JPH01310874A

JPH01310874A - 双腕マニピュレータの遠隔操作方法

Info

Publication number: JPH01310874A
Application number: JP13833988A
Authority: JP
Inventors: Makoto Araki; 誠荒木; Ichiro Watanabe; 一郎渡辺
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1988-06-07
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1989-12-14

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】概　　　要双腕マニピュレータの遠隔操作方法に関し、操作負担を
軽減することのできる双腕マニピュレータの遠隔操作方
法を提供することを目的とし、２台の多関節アームから
なる双腕スレーブ・マニピュレータの遠隔操作方法にお
いて、　一方のスレーブ・マニピュレータをマニピュレ
ータ動作言語によって予め定められた位置若しくは軌道
に沿って動作させ、他方のスレーブ・マニピュレータを
前記マニピュレータ動作言語によって制御されるスレー
ブ・マニピュレータの動作に応じて、マスタ・マニピュ
レータにマニピュレータによってバイラテラル制御する
ように構成する。

産業上の利用分野本発、明は双腕マニピュレータの遠隔操作方法、即ち２
台のマニピュレータに所望の作業を実施させるための遠
隔操作方法に関する。

原子炉内や海中・海底等人間が直接作業を行うには様々
な制約が伴う場において、人間の遠隔操作によってマニ
ピュレータに作業を代替させる、所謂マスタ・マニピュ
レータにスレーブ・マニピュレータが従来より考えられ
実施されている。更に近年では、宇宙空間において微小
重力や真空等の環境を利用した理工学実験を行うことが
検討されており、宇宙空間での作業も安全性やエネルギ
ー・リソースの問題、作業効率等に鑑みて遠隔操作マニ
ピュレータによる作業実施が望まれている。このように
人間の作業の代替や活動範囲を拡大させるために、遠隔
操作マニピュレータを使用する場合において、マニピュ
レータに行わせようとする作業内容は益々複雑になって
いく傾向にあり、双腕マニピュレータの採用が検討され
ている。

従来の技術マスタ・マニピュレータにスレーブ・マニピュレータの
制御方式は、対称型、力逆送型、力帰還型の３種類の基
本型が考えられてふり、その中で操作性が良いという理
由から力帰還型バイラテラル制御がよく用いられる傾向
にある。典型的な力帰還型バイラテラル制御のブロック
図を第５図に示す。マスタ・マニピュレータにマニピュ
レータ１０ｍ及びスレーブ・マニピュレータ１０ｓには
多関節アームを用い、多関節アームとエンド・イフェク
タ　（ハンド）との間の手首に相当する部分にはエンド
・イフェクタに加わる３方向の力とそれらの方向の軸回
りのモーメントが検出できる６軸カセンサが取り付けで
ある。また、マニピュレータの各関節の角度や角速度は
ロークリ・エンコーダ等の角度センサ及び角度偏差信号
減算器や微分器、状態観測器等の速度生成器によって検
出される。

第５図に示した方式では、マスク側のエンド・イフエク
タに加えられた力（操作力）とスレーブ側のエンド・イ
フェクタが検出した力（反力）とを足し合わせて、力の
発生を無くする方向にマスタ・マニピュレータにマニピ
ュレータを動作する。スレーブ・マニピュレータはマス
クが動作したことから送られてくる位置指令値に基づき
動作する。しかしこの方式では、マスクの位置指令から
スレーブの力帰還まで一巡するループが直列に接続され
ているため、制御情報の位相遅れが大きくなりやすく、
システムの安定性を劣化させる原因となっている。

この欠点を改善する方式として並列型バイラテラル制御
方式が提案されている。第６図にこの方式のブロック図
を示す。この方式では、マスク制御系で自身の操作力と
スレーブ側の反力とを足し合わせて、速度指令値生成部
１１でそれぞれのマニピュレータ先端を移動させる共通
の速度指令値を求め、次にマスク制御系及びスレーブ制
御系は同時に、この移動速度を実現するための関節角速
度を算出し、この関節角速度をサーボアンプへ指令する
ことによってそれぞれのマニピュレータを駆動するよう
になっている。

双腕のスレーブ・マニピュレータを制御する場合、以上
説明したマスタ・マニピュレータにスレーブ・マニピュ
レータを２組用意して第７図に示す構成とし、操作者は
両腕によりそれぞれのスレーブ・マニピュレータを別々
に操作することが行われていた。即ち、スレーブ・マニ
ピュレータ１０ｓｌ、１０ｓ２で双腕マニピュレータ１
２を構成し、操作者はマスタ・マニピュレータにマニピ
ュレータ１０ｍ１，１０ｍ２を操作することにより、バ
イラテラル制御系１４．．１４２ヲ介シてスレーブ・マ
ニピュレータ１０Ｓ１．１０ｓ２を別々に操作するよう
にしていた。

発明が解決しようとする課題しかし、双腕のスレーブ・マニピュレータを操作者が両
腕を用いて個別に遠＠操作することは、それぞれのマニ
ピュレータが人間の器用な操作に応じて動作できる利点
がある反面、操作者にとって大きな負担となるため、双
腕マニピュレータの操作に熟練が必要であるという問題
があった。

本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、そ
の目的とするところは、操作負担を軽減＝６− することのできる双腕マニピュレータの遠隔操作方法を
提供することである。

課題を解決するための手段第１図は本発明のシステム構成図である。

双腕マニピュレータ２は、操作実施前にマニピュレータ
動作言語によって予めプログラミングされた位置もしく
は軌跡に沿って動作するスレーブ・マニピュレータ　（
Ｌマニピュレータトヨフ）ＩＳＬト、マスタ・マニピュ
レータにマニピュレータ１ｍによってバイラテラル制御
系３を介してバイラテラル制御されるスレーブ・マニピ
ュレータ　（Ｂマニピュレータとよぶ）１３Ｂ　とを組
合せた構成とする。マニピュレータ動作言語システム５
はＣＲＴ及びキーボード４によりプログラムされるとと
もに、プログラム実行命令が入力されて起動される。更
に、マスタ・マニピュレータにマニピュレータ１ｍには
、ＬマニピュレータＩＳＬ　の動作言語システム５へ信
号を入力するスイッチ６を設け、このスイッチ６により
操作者はＬマニピュレータＩＳＬ　の動作も管理できる
ようにする。

作　　　用操作者は、まずしマニピュレータ１ｓＬ　の動作位置や
軌跡を予めマニピュレータ動作言語システム５にプログ
ラミングしておく。このとき、動作の区切り時点にマス
タ・マニピュレータにマニピュレータ１ｍに取り付けら
れたスイッチ６の信号の入力を待つ命令を書き込んでお
く。ＣＲＴ及びキーボード４によりマニピュレータ動作
言語システム５を起動し、前記スイッチ６をトリガーと
してＬマニピュレータＩＳＬ　の動作を逐次実行させる
。同時に、操作者はＬマニピュレータ１ｓＬ　の動きに
応じたＢマニピュレータ１８Ｂの動作をマスタ・マニピ
ュレータにマニピュレータ１ｍを用いて操作する。以上
のようにして双腕スレーブ・マニピュレータに作業を行
わせる。

このように本発明では、双腕マニピュレータ２に作業を
実施させる際に、１台のマスタ・マニピュレータにマニ
ピュレータ１ｍを用いて２台のスレーブ・マニピュレー
タの動作を管理できる。

実　　施　　例以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第２図はマスタ・マニピュレータにマニピュレータの外
観図を示しており、各関節に角度センサを内蔵した多関
節アーム２１と、多関節アームの先端に取り付けられた
６軸カセンサ２２と、エンド・イフェクタの代わりに操
作者が操作力を加えるための把手２３とから構成されて
いる。把手２３部分には第３図の拡大図に最もよく示さ
れているようにＬマニピュレータ用の動作言語システム
へ信号入力するためのスイッチ２４が設けられている。

第４図はスンーブ・マニピュレータの外観図である。２
台のスレーブ・マニピュレータは外観上全く同一構成で
あり、各関節に角度センサを内蔵する多関節アーム２６
と、多関節アーム２６の先端に取り付けたエンド・イフ
ェクタ２８と、このエンド・イフェクタ２８と多関節ア
ーム２６との間に取り付けた３方向の力と各方向の軸回
りモーメントを検出する６軸カセンサ２７とから構成さ
れる。

Ｂマニピュレータはマスタ・マニピュレータにマニピュ
レータによってバイラテラル制御され、Ｌマニピュレー
タはマニピュレータ動作言語によってプログラム制御さ
れる。

操作者は、まずしマニピュレータの動作位置や軌跡を予
めプログラミングしておく。このとき、動作の区切り時
点にマスタ・マニピュレータにマニピュレータ２０に取
り付けられたスイッチ２４の信号の入力を待つ命令をプ
ログラムに書き込んでおくようにする。

表１にＬマニピュレータ用動作言語プログラムの模式例
を示す。

一１〇− ｉｌ：Ｌマニピュレータの動作言悟プログラムの模式例然して、双腕マニピュレータを操作する場合には、キー
ボードからマニピュレータ動作言語システムを起動し、
スイッチ２４をトリガーとしてＬマニピュレータの動作
を逐次実行させる。即ち表１のプログラムにおいては、
Ｌマニピュレータはまずスイッチ２４からの信号Ｓ１の
入力を待って位置ｐ１へ移動し、次いで位置ｐ２へ移動
する動作を実行する。Ｌマニピュレータの動作と同時に
、或いはＬマニピュレータが位置ｐ２へ移動してから、
操作者はＬマニピュレータの動きに応じたＢマニピュレ
ータの動作をマスタ・マニピュレータにマニピュレータ
２０を用いて操作する。

次いで、Ｌマニピュレータは信号Ｓ２の入力を待ってか
ら、位置ｐ３．ｐ４．ｐ５へ移動する動作を逐次実行す
る。操作者はＬマニピュレータの動きに応じたＢマニピ
ュレータの動作をマスタ・マニピュレータにマニピュレ
ータ２０を用いて操作する。最後に、Ｌマニピュレータ
は信号Ｓ３の入力を待ってから、位置ｐ６へ移動する動
作を実行する。操作者はＬマニピュレータの動きに応じ
たＢマニピュレータの動作を上述したのと同様にマスタ
・マニピュレータにマニピュレータ２０を用いて操作す
る。以上のような操作を繰り返すことにより双腕スレー
ブ・マニピュレータに作業を実行させる。

発明の効果本発明は以上詳述したように構成したので、操作者は双
腕マニピュレータの作業を片腕で操作することができる
ため、操作負担を著しく軽減することができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステム構成図、第２図は本発明実施例によるマスタ・マニピュレータに
マニピュレータの外観斜視図、第３図はマスタ・マニピ
ュレータにマニピュレータの把手部分の拡大図、第４図は本発明実施例のスレーブ・マニピュレータの外
観斜視図、第５図は従来の直列型バイラテラル制御方式（力帰還型
）のブロック図、第６図は従来の並列型バイラテラル制御方式のブロック
図、第７図は従来の双腕マニピュレータ遠隔システムの構成
図である。１ｍ・・・マスタ・マニピュレータにマニピュレータ、
ＩＳｎ　・・・Ｂマニピュレータ、ＩＳｔ　・・・Ｌマニピュレータ、２・・・双腕マニピュレータ、３・・・バイラテラル制御系、４・・・ＣＲＴ及びキーボード、５・・・マニピニレーク動作言語システム、２３・・・
把手、２４・・・スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２台の多関節アームからなる双腕スレーブ・マニ
ピュレータの遠隔操作方法において、一方のスレーブ・
マニピュレータ（１ｓ＿Ｌ）をマニピュレータ動作言語
によって予め定められた位置若しくは軌道に沿って動作
させ、他方のスレーブ・マニピュレータ（１ｓ＿Ｂ）を前記マ
ニピュレータ動作言語によって制御されるスレーブ・マ
ニピュレータ（１ｓ＿Ｌ）の動作に応じて、マスタ・マ
ニピュレータ（１ｍ）によってバイラテラル制御するこ
とを特徴とする双腕マニピュレータの遠隔操作方法。
（２）前記マスタ・マニピュレータにマニピュレータ動
作言語への入力手段（６）を設け、マスタ・マニピュレ
ータ（１ｍ）で前記他方のスレーブ・マニピュレータ（
１ｓ＿Ｌ）をバイラテラル制御により遠隔操作するとと
もに、前記一方のスレーブ・マニピュレータ（１ｓ＿Ｌ）のプ
ログラム動作を管理することを特徴とする請求項１記載
の双腕マニピュレータの遠隔操作方法。