つれづれデジカメ日記

ロボットの特異点とはどのようなものでしょうか。特異点を知る前に事前に知らなければならない知識とともに紹介していきます。

ロボットの構造
まずはロボットの構造から知りましょう。ロボットはサーボモータで関節にあたるジョイント部を動かし、アーム部分であるリンクを移動させます。同時に、先端のエンドエフェクタをワークの位置まで移します。

これらの動作を要望通りに行うことがロボットの役割で、目的に沿った動作を実現するためにはロボットの制御が欠かせません。正確な制御を行うためには、数式を用いて演算し、各関節をどのような方向でどれくらい動かせばいいかを決める必要があります。

関節の位置から計算で手先の位置を知り、目的の動作を行わせるためには、さまざまな情報が必要です。そこで、ロボットの制御のために位置を計算する運動学が必要となります。

運動学ではロボットの動作を計算する方法として、順運動学方法と逆運動学方法の2種類があります。

順運動学方法は、関節の回転角度や速度からアームの位置・姿勢を計算する方法です。一方逆運動学では、アームの位置や姿勢から、関節の回転角度と速度を計算します。一般的に逆運動学が用いられることが多いです。

逆運動学では、関節の回転角度や速度を求めるために、ヤコビアン行列という数式を用いて計算を行います。ただし、計算式が複雑であることから、この記事では割愛します。

特異点になるとき

特異点とは、計算式上でロボットが制御できなくなる姿勢のことを言います。特異点には複数のパターンがあるため、すべての姿勢を紹介することはできませんが、以下の2つが代表的な特異点です。

ロボットが伸びきった姿勢の時
2つ 以上の軸が一直線上に並んだ時などの姿勢の時
このような状態になることで、ロボットが制御できなくなります。

特異点による問題点
ロボットが特異点に近づくことで速度が急激に速くなり、暴走してしまう危険があります。また、特異点になると停止してしまいます。

そのため、特異点を通るように教示してしまうと、再度生産ラインを停めてティーチングを行わなければならず、生産計画が遅れる可能性もあります。

現在では暴走しないようにさまざまな対策が行われていますが、古い機種を扱っていた場合高い確率で暴走するため注意が必要です。

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