臂型机械手的障碍物自动回避方法及控制装置制造方法及图纸

机械手的障碍物自动回避方法具备：几何模型表现步骤（S40），将机械手（100）表现为几何模型（M）；假想姿势算出步骤（S30），算出与初始轨道上的规定点对应的机械手的假想姿势（Pp）；干扰判定步骤（S50），判定假想姿势的几何模型是否干扰禁止进入区域；经过姿势决定步骤（S70），判定为干扰时，算出假想斥力将几何模型的干扰部分自禁止进入区域推出至动作区域的状态的姿势，将算出的姿势决定为经过姿势；更新轨道决定步骤（S80），将自当前姿势经由经过姿势变化为最终姿势时手部的轨道决定为更新轨道（Tb）；及将最新的经过姿势决定步骤中决定的经过姿势假设为初始轨道决定步骤中的当前姿势，反复执行自初始轨道决定步骤至更新轨道决定步骤的步骤。

Automatic obstacle avoidance method and control device for arm type manipulator

Automatic obstacle avoidance method of manipulator with geometric model: step (S40), performance of the manipulator (100) for geometric model (M); imaginary position (S30), calculated steps corresponding set point manipulator imaginary posture and calculate the initial orbit (Pp); interference (decision procedure S50), to determine whether the imaginary geometric model of posture interference are prohibited from entering the area; after the position determining step (S70), to determine the interference, calculate the imaginary repulsion posture interference geometry model from launch to areas prohibited from entering the action area of the state, the calculated position decided after updating track determining step posture; (S80), from the current position through the posture change for the final position of the hand rail decided to update tracks (Tb); and the latest step in decision decision after posture The pose is assumed to be the initial position in the initial orbit determination step, and steps are executed repeatedly from the initial orbital determination step to the updated track determination step.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】臂型机械手的障碍物自动回避方法及控制装置
本专利技术涉及一种臂型机械手的障碍物自动回避方法及控制装置。
技术介绍
先前以来，已知有使已停止的机械手自动地回避与障碍物的干扰而到达规定姿势的方法。专利文献1中揭示有沿路径逆向返回至作业原点的方法。具体而言，是借由依序执行包含移动指令而记述的控制程序，而使沿所需的路径进行一系列动作的机械手自停止位置返回至作业原点的控制方法，当依序逆执行已执行的控制程序时，使用其前一个移动指令的位置参数来执行各移动指令。专利文献2中揭示有一种机械手；即便机械手异常停止于动作路径以外时亦能返回至原点。具体而言，具备：将至少包含机械手进行动作的动作区域的区域映射图（areamap）划分为各个具有规定区域的区域块的区域块作成工序、及针对每个所划分的区域块设定机械手的返回方向的方向设定工序。借此，能回避与障碍物的干扰。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开平7-28520号公报专利文献2：日本专利特开2009-90383号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题专利文献1所述的方法中，当机械手异常停止于动作路径以外时，无法返回至作业原点。另一方面，专利文献2的方法中，当机械手异常停止于动作路径以外时，能够返回至作业原点。然而，专利文献2所述的方法中，须预先针对每个区域块设定机械手的返回方向，从而，存在作业者因设定作业而令作业量增大的问题。而且，返回方向的决定亦须作业者根据经验法则进行判断，从而存在作业者难以确保返回方向的问题。此外，针对每个区域块设定有机械手的返回方向的数据会导致数据量庞大的问题。换言之，存在须针对机械手的返回方向进行复杂设定的问题。本专利技术鉴于上述课题而完成，其目的在于提供不论机械手停止于哪个位置均能以简单的设定使其安全地到达规定姿势的机械手的障碍物自动回避方法及控制装置。解决问题的技术手段为了解决所述问题，本专利技术的一形态的机械手的障碍物自动回避方法是以如下形式结构：该臂型机械手具备利用关节连结有一个以上的连杆且于梢端部设有手部的机械手臂，该臂型机械手的障碍物自动回避方法包括如下步骤：对于所述机械手以使其具有几何形状的形式建模，从而表现为几何模型的几何模型表现步骤；设定所述几何模型不得进入的禁止进入区域、和由该禁止进入区域规定而所述几何模型进行动作的动作区域的区域设定步骤；决定所述机械手的最终姿势的最终姿势决定步骤；决定当所述机械手自当前姿势向所述最终姿势变化时所述手部的初始轨道的初始轨道决定步骤；算出与所述初始轨道上的规定的点对应的所述机械手的假想姿势的假想姿势算出步骤；判定所述假想姿势下的所述几何模型是否干扰所述禁止进入区域的干扰判定步骤；当所述干扰判定步骤中判定为不干扰时，将所述假想姿势决定为经过姿势，而当判定为产生干扰时，假想产生使所述禁止进入区域的干扰部分与所述几何模型的干扰部分相对排斥的斥力，算出因假想斥力而将所述几何模型的干扰部分自所述禁止进入区域推出至所述动作区域的状态下的姿势，将该算出的姿势决定为经过姿势的经过姿势决定步骤；将自所述当前姿势经由所述经过姿势而变化为所述最终姿势时所述手部的轨道决定为更新轨道的更新轨道决定步骤；和，将最新的经过姿势决定步骤中所决定的经过姿势假设为所述初始轨道决定步骤中的所述当前姿势，并反复执行所述初始轨道决定步骤、所述假想姿势算出步骤、所述干扰判定步骤、所述经过姿势决定步骤、及所述更新轨道决定步骤的步骤。根据上述结构，算出当机械手自当前姿势向最终姿势变化时手部的初始轨道上的规定的点所对应的机械手的假想姿势，判定假想姿势下的机械手的几何模型是否干扰禁止进入区域（障碍物）。并且，当判定为不干扰时，将假想姿势决定为当自当前姿势向最终姿势变化时经过的经过姿势，而当判定为产生干扰时，算出因假想斥力而将几何模型的干扰部分自禁止进入区域推出至动作区域的状态下的姿势，将该姿势决定为经过姿势。因此，当机械手的几何模型干扰禁止进入区域时，赋予不干扰禁止进入区域的经过姿势，故而，可回避与障碍物的冲突。然而，此时，因偏离原来的初始轨道，故而无法保证接近最终姿势。另一方面，当机械手的几何模型不干扰禁止进入区域时，赋予与初始轨道上的点对应的经过姿势，故而接近最终姿势。并且，根据上述结构，将新赋予的经过姿势作为当前姿势且反复实施该程序，故而，每当机械手的几何模型不干扰禁止进入区域的程序出现时，赋予与该程序中的初始轨道上的点对应的经过姿势且接近最终姿势。因此，借由反复进行试行错误，最终，机械手可以回避与障碍物的冲突同时获得当自当前姿势变化为最终姿势时手部的更新轨道。结果，借由机械手的几何模型、禁止进入区域及动作区域的设定这样的简单设定，从而，不论机械手停止于哪个位置均能自动回避与障碍物的干扰，使机械手安全地到达规定姿势（例如为退避姿势）。所述最终姿势决定步骤可将设定于已知轨道上的所述机械手的多个最终候补姿势中的、所述机械手的当前姿势与所述最终候补姿势的所述各关节的角度的位移的绝对值的总和为最小值的最终候补姿势选择并决定为所述最终姿势。根据此结构，可选择接近机械手的当前姿势的姿势作为最终姿势。借此，能缩短直至到达最终姿势为止所需的时间。所述经过姿势决定步骤可算出因所述假想斥力而某假想姿势下的所述机械手的所述各关节围绕转动轴产生的转矩，进而以所述假想姿势为起点，反复进行算出因该转矩的影响而变化的所述机械手经过规定时间后的假想姿势的运算，借此算出所述机械手的假想姿势的经时变化，且根据所述机械手的假想姿势的经时变化收敛时的所述机械手的假想姿势决定所述经过姿势。根据此结构，能适当地赋予回避机械手与禁止进入区域的干扰的经过姿势。所述假想斥力可以与所述几何模型进入至禁止进入区域的距离成比例地变大的形式构成。根据此结构，即便机械手的几何模型深入至禁止进入区域，亦能迅速地将其推出至禁止进入区域外。本专利技术的机械手的障碍物自动回避方法可具有如下步骤：判断所述机械手的姿势是否未以接近所述最终姿势的形式经时变化而是陷入停留状态的停留状态判定步骤；当所述停留状态判定步骤中判定为陷入停留状态时，生成所述机械手的因所述假想斥力而被推出的状态下的姿势以外的经过候补姿势的经过候补姿势生成步骤；判定所述经过候补姿势是否为接近所述最终姿势的姿势的第一判定步骤；和，当所述第一判定步骤中判定为所述经过候补姿势为向接近所述最终姿势的方向变化的姿势时，根据该经过候补姿势而决定所述经过姿势的第一决定步骤。根据此结构，例如，当因斥力而回推的方向与初始轨道的方向一致时，被回推至动作区域的姿势对应于初始轨道上的点，故而，几何模型反复对禁止进入区域产生干扰而陷入停留状态，机械手不接近最终姿势。然而，根据上述结构，可获得与非初始轨道上的点对应的经过姿势，故而，即便陷入这样的停留状态，亦可经由接近最终姿势的其他经过姿势而到达最终姿势。本专利技术的机械手的障碍物自动回避方法可具有如下步骤：当所述第一判定步骤中判定为所述经过候补姿势为向远离所述最终姿势的方向变化的姿势时，根据概率值判定是否选择所述经过候补姿势的第二判定步骤；和，当所述第二判定步骤中判定为选择时，根据该经过候补姿势决定所述经过姿势的第二决定步骤。根据此结构，即便无法生成接近最终姿势的其他姿势，亦可尝试是否可经由其他经过姿势而到达最终姿势。借此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械手的障碍物自动回避方法，是具备利用关节连结有一个以上的连杆且于梢端部设有手部的机械手臂的臂型机械手的障碍物自动回避方法，包括如下步骤：对于所述机械手以使其具有几何形状的形式建模，从而表现为几何模型的几何模型表现步骤；设定所述几何模型不得进入的禁止进入区域、和由该禁止进入区域规定而所述几何模型进行动作的动作区域的区域设定步骤；决定所述机械手的最终姿势的最终姿势决定步骤；决定当所述机械手自当前姿势向所述最终姿势变化时所述手部的初始轨道的初始轨道决定步骤；算出与所述初始轨道上的规定的点对应的所述机械手的假想姿势的假想姿势算出步骤；判定所述假想姿势下的所述几何模型是否干扰所述禁止进入区域的干扰判定步骤；当所述干扰判定步骤中判定为不干扰时，将所述假想姿势决定为经过姿势，而当判定为产生干扰时，假想产生使所述禁止进入区域的干扰部分与所述几何模型的干扰部分相对排斥的斥力，算出因假想斥力而将所述几何模型的干扰部分自所述禁止进入区域推出至所述动作区域的状态下的姿势，将该算出的姿势决定为经过姿势的经过姿势决定步骤；将自所述当前姿势经由所述经过姿势而变化为所述最终姿势时所述手部的轨道决定为更新轨道的更新轨道决定步骤；和将最新的经过姿势决定步骤中所决定的经过姿势假设为所述初始轨道决定步骤中的所述当前姿势，并反复执行所述初始轨道决定步骤、所述假想姿势算出步骤、所述干扰判定步骤、所述经过姿势决定步骤、及所述更新轨道决定步骤的步骤。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种机械手的障碍物自动回避方法，是具备利用关节连结有一个以上的连杆且于梢端部设有手部的机械手臂的臂型机械手的障碍物自动回避方法，包括如下步骤：对于所述机械手以使其具有几何形状的形式建模，从而表现为几何模型的几何模型表现步骤；设定所述几何模型不得进入的禁止进入区域、和由该禁止进入区域规定而所述几何模型进行动作的动作区域的区域设定步骤；决定所述机械手的最终姿势的最终姿势决定步骤；决定当所述机械手自当前姿势向所述最终姿势变化时所述手部的初始轨道的初始轨道决定步骤；算出与所述初始轨道上的规定的点对应的所述机械手的假想姿势的假想姿势算出步骤；判定所述假想姿势下的所述几何模型是否干扰所述禁止进入区域的干扰判定步骤；当所述干扰判定步骤中判定为不干扰时，将所述假想姿势决定为经过姿势，而当判定为产生干扰时，假想产生使所述禁止进入区域的干扰部分与所述几何模型的干扰部分相对排斥的斥力，算出因假想斥力而将所述几何模型的干扰部分自所述禁止进入区域推出至所述动作区域的状态下的姿势，将该算出的姿势决定为经过姿势的经过姿势决定步骤；将自所述当前姿势经由所述经过姿势而变化为所述最终姿势时所述手部的轨道决定为更新轨道的更新轨道决定步骤；和将最新的经过姿势决定步骤中所决定的经过姿势假设为所述初始轨道决定步骤中的所述当前姿势，并反复执行所述初始轨道决定步骤、所述假想姿势算出步骤、所述干扰判定步骤、所述经过姿势决定步骤、及所述更新轨道决定步骤的步骤。2.根据权利要求1所述的机械手的障碍物自动回避方法，其特征在于，所述最终姿势决定步骤将设定于已知轨道上的所述机械手的多个最终候补姿势中的、所述机械手的当前姿势与所述最终候补姿势的所述各关节的角度的位移的绝对值的总和为最小值的最终候补姿势选择并决定为所述最终姿势。3.根据权利要求1或2所述的机械手的障碍物自动回避方法，其特征在于，所述经过姿势决定步骤算出因所述假想斥力而某假想姿势下的所述机械手的所述各关节围绕转动轴产生的转矩，进而以所述假想姿势为起点，反复进行算出因该转矩的影响而变化的所述机械手经过规定时间后的假想姿势的运算，借此算出所述机械手的假想姿势的经时变化，且根据所述机械手的假想姿势的经时变化收敛时的所述机械手的假想姿势决定所述经过姿势。4.根据权利要求1至3中任一项所述的机械手的障碍物自动回避方法，其特征在于，所述假想斥力以与所述几何模型进入至禁止进入区域的距离成比例地变大的形式构成。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：中矢敦史，吉田雅也，间濑祥平，高桥大树，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP