JPH0215988A - マスタ・マニピュレータの自重補償方法 - 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】 く産業上の利用分腎〉 本発明は、遠隔操作用マニピニレータシステムのマスタ
・マニピュレータに適用する自重補償方法に関する。

〈従来の技術〉 マニピュレータの遠隔操作を行う一つの方式として、マ
スタ・スレーブ方式がある。

マスタ・スレーブ方式のマニピュレータは一対のマスタ
とスレーブ各マニピュレータから構成されており、人間
がマスタ・マニピュレータ（以下、マスタと略称する）
を操作すると、これと同様の動作をスレーブ・マニピュ
レータ（以下、スレーブと略称する）が行うようになっ
ている。

ところで、マスタを人間が操作する場合、マスタ自身の
重量も支えながら人間が操作することになる。しかし、
マスタが人間の腕程の大きさになってくると、マスタの
１重が大きいため人間がマスタの自重を支えながら操作
することは、人間にとって大変な苦痛となる。

そこで、「モータ等のアクチュエータを用いて、マスタ
の各関節に、マスタの自重を打ち消す方向にトルクを発
生させる」こと、というマスタの自重補償が考えられて
いる。

従来は、マスタの自重補償のため、第６図に示すように
マスタ１０の各関節にマスタ自身の関節角を検出する関
節角検出手段２０を設け、第４図に示すようにマスタ自
身の関節角から自重トルク演算手段７でマスタの自重補
償トルク１３の演算を行い、トルク制御手段８とマスタ
駆動手段９によりマスタ１０に自重を打消す方向のトル
クを発生させている。

自重トルク１３を演算により求める際には、マスタ１０
の関節の角度に対する三角関数の演算が必要である。

一方、マスタ・スレーブ方式のマニピュレータには、ス
レーブに加わった力をマスタに反力としてフィードバッ
クするカフィードバック機能があり、また、反力にスレ
ーブの自重トルクが影響しないように補償するスレーブ
の自重補償機能がある。

即ち、カフィードバックを行う時、スレーブの各関節に
加わる力はスレーブの自重トルクと外力の和である。そ
こで第５図に示すようにスレーブ１の各関節にトルク検
出手段２と関節角検出手段５を設け、第４図に示すよう
にスレーブの関節角から自重トルク演算手段４でスレー
ブの自重トルク１５の演算を行い、更に減算手段３でト
ルク検出手段２により検出した関節に加わるトルク１１
から自重トルク１５を差し引いて、外力成分１２を求め
ている。このように求めた外力成分１２を加算手段６で
マスタ自重補償トルク１３に加えることによりマスタの
関節トルク目標値１４を生成し、この目標値１４をトル
ク制御手段８に与えてカフィードバックを行っている。

この場合も、自重トルク１５を演算により求めろ際に、
スレーブ１の関節の角度に対する三角関数の演算が必要
である。

〈発明が解決しようとする課題〉 以上のように、カフィードバックを行うためには、スレ
ーブ１の自重トルク１５の演算と、マスタ１０の自重ト
ルク１３の演算が必要である。そして、スレーブ１の自
重トルク１５の演算はスレーブ１０の各関節の角度を用
いて行い、同様にマスタ１０の自重トルク１３の演算は
マスタ１０の各関節の角度を用いて行っている。

従って、マスタ、スレーブそれぞれにおいて、各関節の
角度に対して自重トルク１３゜１５を求める際に必要で
ある三角関数の演算を自重トルク演算手段４，７が行う
ため、演算時間が長くなり、十分なサンプリングタイム
が確保できないことが生じ得る。

本発明は上述した従来技術に鑑み、演算時間、を短縮す
ることができるマスタ・マニピュレータの自重補償方法
を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 本発明によるマスタ・マニピュレータの自重補償方法は
、カフィードバックを行うマスタ・スレーブ方式のマニ
ピュレータの遠隔操作用マスタ・マニピュレータの自重
トルクを演算により求め、求めた自重トルクをマスタ軸
のアクチュエータにより発生させる自重補償方法におい
て、 スレーブ・マニピュレータの関節角を用いてマスタ・マ
ニピュレータの自重トルクを演算することを特徴とする
。

く作　　　用〉 マスタ・スレーブ方式のマニピュレータでは、スレーブ
の姿勢がマスタと同じ姿勢になるように制御される。従
って、マスタとスレーブの姿勢は路間じとみなすことが
できるため、マスタとスレーブの関節の角度も互いに略
等しいと考えられる。このことから、マスタの関節角を
用いずとも、スレーブの関節角を用いてマスタの自重ト
ルクを求めることができる。

よって、マスタの関節の角度に対する三角関数のＲ算が
不要となるため、演算時間が短縮する。

また、マスタとスレーブの姿勢が異なる場合は、マスタ
の姿勢がスレーブの姿勢と一致するように、マスタの関
節にトルクが作用する。

く実　施　例〉 第１図〜第３図を参照して本発明の一実施例を説明する
。第１図は第４図の従来例に本発明を適用したマスタ・
マニビュレータカ制御のブロック図であり、第２図はス
レーブ・マニピュレータの概略図、第３図はマスタ・マ
ニピユレータの概略図である。

第１図、第３図を従来例の第４図、第６図と比較すると
判るように、マスタ１０には関節角検出手段２０を設け
ていない。

その代り、第１図において、スレーブ１に設けた関節角
検出手段５により得たスレーブの関節角に基づき、マス
タ１０の自重トルク演算手段１７によりマスタの自重補
償トルク１３を求める。

カフィードバックは次の通りである。スレーブ１の関節
に設けられたトルク検出手段２の出力りよ、スレーブ自
重トルクと外力の和である。そして、スレーブ関節角検
出手段５に基づき、スレーブの自重トルク演算手段４に
よりスレーブの自重トルク１５を求め、トルク検出手段
２の出力１１から減算手段３を用いて減することにより
、外力１２の値を求める。次に、前述の如くスレーブ１
の関節角検出手段５の出力に基づきマスタ１０の自重ト
ルク演算手段１７により求めたマスタ自重トルク１３と
、上記外力１２との和を加算手段６を用いて求め、この
値をマスタ１０に対する関節トルク目標値１４とする。

かくして得られた目標値１４をトルク制御手段８および
マスタ駆動手段９により実際のトルクに変換し、マスタ
１０へ出力する。

く考案の効果〉 本考案によれば、マスタの各関節の角度に対するＳｉｎ
　、−等の三角関数演算が不要となり、演算時間が短縮
される。またスレーブの姿勢に一致するようマスタにト
ルクが作用する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
力制御関係を示すブロック図、第２図はスレーブの概略
図、第３図はマスタの概略図である。 第４図から第６図は従来例を示し、第４図は力制御関係
を示すブロック図、第５図はスレーブの概略図、第６図
はマスタの概略図である。 図面中、１はスレーブ、２はスレーブの関節トルク検出
手段、３は減算手段、４はスレーブの自重トルク演算手
段、５はスレーブの関節角検出手段、６は加算手段、８
はトルク制御手段、９はマスタ駆動手段、１０はマスタ
、１７はマスタの自重トルク演算手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 力フィードバックを行うマスタ・スレーブ方式のマニピ
   ュレータの遠隔操作用マスタ・マニピュレータの自重ト
   ルクを演算により求め、求めた自重トルクをマスタ軸の
   アクチュエータにより発生させる自重補償方法において
   、 スレーブ・マニピュレータの関節角を用いてマスタ・マ
   ニピュレータの自重トルクを演算することを特徴とする
   マスタ・マニピュレータの自重補償方法。