【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マニピュレータ等
の産業用ロボット、特に複数のマニピュレータから構成
されるシステム、或いは人間型ロボット等に用いること
のできる多リンク機構の実時間干渉チェック方法及びシ
ステムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an industrial robot such as a manipulator, particularly a system including a plurality of manipulators, or a real-time interference checking method and system for a multi-link mechanism which can be used for a humanoid robot or the like. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の干渉検査方法は、一つのリンクと
一つのリンク間の干渉検査を如何に高速に行うかが研究
開発の対象となっており、多リンクから構成される機構
等において、干渉検査の対象となる組合せの数を如何に
して減じるか、また、干渉する前に如何にしてこれを検
査するかは検討されて来なかった。例えば、ノースカロ
ライナ大学のRapid、PQP等のソフトウェアパッケージが
開発されている。またロボットを動作させる前にあらか
じめ干渉検査をオフラインで行う方法も用いられている
が、この手法は事前に動作が決まっており、その通りに
実行するタイプの制御系にしか適用できず、外界状態に
応じてリアルタイムに動作を変更するようなロボットの
制御系には利用することができない。2. Description of the Related Art In the conventional interference inspection method, research and development is aimed at how to perform high speed interference inspection between one link and one link. How to reduce the number of combinations subject to interference testing and how to test this before interference has not been considered. For example, software packages such as Rapid and PQP from the University of North Carolina have been developed. In addition, a method of performing interference inspection in advance before operating the robot is also used, but this method has a predetermined operation, and can be applied only to a control system that executes exactly as it is, and the external state It cannot be used in a robot control system that changes its motion in real time according to the above.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来の産業用ロボット
は単一の腕から構成される場合が多く、自己干渉はあま
り問題にならなかった。ところが、双腕ロボットや人間
型ロボット等、複数の腕や脚から構成されるロボットが
開発され、自己干渉の防止がロボットの自己破損を防止
する観点から重要になった。この干渉検査は、実時間で
行う必要がある。自己干渉の検出を一般的に行うにはロ
ボットを構成するリンクの全ての組合せに対して干渉検
査を行わなければならないが、この組合せの数はリンク
数の2乗のオーダーで増大する。そのため従来技術では
現在利用できる最速のPCを用いても実時間で行うことは
出来ず、その高速化が必須となっている。そこで、本発
明は、事前の干渉検査によって行うべき干渉検査対象を
削減し、限定された検査対象についてロボット動作時の
干渉検査を実時間で行うことを目的としている。Conventional industrial robots are often composed of a single arm, and self-interference is not a serious problem. However, a robot including a plurality of arms and legs such as a dual-arm robot and a humanoid robot has been developed, and prevention of self-interference has become important from the viewpoint of preventing self-damage of the robot. This interference inspection needs to be performed in real time. In order to detect self-interference in general, it is necessary to perform interference inspection on all combinations of links that make up a robot, but the number of combinations increases with the square of the number of links. Therefore, in the conventional technology, even the fastest PC currently available cannot be used in real time, and the speedup is essential. Therefore, it is an object of the present invention to reduce the number of interference inspection targets to be subjected to prior interference inspection, and to perform the interference inspection at the time of robot operation for a limited inspection target in real time.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】図１は、本発明を適用す
る多リンク機構の実時間干渉チェック方法及びシステム
の概略構成を例示する図である。図示の構成は、大きく
分けて2つの段階、(1)事前の干渉検査と(2)ロボット動
作時の干渉検査からなる。全ての干渉検査を実時間で行
うことは不可能であるため、事前の干渉検査によって行
うべき干渉検査対象を削減し、限定された検査対象につ
いてロボット動作時の干渉検査を行う。FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a real-time interference check method and system for a multi-link mechanism to which the present invention is applied. The illustrated configuration is roughly divided into two stages: (1) prior interference inspection and (2) interference inspection during robot operation. Since it is impossible to perform all interference inspections in real time, the number of interference inspection targets that should be performed in advance is reduced, and the interference inspections during robot operation are performed on limited inspection targets.
【０００５】(1)事前の干渉検査実時間である必要がないとはいえ、リンク数が多い場合
には全てのリンクの全ての関節角に対して干渉検査を行
うことは計算時間や記憶容量の観点から現実的ではな
い。そこで干渉の発生可能性が低いと思われるリンク集
合を優先的に選択し，これら一部或いは全部のリンクを
対象に干渉検査を行い、関節角と干渉発生の有無との関
係をテーブルに記憶する。その結果から干渉検査が省略
可能な姿勢を発見し、これによってロボット動作時に行
わなければならない干渉検査の回数を削減する。(1) Preliminary interference inspection Although it is not necessary to perform the real time in advance, when the number of links is large, performing the interference inspection for all joint angles of all links requires calculation time and storage capacity. From the perspective of is not realistic. Therefore, a link set that is unlikely to cause interference is preferentially selected, interference inspection is performed on some or all of these links, and the relationship between the joint angle and the presence or absence of interference is stored in a table. . From the result, the posture in which the interference inspection can be omitted is found, thereby reducing the number of times of the interference inspection that must be performed when the robot operates.
【０００６】(2)ロボット動作時の干渉検査ロボット動作時には現在の動作を外挿して直後の動作を
予測し、この予測動作に対して干渉検査を行う。これに
よって衝突が発生する前に干渉を検知し、非常停止等の
必要な操作を行う。(2) Interference inspection during robot operation During robot operation, the current operation is extrapolated to predict the next operation, and interference inspection is performed on this predicted operation. As a result, interference is detected before a collision occurs, and necessary operations such as emergency stop are performed.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】開発した動力学シミュレータ上に
本方式をソフトウェアで実装し、人間型ロボットの歩行
動作に対して適用し、シミュレーションによって有効性
を確認した。以下この実施例の詳細について説明する。
図２は本発明の適用を行った人間型ロボットの外観写真
である。この人間型ロボットは7自由度の腕と6自由度の
脚を有し、脚腕で合わせて26自由度を持つ。このロボッ
トの制御系は5msecの周期で動作しており、歩行動作の
制御計算に計算資源を効率的に割り当てるためには、干
渉検査に割り当てる計算時間をできるだけ短く抑える必
要がある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION This method was implemented by software on the developed dynamic simulator, applied to the walking motion of a humanoid robot, and its effectiveness was confirmed by simulation. The details of this embodiment will be described below.
FIG. 2 is a photograph of the appearance of a humanoid robot to which the present invention has been applied. This humanoid robot has an arm with 7 degrees of freedom and a leg with 6 degrees of freedom, and has a total of 26 degrees of freedom with the legs and arms. The control system of this robot operates in a cycle of 5 msec, and in order to allocate computational resources efficiently for control calculation of walking motion, it is necessary to keep the calculation time allocated to interference inspection as short as possible.
【０００８】事前の干渉検査及びロボットが動作中に行
う干渉検査はいずれも干渉検査を行うソフトウェアパッ
ケージRAPIDを用いて行った。従来手法が多リンク機構
の実時間干渉チェックには不十分であることを確認する
ため、従来手法を用いて干渉検査を行った場合の計算時
間を計測した。図２の人間型ロボットに乱数を用いて発
生させたランダムな姿勢をとらせ、ロボット構成するリ
ンクの全ての組合せに対して干渉検査計算を行ったとこ
ろ、平均して10msec程度の計算時間を要した。前述のよ
うに制御の周期が5msec、干渉検査に割り当て可能な時
間がそれ以下であるため、従来手法では干渉検査をリア
ルタイムに行うことは不可能である。Both the preliminary interference inspection and the interference inspection performed while the robot is operating were performed using the software package RAPID for performing the interference inspection. In order to confirm that the conventional method is insufficient for the real-time interference check of the multi-link mechanism, we calculated the calculation time when performing the interference inspection using the conventional method. When the humanoid robot shown in Fig. 2 has a random posture generated by using random numbers, and the interference inspection calculation is performed for all combinations of links that make up the robot, the average calculation time is about 10 msec. did. As described above, since the control cycle is 5 msec and the time that can be assigned to the interference inspection is shorter than that, it is impossible to perform the interference inspection in real time by the conventional method.
【０００９】本発明では事前に干渉検査を行って干渉検
査が不要な領域の発見を行う。この発見処理は一部或い
は全ての関節を順に一定幅で動かしながらそれらのリン
クの組合せに対して干渉検査を行い、その結果を記録す
ることで行う。In the present invention, interference inspection is performed in advance to find an area where interference inspection is unnecessary. This finding process is performed by moving some or all joints in order with a constant width, performing an interference test on the combination of those links, and recording the result.
【表１】表１は左脚の4リンクと左腕の5リンクの計9リンクを対
象に発見処理を行った結果を表した表である。領域とは
各関節の可動範囲を一定幅で区切った場合の関節角範囲
に対応するものである。この表の各セルはある関節をあ
る角度に固定し、他の関節を一定幅で動かした際に干渉
が発生した姿勢の数を表す。従って、あるセルの数字が
0であれば、それに対応する関節を対応する角度に固定
すれば、他の関節の角度を何度にしようとも干渉は発生
しないということを意味する。表１からこのような安全
範囲が肩のピッチ軸周りの関節であるLARM-SHOULDER-P
と肩のロール軸周りの関節であるLARM-SHOULDER-Rに存
在することがわかる。この安全範囲を表したのが図３で
ある。結果としていずれかの関節をこの範囲内に固定す
ればこれら9リンクに関しては干渉検査を行うことが不
要となる。例えば図４のような姿勢をとればこれらのリ
ンク間の干渉検査を省略できる。[Table 1] Table 1 shows the results of the discovery process for a total of 9 links, 4 links on the left leg and 5 links on the left arm. The region corresponds to the joint angle range when the movable range of each joint is divided by a constant width. Each cell in this table represents the number of postures in which interference occurs when a certain joint is fixed at a certain angle and another joint is moved within a certain width. Therefore, the number in a cell is
If it is 0, it means that if the joints corresponding thereto are fixed at the corresponding angles, no interference occurs regardless of the angle of other joints. From Table 1, such a safety range is the joint around the shoulder pitch axis LARM-SHOULDER-P
It can be seen that it exists in the LARM-SHOULDER-R, which is a joint around the roll axis of the shoulder. FIG. 3 shows this safe range. As a result, if any joint is fixed within this range, it is not necessary to perform interference inspection on these 9 links. For example, if the posture shown in FIG. 4 is taken, the interference inspection between these links can be omitted.
【００１０】このような事前の干渉検査により、動作中
に行わなければならないリンクの組合せは次の様に限定
できる。(1)左脚、右脚間16組、(2)手先2リンクと両脚
間16組、(3)胴体と脚先2リンク間4組の計36組の干渉検
査をロボットの動作中に行う。図５はロボットが動作中
に行う干渉検査処理の流れである。歩行制御系等の制御
系から目標関節角列を受け取り、それに対して動作の外
挿処理を行った後、その姿勢に対して干渉検査処理を行
う。その結果安全であることが確認された後、目標関節
角は各関節のサーボ系に送られ、実際にロボットが動作
する。干渉の発生が予測された場合には、ロボットの動
作を停止する等の処理を行う。With such advance interference inspection, the combination of links that must be performed during operation can be limited as follows. (1) Left leg, 16 pairs between right legs, (2) 16 pairs between 2 links of hands and 2 legs, (3) 4 pairs between 2 links of torso and 2 links of legs . FIG. 5 is a flow of interference inspection processing performed while the robot is operating. After receiving a target joint angle sequence from a control system such as a walking control system and performing extrapolation processing of the motion on the target joint angle series, interference inspection processing is performed on the posture. As a result, after it is confirmed to be safe, the target joint angle is sent to the servo system of each joint, and the robot actually operates. When the occurrence of interference is predicted, processing such as stopping the operation of the robot is performed.
【００１１】図６は人間型ロボットが4歩の歩行動作を
行った場合に要した動作中の干渉検査の時間を記録した
ものである。歩行動作開始前/終了後は脚が近接してい
るため比較的計算時間が長く、歩行動作中は脚を前後に
開いているために計算時間が短くなっている。いずれの
場合も計算時間は1msec以下に抑えられており、従来手
法に対して大幅に高速化されていることが確認できる。FIG. 6 is a record of the time of the interference inspection during the motion required when the humanoid robot walks for four steps. The calculation time is relatively long because the legs are close to each other before / after the walking motion is started, and the calculation time is short because the legs are opened back and forth during the walking motion. In either case, the calculation time was suppressed to 1 msec or less, and it can be confirmed that the calculation time is significantly faster than the conventional method.
【００１２】[0012]
【発明の効果】従来技術では、下位の制御ループに干渉
検査を組み込み実時間で実行することは出来なかったの
に対し、本技術ではこれが可能になったため、自己干渉
による多リンク機構ハードウェアの破損の可能性を最小
限にすることができた。In the prior art, it was not possible to incorporate the interference check into the lower control loop and execute it in real time. However, this technique is now possible. The possibility of breakage could be minimized.
【図１】本発明の概要である。FIG. 1 is an overview of the present invention.
【図２】本発明を適用した人間型ロボットの外観写真で
ある。FIG. 2 is an external view photograph of a humanoid robot to which the present invention has been applied.
【図３】事前の干渉検査によって発見された安全関節角
領域の例である。FIG. 3 is an example of a safe joint angle region found by a prior interference test.
【図４】事前の干渉検査によって発見された安全姿勢の
一例である。FIG. 4 is an example of a safe posture discovered by a prior interference test.
【図５】ロボット動作中に行う干渉検査処理の流れであ
る。FIG. 5 is a flow of interference inspection processing performed during robot operation.
【図６】本発明を用いた場合の計算時間である。FIG. 6 is a calculation time when the present invention is used.
─────────────────────────────────────────────────────フロントページの続き (72)発明者 金子 健二 茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法 人産業技術総合研究所つくばセンター内(72)発明者 藤原 清司 茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法 人産業技術総合研究所つくばセンター内(72)発明者 梶田 秀司 茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法 人産業技術総合研究所つくばセンター内Ｆターム(参考） 3C007 BS27 CS08 MS09 WA03 WA13 WC00 ─────────────────────────────────────────────────── ───Continued front page (72) Kenji Kaneko 1-1-1 Higashi 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture Inside the Tsukuba Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology(72) Inventor Kiyoshi Fujiwara 1-1-1 Higashi 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture Inside the Tsukuba Center, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology(72) Inventor Shuji Kajita 1-1-1 Higashi 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture Inside the Tsukuba Center, National Institute of Advanced Industrial Science and TechnologyF-term (reference) 3C007 BS27 CS08 MS09 WA03 WA13 WC00
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001280129AJP2003089084A (en) | 2001-09-14 | 2001-09-14 | Multi-link mechanism real-time interference check method and system |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001280129AJP2003089084A (en) | 2001-09-14 | 2001-09-14 | Multi-link mechanism real-time interference check method and system |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003089084Atrue JP2003089084A (en) | 2003-03-25 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001280129APendingJP2003089084A (en) | 2001-09-14 | 2001-09-14 | Multi-link mechanism real-time interference check method and system |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003089084A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023548953A (en)* | 2020-12-07 | 2023-11-21 | サ－コス コーポレイション | Combining sensor output data to prevent unsafe movement of the exoskeleton |
| US11924023B1 (en) | 2022-11-17 | 2024-03-05 | Sarcos Corp. | Systems and methods for redundant network communication in a robot |
| US11926044B2 (en) | 2016-11-11 | 2024-03-12 | Sarcos Corp. | Clutched joint modules having a quasi-passive elastic actuator for a robotic assembly |
| US11981027B2 (en) | 2016-11-11 | 2024-05-14 | Sarcos Corp. | Tunable actuator joint modules having energy recovering quasi-passive elastic actuators with internal valve arrangements |
| US12172298B2 (en) | 2022-11-04 | 2024-12-24 | Sarcos Corp. | Robotic end-effector having dynamic stiffening elements with resilient spacers for conforming object interaction |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11926044B2 (en) | 2016-11-11 | 2024-03-12 | Sarcos Corp. | Clutched joint modules having a quasi-passive elastic actuator for a robotic assembly |
| US11981027B2 (en) | 2016-11-11 | 2024-05-14 | Sarcos Corp. | Tunable actuator joint modules having energy recovering quasi-passive elastic actuators with internal valve arrangements |
| JP2023548953A (en)* | 2020-12-07 | 2023-11-21 | サ－コス コーポレイション | Combining sensor output data to prevent unsafe movement of the exoskeleton |
| US12172298B2 (en) | 2022-11-04 | 2024-12-24 | Sarcos Corp. | Robotic end-effector having dynamic stiffening elements with resilient spacers for conforming object interaction |
| US11924023B1 (en) | 2022-11-17 | 2024-03-05 | Sarcos Corp. | Systems and methods for redundant network communication in a robot |
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Popov et al. | Collision detection, localization & classification for industrial robots with joint torque sensors | |
| O'Donnell et al. | Deadlock-free and collision-free coordination of two robot manipulators | |
| Lu et al. | Human-robot collision detection and identification based on wrist and base force/torque sensors | |
| CN103722565B (en) | Anthropomorphic robot self collision monitoring system and method for supervising | |
| Ouyang et al. | Hybrid rigid-continuum dual-arm space robots: Modeling, coupling analysis, and coordinated motion planning | |
| Garnier et al. | Mobile robot stability for complex tasks in naval industries | |
| Popov et al. | Real-time external contact force estimation and localization for collaborative robot | |
| CN109834708A (en) | Limit the control device of robot speed | |
| Kim et al. | Estimating probability of human hand intrusion for speed and separation monitoring using interference theory | |
| CN113799143B (en) | Safe cooperation method and device of multiple robots in working area | |
| WO2020133887A1 (en) | Industrial robot collision prevention method | |
| Magrini et al. | Human-robot coexistence and contact handling with redundant robots | |
| JP2003089084A (en) | Multi-link mechanism real-time interference check method and system | |
| CN105241683A (en) | Collision detection method for double-series connection mechanical arm type mobile manipulator device | |
| Toz et al. | A comparative study for computational cost of fundamental robot manipulators | |
| Lee et al. | Dynamic simulation of interactive robotic environment | |
| Zacharias et al. | Online generation of reachable grasps for dexterous manipulation using a representation of the reachable workspace | |
| CN109227539B (en) | Method for minimizing collision force of space flexible mechanical arm | |
| Subrin et al. | New redundant architectures in machining: serial and parallel robots | |
| CN107696034A (en) | A kind of wrong autonomous restoration methods for industrial robot | |
| Jorge et al. | Efficient learning of inverse dynamics models for adaptive computed torque control | |
| Lueth et al. | Extensive manipulation capabilities and reliable behavior at autonomous robot assembly | |
| Lau et al. | A Jacobian-based redundant control strategy for the 7-DOF WAM | |
| Kot et al. | System for automatic collisions prevention for a manipulator arm of a mobile robot | |
| Sintov et al. | Longitudinal regrasping of elongated objects |
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date:20041126 | |
| A131 | Notification of reasons for refusal | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date:20041207 | |
| A521 | Written amendment | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date:20050121 | |
| A131 | Notification of reasons for refusal | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date:20050322 | |
| A521 | Written amendment | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date:20050421 | |
| A02 | Decision of refusal | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date:20051025 |