JPH06238585A - 操作型ロボットの指令発生装置 - Google Patents
操作型ロボットの指令発生装置Info
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- JPH06238585A JPH06238585A JP4566893A JP4566893A JPH06238585A JP H06238585 A JPH06238585 A JP H06238585A JP 4566893 A JP4566893 A JP 4566893A JP 4566893 A JP4566893 A JP 4566893A JP H06238585 A JPH06238585 A JP H06238585A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】位置と姿勢をオペレータの直感に従って指令を
発生することができるとともに、互いの自由度間で極力
干渉が発生しない小型軽量な装置を提供する。 【構成】多自由度リンク機構の中の把持部１０は、回転
中心の延長線がその中の一点で交差する。多自由度リン
ク機構の各回転変位量は変位量計測手段14〜16で計測さ
れる。力覚センサ17は、多自由度リンク機構の支持部４
を介して把持部に作用するオペレータの並進力を検出す
る。動作させるロボットの姿勢指令は変位量計測手段か
ら、位置指令は力覚センサ手段から求める。
発生することができるとともに、互いの自由度間で極力
干渉が発生しない小型軽量な装置を提供する。 【構成】多自由度リンク機構の中の把持部１０は、回転
中心の延長線がその中の一点で交差する。多自由度リン
ク機構の各回転変位量は変位量計測手段14〜16で計測さ
れる。力覚センサ17は、多自由度リンク機構の支持部４
を介して把持部に作用するオペレータの並進力を検出す
る。動作させるロボットの姿勢指令は変位量計測手段か
ら、位置指令は力覚センサ手段から求める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、小型軽量でオペレータ
の直感で的確な操作を可能とした操作型ロボットの指令
発生装置に関する。
の直感で的確な操作を可能とした操作型ロボットの指令
発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下では制御されるロボットをスレーブ
とよび、オペレータが操縦に用いる指令発生装置をマス
タと呼ぶ。従来のマスタの一例を図２に示し、その操作
方法を以下に説明する。この装置は一般的にはジョイス
ティックと呼ばれる操作装置で、把持部２０を図のｘあ
るいはｙ方向の合成方向に傾けて変位量を取り出す。変
位量はその本体部分２１に内蔵された可変抵抗器により
電気的な電圧変化として取り出される。さらに図の把持
部の中心線を回転中心とする回転部分２２を設けること
によって、ｚ軸方向の変位量を計測し、合計で３自由度
の電圧変化を取り出すことができる。スレーブはその変
位量に応じてその手先がｘ、ｙ、ｚ方向の位置指令また
は速度指令を発生するように制御される。
とよび、オペレータが操縦に用いる指令発生装置をマス
タと呼ぶ。従来のマスタの一例を図２に示し、その操作
方法を以下に説明する。この装置は一般的にはジョイス
ティックと呼ばれる操作装置で、把持部２０を図のｘあ
るいはｙ方向の合成方向に傾けて変位量を取り出す。変
位量はその本体部分２１に内蔵された可変抵抗器により
電気的な電圧変化として取り出される。さらに図の把持
部の中心線を回転中心とする回転部分２２を設けること
によって、ｚ軸方向の変位量を計測し、合計で３自由度
の電圧変化を取り出すことができる。スレーブはその変
位量に応じてその手先がｘ、ｙ、ｚ方向の位置指令また
は速度指令を発生するように制御される。
【０００３】別の従来例について図３を参照しながら説
明を行う。図３はモータを有しないパッシブなリンクに
より構成されたマスタである。図で３０１はオペレータ
の把持部、３０２はリンク部材、３１５は重力バランス
を取るためのカウンターバランス、３０３〜３０８は回
転可能な関節部、３０９〜３１４は関節の変位を測定す
る回転角検出器である。オペレータは把持部を握り動か
すことにより任意の位置、姿勢をとることができる。こ
の機構では６個の自由度を有しているため位置３自由
度、姿勢３自由度、合計６自由度の状態を求めることが
可能である。座標系の取り方は一般的には第１関節のベ
ースを中心とした直交座標系を基準座標系とする。従っ
て、基準座標系をベースとした把持部の位置および姿勢
は関節の変位とリンク長さを合成することにより求める
ことができる。この演算により導出された位置・姿勢を
スレーブ制御の位置姿勢指令とし、スレーブの機構に応
じた逆変換を施すことによりスレーブ関節部の位置指令
を生成しスレーブの操縦を行う。
明を行う。図３はモータを有しないパッシブなリンクに
より構成されたマスタである。図で３０１はオペレータ
の把持部、３０２はリンク部材、３１５は重力バランス
を取るためのカウンターバランス、３０３〜３０８は回
転可能な関節部、３０９〜３１４は関節の変位を測定す
る回転角検出器である。オペレータは把持部を握り動か
すことにより任意の位置、姿勢をとることができる。こ
の機構では６個の自由度を有しているため位置３自由
度、姿勢３自由度、合計６自由度の状態を求めることが
可能である。座標系の取り方は一般的には第１関節のベ
ースを中心とした直交座標系を基準座標系とする。従っ
て、基準座標系をベースとした把持部の位置および姿勢
は関節の変位とリンク長さを合成することにより求める
ことができる。この演算により導出された位置・姿勢を
スレーブ制御の位置姿勢指令とし、スレーブの機構に応
じた逆変換を施すことによりスレーブ関節部の位置指令
を生成しスレーブの操縦を行う。
【０００４】図４ではさらに違った機構構成の従来のマ
スタを示す。この従来例は力覚操作型のマスタを示して
いる。４０はオペレータの把持部、４１は歪検出部、４
２は本体を示している。オペレータにより４０に加えら
れた力は４１の歪となって検出され、４２の本体で増幅
信号処理された後、デジタル信号等に変換されスレーブ
のコントローラに送出される。歪検出が把持球体の中心
を原点とした３方向とその軸回りのモーメントに変換さ
れ、位置３自由度、姿勢３自由度で合計６自由度の指令
値を生成することができる。さらに、特開昭５９−２２
７３８６号公報、特開昭６４−５８４８５号公報には、
オペレータが把持する把持部を支持する回転中心の延長
が把持部内の１点で交わる多自由度機構となっているも
のが提案されている。
スタを示す。この従来例は力覚操作型のマスタを示して
いる。４０はオペレータの把持部、４１は歪検出部、４
２は本体を示している。オペレータにより４０に加えら
れた力は４１の歪となって検出され、４２の本体で増幅
信号処理された後、デジタル信号等に変換されスレーブ
のコントローラに送出される。歪検出が把持球体の中心
を原点とした３方向とその軸回りのモーメントに変換さ
れ、位置３自由度、姿勢３自由度で合計６自由度の指令
値を生成することができる。さらに、特開昭５９−２２
７３８６号公報、特開昭６４−５８４８５号公報には、
オペレータが把持する把持部を支持する回転中心の延長
が把持部内の１点で交わる多自由度機構となっているも
のが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来例で
は以下のような問題点がある。図２の従来例では、指令
できる軸数が一般的には３軸までであり、通常の６自由
度を有するスレーブアームの指令に用いる場合には自由
度数が不足する。また、Ｘ軸Ｙ軸はスレーブの一般的な
座標の取り方と一致するため、オペレータの直感により
操作することが容易であるが、Ｚ軸やさらにそれ以上の
軸数を指令する場合などは、スレーブの動作方向とマス
タの動作方向が異なるため直感に従った操作は難しい。
図３の従来例では、６自由度の指令は容易で人間の直感
とも一致するためオペレータの操作も容易であるが、Ｘ
ＹＺ並進方向の自由度はある程度の変位量を確保する必
要があること、また、重力バランス機構などリンク機構
自体がかなりの大きさとなるため、装置全体を小型軽量
に構成することが困難な点が問題である。図４の従来例
では、図２の場合と同様に装置自体がコンパクトに納ま
り、しかも６自由度の指令も可能であるが、位置、姿勢
合計６自由度のそれぞれの方向の干渉がないように指示
をすることは難しい。たとえば、Ｘ軸回りのモーメント
だけを変更しようとしたとき、同時にＹ軸並進方向の力
が検出されるなど指定方向だけの指令を与えることは困
難である。さらに、特開昭５９−２２７３８６号公報、
特開昭６４−５８４８５号公報では、並進方向の指令を
出すことができないという問題がある。そこで本発明で
は、位置と姿勢をオペレータの直感に従って指令を発生
することができるとともに、互いの自由度間で極力干渉
が発生しない構成で、しかも小型軽量なマスタ装置を提
供することを目的とする。
は以下のような問題点がある。図２の従来例では、指令
できる軸数が一般的には３軸までであり、通常の６自由
度を有するスレーブアームの指令に用いる場合には自由
度数が不足する。また、Ｘ軸Ｙ軸はスレーブの一般的な
座標の取り方と一致するため、オペレータの直感により
操作することが容易であるが、Ｚ軸やさらにそれ以上の
軸数を指令する場合などは、スレーブの動作方向とマス
タの動作方向が異なるため直感に従った操作は難しい。
図３の従来例では、６自由度の指令は容易で人間の直感
とも一致するためオペレータの操作も容易であるが、Ｘ
ＹＺ並進方向の自由度はある程度の変位量を確保する必
要があること、また、重力バランス機構などリンク機構
自体がかなりの大きさとなるため、装置全体を小型軽量
に構成することが困難な点が問題である。図４の従来例
では、図２の場合と同様に装置自体がコンパクトに納ま
り、しかも６自由度の指令も可能であるが、位置、姿勢
合計６自由度のそれぞれの方向の干渉がないように指示
をすることは難しい。たとえば、Ｘ軸回りのモーメント
だけを変更しようとしたとき、同時にＹ軸並進方向の力
が検出されるなど指定方向だけの指令を与えることは困
難である。さらに、特開昭５９−２２７３８６号公報、
特開昭６４−５８４８５号公報では、並進方向の指令を
出すことができないという問題がある。そこで本発明で
は、位置と姿勢をオペレータの直感に従って指令を発生
することができるとともに、互いの自由度間で極力干渉
が発生しない構成で、しかも小型軽量なマスタ装置を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明のマスタ装置は、オペレータの操縦にしたがっ
て動作する操作型ロボットの指令発生装置において、オ
ペレータが把持する把持部を回転中心の延長線が前記把
持部内の一点で交差するように設けた多自由度リンク機
構と、前記多自由度リンク機構の各回転変位量を計測す
る変位量計測手段と、前記多自由度リンク機構を支持す
る支持部と、前記支持部を介して把持部に作用するオペ
レータの並進力を検出する力覚センサ手段と、動作させ
るロボットの姿勢指令を前記多自由度リンク機構の変位
量計測手段から、位置指令を前記力覚センサ手段から求
める演算手段とを備えることを特徴とするものである。
め本発明のマスタ装置は、オペレータの操縦にしたがっ
て動作する操作型ロボットの指令発生装置において、オ
ペレータが把持する把持部を回転中心の延長線が前記把
持部内の一点で交差するように設けた多自由度リンク機
構と、前記多自由度リンク機構の各回転変位量を計測す
る変位量計測手段と、前記多自由度リンク機構を支持す
る支持部と、前記支持部を介して把持部に作用するオペ
レータの並進力を検出する力覚センサ手段と、動作させ
るロボットの姿勢指令を前記多自由度リンク機構の変位
量計測手段から、位置指令を前記力覚センサ手段から求
める演算手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
【作用】本発明は上記のように構成されるため、ロボッ
トの姿勢に関しては多自由度機構の変位量として与えら
れ、並進の自由度に関しては力覚センサの検出値により
与えられる。すなわち、姿勢および位置で互いの自由度
間で干渉する事なく変位量と力を得ることができる。実
際の制御では、姿勢の検出値はロボットの姿勢に対応さ
せ、力の検出値はその大きさをロボットの速度または位
置に対応させることにより、ロボットの遠隔操作を行
う。
トの姿勢に関しては多自由度機構の変位量として与えら
れ、並進の自由度に関しては力覚センサの検出値により
与えられる。すなわち、姿勢および位置で互いの自由度
間で干渉する事なく変位量と力を得ることができる。実
際の制御では、姿勢の検出値はロボットの姿勢に対応さ
せ、力の検出値はその大きさをロボットの速度または位
置に対応させることにより、ロボットの遠隔操作を行
う。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を図１に、その
電気回路図を図５に示して説明する．図で１０はオペレ
ータの把持部、１１、１２、１３はジョイント部であり
それぞれの回転中心を延長すると１点で直交する構成に
なっている。１４、１５、１６はジョイント部の回転角
度を検出する検出器であり、ポテンショメータやエンコ
ーダなどが用いられる。１７は上記３自由度を支持する
支持部４に直結しており、図中のＸＹＺ方向の力を測定
する力覚センサである。力覚センサ１７で検出された
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の力覚信号は、力覚センサアンプ１８を介
して、Ａ／Ｄ変換器１９に入力され、デジタル値に変換
される。ポテンショメータ１４、１５、１６の検出信号
はＡ／Ｄ変換器１９に入力され、デジタル値に変換され
る（エンコーダの場合はＡ／Ｄ変換は不要）。これらの
デジタル値は、演算処理装置１で演算され、動作させる
ロボットの指令を作り出し、サーボアンプ２を介してロ
ボット３を動作させる。
電気回路図を図５に示して説明する．図で１０はオペレ
ータの把持部、１１、１２、１３はジョイント部であり
それぞれの回転中心を延長すると１点で直交する構成に
なっている。１４、１５、１６はジョイント部の回転角
度を検出する検出器であり、ポテンショメータやエンコ
ーダなどが用いられる。１７は上記３自由度を支持する
支持部４に直結しており、図中のＸＹＺ方向の力を測定
する力覚センサである。力覚センサ１７で検出された
Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の力覚信号は、力覚センサアンプ１８を介
して、Ａ／Ｄ変換器１９に入力され、デジタル値に変換
される。ポテンショメータ１４、１５、１６の検出信号
はＡ／Ｄ変換器１９に入力され、デジタル値に変換され
る（エンコーダの場合はＡ／Ｄ変換は不要）。これらの
デジタル値は、演算処理装置１で演算され、動作させる
ロボットの指令を作り出し、サーボアンプ２を介してロ
ボット３を動作させる。
【０００９】ここでオペレータが遠隔操作によりスレー
ブ手先の姿勢および位置を制御しようとする場合の方法
に関して述べる。姿勢３自由度の指令は１０〜１６によ
り構成される３自由度リンク機構により求めることがで
きる。いま、３つのジョイントのある状態を基準姿勢と
し、その姿勢からジョイント１１、１２、１３の角変位
をθ1 、θ2 、θ3 、基準となる座標系を図の様にとる
と手先の姿勢を表す行列は次式により簡単に求めること
ができる。
ブ手先の姿勢および位置を制御しようとする場合の方法
に関して述べる。姿勢３自由度の指令は１０〜１６によ
り構成される３自由度リンク機構により求めることがで
きる。いま、３つのジョイントのある状態を基準姿勢と
し、その姿勢からジョイント１１、１２、１３の角変位
をθ1 、θ2 、θ3 、基準となる座標系を図の様にとる
と手先の姿勢を表す行列は次式により簡単に求めること
ができる。
【００１０】
【数１】
【００１１】マスタの姿勢を変化させる場合、姿勢回転
中心が把持部の中心に位置しているため、ほとんど１７
の力覚センサに力を作用させることなく姿勢のみを変化
させることが可能である。次に、ＸＹＺ方向の位置の指
令に関して述べる。マスタによる位置指令の生成は力覚
センサにより検出された値を使用する。すなわち、力覚
センサのＸＹＺ方向の検出力がＦx 、Ｆy 、Ｆz のとき
速度指令を次式により生成する。 Ｖxref＝Ｋx * Ｆx (2) Ｖyref＝Ｋy * Ｆy (3) Ｖzref＝Ｋz * Ｆz (4) ここで、 Ｖxref、Ｖyref、Ｖzref：ｘｙｚ方向の速度指令 Ｋx 、Ｋy 、Ｋz ：変換定数 Ｆx 、Ｆy 、Ｆz ：ｘｙｚ方向の検出力
中心が把持部の中心に位置しているため、ほとんど１７
の力覚センサに力を作用させることなく姿勢のみを変化
させることが可能である。次に、ＸＹＺ方向の位置の指
令に関して述べる。マスタによる位置指令の生成は力覚
センサにより検出された値を使用する。すなわち、力覚
センサのＸＹＺ方向の検出力がＦx 、Ｆy 、Ｆz のとき
速度指令を次式により生成する。 Ｖxref＝Ｋx * Ｆx (2) Ｖyref＝Ｋy * Ｆy (3) Ｖzref＝Ｋz * Ｆz (4) ここで、 Ｖxref、Ｖyref、Ｖzref：ｘｙｚ方向の速度指令 Ｋx 、Ｋy 、Ｋz ：変換定数 Ｆx 、Ｆy 、Ｆz ：ｘｙｚ方向の検出力
【００１２】スレーブ制御系へは（２）〜（４）式で表
される基準座標系での速度をヤコビ行列式を用いて関節
速度系に変換した値を速度指令値としてサーボコントロ
ーラへ出力する。または、関節制御系が位置制御型のコ
ントローラの場合には次の関係式により位置指令へ変換
を行う。 Ｐxref＝Ｐxref-1＋Ｔs*Ｖxref (5) Ｐyref＝Ｐyref-1＋Ｔs*Ｖyref (6) Ｐzref＝Ｐzref-1＋Ｔs*Ｖzref (7) ここで、 Ｐxref、Ｐyref、Ｐzref：ｘｙｚ方向の位置指令 Ｐxrefー1、Ｐyrefー1、Ｐzrefー1：演算サイクルにおいて
前回の位置指令 Ｔs ：制御サイクルタイム
される基準座標系での速度をヤコビ行列式を用いて関節
速度系に変換した値を速度指令値としてサーボコントロ
ーラへ出力する。または、関節制御系が位置制御型のコ
ントローラの場合には次の関係式により位置指令へ変換
を行う。 Ｐxref＝Ｐxref-1＋Ｔs*Ｖxref (5) Ｐyref＝Ｐyref-1＋Ｔs*Ｖyref (6) Ｐzref＝Ｐzref-1＋Ｔs*Ｖzref (7) ここで、 Ｐxref、Ｐyref、Ｐzref：ｘｙｚ方向の位置指令 Ｐxrefー1、Ｐyrefー1、Ｐzrefー1：演算サイクルにおいて
前回の位置指令 Ｔs ：制御サイクルタイム
【００１３】（５）〜（７）式は直交座標系での位置指
令になっているため、機構的逆変換を用いて関節座標系
に変換し位置制御型のコントローラに指令を与える。位
置の指令を生成する場合にも、姿勢の指令を生成する場
合と同様に、姿勢回転中心が把持部の中心に位置してい
るため、ほとんど姿勢に影響を及ぼすことなく位置のみ
の指令を行うことができる。また、位置指令と姿勢指令
を同時に生成しようとする場合でも位置の方向と姿勢の
方向が干渉することがない機構構成になっているため、
オペレータは違和感なく直感的にスレーブの操作を行う
ことが可能である。
令になっているため、機構的逆変換を用いて関節座標系
に変換し位置制御型のコントローラに指令を与える。位
置の指令を生成する場合にも、姿勢の指令を生成する場
合と同様に、姿勢回転中心が把持部の中心に位置してい
るため、ほとんど姿勢に影響を及ぼすことなく位置のみ
の指令を行うことができる。また、位置指令と姿勢指令
を同時に生成しようとする場合でも位置の方向と姿勢の
方向が干渉することがない機構構成になっているため、
オペレータは違和感なく直感的にスレーブの操作を行う
ことが可能である。
【００１４】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、位置
と姿勢をオペレータの直感に従って指令を発生すること
ができるとともに、互いの自由度間で極力干渉が発生し
ない構成でしかも小型軽量なマスタ装置を提供できると
いう効果がある。
と姿勢をオペレータの直感に従って指令を発生すること
ができるとともに、互いの自由度間で極力干渉が発生し
ない構成でしかも小型軽量なマスタ装置を提供できると
いう効果がある。
【図１】本発明の具体的実施例を示す図
【図２】従来例を示す図
【図３】従来例を示す図
【図４】従来例を示す図
【図５】本発明の電気回路例を示す図
１４、１５、１６ ポテンショメータ １７ 力覚センサ
Claims (1)
- 【請求項１】オペレータの操縦にしたがって動作する操
作型ロボットの指令発生装置において、 オペレータが把持する把持部を回転中心の延長線が前記
把持部内の一点で交差するように設けた多自由度リンク
機構と、 前記多自由度リンク機構の各回転変位量を計測する変位
量計測手段と、 前記多自由度リンク機構を支持する支持部と、 前記支持部を介して把持部に作用するオペレータの並進
力を検出する力覚センサ手段と、 動作させるロボットの姿勢指令を前記多自由度リンク機
構の変位量計測手段から、位置指令を前記力覚センサ手
段から求める演算手段とを備えることを特徴とする操作
型ロボットの指令発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4566893A JPH06238585A (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 操作型ロボットの指令発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4566893A JPH06238585A (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 操作型ロボットの指令発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06238585A true JPH06238585A (ja) | 1994-08-30 |
Family
ID=12725770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4566893A Pending JPH06238585A (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 操作型ロボットの指令発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06238585A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101406461B1 (ko) * | 2012-07-16 | 2014-06-13 | 전북대학교산학협력단 | 무선 조종 컨트롤러 |
-
1993
- 1993-02-10 JP JP4566893A patent/JPH06238585A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101406461B1 (ko) * | 2012-07-16 | 2014-06-13 | 전북대학교산학협력단 | 무선 조종 컨트롤러 |
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