JPH0271981A - Control device for master/slave manipulator - Google Patents
Control device for master/slave manipulatorInfo
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- B25J3/00—Manipulators of leader-follower type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、例えば原子カプラントなどで用いられるマ
スタ・スレーブ・マニピュレータ制御装置に関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a master-slave manipulator control device used, for example, in an atomic couplant.
第４図は、例えば「ロボット工学入門」（オーム社）第
７４頁〜第７７頁に記載された従来のマスタ・スレーブ
・マニピュレータ制御装置の構成を１軸について示す構
成図である。図において、（１）ｔｊ：マスタ・マニピ
ュレータ、（２）ハスレープ・マニピュレータ、（８）
ハマスタ・マニピュレータ（１）の関節を駆動するモー
タ、（４）はマスタ・マニピュレータ（１）の関節トル
クを測定するトルク検出器、（５）はマスタ・マニピュ
レータ（１）の関節角度を測定する位置検出器、（６）
、 （７） 、 （８）はそれぞれ、スレーブ・マニピ
ュレータ（２）の関節に設けられたモータ。FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of a conventional master-slave manipulator control device for one axis, which is described, for example, in "Introduction to Robotics" (Ohmsha), pages 74 to 77. In the figure, (1) tj: master manipulator, (2) Haslepe manipulator, (8)
A motor that drives the joints of the master manipulator (1), (4) a torque detector that measures the joint torque of the master manipulator (1), and (5) a position that measures the joint angle of the master manipulator (1). Detector, (6)
, (7) and (8) are motors provided at the joints of the slave manipulator (2), respectively.
トルク検出器２位置検出器である。また、（９）はマス
タ・マニピュレータ（１）を制御する第１運動制御器で
、ここではトルク調節器を用いている。叫はスレーブ・
マニピュレータ（２）を制御する第２運動制御器で、こ
こでは位置調節器である。０υは物体、例えば机である
。The torque detector is a two-position detector. Further, (9) is a first motion controller that controls the master manipulator (1), and here a torque adjuster is used. Scream is a slave
A second motion controller controlling the manipulator (2), here a position adjuster. 0υ is an object, for example a desk.
次に動作について説明する。スレーブ・マニピュレータ
（２）が机ａυに接触・非接触するのを検知する場合に
ついて説明する。人間がマスタ・マニピュレータ（１）
を手に持って動かすと、その動きが位置検出器（６）で
検出される。この検出値と位置検出器（８）で検出され
たスレーブ・マニピュレータ（２）の位置とを比較し、
その差が減少するように位置調節器αＱによシスレープ
・マニピュレータ（２）を制御する。また、スレーブ・
マニピュレータ（２）が机ａυに接触すると、その時ス
レーブ・マニピュレータ（２）に働く反力がトルク検出
器（γ）により検出される。Next, the operation will be explained. A case will be described in which it is detected whether the slave manipulator (2) is in contact with or not in contact with the machine aυ. Humans are master manipulators (1)
When you hold it in your hand and move it, the movement is detected by the position detector (6). Compare this detected value with the position of the slave manipulator (2) detected by the position detector (8),
The sysdrape manipulator (2) is controlled by the position adjuster αQ so that the difference is reduced. Also, slave
When the manipulator (2) contacts the desk aυ, the reaction force acting on the slave manipulator (2) at that time is detected by the torque detector (γ).
この検出値とトルク検出器（４）で検出されたマスタ・
マニピュレータ（１）が発生している力とを比較しその
差が減少するようにトルク調節器（９）によシマスタ・
マニピュレ−タ（１）を制御する。このようにして、人
間がマスタ・マニピュレータ（１） ヲ動かすと、それ
に追従してスレーブ・マニピュレータ（２）が動き、ま
た、スレーブ・マニピュＬ／ −タ（２）が机αυに接
触するとその反力がマスタ・マニピュレータ（１）を通
じて人間に感じられる。This detected value and the master signal detected by the torque detector (4)
The force generated by the manipulator (1) is compared with the force generated by the manipulator (1), and the torque adjuster (9) is used to reduce the difference.
Controls the manipulator (1). In this way, when a human moves the master manipulator (1), the slave manipulator (2) follows, and when the slave manipulator (2) comes into contact with the desk αυ, the slave manipulator (2) moves in response. Force is felt by the human through the master manipulator (1).
従来のマスタ・スレーブ・マニピュレータ制御装置は以
」−のように構成されており、スレーブ・マニピュレー
タ（２）が物体と接触しているか否かにかかわらず、同
一の制御方式で制御されていた。A conventional master-slave manipulator control device is configured as follows, and the slave manipulator (2) is controlled by the same control method regardless of whether it is in contact with an object or not.
スレーブ・マニピュレータ（２）が物体に接触している
時と非接触である時とでは制御対象の動特性が変化し、
特に接触したときは不安定になυ易い。The dynamic characteristics of the controlled object change when the slave manipulator (2) is in contact with the object and when it is not in contact with the object.
Especially when it comes into contact, it tends to become unstable.
そのため、常に制御系が不安定にならないように運動制
御器（ｑ）、 叫のゲインを小さく抑えておく必要があ
った。このため、マスタ・マニピュレータ（１）の操作
が重くなったり、スレーブ・マニピュレータ（２）の追
従性が悪くなるなどの問題点があった。Therefore, it was necessary to keep the gain of the motion controller (q) and the scream small to prevent the control system from becoming unstable. For this reason, there have been problems such as the master manipulator (1) becoming difficult to operate and the slave manipulator (2) having poor followability.
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、スレーブ・マニピュレータが物体と接触あ
るいは非接触である状態のどちらにおいても、制御系の
安定性を保ちながら、軽い操作を実現し、かつスレーブ
・マニピュレータの追従性を改善できるマスタ・スレー
ブ・マニピュレータ制御装置を得ることを目的とする。This invention was made to solve the above-mentioned problems, and allows light operation while maintaining the stability of the control system, whether the slave manipulator is in contact with an object or not. It is an object of the present invention to obtain a master-slave manipulator control device that can realize this and improve the followability of slave manipulators.
この発明に係るマスタ・スレーブ・マニピュレータ制御
装置は、マスタ・マニピュレータを制御する第１運動制
御器、スレーブ・マニピュレータを制御する第２運動制
御器、スレーブ・マニピュレータと物体との接触・非接
触を検知する接触検知器を備え、第１．第２運動制御器
のうちの少なくともいずれか一方の運動制御器における
制御方式を切り換え可能な構Ｆｆｉ、、！−シ、スレー
ブ・マニピュレータ七物体との接触・非接触に基ずいて
第１、第２運動制御器のうちの少なく七も一方の運動制
御器における制御方式を切り換えるように構成したもの
である。The master/slave manipulator control device according to the present invention includes a first motion controller that controls the master manipulator, a second motion controller that controls the slave manipulator, and detects contact/non-contact between the slave manipulator and an object. 1. A structure Ffi capable of switching the control method in at least one of the second motion controllers,,! - Seven slave manipulators: At least seven of the first and second motion controllers are configured to switch the control method in one of the motion controllers based on contact or non-contact with the object.
この発明における運動制御器は、接触・非接触によって
制御方式を切り換え可能に構成されておυ、スレーブ・
マニピュレータが物体に接触している時々非接触な時と
で制御方式を切り換える。The motion controller in this invention is configured so that the control method can be switched between contact and non-contact.
The control method is switched depending on whether the manipulator is in contact with the object or not.
これＫより物体に接触している時には安定な制御が実現
でき、非接触の時には軽い操作と速い追従性を実現する
ことができる。With this K, stable control can be realized when the object is in contact with the object, and light operation and fast followability can be realized when the object is not in contact.
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１）はマスタ・マニピュレータ、（２）
はスレーブ・マニピュレータ、（８）、（４）、（５）
はそれぞれマスタ・マニピュレータ（１）の関節に設け
られたモータ、トルク検出器１泣置検出器、（６）、（
γ） 、 （Ｓ）はそれぞれスレーブ・マニピュレータ
（２）の関節に設けられたモータ、トルク検出器１泣置
検出器である。（９）、 ＜１１）は第１．第２運動制
御器でここでは例えば（９）はトルク調節器、（２）は
位置調節器である。αυは物体で、例えば机（１５）は
スレーブ・マニピュレータ（２）のトルク検出器（ア）
からの出力を入力し、スレーブ・マニピュレータＱ２が
物体αυと接触しているか否かを判断する接触検知器で
ある。第２図は位置調節器ａ〔の−例として構成された
ものの詳細を示す構成図である。図において、（イ）は
比例制御器、Ｃ２１）は微分補償器、のけ可変ゲインで
ある。可変ゲイン四のゲインは接触検知部（１９からの
出力によυ切り換えられる。例えばスレーブ・マニピュ
レータ（２）が物体ａυに接触していない時は大きな値
が選択され、接触している時は小さなゲインが選択され
る。第３図はトルク調節器（９）の−例として構成され
たものの詳細を示す構成図である。図において、器は比
例制御器、■は積分補償器、罰は可変ゲインである。可
変ゲイン罰のゲインは接触検知部（１９からの出力によ
り切り換えられる。例えばスレーブ・マニピュレータ（
２）が物体０υに接触していない時は大きな値が選択さ
れ。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
In the figure, (1) is the master manipulator, (2)
are slave manipulators, (8), (4), (5)
are the motor, torque detector 1, position detector, (6), (
γ) and (S) are a motor, a torque detector 1, and a position detector provided at the joints of the slave manipulator (2), respectively. (9), <11) is the first. In the second motion controller, for example, (9) is a torque adjuster, and (2) is a position adjuster. αυ is an object, for example, the desk (15) is the torque detector (a) of the slave manipulator (2).
This is a contact detector that inputs the output from the slave manipulator Q2 and determines whether or not the slave manipulator Q2 is in contact with the object αυ. FIG. 2 is a block diagram showing details of an example of the position adjuster a. In the figure, (A) is a proportional controller, C21) is a differential compensator, and variable gain. The gain of the variable gain 4 is switched υ by the output from the contact detection section (19).For example, when the slave manipulator (2) is not in contact with the object aυ, a large value is selected, and when it is in contact, a small value is selected. The gain is selected. Figure 3 is a block diagram showing details of an exemplary configuration of the torque regulator (9). In the figure, the regulator is a proportional controller, ■ is an integral compensator, and the penalty is a variable The gain of the variable gain penalty is switched by the output from the contact detection unit (19).For example, the slave manipulator (19)
2) is not in contact with the object 0υ, a large value is selected.
接触している時は小さなゲインが選択される。When in contact, a small gain is selected.
次に動作について説明する。スレーブ・マニピュレータ
（２）が机αυに接触・非接触するのを検知する場合に
ついて説明する。人間がマスタ・マニピュレータ（１）
を手に持って動かす七、その動きが位置検出器（５）で
検出される。この検出値と位置検出器（８）で検出され
たスレーブ・マニピュレータ（２）の位ｔ！ｉ七を比較
し、その差が減少するように位置調節器（至）によりス
レーブ・マニピュレータ（２） ｔ＝ 制御する。また
、スレーブ・マニピュレータ（２）が外部の物体、例え
ば机ａυに接触すると、その時スレーブ・マニピュレー
タ（２）に働く反力がトルク検出器（γ）により検出さ
れる。この検出値とトルク検出器（４）で検出されたマ
スタ・マニピュレータ（１）が発生している力とを比較
し、その差が減少するようにトルク調節器（９）によシ
、マスタ・マニピュレータ（１）を制御する。この時、
スレーブ・マニピュレータ（２）が机０υに接触してい
るか否かを接触検知器１９により判断する。接触してい
ない時はトルク調節器（９）、位置調節器αυともに大
きなゲインが選択される、即ち、接触していない時はス
レーブ・マニピュレータ（２）のトルク検出器（７）に
よって検出される反力は零であるから、トルク調節器（
９）には人間がマスタ・マニピュレータ（１）を操作す
るために加えた力がフィードバックされ、人間が力を加
えた方向にマスタ・マニピュレータ（１）がモータ（８
）により駆動される。従って、トルク調節器（９）のゲ
イン罰を大きく設定する七、小さい力でマスタ・マニピ
ュレータ（１）を操作するこ七ができ、操作が軽くなる
。また、位置調節器αＯ）のゲインのを大きく設定する
七、スレーブ・マニピュレータ（２）が高速かつ高精度
にマスタ・マニピュレータ（１）の動キに追従すること
ができる。Next, the operation will be explained. A case will be described in which it is detected whether the slave manipulator (2) is in contact with or not in contact with the desk αυ. Humans are master manipulators (1)
7.The movement is detected by the position detector (5). This detected value and the position t of the slave manipulator (2) detected by the position detector (8)! The slave manipulator (2) is controlled by the position adjuster (to) so that the difference is reduced. Further, when the slave manipulator (2) comes into contact with an external object, for example, a desk aυ, the reaction force acting on the slave manipulator (2) at that time is detected by the torque detector (γ). This detected value is compared with the force generated by the master manipulator (1) detected by the torque detector (4), and the torque regulator (9) is adjusted so that the difference is reduced. Control the manipulator (1). At this time,
The contact detector 19 determines whether the slave manipulator (2) is in contact with the desk 0υ. When there is no contact, a large gain is selected for both the torque adjuster (9) and the position adjuster αυ.In other words, when there is no contact, it is detected by the torque detector (7) of the slave manipulator (2). Since the reaction force is zero, the torque adjuster (
The force applied by a human to operate the master manipulator (1) is fed back to 9), and the master manipulator (1) moves the motor (8) in the direction in which the human applied the force.
) is driven by. Therefore, it is possible to set the gain penalty of the torque regulator (9) to a large value and operate the master manipulator (1) with a small force, making the operation easier. Furthermore, by setting the gain of the position adjuster αO) to a large value, the slave manipulator (2) can follow the movement of the master manipulator (1) at high speed and with high precision.
一方、スレーブ・マニピュレータ（２）が机αυに接触
している時は、トルク調節器（９）１位置調節器α〔七
もに小さいゲインが選択され、制御系が安定に保たれる
。On the other hand, when the slave manipulator (2) is in contact with the desk αυ, a small gain is selected for the torque adjuster (9) and the position adjuster α [7], and the control system is kept stable.
この実施例では接触検知器間において、スレーブ・マニ
ピュレータ（２）のトルク検出器（γ）によって検出さ
れた力があらかじめ定めた所定値よシ大きい場合にスレ
ーブ・マニピュレータ（２）が机（Ｉｌｌに接触してい
ると判断している。In this embodiment, between the contact detectors, if the force detected by the torque detector (γ) of the slave manipulator (2) is greater than a predetermined value, the slave manipulator (2) It is determined that they are in contact.
なお、上記実施例では力帰還型と呼ばれる制御方式にこ
の発明を適用したものを示したが、力部送型や対称型な
どの他の制御方式にも同様に適用することができる。In the above embodiment, the present invention is applied to a control system called a force feedback type, but it can be similarly applied to other control systems such as a force feed type and a symmetric type.
また、上記実施例では運動制御器のゲインだけを切り換
えたが、運動制御器の構成自体を切如換えるように構成
すると、よシ効果的になる。例えば第１運動制御器Ｔａ
ｌの場合に、比例制御器（ハ）のみを動作させる場合と
、比例制御器器と積分補償器■を共に動作させる場合に
切り換えたシしてもよい。Further, in the above embodiment, only the gain of the motion controller was switched, but it would be more effective if the structure of the motion controller itself was configured to be switched. For example, the first motion controller Ta
In case 1, it may be possible to switch between operating only the proportional controller (c) and operating both the proportional controller and the integral compensator (2).
また、上記実施例では第１．第２運動制御器（９）、α
切のいずれも制御方式を切り換えるように構成したが、
どちらか一方でもよい。Further, in the above embodiment, the first. Second motion controller (9), α
Both of the control methods were configured to switch the control method.
Either one is fine.
また、第１．第２運動制御器（９）、αＧの構成は上記
実施例に限るものではない。Also, 1st. The configuration of the second motion controller (9) and αG is not limited to the above embodiment.
以上のように、この発明によれば、マスタ・マニピュレ
ータを制御する第１運動制御器、スレーブ・マニピュレ
ータを制御する第２運動制御器、スレーブ・マニピュレ
ータと物体との接触・非接触を検知する接触検知器を備
え、第１．第２運動制御器のうちの少なく七もいずれか
一方の運動制御器における制御方式を切り換え可能な構
成としスレーブ・マニピュレータと物体との接触・非接
触に基ずいて第１．第２運動制御器のうちの少なくとも
一方の運動制御器における制御方式を切り換えるように
構成したことにより、スレーブ・マニピュレータが物体
に接触していない時はマスタ・マニピュレータの操作を
軽くでき、かつスレーブ・マニピュレータの追従性も向
上でき、さらに、スレーブ・マニピュレータが物体に接
触した時にも制御系を安定に保つこ七ができるマスタ・
スレーブ・マニピュレータ制御装置が得られる効果があ
る。As described above, according to the present invention, the first motion controller controls the master manipulator, the second motion controller controls the slave manipulator, and the contact detects contact/non-contact between the slave manipulator and an object. A first detector is provided. At least seven of the second motion controllers are configured to be able to switch the control method in either one of the motion controllers, and the first motion controller is configured to switch the control method in one of the motion controllers based on contact/non-contact between the slave manipulator and the object. By configuring the control method in at least one of the second motion controllers to be switched, when the slave manipulator is not in contact with an object, the operation of the master manipulator can be lightened, and the slave manipulator can be easily operated. The followability of the manipulator can be improved, and the master manipulator can also keep the control system stable even when the slave manipulator comes into contact with an object.
This has the advantage of providing a slave manipulator control device.
第１図はこの発明の一実施例によるマスタ・スレーブ・
マニピュレータ制御装置を示す構成図、第２図、第３図
はそれぞれこの発明の一実施例に係る第２．第１運動制
御器の詳細を示す構成図、第４ 図ハ従来のマスタ・ス
レーブ・マニピュレータ制御装置を示す構成図である。
（１）はマスタ・マニピュレータ、（２）はスレーブ・
マニピュレータ、（９）は第１運動制御器、α窃は第２
運動制御器、（１５）は接触検知器。
なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。FIG. 1 shows a master/slave system according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are block diagrams showing a manipulator control device, respectively, according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing details of the first motion controller, and FIG. 4 is a block diagram showing a conventional master-slave manipulator control device. (1) is the master manipulator, (2) is the slave manipulator.
The manipulator, (9) is the first motion controller, and α is the second motion controller.
The motion controller (15) is a contact detector. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
レーブ・マニピュレータを制御する第２運動制御器、上
記スレーブ・マニピュレータと物体との接触・非接触を
検知する接触検知器を備え、第１、第２運動制御器のう
ちの少なくともいずれか一方の運動制御器における制御
方式を切り換え可能な構相とし、上記スレーブ・マニピ
ュレータと上記物体との接触・非接触に基ずいて第１、
第２運動制御器のうちの少なくとも一方の運動制御器に
おける制御方式を切り換えるように構成したマスタ・ス
レーブ・マニピュレータ制御装置。A first motion controller that controls a master manipulator, a second motion controller that controls a slave manipulator, and a contact detector that detects contact/non-contact between the slave manipulator and an object, The control method in at least one of the motion controllers is switchable, and the first,
A master-slave manipulator control device configured to switch a control method in at least one of the second motion controllers.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224109A JP2581192B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Master / slave / manipulator controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224109A JP2581192B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Master / slave / manipulator controller |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0271981A true JPH0271981A (en) | 1990-03-12 |
| JP2581192B2 JP2581192B2 (en) | 1997-02-12 |
Family
ID=16808675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63224109A Expired - Lifetime JP2581192B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Master / slave / manipulator controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2581192B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002307336A (en) * | 2001-04-17 | 2002-10-23 | Keio Gijuku | Master-slave device, control method, and computer program |
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1988
- 1988-09-06 JP JP63224109A patent/JP2581192B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2581192B2 (en) | 1997-02-12 |
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