JP2025128995A - MOBILE BODY CONTROL SYSTEM, MOBILE BODY CONTROL DEVICE, AND MOBILE BODY CONTROL METHOD - Google Patents

MOBILE BODY CONTROL SYSTEM, MOBILE BODY CONTROL DEVICE, AND MOBILE BODY CONTROL METHOD

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JP2025128995A
JP2025128995A JP2024105626A JP2024105626A JP2025128995A JP 2025128995 A JP2025128995 A JP 2025128995A JP 2024105626 A JP2024105626 A JP 2024105626A JP 2024105626 A JP2024105626 A JP 2024105626A JP 2025128995 A JP2025128995 A JP 2025128995A
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大輝 両角
Daiki Morozumi
智明 田中
Tomoaki Tanaka
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Abstract

To provide a mobile body control system, a mobile body controller, and a mobile body control method capable of keeping an airframe in target posture without constructing an approximate formula for each posture of a drive part of a buoyancy material or the like.SOLUTION: A mobile body control system includes: a robot main body and a floating device including a drive part that has relatively smaller density than the robot main body and can change a buoyancy center of the floating device; an acquisition part that acquires a buoyancy center position and a gravity center position, an angle formed by the buoyancy center position and the gravity center position, and a posture angle of the robot main body; a target setting part that sets at least one of a target value of the angle formed by the gravity center position and a target value of the angle formed by the buoyancy center position; and a buoyancy center control part that calculates an amount of control of the drive part for changing the buoyancy center of the floating device by use of a deviation between the buoyancy center position and the gravity center position, a target value of the deviation between the buoyancy center position and the gravity center position, a gravity center sensitivity matrix indicating a change of the gravity center position with respect to the amount of control of the drive part, and a buoyancy center sensitivity matrix indicating a change of the buoyancy center position with respect to the amount of control of the drive part.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、移動体制御システム、移動体制御装置、および移動体制御方法に関する。 The present invention relates to a mobile object control system, a mobile object control device, and a mobile object control method.

水中で作業を行う装置である水中用ロボットがある。このような水中用ロボットは、例えば、フレーム、推進機ユニット、おもり、浮力材、駆動機構を有している。そして、推進機ユニットは、推進力を生じさせる複数の推進機を有する。おもりは、第1軸方向における移動によって重心位置を移動させる。浮力材は、第2軸の方向における移動によって浮心位置を移動させる。駆動機構は、重りを第1軸の方向、浮力材を第2軸の方向において、互いに同期して移動させる(例えば、特許文献1参照)。 There is an underwater robot, which is a device that performs work underwater. Such an underwater robot has, for example, a frame, a propulsion unit, a weight, a buoyancy material, and a drive mechanism. The propulsion unit has multiple propulsors that generate propulsive force. The weight moves the center of gravity by moving in the direction of a first axis. The buoyancy material moves the center of buoyancy by moving in the direction of a second axis. The drive mechanism moves the weight in the direction of the first axis and the buoyancy material in the direction of the second axis in synchronization with each other (see, for example, Patent Document 1).

特許第6167317号公報Patent No. 6167317

従来技術の制御手法では、機体を目標の姿勢に保つために、例えば、浮心と重心のなす角と、浮力材の操作量の関係を一次近似し、浮力材の制御角度量を算出しているため、アームなどの駆動部の姿勢ごとに近似式を構築する必要があった。 In conventional control methods, in order to maintain the aircraft at a target attitude, for example, the relationship between the angle between the center of buoyancy and the center of gravity and the amount of operation of the buoyancy material is approximated to a first order, and the amount of control angle of the buoyancy material is calculated, which requires constructing an approximation formula for each attitude of the drive parts, such as the arms.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、浮力材等の駆動部の姿勢ごとの近似式構築をせずに、機体を目標の姿勢に保つことができる移動体制御システム、移動体制御装置、および移動体制御方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a mobile object control system, a mobile object control device, and a mobile object control method that can maintain the aircraft in a target attitude without constructing an approximation equation for each attitude of a drive unit such as a buoyancy material.

(1)上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る移動体制御システムは、水中での操作を行うロボットを制御するシステムであって、ロボット本体と、前記ロボット本体に接続される本体に対し相対的に密度が小さく、前記ロボット本体に対しフローティングデバイスの浮心を変更可能な駆動部を備える前記フローティングデバイスと、前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた浮心位置と、前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた重心位置と、前記浮心位置と前記重心位置とのなす角と、前記ロボット本体の姿勢角と、を取得する取得部と、前記ロボット全体の目標姿勢から前記重心位置のなす角の目標値、および前記ロボット全体の目標姿勢から前記浮心位置のなす角の目標値のうち少なくとも1つを設定する目標設定部と、前記浮心位置と前記重心位置との偏差(例えばΔx)と、前記浮心位置と前記重心位置との偏差の目標値(例えばΔx)と、前記駆動部の制御量に対する前記重心位置の変化を示す重心感度行列と(例えばJCOB)、前記駆動部の制御量に対する前記浮心位置の変化を示す浮心感度行列と(例えばJCOG)、を用いて前記フローティングデバイスの浮心変化のための前記駆動部の制御量を計算する浮心制御部と、を備える移動体制御システムである。 (1) In order to achieve the above object, a mobile object control system according to one aspect of the present invention is a system for controlling a robot that operates in water, the system including: a robot main body; a floating device that is connected to the robot main body and has a density relatively low compared to a main body, and is equipped with a drive unit that can change the center of buoyancy of the floating device relative to the robot main body; an acquisition unit that acquires the center of buoyancy position of the robot main body and the floating device combined, the center of gravity position of the robot main body and the floating device combined, the angle between the center of buoyancy position and the center of gravity position, and an attitude angle of the robot main body; a target setting unit that sets at least one of a target value of the angle of the center of gravity position from a target attitude of the entire robot and a target value of the angle of the center of buoyancy position from the target attitude of the entire robot; a deviation (e.g., Δx ) between the center of buoyancy position and the center of gravity position; a center of gravity sensitivity matrix (e.g., JCOB ), a center of buoyancy sensitivity matrix (e.g., J COG ) that indicates a change in the center of buoyancy position relative to the control amount of the drive unit, and a center of buoyancy control unit that calculates the control amount of the drive unit for a change in the center of buoyancy of the floating device using the matrix.

(2)上記(1)の一態様に係る移動体制御システムにおいて、前記浮心制御部は、前記浮心位置と前記重心位置とのなす角(例えばCOX角)の目標値に、速度項として前記ロボット本体の姿勢角の微分値を入れてフィードバック制御を行うようにしてもよい。 (2) In the mobile object control system according to one aspect of (1) above, the buoyancy control unit may perform feedback control by inputting a differential value of the attitude angle of the robot main body as a velocity term into a target value of the angle (e.g., COX angle) between the position of the buoyancy center and the position of the center of gravity.

(3)上記(1)または(2)の一態様に係る移動体制御システムにおいて、前記浮心位置と前記重心位置とのなす角(例えばCOX角)の目標値に、前記ロボット本体の姿勢角の偏差の積分項をいれてフィードバック制御を行うようにしてもよい。 (3) In a mobile object control system according to one aspect of (1) or (2) above, feedback control may be performed by incorporating an integral term of the deviation in the attitude angle of the robot main body into the target value of the angle (e.g., COX angle) between the center of buoyancy position and the center of gravity position.

(4)上記(1)から(3)のうちのいずれか1つの一態様に係る移動体制御システムにおいて、前記ロボットは、可動部と定置部とを備え、前記可動部は、前記定置部にピッチ方向およびロール方向のうちの少なくとも1つに可動可能なリンクによって接続され、前記浮心制御部は、計算した前記駆動部の制御量に基づいて前記リンクを前記ピッチ方向および前記ロール方向のうちの少なくとも1つに移動させることで、前記ロボット本体の前記浮心位置または前記重心位置を制御するようにしてもよい。 (4) In a mobile object control system according to any one of the above (1) to (3), the robot may include a movable unit and a fixed unit, the movable unit connected to the fixed unit by a link that is movable in at least one of the pitch direction and the roll direction, and the buoyancy control unit may control the position of the buoyancy center or the position of the center of gravity of the robot main body by moving the link in at least one of the pitch direction and the roll direction based on the calculated control amount of the drive unit.

(5)上記(1)から(3)のうちのいずれか1つの一態様に係る移動体制御システムにおいて、前記ロボットは、可動部と定置部とを備え、前記可動部は、二次元に移動することにより前記ロボット全体の浮心位置または重心位置を制御する部材を備え、前記浮心制御部は、計算した前記駆動部の制御量に基づいて前記可動部をピッチ方向およびロール方向のうちの少なくとも1つに移動させることで、前記ロボット本体の前記浮心位置または前記重心位置を制御するようにしてもよい。 (5) In a mobile object control system according to any one of the above (1) to (3), the robot may include a movable unit and a fixed unit, the movable unit may include a member that controls the position of the center of buoyancy or the position of the center of gravity of the entire robot by moving two-dimensionally, and the buoyancy control unit may control the position of the center of buoyancy or the position of the center of gravity of the robot main body by moving the movable unit in at least one of the pitch direction and the roll direction based on the calculated control amount of the drive unit.

(6)上記(1)の一態様に係る移動体制御システムにおいて、前記浮心制御部は、姿勢角(例えばφ)の目標値(例えばφ)を、目標角(θcox)へ変換し、変換された目標角を、前記浮心位置と前記重心位置との間の距離(例えばlCoX)を用いて、目標浮心重心位置の偏差(Δx)に変換し、変換された目標浮心重心位置の偏差と、前記浮心位置と前記重心位置と偏差(Δx)を用いて、前記フローティングデバイスの制御量(例えばqACOX)に変換するようにしてもよい。 (6) In the mobile body control system according to one aspect of (1) above, the buoyancy control unit may convert a target value (e.g., φ * ) of an attitude angle (e.g., φ) into a target angle (θ * cox), convert the converted target angle into a deviation (Δx * ) of the target buoyancy-center-of-gravity position using the distance (e.g., lCoX ) between the buoyancy position and the center of gravity position, and convert the deviation of the converted target buoyancy-center-of-gravity position and the deviation (Δx) between the buoyancy position and the center of gravity position into a control amount (e.g., qACOX ) for the floating device.

(7)上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る移動体制御装置は、水中での操作を行うロボット本体に接続される本体に対し相対的に密度が小さく、前記ロボット本体に対しフローティングデバイスの浮心を変更可能な駆動部を備える前記フローティングデバイスを有するロボットを制御する移動体制御装置であって、前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた浮心位置と、前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた重心位置と、前記浮心位置と前記重心位置とのなす角と、前記ロボット本体の姿勢角と、を取得する取得部と、前記ロボット全体の目標姿勢から前記重心位置のなす角の目標値、および前記ロボット全体の目標姿勢から前記浮心位置のなす角の目標値のうち少なくとも1つを設定する目標設定部と、前記浮心位置と前記重心位置との偏差と、前記浮心位置と前記重心位置との偏差の目標値と、前記駆動部の制御量に対する前記重心位置の変化を示す重心感度行列と、前記駆動部の制御量に対する前記浮心位置の変化を示す浮心感度行列と、を用いて前記フローティングデバイスの浮心変化のための前記駆動部の制御量を計算する浮心制御部と、を備える移動体制御装置である。 (7) In order to achieve the above object, a mobile body control device according to one aspect of the present invention is a mobile body control device for controlling a robot having a floating device that is relatively low in density compared to a main body connected to a robot main body that performs operation underwater, and that includes a drive unit that can change the center of buoyancy of the floating device relative to the robot main body, and includes an acquisition unit that acquires the combined center of buoyancy position of the robot main body and the floating device, the combined center of gravity position of the robot main body and the floating device, the angle between the center of buoyancy position and the center of gravity position, and the attitude angle of the robot main body. a target setting unit that sets at least one of a target value of the angle between the center of gravity position and the target posture of the entire robot and a target value of the angle between the center of buoyancy position and the target posture of the entire robot; and a buoyancy control unit that calculates the control amount of the drive unit for changing the center of buoyancy of the floating device using the deviation between the center of buoyancy position and the center of gravity position, the target value of the deviation between the center of buoyancy position and the center of gravity position, a center of gravity sensitivity matrix that indicates the change in the center of buoyancy position relative to the control amount of the drive unit, and a center of buoyancy sensitivity matrix that indicates the change in the center of buoyancy position relative to the control amount of the drive unit.

(8)上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る移動体制御方法は、水中での操作を行うロボット本体に接続される本体に対し相対的に密度が小さく、前記ロボット本体に対しフローティングデバイスの浮心を変更可能な駆動部を備える前記フローティングデバイスを有するロボットを制御する移動体制御装置の制御方法であって、取得部が、前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた浮心位置と、前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた重心位置と、前記浮心位置と前記重心位置とのなす角と、前記ロボット本体の姿勢角と、を取得し、目標設定部が、前記ロボット全体の目標姿勢から前記重心位置のなす角の目標値、および前記ロボット全体の目標姿勢から前記浮心位置のなす角の目標値のうち少なくとも1つを設定し、浮心制御部が、前記浮心位置と前記重心位置との偏差と、前記浮心位置と前記重心位置との偏差の目標値と、前記駆動部の制御量に対する前記重心位置の変化を示す重心感度行列と、前記駆動部の制御量に対する前記浮心位置の変化を示す浮心感度行列と、を用いて前記フローティングデバイスの浮心変化のための前記駆動部の制御量を計算する、移動体制御方法である。 (8) In order to achieve the above-mentioned object, one aspect of the present invention provides a mobile body control method for controlling a mobile body having a floating device that is relatively low density compared to a main body connected to a robot main body that performs operation underwater, and that is equipped with a drive unit that can change the center of buoyancy of the floating device relative to the robot main body, wherein an acquisition unit acquires the center of buoyancy position of the robot main body and the floating device together, the center of gravity position of the robot main body and the floating device together, the angle between the center of buoyancy position and the center of gravity position, and the attitude angle of the robot main body. , a target setting unit sets at least one of a target value for the angle between the center of gravity position and the target posture of the entire robot and a target value for the angle between the center of buoyancy position and the target posture of the entire robot, and a buoyancy control unit calculates the control amount of the drive unit for changing the center of buoyancy of the floating device using the deviation between the center of buoyancy position and the center of gravity position, the target value for the deviation between the center of buoyancy position and the center of gravity position, a center of gravity sensitivity matrix that indicates the change in the center of buoyancy position relative to the control amount of the drive unit, and a center of buoyancy sensitivity matrix that indicates the change in the center of buoyancy position relative to the control amount of the drive unit.

上記(1)~(8)によれば、浮力材等の駆動部の姿勢ごとの近似式構築をせずに、機体を目標の姿勢に保つことができる。
(2)によれば、ロボットが備えるアーム等の姿勢が変化した場合であっても振動を抑圧できる。
(3)によれば、ロボットが備えるアーム等の姿勢が変化した場合であっても、アームの手先の作業位置の変動を抑圧できる。
According to the above (1) to (8), the aircraft can be maintained in a target attitude without constructing an approximation formula for each attitude of the drive unit such as the buoyancy material.
According to (2), vibrations can be suppressed even when the posture of the arm or the like provided on the robot changes.
According to (3), even if the posture of the arm or the like provided on the robot changes, fluctuations in the working position of the arm's hand can be suppressed.

第1実施形態に係るロボットの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a robot according to a first embodiment. 第1実施形態に係るロボットのピッチング動作の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a pitching motion of the robot according to the first embodiment. 第1実施形態に係るロボットのローリング動作の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a rolling motion of the robot according to the first embodiment. 第1実施形態のフローティングデバイスの移動による制御例を説明するための図である。5A and 5B are diagrams for explaining an example of control by movement of the floating device in the first embodiment. 第1実施形態の移動体制御システムの構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a mobile object control system according to a first embodiment; 第1実施形態に係るフローティングデバイスの制御処理のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a control process for the floating device according to the first embodiment. 第1実施形態の目標COX角への変換処理を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a conversion process to a target COX angle in the first embodiment. ズレが生じる要因の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a cause of a deviation. ピッチ方向における目標浮心重心位置の偏差への変換処理を説明するための図である。10A and 10B are diagrams for explaining a process of converting a target buoyancy center of gravity position into a deviation in the pitch direction. フローティングデバイス駆動制御量への変換を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining conversion into a floating device drive control amount. 第1実施形態に係る移動体制御装置による制御手順のフローチャートである。4 is a flowchart of a control procedure performed by the mobile body control device according to the first embodiment. 従来技術による制御の場合の検証結果例である。10 shows an example of a verification result in the case of control by the conventional technology. 第1実施形態の制御方法の場合の検証結果例である。10 shows an example of a verification result in the case of the control method according to the first embodiment. 第1実施形態の制振制御を行った場合と行わなかった場合のエンドエフェクタの手先位置である作業エリアの上下振動について確認した結果例を示す図である。10A and 10B are diagrams showing examples of results obtained by checking vertical vibrations in a working area, which is the tip position of an end effector, when vibration damping control according to the first embodiment is performed and when it is not performed. 第1実施形態の偏差オフセット補正制振制御を行った場合のエンドエフェクタの手先位置である作業エリアの変化例を示す図である。10A and 10B are diagrams illustrating an example of a change in a working area, which is the tip position of the end effector, when deviation offset correction vibration suppression control according to the first embodiment is performed. 第2実施形態に係るロボットの斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of a robot according to a second embodiment. 第2実施形態の本体上部(可動部)の構成例を上から見た図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of the upper part of the main body (movable part) of the second embodiment, as viewed from above. 第2実施形態の移動体制御システムの構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of a mobile object control system according to a second embodiment. フローティングデバイス駆動制御量への変換を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining conversion into a floating device drive control amount.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、移動体の一例であるロボットの一例として、有線通信等の遠隔操作により、海中(水中の一例)での操作を行うロボット(ROV; Remote Operating Vehicle)を挙げて説明する。以下の説明において、例えば「平行」や「直交」、「中心」、「同軸」等の相対的又は絶対的な配置を示す表現は、厳密にそのような配置を意味するのみならず、公差や同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も含むものとする。以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, a robot (ROV: Remote Operating Vehicle) that operates underwater (an example of an underwater environment) by remote control such as wired communication will be used as an example of a mobile object, i.e., a robot. In the following description, expressions indicating relative or absolute arrangement, such as "parallel," "orthogonal," "center," and "coaxial," not only mean such an arrangement in the strict sense, but also include relative displacement with a tolerance or an angle or distance that provides the same function. In the drawings used in the following description, the scale of each component has been appropriately adjusted to make each component recognizable.

また、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
また、本願でいう「XXに基づいて」とは、「少なくともXXに基づく」ことを意味し、XXに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「XXに基づいて」とは、XXを直接に用いる場合に限定されず、XXに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「XX」は、任意の要素(例えば、任意の情報)である。
In addition, in all the drawings for explaining the embodiments, the same reference numerals are used for components having the same functions, and repeated explanations will be omitted.
Furthermore, in this application, "based on XX" means "based on at least XX," and includes cases where it is based on other elements in addition to XX. Furthermore, "based on XX" is not limited to cases where XX is used directly, but also includes cases where it is based on XX that has been calculated or processed. "XX" is any element (for example, any information).

[第1実施形態]
本実施形態では、ロボットの本体上部と本体下部とが、リンク機構によって接続されている例を説明する。
[First embodiment]
In this embodiment, an example will be described in which the upper and lower main body parts of the robot are connected by a link mechanism.

<ロボット>
まず、本実施形態のロボット1の外形等を説明する。図1は、本実施形態に係るロボットの斜視図である。
図1のように、ロボット1は、ロボット1の本体部分であるロボット本体2を備える。ロボット本体2は、ロボット本体2の上部に位置する本体上部3(可動部)と、ロボット本体2の下部に位置する本体下部4(定置部)と、を備える。
<Robot>
First, the external appearance of a robot 1 according to this embodiment will be described. Fig. 1 is a perspective view of the robot according to this embodiment.
1 , the robot 1 includes a robot body 2, which is the main body portion of the robot 1. The robot body 2 includes an upper body part 3 (movable part) located at the top of the robot body 2, and a lower body part 4 (stationary part) located at the bottom of the robot body 2.

以下の説明では、ロボット1が前進する方向を「前方」、前方とは反対方向を「後方」、ロボット1が前進する方向に対して右手を「右側」、ロボット1が前進する方向に対して左手を「左側」、ロボット1の左右方向を「幅方向」とする。ロボット1の上下方向は、ロボット1の前後方向及び幅方向と直交する方向である。ロボット1の上側は、ロボット1の上下方向において本体上部3が位置する側である。ロボット1の下側は、ロボット1の上下方向において本体上部3が位置する側とは反対側(ロボット1の本体下部4が位置する側)である。図の例では、ロボット1は、水平に配置されている。ロボット1の上下方向、ロボット1上方及びロボット1下方は、ロボット1が水平に配置された状態の上下方向(鉛直方向)、鉛直上方及び鉛直下方とそれぞれ一致する。以下の説明では、ロボット1の左側の要素の末尾に符号Lを付し、右側の要素の末尾に符号Rを付す場合がある。 In the following description, the direction in which robot 1 moves forward is referred to as "forward," the direction opposite to forward is referred to as "backward," the right hand relative to the direction in which robot 1 moves forward is referred to as the "right side," the left hand relative to the direction in which robot 1 moves forward is referred to as the "left side," and the left-right direction of robot 1 is referred to as the "width direction." The up-down direction of robot 1 is the direction perpendicular to the front-to-back and width directions of robot 1. The upper side of robot 1 is the side on which the upper body 3 is located in the up-down direction of robot 1. The lower side of robot 1 is the opposite side from the side on which the upper body 3 is located in the up-down direction of robot 1 (the side on which the lower body 4 of robot 1 is located). In the example shown in the figure, robot 1 is positioned horizontally. The up-down direction of robot 1, the upper side of robot 1, and the lower side of robot 1 correspond to the up-down direction (vertical direction), vertically upward, and vertically downward when robot 1 is positioned horizontally. In the following description, elements on the left side of robot 1 may be suffixed with the symbol L, and elements on the right side may be suffixed with the symbol R.

<本体上部>
本体上部3は、例えば、ロボット本体2の上部に位置する。本体上部3は、本体下部4に対して相対的に浮力が大きい。本体上部3は、例えば、平面視矩形状の外形を有する。例えば、本体上部3には、ロボット1を水平に保つために、バラスト及び浮力材が設けられている。本体上部3には、ロボット1を上下方向に移動させるための上部推進機10(以下「上側スラスタ10」ともいう)が設けられている。上側スラスタ10は、本体上部3の前後方向中央かつ幅方向中央に1つ配置されている。
<Upper part of the main unit>
The upper body 3 is located, for example, at the top of the robot body 2. The upper body 3 has a relatively large buoyancy compared to the lower body 4. The upper body 3 has, for example, a rectangular outer shape in a plan view. For example, the upper body 3 is provided with ballast and buoyancy material to keep the robot 1 horizontal. The upper body 3 is provided with an upper propulsion unit 10 (hereinafter also referred to as the "upper thruster 10") for moving the robot 1 in the up and down direction. One upper thruster 10 is arranged in the center of the upper body 3 in the front-to-rear direction and the center in the width direction.

上側スラスタ10は、例えば、本体上部3の上下を軸回りに回転するプロペラを備える。例えば、上側スラスタ10は、プロペラを軸回りの一方向に回転させることで、ロボット1を上方に移動(上昇)させる。例えば、上側スラスタ10は、プロペラを軸回りの他方向に回転させることで、ロボット1を下方に移動(下降)させる。 The upper thruster 10 is equipped with, for example, a propeller that rotates around an axis above and below the upper body 3. For example, the upper thruster 10 rotates the propeller in one direction around the axis, causing the robot 1 to move upward (ascend). For example, the upper thruster 10 rotates the propeller in the other direction around the axis, causing the robot 1 to move downward (descend).

本体上部3には、例えば、ロボット1の構成要素に電力を送るための電力線や信号を送るための信号線(不図示)の取付け部11が設けられる。本体上部3において取付け部11の前側又は後側には、電力線や信号線が通る貫通孔12が形成されている。なお、取付け部11の近傍には、ロボット1の姿勢(前後方向、幅方向、上下方向に対する回転や向き等)を検出する姿勢検出センサ(例えば、ジャイロセンサ等)が設けられてもよい。例えば、姿勢検出センサは、アームが取り付けられる部位に設けられてもよい。なお、以下の説明では、本体上部3を「Upper」ともいう。 The upper body part 3 is provided with an attachment section 11 for, for example, power lines for supplying power to the components of the robot 1 and signal lines (not shown) for transmitting signals. A through-hole 12 through which the power lines and signal lines pass is formed on the front or rear side of the attachment section 11 in the upper body part 3. An attitude detection sensor (e.g., a gyro sensor) for detecting the attitude of the robot 1 (such as rotation and orientation in the front-to-back, width, and up-to-down directions) may be provided near the attachment section 11. For example, the attitude detection sensor may be provided in a location where an arm is attached. In the following description, the upper body part 3 is also referred to as "Upper."

<本体下部>
本体下部4は、ロボット本体2の下部に位置する。本体下部4は、本体上部3に対して相対的に重量が大きく、浮力(体積)は小さい。本体下部4は、平面視矩形状の外形を有する。例えば、本体下部4には、ロボット1を水平に保つとともに、本体上部3よりも重量を大きくするために、ウエイトが設けられてもよい。なお、以下の説明では、本体下部4を「Lower」ともいう。
<Bottom of the unit>
The lower body part 4 is located below the robot body 2. The lower body part 4 is relatively heavier than the upper body part 3 and has a smaller buoyancy (volume). The lower body part 4 has a rectangular shape in a plan view. For example, the lower body part 4 may be provided with a weight to keep the robot 1 horizontal and to make it heavier than the upper body part 3. In the following description, the lower body part 4 will also be referred to as "Lower."

本体下部4は、例えば、平面視矩形状の外形を有するフレーム20を備える。フレーム20は、例えば、前後方向に長手を有する長方形状の外形を有する。フレーム20には、例えば、上面視で上側スラスタ10と重なる部分に開口部21が形成されている。フレーム20の前下部には、幅方向に長手を持つブラケット22が設けられている。 The lower main body portion 4 includes a frame 20 having, for example, a rectangular outer shape in a plan view. The frame 20 has, for example, a rectangular outer shape with its longitudinal axis extending in the front-to-rear direction. The frame 20 has an opening 21 formed in a portion that overlaps with the upper thruster 10 in a top view. A bracket 22 with its longitudinal axis extending in the width direction is provided at the lower front portion of the frame 20.

本体下部4には、例えば、ロボット1を前後方向及び幅方向に移動させるための複数の下部推進機23L,23R,24L,24Rが設けられている。複数の下部推進機23L,23R,24L,24Rは、ロボット1を前進又は幅方向に移動させるための左右一対の前側スラスタ23L,23Rと、ロボット1を後退又は幅方向に移動させるための左右一対の後側スラスタ24L,24Rと、の4つである(4つの水平スラスタに相当)。 The lower body portion 4 is provided with multiple lower propulsion units 23L, 23R, 24L, and 24R for moving the robot 1 in the forward/backward and width directions. The multiple lower propulsion units 23L, 23R, 24L, and 24R consist of four units (corresponding to four horizontal thrusters): a pair of left and right front thrusters 23L and 23R for moving the robot 1 forward or widthwise, and a pair of left and right rear thrusters 24L and 24R for moving the robot 1 backward or widthwise.

前側スラスタ23L,23Rは、例えば、フレーム20の前部に設けられている。前側スラスタ23L,23Rは、例えば、本体下部4の前部から後側に向かうに従って幅方向外側に位置するように傾斜する軸回りに回転するプロペラを備える。 The front thrusters 23L, 23R are provided, for example, at the front of the frame 20. The front thrusters 23L, 23R are equipped, for example, with propellers that rotate around axes that are inclined so as to be positioned outward in the width direction as they move from the front to the rear of the lower body 4.

後側スラスタ24L,24Rは、例えば、フレーム20の後部に設けられている。後側スラスタ24L,24Rは、本体下部4の後部から前側に向かうに従って幅方向外側に位置するように傾斜する軸回りに回転するプロペラを備える。 The rear thrusters 24L, 24R are provided, for example, at the rear of the frame 20. The rear thrusters 24L, 24R are equipped with propellers that rotate around axes that are inclined so as to be positioned outward in the width direction as they move from the rear to the front of the lower main body 4.

本体下部4には、各スラスタ10,23L,23R,24L,24Rに駆動力(各プロペラに対する回転力)を与えるためのスラスタ駆動装置25L,25Rが設けられている。スラスタ駆動装置25L,25Rは、フレーム20の前部に左右一対設けられている。 Thruster drive units 25L and 25R are provided in the lower main body section 4 to provide driving force (rotational force for each propeller) to each thruster 10, 23L, 23R, 24L, and 24R. A pair of thruster drive units 25L and 25R are provided on the left and right sides at the front of the frame 20.

例えば、本体下部4には、カメラ26が設けられている。
また、照明70L,70Rは、例えば、本体下部4の前側に設けられている。なお、照明70L,70Rのうちの1つを特定しない場合は、照明70という。照明70は、照明制御指示に基づいて、照明のオン状態とオフ状態、照明の照度、照明の傾き等を変更可能な装置である。
For example, a camera 26 is provided in the lower body 4 .
The lights 70L and 70R are provided, for example, on the front side of the lower main body portion 4. When one of the lights 70L and 70R is not specified, it is referred to as the light 70. The light 70 is a device that can change the on/off state of the light, the illuminance of the light, the angle of the light, etc. based on a light control instruction.

本体下部4には、左右一対のマニピュレータ30L,30Rが設けられている。マニピュレータ30L,30Rは、アーム31と、ハンド32と、を備える。
アーム31は、ジョイント及びリンクの組合せで構成される。アーム31の基端部は、ブラケット22の幅方向外端部に連結されている。アーム31の基端部は、ブラケット22を介してフレーム20に連結されている。例えば、アーム31は、6軸の回転軸を有する。
A pair of left and right manipulators 30L and 30R are provided on the lower body 4. The manipulators 30L and 30R each include an arm 31 and a hand 32.
The arm 31 is configured by a combination of joints and links. The base end of the arm 31 is connected to the outer end in the width direction of the bracket 22. The base end of the arm 31 is connected to the frame 20 via the bracket 22. For example, the arm 31 has six rotation axes.

ハンド32は、アーム31の先端部(アーム31において基端部とは反対側の部分)に設けられている。ハンド32は、対象物を把持することが可能である。図の例では、ハンド32は、3個の指部を備える。 The hand 32 is provided at the tip of the arm 31 (the part of the arm 31 opposite the base end). The hand 32 is capable of grasping an object. In the example shown in the figure, the hand 32 has three fingers.

例えば、本体下部4には、ロボット1の位置(例えば、海底からロボット1までの距離)を検出する位置検出センサ35が設けられている。例えば、位置検出センサ35は、超音波センサである。図の例では、位置検出センサ35は、フレーム20の前部において左右一対のマニピュレータ30L,30Rの間に1つ設けられている。また、位置検出センサ35は、例えば、定高度航行のためのDVL(Doppler Velocity Log)センサ、定深度航行のためのInternal pressureセンサ、慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)等である。
また、例えば、本体下部4には、電源系36,37が設けられている。
For example, the lower main body 4 is provided with a position detection sensor 35 that detects the position of the robot 1 (e.g., the distance from the seabed to the robot 1). The position detection sensor 35 is, for example, an ultrasonic sensor. In the example shown in the figure, one position detection sensor 35 is provided between the pair of left and right manipulators 30L, 30R at the front of the frame 20. The position detection sensor 35 is, for example, a Doppler Velocity Log (DVL) sensor for constant altitude navigation, an internal pressure sensor for constant depth navigation, an inertial measurement unit (IMU), etc.
Further, for example, power supply systems 36 and 37 are provided in the lower body portion 4 .

なお、本体下部4には、ウエイトを設置するためのウエイト設置領域38が設けられてもよい。ウエイト設置領域38は、例えば、フレーム20の後部において電源系37の後側に設けられている。 The lower body portion 4 may be provided with a weight installation area 38 for installing weights. The weight installation area 38 is provided, for example, at the rear of the frame 20, behind the power supply system 37.

ロボット1は、マニピュレータ30L,30R、電源系36,37を備える。マニピュレータ30L,30Rは、本体下部4の前部(長手方向一方側部の一例)に設けられている。電源系36,37は、本体下部4の後部(長手方向他方側部の一例)に設けられている。マニピュレータ30L,30Rは、開口部21を介して、本体下部4の長手方向において電源系36,37の設置場所とは反対側に設けられている。 The robot 1 is equipped with manipulators 30L and 30R and power supply systems 36 and 37. The manipulators 30L and 30R are provided at the front of the lower main body 4 (an example of one longitudinal side). The power supply systems 36 and 37 are provided at the rear of the lower main body 4 (an example of the other longitudinal side). The manipulators 30L and 30R are provided on the opposite side of the lower main body 4 in the longitudinal direction from the installation location of the power supply systems 36 and 37, via the opening 21.

<リンク>
本体上部3と本体下部4とは、複数本のリンク5L,5R,6L,6Rと連結部7で連結されている。複数本のリンク5L,5R,6L,6Rは、互いに平行に配置されている。複数本のリンク5L,5R,6L,6Rは、本体上部3の上側4隅部と本体下部4の下側四隅部とをわたすように延びている。複数本のリンク5L,5R,6L,6Rは、左右一対の前側リンク5L,5Rと、左右一対の後側リンク6L,6Rと、の4本である。本体上部3と本体下部4とは、4本のリンク5L,5R,6L,6Rで並列に連結されている。なお、リンク5L,5Rうちの1つを特定しない場合は、リンク5という。また、リンク6L,6Rうちの1つを特定しない場合は、リンク6という。
<Link>
The upper body 3 and the lower body 4 are connected by a plurality of links 5L, 5R, 6L, and 6R at a connecting portion 7. The links 5L, 5R, 6L, and 6R are arranged parallel to one another. The links 5L, 5R, 6L, and 6R extend between the four upper corners of the upper body 3 and the four lower corners of the lower body 4. The links 5L, 5R, 6L, and 6R consist of a pair of left and right front links 5L and 5R and a pair of left and right rear links 6L and 6R. The upper body 3 and the lower body 4 are connected in parallel by the four links 5L, 5R, 6L, and 6R. When one of the links 5L and 5R is not specified, it is referred to as link 5. When one of the links 6L and 6R is not specified, it is referred to as link 6.

<関節>
連結部7は、ロボット本体2のピッチ方向とロール方向とに回転可能な関節8A,8Pを備える。関節8A,8Pは、4本のリンク5L,5R,6L,6Rの上端部及び下端部に1つずつ合計8つ設けられる。
<Joints>
The connecting unit 7 includes joints 8A and 8P that are rotatable in the pitch and roll directions of the robot body 2. A total of eight joints 8A and 8P are provided, one at each of the upper and lower ends of the four links 5L, 5R, 6L, and 6R.

ロボット1は、8つの関節8A,8Pのうち1つの関節8A(少なくとも1つの関節の一例)にリンク5L,5R,6L,6Rをピッチ方向及びロール方向に回転可能なアクチュエータ9を備える。アクチュエータ9は、4本のリンク5L,5R,6L,6Rのうち左の後側リンク6Lの下端部の関節8Aに設けられている。 The robot 1 has eight joints 8A, 8P, and one joint 8A (an example of at least one joint) equipped with an actuator 9 that can rotate the links 5L, 5R, 6L, and 6R in the pitch and roll directions. The actuator 9 is provided at the joint 8A at the lower end of the left rear link 6L, one of the four links 5L, 5R, 6L, and 6R.

以下、アクチュエータ9が設けられている関節8Aを「関節駆動部8A」、関節駆動部8Aの動きによって動かされる関節8P(アクチュエータ9が設けられていない関節8P)を「受動関節8P」ともいう。ロボット1は、1つの関節駆動部8Aと、7つの受動関節8Pと、を備える。 Hereinafter, a joint 8A equipped with an actuator 9 will be referred to as a "joint driver 8A," and a joint 8P moved by the movement of the joint driver 8A (a joint 8P not equipped with an actuator 9) will be referred to as a "passive joint 8P." The robot 1 has one joint driver 8A and seven passive joints 8P.

<関節駆動部>
関節駆動部8Aには、アクチュエータ9として、リンク5L,5R,6L,6Rをピッチ方向に回転させるためのピッチング駆動装置40と、リンク5L,5R,6L,6Rをロール方向に回転させるためのローリング駆動装置50と、が設けられている。
<Joint drive unit>
The joint drive unit 8A is provided with, as actuators 9, a pitching drive device 40 for rotating the links 5L, 5R, 6L, and 6R in the pitch direction, and a rolling drive device 50 for rotating the links 5L, 5R, 6L, and 6R in the roll direction.

ピッチング駆動装置40は、例えば、リンク5L,5R,6L,6Rをピッチ方向に回転させるピッチング用モータと、ピッチング用モータの回転速度を所定以下に減速するドリブンプーリと、ドリブンプーリにより減速された回転を更に減速する減速機と、ピッチング用モータ及びドリブンプーリを収容するケースと、を備える。ピッチング駆動装置40は、浮心制御部47(図5参照)によって制御させる。なお、ピッチング駆動装置40の構造例については、例えば、特願2023-029174参照。 The pitching drive device 40 includes, for example, a pitching motor that rotates the links 5L, 5R, 6L, and 6R in the pitch direction; a driven pulley that reduces the rotational speed of the pitching motor to a predetermined speed or less; a reducer that further reduces the rotation reduced by the driven pulley; and a case that houses the pitching motor and driven pulley. The pitching drive device 40 is controlled by a center of buoyancy control unit 47 (see Figure 5). For an example of the structure of the pitching drive device 40, see, for example, Japanese Patent Application No. 2023-029174.

ローリング駆動装置50は、例えば、リンク5L,5R,6L,6Rをロール方向に回転させるローリング用モータと、ローリング用モータの回転速度を所定以下に減速するドリブンプーリと、ドリブンプーリにより減速された回転を更に減速する減速機と、ローリング用モータ及びドリブンプーリを収容するケースと、を備える。ローリング駆動装置50は、浮心制御部47(図5参照)によって制御させる。なお、ローリング駆動装置50の構造例については、例えば、特願2023-029174参照。 The rolling drive device 50 includes, for example, a rolling motor that rotates the links 5L, 5R, 6L, and 6R in the roll direction; a driven pulley that reduces the rotational speed of the rolling motor to a predetermined value or less; a reducer that further reduces the rotation reduced by the driven pulley; and a case that houses the rolling motor and driven pulley. The rolling drive device 50 is controlled by a center of buoyancy control unit 47 (see Figure 5). For an example structure of the rolling drive device 50, see, for example, Japanese Patent Application No. 2023-029174.

<受動関節>
以下、7つの受動関節8Pのうち左の前側リンク5Lの下端部に設けられている構成について説明する。他の部分に設けられている受動関節8Pの構成は、左の前側リンク5Lの下端部に設けられている構成と同様であるため、詳細説明は省略する。
受動関節8Pには、直交する2つの軸を組み合わせることで任意の方向に傾斜できる機構、いわゆるジンバル機構が設けられている。
<Passive joints>
Below, we will explain the configuration of the passive joint 8P provided at the lower end of the left front link 5L out of the seven passive joints 8P. The passive joints 8P provided at other parts have the same configuration as the passive joint 8P provided at the lower end of the left front link 5L, so detailed explanations will be omitted.
The passive joint 8P is provided with a mechanism that can tilt in any direction by combining two perpendicular axes, a so-called gimbal mechanism.

ジンバル機構は、ジンバル機構の本体部分であるジンバル本体と、リンク5L,5R,6L,6Rをピッチ方向に回転させるためのピッチング軸部材と、リンク5L,5R,6L,6Rをロール方向に回転させるためのローリング軸部材と、ローリング軸部材を支持する支持部材と、複数のすべり軸受と、を備える。なお、ジンバル機構の構造例については、例えば、特願2023-029174参照。 The gimbal mechanism includes a gimbal body, which is the main body of the gimbal mechanism; a pitching shaft member for rotating links 5L, 5R, 6L, and 6R in the pitch direction; a rolling shaft member for rotating links 5L, 5R, 6L, and 6R in the roll direction; a support member for supporting the rolling shaft member; and multiple plain bearings. For examples of the gimbal mechanism structure, see, for example, Japanese Patent Application No. 2023-029174.

<ロボットのピッチング動作の一例>
図2は、実施形態に係るロボットのピッチング動作の説明図である。
例えば、能動関節8Aにおけるピッチング用モータ41の出力軸を軸回り(幅方向の軸回り)の一方向に回転させると、複数の従動関節8Pが同期して軸回り(幅方向の軸回り)に回転する。これにより、ロボット本体2がピッチ方向に回転する。図の例では、ロボット本体2が左側面視で反時計回り(ピッチ方向の一方向の一例)に回転する例を示す。
<An example of a robot's pitching motion>
FIG. 2 is an explanatory diagram of the pitching motion of the robot according to the embodiment.
For example, when the output shaft of the pitching motor 41 in the active joint 8A is rotated in one direction around its axis (around the axis in the width direction), the multiple driven joints 8P rotate synchronously around their axes (around the axis in the width direction). This causes the robot main body 2 to rotate in the pitch direction. In the example shown in the figure, the robot main body 2 rotates counterclockwise (an example of one direction in the pitch direction) when viewed from the left side.

<ロボットのローリング動作の一例>
図3は、実施形態に係るロボットのローリング動作の説明図である。
例えば、能動関節8Aにおけるローリング用モータ51の出力軸を軸回り(前後方向の軸回り)の一方向に回転させると、複数の従動関節8Pが同期して軸回り(前後方向の軸回り)に回転する。これにより、ロボット本体2がロール方向に回転する。図の例では、ロボット本体2が前面視で時計回り(ロール方向の一方向の一例)に回転する例を示す。
<An example of a robot's rolling motion>
FIG. 3 is an explanatory diagram of the rolling motion of the robot according to the embodiment.
For example, when the output shaft of the rolling motor 51 in the active joint 8A is rotated in one direction around its axis (around an axis in the front-to-rear direction), the multiple driven joints 8P rotate synchronously around their axes (around axes in the front-to-rear direction). This causes the robot main body 2 to rotate in the roll direction. In the example shown in the figure, the robot main body 2 rotates clockwise when viewed from the front (an example of one direction in the roll direction).

<アーム屈伸時のフローティングデバイスの移動による制御例>
次に、本実施形態のアーム31屈伸時のフローティングデバイスの移動による制御例を説明する。図4は、本実施形態のフローティングデバイスの移動による制御例を説明するための図である。なお、実施形態において、フローティングデバイスは、例えば、浮力材と、リンクや浮力材に接続される関節等を含む。なお、フローティングデバイスは、駆動部を含んでいてもよい。また、フローティングデバイスは、ロボット本体2に接続され、ロボット本体2に対し相対的に浮力が大きく重量が小さい(ロボット本体2に対し相対的に密度が小さい)。なお、実施形態において、「密度が小さい」とは、浮力が大きく、重量が小さい、すなわち密度が小さいことである。
<Example of control by moving the floating device when bending and stretching the arm>
Next, an example of control by movement of the floating device when bending and stretching the arm 31 of this embodiment will be described. Figure 4 is a diagram for explaining an example of control by movement of the floating device of this embodiment. Note that in this embodiment, the floating device includes, for example, a buoyant material, and links and joints connected to the buoyant material. Note that the floating device may also include a drive unit. Furthermore, the floating device is connected to the robot main body 2, and has a high buoyancy and a low weight relative to the robot main body 2 (a low density relative to the robot main body 2). Note that in this embodiment, "low density" means a high buoyancy and a low weight, i.e., a low density.

符号g10は、アーム31を伸ばす前の状態例である。符号g11は、浮心を示す。符号g12は、本体の重心を示す。なお、以下の説明では、浮心を「COB」ともいい、本体の重心を「COG」ともいう。 Reference symbol g10 indicates an example of the state before the arm 31 is extended. Reference symbol g11 indicates the center of buoyancy. Reference symbol g12 indicates the center of gravity of the main body. In the following explanation, the center of buoyancy will also be referred to as "COB" and the center of gravity of the main body will also be referred to as "COG".

符号g20は、アーム31を伸ばした直後の状態例である。この場合は、符号g20のように、本体上部3の重量とアーム31の重量とアーム31を伸ばした長さに応じて、COBが移動する。また、符号g20のように、本体下部4の重量とアーム31の重量とアーム31を伸ばした長さに応じて、COGが移動する。 Reference symbol g20 is an example of the state immediately after the arm 31 is extended. In this case, as shown by reference symbol g20, the COB moves in accordance with the weight of the upper main body 3, the weight of the arm 31, and the length to which the arm 31 is extended. Also, as shown by reference symbol g20, the COG moves in accordance with the weight of the lower main body 4, the weight of the arm 31, and the length to which the arm 31 is extended.

符号g30は、機体の浮心と重心のずれΔXerrを制御しなかった場合の状態例である。この場合は、浮力Bと本体の重力Mが釣り合うように、符号g30のように、本体の姿勢が傾いてしまう。 Reference symbol g30 represents an example of a state when the deviation ΔX err between the center of buoyancy and the center of gravity of the aircraft is not controlled. In this case, the attitude of the aircraft will tilt as shown by reference symbol g30 in order to balance the buoyancy B and the gravity M of the aircraft.

符号g40は、本実施形態の方法で機体の浮心と重心のずれを制御した場合の状態例である。符号g41は、リンク機構を動作させる前の状態を表している。符号g40のように、本実施形態では、浮心重心と機体座標系とのなす角(COX角)を操作量として、機体の姿勢を、リンク機構を制御して行う。これにより、アーム31を縮めた状態から伸ばしても、本体の姿勢が崩れることなく保持できる。また、qACOX1は、関節部の制御角度を表している。なお、qACOX1は、例えばピッチ方向の角度である。 Reference symbol g40 indicates an example of a state when the deviation between the center of buoyancy and the center of gravity of the aircraft is controlled using the method of this embodiment. Reference symbol g41 indicates the state before the link mechanism is operated. As shown by reference symbol g40, in this embodiment, the attitude of the aircraft is controlled by controlling the link mechanism using the angle (COX angle) between the center of buoyancy and the aircraft coordinate system as the manipulated variable. This allows the attitude of the main body to be maintained without collapsing even when the arm 31 is extended from a retracted state. Furthermore, q ACOX1 indicates the control angle of the joint. Note that q ACOX1 is, for example, an angle in the pitch direction.

<移動体制御システムの構成例>
次に、本実施形態の移動体制御システム400の構成例を説明する。図5は、本実施形態の移動体制御システムの構成例を示す図である。図5のように、移動体制御システム400は、例えば、ロボット1と、操作部200を備える。
<Configuration example of a mobile control system>
Next, a configuration example of the mobile object control system 400 of this embodiment will be described. Fig. 5 is a diagram showing a configuration example of the mobile object control system of this embodiment. As shown in Fig. 5, the mobile object control system 400 includes, for example, a robot 1 and an operation unit 200.

操作部200は、例えば、コントローラ201と、画像表示部202と、通信部203を備える。 The operation unit 200 includes, for example, a controller 201, an image display unit 202, and a communication unit 203.

ロボット1は、例えば、ロボット本体2と、本体上部3と、本体下部4と、マニピュレータ30と、上部推進機10と、下部推進機23と、リンク5と、リンク6と、カメラ26と、カメラセンサ27と、カメラ駆動部28と、位置検出センサ35と、照明70と、アームセンサ65と、マニピュレータ駆動部66と、姿勢センサ67と、移動体制御装置100を備える。なお、図5の構成例では、図1を用いて説明したロボット1の各部の一部を省略している。 The robot 1 includes, for example, a robot main body 2, an upper main body 3, a lower main body 4, a manipulator 30, an upper propulsion unit 10, a lower propulsion unit 23, links 5, 6, a camera 26, a camera sensor 27, a camera driver 28, a position detection sensor 35, lighting 70, an arm sensor 65, a manipulator driver 66, an attitude sensor 67, and a mobile object control device 100. Note that in the configuration example in Figure 5, some of the components of the robot 1 described using Figure 1 are omitted.

移動体制御装置100は、例えば、スラスタ駆動装置25と、浮心制御部47と、取得部90と、目標設定部91と、制御部92と、記憶部93と、通信部94を備える。 The mobile body control device 100 includes, for example, a thruster drive unit 25, a center of buoyancy control unit 47, an acquisition unit 90, a target setting unit 91, a control unit 92, a memory unit 93, and a communication unit 94.

(操作部)
操作部200は、例えば船上で操作者が使用する。なお、操作部200と移動体制御装置100とは、例えば互いに有線で接続されている。
コントローラ201は、操作者がロボット本体2やアーム31に対する操作指令を入力する装置である。コントローラ201は、例えば、ハンドル、ジョイスティック、タッチパネルセンサ等である。
画像表示部202は、カメラ26が撮影した画像や、ロボット本体2やアーム31の状態等を移動体制御装置100から取得して表示する。
通信部203は、移動体制御装置100と情報の送受信を行う。
(Operation unit)
The operation unit 200 is used by an operator on a ship, for example. The operation unit 200 and the mobile body control device 100 are connected to each other, for example, by wire.
The controller 201 is a device through which an operator inputs operation commands to the robot body 2 and the arm 31. The controller 201 is, for example, a handle, a joystick, a touch panel sensor, or the like.
The image display unit 202 acquires and displays images captured by the camera 26, the state of the robot main body 2 and the arm 31, etc. from the mobile object control device 100.
The communication unit 203 transmits and receives information to and from the mobile object control device 100 .

(ロボット)
ロボット本体2は、図1の例えばアーム31以外の部分である。ロボット本体2に、図1を用いて説明した各部が取り付けられている。
(robot)
The robot body 2 is the portion other than, for example, the arm 31 in Fig. 1. The robot body 2 has attached thereto the various portions described with reference to Fig. 1 .

カメラ26は、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子による撮影装置、またはCCD(Charge Coupled Device)撮像素子による撮影装置である。なお、カメラ26は、深度情報Dも得られるRGB(赤緑青)Dカメラであってもよい。 Camera 26 is, for example, a photographing device using a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor or a CCD (Charge Coupled Device) image sensor. Camera 26 may also be an RGB (Red, Green, Blue) D camera that can also obtain depth information D.

カメラセンサ27は、例えばカメラ26のパン軸の傾きを検出する。 The camera sensor 27 detects, for example, the tilt of the pan axis of the camera 26.

カメラ駆動部28は、制御部92からの制御指令に含まれるカメラ制御指示に基づいて、カメラ26を例えばパン軸方向に傾けさせる。カメラ駆動部28は、例えば、アクチュエータと駆動回路を備える。 The camera driver 28 tilts the camera 26, for example, in the pan axis direction, based on a camera control instruction included in a control command from the controller 92. The camera driver 28 includes, for example, an actuator and a driver circuit.

アームセンサ65は、例えば、関節に取り付けられているエンコーダ、手先に取り付けられている6軸センサや触覚センサ等である。 The arm sensor 65 may be, for example, an encoder attached to a joint, a six-axis sensor attached to the hand, or a tactile sensor.

マニピュレータ駆動部66は、制御部92からの制御指令に基づいてアーム31を駆動する。マニピュレータ駆動部66は、例えば、アクチュエータと駆動回路を備える。 The manipulator driving unit 66 drives the arm 31 based on control commands from the control unit 92. The manipulator driving unit 66 includes, for example, an actuator and a driving circuit.

姿勢センサ67は、ロボット本体2、フローティングデバイスのピッチ方向、ロール方向の傾き角度、機体の姿勢角度等を検出するセンサである。なお、姿勢センサ67は、加速度センサ、圧力センサ等であってもよい。この場合は、加速度センサ、圧力センサ等の検出値を用いて、周知の手法(例えば、高橋智博,羽多野正俊、“水中移動マニピュレータの姿勢制御の研究”、第25回 交通・物流部門大会(TRANSLOG2016)、日本機械学会、2016)により、機体の姿勢を推定するようにしてもよい。 The attitude sensor 67 is a sensor that detects the pitch direction and roll direction tilt angle of the robot main body 2 and floating device, the attitude angle of the aircraft, etc. The attitude sensor 67 may also be an acceleration sensor, pressure sensor, etc. In this case, the attitude of the aircraft may be estimated using the detected values of the acceleration sensor, pressure sensor, etc., by well-known methods (e.g., Takahashi Tomohiro, Hatano Masatoshi, "Research on Attitude Control of Underwater Mobile Manipulators," 25th Transportation and Logistics Conference (TRANSLOG2016), Japan Society of Mechanical Engineers, 2016).

(移動体制御装置)
スラスタ駆動装置25は、スラスタ制御指示を生成して、上部推進機10と下部推進機23を駆動する。
(Mobile object control device)
The thruster drive unit 25 generates thruster control commands to drive the upper propulsion unit 10 and the lower propulsion unit 23 .

浮心制御部47は、ピッチ方向とロール方向(またはx軸方向、y軸方向)の浮心をなくすための制御角度qACOX1,qACOX2を求める。なお、qACOX2は、例えばロール方向の角度である。浮心制御部47は、求めた制御角度qACOX1,qACOX2を用いて、リンク5,6を制御して本体上部3をピッチ方向、ロール方向のうちの少なくとも1つの方向に動かす。なお、浮心制御部47による制御方法については、後述する。 The center of buoyancy control unit 47 determines control angles q ACOX1 and q ACOX2 for eliminating the center of buoyancy in the pitch and roll directions (or x-axis and y-axis directions). Note that q ACOX2 is, for example, the angle in the roll direction. Using the determined control angles q ACOX1 and q ACOX2 , the center of buoyancy control unit 47 controls the links 5 and 6 to move the upper body 3 in at least one of the pitch and roll directions. The control method used by the center of buoyancy control unit 47 will be described later.

取得部90は、姿勢センサ67等から、本体とフローティングデバイスを合わせた浮心位置と、本体とフローティングデバイスを合わせた重心位置と、浮心位置と重心位置とのなす角θと、本体の姿勢角φを取得する。なお、取得部90は、例え、浮心位置と重心位置は、取得した検出値に基づいて計算で求めて取得するようにしてもよい。または、浮心制御部47が、浮心位置と重心位置を、取得部90が取得した検出値に基づいて計算して求めてもよい。 The acquisition unit 90 acquires the combined center of buoyancy position of the main body and floating device, the combined center of gravity position of the main body and floating device, the angle θ between the center of buoyancy position and the center of gravity position, and the attitude angle φ of the main body from the attitude sensor 67, etc. Note that the acquisition unit 90 may, for example, calculate and acquire the center of buoyancy position and center of gravity position based on the acquired detection values. Alternatively, the center of buoyancy control unit 47 may calculate and acquire the center of buoyancy position and center of gravity position based on the detection values acquired by the acquisition unit 90.

目標設定部91は、目標姿勢から浮心重心のなす角の目標値を設定する。 The target setting unit 91 sets the target value for the angle between the center of buoyancy and the center of gravity from the target attitude.

制御部92は、例えば、ロボット本体2、アーム31、カメラ26等の動作を制御する。 The control unit 92 controls, for example, the operation of the robot body 2, arm 31, camera 26, etc.

記憶部93は、移動体制御装置100の制御に必要なプログラム、閾値、所定値、数式等を記憶する。記憶部93は、例えばロボット本体2やアーム31の三次元モデルを記憶する。 The memory unit 93 stores programs, thresholds, predetermined values, formulas, etc. necessary for controlling the mobile body control device 100. The memory unit 93 stores, for example, three-dimensional models of the robot main body 2 and arm 31.

通信部94は、操作部200と情報の送受信を行う。 The communication unit 94 sends and receives information to and from the operation unit 200.

<フローティングデバイスの制御処理>
次に、フローティングデバイスの制御処理について説明する。
<Floating device control process>
Next, the control process of the floating device will be described.

図6は、本実施形態に係るフローティングデバイスの制御処理のブロック図である。なお、図6の各部の処理は、浮心制御部47が行う。なお、図6において、AはAの目標値であり、φは機体の姿勢角であり、θcoxは浮心重心のなす角であり、qACOXはフローティングデバイスの駆動部の状態であり、qallはフローティングデバイス含む機体すべての駆動部の状態であり、Δxは浮心重心位置偏差であり、lCOXは浮心と重心との間の距離である。 Figure 6 is a block diagram of the control processing of the floating device according to this embodiment. The processing of each part in Figure 6 is performed by the center of buoyancy control unit 47. In Figure 6, A * is the target value of A, φ is the attitude angle of the aircraft, θ cox is the angle between the center of buoyancy and the center of gravity, q ACOX is the state of the driving unit of the floating device, q all is the state of all driving units of the aircraft including the floating device, Δx is the deviation of the center of buoyancy and the center of gravity position, and l COX is the distance between the center of buoyancy and the center of gravity.

第1変換部471は、入力される機体の姿勢角φの目標値φを、目標COX角θ coxへ変換して第2演算部477に出力する。 The first conversion unit 471 converts the input target value φ * of the attitude angle φ of the aircraft into a target COX angle θ * cox and outputs it to the second calculation unit 477.

第1演算部472は、機体の姿勢角φの目標値φから機体の姿勢角φを減算して、積分器473と微分器475に出力する。 The first calculation unit 472 subtracts the attitude angle φ of the aircraft from the target value φ * of the attitude angle φ of the aircraft, and outputs the result to the integrator 473 and the differentiator 475 .

積分器473は、第1演算部472の演算結果である目標姿勢角からの姿勢角偏差(φ-φ)を積分する。
第1係数部474は、積分器473が積分した結果に係数Kを乗じて第2演算部477に出力する。積分器473と第1係数部474の処理は、偏差補正である。
The integrator 473 integrates the attitude angle deviation (φ * −φ) from the target attitude angle, which is the calculation result of the first calculation unit 472 .
The first coefficient unit 474 multiplies the result of integration by the integrator 473 by a coefficient Ki and outputs the result to the second calculation unit 477. The processing by the integrator 473 and the first coefficient unit 474 is deviation correction.

微分器475は、第1演算部472の演算結果である目標姿勢角からの姿勢角偏差(φ-φ)を微分する。
第2係数部476は、微分器475が微分した結果に係数Kを乗じて第2演算部477に出力する。微分器475と第2係数部476の処理は、制振である。
なお、係数K、Kはゲインでもあり、予め例えばシミュレーション等によって決定しておく。
The differentiator 475 differentiates the attitude angle deviation (φ * −φ) from the target attitude angle, which is the calculation result of the first calculation unit 472 .
The second coefficient unit 476 multiplies the result differentiated by the differentiator 475 by a coefficient Kd and outputs the result to the second calculation unit 477. The processing of the differentiator 475 and the second coefficient unit 476 is vibration suppression.
The coefficients K i and K d are also gains and are determined in advance, for example, by simulation.

第2演算部477は、第1変換部471の出力である目標COX角θ coxに、第1係数部474の出力と第2係数部476の出力を加算して第2変換部478へ出力する。 The second calculation unit 477 adds the output of the first coefficient unit 474 and the output of the second coefficient unit 476 to the target COX angle θ * cox , which is the output of the first conversion unit 471 , and outputs the result to the second conversion unit 478 .

第2変換部478は、第2演算部477の出力と重心・浮心計算部482の出力である浮心と重心との間の距離lCoXを用いて、目標浮心重心位置の偏差Δxに変換し、変換した目標浮心重心位置の偏差Δxを第3演算部479へ出力する。 The second conversion unit 478 uses the output of the second calculation unit 477 and the distance l CoX between the center of buoyancy and the center of gravity, which is the output of the center of gravity/center of buoyancy calculation unit 482, to convert it into the deviation Δx * of the target center of buoyancy and center of gravity position, and outputs the converted deviation Δx * of the target center of buoyancy and center of gravity position to the third calculation unit 479.

第3演算部479は、第2変換部478の出力である目標浮心重心位置の偏差Δxから、重心・浮心計算部482の出力である浮心重心位置の偏差Δxを減算し、減算した結果を第3変換部480へ出力する。 The third calculation unit 479 subtracts the deviation Δx of the center of buoyancy and center of gravity position, which is the output of the center of gravity/center of buoyancy calculation unit 482, from the deviation Δx * of the target center of buoyancy and center of gravity position, which is the output of the second conversion unit 478, and outputs the subtraction result to the third conversion unit 480.

第3変換部480は、第3演算部479の出力を、フローティングデバイス駆動部の制御量qACOXに変換し、変換したフローティングデバイス駆動部の制御量qACOXをPlant481へ出力する。なお、qACOXは、次式(1)である。 The third conversion unit 480 converts the output of the third calculation unit 479 into a control amount q ACOX of the floating device driving unit, and outputs the converted control amount q ACOX of the floating device driving unit to the plant 481. Note that q ACOX is expressed by the following equation (1).

Plant481は、フローティングデバイス含む機体のすべての駆動部と、水中環境下における機体の位置・姿勢のイメージである。なお、フローティングデバイスまたは駆動部、あるいは駆動部周辺には、駆動部の状態を検出するセンサ、姿勢を検出する姿勢センサ67が取り付けられている。Plant481は、qallを重心・浮心計算部482へ出力し、機体の姿勢角φを第1演算部472へ出力する。なお、qallは、次式(2)である。なお、qACOX1,qACOX2,qothersは、角度でも長さでもよい。 Plant 481 is an image of all drive units of the aircraft, including the floating device, and the position and attitude of the aircraft in an underwater environment. Note that sensors for detecting the state of the drive units and attitude sensor 67 for detecting the attitude are attached to the floating device, drive units, or around the drive units. Plant 481 outputs q all to center of gravity/center of buoyancy calculation unit 482, and outputs the attitude angle φ of the aircraft to first calculation unit 472. Note that q all is expressed by the following equation (2). Note that q ACOX1 , q ACOX2 , and q others may be angles or lengths.

重心・浮心計算部482は、Plant481が出力するqallを用いて、重心と浮心を計算する。重心・浮心計算部482は、計算結果を用いて、浮心重心位置の偏差Δx、浮心と重心との間の距離lCOXを計算する。 The center of gravity and center of buoyancy calculation unit 482 calculates the center of gravity and the center of buoyancy using q all output by Plant 481. Using the calculation results, the center of gravity and center of buoyancy calculation unit 482 calculates the deviation Δx of the center of buoyancy and the distance l COX between the center of buoyancy and the center of gravity.

(第1変換部の処理)
次に、第1変換部471の処理について詳細に説明する。図7は、本実施形態の目標COX角への変換処理を説明するための図である。
浮心制御部47は、浮心と重心のなす角を操作量として、ロボット1の機体の姿勢を制御する。
(Processing of the first conversion unit)
Next, a detailed description will be given of the processing of the first conversion unit 471. Fig. 7 is a diagram for explaining the processing for conversion to the target COX angle in this embodiment.
The center of buoyancy control unit 47 controls the attitude of the robot 1 body using the angle between the center of buoyancy and the center of gravity as the manipulated variable.

図7において、θCOX(CoX角度)は、浮心重心を結ぶ線と、ロボット1の機体座標系のz軸とのなす角である。なお、機体座標系は、機体の上下方向をz方向としている。
ここで、線分Lactが慣性座標について鉛直になっているとすると、θCOXは、次式(3)のように、慣性座標における水平方向と機体とのなす角φと一致する。これにより、次式(4)のように、機体の姿勢角φの目標値φを、目標COX角θ coxへ変換できる。なお、浮心制御部47は、機体の姿勢角φを、例えば、姿勢センサ67の検出値に基づいて取得部90経由で取得する。
7, θ COX (CoX angle) is the angle between the line connecting the center of buoyancy and the center of gravity and the z-axis of the robot body coordinate system of the robot 1. In the robot body coordinate system, the z-direction is the up-and-down direction of the robot body.
Here, if the line segment L act is vertical in the inertial coordinate system, then θ cox coincides with the angle φ between the horizontal direction in the inertial coordinate system and the aircraft, as shown in the following equation (3). As a result, the target value φ * of the aircraft's attitude angle φ can be converted into the target COX angle θ * cox , as shown in the following equation (4). The center of buoyancy control unit 47 acquires the aircraft's attitude angle φ via the acquisition unit 90, for example, based on the detection value of the attitude sensor 67.

ここで、外力がない場合は、浮心と重心が鉛直線上に並ぶため、浮心と重心のなす角は姿勢角と同じになる。このため、本実施形態によれば、機体内で重心が動く場合(アーム31の動作など)にも、浮心と重心のなす角を目標姿勢と同じにすることで、機体を目標の姿勢に保つことができる。 When there is no external force, the center of buoyancy and the center of gravity are aligned on a vertical line, and the angle between the center of buoyancy and the center of gravity is the same as the attitude angle. Therefore, according to this embodiment, even when the center of gravity moves within the aircraft (due to movement of arm 31, for example), the angle between the center of buoyancy and the center of gravity can be made the same as the target attitude, allowing the aircraft to be maintained in the target attitude.

(積分制御、微分制御)
次に、積分器473による積分制御、微分器475による微分制御について説明する。図8は、ズレが生じる要因の例を示す図である。水中で移動、作業を行う場合は、図8のように重量物の運搬、素早い重心移動、スラスタの推力、その他環境要因などにより、目標の姿勢を保てない場合がある。
(Integral control, differential control)
Next, the integral control by the integrator 473 and the differential control by the differentiator 475 will be described. Fig. 8 is a diagram showing examples of factors that cause deviations. When moving or working underwater, as shown in Fig. 8, it may not be possible to maintain the target attitude due to the transportation of heavy objects, rapid shifting of the center of gravity, thrust from thrusters, and other environmental factors.

このため、これらへの対応例として、本実施形態では、実際の機体の姿勢角をフィードバックしてフローティングデバイスの制御量に反映させる。微分制御を用いることで、制振して姿勢角速度φを0にするように制御する。また、積分制御を用いることで、目標姿勢角からの姿勢角偏差(φ-φ)を0にするように制御する。 Therefore, as a countermeasure to these problems, in this embodiment, the actual attitude angle of the aircraft is fed back and reflected in the control amount of the floating device. By using differential control, vibration is suppressed and control is performed so that the attitude angular velocity φ · becomes 0. Furthermore, by using integral control, control is performed so that the attitude angle deviation (φ * -φ) from the target attitude angle becomes 0.

(目標浮心重心位置の偏差への変換)
次に、第2変換部478が行う目標浮心重心位置の偏差への変換処理について詳細に説明する。図9は、ピッチ方向における目標浮心重心位置の偏差への変換処理を説明するための図である。
図9において、lCoX-XZは、xz平面での浮心と重心との間の距離である。Δxは、浮心と重心との偏差の目標値である。θ coxは、目標COX角である。
三角関数の関係より、浮心と重心との偏差Δxは、次式(5)のように表すことができる。なお、y軸方向は、紙面に向かって奥行き方向である。このように、第2変換部478は、式(5)を用いて、目標COX角θ coxを、浮心と重心との偏差の目標値Δxに変換する。なお、第2変換部478は、xz平面での浮心と重心との間の距離lCoX-XZを、重心・浮心計算部482から取得する。
(Conversion into deviation of target center of buoyancy and center of gravity position)
Next, a detailed description will be given of the conversion process into the deviation of the target center of buoyancy and center of gravity position performed by the second conversion unit 478. Fig. 9 is a diagram for explaining the conversion process into the deviation of the target center of buoyancy and center of gravity position in the pitch direction.
In Figure 9, l CoX-XZ is the distance between the center of buoyancy and the center of gravity on the xz plane, Δx * is the target value of the deviation between the center of buoyancy and the center of gravity, and θ * cox is the target COX angle.
Using the relationship of trigonometric functions, the deviation Δx * between the center of buoyancy and the center of gravity can be expressed as in the following equation (5). Note that the y-axis direction is the depth direction into the paper. In this way, the second conversion unit 478 uses equation (5) to convert the target COX angle θ * cox into the target value Δx * of the deviation between the center of buoyancy and the center of gravity. Note that the second conversion unit 478 obtains the distance l CoX-XZ between the center of buoyancy and the center of gravity in the xz plane from the center of gravity/center of buoyancy calculation unit 482.

なお、図9を用いて説明した例では、ピッチ方向の例であるが、ロール方向についても、同様に計算変換できる。 Note that the example explained using Figure 9 is for the pitch direction, but the same calculation can be performed for the roll direction.

(フローティングデバイス駆動制御量への変換)
次に、第3変換部480が行うフローティングデバイス駆動制御量への変換処理について詳細に説明する。図10は、フローティングデバイス駆動制御量への変換を説明するための図である。符号g100は、例えばアームを伸ばす前の状態例である。符号g110は、例えばアームを伸ばした後であり、浮心位置、重心位置が移動し、かつフローティングデバイスを移動させた状態例である。
(Conversion to floating device drive control amount)
Next, the conversion process into the floating device drive control amount performed by the third conversion unit 480 will be described in detail. Fig. 10 is a diagram for explaining the conversion into the floating device drive control amount. Reference symbol g100 is an example of a state before the arm is extended, for example. Reference symbol g110 is an example of a state after the arm is extended, in which the center of buoyancy position and center of gravity position have moved and the floating device has been moved.

第3変換部480は、浮心と重心との偏差の目標値Δxから浮心と重心との偏差Δxを引いた結果を、第3演算部479から取得する。ここで、浮心と重心との偏差Δxは次式(6)である。また、浮心位置xCOBは次式(7)であり、重心位置xCOGは次式(8)である。なお、式(6)において、ΔXerrは浮心と重心とのx軸方向の位置ずれ、ΔYerrは浮心と重心とのy軸方向の位置ずれである。また、Xはx軸方向の重心位置、Xはx軸方向の浮心位置、Yはy軸方向の重心位置、Yはy軸方向の浮心位置である。 The third conversion unit 480 obtains from the third calculation unit 479 the result of subtracting the deviation Δx between the center of buoyancy and the center of gravity from the target value Δx * of the deviation between the center of buoyancy and the center of gravity. Here, the deviation Δx between the center of buoyancy and the center of gravity is given by the following equation (6). The center of buoyancy position x COB is given by the following equation (7), and the center of gravity position x COG is given by the following equation (8). Note that in equation (6), ΔX err is the positional deviation between the center of buoyancy and the center of gravity in the x-axis direction, and ΔY err is the positional deviation between the center of buoyancy and the center of gravity in the y-axis direction. Furthermore, X G is the center of gravity position in the x-axis direction, X B is the center of buoyancy position in the x-axis direction, Y G is the center of gravity position in the y-axis direction, and Y B is the center of buoyancy position in the y-axis direction.

本実施形態の目標は、フローティングデバイス駆動部の制御角度qACOX1でROV(Remote Operating Vehicle)座標系の浮心と重心との偏差を所定の目標値Δxにすることとすると、偏差の目標値は、次式(9)となる。 In this embodiment, the target is to set the deviation between the center of buoyancy and the center of gravity in the ROV (Remote Operating Vehicle) coordinate system to a predetermined target value Δx * at the control angle q ACOX1 of the floating device driver. The target value of the deviation is given by the following equation (9).

このため、式(9)は次式(10)のように表され、偏差は次式(11)となる。 As a result, equation (9) can be expressed as equation (10) below, and the deviation is given by equation (11) below.

なお、ヤコビアン行列である浮心感度行列JCOBは次式(12)であり、ヤコビアン行列である重心感度行列JCOGは次式(13)である。 The center of buoyancy sensitivity matrix J COB , which is a Jacobian matrix, is given by the following equation (12), and the center of gravity sensitivity matrix J COG , which is a Jacobian matrix, is given by the following equation (13).

ここで、制御量qは、浮心感度と重心感度との差分行列が正則であるならば、次式(14)のように逆行列で求めることができる。 Here, if the difference matrix between the center of buoyancy sensitivity and the center of gravity sensitivity is regular, the control variable q can be calculated using the inverse matrix as shown in the following equation (14).

浮心制御部47は、このように求めた制御量qを用いて、例えばPID(Proportional-Integral-Differential)制御によりロボット1の姿勢を制御する。 The center of buoyancy control unit 47 uses the control variable q calculated in this way to control the posture of the robot 1, for example, by PID (Proportional-Integral-Differential) control.

<処理手順例>
次に、移動体制御装置100による制御手順の一例を説明する。図11は、本実施形態に係る移動体制御装置100による制御手順のフローチャートである。
<Example of processing procedure>
Next, a description will be given of an example of a control procedure performed by the mobile body control device 100. Fig. 11 is a flowchart of a control procedure performed by the mobile body control device 100 according to this embodiment.

(ステップS1)取得部90は、姿勢センサ67等のセンサが検出した検出値を取得する。 (Step S1) The acquisition unit 90 acquires detection values detected by sensors such as the attitude sensor 67.

(ステップS2)浮心制御部47は、取得部90が取得した検出値を用いて、機体の姿勢角を取得する。 (Step S2) The center of buoyancy control unit 47 acquires the attitude angle of the aircraft using the detection value acquired by the acquisition unit 90.

(ステップS3)目標設定部91は、目標姿勢から浮心重心のなす角の目標値を設定する。なお、目標姿勢は、予め設定されていてもよく、操作者が操作部200を操作して設定してもよい。浮心制御部47は、目標設定部91が設定した機体の姿勢角の目標値を取得する。 (Step S3) The target setting unit 91 sets a target value for the angle between the center of buoyancy and the center of gravity based on the target attitude. The target attitude may be set in advance, or may be set by the operator operating the operation unit 200. The center of buoyancy control unit 47 acquires the target value for the attitude angle of the aircraft set by the target setting unit 91.

(ステップS4)浮心制御部47は、浮心位置と重心位置を、取得部90が取得した検出値に基づいて計算して求める。 (Step S4) The buoyancy control unit 47 calculates and determines the center of buoyancy position and center of gravity position based on the detection values acquired by the acquisition unit 90.

(ステップS5)浮心制御部47の第1変換部471は、入力される機体の姿勢角φの目標値φを、目標COX角θcoxへ変換する。 (Step S5) The first conversion unit 471 of the center of buoyancy control unit 47 converts the input target value φ * of the attitude angle φ of the aircraft into a target COX angle θ * cox.

(ステップS6)浮心制御部47の積分器473と第1係数部474は積分処理を行って偏差補正処理であるフィードバック制御を行う。浮心制御部47の微分器475と第2係数部476は微分処理を行って制振処理であるフィードバック制御を行う。 (Step S6) The integrator 473 and first coefficient unit 474 of the center of buoyancy control unit 47 perform integration processing to perform feedback control, which is a deviation correction processing. The differentiator 475 and second coefficient unit 476 of the center of buoyancy control unit 47 perform differentiation processing to perform feedback control, which is a vibration suppression processing.

(ステップS7)浮心制御部47の第2変換部478は、第2演算部477の出力と重心・浮心計算部482の出力である浮心と重心との間の距離lCoXを用いて、目標浮心重心位置の偏差Δxに変換する。 (Step S7) The second conversion unit 478 of the center of buoyancy control unit 47 uses the output of the second calculation unit 477 and the distance l CoX between the center of buoyancy and the center of gravity, which is the output of the center of gravity/center of buoyancy calculation unit 482, to convert it into the deviation Δx * of the target center of buoyancy and center of gravity position.

(ステップS8)浮心制御部47の第3変換部480は、第3演算部479の出力を、フローティングデバイス駆動部の制御量qACOXに変換する。 (Step S8) The third conversion unit 480 of the center of buoyancy control unit 47 converts the output of the third calculation unit 479 into a control amount q ACOX for the floating device driving unit.

(ステップS9)浮心制御部47は、求めた制御量qを用いて、例えばPID制御によりロボット1の姿勢を制御する。 (Step S9) The center of buoyancy control unit 47 uses the calculated control variable q to control the posture of the robot 1, for example, by PID control.

(ステップS10)浮心制御部47は、制御終了であるか否かを判別する。なお、浮心制御部47は、例えば、アームセンサ65の検出値に基づいてアームが伸ばされているか縮んでいるかに基づいて、制御の開始や終了を判別してもよく、操作者が操作部200を操作した結果に基づいて判別してもよい。浮心制御部47は、制御終了である場合(ステップS10;YES)、処理を終了する。浮心制御部47は、制御終了ではない場合(ステップS10;NO)、ステップS1に処理を戻す。 (Step S10) The center of buoyancy control unit 47 determines whether control has ended. The center of buoyancy control unit 47 may determine the start or end of control, for example, based on whether the arm is extended or retracted based on the detection value of the arm sensor 65, or may determine this based on the result of the operator operating the operation unit 200. If control has ended (Step S10; YES), the center of buoyancy control unit 47 ends the processing. If control has not ended (Step S10; NO), the center of buoyancy control unit 47 returns the processing to Step S1.

<検証結果>
次に、検証結果例を説明する。
図12は、従来技術による制御の場合の検証結果例である。符号g200のグラフは、アームの肩関節角度の変化例を示す。符号g200のグラフにおいて、横軸は時刻(sec)、縦軸はアームの肩関節角度(deg)である。符号g210のグラフは、ピッチ方向の角度の変化例を示す。符号g210のグラフにおいて、横軸は時刻(sec)、縦軸はピッチ方向の角度(deg)である。
符号g210のグラフのように、従来の手法による制御では、ピッチ角度の最大のズレは約15(deg)であった。
<Verification results>
Next, an example of the verification result will be described.
Figure 12 shows an example of verification results for control using conventional technology. The graph indicated by reference symbol g200 shows an example of change in the shoulder joint angle of the arm. In the graph indicated by reference symbol g200, the horizontal axis represents time (sec) and the vertical axis represents the shoulder joint angle (deg) of the arm. The graph indicated by reference symbol g210 shows an example of change in the angle in the pitch direction. In the graph indicated by reference symbol g210, the horizontal axis represents time (sec) and the vertical axis represents the angle in the pitch direction (deg).
As shown in the graph with reference symbol g210, the maximum deviation in pitch angle was approximately 15 degrees when controlled using the conventional method.

図13は、本実施形態の制御方法の場合の検証結果例である。符号g220のグラフは、アームの肩関節角度の変化例を示す。符号g220のグラフにおいて、横軸は時刻(sec)、縦軸はアームの肩関節角度(deg)である。符号g230のグラフは、ピッチ方向の角度の変化例を示す。符号g230のグラフにおいて、横軸は時刻(sec)、縦軸はピッチ方向の角度(deg)である。
符号g230のグラフのように、本実施形態の制御方法では、ピッチ角度の最大のズレは4(deg)以下であった。
13 shows an example of verification results for the control method of this embodiment. The graph indicated by reference symbol g220 shows an example of change in the shoulder joint angle of the arm. In the graph indicated by reference symbol g220, the horizontal axis represents time (sec) and the vertical axis represents the shoulder joint angle (deg) of the arm. The graph indicated by reference symbol g230 shows an example of change in the angle in the pitch direction. In the graph indicated by reference symbol g230, the horizontal axis represents time (sec) and the vertical axis represents the angle in the pitch direction (deg).
As shown in the graph with reference symbol g230, in the control method of this embodiment, the maximum deviation of the pitch angle was 4 degrees or less.

このように、本実施形態の制御方法によれば、ロボット1のアームの姿勢変更による機体の傾きを補正できる。 In this way, the control method of this embodiment can correct the tilt of the robot body caused by changing the posture of the robot's arm.

(制振制御)
次に、本実施形態の微分制御による制振制御を行った場合と行わなかった場合のエンドエフェクタの手先位置である作業エリアの上下振動について確認した結果例を説明する。
図14は、本実施形態の制振制御を行った場合と行わなかった場合のエンドエフェクタの手先位置である作業エリアの上下振動について確認した結果例を示す図である。符号g240のグラフは、作業エリアの高さの変化例である。符号g240のグラフにおいて、横軸は時刻(sec)、縦軸は作業エリアの高さ(mm)である。符号g241の各線は、制振制御を行わなかった場合の作業エリアの高さの変化である。符号g242の各線は、制振制御を行った場合の作業エリアの高さの変化である。
また、符号g250のグラフは、アームが縮んでいる状態から伸ばした状態におけるアームの長さの変化例である。符号g250のグラフにおいて、横軸は時刻(sec)、縦軸はアームの長さである。
(Vibration control)
Next, an example of the results of checking the vertical vibration of the working area, which is the tip position of the end effector, when vibration suppression control by differential control according to this embodiment is performed and when it is not performed will be described.
14 shows an example of the results of checking the vertical vibration of the working area, which is the tip position of the end effector, when vibration suppression control of this embodiment is performed and when it is not performed. The graph indicated by reference symbol g240 is an example of change in the height of the working area. In the graph indicated by reference symbol g240, the horizontal axis is time (sec) and the vertical axis is the height of the working area (mm). The lines indicated by reference symbol g241 are the change in the height of the working area when vibration suppression control is not performed. The lines indicated by reference symbol g242 are the change in the height of the working area when vibration suppression control is performed.
The graph g250 shows an example of the change in arm length when the arm is extended from a retracted state. In the graph g250, the horizontal axis represents time (sec) and the vertical axis represents arm length.

符号g240のグラフのように、立ち上がりの作業エリアの高さの変化は、制振制御を行わなかった場合の33(mm)から、制振制御を行った場合の19(mm)に振動を抑えることができた。また、振動の減衰比は、制振制御を行わなかった場合の0.1から、制振制御を行った場合の0.74に振動を抑えることができた。 As shown in the graph with symbol g240, the change in height of the work area at the start of the vibration was reduced from 33 mm without vibration suppression control to 19 mm with vibration suppression control. Furthermore, the vibration damping ratio was reduced from 0.1 without vibration suppression control to 0.74 with vibration suppression control.

(傾斜偏差オフセット補正制御)
次に、本実施形態の積分制御による偏差オフセット補正制御を行った場合のエンドエフェクタの手先位置である作業エリアの上下振動について確認した結果例を説明する。
図15は、本実施形態の偏差オフセット補正制振制御を行った場合のエンドエフェクタの手先位置である作業エリアの変化例を示す図である。横軸は時刻(sec)、縦軸は作業エリアの高さ(mm)である。なお、図15の検証は、手先に2.5(Kg)の重りを持たせて機体を傾かせた場合に積分制御した例である。
(Tilt deviation offset correction control)
Next, an example of the results of checking the vertical vibration of the working area, which is the tip position of the end effector, when deviation offset correction control is performed by integral control according to this embodiment will be described.
Figure 15 is a diagram showing an example of change in the working area, which is the tip position of the end effector, when deviation offset correction vibration suppression control of this embodiment is performed. The horizontal axis represents time (sec), and the vertical axis represents the height (mm) of the working area. The verification in Figure 15 is an example of integral control when a 2.5 (kg) weight is attached to the tip of the end effector and the robot is tilted.

図15のように、浮心を回転中心とした作業エリアの偏差を所定値以内(目標値)とした場合は、積分制御によって、190(mm)の傾斜のオフセットを所定値以内に約18(秒)で補正できた。 As shown in Figure 15, when the deviation of the working area with the center of buoyancy as the center of rotation was set within a specified value (target value), integral control was able to correct a tilt offset of 190 mm to within the specified value in approximately 18 seconds.

以上のように、本実施形態では、例えばアームを動かした場合に浮心と重心とのズレが発生する場合に、制御角度量によって浮心と重心の位置偏差を0(または所定値以内)にするように制御するようにした。また、本実施形態では、積分制御により偏差補正処理を行うようにした。すなわち、本実施形態では、PID制御におけるI制御を入れるようにした。さらに本実施形態では、微分制御により制振処理を行うようにした。例えば、ロボット本体2が動きだした後、停止時に揺れが発生してしまい、操作者のカメラ映像にその揺れが出てしまうため、PIDの内、D制御を入れるようにした。 As described above, in this embodiment, if a deviation between the center of buoyancy and the center of gravity occurs when the arm is moved, the control angle is used to control the positional deviation between the center of buoyancy and the center of gravity to zero (or within a predetermined value). Also, in this embodiment, deviation correction processing is performed using integral control. That is, in this embodiment, I control is incorporated into PID control. Furthermore, in this embodiment, vibration suppression processing is performed using differential control. For example, after the robot main body 2 starts moving, shaking occurs when it stops, and this shaking can appear in the camera image of the operator, so D control is incorporated into PID.

これにより、本実施形態によれば、アームの姿勢を変更した場合に、ロボット1の機体の傾きを補正する制御角度量を求めることができ、この補正制御量を用いて傾きを補正できる。すなわち、本実施形態によれば、アームなどの駆動部の姿勢ごとの近似式構築の必要がなくなり、様々なアームの動きに対応できる。そして、本実施形態によれば、アームの動きに従ってフローティングデバイスを動かし、機体を水平に保つことができる。
また、本実施形態によれば、積分制御によって、傾斜偏差オフセット補正(偏差補正)を行うことでできる。すなわち、PID制御において、I制御を入れたたことで、アームで重量物を保持しても水平状態に復帰できるように制御できる。
さらに、本実施形態によれば、部分制御によって、アームの姿勢変化による振動の立ち上がりを抑える(制振)ことでできる。すなわち、PID制御において、D制御を入れたので、揺れがすぐに収まるように制御できる。
As a result, according to this embodiment, when the posture of the arm is changed, a control angle amount for correcting the tilt of the robot 1 body can be calculated, and the tilt can be corrected using this corrective control amount. In other words, according to this embodiment, there is no need to construct an approximation equation for each posture of a drive unit such as an arm, and various arm movements can be accommodated. Furthermore, according to this embodiment, the floating device can be moved in accordance with the movement of the arm, and the body can be kept horizontal.
Furthermore, according to this embodiment, tilt deviation offset correction (deviation correction) can be performed by integral control. That is, by incorporating I control into PID control, it is possible to control the arm so that it can return to a horizontal state even when it is holding a heavy load.
Furthermore, according to this embodiment, partial control can be used to suppress (damping) the rise of vibration caused by changes in the arm's posture. In other words, by incorporating D control into PID control, it is possible to control so that vibrations quickly subside.

[第2実施形態]
第1実施形態では、フローティングデバイスを、リンク5、6を駆動して傾かせることで、例えばアームを縮めた状態から伸ばした際に、機体のバランスを保つように制御する例を説明した。本実施形態では、浮力材を二次元方向に水平に高さを変化させずに移動させることで、ロボット全体の浮心または重心を制御する。
Second Embodiment
In the first embodiment, an example was described in which the floating device is controlled to maintain the balance of the robot, for example, when the arm is extended from a retracted state, by tilting it by driving the links 5 and 6. In this embodiment, the center of buoyancy or center of gravity of the entire robot is controlled by moving the buoyancy material horizontally in two dimensions without changing the height.

<ロボット>
本実施形態のロボット1Aの外形等を説明する。図16は、本実施形態に係るロボットの斜視図である。
図16のように、ロボット1Aは、ロボット1の本体部分であるロボット本体2を備える。ロボット本体2は、ロボット本体2の上部に位置する本体上部3A(可動部)と、ロボット本体2の下部に位置する本体下部4(定置部)と、を備える。なお、図16では、ロボット1Aの主な機能部のみ符号を付けて示している。
本体上部3Aは、カバー301と、上部浮力材302と、フレーム303と、フレーム304等を備える。なお、本体上部3Aの構成については、図17を用いて詳細に説明する。
<Robot>
The external shape of the robot 1A according to this embodiment will be described below. Fig. 16 is a perspective view of the robot according to this embodiment.
As shown in Fig. 16, the robot 1A includes a robot main body 2, which is the main body portion of the robot 1. The robot main body 2 includes an upper main body part 3A (movable part) located at the top of the robot main body 2, and a lower main body part 4 (stationary part) located at the bottom of the robot main body 2. Note that in Fig. 16, only the main functional parts of the robot 1A are indicated by reference numerals.
The upper main body portion 3A includes a cover 301, an upper buoyancy member 302, a frame 303, and a frame 304. The configuration of the upper main body portion 3A will be described in detail with reference to FIG.

図17は、本実施形態の本体上部(可動部)の構成例を上から見た図である。なお、図17では、カバー301を外した状態を示している。
図17のように、本体上部3Aは、例えば、上部浮力材302と、フレーム303と、フレーム304と、スライド部305と、スライド部306と、アクチュエータ307(307L,307R)と、能動プーリー308(308L,308R)と、受動プーリー309(309L,309R)と、ベルト310(310L,310R)を備える。
17 is a top view of an example of the configuration of the upper part of the main body (movable part) of this embodiment, with the cover 301 removed.
As shown in Figure 17, the upper main body part 3A includes, for example, an upper buoyancy material 302, a frame 303, a frame 304, a slide portion 305, a slide portion 306, an actuator 307 (307L, 307R), an active pulley 308 (308L, 308R), a passive pulley 309 (309L, 309R), and a belt 310 (310L, 310R).

フレーム304は、例えばフレーム303に取り付けられている。
ベルト310は、例えば、扁平型、キャタピラベルト等である。
The frame 304 is attached to the frame 303, for example.
The belt 310 is, for example, a flat type or a caterpillar belt.

アクチュエータ307Lは、能動プーリー308Lを駆動することでベルト310Lを回転させる。
受動プーリー309Lは、ベルト310Lの回転によって回転する。
スライド部305は、一端が上部浮力材302に取り付けられ、ベルト310Lの回転に伴ってx軸方向に移動する。
アクチュエータ307Rは、能動プーリー308Rを駆動することでベルト310Rを回転させる。
受動プーリー309Rは、ベルト310Rの回転によって回転する。
スライド部306は、一端が上部浮力材302に取り付けられ、ベルト310Rの回転に伴ってx軸方向に移動する。
Actuator 307L drives active pulley 308L, thereby rotating belt 310L.
The driven pulley 309L rotates due to the rotation of the belt 310L.
One end of the slide portion 305 is attached to the upper buoyancy member 302, and moves in the x-axis direction as the belt 310L rotates.
Actuator 307R drives active pulley 308R, thereby rotating belt 310R.
The driven pulley 309R rotates due to the rotation of the belt 310R.
One end of the slide portion 306 is attached to the upper buoyancy member 302, and moves in the x-axis direction as the belt 310R rotates.

本実施形態では、このようにアクチュエータ307を制御することでベルト310の回転によって、スライド部305,306に取り付けられている上部浮力材302をx軸方向及びy軸方向に移動させる。なお、アクチュエータ307は、x軸移動用と、y軸移動用を備えている。これにより、本実施形態によれば、この2つのアクチュエータを制御することで、二つのアクチュエータが協調してx軸方向やy軸方向へ動くような仕組みになっている。 In this embodiment, controlling the actuator 307 in this manner causes the rotation of the belt 310 to move the upper buoyancy member 302 attached to the slide sections 305 and 306 in the x-axis and y-axis directions. The actuator 307 is equipped with actuators for x-axis movement and y-axis movement. As a result, according to this embodiment, by controlling these two actuators, the two actuators move in coordination in the x-axis and y-axis directions.

<移動体制御システムの構成例>
次に、本実施形態の移動体制御システム400Aの構成例を説明する。図18は、本実施形態の移動体制御システムの構成例を示す図である。図18のように、移動体制御システム400Aは、例えば、ロボット1Aと、操作部200を備える。
<Configuration example of a mobile control system>
Next, a configuration example of a mobile object control system 400A of this embodiment will be described. Fig. 18 is a diagram showing a configuration example of a mobile object control system of this embodiment. As shown in Fig. 18, the mobile object control system 400A includes, for example, a robot 1A and an operation unit 200.

操作部200は、例えば、コントローラ201と、画像表示部202と、通信部203を備える。
ロボット1Aは、例えば、ロボット本体2と、本体上部3Aと、本体下部4と、マニピュレータ30と、上部推進機10と、下部推進機23と、カメラ26と、カメラセンサ27と、カメラ駆動部28と、位置検出センサ35と、照明70と、アームセンサ65と、マニピュレータ駆動部66と、姿勢センサ67と、アクチュエータ307と、上部浮力材302と、移動体制御装置100Aを備える。なお、図18の構成例では、図16、17を用いて説明したロボット1Aの各部の一部を省略している。
移動体制御装置100Aは、例えば、スラスタ駆動装置25と、浮心制御部47Aと、取得部90と、目標設定部91と、制御部92と、記憶部93と、通信部94を備える。
The operation unit 200 includes, for example, a controller 201 , an image display unit 202 , and a communication unit 203 .
The robot 1A includes, for example, a robot main body 2, an upper main body part 3A, a lower main body part 4, a manipulator 30, an upper propulsion unit 10, a lower propulsion unit 23, a camera 26, a camera sensor 27, a camera drive unit 28, a position detection sensor 35, lighting 70, an arm sensor 65, a manipulator drive unit 66, an attitude sensor 67, an actuator 307, an upper buoyancy member 302, and a mobile body control device 100A. Note that in the configuration example of Fig. 18, some of the components of the robot 1A described using Figs. 16 and 17 are omitted.
The mobile body control device 100A includes, for example, a thruster drive device 25, a center of buoyancy control unit 47A, an acquisition unit 90, a target setting unit 91, a control unit 92, a storage unit 93, and a communication unit 94.

浮心制御部47Aは、浮心位置と重心位置それぞれを検出し、検出した結果に基づいてピッチ方向(例えばx軸方向)の浮心と重心との偏差をなくすための制御角度qACOX1を求める。浮心制御部47Aは、求めた制御角度qACOX1を用いて、アクチュエータ307を制御して本体上部3Aをピッチ方向に高さを変えずに平行移動させて動かす。 The center of buoyancy control unit 47A detects the positions of the center of buoyancy and the center of gravity, and calculates a control angle q ACOX1 based on the detected results to eliminate the deviation between the center of buoyancy and the center of gravity in the pitch direction (e.g., the x-axis direction). Using the calculated control angle q ACOX1 , the center of buoyancy control unit 47A controls the actuator 307 to move the upper body 3A in the pitch direction by translating it without changing its height.

(フローティングデバイス駆動制御量への変換)
次に、第3変換部480が行うフローティングデバイス駆動制御量への変換処理について詳細に説明する。なお、フローティングデバイスの制御処理のブロックは、第1実施形態の図6と同様である。
(Conversion to floating device drive control amount)
Next, a detailed description will be given of the conversion process into the floating device drive control amount performed by the third conversion unit 480. Note that the blocks for the floating device control process are the same as those in FIG. 6 of the first embodiment.

図19は、フローティングデバイス駆動制御量への変換を説明するための図である。符号g200は、例えばアームを伸ばす前の状態例である。符号g210は、例えばアームを伸ばした後であり、浮心位置、重心位置が移動し、かつフローティングデバイスを移動させた状態例である。 Figure 19 is a diagram illustrating the conversion to a floating device drive control amount. Reference symbol g200 is an example of the state before the arm is extended. Reference symbol g210 is an example of the state after the arm is extended, in which the center of buoyancy and center of gravity have moved and the floating device has been moved.

第3変換部480は、浮心と重心との偏差の目標値Δxから浮心と重心との偏差Δxを引いた結果を、第3演算部479から取得する。ここで、浮心と重心との偏差Δxは式(6)である。また、浮心位置xCOBは式(7)であり、重心位置xCOGは式(8)である。浮心制御部47Aは、このように求めた制御量qを用いて、例えばPID制御によりロボット1Aの姿勢を制御する。 The third conversion unit 480 obtains the result of subtracting the deviation Δx between the center of buoyancy and the center of gravity from the target value Δx * of the deviation between the center of buoyancy and the center of gravity from the third calculation unit 479. Here, the deviation Δx between the center of buoyancy and the center of gravity is given by equation (6). Furthermore, the center of buoyancy position x COB is given by equation (7), and the center of gravity position x COG is given by equation (8). The center of buoyancy control unit 47A uses the control amount q calculated in this manner to control the posture of the robot 1A, for example, by PID control.

本実施形態では、浮力と受信のズレを目標値Δxとし、浮力と重心を同一の鉛直線上での偏差Δxを目標値Δxとするように、上部浮力材302を、高さを変えずにピッチ方向に平行移動させるように制御する。 In this embodiment, the deviation between buoyancy and reception is set to a target value Δx * , and the upper buoyancy material 302 is controlled to move parallel in the pitch direction without changing its height so that the deviation Δx between the buoyancy and the center of gravity on the same vertical line is set to the target value Δx * .

なお、図16、図17を用いた例では、上部浮力材302をピッチ方向に移動させる構成と移動例を説明したが、ロール方向に移動させるようにしてもよい。この場合は、本体上部3Aは、ロール方向用のアクチュエータ、スライド部、能動プーリー、受動プーリー、およびベルトを備えるようにしてもよい。そして、浮心制御部47Aは、ロール方向用のアクチュエータを制御することで、上部浮力材302を、高さを変えずにロール方向に平行移動させるように制御するようにしてもよい。 In the examples using Figures 16 and 17, a configuration and example of movement in which the upper buoyancy material 302 is moved in the pitch direction has been described, but it may also be moved in the roll direction. In this case, the upper main body 3A may be equipped with an actuator for the roll direction, a slide unit, an active pulley, a passive pulley, and a belt. The buoyancy center control unit 47A may then control the actuator for the roll direction to move the upper buoyancy material 302 parallel to the roll direction without changing its height.

なお、移動体制御装置100Aの処理手順は、第1実施形態の移動体制御装置100の処理手順と同様である。
また、本実施形態の検証結果も第1実施形態の検証結果と同等である。
The processing procedure of the mobile body control device 100A is similar to the processing procedure of the mobile body control device 100 of the first embodiment.
Furthermore, the verification results of this embodiment are the same as those of the first embodiment.

以上のように、本実施形態では、浮心と重心とのズレを目標として、浮心と重心を同一鉛直線上での偏差を目標値と一致させるように制御することで、浮力材の高さを変えずにピッチ方向またはロール方向に移動させるようにした。 As described above, in this embodiment, the deviation between the center of buoyancy and the center of gravity is targeted, and by controlling the deviation between the center of buoyancy and the center of gravity on the same vertical line to match the target value, the buoyancy material can be moved in the pitch or roll direction without changing its height.

これにより、本実施形態によれば、アームの姿勢を変更した場合に、ロボット1の機体の傾きを補正する制御角度量を求めることができ、この補正制御量を用いて傾きを補正できる。
また、本実施形態によれば、積分制御によって、傾斜偏差オフセット補正(偏差補正)を行うことでできる。
さらに、本実施形態によれば、部分制御によって、アームの姿勢変化による振動の立ち上がりを抑える(制振)ことでできる。
As a result, according to this embodiment, when the posture of the arm is changed, a control angle amount for correcting the tilt of the body of the robot 1 can be obtained, and the tilt can be corrected using this correction control amount.
Furthermore, according to this embodiment, tilt error offset correction (deviation correction) can be performed by integral control.
Furthermore, according to this embodiment, partial control can suppress (damping) the rise of vibration caused by a change in the posture of the arm.

なお、上述した各実施形態において、移動体の例として水中で作業を行うロボット1(または1A)を例に説明したが、作業環境は、これに限らない。作業環境は、浮力と重心のズレが発生する環境であればよい。 In the above-described embodiments, the robot 1 (or 1A) that works underwater has been described as an example of a moving object, but the working environment is not limited to this. The working environment may be any environment in which buoyancy and a misalignment of the center of gravity occur.

なお、本発明における移動体制御装置100(または100A)の機能の全てまたは一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより移動体制御装置100(または100A)が行う処理の全てまたは一部を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
または、これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)、SOC(System On Chip)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
It should be noted that a program for realizing all or part of the functions of the mobile object control device 100 (or 100A) of the present invention may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be loaded into a computer system and executed to perform all or part of the processing performed by the mobile object control device 100 (or 100A). Note that the term "computer system" as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices. The term "computer system" also includes a WWW system equipped with a homepage provision environment (or display environment). The term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible disks, optical magnetic disks, ROMs, and CD-ROMs, as well as storage devices such as hard disks built into computer systems. The term "computer-readable recording medium" also includes devices that retain a program for a certain period of time, such as volatile memory (RAM) within a computer system that serves as a server or client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line.
Alternatively, some or all of these components may be realized by hardware (including circuitry) such as an LSI (Large Scale Integration), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), a GPU (Graphics Processing Unit), or an SOC (System On Chip), or may be realized by a combination of software and hardware.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。 The above program may also be transmitted from a computer system that stores the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium, or by transmission waves within the transmission medium. Here, the "transmission medium" that transmits the program refers to a medium that has the function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The above program may also be one that realizes part of the above-mentioned functions. Furthermore, it may be a so-called differential file (differential program) that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded on the computer system.

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形および置換を加えることができる。 The above describes the form for carrying out the present invention using an embodiment, but the present invention is in no way limited to such an embodiment, and various modifications and substitutions can be made without departing from the spirit of the present invention.

400,400A…移動体制御システム、1,1A…ロボット、200…操作部、201…コントローラ、202…画像表示部、203…通信部、2…ロボット本体、3…本体上部、4…本体下部、30…マニピュレータ、10…上部推進機、23…下部推進機、5…リンク5、6…リンク、26…カメラ、27…カメラセンサ、28…カメラ駆動部、35…位置検出センサ、70…照明、65…アームセンサ、66…マニピュレータ駆動部、67…姿勢センサ、100,100A…移動体制御装置、25…スラスタ駆動装置、8A…関節駆動部、90…取得部、91…目標設定部、92…制御部、93…記憶部、94…通信部、40…ピッチング駆動装置、50…ローリング駆動装置、47,47A…浮心制御部 400, 400A... Mobile object control system, 1, 1A... Robot, 200... Operation unit, 201... Controller, 202... Image display unit, 203... Communication unit, 2... Robot body, 3... Upper body, 4... Lower body, 30... Manipulator, 10... Upper propulsion unit, 23... Lower propulsion unit, 5... Links 5, 6... Links, 26... Camera, 27... Camera sensor, 28... Camera drive unit, 35... Position detection sensor, 70... Lighting, 65... Arm sensor, 66... Manipulator drive unit, 67... Attitude sensor, 100, 100A... Mobile object control device, 25... Thruster drive unit, 8A... Joint drive unit, 90... Acquisition unit, 91... Target setting unit, 92... Control unit, 93... Memory unit, 94... Communication unit, 40... Pitching drive unit, 50... Rolling drive unit, 47, 47A... Center of buoyancy control unit

Claims (8)

水中での操作を行うロボットを制御するシステムであって、
ロボット本体と、
前記ロボット本体に接続される本体に対し相対的に密度が小さく、前記ロボット本体に対しフローティングデバイスの浮心を変更可能な駆動部を備える前記フローティングデバイスと、
前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた浮心位置と、前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた重心位置と、前記浮心位置と前記重心位置とのなす角と、前記ロボット本体の姿勢角と、を取得する取得部と、
前記ロボット全体の目標姿勢から前記重心位置のなす角の目標値、および前記ロボット全体の目標姿勢から前記浮心位置のなす角の目標値のうち少なくとも1つを設定する目標設定部と、
前記浮心位置と前記重心位置との偏差と、前記浮心位置と前記重心位置との偏差の目標値と、前記駆動部の制御量に対する前記重心位置の変化を示す重心感度行列と、前記駆動部の制御量に対する前記浮心位置の変化を示す浮心感度行列と、を用いて前記フローティングデバイスの浮心変化のための前記駆動部の制御量を計算する浮心制御部と、
を備える移動体制御システム。
A system for controlling a robot that operates underwater, comprising:
The robot body,
the floating device has a density relatively low with respect to a main body connected to the robot main body, and includes a drive unit capable of changing the center of buoyancy of the floating device with respect to the robot main body;
an acquisition unit that acquires a combined center of buoyancy position of the robot body and the floating device, a combined center of gravity position of the robot body and the floating device, an angle formed between the center of buoyancy position and the center of gravity position, and an attitude angle of the robot body;
a target setting unit that sets at least one of a target value of the angle between the target posture of the entire robot and the position of the center of gravity and a target value of the angle between the target posture of the entire robot and the position of the center of buoyancy;
a buoyancy center control unit that calculates a control amount of the drive unit for changing the center of buoyancy of the floating device using a deviation between the center of buoyancy position and the center of gravity position, a target value of the deviation between the center of buoyancy position and the center of gravity position, a center of gravity sensitivity matrix that indicates a change in the center of gravity position relative to a control amount of the drive unit, and a center of buoyancy sensitivity matrix that indicates a change in the center of buoyancy position relative to a control amount of the drive unit;
A mobile object control system comprising:
前記浮心制御部は、
前記浮心位置と前記重心位置とのなす角の目標値に、速度項として前記ロボット本体の姿勢角の微分値を入れてフィードバック制御を行う、
請求項1に記載の移動体制御システム。
The buoyancy center control section is
a feedback control is performed by inputting a differential value of the attitude angle of the robot body as a velocity term into a target value of the angle between the position of the center of buoyancy and the position of the center of gravity;
The mobile object control system according to claim 1 .
前記浮心位置と前記重心位置とのなす角の目標値に、前記ロボット本体の姿勢角の偏差の積分項をいれてフィードバック制御を行う、
請求項1または請求項2に記載の移動体制御システム。
a feedback control is performed by adding an integral term of a deviation of the attitude angle of the robot main body to a target value of the angle between the position of the center of buoyancy and the position of the center of gravity;
3. A mobile object control system according to claim 1 or 2.
前記ロボットは、可動部と定置部とを備え、
前記可動部は、前記定置部にピッチ方向およびロール方向のうちの少なくとも1つに可動可能なリンクによって接続され、
前記浮心制御部は、計算した前記駆動部の制御量に基づいて前記リンクを前記ピッチ方向および前記ロール方向のうちの少なくとも1つに移動させることで、前記ロボット本体の前記浮心位置または前記重心位置を制御する、
請求項1または請求項2に記載の移動体制御システム。
the robot includes a movable part and a stationary part;
the movable portion is connected to the stationary portion by a link that is movable in at least one of a pitch direction and a roll direction;
the buoyancy control unit controls the position of the buoyancy center or the position of the center of gravity of the robot main body by moving the link in at least one of the pitch direction and the roll direction based on the calculated control amount of the drive unit.
3. A mobile object control system according to claim 1 or 2.
前記ロボットは、可動部と定置部とを備え、
前記可動部は、二次元に移動することにより前記ロボット全体の浮心位置または重心位置を制御する部材を備え、
前記浮心制御部は、計算した前記駆動部の制御量に基づいて前記可動部をピッチ方向およびロール方向のうちの少なくとも1つに移動させることで、前記ロボット本体の前記浮心位置または前記重心位置を制御する、
請求項1または請求項2に記載の移動体制御システム。
the robot includes a movable part and a stationary part;
the movable unit includes a member that controls the position of the center of buoyancy or the position of the center of gravity of the entire robot by moving two-dimensionally,
the buoyancy control unit controls the position of the buoyancy center or the position of the center of gravity of the robot main body by moving the movable unit in at least one of a pitch direction and a roll direction based on the calculated control amount of the drive unit.
3. A mobile object control system according to claim 1 or 2.
前記浮心制御部は、
姿勢角の目標値を、目標角へ変換し、
変換された目標角を、前記浮心位置と前記重心位置との間の距離を用いて、目標浮心重心位置の偏差に変換し、
変換された目標浮心重心位置の偏差と、前記浮心位置と前記重心位置と偏差を用いて、前記フローティングデバイスの制御量に変換する、
請求項1に記載の移動体制御システム。
The buoyancy center control section is
Convert the target value of the attitude angle into a target angle,
converting the converted target angle into a deviation of a target position of the center of buoyancy and the center of gravity using the distance between the position of the center of buoyancy and the position of the center of gravity;
converting the deviation of the converted target buoyancy center and gravity center position and the deviation between the buoyancy center position and the gravity center position into a control amount for the floating device;
The mobile object control system according to claim 1 .
水中での操作を行うロボット本体に接続される本体に対し相対的に密度が小さく、前記ロボット本体に対しフローティングデバイスの浮心を変更可能な駆動部を備える前記フローティングデバイスを有するロボットを制御する移動体制御装置であって、
前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた浮心位置と、前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた重心位置と、前記浮心位置と前記重心位置とのなす角と、前記ロボット本体の姿勢角と、を取得する取得部と、
前記ロボット全体の目標姿勢から前記重心位置のなす角の目標値、および前記ロボット全体の目標姿勢から前記浮心位置のなす角の目標値のうち少なくとも1つを設定する目標設定部と、
前記浮心位置と前記重心位置との偏差と、前記浮心位置と前記重心位置との偏差の目標値と、前記駆動部の制御量に対する前記重心位置の変化を示す重心感度行列と、前記駆動部の制御量に対する前記浮心位置の変化を示す浮心感度行列と、を用いて前記フローティングデバイスの浮心変化のための前記駆動部の制御量を計算する浮心制御部と、
を備える移動体制御装置。
A mobile body control device for controlling a robot having a floating device that has a density relatively low compared to a main body connected to a robot main body that performs operations in water, and that includes a drive unit that can change the center of buoyancy of the floating device relative to the robot main body,
an acquisition unit that acquires a combined center of buoyancy position of the robot body and the floating device, a combined center of gravity position of the robot body and the floating device, an angle formed between the center of buoyancy position and the center of gravity position, and an attitude angle of the robot body;
a target setting unit that sets at least one of a target value of the angle between the target posture of the entire robot and the position of the center of gravity and a target value of the angle between the target posture of the entire robot and the position of the center of buoyancy;
a buoyancy center control unit that calculates a control amount of the drive unit for changing the center of buoyancy of the floating device using a deviation between the center of buoyancy position and the center of gravity position, a target value of the deviation between the center of buoyancy position and the center of gravity position, a center of gravity sensitivity matrix that indicates a change in the center of gravity position relative to a control amount of the drive unit, and a center of buoyancy sensitivity matrix that indicates a change in the center of buoyancy position relative to a control amount of the drive unit;
A mobile object control device comprising:
水中での操作を行うロボット本体に接続される本体に対し相対的に密度が小さく、前記ロボット本体に対しフローティングデバイスの浮心を変更可能な駆動部を備える前記フローティングデバイスを有するロボットを制御する移動体制御装置の制御方法であって、
取得部が、前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた浮心位置と、前記ロボット本体と前記フローティングデバイスを合わせた重心位置と、前記浮心位置と前記重心位置とのなす角と、前記ロボット本体の姿勢角と、を取得し、
目標設定部が、前記ロボット全体の目標姿勢から前記重心位置のなす角の目標値、および前記ロボット全体の目標姿勢から前記浮心位置のなす角の目標値のうち少なくとも1つを設定し、
浮心制御部が、前記浮心位置と前記重心位置との偏差と、前記浮心位置と前記重心位置との偏差の目標値と、前記駆動部の制御量に対する前記重心位置の変化を示す重心感度行列と、前記駆動部の制御量に対する前記浮心位置の変化を示す浮心感度行列と、を用いて前記フローティングデバイスの浮心変化のための前記駆動部の制御量を計算する、
移動体制御方法。
A control method for a mobile body control device that controls a robot having a floating device that has a density relatively low compared to a main body connected to a robot main body that performs operations in water, and that has a drive unit that can change the center of buoyancy of the floating device relative to the robot main body, comprising:
an acquisition unit acquires a buoyancy center position of the robot body and the floating device combined, a center of gravity position of the robot body and the floating device combined, an angle formed between the buoyancy center position and the center of gravity position, and an attitude angle of the robot body;
a target setting unit sets at least one of a target value of an angle formed by a target posture of the entire robot and the position of the center of gravity and a target value of an angle formed by a target posture of the entire robot and the position of the center of buoyancy,
a buoyancy control unit calculates a control amount of the drive unit for changing the buoyancy of the floating device using a deviation between the buoyancy position and the center of gravity position, a target value of the deviation between the buoyancy position and the center of gravity position, a center of gravity sensitivity matrix indicating a change in the center of gravity position relative to a control amount of the drive unit, and a center of buoyancy sensitivity matrix indicating a change in the center of buoyancy position relative to a control amount of the drive unit.
A mobile object control method.
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