マニピュレータの姿勢制御装置および姿勢制御方法
【課題】人物などの障害物との衝突が回避できずに衝突した場合であっても、障害物に対する衝突力を低減させることを可能とするマニピュレータの姿勢制御装置を提供する。
【解決手段】マニピュレータ１は、本体部２に回動可能に設けたアーム部３を有している。姿勢制御部１０は、マニピュレータ１の本体部２を移動させるときに進行方向Ｐに対して斜め後方にアーム部３を傾けるように制御する。これにより、アーム部３が傾いた状態で障害物１１に衝突するため、障害物１１に対して衝突力を分散させることができる。障害物１１が人物であれば、正面衝突時に比べて人物に与える衝突力を緩和し痛みを抑えることができる。よって、マニピュレータ１の安全性を高めることができる。
【解決手段】マニピュレータ１は、本体部２に回動可能に設けたアーム部３を有している。姿勢制御部１０は、マニピュレータ１の本体部２を移動させるときに進行方向Ｐに対して斜め後方にアーム部３を傾けるように制御する。これにより、アーム部３が傾いた状態で障害物１１に衝突するため、障害物１１に対して衝突力を分散させることができる。障害物１１が人物であれば、正面衝突時に比べて人物に与える衝突力を緩和し痛みを抑えることができる。よって、マニピュレータ１の安全性を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータの姿勢制御装置および姿勢制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
障害物との衝突を回避するさまざまな技術の提案がなされている。
【０００３】
例えば、従来のマニピュレータの姿勢制御装置は、目標姿勢を入力し、マニピュレータの先端に設けられたカメラの撮影画像に基づいて、マニピュレータと障害物との距離を測定しながら、初期姿勢と目標姿勢とが一致するようにマニピュレータを移動していた。そして、撮影画像からマニピュレータが障害物に所定の距離より近づいたときに、障害物を避けるようにマニピュレータの姿勢を制御していた（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平９−２０７０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のマニピュレータの姿勢制御装置は、障害物との衝突回避を目的としているため、衝突を回避することができずに衝突した場合の対策が不十分であった。このため、マニピュレータが障害物を回避できずに正面衝突した場合、障害物に対する衝突力を低減させることができないといった課題があった。障害物が人物である場合は、人物に対する痛みを緩和させることができなかった。
【０００５】
そこで本発明は、障害物との衝突が回避できずに衝突した場合であっても、障害物に対する衝突力を低減させることを可能にするマニピュレータの姿勢制御装置および姿勢制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために本発明のマニピュレータの姿勢制御装置は、本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御装置であって、本体部は姿勢制御部を備え、姿勢制御部は、本体部を移動させるときにアーム部を所定の進行方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、障害物との衝突を回避できずにアーム部が衝突した場合であっても、アーム部を傾けた状態で衝突するため、衝突力を分散させ、正面衝突時に比べて障害物に対する衝突力を低減させることができる。これにより、障害物が人物であれば、正面衝突時に比べて人物に対する衝突力が緩和され、痛みを抑えることができる。その結果、マニピュレータの安全性を高めることができる。また、障害物の損傷を抑えると共に、マニピュレータの損傷も抑えることができる。
【０００８】
また、本体部と障害物との相対速度ベクトルを検知する障害物検知部をさらに備え、姿勢制御部は、アーム部を相対速度ベクトルの方向に対して斜め後方に傾けるようにしてもよい。このような構成によれば、さらに、衝突したときの力を相対速度ベクトルの方向に対して分散させることができる。これにより、本体部の移動方向に加え、障害物の移動方向に応じてアーム部の傾斜を調整することができ、アーム部が障害物に与える衝突力を緩和することができる。
【０００９】
また、アーム部は所定の進行方向側に平面部を有し、姿勢制御部は、相対速度ベクトルの方向に対して平面部の傾きを大きくするようにしてもよい。このような構成によれば、
さらに、相対速度ベクトルの大きさに応じて相対速度ベクトルの方向に対して平面部の傾きを大きくすることができる。これにより、平面部が障害物に与える衝突力を緩和することができる。
【００１０】
また、姿勢制御部は、アーム部の長手方向を軸としてアーム部の表面を障害物から受ける衝突力が小さくなる方向に能動回転させるようにしてもよい。このような構成によれば、さらに、衝突したときに見かけの傾きをもたせることができ、障害物に対する衝突力を分散させ、アーム部が障害物に与える衝突力を緩和することができる。
【００１１】
また、姿勢制御部はアーム部を変位させ、障害物に対してアーム部の移動経路から外れる方向に運動量を与えるようにしてもよい。このような構成によれば、さらに、障害物に運動量を与え、本体部から離れる方向に移動方向を変えさせることができ、マニピュレータの他の部分に再衝突しにくくすることができる。
【００１２】
また、姿勢制御部は、所定の進行方向に対してアーム部で把持した把持物が、進行方向に対しマニピュレータより先行しないようにアーム部を変形するようにしてもよい。このような構成によれば、さらに、所定の進行方向に対して把持物をマニピュレータによって保護することができる。
【００１３】
次に、本発明のマニピュレータの姿勢制御装置は、本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御装置であって、本体部は姿勢制御部を備え、姿勢制御部は、アーム部を回動させるときにアーム部の先端部を所定の回動方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とする。このような構成によれば、アーム部の先端部が障害物との衝突を回避できずに衝突した場合、アーム部の先端部が障害物に傾斜して衝突するため、障害物に対する衝突力を分散させ、低減させることができる。これにより、障害物が人物であれば、正面衝突時に比べて人物に対する衝突力が緩和され、痛みを抑えることができる。その結果、マニピュレータの安全性を高めることができる。また、障害物の損傷を抑えると共に、マニピュレータの損傷も抑えることができる。
【００１４】
次に、本発明のマニピュレータの姿勢制御方法は、本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御方法であって、本体部を移動させるときにアーム部を所定の進行方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とする。このような方法によれば、アーム部を傾けた状態で衝突するため衝突力を分散させ、正面衝突時に比べてアーム部が障害物に与える衝突力を低減させることができる。よって、マニピュレータの安全性を高めることができる。また、障害物が人物であれば、正面衝突時に比べて人物に対する衝突力が緩和され、人物に与える痛みを抑えると共に、マニピュレータの損傷も抑えることができる。
【００１５】
次に、本発明のマニピュレータの姿勢制御方法は、本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御方法であって、アーム部を回動させるときにアーム部の先端部を所定の回動方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とする。このような方法によれば、アーム部の先端部が障害物との衝突を回避できずに衝突した場合、アーム部の先端部が障害物に傾斜して衝突するため、障害物に対する衝突力を分散させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上述べたように本発明によれば、障害物との衝突が回避できずに障害物と衝突した場合であっても、障害物に対する衝突力を低減させることを可能にするマニピュレータの姿勢制御装置および姿勢制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
まず、図１から図３を参照しながら、本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１の概略構成について説明する。図１は本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１の概略上面図、図２は図１の要部Ａの拡大図、図３は同マニピュレータ１のアームが障害物に与える衝突力を説明する概念図である。
【００１９】
図１に示すように、マニピュレータ１は、本体部２にアーム部３を備えている。本体部２は移動部９と姿勢制御部１０とを備え、移動部９によって所定の方向、例えば進行方向Ｐに移動する。
【００２０】
アーム部３は、ハンド４と、このハンド４に連結したアーム５と、アーム７と、アーム５とアーム７とを回動自在に連結する関節部６と、アーム７と本体部２とを回動自在に連結する関節部８とを有している。ハンド４は、物を把持する機能を有している。
【００２１】
このような構成により、マニピュレータ１は、進行方向Ｐに移動したときに障害物１１との衝突が回避できずに衝突した場合であっても、障害物１１に対して衝突力を低減させる姿勢をとることができる。
【００２２】
具体的には、図１の要部Ａを拡大した図２に示すように、姿勢制御部１０は、例えば本体部２を移動するときに、アーム部３を進行方向Ｐに対して斜め後方に傾ける。すなわち、進行方向Ｐに対して例えばアーム５の進行方向Ｐ側に面している表面１２の法線方向Ｈが所定の角θｐとなるようにアーム部３を傾ける。
【００２３】
次にアーム部３の姿勢により、図３を参照しながら、衝突時にアーム部３が障害物１１に与える衝突力について説明する。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、アーム部３を進行方向Ｐに対して移動させて正面衝突した場合、障害物１１に衝突力Ｆａがかかると共に、アーム部３には大きさが等しく方向が反対である力、すなわち、反力Ｒａが働く。
【００２５】
一方、図３（ｂ）に示すように、アーム部３を進行方向Ｐに対して斜め後方に傾けることによって、正面衝突した場合の衝突力Ｆａと比較し力を分散させ、衝突力Ｆｂを抑えることができる。すなわち、障害物１１がアーム部３から受ける衝突力は、正面衝突時のＦａがＦｂとＦｃに分散され、Ｆｂのみに低減される。ここで、Ｆｂ＝ＦａＣＯＳ（θｐ）となる。アーム５は、反対方向に反力Ｒｂを受ける。これにより、ＣＯＳ（θｐ）＜１であれば、アーム５がアーム５ａの姿勢で正面衝突したときに障害物１１に与える衝突力Ｆａと比べて衝突力Ｆｂ（Ｆｂ＜Ｆａ）に緩和することができる。
【００２６】
このように、従来の姿勢制御装置（図示せず）はアーム５を障害物１１から回避したにもかかわらず衝突した場合、アーム５ｂの姿勢で正面衝突するため、衝突力がＦａとなっていた。これに対して本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１（図１）は、進行方向Ｐに対してアーム部３を回避すると共に斜め後方に傾けるため、衝突したときの衝突力Ｆａを分散させ、低減することができる。これにより、マニピュレータ１は、障害物１１との衝突が回避できずに衝突した場合であっても、衝突力ＦａをＦｂに低減させることができる。よって、障害物１１が人物であれば、正面衝突時に人物がアーム５から受ける衝突力Ｆａに比べ、より小さなＦｂに緩和でき、人物が受ける痛みを抑えることができると共に、マニピュレータ１の損傷も軽減することができる。したがって、マニピュレータ１
の安全性を高めることができる。
【００２７】
次に、図４を参照しながら、マニピュレータ１の構成について説明する。図４は本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１の構成を示すブロック図である。
【００２８】
関節部６は、関節駆動部としてのアクチュエータ６ａを備えている。同様に関節部８はアクチュエータ８ａを備えている。アクチュエータ６ａは減速機６ｂを介してアーム５を回転駆動する。同様に、アクチュエータ８ａは減速機８ｂを介してアーム７を回転駆動する。減速機６ｂ、８ｂは、後述するモータの回転を公知のギア等を用いて減速させると共に、駆動トルクを高めている。また、減速機６ｂ、８ｂはアクチュエータ６ａ、８ａの駆動力をアーム５、７に伝達する動力伝達機構としての役割も有する。減速機６ｂ、８ｂには、例えば、遊星歯車減速機、平歯車減速機やベルト減速機構などを使用することができる。
【００２９】
移動部９は、移動駆動部としてのアクチュエータ９ａを備えている。アクチュエータ９ａは減速機９ｂを介して本体部２の例えば車輪を回転させる。これにより、姿勢制御部１０からの指令により、本体部２を移動させることができる。
【００３０】
アクチュエータ６ａ、８ａ、９ａは、公知の駆動用のモータ１５と、このモータ１５を駆動するモータ駆動部１４と、エンコーダ１６とを備えている。
【００３１】
モータ駆動部１４には、公知の駆動回路を使用する。例えば、Ｈブリッジ駆動回路によりモータ１５に電力を供給し、正逆の回転を行う。
【００３２】
エンコーダ１６は、モータ１５の軸（図示せず）に連結するように設けられ、モータ１５の回動情報を検出する。エンコーダ１６には、例えば、符号板とフォトセンサから構成される光学式エンコーダや、ホール素子や磁気抵抗素子とＮ、Ｓの２極着磁の回転磁石とを用いた磁気式エンコーダなどを使用することができる。
【００３３】
入力部１３は各種入力デバイスなどを備え、目標位置などの指令を姿勢制御部１０に出力する。入力デバイスとしては、例えば、公知のキー入力装置、ジョイステック、タッチパネルなどを使用することができる。なお、入力部１３は、本体部２に収納した構成としてもよいし、本体部２と着脱自在にする方法や別のユニットとして構成してもよい。また、マニピュレータ１を自律移動可能に構成する場合には、入力部１３は、外部に構成される上位制御装置（図示せず）からの操作指令を入力するようにしてもよい。
【００３４】
姿勢制御部１０は、プログラムに基づいて各種機能を実行する中央制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムなどを記憶している読み出し専用リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）と、データを一時格納する書き換え可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、外部とのデータの入出力を行う入出力部とを備えている。これにより、姿勢制御部１０は、入力部１３から得た操作指令、例えば目標位置に基づいて各種プログラムを実行することにより、アクチュエータ６ａ、８ａ、９ａを駆動し、移動やアーム部３の姿勢を制御する。また、姿勢制御部１０は、エンコーダ１６から得たモータ１５の回転情報に基づいて、アーム５およびアーム７の姿勢を検知することができる。
【００３５】
次に、図５から図７を参照しながら、マニピュレータ１の動作について説明する。図５は本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１の動作を示すフローチャート、図６は同マニピュレータ１の移動開始時におけるアーム姿勢の変化を示す図、図７は同マニピュレータ１の停止時におけるアーム姿勢の変化を示す図である。
【００３６】
マニピュレータ１は、図５に示すように、入力部１３からの操作指令に応じて目標位置を設定する（Ｓ１００）。そして、マニピュレータ１は、本体部２を移動部９で移動させ、目標位置に向けて所定の進行方向Ｐに移動を開始する（Ｓ１０２）。
【００３７】
次に、マニピュレータ１は関節部８を回動駆動し、所定の進行方向Ｐに対してアーム部３を斜め後方に傾ける（Ｓ１０４）。例えば、図６に示すように、姿勢制御部１０は、進行方向Ｐに対してアーム部３の姿勢を移動速度に応じて順次に変化させる。すなわち、姿勢制御部１０は、位置Ｐ０（停止位置）、位置Ｐ１（速度がＶ１となる位置）、位置Ｐ２（速度がＶ２となる位置）の順に本体部２を移動部９で移動させたときに、関節部８を回動して進行方向Ｐに対してアーム部３の傾き角度θｐを速度に応じて所定の角度まで順次大きくし、斜め後方に傾ける。ここで、Ｖ２＞Ｖ１とする。
【００３８】
次に、マニピュレータ１は、移動した位置が目標位置であるか否かを判断し（Ｓ１０６）、目標位置でない場合はＳ１０４を実行し、アーム部３の傾きを維持する。
【００３９】
一方、マニピュレータ１は、移動した位置が目標位置に近づくと関節部８を回動駆動し、アーム部３を停止姿勢にする（Ｓ１０８）。図７に示すように、姿勢制御部１０は、進行方向Ｐに対してアーム部３の姿勢を移動速度に応じて順次に変化させる。すなわち、姿勢制御部１０は、位置Ｐｎ−２（速度がＶ３となる位置）、位置Ｐｎ−１（速度がＶ４となる位置）、位置Ｐ２（停止位置）の順に本体部２を移動部９で移動させたときに、関節部８を回動すると共にアーム部３の速度に応じて進行方向Ｐに対して傾き角度θｐを順次に小さくする。そして、姿勢制御部１０は、移動部９を停止させたときには、進行方向Ｐに対して例えば、角度θｐ＝０となるように姿勢制御する。ここで、Ｖ３＞Ｖ４とする。なお、運搬目的として、任意の姿勢となるように角度θｐを制御して停止してもよい。
【００４０】
次に、マニピュレータ１は、目標位置で移動部９を停止させる（Ｓ１１０）。これによって、マニピュレータ１の本体部２が停止する。
【００４１】
以上述べたように、本実施の形態におけるマニピュレータ１によれば、本体部２を移動したとき、進行方向Ｐに対してアーム部３を斜め後方に傾ける。これによって、例えばアーム部３が障害物１１との衝突を回避できずに衝突した場合、障害物１１にかかる衝突力を分散させ、アーム５またはアーム７が正面衝突したときに障害物１１に与える衝突力Ｆａと比べて衝突力Ｆｂ（Ｆｂ＜Ｆａ）に緩和することができる。これにより、障害物１１に対する損傷を抑えると共に、マニピュレータ１の損傷も抑えることができる。障害物１１が人物であれば、正面衝突時に比べて人物に与える衝突力を緩和し痛みを抑えることができる。よって、マニピュレータ１の安全性を高めることができる。
【００４２】
なお、本体部２が停止してアーム部３を回動する場合であっても、障害物１１との衝突時の衝突力を抑えることができる。この場合について図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態におけるマニピュレータのアーム部３の回動動作を説明する上面図である。
【００４３】
図８に示すように、マニピュレータ１は、関節部８を回動してアーム部３を所定の回動方向Ｑに回動する。マニピュレータ１は、この所定の回動方向Ｑ対して関節部８を所定の角度まで回動すると共に、アーム部３の先端部、例えばアーム５やハンド４を斜め後方に傾けるようにする。アーム５とアーム７との角度は関節部６を回動して傾斜角度を調整する。これによっても、アーム部３の先端部が障害物１１との衝突を回避できずに衝突した場合、アーム部３の先端部が障害物１１に傾斜して衝突するため、衝突力を分散させることができる。
【００４４】
また、図９の上面図に示すように、ハンド４で把持物２０を把持している場合、進行方向Ｐに対して把持物２０がマニピュレータ１の各部より先行しないようにアーム部３の姿勢を変形させる。これにより、把持物２０をマニピュレータ１で外部から保護することができる。なお、図１０の上面図に示すように、アーム部３が３つの関節部１０６、１０８、１１０と３つのアーム１０５、１０７、１０９とハンド４で構成され、進行方向Ｐに対してマニピュレータ１の先行部分（この例では関節部１０６）よりアーム部３のハンド４で把持した把持物２０が後方となる位置に姿勢を変形させるようにしてもよい。同様に、図１１の正面図に示すように、アーム部３が３つの関節部２０６、２０８、２１０と３つのアーム２０５、２０７、２０９とハンド４で構成され、進行方向Ｐに対してマニピュレータ１の先行部分（この例では本体部２）よりアーム部３のハンド４で把持した把持物２０が３つのアーム２０５、２０７、２０９により保護される姿勢に変形されると共に、先行部分より後方の位置に姿勢を変形させるようにしてもよい。
【００４５】
さらに、図１２（ａ）に示すように、停止時は進行方向Ｐに対してハンド４があらかじめ設定した移動径路２１に沿うように姿勢を順次変化させるようにしてもよい。これにより、把持物２０の保護を優先した姿勢制御を行うことができ、把持物２０を本体部２で保護すると共に、衝突力低減を行う。なお、図１２（ｂ）に示すように、アーム部３において、衝突力低減を優先するために、ハンド４を移動径路２２に沿うように順次に姿勢を変化させてもよい。これにより、衝突力低減を優先した姿勢制御を行うことができる。
【００４６】
また、図１３を用いて、アーム部３の進行方向Ｐ側の面に平面部１７を有する場合、この平面部１７が衝突時に障害物１１に与える衝突力を抑える姿勢についてアーム５を例に説明する。図１３は、図２のＢ−Ｂ線から見たアーム５の断面図である。
【００４７】
図１３に示すように、マニピュレータ１（図１）は、本体部２の速度および障害物１１の速度に応じて、アーム部３における平面部１７の法線方向Ｈが所定の角度となるように姿勢を変化させる。
【００４８】
具体的には、アーム５と障害物１１との相対速度Ｖが増加するほど、障害物１１とアーム５とが衝突したときにアーム５が障害物１１に対して与える衝突力が増加する。このため、本発明の実施の形態では、障害物１１とアーム５との相対速度ベクトルを検知する障害物検知部（図示せず）をさらに備え、相対速度ベクトルの方向に対してアーム５の平面部１７の傾斜角を大きくする。例えば図１３（ａ）に示すように、障害物１１に対してアーム５の相対速度がＶａ（Ｖａ＝０）ｍ／ｓのとき、所定の角θａを０度とする。また、図１３（ｂ）に示すように、障害物１１の相対速度ベクトル１８の大きさがＶｂ（Ｖｂ＞Ｖａ）である場合、所定の角度をθｂ（θｂ＞θａ）とする。さらに、図１３（ｃ）に示すように、障害物１１の相対速度ベクトルの大きさがＶｃ（Ｖｃ＞Ｖｂ）である場合、所定の角度をθｃ（θｃ＞θｂ）とする。このように、アーム５に対する障害物１１の相対速度ベクトルが増すのに応じて、アーム５の平面部１７の傾きを大きくする。その結果、アーム５と障害物１１との相対速度ベクトルの大きさが増すほど衝突したときにアーム５にかかる衝撃力が増加するのを抑えることができる。アーム７も同様に平面部１７を相対速度ベクトルの大きさが増すほどに傾ける。障害物検知部は、例えば２つのカメラから得たステレオ撮影画像から距離方向を含む障害物１１の動き情報を検出する。なお、図１に示すアーム部３を相対速度ベクトルの方向に対して斜め後方に傾けるようにしてもよい。相対速度ベクトルの方向に対して表面１２の法線方向Ｈが所定の角θｐとなるようにアーム部３を傾ける。これにより、本体部２の移動方向Ｐだけでなく、障害物１１の移動方向にも応じることができ、相対速度ベクトルの方向に対してアーム部３の傾斜を調整することができる。これにより、アーム５が受ける衝突力をさらに抑えることができる。
【００４９】
また、アーム５の長手方向を軸としてアーム５の表面１９を能動回転させ、見かけの傾
きを作ってもよい。この動作について、図１２を参照しながら説明する。図１４は、本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１のアーム５の部分斜視図である。
【００５０】
図１４（ａ）に示すように、アーム５を覆う外装部（図示せず）がある場合には、アーム５の内部から外装部を駆動し表面を回転させる。これによっても、障害物１１との衝突が回避できずに衝突した場合、外装部の動きにより見かけの傾きを大きくし、衝突したときの衝突力を進行方向Ｐに対して分散させ、和らげることができる。なお、図１４（ｂ）に示すように、外装部がない場合にはアーム５自体を回転させる。これによっても、衝突したときの衝突力を和らげることができる。アーム７についても同様である。
【００５１】
また、障害物１１に対してアーム部３の移動経路から外れる方向に能動的に運動量を与えるようにしてもよい。この動作について、図１５を参照しながら説明する。図１５は、本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１のアーム５の再衝突回避動作を説明する図である。
【００５２】
図１５（ａ）に示すように、マニピュレータ１を進行方向Ｐで移動させるときに、進行方向Ｐと対向する方向から障害物１１が移動している場合について説明する。図１５（ｂ）に示すように、アーム部３に障害物１１が衝突したとき、アーム部３を変位させ、障害物１１に力Ｆｄを作用させる。これにより、障害物１１は本体部２からより離れる方向、すなわち、障害物１１の移動方向をＣからＤに変える。このように、アーム部３を変位させ、アーム部３の移動径路から外れる方向に障害物１１に能動的に運動量を与えることで、アーム部３の他の部分に再衝突しにくくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、人物などの障害物との衝突が回避できずに障害物と衝突した場合であっても障害物に対して衝突力を低減させることができ、マニピュレータの姿勢制御装置および姿勢制御方法などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態におけるマニピュレータの概略上面図
【図２】図１の要部Ａの拡大図
【図３】（ａ）同マニピュレータのアームが正面衝突時に障害物に与える衝突力を説明する概念図、（ｂ）同マニピュレータが本方法による傾斜衝突時に障害物に与える衝突力を説明する概念図
【図４】同マニピュレータの構成を示すブロック図
【図５】同マニピュレータの動作を示すフローチャート
【図６】同マニピュレータの移動開始時におけるアーム姿勢の変化を示す図
【図７】同マニピュレータの停止時におけるアーム姿勢の変化を示す図
【図８】同マニピュレータにおけるアーム部３の回動動作を説明する正面図
【図９】同マニピュレータの移動時におけるアーム姿勢を示す上面図
【図１０】同マニピュレータの移動時における他のアーム姿勢を示す上面図
【図１１】同マニピュレータの移動時における他のアーム姿勢を示す正面図
【図１２】同マニピュレータの停止時における他のアーム姿勢の変化を示す図
【図１３】図２のＢ−Ｂ線から見たアームの断面図
【図１４】同マニピュレータのアームの部分斜視図
【図１５】同マニピュレータのアームの再衝突回避動作を説明する図
【符号の説明】
【００５５】
１ マニピュレータ
２ 本体部
３ アーム部
４ ハンド
５，７，１０５，１０７，１０９，２０５，２０７，２０９ アーム
６，８，１０６，１０８，１１０，２０６，２０８，２１０ 関節部
６ａ，８ａ，９ａ アクチュエータ
６ｂ，８ｂ，９ｂ 減速機
９ 移動部
１０ 姿勢制御部
１１ 障害物
１２，１９ 表面
１３ 入力部
１４ モータ駆動部
１５ モータ
１６ エンコーダ
１７ 平面部
２０ 把持物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータの姿勢制御装置および姿勢制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
障害物との衝突を回避するさまざまな技術の提案がなされている。
【０００３】
例えば、従来のマニピュレータの姿勢制御装置は、目標姿勢を入力し、マニピュレータの先端に設けられたカメラの撮影画像に基づいて、マニピュレータと障害物との距離を測定しながら、初期姿勢と目標姿勢とが一致するようにマニピュレータを移動していた。そして、撮影画像からマニピュレータが障害物に所定の距離より近づいたときに、障害物を避けるようにマニピュレータの姿勢を制御していた（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平９−２０７０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のマニピュレータの姿勢制御装置は、障害物との衝突回避を目的としているため、衝突を回避することができずに衝突した場合の対策が不十分であった。このため、マニピュレータが障害物を回避できずに正面衝突した場合、障害物に対する衝突力を低減させることができないといった課題があった。障害物が人物である場合は、人物に対する痛みを緩和させることができなかった。
【０００５】
そこで本発明は、障害物との衝突が回避できずに衝突した場合であっても、障害物に対する衝突力を低減させることを可能にするマニピュレータの姿勢制御装置および姿勢制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために本発明のマニピュレータの姿勢制御装置は、本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御装置であって、本体部は姿勢制御部を備え、姿勢制御部は、本体部を移動させるときにアーム部を所定の進行方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とする。
【０００７】
このような構成によれば、障害物との衝突を回避できずにアーム部が衝突した場合であっても、アーム部を傾けた状態で衝突するため、衝突力を分散させ、正面衝突時に比べて障害物に対する衝突力を低減させることができる。これにより、障害物が人物であれば、正面衝突時に比べて人物に対する衝突力が緩和され、痛みを抑えることができる。その結果、マニピュレータの安全性を高めることができる。また、障害物の損傷を抑えると共に、マニピュレータの損傷も抑えることができる。
【０００８】
また、本体部と障害物との相対速度ベクトルを検知する障害物検知部をさらに備え、姿勢制御部は、アーム部を相対速度ベクトルの方向に対して斜め後方に傾けるようにしてもよい。このような構成によれば、さらに、衝突したときの力を相対速度ベクトルの方向に対して分散させることができる。これにより、本体部の移動方向に加え、障害物の移動方向に応じてアーム部の傾斜を調整することができ、アーム部が障害物に与える衝突力を緩和することができる。
【０００９】
また、アーム部は所定の進行方向側に平面部を有し、姿勢制御部は、相対速度ベクトルの方向に対して平面部の傾きを大きくするようにしてもよい。このような構成によれば、
さらに、相対速度ベクトルの大きさに応じて相対速度ベクトルの方向に対して平面部の傾きを大きくすることができる。これにより、平面部が障害物に与える衝突力を緩和することができる。
【００１０】
また、姿勢制御部は、アーム部の長手方向を軸としてアーム部の表面を障害物から受ける衝突力が小さくなる方向に能動回転させるようにしてもよい。このような構成によれば、さらに、衝突したときに見かけの傾きをもたせることができ、障害物に対する衝突力を分散させ、アーム部が障害物に与える衝突力を緩和することができる。
【００１１】
また、姿勢制御部はアーム部を変位させ、障害物に対してアーム部の移動経路から外れる方向に運動量を与えるようにしてもよい。このような構成によれば、さらに、障害物に運動量を与え、本体部から離れる方向に移動方向を変えさせることができ、マニピュレータの他の部分に再衝突しにくくすることができる。
【００１２】
また、姿勢制御部は、所定の進行方向に対してアーム部で把持した把持物が、進行方向に対しマニピュレータより先行しないようにアーム部を変形するようにしてもよい。このような構成によれば、さらに、所定の進行方向に対して把持物をマニピュレータによって保護することができる。
【００１３】
次に、本発明のマニピュレータの姿勢制御装置は、本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御装置であって、本体部は姿勢制御部を備え、姿勢制御部は、アーム部を回動させるときにアーム部の先端部を所定の回動方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とする。このような構成によれば、アーム部の先端部が障害物との衝突を回避できずに衝突した場合、アーム部の先端部が障害物に傾斜して衝突するため、障害物に対する衝突力を分散させ、低減させることができる。これにより、障害物が人物であれば、正面衝突時に比べて人物に対する衝突力が緩和され、痛みを抑えることができる。その結果、マニピュレータの安全性を高めることができる。また、障害物の損傷を抑えると共に、マニピュレータの損傷も抑えることができる。
【００１４】
次に、本発明のマニピュレータの姿勢制御方法は、本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御方法であって、本体部を移動させるときにアーム部を所定の進行方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とする。このような方法によれば、アーム部を傾けた状態で衝突するため衝突力を分散させ、正面衝突時に比べてアーム部が障害物に与える衝突力を低減させることができる。よって、マニピュレータの安全性を高めることができる。また、障害物が人物であれば、正面衝突時に比べて人物に対する衝突力が緩和され、人物に与える痛みを抑えると共に、マニピュレータの損傷も抑えることができる。
【００１５】
次に、本発明のマニピュレータの姿勢制御方法は、本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御方法であって、アーム部を回動させるときにアーム部の先端部を所定の回動方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とする。このような方法によれば、アーム部の先端部が障害物との衝突を回避できずに衝突した場合、アーム部の先端部が障害物に傾斜して衝突するため、障害物に対する衝突力を分散させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上述べたように本発明によれば、障害物との衝突が回避できずに障害物と衝突した場合であっても、障害物に対する衝突力を低減させることを可能にするマニピュレータの姿勢制御装置および姿勢制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
まず、図１から図３を参照しながら、本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１の概略構成について説明する。図１は本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１の概略上面図、図２は図１の要部Ａの拡大図、図３は同マニピュレータ１のアームが障害物に与える衝突力を説明する概念図である。
【００１９】
図１に示すように、マニピュレータ１は、本体部２にアーム部３を備えている。本体部２は移動部９と姿勢制御部１０とを備え、移動部９によって所定の方向、例えば進行方向Ｐに移動する。
【００２０】
アーム部３は、ハンド４と、このハンド４に連結したアーム５と、アーム７と、アーム５とアーム７とを回動自在に連結する関節部６と、アーム７と本体部２とを回動自在に連結する関節部８とを有している。ハンド４は、物を把持する機能を有している。
【００２１】
このような構成により、マニピュレータ１は、進行方向Ｐに移動したときに障害物１１との衝突が回避できずに衝突した場合であっても、障害物１１に対して衝突力を低減させる姿勢をとることができる。
【００２２】
具体的には、図１の要部Ａを拡大した図２に示すように、姿勢制御部１０は、例えば本体部２を移動するときに、アーム部３を進行方向Ｐに対して斜め後方に傾ける。すなわち、進行方向Ｐに対して例えばアーム５の進行方向Ｐ側に面している表面１２の法線方向Ｈが所定の角θｐとなるようにアーム部３を傾ける。
【００２３】
次にアーム部３の姿勢により、図３を参照しながら、衝突時にアーム部３が障害物１１に与える衝突力について説明する。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、アーム部３を進行方向Ｐに対して移動させて正面衝突した場合、障害物１１に衝突力Ｆａがかかると共に、アーム部３には大きさが等しく方向が反対である力、すなわち、反力Ｒａが働く。
【００２５】
一方、図３（ｂ）に示すように、アーム部３を進行方向Ｐに対して斜め後方に傾けることによって、正面衝突した場合の衝突力Ｆａと比較し力を分散させ、衝突力Ｆｂを抑えることができる。すなわち、障害物１１がアーム部３から受ける衝突力は、正面衝突時のＦａがＦｂとＦｃに分散され、Ｆｂのみに低減される。ここで、Ｆｂ＝ＦａＣＯＳ（θｐ）となる。アーム５は、反対方向に反力Ｒｂを受ける。これにより、ＣＯＳ（θｐ）＜１であれば、アーム５がアーム５ａの姿勢で正面衝突したときに障害物１１に与える衝突力Ｆａと比べて衝突力Ｆｂ（Ｆｂ＜Ｆａ）に緩和することができる。
【００２６】
このように、従来の姿勢制御装置（図示せず）はアーム５を障害物１１から回避したにもかかわらず衝突した場合、アーム５ｂの姿勢で正面衝突するため、衝突力がＦａとなっていた。これに対して本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１（図１）は、進行方向Ｐに対してアーム部３を回避すると共に斜め後方に傾けるため、衝突したときの衝突力Ｆａを分散させ、低減することができる。これにより、マニピュレータ１は、障害物１１との衝突が回避できずに衝突した場合であっても、衝突力ＦａをＦｂに低減させることができる。よって、障害物１１が人物であれば、正面衝突時に人物がアーム５から受ける衝突力Ｆａに比べ、より小さなＦｂに緩和でき、人物が受ける痛みを抑えることができると共に、マニピュレータ１の損傷も軽減することができる。したがって、マニピュレータ１
の安全性を高めることができる。
【００２７】
次に、図４を参照しながら、マニピュレータ１の構成について説明する。図４は本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１の構成を示すブロック図である。
【００２８】
関節部６は、関節駆動部としてのアクチュエータ６ａを備えている。同様に関節部８はアクチュエータ８ａを備えている。アクチュエータ６ａは減速機６ｂを介してアーム５を回転駆動する。同様に、アクチュエータ８ａは減速機８ｂを介してアーム７を回転駆動する。減速機６ｂ、８ｂは、後述するモータの回転を公知のギア等を用いて減速させると共に、駆動トルクを高めている。また、減速機６ｂ、８ｂはアクチュエータ６ａ、８ａの駆動力をアーム５、７に伝達する動力伝達機構としての役割も有する。減速機６ｂ、８ｂには、例えば、遊星歯車減速機、平歯車減速機やベルト減速機構などを使用することができる。
【００２９】
移動部９は、移動駆動部としてのアクチュエータ９ａを備えている。アクチュエータ９ａは減速機９ｂを介して本体部２の例えば車輪を回転させる。これにより、姿勢制御部１０からの指令により、本体部２を移動させることができる。
【００３０】
アクチュエータ６ａ、８ａ、９ａは、公知の駆動用のモータ１５と、このモータ１５を駆動するモータ駆動部１４と、エンコーダ１６とを備えている。
【００３１】
モータ駆動部１４には、公知の駆動回路を使用する。例えば、Ｈブリッジ駆動回路によりモータ１５に電力を供給し、正逆の回転を行う。
【００３２】
エンコーダ１６は、モータ１５の軸（図示せず）に連結するように設けられ、モータ１５の回動情報を検出する。エンコーダ１６には、例えば、符号板とフォトセンサから構成される光学式エンコーダや、ホール素子や磁気抵抗素子とＮ、Ｓの２極着磁の回転磁石とを用いた磁気式エンコーダなどを使用することができる。
【００３３】
入力部１３は各種入力デバイスなどを備え、目標位置などの指令を姿勢制御部１０に出力する。入力デバイスとしては、例えば、公知のキー入力装置、ジョイステック、タッチパネルなどを使用することができる。なお、入力部１３は、本体部２に収納した構成としてもよいし、本体部２と着脱自在にする方法や別のユニットとして構成してもよい。また、マニピュレータ１を自律移動可能に構成する場合には、入力部１３は、外部に構成される上位制御装置（図示せず）からの操作指令を入力するようにしてもよい。
【００３４】
姿勢制御部１０は、プログラムに基づいて各種機能を実行する中央制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムなどを記憶している読み出し専用リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）と、データを一時格納する書き換え可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、外部とのデータの入出力を行う入出力部とを備えている。これにより、姿勢制御部１０は、入力部１３から得た操作指令、例えば目標位置に基づいて各種プログラムを実行することにより、アクチュエータ６ａ、８ａ、９ａを駆動し、移動やアーム部３の姿勢を制御する。また、姿勢制御部１０は、エンコーダ１６から得たモータ１５の回転情報に基づいて、アーム５およびアーム７の姿勢を検知することができる。
【００３５】
次に、図５から図７を参照しながら、マニピュレータ１の動作について説明する。図５は本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１の動作を示すフローチャート、図６は同マニピュレータ１の移動開始時におけるアーム姿勢の変化を示す図、図７は同マニピュレータ１の停止時におけるアーム姿勢の変化を示す図である。
【００３６】
マニピュレータ１は、図５に示すように、入力部１３からの操作指令に応じて目標位置を設定する（Ｓ１００）。そして、マニピュレータ１は、本体部２を移動部９で移動させ、目標位置に向けて所定の進行方向Ｐに移動を開始する（Ｓ１０２）。
【００３７】
次に、マニピュレータ１は関節部８を回動駆動し、所定の進行方向Ｐに対してアーム部３を斜め後方に傾ける（Ｓ１０４）。例えば、図６に示すように、姿勢制御部１０は、進行方向Ｐに対してアーム部３の姿勢を移動速度に応じて順次に変化させる。すなわち、姿勢制御部１０は、位置Ｐ０（停止位置）、位置Ｐ１（速度がＶ１となる位置）、位置Ｐ２（速度がＶ２となる位置）の順に本体部２を移動部９で移動させたときに、関節部８を回動して進行方向Ｐに対してアーム部３の傾き角度θｐを速度に応じて所定の角度まで順次大きくし、斜め後方に傾ける。ここで、Ｖ２＞Ｖ１とする。
【００３８】
次に、マニピュレータ１は、移動した位置が目標位置であるか否かを判断し（Ｓ１０６）、目標位置でない場合はＳ１０４を実行し、アーム部３の傾きを維持する。
【００３９】
一方、マニピュレータ１は、移動した位置が目標位置に近づくと関節部８を回動駆動し、アーム部３を停止姿勢にする（Ｓ１０８）。図７に示すように、姿勢制御部１０は、進行方向Ｐに対してアーム部３の姿勢を移動速度に応じて順次に変化させる。すなわち、姿勢制御部１０は、位置Ｐｎ−２（速度がＶ３となる位置）、位置Ｐｎ−１（速度がＶ４となる位置）、位置Ｐ２（停止位置）の順に本体部２を移動部９で移動させたときに、関節部８を回動すると共にアーム部３の速度に応じて進行方向Ｐに対して傾き角度θｐを順次に小さくする。そして、姿勢制御部１０は、移動部９を停止させたときには、進行方向Ｐに対して例えば、角度θｐ＝０となるように姿勢制御する。ここで、Ｖ３＞Ｖ４とする。なお、運搬目的として、任意の姿勢となるように角度θｐを制御して停止してもよい。
【００４０】
次に、マニピュレータ１は、目標位置で移動部９を停止させる（Ｓ１１０）。これによって、マニピュレータ１の本体部２が停止する。
【００４１】
以上述べたように、本実施の形態におけるマニピュレータ１によれば、本体部２を移動したとき、進行方向Ｐに対してアーム部３を斜め後方に傾ける。これによって、例えばアーム部３が障害物１１との衝突を回避できずに衝突した場合、障害物１１にかかる衝突力を分散させ、アーム５またはアーム７が正面衝突したときに障害物１１に与える衝突力Ｆａと比べて衝突力Ｆｂ（Ｆｂ＜Ｆａ）に緩和することができる。これにより、障害物１１に対する損傷を抑えると共に、マニピュレータ１の損傷も抑えることができる。障害物１１が人物であれば、正面衝突時に比べて人物に与える衝突力を緩和し痛みを抑えることができる。よって、マニピュレータ１の安全性を高めることができる。
【００４２】
なお、本体部２が停止してアーム部３を回動する場合であっても、障害物１１との衝突時の衝突力を抑えることができる。この場合について図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態におけるマニピュレータのアーム部３の回動動作を説明する上面図である。
【００４３】
図８に示すように、マニピュレータ１は、関節部８を回動してアーム部３を所定の回動方向Ｑに回動する。マニピュレータ１は、この所定の回動方向Ｑ対して関節部８を所定の角度まで回動すると共に、アーム部３の先端部、例えばアーム５やハンド４を斜め後方に傾けるようにする。アーム５とアーム７との角度は関節部６を回動して傾斜角度を調整する。これによっても、アーム部３の先端部が障害物１１との衝突を回避できずに衝突した場合、アーム部３の先端部が障害物１１に傾斜して衝突するため、衝突力を分散させることができる。
【００４４】
また、図９の上面図に示すように、ハンド４で把持物２０を把持している場合、進行方向Ｐに対して把持物２０がマニピュレータ１の各部より先行しないようにアーム部３の姿勢を変形させる。これにより、把持物２０をマニピュレータ１で外部から保護することができる。なお、図１０の上面図に示すように、アーム部３が３つの関節部１０６、１０８、１１０と３つのアーム１０５、１０７、１０９とハンド４で構成され、進行方向Ｐに対してマニピュレータ１の先行部分（この例では関節部１０６）よりアーム部３のハンド４で把持した把持物２０が後方となる位置に姿勢を変形させるようにしてもよい。同様に、図１１の正面図に示すように、アーム部３が３つの関節部２０６、２０８、２１０と３つのアーム２０５、２０７、２０９とハンド４で構成され、進行方向Ｐに対してマニピュレータ１の先行部分（この例では本体部２）よりアーム部３のハンド４で把持した把持物２０が３つのアーム２０５、２０７、２０９により保護される姿勢に変形されると共に、先行部分より後方の位置に姿勢を変形させるようにしてもよい。
【００４５】
さらに、図１２（ａ）に示すように、停止時は進行方向Ｐに対してハンド４があらかじめ設定した移動径路２１に沿うように姿勢を順次変化させるようにしてもよい。これにより、把持物２０の保護を優先した姿勢制御を行うことができ、把持物２０を本体部２で保護すると共に、衝突力低減を行う。なお、図１２（ｂ）に示すように、アーム部３において、衝突力低減を優先するために、ハンド４を移動径路２２に沿うように順次に姿勢を変化させてもよい。これにより、衝突力低減を優先した姿勢制御を行うことができる。
【００４６】
また、図１３を用いて、アーム部３の進行方向Ｐ側の面に平面部１７を有する場合、この平面部１７が衝突時に障害物１１に与える衝突力を抑える姿勢についてアーム５を例に説明する。図１３は、図２のＢ−Ｂ線から見たアーム５の断面図である。
【００４７】
図１３に示すように、マニピュレータ１（図１）は、本体部２の速度および障害物１１の速度に応じて、アーム部３における平面部１７の法線方向Ｈが所定の角度となるように姿勢を変化させる。
【００４８】
具体的には、アーム５と障害物１１との相対速度Ｖが増加するほど、障害物１１とアーム５とが衝突したときにアーム５が障害物１１に対して与える衝突力が増加する。このため、本発明の実施の形態では、障害物１１とアーム５との相対速度ベクトルを検知する障害物検知部（図示せず）をさらに備え、相対速度ベクトルの方向に対してアーム５の平面部１７の傾斜角を大きくする。例えば図１３（ａ）に示すように、障害物１１に対してアーム５の相対速度がＶａ（Ｖａ＝０）ｍ／ｓのとき、所定の角θａを０度とする。また、図１３（ｂ）に示すように、障害物１１の相対速度ベクトル１８の大きさがＶｂ（Ｖｂ＞Ｖａ）である場合、所定の角度をθｂ（θｂ＞θａ）とする。さらに、図１３（ｃ）に示すように、障害物１１の相対速度ベクトルの大きさがＶｃ（Ｖｃ＞Ｖｂ）である場合、所定の角度をθｃ（θｃ＞θｂ）とする。このように、アーム５に対する障害物１１の相対速度ベクトルが増すのに応じて、アーム５の平面部１７の傾きを大きくする。その結果、アーム５と障害物１１との相対速度ベクトルの大きさが増すほど衝突したときにアーム５にかかる衝撃力が増加するのを抑えることができる。アーム７も同様に平面部１７を相対速度ベクトルの大きさが増すほどに傾ける。障害物検知部は、例えば２つのカメラから得たステレオ撮影画像から距離方向を含む障害物１１の動き情報を検出する。なお、図１に示すアーム部３を相対速度ベクトルの方向に対して斜め後方に傾けるようにしてもよい。相対速度ベクトルの方向に対して表面１２の法線方向Ｈが所定の角θｐとなるようにアーム部３を傾ける。これにより、本体部２の移動方向Ｐだけでなく、障害物１１の移動方向にも応じることができ、相対速度ベクトルの方向に対してアーム部３の傾斜を調整することができる。これにより、アーム５が受ける衝突力をさらに抑えることができる。
【００４９】
また、アーム５の長手方向を軸としてアーム５の表面１９を能動回転させ、見かけの傾
きを作ってもよい。この動作について、図１２を参照しながら説明する。図１４は、本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１のアーム５の部分斜視図である。
【００５０】
図１４（ａ）に示すように、アーム５を覆う外装部（図示せず）がある場合には、アーム５の内部から外装部を駆動し表面を回転させる。これによっても、障害物１１との衝突が回避できずに衝突した場合、外装部の動きにより見かけの傾きを大きくし、衝突したときの衝突力を進行方向Ｐに対して分散させ、和らげることができる。なお、図１４（ｂ）に示すように、外装部がない場合にはアーム５自体を回転させる。これによっても、衝突したときの衝突力を和らげることができる。アーム７についても同様である。
【００５１】
また、障害物１１に対してアーム部３の移動経路から外れる方向に能動的に運動量を与えるようにしてもよい。この動作について、図１５を参照しながら説明する。図１５は、本発明の実施の形態におけるマニピュレータ１のアーム５の再衝突回避動作を説明する図である。
【００５２】
図１５（ａ）に示すように、マニピュレータ１を進行方向Ｐで移動させるときに、進行方向Ｐと対向する方向から障害物１１が移動している場合について説明する。図１５（ｂ）に示すように、アーム部３に障害物１１が衝突したとき、アーム部３を変位させ、障害物１１に力Ｆｄを作用させる。これにより、障害物１１は本体部２からより離れる方向、すなわち、障害物１１の移動方向をＣからＤに変える。このように、アーム部３を変位させ、アーム部３の移動径路から外れる方向に障害物１１に能動的に運動量を与えることで、アーム部３の他の部分に再衝突しにくくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、人物などの障害物との衝突が回避できずに障害物と衝突した場合であっても障害物に対して衝突力を低減させることができ、マニピュレータの姿勢制御装置および姿勢制御方法などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態におけるマニピュレータの概略上面図
【図２】図１の要部Ａの拡大図
【図３】（ａ）同マニピュレータのアームが正面衝突時に障害物に与える衝突力を説明する概念図、（ｂ）同マニピュレータが本方法による傾斜衝突時に障害物に与える衝突力を説明する概念図
【図４】同マニピュレータの構成を示すブロック図
【図５】同マニピュレータの動作を示すフローチャート
【図６】同マニピュレータの移動開始時におけるアーム姿勢の変化を示す図
【図７】同マニピュレータの停止時におけるアーム姿勢の変化を示す図
【図８】同マニピュレータにおけるアーム部３の回動動作を説明する正面図
【図９】同マニピュレータの移動時におけるアーム姿勢を示す上面図
【図１０】同マニピュレータの移動時における他のアーム姿勢を示す上面図
【図１１】同マニピュレータの移動時における他のアーム姿勢を示す正面図
【図１２】同マニピュレータの停止時における他のアーム姿勢の変化を示す図
【図１３】図２のＢ−Ｂ線から見たアームの断面図
【図１４】同マニピュレータのアームの部分斜視図
【図１５】同マニピュレータのアームの再衝突回避動作を説明する図
【符号の説明】
【００５５】
１ マニピュレータ
２ 本体部
３ アーム部
４ ハンド
５，７，１０５，１０７，１０９，２０５，２０７，２０９ アーム
６，８，１０６，１０８，１１０，２０６，２０８，２１０ 関節部
６ａ，８ａ，９ａ アクチュエータ
６ｂ，８ｂ，９ｂ 減速機
９ 移動部
１０ 姿勢制御部
１１ 障害物
１２，１９ 表面
１３ 入力部
１４ モータ駆動部
１５ モータ
１６ エンコーダ
１７ 平面部
２０ 把持物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御装置であって、前記本体部は姿勢制御部を備え、
前記姿勢制御部は、前記本体部を移動させるときに前記アーム部を所定の進行方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とするマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項２】
前記本体部と障害物との相対速度ベクトルを検知する障害物検知部をさらに備え、
前記姿勢制御部は、前記アーム部を前記相対速度ベクトルの方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項３】
前記アーム部は前記所定の進行方向側に平面部を有し、
前記姿勢制御部は、前記相対速度ベクトルの大きさが大きくなるほど前記相対速度ベクトルの方向に対して前記平面部の傾きを大きくすることを特徴とする請求項２に記載のマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項４】
前記姿勢制御部は、前記アーム部の長手方向を軸として前記アーム部の表面を前記障害物から受ける衝突力が小さくなる方向に能動回転させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項５】
前記姿勢制御部は前記アーム部を変位させ、前記障害物に対して前記アーム部の移動径路から外れる方向に運動量を与えることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項６】
前記姿勢制御部は、前記所定の進行方向に対して前記アーム部で把持した把持物がマニピュレータの各部位に先行しないように前記アーム部を変形させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項７】
本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御装置であって、前記本体部は姿勢制御部を備え、
前記姿勢制御部は、前記アーム部を回動させるときに前記アーム部の先端部を所定の回動方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とするマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項８】
本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御方法であって、前記本体部を移動させるときに前記アーム部を所定の進行方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とするマニピュレータの姿勢制御方法。
【請求項９】
本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御方法であって、前記アーム部を回動させるときに前記アーム部の先端部を所定の回動方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とするマニピュレータの姿勢制御方法。
【請求項１】
本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御装置であって、前記本体部は姿勢制御部を備え、
前記姿勢制御部は、前記本体部を移動させるときに前記アーム部を所定の進行方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とするマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項２】
前記本体部と障害物との相対速度ベクトルを検知する障害物検知部をさらに備え、
前記姿勢制御部は、前記アーム部を前記相対速度ベクトルの方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項３】
前記アーム部は前記所定の進行方向側に平面部を有し、
前記姿勢制御部は、前記相対速度ベクトルの大きさが大きくなるほど前記相対速度ベクトルの方向に対して前記平面部の傾きを大きくすることを特徴とする請求項２に記載のマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項４】
前記姿勢制御部は、前記アーム部の長手方向を軸として前記アーム部の表面を前記障害物から受ける衝突力が小さくなる方向に能動回転させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項５】
前記姿勢制御部は前記アーム部を変位させ、前記障害物に対して前記アーム部の移動径路から外れる方向に運動量を与えることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項６】
前記姿勢制御部は、前記所定の進行方向に対して前記アーム部で把持した把持物がマニピュレータの各部位に先行しないように前記アーム部を変形させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項７】
本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御装置であって、前記本体部は姿勢制御部を備え、
前記姿勢制御部は、前記アーム部を回動させるときに前記アーム部の先端部を所定の回動方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とするマニピュレータの姿勢制御装置。
【請求項８】
本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御方法であって、前記本体部を移動させるときに前記アーム部を所定の進行方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とするマニピュレータの姿勢制御方法。
【請求項９】
本体部に回動可能に設けたアーム部を有するマニピュレータの姿勢制御方法であって、前記アーム部を回動させるときに前記アーム部の先端部を所定の回動方向に対して斜め後方に傾けることを特徴とするマニピュレータの姿勢制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２９７８１０（Ｐ２００９−２９７８１０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５２５９３（Ｐ２００８−１５２５９３）
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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