JPS63150171A - Controller for manipulator - Google Patents

Controller for manipulator

Info

Publication number
JPS63150171A
JPS63150171A JP29483186A JP29483186A JPS63150171A JP S63150171 A JPS63150171 A JP S63150171A JP 29483186 A JP29483186 A JP 29483186A JP 29483186 A JP29483186 A JP 29483186A JP S63150171 A JPS63150171 A JP S63150171A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arm
slave arm
hand
slave
master
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29483186A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
太郎 岩本
本間 和男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP29483186A priority Critical patent/JPS63150171A/en
Publication of JPS63150171A publication Critical patent/JPS63150171A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマスタスレーブ形式のマニピュレータに係り、
特にこのマニピュレータの操作上向上に好適なマニピュ
レータの制御装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a master-slave type manipulator,
In particular, the present invention relates to a manipulator control device suitable for improving the operation of this manipulator.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のマスタスレーブ形式のマニピュレータにおいて、
その操作は通常、マスク側のオペレータがテレビカメラ
に映し出されたスレブアームの状態を目視しながら、マ
スタアームを操作して、スレーブアームの手先を所望位
置に移動させている。
In the conventional master-slave type manipulator,
Normally, the operator on the mask side operates the master arm to move the tip of the slave arm to a desired position while visually observing the state of the slave arm displayed on a television camera.

この種の操作手段に関しては例えば特開昭61−338
78号公報および1975年9月22日〜24日にシカ
ゴで開催された第5回工業ロボット国際シンポジウム会
報の第543頁〜第546頁に記載されている。
Regarding this type of operating means, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-338
No. 78 and pages 543 to 546 of the 5th International Symposium on Industrial Robotics, which was held in Chicago from September 22 to 24, 1975.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

」二連した従来技術においては、テレビモニタの画面に
映っているスレーブアームの手先の運動方向とマスク側
のオペレータによって操作されるマスタアームの手先の
運動方向とが一致しないため、オペレータは、テレビモ
ニタ画面上のスレーブアームの手先を動かそうとする方
向とは異なる方向に、マスタアームの手先を動かさなけ
ればならず、その操作性が難しく熟練を必要とするもの
であった。特に、スレーブアームの運動を監視するため
に、複数台のテレビカメラを設け、これらのテレビカメ
ラによって撮影したスレーブアーム手先の影像の1一つ
を1台のテレビモニタに映し出す場合には、テレビカメ
ラの設置個所の関係により、テレビカメラ毎にテレビモ
ニタに映し出されたスレーブアームとマスタアームとの
運動方向が異なるため、上述と同様にオペレータはその
操作に混乱を来たし、操作性が良好でなかった。
” In the conventional technique, the direction of movement of the hand of the slave arm shown on the screen of the TV monitor does not match the direction of movement of the hand of the master arm operated by the operator on the mask side. The hand of the master arm must be moved in a direction different from the direction in which the hand of the slave arm on the monitor screen is to be moved, which is difficult to operate and requires skill. In particular, if multiple television cameras are installed to monitor the movement of the slave arm, and each image of the slave arm's tip taken by these television cameras is displayed on a single television monitor, the television camera Due to the location of the installation, the movement direction of the slave arm and master arm displayed on the TV monitor was different for each TV camera, which caused confusion for the operator and poor operability, as mentioned above. .

本発明は上述の事柄にもとづいてなされたもので、操作
性が良好なマニピュレータの制御装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been made based on the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a manipulator control device with good operability.

〔問題点を解決するだめの手段〕[Failure to solve the problem]

本発明の上記の目的は、マスタアームと、スレ−ブアー
ムと、このスレーブアームを撮影するテレビカメラと、
このテレビカメラで避影したスレーブアームの影像を表
示するテレビカメラとを備えるマニピュレータにおいて
、オペレータリマスタアーム手先への視線またはテレビ
モニタ上のスレーブアーム手先への視線とテレビカメラ
のスレーブアーム手先への光軸線とが合致するマスタア
ームとスレーブアームとの基準座標系との相対位置関係
を求め、この相対位置関係によりマスクアームの手先移
動量をスレーブアームの基準座標系上の位置として求め
、この位置をスレーブアームの目標位置として出力する
演算回路を備えることにより達成される。
The above object of the present invention is to provide a master arm, a slave arm, a television camera for photographing the slave arm,
In this manipulator equipped with a television camera that displays an image of the slave arm that has been shadowed by the television camera, the operator's line of sight to the remaster arm tip or the line of sight to the slave arm tip on the television monitor and the light of the television camera to the slave arm tip. Determine the relative positional relationship between the master arm and slave arm, whose axes match, with the reference coordinate system. Based on this relative positional relationship, determine the amount of hand movement of the mask arm as the position on the slave arm's reference coordinate system, and calculate this position. This is achieved by providing an arithmetic circuit that outputs the target position of the slave arm.

〔作用〕[Effect]

演算回路はテレビモニタ上ヒのスレーブアーム手先の運
動方向とマスタアーム手先の運動方向がオペレータから
見て一致するように、マスタアームとスレーブアームと
の基準座標系との相対位置関係を求め、この相対位置関
係にもとづいて、マスタアームの手先の運動を制御すれ
ば、テレビモニタ」二のスレーブアームの手先とマスタ
アーム手先との運動方向が一致する。このため、その操
作性を良好にすることができる。
The arithmetic circuit calculates the relative positional relationship between the master arm and the slave arm with respect to the reference coordinate system so that the movement direction of the slave arm end on the TV monitor and the movement direction of the master arm end match as seen from the operator. If the movement of the master arm's hand is controlled based on the relative positional relationship, the movement directions of the slave arm's hand of the television monitor and the master arm's hand will match. Therefore, the operability can be improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の実施例を図面によって説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の詳細な説明に先立って本発明の原理を第7図を
用いて説明する。この図において、1はマスタアーム、
2はスレーブアーム、3はスレーブアーム2の手先を撮
影するテレビカメラ、4はテレビカメラ3で撮影したス
レーブアーム2の手先撮像を映し出すテレビモニタ、5
はマスク側のオペレータの眼を示す。前述したマスタア
ーム1の手先座標系MHのマスタアーム基準座標系MO
に対する相対位置関係は座標変換マトリクスT、Iによ
って表される。また、オペレータの眼5からマスタアー
ム1の手先に至る視線ベクトルLKはオペレータの眼5
のマスク基準座標系MOに対する相対位置を示す座標変
換マトリクスL。
Prior to a detailed explanation of the present invention, the principle of the present invention will be explained using FIG. 7. In this figure, 1 is the master arm,
2 is a slave arm; 3 is a television camera that photographs the hand of the slave arm 2; 4 is a television monitor that displays an image of the hand of the slave arm 2 taken by the television camera 3; 5;
indicates the operator's eyes on the mask side. The master arm reference coordinate system MO of the hand coordinate system MH of the master arm 1 described above
The relative positional relationship with respect to is expressed by coordinate transformation matrices T and I. Also, the line of sight vector LK from the operator's eye 5 to the tip of the master arm 1 is the operator's eye 5.
A coordinate transformation matrix L indicating the relative position of the mask reference coordinate system MO.

と手先の位置を示す座標変換71−リクスV、とにより
求められる。一方、スレーブアーム2についても同様に
、手先座標系S Hのスレーブ基準Pit:標系SOに
対する相対位置関係は座標変換7トリクスTsにより表
される。また、テレビカメラ3からスレーブアーム2の
手先に至る光軸ベクI〜ルLXはテレビカメラ3のスレ
ーブ基準座標系SOに対する相対位置を示す座標変換マ
トリクスT−sと手先の位置を示す座標変換マI−リク
スT5とから求められる。今、マスタアーム1を仮想的
に移動してマスタアーム1とスレーブアーム2との手先
位置を合せ、視線ベクトル■、Kと光軸ベクトルLXが
重なるようにしたとすると、移動後のマスタアーム1′
の基準座標系M O’のスレーブ基準座標系SOに対す
る相対位置は座標変換71〜リクスRにより表される。
and coordinate transformation 71-RiksV, which indicates the position of the hand. On the other hand, similarly for the slave arm 2, the relative positional relationship of the hand coordinate system SH with respect to the slave reference Pit:standard system SO is expressed by the coordinate transformation 7 matrix Ts. In addition, the optical axis vectors I to LX from the television camera 3 to the hand of the slave arm 2 are a coordinate transformation matrix T-s indicating the relative position of the television camera 3 with respect to the slave reference coordinate system SO, and a coordinate transformation matrix indicating the position of the hand. It is determined from I-Riks T5. Now, suppose that master arm 1 is virtually moved to align the hand positions of master arm 1 and slave arm 2 so that line-of-sight vectors ■, K and optical axis vector LX overlap, then master arm 1 after movement ′
The relative position of the reference coordinate system M O' with respect to the slave reference coordinate system SO is expressed by coordinate transformations 71 to RxR.

マスクアームコの手先の)可動MNは座標変換71−リ
クスRにより視線ベクI−ルLKと光軸ペクトルLXが
一致するように方向を変えてスレーブアーム2に伝達さ
れる。このため、スレーブアーム2の手先の運動SMは
マスタアーム〕−の手先の運動MMとは運動方向が異な
る。しかし、オペレータの眼5とマスタアーム」−の手
先を結ぶ視線上に置かれたテレビモニタ4上のスレーブ
アーム手先画像Pの運動PMの方向はマスタアーム1の
手先の運動MMの方向と一致するので、オペレータはマ
スタアーム1を直感的に操作することができる。
The movable MN (of the hand of the mask arm controller) is transmitted to the slave arm 2 by changing its direction by coordinate transformation 71-RIXR so that the line-of-sight vector I-LE and the optical axis spectrum LX coincide. Therefore, the movement SM of the hand of the slave arm 2 is different from the movement MM of the hand of the master arm 2 in a different direction. However, the direction of the movement PM of the slave arm hand image P on the television monitor 4 placed on the line of sight connecting the operator's eyes 5 and the master arm's hand coincides with the direction of the movement MM of the master arm's hand. Therefore, the operator can operate the master arm 1 intuitively.

次に、テレビカメラ3の光軸とオペレータの眼以下に説
明する。マスタアーム1の基準座標系をMO1基準座標
系MOから手先までの座標変換マトリクス7をT1、基
準座標系MOからオペレータの眼5までの座標変換71
−リクスをLIlとする。
Next, the optical axis of the television camera 3 and the operator's eyes will be explained below. The reference coordinate system of the master arm 1 is MO1, the coordinate transformation matrix 7 from the reference coordinate system MO to the hand is T1, the coordinate transformation 71 from the reference coordinate system MO to the operator's eye 5
- Let the risk be LII.

また、スレーブアーム2の基準座標系をSo、基準座標
系SOから手先までの座標変換マトリクスをTs、基準
座標系SOからテレビカメラ3までの変換マトリクスを
L8とする。また、オペレータの眼5からマスタアーム
1の手先までの変換マトリクスを■1、テレビカメラ3
からスレーブアーム2の手先までの変換マI−リクスを
■8とすると、変換方程式は次のようになる。
Furthermore, the reference coordinate system of the slave arm 2 is So, the coordinate transformation matrix from the reference coordinate system SO to the hand is Ts, and the transformation matrix from the reference coordinate system SO to the television camera 3 is L8. In addition, the transformation matrix from the operator's eye 5 to the hand of the master arm 1 is
Assuming that the transformation matrix from to the tip of the slave arm 2 is 8, the transformation equation is as follows.

T、=L、・V、           −(1)Ts
= Ls・Vs           ・’12)マス
タアーム1とスレーブアーム2の手先の位置が一致し、
オペレータの視線方向とテレビカメラ3との光軸が重な
るようにマスタアーム1を移動したとする。このとき、
オペレータの眼5からテレビカメラ3までの並進変換を
Dとすると、基準座標系S○から移動後の基準座標系M
O’への変換Rは次のようになる。
T,=L,・V, −(1)Ts
= Ls・Vs ・'12) The positions of the hands of master arm 1 and slave arm 2 match,
Assume that the master arm 1 is moved so that the operator's line of sight direction and the optical axis of the television camera 3 overlap. At this time,
If the translational transformation from the operator's eye 5 to the television camera 3 is D, then the reference coordinate system M after moving from the reference coordinate system S○
The conversion R to O' is as follows.

R= L−・D−T−s−’         ”’ 
(3)一方、視線とテレビカメラ3の光軸とを一致させ
るためのマスタアーム1−の手先の回転変換Uは次のよ
うになる。
R= L-・D-T-s-'”'
(3) On the other hand, the rotational transformation U of the hand of the master arm 1- for aligning the line of sight with the optical axis of the television camera 3 is as follows.

U = (T s)−” R−T −−(4)D=vl
l・(vs)−エ         −(5)同期をと
る時点でのマスタアーム1とスレーブアーム2との手先
位置をTwo、 Tsoとすると、変換71−リクスL
−、Lsは一定であるから、その時点での各並進変換り
の値Do、変換Rの値RO。
U=(Ts)−” R−T−−(4)D=vl
l・(vs)-E-(5) If the hand positions of master arm 1 and slave arm 2 at the time of synchronization are Two and Tso, then conversion 71-Rix L
-, Ls are constant, so the value Do of each translational transformation and the value RO of transformation R at that time.

回転変換Uの値Uoは次のように求まる。The value Uo of the rotational transformation U is determined as follows.

(1)、(2)式と(5)式とにより Do=V−・(Vs)−1 =(L、)−1・T、−(TS)−”−LS−(6)(
3)、(6)式より Ro=Lm−Do・(Ls)−工 =T、・(TS) 1         ・・・(7)
(4)、(7)式より Uo=(Ts)−”Ro−Tm =(T!+)−’・TII・(Ts)−1・Tm ・・
・(8)これを基点にして、マスタアーム1を動かした
ときのスレーブアーム2の手先座標系S Hの目標値は
第7図より次式で得られる。
From equations (1), (2) and (5), Do=V-・(Vs)-1=(L,)-1・T,-(TS)-"-LS-(6)(
3), From formula (6), Ro=Lm-Do・(Ls)-Eng=T,・(TS) 1...(7)
From equations (4) and (7), Uo=(Ts)-”Ro-Tm=(T!+)-'・TII・(Ts)-1・Tm ・・
(8) Using this as a reference point, the target value of the hand coordinate system S H of the slave arm 2 when the master arm 1 is moved can be obtained from FIG. 7 using the following equation.

Ts=Ro−Tm(Uo)−’       −(9)
スレーブアーム2の手先の目標値が得られれば、よく知
られているように、スレーブアーム2の各関節角目標値
はスレーブアーム2に関する逆座標変換を行うことによ
り得られる。したがって、スレープアーム2の各関節角
が目標値と等しくなるようにスレーブアーム2の各軸筋
のサーボ制御を行えば良い。
Ts=Ro-Tm(Uo)-'-(9)
Once the target value of the hand of the slave arm 2 is obtained, each joint angle target value of the slave arm 2 can be obtained by performing inverse coordinate transformation regarding the slave arm 2, as is well known. Therefore, it is sufficient to perform servo control of each axis muscle of the slave arm 2 so that each joint angle of the slave arm 2 becomes equal to the target value.

次に、本発明の装置の一実施例を第1図を用いて説明す
る。
Next, one embodiment of the apparatus of the present invention will be described using FIG.

第1図において1はマスタアーム、2はマスタアーム1
に対して遠隔地に設けられたスレーブアーム、3A、3
Bはスレーブアーム2の手先を撮影する第1および第2
のテレビカメラ、4はテレビカメラで、このテレビモニ
タ4は第1−のテレビカメラ3Aもしくは第2のテレビ
カメラ3Bによって撮影したスレーブアーム2の手先影
像を映し出す。5はマスク側におけるオペレータの眼、
6は第]−のテレビカメラ3A、第2のテレビカメラ3
Bをテレビモニタ4に選択切換する切換スイッチを示す
。7A〜7Cはマスタアーム1−の各関節部に設けた角
度検出器、8A〜8Cはスレーブアーム2の各関節部に
設けたアクチュエータ、9はインタフェイス回路、1o
はスレーブアーム2のサーボ制御回路、1j−は演算回
路、1−2は演算回路11に接続するキーボード等の入
力装置、13はデータ格納ユニット、14は切換スイッ
チ6に連動して作動する切換スイッチ、15はスイッチ
回路である。前述した入力装置12はテレビカメラ3A
、3Bのスレーブアーム2に対する取付位置を示す座標
変換マトリクスLsやオペレータの眼5のマスタアーム
基準座標系MOにおける位置を示す座標変換マトリクス
L、などのデータを、演算回路11に入力する。また前
述した演算回路11は入力装置12からのデータLm 
、LF、およびマスタアーム1の各関節角度入力情報に
より、前述した(6)式、(7)式、(8)式にもとづ
いてまず変換値り、o 、 Ro 、 Uoを求め、次
にこの値Do + Ro t Doを(9)式に適用し
たマスタアーム1の各関節角度入力情報によりスレーブ
アーム2の手先目標値を求め、さらに逆変換演算により
スレーブアーム2の各関節の目標角度を計算し、これを
サーボ制御回路10に出力する。前述したデータ格納ユ
ニット13はテレビカメラ3A、3B毎に対応して計算
された変換値Do。
In Figure 1, 1 is the master arm, 2 is the master arm 1
Slave arm installed at a remote location, 3A, 3
B is the first and second camera that photographs the hand of slave arm 2.
A television camera 4 is a television camera, and this television monitor 4 displays an image of the hand of the slave arm 2 taken by the first television camera 3A or the second television camera 3B. 5 is the operator's eyes on the mask side;
6 is the second television camera 3A, the second television camera 3
A changeover switch for selectively switching B to TV monitor 4 is shown. 7A to 7C are angle detectors provided at each joint of the master arm 1-, 8A to 8C are actuators provided at each joint of the slave arm 2, 9 is an interface circuit, and 1o
1j- is a servo control circuit for the slave arm 2, 1j- is an arithmetic circuit, 1-2 is an input device such as a keyboard connected to the arithmetic circuit 11, 13 is a data storage unit, and 14 is a changeover switch that operates in conjunction with the changeover switch 6. , 15 is a switch circuit. The input device 12 mentioned above is the television camera 3A.
, 3B to the slave arm 2, a coordinate transformation matrix L indicating the position of the operator's eye 5 in the master arm reference coordinate system MO, and the like are input to the arithmetic circuit 11. Further, the arithmetic circuit 11 described above receives data Lm from the input device 12.
, LF, and each joint angle input information of master arm 1, first calculate the conversion values o, Ro, and Uo based on the above-mentioned equations (6), (7), and (8), and then calculate The value Do + Ro t Do is applied to equation (9), and the target value of the hand of the slave arm 2 is obtained from the input information of each joint angle of the master arm 1. Furthermore, the target angle of each joint of the slave arm 2 is calculated by an inverse transformation calculation. and outputs this to the servo control circuit 10. The data storage unit 13 described above stores conversion values Do calculated for each of the television cameras 3A and 3B.

Ro、Uoの値を保存している。スイッチ回路15は切
換スイッチ14によって選ばれたテレビカメラ3A、3
Bに対応する変換値を選択し、演算回路11−に出力す
る。
The values of Ro and Uo are saved. The switch circuit 15 selects the television cameras 3A and 3 selected by the changeover switch 14.
The converted value corresponding to B is selected and output to the arithmetic circuit 11-.

前述したインタフェイス回路9の具体的な構成を第2図
に示す。この図において角度検出器7A〜7Cとしては
、回転式パルス発生器を用いている。角度検出器7A〜
7Cからは90″位相のずれた1組のパルス信号すなわ
ちA相及びB相が回転角に応じて発生する。この信号は
方向判別回路9Aに入力されて回転角の方向判別を行う
。一方A相またはB相の信号がカウンタ9Bに入力され
、パルス数をカウントする。前記の方向判別回路9Aよ
り出力される方向信号9Cはカウンタ9Bに入力され、
パルス数の増減の切換えを行う。したがって、カウンタ
9Bの値は回転角の増減に対応して増減するので、カウ
ンタ9Bの出力9Dを外部から読み込むことによって回
転角を検知することができる。
A specific configuration of the above-mentioned interface circuit 9 is shown in FIG. In this figure, rotary pulse generators are used as the angle detectors 7A to 7C. Angle detector 7A~
From 7C, a set of pulse signals, that is, phase A and phase B, with a phase shift of 90'' is generated according to the rotation angle. This signal is input to the direction determination circuit 9A to determine the direction of the rotation angle. The phase or B phase signal is input to the counter 9B, and the number of pulses is counted.The direction signal 9C output from the direction determination circuit 9A is input to the counter 9B,
Changes the number of pulses to increase or decrease. Therefore, since the value of the counter 9B increases or decreases in accordance with the increase or decrease in the rotation angle, the rotation angle can be detected by reading the output 9D of the counter 9B from the outside.

前述した演算回路11の具体例を第3図に示す。A specific example of the arithmetic circuit 11 mentioned above is shown in FIG.

この中にはデータの入出力制御及び加減算等を行うプロ
セッサIIA、三角関数表やマニピュレータのリンクパ
ラメータなどのデータを格納するメモリ11B、掛算器
11G及び割算器11Dがバス回路11. Eで接続さ
れている。さらに、バス回路11Eにはシリアルインタ
フェイス回路11Fやパラレルインタフェイス回路1.
1 (3が接続されている。これらのインタフェイス回
gllFにはキーボードなどのシリアル入力装置12が
、またインタフェイス回路11Gには切換スイッチ6、
角度検出器7A〜7Cのインタフェース回路9およびサ
ーボ制御回路10が接続されている。プロセッサIIA
はバス回路11Eを介して回路11Eに接続されている
全ての機器にアクセスし、データを処理することができ
る。
This includes a processor IIA that performs data input/output control and addition/subtraction, a memory 11B that stores data such as trigonometric function tables and link parameters of manipulators, a multiplier 11G, and a divider 11D that are connected to the bus circuit 11. Connected by E. Furthermore, the bus circuit 11E includes a serial interface circuit 11F and a parallel interface circuit 1.
1 (3) are connected to these interface circuits gllF, a serial input device 12 such as a keyboard, and a changeover switch 6,
An interface circuit 9 and a servo control circuit 10 of the angle detectors 7A to 7C are connected. Processor IIA
can access all devices connected to the circuit 11E via the bus circuit 11E and process data.

次に、サーボ制御回路10の具体例を第4図に示す。演
算回路1]からの出力は減算器10Aを通過した後、デ
ジタルアナログ変換回路10Bを介してアナログ信号に
変換され、アクチュエータ8A〜8Cに入力される。ア
クチュエータ8A〜8Cはスレーブアーム2の各関節を
駆動するとともにその角度検出器8D〜8Fを回転させ
る。角度検出@29からの出力信号はインタフェイス回
路10Gに入力され、角度信号を発生し、パラレルイン
タフェース回路11Gを介してプロセッサ11Aに読み
取られ、また、減算器10Aに入力される。減算器10
Aの出力は演算回路]1から出力される目標値信号と角
度検出器8D〜8Fよりインタフェース回路10Cを介
して入力される角度信号の差となるので、この差が零に
なるようにアクチュエータ8A〜8Cが駆動されること
によって関節角を目標値に一致させることができる。
Next, a specific example of the servo control circuit 10 is shown in FIG. The output from the arithmetic circuit 1] passes through a subtracter 10A, is converted into an analog signal via a digital-to-analog conversion circuit 10B, and is input to actuators 8A to 8C. Actuators 8A to 8C drive each joint of slave arm 2 and rotate its angle detectors 8D to 8F. The output signal from the angle detector @29 is input to the interface circuit 10G to generate an angle signal, which is read by the processor 11A via the parallel interface circuit 11G and also input to the subtracter 10A. Subtractor 10
The output of A is the difference between the target value signal output from the calculation circuit 1 and the angle signal input from the angle detectors 8D to 8F via the interface circuit 10C, so the actuator 8A is adjusted so that this difference becomes zero. By driving ~8C, the joint angle can be made to match the target value.

次に、上述した本発明の装置の一実施例の動作を説明す
る。
Next, the operation of one embodiment of the above-mentioned apparatus of the present invention will be described.

まず初期位置でスタートすると、マスタアーム1とスレ
ーブアーム2との各関節角を読み込む。
First, when starting at the initial position, each joint angle of master arm 1 and slave arm 2 is read.

次に演算回路11のメモリ1.1 Bに格納されている
三角関数表を参照することにより三角関数を求める。さ
らに、得られた三角関数の値を用いて正変換演算を行い
、初期位置でのマスタアーム1の手先座標T、及びスレ
ーブアーム2の手先座標Tsを求める。さらに前記の(
6)、(7)、(8)式より変換値Do 、Ro r 
Uo を計算する。
Next, trigonometric functions are determined by referring to the trigonometric function table stored in the memory 1.1B of the arithmetic circuit 11. Furthermore, a positive conversion operation is performed using the values of the obtained trigonometric functions to obtain the hand coordinate T of the master arm 1 and the hand coordinate Ts of the slave arm 2 at the initial position. Furthermore, the above (
6), (7), and (8), the converted values Do and Ro r
Calculate Uo.

この後、再びマスタアームユの関節角を読み込み、前記
の(9)式に従ってスレーブアーム2の手先の目標値T
sを求める。次に逆座標変換によりスレーブアーム2の
各関節の目標値を求め、これをサーボ制御回路10に出
力する。これにより、テレビモニタ4に映し出さ九たス
レーブアーム2の手先の運動方向とマスタアーム1の手
先の運動させることができる。そして、以上の計算をマ
ニピュレータの動作終了まで繰返し実行する。したがっ
てマスタアームコの手先の位置が動けば、スレーブアー
ム2の手先の位置も移動し、マスタアーム1の手先の運
動がスレーブアーム2の手先に伝達される。
After this, the joint angle of the master arm unit is read again, and the target value T of the hand of the slave arm 2 is determined according to the above equation (9).
Find s. Next, target values for each joint of the slave arm 2 are determined by inverse coordinate transformation, and these are output to the servo control circuit 10. Thereby, the movement direction of the hand of the slave arm 2 and the movement of the hand of the master arm 1, which are displayed on the television monitor 4, can be changed. Then, the above calculation is repeatedly executed until the operation of the manipulator is completed. Therefore, if the position of the hand of the master arm co moves, the position of the hand of the slave arm 2 also moves, and the movement of the hand of the master arm 1 is transmitted to the hand of the slave arm 2.

また、この実施例に示すように、テレビカメラが複数台
ある場合にはテレビカメラ3A、3B毎に定数マトリク
スRo 、Uo 、Doの値を計算してデータ格納ユニ
ット13に保存しておき、テレビカメラ3A、3Bの切
換スイッチ6に同期して選ばれたテレビカメラに対応す
る定数マトリクスをスイッチ回路15にて選択し、(9
)式に適用するようにする。このようにすると、テレビ
カメラを切換えると同時にテレビモニタ4に映し出され
たスレーブアーム2の運動方向とマスタアーム1の運動
方向が常に一致するので、オペレータはマスタアーム1
を常に直感的に操作することができる。
Further, as shown in this embodiment, when there are a plurality of television cameras, the values of constant matrices Ro, Uo, and Do are calculated for each television camera 3A and 3B and stored in the data storage unit 13, and A constant matrix corresponding to the selected TV camera is selected in synchronization with the changeover switch 6 of the cameras 3A and 3B in the switch circuit 15, and (9
) to apply to the expression. By doing this, the movement direction of the slave arm 2 displayed on the TV monitor 4 always matches the movement direction of the master arm 1 at the same time as the TV camera is switched, so the operator can
can always be operated intuitively.

第6図は本発明の他の実施例を示す。FIG. 6 shows another embodiment of the invention.

第1図に示す実施例ではテレビモニタ4をオペレータの
眼5とマスタアーム1の手先との間に置いた。このよう
にすることが原理的には最も正確ではあるが、実際には
この位置にテレビモニタ4を配置することは比較的難し
く、一般にはマスタアーム」−の手先より遠くにテレビ
モニタ4を置くことが多い。この場合はできるだけオペ
レータの眼5とマスタアーム1の手先を結ぶ視線Xの延
長上にテレビモニタ4が位置するようにすべきであるが
、このようにするとマスタアーム1により視線が遮られ
、画面が見難い。レイアウトの都合上、視線Xから外れ
たところに配置された場合には、オペレータの眼5とテ
レビモニタ4の画像のスレーブアーム2の手先とを結ぶ
視線Yに平行でマスタアーム1の手先を通る仮想視線Z
を想定し、この仮想視線が視線Xに代ってテレビカメラ
3の、光軸と一致するように重ね合せて座標変換演算を
行う。このようにすれば、画像上のスレーブアーム2の
手先の運動PMとマスタアーム1の手先の運動MMは平
行になり、違和感は減少する。
In the embodiment shown in FIG. 1, a television monitor 4 is placed between the operator's eyes 5 and the tip of the master arm 1. Although this is the most accurate method in principle, in reality it is relatively difficult to place the TV monitor 4 in this position, and generally the TV monitor 4 is placed farther away than the tip of the master arm. There are many things. In this case, the TV monitor 4 should be positioned as far as possible on the extension of the line of sight X connecting the operator's eyes 5 and the tip of the master arm 1; is difficult to see. Due to layout considerations, if the line of sight is placed away from the line of sight Virtual line of sight Z
Assuming that, this virtual line of sight replaces the line of sight X and is superimposed so as to coincide with the optical axis of the television camera 3, and a coordinate transformation calculation is performed. In this way, the motion PM of the hand of the slave arm 2 and the motion MM of the hand of the master arm 1 on the image become parallel, and the sense of discomfort is reduced.

なお、上述した実施例においては、理解しやすいように
マスタアーム1及びスレーブアーム2を3自由度平面形
で表したが、自由度数が増え、立体的になっても前記説
明には差は無く、本発明は成立する。また、マスタアー
ム1とスレーブアーム2が異構造であっても本発明は成
立する。
In the above-mentioned embodiment, the master arm 1 and the slave arm 2 are represented in a planar form with three degrees of freedom for ease of understanding, but even if the number of degrees of freedom increases and becomes three-dimensional, there is no difference in the above explanation. , the present invention is realized. Furthermore, the present invention is applicable even if the master arm 1 and slave arm 2 have different structures.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、テレビモニタに映し出されたスレーブ
アームの手先の運動方向と、マスタアームの手先の運動
方向が一致するので、オペレータはテレビモニタ上のス
レーブアームを見ながら直感的にマスタアームを操作す
ることができ、その操作性を著しく向上させることがで
きる。
According to the present invention, the movement direction of the slave arm's hand displayed on the television monitor matches the movement direction of the master arm's hand, so the operator can intuitively move the master arm while looking at the slave arm on the television monitor. can be operated, and its operability can be significantly improved.

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

第1図は本発明の装置の一実施例の構成を示す図、第2
図は本発明の装置を構成するインタフェイス回路の一例
を示す図、第3図は本発明の装置を構成する演算回路の
一例を示す図、第4図は本発明の装置を構成するサーボ
制御回路の一例を示す図、第5図は本発明の装置の動作
を説明するフローチャート図、第6図は本発明の他の実
施例を示す図、第7図は本発明の制御原理を示す説明図
である。 1・・・マスタアーム、2・・・スレーブアーム、3゜
3A、3B・・・テレビカメラ、4・・・テレビモニタ
、6・・・切換スイッチ、9・・・インタフェイス回路
、10・・・サーボ制御回路、1.1・・・演算回路、
13・・・データ格納ユニット、15・・・スイッチ回
路。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of one embodiment of the device of the present invention, and FIG.
The figure shows an example of an interface circuit constituting the device of the present invention, FIG. 3 shows an example of an arithmetic circuit constituting the device of the present invention, and FIG. 4 shows a servo control circuit constituting the device of the present invention. A diagram showing an example of the circuit, FIG. 5 is a flowchart diagram explaining the operation of the device of the present invention, FIG. 6 is a diagram depicting another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an explanation showing the control principle of the present invention. It is a diagram. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Master arm, 2... Slave arm, 3° 3A, 3B... TV camera, 4... TV monitor, 6... Selector switch, 9... Interface circuit, 10...・Servo control circuit, 1.1... Arithmetic circuit,
13...Data storage unit, 15...Switch circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、マスタアームと、スレーブアームと、このスレーブ
アームを撮影するテレビカメラと、このテレビカメラで
撮影したスレーブアームの影像を表示するテレビモニタ
とを備えるマニピユレータにおいて、オペレータのマス
タアーム手先への視線またはテレビカメラ上のスレーブ
アーム手先への視線とテレビカメラのスレーブアーム手
先への光軸線とが合致するマスタアームとスレーブアー
ムとの基準座標系との相対位置関係を求め、この相対位
置関係によりマスタアームの手先移動量をスレーブアー
ムの基準座標系上の位置として求め、この位置をスレー
ブアームの目標位置として出力する演算回路を備えたこ
とを特徴とするマニピユレータの制御装置。 2、複数個のテレビカメラに対応する座標変換演算式を
格納する記憶手段と、前記テレビカメラの切換選択によ
り、これに対応する演算式を前記記憶手段から読み出し
演算回路に出力するスイツチ回路とを備えたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載のマニピユレータの制
御装置。
[Claims] 1. In a manipulator that includes a master arm, a slave arm, a television camera that photographs the slave arm, and a television monitor that displays an image of the slave arm photographed by the television camera, the operator's master Find the relative positional relationship between the master arm and the slave arm with respect to the reference coordinate system in which the line of sight to the arm tip or the line of sight to the slave arm tip on the TV camera and the optical axis line of the TV camera to the slave arm tip match, and A control device for a manipulator, comprising an arithmetic circuit that determines the amount of hand movement of a master arm as a position on a reference coordinate system of a slave arm based on a relative positional relationship, and outputs this position as a target position of the slave arm. 2. A storage means for storing coordinate transformation calculation formulas corresponding to a plurality of television cameras, and a switch circuit for reading the corresponding calculation formulas from the storage means and outputting them to the calculation circuit upon selection of switching of the television cameras. A control device for a manipulator according to claim 1, further comprising: a control device for a manipulator according to claim 1;
JP29483186A 1986-12-12 1986-12-12 Controller for manipulator Pending JPS63150171A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29483186A JPS63150171A (en) 1986-12-12 1986-12-12 Controller for manipulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29483186A JPS63150171A (en) 1986-12-12 1986-12-12 Controller for manipulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS63150171A true JPS63150171A (en) 1988-06-22

Family

ID=17812819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29483186A Pending JPS63150171A (en) 1986-12-12 1986-12-12 Controller for manipulator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63150171A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013005862A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 Olympus Corporation Medical master slave manipulator
JP2013017512A (en) * 2011-07-07 2013-01-31 Olympus Corp Medical master slave manipulator
JP2013017513A (en) * 2011-07-07 2013-01-31 Olympus Corp Medical master slave manipulator

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013005862A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 Olympus Corporation Medical master slave manipulator
JP2013017512A (en) * 2011-07-07 2013-01-31 Olympus Corp Medical master slave manipulator
JP2013017513A (en) * 2011-07-07 2013-01-31 Olympus Corp Medical master slave manipulator
CN103607971A (en) * 2011-07-07 2014-02-26 奥林巴斯株式会社 Medical master slave manipulator
US9259283B2 (en) 2011-07-07 2016-02-16 Olympus Corporation Medical master slave manipulator system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5053975A (en) Master-slave manipulator control
EP0273273B1 (en) Controlling apparatus of manipulator
WO2012099686A2 (en) Telematic interface with directional translation
US4712183A (en) Tracking robot apparatus
US4231066A (en) Electronic zoom system improvement
JP3789143B2 (en) Camera optical system drive device
EP0014065B1 (en) System for creating a servo control signal
WO2017119351A1 (en) Endoscope device and operation control method for endoscope device
JPH08154321A (en) Remote control robot
JPH06105605B2 (en) Image observation device for electron microscope
JP2018144228A (en) Robot control apparatus, robot, robot system, teaching method, and program
JPS63150171A (en) Controller for manipulator
JP3399655B2 (en) Binocular stereoscopic device
JPS599708A (en) Operation error compensating method of robot system
JPH0588721A (en) Controller for articulated robot
JP2000042960A (en) Remote control device for manipulator
JPH0495489A (en) Stereoscopic video image pickup device
JPH08286726A (en) Robot teaching correction device
JPH08309680A (en) Manipulator control system
JPH02185379A (en) Manipulator device
WO2022241756A1 (en) Gimbal control method and robotic arm
JPH08181902A (en) Camera control system
JP7324935B2 (en) ROBOT CONTROL SYSTEM, ROBOT CONTROL METHOD, AND ROBOT CONTROL PROGRAM
JP2000218576A (en) Manipulator
SU1615783A1 (en) Device for displaying graphic information on tv indicator screen