JPH06320445A - マニピュレータの制御方法 - Google Patents
マニピュレータの制御方法Info
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- JPH06320445A JPH06320445A JP10867093A JP10867093A JPH06320445A JP H06320445 A JPH06320445 A JP H06320445A JP 10867093 A JP10867093 A JP 10867093A JP 10867093 A JP10867093 A JP 10867093A JP H06320445 A JPH06320445 A JP H06320445A
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- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 51
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000012636 effector Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
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- Manipulator (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 バイラテラルフィードバックの制御の考え方
が適用困難であった速度指令型アクチュエータを具備し
たマスタスレイブシステムに対して、バイラテラルフィ
ードバックシステムを適用可能とするものである。 【構成】 速度指令型アクチュエータを具備したマスタ
スレイブマニピュレータにバイラテラルフィードバック
を適用した制御において、スレイブマニピュレータには
ダンピング制御に基づいて、マスタマニピュレータには
スティフネス制御に基づいて制御を行い、マスタマニピ
ュレータの変位に比例した速度をスレイブマニピュレー
タの入力とした。また、速度制御則に用いるアドミタン
ス行列を、近接センサ等の情報を用いて可変にした。ま
た、速度制御則に用いるアドミタンス行列を、速度目標
値にも係数行列を持たせ、近接センサ等の情報を用い
て、各々の行列の重みを変化させることにより操作性を
向上させた。
が適用困難であった速度指令型アクチュエータを具備し
たマスタスレイブシステムに対して、バイラテラルフィ
ードバックシステムを適用可能とするものである。 【構成】 速度指令型アクチュエータを具備したマスタ
スレイブマニピュレータにバイラテラルフィードバック
を適用した制御において、スレイブマニピュレータには
ダンピング制御に基づいて、マスタマニピュレータには
スティフネス制御に基づいて制御を行い、マスタマニピ
ュレータの変位に比例した速度をスレイブマニピュレー
タの入力とした。また、速度制御則に用いるアドミタン
ス行列を、近接センサ等の情報を用いて可変にした。ま
た、速度制御則に用いるアドミタンス行列を、速度目標
値にも係数行列を持たせ、近接センサ等の情報を用い
て、各々の行列の重みを変化させることにより操作性を
向上させた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はバイラテラル・マスタス
レイブ・マニピュレータの制御装置に関するものであ
る。
レイブ・マニピュレータの制御装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、バイラテラル・マスタスレイ
ブ・マニピュレータに関する技術は公知とされている。
例えば、特開昭６０−２０７７８２号公報、特開昭６１
−１４６４８２号公報、特開昭６０−２０７７８３号公
報、特開昭６０−２０５７１６号公報の如くである。
ブ・マニピュレータに関する技術は公知とされている。
例えば、特開昭６０−２０７７８２号公報、特開昭６１
−１４６４８２号公報、特開昭６０−２０７７８３号公
報、特開昭６０−２０５７１６号公報の如くである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、次の如くである。即ち、従来のマスタスレ
イブマニピュレータにおけるバイラテラルフィードバッ
クは、帰還力をインピーダンス制御に基づく力制御可能
なシステムについてのみ適用されていたが、例えば、油
圧駆動方式のマニピュレータでは、一般にアクチュエー
タが速度指令型になる為に、上記のような制御則の適用
が困難となっていた。本発明はこのように、バイラテラ
ルフィードバックの制御の考え方が適用困難であった速
度指令型アクチュエータを具備したマスタスレイブシス
テムに対して、バイラテラルフィードバックシステムを
適用可能とするものである。
する課題は、次の如くである。即ち、従来のマスタスレ
イブマニピュレータにおけるバイラテラルフィードバッ
クは、帰還力をインピーダンス制御に基づく力制御可能
なシステムについてのみ適用されていたが、例えば、油
圧駆動方式のマニピュレータでは、一般にアクチュエー
タが速度指令型になる為に、上記のような制御則の適用
が困難となっていた。本発明はこのように、バイラテラ
ルフィードバックの制御の考え方が適用困難であった速
度指令型アクチュエータを具備したマスタスレイブシス
テムに対して、バイラテラルフィードバックシステムを
適用可能とするものである。
【０００４】また、油圧駆動方式のマニピュレータの如
く、速度指令型アクチュエータを具備したマスタスレイ
ブシステムに対して、バイラテラルフィードバックシス
テムを適用可能とした制御において、スレイブマニピュ
レータが物体に接触した場合に、アドミタンス行列を固
定にしておくと、例えば油圧アクチュエータを用いたよ
うな無駄な時間のあるシステムでは、急激な力変化によ
り操作性の低下をきたすのである。このような不具合い
を解消する為に、マニピュレータが対象物体に接近する
状態を近接センサ等で把握し、アドミタンス行列を可変
とするシステムとすることにより、バイラテラル・マス
タスレイブ・マニピュレータの操作性を向上したもので
ある。
く、速度指令型アクチュエータを具備したマスタスレイ
ブシステムに対して、バイラテラルフィードバックシス
テムを適用可能とした制御において、スレイブマニピュ
レータが物体に接触した場合に、アドミタンス行列を固
定にしておくと、例えば油圧アクチュエータを用いたよ
うな無駄な時間のあるシステムでは、急激な力変化によ
り操作性の低下をきたすのである。このような不具合い
を解消する為に、マニピュレータが対象物体に接近する
状態を近接センサ等で把握し、アドミタンス行列を可変
とするシステムとすることにより、バイラテラル・マス
タスレイブ・マニピュレータの操作性を向上したもので
ある。
【０００５】また、上記の如く、マニピュレータが対象
物体に接近する状態を近接センサ等で把握し、アドミタ
ンス行列を可変としたシステムの場合には、接触してか
らの接触力に対する反力は滑らかに出来るが、マニピュ
レータが対象物に接触するまでは、マスタマニピュレー
タの操作速度と同一となり、操作速度が大きい場合に
は、スレイブマニピュレータを対象物に衝突させてしま
うという危険性が存在するのである。本発明において
は、マニピュレータが対象物体に接近する状態を近接セ
ンサ等で把握し、アドミタンス行列を可変にすると共
に、速度目標値を小さくなるようにし、マニピュレータ
が対象物に滑らかに接近し、接触でき、操作性が向上出
来るようなシステムとしたものである。
物体に接近する状態を近接センサ等で把握し、アドミタ
ンス行列を可変としたシステムの場合には、接触してか
らの接触力に対する反力は滑らかに出来るが、マニピュ
レータが対象物に接触するまでは、マスタマニピュレー
タの操作速度と同一となり、操作速度が大きい場合に
は、スレイブマニピュレータを対象物に衝突させてしま
うという危険性が存在するのである。本発明において
は、マニピュレータが対象物体に接近する状態を近接セ
ンサ等で把握し、アドミタンス行列を可変にすると共
に、速度目標値を小さくなるようにし、マニピュレータ
が対象物に滑らかに接近し、接触でき、操作性が向上出
来るようなシステムとしたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決する為の
手段を説明する。即ち、速度指令型アクチュエータを具
備したマスタスレイブマニピュレータにバイラテラルフ
ィードバックを適用した制御において、スレイブマニピ
ュレータにはダンピング制御〔発生力（外力）が速度に
のみ比例すると考えて制御する方法〕に基づいて、マス
タマニピュレータにはスティフネス制御〔発生力（外
力）が変位にのみ比例すると考えて制御する方法。Ｆ＝
Ｋｘ〕に基づいて制御を行い、マスタマニピュレータの
変位に比例した速度をスレイブマニピュレータの入力と
したものである。
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決する為の
手段を説明する。即ち、速度指令型アクチュエータを具
備したマスタスレイブマニピュレータにバイラテラルフ
ィードバックを適用した制御において、スレイブマニピ
ュレータにはダンピング制御〔発生力（外力）が速度に
のみ比例すると考えて制御する方法〕に基づいて、マス
タマニピュレータにはスティフネス制御〔発生力（外
力）が変位にのみ比例すると考えて制御する方法。Ｆ＝
Ｋｘ〕に基づいて制御を行い、マスタマニピュレータの
変位に比例した速度をスレイブマニピュレータの入力と
したものである。
【０００７】また、速度指令型アクチュエータを具備し
たマスタスレイブマニピュレータにバイラテラルフィー
ドバックを適用した制御において、速度制御則に用いる
アドミタンス行列を、近接センサ等の情報を用いて可変
にしたものである。
たマスタスレイブマニピュレータにバイラテラルフィー
ドバックを適用した制御において、速度制御則に用いる
アドミタンス行列を、近接センサ等の情報を用いて可変
にしたものである。
【０００８】また、速度指令型アクチュエータを具備し
たマスタスレイブマニピュレータにバイラテラルフィー
ドバックを適用した制御において、速度制御則に用いる
アドミタンス行列を、速度目標値にも係数行列を持た
せ、近接センサ等の情報を用いて、各々の行列の重みを
変化させることにより操作性を向上させたものである。
たマスタスレイブマニピュレータにバイラテラルフィー
ドバックを適用した制御において、速度制御則に用いる
アドミタンス行列を、速度目標値にも係数行列を持た
せ、近接センサ等の情報を用いて、各々の行列の重みを
変化させることにより操作性を向上させたものである。
【０００９】
【作用】次に作用を説明する。即ち、油圧駆動方式のマ
ニピュレータの如く、一般にアクチュエータが速度指令
型になる為に、従来の制御則の適用が困難となっていた
制御に対しても、バイラテラルフィードバックシステム
を適用可能となった。また、油圧駆動方式のマニピュレ
ータの如く、速度指令型アクチュエータを具備したマス
タスレイブシステムに対して、バイラテラルフィードバ
ックシステムを適用すると、スレイブマニピュレータが
物体に接触した場合に、アドミタンス行列が固定である
と、無駄時間のあるシステムであるので、急激な力変化
により操作性の低下をきたすのである。このような不具
合いを、マニピュレータが対象物体に接近する状態を近
接センサ等で把握し、アドミタンス行列を可変とするシ
ステムとすることにより解消することが出来た。また、
マニピュレータが対象物体に接近する状態を近接センサ
等で把握し、アドミタンス行列を可変としたシステムの
場合には、接触してからの接触力に対する反力は滑らか
に出来るが、マニピュレータが対象物に接触するまで
は、マスタマニピュレータの操作速度と同一となり、操
作速度が大きい場合には、スレイブマニピュレータを対
象物に衝突させてしまうという危険性が存在するのであ
る。本発明においては、マニピュレータが対象物体に接
近する状態を近接センサ等で把握し、アドミタンス行列
を可変にすると共に、速度目標値を小さくなるように
し、マニピュレータが対象物に滑らかに接近し、接触で
き、操作性が向上出来た。
ニピュレータの如く、一般にアクチュエータが速度指令
型になる為に、従来の制御則の適用が困難となっていた
制御に対しても、バイラテラルフィードバックシステム
を適用可能となった。また、油圧駆動方式のマニピュレ
ータの如く、速度指令型アクチュエータを具備したマス
タスレイブシステムに対して、バイラテラルフィードバ
ックシステムを適用すると、スレイブマニピュレータが
物体に接触した場合に、アドミタンス行列が固定である
と、無駄時間のあるシステムであるので、急激な力変化
により操作性の低下をきたすのである。このような不具
合いを、マニピュレータが対象物体に接近する状態を近
接センサ等で把握し、アドミタンス行列を可変とするシ
ステムとすることにより解消することが出来た。また、
マニピュレータが対象物体に接近する状態を近接センサ
等で把握し、アドミタンス行列を可変としたシステムの
場合には、接触してからの接触力に対する反力は滑らか
に出来るが、マニピュレータが対象物に接触するまで
は、マスタマニピュレータの操作速度と同一となり、操
作速度が大きい場合には、スレイブマニピュレータを対
象物に衝突させてしまうという危険性が存在するのであ
る。本発明においては、マニピュレータが対象物体に接
近する状態を近接センサ等で把握し、アドミタンス行列
を可変にすると共に、速度目標値を小さくなるように
し、マニピュレータが対象物に滑らかに接近し、接触で
き、操作性が向上出来た。
【００１０】
【実施例】次に実施例を説明する。図１はマスタマニピ
ュレータの座標系を示す図面、図２はマスタマニピュレ
ータの制御系を示す図面、図３はスレイブマニピュレー
タの制御系を示す図面、図４は、速度制御則に用いるア
ドミタンス行列を、近接センサ等の情報を用いて可変に
した場合の、センサで検出された距離とアドミタンス行
列要素との関係を示す図面、図５は、速度制御則に用い
るアドミタンス行列を、速度目標値にも係数行列を持た
せ、近接センサ等の情報を用いて、各々の行列の重みを
変化させるシステムにおいて、センサで検出された距離
とアドミタンス行列要素と速度目標値補償行列との関係
を示す図面である。
ュレータの座標系を示す図面、図２はマスタマニピュレ
ータの制御系を示す図面、図３はスレイブマニピュレー
タの制御系を示す図面、図４は、速度制御則に用いるア
ドミタンス行列を、近接センサ等の情報を用いて可変に
した場合の、センサで検出された距離とアドミタンス行
列要素との関係を示す図面、図５は、速度制御則に用い
るアドミタンス行列を、速度目標値にも係数行列を持た
せ、近接センサ等の情報を用いて、各々の行列の重みを
変化させるシステムにおいて、センサで検出された距離
とアドミタンス行列要素と速度目標値補償行列との関係
を示す図面である。
【００１１】マニピュレータの遠隔操縦に関しては、作
業を行うマニピュレータ即ちスレイブマニピュレータ
と、人間が操作するマニピュレータ即ちマスタマニピュ
レータを対にして用いるマスタスレイブ制御方式が用い
られる。複雑な環境下で作業ロボットに効果的な動作指
令を与える為に、スレイブマニピュレータが外界から受
ける反力を、操作者へフィードバックすることが可能な
バイラテラル・マスタスレイブ制御方式が公知とされて
いる。
業を行うマニピュレータ即ちスレイブマニピュレータ
と、人間が操作するマニピュレータ即ちマスタマニピュ
レータを対にして用いるマスタスレイブ制御方式が用い
られる。複雑な環境下で作業ロボットに効果的な動作指
令を与える為に、スレイブマニピュレータが外界から受
ける反力を、操作者へフィードバックすることが可能な
バイラテラル・マスタスレイブ制御方式が公知とされて
いる。
【００１２】このバイラテラル・マスタスレイブ制御方
式の場合には、マスタマニピュレータには、各関節に力
フィードバック用のアクチュエータを備える必要があ
り、肩や肘が異常に盛り上がり、重々しく拘束感が大き
くなり、かえって操作性の低下を招くという欠点があっ
た。
式の場合には、マスタマニピュレータには、各関節に力
フィードバック用のアクチュエータを備える必要があ
り、肩や肘が異常に盛り上がり、重々しく拘束感が大き
くなり、かえって操作性の低下を招くという欠点があっ
た。
【００１３】この操作性の低下を阻止する為に、マスタ
マニピュレータとスレイブマニピュレータとの間を、サ
ーボコントローラで連結するだけではなく、コンピュー
タを介在させることにより、単純なスレイブマニピュレ
ータのマスタマニピュレータに対する追従動作に加え
て、スレイブマニピュレータを自律的に動作させる方法
や、対象物の一定運動に対する補償や、動作の拡大や縮
小を行う方法等が提案されている。本発明はマニピュレ
ータが油圧駆動方式のマニピュレータの場合に、速度指
令型になる為に、上記のような制御則の適用が困難とな
っていた点を改善しバイラテラル・マスタスレイブ制御
方式を適用せんとするものである。
マニピュレータとスレイブマニピュレータとの間を、サ
ーボコントローラで連結するだけではなく、コンピュー
タを介在させることにより、単純なスレイブマニピュレ
ータのマスタマニピュレータに対する追従動作に加え
て、スレイブマニピュレータを自律的に動作させる方法
や、対象物の一定運動に対する補償や、動作の拡大や縮
小を行う方法等が提案されている。本発明はマニピュレ
ータが油圧駆動方式のマニピュレータの場合に、速度指
令型になる為に、上記のような制御則の適用が困難とな
っていた点を改善しバイラテラル・マスタスレイブ制御
方式を適用せんとするものである。
【００１４】図１のマスタマニピュレータの座標系を示
す図面において説明する。マスタマニピュレータはオペ
レーターが操作する側のマニピュレータであるが、該マ
スタ側の制御は、スティフネス（剛性）制御を行うので
ある。即ち、オペレーターが加えた力に応じてマニピュ
レータが変位するのである。そして該変位に応じた速度
指令がスレイブマニピュレータの側に送信される。
す図面において説明する。マスタマニピュレータはオペ
レーターが操作する側のマニピュレータであるが、該マ
スタ側の制御は、スティフネス（剛性）制御を行うので
ある。即ち、オペレーターが加えた力に応じてマニピュ
レータが変位するのである。そして該変位に応じた速度
指令がスレイブマニピュレータの側に送信される。
【００１５】図１において、ＫJ はモータのサーボ特性
を示す記号であり、モータの角度の変化量（Δθ）に対
して、モータの出力トルクを決定する為の捩じり定数で
ある。図１の（θ）はマニピュレータの関節角度であ
る。そして、ＫJ は、
を示す記号であり、モータの角度の変化量（Δθ）に対
して、モータの出力トルクを決定する為の捩じり定数で
ある。図１の（θ）はマニピュレータの関節角度であ
る。そして、ＫJ は、
【数１】 で表される。また、ＫJ は、
【数２】 で表される。また、直交座標系でのエンドエフェクタの
剛性は、
剛性は、
【数３】 で表される。該Ｋは、マスタマニピュレータ先端の変位
量（Δｘ）に対しての、先端での発生力を決定する為の
バネ定数である。また、Ｋは、
量（Δｘ）に対しての、先端での発生力を決定する為の
バネ定数である。また、Ｋは、
【数４】 で表される。図１において、ｘo はマスタマニピュレー
タの基準位置であり、バネで言えば基準原点の位置を示
す。
タの基準位置であり、バネで言えば基準原点の位置を示
す。
【００１６】次に、マニピュレータの各関節角度（θ）
からマニピュレータ先端の位置を求める為の座標変換行
列（Kinematics 運動学行列) をＴ（θ）とし、（Ｊ）
をヤコビ行列とすると、前記の関係より、マスタマニピ
ュレータの位置（ｘ）は、 ｘ＝Ｔ（θ） Δｘ＝Ｊ・Δθ という機構学的関係となる。次に、マスタマニピュレー
タ先端で発生する力Ｆとモータの発生トルクτは、 Ｆm ＝ＫΔｘ τ＝ＫJ Δθ となる。次に、与えられたバネ定数Ｋに対してモータの
サーボ剛性ＫJ を求める。上記の式を変形して、 Ｆm ＝ＫＪΔθ τ＝ＪT Ｆm モータの発生トルクτは、上記２式より、 τ＝ＪT Ｆm ＝ＪT ＫＪΔθ となる。スティフネス（剛性）制御には、上記の式を用
いればよいが、実際には速度フィードバックの項であ
る、
からマニピュレータ先端の位置を求める為の座標変換行
列（Kinematics 運動学行列) をＴ（θ）とし、（Ｊ）
をヤコビ行列とすると、前記の関係より、マスタマニピ
ュレータの位置（ｘ）は、 ｘ＝Ｔ（θ） Δｘ＝Ｊ・Δθ という機構学的関係となる。次に、マスタマニピュレー
タ先端で発生する力Ｆとモータの発生トルクτは、 Ｆm ＝ＫΔｘ τ＝ＫJ Δθ となる。次に、与えられたバネ定数Ｋに対してモータの
サーボ剛性ＫJ を求める。上記の式を変形して、 Ｆm ＝ＫＪΔθ τ＝ＪT Ｆm モータの発生トルクτは、上記２式より、 τ＝ＪT Ｆm ＝ＪT ＫＪΔθ となる。スティフネス（剛性）制御には、上記の式を用
いればよいが、実際には速度フィードバックの項であ
る、
【数５】 の項を入れて、
【数６】 とする。
【数７】 は、モータの逆起電力補償用に用いる式である。
【００１７】以上のマスタマニピュレータの座標系よ
り、マスタマニピュレータの制御系を図示すると、図２
の如くなる。（Ｉnv．Ｋ）は、逆運動学行列であり、マ
ニピュレータ先端の空間座標が与えられた場合に、その
座標を与える為の各関節位置を求める行列であり、Ｔ
（θ）の逆行列にあたる。
り、マスタマニピュレータの制御系を図示すると、図２
の如くなる。（Ｉnv．Ｋ）は、逆運動学行列であり、マ
ニピュレータ先端の空間座標が与えられた場合に、その
座標を与える為の各関節位置を求める行列であり、Ｔ
（θ）の逆行列にあたる。
【００１８】次に図３において、スレイブマニピュレー
タの側の制御を説明する。スレイブマニピュレータの側
は、ダンピング制御を用いて制御している。即ち、スレ
イブマニピュレータの手先には、ダンピング制御を用い
て、コンプライアンス（即ち、変位／力で示され、バネ
定数の逆数で柔らかさを示す値）を持たせるのである。
またマスタマニピュレータの変位に応じた速度をスレイ
ブマニピュレータに入力する。 ｖd ＝αΔｘ （αは比例定数である） 制御則は、 ｖ＝ｖd ＋ＢＦｂ となり、Ｆｂはスレイブマニピュレータ先端にかかる力
であり、（Ｂ）はアドミタンス行列であり、発生力と速
度が比例すると考えて、各方向の力の大きさを決定する
為に設けた変換定数行列で、発生力と変位が比例する場
合に用いるバネ定数に相当する。実際には、エンドエフ
ェクタとアクチュエータとの座標変換が必要となる。こ
れが図３に示されている。即ちマスタマニピュレータの
変位による速度指令値ｖd に対して、アクチュエータを
操作し、外界から力センサーによりフィードバックを得
て、座標変換して再度入力する。
タの側の制御を説明する。スレイブマニピュレータの側
は、ダンピング制御を用いて制御している。即ち、スレ
イブマニピュレータの手先には、ダンピング制御を用い
て、コンプライアンス（即ち、変位／力で示され、バネ
定数の逆数で柔らかさを示す値）を持たせるのである。
またマスタマニピュレータの変位に応じた速度をスレイ
ブマニピュレータに入力する。 ｖd ＝αΔｘ （αは比例定数である） 制御則は、 ｖ＝ｖd ＋ＢＦｂ となり、Ｆｂはスレイブマニピュレータ先端にかかる力
であり、（Ｂ）はアドミタンス行列であり、発生力と速
度が比例すると考えて、各方向の力の大きさを決定する
為に設けた変換定数行列で、発生力と変位が比例する場
合に用いるバネ定数に相当する。実際には、エンドエフ
ェクタとアクチュエータとの座標変換が必要となる。こ
れが図３に示されている。即ちマスタマニピュレータの
変位による速度指令値ｖd に対して、アクチュエータを
操作し、外界から力センサーによりフィードバックを得
て、座標変換して再度入力する。
【００１９】次に、請求項２の発明である、速度制御則
に用いるアドミタンス行列を、近接センサ等の情報を用
いて可変にし、操作性を向上したことを特徴とするマニ
ピュレータの制御方法について、図４において説明す
る。該制御においては、スレイブマニピュレータが対象
物体に近付くのを近接センサにより把握し、該近接セン
サからの信号により、アドミタンス行列Ｂを可変とする
のである。例えば、図４のの場合には、近接センサの
検出開始距離をｄo とすると、該ｄo の位置から近付く
に連れて、アドミタンス行列Ｂを、
に用いるアドミタンス行列を、近接センサ等の情報を用
いて可変にし、操作性を向上したことを特徴とするマニ
ピュレータの制御方法について、図４において説明す
る。該制御においては、スレイブマニピュレータが対象
物体に近付くのを近接センサにより把握し、該近接セン
サからの信号により、アドミタンス行列Ｂを可変とする
のである。例えば、図４のの場合には、近接センサの
検出開始距離をｄo とすると、該ｄo の位置から近付く
に連れて、アドミタンス行列Ｂを、
【数８】 と変化させるのである。Ｂo は、スレイブマニピュレー
タが基準原点の位置のアドミタンス行列Ｂの値である。
また、図４のの如く変更した場合には、
タが基準原点の位置のアドミタンス行列Ｂの値である。
また、図４のの如く変更した場合には、
【数９】 となる。またの如く変更した場合には、
【数１０】 となる。
【００２０】次に請求項３の、速度制御則に用いるアド
ミタンス行列を、速度目標値にも係数行列を持たせ、近
接センサ等の情報を用いて、各々の行列の重みを変化さ
せることにより操作性を向上させたマニピュレータの制
御方法を、図４において説明する。この場合の制御則
は、 Ｖ＝ＳｖＶｄ＋ＢＦｂ となる。これにより、マニピュレータが対象物体に接近
する状態を、近接センサ等で把握し、アドミタンス行列
Ｂを可変にすると共に、速度目標値も小さくなるように
し、マニピュレータが対象物に滑らかに接近し、接触で
きるように構成したものである。
ミタンス行列を、速度目標値にも係数行列を持たせ、近
接センサ等の情報を用いて、各々の行列の重みを変化さ
せることにより操作性を向上させたマニピュレータの制
御方法を、図４において説明する。この場合の制御則
は、 Ｖ＝ＳｖＶｄ＋ＢＦｂ となる。これにより、マニピュレータが対象物体に接近
する状態を、近接センサ等で把握し、アドミタンス行列
Ｂを可変にすると共に、速度目標値も小さくなるように
し、マニピュレータが対象物に滑らかに接近し、接触で
きるように構成したものである。
【００２１】
【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。即ち、請求項１の如く構
成したので、油圧駆動方式のマニピュレータの如く、一
般にアクチュエータが速度指令型になる為に、従来の制
御則の適用が困難となっていた制御に対しても、バイラ
テラルフィードバックシステムを適用可能となったので
ある。
ような効果を奏するのである。即ち、請求項１の如く構
成したので、油圧駆動方式のマニピュレータの如く、一
般にアクチュエータが速度指令型になる為に、従来の制
御則の適用が困難となっていた制御に対しても、バイラ
テラルフィードバックシステムを適用可能となったので
ある。
【００２２】請求項２の如く構成したので、油圧駆動方
式のマニピュレータの如く、速度指令型アクチュエータ
を具備したマスタスレイブシステムに対して、バイラテ
ラルフィードバックシステムを適用可能とした制御にお
いて、スレイブマニピュレータが物体に接触した場合
に、アドミタンス行列を固定にしておくと、例えば油圧
アクチュエータを用いたような無駄時間のあるシステム
では、急激な力変化により操作性の低下をきたすのであ
る。このような不具合いを、マニピュレータが対象物体
に接近する状態を近接センサ等で把握し、アドミタンス
行列を可変とするシステムとすることにより解消するこ
とができ、バイラテラル・マスタスレイブ・マニピュレ
ータの操作性を向上することが出来た。
式のマニピュレータの如く、速度指令型アクチュエータ
を具備したマスタスレイブシステムに対して、バイラテ
ラルフィードバックシステムを適用可能とした制御にお
いて、スレイブマニピュレータが物体に接触した場合
に、アドミタンス行列を固定にしておくと、例えば油圧
アクチュエータを用いたような無駄時間のあるシステム
では、急激な力変化により操作性の低下をきたすのであ
る。このような不具合いを、マニピュレータが対象物体
に接近する状態を近接センサ等で把握し、アドミタンス
行列を可変とするシステムとすることにより解消するこ
とができ、バイラテラル・マスタスレイブ・マニピュレ
ータの操作性を向上することが出来た。
【００２３】請求項３の如く構成したので、マニピュレ
ータが対象物体に接近する状態を近接センサ等で把握
し、アドミタンス行列を可変としたシステムの場合に
は、接触してからの接触力に対する反力は滑らかに出来
るが、マニピュレータが対象物に接触するまでは、マス
タアームの操作速度と同一となり、操作速度が大きい場
合には、スレイブマニピュレータを対象物に衝突させて
しまうという危険性が存在するのである。本発明におい
ては、マニピュレータが対象物体に接近する状態を近接
センサ等で把握し、アドミタンス行列を可変にすると共
に、速度目標値を小さくなるようにし、マニピュレータ
が対象物に滑らかに接近し、接触でき、操作性が向上出
来るようなシステムにすることが出来たのである。
ータが対象物体に接近する状態を近接センサ等で把握
し、アドミタンス行列を可変としたシステムの場合に
は、接触してからの接触力に対する反力は滑らかに出来
るが、マニピュレータが対象物に接触するまでは、マス
タアームの操作速度と同一となり、操作速度が大きい場
合には、スレイブマニピュレータを対象物に衝突させて
しまうという危険性が存在するのである。本発明におい
ては、マニピュレータが対象物体に接近する状態を近接
センサ等で把握し、アドミタンス行列を可変にすると共
に、速度目標値を小さくなるようにし、マニピュレータ
が対象物に滑らかに接近し、接触でき、操作性が向上出
来るようなシステムにすることが出来たのである。
【図１】マスタマニピュレータの座標系を示す図面。
【図２】マスタマニピュレータの制御系を示す図面。
【図３】スレイブマニピュレータの制御系を示す図面。
【図４】速度制御則に用いるアドミタンス行列を、近接
センサ等の情報を用いて可変にした場合の、センサで検
出された距離とアドミタンス行列要素との関係を示す図
面。
センサ等の情報を用いて可変にした場合の、センサで検
出された距離とアドミタンス行列要素との関係を示す図
面。
【図５】速度制御則に用いるアドミタンス行列を、速度
目標値にも係数行列を持たせ、近接センサ等の情報を用
いて、各々の行列の重みを変化させるシステムにおい
て、センサで検出された距離とアドミタンス行列要素と
速度目標値補償行列との関係を示す図面。
目標値にも係数行列を持たせ、近接センサ等の情報を用
いて、各々の行列の重みを変化させるシステムにおい
て、センサで検出された距離とアドミタンス行列要素と
速度目標値補償行列との関係を示す図面。
Ｂ アドミタンス行列 ＫJ モータのサーボ剛性 Ｋ バネ定数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小菅 一弘 名古屋市緑区鳴海町黒石２丁目10番地合同 宿舎滝ノ水住宅５−103 (72)発明者 福田 敏男 名古屋市東区矢田町２丁目66番地名大矢田 町宿舎122号 (72)発明者 坂本 佳三 大阪府大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマ ーディーゼル株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 速度指令型アクチュエータを具備したマ
スタスレイブマニピュレータにバイラテラルフィードバ
ックを適用した制御において、スレイブマニピュレータ
にはダンピング制御に基づいて、マスタマニピュレータ
にはスティフネス制御に基づいて制御を行い、マスタマ
ニピュレータの変位に比例した速度をスレイブマニピュ
レータの入力としたことを特徴とするマニピュレータの
制御方法。 - 【請求項２】 速度指令型アクチュエータを具備したマ
スタスレイブマニピュレータにバイラテラルフィードバ
ックを適用した制御において、速度制御則に用いるアド
ミタンス行列を、近接センサ等の情報を用いて可変に
し、操作性を向上したことを特徴とするマニピュレータ
の制御方法。 - 【請求項３】 速度指令型アクチュエータを具備したマ
スタスレイブマニピュレータにバイラテラルフィードバ
ックを適用した制御において、速度制御則に用いるアド
ミタンス行列を、速度目標値にも係数行列を持たせ、近
接センサ等の情報を用いて、各々の行列の重みを変化さ
せることにより操作性を向上させたことを特徴とするマ
ニピュレータの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10867093A JP3253170B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | マニピュレータの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10867093A JP3253170B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | マニピュレータの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06320445A true JPH06320445A (ja) | 1994-11-22 |
| JP3253170B2 JP3253170B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=14490709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10867093A Expired - Fee Related JP3253170B2 (ja) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | マニピュレータの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3253170B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006000977A (ja) * | 2004-06-17 | 2006-01-05 | National Univ Corp Shizuoka Univ | ロボット環境間力作用状態呈示装置 |
| CN113631329A (zh) * | 2019-04-01 | 2021-11-09 | 富兰卡爱米卡股份有限公司 | 针对机器人操纵器的安全速度的预设 |
-
1993
- 1993-05-11 JP JP10867093A patent/JP3253170B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006000977A (ja) * | 2004-06-17 | 2006-01-05 | National Univ Corp Shizuoka Univ | ロボット環境間力作用状態呈示装置 |
| CN113631329A (zh) * | 2019-04-01 | 2021-11-09 | 富兰卡爱米卡股份有限公司 | 针对机器人操纵器的安全速度的预设 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3253170B2 (ja) | 2002-02-04 |
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