JPS63156672A - Force sensing expressing method of master/slave manipulator - Google Patents

Force sensing expressing method of master/slave manipulator

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JPS63156672A
JPS63156672A JP30475286A JP30475286A JPS63156672A JP S63156672 A JPS63156672 A JP S63156672A JP 30475286 A JP30475286 A JP 30475286A JP 30475286 A JP30475286 A JP 30475286A JP S63156672 A JPS63156672 A JP S63156672A
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master
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slave
output
manipulator
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康生 大築
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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】 技術分野 本発明は、マスタ・スレーブマニピュレータのスレーブ
に加わる力をマスタ側における操作者に伝えて操作者の
力のII+御を補助するためのマスタ・スレーブマニピ
ュレータの力感覚表現方法に関する。
Detailed Description of the Invention Technical Field The present invention relates to a force sensing system for a master/slave manipulator for assisting the operator in controlling the force by transmitting the force applied to the slave of the master/slave manipulator to the operator on the master side. Regarding the method of expression.

背は技術 このようなマスタ・スレーブマニピュレータはたとえば
深海艇によって海底探査を行なう場合および原子炉の操
作を行なう場合などにおいて必要となる。
Such a master-slave manipulator is required, for example, when conducting undersea exploration using a deep-sea vessel or when operating a nuclear reactor.

いboるユニラテラル方式のマスタースレーブマニピュ
レータでは、マスタの各y4節には、ポテンショメータ
などのような軸角度検出器が設けられており、スレーブ
には軸角度検出器に上って検出された角度だけ輪を角変
位駆動するための駆動源が設けられており、したがって
マスタ側の操作者による操作によってスレーブが動く、
このようなユニラテラル方式のマスタ・スレーブマニピ
ュレータではスレーブに作用する外力をマスタ側で知る
ことができず、操作者はスレーブの動作中における力感
覚を知ることができない。
In a unilateral type master-slave manipulator, each Y4 node of the master is provided with an axis angle detector such as a potentiometer, and the slave receives the detected angle by going up the axis angle detector. A drive source for driving the angular displacement of the wheel is provided, and therefore the slave is moved by operation by the operator on the master side.
In such a unilateral type master-slave manipulator, the master side cannot know the external force acting on the slave, and the operator cannot know the force sensation during operation of the slave.

この問題を解決するマスタ・スレーブマニピュレータは
、パイラテラル方式として知られている。
A master-slave manipulator that solves this problem is known as a bilateral system.

その61或は、上述のユニラテラル方式のマスタ・スレ
ーブマニピュレータの構成に加えて、スレーブの軸角度
を検出する軸角度検出器を設け、この出力によってマス
タの袖に設けられた駆動源を駆動するように構成される
。これによってマスタの操作によってこのスレーブに作
用する外力がマスタ側にフィードバックされ、そのマス
タ側の反力を操作者が直接的に力感覚として得ることが
できる。
Alternatively, in addition to the configuration of the unilateral master-slave manipulator described above, an axis angle detector is provided to detect the axis angle of the slave, and this output drives a drive source provided on the sleeve of the master. It is configured as follows. As a result, the external force acting on the slave due to the operation of the master is fed back to the master side, and the operator can directly feel the reaction force on the master side as a force sensation.

このパイラテラル方式のマスタ・スレーブマニピュレー
タの新たな問題は、構成が複雑であることである。他の
欠点は、操作者の微細な力感覚が長時間にわたる操作で
麻痺してしまい、長時間にわたってスレーブに作用する
微細な力を感覚として敏感に感じ取ることが困難になる
ことである。
A new problem with this bilateral master-slave manipulator is that it has a complicated configuration. Another drawback is that the operator's sense of fine force becomes numb after prolonged operation, making it difficult to sensitively sense minute forces acting on the slave over a long period of time.

発明が解決すべき問題点 本発明の目的は、マスタ・スレーブマニピュレータにお
けるスレーブに作用する外力の大きさを簡単な構成で、
しかも長時間にわた゛つて微細な力感覚を操作者が維持
できるようにしたマスタ・スレーブマニピュレータの力
感覚表現方法を提供することである。
Problems to be Solved by the Invention An object of the present invention is to reduce the magnitude of the external force acting on the slave in a master/slave manipulator with a simple configuration.
Moreover, it is an object of the present invention to provide a method for expressing the force sensation of a master/slave manipulator that allows the operator to maintain a minute force sensation over a long period of time.

問題点を解決するための手段 本発明は、マスタの柚の動きに応じてスレーブの袖が動
くようにしたマスタ・スレーブマニピュレータの力感覚
表現方法において、 スレーブに作用する外力の大きさに対応して音の物理的
特性を変化して、音を発生することを特m ト’r ル
マスタ・スレーブマニピュレータの力感覚表現方法であ
る。
Means for Solving the Problems The present invention is a method for expressing the force sensation of a master/slave manipulator in which the sleeves of a slave move in response to the movements of the master, in which the sleeves of the slave move in response to the magnitude of the external force acting on the slave. This is a method of expressing the force sensation of a tour master/slave manipulator, which generates sound by changing the physical characteristics of the sound.

作用 本発明に従えば、繰作者はマスタの袖を動かし、そのマ
スタの袖の動きに応じてスレーブの軸が勤さ、このスレ
ーブに作用する外力の大きさに対応して、発生される音
の物理的特性が変化する。このスレーブに作用する外力
は、スレーブの把持部によって物を持ったときの重力、
その把持部によって物をつかんだときの反力、スレーブ
が障害物などに衝突したときの反力、および静止時に外
部から作用する力などである。音の物理的特性というの
は、音の周波数すSよび断続音の間隔などであり、さら
にまた音の振幅などである。このようにしてスレーブに
作用する外力の大きさが、音の物理的特性の変化として
聴取することができるので、前述のユニラテラル方式の
マスタ番スレーブマニピュレータにI!I、!して本発
明を実施することが可能であり、このようにすれば構成
を簡略化することができる。しかも音を繰作者が聞いて
力感覚を得ることができるので、操作者は長時間にわた
ってマスタを微細な力の変化を敏感に感じとって操作す
ることが可能であり、前述の先行技術に関連して述べた
ように感覚が麻痺してしまうことはなLLl。
According to the present invention, the operator moves the master sleeve, and the shaft of the slave is worked in accordance with the movement of the master sleeve, and the sound generated is adjusted according to the magnitude of the external force acting on the slave. physical properties change. The external force acting on this slave is the gravitational force when an object is held by the slave's grip,
These include a reaction force when an object is grabbed by the gripping part, a reaction force when the slave collides with an obstacle, and a force applied from the outside when the slave is stationary. The physical characteristics of sound include the frequency of the sound, the interval between intermittent sounds, and the amplitude of the sound. In this way, the magnitude of the external force acting on the slave can be heard as a change in the physical characteristics of the sound, so the I! I,! The present invention can be implemented in this way, and the configuration can be simplified in this way. Moreover, since the operator can hear the sound and feel the force, the operator can operate the master over a long period of time while sensitively sensing minute changes in force, which is not related to the prior art described above. As I said, my senses will not be numb.

本発明はまた、パイラテラル方式のマスタ・スレーブマ
ニピュレータにI!I連してもまた実施することができ
る。
The present invention also provides an I! It can also be carried out in series.

実施例 MS1図は、本発明の一実施例のユニラテラル方式のマ
スタ・スレーブマニピュレータの全体の構造を示す図で
ある。マスタマニピュレータMは、基体1に設けられた
複数(この実施例では7)の関節M1〜M7を有してお
り、これらの輸M1〜M7のうち、紬M 1 、M 4
 、M Gは旋回関節であり、軸M2.M3.M5は曲
げ関節である。紬M7によって把持部2が原作される。
Embodiment MS FIG. 1 is a diagram showing the overall structure of a unilateral master/slave manipulator according to an embodiment of the present invention. The master manipulator M has a plurality of (seven in this example) joints M1 to M7 provided on the base body 1, and among these joints M1 to M7, Tsumugi M1, M4
, MG are pivot joints, and the axis M2 . M3. M5 is a bending joint. The original grip part 2 is created by Tsumugi M7.

マスタマニピュレータMは、操作者3によって繰作され
る。これらの1111MI〜M7は、アームによって相
互に連結される。
The master manipulator M is operated by the operator 3. These 1111MI-M7 are interconnected by arms.

スレーブマニピュレータSは、基体4上に取付けられ、
袖S1〜S7を有し、紬S 1 、S 4 、S 6は
旋回関節であり、紬S 2 、S 3 、S 5 、 
S 7は曲げ関節であり、これらはアームによって連結
される。紬S7には、把持部5が取付けられる。マスタ
マニピュレータMの各軸M1〜”M 7 ト、スレーブ
マニピュレータSの軸S1〜S7とは、個別的に対応し
ている。マスタマニピュレータMとスレーブマニピュレ
ータSとは、制御[iGによって電気的に接続されてお
り、操作者3のマスタマニピュレータMの操作に応じて
スレーブマニピュレータ5IJt!lJl<。
The slave manipulator S is mounted on the base 4,
It has sleeves S1 to S7, pongee S1, S4, S6 are pivot joints, pongee S2, S3, S5,
S 7 are bending joints, these are connected by arms. A grip portion 5 is attached to the pongee S7. The axes M1 to "M7" of the master manipulator M individually correspond to the axes S1 to S7 of the slave manipulator S.The master manipulator M and the slave manipulator S are electrically connected by the control [iG]. In response to the operation of the master manipulator M by the operator 3, the slave manipulator 5IJt!lJl<.

第2図は、制御装置6の具体的な構成を示すブロック図
である。マスタマニピュレータMおよびスレーブマニュ
ピレータSの各1tl1M 1〜M7.S1〜S7に対
応して7つの軸制御l系01〜C7が設けられる。紬M
l、Slに対応する軸制御系C1では、マスタマニピュ
レータMの輸M1に設けられるボテンシラメータなどの
ような軸角度検出器M 1 aからの゛マスタ側の位置
を表わす出力は、ライン8から制御回路9における減算
回路10に与えられる。減算回路10にはまた、スレー
ブマニュピレータSの紬S1に設けられた軸角度検出器
Slaからの出力がライン11を介して与えられる。減
算回路10は、ライン8の出力からライン11の出力を
差し引き、ライン12に位置偏差を表わす信号を導出す
る。ライン12の出力は、加算回路13から油圧サーボ
アンプ14に与えられる。油圧サーボアンプ14の出力
は、スレーブマニュピレータSのサーボパルプ15に与
えられ、これによって駆動源である油圧アクチュエータ
S1bが駆動される。
FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the control device 6. As shown in FIG. Each of master manipulator M and slave manipulator S 1tl1M 1 to M7. Seven axis control l systems 01 to C7 are provided corresponding to S1 to S7. Tsumugi M
In the axis control system C1 corresponding to the master manipulator M, an output indicating the position on the master side is output from the axis angle detector M1a, such as a potentiometer, provided at the transducer M1 of the master manipulator M. It is applied to a subtraction circuit 10 in a control circuit 9. The subtraction circuit 10 is also supplied with an output from a shaft angle detector Sla provided in the pongee S1 of the slave manipulator S via a line 11. Subtraction circuit 10 subtracts the output of line 11 from the output of line 8 to derive a signal on line 12 representing the positional deviation. The output of line 12 is given to hydraulic servo amplifier 14 from adder circuit 13 . The output of the hydraulic servo amplifier 14 is given to the servo pulp 15 of the slave manipulator S, thereby driving the hydraulic actuator S1b, which is a drive source.

制御回路9において、ライン8の信号はまた、微分回路
16に与えられて微分され、その出力は加算回路13に
与えられる。これによって定常速度偏差を減少させるた
めのフィードフォワード補助が行なわれる。
In the control circuit 9, the signal on line 8 is also applied to a differentiating circuit 16 for differentiation, and its output is applied to an adding circuit 13. This provides feedforward assistance to reduce steady-state speed deviations.

捏作者3がマスタマニピュレータMを繰作することによ
って軸角度検出器Mlaがその紬M1の旋回軸角度を検
出する。これによって、減算回路10からの出力が表わ
す位置偏差に対応した角度だけ、スレーブマニュピレー
タSの袖S1に設けられたアクチュエータ5illが駆
動される。袖S1に設けられた軸角度検出器81mによ
って検出される旋回軸角度が、前述の軸角度検出器Ml
aによって検出される旋回軸角度と同一となるように、
すなわち減算回路10の位置偏差出力が零となるように
、動作する。これによってマスタマニピュレータMと同
様な動きがスレーブマニュピレータSにおいで行なわれ
る。残余の関節もまた同様な構成となっている。
When the forger 3 manipulates the master manipulator M, the shaft angle detector Mla detects the rotation shaft angle of the pongee M1. As a result, the actuator 5ill provided on the sleeve S1 of the slave manipulator S is driven by an angle corresponding to the positional deviation represented by the output from the subtraction circuit 10. The rotation axis angle detected by the axis angle detector 81m provided in the sleeve S1 is the same as that of the aforementioned axis angle detector Ml.
so that it is the same as the rotation axis angle detected by a,
In other words, it operates so that the positional deviation output of the subtracting circuit 10 becomes zero. As a result, the slave manipulator S performs the same movement as the master manipulator M. The remaining joints also have a similar configuration.

軸制御I系C1〜C6からの位置偏差出力は、ライン!
1〜!6を介して第1音響回路17に与えられろ。また
把持部2,5にIII連して設けられている袖M7.S
7のための軸制御系C7からの位置偏差出力は、ライン
17を介して第2音響回路18に与えられる。
The position deviation output from the axis control I system C1 to C6 is line!
1~! 6 to the first acoustic circuit 17. Moreover, the sleeve M7. S
The position error output from the axis control system C7 for 7 is given to the second acoustic circuit 18 via line 17.

第3図は、fjS1音響回路17の具体的な構成を示す
ブロック図である。ライン!1を介する軸制御IA C
1からの位(i!(Ii!差出力は絶対値回路19に与
えられる。この絶対値回路19は第4図に示されるよう
にライン!1を介する位置偏差出力が正および負である
ときにおけるその絶対値を表わす信号を導出する。絶対
値回路19がらの出力は、不感帯回路20に与えられる
。この不感帯回路20は、絶対値回路19がらの出力が
第5図に示されるように、予め定める値■1未満である
ときに、不感帯回路20の出力を零とし、前記値71以
上であるときその入力値に対応する出力レベルを有rる
信号を導出する。残余のライン!2〜16に関しても同
様な構成となっている。不感帯回路20からの出力は、
加算回路21に与えられて各軸制御系C1〜C6の位置
偏差出力が加算される。
FIG. 3 is a block diagram showing a specific configuration of the fjS1 acoustic circuit 17. line! Axis control IAC via 1
The difference output from 1 (i! (Ii! The output from the absolute value circuit 19 is given to a dead band circuit 20.The dead band circuit 20 is configured so that the output from the absolute value circuit 19 is as shown in FIG. When the predetermined value (1) is less than 1, the output of the dead band circuit 20 is set to zero, and when the value is greater than or equal to 71, a signal having an output level corresponding to the input value is derived.Remaining lines!2~ 16 has a similar configuration.The output from the dead band circuit 20 is
The position error outputs of the respective axis control systems C1 to C6 are added to an adding circuit 21.

不感帯回路20が設けられているのは、各軸における摩
擦力および重力などによって生じる位置偏差の′#響を
除去するためである。
The dead zone circuit 20 is provided in order to eliminate the effects of positional deviation caused by frictional force and gravity on each axis.

加算回路21からの出力は、電圧/周波数変換回路22
に与えられ、加算回路21の出力レベル(こ対応した周
波数に変換される。この電圧/周波数変換回路22の出
力は、ANDデート23の一方の人、力に与えられる。
The output from the adder circuit 21 is sent to the voltage/frequency converter circuit 22.
The output level of the adder circuit 21 is converted to a corresponding frequency.The output of the voltage/frequency conversion circuit 22 is applied to one of the AND dates 23.

ANDデート23の他方の入力には、発振回路24から
の発振出力が与えられる。
The other input of the AND date 23 is given the oscillation output from the oscillation circuit 24 .

第6図(1)は、電圧/周波数変換回路22の出力波形
を示し、この回路22の出力周波数はたとえば0〜20
0Hzの範囲に亘って変化する。発振回路24の出力波
形は、第6図(2)に示されているように、たとえば5
KHzi度である。ANDデート23の出力波形は、第
6図(3)に示されているように、5KHzの周波数が
時間T1だけ出力され、時間T2だけ休止する周ITで
導出される。この周期Tは電圧/周波数変換回路22の
出力周波数に対応しており、T1=72であってもよい
。ANDデート23の出力は増幅回路24に17.えら
れ、スビーfJ25によって鳴動される。
FIG. 6(1) shows the output waveform of the voltage/frequency conversion circuit 22, and the output frequency of this circuit 22 is, for example, 0 to 20.
It varies over a range of 0 Hz. The output waveform of the oscillation circuit 24 is, for example, 5, as shown in FIG. 6(2).
KHz degree. As shown in FIG. 6(3), the output waveform of the AND date 23 is derived at a cycle IT in which a frequency of 5 kHz is output for a time T1 and paused for a time T2. This period T corresponds to the output frequency of the voltage/frequency conversion circuit 22, and may be T1=72. The output of the AND date 23 is sent to the amplifier circuit 24 at 17. and is sounded by Subee fJ25.

したがって軸制御系01〜07における位置偏差が小さ
いときには、加算回路21の出力レベルは小さく、した
がって電圧/周波数変換回路22の出力周波数は低(、
そのためスピーカ25から出力される音の周MTが大き
い1位置偏差が大きくなると、電圧/周波数変換回路2
2の出力周波数が高(なり、したがって音の周期Tが小
さくなる。
Therefore, when the positional deviation in the axis control systems 01 to 07 is small, the output level of the adding circuit 21 is small, and therefore the output frequency of the voltage/frequency conversion circuit 22 is low (,
Therefore, if the circumference MT of the sound output from the speaker 25 is large and the position deviation becomes large, the voltage/frequency conversion circuit 2
The output frequency of 2 becomes high (and therefore the period T of the sound becomes small).

このようにして推作者3はスレーブマニュピレータSに
おける紬S1〜S6の位置偏差を音の間隔によって知る
ことができる。この位置偏差は等価的に各輪S1〜86
に作用する外力と見なすことができる。したがって第7
図のように、各軸S1〜S6において作用する外力の大
きさに対応してその外力が大きくなるにつれて周期Tが
小さくなり、これによって各軸S1〜86に作用する力
を操作者3が知ることが可能になる。
In this way, the promoter 3 can know the positional deviation of the tsumugi S1 to S6 in the slave manipulator S based on the intervals of the sounds. This positional deviation is equivalent to each wheel S1 to S86.
It can be considered as an external force acting on the Therefore, the seventh
As shown in the figure, as the external force increases in accordance with the magnitude of the external force acting on each axis S1 to S6, the period T becomes smaller, and thereby the operator 3 knows the force acting on each axis S1 to S86. becomes possible.

本発明の他の実施例として周期Tを一定として時間TI
、T2を変化し、すなわちデュデイを変化して力感覚を
得るようにしてもよい。
As another embodiment of the present invention, the period T is constant and the time TI
, T2, that is, the duty may be changed to obtain a force sensation.

第8図は、第2音響回路18の具体的な構成を示すブロ
ック図である。スレーブマニュピレータSにおける把持
部5に関連して設けられた軸S7の軸角度検出器M7a
と、マスタマニピュレータMの把持部2に関連して設け
られた輸M7の軸角度検出器M7aとの位置偏差は、軸
制御系C7からラインJ?7を経て第2音響回路18の
絶対値回路27に与えられ、その絶対値回路27の出力
は不感帯回路28に与えられる。絶対値回路27のもη
或は前述の絶対値回路19と同様な構成を有し、また不
感帯回路28は前述の不感情回路20と同様な構成を有
している。不感情回路28の出力は、電圧/周波数変換
回路29に与えられてその出力周波数がたとえばOHz
〜15に!Izの範囲で変1ビする信号に′Il換され
る。電圧/周波数変換回路2つからの出力は、増幅回路
30によって増幅され、スピーカ31によって′tI響
化される。したがって把持g5の軸S7における位置偏
差が大きくなるにつれて、すなわち把持部5に作用する
外力が大きくなるにつれて、電圧/周波数変換回路29
の出力周波数は高くなり、その動作は第9図に示されて
いるとおりである。電圧/周波数変換回路29の出力波
形は、第10図に示されている。
FIG. 8 is a block diagram showing a specific configuration of the second acoustic circuit 18. Axis angle detector M7a of axis S7 provided in relation to gripping part 5 in slave manipulator S
The positional deviation between the axis angle detector M7a of the transfer M7 and the axis angle detector M7a provided in relation to the gripping part 2 of the master manipulator M is determined by the line J? from the axis control system C7. 7 to the absolute value circuit 27 of the second acoustic circuit 18 , and the output of the absolute value circuit 27 is provided to the dead zone circuit 28 . Also η of the absolute value circuit 27
Alternatively, it has the same configuration as the above-mentioned absolute value circuit 19, and the dead zone circuit 28 has the same structure as the above-mentioned insensitive circuit 20. The output of the emotionless circuit 28 is given to a voltage/frequency conversion circuit 29, and the output frequency is changed to, for example, OHz.
~15! It is converted into a signal that changes in the range of Iz. The outputs from the two voltage/frequency conversion circuits are amplified by an amplifier circuit 30 and amplified by a speaker 31. Therefore, as the positional deviation of the grip g5 on the axis S7 increases, that is, as the external force acting on the grip part 5 increases, the voltage/frequency conversion circuit 29
The output frequency of is increased and its operation is as shown in FIG. The output waveform of the voltage/frequency conversion circuit 29 is shown in FIG.

この上う1こして操作者3がマスタマニピュレータMの
把持部2をつかんだときに、スレーブマニュピレータS
の把持部5に作用する外力の大きさが、周波数の変化と
して操作者3によって聴取される。これによって把持部
5の把持力を感覚的に知ることができる。
Moreover, when the operator 3 grasps the grip part 2 of the master manipulator M, the slave manipulator S
The magnitude of the external force acting on the grip portion 5 of is heard by the operator 3 as a change in frequency. This allows the user to intuitively know the gripping force of the gripping portion 5.

上述の実施例では、音の出力間隔および周波数が変化さ
れたけれども、他の実施例として、音の振幅、すなわち
音圧レベルが、スレーブマニュピレータSに作用する外
力の大きさに応じて、その外力が大きくなるにつれて音
圧レベルが大きくなるように変化されてもよい。
In the above embodiment, the output interval and frequency of the sound were changed, but in other embodiments, the amplitude of the sound, that is, the sound pressure level, changes depending on the magnitude of the external force acting on the slave manipulator S. The sound pressure level may be changed so that as the value increases, the sound pressure level increases.

本発明のさらに他の実施例として、第1音響回路17に
おいて軸81〜86に個別的に対応して相互に異なる周
波数を有する信号の周期Tが変化されるようにしてもよ
(、このようにすることによってとの輸S1〜S6の位
置偏差、したがって外力の大きさを個別に繰作者3が知
ることがでさる。
As still another embodiment of the present invention, the period T of signals having mutually different frequencies may be changed in correspondence with the axes 81 to 86 individually in the first acoustic circuit 17 (such as this). By doing so, the operator 3 can individually know the positional deviation of the transports S1 to S6, and therefore the magnitude of the external force.

さらにまた本発明の他の実施例として、スレーブマニュ
ピレータSの把持部5におけるX、YおよびZの各方向
毎に、相互に異なる周波数を対応させ、この周波数の周
期Tを外力の大きさに応じて変化するようにしてもよい
Furthermore, as another embodiment of the present invention, different frequencies are made to correspond to each of the X, Y, and Z directions in the gripping part 5 of the slave manipulator S, and the period T of this frequency is adjusted depending on the magnitude of the external force. It may also be configured to change.

本発明のさらに他の実施例として、増幅回路2t、30
とスピーカ25.31とを共通に用いて、構成を簡略化
することもまた可能である。このためには、たとえば電
圧/周波数変換回路29の出力を増幅回路24に与える
ようにすればよい。
As still another embodiment of the present invention, the amplifier circuits 2t, 30
It is also possible to simplify the configuration by using the speakers 25 and 25.31 in common. For this purpose, for example, the output of the voltage/frequency conversion circuit 29 may be provided to the amplifier circuit 24.

上述の実施例では、スレーブマニピュレータに作用する
外力の大きさは、位置偏差の大きさとして検出されたけ
れども、本発明の池の実施例としてスレーブマニピュレ
ータSのアームにストレインデーノを取付けて、外力の
大きさを直接に検出するようにしてもよく、その他のV
!造によって外力を検出するようにしてもよい。
In the above embodiment, the magnitude of the external force acting on the slave manipulator was detected as the magnitude of the positional deviation. However, as an embodiment of the present invention, a strain sensor is attached to the arm of the slave manipulator S to detect the external force. It may be possible to directly detect the magnitude of V
! The external force may be detected by the structure.

第11図は、本発明のさらに他の実施例のブロック図で
ある。この実施例は、パイ2チラル方式のマスタ・スレ
ーブマニピュレータの1つの軸、たとえばMl、Slに
関連する構成を示し、残余の袖に関しても同様な構成と
なっている。前述の実施例の対応する部分には、同一の
参照符を付す。
FIG. 11 is a block diagram of yet another embodiment of the present invention. This embodiment shows a configuration related to one axis, for example, Ml and Sl, of a pi-2-chiral master-slave manipulator, and the remaining sleeves have a similar configuration. Corresponding parts of the embodiments described above are provided with the same reference numerals.

この実施例では、マスタマニピュレータMにもまた、駆
動源である毫−タM 113が設けられ、増幅回路33
によって駆動される。微分回路161 。
In this embodiment, the master manipulator M is also provided with a driver M 113 and an amplifier circuit 33.
driven by. Differential circuit 161.

162と、加算回路131,132とが設けられて、速
度補償のためのフィードフォワード制御が行なわれる。
162 and adder circuits 131 and 132 are provided to perform feedforward control for speed compensation.

また係数回路34.35が設けられる。減算回路10の
出力は、位置偏差、したがって外力を表わす信号として
、ラインノ1から導出される。その他の構成は、前述の
実施例と同様である。
Coefficient circuits 34 and 35 are also provided. The output of the subtraction circuit 10 is derived from line No. 1 as a signal representing the positional deviation and therefore the external force. The other configurations are similar to those of the previous embodiment.

このようなパイラテラル方式のマスタ・スレーブマニピ
ュレータでは、マスタマニピュレータM側にフィードバ
ックされる反力を、操作者3は直接的に力感覚として得
ることができ、しかも操作者3はスレーブマニピュレー
タSにおける外力の大きさを、音の物理的特性の変化と
して捕えることができる。したがって操作者3の微細な
力感覚が長時間の操1ヤで麻痺して失われてしまっても
、操作者3はスレーブの外力の大!さを音響で正確に捕
えることができ、スレーブマニピュレータSを微細な力
の変化で動かすことが可能になる。
In such a pirate-type master-slave manipulator, the operator 3 can directly feel the reaction force fed back to the master manipulator M side as a force sensation, and the operator 3 can also feel the reaction force fed back to the master manipulator M side. The magnitude of the sound can be understood as a change in the physical characteristics of the sound. Therefore, even if the operator 3 loses his delicate sense of force due to paralysis due to long-term operation, the operator 3 will still be able to handle the slave's external force! This enables the slave manipulator S to be moved with minute changes in force.

パイラテラル方式のマスタ・スレーブマニピュレータは
、第11図に示された構造以外の構造を有するものであ
ってもよく、本発明は、ユニラテラル方式だけでなく、
このようなパイラテラル力式のマスタ・スレーブマニピ
ュレータに関連しても広(実施することができる。
The master/slave manipulator of the unilateral method may have a structure other than that shown in FIG. 11, and the present invention is applicable not only to the unilateral method,
A wide variety of methods can be implemented in connection with such a bilateral force type master/slave manipulator.

効  果 以上のように本発明によれば、簡単な構成で、スレーブ
側における外力の大きさを盲の物理的特性の変化として
捕えることがでさるようになる。
Effects As described above, according to the present invention, with a simple configuration, it becomes possible to detect the magnitude of external force on the slave side as a change in the physical characteristics of the blind.

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

m1図は本発明の一実施例のユニラテラル方式のマスタ
・スレーブマニピュレータの全体の構造を示す図、第2
図は第1図に示された実施例の電気的構成を示すブロッ
ク図、153図は第1音響回路17の具体的な構成を示
すブロック図、第4図は絶対値回路19の動作を説明す
るための図、第5図は不感帯回路20の動作を説明する
ための図、第6図は第3図に示された第1音響回路17
の動作を工明するための波形図、fjS7図は軸制御系
C1〜CGにおける位置偏差、したがってスレーブの外
力の大きさと音の出力間隔周期Tとの関係を示す図、第
8図は第2音響回路18の具体的な電気的構成を示すブ
ロック図、第9図は軸制御系C7の外力の大ささと不感
帯回路28の出力との関係を示す図、第10図は電圧/
周波数変換回路の出力波形を示す図、第11図は本発明
がI51!連して実施されるパイラテラル方式のマスタ
・スレーブマニピュレータの一例のブロック図である。 2.5・・・把持部、3・・・操作者、6・・・制御装
置、14・・・サーボアンプ、15・・・サーボバルブ
、17・・・第1音響回路、18・・・第2音響回路、
M・・・マスタマニピュレータ、M1〜MG・・・袖、
Mla−Moa・・・軸角度検出器、Mlb・・・駆動
源、S・・・スレーブマニピュレータ、81〜87・・
・袖、5la−87a、・、軸角度検出器、5ift−
671+・・・アクチュエータ 代理人  弁理士 画数 圭一部 図面の浄書(内61こ変更なし) 第3図 n 第6図 第7図 手続補正口(方式) 昭和62年 4月 3日
Figure m1 is a diagram showing the overall structure of a unilateral master/slave manipulator according to an embodiment of the present invention.
153 is a block diagram showing the specific structure of the first acoustic circuit 17, and FIG. 4 explains the operation of the absolute value circuit 19. FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the dead band circuit 20, and FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the first acoustic circuit 17 shown in FIG. 3.
The waveform diagram fjS7 is a diagram showing the positional deviation in the axis control system C1 to CG, and therefore the relationship between the magnitude of the external force of the slave and the sound output interval period T. A block diagram showing the specific electrical configuration of the acoustic circuit 18, FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the external force of the axis control system C7 and the output of the dead band circuit 28, and FIG.
FIG. 11, which is a diagram showing the output waveform of the frequency conversion circuit, shows that the present invention is I51! FIG. 2 is a block diagram of an example of a master/slave manipulator of a bilateral system that is implemented in series. 2.5... Gripping part, 3... Operator, 6... Control device, 14... Servo amplifier, 15... Servo valve, 17... First acoustic circuit, 18... a second acoustic circuit;
M...Master manipulator, M1~MG...Sleeve,
Mla-Moa...Axis angle detector, Mlb...Drive source, S...Slave manipulator, 81-87...
・Sleeve, 5la-87a,・, Axis angle detector, 5ift-
671+... Actuator agent Patent attorney Number of strokes Kei Engraving of the drawings (61 of them are unchanged) Figure 3 n Figure 6 Figure 7 Procedural amendment (method) April 3, 1988

Claims (1)

【特許請求の範囲】 マスタの軸の動きに応じてスレーブの軸が動くようにし
たマスタ・スレーブマニピュレータの力感覚表現方法に
おいて、 スレーブに作用する外力の大きさに対応して音の物理的
特性を変化して、音を発生することを特徴とするマスタ
・スレーブマニピュレータの力感覚表現方法。
[Claims] In a method for expressing the force sensation of a master/slave manipulator in which the axis of a slave moves in accordance with the movement of the axis of the master, the physical characteristics of sound correspond to the magnitude of an external force acting on the slave. A method for expressing the force sensation of a master/slave manipulator, which is characterized by generating sound by changing the force.
JP30475286A 1986-12-20 1986-12-20 Force sensing expressing method of master/slave manipulator Granted JPS63156672A (en)

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