JPH0271981A - マスタ・スレーブ・マニピユレータ制御装置 - Google Patents
マスタ・スレーブ・マニピユレータ制御装置Info
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- JPH0271981A JPH0271981A JP22410988A JP22410988A JPH0271981A JP H0271981 A JPH0271981 A JP H0271981A JP 22410988 A JP22410988 A JP 22410988A JP 22410988 A JP22410988 A JP 22410988A JP H0271981 A JPH0271981 A JP H0271981A
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- Japan
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- manipulator
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- slave manipulator
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J3/00—Manipulators of leader-follower type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
- B25J3/04—Manipulators of leader-follower type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements involving servo mechanisms
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
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。
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〕
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。
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。
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。
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。
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
。
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
。
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。
（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。
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。
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。
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。
」−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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
接触している時は小さなゲインが選択される。
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。
（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。
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
。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
実施例に限るものではない。
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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- 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、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224109A JP2581192B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | マスタ・スレーブ・マニピユレータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224109A JP2581192B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | マスタ・スレーブ・マニピユレータ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0271981A true JPH0271981A (ja) | 1990-03-12 |
| JP2581192B2 JP2581192B2 (ja) | 1997-02-12 |
Family
ID=16808675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63224109A Expired - Lifetime JP2581192B2 (ja) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | マスタ・スレーブ・マニピユレータ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2581192B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002307336A (ja) * | 2001-04-17 | 2002-10-23 | Keio Gijuku | マスタスレーブ装置、制御方法及びコンピュータープログラム |
| WO2013012096A1 (en) * | 2011-07-20 | 2013-01-24 | Olympus Corporation | Operating mechanism of medical device and medical manipulator |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60161081A (ja) * | 1984-01-30 | 1985-08-22 | 株式会社日立製作所 | サ−ボマニプレ−タの制御機構 |
| JPS6235914A (ja) * | 1985-08-09 | 1987-02-16 | Toshiba Corp | 産業用ロボツト |
-
1988
- 1988-09-06 JP JP63224109A patent/JP2581192B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS60161081A (ja) * | 1984-01-30 | 1985-08-22 | 株式会社日立製作所 | サ−ボマニプレ−タの制御機構 |
| JPS6235914A (ja) * | 1985-08-09 | 1987-02-16 | Toshiba Corp | 産業用ロボツト |
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| JP2013022671A (ja) * | 2011-07-20 | 2013-02-04 | Olympus Corp | 医療用動作機構およびマニピュレータ |
| US9289901B2 (en) | 2011-07-20 | 2016-03-22 | Olympus Corporation | Operating mechanism of medical device and medical manipulator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2581192B2 (ja) | 1997-02-12 |
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