JPS61197175A - マニピュレータ関節制御装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、マニピュレータ関節制御方式に係？）、９１
こマスタスレーブ形のパイラテラル力制御において特別
な姿勢にて力感覚がなくなるという不都合を除いた関節
制御方式に関する。

Ｂ１発明の概要 この発明ハ、マスタスレーブ形のマニピュレータでのパ
イラテラル力制御において、特異点付近の作動状態を判
断して、マスク側に対しスレーブ側を制御可能な状態に
置くようにした仁とにより％誤動作や制御不能あるい祉
故障を防止したものである。

Ｃ６従来の技術 マスタスレーブ形マニピュレータなど操作形マニピュレ
ータは、マスク側の操作痺伴うスレーブ側の負荷が力感
覚となってマスク側に戻るという、ｂわゆるパイラテラ
ル力制御を採用しておシ、力感覚によって器用な操作が
可能とされている。この鳩舎、多関節が用いられている
が、この関節数は代表的なものとして位置３自由度、姿
勢３自由度、及び把持１自由度の計７自由度程である。

例えば、第３図に示す関節構成にあっては、肩部の振上
げ振下げのための関節１．封部のねじ）の関節２、打部
の曲げ関節３、手首の曲げ関節４１手首の他方向（図面
の表裏方向）への曲げ関節５．指部のねじシの関節６１
把手部７からなる。かかる構成で、第３図に示す状態は
１代表的な姿勢であって各関節に力制御（又は力の検出
）可能としておシ、すなわち関節（センナ）に回転モー
メントが作用しておシ、指先にかかるあらゆる方向の負
荷（たとえば外力上ＦもしくはトルクＴ）をいずれかの
関節で検出可能である。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 上述のような関節構成においては、第４図に示すように
関節１〜７を直線上に伸長した場合、直線上に伸ばした
腕と同一軸上へ作用する外力±Ｓは、センナがないこと
もあってその関節によっても検出又は対応することがで
きなくなる。このように腕を伸ばす姿勢は、しばしば生
じ、たとえば垂直下向きや水平方向がある。この関節が
一直線に並ぶ姿勢においては、力感覚がなくなるので、
過大な外力±Ｓによってマニピュレータが従動的に作動
したシカ検出ができないため、損傷することが生ずる。

結局、重大な誤操作や、故障の原因となることが判明し
た。

この特異点における問題を解決する場合として、基台部
Ｂ＃こ多方向の力検出器をつけて。

検討・制御することも可能であるが、その場合は全関節
の姿勢の状態を考慮して検討演算しなければならず、実
用的でない。

本発明は、上述の欠点に鑑み特別な姿勢となる指令を検
出して関節が特別な姿勢に直にならず、力感覚がなくな
らないようにしたマニピュレータ関節制御方式の提供を
目的とする。

Ｅ０問題点を解決するための手段 上述の目的を達成する本発明の概要は、少なくとも２本
の屈曲関節の作動をモニタして一直線化指令になるとき
、スレーブ側の偏差信号を追加して制御して、スレーブ
側で一直線化を防止するようにしたものである。

Ｆ、実施例 ここで、第１図及び第２図を参照して本発明の詳細な説
明する。なお、第２図において、第３図第４図と同一部
分には、同一符号を付す。第１図は、制御プロツクを示
すものであるが、この第１図において、Ｍはマスター又
は操作器、Ｓはスレーブであり、それぞれ動作用のアク
チュエータと回転角セ／すと）：一 ヲ有している。マスターＭとスレーブＳの出力信号は、
加え合せ点Ｅで比較され、その偏差が少なくなる方向に
マスターＭ側には増幅器Ａ、スレーブＳ側には増幅器Ｂ
をそれぞれ介して信号を出力しアクチュエータを駆動し
ているものである。

ここにおいて、マスターＭの２個の関節（例えば第２図
の関節３．４月こついて回転角センナの信号をモニタし
、この信号を一定条件にと比較し続け、その条件にの範
囲円にモニタ信号が至ったとき位置偏差信号を出力する
制御部Ｃを備え、この制御部Ｃの出力を加算部りで加算
し増幅器Ｂ側にてスレーブＳ側を制御するものである。

この場合の一定条件とは、各関節１〜７が一直線になる
ように指令される信号であって、この外力に対処できな
い状態である一直線になるか否かを少なくとも２個の関
節３，４にて検出している。そして、スレーブＳ側の制
御は、マスターＭ側が一直線になる指令値の場合、偏差
を加算器りに加えて制御し一直線にならないよう関節３
，４に角度をもたせ換言すれば第２図に示す角度θ、α
を得るように行なわれる。

マニピュレータの作動中には、各関節の作動角を検出す
るのは公知であるが、従来の検出に加えて更に関節３，
４の角度θ、αを検出し利用する。この場合、関節３，
４は同一平面内で屈曲ししかも隣シ合う関節が利用しや
すい。同一平面内の場合は制御系が簡単となりしかも動
きもわかりやすいからであシ、隣り合う関節を使うのも
同じ理由による。

作動に当）関節３，４の角度θ、αを常時モニタするの
であるが、このモニタは角度θ＋α≦Ｋ（Ｋは定数）な
る関係の状態にあるか否かを判定するためである。θ＋
α〉Ｋの場合は問題がないのであるが、θ＋α≦にの場
合は直ちにθ中α中にとなるように関節３と４に指令を
出す。−例として腕の作動中にマスター等操縦側指令の
θ＋αが１ｒ以下ｌどなったとき、直ちにθ中α中１５
°とすべく関節３，４とマスター側よりの位置操作信号
に上のせした信号を加えたものでスレーブ側を作動させ
るものである。

この１ｒの数値は、θ中α中ｌｆの指令変更に際して手
先７の位置揺れ（横づれ）をわずかｌζするため、にの
値は比較的小さな範囲としたことによる。したがって、
横づれ防止のためには適宜数値が選択される。また、指
先７の横づれ防止のためには、更に、関節１をβ中にと
なる偏差信号を上のせして作動させれば第２図に示すよ
う（こ横づれが少なくて制御できる。なお、第２図に示
すようにαとβとは同方向θは逆方向に偏位させるもの
である。

こうして、腕が一直線になるような状態では、手先７よ
シ肩に向って作用する±Ｓの外力又は負荷に対して関節
１，３．４７こけモーメントが発生し、外力Ｓの有無を
検知、制御できて過負荷に対して逃げるようになる。

以上によって、多関節腕が直線的に近く伸す指令を出し
た場合の特異点について、外力又は負荷がその直線と同
軸上に作用する場合の検出を可能とし、スレーブアーム
又は相手側に過大な力がかからないようマスク側が反応
可能とするものである。なお、偏差信号の加算増加を適
宜な短時間に次第に増加させ。

急作動を防ぐことは適宜採用できる。

上記実施例は、同一平面で作動するｓｂ合う関節につい
て述べたが、少なくとも１ｉｆｅ関節制御であれば同一
平面でなくともまた。

隣シ合わなくても差支えない。

Ｇ６発明の詳細 な説明したように本発明によれば、腕を直線ｔこさせず
、関節にモーメントを持たせて略同位置の手先位置とし
たことによル、力感寛がなくなることがなく、外力や負
荷を認知可能となり、過大な荷重がかからないようにな
って、誤操作や故障を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図は、本発明の一実施例で第１図は制
御ブロック図、第２図は籍異点酊近の腕の状態図、第３
図は７自由度のマニピュレータの一例の簡略構成図％第
４図は一直線となった腕の状態図である。 図　　面　　中、 １へ７は関節、 α、β、θは角ｌ建、 ＭＦｉマスク。 Ｓはスレーブ。 Ａ、Ｂは増幅器。 Ｃは制御部。 Ｄは加算部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多関節腕を有するマスタスレーブ形マニピュレータにお
   いて、少なくとも２本の屈曲関節の作動をモニタし、そ
   の作動状態を一定条件と比較し、この比較により判明し
   たマスタ側より出力される一直線化指令値に偏差信号を
   追加してスレーブ側の上記少なくとも２本の屈曲関節を
   制御したことを特徴とするマニピュレータ関節制御方式
   。