JP2712653B2 - マニプレータの制御方式 - Google Patents
マニプレータの制御方式Info
- Publication number
- JP2712653B2 JP2712653B2 JP27486789A JP27486789A JP2712653B2 JP 2712653 B2 JP2712653 B2 JP 2712653B2 JP 27486789 A JP27486789 A JP 27486789A JP 27486789 A JP27486789 A JP 27486789A JP 2712653 B2 JP2712653 B2 JP 2712653B2
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- JP
- Japan
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- axis direction
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- axis
- tip
- Prior art date
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- Numerical Control (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明はマニプレータの制御方式に関し、手先部の動
作範囲が拡大されるよう工夫したものである。
作範囲が拡大されるよう工夫したものである。
B.発明の概要 本発明は、平面上の一方向であるＸ軸方向に関する位
置とこのＸ軸方向と直角なＹ軸方向の位置とを与えるこ
とにより平面に投影した手先部の先端の位置を決定する
マニプレータの制御方式において、Ｘ軸方向に関する位
置指令値とＹ軸方向に関する位置指令値とに基づき位置
指令値のリミット処理を行なうことにより、Ｘ軸方向及
びＹ軸方向に関する最大移動量で決定される円が原点か
らの最大移動位置となるようにして手先部の動作範囲を
最大限に拡大したものである。
置とこのＸ軸方向と直角なＹ軸方向の位置とを与えるこ
とにより平面に投影した手先部の先端の位置を決定する
マニプレータの制御方式において、Ｘ軸方向に関する位
置指令値とＹ軸方向に関する位置指令値とに基づき位置
指令値のリミット処理を行なうことにより、Ｘ軸方向及
びＹ軸方向に関する最大移動量で決定される円が原点か
らの最大移動位置となるようにして手先部の動作範囲を
最大限に拡大したものである。
C.従来の技術 マニプレータの一種であるマスター・スレーブマニプ
レータは、多関節の人工の腕であるマスターアームとス
レーブアームとを有しており、オペレータがマスターア
ームを操作することによりスレーブアームで対象物を把
持し、スレーブアームがマスターアームの位置に追従す
るよう制御して対象物を処理するようになっている。そ
こで、この種のマスター・スレーブマニプレータにおけ
るスレーブアームの手先部は人の手首と同様にその先端
部が平面上の任意の位置に占位し得るようになってい
る。
レータは、多関節の人工の腕であるマスターアームとス
レーブアームとを有しており、オペレータがマスターア
ームを操作することによりスレーブアームで対象物を把
持し、スレーブアームがマスターアームの位置に追従す
るよう制御して対象物を処理するようになっている。そ
こで、この種のマスター・スレーブマニプレータにおけ
るスレーブアームの手先部は人の手首と同様にその先端
部が平面上の任意の位置に占位し得るようになってい
る。
第４図は前記マスター・スレーブマニプレータにおけ
るスレーブアームの手先部及びこの手先部が移動して形
成する軌跡を示す説明図である。同図に示すように、手
先部１は円錐２の頂点O1を回動中心として全方向に回動
し得るようになっている。また、円錐２の底面2aにはそ
の円周方向に関し90°の位相を有する２点にロッド3,4
が夫々係止してある。これらロッド3,4は頂点O1及び底
面2aの中心を通る円錐２の軸と平行な方向に移動し得る
ようになっている。かくて、ロッド３を前後に移動させ
ることにより手先部１の先端O2が円弧状の軌跡５を描く
ように移動するとともに、ロッド４を前後に移動させる
ことにより前記先端O2が円弧状の軌跡６を描くように移
動する。即ち、平面７上の一方向であるＸ軸８に関する
位置とこのＸ軸８と直角なＹ軸９に関する位置とを与え
ることにより平面７に投影した先端O2の位置が決定され
る。
るスレーブアームの手先部及びこの手先部が移動して形
成する軌跡を示す説明図である。同図に示すように、手
先部１は円錐２の頂点O1を回動中心として全方向に回動
し得るようになっている。また、円錐２の底面2aにはそ
の円周方向に関し90°の位相を有する２点にロッド3,4
が夫々係止してある。これらロッド3,4は頂点O1及び底
面2aの中心を通る円錐２の軸と平行な方向に移動し得る
ようになっている。かくて、ロッド３を前後に移動させ
ることにより手先部１の先端O2が円弧状の軌跡５を描く
ように移動するとともに、ロッド４を前後に移動させる
ことにより前記先端O2が円弧状の軌跡６を描くように移
動する。即ち、平面７上の一方向であるＸ軸８に関する
位置とこのＸ軸８と直角なＹ軸９に関する位置とを与え
ることにより平面７に投影した先端O2の位置が決定され
る。
マスター・スレーブマニプレータの場合、前記XY軸8,
9に関する位置の情報は、マスターアームの位置を検出
する位置センサにより位置指令値X,Yとして夫々与えら
れ、これら位置指令値X,Yに基づいてロッド3,4の移動量
が決定される。
9に関する位置の情報は、マスターアームの位置を検出
する位置センサにより位置指令値X,Yとして夫々与えら
れ、これら位置指令値X,Yに基づいてロッド3,4の移動量
が決定される。
一方、ロッド3,4の移動量は機械的な構造により規制
されるため、前記位置指令値に対しリミット処理を行な
っている。
されるため、前記位置指令値に対しリミット処理を行な
っている。
更に詳言すると、従来技術に係る制御方式において
は、ロッド3,4が独立して移動し得る移動量に対応する
先端O2の原点O3からの最大移動量を夫々±Ｒとすると、
Ｘ軸８及びＹ軸９に関する位置指令値は夫々 が最大値となるように別々にリミット処理をしている。
そこで、第５図に示すように、従来技術における先端O2
の位置は、一辺の長さが の正方形10の内部に制限される。
は、ロッド3,4が独立して移動し得る移動量に対応する
先端O2の原点O3からの最大移動量を夫々±Ｒとすると、
Ｘ軸８及びＹ軸９に関する位置指令値は夫々 が最大値となるように別々にリミット処理をしている。
そこで、第５図に示すように、従来技術における先端O2
の位置は、一辺の長さが の正方形10の内部に制限される。
D.発明が解決しようとする課題 上記従来技術において、ロッド3,4の許容移動量だけ
を考慮すれば、手先部１の先端O2の位置は、第５図に示
すように、半径Ｒの円11の内部の位置であれば良い。と
ころが、XY軸8,9に関する位置の最大値を±Ｒとした場
合には第５図の斜線部分12に含まれる位置、即ち円11と
これに外接する正方形12との間の位置が指定される場合
があり、この場合にはロッド3,4及びこれの移動機構に
無理な力がかかりこれらを破損する虞がある。このた
め、従来技術においては、前述の如く が最大値となるようにリミット処理をしている。したが
って、斜線部分13に含まれる位置、即ち円11とこれに内
接する正方形10との間の位置を指定することができず、
その分手先部１の移動範囲が制御されるという問題があ
る。
を考慮すれば、手先部１の先端O2の位置は、第５図に示
すように、半径Ｒの円11の内部の位置であれば良い。と
ころが、XY軸8,9に関する位置の最大値を±Ｒとした場
合には第５図の斜線部分12に含まれる位置、即ち円11と
これに外接する正方形12との間の位置が指定される場合
があり、この場合にはロッド3,4及びこれの移動機構に
無理な力がかかりこれらを破損する虞がある。このた
め、従来技術においては、前述の如く が最大値となるようにリミット処理をしている。したが
って、斜線部分13に含まれる位置、即ち円11とこれに内
接する正方形10との間の位置を指定することができず、
その分手先部１の移動範囲が制御されるという問題があ
る。
本発明は、従来技術の問題がX,Y両軸に関するリミッ
ト処理を独立に行なっていることに起因する点に鑑み、
X,Y両軸に関して独立して夫々移動し得る原点からの最
大移動量に規定される円の内部の任意の位置に手先部の
先端の位置が占位し得るようにしたマニプレータの制御
方式を提供することを目的とする E.課題を解決するための手段 上記目的を達成する本発明の構成は、 平面上の一方向であるＸ軸方向に関する位置とこのＸ
軸方向と直角なＹ軸方向の位置とを与えることにより平
面に投影した手先部の先端の位置を決定するマニプレー
タの制御方式において、 Ｘ軸方向に関する位置指令値ＸとＹ軸方向に関する位
置指令値Ｙとを表わす位置信号と、Ｘ軸方向及びＹ軸方
向に関し独立して夫々移動し得る原点からの最大移動量
により規定される円の半径Ｒを表わす半径信号とに基づ
きR2と（X2＋Y2）との値を比較し、R2≧X2＋Y2の場合に
はX,Yをそのまま位置指令値とするとともに、R2＜X2＋Y
2の場合には前回のサンプリング時の位置指令値を位置
指令値とすることを特徴とする。
ト処理を独立に行なっていることに起因する点に鑑み、
X,Y両軸に関して独立して夫々移動し得る原点からの最
大移動量に規定される円の内部の任意の位置に手先部の
先端の位置が占位し得るようにしたマニプレータの制御
方式を提供することを目的とする E.課題を解決するための手段 上記目的を達成する本発明の構成は、 平面上の一方向であるＸ軸方向に関する位置とこのＸ
軸方向と直角なＹ軸方向の位置とを与えることにより平
面に投影した手先部の先端の位置を決定するマニプレー
タの制御方式において、 Ｘ軸方向に関する位置指令値ＸとＹ軸方向に関する位
置指令値Ｙとを表わす位置信号と、Ｘ軸方向及びＹ軸方
向に関し独立して夫々移動し得る原点からの最大移動量
により規定される円の半径Ｒを表わす半径信号とに基づ
きR2と（X2＋Y2）との値を比較し、R2≧X2＋Y2の場合に
はX,Yをそのまま位置指令値とするとともに、R2＜X2＋Y
2の場合には前回のサンプリング時の位置指令値を位置
指令値とすることを特徴とする。
F.作用 上記構成の本発明によれば、位置指令値X,Yの両情報
に基づきリミット処理をしているので、手先部の先端の
位置は半径Ｒの円の内部の任意の位置に占位させること
ができる。
に基づきリミット処理をしているので、手先部の先端の
位置は半径Ｒの円の内部の任意の位置に占位させること
ができる。
G.実施例 以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
第１図は本発明の実施例方式を実現するマスター・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。同図は第４図に示す手先部１のロッド3,4の移動を
制御する制御系である。即ち、第１図におけるマスター
アーム21の位置センサ入力部23とスレーブアーム22の位
置センサ入力部24とが対となってＸ軸方向に関する位置
を決定するロッド３の制御系（以下Ｘ軸制御系と称す
る）を形成しており、また位置センサ入力部25,26が対
となってＹ軸方向に関する位置を決定するロッド３の制
御系（以下Ｙ軸制御系と称す）を形成している。位置オ
フセット量設定部27,28はマスターアーム21とスレーブ
アーム22との初期偏差をX,Y軸制御系毎に設定しておく
ものである。かくて、位置センサ入力部23,25に供給さ
れたマスターアームの各位置情報に各初期偏差を加えた
ものが各位置指令値X,Yとなる。
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。同図は第４図に示す手先部１のロッド3,4の移動を
制御する制御系である。即ち、第１図におけるマスター
アーム21の位置センサ入力部23とスレーブアーム22の位
置センサ入力部24とが対となってＸ軸方向に関する位置
を決定するロッド３の制御系（以下Ｘ軸制御系と称す
る）を形成しており、また位置センサ入力部25,26が対
となってＹ軸方向に関する位置を決定するロッド３の制
御系（以下Ｙ軸制御系と称す）を形成している。位置オ
フセット量設定部27,28はマスターアーム21とスレーブ
アーム22との初期偏差をX,Y軸制御系毎に設定しておく
ものである。かくて、位置センサ入力部23,25に供給さ
れたマスターアームの各位置情報に各初期偏差を加えた
ものが各位置指令値X,Yとなる。
リミット処理部29では、位置指令値X,Yに基づき後述
するアルゴリズムによりリミット処理を施してＸ軸制御
系の位置指令値X1を送出する。その後は従来と同様に位
置指令値X1と位置センサ入力部24に供給されたスレーブ
アーム22のＸ軸制御系の位置情報とに基づき、両者の偏
差を求め、サーボゲイン処理部30、PI補償部31及びトル
ク出力部32を介してロッド３の移動機構に前記偏差に応
じたトルク指令値を供給してる。このとき、速度センサ
入力部33に供給されるスレーブアーム22の速度情報にダ
ンピングゲイン35を乗じ、この値をサーボゲインを乗じ
た位置指令値X1から差し引いてロッド３の急激な移動を
防止している。
するアルゴリズムによりリミット処理を施してＸ軸制御
系の位置指令値X1を送出する。その後は従来と同様に位
置指令値X1と位置センサ入力部24に供給されたスレーブ
アーム22のＸ軸制御系の位置情報とに基づき、両者の偏
差を求め、サーボゲイン処理部30、PI補償部31及びトル
ク出力部32を介してロッド３の移動機構に前記偏差に応
じたトルク指令値を供給してる。このとき、速度センサ
入力部33に供給されるスレーブアーム22の速度情報にダ
ンピングゲイン35を乗じ、この値をサーボゲインを乗じ
た位置指令値X1から差し引いてロッド３の急激な移動を
防止している。
以上はＸ軸制御系であるが、Ｙ軸制御系の構成も同一
であるため、図中にこのことを記して重複する説明は省
略する。なお、図中の34は速度センサ入力部33に対応す
るＹ軸制御系の速度センサ入力部である。
であるため、図中にこのことを記して重複する説明は省
略する。なお、図中の34は速度センサ入力部33に対応す
るＹ軸制御系の速度センサ入力部である。
第２図は本発明の実施例方式に係るリミット処理部29
における処理のアルゴリズムを示すフローチャートであ
る。同図に示すように、先ずスレーブアーム22のＸ軸方
向に関する位置指令値Ｘを演算するとともに、スレーブ
アーム22のＹ軸方向に関する位置指令値Ｙを演算する
（ブロック36,37参照）。これらの位置指令値X,Yは次の
通りである。
における処理のアルゴリズムを示すフローチャートであ
る。同図に示すように、先ずスレーブアーム22のＸ軸方
向に関する位置指令値Ｘを演算するとともに、スレーブ
アーム22のＹ軸方向に関する位置指令値Ｙを演算する
（ブロック36,37参照）。これらの位置指令値X,Yは次の
通りである。
Ｘ＝（位置センサ入力部23の入力値）＋（位置オフセッ
ト量設定部27の設定値） Ｙ＝（位置センサ入力部25の入力値）＋（位置オフセッ
ト量設定部28の設定値） 前記位置指令値X,Yに基づき、これらにより規定され
る位置がロッド3,4の動作範囲内にあるか否かを判定す
る（ブロック38参照）。即ちR2≧X2＋Y2（Ｒ＝ロッド3,
4の最大移動量により規定される円11の半径）が成立す
るか否かを判定する。この結果R2≧X2＋Y2の場合には位
置指令値Ｘをリミット処理部29から送出する位置指令値
X1とする。一方、、R2＜X2＋Y2の場合には、前回のサン
プリング時の位置指令値X0をリミット処理部29から送出
する。
ト量設定部27の設定値） Ｙ＝（位置センサ入力部25の入力値）＋（位置オフセッ
ト量設定部28の設定値） 前記位置指令値X,Yに基づき、これらにより規定され
る位置がロッド3,4の動作範囲内にあるか否かを判定す
る（ブロック38参照）。即ちR2≧X2＋Y2（Ｒ＝ロッド3,
4の最大移動量により規定される円11の半径）が成立す
るか否かを判定する。この結果R2≧X2＋Y2の場合には位
置指令値Ｘをリミット処理部29から送出する位置指令値
X1とする。一方、、R2＜X2＋Y2の場合には、前回のサン
プリング時の位置指令値X0をリミット処理部29から送出
する。
Ｙ軸制御系に関しても同様のリミット処理を行なう。
かかる本実施例によれば、手先部１の先端O2は、第３
図に示すように、半径Ｒの円11の内部の任意の点に占位
させることができる。
図に示すように、半径Ｒの円11の内部の任意の点に占位
させることができる。
H.発明の効果 以上実施例とともに具体的に説明したように、本発明
によれば、手先部の先端を半径Ｒの円内に占位させるこ
とができるので、移動許容範囲の総ての位置を指令値と
して人の手首の動きにより近いスレーブアームの手先部
の円滑な移動制御を行うことができる。
によれば、手先部の先端を半径Ｒの円内に占位させるこ
とができるので、移動許容範囲の総ての位置を指令値と
して人の手首の動きにより近いスレーブアームの手先部
の円滑な移動制御を行うことができる。
第１図は本発明の実施例を実現するマスター・スレーブ
マニプレータの制御系を示すブロック線図、第２図は本
発明の実施例に係るリミット処理のアルゴリズムを示す
フローチャート、第３図は本発明の実施例に係る手先部
の移動範囲を説明する説明図、第４図は手先部の移動原
理を示す説明図、第５図は従来技術に係る手先部の移動
範囲を示す説明図である。 図面中、 １は手先部、７は平面、８はＸ軸、９はＹ軸、11は円、
O2は先端、O3は原点、Ｒは半径である。
マニプレータの制御系を示すブロック線図、第２図は本
発明の実施例に係るリミット処理のアルゴリズムを示す
フローチャート、第３図は本発明の実施例に係る手先部
の移動範囲を説明する説明図、第４図は手先部の移動原
理を示す説明図、第５図は従来技術に係る手先部の移動
範囲を示す説明図である。 図面中、 １は手先部、７は平面、８はＸ軸、９はＹ軸、11は円、
O2は先端、O3は原点、Ｒは半径である。
Claims (1)
- 【請求項１】平面上の一方向であるＸ軸方向に関する位
置とこのＸ軸方向と直角なＹ軸方向の位置とを与えるこ
とにより平面に投影した手先部の先端の位置を決定する
マニプレータの制御方式において、 Ｘ軸方向に関する位置指令値ＸとＹ軸方向に関する位置
指令値Ｙとを表わす位置信号と、Ｘ軸方向及びＹ軸方向
に関し独立して夫々移動し得る原点からの最大移動量に
より規定される円の半径Ｒを表わす半径信号とに基づき
R2と（X2＋Y2）との値を比較し、R2≧X2＋Y2の場合には
X,Yをそのまま位置指令値とするとともに、R2＜X2＋Y2
の場合には前回のサンプリング時の位置指令値を位置指
令値とすることを特徴とするマニプレータの制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27486789A JP2712653B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | マニプレータの制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27486789A JP2712653B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | マニプレータの制御方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03136781A JPH03136781A (ja) | 1991-06-11 |
| JP2712653B2 true JP2712653B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=17547671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27486789A Expired - Lifetime JP2712653B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | マニプレータの制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2712653B2 (ja) |
-
1989
- 1989-10-24 JP JP27486789A patent/JP2712653B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03136781A (ja) | 1991-06-11 |
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