JPS6219388A - Controller for manipulator - Google Patents

Controller for manipulator

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JPS6219388A
JPS6219388A JP15874985A JP15874985A JPS6219388A JP S6219388 A JPS6219388 A JP S6219388A JP 15874985 A JP15874985 A JP 15874985A JP 15874985 A JP15874985 A JP 15874985A JP S6219388 A JPS6219388 A JP S6219388A
Authority
JP
Japan
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arm
slave
joint
master
manipulator
Prior art date
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Pending
Application number
JP15874985A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
正憲 鈴木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、たとえば、宇宙ステージ、ンにおける船外や
原子力発電プラントにおける原子炉内といった人間が容
易に接近し難い環境において、遠隔操作により所要作業
をするのに好適なマニプレータの制御装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention provides the ability to carry out required work by remote control in environments that are difficult for humans to easily access, such as outside a space stage or a nuclear power plant or inside a nuclear reactor in a nuclear power plant. The present invention relates to a manipulator control device suitable for controlling a manipulator.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来のマスダースレープ式マニプレータの遠隔操作をな
るべく容易にしようとした例としては、特開昭58−1
37575に開示のものがある。この例では、スレーブ
マニプレータの立体映像とマスターマニプレータとを等
しい大きさで同時に重ねて観察できるようにしている。
An example of an attempt to make remote control of a conventional masker-slap type manipulator as easy as possible is given in Japanese Patent Application Laid-open No. 58-1.
There is one disclosed in No. 37575. In this example, the three-dimensional image of the slave manipulator and the master manipulator can be viewed simultaneously in the same size and superimposed.

しかし、オペレータの視覚に映るマスターマニプレータ
の実像とスレーブ−マニプレータの虚像の大きさがわず
かでも異なると、マスターマニプレータの動きとスレー
ブ−マニプレータの動きの相対ずれが位置によって異な
り、観察も操作も極めてしにくいという問題があった。
However, if the size of the real image of the master manipulator and the virtual image of the slave manipulator that appears to the operator's vision differs even slightly, the relative deviation between the movement of the master manipulator and the movement of the slave manipulator will vary depending on the position, making observation and operation extremely difficult. The problem was that it was difficult.

また、マスターマニプレ−タの前方にスレーブマニプレ
ータの虚慮を離しておいて、この影響を抑えた場合には
、像が小さいこともあってマニプレータに微小な動きを
実現させることは困難であう九。微小な動きの困難の原
因は、マニプレータの動力伝達機構部にパワクラ、シ、
や摩擦があり、また視覚情報が十分に与えられていない
ことである。
Furthermore, if this effect is suppressed by placing the slave manipulator in front of the master manipulator, it would be difficult to make the manipulator make minute movements, partly because the image is small. . The cause of the difficulty in making minute movements is the power clutch, shield, etc. in the power transmission mechanism of the manipulator.
There is friction, and not enough visual information is provided.

従来、多関節アーム型のマスタースレーブ式マニプレー
タでは、通常、マスターアームに対してスレーブアーム
の長さは高々2倍弱であったが、スレーブアームがよシ
長尺(例えばマスタアームの長さの数倍)の場合は特に
微小な動きが難しくなる。
Conventionally, in multi-joint arm type master-slave type manipulators, the length of the slave arm is usually at most twice that of the master arm, but if the slave arm is longer (for example, the length of the master arm is (several times), it becomes especially difficult to make minute movements.

このことを以下第2図を参照して説明する。第2図(1
)はマスターマニプレータを示し、これは制御室内に設
置されている。第2図伽)はスレーブ−マニプレータを
示し、これはたとえば宇宙船の宇宙空間曝露部に固定さ
れている。
This will be explained below with reference to FIG. Figure 2 (1
) indicates the master manipulator, which is installed in the control room. FIG. 2) shows a slave manipulator, which is fixed, for example, in the space-exposed part of a spacecraft.

第2図(a)においてマスターアーム1のペース11は
、制御室内に固定された架台10と回転軸100mに関
し回転可能なように連結されている。
In FIG. 2(a), the pace 11 of the master arm 1 is connected to a pedestal 10 fixed in the control chamber so as to be rotatable about a rotation axis 100m.

マスターアーム1のペース11の一端は、肩関節12の
回転軸101aに関し回転可能なように上腕13と連結
されている。上腕13は、肘関節140回転軸102m
に関し回転可能なように前腕15と連結されている。前
腕15は、手首関節16の3つの回転軸103m、10
4a、tosaに関し回転可能なように、ハンド部17
と連結されている。
One end of the pace 11 of the master arm 1 is connected to the upper arm 13 so as to be rotatable about the rotation axis 101a of the shoulder joint 12. The upper arm 13 has an elbow joint 140 and an axis of rotation 102 m.
It is connected to the forearm 15 so as to be rotatable with respect to the forearm 15 . The forearm 15 has three rotational axes 103m and 10 of the wrist joint 16.
4a, the hand portion 17 is rotatable with respect to the tosa.
is connected to.

以上がマスターマニプレータの構成である。次に、スレ
ーブ−マニプレータも同様の構造(関節及び回転軸)を
有している。すなわち、第2図(b)においてスレーブ
アーム2のペース21は、宇宙船の宇宙空間曝露部に固
定された架台2oと回転軸100bに関し回転可能なよ
うに連結されており、かつ肩関節22の回転軸101b
に関し回転可能なように上腕23に連結されている。上
腕23は肘関節24の回転軸102bに関し回転可能な
ように前腕25に連結されている。前腕25は、手首間
 、節26の回転軸103b、104b、105bIc
関シ回転可能なようにハンド部27と連結されている。
The above is the configuration of the master manipulator. Next, the slave manipulator also has a similar structure (joints and rotation axis). That is, in FIG. 2(b), the pace 21 of the slave arm 2 is rotatably connected to the pedestal 2o fixed to the outer space exposed part of the spacecraft about the rotation axis 100b, and Rotating shaft 101b
The upper arm 23 is rotatably connected to the upper arm 23. The upper arm 23 is rotatably connected to the forearm 25 about the rotation axis 102b of the elbow joint 24. The forearm 25 has rotating shafts 103b, 104b, 105bIc of the joints 26 between the wrists.
It is rotatably connected to the hand section 27.

操縦者がマスターマニプレータのハンド部17を握って
、ハンド部17の位置を変えることでマスタアームの各
関節が回転する。それに応じて、マスタアームの関節お
よび対応するスレーブアームの関節(例えば、肩関節1
2と22、肘関節14と24など)の関節回転角が互に
等しくなるようにスレーブアームが制御され、この結果
、マスターマニプレータのハンド部17の位置に対応し
てスレーブ−マニプレータのハンド部27が位置を変え
る。
The operator grasps the hand portion 17 of the master manipulator and changes the position of the hand portion 17, thereby rotating each joint of the master arm. Correspondingly, the master arm joint and the corresponding slave arm joint (e.g. shoulder joint 1
2 and 22, elbow joints 14 and 24, etc.), the slave arm is controlled so that the joint rotation angles of the joints (2 and 22, elbow joints 14 and 24, etc.) are equal to each other. changes position.

マスクの腕の長さは、通常、人間の腕の長さと同程度な
いし約2倍以下である。これは、操作者がマスターアー
ムを操作するために、マスタアームの長さが上記よシも
長ずざると、操作できなくなったり、操作者の姿勢が極
端に悪くなり、操作性が劣悪になるからである。
The arm length of the mask is typically about the same length or less than about twice the length of a human arm. This is because, in order for the operator to operate the master arm, unless the length of the master arm is longer than the above, it may become impossible to operate or the operator's posture will become extremely poor, resulting in poor operability. It is from.

スレーブアームの各関節の回転角は、マスタアームの対
応する関節の回転角と等しいため、マスタハンド部17
の移動量Δノとスレーブハンド部の移動量ΔLとの間の
比は、次式で与えられる。
Since the rotation angle of each joint of the slave arm is equal to the rotation angle of the corresponding joint of the master arm, the master hand section 17
The ratio between the movement amount Δ and the movement amount ΔL of the slave hand section is given by the following equation.

Δl/ΔL=l/L   ・・・・・・・・・・・・・
・・・・・(1)但し、1.Lはそれぞれマスタアーム
およびスレーブアームの当該関節の回転軸からハンド部
までの距離とし、この長さは、関節の回転によって変 
−わらないものとする。
Δl/ΔL=l/L ・・・・・・・・・・・・・・・
...(1) However, 1. L is the distance from the rotation axis of the relevant joint of the master arm and slave arm to the hand section, and this length changes depending on the rotation of the joint.
−It shall not change.

ΔLの最小値は、スレーブアームによって遠隔操作で実
施する作業に要求される精度(例えば1m)以下である
必要がある。このとき、マスタア   □−ムに要求さ
れる位置分解能Δrは で与えられる。(2)式の左辺は、マスタアームの関節
角の所要最小分解能Δdに等しい。
The minimum value of ΔL needs to be less than or equal to the accuracy (for example, 1 m) required for work performed remotely by the slave arm. At this time, the positional resolution Δr required for the master arm is given by: The left side of equation (2) is equal to the required minimum resolution Δd of the joint angle of the master arm.

ここでスレーブアームがマスタアームよりも数倍以上長
くなると、マスタアームを操作する人間にとって上記Δ
dが小さくなシすぎ、微小な動きを実現することが難し
くなる。
If the slave arm is several times longer than the master arm, the above Δ
If d is too small, it becomes difficult to realize minute movements.

〔発明の目的〕 本発明の目的は、操作者がマスターアームを操作してス
レーブアームの位置を制御するマスタースレーブ式マニ
プレータにおいて、操作者にとりてマニプレータの微小
動作を容易に実現し得るようにするマニプレータの制御
装置を提供することにある。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a master-slave type manipulator in which the operator controls the position of the slave arm by operating the master arm, so that the operator can easily realize minute movements of the manipulator. An object of the present invention is to provide a control device for a manipulator.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、操作者により操作されるマスタアームの関節
回転角にスレーブアームの関節回転角を夫々対応せしめ
るように制御して前者の動きに後者の動きを追従させる
多関節アーム型マスタースレーブ式のマニプレータの制
御装置において、スレーブアームに要求される位置分解
能および操作者にとってのマスタアームの関節操作角度
のしきい値に基づき角度倍率を演算する装着および該演
算された角度倍率に従ってマスク7−ムとスレーブアー
ムの関節間の回転角度倍率を変更する装置を備えたこと
を特徴とするものである。
The present invention provides a multi-joint arm type master-slave system in which the joint rotation angles of the slave arms are controlled to correspond to the joint rotation angles of the master arm operated by the operator, so that the movements of the former follow the movements of the latter. In the control device of the manipulator, the angular magnification is calculated based on the positional resolution required for the slave arm and the threshold value of the joint operation angle of the master arm for the operator, and the mask 7-m is installed according to the calculated angular magnification. The present invention is characterized in that it includes a device that changes the rotation angle magnification between the joints of the slave arm.

第4図は、マスタアームが人間の腕とほぼ同一の長さの
場合、操作者がマスターアームを介してスレーブアーム
2を第3図に示すように点Pから容角度誤差内に位置決
めするのに要する位置決め時間Tを、位置決め許容角度
Bll々変えた場合に関して実験によ)求めた結果を示
す。この実験結果によれば、許容角度Bが約1度以上で
は、位置決め時間Tの値はBに弱く依存するのみである
が、Bが1度以下では、位置決め時間TはBの減少に伴
って著しく増大する。このことは、マスターアームに要
求される角度分角能が成る値(これをしきい値と呼ぶ〕
以下である様な作業、すなわち上述の実験例で云えば該
角度分解能が1度以下である様な作業は、操作者にとっ
て極めて操縦しに<<、このため位置決めに多大な時間
を要することになフ、疲労も激しいということを意味す
る。
Figure 4 shows that when the master arm is approximately the same length as a human arm, the operator positions the slave arm 2 via the master arm within a certain angular error from point P as shown in Figure 3. The results obtained by experiment for the case where the positioning time T required for the positioning permissible angle Bll is varied are shown below. According to this experimental result, when the allowable angle B is about 1 degree or more, the value of the positioning time T only weakly depends on B, but when B is less than 1 degree, the positioning time T increases as B decreases. increases significantly. This is the value at which the angular resolution required for the master arm (this is called the threshold)
The following operations, that is, operations where the angular resolution is 1 degree or less in the above experimental example, are extremely difficult for the operator to maneuver, and therefore require a large amount of time for positioning. It also means that you are extremely fatigued.

このしきい値は、マスタアーム及びスレーブアームのメ
カニズムの精度や構造に依存しておシ、必ずしも1度と
いう角度に限られるものではなく、関節軸によってtl
 0.5〜3度の範囲になることが実験によって確認さ
れている。
This threshold value depends on the accuracy and structure of the master arm and slave arm mechanisms, and is not necessarily limited to an angle of 1 degree, but may vary depending on the joint axis.
It has been confirmed through experiments that the angle is in the range of 0.5 to 3 degrees.

本発明によれば、マスターアームを操作者が操作する場
合、作業によって定まるマスターアームの要求分解能が
常にしきい値(上述の実験例では約1度〕以上になるよ
うに、マスターアームの動きをスレーブアームに縮少し
て伝えるようにすることKよシ、スレーブアームのメカ
ニズムで決マる最高の位置分解能まで楽に位置決めが可
能になる。
According to the present invention, when an operator operates the master arm, the movement of the master arm is controlled so that the required resolution of the master arm determined by the task is always equal to or higher than a threshold value (approximately 1 degree in the above experimental example). By contracting and transmitting the information to the slave arm, positioning can be easily performed to the highest position resolution determined by the mechanism of the slave arm.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図は本発明の一実施例を示したもので、マスタアー
ム及びスレーブアームの一関節の制御回路を示したもの
である。これらの制御回路は、第2図に示すようなマス
タースレーブ両アームの対応する関節毎忙独立に一対一
で角度制御するよう設けられる。以下、マスクおよびス
レーブの各アームの1つの関節軸に対するものを例にと
って第1図により説明する。但し、他の関節軸に対する
回路についても同様の構成である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and shows a control circuit for one joint of a master arm and a slave arm. These control circuits are provided to independently control the angles of the corresponding joints of both the master and slave arms on a one-to-one basis as shown in FIG. Hereinafter, explanation will be given with reference to FIG. 1, taking as an example one joint axis of each arm of the mask and slave. However, circuits for other joint axes have similar configurations.

マスターアームlの一つの関節軸31mの一端にはアー
ム30&が固定されている。また、関節軸31&にはエ
ンコーダ32&及び力センサ44が装着されている。一
方、マスタアームの関節軸31aK対応するスレーブア
ームの関節軸31bはアーム30bと結合されている。
An arm 30& is fixed to one end of one joint shaft 31m of the master arm l. Further, an encoder 32& and a force sensor 44 are attached to the joint shaft 31&. On the other hand, the joint shaft 31b of the slave arm corresponding to the joint shaft 31aK of the master arm is coupled to the arm 30b.

関節軸31bにはエンコーダ32b1タコメータ33、
モータ34が連結されている。エンコーダ32m及び3
2bはインクリメンタル型で69、その出力信号はそれ
ぞれ位置カクンタ35m 、35bに入力される。位置
カクンタ35m 、35bは、それぞれマスタ関節角度
信号PM及びスレーブ関節角度信号p、を出力する。マ
スク関節角度信号PMは、倍率器36を介して1h倍さ
れ九後、減算器38に入力される。スレーブ関節角度信
号P8は減算器38に入力される。減算器38は位置偏
差出力6−p、。
The joint shaft 31b includes an encoder 32b1, a tachometer 33,
A motor 34 is connected. Encoder 32m and 3
2b is an incremental type 69, and its output signals are input to position capacitors 35m and 35b, respectively. The position kakuntas 35m and 35b output a master joint angle signal PM and a slave joint angle signal p, respectively. The mask joint angle signal PM is multiplied by 1 h via a multiplier 36 and then input to a subtracter 38 . The slave joint angle signal P8 is input to a subtracter 38. The subtracter 38 has a position error output 6-p.

s を出力する。偏差出力εは位置・速度変換器39に入力
され、これに比例した速度目標値vr1に変換される。
Output s. The deviation output ε is input to the position/velocity converter 39, and is converted into a velocity target value vr1 proportional to this.

速度目標値τ1、は切換スイッチ43に入力される。一
方、力センサ44の出力fは力・速度変換回路45を介
してこれに比例した速度目標値V□に変換される。速度
目標値ヤ2.は切換スイッチ43に入力される。切換ス
イ、テの出力11アは減算器40に入力されマ九、タコ
メータの出力嘗 も減算器40に入力され、 vr−τ。
The speed target value τ1 is input to the changeover switch 43. On the other hand, the output f of the force sensor 44 is converted via a force/speed conversion circuit 45 into a speed target value V□ proportional to this. Speed target value Ya2. is input to the changeover switch 43. The outputs 11a of the switching switch and tach are input to the subtracter 40, and the outputs of the tachometer and switch are also input to the subtracter 40, giving vr-τ.

が減算器40の出力として、アンプ37を介してモータ
に入力される。
is input to the motor via the amplifier 37 as the output of the subtracter 40.

アーム30aに装着されたスイッチ46の出力S1はモ
ード切換器41に入力され、ダート信号gを出力する。
The output S1 of the switch 46 mounted on the arm 30a is input to the mode switch 41, which outputs the dirt signal g.

ダート信号gは位置カウンタ35a及び切換スイッチ4
3のダート信号として入力される。
The dirt signal g is output from the position counter 35a and the changeover switch 4.
It is input as a dirt signal of 3.

キーが一ド48の出力ΔL(作業に要求されるスレーブ
マニプレータの位置分解能)は演算回路47に入力され
る。演算回路47では、 が演算され、倍率Mが出力される。
The output ΔL of the key hand 48 (positional resolution of the slave manipulator required for the work) is input to the arithmetic circuit 47. The calculation circuit 47 calculates the following and outputs the magnification M.

ここに、αはメカニズムの特性等によって決まる係数で
あシ、通常1〜2が選ばれる。Pon1は操作者にとっ
て容易に位置決め可能なマスタアームの関節角最小分解
能(すなわち前記しきい値〕で6 D 、m 4図の実
験結果によれば、1〜2度である。
Here, α is a coefficient determined by the characteristics of the mechanism, etc., and is usually selected from 1 to 2. Pon1 is the minimum joint angle resolution (i.e., the threshold value) of the master arm that can be easily positioned by the operator, and is 1 to 2 degrees according to the experimental results shown in 6D, m4.

演算回路47の出力Mは倍率器36およびデータ書換回
路42に入力される。データ書換回路42には該信号M
の他にスレーブ関節角度信号pHが入力され、MP、が
出力される。データ書換回路42の出力MPsは、ダー
ト信号gとともに位置カウンタ35mに入力される。
The output M of the arithmetic circuit 47 is input to the multiplier 36 and the data rewriting circuit 42. The data rewriting circuit 42 receives the signal M.
In addition, a slave joint angle signal pH is input, and MP is output. The output MPs of the data rewriting circuit 42 is input to the position counter 35m together with the dirt signal g.

次に、動作について簡単に説明する。Next, the operation will be briefly explained.

作業を始める前に操作者はキーデート48に、作業に要
求されるスレーブマニプレータの位置決め分解能ΔLを
入力する。演算回路47では(3)式に従って、倍率M
が計算される。
Before starting work, the operator inputs into the key date 48 the positioning resolution ΔL of the slave manipulator required for the work. The arithmetic circuit 47 calculates the magnification M according to equation (3).
is calculated.

マニプレータの制御モードはスイッチ46を切換えるこ
とによって下記の3つの状態(i) 、 (ii) 、
 (iiDに分かれる。
The control mode of the manipulator can be changed to the following three states (i), (ii),
(Divided into iiD.

(1)スイッチ46オフのとき f−)信号gは低でありJ切換スイッチ43の出力τ1
は となり、スレーブアームの関節は、マスタアームの関節
に加えられたトルクに応じて速度制御される。すなわち
、力センサ44で検知されたマスタアームに加えられた
トルクfmに比例した速度目標値τ、2にスレーブアー
ムの関節の角速度τ。が等しくなるように速度制御され
る。よってこのときは操作者がマスタアームに力を加え
つづければその方向にスレーブアームが動き、力を加え
るのをなくせばスレーブアームが静止する。いわゆるマ
スク・スレーブ形のJmイスティックとして動作ができ
る。
(1) When the switch 46 is off, the f-) signal g is low, and the output τ1 of the J selector switch 43
The joints of the slave arm are controlled in speed according to the torque applied to the joints of the master arm. That is, the target speed value τ is proportional to the torque fm applied to the master arm detected by the force sensor 44, and 2 is the angular velocity τ of the joint of the slave arm. The speed is controlled so that they are equal. Therefore, in this case, if the operator continues to apply force to the master arm, the slave arm will move in that direction, and if the operator stops applying force, the slave arm will come to rest. It can operate as a so-called mask slave type Jm stick.

(ii)  スイッチ46オフからオンへの切換のとき
ダート信号は低から高へ変る。倍率器36の倍率mは m = M であり、倍率器36からPM/Mが出力される。同時に
、データ書換回路42ではMP、が出力され、この値が
マスタの位置カウンタ35mに書き込まれる。
(ii) When switching switch 46 from off to on, the dirt signal changes from low to high. The magnification m of the multiplier 36 is m = M, and the multiplier 36 outputs PM/M. At the same time, the data rewriting circuit 42 outputs MP, and this value is written into the master position counter 35m.

(+ii)  スイッチ46オンのときf−)信号gは
高であり、切換スイッチ43の出カシ1は vrニジr1 となり、また倍率器36の倍率mはm = Mである。
(+ii) When the switch 46 is on, f-) The signal g is high, the output 1 of the changeover switch 43 becomes vrnijir1, and the magnification m of the multiplier 36 is m=M.

このとき、 ε==pw/M−Ps 17r1=にυ・ε I = Kr (vrl−τC) が演算される。ここに、K、 、 K、は速度及び電流
ゲインであシ、工は電流指令値である。このモードでは
、スレーブアームの関節は、マスタアームの関節の動作
角PMのIA倍だけ動作する。従って、微小な動作が可
能になる。
At this time, υ·ε I = Kr (vrl−τC) is calculated as ε==pw/MPs 17r1=. Here, K, , K are the speed and current gain, and K is the current command value. In this mode, the joints of the slave arm move by IA times the operating angle PM of the joints of the master arm. Therefore, minute movements are possible.

ここで補足説明すると、上記のモード(11)はモード
(1)からモード(iiDへの切換の瞬間だけの動作状
態である。このモード(11)を設ける理由は次の如く
である。切換直後は減算器38の出力εがゼロになって
いる必要がある。何故ならε笑0だと、前記の要素32
b、35b、38,39.43,37゜34からなる位
置制御系によってξ=0となるようにスレーブモータ3
4が回転し、切換時の位置“ニスレープアーム30bが
静止しないからである。   □一方、前記のモート責
11)のように切換の瞬間にマスク位置カウンタ35 
a t−MP、の値で書き換えると、マスタ位置カウン
タ35mの出力=MpH,倍率器36の出力=野、×マ
=P、となって ε= p、−p、= 。
To provide a supplementary explanation here, the above mode (11) is an operating state only at the moment of switching from mode (1) to mode (iiD).The reason for providing this mode (11) is as follows.Immediately after switching The output ε of the subtractor 38 must be zero, because if ε is 0, the above element 32
The slave motor 3 is controlled so that ξ=0 by the position control system consisting of b, 35b, 38, 39.43, and 37°34.
4 rotates, and the mask position counter 30b does not come to rest at the position at the time of switching. On the other hand, at the moment of switching, the mask position counter 35
When rewritten with the value of a t-MP, the output of the master position counter 35m=MpH, the output of the multiplier 36=field, xma=P, and ε=p, -p,=.

となシ、スレーブアームを静止したままにできる。It is possible to keep the slave arm stationary.

すなわち、スレーブアームをスイッチ46のオフからオ
ンへの切換直後に静止させるためにモード(11)を設
けるのである。
That is, the mode (11) is provided to make the slave arm stand still immediately after the switch 46 is turned from off to on.

なお、スイッチ46をオンからオフにした場合は、スレ
ーブアーム30bの制御系は要素44゜45.43.4
0,37.34,33.40からなる速度制御系となる
ので、マスタの位置カウンタ35mの信号は不要となる
。従って、スイッチ46をオンからオフにした瞬間の状
態はスイッチ46のオフ状態に等しくなる。
Note that when the switch 46 is turned from on to off, the control system of the slave arm 30b is controlled by elements 44°45.43.4.
Since the speed control system consists of 0, 37.34, and 33.40, the signal from the master position counter 35m is unnecessary. Therefore, the state at the moment the switch 46 is turned from on to off is equal to the off state of the switch 46.

このように、本実施例によれば、操作者はスイッチ46
を切換えることにより、粗動動作をスレーブアームにさ
せる場合ては力・速度対応で、また微小動作をスレーブ
アームにさせる場合には位置対応で動作できる。
In this way, according to this embodiment, the operator can
By switching, coarse movement can be performed by the slave arm in response to force and speed, and fine movement can be performed by the slave arm in response to position.

第5図は本発明の他の一実施例を示したものであり、第
1図とは次の点が異なる。すなわち、力センサ44、切
換スイッチ43、力・速度変換回路45t−除去し、ま
たe−)信号gの入力すべき相手先の回路を位置カウン
タ35mと倍率器36とにしである。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, which differs from FIG. 1 in the following points. That is, the force sensor 44, the changeover switch 43, and the force/velocity conversion circuit 45t are removed, and e-) the position counter 35m and the multiplier 36 are used as the circuits to which the signal g is to be input.

第5図において倍率器36の倍率mは、スイッチ46が
オフのときダート信号gが低でm=β またスイッチ46がONのときgが高でm=M である。通常βは1とするが、場合によっては1以下と
してもよい。スイッチ46がオンからオフへ切換るとき
はf−)信号gは高から低に変り、このとき位置カウン
タ35mにはβP3が書き込まれる。
In FIG. 5, the magnification m of the multiplier 36 is m=β when the switch 46 is off, the dart signal g is low, and m=M when the switch 46 is on, the g is high. β is normally set to 1, but may be set to 1 or less in some cases. When the switch 46 changes from on to off, the f-) signal g changes from high to low, and at this time βP3 is written in the position counter 35m.

第5図の実施例の動作は、第1図の実施例の動作に比べ
て、下記の点のみが異る。すなわち、スイッチ46のオ
ン−オフの切換により、上述のように位置カウンタ35
mにβP3が書き込まれた後に、 g == PM /β−P。
The operation of the embodiment shown in FIG. 5 differs from the operation of the embodiment shown in FIG. 1 only in the following points. That is, by turning the switch 46 on and off, the position counter 35 is turned on and off as described above.
After βP3 is written in m, g == PM /β−P.

τr=にυε I=Kx(む−νC) が制御回路によって演算される位置制御回路になる。こ
のとき、スレーブアームの関節軸31bの回転角は、マ
スタアームの関節軸31mの動作角の1//倍だけ動作
する(通常β≦1)。
The position control circuit is such that the control circuit calculates τr=υε I=Kx(mu−νC). At this time, the rotation angle of the joint shaft 31b of the slave arm is 1// times the operating angle of the joint shaft 31m of the master arm (usually β≦1).

本実施例によれば、力センサが不要であり、回路構成が
簡単である。
According to this embodiment, a force sensor is not required and the circuit configuration is simple.

第6図は本発明の更に他の一実施例を示したものである
。本実施例は、第5図に示した一実施例と次の点が異な
る。
FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 5 in the following points.

キーボード48及びスイッチ46の代りに操作者の行動
予測回路50.平均値回路511位置決め許容値決定回
路52を設けである。行動予測回路50の出力Δp1 
(ΔP1は(関節)角度の次元(dir)を持っている
。)は平均値回路51に入力される。平均値回路51の
出力ΔPは許容値決定回路52に入力される。行動予測
回路50は、操作者のそれまでの位置決め動作ノ4ター
ンから、時間t1+Δを後の必要な位置決めの粗さΔP
lを予測するものである。平均値回路51はnΔを毎に
Δptを平均化する回路であシ、その出力ΔPはΔP=
1・ΔPiである。ここに、nは2以上の整数であシ、
系の特性や作業の質に応じて、適当に決める。位置決め
許容値決定回路52は、ΔPが約1 d@g未満である
場合に、信号S1をオン−オフと変化させて、となるよ
うにMt−修正した後に、信号S1をオフ→オンに変化
させる回路である。このとき、倍率器36の出力は、信
号S1がオン−オフに変化したとき、βPmとはならず
に、信号S1がオン−オフに変化する前の倍率m′のt
まに保持される。次に信号S1がオフ→オンに変化した
とき、新しい倍率m=   ’Mに変化するように制御
する。以上の一連の動作  □によって、常にスレーブ
の位置決め誤差に対応するマスクの位置決め許容値が1
度以上になる。行動予測回路50の構成は現在の技術で
は実現が難しいが、人間の行動・Iターンの解析と人工
知能の研究の進展により、近い将来十分に実現可能であ
る。
An operator behavior prediction circuit 50 replaces the keyboard 48 and switch 46. An average value circuit 511 and a positioning tolerance determining circuit 52 are provided. Output Δp1 of the behavior prediction circuit 50
(ΔP1 has the dimension (dir) of the (joint) angle.) is input to the average value circuit 51. The output ΔP of the average value circuit 51 is input to the permissible value determining circuit 52. The behavior prediction circuit 50 determines the required positioning roughness ΔP after the time t1+Δ from the four turns of the operator's previous positioning motion.
This is to predict l. The average value circuit 51 is a circuit that averages Δpt every nΔ, and its output ΔP is ΔP=
1・ΔPi. Here, n must be an integer of 2 or more,
Decide appropriately depending on the characteristics of the system and the quality of work. When ΔP is less than approximately 1 d@g, the positioning tolerance determination circuit 52 changes the signal S1 from on to off, corrects Mt so that the signal S1 changes from off to on, and then changes the signal S1 from off to on. This is a circuit that allows At this time, the output of the multiplier 36 does not become βPm when the signal S1 changes from on to off, but t of the multiplier m' before the signal S1 changes from on to off.
It will be retained. Next, when the signal S1 changes from off to on, control is performed so that the new magnification m='M. Through the above series of operations □, the mask positioning tolerance corresponding to the slave positioning error is always set to 1.
It becomes more than normal. Although the configuration of the behavior prediction circuit 50 is difficult to realize with current technology, it will be possible to realize it in the near future due to the analysis of human behavior and I-turns and progress in research on artificial intelligence.

本実施例によれば、操作者がスレーブの位置決め許容誤
差を意識しないで、最も操作し易い状態で操縦すること
が可能になり、はるかに操作性が向上する。
According to this embodiment, the operator can operate the slave in the most convenient state without being conscious of the positioning tolerance of the slave, and the operability is much improved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、スレーブアームがマスタアームよシか
なシ長い場合でも、スレーブアームの微小動作が操作者
にとって容易になシ、位置決めに要する時間が従来の1
72〜1/4に短縮でき、操作性が大幅に向上すると共
に、操作者の疲労も軽減し得る効果がある。
According to the present invention, even if the slave arm is longer than the master arm, the operator can easily make minute movements of the slave arm, and the time required for positioning is shorter than the conventional one.
It can be shortened to 72 to 1/4, greatly improving operability and reducing operator fatigue.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の一実施例を示す!ロック線図、第2
図(a) t (b)は夫々マスタマニグレータおよび
スレーブマニグレータの外観図、第3図は実験の説明の
ための外観図、第4図は一笑験結果を示すグラフ、第5
図および第6図は夫々本発明の他の実施例を示すブロッ
ク図である。 30a、b・・・アーム  31a、b・・・関節軸3
2a 、b・・・エンコーダ 33・・・タコメータ    34・・・モータ35・
・・位置カウンタ  36・・・倍率器38・・・減算
器     39・・・位置速度変換器40・・・減算
器     41・・・モード切換器42・・・データ
書換回路 43・・・切換スイッチ44・・・力センサ
    45・・・力・速度変換器46・・・スイッチ
    47・・・演算回路48・・・キーボード L、−、。 第2図
FIG. 1 shows an embodiment of the invention! Lock diagram, 2nd
Figures (a), (b), and (b) are external views of the master manipulator and slave manipulator, respectively, Figure 3 is an external view for explaining the experiment, Figure 4 is a graph showing the experimental results, and Figure 5 is a graph showing the experimental results.
6 and 6 are block diagrams showing other embodiments of the present invention, respectively. 30a, b...Arm 31a, b...Joint axis 3
2a, b... Encoder 33... Tachometer 34... Motor 35.
... Position counter 36 ... Multiplier 38 ... Subtractor 39 ... Position speed converter 40 ... Subtractor 41 ... Mode switch 42 ... Data rewriting circuit 43 ... Changeover switch 44...Force sensor 45...Force/speed converter 46...Switch 47...Arithmetic circuit 48...Keyboard L, -. Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 操作者により操作されるマスタアームの関節回転角にス
レーブアームの関節回転角を夫々対応せしめるように制
御して前者の動きに後者の動きを追従させる多関節アー
ム型マスタースレーブ式のマニプレータの制御装置にお
いて、スレーブアームに要求される位置分解能および操
作者にとつてのマスタアームの関節操作角度のしきい値
に基づき角度倍率を演算する装置および該演算された角
度倍率に従つてマスタアームとスレーブアームの関節間
の回転角度倍率を変更する装置を備えたことを特徴とす
るマニプレータの制御装置。
A control device for a multi-joint arm type master-slave manipulator that controls the joint rotation angles of slave arms to correspond to the joint rotation angles of a master arm operated by an operator, so that the movements of the former follow the movements of the latter. , a device for calculating an angular magnification based on the positional resolution required for the slave arm and a threshold value of the joint operation angle of the master arm for the operator; A control device for a manipulator, comprising a device for changing the rotation angle magnification between the joints of the manipulator.
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JPS59116806A (en) * 1982-10-30 1984-07-05 ドイチエ,フオルシユンクス・ウント・フエルザハザンシユタルト,ヒユ−ル,ルフト・ウント・ラオムフア−ルト,アインゲトウラゲナ−,ヘライン Programming method and apparatus for industrial robot or manipulator

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