JP3355614B2 - マスタ・スレーブロボットの制御装置 - Google Patents
マスタ・スレーブロボットの制御装置Info
- Publication number
- JP3355614B2 JP3355614B2 JP01214494A JP1214494A JP3355614B2 JP 3355614 B2 JP3355614 B2 JP 3355614B2 JP 01214494 A JP01214494 A JP 01214494A JP 1214494 A JP1214494 A JP 1214494A JP 3355614 B2 JP3355614 B2 JP 3355614B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- master
- slave
- force
- target
- impedance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、異なるスケールの物理
量をあつかうマスタ・スレーブロボットの制御装置に関
する。
量をあつかうマスタ・スレーブロボットの制御装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】操作者の操るマスタロボットの動作に従
ってスレーブロボットを作動させるマスタ・スレーブロ
ボットにおいて、マイクロマニピュレータのようにマス
タとスレーブでスケールの異なるマスタ・スレーブロボ
ットの制御装置が提案されている。例えば、文献（福
田：マイクロマニプレータのバイラテラル制御に関する
研究：第２５回計測自動制御学会学術講演会学術講演会
予稿集、ｐｐ．７１５−７１６、１９８６）ではインピ
ーダンスをマスタとスレーブでマッチングさせる方式が
提案されている。しかし、この方式はマスタとスレーブ
の間で物理的な相似性を満足する補償がない点が問題で
ある。文献（榊、舘：インピーダンス制御型マスタ・ス
レーブ・システム（ＩＩ）：日本ロボット学会誌、Ｖｏ
１．８、Ｎｏ．３、ｐｐ．２５３−２６４、１９９０）
ではマスタとスレーブで物理的相似性をもつ制御方式が
提案されている。しかし、この方式はトルクを直接制御
する方法であるため、モーションを制御するサーボコン
トローラが内蔵された一般のロボットコントローラに組
み込むことは容易でないという問題がある。
ってスレーブロボットを作動させるマスタ・スレーブロ
ボットにおいて、マイクロマニピュレータのようにマス
タとスレーブでスケールの異なるマスタ・スレーブロボ
ットの制御装置が提案されている。例えば、文献（福
田：マイクロマニプレータのバイラテラル制御に関する
研究：第２５回計測自動制御学会学術講演会学術講演会
予稿集、ｐｐ．７１５−７１６、１９８６）ではインピ
ーダンスをマスタとスレーブでマッチングさせる方式が
提案されている。しかし、この方式はマスタとスレーブ
の間で物理的な相似性を満足する補償がない点が問題で
ある。文献（榊、舘：インピーダンス制御型マスタ・ス
レーブ・システム（ＩＩ）：日本ロボット学会誌、Ｖｏ
１．８、Ｎｏ．３、ｐｐ．２５３−２６４、１９９０）
ではマスタとスレーブで物理的相似性をもつ制御方式が
提案されている。しかし、この方式はトルクを直接制御
する方法であるため、モーションを制御するサーボコン
トローラが内蔵された一般のロボットコントローラに組
み込むことは容易でないという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
マスタ・スレーブロボットの制御装置において、マスタ
とスレーブで異なる物理量をあつかう技術として、従来
は、インピーダンスをマッチングさせる方式とトルクを
直接制御する方式が存在する。前者の方式ではマスタと
スレーブであつかう物理量の間に物理的な相似性が保た
れているか保証されていない。また後者の方式では物理
的な相似性は保たれるものの市販のサーボコントローラ
に組み込むことが容易でないという問題がある。この発
明の目的は、各アームにサーボコントローラをそなえ、
各アームに仮想的なインピーダンスを実現するマスタ・
スレーブロボットにおいて、マスタとスレーブの間であ
つかう物理量の物理的な相似性を満足するようなマスタ
・スレーブロボットの制御装置を提供することである。
マスタ・スレーブロボットの制御装置において、マスタ
とスレーブで異なる物理量をあつかう技術として、従来
は、インピーダンスをマッチングさせる方式とトルクを
直接制御する方式が存在する。前者の方式ではマスタと
スレーブであつかう物理量の間に物理的な相似性が保た
れているか保証されていない。また後者の方式では物理
的な相似性は保たれるものの市販のサーボコントローラ
に組み込むことが容易でないという問題がある。この発
明の目的は、各アームにサーボコントローラをそなえ、
各アームに仮想的なインピーダンスを実現するマスタ・
スレーブロボットにおいて、マスタとスレーブの間であ
つかう物理量の物理的な相似性を満足するようなマスタ
・スレーブロボットの制御装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、各アームにサ
ーボ装置をそなえ、各アームの手先に予め設定した目標
インピーダンス（目標慣性・目標粘性・目標弾性）を実
現するようにモーションの指令値を各アームのサーボ装
置へ入力してマスタとスレーブの各システムで局所的に
インピーダンス制御し、長さあるいは力などの物理量に
おいて異なるスケールの物理量をあつかうマスタ・スレ
ーブロボットの制御装置において、マスタ・スレーブの
それぞれであつかう物理量の相似性を満足するように
力、長さ、目標インピーダンスのスケール比を設定し、
それぞれのアームの手先で検出した力に力のスケール比
またはその比の逆数を乗じる手段と、その乗算値と対応
する検出値との差を、力指令値としてそれぞれマスタお
よびスレーブの目標インピーダンスに与える手段と、を
備えたことを特徴とするものである。
ーボ装置をそなえ、各アームの手先に予め設定した目標
インピーダンス（目標慣性・目標粘性・目標弾性）を実
現するようにモーションの指令値を各アームのサーボ装
置へ入力してマスタとスレーブの各システムで局所的に
インピーダンス制御し、長さあるいは力などの物理量に
おいて異なるスケールの物理量をあつかうマスタ・スレ
ーブロボットの制御装置において、マスタ・スレーブの
それぞれであつかう物理量の相似性を満足するように
力、長さ、目標インピーダンスのスケール比を設定し、
それぞれのアームの手先で検出した力に力のスケール比
またはその比の逆数を乗じる手段と、その乗算値と対応
する検出値との差を、力指令値としてそれぞれマスタお
よびスレーブの目標インピーダンスに与える手段と、を
備えたことを特徴とするものである。
【０００５】
【作用】この発明によって、各アームにサーボコントロ
ーラをそなえ、各アームに仮想的なインピーダンスを実
現するマスタ・スレーブロボットにおいて、マスタとス
レーブの間であつかう物理量の物理的な相似性が満足す
るようなマスタ・スレーブロボットの制御装置を提供で
きる。以下、本発明の原理を説明する。マスタとスレー
ブであつかう物理量の相似のスケール比を設定する。
力、長さ、インピーダンスのスケール比をそれぞれつぎ
のようにあらわす。Ｆ m ＝ｆ * Ｆ s （式１） Ｘ m ＝Ｌ * Ｘ s （式２） Ｚ m ＝ｚ * Ｚ s （式３） ここで、ｆ* 、Ｌ* 、ｚ* はそれぞれ力、長さ、イ
ンピーダンスのスケール比をあらわす。また、Ｆm 、
Ｆs はそれぞれマスタとスレーブで発生した力の値、
Ｘm 、Ｘs はそれぞれマスタとスレーブの位置、Ｚm
、Ｚs はそれぞれマスタとスレーブの目標インピーダ
ンスである。これらの目標インピーダンスはＺ m ＝［ｍ o1 、ｂ o1 、ｋ o1 ］ （式４） Ｚ s ＝［ｍ o2 、ｂ o2 、ｋ o2 ］ （式５） とあらわされる。ｍ o1 、ｂ o1 、ｋ o1 はそれぞれマ
スタの目標慣性、目標粘性、目標弾性、また、ｍ o2 、
ｂ o2 、ｋ o2 はそれぞれスレーブの目標慣性、目標粘
性、目標弾性である。ここで、力、長さ、インピーダン
スの関係が Ｆm＝ＺmＸm （式６） Ｆs＝ＺsＸs （式７） であることからスケール比の間の関係を ｆ*＝ｚ*Ｌ* （式８） となるように設定する。また、マスタとスレーブのロボ
ットの手先に実現する目標インピーダンスの各パラメー
タであるマスタの目標慣性ｍ01、スレーブの目標慣性ｍ
02、マスタの目標粘性ｂ01、スレーブの目標粘性ｂ02、
マスタの目標剛性ｋ01、スレーブの目標剛性ｋ02を、そ
れぞれ、（式３）が成り立つように各パラメータをきめ
る。このように設定したパラメータをもとに各アームで
インピーダンス制御を実行すると、マスタとスレーブの
みかけの動特性は（式４）〜（式７）から、それぞれ周
波数でつぎのように表される。 Ｆ m （ｓ）＝（ｍ 01 ｓ 2 ＋ｂ 01 ｓ＋ｋ 01 ）Ｘ m （ｓ） （式９） Ｆ s （ｓ）＝（ｍ 02 ｓ 2 ＋ｂ 02 ｓ＋ｋ 02 ）Ｘ s （ｓ） （式１０） また、操作力Ｆmと、外力Ｆsに力の相似比ｆ*を乗じた
値ｆ*Ｆsとの差であるＦ 1 ＝Ｆ m −ｆ * Ｆ s （式１１） と、マスタの目標インピーダンスＺm とから、マスタ
の位置指令Ｘmrを、Ｘ mr ＝Ｆ 1 ／Ｚ m （式１２） にしたがって計算する。同時に、操作力Ｆm を力の相
似比ｆ*で割った値Ｆm／ｆ*と外力Ｆsとの差であるＦ 2 ＝Ｆ m ／ｆ * −Ｆ s （式１３） と、スレーブの目標インピーダンスＺsとから、スレー
ブの位置指令Ｘsrを、Ｘ sr ＝Ｆ 2 ／Ｚ s （式１４） にしたがって計算する。このとき、マスタとスレーブと
の間で物理的な相似性がなりたっている。以上説明した
ように、異なるスケールの物理量をあつかうマスタ・ス
レーブロボットにおいてマスタトスレーブとの間で物理
的な相似性が成立することとなる。
ーラをそなえ、各アームに仮想的なインピーダンスを実
現するマスタ・スレーブロボットにおいて、マスタとス
レーブの間であつかう物理量の物理的な相似性が満足す
るようなマスタ・スレーブロボットの制御装置を提供で
きる。以下、本発明の原理を説明する。マスタとスレー
ブであつかう物理量の相似のスケール比を設定する。
力、長さ、インピーダンスのスケール比をそれぞれつぎ
のようにあらわす。Ｆ m ＝ｆ * Ｆ s （式１） Ｘ m ＝Ｌ * Ｘ s （式２） Ｚ m ＝ｚ * Ｚ s （式３） ここで、ｆ* 、Ｌ* 、ｚ* はそれぞれ力、長さ、イ
ンピーダンスのスケール比をあらわす。また、Ｆm 、
Ｆs はそれぞれマスタとスレーブで発生した力の値、
Ｘm 、Ｘs はそれぞれマスタとスレーブの位置、Ｚm
、Ｚs はそれぞれマスタとスレーブの目標インピーダ
ンスである。これらの目標インピーダンスはＺ m ＝［ｍ o1 、ｂ o1 、ｋ o1 ］ （式４） Ｚ s ＝［ｍ o2 、ｂ o2 、ｋ o2 ］ （式５） とあらわされる。ｍ o1 、ｂ o1 、ｋ o1 はそれぞれマ
スタの目標慣性、目標粘性、目標弾性、また、ｍ o2 、
ｂ o2 、ｋ o2 はそれぞれスレーブの目標慣性、目標粘
性、目標弾性である。ここで、力、長さ、インピーダン
スの関係が Ｆm＝ＺmＸm （式６） Ｆs＝ＺsＸs （式７） であることからスケール比の間の関係を ｆ*＝ｚ*Ｌ* （式８） となるように設定する。また、マスタとスレーブのロボ
ットの手先に実現する目標インピーダンスの各パラメー
タであるマスタの目標慣性ｍ01、スレーブの目標慣性ｍ
02、マスタの目標粘性ｂ01、スレーブの目標粘性ｂ02、
マスタの目標剛性ｋ01、スレーブの目標剛性ｋ02を、そ
れぞれ、（式３）が成り立つように各パラメータをきめ
る。このように設定したパラメータをもとに各アームで
インピーダンス制御を実行すると、マスタとスレーブの
みかけの動特性は（式４）〜（式７）から、それぞれ周
波数でつぎのように表される。 Ｆ m （ｓ）＝（ｍ 01 ｓ 2 ＋ｂ 01 ｓ＋ｋ 01 ）Ｘ m （ｓ） （式９） Ｆ s （ｓ）＝（ｍ 02 ｓ 2 ＋ｂ 02 ｓ＋ｋ 02 ）Ｘ s （ｓ） （式１０） また、操作力Ｆmと、外力Ｆsに力の相似比ｆ*を乗じた
値ｆ*Ｆsとの差であるＦ 1 ＝Ｆ m −ｆ * Ｆ s （式１１） と、マスタの目標インピーダンスＺm とから、マスタ
の位置指令Ｘmrを、Ｘ mr ＝Ｆ 1 ／Ｚ m （式１２） にしたがって計算する。同時に、操作力Ｆm を力の相
似比ｆ*で割った値Ｆm／ｆ*と外力Ｆsとの差であるＦ 2 ＝Ｆ m ／ｆ * −Ｆ s （式１３） と、スレーブの目標インピーダンスＺsとから、スレー
ブの位置指令Ｘsrを、Ｘ sr ＝Ｆ 2 ／Ｚ s （式１４） にしたがって計算する。このとき、マスタとスレーブと
の間で物理的な相似性がなりたっている。以上説明した
ように、異なるスケールの物理量をあつかうマスタ・ス
レーブロボットにおいてマスタトスレーブとの間で物理
的な相似性が成立することとなる。
【０００６】
【実施例】次に、本発明の実施例のブロック図を図１に
示して説明する。マスタ１とスレーブ２のアームに各々
取り付けられた力検出器３、４で検出した力５、６は、
座標変換演算部７、８に入力され、直交座標系へ座標変
換したマスタの操作力Ｆmと、スレーブの力座標演算部
で検出した力を直交座標系の力へ変換した外力Ｆsとに
変換される。操作力Ｆmと、外力に力のスケール比ｆ*を
乗じた値ｆ*Ｆsとの差Ｆ1をとって、Ｆ1とマスタの目標
インピーダンスＺmとから、マスタの位置指令Ｘmrを計
算する。また、操作力Ｆmに力のスケール比で割った値
Ｆm／ｆ*と外力Ｆsとの差Ｆ2をとって、Ｆ2とスレーブ
の目標インピーダンスＺsとから、スレーブの位置指令
Ｘsrを計算する。それぞれのサーボコントローラ９、１
０では、各アーム１、２を動かしたときに各関節の角
度、角速度、角加速度を検出し、これらの位置指令値を
追従するように各関節のサーボ補償をおこなう。サーボ
補償としては通常のＰＩ補償器あるいはＰＩＤ補償器で
構成する。
示して説明する。マスタ１とスレーブ２のアームに各々
取り付けられた力検出器３、４で検出した力５、６は、
座標変換演算部７、８に入力され、直交座標系へ座標変
換したマスタの操作力Ｆmと、スレーブの力座標演算部
で検出した力を直交座標系の力へ変換した外力Ｆsとに
変換される。操作力Ｆmと、外力に力のスケール比ｆ*を
乗じた値ｆ*Ｆsとの差Ｆ1をとって、Ｆ1とマスタの目標
インピーダンスＺmとから、マスタの位置指令Ｘmrを計
算する。また、操作力Ｆmに力のスケール比で割った値
Ｆm／ｆ*と外力Ｆsとの差Ｆ2をとって、Ｆ2とスレーブ
の目標インピーダンスＺsとから、スレーブの位置指令
Ｘsrを計算する。それぞれのサーボコントローラ９、１
０では、各アーム１、２を動かしたときに各関節の角
度、角速度、角加速度を検出し、これらの位置指令値を
追従するように各関節のサーボ補償をおこなう。サーボ
補償としては通常のＰＩ補償器あるいはＰＩＤ補償器で
構成する。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
各アームにサーボコントローラをそなえ、各アームに仮
想的なインピーダンスを実現するマスタ・スレーブロボ
ットにおいて、マスタとスレーブの間であつかう物理量
の物理的な相似性が満足するようなマスタ・スレーブロ
ボットの制御装置を実現できる。
各アームにサーボコントローラをそなえ、各アームに仮
想的なインピーダンスを実現するマスタ・スレーブロボ
ットにおいて、マスタとスレーブの間であつかう物理量
の物理的な相似性が満足するようなマスタ・スレーブロ
ボットの制御装置を実現できる。
【図１】本発明によるマスタ・スレーブロボットの制御
装置の実施例を示す図。
装置の実施例を示す図。
１ マスタアーム ２ スレーブアーム ３、４ 力検出器 ５、６ 検出した力 ７、８ 座標変換演算部 ９、１０ サーボコントローラ
Claims (1)
- 【請求項１】各アームにサーボ装置をそなえ、各アーム
の手先に予め設定した目標インピーダンス（目標慣性・
目標粘性・目標弾性）を実現するようにモーションの指
令値を各アームのサーボ装置へ入力してマスタとスレー
ブの各システムで局所的にインピーダンス制御し、長さ
あるいは力などの物理量において異なるスケールの物理
量をあつかうマスタ・スレーブロボットの制御装置にお
いて、 マスタ・スレーブのそれぞれであつかう物理量の相似性
を満足するように力、長さ、目標インピーダンスのスケ
ール比を設定し、それぞれのアームの手先で検出した力
に力のスケール比またはその比の逆数を乗じる手段と、 その乗算値と対応する検出値との差を、力指令値とし
て、それぞれマスタおよびスレーブの目標インピーダン
スに与える手段と、 を備えたことを特徴とするマスタ・スレーブロボットの
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01214494A JP3355614B2 (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | マスタ・スレーブロボットの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01214494A JP3355614B2 (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | マスタ・スレーブロボットの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07205058A JPH07205058A (ja) | 1995-08-08 |
| JP3355614B2 true JP3355614B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=11797312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01214494A Expired - Fee Related JP3355614B2 (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | マスタ・スレーブロボットの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3355614B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109173125A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-11 | 北京力升高科科技有限公司 | 一种消防机器人的协同工作方法及系统 |
-
1994
- 1994-01-07 JP JP01214494A patent/JP3355614B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07205058A (ja) | 1995-08-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4594671A (en) | Velocity method of controlling industrial robot actuators | |
| Handlykken et al. | Control system analysis and synthesis for a six degree-of-freedom universal force-reflecting hand controller | |
| JP2770982B2 (ja) | マニピユレータの位置と力の協調制御装置 | |
| EP0130570B1 (en) | Method and apparatus for controlling a robot hand along a predetermined path | |
| Surdilovic et al. | Development of collaborative robots (cobots) for flexible human-integrated assembly automation | |
| Kuntze et al. | Control algorithms for stiffening an elastic industrial robot | |
| JP3283650B2 (ja) | ロボット制御装置 | |
| JPH05329784A (ja) | マスタ・スレーブロボットの制御方式 | |
| JP3355614B2 (ja) | マスタ・スレーブロボットの制御装置 | |
| JPH03123907A (ja) | ロボットの直接教示装置及び直接教示方法 | |
| Leininger et al. | Pole placement self-tuning control of manipulators | |
| JPH11231940A (ja) | ロボットの制御装置 | |
| Carignan et al. | Achieving impedance objectives in robot teleoperation | |
| JPH04369004A (ja) | マニピュレータのインピーダンス制御方法 | |
| JPH08141951A (ja) | ロボットの協調制御方法および協調制御装置 | |
| JPH06206185A (ja) | ロボット制御装置 | |
| JP2610996B2 (ja) | 多関節ロボット制御装置 | |
| JP2737325B2 (ja) | ロボットの軌道生成方式 | |
| JP2691591B2 (ja) | 力制御ロボットの制御方式 | |
| JPS61163406A (ja) | ロボツト制御装置 | |
| JPH05313746A (ja) | マニピュレータの制御装置 | |
| JPS61217802A (ja) | ロボツト制御装置 | |
| JPH0631664A (ja) | 倣い制御ロボットの制御装置 | |
| JPH0290303A (ja) | 時定数可変機能付ロボット制御装置 | |
| JPH10193290A (ja) | ロボット制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081004 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081004 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091004 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101004 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111004 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111004 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121004 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131004 Year of fee payment: 11 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |