JPH05313745A - 双方向型マスタスレーブ運動制御方法 - Google Patents
双方向型マスタスレーブ運動制御方法Info
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- JPH05313745A JPH05313745A JP4116392A JP11639292A JPH05313745A JP H05313745 A JPH05313745 A JP H05313745A JP 4116392 A JP4116392 A JP 4116392A JP 11639292 A JP11639292 A JP 11639292A JP H05313745 A JPH05313745 A JP H05313745A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 離れた地点に配置された運動体間で、一方の
運動体に作用させた操作力を他方の運動体へ伝達し、一
方の運動体の運動に倣って他方の運動体を操作するマス
タスレーブ運動体システムにおいて、双方向からのマス
タスレーブ運動を実現する双方向型マスタスレーブ運動
制御方法に関し、双方の運動体のマスタ／スレーブの関
係を固定とせず、双方からのマスタスレーブ運動制御を
可能にすることを目的とする。 【構成】 所定の操作力でマスタ運動体を運動させ、さ
らにそれに倣ってスレーブ運動体を倣い運動させるマス
タスレーブ運動制御方法において、各運動体に検出され
る力について操作力と環境から受ける外力とを区別し、
操作力が作用した方の運動体をマスタ運動体とし、他方
をスレーブ運動体としてマスタ／スレーブの関係を相互
に移行させることを特徴とする。
運動体に作用させた操作力を他方の運動体へ伝達し、一
方の運動体の運動に倣って他方の運動体を操作するマス
タスレーブ運動体システムにおいて、双方向からのマス
タスレーブ運動を実現する双方向型マスタスレーブ運動
制御方法に関し、双方の運動体のマスタ／スレーブの関
係を固定とせず、双方からのマスタスレーブ運動制御を
可能にすることを目的とする。 【構成】 所定の操作力でマスタ運動体を運動させ、さ
らにそれに倣ってスレーブ運動体を倣い運動させるマス
タスレーブ運動制御方法において、各運動体に検出され
る力について操作力と環境から受ける外力とを区別し、
操作力が作用した方の運動体をマスタ運動体とし、他方
をスレーブ運動体としてマスタ／スレーブの関係を相互
に移行させることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、離れた地点に配置され
た運動体間で、一方の運動体に作用させた操作力を他方
の運動体へ伝達し、一方の運動体の運動に倣って他方の
運動体を操作するマスタスレーブ運動体システムにおい
て、双方向からのマスタスレーブ運動を実現する双方向
型マスタスレーブ運動制御方法に関する。
た運動体間で、一方の運動体に作用させた操作力を他方
の運動体へ伝達し、一方の運動体の運動に倣って他方の
運動体を操作するマスタスレーブ運動体システムにおい
て、双方向からのマスタスレーブ運動を実現する双方向
型マスタスレーブ運動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のマスタスレーブ運動体システムの
一つに極限作業用のロボットマニピュレータがある。そ
れは、操作者側の運動体（マスタ運動体）に作用させた
操作力を離れた地点にあるマニピュレータやハンド等の
対称型運動体（スレーブ運動体）に伝達して倣い動作さ
せるものである。なお、マスタスレーブ運動体が対象物
を直接操作する人間の腕や手の代替となるには、複数の
駆動関節軸から構成された自由度を有する機構、あるい
は他の駆動手段により同等の自由度を有する機構から構
成された運動体であることが好ましい。
一つに極限作業用のロボットマニピュレータがある。そ
れは、操作者側の運動体（マスタ運動体）に作用させた
操作力を離れた地点にあるマニピュレータやハンド等の
対称型運動体（スレーブ運動体）に伝達して倣い動作さ
せるものである。なお、マスタスレーブ運動体が対象物
を直接操作する人間の腕や手の代替となるには、複数の
駆動関節軸から構成された自由度を有する機構、あるい
は他の駆動手段により同等の自由度を有する機構から構
成された運動体であることが好ましい。
【０００３】ところで、このような従来のマスタスレー
ブ運動体システムでは、操作者側の運動体と遠隔操作さ
れる運動体との間でマスタ／スレーブの関係が固定され
ており、スレーブ側と定義された運動体がマスタ側と定
義された運動体を操作することはできない。
ブ運動体システムでは、操作者側の運動体と遠隔操作さ
れる運動体との間でマスタ／スレーブの関係が固定され
ており、スレーブ側と定義された運動体がマスタ側と定
義された運動体を操作することはできない。
【０００４】それに対して、例えば遠隔地間の綱引きや
腕相撲等を行うシステムのように、一組の運動体が双方
向の相互作用により制御されるものもあるが、それらは
空間座標上を移動するような運動ではない。すなわち、
ある特定の方向に作用する力の相互作用であって作業用
途が限られるとともに、双方向からマスタスレーブ運動
を行うものとは本質的に異なっている。
腕相撲等を行うシステムのように、一組の運動体が双方
向の相互作用により制御されるものもあるが、それらは
空間座標上を移動するような運動ではない。すなわち、
ある特定の方向に作用する力の相互作用であって作業用
途が限られるとともに、双方向からマスタスレーブ運動
を行うものとは本質的に異なっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】さて、遠隔地間でやり
とりする作業では、双方の操作者から操作要求が生じる
ことを想定しなければならず、双方から他方の運動体を
操作できるようにする必要がある。しかし、従来方法に
おいて、双方からのマスタスレーブ運動制御を可能とす
るには、マスタスレーブ運動制御機能を有するシステム
を逆向きに２系統配置することが考えられるが、配置ス
ペース，工費および運用の点からみても経済的とはいえ
ない。
とりする作業では、双方の操作者から操作要求が生じる
ことを想定しなければならず、双方から他方の運動体を
操作できるようにする必要がある。しかし、従来方法に
おいて、双方からのマスタスレーブ運動制御を可能とす
るには、マスタスレーブ運動制御機能を有するシステム
を逆向きに２系統配置することが考えられるが、配置ス
ペース，工費および運用の点からみても経済的とはいえ
ない。
【０００６】ところで、実際に存在するものを対象とし
た遠隔作業においては、作業空間は距離の遠近に係わら
ず実存する空間であり、現在双方で話題としている対象
物が存在する場の空間座標を基準に運動が行われる。す
なわち、コンピュータグラフィックスの中や、画像処理
によって仮想的に形成された共同作業空間内で共同作業
を行うような状況とは異なり、対象物がどこにあるかに
よって運動上の作業空間が遷移する。
た遠隔作業においては、作業空間は距離の遠近に係わら
ず実存する空間であり、現在双方で話題としている対象
物が存在する場の空間座標を基準に運動が行われる。す
なわち、コンピュータグラフィックスの中や、画像処理
によって仮想的に形成された共同作業空間内で共同作業
を行うような状況とは異なり、対象物がどこにあるかに
よって運動上の作業空間が遷移する。
【０００７】ここで、極限作業用ロボットマニピュレー
タのようにマスタ／スレーブの関係が固定的な状況だけ
でなく、オフィス間や家庭間、地理的に分散した生産現
場等を作業空間と想定すると、双方からのマスタスレー
ブ運動制御を実現するには、次の２点の機能を有するこ
とが必要条件となる。一つは、分散したどの地点からで
も操作者が他方の運動体を操作できることであり、もう
一つは、操作要求を行う複数の操作者が同時に存在する
場合にも適用できることである。
タのようにマスタ／スレーブの関係が固定的な状況だけ
でなく、オフィス間や家庭間、地理的に分散した生産現
場等を作業空間と想定すると、双方からのマスタスレー
ブ運動制御を実現するには、次の２点の機能を有するこ
とが必要条件となる。一つは、分散したどの地点からで
も操作者が他方の運動体を操作できることであり、もう
一つは、操作要求を行う複数の操作者が同時に存在する
場合にも適用できることである。
【０００８】それには、作業空間が遷移した場合に、同
時にマスタ／スレーブの関係を逆転させる必要がある。
マスタ／スレーブの関係が移行すれば、操作者は作業空
間がどこに存在しても自分自身の身体と他方に存在する
運動体を使い分けるだけの容易な認知により、遠隔地間
の作業が可能となる。
時にマスタ／スレーブの関係を逆転させる必要がある。
マスタ／スレーブの関係が移行すれば、操作者は作業空
間がどこに存在しても自分自身の身体と他方に存在する
運動体を使い分けるだけの容易な認知により、遠隔地間
の作業が可能となる。
【０００９】また、共同作業においてそのシーケンスを
微小時間でみたとき、共有話題の存在を度外視して互い
に相手の空間に存在するものを同時並行的に操作するよ
うな状況は、話題に対する協調性の点からみても考え難
いことである。しかし、運動を伴うコミュニケーション
においては、無意識に両者の相互動作に不一致が生じて
操作が競合する状況も予想される。
微小時間でみたとき、共有話題の存在を度外視して互い
に相手の空間に存在するものを同時並行的に操作するよ
うな状況は、話題に対する協調性の点からみても考え難
いことである。しかし、運動を伴うコミュニケーション
においては、無意識に両者の相互動作に不一致が生じて
操作が競合する状況も予想される。
【００１０】そのような状況が頻繁に発生して作業性を
阻害する場合には、一方が操作中に他方が操作要求を行
った場合の制御ルールと、操作者が操作したときの操作
力と対象物が障害物に当たっているときなどに生じる環
境から受ける外力とを区別する手段が必要となる。筆者
らの実験に基づく経験則では、操作中に操作者が操作権
を放棄したときに、他方の操作者に操作権が移る方法が
この種のコミュニケーションルールとして適している。
また、このとき操作者が操作権を有したり放棄したこと
を検出する方法は、操作者が戻し忘れのないような方法
とすることが必要である。
阻害する場合には、一方が操作中に他方が操作要求を行
った場合の制御ルールと、操作者が操作したときの操作
力と対象物が障害物に当たっているときなどに生じる環
境から受ける外力とを区別する手段が必要となる。筆者
らの実験に基づく経験則では、操作中に操作者が操作権
を放棄したときに、他方の操作者に操作権が移る方法が
この種のコミュニケーションルールとして適している。
また、このとき操作者が操作権を有したり放棄したこと
を検出する方法は、操作者が戻し忘れのないような方法
とすることが必要である。
【００１１】本発明は、双方の運動体のマスタ／スレー
ブの関係を固定とせず、以上の条件に基づいて双方から
のマスタスレーブ運動制御を可能にする双方向型マスタ
スレーブ運動制御方法を提供することを目的とする。
ブの関係を固定とせず、以上の条件に基づいて双方から
のマスタスレーブ運動制御を可能にする双方向型マスタ
スレーブ運動制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、所定の操作力
でマスタ運動体を運動させ、さらにそれに倣ってスレー
ブ運動体を倣い運動させるマスタスレーブ運動制御方法
において、各運動体に検出される力について前記操作力
と環境から受ける外力とを区別し、前記操作力が作用し
た方の運動体をマスタ運動体とし、他方をスレーブ運動
体としてマスタ／スレーブの関係を相互に移行させるこ
とを特徴とする。
でマスタ運動体を運動させ、さらにそれに倣ってスレー
ブ運動体を倣い運動させるマスタスレーブ運動制御方法
において、各運動体に検出される力について前記操作力
と環境から受ける外力とを区別し、前記操作力が作用し
た方の運動体をマスタ運動体とし、他方をスレーブ運動
体としてマスタ／スレーブの関係を相互に移行させるこ
とを特徴とする。
【００１３】
【作用】本発明方法では、双方の運動体が同時に操作さ
れない、あるいは何らかの状況で操作が競合しても所定
のコミュニケーションルールによっていずれか一方に操
作権を渡すことを前提としている。したがって、操作力
が検出された方をマスタ運動体とし、他方をスレーブ運
動体としてシステムが自動的に判断することにより、作
業空間が遷移する瞬間と同期してマスタ／スレーブの関
係を動的に移行させることができる。このとき、マスタ
運動体に作用する力を操作力とし、スレーブ運動体に作
用する力を環境から受ける外力として制御する。
れない、あるいは何らかの状況で操作が競合しても所定
のコミュニケーションルールによっていずれか一方に操
作権を渡すことを前提としている。したがって、操作力
が検出された方をマスタ運動体とし、他方をスレーブ運
動体としてシステムが自動的に判断することにより、作
業空間が遷移する瞬間と同期してマスタ／スレーブの関
係を動的に移行させることができる。このとき、マスタ
運動体に作用する力を操作力とし、スレーブ運動体に作
用する力を環境から受ける外力として制御する。
【００１４】したがって、操作者による操作は、マスタ
運動体に対して操作力として作用して追随運動を行わ
せ、スレーブ運動体に対してはマスタ運動体が与える操
作力として作用させて倣い運動（対称運動および相似運
動）を行わせることができる。このように、双方の運動
体間で時分割でマスタ／スレーブの関係を相互に移行さ
せることにより、双方向からのマスタスレーブ運動制御
を実現することができる。
運動体に対して操作力として作用して追随運動を行わ
せ、スレーブ運動体に対してはマスタ運動体が与える操
作力として作用させて倣い運動（対称運動および相似運
動）を行わせることができる。このように、双方の運動
体間で時分割でマスタ／スレーブの関係を相互に移行さ
せることにより、双方向からのマスタスレーブ運動制御
を実現することができる。
【００１５】また、同一話題の対象物を操作する共同作
業に適用する場合に、複数の操作者が操作要求を行う状
況においても、マスタ／スレーブの２系統を構成するこ
となく、そのマスタ／スレーブの関係を時分割で相互移
行させることにより、分散したどの地点からでも他方に
存在する運動体を操作することができる。
業に適用する場合に、複数の操作者が操作要求を行う状
況においても、マスタ／スレーブの２系統を構成するこ
となく、そのマスタ／スレーブの関係を時分割で相互移
行させることにより、分散したどの地点からでも他方に
存在する運動体を操作することができる。
【００１６】
【実施例】図１は、本発明の双方向型マスタスレーブ運
動制御方法を実現するマスタスレーブ運動体システムの
第一実施例構成を示すブロック図である。なお、本実施
例の構成は、流体アクチュエータを駆動源とする駆動系
と、運動の計測系を一体化した運動体に適用したもので
ある。
動制御方法を実現するマスタスレーブ運動体システムの
第一実施例構成を示すブロック図である。なお、本実施
例の構成は、流体アクチュエータを駆動源とする駆動系
と、運動の計測系を一体化した運動体に適用したもので
ある。
【００１７】図において、操作者Ａが直接操作する運動
体をＡとし、操作者Ｂが直接操作する運動体をＢとす
る。運動体Ａがマスタ運動体のときは、スレーブ運動体
である運動体Ｂが運動体Ａの倣い運動（対称運動または
相似運動）を行う。また、運動体Ｂがマスタ運動体のと
きは、スレーブ運動体である運動体Ａが運動体Ｂの倣い
運動（対称運動または相似運動）を行う。
体をＡとし、操作者Ｂが直接操作する運動体をＢとす
る。運動体Ａがマスタ運動体のときは、スレーブ運動体
である運動体Ｂが運動体Ａの倣い運動（対称運動または
相似運動）を行う。また、運動体Ｂがマスタ運動体のと
きは、スレーブ運動体である運動体Ａが運動体Ｂの倣い
運動（対称運動または相似運動）を行う。
【００１８】運動体Ａおよび運動体Ｂの各力検出系１１
A ，１１B の計測データは、それぞれの差圧検出部２１
A ，２１B で操作力ＦA ，ＦB に変換され、圧力制御演
算部２２がそれらの差である操作力差分値Ｆt を関節角
制御量に変換して双方向制御部２３に与える。双方向制
御部２３はそれを用いて操作力が作用した方をマスタ側
とし、他方をスレーブ側とする判断を行い、運動体Ａと
運動体Ｂのマスタ／スレーブの関係を設定する。
A ，１１B の計測データは、それぞれの差圧検出部２１
A ，２１B で操作力ＦA ，ＦB に変換され、圧力制御演
算部２２がそれらの差である操作力差分値Ｆt を関節角
制御量に変換して双方向制御部２３に与える。双方向制
御部２３はそれを用いて操作力が作用した方をマスタ側
とし、他方をスレーブ側とする判断を行い、運動体Ａと
運動体Ｂのマスタ／スレーブの関係を設定する。
【００１９】いま、操作者Ａが運動体Ａの所定の操作部
分を持ってあるいは身体に付けて動かすと、その操作力
が認識されて運動体Ａをマスタ運動体とし、運動体Ｂを
スレーブ運動体とするマスタ／スレーブの関係が設定さ
れる。双方向制御部２３では、そのマスタ／スレーブの
関係の遷移に伴って、制御ブロックルーチンが動的に切
り替えられる。
分を持ってあるいは身体に付けて動かすと、その操作力
が認識されて運動体Ａをマスタ運動体とし、運動体Ｂを
スレーブ運動体とするマスタ／スレーブの関係が設定さ
れる。双方向制御部２３では、そのマスタ／スレーブの
関係の遷移に伴って、制御ブロックルーチンが動的に切
り替えられる。
【００２０】ここで、運動体Ａの差圧検出部２１A で検
出された操作力ＦA は、圧力制御演算部２２で対応する
関節角制御量に変換され、双方向制御部２３がマスタ運
動体である運動体Ａの駆動系１２A へ関節角制御量θAt
としてフィードバックする。これにより、運動体Ａは操
作者の行う操作に受動的に追随する動作を行う。
出された操作力ＦA は、圧力制御演算部２２で対応する
関節角制御量に変換され、双方向制御部２３がマスタ運
動体である運動体Ａの駆動系１２A へ関節角制御量θAt
としてフィードバックする。これにより、運動体Ａは操
作者の行う操作に受動的に追随する動作を行う。
【００２１】一方、操作者Ａの操作に伴った運動体Ａの
動作は、その運動計測系１３A が各軸の関節角変位量θ
A を計測して座標変換部２４A へ伝達する。座標変換部
２４ A は、その関節角変位量θA を空間座標系の座標位
置変位量ＸA に変換し、運動体Ｂ側の座標変換部２４B
から出力される座標位置変位量ＸB との差分をとって位
置制御演算部２５へ伝達する。位置制御演算部２５は、
空間座標系の座標位置差分値Ｘt から関節座標系の関節
角制御量へ変換し、双方向制御部２３がスレーブ運動体
である運動体Ｂの駆動系１２B へ関節角制御量θBtとし
て送出する。これにより、運動体Ｂは運動体Ａの倣い運
動を行う。
動作は、その運動計測系１３A が各軸の関節角変位量θ
A を計測して座標変換部２４A へ伝達する。座標変換部
２４ A は、その関節角変位量θA を空間座標系の座標位
置変位量ＸA に変換し、運動体Ｂ側の座標変換部２４B
から出力される座標位置変位量ＸB との差分をとって位
置制御演算部２５へ伝達する。位置制御演算部２５は、
空間座標系の座標位置差分値Ｘt から関節座標系の関節
角制御量へ変換し、双方向制御部２３がスレーブ運動体
である運動体Ｂの駆動系１２B へ関節角制御量θBtとし
て送出する。これにより、運動体Ｂは運動体Ａの倣い運
動を行う。
【００２２】次に、操作者Ｂが運動体Ｂの所定の操作部
分を持ってあるいは身体に付けて動かすと、その操作力
が認識されて運動体Ｂをマスタ運動体とし、運動体Ａを
スレーブ運動体とするマスタ／スレーブの関係が設定さ
れる。双方向制御部２３では、そのマスタ／スレーブの
関係の遷移に伴って、制御ブロックルーチンが動的に切
り替えられる。以下、同様に運動体Ａは運動体Ｂの倣い
運動を行う。
分を持ってあるいは身体に付けて動かすと、その操作力
が認識されて運動体Ｂをマスタ運動体とし、運動体Ａを
スレーブ運動体とするマスタ／スレーブの関係が設定さ
れる。双方向制御部２３では、そのマスタ／スレーブの
関係の遷移に伴って、制御ブロックルーチンが動的に切
り替えられる。以下、同様に運動体Ａは運動体Ｂの倣い
運動を行う。
【００２３】ここで、双方向制御部２３の構成例を図２
に示す。(1) は、その機能構成であり、(2) はマスタ／
スレーブの関係設定に伴って各運動体を制御する関節角
制御量θAt，θBtの流れを示す。
に示す。(1) は、その機能構成であり、(2) はマスタ／
スレーブの関係設定に伴って各運動体を制御する関節角
制御量θAt，θBtの流れを示す。
【００２４】双方向制御部２３は加わる操作力の作用を
モデル化しており、実際の操作力と環境から受ける外力
とを区別する機能を作用応力照合部３１が持つ。作用応
力照合部３１は、圧力制御演算部２２が操作力差分値Ｆ
t から得た関節角制御量と、位置制御演算部２５が座標
位置差分値Ｘt から得た関節角制御量とを所定の操作作
用力モデルに当てはめ、各運動体における操作力と環境
からの外力とを切り分ける。操作モード制御部３２は、
作用応力照合部３１の判断に応じて、運動体Ａと運動体
Ｂとの間でマスタ／スレーブの関係を設定する。すなわ
ち、運動体Ａと運動体Ｂのいずれが操作者によって操作
されたものであるかを判断し、操作された方をマスタ運
動体とする。
モデル化しており、実際の操作力と環境から受ける外力
とを区別する機能を作用応力照合部３１が持つ。作用応
力照合部３１は、圧力制御演算部２２が操作力差分値Ｆ
t から得た関節角制御量と、位置制御演算部２５が座標
位置差分値Ｘt から得た関節角制御量とを所定の操作作
用力モデルに当てはめ、各運動体における操作力と環境
からの外力とを切り分ける。操作モード制御部３２は、
作用応力照合部３１の判断に応じて、運動体Ａと運動体
Ｂとの間でマスタ／スレーブの関係を設定する。すなわ
ち、運動体Ａと運動体Ｂのいずれが操作者によって操作
されたものであるかを判断し、操作された方をマスタ運
動体とする。
【００２５】制御ブロック切替部３３は、操作モード制
御部３２が運動体Ａをマスタ運動体とした場合には、図
２(2) に示すように、圧力制御演算部２２が操作力差分
値Ｆ t から得た関節角制御量を運動体Ａの駆動系１２A
に与える関節角制御量θAtとして出力し、位置制御演算
部２５が座標位置差分値Ｘt から得た関節角制御量を運
動体Ｂの駆動系１２B に与える関節角制御量θBtとして
出力する。また、操作モード制御部３２が運動体Ｂをマ
スタ運動体とした場合には、図２(3) に示すように、圧
力制御演算部２２が操作力差分値Ｆt から得た関節角制
御量を運動体Ｂの駆動系１２B に与える関節角制御量θ
Btとして出力し、位置制御演算部２５が座標位置差分値
Ｘt から得た関節角制御量を運動体Ａの駆動系１２A に
与える関節角制御量θAtとして出力する。
御部３２が運動体Ａをマスタ運動体とした場合には、図
２(2) に示すように、圧力制御演算部２２が操作力差分
値Ｆ t から得た関節角制御量を運動体Ａの駆動系１２A
に与える関節角制御量θAtとして出力し、位置制御演算
部２５が座標位置差分値Ｘt から得た関節角制御量を運
動体Ｂの駆動系１２B に与える関節角制御量θBtとして
出力する。また、操作モード制御部３２が運動体Ｂをマ
スタ運動体とした場合には、図２(3) に示すように、圧
力制御演算部２２が操作力差分値Ｆt から得た関節角制
御量を運動体Ｂの駆動系１２B に与える関節角制御量θ
Btとして出力し、位置制御演算部２５が座標位置差分値
Ｘt から得た関節角制御量を運動体Ａの駆動系１２A に
与える関節角制御量θAtとして出力する。
【００２６】このような構成をとることにより、双方向
制御部２３の処理によって動的にマスタ／スレーブの関
係を相互移行させることができる。したがって、双方か
ら他方の運動体を操作することが可能となる。
制御部２３の処理によって動的にマスタ／スレーブの関
係を相互移行させることができる。したがって、双方か
ら他方の運動体を操作することが可能となる。
【００２７】なお、本実施例のように流体アクチュエー
タを駆動源とすることにより、流体の圧力変位を計測し
て作用力として検出することができるので、駆動系１２
と運動計測系１３とを一体化することができるが、さら
に駆動系である流体アクチュエータに圧力計測機能を設
ければそのまま力検出系１１となるので、マスタスレー
ブ運動体システム全体の機構を簡単にすることができ
る。
タを駆動源とすることにより、流体の圧力変位を計測し
て作用力として検出することができるので、駆動系１２
と運動計測系１３とを一体化することができるが、さら
に駆動系である流体アクチュエータに圧力計測機能を設
ければそのまま力検出系１１となるので、マスタスレー
ブ運動体システム全体の機構を簡単にすることができ
る。
【００２８】また、マスタスレーブ運動体の駆動系１２
の制御単位が位置および圧力の変換系であるので、本実
施例に示したように力検出系１１で計測されたデータが
扱い易い。すなわち、流体アクチュエータを用いること
により、直接制御目標量に対する差圧力として計測でき
るとともに、バネ特性を有するので加えられた操作力に
対する位置の変位量として検出することができ、力制御
と位置制御のハイブリッド制御を比較的容易に実現する
ことができる。また、そのための制御演算機能を簡単に
することができる。
の制御単位が位置および圧力の変換系であるので、本実
施例に示したように力検出系１１で計測されたデータが
扱い易い。すなわち、流体アクチュエータを用いること
により、直接制御目標量に対する差圧力として計測でき
るとともに、バネ特性を有するので加えられた操作力に
対する位置の変位量として検出することができ、力制御
と位置制御のハイブリッド制御を比較的容易に実現する
ことができる。また、そのための制御演算機能を簡単に
することができる。
【００２９】また、各運動体において、力感覚をフィー
ドバックできる機能や、作業用途に応じて各種感覚情報
計測系と感覚情報提示系を備えるようにしてもよい。ま
た、本実施例では、流体アクチュエータを駆動源とする
駆動系１２を用いているが、使用目的，作業環境あるい
は作業精度に応じて、さらに人間との調和性の点から作
業環境に悪影響を与えないものであれば、サーボモータ
による駆動系、流体を封入した弾性媒体の圧力制御によ
る駆動系、形状記憶合金の塑性変形特性を応用した駆動
系、超音波モータによる駆動系、その他を用いることが
できる。なお、サーボモータを用いた場合には、操作手
先に力覚センサを取り付け、そこで計測される合成力お
よびトルクデータを各関節駆動方向の応力成分に分割す
る必要がある。
ドバックできる機能や、作業用途に応じて各種感覚情報
計測系と感覚情報提示系を備えるようにしてもよい。ま
た、本実施例では、流体アクチュエータを駆動源とする
駆動系１２を用いているが、使用目的，作業環境あるい
は作業精度に応じて、さらに人間との調和性の点から作
業環境に悪影響を与えないものであれば、サーボモータ
による駆動系、流体を封入した弾性媒体の圧力制御によ
る駆動系、形状記憶合金の塑性変形特性を応用した駆動
系、超音波モータによる駆動系、その他を用いることが
できる。なお、サーボモータを用いた場合には、操作手
先に力覚センサを取り付け、そこで計測される合成力お
よびトルクデータを各関節駆動方向の応力成分に分割す
る必要がある。
【００３０】図３は、本発明の双方向型マスタスレーブ
運動制御方法を実現するマスタスレーブ運動体システム
の第二実施例構成を示すブロック図である。なお、本実
施例では、各運動体に設けた操作モード検出部からマス
タ／スレーブの関係の相互移行のための情報を得て双方
向制御を実現する。
運動制御方法を実現するマスタスレーブ運動体システム
の第二実施例構成を示すブロック図である。なお、本実
施例では、各運動体に設けた操作モード検出部からマス
タ／スレーブの関係の相互移行のための情報を得て双方
向制御を実現する。
【００３１】図において、運動体Ａおよび運動体Ｂにそ
れぞれ接触覚センサ４１A ，４１Bと、その出力から操
作された方を検出する操作モード検出部４２A ，４２B
とを備え、その出力を双方向制御部４３の操作モード制
御部３２に入力する構成の他は、図１に示す第一実施例
と同様である。
れぞれ接触覚センサ４１A ，４１Bと、その出力から操
作された方を検出する操作モード検出部４２A ，４２B
とを備え、その出力を双方向制御部４３の操作モード制
御部３２に入力する構成の他は、図１に示す第一実施例
と同様である。
【００３２】ここで、双方向制御部４３の構成例を図４
に示す。操作モード制御部３２が制御ブロック切替部３
３を制御する情報を作用応力照合部３１からではなく、
各運動体の操作モード検出部４２A ，４２B から直接取
り込む構成となる。
に示す。操作モード制御部３２が制御ブロック切替部３
３を制御する情報を作用応力照合部３１からではなく、
各運動体の操作モード検出部４２A ，４２B から直接取
り込む構成となる。
【００３３】以下、図５を参照して第二実施例における
双方向マスタスレーブ運動制御動作について説明する。
なお、Ｓは操作モード検出状態を示し、Ｎは操作モード
非検出状態を示す。ここでは、最初に運動体Ａの操作モ
ード検出部４２A が操作モード検出状態にあり、運動体
Ｂの操作モード検出部４２B が操作モード非検出状態に
あるものとする。
双方向マスタスレーブ運動制御動作について説明する。
なお、Ｓは操作モード検出状態を示し、Ｎは操作モード
非検出状態を示す。ここでは、最初に運動体Ａの操作モ
ード検出部４２A が操作モード検出状態にあり、運動体
Ｂの操作モード検出部４２B が操作モード非検出状態に
あるものとする。
【００３４】マスタ／スレーブの関係が相互移行するた
めの条件は、上述したように、操作中の操作者が操作権
を放棄してからもう一方の操作者に操作権が移ることを
前提とした相互移行ルールに基づいている。このとき、
特別な戻し操作を行うことなく操作権の放棄ができるこ
とが必要である。
めの条件は、上述したように、操作中の操作者が操作権
を放棄してからもう一方の操作者に操作権が移ることを
前提とした相互移行ルールに基づいている。このとき、
特別な戻し操作を行うことなく操作権の放棄ができるこ
とが必要である。
【００３５】システムが起動されると、マスタ／スレー
ブ運動を実行するための制御変数の初期設定を行う。運
動体Ａの操作モード検出部４２A が操作モード検出状態
Ｓになると、運動制御則によって運動体Ａが操作者の操
作力に受動的に追随するマスタ運動を行い、運動体Ｂが
運動体Ａと対称のスレーブ運動を行う。
ブ運動を実行するための制御変数の初期設定を行う。運
動体Ａの操作モード検出部４２A が操作モード検出状態
Ｓになると、運動制御則によって運動体Ａが操作者の操
作力に受動的に追随するマスタ運動を行い、運動体Ｂが
運動体Ａと対称のスレーブ運動を行う。
【００３６】次に、運動体Ａの操作モード検出部４２A
が操作モード非検出状態Ｎになり、運動体Ｂの操作モー
ド検出部４２B が操作モード検出状態Ｓになると、マス
タ／スレーブの関係が移行し、運動制御則によって運動
体Ｂが操作者の操作力に受動的に追随するマスタ運動を
行い、運動体Ａが運動体Ｂと対称のスレーブ運動を行
う。そして、運動体Ｂの操作モード検出部４２B が操作
モード非検出状態Ｎになり、運動体Ａの操作モード検出
部４２A が操作モード検出状態Ｓになると、再びマスタ
／スレーブの関係が移行する。以上の操作がシステムが
継続される限り繰り返される。
が操作モード非検出状態Ｎになり、運動体Ｂの操作モー
ド検出部４２B が操作モード検出状態Ｓになると、マス
タ／スレーブの関係が移行し、運動制御則によって運動
体Ｂが操作者の操作力に受動的に追随するマスタ運動を
行い、運動体Ａが運動体Ｂと対称のスレーブ運動を行
う。そして、運動体Ｂの操作モード検出部４２B が操作
モード非検出状態Ｎになり、運動体Ａの操作モード検出
部４２A が操作モード検出状態Ｓになると、再びマスタ
／スレーブの関係が移行する。以上の操作がシステムが
継続される限り繰り返される。
【００３７】ところで、マスタ／スレーブの関係の相互
移行のための条件として操作モード検出部の情報を用い
る方法では、第一実施例で示した操作力の作用モデルに
より他の外力と区別する方法に比べて即応性に劣るが、
双方の操作者の操作要求に応じて確実性の高いマスタ／
スレーブの関係の移行を実現することができる。
移行のための条件として操作モード検出部の情報を用い
る方法では、第一実施例で示した操作力の作用モデルに
より他の外力と区別する方法に比べて即応性に劣るが、
双方の操作者の操作要求に応じて確実性の高いマスタ／
スレーブの関係の移行を実現することができる。
【００３８】なお、接触覚センサ４１は、操作握り部そ
の他の接触部分に取り付けた光センサその他によって構
成することができる。その構成では、操作者が操作する
ために運動体に接触すると双方の運動体の操作モード検
出部４２がそれを検出し、双方向制御部４３の操作モー
ド制御部３２は、それらの検出状態から相互移行制御ル
ールに従ってマスタ／スレーブの関係を動的に設定す
る。
の他の接触部分に取り付けた光センサその他によって構
成することができる。その構成では、操作者が操作する
ために運動体に接触すると双方の運動体の操作モード検
出部４２がそれを検出し、双方向制御部４３の操作モー
ド制御部３２は、それらの検出状態から相互移行制御ル
ールに従ってマスタ／スレーブの関係を動的に設定す
る。
【００３９】使用に際して、環境からの外力や操作者が
意図しない接触と、操作による接触とを区別するために
は、接触覚センサ４１として接触部分の複数地点に直径
数ミリメートル程度の検出部を有する光センサを分散し
て取り付け、操作モード検出部４２がそれらの出力の論
理積をとって識別する方法が有効である。なお、各セン
サは、操作時の身体の接触形状に応じて取り付けられる
ことが望ましい。
意図しない接触と、操作による接触とを区別するために
は、接触覚センサ４１として接触部分の複数地点に直径
数ミリメートル程度の検出部を有する光センサを分散し
て取り付け、操作モード検出部４２がそれらの出力の論
理積をとって識別する方法が有効である。なお、各セン
サは、操作時の身体の接触形状に応じて取り付けられる
ことが望ましい。
【００４０】また、双方向運動制御において同時に操作
者が操作権を要求するような場合の相互移行制御ルール
を設定すれば、双方の運動体に作用する操作力と環境か
ら受ける外力とを認識することができる。
者が操作権を要求するような場合の相互移行制御ルール
を設定すれば、双方の運動体に作用する操作力と環境か
ら受ける外力とを認識することができる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数地点
の運動体間で時分割でマスタ／スレーブの関係を相互に
移行させることができ、各地点間で双方向のマスタスレ
ーブ運動制御を実現することができる。すなわち、距離
の遠近に係わらず、物理的に離れた地点の者同士が、時
分割で互いに相手の存在する空間内にある運動体を操作
することができる。
の運動体間で時分割でマスタ／スレーブの関係を相互に
移行させることができ、各地点間で双方向のマスタスレ
ーブ運動制御を実現することができる。すなわち、距離
の遠近に係わらず、物理的に離れた地点の者同士が、時
分割で互いに相手の存在する空間内にある運動体を操作
することができる。
【図１】本発明方法を実現するマスタスレーブ運動体シ
ステムの第一実施例構成を示すブロック図。
ステムの第一実施例構成を示すブロック図。
【図２】双方向制御部２３の構成例を示す図。
【図３】本発明方法を実現するマスタスレーブ運動体シ
ステムの第二実施例構成を示すブロック図。
ステムの第二実施例構成を示すブロック図。
【図４】双方向制御部４３の構成例を示す図。
【図５】第二実施例における双方向マスタスレーブ運動
制御動作の説明図。
制御動作の説明図。
１１ 力検出系 １２ 駆動系 １３ 運動計測系 ２１ 差圧検出部 ２２ 圧力制御演算部 ２３ 双方向制御部 ２４ 座標変換部 ２５ 位置制御演算部 ３１ 作用応力照合部 ３２ 操作モード制御部 ３３ 制御ブロック切替部 ４１ 接触覚センサ ４２ 操作モード検出部 ４３ 双方向制御部
Claims (1)
- 【請求項１】 所定の操作力でマスタ運動体を運動さ
せ、さらにそれに倣ってスレーブ運動体を倣い運動させ
るマスタスレーブ運動制御方法において、 各運動体に検出される力について前記操作力と環境から
受ける外力とを区別し、 前記操作力が作用した方の運動体をマスタ運動体とし、
他方をスレーブ運動体としてマスタ／スレーブの関係を
相互に移行させることを特徴とする双方向型マスタスレ
ーブ運動制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04116392A JP3137210B2 (ja) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | 双方向型マスタスレーブ運動制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04116392A JP3137210B2 (ja) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | 双方向型マスタスレーブ運動制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05313745A true JPH05313745A (ja) | 1993-11-26 |
| JP3137210B2 JP3137210B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=14685898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04116392A Expired - Fee Related JP3137210B2 (ja) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | 双方向型マスタスレーブ運動制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3137210B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2017033353A1 (ja) * | 2015-08-25 | 2018-06-07 | 川崎重工業株式会社 | 遠隔操作ロボットシステム |
| JP2020161028A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | ファナック株式会社 | サーボモータ制御装置 |
| CN115407714A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-11-29 | 深圳市智鼎自动化技术有限公司 | 一种多轴运动位置同步控制方法 |
-
1992
- 1992-05-08 JP JP04116392A patent/JP3137210B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2017033353A1 (ja) * | 2015-08-25 | 2018-06-07 | 川崎重工業株式会社 | 遠隔操作ロボットシステム |
| JP2020161028A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | ファナック株式会社 | サーボモータ制御装置 |
| US11256226B2 (en) | 2019-03-28 | 2022-02-22 | Fanuc Corporation | Servomotor control device with counterforce command calculation |
| CN115407714A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-11-29 | 深圳市智鼎自动化技术有限公司 | 一种多轴运动位置同步控制方法 |
| CN115407714B (zh) * | 2022-08-29 | 2023-08-29 | 深圳市智鼎自动化技术有限公司 | 一种多轴运动位置同步控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3137210B2 (ja) | 2001-02-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |