(57)【要約】【課題】  駆動系で測定加速度から重力加速度成分を除去する加速度制御を行うことによって、さらに効率的かつ能動的な振動制御が可能な、加速度センサーを利用した振動制御方法及び装置を提供する。【解決手段】  従動部の加速度を測定し、測定された加速度から重力加速度による成分を除去することによって純粋加速度を抽出し、純粋加速度に基づいて、測定加速度と逆方向の制御駆動力を生成し、生成された駆動力を従動部に印加する駆動系の振動を制御する方法および装置、ならびにロボットの関節駆動システム。【選択図】  図４
2005228322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と従動部とよりなる駆動系の振動を制御する方法において、
ａ）前記従動部の加速度を測定する段階と、
ｂ）前記測定された加速度から重力加速度による成分を除去することによって純粋加速度を生成する段階と、
ｃ）前記純粋加速度に基づいて前記測定加速度と逆方向の制御駆動力を生成する段階と、
ｄ）前記生成された制御駆動力を前記従動部に印加する段階と、を含むことを特徴とする、加速度センサーを利用した振動制御方法。
【請求項２】
前記ｂ）段階は、
ｂ１）前記測定された加速度を水平成分と鉛直成分とに分割する段階と、
ｂ２）前記測定された加速度の鉛直成分から重力加速度を減算することによって純粋加速度の鉛直成分を生成する段階と、
ｂ３）前記測定された加速度の水平成分を前記純粋加速度の水平成分として生成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサーを利用した振動制御方法。
【請求項３】
前記ｂ１）段階は、
前記測定された加速度が水平線となす角を表す水平差異角を利用して行われることを特徴とする請求項２に記載の加速度センサーを利用した振動制御方法。
【請求項４】
前記ｂ１）段階は、以下の数式：
Ａｖ'＝Ａ'sinγ
Ａｈ'＝Ａ'cosγ
を利用して行われ、ここで、Ａ'は測定された加速度、Ａｖ'およびＡｈ'はそれぞれ測定加速度の鉛直成分および水平成分であり、γは水平差異角を表すことを特徴とする請求項３に記載の加速度センサーを利用した振動制御方法。
【請求項５】
前記ｂ）段階は、
ｂ０）前記測定加速度の座標系が円筒座標系または球面座標系のうちのいずれか一つで表現された場合、前記円筒座標系または球面座標系による表現を直交座標系による表現に変換する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の加速度センサーを利用した振動制御方法。
【請求項６】
前記ｃ）段階は、
ｃ１）前記純粋加速度が前記駆動系の設計上、所望の加速度を表す駆動加速度と同じであるか否かを判断する段階と、
ｃ２）前記純粋加速度が前記駆動加速度と同一ではない場合、前記純粋加速度の大きさおよび前記従動部の質量に基づいて、前記測定加速度と逆方向の制御駆動力を生成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサーを利用した振動制御方法。
【請求項７】
前記ｃ）段階は、
ｃ１１）前記純粋加速度が前記駆動系の設計上、所望の加速度を表す駆動加速度を中心にした所定の臨界範囲内に存在するか否かを判断する段階と、
ｃ１２）前記純粋加速度が前記所定の臨界範囲内に存在しない場合、前記純粋加速度および前記従動部の質量に基づいて、前記測定加速度と逆方向の制御駆動力を生成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサーを利用した振動制御方法。
【請求項８】
前記駆動系は、ロボットの関節駆動系であることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサーを利用した振動制御方法。
【請求項９】
請求項１に記載の振動制御方法を利用して、振動を抑制することを特徴とするロボット関節システム。
【請求項１０】
駆動力によって移動する従動部の振動を制御する装置において、
前記従動部の加速度を測定する加速度測定部と、
前記測定された加速度から重力加速度による成分を除去することによって、純粋加速度を生成する純粋加速度生成部と、
前記純粋加速度に基づいて、前記測定加速度と逆方向の制御駆動力を生成する駆動部と、を含む加速度センサーを利用した振動制御装置。
【請求項１１】
前記純粋加速度生成部は、
前記測定された加速度を水平成分と鉛直成分とに分割し、
前記測定された加速度の鉛直成分から重力加速度を減算することによって純粋加速度の鉛直成分を生成することを特徴とする請求項１０に記載の加速度センサーを利用した振動制御装置。
【請求項１２】
前記純粋加速度生成部は、
前記測定された加速度が水平線となす角を表す水平差異角を利用して、前記測定された加速度を前記水平成分および鉛直成分に分割することを特徴とする請求項１１に記載の加速度センサーを利用した振動制御装置。
【請求項１３】
前記純粋加速度生成部は、以下の数式：
Ａｖ'＝Ａ'sinγ
Ａｈ'＝Ａ'cosγ
を利用して、前記測定された加速度の鉛直成分および水平成分を生成し、ここで、Ａ'は測定された加速度、Ａｖ'およびＡｈ'はそれぞれ測定された加速度の鉛直成分および水平成分であり、γは水平差異角を表すことを特徴とする請求項１２に記載の振動制御装置。
【請求項１４】
前記測定された加速度の座標系が円筒座標系または球面座標系のうちのいずれか一つで表現された場合、前記円筒座標系または球面座標系による表現を直交座標系による表現に変換する座標系変換部をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の加速度センサーを利用した振動制御装置。
【請求項１５】
前記駆動部は、
前記純粋加速度が前記駆動系の設計上、所望の加速度を表す駆動加速度と同じであるか否かに基づいて、前記駆動力を生成することを特徴とする請求項１１に記載の加速度センサーを利用した振動制御装置。
【請求項１６】
前記駆動部は、
前記純粋加速度が前記駆動加速度と同一でない場合、前記純粋加速度の大きさおよび前記従動部の質量に基づいて、前記測定加速度と逆方向の制御駆動力を生成することを特徴とする請求項１５に記載の加速度センサーを利用した振動制御装置。
【請求項１７】
前記駆動部は、
前記純粋加速度が前記駆動系の設計上、所望の加速度を表す駆動加速度を中心にする所定の臨界範囲内に存在するか否かに基づいて、前記駆動力を生成することを特徴とする請求項１１に記載の加速度センサーを利用した振動制御装置。
【請求項１８】
前記駆動部は、
前記純粋加速度が前記所定の臨界範囲内に存在しない場合、前記純粋加速度の大きさおよび前記従動部の質量に基づいて、前記測定加速度と逆方向の制御駆動力を生成することを特徴とする請求項１７に記載の加速度センサーを利用した振動制御装置。
【請求項１９】
前記駆動系は、ロボットの関節駆動系であることを特徴とする請求項１１に記載の加速度センサーを利用した振動制御装置。
【請求項２０】
ロボットの関節駆動システムにおいて、
駆動力を生成する駆動部と、
前記駆動力によって移動する従動部と、
前記従動部の加速度を測定する加速度測定部と、
前記測定された加速度から重力加速度による成分を除去することによって、純粋加速度を生成する純粋加速度生成部と、を含み、
前記駆動部は、前記純粋加速度に基づいて生成される制御駆動力が所望の駆動力に適合するように前記駆動力を生成することを特徴とするロボットの関節駆動システム。
【請求項２１】
請求項１に記載の加速度センサーを利用した振動制御方法をコンピュータによって実行させるプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動制御方法および装置に係り、さらに詳細には、加速度センサーを利用してロボット等の移動システムにおける振動を能動的に制御する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、位置移動のための駆動力を発生させる駆動部と、駆動部から駆動力を伝達されて位置が移動する従動部とを有する駆動システムは、ロボット、自動車等の多くの応用分野で使われている。特に、垂直多関節ロボットの応用分野と関連した駆動システムでは、振動による位置誤差は、その駆動システムの性能に影響を及ぼす大きな要素である。垂直多関節ロボットは、駆動部によるトルクによって従動部が動く時、従動部の動きによる慣性は振動を誘発し、このような振動は、従動部が所望の位置につくことを妨害する。一般的に、垂直多関節ロボットは、正確な位置制御を必要とする応用分野に多く使われるので、振動制御は重要性を有する。
【０００３】
このような振動を制御するための方法のうちの一つは、駆動システムの剛性を増加させることである。このような剛性を増加させる方法のうちの一つは、駆動系を構成する各構成要素に、既存のものより剛性の高い材料を使用するか、または駆動システムを構成する各構成要素の連結関係を考慮して、駆動システムの剛性を増加させることである。
【０００４】
しかし、駆動系の剛性を高めることによって振動を制御する従来の方法は、第一に、剛性の高い材料は、比較的高コストであるので、製作コストが上昇し、第二に、重い質量によって駆動に必要なエネルギーが増加し、第三に、剛性の高い材料の使用は、公差の管理が必要であるが、このような公差の管理のためには、さらに精度の高い制御システムを必要とし、第四に、このような振動制御方法は、駆動システムの最初の設計事項および駆動動作を初期設計時に考慮して設計されるものであるため、実際の駆動時に発生する従動部の振動を能動的に制御することが困難である。
【０００５】
特に、２足歩行ロボットの場合、全体システムが固定されたベースなしに駆動されるため、駆動システム自体の質量によって生じる低周波振動が誤差発生の重要な原因となるが、前述したような従来の方法を利用すれば、ロボット自体の大きさが増加するため、ロボットの円滑な歩行を難しくする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために案出されたものであって、駆動システムの振動の制御において、さらに少ないコストで実駆動時に発生する振動を能動的に制御可能な振動制御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】
【０００７】
前記課題を解決するための本発明の加速度センサーを利用した振動制御方法は、駆動部と従動部とよりなる駆動系の振動を制御する方法において、ａ）前記従動部の加速度を測定する段階と、ｂ）前記測定された加速度から重力加速度による成分を除去することによって、純粋加速度を生成する段階と、ｃ）前記純粋加速度に基づいて前記測定加速度と逆方向の制御駆動力を生成する段階と、ｄ）前記生成された制御駆動力を前記従動部に印加する段階と、を含む。
【０００８】
ここで、前記ｂ）段階は、ｂ１）前記測定加速度を水平成分と鉛直成分とに分割する段階と、ｂ２）前記測定加速度の鉛直成分から重力加速度を減算することによって純粋加速度の鉛直成分を生成する段階と、ｂ３）前記測定加速度の水平成分を前記純粋加速度の水平成分として生成する段階と、を含む。
また、本発明は、請求項１に記載の振動制御方法を利用して、振動を抑制することを特徴とするロボット関節システムを提供する。
【０００９】
また、本発明は、駆動力によって移動する従動部の振動を制御する振動制御装置において、前記従動部の加速度を測定する加速度測定部と、前記測定された加速度から重力加速度による成分を除去することによって、純粋加速度を生成する純粋加速度生成部と、前記純粋加速度に基づいて、前記測定加速度と逆方向の制御駆動力を生成する駆動部と、を含む振動制御装置を提供する。
【００１０】
また、本発明は、駆動力を生成する駆動部と、前記駆動力によって移動する従動部と、前記従動部の加速度を測定する加速度測定部と、前記測定された加速度から重力加速度による成分を除去することによって、純粋加速度を生成する純粋加速度生成部と、を含み、前記駆動部は、前記純粋加速度に基づいて生成される制御駆動力が所望の駆動力に適合するように前記駆動力を生成することを特徴とするロボットの関節駆動システムを提供する。
さらに、本発明は、加速度センサーを利用した振動制御方法をコンピュータによって実行させるプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、駆動系で測定される加速度から重力加速度成分を除去する加速度制御を行うことによって、さらに効率的かつ能動的な振動制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明による望ましい一実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、駆動系の振動発生原理を示す図面である。
駆動系は、質量を有する物体の運動を伴う。物体の運動は、直線運動と回転運動とに分けられる。図１の左側の図面は、物体の直線運動を表すものであり、右側の図面は、回転運動を表すものである。
【００１４】
図１の左側の図面において、Ｆは駆動部によって発生した駆動力、ｍは従動部の質量、ａは駆動力Ｆによって従動部に発生する加速度を表す。すなわち、従動部が駆動力Ｆを受ければ移動し、この時に発生する加速度がａである。もし駆動力Ｆがそれ以上供給されなければ、駆動力Ｆが供給されない時点で、従動部は、質量ｍによる慣性によって移動方向にそのまま移動しようとする性質を有する。しかし、駆動系自体の幾何学的に固定された構造は、このような慣性に反対する方向に力を作用させ、その結果、従動部は再び移動方向と反対する方向に力を受けて、結果的に、従動部は移動方向に平行な方向に振動する。
【００１５】
図１の右側の図面に示された回転運動では、トルクＴは前記駆動力Ｆに、角加速度Ｗは前記加速度ａに、慣性質量Ｉは前記質量ｍにそれぞれ対応する。物体の運動は、座標系によって数式的に表現でき、一般的に、直線運動は直角座標系によって、回転運動は、円筒座標系あるいは球面座標系によって表現される。このような座標系は、数式的な変換によって互いに互換性を有するので、直線および回転運動は、同じ座標系で数学的に変換可能である。以下の駆動系についての説明では、直角座標系が利用される。
【００１６】
図２は、本発明による振動制御方法の原理を示す図面である。
従動部２１０は、駆動力Ｆを受けて運動方向Ｄｍに移動し、この時に、加速度Ａ１（Ａ'）が発生する。従動部は質量ｍを有し、その結果、重力加速度ｇの影響を受ける。加速度Ａ１は、鉛直成分Ａｖ'と水平成分Ａｈ'とに分割され、この時、Ａｖ'成分の方向は、重力加速度ｇの方向と同じである。加速度Ａ１は、加速度センサーによって測定される値である。
【００１７】
まず、図１を再び参照すれば、もし駆動力Ｆが除去された時点で、慣性によって発生した慣性力Ｆ１に対して同じ大きさと逆方向とを有する駆動力Ｆ２を、駆動部が再び従動部２１０に供給できれば、従動部の振動を除去することができる。すなわち、結果的に発生した加速度ａを測定し、これから、駆動部が駆動力Ｆ２を生成して従動部２１０に供給すれば、振動を抑制することができる。本発明は、このような原理を利用する。
【００１８】
再び、図２に示すとおり、図２に示す従動部２１０の進行方向は、図１と違って、重力加速度ｇの方向に対して垂直ではない。すなわち、図１の駆動系に使われた加速度を利用した制御方法を図２で使用するためには、修正が必要である。それは、重力加速度ｇが測定される加速度Ａ１に及ぼす影響を考慮しなければならないためである。
【００１９】
図２において、駆動力Ｆによって発生した加速度Ａ'は、従動部２１０が実際に移動した位置で測定された加速度（以下、「測定加速度」という）である。この測定加速度Ａ'は、測定鉛直成分Ａｖ'と、測定水平成分Ａｈ'とに分離できる。測定加速度Ａ'と、測定鉛直成分Ａｖ'および測定水平成分Ａｈ'とは、図２に示す幾何学的な関係から、以下の数式１で表される関係を有する。
【数１】
2005228322.tif 000003
【００２０】
ここで、Ａ'は測定された加速度、Ａｖ'およびＡｈ'はそれぞれ測定された加速度の鉛直成分および水平成分であり、γは水平方向と加速度Ａ'の方向とがなす角度（以下、「水平差異角」という)である。
【００２１】
一方、測定鉛直成分Ａｖ'には、駆動力Ｆによって生じる正味の鉛直方向の加速度成分（以下、「純粋鉛直成分」という）Ａｖと、重力加速度ｇとが含まれているので、純粋鉛直成分Ａｖを求めるためには、測定鉛直成分から重力加速度成分を除去しなければならない。これを数式で表現すれば、下記の数式２の通りである。
【数２】
2005228322.tif 000004
【００２２】
ここで、ＡｖおよびＡｈは、それぞれ駆動力Ｆによる純粋鉛直成分および駆動力Ｆによって生じる水平方向の加速度成分（以下、「純粋水平成分」という）であり、Ａｖ'およびＡｈ'は、それぞれ測定鉛直成分および測定水平成分であり、ｇは重力加速度である。
【００２３】
振動を制御するためには、駆動力Ｆによって生じる正味の加速度（以下、「純粋加速度」という）に基づいて生成された制御駆動力Ｆｃを従動部２１０に加えなければならない。ここで、制御駆動力Ｆｃは、従動部２１０の移動が停止した時に発生する振動を抑制するために、駆動部から従動部２１０に加えられる原移動方向（駆動力Ｆの方向）と逆方向の力を称す。したがって、駆動力Ｆｃは、以下の数式３で表される。
【数３】
2005228322.tif 000005
【００２４】
ここで、Ｆｃは制御駆動力、ｍは従動部の質量、Ａｃは制御加速度の大きさであり、図２の力学的関係から、下記の数式４で表される。
【数４】
2005228322.tif 000006
マイナス符号（−）は、制御駆動力Ｆｃの方向が駆動力Ｆの方向と逆であることを表す。
【００２５】
したがって、制御駆動力Ｆｃを数式１ないし数式３から求め、求められた制御駆動力Ｆｃを従動部に加えることによって、従動部に発生する振動を抑制できる。
【００２６】
図３は、本発明の一実施形態による振動制御装置を表す図面である。
本発明による振動制御装置は、加速度測定部３１０、純粋加速度生成部３２０、駆動信号発生部３３０および駆動部３４０より構成される。図３に示す振動制御装置は、所定の一方向に対して振動を制御する装置である。
【００２７】
加速度測定部３１０は、従動部２１０の駆動方向における加速度を測定する。加速度測定部３１０は、従動部２１０に装着された一方向または多方向の加速度センサーで構成できる。測定加速度Ａ'は、大きさと方向とを有し、水平成分Ａｈ'と鉛直成分Ａｖ'とに分離することができる。
【００２８】
純粋加速度生成部３２０は、移動方向（駆動力Ｆの方向）に対して測定加速度Ａ'３１４および移動方向に対する水平差異角γ３１６に基づいて純粋加速度Ａ ３２２を生成する。
【００２９】
水平差異角γ３１６は、水平方向と加速度Ａ'の方向とがなす角度、すなわち、測定加速度Ａ'と測定加速度Ａ'の水平成分Ａｈ'とがなす角度である。一般的に、位置制御システムは、駆動される全ての従動部２１０についての機構学的な情報を有するので、水平差異角３１６は、該当方向への移動に対する従動部２１０の機構学的な情報から容易に抽出可能である。
【００３０】
測定加速度Ａ'３１４および水平差異角γ ３１６から重力加速度ｇの影響を除外した純粋加速度Ａ ３２２は、前述したように、数式１ないし数式２によって求めることができる。純粋加速度Ａ ３２２は、大きさおよび方向を有するので、鉛直成分Ａｖおよび水平成分Ａｈに分離することができる。
【００３１】
駆動信号発生部３３０は、純粋加速度Ａ ３２２および駆動加速度３２４に基づいて駆動信号３３２を発生する。駆動加速度３２４は、設計上の所望の加速度を意味し、駆動信号発生部３３０は、純粋加速度Ａ ３２２を駆動加速度３２４と比較して、純粋加速度Ａ３２２が駆動加速度３２４より大きいか、または小さい場合に、駆動信号３３２を発生させる。
【００３２】
駆動信号３３２は、駆動部３４０に所定の大きさの駆動力を発生させる信号である。したがって、駆動信号３３２は、所望の駆動力の大きさについての情報を含む。このとき、駆動力の大きさは、前述した数式２によって求められ、駆動力３３２の方向は、測定加速度Ａ'３１４を発生させた駆動力と逆方向である。
【００３３】
本発明の一実施形態によって、駆動信号発生部３３０は、純粋加速度Ａ３２２が所定の許容範囲内に含まれる場合には、駆動信号を発生させないようにすることもできる。それは、許容可能な大きさの振動の場合にも、毎回振動制御のための駆動力を発生させることは効率的ではないためである。このような実施形態では、駆動信号発生部３３０は、純粋加速度Ａ３２２が所定の下限臨界値より小さいか、または上限臨界値より大きい場合にのみ駆動信号３２２を発生させるようにすることができる。例えば、駆動系の駆動加速度が５ｍ／ｓ2であり、このような駆動加速度を基準として決定された許容範囲が４〜６ｍ／ｓ2であれば、純粋加速度３２２が４.５ｍ／ｓ2である場合や５.５ｍ／ｓ2である場合には、駆動信号３３２を発生させない。
【００３４】
駆動部３４０は、駆動信号３３２を受信して、駆動信号３３２に含まれる駆動力の大きさおよび方向に該当する駆動力３４２を生成して従動部２１０に加える。駆動力３４２は、従動部を動かし、これにより、新たな測定加速度３４４が発生することによって、前述した過程が再び反復される。
【００３５】
図４は、本発明の一実施形態による振動制御方法を示す経時的フローチャートである。
段階４１０において、該当移動方向に対する従動部２１０の加速度が測定される。
【００３６】
段階４２０では、測定加速度Ａ'から鉛直成分Ａｖ'と水平成分Ａｈ'とを抽出する。鉛直成分Ａｖ'と水平成分Ａｈ'は、水平差異角γに基づいて生成可能であり、例えば、前述した数式１によって生成可能である。この場合、水平差異角γは、駆動系の機構学的な情報から容易に抽出可能である。
【００３７】
段階４３０では、抽出された測定加速度Ａ'の鉛直成分Ａｖ'と水平成分Ａｈ'から重力加速度ｇによる成分を除去することによって、純粋加速度Ａの水平成分Ａｈおよび鉛直成分Ａｖを抽出する。この過程は、数式２によって行われる。すなわち、純粋加速度Ａの水平成分Ａｈは、測定加速度Ａ'の水平成分Ａｈ'であり、純粋加速度Ａの鉛直成分Ａｖは、測定加速度Ａ'の鉛直成分Ａｖ'から重力加速度ｇを除去した後の値である。
【００３８】
段階４４０では、純粋加速度Ａが許容上限値αより大きいか否かを決定する。許容上限値αは、ユーザによって決定される値である。純粋加速度Ａは、段階４３０で生成した純粋加速度Ａの水平成分Ａｈおよび鉛直成分Ａｖから抽出できる。
【００３９】
段階４５０では、もし純粋加速度Ａが許容上限値αより大きければ、駆動信号発生部３３０は、駆動信号３３２を発生して駆動部３４０に伝達する。駆動信号３３２は、制御される駆動力３４２の大きさおよび方向についての情報を有し、このような情報は、駆動信号発生部３３０において数式３に基づいて生成される。駆動力３４２の大きさは、純粋加速度Ａの大きさに基づいて決定され、駆動力３４２の方向は、測定加速度Ａ'の方向と逆方向である。
【００４０】
段階４６０では、駆動部３４０は、段階４５０で生成された駆動信号３３２を受信し、受信した駆動信号３３２に対応して駆動力３４２を生成して従動部２１０に印加する。
【００４１】
もし、段階４４０で、純粋加速度Ａが許容上限値αより小さいと判断されれば、段階４７０に進む。
段階４７０では、純粋加速度Ａが許容下限値βより小さいか否かを判断する。
段階４７０で、純粋加速度Ａが許容下限値βより小さければ、段階４８０ないし４９０に進む。
【００４２】
段階４８０では、駆動信号発生部３３０は、段階４５０と同様に、駆動信号を発生させる。
段階４９０では、駆動部３４０は、段階４８０と同様に、駆動信号３３２によって駆動力３４２を生成して従動部２１０に印加する。
【００４３】
段階４４０ないし段階４９０は、ユーザが純粋加速度Ａに対する許容範囲を付与した場合に必要な過程である。段階４４０ないし４９０は、駆動信号発生部３３０によって行われ、ユーザによって駆動信号３３２の発生如何を決定可能にする。
【００４４】
もし、ユーザが純粋加速度に対する許容範囲を設定せず、従動部２１０の実際加速度が、設計上、所望の駆動加速度と同一であることを望む場合には、段階４４０ないし段階４９０は不要である。その代わりに、駆動信号発生部３００は、駆動加速度と純粋加速度とが同一であるか否かを決定し、同一でない場合にのみ駆動信号を発生させる。しかし、このような実施形態は、不要な制御駆動力をあまりにも頻繁に発生させるので、制御の効率面で望ましくない。
【００４５】
図５は、一つ以上の方向に対して振動制御を行う原理を示す図面である。
実際の駆動系では、一つの従動部に印加される駆動力は、一つ以上の駆動部で生成される。このような場合には、図２ないし図４で説明した制御過程が共に行われる。
【００４６】
図５の右側図面および左側図面に示すとおり、従動部５１０は、第１方向Ｄ1および第２方向Ｄ2に移動する。ここで、第１方向は、第１駆動部で生成された第１駆動力による移動方向であり、第２方向は、第２駆動部で生成された第２駆動力による移動方向である。図５において、Ａ'１およびＡ'２は、それぞれ第１方向Ｄ1および第２方向Ｄ2への測定加速度である。
【００４７】
このような場合には、図４に示す制御過程が第１方向および第２方向に対してそれぞれ
行われる。図５の右側図面において、ｘおよびｙは、第１方向Ｄ1および第２方向Ｄ2にそれぞれ対応する水平ベクトルである。したがって、γは、第１方向Ｄ1に対する測定加速度Ａ'１の水平差異角であり、δは、第２方向Ｄ2に対する測定加速度Ａ'２の水平差異角である。
【００４８】
図６は、本発明の振動制御方法を垂直多関節ロボットに適用する一例を表す図面である。
図６に示すロボットは、２本の足を有し、それぞれの足は、３個の関節を有する。一般的に、垂直多関節ロボットでは、駆動部は、各関節ごとに設けられるので、一つの足に対しては、３個の駆動部Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が存在する。足６１０が従動部である場合を考慮すれば、従動部６１０は、質量ｍを有し、全体角加速度Ｗだけ円運動しつつ、ロボットの進行方向に測定加速度ａだけ移動する。第１駆動部Ｍ１ないし第３駆動部Ｍ３は、回転および進行運動に総合的に影響を及ぼす。
【００４９】
回転運動に対する振動制御を行うと仮定する。回転運動による全体駆動に寄与する駆動系は、第１駆動部Ｍ１、第２駆動部Ｍ２および第３駆動部Ｍ３である。回転運動に対する振動制御のみを行うので、第１駆動部Ｍ１ないし第３駆動部Ｍ３は、一つの回転駆動部Ｍｒに代表化できる。この場合、測定加速度はＷであり、これに関連した制御駆動力を生成する駆動部は駆動部Ｍｒである。
【００５０】
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明による振動制御方法を適用した図６の垂直多関節ロボットを撮影した写真である。
図７Ａは、垂直多関節ロボットの足部分である。図７Ａに示すとおり、垂直多関節ロボットの足部分に加速度測定センサー７１０，７２０が装着されていることが分かる。
図７Ｂは、垂直多関節ロボットの歩行動作を撮影した写真である。
【００５１】
図８は、図７Ａおよび図７Ｂの垂直多関節ロボットに対して従来の振動制御を行った結果を示す図面である。図において、細い点線８１０は、制御を行う前の測定加速度を表し、実線８２０は、制御を行った後の測定加速度を表し、太い点線８３０は、制御前の測定加速度が有するオフセットを表す。
【００５２】
図８に示すとおり、制御前である点線８１０部分が太い点線８３０のようなオフセット値を有しつつ振動していることが分かる。これは、重力加速度成分を除去しないことに起因するものであって、この場合、制御をしなければならない最大振動成分が、特に、時間５１ないし８１の区間で重力加速度値が付加されつつ純粋な振動加速度成分を表せなくなり（図８のＬ1参照）、それによって、制御しなければならない振動成分の判断が歪曲される可能性がある。
【００５３】
また、制御後の振動成分の実線８２０、特に、時間６１ないし８１の区間の値は、純粋な振動成分ではない重力加速度による成分であるにも拘わらず、駆動信号発生部（図３の３３０、図４の４５０または４８０）に追加的な制御信号を発生させる不要な動作を行わせる問題がある。
【００５４】
図９は、図７Ａおよび図７Ｂの垂直多関節ロボットに対して、本発明による振動制御を行った結果を示す図面である。本発明では、測定加速度から重力加速度成分を除外した純粋加速度に対して制御を行った。図において、点線９１０は、制御を行う前の測定加速度を表し、実線９２０は、制御を行った後の測定加速度を表す。
【００５５】
図９に示すとおり、特に、時間５１以後の区間で重力加速度成分が除去された純粋な振動成分を得ることによって、さらに効果的に制御しなければならない特定振動成分を決定しやすい長所があり、これは、結局、効果的な制御を可能にする。また、制御後の成分９２０を参照すれば、全区間にわたって加速度値が１０から−１０内に分布していることから（図９のＬ2参照）、制御後には過度な振動が発生しないと判断できるので、図８のように、不要に追加的な制御信号を発生させる問題を解決できる。
【００５６】
一方、前述した振動制御方法は、コンピュータプログラムとして作成可能である。前記プログラムを構成するコードおよびコードセグメントは、当該分野のコンピュータプログラマーによって容易に推論することができる。また、前記プログラムは、コンピュータによって読み取り可能な情報保存媒体に保存され、コンピュータによって読出されかつ実行されることによって、振動制御を具現する。前記情報保存媒体は、磁気記録媒体、光記録媒体、およびキャリアウェーブ媒体を含む。
【００５７】
以上、本発明について、その望ましい実施形態を中心に説明した。当業者は、前記実施形態に限定されず、本発明が、本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態に具現できることが分かる。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されなければならない。本発明の技術的範囲は、前述した説明だけでなく、特許請求の範囲に記載されており、当該特許請求の範囲に記載された範囲と均等の範囲内にある全ての態様は、本発明に含まれるものであると解釈されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の加速度センサーを利用した振動制御方法および装置は、例えば、駆動系の振動制御分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】駆動系の振動発生原理を示す図面である。
【図２】本発明による振動制御方法の原理を示す図面である。
【図３】本発明の一実施形態による振動制御装置を示す図面である。
【図４】本発明の一実施形態による振動制御方法を示す経時的フローチャートである。
【図５】一つ以上の方向に対して振動制御を行う原理を示す図面である。
【図６】本発明の振動制御方法を垂直多関節ロボットに適用する一例を示す図面である。
【図７Ａ】本発明による振動制御方法を適用した図６の垂直多関節ロボットを撮影した写真である。
【図７Ｂ】本発明による振動制御を適用した図６の垂直多関節ロボットを撮影した写真である。
【図８】図７Ａおよび図７Ｂの垂直多関節ロボットに対して、従来の振動制御を行った結果を示す図面である。
【図９】図７Ａおよび図７Ｂの垂直多関節ロボットに対して、本発明による振動制御を行った結果を表す図面である。
【符号の説明】
【００６０】
３１０      加速度測定部
３１４      測定加速度
３１６      水平差異角
３２０      純粋加速度生成部
３２２      純粋加速度
３２４      駆動加速度
３３０      駆動信号発生部
３４０      駆動部
３４４      測定加速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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