控制系統(tǒng)、程序以及機(jī)械裝置的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)、程序以及機(jī)械裝置的控制方法。其中，控制系統(tǒng)包含：機(jī)械機(jī)構(gòu)（狹義上是末端執(zhí)行器）；力覺傳感器，其具有N（N是2以上的整數(shù)）個(gè)三軸力覺傳感器單元，從N個(gè)三軸力覺傳感器單元的各三軸力覺傳感器單元取得附加有因機(jī)械機(jī)構(gòu)引起的值的單元輸出值，并輸出基于單元輸出值的力覺值；力覺值修正部，其基于力覺傳感器輸出的力覺值來修正力覺值；以及控制部，其基于在力覺值修正部中修正后的力覺值來進(jìn)行包含機(jī)械機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝置（狹義上是機(jī)械手）的控制。
【專利說明】控制系統(tǒng)、程序以及機(jī)械裝置的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)、程序以及機(jī)械裝置的控制方法等。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用了機(jī)械手等的作業(yè)中，存在不僅想要對(duì)位置進(jìn)行控制，還要對(duì)力進(jìn)行控制來進(jìn)行特定的動(dòng)作的情況。例如能夠在不發(fā)生破壞地操作柔軟的物體、易碎的物體的情況、以一定的力劃過擁有復(fù)雜形狀的物體表面的情況下等采用力控制。為了進(jìn)行這些力控制，需要使用力覺傳感器來檢測(cè)力，并將該力的大小、方向輸入到控制回路中的處理。
[0003]但是，除了想要檢測(cè)的外力之外，力覺傳感器還會(huì)檢測(cè)出由于安裝于力覺傳感器的手指構(gòu)造物的影響而產(chǎn)生的力、以及因手指抓住的工具、工件引起的力等。這些力不是恒定值，會(huì)根據(jù)各種條件發(fā)生變化。因此，難以將想要檢測(cè)的外力、與因手指構(gòu)造物的影響而產(chǎn)生的力以及因手指抓住的工具、工件引起的力分離。
[0004]對(duì)此，在專利文獻(xiàn)I中公開有對(duì)由于上述手指構(gòu)造物的重量和其旋轉(zhuǎn)引起的陀螺效應(yīng)進(jìn)行修正的技術(shù)。專利文獻(xiàn)I假定了使用機(jī)械手來進(jìn)行開孔、去毛刺、磨削、研磨作業(yè)那樣的對(duì)旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行處理的作業(yè)。具體而言，將傳感器坐標(biāo)系中的工具重心、旋轉(zhuǎn)體重心、接觸點(diǎn)的位置作為已知信息，來修正根據(jù)臂姿勢(shì)而發(fā)生變化的力矩、以及由旋轉(zhuǎn)體產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)，從而檢測(cè)出實(shí)質(zhì)性的外力。
[0005]另外，在專利文獻(xiàn)2中，除了專利文獻(xiàn)I的技術(shù)之外還公開有對(duì)離心力等效應(yīng)進(jìn)行修正的技術(shù)。專利文獻(xiàn)2是修正因臂的運(yùn)動(dòng)引起的離心力的技術(shù)，使用工具的質(zhì)量、重心位置、臂的位置、速度、加速度檢測(cè)部以及動(dòng)力學(xué)項(xiàng)目、重力計(jì)算部來實(shí)現(xiàn)修正處理。
[0006]另外，在專利文獻(xiàn)3中公開了一種不通過專利文獻(xiàn)1、2那樣的細(xì)致的外力修正而僅通過推斷鉛垂方向的外力來把持、釋放物體的技術(shù)。專利文獻(xiàn)3將通過手指檢測(cè)出的力從手坐標(biāo)系變換為機(jī)械手的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，由此進(jìn)行把持控制。
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開平6 - 339885號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開2008 - 142810號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)3:日本特開2007 - 276112號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)I?3的方法以機(jī)械機(jī)構(gòu)(包含手指構(gòu)造物，根據(jù)情況包含被該手指構(gòu)造物把持的工具等)的物理模型(例如重量分布等)是已知的作為前提。因此，在機(jī)械機(jī)構(gòu)的物理模型是未知的情況下、物理模型根據(jù)狀況發(fā)生變化的情況下等，難以恰當(dāng)?shù)匦拚摍C(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)力覺值(力覺傳感器的檢測(cè)值)的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)方式，能夠提供在難以將已知的物理模型應(yīng)用于機(jī)械機(jī)構(gòu)的情況下適當(dāng)?shù)匦拚摍C(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)力覺傳感器的影響的控制系統(tǒng)、程序以及機(jī)械裝置的控制方法等。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)方式涉及控制系統(tǒng)，其包含:機(jī)械機(jī)構(gòu)；力覺傳感器，其具有N (N是2以上的整數(shù))個(gè)三軸力覺傳感器單元，從N個(gè)上述三軸力覺傳感器單元的各三軸力覺傳感器單元取得附加有因上述機(jī)械機(jī)構(gòu)引起的值的單元輸出值，并輸出基于上述單元輸出值的力覺值；力覺值修正部，其基于上述力覺傳感器輸出的上述力覺值來修正上述力覺值；以及控制部，其基于在上述力覺值修正部中修正后的上述力覺值，來進(jìn)行包含上述機(jī)械機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝置的控制。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)方式中，力覺傳感器具有N個(gè)三軸力覺傳感器單元，并根據(jù)基于從各單元輸出的單元輸出值的力覺值來進(jìn)行修正處理。這里由于將N設(shè)為2以上，所以從力覺傳感器輸出與通常的六軸力覺傳感器相同或者多于其的量的信息，在與使用了六軸力覺傳感器的力覺值的修正處理相比較的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)精度的提高等。
[0014]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述力覺傳感器將包含從N個(gè)上述三軸力覺傳感器單元的各三軸力覺傳感器單元輸出的上述單元輸出值的信息作為上述力覺值而輸出，上述力覺值修正部基于上述力覺值所包含的上述單元輸出值來推斷上述機(jī)械機(jī)構(gòu)的質(zhì)量中心位置，并基于推斷出的上述質(zhì)量中心位置來進(jìn)行上述修正處理。
[0015]由此，能夠進(jìn)行使用了機(jī)械機(jī)構(gòu)的質(zhì)量中心位置的修正處理等。
[0016]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述力覺值修正部根據(jù)上述力覺值所包含的單元輸出值，求出與由N個(gè)上述三軸力覺傳感器單元分別檢測(cè)出的力對(duì)應(yīng)的N個(gè)力向量，基于求出的N個(gè)上述力向量的合成向量的大小來推斷上述機(jī)械機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，基于推斷出的上述質(zhì)量進(jìn)行上述修正處理。
[0017]由此，能夠進(jìn)行使用了機(jī)械機(jī)構(gòu)的質(zhì)量的修正處理等。
[0018]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述力覺傳感器可以具有三個(gè)以上的上述三軸力覺傳感器單元。
[0019]由此，能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行基于力覺值的質(zhì)量中心位置的推斷等。
[0020]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述力覺傳感器可以具有四個(gè)以上的上述三軸力覺傳感器單元。
[0021]由此，能夠提聞質(zhì)量中心位置等的推斷精度等。
[0022]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述力覺傳感器具有至少兩個(gè)上述三軸力覺傳感器單元，上述力覺值修正部在上述機(jī)械裝置的第一姿勢(shì)中，基于第一力覺值來進(jìn)行推斷上述機(jī)械機(jī)構(gòu)的上述質(zhì)量中心位置的處理，該第一力覺值是基于來自兩個(gè)上述三軸力覺傳感器單元的上述單元輸出值而從上述力覺傳感器輸出的力覺值，上述控制部在由上述力覺值修正部判定為不能推定上述質(zhì)量中心位置的情況下，進(jìn)行將上述機(jī)械裝置的姿勢(shì)變更成與上述第一姿勢(shì)不同的第二姿勢(shì)的控制，上述力覺值修正部在通過上述控制部進(jìn)行了使上述機(jī)械裝置成為上述第二姿勢(shì)的控制后，基于第二力覺值來推斷上述機(jī)械機(jī)構(gòu)的上述質(zhì)量中心位置并基于推斷出的上述質(zhì)量中心位置進(jìn)行上述修正處理，該第二力覺值是基于來自兩個(gè)上述三軸力覺傳感器單元的上述單元輸出值從上述力覺傳感器輸出的力覺值。
[0023]由此，能夠?qū)崿F(xiàn)力覺傳感器的低成本化、小型化等，并且即使所使用的三軸力覺傳感器單元是兩個(gè)，也能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量中心位置的推斷等。
[0024]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述力覺值修正部通過利用正規(guī)化方程式求出上述機(jī)械機(jī)構(gòu)的上述質(zhì)量中心位置的最小二乘解，來推斷上述質(zhì)量中心位置。
[0025]由此，能夠?qū)①|(zhì)量中心位置作為正規(guī)化方程式的最小二乘解而求出。[0026]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述力覺值修正部對(duì)上述正規(guī)化方程式進(jìn)行奇異值分解，基于通過上述奇異值分解而得到的奇異值的個(gè)數(shù)來進(jìn)行是否能夠推斷上述質(zhì)量中心位置的判定。
[0027]由此，能夠根據(jù)奇異值的個(gè)數(shù)進(jìn)行質(zhì)量中心位置的推斷結(jié)果的妥當(dāng)性判定等。
[0028]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述力覺傳感器可以是六軸力覺傳感器，該六軸力覺傳感器通過從N個(gè)上述三軸力覺傳感器單元的各三軸力覺傳感器單元取得三個(gè)值作為上述單元輸出值，從而取得3XN個(gè)值，基于所取得的3XN個(gè)值來計(jì)算X軸、Y軸以及Z軸的平移力Fx、Fy、Fz和繞各軸的力矩Mx、My、Mz,將包含計(jì)算出的Fx、Fy、Fz以及Mx、My、Mz的信息作為上述力覺值而輸出。
[0029]由此，能夠根據(jù)需要將具有N個(gè)三軸力覺傳感器單元的力覺傳感器作為六軸力覺傳感器而使用。
[0030]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述力覺值修正部也可以基于在上述機(jī)械裝置的多個(gè)姿勢(shì)中得到的多個(gè)上述力覺值來進(jìn)行上述修正處理。
[0031]由此，能夠提高質(zhì)量中心位置的推斷精度等。
[0032]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，包含姿勢(shì)信息取得部，該姿勢(shì)信息取得部取得上述機(jī)械機(jī)構(gòu)所具有的可變部的姿勢(shì)信息，上述力覺值修正部基于上述可變部的上述姿勢(shì)信息來推斷上述可變部的上述質(zhì)量中心位置，進(jìn)行上述修正處理。
[0033]由此，在機(jī)械機(jī)構(gòu)具有可變部的情況下，也能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量中心位置的推斷
坐寸ο
[0034]另外，在本發(fā)明的一個(gè)方式中，上述機(jī)械裝置是機(jī)械手，上述機(jī)械機(jī)構(gòu)是上述機(jī)械手的末端執(zhí)行器(end effector),上述力覺值修正部具有N個(gè)上述三軸力覺傳感器單元，從與上述機(jī)械手的上述末端執(zhí)行器對(duì)應(yīng)設(shè)置的上述力覺傳感器取得上述力覺值，進(jìn)行所取得的上述力覺值的修正處理，上述控制部基于上述修正處理后的上述力覺值進(jìn)行上述機(jī)械手以及上述末端執(zhí)行器的控制。
[0035]由此，在作為機(jī)械裝置而使用機(jī)械手、作為機(jī)械裝置而使用末端執(zhí)行器的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)控制該機(jī)械手等的控制系統(tǒng)等。
[0036]另外，本發(fā)明的其他方式涉及一種程序，其使計(jì)算機(jī)作為以下兩個(gè)部件發(fā)揮作用:力覺值修正部，其從與機(jī)械裝置的機(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)設(shè)置的力覺傳感器取得力覺值，進(jìn)行上述力覺值的修正處理；和控制部，其基于上述修正處理后的上述力覺值來進(jìn)行上述機(jī)械裝置以及上述機(jī)械機(jī)構(gòu)的控制，上述力覺傳感器具有N (N是2以上的整數(shù))個(gè)三軸力覺傳感器單元，上述力覺值修正部基于下述力覺值來進(jìn)行上述修正處理，上述力覺值是基于來自N個(gè)上述三軸力覺傳感器單元的單元輸出值從上述力覺傳感器輸出的力覺值。
[0037]在本發(fā)明的其他方式中，能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)力覺傳感器具有N個(gè)三軸力覺傳感器單元時(shí)，進(jìn)行對(duì)來自該力覺傳感器的力覺值的修正處理，并基于修正處理后的力覺值進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械裝置以及機(jī)械機(jī)構(gòu)的控制的程序。
[0038]另外，本發(fā)明的其他方式涉及一種機(jī)械裝置的控制方法，從與機(jī)械裝置的機(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)設(shè)置并具有N(N是2以上的整數(shù))個(gè)三軸力覺傳感器單元的力覺傳感器取得力覺值，對(duì)所取得的上述力覺值進(jìn)行修正處理，基于上述修正處理后的上述力覺值進(jìn)行上述機(jī)械裝置以及上述機(jī)械機(jī)構(gòu)的控制，作為上述修正處理，基于下述力覺值進(jìn)行修正上述力覺值的處理，上述力覺值是基于來自N個(gè)上述三軸力覺傳感器單元的單元輸出值從上述力覺傳感器輸出的力覺值。
[0039]在本發(fā)明的其他方式中，能夠?qū)崿F(xiàn)在力覺傳感器具有N個(gè)三軸力覺傳感器單元的情況下，進(jìn)行對(duì)來自該力覺傳感器的力覺值的修正處理，并基于修正處理后的力覺值進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋C(jī)械裝置以及機(jī)械機(jī)構(gòu)的控制的控制方法等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是使用機(jī)械手作為機(jī)械裝置的情況的構(gòu)成例。
[0041]圖2是對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)與力覺傳感器的位置關(guān)系進(jìn)行說明的圖。
[0042]圖3 (A)?圖3 (C)是對(duì)復(fù)位動(dòng)作進(jìn)行說明的圖。
[0043]圖4 (A)、圖4 (B)是機(jī)械機(jī)構(gòu)的物理模型未知的情況的例子。
[0044]圖5 (A)、圖5 (B)是機(jī)械機(jī)構(gòu)不能物理模型化的情況的例子。
[0045]圖6 (A)?圖6 (C)是機(jī)械機(jī)構(gòu)具有可變部的情況的例子。
[0046]圖7是三軸力覺傳感器單元的構(gòu)成例。
[0047]圖8 (A)、圖8 (B)是力覺傳感器中的三軸力覺傳感器單元的配置例。
[0048]圖9是由六軸力覺傳感器檢測(cè)出的力覺值的說明圖。
[0049]圖10是表示傳感器坐標(biāo)系與單元坐標(biāo)系的關(guān)系的具體例。
[0050]圖11 (A)、圖11 (B)是不具有可變部并且機(jī)械機(jī)構(gòu)的物理模型是未知的情況的例子。
[0051]圖12是第一實(shí)施方式的系統(tǒng)構(gòu)成例。
[0052]圖13是平移力以及力矩的坐標(biāo)變換的說明圖。
[0053]圖14是對(duì)基于物理模型的修正處理進(jìn)行說明的圖。
[0054]圖15是對(duì)基于物理模型的修正處理進(jìn)行說明的其他圖。
[0055]圖16是對(duì)基于物理模型的修正處理進(jìn)行說明的其他圖。
[0056]圖17是對(duì)XY平面中的質(zhì)量中心位置的推斷處理進(jìn)行說明的圖。
[0057]圖18是對(duì)基于配置在XY平面上的任意位置的單元的推斷處理進(jìn)行說明的圖。
[0058]圖19是對(duì)基于三個(gè)三軸力覺傳感器單元的推斷處理進(jìn)行說明的圖。
[0059]圖20 (A)、圖20 (B)是對(duì)姿勢(shì)變更進(jìn)行說明的圖。
[0060]圖21 (A)、圖21 (B)是對(duì)改變了三軸力覺傳感器單元個(gè)數(shù)的情況下的推斷精度的變化進(jìn)行說明的圖。
[0061]圖22是對(duì)第一實(shí)施方式中的處理進(jìn)行說明的流程圖。
[0062]圖23是對(duì)與固定部相關(guān)的修正處理進(jìn)行說明的流程圖。
[0063]圖24是對(duì)第二實(shí)施方式中的處理進(jìn)行說明的流程圖。
[0064]圖25是對(duì)復(fù)位處理進(jìn)行說明的流程圖。
[0065]圖26是第三實(shí)施方式的系統(tǒng)構(gòu)成例。
[0066]圖27是對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)向固定部和可變部的分割進(jìn)行說明的圖。
[0067]圖28 (A)、圖28 (B)是說明針對(duì)可變部的處理的圖。
[0068]圖29是可變部的姿勢(shì)信息的說明圖。
[0069]圖30 (A)?圖30 (C)是根據(jù)物理模型、參數(shù)等求出針對(duì)力覺值的修正量的處理的說明圖。
[0070]圖31是對(duì)第三實(shí)施方式中的處理進(jìn)行說明的流程圖。
[0071]圖32是第四實(shí)施方式的系統(tǒng)構(gòu)成例。
[0072]圖33是對(duì)第四實(shí)施方式中的處理進(jìn)行說明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0073]以下，對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行說明。其中，以下說明的本實(shí)施方式并非對(duì)權(quán)利要求書所記載的本
【發(fā)明內(nèi)容】
不恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行限定。另外，并不限定為本實(shí)施方式中說明的構(gòu)成的全部是本發(fā)明的必需構(gòu)成要件。
[0074]1.本實(shí)施方式的方法
[0075]首先對(duì)本實(shí)施方式的方法進(jìn)行說明。以往，在多個(gè)機(jī)械裝置中進(jìn)行了使用力覺傳感器的控制等。作為機(jī)械裝置，例如可考慮機(jī)械手，基于來自被設(shè)置于該機(jī)械手的力覺傳感器的力覺值，來進(jìn)行機(jī)械手控制。具體而言，通過檢測(cè)出對(duì)機(jī)械手的機(jī)械機(jī)構(gòu)(狹義上是手部等的手指構(gòu)造物)作用的外力作為力覺值，能夠進(jìn)行阻抗控制等力控制。
[0076]另外，作為機(jī)械手以外的機(jī)械裝置，也可以考慮動(dòng)力輔助的輸入裝置，還可以考慮醫(yī)療領(lǐng)域中的康復(fù)設(shè)備、或者在康復(fù)設(shè)備上附帶的數(shù)據(jù)記錄裝置。在康復(fù)用途中，患者在哪個(gè)部位上施加了多大力這樣的信息在治療、診斷上是有用的，另外，適當(dāng)?shù)乜刂朴蓜?dòng)力輔助等輔助設(shè)備對(duì)使用者施加的力的必要性也很高，使用力覺傳感器的優(yōu)點(diǎn)較大。并且，機(jī)械裝置也可以是遠(yuǎn)程操作設(shè)備(包括醫(yī)療設(shè)備)，該情況下，假定來自力覺傳感器的力覺值用于力覺反饋等。除此以外，在科學(xué)解析需要熟練技術(shù)的工藝的情況下等所使用的力覺記錄器等也能夠成為本實(shí)施方式的機(jī)械裝置，玩具、PC等的輸入裝置也可以是本實(shí)施方式的機(jī)械裝置。即，能夠設(shè)想各種裝置作為本實(shí)施方式的機(jī)械裝置。
[0077]此時(shí)，為了進(jìn)行所希望的控制，有時(shí)需要對(duì)力覺傳感器的力覺值進(jìn)行各種修正處理。若是上述的進(jìn)行力控制的機(jī)械手的例子，則控制系統(tǒng)所需要的是實(shí)際上作用于與作業(yè)對(duì)象接觸的部分的外力。例如，在通過手部把持所賦予的工具并進(jìn)行使該工具在作業(yè)對(duì)象的表面滑過(按照不施加過度的力、不脫離的方式移動(dòng))的控制的情況下，需要檢測(cè)出與工具按壓作業(yè)對(duì)象的力對(duì)應(yīng)地作用于該工具的反作用力作為外力。
[0078]但是，可設(shè)想如圖1以及圖2所示，力覺傳感器未被設(shè)置在與作業(yè)對(duì)象接觸的位置上，而設(shè)置在與機(jī)械手10的手腕相當(dāng)?shù)奈恢蒙系那闆r。該情況下，力覺傳感器20還檢測(cè)在該傳感器的前端設(shè)置的末端執(zhí)行器12 (廣義上是機(jī)械機(jī)構(gòu)，具體也可以是手部或者該手部所把持的工具)的力。具體而言，由于作用于末端執(zhí)行器12的重力等傳遞至力覺傳感器20，所以力覺值成為還包含上述的外力以外的力的值，難以恰當(dāng)?shù)乜刂茩C(jī)械手10。
[0079]對(duì)此，以往通過復(fù)位處理來進(jìn)行修正。作為一個(gè)例子，考慮如圖3 (A)所示那樣在力覺傳感器20的前端安裝了具有手指構(gòu)造的手部的例子。這里，如圖3 (B)所示，手部是把持工具(傳動(dòng)器)的部件，末端執(zhí)行器12相當(dāng)于該手部以及工具。如圖3 (C)所示，在復(fù)位處理中，使機(jī)械手10采取與作業(yè)時(shí)相同的姿勢(shì)。此時(shí)，若處于實(shí)際上不進(jìn)行作業(yè)而不作用外力的狀態(tài)，則此時(shí)的來自力覺傳感器20的力覺值成為由末端執(zhí)行器12引起的值。若將此時(shí)的值設(shè)為偏移(offset)值，則在之后只要不改變機(jī)械手10的姿勢(shì)，由末端執(zhí)行器12引起的力覺值就與偏移值一致。因此，在存儲(chǔ)偏移值后到作業(yè)結(jié)束的期間，通過進(jìn)行從力覺值中除去偏移值的處理，能夠抑止末端執(zhí)行器12對(duì)力覺值的影響。
[0080]但在復(fù)位處理中，從存儲(chǔ)偏移值后到作業(yè)結(jié)束為止，不能夠改變對(duì)偏移值帶來影響的機(jī)械手10的姿勢(shì)，這在控制中成為較大的限制。鑒于此，在專利文獻(xiàn)I?3中使用了通過將在力覺傳感器的前端設(shè)置的末端執(zhí)行器12物理模型化，來修正該末端執(zhí)行器12對(duì)力覺傳感器20的影響的方法等。物理模型例如可以是表示重量分布等的模型，更具體而言，可以是將質(zhì)量中心位置(X，1，z)以及質(zhì)量m設(shè)為參數(shù)的模型。若保持將末端執(zhí)行器12物理模型化后的信息，則能夠通過物理解析來求出作用于該末端執(zhí)行器12的重力、離心力，并且還能夠解析出這些力如何傳遞至力覺傳感器20。該情況下，由于與復(fù)位處理不同，即使姿勢(shì)發(fā)生變化，只要進(jìn)行基于變化后的姿勢(shì)的物理解析就能夠與姿勢(shì)變化對(duì)應(yīng)，所以可減小控制上的制約。在專利文獻(xiàn)I?3中通過這樣的方法來修正來自力覺傳感器20的力覺值，實(shí)現(xiàn)了所希望的控制。
[0081]但在現(xiàn)有方法中，以末端執(zhí)行器12的物理模型是已知的為前提。因此，可考慮通過現(xiàn)有方法難以應(yīng)對(duì)的狀況。以下，對(duì)3種情況具體進(jìn)行說明。
[0082]其中，在以下的說明中，機(jī)械裝置也是機(jī)械手10，機(jī)械機(jī)構(gòu)也是機(jī)械手10的末端執(zhí)行器12，但如上所述，機(jī)械裝置以及機(jī)械機(jī)構(gòu)并不限于這些。
[0083]第一種情況是末端執(zhí)行器12的物理模型是未知的情況。若是用于特定用途的機(jī)械手10，則由于設(shè)置于力覺傳感器20的前端的末端執(zhí)行器12的種類被限定，所以能夠如現(xiàn)有方法那樣保持作為候補(bǔ)的末端執(zhí)行器12的全部物理模型，使用適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠磉M(jìn)行解析。但是，還考慮到在通用性較高的機(jī)械手10中能夠安裝的末端執(zhí)行器12的種類豐富的情況，可能難以預(yù)先得到物理模型。另外，即使預(yù)先存儲(chǔ)了多個(gè)物理模型，在如圖4 (A)、圖4 (B)所示那樣末端執(zhí)行器12是手部以及由該手部把持的工具的情況下仍存在問題。這是因?yàn)橛捎谠趫D4 (A)、圖4 (B)的例子中，手部對(duì)工具的把持位置存在某種程度的自由度，所以即使已知手部的物理模型以及工具的物理模型，只要不確定手部對(duì)工具的把持位置，則包含該雙方的末端執(zhí)行器12的物理模型就不明確。S卩，在圖4 (A)、圖4 (B)的例子中，在實(shí)際把持工具之前，末端執(zhí)行器12的物理模型是不能確定的，使用所賦予的已知物理模型來進(jìn)行解析的現(xiàn)有方法的應(yīng)用變得困難。
[0084]第二種情況是末端執(zhí)行器12的物理模型化很困難的情況。具體而言，可考慮如圖5 (A)所示，末端執(zhí)行器12包含具有電源電纜的工具的情況。該情況下，物理模型根據(jù)電纜是否正在伸長(zhǎng)、是否具有松弛這一點(diǎn)而發(fā)生變化?；蛘?，在電纜與地板等接觸的情況下還需要考慮電纜與地板的摩擦等，若電纜的另一端與電源連接而使得工具的移動(dòng)所需要的力發(fā)生變化，則物理模型也會(huì)根據(jù)上述變化而發(fā)生變化。另外，圖5 (B)所示的帶連接器的電纜等也同樣，由于工具的由圖5 (B)的Al表示的把持部分和由A2表示的線纜部分的相對(duì)位置關(guān)系發(fā)生變化，所以難以通過單一的物理模型來表現(xiàn)包含了 Al以及A2的末端執(zhí)行器12整體。該情況下，由于本來就不能夠?qū)崿F(xiàn)物理模型化，所以不能進(jìn)行力學(xué)解析，在現(xiàn)有方法中沒有公開與該問題對(duì)應(yīng)的方法。
[0085]第三種情況是末端執(zhí)行器12具有可變部的情況。具體如圖6 (A)?圖6 (C)所示，在具有手指構(gòu)造的手部中，若手指的張開情況等變化，則物理模型發(fā)生變化。例如，當(dāng)如圖6 (A)所示各手指構(gòu)造在Dl以及D2所示的位置具有關(guān)節(jié)時(shí)，能夠通過設(shè)定各自關(guān)節(jié)角來改變手指的姿勢(shì)。該情況下，在如圖6 (A)所示設(shè)定了各手指構(gòu)造的前端部朝向內(nèi)側(cè)那樣的關(guān)節(jié)角的情況下、和在如圖6 (B)所示設(shè)定了各手指構(gòu)造的前端部朝向外側(cè)那樣的關(guān)節(jié)角的情況下，包含手指構(gòu)造12 - 3和手腕部分12 — 4的末端執(zhí)行器12整體的物理模型為不同的模型。另外，在手腕部分12 — 4如圖6 (C)的D3所示那樣能夠旋轉(zhuǎn)(這里是相對(duì)于力覺傳感器20的相對(duì)旋轉(zhuǎn))的情況下，末端執(zhí)行器12的物理模型也根據(jù)D3的旋轉(zhuǎn)角發(fā)生變化。但是，在專利文獻(xiàn)1、2等中未進(jìn)行考慮到該變化的處理。另外，在專利文獻(xiàn)3中雖然添加了具有手指構(gòu)造的手部的附圖，但作為處理僅進(jìn)行了基于重量的簡(jiǎn)單處理，未考慮與可變部的狀態(tài)對(duì)應(yīng)的變化等。
[0086]鑒于此，本 申請(qǐng)人:提出在不能夠?qū)⒁阎奈锢砟Ｐ椭苯討?yīng)用到解析中的情況下也能進(jìn)行適當(dāng)?shù)牧τX值修正的方法。具體而言，在物理模型是未知的情況下，基于從力覺傳感器20取得的力覺值，來推斷末端執(zhí)行器12的物理模型。這里，作為力覺傳感器20，使用具有N個(gè)(N是2以上的整數(shù))三軸力覺傳感器單元的傳感器，對(duì)力覺傳感器20的詳細(xì)情況將后述。在第一實(shí)施方式中對(duì)該處理進(jìn)行詳細(xì)敘述。
[0087]另外，在難以將末端執(zhí)行器12物理模型化的情況下，處理本身與現(xiàn)有方式同樣地進(jìn)行復(fù)位處理。但是，這里試行第一實(shí)施方式中說明的推斷處理，基于試行結(jié)果來判定可否將末端執(zhí)行器12物理模型化。若能夠進(jìn)行物理模型化，則只要與第一實(shí)施方式同樣地使用推斷結(jié)果即可，在不能夠進(jìn)行物理模型化的情況下，只要移至復(fù)位處理即可。在第二實(shí)施方式中對(duì)該處理進(jìn)行詳細(xì)敘述。
[0088]另外，在因包含可變部而使得物理模型發(fā)生變化的情況下，通過將末端執(zhí)行器12分離為固定部和可變部，分別對(duì)上述部分進(jìn)行基于姿勢(shì)信息的處理，來進(jìn)行求出表示末端執(zhí)行器12整體的物理模型的處理。在第三實(shí)施方式中對(duì)該處理進(jìn)行詳細(xì)敘述。其中，在第三實(shí)施方式中，如使用圖27?圖29等后述那樣，為了簡(jiǎn)化說明而對(duì)末端執(zhí)行器的關(guān)節(jié)部分考慮圖6 (A)的D2所示的位置，不考慮Dl所示的關(guān)節(jié)、圖6 (C)的D3所示的旋轉(zhuǎn)等。但是，并不妨礙末端執(zhí)行器12具有Dl、D3或者在其他部分具有關(guān)節(jié)等構(gòu)造。
[0089]此外，并不限于獨(dú)立地使用在第一?第三實(shí)施方式中說明的方法，也可以將多個(gè)方法進(jìn)行組合。例如，在圖4 (A)、圖4 (B)的例子中，由于利用包含可動(dòng)部的手部來把持工具，并且把持位置能夠發(fā)生變化，所以可以組合第一、第三實(shí)施方式。另外，若設(shè)想不能夠?qū)ψ鳛榘殉謱?duì)象的工具進(jìn)行圖5 (A)、圖5 (B)所示那樣的物理模型化，則也產(chǎn)生與第二實(shí)施方式進(jìn)行組合的需要。在第四實(shí)施方式中對(duì)這些組合進(jìn)行詳細(xì)敘述。
[0090]以下，首先對(duì)在本實(shí)施方式中使用的、具有N個(gè)三軸力覺傳感器單元的力覺傳感器20的詳細(xì)情況進(jìn)行說明。之后，依次對(duì)第一?第四實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0091]2.具有多個(gè)三軸力覺傳感器單元的力覺傳感器
[0092]2.1力覺傳感器的構(gòu)成例
[0093]首先，對(duì)具有N個(gè)三軸力覺傳感器單元的力覺傳感器20進(jìn)行說明。N個(gè)三軸力覺傳感器單元的各單元取得X軸、Y軸以及Z軸各軸的平移力Fx、Fy、Fz作為單元輸出值。各單元能夠通過各種構(gòu)成實(shí)現(xiàn)，例如只要如圖7所示，使用通過向傳感器元件46、52、58均勻地施加壓力從而能夠進(jìn)行高精度的力檢測(cè)的構(gòu)成即可。在圖7所示的傳感器單元21中，第一傳感器兀件46的水晶板48A以及48B、第二傳感器兀件52的水晶板54A以及54B、第三傳感器元件58的水晶板60A以及60B構(gòu)成為結(jié)晶方位分別不同。結(jié)果，傳感器單元21通過第一傳感器元件46來檢測(cè)單元坐標(biāo)系中的X軸方向的平移力(translational force),通過第二傳感器元件52來檢測(cè)Y軸方向的平移力，通過第三傳感器元件58來檢測(cè)Z軸方向的平移力。
[0094]另外，在力覺傳感器20中，對(duì)如何配置各三軸力覺傳感器單元也考慮了各種方法，作為一個(gè)例子，只要如圖8 (A)所示那樣配置即可。在圖8 (A)的例子中，在設(shè)定于力覺傳感器20的傳感器坐標(biāo)系的XY平面上，配置有四個(gè)三軸力覺傳感器單元21 — I?21 —
4。針對(duì)各單元設(shè)定的單元坐標(biāo)系的X軸Y軸Z軸的方向全部與傳感器坐標(biāo)系的X軸Y軸Z軸一致。從上方(從傳感器坐標(biāo)系的Z軸正方向)觀察圖8 (A)的配置的圖為圖8 (B)0其中，作為各單元的輸出的單元輸出值成為對(duì)該單元設(shè)定的單元坐標(biāo)系的X軸Y軸Z軸的平移力。
[0095]不過，單元的配置并不限于圖8 (A)0例如，三軸力覺傳感器單元的個(gè)數(shù)并不限于四個(gè)，也可以是兩個(gè)、三個(gè)、或者五個(gè)以上。另外，所有的力覺傳感器單元無需配置在同一平面上，也可以在力覺傳感器20內(nèi)立體配置。并且，傳感器坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸和單元坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸也無需一致，給定的單元坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸和其他單元坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸也無需一致。此外，能夠?qū)嵤└鞣N配置的變形。但在第一實(shí)施方式中，如后述那樣優(yōu)選避免全部的三軸力覺傳感器單元排列在同一直線上的配置。
[0096]2.2作為六軸力覺傳感器的利用
[0097]由于上述的力覺傳感器20從各三軸力覺傳感器單元輸出Fx、Fy、Fz三個(gè)值作為單元輸出值，所以若為圖8 (A)的例子，則能夠取得3X4個(gè)值。假定在第一實(shí)施方式中后面敘述的推斷處理中，將3 X 4個(gè)力覺值直接應(yīng)用到處理中，但也能夠?qū)⑸鲜隽τX傳感器20作為一般的六軸力覺傳感器而使用。這里，六軸力覺傳感器如圖9所示，是將傳感器坐標(biāo)系中的X軸、Y軸、Z軸的平移力Fx、Fy、Fz、和繞各軸的力矩Mx、My、Mz六個(gè)值作為力覺值而輸出的傳感器。
[0098]當(dāng)如圖8(A)所示，在傳感器坐標(biāo)系的XY平面上配置有四個(gè)三軸力覺傳感器單元，傳感器坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸與單元坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸一致時(shí)，尤其考慮如圖10所示，各個(gè)單元坐標(biāo)系的原點(diǎn)在傳感器坐標(biāo)系中位于(r,O,O)、(O, r,O)、(一 r,O,O)、(O, — r,O)的例子。
[0099]將單元21 — I的輸出設(shè)為(Flx，F(xiàn)ly，F(xiàn)lz)，將單元21 — 2的輸出設(shè)為(F2x，F(xiàn)2y，F(xiàn)2z),將單元21 — 3的輸出設(shè)為(F3x，F(xiàn)3y, F3z)，將單元21 — 4的輸出設(shè)為(F4x，F(xiàn)4y, F4z)。該情況下，通過下式(I)給出作為力覺傳感器20整體而檢測(cè)出的六個(gè)軸的力覺值、即傳感器坐標(biāo)系的XYZ軸上的平移力Fx、Fy、Fz、和繞各軸的力矩Mx、My、Mz。
[0100]Fx = Flx + F2x + F3x + F4x
[0101]Fy = Fly + F2y + F3y + F4y
[0102]Fz = Flz + F2z + F3z + F4z
[0103]Mx = r (F2z — F4z)
[0104]My = r (F3z — Flz)
[0105]Mz = r (Fly — F3y + F4x — F2x).....(I)
[0106]S卩，通過基于來自各單元的輸出值進(jìn)行計(jì)算處理，能夠?qū)D8 (A)所示的力覺傳感器20作為六軸力覺傳感器而使用。另外，在力覺傳感器20中的三軸力覺傳感器單元的個(gè)數(shù)或者配置等不同的情況下，雖然計(jì)算式與上式(I)不同，但也同樣能夠計(jì)算出六軸的力覺值。換言之，本實(shí)施方式的力覺傳感器20在將N設(shè)為2以上的任意整數(shù)的情況下，都能夠基于作為各三軸力覺傳感器單元的單元輸出值的集合的3XN個(gè)值來計(jì)算出六個(gè)軸的力覺值。
[0107]因此，在作為機(jī)械裝置而使用機(jī)械手來進(jìn)行該機(jī)械手的力控制(阻抗控制等)的情況下等，作為通常的六軸力覺傳感器，只要使用上式(I)等的結(jié)果即可，在如后述的推斷處理等那樣希望信息量多的狀況下，只要使用作為來自各單元的單元輸出值的集合的3XN個(gè)值來進(jìn)行處理即可。即，本說明書、權(quán)利要求書中的“力覺值”這一術(shù)語表示力覺傳感器20輸出的信息，是包含作為單元輸出值的集合的3XN個(gè)值和根據(jù)上述值求出的(Fx，F(xiàn)y,Fz, Mx, My, Mz)雙方的概念。
[0108]在后述的第一?第四實(shí)施方式中以“力覺值”這一術(shù)語表現(xiàn)，典型的是基于力覺值中的作為單元輸出值的集合的3XN個(gè)值來求出物理模型(質(zhì)量中心位置等)，基于該物理模型進(jìn)行力覺值中的六個(gè)軸的值(Fx，F(xiàn)y, Fz, Mx, My, Mz)的修正處理，基于修正處理后的六個(gè)軸的值來進(jìn)行機(jī)械裝置的控制。不過，雖然物理模型的推斷處理所采用的力覺值是作為單元輸出值的集合的3XN個(gè)值這一點(diǎn)成為本實(shí)施方式的前提的可能性較高，但不妨礙修正處理的對(duì)象不是六個(gè)軸的值而是作為單元輸出值的集合的3XN個(gè)值。
[0109]3.第一實(shí)施方式
[0110]在第一實(shí)施方式中，對(duì)基于從力覺傳感器取得的力覺值來推斷末端執(zhí)行器的物理模型并使用推斷出的物理模型進(jìn)行修正處理的方法進(jìn)行說明。以下，對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成例、物理模型的推斷處理、以及處理的詳細(xì)情況進(jìn)行說明。
[0111]其中，在圖4(A)、圖4(B)的例子中，由于末端執(zhí)行器包含可變的手指構(gòu)造，所以需要同時(shí)采用后述的第三實(shí)施方式中的方法。因此，這里考慮利用圖11 (A)、圖11 (B)所示的吸附手部12 — I等以不包含可變部的方式構(gòu)成末端執(zhí)行器12的例子。其中，圖11(A)、圖11 (B)的吸附手部12 -1是在其前端部分固定(把持)工具12 - 2的部件。該情況下，在如圖11 (A)所示那樣吸附了工具12 — 2的中央附近的情況、和如圖11 (B)所示那樣吸附了靠近工具12 - 2的端部的位置的情況下，包含吸附手部12 -1和工具12 - 2的末端執(zhí)行器12整體的物理模型不同，只要預(yù)先不知道吸附位置，則物理模型就是未知的。
[0112]3.1系統(tǒng)構(gòu)成例
[0113]圖12表示了本實(shí)施方式的包含機(jī)械手10、末端執(zhí)行器(手部)12、力覺傳感器20、以及機(jī)械手的控制裝置100的控制系統(tǒng)(這里是機(jī)械手系統(tǒng))的構(gòu)成例。
[0114]末端執(zhí)行器12是設(shè)置于機(jī)械手10的機(jī)構(gòu)，這里特別表示在機(jī)械手10中比力覺傳感器20靠前設(shè)置的裝置。末端執(zhí)行器12包含手部、由該手部把持的工具(例如傳動(dòng)器等)。
[0115]力覺傳感器20是檢測(cè)作用于傳感檢測(cè)部的力的傳感器，使用具有多個(gè)上述三軸力覺傳感器單元的部件。
[0116]機(jī)械手的控制裝置100包含控制部110、力覺值修正部120、以及姿勢(shì)信息取得部130。不過，控制裝置100并不限于圖12的構(gòu)成，能夠?qū)嵤⑸鲜霾考囊徊糠值臉?gòu)成要素省略、添加其他構(gòu)成要素等各種變形。
[0117]控制部110進(jìn)行機(jī)械手10以及末端執(zhí)行器12的控制。在本實(shí)施方式中，基于由力覺值修正部120修正處理后的力覺值進(jìn)行機(jī)械手10以及末端執(zhí)行器12的控制。這里，機(jī)械手10等的控制例如可以是關(guān)節(jié)部分的角度變化量、以及變化速度等的控制。
[0118]力覺值修正部120取得來自力覺傳感器20的傳感器信息(力覺值)，進(jìn)行針對(duì)所取得的力覺值的修正處理。力覺值修正部120包含第一修正處理部121、第二修正處理部123、固定部參數(shù)存儲(chǔ)部124、執(zhí)行時(shí)參數(shù)計(jì)算部126、以及執(zhí)行時(shí)參數(shù)存儲(chǔ)部127。
[0119]在本實(shí)施方式中，設(shè)想如圖11 (A)所示，物理模型因使用已知的部分(以下記載為固定部。具體為圖11 (A)的吸附手部12 -1)把持給定的部件(圖11 (A)的工具12 — 2)的任意位置，所以末端執(zhí)行器12整體的物理模型為未知的情況。第一修正處理部121對(duì)固定部進(jìn)行如下的修正處理:進(jìn)行力學(xué)解析來抑制該固定部對(duì)力覺值的影響。具體而言，從將固定部的物理模型作為固定部參數(shù)而存儲(chǔ)的固定部參數(shù)存儲(chǔ)部124讀出該固定部參數(shù)，并基于讀出的固定部參數(shù)、和從姿勢(shì)信息取得部130輸出的機(jī)械手10的姿勢(shì)信息來進(jìn)行修正處理。在來自第一修正處理部121的輸出中，除去了(在廣義上為減小)由固定部引起的力覺值。與固定部對(duì)應(yīng)的修正處理的詳細(xì)內(nèi)容將后述。
[0120]執(zhí)行時(shí)參數(shù)計(jì)算部126基于從第一修正處理部121輸出的力覺值來推斷安裝于固定部(把持)的部件的物理模型。詳細(xì)內(nèi)容將后述。執(zhí)行時(shí)參數(shù)存儲(chǔ)部127將由執(zhí)行時(shí)參數(shù)計(jì)算部126推斷出的物理模型作為執(zhí)行時(shí)參數(shù)而存儲(chǔ)。
[0121]第二修正處理部123基于執(zhí)行時(shí)參數(shù)存儲(chǔ)部127中存儲(chǔ)的執(zhí)行時(shí)參數(shù)、和從姿勢(shì)信息取得部130輸出的機(jī)械手10的姿勢(shì)信息來進(jìn)行修正處理。在來自第二修正處理部123的輸出中，除去了(廣義上為減小)因物理模型為未知的部件所引起的力覺值。即，第二修正處理部123對(duì)控制部110輸出的力覺值成為因末端執(zhí)行器12引起的值被除去后的值。
[0122]姿勢(shì)信息取得部130取得機(jī)械手10以及末端執(zhí)行器12的姿勢(shì)信息。這里，姿勢(shì)信息是表示機(jī)械手10、末端執(zhí)行器12的姿勢(shì)的信息，例如能夠?qū)㈥P(guān)節(jié)角作為參數(shù)來表現(xiàn)。若針對(duì)全部的關(guān)節(jié)角決定值，則能夠根據(jù)正向運(yùn)動(dòng)學(xué)來唯一地決定機(jī)械手10的姿勢(shì)。具體而言，只要姿勢(shì)信息取得部130從與機(jī)械手10等的各關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)的編碼器等取得值即可。
[0123]3.2第一修正處理部中的修正處理的詳細(xì)內(nèi)容
[0124]對(duì)在第一修正處理部中進(jìn)行的對(duì)于固定部的力覺值修正處理進(jìn)行說明。如圖13所示，考慮在某個(gè)坐標(biāo)系I中將平移力設(shè)為F、將力矩設(shè)為M的情況(F、M例如是三維向量)。此時(shí)，作為坐標(biāo)系2,若考慮從坐標(biāo)系2向坐標(biāo)系I的原點(diǎn)的平移向量為t,從坐標(biāo)系2向坐標(biāo)系I的旋轉(zhuǎn)矩陣為R的坐標(biāo)系，則在坐標(biāo)系2中觀察上述的力時(shí)，其平移力F'以及力矩W滿足下式(2)。其中，第二式的右邊第二項(xiàng)表示向量的外積。
[0125]F，= RF
[0126]M’ = RM + tXF.....(2)
[0127]這里，在如圖14所示將傳感器坐標(biāo)系作為基準(zhǔn)的情況下，利用在位置(X，y, z)具有質(zhì)量m的物體和能夠模型化的末端執(zhí)行器12，來計(jì)算作用于力覺傳感器20的力。這里，如圖15所示,作為圖13的坐標(biāo)系2而考慮傳感器坐標(biāo)系,作為圖13的坐標(biāo)系I而考慮以質(zhì)量中心位置(X，y, z)為原點(diǎn)且Z軸方向?yàn)殂U垂向上的坐標(biāo)系。
[0128]該情況下，由于只要考慮作用于質(zhì)量為m的物體上的重力即可，所以坐標(biāo)系I中的上述F、M為F = (0，0，一 m)，M = (0，0，0)。另外，當(dāng)如圖15所示那樣在坐標(biāo)系1、2中沒有旋轉(zhuǎn)時(shí)，也可以不考慮R，上述的t為t = (x,y, z)。由此,基于上式(2),成為F’ = (0,0, —m), M’ =(—my,mx,0)o
[0129]S卩，在圖15的例子中，具有質(zhì)量m的末端執(zhí)行器12在傳感器坐標(biāo)系中對(duì)(x，y，z)的位置的力在傳感器坐標(biāo)系中被觀測(cè)為F’ = (0,0, — m)、M’ = (― my,mx,0)o這是因?yàn)閷?duì)力覺傳感器20只作用有F' = (0,0, - m)這一平移力以及M’ = ( - my, mx, O)這一力矩。因此，通過從力覺值中除去求出的F’以及M’的值，能夠抑制末端執(zhí)行器12對(duì)力覺值的影響。
[0130]另外，當(dāng)在坐標(biāo)系1、2中存在旋轉(zhuǎn)時(shí)，只要考慮到R即可。在圖16中，坐標(biāo)系I的Z軸也鉛垂向上，F(xiàn) =(0,0,- m), M = (0，0，0)。但在圖16中，除了力覺傳感器20相對(duì)于鉛垂方向傾斜之外，X軸Y軸也與坐標(biāo)系I不同，旋轉(zhuǎn)矩陣R基于傳感器坐標(biāo)系相對(duì)于坐標(biāo)系I的滾動(dòng)角、俯仰角、以及偏航角的值來決定其要素。該情況下，也只要基于利用上式(2)求出的F’以及M’來進(jìn)行修正處理即可。
[0131]3.3物理模型的推斷處理
[0132]接下來對(duì)本實(shí)施方式中的物理模型的推斷處理進(jìn)行說明。在以下的說明中，物理模型為由表示質(zhì)量中心位置(相當(dāng)于力的作用點(diǎn))的(X，Y, Z)、和質(zhì)量m表示的模型。如上所述，由于具有N個(gè)三軸力覺傳感器單元的力覺傳感器20能夠作為六軸力覺傳感器來使用，所以也可以基于作為六軸力覺傳感器的六個(gè)力覺值來進(jìn)行推斷處理。但若是N > 3的情況，則由于上述力覺傳感器20能夠輸出比六軸力覺傳感器的六個(gè)力覺值多的數(shù)量的信息，所以可期待推斷精度的提高等。因此，在本實(shí)施方式中，對(duì)直接使用3XN個(gè)輸出值的推斷方法進(jìn)行說明。
[0133]3.3.1基本的方法
[0134]在不進(jìn)行對(duì)末端執(zhí)行器12施加外力那樣的作業(yè)的情況下，存在產(chǎn)生誤差等的可能性，但假定基本上對(duì)力覺傳感器20只施加由該末端執(zhí)行器12產(chǎn)生的力的情況。而且，各三軸力覺傳感器單元檢測(cè)由末端執(zhí)行器12產(chǎn)生的該力的與各單元對(duì)應(yīng)的投影分量。在本實(shí)施方式中，在該狀態(tài)下推斷末端執(zhí)行器12的物理模型。
[0135]為了使說明簡(jiǎn)單化，首先考慮XY平面。在由末端執(zhí)行器12對(duì)力覺傳感器20作用了以給定的三維坐標(biāo)作為力的作用點(diǎn)(X，y，Z)的由向量F表示的大小以及方向的力的情況下，如圖17所示，在XY平面上以(x，y)作為力的作用點(diǎn)，由將向量F投影到XY平面而得到的向量Fxy表示的力發(fā)揮作用。
[0136]這里，如圖17所示，將傳感器單元的個(gè)數(shù)設(shè)為兩個(gè)。該情況下，將向量Fxy分解成從力的作用點(diǎn)向單元21 -1的坐標(biāo)系的原點(diǎn)的方向即第一方向和從力的作用點(diǎn)向單元21 -2的坐標(biāo)系的原點(diǎn)的方向即第二方向時(shí)的、第一方向分量Fl作用于單元21 - 1，第二方向分量F2作用于單元21 — 2。即，單元21 -1檢測(cè)與向量Fl對(duì)應(yīng)的單元輸出值Fb^PFly,單元21 — 2檢測(cè)與向量F2對(duì)應(yīng)的F2x和F2y。
[0137]若逆向考慮以上的流程，則在單元21 -1檢測(cè)出單元輸出值Flx和Fly、單元21 —2檢測(cè)出F2x和F2y的情況下，若考慮由Flx和Fly表示的向量F1、與由F2x和F2y表示的向量F2，則能夠推斷出對(duì)力覺傳感器20施加力的末端執(zhí)行器12的物理模型。
[0138]具體而言，由于包含向量Fl的第一直線、和包含向量F2的第二直線都具有包含力的作用點(diǎn)這一特性，所以能夠?qū)⒌谝恢本€與第二直線的交點(diǎn)作為力的作用點(diǎn)(即質(zhì)量中心位置)而求出。并且，作用于該作用點(diǎn)的力的大小以及方向只要作為向量Fl與向量F2的合成向量的大小以及方向而求出即可。
[0139]若將以上的處理擴(kuò)展到三維，則能夠進(jìn)行末端執(zhí)行器12的物理模型的推斷。稍微使條件一般化，如圖18所示,單元21 — I的單元坐標(biāo)系的原點(diǎn)為傳感器坐標(biāo)系中的(XI,YDo該情況下，包含力的作用點(diǎn)(具體為將作用點(diǎn)投影到XY平面而得到的點(diǎn))的直線通過下式(3)以及對(duì)式(3)進(jìn)行變形而得到的下式(4)給出。
[0140]【公式I】
[0141]
【權(quán)利要求】
1.一種控制系統(tǒng)，其特征在于，包含: 機(jī)械機(jī)構(gòu)； 力覺傳感器，其具有N個(gè)三軸力覺傳感器單元，從N個(gè)所述三軸力覺傳感器單元的各三軸力覺傳感器單元取得附加有因所述機(jī)械機(jī)構(gòu)引起的值的單元輸出值，輸出基于所述單元輸出值的力覺值； 力覺值修正部，其基于所述力覺傳感器輸出的所述力覺值來修正所述力覺值；以及 控制部，其基于在所述力覺值修正部中修正了的所述力覺值，來進(jìn)行包含所述機(jī)械機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝置的控制， 其中，N是2以上的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述力覺傳感器將包含從N個(gè)所述三軸力覺傳感器單元的各三軸力覺傳感器單元輸出的所述單元輸出值的信息作為所述力覺值而輸出， 所述力覺值修正部基于所述力覺值所包含的所述單元輸出值來推斷所述機(jī)械機(jī)構(gòu)的質(zhì)量中心位置，并基于推斷出的所述質(zhì)量中心位置來進(jìn)行所述修正處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述力覺值修正部根據(jù)所述力覺值所包含的單元輸出值，求出與由N個(gè)所述三軸力覺傳感器單元分別檢測(cè)出的力對(duì)應(yīng)的N個(gè)力向量，基于求出的N個(gè)所述力向量的合成向量的大小來推斷所述機(jī)械機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，基于推斷出的所述質(zhì)量來進(jìn)行所述修正處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述力覺傳感器具有三個(gè)以上所述三軸力覺傳感器單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述力覺傳感器具有四個(gè)以上所述三軸力覺傳感器單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述力覺傳感器具有至少兩個(gè)所述三軸力覺傳感器單元， 所述力覺值修正部在所述機(jī)械裝置的第一姿勢(shì)中基于第一力覺值來進(jìn)行推斷所述機(jī)械機(jī)構(gòu)的所述質(zhì)量中心位置的處理，所述第一力覺值是基于來自兩個(gè)所述三軸力覺傳感器單元的所述單元輸出值從所述力覺傳感器輸出的力覺值， 所述控制部在由所述力覺值修正部判定為不能推斷所述質(zhì)量中心位置的情況下，進(jìn)行將所述機(jī)械裝置的姿勢(shì)變更為與所述第一姿勢(shì)不同的第二姿勢(shì)的控制， 所述力覺值修正部在通過所述控制部進(jìn)行了使所述機(jī)械裝置成為所述第二姿勢(shì)的控制后，基于第二力覺值來推斷所述機(jī)械機(jī)構(gòu)的所述質(zhì)量中心位置，并基于推斷出的所述質(zhì)量中心位置來進(jìn)行所述修正處理，所述第二力覺值是基于來自兩個(gè)所述三軸力覺傳感器單元的所述單元輸出值從所述力覺傳感器輸出的力覺值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述力覺值修正部通過利用正規(guī)化方程式求出所述機(jī)械機(jī)構(gòu)的所述質(zhì)量中心位置的最小二乘解，來推斷所述質(zhì)量中心位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述力覺值修正部對(duì)所述正規(guī)化方程式進(jìn)行奇異值分解，基于通過所述奇異值分解而得到的奇異值的個(gè)數(shù)來進(jìn)行是否能夠推斷所述質(zhì)量中心位置的判定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述力覺傳感器是六軸力覺傳感器，該六軸力覺傳感器通過從N個(gè)所述三軸力覺傳感器單元的各三軸力覺傳感器單元取得三個(gè)值作為所述單元輸出值，從而取得3XN個(gè)值， 基于所取得的3XN個(gè)值計(jì)算出X軸、Y軸以及Z軸的平移力Fx、Fy、Fz和繞各軸的力矩 Mx、My、Mz, 將包含計(jì)算出的Fx、Fy、Fz以及Mx、My、Mz的信息作為所述力覺值而輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述力覺值修正部基于在所述機(jī)械裝置的多個(gè)姿勢(shì)中得到的多個(gè)所述力覺值來進(jìn)行所述修正處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 包含姿勢(shì)信息取得部，該姿勢(shì)信息取得部取得所述機(jī)械機(jī)構(gòu)所具有的可變部的姿勢(shì)信息， 所述力覺值修正部基于所述可變部的所述姿勢(shì)信息來推斷所述可變部的所述質(zhì)量中心位置，進(jìn)行所述修正處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述機(jī)械裝置是機(jī)械手， 所述機(jī)械機(jī)構(gòu)是所述機(jī)械手的末端執(zhí)行器， 所述力覺值修正部具有N個(gè)所述三軸力覺傳感器單元，從與所述機(jī)械手的所述末端執(zhí)行器對(duì)應(yīng)設(shè)置的所述力覺傳感器取得所述力覺值，并進(jìn)行所取得的所述力覺值的修正處理， 所述控制部基于所述修正處理后的所述力覺值來進(jìn)行所述機(jī)械手以及所述末端執(zhí)行器的控制。
13.一種程序，其特征在于， 使計(jì)算機(jī)作為以下兩個(gè)部件發(fā)揮作用， 所述兩個(gè)部件是:力覺值修正部，其從與機(jī)械裝置的機(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)設(shè)置的力覺傳感器取得力覺值，進(jìn)行所述力覺值的修正處理；和 控制部，其基于所述修正處理后的所述力覺值來進(jìn)行所述機(jī)械裝置以及所述機(jī)械機(jī)構(gòu)的控制， 所述力覺傳感器具有N個(gè)三軸力覺傳感器單元， 所述力覺值修正部基于下述力覺值進(jìn)行所述修正處理，所述力覺值是基于N個(gè)所述三軸力覺傳感器單元的單元輸出值從所述力覺傳感器輸出的力覺值， 其中，N是2以上的整數(shù)。
14.一種機(jī)械裝置的控制方法，其特征在于， 從與機(jī)械裝置的機(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)設(shè)置并具有N個(gè)三軸力覺傳感器單元的力覺傳感器取得力覺值， 對(duì)所取得的所述力覺值進(jìn)行修正處理， 基于所述修正處理后的所述力覺值來進(jìn)行所述機(jī)械裝置以及所述機(jī)械機(jī)構(gòu)的控制， 作為所述修正處理，基于下述力覺值進(jìn)行修正所述力覺值的處理，所述力覺值是基于N個(gè)所述三軸力覺傳感器單元的單元輸出值從所述力覺傳感器輸出的力覺值，其中，N是2以上的整數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01L1/00GK103568011SQ201310291087
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
【發(fā)明者】稻積滿廣 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社