JP6473919B2 - マスタスレーブロボットの制御装置及び制御方法、ロボット、マスタスレーブロボットの制御プログラム、並びに、マスタスレーブロボットの制御用集積電子回路 - Google Patents
マスタスレーブロボットの制御装置及び制御方法、ロボット、マスタスレーブロボットの制御プログラム、並びに、マスタスレーブロボットの制御用集積電子回路 Download PDFInfo
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Description
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報の拡大率が小さければ小さいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正することにより補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
を備える。
図1には、スレーブアーム3は、作業台11上の機器10の挿入口9に、ハンド4で把持された微細部品8を挿入する作業を行うロボットである。この作業をカメラなどの撮像装置6で撮像してディスプレイ7に映し出している。このような状況において、作業者(人)1がディスプレイ7に映し出された映像を見ながらマスタアーム2を操作するマスタスレーブロボット100を示している。このマスタスレーブロボット100において、映像の拡大率又はマスタアーム2に対するスレーブアーム3の動作比率を変更すると、それまで見ていた映像とマスタアーム2の操作又は力の感じ方との対応関係が変わり、作業者1に違和感が生じる。
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正することにより補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
を備えるマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
第2態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
第2態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記力情報補正部は、
前記マスタ動作情報より前記マスタアームの移動量dbを算出し、前記変形情報算出部より算出された前記柔軟物の変形量ddを取得し、
前記移動量dbを前記変形量ddにより除算し、
除算した結果(db/dd)に補正係数及び前記力情報を乗算することにより前記補正力情報を生成する、
第2〜4態様のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
本発明の第7態様によれば、前記力情報補正部において、前記柔軟物の柔らかさに応じて補正量を変更する第1〜6のいずれか1つの態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
本発明の第8態様によれば、前記力情報補正部は、前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正して前記補正力情報を生成するとき、前記力情報の大きさを小さく補正して前記補正力情報を生成すること、又は、前記力情報の更新周期を速くして前記補正力情報を生成することのどちらかを行う、第1〜7態様のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記マスタスレーブロボットとを備える、ロボットを提供する。
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を力情報取得部で取得し、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を表示情報取得部で取得し、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正することにより補正力情報を力情報補正部で生成し、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアームに力情報提示部で提示する、
マスタスレーブロボットの制御方法を提供する。
コンピュータに、
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を力情報取得部で取得するステップと、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を表示情報取得部で取得するステップと、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正することにより補正力情報を力情報補正部で生成するステップと、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアームに力情報提示部で提示するステップと、
を実現させるためのマスタスレーブロボットの制御プログラムを提供する。
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正することにより補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
を備えるマスタスレーブロボットの制御用集積電子回路を提供する。
本発明の第1実施形態における、マスタスレーブロボット100の制御装置101を含むマスタスレーブロボット100の概要について説明する。
マスタアーム2の制御装置104は、マスタ制御装置本体部106と、マスタ周辺装置108とで構成されている。
スレーブアーム3の制御装置105は、スレーブ制御装置本体部107と、スレーブ周辺装置109とで構成されている。
マスタ制御装置本体部106は、マスタ動作情報取得部110と、撮像情報取得部111と、マスタ動作情報補正部112と、表示情報取得部の一例としての変形情報算出部113と、力情報補正部114と、力情報提示部115とで構成されている。
マスタ動作情報取得部110は、マスタ入出力IF119からマスタアーム2の位置情報及び姿勢情報と、マスタ入出力IF119に内蔵されたタイマからの時間情報とが入力される。また、マスタ動作情報取得部110は、マスタ入出力IF119から取得した位置情報を時間情報で微分することによって、速度情報を取得する。また、マスタ動作情報取得部110は、姿勢情報を時間情報で微分することによって、角速度情報を取得する。図5に、マスタ動作情報取得部110で取得する時間情報と、位置情報と、姿勢情報と、速度情報と、角速度情報とを示す。これらの位置情報と、姿勢情報と、速度情報と、角速度情報とでマスタアーム2の動作情報(マスタ動作情報)を構成する。
撮像装置6は、スレーブアーム3が行う作業を撮像し、主に、ハンド4と、微細部品8と、挿入口9との付近を撮像する。撮像装置6は、撮像時の拡大率を変更することができる。また、撮像装置6を設置する位置又は姿勢を変更することができる。撮像装置6を設置する場合は、いかなる位置又は姿勢で設置することも可能であるが、被写体(特にハンド4と、微細部品8と、挿入口9と)が重ならずに写る位置、姿勢、被写体の移動、及び、変形の変化が捉えられる位置及び姿勢が必要である。図6A及び図6Bに示す例では、図6Aの位置及び姿勢の方が、図6Bの位置及び姿勢よりも被写体が重ならずに写り、移動する変化も捉えることができる。ディスプレイ7に映し出された映像をそれぞれ図6C及び図6Dに示す。図6Aの位置及び姿勢の方が、画面上のスレーブアーム3の移動及び微細部品8の変形がよく見えることわかる。
撮像情報取得部111には、撮像装置6から、撮像画像情報と、拡大率情報と、撮像装置位置情報と、マスタ入出力IF119に内蔵されたタイマより時間情報とが入力される。
マスタ動作情報補正部112は、マスタ動作情報取得部110よりマスタアーム2の動作情報(マスタ動作情報)と時間情報とが入力される。取得したマスタアーム2の動作情報を基にサンプリング周期毎のマスタアーム2のハンド4の移動量を算出し、算出した移動量にゲインを掛け、補正マスタ動作情報(移動量指令値)としてスレーブ制御部118に出力する。
マスタ動作情報補正部112は、算出した補正マスタ動作情報と、時間情報とをスレーブ制御部118に出力する。
変形情報算出部113は、撮像情報取得部111より撮像画像情報と、拡大率情報と、撮像装置位置情報と、時間情報とが入力され、スレーブ動作情報取得部116よりスレーブ動作情報と、時間情報とが入力される。取得したスレーブ動作情報と撮像情報とを基に、ディスプレイ7の画面上でのスレーブアーム3の動作情報(画面上スレーブ動作情報と呼ぶ)、又は、ディスプレイ7の画面上での対象物(微細部品8)又は被対象物(挿入口9)が柔軟物であるときの変形情報(画面上柔軟物変形情報と呼ぶ)を以下のように算出する。
変形情報算出部113による画面上スレーブ動作情報の算出方法について説明する。画面上スレーブ動作情報とは、ディスプレイ7に映し出された画面上でのスレーブアーム3の動作情報のことを表す。まず、図7に示すスレーブベース座標系Σbsで表されるスレーブ動作情報を、図7に示す撮像装置6の座標系Σcで表されるスレーブ動作情報に変形情報算出部113で変換する。スレーブベース座標系Σbsで表される撮像装置位置情報を用いて撮像装置の座標系Σcに変形情報算出部113で変換する。次に、撮像装置6の座標系Σcで表されるスレーブ動作情報に対して、拡大率情報を掛けることによって画面上スレーブ動作情報を変形情報算出部113で算出する。また、拡大率情報に関して、撮像装置6を設置した位置からスレーブアーム2を撮像した際に、撮像装置6の座標系Σcで表されるスレーブアーム2の移動量と画面上でのスレーブアーム2の移動量とが同じ量であるように拡大率を変形情報算出部113で調整し、その拡大率を1とするように変形情報算出部113でキャリブレーションを行う必要がある。つまり、図13に示すスレーブアーム3の移動量Aと画面上のスレーブアーム3の移動量Bとが同じ距離になるときの拡大率を1と変形情報算出部113で定義する。画面上スレーブ動作情報の一例は、図5で表されるような動作情報である。なお、ここでは、上述したように、実際のスレーブの移動量Aと画面上のスレーブの移動量Bとが同じになるときを拡大率が1であると定義し、これを基準としているが、変形情報算出部113において、他の拡大倍率のときを拡大率が1であると定義して、これを基準とすることも可能である。例えば、最も縮小しているときを拡大率が1であると定義することによって、柔軟物が柔らかく、とても変形する場合に大きく力を加えてもらうように誘導することができ、大変有効である。また、最も拡大しているときを拡大率が1であると定義することによって、柔軟物が固く、あまり変形しない場合に大きく力を加えすぎないように防止することができ、有効である。このように、作業又は対象物に応じて、基準を変形情報算出部113で変更することができる。
変形情報算出部113による画面上柔軟物変形情報の算出方法について説明する。画面上柔軟物変形情報とは、ディスプレイ7に映し出された画面上での柔軟物の変形情報のことを表す。
また、上述した選択指針の他に、変形量を変形情報算出部113で算出する際に、閾値(例えば、1mm)を変形情報算出部113で設定し、その閾値を超えていないと変形情報算出部113で判断する場合は、画面上スレーブ動作情報を変形情報算出部113で使用することも可能である。このように変形情報算出部113で選択することによって、変形量が計測しにくいところは画面上スレーブ動作情報を変形情報算出部113で使用することができる。また、この閾値を変形情報算出部113で設定し、変形情報算出部113で自動的に選択することも可能である。
変形情報算出部113により画面上スレーブ動作情報及び画面上柔軟物変形情報の算出する方法は、上述した方法と同様である。画面上スレーブ動作情報をxsとし、画面上柔軟物変形情報をxfとし、求める変形情報をxとすると、画面上スレーブ動作情報と画面上柔軟物変形情報との加重平均として、x=axs+bxfを変形情報算出部113で算出して変形情報を生成する。ここで、a、bは重みゲインであり、a+b=1となるように変形情報算出部113で設定する。重みゲインaの値を大きくすると画面上スレーブ動作情報の占める割合が大きくなり、重みゲインbの値を大きくすると画面上柔軟物変形情報の占める割合が大きくなる。重みゲインa、bの値は、作業者1がマスタ入出力IF119を用いて変形情報算出部113に入力する。
力情報補正部114は、マスタ動作情報取得部110よりマスタ動作情報と時間情報とが入力され、変形情報算出部113より画面上スレーブ動作情報又は画面上柔軟物変形情報のどちらか1つ以上の情報と時間情報とが入力され、力情報取得部117より力情報と時間情報とが入力される。力情報補正部114は、取得したマスタ動作情報と画面上スレーブ動作情報又は画面上柔軟物変形情報のどちらか1つ以上の情報とを基に力情報を補正する。
画像を拡大して作業を行う場合について、図18を用いて説明する。図18は、撮像装置6で拡大して撮像した画像をディスプレイ7に映しており、作業者1は、その画像を見ながらマスタアーム2を操作して作業を行う。このように作業をしているときに問題となるのが、作業者1は、拡大されたハンド7又は微細部品8を見ながら作業を行っているので、作業者1には微細部品8の変形量が大きく見えてしまう。すると、作業者1は、挿入するのに必要な力をマスタアーム2に加えることができず、微細部品8をしっかり挿入できないことがある。このような問題に対して、求めた比(db/dd)を力情報に掛けて力情報補正部114で補正し、補正された情報に基づき作業者1に力を提示することによって、力センサ5で取得した力情報(図18中のF0)より小さい力(図18中のF1)をマスタアーム2及びディスプレイ7を介して作業者1に提示することとなる。そのため、作業者1は、接触度合が小さいと判断し、より大きな力で微細部品8をコネクタ9に接触させようとするため、挿入に必要な力をマスタアーム2に加えることができる。この例のように、作業を行うときに適切な力を印加することが必要な作業の場合において、比をdb/ddにより求めることによって、変形情報に応じた適切な力を印加することができる。
画像を縮小して場合について、図19を用いて説明する。図19は、撮像装置6で縮小して撮像した画像をディスプレイ7に映しており、作業者1はその画像を見ながらマスタアーム2を操作して作業を行う。このように作業をしているときに問題となるのが、作業者1は、縮小されたハンド7又は微細部品8を見ながら作業を行っているので、作業者1には微細部品8の変形量があまり見えず、作業に必要な力以上を印加してしまい、微細部品8又はコネクタ9に過負荷をかけてしまうことがある。このような問題に対して、求めた比(db/dd)を力情報に掛けて力情報補正部114で補正し、マスタアーム2及びディスプレイ7を介して作業者1に力を提示することによって、力センサ5で取得した力情報(図19中のF0)より大きい力(図18中のF2)を提示することとなる。そのため、作業者1は、接触度合が大きいと判断し、より小さな力で微細部品8をコネクタ9に接触させようとするため、過負荷の生じない力をマスタアーム2に加えることができる。この例のように、作業を行うときに過負荷を加えてはいけない作業の場合において、比をdb/ddにより求めることによって、変形情報に応じた適切な力を印加することができる。
画像を拡大して作業を行う場合について、図20を用いて説明する。図20は、スレーブアーム3が柔軟対象物14をハンド4で把持して運ぶ作業を行っている。そのとき、撮像装置6で拡大して撮像した画像をディスプレイ7に映しており、作業者1はその画像を見ながらマスタアーム2を操作し作業を行う。このように作業をしているときに問題となるのが、作業者1は、拡大されたハンド4又は柔軟対象物14を見ながら作業を行っているので、柔軟対象物14の変形量が作業者1には大きく見え、把持するのに必要な把持力を作業者1がマスタアーム2に加えることができず、柔軟対象物14をハンド4でしっかり把持できないことがある。このような問題に対して、求めた比(db/dd)を力情報に掛けて力情報補正部114で補正し、マスタアーム2及びディスプレイ7を介して作業者1に力を提示することによって、力センサ5で取得した力情報より小さい力を提示することとなる。そのため、作業者1は、接触度合が小さいと判断し、より大きな力で微細部品8をコネクタ9に接触させようとするため、把持に必要な力をマスタアーム2に加えることができる。この例のように、作業を行うときに適切な力を印加することが必要な作業の場合において、比をdb/ddにより求めることによって、変形情報に応じた適切な力を印加することができる。
画像を縮小して場合について、図21を用いて説明する。図21は、スレーブアーム3のハンド4で柔軟対象物14を剛体被対象物15に対して貼り付ける作業を行っている。そのとき、撮像装置6で縮小して撮像した画像をディスプレイ7に映しており、作業者1はその画像を見ながらマスタアーム2を操作し作業を行う。このように作業をしているときに問題となるのが、作業者1は、縮小されたハンド4又は柔軟対象物14を見ながら作業を行っているので、作業者1には柔軟対象物14の変形量があまり見えず、貼り付ける作業に必要な力以上を印加してしまい、柔軟対象物14又は剛体被対象物15に過負荷をかけてしまうことがある。このような問題に対して、求めた比(db/dd)を力情報に掛けて力情報補正部114で補正し、マスタアーム2及びディスプレイ7を介して作業者1に力を提示することによって、力センサ5で取得した力情報より大きい力を提示することとなる。そのため、作業者1は、接触度合が大きいと判断し、より小さな力で柔軟対象物14を剛体被対象物15に接触させようとするため、過負荷の生じない力をマスタアーム2に加えることができる。この例のように、作業を行うときに過負荷を加えてはいけない作業の場合において、比をdb/ddにより求めることによって、変形情報に応じた適切な力を印加することができる。
力情報を補正する大きさに関して、拡大率が1で力情報を補正せずそのまま補正力情報とする場合を基準に、大きくする、小さくする、と表現する。
また、その基準値について、作業を行う前にキャリブレーションを行って設定することができる。つまり、作業を行う前に作業者1がマスタアーム2を操作し、基準値を設定することができる。操作中に力情報を補正し、適切に操作できる補正量のときの補正力情報を基準値として設定する。基準値は、作業者1がマスタ入出力IF119を用いて、入力することができる。このようにキャリブレーションを行うことによって、個人差又はマスタアームの差などを吸収することができる。
また、補正力情報を生成する際の補正量について、上限値又は下限値の閾値を設定することができる。閾値は、作業者1がマスタ入出力IF119を用いて、入力することができる。このように閾値を設定することによって、補正力情報を小さく補正しすぎて作業者1が力を感じられなくなること、又は、補正力情報を大きく補正しすぎて作業者1が大きな力に耐えられなくなることを防ぐことができる。
補正方法についても、線形に補正するだけでなく、多項式、双曲線、又は、対数など様々な補正方法を選択することができる。補正方法は、作業者1がマスタ入出力IF119を用いて、選択することができる。このように補正方法を選択することによって、作業者1の力の知覚が線形に変化しない場合においても対応することができる。
また、補正量を対象物の硬さ、又は、柔らかさで変更することができる。対象物の硬さを対象物の材料などから検出し、硬さに応じて補正量を調整する。例えば、柔らかくなるほど補正量を大きくする。このように補正量を調整することによって、対象物の硬さ、又は、柔らかさによらず、均一の作業を行うことができる。
力情報提示部115は、力情報補正部114より補正力情報と時間情報とが入力される。力情報提示部115では、取得した補正力情報を、マスタアーム2を介して作業者1に提示するために、補正力情報をマスタアーム2が出力できるように指令値を生成する。
スレーブ制御装置本体部107は、スレーブ動作情報取得部116と、力情報取得部117と、スレーブ制御部118とで構成されている。
スレーブ動作情報取得部116は、スレーブ入出力IF121からスレーブアーム3の位置情報及び姿勢情報と、スレーブ入出力IF121に内蔵されたタイマからの時間情報とが入力される。また、スレーブ動作情報取得部116は、スレーブ入出力IF121から取得した位置情報を時間情報で微分することによって、速度情報を取得する。また、スレーブ動作情報取得部116は、姿勢情報を時間情報で微分することによって、角速度情報を取得する。スレーブ動作情報取得部116で取得する時間情報と、位置情報と、姿勢情報と、速度情報と、角速度情報とは、図5と同様の形式である。
力センサ5は、図1に示すように、スレーブアーム3のハンド4の手首部に設置され、対象物が被対象物に接触した際に生じる反力を測定する。ここでは、力3軸トルク3軸の計6軸計測することができる力センサを使用する。なお、1軸以上計測可能な力センサなら任意の力センサを使用することができる。また、力センサ5は、例えば、ひずみゲージ式の力覚センサを用いることによって実現する。
力情報取得部117は、力センサ5から力情報と、スレーブ入出力IF121に内蔵されたタイマからの時間情報とが入力される。図23に、力情報と、時間情報とを示す。
なお、力情報取得部117は、スレーブ入出力IF121を介して力センサ5から力情報を取得することも可能である。
スレーブ制御部118は、マスタ動作情報補正部112から、補正マスタ動作情報と、時間情報とが入力される。スレーブ制御部118は、取得した補正マスタ動作情報に従い、スレーブアーム3が移動できるように、指令値を生成する。
マスタ周辺装置108は、マスタ入出力IF119と、マスタモータドライバ120とで構成されている。
マスタ入出力IF119は、力情報提示部115から入力された指令値をマスタモータドライバ120に出力する。また、マスタ入出力IF119は、マスタアーム2の各関節軸のエンコーダから入力された値から、マスタアーム2の位置情報及び姿勢情報をエンコーダ内部の演算部(図示せず)で求め、位置情報及び姿勢情報とマスタ入出力IF119に内蔵されたタイマからの時間情報とを、マスタ入出力IF119からマスタ動作情報取得部110に出力する。マスタ入出力IF119に内蔵されたタイマからの時間情報を、撮像情報取得部111に出力する。また、マスタ入出力IF119は、図24に示すように、入力部119Aと出力部119Bとによって構成される。入力部119Aは、入力IFとなっており、キーボード又はマウス又はタッチパネル又は音声入力などにより作業者1が項目を選択する場合、又は、キーボード又はマウス又はタッチパネル又は音声入力などにより作業者1が数字を入力する場合などに用いられる。出力部119Bは、出力IFとなっており、取得した情報などを外部に出力する場合又はディスプレイ7などに表示する場合などに用いられる。
マスタモータドライバ120は、マスタ入出力IF119から取得した指令値を基に、マスタアーム2を制御するために、マスタアーム2の各関節軸のモータへの指令値をマスタアーム2に出力する。
スレーブ周辺装置109は、スレーブ入出力IF121と、スレーブモータドライバ122とで構成されている。
スレーブ入出力IF121は、スレーブ制御部118から入力された指令値をスレーブモータドライバ122に出力する。また、スレーブ入出力IF121は、スレーブアーム3の各関節軸のエンコーダから入力された値から、スレーブアーム3の位置情報及び姿勢情報をエンコーダ内部の演算部(図示せず)で求め、位置情報及び姿勢情報とスレーブ入出力IF121に内蔵されたタイマからの時間情報とを、スレーブ入出力IF121からスレーブ動作情報取得部116に出力する。スレーブ入出力IF121に内蔵されたタイマからの時間情報を、力情報取得部117に出力する。また、スレーブ入出力IF121は、マスタ入出力IF119と同様に、図24に示す構成の入力部121Aと出力部121Bとによって構成される。入力部121Aは、入力IFとなっており、キーボード又はマウス又はタッチパネル又は音声入力などにより作業者1が項目を選択する場合、又は、キーボード又はマウス又はタッチパネル又は音声入力などにより作業者1が数字を入力する場合などに用いられる。出力部121Bは、出力IFとなっており、取得した情報などを外部に出力する場合又はディスプレイ7などに表示する場合などに用いられる。
スレーブモータドライバ122は、スレーブ入出力IF121から取得した指令値を基に、スレーブアーム3を制御するために、スレーブアーム3の各関節軸のモータへの指令値をスレーブアーム3に出力する。
マスタアーム2において、マスタ入出力IF119に内蔵されたタイマを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、マスタアーム2の動作情報をマスタアーム2の各エンコーダを用いてエンコーダ内部の演算部で求めて、マスタ入出力IF119に出力する。また、マスタアーム2は、マスタモータドライバ120からの指令値に従って制御される。
スレーブアーム3において、スレーブ入出力IF121に内蔵されたタイマを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、スレーブアーム3の動作情報をスレーブアーム3の各エンコーダを用いてエンコーダ内部の演算部で求めてスレーブ入出力IF121に出力する。また、スレーブアーム3は、スレーブモータドライバ122からの指令値に従って制御される。
第1実施形態のマスタスレーブロボット100の操作手順を図25及び図26のフローチャートを用いて説明する。
また、他の判断基準の例としては、画面上での変形量が小さい(変形量が閾値より小さい)と変形情報算出部113で判断する場合はステップS303に進み、画面上での変形量が大きい(変形量が閾値より大きい)と変形情報算出部113で判断する場合はステップS306に進む。
画面上の動作情報又は変形情報に対応して力情報を力情報補正部114で補正し、力提示を力情報提示部115で行うことによって、作業者1が作業に必要な力を加えることができ、作業を正確に行うことができる。すなわち、作業者1の操作及び作業者1が見ている映像に対応した力提示を行うことができ、作業者1が見ている画像と作業者1が行っている操作とがさらに違和感なく対応させることができて、正確に作業を行うことができる。
本発明の第2実施形態における、マスタスレーブロボット100Bの制御装置101Bを含むマスタスレーブロボット100Bの概要について説明する。図27は、本発明の第2実施形態における、マスタスレーブロボット100Bのブロック図を示す。本発明の第2実施形態のマスタロボット102Bにおけるマスタアーム2と、マスタ周辺装置108と、マスタ制御装置106Bのうちのマスタ動作情報取得部110と撮像情報取得部111とマスタ動作情報補正部112と力情報補正部114と力情報提示部115と、スレーブロボット103とは第1実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ、以下、詳細に説明する。
変形情報算出部123は、第1実施形態の変形情報算出部113に代えてマスタアーム2の制御装置104Bに備えられ、表示情報取得部の別の例として機能し、第1実施形態における変形情報算出部113の機能に加えて、柔軟物が変形するときの形状を検出し、形状に応じて画面上柔軟物変形情報を算出する機能を有する。
第2実施形態のマスタスレーブロボット100Bの操作手順を図30のフローチャートを用いて説明する。
また、他の判断基準の例としては、画面上での変形量が小さい(変形量が閾値より小さい)と変形情報算出部123で判断した場合はステップS303に進み、画面上での変形量が大きい(変形量が閾値より大きい)と変形情報算出部123で判断した場合はステップS306に進む。
画面上の変形面積を考慮した変形情報を変形情報算出部123で算出し、作業者1の作業方法又は柔軟物の材質に対応して力情報を力情報補正部114で補正し、力提示を力情報提示部115で行うことによって、作業を正確に行うことができる。
本発明の第3実施形態における、マスタスレーブロボット100Cの制御装置101Cを含むマスタスレーブロボット100Cの概要について説明する。図31は、本発明の第3実施形態における、マスタスレーブロボット100Cのブロック図を示す。本発明の第3実施形態のマスタロボット102Cにおけるマスタアーム2と、マスタ周辺装置108と、マスタ制御装置106Cのうちのマスタ動作情報取得部110と撮像情報取得部111とマスタ動作情報補正部112と変形情報算出部113と力情報提示部115と、スレーブロボット103とは第1実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ、以下、詳細に説明する。
力情報補正部124は、第1実施形態の力情報補正部114に代えてマスタアーム2の制御装置104Cに備えられ、第1実施形態における力情報補正部114の機能に加えて、画面上におけるスレーブアームの移動又は柔軟物の変形が小さい方向について力情報の補正を行わない機能を有する。
第3実施形態のマスタスレーブロボット100Cの操作手順を図34のフローチャートを用いて説明する。
また、他の判断基準の例としては、画面上での変形量が小さい(変形量が閾値より小さい)と変形情報算出部113で判断した場合はステップS303に進み、画面上での変形量が大きい(変形量が閾値より大きい)と変形情報算出部113で判断した場合はステップS306に進む。
撮像装置から撮像しにくい軸方向の力情報を力情報補正部114で補正しないことによって、力提示が必要な軸方向の力を作業者1に力情報提示部115で適切に提示できるので、作業を正確に行うことができる。
本発明の第4実施形態における、マスタスレーブロボット100Dの制御装置101Dを含むマスタスレーブロボット100Dの概要について説明する。図35は、本発明の第4実施形態における、マスタスレーブロボット100Dのブロック図を示す。本発明の第4実施形態のマスタロボット102Dにおけるマスタアーム2と、マスタ周辺装置108と、マスタ制御装置106Dのうちのマスタ動作情報取得部110とマスタ動作情報補正部112と力情報提示部115と、スレーブロボット103とは第1実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ、以下、詳細に説明する。
表示制御部125には、撮像装置6から撮像画像情報と、拡大率情報と、撮像装置位置情報と、マスタ入出力IF119に内蔵されたタイマより時間情報とが入力される。撮像画像情報以外の表示制御部125が取得する拡大率情報と、撮像装置位置情報と、時間情報との一例は、図9と同様である。また、撮像画像情報とは、ディスプレイ7に映し出された画像そのもののことを表す。ここで、撮像情報とは、撮像画像情報と、拡大率情報と、撮像装置位置情報とを表す。
表示部126は、表示制御部125から撮像画像情報が入力される。表示部126では、入力された撮像画像情報をディスプレイ7に表示する。
拡大率情報算出部127は、表示制御部125から撮像画像情報と、拡大率情報と、撮像装置位置情報と、時間情報とが入力される。拡大率情報算出部127では、入力された拡大率情報及び時間情報を、力情報補正部128に出力する。
力情報補正部128は、第1実施形態の力情報補正部114に代えてマスタアーム2の制御装置104Dに備えられ、第1実施形態における力情報補正部114の機能に加えて、画面上における拡大率情報を用いて力情報を補正する機能を有する。
また、第1実施形態における変形情報と第4実施形態における拡大率情報との使い分けについて説明する。第1実施形態における変形情報の画面上柔軟物変形情報を算出する際は、画像処理が必要となる。そのため、マスタアーム2の制御装置104Dにおいて画像処理を行うことができないと拡大率情報算出部127で判断する場合は、第4実施形態における拡大率情報を力情報補正部128で使用することによって、複雑な処理を用いることなく、変形情報の代わりに拡大率情報を使用することができる。
また、第4実施形態では、スレーブ動作情報又はマスタ動作情報を用いずに力情報を力情報補正部128で補正することができ、複雑なシステムを構成せずに、変形情報の代わりに拡大率情報を使用することができる。
第4実施形態のマスタスレーブロボット100Dの操作手順を図36のフローチャートを用いて説明する。
画像処理などの複雑な処理を行う必要がなく、簡単な構成のマスタスレーブロボット100Dの制御装置101Dの力情報補正部128で力情報の補正を行うことができる。また、変形情報が画面上で見えにくい状態でも、力情報補正部128で適切に力情報の補正を行うことができる。
なお、第1実施形態又は第2実施形態においては、マスタロボット102、102Bを操作する作業者1が画面を見ながらスレーブロボット103を操作するときに、画面に表示されている柔軟物の変形量によってフィードバックする力を変更するものである。このとき、比(db/dd)に対してゲインαを掛けた値でフィードバックする力の補正を力情報補正部114で行っている。
コンピュータに、
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部117と、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を取得する表示情報取得部113,123と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正することにより補正力情報を生成する力情報補正部114,124と、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部115と、
として機能させるためのマスタスレーブロボットの制御プログラムである。
2 マスタアーム
3 スレーブアーム
4 ハンド
5 力センサ
6 撮像装置
7 ディスプレイ
8 微細部品
9 挿入口(コネクタ)
10 機器
11 作業台
12 剛体対象物
13 柔軟被対象物
14 柔軟対象物
15 剛体被対象物
100、100B、100C、100D マスタスレーブロボット
101、101B、101C、101D マスタスレーブロボットの制御装置
102、102B、102C、102D マスタロボット
103 スレーブロボット
104、104B、104C、104D マスタアームの制御装置
105 スレーブアームの制御装置
106、106B、106C、106D マスタ制御装置
107 スレーブ制御装置
108 マスタ周辺装置
109 スレーブ周辺装置
110 マスタ動作情報取得部
111 撮像情報取得部
112 マスタ動作情報補正部
113、123 変形情報算出部
114、124、128 力情報補正部
125 表示制御部
126 表示部
127 拡大率情報算出部
115 力情報提示部
116 スレーブ動作情報取得部
117 力情報取得部
118 スレーブ制御部
119 マスタ入出力IF
120 マスタモータドライバ
121 スレーブ入出力IF
122 スレーブモータドライバ
3101 拡大率変更マスタ情報蓄積部
3102 補正力設定部
3103 方向変更マスタ情報蓄積部
Claims (17)
- 対象物を把持して、前記対象物を被対象物に挿入する作業を行なうスレーブアームと、前記スレーブアームを遠隔より操作するマスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを使用して、撮像装置で撮像されて表示部に表示された前記作業の状態の画像に基づいて、前記作業が行われる、マスタスレーブロボットの制御装置であって、
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報の拡大率が小さければ小さいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正することにより補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
を備えるマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記力情報補正部は、前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報の拡大率が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正することにより補正力情報を生成する、請求項1に記載のマスタスレーブロボットの制御装置。
- 前記対象物は柔軟物であり、
前記表示情報取得部は、前記表示部上において、前記スレーブアームの作業により変形した前記柔軟物の変形情報を前記拡大率情報の拡大率として算出する変形情報算出部である、請求項1又は2に記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記表示情報取得部において、前記表示部上において、前記スレーブアームの作業により変形した前記柔軟物の変形情報として、前記柔軟物が変形している範囲の長さを算出して使用する、
請求項3に記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記表示情報取得部において、前記表示部上において、前記スレーブアームの作業により変形した前記柔軟物の変形情報として、前記柔軟物が変形している範囲の面積を算出して使用する、
請求項3に記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記マスタアームの位置と、姿勢と、速度と、角速度との少なくとも1つ以上のマスタ動作情報を取得するマスタ動作情報取得部をさらに備え、
前記力情報補正部は、
前記マスタ動作情報より前記マスタアームの移動量dbを算出し、
前記変形情報算出部より算出された前記柔軟物の変形量ddを取得し、
前記移動量dbを前記変形量ddにより除算し、
除算した結果(db/dd)に補正係数及び前記力情報の力を乗算することにより前記補正力情報を生成する、
請求項3〜5のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記力情報補正部において、前記力情報を補正する際の前記拡大率情報の拡大率と前記力情報の力の基準となる大きさを決定する、請求項1〜6のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置。
- 前記力情報補正部において、前記柔軟物の柔らかさに応じて補正量を変更する請求項3〜7のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置。
- 前記力情報補正部は、前記拡大率情報の拡大率が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正して前記補正力情報を生成するとき、前記力情報の力の大きさを小さく補正して前記補正力情報を生成すること、又は、前記力情報の更新周期を速くして前記補正力情報を生成することのどちらかを行う、請求項2〜7のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置。
- 請求項1〜9のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置と、
前記マスタスレーブロボットとを備える、ロボット。 - 対象物を把持して、前記対象物を被対象物に挿入する作業を行なうスレーブアームと、前記スレーブアームを遠隔より操作するマスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを使用して、撮像装置で撮像されて表示部に表示された前記作業の状態の画像に基づいて、前記作業が行われる、マスタスレーブロボットの制御方法であって、
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を力情報取得部で取得し、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を表示情報取得部で取得し、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報の拡大率が小さければ小さいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正することにより補正力情報を力情報補正部で生成し、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアームに力情報提示部で提示する、
マスタスレーブロボットの制御方法。 - 前記力情報補正部は、前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報の拡大率が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正することにより補正力情報を生成する、請求項11に記載のマスタスレーブロボットの制御方法。
- 対象物を把持して、前記対象物を被対象物に挿入する作業を行なうスレーブアームと、前記スレーブアームを遠隔より操作するマスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを使用して、撮像装置で撮像されて表示部に表示された前記作業の状態の画像に基づいて、前記作業が行われる、マスタスレーブロボットの制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を力情報取得部で取得するステップと、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を表示情報取得部で取得するステップと、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報の拡大率が小さければ小さいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正することにより補正力情報を力情報補正部で生成するステップと、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアームに力情報提示部で提示するステップと、
を実現させるためのマスタスレーブロボットの制御プログラム。 - 前記力情報補正部は、前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報の拡大率が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正することにより補正力情報を生成する、請求項13に記載のマスタスレーブロボットの制御プログラム。
- 対象物を把持して、前記対象物を被対象物に挿入する作業を行なうスレーブアームと、前記スレーブアームを遠隔より操作するマスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを使用して、撮像装置で撮像されて表示部に表示された前記作業の状態の画像に基づいて、前記作業が行われる、マスタスレーブロボットの制御用集積電子回路であって、
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報の拡大率が小さければ小さいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正することにより補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
を備えるマスタスレーブロボットの制御用集積電子回路。 - 前記力情報補正部は、前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報の拡大率が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を小さく補正することにより補正力情報を生成する、請求項15に記載のマスタスレーブロボットの制御用集積電子回路。
- 対象物を把持して、前記対象物を被対象物に挿入する作業を行なうスレーブアームと、前記スレーブアームを遠隔より操作するマスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを使用して、撮像装置で撮像されて表示部に表示された前記作業の状態の画像に基づいて、前記作業が行われる、マスタスレーブロボットの制御装置であって、
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記作業を表示する前記表示部での拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報の拡大率が小さければ小さいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正して生成される補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
を備えるマスタスレーブロボットの制御装置。
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