JPS63231285A - Composite function generating method - Google Patents

Composite function generating method

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JPS63231285A
JPS63231285A JP6515287A JP6515287A JPS63231285A JP S63231285 A JPS63231285 A JP S63231285A JP 6515287 A JP6515287 A JP 6515287A JP 6515287 A JP6515287 A JP 6515287A JP S63231285 A JPS63231285 A JP S63231285A
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JP
Japan
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function
virtual
force
robot
control
Prior art date
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Application number
JP6515287A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideki Yoshizawa
英樹 吉沢
Kazuo Asakawa
浅川 和雄
Mikine Katsukura
勝倉 幹根
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS63231285A publication Critical patent/JPS63231285A/en
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To generate a function which secures continuity for an input that varies discontinuously and dynamically at random by using a multidimensional normal distribution function as the generating function and performing composition by the linear combination of the generating function. CONSTITUTION:Detected distances of sensors 21-2n are converted into relative position coordinates by a coordinate conversion part 30. A control deviation generating part 31 generates the position error between the target position and current position of a robot and the rotational error. An image conversion part 32 converts the input position coordinates and position deviation into a three-dimensional image of the normal distribution by using a basic function and an image arithmetic part 33 adds respective three-dimensional images after image conversion to generate a potential surface in a virtual space. A conversion part 34 computes an attitude controlled variable from the potential value between calculated virtual spaces. A virtual suctional force generation part 35 generates an induction acceleration force and a virtual turning force generation part 36 generates a turning force to a target rotational angle.

Description

【発明の詳細な説明】 〔目 次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術(第11図、第12図) 発明が解決しようとする問題点 問題点を解決するための手段(第1図)作用 実施例 (a)  一実施例方法の説明(第2図、第3図。[Detailed description of the invention] 〔table of contents〕 overview Industrial applications Conventional technology (Figures 11 and 12) The problem that the invention aims to solve Means for solving problems (Figure 1) Actions Example (a) Description of one embodiment method (Figures 2 and 3.

第4図、第5図、第6図、第7図) (′b)適用例の説明(第8図、第9図、第10図)(
C)  他の実施例の説明 発明の効果 〔概 要〕 入力に対応して関数を発生し1発生した関数を合成して
合成関数を生成する合成関数生成方法において2発生関
数として多次元正規分布関数を用い、且つ合成を発生関
数の線形結合をとって行なうことによシ、ランダムで不
連続な動的に変化する入力に対し、連続性を保証する関
数を生成できるようにしたものである。
(Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7) ('b) Explanation of application examples (Fig. 8, Fig. 9, Fig. 10) (
C) Description of other embodiments Effects of the invention [Summary] Multidimensional normal distribution as a two-generated function in a composite function generation method in which a function is generated in response to an input and one generated function is combined to generate a composite function. By using functions and performing synthesis by taking a linear combination of generated functions, it is possible to generate a function that guarantees continuity for random, discontinuous, and dynamically changing inputs. .

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、状態制御等のために入力から制御のだめの関
数を生成する合成関数生成方法に関し。
The present invention relates to a composite function generation method for generating a control function from input for state control or the like.

特にランダム且つ不連続な入力に対し連続性を持つ合成
関数を生成する合成関数生成方法に関する。
In particular, the present invention relates to a composite function generation method for generating a continuous composite function for random and discontinuous inputs.

状態制御においては、入力から制御関数を発生し、これ
によって被制御対象を制御することが行なわれている。
In state control, a control function is generated from an input, and a controlled object is controlled using this function.

このような関数を得るのに2発生した関数を合成して合
成関数として得る方法がある0 係る合成関数の生成には、生成された合成関数に連続性
等があることが求められている。
To obtain such a function, there is a method of synthesizing two generated functions to obtain a composite function.0 In order to generate such a composite function, it is required that the generated composite function has continuity, etc.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

例えば、第11図(5)に示す2次元平面を走行する移
動ロボット1が未知の障害物OBに衝突しないように運
動制御する例について考えてみると。
For example, consider an example in which the movement of the mobile robot 1 traveling on a two-dimensional plane shown in FIG. 11 (5) is controlled so as not to collide with an unknown obstacle OB.

ロボット1に距離センサ(例えば超音波センサ)2を設
け、ロボット1が距離センサ2の出力(距離情報)Rに
よって、障害物OBの存在を検出し。
The robot 1 is provided with a distance sensor (for example, an ultrasonic sensor) 2, and the robot 1 detects the presence of an obstacle OB based on the output (distance information) R of the distance sensor 2.

距離を認識することになる。You will recognize the distance.

これをロボット1の運動に影響を及ぼすには。To influence the movement of robot 1.

従来は、内部処理で係る検出距離の大きさを判定し、大
きさに基いて運動(走行速度、走行方向)を変更するか
判定し、変更する場合にはパターン処理等で適切な指令
値(制御量)を演算して、障害物OBとの衝突回避、迂
回等を行なうようにしている。
Conventionally, the magnitude of the detected distance was determined through internal processing, and based on the magnitude, it was determined whether the motion (traveling speed, traveling direction) should be changed, and if the motion was to be changed, an appropriate command value ( A control amount) is calculated to avoid a collision with an obstacle OB, take a detour, etc.

このような従来の適応制御方法においては、センサ2の
出力の次元に従って内部処理も係る次元(この例では一
次元)において実行されるため。
In such a conventional adaptive control method, internal processing is also performed in the dimension (one dimension in this example) according to the dimension of the output of the sensor 2.

数多くの条件判断や複雑なアルゴリズムを用いて運動状
態を制御することが必要である。
It is necessary to control the movement state using numerous conditional judgments and complex algorithms.

このようなセンサ情報から制御量を得る内部処理を簡易
化し且つ多数且つ多様なセンサ出力に対しても一次元処
理可能な方法を1本発明者らは。
The present inventors have devised a method that simplifies the internal processing for obtaining control amounts from such sensor information, and also enables one-dimensional processing of a large number of diverse sensor outputs.

特許出願昭61−150117号明細書(昭和61年6
月26日出願)において提案している。
Patent application specification No. 150117/1986 (June 1988)
(filed on May 26th).

この方法は、センサの出力を像イメージ(関数)で仮想
空間上に変換して制御量を求めるものであり、第12図
を用いて説明する。
This method converts the sensor output into a virtual space using an image (function) to obtain a control amount, and will be explained using FIG. 12.

この提案では、第121囚に示す如くロボット10作業
空間(運動空間)がX、Y軸の2次元であるとすると、
第12図(B) 、 (C)の如くこれにP軸を加えた
3次元の仮想空間を仮定する。
In this proposal, assuming that the robot 10 work space (movement space) is two-dimensional with the X and Y axes as shown in Prisoner 121,
Assume a three-dimensional virtual space in which the P-axis is added to this as shown in FIGS. 12(B) and 12(C).

そして、第12図(5)の作業空間で得たセンサ2の出
力(距離R)に対し、仮想空間のRの位置にX、Y軸方
向に広がりを持ちP軸方向に高さを持つ立体像(関数)
Pを生成する。即ち、実空間でのセンサ2の出力を仮想
空間の立体像(関数)Pに変換する。
Then, with respect to the output (distance R) of sensor 2 obtained in the work space of FIG. image (function)
Generate P. That is, the output of the sensor 2 in real space is converted into a three-dimensional image (function) P in virtual space.

この仮想空間では、第12図(Qの如く一次元の距離情
報が多次元の立体的な対象物として表わされることにな
る。
In this virtual space, one-dimensional distance information is represented as a multidimensional three-dimensional object as shown in FIG. 12 (Q).

この仮想空間での変換像はP軸方向に高さを持っている
ので、ロボット1に対応する仮想空間上の位置Aにおけ
る障害物OBの立体像によるP軸方向の場の状態量を用
いて制御量を求めることができ、これによってロボット
の運動を適応制御するものである。
Since the transformed image in the virtual space has a height in the P-axis direction, the state quantity of the field in the P-axis direction due to the three-dimensional image of the obstacle OB at position A in the virtual space corresponding to the robot 1 is used. The control amount can be determined, and the motion of the robot can be adaptively controlled based on this.

このように、仮想空間を一稽の状態制御場とし。In this way, virtual space can be used as a state control field.

センサ2からの出力を像(関数)に変換し、各センナに
よる像(関数)を仮想空間で合成し9合成儂(合成関数
)から状態量、制御量を求める方法である。
This is a method in which the output from the sensor 2 is converted into an image (function), the images (functions) from each sensor are combined in a virtual space, and the state quantities and control quantities are obtained from the nine composite functions.

従来、このような関数を発生し2発生した関数を合成し
て合成関数を得るものにおいては、関数形状を目的に合
ったものに選定し、これらを単に合成して合成関数をえ
るものであった。
Conventionally, when such a function is generated and two generated functions are combined to obtain a composite function, the function shape is selected to suit the purpose, and the composite function is obtained by simply composing them. Ta.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

一方、第11図の如きシステムにおいてハ、第1に仮想
空間が連続場のため合成関数自体に連続性や全微分可能
性が求められておシ、第2にセンサ2の如きの入力はラ
ンダムで不連続の場合もありえるから、これに対しても
動的に連続性のある合成関数の生成が望まれる。
On the other hand, in a system like the one shown in Fig. 11, firstly, since the virtual space is a continuous field, continuity and total differentiability are required for the composite function itself, and secondly, inputs such as those from sensor 2 are random. Since there may be discontinuous cases, it is desirable to dynamically generate a composite function that is continuous in this case as well.

しかしながら、従来の合成関数生成方法では。However, in the conventional composition function generation method.

これらが求められると2種々の条件を設定して補償を行
なう方法が用いられているから、汎用的関数に対しこの
補償を全て行なうことはきわめて困難であるという問題
があった。
Once these are determined, a method is used in which compensation is performed by setting two various conditions, so there is a problem in that it is extremely difficult to perform all of these compensations for general-purpose functions.

本発明は、動的に形状変更ができ且つ連続性を保証した
合成関数を生成することのできる合成関数生成方法を提
供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a composite function generation method that can dynamically change the shape and generate a composite function that guarantees continuity.

〔問題点を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

第1図は本発明の原理説明図である。 FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention.

第1図(5)に示す如く2本発明の発生関数f(R)は
多次元正規分布関数を用いており、この多次元正規分布
関数を第1図の)〜の)の如く線形結合によって合成し
て合成関数を生成するものである。
As shown in Fig. 1 (5), the generation function f(R) of the present invention uses a multidimensional normal distribution function, and this multidimensional normal distribution function is linearly combined as shown in ) to ) in Fig. 1. It is used to synthesize and generate a composite function.

〔作 用〕[For production]

本発明では2人力に対応して発生する関数(基底関数と
いう)として多次元正規分布関数を用いている。多次元
正規分布関数は、定義域(入力レンジ)の全てにおいて
全微分可能で且つ連続である0 即ち、ここでいう多次元正規分布関数/(R)は。
In the present invention, a multidimensional normal distribution function is used as a function (referred to as a basis function) generated in response to the power of two people. A multidimensional normal distribution function is fully differentiable and continuous in the entire domain (input range).In other words, the multidimensional normal distribution function/(R) here is 0.

R2= g (xl、 x、、・・・xn)     
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)但
し1gはxl・・・xfi(nは次元)に関する多項式
の線型結合である。
R2=g (xl, x,...xn)
(1) However, 1g is a linear combination of polynomials regarding xl...xfi (n is the dimension).

として。As.

f (R) = K −e−””     ・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・(2)の型をしてお
、!j+X+の偏微分は。
f (R) = K −e−”” ・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・Make the mold of (2)! The partial differential of j+X+ is.

である。It is.

従って、 (2) 、 (3)式は第1図(3)の如く
示され、いずれも連続且つ微分可能である。
Therefore, equations (2) and (3) are shown as shown in FIG. 1 (3), and both are continuous and differentiable.

更に基底関数の合成を第1図(B)〜の)の如く線形結
合によって表せば9合成関数も基底関数の数学的性質(
連続性、全微分可能性)を保存できることになる。
Furthermore, if the composition of the basis functions is expressed by a linear combination as shown in Figure 1 (B) - 9, the composite function also has the mathematical properties of the basis functions (
Continuity, total differentiability) can be preserved.

例えば。for example.

とすれば。given that.

第1図CB)のf、とf2の和は。The sum of f and f2 in Figure 1 CB) is.

f1+f2=に1・exp(−R12/2σす+に2 
・e x p (−Ra’/2 a” )となり、第1
図(Qの差、第1図nの積、第1図(ト)の商は次のよ
うになる。
f1+f2=1・exp(−R12/2σ+2
・e x p (-Ra'/2 a"), and the first
The difference in Q, the product of n in Figure 1, and the quotient in Figure 1 (G) are as follows.

fs −f2=に+−exp(−Rン2a’)−に、5
exp(−R://2σ’)fi ・fz=Kx ・K
、−exp (−R172a”−R,ン2σ2)fl/
f2=Kl/に4・exp(−RI/2σ2+Rν2a
2’)従って、線形結合により合成すれば1合成関数は
に−exp(−R1/2σ2)の形をなすから、基底関
数と同一の連続性及び全微分可能性が保証され、λ力が
不連続、ランダムでも連続性を持つ合成関数(第12図
の例では仮想平面上の曲面)がえられ。
fs −f2=to+−exp(−Rn2a′)−to, 5
exp(-R:https://2σ')fi ・fz=Kx ・K
, -exp (-R172a"-R,n2σ2)fl/
f2=Kl/4・exp(−RI/2σ2+Rν2a
2') Therefore, when synthesized by linear combination, one composite function has the form -exp(-R1/2σ2), so the same continuity and total differentiability as the basis functions are guaranteed, and the λ force is constant. A composite function (in the example of Fig. 12, a curved surface on a virtual plane) that has continuity even if it is continuous or random is obtained.

動的に形状変更してもこれらは失われない。These are not lost even if the shape is changed dynamically.

〔実施例〕〔Example〕

(al  一実施例方法の説明 以下2本発明の合成関数生成方法を第12図のロボット
の適応制御に用いた例について説明する。
(Al 1. Description of Embodiment Method) An example in which the composite function generation method of the present invention is used for adaptive control of the robot shown in FIG. 12 will be described below.

第2図は本発明の詳細な説明図、第3図は第2図におけ
る実空間と仮想空間の関係図、第4図は第2図における
仮想空間での関数合成説明図である0 第21囚においては、二次元X、Yの実空間(作業空間
)を移動するロボット1の側面に第2図(Qの如く、各
々距離センサである超音波センサ21〜28を2ケづつ
設け、超音波センナ21〜28で外部環境を把握しなが
ら、障害物OB1゜OB2を避けながら実空間を移動(
並進移動、姿勢制御)する例を示している。
Fig. 2 is a detailed explanatory diagram of the present invention, Fig. 3 is a diagram of the relationship between the real space and virtual space in Fig. 2, and Fig. 4 is an explanatory diagram of function composition in the virtual space in Fig. 2. In the prison, two ultrasonic sensors 21 to 28, each of which is a distance sensor, are installed on the side of a robot 1 that moves in a two-dimensional X, Y real space (work space), as shown in Figure 2 (Q). While grasping the external environment using the sonic sensors 21 to 28, it moves in real space while avoiding obstacles OB1 and OB2 (
An example of translational movement and posture control) is shown.

先づ、超音波センサ(以下センサと称す)21〜28の
検出距離rIを、ロボット固有(重心を原点)の座標X
−Yで表した。センサが検出できる方向を定義する単位
ベクトルe = (ext p eyl ) +(i=
1〜8)と、第2図(qに示す如く設定するセンサの取
シ付は位置A1〜A、の位置ベクトル 51=(8!l
 + 8.i ) + (i=1〜8)を用いて、セン
サiの捉えた障害物位置を次式で(Xt、Yt)とする
First, the detection distance rI of the ultrasonic sensors (hereinafter referred to as sensors) 21 to 28 is determined by the coordinates X of the robot (center of gravity origin).
-Represented by Y. Unit vector e = (ext p eyl ) + (i =
1 to 8) and the sensor mounting position set as shown in Figure 2 (q) is the position vector of positions A1 to A. 51 = (8!l
+8. i ) + (i=1 to 8), the obstacle position captured by sensor i is expressed as (Xt, Yt) using the following equation.

(Xt * Yi)= rI*(exi l eyl 
)+(8Xl + Sys )  −−15)従りて、
センサ21〜28の検出距離r1よシ。
(Xt * Yi) = rI * (exi l eyl
) + (8Xl + Sys ) −−15) Therefore,
Detection distance r1 of sensors 21 to 28.

ロボット1の各センサ21〜28からの障害物の相対位
置ベクトルR+= (Xt p Yt )が得られる。
The relative position vector R+=(Xt p Yt ) of the obstacle is obtained from each sensor 21 to 28 of the robot 1.

次に、これを状態場である仮想空間において基底関数で
展開する。
Next, we expand this using basis functions in a virtual space that is a state field.

第3図に示す如く、実空間R8と仮想空間Isとは、実
空間R8のX、Y二次元座標と仮想空間IsのX、Y二
次元座標とは一致しておυ、仮想空間ISは実空間R8
のX、Y平面に対し、新たに直交するP軸(ポテンシャ
ル軸)を加えたものである。
As shown in Fig. 3, in the real space R8 and the virtual space Is, the two-dimensional X and Y coordinates of the real space R8 and the two-dimensional X and Y coordinates of the virtual space Is are υ, and the virtual space IS is real space R8
A new orthogonal P axis (potential axis) is added to the X and Y planes of .

従って、2次元実空間R8O点Aの位置は、仮想空間I
sの2次元平面X−Yの位置と対応する。
Therefore, the position of the two-dimensional real space R8O point A is the virtual space I
It corresponds to the position of the two-dimensional plane X-Y of s.

前述のセンサ21〜28の検出距離rlによる相対位置
ベクトルR,を用いて、仮想空間IsにおけるX−Y面
のR,の示す位置を中心に、広がりをもった多次元正規
分布曲面(関数)を障害物OBI。
Using the relative position vector R, based on the detection distance rl of the sensors 21 to 28 described above, a multidimensional normal distribution curved surface (function) that spreads around the position indicated by R on the X-Y plane in the virtual space Is is created. Obstacle OBI.

OR3の立体像P1として生成する。It is generated as a stereoscopic image P1 of OR3.

この立体像Piは、多次元(二次元)正規分布関数であ
り。
This stereoscopic image Pi is a multidimensional (two-dimensional) normal distribution function.

P+)At=KiXexp(−R72σ2)  −−−
−−−−−−−−−−−−==(6)但し、R”=(X
−X、)2+(Y−Y、)2゜A、はセンサ取付は位置
P+) At=KiXexp(-R72σ2) ---
−−−−−−−−−−−−==(6) However, R”=(X
-X, )2+(Y-Y,)2゜A is the sensor installation position.

σは標準偏差である。σ is the standard deviation.

この仮想空間Isでは、各センサ取付位置A。In this virtual space Is, each sensor mounting position A.

(i=1〜8)においての立体像P1が順次生成され。Three-dimensional images P1 at (i=1 to 8) are sequentially generated.

重ね合された合成関数である立体像群(ポテンシャル曲
面という)Pは。
The three-dimensional image group (called a potential surface) P, which is a superimposed composite function, is.

P=ΣP+ ) At        ・・・四・・・
・・・・・・・・・・・(7)となる。
P=ΣP+) At...four...
・・・・・・・・・・・・(7)

従って、第2図(3)の例では、仮想平面では第2図(
B)の如く障害物OBI、OB2の位置にX、Y方向に
広が9を持ち、P軸方向に高さを持つ立体像pa 、 
Pbが関数生成され、これらの重ね合せ(合成)による
ポテンシャル曲面(合成関数)が形成される。
Therefore, in the example of Fig. 2 (3), the virtual plane is shown in Fig. 2 (3).
As shown in B), at the position of the obstacles OBI and OB2, there is a three-dimensional image pa having a width of 9 in the X and Y directions and a height in the P axis direction,
Pb is generated as a function, and a potential curved surface (composite function) is formed by superposing (synthesizing) these.

即ち、第4図に示す如く、入力R,,R2,R3によっ
て(6)式より基底関数Pユ、 P2. P、が発生し
、これらが仮想平面Isで加え合わされ2合成関数F(
8)が得られる。
That is, as shown in FIG. 4, based on the inputs R, , R2, R3, basis functions Pyu, P2. P, is generated and these are added on the virtual plane Is to form two composite functions F(
8) is obtained.

この合成関数F(8)は、 (6) 、 (力式よう連
続性を有し、且つ全微分可能であるから、後述する如く
This composite function F(8) is (6), (Since it has continuity like the force formula and is fully differentiable, as will be described later.

ロボットの障害物回避のための制御量を合成関数F(R
)より直接求められ、基底関数自体が連続であり、全微
分可能なため、入力が動的変化しても合成関数F(R)
はそれに従りて動的変化し、連続性は失われない。
The amount of control for the robot to avoid obstacles is expressed as a composite function F(R
), and the basis functions themselves are continuous and fully differentiable, so even if the input changes dynamically, the composite function F(R)
dynamically changes accordingly, and continuity is not lost.

この仮想平面Isにおいて、第3図の如く、ロボットl
の位置でのP軸方向の高さは、立体像pa 、 Pbに
よるポテンシャル面(合成関数)PSOP軸方向の高さ
PAとなる。
In this virtual plane Is, as shown in FIG.
The height in the P-axis direction at the position is the height PA in the axial direction of the potential surface (composite function) PSOP due to the stereoscopic images pa and Pb.

このようなポテンシャル面PSにおいて、ロボット1を
ポテンシャル面P8に沿ってポテンシャルの低い方に転
がるような反発力RFを生成し。
In such a potential surface PS, a repulsive force RF is generated that causes the robot 1 to roll along the potential surface P8 toward the lower potential.

ロボット1の並進変位及び姿勢制御を行ない、障害物を
回避する。
Controls the translational displacement and posture of the robot 1 to avoid obstacles.

次にこのようにセンサ21〜28の出力から生成された
ポテンシャル曲面からの反発力を求める方法について説
明する。
Next, a method of determining the repulsive force from the potential curved surface generated from the outputs of the sensors 21 to 28 in this manner will be described.

第5図及び第6図は反発力換算説明図、第7図は仮想空
間による動作説F3A図である。
5 and 6 are explanatory diagrams of repulsive force conversion, and FIG. 7 is an F3A diagram of the operation theory in virtual space.

第3図のA点における仮想空間Isのポテンシャル面P
Sを拡大すると、第5図(5)となる。
Potential surface P of virtual space Is at point A in Figure 3
When S is enlarged, it becomes as shown in FIG. 5 (5).

θp 方向に傾き(曲面斜度)−B)A=βを持つ面である。θp It is a surface having an inclination in the direction (curved surface slope) -B) A=β.

これから、係るポテンシャル面PSに沿って転がろうと
する反発力を求める。
From this, find the repulsive force that causes the ball to roll along the potential surface PS.

ここでP軸の負方向に仮想重力加速度Gを第51因に示
す如く設定し、Y軸、Y軸方向の反発力の制御量として
加速度Xr、 Yrを求める。
Here, the virtual gravitational acceleration G is set in the negative direction of the P axis as shown in the 51st factor, and the accelerations Xr and Yr are determined as the control amount of the repulsive force in the Y axis and the Y axis direction.

X軸方向について考えると、第5図(B)の如くポテン
シャル曲面PSの斜度はαであるから、加速度Xは。
Considering the X-axis direction, since the slope of the potential curved surface PS is α as shown in FIG. 5(B), the acceleration X is.

X、 == −G51nα* cosa:= −−Gs
in 2α       ・曲曲曲曲曲(8)とな遵、
 K==−、Gとすれば、(8)式は。
X, == −G51nα* cosa:= −−Gs
in 2α ・Tokukyokukyokukyoku (8) Tona Jun,
If K==-, G, then equation (8) is.

Xr二に@5in2α       曲・・・曲・・曲
面(9)となって計算によって求められる。
Xr2@5in2α Curve...Curve...Curved surface (9) is obtained by calculation.

同様にY軸の加速度Yは。Similarly, the acceleration Y on the Y axis is.

Y、 == K・5in2β       ・・・・・
・・曲・・曲面(10)として得られる。
Y, == K・5in2β ・・・・・・
...Curve...obtained as a curved surface (10).

これをX、Y軸方向の制御量とすれば、第5図(qに示
す如く、ロボット1を球と仮定し、Y軸。
If this is the control amount in the X and Y axis directions, as shown in FIG. 5 (q), assuming that the robot 1 is a sphere, the Y axis.

Y軸の加速度Xr、Yrの合成によってポテンシャル曲
面PSに沿って転がシカ(反発力)RFが発生する0 即ち、第2図(B)の仮想空間において、ロボット1は
P軸のポテンシャル値の小さい方向に反発力が加わり、
従って、実空間では、ロボット1は障害物OBI、OB
2の間を障害物OBI、OB2を避けて移動することが
できる。
A rolling force (repulsive force) RF is generated along the potential curved surface PS by the combination of the Y-axis accelerations Xr and Yr.In other words, in the virtual space of FIG. Repulsive force is added in the smaller direction,
Therefore, in real space, robot 1 faces obstacles OBI, OB
2 while avoiding obstacles OBI and OB2.

この原理は、ロボット10重心Oに注目し、A点を重心
0の位置とすることによって、ロボット1の並進変位運
動の制御に用いることができる。
This principle can be used to control the translational displacement movement of the robot 1 by focusing on the center of gravity O of the robot 10 and setting point A as the position of the center of gravity 0.

これをロボット1の姿勢制御に用いるには2次のように
すればよい。
In order to use this for posture control of the robot 1, the following procedure may be used.

第6図(5)、(B)に示す如く、ロボット1全体の質
点が重心Oにあるという仮定から質点はセ/す21〜2
8の取付は位置A1〜A、に分散存在することにする。
As shown in Fig. 6 (5) and (B), based on the assumption that the mass point of the entire robot 1 is located at the center of gravity O, the mass point is set at C/21-2.
It is assumed that the installations of No. 8 are distributed at positions A1 to A.

又、n(=8)個に分散した質量町(Ms/n)の和は
仮想空間におけるロボット1の仮想質量Msに等しい0 ロボットモデルの重心は、力学的釣合い条件から求めら
れる通常の力学的重心に一致する。
Also, the sum of n (=8) distributed masses (Ms/n) is equal to the virtual mass Ms of the robot 1 in the virtual space.0 The center of gravity of the robot model is the normal mechanical coincides with the center of gravity.

これらの仮定によって、センサ出力から発生する仮想空
間からの反発力F1は、センナ取付位置に分散配置され
た質点A、の中心に作用し2重心0にはモーメント及び
後述する仮想吸引力1回転力が作用する。
Based on these assumptions, the repulsive force F1 from the virtual space generated from the sensor output acts on the center of the mass points A distributed at the senna mounting position, and the moment at the center of gravity 0 and the virtual suction force 1 rotational force described later. acts.

慣性モーメン)Iは、第6図(5)の如く、並進変位の
X−Y軸に対し1点A(重心0)におけるP軸回シのも
のである。従って、姿勢制御のモーメントMを求めるに
は、先づ、各センナ取付は位置A1〜A8での反発力の
制御量Xrl 、 Yrlを求める。
The moment of inertia) I is the P-axis rotation at one point A (center of gravity 0) with respect to the X-Y axis of translational displacement, as shown in FIG. 6(5). Therefore, in order to determine the moment M for attitude control, first, the control amounts Xrl and Yrl of the repulsive force at the positions A1 to A8 for each senna installation are determined.

即ち、最初に第5図同様の方法で各センナ取付は位置A
、 (A1〜A8)のX方向の傾きαi、Y方向の傾き
βiを求める。
That is, first install each senna in position A in the same manner as shown in Figure 5.
, (A1 to A8), find the inclination αi in the X direction and the inclination βi in the Y direction.

そして、各センサ取付は位置A、での加速度Xrl 。And each sensor installation has an acceleration of Xrl at position A.

Yrlを第(9)式、第(11)式を変形して9次のよ
うに得る0 X11= K a sin 2 dl        
間開曲曲曲、 (11)Yrl = K * 5in2
βl        ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・(13ここで、各センナ取付は位置A、で
受ける反発力F、は。
Transform Yrl into equation (9) and equation (11) to obtain the ninth order: 0 X11= Ka sin 2 dl
Opening song, (11) Yrl = K * 5in2
βl ・・・・・・・・・・・・・・・
......(13Here, each Senna installation receives a repulsive force F at position A.

Fl :(Fzi p Fyi ) =mI (Xrl * Yrl )        ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(13であ
る。但し、 mlは分散された質点の質量である。
Fl: (Fzi p Fyi) = mI (Xrl * Yrl) ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・(13. However, ml is the mass of the dispersed mass points.

従って、 (11)式、住2式、α9式よシ。Therefore, formula (11), type 2, and type α9.

となる。becomes.

このため、ロボットの重心O回シのモーメントMは。Therefore, the moment M of the robot's center of gravity is:

M=ΣS、 X F。M=ΣS, XF.

=Σ18tl X IFII X5inθi ・・・・
・・・・・・・・間開−(19で定義される。
=Σ18tl X IFII X5inθi...
.....Gap-(defined in 19).

従って、霞式に於ける(L′5式、(14式の各センナ
取付は位置A、の仮想空間工Sからの反発力F、を求め
Therefore, in the Kasumi method, find the repulsive force F from the virtual space machine S at position A for each senna installation of (L'5 formula, (14 formula).

(151式によって重心Oからのセンサ位置ベクトルS
iとによって、姿勢制御のためのモーメントMが求めら
れる。
(Sensor position vector S from the center of gravity O by formula 151
The moment M for posture control is determined by i.

同様に2重心Oでの並進力F(F工=FY)は。Similarly, the translational force F at the double center of gravity O (F = FY) is.

であるので、第α→式よシ求めた各センサ取付は位置A
、での反発力”xl + Fア五によって、並進変位の
カ(第5図の転がシカ)が得られる。
Therefore, each sensor installation determined from the α → formula is at position A.
, the force of translational displacement (the rotation force in Figure 5) is obtained by the repulsive force xl + FA5.

即ち、第7図に示すように、仮想空間l8iCおいて各
センサ21〜28の出力で生成したポテンシャル面(合
成関数)PSからロボット1は各センサ取付は位置A、
で図のような反発力F、を得、第←9式から姿勢制御の
モーメン)Mを、第αe式から並進変位力を得1図の矢
印の如く2例えばロボット1は、障害物OBI、OB2
を回避し、且つこれらの間を姿勢を制御しながら移動す
ることになる0 (b)  適用例の説明 上述の姿勢制御及び並進変位制御は、センサの出力から
演算によって実行される。
That is, as shown in FIG. 7, from the potential surface (composite function) PS generated by the output of each sensor 21 to 28 in the virtual space l8iC, the robot 1 determines that each sensor is installed at position A,
Obtain the repulsive force F as shown in the figure, obtain the posture control moment (M) from the 9th equation, and the translational displacement force from the αe equation. OB2
(b) Description of application example The above-described attitude control and translational displacement control are executed by calculation from the output of the sensor.

第8図は係る制御量演算のブロック図であυ。FIG. 8 is a block diagram of such control amount calculation υ.

各演算ステップをブロックで示しである。Each calculation step is shown as a block.

図中、第2図で示したものと同一のものは同一の記号で
あシ、30は座標変換部であシ、前述のセンナ21〜2
nの検出距離r1%rnを、第(5)式によシセンサ2
1〜2nの実空間上での単位ベクトルe1〜enとセン
サ取付は位置ベクトル81〜Snを用Yゎ)に変換する
もの、31は制御偏差発生部であり、与えられたロボッ
ト1の目標位置Xr 、 Yrと現在位置との位置誤差
Rc及び回転誤差φ。を発生するものであり、ロボット
1の内部センサからの各軸(X、Y軸)の検出した現加
速度X、Yを2回積分部31aで2回積分して現在位置
を得、同時にロボット1の内部に設けられたジャイロで
検出したロボット1の現回転速度ホを積分部31Gで積
分して得た現回転角φを用いて変換行列生成部31dで
変換行列を得て、上述の現在位置にこの変換行列を乗算
部31bで乗じて座標変換し、差分部316で目標位置
Xt、Y、と現在位置との差を求めて位置誤差Rcを発
生するとともに、差分部31fで目標回転角φ、と積分
部31Cからの現回転角φとの差を求めて回転誤差φ。
In the figure, the same parts as those shown in FIG.
The detection distance r1%rn of n is determined by equation (5).Sensor 2
The unit vectors e1 to en in the real space of 1 to 2n and the sensor installation convert the position vectors 81 to Sn into Yゎ), and 31 is a control deviation generation unit that calculates the target position of the given robot 1. Position error Rc and rotation error φ between Xr, Yr and the current position. The current acceleration X, Y detected for each axis (X, Y axis) from the internal sensor of the robot 1 is integrated twice by the twice integrating section 31a to obtain the current position. The transformation matrix generation section 31d obtains a transformation matrix using the current rotational angle φ obtained by integrating the current rotational speed H of the robot 1 detected by the gyro provided inside the robot 1 using the integration section 31G, and calculates the above-mentioned current position. A multiplier 31b multiplies this transformation matrix to perform coordinate transformation, a difference part 316 calculates the difference between the target position Xt, Y, and the current position to generate a position error Rc, and a difference part 31f calculates the target rotation angle φ. , and the current rotation angle φ from the integrating section 31C to determine the rotation error φ.

を発生するものである。is generated.

32は像変換部であシ、入力される位置座標R1変換す
るものであり、具体的には多次元正規分布関数を基底関
数として用い、正規分布の立体像に変換するものである
Reference numeral 32 denotes an image conversion unit that converts the input position coordinates R1, and specifically uses a multidimensional normal distribution function as a basis function and converts it into a three-dimensional image of normal distribution.

即ち、立体像Piは、第(6)式の演算によって生成さ
れる。
That is, the stereoscopic image Pi is generated by the calculation of equation (6).

33は像演算部であシ、像変換された各立体像P1を加
算して(基底関数を合成して)、仮想空間でのポテンシ
ャル面(合成関数)を作成するものであシ、ポテンシャ
ル面(値)Pは、第(力式の演算によって得られる。
Reference numeral 33 denotes an image calculation unit, which adds the transformed three-dimensional images P1 (synthesizes the basis functions) to create a potential surface (composite function) in virtual space. (Value) P is obtained by calculating the (force formula).

34は換算部であり、前述の像演算部33で演算された
仮想空間でのポテンシャル値Pから偏微分によって、前
述の各センサ取付位置でのX、Y方向の曲面斜度αi、
βiを求め2反発力F、を得、後述する仮想吸引力と合
成し、並進変位の制御量(速y)xr、yrを、後述す
る仮想回転力と合成して、姿勢制御量かを演算するもの
であυ、斜度計算機構34a、仮想重力計算機構34b
、外積部34C1〜b 回転角積分部34f、加算部34g、並進積分部34h
を有している。
Reference numeral 34 denotes a conversion unit, which calculates the curved surface slope αi in the X and Y directions at each sensor mounting position by partial differentiation from the potential value P in the virtual space calculated by the image calculation unit 33 described above.
Determine βi to obtain 2 repulsive force F, combine it with the virtual attraction force described later, combine the translational displacement control amount (velocity y) xr, yr with the virtual rotational force described later, and calculate the attitude control amount. υ, slope calculation mechanism 34a, virtual gravity calculation mechanism 34b
, outer product parts 34C1-b, rotation angle integration part 34f, addition part 34g, translation integration part 34h
have.

斜度計算機構34aは、前述の第5図で説明したX、Y
方向の偏微分を各センサ取付位置Aiで求め9曲面斜度
αI、βlを求めるものであ99次式によシ得られる。
The slope calculation mechanism 34a calculates the X and Y values explained in FIG.
The partial differential in the direction is determined at each sensor mounting position Ai to determine the nine curved surface inclinations αI and βl, which are obtained using the 99th equation.

センナ取付ベクトル8 s−8nよシ取付は位置A1〜
Anを得て求める。
Senna installation vector 8 s-8n, installation is at position A1~
Obtain and find An.

但し+  RI′=(Sxt−Xi)”+(Sy+−Y
+)”更に。
However, +RI'=(Sxt-Xi)"+(Sy+-Y
+)”Furthermore.

を演算し、各取付は位置氏の曲面斜度αi、βlを得る
。又、仮想重力計算機構34bは、第5図で説明した第
(Iυ式及び第aの式によって加速度Xrl 、 Yr
lを求め第α均式によって反発力F、を演算するもので
ある0 外積部34G1〜34cnは、求めた反発力F0〜Ff
iとセンナ取付位置ベクトルS!〜Snとの外積8.X
F。
are calculated, and the curved surface slopes αi and βl of each mounting position are obtained. Further, the virtual gravity calculation mechanism 34b calculates the accelerations
1 and calculates the repulsive force F using the αth equation.
i and senna installation position vector S! ~Cross product with Sn8. X
F.

を求めるものであり、除算部34dは後述する仮想回転
力を質量m分の1の値にするもの、加算部348は外積
部34c1〜34cnの外積の和をとシ。
The dividing unit 34d converts the virtual rotational force described later into a value of 1/mass m, and the adding unit 348 calculates the sum of the cross products of the cross product parts 34c1 to 34cn.

第19式のモーメントMを求め且つ除算部34dからの
仮想回転力と加算するもの2回転角状分部34fは加算
部34eの出力(合成加速度)をm/I(但し、I=Σ
mr 1st12) Lテfjt分シ* 回転制御量φ
、を出力するものである。
The two-rotation angular portion 34f calculates the moment M of the 19th formula and adds it to the virtual rotational force from the dividing unit 34d.
mr 1st12) Lte fjt minute * Rotation control amount φ
, which outputs .

加算部34gは、仮想重力計算機構34bからの反発力
F、の和をとシ、第αe式の並進力F(F、。
The adding unit 34g calculates the sum of the repulsive forces F from the virtual gravity calculation mechanism 34b, and calculates the translational force F(F,) of the αe-th equation.

Fy)を得且つ後述する仮想吸引力発生部35がらの仮
想吸引力を加算するもの、並進積分部34hは、加算部
34gの合成加速度Xr、Yrを1 /Ms l。
Fy) and adds virtual attraction forces from a virtual attraction generation unit 35 to be described later, a translational integration unit 34h calculates the combined accelerations Xr and Yr of the addition unit 34g by 1/Msl.

て積分して並進制御量x、、’r、を求めるものである
The translational control amounts x, , 'r' are obtained by integrating the equations.

35は仮想吸引力発生部であり9位置偏差Rcから目標
位置への並進方向の吸引力である誘導加速力を発生する
ものであシ9位置偏差Rc(Xr  X )を比例定数
食で食缶してバネ力としてフィードバックする比例部3
5aと2位置偏差Rcを−階微分しくSはラプラス演算
子)、偏差速度を得、これを比例定数で0倍して粘性力
として得る微分部35bと、比例部35aのバネ力と微
分部35bの粘性力とを引いて誘導加速力を発する減算
部35Cとを有するものである。
35 is a virtual suction force generation unit that generates an induced acceleration force, which is a suction force in the translational direction from the position deviation Rc to the target position, and converts the position deviation Rc (Xr Proportional part 3 that feeds back as spring force
5a and 2 Differentiate the position deviation Rc to the -order (S is the Laplace operator), obtain the deviation velocity, multiply this by 0 by a proportionality constant to obtain the viscous force, and the spring force of the proportional part 35a and the derivative part 35b. It has a subtraction part 35C which subtracts the viscous force of 35b and generates an induced acceleration force.

36は仮想回転力発生部であり2回転誤差φ。がら目標
回転角φ、への回転力を発生するものであシ。
36 is a virtual rotational force generating section and has a two-rotation error φ. It is a device that generates a rotational force to the target rotation angle φ.

回転諸差φC(φ、−φ)を比例定数にでに倍してバネ
力としてフィードバックする比例部36aと。
A proportional section 36a that multiplies the rotational differences φC (φ, -φ) by a proportional constant and feeds it back as a spring force.

回転誤差(偏差)φCを一階微分し、偏差回転速度を得
、これを比例定数で0倍して粘性力として得る微分部3
6bと、比例部36aのバネ力と微分部36bの粘性力
とを引いて仮想回転力を発する減算部36Cとを有する
ものである。
Differentiating section 3 that differentiates the rotational error (deviation) φC to obtain the deviation rotational speed, and multiplies this by 0 by a proportionality constant to obtain the viscous force.
6b, and a subtraction section 36C that generates a virtual rotational force by subtracting the spring force of the proportional section 36a and the viscous force of the differential section 36b.

次に、第8図実施例の動作について第9図、第10図を
用いて説明する。
Next, the operation of the embodiment shown in FIG. 8 will be explained using FIGS. 9 and 10.

ロボット1の各センサ21〜2nの出力は座標変換部3
0で座標変換され、ロボット1からの相対座標R+ (
Xi P Y+ )に変換される。一方、制御偏差発生
部31で位置偏差Rc(Xc 、Yc )及び回転誤差
φ。を発生し、このうちRcは、第(6)式によって像
変換部32で立体像P1に変換される。この時K。
The outputs of the sensors 21 to 2n of the robot 1 are converted to coordinates by the coordinate transformation unit 3.
The coordinates are transformed at 0, and the relative coordinates from robot 1 are R+ (
Xi P Y+ ). On the other hand, the control deviation generating section 31 generates a position deviation Rc (Xc, Yc) and a rotation error φ. of which Rc is converted into a three-dimensional image P1 by the image conversion unit 32 according to equation (6). At this time K.

R1−島に対するゲインに、は正に、一方、Rcに対す
るゲインKlは負にとると、第9図に示す如く仮想空M
I Sテハ、 Ifl[害物OB 1 、 OB 20
像Pa、PbはP軸の正方向の高さをもつ正規分布形状
をなし。
If the gain for R1-island is taken as positive, while the gain Kl for Rc is taken as negative, the virtual sky M as shown in FIG.
I S Teha, Ifl [Harmful OB 1, OB 20
Images Pa and Pb have a normal distribution shape with heights in the positive direction of the P axis.

一方、目標位置(Xr、Yr)の像、即ち位置誤差によ
る像PcはP軸の負方向に高さをもつ正規分布形状をな
す。従って、像演算部33で第(7)式でこれらの和を
とると、第9図のポテンシャル面(合成関数)が得られ
、仮想空間Isでは、障害物の存在する位置にはに+>
Oとなる白部分を生成し。
On the other hand, the image of the target position (Xr, Yr), that is, the image Pc due to the positional error, has a normal distribution shape with a height in the negative direction of the P axis. Therefore, when the image calculation unit 33 calculates the sum of these using equation (7), the potential surface (composite function) shown in FIG. 9 is obtained, and in the virtual space Is, at the position where the obstacle exists,
Generate a white part that becomes O.

反対に目標位置にはに+ < (jとなる凹部分が生成
される。
On the other hand, a concave portion where + < (j) is generated at the target position.

このことは、後述する並進及び姿勢制御量によって、ロ
ボット1が仮想空間IS上のポテンシャル面に沿って高
い方から低い方に向って転がっていくことになシ、結局
障害物を避けた移動軌道工Mが形成されておシ、実空間
で係る軌道IMに対応する軌道RMに沿って目標位置に
向って並進及び姿勢制御され移動する。
This means that the robot 1 will not roll from the higher side to the lower side along the potential surface in the virtual space IS due to the translational and attitude control amounts described later, and will end up on a movement trajectory that avoids obstacles. A machine M is formed and moves toward a target position along a trajectory RM corresponding to the trajectory IM in real space under translation and attitude control.

このため、換算部34においては、卸式、 (US式に
よって2曲面斜度αi、βlを求め、 (11)式、住
2式によって曲がシ加速度Xrl 、 Yrlを求めて
、(13式によって反発力Fiを得る。
For this reason, the conversion unit 34 calculates the two curved surface inclinations αi and βl using the wholesale formula and the US formula, calculates the slope accelerations Xrl and Yrl using the formula (11) and the second formula, and calculates the slope accelerations Xrl and Yrl using the formula (13). Obtain repulsive force Fi.

加算部34gでは反発力F1の和がとられ、並進制御力
Fがえられ、同様に加算部34eでは反発力F、と取付
はベクトルSIとの外積の和がとられ。
The adding section 34g calculates the sum of the repulsive forces F1 to obtain the translational control force F, and similarly, the adding section 34e calculates the sum of the cross products of the repulsive forces F and the mounting vector SI.

姿勢制御力(モーメント)Mが得られる。Attitude control force (moment) M is obtained.

これらは障害物を回避するようセンナからの出力によっ
て仮想空間から得た反発力によって作成されるものであ
り、これらによって障害物回避の並進運動、姿勢制御が
可能である。
These are created by the repulsive force obtained from the virtual space by the output from the senna to avoid obstacles, and these enable translational movement and posture control to avoid obstacles.

この例では、このような制御力に対し仮想吸引力と仮想
回転力が加えられている。
In this example, a virtual suction force and a virtual rotational force are added to such control force.

この仮想吸引力においては、制御偏差発生部31からの
制御位置偏差Rcが、仮想吸引力発生部35で位置偏差
焉に比例するバネ力と、偏差速度に比例する粘性力を発
生し、これから誘導力を発生している。そして、加算部
34hで仮想平面による並進制御力と合成し2合成した
ものを積分部34hで1/Mして積分して、制御量とし
て速度大r、♀1を求め、これを並進速度指令としてロ
ボット1のサー衾系(図示せず)に与える。
In this virtual suction force, the control position deviation Rc from the control deviation generation section 31 generates a spring force proportional to the position deviation angle and a viscous force proportional to the deviation speed in the virtual suction force generation section 35, which are then guided. generating force. Then, an adding unit 34h combines the two combined forces with the translational control force from the virtual plane, and an integrating unit 34h integrates the two by 1/M to obtain a speed r, ♀1 as a control amount, which is then used as a translational speed command. is given to the robot 1's server system (not shown).

これによってロボット1は軌道RM(第9図参照)に沿
って障害物を避けながら、目標位置(Xr。
As a result, the robot 1 moves to the target position (Xr) while avoiding obstacles along the trajectory RM (see FIG. 9).

Yr )に向って移動することになる。It will move towards Yr.

ここで、仮想空間Is上でも2位置偏差に応じたポテン
シャル面(第9図の像Pc)が形成されてお夛、目標位
置への誘導力は零ではない。従って。
Here, a potential surface (image Pc in FIG. 9) corresponding to the two-position deviation is formed also in the virtual space Is, and the guiding force toward the target position is not zero. Therefore.

誘導制御量(仮想吸引力)を発生しなくてもロボット1
は目標位置に誘導されるといえる。
Robot 1 even if no guidance control amount (virtual attraction force) is generated.
can be said to be guided to the target position.

しかし2位置偏差が犬の場合には、ロボットが目標へ向
おうとする力は非常に小さくなることから、ロボットを
誘導することが厳しくなる。
However, if the two-position deviation is a dog, the force that forces the robot to move toward the target becomes very small, making it difficult to guide the robot.

そこで、目標位置の像Pcの影響を仮想平面IS(第9
図)で大きくしようとして、目標位置に生成する局所関
数(第(6)式)の形状を変更すると。
Therefore, we consider the influence of the image Pc of the target position on the virtual plane IS (9th
If you try to increase the size in Figure 2 and change the shape of the local function (Equation (6)) generated at the target position.

安定に誘導制御を行うには2位置制御偏差やロボットの
速度によって、動的な形状変更を必要とされ、制御態様
の複雑化を招き、誘導特性を所望する特性に設定するこ
とが難しい。
Stable guidance control requires dynamic shape changes depending on the two-position control deviation and robot speed, which complicates the control mode and makes it difficult to set the guidance characteristics to desired characteristics.

このため、第8図に示す如く1位置偏差に比例するバネ
力と偏差速度に比例する粘性力を発生し。
Therefore, as shown in FIG. 8, a spring force proportional to one position deviation and a viscous force proportional to the deviation speed are generated.

この2つの値によって位置偏差に対する補償と。These two values compensate for positional deviation.

誘導速度に対する補償を行うようにしたものである0 これによって初期制御偏差が大きくても、適度な接近速
度を保ちながら、確実に誘導制御できる0これどともに
前述のバネ定数にや粘性係数Cを調整することによって
、誘導特性を変更できる。
It is designed to compensate for the guidance speed.0 This allows for reliable guidance control while maintaining an appropriate approach speed even if the initial control deviation is large. By adjusting it, the induction characteristics can be changed.

又、仮想回転力においては、制御偏差発生部31からの
回転偏差φ。が、仮想回転力発生部36で回転偏差φ。
In addition, in the virtual rotational force, the rotational deviation φ from the control deviation generation section 31. However, the rotational deviation φ occurs in the virtual rotational force generating section 36.

に比例するバネ力と9回転偏差速度に比例する粘性力を
発生し、これから仮想回転力を発生している。そして、
加算部34eで姿勢制御力Mと合成し1合成したものを
積分部34fでm/I倍して積分し、制御量としてホ、
を求め、同様に回転速度指令としてロボット1のサーボ
系に与える0 この場合においても、仮想吸引力の場合と同様に、仮想
空間Isからの姿勢制御力Mによって障害物を避けるよ
うな姿勢制御が可能である。
A spring force proportional to 9 and a viscous force proportional to the rotational deviation speed are generated, and a virtual rotational force is generated from this. and,
The adding unit 34e combines the resulting one with the attitude control force M, and the integrating unit 34f multiplies the result by m/I and integrates the resultant control amount.
is obtained and similarly given to the servo system of the robot 1 as a rotation speed command. It is possible.

しかし、仮想空間Isだけからの姿勢制御では。However, posture control only from the virtual space Is.

障害物に応じて、あたかも不安定な姿勢制御が行なわれ
、振動するおそれがあるので、このような目標回転角φ
1に基く仮想回転力を与えることによって、安定に姿勢
制御が可能なようにしている。
Because there is a risk of unstable posture control and vibration depending on obstacles, such a target rotation angle
By applying a virtual rotational force based on 1, stable posture control is possible.

このようなシステム構成においては、仮想空間を含む力
学モデルが形成されておシ、ロボットの運動方程式(力
学的拘束条件)は次のようになる。
In such a system configuration, a dynamic model including a virtual space is formed, and the equation of motion (dynamic constraint conditions) of the robot is as follows.

先づ、並進X軸において。First, on the translational X axis.

=−cx−飲xr−x)+Fx 、’、 Ms父+猷+食(Xr−X)=Fエ     
・・・・・・・・・・・・・・・四となる。
=-cx-drinking
・・・・・・・・・・・・・・・It will be four.

同様に並進Y軸において。Similarly in the translational Y axis.

MsY+CY十K(Yr−Y)=Fy・・・・・・・・
・・・・・・・(2)一方9回転運動では。
MsY+CY1K(Yr-Y)=Fy・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(2) On the other hand, in 9-rotation motion.

・・    d 1、φ=D−(φr−φ)−に(φよ−φ)+M   
 ・・・・・・・・・・・・・・・(ハ)dt 、°、工φ+Dφ十に(φr−φ)=M     ・・
・・・・・・・・・・・・・C4)ここで、I=Σmt
 l SIl”は重心を通るP軸回りの慣性モーメント
である。
... d 1, φ=D-(φr-φ)-to(φyo-φ)+M
・・・・・・・・・・・・・・・(c) dt , °, kφ+Dφ10(φr−φ)=M ・・
・・・・・・・・・・・・・・・C4) Here, I=Σmt
l SIl” is the moment of inertia around the P axis passing through the center of gravity.

以上によシ、ロボット1は1式■、(ハ)、(財)のよ
うな一般的二次振動系の方程式によって拘束され。
Based on the above, the robot 1 is constrained by the equations of general quadratic vibration systems such as equations 1, (c), and (l).

外力Fx、F、、Mによって運動したとき、その並進運
動特性がM、、 i< 、 cによって決定され1回転
運動特性が工、に、DfCよって決定されることがわか
る。
It can be seen that when it moves due to external forces Fx, F, , M, its translational motion characteristics are determined by M, , i < , c, and its one-rotation motion characteristics are determined by F, DfC.

そこで9式(19、CI!1) 、(ハ)をよシ具体的
に表現すると。
Therefore, let us express formula 9 (19, CI!1) more concretely.

父=上(CdCXr−X)−食(Xr−X)+FX) 
  ・・・・・・・・・・・・・・・(ハ)M、  J
i ■=よ(c −!!−(y、−y) 4αr−y)+F
y)   ・・・・・・・・・・・・・・・(イ)s 
 dt ・・ ml d φ=丁(i(Ddt(φ1−φ)−に(φ1−φ))+
、F 5tXQ+) −−= 罰但し*  Q+= (
xrt+)’rt)且つ。
Father = Upper (CdCXr-X) - Food (Xr-X) + FX)
・・・・・・・・・・・・・・・(c) M, J
i ■=yo(c -!!-(y,-y) 4αr-y)+F
y) ・・・・・・・・・・・・・・・(a)s
dt... ml d φ=Ding(i(Ddt(φ1-φ)-to(φ1-φ))+
, F 5tXQ+) −−= Penalty* Q+= (
xrt+)'rt) and.

幻=fXdt、  Y、=fYdt、  小、=fφd
tとして。
Illusion=fXdt, Y,=fYdt, Small,=fφd
As t.

Xr=、7((C8(Xr−X)−K(xr−x))+
;mxri) ・・・・・−・・−・・@Yr=g((
C8(Yr−Y)−K(Yr−Y))”mYri〕・・
−・・・−・・翰φ、=丙喀世S(φ、−φ)−に(φ
、−φ))十干8tXQt3・・・・・・・・・(7)
但し+  Ql= (xrty)’r+)Sはラプラス
演算子 となシ、第8図のブロック図によって構成される系が上
式と一致していることがわかる。
Xr=, 7((C8(Xr-X)-K(xr-x))+
;mxri) ・・・・・・−・・−・・@Yr=g((
C8(Yr-Y)-K(Yr-Y))"mYri]...
−・・・−・・翰φ、=丙喀代S(φ, −φ)−に(φ
, -φ)) Jubang8tXQt3・・・・・・・・・(7)
However, +Ql=(xrty)'r+)S is not a Laplace operator, and it can be seen that the system constructed by the block diagram of FIG. 8 agrees with the above equation.

このような制御を行なうことによって、第10図のよう
な動作が実現できる。
By performing such control, the operation as shown in FIG. 10 can be realized.

この例では、壁が障害物であシ、四輪操舵機構の自走車
(ロボット)がセンナ出力の仮想空間からの反発力を用
いて障害物回避走行するものを示している。
In this example, a wall is an obstacle, and a self-propelled vehicle (robot) with a four-wheel steering mechanism uses the repulsive force from the virtual space of the senna output to avoid the obstacle.

ロボット1の回転に対する自山度が仮想空間ISで考慮
されず、並進制御のみが行なわれる場合には、第10図
(5)に示す如く、目標停止位置Psに対し障害物回避
した実停止位置Prの誤差は犬となる。
If the self-centering degree of the rotation of the robot 1 is not taken into account in the virtual space IS and only translation control is performed, the actual stopping position with obstacle avoidance relative to the target stopping position Ps is determined as shown in FIG. 10 (5). The error in Pr is a dog.

一方、仮想空間Isで、姿勢制御も行なわれ。On the other hand, attitude control is also performed in the virtual space Is.

回転の自由度が与えられると、第10図(B)に示す如
く、あたかも壁と並行に姿勢制御され、停止位置誤差は
ほとんど生じない。
When the degree of freedom of rotation is given, the posture is controlled as if it were parallel to the wall, as shown in FIG. 10(B), and almost no error in the stopping position occurs.

上述の像変換過程において、第(2)式及び第(6)式
の如く1発生する基底関数に多次元正規分布関数を用い
ているので、第(7)式の如く、これを重ね合わせて仮
想空間Is上にポテンシャル面(合成関数)Pを形成し
ても9面の連続性を保つことができ、且つ時々刻々セン
サ21〜2n等の出力で動的に変化させても、連続性が
保証され、制御系の安定性を維持できる。
In the image transformation process described above, a multidimensional normal distribution function is used for the basis functions generated as shown in equations (2) and (6), so by superimposing them as shown in equation (7), Even if a potential surface (composite function) P is formed on the virtual space Is, the continuity of the nine surfaces can be maintained, and even if it is dynamically changed from time to time by the outputs of the sensors 21 to 2n, etc., the continuity can be maintained. guaranteed, and the stability of the control system can be maintained.

又2面の連続性が保証されているので、傾き(曲面斜度
)の連続性も保証され、従って制御量の不連続性を防止
できる。
Furthermore, since the continuity of the two surfaces is guaranteed, the continuity of the inclination (curved surface slope) is also guaranteed, and therefore discontinuity in the control amount can be prevented.

又、この例では位置誤差Rcも仮想空間Isに像変換し
ているから、得られる制御量大1.仝1は単なる障害物
回避のためのもののみならず、目標位置への移動を加味
した障害物回避のためのものとすることができる。
Furthermore, in this example, since the position error Rc is also image-transformed into the virtual space Is, the obtained control amount is 1. 1 can be used not only for simple obstacle avoidance, but also for obstacle avoidance in consideration of movement to a target position.

これらは、全てロボット制御装置のプロセッサのプログ
ラムによる演算によって実現でき、仮゛想空間Isは概
念上では存在するが、結局(6)式、(7)式で示す値
即ち1合成関数が仮想空間Isでのポテンシャル面を定
義することになシ、単なるデータで示される。
All of these can be realized by calculations by the program of the processor of the robot control device, and although the virtual space Is exists conceptually, in the end, the values shown in equations (6) and (7), that is, one composite function, are in the virtual space. It is not necessary to define the potential surface at Is, it is simply shown by data.

従って、プロセッサは、各センナ21〜2nの出力を座
標変換し、更に位置誤差を求めて、鰭式を実行し、X、
Y方向の傾きを求め、更にα印式で曲面斜度α、βを演
算し、 ell)式、(1つ式で加速度X、(、Yrj
を演算し、且つ翰弐以下の演算を行ない並進速度X、、
’f、、姿勢速度CI)rを各サンプリング時刻毎にサ
ーボ系に出力すればよいことにな・る。
Therefore, the processor coordinately transforms the output of each sensor 21 to 2n, further calculates the position error, executes the fin equation, and X,
Find the slope in the Y direction, and then calculate the slopes of the curved surface α and β using the α-mark formula.
, and perform the following calculations to obtain the translational speed X, .
'f, attitude velocity CI)r should be output to the servo system at each sampling time.

(C)  他の実施例の説明 上述の実施例では9合成関数を仮想空間のポテンシャル
面とし、ロボットを外的状態に応じた適応制御する制御
系で説明したが、これに限らず連続性を有する合成関数
が要求される全ての系に用いることができ、関数の合成
も加算のみならず。
(C) Description of other embodiments In the embodiments described above, nine composite functions are used as potential surfaces in virtual space, and a control system that adaptively controls the robot according to external conditions is explained. It can be used for all systems that require a composition function, and composition of functions is not limited to addition.

必要に応じて減算等を用いてもよい。Subtraction etc. may be used as necessary.

上述の実施例では、仮想空間の反発力から並進変位と姿
勢制御の両方の制御量を求めているが。
In the embodiment described above, the control amounts for both translational displacement and posture control are obtained from the repulsive force in the virtual space.

姿勢制御量のみを求め、並進変位制御量は他の方法によ
って求めるようにしてもよい。
Only the attitude control amount may be determined, and the translational displacement control amount may be determined using another method.

同様に移動(並進変位)しないロボットの姿勢制御に適
用してもよく、仮想吸引力や仮想回転力を用いなくても
よい。
Similarly, the present invention may be applied to posture control of a robot that does not move (translational displacement), and it is not necessary to use virtual suction force or virtual rotational force.

又、上述の実施例では、センサとして超音波距離センサ
今月いているが他の周知の距離センサを用いてもよく、
又、移動ロボットの障害物回避の例で説明したが、障害
物が壁面であって、壁面に衝突しないように移動制御す
るものであってもよい0 更に、移動ロボットに限らず、アームを有する作業ロボ
ットの作業にも適用でき2例えば、ノ・ンドを目標位置
に移動させる場合や、ハンドの把持した物品を相手物品
に嵌合させる作業や、物体の倣い動作を行なう作業等に
も適用でき、これら作業に応じてセンサを適切な他の力
センサや温度センサ等を用いることもできる。
Further, in the above embodiment, an ultrasonic distance sensor is used as the sensor, but other known distance sensors may be used.
Furthermore, although the example of obstacle avoidance of a mobile robot has been explained, the obstacle may be a wall and the movement may be controlled so as not to collide with the wall.Furthermore, it is not limited to mobile robots, and robots having an arm may also be used. It can also be applied to the work of work robots.2 For example, it can be applied to moving a knife to a target position, fitting an object held by a hand to a counterpart object, or performing a tracing motion of an object. However, other appropriate force sensors, temperature sensors, etc. can also be used as sensors depending on these tasks.

以上本発明を実施例によシ説明したが2本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であり。
Although the present invention has been described above with reference to embodiments, the present invention can be modified in various ways according to the gist of the present invention.

本発明からこれらを排除するものではない。These are not excluded from the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した様に2本発明によれば、入力から発生する
基底関数に連続性及び全微分可能性を持つ多次元正規分
布関数を用い、これを線形結合で合成して合成関数を得
ているので9合成関数に連続性、全微分可能性を持たせ
ることができるという効果を奏し、特に制御系に用いれ
ば、系の安定性を確保できる。
As explained above, according to the second invention, a multidimensional normal distribution function with continuity and fully differentiability is used as basis functions generated from input, and these are synthesized by linear combination to obtain a composite function. Therefore, it is possible to provide continuity and total differentiability to the nine composite functions, and when used particularly in a control system, stability of the system can be ensured.

又、入力がランダムであっても不連続でも連続性を保て
るという効果を奏し、動的な形状変化が生じても連続性
を保証できる。
Furthermore, continuity can be maintained even if the input is random or discontinuous, and continuity can be guaranteed even if dynamic shape changes occur.

更に、これを汎用性のある基底関数の発生で実現でき、
何等補償が必要ないという効果も奏し。
Furthermore, this can be achieved by generating a versatile basis function,
It also has the effect of not requiring any compensation.

係る合成関数による制御系の安定を容易に実現できる。Stability of the control system can be easily achieved using such a composite function.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の原理説明図。 第2図は本発明の詳細な説明図。 第3図は第2図における実空間と仮想空間の関係図。 第4図は仮想空間での関数合成説明図。 第5図及び第6図は第2図における反発力換算説明図。 第7図は仮想空間による動作説明図。 第8図は本発明の一実施例ブロック図。 第9図及び第10図は第8図による動作説明図。 第11図は従来技術の説明図。 第12図は既提案の説明図である。 図中、1・・・ロボット。 2・・・センナ。 R8・・・実空間。 Is・・・仮想空間。 OB・・・障害物。 R3 実空間と及偲空間の関イ系図 第3図 (反4Ig空間ぞの関牧合成説明2 第9図 (A) (B) 既堤木め内容説明図 第12図 FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention. FIG. 2 is a detailed explanatory diagram of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between real space and virtual space in FIG. 2. FIG. 4 is an explanatory diagram of function composition in virtual space. FIGS. 5 and 6 are explanatory diagrams of repulsive force conversion in FIG. 2. FIG. 7 is an explanatory diagram of operations in virtual space. FIG. 8 is a block diagram of an embodiment of the present invention. 9 and 10 are operation explanatory diagrams according to FIG. 8. FIG. 11 is an explanatory diagram of the prior art. FIG. 12 is an explanatory diagram of an existing proposal. In the figure, 1... robot. 2...Senna. R8...real space. Is...virtual space. OB...Obstacle. R3 Genealogy of real space and metaphorical space Figure 3 (Sekimaki synthesis explanation of anti-4Ig space 2 Figure 9 (A) (B) Existing embankment wood content explanatory diagram Figure 12

Claims (1)

【特許請求の範囲】 入力に対応する関数を発生し、 該発生した関数を合成して、合成関数を生成する合成関
数生成方法において、 前記発生関数として多次元正規分布関数を用い、且つ該
合成関数の生成を該発生関数の線形結合をとって行なう
ことを 特徴とする合成関数生成方法。
[Claims] A composite function generation method that generates a function corresponding to an input, and synthesizes the generated functions to generate a composite function, using a multidimensional normal distribution function as the generated function, and A method for generating a composite function, characterized in that a function is generated by taking a linear combination of the generated functions.
JP6515287A 1987-03-19 1987-03-19 Composite function generating method Pending JPS63231285A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011253361A (en) * 2010-06-02 2011-12-15 Nsk Ltd Obstacle avoidance supporting device, obstacle avoidance supporting method and mobile body
JP2013506893A (en) * 2009-10-02 2013-02-28 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング How to represent the vehicle's surroundings

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013506893A (en) * 2009-10-02 2013-02-28 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング How to represent the vehicle's surroundings
US9910149B2 (en) 2009-10-02 2018-03-06 Robert Bosch Gmbh Method for mapping the surroundings of a vehicle
JP2011253361A (en) * 2010-06-02 2011-12-15 Nsk Ltd Obstacle avoidance supporting device, obstacle avoidance supporting method and mobile body

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