JP3074723B2 - Reaction correction method for bilateral manipulator - Google Patents

Reaction correction method for bilateral manipulator

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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、バイラテラル機構を有するマスタスレーブ
型マニプレータの反力補正方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for correcting a reaction force of a master-slave type manipulator having a bilateral mechanism.

B.発明の概要 本発明では、バイラテラル機能を有するマスタスレー
ブ型マニプレータにおいて、スレーブアームに設けられ
たトルクセンサのヒステリシスを取り除く零点補正回路
を設けると共にこの零点補正回路にバイアス信号を設定
する零点補正スイッチを、操作グリップに設けられた光
式スイッチに兼用することを特徴とするものである。
B. Summary of the Invention According to the present invention, in a master-slave type manipulator having a bilateral function, a zero point correction circuit for removing hysteresis of a torque sensor provided on a slave arm is provided, and a zero point correction for setting a bias signal in the zero point correction circuit is provided. The switch is also used as an optical switch provided on the operation grip.

この為、光式スイッチのオフ−オン毎に零点補正回路
による零点補正が自動的に実行されるので、零点補正ス
イッチを他の作業者に援助して操作してもらう場合や、
足式スイッチとする場合に比較して操作性が向上する。
For this reason, the zero point correction by the zero point correction circuit is automatically executed each time the optical switch is turned on and off, so that another worker can assist and operate the zero point correction switch,
Operability is improved as compared with the case of using a foot switch.

C.従来の技術 バイラテラル機能を持ったマスタスレーブ型マニプレ
ータは、スレーブアームの反力をマスタアームに伝える
ことにより、あたかも実際に作業者が物を取り扱ってい
るかのような感覚で操縦することができ、この為、感覚
が掴みやすい利点がある。
C. Conventional technology A master-slave type manipulator with a bilateral function transmits the reaction force of the slave arm to the master arm so that it can be operated as if the worker is actually handling an object. Yes, there is an advantage that the feeling can be easily grasped.

ここで、スレーブアームの反力検出には、各種のトル
クセンサが使用されているが、それらのセンサの出力特
性には、オフセット、ヒステリシスが含まれるため、真
の反力、つまり、スレーブアームに作用している実際の
負荷を検出することにならなかった。
Here, various torque sensors are used to detect the reaction force of the slave arm. However, since the output characteristics of these sensors include offset and hysteresis, the true reaction force, that is, It did not detect the actual load acting.

即ち、第3図に示すように、トルクセンサの出力はス
レーブアームに加わる外力に比例するのが理想的である
が、実際には破線で示すようにヒステリシスカーブとな
り、外力が零でも、センサ出力が発生したり、逆に外力
が加わる場合でもセンサ出力が発生しないことがあっ
た。
That is, as shown in FIG. 3, it is ideal that the output of the torque sensor is proportional to the external force applied to the slave arm. However, actually, the output of the torque sensor becomes a hysteresis curve as shown by a broken line, and even if the external force is zero, the sensor output In some cases, the sensor output is not generated even when an external force is applied.

これは、トルクセンサの取り付けられている機構或い
はトルクセンサ自体の構造によるもので避けられないも
のである。
This is unavoidable due to the mechanism to which the torque sensor is attached or the structure of the torque sensor itself.

そこで、従来では、第3図に示すトルクセンサから出
力される値AB又はBCを相殺するバイアス電流を、このセ
ンサの出力に加えて零点補正する零点補正回路Cを設け
ていた。
Therefore, conventionally, a zero point correction circuit C for correcting a zero point by adding a bias current for canceling the value AB or BC output from the torque sensor shown in FIG. 3 to the output of this sensor has been provided.

この零点補正回路Cは、第2図に示すように零点補正
スイッチ1が投入された時のトルクセンサ2からの入力
Tinをバイアス信号TBとして保持し、このTBを入力Tin
ら差し引いて出力Toutとするものである。具体的には、
第4図に示すように、バイアス信号TBを当初は0として
おき、零点補正スイッチ1がオンとなったときの出力T
out(=Tin)の逆符号−ToutをTBとして、図示しないメ
モリ等に保持させ、零点補正スイッチ1がオフとなった
後に、TinとTBの和をToutとするのである。
As shown in FIG. 2, the zero point correction circuit C receives an input from the torque sensor 2 when the zero point correction switch 1 is turned on.
T in is held as a bias signal T B , and this T B is subtracted from the input T in to obtain an output T out . In particular,
As shown in Figure 4, initially a bias signal T B left as an 0, output T when zero-point correction switch 1 is turned on
The opposite sign -T out of out (= T in) as T B, is held in a memory (not shown) or the like, after the zero point correction switch 1 is turned off, it is to the sum of T in the T B and T out .

従って、零点補正スイッチ1を投入した時の出力Tout
は零となる。
Therefore, the output T out when the zero point correction switch 1 is turned on.
Becomes zero.

TB=Tin Tout=Tin−TB=0 ここで、スレーブアームが無負荷の状態で、零点補正
スイッチ1を投入して第3図のAB又はBCに相当する入力
Tinをバイアス信号TBとして保持すれば、トルクセンサ
2からの出力Toutは零点補正されたことになる。
T B = T in T out = T in -T B = 0 Here, in a state where the slave arm is in a no-load state, the zero point correction switch 1 is turned on and an input corresponding to AB or BC in FIG.
If holding the T in the bias signal T B, the output T out from the torque sensor 2 will have been corrected zero.

Tout=Tin−TB その後、スレーブアームに外力が加わった状態での出
力Toutは、スレーブアームに作用する外力に比例する理
想的な出力となる。
T out = T in -T B Thereafter, the output T out in a state where an external force is applied to the slave arm is an ideal output proportional to the external force acting on the slave arm.

D.発明が解決しようとする課題 しかしながら、従来の零点補正回路Cでは、零点補正
スイッチ1を専用スイッチとして設けるので、作業者は
意識的に零点補正スイッチ1を操作する必要があった。
D. Problems to be Solved by the Invention However, in the conventional zero-point correction circuit C, since the zero-point correction switch 1 is provided as a dedicated switch, it is necessary for the operator to operate the zero-point correction switch 1 consciously.

また、マスタアーム操作中に、そのような操作をする
には、作業者の両手はふさがっているので、上記零点補
正スイッチ1を足元スイッチとするか、或いは他の作業
者にその零点補正スイッチ1を操作してもらう必要があ
った。
In order to perform such an operation during the operation of the master arm, since both hands of the operator are occupied, the above-mentioned zero-point correction switch 1 may be used as a foot switch, or another worker may be required to use the zero-point correction switch 1. Had to be operated.

更に、マスタアーム操作を一旦中止し、再度操作する
際には、第3図に示すAB、BCが入れ代わるか、或いはそ
の大きさが変化するので、再開の都度、上記零点補正ス
イッチ1を操作する必要があり煩雑であった。
Further, when the operation of the master arm is temporarily stopped and then operated again, AB and BC shown in FIG. 3 are interchanged or their sizes change. Therefore, each time the master arm is restarted, the zero point correction switch 1 is operated. It was necessary and complicated.

本発明は、上記従来技術に鑑みて成されたものであ
り、零点補正スイッチを兼用スイッチとすることによ
り、零点補正回路の操作性を向上させることを目的とす
るものである。
The present invention has been made in view of the above-described conventional technology, and has as its object to improve the operability of a zero point correction circuit by using a zero point correction switch as a dual-purpose switch.

E.課題を解決するための手段及び作用 本発明では、マスタアームの操作グリップを握って光
式スイッチをオンとすることにより前記スレーブアーム
を前記マスタアームに追従させて遠隔制御するバイラテ
ラル機能を有するマスタスレーブ型マニプレータにおい
て、スレーブアームに設けたトルクセンサのヒステリシ
スを取り除く零点補正回路の零点補正スイッチを上記光
式スイッチに兼用したものである。
E. Means and Action for Solving the Problems In the present invention, the bilateral function of remotely controlling the slave arm to follow the master arm by turning on the optical switch by grasping the operation grip of the master arm is provided. In the master-slave type manipulator, a zero-point correction switch of a zero-point correction circuit for removing hysteresis of a torque sensor provided in a slave arm is also used as the optical switch.

この為、作業者が操作グリップを離して光式スイッチ
をオフとすることにより、その都度零点補正スイッチと
して自動的に投入され、零点補正回路によりヒステリシ
ス等を排除した真の反力を出力できるので、意識的に零
点補正スイッチを投入する煩雑さから開放される。
For this reason, when the operator releases the operation grip and turns off the optical switch, it is automatically turned on each time as a zero point correction switch, and a true reaction force excluding hysteresis etc. can be output by the zero point correction circuit, so that it can be output. This eliminates the complexity of intentionally turning on the zero correction switch.

F.実施例 以下、本発明について、図面を参照して詳細に説明す
る。
F. Examples Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図及び第5図に本発明の一実施例を示す。第5図
に示すように、バイラテラル機能を有するマスタスレー
ブ型マニプレータでは、マスタアーム3は、一般に、上
腕部X、前腕部Y及び手首部Zから構成されている。手
首部Zには第1図に示すように、作業者の握る操作グリ
ップ4が取り付けられており、この操作グリップ4に穿
設された窓部に光式スイッチ5が設けられている。
1 and 5 show an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in a master-slave type manipulator having a bilateral function, the master arm 3 generally includes an upper arm X, a forearm Y, and a wrist Z. As shown in FIG. 1, an operation grip 4 gripped by an operator is attached to the wrist Z, and an optical switch 5 is provided in a window formed in the operation grip 4.

この光式スイッチ5は、マスタ操作を行うためのスイ
ッチであり、発光部5aと受光部5bとを隣接して設けたも
のである。従って、操作グリップ4を作業者が握って、
発光部5aから出射した光が手に反射して受光部5bに受光
されると光スイッチ5はオンとなり、マスタアーム3で
の操作が可能となる。
The optical switch 5 is a switch for performing a master operation, and is provided with a light emitting unit 5a and a light receiving unit 5b adjacent to each other. Therefore, the operator grips the operation grip 4 and
When the light emitted from the light emitting unit 5a is reflected on the hand and received by the light receiving unit 5b, the optical switch 5 is turned on, and the operation with the master arm 3 becomes possible.

また、作業者が操作グリップ4を離して、受光部5bに
光が受光されないと、この光式スイッチ5はオフとな
り、マスタ操作が出来なくなる。
When the operator releases the operation grip 4 and the light is not received by the light receiving section 5b, the optical switch 5 is turned off, and the master operation cannot be performed.

ここで、マスタ操作とは、図示しないスレーブアーム
をマスタアーム3に追従させて遠隔操作することであ
る。
Here, the master operation is to remotely operate a slave arm (not shown) by following the master arm 3.

本発明では、この光式スイッチ5を、第2図に示す零
点補正回路Cの零点補正スイッチ1として兼用するもの
である。
In the present invention, the optical switch 5 is also used as the zero point correction switch 1 of the zero point correction circuit C shown in FIG.

即ち、この光式スイッチ5がオフとなると、零点補正
スイッチ1としてオンとなり、前記零点補正回路Cは、
その時のトルクセンサ2の入力Tinをバイアス信号TB
して保持しする。
That is, when the optical switch 5 is turned off, the zero point correction switch 1 is turned on, and the zero point correction circuit C
To hold the input T in the torque sensor 2 at that time as a bias signal T B.

TB=Tin ここで、操作グリップ4を作業者が離す際に、スレー
ブアームは無負荷の状態となっているのが一般的であ
る。
T B = T in Here, when the operator releases the operation grip 4, the slave arm is generally in a no-load state.

従って、作業者は操作グリップ4から手を離せば、零
点補正ができることになる。これにより、他の作業者の
援助が不要となり、また、足式スイッチよりも操作性が
向上する。
Therefore, if the operator releases his / her hand from the operation grip 4, the zero point can be corrected. This eliminates the need for assistance from other workers, and improves operability as compared with a foot switch.

その後、操作グリップ4を握って光式スイッチ5をオ
ンとしてマスタ操作する際には、下式に示すように出力
Toutはバイアス信号TBによりヒステリシスが除去され、
スレーブアームに作用する外力に比例した値となる。
After that, when the optical switch 5 is turned on and the master operation is performed by gripping the operation grip 4, the output as shown in the following expression is performed.
T out hysteresis is removed by a bias signal T B,
The value is proportional to the external force acting on the slave arm.

Tout=Tin−TB また、マスタ操作を中止し、その後再開する際には、
第2図に示すAB、BCが変化するので、その都度零点補正
が必要となるが、本発明のように零点補正スイッチ1を
操作グリップ4の光式スイッチ5と兼用すると、自動的
に零点補正が行われ、意識的に行う必要がなく非常に便
利である。
T out = T in −T B When the master operation is stopped and then restarted,
Since AB and BC shown in FIG. 2 change, zero point correction is required each time. However, when the zero point correction switch 1 is also used as the optical switch 5 of the operation grip 4 as in the present invention, the zero point correction is automatically performed. It is very convenient without having to do it consciously.

尚、上記実施例では、マスタ操作を行う為の光式スイ
ッチで零点補正スイッチを兼用していたが、その光式ス
イッチを同等の機能を有する接触式スイッチで代用して
もよい。
In the above embodiment, the optical switch for performing the master operation is also used as the zero point correction switch. However, the optical switch may be replaced with a contact switch having the same function.

G.発明の効果 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本
発明は、零点補正回路にバイアス信号を設定するために
用いられる零点補正スイッチを、操作グリップに設けら
れた光式スイッチに兼用したので、光式スイッチのオン
−オフ毎に零点補正回路による零点補正が自動的に実行
されるので、操作性が向上する。
G. Effects of the Invention As described above in detail based on the embodiments, the present invention provides a zero-point correction switch used for setting a bias signal in a zero-point correction circuit by using an optical type switch provided on an operation grip. Since the switch is also used as the switch, the zero point correction by the zero point correction circuit is automatically executed every time the optical switch is turned on and off, so that the operability is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る操作グリップを示す正
面図、第2図は零点補正回路の回路図、第3図はトルク
センサの出力を示すグラフ、第4図は零点補正回路のフ
ローチャート、第5図はバイラテラル型マニプレータの
マスタアームの正面図である。 図面中、 1は零点補正スイッチ、 2はトルクセンサ、 3はマスタアーム、 4は操作グリップ、 5は光式スイッチ、 5aは発光部、 5bは受光部、 AB,BCはトルクセンサの出力、 Cは零点補正回路、 Xは上腕部、 Yは前腕部、 Zは手首部である。
FIG. 1 is a front view showing an operation grip according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a zero point correction circuit, FIG. 3 is a graph showing an output of a torque sensor, and FIG. FIG. 5 is a front view of the master arm of the bilateral manipulator. In the drawing, 1 is a zero correction switch, 2 is a torque sensor, 3 is a master arm, 4 is an operation grip, 5 is an optical switch, 5a is a light emitting section, 5b is a light receiving section, AB and BC are torque sensor outputs, C Is a zero point correction circuit, X is an upper arm, Y is a forearm, and Z is a wrist.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 3/00 B25J 13/02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B25J 3/00 B25J 13/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】スレーブアームに生じる反力をトルクセン
サで検出してマスタアームに伝達すると共に該マスタア
ームの操作グリップを握って光式スイッチをオンとする
ことにより前記スレーブアームを前記マタアームに追従
させて遠隔制御するバイラテラル機能を有するマスタス
レーブ型マスニプレータにおいて、零点補正スイッチが
投入された時の前記トルクセンサからの検出信号をバイ
アス信号として保持し、前記トルクセンサからの検出信
号から該バイアス信号を差し引いて前記スレーブアーム
に出力する零点補正回路を設けると共に前記零点補正ス
イッチを上記光式スイッチにより兼用したこと特徴とす
るバイラテラルマニプレータの反力補正方法。
1. A slave arm follows the master arm by detecting a reaction force generated in the slave arm with a torque sensor and transmitting the reaction force to the master arm, and holding an operation grip of the master arm to turn on an optical switch. In a master-slave type mass manipulator having a bilateral function for performing remote control, a detection signal from the torque sensor when a zero point correction switch is turned on is held as a bias signal, and the bias signal is obtained from the detection signal from the torque sensor. And a zero-point correction circuit for outputting the zero-point correction switch to the slave arm and using the optical-point switch as the zero-point correction switch.
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