JPH01228783A - Manipulator controlling device - Google Patents
Manipulator controlling deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はマニピュレータの制御装置に関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a control device for a manipulator.
（従来の技術）
従来、公知であるパイラテラルマニピュレータは、例え
ば力帰還形パイ２チラルサーボ系を用いることにより、
スレーブアームに加わった外力をマスタアームｌこ伝達
することが可能であり、マスタアーム側の操縦性を更ｌ
こ向上すべく、数々の提案がなされている。そして近年
、宇宙空間においてこういったマニビーレータを用いる
ための制御方法が検討されている。(Prior Art) A conventionally known pilateral manipulator uses, for example, a force feedback type pi-2 chiral servo system.
It is possible to transmit external force applied to the slave arm to the master arm, improving maneuverability on the master arm side.
A number of proposals have been made to improve this. In recent years, control methods for using such manibilators in space have been studied.
第４図に示す特開昭６２−２０３７８１号公報に掲載の
マニピュレータは、宇宙空間などにおける作業を容易に
するための制御方法が施されたものの一例である。The manipulator shown in FIG. 4 and published in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-203781 is an example of a manipulator equipped with a control method to facilitate work in outer space.
マスタマニピュレータ４１とスレーブマニピュレータ４
２は位置及び力の偏差により駆動し、マスタマニピュレ
ータ４１はマスク側の力検出器４６とスレーブ側の力検
出器４７のそれぞれの力信号により力制御されるもので
あり、スレーブマニピュレータ４２はマスク側の位置検
出器４ｉとスレーブ側の位置検出器４４のそれぞれの位
置信号により位置制御されるものである。そして、スレ
ーブ側の位置検出器４４からの位置信号に基づいてスレ
ーブマニピュレータの手首部（図示せず、以下単に手首
部という〕ｌこ作用する重力の影響を補償する重力補償
部５１．また手首部に作用する加速度を検出する加速度
検出器４９からの加速度信号に基づいて手首部（こ作用
する慣性力の影響を補償する慣性力補償部５０が設けら
れている。Master manipulator 41 and slave manipulator 4
2 is driven by position and force deviations, the master manipulator 41 is force-controlled by force signals from a force detector 46 on the mask side and a force detector 47 on the slave side, and the slave manipulator 42 is driven by the force detector 46 on the mask side and the force detector 47 on the slave side. The position is controlled by the respective position signals of the position detector 4i and the slave side position detector 44. A gravity compensator 51 compensates for the influence of gravity acting on the wrist portion (not shown, hereinafter simply referred to as the wrist portion) of the slave manipulator based on the position signal from the position detector 44 on the slave side. An inertial force compensator 50 is provided to compensate for the influence of inertial force acting on the wrist based on an acceleration signal from an acceleration detector 49 that detects acceleration acting on the wrist.
一般に宇宙空間などでは手首部Ｉこ作用する重力の影響
は少ないため、重力補償部５１の役割はそれ程重要では
ない。しかし宇宙空間などではスレーブアーム及び作業
物（以下、ペイロードというンの慣性力が非常に大きく
作用することから、慣性力補償部５０の役割は重要なも
のとなってくる。Generally, in outer space, the influence of gravity acting on the wrist is small, so the role of the gravity compensator 51 is not so important. However, in outer space, the inertial force of the slave arm and the workpiece (hereinafter referred to as payload) is very large, so the role of the inertial force compensator 50 becomes important.
この慣性力補償部５０により、手首部は自らが受ける慣
性力とペイロードの外力との判別を行うことができ、マ
ニピュレータの力制御が容易となる。This inertial force compensator 50 allows the wrist to discriminate between the inertial force that it receives and the external force of the payload, making it easier to control the force of the manipulator.
ところで前述のように第４図の従来例においては、慣性
力補償のために用いられる情報はスレーブ側の加速度検
出器４９からの信号のみである。By the way, as mentioned above, in the conventional example shown in FIG. 4, the only information used for inertial force compensation is the signal from the acceleration detector 49 on the slave side.
一般に加速度は、並進加速度成分と回転角加速度成分の
２種から成り、慣性力を求めるためにはこれら２ｆｌｉ
の加速度成分をそれぞれ測定するべきであるが、回転角
加速度用センナは並進加速度用センサに比べてその形状
・質量とも大きく、手首部に取付けることはスレーブマ
ニピュレータ２の作業の妨げともなり、好ましくない。In general, acceleration consists of two types: a translational acceleration component and a rotational angular acceleration component.
However, the rotational angular acceleration sensor is larger in shape and mass than the translational acceleration sensor, and it is not preferable to attach it to the wrist because it will interfere with the work of the slave manipulator 2. .
−万、並進加速度用センサは例えば 加速度ピックアッ
プ でよく、手首部付近にも容易に敗付けられる。その
ため、この並進加速度用センサを用いて回転角加速度成
分を測定する方法が第４図に示した従来例においても採
用されている。-For example, the translational acceleration sensor may be an acceleration pickup, and it can easily be installed near the wrist. Therefore, the method of measuring the rotational angular acceleration component using this translational acceleration sensor is also adopted in the conventional example shown in FIG. 4.
しかし、このような方法を用いることには難点がいくつ
かある。１つは並進加速度用センサで回転角加速度成分
を測定するため、その取付は位置の制限を受けるという
ことである。通常の場合、第５図に示すように並進加速
度用センナ５１．５２を、回転軸５３と垂直な方向が測
定可能となるようｆこ取付ければよいが、この測定値を
よりｎ度のよいものｌこするためには、並進加速度用セ
ンナ５１．５２の間隔を広くとることが理想的である。However, there are some difficulties in using such a method. One is that the translational acceleration sensor measures the rotational angular acceleration component, so its installation is subject to positional restrictions. Normally, as shown in Fig. 5, the translational acceleration sensors 51 and 52 should be mounted so that they can be measured in the direction perpendicular to the rotation axis 53, but this measurement value can be adjusted to a better angle of n degrees. It is ideal to widen the distance between the translational acceleration sensors 51 and 52 in order to improve the accuracy.
ところが、慣性補償のために必要な回転角加速度成分は
手首部に作用するものだけであり、実際には手首部でそ
れ程センナの間隔を広くとることは不可能である。もう
１つの難点は、慣性力算出のための計算量及びその精度
に関するものである。前述のように、実際に慣性力を求
めるために測定しているものは並進加速度のみであり、
この値から回転角加速度を算出し、更に慣性力を算出す
るという方法を採っている。このような方法にすると、
並進加速度用センサの取付は間隔か狭い状態で測定した
精度の低い回転角加速度成分が計算対象になる上、並進
加速度用センナは、並進加速度成分検出用と回転角加速
度成分検出用にそれぞれ必要であることから、その取付
は数が多くなってしまい、それに従って計算量もかなり
多くなることから、結局充分な慣性補償ができないこと
になってしまう。However, the rotational angular acceleration component necessary for inertia compensation is only that which acts on the wrist, and it is actually impossible to make the spacing between the senna so wide at the wrist. Another difficulty concerns the amount of calculation required to calculate the inertial force and its accuracy. As mentioned above, what is actually measured to find the inertial force is only the translational acceleration.
A method is adopted in which the rotational angular acceleration is calculated from this value, and then the inertia force is calculated. If you use this method,
When installing a translational acceleration sensor, the calculation target is the rotational angular acceleration component with low accuracy measured at close intervals or in a narrow condition, and the translational acceleration sensor is required for detecting the translational acceleration component and rotational angular acceleration component. For this reason, the number of attachments increases, and the amount of calculation increases accordingly, resulting in insufficient inertia compensation.
（発明が解決しようとする課題）
以上のように従来においては、宇宙空間などで用いられ
るマニピュレータに慣性力補償部が設けられていたもの
の、実際には求められた慣性力のｎ度はそれ程よくなく
、また計算量もかなり多くなってしまっている。(Problem to be solved by the invention) As described above, in the past, manipulators used in outer space etc. were provided with an inertia force compensator, but in reality, the n degree of the inertia force obtained was not so good. Moreover, the amount of calculation is quite large.
本発明はこのような点を改善するものであり、慣性力を
算出するのに必要な計算量を減らし、しかも精度よい慣
性力補償を行うことが可能なマニピュレータの制御装置
の提供を目的とする。The present invention is intended to improve these points, and aims to provide a manipulator control device that can reduce the amount of calculation required to calculate the inertial force and perform accurate inertial force compensation. .
（ｌｔ！題を解決するための手段）
上記目的を達成するために本発明においては、アームの
力偏差で駆動するマスクマニピュレータと、アームの位
置偏差で駆動するスレーブマニピュレータとからなる、
力帰還形バイラテラルサーボｍｓを備えたマニピュレー
タにおいて、スレーブマニピュレータの位置検出手段の
出力信号から手首部に作用する回転角加速度成分を求め
、スレーブマニピュレータの加速度検出手段から手首部
に作用する並進加速度成分を求め、これら２つの加速度
成分から手首部に作用するペイロードの加速度を求める
ことにより手首部に作用する慣性力を算出し、慣性力補
償信号をスレーブマニピュレータの力検出手段の出力信
号にフィードバックする構成とした。(lt!Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, the present invention includes a mask manipulator driven by force deviation of the arm, and a slave manipulator driven by position deviation of the arm.
In a manipulator equipped with a force feedback bilateral servo ms, the rotational angular acceleration component acting on the wrist is determined from the output signal of the position detection means of the slave manipulator, and the translational acceleration component acting on the wrist from the acceleration detection means of the slave manipulator is determined. The inertial force acting on the wrist is calculated by calculating the acceleration of the payload acting on the wrist from these two acceleration components, and the inertial force compensation signal is fed back to the output signal of the force detection means of the slave manipulator. And so.
また、前記回転角加速度成分を手首部の移動速度を検出
する速匿検出手段から求め、同様に慎“性力補償信号を
スレーブマニピュレータの力検出手段の出力信号にフィ
ードバックする構成とした。Further, the rotational angular acceleration component is obtained from the speed detection means for detecting the moving speed of the wrist portion, and the mechanical force compensation signal is similarly fed back to the output signal of the force detection means of the slave manipulator.
（作用］
位置検出手段は、スレーブアームの各関節の軸角度を検
知するものであるから、手首部の斗向き箋は各関節の軸
角度の算術和により容易ｔこ導かれる。(Operation) Since the position detection means detects the axial angle of each joint of the slave arm, the orientation of the wrist can be easily determined by the arithmetic sum of the axial angles of each joint.
そのため回転角加速度成分は、時間に関しての二階微分
により求められる。Therefore, the rotational angular acceleration component is determined by second-order differentiation with respect to time.
このように、手首部の回転角加速度成分を容易に求める
ことができるため、結局、従来よりも慣性力を算出する
のに必要な計算量が減り、しかも精度よ〈慣性力補償を
行うことが可能となる。In this way, since the rotational angular acceleration component of the wrist can be easily determined, the amount of calculation required to calculate the inertial force is reduced compared to the conventional method, and moreover, it is possible to perform inertial force compensation due to accuracy. It becomes possible.
゛（実施例） 以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。゛(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第１図は本発明の第１の実施例を示すマニピュレータの
制御装置のプロ、り線図である。マスタマニピュレータ
１には位置検出手段である位置センサ３、及び力検出手
段であるトルクセンナ６が接続されており、−万スレー
プマニピュレータ２には位置検出手段である位置センサ
４、力検出手段であるトルクセンサ７、及び加速度検出
手段である加速度センナ１０が接続されている。また、
マスクマニピュレータ１、スレーブマニピュレータ２の
それぞれの位置センサ３，４の出力信号は比較された後
位置調節器５に入力され、その出力はスレーブマニピュ
レータ２にフィードバックされる。−万、マスクマニピ
ュレータ１、スレーブマニピュレータ２のそれぞれのト
ルクセンサ６゜７の出力信号及び慣性力算出手段１２の
出力信号は、比較された後トルク調節器８に入力され、
その出力はマスタマニピュレータ１にフィードバックさ
れる。更に位置センサ４の出力信号は回転角加速度算出
手段９に入力され、加速度センサ１０の出力信号は並進
加速度算出手段ｌｉＩこ入力されこれらの出力信号が慣
性力算出手段１２に人力され、その出力信号がトルクセ
ンサ７の出力信号と比較される。FIG. 1 is a diagram of a control device for a manipulator showing a first embodiment of the present invention. A position sensor 3 as a position detection means and a torque sensor 6 as a force detection means are connected to the master manipulator 1, and a position sensor 4 as a position detection means and a torque sensor 6 as a force detection means are connected to the slave manipulator 2. A torque sensor 7 and an acceleration sensor 10 serving as acceleration detection means are connected. Also,
The output signals of the position sensors 3 and 4 of the mask manipulator 1 and the slave manipulator 2 are compared and then input to the position adjuster 5, and the output thereof is fed back to the slave manipulator 2. - After being compared, the output signals of the torque sensors 6゜7 and the output signals of the inertia force calculation means 12 of the mask manipulator 1 and slave manipulator 2 are inputted to the torque regulator 8,
The output is fed back to the master manipulator 1. Further, the output signal of the position sensor 4 is inputted to the rotational angular acceleration calculation means 9, the output signal of the acceleration sensor 10 is inputted to the translational acceleration calculation means liI, and these output signals are inputted to the inertial force calculation means 12, and the output signal is is compared with the output signal of the torque sensor 7.
以上のように構成された本実施例においては、マスタマ
ニピュレータ１、スレーブマニピュレータ２のそれぞれ
の位置センサ３，４からの出力信号が比較され、位置偏
差が小さくなる向きに力を伝えるような信号が発生し、
位置調節器５によってスレーブマニピュレータ２に駆動
信号が伝達される。また、マスタマニピュレータ１、ス
レーブマニピュレータ２のそれぞれのトルクセンサ６゜
７及び慣性力算出手段１２からの出力信号が比較されて
、トルク偏差が小さくなる向きに力を伝えるような信号
が発生し、トルク調節器８によってマスクマニピュレー
タｌに駆動信号が伝達される。In this embodiment configured as described above, the output signals from the position sensors 3 and 4 of the master manipulator 1 and slave manipulator 2 are compared, and a signal that transmits force in a direction that reduces the position deviation is generated. occurs,
A drive signal is transmitted to the slave manipulator 2 by the position adjuster 5 . Furthermore, the output signals from the torque sensors 6° 7 and the inertia force calculation means 12 of the master manipulator 1 and slave manipulator 2 are compared, and a signal is generated that transmits the force in the direction that reduces the torque deviation. A drive signal is transmitted by the regulator 8 to the mask manipulator l.
◆
また、位置センナにより、スレーブマニピュレータ２の
各関節の軸角度を監視することにより、手首部に作用す
る回転角加速度成分を回転角加速度算出手段９で算出し
、加速度センサ１０より手首部に作用する並進加速度成
分を並進加速度算出手段１１で算出する。そしてこれら
２つの加速度成分を用いて手首部に作用するペイロード
の加速度を求め、慣性力算出手段１２において慣性力の
補償値を演算し、トルクセンサ７の出力信号に７イード
バックして慣性力の分を減算し、手首部Ｉこ作用するペ
イロードの外力のみを導く。◆ Also, by monitoring the axis angle of each joint of the slave manipulator 2 using a position sensor, the rotational angular acceleration component acting on the wrist is calculated by the rotational angular acceleration calculation means 9, and the rotational angular acceleration component acting on the wrist is calculated by the acceleration sensor 10. The translational acceleration calculation means 11 calculates the translational acceleration component. Then, the acceleration of the payload acting on the wrist is determined using these two acceleration components, and the inertia force calculation means 12 calculates a compensation value for the inertia force. , and derive only the external force of the payload that acts on the wrist.
以上のような制御を行うことにより、既存のセンナを有
効に利用した、従来よりも正確でしかも計ＩＬ量が少な
い状態で慣性力を補償することができるマニピュレータ
が実現する。By performing the above-described control, a manipulator that effectively utilizes the existing sensor and can compensate for inertial force more accurately than before and with a smaller total IL amount can be realized.
第２図は本発明の第２の実施例を示すマニピュレータの
制御装置のブロック線図である。本実施例においては、
手首部に取付けられた速度検出手段である速度センサ１
３の出力信号を回転角加速度算出手段９に入力し、この
出力信号及び並進加速度算出手段１１の出力信号を慣性
力算出手段１２に導くような構成となっており、位置セ
ンサ４は回転角加速度の算出には関与していない。FIG. 2 is a block diagram of a manipulator control device showing a second embodiment of the present invention. In this example,
Speed sensor 1, which is a speed detection means attached to the wrist
3 is input to the rotational angular acceleration calculation means 9, and this output signal and the output signal of the translational acceleration calculation means 11 are guided to the inertial force calculation means 12, and the position sensor 4 is configured to input the rotational angular acceleration calculation means 9. is not involved in the calculation.
以上のように構成された本実施例においては、回転角加
速度を算出するのに用いる情報は回転角速度を測定する
速度センサ１３の出力信号であり、回転角加速度算出手
段９において時間に関する一階微分を行うだけで回転角
加速度成分は容易に求めることができる。従って更に正
確で計算量が少ない状態で慣性力を補償することができ
るマニピュレータが実現する。In this embodiment configured as described above, the information used to calculate the rotational angular acceleration is the output signal of the speed sensor 13 that measures the rotational angular velocity, and the rotational angular acceleration calculation means 9 calculates the first-order differential with respect to time. The rotational angular acceleration component can be easily obtained by simply doing the following. Therefore, a manipulator is realized that is more accurate and can compensate for inertial force with less calculation amount.
第３図は本発明の第３の実施例を示すマニピュレータの
制御装置のブロック−線図である。本実施例においては
、位置センサ４からの出力信号を回転角加速度算出手段
９のみならず重力算出手段１４にも入力し、後者の出力
信号及び慣性が算出手段１２の出力信号を、トルクセン
サ７の出力信号と比較する構成となっている。FIG. 3 is a block diagram of a manipulator control device showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the output signal from the position sensor 4 is input not only to the rotational angular acceleration calculation means 9 but also to the gravity calculation means 14, and the output signal of the latter and the output signal of the inertia calculation means 12 are input to the torque sensor 7. The configuration is such that it is compared with the output signal of
以上のように構成された本実施例においては、位置セン
？４の情報を基にして、重力算出手段１４で手首部に作
用する重力を算出するので宇宙空間などでなく、地上用
や月面上などのマニピュレータとしても充分に対応し得
る、正確でかつ計算量が少ない状態で慣性力を補償する
ことができるマニピュレータが実現する。また本実施例
では重力、慣性力共に位置センサ４の情報を基に算出し
ているが、第２の実施例のように慣性力を加速度センサ
の情報を基に算出してもよく、そうすることによりより
優れた補償能力を備えたマニピュレータが実現する。In this embodiment configured as described above, the position sensor? Based on the information in step 4, the gravity calculation means 14 calculates the gravity acting on the wrist, so it is accurate and can be used as a manipulator not only in space but also on the ground or on the moon. A manipulator that can compensate for inertial force with a small amount is realized. Furthermore, in this embodiment, both gravity and inertial force are calculated based on the information from the position sensor 4, but the inertial force may be calculated based on the information from the acceleration sensor as in the second embodiment. This results in a manipulator with better compensation ability.
以上のよう１こ本発明によれば、スレーブマニピュレー
タの先端部に作用する慣性力を従来より精度よく、しか
も少ない計算量で補償することが可能となる。As described above, according to the present invention, it is possible to compensate for the inertial force acting on the tip of the slave manipulator with higher accuracy than before and with a smaller amount of calculation.
第１図ないしＷ，３図は本発明の実施例を示すマニピュ
レータの制御装置のブロック線図、第４図は従来技術の
一例を示すマニピュレータの制御装置のブロック線図、
第５図は加速度センサの取付は方法を示す模式図である
。
１・・・マスタマニピュレータ、２・・・スレーブマニ
ピュレータ、３，４・・・位置センサ（位置検出手段）
６、７・・・トルクセンサ（力検出手段）、９中角加速
度算出手段、１０・・・加速度センサ《加速度検出手段
》、１１・・・並進加速度算出手段、１２・・・慣性力
算出手段 、１３・・・速度センナ（速度検出手段）ｌ
４・・・重力算出手段。1 to 3 are block diagrams of a manipulator control device showing an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram of a manipulator control device showing an example of the prior art.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a method for installing an acceleration sensor. 1... Master manipulator, 2... Slave manipulator, 3, 4... Position sensor (position detection means)
6, 7... Torque sensor (force detection means), 9 Medium angular acceleration calculation means, 10... Acceleration sensor <<acceleration detection means>>, 11... Translational acceleration calculation means, 12... Inertial force calculation means , 13...speed sensor (speed detection means) l
4...Gravity calculation means.
Claims (3)
と、アームの位置偏差で駆動するスレーブマニピュレー
タとからなる力帰還形バイラテラルサーボ機構を備えた
マニピュレータにおいて、前記スレーブマニピュレータ
の位置検出手段の出力信号から、前記スレーブマニピュ
レータの手首部に作用する回転角加速度成分を求める回
転角加速度算出手段と、前記スレーブマニピュレータの
手首部に取付けた加速度検出手段の出力信号から、前記
スレーブマニピュレータの手首部に作用する並進加速度
成分を求める並進加速度算出手段と、前記回転角加速度
算出手段の出力信号と前記並進加速度算出手段の出力信
号とから、前記スレーブマニピュレータの手首部に作用
する慣性力を求め、前記スレーブマニピュレータの力検
出手段の出力信号にフィードバック信号を出力する慣性
力算出手段と、を設けたことを特徴とするマニピュレー
タの制御装置。(1) In a manipulator equipped with a force feedback bilateral servo mechanism consisting of a master manipulator driven by force deviation of the arm and a slave manipulator driven by position deviation of the arm, the output signal of the position detection means of the slave manipulator is , a rotational angular acceleration calculation means for calculating a rotational angular acceleration component acting on the wrist of the slave manipulator, and a translational acceleration acting on the wrist of the slave manipulator from an output signal of an acceleration detection means attached to the wrist of the slave manipulator. A translational acceleration calculation means for calculating an acceleration component, an output signal of the rotational angular acceleration calculation means, and an output signal of the translational acceleration calculation means, calculate the inertial force acting on the wrist of the slave manipulator, and calculate the force of the slave manipulator. 1. A control device for a manipulator, comprising: inertial force calculation means for outputting a feedback signal to the output signal of the detection means.
を求める速度検出手段の出力信号を、前記回転角加速度
算出手段の入力信号とすることを特徴とする請求項１記
載のマニピュレータの制御装置。(2) The manipulator control device according to claim 1, wherein an output signal of a speed detection means for determining the moving speed of the wrist portion of the slave manipulator is used as an input signal of the rotational angular acceleration calculation means.
ニピュレータの手首部に作用する重力を求め、前記スレ
ーブマニピュレータの力検出手段の出力信号にフィード
バック信号を出力する、重力算出手段を設けたことを特
徴とする請求項１若しくは２記載のマニピュレータの制
御装置。(3) A gravity calculation means is provided for determining the gravity acting on the wrist of the slave manipulator from the output signal of the position detection means and outputting a feedback signal to the output signal of the force detection means of the slave manipulator. A manipulator control device according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5362188A JPH01228783A (en) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Manipulator controlling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5362188A JPH01228783A (en) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Manipulator controlling device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01228783A true JPH01228783A (en) | 1989-09-12 |
Family
ID=12947978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5362188A Pending JPH01228783A (en) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Manipulator controlling device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01228783A (en) |
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