JPS62162477A - マニピユレ−タの制御装置 - 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に係９、特にマニピュレータの
マスク側の指令に応じてスレーブ側を動作させるマニピ
ュレータの制御装置に関する。

Ｂ１発明の概要 本発明ハマスター・スレーブ型マニピュレータの力帰還
型制御装置において、 マスター側の位置センサ信号の差分を入力とし、その差
分が選定した値までは出力金山さず選定された値より大
きい場合のみ前記トルクセンサと同じレベルの信号全出
力する変換部を設け、該変換部の出力信号をトルクセン
サ信号比較部に入力することによシ、 マスターとスレーブの位置ずれが大きくなる場合にはマ
スター側操作が重くなるようにしたものである。

Ｃ１従来の技術 マスター・スレーブ型マニピュレータｉｔ気サーボシス
テムで構成したものにおいては、実用的な装置の構成を
考えるとき出力と速度は制限を受けた。すなわちスレー
ブは作業性よりも外形寸法を比較的小形にしなければな
らず、出力すなわち力は大きいものが望まれる。そのた
め速度は低速にしなければ駆動機が許容される外形寸法
に入らなくなる。これは最新の高性能直流モータを使用
しても避けられない。結果として、速度は比較的遅いが
仕事をする力を出せるマニピュレータが技術的妥協とし
て作られる。

それ故、マスターで操作する際スレーブ側が時間的に追
従せず遅れやすい。それでは誤操作することが多くなつ
友９使用しにくいものである。その対策として、スレー
ブ側の負荷時速度よシも充分遅い作動のみを可能とする
マスターでは、作業の大半を占める無負荷時作動が遅く
なシすぎて効果的ではない。

従来、上述の問題点全解決するために第３図に示すマニ
ピュレータの制御装置が提案されている。

第３図において１＆はマスターハンドル、２ａはトルク
センサ、３ａは位置センサ、４＆はマスター側のアクチ
ュエータでモータ及び減速機の組合せなどによるトルク
発生機である。これらのマスターハンドル１ａ、トルク
センサ２ｍ、位置センサ３ａおよびアクチュエータ４ａ
は機械的に連結されている。５ａは突き合せ部、６ａは
サーボドライバーである。１ｂはスレーブ側のハンドル
、２ｂはトルクセンサ、３ｂは位置センサ、４ｂはアク
チュエータ、５ｂは突き合せ部、６ｂはサーボドライバ
ー、７はトルク帰還部である。ハンドル１ｂ、トルクセ
ンサ２ｂ、位置センサ３ｂおよびアクチュエータ４ｂは
機械的に連結されている。

第３図の制御装置において、マスターハンドル１ａの動
作をトルクセンサ２ａで検出し、サーボドライバー６８
によシアクテユエータ４ａｉ作動させる。その動を位置
センサ３ａで検出し、スレーブ側の位置センサ３ｂとの
比較で偏差が生じたとき、サーボドライバー６ａにより
スレーブ側の負荷トルクをトルクセンサー２ｂで検出す
る。トルクセンサ２ｂで検出したトルクをトルク帰還調
節部７でマスター操作に適する比率弁だけサーボドライ
バー６ａの指令部に帰還する。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 寸法を小形にし、かつ強力な出力を出すためにはスレー
ブ側の駆動は、負荷が大きいときは低速で、かつ無負荷
時には速く動作するよう例えば直流モータの出力特性を
広い範囲で活用することが必要である。一方、マスター
側は操縦者が扱い易いように理想的には人間の腕並以下
に小形軽量に構成しなくてはならず、単に位置指令のみ
を出す多関節マスターやジョイスティックとするのは容
易であるが、それではスレーブ側の負荷情報をフィード
バック出来ず、かつスレーブ側との位置ずれなども、別
の視覚表示や、ブザー警報などの間接的なものとなシマ
スターを円滑に能率よく操作でキナい。したがって、パ
テラチラル力制御があってマスター側にスレーブ側から
の反力を出す駆動機が必要である。その駆動機の出力は
前述のマスター全小形軽量とするためにはどうしても小
出力のものに限定される。

小形軽量の原動機（代表的には直流モータ）で高出力を
出すには高速回転とし減速機でトルクを拡大することが
必要である。そのような方式では、マスターを軽く操作
するために操作者が希望する方向の力をセンサーによシ
検出し、マスターの関節の原動機金その方向に回転制御
しなければならない。そのような制御が必要な理由は、
反力を出すために付けた高減速比の原動機を動作させる
には大きな摩擦抵抗などがめシ、マスターを軽快に操作
できないからである。

しかるに、第３図の方式ではマスターハンドル１ａを操
作すると、アクチュエータ４ａの摩擦抵抗があってもト
ルクセンサ２ａの信号によって直にマスターを動したい
方向にアクチュエータを作動させられるため軽い操作が
可能（まずスレーブ側が無負荷のとき）である。その反
面マスターが軽いため、スレーブ側が遅れて、その位置
偏差が過大になりすぎる欠点がある。その対策としてス
レーブ側よりトルクの殉還率を大きくすることでマスタ
ー側に反力を大きくすることができるが、それではスレ
ーブ側に負荷が大きくなった場合にマスターが非常に重
くなシ作業性が悪く人が疲れ易い問題点があった。

Ｅ０問題点を解決するための手段と作用本発明は上述の
問題点に鑑みて、マスター・スレーブ型マニピュレータ
のマスター側のトルク金検出するトルクセンサと、スレ
ーブ側の負荷トルクをマスター側にフィードバックする
上ルクセンサの信号によってマスター側のサーボドライ
バーに指令を出すようにした力帰還型制御装置において
、前記マスター側の位置センサ信号の差分を入力とし、
その差分が選定した値までは出力を出さず選定された値
より大きいときに前記トルクセンサと同じレベルの信号
を出力する変換部を設け、該変換器部の出力信号をトル
クセンサ信号比較部に入力することによシ、マスター側
とスレーブ側の位置ずれが大きくなるとマスター側操作
が重くなるようにする。

Ｆ、実施例 以下に本発明を第１図および第２図に示す実施例によっ
て具体的に説明する。

第１図において第３図のものと同−又は相当部分は同一
符号で示す。この実施例においては、マスターとスレー
ブの位置偏差全突き合せ部５ｂよシ取シ出し、信号変換
部８によって目的とする値に変換しその出力を、マスタ
ーとスレーブのトルクを比較する突き合せ部５ａに追加
する回路を設けたことである。

第１図の制御装置において、信号変換部８は第２図に示
すように位置差入力信号がない時及び選定されたある値
Ｅまでは出力しないものとする。

さらに入力信号がＥよシ大きくなった場合にはｒ「で示
すような特性で、しかもトルク信号と加算するに適した
レベルの信号に調整する。その出力信号は突き合せ部５
ａに入力される。

Ｌｌがって、マニピュレータの操作においてマスターの
始動は軽快にでき、さらに速くマスターを操作してゆく
と当所の最適に選定されたスレーブ側との位置ずれが小
さい間、すなわち第２図のＥ点以下の場合にはマスター
を速く操作できる。

Ｅ点以上に位置ずれが大きくなると、ＥＦの特性でマス
ター側のアクチュエータ４ａに、操作者の作動方向とは
逆方向にトルクを発生させる回路が作用してマスターは
急激に重くなり、それ以上にスレーブよシマスターが先
行して動きにくくなる。

したがって、過大な位置偏差が防止される。

なお、信号変換部８によ５Ｅ点を可変とすることも可能
であり、かつ直線ＥＦの特性をステップ状にしてもよい
。

Ｇ０発明の効果 本発明は上述の如くであって、マスタースレーブ型マニ
ピュレータにおいて、マスターの操作全軽快に行い、か
つその軽快にマスター操作を行うに必要とするある程度
のマスタースレーブの位置偏差は許容するものの過大に
なるにしたがってマスター操作が重くなるように制御す
るものであるカラ、マスターはスレーブの過大な遅れが
発生する前に、マスターハンドルが重くなりその認識が
可能でらシ誤動作がなく、シかもマニピュレータの持っ
ているスピードを最大限に活用して作業能率の向上を図
れる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るマニピュレータの制御装
置のブロック結線図、第２図はその特性図、第３図は従
来のマニピュレータの制御装置のブロック結線図である
。 １ａ・・・マスターハンドル、２ａ・・・トルクセンサ
、３ａ・・・位置センサ、４ａ・・・駆動機、５ａ・・
・突き合せ部、６ａ・・・サーボドライバー、１ｂ・・
・スレーブ側ハンドル、２ｂ・・・トルクセンサ、３ｂ
・・・位置センサ、４ｂ・・・駆動機、５ｂ・・・突き
合せ部、６ｂ・・・サーボドライバー、７・・・トルク
帰還調節部、８・・・信号変換部。 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マスター・スレーブ型マニピュレータのマスター側のト
   ルクを検出するトルクセンサと、スレーブ側の負荷トル
   クをマスター側にフィードバックするトルクセンサの信
   号によってマスター側のサーボドライバーに指令を出す
   ようにした力帰還型制御装置において、 前記マスター側の位置センサ信号の差分を入力とし、そ
   の差分が選定した値までは出力を出さず選定された値よ
   り大きいときに前記トルクセンサと同じレベルの信号を
   出力する変換部を設け、該変換部の出力信号をトルクセ
   ンサ信号比較部に入力するように構成したことを特徴と
   するマニピュレータの制御装置。