JPH06134686A - ハンドコントロ−ラ - Google Patents
ハンドコントロ−ラInfo
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- JPH06134686A JPH06134686A JP28480592A JP28480592A JPH06134686A JP H06134686 A JPH06134686 A JP H06134686A JP 28480592 A JP28480592 A JP 28480592A JP 28480592 A JP28480592 A JP 28480592A JP H06134686 A JPH06134686 A JP H06134686A
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- sensor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 力センサにより検出される力/トルクデ−タ
によりH/Cの指令値生成手段の指令値生成特性を可変
とし、作業内容に応じて適切な特性,適切な操作モ−ド
へ移行し、操作性を向上させ、機械的に過大な力の発生
を防止したM/SMのH/Cを提供する 【構成】 センサ503とアクチェエ−タ501a・・
501fとを備え、センサ503が検出したグリップ力
/トルクデ−タを基準座標系の値に変換する力正変換手
段112と、この変換手段出力に比例したグリップ速度
指令値を生成させる第1の操作モ−ドと、基準位置から
前記変換手段出力112に比例して変位する指令値を生
成する第2の操作モ−ドとを切り替え、各操作モ−ドに
応じてスレ−ブア−ム指令値を設定できる指令値生成手
段110とを設け、指令値生成手段110は、少なくと
も前記操作モ−ドの指令値生成特性において、ブレ−ク
力/トルクを発生し、かつ、これを調整する手段を設け
たものである。
によりH/Cの指令値生成手段の指令値生成特性を可変
とし、作業内容に応じて適切な特性,適切な操作モ−ド
へ移行し、操作性を向上させ、機械的に過大な力の発生
を防止したM/SMのH/Cを提供する 【構成】 センサ503とアクチェエ−タ501a・・
501fとを備え、センサ503が検出したグリップ力
/トルクデ−タを基準座標系の値に変換する力正変換手
段112と、この変換手段出力に比例したグリップ速度
指令値を生成させる第1の操作モ−ドと、基準位置から
前記変換手段出力112に比例して変位する指令値を生
成する第2の操作モ−ドとを切り替え、各操作モ−ドに
応じてスレ−ブア−ム指令値を設定できる指令値生成手
段110とを設け、指令値生成手段110は、少なくと
も前記操作モ−ドの指令値生成特性において、ブレ−ク
力/トルクを発生し、かつ、これを調整する手段を設け
たものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マスタスレ−ブマニピ
ュレ−タのハンドコントロ−ラに係り、機械的過負荷の
防止およびオペレ−タ操作の安全性向上を図ったバイラ
テラルマスタスレ−ブマニピュレ−タ(以下、M/SM
という)のハンドコントロ−ラ(以下、H/Cという)
に関するものである。特に、例えば、作業場所の環境が
不明であり、かつ、不測の事態が予想されうる操作に利
用される。
ュレ−タのハンドコントロ−ラに係り、機械的過負荷の
防止およびオペレ−タ操作の安全性向上を図ったバイラ
テラルマスタスレ−ブマニピュレ−タ(以下、M/SM
という)のハンドコントロ−ラ(以下、H/Cという)
に関するものである。特に、例えば、作業場所の環境が
不明であり、かつ、不測の事態が予想されうる操作に利
用される。
【0002】
【従来の技術】従来の力感覚機構をもつマスタスレ−ブ
マニピュレ−タとしては、バイラテラルサ−ボ機構によ
る力伝達機能が必要であり、いわゆる、M/SMが、提
案された。このバイラテラルサ−ボ系として、対称形,
力逆送形,力帰還形がよく知られている。このうち、一
般に、力帰還形は、感覚伝達という点から最も良いと云
われている。しかし、この力帰還形においても、トルク
サ−ボ系に追従誤差があり、この誤差が問題になる場合
も生じていた。
マニピュレ−タとしては、バイラテラルサ−ボ機構によ
る力伝達機能が必要であり、いわゆる、M/SMが、提
案された。このバイラテラルサ−ボ系として、対称形,
力逆送形,力帰還形がよく知られている。このうち、一
般に、力帰還形は、感覚伝達という点から最も良いと云
われている。しかし、この力帰還形においても、トルク
サ−ボ系に追従誤差があり、この誤差が問題になる場合
も生じていた。
【0003】この問題に対し、M/SM全体の動的コン
プライアンスをこのM/SMの駆動系にフィ−ドバック
される技術が、提案されている。このような技術におい
ては、動的コンプライアンス特性の調整の解決は計られ
ているが、H/C側の指令値生成特性の不感帯の設定,
操作時のブレ−ク力の設定については、全く未解決であ
るという欠点があった。これに関連するものとしては、
特願昭60-265361号公報記載の技術が知られて
いる。
プライアンスをこのM/SMの駆動系にフィ−ドバック
される技術が、提案されている。このような技術におい
ては、動的コンプライアンス特性の調整の解決は計られ
ているが、H/C側の指令値生成特性の不感帯の設定,
操作時のブレ−ク力の設定については、全く未解決であ
るという欠点があった。これに関連するものとしては、
特願昭60-265361号公報記載の技術が知られて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のM/SMで
は、前述の如く、H/C側の指令値生成特性の不感帯の
設定、操作時のブレ−ク力の設定について未解決である
ばかりでなく、機械的過負荷により操作装置の機能性能
が劣化する可能性があった。さらに、M/SM操作中
に、スレ−ブア−ム側の制御装置または力/トルク検出
装置の故障等により、過大な反力/トルクデ−タがH/
C側に入力されることがある。その場合、H/Cグリッ
プの力/トルクデ−タと該反力/トルクデ−タとの差に
比例した速度がH/C側に発生し、オペレ−タのグリッ
プに加える力/トルクが、前記反力/トルクデ−タと相
殺できず、H/Cに腕を巻き込まれることも発生すると
いう問題があった。本発明は、上記従来技術の問題点を
解決するためになされたもので、力センサにより検出さ
れる力/トルクデ−タによりH/Cの指令値生成手段の
指令値生成特性を可変とし、操作者の体力,スレ−ブア
−ムの操作内容に応じて適切な特性を設定可能とし、作
業内容に応じて適切な操作モ−ドへ移行し、作業効率,
操作性を向上させ、安全面においても、機械的に過大な
力を発生させず、H/Cに加わる機械的過負荷を回避し
て機能性能の劣化を抑制し、異常時等に対する操作者の
安全性を向上させ、オペレ−タの不安感を軽減したM/
SMのH/Cを提供することを目的とする。
は、前述の如く、H/C側の指令値生成特性の不感帯の
設定、操作時のブレ−ク力の設定について未解決である
ばかりでなく、機械的過負荷により操作装置の機能性能
が劣化する可能性があった。さらに、M/SM操作中
に、スレ−ブア−ム側の制御装置または力/トルク検出
装置の故障等により、過大な反力/トルクデ−タがH/
C側に入力されることがある。その場合、H/Cグリッ
プの力/トルクデ−タと該反力/トルクデ−タとの差に
比例した速度がH/C側に発生し、オペレ−タのグリッ
プに加える力/トルクが、前記反力/トルクデ−タと相
殺できず、H/Cに腕を巻き込まれることも発生すると
いう問題があった。本発明は、上記従来技術の問題点を
解決するためになされたもので、力センサにより検出さ
れる力/トルクデ−タによりH/Cの指令値生成手段の
指令値生成特性を可変とし、操作者の体力,スレ−ブア
−ムの操作内容に応じて適切な特性を設定可能とし、作
業内容に応じて適切な操作モ−ドへ移行し、作業効率,
操作性を向上させ、安全面においても、機械的に過大な
力を発生させず、H/Cに加わる機械的過負荷を回避し
て機能性能の劣化を抑制し、異常時等に対する操作者の
安全性を向上させ、オペレ−タの不安感を軽減したM/
SMのH/Cを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
M/SMのH/Cに係る本発明の構成は、6軸力センサ
と複数のアクチュエ−タとを備え、前記6軸力センサが
検出したグリップ力/トルクデ−タを基準座標系上の値
に変換する力正変換手段と、該力正変換手段出力に比例
したグリップ速度指令値を生成させる第1の操作モ−ド
と、基準位置から前記力正変換手段出力に比例して変位
する指令値を生成する第2の操作モ−ドとを切り替え、
かつ、各操作モ−ドに応じてスレ−ブア−ム動作指令値
を設定できる指令値生成手段とを具備し、前記指令値生
成手段は、少なくとも前記操作モ−ドの指令値生成特性
において、ブレ−ク力/トルクを発生し、かつ、これを
調整する手段を設けたものである。
M/SMのH/Cに係る本発明の構成は、6軸力センサ
と複数のアクチュエ−タとを備え、前記6軸力センサが
検出したグリップ力/トルクデ−タを基準座標系上の値
に変換する力正変換手段と、該力正変換手段出力に比例
したグリップ速度指令値を生成させる第1の操作モ−ド
と、基準位置から前記力正変換手段出力に比例して変位
する指令値を生成する第2の操作モ−ドとを切り替え、
かつ、各操作モ−ドに応じてスレ−ブア−ム動作指令値
を設定できる指令値生成手段とを具備し、前記指令値生
成手段は、少なくとも前記操作モ−ドの指令値生成特性
において、ブレ−ク力/トルクを発生し、かつ、これを
調整する手段を設けたものである。
【0006】指令値生成手段は、第2の操作モ−ドの特
性において、H/Cグリップの基準位置からの変位をス
レ−ブア−ム動作指令値とし、前記基準位置の一定の領
域内は、スレ−ブア−ム動作指令値を停止指令値とし、
該領域内の指令値生成時の比例係数を変化させ、該領域
に入ったことを確認する手段を設けたものである。指令
値生成手段は、その複数の操作モ−ドにおいて、H/C
の操作領域を区分化して、該区分毎に少なくとも一つ以
上の操作モ−ドを割当て、H/Cの操作領域に応じて操
作モ−ドを切り替える手段を設けたものである。すなわ
ち、H/C指令値生成手段の入力となるグリップ力/ト
ルクデ−タおよびスレ−ブア−ムからの反力/トルクデ
−タを監視する手段を設け、設定したH/C動作限界
で、機械的耐荷重性能以下に設定した値以上の力/トル
クデ−タにおいて動作限界処理を開放するようにしたも
のである。
性において、H/Cグリップの基準位置からの変位をス
レ−ブア−ム動作指令値とし、前記基準位置の一定の領
域内は、スレ−ブア−ム動作指令値を停止指令値とし、
該領域内の指令値生成時の比例係数を変化させ、該領域
に入ったことを確認する手段を設けたものである。指令
値生成手段は、その複数の操作モ−ドにおいて、H/C
の操作領域を区分化して、該区分毎に少なくとも一つ以
上の操作モ−ドを割当て、H/Cの操作領域に応じて操
作モ−ドを切り替える手段を設けたものである。すなわ
ち、H/C指令値生成手段の入力となるグリップ力/ト
ルクデ−タおよびスレ−ブア−ムからの反力/トルクデ
−タを監視する手段を設け、設定したH/C動作限界
で、機械的耐荷重性能以下に設定した値以上の力/トル
クデ−タにおいて動作限界処理を開放するようにしたも
のである。
【0007】
【作用】上記各技術的手段の働きは次のとおりである。
本発明によれば、センサとアクチュエ−タとを備えたM
/SMのH/Cにおいて、センサが検出したグリップ力
/トルクデ−タにより第1の操作モ−ドと第2の操作モ
−ドとを切り替え、各操作モ−ドに応じてブレ−ク力/
トルクを発生させ調整するようにしたので、スレ−ブア
−ムからの反力の大きさによりスレ−ブア−ムへの動作
指令を停止することができる。
本発明によれば、センサとアクチュエ−タとを備えたM
/SMのH/Cにおいて、センサが検出したグリップ力
/トルクデ−タにより第1の操作モ−ドと第2の操作モ
−ドとを切り替え、各操作モ−ドに応じてブレ−ク力/
トルクを発生させ調整するようにしたので、スレ−ブア
−ムからの反力の大きさによりスレ−ブア−ムへの動作
指令を停止することができる。
【0008】第2の操作モ−ドの特性において、H/C
グリップの基準位置からの変位をスレ−ブア−ム動作指
令値とし、前記基準位置の一定の領域内は、スレ−ブア
−ム動作指令値を停止指令値とし、その領域に入ったこ
とを確認するようにしたので、スレ−ブア−ムの停止指
令状態を明確化することできる。各操作モ−ドにおい
て、H/Cの操作領域を区分化して、操作領域に応じて
操作モ−ドを切り替えるようにしたので、その領域では
H/Cの位置姿勢は固定され、スレ−ブア−ムの位置姿
勢指令値が固定されることになる。
グリップの基準位置からの変位をスレ−ブア−ム動作指
令値とし、前記基準位置の一定の領域内は、スレ−ブア
−ム動作指令値を停止指令値とし、その領域に入ったこ
とを確認するようにしたので、スレ−ブア−ムの停止指
令状態を明確化することできる。各操作モ−ドにおい
て、H/Cの操作領域を区分化して、操作領域に応じて
操作モ−ドを切り替えるようにしたので、その領域では
H/Cの位置姿勢は固定され、スレ−ブア−ムの位置姿
勢指令値が固定されることになる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の各実施例を図1ないし図3を
参照して説明する。 〔実施例 1〕図1は、本発明の一実施例に係るM/C
MのH/Cの機能説明図、図2は、図1に示すH/Cの
制御ブロック部分説明図、図3は、図1に示すH/Cの
操作特性の一設定例を示す線図である。図1において、
H/Cはハンドコントロ−ラ、Lは操作部、SはH/C
の過負荷防止制御部、Iはインタフェ−ス部である。1
10は指令値生成手段、112は力正変換手段、113
は正変換手段、116は逆変換手段、401はモ−タド
ライバ、400はセンサ処理回路、501a・・501
fはアクチェエ−タ、502はセンサアンプ、508は
6軸力/トルクセンサ、509は操作グリップである。
参照して説明する。 〔実施例 1〕図1は、本発明の一実施例に係るM/C
MのH/Cの機能説明図、図2は、図1に示すH/Cの
制御ブロック部分説明図、図3は、図1に示すH/Cの
操作特性の一設定例を示す線図である。図1において、
H/Cはハンドコントロ−ラ、Lは操作部、SはH/C
の過負荷防止制御部、Iはインタフェ−ス部である。1
10は指令値生成手段、112は力正変換手段、113
は正変換手段、116は逆変換手段、401はモ−タド
ライバ、400はセンサ処理回路、501a・・501
fはアクチェエ−タ、502はセンサアンプ、508は
6軸力/トルクセンサ、509は操作グリップである。
【0010】H/Cは、操作部Lとインタフェ−ス部I
と過負荷防止制御部Sとを設けて構成される。操作部L
は、その操作グリップ509の基部に配置された6軸力
/トルクセンサ508と、この操作部Lの各関節部に配
置された第一から第六までのアクチェエ−タ501a・
・・501fと、波形整形を行なうセンサアンプ502
とからなっている。6軸力/トルクセンサ508は、操
作者が操作グリップ509を操作することにより発生し
た力/トルクを検出し、信号をセンサアンプ502へ出
力する。
と過負荷防止制御部Sとを設けて構成される。操作部L
は、その操作グリップ509の基部に配置された6軸力
/トルクセンサ508と、この操作部Lの各関節部に配
置された第一から第六までのアクチェエ−タ501a・
・・501fと、波形整形を行なうセンサアンプ502
とからなっている。6軸力/トルクセンサ508は、操
作者が操作グリップ509を操作することにより発生し
た力/トルクを検出し、信号をセンサアンプ502へ出
力する。
【0011】アクチェエ−タ501a・・・501f
は、各関節部を駆動するモ−タと各関節部の角速度を検
出する角速度センサ(いずれも図示せず)とからなって
いる。センサアンプ502は、前記6軸力/トルクセン
サ508から信号および前記角速度センサからの信号を
波形整形し、センサ処理回路400に信号を出力する。
は、各関節部を駆動するモ−タと各関節部の角速度を検
出する角速度センサ(いずれも図示せず)とからなって
いる。センサアンプ502は、前記6軸力/トルクセン
サ508から信号および前記角速度センサからの信号を
波形整形し、センサ処理回路400に信号を出力する。
【0012】インタフェ−ス部Iは、センサ処理回路4
00とモ−タドライバ401とからなり、センサ処理回
路400は、センサアンプ502の出力信号を受け、A
/D変換し、積算を行ない、力センサ信号301と角度
検出信号312とを過負荷防止制御部Sへ出力する。モ
−タドライバ401は、過負荷防止制御部Sより速度サ
−ボ指令318を受け、前記各アクチェエ−タ501
a,・・・501fのモ−タを駆動し、速度サ−ボを行
なうようになっている。
00とモ−タドライバ401とからなり、センサ処理回
路400は、センサアンプ502の出力信号を受け、A
/D変換し、積算を行ない、力センサ信号301と角度
検出信号312とを過負荷防止制御部Sへ出力する。モ
−タドライバ401は、過負荷防止制御部Sより速度サ
−ボ指令318を受け、前記各アクチェエ−タ501
a,・・・501fのモ−タを駆動し、速度サ−ボを行
なうようになっている。
【0013】過負荷防止制御部Sは、前記力センサ信号
301を計算の基準となる座標系値(以下、基準座標系
値という)303に変換する力正変換手段112と、角
度検出信号312を基準座標系値314に変換する正変
換手段113と、基準座標系値で現された操作部Lの位
置姿勢制御値を速度サ−ボ指令318に変換する逆変換
手段116と、これら基準座標系値303,314の入
力と、基準位置姿勢信号306と、スレ−ブア−ムから
の反力入力とから、基準座標系値で現されたスレ−ブア
−ムへの指令と操作部Lの位置位置姿勢の制御値とを出
力する指令値生成手段110とから構成される。
301を計算の基準となる座標系値(以下、基準座標系
値という)303に変換する力正変換手段112と、角
度検出信号312を基準座標系値314に変換する正変
換手段113と、基準座標系値で現された操作部Lの位
置姿勢制御値を速度サ−ボ指令318に変換する逆変換
手段116と、これら基準座標系値303,314の入
力と、基準位置姿勢信号306と、スレ−ブア−ムから
の反力入力とから、基準座標系値で現されたスレ−ブア
−ムへの指令と操作部Lの位置位置姿勢の制御値とを出
力する指令値生成手段110とから構成される。
【0014】前記指令値生成手段110は、スレ−ブア
−ムからの基準座標系値の反力(以下、反力という)と
スレ−ブア−ムへの指令信号を入出力する端子t1,t2
と、基準座標系値303を逓倍する逓倍器204,スレ
−ブア−ムからの反力の大きさを判定するブレ−カ21
0,基準座標系値303と前記反力との差信号308を
逓倍する逓倍器209,操作部Lの基準位置姿勢信号を
出力する基準位置姿勢設定手段205と、指令値を更新
する指令値更新手段213と、これら入力より操作部L
の位置姿勢制御値を基準座標系値で求め、その値より操
作特性を二つのモ−ドに切り替える手段115とからな
っている。
−ムからの基準座標系値の反力(以下、反力という)と
スレ−ブア−ムへの指令信号を入出力する端子t1,t2
と、基準座標系値303を逓倍する逓倍器204,スレ
−ブア−ムからの反力の大きさを判定するブレ−カ21
0,基準座標系値303と前記反力との差信号308を
逓倍する逓倍器209,操作部Lの基準位置姿勢信号を
出力する基準位置姿勢設定手段205と、指令値を更新
する指令値更新手段213と、これら入力より操作部L
の位置姿勢制御値を基準座標系値で求め、その値より操
作特性を二つのモ−ドに切り替える手段115とからな
っている。
【0015】図1,2,3に従い、本実施例に係るM/
SMシステムにおけるH/Cの処理を説明する。この一
連の処理は、例えば、マイコンのプログラムによって時
系列的に実行することができる。図1に示すH/Cの機
能説明図において、モ−ド切り替え手段115は、前記
指令値生成手段110の操作特性のうち、第一の操作の
モ−ド、すなわち、モ−ドaに切り替っていることを示
す。
SMシステムにおけるH/Cの処理を説明する。この一
連の処理は、例えば、マイコンのプログラムによって時
系列的に実行することができる。図1に示すH/Cの機
能説明図において、モ−ド切り替え手段115は、前記
指令値生成手段110の操作特性のうち、第一の操作の
モ−ド、すなわち、モ−ドaに切り替っていることを示
す。
【0016】図2のH/Cの制御ブロックの部分説明図
は、過負荷防止制御部Sを示すが、その操作特性を示す
モ−ド切り替え手段115は、第二の操作モ−ド、すな
わち、モ−ドbに切り替っていることを示す。
は、過負荷防止制御部Sを示すが、その操作特性を示す
モ−ド切り替え手段115は、第二の操作モ−ド、すな
わち、モ−ドbに切り替っていることを示す。
【0017】操作者が操作部Lのグリップ509を操作
することにより、発生した力/トルクは、グリップ50
9の基部の6軸/トルクセンサ508により検出され
る。この検出された力/トルクデ−タは、センサアンプ
502,センサ処理回路400を介し、力センサ信号3
01として、過負荷防止制御部Sの力正変換手段112
に入力し、この力正変換手段112により基準座標系力
/トルクデ−タ303に変換される。前記グリップ操作
に対応したスレ−ブア−ムの反力は、基準座標系値であ
らわれ、過負荷防止制御部Sの端子t1から入力され
る。
することにより、発生した力/トルクは、グリップ50
9の基部の6軸/トルクセンサ508により検出され
る。この検出された力/トルクデ−タは、センサアンプ
502,センサ処理回路400を介し、力センサ信号3
01として、過負荷防止制御部Sの力正変換手段112
に入力し、この力正変換手段112により基準座標系力
/トルクデ−タ303に変換される。前記グリップ操作
に対応したスレ−ブア−ムの反力は、基準座標系値であ
らわれ、過負荷防止制御部Sの端子t1から入力され
る。
【0018】この二つの基準座標系値を衝合せ減算し、
力/トルクデ−タ偏差308を得ることができる。この
力/トルクデ−タ偏差308は、逓倍器209により比
例倍し、位置位置姿勢指令を生成するための力/トルク
デ−タ310が得られる。操作部Lの角速度センサから
の出力信号、すなわち、各関節部の検出角度は、センサ
アンプ502,センサ処理回路400を介し、角度検出
信号312として過負荷防止制御部Sの正変換手段11
3へ入力し、この正変換手段113により変換され、現
在の操作手段Lの位置姿勢をあらわす基準座標系の位置
姿勢デ−タ314に変換される。
力/トルクデ−タ偏差308を得ることができる。この
力/トルクデ−タ偏差308は、逓倍器209により比
例倍し、位置位置姿勢指令を生成するための力/トルク
デ−タ310が得られる。操作部Lの角速度センサから
の出力信号、すなわち、各関節部の検出角度は、センサ
アンプ502,センサ処理回路400を介し、角度検出
信号312として過負荷防止制御部Sの正変換手段11
3へ入力し、この正変換手段113により変換され、現
在の操作手段Lの位置姿勢をあらわす基準座標系の位置
姿勢デ−タ314に変換される。
【0019】図1に示すごとく、操作モ−ドaにおいて
は、二つのモ−ドに切り替える手段115が、a側と成
っているので、前記力/トルクデ−タ310と前記位置
姿勢デ−タ314とが加算される。
は、二つのモ−ドに切り替える手段115が、a側と成
っているので、前記力/トルクデ−タ310と前記位置
姿勢デ−タ314とが加算される。
【0020】次に、図2に示す操作モ−ドbについて説
明する。前記基準座標系力/トルクデ−タ303は、直
接逓倍器204により比例倍され、位置位置姿勢指令を
生成するための力/トルクデ−タ305が得られる。一
方、基準位置姿勢設定手段205は、H/Cの基準位置
姿勢を指令する基準座標系の基準位置姿勢デ−タ306
を設定する。操作モ−ドbにおいては、二つのモ−ドに
切り替える手段115が、b側と成っているので、前記
力/トルクデ−タ305と前記基準位置姿勢デ−タ30
6とが加算される。
明する。前記基準座標系力/トルクデ−タ303は、直
接逓倍器204により比例倍され、位置位置姿勢指令を
生成するための力/トルクデ−タ305が得られる。一
方、基準位置姿勢設定手段205は、H/Cの基準位置
姿勢を指令する基準座標系の基準位置姿勢デ−タ306
を設定する。操作モ−ドbにおいては、二つのモ−ドに
切り替える手段115が、b側と成っているので、前記
力/トルクデ−タ305と前記基準位置姿勢デ−タ30
6とが加算される。
【0021】このようにして、二つのモ−ド、操作モ−
ドa,操作モ−ドbに応じ、指令値生成手段110は、
H/Cの基準座標系における位置姿勢指令デ−タを発生
し、逆変換手段116へ送り出す。逆変換手段116
は、この指令値をH/Cの各関節の角度指令値317に
変換する。この角度指令値317とセンサ処理回路40
0からの角度検出信号312とを衝合し、その差分を速
度指令信号318として、モ−タドライバ401を介し
て、アクチェエ−タ501a・・・501fの各関接手
段を駆動するモ−タにより、関節速度サ−ボを行う。
ドa,操作モ−ドbに応じ、指令値生成手段110は、
H/Cの基準座標系における位置姿勢指令デ−タを発生
し、逆変換手段116へ送り出す。逆変換手段116
は、この指令値をH/Cの各関節の角度指令値317に
変換する。この角度指令値317とセンサ処理回路40
0からの角度検出信号312とを衝合し、その差分を速
度指令信号318として、モ−タドライバ401を介し
て、アクチェエ−タ501a・・・501fの各関接手
段を駆動するモ−タにより、関節速度サ−ボを行う。
【0022】なお、操作モ−ドaでは、現在の操作部L
の位置姿勢をあらわす基準座標系の位置姿勢デ−タ31
4は、スレ−ブア−ムの手先位置姿勢指令に用いられ
る。反力が大きく、力/トルクデ−タ偏差308が一定
の値になると、指定値更新部213が指令の更新を停止
する。操作モ−ドbでは、逓倍器204の出力である力
/トルクデ−タ305を基準位置姿勢からの変位信号と
して用い、該変位信号をスレ−ブア−ムの手先速度、回
転速度の動作指令に用いられる。操作モ−ドbにおいて
も、前記変位信号が一定の値になると、指定値更新部2
13が指令の更新を停止する。
の位置姿勢をあらわす基準座標系の位置姿勢デ−タ31
4は、スレ−ブア−ムの手先位置姿勢指令に用いられ
る。反力が大きく、力/トルクデ−タ偏差308が一定
の値になると、指定値更新部213が指令の更新を停止
する。操作モ−ドbでは、逓倍器204の出力である力
/トルクデ−タ305を基準位置姿勢からの変位信号と
して用い、該変位信号をスレ−ブア−ムの手先速度、回
転速度の動作指令に用いられる。操作モ−ドbにおいて
も、前記変位信号が一定の値になると、指定値更新部2
13が指令の更新を停止する。
【0023】指令値生成手段110の特性および構成は
可変である。図3は、図1に示すH/Cにおいてマイコ
ンプログラムによる操作特性を設定した例を示す線図で
ある。図3は、操作モ−ドbにおける操作特性を示して
おり、横軸は、逓倍器204の出力、すなわち、基準位
置姿勢からの位置姿勢変位指令値、縦軸は、H/Cの力
正変換後の力/トルクデ−タ303を表している。
可変である。図3は、図1に示すH/Cにおいてマイコ
ンプログラムによる操作特性を設定した例を示す線図で
ある。図3は、操作モ−ドbにおける操作特性を示して
おり、横軸は、逓倍器204の出力、すなわち、基準位
置姿勢からの位置姿勢変位指令値、縦軸は、H/Cの力
正変換後の力/トルクデ−タ303を表している。
【0024】本特性は、位置の次元について、不感帯で
あるニュ−トラル101を持ち、該不感帯内において部
分的に逆方向力の発生する領域102を設けることによ
り、操作者は、ニュ−トラル状態と非ニュ−トラル状態
の差を物理的に明確化することができる。なお、スレ−
ブア−ムへの指令は、該領域101においては、速度指
令0の停止指令とする。さらに、特性104は、仮想的
に設けた動作限界103において過剰な力/トルクが検
出された場合、位置姿勢保持能力をブレ−カ210によ
りブレ−クすることを示している。操作モ−ドaにおい
ても、同様に該ブレ−ク特性を設け、これにより操作装
置に対する機械的過負荷の防止,関節手段の発熱と寿命
劣化の抑制および操作者の安全を確保する。
あるニュ−トラル101を持ち、該不感帯内において部
分的に逆方向力の発生する領域102を設けることによ
り、操作者は、ニュ−トラル状態と非ニュ−トラル状態
の差を物理的に明確化することができる。なお、スレ−
ブア−ムへの指令は、該領域101においては、速度指
令0の停止指令とする。さらに、特性104は、仮想的
に設けた動作限界103において過剰な力/トルクが検
出された場合、位置姿勢保持能力をブレ−カ210によ
りブレ−クすることを示している。操作モ−ドaにおい
ても、同様に該ブレ−ク特性を設け、これにより操作装
置に対する機械的過負荷の防止,関節手段の発熱と寿命
劣化の抑制および操作者の安全を確保する。
【0025】いま、これらを数式により説明する。ブレ
−ク力をF、H/C側の検出力をベクトルfm、スレ−
ブア−ムの反力をベクトルfsとすると、ブレ−カ21
0により下記のrが正,非正であるかどうかを判定し、
判定結果を2値で出力する。|ベクトル|2=(x成分)2+
(y成分)2+(z成分)2であるので r=|fm−fs|−F, (1) または、 r=|fm|−F (2) となり、上記の(1),(2)のどちらかが正の時、ブ
レ−カ210の出力により逓倍器204の出力値を Δx=K・rx Δy=K・ry (3) Δz=K・rz とし(Kは定数)、かつ、スレ−ブア−ムへの指令値更
新を指令値更新手段213により停止して操作モ−ドa
と同様の処理に切り替わる。なお、該ブレ−ク力/トル
ク値Fには操作者が容易に発生できる経験的最大値と、
ペイロ−ドに印加可能な最大仕様値のどちらか小さい値
を作業対象に応じて予め設定しておく。また、ブレ−ク
に達した時、H/Cからのマスタスレ−ブのサ−ボ電源
(図示せず)遮断信号をONとし、2重の安全処理に移
行する。
−ク力をF、H/C側の検出力をベクトルfm、スレ−
ブア−ムの反力をベクトルfsとすると、ブレ−カ21
0により下記のrが正,非正であるかどうかを判定し、
判定結果を2値で出力する。|ベクトル|2=(x成分)2+
(y成分)2+(z成分)2であるので r=|fm−fs|−F, (1) または、 r=|fm|−F (2) となり、上記の(1),(2)のどちらかが正の時、ブ
レ−カ210の出力により逓倍器204の出力値を Δx=K・rx Δy=K・ry (3) Δz=K・rz とし(Kは定数)、かつ、スレ−ブア−ムへの指令値更
新を指令値更新手段213により停止して操作モ−ドa
と同様の処理に切り替わる。なお、該ブレ−ク力/トル
ク値Fには操作者が容易に発生できる経験的最大値と、
ペイロ−ドに印加可能な最大仕様値のどちらか小さい値
を作業対象に応じて予め設定しておく。また、ブレ−ク
に達した時、H/Cからのマスタスレ−ブのサ−ボ電源
(図示せず)遮断信号をONとし、2重の安全処理に移
行する。
【0026】〔実施例 2〕図4は、他の実施例に係る
M/SMのH/Cの制御ブロックの部分説明図、図5
は、図4におけるM/SMのH/Cの操作特性を示す線
図である。図5は、図2の基準位置姿勢出力をマイコン
プログラムにより正変換出力に書き換えたものとなって
いる。図5において、設定した位置の境界D内の領域で
はH/C側の力/トルクデ−タの値に比例して、移動量
が決定される操作モ−ドaが作動し、位置姿勢に関して
も同図の特性を持っている。
M/SMのH/Cの制御ブロックの部分説明図、図5
は、図4におけるM/SMのH/Cの操作特性を示す線
図である。図5は、図2の基準位置姿勢出力をマイコン
プログラムにより正変換出力に書き換えたものとなって
いる。図5において、設定した位置の境界D内の領域で
はH/C側の力/トルクデ−タの値に比例して、移動量
が決定される操作モ−ドaが作動し、位置姿勢に関して
も同図の特性を持っている。
【0027】基準位置姿勢からの角度(θ,η,ξ)が、
設定した位置姿勢の境界値Cを超えた場合、スレ−ブア
−ムへの指令は、 A: (X,Y,Z) ...現在の座標位置 (4) B: Δω=(θ−C)2+(η−C)2 ...θ,η>C,ξ≦Cの場合 を大きさとする(θ,η,ξ)方向のベクトル を用いて構成される6次元ベクトル(A,B)とする。
設定した位置姿勢の境界値Cを超えた場合、スレ−ブア
−ムへの指令は、 A: (X,Y,Z) ...現在の座標位置 (4) B: Δω=(θ−C)2+(η−C)2 ...θ,η>C,ξ≦Cの場合 を大きさとする(θ,η,ξ)方向のベクトル を用いて構成される6次元ベクトル(A,B)とする。
【0028】なお、境界値C内の場合は、基準座標系に
おける現在の位置姿勢値(X,Y,Z,Θ,Η,Ξ)をス
レ−ブア−ムへの指令とする。ここで、モ−ド切替時は
スレ−ブア−ムへの動作指令値に先立ってモ−ド切替指
令を送信しており、スレ−ブア−ムはモ−ド情報と指令
値とを組み合わせて、手先位置指令または手先速度指令
とする。
おける現在の位置姿勢値(X,Y,Z,Θ,Η,Ξ)をス
レ−ブア−ムへの指令とする。ここで、モ−ド切替時は
スレ−ブア−ムへの動作指令値に先立ってモ−ド切替指
令を送信しており、スレ−ブア−ムはモ−ド情報と指令
値とを組み合わせて、手先位置指令または手先速度指令
とする。
【0029】また、位置の境界Dを超えた場合、制御モ
−ドbに切り替わり、この時スレ−ブア−ムへの指令
は、基準位置から見た現在の座標値を(x,y,z)とす
ると A: Δp=(x−D)2+(y−D)2 ・・・・・・x,y>D,z≦Dの場合 を大きさとする(x,y,z)方向のベクトル (5) B: (Θ,Η,Ξ) ・・・・・現在の位置姿勢 を用いて構成される6次元ベクトル(A,B)とする。該
領域ではH/Cの位置姿勢は固定され、従ってスレ−ブ
ア−ムの位置姿勢指令値が固定される。これにより、H
/C側の位置姿勢維持の必要を無くし、操作者の負担を
軽減する。上記(実施例 1)の特性より細かな操作と
大きな操作を作業を中断せずに連続的に切替られ、作業
に好適な制御モ−ドとその切替方式を提供できる。
−ドbに切り替わり、この時スレ−ブア−ムへの指令
は、基準位置から見た現在の座標値を(x,y,z)とす
ると A: Δp=(x−D)2+(y−D)2 ・・・・・・x,y>D,z≦Dの場合 を大きさとする(x,y,z)方向のベクトル (5) B: (Θ,Η,Ξ) ・・・・・現在の位置姿勢 を用いて構成される6次元ベクトル(A,B)とする。該
領域ではH/Cの位置姿勢は固定され、従ってスレ−ブ
ア−ムの位置姿勢指令値が固定される。これにより、H
/C側の位置姿勢維持の必要を無くし、操作者の負担を
軽減する。上記(実施例 1)の特性より細かな操作と
大きな操作を作業を中断せずに連続的に切替られ、作業
に好適な制御モ−ドとその切替方式を提供できる。
【0030】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、力センサにより検出される力/トルクデ−タによ
りH/Cの指令値生成手段の指令値生成特性が可変であ
り、操作者の体力,スレ−ブア−ムの操作内容に応じて
適切な特性が設定でき、操作モ−ドの自動切替により作
業内容に応じて適切な操作モ−ドへ移行し、作業効率,
操作性が向上し、安全面においても、機械的に過大な力
を発生させず、H/Cに加わる機械的過負荷を回避して
機能性能の劣化を抑制し、異常時等に対する操作者の安
全性の高く、不安感のないM/SMのH/Cを提供する
ことができる。
れば、力センサにより検出される力/トルクデ−タによ
りH/Cの指令値生成手段の指令値生成特性が可変であ
り、操作者の体力,スレ−ブア−ムの操作内容に応じて
適切な特性が設定でき、操作モ−ドの自動切替により作
業内容に応じて適切な操作モ−ドへ移行し、作業効率,
操作性が向上し、安全面においても、機械的に過大な力
を発生させず、H/Cに加わる機械的過負荷を回避して
機能性能の劣化を抑制し、異常時等に対する操作者の安
全性の高く、不安感のないM/SMのH/Cを提供する
ことができる。
【図1】本発明の一実施例に係るM/SMのH/Cの機
能説明図である。
能説明図である。
【図2】図1に示すH/Cの制御ブロック部分説明図で
ある。
ある。
【図3】図1に示すH/Cの操作特性の一設定例を示す
線図である。
線図である。
【図4】本発明の他の実施例に係るM/SMのH/Cの
制御ブロックの部分説明図である。
制御ブロックの部分説明図である。
【図5】図4におけるH/Cの操作特性を示す線図であ
る。
る。
H/C ハンドコントロ−ラ L 操作部 S 過負荷防止制御部 I インタフェ−ス部 110 指令値生成手段 112 力正変換手段 113 正変換手段 115 モ−ド切り替えスイッチ 116 逆変換手段 t1,t2 入出力端子 204 逓倍器 205 基準位置姿勢設定手段 209 逓倍器 210 ブレ−カ 213 指令値更新手段 400 センサ処理回路 401 モ−タドライバ 501a,501b・・501f アクチェエ−タ 502 センサアンプ 508 6軸力/トルクセンサ 509 操作グリップ
Claims (3)
- 【請求項1】 6軸力センサと複数のアクチュエ−タと
を備えたバイラテラルマスタスレ−ブマニピュレ−タの
ハンドコントロ−ラにおいて、 前記6軸力センサが検出したグリップ力/トルクデ−タ
を基準座標系上の値に変換する力正変換手段と、 該力正変換手段出力に比例したグリップ速度指令値を生
成させる第1の操作モ−ドと、基準位置から前記力正変
換手段出力に比例して変位する指令値を生成する第2の
操作モ−ドとを切り替え、かつ、各操作モ−ドに応じて
スレ−ブア−ム動作指令値を設定できる指令値生成手段
とを具備し、 前記指令値生成手段は、少なくとも前記操作モ−ドの指
令値生成特性において、ブレ−ク力/トルクを発生し、
かつ、これを調整する手段を有することを特徴とするハ
ンドコントロ−ラ。 - 【請求項2】 指令値生成手段は、第2の操作モ−ドの
特性において、ハンドコントロ−ラグリップの基準位置
からの変位をスレ−ブア−ム動作指令値とし、前記基準
位置の一定の領域内は、スレ−ブア−ム動作指令値を停
止指令値とし、該領域内の指令値生成時の比例係数を変
化させ、該領域に入ったことを確認するする手段を有す
ることを特徴とする請求項1記載のハンドコントロ−
ラ。 - 【請求項3】 指令値生成手段は、その複数の操作モ−
ドにおいて、ハンドコントロ−ラの操作領域を区分化し
て、該区分毎に少なくとも一つ以上の操作モ−ドを割当
て、ハンドコントロ−ラの操作領域に応じて操作モ−ド
を切り替える手段を有することを特徴とする請求項1記
載のハンドコントロ−ラ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28480592A JPH06134686A (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | ハンドコントロ−ラ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28480592A JPH06134686A (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | ハンドコントロ−ラ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06134686A true JPH06134686A (ja) | 1994-05-17 |
Family
ID=17683244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28480592A Pending JPH06134686A (ja) | 1992-10-23 | 1992-10-23 | ハンドコントロ−ラ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06134686A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110678157A (zh) * | 2017-05-26 | 2020-01-10 | 墨尔本大学 | 机电机器人操作器装置 |
JPWO2021117701A1 (ja) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 |
-
1992
- 1992-10-23 JP JP28480592A patent/JPH06134686A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110678157A (zh) * | 2017-05-26 | 2020-01-10 | 墨尔本大学 | 机电机器人操作器装置 |
JPWO2021117701A1 (ja) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | ||
WO2021117701A1 (ja) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 川崎重工業株式会社 | マスタスレーブシステム及び制御方法 |
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