特許 7319722 ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-25

(45)【発行日】2023-08-02

(54)【発明の名称】ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定する方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/00 20060101AFI20230726BHJP

【ＦＩ】

B25J13/00 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021543128

(86)(22)【出願日】2020-01-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-14

(86)【国際出願番号】 EP2020051453

(87)【国際公開番号】W WO2020152191

(87)【国際公開日】2020-07-30

【審査請求日】2021-09-22

(31)【優先権主張番号】102019101595.2

(32)【優先日】2019-01-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】521181769

【氏名又は名称】フランカ エーミカ ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＦＲＡＮＫＡ ＥＭＩＫＡ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100122426

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 清志

(72)【発明者】

【氏名】スペニンガー、アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】シュトライテル、ファンジー

【審査官】杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２３５３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０８２１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２４５８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１３８１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２００７０２６１１４（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ ～ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットマニピュレータ（１）の負荷（１１）の重量および重心を決定する方法であって、前記ロボットマニピュレータ（１）は、ベース（３）上に配置され、複数のリンク（５）を有し、前記リンク（５）は、ジョイント（７）によって互いに接続され、前記ジョイント（５）上のアクチュエータ（６）によって互いに対して回転可能であり、前記ロボットマニピュレータ（１）は、前記負荷（１１）を把持するためのエンドエフェクタ（９）を有し、以下のステップ：
－ 前記エンドエフェクタ（９）によって前記負荷（１１）を把持（Ｓ１）；
－ 前記負荷（１１）をｎ個の異なる静的ポーズに移動（Ｓ２）；
－ 前記ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチＦ_ｅｘｔを決定し（Ｓ３）、それぞれの外部レンチＦ_ｅｘｔは、前記ロボットマニピュレータ（１）に作用する外力とトルクとを示し；
－ ベース座標系で、少なくとも外力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントを決定し（Ｓ４）、前記ベース座標系はデカルト座標系であり、前記ロボットマニピュレータ（１）の前記ベース（３）上に本体固定されて配置されていると想定され、前記ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり；
－ 前記ベース座標系の外力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて前記負荷（１１）の重量の特定の推定値を決定し（Ｓ５）；
－ 前記負荷（１１）の重量のそれぞれの推定値を平均化することによって前記負荷（１１）の重量を決定し（Ｓ６）；
－ 前記負荷（１１）の重量に基づいて、または、特定の静的ポーズに対して決定された前記負荷（１１）の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントに基づいて、ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて、前記負荷（１１）の重心の座標の推定値を決定し（Ｓ７）；並びに、
－ 重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することにより、前記負荷（１１）の重心を決定する（Ｓ８）、
を含む、方法。

【請求項2】

前記外部レンチＦ_ｅｘｔは、前記ジョイント（７）のトルクセンサ（１３）によって決定される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記外部レンチＦ_ｅｘｔは、前記ジョイント（７）または前記リンク（５）のひずみゲージ（１５）を使用して決定される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

【請求項5】

ｎ＝８である、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記外部レンチＦ_ｅｘｔは、前記エンドエフェクタ（９）に本体固定されているエンドエフェクタ座標系のｎ個の静的ポーズのそれぞれに対して決定され、力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔの少なくともコンポーネントを決定するために、系変換が、前記エンドエフェクタ座標系と前記ベース座標系との間の前記ベース座標系で行われる、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記負荷（１１）の重心の座標の推定値は、前記エンドエフェクタ（９）に本体固定されているエンドエフェクタ座標系におけるｎ個の静的ポーズのそれぞれについて決定される、請求項１～請求項６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記負荷（１１）の重心は、前記負荷（１１）の重心の座標のそれぞれの推定値の算術平均化によって決定される、請求項１～請求項７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記負荷（１１）の重量は、前記負荷（１１）の重量のそれぞれの推定値の算術平均化によって決定される、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

ロボットマニピュレータ（１）の負荷（１１）の重量および重心を決定するためのシステム（１００）であって、前記ロボットマニピュレータ（１）は、ベース（３）上に配置され、複数のリンク（５）を有し、前記リンク（５）は、ジョイント（７）によって相互に接続され、前記ジョイント（７）上に配置されたアクチュエータ（６）によって相互に回転可能であり、前記ロボットマニピュレータ（１）は、以下を有す：
－ 前記負荷（１１）をつかむように設計されたエンドエフェクタ（９）、
－ 前記負荷（１１）をｎ個の異なる静的ポーズに移動するために前記ジョイント（７）に配置された前記アクチュエータ（６）を制御するように設計された制御ユニット（１０１）、
－ 前記ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチＦ_ｅｘｔを決定するように設計された推定ユニット（１０３）であって、それぞれの外部レンチＦ_ｅｘｔは、前記ロボットマニピュレータ（１）に作用する外力とトルクとを示し、
－ 処理ユニット（１０５）は：
ａ）少なくとも、ベース座標系で示される力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントを決定し、前記ベース座標系はデカルト座標系であり、前記ロボットマニピュレータ（１）の前記ベース（３）上に本体固定された方法で配置され、前記ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり、
ｂ）各外部レンチＦ_ｅｘｔの外力を示す、前記ベース座標系のコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて、および重力ベクトルの大きさに基づいて、前記負荷（１１）の重量の特定の推定値を決定し、
ｃ）前記負荷（１１）の重量のそれぞれの推定値を平均化することにより、前記負荷（１１）の重量を決定し、
ｄ）前記負荷（１１）の重量に基づいて、または、特定の静的ポーズに対して決定された前記負荷（１１）の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントに基づいて、前記ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて、前記負荷（１１）の重心の座標の推定値を決定し、並びに、
ｅ）重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することにより、前記負荷（１１）の重心を決定する、
ように設計される、システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定するための方法、ならびにロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定するためのシステムに関する。

【発明の概要】

【0002】

本発明の目的は、ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定することである。

【0003】

本発明は、独立請求項の特徴によって定義される。有利な開発および実施形態は、従属請求項の主題である。

【発明を実施するための形態】

【0004】

本発明の第１の態様は、ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定するための方法に関する。ロボットマニピュレータはベース上に配置され、複数のリンクを有する。リンクはジョイントによって相互に接続されている。アクチュエータは、ジョイントの１つに配置されたそれぞれのリンクを互いに対して回転または傾斜させるために、ジョイント上に配置されている。ロボットマニピュレータには、負荷を把持するためのエンドエフェクタもある。本発明の第１の態様による方法は、以下のステップを含む：
－ エンドエフェクタによって負荷を把持する；
－ 負荷をｎ個の異なる静的ポーズに移動する；
－ ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチＦ_ｅｘｔを決定し、それぞれの外部レンチＦ_ｅｘｔは、ロボットマニピュレータに作用する外力とトルクを指定する；
－ ベース座標系で、少なくとも外力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントを決定し、ベース座標系はデカルト座標系であり、ロボットマニピュレータのベース上に本体固定された方法で配置されると想定され、ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり；
－ ベース座標系の外力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントの中から、重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて、ｎ個の静的ポーズのそれぞれの負荷の重量の特定の推定値を決定し；
－ 負荷の重量のそれぞれの推定値を平均化することによって負荷の重量を決定し；
－ 負荷の重量または特定の静的ポーズに対して決定された負荷の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントに基づいて、ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて、負荷の重心の座標の推定値を決定し；および、
－ 重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することによって負荷の重心を決定する。

【0005】

ベース座標系の方向は、ベース座標系の１つの軸が局所重力ベクトルの方向を指すように少なくとも位置合わせされる。ロボットマニピュレータを設定するとき、ベース座標系はそれに応じて較正されることが好ましい。ベース座標系で、外力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔの少なくともコンポーネントを決定することは、対応する座標系変換によって外部レンチＦ_ｅｘｔを変換することと特に等しく、この場合、重力ベクトルに沿って方向付けられたベース座標系も暗黙的に定義されるため、外部レンチＦ_ｅｘｔの正確に１つの力を示すコンポーネントが局所重力ベクトルの方向に正確に定義される。局所重力ベクトルは、特に地球上の特定の場所に作用する重力の方向を示すベクトルである。

【0006】

静止ポーズは特定の期間維持される。これにより、コリオリ力、接線加速度、遠心力などの動的な力やトルクを検出することなく、力やトルクを静的に測定できる。したがって、静的ポーズ用のそれぞれの外部レンチＦ_ｅｘｔには、動的な力やトルクは含まれていない。外部レンチＦ_ｅｘｔは、負荷の重量を含む、静的ポーズに関するすべての外力とトルクとの影響を示す。ただし、外部レンチＦ_ｅｘｔには、エンドエフェクタを含むロボットマニピュレータの重量は含まれていない。その結果、エンドエフェクタに負荷がかからないロボットマニピュレータの静的ポーズでは、外部レンチＦ_ｅｘｔはゼロベクトルに対応する。

【0007】

重心は点状の位置である、つまり、重心を決定するときに、この点状の位置、重心に対して位置ベクトルが決定される。この位置ベクトルの開始点は、特に、この位置ベクトルが示されているそれぞれの座標系の原点にある。

【0008】

負荷の重量を決定するとき、ロボットマニピュレータ自体は、負荷の質量の重量を決定するための目盛りとして有利に機能する。この場合、負荷の重量と質量とは

を介して相互に接続されているため、重量の決定は質量の決定と完全に等しい。

【0009】

ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を効率的に決定できることは、本発明の有利な効果である。

【0010】

有利な実施形態によれば、

ｋ個のアクチュエータを制御することによってのみｎ個の異なる静的ポーズに移動し、ここで、数ｋは事前定義された量であり、ｋ個のアクチュエータはエンドエフェクタに最も近いｋ個のジョイントに配置または割り当てられる。さらに有利な実施形態によれば、ｋ＝３であり、負荷の移動は、エンドエフェクタに最も近い３つのジョイントの３つのアクチュエータを制御することによってのみ、ｎ個の異なる静的ポーズで起こる。さらに有利な実施形態によれば、ｋ＝２であり、負荷の移動は、エンドエフェクタに最も近い２つのジョイントの２つのアクチュエータを制御することによってのみ、ｎ個の異なる静的ポーズで起こる。負荷を移動するステップは、空間のごく一部でのみ有利に実行される。

【0011】

さらに有利な実施形態によれば、

ｋ個のアクチュエータを制御することによってのみ、ｎ個の異なる静的ポーズに移動され、数ｋは事前定義された数量である。

【0012】

有利なことに、ｋ＝２であり、負荷のｎ個の異なる静的ポーズへの移動は、エンドエフェクタに最も近い３つのジョイントの第１のアクチュエータおよび第３のアクチュエータを制御することによってのみ起こる。

【0013】

さらに有利な実施形態によれば、ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定するためのステップは、ユーザからの入力信号に応答して自動的に実行される。

【0014】

さらに有利な実施形態によれば、ｎ個の静的ポーズは、ロボットマニピュレータによって自動的に動かされ、別の動きに重ね合わされ、ここで、別の動きは、好ましくは、ロボットマニピュレータの手動ガイドである。

【0015】

さらなる有利な実施形態によれば、ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定するためのステップは、ロボットマニピュレータの手動ガイド中に実行される。この場合、静的ポーズは利用可能なときに自動的に選択される。

【0016】

さらに有利な実施形態によれば、外部レンチＦ_ｅｘｔは、ジョイントのトルクセンサによって決定される。

【0017】

トルクセンサは、アクチュエータ回転可能なジョイントの電気アクチュエータに有利に統合されている。特に、電気アクチュエータの電流を測定することにより、トルクを検出することができる。

【0018】

さらに有利な実施形態によれば、外部レンチＦ_ｅｘｔは、ジョイントまたはリンク上のひずみゲージを使用して決定される。

【0019】

さらに有利な実施形態によれば、

ｎ個の静的ポーズの数ｍに数回移動される。

【0020】

このようにして、ヒステリシス効果は、それぞれの力またはトルクセンサから有利に平均化することができ、したがって、外部レンチＦ_ｅｘｔの測定から排除することができる。ヒステリシス効果は、特に「ロボットマニピュレータ」システムの摩擦と慣性とに起因する。そのようなポーズに近づく方向に応じて、それぞれの力またはトルクセンサによって異なる値が測定される。したがって、異なる方向から所望のポーズに対称的な動きが生じた場合、外部レンチＦ_ｅｘｔを検出する際のそれぞれのヒステリシス効果によって引き起こされる測定誤差を排除することが可能である。

【0021】

さらに有利な実施形態によれば、ｎ＝８である。

【0022】

さらに有利な実施形態によれば、外部レンチＦ_ｅｘｔは、エンドエフェクタに本体固定されているエンドエフェクタ座標系におけるｎ個の静的ポーズのそれぞれについて決定され、力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔの少なくともコンポーネントを決定するために、系変換は、エンドエフェクタ座標系とベース座標系との間のベース座標系で行われる。

【0023】

さらに有利な実施形態によれば、負荷の重心の座標の推定値は、エンドエフェクタに本体固定されているエンドエフェクタ座標系におけるｎ個の静的ポーズのそれぞれについて決定される。

【0024】

エンドエフェクタの座標系は、エンドエフェクタ上に本体固定された方法で配置されていると想定される。したがって、エンドエフェクタが移動すると、エンドエフェクタの座標系がエンドエフェクタと一緒に回転する。したがって、エンドエフェクタの座標系には、エンドエフェクタに対する相対的な動きはない。

【0025】

さらに有利な実施形態によれば、負荷の重心は、負荷の重心の座標のそれぞれの推定値の算術平均化によって決定される。

【0026】

さらに有利な実施形態によれば、負荷の重量は、負荷の重量のそれぞれの推定値の算術平均化によって決定される。

【0027】

有利な実施形態によれば、この方法はさらに、以下のステップを含む：
－ 負荷の重量および／または負荷の重心に基づいてロボットマニピュレータの制御システムの調整。

【0028】

さらに有利な実施形態によれば、制御システムは、少なくとも１つの制御パラメータを調整することによって調整される。

【0029】

制御パラメータは、特にリターンゲイン、フォワードブランチゲイン、またはモデル化されたデッドタイムである。

【0030】

さらに有利な実施形態によれば、この方法はまた、以下のステップを含む：
－ 負荷の重心を考慮して、移動経路に沿って移動する際の負荷の移動経路および負荷のそれぞれのポーズを計画および実行し、少なくともエンドエフェクタジョイントに作用するトルクが低減されるようにする。

【0031】

さらに有利な実施形態によれば、この方法はまた、以下のステップを含む：
－ 質量に基づいて負荷の最大速度を決定し、負荷の所定の最大並進インパルスを超えないようにする。

【0032】

さらに有利な実施形態によれば、この方法は、以下を含む：
－ 負荷の重心および／または負荷の質量に基づいて負荷の最大回転速度を決定し、負荷の所定の最大角運動量を超えないようにする。

【0033】

本発明のさらなる態様は、ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定するためのシステムに関し、ロボットマニピュレータは、ベース上に配置され、複数のリンクを有し、リンクは、ジョイントによって互いに接続され、ジョイント上に配置されたアクチュエータによって互いに対して回転可能であり、ロボットマニピュレータは以下を有する：
－ 負荷をつかむように設計されたエンドエフェクタ、
－ 負荷をｎ個の異なる静的ポーズに移動するためにジョイントに配置されたアクチュエータを制御するように設計された制御ユニット、
－ ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチＦ_ｅｘｔを決定するように設計された推定ユニットであって、それぞれの外部レンチＦ_ｅｘｔは、ロボットマニピュレータに作用する外力とトルクとを示し、
－ ａ）少なくとも、ベース座標系で示される力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントを決定し、ベース座標系はデカルト座標系であり、ロボットマニピュレータのベース上に本体固定された方法で配置され、ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり；
ｂ）各外部レンチＦ_ｅｘｔの外力を示す、ベース座標系のコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて、および重力ベクトルの大きさに基づいて、負荷の重量の特定の推定値を決定し；
ｃ）負荷の重量のそれぞれの推定値を平均化することにより、負荷の重量を決定し；
ｄ）負荷の重量または特定の静的ポーズに対して決定された負荷の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントに基づいて、ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて、負荷の重心の座標の推定値を決定し；および、
ｅ）重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することにより、負荷の重心を決定する；
ように設計された処理ユニット。

【0034】

さらに有利な実施形態によれば、ロボットマニピュレータは、ジョイントのトルクを決定するように設計されたトルクセンサを有し、処理ユニットは、ジョイントのトルクから外部レンチＦ_ｅｘｔを決定するように設計されている。

【0035】

有利には、トルクセンサはジョイントの電気アクチュエータに統合されている。特に、電気アクチュエータの電流を測定することにより、トルクを検出することができる。

【0036】

さらに有利な実施形態によれば、ロボットマニピュレータは、ジョイントまたはリンク上にひずみゲージを有し、ひずみゲージはそれぞれ、ロボットマニピュレータの支持材料の張力を検出し、それらを処理ユニットに伝達するように設計され、処理ユニットは、検出された電圧を使用して外部レンチＦ_ｅｘｔを決定するように設計されている。

【0037】

さらに有利な実施形態によれば、制御ユニットは、ジョイントに配置されたアクチュエータを制御して、

ｎ個の静的ポーズの数ｍに移動させるように設計される。

【0038】

さらに有利な実施形態によれば、処理ユニットは、エンドエフェクタに本体固定されているエンドエフェクタ座標系のｎ個の静的ポーズのそれぞれについてそれぞれの外部レンチＦ_ｅｘｔを決定するように設計されており、エンドエフェクタ座標系とベース座標系との間で系変換を実行して、ベース座標系の力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔの少なくともコンポーネントを決定する。

【0039】

さらに有利な実施形態によれば、処理ユニットは、エンドエフェクタに本体固定されているエンドエフェクタ座標系におけるｎ個の静的ポーズのそれぞれについて、負荷の重心の座標の推定値を決定するように設計されている。

【0040】

さらに有利な実施形態によれば、処理ユニットは、負荷の重心の座標のそれぞれの推定値の算術平均化によって負荷の重心を決定するように設計されている。

【0041】

さらに有利な実施形態によれば、処理ユニットは、負荷の重量のそれぞれの推定値の算術平均化によって、負荷の重量を決定するように設計されている。

【0042】

提案されたシステムの利点および好ましい改良は、提案されたシステムに関連して上記で行われた記述の類似の対応する適用から生じる。

【0043】

さらなる利点、特徴、および詳細は、以下の説明から生じ、必要に応じて図面を参照して、少なくとも１つの例示的な実施形態が詳細に説明されている。同一の、類似の、および／または機能的に同一の部品には、同じ参照番号が付けられている。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】図１は、本発明の一実施形態による、ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定する方法を示す。

【図2】図２は、本発明のさらなる実施形態による、ロボットマニピュレータの負荷の重量および重心を決定するためのシステムを示す。

【図3】図３は、図１で説明した方法に加えて、記号的に描かれた静的ポーズを示す。

【0045】

［図面の詳細な説明］
図は概略図であり、縮尺どおりではない。

【0046】

図１は、ロボットマニピュレータ１の負荷１１の重量および重心を決定する方法を示し、ロボットマニピュレータ１は、ベース３上に配置され、複数のリンク５を有し、リンク５は、ジョイント７によって互いに接続され、ジョイント５上のアクチュエータ６によって互いに対して回転可能であり、ロボットマニピュレータ１は、負荷１１を把持するためのエンドエフェクタ９を有する。この方法は、以下のステップを含む：
－ エンドエフェクタ９によって負荷１１を把持Ｓ１；
－ 負荷１１をｎ個の異なる静的ポーズに移動Ｓ２；
－ ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチＦ_ｅｘｔを決定しＳ３、それぞれの外部レンチＦ_ｅｘｔは、ロボットマニピュレータ１に作用する外力とトルクとを示し；
－ ベース座標系で、少なくとも外力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントを決定しＳ４、ベース座標系はデカルト座標系であり、ロボットマニピュレータ１のベース３上に本体固定されて配置されており、ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり；
－ ベース座標系の外力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて負荷１１の重量の特定の推定値を決定しＳ５；
－ 負荷１１の重量のそれぞれの推定値を平均化することによって負荷１１の重量を決定しＳ６；
－ 負荷１１の重量または特定の静的ポーズに対して決定された負荷１１の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントに基づいて、ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて、負荷１１の重心の座標の推定値を決定しＳ７；および、
－ 重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することにより、負荷１１の重心を決定するＳ８。

【0047】

図２は、ロボットマニピュレータ１の負荷１１の重量および重心を決定するためのシステム１００を示し、ロボットマニピュレータ１は、ベース３上に配置され、複数のリンク５を有し、リンク５は、ジョイント７によって相互に接続され、ジョイント７上に配置されたアクチュエータ６によって相互に回転可能である。ロボットマニピュレータ１は、以下を備える：
－ 負荷１１をつかむように設計されたエンドエフェクタ９、
－ 負荷１１をｎ個の異なる静的ポーズに移動するためにジョイント７に配置されたアクチュエータ６を制御するように設計された制御ユニット１０１、
－ ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて外部レンチＦ_ｅｘｔを決定するように設計された推定ユニット１０３であって、それぞれの外部レンチＦ_ｅｘｔは、ロボットマニピュレータ１に作用する外力とトルクとを示し、ジョイント７のトルクセンサ１３と、リンク５のひずみゲージ１５によって決定され、
－ 処理ユニット１０５は：
ａ）少なくとも、ベース座標系で示される力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントを決定し、ベース座標系はデカルト座標系であり、ロボットマニピュレータ１のベース３上に本体固定された方法で配置され、ベース座標系の軸は重力ベクトルに平行であり、
ｂ）各外部レンチＦ_ｅｘｔの外力を示す、ベース座標系のコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントに基づいて、および重力ベクトルの大きさに基づいて、負荷１１の重量の特定の推定値を決定し、
ｃ）負荷１１の重量のそれぞれの推定値を平均化することにより、負荷１１の重量を決定し、
ｄ）負荷１１の重量または特定の静的ポーズに対して決定された負荷１１の重量の特定の推定に基づいて、および外部に作用するトルクを示す外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントに基づいて、ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて、負荷１１の重心の座標の推定値を決定し、および、
ｅ）重心の座標のそれぞれの推定値を平均化することにより、負荷１１の重心を決定する、
ように設計される。

【0048】

図３は、図１に加えて、負荷１１の異なる静的ポーズをより詳細に、しかし記号的に示す。この方法は、ロボットマニピュレータ１の負荷１１の重量および重心を決定するために使用され、ロボットマニピュレータ１は、ベース３上に配置され、複数のリンク５を有し、リンク５は、ジョイント７によって互いに接続され、ジョイント５上のアクチュエータ６によって互いに対して回転可能であり、ロボットマニピュレータ１は、負荷１１を把持するためのエンドエフェクタ９を有する。エンドエフェクタ９で負荷１１を把持Ｓ１した後、負荷１１は、ｎ個の異なる静的ポーズに移動Ｓ２される。これらのさまざまな静的ポーズを図３に示す。

ｎ個の静的ポーズの数ｍに移動され、この場合、以下が適用される：ｍ＝ｎ＝４。静的ポーズは、ｑ＿１、ｑ＿２、ｑ＿３、およびｑ＿４で示される。これらの静的ポーズごとに、外部レンチＦ_ｅｘｔが決定Ｓ３され、それぞれの外部レンチＦ_ｅｘｔは、エンドエフェクタ座標系Kでロボットマニピュレータ１に作用する外力とトルクとを示す。この場合、外部レンチＦ_ｅｘｔには６つのコンポーネントがある。この場合、外部レンチＦ_ｅｘｔの最初の３つのコンポーネントは力を表し、外部レンチＦ_ｅｘｔの次のする３つのコンポーネントは検出されたトルクを表す。外部レンチＦ_ｅｘｔは、エンドエフェクタ９に本体固定されているエンドエフェクタ座標系Ｋ内のｎ個の静的ポーズのそれぞれについて決定され、ベース座標系Ｂの力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔの少なくともコンポーネントを決定Ｓ４するために、エンドエフェクタ座標系Ｋとベース座標系Ｂとの間の系変換が実行される。ベース座標系Ｂはデカルト座標系であり、ロボットマニピュレータ１のベース３上に本体固定されて配置されていると想定され、ベース座標系Ｂの軸は、現場で与えられた重力ベクトルに平行である。続いて、負荷１１の重量の特定の推定値が、ベース座標系Ｂの外力を示す各外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントの中から重力ベクトルの方向を指す特定のコンポーネントから決定Ｓ５される：

【数1】

【0049】

この場合、下付き文字のインデックス「K」は、インデックスの前にあるそれぞれの変数のエンドエフェクタ座標系Kへの参照を示し、それぞれの変数の前にある上付き文字「B」は、ベース座標系Bの表記を示す。さらに、ｇは、局所的に優勢な重力ベクトルの大きさを示す。さらに、「（３）」という表示による

それぞれのポーズｑ＿１またはｑ＿２またはｑ＿３またはｑ＿４に有効なベクトル表記の外部レンチＦ_ｅｘｔの３番目のコンポーネントを示す。したがって、

各ポーズｑ＿１からｑ＿４の負荷の質量の重量の特定の推定値を表す。

【0050】

負荷１１の重量は、負荷１１の重量のそれぞれの推定値の算術平均化によって決定Ｓ６される：

【数2】

【0051】

さらに、負荷１１の重心の座標の推定値は、特定の静的ポーズに対して決定された負荷１１の重量の特定の推定に基づいて、および外部作用トルクを示す外部レンチＦ_ｅｘｔのコンポーネントに基づいて、ｎ個の静的ポーズのそれぞれについて決定Ｓ７される。

【0052】

座標の推定値は、特定の推定値のｘ，ｙ，ｚからのインデックスで示され、表示「（４）」は、ベクトル表記の外部レンチＦ_ｅｘｔの４番目のコンポーネントを示し、表示「（５）」は、ベクトル表記の外部レンチＦ_ｅｘｔの５番目のコンポーネントなどを示す。

【0053】

【数3】

【0054】

この場合、下付き文字のインデックス「K」は、インデックスの前にあるそれぞれの変数のエンドエフェクタ座標系Kへの参照を示し、それぞれの変数の前にある上付き文字「K」は、エンドエフェクタ座標系Kの表記を示す。座標ｘ，ｙ，ｚを有する負荷１１の重心は、負荷１１の重心の座標についてのそれぞれの推定値の算術平均化によって決定Ｓ８される：

【数4】

【0055】

本発明は、好ましい実施形態によってより詳細に例示および説明されてきたが、本発明は、開示された例によって限定されず、他の変形形態は、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、当業者によってそこから導き出され得る。したがって、複数の可能な変形形態があることは明らかである。例として引用された実施形態は、実際には、範囲、潜在的な用途、または本発明の構成の制限として決して解釈されるべきではない例を構成するにすぎないことも明らかである。むしろ、前述の説明および図の説明は、当業者が実施形態を具体的に実施することを可能にし、ここで、開示された本発明の概念の知識を有する当業者は、特許請求の範囲および説明におけるさらなる説明などのそれらの法的同等物によって定義される保護の範囲から逸脱することなく、多数の修正（例えば、一実施形態で引用された個々の要素の機能または配置に関して）を行うことができる。

【符号の説明】

【0056】

１：ロボットマニピュレータ
３：ベース
５：リンク
６：アクチュエータ
７：ジョイント
９：エンドエフェクタ
１１：負荷
１３：トルクセンサ
１５：ひずみゲージ
１００：システム
１０１：制御ユニット
１０３：推定ユニット
１０５：処理ユニット

Ｓ１：把持
Ｓ２：移動
Ｓ３：決定
Ｓ４：決定
Ｓ５：決定
Ｓ６：決定
Ｓ７：決定
Ｓ８：決定

【図1】

【図2】

【図3】