JPH08281573A - マスタースレーブマニピュレータとその制御方法 - Google Patents
マスタースレーブマニピュレータとその制御方法Info
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- JPH08281573A JPH08281573A JP8697395A JP8697395A JPH08281573A JP H08281573 A JPH08281573 A JP H08281573A JP 8697395 A JP8697395 A JP 8697395A JP 8697395 A JP8697395 A JP 8697395A JP H08281573 A JPH08281573 A JP H08281573A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 鋼板のような硬い作業対象物に安定して接触
しながら作業を行うマスタスレーブマニピュレータとそ
の制御方法を提供する。 【構成】 マスターアームは、スレーブアームで測定し
た反力を指令値とする力制御を行う。スレーブアーム
は、非接触モード、接触モード、遷移モードの３つの制
御モードにより切り替える。非接触モードでは、マスタ
ーアームからの位置指令により位置制御を行う。接触モ
ード時は、マスターアームからの位置指令とあらかじめ
設定しておいた力目標値より、位置と力のハイブリッド
制御を行う。遷移モードは、位置と力のハイブリッド制
御と、作業対象物から離れる方向に等速度制御を同時に
行い、接触モードから非接触モードへの移行を可能にす
る。
しながら作業を行うマスタスレーブマニピュレータとそ
の制御方法を提供する。 【構成】 マスターアームは、スレーブアームで測定し
た反力を指令値とする力制御を行う。スレーブアーム
は、非接触モード、接触モード、遷移モードの３つの制
御モードにより切り替える。非接触モードでは、マスタ
ーアームからの位置指令により位置制御を行う。接触モ
ード時は、マスターアームからの位置指令とあらかじめ
設定しておいた力目標値より、位置と力のハイブリッド
制御を行う。遷移モードは、位置と力のハイブリッド制
御と、作業対象物から離れる方向に等速度制御を同時に
行い、接触モードから非接触モードへの移行を可能にす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多自由度マニピュレー
タでエンドエフェクタが作業対象物と接触して相互に力
を及ぼし合う作業を遠隔操作で行う場合のマスタースレ
ーブマニピュレータの制御方法の改良およびその装置構
成に関する。
タでエンドエフェクタが作業対象物と接触して相互に力
を及ぼし合う作業を遠隔操作で行う場合のマスタースレ
ーブマニピュレータの制御方法の改良およびその装置構
成に関する。
【０００２】
【従来の技術】オペレータが操作するマスターアームの
動作に追従させてスレーブアームを動作させて遠隔操作
を行うマスタースレーブマニピュレータにおいて、スレ
ーブのエンドエフェクタを作業対象物に接触させて力を
作用させながら作業を実行するために、スレーブアーム
に作用する力をマスターアームに返すバイラテル制御に
よるマスタースレーブマニピュレータの制御方式が何種
類か発明されている。
動作に追従させてスレーブアームを動作させて遠隔操作
を行うマスタースレーブマニピュレータにおいて、スレ
ーブのエンドエフェクタを作業対象物に接触させて力を
作用させながら作業を実行するために、スレーブアーム
に作用する力をマスターアームに返すバイラテル制御に
よるマスタースレーブマニピュレータの制御方式が何種
類か発明されている。
【０００３】例えば、特開昭６２−１８８６８４号公報
で開示された発明のように、スレーブアームについては
マスターアームの位置を指令値とした軌道制御を行い、
マスターアームについてはスレーブアームに加わる負荷
と一致した反力をマスターアームに発生するようにトル
ク制御を行う力帰還型バイラテラル制御がある。
で開示された発明のように、スレーブアームについては
マスターアームの位置を指令値とした軌道制御を行い、
マスターアームについてはスレーブアームに加わる負荷
と一致した反力をマスターアームに発生するようにトル
ク制御を行う力帰還型バイラテラル制御がある。
【０００４】また文献（例えば、日本ロボット学会誌、
Ｎｏ．３．Ｖｏｌ８（１９９０），ｐ１−１２）や特許
公報（例えば、特開平５−３２９７８４号公報）には、
スレーブアームとマスターアームの手先に仮想的な機械
インピーダンスを設定してそれぞれインピーダンス制御
を行なう方式が開示されている。
Ｎｏ．３．Ｖｏｌ８（１９９０），ｐ１−１２）や特許
公報（例えば、特開平５−３２９７８４号公報）には、
スレーブアームとマスターアームの手先に仮想的な機械
インピーダンスを設定してそれぞれインピーダンス制御
を行なう方式が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の制御方式では、
理論的には安定性が証明されており、実際にマニピュレ
ータの関節数が１つまたは２つのように低自由度の場合
には理論通りに動作するが、関節数６のような多関節マ
ニピュレータを対象すると理論解析では考慮できなかっ
た機械の摩擦や遊び、制御装置の遅れ等により所望の操
作性が得られなくなる。特に、グラインダで鋼板を研削
する場合のように、作業対象物が硬いものの場合にはハ
ンチング等、不安定な応答が生じる。
理論的には安定性が証明されており、実際にマニピュレ
ータの関節数が１つまたは２つのように低自由度の場合
には理論通りに動作するが、関節数６のような多関節マ
ニピュレータを対象すると理論解析では考慮できなかっ
た機械の摩擦や遊び、制御装置の遅れ等により所望の操
作性が得られなくなる。特に、グラインダで鋼板を研削
する場合のように、作業対象物が硬いものの場合にはハ
ンチング等、不安定な応答が生じる。
【０００６】そこで、本発明は多関節マニピュレータで
作業対象物が鋼板のように硬い場合でも、遠隔操作で安
定に接触作業が可能なマスタースレーブマニピュレータ
及びその制御方法を提供することを目的とする。
作業対象物が鋼板のように硬い場合でも、遠隔操作で安
定に接触作業が可能なマスタースレーブマニピュレータ
及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の構成を示
したブロック図である。スレーブ制御装置１２に、スレ
ーブアーム１１の制御モードとして、 （１）非接触モード１３（スレーブアームが作業対象物
と接触していない場合） （２）接触モード１４（スレーブアームが作業対象物と
接触している場合） （３）遷移モード１５（接触モードから非接触モードへ
移行する場合の中間モード）の３種類のモードの機能を
持たせる。
したブロック図である。スレーブ制御装置１２に、スレ
ーブアーム１１の制御モードとして、 （１）非接触モード１３（スレーブアームが作業対象物
と接触していない場合） （２）接触モード１４（スレーブアームが作業対象物と
接触している場合） （３）遷移モード１５（接触モードから非接触モードへ
移行する場合の中間モード）の３種類のモードの機能を
持たせる。
【０００８】このモード間の移行条件は、 （ａ）非接触モードから接触モード：反力の大きさがし
きい値を超えた場合 （ｂ）接触モードから遷移モード：所定のスイッチが押
された場合 （ｃ）遷移モードから非接触モード：反力の大きさがし
きい値を下回った場合である。
きい値を超えた場合 （ｂ）接触モードから遷移モード：所定のスイッチが押
された場合 （ｃ）遷移モードから非接触モード：反力の大きさがし
きい値を下回った場合である。
【０００９】マスターアーム２１に関しては、スーレブ
アーム１１に加わる反力と同じまたは比例した力をマス
ターアームに発生させるように、マスターアームの各関
節のトルクを制御することにより、接触状態を操作者に
伝達して、操作性向上を図る。
アーム１１に加わる反力と同じまたは比例した力をマス
ターアームに発生させるように、マスターアームの各関
節のトルクを制御することにより、接触状態を操作者に
伝達して、操作性向上を図る。
【００１０】スレーブアームに関しては、６つある自由
度を位置３自由度・姿勢３自由度に分けて制御を行う。
姿勢３自由度に関しては、マスターアームからの指令で
はなく、あらかじめ設定した目標姿勢に自動的に制御す
る。位置３自由度に関しては、非接触モード時はマスタ
ーアームの位置に追従させ、接触モード時は作業対象物
の法線方向を力制御、それに直交する残り方向を位置制
御とする位置と力のハイブリッド制御を行う。このハイ
ブリッド制御では、力目標値はあらかじめ設定しておい
た値を用い、位置目標値はマスターアームの位置から作
成する。遷移モード時は、接触モード時と同じ制御と、
作業対象物法線方向で作業対象物から離れる方向に等速
度で移動させる制御を同時に行う。
度を位置３自由度・姿勢３自由度に分けて制御を行う。
姿勢３自由度に関しては、マスターアームからの指令で
はなく、あらかじめ設定した目標姿勢に自動的に制御す
る。位置３自由度に関しては、非接触モード時はマスタ
ーアームの位置に追従させ、接触モード時は作業対象物
の法線方向を力制御、それに直交する残り方向を位置制
御とする位置と力のハイブリッド制御を行う。このハイ
ブリッド制御では、力目標値はあらかじめ設定しておい
た値を用い、位置目標値はマスターアームの位置から作
成する。遷移モード時は、接触モード時と同じ制御と、
作業対象物法線方向で作業対象物から離れる方向に等速
度で移動させる制御を同時に行う。
【００１１】
【作用】マスタースレーブマニピュレータにおいて、ハ
ンチング等の不安定な挙動を発生する接触時に、スレー
ブアームでは位置と力のハイブリッド制御を行う。これ
により、従来の方法のように発生した力をマスターアー
ムにフィードバックした後に、操作者がその力に対して
反応した結果をスレーブアームにフィードバックすると
いう長いフィードバックループの代わりに、マスターア
ームを介さない言わばスレーブアームにおけるローカル
な短いフィードバックループで接触時に発生する力に対
応することになり、発生する振動を速やかに抑制して安
定に接触作業を行うことが可能になる。
ンチング等の不安定な挙動を発生する接触時に、スレー
ブアームでは位置と力のハイブリッド制御を行う。これ
により、従来の方法のように発生した力をマスターアー
ムにフィードバックした後に、操作者がその力に対して
反応した結果をスレーブアームにフィードバックすると
いう長いフィードバックループの代わりに、マスターア
ームを介さない言わばスレーブアームにおけるローカル
な短いフィードバックループで接触時に発生する力に対
応することになり、発生する振動を速やかに抑制して安
定に接触作業を行うことが可能になる。
【００１２】また、ハイブリッド制御を行うと、作業対
象物の法線方向に関しては力制御を行うので操作者はス
レーブアームを動かすことができなくなり、そのままで
はスレーブアームを作業対象物から離すことができない
ので、接触モードから非接触モードに移行するための遷
移モードを設ける。操作者のスイッチ操作で接触モード
から遷移モードに移行させて、遷移モード中にスレーブ
アームが作業対象物から離れる方向へ動作させることに
より、作業対象物からスレーブアームを離すことが可能
になる。
象物の法線方向に関しては力制御を行うので操作者はス
レーブアームを動かすことができなくなり、そのままで
はスレーブアームを作業対象物から離すことができない
ので、接触モードから非接触モードに移行するための遷
移モードを設ける。操作者のスイッチ操作で接触モード
から遷移モードに移行させて、遷移モード中にスレーブ
アームが作業対象物から離れる方向へ動作させることに
より、作業対象物からスレーブアームを離すことが可能
になる。
【００１３】また、マスターアームでスレーブアームの
６自由度全てを同時に操作することは操作者に非常に負
担になる。位置３自由度と姿勢３自由度を分離して、ス
レーブアームの姿勢３自由度に関しては、マスターアー
ムからの指令ではなく、あらかじめ設定した目標姿勢に
スレーブ制御装置側で自動的に制御を行わせることによ
り、操作者の負担を軽減し、操作性が向上する。
６自由度全てを同時に操作することは操作者に非常に負
担になる。位置３自由度と姿勢３自由度を分離して、ス
レーブアームの姿勢３自由度に関しては、マスターアー
ムからの指令ではなく、あらかじめ設定した目標姿勢に
スレーブ制御装置側で自動的に制御を行わせることによ
り、操作者の負担を軽減し、操作性が向上する。
【００１４】
【実施例】本発明の実施例を、図面を参照しながら詳細
に説明する。図２は本発明を平面の作業対象物に適用し
た場合の制御ブロック図であり、図３はこの場合のスレ
ーブアーム１１とマスターアーム２１それぞれの座標系
を表したものである。これは、作業対象物を平らな鋼板
とし、スレーブアーム１１のエンドエフェクタ１９を研
削工具として、鋼板表面の疵をエンドエフェクタで除去
する場合などに対応する。
に説明する。図２は本発明を平面の作業対象物に適用し
た場合の制御ブロック図であり、図３はこの場合のスレ
ーブアーム１１とマスターアーム２１それぞれの座標系
を表したものである。これは、作業対象物を平らな鋼板
とし、スレーブアーム１１のエンドエフェクタ１９を研
削工具として、鋼板表面の疵をエンドエフェクタで除去
する場合などに対応する。
【００１５】本実施例では、スレーブアームには６自由
度垂直多関節型、マスターアームには３自由度垂直多関
節型のものを使用した。ただし、この自由度の数は、以
上の値に限定されるわけではない。スレーブアームにつ
いては、作業内容によって５自由度または４自由度また
は３自由度で十分な場合がある。また、マスターアーム
については、３自由度では操作者が把持するグリップ部
の傾きが変化して操作性が悪くなるので、グリップ部の
傾きを一定に保持できるように関節数を増やして６自由
度にしてもよい。本実施例では、制御装置はディジタル
計算機を使用して、離散時間制御を行っている。
度垂直多関節型、マスターアームには３自由度垂直多関
節型のものを使用した。ただし、この自由度の数は、以
上の値に限定されるわけではない。スレーブアームにつ
いては、作業内容によって５自由度または４自由度また
は３自由度で十分な場合がある。また、マスターアーム
については、３自由度では操作者が把持するグリップ部
の傾きが変化して操作性が悪くなるので、グリップ部の
傾きを一定に保持できるように関節数を増やして６自由
度にしてもよい。本実施例では、制御装置はディジタル
計算機を使用して、離散時間制御を行っている。
【００１６】マスターアームおよびスレーブアームの制
御に使用する座標系をそれぞれ図３のように設定する。
スレーブアームでは、作業対象物６１の法線方向すなわ
ち力制御方向をＺ軸に設定し、それに直交する方向にＸ
軸、Ｙ軸を設定する。また、マスターアームの座標系
は、マスターアームの動作に対してスレーブアームが動
く方向が所望の方向になるようにＸ、Ｙ、Ｚ軸を設定す
る。
御に使用する座標系をそれぞれ図３のように設定する。
スレーブアームでは、作業対象物６１の法線方向すなわ
ち力制御方向をＺ軸に設定し、それに直交する方向にＸ
軸、Ｙ軸を設定する。また、マスターアームの座標系
は、マスターアームの動作に対してスレーブアームが動
く方向が所望の方向になるようにＸ、Ｙ、Ｚ軸を設定す
る。
【００１７】マスターアームの位置ＰM をスレーブアー
ムに伝達するために座標変換５１を行った結果をＰM ′
とする。座標変換５１では、並進移動とスケール変化を
組み合わせて式（１）のような座標変換を行う。ＰS ，
O およびＰM ，O は、制御開始時または制御モードを変
化した瞬間のスレーブアームおよびマスターアームの位
置である。ＫP はマスターアームの位置変化に対してス
レーブアームをどの程度動かすかを表す比例定数であ
る。 ＰM ′＝ＰS ，O ＋ＫP （ＰM −ＰM ，O ） （１）
ムに伝達するために座標変換５１を行った結果をＰM ′
とする。座標変換５１では、並進移動とスケール変化を
組み合わせて式（１）のような座標変換を行う。ＰS ，
O およびＰM ，O は、制御開始時または制御モードを変
化した瞬間のスレーブアームおよびマスターアームの位
置である。ＫP はマスターアームの位置変化に対してス
レーブアームをどの程度動かすかを表す比例定数であ
る。 ＰM ′＝ＰS ，O ＋ＫP （ＰM −ＰM ，O ） （１）
【００１８】スレーブアームの力ＦS をマスターアーム
に伝達するために座標変換５２を行った結果をＦS ′と
する。座標変換５２では、式（２）のようにスケール変
換を行う。ＫF はスレーブアームの反力をマスターアー
ムでどの程度フィードバックするかを表す比例定数であ
る。 ＦS ′＝ＫF ＦS （２）
に伝達するために座標変換５２を行った結果をＦS ′と
する。座標変換５２では、式（２）のようにスケール変
換を行う。ＫF はスレーブアームの反力をマスターアー
ムでどの程度フィードバックするかを表す比例定数であ
る。 ＦS ′＝ＫF ＦS （２）
【００１９】図２の制御ブロック図のブロック３８の座
標変換は、スレーブアームの各関節角度から、直交座標
系であるスレーブアームの座標系で表した位置と姿勢を
計算する。また、ブロック３９の座標変換は、力センサ
の出力値をスレーブアームの座標系上の表現に変換す
る。
標変換は、スレーブアームの各関節角度から、直交座標
系であるスレーブアームの座標系で表した位置と姿勢を
計算する。また、ブロック３９の座標変換は、力センサ
の出力値をスレーブアームの座標系上の表現に変換す
る。
【００２０】マスターアームでは、スレーブアームより
伝達された力ＦS ′を発生するために必要な各関節のト
ルクを力制御部４１で計算し、その結果をマスターアー
ム２１に出力して、スレーブアームで発生している反力
をマスターアームで再現させる。また、マスターアーム
の制御に関しては、操作性を向上させるためマスターア
ームの自重と慣性力を補償するようにインピーダンス制
御をしてもよい。
伝達された力ＦS ′を発生するために必要な各関節のト
ルクを力制御部４１で計算し、その結果をマスターアー
ム２１に出力して、スレーブアームで発生している反力
をマスターアームで再現させる。また、マスターアーム
の制御に関しては、操作性を向上させるためマスターア
ームの自重と慣性力を補償するようにインピーダンス制
御をしてもよい。
【００２１】スレーブアームの制御系への入力は、マス
ターアームからの位置指令ＰM ′、あらかじめ設定して
おく目標姿勢、接触モード時の力目標値Ｆref 、遷移モ
ードに作業対象物から離れるときの速度目標値の４つが
ある。
ターアームからの位置指令ＰM ′、あらかじめ設定して
おく目標姿勢、接触モード時の力目標値Ｆref 、遷移モ
ードに作業対象物から離れるときの速度目標値の４つが
ある。
【００２２】制御モードの切替は、力制御方向選択部３
３、位置制御方向選択部３４、離脱方向選択部３５にお
いて行う。図２のブロックにあるＳは、３行３列の力制
御方向選択行列、Ｉは３行３列の単位行列、ｅz は３行
１列の離脱方向選択ベクトルであり、具体的な制御モー
ド切替はＳとｅz の要素の値をかえることにより行う。
３、位置制御方向選択部３４、離脱方向選択部３５にお
いて行う。図２のブロックにあるＳは、３行３列の力制
御方向選択行列、Ｉは３行３列の単位行列、ｅz は３行
１列の離脱方向選択ベクトルであり、具体的な制御モー
ド切替はＳとｅz の要素の値をかえることにより行う。
【００２３】力制御方向をＺ軸（作業対象物の法線方
向）にとる場合、Ｓとｅz を非接触モード時は式
（３）、接触モード時は式（４）、遷移モード時には式
（５）のようにする。
向）にとる場合、Ｓとｅz を非接触モード時は式
（３）、接触モード時は式（４）、遷移モード時には式
（５）のようにする。
【数１】
【００２４】非接触モード時には、マスターアームから
の位置指令ＰM ′と目標姿勢だけを使用する。位置偏差
ΔＰ、姿勢偏差Δφを計算し、位置・姿勢制御演算部３
１への入力とする。位置・姿勢制御演算部３１では、偏
差を０にするために必要な各関節トルクを計算し、スレ
ーブアーム１１へ出力する。
の位置指令ＰM ′と目標姿勢だけを使用する。位置偏差
ΔＰ、姿勢偏差Δφを計算し、位置・姿勢制御演算部３
１への入力とする。位置・姿勢制御演算部３１では、偏
差を０にするために必要な各関節トルクを計算し、スレ
ーブアーム１１へ出力する。
【００２５】接触モード時には、位置偏差ΔＰのＺ軸成
分を０として非接触モードと同様に位置・姿勢制御演算
部３１で各関節のトルクを計算する。また、Ｓが零行列
ではないので、力目標値Ｆref とブロック３２、３４も
使用することになる。Ｚ方向成分以外は０となる力偏差
ΔＦを力制御演算部３２の入力として、ΔＦを０にする
ために必要な各関節トルクを計算する。位置・姿勢制御
演算部３１、力制御演算部３２それぞれで計算したトル
クを図２にあるように加算し、スレーブアーム１１に出
力する。
分を０として非接触モードと同様に位置・姿勢制御演算
部３１で各関節のトルクを計算する。また、Ｓが零行列
ではないので、力目標値Ｆref とブロック３２、３４も
使用することになる。Ｚ方向成分以外は０となる力偏差
ΔＦを力制御演算部３２の入力として、ΔＦを０にする
ために必要な各関節トルクを計算する。位置・姿勢制御
演算部３１、力制御演算部３２それぞれで計算したトル
クを図２にあるように加算し、スレーブアーム１１に出
力する。
【００２６】遷移モード時には、ｅz が零ベクトルでは
ないので速度目標値も使用する。図２のブロック３６
で、離散時間制御の制御周期ΔＴを作業対象物から離れ
る速度目標値に乗じて、１制御周期の時間に移動すべき
距離を計算し、離脱方向選択部３５でＸ、Ｙ軸方向は０
で、Ｚ軸方向は１制御周期の時間に移動すべき距離とな
るベクトルを作成し、位置偏差ΔＰに加算する。その後
は接触モードと同様に各関節に必要なトルクを計算し
て、スレーブアーム１１に出力する。
ないので速度目標値も使用する。図２のブロック３６
で、離散時間制御の制御周期ΔＴを作業対象物から離れ
る速度目標値に乗じて、１制御周期の時間に移動すべき
距離を計算し、離脱方向選択部３５でＸ、Ｙ軸方向は０
で、Ｚ軸方向は１制御周期の時間に移動すべき距離とな
るベクトルを作成し、位置偏差ΔＰに加算する。その後
は接触モードと同様に各関節に必要なトルクを計算し
て、スレーブアーム１１に出力する。
【００２７】位置・姿勢制御演算部３１では、直交座標
系における位置偏差ΔＰと姿勢偏差Δφを、スレーブア
ームの幾何学的形状より各関節角度の偏差Δθに変換
し、このΔθよりＰＩＤ制御則等によりトルクを計算す
る。力制御演算部３２では、直交座標系における力偏差
ΔＦを、スレーブアームの幾何的形状より各関節トルク
の偏差Δτに変換し、このΔτよりＰＩ制御則等により
トルクを計算している。
系における位置偏差ΔＰと姿勢偏差Δφを、スレーブア
ームの幾何学的形状より各関節角度の偏差Δθに変換
し、このΔθよりＰＩＤ制御則等によりトルクを計算す
る。力制御演算部３２では、直交座標系における力偏差
ΔＦを、スレーブアームの幾何的形状より各関節トルク
の偏差Δτに変換し、このΔτよりＰＩ制御則等により
トルクを計算している。
【００２８】以上のようにマスタースレーブマニピュレ
ータを構成すれば、多関節マニピュレータを使用して鋼
板のような硬い作業対象物に接触しながら作業を行うマ
スタースレーブマニピュレータを安定に制御して使用す
ることができる。
ータを構成すれば、多関節マニピュレータを使用して鋼
板のような硬い作業対象物に接触しながら作業を行うマ
スタースレーブマニピュレータを安定に制御して使用す
ることができる。
【００２９】また、以上では接触モードから遷移モード
への移行はマスターアームのグリップに設置したスイッ
チの押下状態により行うことを前提として述べてきた
が、このスイッチはマスターアームのグリップ部以外に
設置してもよい。例えば、マスターアームのグリップで
なく根元にスイッチを設置してもよい。あるいは、操作
者の足元にフットスイッチを設置しても良い。あるい
は、マスターアーム設置する台上に設置しても良い。あ
るいは、操作者の前方または側方に設置するコンソール
台上に付加しても良い。
への移行はマスターアームのグリップに設置したスイッ
チの押下状態により行うことを前提として述べてきた
が、このスイッチはマスターアームのグリップ部以外に
設置してもよい。例えば、マスターアームのグリップで
なく根元にスイッチを設置してもよい。あるいは、操作
者の足元にフットスイッチを設置しても良い。あるい
は、マスターアーム設置する台上に設置しても良い。あ
るいは、操作者の前方または側方に設置するコンソール
台上に付加しても良い。
【００３０】上記の方法は作業対象物が平面に限定され
るものではない。力制御方向選択部３４と位置制御方向
選択部３３のＳの設定方法、離脱方向選択部３５のｅz
の設定方法、座標変換部３８、３９、５１、５２におけ
る座標変換方法を変えることにより、円筒面等の曲面へ
の適用が可能である。
るものではない。力制御方向選択部３４と位置制御方向
選択部３３のＳの設定方法、離脱方向選択部３５のｅz
の設定方法、座標変換部３８、３９、５１、５２におけ
る座標変換方法を変えることにより、円筒面等の曲面へ
の適用が可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上に述べたように本発明によって、多
関節マニピュレータを使用して鋼板のような硬い作業対
象物に接触しながら作業を行うマスタースレーブマニピ
ュレータを安定に制御して使用することができる。
関節マニピュレータを使用して鋼板のような硬い作業対
象物に接触しながら作業を行うマスタースレーブマニピ
ュレータを安定に制御して使用することができる。
【図１】本発明の構成を表すブロック図である。
【図２】本発明を平面の作業対象物に適用した場合の制
御ブロック図である。
御ブロック図である。
【図３】本発明を平面の作業対象物に適用した場合のス
レーブアームとマスターアームそれぞれの座標系を表し
たものである。
レーブアームとマスターアームそれぞれの座標系を表し
たものである。
１１ スレーブアーム １２ スレーブ制御装置 １３ 非接触モード制御部 １４ 接触モード制御部 １５ 遷移モード制御部 １６ 制御モード切替部 １７ 制御モード判定部 １８ 力センサ １９ エンドエフェクタ ２１ マスターアーム ２２ マスター制御装置 ２３ 遷移モードスイッチ ３１ スレーブアームの位置・姿勢制御演算部 ３２ スレーブアームの力制御演算部 ３３ スレーブアームの位置制御方向選択部 ３４ スレーブアームの力制御方向選択部 ３５ スレーブアームの離脱方向選択部 ３６ スレーブアームの離脱距離偏差演算部 ３７ スレーブアームの姿勢偏差演算部 ３８ スレーブアームの関節角度からマスター座標系へ
の座標変換部 ３９ スレーブアームの力センサ出力からマスター座標
系への座標変換部 ４１ マスターアームの力制御演算部 ５１ マスター座標系からスレーブ座標系への座標変換
部 ５２ スレーブ座標系からマスター座標系への座標変換
部 ６１ 作業対象物（平面）
の座標変換部 ３９ スレーブアームの力センサ出力からマスター座標
系への座標変換部 ４１ マスターアームの力制御演算部 ５１ マスター座標系からスレーブ座標系への座標変換
部 ５２ スレーブ座標系からマスター座標系への座標変換
部 ６１ 作業対象物（平面）
Claims (5)
- 【請求項１】 操作者が把持して操作するマスターアー
ムと、マスターアームにより遠隔操作されて作業を行う
スレーブアームよりなるマスタースレーブマニピュレー
タにおいて、スレーブアームが作業対象物と接触してい
ない場合の制御を行う非接触モードと、スレーブアーム
が作業対象物と接触している場合の制御を行う接触モー
ドと、接触モードから非接触モードへ制御モードが移行
する期間の制御を行う遷移モードの３種類の制御モード
を有し、非接触モード時に、マスターアームの位置座標
値よりスレーブアームの位置指令値を作成し、スレーブ
アームの位置制御を行い、接触モード時に、作業対象物
の法線方向にほぼ一致するようにあらかじめ設定してお
いた力制御方向に関しては、あらかじめ設定した力目標
値と、力センサの測定した反力が一致するように力制御
を行うと同時に、前記の力制御方向に直交する残りの方
向を位置制御方向として、その位置制御方向に関して
は、マスターアームの位置座標値よりスレーブアームの
位置指令を作成し、スレーブアームの位置制御を行う位
置と力のハイブリッド制御を行い、遷移モード時に、前
記の位置と力のハイブリッド制御と同時に、スレーブア
ームへの動作指令を、あらかじめ設定しておいた速度で
力制御方向の作業対象物から離れる方向へ動作させる制
御を行うことを特徴とするマスタースレーブマニピュレ
ータの制御方法。 - 【請求項２】 前記各制御モード間の移行に際し、非接
触モード時では、スレーブアームに加わる反力を常に監
視し、反力があらかじめ設定しておいた接触判定しきい
値を超えたら、接触モードに移行させ、接触モード時で
は、マスターアームのグリップに操作者が操作可能なよ
うに設置されたスイッチの押下状態を常に監視し、押下
されたら、遷移モードに移行させ、遷移モード時では、
スレーブアームに加わる反力が接触判定しきい値より小
さくなったら、非接触モードに移行させることを特徴と
する請求項１記載のマスタースレーブマニピュレータの
制御方法。 - 【請求項３】 力センサで測定したスレーブアームに加
わる外力と同じかまたは比例した力をマスターアームに
発生させるように、マスターアームのアクチュエータの
発生トルクを制御することを特徴とする請求項１または
２記載のマスタースレーブマニピュレータの制御方法。 - 【請求項４】 スレーブアームの並進位置自由度と回転
姿勢自由度のうち、回転姿勢自由度に関しては、あらか
じめ設定した力制御方向に対する相対姿勢に一致するよ
うに制御を行うことを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれか１項に記載のマスタースレーブマニピュレータの
制御方法。 - 【請求項５】 力を発生させるアクチュエータを有し、
かつグリップ部に操作者が操作可能なスイッチを有する
マスターアームと、マスターアームのアクチュエータを
制御するマスター制御装置と、作業対象物と接触して作
業を行うエンドエフェクタを取付可能で、接触により発
生する反力を測定する力センサを有するスレーブアーム
とを有し、さらに、スレーブアームが作業対象物と接触
していない場合の制御を行う非接触モード制御部と、ス
レーブアームが作業対象物と接触している場合の制御を
行う接触モード制御部と、接触モードから非接触モード
へ制御モードが変化する場合の制御を行う遷移モード制
御部と、該３種類の制御部のうちどれを使用するかを力
センサの検出結果と前記のマスターアームの接触モード
から遷移モードへの切替スイッチの押下状態により判定
する制御モード判定部と、該制御モード判定部の判定結
果により制御モードを切り替える制御モード切替部とか
らなるスレーブ制御装置、とを有することを特徴とする
マスタースレーブマニピュレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8697395A JPH08281573A (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | マスタースレーブマニピュレータとその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8697395A JPH08281573A (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | マスタースレーブマニピュレータとその制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08281573A true JPH08281573A (ja) | 1996-10-29 |
Family
ID=13901824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8697395A Withdrawn JPH08281573A (ja) | 1995-04-12 | 1995-04-12 | マスタースレーブマニピュレータとその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08281573A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002307336A (ja) * | 2001-04-17 | 2002-10-23 | Keio Gijuku | マスタスレーブ装置、制御方法及びコンピュータープログラム |
| JP2011200880A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦撹拌溶接方法および摩擦撹拌溶接装置 |
| WO2012029227A1 (ja) | 2010-08-31 | 2012-03-08 | パナソニック株式会社 | マスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、制御プログラム、並びに、集積電子回路 |
| US9107686B2 (en) | 2012-11-22 | 2015-08-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Surgical robot and surgical robot control method |
| WO2018212265A1 (ja) * | 2017-05-19 | 2018-11-22 | 川崎重工業株式会社 | ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法 |
| 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 |
| CN113165161A (zh) * | 2018-12-21 | 2021-07-23 | 川崎重工业株式会社 | 机器人系统以及机器人系统的控制方法 |
| WO2022075333A1 (ja) * | 2020-10-07 | 2022-04-14 | 川崎重工業株式会社 | ロボットシステム及びその制御方法 |
| WO2022209924A1 (ja) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | 本田技研工業株式会社 | ロボット遠隔操作制御装置、ロボット遠隔操作制御システム、ロボット遠隔操作制御方法、およびプログラム |
-
1995
- 1995-04-12 JP JP8697395A patent/JPH08281573A/ja not_active Withdrawn
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002307336A (ja) * | 2001-04-17 | 2002-10-23 | Keio Gijuku | マスタスレーブ装置、制御方法及びコンピュータープログラム |
| JP2011200880A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-10-13 | Honda Motor Co Ltd | 摩擦撹拌溶接方法および摩擦撹拌溶接装置 |
| WO2012029227A1 (ja) | 2010-08-31 | 2012-03-08 | パナソニック株式会社 | マスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタースレーブロボット、制御プログラム、並びに、集積電子回路 |
| JP5032716B2 (ja) * | 2010-08-31 | 2012-09-26 | パナソニック株式会社 | マスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、並びに、制御プログラム |
| US8504206B2 (en) | 2010-08-31 | 2013-08-06 | Panasonic Corporation | Control apparatus and method for master-slave robot, master-slave robot, control program, and integrated electronic circuit |
| JPWO2012029227A1 (ja) * | 2010-08-31 | 2013-10-28 | パナソニック株式会社 | マスタースレーブロボットの制御装置及び制御方法、並びに、制御プログラム |
| US9089967B2 (en) | 2010-08-31 | 2015-07-28 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Control apparatus and method for master-slave robot, master-slave robot, control program, and integrated electronic circuit |
| US9107686B2 (en) | 2012-11-22 | 2015-08-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Surgical robot and surgical robot control method |
| WO2018212265A1 (ja) * | 2017-05-19 | 2018-11-22 | 川崎重工業株式会社 | ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法 |
| JP2018192600A (ja) * | 2017-05-19 | 2018-12-06 | 川崎重工業株式会社 | ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法 |
| US11478919B2 (en) | 2017-05-19 | 2022-10-25 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Robot system and method of controlling the robot system |
| CN113165161A (zh) * | 2018-12-21 | 2021-07-23 | 川崎重工业株式会社 | 机器人系统以及机器人系统的控制方法 |
| CN113165161B (zh) * | 2018-12-21 | 2024-02-06 | 川崎重工业株式会社 | 机器人系统以及机器人系统的控制方法 |
| 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 |
| JPWO2021117701A1 (ja) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | ||
| CN114829076A (zh) * | 2019-12-13 | 2022-07-29 | 川崎重工业株式会社 | 主从系统以及控制方法 |
| WO2022075333A1 (ja) * | 2020-10-07 | 2022-04-14 | 川崎重工業株式会社 | ロボットシステム及びその制御方法 |
| WO2022209924A1 (ja) * | 2021-03-31 | 2022-10-06 | 本田技研工業株式会社 | ロボット遠隔操作制御装置、ロボット遠隔操作制御システム、ロボット遠隔操作制御方法、およびプログラム |
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