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公開番号2025072730
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-12
出願番号2023182995
出願日2023-10-25
発明の名称ロボットアームの軌道生成装置、ロボットアームの軌道生成方法及びロボット制御装置
出願人国立大学法人室蘭工業大学,株式会社国際電気通信基礎技術研究所
代理人個人,個人
主分類B25J 9/22 20060101AFI20250501BHJP(手工具;可搬型動力工具;手工具用の柄;作業場設備;マニプレータ)
要約【課題】ロボットアームの消費電力が上限の閾値を超えないようにする。
【解決手段】ロボットアームの軌道生成装置1は、ロボットアームのエンドエフェクタの経路を示す経路情報が記憶される経路記憶部11と、ロボットアームの総消費電力量が最小となる、経路情報に対応する第1の軌道を生成する生成部12と、第1の軌道において、ロボットアームの消費電力が上限の閾値を超える時間範囲を特定する特定部13と、時間範囲に対応する第1の軌道の部分を、消費電力が上限の閾値を超えない第2の軌道に修正する修正部14とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
モータによって駆動される関節によって連結された複数のアームを有するロボットアームのエンドエフェクタの経路を示す経路情報が記憶される経路記憶部と、
前記経路情報に対応する軌道であって、前記ロボットアームの総消費電力量が最小となるように最適化された軌道である第１の軌道を生成する生成部と、
前記第１の軌道において、前記ロボットアームの消費電力が、上限の閾値を超える時間範囲を特定する特定部と、
前記時間範囲に対応する前記第１の軌道の部分を、消費電力が前記上限の閾値を超えない第２の軌道に修正する修正部と、を備えたロボットアームの軌道生成装置。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
前記修正部は、さらに、前記時間範囲の終点から前記第１の軌道の終点までに対応する前記第１の軌道の部分を、前記第２の軌道の終点から、前記第１の軌道の終点までの第３の軌道に修正する、請求項１記載の軌道生成装置。
【請求項３】
前記修正部は、前記時間範囲に対応する前記第１の軌道の部分における前記ロボットアームの各関節の角速度をα倍することによって第２の軌道を生成し、
前記αは、前記第２の軌道において、前記ロボットアームの消費電力が前記上限の閾値を超えないようにするための１未満の最大の正の実数である、請求項１または請求項２記載のロボットアームの軌道生成装置。
【請求項４】
モータによって駆動される関節によって連結された複数のアームを有するロボットアームのエンドエフェクタの経路を示す経路情報が記憶される記憶部と、生成部と、特定部と、修正部とを用いて処理されるロボットアームの軌道生成方法であって、
前記生成部が、前記経路情報に対応する軌道であって、前記ロボットアームの総消費電力量が最小となるように最適化された軌道である第１の軌道を生成するステップと、
前記特定部が、前記第１の軌道において、前記ロボットアームの消費電力が、上限の閾値を超える時間範囲を特定するステップと、
前記修正部が、前記時間範囲に対応する前記第１の軌道の部分を、消費電力が前記上限の閾値を超えない第２の軌道に修正するステップと、を備えたロボットアームの軌道生成方法。
【請求項５】
モータによって駆動される関節によって連結された複数のアームを有しており、前記関節において非接触電力伝送が行われるロボットアームと、
前記ロボットアームを、請求項４記載のロボットアームの軌道生成方法によって生成された軌道に基づいて動作させるロボット制御部と、を備えたロボット制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、消費電力が上限の閾値を超えない軌道を生成するロボットアームの軌道生成装置等に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
ロボットアームの軌道生成の技術としては、各種の拘束条件下でエンドエフェクタを所望の位置及び姿勢に到達させるための最適軌道を生成する方法などが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、エンドエフェクタの所望の位置及び姿勢への移動を、決められた時間内に最小のエネルギーで実現するための軌道を生成する方法についても知られている（例えば、非特許文献１～３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平７－２０００３０号公報
【非特許文献】
【０００４】
A. Mohammed, B. Schmidt, L. Wang, and L. Gao, "Minimizing energy consumption for robot arm movement", Procedia CIRP, Vol.25, pp.400-405 (2014)
J. Gregory, A. Olivares, and E. Staffetti, "Energy-optimal trajectory planning for robot manipulators with holonomic constraints", Syst. Control. Lett. 61(2), pp.279-291 (2012)
Y. Wang, K. Ueda, and S. A. Bortoff "A Hamiltonian approach to compute an energy efficient trajectory for a servomotor system", Automatica, Vol.49, pp.3550-3561 (2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロボットアームにおいて、供給可能な電力の上限が設定されていることがある。例えば、ロボットアームの各関節において、非接触電力伝送によって電力を基端側から先端側に伝送している場合には、そのような供給電力に上限が存在することがある。このような場合には、例えば、あらかじめ決められた時間内に最小エネルギーでエンドエフェクタを所望の位置及び姿勢に移動させることができる軌道が生成されたとしても、その軌道に応じてロボットアームを動作させた際に、ロボットアームの消費電力が上限の閾値を超えてしまい、途中で動作できなくなる可能性もある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ロボットアームの消費電力が上限の閾値を超えないようにするための軌道を生成することができるロボットアームの軌道生成装置等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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によるロボットアームの軌道生成装置は、モータによって駆動される関節によって連結された複数のアームを有するロボットアームのエンドエフェクタの経路を示す経路情報が記憶される経路記憶部と、経路情報に対応する軌道であって、ロボットアームの総消費電力量が最小となるように最適化された軌道である第１の軌道を生成する生成部と、第１の軌道において、ロボットアームの消費電力が、上限の閾値を超える時間範囲を特定する特定部と、時間範囲に対応する第１の軌道の部分を、消費電力が上限の閾値を超えない第２の軌道に修正する修正部と、を備えたものである。
【０００８】
このような構成により、エンドエフェクタが移動する際に、消費電力が上限の閾値を超えないようにすることができる軌道を生成することができる。また、そのような軌道を、最小の総消費電力量の軌道である第１の軌道を修正して生成することにより、生成後の軌道も総消費電力量がより少ないものとなる。
【０００９】
また、本発明の一態様によるロボットアームの軌道生成装置では、修正部は、さらに、時間範囲の終点から第１の軌道の終点までに対応する第１の軌道の部分を、第２の軌道の終点から、第１の軌道の終点までの第３の軌道に修正してもよい。
このような構成により、修正後の軌道の終点と、修正前の第１の軌道の終点とを一致させることができる。
【００１０】
また、本発明の一態様によるロボットアームの軌道生成装置では、修正部は、時間範囲に対応する第１の軌道の部分におけるロボットアームの各関節の角速度をα倍することによって第２の軌道を生成し、αは、第２の軌道において、ロボットアームの消費電力が上限の閾値を超えないようにするための１未満の最大の正の実数であってもよい。
このような構成により、第１の軌道を修正する際に、第１の軌道におけるエンドエフェクタの経路が変更されないようにすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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