JPS60155384A - 異構造バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タ - Google Patents
異構造バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タInfo
- Publication number
- JPS60155384A JPS60155384A JP927784A JP927784A JPS60155384A JP S60155384 A JPS60155384 A JP S60155384A JP 927784 A JP927784 A JP 927784A JP 927784 A JP927784 A JP 927784A JP S60155384 A JPS60155384 A JP S60155384A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、原子炉、宇宙、海洋など、人間にとって非常
に危険な環境下での作業に有効なパイラテラル・マスタ
スレイブ・マニピュレータに関するものである。
に危険な環境下での作業に有効なパイラテラル・マスタ
スレイブ・マニピュレータに関するものである。
マニピュレータを遠隔操作する場合、力感覚を操作者へ
フィートパンクして、操作者がスレイブ側の反力を感知
することのできるパイラテラル・マスタスレイブ・マニ
ピュレータか有効である。
フィートパンクして、操作者がスレイブ側の反力を感知
することのできるパイラテラル・マスタスレイブ・マニ
ピュレータか有効である。
しかるに、従来のパイラテラル会マスタスレイプ・マニ
ピュレータでは、制御の簡単化を図るため、マスタアー
ムとスレイブ・マニピュレータの構造を同一にするのが
通例であり、なかでも、スレイブ・マニピュレータが人
間形多関節構造の場合は、マスタアームがエグソスケル
トン形で、人間が直接腕に装着するように構成され、こ
の場合に、マスタアームは各関節にトルク発生用のアク
チュエータを備えるため、肩や４１１部が異常に盛り−
１−リ、非常に重々しくなって操作性が悪くなり、しか
もマスタアームとスレイブ・マニピュレータはそれらを
常に同一構造にするという制約があるため、汎用性の点
でも１１Ｘ１題があった。
ピュレータでは、制御の簡単化を図るため、マスタアー
ムとスレイブ・マニピュレータの構造を同一にするのが
通例であり、なかでも、スレイブ・マニピュレータが人
間形多関節構造の場合は、マスタアームがエグソスケル
トン形で、人間が直接腕に装着するように構成され、こ
の場合に、マスタアームは各関節にトルク発生用のアク
チュエータを備えるため、肩や４１１部が異常に盛り−
１−リ、非常に重々しくなって操作性が悪くなり、しか
もマスタアームとスレイブ・マニピュレータはそれらを
常に同一構造にするという制約があるため、汎用性の点
でも１１Ｘ１題があった。
本発明は、このような欠点を克服するため、マスクアー
ムとスレイブ・マニピュレータの構造にとられれること
なく操作性の良いパイラテラル制ｊ１ｕを行えるように
したマスタスレイソ′・マニピュレータを提供しようと
するものである。
ムとスレイブ・マニピュレータの構造にとられれること
なく操作性の良いパイラテラル制ｊ１ｕを行えるように
したマスタスレイソ′・マニピュレータを提供しようと
するものである。
かかる１」的を達成するため、本発明のパイラテラル・
マスタスレイプ・マニピュレータは、関節座標系を異に
するマスタアームとスレイブ命マこピュレータを備え、
それらの各関節にアクチュエータを設けると共に、関節
における角度等の位置情報を検出するポテンショメータ
及び反力検出用の力センサを設け、上記マスクアームと
スレイブ・マニピュレータとの間に、マスクアームのポ
テンショメータで検出した位置情報を位置座標変換器に
おいてスレイブ・マニピュレータの関節座標系に座標変
換したうえでスレイブ・マニピュレータにおけるポテン
ショメータで検出した位置情報との差をとってスレイブ
争マニピュレータのアクチュエータへの入力とし、且つ
スレイブ・マニピュレータの力センサで検出した力情報
を力座標変換器においてマスクアームの関節座標系に座
標変換したうえでマスタアームにおける力センサで検出
した力情報との差をとってマスタアームのアクチュエー
タへの入力とする制御系を設けたことを特徴とするもの
である。
マスタスレイプ・マニピュレータは、関節座標系を異に
するマスタアームとスレイブ命マこピュレータを備え、
それらの各関節にアクチュエータを設けると共に、関節
における角度等の位置情報を検出するポテンショメータ
及び反力検出用の力センサを設け、上記マスクアームと
スレイブ・マニピュレータとの間に、マスクアームのポ
テンショメータで検出した位置情報を位置座標変換器に
おいてスレイブ・マニピュレータの関節座標系に座標変
換したうえでスレイブ・マニピュレータにおけるポテン
ショメータで検出した位置情報との差をとってスレイブ
争マニピュレータのアクチュエータへの入力とし、且つ
スレイブ・マニピュレータの力センサで検出した力情報
を力座標変換器においてマスクアームの関節座標系に座
標変換したうえでマスタアームにおける力センサで検出
した力情報との差をとってマスタアームのアクチュエー
タへの入力とする制御系を設けたことを特徴とするもの
である。
このような本発明のマニピュレータによれば、異構造マ
ニピュレータ間におけるパイラテラル暢マスタスレイプ
制御が可能となり、先に述べたような人間形マニピュレ
ータを操縦する場合における操作性の問題が解決でき、
操作者が疲労感を覚えることなく容易に操縦することが
可能になり、また様々なマスクとスレイブを組合わせる
ことがｉｆ能となって、汎用性が高められ、マスタアー
ムとしては重力の影響を受けにくい構造、スレイブ・マ
ニピュレータとしては作業の行い易い構造を採用するこ
とにより、極めて操作性のよいパイラテラル・マスタス
レイブ串マニピュレータ拳システムを構成することがで
きる。
ニピュレータ間におけるパイラテラル暢マスタスレイプ
制御が可能となり、先に述べたような人間形マニピュレ
ータを操縦する場合における操作性の問題が解決でき、
操作者が疲労感を覚えることなく容易に操縦することが
可能になり、また様々なマスクとスレイブを組合わせる
ことがｉｆ能となって、汎用性が高められ、マスタアー
ムとしては重力の影響を受けにくい構造、スレイブ・マ
ニピュレータとしては作業の行い易い構造を採用するこ
とにより、極めて操作性のよいパイラテラル・マスタス
レイブ串マニピュレータ拳システムを構成することがで
きる。
以下、図面を参照して本発明の実施例について５゛「述
する。
する。
第１図Ａ−Ｃは、本発明におけるマスタアーム及びスレ
イブ争マニピュレータとして利用できるマニピュレータ
の一構成例を示すもので、同図Ａは関節形のものを、同
図Ｂは極座標形のものを、また同図Ｃはリンク式直交座
標形のものを示しているが、これらに限ることなく、そ
の他の適宜マニピュレータを組合わせて用いることがで
きる。
イブ争マニピュレータとして利用できるマニピュレータ
の一構成例を示すもので、同図Ａは関節形のものを、同
図Ｂは極座標形のものを、また同図Ｃはリンク式直交座
標形のものを示しているが、これらに限ることなく、そ
の他の適宜マニピュレータを組合わせて用いることがで
きる。
第２図は、マスタアームｌ及びスレイブ・マニピュレー
タ２と、それらの間に設けられる制御系とを模式的に示
すもので、図示したマスタアーム１及びスレイブ争マニ
ピュレータ２は、それらにおける各関節の構成を総合的
に示し、１１．２１は関■１１における各軸に駆動力を
発生するモータ等のアクチュエータ、１２．２２は位置
検出用のポテンショメータ、１３．２３は反力を検出す
るためのトルクセンサその他の力センサ、１４．２４は
速度検出用のタコジェネレータである。マスクアームと
スレイブ・マニピュレータの自由度をｎとするとそれぞ
れｎ個の関節をもち、従ってアクチュエータ及び各種セ
ンサもそれぞれｎ個づつ設置される。
タ２と、それらの間に設けられる制御系とを模式的に示
すもので、図示したマスタアーム１及びスレイブ争マニ
ピュレータ２は、それらにおける各関節の構成を総合的
に示し、１１．２１は関■１１における各軸に駆動力を
発生するモータ等のアクチュエータ、１２．２２は位置
検出用のポテンショメータ、１３．２３は反力を検出す
るためのトルクセンサその他の力センサ、１４．２４は
速度検出用のタコジェネレータである。マスクアームと
スレイブ・マニピュレータの自由度をｎとするとそれぞ
れｎ個の関節をもち、従ってアクチュエータ及び各種セ
ンサもそれぞれｎ個づつ設置される。
この、ようなマスタアームｌとスレイブ・マニピュレー
タ２とは、関節座標系を異にする異構造のものが用いら
れ、それらの間の制御系においては、マスタアーム１の
手先が動く通りにスレイブ・マニピュレータ２の手先を
動かす必要があり、また力感覚をスレイブ側からマスク
側ヘフイートパックする必要があるため、位置、力、速
度の情報をそれぞれのマニピュレータに付随した関節座
標系の間で座標変換を行うための位置座標変換器３１、
力座標変換器３２、速度座枠変換器３３か設けられる。
タ２とは、関節座標系を異にする異構造のものが用いら
れ、それらの間の制御系においては、マスタアーム１の
手先が動く通りにスレイブ・マニピュレータ２の手先を
動かす必要があり、また力感覚をスレイブ側からマスク
側ヘフイートパックする必要があるため、位置、力、速
度の情報をそれぞれのマニピュレータに付随した関節座
標系の間で座標変換を行うための位置座標変換器３１、
力座標変換器３２、速度座枠変換器３３か設けられる。
上記制御系においては、マスク側のポテンショメータ１
２において検出される位置の情報Ｐ０を位置座標変換器
３１においてマスタアーム１の関節座標系からスレイブ
・マニピュレータ２の関節座標系に変換し、変換された
位置情報２′を指令値としてスレイブ側のポテンショメ
ータ２２によって検出された位置情報Ｐｓと比較し、そ
の差をもって位置制御器３４を介してスレイブ側のアク
チュエータ２１を駆動する。
２において検出される位置の情報Ｐ０を位置座標変換器
３１においてマスタアーム１の関節座標系からスレイブ
・マニピュレータ２の関節座標系に変換し、変換された
位置情報２′を指令値としてスレイブ側のポテンショメ
ータ２２によって検出された位置情報Ｐｓと比較し、そ
の差をもって位置制御器３４を介してスレイブ側のアク
チュエータ２１を駆動する。
従って、スレイブ・マニピュレータ２の手先はマスタア
ームｌの手先に追従してそれと回し動きをすることにな
る。
ームｌの手先に追従してそれと回し動きをすることにな
る。
一方スレイブ側におけるトルクセンサ２３で検出した力
情報ＦＳをマスク側にフィードパンクするため、そのト
ルクセンサ２３の出力を力座標変換器３２において座標
変換し、変換された力情報Ｆ８′をマスク側におけるト
ルクセンサ１３によって検出された力情報Ｆｍと比較し
、その差をもって力制御器３５を介してマスク側のアク
チュエータ１１に駆動力を発生させる。従って、スレイ
ブ・マニピュレータ２の先端に対象物との干渉等による
反力か生したときには、マスタアームにそれか伝達され
る。なお、マスク側への力情報のフィートパンクは、マ
スタアーム１に対する力の作用だけでなく、例えば操作
者に対する電気的刺激等によって行うこともできる。
情報ＦＳをマスク側にフィードパンクするため、そのト
ルクセンサ２３の出力を力座標変換器３２において座標
変換し、変換された力情報Ｆ８′をマスク側におけるト
ルクセンサ１３によって検出された力情報Ｆｍと比較し
、その差をもって力制御器３５を介してマスク側のアク
チュエータ１１に駆動力を発生させる。従って、スレイ
ブ・マニピュレータ２の先端に対象物との干渉等による
反力か生したときには、マスタアームにそれか伝達され
る。なお、マスク側への力情報のフィートパンクは、マ
スタアーム１に対する力の作用だけでなく、例えば操作
者に対する電気的刺激等によって行うこともできる。
上記制御系は、基本的には上述したスレイブ・マニピュ
レータ２の位置制御及びマスタアームｌの力制御を行う
ものであるか、その応答を改善するため、次のような速
度の制御を行うようにしている。
レータ２の位置制御及びマスタアームｌの力制御を行う
ものであるか、その応答を改善するため、次のような速
度の制御を行うようにしている。
即ち、マスク側におけるタコジェネレータ１４で検出し
た速度情報ψを、速度座標変換器３３において座標変換
したのち、スレイブ側におけるタコジェネレータ２４に
よって検出された速度情報ｖ３と比較し、その差をもっ
て位置制御器３４を介してアクチュエータ２１を駆動す
る。
た速度情報ψを、速度座標変換器３３において座標変換
したのち、スレイブ側におけるタコジェネレータ２４に
よって検出された速度情報ｖ３と比較し、その差をもっ
て位置制御器３４を介してアクチュエータ２１を駆動す
る。
なお、マスタアーＬ、 Ｉにおいては、力制御を行うた
め、マスク側のタコジェネレータ１４の速度情＋ｐを力
制御器３５を介してアクチュエータ１１にフィート／ヘ
プタする。
め、マスク側のタコジェネレータ１４の速度情＋ｐを力
制御器３５を介してアクチュエータ１１にフィート／ヘ
プタする。
」１記位置座標変換器３１、力座標変換器３２、速度座
標変換器３３における座標変換は、第３図Ａに例示する
ような関節形マスタアームにおける位置情報を、 Ｆ’＝ （Ｐ’ 、 Ｐ’） とし、同図Ｂに例示するような極座標形スレイブ・マニ
ピュレータにおける位置座標を、Ｐ’＝ （Ｐ’ 、
Ｐ’） とし、さらにマスク側及びスレイブ側における力情報及
び速度情報を、 Ｆ’−（Ｆ： 、 Ｆ；）、 Ｆ’−（Ｆ’、 、 Ｆ
：）ｖｌ ＝（Ｖｌ 、 ｖ； ）、 ｖ２ ＝（ｖ２
、 Ｖ： ：。
標変換器３３における座標変換は、第３図Ａに例示する
ような関節形マスタアームにおける位置情報を、 Ｆ’＝ （Ｐ’ 、 Ｐ’） とし、同図Ｂに例示するような極座標形スレイブ・マニ
ピュレータにおける位置座標を、Ｐ’＝ （Ｐ’ 、
Ｐ’） とし、さらにマスク側及びスレイブ側における力情報及
び速度情報を、 Ｆ’−（Ｆ： 、 Ｆ；）、 Ｆ’−（Ｆ’、 、 Ｆ
：）ｖｌ ＝（Ｖｌ 、 ｖ； ）、 ｖ２ ＝（ｖ２
、 Ｖ： ：。
とするとき１次式によって表わされる。
Ｐ′−γ （Ｐ’） ・ ・ ・（１）Ｆ’＝ ＪｔＦ
’ −−−（２） Ｖ’＝ Ｊ Ｖ’ ・ ・ ・（３） 但し、デは座標の変換関数、Ｊは開数デのヤコヒアン行
列、即ち。
’ −−−（２） Ｖ’＝ Ｊ Ｖ’ ・ ・ ・（３） 但し、デは座標の変換関数、Ｊは開数デのヤコヒアン行
列、即ち。
Ｊ ＝ ａ （Ｐ７． ｐ：） ／ａ （Ｐ：、 Ｐ；
）であり、Ｌは行列の転置を示している。
）であり、Ｌは行列の転置を示している。
第４図及び第５図は本発明に関する実験例を示すもので
、第４図においては、マスクアームとして第３図Ａに示
すような多関節形のものを用い、スレイブ・マニピュレ
ータとして第３図Ｂに示すような極座標形のものを用い
た場合において、スレイソ側の極座標におけるＨ２Ｏの
人力に対するスレイブ・マニピュレータの位置の追従性
を示している。
、第４図においては、マスクアームとして第３図Ａに示
すような多関節形のものを用い、スレイブ・マニピュレ
ータとして第３図Ｂに示すような極座標形のものを用い
た場合において、スレイソ側の極座標におけるＨ２Ｏの
人力に対するスレイブ・マニピュレータの位置の追従性
を示している。
また、第５図はマスタアームとして極座標形。
スレイブ・マニピュレータとして多関節形のものを用い
た場合において、マスタアームの力の追従性を示してい
る。なお、Ｔαオ極座標における回転方向のトルク、Ｆ
ｒは動径方向の力である。
た場合において、マスタアームの力の追従性を示してい
る。なお、Ｔαオ極座標における回転方向のトルク、Ｆ
ｒは動径方向の力である。
第１図Ａ−Ｃは本発明において利用できるマニピュレー
タの構成例を示す説明図、第２図は本発明の実施例の模
式的構成図、第３図Ａ、Ｂは座標変換のための説明図、
第４図及び第５図は本発明についての実験結果を示す線
図である。 ！−・マスタアーム、 ２ ｌスレイブ−マニピュレータ、 １１２１−・アクチュエータ、 １２．２２ 番・ポテンショメータ。 １３．２３ ・・力センサ。 ３１拳・位置座標変換器、 ３２・・力座標変換器。 第 １ 図 第 ３ ■ Ａ Ｂ
タの構成例を示す説明図、第２図は本発明の実施例の模
式的構成図、第３図Ａ、Ｂは座標変換のための説明図、
第４図及び第５図は本発明についての実験結果を示す線
図である。 ！−・マスタアーム、 ２ ｌスレイブ−マニピュレータ、 １１２１−・アクチュエータ、 １２．２２ 番・ポテンショメータ。 １３．２３ ・・力センサ。 ３１拳・位置座標変換器、 ３２・・力座標変換器。 第 １ 図 第 ３ ■ Ａ Ｂ
Claims (1)
- １、関節座標系を異にするマスタアームとスレイブ・マ
ニピュレータを備え、それらの各関節にアクチュエータ
を設けると共に、関節における角度等の位置情報を検出
するポテンショメータ及び反力検出用の力センサを設け
、」二記マスタアームとスレイブ・マニピュレータとの
間に、マスクアームのポテンショメータで検出した位置
情報を位１ξ座標変換器においてスレイブ・マニピュレ
ータの関節座標系に座標変換したうえでスレイブ・マニ
ピュレータにおけるポテンショメータで検出した位置情
報との差をとってスレイブ′・マニピュレータのアクチ
ュエータへの人力とし、且つスレイブ・マニピュレータ
の力センサで検出した力情報を力座標変換器においてマ
スタアームの関節座標系に座標変換したうえでマスタア
ームにおける力センサで検出した力情報との差をとって
マスクアームのアクチュエータへの入力とする制御系を
設けたことを特徴とする異構造パイラテラル・マスタス
レイブ・マニピュレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP927784A JPS60155384A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 異構造バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP927784A JPS60155384A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 異構造バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60155384A true JPS60155384A (ja) | 1985-08-15 |
| JPH0413103B2 JPH0413103B2 (ja) | 1992-03-06 |
Family
ID=11715969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP927784A Granted JPS60155384A (ja) | 1984-01-20 | 1984-01-20 | 異構造バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60155384A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6394687U (ja) * | 1986-12-11 | 1988-06-18 | ||
| JP2009282720A (ja) * | 2008-05-21 | 2009-12-03 | Nagaoka Univ Of Technology | 操作方法および操作装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50100770A (ja) * | 1974-01-14 | 1975-08-09 | ||
| JPS58132813A (ja) * | 1982-02-03 | 1983-08-08 | Japan Atom Power Co Ltd:The | バイラテラルサ−ボ装置 |
-
1984
- 1984-01-20 JP JP927784A patent/JPS60155384A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS50100770A (ja) * | 1974-01-14 | 1975-08-09 | ||
| JPS58132813A (ja) * | 1982-02-03 | 1983-08-08 | Japan Atom Power Co Ltd:The | バイラテラルサ−ボ装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6394687U (ja) * | 1986-12-11 | 1988-06-18 | ||
| JP2009282720A (ja) * | 2008-05-21 | 2009-12-03 | Nagaoka Univ Of Technology | 操作方法および操作装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0413103B2 (ja) | 1992-03-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |