／姿勢の現在値110を減ずることにより、マニピュレー
タ先端の位置／姿勢の差分107を得る。差分107よりファ
ジィ推論101を用いてマニピュレータ201の各関節301〜3
05の指令値108を求め、各関節駆動装置204〜208へ入力
してマニピュレータ201を駆動する。このときのマニピ
ュレータ201の各角度センサ210〜214各々で検出された
各関節角度109に座標変換105を施すことにより、上記マ
ニピュレータ先端の位置／姿勢の現在値110を得ること
ができる。
システムの制御系の制御ブロック線図である。第１図に
おいて、マニピュレータ201先端の位置／姿勢の目標値1
06を与えたときに、これよりマニピュレータ先端の位置
／姿勢の現在値110を減ずることにより、マニピュレー
タ先端の位置／姿勢の差分107を得る。差分107よりファ
ジィ推論101を用いてマニピュレータ201の各関節301〜3
05の指令値108を求め、各関節駆動装置204〜208へ入力
してマニピュレータ201を駆動する。このときのマニピ
ュレータ201の各角度センサ210〜214各々で検出された
各関節角度109に座標変換105を施すことにより、上記マ
ニピュレータ先端の位置／姿勢の現在値110を得ること
ができる。
第１図の座標変換105の方法を次に説明する。マニピ
ュレータ201先端の位置は各関節301〜305による回転座
標変換と、関節間のアームの長さによる平行移動とによ
り決定される。従ってマニピュレータ201先端の位置の
ｘ座標Ｘと、ｙ座標Ｙと、ｚ座標Ｚは次の式で与えられ
る。
ュレータ201先端の位置は各関節301〜305による回転座
標変換と、関節間のアームの長さによる平行移動とによ
り決定される。従ってマニピュレータ201先端の位置の
ｘ座標Ｘと、ｙ座標Ｙと、ｚ座標Ｚは次の式で与えられ
る。
Ｘ＝−sinθ１｛a4cos（θ２＋θ３＋θ４） ＋a3cos（θ２＋θ３）＋a2cosθ２｝ Ｙ＝cosθ１｛a4cos（θ２＋θ３＋θ４） ＋a3cos（θ２＋θ３）＋a2cosθ２｝ Ｚ＝a4sin（θ２＋θ３＋θ４） ＋a3sin（θ２＋θ３）＋a2sinθ２＋a1 またマニピュレータ先端の姿勢は把持部306のｘ−ｙ
平面に対する傾角αと、把持部306の軸回り回転角βと
で表すと、次の式となる。
平面に対する傾角αと、把持部306の軸回り回転角βと
で表すと、次の式となる。
α＝θ２＋θ３＋θ４ β＝θ５ 第１図のファジィ推論101の方法を次に説明する。フ
ァジィ推論101は冗長性が高くて種々のファジィルール
を用いることができるが、ここではその一例について説
明を行う。いまマニピュレータ201の先端を第１関節301
より前方で用いるとしたときに、第１関節301について
はｘ軸方向の差分が正で大きければ、第１関節301を正
に大きく回転させると目標に近づく。そして差分が小さ
ければ第１関節301は動かす必要がない。また負で大き
ければ負に大きく回転させるとよい。従ってファジィル
ールを次のように表現する。
ァジィ推論101は冗長性が高くて種々のファジィルール
を用いることができるが、ここではその一例について説
明を行う。いまマニピュレータ201の先端を第１関節301
より前方で用いるとしたときに、第１関節301について
はｘ軸方向の差分が正で大きければ、第１関節301を正
に大きく回転させると目標に近づく。そして差分が小さ
ければ第１関節301は動かす必要がない。また負で大き
ければ負に大きく回転させるとよい。従ってファジィル
ールを次のように表現する。
IF ΔX is PB then Δθ1 is PB IF ΔX is SM then Δθ1 is SM IF ΔX is NB then Δθ1 is NB ここでΔＸはｘ軸方向の差分、Δθ１は第１関節301
への指令値である。またPBは正に大、SMは小さい、NBは
負に大を表す。このときのメンバシップ関数を第４図
（ａ），（ｂ）に示す。
への指令値である。またPBは正に大、SMは小さい、NBは
負に大を表す。このときのメンバシップ関数を第４図
（ａ），（ｂ）に示す。
第４図（ａ），（ｂ）は第１図のファジィ推論101の
メンバシップ関数の形状図で、第４図（ａ）は前件部の
メンバシップ関数、第４図（ｂ）は後件部のメンバシッ
プ関数の形状を示す。第４図（ａ）において、前件部の
PBのメンバシップ関数は差分ΔＸが負ならば０の値をと
り、ΔＸが０〜5cmで比例的に増加し、ΔＸ≧5cmで１と
なる。またSMのメンバシップ関数はΔＸ＝０で１をと
り、ΔＸ＝±5cmへ近づくにつれて０になってゆく。ま
たNBのメンバシップ関数はPBのメンバシップ関数の縦軸
に対称な形をとる。第４図（ｂ）において、後件部のP
B,PM,SM,NM,NBのメンバシップ関数はそれぞれ図示する
ような形をとる。ここでPMは正で中ぐらい、NMは負で中
ぐらいを意味する。
メンバシップ関数の形状図で、第４図（ａ）は前件部の
メンバシップ関数、第４図（ｂ）は後件部のメンバシッ
プ関数の形状を示す。第４図（ａ）において、前件部の
PBのメンバシップ関数は差分ΔＸが負ならば０の値をと
り、ΔＸが０〜5cmで比例的に増加し、ΔＸ≧5cmで１と
なる。またSMのメンバシップ関数はΔＸ＝０で１をと
り、ΔＸ＝±5cmへ近づくにつれて０になってゆく。ま
たNBのメンバシップ関数はPBのメンバシップ関数の縦軸
に対称な形をとる。第４図（ｂ）において、後件部のP
B,PM,SM,NM,NBのメンバシップ関数はそれぞれ図示する
ような形をとる。ここでPMは正で中ぐらい、NMは負で中
ぐらいを意味する。
上記の第４図（ａ）の前件部のPBのメンバシップ関数
をmPB（ΔＸ）、SMのメンバシップ関数をmSM（ΔＸ）、
NBのメンバシップ関数をmNB（ΔＸ）とし、第４図
（ｂ）の後件部のPB,NB,PM,NM,SMの中央値をそれぞれT
PB,TNB,TPM,TNM,TSMとすると、第１関節301への指令値
Δθ１は次式で得られる。
をmPB（ΔＸ）、SMのメンバシップ関数をmSM（ΔＸ）、
NBのメンバシップ関数をmNB（ΔＸ）とし、第４図
（ｂ）の後件部のPB,NB,PM,NM,SMの中央値をそれぞれT
PB,TNB,TPM,TNM,TSMとすると、第１関節301への指令値
Δθ１は次式で得られる。
ここでmPB（ΔＸ）とmNB（ΔＸ）は対称な形をしてい
るため、新たにメンバシップ関数ｍ（ΔＸ）を次のよう
に定義する。
るため、新たにメンバシップ関数ｍ（ΔＸ）を次のよう
に定義する。
このメンバシップ関数ｍ（ΔＸ）を用いると指令値Δ
θ１は次式で与えられる。
θ１は次式で与えられる。
これ以降にメンバシップ関数ｍ（ΔＸ）を用いるもの
とすれば、正のルールのみによってファジィルールが記
述できるため、全ての実施例に対して正のルールのみに
ついて記述するものとする。
とすれば、正のルールのみによってファジィルールが記
述できるため、全ての実施例に対して正のルールのみに
ついて記述するものとする。
つぎに第２関節302についてファジィルールは次のよ
うに表現できる。
うに表現できる。
IF ΔY is PB then Δθ2 is NM IF ΔY is SM then Δθ2 is SM IF ΔZ is PB then Δθ2 is PB IF ΔZ is SM then Δθ2 is SM したがって第２関節302への指令値Δθ２は次式で得
られる。
られる。
ここで差分ΔＺの方をΔＹより重み付けをしたのは、
マニピュレータ201において関節角度θ２はｙ成分より
ｚ成分に大きく影響を与えるこが多いからである。なお
この影響の与え方は角度θ２において異なるので、ファ
ジィルールの前件部にθ２の大小を入れることにより収
束を速くすることもできる。
マニピュレータ201において関節角度θ２はｙ成分より
ｚ成分に大きく影響を与えるこが多いからである。なお
この影響の与え方は角度θ２において異なるので、ファ
ジィルールの前件部にθ２の大小を入れることにより収
束を速くすることもできる。
同様に第３関節303〜第５関節305の指令値Δθ３〜Δ
θ５に対するファジィルールは次のように表現される。
θ５に対するファジィルールは次のように表現される。
IF ΔY is PB then Δθ3 is PB IF ΔY is SM then Δθ3 is SM IF ΔZ is PB then Δθ3 is PM IF ΔZ is SM then Δθ3 is SM IF Δα is PB then Δθ4 is PB IF Δα is SM then Δθ4 is SM IF Δβ is PB then Δθ5 is PB IF Δβ is SM then Δθ5 is SM 上記のファジィ推論101によりマニピュレータ201の各
関節301〜305への指令値108が得られ、マニピュレータ2
01を制御することができる。
関節301〜305への指令値108が得られ、マニピュレータ2
01を制御することができる。
第６図は本発明によりマニピュレータの制御方法及び
制御装置並びにマニピュレータ装置（マニピュレータシ
ステム）の第２の実施例を示すマニピュレータシステム
のシステム構成外観図である。第６図において、601は
６関節を持つマニピュレータであって、マニピュレータ
先端には把持部603が付いており、把持部603とマニピュ
レータ601との間には力／トルクセンサ602があり、把持
部603にかかる力／トルクを検出することができる。604
は中央演算装置で本システムの演算処理を全て行う。60
5は入出力装置で中央演算装置604とマニピュレータ601
との入出力を仲介する。608は作業対象である。606はTV
カメラ（１）で把持部603と作業対象608のｙ方向距離お
よびロール角偏位を検出する。607はTVカメラ（２）で
把持部603と作業対象608のx,z方向距離およびピッチ
角、ヨー角を検出する。
制御装置並びにマニピュレータ装置（マニピュレータシ
ステム）の第２の実施例を示すマニピュレータシステム
のシステム構成外観図である。第６図において、601は
６関節を持つマニピュレータであって、マニピュレータ
先端には把持部603が付いており、把持部603とマニピュ
レータ601との間には力／トルクセンサ602があり、把持
部603にかかる力／トルクを検出することができる。604
は中央演算装置で本システムの演算処理を全て行う。60
5は入出力装置で中央演算装置604とマニピュレータ601
との入出力を仲介する。608は作業対象である。606はTV
カメラ（１）で把持部603と作業対象608のｙ方向距離お
よびロール角偏位を検出する。607はTVカメラ（２）で
把持部603と作業対象608のx,z方向距離およびピッチ
角、ヨー角を検出する。
第７図は第６図のマニピュレータシステムをブレーク
ダウンしたシステム機能ブロック図である。第７図にお
いて、マニピュレータ601の６つの関節にはそれぞれ関
節駆動装置701〜706と、角度センサ708〜713とが内蔵さ
れ、把持部603には把持部駆動装置714が内蔵されてい
る。中央演算装置604は本システムの演算処理を全て行
い、マニピュレータ601の各関節および把持部603の指令
値を出力し、該指令値は入出力装置605を経て関節駆動
装置701〜706および把持部714へ入力されて、関節およ
び把持部603を動かす。そのときの各関節の角度は角度
センサ708〜713で検出し、入出力装置605を経て中央演
算装置604へ取り込む。また力／トルクセンサ602と、TV
カメラ（１）606と、TVカメラ（２）607の信号も入出力
装置605を経て中央演算装置604へ取り込む。
ダウンしたシステム機能ブロック図である。第７図にお
いて、マニピュレータ601の６つの関節にはそれぞれ関
節駆動装置701〜706と、角度センサ708〜713とが内蔵さ
れ、把持部603には把持部駆動装置714が内蔵されてい
る。中央演算装置604は本システムの演算処理を全て行
い、マニピュレータ601の各関節および把持部603の指令
値を出力し、該指令値は入出力装置605を経て関節駆動
装置701〜706および把持部714へ入力されて、関節およ
び把持部603を動かす。そのときの各関節の角度は角度
センサ708〜713で検出し、入出力装置605を経て中央演
算装置604へ取り込む。また力／トルクセンサ602と、TV
カメラ（１）606と、TVカメラ（２）607の信号も入出力
装置605を経て中央演算装置604へ取り込む。
第８図は第６図（第７図）のマニピュレータ601の構
造図である。第３図において、マニピュレータ601の６
つの関節を根元から第１関節801、第２関節802、第３関
節803、第４関節804、第５関節805、第６関節806とし、
マニピュレータ601の先端には把持部603がある。またマ
ニピュレータ601の基準座標系のx,y,z軸を図示のように
とり、原点をマニピュレータ601の根本に一致するもの
とする。第１関節801〜第６関節806各々での角度をθ１
〜θ６とする。
造図である。第３図において、マニピュレータ601の６
つの関節を根元から第１関節801、第２関節802、第３関
節803、第４関節804、第５関節805、第６関節806とし、
マニピュレータ601の先端には把持部603がある。またマ
ニピュレータ601の基準座標系のx,y,z軸を図示のように
とり、原点をマニピュレータ601の根本に一致するもの
とする。第１関節801〜第６関節806各々での角度をθ１
〜θ６とする。
第７図（第８図）の制御系について次に説明する。ま
ずマニピュレータ601を目標値に近づけるために、ある
程度に目標値の近くまでは先に第１図の第１の実施例に
示した制御系と同様の方法で接近する。このときマニピ
ュレータ601は６関節801〜806をもっているため、ファ
ジィ推論のファジィルールは次のようになる。
ずマニピュレータ601を目標値に近づけるために、ある
程度に目標値の近くまでは先に第１図の第１の実施例に
示した制御系と同様の方法で接近する。このときマニピ
ュレータ601は６関節801〜806をもっているため、ファ
ジィ推論のファジィルールは次のようになる。
IF ΔX is PB then Δθ1 is PB IF ΔX is SM then Δθ1 is SM IF θ2 is SM and ΔY is PB then Δθ2 is NM IF θ2 is SM and ΔY is SM then Δθ2 is SM IF θ2 is SM and ΔZ is PB then Δθ2 is PB IF θ2 is SM and ΔZ is SM then Δθ2 is SM IF θ2 is PB and ΔY is PB then Δθ2 is NB IF θ2 is PB and ΔY is SM then Δθ2 is SM IF θ2 is PB and ΔZ is PB then Δθ2 is PB IF θ2 is PB and ΔZ is SM then Δθ2 is SM IF ΔY is PB then Δθ3 is PB IF ΔY is SM then Δθ3 is SM IF ΔZ is PB then Δθ3 is PM IF ΔZ is SM then Δθ3 is SM IF Δα−Δγ is PB then Δθ4 is NB IF Δα−Δγ is SM then Δθ4 is SM IF Δα is PB then Δθ5 is PB IF Δα is SM then Δθ5 is SM IF Δβ is PB then Δθ6 is PB IF Δβ is SM then Δθ6 is SM ここでX,Y,Z,α，β，θ１〜θ５は第１図〜第５図の
第１の実施例に準じる。またγはマニピュレータ601先
端の姿勢を表すパラメータの１つで、ここではｘ−ｙ平
面への射影がｙ軸となす角度をとる。θ６はマニピュレ
ータ601の第６関節806の角度である。ここでファジィル
ールは正のものに関してのみ表示した。
第１の実施例に準じる。またγはマニピュレータ601先
端の姿勢を表すパラメータの１つで、ここではｘ−ｙ平
面への射影がｙ軸となす角度をとる。θ６はマニピュレ
ータ601の第６関節806の角度である。ここでファジィル
ールは正のものに関してのみ表示した。
つぎにある程度まで目標値に近づいた後には、ΔX,Δ
Y,ΔZ,Δα，Δβ，ΔγはTVカメラ（１）606と、TVカ
メラ（２）607からの信号に切り換える。このときの制
御系を第９図に示す。第９図は第６図（第７図，第８
図）のマニピュレータシステムの制御系の制御ブロック
線図である。第９図において、901はファジィ推論、902
は画像処理、903はマニピュレータ先端の位置／姿勢の
差分、904はマニピュレータ各関節への指令値、905はマ
ニピュレータ各関節の角度、906はマニピュレータ先端
の力／トルク、907は手先座標系の力／トルク、908は座
標変換、909は力／トルクの差分、910は力／トルク目標
値、911は映像信号である。第９図の第１図との主な違
いはマニピュレータ601先端の位置／姿勢の差分903をTV
カメラ606,607の映像信号911に画像処理902を施して得
る点である。
Y,ΔZ,Δα，Δβ，ΔγはTVカメラ（１）606と、TVカ
メラ（２）607からの信号に切り換える。このときの制
御系を第９図に示す。第９図は第６図（第７図，第８
図）のマニピュレータシステムの制御系の制御ブロック
線図である。第９図において、901はファジィ推論、902
は画像処理、903はマニピュレータ先端の位置／姿勢の
差分、904はマニピュレータ各関節への指令値、905はマ
ニピュレータ各関節の角度、906はマニピュレータ先端
の力／トルク、907は手先座標系の力／トルク、908は座
標変換、909は力／トルクの差分、910は力／トルク目標
値、911は映像信号である。第９図の第１図との主な違
いはマニピュレータ601先端の位置／姿勢の差分903をTV
カメラ606,607の映像信号911に画像処理902を施して得
る点である。
第９図のマニピュレータ601の位置決めのみを制御す
るときには、ファジィ推論901は上記したものをそのま
ま利用すればよいが、ここでは力／トルク制御も含めた
コンプライアントモーションを行うため、ファジィ推論
901に力／トルクの差分909に基づく推論を追加する。こ
の力／トルクの差分909は次の手順で求める。まず力／
トルクセンサ602から出力される手先座標系の力／トル
ク信号907に座標変換908を施すことにより、x,y,z軸方
向の力FX,FY,FZとα，β，γに対応するトルクτα，τ
β，τγを持つマニピュレータ601先端の力／トルク906
を得る。この力／トルク906を力／トルク目標値910から
減ずることにより力／トルクの差分909を得る。
るときには、ファジィ推論901は上記したものをそのま
ま利用すればよいが、ここでは力／トルク制御も含めた
コンプライアントモーションを行うため、ファジィ推論
901に力／トルクの差分909に基づく推論を追加する。こ
の力／トルクの差分909は次の手順で求める。まず力／
トルクセンサ602から出力される手先座標系の力／トル
ク信号907に座標変換908を施すことにより、x,y,z軸方
向の力FX,FY,FZとα，β，γに対応するトルクτα，τ
β，τγを持つマニピュレータ601先端の力／トルク906
を得る。この力／トルク906を力／トルク目標値910から
減ずることにより力／トルクの差分909を得る。
つぎにコンプライアントモーションを行うために、フ
ァジィ推論901に追加すべきルールを示す。ここで便宜
上、 ΔX is SM and ΔY is SM and ΔZ is SM and Δα is SM and Δβ is SM and Δγ is SM を、 ΔTCP is SM と表現すると、 IF ΔTCP is SM and ΔFX is PB then Δθ1 is PB IF ΔTCP is SM and ΔFX is SM then Δθ1 is SM IF ΔTCP is SM and ΔFY is PB then Δθ2 is NM IF ΔTCP is SM and ΔFY is SM then Δθ2 is SM IF ΔTCP is SM and ΔFZ is PB then Δθ2 is PB IF ΔTCP is SM and ΔFZ is SM then Δθ2 is SM IF ΔTCP is SM and ΔFY is PB then Δθ3 is PB IF ΔTCP is SM and ΔFY is SM then Δθ3 is SM IF ΔTCP is SM and ΔFZ is PB then Δθ3 is PM IF ΔTCP is SM and ΔFZ is SM then Δθ3 is SM IF ΔTCP is SM and Δτα-Δτγ is PB t
hen Δθ4 is NB IF ΔTCP is SM and Δτα-Δτγ is SM t
hen Δθ4 is SM IF ΔTCP is SM and Δτα is PB then Δθ5 is PB IF ΔTCP is SM and Δτα is SM then Δθ5 is SM IF ΔTCP is SM and Δτβ is PB then Δθ6 is PB IF ΔTCP is SM and Δτβ is SM then Δθ6 is SM となる。
ァジィ推論901に追加すべきルールを示す。ここで便宜
上、 ΔX is SM and ΔY is SM and ΔZ is SM and Δα is SM and Δβ is SM and Δγ is SM を、 ΔTCP is SM と表現すると、 IF ΔTCP is SM and ΔFX is PB then Δθ1 is PB IF ΔTCP is SM and ΔFX is SM then Δθ1 is SM IF ΔTCP is SM and ΔFY is PB then Δθ2 is NM IF ΔTCP is SM and ΔFY is SM then Δθ2 is SM IF ΔTCP is SM and ΔFZ is PB then Δθ2 is PB IF ΔTCP is SM and ΔFZ is SM then Δθ2 is SM IF ΔTCP is SM and ΔFY is PB then Δθ3 is PB IF ΔTCP is SM and ΔFY is SM then Δθ3 is SM IF ΔTCP is SM and ΔFZ is PB then Δθ3 is PM IF ΔTCP is SM and ΔFZ is SM then Δθ3 is SM IF ΔTCP is SM and Δτα-Δτγ is PB t
hen Δθ4 is NB IF ΔTCP is SM and Δτα-Δτγ is SM t
hen Δθ4 is SM IF ΔTCP is SM and Δτα is PB then Δθ5 is PB IF ΔTCP is SM and Δτα is SM then Δθ5 is SM IF ΔTCP is SM and Δτβ is PB then Δθ6 is PB IF ΔTCP is SM and Δτβ is SM then Δθ6 is SM となる。
上記のようにマニピュレータの制御にファジィ推論を
導入した場合には、制御したい内容を追加する際にそれ
までのルールを変更することなく、これに新しいルール
を追加することにより必要な制御を実現することができ
る。したがって必要に応じて動特性を考慮した制御と、
消費電力を下げることを目的とした制御と、アームの振
動を抑制した制御などもルールの追加を行うだけで容易
に実現することができる。
導入した場合には、制御したい内容を追加する際にそれ
までのルールを変更することなく、これに新しいルール
を追加することにより必要な制御を実現することができ
る。したがって必要に応じて動特性を考慮した制御と、
消費電力を下げることを目的とした制御と、アームの振
動を抑制した制御などもルールの追加を行うだけで容易
に実現することができる。
第10図は本発明によるマニピュレータの制御方法及び
制御装置並びにマニピュレータ装置（マニピュレータシ
ステム）の第３の実施例を示す冗長自由度を持った７関
節のマニピュレータの構造図である。第10図において、
1000はマニピュレータ、1001〜1007は第１関節〜第７関
節、1008は把持部、1009は超音波センサ、θ１〜θ７は
各関節1001〜1007の角度である。このマニピュレータ10
00は７関節1001〜1007のどれか１つが故障しても、残り
の６つの関節でなるべく広い動作範囲を持つように、７
つの関節1001〜1007の配置を工夫している。マニピュレ
ータ1000の先端に把持部1008の把持対象物までの距離と
把持方向を測定するための超音波センサ1009が取り付け
てある。
制御装置並びにマニピュレータ装置（マニピュレータシ
ステム）の第３の実施例を示す冗長自由度を持った７関
節のマニピュレータの構造図である。第10図において、
1000はマニピュレータ、1001〜1007は第１関節〜第７関
節、1008は把持部、1009は超音波センサ、θ１〜θ７は
各関節1001〜1007の角度である。このマニピュレータ10
00は７関節1001〜1007のどれか１つが故障しても、残り
の６つの関節でなるべく広い動作範囲を持つように、７
つの関節1001〜1007の配置を工夫している。マニピュレ
ータ1000の先端に把持部1008の把持対象物までの距離と
把持方向を測定するための超音波センサ1009が取り付け
てある。
第11図は第10図のマニピュレータシステムの制御系の
制御ブロック線図である。第11図において、超音波セン
サ1118（1009）によりマニピュレータ先端の把持部1008
の把持対象物との距離／把持方向1123を検出し、これに
座標変換1103を施すことによりマニピュレータ先端の位
置／姿勢の差分1119を得て、これに基づきファジィ推論
1101を行う。またマニピュレータ1000は第７関節1001〜
1007あるため、マニピュレータ先端の位置／姿勢を目標
値に一致させるほか、もう１つ幾何的に自由にできる要
素がある。それよりここでは関節の故障対策のほかに障
害物回避の点から第４関節1004と障害物との距離をなる
べく大きくするという目標を設定する。したがってマニ
ピュレータ1000の各関節1001〜1007の角度センサ1111〜
1117で検出した各関節角1121に座標変換1102を施して、
第４関節1004の位置1122を求め、障害物位置1125とこの
第４関節の位置1122との差から障害物と第４関節1004と
の距離1124を得て、これをファジィ推論1101の試料とし
て入力する。またマニピュレータ1000の各関節の状態に
よってファジィルールを変えたいので、ファジィ推論11
01にはマニピュレータ1000の各関節角1121を入力する。
上記のパラメータに基づいてファジィ推論1101を行い、
マニピュレータ1000の各関節1001〜1007への指令値1120
を求め、各関節の関節駆動装置1104〜1110を駆動させ
る。
制御ブロック線図である。第11図において、超音波セン
サ1118（1009）によりマニピュレータ先端の把持部1008
の把持対象物との距離／把持方向1123を検出し、これに
座標変換1103を施すことによりマニピュレータ先端の位
置／姿勢の差分1119を得て、これに基づきファジィ推論
1101を行う。またマニピュレータ1000は第７関節1001〜
1007あるため、マニピュレータ先端の位置／姿勢を目標
値に一致させるほか、もう１つ幾何的に自由にできる要
素がある。それよりここでは関節の故障対策のほかに障
害物回避の点から第４関節1004と障害物との距離をなる
べく大きくするという目標を設定する。したがってマニ
ピュレータ1000の各関節1001〜1007の角度センサ1111〜
1117で検出した各関節角1121に座標変換1102を施して、
第４関節1004の位置1122を求め、障害物位置1125とこの
第４関節の位置1122との差から障害物と第４関節1004と
の距離1124を得て、これをファジィ推論1101の試料とし
て入力する。またマニピュレータ1000の各関節の状態に
よってファジィルールを変えたいので、ファジィ推論11
01にはマニピュレータ1000の各関節角1121を入力する。
上記のパラメータに基づいてファジィ推論1101を行い、
マニピュレータ1000の各関節1001〜1007への指令値1120
を求め、各関節の関節駆動装置1104〜1110を駆動させ
る。
第11図のファジィ推論1101のファジィルールの立て方
を次に説明する。このときのファジィルールの立て方は
基本的には上記の第１の実施例および第２の実施例と同
様であるが、マニピュレータ1000の第１〜第３関節1001
〜1003に対してはマニピュレータ先端の位置の差分を小
さくするようにファジィルールを立て、第５〜第７関節
1005〜1007に対してはマニピュレータ先端の姿勢の差分
を小さくするようにファジィルールを立てる。また第４
関節1004に対してはマニピュレータ1000の先端の位置／
姿勢の差分1119の両方を小さくするようにファジィルー
ルを立てることにより、マニピュレータ1000の第１〜第
７関節1001〜1007の関節駆動装置1104〜1110のいずれか
１つが故障して動かなくなっても、マニピュレータ1000
の先端の位置／姿勢を目標値に一致させることができ
る。さらに障害物回避のためのファジィルールとして
は、第２関節1002に対して障害物と第４関節1004との距
離1124のうちのy,z成分を大きくするようにファジィル
ールを追加する。ここではそのファジィルールを次のよ
うに立てる。
を次に説明する。このときのファジィルールの立て方は
基本的には上記の第１の実施例および第２の実施例と同
様であるが、マニピュレータ1000の第１〜第３関節1001
〜1003に対してはマニピュレータ先端の位置の差分を小
さくするようにファジィルールを立て、第５〜第７関節
1005〜1007に対してはマニピュレータ先端の姿勢の差分
を小さくするようにファジィルールを立てる。また第４
関節1004に対してはマニピュレータ1000の先端の位置／
姿勢の差分1119の両方を小さくするようにファジィルー
ルを立てることにより、マニピュレータ1000の第１〜第
７関節1001〜1007の関節駆動装置1104〜1110のいずれか
１つが故障して動かなくなっても、マニピュレータ1000
の先端の位置／姿勢を目標値に一致させることができ
る。さらに障害物回避のためのファジィルールとして
は、第２関節1002に対して障害物と第４関節1004との距
離1124のうちのy,z成分を大きくするようにファジィル
ールを追加する。ここではそのファジィルールを次のよ
うに立てる。
IF ΔY is SM then Δθ4 is PM IF ΔY is PB then Δθ4 is SM IF ΔY is NB then Δθ4 is SM IF ΔZ is PS then Δθ4 is NB IF ΔZ is PB then Δθ4 is SM IF ΔZ is NS then Δθ4 is PB IF ΔZ is NB then Δθ4 is SM ここでPSは正で小さい、NSは負で小さいを表すメンバ
シップ関数である。
シップ関数である。
なお第１〜第７関節1001〜1007のいずれかが故障した
際には、マニピュレータ1000の先端の位置／姿勢を目標
値に確実に一致させたい場合に上記の７つのルールは取
り除く。
際には、マニピュレータ1000の先端の位置／姿勢を目標
値に確実に一致させたい場合に上記の７つのルールは取
り除く。
第12図は本発明によるマニピュレータの制御方法及び
制御装置並びにマニピュレータ装置（マニピュレータシ
ステム）の第４の実施例を示すマスタスレーブマニピュ
レータシステムのシステム構成図である。第12図におい
て、中央演算装置1201は本システムの演算処理を全てと
りしきる。この中央演算装置1201よりマスタアーム1204
の各関節への指令値を出力し、マスタアーム入出力装置
1202を経てマスタアーム1204の各関節を駆動する。この
ときの各関節角度は関節角センサにより検出し、マスタ
アーム入出力装置1202を経て中央演算装置1201へ取り込
む。力／トルクについても同様にマスタアーム1204の先
端に取り付けられた力／トルクセンサ1206により検出
し、マスタアーム入出力装置1202を経て力／トルク信号
を取り込む。
制御装置並びにマニピュレータ装置（マニピュレータシ
ステム）の第４の実施例を示すマスタスレーブマニピュ
レータシステムのシステム構成図である。第12図におい
て、中央演算装置1201は本システムの演算処理を全てと
りしきる。この中央演算装置1201よりマスタアーム1204
の各関節への指令値を出力し、マスタアーム入出力装置
1202を経てマスタアーム1204の各関節を駆動する。この
ときの各関節角度は関節角センサにより検出し、マスタ
アーム入出力装置1202を経て中央演算装置1201へ取り込
む。力／トルクについても同様にマスタアーム1204の先
端に取り付けられた力／トルクセンサ1206により検出
し、マスタアーム入出力装置1202を経て力／トルク信号
を取り込む。
またスレーブアーム1205についても同様に中央演算装
置1201より出力した指令値はスレーブアーム入出力装置
1203を経てスレーブアーム1205の各関節を駆動する。こ
のときの関節角センサにより検出した各関節角度はスレ
ーブアーム入出力装置1203を経て中央演算装置1201へ取
り込む。力／トルクはスレーブアーム1205の先端に取り
付けた力／トルクセンサ1207により検出し、力／トルク
信号をスレーブアーム入出力装置1203を経て中央演算装
置1201へ取り込む。なおマスタアーム1204とスレーブア
ーム1205は共に関節が６つずつあるため、上記の各関節
への指令値と各関節角度は共に６種ずつある。
置1201より出力した指令値はスレーブアーム入出力装置
1203を経てスレーブアーム1205の各関節を駆動する。こ
のときの関節角センサにより検出した各関節角度はスレ
ーブアーム入出力装置1203を経て中央演算装置1201へ取
り込む。力／トルクはスレーブアーム1205の先端に取り
付けた力／トルクセンサ1207により検出し、力／トルク
信号をスレーブアーム入出力装置1203を経て中央演算装
置1201へ取り込む。なおマスタアーム1204とスレーブア
ーム1205は共に関節が６つずつあるため、上記の各関節
への指令値と各関節角度は共に６種ずつある。
第13図は第12図のマニピュレータシステムをブレーク
ダウンしたシステム機能ブロック図である。第13図にお
いて、マスタアーム1204の第１〜第６関節にはそれぞれ
関節駆動装置1301〜1306が取り付けられ、マスタアーム
1204の各関節を駆動する。そのときの各関節角度は同じ
く第１〜第６関節に取り付けられた角度センサ1307〜13
12により検出する。同様にスレーブアームの第１〜第６
関節にはそれぞれ関節駆動装置1314〜1319が取り付けら
れ、スレーブアーム1205の各関節を駆動し、そのときの
関節角度を角度センサ1320〜1325により検出する。
ダウンしたシステム機能ブロック図である。第13図にお
いて、マスタアーム1204の第１〜第６関節にはそれぞれ
関節駆動装置1301〜1306が取り付けられ、マスタアーム
1204の各関節を駆動する。そのときの各関節角度は同じ
く第１〜第６関節に取り付けられた角度センサ1307〜13
12により検出する。同様にスレーブアームの第１〜第６
関節にはそれぞれ関節駆動装置1314〜1319が取り付けら
れ、スレーブアーム1205の各関節を駆動し、そのときの
関節角度を角度センサ1320〜1325により検出する。
第14図は第12図（第13図）のマニピュレータシステム
の制御系の制御ブロック線図である。本システムの制御
系は基本的には力帰還型バイラテラル制御を行ってい
る。まず操作者がマスタアーム1204を操縦すると、その
ときのマスタアーム1204の角度センサ1307〜1312からの
関節角度1407に座標変換（Ｉ）1401を施すことにより、
マスタアーム先端の位置／姿勢1408を得る。またそのと
きのスレーブアーム1205の角度センサ1320〜1325からの
関節角度1409に座標変換（II）1402を施すことにより、
スレーブアーム先端の位置／姿勢1410を得る。このマス
タスレーブマニピュレータの目的はスレーブアーム1205
がマスタアーム1204の先端の位置／姿勢に一致もしくは
準じて動くことであるから、マスタアーム先端の位置／
姿勢1408とスレーブアーム先端の位置／姿勢1410を一致
させなければならない。したがってその位置／姿勢1408
から位置／姿勢1410を減算することにより、スレーブア
ーム1205が動くべき位置／姿勢の差分1411が得られる。
これに基づいて上記の第６図（第９図）の第２の実施例
のマニピュレータ601先端の位置／姿勢に関するファジ
ィルールに準ずるファジィ推論1403を行い、スレーブア
ーム1205の各関節への指令値1412を経て、スレーブアー
ム1205の各関節の関節駆動装置1314〜1319を駆動し、ス
レーブアーム1205を動かす。
の制御系の制御ブロック線図である。本システムの制御
系は基本的には力帰還型バイラテラル制御を行ってい
る。まず操作者がマスタアーム1204を操縦すると、その
ときのマスタアーム1204の角度センサ1307〜1312からの
関節角度1407に座標変換（Ｉ）1401を施すことにより、
マスタアーム先端の位置／姿勢1408を得る。またそのと
きのスレーブアーム1205の角度センサ1320〜1325からの
関節角度1409に座標変換（II）1402を施すことにより、
スレーブアーム先端の位置／姿勢1410を得る。このマス
タスレーブマニピュレータの目的はスレーブアーム1205
がマスタアーム1204の先端の位置／姿勢に一致もしくは
準じて動くことであるから、マスタアーム先端の位置／
姿勢1408とスレーブアーム先端の位置／姿勢1410を一致
させなければならない。したがってその位置／姿勢1408
から位置／姿勢1410を減算することにより、スレーブア
ーム1205が動くべき位置／姿勢の差分1411が得られる。
これに基づいて上記の第６図（第９図）の第２の実施例
のマニピュレータ601先端の位置／姿勢に関するファジ
ィルールに準ずるファジィ推論1403を行い、スレーブア
ーム1205の各関節への指令値1412を経て、スレーブアー
ム1205の各関節の関節駆動装置1314〜1319を駆動し、ス
レーブアーム1205を動かす。
これに対してマスタアーム1204の駆動はスレーブアー
ム1205が受けている力を操作者に伝えるため次のように
行う。まずマスタアーム1204先端に取り付けた力／トル
クセンサ1206の力／トルク信号1413は力／トルクセンサ
1206自身の座標系すなわちマスタアーム1204の手先座標
系で表現された力／トルクであり、これに座標変換（II
I）を施してマスタアーム基準座標系で表わした力／ト
ルク1414を得る。これと同様にスレーブアーム1205の力
／トルクセンサ1207からのスレーブアーム手先座標系で
表現された力／トルク信号1415に座標変換（IV）1405を
施し、スレーブアーム1205先端にかかる力／トルクをス
レーブアーム基準座標系で表した力／トルク1416を得
る。この力／トルク1416から力／トルク1414を減ずるこ
とにより、力／トルクの差分1417を得る。これに基づい
て上記の第２の実施例の力／トルクに関するファジィル
ールに準ずるファジィ推論1406を行い、マスタアーム12
04の各関節への指令値1418を得て、各関節の関節駆動装
置1301〜1306を駆動し、マスタアーム1204を動かす。
ム1205が受けている力を操作者に伝えるため次のように
行う。まずマスタアーム1204先端に取り付けた力／トル
クセンサ1206の力／トルク信号1413は力／トルクセンサ
1206自身の座標系すなわちマスタアーム1204の手先座標
系で表現された力／トルクであり、これに座標変換（II
I）を施してマスタアーム基準座標系で表わした力／ト
ルク1414を得る。これと同様にスレーブアーム1205の力
／トルクセンサ1207からのスレーブアーム手先座標系で
表現された力／トルク信号1415に座標変換（IV）1405を
施し、スレーブアーム1205先端にかかる力／トルクをス
レーブアーム基準座標系で表した力／トルク1416を得
る。この力／トルク1416から力／トルク1414を減ずるこ
とにより、力／トルクの差分1417を得る。これに基づい
て上記の第２の実施例の力／トルクに関するファジィル
ールに準ずるファジィ推論1406を行い、マスタアーム12
04の各関節への指令値1418を得て、各関節の関節駆動装
置1301〜1306を駆動し、マスタアーム1204を動かす。
なお上記の実施例ではマトリクス演算に代えて全てフ
ァジィ推論を用いてファジィ制御を行っており、このフ
ァジィ制御だけで例えば６関節の制御が可能であるが、
従来のマトリクス演算と本ファジィ推論とを組み合せた
制御を行うことができ、これによりマニピュレータの関
節数より少ない関節数による座標変換（逆変換）のマト
リクス演算を行い、マニピュレータ先端の位置／姿勢が
与えられたときの当該関節角を求め、残りの関節につき
関節毎の本ファジィ推論を行うようにすることができ
る。上記マニピュレータの関節数より少ない関節数が零
の場合はファジィ制御だけとなる。
ァジィ推論を用いてファジィ制御を行っており、このフ
ァジィ制御だけで例えば６関節の制御が可能であるが、
従来のマトリクス演算と本ファジィ推論とを組み合せた
制御を行うことができ、これによりマニピュレータの関
節数より少ない関節数による座標変換（逆変換）のマト
リクス演算を行い、マニピュレータ先端の位置／姿勢が
与えられたときの当該関節角を求め、残りの関節につき
関節毎の本ファジィ推論を行うようにすることができ
る。上記マニピュレータの関節数より少ない関節数が零
の場合はファジィ制御だけとなる。
本発明によれば、マニピュレータの少ない演算での確
実なファジィ制御を行えるので、計算機の性能を上げる
ことなく高級な制御を行うことができる。またファジィ
ルールを追加するだけで種々の環境条件や制御条件での
問題に対応してゆけるので、拡張性に優れている。さら
に冗長自由度マニピュレータへの用い方をすれば１つの
関節が故障しても、支障をきたすことなくマニピュレー
タ先端の位置決めを行うことができるなどの効果があ
る。
実なファジィ制御を行えるので、計算機の性能を上げる
ことなく高級な制御を行うことができる。またファジィ
ルールを追加するだけで種々の環境条件や制御条件での
問題に対応してゆけるので、拡張性に優れている。さら
に冗長自由度マニピュレータへの用い方をすれば１つの
関節が故障しても、支障をきたすことなくマニピュレー
タ先端の位置決めを行うことができるなどの効果があ
る。
第１図は本発明による第１の実施例を示すマニピュレー
タシステムの制御ブロック線図、第２図は同じくマニピ
ュレータシステムの機能ブロック図、第３図は同じくマ
ニピュレータの構造図、第４図（ａ），（ｂ）は同じく
ファジィ推論のメンバシップ関数の形状図、第５図は同
じくマニピュレータシステムの構成外観図、第６図は本
発明による第２の実施例を示すマニピュレータシステム
の構成外観図、第７図は同じくマニピュレータシステム
の機能ブロック図、第８図は同じくマニピュレータの構
造図、第９図は同じくマニピュレータシステムの制御ブ
ロック線図、第10図は本発明による第３の実施例を示す
マニピュレータの構造図、第11図は同じくマニピュレー
タシステムの制御ブロック線図、第12図は本発明による
第４の実施例を示すマニピュレータシステムの構成図、
第13図は同じくマニピュレータシステムの機能ブロック
図、第14図は同じくマニピュレータシステムの制御ブロ
ック線図である。 101……ファジィ推論、105……座標変換、106……マニ
ピュレータ先端の位置／姿勢の目標値、107……同差
分、108……マニピュレータ各関節への指令値、109……
マニピュレータ各関節の角度、110……マニピュレータ
先端の位置／姿勢の現在値、201……マニピュレータ、2
02……中央演算装置、203……入出力装置、204〜208…
…関節駆動装置、209……把持部駆動装置、210〜214…
…角度センサ、301〜305……第１〜第５関節、306……
把持部、501……位置決め指標、601……マニピュレー
タ、602……力／トルクセンサ、603……把持部、604…
…中央演算装置、605……入出力装置、606,607……TVカ
メラ、608……作業対象、701〜706……関節駆動装置、7
08〜713……角度センサ、714……把持部駆動装置、801
〜806……第１〜第６関節、901……ファジィ推論、902
……画像処理、903……マニピュレータ先端の位置／姿
勢の差分、904……マニピュレータ各関節への指令値、9
05……マニピュレータ各関節の角度、906……マニピュ
レータ先端の力／トルク、907……手先座標系の力／ト
ルク、908……座標変換、909……力／トルクの差分、91
0……力／トルク目標値、911……映像信号、1000……マ
ニピュレータ、1001〜1007……第１〜第７関節、1008…
…把持部、1009……超音波センサ、1101……ファジィ推
論、1102,1103……座標変換、1104〜1110……関節駆動
装置、1111〜1117……角度センサ、1118（1009）……超
音波センサ、1119……マニピュレータ先端の位置／姿勢
の差分、1120……マニピュレータ各関節への指令値、11
21……マニピュレータの各関節角、1122……第４関節の
位置、1123……把持対象物との距離／把持方向、1124…
…障害物と第４関節との距離、1201……中央演算装置、
1202……マスタアーム入出力装置、1203……スレーブア
ーム入出力装置、1204……マスタアーム、1205……スレ
ーブアーム、1206,1207……力／トルクセンサ、1301〜1
306……関節駆動装置、1307〜1312……角度センサ、131
4〜1319……関節駆動装置、1320〜1325……角度セン
サ、1401,1402……座標変換、1403……ファジィ推論、1
404,1405……座標変換、1406……ファジィ推論、1407…
…関節角度、1408……マニピュレータ先端の位置／姿
勢、1409……関節角度、1410……スレーブアーム先端の
位置／姿勢、1411……位置／姿勢の差分、1412……スレ
ーブアーム各関節への指令値、1413……手先座標系の力
／トルク、1414……基準座標系の力／トルク、1415……
手先座標系の力／トルク、1416……基準座標系の力／ト
ルク、1417……力／トルクの差分、1418……マスタアー
ム各関節への指令値。
タシステムの制御ブロック線図、第２図は同じくマニピ
ュレータシステムの機能ブロック図、第３図は同じくマ
ニピュレータの構造図、第４図（ａ），（ｂ）は同じく
ファジィ推論のメンバシップ関数の形状図、第５図は同
じくマニピュレータシステムの構成外観図、第６図は本
発明による第２の実施例を示すマニピュレータシステム
の構成外観図、第７図は同じくマニピュレータシステム
の機能ブロック図、第８図は同じくマニピュレータの構
造図、第９図は同じくマニピュレータシステムの制御ブ
ロック線図、第10図は本発明による第３の実施例を示す
マニピュレータの構造図、第11図は同じくマニピュレー
タシステムの制御ブロック線図、第12図は本発明による
第４の実施例を示すマニピュレータシステムの構成図、
第13図は同じくマニピュレータシステムの機能ブロック
図、第14図は同じくマニピュレータシステムの制御ブロ
ック線図である。 101……ファジィ推論、105……座標変換、106……マニ
ピュレータ先端の位置／姿勢の目標値、107……同差
分、108……マニピュレータ各関節への指令値、109……
マニピュレータ各関節の角度、110……マニピュレータ
先端の位置／姿勢の現在値、201……マニピュレータ、2
02……中央演算装置、203……入出力装置、204〜208…
…関節駆動装置、209……把持部駆動装置、210〜214…
…角度センサ、301〜305……第１〜第５関節、306……
把持部、501……位置決め指標、601……マニピュレー
タ、602……力／トルクセンサ、603……把持部、604…
…中央演算装置、605……入出力装置、606,607……TVカ
メラ、608……作業対象、701〜706……関節駆動装置、7
08〜713……角度センサ、714……把持部駆動装置、801
〜806……第１〜第６関節、901……ファジィ推論、902
……画像処理、903……マニピュレータ先端の位置／姿
勢の差分、904……マニピュレータ各関節への指令値、9
05……マニピュレータ各関節の角度、906……マニピュ
レータ先端の力／トルク、907……手先座標系の力／ト
ルク、908……座標変換、909……力／トルクの差分、91
0……力／トルク目標値、911……映像信号、1000……マ
ニピュレータ、1001〜1007……第１〜第７関節、1008…
…把持部、1009……超音波センサ、1101……ファジィ推
論、1102,1103……座標変換、1104〜1110……関節駆動
装置、1111〜1117……角度センサ、1118（1009）……超
音波センサ、1119……マニピュレータ先端の位置／姿勢
の差分、1120……マニピュレータ各関節への指令値、11
21……マニピュレータの各関節角、1122……第４関節の
位置、1123……把持対象物との距離／把持方向、1124…
…障害物と第４関節との距離、1201……中央演算装置、
1202……マスタアーム入出力装置、1203……スレーブア
ーム入出力装置、1204……マスタアーム、1205……スレ
ーブアーム、1206,1207……力／トルクセンサ、1301〜1
306……関節駆動装置、1307〜1312……角度センサ、131
4〜1319……関節駆動装置、1320〜1325……角度セン
サ、1401,1402……座標変換、1403……ファジィ推論、1
404,1405……座標変換、1406……ファジィ推論、1407…
…関節角度、1408……マニピュレータ先端の位置／姿
勢、1409……関節角度、1410……スレーブアーム先端の
位置／姿勢、1411……位置／姿勢の差分、1412……スレ
ーブアーム各関節への指令値、1413……手先座標系の力
／トルク、1414……基準座標系の力／トルク、1415……
手先座標系の力／トルク、1416……基準座標系の力／ト
ルク、1417……力／トルクの差分、1418……マスタアー
ム各関節への指令値。
Claims (10)
- 【請求項１】複数の関節を持つマニピュレータの制御方
法において、前記マニピュレータの関節数より少ない関
節数による座標変換（逆変換）のマトリックス演算を行
い、マニピュレータ先端の位置／姿勢が与えられたとき
の当該関節角度を求め、残りの関節につき関節毎のファ
ジィ推論を行うと共に、環境条件により対応するべく前
記ファジィ推論には目標値の絶対値に代えてマニピュレ
ータ先端の位置／姿勢の目標値と現在値との差分を用い
て推論を行うことにより、各関節角への指令値を決定し
てマニピュレータのファジィ制御を行うことを特徴とす
るマニピュレータの制御方法。 - 【請求項２】マニピュレータ根元に近い関節に対してマ
ニピュレータ先端の位置の差分を用いて推論を行い、マ
ニピュレータ先端に近い関節に対してマニピュレータ先
端の姿勢の差分を用いて推論を行うファジィルールを用
いたことを特徴とする請求項１記載のマニピュレータの
制御方法。 - 【請求項３】マニピュレータ先端の位置／姿勢の現在値
をマニピュレータ各関節角度より座標変換して求めるこ
とを特徴とする請求項１記載のマニピュレータの制御方
法。 - 【請求項４】複数の関節を持つマニピュレータの制御装
置において、前記マニピュレータの関節数より少ない関
節数による座標変換（逆変換）のマトリックス演算を行
い、マニピュレータ先端の位置／姿勢が与えられたとき
の当該関節角度を求め、残りの関節につき関節毎のファ
ジィ推論を行うと共に、環境条件により対応するべく前
記ファジィ推論には目標値の絶対値に代えてマニピュレ
ータ先端の位置／姿勢の目標値と現在値との差分を用い
て推論を行うことにより、各関節角への指令値を決定し
てマニピュレータのファジィ制御を行う手段を備えてい
ることを特徴とするマニピュレータの制御装置。 - 【請求項５】マニピュレータ先端の位置／姿勢の目標値
と現在値との差分群を外界センサを用いて求めることを
特徴とする請求項４記載のマニピュレータの制御装置。 - 【請求項６】外界センサはTVカメラであることを特徴と
する請求項５記載のマニピュレータの制御装置。 - 【請求項７】外界センサは超音波センサであることを特
徴とする請求項５記載のマニピュレータの制御装置。 - 【請求項８】請求項４記載のマニピュレータの制御装置
を備えたことを特徴とするマニピュレータ装置。 - 【請求項９】マニピュレータは冗長自由度マニピュレー
タであることを特徴とする請求項８記載のマニピュレー
タ装置。 - 【請求項１０】マニピュレータはマスタスレーブマニピ
ュレータであることを特徴とする請求項８記載のマニピ
ュレータ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1146569A JP2698660B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | マニピュレータの制御方法及び制御装置並びにマニピュレータ装置 |
| CA002018527A CA2018527C (en) | 1989-06-12 | 1990-06-07 | Manipulator |
| DE69025804T DE69025804T2 (de) | 1989-06-12 | 1990-06-12 | Handhabungsgerät |
| US07/536,801 US5047701A (en) | 1989-06-12 | 1990-06-12 | Manipulator |
| EP90111077A EP0402849B1 (en) | 1989-06-12 | 1990-06-12 | Manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1146569A JP2698660B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | マニピュレータの制御方法及び制御装置並びにマニピュレータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0312709A JPH0312709A (ja) | 1991-01-21 |
| JP2698660B2 true JP2698660B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=15410650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1146569A Expired - Fee Related JP2698660B2 (ja) | 1989-06-12 | 1989-06-12 | マニピュレータの制御方法及び制御装置並びにマニピュレータ装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5047701A (ja) |
| EP (1) | EP0402849B1 (ja) |
| JP (1) | JP2698660B2 (ja) |
| CA (1) | CA2018527C (ja) |
| DE (1) | DE69025804T2 (ja) |
Cited By (2)
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| KR20230030953A (ko) * | 2021-08-26 | 2023-03-07 | 한국로봇융합연구원 | 로봇 제어 장치 및 이의 동작 방법 |
Families Citing this family (42)
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| JPH0365704A (ja) * | 1989-08-03 | 1991-03-20 | Toshiba Corp | ファジィ制御装置及びファジィ制御方法 |
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| JP2769052B2 (ja) * | 1991-04-09 | 1998-06-25 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | 自律移動機械、移動機械の制御装置及び方法 |
| JP2963787B2 (ja) * | 1991-05-27 | 1999-10-18 | オークマ株式会社 | 位置制御装置 |
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