JPH01310873A - マニピュレータ制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はオペレータが操作するマニピュレータに係り、
特に人間にとって耐え難い環境および宇・　２　・ 宙空間内での作業を確実に行なうに好適なマニピュレー
タの制御システムに関するものである。

〔従来の技術〕

従来のマニピュレータは、複雑なマニピュレータの動作
を行なうのをオペレータの被測に頼る傾向があった。

例えば、マスタースレーブ形においては、マスターアー
ムとスレーブアームとが同−形状又は相似形になってい
るため、マスターアームが人間の操作に不適な構造であ
ったり、オペレータ自身がマスターアームの操作の邪魔
になってしまうほど大きかったり、また細かい操作がで
きないことがあった。

また、遠隔操作においては、マニピュレータ自身がオペ
レータの視野を遮ぎり、オペレータは顔を左右に動かし
ながら操作しなければならなかった。このため、ＩＴＶ
などの利用も行なわれたが、」つの画像では充分な視野
が得られず、またテレビカメラを多数配置すると画像と
マニピュレータとの関係か変わり、オペレータが操作を
誤まることがあった。

最近では、コンピュータ技術の急速な進歩により、マニ
ピュレータやロボッ１への制御に計算機を取り入れ、高
度化して来ている。その−例として、アイ・イー・コン
″８４　（ＩＥＣＯＮ　’８４）の第４０頁〜第４５頁
に示されるように、形状の異なるマスターアームとスレ
ーブアームとの手先の運動を計算機を用いた高速座標変
換演算により１対１に対応させているものがある。

また、ＩＴＶにロボットのアニメーションを出して、ロ
ボットのティーチングをアニメーション上で行なわせ、
ロボットを実際に動作させてティーチングしたのと同じ
結果を便利に得られる技術も発表されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来技術は、まだ個々の狭い技術分野にとどま
り、マニピュレータを総合的な見地から検討して人間を
含めたシステム技術として完成していないといえる。

例えは、上述の高速座標変換演算技術の場合で・　３ も、マスクアームとスレーブアームとにおいて、それぞ
れの基準座標と各アーム手先の位置との２点を一致させ
ているため各アームの運動の比率は一定となっている。

このため、スレーブアームによって精密な作業を実現す
る場合には、マスターアームをスレーブアームの要求動
作と同様に細かな微小動作を行なわねばならず、またこ
れと逆にスレーブアームが大きな動作を必要とする場合
には、同様にマスタアームを大きく動作しなければなら
ない。

このように、スレーブアームの作業は、オペレータに大
きな負担をかけ、その被測により作業の実現性が決めら
れることになる。

このような、オペレータの負担に加え、ＩＴＶを見なが
ら操作するときには、画像を見てテレビカメラの方向を
考えマスターアームを操作することになり精神的な負担
も大きくなる。

本発明は以上の問題に鑑みてなされたもので、オペレー
タの操作する操作腕の操作性を向上させることのできる
マニピュレータ制御システムを提・　５ ・　４　・ 供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、オペレータが操作する操作腕とこの操作腕
の動きに追従して動作するマニピュレータとを有するシ
ステムにおいて、前記操作腕の位置情報を示す一般化座
標情報に対し、操作性向上のための第２の一般化座標変
換演算を行ないこの演算結果をマニピュレータに出力す
るための演算装置と座標変換指令装置とを備えることに
より達成される。

〔作　用〕

オペレータが操作する操作腕は、人間が操作しやすい形
状と大きさを持っている。マニピュレータは必要な作動
空間を動作できる大きさを持ち、相手部品を取扱うのに
適した構造を持っている。

オペレータは、最も楽な姿勢をとり、テレビカメラはオ
ペレータの視野を補うに必要なだけの台数があり、多く
の部品のそれぞれが見やすくなるような方向に設置され
ている。テレビカメラは光の林態によっては見にくい部
分があるため、アニス・　６　・ −ションを利用して、実画像と重さね合わせをすること
ができるようになっている。

このようなシステムをオペレータが充分に使いこなして
作業するために、操作腕とマニピュレータ及びアニメー
ションの動作比を自由に変えられるように、操作腕が動
作限界を越さないよう基点のシフ１−できるように、お
よび方向の違うテレビカメラの画像に切換えても混乱が
生じないよう操作腕と画像表示装置の方向が一致するよ
うに、第２の一般化座標変換を行なうものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

まず、本発明の装置の一実施例を説明するに先立って、
本発明の動作原理を第５図を用いて説明する。この図に
おいて、１０１はマスタアーム、１０２はスレーブアー
ムで、この例ではスレーブアーム１０２はマスタアーム
１０１と異なる構造に形成されている。いま、マスタア
ーム１０１の基準座標系をＭ、この基準座標系Ｍからマ
スタアーム１０１の手先までの座標変換７１〜リクスを
Ｔ６“、スレーブアーム１０２の基準座標系をＳ、この
基準座標系Ｓからスレーブアーム１０２の手先までの座
標変換マトリクスをＴ６″とし、前述した座標変換マト
リクスＴ６“、１６１間でのスケール変換７１〜リクス
をＫとすると、座標変換演算の手順は次のようになる。

すなわち、 マスタアーム１０１の各リンクのパラメータを各リンク
連結軸の位置とから前述したマスタアーム手先までの座
標変換マトリクスＴ６″を求めることができる。次にマ
スタアーム手先までの座標変換マトリクスＴ６Ｎとスレ
ーブアーム手先までの座標変換マトリクスＴ６Ｓ”との
間でのスケール変換及び基点シフトを含んだ座標変換演
算は次の（１）式％式％ とすると、ｄ　＝　ｅ　＝　ｆ　＝　ＯのときＴ６はＴ
６　をマスタアーム１０１の基準座標系ＭのＸ軸方向に
ａ倍、ｙ軸方向にｂ倍、Ｚ軸方向に０倍にしたものとな
る。そして３軸方向に均等に拡大する場合にはａ　＝　
ｂ　＝　ｃとすればよいことになる。そして、前述した
（１）式により得られた変換マトリクスＴ６ｑに対し、
スレーブアーム１０２のリンクパラメータを与え、スレ
ーブアームの各軸の目標値を逆座標変換演算により求め
る。このようにして得られたスレーブアーム１０２の各
軸の目標値に対し、各軸ごとにサーボ制御すれば、各ア
ームの可動領域内では、アームの形状に係りなくマスタ
アーム１０１の運動を任意に拡大または縮少してスレー
ブアーム］、　０２を操作することができる。

、　８゜ 次に、ａ＝ｂ＝ｃ＝１のとき、ＴＧｆはＴ、Ｑ□をマス
タアーム１の基準座標系ＭのＸ軸方向にｄ、ｙ方向にｅ
、ｚ方向にｆ平行移動したものとなる。

そして、前述した（１）式により得られた変換７１〜リ
クスＴ６り対し、スレーブアーム１０２のリンクパラメ
ータを与え、スレーブアーム１０２の各軸の目標値を逆
変換演算により求める。このようにして得られたスレー
ブアーム１０２の各軸の目標値に対し、各軸ごとにサー
ボ制御すれば、マスタアームの基準点とスレーブアーム
の基準的を任意にずらして操作することができる。

次に上述した本発明の原理にもとづいて、本発明の装置
の一実施例を第２図により説明する。

この図において、１０１はマスタアーム、１０２はスレ
ーブアームで、このスレーブアーム１０２はマスタアー
ム１０１とは異なる形状に構成されている。１０５は中
央処理装置で、座標変換演算および両アームの制御等を
行う。

１１８は本発明の特長である座標変換追加装置で、キー
ボードからの入力に基づき（２）式のＫを作り、中央処
理装置１０１に（１）式に示す座標変換を追加する指示
を与える。

１０４はマスタアーム１０１０入出力装置で、マスタア
ーム１−０１の各関節角度等を中央処理装置１０５へ入
力し、また中央処理装置１０５からマスタアーム１０１
への指令値をサーボ増幅し、マスタアーム１０１の各関
節のアクチュエータを駆動する働きをする。１０６はス
レーブアーム１０２の入出力装置で、スレーブアーム１
０２の各関節角度等を中央処理装置１０５へ入力し、ま
た中央処理装置１０５からスレーブアーム１０２への指
令値をサーボ増幅し、スレーブアーム１０２の各関節の
アクチュエータを駆動する働きをする。

１０７はシミイスティックで、中央処理装置１０５内部
の切換えにより、マスタアーム１０１の代りにスレーブ
アーム１０２、及び後述するアニメーション画像に対す
る指令値を出す。１０８はジョイスティック１０７の入
出力装置で、ジョイスティック１０７の傾き角の信号等
を中央処理装置１０５へ入力し、また、中央処理装置１
０５からジョイスティック１０７への力帰還信号をサー
ボ増幅し、ジョイスティックコ、０７のアクチュエータ
を駆動する働きをもつ。

１０９は画像入力装置で、スレーブアーム１０２の作業
を種々の方向から監視する。１．１０は画像処理装置で
、画像入力装置１０９で入力した画像にＦＦＴ等の演算
を処し、パターン同定等を行う。

１、１１はアニメータシミュレータで、コンピュータグ
ラフィックによるスレーブアームをリアルタイムで表示
するアニメーション用計算機である。

１１２はグラフィックデイスプレィで、アニメータシミ
ュレータ１１１によるアニメーション画像を表示する他
、アニメーション画像と画像入力装置１０９で入力した
実画像を重ねて表示することもでき、さらにモード切換
等のメニュー表示を始め、中央処理装置１０５及びアニ
メータシミュレータ１１１とのマンマシンインタフェー
スの対３舌用出力にも用いる。１１３はテレビモニタで
、画、　　ＩＩ 像入力装置１０９の映像を表示する。１１７はキーボー
ドでスケール変換定数、基点シフト指示メニューの入力
を始め、中央処理装置１０５及びアニメータシミュレー
タ１１１とのマンマシンインタフェースの対話用入力に
用いる。

２０１は作業対象物で、スレーブアーム１０２は広い範
囲において作業対象物２０１に対し作業を行わねばなら
ない。

次に本実施例の信号の流れの主なものを第１図を用いて
説明する。なお、実際のものは、マスタアーム、スレー
ブアーム、ジョイスティック共に６自由度を持つが、以
下、簡単のため３自由度として説明を行う。

１１４Ａ〜１１４Ｃはマスタアーム１０１の各関節軸に
設けた位置検出センサであり、この信号はマスタアーム
入出力装置１０４で処理し、中央処理装置１０５へ入力
する。１１５Ａ〜１１５Ｃはスレーブアーム１０２の各
関節軸に設けた位置検出センサであり、この信号はスレ
ーブアーム入出力装置１１０６で処理し、中央処理装置
１０５へ、　１２　。

・　１２・ 入力する。以上の信号より、中央処理装置１０５では一
般化座標への座標変換演算を行い、さらに座標変換追加
装置１１８の指示に基づき、第２−膜化座標への座標変
換を行うことにより、スレーブアーム１０２への指定値
を決定する。この信号はスレーブアーム入出力装置１０
６を経てスレーブアーム１０２の各関節軸に設けたアク
チュエータ１１６Ａ〜１１６Ｃを駆動する。又同時に、
中央処理装置１０５からマニメータシミュレータ１１１
へ信号を送り、グラフィックデイスプレィ１１２上にス
レーブアームのアニメーション画像を表示する。

次に、１１７Ａ〜１１７Ｃはジョイスティックの角度を
検出する位置検出センサであり、この信号はジョイステ
ィック入出力装置１０８で処理し、中央処理装置１０５
へ入力する。中央処理装置１０５ではスレーブアームへ
の指令を決定する際に、外部からの切換信号に基づき、
マスタアームとシミイスティックのいずれからの信号を
参照するかを決定する。

・　１４・ また、画像入力装置１０９で入力した画像は、画像処理
装置１１０でＦＦＴ、パターン同定を行った後、実画像
をテレビモニタ１１３で表示すると同時にアニメータシ
ミュレータ１１１へ送り、必要に応してグラフィックデ
イスプレィ１１２において、アニメーション画像に重ね
て表示する。

次に、位置検出センサ１１４Ａ〜１１４Ｃからの信号を
マスタアーム入出力装置１０４で処理する際の具体例を
第３図に示す。これはジョイスティック、スレーファー
ムのものに関しても同様である。第３図において位置検
出センサ１１４Ａ〜１１４Ｃとしては回転式パルス発生
器を用いている。この位置検出センサ１１４Ａ〜１１４
Ｃからは９０’位相のすれた１組のパルス信号すなわち
Ａ相及びＢ相が回転角に応して発生する。この信号は方
向判別回路３０１に入力されて回転角の方向判別を行う
。一方Ａ相またはＢ相の信号がカウンタ３０２に入力さ
れ、パルス数をカウントする。

前記の方向判別回路３０１より出力される方向信号３０
３はカウンタ３０２に入力され、パルス数の増減の切換
えを行う。したがって、カウンタ３０２の値は回転角の
増減に対応して増減するので、カウンタ３０２の出力３
０４を外部から読み込むことによって回転角を検知する
ことができる。

第４図は中央処理装置１０５の具体的な構成例を示す。

この中にはデータの入出力制御及び加減算等を行うプロ
セッサ４０１、三角関数表やマニピュレータのリンクパ
ラメタなどのデータを格納するメモリ４０２、掛算器４
０３及び割算器４０４がバス回路４０５で接続されてい
る。さらにこのバス回路４０５にはシリアルまたはパラ
レルのインタフェイス回路４０６Ａ〜４０６Ｅが接続さ
れている。インタフェイス回路４０６Ａ〜４０６Ｅには
各アーム入出力装置およびアニメータシミュレータ、座
標変換追加装置が接続されている。プロセッサ４０１は
バス回路４０５を介してバス回路４０５に接続されてい
る全ての機器にアクセスし、データを処理することがで
きる。

次に上述した本発明の装置の一実施例の動作を説明する
。

・　１５・ マスタアーム１０１を動作させると、マスタアーム］０
１の各関節角は位置検出センサ１１４Ａ〜１１４Ｃによ
り検出される。この検出信号はマスタアーム入出力装置
１０４を介して中央処理装置１０５に入力される。中央
処理装置１０５はマスタアーム１０１の手先座標系ＭＣ
のマスタアーム基準座標系Ｍに対する相対位置関係を座
標変換マトリクスＴ６′として記憶しており、−膜化座
標への座標変換演算を行う。また、キーボード１１７か
らの入力に基づき座標変換追加装置１１８はマスタアー
ム１０１の手先運動に対するスレーブアーム１０２の手
先の運動の寸法比率すなわちスケール変換定数、および
マスタアーム　、１０１の先端の位置とスレーブアーム
１０２の先端の位置の基準点のシフト量を示すマドリス
クＫを記憶しており、中央処理装置１０５に座標変換の
追加を指示する。すると、中央処理装置１０５はマスタ
アーム座標変換マトリクスＴＧ修に対しＫを作用させる
演算を行い、スレーブアーム座標変：”ｍ’マトリクス
Ｔ６りを得る。次に、スレーブアーム・　１６・ １０２の手先座標系ＳＣのスレーブアーム基準座標系Ｓ
に対する相対位置がスレーブアーム座標変換マトリクス
Ｔ７に一致するようにしたときのスレーブアーム１０２
の各関節軸目標値を逆座標変換演算により求め、これを
スレーブアーム入出力装置１０６に出力する。スレーブ
アーム入出力装置１０６はアクチュエータ１１６Ａ−１
１６Ｇを駆動する。これにより、マスタアーム１０１の
手先の運動をスケール変換、基点シフトあるいは両方を
行ってスレーブアーム１０２の手先の運動に伝達するこ
とができる。この結果、各アームの可動領域内では、ア
ームの形状に係りなく、マスタアーム１０１の運動を、
任意に拡大または縮少してスレーブアーム１０２に伝え
ることができ、マスタアーム１０１の操作に対してスレ
ーブアーム１０２を細かく運動させたり、粗雑であるが
大きく動作を与えることができる。

また、キーボード１１７の入力により座標変換追加装置
１１８の指令で、中央処理装置１０５は、スレーブアー
ム１０２を１時的にマスタアーム１０１から切離して静
止させておき、操作者はマスタアーム１０１のみを任意
の位置まで動かす。

この状態で、座標変換追加装置１１８は、マスタアーム
１０１とスレーブアーム１０２の位置のずれ量を（２）
式のｄ、ｅ、ｆの部分に記憶し直して、再びキーボード
１１７の入力によってマスタアーム１０１とスレーブア
ーム１０２を連動するようにすることにより、マスタア
ーム１０１とスレーブアーム１０２の動作基準点を自由
に設定し直すことができ、常にマスタアーム１０１を操
縦者にとって操作し易い位置で動かすことができる。

一方、ジョイスティックの位置検出センサ１１７Ａ〜１
１７Ｃからの信号は、ジョイスティック入出力装置１０
８を経て中央処理装置１０５に入力する。中央処理装置
１０５はこの信号を時間的に積分し、ジョイスティック
１０７の仮想的な手先座標系ＪＣのジョイスティック基
準座標系Ｊに対する相対位置関係を座標変換マトリクス
Ｔ−として記憶する。そして、前述のＴ、りを求める際
に、外部からの切換信号によりＴ６″の代りにＴ６：Ｊ
を用いることにより、ジョイスティック１０７を操縦す
ることによりスレーブアーム１０２を動かすことができ
る。

マスクアーム１０１は位置指令としてスレーブアーム１
０２への指令を出し、ジョイスティックは速度指令とし
てスレーブアーム１０２への指令を出すため、操作者は
状況に応じて使い易い方を選択することができる。

ジョイスティック１０７を用いた場合も、スケール変換
によってジョイスティックを倒した際のスレーブアーム
の移動速度を自由に設定できる等の利点が生じる。

さらに、第２一般化座標、すなわち（２）式のＫ　Ｔ　
、’ｍをスレーブアーム入出力装置１０６へ出力する代
りに、あるいは同時に、アニメータシミュレータ１１１
へ出力することにより、グラフィックデイスプレィ１１
２において、アニメーション画像として見ることができ
る。スレーブアーム１０２を動かさずにアニメーション
画像を表示することにより、スケール変換等の効果によ
る動き、１９　。

を確認できるので、危険な状況に陥いることがなし１゜ さらに、地上から宇宙にあるスレーブアームを操作する
ときには、通信の遅れ時間を利用し、実際のスレーブア
ームより早く画像を見ることができ、マスタアームの誤
操作をチエツクして修正することにも使用できる。もし
、実際のスレーブアームの動きを知りたいときには、ア
ニメーション画像を通信の遅れ時間分だけおくらして表
示するばよい。

また、スレーブアーム１０２を動かすのと同時にアニメ
ーションを表示した場合、アニメーションは任意の方向
から見た場合の表示ができるので、操作性は向上する。

また、画像入力装置１０９により入力した画像はテレビ
モニタ１１３で表示する他、グラフィックデイスプレィ
１１２のアニメーション画像に重ね表示することができ
る。これにより、より現実的な画像情報が得られると共
に、実画像においては手前の物体の影になって死角とな
る部分もア二、２１　・ 、２０゜ メーション画像では表示できるので、実画像とアニメー
ションがお互いの欠点を補い合うことができる。

なお、この際座標変換追加装置１１８は第２−般化座標
への変換マトリックスＫをアニメーション画像が実画像
にずれることなく重なるように決定する必要がある。

さらに、第２図に示したように、画像入力装置１０９は
複数あり、種々の方向からスレーブアームを見ているた
め、操作者がテレビモニタ１］３を見ながら操縦する際
には、マスタアーム］０１どの方向との対応ずけを常に
頭においておかねばならず、基点シフト等を行ううえで
も困難となる。

従って、スレーブアーム座標変換７１〜リクスＴＪを得
る際に、ｉ番目の画像入力装置１０９とスレーブアーム
１０２の方向を補正する座標変換マｌ−リクスをＲｉと
すると、 Ｔ６ガ＝Ｒｊ−に−Ｔ６弗 として、Ｔ、、ｆを得ることにより、操作者は方向の差
を意識することなく、マスタアーム１０１を操・２２・ 作することができる。Ｒｉ−には座標変換追加装置１１
８により与える。

ここで、ｊ番目の画像入力装置１０９の視線の方向のロ
ール角、ピンチ角、ヨー角をα１１．β、゛。

γ１とすると、Ｒ」は次式で与えられる。

このような座標変換マＩ〜リックスＲを導入すると宇宙
におけるスレーブアームの熱変形、慣性変形に対応した
信号をスレーブアームに与えることができ、操作性が向
上する上記の目的の場合アーム変形による先端の姿勢の
ロール角、ピッチ角、ヨー角をδ、Ｅ、ことし、ひずみ
によるＸ＋　ｙ＋Ｚ方向へのすれ位置をｐｑｒとすると 以下、余白 と表すことができる。

次に、本発明のもう一つの実施例を第５図を用いて説明
する。この実施例はマスタアーム１０１の手先の位置の
微少変位に対し、スケール変換演算を行ったものを、ス
レーブアーム１０２の手先の微少変位としてスレーブア
ーム１０２に伝えるようにしたものである。そして、第
１図に示す実施例と同様にマスタアーム１０１の基準座
標系をＭ、基準座標系Ｍからマスタアーム１０１の手先
までの座標変換マトリクスＴ６′、スケール変換演算等
のための変換マトリクスをＫとする。またスレーブアー
ム１０２の基準座標変換７１〜リクスをＴｇ’とすると
、座標変換演算の手順は次のようになる。すなわち、マ
スタアーム１０１の各リンクパラメタとその各関節軸の
位置から座標変換マトリクスＴ６゜が求められる。また
スレーブアーム１０２の各リンクパラメタとその手先の
位置を示す座標変換マ；へリクスＴＧｙが与えられれば
、スレーブアーム１０２の各軸の目標値が求められる。

今ある時点でマスタアーム１０１とスレーブアーム１０
２の運動を同期させるものとすると、手先の位置の微少
変位ｄＴＧとマニピュレータ各軸の微少変位ｄＱとの間
には次の関係がある。

ｄＴ６二ＪｄＱ　　　　　　　　　　　　・・・（３）
（Ｊニヤコピ行列） 今、マスタアーム１０１を微少運動ＭＤさせたとき、そ
の各関節軸の変位の変化をｄＱ”とし、マスタアーム１
０１のヤコビ行列をＪ′としたとき、マスクアーム１０
１の手先の微少運動ｄＴ６／＞は次の式から得られる。

ｄＴ６“＝Ｊ／＞・ｄＱ細　　　　　　　　・・・（４
）ここで、ｄＴ６“をスケール変換してスレーブアーム
１０２の手先の微少運動ｄＴ、’を次式から得る。

ｄ　Ｔｌ、２’＝　Ｋ　ｄ　Ｔ、（７）　　　　　　　
　　・・・（５）、２５　。

・　２４　・ 次にスレーブアーム１０２の各関節軸の微少変位ｄＱ′
ｌｌ″をスレーブアーム１０２のヤコビ行列ＪＩの逆行
列（Ｊ’）−”を解くことにより求める。すなわち、 ｄＱ’−（Ｊダ）−１・ｄＴ、、Ｉｆ　　　　　　・・
（６）上式で得られたスレーブアーム１０２各関節軸の
微少変位ｄＱ１をスレーブアーム１０２の各関節軸の位
置に加え、これをスレーブアーム１０２の各関節軸のサ
ーボ制御回路の目標値とする。

次に上述した原理にもとづいて本発明の制御装置の他の
実施例を第６図を用いて説明する。なお、ジョイスティ
ック１０７、画像入力装置１０９、アユメータシミュレ
ータ１１１等の取扱いについては、最初の例に準じるの
で、ここではマスタアーム１０１とスレーブアーム１０
２の関係のみについて説明する。

第６図において第１図と同符号のものは同一部分または
相当する部分である。６０１は差分回路、６０２は増分
回路である。差分回路９はサンプリングタイムにおける
センサ１１４Ａ〜１１４Ｃの・２６・ センサ信号の変化分を検出する。中央処理装置１０５は
前述した（３）弐〜（６）式で示された計算を行い、ス
レーブアーム１０２の各関節軸の変化分を求め、この変
化分を増分回路６０２に出力する。増分回路６０２はス
レーブアーム１０２の各関節軸毎に現在目標値に中央処
理装置を求めた変化分を加算し、スレーブアーム入出力
装置］−０６に入力する。スレーブアーム入出力装置１
０６はスレーブアーム１０２の各関節軸に設けたアクチ
ュエータ１１６八〜１１６Ｃを駆動する。これにより、
スレーブアーム１０２は駆動されるが、その移動量は検
出器１１５Ａ〜１１５Ｃによって検出され、スレーブア
ーム入出力装置１０６にフィードバックされる。その結
果、マスタアーム１０１の手先の運動をスケール変換し
てスレーブアームの手先に伝達することができる。

上述した本発明の制御装置の他の実施例における演算回
路の演算処理動作を第７図を用いて説明する。

最初に、初期位置でスタートすると、マスタアーム１の
各関節の初期値を読み込でおく。次にマスタアーム１と
スレーブアームの関節角を入力し、前回のデータとの差
から関節角の変化量ｄＱ“を求める。次にテーブルを参
照して三角関係を求め、マスタアーム１のヤコビ行列Ｊ
′７７″を割算する。関節角変化量ｄＱ６とヤコビ行列
Ｊ５からマスタアーム１の手先変位ｄＴ６″を求める。

スケール変換定数には入力されたデータを用いて得る。

マスタアームの手先変位ｄＴ、′ｈにＫを乗じてスレー
ブアームの手先変位ｄＴ６Ｓ′を求める。次にスレーブ
アームのヤコビ逆行列（Ｊ”）−１を求める。このｄＴ
Ｊに（Ｊ〆）−１を乗じることによりスレーブアームの
各関節角変位ｄＱ’を求めスレーブアームの関節角Ｑ８
′とｄに）Ｓ’の和をとってスレーブアームの各サーボ
系に結果を出力する。上記手続きを運転終了まで繰返し
実行する。

この実施例によれば、第１図に示す実施例と同様な効果
が得られると共に、マスタアーム１０］。

とスレーブアーム１０２の手先位置がどこにあっても同
期スタートされることができ、かつ任意の・　２７・ スケール変換が可能である。

第９図は本発明の装置のさらに他の実施例を示すもので
、この図において、第１図と同符号のものは同一部分で
ある。この実施例は、スレーブアーム１０２の手先を撮
影する画像入力装置１０９のズーム比の変化に対応して
、マスタアーム１０１の運動に対するスレーブアーム１
０２の運動のスケール変換の定数を変えるようにしたも
のであり、画像入力装置１０９にそのズームレンズの動
きを検出するセンサ９０１を設け、このセンサ情報を座
標変換追加装置１１８に入力する。座標変換追加装置１
１８はこのセンサ情報と予め求めておいて補正演算を行
うことにより、スケール変換マトリクスＫを決定し、前
述した実施例と同様に中央処理装置１０５に座標変換の
追加を指示し、中央処理装置１ｆ１０５はスレーブアー
ム１０２の運動をマスタアーム１０１のそれに対してス
ケール変換動作させるための目標値を演算する。

第９図において、１１３はテレビモニタである。

次に上述した本発明の装置の他の実施例の動作ｑ ・　２８・ を第８図に示すフローチャー１〜を用いて説明する。

まず初期位置でスタートすると、マスタアーム１０１の
各関節角を読み込む。次にテーブルを参照して三角関数
の値を求める。次に得られた三角関数の値を用いて手先
座標Ｔ、、′を求める。前述したように画像入力装置１
０９のズームレンズと同期させる場合、ズームレンズに
装着したセンサ９０１によりズーム比を検出し、スケー
ル変換マトリクスＫを決定する。ズームレンズと同期し
ない場合はあらかじめ入力されたスケール変換７１〜リ
クスＫを用いる。次にマスタアーム１０１の手先位置Ｔ
、、′にＫを乗じてスレーブアーム１０２の手先位置Ｔ
６γを求める。このＴ、９／Ｊ：り逆座標変換演算でス
レーブアーム１０２の各関節の目標値を求め、これをス
レーブアームの各サーボ系に出力する。上記操作を運転
終了まで繰返し実行する。

このように構成したことにより、画像入力装置１０９の
ズーム比を任意に変えても、マスタアーム１０１の手先
の運動とテレビモニタ１１３」二のスレーブアーム１０
２の手先映像の運動の大きさ・３０　・ の比率を常に一定に保つことができる。その結果、常に
適切な操作感覚が得られので、操作性が向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、マニピュレータの操作腕の操作性が向
上し、その結果マニピュレータ自体の操作性も向」ニす
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるマニピュレータ制御シ
ステムのブロック図、第２図は同構成図、第３図はマス
タアーム人出力装置１０４の具体的構成例を示すブロッ
ク図、第４図は中央処理装置１０５の具体的構成例を示
すブロック図、第５図は本発明の動作原理を示す説明図
、第６図及び第９図はそれぞれ本発明の他の実施例によ
るマニピュレータ制御システムのブロック図、第７図及
び第８図はそれぞれ演算処理動作を示すフローチャー１
−である。 １０１・・マスタアーム、１０２　　スレーブアーム、
１０５・中央処理装置、１０９・・画像入力装、３１゜ 招　１ 置、１１０・・・画像処理装置、１１２　グラフィック
デイスプレィ、１１３・・・テレビモニタ、１１８・座
標変換追加装置、２０１・作業対象物。 、３２゜ 凶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、操作腕と、該操作腕の動作に応じて作動するマニピ
   ュレータとを有し、該操作腕の位置情報を一般化座標に
   変換し、該一般化座標を該マニピュレータを作動させる
   ための各軸指令値に座標変換してマニピュレータを制御
   するシステムにおいて、該一般化座標を第２一般化座標
   に変換するための座標変換追加装置を設けたことを特徴
   とするマニピュレータ制御システム。 ２、請求項１記載のシステムにおいて、画像表示装置を
   有し、前記一般化座標を該画像表示装置に表示してアニ
   メーシヨンを作動させるために前記座標変換追加装置を
   用いることを特徴とするマニピュレータ制御システム。 ３、請求項２記載のシステムにおいて、アニメーシヨン
   を画像入力装置でとらえた実画像と重さね合わせるため
   に前記座標変換追加装置を用いることを特徴とするマニ
   ピュレータ制御システム。 ４、請求項１記載のシステムにおいて、２台以上の画像
   入力装置を切換えて画像表示装置に表示するのに応じ、
   それぞれの画像入力装置の設置方向に対応して該一般化
   座標を第２一般化座標変換に変換することを特徴とする
   マニピュレータ制御システム。 ５、請求項１記載のシステムにおいて、画像入力装置の
   ズーム比に応じて、該一般化座標を第２一般化座標変換
   に変換することを特徴とするマニピュレータ制御システ
   ム。 ６、請求項１記載のシステムにおいて、前記操作腕は速
   度指令を出力し、中央処理装置がその指令を時間的に積
   分して仮想的な位置情報とすることを特徴とするマニピ
   ュレータ制御システム。