JP3085814B2 - 多関節型マスタ・スレーブマニピュレータ - Google Patents
多関節型マスタ・スレーブマニピュレータInfo
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- JP3085814B2 JP3085814B2 JP05047634A JP4763493A JP3085814B2 JP 3085814 B2 JP3085814 B2 JP 3085814B2 JP 05047634 A JP05047634 A JP 05047634A JP 4763493 A JP4763493 A JP 4763493A JP 3085814 B2 JP3085814 B2 JP 3085814B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多関節型マスタ・スレー
ブマニピュレータに関し、定義した拘束条件下にスレー
ブアームの運動を拘束することができるようにしたもの
である。
ブマニピュレータに関し、定義した拘束条件下にスレー
ブアームの運動を拘束することができるようにしたもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来行われている多関節型マニピュレー
タの制御には、主にマスタアームを操作して、対象とす
る作業を行うスレーブアームを制御する方式（＝マスタ
・スレーブ制御）と、対象作業を事前にデータとして作
成し、このデータ通りにアームを制御する方式がある。
後者の方式では、対象作業を数学的に記述する事が困難
な場合が多いため、実際にはスレーブアームを動かして
その位置また経路を覚えさせる（教示する）方法にて作
成したデータを用いる（＝ティーチングプレイバック制
御）。
タの制御には、主にマスタアームを操作して、対象とす
る作業を行うスレーブアームを制御する方式（＝マスタ
・スレーブ制御）と、対象作業を事前にデータとして作
成し、このデータ通りにアームを制御する方式がある。
後者の方式では、対象作業を数学的に記述する事が困難
な場合が多いため、実際にはスレーブアームを動かして
その位置また経路を覚えさせる（教示する）方法にて作
成したデータを用いる（＝ティーチングプレイバック制
御）。
【０００３】従来のマスタ・スレーブ制御では、スレー
ブアームの指令値はマスタアームの各軸の値をそのまま
用いる。つまり図３に示すように、マスタアーム１から
各軸の値が出力されると、マスタアーム１に追従してス
レーブアーム３が作動するように、運転制御装置３がス
レーブアーム４に指令値を出力する。
ブアームの指令値はマスタアームの各軸の値をそのまま
用いる。つまり図３に示すように、マスタアーム１から
各軸の値が出力されると、マスタアーム１に追従してス
レーブアーム３が作動するように、運転制御装置３がス
レーブアーム４に指令値を出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】マスタ・スレーブ制御
ではマスタアーム操作員が直接作業状態を見ながら、ス
レーブアームを動かすため、臨機応変さが要求される作
業には適しているが、操作員の手振れ等が影響するた
め、高度な精度が要求される作業には不適である。
ではマスタアーム操作員が直接作業状態を見ながら、ス
レーブアームを動かすため、臨機応変さが要求される作
業には適しているが、操作員の手振れ等が影響するた
め、高度な精度が要求される作業には不適である。
【０００５】一方、ティーチングプレイバック制御では
事前に作成したデータを用いて制御を行うため、一定の
条件下での繰り返し作業や、精度が要求される作業には
適しているが、作業条件の変更等に対する柔軟性が要求
される作業には不適である。
事前に作成したデータを用いて制御を行うため、一定の
条件下での繰り返し作業や、精度が要求される作業には
適しているが、作業条件の変更等に対する柔軟性が要求
される作業には不適である。
【０００６】そこで、従来のマスタ・スレーブ制御の作
業柔軟性を生かしつつ、ティーチングプレイバック制御
並の高精度の作業性を確保できるマスタ・スレーブ制御
を実現する運転制御装置が望まれる。
業柔軟性を生かしつつ、ティーチングプレイバック制御
並の高精度の作業性を確保できるマスタ・スレーブ制御
を実現する運転制御装置が望まれる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、多関節型のマスタアーム及びスレーブアー
ムと、マスタアームの各軸の値を受けると、この値に応
じてスレーブアームがマスタアームに追従動作するよう
にスレーブアームに指令値を出力する運転制御装置を備
えた多関節型マスタ・スレーブマニピュレータにおい
て、スレーブアームの先端動作を作業範囲内に制限・拘
束するための拘束条件をマスタアーム操作中に設定する
拘束条件設定機能と、マスタアームの各軸の値より算出
された位置・姿勢の変化量に不必要な方向の変化量を０
として拘束条件を加味しスレーブアームの位置・姿勢の
変化量を算出する拘束制御計算機能と、拘束条件を付加
した拘束制御をマスタ・スレーブ制御中に任意に実施す
る拘束制御適用機能を有する操作箱を追加したことを特
徴とする。
明の構成は、多関節型のマスタアーム及びスレーブアー
ムと、マスタアームの各軸の値を受けると、この値に応
じてスレーブアームがマスタアームに追従動作するよう
にスレーブアームに指令値を出力する運転制御装置を備
えた多関節型マスタ・スレーブマニピュレータにおい
て、スレーブアームの先端動作を作業範囲内に制限・拘
束するための拘束条件をマスタアーム操作中に設定する
拘束条件設定機能と、マスタアームの各軸の値より算出
された位置・姿勢の変化量に不必要な方向の変化量を０
として拘束条件を加味しスレーブアームの位置・姿勢の
変化量を算出する拘束制御計算機能と、拘束条件を付加
した拘束制御をマスタ・スレーブ制御中に任意に実施す
る拘束制御適用機能を有する操作箱を追加したことを特
徴とする。
【０００８】なお、「拘束条件設定」，「拘束制御計
算」，「拘束制御適用」とは、次のことを意味する。
算」，「拘束制御適用」とは、次のことを意味する。
【０００９】「拘束条件設定」 （１）マスタアーム操作中に、これから行う操作が通常
の操作ではなく、運動拘束条件を定義するための操作で
あることを操作箱に入力する。 （２）拘束条件を入力する。（ｉ）座標系や座標平面，
直線，点を表す数値データを直接操作箱に入力する。又
は、（ii）マスタアームを操作し、教示点（複数可）の
データを取り込み、この点データより直線（又は平面，
円等）を計算する。 （３）運動拘束条件定義が終了したことを操作箱に入力
し、通常のマスタアーム操作に戻る。
の操作ではなく、運動拘束条件を定義するための操作で
あることを操作箱に入力する。 （２）拘束条件を入力する。（ｉ）座標系や座標平面，
直線，点を表す数値データを直接操作箱に入力する。又
は、（ii）マスタアームを操作し、教示点（複数可）の
データを取り込み、この点データより直線（又は平面，
円等）を計算する。 （３）運動拘束条件定義が終了したことを操作箱に入力
し、通常のマスタアーム操作に戻る。
【００１０】「拘束制御計算」上記作業により設定した
拘束条件を通常のマスタ・スレーブ制御のデータに付加
する。 （１）マスタアームの各軸の値（Ｍθ１〜Ｍθｎ）より
算出された位置・姿勢の変化量（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δ
δｘ，Δδｙ，Δδｚ）に不必要な方向の変化量を０と
して、拘束条件を加味し、スレーブアームの位置・姿勢
の変化量（（Δｘ′，Δｙ′，Δｚ′，Δδｘ′，Δδ
ｙ′，Δδｚ′）を算出する。つまり、拘束条件をベク
トル化し、マスタアームの位置・姿勢の変化量ベクトル
を演算し、得られたベクトルを、拘束制御を適用した場
合のスレーブアームの位置・姿勢の変化量ベクトルとす
る。例えば、ある直線上に運動を拘束したい場合は、マ
スタアームの位置・姿勢の変化量ベクトルを直線の方向
ベクトル上に投影したベクトルを、スレーブアームに適
用する位置・姿勢の変化量ベクトルとする。 （２）拘束条件上の位置・姿勢の変化量（Δｘ′，Δ
ｙ′，Δｚ′，Δδｘ′，Δδｙ′，Δδｚ′）からス
レーブアームの各軸への指令値（Ｓθ１〜Ｓθｎ）を算
出する。
拘束条件を通常のマスタ・スレーブ制御のデータに付加
する。 （１）マスタアームの各軸の値（Ｍθ１〜Ｍθｎ）より
算出された位置・姿勢の変化量（Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δ
δｘ，Δδｙ，Δδｚ）に不必要な方向の変化量を０と
して、拘束条件を加味し、スレーブアームの位置・姿勢
の変化量（（Δｘ′，Δｙ′，Δｚ′，Δδｘ′，Δδ
ｙ′，Δδｚ′）を算出する。つまり、拘束条件をベク
トル化し、マスタアームの位置・姿勢の変化量ベクトル
を演算し、得られたベクトルを、拘束制御を適用した場
合のスレーブアームの位置・姿勢の変化量ベクトルとす
る。例えば、ある直線上に運動を拘束したい場合は、マ
スタアームの位置・姿勢の変化量ベクトルを直線の方向
ベクトル上に投影したベクトルを、スレーブアームに適
用する位置・姿勢の変化量ベクトルとする。 （２）拘束条件上の位置・姿勢の変化量（Δｘ′，Δ
ｙ′，Δｚ′，Δδｘ′，Δδｙ′，Δδｚ′）からス
レーブアームの各軸への指令値（Ｓθ１〜Ｓθｎ）を算
出する。
【００１１】「拘束制御適用」操作箱の拘束制御の入／
切スイッチを操作することにより、必要に応じて運動拘
束制御を適用する。拘束制御入／切スイッチが切の場合
は通常のマスタ・スレーブ制御となり、入の場合は拘束
制御適用のマスタ・スレーブ制御となる。
切スイッチを操作することにより、必要に応じて運動拘
束制御を適用する。拘束制御入／切スイッチが切の場合
は通常のマスタ・スレーブ制御となり、入の場合は拘束
制御適用のマスタ・スレーブ制御となる。
【００１２】
【作用】定義した拘束条件下に運動を拘束することによ
り、マスタアーム操作員の手振れ等が影響しないマスタ
・スレーブ制御が実施でき、高精度、かつ柔軟な作業性
を持つ運動制御装置が提供可能になる。
り、マスタアーム操作員の手振れ等が影響しないマスタ
・スレーブ制御が実施でき、高精度、かつ柔軟な作業性
を持つ運動制御装置が提供可能になる。
【００１３】操作箱により、マスタアーム操作中に必要
に応じてその都度、拘束条件定義・変更・適用が容易に
実施できるため、障害物等がある場合、回避するための
拘束条件を設定し、臨機応変に適用することにより、非
常に有効な障害物回避手段になる。
に応じてその都度、拘束条件定義・変更・適用が容易に
実施できるため、障害物等がある場合、回避するための
拘束条件を設定し、臨機応変に適用することにより、非
常に有効な障害物回避手段になる。
【００１４】
【実施例】図１は本発明を適用した制御系統の構成図を
示している。同図において、マスタアーム１は、人間が
持つ感覚的動作量をスレーブアーム４に与える定量的動
作量に変換するためのものである。マスタアーム操作員
がマスタアーム１にて模擬的に対象作業を行い、スレー
ブアーム４の各軸の値を算出するのに必要なデータが取
り出される。操作箱２は、拘束条件の設定及び拘束制御
の入／切を行うための装置である。操作箱２の操作はマ
スタアーム操作員自身がマスタアーム１の操作中にあい
ている手，足，音声等を用いて行えるものとする。運動
制御装置３は、スレーブアームへの指令値を入力，加
工，算出等の処理を行うための装置である。スレーブア
ーム４は、実際の対象作業を行うためのものである。
示している。同図において、マスタアーム１は、人間が
持つ感覚的動作量をスレーブアーム４に与える定量的動
作量に変換するためのものである。マスタアーム操作員
がマスタアーム１にて模擬的に対象作業を行い、スレー
ブアーム４の各軸の値を算出するのに必要なデータが取
り出される。操作箱２は、拘束条件の設定及び拘束制御
の入／切を行うための装置である。操作箱２の操作はマ
スタアーム操作員自身がマスタアーム１の操作中にあい
ている手，足，音声等を用いて行えるものとする。運動
制御装置３は、スレーブアームへの指令値を入力，加
工，算出等の処理を行うための装置である。スレーブア
ーム４は、実際の対象作業を行うためのものである。
【００１５】図２では制御信号の流れ図を、スレーブア
ーム動作を直線上に拘束した場合を例にとって示してい
る。
ーム動作を直線上に拘束した場合を例にとって示してい
る。
【００１６】図１，図２で示す方法で７自由度を持つマ
ニピュレータに適用した。この場合右手でマスタアーム
１を操作、左手で操作箱２を操作し、拘束条件の設定及
び拘束制御の入／切を入力する。運動制御装置３はマス
タアーム１からの各軸の値（Ｍθ１〜Ｍθｎ）と操作箱
２からの拘束条件を合成し、スレーブアーム４への指令
値（Ｓθ１〜Ｓθｎ）を算出する。拘束制御スイッチが
入の場合は、この計算により得られた指令値が制御に用
いられる。
ニピュレータに適用した。この場合右手でマスタアーム
１を操作、左手で操作箱２を操作し、拘束条件の設定及
び拘束制御の入／切を入力する。運動制御装置３はマス
タアーム１からの各軸の値（Ｍθ１〜Ｍθｎ）と操作箱
２からの拘束条件を合成し、スレーブアーム４への指令
値（Ｓθ１〜Ｓθｎ）を算出する。拘束制御スイッチが
入の場合は、この計算により得られた指令値が制御に用
いられる。
【００１７】拘束条件の入力はスレーブアーム４の原点
の座標系又は手先の座標系における座標軸（ｘ，ｙ，
ｚ）や座標平面（ｘ−ｙ，ｙ−ｚ，ｚ−ｘ），平面，直
線，円等を算出するための座標値を直接入力、あるいは
マスタスレーブを操作し、拘束条件を算出するために必
要な点を指示することによって行う。
の座標系又は手先の座標系における座標軸（ｘ，ｙ，
ｚ）や座標平面（ｘ−ｙ，ｙ−ｚ，ｚ−ｘ），平面，直
線，円等を算出するための座標値を直接入力、あるいは
マスタスレーブを操作し、拘束条件を算出するために必
要な点を指示することによって行う。
【００１８】設定された拘束条件はベクトル化される。
これとマスタアーム１の位置・姿勢の変化量（Δｘ，Δ
ｙ，Δｚ，Δδｘ，Δδｙ，Δδｚ）をベクトル化した
ものとを演算することにより、拘束条件上の動きのみ取
り出されたスレーブアームの位置・姿勢の変化量（Δ
ｘ′，Δｙ′，Δｚ′，Δδｘ′，Δδｙ′，Δδ
ｚ′）を求める。この位置・姿勢の変化量をもとにスレ
ーブアームへの指令値が算出され、スレーブアームの先
端の運動は拘束条件上に拘束される。
これとマスタアーム１の位置・姿勢の変化量（Δｘ，Δ
ｙ，Δｚ，Δδｘ，Δδｙ，Δδｚ）をベクトル化した
ものとを演算することにより、拘束条件上の動きのみ取
り出されたスレーブアームの位置・姿勢の変化量（Δ
ｘ′，Δｙ′，Δｚ′，Δδｘ′，Δδｙ′，Δδ
ｚ′）を求める。この位置・姿勢の変化量をもとにスレ
ーブアームへの指令値が算出され、スレーブアームの先
端の運動は拘束条件上に拘束される。
【００１９】マスタアーム操作員が拘束制御を行いたい
時は、拘束条件を設定後、マスタアームを操作しなが
ら、操作箱の拘束制御スイッチを入にすればよい。また
拘束制御を適用しない通常のマスタ・スレーブ制御を行
ないたい場合は、拘束制御スイッチを切にする。
時は、拘束条件を設定後、マスタアームを操作しなが
ら、操作箱の拘束制御スイッチを入にすればよい。また
拘束制御を適用しない通常のマスタ・スレーブ制御を行
ないたい場合は、拘束制御スイッチを切にする。
【００２０】例えば、ドリルによる穴あけの様な直線作
業では、まず、座標軸や拘束したい直線上にある２点の
座標を指定、あるいは拘束したい直線上にある２点をス
レーブにて指示することで、拘束条件を設定する。（＝
直線拘束）
業では、まず、座標軸や拘束したい直線上にある２点の
座標を指定、あるいは拘束したい直線上にある２点をス
レーブにて指示することで、拘束条件を設定する。（＝
直線拘束）
【００２１】直線上に拘束する場合、拘束条件ベクトル
は直線の方向ベクトルを用いる。設定した拘束条件が表
す直線の方向ベクトルを求め、この方向ベクトルにマス
タアームの位置・姿勢の変化量ベクトルを投影する。つ
まり、直線の方向ベクトルと位置・姿勢の変化量ベクト
ルの内積を計算し、この内積分の大きさを持つ、方向ベ
クトルと平衡で、始点がマスタアームの位置・姿勢の変
化量ベクトルと同じであるベクトルを、スレーブアーム
の位置・姿勢の変化量ベクトルとする。
は直線の方向ベクトルを用いる。設定した拘束条件が表
す直線の方向ベクトルを求め、この方向ベクトルにマス
タアームの位置・姿勢の変化量ベクトルを投影する。つ
まり、直線の方向ベクトルと位置・姿勢の変化量ベクト
ルの内積を計算し、この内積分の大きさを持つ、方向ベ
クトルと平衡で、始点がマスタアームの位置・姿勢の変
化量ベクトルと同じであるベクトルを、スレーブアーム
の位置・姿勢の変化量ベクトルとする。
【００２２】穴あけ作業を実際に行う時は、操作箱２の
拘束制御スイッチを入にして、マスタアームを操作す
る。これにより、上記で算出された指令値が適用され、
指示した直線上にスレーブアームの動作は拘束される。
拘束制御スイッチを入にして、マスタアームを操作す
る。これにより、上記で算出された指令値が適用され、
指示した直線上にスレーブアームの動作は拘束される。
【００２３】同様に、直線以外の拘束条件に関しても、
拘束制御は実施できる。例えば、ペンキ塗りやのこぎり
による木片切断などの平面上で行われる作業には平面拘
束、円周上で行われる作業には円拘束を拘束条件として
拘束条件ベクトルを定義する。これとマスタアームの位
置・姿勢の変化量ベクトルとを、拘束条件に合致する位
置・姿勢の変化量のみ取り出す演算を行うことにより、
拘束制御を行う。
拘束制御は実施できる。例えば、ペンキ塗りやのこぎり
による木片切断などの平面上で行われる作業には平面拘
束、円周上で行われる作業には円拘束を拘束条件として
拘束条件ベクトルを定義する。これとマスタアームの位
置・姿勢の変化量ベクトルとを、拘束条件に合致する位
置・姿勢の変化量のみ取り出す演算を行うことにより、
拘束制御を行う。
【００２４】
【発明の効果】本発明をマスタ・スレーブ制御に適用す
ることにより、マスタアーム操作員の誤動作によりマス
タアームが作業に不必要な動き（例えば、動き過ぎ，手
振れ）をした場合でも、スレーブアームは条件に従って
動くため、拘束条件上での高精度かつ柔軟な作業性を確
保できる。
ることにより、マスタアーム操作員の誤動作によりマス
タアームが作業に不必要な動き（例えば、動き過ぎ，手
振れ）をした場合でも、スレーブアームは条件に従って
動くため、拘束条件上での高精度かつ柔軟な作業性を確
保できる。
【００２５】また、マスタスレーブ操作員が、操作中に
拘束条件の設定，適用を行えるため、障害物などがあっ
た場合でも、その都度、臨機応変に拘束制御が適用で
き、障害物回避手段として非常に有効である。
拘束条件の設定，適用を行えるため、障害物などがあっ
た場合でも、その都度、臨機応変に拘束制御が適用で
き、障害物回避手段として非常に有効である。
【００２６】このため、マスタアーム操作員の操作技術
の、マニピュレータの作業性への依存度は低くなり、マ
スタアーム操作員の負荷を低減しつつ、高精度かつ柔軟
な作業が実施できる。
の、マニピュレータの作業性への依存度は低くなり、マ
スタアーム操作員の負荷を低減しつつ、高精度かつ柔軟
な作業が実施できる。
【図１】本発明の実施例を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例を信号流れ状態と共に示すブロ
ック図。
ック図。
【図３】従来技術を示すブロック図。
１ マスタアーム ２ 操作箱 ３ 運動制御装置 ４ スレーブアーム
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−316182（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−117575（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−365587（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B25J 3/00 - 3/04 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 G05D 3/12
Claims (1)
- 【請求項１】 多関節型のマスタアーム及びスレーブア
ームと、マスタアームの各軸の値を受けると、この値に
応じてスレーブアームがマスタアームに追従動作するよ
うにスレーブアームに指令値を出力する運転制御装置を
備えた多関節型マスタ・スレーブマニピュレータにおい
て、 スレーブアームの先端動作を作業範囲内に制限・拘束す
るための拘束条件をマスタアーム操作中に設定する拘束
条件設定機能と、マスタアームの各軸の値より算出され
た位置・姿勢の変化量に不必要な方向の変化量を０とし
て拘束条件を加味しスレーブアームの位置・姿勢の変化
量を算出する拘束制御計算機能と、拘束条件を付加した
拘束制御をマスタ・スレーブ制御中に任意に実施する拘
束制御適用機能を有する操作箱を追加したことを特徴と
する多関節型マスタ・スレーブマニピュレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05047634A JP3085814B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 多関節型マスタ・スレーブマニピュレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05047634A JP3085814B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 多関節型マスタ・スレーブマニピュレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06262548A JPH06262548A (ja) | 1994-09-20 |
| JP3085814B2 true JP3085814B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=12780667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05047634A Expired - Fee Related JP3085814B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 多関節型マスタ・スレーブマニピュレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3085814B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5912054B2 (ja) * | 2012-03-09 | 2016-04-27 | 株式会社ダイヘン | ロボット制御装置 |
| US9327401B2 (en) * | 2012-09-10 | 2016-05-03 | Fanuc America Corporation | Method of controlling a redundant robot |
| JP6907853B2 (ja) * | 2017-09-21 | 2021-07-21 | 株式会社デンソー | ロボットの教示システム |
| US20230038804A1 (en) * | 2019-12-13 | 2023-02-09 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Master-slave system and controlling method |
| WO2022071585A1 (ja) * | 2020-10-02 | 2022-04-07 | 川崎重工業株式会社 | ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法 |
-
1993
- 1993-03-09 JP JP05047634A patent/JP3085814B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06262548A (ja) | 1994-09-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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