JP3063863B2 - マニピュレ−タの操作装置 - Google Patents
マニピュレ−タの操作装置Info
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- JP3063863B2 JP3063863B2 JP3144308A JP14430891A JP3063863B2 JP 3063863 B2 JP3063863 B2 JP 3063863B2 JP 3144308 A JP3144308 A JP 3144308A JP 14430891 A JP14430891 A JP 14430891A JP 3063863 B2 JP3063863 B2 JP 3063863B2
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- grip
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマニピュレ−タの操作装
置に係り、とくにオペレ−タが許容された操作限界を越
えてグリップを操作したときにグリップに大きな反力を
作用させるようにして動作の安全化を計ったマニピュレ
−タの操作装置に関する。
置に係り、とくにオペレ−タが許容された操作限界を越
えてグリップを操作したときにグリップに大きな反力を
作用させるようにして動作の安全化を計ったマニピュレ
−タの操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のマニピュレ−タ用操作装置は特開
平１−２４０２８６号公報に記載のように、操作装置の
ハンドル部に設けたスイッチにより位置／姿勢指令と速
度指令とを切替え、グリップを操作してマニピュレ−タ
の上記位置／姿勢または速度を制御するようにしてい
た。まず、図２〜４により上記従来装置の概要を説明す
る。図２はマニピュレ−タとその操作装置の構成例を示
す図であり、全体はハンドコントロ−ラ系２１０とスレ
−ブマニピュレ−タ系２２０とにより構成され、ハンド
コントロ−ラ系２１０は例えば宇宙ステ−ション内に設
置され、スレ−ブマニピュレ−タ系２２０は宇宙空間内
に設置される。オペレ−タはハンドコントロ−ラ系２１
０内のスイッチ２１６により制御の種類を指定し、グリ
ップ２１５を操作してスレ−ブマニピュレ−タ系２２０
を移動させる。
平１−２４０２８６号公報に記載のように、操作装置の
ハンドル部に設けたスイッチにより位置／姿勢指令と速
度指令とを切替え、グリップを操作してマニピュレ−タ
の上記位置／姿勢または速度を制御するようにしてい
た。まず、図２〜４により上記従来装置の概要を説明す
る。図２はマニピュレ−タとその操作装置の構成例を示
す図であり、全体はハンドコントロ−ラ系２１０とスレ
−ブマニピュレ−タ系２２０とにより構成され、ハンド
コントロ−ラ系２１０は例えば宇宙ステ−ション内に設
置され、スレ−ブマニピュレ−タ系２２０は宇宙空間内
に設置される。オペレ−タはハンドコントロ−ラ系２１
０内のスイッチ２１６により制御の種類を指定し、グリ
ップ２１５を操作してスレ−ブマニピュレ−タ系２２０
を移動させる。
【０００３】上記の制御の種類は基本的に２種類に分類
される。その第１は位置／姿勢制御であり、オペレ−タ
が動かしたグリップ２１５の変位に対応してスレ−ブマ
ニピュレ−タ２２１の先端部を変位させる。第２は速度
制御であり、スレ−ブマニピュレ−タ２２１の先端部を
オペレ−タがグリップ２１５の変位量に比例する速度で
その方向に移動させる。また、上記速度制御にはオペレ
−タがグリップ２１５からスレ−ブマニピュレ−タ２２
１に作用する力／トルクを反作用として感じ取れるよう
にする制御も含まれる。ハンドコントロ−ラ系２１０は
マスタア−ムとなるハンドコントロ−ラ２１１，入出力
装置２１２、演算処理部２１３等よりなり、オペレ−タ
はハンドコントロ−ラ２１１のグリップ２１５を操作
し、その根本にある６軸力センサ２１４がグリップ２１
５に作用する力やトルク等を検出する。またグリップ２
１５に取付けられたスイッチ２１６により上記制御モ−
ドを切替えて指定する。
される。その第１は位置／姿勢制御であり、オペレ−タ
が動かしたグリップ２１５の変位に対応してスレ−ブマ
ニピュレ−タ２２１の先端部を変位させる。第２は速度
制御であり、スレ−ブマニピュレ−タ２２１の先端部を
オペレ−タがグリップ２１５の変位量に比例する速度で
その方向に移動させる。また、上記速度制御にはオペレ
−タがグリップ２１５からスレ−ブマニピュレ−タ２２
１に作用する力／トルクを反作用として感じ取れるよう
にする制御も含まれる。ハンドコントロ−ラ系２１０は
マスタア−ムとなるハンドコントロ−ラ２１１，入出力
装置２１２、演算処理部２１３等よりなり、オペレ−タ
はハンドコントロ−ラ２１１のグリップ２１５を操作
し、その根本にある６軸力センサ２１４がグリップ２１
５に作用する力やトルク等を検出する。またグリップ２
１５に取付けられたスイッチ２１６により上記制御モ−
ドを切替えて指定する。
【０００４】同様にスレ−ブマニピュレ−タ系２２０も
入出力装置２２２、演算処理部２２３を備え、また、各
関節はぞれぞれのアクチュエ−タによって駆動されその
角度は各角度センサによって検出される。スレ−ブマニ
ピュレ−タ２２１の手首部にかかる力やトルク等は手首
部にある６軸力センサ２２４により検出される。図３は
図１における信号の流れ図である。グリップ２１５に作
用する力やトルク等は６軸力センサ２１４により検出さ
れ、その信号３１３は入出力装置２１２を経由して演算
処理部２１３に取り込まれる。同様にオペレ−タが操作
したスイッチ２１６の信号３１４も入出力装置２１２を
経由して演算処理部２１３に取り込まれる。
入出力装置２２２、演算処理部２２３を備え、また、各
関節はぞれぞれのアクチュエ−タによって駆動されその
角度は各角度センサによって検出される。スレ−ブマニ
ピュレ−タ２２１の手首部にかかる力やトルク等は手首
部にある６軸力センサ２２４により検出される。図３は
図１における信号の流れ図である。グリップ２１５に作
用する力やトルク等は６軸力センサ２１４により検出さ
れ、その信号３１３は入出力装置２１２を経由して演算
処理部２１３に取り込まれる。同様にオペレ−タが操作
したスイッチ２１６の信号３１４も入出力装置２１２を
経由して演算処理部２１３に取り込まれる。
【０００５】演算処理部２１３は上記信号３１３、３１
４等に応じてハンドコントロ−ラ系２１０に関する制御
演算を行い、ハンドコントロ−ラ２１１内の各関節への
指令値３１１を出力する。入出力装置２１２は指令値３
１１に応じて各関節内モ−タの電流を制御し、各関節角
センサにより検出される各関節の関節角信号３１２は演
算処理部２１３に送られる。スレ−ブマニピュレ−タ系
２２０の動作も同様である。演算処理部２２３はスレ−
ブマニピュレ−タ２２１内の各関節への指令値３２１を
出力し、入出力装置２２２は指令値３２１に応じて各関
節を駆動し、これに対応する各関節角信号３２２は入出
力装置２２２を経由して演算処理部２２３に取り込まれ
る。また、力やトルク等は６軸力センサ２２４により検
出され、その信号３２３は同様に演算処理部２２３に取
り込まれる。なお、６軸力センサ２１４と同２２４は共
に６軸分の力とトルクを検出するため６種類の信号を出
力する。演算処理部２１３と演算処理部２２３間は信号
３３１と同３３２により結合されている。
４等に応じてハンドコントロ−ラ系２１０に関する制御
演算を行い、ハンドコントロ−ラ２１１内の各関節への
指令値３１１を出力する。入出力装置２１２は指令値３
１１に応じて各関節内モ−タの電流を制御し、各関節角
センサにより検出される各関節の関節角信号３１２は演
算処理部２１３に送られる。スレ−ブマニピュレ−タ系
２２０の動作も同様である。演算処理部２２３はスレ−
ブマニピュレ−タ２２１内の各関節への指令値３２１を
出力し、入出力装置２２２は指令値３２１に応じて各関
節を駆動し、これに対応する各関節角信号３２２は入出
力装置２２２を経由して演算処理部２２３に取り込まれ
る。また、力やトルク等は６軸力センサ２２４により検
出され、その信号３２３は同様に演算処理部２２３に取
り込まれる。なお、６軸力センサ２１４と同２２４は共
に６軸分の力とトルクを検出するため６種類の信号を出
力する。演算処理部２１３と演算処理部２２３間は信号
３３１と同３３２により結合されている。
【０００６】図４は上記各関節のアクチュエ−タ／セン
サと各入出力装置及び演算処理部間の信号の流れを示す
ブロック図である。なお、ハンドコントロ−ラ２１１と
スレ−ブマニピュレ−タ２２１内にはそれぞれ６個の関
節がある場合を示している。ハンドコントロ−ラ２１１
内の上記６個の関節のアクチュエ−タ４０１〜４０６は
演算処理部２１３から入出力装置２１２を経由する信号
により駆動される。また、それぞれの各関節角は各関節
角セン４０７〜４１２により検出されて入出力装置２１
２を経由して演算処理部２１３に送られる。スレ−ブマ
ニピュレ−タ２２１内の各関節についても同様である。
サと各入出力装置及び演算処理部間の信号の流れを示す
ブロック図である。なお、ハンドコントロ−ラ２１１と
スレ−ブマニピュレ−タ２２１内にはそれぞれ６個の関
節がある場合を示している。ハンドコントロ−ラ２１１
内の上記６個の関節のアクチュエ−タ４０１〜４０６は
演算処理部２１３から入出力装置２１２を経由する信号
により駆動される。また、それぞれの各関節角は各関節
角セン４０７〜４１２により検出されて入出力装置２１
２を経由して演算処理部２１３に送られる。スレ−ブマ
ニピュレ−タ２２１内の各関節についても同様である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、オペレータはグリップがその動作領域を越えないよ
うに注意してグリップを操作する必要があり、また、グ
リップが動作領域を越えた場合にはスレーブマニピュレ
ータの動きが停止したり、電源が遮断されたりするとい
う課題があった。また、スイッチによる操作モードを切
り替えた場合に、グリップの動作領域を操作モードに対
応して適切に設定しにくいという課題もあった。本発明
の目的は、上記課題を解決すべく、第１および第２の操
作モードにおいてスレーブマニピュレータに対してオペ
レータがグリップの動作領域を意識することなく、常に
最適に操作することができ、安全性を図ることができる
ようにしたマニピュレータの操作装置を提供することに
ある。
は、オペレータはグリップがその動作領域を越えないよ
うに注意してグリップを操作する必要があり、また、グ
リップが動作領域を越えた場合にはスレーブマニピュレ
ータの動きが停止したり、電源が遮断されたりするとい
う課題があった。また、スイッチによる操作モードを切
り替えた場合に、グリップの動作領域を操作モードに対
応して適切に設定しにくいという課題もあった。本発明
の目的は、上記課題を解決すべく、第１および第２の操
作モードにおいてスレーブマニピュレータに対してオペ
レータがグリップの動作領域を意識することなく、常に
最適に操作することができ、安全性を図ることができる
ようにしたマニピュレータの操作装置を提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、各関節に、各関節を駆動するアクチュエ
ータと各関節の角度を検出する角度検出センサとを備
え、先端に６軸力センサを介して３軸方向の位置と３軸
回りの姿勢とを操作するグリップを取付けた６自由度の
関節機構から構成され、手先先端部に６軸力センサを取
付けた６自由度から構成された関節型のスレーブマニピ
ュレータを操作するための関節型のマニピュレータの操
作装置であって、前記グリップの基準位置および姿勢に
対して設定されたグリップの許容動作領域を記憶する記
憶手段と、前記各角度検出センサで検出される各関節の
角度を正座標変換して得られるグリップの位置および姿
勢が前記記憶手段に記憶されたグリップの許容動作領域
の限界に近づいたか否かを監視し、グリップの位置およ
び姿勢がグリップの許容動作領域の限界に近づいたとき
動作限界信号を発生する動作領域チェック回路と、前記
操作装置の６軸力センサから検出されるグリップに与え
られる６軸の力に応じた信号と前記マニピュレータの６
軸力センサから検出される手先に与えられる６軸の力に
応じた信号との差信号に対して、前記動作領域チェック
回路から動作限界信号が発生した際グリップが動作限界
から離れる向きの反力信号を加え、この加えられた力信
号を逆座標変換して得られる信号に基いて前記各アクチ
ュエータを駆動し、前記各角度検出センサで検出される
各関節の角度を正座標変換して得られるグリップの位置
および姿勢を示す信号を出力し、この出力される信号に
基いて前記マニピュレータの各アクチュエータを駆動制
御する第１の操作モード制御手段と、前記操作装置の６
軸力センサから検出されるグリップに与えられる６軸の
力に応じた信号に対して、前記動作領域チェック回路か
ら動作限界信号が発生した際グリップが動作限界から離
れる向きの反力信号を加え、この加えられた力信号を逆
座標変換して得られる信号に基いて前記各アクチュエー
タを駆動し、前記各角度検出センサで検出される各関節
の角度を正座標変換して得られるグリップの位置および
姿勢を示す信号を出力し、この出力される信号に基いて
前記マニピュレータの各アクチュエータを駆動制御する
第２の操作モード制御手段と、前記第１および第２の操
作モード制御手段の何れかを選択する選択スイッチとを
備えたことを特徴とする。
に、本発明は、各関節に、各関節を駆動するアクチュエ
ータと各関節の角度を検出する角度検出センサとを備
え、先端に６軸力センサを介して３軸方向の位置と３軸
回りの姿勢とを操作するグリップを取付けた６自由度の
関節機構から構成され、手先先端部に６軸力センサを取
付けた６自由度から構成された関節型のスレーブマニピ
ュレータを操作するための関節型のマニピュレータの操
作装置であって、前記グリップの基準位置および姿勢に
対して設定されたグリップの許容動作領域を記憶する記
憶手段と、前記各角度検出センサで検出される各関節の
角度を正座標変換して得られるグリップの位置および姿
勢が前記記憶手段に記憶されたグリップの許容動作領域
の限界に近づいたか否かを監視し、グリップの位置およ
び姿勢がグリップの許容動作領域の限界に近づいたとき
動作限界信号を発生する動作領域チェック回路と、前記
操作装置の６軸力センサから検出されるグリップに与え
られる６軸の力に応じた信号と前記マニピュレータの６
軸力センサから検出される手先に与えられる６軸の力に
応じた信号との差信号に対して、前記動作領域チェック
回路から動作限界信号が発生した際グリップが動作限界
から離れる向きの反力信号を加え、この加えられた力信
号を逆座標変換して得られる信号に基いて前記各アクチ
ュエータを駆動し、前記各角度検出センサで検出される
各関節の角度を正座標変換して得られるグリップの位置
および姿勢を示す信号を出力し、この出力される信号に
基いて前記マニピュレータの各アクチュエータを駆動制
御する第１の操作モード制御手段と、前記操作装置の６
軸力センサから検出されるグリップに与えられる６軸の
力に応じた信号に対して、前記動作領域チェック回路か
ら動作限界信号が発生した際グリップが動作限界から離
れる向きの反力信号を加え、この加えられた力信号を逆
座標変換して得られる信号に基いて前記各アクチュエー
タを駆動し、前記各角度検出センサで検出される各関節
の角度を正座標変換して得られるグリップの位置および
姿勢を示す信号を出力し、この出力される信号に基いて
前記マニピュレータの各アクチュエータを駆動制御する
第２の操作モード制御手段と、前記第１および第２の操
作モード制御手段の何れかを選択する選択スイッチとを
備えたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明のスレーブマニピュレータを操作する操
作装置は、グリップの基準位置および姿勢に対して設定
されたグリップの許容動作領域を記憶する記憶手段と、
各角度検出センサで検出される各関節の角度を正座標変
換して得られるグリップの位置および姿勢が前記記憶手
段に記憶されたグリップの許容動作領域の限界に近づい
たか否かを監視し、グリップの位置および姿勢がグリッ
プの許容動作領域の限界に近づいたとき動作限界信号を
発生する動作領域チェック回路とを設けることによっ
て、第１の操作モードにおいては操作装置の６軸力セン
サから検出されるグリップに与えられる６軸の力に応じ
た信号とマニピュレータの６軸力センサから検出される
手先に与えられる６軸の力に応じた信号との差信号に対
して、反力信号を加え、この加えられた力信号を逆座標
変換して得られる信号に基いて各アクチュエータを駆動
することによってグリップに強い反力を発生させ、第２
の操作モードにおいては操作装置の６軸力センサから検
出されるグリップに与えられる６軸の力に応じた信号に
対して、反力信号を加え、この加えられた力信号を逆座
標変換して得られる信号に基いて各アクチュエータを駆
動することによってグリップに強い反力を発生させるよ
うに構成したので、常に最適に操作することができ、操
作の安全性を図ることができる。
作装置は、グリップの基準位置および姿勢に対して設定
されたグリップの許容動作領域を記憶する記憶手段と、
各角度検出センサで検出される各関節の角度を正座標変
換して得られるグリップの位置および姿勢が前記記憶手
段に記憶されたグリップの許容動作領域の限界に近づい
たか否かを監視し、グリップの位置および姿勢がグリッ
プの許容動作領域の限界に近づいたとき動作限界信号を
発生する動作領域チェック回路とを設けることによっ
て、第１の操作モードにおいては操作装置の６軸力セン
サから検出されるグリップに与えられる６軸の力に応じ
た信号とマニピュレータの６軸力センサから検出される
手先に与えられる６軸の力に応じた信号との差信号に対
して、反力信号を加え、この加えられた力信号を逆座標
変換して得られる信号に基いて各アクチュエータを駆動
することによってグリップに強い反力を発生させ、第２
の操作モードにおいては操作装置の６軸力センサから検
出されるグリップに与えられる６軸の力に応じた信号に
対して、反力信号を加え、この加えられた力信号を逆座
標変換して得られる信号に基いて各アクチュエータを駆
動することによってグリップに強い反力を発生させるよ
うに構成したので、常に最適に操作することができ、操
作の安全性を図ることができる。
【００１０】
【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明す
る。図１は本発明におけるハンドコントロ−ラ２１１の
制御系統図であり、同図下部中程に描かれた「動作領域
チェックロジック」のブロック１０８が本発明により追
加された動作モ−ドである。スイッチ２１６を押す毎に
操作モ−ド選択ロジックに信号が送られハンドコントロ
−ラ２１１の操作モ−ドが第１の操作モ−ドから第２の
操作モ−ドへ、またはその逆に切り替えられる。第１の
操作モ−ドではスレ−ブマニピュレ−タ２２１の先端が
ハンドコントロ−ラ２１１先端の位置／姿勢に追随して
動き、第２の操作モ−ドではスレ−ブマニピュレ−タ２
２１の先端がハンドコントロ−ラ２１１の押し込み量
（基準状態からのずれ）に比例する速度で移動するよう
に制御される。なお、第１および第２の操作モ−ド内に
はそれぞれの動作領域が記憶されている。
る。図１は本発明におけるハンドコントロ−ラ２１１の
制御系統図であり、同図下部中程に描かれた「動作領域
チェックロジック」のブロック１０８が本発明により追
加された動作モ−ドである。スイッチ２１６を押す毎に
操作モ−ド選択ロジックに信号が送られハンドコントロ
−ラ２１１の操作モ−ドが第１の操作モ−ドから第２の
操作モ−ドへ、またはその逆に切り替えられる。第１の
操作モ−ドではスレ−ブマニピュレ−タ２２１の先端が
ハンドコントロ−ラ２１１先端の位置／姿勢に追随して
動き、第２の操作モ−ドではスレ−ブマニピュレ−タ２
２１の先端がハンドコントロ−ラ２１１の押し込み量
（基準状態からのずれ）に比例する速度で移動するよう
に制御される。なお、第１および第２の操作モ−ド内に
はそれぞれの動作領域が記憶されている。
【００１１】第１の操作モ−ドが選択された場合には、
動作領域チェックロジックは現在のグリップ２１５の位
置／姿勢信号１０３と第１の操作モ−ドに対する動作領
域信号１０１とを比較し監視する。第２の操作モ−ドが
選択されている場合も同様である。オペレ−タの操作中
にグリップ２１５が動作限界に近づくと、動作領域チェ
ックロジックは反力発生ロジックに反力発生指示信号１
０５を送信し、反力発生ロジックはこれに応じてグリッ
プ２１５が動作限界から離れる向きの反力信号１０６ま
たは１０７を発生してこれを第１または第２の操作モ−
ドに送信する。
動作領域チェックロジックは現在のグリップ２１５の位
置／姿勢信号１０３と第１の操作モ−ドに対する動作領
域信号１０１とを比較し監視する。第２の操作モ−ドが
選択されている場合も同様である。オペレ−タの操作中
にグリップ２１５が動作限界に近づくと、動作領域チェ
ックロジックは反力発生ロジックに反力発生指示信号１
０５を送信し、反力発生ロジックはこれに応じてグリッ
プ２１５が動作限界から離れる向きの反力信号１０６ま
たは１０７を発生してこれを第１または第２の操作モ−
ドに送信する。
【００１２】図５は上記第１の操作モ−ドにおける制御
ブロック図、図６は第２の操作モ−ドにおける制御ブロ
ック図である。ハンドコントロ−ラの動きはグリップ２
１５によりスレ−ブマニピュレ−タに伝達される。図５
においてはこの動きの伝達は従来と同様にして行われて
いる。ハンドコントロ−ラの各角度センサからの関節角
信号３１２を正変換してハンドコントロ−ラ先端の位置
／姿勢状態信号５０１を生成する。正変換とはハンドコ
ントロ−ラの各関節角からその時の位置／姿勢状態を算
出するための操作であり、逆変換はこの操作の逆の演算
操作を意味する。スレ−ブマニピュレ−タの各角度セン
サからの関節角信号３２２も同様に正変換されてその先
端の位置／姿勢状態信号５０２に変換される。スレ−ブ
マニピュレ−タのアクチュエ−タはこの二つの位置／姿
勢状態信号５０１と５０２間の差信号５０３を逆変換し
た信号５０４により駆動される。
ブロック図、図６は第２の操作モ−ドにおける制御ブロ
ック図である。ハンドコントロ−ラの動きはグリップ２
１５によりスレ−ブマニピュレ−タに伝達される。図５
においてはこの動きの伝達は従来と同様にして行われて
いる。ハンドコントロ−ラの各角度センサからの関節角
信号３１２を正変換してハンドコントロ−ラ先端の位置
／姿勢状態信号５０１を生成する。正変換とはハンドコ
ントロ−ラの各関節角からその時の位置／姿勢状態を算
出するための操作であり、逆変換はこの操作の逆の演算
操作を意味する。スレ−ブマニピュレ−タの各角度セン
サからの関節角信号３２２も同様に正変換されてその先
端の位置／姿勢状態信号５０２に変換される。スレ−ブ
マニピュレ−タのアクチュエ−タはこの二つの位置／姿
勢状態信号５０１と５０２間の差信号５０３を逆変換し
た信号５０４により駆動される。
【００１３】従来装置では上記位置／姿勢の制御におい
て、ハンドコントロ−ラ２１１の先端に作用する力とス
レ−ブマニピュレ−タ２２１の先端に作用する力が等し
ければグリップ２１５には反力を作用させないようにし
ていた。すなわち図５において、ハンドコントロ−ラ２
１１とスレ−ブマニピュレ−タ２２１の６軸力センサ信
号３１３と３２３の正変換信号５０５と５０６の差分５
０７をそのまま逆変換してハンドコントロ−ラのアクチ
ュエ−タに戻すようにしていたので信号５０５と同５０
６が等しいときには上記アクチュエ−タの入力はゼロと
なり、図７の点線に示すようにグリップには反力が発生
しなかった。
て、ハンドコントロ−ラ２１１の先端に作用する力とス
レ−ブマニピュレ−タ２２１の先端に作用する力が等し
ければグリップ２１５には反力を作用させないようにし
ていた。すなわち図５において、ハンドコントロ−ラ２
１１とスレ−ブマニピュレ−タ２２１の６軸力センサ信
号３１３と３２３の正変換信号５０５と５０６の差分５
０７をそのまま逆変換してハンドコントロ−ラのアクチ
ュエ−タに戻すようにしていたので信号５０５と同５０
６が等しいときには上記アクチュエ−タの入力はゼロと
なり、図７の点線に示すようにグリップには反力が発生
しなかった。
【００１４】これにたいして、本発明では図７の実線で
示すように、グリップ２１５の押し込み量が位置／姿勢
の許容限界を越えると急激に大きな反力を発生するよう
にしてマニピュレ−タ先端の位置／姿勢状態が許容範囲
を越えないようにする。このため図５においては、ブロ
ック１０８によりハンドコントロ−ラ先端の位置／姿勢
状態信号５０１をチェックして上記許容限界を越えた場
合には信号１０５を生成してアクチュエ−タにかかる反
力を急増させる。図６は第２の操作モ−ドの制御ブロッ
ク図であり、ハンドコントロ−ラの角度センサ信号３１
２からスレ−ブマニピュレ−タのアクチュエ−タ入力６
０５までの経路の動作は従来装置と同様なので説明を省
略するが、これによりスレ−ブマニピュレ−タの先端は
グリップ２１５の押込み量に比例する速度で移動するよ
うになっていた。また、グリップ２１５にはグリップの
押し込み量に比例する反力が作用するようになってい
た。
示すように、グリップ２１５の押し込み量が位置／姿勢
の許容限界を越えると急激に大きな反力を発生するよう
にしてマニピュレ−タ先端の位置／姿勢状態が許容範囲
を越えないようにする。このため図５においては、ブロ
ック１０８によりハンドコントロ−ラ先端の位置／姿勢
状態信号５０１をチェックして上記許容限界を越えた場
合には信号１０５を生成してアクチュエ−タにかかる反
力を急増させる。図６は第２の操作モ−ドの制御ブロッ
ク図であり、ハンドコントロ−ラの角度センサ信号３１
２からスレ−ブマニピュレ−タのアクチュエ−タ入力６
０５までの経路の動作は従来装置と同様なので説明を省
略するが、これによりスレ−ブマニピュレ−タの先端は
グリップ２１５の押込み量に比例する速度で移動するよ
うになっていた。また、グリップ２１５にはグリップの
押し込み量に比例する反力が作用するようになってい
た。
【００１５】図８は上記第２の操作モ−ドにおけるグリ
ップ２１５の押し込み量と反力間の特性の一例であり、
点線は従来装置の特性、実線は本発明の特性である。横
軸の押し込み量０の位置がグリップ２１５のニュ−トラ
ル位置に対応している。また、これらの特性は説明を明
快にするため折線近似されている。従来装置では点線に
示すように、押込み量０の前後で＋４Ｎまたは−４Ｎ程
度の反力が発生しその後は押込み量に比例して直線的に
単調に増大するようになっていた。なお、上記＋４Ｎま
たは−４Ｎ程度の反力はごく僅かな押込み量に対しても
ある程度の反力がある方が操作感が良いという人間の生
理的感覚に基づいて設定されている。
ップ２１５の押し込み量と反力間の特性の一例であり、
点線は従来装置の特性、実線は本発明の特性である。横
軸の押し込み量０の位置がグリップ２１５のニュ−トラ
ル位置に対応している。また、これらの特性は説明を明
快にするため折線近似されている。従来装置では点線に
示すように、押込み量０の前後で＋４Ｎまたは−４Ｎ程
度の反力が発生しその後は押込み量に比例して直線的に
単調に増大するようになっていた。なお、上記＋４Ｎま
たは−４Ｎ程度の反力はごく僅かな押込み量に対しても
ある程度の反力がある方が操作感が良いという人間の生
理的感覚に基づいて設定されている。
【００１６】これに対し本発明では、実線のように押込
み量がある点に達すると反力が急増するようにし、これ
により操作限界を超えた操作が行われることを防止す
る。図８においては押込み量±３０ｍｍにて上記反力を
ほぼ無限大に増加させるようにしているが、目的に応じ
てこれを適当に漸増する特性にするようにしてもよい。
上記反力はハンドコントロ−ラの６軸力センサの正変換
信号を目標値と比較して得られる差分信号をハンドコン
トロ−ラのアクチュエ−タに印加することにより生成さ
れる。したがって、上記目標値を制御することにより図
８実線の特性を得ることが出来る。このため図６におい
ては図５と同様にして、ハンドコントロ−ラの角度セン
サ信号３１２からグリップ２１５の押し込み量５０１を
導き、押し込み量が限界値を越えた場合に動作領域チェ
ックのブロック１０８が信号を発生して上記反力の目標
値を急増させるようにする。
み量がある点に達すると反力が急増するようにし、これ
により操作限界を超えた操作が行われることを防止す
る。図８においては押込み量±３０ｍｍにて上記反力を
ほぼ無限大に増加させるようにしているが、目的に応じ
てこれを適当に漸増する特性にするようにしてもよい。
上記反力はハンドコントロ−ラの６軸力センサの正変換
信号を目標値と比較して得られる差分信号をハンドコン
トロ−ラのアクチュエ−タに印加することにより生成さ
れる。したがって、上記目標値を制御することにより図
８実線の特性を得ることが出来る。このため図６におい
ては図５と同様にして、ハンドコントロ−ラの角度セン
サ信号３１２からグリップ２１５の押し込み量５０１を
導き、押し込み量が限界値を越えた場合に動作領域チェ
ックのブロック１０８が信号を発生して上記反力の目標
値を急増させるようにする。
【００１７】上記反力は以下に述べるようにして急増さ
れる。ハンドコントロ−ラ２１１の動作領域を中心座標
が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、半径がｒの球面とし、この動作領域
の内側に球面から距離ｌだけ離れた球面、すなわち半径
（ｒ−ｌ）の球面を動作限界とする。したがって、ハン
ドコントロ−ラ２１１の先端位置が上記半径（ｒ−ｌ）
の球面の外側にでようとするとグリップ２１５には強い
ブレ−キ力が作用する。この半径（ｒ−ｌ）が例えば図
８の押込み量３０ｍｍに該当する。ハンドコントロ−ラ
２１１の先端位置座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、同先
端位置が上記半径（ｒ−ｌ）の球面の外側にあれば式
（１）が成立する。 (ｘ−Ｘ)2＋(ｙ−Ｙ)2＋(ｚ−Ｚ)2＞（ｒ−ｌ）2 （１）
れる。ハンドコントロ−ラ２１１の動作領域を中心座標
が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、半径がｒの球面とし、この動作領域
の内側に球面から距離ｌだけ離れた球面、すなわち半径
（ｒ−ｌ）の球面を動作限界とする。したがって、ハン
ドコントロ−ラ２１１の先端位置が上記半径（ｒ−ｌ）
の球面の外側にでようとするとグリップ２１５には強い
ブレ−キ力が作用する。この半径（ｒ−ｌ）が例えば図
８の押込み量３０ｍｍに該当する。ハンドコントロ−ラ
２１１の先端位置座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、同先
端位置が上記半径（ｒ−ｌ）の球面の外側にあれば式
（１）が成立する。 (ｘ−Ｘ)2＋(ｙ−Ｙ)2＋(ｚ−Ｚ)2＞（ｒ−ｌ）2 （１）
【００１８】このとき、ハンドコントロ−ラ２１１に上
記動作領域中心から外向きの力が作用している場合には
反力を発生してグリップの移動を止める必要がある。ハ
ンドコントロ−ラ２１１に作用している力のベクトルを
Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとして式（２）が成立する場合には上
記外向きの力が作用していることになるので、グリップ
２１５に反力（ブレ−キ力）を作用させてその移動を止
めるようにする。 Ｆｘ・(ｘ−Ｘ)＋Ｆｙ・(ｙ−Ｙ)＋Ｆｚ・(ｚ−Ｚ)＞０ （２） このときは、図５の目標値生成部はその時の出力信号５
０８を変化させずに継続してハンドコントロ−ラ２１１
のアクチュエ−タに印加するようにする。この結果、ハ
ンドコントロ−ラ２１１がその位置から動こうとすると
強いブレ−キ力が働くようになるのである。
記動作領域中心から外向きの力が作用している場合には
反力を発生してグリップの移動を止める必要がある。ハ
ンドコントロ−ラ２１１に作用している力のベクトルを
Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとして式（２）が成立する場合には上
記外向きの力が作用していることになるので、グリップ
２１５に反力（ブレ−キ力）を作用させてその移動を止
めるようにする。 Ｆｘ・(ｘ−Ｘ)＋Ｆｙ・(ｙ−Ｙ)＋Ｆｚ・(ｚ−Ｚ)＞０ （２） このときは、図５の目標値生成部はその時の出力信号５
０８を変化させずに継続してハンドコントロ−ラ２１１
のアクチュエ−タに印加するようにする。この結果、ハ
ンドコントロ−ラ２１１がその位置から動こうとすると
強いブレ−キ力が働くようになるのである。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、第１および第２の操作
モードによるスレーブマニピュレータの操作においてオ
ペレータが許容された操作限界を越える操作を行ったと
きにグリップに大きな反力が作用してブレーキがかかる
ので、常に最適に操作することができ、安全化を実現す
ることができる効果を奏する。
モードによるスレーブマニピュレータの操作においてオ
ペレータが許容された操作限界を越える操作を行ったと
きにグリップに大きな反力が作用してブレーキがかかる
ので、常に最適に操作することができ、安全化を実現す
ることができる効果を奏する。
【図１】本発明における操作モ−ドのブロック図であ
る。
る。
【図２】マニピュレ−タの構成を示す斜視図である。
【図３】マニピュレ−タにおける信号系統図である。
【図４】マニピュレ−タにおける各アクチュエ−タ、セ
ンサと制御装置間の信号系統図である。
ンサと制御装置間の信号系統図である。
【図５】本発明における位置／姿勢制御のブロック図で
ある。
ある。
【図６】本発明における速度制御のブロック図である。
【図７】位置／姿勢制御におけるグリップの押し込み量
対反力特性図である。
対反力特性図である。
【図８】速度制御におけるグリップの押し込み量対反力
特性図である。
特性図である。
２１０ ハンドコントロ−ラ系 ２１１ ハンドコントロ−ラ ２１２ 入出力装置 ２１３ 演算処理部 ２１４ ６軸センサ ２１５ グリップ ２１６ スイッチ ２２０ スレ−ブマニュピレ−タ系 ２２１ スレ−ブマニュピレ−タ ２２２ 入出力装置 ２２３ 演算処理部 ２２４ ６軸センサ ４０１ アクチュエ−タ ４０７ センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−240286（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−292193（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−121186（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−75904（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−183379（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 3/00 B25J 13/02 B25J 19/06 G05D 3/00 G05D 3/12
Claims (1)
- 【請求項１】各関節に、各関節を駆動するアクチュエー
タと各関節の角度を検出する角度検出センサとを備え、
先端に６軸力センサを介して３軸方向の位置と３軸回り
の姿勢とを操作するグリップを取付けた６自由度の関節
機構から構成され、手先先端部に６軸力センサを取付け
た６自由度から構成された関節型のスレーブマニピュレ
ータを操作するための関節型のマニピュレータの操作装
置であって、前記グリップの基準位置および姿勢に対して設定された
グリップの許容動作領域を記憶する記憶手段と 、前記各角度検出センサで検出される各関節の角度を正座
標変換して得られるグリップの位置および姿勢が前記記
憶手段に記憶されたグリップの許容動作領域の限界に近
づいたか否かを監視し、グリップの位置および姿勢がグ
リップの許容動作領域の限界に近づいたとき動作限界信
号を発生する動作領域チェック回路と 、前記操作装置の６軸力センサから検出されるグリップに
与えられる６軸の力に応じた信号と前記マニピュレータ
の６軸力センサから検出される手先に与えられる６軸の
力に応じた信号との差信号に対して、前記動作領域チェ
ック回路から動作限界信号が発生した際グリップが動作
限界から離れる向きの反力信号を加え、この加えられた
力信号を逆座標変換して得られる信号に基いて前記各ア
クチュエータを駆動し、前記各角度検出センサで検出さ
れる各関節の角度を正座標変換して得られるグリップの
位置および姿勢を示す信号を出力し、この出力される信
号に基いて前記マニピュレータの各アクチュエータを駆
動制御する第１の操作モード制御手段と 、前記操作装置の６軸力センサから検出されるグリップに
与えられる６軸の力に応じた信号に対して、前記動作領
域チェック回路から動作限界信号が発生した際グリップ
が動作限界から離れる向きの反力信号を加え、この加え
られた力信号を逆座標変換して得られる信号に基いて前
記各アクチュエータを駆動し、前記各角度検出センサで
検出される各関節の角度を正座標変換して得られるグリ
ップの位置および姿勢を示す信号を出力し、この出力さ
れる信号に基いて前記マニピュレータの各アクチュエー
タを駆動制御する第２の操作モード制御手段と 、前記第１および第２の操作モード制御手段の何れかを選
択する選択スイッチとを備えた ことを特徴とするマニピ
ュレータの操作装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3144308A JP3063863B2 (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | マニピュレ−タの操作装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3144308A JP3063863B2 (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | マニピュレ−タの操作装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04372380A JPH04372380A (ja) | 1992-12-25 |
| JP3063863B2 true JP3063863B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=15359065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3144308A Expired - Fee Related JP3063863B2 (ja) | 1991-06-17 | 1991-06-17 | マニピュレ−タの操作装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3063863B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0816020A4 (en) * | 1994-09-21 | 1999-04-21 | Komatsu Mfg Co Ltd | MASTER / SLAVE MANIPULATOR AND ITS CONTROL METHOD |
| JP5391695B2 (ja) * | 2009-01-15 | 2014-01-15 | 日本精工株式会社 | グリッパシステム及びマニピュレーションシステム |
| AT12208U3 (de) * | 2011-09-06 | 2013-07-15 | Keba Ag | Verfahren, steuerungssystem und bewegungsvorgabemittel zum programmieren oder vorgeben von bewegungen oder abläufen eines industrieroboters |
| CN115847371B (zh) * | 2022-07-29 | 2023-12-12 | 以诺康医疗科技（苏州）有限公司 | 一种主从手机器人的控制方法及装置 |
-
1991
- 1991-06-17 JP JP3144308A patent/JP3063863B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04372380A (ja) | 1992-12-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |