機構学 Part6: ロボットの運動学 金子真
きんにく筋肉 筋紡錘 : 筋肉の長さを測るセンサ
モータ センサ ロボットの運動学
関節にモータがついている場合の角度の取り方
関節にモータがついている場合の角度の取り方
関節にモータがついている場合の角度の取り方
関節にモータがついている場合の角度の取り方
関節にモータがついている場合の角度の取り方
ワイヤ駆動式ロボット
ワイヤ駆動式ロボット
ワイヤプーリ機構の場合
ワイヤプーリ機構の場合
絶対系にモータがついている場合の角度の取り方
絶対系にモータがついている場合の角度の取り方
絶対系にモータがついている場合の角度の取り方
絶対系にモータがついている場合の角度の取り方
順問題 関節角度を与えて手先位置を求める. (x, y) y x
順問題 ( 簡単 ) y (x, y) (, ) x y を与えて (x, y) を求める ( ) cos cos ( ) sin sin x
逆問題の必要性 Mov e A to B モータが関節に埋め込まれている場合 y B A? x
逆問題 手先位置を与えて関節角度を求める. y (x, y) x y ( ) cos cos ( ) sin sin x (?, )
非線形関数の線形化
y (x, y) x y ( ) cos cos ( ) sin sin x dx sin d sin( )( d d ) dy cos d ( )( d d ) dx sin sin( ) sin( ) d dy cos cos( ) cos( ) d dx Jd J ( ヤコビ行列 )
y x (x, y) d c c dx dy - J dx ( if J 0) s s c c cos, s sin s c d d ( ), ( ) cos s sin dx Jd J J - J c c c s s s { s c s c s c s c } sin
) ( ) ( C C C S S S d d C C d dy d d S d S dx J ) cos(, cos ) sin(, sin C C S S J x d d 0 sin π n 0 J 特異姿勢 : リンクロボットの場合
課題 :3 リンクロボットについて以下の問いに答えよ 手先位置 姿勢 (x, y, φ) に対して特異姿勢を求め図示せよ.
0 J 0 sin π n 課題 : 解答 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 ) ( ) ( ) ( ) ( C C C C C C S S S S S S d d d d d d d C d d C C d dy d d d S d d S d S dx J φ ) cos( ), cos(, cos ) sin( ), sin(, sin 3 3 3 3 C C C S S S J x d d
特異姿勢が存在しない 次元 3 自由度ロボットは存在するか?
3 リンクロボットの リンクロボットに対する運動学的優位性は?
3 リンクロボットの リンクロボットに対する運動学的優位性は?
3 リンクロボットの リンクロボットに対する運動学的優位性は?
γ 6 自由度ロボットの場合 3 5 6 α β 4 x f (,,, ) α f (,,, ) β f (,,, ) γ f 6 y f (,,, ) 6 z f (,,, ) x J J 3 6 4 6 5 6 (,,, 6) 6 f f 6 f6 f6 6
d x dx Jd x y z x y z 6 自由度ロボットの特異姿勢 6 6 J R d d J dx S S E E W W S S E E 3 W W 4 det J 0-3Sin[ E] Sin[ W]( Sin[ S] 3Sin[ E S]) 0
6 自由度ロボットの特異姿勢 - Sin[ E] Sin[ W]( Sin[ S] 3Sin[ E S]) 3 3 0 肘特異姿勢 Sin[ E] 0 E E nπ (n : 整数 )
6 自由度ロボットの特異姿勢 - Sin[ E] Sin[ W]( Sin[ S] 3Sin[ E S]) 3 3 0 手首特異姿勢 Sin[ W] 0 W W nπ (n : 整数 )
6 自由度ロボットの特異姿勢 - Sin[ E] Sin[ W]( Sin[ S] 3Sin[ E S]) 3 3 0 3 肩特異姿勢 Sin[ S] 3Sin[ E S] 0 E 3 S
ロボットで力を環境に加えるには? f
力のつりあいから y f x f y f f f x y x τ τ f y{ cos cos( )} f x{ sin sin( )} τ f y cos( ) f x sin( ) 0 τ s s τ s c c c s sin s sin( ) c cos f f x y c 0 cos( )
J を使って表すと y τ x f x dx dy f y τ s s τ s τ J t f f s s c c d x Jd c f f x y s c c c d d f f x y s sin s sin( ) c cos c cos( )
仮想仕事の原理 x f f x τ τ f τ / ( x )
仮想仕事の原理による τ f t J の誘導 () 関節アクチュエータがする仕事 () 手先力がする仕事 W j τ d τ d τ ( ) d d τ dτ t We f xdx f y dy ( ) x dx dy f y dx t f f W j W e だから t t d τ dx f (Jd ) d t J t t τ J f t f f
課題 : リンクロボットに対して次の問いに答えよ ロボット先端に (fx, fy)(.0,.0)[n] 発生させるためには関節トルク ( τ, τ ) を何 [Nm] 加えたらよいか. y (x, y) [ m] π / 6 x
問題. () ヤコビ行列 Jを求めよ. () 特異姿勢を与える (, ) を求めよ. リンク長 : * リンクの幅は無視してよい. 問題 ロボット先端を (Δx, Δy)(0., 0.)[m] 移動させるのに必要な各関節の角度変化, を求めよ. y (x, y) ( ) [ m] π / 6
リンク長 :. ヤコビ行列 Jを求めよ.. 特異姿勢を与える (, ) を求めよ. * リンクの幅は無視してよい. ロボット先端を (Δx, Δy)(0., 0.)[m] 移動させるのに必要な各関節の角度変化 (, ) を求めよ. y (x, y) [ m] π / 6
. ヤコビ行列 J を求めよ.. 特異姿勢を与える (, ) を求めよ. リンク長 : * リンクの幅は無視してよい. 特異姿勢を与える関係式 J 0 より sin( ) 0 nπ ( n 0,,...)
ロボット先端を (Δx, Δy)(0., 0.)[m] 移動させるのに必要な各関節の角度変化 (, ) を求めよ. - d J dx ( if J 0) y (x, y) dx dy s s c c s c d d c c cos, s sin ( ), ( ) cos s sin π [ m] / 6 x J J - J c c c s s s { s c s c s c s c } sin
課題 : リンクロボットに対して次の問いに答えよ ロボット先端を (Δx, Δy)(0., 0.)[m] 移動させるのに必要な各関節の角度変化を求めよ. (, ) y (x, y) [ m] π / 6 x
課題 解答 y dx Jd (x, y) x c c d dx dy - J dx ( if J 0) s s c c cos, s sin s c d d ( ), ( ) cos s sin J J - J c c c s s s { s c s c s c s c } sin