JPS61244470A

JPS61244470A - マスタ・スレ−ブ方式ロボツト

Info

Publication number: JPS61244470A
Application number: JP8541985A
Authority: JP
Inventors: 吉岡　照彦
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1985-04-23
Filing date: 1985-04-23
Publication date: 1986-10-30

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】［発明の技術分野］この発明は、マスタアームの動きに追従してスレーブア
ームを移動させ、そのスレーブアームに所望の働きを行
なわせるマスタ・スレーブ方式ロボットに関する。

［発明の技術的背景及びその問題点］一般にマスタ・スレーブ方式ロボットでは、オペレータ
の腕にマスタアームを装着し、そのオペレータの腕の動
きをマスタアームが把握し、スレーブアームにオペレー
タの腕の動きと同じ動きをさせようとする。ところがこ
のようなマスタ・スレーブ方式ロボットの場合には、オ
ペレータの腕の動きと同じ動きしかスレーブアームが行
なわないため、例えばスレーブアームを高く上げさせよ
うとする時にはオペレータが腕を高く上げていなければ
ならない。そうすると、オペレータは不自然な姿勢を長
時間強られることになり、そのために操作性の改善が望
まれている。

［発明の目的コこの発明は、このような問題を解決するものであって、
マスタアームに有効スイッチを設けることによりオペレ
ータがスイッチをオンしている時に動かすインクリメン
タル量（増加量）だけスレーブアームを動作させるよう
にし、オペレータは楽な姿勢をとりながらもスレーブア
ームには任意の姿勢をとらせることができるマスタ・ス
レーブ方式ロボットを提供することを目的とする。

〔発明の構成］この発明は、第１図に示すようにマスタアーム１に、Ｏ
Ｎの時にみマスタアーム１のインクリメンタル量に追従
してスレーブアーム７．９を動作させるマスタ有効スイ
ッチＳＷ＋を設けて成ることを特徴とするマスタ・スレ
ーブ方式ロボットであって、マスタ有効スイッチがＯＮ
の時のインクリメンタル量だけスレーブアームを動作さ
せるものである。

［発明の実施例］この発明の実施例を図に基づいて詳説する。第２図はこ
の発明の一実施例のマスタアーム１をオペレータ３に装
着した状態を示すものであり、第３図はスレーブロボッ
ト５の全体を示し、左右にそれぞれスレーブアーム７．
９を備えている。なお第２図においてはオペレータ３の
左腕に左腕用のマスタアーム１を装着した部分図を示し
たが、オペレータ３の右腕にも同様に右腕用のマスタア
ームが装着される。

マスタアーム１はオペレータ３の腕１１の各関節部の動
きに追従するように装着されており、肩関節部１３にお
いては水平回転【Ｒ１）検知用エンコーダ１５、捻転（
Ｒ２）検知用エンコーダ１７、前後回転（Ｒ３）検知用
エンコーダ１９を備えている。またこのマスタアーム１
の肘関節部２１に於いては、垂直回転（Ｖ）検知用エン
コーダ２３を備え、手首関節部２５にも垂直回転（Ｗ）
検知用エンコーダ２７を備えている。更にこの手首関節
部２５にはグリップ２９が設けられており、第４図に示
すようにこのグリップ２９にはマスタ有効スイッチＳＷ
１、ティーチングモード選択スイッチＳＷ２、上下駆動
用スイッチＳＷ３が設けられている。

第３図に示すスレーブロボット５の左右のスレーブアー
ム７．９はそれぞれ左右のマスタアーム１の動きに追従
して同じ動きをするものであり、それぞれ肩関節部１３
１、肘関節部２１１、手首関節部２５１にそれぞれサー
ボモータで成る水平回転（Ｒ１）駆動部１５１、捻転（
Ｒ２）駆動部１７１、前後回転（Ｒ３）駆動部１９１、
垂直回転（Ｖ）駆動部２３１、垂直回転（Ｗ）駆動部２
７１を備えている。

またこのスレーブロボット５は左右のスレーブアーム７
．９を同時に上下するための上下駆動機４ｔｌ１３１　
、前後進、旋回を行なう台車３３を備えている。

上記構成のマスタ・スレーブ方式ロボットの助動につい
て説明すると、オペレータ３が左右の腕１１を所望の姿
勢にするように動かすと、その腕１１の動きに応じてマ
スタアーム１が動かされる。

このマスタアーム１の動きによって、各関節部１３．２
１．２５に設けられたエンコーダ１５．１９．２３．２
７が腕の各関節部の動きに応じたパルスを出力する。そ
の各エンコーダのパルスはカウントされスレーブロボッ
ト５の左右のスレーブアーム７．９のそれぞれ駆動部１
５＋　、１７＋　。

１９＋　、２３＋　、２７＋　が同Ｕｆｆｉだけｍ動し
、オペレータ３がとった姿勢と同じ形になるように左右
のスレーブアーム７．９を動かす。

ここでマスタアーム１はオペレータ３の腕１１にしっか
りと固定されている為、オペレータ３が無意識に腕１１
を急激に動かしたような場合、あるいは転倒した様な場
合、スレーブアーム７．９の所望の操作とかけはなれた
急激な動きをすることになり、スレーブアーム７．９の
操作中にそのような事態が起こるならば、危険が生ずる
ことになる。またマスタアーム１の動きにスレーブアー
ム７．９が常に追従するならば、オペレータ３は常に自
分の腕１１の位置を意識している必要があるため精神的
疲労が大きく、更にはスレーブアーム７．９の姿勢によ
ってはオペレータに長時間不自然な姿勢を強るといった
問題もある。

そこで、グリップ２９にマスタ有効スイッチＳＷ１を設
け、そのスイッチＳＷ＋をオペレータ３が操作している
間だけ、マスタアーム１のインクリメンタル量（増加量
）に追従してスレーブアーム７．９が動作するようにし
ている。つまり第５図に示すように、オペレータ３が腕
１１を動かしマスタアーム１の一つのエンコーダが第５
図（ｂ）に示すようなパルスを出力しているような場合
でも、有効スイッチＳ　Ｗ　＋がＯＮ状態にない時には
スレーブロボット５のスレーブアーム７．９はマスタア
ーム１の動きに追従することがない。そして有効スイッ
チＳＷ１がＯＮの状態の時にのみ同図（Ｃ）に示すよう
にマスタアーム１のエンコーダのパルス出力に応じて追
従動作することになる。

しかもこの場合、マスタアーム１の有効スイッチＳ　Ｗ
　＋　がＯＮとなっている間のインクリメンタル量（増
加ｍ）に追従してスレーブアーム７．９が移動するもの
である。つまり第１図に示すようにスレーブアーム７．
９が高い位置に持上げられた状態でも、オペレータ３の
腕１１は低く楽な姿勢をとったまま腕１１を前後に少し
移動させ、腕を前方に送るときにのみ有効スイッチＳＷ
＋　をＯＮにするように操作する。この操作によりスレ
ーブアーム７．９を高い位置にまで上昇させることがで
き、オペレータ３は楽な姿勢を取りながらもスレーブア
ーム７．９に所望の姿勢を取らすことができるものとな
る。

また、危険防止のために、オペレータ３が急激な腕の動
きをさせてもスレーブアーム７．９は所定の設定値以上
の速度では移動しないように制御し、更にマスタアーム
１が異常に速い速度で動く場合には非常状態と判断して
スレーブアーム７゜９を非常停止させることによっても
操作中の危険を防止することがでる。

つまり第６図に示１ようにマスタアーム１の動きが急な
ものであってもその移動速度が非常停止速度Ｖｓｔを超
えない範囲である場合、スレーブアーム７．９の速度は
設定された最高速度Ｖ　ｗａｘで移動するように制御す
る。ところが第７図に示すようにマスタアーム１の移動
速度が非常停止速度Ｖｓｔを超えて大きくなった場合、
その時点下においてスレーブアーム７．９を非常停止さ
せ、危険を避けるようにする。

更にオペレータ３の腕１１の動きは第２図に示したよう
なマスタアーム１の５つのエンコーダによって完全に把
握Ｊることは困難なものである。

そのためオペレータ３が腕１１を動かしてマスタアーム
１を動作させ、そのマスタアーム１の各エンコーダ１５
．１７．１９．２３．２７からの出力パルスを対応する
スレーブアーム７．９の各駆動部１５＋　、１７＋　、
１９＋　、２３＋　、２７＋の駆動量の指令値とする場
合、次のような問題がある。つまり、マスタアーム１を
操作して腕１１を真直ぐ前に動かすとしても、実際には
腕１１の肩関節部１３はユニバーサルジヨイントの形で
動くのに対し、各エンコーダは軸が少しずつずれている
ためにユニパー勺ルジョイントのような動きをとれない
。従って腕１１の動きと完全に追従する動きが得られな
いのである。

そこで第８図に示すようにティーチングによってマスタ
アーム１とスレーブアーム７．９の間の動きのずれを補
正する。そのためにはまずスレーブアーム７．９それぞ
れを第１の基本姿勢、例えば第３図に示すように肩関節
部１３１が上腕部を垂直に垂れ下げた状態で、肘関節部
２１１が直角に折れ曲った状態に維持し、オペレータ３
はその腕１１をほぼ同様の第１の基本姿勢に保つ。そし
てこの状態でグリップ２９のティーチングモード選択ス
イッチＳＷ２を操作し、マスタアーム１の各エンコーダ
１５．１７，１９．２３．２７が仮想原点にあるものと
する。

次にスレーブアーム７．９を第２の基本姿勢、例えば肩
関節部１３１から水平に前方にアーム全体が延ばされた
状態に移動させる。そしてその時のスレーブアーム７．
９の各駆動部１５＋、１７１．１９１，２３１．２７＋
の移動量を各軸制御部３５，３７．３９．４１．４３に
与える。

続いてオペレータ３はその腕１１を第２の基本姿勢まで
移動させ、マスタアーム１をスレーブアーム７．９とほ
ぼ同様の姿勢まで移動させる。そしてこの時の各エンコ
ーダ１５．１７．１９，２３．２７の出力パルスを同様
に各軸制御部３５゜３７．３９．４１．４３に与える。

その状態のままティーチングモード選択スイッチＳＷ２
を再び操作する。この結果主制御部４５は各軸３５．３
７，３９．４１．４３において記憶されているマスタア
ーム１の出力パルスとスレーブアーム７．９からの移動
量のフィードバックパルスとを比較し、各軸制御部に対
応する出力パルス同志の比を補正値として与える。こう
して主制御装置４５が演算した各軸の補正値は各軸制御
部において記憶され、マスタアーム１が実際に駆動され
る時に、そのマスタアーム１の各エンコーダ１５．１７
．１９．２３．２７からの出力パルスに補正値を掛は合
わせてスレーブアーム７．９の対応する各駆動部１５＋
　、１７＋　、１９＋　、２３＋　、２７＋の移動量を
決定し、その補正後の移動量によってスレーブアーム７
．９の追従動作を制御する。

また更にオペレータ３がマスタアーム１を自分の腕１１
の動ぎによって操作する場合、通常人の腕は静止状態に
ある時に小刻みに震えるものであるため、その震えを各
エンコーダ１５．１７，１９．２３．２７が検知してし
まうことがある。そのためにスレーブアーム７．９は不
要な小刻みな振動を起こす事がある。そこでこのような
人の腕の震えを感知しないようにし、スレーブアーム７
゜９が正しく静止状態に維持されるようにする必要があ
る。そのための回路が第９図乃至第１２図に示されてい
る。

腕１１に取付けられたマスタアーム１の各エンコーダ、
例えばエンコーダ２３からの出力パルスはマスタアーム
カウンタ４７に与えられ、その計数値に対してギヤ比補
正回路４９においてギヤ比補正が行なわれる。これは、
各エンコーダに各軸の回転角度が増速機構を介して、例
えば２倍に増幅、して与えられるでいるためである。続
いてスレーブロボット５の主制御装置４５において加減
速処理がなされ、移動量指令値がパルス分配器５１に与
えられ、ここでパルス出力に変換されてサーボアンプ５
３に入力する。サーボアンプ５３は入力パルスに応じて
駆動部２３１にあるサーボモータをフィードバック制御
する。

このパルス分配器５１、サーボアンプ５３を含むフィー
ドバックループはデジタルローパスフィルタの役目をな
すもので、第１０図（ａ　）に示ずマスタアーム１のエ
ンコーダ２３からのパルス出力のうちの高周期の微小な
振動をカットし、同図（ｂ）に示すようにスレーブロボ
ット５側の駆動部２３１にはその微小振動のない信号と
して移動指令信号を与える。

この回路の更に詳しい構成は第１１図及び第１２図に示
されている。パルス分配器５１は減算器５５と乗算器５
７．定数に１乗算器５９．定数に２乗算器６１とで構成
されている。また駆動部２３１にはサーボモータ６３と
エンコーダ６５とが備えられている。そして、このフィ
ードバックループはたまり量ｅによって駆動制御するも
のであり、減算器５５において、マスタアーム１からの
移動指令値からエンコーダ６５による実際の移動量をひ
いた値をたまり量ｅとして乗算器５７に与える。

乗算器５７においては、第１２図に示すグラフから、た
まり量ｅの大小により係数εを決定し、所定値へを規準
にして、ｅ≦Ａのとき　　ε＝１／Ａ８＞Ａのとき　　ε＝１として、ε・ｅの値を出力する。つまり、マスタアーム
が低速で振動しているとぎにはたまり量ｅも小さくなり
、ε・ｅが微小なものなり、サーボアンプ５３に与える
速度指令も小さくなり、スレーブアームを小刻みに振動
させることがない。ところが、マスタアームの速度が大
きくなるに伴ってたまり聞ｅも増加し、係数ε−１とな
るため、通常の動作が得られることになる。

このようにしてマスタアーム１の移動量に応じてスレー
ブアーム７．９は安定した追従動作を行なうことになる
。

［発明の効果］この発明はマスタアームにマスタ有効スイッチを設けて
、そのスイッチのＯＮの時のマスタアームのインクリメ
ンタル聞によりスレーブアームを動作させるものである
ため、例えばスレーブアームを高く上げさせたいような
場合でも、オペレータは、マスタ有効スイッチをＯＮに
した状態でスレーブアームを操作した後にＯＦＦするこ
とにより楽な姿勢に戻ることができる。したがって楽な
姿勢をとりながら操作が行なえる特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のクレーム対応図、第２図はこの発明
の一実施例のマスタアームの斜視図、第３図はこの発明
の一実施例のスレーブロボットの斜視図、第４図は上記
マスタアームのグリップ部の斜視図、第５図はマスタア
ーム有効スイッチの動作特性を示すタイミングチャート
、第６図、第７図は上記実施例の動作を示ずマスタアー
ム速度及びスレーブアーム速度の時間特性図、第８図は
上記実施例におけるティーチングモードの補正回路ブロ
ック図、第９図は上記実施例の回路ブロック図、第１０
図は上記ブロック回路の動作を示すタイミングチャート
、第１１図は駆動部のフィードバックループの詳細なブ
ロック図、第１２図はたまり傷と補正係数の関係を示す
グラフである。１・・・マスタアーム、　　３オペレータ、５・・・ス
レーブロボット、７．９・・・スレーブアーム、１３．
１３＋　・・・肩関節部、１５・・・水平回転検知用エンコーダ、１５＋・・・水
平回転駆動部、１７・・・捻転検知用エンコーダ、１７１・・・捻転駆動部、１９・・・前後回転検知用エンコーダ、１９１・・・前
後回転駆動部、２１．２１＋・・・肘関節部、２３・・・垂直回転検知用エンコーダ、２３１・・・垂
直回転駆動部、２５．２５＋・・・手首関節部、２７・・・垂直回転検知用エンコーダ、２７１・・・垂
直回転駆動部、２９・・・グリップ、　　　３１・・・上下駆動機構、
３３・・・台車、　　　　　３５・・・Ｒ１軸制御部、
３７・・・Ｒ２軸制御部、　３９・・・Ｒ３軸制御部、
４１・・・Ｖ軸制御部、　　４３・・・Ｗ軸制御部、４
５・・・主制御部、４７・・・マスタアームカウンタ、４９・・・ギヤ比補正回路、５１・・・ロボット側パルス分配器、５３・・・サーボアンプ第４ｍ第１ＩＩ第２図第３ｗＪ第６図第７図峰聞手続？甫正書（自発）昭和６１年　１月４日特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿１、事件の表示　　　特願昭第６０−８５４１９号３、
補正をする者代表者　　天１）満開（１）、明細書６、補正の内容（１）、明細書８ペ一ジ２行目の［を防止することがで
る。］を、「を防止することができる。」に補正する。（２）、明細書１２ペ一ジ３行目の「これは、・・・」
から、５行目の「・・・与えられているためである。」
までの文章を次のとおり補正する。「これは、マスタアームの各エンコーダが増速機構を有
し、スレーブ側ロボットの各モータが減速機構を有する
ためである。」（３）、明細書１２ペ一ジ８行目の「パルス出力」を、
「速度指令電圧」に補正する。（４）、明細書１２ペ一ジ９行目から１０行目にかけて
の「入力パルス」を、「速度指令電圧」に補正する。（５）、明細書１３ペ一ジ１４行目の［ε＝１／ＡＪを
、「ε＝ｅ／ＡＪに補正する。（６）、明細書１５ペ一ジ１２行目の「３」と「オペレ
ータ、」との間に、「・・・」を挿入する。

Claims

【特許請求の範囲】

マスタアームに、ＯＮの時にのみマスタアームのインク
リメンタル量に追従してスレーブアームを動作させるマ
スタ有効スイッチを設けて成ることを特徴とするマスタ
・スレーブ方式ロボット。