JP2621803B2 - マスタスレーブ型ロボットアーム装置およびアーム位置決め誘導方法 - Google Patents
マスタスレーブ型ロボットアーム装置およびアーム位置決め誘導方法Info
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- JP2621803B2 JP2621803B2 JP6162238A JP16223894A JP2621803B2 JP 2621803 B2 JP2621803 B2 JP 2621803B2 JP 6162238 A JP6162238 A JP 6162238A JP 16223894 A JP16223894 A JP 16223894A JP 2621803 B2 JP2621803 B2 JP 2621803B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、宇宙空間や原子力発電
所、海底などでのロボットによる遠隔操作において、マ
スタスレーブ操作によりオペレータがマニュアル操作を
行う場合にアーム先端位置を目標位置まで誘導するマス
タスレーブ型ロボットアーム装置およびアーム位置決め
誘導方法に関する。
所、海底などでのロボットによる遠隔操作において、マ
スタスレーブ操作によりオペレータがマニュアル操作を
行う場合にアーム先端位置を目標位置まで誘導するマス
タスレーブ型ロボットアーム装置およびアーム位置決め
誘導方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、遠隔ロボット用の操作装置と
して、マスタスレーブ操作方式が用いられており、双方
向の力伝達機能や両眼立体視表示機能と組み合わせて、
一部実作業への応用がなされ始めている。例えば、高圧
電線の保守作業を行うのに、絶縁機能を有する双腕ロボ
ットを上記の方式により操作するロボットが開発されて
いる。宇宙用としてはまだ研究段階であるが、通信遅延
の影響を補償するため、マスタアームとスレーブアーム
のデータ転送の間にシミュレータを介在させ、地上で反
力を予測し、予測した反力をリアルタイムでマスタアー
ムにローカルに帰還する予測バイラテラル操作方式が提
案されている。図2に、この予測バイラテラル制御方式
を宇宙ロボットの遠隔操作に適用した例の構成図を示
す。
して、マスタスレーブ操作方式が用いられており、双方
向の力伝達機能や両眼立体視表示機能と組み合わせて、
一部実作業への応用がなされ始めている。例えば、高圧
電線の保守作業を行うのに、絶縁機能を有する双腕ロボ
ットを上記の方式により操作するロボットが開発されて
いる。宇宙用としてはまだ研究段階であるが、通信遅延
の影響を補償するため、マスタアームとスレーブアーム
のデータ転送の間にシミュレータを介在させ、地上で反
力を予測し、予測した反力をリアルタイムでマスタアー
ムにローカルに帰還する予測バイラテラル操作方式が提
案されている。図2に、この予測バイラテラル制御方式
を宇宙ロボットの遠隔操作に適用した例の構成図を示
す。
【0003】この方式では、作業者がマスタアーム操作
部10の操作により生成した動作データと地上系に構築
した実環境モデルを用いて干渉を検出し、反力予測部1
3で計算した力をマスタアーム操作部に帰還するもので
ある。同時に動作データを用いて予測画面表示部14に
予測画面を表示するので、作業者はリアルタイムでスレ
ーブアームを動かしているような感覚で操作が可能とな
っている。動作データは平行して軌道上系の動作データ
受信部16へ送られ、スレーブアーム制御部17で実際
のスレーブアームが動作する。監視カメラ等によりロボ
ット作業の実画像が地上系の実画像受信部19へ送ら
れ、画像表示部20に実画像を表示させて実際の作業を
確認するという方式であった。
部10の操作により生成した動作データと地上系に構築
した実環境モデルを用いて干渉を検出し、反力予測部1
3で計算した力をマスタアーム操作部に帰還するもので
ある。同時に動作データを用いて予測画面表示部14に
予測画面を表示するので、作業者はリアルタイムでスレ
ーブアームを動かしているような感覚で操作が可能とな
っている。動作データは平行して軌道上系の動作データ
受信部16へ送られ、スレーブアーム制御部17で実際
のスレーブアームが動作する。監視カメラ等によりロボ
ット作業の実画像が地上系の実画像受信部19へ送ら
れ、画像表示部20に実画像を表示させて実際の作業を
確認するという方式であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述のバイラテラル制
御方式による実際の力情報の帰還やロボットシミュレー
ションによる予測反力の帰還機能、あるいは監視カメラ
からの実映像の立体表示機能などと組み合わせた操作方
式では、遠隔地の作業状況をいかにオペレータに臨場感
を持って正確に伝えるかが主眼となっている。つまり遠
隔作業環境の認識を容易化することにより作業性を向上
させるという観点からのアプローチであり、ロボット操
作そのものを容易化するものではない。そのため限られ
た作業を除くと、実際の作業を成功させる操作には依然
として困難さが伴っていた。例えば、ピンを穴に挿入す
る操作を例にとると、ピン径と穴直径のクリアランスが
小さくなるにつれて高い位置決め精度が要求されるよう
になるので、作業環境が十分把握できたとしても、位置
決め操作自体は難しくなってゆく。これは、ロボットを
使用せずに直接人間が作業をしても同じことがいえる。
御方式による実際の力情報の帰還やロボットシミュレー
ションによる予測反力の帰還機能、あるいは監視カメラ
からの実映像の立体表示機能などと組み合わせた操作方
式では、遠隔地の作業状況をいかにオペレータに臨場感
を持って正確に伝えるかが主眼となっている。つまり遠
隔作業環境の認識を容易化することにより作業性を向上
させるという観点からのアプローチであり、ロボット操
作そのものを容易化するものではない。そのため限られ
た作業を除くと、実際の作業を成功させる操作には依然
として困難さが伴っていた。例えば、ピンを穴に挿入す
る操作を例にとると、ピン径と穴直径のクリアランスが
小さくなるにつれて高い位置決め精度が要求されるよう
になるので、作業環境が十分把握できたとしても、位置
決め操作自体は難しくなってゆく。これは、ロボットを
使用せずに直接人間が作業をしても同じことがいえる。
【0005】また、図2に示した予測バイラテラルマス
タスレーブ方式では、地上での反力予測を利用して通信
遅延の影響を軽減させているが、反力予測を行う幾何モ
デルと実作業環境との誤差が問題となっており、上述の
ロボット操作自体を容易化するという観点からも改善さ
れているとはいえない。
タスレーブ方式では、地上での反力予測を利用して通信
遅延の影響を軽減させているが、反力予測を行う幾何モ
デルと実作業環境との誤差が問題となっており、上述の
ロボット操作自体を容易化するという観点からも改善さ
れているとはいえない。
【0006】本発明の目的は、以上のような問題点を解
決するスレーブ型ロボットアーム装置およびアーム位置
決め誘導方法を提供することにある。
決するスレーブ型ロボットアーム装置およびアーム位置
決め誘導方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、実作業環境を
模擬した仮想作業環境を計算器内部に構築し、アーム操
作に伴う反力を予測し、予測反力をマスタアームに力帰
還するマスタスレーブ型ロボットアーム装置において、
マスタアーム操作により生成したロボット動作データを
用いて実際の作業空間には存在しない仮想物体モデルに
よる干渉を検出し、検出結果を反力予測部へ出力する仮
想物体モデル干渉検出部と、前記仮想物体モデル干渉検
出部と実在する物体の干渉を検出する実環境モデル干渉
検出部とスレーブアームへ動作データを送信する動作デ
ータ送信部の各モジュールについて動作データを出力す
るかしないかを切替える動作データ切替部と、センサ信
号より仮想物体モデルおよび実環境物体モデルの位置情
報を計算し、前記仮想物体モデル干渉検出部および実環
境モデル干渉検出部のモデルデータを更新するモデル位
置修正処理部とを備えることを特徴としている。
模擬した仮想作業環境を計算器内部に構築し、アーム操
作に伴う反力を予測し、予測反力をマスタアームに力帰
還するマスタスレーブ型ロボットアーム装置において、
マスタアーム操作により生成したロボット動作データを
用いて実際の作業空間には存在しない仮想物体モデルに
よる干渉を検出し、検出結果を反力予測部へ出力する仮
想物体モデル干渉検出部と、前記仮想物体モデル干渉検
出部と実在する物体の干渉を検出する実環境モデル干渉
検出部とスレーブアームへ動作データを送信する動作デ
ータ送信部の各モジュールについて動作データを出力す
るかしないかを切替える動作データ切替部と、センサ信
号より仮想物体モデルおよび実環境物体モデルの位置情
報を計算し、前記仮想物体モデル干渉検出部および実環
境モデル干渉検出部のモデルデータを更新するモデル位
置修正処理部とを備えることを特徴としている。
【0008】
【実施例】次に、本発明の実施例について、軌道上のロ
ボットアームを地上よりマスタスレーブ操作することに
より、ピンを穴に挿入する作業に基づいて図を用いて説
明する。図1は、本発明のロボット位置決め誘導方法の
概念を示す図である。図1に示すように、挿入用ピン3
をピン挿入用ホールA5またはピン挿入用ホールB6に
挿入する作業を考える。以下では、ピン挿入用ホールA
5を位置決め目標の対象とする。ピン挿入用ホールA5
の近傍には、ピン挿入用ホールA5,ピン挿入用ホール
B6の位置を示すマーカー7が取り付けられ、ロボット
アーム1には、手先カメラ2が設置され、挿入用ピン3
はロボットアーム1により把持されているものとする。
ここで、アーム手先位置Pwから手先カメラ基準位置P
cまでの相対位置姿勢変換[wTc]およびマーカー基
準位置PmからホールA原点Oaまでの相対位置姿勢変
換[mTa]、マーカー基準位置PmからホールB原点
Obまでの相対位置姿勢変換[mTb]、アーム手先位
置Pwから把持物体先端位置Ptまでの変換[wTt]
を4×4のマトリックスとして定義し、これらの変換マ
トリックスは既知であるとする。
ボットアームを地上よりマスタスレーブ操作することに
より、ピンを穴に挿入する作業に基づいて図を用いて説
明する。図1は、本発明のロボット位置決め誘導方法の
概念を示す図である。図1に示すように、挿入用ピン3
をピン挿入用ホールA5またはピン挿入用ホールB6に
挿入する作業を考える。以下では、ピン挿入用ホールA
5を位置決め目標の対象とする。ピン挿入用ホールA5
の近傍には、ピン挿入用ホールA5,ピン挿入用ホール
B6の位置を示すマーカー7が取り付けられ、ロボット
アーム1には、手先カメラ2が設置され、挿入用ピン3
はロボットアーム1により把持されているものとする。
ここで、アーム手先位置Pwから手先カメラ基準位置P
cまでの相対位置姿勢変換[wTc]およびマーカー基
準位置PmからホールA原点Oaまでの相対位置姿勢変
換[mTa]、マーカー基準位置PmからホールB原点
Obまでの相対位置姿勢変換[mTb]、アーム手先位
置Pwから把持物体先端位置Ptまでの変換[wTt]
を4×4のマトリックスとして定義し、これらの変換マ
トリックスは既知であるとする。
【0009】図3に本発明のマスタスレーブ型ロボット
アーム装置の構成例を示す。図3に示すマスタスレーブ
型ロボットアーム装置は、仮想物体モデル干渉検出部2
1と動作データ切替部24とモデル位置修正処理部23
を有することを特徴としている。仮想物体モデル干渉検
出部21は、マスタアーム操作により生成したロボット
動作データを用いて実際の作業空間には存在しない仮想
物体モデルによる干渉を検出し、検出結果を反力予測部
13へ出力する。動作データ切替部24は、仮想物体モ
デル干渉検出部21と、実在する物体の干渉を検出する
実環境モデル干渉検出部12と、スレーブアームへ動作
データを送信する動作データ送信部15の各モジュール
について動作データを出力するかしないかを切替え、モ
デル位置修正処理部23は、センサ信号より仮想物体モ
デルおよび実環境物体モデルの位置情報を計算し、仮想
物体モデル干渉検出部21および実環境モデル干渉検出
部12のモデルデータを更新する。
アーム装置の構成例を示す。図3に示すマスタスレーブ
型ロボットアーム装置は、仮想物体モデル干渉検出部2
1と動作データ切替部24とモデル位置修正処理部23
を有することを特徴としている。仮想物体モデル干渉検
出部21は、マスタアーム操作により生成したロボット
動作データを用いて実際の作業空間には存在しない仮想
物体モデルによる干渉を検出し、検出結果を反力予測部
13へ出力する。動作データ切替部24は、仮想物体モ
デル干渉検出部21と、実在する物体の干渉を検出する
実環境モデル干渉検出部12と、スレーブアームへ動作
データを送信する動作データ送信部15の各モジュール
について動作データを出力するかしないかを切替え、モ
デル位置修正処理部23は、センサ信号より仮想物体モ
デルおよび実環境物体モデルの位置情報を計算し、仮想
物体モデル干渉検出部21および実環境モデル干渉検出
部12のモデルデータを更新する。
【0010】次に、マスタスレーブ型ロボットアーム装
置の動作について説明する。まず、手先カメラ2でマー
カー7の画像を撮像し、相対位置計測を行う。マーカー
形状は、作業に要求される精度に適合した形状寸法のも
のを用いるものとする。例えば形状は、円形マークを4
つ同一平面上に正方形の頂点の位置に配置した4点式の
ものや、この4点式マークの平面の外部に円形マークを
付加したもの等が提案されている。いずれも各円形マー
ク間の相対距離が既知であり、6自由度の相対位置姿勢
が計測可能となっている。実画像は、軌道上系の実画像
送信部18より地上の実画像受信部19へ送られ、画像
計測部22で処理する。ここで手先カメラ基準位置Pc
からマーカー基準位置Pmまでの相対位置[cTm]が
既知となる。
置の動作について説明する。まず、手先カメラ2でマー
カー7の画像を撮像し、相対位置計測を行う。マーカー
形状は、作業に要求される精度に適合した形状寸法のも
のを用いるものとする。例えば形状は、円形マークを4
つ同一平面上に正方形の頂点の位置に配置した4点式の
ものや、この4点式マークの平面の外部に円形マークを
付加したもの等が提案されている。いずれも各円形マー
ク間の相対距離が既知であり、6自由度の相対位置姿勢
が計測可能となっている。実画像は、軌道上系の実画像
送信部18より地上の実画像受信部19へ送られ、画像
計測部22で処理する。ここで手先カメラ基準位置Pc
からマーカー基準位置Pmまでの相対位置[cTm]が
既知となる。
【0011】アーム原点Orからピン挿入用ホールA5
のホールA原点Oaまでの相対位置変換 [rTa]=[rTw]・[wTc]・[cTm]・
[mTa] により計算する。ただし、計測時のアーム原点Orから
アーム手先位置Pwまでの変換を[rTw]とする。ホ
ールBについても同様に計算する。以上の計算処理はモ
デル位置修正処理部23で行い、仮想物体モデル干渉検
出部21および実環境モデル干渉検出部12のモデル位
置データとして使用する。
のホールA原点Oaまでの相対位置変換 [rTa]=[rTw]・[wTc]・[cTm]・
[mTa] により計算する。ただし、計測時のアーム原点Orから
アーム手先位置Pwまでの変換を[rTw]とする。ホ
ールBについても同様に計算する。以上の計算処理はモ
デル位置修正処理部23で行い、仮想物体モデル干渉検
出部21および実環境モデル干渉検出部12のモデル位
置データとして使用する。
【0012】仮想物体モデル干渉検出部21および実環
境モデル干渉検出部12では、ホールA原点Oaから見
た把持物体先端位置Ptの相対位置[aTt]、すなわ
ち、 [aTt]=[rTa]-1・[rTw]・[wTt] で算出する。
境モデル干渉検出部12では、ホールA原点Oaから見
た把持物体先端位置Ptの相対位置[aTt]、すなわ
ち、 [aTt]=[rTa]-1・[rTw]・[wTt] で算出する。
【0013】仮想物体モデル干渉検出部21では、実際
の作業空間には存在しないがアーム位置決め誘導を行う
ために計算機上の作業空間内に仮想的な物体をホール近
傍に設ける。円筒を上面よりコーン状にくり貫いたもの
で、これを仮想ガイド4と呼ぶ。今想定している作業目
標位置はホールA原点Oaであるので、点Oa上に仮想
ガイド4を生成する。この仮想ガイド4の近傍部分の詳
細を図4に示す。
の作業空間には存在しないがアーム位置決め誘導を行う
ために計算機上の作業空間内に仮想的な物体をホール近
傍に設ける。円筒を上面よりコーン状にくり貫いたもの
で、これを仮想ガイド4と呼ぶ。今想定している作業目
標位置はホールA原点Oaであるので、点Oa上に仮想
ガイド4を生成する。この仮想ガイド4の近傍部分の詳
細を図4に示す。
【0014】仮想ガイド4の寸法は、高さL、上面穴半
径R2、底面穴半径R1とし、挿入用ピン3は、円筒状
とし、円筒半径R0とする。また、図4に示すように、
ホールA原点Oaに固定された座標系をXh−Yh−Z
hとし、把持物体先端位置Ptに固定された座標系をX
t−Yt−Ztとする。
径R2、底面穴半径R1とし、挿入用ピン3は、円筒状
とし、円筒半径R0とする。また、図4に示すように、
ホールA原点Oaに固定された座標系をXh−Yh−Z
hとし、把持物体先端位置Ptに固定された座標系をX
t−Yt−Ztとする。
【0015】上述した座標系の中で後者の座標系の各軸
方向が前者の各軸方向と一致するように[rTw]の姿
勢を変更する。すなわち、ロボット動作データ生成部1
1で計測データより[rTw]を計算し、干渉検出や反
力計算することなく直接動作データ送信部15から軌道
上系へ動作命令を送る。この結果、ロボットアーム1が
動作して、挿入用ピン3がピン挿入用ホールA5に対し
て平行な姿勢になる。姿勢が目標姿勢に位置決めされた
ので、ピン先端位置の位置決め操作のみをマニュアル操
作としてマスタアーム操作部10で行う。動作データは
動作データ切替部24より仮想物体モデル干渉検出部2
1および実環境モデル干渉検出部12へ送られる。
方向が前者の各軸方向と一致するように[rTw]の姿
勢を変更する。すなわち、ロボット動作データ生成部1
1で計測データより[rTw]を計算し、干渉検出や反
力計算することなく直接動作データ送信部15から軌道
上系へ動作命令を送る。この結果、ロボットアーム1が
動作して、挿入用ピン3がピン挿入用ホールA5に対し
て平行な姿勢になる。姿勢が目標姿勢に位置決めされた
ので、ピン先端位置の位置決め操作のみをマニュアル操
作としてマスタアーム操作部10で行う。動作データは
動作データ切替部24より仮想物体モデル干渉検出部2
1および実環境モデル干渉検出部12へ送られる。
【0016】マスタスレーブ操作中に仮想ガイド4との
接触によって生じる反力を計算するための環境モデルを
図5に示す。これは、図4で示した作業環境を簡略的に
表現したものである。すなわち、挿入用ピン3の姿勢を
ピン挿入用ホールA5と平行にすることによりホールA
原点Oaの座標系を基準に考えると、挿入用ピン3をX
Y平面に垂直な断面積ゼロの点と見なすことができる。
挿入用ピン3で最初に干渉する部分は把持物体先端位置
Ptであるので、この点Ptと仮想ガイド4の干渉に着
目すればよい。上述の考察より挿入用ピン3を点Ptと
置き換えると、 仮想ガイド上面穴半径 r2=R2−R0 仮想ガイド底面穴半径 r1=R1−R0 ピン挿入用ホールA半径 r1=R1−R0 とすればよい。
接触によって生じる反力を計算するための環境モデルを
図5に示す。これは、図4で示した作業環境を簡略的に
表現したものである。すなわち、挿入用ピン3の姿勢を
ピン挿入用ホールA5と平行にすることによりホールA
原点Oaの座標系を基準に考えると、挿入用ピン3をX
Y平面に垂直な断面積ゼロの点と見なすことができる。
挿入用ピン3で最初に干渉する部分は把持物体先端位置
Ptであるので、この点Ptと仮想ガイド4の干渉に着
目すればよい。上述の考察より挿入用ピン3を点Ptと
置き換えると、 仮想ガイド上面穴半径 r2=R2−R0 仮想ガイド底面穴半径 r1=R1−R0 ピン挿入用ホールA半径 r1=R1−R0 とすればよい。
【0017】以上の簡易モデルを用いて仮想ガイド4と
の干渉状況の検出と、干渉状況に応じて反力予測部13
で予測する反力計算方法について説明する。
の干渉状況の検出と、干渉状況に応じて反力予測部13
で予測する反力計算方法について説明する。
【0018】図5に示すように、座標系Xh−Yh−Z
hから見た点Ptの座標は、すでに求めた4×4マトリ
ックス[aTt]の第4列の第1〜第3成分であり、こ
れをPt=(Ptx ,Pty ,Ptz )とすると、点P
tとホール座標系Zh軸までの距離rpは、
hから見た点Ptの座標は、すでに求めた4×4マトリ
ックス[aTt]の第4列の第1〜第3成分であり、こ
れをPt=(Ptx ,Pty ,Ptz )とすると、点P
tとホール座標系Zh軸までの距離rpは、
【0019】
【数1】
【0020】となる。また、座標系Xh−Yh−Zhか
ら見て、点Ptと同じZの値を持つX−Y平面と仮想ガ
イド4が交差するドーナツ状の断面の内径rvは、
ら見て、点Ptと同じZの値を持つX−Y平面と仮想ガ
イド4が交差するドーナツ状の断面の内径rvは、
【0021】
【数2】
【0022】で得られる。干渉は点Ptの位置関係で判
定する。図6(a)に仮想ガイド4の干渉検出用のモデ
ル近傍領域の状態遷移を、図6(b)にホールモデル近
傍の状態遷移を示した。干渉検出は、現在のPtと環境
物体の位置関係および過去(1回前)の位置関係からの
状態遷移によって場合分けする。まず、仮想ガイド4と
の干渉から調べる。
定する。図6(a)に仮想ガイド4の干渉検出用のモデ
ル近傍領域の状態遷移を、図6(b)にホールモデル近
傍の状態遷移を示した。干渉検出は、現在のPtと環境
物体の位置関係および過去(1回前)の位置関係からの
状態遷移によって場合分けする。まず、仮想ガイド4と
の干渉から調べる。
【0023】(1)Ptz ≧L vflag
=0 (干渉なし) 反力なし (2)Ptz <Lのとき (i)rp>r2 vflag=1 (干渉なし) (ii)rp<rv vflag=2 (干渉なし) (ii)r2>rp>rv ・vflag=0,2,3の場合 vflag=3
(干渉あり)
=0 (干渉なし) 反力なし (2)Ptz <Lのとき (i)rp>r2 vflag=1 (干渉なし) (ii)rp<rv vflag=2 (干渉なし) (ii)r2>rp>rv ・vflag=0,2,3の場合 vflag=3
(干渉あり)
【0024】
【数3】
【0025】・vlag=1,4の場合 vflag
=4 (干渉あり)
=4 (干渉あり)
【0026】
【数4】
【0027】以上の処理で把持物体先端位置Ptと仮想
ガイド4との干渉検出および反力生成が終了する。
ガイド4との干渉検出および反力生成が終了する。
【0028】次に、実環境モデル干渉検出部12で実際
に存在するピン挿入用ホールA5近傍の干渉を検出す
る。
に存在するピン挿入用ホールA5近傍の干渉を検出す
る。
【0029】(1)Ptz ≧0のとき rflag
=0 (干渉なし) 反力なし (2)Ptz <0のとき (i)rp≦rv(=r1)のとき ・Ptz ≧−Dの場合 vflag=1 (干渉なし)
反力なし ・Ptz <−Dの場合 rflag=2 (干渉あり) 反力 fz=−Kz (Ptz +L) Kz は定数 (ii)rp>rv(=r1)のとき ・rflag=0,3の場合 rflag=3 (干渉
あり) 反力 fz=−Kz ・Ptz ・rflag=1,2,4の場合 rflag=4
(干渉あり)
=0 (干渉なし) 反力なし (2)Ptz <0のとき (i)rp≦rv(=r1)のとき ・Ptz ≧−Dの場合 vflag=1 (干渉なし)
反力なし ・Ptz <−Dの場合 rflag=2 (干渉あり) 反力 fz=−Kz (Ptz +L) Kz は定数 (ii)rp>rv(=r1)のとき ・rflag=0,3の場合 rflag=3 (干渉
あり) 反力 fz=−Kz ・Ptz ・rflag=1,2,4の場合 rflag=4
(干渉あり)
【0030】
【数5】
【0031】以上の2段階の干渉検出、反力生成と、予
測画面表示部14での表示を見ることにより、オペレー
タは、仮想ガイド4が実在しているような感覚を受け
る。このようにしてマスタアームを操作して生成された
動作データは、動作データ受信部16へ送られ、スレー
ブアーム制御部17より実際のロボットアーム1が位置
決めされる。すなわち、Zh軸方向へ移動するようマス
タアームを操作するだけで仮想反力によってマスタアー
ムがX,Y軸方向の動作範囲が限定されていき、容易に
目標位置へ位置決め誘導することができる。その結果、
ピン挿入用ホールA5の中へ挿入用ピン3を挿入するこ
とが達成される。
測画面表示部14での表示を見ることにより、オペレー
タは、仮想ガイド4が実在しているような感覚を受け
る。このようにしてマスタアームを操作して生成された
動作データは、動作データ受信部16へ送られ、スレー
ブアーム制御部17より実際のロボットアーム1が位置
決めされる。すなわち、Zh軸方向へ移動するようマス
タアームを操作するだけで仮想反力によってマスタアー
ムがX,Y軸方向の動作範囲が限定されていき、容易に
目標位置へ位置決め誘導することができる。その結果、
ピン挿入用ホールA5の中へ挿入用ピン3を挿入するこ
とが達成される。
【0032】なお、対象物体の位置の計測には、必ずし
もカメラによる画像計測である必要はなく、他の計測方
法によって得られたデータを用いてもよい。また、動作
データの出力を切替えることにより、反力帰還や仮想反
力による誘導が不要なときに余分な計算を省略すること
ができる。
もカメラによる画像計測である必要はなく、他の計測方
法によって得られたデータを用いてもよい。また、動作
データの出力を切替えることにより、反力帰還や仮想反
力による誘導が不要なときに余分な計算を省略すること
ができる。
【0033】このように、本実施例は、予測反力をマス
タアームに帰還し、視覚計測と姿勢の自動位置決め、仮
想ガイド等を利用することにより、従来のマスタスレー
ブ操作に比べてマニュアル操作自体を簡単化でき、反力
予測の精度を向上し、反力計算の簡略化によるマスタア
ームの反力の応答性も改善することができる。これらの
機能は、通信遅延の伴う宇宙ロボットの遠隔作業のみな
らず、地上の遠隔作業等にも有効に活用することが可能
である。
タアームに帰還し、視覚計測と姿勢の自動位置決め、仮
想ガイド等を利用することにより、従来のマスタスレー
ブ操作に比べてマニュアル操作自体を簡単化でき、反力
予測の精度を向上し、反力計算の簡略化によるマスタア
ームの反力の応答性も改善することができる。これらの
機能は、通信遅延の伴う宇宙ロボットの遠隔作業のみな
らず、地上の遠隔作業等にも有効に活用することが可能
である。
【0034】なお、本実施例の説明では、目標位置をホ
ールA原点Oaとしたが、ホールB原点Obを目標位置
としても、この点上に仮想ガイド4を生成すれば同様の
処理で誘導が可能である。さらに多くの目標位置がある
場合も同様に適用できる。また、本実施例では、ピンを
ホールに挿入する作業を例にして説明したが、例えば、
ピンの代わりに板とし、ホールの代わりに細長い溝と考
えても同じ方式がそのまま適用できる。他の形状でも同
様に考えることができ、さらに、単に作業面上に把持物
体を置く作業についても、実環境モデルを変更するだけ
で適用可能である。
ールA原点Oaとしたが、ホールB原点Obを目標位置
としても、この点上に仮想ガイド4を生成すれば同様の
処理で誘導が可能である。さらに多くの目標位置がある
場合も同様に適用できる。また、本実施例では、ピンを
ホールに挿入する作業を例にして説明したが、例えば、
ピンの代わりに板とし、ホールの代わりに細長い溝と考
えても同じ方式がそのまま適用できる。他の形状でも同
様に考えることができ、さらに、単に作業面上に把持物
体を置く作業についても、実環境モデルを変更するだけ
で適用可能である。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、作業者がマスタスレー
ブ操作により目標位置近傍に達すると、把持物体の先端
と仮想ガイドとの干渉により仮想反力が生じ、マスタア
ームを操作できる領域に制限が加わるようになってい
る。仮想ガイドの形状をコーン状としているため、外形
の大きいコーン上部へはマニュアル操作で容易に誘導で
き、把持物体先端をコーン内部へ誘導すると、把持物体
先端がコーン内部の壁を滑ってコーンの中心部へ誘導さ
れるので、作業者は容易にコーン中心部にある目標位置
へ把持物体を位置決めすることができる。
ブ操作により目標位置近傍に達すると、把持物体の先端
と仮想ガイドとの干渉により仮想反力が生じ、マスタア
ームを操作できる領域に制限が加わるようになってい
る。仮想ガイドの形状をコーン状としているため、外形
の大きいコーン上部へはマニュアル操作で容易に誘導で
き、把持物体先端をコーン内部へ誘導すると、把持物体
先端がコーン内部の壁を滑ってコーンの中心部へ誘導さ
れるので、作業者は容易にコーン中心部にある目標位置
へ把持物体を位置決めすることができる。
【0036】また、本発明では、マニュアル操作開始前
に作業対象物に取り付けられた位置情報を示すマーカー
をカメラにより撮像し、視覚的に相対位置を計測してホ
ールの位置や仮想ガイドの位置を修正する処理を行って
いる。この処理により、対象物体が任意に置かれた場合
にも作業可能であり、さらに、計測情報からスレーブア
ームの姿勢を自動で位置決めすることにより、オペレー
タによるマスタスレーブ操作は、位置の操作のみに単純
化できる。同時に計測情報を利用して作業対象物体のモ
デルの位置補正をするので、反力予測の誤差も小さくす
ることができる。干渉の検出、反力の生成のための検出
についても、姿勢方向の反力計算が不要であるため、実
施例に示したように、全体の計算を大幅に簡略化するこ
とが可能で、実時間での予測反力の帰還に有利である。
に作業対象物に取り付けられた位置情報を示すマーカー
をカメラにより撮像し、視覚的に相対位置を計測してホ
ールの位置や仮想ガイドの位置を修正する処理を行って
いる。この処理により、対象物体が任意に置かれた場合
にも作業可能であり、さらに、計測情報からスレーブア
ームの姿勢を自動で位置決めすることにより、オペレー
タによるマスタスレーブ操作は、位置の操作のみに単純
化できる。同時に計測情報を利用して作業対象物体のモ
デルの位置補正をするので、反力予測の誤差も小さくす
ることができる。干渉の検出、反力の生成のための検出
についても、姿勢方向の反力計算が不要であるため、実
施例に示したように、全体の計算を大幅に簡略化するこ
とが可能で、実時間での予測反力の帰還に有利である。
【図1】本発明のアーム位置決め誘導方法の概念を示す
図である。
図である。
【図2】従来の宇宙用ロボットの予測バイラテラル制御
系の構成を示す図である。
系の構成を示す図である。
【図3】本発明を宇宙用ロボットに適用したときの構成
を示す図である。
を示す図である。
【図4】仮想ガイドと挿入用ピン、ピン挿入用ホールの
位置関係を表す図である。
位置関係を表す図である。
【図5】挿入用ピンと仮想ガイドの干渉検出方法を説明
する図である。
する図である。
【図6】挿入用ピン先端位置と仮想ガイド、ピン挿入ホ
ールとの位置関係の遷移を説明する図である。
ールとの位置関係の遷移を説明する図である。
1 ロボットアーム 2 手先カメラ 3 挿入用ピン 4 仮想ガイド 5 ピン挿入用ホールA 6 ピン挿入用ホールB 7 マーカー 10 マスタアーム操作部 11 ロボット動作データ生成部 12 実環境モデル干渉検出部 13 反力予測部 14 予測画面表示部 15 動作データ送信部 16 動作データ受信部 17 スレーブアーム制御部 18 実画像送信部 19 実画像受信部 20 実画像表示部 21 仮想物体モデル干渉検出部 22 画像計測部 23 モデル位置修正部 24 動作データ切替部
Claims (4)
- 【請求項1】実作業環境を模擬した仮想作業環境を計算
器内部に構築し、アーム操作に伴う反力を予測し、予測
反力をマスタアームに力帰還するマスタスレーブ型ロボ
ットアーム装置において、 マスタアーム操作により生成したロボット動作データを
用いて実際の作業空間には存在しない仮想物体モデルに
よる干渉を検出し、検出結果を反力予測部へ出力する仮
想物体モデル干渉検出部と、 前記仮想物体モデル干渉検出部と実在する物体の干渉を
検出する実環境モデル干渉検出部とスレーブアームへ動
作データを送信する動作データ送信部の各モジュールに
ついて動作データを出力するかしないかを切替える動作
データ切替部と、 センサ信号より仮想物体モデルおよび実環境物体モデル
の位置情報を計算し、前記仮想物体モデル干渉検出部お
よび実環境モデル干渉検出部のモデルデータを更新する
モデル位置修正処理部とを備えることを特徴とするマス
タスレーブ型ロボットアーム装置。 - 【請求項2】予測反力をマスタアームに力帰還するマス
タスレーブ型ロボットアーム装置のアーム位置決め誘導
方法において、 円筒と同じ上面と高さでかつ指定された底面を持つ円錐
台によって円筒をくり貫いた形状の仮想ガイドと呼ぶ仮
想物体を計算機内部の仮想作業環境内に設け、 円筒の底面穴半径、上面穴半径および円筒の高さの3つ
のパラメータで寸法を指定し、 前記仮想ガイドのくり貫かれた円筒底面の穴中心位置と
目標位置が一致する位置に仮想ガイドを配置してスレー
ブアームを目標位置へ誘導することを特徴とするアーム
位置決め誘導方法。 - 【請求項3】予測反力をマスタアームに力帰還するマス
タスレーブ型ロボットアーム装置のアーム位置決め操作
方法において、 作業対象物体の作業面上にある基準点の位置を計測し、 計測値を基準として目標位置は異なるが目標姿勢は同じ
である複数の位置決め目標位置の補正を行い、 スレーブアームまたはスレーブアームの把持している作
業物体の姿勢を自動的に位置決め目標位置での姿勢と一
致するようにスレーブアームを移動し、 その後にマスタアームによるマニュアル操作を行いスレ
ーブアームの位置のみを操作することを特徴とするアー
ム位置決め操作方法。 - 【請求項4】予測反力をマスタアームに力帰還するマス
タスレーブ型ロボットアーム装置の仮想反力生成方法に
おいて、 仮想ガイドを利用した予測反力により位置決め誘導を行
う場合に、マスタアームにより位置のみマニュアル操作
するとき、アーム先端またはアーム把持物体の先端基準
位置を点と身なし、この基準点と仮想ガイドとの相対位
置関係の遷移状態より干渉状況を判別し、 仮想ガイドの表面より基準点がめりこんだ量に比例した
反力を計算して反力を生成する仮想反力生成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6162238A JP2621803B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | マスタスレーブ型ロボットアーム装置およびアーム位置決め誘導方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6162238A JP2621803B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | マスタスレーブ型ロボットアーム装置およびアーム位置決め誘導方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0825254A JPH0825254A (ja) | 1996-01-30 |
JP2621803B2 true JP2621803B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=15750613
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6162238A Expired - Fee Related JP2621803B2 (ja) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | マスタスレーブ型ロボットアーム装置およびアーム位置決め誘導方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2621803B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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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 |
JP5089533B2 (ja) * | 2008-08-28 | 2012-12-05 | 株式会社神戸製鋼所 | ロボットの干渉回避方法及びロボットシステム |
JP2011000703A (ja) * | 2009-05-19 | 2011-01-06 | Canon Inc | カメラ付きマニピュレータ |
JP6416560B2 (ja) * | 2014-09-11 | 2018-10-31 | 株式会社デンソー | 位置決め制御装置 |
CN105298973B (zh) * | 2014-12-03 | 2017-08-08 | 徐州重型机械有限公司 | 一种液压油缸的设计方法及液压油缸 |
KR102662887B1 (ko) * | 2017-06-09 | 2024-05-07 | 마코 서지컬 코포레이션 | 가상 경계를 구현하기 위한 반응력을 생성하기 위한 로봇 시스템 및 방법 |
KR101987274B1 (ko) * | 2017-12-29 | 2019-09-27 | 한국과학기술연구원 | 장애물 재배치 위치 생성방법 |
CN108638034A (zh) * | 2018-06-04 | 2018-10-12 | 芜湖易泽中小企业公共服务股份有限公司 | 一种机器人抓取装置 |
JP6826076B2 (ja) * | 2018-07-17 | 2021-02-03 | ファナック株式会社 | 自動経路生成装置 |
CN109514520A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-03-26 | 广东电网有限责任公司 | 一种高压带电作业主从机器人作业装置和方法 |
CN109801709B (zh) * | 2018-12-04 | 2022-11-18 | 广西峰和云启文化投资有限公司 | 一种用于虚拟环境的手部姿态捕捉与健康状态感知的系统 |
JP7132160B2 (ja) * | 2019-03-14 | 2022-09-06 | 株式会社東芝 | ロボットアーム操作システムおよびロボットアーム操作方法 |
JP7114521B2 (ja) * | 2019-03-29 | 2022-08-08 | 株式会社東芝 | 遠隔操作ロボットの作業支援システム及び作業支援方法 |
CN111571594B (zh) * | 2020-05-26 | 2022-10-04 | 南通大学 | 一种提高遥操作机器人透明性和稳定性的方法 |
CN113386142A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-09-14 | 天津大学 | 基于虚拟夹具的遥操作机器人磨切一体加工系统与方法 |
JPWO2023119657A1 (ja) * | 2021-12-24 | 2023-06-29 |
-
1994
- 1994-07-14 JP JP6162238A patent/JP2621803B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0825254A (ja) | 1996-01-30 |
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