JP2664205B2 - マニピュレータ制御システム - Google Patents

マニピュレータ制御システム

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JP2664205B2
JP2664205B2 JP63141712A JP14171288A JP2664205B2 JP 2664205 B2 JP2664205 B2 JP 2664205B2 JP 63141712 A JP63141712 A JP 63141712A JP 14171288 A JP14171288 A JP 14171288A JP 2664205 B2 JP2664205 B2 JP 2664205B2
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/42—Recording and playback systems, i.e. in which the programme is recorded from a cycle of operations, e.g. the cycle of operations being manually controlled, after which this record is played back on the same machine
    • G05B19/427—Teaching successive positions by tracking the position of a joystick or handle to control the positioning servo of the tool head, master-slave control

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明はオペレータが操作するマニピュレータに係
り、特に人間にとって耐え難い環境および宇宙空間での
作業を確実に行なうに好適なマニピュレータの制御シス
テムに関するものである。
【従来の技術】
従来のマニピュレータは、複雑なマニピュレータの動
作を行なうのをオペレータの技倆に頼る傾向があった。 例えば、マスタースレーブ系においては、マスターア
ームとスレーブアームとが同一形状又は相似形になって
いるため、マスターアームが人間の操作に不適な構造で
あったり、オペレータ自身がマスターアームの操作の邪
魔になってしまうほど大きかったり、また細かい操作が
できないことがあった。 また、遠隔操作においては、マニピュレータ自身がオ
ペレータの視野を遮ぎり、オペレータは顔を左右に動か
しながら操作しなければならなかった。このため、イン
ダストリアルTV（ITV）などの利用も行なわれたが、１
つの画像では充分な視野が得られず、またテレビカメラ
を多数配置すると画像とマニピュレータとの関係が変わ
り、オペレータが操作を誤ることがあった。 最近では、コンピュータ技術の急速な進歩により、マ
ニピュレータやロボットの制御に計算機を取り入れ、高
度化して来ている。その一例として、T.Arai et al,.
“BLATERAL CONTROL FOR MANIPULATORS WITH DIFFERENT
CONFIGURATORS",1984,IECON‘84,第40頁〜第45頁に示
されるように、形状の異なるマスター腕とスレーブ腕と
の手先の運動を計算機を用いた高速座標変換演算により
１対１に対応させているものがある。ヤコビ行列を用い
た速度や力の変化も同文献に示されている。 また、特開昭61−252081号公報には、マスター腕とス
レーブ腕との間に位置、姿勢のずれがあって共通の原点
を持つように投影変換しても１対１の対応関係がとれな
い場合でも座標系対応付装置によって対応することので
きる方式が示されている。 さらに、ITVにロボットのアニメーションを出映し
て、ロボットへのティーチングをアニメーション上で行
なわせ、ロボットを実際に動作させてティーチングした
のと同じ結果を便利に得られる技術も発表されている。
【発明が解決しようとする課題】 上述した従来技術は、それぞれ個々の狭い技術分野に
とどまり、マニピュレータを総合的な見地から検討して
人間を含め望ましいシステム技術として完成していない
といえる。 例えば、上述の高速座標変換演算技術の場合では、マ
スター腕とスレーブ腕とにおいて、それぞれの基準座標
と各腕手先の位置との２点を一致させているため各アー
ムの運動の比率は一定となっている。 このため、スれーブ腕によって精密な作業を実現する
場合には、マスター腕をスレーブ腕に要求される動作と
同様に細かな微小動作を行なわねばならず、またこれと
逆にスレーブ腕が大きな動作を必要とする場合には、同
様にマスター腕を大きく動作しなければならない。 このように、スレーブアームの作業は、オペレータに
大きな負担のかけ、その技倆により作業の実現性が決め
られることになる。このような、オペレータの負担に加
え、ITVを見ながら操作するときには、画像を見てテレ
ビカメラの方向を考えマスターアームを操作することに
なり精神的な負担も大きくなる。 特開昭61−252081号公報は、上記の問題点の解決に有
効な手段を提供している。この方法はマスター腕とスレ
ーブ腕とを独立の制御が可能にしておき後で座標系の対
応付けを行なうやり方である。このため広範囲対応付け
ができる反面予想以外の対応付けによって危険を生じる
恐れがある。またITVカメラに応じた対応付けはマスタ
ー腕とスレーブ腕とが独立に扱っているためカメラとマ
スタ腕、カメラとスレーブ腕を別々にそれぞれ対応付け
する必要が生じて操作が複雑で実用的でない恐れがあ
る。 本発明の目的は簡単な操作で安全にオペレータの操作
する操作腕の操作性を向上させることのできるマニピュ
レータ制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
上記目的は、関節で接れた複数リンクを持つマスター
アームと、関節で接れた複数リンクを持つスレーブアー
ムと、前記マスターアームの動きに追従して前記スレー
ブアームを動かすように制御するコントローラと、該コ
ントローラに接続され、前記マスターアームの位置情報
を該マスターアームと前記スレーブアームとの間の初期
の相対位置関係に基づいて、前記スレーブアームの指令
位置情報に対応した一般化座標に変換する第一変換手段
と、該第一変換手段により与えられる一般化座標を入力
し、前記マスターアームとスレーブアームとの間の相対
位置関係の変更を示す操作手段からの操作信号の入力に
基づいて前記一般化座標を第二の一般化座標に変換する
ための第二変換手段と、前記スレーブアームの像を移す
ための複数の画像入力装置と、該複数の画像入力装置の
うちの任意の一台を選択する切換手段とを備え、 前記第二変換手段は、前記切換手段により選択された
前記画像入力装置のスレーブアームに対する設置の方向
の情報に基づき一般化座標を第二の一般化座標に変換す
ることにより達成される。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 まず、本発明の装置の一実施例を説明するに先立っ
て、本発明の動作原理を第５図を用いて説明する。この
図において、101はマスターアーム、102はスレーブアー
ムで、この例ではスレーブアーム102はマスターアーム1
01と異なる構造に形成されている。いま、マスターアー
ム101の基準座標系を基部0mを原点にとってＭ、この基
準座標系Ｍからマスターアーム101の手先までの座標変
換マトリクスをT6 mスレーブアーム102の基準座標系を基
部0sを原点にとってＳ、この基準座標系Ｓからスレーブ
アーム102の手先までの座標変換マトリクスをT6 sとし、
前述した座標変換マトリクスT6 m,T6 s間でのスケール変
換マトリクスをＫとする。このとき、0mと0sは一般化座
標の原点0gに一致させて演算を行ない、T6 m,T6 sとをＫ
を介して一対一に対応づける。これによって一般座標上
でマスターアーム101の手先とスレーブアーム102の手先
は一致する。これを順を追って説明すると、 T6 s＝ｋ・T6 m …（１） ここでＫは とすると、ｄ＝ｅ＝ｆ＝０のときT6 sはT6 mをマスタアー
ム101の基準座標系Ｍのｘ軸方向にａ倍、ｙ軸方向にｂ
倍、ｚ軸方向にｃ倍したものとなる。そして３軸方向に
均等に拡大（又は縮少）する場合にはａ＝ｂ＝ｃとすれ
ばよいことになる。そして、前述した（１）式により得
られた変換マトリクスT6 sに対し、スレーブアーム102の
リンクパラメータを与え、スリーブアームの各軸の位置
の目標値を逆座標変換演算により求める。このようにし
て得られたスレーブアーム102の各軸の目標値に対し、
各軸ごとにサーボ制御すれば、各アームの稼働領域内で
は、アームの形状に係りなくマスタアーム101の運動を
任意に拡大または縮少してスレーブアーム102を操作す
ることができる。 次に、ａ＝ｂ＝ｃ＝１のとき、T6 sはT6 mをマスタアー
ム１の基準座標系Ｍのｘ軸方向にd,y方向にe,z方向にｆ
平行移動したものとなる。そして、前述した（１）式に
より得られた変換マトリクスT6 sに対し、スレーブアー
ム102のリンクパラメータを与え、スレーブアーム102の
各軸の目標値を逆変換演算により求める。このようにし
て得られたスレーブアーム102の各軸の目標値に対し、
各軸ごとにサーボ制御すれば、マスタアームの基準点に
対するスレーブアームの基準点を任意にずらして操作す
ることができる。 次に本発明の装置の一実施例を第２図により説明す
る。 この図において、101はマスタアーム、102はスレーブ
アームで、このスレーブアーム102はマスタアーム101と
異なる形状に構成されている。105は中央処理装置で、
座標変換演算及び両アームの制御等を行なう。 118は座標変換追加装置で、キーボードからの入力に
基づき（２）式のＫを作り、中央処理装置101に（１）
式に示す座標変換を追加する指示を与える。 104はマスタアーム101入出力装置で、マスタアーム10
1の各関節角度等を中央処理装置105へ入力し、また中央
処理装置105からマスタアーム101への指令値をサーボ増
幅し、マスタアーム101の各関節のアクチュエータを駆
動する働きをする。106はスレーブアーム102の入出力装
置で、スレーブアーム102の各関節角度等を中央処理装
置105へ入力し、また中央処理装置105からスレーブアー
ム102への指令値をサーボ増幅し、スレーブアーム102の
各関節のアクチュエータを駆動する働きをする。 107はジョイスティックで、中央処理装置105内部の切
換えにより、マスタアーム101の代りにスレーブアーム1
02、及び後述するアニメーション画像に対する指令値を
出す。108はジョイスティック107の入出力装置で、ジョ
イスティック107の傾き角の信号等を中央処理装置105へ
入力し、また、中央処理装置105からジョイスティック1
07への帰還信号をサーボ増幅し、ジョイスティック107
のアクチュエータを駆動する働きをもつ。 109は画像入力装置で、スレーブアーム102の作業を種
々の方向から監視する。110は画像処理装置で、画像入
力装置109で入力した画像にファストフーリエトランス
フォーム（FFT）等の演算を処し、パターン同定等を行
なう。 111はアニメータシミュレータで、コンピュータグラ
フィックによるスレーブアームをリアルタイムで表示す
るアニメーション用計算機である。112はグラフィック
ディスプレイで、アニメータシミュレータ111によるア
ニメーション画像を表示する他、アニメーション画像と
画像入力装置109で入力した実画像を重ねて表示するこ
ともでき、さににモード切換等のメニュー表示を始め、
中央処理装置105及びアニメータシミュレータ111とのマ
ンマシンインタフェースの対話用出力にも用いる。113
はテレビモニタで、画像入力装置109の映像を表示す
る。117はキーボードでスケール変換定数、基点シフト
指示メニューの入力を始め、中央処理装置105およびア
ニメータシミュレータ111とのマンマシインタフェース
の対話用入力に用いる。 201は作業対象物で、スレーブアーム102は広い範囲に
おいて作業対象物201に対し作業を行なわねばならな
い。 次に本実施例の信号の流れの主なものを第１図を用い
て説明する。なお、実際のものは、マスタアーム、スレ
ーブアーム、ジョイスティック共に６自由度を持つが、
以下、簡単のため３自由度として説明を行なう。 114A〜114Cはマスタアーム101の各関節軸に設けた位
置検出センサであり、この信号はマスタアーム入出力装
置104で処理し、中央処理装置105へ入力する。115A〜11
5Cはスレーブアーム102の各関節軸に設けた位置検出セ
ンサであり、この信号はスレーブアーム入出力装置106
で処理し、中央処理装置105へ入力する。以上の信号よ
り、中央処理装置105では一般化座標への座標変換演算
を行ない、さらに座標変換追加装置118の指示に基づ
き、第２一般化座標への座標変換を行うことにより、ス
レーブアーム102への指定値を決定する。この信号はス
レーブアーム入出力装置106を経てスレーブアーム102の
各関節軸に設けたアクチュエータ116A〜116Cを駆動す
る。又は同時に、中央処理装置105からアニメータシミ
ュレータ111へ信号を送り、グラフィックディスプレイ1
12上にスレーブアームのアニメーション画像を表示す
る。 次に、117A〜117Cはジョイスティックの角度を検出す
る位置検出センサであり、この信号はジョイスティック
入出力装置108で処理し、中央処理装置105へ入力する。
中央処理装置105ではスレーブアームへの指令を決定す
る際に、外部からの切換信号に基づき、マスタアームと
ジョイスティックのいずれからの信号を参照するかを決
定する。 また、画像入力装置109で入力した画像は、画像処理
装置110でFFT、パターン同定を行った後、実画像をテレ
ビモニタ113で表示すると同時にアニメータシミュレー
タ111へ送り、必要に応じてグラフイックディスプレイ1
12において、アニメーション画像に重ねて表示する。 次に、位置検出センサ114A〜114Cからの信号をマスタ
アーム入出力装置104で処理する際の具体例を第３図に
示す。これはジョイスティク、スレーブアームのものに
関しても同様である。第３図において位置検出センサ11
4A〜114Cとしては回転式パルス発生器を用いている。こ
の位置検出センサ114A〜114Cからは90゜位相のずれた１
組のパルス信号すなわちＡ相及びＢ相が回転角に応じて
発生する。この信号は方向判別回路301に入力されて回
転角の方向判別を行う。一方Ａ相またはＢ相の信号がカ
ウンタ302に入力され、パルス数をカウントする。前記
の方向判別回路301より出力される方向信号303はカウン
タ302に入力され、パルス数の増減の切換を行う。した
がって、カウンタ302の値は回転角の増減に対応して増
減するので、カウンタ302の出力304を外部から読み込む
ことによって回転角を検知することができる。 第４図は中央処理装置105の具体的な構成例を示す。
この中にはデータの入出力制御及び加減算等を行うプロ
セッサ401、三角関数表やマニピュレータのリンクパラ
メタなどのデータを格納するメモリ402、掛算器403及び
割算器404がバス回路405で接続されている。さらにこの
バス回路405にはシリアルまたはパラレルのインタフェ
イス回路406A〜406Eが接続されている。インタフェイス
回路406A〜406Eには各アーム入出力装置およびアニメー
タシミュレータ、座標変換追加装置が接続されている。
プロセッサ401はバス回路405を介してバス回路405に接
続されている全ての機器にアクセスし、データを処理す
ることができる。 次に上述した本発明の装置の一実施例の動作を説明す
る。 マスタアーム101を動作させると、マスタアーム101の
各関節角は位置検出センサ114A〜114Cにより検出され
る。この検出信号はマスタアーム入出力装置104を介し
て中央処理装置105に入力される。中央処理装置105はマ
スタアーム101の手先座標系MCのマスタアーム基準座標
系Ｍに対する相対位置関係を座標変換マトリクスT6 mと
して記憶しており、一般化座標への座標変換演算を行
う。また、キーボード117からの入力に基づき座標変換
追加装置118はマスタアーム101の手先運動に対するスレ
ーブアーム102の手先の運動の寸法比率すなわちスケー
ル変換定数、およびマスタアーム101の先端の位置とス
レーブアーム102の先端の位置の基準点のシフト量を示
すマトリクスＫを記憶しており、中央処理装置105に座
標変換の追加を指示する。すると、中央処理装置105は
マスタアーム座標変換マトリクスT6 mに対しＫを作用さ
せる演算を行い、スレーブアーム座標変換マトリクスT6
sを得る。次に、スレーブアーム102の手先座標系SCのス
レーブアーム基準座標系Ｓに対する相対位置がスレーブ
アーム座標変換マトリクスT6 sに一致するようにしたと
きのスレーブアーム102の各関節軸目標値を逆座標変換
演算により求め、これをスレーブアーム入出力装置106
に出力する。スレーブアーム入出力装置106はアクチュ
エータ116A〜116Cを駆動する。これにより、マスタアー
ム101の手先の運動をスケール変換、基点シフトあるい
は両方を行ってスレーブアーム102の手先の運動に変化
することができる。この結果、各アームの可動領域内で
は、アームの形状に係りなく、マスタアーム101の運動
を、任意に拡大または縮少してスレーブアーム102に伝
えることができ、マスタアーム101の操作に対してスレ
ーブアーム102を細かく運動させたり、粗雑であるが大
きく動作を与えることができる。 また、キーボード117の入力により座標変換追加装置1
18の指令で、中央処理装置105は、スレーブアーム102を
一時的にマスタアーム101から切離して静止させてお
き、操作者はマスタアーム101のみを任意の位置まで動
かす。この状態で、座標変換追加装置118は、マスタア
ーム101とスレーブアーム102の位置のずれ量を（２）式
のd,e,fの部分に記憶し直して、再びキーボード117の入
力によってマスタアーム101とスレーブアーム102を連動
するようにすることにより、マスタアーム101にもとづ
いたスレーブアーム102の動作基準点を自由に設定し直
すことができ、常にマスタアーム101を操縦者にとって
操作し易い位置で動かすことができる。 一方、ジョイスティックの位置検出センサ117A〜117C
からの信号は、ジョイスティック入出力装置108を経て
中央処理装置105に入力する。中央処理装置105はこの信
号を時間的に積分し、ジョイスティック107の仮想的な
手先座標系JCのジョイスティック基準座標系Ｊに対する
相対位置関係を座標変換マトリクスT6 jとして記憶す
る。そして、前述のT6 sを求める際に、外部からの切換
信号によりT6 mの代りにT6 jを用いることにより、ジョイ
スティック107を操縦することによりスレーブアーム102
を動かすことができる。 マスタアーム101はスレーブアーム102への位置指令を
だし、ジョイスティックは速度指令としてスレーブアー
ム102への指令を出すため、操作者は状況に応じて使い
易い方を選択することができる。 ジョイスティック107を用いた場合も、スケール変換
によってジョイスティックを倒した際のスレーブアーム
の移動速度を自由に選定できる等の利点が生じる。 さらに、第２一般化座標、すなわち（２）式のKT6 mを
スレーブアーム入出力装置106へ出力する代りに、ある
いは同時に、アニメータシミュレータ111へ出力するこ
とにより、グラフィックディスプレイ112において、ア
ニメーション画像としてみることができる。スレーブア
ーム102を動かさずにアニメーション画像を表示するこ
とにより、スケール変換等の効果による動きを確認でき
るので、危険な状況に陥ることがない。 さらに、地上から宇宙にあるスレーブアームを操作す
るときには、通信の遅れ時間を利用し、実際のスレーブ
アームより早く画像を見ることができ、マスタアームの
誤操作をチェックして修正することにも使用できる。も
し、実際のスレーブアームの動きを知りたいときには、
アニメーション画像を通信の送れ時間分だけおくらして
表示すればよい。 また、スレーブアーム102を動かすのと同時にアニメ
ーションを表示した場合、アニメーションは任意の方向
から見た場合の表示ができるので、操作性は向上する。 また、画像入力装置109により入力した画像はテレビ
モニタ113で表示する他、グラフィックディスプレイ112
のアニメーション画像に重ね表示することができる。こ
れにより、より現実的な画像情報が得られると共に、実
画像においては手前の物体の影になって死角となる部分
もアニメーション画像では表示できるので、実画像とア
ニメーションがお互いの欠点を補い合うことができる。 なお、この際座標変換追加装置118は第２一般化座標
への変換マトリックスＫをアニメーショ画像が実画像に
ずれることなく重なるように決定する必要がある。 さらに、第２図に示したように、画像入力装置109は
複数あり、種々の方向からスレーブアームを見ているた
め、操作者がテレビモニタ113を見ながら操縦する際に
は、マスタアーム101との方向との対応ずけを常に頭に
置いておかねばならず、基点シフトなどを行ううえでも
困難となる。従って、スレーブアーム座標変換マトリク
スT6 sを得る際に、ｉ番目の画像入力装置109に対してス
レーブアーム102の方向を補正する座標変換マトリクス
をRiとすると、 T6 s＝Ri・Ｋ・T6 m として、T6 sを得て画像装置に映ることにより、操作者
は方向の差を意識することなく、マスタアーム101を操
作することができる。（実際のスレーブの動きはＫ・T6
mで行なわれる）Ri・Ｋは座標変換追加装置118により与
える。 ここで、ｉ番目の画像入力装置109の視線の方向のロ
ール角、ピッチ角、ヨー角をαi,βｉ、γｉとすると、
Riは次式で与えられる。 このような座標変換マトリクスＲを導入すると宇宙に
おけるスレーブアームの熱変形、慣性変形に対応した信
号をスレーブアームに与えることができ、操作性が向上
する。上記の目的の場合アーム変形による先端の姿勢の
ロール角、ピッチ角、ヨー角をδ，ε，ζとし、ひずみ
によるx,y,z方向へのずれ位置をpqrとすると と表すことができる。 次に、本発明のもう一つの実施例を第５図を用いて説
明する。この実施例はマスタアーム101の手先の位置の
微少変位に対し、スケール変換演算を行ったものを、ス
レーブアーム102の手先の微少変位としてスレーブアー
ム102に伝えるようにしたものである。そして、第１図
に示す実施例と同様にマスタアーム101の基準座標系を
Ｍ、基準座標系Ｍからマスタアーム101の手先までの座
標変換マトリクスT6 m、スケール変換演算等のための変
換マトリクスをＫとする。またスレーブアーム102の基
準座標変換マトリクスをT6 sとすると、座標変換演算の
手順は次のようになる。すなわち、マスタアーム101の
各リンクパラメタとその各関節軸の位置から座標変換マ
トリクスT6 mが求められる。またスレーブアーム102の各
リンクパラメタとその手先の位置を示す座標変換マトリ
クスT6 sが与えられれば、スレーブアーム102の各軸の目
標値が求められる。 今ある時点でマスタアーム101とスレーブアーム102の
運動を同期させるものとすると、手先の位置の微少変位
dT6とマニピュレータ各軸の微少変位dQとの間には次の
関係がある。 dT6＝JdQ …（３） （J:ヤコビ行列） 今、マスタアーム101を微少運動MDさせたとき、その
各関節軸の変位の変化をdQmとし、マスタアーム101のヤ
コビ行列をJmとしたとき、マスタアーム101の手先の微
少運動dT6 mは次の式から得られる。 dT6 m＝Jm・dQm …（４） ここで、dT6 mをスケール変換してスレーブアーム102
の手先の微少運動dT6 sを次式から得る。 dT6 s＝KdT6 m …（５） 次にスレーブアーム102の各関節軸の微少変位dQsをス
レーブアーム102のヤコビ行列Jsの逆行列（Js）-1を解
くことにより求める。すなわち、 dQs＝（Js）-1・dT6 s …（６） 上式で得られたスレーブアーム102各関節軸の微少変
位dQsをスレーブアーム102の各関節軸の位置に加え、こ
れをスレーブアーム102の各関節軸のサーボ制御回路の
目標値とする。 次に上述した原理にもとづいて本発明の制御装置の他
の実施例を第６図を用いて説明する。なお、ジョイステ
ィック107、画像入力装置109、アニメータシミュレータ
111等の取扱いについては、最初の例に準じるので、こ
こではマスタアーム101とスレーブアーム102の関係のみ
について説明する。 第６図において第１図と同符号のものは同一部分また
は相当する部分である。601は差分回路、602は増分回路
である。差分回路９はサンプリングタイムにおけるセン
サ114A〜114cのセンサ信号の変化分を検出する。中央処
理装置105は前述した（３）式〜（６）式で示された計
算を行い、スレーブアーム102の各関節軸の変化分を求
め、この変化分を増分回路602に出力する。増分回路602
はスレーブアーム102の各関節軸毎に現在目標値に中央
処理装置で求めた変化分を加算し、スレーブアーム入出
力装置106に入力する。スレーブアーム入出力装置106は
スレーブアーム102の各関節軸に設けたアクチュエータ1
16A〜116Cを駆動する。これにより、スレーブアーム102
は駆動されるが、その移動量は検出器115A〜115Cによっ
て検出され、スレーブアーム入出力装置106にフィード
バックされる。その結果、マスタアーム101の手先の運
動をスケール変換してスレーブアームの手先に伝達する
ことができる。 上述した本発明の制御装置の他の実施例における演算
回路の演算処理動作を第７図を用いて説明する。 最初に、初期位置でスタートすると、マスタアーム１
の各関節の初期値を読み込でおく（702）。次にマスタ
アーム１とスレーブアームの関節角を入力し（104）、
前回のデータとの差から関節角の変化量dQm（706）を求
める。次にテーブルを参照して三角関数を求め（70
8）、マスタアーム１のヤコビ行列Jmを計算する（71
0）。関節角変化量dQmとヤコビ行列Jmからマスタアーム
１の手先変位dT6 mを求める（712）。スケール変換定数
Ｋは入力されたデータを用いて得る（714）。マスタア
ームの手先変位dT6 mにＫを乗じてスレーブアームの手先
変位dT6 sを求める（716）。 次にスレーブアームのヤコビ逆行列（Js′）-1を求め
る（718）。このdT6s′に（Js′）-1を乗じることによ
りスレーブアームの各関節角変位dQs′を求め（720）ス
レーブアームの関節角QsとdQsの和をとって（722）スレ
ーブアームの各サーボ系に結果を出力する（724）。上
記手続きを運転終了まで繰返し実行する。 この実施例によれば、第１図に示す実施例と同様な効
果が得られると共に、マスタアーム101とスレーブアー
ム102の手先位置がどこにあっても同期スタートされる
ことができ、かつ任意のスケール変換が可能である。 第８図は本発明の装置のさらに他の実施例を示すもの
で、この図において、第１図と同符号のものは同一部分
である。この実施例は、スレーブアーム102の手先を撮
影する画像入力装置109のズーム比の変化に対応して、
マスタアーム101の運動に対するスレーブアーム102の運
動のスケール変換の定数を変えるようにしたもであり、
画像入力装置109にそのズームレンズの動きを検出する
センサ109を設け、このセンサ情報を座標変換追加装置1
18に入力する。座標変換追加装置118はこのセンサ情報
と予め求めておいて補正演算を行うことにより、スケー
ル変換マトリクスＫを決定し、前述した実施例と同様に
中央処理装置105に座標変換の追加を指示し、中央処理
装置105はスレーブアーム102の運動をマスタアーム101
のそれぞれに対してスケール変換動作させるための目標
値を演算する。 第８図において、113はテレビモニタである。
【発明の効果】
以上説明した本発明のマニピュレータ制御システムに
よれば、関節で接れた複数リンクを持つマスターアーム
と、関節で接れた複数リンクを持つスレーブアームと、
前記マスターアームの動きに追従して前記スレーブアー
ムを動かすように制御するコントローラと、該コントロ
ーラに接続され、前記マスターアームの位置情報を該マ
スターアームと前記スレーブアームとの間の初期の相対
位置関係に基づいて、前記スレーブアームの指令位置情
報に対応した一般化座標に変換する第一変換手段と、該
第一変換手段により与えられる一般化座標を入力し、前
記マスターアームとスレーブアームとの間の相対位置関
係の変更を示す操作手段からの操作信号の入力に基づい
て前記一般化座標を第二の一般化座標に変換するための
第二変換手段と、前記スレーブアームの像を移すための
複数の画像入力装置と、該複数の画像入力装置のうちの
任意の一台を選択する切換手段とを備え、前記第二変換
手段は、前記切換手段により選択された前記画像入力装
置のスレーブアームに対する設置の方向の情報に基づき
一般化座標を第二の一般化座標に変換するようにしたも
のであるから、簡単な操作で安全にオペレータの操作す
る操作アームの操作性が向上し、その結果、マニピュレ
ータ自体の操作性も向上する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【第１図】 本発明の一実施例によるマニピュレータ制御システムの
ブロック図。
【第２図】 同構成図。
【第３図】 マスタアーム入出力装置104の具体的構成例を示すブロ
ック図。
【第４図】 中央処理装置105の具体的構成例を示すブロック図。
【第５図】 本発明の動作原理を示す説明図。
【第６図】 本発明の他の実施例によるマニピュレータ制御システム
のブロック図
【第７図】 演算処理動作を示すフローチャート。
【第８図】 本発明の他の実施例によるマニピュレータ制御システム
ブロック図
【符号の説明】
101……マスタアーム、 102……スレーブアーム、 105……中央処理装置、 109……画像入力装置、 110……画像処理装置、 112……グラフィックディスプレイ、 113……テレビモニタ、 118……座標変換追加装置、 201……作業対象物、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 吉男 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 青木 立 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 山本 広志 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−252081（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】関節で接れた複数リンクを持つマスターア
    ームと、関節で接れた複数リンクを持つスレーブアーム
    と、前記マスターアームの動きに追従して前記スレーブ
    アームを動かすように制御するコントローラと、該コン
    トローラに接続され、前記マスターアームの位置情報を
    該マスターアームと前記スレーブアームとの間の初期の
    相対位置関係に基づいて、前記スレーブアームの指令位
    置情報に対応した一般化座標に変換する第一変換手段
    と、該第一変換手段により与えられる一般化座標を入力
    し、前記マスターアームとスレーブアームとの間の相対
    位置関係の変更を示す操作手段からの操作信号の入力に
    基づいて前記一般化座標を第二の一般化座標に変換する
    ための第二変換手段と、前記スレーブアームの像を移す
    ための複数の画像入力装置と、該複数の画像入力装置の
    うちの任意の一台を選択する切換手段とを備え、 前記第二変換手段は、前記切換手段により選択された前
    記画像入力装置のスレーブアームに対する設置の方向の
    情報に基づき一般化座標を第二の一般化座標に変換する
    ことを特徴とするマニピュレータ制御システム。
  2. 【請求項２】前記コントローラは、前記マスターアーム
    とスレーブアーム間の追従動作の中断を指示する信号に
    応じて前記スレーブアームの動きをストップする制御手
    段と、前記スレーブアームのストップの間に前記マスタ
    ーアームが動作された位置ずれ量に応じた前記スレーブ
    アームの移動量を補正する座標変換を行う手段と、前記
    マスターアームとスレーブアーム間の追従動作の再開を
    指示する信号に応じて前記スレーブアームの動きを再開
    する制御手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の
    マニピュレータ制御システム。
  3. 【請求項３】前記マスターアームと共に設けられ操縦位
    置信号を発生するジョイスティック手段と、前記マスタ
    ーアームと前記ジョイスティック手段のいずれかを選択
    する信号に応じて前記スレーブアームの動きを前記マス
    ターアームと前記ジョイスティック手段のいずれかの動
    きに追従するように制御する制御手段と、該制御手段に
    接続され、前記選択信号に応じ一般化座標の変換を行う
    手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載のマ
    ニピュレータ制御システム。
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