JPH0531682A - マスタスレーブマニピユレータ - Google Patents
マスタスレーブマニピユレータInfo
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- JPH0531682A JPH0531682A JP18643491A JP18643491A JPH0531682A JP H0531682 A JPH0531682 A JP H0531682A JP 18643491 A JP18643491 A JP 18643491A JP 18643491 A JP18643491 A JP 18643491A JP H0531682 A JPH0531682 A JP H0531682A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】マスタアーム手首部の六軸力センサ２０６から
の力／トルク信号を記憶部３１にて記憶し、そこに記憶
されている１つ以上の過去のサンブリング時の信号と現
在の信号とを比較部３２にて比較して、マスタアーム先
端にかかる力が変動しているか否かを判断し、変動して
いないと判断したときは、スイッチ１１７，１１８を開
き、保持部Ａ３３、保持部Ｂ３４に保持されている１サ
ンプリング前の指令値をそれぞれスレーブアーム、マス
タアームに出力し、両アームを停止、固定する。 【効果】オペレータがマスタアームを離した場合、自動
的に両アームが動作を停止するので、各アームが予期せ
ぬ動きをして危険な状態になることがない。
の力／トルク信号を記憶部３１にて記憶し、そこに記憶
されている１つ以上の過去のサンブリング時の信号と現
在の信号とを比較部３２にて比較して、マスタアーム先
端にかかる力が変動しているか否かを判断し、変動して
いないと判断したときは、スイッチ１１７，１１８を開
き、保持部Ａ３３、保持部Ｂ３４に保持されている１サ
ンプリング前の指令値をそれぞれスレーブアーム、マス
タアームに出力し、両アームを停止、固定する。 【効果】オペレータがマスタアームを離した場合、自動
的に両アームが動作を停止するので、各アームが予期せ
ぬ動きをして危険な状態になることがない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はオペレータがマスタアー
ムを操作することによりスレーブアームを動かすマスタ
スレーブマニピュレータにかかわり、特に、作業を確実
かつ安全に行うのに好適なマスタスレーブマニピュレー
タに関する。
ムを操作することによりスレーブアームを動かすマスタ
スレーブマニピュレータにかかわり、特に、作業を確実
かつ安全に行うのに好適なマスタスレーブマニピュレー
タに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の従来技術としては、例えば特開
昭６３−０７７６７０号公報に記載のように、基本的な
バイラテラルマスタスレーブマニピュレータの制御方式
に関するものがある。以下、その概要を説明する。
昭６３−０７７６７０号公報に記載のように、基本的な
バイラテラルマスタスレーブマニピュレータの制御方式
に関するものがある。以下、その概要を説明する。
【０００３】この従来技術によるシステム構成を図５に
示す。図５において、２０１はマスタアーム、２０２は
スレーブアーム、２０３はマスタアーム入出力装置、２
０４はスレーブアーム入出力装置、２０５は全ての制御
演算を行う演算処理装置である。また、マスタアーム２
０１手首部には力およびトルクを検出する六軸力センサ
２０６が付いており、同様にスレーブアーム２０２手首
部にも六軸力センサ２０７が付いている。
示す。図５において、２０１はマスタアーム、２０２は
スレーブアーム、２０３はマスタアーム入出力装置、２
０４はスレーブアーム入出力装置、２０５は全ての制御
演算を行う演算処理装置である。また、マスタアーム２
０１手首部には力およびトルクを検出する六軸力センサ
２０６が付いており、同様にスレーブアーム２０２手首
部にも六軸力センサ２０７が付いている。
【０００４】図６はこのときの信号の流れを詳細に示し
たものである。アクチュエータ４０１〜４０６はマスタ
アーム２０１の第１〜第６関節に取り付けられて各関節
を駆動する一方、その際での各関節角は同じく第１〜第
６関節に取り付けられた関節角センサ４０７〜４１２に
より検出されるようになっている。同様に、アクチュエ
ータ４１３〜４１８はスレーブアーム２０２の第１〜第
６関節に取り付けられて各関節を駆動する一方、その際
での各関節角は同じく第１〜第６関節に取り付けられた
関節角センサ４１９〜４２４により検出されるようにな
っている。なお、図中では一本の線で表したが、マスタ
アーム用六軸力センサ２０６からの信号およびスレーブ
アーム用六軸力センサ２０７からの信号は６軸分の力／
トルクであるため、それぞれ６種ずつの信号がある。以
上の信号は、いずれも演算処理装置２０５から出力ある
いは演算処理装置２０５へ入力されるが、その際、マス
タアーム２０１に関する信号はマスタアーム入出力装置
２０３を経由し、同様にスレーブアーム２０２に関する
信号はスレーブアーム入出力装置２０４を経由して行わ
れる。
たものである。アクチュエータ４０１〜４０６はマスタ
アーム２０１の第１〜第６関節に取り付けられて各関節
を駆動する一方、その際での各関節角は同じく第１〜第
６関節に取り付けられた関節角センサ４０７〜４１２に
より検出されるようになっている。同様に、アクチュエ
ータ４１３〜４１８はスレーブアーム２０２の第１〜第
６関節に取り付けられて各関節を駆動する一方、その際
での各関節角は同じく第１〜第６関節に取り付けられた
関節角センサ４１９〜４２４により検出されるようにな
っている。なお、図中では一本の線で表したが、マスタ
アーム用六軸力センサ２０６からの信号およびスレーブ
アーム用六軸力センサ２０７からの信号は６軸分の力／
トルクであるため、それぞれ６種ずつの信号がある。以
上の信号は、いずれも演算処理装置２０５から出力ある
いは演算処理装置２０５へ入力されるが、その際、マス
タアーム２０１に関する信号はマスタアーム入出力装置
２０３を経由し、同様にスレーブアーム２０２に関する
信号はスレーブアーム入出力装置２０４を経由して行わ
れる。
【０００５】図７は従来技術による制御アルゴリズムを
示した制御ブロック線図であり、この処理は演算処理装
置２０５にて行う。オペレータがマスタアーム２０１を
操作した場合、マスタアーム２０１の関節角センサ１１
からの複数の関節角信号１０１を共通座標系（例えばＸ
ＹＺ直交座標系）に座標変換（以下、このような共通座
標への座標変換を正変換と記す）することによって、マ
スタアーム先端の位置／姿勢状態信号１０２が得られる
ようになっている。その際、スレーブアーム２０２の関
節角センサ１２からの複数の関節角度信号１０３からも
同様に正変換することによって、スレーブアーム先端の
位置／姿勢状態信号１０４が得られるようになってい
る。さて、本制御の目的とするは、スレーブアーム２０
２がマスタアーム２０１の先端の位置／姿勢に一致、あ
るいは準じて動くことであるから、位置／姿勢状態信号
１０２，１０４は一致されなければならないものとなっ
ている。従って、マスタアームの位置／姿勢状態信号１
０２からスレーブアームの位置／姿勢状態信号１０４を
減算することによって、スレーブアーム２０２が動くべ
き位置／姿勢の差分信号１０５を得、さらにこれをスレ
ーブアーム各部の座標系に座標変換（以下、このような
座標変換を逆変換と記す）することによって、スレーブ
アーム２０２の各関節を駆動すべき指令値１０６を得た
うえ、スレーブアームのアクチュエータ２２を動かし、
スレーブアーム２０２が駆動されるようになっている。
示した制御ブロック線図であり、この処理は演算処理装
置２０５にて行う。オペレータがマスタアーム２０１を
操作した場合、マスタアーム２０１の関節角センサ１１
からの複数の関節角信号１０１を共通座標系（例えばＸ
ＹＺ直交座標系）に座標変換（以下、このような共通座
標への座標変換を正変換と記す）することによって、マ
スタアーム先端の位置／姿勢状態信号１０２が得られる
ようになっている。その際、スレーブアーム２０２の関
節角センサ１２からの複数の関節角度信号１０３からも
同様に正変換することによって、スレーブアーム先端の
位置／姿勢状態信号１０４が得られるようになってい
る。さて、本制御の目的とするは、スレーブアーム２０
２がマスタアーム２０１の先端の位置／姿勢に一致、あ
るいは準じて動くことであるから、位置／姿勢状態信号
１０２，１０４は一致されなければならないものとなっ
ている。従って、マスタアームの位置／姿勢状態信号１
０２からスレーブアームの位置／姿勢状態信号１０４を
減算することによって、スレーブアーム２０２が動くべ
き位置／姿勢の差分信号１０５を得、さらにこれをスレ
ーブアーム各部の座標系に座標変換（以下、このような
座標変換を逆変換と記す）することによって、スレーブ
アーム２０２の各関節を駆動すべき指令値１０６を得た
うえ、スレーブアームのアクチュエータ２２を動かし、
スレーブアーム２０２が駆動されるようになっている。
【０００６】これに対し、マスタアーム２０１の駆動目
的は、スレーブアーム２０２が受けている力をオペレー
タに伝えることにあり、マスタアーム２０１およびスレ
ーブアーム２０２手首部に取り付けられた六軸力センサ
２０６および２０７からの信号１０７，１０８に基づき
駆動されるようになっている。具体的には、マスタアー
ム２０１手首部の六軸力センサ２０６からの力／トルク
信号１０７は、これはその六軸力センサ２０６自体の座
標系、すなわちマスタアーム２０１手首部の座標系で表
現されているから、これを正変換して共通座標系で表し
た力／トルク信号１０９を得る一方、同様にスレーブア
ーム２０２手首部に取り付けられた六軸力センサ２０７
からの力／トルク信号１０８を正変換し、スレーブアー
ム２０２手首部にかかる力／トルクを共通座標系で表し
た力／トルク信号１１０を得る。さらに、スレーブアー
ム力／トルク信号１１０からマスタアーム力／トルク信
号１０９を減じることにより、力／トルクの差分信号１
１１が得られるようになっている。この差分信号１１１
からマスタアーム２０１の先端の位置／姿勢の目標値１
１２を生成し、これを逆変換することにより、マスタア
ーム２０１各関節に対する指令値１１３を得る。
的は、スレーブアーム２０２が受けている力をオペレー
タに伝えることにあり、マスタアーム２０１およびスレ
ーブアーム２０２手首部に取り付けられた六軸力センサ
２０６および２０７からの信号１０７，１０８に基づき
駆動されるようになっている。具体的には、マスタアー
ム２０１手首部の六軸力センサ２０６からの力／トルク
信号１０７は、これはその六軸力センサ２０６自体の座
標系、すなわちマスタアーム２０１手首部の座標系で表
現されているから、これを正変換して共通座標系で表し
た力／トルク信号１０９を得る一方、同様にスレーブア
ーム２０２手首部に取り付けられた六軸力センサ２０７
からの力／トルク信号１０８を正変換し、スレーブアー
ム２０２手首部にかかる力／トルクを共通座標系で表し
た力／トルク信号１１０を得る。さらに、スレーブアー
ム力／トルク信号１１０からマスタアーム力／トルク信
号１０９を減じることにより、力／トルクの差分信号１
１１が得られるようになっている。この差分信号１１１
からマスタアーム２０１の先端の位置／姿勢の目標値１
１２を生成し、これを逆変換することにより、マスタア
ーム２０１各関節に対する指令値１１３を得る。
【０００７】以上の方法により、マスタアーム２０１の
位置／姿勢に対応した動きをスレーブアーム２０２が行
い、スレーブアーム２０２先端にかかる力がそのままマ
スタアーム２０１によりオペレータが感じとることが可
能となる。
位置／姿勢に対応した動きをスレーブアーム２０２が行
い、スレーブアーム２０２先端にかかる力がそのままマ
スタアーム２０１によりオペレータが感じとることが可
能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、バイ
ラテラルマスタスレーブマニピュレータの制御方式に関
する基本的な事項のみを記述したものであり、実施に際
しての安全性等に対する配慮がなされておらず、オペレ
ータがマスタアームから手を離した際も、力センサにバ
イアスが乗っていた場合には、マスタアーム、スレーブ
アームは共に動き続けてしまうという問題があった。
ラテラルマスタスレーブマニピュレータの制御方式に関
する基本的な事項のみを記述したものであり、実施に際
しての安全性等に対する配慮がなされておらず、オペレ
ータがマスタアームから手を離した際も、力センサにバ
イアスが乗っていた場合には、マスタアーム、スレーブ
アームは共に動き続けてしまうという問題があった。
【０００９】本発明の目的は、余分にセンサを追加する
ことなく、オペレータがマスタアームに触れているか否
かを判断し、触れていないと判断されたときにはアーム
の動作を停止させる処置をとる等の安全性の高いマスタ
スレーブマニピュレータを提供することにある。
ことなく、オペレータがマスタアームに触れているか否
かを判断し、触れていないと判断されたときにはアーム
の動作を停止させる処置をとる等の安全性の高いマスタ
スレーブマニピュレータを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、マスタアーム先端にかかる力およびトル
クを検出した力センサ信号を記憶する記憶部を設け、現
在の力センサ信号出力と数サンプリング前の力センサ信
号出力とを比較して、マスタアーム先端にかかる力が変
動していないときにはオペレータがマスタアームから手
を離したと判断し、マスタアーム、スレーブアームを共
に停止させるようにしたものである。またさらに、この
とき、現在かかっている力／トルクを０とするように
し、力センサ信号のバイアス分を入れ替えるようにした
ものである。
成するために、マスタアーム先端にかかる力およびトル
クを検出した力センサ信号を記憶する記憶部を設け、現
在の力センサ信号出力と数サンプリング前の力センサ信
号出力とを比較して、マスタアーム先端にかかる力が変
動していないときにはオペレータがマスタアームから手
を離したと判断し、マスタアーム、スレーブアームを共
に停止させるようにしたものである。またさらに、この
とき、現在かかっている力／トルクを０とするように
し、力センサ信号のバイアス分を入れ替えるようにした
ものである。
【００１１】
【作用】マスタアーム先端に備えられた力センサは、オ
ペレータがマスタアームに加える力を検出する。また、
このセンサ信号は、記憶部により過去数サンプリング分
が保存される。ここで、オペレータがマスタアームをつ
かんでいる場合は、どんなに一定の力を加えようとして
も、手の振れに基づき力信号の値はわずかに変動する。
従って、逆に、記憶部に保存されている過去数サンプリ
ング分と現在の力センサ信号出力とを比較して、変動が
ほとんどないならば、オペレータがマスタアームから手
を離したと判断することができる。ただし、力センサの
信号値はノイズ等の影響で若干の変動があるので、判断
手段としては、経験上得られたノイズ等の影響に対応す
るしきい値を設け、過去数サンプリング分および現在の
力センサ信号出力の最大値と最小値の差がこのしきい値
以下であればオペレータがマスタアームから手を離した
と判断することにすれば、誤動作は生じない。
ペレータがマスタアームに加える力を検出する。また、
このセンサ信号は、記憶部により過去数サンプリング分
が保存される。ここで、オペレータがマスタアームをつ
かんでいる場合は、どんなに一定の力を加えようとして
も、手の振れに基づき力信号の値はわずかに変動する。
従って、逆に、記憶部に保存されている過去数サンプリ
ング分と現在の力センサ信号出力とを比較して、変動が
ほとんどないならば、オペレータがマスタアームから手
を離したと判断することができる。ただし、力センサの
信号値はノイズ等の影響で若干の変動があるので、判断
手段としては、経験上得られたノイズ等の影響に対応す
るしきい値を設け、過去数サンプリング分および現在の
力センサ信号出力の最大値と最小値の差がこのしきい値
以下であればオペレータがマスタアームから手を離した
と判断することにすれば、誤動作は生じない。
【００１２】なお、本発明では、マスタアーム先端にか
かる力およびトルクを検出するセンサとしては、従来か
ら用いられているマスタアーム手首部のセンサを利用で
きるので、余分にセンサを追加することなしに発明を実
施することができる。
かる力およびトルクを検出するセンサとしては、従来か
ら用いられているマスタアーム手首部のセンサを利用で
きるので、余分にセンサを追加することなしに発明を実
施することができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。
る。
【００１４】図１は、本発明の第１の実施例の制御ブロ
ック線図である。この図１は、前に従来技術の説明で用
いた図７に、本発明の機能を実現するための要素である
記憶部３１、比較部３２、保持部Ａ３３、保持部Ｂ３４
およびスイッチ１１７，１１８を加えたものである。本
実施例においては、マスタアーム手首部の六軸力センサ
２０６から出力されたマスタアーム先端にかかる力／ト
ルク信号１０７は、正変換されると同時に記憶部３１に
取り込まれ、過去５サンプリング分の信号が記憶され
る。これらの値は比較部３２に送られる。比較部３２で
は、最大値と最小値の差を求め、この差と、あらかじめ
定めたしきい値とを比較することにより、オペレータが
マスタアームをつかんでいるか否かを判断する。この判
断結果１１６に基づき、オペレータがマスタアームをつ
かんでいると判断した際には、スイッチ１１７およびス
イッチ１１８を閉じる。これにより、指令信号１０６と
指令信号１１４は一致し、また指令信号１１３と指令信
号１１５も一致して、図７の場合と同様の機能を果たす
ことになり、マスタスレーブの動作を実現することがで
きる。また、判断結果１１６が、オペレータがマスタア
ームを離したと判断した際には、スイッチ１１７および
スイッチ１１８を開く。これにより、スレーブアームへ
の指令信号１１４およびマスタアームへの指令信号１１
５としては、それぞれ保持部Ａ３３、保持部Ｂ３４に保
持されている１サンプリング前の指令信号が出力され、
固定値の指令が出続けるため、スレーブアーム、マスタ
アームは共にそのままの位置でサーボがかかった状態と
なり、停止させることができる。
ック線図である。この図１は、前に従来技術の説明で用
いた図７に、本発明の機能を実現するための要素である
記憶部３１、比較部３２、保持部Ａ３３、保持部Ｂ３４
およびスイッチ１１７，１１８を加えたものである。本
実施例においては、マスタアーム手首部の六軸力センサ
２０６から出力されたマスタアーム先端にかかる力／ト
ルク信号１０７は、正変換されると同時に記憶部３１に
取り込まれ、過去５サンプリング分の信号が記憶され
る。これらの値は比較部３２に送られる。比較部３２で
は、最大値と最小値の差を求め、この差と、あらかじめ
定めたしきい値とを比較することにより、オペレータが
マスタアームをつかんでいるか否かを判断する。この判
断結果１１６に基づき、オペレータがマスタアームをつ
かんでいると判断した際には、スイッチ１１７およびス
イッチ１１８を閉じる。これにより、指令信号１０６と
指令信号１１４は一致し、また指令信号１１３と指令信
号１１５も一致して、図７の場合と同様の機能を果たす
ことになり、マスタスレーブの動作を実現することがで
きる。また、判断結果１１６が、オペレータがマスタア
ームを離したと判断した際には、スイッチ１１７および
スイッチ１１８を開く。これにより、スレーブアームへ
の指令信号１１４およびマスタアームへの指令信号１１
５としては、それぞれ保持部Ａ３３、保持部Ｂ３４に保
持されている１サンプリング前の指令信号が出力され、
固定値の指令が出続けるため、スレーブアーム、マスタ
アームは共にそのままの位置でサーボがかかった状態と
なり、停止させることができる。
【００１５】図２は、本発明の第２の実施例の制御ブロ
ック線図である。本実施例は、アーム動作を停止させる
ためのスイッチと保持部とをマスタアーム側のみに設け
たもので、図１に比べて、スイッチ１１７と保持部Ａ３
３が省略されたものとなっている。本実施例における信
号の流れは前記第１の実施例の場合とほぼ同様である
が、異なる点は、オペレータがマスタアームを離したと
判断した際には、スイッチ１１８を開いてマスタアーム
のみを固定することである。しかし、この場合にも、マ
スタアームの動作が固定することによって信号１０１，
１０２が一定値となり、すなわちスレーブアームに対す
る指令値が一定となることから、スレーブアームの動作
も固定され、第１の実施例と同様の効果をあげることが
できる。
ック線図である。本実施例は、アーム動作を停止させる
ためのスイッチと保持部とをマスタアーム側のみに設け
たもので、図１に比べて、スイッチ１１７と保持部Ａ３
３が省略されたものとなっている。本実施例における信
号の流れは前記第１の実施例の場合とほぼ同様である
が、異なる点は、オペレータがマスタアームを離したと
判断した際には、スイッチ１１８を開いてマスタアーム
のみを固定することである。しかし、この場合にも、マ
スタアームの動作が固定することによって信号１０１，
１０２が一定値となり、すなわちスレーブアームに対す
る指令値が一定となることから、スレーブアームの動作
も固定され、第１の実施例と同様の効果をあげることが
できる。
【００１６】本発明の第３の実施例として、別の制御方
式に応用した例を、図３を用いて説明する。図３は、マ
スタアームをあたかもジョイスティックのように用いて
スレーブアームを動かすときの制御ブロック線図であ
る。図３において、従来技術との違いは、記憶部３５、
比較部３６、保持部Ａ３７、保持部Ｂ３８およびスイッ
チ７１０，７１１を追加した点であるが、以下に、この
制御方式についての従来技術の説明を含めて本実施例の
説明を行う。
式に応用した例を、図３を用いて説明する。図３は、マ
スタアームをあたかもジョイスティックのように用いて
スレーブアームを動かすときの制御ブロック線図であ
る。図３において、従来技術との違いは、記憶部３５、
比較部３６、保持部Ａ３７、保持部Ｂ３８およびスイッ
チ７１０，７１１を追加した点であるが、以下に、この
制御方式についての従来技術の説明を含めて本実施例の
説明を行う。
【００１７】本制御方式でのハードウェアは、前記実施
例と同じく、図５、図６に示すものを用いる。ここで、
マスタアーム２０１の駆動目的は、オペレータがマスタ
アームを動かしたとき、あたかもそれがジョイスティッ
クであるかのように、押し込み量に比例した力が手元に
還ってくるようにすることである。そこで、まず、マス
タアーム２０１の手首部の六軸力センサ２０６からの力
／トルク信号１０７は、これがその六軸力センサ２０６
自体の座標系、すなわちマスタアーム２０１手首部の座
標系で表現されているので、これを正変換し、共通座標
系で表した力／トルク信号１０９を得る。この信号に基
づき現在受けている力に対応した押し込み量までマスタ
アーム２０１が動くように目標値を生成し、マスタアー
ム２０１先端が動くべき位置／姿勢の目標値７０１をつ
くり、これを逆変換することによって、マスタアーム各
関節の目標値７０２を得てマスタアームを動かす。
例と同じく、図５、図６に示すものを用いる。ここで、
マスタアーム２０１の駆動目的は、オペレータがマスタ
アームを動かしたとき、あたかもそれがジョイスティッ
クであるかのように、押し込み量に比例した力が手元に
還ってくるようにすることである。そこで、まず、マス
タアーム２０１の手首部の六軸力センサ２０６からの力
／トルク信号１０７は、これがその六軸力センサ２０６
自体の座標系、すなわちマスタアーム２０１手首部の座
標系で表現されているので、これを正変換し、共通座標
系で表した力／トルク信号１０９を得る。この信号に基
づき現在受けている力に対応した押し込み量までマスタ
アーム２０１が動くように目標値を生成し、マスタアー
ム２０１先端が動くべき位置／姿勢の目標値７０１をつ
くり、これを逆変換することによって、マスタアーム各
関節の目標値７０２を得てマスタアームを動かす。
【００１８】これに対し、スレーブアーム２０２の駆動
目的は、マスタアームの基準状態からの押し込み量に比
例した速度で動き続けることである。このときの信号の
流れを以下に説明する。まず、マスタアームの関節角セ
ンサ１１からの複数の関節角度信号１０１を正変換する
ことによって、マスタアーム先端の位置／姿勢状態信号
１０２が得られるようになっている。この値から、基準
状態保持部３７に保持されている基準状態の位置／姿勢
信号７０４を減算することにより、マスタアームの押し
込み量７０５が得られる。スレーブアームがこの値に比
例した速度で動くようにするため、これを積分すること
により、スレーブアームの位置／姿勢状態目標信号７０
６を求めることができる。一方、スレーブアームの関節
角センサ１２からの複数の関節角度信号１０３からも、
同様に正変換することによって、スレーブアーム先端の
現在の位置／姿勢状態信号１０４が得られるようになっ
ている。従って、位置／姿勢状態目標信号７０６からス
レーブアームの位置／姿勢状態信号１０４を減算するこ
とによって、スレーブアームが動くべき位置／姿勢の差
分信号７０７を得、さらにこれを逆変換することによっ
て、スレーブアームの各関節を駆動すべき指令値７０８
を得たうえ、スレーブアームが駆動されるようになって
いる。
目的は、マスタアームの基準状態からの押し込み量に比
例した速度で動き続けることである。このときの信号の
流れを以下に説明する。まず、マスタアームの関節角セ
ンサ１１からの複数の関節角度信号１０１を正変換する
ことによって、マスタアーム先端の位置／姿勢状態信号
１０２が得られるようになっている。この値から、基準
状態保持部３７に保持されている基準状態の位置／姿勢
信号７０４を減算することにより、マスタアームの押し
込み量７０５が得られる。スレーブアームがこの値に比
例した速度で動くようにするため、これを積分すること
により、スレーブアームの位置／姿勢状態目標信号７０
６を求めることができる。一方、スレーブアームの関節
角センサ１２からの複数の関節角度信号１０３からも、
同様に正変換することによって、スレーブアーム先端の
現在の位置／姿勢状態信号１０４が得られるようになっ
ている。従って、位置／姿勢状態目標信号７０６からス
レーブアームの位置／姿勢状態信号１０４を減算するこ
とによって、スレーブアームが動くべき位置／姿勢の差
分信号７０７を得、さらにこれを逆変換することによっ
て、スレーブアームの各関節を駆動すべき指令値７０８
を得たうえ、スレーブアームが駆動されるようになって
いる。
【００１９】上述の従来技術に対し、本実施例では、以
下の機能を追加している。すなわち、マスタアーム手首
部の六軸力センサ２０６から出力されたマスタアーム先
端にかかる力／トルク信号１０７は、正変換されると同
時に記憶部３１に送り込まれ、過去５サンプリング分が
記憶される。これらの値は比較器３２に送られ、最大値
と最小値の差を求め、この差と、あらかじめ定めたしき
い値とを比較することにより、オペレータがマスタアー
ムをつかんでいるか否かを判断する。この判断結果１１
６に基づき、オペレータがマスタアームをつかんでいる
と判断した際には、スイッチ７１０およびスイッチ７１
１を閉じる。これにより、指令信号７０８と指令信号７
０９は一致し、また指令信号７０２と指令信号７０３も
一致することにより、マスタアームの押し込み量に比例
した速度でスレーブアームを動作させることができる。
判断結果１１６にて、オペレータがマスタアームを離し
たと判断した際には、スイッチ７１０およびスイッチ７
１１を開く。これにより、スレーブアームへの指令信号
７０９およびマスタアームへの指令信号７０３として
は、それぞれ保持部Ａ３５、保持部Ｂ３６に保持されて
いる１サンプリング前の指令信号が出力され、固定値の
指令が出続けるために、スレーブアームおよびマスタア
ームはそのままの位置でサーボがかかった状態となり、
停止させることができる。
下の機能を追加している。すなわち、マスタアーム手首
部の六軸力センサ２０６から出力されたマスタアーム先
端にかかる力／トルク信号１０７は、正変換されると同
時に記憶部３１に送り込まれ、過去５サンプリング分が
記憶される。これらの値は比較器３２に送られ、最大値
と最小値の差を求め、この差と、あらかじめ定めたしき
い値とを比較することにより、オペレータがマスタアー
ムをつかんでいるか否かを判断する。この判断結果１１
６に基づき、オペレータがマスタアームをつかんでいる
と判断した際には、スイッチ７１０およびスイッチ７１
１を閉じる。これにより、指令信号７０８と指令信号７
０９は一致し、また指令信号７０２と指令信号７０３も
一致することにより、マスタアームの押し込み量に比例
した速度でスレーブアームを動作させることができる。
判断結果１１６にて、オペレータがマスタアームを離し
たと判断した際には、スイッチ７１０およびスイッチ７
１１を開く。これにより、スレーブアームへの指令信号
７０９およびマスタアームへの指令信号７０３として
は、それぞれ保持部Ａ３５、保持部Ｂ３６に保持されて
いる１サンプリング前の指令信号が出力され、固定値の
指令が出続けるために、スレーブアームおよびマスタア
ームはそのままの位置でサーボがかかった状態となり、
停止させることができる。
【００２０】以上のように、マスタスレーブマニピュレ
ータにおいて、種々の制御手段に対して本発明を適用す
ることができる。
ータにおいて、種々の制御手段に対して本発明を適用す
ることができる。
【００２１】次に、以上の手段によってオペレータがマ
スタアームを離したと判断した際に、マスタアームの力
センサの校正を行う手法を説明する。力センサは、その
構造内部のひずみ等によりセンサ出力信号にバイアス値
が乗っているため、実際の力／トルクを求めるために
は、このバイアス分を減ずる必要がある。このプロセス
を図４を用いて説明する。図４において、六軸力センサ
本体４１から出力される力／トルクの生データ５０１
は、バイアス値保存部４２に保存されているセンサ信号
バイアス値５０４を減じることによって、実際の力／ト
ルク信号５０２を求めることができる。ここで、バイア
ス値保存部４２に保存されているセンサ信号バイアス値
５０４は、スイッチ５０３を閉じることによって、六軸
力センサ本体４１から出力される力／トルクの生データ
５０１に置き換えることができるが、従来の技術では、
スイッチ５０３を閉じるのは、電源を投入したときか、
特別にオペレータが指示したときに限られていた。これ
に対し、本発明においては、上述の手段によりオペレー
タがマスタアームを離したと判断した際に、自動的にス
イッチ５０３を閉じるように構成することにより、力セ
ンサの校正を頻繁に行うことができる。このことによ
り、温度変化などに基づく力センサのバイアス値の変動
に起因する力／トルク信号の誤差を常に補正することが
できるようになる。
スタアームを離したと判断した際に、マスタアームの力
センサの校正を行う手法を説明する。力センサは、その
構造内部のひずみ等によりセンサ出力信号にバイアス値
が乗っているため、実際の力／トルクを求めるために
は、このバイアス分を減ずる必要がある。このプロセス
を図４を用いて説明する。図４において、六軸力センサ
本体４１から出力される力／トルクの生データ５０１
は、バイアス値保存部４２に保存されているセンサ信号
バイアス値５０４を減じることによって、実際の力／ト
ルク信号５０２を求めることができる。ここで、バイア
ス値保存部４２に保存されているセンサ信号バイアス値
５０４は、スイッチ５０３を閉じることによって、六軸
力センサ本体４１から出力される力／トルクの生データ
５０１に置き換えることができるが、従来の技術では、
スイッチ５０３を閉じるのは、電源を投入したときか、
特別にオペレータが指示したときに限られていた。これ
に対し、本発明においては、上述の手段によりオペレー
タがマスタアームを離したと判断した際に、自動的にス
イッチ５０３を閉じるように構成することにより、力セ
ンサの校正を頻繁に行うことができる。このことによ
り、温度変化などに基づく力センサのバイアス値の変動
に起因する力／トルク信号の誤差を常に補正することが
できるようになる。
【００２２】上記はマスタアームの力センサの校正であ
るが、同様な手段を用い、スレーブアームの先端にかか
る力／トルクが変動していないと判断した際に、スレー
ブアームの力センサ用のバイアス値を現在値に書き換え
るようにすることにより、スレーブアームの力センサの
温度変化などに基づく力センサのバイアス値の変動に起
因する力／トルク信号の誤差を常に補正することができ
るようになる。
るが、同様な手段を用い、スレーブアームの先端にかか
る力／トルクが変動していないと判断した際に、スレー
ブアームの力センサ用のバイアス値を現在値に書き換え
るようにすることにより、スレーブアームの力センサの
温度変化などに基づく力センサのバイアス値の変動に起
因する力／トルク信号の誤差を常に補正することができ
るようになる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、マスタスレーブマニピ
ュレータにおいて、オペレータがマスタアームを離した
場合には自動的にマスタアーム、スレーブアームが共に
動作を停止するので、各アームが予期せぬ動きをして危
険な状態になることがなくなる。
ュレータにおいて、オペレータがマスタアームを離した
場合には自動的にマスタアーム、スレーブアームが共に
動作を停止するので、各アームが予期せぬ動きをして危
険な状態になることがなくなる。
【００２４】また、力センサの校正が逐次自動的に行わ
れるので、温度変化等に伴うセンサ信号のずれに起因し
た操作性の低下を防止することができる。
れるので、温度変化等に伴うセンサ信号のずれに起因し
た操作性の低下を防止することができる。
【図１】本発明によるマスタスレーブマニピュレータの
第１の実施例の制御ブロック線図である。
第１の実施例の制御ブロック線図である。
【図２】本発明によるマスタスレーブマニピュレータの
第２の実施例の制御ブロック線図である。
第２の実施例の制御ブロック線図である。
【図３】本発明によるマスタスレーブマニピュレータの
第３の実施例の制御ブロック線図である。
第３の実施例の制御ブロック線図である。
【図４】力センサの信号処理の動作を示す説明図であ
る。
る。
【図５】マスタスレーブマニピュレータのハードウェア
構成の例を示す説明図である。
構成の例を示す説明図である。
【図６】図５に示すマスタスレーブマニピュレータにお
ける信号の流れを細かく表したブロック図である。
ける信号の流れを細かく表したブロック図である。
【図７】従来のマスタスレーブマニピュレータの制御方
式を示す制御ブロック線図である。
式を示す制御ブロック線図である。
２０１…マスタアーム
２０２…スレーブアーム
２０３…マスタアーム入出力装置
２０４…スレーブアーム入出力装置
２０５…演算処理装置
２０６，２０７…六軸力センサ
１１，１２…関節角センサ
２１，２２…アクチュエータ
３１…記憶部
３２…比較部
３３，３５…保持部Ａ
３４，３６…保持部Ｂ
３７…基準状態保持部
１１７，１１８…スイッチ
７１０，７１１…スイッチ
Claims (7)
- 【請求項１】マスタアーム、スレーブアーム、両アーム
の入出力装置および演算処理装置により構成されるマス
タスレーブマニピュレータにおいて、マスタアーム先端
にかかる力およびトルクを検出する検出手段と、該検出
手段からの信号を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記
憶された１つ以上の過去のサンプリング時の検出信号情
報に基づき、マスタアーム先端にかかる力が変動してい
るか否かを判断する手段とを具備することを特徴とする
マスタスレーブマニピュレータ。 - 【請求項２】請求項１に記載のマスタスレーブマニピュ
レータにおいて、マスタアーム先端にかかる力が変動し
ているか否かを判断する手段として、１つ以上の過去の
サンプリング時の検出信号値と現在の検出信号値とをそ
れぞれ比較し、それらの最大値と最小値の差がすべての
力およびトルクの方向において、あらかじめ定めたしき
い値以下であるならばマスタアーム先端にかかる力が変
動していないと判断するようにしたことを特徴とするマ
スタスレーブマニピュレータ。 - 【請求項３】請求項１または２に記載のマスタスレーブ
マニピュレータにおいて、マスタアーム先端にかかる力
が変動しているか否かを判断する手段が、変動していな
いと判断したとき、マスタアームおよびスレーブアーム
の両者を現状位置で停止させる停止手段を設けたことを
特徴とするマスタスレーブマニピュレータ。 - 【請求項４】請求項３に記載のマスタスレーブマニピュ
レータにおいて、停止手段として、１サンプリング前の
マスタアームおよびスレーブアームへの指令値を保持す
る保持部を備え、マスタアーム先端にかかる力が変動し
ていないと判断されたとき、前記保持部に保持されてい
る１サンプリング前の指令値をそれぞれマスタアームお
よびスレーブアームに出力し、各アームへの指令値を固
定させることによってマスタアームおよびスレーブアー
ムを停止させるようにしたことを特徴とするマスタスレ
ーブマニピュレータ。 - 【請求項５】請求項３に記載のマスタスレーブマニピュ
レータにおいて、停止手段として、１サンプリング前の
マスタアームへの指令値を保持する保持部を備え、マス
タアーム先端にかかる力が変動していないと判断された
とき、前記保持部に保持されている１サンプリング前の
指令値をマスタアームに出力し、マスタアームへの指令
値を固定することによってマスタアームを停止させると
ともに、間接的にスレーブアームも停止させるようにし
たことを特徴とするマスタスレーブマニピュレータ。 - 【請求項６】請求項１ないし５のいずれか１項に記載の
マスタスレーブマニピュレータにおいて、マスタアーム
先端にかかる力が変動していないと判断されたとき、検
出手段の現在出力している信号値を力およびトルクがそ
れぞれ０であるとして力トルク信号の校正を行う校正手
段を設けたことを特徴とするマスタスレーブマニピュレ
ータ。 - 【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１項に記載の
マスタスレーブマニピュレータにおいて、スレーブアー
ム先端にかかる力およびトルクを検出する検出手段と、
該検出手段からの信号を記憶する記憶手段と、該記憶手
段に記憶された１つ以上の過去のサンプリング時の検出
信号情報に基づき、スレーブアーム先端にかかる力が変
動しているか否かを判断する手段と、スレーブアーム先
端にかかる力が変動していないと判断されたとき、前記
検出手段の現在出力している信号値を力およびトルクが
それぞれ０であるとして力トルク信号の校正を行う校正
手段を設けたことを特徴とするマスタスレーブマニピュ
レータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03186434A JP3136172B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | マスタスレーブマニピュレータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03186434A JP3136172B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | マスタスレーブマニピュレータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0531682A true JPH0531682A (ja) | 1993-02-09 |
| JP3136172B2 JP3136172B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=16188377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03186434A Expired - Fee Related JP3136172B2 (ja) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | マスタスレーブマニピュレータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3136172B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103170961A (zh) * | 2013-04-19 | 2013-06-26 | 国家电网公司 | 模块化主从操作机械臂控制主手 |
-
1991
- 1991-07-25 JP JP03186434A patent/JP3136172B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103170961A (zh) * | 2013-04-19 | 2013-06-26 | 国家电网公司 | 模块化主从操作机械臂控制主手 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3136172B2 (ja) | 2001-02-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |