特表 2022-539813 異なる方向範囲にわたるロボットマニピュレータのエンドエフェクタの触覚フィードバック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-09-13

(54)【発明の名称】異なる方向範囲にわたるロボットマニピュレータのエンドエフェクタの触覚フィードバック

(51)【国際特許分類】

   B25J 9/22 20060101AFI20220906BHJP

【ＦＩ】

B25J9/22 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022500634

(86)(22)【出願日】2020-07-03

(85)【翻訳文提出日】2022-03-04

(86)【国際出願番号】 EP2020068784

(87)【国際公開番号】W WO2021004920

(87)【国際公開日】2021-01-14

(31)【優先権主張番号】102019118260.3

(32)【優先日】2019-07-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS01

3C707BS09

3C707CV08

3C707CW08

3C707CY21

3C707DS01

3C707KS21

3C707KS22

3C707KX10

3C707LS02

3C707LU09

3C707LV05

3C707LV18

3C707LW07

3C707MT01

(57)【要約】

本発明は、以下のステップを含む方法に関する：
－重力の影響を補償するためのロボットマニピュレータ（１）のアクチュエータ（５）の制御（Ｓ１）、
－ロボットマニピュレータ（１）の手動ガイド中：エンドエフェクタ（３）の向きの検出（Ｓ２）、
－エンドエフェクタ（３）の手動ガイド中にエンドエフェクタ（３）が以下のようになるよう、アクチュエータ（５）の少なくとも一部を制御（Ｓ３）し、エンドエフェクタ（３）は：
ａ）第１のエンドエフェクタの回転の第１の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第１の範囲外では、回転角依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、前記第１のエンドエフェクタの回転は、その縦軸を中心としたエンドエフェクタ（３）の回転であり、
ｂ）第２のエンドエフェクタの回転の第２の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第２の範囲外では、偏向依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、前記第２のエンドエフェクタの回転は、元の縦軸または垂直軸からのエンドエフェクタ（３）の回転偏向である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ユーザによるロボットマニピュレータ（１）の手動ガイド中に前記ロボットマニピュレータ（１）を制御する方法であって、前記ロボットマニピュレータ（１）は、関節によって相互接続された複数の部材を含み、エンドエフェクタ（３）は、さらなる関節によって遠位部材に接続され、アクチュエータ（５）はすべての関節に配置され、次のステップを含み：
－前記ロボットマニピュレータ（１）が、静止ポーズから開始し、加速も外力もなしに静止ポーズのままだが、手動ガイドすることができるよう、制御ユニット（７）によって前記ロボットマニピュレータ（１）に作用する重力を補償するために前記アクチュエータ（５）を制御（Ｓ１）し、
－手動ガイド中：位置角検出ユニット（９）による、前記遠位部材または地球固定座標系に対する前記エンドエフェクタ（３）の向きを検出（Ｓ２）、
－前記エンドエフェクタ（３）の手動ガイド中に、前記エンドエフェクタ（３）が以下のようになるよう、前記制御ユニット（７）により前記ロボットマニピュレータ（１）の前記アクチュエータ（５）の少なくとも一部を制御（Ｓ３）し、エンドエフェクタ（３）は：
ａ）第１のエンドエフェクタの回転の第１の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第１の範囲外では、回転角依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、前記第１のエンドエフェクタの回転は、前記エンドエフェクタ（３）の縦軸を中心とした前記エンドエフェクタ（３）の回転であり、および、
ｂ）第２のエンドエフェクタの回転の第２の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第２の範囲外では、偏向依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、前記第２のエンドエフェクタの回転は、元々整列された縦軸または垂直軸からの前記エンドエフェクタ（３）の回転偏向である、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記第２のエンドエフェクタの回転は、元の縦軸または所定の平面内の垂直軸からの前記エンドエフェクタ（３）の回転偏向である、方法。

【請求項3】

請求項２に記載の方法であって、
前記所定の平面は垂直面であり、前記第２のエンドエフェクタの回転は水平軸を中心に定義され、前記水平軸は、前記ロボットマニピュレータ（１）を垂直軸を中心に回転させても、前記ロボットマニピュレータ（１）の地球固定環境に対してその向きを維持する、方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法であって、
前記第２のエンドエフェクタの回転は、共通の回転中心を有する任意の偏向方向への元の縦軸または垂直軸からの前記エンドエフェクタ（３）の回転偏向である、方法。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記ロボットマニピュレータ（１）の前記アクチュエータ（５）の少なくとも一部の制御は、前記エンドエフェクタ（３）の手動ガイド中に、前記第１の範囲外および／または前記第２の範囲外の前記エンドエフェクタ（３）が速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗するように行われる、方法。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記第２の範囲外の前記偏向依存抵抗は、偏向に対して非線形であり、および／または前記第１範囲外の前記回転角依存抵抗は、回転角に対して非線形である、方法。

【請求項7】

請求項６に記載の方法であって、
偏向と抵抗との間、および／または回転角と抵抗との間のそれぞれの非線形関数は、次の：
－シグモイド関数、
－多項式関数、
－三角関数、
－指数関数、
－対数関数、
のいずれかである、方法。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法であって、
前記偏向依存抵抗および／または前記回転角依存抵抗はそれぞれ、所定の上限で飽和する、方法。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の方法であって、
前記制御ユニット（７）による前記ロボットマニピュレータ（１）の前記アクチュエータ（５）の少なくとも一部の制御は、前記エンドエフェクタ（３）の手動ガイド中に、前記第２のエンドエフェクタの回転の前記第２の範囲内で前記エンドエフェクタ（３）が、偏向依存の抵抗で前記手動ガイドに対抗するように行われ、前記第２の範囲内の前記偏向依存抵抗は、偏向毎に前記第２の範囲外の前記偏向依存抵抗の半分よりも小さい、方法。

【請求項10】

関節によって相互接続された複数の部材を含むロボットマニピュレータ（１）であって、エンドエフェクタ（３）は、さらなる関節によって遠位部材に接続され、アクチュエータ（５）は、すべての関節に配置され、制御ユニット（７）および位置角検出ユニット（９）をさらに備え、制御ユニット（７）は、前記ロボットマニピュレータ（１）が、静止ポーズから開始し、加速も外力もなしに静止ポーズのままだが、手動ガイドすることができるよう、前記ロボットマニピュレータ（１）に作用する重力を補償するために前記アクチュエータ（５）を制御するように設計されており、前記位置角検出ユニット（９）は、手動ガイド中に、前記遠位部材または地球固定座標系に対する前記エンドエフェクタ（３）の向きを検出するように設計されており、前記制御ユニット（７）は、前記エンドエフェクタ（３）の検出された方向に基づいて、前記ロボットマニピュレータ（１）の前記アクチュエータ（５）の少なくとも一部を、前記エンドエフェクタ（３）の手動ガイド中に前記エンドエフェクタ（３）が以下のようになるよう制御するように設計されており、前記エンドエフェクタ（３）は：
ａ）第１のエンドエフェクタの回転の第１の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第１の範囲外では、回転角依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、前記第１のエンドエフェクタの回転は、前記エンドエフェクタ（３）の縦軸を中心とした前記エンドエフェクタ（３）の回転であり、および、
ｂ）第２のエンドエフェクタの回転の第２の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第２の範囲外では、偏向依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、前記第２のエンドエフェクタの回転は、元々整列された縦軸または垂直軸からの前記エンドエフェクタ（３）の回転偏向、
である、ロボットマニピュレータ（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ユーザによるロボットマニピュレータの手動ガイド中にロボットマニピュレータを制御するための方法、および前記方法を実行するためのロボットマニピュレータのさらなる要素と共に実装される制御ユニットを含むロボットマニピュレータに関する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0002】

以下の情報は、必ずしも先行技術から導き出されたものではないが、一般的な考えと考慮事項を表している：

【0003】

ロボットマニピュレータを手動でガイドする場合、ロボットマニピュレータのエンドエフェクタの向きを制限する必要がある場合がある。例えば、事前定義された範囲を超えたときに機械式ブレーキが作動すると、ロボットマニピュレータの動きがユーザにとってあまり直感的ではない方法で中断されるため、機械式ブレーキが解除された後にのみ手動ガイドを続行できる。

【0004】

したがって、本発明の目的は、ロボットマニピュレータのエンドエフェクタの向きの範囲または限界を考慮に入れて、ユーザによるロボットマニピュレータの手動ガイドを改善することである。

【0005】

本発明は、独立請求項の特徴により定義される。好都合な発展形および実施形態は、従属請求項の主題である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様は、ユーザがロボットマニピュレータを手動でガイドしている間にロボットマニピュレータを制御するための方法に関する。ロボットマニピュレータは、関節によって相互接続された複数の部材を有し、エンドエフェクタは、別の関節によって遠位部材に接続されている。アクチュエータはすべての関節に配置されている。ここでの方法には、次のステップを有する：
－ロボットマニピュレータが、静止ポーズから開始し、加速も外力もなしに静止ポーズのままだが、手動ガイドすることができるよう、制御ユニットによってロボットマニピュレータに作用する重力を補償するためのアクチュエータの制御、
－手動ガイド中：位置角検出ユニットによる、遠位部材または地球固定座標系に対するエンドエフェクタの向きの検出、および
－エンドエフェクタの手動ガイド中に、エンドエフェクタが以下のようになるような、制御ユニットによるロボットマニピュレータのアクチュエータの少なくとも一部の制御であり、エンドエフェクタは：
ａ）第１のエンドエフェクタの回転の第１の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第１の範囲外では、回転角依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、第１のエンドエフェクタの回転は、エンドエフェクタの縦軸を中心としたエンドエフェクタの回転であり、
ｂ）第２のエンドエフェクタの回転の第２の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第２の範囲外では、偏向依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、第２のエンドエフェクタの回転は、元々整列された縦軸または垂直軸からのエンドエフェクタの回転偏向である。

【0007】

ロボットマニピュレータを手動でガイドする場合、ロボットマニピュレータのユーザは、特に手の力によって、ロボットマニピュレータに外力を加える。これに関して、本発明の第１の態様は、特に、ユーザがロボットマニピュレータを手動でガイドすることによってエンドエフェクタの方向を変更する場合に関する。ロボットマニピュレータのエンドエフェクタは、ロボットマニピュレータの遠位部材、すなわち、ロボットマニピュレータの自由端、すなわち、ロボットマニピュレータのベースと反対側のロボットマニピュレータの端部に配置されている。エンドエフェクタは、被加工物またはロボットマニピュレータの環境からの別のオブジェクトと接触するロボットマニピュレータの要素である。

【0008】

特に、ロボットマニピュレータは、ロボットマニピュレータのさまざまな部材を接続する複数の関節により、特に固定座標系に関してエンドエフェクタに関して複数の自由度を有する産業用ロボットである。エンドエフェクタは、少なくとも１つのさらなる関節によって遠位部材に移動可能に接続されており、ここで、エンドエフェクタは、ロボットマニピュレータのその端と呼ばれ、関節によって、特にその関節の対応するアクチュエータによって、マニピュレータアームの残りの部分に最後に接続される。したがって、特に、ロボットマニピュレータのすべての関節は、制御ユニットによって制御されて、ロボットマニピュレータの２つの部材間またはロボットマニピュレータの遠位部材とエンドエフェクタとの間でそれぞれトルクまたは力を生成することができるアクチュエータを有する。

【0009】

ロボットマニピュレータに作用する重力を補償するアクチュエータを制御ユニットで制御する場合、ロボットマニピュレータのアクチュエータは、重力以外に、特にユーザによってロボットマニピュレータに外力が加えられていない場合に、ロボットマニピュレータが静止姿勢から動かないように制御される。これは、特に、現在検出されている関節角度または他の方法で検出されたロボットマニピュレータのポーズに応じてロボットマニピュレータの関節の現在のトルクを決定する、幾何学的モデルおよびロボットマニピュレータ上の質量分布のモデル、を介して達成されるため重力の影響がわかり、したがって、ロボットマニピュレータが重力の影響を受けて動かないように、ロボットマニピュレータのアクチュエータにどのカウンタートルクを設定するかがわかる。したがって、ロボットマニピュレータは、いわば無重力状態に人工的に配置され、ここで、特に、アドミタンス制御がアクティブであるため、ロボットマニピュレータ、特にロボットマニピュレータのエンドエフェクタに位置と方向とを教えるために、特に手動で、ロボットマニピュレータをユーザが動かし続けることができる。

【0010】

特に、位置角検出ユニットは、遠位部材とエンドエフェクタとの間の関節を含む、すべての関節角度センサの全体を含む。特に、関節角度センサは、ロボットマニピュレータの２つのそれぞれの部材間の角度を検出するために使用され、その結果、ロボットマニピュレータの遠位部材に対するエンドエフェクタの少なくとも相対的な向きが分かるが、好ましくは、相対的な向きに加えて、地球固定座標系に対するエンドエフェクタの向きも分かる。この方法の実行では、どの座標系で偏向または回転角が表記されるかは関係ない；これらの数量の表記は、これらの数量の関係を変更しないためである。さらに、既知の角度システム、特にカルダン角、オイラー角、または特異点を回避するための四元数を使用できる。

【0011】

特に、エンドエフェクタの縦軸は、ロボットマニピュレータのすべての部材およびエンドエフェクタが最大に伸長され、特にそれぞれが互いに１８０°整列されているときに、ロボットマニピュレータの部材を定義する直線上にある。さらに、エンドエフェクタの縦軸は、例えば、ドリルがエンドエフェクタに使用される場合、ドリルの回転軸に対応する。さらに、エンドエフェクタの縦軸は、エンドエフェクタの遠位先端を、エンドエフェクタを遠位部材に接続する関節に接続する仮想線によって定義することができる。

【0012】

速度に依存する抵抗は、通常、ダンピングとも呼ばれる。第１の範囲では、エンドエフェクタがユーザによってその縦軸を中心に回転されると、ユーザは速度に依存する抵抗力を感じるが、第２の範囲では、ユーザは偏向に依存する抵抗を感じる。好ましくは、範囲は、エンドエフェクタのゼロ位置にわたって定義され、ここで、エンドエフェクタのゼロ位置は、好ましくは、ロボットマニピュレータの遠位部材に関して、または地球固定グローバル座標系で定義された方向に関して事前に決定される。

【0013】

同様に、第２の範囲は、好ましくは、エンドエフェクタのゼロ位置に対して定義され、ここで、エンドエフェクタのゼロ位置は、エンドエフェクタが偏向されるその縦軸の元の方向に対するその本体に固定された縦軸の現在の方向によって定義される。この場合、エンドエフェクタの縦軸の元の方向は、中立位置、特に中間位置でエンドエフェクタの本体に固定された縦軸と一致するものであり、特にリンクによって定義される直線と整列し、これは、すべての部材が、特に１８０°の角度で、互いに最大に伸ばされたときに発生する。したがって、エンドエフェクタの縦軸の元の向きに対しての第２の範囲の外側では、偏向に依存する抵抗が手動ガイドに適用される。この場合のエンドエフェクタの偏向は、エンドエフェクタの本体固定点、またはエンドエフェクタの外側にあるがエンドエフェクタに対して静止している仮想点で構成され、偏向されたときに縦軸の元の方向に対して維持されるが、エンドエフェクタの縦軸は、縦軸の元の方向から離れて半径方向に傾いている。したがって、２次元の場合、第２のエンドエフェクタの回転は仮想三角形内の動きに対応する；したがって、３次元の場合、第２のエンドエフェクタの回転は仮想円錐内の動きに対応する。第２のエンドエフェクタの回転は、第１の代替案では、元の縦軸の向きからのエンドエフェクタの回転偏向であり、第２の代替案では、垂直軸からの偏向である。エンドエフェクタの縦軸の元の方向とは対照的に、垂直軸は地球に対して定義され、重力が作用する方向で、地球固定座標系で垂直軸を表す。

【0014】

本発明の有利な効果は、ロボットマニピュレータを手動でガイドするときに、ロボットマニピュレータ、特にロボットマニピュレータのエンドエフェクタが、エンドエフェクタの現在の向きに関する直感的なフィードバックを提供することである。特に、指定された境界は、ユーザがエンドエフェクタをガイドするときにスムーズな遷移とすぐに理解できる刺激を伴う触覚フィードバックを受け取るように、ソフトに実装されている。特に、エンドエフェクタが第１の範囲または第２の範囲の境界を超えて偏向し、そこで人工的なばね力を受ける場合、結果として、エンドエフェクタが第１の範囲または第２の範囲の外で解放されると、エフェクターは元の位置に戻り、その過程で運動エネルギーを吸収し、第１の範囲または第２の範囲に入ると、人工的なダンピングによって減速し、遅れて元の位置に戻る。

【0015】

有利な実施形態によれば、第２のエンドエフェクタの回転は、所定の平面における元の縦軸または垂直軸からのエンドエフェクタの回転偏向である。この場合、本発明の第１の態様のアイデアによれば、偏向は平面内で起こり、縦軸の元の配向から離れた他の方向、すなわち所定の平面の外側への手動ガイドによって、エンドエフェクタの配向の変化に関してエンドエフェクタがどのような反応を実行するかはオープンでも良い。

【0016】

別の有利な実施形態によれば、所定の平面は垂直面であり、第２のエンドエフェクタの回転は水平軸を中心に定義され、ここで、水平軸は、ロボットマニピュレータが垂直軸を中心に回転している場合でも、ロボットマニピュレータの地球固定の環境に対してその向きを維持する。特に、所定の平面が、エンドエフェクタと平行移動する方向的に固定された垂直面であるが、その方向が地球固定座標系に対して不変である場合、この平面における本発明の第１の態様の挙動は、地球固定座標系における特定の方向に関して常に保証され得、ここで、他の方向については、特に、元の位置合わせされた縦軸に対するエンドエフェクタの回転偏向に関する遮断などの、エンドエフェクタの反応の任意のオプションはオープンである。

【0017】

別の有利な実施形態によれば、第２のエンドエフェクタの回転は、元の縦軸または垂直軸からの、共通の回転中心を有する任意の偏向方向におけるエンドエフェクタの回転偏向である。この実施形態によれば、結果は、第１の範囲にまたがる仮想円錐である。この場合、回転偏向は、元の位置にある縦軸に対して、それから離れる任意の方向に発生するが、円錐の回転対称軸に対応する、元の位置にある縦軸上のすべての偏向の共通の回転点がある。あるいは、円錐の回転対称軸は垂直軸に対応し、垂直軸は重力の方向と一致する。どちらの場合も、エンドエフェクタの回転偏向が無限のさまざまな方向に対して対称的な動作を示すという利点がある。

【0018】

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アクチュエータの少なくとも一部の制御は、エンドエフェクタの手動ガイド中に、第１の範囲外および／または第２の範囲外のエンドエフェクタは、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗するよう実行される。この実施形態によれば、ユーザによって手動でガイドされる場合、人工ばねと人工ダンパーが、それぞれ、第１の範囲と第２の範囲の外側で動作するよう通常ＰＤコントローラと組み合わせて実装される、エンドエフェクタは、ユーザの動きに対するエンドエフェクタの偏向依存または回転角依存の抵抗に加えて、速度依存の抵抗を経験する。

【0019】

さらに有利な実施形態によれば、第２の範囲外の偏向依存抵抗は、偏向に対して非線形であり、および／または第１範囲外の回転角依存抵抗は、回転角に対して非線形である。偏向または回転角とそれぞれの抵抗の間の非線形の関係のため、特に、回転角または偏向からそれぞれの抵抗へのマッピングが、偏向または回転角の増加に伴って不釣り合いに高い値を提供する場合、指定された制限を実装することが有利に容易である。

【0020】

さらに有利な実施形態によれば、偏向と抵抗の間、および／または回転角と抵抗の間のそれぞれの非線形関数は、以下のそれぞれのうちの１つである：
－シグモイド関数、
－多項式関数、
－三角関数、
－指数関数、
－対数関数。

【0021】

さらに有利な実施形態によれば、偏向依存抵抗および／または回転角依存抵抗は、それぞれ、所定の上限で飽和する。それぞれの関連するアクチュエータトルクに関してエンドエフェクタが超えない上限は、有利には、ロボットマニピュレータのアクチュエータの自然な上限、または少なくともエンドエフェクタと遠位部材との間の関節に配置されたアクチュエータの自然な上限よりも正確にまたはわずかに低く、ここで、自然な上限は、例えば、それぞれのアクチュエータのギアにかかる最大許容トルク、またはアクチュエータによって加えることができる最大トルクである。有利なことに、これは、ロボットマニピュレータ、特にギアボックスまたはアクチュエータまたはロボットマニピュレータの構造コンポーネントの過負荷を防止する。

【0022】

さらに有利な実施形態によれば、制御ユニットによるロボットマニピュレータのアクチュエータの少なくとも一部の制御は、エンドエフェクタの手動ガイド中に、第２のエンドエフェクタの回転の第２の範囲内のエンドエフェクタが、偏向依存抵抗で手動ガイドに対抗するように実行され、ここで、第２の範囲内の偏向依存抵抗は、偏向毎に第２の範囲外の偏向依存抵抗の半分よりも小さい。本発明の第１の態様による人工ダンピングと組み合わせた第２の範囲内の人工ばねは、エンドエフェクタが解放されたときに、エンドエフェクタがその静止位置、すなわち、初期位置および初期配向に戻ることを可能にしながら、非常に直感的な動作を提供する人工質量ばねダンパーシステムをもたらす。

【0023】

さらに有利な実施形態によれば、制御ユニットによるロボットマニピュレータのアクチュエータの少なくとも一部の制御は、エンドエフェクタの手動ガイド中に、第１のエンドエフェクタの回転の第１の範囲内のエンドエフェクタが、回転角に依存する抵抗で手動ガイドに対抗するように実行され、ここで、第１の範囲内の回転角に依存する抵抗は、偏向毎に第１の範囲外の偏向に依存する抵抗の半分よりも小さくなる。本発明の第１の態様による人工ダンピングと組み合わせた第２の範囲内の人工ばねは、エンドエフェクタが解放されたときに、エンドエフェクタをその静止位置、すなわち、初期位置および初期配向に戻すことを可能にしながら、非常に直感的な動作を提供する人工質量ばねダンパーシステムをもたらす。

【0024】

本発明の別の態様は、関節によって相互接続された複数の部材を含むロボットマニピュレータに関し、エンドエフェクタは、さらなる関節によって遠位部材に接続され、アクチュエータはすべての関節に配置され、更に、制御ユニットおよび位置角検出ユニットを含み、制御ユニットは、静止ポーズから開始するロボットマニピュレータが加速や外力を加えずに静止ポーズのままだが、手動ガイドされる事もできるよう、ロボットマニピュレータに作用する重力を補償するようにアクチュエータを制御するように設計され、位置角検出ユニットは、手動ガイド中に、遠位部材に対するエンドエフェクタの向き、および遠位部材または地球固定座標系に対するエンドエフェクタの向きを検出するように設計され、制御ユニットは、エンドエフェクタの手動ガイド中にエンドエフェクタが次のようになるように、エンドエフェクタの検出された方向に基づいて、ロボットマニピュレータのアクチュエータの少なくとも一部を制御するように設計されており、エンドエフェクタは：
ａ）第１のエンドエフェクタの回転の第１の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第１の範囲外では、回転角依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、第１のエンドエフェクタの回転は、エンドエフェクタの縦軸を中心としたエンドエフェクタの回転であり、
ｂ）第２のエンドエフェクタの回転の第２の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第２の範囲外では、偏向依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、第２のエンドエフェクタの回転は、元々整列された縦軸または垂直軸からのエンドエフェクタの回転偏向である。

【0025】

提案されたロボットマニピュレータの利点および好ましい発展形は、提案された方法に関連して上述された説明を類似の対応する転用から導き出すことができる。

【0026】

さらなる利点、特徴、および詳細は、必要であれば図面を参照し、少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する以下の説明から導き出すことができる。同一、類似、および／または機能的に同一の要素は同じ参照符号で示す。

【図面の簡単な説明】

【0027】

以下のとおり図に示す。

【0028】

【図1】図１は、図２に示されるような本発明の実施形態による方法を実行するための制御ユニットを備えたロボットマニピュレータを示す。

【図2】図２は、本発明の第１の実施形態による、手動ガイド中にロボットマニピュレータを制御するための方法を示す。

【0029】

図面の表現は、図式化されたものであり、縮尺通りではない。

【発明を実施するための形態】

【0030】

図１は、関節によって相互接続された複数の部材を有するロボットマニピュレータ１を示す。エンドエフェクタ３は、別の関節を介して遠位部材に接続されている。アクチュエータ５は、遠位部材をエンドエフェクタ３に接続するものを含むすべての関節に配置されている。制御ユニット７は、ロボットマニピュレータ１に接続されており、ロボットマニピュレータ１は、特に位置角検出ユニット９によって検出された関節角度に基づいてアクチュエータ５を制御するために使用される。位置角検出ユニット９は、角度センサ全体で構成されており、各関節に少なくとも１つの角度センサが配置されている。制御ユニット７は、アクチュエータ５の少なくとも一部を制御することにより、図２に示す方法を実行するために使用される。この目的の為に、制御ユニット７は、ロボットマニピュレータ１が、静止ポーズから開始し、加速も外力もなしに静止ポーズのままだが、手動ガイドすることができるよう、ロボットマニピュレータ１に作用する重力を補償するためにアクチュエータ５を制御する。位置角検出ユニット９は、手動ガイド中に、地球固定座標系に対するエンドエフェクタ３の向きを決定する。エンドエフェクタ３の検出された方向に基づいて、制御ユニット７は、エンドエフェクタ３の手動ガイド中にエンドエフェクタ３が以下のようになるように、ロボットマニピュレータ１のアクチュエータ５の少なくとも一部をさらに制御し、エンドエフェクタ３は：
ａ）第１のエンドエフェクタの回転の第１の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第１の範囲外では、回転角依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、第１のエンドエフェクタの回転は、エンドエフェクタ３の縦軸を中心としたエンドエフェクタ３の回転であり、および、
ｂ）第２のエンドエフェクタの回転の第２の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第２の範囲外では、偏向依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、第２のエンドエフェクタの回転は、任意の偏向方向における垂直軸からのエンドエフェクタ３の回転偏向であり、すべての偏向は、エンドエフェクタ３の元々整列された縦軸上に共通の回転中心を有する。角度に依存する偏向は、図１の曲線矢印で表され、垂直軸の周りに結果として生じる円錐は、図１の破線の三角形で表される。

【0031】

図２は、ユーザがロボットマニピュレータ１を手動でガイドしている間にロボットマニピュレータ１を制御する方法を示す。この方法は、図１に示すようにロボットマニピュレータ１で実行される。ロボットマニピュレータ１は、関節によって相互接続された複数の部材を有し、エンドエフェクタ３は、別の関節によって遠位部材に接続され、アクチュエータ５は、すべての関節に配置されている。この方法は次のステップを有する：
－ロボットマニピュレータ１が、静止ポーズから開始し、加速も外力もなしに静止ポーズのままだが、手動ガイドすることができるよう、制御ユニット７によって、ロボットマニピュレータ１に作用する重力を補償するためのアクチュエータ５を制御Ｓ１し、
－手動ガイド中：位置角検出ユニット９による、遠位部材または地球固定座標系に対するエンドエフェクタ３の向きを検出Ｓ２、
－エンドエフェクタ３の手動ガイド中に、エンドエフェクタ３が以下のようになるように、制御ユニット７によりロボットマニピュレータ１のアクチュエータ５の少なくとも一部を制御Ｓ３し、エンドエフェクタ３は：
ａ）第１のエンドエフェクタの回転の第１の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第１の範囲外では、回転角依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、第１のエンドエフェクタの回転は、エンドエフェクタ３の縦軸を中心としたエンドエフェクタ３の回転であり、および、
ｂ）第２のエンドエフェクタの回転の第２の範囲内では、手動ガイドに対抗しないか、速度依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、第２の範囲外では、偏向依存の抵抗で手動ガイドに対抗し、ここで、第２のエンドエフェクタの回転は、元々整列された縦軸または垂直軸からのエンドエフェクタ３の回転偏向である。

【0032】

以上、好適な実施形態を用いて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は開示された例に限定されるものではなく、ここから当業者によって本発明の保護の範囲を逸脱することなくその他の変形例を得ることも可能である。したがって、複数の変形例の可能性が存在することは明らかである。また、例示された実施形態は、実際に単なる例であり、例えば、保護の範囲、潜在的な利用可能性、または本発明の構成を限定するものとして理解されるべきではないことも明らかである。むしろ、上記の説明および図面の説明は、当業者に例示される実施形態を具体的に実施することを可能にするものであり、開示された発明概念の知識を持つ当業者には、例えば例示される実施形態に記載の個々の要素の機能または構成について、請求項、および、例えば明細書におけるさらなる説明など、請求項の法的な等価物に規定される保護の範囲を逸脱することなく、数多くの修正を行うことが可能である。

【符号の説明】

【0033】

１：ロボットマニピュレータ
３：エンドエフェクタ
５：アクチュエータ
７：制御ユニット
９：位置角検出ユニット

Ｓ１：制御
Ｓ２：検出
Ｓ３：制御

【図1】

【図2】

【国際調査報告】