JPH01228783A - マニピュレータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はマニピュレータの制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、公知であるパイラテラルマニピュレータは、例え
ば力帰還形パイ２チラルサーボ系を用いることにより、
スレーブアームに加わった外力をマスタアームｌこ伝達
することが可能であり、マスタアーム側の操縦性を更ｌ
こ向上すべく、数々の提案がなされている。そして近年
、宇宙空間においてこういったマニビーレータを用いる
ための制御方法が検討されている。

第４図に示す特開昭６２−２０３７８１号公報に掲載の
マニピュレータは、宇宙空間などにおける作業を容易に
するための制御方法が施されたものの一例である。

マスタマニピュレータ４１とスレーブマニピュレータ４
２は位置及び力の偏差により駆動し、マスタマニピュレ
ータ４１はマスク側の力検出器４６とスレーブ側の力検
出器４７のそれぞれの力信号により力制御されるもので
あり、スレーブマニピュレータ４２はマスク側の位置検
出器４ｉとスレーブ側の位置検出器４４のそれぞれの位
置信号により位置制御されるものである。そして、スレ
ーブ側の位置検出器４４からの位置信号に基づいてスレ
ーブマニピュレータの手首部（図示せず、以下単に手首
部という〕ｌこ作用する重力の影響を補償する重力補償
部５１．また手首部に作用する加速度を検出する加速度
検出器４９からの加速度信号に基づいて手首部（こ作用
する慣性力の影響を補償する慣性力補償部５０が設けら
れている。

一般に宇宙空間などでは手首部Ｉこ作用する重力の影響
は少ないため、重力補償部５１の役割はそれ程重要では
ない。しかし宇宙空間などではスレーブアーム及び作業
物（以下、ペイロードというンの慣性力が非常に大きく
作用することから、慣性力補償部５０の役割は重要なも
のとなってくる。

この慣性力補償部５０により、手首部は自らが受ける慣
性力とペイロードの外力との判別を行うことができ、マ
ニピュレータの力制御が容易となる。

ところで前述のように第４図の従来例においては、慣性
力補償のために用いられる情報はスレーブ側の加速度検
出器４９からの信号のみである。

一般に加速度は、並進加速度成分と回転角加速度成分の
２種から成り、慣性力を求めるためにはこれら２ｆｌｉ
の加速度成分をそれぞれ測定するべきであるが、回転角
加速度用センナは並進加速度用センサに比べてその形状
・質量とも大きく、手首部に取付けることはスレーブマ
ニピュレータ２の作業の妨げともなり、好ましくない。

−万、並進加速度用センサは例えば　加速度ピックアッ
プ　でよく、手首部付近にも容易に敗付けられる。その
ため、この並進加速度用センサを用いて回転角加速度成
分を測定する方法が第４図に示した従来例においても採
用されている。

しかし、このような方法を用いることには難点がいくつ
かある。１つは並進加速度用センサで回転角加速度成分
を測定するため、その取付は位置の制限を受けるという
ことである。通常の場合、第５図に示すように並進加速
度用センナ５１．５２を、回転軸５３と垂直な方向が測
定可能となるようｆこ取付ければよいが、この測定値を
よりｎ度のよいものｌこするためには、並進加速度用セ
ンナ５１．５２の間隔を広くとることが理想的である。

ところが、慣性補償のために必要な回転角加速度成分は
手首部に作用するものだけであり、実際には手首部でそ
れ程センナの間隔を広くとることは不可能である。もう
１つの難点は、慣性力算出のための計算量及びその精度
に関するものである。前述のように、実際に慣性力を求
めるために測定しているものは並進加速度のみであり、
この値から回転角加速度を算出し、更に慣性力を算出す
るという方法を採っている。このような方法にすると、
並進加速度用センサの取付は間隔か狭い状態で測定した
精度の低い回転角加速度成分が計算対象になる上、並進
加速度用センナは、並進加速度成分検出用と回転角加速
度成分検出用にそれぞれ必要であることから、その取付
は数が多くなってしまい、それに従って計算量もかなり
多くなることから、結局充分な慣性補償ができないこと
になってしまう。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来においては、宇宙空間などで用いられ
るマニピュレータに慣性力補償部が設けられていたもの
の、実際には求められた慣性力のｎ度はそれ程よくなく
、また計算量もかなり多くなってしまっている。

本発明はこのような点を改善するものであり、慣性力を
算出するのに必要な計算量を減らし、しかも精度よい慣
性力補償を行うことが可能なマニピュレータの制御装置
の提供を目的とする。

〔発明の構成〕

（ｌｔ！題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明においては、アームの
力偏差で駆動するマスクマニピュレータと、アームの位
置偏差で駆動するスレーブマニピュレータとからなる、
力帰還形バイラテラルサーボｍｓを備えたマニピュレー
タにおいて、スレーブマニピュレータの位置検出手段の
出力信号から手首部に作用する回転角加速度成分を求め
、スレーブマニピュレータの加速度検出手段から手首部
に作用する並進加速度成分を求め、これら２つの加速度
成分から手首部に作用するペイロードの加速度を求める
ことにより手首部に作用する慣性力を算出し、慣性力補
償信号をスレーブマニピュレータの力検出手段の出力信
号にフィードバックする構成とした。

また、前記回転角加速度成分を手首部の移動速度を検出
する速匿検出手段から求め、同様に慎“性力補償信号を
スレーブマニピュレータの力検出手段の出力信号にフィ
ードバックする構成とした。

（作用］ 位置検出手段は、スレーブアームの各関節の軸角度を検
知するものであるから、手首部の斗向き箋は各関節の軸
角度の算術和により容易ｔこ導かれる。

そのため回転角加速度成分は、時間に関しての二階微分
により求められる。

このように、手首部の回転角加速度成分を容易に求める
ことができるため、結局、従来よりも慣性力を算出する
のに必要な計算量が減り、しかも精度よ〈慣性力補償を
行うことが可能となる。

゛（実施例） 以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示すマニピュレータの
制御装置のプロ、り線図である。マスタマニピュレータ
１には位置検出手段である位置センサ３、及び力検出手
段であるトルクセンナ６が接続されており、−万スレー
プマニピュレータ２には位置検出手段である位置センサ
４、力検出手段であるトルクセンサ７、及び加速度検出
手段である加速度センナ１０が接続されている。また、
マスクマニピュレータ１、スレーブマニピュレータ２の
それぞれの位置センサ３，４の出力信号は比較された後
位置調節器５に入力され、その出力はスレーブマニピュ
レータ２にフィードバックされる。−万、マスクマニピ
ュレータ１、スレーブマニピュレータ２のそれぞれのト
ルクセンサ６゜７の出力信号及び慣性力算出手段１２の
出力信号は、比較された後トルク調節器８に入力され、
その出力はマスタマニピュレータ１にフィードバックさ
れる。更に位置センサ４の出力信号は回転角加速度算出
手段９に入力され、加速度センサ１０の出力信号は並進
加速度算出手段ｌｉＩこ入力されこれらの出力信号が慣
性力算出手段１２に人力され、その出力信号がトルクセ
ンサ７の出力信号と比較される。

以上のように構成された本実施例においては、マスタマ
ニピュレータ１、スレーブマニピュレータ２のそれぞれ
の位置センサ３，４からの出力信号が比較され、位置偏
差が小さくなる向きに力を伝えるような信号が発生し、
位置調節器５によってスレーブマニピュレータ２に駆動
信号が伝達される。また、マスタマニピュレータ１、ス
レーブマニピュレータ２のそれぞれのトルクセンサ６゜
７及び慣性力算出手段１２からの出力信号が比較されて
、トルク偏差が小さくなる向きに力を伝えるような信号
が発生し、トルク調節器８によってマスクマニピュレー
タｌに駆動信号が伝達される。

◆ また、位置センナにより、スレーブマニピュレータ２の
各関節の軸角度を監視することにより、手首部に作用す
る回転角加速度成分を回転角加速度算出手段９で算出し
、加速度センサ１０より手首部に作用する並進加速度成
分を並進加速度算出手段１１で算出する。そしてこれら
２つの加速度成分を用いて手首部に作用するペイロード
の加速度を求め、慣性力算出手段１２において慣性力の
補償値を演算し、トルクセンサ７の出力信号に７イード
バックして慣性力の分を減算し、手首部Ｉこ作用するペ
イロードの外力のみを導く。

以上のような制御を行うことにより、既存のセンナを有
効に利用した、従来よりも正確でしかも計ＩＬ量が少な
い状態で慣性力を補償することができるマニピュレータ
が実現する。

第２図は本発明の第２の実施例を示すマニピュレータの
制御装置のブロック線図である。本実施例においては、
手首部に取付けられた速度検出手段である速度センサ１
３の出力信号を回転角加速度算出手段９に入力し、この
出力信号及び並進加速度算出手段１１の出力信号を慣性
力算出手段１２に導くような構成となっており、位置セ
ンサ４は回転角加速度の算出には関与していない。

以上のように構成された本実施例においては、回転角加
速度を算出するのに用いる情報は回転角速度を測定する
速度センサ１３の出力信号であり、回転角加速度算出手
段９において時間に関する一階微分を行うだけで回転角
加速度成分は容易に求めることができる。従って更に正
確で計算量が少ない状態で慣性力を補償することができ
るマニピュレータが実現する。

第３図は本発明の第３の実施例を示すマニピュレータの
制御装置のブロック−線図である。本実施例においては
、位置センサ４からの出力信号を回転角加速度算出手段
９のみならず重力算出手段１４にも入力し、後者の出力
信号及び慣性が算出手段１２の出力信号を、トルクセン
サ７の出力信号と比較する構成となっている。

以上のように構成された本実施例においては、位置セン
？４の情報を基にして、重力算出手段１４で手首部に作
用する重力を算出するので宇宙空間などでなく、地上用
や月面上などのマニピュレータとしても充分に対応し得
る、正確でかつ計算量が少ない状態で慣性力を補償する
ことができるマニピュレータが実現する。また本実施例
では重力、慣性力共に位置センサ４の情報を基に算出し
ているが、第２の実施例のように慣性力を加速度センサ
の情報を基に算出してもよく、そうすることによりより
優れた補償能力を備えたマニピュレータが実現する。

〔発明の効果〕

以上のよう１こ本発明によれば、スレーブマニピュレー
タの先端部に作用する慣性力を従来より精度よく、しか
も少ない計算量で補償することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないしＷ，３図は本発明の実施例を示すマニピュ
レータの制御装置のブロック線図、第４図は従来技術の
一例を示すマニピュレータの制御装置のブロック線図、
第５図は加速度センサの取付は方法を示す模式図である
。 １・・・マスタマニピュレータ、２・・・スレーブマニ
ピュレータ、３，４・・・位置センサ（位置検出手段）
６、７・・・トルクセンサ（力検出手段）、９中角加速
度算出手段、１０・・・加速度センサ《加速度検出手段
》、１１・・・並進加速度算出手段、１２・・・慣性力
算出手段　、１３・・・速度センナ（速度検出手段）ｌ
４・・・重力算出手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アームの力偏差で駆動するマスタマニピュレータ
   と、アームの位置偏差で駆動するスレーブマニピュレー
   タとからなる力帰還形バイラテラルサーボ機構を備えた
   マニピュレータにおいて、前記スレーブマニピュレータ
   の位置検出手段の出力信号から、前記スレーブマニピュ
   レータの手首部に作用する回転角加速度成分を求める回
   転角加速度算出手段と、前記スレーブマニピュレータの
   手首部に取付けた加速度検出手段の出力信号から、前記
   スレーブマニピュレータの手首部に作用する並進加速度
   成分を求める並進加速度算出手段と、前記回転角加速度
   算出手段の出力信号と前記並進加速度算出手段の出力信
   号とから、前記スレーブマニピュレータの手首部に作用
   する慣性力を求め、前記スレーブマニピュレータの力検
   出手段の出力信号にフィードバック信号を出力する慣性
   力算出手段と、を設けたことを特徴とするマニピュレー
   タの制御装置。
2. （２）前記スレーブマニピュレータの手首部の移動速度
   を求める速度検出手段の出力信号を、前記回転角加速度
   算出手段の入力信号とすることを特徴とする請求項１記
   載のマニピュレータの制御装置。
3. （３）前記位置検出手段の出力信号から前記スレーブマ
   ニピュレータの手首部に作用する重力を求め、前記スレ
   ーブマニピュレータの力検出手段の出力信号にフィード
   バック信号を出力する、重力算出手段を設けたことを特
   徴とする請求項１若しくは２記載のマニピュレータの制
   御装置。