JPS62193784A - マスタスレ−ブマニピユレ−タ装置 - Google Patents
マスタスレ−ブマニピユレ−タ装置Info
- Publication number
- JPS62193784A JPS62193784A JP3073186A JP3073186A JPS62193784A JP S62193784 A JPS62193784 A JP S62193784A JP 3073186 A JP3073186 A JP 3073186A JP 3073186 A JP3073186 A JP 3073186A JP S62193784 A JPS62193784 A JP S62193784A
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- Japan
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- slave
- torque
- arm
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- 230000036544 posture Effects 0.000 claims description 11
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、多自由度のマスタアーム、スレーブアームの
それぞれの自由度に対して取り付けられた位置検出器と
トルク検出器の信号(でよって力帰還形バイラテラルサ
ーボ系を構成したマスタスレーブマニピュレータ装置に
関する。
それぞれの自由度に対して取り付けられた位置検出器と
トルク検出器の信号(でよって力帰還形バイラテラルサ
ーボ系を構成したマスタスレーブマニピュレータ装置に
関する。
バイラテラルサーボ系は、対称形、方送送形、力帰還形
が公知であるが、基本的な概念は、スレーブにかかる外
力をマスタを操作する人間が感じるようにすることで、
操作性全向上させようとするものであるから、何らかの
方法でマスタとスレーブの自重成分が、カフィードパッ
クルーズに入らないようにしなければなら々い。
が公知であるが、基本的な概念は、スレーブにかかる外
力をマスタを操作する人間が感じるようにすることで、
操作性全向上させようとするものであるから、何らかの
方法でマスタとスレーブの自重成分が、カフィードパッ
クルーズに入らないようにしなければなら々い。
従来、マスタスレーブマニピュレータの多くは、各自由
度にカウンタウェイトあるいはバネ全便っテメカニカル
にマスタアーム、スレーブアームの自重成分とバランス
させている。しかし本方式では、自由度の多い多関節形
のマスタスレーブマニピュレータには構造的に適用が困
難である。
度にカウンタウェイトあるいはバネ全便っテメカニカル
にマスタアーム、スレーブアームの自重成分とバランス
させている。しかし本方式では、自由度の多い多関節形
のマスタスレーブマニピュレータには構造的に適用が困
難である。
そこでマニピュレータの関節部あるいはアクチーエータ
部あるいは減速部に取り付けられた位置あるいは角度の
検出器の信号をもとに、マニピュレータの現在姿勢を知
り、そこから計算機を用いて各自由度を駆動するアクチ
ュエータにかかるアーム自重成分を計算し、アクチュエ
ータ自身でそれを補償するように構成したものもある。
部あるいは減速部に取り付けられた位置あるいは角度の
検出器の信号をもとに、マニピュレータの現在姿勢を知
り、そこから計算機を用いて各自由度を駆動するアクチ
ュエータにかかるアーム自重成分を計算し、アクチュエ
ータ自身でそれを補償するように構成したものもある。
第2図は、この力帰還形バイラテラルサーボ系のマスタ
スレーブマニピュレータに対して使った時の代表的な1
軸の制御ブロック図である。符号の12Mおよび128
はそれぞれマスタ側、スレーブ側のモータ部、13M、
138はそれぞれ速度検出器、15M。
スレーブマニピュレータに対して使った時の代表的な1
軸の制御ブロック図である。符号の12Mおよび128
はそれぞれマスタ側、スレーブ側のモータ部、13M、
138はそれぞれ速度検出器、15M。
158はトルクあるいは力検出器、14M、14Sは。
それぞれ位置あるいは回転角検出器である616M。
168は、それぞれモータのサーボドライバ、17M。
19M、178,198は増巾器、20M、208は、
重力成分演算部、18M、188は、制御補償器である
。
重力成分演算部、18M、188は、制御補償器である
。
第2図において、計算機を使用する場合、信号流れの中
に適宜、AD変換、DA変換がされている。
に適宜、AD変換、DA変換がされている。
第2図の動作は、まずスレーブ側ループにおいては、マ
スタ側位置検出器11Mの信号を目標値として、スレー
ブ側の位置検出器148の信号がこれに追従するループ
があり、制御補償器18Sで処理された信号と、ダンピ
ング特性を向上させるためにスレーブ側の速度検出器1
3Sの信号を負帰還させた信号によって、サーボドライ
バ168によりスレーブ側モータ12St駆動させる。
スタ側位置検出器11Mの信号を目標値として、スレー
ブ側の位置検出器148の信号がこれに追従するループ
があり、制御補償器18Sで処理された信号と、ダンピ
ング特性を向上させるためにスレーブ側の速度検出器1
3Sの信号を負帰還させた信号によって、サーボドライ
バ168によりスレーブ側モータ12St駆動させる。
マスタ側ループは、マスタ側トルク検出器15Mの信号
と、マスタ側位置検出器14Mの信号と他のマスタ関節
の位置検出器の信号21Mとから重力成分演算部20M
によって計算されるマスタ自重成分トルク信号とを使っ
て、マスタ側の自重成分を除いた力成分の信号と、スレ
ーブ側トルク検出器158の信号と、スレーブ側位置検
出器148の信号と他のスレーブ関節の位置検出器の信
号218とから重力成分演算部208によって計算され
るスレーブ自重成分トルク信号とを使って、スレーブ側
自重成分を除いた力成分の信号において、前記スレーブ
側力成分信号に、前記マスタ側力成分信号が追従するよ
うにしたループにおける制御補償器18Mで処理された
信号と、ダンピング特性を向上させるためにマスタ側の
速度検出器13Mの信号を負帰還させた信号とによって
ドライバ16MによQマスタ側モータ12Mを駆動させ
る。
と、マスタ側位置検出器14Mの信号と他のマスタ関節
の位置検出器の信号21Mとから重力成分演算部20M
によって計算されるマスタ自重成分トルク信号とを使っ
て、マスタ側の自重成分を除いた力成分の信号と、スレ
ーブ側トルク検出器158の信号と、スレーブ側位置検
出器148の信号と他のスレーブ関節の位置検出器の信
号218とから重力成分演算部208によって計算され
るスレーブ自重成分トルク信号とを使って、スレーブ側
自重成分を除いた力成分の信号において、前記スレーブ
側力成分信号に、前記マスタ側力成分信号が追従するよ
うにしたループにおける制御補償器18Mで処理された
信号と、ダンピング特性を向上させるためにマスタ側の
速度検出器13Mの信号を負帰還させた信号とによって
ドライバ16MによQマスタ側モータ12Mを駆動させ
る。
こうして操作者は重力成分を力感覚として感することな
く、外力成分のみを感じ、さらにカウンタウェイトやば
ねを使った重力補償と同じく任意の姿勢で外力が働かな
い時に静止可能となる。
く、外力成分のみを感じ、さらにカウンタウェイトやば
ねを使った重力補償と同じく任意の姿勢で外力が働かな
い時に静止可能となる。
ところで、こうしたマスタスレーブマニピュレータを、
水中作業に使う場合、スレーブアームは自重以外にその
体積に比例した浮力を受ける。第2図に示された従来の
サーボ系ではこの浮力が補償されていないため、操作者
はあたかも自分自身が水中で作業をしているかのような
外力を常に受けることとなシ操作性が極めて悪くなる。
水中作業に使う場合、スレーブアームは自重以外にその
体積に比例した浮力を受ける。第2図に示された従来の
サーボ系ではこの浮力が補償されていないため、操作者
はあたかも自分自身が水中で作業をしているかのような
外力を常に受けることとなシ操作性が極めて悪くなる。
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、浮
力全受ける媒質中においての操作性を向上すせたマスタ
スレーブマニピュレータ装置全提供することを目的とす
る。
力全受ける媒質中においての操作性を向上すせたマスタ
スレーブマニピュレータ装置全提供することを目的とす
る。
バイラテラルサーボ系を備えたマスタスレーブマニピュ
レータにおいて、マスタアームとスレーブアームの各自
由度に取り付けられた位置センサの信号から前記マスタ
アームの姿勢と前記スレーブアームの姿勢を求め、各前
記姿勢をもとに前記マスタアームおよび前記スレーブア
ームの各自由度を駆動するアクチュエータにかかる前記
マスタアーム自重および前り已スレーフ゛アーム自重に
よるトルクを演算しさらに前記スレーブアームの各自由
度全駆動するアクチュエータにかかる前記スレーブアー
ムの体積に比例した浮力によるトルクを演算し、前記マ
スタアームの各自由度に設けられたトルク検出器のトル
ク信号から、前記マスタア−ム自重によるトルクを減算
したものをマスタ側外力トルクとし、さらに前記スレー
ブアームの各自由度に設けられたトルク検出器のトルク
信号から、前記スレーブアーム自重トルクと浮力による
前記トルクを減算したものをスレーブ側外力トルクとし
て、力帰還演算用の信号として使用するように構成した
ことを特徴とするマスタスレーブマニピュレータ装置で
ある。
レータにおいて、マスタアームとスレーブアームの各自
由度に取り付けられた位置センサの信号から前記マスタ
アームの姿勢と前記スレーブアームの姿勢を求め、各前
記姿勢をもとに前記マスタアームおよび前記スレーブア
ームの各自由度を駆動するアクチュエータにかかる前記
マスタアーム自重および前り已スレーフ゛アーム自重に
よるトルクを演算しさらに前記スレーブアームの各自由
度全駆動するアクチュエータにかかる前記スレーブアー
ムの体積に比例した浮力によるトルクを演算し、前記マ
スタアームの各自由度に設けられたトルク検出器のトル
ク信号から、前記マスタア−ム自重によるトルクを減算
したものをマスタ側外力トルクとし、さらに前記スレー
ブアームの各自由度に設けられたトルク検出器のトルク
信号から、前記スレーブアーム自重トルクと浮力による
前記トルクを減算したものをスレーブ側外力トルクとし
て、力帰還演算用の信号として使用するように構成した
ことを特徴とするマスタスレーブマニピュレータ装置で
ある。
本発明によって、従来のマスタスレーブ制御装置では対
応できなかった水中での作業における重力成分と浮力成
分の補償ができるので、操作者はスレーブアームが例え
ば水中にあることを意識して操作する必要がなく、例え
ば水中作業におけるマスタスレーブマニピュレータ装置
の掃作性全大幅に向上させることができる。
応できなかった水中での作業における重力成分と浮力成
分の補償ができるので、操作者はスレーブアームが例え
ば水中にあることを意識して操作する必要がなく、例え
ば水中作業におけるマスタスレーブマニピュレータ装置
の掃作性全大幅に向上させることができる。
第1図は発明の一実施例を示す代表的な1軸の制御ブロ
ック図である。スレーブ駆動のためのマスタ位置追従サ
ーボ系は従来例と同じであるので記述を省略する。マス
タ駆動のためのマスタ力帰還サーボ系は、マスタ側トル
ク検出器4M、スレーブ側トルク検出器48.マスタ側
位置検出器3 M、スレーブ側検出器38.マスタ自重
成分演算部9M、マスタ側の他の自由度位置信号群10
M。
ック図である。スレーブ駆動のためのマスタ位置追従サ
ーボ系は従来例と同じであるので記述を省略する。マス
タ駆動のためのマスタ力帰還サーボ系は、マスタ側トル
ク検出器4M、スレーブ側トルク検出器48.マスタ側
位置検出器3 M、スレーブ側検出器38.マスタ自重
成分演算部9M、マスタ側の他の自由度位置信号群10
M。
スレーブ側自重成分演算部98.スレーブ側の他の自由
度位置信号群10S、スレーモ 部1】、マスタ側制御補償器7M、マスタ側速度検出器
2M、サーボドライバ5M、モータIM。
度位置信号群10S、スレーモ 部1】、マスタ側制御補償器7M、マスタ側速度検出器
2M、サーボドライバ5M、モータIM。
増巾器6M、8Mから構成されている。
基本的な力帰還形バイラテラルサーボ系では。
マスタ側アームには純粋にスレーブ側アームにかかる外
力成分のみがトルクとしてモータIMから出力される。
力成分のみがトルクとしてモータIMから出力される。
しかし水中作業を行なうマスタスレーブマニピュレータ
装置では、マスタ側トルク検出器4Mにはマスタアーム
の自重成分、スレーブ側トルク検出器4Sにはスレーブ
アームの自重成分とその浮力によるトルクが同時に検出
されてしまうので、まずマスタ側位置検出器3Mの信号
とマスタ例の他の自由度位置信号群10Mとからマスタ
アームの現在姿勢を計算しこれをもとにマスタ自重成分
演算部9Mにおいてマスタ側トルク検出器4Mの信号の
うち自重成分トルクの大きさを計算し、これを前記マス
タ側トルク検出器4Mの信号から減算することによりマ
スタアーム自重による外力トルク成分を取り除き、また
スレーブ側位置検出器3Sの信号とスレーブ側の他の自
由度位置信号群108とからスレーブアームの現在姿勢
を計算しこれをもとにスレーブ自重成分演算部9Sにお
いてスレーブ側トルク検出器4Sの信号のうちスレーブ
アーム自重成分トルクの大きさを計算し、かつ前記スレ
ーブアームの現在姿勢からスレーブ浮力成分演算部11
においてスレーブ側トルク検出器4Sの信号のうち浮力
によるトルク成分の大きさを計算し、スレーブ側トルク
検出器4Sの信号から、スレーブアーム自重による外力
トルク成分と力によるトルク成分を減算することによシ
スレープアーム自重とスレーブアーム体積による浮力成
分を取シ除き、前記マスタアーム自重成分を取や除いた
信号と前記スレ−プアー5ム自重とスレーブアームにか
かる浮力成分を取り除いた信号を使って力帰還サーボ系
を構成する。ここで速度検出器2Mの信号は増巾器6M
を介して制御補償器7Mの信号を減算しているが、これ
はダンピング特性改善のためである。
装置では、マスタ側トルク検出器4Mにはマスタアーム
の自重成分、スレーブ側トルク検出器4Sにはスレーブ
アームの自重成分とその浮力によるトルクが同時に検出
されてしまうので、まずマスタ側位置検出器3Mの信号
とマスタ例の他の自由度位置信号群10Mとからマスタ
アームの現在姿勢を計算しこれをもとにマスタ自重成分
演算部9Mにおいてマスタ側トルク検出器4Mの信号の
うち自重成分トルクの大きさを計算し、これを前記マス
タ側トルク検出器4Mの信号から減算することによりマ
スタアーム自重による外力トルク成分を取り除き、また
スレーブ側位置検出器3Sの信号とスレーブ側の他の自
由度位置信号群108とからスレーブアームの現在姿勢
を計算しこれをもとにスレーブ自重成分演算部9Sにお
いてスレーブ側トルク検出器4Sの信号のうちスレーブ
アーム自重成分トルクの大きさを計算し、かつ前記スレ
ーブアームの現在姿勢からスレーブ浮力成分演算部11
においてスレーブ側トルク検出器4Sの信号のうち浮力
によるトルク成分の大きさを計算し、スレーブ側トルク
検出器4Sの信号から、スレーブアーム自重による外力
トルク成分と力によるトルク成分を減算することによシ
スレープアーム自重とスレーブアーム体積による浮力成
分を取シ除き、前記マスタアーム自重成分を取や除いた
信号と前記スレ−プアー5ム自重とスレーブアームにか
かる浮力成分を取り除いた信号を使って力帰還サーボ系
を構成する。ここで速度検出器2Mの信号は増巾器6M
を介して制御補償器7Mの信号を減算しているが、これ
はダンピング特性改善のためである。
こうして力帰還サーボ系の信号としてマスタ側トルク検
出器4Mの信号からマスタ自重の影響を除いたもの、ス
レーブ側トルク検出器4Sの信号からスレーブ自重とス
レーブ体積による浮力の影響を除いたものを使うことに
より、操作者は、マスタおよびスレーブの自重、スレー
ブにかかる浮力ヲ感じることなくマスタスレープマニビ
具レータを動かすことができるので、疲労感が少なく、
また異和感なく水中作業をスレーブに行なわせるコトが
できる。尚5本発明のマスタスレーブマニピュレータ装
置はスレーブマニピュレータが水中だけでなく他の浮力
を受ける物質中で作業を行なう場合にも適用できる。
出器4Mの信号からマスタ自重の影響を除いたもの、ス
レーブ側トルク検出器4Sの信号からスレーブ自重とス
レーブ体積による浮力の影響を除いたものを使うことに
より、操作者は、マスタおよびスレーブの自重、スレー
ブにかかる浮力ヲ感じることなくマスタスレープマニビ
具レータを動かすことができるので、疲労感が少なく、
また異和感なく水中作業をスレーブに行なわせるコトが
できる。尚5本発明のマスタスレーブマニピュレータ装
置はスレーブマニピュレータが水中だけでなく他の浮力
を受ける物質中で作業を行なう場合にも適用できる。
第1図は、本発明の一実施例を示すマスタスレ−ブマニ
ビュレータ装置の代表的な1軸の制御ブロック図、第2
図は、従来の重力補償付マスタスレーブマニピュレータ
の代表的な1軸の制御ブロック図である。 1M、18.12M、128・・・モータ、 2M、2
8.13M、138・・、速度検出器、 3M、38.
14M、148・・・位置検出器、 4M、48゜15
M、158・・・トルク検出器、 5M、58.16
M、168・・、サーボドライバ、 6M、8M、6
8,88.17M、19M、178,198・・・増巾
器、 7M、78.18M、188・・・制御補償器
、 9M、20M・・・マスタ自重成分演算部、 9
8,208・・・スレーブ自重成分演算部、 IOM
、21M・・・マスタの他の自由度位置信号群、 1
08,218・・・スレーブの他の自由度位置信号群。 11・・・スレーブ浮力成分算出部。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男
ビュレータ装置の代表的な1軸の制御ブロック図、第2
図は、従来の重力補償付マスタスレーブマニピュレータ
の代表的な1軸の制御ブロック図である。 1M、18.12M、128・・・モータ、 2M、2
8.13M、138・・、速度検出器、 3M、38.
14M、148・・・位置検出器、 4M、48゜15
M、158・・・トルク検出器、 5M、58.16
M、168・・、サーボドライバ、 6M、8M、6
8,88.17M、19M、178,198・・・増巾
器、 7M、78.18M、188・・・制御補償器
、 9M、20M・・・マスタ自重成分演算部、 9
8,208・・・スレーブ自重成分演算部、 IOM
、21M・・・マスタの他の自由度位置信号群、 1
08,218・・・スレーブの他の自由度位置信号群。 11・・・スレーブ浮力成分算出部。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男
Claims (1)
- バイラテラルサーボ系を備えたマスタスレーブマニピュ
レータにおいて、マスタアームとスレーブアームの各自
由度に取り付けられた位置センサの信号から、前記マス
タアームの姿勢と前記スレーブアームの姿勢を求め、各
前記姿勢をもとに、前記マスタアームおよび前記スレー
ブアームの各自由度を駆動するアクチュエータにかかる
前記マスタアーム自重および前記スレーブアーム自重に
よるトルクを演算し、さらに前記スレーブアームの各自
由度を駆動するアクチュエータにかかる前記スレーブア
ームの体積に比例した浮力によるトルクを演算し、前記
マスタアームの各自由度に設けられたトルク検出器のト
ルク信号から、前記マスタアーム自重によるトルクを減
算したものをマスタ側外力トルクとし、さらに前記スレ
ーブアームの各自由度に設けられたトルク検出器のトル
ク信号から、前記スレーブアーム自重トルクと浮力によ
る前記トルクを減算したものをスレーブ側外力トルクと
して、力帰還演算用の信号として使用するように構成し
たことを特徴とするマスタスレーブマニピュレータ装置
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3073186A JPS62193784A (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | マスタスレ−ブマニピユレ−タ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3073186A JPS62193784A (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | マスタスレ−ブマニピユレ−タ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62193784A true JPS62193784A (ja) | 1987-08-25 |
Family
ID=12311811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3073186A Pending JPS62193784A (ja) | 1986-02-17 | 1986-02-17 | マスタスレ−ブマニピユレ−タ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62193784A (ja) |
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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