JPH01228784A - マスタ／スレーブマニピュレータ制御方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マスタアームとスレーブアームの形状が異な
る場合でのマニピュレータ制御方式に係り、特に各関節
が動作限界に達しないように、また、危険なリンク動作
が回避されるべく制御するためのマスタ／スレーブマニ
ピュレータ制御方式％式％ 〔従来の技術〕 これまでのこの種技術に関しては特開昭６２−５４６８
４号公報が挙げられるが、これに示されたモデル規範型
パイラテラル遠隔制御方法による場合、力帰還を高精度
にすることで、操作性の向上が図られるようになってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、これまでにあっては、マスタアームとス
レーブアームのアーム形状が異なる場合での操作上の不
具合については配慮されていないものとなっている。

即ち、各関節動作限界ならびに先端以外のリンクの挙動
については配慮が十分なされておらず、操作によっては
関節が動作限界を越えたり、途中でのリンクの大きな動
きによって危険な状態に陥ることがあったものである。

本発明の目的は、マスタアームとスレーブアームのアー
ム形状が異なる場合に、各関節が動作限界に達しないよ
うに、また、危険なリンク動作が回避され得るマスタ／
スレーブマニピュレータ制御方式を供するにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記目的は、マスタマニピュレータ側（操作側）、スレ
ーブマニピュレータ側（作業側）各々で各可動部分を監
視している状態で、何れかの可動部分が許容動作限界に
接近し、かつ指令値がその限界に接近する方向にある場
合、あるいは各可動部分への指令値の何れかが許容値よ
り逸脱している場合が検出された際、直接間接にマスタ
マニピュレータ側の操作を抑制すべく少なくとも何れか
一方の側の各可動部分に対する指令値を補正することで
達成される。

（作用〕 マスタマニピュレータが操作されている状態で上記何れ
かの場合が検出された際には、少なくても何れか一方の
側の各可動部分に対する指令値が全てその絶対値が小と
なるべく、あるいは極性が反転されるべく補正されるよ
うにしたものである。

これにより直接間接にマスタマニピュレータ側ではその
方向への操作が困難となり、操作者は操作困難状態より
如何なる状態にあるかが知れることによって、危険状態
に陥ることは未然に防止されるものである。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図から第６図により説明する。

先ず一般的なマスタ／スレーブマニピュレータについて
説明すれば、第２図はそのハードウェアの概念を示した
ものである。これによる場合、演算処理は全て中央処理
装置２０１によって行なわれるようになっており、中央
処理装置２０１からのマスタアーム２０４の関節への指
令値１１３はＤ／Ａ変換器２０２によりアナログ化され
たうえサーボアンプ２０３を介しマスタアーム２０４の
各関節を駆動する一方、関節角は関節角センサにより検
出されたうえＡ／Ｄ変換器２０５を介し関節角信号Ｌｏ
ｔとして中央処理装置２０１に取込されるようになって
いる。また、力／トルクについては、マスタアーム２０
４先端に取付された力／トルクセンサ２１０により検出
されたうえＡ／Ｄ変換器２０５を介し力／トルク信号１
０７として取込されるようになっている。

このような事情はスレーブアーム２０８についても同様
であり、中央処理装置２０１よりの指令値１０６はＤ／
Ａ変換器２０６、サーボアンプ２０７を介しスレーブア
ーム２０８の各関節を駆動する一方関節角はＡ／Ｄ変換
器２０９を介し関節角信号１０３として中央処理装置２
０１に取込されるようになっている。

また、力／トルクはスレーブアーム２０８先端に取付さ
れた力／トルクセンサ２１１で検出されたうえＡ／Ｄ変
換器２０９を介し力／トルク信号１０９として取込され
るようになっている。

さて、マスタ／スレーブアームともに関節が６ケ所ある
ものとすれば、関節角信号および関節駆動信号の組はと
もに６組ずつあることになる。第３図はその場合での第
２図に示す信号の流れを詳細に示したものである。アク
チュエータ３０１〜３０６はマスタアーム２０４の第１
〜第６関節に取付され各関節を駆動する一方、その際で
の各関節角は同じく第１〜第６関節に取付された関節角
センサ３０７〜３１２により検出されるようになってい
る。

同様にアクチュエータ３１４〜３１９はスレーブアーム
２０８の第１〜第６関節に取付され各関節を駆動する一
方、その際での関節角は関節角センサ３２０〜３２５で
検出されるものとなっている。

以上−ｆＨ’Ｊなマスタ／スレーブマニピュレータのハ
ードウェアについて説明したが、本発明に係るマスタ／
スレーブマニピュレータではアーム形状がマスク側とス
レーブ側とで関節の回転軸方向やリンクの長さなどに関
し若干具なっており、そのため不測の事態が生じる虞れ
があるものとなっている。第１図はその不測の事態を回
避すべく考慮された本発明に係る制御ブロック線図を示
したものである。これによる場合基本的には力帰還型パ
イラテラル制御が行なわれているが、その制御の態様は
以下のようである。

即ち、操作者がマスタアームを操作した場合、マスタア
ームの複数の関節角信号１０１を正変換することによっ
ては、マスタアーム先端の位置／姿勢状態信号１０２が
得られるようになついてる。その際スレーブアームの複
数の関節角度信号１０３からも同様に正変換によりスレ
ーブアーム先端の位置／姿勢状態信号１０４が得られる
ようになっている。さて、マスタ／スレーブマニピュレ
ータの目的とするは、スレーブアームがマスタアームの
先端の位置／姿勢に一致、あるいは準じて動くことであ
るから、位置／姿勢状態信号１０２．１０４は一致され
なければならないものとなっている。従って位置／姿勢
状態信号１０２より位置／姿勢状態信号１０４を減算す
ることによって、スレーブアームが動くべき位置／姿勢
の差分信号１０５を得、更にこれを逆変換することによ
ってスレーブアームの各関節を駆動すべき指令（！１０
６を得たうえ、スレーブアームが駆動されるようになっ
ている。

これに対しマスタアームの駆動目的は、スレーブアーム
が受けている力を操作者に伝えることにアリ、マスタア
ーム、スレーブアーム先端に取付された力／トルクセン
サからの信号１０７．１０９にもとづき駆動されるよう
になっている。具体的にはマスタアーム先端に取付され
た力／トルクセンサからの力／トルク信号１０７は、こ
れはその力／トルクセンサ自体の座標系、即ち、マスタ
アームの先端の座標系で表現されているから、これを正
変換し基準座標系で表した力／トルク信号１０８を得る
一方、同様にスレーブアーム先端に取付された力／トル
クセンサからの力／トルク信号１０９を正変換し、スレ
ーブアーム先端にがかる力／トルクを基準座標系で表し
た力／トルク信号１１０を得、力／トルク信号１１０か
ら力／トルク信号１０８を減じることにより力／トルク
の差分信号１１１が得られるようになっている。この差
分信号１１１を逆変換することによってマスタアーム各
関節に対する指令値１１２が得られるが、従来技術にお
いてはその指令値１１２はそのままマスタアームへの指
令値１１３として用いられていたことから、マスク、ス
レーブのアーム形状が異なる場合に既述の不具合があっ
たものである。しかしながら、本発明では以下の４項目
について動作限度チエツクや速度チエツクが行なわれ、
そのチエツク結果如何によっては、マスタアームの各関
節に対する指令値１１２の全てに対して補正係数が乗じ
られ、指令値１１の出力補正が行なわれるようになって
いる。チエツク項目としては、（１）関節角度信号１０
３が動作限界に接近し、かつ指令値１０６が更にそれに
接近させる方向にあるか、（２）関節角度信号１０１が
動作限界に接近し、かつ指令値１１２が更にそれに接近
させる方向にあるか、（３）指令値１０６が許容上下限
値を越えたか、（４）指令値１１２が許容上下限値を越
えたか、が挙げられるが、このうち、（１）、　（２）
を満足した場合は例えば補正係数は第４図に示すように
関節角に応じ設定され、また、（３）、　（４）を満足
した場合には第５図に示すように関節への指令値に応じ
設定されるようになっている。複数の関節について出力
補正が行なわれる場合には、そのうちの最小補正係数に
よる補正指令値がそれら関節への指令値として出力され
るようになっている。

チエツク結果如何によっては指令値１１３は指令値１１
２に対して絶対値が小とされたもの、あるいは符号が反
転されたものとなり、結局マスタアームの動きを鈍らせ
るように働くことになる。よって、操作者はマスタアー
ムの操作を重く感じるところとなり、特殊な状態にある
ことを察知し得るから、危険な状態に陥ることは未然に
防止されることになるものである。

以上マスタアーム側が抑制される場合について説明した
が、第６図はスレーブアーム側が制御される場合での制
御ブロック線図を示したものである。

図示のように第１図に示すものとの違いは、第１図にお
いてはマスタアームへの指令値１１２が補正可とされて
いるのに対し、本例ではスレーブアームへの指令値１０
６が補正可とされたうえ指令値】１４として与えられて
いることと、マスタアームへの力／トルクの差分信号１
１１から位置／姿勢の差分信号１０５を減算しているこ
とである。その他は全て第１図に示すものに同様となっ
ている。本例では前述の４つのチエツク項目の何れかに
該当した場合には、スレーブアームの動作を鈍らせるこ
とになり、その結果、差分信号１０５が大きくなり、こ
れが差分信号１１１から減算されることによって、マス
タアームはこの差を小さ（する方へ力が働くため、マス
タアーム−ムの動きも鈍り結局第１図に示すものと同一
効果を生じることになる。本例では直接スレーブアーム
の指令値が操作されているため、スレーブアームの異常
速度を特に厳密に制限したい場合に有効となっている。

勿論、マスタアーム、スレーブアームを同時に制御して
もよいものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、マスク、スレーブ
のアーム形状が異なる場合にマスタ／スレーブマニピュ
レータが異常動作しないようにマスタアームが制限され
て動くので、危険な状態に陥ることはなく、安全な操作
性が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第６図は、何れも本発明に係るマスタ／スレー
ブマニピュレータの制御ブロック線図を示す図、第２図
、第３図は、一般的なマスタ／スレーブマニピュレータ
のハードウェア概念とその一部を詳細に示す図、第４図
、第５図は、関節角アクチュエータへの指令値が補正さ
れる場合での補正係数の設定例を示す図である。 １０１．１０３・・・関節角信号、１０２．１０４・・
・位置／姿勢状態信号、１０５・・・（位置／姿勢状態
）差分信号、１０６．１１２　・（関節駆動）指令値、
１０７，１０９−・・力／トルク信号、１０８，１１０
・・・（基準座標系）力／トルク信号、１１１・・・（
力／トルク）差分信号、　１１３゜１１４・・・（実関
節駆動）指令値。 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第１図 １０１．１０３　・＝　ｖ１ｉｐ７？１１Ｎ１０７．１
０９・・・Ｖトルク柁号 第２図 ２０４・パマス７了−ム ２０８・・・人し−ブチーへ ２１０．２１１°“°シトルグセンザ 第３図 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マスタアームとスレーブアームのアーム形状が異な
   る場合でのマスタ／スレーブマニピュレータ制御方式で
   あって、マスタアーム、スレーブアーム各々からの複数
   の関節角信号にもとづき得られるアーム先端の位置・姿
   勢状態より位置・姿勢状態の差分を得、該差分にもとづ
   きスレーブアーム関節を駆動する一方、マスタアーム、
   スレーブアーム各々のアーム先端で検出された力／トル
   ク信号の差分にもとづいてはマスタアーム関節が駆動さ
   れる際、マスタアーム、スレーブアーム各々からの関節
   角信号と、マスタアーム、スレーブアーム各々への関節
   駆動信号を監視している状態で、関節駆動信号の何れか
   が許容範囲外にある場合、関節角信号の何れかが許容限
   界に接近し、かつ該信号対応の関節駆動信号が該限界に
   接近する方向にある場合の何れかの検出出力にもとづき
   、少なくともマスタアーム、スレーブアームの何れか一
   方への関節駆動信号の全てを抑制することで、直接間接
   にマスタマニピュレータ側での操作を抑制することを特
   徴とするマスタ／スレーブマニピュレータ制御方式。 ２、請求項１において、スレーブアームへの関節駆動信
   号のみが抑制される際には、アーム先端の位置・姿勢状
   態の差分をしてマスタアーム関節駆動信号の全てが抑制
   されるマスタ／スレーブマニピュレータ制御方式。