JPS62203781A - マニプレ−タの遠隔制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、宇宙や海洋などの危険な環境下で使用する
マニプレータの遠隔制御装置に関するものである。

［従来の技術」 第３図は従来の力帰還型遠隔制御装置を示す制御でロッ
ク図である。図において、（１）は遠隔制御を行うため
にオペレータが操作するマスターマニブレーク、（２）
は遠隔制御されるスレーブマニプレータ、（３）　、　
（４）は各マニプレータの手首部の力を検出するための
力検出器、（７）は両ハンドの位置偏差からスレーブマ
ニプレータ（２）の駆動信号を発生する位置調節器、（
８）は両手首部の力偏差からマスターマニプレータ（１
）の駆動力信号を発生する力調節器である。

次に動作について説明する。両マニプレータ（１）、（
２）のハンドの位置を夫々の位置検出器（３）、（４）
で検出し、その偏差から位置調節器（７）によって、偏
差が零となるようにスレーブマニプレータ（りを制御す
る。また、両マニプレータ（１）、（２）の手首部に働
く力を夫々の力検出器（５）、（６）で検出し、その偏
差から力調節器（８）によって、その偏差が茎となるよ
うにマスターマニプレータ（１）を駆動する。こうする
ことにより、スレーブマニプレータ（２）のハンドは、
マスターマニプレータ（１）のハンドと同じ動きを行い
、またオペレータはマスターマニプレータ（１）を介し
てスレーブマニプレータ（２）の手首部に働く力を感じ
ることができる。この力帰還型の遠隔制御によって、ス
レーブマニプレータ（２）の力を正確にマスターマニプ
レータ（１）に帰還し、しかもマスターマニプレータ（
１）が機構的にパックドライブてぎるようにする必要も
なくなる。

また、第４図は、第３図に示した従来の遠隔制御装置に
スレーブマニプレータ（２）のハンドおよびペイロード
のもつ重力を補償する重力補償部を設けた従来の制御ブ
ロック図である。図において、（１）〜（８）は第３図
に示すものである。（９）はスレーブマニプレータ（２
）のハンドおよびペイロードのもつ重力を補償するため
の重力補償部である。

上記のような構成において、位置調節器（７）は、第３
図に示したものと同様に、両マニプレータ（１）、（２
）のハンド部の位置偏差がτになるようにスレーブマニ
プレータ（２）を制御する。一方、スレーブマニプレー
タ（２）の力検出器（６）で検出された手首に働く力は
、重力補償部（９）において位置検出器（４）の位置信
号に基づいて算出されるハント部にかかる重力の影響を
差し引かれ、さらにマスターマニプレータ（１）の力検
出器（５）で検出された手首に働く力と比較され、力調
節器（８）において、この力の偏差が零になるようにマ
スターマニプレータ（１）を制御する。こうして、オペ
レータはスレーブマニプレータ（２）で検出される力を
実際の駆動力として、マスターマニプレータ（１）を操
作しながら感じることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のマニプレータの力帰還型遠隔制御装置は以上のよ
うに構成されていたので、スレーブマニプレータ（２）
がマスターマニプレータ（１）の動きに追随できない場
合には、オペレータがこの位置偏差を感じられないため
、両者の動きに食い違いが生じるおそれがあった。また
、宇宙用マニプレータのようにペイロードの質量が大き
くなると、スレーブマニプレータ（２）の力検出器（６
）でハンドやペイロードの慣性力を検出してしまい、マ
スターマニプレータ（１）の操作が重くなったり、また
ペイロードの押付は力と慣性力を判別することができず
、スレーブマニプレータ（りの力制御が困難になるなど
の問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、力帰還型制御装置の特徴を保有するととも
に、マニプレータとスレーブマニプレータとの間には位
置偏差がある場合には、オペレータがマスターマニプレ
ータを通じてそれを感じることができ、またペイロード
のもつ慣性力の影響をなくしてスレーブマニプレータの
力制御をも行うことができる遠隔制御装置を得ることを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係るマニプレータの遠隔制御装置は、力帰還
型遠隔制御装置において、マスターマニプレータの操作
性を向上させるための補償信号を発生する補償信号発生
手段を設け、この補償信号をマスターマニプレータとス
レーブマニプレータとの力偏差信号に加えて上記マスタ
ーマニプレータに帰還するようにし、この補償信号発生
手段を両マニプレータの夫々のハンド位置の偏差を力（
ｍ差と等価に変換して、上記マスターマニプレータの駆
動力補償信号を発生ずる位置偏差−力偏差変換部および
／または、上記スレーブマニプレータの手首に作用する
重力の影響を補償する重力補償部に加え、上記スレーブ
マニプレータのハンド部に取付けた加速度センサによっ
て検出される上記ハントやペイロードがもつ慣性力の影
響を補償する慣性力補償部とから構成したものである。

［作用］ この発明におけるマニプレータの遠隔制御装置は、マス
ターマニプレータがスレーブマニプレータとの位置（扁
差侶号によっても駆動されるので、両マニプレータの位
置偏差をマスターマニプレータの駆動力としてオペレー
タが感じることができる。また、スレーブマニプレータ
のハンド部の加速度検出器で検出しているので、ペイロ
ードの加速度すルわちペイロードの質量特性が既知であ
れば、ペイロードのもつ慣性力を推定することができ、
その慣性力の影響を補償することが可能となり、マスタ
ーマニプレータにおける操作性が向上する。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
の実施例を示す第１図において、（１）〜（８）は従来
例を示した第３図における同符号と同一部分であり、叫
は位置偏差−力偏差変換器で、マスターマニプレータ（
１）とスレーブマニプレータ（２）との位置偏差信号を
等価な力偏差信号に変換するものである。

次に、動作について説明する。スレーブマニプレータ（
２）がマスターマニプレータ（１）の操作に追随し、夫
々の位置検出器（３）、（４）で検出される両ハンドの
位置偏差が殆んどなく、両マニプレータ（１）。

（２）の動きにあまり差がない場合や、スレーブマニプ
レータ（２）が殆んど静止して力検出器（５）、　（６
１及び力制御器（８）によって力制御を行う場合などは
、この装置は力帰還型遠隔制御装置として作動する。

一方、マスターマニプレータ（１）の動きが速く、位置
調節器（７）によるスレーブマニプレータ（２）の動き
がこれに追随できず、両マニプレータ（１）、（２）の
ハンド位置に差がある場合は、その偏差が位置偏差−力
偏差変換器叫によって等価な力（ｆｆｉ差に変換され、
この変換された力偏差信号は両刃検出器（５）。

（６）による力偏差信号にマイナス加算され、力調節器
（８）を介してマスターマニプレータ（１）に帰還され
てマスターマニプレータ（１）を駆動する。この結果、
マスターマニプレータ（１）の操作が重くなり、オペレ
ータはその位置偏差を感じとることができる。この位置
偏差−力偏差変換器αＱは、通常、比例・微分要素など
で構成されるが、不感帯のような非線形要素が含まれて
いてもよい。

なお、上記実施例では、マニプレータのハンドの位置に
対する位置偏差をとる場合を示したが、マスターマニプ
レータ（１）とスレーブマニプレータ（２）との機械的
な構造が同じであれば、各関節ごとにこの発明と同じ位
置制御系を構成しても、同様な効果を得ることができる
。

また、第２実施例を示す第２図において、（１）〜（９
）は第４図に示す従来の遠隔制御装置と同じものであり
、（Ｉｆ）はスレーブマニプレータ（１）のハンドの加
速度を検出する加速度検出器、（財）はこのパン下加速
度からペイロードの慣性力を求める慣性力補償部である
。

次に、上記のように構成された第２の実施例の動作につ
いて説明する。スレーブマニプレータ（２）の手首で感
じる力には、スレーブマニプレータ（２）がハンドリン
グするペイロードの重力や慣性力の影響が含まれている
ので、重力補償部（９）は、スレーブマニプレータ（２
の位置検出器（４）からの位置信号に基づいてハンドに
作用する重力を求め、両刃検出器（５）、　（６）によ
る力偏差信号にマイナス加算して、重力による影テを補
償することができる。ところで、宇宙用マニなどの場合
は、ペイロードの重力はあまり問題にならないが、質量
の大きい場合が多いので、慣性力の影響を無視できなく
なる。そこで、スレーブマニプレータ（２）のハント部
の加速度を加速度検出器（１１）で検出し、この加速度
信号に基づいて慣性力補償部０りは、ペイローＦの質量
特性を用いると、ペイロードの（資性力をある゛程度推
定することができる。この推定したペイロードの慣性力
を、力検出器（６）で検出されるスレーブマニプレータ
（２）の手首部の力から差引くと、スレープマニプレー
タ（２）のペイロードに対する押付は力を検知すること
ができる。この場合、重力が存在するときは、先に述べ
たように重力補償部（９）によってこれを補償し、力調
節器（８）を介してマスターマニプレータ（１）に帰還
するので、マスターマニプレータ（１）の操作には重力
や慣性力の影響がなくなり、また、スレーブマニプレー
タ（２）の力制御も可能となる。これ以外の部分では、
従来の遠隔制御装置とまったく同様に各マニプレータの
制御を行えばよい。

なお、上記実施例では、スレーブマニプレータ（２）の
ハンド部に加速度検出器ＣＩＯを設けたものを示したが
、ジヨイント部の位置、速度からペイロードの加速度を
推定するようにしてもよい。

また、上記実施例では力帰還型の遠隔制御装置の構成を
示したか、力逆送型であってもよく、上記実施例と同様
な効果を得ることができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によればマニプレータの遠隔制
御装置を、力帰通型制御装置に加えて位置偏差１３号を
もマスターマニプレータの駆動に用いるように構成した
ので、スレーブマニプレータがマスターマニプレータに
追随できない場合でもオペレータがその位ｆｉｔ　（ｍ
差を感じとることかでき、スレーブマニプレータの操作
を容易に行うことができる。また、スレーブマニプレー
タのハンド部に加速度検出器を取付けて、ペイロードの
慣性力を慣性力補償部によって補償するように構成した
ので、マスターマニプレータの操作に慣性力の影背がな
くなり、またスレーブマニプレータの力制御も可能にな
るなどの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す遠隔制御装置のブロ
ック図、第２図はこの発明の第２の実施例を示す遠隔制
御装置のブロック図、第３図は従来の遠隔制御装置のブ
ロック図、第４図は従来の重力補償型遠隔制御装置であ
る。 図において、（１）はマスターマニプレータ、（２）は
スレーブマニプレータ、（３）、（４）は位置検出器、
（５）、（６）は力検出器、（７）は位置調節器、（８
）は力調節器、（９）は重力補償部、αＱは位置偏差−
力偏差変換部、（１１）は加速度検出器、ａつは慣性力
補償部である。なお、図中、同一符号は同一または相当
部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスターマニプレータを駆動する際、そのハンド
   位置とスレーブマニプレータのハンド位置との偏差が零
   となるように上記スレーブマニプレータを制御し、上記
   両マニプレータの夫々の手首に働く力の偏差記号を上記
   マスターマニプレータの駆動力として帰還するようにし
   た力帰還型遠隔制御装置において、上記マスターマニプ
   レータの操作性を向上させるための補償信号を発生する
   補償信号発生手段を設け、この補償信号を上記力偏差信
   号に加えて上記マスターマニプレータに帰還するように
   したことを特徴とするマニプレータの遠隔制御装置。
2. （２）上記補償信号発生手段として、上記マスターマニ
   プレータと上記スレーブマニプレータの夫々のハンド位
   置の偏差を力偏差と等価に変換し、上記マスターマニプ
   レータの駆動力補償信号を発生する位置偏差−力偏差変
   換部を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のマニプレータの遠隔制御装置。
3. （３）上記補償信号発生手段として、上記スレーブマニ
   プレータの手首に作用する重力の影響を補償する重力補
   償部と、上記スレーブマニプレータのハンド部に取付け
   た加速度センサによって検出される上記ハンドやペイロ
   ードがもつ慣性力の影響を補償する慣性力補償部とを設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のマニ
   プレータの遠隔制御装置。