JPH0727099Y2

JPH0727099Y2 - マスタ・スレーブマニプレータの制御装置

Info

Publication number: JPH0727099Y2
Application number: JP13860088U
Authority: JP
Inventors: 公良田村
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1995-06-21
Anticipated expiration: 2003-10-26
Also published as: JPH0261587U

Description

【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野本考案はマスタ・スレーブマニプレータの制御装置に関
し、マスタアームの操作を中断した場合に適用して有用
なものである。

B.考案の概要本考案は、マスタ及びスレーブアームの位置を夫々検出
する位置センサの位置情報を比較し、このときの偏差が
小さくなるようにスレーブアームを動かすマスタ・スレ
ーブマニプレータの制御装置において、オペレータがマ
スタアームを離した時点でのマスタ及びスレーブアーム
の位置をホールドし、この位置情報を設定値としてマス
タ及びスレーブアームの実時間での位置情報と比較し、
両者の偏差が零となるようにマスタ及びスレーブアーム
の位置を制御してオペレータによる作業の中断等の後の
再操作を円滑に行なうことができるようにしたものであ
る。

C.従来の技術第４図は従来技術に係る対称型のバイラテラル式マスタ
・スレーブマニプレータの制御装置を示すブロック線図
である。同図に示すように、マスタアーム１の変位はマ
スタモータ２を介して位置センサ３に伝達される。一
方、スレーブアーム６は、スレーブモータ７により駆動
されるのであるが、スレーブアーム６の位置はスレーブ
モータ７を介して位置センサ８により検出されるので、
この位置センサ８で検出した位置情報と前記位置センサ
３で検出した位置情報とを比較器11で比較し、その偏差
Δθに応じ、この偏差Δθが小さくなるようにドライバ
９を介してスレーブモータ７を駆動してスレーブアーム
６をマスタアーム１に追従させている。同時に、偏差Δ
θはドライバ９にフィードバックされ、このドライバ９
によりマスタモータ２をマスタアーム１の移動方向と逆
方向に駆動しようとする。かくて、マスタアーム１のオ
ペレータには偏差Δθに応じた量が反力として意識され
るようになっている。ブレーキ5,10は、その作動により
マスタモータ２及びスレーブモータ７を制動してマスタ
アーム１及びスレーブアーム６の位置を作動時の状態に
保持するものである。制御回路12は、スイッチ13がON状
態のとき、即ちオペレータがマスタアーム１を握ってい
るときドライバ4,9をON状態として作動させるとともに
ブレーキ5,10をOFF状態として解放状態とする一方、ス
イッチ13がOFF状態のとき、即ちオペレータがマスタア
ーム１を離しているときドライバ4,9をOFF状態として非
作動状態とするとともにブレーキ5,10をON状態として作
動させるようになっている。

D.考案が解決しようとする課題上述の如き従来技術に係る制御装置では、オペレータが
操作を一旦中止してマスタアーム１から離れる場合、若
しくは離れることはないがマスタアーム１から手を離し
た場合にはスイッチ13をOFF状態としてブレーキ５を作
動させることによりマスタアーム１及びスレーブアーム
６の位置をスイッチ13がOFFとなった時点の状態に保持
するようになっているので、次の欠点がある。

（１）停止する直前のマスタ及びスレーブモータ2,7
は、負荷及びマスタ及びスレーブアーム1,6の自重分を
ささえるのに必要なトルクを出しているわけであるが、
マスタ及びスレーブモータ2,7の電源を切り、ブレーキ
をかけるといった方式では停止後の再始動の際、前記ト
ルクがマスタ及びスレーブモータ2,7の負荷として突然
かかる。これは制御系からみると、大きな外乱が始動時
にかかることになるため、マスタ及びスレーブアーム1,
6が振動し、安定するまでに時間を要することになる。
かくて、オペレータが頻繁にマスタアーム１から手を離
す場合は特に操作性を低下させることになる。

（２）頻繁なON,OFF、ブレーキ操作は機械的なストレス
を増大させる。

（３）ブレーキ5,10が何らかの故障できかなくなった場
合、マスタ及びスレーブアーム1,6は自重分で動いてし
まい危険である。

本考案は、上記従来技術の欠点に鑑み、操作を一旦中断
した後の再始動の際に良好な操作性が確保されるととも
に安全性も向上させることができるマスタ・スレーブマ
ニプレータの制御装置を提供することを目的とする。

E.課題を解決するための手段上記目的を達成する本考案の構成は、マスタアームの位置を検出する位置センサの出力信号で
ある位置情報とスレーブアームの位置を検出する位置セ
ンサの出力信号である位置情報とを比較し、両者の偏差
が小さくなるようにスレーブアームをマスタアームに追
従させるようになっているマスタ・スレーブマニプレー
タの制御装置において、オペレータがマスタアームを離したことを検出するスイ
ッチ手段と、このスイッチ手段がマスタアームを離した
ことを検出した時点のマスタ及びスレーブ側の前述位置
センサからの位置情報を夫々ホールドするホールド手段
と、このホールド手段にホールドされた値を夫々設定値
として各位置センサからの位置情報と夫々比較し、両者
の偏差が零となるようマスタ及びスレーブアームの位置
を夫々制御する制御手段とを有することを特徴とする。

F.作用上記構成の本考案によれば、作業の中断等によりオペレ
ータがマスタアームを離したときには、この時点でのマ
スタ及びスレーブアームの位置がホールド手段に夫々ホ
ールドされる。その後、制御部はマスタ及びスレーブ側
の位置センサからの位置情報と各ホールド手段にホール
ドされた設定値とを比較し、マスタ及びスレーブアーム
が設定値の位置を保持するよう制御する。

G.実施例以下本考案の実施例を図面に基づき詳細に説明する。な
お、従来技術と同一部分には同一番号を付し重複する説
明は省略する。

第１図は本考案を対称型のバイラテラル式マスタ・スレ
ーブマニプレータに適用した実施例を示すブロック線図
である。

同図に示すようにホールド回路14はスイッチ15が閉成さ
れたときの位置センサ３の出力信号であるマスタアーム
１の位置情報をホールドしてこのホールドした値を比較
器16における後述する比較の際の設定値とするものであ
る。スイッチ15はスイッチ13の開放と同時に一定時間閉
成される。比較器16は前記設定値と位置センサ３の現在
の位置情報とを比較し、前記設定値に対するマスタアー
ム１の実時間での位置の偏差を表わす偏差信号を送出す
る。サーボゲイン回路17は前記偏差信号に所定のサーボ
ゲインを乗じてこのときの応答の速さを調整するパラメ
ータを提供するものである。即ち、偏差の大きさに応じ
たマスタアーム１の移動速度の指令値を出力するように
なっている。比較器19は速度センサ18が検出したマスタ
アーム１の移動速度と前記サーボゲイン回路17の指令値
とを比較し、その偏差をコントローラ20に供給するよう
になっている。コントローラ20は速度センサ18及び比較
器19で形成される速度制御のマイナループを制御する比
例積分若しくは比例積分・微分制御回路であり、前記偏
差に応じた速度でマスタアーム１が移動するようスイッ
チ21及びドライバ４を介してマスタモータ２を駆動する
ようになっている。スイッチ21は接点21a,21bを有する
切替スイッチで比較器11及びコントローラ20とドライバ
４との間に接続されている。このスイッチ21は、スイッ
チ13の閉成時には接点21aを選択し比較器11の出力信号
である偏差を表わす信号をドライバ４に供給するととも
に、スイッチ13の開放時には接点21bを選択しコントロ
ーラ20の出力信号である偏差を表わす信号をドライバ４
に供給するようになっている。

以上はマスタ側の構成であるが、スレーブ側もマスタ側
と全く同様に構成してある。即ち、ホールド回路14にホ
ールド回路22が対応してスイッチ23が閉成されたときの
位置センサ８の出力信号であるスレーブアーム６の位置
情報をホールドするようになっており、以下同様にスイ
ッチ15に対しスイッチ23が、比較器16に対し比較器24
が、サーボゲイン回路17に対しサーボゲイン回路25が、
速度センサ18に対して速度センサ26が、比較器19に対し
比較器27が、コントローラ20に対してコントローラ28
が、またスイッチ21に対してスイッチ29が夫夫機能的に
対応している。

かかる本実施例においてオペレータがマスタアーム１を
握り通常の操作を行なっているときにはスイッチ21,29
が接点21a,29aを選択しているので、従来と同様の追従
制御が行なわれる。

一方、マスタアーム１を離したときには、同時にスイッ
チ15,23が閉成されてこのときに位置センサ3,8が検出し
ているマスタ及びスレーブアーム1,6の位置情報をホー
ルド回路14,21に夫々ホールドするとともに、スイッチ2
1,29が接点21b,29b側に切替わる。かくて、ホールド回
路14,22にホールドされた値を夫々設定値として、これ
らの設定値となるように、比較器16,24、サーボゲイン
回路17,25、比較器19,27及びコントローラ20,28がドラ
イバ4,9を介してマスタ及びスレーブモータ2,7を駆動す
る。

なお、上記実施例は従来技術と同様にブレーキ5,10も有
するが、この場合には次の効果がある。即ち、各種制御
パラメータの調整によって、マスタ及びスレーブモータ
が姿勢を保つのに出力するトルクの大きさを調整できる
ので、等価的にブレーキ5,10の効き方の強弱をつけれら
る、たとえば弱くすれば姿勢を保ってはいるが、外から
力が加わると多少動き、力がなくなれば元の姿勢に復帰
する。こりにより、外からアームに何かぶつかったよう
な場合の機械的ストレスを吸収するといった効果を有す
る。

第２図及び第３図は本考案を力逆送型及び力帰還型のバ
イラテラル式マスタ・スレーブマニプレータに夫々適用
した場合の実施例を示すブロック線図である。両図中第
１図と同一部分には同一番号を付し重複する説明は省略
する。

なお、上記各実施例において、比較器23若しくは27の出
力信号である偏差を時間を区切って所定値と比較するこ
とにより、偏差が所定時間を経過しても所定値以下にな
らない状態、即ち例えばスレーブアーム６が固定部にぶ
つかっている場合等の異常状態を検出することができ
る。

H.考案の効果以上実施例とともに具体的に説明したように本考案によ
ればブレーキ操作ではなく、常に位置を保つ制御により
マスタ及びスレーブアームの姿勢を保っており、マスタ
及びスレーブモータは負荷にバランスしたトルクを出し
ている。よってマスタアームを離す場合（操作中止）握
る場合（操作開始）も、アームの自重や、負荷の重さの
影響を受けずスムーズな操作が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は夫々本考案の実施例を示すブロック線
図、第４図は従来技術を示すブロック線図である。図面中、１はマスタアーム、２はマスタモータ、3,8は位置セン
サ、６はスレーブアーム、７はスレーブモータ、11,16,
19,24,27は比較器、13はスイッチ、14,22はホールド回
路、20,28はコントローラである。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】マスタアームの位置を検出する位置センサ
の出力信号である位置情報とスレーブアームの位置を検
出する位置センサの出力信号である位置情報とを比較
し、両者の偏差が小さくなるようにスレーブアームをマ
スタアームに追従させるようになっているマスタ・スレ
ーブマニプレータの制御装置において、オペレータがマスタアームを離したことを検出するスイ
ッチ手段と、このスイッチ手段がマスタアームを離した
ことを検出した時点のマスタ及びスレーブ側の前記位置
センサからの位置情報を夫々ホールドするホールド手段
と、このホールド手段にホールドされた値を夫々設定値
として各位置センサからの位置情報と夫々比較し、両者
の偏差が零となるようマスタ及びスレーブアームの位置
を夫々制御する制御手段とを有することを特徴とするマ
スタ・スレーブマニプレータの制御装置。