JP2500586B2 - 遠隔操作装置 - Google Patents
遠隔操作装置Info
- Publication number
- JP2500586B2 JP2500586B2 JP9828893A JP9828893A JP2500586B2 JP 2500586 B2 JP2500586 B2 JP 2500586B2 JP 9828893 A JP9828893 A JP 9828893A JP 9828893 A JP9828893 A JP 9828893A JP 2500586 B2 JP2500586 B2 JP 2500586B2
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- JP
- Japan
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- unit
- output
- motion value
- detection unit
- manipulator
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- Expired - Lifetime
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマスタマニピュレータと
スレーブマニピュレータを使用した遠隔制御装置に関す
る。
スレーブマニピュレータを使用した遠隔制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】マスタスレーブマニピュレータでは、操
作者がマスタマニピュレータを容易に操作でき、スレー
ブマニピュレータは操作者の動きに正確に追従し、その
作業時の反力をマスタマニピュレータを介して操作者に
正確に伝達することが必要となる。これを実現する制御
方法として、種々のバイラテラルサーボ方式が提案され
てきた。
作者がマスタマニピュレータを容易に操作でき、スレー
ブマニピュレータは操作者の動きに正確に追従し、その
作業時の反力をマスタマニピュレータを介して操作者に
正確に伝達することが必要となる。これを実現する制御
方法として、種々のバイラテラルサーボ方式が提案され
てきた。
【０００３】それらのバイラテラルサーボ方式の一つと
して、力帰還型方式がある。同方式ではスレーブマニピ
ュレータに位置サーボ系が構成され、マスタマニピュレ
ータの変位がスレーブマニピュレータの指令信号とな
り、スレーブマニピュレータがマスタマニピュレータに
追従して動く。一方、スレーブマニピュレータに対象物
から何らかの拘束力が加われば、そのトルクがマスタマ
ニピュレータに伝送される。マスタマニピュレータでは
トルクサーボ系が構成されており、スレーブマニピュレ
ータで検出されたトルクをその指令信号として取り込む
ことにより、マスタマニピュレータ側にスレーブマニピ
ュレータに加わっているトルクと同等のトルクが発生す
るように構成されている。
して、力帰還型方式がある。同方式ではスレーブマニピ
ュレータに位置サーボ系が構成され、マスタマニピュレ
ータの変位がスレーブマニピュレータの指令信号とな
り、スレーブマニピュレータがマスタマニピュレータに
追従して動く。一方、スレーブマニピュレータに対象物
から何らかの拘束力が加われば、そのトルクがマスタマ
ニピュレータに伝送される。マスタマニピュレータでは
トルクサーボ系が構成されており、スレーブマニピュレ
ータで検出されたトルクをその指令信号として取り込む
ことにより、マスタマニピュレータ側にスレーブマニピ
ュレータに加わっているトルクと同等のトルクが発生す
るように構成されている。
【０００４】しかし、これらの制御方法を宇宙作業や深
海作業等、マスタマニピュレータ制御装置とスレーブマ
ニピュレータ制御装置の間の通信に制約がある遠隔操作
システムに適用しようとすると、スレーブマニピュレー
タで計測された反力が瞬時に操作者に伝達されないため
に、操作者にとって操作が困難となる。
海作業等、マスタマニピュレータ制御装置とスレーブマ
ニピュレータ制御装置の間の通信に制約がある遠隔操作
システムに適用しようとすると、スレーブマニピュレー
タで計測された反力が瞬時に操作者に伝達されないため
に、操作者にとって操作が困難となる。
【０００５】この問題を解決するため、シミュレータを
用いてスレーブマニピュレータ側の作業環境の拘束条件
を模擬し、そこで発生した反力模擬値を操作者へ伝達す
る仮想バイラテラル制御方式が提案された。
用いてスレーブマニピュレータ側の作業環境の拘束条件
を模擬し、そこで発生した反力模擬値を操作者へ伝達す
る仮想バイラテラル制御方式が提案された。
【０００６】その一つの例として、谷江等は、動的コン
プライアンス逆送型バイラテラル遠隔制御装置として、
スレーブマニピュレータ側の拘束条件を含む全体の動的
コンプライアンスをマスタスレーブ側の駆動系にフィー
ドバックし、マスタマニピュレータ側にスレーブマニピ
ュレータ側と等価な拘束状態を実現することによって、
リアルな遠隔操作感を備えた遠隔制御を可能にし、より
直接的にオペレータが対称物を操作しているような感覚
を持つことを可能とした遠隔操作装置を提案した（特開
昭６２−１２４８８６号公報）。
プライアンス逆送型バイラテラル遠隔制御装置として、
スレーブマニピュレータ側の拘束条件を含む全体の動的
コンプライアンスをマスタスレーブ側の駆動系にフィー
ドバックし、マスタマニピュレータ側にスレーブマニピ
ュレータ側と等価な拘束状態を実現することによって、
リアルな遠隔操作感を備えた遠隔制御を可能にし、より
直接的にオペレータが対称物を操作しているような感覚
を持つことを可能とした遠隔操作装置を提案した（特開
昭６２−１２４８８６号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】スレーブマニピュレー
タ上で正確に拘束状態を再現するためには、スレーブマ
ニピュレータ側からのセンサ情報に基づいて拘束条件を
推定する必要がある。従って、この推定が十分なされて
いない段階ではマスタマニピュレータで仮想的に実現さ
れた拘束条件と現実の拘束条件に差が存在する。従来の
技術では、この差が存在することによって、実際に作業
する実施する際に過大な作業力を発生する等の支障をき
たし、遠隔操作装置の性能を劣化させるという課題があ
った。本発明は、このような課題を解決し、マスタ・ス
レーブ間で通信遅延を伴う場合でも操作性及び信頼性に
優れた遠隔操作装置を提供することを目的とする。
タ上で正確に拘束状態を再現するためには、スレーブマ
ニピュレータ側からのセンサ情報に基づいて拘束条件を
推定する必要がある。従って、この推定が十分なされて
いない段階ではマスタマニピュレータで仮想的に実現さ
れた拘束条件と現実の拘束条件に差が存在する。従来の
技術では、この差が存在することによって、実際に作業
する実施する際に過大な作業力を発生する等の支障をき
たし、遠隔操作装置の性能を劣化させるという課題があ
った。本発明は、このような課題を解決し、マスタ・ス
レーブ間で通信遅延を伴う場合でも操作性及び信頼性に
優れた遠隔操作装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１による発明では、マスタマニピュレータ
と、前記マスタマニピュレータの運動値を検出する第１
運動値検出部と、前記マスタマニピュレータへ加わった
力を検出する第１力検出部と、前記マスタマニピュレー
タを駆動する第１駆動部とスレーブマニピュレータと、
前記スレーブマニピュレータの運動値を検出する第２運
動値検出部と、前記スレーブマニピュレータへ加わった
力を検出する第２力検出部と、前記スレーブマニピュレ
ータを駆動する第２駆動部と、スレーブマニピュレータ
の動作を模擬するシミュレータと、前記シミュレータの
運動値を検出する第３運動値検出部と、前記シミュレー
タへ加わった力を検出する第３力検出部と、前記シミュ
レータを駆動する第３駆動部と、を備えたマスタスレー
ブマニピュレータ制御装置において、前記第１運動値検
出部の出力を基に前記第２駆動部の入力を算出する第２
制御部と、前記第１運動値検出部の出力を基に前記第３
駆動部の入力を算出する第３制御部と、前記第１力検出
部の出力及び前記第１運動値検出部の出力及び前記第３
力検出部の出力を基に前記第１駆動部への入力を算出す
る第１制御部と、前記第２運動値検出部の出力と前記第
２力検出部の出力と運動学情報誤差推定部の出力を基に
作業対象物体の運動学情報を推定する運動学情報推定部
と、前記運動学情報推定部の出力を基に前記運動学情報
推定部の出力の誤差を推定する前記運動学情報誤差推定
部と、前記運動学情報推定部の出力及び前記運動学情報
誤差推定部の出力を基に前記シミュレータのパラメータ
を調整するシミュレータ調整部と、を設けたことを特徴
としている。
め、請求項１による発明では、マスタマニピュレータ
と、前記マスタマニピュレータの運動値を検出する第１
運動値検出部と、前記マスタマニピュレータへ加わった
力を検出する第１力検出部と、前記マスタマニピュレー
タを駆動する第１駆動部とスレーブマニピュレータと、
前記スレーブマニピュレータの運動値を検出する第２運
動値検出部と、前記スレーブマニピュレータへ加わった
力を検出する第２力検出部と、前記スレーブマニピュレ
ータを駆動する第２駆動部と、スレーブマニピュレータ
の動作を模擬するシミュレータと、前記シミュレータの
運動値を検出する第３運動値検出部と、前記シミュレー
タへ加わった力を検出する第３力検出部と、前記シミュ
レータを駆動する第３駆動部と、を備えたマスタスレー
ブマニピュレータ制御装置において、前記第１運動値検
出部の出力を基に前記第２駆動部の入力を算出する第２
制御部と、前記第１運動値検出部の出力を基に前記第３
駆動部の入力を算出する第３制御部と、前記第１力検出
部の出力及び前記第１運動値検出部の出力及び前記第３
力検出部の出力を基に前記第１駆動部への入力を算出す
る第１制御部と、前記第２運動値検出部の出力と前記第
２力検出部の出力と運動学情報誤差推定部の出力を基に
作業対象物体の運動学情報を推定する運動学情報推定部
と、前記運動学情報推定部の出力を基に前記運動学情報
推定部の出力の誤差を推定する前記運動学情報誤差推定
部と、前記運動学情報推定部の出力及び前記運動学情報
誤差推定部の出力を基に前記シミュレータのパラメータ
を調整するシミュレータ調整部と、を設けたことを特徴
としている。
【０００９】また、請求項２による発明では、マスタマ
ニピュレータと、前記マスタマニピュレータの運動値を
検出する第１運動値検出部と、前記マスタマニピュレー
タへ加わった力を検出する第１力検出部と、前記マスタ
マニピュレータを駆動する第１駆動部とスレーブマニピ
ュレータと、前記スレーブマニピュレータの運動値を検
出する第２運動値検出部と、前記スレーブマニピュレー
タと作業対象の相対位置を検出するための光学情報検出
部と、前記スレーブマニピュレータへ加わった力を検出
する第２力検出部と、前記スレーブマニピュレータを駆
動する第２駆動部と、スレーブマニピュレータの動作を
模擬するシミュレータと、前記シミュレータの運動値を
検出する第３運動値検出部と、前記シミュレータへ加わ
った力を検出する第３力検出部と、前記シミュレータを
駆動する第３駆動部と、を備えたマスタスレーブマニピ
ュレータ制御装置において、前記第１運動値検出部の出
力を基に前記第２駆動部の入力を算出する第２制御部
と、前記第１運動値検出部の出力を基に前記第３駆動部
の入力を算出する第３制御部と、前記第１力検出部の出
力及び前記第１運動値検出部の出力及び前記第３力検出
部の出力を基に前記第１駆動部への入力を算出する第１
制御部と、前記第２運動値検出部の出力と前記光学情報
検出部の出力と前記第２力検出部の出力と運動学情報誤
差推定部の出力を基に作業対象物体の運動学情報を推定
する運動学情報推定部と、前記運動学情報推定部第の出
力を基に前記運動学情報推定部の出力の誤差を推定する
前記運動学情報誤差推定部と、前記運動学情報推定部の
出力及び前記運動学情報誤差推定部の出力を基に前記シ
ミュレータのパラメータを調整するシミュレータ調整部
と、を設けたことを特徴としている。
ニピュレータと、前記マスタマニピュレータの運動値を
検出する第１運動値検出部と、前記マスタマニピュレー
タへ加わった力を検出する第１力検出部と、前記マスタ
マニピュレータを駆動する第１駆動部とスレーブマニピ
ュレータと、前記スレーブマニピュレータの運動値を検
出する第２運動値検出部と、前記スレーブマニピュレー
タと作業対象の相対位置を検出するための光学情報検出
部と、前記スレーブマニピュレータへ加わった力を検出
する第２力検出部と、前記スレーブマニピュレータを駆
動する第２駆動部と、スレーブマニピュレータの動作を
模擬するシミュレータと、前記シミュレータの運動値を
検出する第３運動値検出部と、前記シミュレータへ加わ
った力を検出する第３力検出部と、前記シミュレータを
駆動する第３駆動部と、を備えたマスタスレーブマニピ
ュレータ制御装置において、前記第１運動値検出部の出
力を基に前記第２駆動部の入力を算出する第２制御部
と、前記第１運動値検出部の出力を基に前記第３駆動部
の入力を算出する第３制御部と、前記第１力検出部の出
力及び前記第１運動値検出部の出力及び前記第３力検出
部の出力を基に前記第１駆動部への入力を算出する第１
制御部と、前記第２運動値検出部の出力と前記光学情報
検出部の出力と前記第２力検出部の出力と運動学情報誤
差推定部の出力を基に作業対象物体の運動学情報を推定
する運動学情報推定部と、前記運動学情報推定部第の出
力を基に前記運動学情報推定部の出力の誤差を推定する
前記運動学情報誤差推定部と、前記運動学情報推定部の
出力及び前記運動学情報誤差推定部の出力を基に前記シ
ミュレータのパラメータを調整するシミュレータ調整部
と、を設けたことを特徴としている。
【００１０】なお、さらに前記第３運動値検出部の出力
を基にスレーブアームの画像を表示するディスプレイを
付加してもよい。
を基にスレーブアームの画像を表示するディスプレイを
付加してもよい。
【００１１】
【実施例】次に本発明の請求項１に係わるマスタスレー
ブ用制御装置の実施例について図１乃至図６を用いて説
明する。
ブ用制御装置の実施例について図１乃至図６を用いて説
明する。
【００１２】図１には、マスタスレーブマニピュレータ
用制御装置構成の一例が示されている。同制御装置はマ
スタマニピュレータ１と、スレーブマニピュレータ２
と、マスタマニピュレータ１の運動値を検出する第１運
動値検出部４と、マスタマニピュレータ１へ加わった力
を検出する第１力検出部５と、スレーブマニピュレータ
２の運動値を検出する第２運動値検出部７と、スレーブ
マニピュレータ２へ加わった力を検出する第２力検出部
８と、第２運動値検出部７の出力及び第２力検出部８の
出力及び運動学情報誤差推定部１８の出力を基に運動学
情報推定値及び推定用パラメータを算出する運動学情報
推定部１７と、運動学情報推定部１７の推定用パラメー
タ出力を入力として運動学情報推定値の推定誤差を出力
とする運動学情報誤差推定部１８と、運動学情報推定部
１７の出力及び運動学情報誤差推定部１８の出力を基に
シミュレータモデルを出力するシミュレータ調整部１６
と、シミュレータ調整部１６の出力及び第３駆動部９の
出力を基に模擬運動値及び模擬力検出値を出力するシミ
ュレータ１５と、シミュレータ１５の出力を基にスレー
ブマニピュレータの模擬運動値を検出する第３運動値検
出部１０と、前記第３運動値検出部の出力を基にスレー
ブアームの画像を表示するディスプレイ２２と、シミュ
レータ１５の出力を基にスレーブマニピュレータへ加わ
った力の模擬値を検出する第３力検出部１１と、第１運
動値検出部４の出力及び第１力検出部５の出力及び第３
力検出部１１の出力を基にマスタマニピュレータの駆動
指令値を出力する第１制御部１２と、第１運動値検出部
４の出力を基にスレーブマニピュレータの駆動指令値を
算出する第２制御部１３と、第１運動値検出部４の出力
を基にシミュレータへの駆動指令値を算出する第３制御
部１４と、第１制御部１２の出力を基にマスタマニピュ
レータ１を駆動する第１駆動部３と、第２制御部１３の
出力を基にスレーブマニピュレータ２を駆動する第２駆
動部６と、第３制御部１４の出力を基にシミュレータ１
５を駆動する第３駆動部９、とから構成される。 第１
駆動部３では第１駆動指令値Ｖ1 c を入力として、マス
タマニピュレータ１を駆動する。
用制御装置構成の一例が示されている。同制御装置はマ
スタマニピュレータ１と、スレーブマニピュレータ２
と、マスタマニピュレータ１の運動値を検出する第１運
動値検出部４と、マスタマニピュレータ１へ加わった力
を検出する第１力検出部５と、スレーブマニピュレータ
２の運動値を検出する第２運動値検出部７と、スレーブ
マニピュレータ２へ加わった力を検出する第２力検出部
８と、第２運動値検出部７の出力及び第２力検出部８の
出力及び運動学情報誤差推定部１８の出力を基に運動学
情報推定値及び推定用パラメータを算出する運動学情報
推定部１７と、運動学情報推定部１７の推定用パラメー
タ出力を入力として運動学情報推定値の推定誤差を出力
とする運動学情報誤差推定部１８と、運動学情報推定部
１７の出力及び運動学情報誤差推定部１８の出力を基に
シミュレータモデルを出力するシミュレータ調整部１６
と、シミュレータ調整部１６の出力及び第３駆動部９の
出力を基に模擬運動値及び模擬力検出値を出力するシミ
ュレータ１５と、シミュレータ１５の出力を基にスレー
ブマニピュレータの模擬運動値を検出する第３運動値検
出部１０と、前記第３運動値検出部の出力を基にスレー
ブアームの画像を表示するディスプレイ２２と、シミュ
レータ１５の出力を基にスレーブマニピュレータへ加わ
った力の模擬値を検出する第３力検出部１１と、第１運
動値検出部４の出力及び第１力検出部５の出力及び第３
力検出部１１の出力を基にマスタマニピュレータの駆動
指令値を出力する第１制御部１２と、第１運動値検出部
４の出力を基にスレーブマニピュレータの駆動指令値を
算出する第２制御部１３と、第１運動値検出部４の出力
を基にシミュレータへの駆動指令値を算出する第３制御
部１４と、第１制御部１２の出力を基にマスタマニピュ
レータ１を駆動する第１駆動部３と、第２制御部１３の
出力を基にスレーブマニピュレータ２を駆動する第２駆
動部６と、第３制御部１４の出力を基にシミュレータ１
５を駆動する第３駆動部９、とから構成される。 第１
駆動部３では第１駆動指令値Ｖ1 c を入力として、マス
タマニピュレータ１を駆動する。
【００１３】第２駆動部６では第２駆動指令値Ｖ2 c を
入力として、スレーブマニピュレータ２を駆動する。
入力として、スレーブマニピュレータ２を駆動する。
【００１４】第３駆動部９では第３駆動指令値Ｖ3 c を
入力として第駆動３指令模擬値Ｖ3c ’（Ｖ3 c ’＝Ｖ
3 c ）をシミュレータ１５へ出力する。
入力として第駆動３指令模擬値Ｖ3c ’（Ｖ3 c ’＝Ｖ
3 c ）をシミュレータ１５へ出力する。
【００１５】第１運動値検出部４ではマニピュレータか
らのセンサ情報を基に第１運動値Ｖ1 を検出する。
らのセンサ情報を基に第１運動値Ｖ1 を検出する。
【００１６】第２運動値検出部７ではスレーブマニピュ
レータからのセンサ情報を基に第２運動値Ｖ2 を検出す
る。
レータからのセンサ情報を基に第２運動値Ｖ2 を検出す
る。
【００１７】第３運動値検出部１０では、シミュレータ
１５から出力された第３運動模擬値Ｖ3 ’を基に第３運
動値Ｖ3 （Ｖ3 ＝Ｖ3 ’）を検出する。
１５から出力された第３運動模擬値Ｖ3 ’を基に第３運
動値Ｖ3 （Ｖ3 ＝Ｖ3 ’）を検出する。
【００１８】第１力検出部５では、マスタマニピュレー
タ１からのセンサ情報を基に第１力検出値ｆ1 を検出す
る。
タ１からのセンサ情報を基に第１力検出値ｆ1 を検出す
る。
【００１９】第２力検出部８では、スレーブマニピュレ
ータ２からのセンサ情報を基に第２力検出値ｆ2 を検出
する。
ータ２からのセンサ情報を基に第２力検出値ｆ2 を検出
する。
【００２０】第３力検出部１１は、シミュレータ１５で
算出された第３力検出模擬値ｆ3 ’を基に第３力検出値
ｆ3 を検出する。
算出された第３力検出模擬値ｆ3 ’を基に第３力検出値
ｆ3 を検出する。
【００２１】図２は第１制御部１２を示す。同図による
と第１制御部１２では、第１運動値検出値Ｖ1 及び第１
力検出値ｆ1 及び第３力検出値ｆ3 を基に、以下の式に
従って第１駆動指令値Ｖ1 c を算出する。
と第１制御部１２では、第１運動値検出値Ｖ1 及び第１
力検出値ｆ1 及び第３力検出値ｆ3 を基に、以下の式に
従って第１駆動指令値Ｖ1 c を算出する。
【００２２】Ｖ1 c ＝Ｖ1 ＋Ｍ1 - 1 （ｆ1 ＋ｆ3 ） Ｍ1 ：設定インピーダンス 第２制御部１３では、第１運動値検出値Ｖ1 を基に、以
下の式に従って第２駆動指令値Ｖ2 c を算出する。
下の式に従って第２駆動指令値Ｖ2 c を算出する。
【００２３】Ｖ2 c ＝Ｖ1 第３制御部１４では、第１運動値検出値Ｖ1 を基に、以
下の式に従って第３駆動指令値Ｖ3 c を算出する。
下の式に従って第３駆動指令値Ｖ3 c を算出する。
【００２４】Ｖ3 c ＝Ｖ1 図３は運動学情報推定部１７を示す。同図によると、運
動学情報推定部１７では、第２力検出値ｆ2 及び第２運
動値検出値Ｖ2 及び運動学情報推定誤差時間更新値Ｐ+
を基に、以下の式１に従って運動学情報推定値ｘｏｂｊ
＾及び観測行列Ｈ及び推定ゲインＫを算出する。
動学情報推定部１７では、第２力検出値ｆ2 及び第２運
動値検出値Ｖ2 及び運動学情報推定誤差時間更新値Ｐ+
を基に、以下の式１に従って運動学情報推定値ｘｏｂｊ
＾及び観測行列Ｈ及び推定ゲインＫを算出する。
【００２５】
【数１】
【００２６】図４は運動学情報誤差推定部１８を示す。
同図によると、運動学情報誤差推定部１８では、観測行
列Ｈ及び観測ゲインＫを基に、以下の式に従って運動学
情報推定誤差Ｐ及び運動学情報推定誤差時間更新値Ｐ+
を算出する。
同図によると、運動学情報誤差推定部１８では、観測行
列Ｈ及び観測ゲインＫを基に、以下の式に従って運動学
情報推定誤差Ｐ及び運動学情報推定誤差時間更新値Ｐ+
を算出する。
【００２７】Ｐ＝Ｐ+ - ＫＨＰ+ Ｐ+ ＝ＦＰＴT ＋ＧＱＧT Ｇ（駆動行列） ：既知 Ｆ（状態遷移行列） ：既知 Ｑ（外乱行列） ：既知 図５はシミュレータ１５を示す。同図によると、シミュ
レータ１５では、第３駆動指令模擬値Ｖ3 c ’及びシミ
ュレーションモデルＭ3 を基に、以下の式２に従って第
３運動検出値模擬値Ｖ3 ’１１７及び第３力検出値模擬
値ｆ3 ’を算出する。
レータ１５では、第３駆動指令模擬値Ｖ3 c ’及びシミ
ュレーションモデルＭ3 を基に、以下の式２に従って第
３運動検出値模擬値Ｖ3 ’１１７及び第３力検出値模擬
値ｆ3 ’を算出する。
【００２８】
【数２】
【００２９】図６ではシミュレータ調整部１６を示す。
同図によると、シミュレータ調整部１６では、運動学情
報推定誤差Ｐ及び運動学情報推定値ｘｏｂｊ＾を基に、
以下の式３に従ってシミュレーションモデルＭ3 を算出
する。
同図によると、シミュレータ調整部１６では、運動学情
報推定誤差Ｐ及び運動学情報推定値ｘｏｂｊ＾を基に、
以下の式３に従ってシミュレーションモデルＭ3 を算出
する。
【００３０】
【数３】
【００３１】以下により、シミュレーションモデルＭ3
によって作業環境を模擬し、マスタマニピュレータ１を
操作する操作者に作業環境で発生する反力を仮想的に感
ずることのできる遠隔操作装置が実現される。
によって作業環境を模擬し、マスタマニピュレータ１を
操作する操作者に作業環境で発生する反力を仮想的に感
ずることのできる遠隔操作装置が実現される。
【００３２】従来の遠隔操作装置と違い、上記実施例で
は運動学情報誤差推定部１８及びシミュレーター調整部
１６が存在する。この構成により、運動学情報推定誤差
Ｐが小さいときにはシミュレーションモデルＭ3 が物体
ｏｂｊの表面付近で急激に変化するため、マスタマニピ
ュレータ１を操作する操作者にはある特定の地点にはっ
きりとした物体表面が有ると感ぜられる。また、同構成
により、運動学情報推定誤差Ｐが大きいときには、シミ
ュレーションモデルＭ3 が物体ｏｂｊの表面より手前か
ら緩やかに変化するため、操作者は物体表面より手前か
ら反力を感じ始める。従って、運動学情報誤差Ｐが大き
いときには、物体表面の手前から反力を受けるために、
物体表面推定位置に到達するときにはマスタマニピュレ
ータ１の速度が小さくなり、そこでのスレーブマニピュ
レータ２の速度も小さくなる。この結果、運動学情報推
定値ｘｏｂｊ＾の推定誤差の量にかかわらず、スレーブ
マニピュレータ２と作業対象物体の接触速度及び接触時
発生力は低く押さえられる。しかも、運動学情報推定値
ｘｏｂｊ＾が改善され、運動学情報推定誤差Ｐが小さく
なるにしたがって、操作者がはっきりと物体表面位置を
感ずることができるようになる。
は運動学情報誤差推定部１８及びシミュレーター調整部
１６が存在する。この構成により、運動学情報推定誤差
Ｐが小さいときにはシミュレーションモデルＭ3 が物体
ｏｂｊの表面付近で急激に変化するため、マスタマニピ
ュレータ１を操作する操作者にはある特定の地点にはっ
きりとした物体表面が有ると感ぜられる。また、同構成
により、運動学情報推定誤差Ｐが大きいときには、シミ
ュレーションモデルＭ3 が物体ｏｂｊの表面より手前か
ら緩やかに変化するため、操作者は物体表面より手前か
ら反力を感じ始める。従って、運動学情報誤差Ｐが大き
いときには、物体表面の手前から反力を受けるために、
物体表面推定位置に到達するときにはマスタマニピュレ
ータ１の速度が小さくなり、そこでのスレーブマニピュ
レータ２の速度も小さくなる。この結果、運動学情報推
定値ｘｏｂｊ＾の推定誤差の量にかかわらず、スレーブ
マニピュレータ２と作業対象物体の接触速度及び接触時
発生力は低く押さえられる。しかも、運動学情報推定値
ｘｏｂｊ＾が改善され、運動学情報推定誤差Ｐが小さく
なるにしたがって、操作者がはっきりと物体表面位置を
感ずることができるようになる。
【００３３】これに対し、従来の遠隔操作装置では運動
学情報推定誤差Ｐの大きさにかかわらず、第３力検出模
擬値ｆ3 が、物体表面推定位置付近で急激に変化するた
め、運動学情報推定誤差Ｐによっては、スレーブマニピ
ュレータ２と作業対象物体との接触速度、及び接触時発
生力が大きくなり、操作性の低下や不安定挙動につなが
っていた。本発明は、実施例に示すように、この課題を
解決する。
学情報推定誤差Ｐの大きさにかかわらず、第３力検出模
擬値ｆ3 が、物体表面推定位置付近で急激に変化するた
め、運動学情報推定誤差Ｐによっては、スレーブマニピ
ュレータ２と作業対象物体との接触速度、及び接触時発
生力が大きくなり、操作性の低下や不安定挙動につなが
っていた。本発明は、実施例に示すように、この課題を
解決する。
【００３４】次に本発明の請求項２に係わるマスタスレ
ーブ用制御装置の実施例について図７乃至図１０を用い
て説明する。
ーブ用制御装置の実施例について図７乃至図１０を用い
て説明する。
【００３５】図７には、マスタスレーブマニピュレータ
用制御装置構成の一例が示されている。同制御装置にお
いて、先に示した実施例と異なる点についてのみ説明す
る。
用制御装置構成の一例が示されている。同制御装置にお
いて、先に示した実施例と異なる点についてのみ説明す
る。
【００３６】図８は光学情報検出部１９を示す。同図に
よると、光学情報検出部１９では、スレーブマニピュレ
ータ２側に設置された光学センサからの光学センサ情報
Ｉ2を基に、以下の式に従って光学情報検出値ｗ2 を算
出する。
よると、光学情報検出部１９では、スレーブマニピュレ
ータ２側に設置された光学センサからの光学センサ情報
Ｉ2を基に、以下の式に従って光学情報検出値ｗ2 を算
出する。
【００３７】ｗ2 ＝ｆw （Ｉ2 ） ：ｆw は既知
のセンサ情報処理手続き 図９は運動学情報推定値推定部２０を示す。同図による
と、運動学情報推定部２０では、第２力検出値ｆ2 及び
光学情報検出値ｗ2 及び第２運動値検出値Ｖ2及び運動
学情報推定誤差時間更新値Ｐ+ を基に、以下の式４に従
って運動学情報推定値ｘｏｂｊ＾及び観測行列Ｈ0 及び
推定ゲインＫ0 を算出する。
のセンサ情報処理手続き 図９は運動学情報推定値推定部２０を示す。同図による
と、運動学情報推定部２０では、第２力検出値ｆ2 及び
光学情報検出値ｗ2 及び第２運動値検出値Ｖ2及び運動
学情報推定誤差時間更新値Ｐ+ を基に、以下の式４に従
って運動学情報推定値ｘｏｂｊ＾及び観測行列Ｈ0 及び
推定ゲインＫ0 を算出する。
【００３８】
【数４】
【００３９】図１０は運動学情報誤差推定部２１を示
す。同図によると、運動学情報誤差推定部２１では、観
測行列Ｈ0 及び観測ゲインＫ0 を基に、以下の式に従っ
て運動学情報推定誤差更新値Ｐ及び運動学情報推定誤差
時間更新値Ｐ+ を算出する。
す。同図によると、運動学情報誤差推定部２１では、観
測行列Ｈ0 及び観測ゲインＫ0 を基に、以下の式に従っ
て運動学情報推定誤差更新値Ｐ及び運動学情報推定誤差
時間更新値Ｐ+ を算出する。
【００４０】Ｐ＝Ｐ+ - Ｋ0 Ｈ0 Ｐ+ Ｐ+ ＝ＦＰＦT ＋ＧＱＧT Ｇ（駆動行列） ：既知 Ｆ（状態遷移行列） ：既知 Ｑ（外乱行列） ：既知 以上の構成により、本発明の請求項２による遠隔操作装
置が実現される。
置が実現される。
【００４１】請求項１による遠隔操作装置では、物体ス
レーブマニピュレータ２が接触することによって物体表
面位置を運動学情報ｘｏｂｊ＾として推定することが可
能であった。これに対し、請求項２による遠隔操作装置
では、画像情報を用いることにより、スレーブマニピュ
レータ２が物体に接触しなくても、物体位置が推定可能
となる。従って、請求項２による遠隔操作装置では、請
求項１による遠隔操作装置より、作業対象物体とスレー
ブマニピュレータの接触速度、及び接触時発生力を押さ
えることが可能となる。
レーブマニピュレータ２が接触することによって物体表
面位置を運動学情報ｘｏｂｊ＾として推定することが可
能であった。これに対し、請求項２による遠隔操作装置
では、画像情報を用いることにより、スレーブマニピュ
レータ２が物体に接触しなくても、物体位置が推定可能
となる。従って、請求項２による遠隔操作装置では、請
求項１による遠隔操作装置より、作業対象物体とスレー
ブマニピュレータの接触速度、及び接触時発生力を押さ
えることが可能となる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
レーブマニピュレータの作業空間内における拘束条件を
シミュレータを用いて仮想的にマスタマニピュレータ上
で再現する遠隔操作装置において、シミュレータ内の拘
束条件と現実の作業空間内の拘束条件の間の誤差の期待
値に応じてシミュレータ内の拘束条件を調整することに
より、操作者には拘束条件と共にその正確さも把握する
ことが可能で、既に得られた情報を最大限に活用して臨
場感と作業の安全・確実性を向上し、従来の課題を解決
する遠隔操作装置が得られる。
レーブマニピュレータの作業空間内における拘束条件を
シミュレータを用いて仮想的にマスタマニピュレータ上
で再現する遠隔操作装置において、シミュレータ内の拘
束条件と現実の作業空間内の拘束条件の間の誤差の期待
値に応じてシミュレータ内の拘束条件を調整することに
より、操作者には拘束条件と共にその正確さも把握する
ことが可能で、既に得られた情報を最大限に活用して臨
場感と作業の安全・確実性を向上し、従来の課題を解決
する遠隔操作装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の遠隔装置の構成を示したブロック図で
ある。
ある。
【図２】本発明による第一制御部１２の詳細図である。
【図３】本発明の運動学情報推定部１７の詳細図であ
る。
る。
【図４】本発明の運動学情報誤差推定部１８の詳細図で
ある。
ある。
【図５】本発明によるシミュレータ１５ｃの詳細図であ
る。
る。
【図６】本発明によるシミュレータ調整部１６の詳細図
である。
である。
【図７】本発明の遠隔操作装置の構成を示したブロック
図である。
図である。
【図８】本発明による光学情報検出部１９の詳細図であ
る。
る。
【図９】本発明の運動学情報推定部２０の詳細図であ
る。
る。
【図１０】本発明の運動学情報誤差推定部１８の詳細図
である。
である。
１ マスタマニピュレータ ２ スレーブマニピュレータ ３ 第一駆動部 ４ 第一運動値検出部 ５ 第一力検出部 ６ 第二駆動部 ７ 第二運動値検出部 ８ 第二力検出部 ９ 第三駆動部 １０ 第三運動値検出部 １１ 第三力検出部 １２ 第一制御部 １３ 第二制御部 １４ 第三制御部 １５ シミュレータ １６ シミュレータ駆動部 １７ 運動学情報推定部 １８ 運動学情報誤差推定部 １９ 光学情報検出部 ２０ 運動学情報推定部 ２１ 運動学情報誤差推定部 ２２ ディスプレイ
Claims (2)
- 【請求項１】 マスタマニュプレータと、前記マスタマ
ニピュレータの運動値を検出する第１運動値検出部と、
前記マスタマニピュレータへ加わった力を検出する第１
力検出部と、前記マスタマニピュレータを駆動する第１
駆動部とスレーブマニピュレータと、前記スレーブマニ
ピュレータの運動値を検出する第２運動値検出部と、前
記スレーブマニピュレータへ加わった力を検出する第２
力検出部と、前記スレーブマニピュレータを駆動する第
２駆動部と、スレーブマニピュレータの動作を模擬する
シミュレータと、前記シミュレータの運動値を検出する
第３運動値検出部と、前記シミュレータへ加わった力を
検出する第３力検出部と、前記シミュレータを駆動する
第３駆動部と、を備えたマスタスレーブマニピュレータ
制御装置において、前記第１運動値検出部の出力を基に
前記第２駆動部の入力を算出する第２制御部と、前記第
１運動値検出部の出力を基に前記第３駆動部の入力を算
出する第３制御部と、前記第１力検出部の出力及び前記
第１運動値検出部の出力及び前記第３力検出部の出力を
基に前記第１駆動部への入力を算出する第１制御部と、
前記第２運動値検出部の出力と前記第２力検出部の出力
と運動学情報誤差推定部の出力を基に作業対象物体の運
動学情報を推定する運動学情報推定部と、前記運動学情
報推定部の出力を基に前記運動学情報推定部の出力の誤
差を推定する前記運動学情報誤差推定部と、前記運動学
情報推定部の出力及び前記運動学情報誤差推定部の出力
を基に前記シミュレータのパラメータを調整するシミュ
レータ調整部と、から構成されることを特徴とするマス
タスレーブマニピュレータ制御装置。 - 【請求項２】 マスタマニュプレータと、前記マスタマ
ニピュレータの運動値を検出する第１運動値検出部と、
前記マスタマニピュレータへ加わった力を検出する第１
力検出部と、前記マスタマニピュレータを駆動する第１
駆動部とスレーブマニピュレータと、前記スレーブマニ
ピュレータの運動値を検出する第２運動値検出部と、前
記スレーブマニピュレータと作業対象の相対位置を検出
するための光学情報検出部と、前記スレーブマニピュレ
ータへ加わった力を検出する第２力検出部と、前記スレ
ーブマニピュレータを駆動する第２駆動部と、スレーブ
マニピュレータの動作を模擬するシミュレータと、前記
シミュレータの運動値を検出する第３運動値検出部と、
前記シミュレータへ加わった力を検出する第３力検出部
と、前記シミュレータを駆動する第３駆動部と、を備え
たマスタスレーブマニピュレータ制御装置において、前
記第１運動値検出部の出力を基に前記第２駆動部の入力
を算出する第２制御部と、前記第１運動値検出部の出力
を基に前記第３駆動部の入力を算出する第３制御部と、
前記第１力検出部の出力及び前記第１運動値検出部の出
力及び前記第３力検出部の出力を基に前記第１駆動部へ
の入力を算出する第１制御部と、前記第２運動値検出部
の出力と前記光学情報検出部の出力と前記第２力検出部
の出力と運動学情報誤差推定部の出力を基に作業対象物
体の運動学情報を推定する運動学情報推定部と、前記運
動学情報推定部第の出力を基に前記運動学情報推定部の
出力の誤差を推定する前記運動学情報誤差推定部と、前
記運動学情報推定部の出力及び前記運動学情報誤差推定
部の出力を基に前記シミュレータのパラメータを調整す
るシミュレータ調整部と、から構成されることを特徴と
するマスタスレーブマニピュレータ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9828893A JP2500586B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 遠隔操作装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9828893A JP2500586B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 遠隔操作装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06304882A JPH06304882A (ja) | 1994-11-01 |
| JP2500586B2 true JP2500586B2 (ja) | 1996-05-29 |
Family
ID=14215746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9828893A Expired - Lifetime JP2500586B2 (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 遠隔操作装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500586B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4613330B2 (ja) * | 2001-04-17 | 2011-01-19 | 学校法人慶應義塾 | マスタスレーブ装置、制御方法及びコンピュータープログラム |
| WO2018229926A1 (ja) * | 2017-06-15 | 2018-12-20 | オリンパス株式会社 | 医療用マニピュレータ |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP9828893A patent/JP2500586B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06304882A (ja) | 1994-11-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960123 |