(57)【要約】  本発明は非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール、及び、そのオンライン求解方法を提供し、Ｓ型の停止軌跡モデルを確立することと、前記ステップＳ1で確立されたＳ型の停止軌跡モデルに対して、軌跡が存在するための実行可能な条件を設定することと、前記ステップＳ2における軌跡の実行可能な条件の設定によって、前記ステップＳ1におけるＳ型の停止軌跡モデルの軌跡パラメータを求めることと、ステップＳ3で求められた軌跡パラメータによって、加速度軌跡、速度及び位置軌跡を生成することを含む。本発明は速度計画を求めるという問題を単項非線形方程式を求めるという問題に変え、求める時の難度を低減させる。
2019530936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
2019530936.tif 000037
2019530936.tif 000038
前記ステップＳ１で確立されたＳ型の停止軌跡モデルに対して、軌跡が存在するための実行可能な条件を設定するステップＳ２と、
前記ステップＳ2における軌跡の実行可能な条件の設定によって、前記ステップＳ1におけるＳ型停止軌跡モデルの軌跡パラメータを求めるステップＳ３と、
ステップＳ3で求められた軌跡パラメータに基づき、加速度軌跡、速度及び位置軌跡を生成するステップＳ4と、を含む
ことを特徴とする非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法。
【請求項２】
前記ステップＳ１では、時定数を
2019530936.tif 000039
として定義し、
2019530936.tif 000040
ことを特徴とする請求項１に記載の非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法。
【請求項３】
ステップＳ２では、前記軌跡が存在するための実行可能な条件は、
（1）  基本的に実行可能な条件
2019530936.tif 000041
（2）  速度の制限が実行可能な条件
2019530936.tif 000042
（3）  距離の制限が実行可能な条件
2019530936.tif 000043
ことを特徴とする請求項１に記載の非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法。
【請求項４】
ステップＳ３では、Ｓ型の停止軌跡モデルにおける軌跡パラメータを求めることは、
（1）  加速段階
2019530936.tif 000044
（２）減速段階
2019530936.tif 000045
ことを特徴とする請求項１に記載の非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法。
【請求項５】
ステップＳ３では、Ｓ型の停止軌跡モデルの軌跡パラメータを求めることは、
2019530936.tif 000046
2019530936.tif 000047
但し：
2019530936.tif 000048
ことを特徴とする請求項１に記載の非ゼロ状態初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法。
【請求項６】
2019530936.tif 000049
【請求項７】
2019530936.tif 000050
【請求項８】
ステップＳ４では、
加速度軌跡を解析計算式によって求め、加速度軌跡に対して離散値の積分を行うことによって速度及び位置軌跡を求め、時間の丸め誤差を修正し、Ｓ字型の停止曲線問題のモデリング方法は、任意の初期状態停止過程のすべての分岐状況からモデリングすることであり、
Ｓ型の停止曲線の計画問題の求解方法は、速度計画を求めることを計画過程の時間区切りを求めるという問題に変え、単項非線形方程式の求め方によって求めることを特徴とする請求項１に記載の非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業ロボットの技術分野に関し、特に非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットの運動過程における平滑性と迅速性は、その運動計画制御能力を測る重要な指標である。運動軌跡の平滑性を保つために、ロボットの運動軌跡は、通常、S型速度計画又はより高次の速度計画方法を使う。しかし、高次の運動計画方法の求め方が複雑で、通常に開始と停止の状態（速度、加速度）がゼロである運動計画過程に応用される。ロボットが任意状態で停止し始める運動過程に対して、初期状態はゼロではなく、且つ変動範囲が大きい。求解の信頼性を確保するため、通常、簡単なT型速度計画を使う。しかし、T型速度計画の停止過程は、加速度の非連続性のため、停止過程にロボット本体に大きな衝撃を与え、構造振動を引き起こす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、少なくとも前記技術の課題の一つを解決することを目的とする。したがって、本発明は、非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法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】
【０００４】
上記目的を実現するために、本発明の実施例は、非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法を提供し、
以下の７段階のＳ型の速度計画軌跡を確立することを含む、Ｓ型の停止軌跡モデルを確立するステップS1と、
2019530936.tif 000003
（1）開始及び停止条件の制約は、
2019530936.tif 000004
（2）過程状態の制約は、
2019530936.tif 000005
前記ステップS1で確立されたS型停止軌跡モデルに対し、軌跡が存在するための実行可能な条件を設定するステップS2と、
前記ステップＳ2における軌跡の実行可能な条件の設定に基づいて、前記ステップＳ1におけるＳ型停止軌跡モデルの軌跡パラメータを求めるステップS3と、
ステップＳ3で求められた軌跡パラメータに基づいて、加速度軌跡、速度及び位置軌跡を生成するステップS4を含む。
【０００５】
さらに、前記ステップＳ１において、時定数を下記のように定義し、
2019530936.tif 000006
2019530936.tif 000007
【０００６】
さらに、前記ステップＳ２において、前記軌跡が存在するための実行可能な条件は以下を含み、
（1）  基本的に実行可能な条件
2019530936.tif 000008
（2）  速度の制限が実行可能な条件
2019530936.tif 000009
（3）距離の制限が実行可能な条件
2019530936.tif 000010
2019530936.tif 000011
2019530936.tif 000012
さらに、前記ステップS3において、Ｓ型停止軌跡モデルの軌跡パラメータを求めることは、以下の段階を含み、
（1）  加速段階
2019530936.tif 000013
（2）  減速段階
2019530936.tif 000014
2019530936.tif 000015
さらに、前記ステップS3において、Ｓ型停止軌跡モデルの軌跡パラメータを求めることは、以下の手順を含み、
2019530936.tif 000016
2019530936.tif 000017
さらに、前記ステップS3において、Ｓ型停止軌跡モデルの軌跡パラメータを求めることは、以下の手順を含む。
【０００７】
2019530936.tif 000018
【０００８】
さらに、前記ステップS3において、Ｓ型停止軌跡モデルの軌跡パラメータを求めることは、以下の手順を含む。
2019530936.tif 000019
【０００９】
さらに、前記ステップＳ4において、加速度軌跡を解析計算式によって求め、加速度軌跡に対して離散値の積分を行うことによって速度及び位置軌跡を求め、時間丸め誤差を修正する。Ｓ型の停止曲線問題のモデリング方法は、いずれかの初期状態停止過程の全ての分岐状況からモデリングすることであり、Ｓ型の停止曲線の計画問題の求解方法は、速度計画を求めることを計画過程の時間区切りを求める問題に変え、単項非線形方程式による求め方法によって求めることである。
【００１０】
本発明の実施例の非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール、及び、そのオンライン求解方法に基づいて、任意の非ゼロ初期状態の停止過程におけるＳ型速度計画方法に対し、対応する求解方法を設けた。
【発明の効果】
【００１１】
１）初期条件（速度、加速度）がセロではない状態におけるS型速度計画停止過程を満たすことと、
2）S停止曲線の速度計画が7段階及びその組み合わせを含み、完全に覆うことができるS型加減速過程のすべての分岐状況を提出することと、
3）速度計画の求解問題を単項非線形方程式による求解問題に変換し、求め難度を低下することとを有する。
【００１２】
本発明のさらなる態様及び利点は、以下の説明に記載され、一部が下記の説明によって明らかになり、又は本発明の実施で理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の上記及びと/又はさらなる態様及び利点は、下記の図面による実施例の説明によって明らかになり、容易に理解できるようになる。
【図１】本発明の実施例による非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法のフローチャートである。
【図２】本発明の実施例によるＳ型速度軌跡計画の概略図である。
【図３】本発明の実施例による、三角形加速度段階のある概略図である。
【図４】本発明の実施例による、パラメータの求め過程の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を詳しく説明し、前記実施例の例を添付の図面に示す。図面における同一又は類似の符号は、同一又は類似の要素、或いは同一又は類似の機能を有する要素を示す。以下、図面を参照しながら説明する実施例は例示であり、本発明を説明することを意図しており、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００１５】
図1に示すように、本発明の実施例による非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール及びそのオンライン求解方法は、下記のステップを含む。
以下の７段階のＳ型の速度計画軌跡を確立することを含む、Ｓ型の停止軌跡モデルを確立しステップS1と、
時間の最適化を目標にして、図2に示す7段階のS型速度計画軌跡を確立し、
2019530936.tif 000020
全初期速度がゼロである場合、図2の点線に示すように、時定数を下記のように定義し、
2019530936.tif 000021
2019530936.tif 000022
a.  開始及び停止条件の制約は、
2019530936.tif 000023
b.  過程状態の制約は、
2019530936.tif 000024
【００１６】
以上のモデリング過程によって、任意の初期状態のS型速度停止軌跡計画問題を、(2)、(3)の制約を満たす7段階のS計画時間問題に変換し、その計算過程は図4に示すとおりである。
【００１７】
ステップS2は、前記ステップS1で確立されたS型停止軌跡モデルに対して、軌跡が存在するための実行可能な条件を設定する。
【００１８】
ステップS1で確立したS停止曲線モデルに対し、間違ったパラメータ設定は解がない状況を引き起こす。この状況を避けるため、軌跡が存在するための実行可能な条件を与える。
a.  基本的に実行可能な条件は、
2019530936.tif 000025
b.  速度制限の実行可能な条件は、
2019530936.tif 000026
c.  距離制限の実行可能な条件は、
2019530936.tif 000027
2019530936.tif 000028
ステップS3は、前記ステップＳ2における軌跡の実行可能な条件の設定によって、前記ステップＳ1におけるＳ型停止軌跡モデルの軌跡パラメータを求める。
1)  軌跡パラメータの求め
ステップS2における軌跡の実行可能な条件を満たす計画過程に対し、ステップS1における時間パラメータの求めは下記の場合に分けて計算することができ、
2019530936.tif 000029
具体的な分岐の選択判断及びパラメータの計算過程は下記の通りであり、
ケース1
加速段階
2019530936.tif 000030
2019530936.tif 000031
減速段階
2019530936.tif 000032
ケース2：
最大速度に達していない。
2019530936.tif 000033
2019530936.tif 000034
そのうち、
2019530936.tif 000035
2019530936.tif 000036
以上の(5)/(6)/(7)のパラメータの求め方は、非線性方程式の求解方法を採用し、制約を満たす解を見つけると、実行可能な解となる。
ステップS4、ステップＳ3で求められた軌跡パラメータに基づいて、加速度軌跡、速度及び位置軌跡を生成する。
1）軌跡の生成
【００１９】
加速度軌跡を解析計算式によって求め、加速度軌跡に対して離散値の積分を行うことによって速度及び位置軌跡を求め、時間丸め誤差を修正する。Ｓ型の停止曲線問題のモデリング方法は、任意の初期状態停止過程のすべての分岐状況からモデリングすることである。
【００２０】
2）Ｓ型の停止曲線の計画問題の求解方法は、特に速度計画を求めることを計画過程の時間区切りを求める問題に変え、単項非線形方程式による求解方法によって求めることである。
【００２１】
本発明の実施例の非ゼロ初期状態におけるＳ型の停止曲線の速度ルール、及び、そのオンライン求解方法に基づいて、任意の非ゼロ初期状態の停止過程におけるＳ型速度計画方法に対し、対応する求解方法を設けた。
【００２２】
本発明は下記の利点が以下の通りである。
１）初期条件（速度、加速度）がセロではない状態におけるS型速度計画停止過程を満たすこと
2）S停止曲線の速度計画が7段階及びその組み合わせを含み、完全に覆うことができるS型加減速過程のすべての分岐状況を提出すること
3）速度計画の求解問題を単項非線形方程式による求解問題に変換し、求め難度を低下すること
【００２３】
本明細書の説明において、参考用語「一つの実施例」、「いくつかの実施例」、「例」、「具体事例」又は「いくつかの例」などの説明は、該実施例又は事例を参照して説明した具体的な特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施例又は例に含まれることを意図している。本明細書において、上記用語の例示的表現は、必ずしも同じ実施例又は例を指すわけではない。さらに、説明した具体的な特徴、構造、材料又は特性は、任意の一つ又は複数の実施例又は例において適切な方式で結合することができる。
【００２４】
以上、本発明の実施例を示して説明したが、上記実施例は例示的なものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。当業者であれば、本発明の原理及び精神から逸脱することなく、本発明の範囲内において、上記実施例を変更、修正、置換及び変形することができる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって規定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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