JPS63257809A - Master/slave controller - Google Patents

Master/slave controller

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JPS63257809A
JPS63257809A JP9191487A JP9191487A JPS63257809A JP S63257809 A JPS63257809 A JP S63257809A JP 9191487 A JP9191487 A JP 9191487A JP 9191487 A JP9191487 A JP 9191487A JP S63257809 A JPS63257809 A JP S63257809A
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slave
torque
signal
joint
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Masaharu Kurabayashi
倉林 正治
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Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To improve operatability by driving a slave motor by a signal for controlling a master/slave positional deviation signal to zero and correctly measuring torque independently of the angles of master and slave joints. CONSTITUTION:When a master 1 is driven, a signal Pm from a master potentiometer Ps is changed. A positional deviation subtractor 28 calculates a positional deviation signal Pfb between the master 1 and the slave 2 by subtracting the slave potentiometer signal Ps from the master potentiometer signal Pm. A slave speed controller 23 outputs a speed command Sps to a slave motor controller 24 so that the deviation signal Pfb is turned to zero and a controller 24 drives the slave 2 based on the command. Consequently, the slave 2 follows the master 1 and executes its operation in accordance with the operator's operation. Even if the joints of the master 1 and the slave 2 are set to any angle, the torque value can be correctly measured.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、実際の作業を行うスレーブ側マニピュレータ
(以後スレーブと呼ぶ)とスレーブを操縦するマスター
側マニピュレータ(以後マスターと呼ぶ)とを有するマ
スタースレーブマニピュレータにおいて、歪みゲージの
ように絶対的なトルク測定が出来ないトルクセンサーに
より関節のトルクを測定する装置を備えた場合のマスタ
ースレーブ制御装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention provides a slave-side manipulator (hereinafter referred to as slave) that performs actual work and a master-side manipulator (hereinafter referred to as master) that operates the slave. ) The present invention relates to a master-slave control device for a master-slave manipulator having a device for measuring joint torque using a torque sensor that cannot measure absolute torque, such as a strain gauge.

(従来の技術) 遠隔操縦により複雑かつ細かい作業を行う場合、マスタ
ースレーブ方式で制御することが有効である。
(Prior Art) When performing complex and detailed work by remote control, it is effective to control using a master-slave system.

マスタースレーブマニピュレータシステムは。Master-slave manipulator system.

大きく分類してオペレータが操作するマスクと。There are two broad categories: masks operated by operators.

マスターによって遠隔動作されるスレーブと、マスタと
スレーブを制御するマスタースレーブ制御装置によって
構成される。
It consists of a slave remotely operated by a master, and a master-slave controller that controls the master and slaves.

マスクとスレーブはそれぞれ数個の関節を持ち。The mask and slave each have several joints.

相似な形のマニピュレータとなっている。It is a manipulator with a similar shape.

マスクでスレーブを遠隔操作するために制御装置は次の
機能を持つ。
The control device has the following functions to remotely control the slave with a mask.

1 マスタがオペレータによって押された場合、押され
た力に従ってマスクを動作させる。
1. When the master is pressed by the operator, the mask operates according to the pressing force.

2 スレーブの受けた力がある場合、スレーブの受けた
力の反力に従って、マスタを動作させる。
2. If there is a force received by the slave, operate the master according to the reaction force of the force received by the slave.

3 マスタが動作した場合、スレーブはマスタの動作に
従って追従する。
3 When the master operates, the slave follows the master's operation.

つまり、制御装置はオペレータがマスクを操作する力に
従ってマスタを動かし、スレーブをマスクの動きに従っ
て動作させる。こうして、オペレータはスレーブを遠隔
操作する事ができる。
That is, the control device moves the master according to the force with which the operator manipulates the mask, and causes the slave to operate according to the movement of the mask. In this way, the operator can remotely control the slave.

しかし、スレーブとマスターは離れているので、オペレ
ータは操作現場の状況を促えずらい。
However, since the slave and master are separated, it is difficult for the operator to monitor the situation at the operation site.

このために、スレーブからの反力をマスクに伝達する機
能を設けることでスレーブが物を持った力等をマスタに
伝え、あたかも実際に繰作しているような臨場感のある
操作が出来るようにして、操作性の良いものとしている
For this purpose, by providing a function that transmits the reaction force from the slave to the mask, the force of the slave holding the object can be transmitted to the master, allowing you to perform operations with a sense of realism as if you were actually doing the work. This makes it easy to operate.

さて、マスターをオペレータの操作した要求どうりに動
かすためには、又、スレーブからの反力をマスクに伝達
するためにはアーム自体の重量によるトルクを考慮しな
ければならない。
Now, in order to move the master as requested by the operator, and in order to transmit the reaction force from the slave to the mask, it is necessary to consider the torque due to the weight of the arm itself.

例えば、マスターの場合、関節にはアームの自重がある
ため、その自重によるトルクを考慮してオペレータがマ
スターを操作した正しい操作力を測定する必要がある。
For example, in the case of a master, since the joint has the weight of the arm, it is necessary to measure the correct operating force with which the operator operated the master, taking into account the torque due to the weight.

この、状態を第4図を用いて説明する。アームの自重に
より関節にかかるトルクTg+++について、最も簡単
な1軸の場合について考えると。
This state will be explained using FIG. 4. Regarding the torque Tg+++ applied to the joint due to the arm's own weight, consider the simplest 1-axis case.

丈 Tgm=十申G・ 5IN(θ)       ・・・
■但し、Tg+a:アームの重さにより関節にかかるト
ルクG:アームの重さ 之 Φ二関節から重心までの距離 θ:関節の角度 で求めることができる。
Length Tgm=Jushin G・5IN(θ)...
(2) However, Tg+a: Torque applied to the joint due to the weight of the arm G: Weight of the arm Φ Distance from the two joints to the center of gravity θ: Can be determined from the angle of the joint.

これにより、関節全体にかかるトルクTは、オペレータ
の操作により関節にかかるトルクT11と。
As a result, the torque T applied to the entire joint becomes the torque T11 applied to the joint due to the operator's operation.

アームの自重によるトルりTm鵬を加えたものである。This is in addition to the torque Tm due to the arm's own weight.

つまり。In other words.

T = T −+ T gem          ・
・・■但し、Tm:オペレータの操作による関節にかか
るトルクT :関節にかかる総トルク Tm醜:アームの重さにより関節にかかるトルクで、求
めることが出来る。
T = T −+ T gem ・
...■ However, Tm: Torque applied to the joint due to operator's operation T: Total torque applied to the joint Tm Ugly: Torque applied to the joint due to the weight of the arm.

これにより、オペレータの操作により関節にかかるトル
クTwit関節全体にかかるトルクTから、アームの自
重によるトルクTgmを引くことで求めることが出来る
Thereby, it can be determined by subtracting the torque Tgm due to the arm's own weight from the torque Twit applied to the joint due to the operator's operation and the torque T applied to the entire joint.

このためには関節にかかっている総トルクが、正しく測
定されていることが前提となっているので、この測定を
行うセンサーについて説明する。
For this purpose, it is assumed that the total torque applied to the joints is correctly measured, so the sensor that performs this measurement will be explained.

例えば、マスターの関節にかかるトルクを測定するひず
みセンサーについて第3図により概略の説明を行う、ま
ず、関節にかかるトルクをg+lI定する為に、モータ
ーの軸にかかる力を測定する。モーターの軸はモータギ
ヤー42を回転動作させ、関節軸44によってアームを
動作させるため、アームの慣性によってギヤー43にモ
ーメントがかかるために、ギヤー42の接線方向に反力
を受ける。この反力は、軸受けを支持している支持台4
1に取り付けたひずみセンサー4を歪ませる。
For example, a strain sensor that measures the torque applied to the joint of the master will be schematically explained using FIG. 3. First, in order to determine the torque applied to the joint (g+lI), the force applied to the shaft of the motor is measured. The shaft of the motor rotates the motor gear 42 and the arm is operated by the joint shaft 44, so a moment is applied to the gear 43 due to the inertia of the arm, so that the gear 42 receives a reaction force in the tangential direction. This reaction force is applied to the support base 4 that supports the bearing.
The strain sensor 4 attached to 1 is distorted.

第3図に示した回転方向では、モーターの軸はギヤー4
2を回す反力によりギヤー42の接線方向にAの力で押
され、ひずみセンサー4は圧縮され歪む、また、アーム
の方からギヤー42を、動作せる方向に力を受けたとき
でも、同様に歪む。
In the direction of rotation shown in Figure 3, the motor shaft is in gear 4.
2 is pushed in the tangential direction of the gear 42 by the force A, and the strain sensor 4 is compressed and distorted.Also, even when a force is received from the arm in the direction to move the gear 42, the same happens. distort.

この様にして関節にかかる力を歪みという形で測定する
In this way, the force applied to the joint is measured in the form of strain.

しかし、ひずみセンサーは設置したときに残留歪みが残
る。又1日々の気温などによって、すこしずつ残留する
ひずみセンサー歪みに変化が生じる。そのために、歪み
の値が現在のトルク値を絶対的に示しているとは言うこ
とができない6そのため、アンプにはゼロバランスと呼
ばれる。初期設定機能を持たせている。この初期設定機
能はオペレータによる初期設定機能要求時点で、外部に
出力される電気信号をゼロに設定するものである。
However, strain sensors leave residual strain when installed. Also, depending on the daily temperature, etc., the residual strain sensor distortion gradually changes. Therefore, it cannot be said that the distortion value absolutely indicates the current torque value6.Therefore, the amplifier is called zero balance. It has an initial setting function. This initial setting function sets the electrical signal output to the outside to zero at the time when the operator requests the initial setting function.

この設定を行った後は初期設定トルクからの相対的な歪
み量の変化が、関節にかかるトルクとして測定できる。
After making this setting, the relative change in strain amount from the initial setting torque can be measured as the torque applied to the joint.

さて、弐〇でわかるように、オペレータの操作が無いと
きでも、関節にかかるトルクにはアームの重さによるト
ルクが掛かる。つまり、センサーの初期設定操作をした
ときに、アンプからの電気信号は零になるが、自重によ
るトルクがあるため、実際の関節にかかるトルクは零に
ならず、センサーからの値と実際のトルクとは異なって
しまう。
Now, as you can see in 20, even when there is no operation by the operator, the torque applied to the joints is due to the weight of the arm. In other words, when initializing the sensor, the electrical signal from the amplifier becomes zero, but due to the torque due to its own weight, the actual torque applied to the joint does not become zero, and the value from the sensor and the actual torque It will be different.

このため、実際の関節にかかるトルク値とセンサーから
のトルク値とを一致させるために、従来ではスレーブ及
びマスターを、自重によるトルクのかからない角度まで
マニュアル操作で動作させて、その角度で初期設定を行
っていた。
Therefore, in order to match the torque value applied to the actual joint with the torque value from the sensor, conventionally the slave and master were manually operated to an angle where no torque was applied due to their own weight, and the initial settings were made at that angle. I was going.

さてこうして測定したトルク値を用いて、マスタ1でス
レーブ2を動作させるための制御装置を。
Now, let's create a control device for operating slave 2 by master 1 using the torque value thus measured.

第2図により説明する。This will be explained with reference to FIG.

オペレータが遠隔操作を行うマスタ1は、関節を駆動す
るマスタモータ3と、関節にかかるトルクを測定するマ
スタひずみセンサ4と、関節の角度を測定するマスタポ
テンショメーター5により構成される。
The master 1, which is remotely operated by the operator, includes a master motor 3 that drives the joints, a master strain sensor 4 that measures the torque applied to the joints, and a master potentiometer 5 that measures the angle of the joints.

まず、自重によるトルクの掛からない角度まで、マスタ
1の場合はマスタマニュアル操作装置19によりマスタ
モータコントローラ14に速度信号S pm’ を入力
することで、スレーブ2の場合はスレーブマニュアル操
作装置29によりスレーブモータコントローラ24に速
度信号S ps’  を入力することで、それぞれ動作
させる。
First, in the case of master 1, the speed signal S pm' is inputted to the master motor controller 14 by the master manual operation device 19 until the angle at which no torque is applied due to its own weight, and in the case of slave 2, the speed signal S pm' is inputted to the master motor controller 14 by the slave manual operation device 29. By inputting a speed signal S ps' to the motor controller 24, the respective motors are operated.

次に、初期化スイッチ30によりマスタアンプ10及び
スレーブアンプ20の初期化を行う。初期設定を行った
後、関節にかかるトルクはマスタひずみセンサー4から
マスタアンプ10に入力され、電気信号Tanに変換さ
れる。
Next, the initialization switch 30 initializes the master amplifier 10 and slave amplifier 20. After initial settings are made, the torque applied to the joint is input from the master strain sensor 4 to the master amplifier 10 and converted into an electrical signal Tan.

このトルりからマスタ自重によるトルりTgmを差し引
けば、式■で示したように、オペレータの操作によるト
ルクTa+を算出する事ができる6次に、スレーブ2か
らの反力が無い場合は、オペレータの操作力によるトル
ク Tmに従ってマスターを動作させるためのマスク速
度制御装置13は。
By subtracting the torque Tgm due to the master's own weight from this torque, the torque Ta+ due to the operator's operation can be calculated, as shown in equation (2).6 Next, if there is no reaction force from slave 2, The mask speed control device 13 operates the master according to the torque Tm generated by the operator's operating force.

オペレータの操作トルクTmに、比例したスピードでマ
スタ1が動作するように速度指令Sp+*を出力する。
A speed command Sp+* is outputted so that the master 1 operates at a speed proportional to the operating torque Tm of the operator.

マスタモータコントローラー14は、マスタモーター3
を速度指令Spaに従って速度制御する。
The master motor controller 14 is the master motor 3
The speed is controlled according to the speed command Spa.

このように、スレーブ2からの反力が無い場合は、オペ
レータの操作する力に従ってマスター1は動作する。
In this way, when there is no reaction force from the slave 2, the master 1 operates according to the force operated by the operator.

続いて、スレーブ2が障害物等に当たって反力を受けた
場合について説明する。
Next, a case where the slave 2 hits an obstacle or the like and receives a reaction force will be described.

この場合には、スレーブ2に反力が掛かり、スレーブひ
ずみセンサー7が歪み、その歪み量Thsがスレーブア
ンプlOよって電気信号Tasとなる。
In this case, a reaction force is applied to the slave 2, the slave strain sensor 7 is distorted, and the amount of distortion Ths becomes an electric signal Tas by the slave amplifier IO.

次に、スレーブの実際に障害物から受けた反力によるト
ルク Tsは、スレーブ関節にかかるトルクTasから
スレーブ2の重量によるトルクTgsを、差し引いて求
めることが出来る。
Next, the torque Ts due to the reaction force actually received by the slave from the obstacle can be determined by subtracting the torque Tgs due to the weight of the slave 2 from the torque Tas applied to the slave joint.

この反力によるトルク Tsをマスターへ伝達するため
に、反力フィードバック装置27により反力フィードバ
ック信号MPfに変換する。
In order to transmit the torque Ts due to this reaction force to the master, the reaction force feedback device 27 converts it into a reaction force feedback signal MPf.

さらに、この反力フィードバック信号Mpfはマスタ加
算器17によってマスタの操作力T11に加えられて、
マスター動作指令Mtとしてマスター速度制御装置13
に入力される。こうして、マスターを操作しているオペ
レータに、この反力を感じさせる事ができる。
Furthermore, this reaction force feedback signal Mpf is added to the master operating force T11 by the master adder 17,
Master speed control device 13 as master operation command Mt
is input. In this way, the operator operating the master can feel this reaction force.

以上、オペレータの操作指令どうりにマスター1は動作
すると同時に、スレーブ2の受けた力をオペレータは感
じることができる。
As described above, the master 1 operates according to the operator's operation command, and at the same time, the operator can feel the force received by the slave 2.

次に、マスター1が動作すると、マスターポテンショメ
ータ5の関節の角度の信号Pmが変化する0位置偏差減
算器28はマスターポテンショメータ5の信号Pffi
からスレーブ2のポテンショメータ8の信号Psを、差
し引くことによって、マスターとスレーブの位置偏差信
号Pfbを算出する。
Next, when the master 1 operates, the signal Pm of the joint angle of the master potentiometer 5 changes.
The master-slave position deviation signal Pfb is calculated by subtracting the signal Ps of the potentiometer 8 of the slave 2 from .

この偏差信号Pfbが零になるようにスレーブ速度制御
袋!!23は速度指令Spsをスレーブモータコントロ
ーラー24に出力する。スレーブモータコントローラー
24は指令Spsに従ってスレーブ2を動作させる。
Slave speed control bag so that this deviation signal Pfb becomes zero! ! 23 outputs the speed command Sps to the slave motor controller 24. The slave motor controller 24 operates the slave 2 according to the command Sps.

こうして、スレーブはマスター1を追従することとなり
オペレーターの操作どうりにスレーブ2は動作する。
In this way, the slave follows the master 1, and the slave 2 operates according to the operator's operation.

この結果、マスター1によるスレーブ2の遠隔操作を行
なっていた。
As a result, the slave 2 was remotely controlled by the master 1.

(発明が解決しようとする問題点) ひずみセンサーには、残留歪みがあることから、歪みの
絶対的な値を測定する事ができない。
(Problem to be Solved by the Invention) Since the strain sensor has residual strain, it is not possible to measure the absolute value of strain.

そのために、上述のようにゼロバランス機能によって初
期化する必要があった。
For this purpose, it was necessary to initialize using the zero balance function as described above.

しかし、この初期化作業はこの時点でトルク値を零にし
てしまうため実際の関節にかかるトルクも零にしておか
ないと、センサーによるトルクと実際に関節にかかるト
ルク値とに差が生じてしまう。これを避けるため、マス
ターとスレーブそれぞれのアームを関節にトルクが掛か
らない角度まで動作させ、その状態で初期化作業をする
必要があった。
However, this initialization process reduces the torque value to zero at this point, so unless the torque applied to the actual joint is also reduced to zero, there will be a difference between the torque measured by the sensor and the torque value actually applied to the joint. . To avoid this, it was necessary to move the master and slave arms to an angle where no torque was applied to the joints, and then perform the initialization work in that state.

以上、マスタスレーブで作業を開始するとき。That's all, when starting work with master slave.

関節の自重によるトルクがかからないところまで動かさ
ないと、関節にかかるトルクとセンサーで計算されるト
ルクに差を生じ、正確な関節にかかるトルクをすること
が出来なかった。
Unless the joint is moved to a point where the torque due to its own weight is not applied, there will be a difference between the torque applied to the joint and the torque calculated by the sensor, making it impossible to accurately calculate the torque applied to the joint.

マスタースレーブ制御ではこれが制御の最も大切なセン
サーであり、正確ではないトルク値で制御を行うと暴走
する危険性がある。このため、このままではマスタース
レーブで作業する事が出来ない。
In master-slave control, this is the most important sensor for control, and if control is performed with an inaccurate torque value, there is a risk of runaway. Therefore, it is not possible to work as a master slave in this state.

これより、従来のマニピュレータで操作を行おうとする
場合、マスター及びスレーブを自重によるトルクのかか
らない角度まで動作させる必要があり、マスタースレー
ブ制御使用開始時に自由に開始できず、複雑な起動時の
操作が必要であった。
Therefore, when attempting to operate with a conventional manipulator, it is necessary to move the master and slave to an angle where no torque is applied due to their own weight, making it impossible to start freely when starting to use master-slave control, and requiring complicated startup operations. It was necessary.

又、スレーブを自重トルクが零の所まで動作させる必要
があるが、スレーブが遠く離れているため周りの環境が
分かりずらく障害物等に衝突させる危険性がある。その
ために、一旦、安全なところまで退避させてから動作さ
せる必要があり、こうした操作のため稼動率が低下して
いた。
Further, it is necessary to operate the slave until its own weight torque is zero, but since the slave is far away, it is difficult to understand the surrounding environment and there is a risk of colliding with obstacles. For this reason, it is necessary to temporarily evacuate the equipment to a safe location before operating it, and this operation reduces the operating rate.

又、万一操作員が誤ってアンプの初期化を行ってしまっ
た場合、自重分の力が残ってしまい勝手にマスターが動
作して危険であるなどの問題点があった。
Furthermore, if the operator accidentally initializes the amplifier, there is a problem in that the force of its own weight remains and the master may operate on its own, which is dangerous.

よって、本発明はマスター及びスレーブの関節がどのよ
うな角度でもトルクの値を正しく計測する事ができる様
に初期化する装置を設け、マスタースレーブ制御を開始
するための複雑な準備操作を無くすことで、操作性が向
上するマスタースレーブ制御装置を提供することを目的
とする。
Therefore, the present invention provides an initialization device so that the torque value can be accurately measured at any angle of the master and slave joints, and eliminates complicated preparatory operations for starting master-slave control. The present invention aims to provide a master-slave control device with improved operability.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 第1図に示すように、マスタースレーブ制御を行うマス
タスレーブ制御装置において、センサーを初期化したと
きのアームの自重によって、かかっている関節トルクを
記憶して置き、その値をセンサーの値に加える装置を設
ける。
(Means for solving the problem) As shown in Figure 1, in a master-slave control device that performs master-slave control, the applied joint torque is memorized by the arm's own weight when the sensor is initialized. A device is provided to add the value to the sensor value.

つまり、アンプを初期化したとき、どの様な姿勢でも必
ず正確に現在のトルク値を示すように、その現在かかっ
ているトルクをセンサーとは別に算出し、その値をオフ
セットとして記憶して置き。
In other words, when the amplifier is initialized, the current torque is calculated separately from the sensor, and that value is stored as an offset so that it always shows the current torque value accurately regardless of the posture.

センサーによる値に加えて正しいトルクの値を算出する
Calculate the correct torque value in addition to the sensor value.

この、初期化したときかかっているトルクはアームの重
量によるトルクと考えて良いため1重量によるトルクは
、関節の角から算出できる。
This torque applied at initialization can be considered to be the torque due to the weight of the arm, so the torque due to one weight can be calculated from the angle of the joint.

次の様にして、初期化したときでもその後のトルクの値
を正確に求めることが出来る。
In the following manner, even after initialization, the subsequent torque value can be accurately determined.

アンプを初期化させる信号を利用して、初期化と同時に
アームの自重による関節トルクを関節の角度から算出す
る装置を設ける。
A device is provided that uses a signal to initialize the amplifier and simultaneously calculates the joint torque due to the arm's own weight from the angle of the joint.

その値を記憶して置き、その値をオフセットとして出力
する装置を設ける。センサーによるトルクの値と、記憶
しているトルクの値を加える装置を設ける。
A device is provided that stores the value and outputs the value as an offset. A device is provided that adds the torque value detected by the sensor and the stored torque value.

この装置を利用する事で、いつでも正しいトルクの値を
算出でき、マスタースレーブ操作を開始する事ができる
By using this device, you can always calculate the correct torque value and start master-slave operation.

(作 用) マスターについて説明する。(for production) Explain about master.

まず、アームの自重のかかる様な位置からマスタースレ
ーブ制御を始めたいときには、スイッチによってゼロバ
ランス機能を要求する。この要求により、ひずみセンサ
ーの電気信号が零にクリアーされる。
First, if you want to start master-slave control from a position where the arm's own weight is applied, use a switch to request the zero balance function. This request clears the strain sensor's electrical signal to zero.

この時に、同時に関節の角度よりアームの自重値を記憶
する。
At this time, the arm's own weight value is also memorized from the angle of the joint.

実際に関節にかかっているトルクを計算するためには、
ひずみセンサーからの信号を変換するマスターアンプの
出力のレベルに合わせて、記憶したアームの自重値によ
るトルクを、電気信号に変換する。
To calculate the actual torque applied to the joint,
The memorized torque based on the arm's own weight is converted into an electrical signal in accordance with the output level of the master amplifier that converts the signal from the strain sensor.

この自重値による電気信号とひずみセンサーによるトル
クの値を示す電気信号とを加えた電気信号は、関節にか
かる全体のトルク値を示す電気信号として用いることが
出来る。
An electric signal obtained by adding the electric signal based on the self-weight value and the electric signal indicating the torque value from the strain sensor can be used as an electric signal indicating the overall torque value applied to the joint.

例えば、アームが動作して自重値が零になる位置まで動
作した場合を考えると、センサーによる電気信号と、初
期化時に記憶した自重値による電気信号は、符号が異な
り、絶対値が同じ電気信号となる。この結果関節の全体
のトルク値を示す電気信号としては、零となり、実際の
トルクを示すことが解る。
For example, if we consider a case where the arm moves to a position where its own weight value becomes zero, the electric signal from the sensor and the electric signal from the own weight value stored at the time of initialization are electrical signals with different signs and the same absolute value. becomes. As a result, the electric signal representing the total torque value of the joint becomes zero, indicating the actual torque.

これより、初期化のためにマスター及びスレーブを動作
させる必要が無くなる。
This eliminates the need to operate the master and slave for initialization.

このため、マスター及びスレーブがどの様な角度であっ
ても自由にセンサーの初期化を行うことができるため、
マスタースレーブ操作による遠隔操作を自由に開始する
ことが出来る。
Therefore, the master and slave can freely initialize the sensor no matter what angle they are at.
You can freely start remote control using master-slave operation.

(実施例) 第1図に本発明の構成を示す。(Example) FIG. 1 shows the configuration of the present invention.

マスター1及びスレーブ2は従来と同様である。Master 1 and slave 2 are the same as before.

マスターアンプ10は、マスターひずみセンサー4の信
号Thmを増幅する装置でありゼロバランス機能を持つ
The master amplifier 10 is a device that amplifies the signal Thm from the master strain sensor 4 and has a zero balance function.

マスター初期トルク設定器11は、マスターアンプ10
をゼロバランスした時の、自重によるトルクTgI11
を記憶し、続いて、初期の間接トルクのオフセットを示
す電気信号Teaに変換する。
The master initial torque setting device 11 is the master amplifier 10
Torque due to self-weight when zero-balanced TgI11
is stored and subsequently converted into an electrical signal Tea indicating the initial indirect torque offset.

マスター自重計算装置12は、マスターの角度から、自
重値Tgmを算出する装置である。
The master dead weight calculation device 12 is a device that calculates the dead weight value Tgm from the angle of the master.

マスタートルク加算器15は記憶しているトルク値T6
11とセンサーアンプ10からのトルク値Tanを加え
て関節にかかるトルク値Trmを求める。
The master torque adder 15 uses the stored torque value T6.
11 and the torque value Tan from the sensor amplifier 10 to obtain the torque value Trm applied to the joint.

マスタートルク減算器16は関節にかかるトルク値を示
す電気信号Tr鵬から自重によるトルクを示す電気信号
Tg鵬を差し引いてオペレータの操作した力Tmを算出
する装置である。
The master torque subtractor 16 is a device that calculates the force Tm operated by the operator by subtracting the electric signal Tg, which indicates the torque due to the body's own weight, from the electric signal Tr, which indicates the torque value applied to the joint.

一方、スレーブ2を説明するとスレーブアンプ20は、
スレーブひずみセンサー7の信号Thsを増幅する装置
でありゼロバランス機能を持つ。
On the other hand, when explaining the slave 2, the slave amplifier 20 is as follows.
This is a device that amplifies the signal Ths of the slave strain sensor 7 and has a zero balance function.

スレーブ初期トルク設定器21は、スレーブアンプ20
をゼロバランスするときの自重によるトルりTgsを記
憶し、初期の関節トルクのオフセットを示す電気信号T
asに変換し出力する。
The slave initial torque setter 21 is connected to the slave amplifier 20.
The torque Tgs due to its own weight when zero-balancing is stored, and an electric signal Tgs indicating the initial joint torque offset is stored.
Convert to as and output.

スレーブ自重計算装置22は、スレーブの角度Psから
、自重値Tgsを算出する装置である。
The slave dead weight calculation device 22 is a device that calculates the dead weight value Tgs from the slave angle Ps.

マスタートルク加算器25は記憶しているトルク値To
sとセンサーからのトルク値をTasを加えて関節にか
かるトルク値Trsを求める。
The master torque adder 25 uses the stored torque value To.
s and the torque value from the sensor is added to Tas to obtain the torque value Trs applied to the joint.

スレーブ減算器26は関節にががるトルクを示す電気信
号Trsから自重によるトルクを示す電気信号Tgsを
差し引いてスレーブ2の受けた反力Tsを算出する装置
である。
The slave subtracter 26 is a device that calculates the reaction force Ts received by the slave 2 by subtracting the electric signal Tgs indicating the torque due to its own weight from the electric signal Trs indicating the torque causing the joint to stiffen.

反力フィードバック装置27はスレーブ2の反力Tsを
マスター1に伝える量を計算する装置である。
The reaction force feedback device 27 is a device that calculates the amount of reaction force Ts of the slave 2 to be transmitted to the master 1.

加算器17はオペレータの操作した力Tmとスレーブ2
の反力フィードバック力Mpfを加えマスター1を動作
させる値Mtを算出する。
The adder 17 calculates the force Tm operated by the operator and the slave 2.
A value Mt for operating the master 1 is calculated by adding the reaction feedback force Mpf.

マスター速度制御装置13はマスター1を動作させる値
Mtに従って速度指令Sp−をあたえる。マスターモー
タコントローラ14−は速度指令Spw+の通りにマス
ターモーター3を速度制御する。
The master speed control device 13 gives a speed command Sp- according to a value Mt for operating the master 1. The master motor controller 14- controls the speed of the master motor 3 according to the speed command Spw+.

位置偏差減算器28はマスター1のポテンショ信号P1
1からスレーブ2のポテンショ信号Psを差し引いて角
度偏差Pfbを求める。スレーブ速度制御装@23は角
度偏差Pfbを零にするように速度fd号Spsを設定
をする。
The position error subtractor 28 receives the potentiometer signal P1 of the master 1.
The angular deviation Pfb is obtained by subtracting the potentiometer signal Ps of slave 2 from 1. The slave speed control device @23 sets the speed fd Sps so as to make the angular deviation Pfb zero.

スレーブモーターコントローラー24は速度信号Sps
の通りにスレーブモーター6を速度制御する。
The slave motor controller 24 has a speed signal Sps
The speed of the slave motor 6 is controlled as follows.

以下、上述したマスタースレーブ制御装置の動作を説明
する。
The operation of the master-slave control device described above will be explained below.

オペレータはマスタースレーブ2を操作するに先立って
マスター1のトルクを初期化するためにスイッチ30を
押してスイッチ信号SttをONにする。
Before operating the master slave 2, the operator presses the switch 30 to turn on the switch signal Stt in order to initialize the torque of the master 1.

このスイッチ48号SVがONに変化したときにマスタ
ーアンプ10はゼロバランスを行う。
When this switch No. 48 SV is turned ON, the master amplifier 10 performs zero balance.

スイッチ信号SwがONになった時に起動され、初期ト
ルク設定器11がマスター自重計算装置12からの値T
gmを記憶する(101)。
It is activated when the switch signal Sw is turned ON, and the initial torque setting device 11 sets the value T from the master self-weight calculation device 12.
gm is stored (101).

この記憶した値を必要な電気信号romに変換する(1
02)、この変換した電気信号Tea+はマスターアン
プ10が出力したセンサ信号TaImの出力レベルに合
わせた値とする為の変換である。
Convert this memorized value to the necessary electric signal ROM (1
02), this converted electric signal Tea+ is converted to a value matching the output level of the sensor signal TaIm outputted by the master amplifier 10.

この、変換された値を、電気信号として出力する(10
3)。この出力は起動され動作が終了した後でも継続し
て出力される。
This converted value is output as an electrical signal (10
3). This output continues even after activation and completion of the operation.

この記憶した信号Tagとセンサーからの電気信号Ta
tmはマスター加算器15で加算されて関節に掛かる総
計したトルク値を示す電気信号Trmとなる。
This stored signal Tag and the electric signal Ta from the sensor
tm is added by the master adder 15 to become an electric signal Trm indicating the total torque value applied to the joint.

オペレータ操作信号T醜は、マスター減算器16によっ
て、関節トルク信号Trmから、関節の角度Paから求
められるマスター1の自重値信号Tg+sを減算して求
められる。
The operator operation signal Tug is obtained by subtracting the master 1's own weight value signal Tg+s obtained from the joint angle Pa from the joint torque signal Trm by the master subtractor 16.

マスター1を動作させる為の信号Mtはオペレータ操作
信号Tmとスレーブ2からの反力信号MPfを加算器1
7によって加算する事で求めることが出来る。つまり、
この計算でスレーブ2からの反力Mpfをマスター1に
伝えることが出来る。
The signal Mt for operating the master 1 is obtained by adding the operator operation signal Tm and the reaction force signal MPf from the slave 2 to the adder 1.
It can be found by adding 7. In other words,
With this calculation, the reaction force Mpf from slave 2 can be transmitted to master 1.

次にこのマスター1を動作させる為の信号Mtはマスタ
ー速度制御装置13に入力され、ここで速度信号Spa
が算出され、マスターモーターコントローラ14はこの
指令Spaに従ってマスターモーター3を制御する。
Next, the signal Mt for operating this master 1 is input to the master speed control device 13, where the speed signal Spa
is calculated, and the master motor controller 14 controls the master motor 3 according to this command Spa.

次に、スレーブ2からの反力MPfの求め方を説明する
Next, how to obtain the reaction force MPf from the slave 2 will be explained.

マスター1と同様にオペレータはマスタースレーブを操
作するに先立って、スレーブ2のトルクを初期化するた
めにスイッチsvを押してONにする。
As with the master 1, the operator presses the switch sv to turn it on in order to initialize the torque of the slave 2 before operating the master slave.

このスイッチ信号SvがONに変化したときにスレーブ
アンプ20はゼロバランスを行う。
When this switch signal Sv changes to ON, the slave amplifier 20 performs zero balance.

さらにこのスイッチ信号SvがONに変化したときにス
レーブ初期トルク設定器21は、その瞬間の自重値Tg
sを記憶する。更に、この記憶した自重値Tgsをスレ
ーブアンプ20の出力に合わせた電気信号Tasに変換
する。
Furthermore, when this switch signal Sv changes to ON, the slave initial torque setter 21 sets the dead weight value Tg at that moment.
Remember s. Furthermore, this stored self-weight value Tgs is converted into an electric signal Tas matching the output of the slave amplifier 20.

この信号Teaとセンサーからの電気信号Tagはスレ
ーブ加算器25で加算されて関節に掛かる総計したトル
ク値を示す電気信号Trsとなる。
This signal Tea and the electric signal Tag from the sensor are added by the slave adder 25 to form an electric signal Trs indicating the total torque value applied to the joint.

スレーブ2の反力トルク信号Tsは、スレーブ減算器2
6によって、この関節トルク信号Trsから、関節の角
度Psから求められるスレーブ2の自重値信号Tgsを
減算して求められる。
The reaction torque signal Ts of the slave 2 is the slave subtracter 2
6, the self-weight value signal Tgs of the slave 2 obtained from the joint angle Ps is subtracted from the joint torque signal Trs.

スレーブ2の反力トルク信号Tsは、カフィードバック
制御装置27により適正な値に変換され、スレーブ反力
信号Mpfとなる。
The reaction force torque signal Ts of the slave 2 is converted into an appropriate value by the feedback control device 27, and becomes the slave reaction force signal Mpf.

また、マスター1が動作すると、マスターボチンシボメ
ータの信号Pmが変化する0位置偏差減算器28はマス
ターボテンシ運メータ Paの信号からスレーブポテン
ショメータ Psの信号を、差し引くことによって、マ
スター1とスレーブ2の位置偏差信号Pfbを算出する
。この偏差信号Pfbが零になるようにスレーブ速度制
御装置は速度指令Spsをスレーブモータコントローラ
24−に出力する。スレーブモータコントローラ24−
は指令に従ってスレーブ2を動作させる。
Furthermore, when the master 1 operates, the 0 position deviation subtracter 28, which changes the signal Pm of the master potentiometer, subtracts the signal of the slave potentiometer Ps from the signal of the master potentiometer Pa. The position deviation signal Pfb of 2 is calculated. The slave speed control device outputs the speed command Sps to the slave motor controller 24- so that the deviation signal Pfb becomes zero. Slave motor controller 24-
operates slave 2 according to the command.

こうして、スレーブ2はマスター1を追従することとな
りオペレーターの操操どうりにスレーブ2は動作する。
In this way, the slave 2 follows the master 1, and the slave 2 operates according to the operation of the operator.

したがって、以上の実施例により、アームがどの様な姿
勢であっても、センサーの初期化を行うことができ、正
しいトルク値を求めることが出来る。
Therefore, according to the embodiments described above, the sensor can be initialized and the correct torque value can be determined regardless of the posture of the arm.

従来、正しいトルク値を求めるためにはアームをトルク
のかからない位置まで動作させる事が必要であったが1
以上によりアームがどの様な姿勢であっても、マスター
スレーブ操作を開始できる。
Conventionally, in order to obtain the correct torque value, it was necessary to move the arm to a position where no torque was applied.
With the above, master-slave operation can be started no matter what posture the arm is in.

これより、簡単に操作が開始できるため操作性が向上す
る。さらに、障害物の近くでも安全に操作を開始できオ
ペレーターの負荷を減少させることができる。
This makes it easier to start the operation, improving operability. Furthermore, operations can be started safely even near obstacles, reducing the burden on the operator.

以上の説明ではスイッチ30を押すことによりセンサの
初期化の操作を開始していたが、更に制御電源を入れた
ときにSvの信号がONするようにすればより操作誤り
の少い装置とすることができる。
In the above explanation, the sensor initialization operation was started by pressing the switch 30, but if the Sv signal is turned on when the control power is turned on, the device can be made with fewer operational errors. be able to.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

関節にかかるトルクを求めるためのセンサーが。 There is a sensor to determine the torque applied to the joint.

絶対的なセンサーであっても、特別な操作を必要とせず
に、正しいトルクを求めることが出来る。
Even if it is an absolute sensor, the correct torque can be determined without the need for special operations.

これによって、オペレーターはアームを必要な位置まで
動作させる複雑な前操作を必要とせずに、操作可能とな
り、作業効率が向上する。
This allows the operator to operate the arm without requiring complicated pre-operation to move the arm to the required position, improving work efficiency.

さらに、誤って、オペレーターがセンサー初期化要求を
してしまっても誤ったトルク値を示すことは無く安全な
操作が可能である。
Furthermore, even if the operator mistakenly requests sensor initialization, an incorrect torque value will not be displayed, allowing safe operation.

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

第1図は本発明のマスタスレーブ制御装置の構成図、第
2図は従来のマスタスレーブ制御装置の構成図、第3図
はモーターとひずみセンサーの関係図、第4図はアーム
にかかるトルクの説明図である。 1・・・マスター          2・・・スレー
ブ3.6・・・モータ         4,7・・・
ひずみセンサー5.8・・・ポテンショメータ    
10.20・・・アンプ11.21・・・初期トルク設
定器    12.22・・・自重計算装置13.23
・・・モータコントローラ   14.24・・・速度
制御装置15.25・・・マスタートルク加算器  1
6.26・・・マスター減算器17・・・マスター加算
器 27・・・カフィードバック装[28・・・位置偏差減
算器29・・・スレーブマニュアル操作装置30・・・
スイッチ 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同  第子丸 健
Fig. 1 is a block diagram of the master-slave control device of the present invention, Fig. 2 is a block diagram of a conventional master-slave control device, Fig. 3 is a diagram of the relationship between the motor and strain sensor, and Fig. 4 is a diagram of the torque applied to the arm. It is an explanatory diagram. 1...Master 2...Slave 3.6...Motor 4,7...
Strain sensor 5.8... Potentiometer
10.20... Amplifier 11.21... Initial torque setting device 12.22... Own weight calculation device 13.23
... Motor controller 14.24 ... Speed control device 15.25 ... Master torque adder 1
6.26...Master subtractor 17...Master adder 27...Cafe feedback device [28...Position deviation subtractor 29...Slave manual operation device 30...
Switch agent Patent attorney Nori Chika Ken Yudo Daishimaru Ken

Claims (1)

【特許請求の範囲】 スレーブ側マニピュレータとスレーブ側マニピュレータ
を遠隔操縦するマスタ側マニピュレータとを備えたマニ
ピュレータシステムのマスタースレーブ制御装置におい
て、 トルクセンサーからの関節トルクを初期化する際に現在
の位置でのマニピュレータの自重トルク値が記憶される
初期トルク設定器からの信号を関節にかかるトルクに対
応するマニピュレータひずみセンサからの信号に加え関
節トルクとすることを特徴とするマスタスレーブ制御装
置。
[Claims] In a master-slave control device for a manipulator system that includes a slave-side manipulator and a master-side manipulator that remotely controls the slave-side manipulator, when initializing joint torque from a torque sensor, A master-slave control device characterized in that a signal from an initial torque setting device in which a self-weight torque value of a manipulator is stored is added to a signal from a manipulator strain sensor corresponding to a torque applied to a joint to obtain a joint torque.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59115172A (en) * 1982-12-22 1984-07-03 三菱重工業株式会社 Control system of master/slave manipulator
JPS60131172A (en) * 1983-12-19 1985-07-12 株式会社東芝 Method of controlling master/slave manipulator
JPS60207780A (en) * 1984-03-30 1985-10-19 株式会社東芝 Master/slave manipulator

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