JPS60217074A - マスタ−スレ−ブマニプレ−タの制御方式 - Google Patents
マスタ−スレ−ブマニプレ−タの制御方式Info
- Publication number
- JPS60217074A JPS60217074A JP6993484A JP6993484A JPS60217074A JP S60217074 A JPS60217074 A JP S60217074A JP 6993484 A JP6993484 A JP 6993484A JP 6993484 A JP6993484 A JP 6993484A JP S60217074 A JPS60217074 A JP S60217074A
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- Japan
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- torque
- arm
- master
- slave
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- Pending
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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】
本発明はマスタースレーブマニプレータの制御方式に関
し、正確なカフィードバック制御ができるように改良し
たものである。
し、正確なカフィードバック制御ができるように改良し
たものである。
第１図に従来の力帰還形と呼ばれるカフィードバック（
パイラテラルサーボとも言う）制御方式を示す。同図に
示すように、手首、肘、肩の回転あるいはねじりの関節
を有する多関節のマスターアーム１と、これに対し相似
形のスレーブアーム２とは、電気的に結合されている。
パイラテラルサーボとも言う）制御方式を示す。同図に
示すように、手首、肘、肩の回転あるいはねじりの関節
を有する多関節のマスターアーム１と、これに対し相似
形のスレーブアーム２とは、電気的に結合されている。
オペレータによって操縦されるマスターアーム１の関節
角度へは位置検出器３によって電気信号に変換され、ス
レーブアーム２の関節角度θ８は位置検出器４によって
電気信号に変換される。
角度へは位置検出器３によって電気信号に変換され、ス
レーブアーム２の関節角度θ８は位置検出器４によって
電気信号に変換される。
この２つの位置検出器３，４の電気信号は比較器９の差
動入力となる。比較器９の出力ΔＥ−θ。−θ９は増巾
器８を介して、駆動装置６を動かし、θ３がθに一致さ
せるように作用する。また、マスターアーム１の駆動装
置５の発生するトルク几をトルク検出器１１（例えば、
トルクモータの電流値を検出）によって電気信号に変換
し、スレーブアーム２の駆動装置６の発生するトルクｌ
をトルク検出器１２によって電気信号に変換する。この
２つのトノνり検出＃１１．１ｚの電気信号は比較器１
３の差動入力となる。比較器１３の出力ΔＴ＝Ｔ、 −
Ｔ。は増巾器７を介して駆動装置５を動かし、Ｔｏがｌ
に一致させるようにマスターアーム１に作用する。すな
わちマスターアーム１を操縦するオペレータにＬをＴＧ
に一致させる向きの反力を与える乙とになる。
動入力となる。比較器９の出力ΔＥ−θ。−θ９は増巾
器８を介して、駆動装置６を動かし、θ３がθに一致さ
せるように作用する。また、マスターアーム１の駆動装
置５の発生するトルク几をトルク検出器１１（例えば、
トルクモータの電流値を検出）によって電気信号に変換
し、スレーブアーム２の駆動装置６の発生するトルクｌ
をトルク検出器１２によって電気信号に変換する。この
２つのトノνり検出＃１１．１ｚの電気信号は比較器１
３の差動入力となる。比較器１３の出力ΔＴ＝Ｔ、 −
Ｔ。は増巾器７を介して駆動装置５を動かし、Ｔｏがｌ
に一致させるようにマスターアーム１に作用する。すな
わちマスターアーム１を操縦するオペレータにＬをＴＧ
に一致させる向きの反力を与える乙とになる。
このように、位置のサーボ系とトルクのサーボ系を設け
ることによって、容易にスレーブアーム２が作用してい
る力或は保持しているトルクをオペレータは力感覚とし
て感じることができ操縦をより確実に行なうことができ
る。
ることによって、容易にスレーブアーム２が作用してい
る力或は保持しているトルクをオペレータは力感覚とし
て感じることができ操縦をより確実に行なうことができ
る。
しかしながら、スレーブのトルク検出器１２が検出する
トルクＴは、スレーブアームが物体に作用している成分
−２とスレーブアーム自身を動作させている成分子ｓ２
（ただし、アームの自重はカウンタウェイト等でバラン
スされているとする。）からなり、オペレータが操縦す
る時は力感覚として必要なトルクは成分−８であり、成
分−２は必要ない。したがって速い操縦をする時には成
分″ｒ８２が大きくなるため、力感覚は不正確になり、
オペレータの操縦性を損なう。
トルクＴは、スレーブアームが物体に作用している成分
−２とスレーブアーム自身を動作させている成分子ｓ２
（ただし、アームの自重はカウンタウェイト等でバラン
スされているとする。）からなり、オペレータが操縦す
る時は力感覚として必要なトルクは成分−８であり、成
分−２は必要ない。したがって速い操縦をする時には成
分″ｒ８２が大きくなるため、力感覚は不正確になり、
オペレータの操縦性を損なう。
本発明は、土占乙従来技術に鑑み、速く操作したときで
あっても、物体に作用する成分−３に対応した力のみを
反力としてオペレータにフィードバックする乙とのでき
るマスタースレーブマニプレータの制御方式を提供する
ことを目的とする。かかる目的を達成する本発明は、ス
レーブアームの速度を検出し、その速度信号ｖ６の自乗
信号ｖＪに比例した信号に■ｘと、スレーブのトルク検
出器のトルク信号Ｔｓの絶対値との和で、スレーブのト
ルク信号の自乗信号Ｔニー割ったトのトルク信号の極性
（方向）をその方向とするトルク目標信号でマスターの
駆動装置５を動作させることにより、スレーブのトルク
信号Ｔのうち、スレーブアームがある物体に作用してい
るトルク−１に近い成分だけをマスタアームを介してオ
ペレータに反力として力感覚を与え、スレーブアーム自
身を動作させるために必要なＩ・ルクＴ′、１２ （”
”９ ’ ＴＳ１ンをできるだけ反力としてフィードバ
ックしないようにしたことを要旨とする。
あっても、物体に作用する成分−３に対応した力のみを
反力としてオペレータにフィードバックする乙とのでき
るマスタースレーブマニプレータの制御方式を提供する
ことを目的とする。かかる目的を達成する本発明は、ス
レーブアームの速度を検出し、その速度信号ｖ６の自乗
信号ｖＪに比例した信号に■ｘと、スレーブのトルク検
出器のトルク信号Ｔｓの絶対値との和で、スレーブのト
ルク信号の自乗信号Ｔニー割ったトのトルク信号の極性
（方向）をその方向とするトルク目標信号でマスターの
駆動装置５を動作させることにより、スレーブのトルク
信号Ｔのうち、スレーブアームがある物体に作用してい
るトルク−１に近い成分だけをマスタアームを介してオ
ペレータに反力として力感覚を与え、スレーブアーム自
身を動作させるために必要なＩ・ルクＴ′、１２ （”
”９ ’ ＴＳ１ンをできるだけ反力としてフィードバ
ックしないようにしたことを要旨とする。
以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
第２図は本発明の実施例を示す。同図において、１はマ
スターアーム、２はスレーブアーム、３．４は位置検出
器、５，６は駆動装置、７゜８は増巾器、９は比較器、
１１，１２ばトルク検出器、１３は比較器であり、これ
らＣよ従来のものと同様である。また１０１は、スレー
ブアーム２の関節角度の速度を検出し、電気信号に変換
する速度検出器である。１０２は速度検出！！！１０１
の出力信昇ルλ力Ｉ：１昇シν、 薯廖Ｖハ自乗信号入
２に比例する信号ｋｖＳ２を出力する信号演算器である
。１０３は信号演算器１０２の出力信号に■ｌと、トル
ク検出器１２の出力信号−を入力信号とし、トルク自乗
信号Ｔ！をトルク信にトルク信号−と同じ極性（方向）
を付けて出力する信号演算器である。
スターアーム、２はスレーブアーム、３．４は位置検出
器、５，６は駆動装置、７゜８は増巾器、９は比較器、
１１，１２ばトルク検出器、１３は比較器であり、これ
らＣよ従来のものと同様である。また１０１は、スレー
ブアーム２の関節角度の速度を検出し、電気信号に変換
する速度検出器である。１０２は速度検出！！！１０１
の出力信昇ルλ力Ｉ：１昇シν、 薯廖Ｖハ自乗信号入
２に比例する信号ｋｖＳ２を出力する信号演算器である
。１０３は信号演算器１０２の出力信号に■ｌと、トル
ク検出器１２の出力信号−を入力信号とし、トルク自乗
信号Ｔ！をトルク信にトルク信号−と同じ極性（方向）
を付けて出力する信号演算器である。
次に動作を説明する。
く動作１〉
まス、オペレータがマスターアーム１を操縦してほぼ静
止状態で、スレーブアーム２をある物体にトルク−Ｊ゛
゛゛作用動作について述べる。
止状態で、スレーブアーム２をある物体にトルク−Ｊ゛
゛゛作用動作について述べる。
この場合オペレータの操縦によって、マスターアーム１
とスレーブアーム２の間に位置偏差ΔＥ１が比較器９か
ら出力され、増巾器８を介して、駆動装置６を動作させ
、スレーブアーム２がある物体にトルクＴｓ、で作用す
る。
とスレーブアーム２の間に位置偏差ΔＥ１が比較器９か
ら出力され、増巾器８を介して、駆動装置６を動作させ
、スレーブアーム２がある物体にトルクＴｓ、で作用す
る。
その間マスターアーム１は、スレーブ側の駆動装置６が
発生するトルクＴ８１とマスター側の駆動装置５の発生
するトルクＬどの方向が反対で大きさが” ｓ ｔに等
しくなるように動作し、オペレータにトルクＴｓ１と等
しいトルクの力感覚を与える。というのは、スレーブア
ーム２はほぼ静止状態なので、スレーブアーム２の速度
入はほぼ零（ＶｓＳＯ）で信号演算はほぼＴ に等とく
なり、従来の方式と同様な動作になるからである。
発生するトルクＴ８１とマスター側の駆動装置５の発生
するトルクＬどの方向が反対で大きさが” ｓ ｔに等
しくなるように動作し、オペレータにトルクＴｓ１と等
しいトルクの力感覚を与える。というのは、スレーブア
ーム２はほぼ静止状態なので、スレーブアーム２の速度
入はほぼ零（ＶｓＳＯ）で信号演算はほぼＴ に等とく
なり、従来の方式と同様な動作になるからである。
したがって動作１においては、従来の方式と同様な動作
にて正確な力感覚を得ながらオペレータは確実な操縦が
できる。
にて正確な力感覚を得ながらオペレータは確実な操縦が
できる。
く動作２〉
次にオペレータがマスターアームエを操縦して、ある速
度入で、スレーブアーム１を動作させながら、ある物体
にトルク−１で作用する動作について述べる。
度入で、スレーブアーム１を動作させながら、ある物体
にトルク−１で作用する動作について述べる。
この場合、オペレータの操作によって、マスターアーム
１とスレーブアーム２の間の位置偏差ΔＥ、（＞Ｅｌ）
が比較器９から出力され増巾器８を介して駆動装置６を
動作させ、スレーブアーム２をある動作速度■６で動作
させるに必要なトルクＴｓ２とある物体に作用するトル
クＴ８１を発生させる。一方、スレーブアーム２の速度
Ｖは速度検出器１０１で検出され、信号演算器１０２で
自乗信号スに比例した信号ｋＶ’に変換され、さらに信
号演目１０３る。そして比例定数ｋをスレーブアーム１
の等価慣性Ｊの２分の１に等しくなるように選となる。
１とスレーブアーム２の間の位置偏差ΔＥ、（＞Ｅｌ）
が比較器９から出力され増巾器８を介して駆動装置６を
動作させ、スレーブアーム２をある動作速度■６で動作
させるに必要なトルクＴｓ２とある物体に作用するトル
クＴ８１を発生させる。一方、スレーブアーム２の速度
Ｖは速度検出器１０１で検出され、信号演算器１０２で
自乗信号スに比例した信号ｋＶ’に変換され、さらに信
号演目１０３る。そして比例定数ｋをスレーブアーム１
の等価慣性Ｊの２分の１に等しくなるように選となる。
そして、比較器１３では、トルク信号−と比となって、
駆動装置５によって、マスクーアが作用し、オペレータ
に力感覚を与える。
駆動装置５によって、マスクーアが作用し、オペレータ
に力感覚を与える。
したがって動作２においては、本発明によ１ らなかっ
た場合と比較すると、次のような利点がある。
た場合と比較すると、次のような利点がある。
′ｒｓＩ−′ｒｓ２の場合、すなわち物体に作用するト
ルクＴ とアームを動作させるのに必要なトルクＴＳ２
が等しい場合では、本来Ｔｓ１でよい力感覚が、従来の
方式では、２Ｔ、、フィードバックされるのに対し、本
発明の場合は−−１フィードバックされ、大巾に改善さ
れる。計算式を示すと次のようになる。
ルクＴ とアームを動作させるのに必要なトルクＴＳ２
が等しい場合では、本来Ｔｓ１でよい力感覚が、従来の
方式では、２Ｔ、、フィードバックされるのに対し、本
発明の場合は−−１フィードバックされ、大巾に改善さ
れる。計算式を示すと次のようになる。
Ｔ、、＝′ｒｓ２のとき、
また、Ｔｓ、−′ｒｓ２の場合、本来’ｒ、Ｓ□でよい
力感覚が、従来の方式では−Ｔ８．フィードバツクされ
るのに対し、本発明の場合−−Ｔ、 、フイトバックさ
れ、大巾な改善ができる。計算式を示すと次のようにな
る。
力感覚が、従来の方式では−Ｔ８．フィードバツクされ
るのに対し、本発明の場合−−Ｔ、 、フイトバックさ
れ、大巾な改善ができる。計算式を示すと次のようにな
る。
”ＩＩ ｉ ” ２ＴｓＱのとき、
また’ Ｔａ２−２ Ｔ８□の場合、すなわち、物体に
作用するトルクＴＳ１の２倍のトルクでアームを動作さ
せる場合、本来−１でよい力感覚が従来の方式の場合３
ＴＳ、フィードバックされるのに対して、本発明の場合
−−、フィードバックされ大巾に改善される。計算式を
示すと次のようになる。
作用するトルクＴＳ１の２倍のトルクでアームを動作さ
せる場合、本来−１でよい力感覚が従来の方式の場合３
ＴＳ、フィードバックされるのに対して、本発明の場合
−−、フィードバックされ大巾に改善される。計算式を
示すと次のようになる。
Ｔ□＝ −Ｔ ８２のとき、
第３図にカフィードバック量とＴ８１ ／Ｔ、 Ｑの比
との関係を示しておく。なお、パワーマニプレータと呼
ばれるマニプレータの場合ＴとＴ９２の比は前述した範
囲すなわち、０５〜２０であるため、第３図から理解さ
れるように、本発明はきわめて有効である。
との関係を示しておく。なお、パワーマニプレータと呼
ばれるマニプレータの場合ＴとＴ９２の比は前述した範
囲すなわち、０５〜２０であるため、第３図から理解さ
れるように、本発明はきわめて有効である。
以上実施例とともに具体的に説明したように本発明によ
れば、操縦速度にかかわらず、オペレータにフィードバ
ックする力は、スレーブアームが物体に作用する成分と
略等しくなる。よって操縦を確実に行うことができる。
れば、操縦速度にかかわらず、オペレータにフィードバ
ックする力は、スレーブアームが物体に作用する成分と
略等しくなる。よって操縦を確実に行うことができる。
最後に本発明を応用することのできる具体的対象を季刊
する。
する。
［陸関係］
・放射線発生物質、爆発物、有害物質などの危険物を取
扱う作業用マニプレータ ・放射線、有害ガスなどの条件の悪い雰囲気で作業する
マニプレータ ［海開係］ ・水中・海中などで建設・保全作業する作業用マユブレ
ーク ［宇宙、空間体］ ・宇宙などで作業する作業用マニプレータ［共通］ ・災害時の救援救助作業マニプレータ ・高電圧下の作業マニプレータ
扱う作業用マニプレータ ・放射線、有害ガスなどの条件の悪い雰囲気で作業する
マニプレータ ［海開係］ ・水中・海中などで建設・保全作業する作業用マユブレ
ーク ［宇宙、空間体］ ・宇宙などで作業する作業用マニプレータ［共通］ ・災害時の救援救助作業マニプレータ ・高電圧下の作業マニプレータ
第１図は従来技術を示すブロック図、第２図は本発明の
実施例を示すブロック図、第３図はカフィードバック量
とＴｓ １１Ｔｓ。の比との関係を示す特性図である。 図 面 中、 １はマスターアーム、 ２はスレーブアーム、 ３．４は位置検出器、 ５．６は駆動装置、 ７．８は増巾器、 ９．１３は比較器、 １１．１２はトルク検出器、 １０１は速度検出器、 １０２．１０３は信号演算襞である。 第１図 第２図
実施例を示すブロック図、第３図はカフィードバック量
とＴｓ １１Ｔｓ。の比との関係を示す特性図である。 図 面 中、 １はマスターアーム、 ２はスレーブアーム、 ３．４は位置検出器、 ５．６は駆動装置、 ７．８は増巾器、 ９．１３は比較器、 １１．１２はトルク検出器、 １０１は速度検出器、 １０２．１０３は信号演算襞である。 第１図 第２図
Claims (1)
- マスターアームの関節角度θ、とスレーブアームの関節
角度θ６との偏差であるθ。−０６に対応した角度偏差
信号ΔＥにより、スレーブアームを駆動せしめるスレー
ブ側の駆動装置を作動させて、関節角度θ５を関節角度
θ、に一致させるとともに、スレーブ側の駆動装置のト
ルク−及びスレーブアームの速度ｖ９を検出し、これら
検出値（但しｋは定数）をめ、スレーブアームに作用し
ている力に対応した反力をマスターアーム与えるマスタ
ー側の駆動装置のトルクＴ０と前記に対応したトルク目
標信号ΔＴによりマスター側の駆動装置を作動させるこ
とを特徴とするマスター：ｘ、レーブマニプレークのｆ
ｌｊｌＪ ｉ［ｌＩ ｊｆ 式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6993484A JPS60217074A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | マスタ−スレ−ブマニプレ−タの制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6993484A JPS60217074A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | マスタ−スレ−ブマニプレ−タの制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60217074A true JPS60217074A (ja) | 1985-10-30 |
Family
ID=13416987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6993484A Pending JPS60217074A (ja) | 1984-04-10 | 1984-04-10 | マスタ−スレ−ブマニプレ−タの制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60217074A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63216686A (ja) * | 1987-02-20 | 1988-09-08 | サージェント、サブ（デラウエア）、インコーポレーテッド | スペース中の無人ビヒクル外活動を遠隔制御するシステム |
-
1984
- 1984-04-10 JP JP6993484A patent/JPS60217074A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63216686A (ja) * | 1987-02-20 | 1988-09-08 | サージェント、サブ（デラウエア）、インコーポレーテッド | スペース中の無人ビヒクル外活動を遠隔制御するシステム |
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