JP2681966B2 - Bilateral control method - Google Patents

Bilateral control method

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JP2681966B2
JP2681966B2 JP63027642A JP2764288A JP2681966B2 JP 2681966 B2 JP2681966 B2 JP 2681966B2 JP 63027642 A JP63027642 A JP 63027642A JP 2764288 A JP2764288 A JP 2764288A JP 2681966 B2 JP2681966 B2 JP 2681966B2
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slave
torque
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【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明はマスタ/スレーブ型サーボマニプレータのバ
イラテラル制御方法に関し、マスタアームに発生する反
力トルクが操作者の負担とならないように改良したもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention relates to a bilateral control method for a master / slave type servo manipulator, which is improved so that reaction force torque generated in a master arm does not burden the operator. Is.

B.発明の概要 本発明によるバイラテラル制御方法では、バイラテラ
ル制御によりマスタアームに発生する反力トルクが、ス
レーブアームのトルクに基づく反力トルクと、マスタア
ームの位置とスレーブアームの位置との偏差から求まる
サーボゲイン処理データとの積に比例するので、位置偏
差が小さければスレーブアームの負荷が大きくても反力
トルクは小さくなって操作者の負担にならず、一方、ス
レーブアームが何かに衝突し位置偏差が大きいと反力ト
ルクが大きく生じて操作者に衝突を認識させ、また、操
作者がマスタアームを速く動かしすぎる場合は位置偏差
が大くなり反力トルクが大きく生じて速すぎないように
マスタアームを制動する。
B. Outline of the Invention In the bilateral control method according to the present invention, the reaction torque generated in the master arm by the bilateral control is the reaction torque based on the torque of the slave arm, the position of the master arm, and the position of the slave arm. Since it is proportional to the product of the servo gain processing data obtained from the deviation, if the position deviation is small, even if the load on the slave arm is large, the reaction torque will be small and it will not burden the operator. If there is a large position deviation and the reaction torque is large, the operator recognizes the collision.If the operator moves the master arm too fast, the position deviation will be large and the reaction torque will be large and the speed will increase. Braking the master arm so that it is not too far.

C.従来の技術 マスタ/スレーブ型サーボマニプレータのバイラテラ
ル制御方式では、スレーブ側に負荷を持たせた場合、バ
イラテラル反力として、マスタ側に帰還トルクを発生さ
せている。
C. Conventional technology In the bilateral control system of the master / slave type servo manipulator, when a load is applied to the slave side, a feedback torque is generated on the master side as a bilateral reaction force.

従来この反力トルクは、第2図に示すように、トルク
センサによるスレーブトルク入力S.Tに反力ゲイン処理
部1で反力ゲインを乗算し、適宜、反力リミット処理部
2でリミットしてマスタモータM.Mを駆動することによ
り、与えられている。
Conventionally, this reaction torque is mastered by multiplying the slave torque input ST by the torque sensor by the reaction force gain in the reaction force gain processing unit 1 and appropriately limiting it in the reaction force limit processing unit 2 as shown in FIG. It is given by driving the motor MM.

なお、第2図は或る特定の軸についての構成を示し、
位置センサによるマスタ位置入力M.Pとスレーブ位置入
力S.Pとの位置偏差にサーボゲイン処理部3でサーボゲ
インを乗算し、得られたサーボゲイン処理データからフ
ィードバック値として速度センサによるスレーブ速度入
力S.Sを差し引き、得られた差にPI補償処理部4でPI補
償を施し、その結果をスレーブモータS.Mにモータ駆動
電流値として供給する。
It should be noted that FIG. 2 shows the configuration for a specific axis,
The servo gain processing unit 3 multiplies the position deviation between the master position input MP and the slave position input SP by the position sensor by the servo gain, and subtracts the slave speed input SS by the speed sensor as a feedback value from the obtained servo gain processing data, The PI compensation processing unit 4 performs PI compensation on the obtained difference and supplies the result to the slave motor SM as a motor drive current value.

また、マスタの自重及び摩擦により操作性が低下する
のを防ぐため、トルクセンサによるマスタトルク入力M.
Tとマスタ位置入力M.Pを自重補償処理部5で演算して得
られる自重補償値との偏差に、摩擦ゲイン処理部6で摩
擦ゲインを乗算し、得られた値に速度センサによるマス
タ速度入力M.Sと自重補償値とを加え、この加算値から
スレーブによる反力トルクを差し引いてマスタモータM.
Mに供給するモータ駆動電流値としている。
Also, to prevent the operability from decreasing due to the master's own weight and friction, the master torque input M.
The deviation between the self-weight compensation value obtained by calculating T and the master position input MP in the self-weight compensation processing unit 5 is multiplied by the friction gain in the friction gain processing unit 6, and the obtained value is used as the master speed input MS by the speed sensor. And the self-weight compensation value are added, and the reaction torque from the slave is subtracted from this added value to obtain the master motor M.
It is the motor drive current value supplied to M.

また、スレーブの自重により反力トルクが生じないよ
うに、スレーブ位置入力S.Pから自重補償処理部7で自
重補償値を演算し、スレーブトルク入力S.Tから自重補
償値を差し引いて反力ゲインを乗算している。
Further, in order to prevent the reaction torque from being generated by the slave's own weight, the own weight compensation processing unit 7 calculates the own weight compensation value from the slave position input SP, subtracts the own weight compensation value from the slave torque input ST, and multiplies the reaction force gain. ing.

D.発明が解決しようとする課題 第2図より明らかなように、バイラテラル制御では、
スレーブアームに負荷が加わった場合このときの位置を
保持しようとしてスレーブモータS.Mの駆動電流が増加
し、その結果、スレーブトルク入力S.Tが増大する。
D. Problems to be Solved by the Invention As is clear from FIG. 2, in bilateral control,
When a load is applied to the slave arm, the drive current of the slave motor SM increases in an attempt to maintain the position at this time, and as a result, the slave torque input ST increases.

従来は、スレーブトルク入力S.Tが増大すると、たと
え反力リミットの範囲内とは言え、反力トルクが直接的
に増大するのでマスタの操作者は大きな負荷を感じるこ
とになり、操作性にとっては逆効果即ち、マイナスであ
った。
Conventionally, when the slave torque input ST increases, even though it is within the range of the reaction force limit, the reaction force torque directly increases, so that the master operator feels a large load, which is contrary to the operability. The effect was negative.

本発明の目的は、上記従来技術に鑑み、操作者の負担
が軽減するように反力トルクを与えるバイラテラル制御
方法を提供することである。
In view of the above-mentioned conventional technique, an object of the present invention is to provide a bilateral control method for applying a reaction torque so as to reduce the burden on the operator.

E.課題を解決するための手段 本発明によるバイラテラル制御方法は、マスタアーム
に発生する反力トルクを、スレーブアームのトルクに基
づく反力トルクと、マスタアームの位置とスレーブアー
ムの位置との偏差から求まるサーボゲイン処理データと
の積に比例させることを特徴とする。
E. Means for Solving the Problems The bilateral control method according to the present invention, the reaction force torque generated in the master arm, the reaction force torque based on the torque of the slave arm, the position of the master arm and the position of the slave arm It is characterized in that it is proportional to the product with the servo gain processing data obtained from the deviation.

F.作用 上記構成においては、マスタアームとスレーブアーム
の位置偏差が小さければ、たとえスレーブアームの負荷
が大きくても反力トルクは小さくなる。従って操作者の
負担にならない。
F. Action In the above configuration, if the positional deviation between the master arm and the slave arm is small, the reaction torque becomes small even if the load on the slave arm is large. Therefore, it does not burden the operator.

一方、スレーブアームが何かに衝突し位置偏差が大き
いと反力トルクが大きく生じて操作者に衝突を認識させ
ることになる。また、操作者がマスタアームを速く動か
しすぎる場合は位置偏差が大きくなるので、反力トルク
が大きく生じて速すぎないようにマスタアームを制動す
ることになる。
On the other hand, if the slave arm collides with something and the position deviation is large, a large reaction torque is generated, and the operator is made to recognize the collision. Further, when the operator moves the master arm too fast, the positional deviation becomes large, and the master arm is braked so that the reaction torque is not too large and too fast.

G.実施例 第1図を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。
G. Embodiment An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

第1図に示した実施例は、第2図の従来例に本発明を
適用したものであり、破線で囲んだ部分8により本発明
を実現している。
The embodiment shown in FIG. 1 is one in which the present invention is applied to the conventional example shown in FIG. 2, and the present invention is realized by a portion 8 surrounded by a broken line.

即ち、スレーブトルク入力S.Tに反力ゲイン処理部1
で反力ゲインを乗算し、その結果に、サーボゲイン処理
部3で得られるマスタアームとスレーブアームの位置偏
差で決まるサーボゲイン処理データを絶対値化処理して
乗算し、反力トルクの指令値としている。9は絶対値化
処理部、10は乗算部である。
That is, the reaction force gain processing unit 1 is applied to the slave torque input ST.
Is multiplied by the reaction force gain, and the result is multiplied by the servo gain processing data determined by the position deviation between the master arm and the slave arm obtained by the servo gain processing unit 3 to obtain an absolute value, and the reaction force command value is multiplied. I am trying. Reference numeral 9 is an absolute value processing unit, and 10 is a multiplication unit.

なお、従来と同様、スレーブの自重により反力トルク
が生じないように、スレーブ位置入力S.Pから自重補償
処理部7で自重補償値を演算し、スレーブトルク入力S.
Tから自重補償値を差し引いている。また、適宜、反力
リミット処理部2で反力トルクをリミットしてマスタモ
ータM.Mを駆動するようにしている。
As in the conventional case, the self-weight compensation processing unit 7 calculates a self-weight compensation value from the slave position input SP so that the reaction force torque is not generated by the self-weight of the slave, and the slave torque input S.
The weight compensation value is subtracted from T. Further, the reaction force limit processing unit 2 appropriately limits the reaction force torque to drive the master motor MM.

一方、マスタの自重及び摩擦により操作性が低下する
のを防ぐため、トルクセンサによるマスタトルク入力値
M.Tと、マスタ位置入力M.Pを自重補償処理部5で演算し
て得られる自重補償値との偏差に、摩擦ゲイン処理部6
で摩擦ゲインを乗算し、得られた値に速度センサによる
マスタ速度入力M.Sと自重補償値とを加え、この加算値
からスレーブによる反力トルクを差し引いてマスタモー
タM.Mに供給するモータ駆動電流値としている。
On the other hand, in order to prevent operability from decreasing due to the weight and friction of the master, the master torque input value from the torque sensor
The friction gain processing unit 6 calculates the difference between MT and the self-weight compensation value obtained by calculating the master position input MP in the self-weight compensation processing unit 5.
Multiply the friction gain with, add the master speed input MS by the speed sensor and the weight compensation value to the obtained value, subtract the reaction torque from the slave from this added value, and supply it as the motor drive current value to supply to the master motor MM. There is.

また、マスタアームとスレーブアームの追従制御とし
て、マスタ位置入力M.Pとスレーブ位置入力S.Pとの位置
偏差にサーボゲイン処理部3でサーボゲインを乗算し、
得られたサーボゲイン処理データからフィードバック値
としてスレーブ速度入力S.Sを差し引き、得られた差にP
I補償処理部4でPI補償を施し、その結果をスレーブモ
ータS.Mにモータ駆動電流値として供給する。
Further, as the follow-up control of the master arm and the slave arm, the servo gain processing unit 3 multiplies the position deviation between the master position input MP and the slave position input SP by the servo gain,
Subtract the slave speed input SS as a feedback value from the obtained servo gain processing data, and add P to the obtained difference.
The I compensation processing unit 4 performs PI compensation, and supplies the result to the slave motor SM as a motor drive current value.

以上により、たとえスレーブトルク入力S.Tが大きく
なっても、例えばスレーブトルク入力S.Tと自重補償値
との偏差が大きくなっても、マスタアームとスレーブア
ームの位置偏差が小さければ、結果としてマスタアーム
に生じる反力トルクは小さくなる。従って、スレーブア
ームでトルクレンチなどの重い負荷を持った場合でも、
このときの位置を保持しようとしてスレーブモータS.M
の駆動電流が増加し、その結果、スレーブトルク入力S.
Tが増大しても、マスタアームの操作者にとって負担と
ならない。
Due to the above, even if the slave torque input ST becomes large, for example, even if the deviation between the slave torque input ST and the self-weight compensation value becomes large, if the position deviation between the master arm and the slave arm is small, it will result in the master arm. The reaction torque becomes smaller. Therefore, even if a heavy load such as a torque wrench is applied to the slave arm,
Slave motor SM trying to maintain the position at this time
The drive current of S increases, and as a result, the slave torque input S.
Even if T increases, it does not burden the operator of the master arm.

一方、スレーブアームが物に衝突した場合は、マスタ
アームとスレーブアームの位置偏差が増大して反力トル
クが増大するので、オペレータには衝突の反力が正しく
帰還されるから、衝突を認識でき、操作性の向上が期得
できる。
On the other hand, when the slave arm collides with an object, the positional deviation between the master arm and slave arm increases and the reaction torque increases, so the reaction force of the collision is correctly returned to the operator, and the collision can be recognized. Therefore, the operability can be improved.

また、操作者がマスタアームを急に動かすと危険であ
るが、このような場合も位置偏差が大きくなるから、反
力トルクが帰還され、マスタアームの急操作に対し制動
がかかる。
Further, it is dangerous for the operator to suddenly move the master arm, but in such a case as well, the position deviation becomes large, so the reaction torque is fed back and braking is applied to the sudden operation of the master arm.

なお、上記実施例では乗算部10を反力ゲイン処理部1
の後段においたが、前段においても良い。反力ゲイン処
理部1をゲイン可変のものとし、サーボゲイン処理デー
タに比例して反力ゲインを変化させることにより、乗算
部10を省略しても良い。
In the above embodiment, the multiplication unit 10 is replaced by the reaction force gain processing unit 1.
Although it was placed in the latter stage, it may be in the former stage. The reaction unit gain processing unit 1 may have a variable gain, and the reaction unit gain may be changed in proportion to the servo gain processing data, so that the multiplication unit 10 may be omitted.

H.発明の効果 本発明によれば、マスタ/スレーブ型サーボマニプレ
ータのスレーブアームにトルクレンチなどの重い負荷を
持たせた場合でも、マスタアームには反力トルクが帰還
せず、操作者の負担にならない。
H. Effect of the Invention According to the present invention, even when a heavy load such as a torque wrench is applied to the slave arm of the master / slave type servo manipulator, the reaction torque is not returned to the master arm and the burden on the operator is increased. do not become.

一方、スレーブアームが物に衝突するなどして動けな
い場合には、マスタアームに反力トルクが帰還し、操作
者が衝突等を認識することができる。また、マスタアー
ムを急速に動かした場合にも、マスタアームに反力トル
クが帰還し、マスタアームの急操作を制動することがで
きる。
On the other hand, when the slave arm cannot move due to collision with an object, the reaction torque is returned to the master arm, and the operator can recognize the collision or the like. Further, even when the master arm is rapidly moved, the reaction torque is returned to the master arm, and the sudden operation of the master arm can be braked.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第2
図は従来例のブロック構成図である。 図面中、M.Pはマスタ位置入力、S.Pはスレーブ位置入
力、M.Mはマスタモータ、S.Tはスレーブトルク入力、1
は反力ゲイン処理部、3はサーボゲイン処理部、8は改
良部分、9は絶対値化処理部、10は乗算部である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
The figure is a block diagram of a conventional example. In the drawing, MP is master position input, SP is slave position input, MM is master motor, ST is slave torque input, 1
Is a reaction force gain processing unit, 3 is a servo gain processing unit, 8 is an improvement unit, 9 is an absolute value processing unit, and 10 is a multiplication unit.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】バイラテラル制御によりマスタアームに発
生する反力トルクが、スレーブアームのトルクに基づく
反力トルクと、マスタアームの位置とスレーブアームの
位置との偏差から求まるサーボゲイン処理データとの積
に比例することを特徴とするバイラテラル制御方法。
1. A reaction force torque generated in a master arm by bilateral control is composed of a reaction force torque based on a torque of a slave arm and servo gain processing data obtained from a deviation between a position of the master arm and a position of the slave arm. A bilateral control method characterized by being proportional to a product.
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