JP2501503Y2 - マスタ・スレ―ブマニプレ―タ - Google Patents
マスタ・スレ―ブマニプレ―タInfo
- Publication number
- JP2501503Y2 JP2501503Y2 JP1988134465U JP13446588U JP2501503Y2 JP 2501503 Y2 JP2501503 Y2 JP 2501503Y2 JP 1988134465 U JP1988134465 U JP 1988134465U JP 13446588 U JP13446588 U JP 13446588U JP 2501503 Y2 JP2501503 Y2 JP 2501503Y2
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- Japan
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- slave
- master
- deviation
- arm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Description
【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案はマスタ・スレーブマニプレータに関し、安定
性を確保しつつ追従性（速応性）を向上させるよう企図
したものである。
性を確保しつつ追従性（速応性）を向上させるよう企図
したものである。
B.考案の概要 本考案は、マスタとスレーブの軸角度の偏差を、非線
形ゲイン特性となっているサーボゲインアンプで増幅
し、この非線形ゲイン信号によりスレーブを動作させる
マスタ・スレーブマニプレータである。
形ゲイン特性となっているサーボゲインアンプで増幅
し、この非線形ゲイン信号によりスレーブを動作させる
マスタ・スレーブマニプレータである。
C.従来の技術 第３図は従来技術に係る対称型バイラテラル式マスタ
・スレーブマニプレータの制御系を示すブロック線図で
ある。同図はマスタアーム及びスレーブアームの１軸
（１関節）に関する制御系を抽出して示している。
・スレーブマニプレータの制御系を示すブロック線図で
ある。同図はマスタアーム及びスレーブアームの１軸
（１関節）に関する制御系を抽出して示している。
第３図に示すように、かかる制御系において、操作者
がマスタ操作力T1でマスタアームを操作した場合、これ
に伴なう関節の回動量はマスタサーボ系のポテンショメ
ータ１で検出され、マスタ軸角度θ1としてスレーブサ
ーボ系に伝送される。一方、スレーブ軸角度θ2はポテ
ンショメータ２で検出され、これらマスタ軸角度θ1と
スレーブ軸角度θ2の偏差Δθがマスタサーボ系及びス
レーブサーボ系に戻される。この結果、マスタサーボ系
のモータ３は偏差Δθに応じた反力Tm1をマスタアーム
の操作者に与えるとともに、スレーブサーボ系のモータ
４は偏差Δθに応じた駆動力Tm2でスレーブ負荷トルクT
2が付与されているスレーブアームの関節を駆動する。
つまり、マスタサーボ系では偏差Δθを反力ゲインアン
プ５でKM倍した値の信号がマスタモータ駆動用ドライバ
６に送られてマスタ側のモータ３が駆動し、スレーブサ
ーボ系では偏差Δθをサーボゲインアンプ７でKS倍した
値の信号がスレーブモータ駆動用ドライバ８に送られて
スレーブ側のモータ４が駆動するのである。
がマスタ操作力T1でマスタアームを操作した場合、これ
に伴なう関節の回動量はマスタサーボ系のポテンショメ
ータ１で検出され、マスタ軸角度θ1としてスレーブサ
ーボ系に伝送される。一方、スレーブ軸角度θ2はポテ
ンショメータ２で検出され、これらマスタ軸角度θ1と
スレーブ軸角度θ2の偏差Δθがマスタサーボ系及びス
レーブサーボ系に戻される。この結果、マスタサーボ系
のモータ３は偏差Δθに応じた反力Tm1をマスタアーム
の操作者に与えるとともに、スレーブサーボ系のモータ
４は偏差Δθに応じた駆動力Tm2でスレーブ負荷トルクT
2が付与されているスレーブアームの関節を駆動する。
つまり、マスタサーボ系では偏差Δθを反力ゲインアン
プ５でKM倍した値の信号がマスタモータ駆動用ドライバ
６に送られてマスタ側のモータ３が駆動し、スレーブサ
ーボ系では偏差Δθをサーボゲインアンプ７でKS倍した
値の信号がスレーブモータ駆動用ドライバ８に送られて
スレーブ側のモータ４が駆動するのである。
第４図は従来技術に係る逆送型バイラテラル式マスタ
・スレーブマニプレータ、第５図は従来技術に係る帰還
型バイラテラル式マスタ・スレーブマニプレータの制御
系を夫々示すブロック線図で、第３図と同一部分には同
一番号を付している。
・スレーブマニプレータ、第５図は従来技術に係る帰還
型バイラテラル式マスタ・スレーブマニプレータの制御
系を夫々示すブロック線図で、第３図と同一部分には同
一番号を付している。
第４図に示す制御系では、スレーブサーボ系のモータ
４の回転トルクを検出しているトルクセンサ９で検出し
たスレーブトルク信号を、反力T3としてマスタサーボ系
に戻している点を除き、他は第３図に示す制御系と同様
である。
４の回転トルクを検出しているトルクセンサ９で検出し
たスレーブトルク信号を、反力T3としてマスタサーボ系
に戻している点を除き、他は第３図に示す制御系と同様
である。
第５図に示す制御系は、マスタサーボ系のトルクセン
サ10で検出した駆動力T4でモータ３を駆動し、その分マ
スタアームの操作者の操作力が軽くて済むようにしたも
のであるが、この駆動力T4から第４図に示す制御系と同
様にして検出した反力T3を差し引くことにより操作力を
軽くするための駆動力T4を小さくして操作者が感じる操
作力を相対的に重くすることにより反力T3の大きさを知
覚させるようになっている。他は第４図に示す制御系と
同様である。
サ10で検出した駆動力T4でモータ３を駆動し、その分マ
スタアームの操作者の操作力が軽くて済むようにしたも
のであるが、この駆動力T4から第４図に示す制御系と同
様にして検出した反力T3を差し引くことにより操作力を
軽くするための駆動力T4を小さくして操作者が感じる操
作力を相対的に重くすることにより反力T3の大きさを知
覚させるようになっている。他は第４図に示す制御系と
同様である。
D.考案が解決しようとする課題 上述したマスタ・スレーブマニプレータでは、サーボ
ゲインアンプ７のサーボゲインKSが大きいほど、マスタ
アームの動きに対するスレーブアームの追従性（速応
性）が向上する。しかし、サーボゲインKSをあまりに大
きくすると、次の（ｉ）（ii）の理由により安定性が悪
くなる。
ゲインアンプ７のサーボゲインKSが大きいほど、マスタ
アームの動きに対するスレーブアームの追従性（速応
性）が向上する。しかし、サーボゲインKSをあまりに大
きくすると、次の（ｉ）（ii）の理由により安定性が悪
くなる。
（ｉ） 機械系のガタや「あそび」、飽和といった非線
型要素が制御系に存在するとともに、デジタル制御では
サンプリング周期が一定であるため、サーボゲインKSを
大きくすると、持続振動に入る。
型要素が制御系に存在するとともに、デジタル制御では
サンプリング周期が一定であるため、サーボゲインKSを
大きくすると、持続振動に入る。
（ii） マスタ・スレーブマニプレータを上述したよう
にバイラテラル制御（反力をマスタ側にフィードバック
する制御）する場合には、マスタを動かすとこれに応じ
てスレーブが動き、マスタとスレーブとの偏差またはス
レーブに生じたトルクがマスタに戻されて、マスタに反
力を生じさせるという正帰還ループを構成しているた
め、一旦、持続振動が発生すると容易に減衰しない。
にバイラテラル制御（反力をマスタ側にフィードバック
する制御）する場合には、マスタを動かすとこれに応じ
てスレーブが動き、マスタとスレーブとの偏差またはス
レーブに生じたトルクがマスタに戻されて、マスタに反
力を生じさせるという正帰還ループを構成しているた
め、一旦、持続振動が発生すると容易に減衰しない。
結局、従来では、安定性を確保するため、サーボゲイ
ンKSの値が抑制されており、追従性が若干悪かった。
ンKSの値が抑制されており、追従性が若干悪かった。
本考案は、上記従来技術に鑑み、安定性を確保しつつ
追従性を向上させたマスタ・スレーブマニプレータを提
供するものである。
追従性を向上させたマスタ・スレーブマニプレータを提
供するものである。
E.課題を解決するための手段 上記課題を解決する本考案は、スレーブアームに作用
する外力を反力としてマスタアームにフィードバックす
るマスタ・スレーブマニプレータにおいて、マスタとス
レーブとの軸角度の偏差を、非線形ゲイン特性となって
いるサーボゲインアンプで増幅し、この増幅した信号に
よりスレーブを動作させるものである。
する外力を反力としてマスタアームにフィードバックす
るマスタ・スレーブマニプレータにおいて、マスタとス
レーブとの軸角度の偏差を、非線形ゲイン特性となって
いるサーボゲインアンプで増幅し、この増幅した信号に
よりスレーブを動作させるものである。
しかも非線形ゲインを複数有し、負荷に応じて最適な非
線形ゲインを用いる。
線形ゲインを用いる。
F.作用 マスタとスレーブとの軸角度の偏差が小さいときには
大きなゲインが掛けられ、偏差が大きくなるとゲインが
小さくなり、サーボゲインアンプの出力が飽和してくる
ため、偏差が大きくても安定化する。
大きなゲインが掛けられ、偏差が大きくなるとゲインが
小さくなり、サーボゲインアンプの出力が飽和してくる
ため、偏差が大きくても安定化する。
G.実施例 以下に本考案の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。
る。
第１図は本考案を力帰還型のマスタ・スレーブマニプ
レータに適用した実施例を示す。同図に示すように操作
者によりマスタ操作力T1が作用したマスタアームのマス
タ軸角度θ1はポテンショメータ１で検出され、スレー
ブ負荷トルクT2が作用したスレーブアームのスレーブ軸
角度θ2はポテンショメータ２で検出され、軸角度θ1，
θ2の偏差Δθがサーボゲインアンプ20に入力される。
サーボゲインアンプ20は非線形のゲイン特性（これの詳
細は後述する）を有しており、偏差Δθを所要ゲイン倍
したドライブ信号ｄをドライバ８に送りスレーブ側のモ
ータ４を駆動させる。これによりマスタアームの動きに
スレーブアームが追従する。
レータに適用した実施例を示す。同図に示すように操作
者によりマスタ操作力T1が作用したマスタアームのマス
タ軸角度θ1はポテンショメータ１で検出され、スレー
ブ負荷トルクT2が作用したスレーブアームのスレーブ軸
角度θ2はポテンショメータ２で検出され、軸角度θ1，
θ2の偏差Δθがサーボゲインアンプ20に入力される。
サーボゲインアンプ20は非線形のゲイン特性（これの詳
細は後述する）を有しており、偏差Δθを所要ゲイン倍
したドライブ信号ｄをドライバ８に送りスレーブ側のモ
ータ４を駆動させる。これによりマスタアームの動きに
スレーブアームが追従する。
一方、スレーブ側のトルクセンサ９で検出した反力T3
と、マスタ側のトルクセンサ10で検出した駆動力T4との
偏差が、反力ゲインアンプ５で増幅され、その信号がド
ライバ６に送られてモータ３が駆動する。これによりマ
スタアームに反力がフィードバックされる。
と、マスタ側のトルクセンサ10で検出した駆動力T4との
偏差が、反力ゲインアンプ５で増幅され、その信号がド
ライバ６に送られてモータ３が駆動する。これによりマ
スタアームに反力がフィードバックされる。
前記サーボゲインアンプ20には、第２図に示すよう
な、３種類の非線形ゲイン特性Ks-1，Ks-2，Ks-3を有し
ている。これら非線形ゲイン特性は、サーボゲインアン
プ20に入力される偏差Δθが小さくなるにつれゲインが
大きくなり、偏差Δθが大きくなるにつれゲインが小さ
くなって出力であるドライブ信号ｄの値が飽和していく
ような特性となっている。
な、３種類の非線形ゲイン特性Ks-1，Ks-2，Ks-3を有し
ている。これら非線形ゲイン特性は、サーボゲインアン
プ20に入力される偏差Δθが小さくなるにつれゲインが
大きくなり、偏差Δθが大きくなるにつれゲインが小さ
くなって出力であるドライブ信号ｄの値が飽和していく
ような特性となっている。
非線形ゲイン決定回路21は、スレーブ軸角度θ2から
スレーブアームの姿勢を検出し、姿勢に応じて、サーボ
ゲインアンプ20に設定してある複数の非線形ゲイン特性
Ks-1，Ks-2，Ks-3のうちどの特性のものを使うかを決定
する。つまり、無負荷になってアームが直下に伸び関節
軸まわりにトルクが生ぜず機械系のガタや「あそび」の
影響が大きく出てくるときには、非線形ゲイン特性KS-1
を使わせ、中負荷になりガタ等の影響が若干小さくなっ
たときには、非線形ゲイン特性KS-2を使わせ、重負荷に
なりガタ等の影響がほとんど表われないときには、非線
形ゲイン特性KS-3を使わせる。つまり、ガタ等の影響が
大きく持続振動が発生しやすいときには、ゲインの小さ
い特性を用い、ガタ等の影響が小さく安定制御ができる
ときにはゲインの大きい特性を用いるのである。
スレーブアームの姿勢を検出し、姿勢に応じて、サーボ
ゲインアンプ20に設定してある複数の非線形ゲイン特性
Ks-1，Ks-2，Ks-3のうちどの特性のものを使うかを決定
する。つまり、無負荷になってアームが直下に伸び関節
軸まわりにトルクが生ぜず機械系のガタや「あそび」の
影響が大きく出てくるときには、非線形ゲイン特性KS-1
を使わせ、中負荷になりガタ等の影響が若干小さくなっ
たときには、非線形ゲイン特性KS-2を使わせ、重負荷に
なりガタ等の影響がほとんど表われないときには、非線
形ゲイン特性KS-3を使わせる。つまり、ガタ等の影響が
大きく持続振動が発生しやすいときには、ゲインの小さ
い特性を用い、ガタ等の影響が小さく安定制御ができる
ときにはゲインの大きい特性を用いるのである。
かかる本実施例では、偏差Δθが小さいときにはサー
ボゲインアンプ20でのゲインが大きいため、マスターア
ームの動きに対しスレーブアームが迅速に追従する。こ
の場合、ゲインが大きく追従性（速応性）は向上する
が、ゲインΔθそのものは小さいので制御系は安定領域
にあり持続振動が生じることはない。一方、偏差Δθが
大きいときにはサーボゲインアンプ20でのゲインが小さ
くなる。よってドライブ信号ｄの値はさほど大きくなら
ず、しかも偏差Δθが大きい領域で若干変化してもドラ
イブ信号ｄの値はさほど変化せず飽和状態となる。つま
り偏差Δθが大きくなってもマスタアームにフイードバ
ックされる反力がさほど大きくならずある程度大きくな
ったところ反力がほぼ一定となるため、持続振動は生じ
ない。
ボゲインアンプ20でのゲインが大きいため、マスターア
ームの動きに対しスレーブアームが迅速に追従する。こ
の場合、ゲインが大きく追従性（速応性）は向上する
が、ゲインΔθそのものは小さいので制御系は安定領域
にあり持続振動が生じることはない。一方、偏差Δθが
大きいときにはサーボゲインアンプ20でのゲインが小さ
くなる。よってドライブ信号ｄの値はさほど大きくなら
ず、しかも偏差Δθが大きい領域で若干変化してもドラ
イブ信号ｄの値はさほど変化せず飽和状態となる。つま
り偏差Δθが大きくなってもマスタアームにフイードバ
ックされる反力がさほど大きくならずある程度大きくな
ったところ反力がほぼ一定となるため、持続振動は生じ
ない。
なお本考案は対称型や力逆送型のマスタ・スレーブマ
ニプレータにも適用できる。
ニプレータにも適用できる。
H.考案の効果 以上実施例とともに具体的に説明したように本考案に
よれば、サーボゲインアンプのゲインが非線形であり、
偏差が小さいときには検出が大きく追従性（速応性）が
向上し、偏差が大きく信号レベルの大きな不安定領域で
はゲインが小さくなり安定性が向上する。しかも複数の
非線形ゲインの中から負荷に応じた非線形ゲインを選択
して用いるので、更に安定性が向上する。
よれば、サーボゲインアンプのゲインが非線形であり、
偏差が小さいときには検出が大きく追従性（速応性）が
向上し、偏差が大きく信号レベルの大きな不安定領域で
はゲインが小さくなり安定性が向上する。しかも複数の
非線形ゲインの中から負荷に応じた非線形ゲインを選択
して用いるので、更に安定性が向上する。
第１図は本考案の実施例に係るマスタ・スレーブマニプ
レータを示すブロック図、第２図はサーボゲインアンプ
に設定した非線形ゲイン特性を示す特性図、第３図，第
４図，第５図は従来のマスタ・スレーブマニプレータを
示すブロック図である。 図面中、 1,2はポテンショメータ、3,4はモータ、５は反力ゲイン
アンプ、6,8はドライバ、9,10はトルクセンサ、20はサ
ーボゲインアンプ、21は非線形ゲイン決定回路である。
レータを示すブロック図、第２図はサーボゲインアンプ
に設定した非線形ゲイン特性を示す特性図、第３図，第
４図，第５図は従来のマスタ・スレーブマニプレータを
示すブロック図である。 図面中、 1,2はポテンショメータ、3,4はモータ、５は反力ゲイン
アンプ、6,8はドライバ、9,10はトルクセンサ、20はサ
ーボゲインアンプ、21は非線形ゲイン決定回路である。
Claims (1)
- 【請求項１】マスタアームのマスタ軸角度とスレーブア
ームのスレーブ軸角度との偏差をサーボゲインアンプで
サーボゲイン倍し、サーボゲイン倍した信号に応じてス
レーブ側のモータを駆動してスレーブアームを動かすと
ともに、スレーブアームに作用する外力を反力としてマ
スタアームにフィードバックするマスタ・スレーブマニ
プレータにおいて、 前記サーボゲインアンプは、入力される偏差が小さくな
るにつれてゲインが大きくなり、逆に入力される偏差が
大きくなるにつれてゲインが小さくなり、しかも同一偏
差であってもゲイン値が異なる複数の非線形のゲイン特
性を有し、 更に、複数の非線形のゲイン特性の中から、負荷が重く
なるにつれてゲイン値の大きいゲイン特性を選び、負荷
が軽くなるにつれてゲイン値の小さいゲイン特性を選ん
で使用させる非線形ゲイン決定回路を備えたことを特徴
とするマスタ・スレーブマニプレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1988134465U JP2501503Y2 (ja) | 1988-10-17 | 1988-10-17 | マスタ・スレ―ブマニプレ―タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1988134465U JP2501503Y2 (ja) | 1988-10-17 | 1988-10-17 | マスタ・スレ―ブマニプレ―タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0256586U JPH0256586U (ja) | 1990-04-24 |
| JP2501503Y2 true JP2501503Y2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=31393245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1988134465U Expired - Lifetime JP2501503Y2 (ja) | 1988-10-17 | 1988-10-17 | マスタ・スレ―ブマニプレ―タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2501503Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7415506B2 (ja) * | 2019-12-09 | 2024-01-17 | 株式会社デンソーウェーブ | 主従ロボットの制御装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06104307B2 (ja) * | 1986-07-04 | 1994-12-21 | 株式会社日立製作所 | 多関節マニピユレ−タの制御装置 |
-
1988
- 1988-10-17 JP JP1988134465U patent/JP2501503Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0256586U (ja) | 1990-04-24 |
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