[发明专利]用于机器人的控制设备、控制方法及计算机程序

权利要求书

1.一种用于机器人的控制设备，包括：

混合动力学计算器，其通过使用辅助模型执行包括逆向动力学和正向动力学的混合动力学计算，来计算在关节加速度已知的情况下作用于不可移动关节的关节力、和在所述关节力已知的情况下可移动关节处产生的关节加速度，在所述辅助模型中，具有致动关节和非致动关节的所述机器人的所述致动关节是不可移动的；

正向动力学计算器，其使用主模型来计算由作用于所述机器人的已知力产生的加速度，在所述主模型中，所述机器人的全部关节是可移动的；

关节力确定单元，其基于来自所述混合动力学计算器和所述正向动力学计算器的计算结果，来确定用于在所述机器人的任意部分产生期望的目标加速度的关节力；以及

关节力控制器，其将所确定的关节力设定为控制目标值，以及控制所述机器人的每个关节的关节力。

2.根据权利要求1所述的用于机器人的控制设备，其中，使用广义雅克比，将由所述混合动力学计算器获得的、作用于所述机器人的力转换成关节力。

3.根据权利要求1所述的用于机器人的控制设备，其中，所述关节力确定单元包括：

广义操作空间惯性逆矩阵计算器，其通过在除关节空间和外力以外的全部变量为0、以及第i个分量将由一个单位向量e_i形成的外力仅作用于第i个操作空间的条件下，经由所述正向动力学计算器针对全部操作空间重复执行所述正向动力学计算，来获得广义操作空间惯性逆矩阵；

广义操作空间偏置加速度计算器，其通过在仅产生于所述关节空间的速度和重力起作用的约束下，经由所述正向动力学计算器仅执行一次所述正向动力学计算，来获得广义操作空间偏置加速度；

虚拟外力计算单元，其在使用所述广义操作空间惯性逆矩阵和所述广义操作空间偏置加速度来表示的所述操作空间中起作用的力和加速度的关系表达式中，求解在所述操作空间中发出的虚拟外力f，以获得已知的、并且在所述操作空间中产生的目标加速度；以及

关节计算单元，其使用广义逆力动力学计算，将由所述虚拟外力计算单元获得的所述外力f转换成所述致动关节的致动关节力。

4.根据权利要求3所述的用于机器人的控制设备，其中，所述虚拟外力计算单元使用所述广义操作空间惯性逆矩阵和所述广义操作空间偏置加速度计算器，来获得满足线性互补问题的虚拟外力，然后基于所获得的力来确定连杆的关节力，其中，所述线性互补问题由在所述关系表达式、所述机器人和所述环境之间形成的约束来配置。

5.根据权利要求1所述的用于机器人的控制设备，其中，通过在除关节空间和外力以外的全部变量为0、以及第i个分量将由一个单位向量e_i形成的外力仅作用于第i个操作空间的条件下，经由所述混合动力学计算器重复执行用于计算致动关节空间的关节力的所述混合动力学计算，来获得所述广义雅克比。

6.一种机器人的控制方法，包括：

通过使用辅助模型执行包括逆向动力学和正向动力学的混合动力学计算，来计算在关节加速度已知的情况下作用于不可移动关节的关节力、和在所述关节力已知的情况下可移动关节处产生的关节加速度，在所述辅助模型中，具有致动关节和非致动关节的所述机器人的所述致动关节是不可移动的；

使用主模型来计算由已知的、并且作用于所述机器人的力所产生的加速度，在所述主模型中，所述机器人的全部关节是可移动的；

基于根据所述关节力的计算和所述加速度的计算的计算结果，来确定用于在所述机器人的任意部分产生期望的目标加速度的关节力；以及

将所确定的关节力设定为控制目标值，以及控制所述机器人的每个关节的关节力。

7.一种以计算机可读格式记录的计算机程序，其在所述计算机上执行用于控制具有致动关节和非致动关节的机器人的处理，其中，所述计算机用作：

混合动力学计算器，其通过使用辅助模型执行包括逆向动力学和正向动力学的混合动力学计算，来计算在关节加速度已知的情况下作用于不可移动关节的关节力、和在所述关节力已知的情况下可移动关节处产生的关节加速度，在所述辅助模型中，所述机器人的致动关节是不可移动的；

正向动力学计算器，其使用主模型来计算由作用于所述机器人的已知力产生的加速度，在所述主模型中，所述机器人的全部关节是可移动的；

关节力确定单元，其基于来自所述混合动力学计算器和所述正向动力学计算器的计算结果，来确定用于在所述机器人的任意部分产生期望的目标加速度的关节力；以及

关节力控制器，其将所确定的关节力设定为控制目标值，以及控制所述机器人的每个关节的关节力。