JPH0413103B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0413103B2
JPH0413103B2 JP59009277A JP927784A JPH0413103B2 JP H0413103 B2 JPH0413103 B2 JP H0413103B2 JP 59009277 A JP59009277 A JP 59009277A JP 927784 A JP927784 A JP 927784A JP H0413103 B2 JPH0413103 B2 JP H0413103B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
master
slave
master arm
force
slave manipulator
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 - Lifetime
Application number
JP59009277A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60155384A (ja
Inventor
Tatsuo Arai
Eiji Nakano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP927784A priority Critical patent/JPS60155384A/ja
Publication of JPS60155384A publication Critical patent/JPS60155384A/ja
Publication of JPH0413103B2 publication Critical patent/JPH0413103B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、原子炉、宇宙、海洋など、人間にと
つて非常に危険な環境下での作業に有効な異構造
バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレータ
に関するものである。
ここでは、マスタアームのスレイブ・マニピユ
レータが機構的に相似な構造を有しているものを
「同構造」と位置づけ、これに対して、それらが
相似でない構造を有し、従つて関節座標系を異に
するものを「異構造」と定義する。例えば、手先
で位置と方向の6自由度を有するような機構は、
後述する人間形多関節構造を始め、極座標形、円
筒座標形、直交座標形のような様々な機構、ある
いはそれらの変形で実現できるが、上記「異構
造」はこれらの機構を異にするものである。
[従来の技術] マニピユレータを遠隔操作する場合、力感覚を
操作者へフイードバツクして、操作者がスレイブ
側の反力を感知することのできるバイラテラル・
マスタスレイブ・マニピユレータが有効である。
しかるに、従来のバイラテラル・マスタスレイ
ブ・マニピユレータでは、制御の簡単化を図るた
め、マスタアームとスレイブ・マニピユレータと
を機構的に相似な構造にするのが通例であり、な
かでも、スレイブ・マニピユレータが、人間の上
肢と同等な7つの回転関節で構成されている人間
形多関節構造の場合は、マスタアームがエグゾス
ケルトン形(マニピユレータをマスタスレイブで
操作するため、スレイブ・マニピユレータと同じ
関節構造を有しており、人間の手をおおうように
構成されたマスタ装置)に構成されていると、マ
スタアームが人間の上肢と同様な各関節にそれぞ
れトルク発生用のアクチユエータを備える必要が
あり、それを操作者の腕に直接装着するため、肩
や肘部が異常に盛り上り、非常に重々しくなつて
操作性が悪くなり、しかもマスタアームとスレイ
ブ・マニピユレータはそれらを常に同一構造にす
るという制約があるため、汎用性の点でも問題が
あつた。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、このような欠点を克服するため、マ
スタアームとスレイブ・マニピユレータの構造に
とらわれることなく操作性の良いバイラテラル制
御を行えるようにした異構造マスタスレイブ・マ
ニピユレータを提供しようとするものである。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するため、本発明のバイラテラ
ル・マスタスレイブ・マニピユレータは、関節座
標系を異にするマスタアームとスレイブ・マニピ
ユレータを備え、それらの各関節のアクチユエー
タを設けると共に、関節における角度等の位置情
報を検出するポテンシヨメータ及び反力検出用の
力センサを設け、上記マスタアームとスレイブ・
マニピユレータとの間に、マスタアームのポテン
シヨメータで検出した位置情報を位置座標変換器
においてスレイブ・マニピユレータの関節座標系
に座標変換したうえでスレイブ・マニピユレータ
におけるポテンシヨメータで検出した位置情報と
の差をとつてスレイブ・マニピユレータのアクチ
ユエータへの入力とし、且つスレイブ・マニピユ
レータの力センサで検出した力情報を力座標変換
器においてマスタアームの関節座標系に座標変換
したうえでマスタアームにおける力センサで検出
した力情報との差をとつてマスタアームのアクチ
ユエータへの入力とする制御系を設けたことを特
徴とするものである。
[作用] このような本発明のマニピユレータによれば、
マスタアームを操作したときにマスタ側のポテン
シヨメータにおいて検出される位置の情報を、位
置座標変換器においてマスタアームの関節座標系
からスレイブ・マニピユレータの関節座標系に変
換し、変換された位置情報を指令値としてスレイ
ブ側のポテンシヨメータによつて検出された位置
情報と比較し、その差をもつてスレイブ側のアク
チユエータを駆動する。従つて、マスタアームと
スレイブ・マニピユレータが異構造ではあるが、
スレイブ・マニピユレータの手先がマスタアーム
の手先に追従してそれと同じ動きをすることにな
る。
一方、スレイブ側における力センサで検出した
力情報は、力座標変換器において座標変換し、変
換された力情報をマスタ側におけるトルクセンサ
によつて検出された力情報と比較し、その差をも
つてマスタ側のアクチユエータに駆動力を発生さ
せる。従つて、スレイブ・マニピユレータの先端
に対象物との干渉等による反力が生じたときに
は、マスタアームにそれが伝達される。
即ち、マスタアームとスレイブ・マニピユレー
タの構造にとらわれることなく操作性の良いバイ
ラテラル制御を行うことが可能になり、特に、マ
スタアームとしては重力の影響を受けにくい構
造、スレイブ・マニピユレータとしては作業の行
い易い構造を採用するなど、様々なマスタアーム
とスレイブ・マニピユレータを組合わせることが
可能になり、適切な組合わせによつて極めて操作
性のよいシステムを構成することができる。
[実施例] 第1図A〜Cは、本発明におけるマスタアーム
及びスレイブ・マニピユレータとして利用できる
マニピユレータの一構成例を示すもので、同図A
は関節形のものを、同図Bは極座標形のものを、
また同図Cはリンク式直交座標形のものを示して
いるが、これらに限ることなく、その他の適宜マ
ニピユレータを組合わせて用いることができる。
第2図は、マスタアーム1及びスレイブ・マニ
ピユレータ2と、それらの間に設けられる制御系
とを模式的に示すもので、図示したマスタアーム
1及びスレイブ・マニピユレータ2は、それらに
おける各関節の構成を総合的に示し、11,21
は関節における各軸に駆動力を発生するモータ等
のアクチユエータ、12,22は位置検出用のポ
テンシヨメータ、13,23は反力を検出するた
めのトルクセンサその他の力センサ、14,24
は速度検出用のタコジエネレータである。マスタ
アームとスレイブ・マニピユレータの自由度をn
とするとそれぞれn個の関節をもつて、従つてア
クチユエータ及び各種センサもそれぞれn個づつ
設置される。
このようなマスタアーム1とスレイブ・マニピ
ユレータ2とは、関節座標系を異にする異構造の
ものが用いられ、それらの間の制御系において
は、マスタアーム1の手先が動く通りにスレイ
ブ・マニピユレータ2の手先を動かす必要があ
り、また力感覚をスレイブ側からマスタ側へフイ
ードバツクする必要があるため、位置、力、速度
の情報をそれぞれのマニピユレータに付随した関
節座標系の間で座標変換を行うための位置座標変
換器31、力座標変換器32、速度座標変換器3
3が設けられる。これらの変換器31,32,3
3は、後述の(1)〜(3)式による座標変換を行うもの
であり、入力された位置、力及び速度情報に基づ
いて、(1)〜(3)式の演算を行うためのコンピユータ
等の演算装置によつて構成される。
上記制御系においては、マスタ側のポテンシヨ
メータ12において検出される位置の情報Pm
位置座標変換器31においてマスタアーム1の関
節座標系からスレイブ・マニピユレータ2の関節
座標系に変換し、変換された位置情報Pm′を指令
値としてスレイブ側のポテンシヨメータ22によ
つて検出された位置情報PSと比較し、その差をも
つて位置制御器34を介してスレイブ側のアクチ
ユエータ21を駆動する。
従つて、スレイブ・マニピユレータ2の手先は
マスタアーム1の手先に追従してそれと同じ動き
をすることになる。
一方スレイブ側におけるトルクセンサ23で検
出した力情報FSをマスタ側にフイードバツクする
ため、そのトルクセンサ23の出力を力座標変換
器32において座標変換し、変換された力情報
FS′をマスタ側におけるトルクセンサ13によつ
て検出された力情報Fmと比較し、その差をもつ
て力制御器35を介してマスタ側のアクチユエー
タ11に駆動力を発生させる。従つて、スレイ
ブ・マニピユレータ2の先端に対象物との干渉等
による反力が生じたときには、マスタアームにそ
れが伝達される。なお、マスタ側への力情報のフ
イードバツクは、マスタアーム1に対する力の作
用だけでなく、例えば操作者に対する電気的刺激
等によつて行うこともできる。
上記制御系は、基本的には上述したスレイブ・
マニピユレータ2の位置制御及びマスタアーム1
の力制御を行うものであるが、その応答を改善す
るため、次のような速度の制御を行うようにして
いる。
即ち、マスタ側におけるタコジエネレータ14
で検出した速度情報Vmを、速度座標変換器33
において座標変換したのち、スレイブ側における
タコジエネレータ24によつて検出された速度情
報VSと比較し、その差をもつて位置制御器34
を介してアクチユエータ21を駆動する。
なお、マスタアーム1においては、力制御を行
うため、マスタ側のタコジエネレータ14の速度
情報を力制御器35を介してアクチユエータ11
にフイードバツクする。
上記位置座標変換器31、力座標変換器32、
速度座標変換器33における座標変換は、第3図
Aに例示するような関節形マスタアームにおける
位置情報を、 P1=(P1 1,P1 2) とし、同図Bに例示するような極座標形スレイ
ブ・マニピユレータにおける位置座標を、 P2=(P2 1,P2 2) とし、さらにマスタ側及びスレイブ側における力
情報及び速度情報を、 F1=(F1 1,F1 2),F2=(F2 1,F2 2) V1=(V1 1,V1 2)、V2=(V2 1,V2 2) とするとき、次式によつて表わされる。
P2=F(P1) ……(1) F1=JtF2 ……(2) V2=JV1 ……(3) 但し、Fは座標の変換関数、Jは関数Fのヤコ
ビアン行列、即ち、 J=F(P2 1,P2 2)/F(P1 1,P1 2) であり、tは行列の転置を示している。
第4図及び第5図は本発明に関する実験例を示
すもので、第4図においては、マスタアームとし
て第3図Aに示すような多関節形のものを用い、
スレイブ・マニピユレータとして第3図Bに示す
ような極座標形のものを用いた場合において、ス
レイブ側の極座標におけるR、θの入力に対する
スレイブ・マニピユレータの位置の追従性を示し
ている。
また、第5図はマスタアームとして極座標形、
スレイブ・マニピユレータとして多関節形のもの
を用いた場合において、マスタアームの力の追従
性を示している。なお、Tθは極座標における回
転方向のトルク、Frは動径方向の力である。
[発明の効果] 以上に詳述した本発明のマスタスレイブ・マニ
ピユレータによれば、マスタアームとスレイブ・
マニピユレータとの間で座標変換を行うため、機
構的に任意のスレイブ・マニピユレータを用い得
ると同時に、そのスレイブ・マニピユレータの機
構にとらわれることなく、機構的に任意のマスタ
アームを用いることができ、それによつてバイラ
テラル・マニピユレータの操作性を改善すること
ができる。
特に、スレイブ・マニピユレータとしては、作
業の行い易い構造を採用するのが望ましく、マス
タアームとしては重力の影響を受けにくい構造な
どが適するため、それらを選択的に採用すること
により、極めて操作性のよい、従つて疲労感を覚
えることなく容易に操縦することが可能なバイラ
テラル・マスタスレイブ・マニピユレータ・シス
テムを構成することができる。
また、スレイブ・マニピユレータによつて各種
の作業を行わせようとする場合、スレイブ・マニ
ピユレータは一般に作業の目的等に応じて機構、
構造が全く変わる可能性が大きく、従来のマスタ
スレイブ・マニピユレータでは、スレイブ・マニ
ピユレータの機構が変わる毎に別個のマスタスレ
イブ・マニピユレータを用いる必要があつたが、
本発明によれば、任意のマスタアームを共通に使
用し、各座標変換器における座標変換のための変
換式を変更するだけで、どのようなスレイブ・マ
ニピユレータとも接続することが可能であり、汎
用性の高いマスタスレイブ・マニピユレータを得
ることができる。
さらに、上述したように多数のスレイブ・マニ
ピユレータを1台のマスタアームで操作できるた
め、経済性においても有利なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図A〜Cは本発明において利用できるマニ
ピユレータの構成例を示す説明図、第2図は本発
明の実施例の模式的構成図、第3図A、Bは座標
変換のための説明図、第4図及び第5図は本発明
についての実験結果を示す線図である。 1……マスタアーム、2……スレイブ・マニピ
ユレータ、11,21……アクチユエータ、1
2,22……ポテンシヨメータ、13,23……
力センサ、31……位置座標変換器、32……力
座標変換器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 関節座標系を異にするマスタアームとスレイ
    ブ・マニピユレータを備え、それらの各関節にア
    クチユエータを設けると共に、関節における角度
    等の位置情報を検出するポテンシヨメータ及び反
    力検出用の力センサを設け、上記マスタアームと
    スレイブ・マニピユレータとの間に、マスタアー
    ムのポテンシヨメータで検出した位置情報を位置
    座標変換器においてスレイブ・マニピユレータの
    関節座標系に座標変換したうえでスレイブ・マニ
    ピユレータにおけるポテンシヨメータで検出した
    位置情報との差をとつてスレイブ・マニピユレー
    タのアクチユエータへの入力とし、且つスレイ
    ブ・マニピユレータの力センサで検出した力情報
    を力座標変換器においてマスタアームの関節座標
    系に座標変換したうえでマスタアームにおける力
    センサで検出した力情報との差をとつてマスタア
    ームのアクチユエータへの入力とする制御系を設
    けたことを特徴とする異構造バイラテラル・マス
    タスレイブ・マニピユレータ。
JP927784A 1984-01-20 1984-01-20 異構造バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タ Granted JPS60155384A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP927784A JPS60155384A (ja) 1984-01-20 1984-01-20 異構造バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP927784A JPS60155384A (ja) 1984-01-20 1984-01-20 異構造バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60155384A JPS60155384A (ja) 1985-08-15
JPH0413103B2 true JPH0413103B2 (ja) 1992-03-06

Family

ID=11715969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP927784A Granted JPS60155384A (ja) 1984-01-20 1984-01-20 異構造バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS60155384A (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6394687U (ja) * 1986-12-11 1988-06-18
JP2009282720A (ja) * 2008-05-21 2009-12-03 Nagaoka Univ Of Technology 操作方法および操作装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50100770A (ja) * 1974-01-14 1975-08-09
JPS58132813A (ja) * 1982-02-03 1983-08-08 Japan Atom Power Co Ltd:The バイラテラルサ−ボ装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50100770A (ja) * 1974-01-14 1975-08-09
JPS58132813A (ja) * 1982-02-03 1983-08-08 Japan Atom Power Co Ltd:The バイラテラルサ−ボ装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPS60155384A (ja) 1985-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mosher Handyman to hardiman
Tachi et al. Development of an anthropomorphic tele-existence slave robot
Zhou et al. RML glove—An exoskeleton glove mechanism with haptics feedback
JPH0413105B2 (ja)
Bergamasco et al. Exoskeletons as man-machine interface systems for teleoperation and interaction in virtual environments
Tunstel et al. Recent enhancements to mobile bimanual robotic teleoperation with insight toward improving operator control
JPH0413103B2 (ja)
Peer et al. Haptic telemanipulation with dissimilar kinematics
JPH0442144B2 (ja)
Peer et al. Tele-assembly in wide remote environments
JP3212491B2 (ja) ダイレクトティーチング制御装置
JPS63267177A (ja) マスタスレ−ブマニピユレ−タ
JPS62297080A (ja) マスタスレ−ブマニピユレ−タ
JP2624830B2 (ja) バイラテラルマスタスレーブマニピュレータ
JP2552977B2 (ja) 力フィードバック型多軸操作装置
JPH0413104B2 (ja)
JPH0428507B2 (ja)
An et al. Implementation of a remote peg-in-hole operation using a two degrees of freedom force-reflective joystick
JPS5810197B2 (ja) エンカツソウジユウソウチ
KR100337427B1 (ko) 로봇의 원격조종기구 및 이를 이용한 원격조종시스템
JP3146463B2 (ja) 冗長軸マニピュレータの肘移動制御装置
UA146657U (uk) Пристрій для дистанційного керування антропоморфним маніпулятором
JPH0442145B2 (ja)
JPH07136949A (ja) マスター・スレーブ・マニピュレーターの特異点回避方法
JPS6249403A (ja) マニピユレ−タ制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term