第11章 servoJ と servoL

本章について

servoJ および servoL は、UR のリアルタイムサーボ制御 API である。

moveJ や moveL が「目的地へ移動する命令」であるのに対し、servoJ は「現在の目標値を一定周期で更新し続ける命令」である。

ジョイスティック制御

画像追従

Visual Servo

外部制御

力制御

などでは servo 系 API を利用する。

11.1 moveJとの違い

moveJ

目標位置

↓

Controllerが軌道生成

↓

移動

↓

終了

servoJ

現在目標

↓

少し移動

↓

新しい目標

↓

少し移動

↓

新しい目標

↓

・・・

つまり servoJ は

「連続的に目標位置を書き換える」

ための API である。

11.2 servoJ の考え方

例えばジョイスティックを操作すると

100 Hz

↓

現在のレバー位置

↓

新しいJoint角度

↓

servoJ()

を毎周期実行する。

ロボットは

「常に最新目標」

へ向かって動く。

11.3 基本構文

rtde_c.servoJ(
    q,
    speed,
    acceleration,
    dt,
    lookahead_time,
    gain,
)

11.4 q

目標Joint角度

[
q1,
q2,
q3,
q4,
q5,
q6
]

単位

rad

11.5 dt

制御周期

例えば

0.002

なら

500 Hz

0.008

なら

125 Hz

である。

この値に合わせて PC 側も一定周期で servoJ を送信する。

11.6 lookahead_time

もっとも誤解されるパラメータである。

Controller は

現在位置

↓

速度

↓

未来位置予測

↓

補正

を行っている。

lookahead_time は

その未来予測時間である。

一般に

0.03〜0.20 s

程度を使用する。

11.7 gain

追従ゲインである。

イメージとしては

P制御ゲイン

に近い。

小さい

追従が遅い

滑らか

大きい

追従が速い

振動しやすい

11.8 speed と acceleration

servoJ では

moveJ ほど重要ではない。

Controller 内部で安全制限を考慮して補間される。

実際には

lookahead_time

gain

の方が挙動へ与える影響が大きい。

11.9 毎周期送る理由

moveJ は

一回送信

↓

終了

servoJ は

500 Hz

↓

送信

↓

500 Hz

↓

送信

↓

500 Hz

↓

送信

である。

途中で送信を止めると

目標更新が止まる。

11.10 servoStop()

servo 制御終了時は

rtde_c.servoStop()

を呼ぶ。

そのまま moveJ を送ることは推奨されない。

11.11 servoL

servoL は

TCP位置

を毎周期更新する。

Pose

↓

servoL

↓

Pose

↓

servoL

↓

・・・

Visual Servo などで利用される。

11.12 moveJとの比較

項目	moveJ	servoJ
目標	最終位置	毎周期更新
周期	不要	125〜500 Hz
用途	一般移動	リアルタイム制御
終了	自動	servoStop()

11.13 speedJとの違い

speedJ

速度指令

servoJ

位置指令

である。

11.14 ジョイスティック制御

典型的な流れ

Joystick

↓

Joint角度計算

↓

servoJ()

↓

2 ms

↓

servoJ()

↓

2 ms

↓

・・・

この方法が最も滑らかに動作する。

11.15 Visual Servo

画像認識では

Camera

↓

位置誤差

↓

PID

↓

Pose

↓

servoL

となる。

画像処理結果を毎周期反映できる。

11.16 通信遅延

servoJ は

通信遅延に敏感である。

周期が乱れると

ガタつき

追従遅れ

停止

などが発生する。

そのため

・リアルタイムOS

・有線LAN

・一定周期送信

が推奨される。

11.17 よくある失敗

・周期が一定でない

・servoStop() を呼ばない

・lookahead_time を極端に小さくする

・gain を極端に大きくする

・Move系APIと混在させる

11.18 ur_ctrl.pyでの設計

一般的には

servo_start()

servo_update()

servo_stop()

の3段階APIに分けると扱いやすい。

利用者は周期だけを意識すればよい。

11.19 servoJを使うべき場面

・ゲームパッド操作

・マウス操作

・Visual Servo

・Force Control

・外部センサ追従

通常のティーチングでは moveJ の方が適している。

まとめ

servoJ はリアルタイム位置制御APIである。

moveJ の高速版ではなく、

「一定周期で目標位置を書き換え続ける」

ための API である。

servo 系 API を使う場合は、

・一定周期

・lookahead_time

・gain

・servoStop()

の4点を正しく理解することが重要である。

次章では Force Mode と Freedrive Mode を説明する。