JPH06170753A - バイラテラルマスタスレーブ装置 - Google Patents
バイラテラルマスタスレーブ装置Info
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- JPH06170753A JPH06170753A JP34554492A JP34554492A JPH06170753A JP H06170753 A JPH06170753 A JP H06170753A JP 34554492 A JP34554492 A JP 34554492A JP 34554492 A JP34554492 A JP 34554492A JP H06170753 A JPH06170753 A JP H06170753A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、スレーブアームに過大な印
加力が発生しても安定にマスタアームを動かすことがで
きる遠隔操作システムを提供することにある。 【構成】 マスタ関節ブレーキ力算出手段４において、
スレーブ印加力計測装置５の出力及びマスタ印加力計測
装置１０の出力の方向余弦が予め定められた値より大き
な時のみスレーブ印加力計測装置５の出力を基にマスタ
関節ブレーキ力を発生、マスタ関節ブレーキ力算出手段
４の出力を基にマスタ関節ブレーキ力制御装置３によっ
てマスタアームの関節ブレーキ力を調節することによっ
て、スレーブアームの印加力をマスタアームに帰還する
バイラテラルマスタスレーブ装置が得られる。
加力が発生しても安定にマスタアームを動かすことがで
きる遠隔操作システムを提供することにある。 【構成】 マスタ関節ブレーキ力算出手段４において、
スレーブ印加力計測装置５の出力及びマスタ印加力計測
装置１０の出力の方向余弦が予め定められた値より大き
な時のみスレーブ印加力計測装置５の出力を基にマスタ
関節ブレーキ力を発生、マスタ関節ブレーキ力算出手段
４の出力を基にマスタ関節ブレーキ力制御装置３によっ
てマスタアームの関節ブレーキ力を調節することによっ
て、スレーブアームの印加力をマスタアームに帰還する
バイラテラルマスタスレーブ装置が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スレーブアームを遠隔
的に操作するためのマスタアーム、及びマスタアームと
スレーブアームの動作を制御するバイラテラルマスタス
レーブ装置に関する。
的に操作するためのマスタアーム、及びマスタアームと
スレーブアームの動作を制御するバイラテラルマスタス
レーブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、マスタアームの手首位置をスレー
ブアームに追従させてスレーブアームの印加力をマスタ
アームに伝えるバイラテラル遠隔操作装置の場合、スレ
ーブアームの受ける印加力をマスタアームの駆動トルク
として直接帰還する力帰還型遠隔操作装置が提案されて
いる。例えば中野英二によって「ロボット工学入門」
（ｐｐ７４−７６、オーム社、１９８３）の中で述べら
れている。
ブアームに追従させてスレーブアームの印加力をマスタ
アームに伝えるバイラテラル遠隔操作装置の場合、スレ
ーブアームの受ける印加力をマスタアームの駆動トルク
として直接帰還する力帰還型遠隔操作装置が提案されて
いる。例えば中野英二によって「ロボット工学入門」
（ｐｐ７４−７６、オーム社、１９８３）の中で述べら
れている。
【０００３】これとは別の方法として、マスタアーム／
スレーブアーム両方に対する印加力の差をもとに目標位
置を修正しながら両アームで各々位置制御する、バイラ
テラル並列型制御方式も提案されている。例えば宮崎友
宏等によって、「バイラテラル・マスタ・スレーブ・マ
ニピュレータの並列型制御方式」（ｐｐ４６−５２、Ｊ
ＲＳＪ、Ｖｏｌ．７、Ｎｏ．５）において述べられてい
る。
スレーブアーム両方に対する印加力の差をもとに目標位
置を修正しながら両アームで各々位置制御する、バイラ
テラル並列型制御方式も提案されている。例えば宮崎友
宏等によって、「バイラテラル・マスタ・スレーブ・マ
ニピュレータの並列型制御方式」（ｐｐ４６−５２、Ｊ
ＲＳＪ、Ｖｏｌ．７、Ｎｏ．５）において述べられてい
る。
【０００４】また、インピーダンス制御装置によって制
御されているマスタアームとスレーブアームとの間で力
情報あるいは運動情報を交換して、双方向に位置及び力
を伝えるインピーダンス制御型マスタ・スレーブシステ
ムが提案されている。例えば館等によって、「インピー
ダンス制御型マスタ・スレーブ・システム」（ｐｐ２４
１−２６４、日本ロボット学会誌８巻第３号、１９９０
年６月）において述べられている。
御されているマスタアームとスレーブアームとの間で力
情報あるいは運動情報を交換して、双方向に位置及び力
を伝えるインピーダンス制御型マスタ・スレーブシステ
ムが提案されている。例えば館等によって、「インピー
ダンス制御型マスタ・スレーブ・システム」（ｐｐ２４
１−２６４、日本ロボット学会誌８巻第３号、１９９０
年６月）において述べられている。
【０００５】ブレーキを用いたマスタアームとして、パ
ウダブレーキを用いてマスタアームを構成し、このパウ
ダブレーキに掛かるべき拘束トルクの作用方向と現在掛
かっている付加トルクの方向が一致する時のみ印加電圧
を加えて拘束トルクを発生させることを特徴とするバイ
ラテラルマスタスレーブマニピュレータが提案されてい
る（特願平２−２９８４８０）。
ウダブレーキを用いてマスタアームを構成し、このパウ
ダブレーキに掛かるべき拘束トルクの作用方向と現在掛
かっている付加トルクの方向が一致する時のみ印加電圧
を加えて拘束トルクを発生させることを特徴とするバイ
ラテラルマスタスレーブマニピュレータが提案されてい
る（特願平２−２９８４８０）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の遠隔装
置においては、スレーブアームが作業対象物体あるいは
障害物と衝突して大きな接触力を生じたとき、この接触
力に応じてマスタアームが動いてしまうため、スレーブ
が安定に作業対象に接するのが困難となったり、意志に
反した動きをするためにマスタアームを操作しにくかっ
たりするという問題点が存在した。
置においては、スレーブアームが作業対象物体あるいは
障害物と衝突して大きな接触力を生じたとき、この接触
力に応じてマスタアームが動いてしまうため、スレーブ
が安定に作業対象に接するのが困難となったり、意志に
反した動きをするためにマスタアームを操作しにくかっ
たりするという問題点が存在した。
【０００７】また、パウダブレーキを用いたマスタアー
ムにおいては、このパウダブレーキに掛かるべき拘束ト
ルクの作用方向と現在掛かっている負荷トルクの作用方
向とが一致する時のみブレーキが掛かるようにするた
め、力が帰還される方向が限られていた。
ムにおいては、このパウダブレーキに掛かるべき拘束ト
ルクの作用方向と現在掛かっている負荷トルクの作用方
向とが一致する時のみブレーキが掛かるようにするた
め、力が帰還される方向が限られていた。
【０００８】本発明の目的は、従来技術のこのような欠
点を解消し、スレーブアームに過大な印加力が発生して
も安定にマスタアームを動かすことができる遠隔操作シ
ステムを提供することにある。
点を解消し、スレーブアームに過大な印加力が発生して
も安定にマスタアームを動かすことができる遠隔操作シ
ステムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、各関節
にブレーキ又はクラッチを備えたマスタアームを操作し
て、前記マスタアームに追従させてスレーブアームを駆
動し、前記スレーブアームと作業対象物体との接触の際
に発生する接触力に応じて前記ブレーキ又は前記クラッ
チの拘束力を変化させるバイラテラルマスタスレーブ装
置において、前記スレーブアームの接触力を基に算出さ
れる前記マスタアームの拘束力の方向と前記マスタアー
ムの操作力の方向が一定の角度以下又は一定の角度以上
となるときだけに前記マスタアームの拘束力を発生させ
る制御装置を備えることを特徴とするバイラテラルマス
タスレーブ装置が得られる。
にブレーキ又はクラッチを備えたマスタアームを操作し
て、前記マスタアームに追従させてスレーブアームを駆
動し、前記スレーブアームと作業対象物体との接触の際
に発生する接触力に応じて前記ブレーキ又は前記クラッ
チの拘束力を変化させるバイラテラルマスタスレーブ装
置において、前記スレーブアームの接触力を基に算出さ
れる前記マスタアームの拘束力の方向と前記マスタアー
ムの操作力の方向が一定の角度以下又は一定の角度以上
となるときだけに前記マスタアームの拘束力を発生させ
る制御装置を備えることを特徴とするバイラテラルマス
タスレーブ装置が得られる。
【００１０】また、本発明によれば、モータにより駆動
されるマスタアームを操作し、該マスタアームに追従さ
せてスレーブアームを駆動する遠隔操作装置において、
前記マスタアームと、前記スレーブアームと、前記マス
タアームの変位を計測するマスタアーム変位計測装置
と、前記マスタアームへ加えられている印加力を計測す
るマスタアーム印加力計測装置と、前記スレーブアーム
の変位を計測するスレーブアーム変位計測装置と、前記
スレーブへ加えられている印加力を計測するスレーブア
ーム印加力計測装置と、前記マスタアーム変位計測装置
の出力及び前記スレーブアーム変位計測装置の出力を基
に前記スレーブアームの動作指令値を算出するスレーブ
アーム動作指令値算出手段と、前記スレーブアーム印加
力計測装置の出力を基に計算される前記マスタアームの
拘束力方向と前記マスタアーム印加力計測装置の出力よ
り計算される前記マスタアームの操作力の方向が一定の
角度以下となるか又は一定の角度以上となるときに前記
マスタアームコンプライアンス制御装置の制御パラメー
タを調整して前記マスタアーム拘束力を等価的に実現す
るマスタアーム制御パラメータ算出装置と、前記マスタ
アーム印加力計測装置の出力を基に前記マスタアームの
動作指令値を算出するマスタアームコンプライアンス制
御演算手段と、マスタアーム変位計測装置の出力及びマ
スタアームコンプライアンス制御演算手段の出力を基に
マスタアームの動作を制御するマスタアーム動作制御装
置と、スレーブアーム変位計測装置の出力及びスレーブ
アーム動作目標値算出手段の出力を基にスレーブアーム
の動作を制御するスレーブアーム動作制御装置、とから
構成されることを特徴とするバイラテラルマスタスレー
ブ装置が得られる。
されるマスタアームを操作し、該マスタアームに追従さ
せてスレーブアームを駆動する遠隔操作装置において、
前記マスタアームと、前記スレーブアームと、前記マス
タアームの変位を計測するマスタアーム変位計測装置
と、前記マスタアームへ加えられている印加力を計測す
るマスタアーム印加力計測装置と、前記スレーブアーム
の変位を計測するスレーブアーム変位計測装置と、前記
スレーブへ加えられている印加力を計測するスレーブア
ーム印加力計測装置と、前記マスタアーム変位計測装置
の出力及び前記スレーブアーム変位計測装置の出力を基
に前記スレーブアームの動作指令値を算出するスレーブ
アーム動作指令値算出手段と、前記スレーブアーム印加
力計測装置の出力を基に計算される前記マスタアームの
拘束力方向と前記マスタアーム印加力計測装置の出力よ
り計算される前記マスタアームの操作力の方向が一定の
角度以下となるか又は一定の角度以上となるときに前記
マスタアームコンプライアンス制御装置の制御パラメー
タを調整して前記マスタアーム拘束力を等価的に実現す
るマスタアーム制御パラメータ算出装置と、前記マスタ
アーム印加力計測装置の出力を基に前記マスタアームの
動作指令値を算出するマスタアームコンプライアンス制
御演算手段と、マスタアーム変位計測装置の出力及びマ
スタアームコンプライアンス制御演算手段の出力を基に
マスタアームの動作を制御するマスタアーム動作制御装
置と、スレーブアーム変位計測装置の出力及びスレーブ
アーム動作目標値算出手段の出力を基にスレーブアーム
の動作を制御するスレーブアーム動作制御装置、とから
構成されることを特徴とするバイラテラルマスタスレー
ブ装置が得られる。
【００１１】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は請求項１の発明の一実施例を示す装置構成で
ある。本図によると、マスタアーム１に加わっている力
をマスタ印加力計測装置１０によって計測、マスタアー
ム１の関節角をマスタ関節角計測装置６によって計測、
スレーブアーム２の印加力をスレーブ印加力計測装置５
によって計測、スレーブアーム２の関節角をスレーブ関
節角計測装置９によって計測、スレーブ関節角計測装置
９の出力及びマスタ関節角計測装置の出力を基にスレー
ブ動作指令値算出手段７においてスレーブ動作指令値を
算出、スレーブ動作指令値算出手段７の出力を基にスレ
ーブ動作制御装置８によってスレーブアーム２の動作を
制御、スレーブ印加力計測装置５の出力及びマスタ印加
力計測装置１０の出力を基にマスタ関節ブレーキ力算出
手段４においてマスタ関節ブレーキ力を算出、マスタ関
節ブレーキ力算出手段４の出力を基にマスタ関節ブレー
キ力制御装置３によってマスタアームの関節ブレーキ力
を調節することによって、スレーブアームの印加力をマ
スタアームに帰還するバイラテラルマスタスレーブ装置
が得られる。
る。図１は請求項１の発明の一実施例を示す装置構成で
ある。本図によると、マスタアーム１に加わっている力
をマスタ印加力計測装置１０によって計測、マスタアー
ム１の関節角をマスタ関節角計測装置６によって計測、
スレーブアーム２の印加力をスレーブ印加力計測装置５
によって計測、スレーブアーム２の関節角をスレーブ関
節角計測装置９によって計測、スレーブ関節角計測装置
９の出力及びマスタ関節角計測装置の出力を基にスレー
ブ動作指令値算出手段７においてスレーブ動作指令値を
算出、スレーブ動作指令値算出手段７の出力を基にスレ
ーブ動作制御装置８によってスレーブアーム２の動作を
制御、スレーブ印加力計測装置５の出力及びマスタ印加
力計測装置１０の出力を基にマスタ関節ブレーキ力算出
手段４においてマスタ関節ブレーキ力を算出、マスタ関
節ブレーキ力算出手段４の出力を基にマスタ関節ブレー
キ力制御装置３によってマスタアームの関節ブレーキ力
を調節することによって、スレーブアームの印加力をマ
スタアームに帰還するバイラテラルマスタスレーブ装置
が得られる。
【００１２】図２は図１におけるマスタ関節ブレーキ算
出手段４の詳細の一例である。同図によると、マスタ印
加力・スレーブ印加力方向余弦算出手段１０１におい
て、以下の式に従ってマスタ印加力・スレーブ印加力方
向余弦２０４が得られる。
出手段４の詳細の一例である。同図によると、マスタ印
加力・スレーブ印加力方向余弦算出手段１０１におい
て、以下の式に従ってマスタ印加力・スレーブ印加力方
向余弦２０４が得られる。
【数１】 マスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦算出手段１０１
の出力を基に、敷居値演算手段１０２において、以下の
式に従って敷居値２０６が得られる。
の出力を基に、敷居値演算手段１０２において、以下の
式に従って敷居値２０６が得られる。
【図２】スレーブ印加力２０２を基に、スレーブ印加力
／マスタブレーキ力変換手段１０３において、以下の式
にしたがってマスタブレーキ力変換値２０５が得られ
る。
／マスタブレーキ力変換手段１０３において、以下の式
にしたがってマスタブレーキ力変換値２０５が得られ
る。
【数３】 スレーブ印加力／マスタブレーキ力変換手段１０３の出
力及び敷居値演算手段１０２の出力を基にマスタ関節ブ
レーキ力算出手段１０４において、以下の式に従ってマ
スタ関節ブレーキ力指令値２０３が算出される。 ＴB ＝ＴBO・Ｆt （αMS） ：マスタ関節ブレーキ力指
令値
力及び敷居値演算手段１０２の出力を基にマスタ関節ブ
レーキ力算出手段１０４において、以下の式に従ってマ
スタ関節ブレーキ力指令値２０３が算出される。 ＴB ＝ＴBO・Ｆt （αMS） ：マスタ関節ブレーキ力指
令値
【００１３】図３は請求項２の発明の一実施例を示す装
置構成である。同図によると、マスタアーム５１の関節
角速度をマスタアーム変位計測装置５７によって計測、
マスタアーム５１の印加力をマスタアーム印加力計測装
置５９によって計測、スレーブアーム５２の関節角速度
をスレーブアーム変位力計測装置５８によって計測、ス
レーブアーム５２の印加力をスレーブアーム印加力計測
装置６０によって計測、スレーブアーム変位計測装置５
８の出力及びマスタアーム変位計測装置５７の出力を基
にスレーブアーム動作目標値算出手段５６においてスレ
ーブアーム関節角速度目標値を算出、スレーブアーム動
作目標値算出手段５６の出力及びスレーブアーム変位計
測装置５８の出力を基にスレーブアーム動作制御装置５
４によってスレーブアーム５２の動作を制御、マスタア
ーム印加力計測装置５９の出力及びスレーブアーム印加
力計測装置６０の出力を基にマスタアーム制御パラメー
タ算出手段６１においてマスタアーム制御パラメータを
算出、マスタアーム変位計測装置５７の出力及びマスタ
アーム印加力計測装置５９の出力及びマスタアーム制御
パラメータ算出手段６１の出力を基にマスタアームコン
プライアンス制御演算手段５５においてマスタアーム関
節角速度目標値を算出、マスタアームコンプライアンス
制御演算手段５５の出力及びマスタアーム変位計測装置
５７の出力を基にマスタアーム動作制御装置５３によっ
てマスタアーム５１の動作を制御することによって、ス
レーブアームの印加力をマスタアームに帰還するバイラ
テラルマスタスレーブ装置が得られる。
置構成である。同図によると、マスタアーム５１の関節
角速度をマスタアーム変位計測装置５７によって計測、
マスタアーム５１の印加力をマスタアーム印加力計測装
置５９によって計測、スレーブアーム５２の関節角速度
をスレーブアーム変位力計測装置５８によって計測、ス
レーブアーム５２の印加力をスレーブアーム印加力計測
装置６０によって計測、スレーブアーム変位計測装置５
８の出力及びマスタアーム変位計測装置５７の出力を基
にスレーブアーム動作目標値算出手段５６においてスレ
ーブアーム関節角速度目標値を算出、スレーブアーム動
作目標値算出手段５６の出力及びスレーブアーム変位計
測装置５８の出力を基にスレーブアーム動作制御装置５
４によってスレーブアーム５２の動作を制御、マスタア
ーム印加力計測装置５９の出力及びスレーブアーム印加
力計測装置６０の出力を基にマスタアーム制御パラメー
タ算出手段６１においてマスタアーム制御パラメータを
算出、マスタアーム変位計測装置５７の出力及びマスタ
アーム印加力計測装置５９の出力及びマスタアーム制御
パラメータ算出手段６１の出力を基にマスタアームコン
プライアンス制御演算手段５５においてマスタアーム関
節角速度目標値を算出、マスタアームコンプライアンス
制御演算手段５５の出力及びマスタアーム変位計測装置
５７の出力を基にマスタアーム動作制御装置５３によっ
てマスタアーム５１の動作を制御することによって、ス
レーブアームの印加力をマスタアームに帰還するバイラ
テラルマスタスレーブ装置が得られる。
【００１４】図４は図３におけるマスタアームコンプラ
イアンス制御演算手段５５の詳細の一例を示す。同図に
よると、マスタアーム印加力２５１及びマスタアーム制
御パラメータ２５２を基に、マスタアーム手首速度目標
値算出手段１５１において以下の式にしたがってマスタ
アーム手首速度目標値３５１が算出される。
イアンス制御演算手段５５の詳細の一例を示す。同図に
よると、マスタアーム印加力２５１及びマスタアーム制
御パラメータ２５２を基に、マスタアーム手首速度目標
値算出手段１５１において以下の式にしたがってマスタ
アーム手首速度目標値３５１が算出される。
【数４】 マスタアーム関節角速度２５３を基に、マスタアーム関
節角算出手段１５３においてマスタアーム関節角度３５
２が以下の式に従って得られる。
節角算出手段１５３においてマスタアーム関節角度３５
２が以下の式に従って得られる。
【数５】 マスタアーム関節角算出手段１５３の出力を基にマスタ
アームヤコビアン行列算出手段１５４において以下の式
に従ってマスタアームヤコビアン行列３５３が得られ
る。
アームヤコビアン行列算出手段１５４において以下の式
に従ってマスタアームヤコビアン行列３５３が得られ
る。
【数６】 マスタアーム手首速度目標値算出手段１５１の出力及び
マスタアームヤコビアン行列算出手段１５４の出力を基
にマスタアーム関節角速度算出手段１５２において以下
の式に従ってマスタアーム関節角速度目標値２５４が得
られる。
マスタアームヤコビアン行列算出手段１５４の出力を基
にマスタアーム関節角速度算出手段１５２において以下
の式に従ってマスタアーム関節角速度目標値２５４が得
られる。
【数７】
【００１５】図５は図３におけるスレーブアーム関節角
速度目標値演算算出手段５６の詳細の一例を示す。同図
によると、マスタアーム関節角速度２５３を基に、マス
タアーム関節角度算出手段１５３において以下の式に従
ってマスタアーム関節角度３５２が算出される。
速度目標値演算算出手段５６の詳細の一例を示す。同図
によると、マスタアーム関節角速度２５３を基に、マス
タアーム関節角度算出手段１５３において以下の式に従
ってマスタアーム関節角度３５２が算出される。
【数８】 マスタアーム関節角度算出手段１５３の出力を基にマス
タアームヤコビアン行列算出手段１５４において以下の
式に従ってマスタアームヤコビアン行列３５３が算出さ
れる。
タアームヤコビアン行列算出手段１５４において以下の
式に従ってマスタアームヤコビアン行列３５３が算出さ
れる。
【数９】 マスタアーム関節角速度２５３及びマスタアームヤコビ
アン行列算出手段１５４の出力を基に、マスタアーム手
首速度算出手段１５７において以下の式に従ってマスタ
アーム手首速度３５６が算出される。
アン行列算出手段１５４の出力を基に、マスタアーム手
首速度算出手段１５７において以下の式に従ってマスタ
アーム手首速度３５６が算出される。
【数１０】 スレーブアーム関節角速度２５５を基にスレーブ関節角
度算出手段１５５において以下の式に従ってスレーブア
ーム関節角度３５４が算出される。
度算出手段１５５において以下の式に従ってスレーブア
ーム関節角度３５４が算出される。
【数１１】 スレーブアーム関節角度算出手段１５５の出力を基にス
レーブアームヤコビアン行列算出手段１５６において以
下の式に従ってスレーブアームヤコビアン行列３５５が
算出される。
レーブアームヤコビアン行列算出手段１５６において以
下の式に従ってスレーブアームヤコビアン行列３５５が
算出される。
【数１２】 マスタアーム手首速度算出手段１５７の出力及びスレー
ブアームヤコビアン行列算出手段１５６の出力を基に、
スレーブアーム関節角速度変換演算手段１５８において
以下の式に従ってスレーブアーム関節角速度目標値２５
６を算出する。
ブアームヤコビアン行列算出手段１５６の出力を基に、
スレーブアーム関節角速度変換演算手段１５８において
以下の式に従ってスレーブアーム関節角速度目標値２５
６を算出する。
【数１３】
【００１６】図６は図３におけるマスタアーム制御パラ
メータ算出手段６１の詳細の一例である。同図による
と、マスタアーム印加力２５１及びスレーブアーム印加
力２５７を基にマスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦
算出手段１６０において、以下の式に従ってマスタ印加
力・スレーブ印加力方向余弦３５７を算出する。
メータ算出手段６１の詳細の一例である。同図による
と、マスタアーム印加力２５１及びスレーブアーム印加
力２５７を基にマスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦
算出手段１６０において、以下の式に従ってマスタ印加
力・スレーブ印加力方向余弦３５７を算出する。
【数１４】 スレーブアーム印加力２５７を基に、マスタアーム制御
パラメータ算出手段Ｉ１６１において以下の式に従って
マスタアーム制御パラメータＩ３５８を算出する。
パラメータ算出手段Ｉ１６１において以下の式に従って
マスタアーム制御パラメータＩ３５８を算出する。
【数１５】 マスタアーム制御パラメータ算出手段Ｉ１６１の出力及
びマスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦算出手段１６
０の出力を基にマスタアーム制御パラメータ算出手段Ｉ
Ｉ１６２において以下の式に従ってマスタアーム制御パ
ラメータ２５２を算出する。
びマスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦算出手段１６
０の出力を基にマスタアーム制御パラメータ算出手段Ｉ
Ｉ１６２において以下の式に従ってマスタアーム制御パ
ラメータ２５２を算出する。
【数１６】 以上により、スレーブアームの印加力をマスタアームに
帰還するマスタスレーブバイラテラルシステムを実現す
る。
帰還するマスタスレーブバイラテラルシステムを実現す
る。
【００１７】なお、本実施例においては、マスタアーム
コンプライアンス制御演算手段として速度及びその積分
を用いたダンピング制御を設定したが、ダンピング制御
を一般のインピーダンス制御とし、マスタアーム制御パ
ラメータ算出手段５１で算出されるパラメータとしての
その粘性係数或は慣性係数を用いても同様な効果が得ら
れる。
コンプライアンス制御演算手段として速度及びその積分
を用いたダンピング制御を設定したが、ダンピング制御
を一般のインピーダンス制御とし、マスタアーム制御パ
ラメータ算出手段５１で算出されるパラメータとしての
その粘性係数或は慣性係数を用いても同様な効果が得ら
れる。
【００１８】本実施例では、マスタアーム印加力として
マスタアームの操作力を、またスレーブアーム印加力と
してスレーブアームが作業対象から加えられた拘束力を
マスタアーム座標上に変換した値を想定した。マスタア
ーム印加力が上記と反対方向となるような座標系を選
ぶ、若しくはスレーブアーム印加力が上記と反対方向と
なるような座標系を選ぶ場合、敷居値算出手段を以下の
とおり変更する。
マスタアームの操作力を、またスレーブアーム印加力と
してスレーブアームが作業対象から加えられた拘束力を
マスタアーム座標上に変換した値を想定した。マスタア
ーム印加力が上記と反対方向となるような座標系を選
ぶ、若しくはスレーブアーム印加力が上記と反対方向と
なるような座標系を選ぶ場合、敷居値算出手段を以下の
とおり変更する。
【数１７】
【００１９】
【発明の効果】以上で説明したように本発明では、スレ
ーブアームの接触力を基に算出されるマスタアームの拘
束力の方向とマスタアームの操作力の方向が一定の角度
以下若しくは一定の角度以上となる時のみマスタアーム
の拘束力を発生させることにより、スレーブアームの接
触力をその方向も含めてマスタアームに帰還することを
特徴とするバイラテラルマスタスレーブ装置を実現す
る。
ーブアームの接触力を基に算出されるマスタアームの拘
束力の方向とマスタアームの操作力の方向が一定の角度
以下若しくは一定の角度以上となる時のみマスタアーム
の拘束力を発生させることにより、スレーブアームの接
触力をその方向も含めてマスタアームに帰還することを
特徴とするバイラテラルマスタスレーブ装置を実現す
る。
【００２０】本発明により、スレーブアームが検出する
拘束力と同じ方向にマスタアームに操作力を加えると、
マスタアームのブレーキ若しくは制動力が解除され、マ
スタアームは容易に動くようになる。この結果マスタア
ームを操作する際に、スレーブに加わっている接触力が
どちらの方向を向いているかが分かる。
拘束力と同じ方向にマスタアームに操作力を加えると、
マスタアームのブレーキ若しくは制動力が解除され、マ
スタアームは容易に動くようになる。この結果マスタア
ームを操作する際に、スレーブに加わっている接触力が
どちらの方向を向いているかが分かる。
【００２１】また、マスタアームへの力の帰還はマスタ
アームの制動力とすることによって、スレーブアームに
極めて大きな力が加わった場合にもマスタアームが大き
く動くことがなくなり、安定にマスタアームを動かすこ
とが可能となる。従って、捜査員の疲労減少や事故の軽
減、遠隔臨場感の向上が可能となる。
アームの制動力とすることによって、スレーブアームに
極めて大きな力が加わった場合にもマスタアームが大き
く動くことがなくなり、安定にマスタアームを動かすこ
とが可能となる。従って、捜査員の疲労減少や事故の軽
減、遠隔臨場感の向上が可能となる。
【図１】請求項１の発明の一実施例を示す装置構成であ
る。
る。
【図２】マスタ関節ブレーキ算出手段の一例の詳細であ
る。
る。
【図３】請求項２の発明の一実施例を示す装置構成であ
る。
る。
【図４】マスタアームコンプライアンス制御演算手段の
一例の詳細である。
一例の詳細である。
【図５】スレーブアーム関節角速度目標値演算算出手段
の一例の詳細である。
の一例の詳細である。
【図６】マスタアーム制御パラメータ算出手段の一例の
詳細である。
詳細である。
１ マスタアーム ２ スレーブアーム ３ マスタ関節ブレーキ力制御装置 ４ マスタ関節ブレーキ力算出手段 ５ スレーブ印加力計測装置 ６ マスタ関節角計測装置 ７ スレーブ動作指令値算出手段 ８ スレーブ動作制御装置 ９ スレーブ関節角計測装置 １０ マスタ印加力計測装置 ５１ マスタアーム ５２ スレーブアーム ５３ マスタアーム動作制御装置 ５４ スレーブアーム動作制御装置 ５５ マスタアームコンプライアンス制御演算手段 ５６ スレーブアーム動作目標値算出手段 ５７ マスタアーム変位計測装置 ５８ スレーブアーム変位計測装置 ５９ マスタアーム印加力計測装置 ６０ スレーブアーム印加力計測装置 ６１ マスタアーム制御パラメータ算出手段 １０１ マスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦算出
手段 １０２ 敷居値関数演算手段 １０３ スレーブ印加力／マスタブレーキ力変換手段 １０４ マスタ関節ブレーキ力算出手段 １５１ マスタアーム手首速度目標値算出手段 １５２ マスタアーム関節角速度算出手段 １５３ マスタアーム関節角算出手段 １５４ マスタアームヤコビアン行列算出手段 １５５ スレーブアーム関節角度算出手段 １５６ スレーブアームヤコビアン行列算出手段 １５７ マスタアーム手首速度算出手段 １５８ スレーブアーム関節角速度変換演算手段 １６０ マスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦算出
手段 １６１ マスタアーム制御パラメータ算出手段Ｉ １６２ マスタアーム制御パラメータ算出手段ＩＩ ２０１ マスタ印加力計測値 ２０２ スレーブ印加力計測値 ２０３ マスタ関節ブレーキ力指令値 ２０４ マスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦 ２０５ マスタブレーキ力変換値 ２０６ 敷居値 ２５１ マスタアーム印加力 ２５２ マスタアーム制御パラメータ ２５３ マスタアーム関節角速度 ２５４ マスタアーム関節角速度目標値 ２５５ スレーブアーム関節角速度 ２５６ スレーブアーム関節角速度目標値 ２５７ スレーブアーム印加力 ３５１ マスタアーム手首速度目標値 ３５２ マスタアーム関節角度 ３５３ マスタアームヤコビアン行列 ３５４ スレーブアーム関節角度 ３５５ スレーブアームヤコビアン行列 ３５６ マスタアーム手首速度 ３５７ マスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦 ３５８ マスタアーム制御パラメータＩ
手段 １０２ 敷居値関数演算手段 １０３ スレーブ印加力／マスタブレーキ力変換手段 １０４ マスタ関節ブレーキ力算出手段 １５１ マスタアーム手首速度目標値算出手段 １５２ マスタアーム関節角速度算出手段 １５３ マスタアーム関節角算出手段 １５４ マスタアームヤコビアン行列算出手段 １５５ スレーブアーム関節角度算出手段 １５６ スレーブアームヤコビアン行列算出手段 １５７ マスタアーム手首速度算出手段 １５８ スレーブアーム関節角速度変換演算手段 １６０ マスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦算出
手段 １６１ マスタアーム制御パラメータ算出手段Ｉ １６２ マスタアーム制御パラメータ算出手段ＩＩ ２０１ マスタ印加力計測値 ２０２ スレーブ印加力計測値 ２０３ マスタ関節ブレーキ力指令値 ２０４ マスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦 ２０５ マスタブレーキ力変換値 ２０６ 敷居値 ２５１ マスタアーム印加力 ２５２ マスタアーム制御パラメータ ２５３ マスタアーム関節角速度 ２５４ マスタアーム関節角速度目標値 ２５５ スレーブアーム関節角速度 ２５６ スレーブアーム関節角速度目標値 ２５７ スレーブアーム印加力 ３５１ マスタアーム手首速度目標値 ３５２ マスタアーム関節角度 ３５３ マスタアームヤコビアン行列 ３５４ スレーブアーム関節角度 ３５５ スレーブアームヤコビアン行列 ３５６ マスタアーム手首速度 ３５７ マスタ印加力・スレーブ印加力方向余弦 ３５８ マスタアーム制御パラメータＩ
【数２】
Claims (2)
- 【請求項１】 各関節にブレーキ又はクラッチを備えた
マスタアームを操作して、前記マスタアームに追従させ
てスレーブアームを駆動し、前記スレーブアームと作業
対象物体との接触の際に発生する接触力に応じて前記ブ
レーキ又は前記クラッチの拘束力を変化させるバイラテ
ラルマスタスレーブ装置において、 前記スレーブアームの接触力を基に算出される前記マス
タアームの拘束力の方向と前記マスタアームの操作力の
方向が一定の角度以下又は一定の角度以上となるときだ
けに前記マスタアームの拘束力を発生させる制御装置を
備えることを特徴とするバイラテラルマスタスレーブ装
置。 - 【請求項２】 モータにより駆動されるマスタアームを
操作し、該マスタアームに追従させてスレーブアームを
駆動する遠隔操作装置において、 前記マスタアームと、前記スレーブアームと、前記マス
タアームの変位を計測するマスタアーム変位計測装置
と、前記マスタアームへ加えられている印加力を計測す
るマスタアーム印加力計測装置と、前記スレーブアーム
の変位を計測するスレーブアーム変位計測装置と、前記
スレーブへ加えられている印加力を計測するスレーブア
ーム印加力計測装置と、前記マスタアーム変位計測装置
の出力及び前記スレーブアーム変位計測装置の出力を基
に前記スレーブアームの動作指令値を算出するスレーブ
アーム動作指令値算出手段と、前記スレーブアーム印加
力計測装置の出力を基に計算される前記マスタアームの
拘束力方向と前記マスタアーム印加力計測装置の出力よ
り計算される前記マスタアームの操作力の方向が一定の
角度以下となるか又は一定の角度以上となるときにマス
タアームコンプライアンス制御装置の制御パラメータを
調整して前記マスタアーム拘束力を等価的に実現するマ
スタアーム制御パラメータ算出装置と、前記マスタアー
ム印加力計測装置の出力を基に前記マスタアームの動作
指令値を算出するマスタアームコンプライアンス制御演
算手段と、マスタアーム変位計測装置の出力及びマスタ
アームコンプラインアンス制御演算手段の出力を基にマ
スタアームの動作を制御するマスタアーム動作制御装置
と、スレーブアーム変位計測装置の出力及びスレーブア
ーム動作目標値算出手段の出力を基にスレーブアームの
動作を制御するスレーブアーム動作制御装置、とから構
成されることを特徴とするバイラテラルマスタスレーブ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34554492A JPH06170753A (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | バイラテラルマスタスレーブ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34554492A JPH06170753A (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | バイラテラルマスタスレーブ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06170753A true JPH06170753A (ja) | 1994-06-21 |
Family
ID=18377312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34554492A Withdrawn JPH06170753A (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | バイラテラルマスタスレーブ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06170753A (ja) |
-
1992
- 1992-11-30 JP JP34554492A patent/JPH06170753A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000201 |