JPH04130904A - マスタスレーブマニピュレータ用制御装置 - Google Patents
マスタスレーブマニピュレータ用制御装置Info
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- JPH04130904A JPH04130904A JP25036790A JP25036790A JPH04130904A JP H04130904 A JPH04130904 A JP H04130904A JP 25036790 A JP25036790 A JP 25036790A JP 25036790 A JP25036790 A JP 25036790A JP H04130904 A JPH04130904 A JP H04130904A
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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】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、マスタスレーブマニピュレータを制御するた
めのマスタスレーブマニピュレータ用制御装置に関する
。
めのマスタスレーブマニピュレータ用制御装置に関する
。
(従来の技術)
マスタスレーブマニピュレータ(以下「マスタスレーブ
」という)では、操作者がマスク側の装置を容易に操作
出来るようにする一方、スレーブ側は操作者の動きに正
確に追従し、その作業時反力をマスクを介して操作者に
正確に感じとれるようにすることが重要である。このた
め、パイラテラル型制御方式では、対称型、力逆送型、
力帰還型というようにその制御方式が変遷していった。
」という)では、操作者がマスク側の装置を容易に操作
出来るようにする一方、スレーブ側は操作者の動きに正
確に追従し、その作業時反力をマスクを介して操作者に
正確に感じとれるようにすることが重要である。このた
め、パイラテラル型制御方式では、対称型、力逆送型、
力帰還型というようにその制御方式が変遷していった。
上記力帰還型は、マスタアームに存在する摩擦力を力制
御により補償軽減したもので、操作性が良いパイラテラ
ル型制御方式とされていた。
御により補償軽減したもので、操作性が良いパイラテラ
ル型制御方式とされていた。
ところが、最近、スレーブの追従遅れが原因で、作業時
の安定性が悪くなることが明らかになった( J RA
J 、 vol、7,1989.446−452.
rパイラテラルマスタスレーブマニピュレータの並列
型制御方式」)。これらの背景から各種制御方式が発表
されるようになったが、昭和63年2月の計測自動制御
学会(昭和63年2月、計測自動学会論文集24巻、2
号)で仮想モデルを導入したマスタスレーブが提案され
ている。
の安定性が悪くなることが明らかになった( J RA
J 、 vol、7,1989.446−452.
rパイラテラルマスタスレーブマニピュレータの並列
型制御方式」)。これらの背景から各種制御方式が発表
されるようになったが、昭和63年2月の計測自動制御
学会(昭和63年2月、計測自動学会論文集24巻、2
号)で仮想モデルを導入したマスタスレーブが提案され
ている。
以下、この仮想モデル追従型マスタスレーブについて説
明する。この制御は、任意に設定した仮想マスクと仮想
スレーブを用いるもので、仮想マスクは実マスクに加わ
る操作力と実スレーブ4こ加わる外力との合力が与えら
れて運動する。実マスクはこの時の仮想マスクの運動を
追従するようζこ最適制御されて駆動する。仮想スレー
ブは仮想マスクの運動を目標に位置制御されるが、さら
(こ実スレーブに加わる外力が仮想スレーブに加わり、
これにより仮想マスクと仮想スレーブは偏差を持つよう
になる。この偏差は、仮想マスクと仮想スレーブとの位
置制御系がもつインピーダンス1こより決定され、結果
として仮想スレーブは、仮想マスクに対してインピーダ
ンス分の偏差を許容した形で運動する。実スレーブは、
実マスクと同様に仮想スレーブを目標に最適制御で位置
制御され駆動される。
明する。この制御は、任意に設定した仮想マスクと仮想
スレーブを用いるもので、仮想マスクは実マスクに加わ
る操作力と実スレーブ4こ加わる外力との合力が与えら
れて運動する。実マスクはこの時の仮想マスクの運動を
追従するようζこ最適制御されて駆動する。仮想スレー
ブは仮想マスクの運動を目標に位置制御されるが、さら
(こ実スレーブに加わる外力が仮想スレーブに加わり、
これにより仮想マスクと仮想スレーブは偏差を持つよう
になる。この偏差は、仮想マスクと仮想スレーブとの位
置制御系がもつインピーダンス1こより決定され、結果
として仮想スレーブは、仮想マスクに対してインピーダ
ンス分の偏差を許容した形で運動する。実スレーブは、
実マスクと同様に仮想スレーブを目標に最適制御で位置
制御され駆動される。
上記仮想モデル追従型のマスタスレーブにお0て、スレ
ーブ側にインピーダンスを許容したことで、スレーブの
追従遅れがあっても比較的安定な力帰還型パイラテラル
制御系を構成したこと(こなる。
ーブ側にインピーダンスを許容したことで、スレーブの
追従遅れがあっても比較的安定な力帰還型パイラテラル
制御系を構成したこと(こなる。
しかし、スレーブ側のインピーダンスが高ければ、やは
り力帰還での作業時不安定化の問題が生じる。逆にイン
ピーダンスを小さくすると、作業時にマスクとスレーブ
の位置偏差が大きくなり、自在なスレーブ操作が難しく
なると同時に作業時における反力の感度も悪くなる。
り力帰還での作業時不安定化の問題が生じる。逆にイン
ピーダンスを小さくすると、作業時にマスクとスレーブ
の位置偏差が大きくなり、自在なスレーブ操作が難しく
なると同時に作業時における反力の感度も悪くなる。
こういったことから、仮想モデル追従型を変形した並列
型パイラテラル制御方式が提案されている。並列型は、
1つの仮想マニピュレータをモデルとして実マスク及び
実スレーブに加わる外力の合力を仮想モデルに加え、こ
のモデルの運動を実マスク及び実スレーブが追従するよ
うに位置制御する方式である。
型パイラテラル制御方式が提案されている。並列型は、
1つの仮想マニピュレータをモデルとして実マスク及び
実スレーブに加わる外力の合力を仮想モデルに加え、こ
のモデルの運動を実マスク及び実スレーブが追従するよ
うに位置制御する方式である。
マスクとスレーブが、同一目標を追従するため、マスク
とスレーブ間の遅れがなく、作業時も安定に制御できる
。さらには、マスクとスレーブ間の偏差がないため、ス
レーブ操作がしやすく、操作者はスレーブに加わる外力
を感度良く感じとることが出来る。
とスレーブ間の遅れがなく、作業時も安定に制御できる
。さらには、マスクとスレーブ間の偏差がないため、ス
レーブ操作がしやすく、操作者はスレーブに加わる外力
を感度良く感じとることが出来る。
このように、並列型制御は、マスタスレーブの制御方式
として、望ましい制御方式といえるが、この制御は信号
の無駄時間がない理想的な状態でしか成り立たない。す
なわち、スレーブの信号をシリアル信号としてマスク側
で一括処置するシステムや、非常に離れた遠隔作業のた
め信号伝達に遅れを生じるシステムでは、一方に無駄時
間が生じるため、マスクとスレーブとの並列進行の前提
が崩れ、その結果として共振を生じる欠点を持つ。
として、望ましい制御方式といえるが、この制御は信号
の無駄時間がない理想的な状態でしか成り立たない。す
なわち、スレーブの信号をシリアル信号としてマスク側
で一括処置するシステムや、非常に離れた遠隔作業のた
め信号伝達に遅れを生じるシステムでは、一方に無駄時
間が生じるため、マスクとスレーブとの並列進行の前提
が崩れ、その結果として共振を生じる欠点を持つ。
逆に、上記計測自動制御学会で提案された仮想モデルを
用いたマスタスレーブでは、スレーブの遅れを前提とし
ているので、信号の伝送遅れに対しても比較的頑健で、
無駄時間のあるシステムでは安定性で並列型に勝ってい
る。
用いたマスタスレーブでは、スレーブの遅れを前提とし
ているので、信号の伝送遅れに対しても比較的頑健で、
無駄時間のあるシステムでは安定性で並列型に勝ってい
る。
(発明が解決しようとする課題)
以上のように、従来のマスタスレーブの制御方式は、無
駄時間などに関してもいまだ決め手に欠いて一長一短を
持っており、かつ作業時不安定で、操作者のスレーブ外
力の感度が悪かった。
駄時間などに関してもいまだ決め手に欠いて一長一短を
持っており、かつ作業時不安定で、操作者のスレーブ外
力の感度が悪かった。
本発明は上記事実を考慮して、無駄時間に関しても比較
的頑健で、かつ作業時安定性に優れ、比較的感度良く操
作者がスレーブ外力を感じ取れるようにした制御方法及
びマスタスレーブを提供することが目的である。
的頑健で、かつ作業時安定性に優れ、比較的感度良く操
作者がスレーブ外力を感じ取れるようにした制御方法及
びマスタスレーブを提供することが目的である。
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
上記目的を達成するため請求項(1)記載の発明では、
仮想マスタアームと、この仮想マスタアームの運動を表
す第3運動値検出部と、前記第1力検出部によって検出
された結果を入力して前記仮想マスタアームを駆動させ
る第3駆動部と、仮想スレーブアームと、この仮想スレ
ーブアームの運動を表す第4運動値検出部と、前記第2
力検出部で検出された結果を入力して仮想スレーブアー
ムを駆動させる第4駆動部と、仮想マスタアームと仮想
スレーブアームとをインピーダンスを介在させて連結す
る結合手段と、第3運動値検出部の出力を目標値とし、
前記第1運動値検出部の出力をフィードバック制御して
、第1駆動部に出力する第1制御部と、第4運動値検出
部の出力を目標値とし、前記第2運動値検出部の出力を
フィードバック制御して、第2駆動部に出力する第2制
御部と、を設けたことを特徴としている。
仮想マスタアームと、この仮想マスタアームの運動を表
す第3運動値検出部と、前記第1力検出部によって検出
された結果を入力して前記仮想マスタアームを駆動させ
る第3駆動部と、仮想スレーブアームと、この仮想スレ
ーブアームの運動を表す第4運動値検出部と、前記第2
力検出部で検出された結果を入力して仮想スレーブアー
ムを駆動させる第4駆動部と、仮想マスタアームと仮想
スレーブアームとをインピーダンスを介在させて連結す
る結合手段と、第3運動値検出部の出力を目標値とし、
前記第1運動値検出部の出力をフィードバック制御して
、第1駆動部に出力する第1制御部と、第4運動値検出
部の出力を目標値とし、前記第2運動値検出部の出力を
フィードバック制御して、第2駆動部に出力する第2制
御部と、を設けたことを特徴としている。
請求項(2)記載の発明では、前記第1、第2、第3、
第4運動値検出部、および前記第1、第2力検出部に、
マスタアーム座標系と共通座標系との座標変換手段、お
よびスレーブアーム座標系と共通座標系との座標変換手
段を接続することを特徴としている。
第4運動値検出部、および前記第1、第2力検出部に、
マスタアーム座標系と共通座標系との座標変換手段、お
よびスレーブアーム座標系と共通座標系との座標変換手
段を接続することを特徴としている。
また、上記結合手段をバネ及びダンパで形成することも
できる。
できる。
(作用)
請求項(1)記載の発明によれば、マスタアームに操作
力が加わると、第1力検出部はこの操作力を検出して、
仮想マスタアームに第3駆動部を介してその操作力を伝
える。同時にスレーブアームに操作力が加わると、第2
力検出部はこの操作力を検出して、仮想スレーブアーム
に第4駆動部を介してその操作力を伝える。
力が加わると、第1力検出部はこの操作力を検出して、
仮想マスタアームに第3駆動部を介してその操作力を伝
える。同時にスレーブアームに操作力が加わると、第2
力検出部はこの操作力を検出して、仮想スレーブアーム
に第4駆動部を介してその操作力を伝える。
仮想マスクの第3駆動部は通常、操作力をそのまま仮想
マスクの操作力として加えるが、仮想スレーブ側の第4
駆動部は力反射率により外力を増減させて、仮想スレー
ブへ外力として加えている。
マスクの操作力として加えるが、仮想スレーブ側の第4
駆動部は力反射率により外力を増減させて、仮想スレー
ブへ外力として加えている。
仮想マスタアーム゛と仮想スレーブは、インピーダンス
が介在されて結合されているので、仮想マスタアーム、
仮想スレーブアームは結合手段による作用力を受ける。
が介在されて結合されているので、仮想マスタアーム、
仮想スレーブアームは結合手段による作用力を受ける。
すなわち、仮想マスタアームは操作力と結合手段作用力
により運動し、仮想スレーブアームは外力と結合手段作
用力により運動することになる。これらの仮想アームの
運動は、第3、第4運動値検出部により検出され、結合
手段作用力を逐次変化させる。同時に検出された運動値
は、第1制御手段及び第2制御手段の目標値として入力
される。すなわち、第1制御部は、仮想マスクの運動値
を目標に、第1運動値検出部がらの出力をフィードバッ
ク制御して第1駆動部の指令を発生し、第2制御部は仮
想スレーブアームの運動値を目標に、第2運動値検出部
からの出力をフィードバック制御して、第2駆動部の指
令を発生する。
により運動し、仮想スレーブアームは外力と結合手段作
用力により運動することになる。これらの仮想アームの
運動は、第3、第4運動値検出部により検出され、結合
手段作用力を逐次変化させる。同時に検出された運動値
は、第1制御手段及び第2制御手段の目標値として入力
される。すなわち、第1制御部は、仮想マスクの運動値
を目標に、第1運動値検出部がらの出力をフィードバッ
ク制御して第1駆動部の指令を発生し、第2制御部は仮
想スレーブアームの運動値を目標に、第2運動値検出部
からの出力をフィードバック制御して、第2駆動部の指
令を発生する。
これにより、マスタアーム及びスレーブアームは対応す
る仮想マスタアーム及び仮想スレーブアームの位置を追
従することになる。
る仮想マスタアーム及び仮想スレーブアームの位置を追
従することになる。
従って、従来の対称型パイラテラル制御では、マスタア
ーム及びスレーブアームに存在する摩擦の影響や、慣性
の影響で、非常に大きな操作力を要していたが、本発明
に示されるような仮想マスタアーム及び仮想スレーブア
ームの導入により、非常に慣性が小さく、非線形摩擦の
ない理想的なアームでマスタスレーブを構成できるよう
になった。すなわち、本発明の仮想対称型パイラテラル
型制御は、これら仮想アームに対する結合手段を介した
対称型パイラテラルを構築しており、マスタアーム及び
スレーブアームは仮想アームの運動を追従している。
ーム及びスレーブアームに存在する摩擦の影響や、慣性
の影響で、非常に大きな操作力を要していたが、本発明
に示されるような仮想マスタアーム及び仮想スレーブア
ームの導入により、非常に慣性が小さく、非線形摩擦の
ない理想的なアームでマスタスレーブを構成できるよう
になった。すなわち、本発明の仮想対称型パイラテラル
型制御は、これら仮想アームに対する結合手段を介した
対称型パイラテラルを構築しており、マスタアーム及び
スレーブアームは仮想アームの運動を追従している。
また、結合手段として、バネ・ダンパのようなインピー
ダンスを用いることにより、マスタアームとスレーブア
ームの間にインピーダンスを介在させることが出来る。
ダンスを用いることにより、マスタアームとスレーブア
ームの間にインピーダンスを介在させることが出来る。
従来のように、仮想モデル追従マスタスレーブでは、ス
レーブのみがマスクに対してインピーダンスを持つ構成
であり、基本的には力帰還を継承している。
レーブのみがマスクに対してインピーダンスを持つ構成
であり、基本的には力帰還を継承している。
これに対して本発明では、基本的にはインピーダンスを
介在させた対称型パイラテラルを仮想モデルとして持つ
制御装置であり、上記とは明らかに異なる。
介在させた対称型パイラテラルを仮想モデルとして持つ
制御装置であり、上記とは明らかに異なる。
また、介在インピーダンスを無限大、すなわち、剛体接
合とすれば結果的に並列型パイラテラルと等価になり、
この並列型パイラテラルに包含関係になるが、2つの仮
想モデル間にインピーダンスを介在させ、無駄時間に対
し比較的頑健にしている点で、従来とは異なる。
合とすれば結果的に並列型パイラテラルと等価になり、
この並列型パイラテラルに包含関係になるが、2つの仮
想モデル間にインピーダンスを介在させ、無駄時間に対
し比較的頑健にしている点で、従来とは異なる。
本発明の仮想対称型パイラテラルは、インピーダンスを
介在させているが、力帰還型と異なり対称性のある結合
手段で仮想マスクと仮想スレーブを連結させているため
、同一インピーダンスを導入した際の作業安定性は従来
の仮想モデル追従型に比較し遥かに優れている。このた
め、無駄時間に対する安定性を同一に設定すれば、イン
ピーダンスを高めに設定することが出来、その結果とし
てスレーブ反力を比較的感度良く操作者に伝達すること
が出来る。
介在させているが、力帰還型と異なり対称性のある結合
手段で仮想マスクと仮想スレーブを連結させているため
、同一インピーダンスを導入した際の作業安定性は従来
の仮想モデル追従型に比較し遥かに優れている。このた
め、無駄時間に対する安定性を同一に設定すれば、イン
ピーダンスを高めに設定することが出来、その結果とし
てスレーブ反力を比較的感度良く操作者に伝達すること
が出来る。
地球と宇宙のような非常に遠隔土地の場合には、無駄時
間が大きく、別々に仮想モデルを管理する必要が生じる
。このため、単一のばね・ダンパ系のようなインピーダ
ンスを持つ結合手段ではなく、マスク・スレーブ各々に
インピーダンス要素を持つような結合手段が必要となる
。ただし、無駄時間が非常に大きいため、これらの結合
手段を用いても安定限界のインピーダンスはかなり小さ
く操作性は多少犠牲になる。
間が大きく、別々に仮想モデルを管理する必要が生じる
。このため、単一のばね・ダンパ系のようなインピーダ
ンスを持つ結合手段ではなく、マスク・スレーブ各々に
インピーダンス要素を持つような結合手段が必要となる
。ただし、無駄時間が非常に大きいため、これらの結合
手段を用いても安定限界のインピーダンスはかなり小さ
く操作性は多少犠牲になる。
(実施例)
次に本発明に係るマスタスレーブマニピュレータ用制御
装置の実施例について第1図乃至第4図を用いて説明す
る。
装置の実施例について第1図乃至第4図を用いて説明す
る。
第1実施例
第1図には、第1実施例のマスタスレーブマニピュレー
タ用制御装置(以下「制御装置」という)1の構成が示
されている。この制御装置1は、実マスク側3と、仮想
マスク側15と、実スレーブ側23と、仮想スレーブ側
35と、仮想マスク側15と仮想スレーブ側35とを結
合する結合手段43と、実マスク側3をフィードバック
制御するための第1制御部13と、実スレーブ側23を
フィードバック制御する第2制御部33とで構成されて
いる。
タ用制御装置(以下「制御装置」という)1の構成が示
されている。この制御装置1は、実マスク側3と、仮想
マスク側15と、実スレーブ側23と、仮想スレーブ側
35と、仮想マスク側15と仮想スレーブ側35とを結
合する結合手段43と、実マスク側3をフィードバック
制御するための第1制御部13と、実スレーブ側23を
フィードバック制御する第2制御部33とで構成されて
いる。
実マスク側3には、実マスタアーム5を駆動する第1駆
動部7と、実マスタアーム5に加わる外力を検出する第
1力検出部9と、実マスタアーム5の運動を表す第1運
動値検出部11とで構成されている。
動部7と、実マスタアーム5に加わる外力を検出する第
1力検出部9と、実マスタアーム5の運動を表す第1運
動値検出部11とで構成されている。
仮想マスク側15には、第1力検出部9によって検出さ
れた操作力が入力されて仮想マスタアーム17を駆動さ
せる第3駆動#19と、仮想マスタアーム17の運動を
表す第3運動値検出部21とが設けられている。
れた操作力が入力されて仮想マスタアーム17を駆動さ
せる第3駆動#19と、仮想マスタアーム17の運動を
表す第3運動値検出部21とが設けられている。
実スレーブ側23には、実スレーブアーム25を駆動す
る第2駆動部27と、実スレーブアーム27に加わる外
力を検出する第2力検出部29と、実スレーブアーム2
7の運動を表す第2運動値検出部31とが設けられてい
る。
る第2駆動部27と、実スレーブアーム27に加わる外
力を検出する第2力検出部29と、実スレーブアーム2
7の運動を表す第2運動値検出部31とが設けられてい
る。
仮想スレーブ側35には、第2力検出部29によって検
出された操作力が入力されて仮想スレーブアーム37を
駆動する第4駆動部39と、仮想スレーブアーム37の
運動を表す第4運動値検出部41とが設けられている。
出された操作力が入力されて仮想スレーブアーム37を
駆動する第4駆動部39と、仮想スレーブアーム37の
運動を表す第4運動値検出部41とが設けられている。
また、第1運動値検出部11には、第1運動値検出部1
1の出力をフィードバック制御して第1駆動装置7に出
力する第1制御部13が設けられている。
1の出力をフィードバック制御して第1駆動装置7に出
力する第1制御部13が設けられている。
さらに、第2運動値検出部31には、第2運動値検出部
31の出力をフィードバック制御して第2駆動部27に
出力する第2制御部33が設けられている。
31の出力をフィードバック制御して第2駆動部27に
出力する第2制御部33が設けられている。
第2図は、無駄時間が大きくない時の結合手段43の模
式図で、バネ・ダンパで構成されている。
式図で、バネ・ダンパで構成されている。
運動値xmiSxsiが結合手段43に入力されると、
バネ部45、ダンパ部47の両端部が変動し、これによ
り結合手段43による反力fcm、fcsが次式によう
に生じる。
バネ部45、ダンパ部47の両端部が変動し、これによ
り結合手段43による反力fcm、fcsが次式によう
に生じる。
fcmm−fcs。
fcm−d(大si−大mi)
+k(大si−*mi
(なお、大は速度を表わす。)
すなわち、この場合は、等しい力が結合手段作用力とし
て仮想マスク側15および仮想スレーブ側35に伝えら
れる。
て仮想マスク側15および仮想スレーブ側35に伝えら
れる。
なお、今回は運動情報のみを入力して結合手段作用力を
導出しているが、操作力fmi、外力fciを運動値と
共に結合手段43に入力し、位置と力とハイブリッド構
成でインピーダンス要素を構成しても良い。
導出しているが、操作力fmi、外力fciを運動値と
共に結合手段43に入力し、位置と力とハイブリッド構
成でインピーダンス要素を構成しても良い。
第3図は、無駄時間が比較的大きい場合の結合手段の模
式図である。同図において、破線部51.53内は第2
図で示したバネ部45と、ダンパ部47と同様のインピ
ーダンス要素である。
式図である。同図において、破線部51.53内は第2
図で示したバネ部45と、ダンパ部47と同様のインピ
ーダンス要素である。
第3図に示される構成を採る理由は、一方に大きな無駄
時間があると全体の対称性が崩れ、結果としてマスタス
レーブを直列接合した力帰還型とさほど変わらないシス
テムとなるためであり、従来の仮想モデル追従型と同等
の効果しか得ることが出来なくなってしまうからである
。
時間があると全体の対称性が崩れ、結果としてマスタス
レーブを直列接合した力帰還型とさほど変わらないシス
テムとなるためであり、従来の仮想モデル追従型と同等
の効果しか得ることが出来なくなってしまうからである
。
また、第3図の無駄時間要素49は、伝送の遅れを表す
もので仮想マスク側、マスク側制御部及び結合手段左側
51は、マスク側の計算機上に構築され仮想スレーブ側
、スレーブ側制御部および結合手段右側53は、スレー
ブ側の計算機上に構築されることになる。また同図にお
いて結合手段51.53は、その一方の運動値が無駄時
間分の遅れを持つため、動的状態で結合手段からの作用
力はマスクとスレーブで通常一致しない。
もので仮想マスク側、マスク側制御部及び結合手段左側
51は、マスク側の計算機上に構築され仮想スレーブ側
、スレーブ側制御部および結合手段右側53は、スレー
ブ側の計算機上に構築されることになる。また同図にお
いて結合手段51.53は、その一方の運動値が無駄時
間分の遅れを持つため、動的状態で結合手段からの作用
力はマスクとスレーブで通常一致しない。
次に本発明に係る制御装置1の動作について説明する。
図示しない操作力f0が実マスタアーム5に加わると、
第1力検出部9は操作力fmとしてこれを検出し、計算
機上に構築した仮想マスタアーム17に仮想マスクの第
3駆動部19を介してその操作力を加える。同様にスレ
ーブ側23の第2力検出部29は実スレーブアーム25
に加わる図示しない作業時外力fwを外力fsとして検
出し、計算機上に構築された仮想スレーブアーム37に
第4駆動部39を介してその外力を加える。仮想マスク
の第3駆動部19は、通常操作力f。をそのまま仮想マ
スタアーム17の操作力fmiとして加えるが仮想スレ
ーブ側35の第4駆動部39は、力反射により外力を増
減させて、仮想スレーブアーム37への外力fsiとし
て加えている。
第1力検出部9は操作力fmとしてこれを検出し、計算
機上に構築した仮想マスタアーム17に仮想マスクの第
3駆動部19を介してその操作力を加える。同様にスレ
ーブ側23の第2力検出部29は実スレーブアーム25
に加わる図示しない作業時外力fwを外力fsとして検
出し、計算機上に構築された仮想スレーブアーム37に
第4駆動部39を介してその外力を加える。仮想マスク
の第3駆動部19は、通常操作力f。をそのまま仮想マ
スタアーム17の操作力fmiとして加えるが仮想スレ
ーブ側35の第4駆動部39は、力反射により外力を増
減させて、仮想スレーブアーム37への外力fsiとし
て加えている。
仮想マスタアーム17と仮想スレーブアーム37は、イ
ンピーダンスを持つ結合手段43により結合されている
ため、各仮想アーム17.37は結合手段43による作
用力fcmS fcsを受ける。すなわち仮想マスタア
ーム17は操作力fmiと結合手段作用力fcmにより
運動し、仮想スレーブアーム外力fsiと結合手段作用
力fcsにより運動することになる。
ンピーダンスを持つ結合手段43により結合されている
ため、各仮想アーム17.37は結合手段43による作
用力fcmS fcsを受ける。すなわち仮想マスタア
ーム17は操作力fmiと結合手段作用力fcmにより
運動し、仮想スレーブアーム外力fsiと結合手段作用
力fcsにより運動することになる。
これらの仮想アームの運動は、各運動値検出手段21.
41で検出され、結合部作用力fcm。
41で検出され、結合部作用力fcm。
fcsを逐次変化させる。同時に検出された運動値xm
i、xs iは、各実アーム5.25の第1制御部13
、第2制御部33の目標値として入力される。
i、xs iは、各実アーム5.25の第1制御部13
、第2制御部33の目標値として入力される。
すなわち、実マスク側3の第1制御部13は、仮想マス
タアーム17の運動値xmiを目標に、実マスタアーム
5の第1運動値検出部11からの出力xmをフィードバ
ック制御して、実マスタアーム5の第1駆動部7の指令
を発生する。
タアーム17の運動値xmiを目標に、実マスタアーム
5の第1運動値検出部11からの出力xmをフィードバ
ック制御して、実マスタアーム5の第1駆動部7の指令
を発生する。
一方、実スレーブ側23は、仮想スレーブアーム37の
運動値xsiを目標に、実スレーブアーム25の第2運
動値検出部31からの出力xsをフィードバック制御し
て、実スレーブ側23の第2駆動部27の指令を発生す
る。
運動値xsiを目標に、実スレーブアーム25の第2運
動値検出部31からの出力xsをフィードバック制御し
て、実スレーブ側23の第2駆動部27の指令を発生す
る。
これにより、各実アーム5.25は対応する仮想アーム
17.37の位置を追従することになる。
17.37の位置を追従することになる。
このように本実施例によれば、無駄時間に対しても頑健
で、かつ作業時の安定性・操縦性に優れたマスタスレー
ブマニピュレータ用制御装置を実現することが出来る。
で、かつ作業時の安定性・操縦性に優れたマスタスレー
ブマニピュレータ用制御装置を実現することが出来る。
さらに、非常に遠隔の作業や、マスク・スレーブ間の情
報伝達に信号処理の必要があり、無駄時間があるような
場合のマスタスレーブマニピュレータに対して有効であ
る。
報伝達に信号処理の必要があり、無駄時間があるような
場合のマスタスレーブマニピュレータに対して有効であ
る。
第2実施例
次に第2実施例について第4図を用いて説明する。本実
施例は、異構造マスタスレーブマニピュレータ(マスタ
マニピュレータとスレーブマニピュレータの構造が異な
る)に本発明を適用した例である。なお第1図の第1実
施例の制御装置1と同構成部分については図面に同符号
を付して説明を省略する。
施例は、異構造マスタスレーブマニピュレータ(マスタ
マニピュレータとスレーブマニピュレータの構造が異な
る)に本発明を適用した例である。なお第1図の第1実
施例の制御装置1と同構成部分については図面に同符号
を付して説明を省略する。
第4図に示されるように、本実施例の制御装置61は、
マスク側の第3駆動部に内包された座標変換手段19a
が設けられ、スレーブ側の第4駆動部に内包された座標
変換手段39aが設けられている。
マスク側の第3駆動部に内包された座標変換手段19a
が設けられ、スレーブ側の第4駆動部に内包された座標
変換手段39aが設けられている。
また、マスク側の第1制御部13には、座標変換手段1
3a、13bが設けられ、スレーブ側の第2制御部33
にも座標変換手段33a、33bが設けられている。
3a、13bが設けられ、スレーブ側の第2制御部33
にも座標変換手段33a、33bが設けられている。
このように構成された制御装置61では、図示しない操
作力f。が実マスタアーム5に加わると、第1力検出部
9はマスタアーム座標での操作力tmを検出して、計算
機上に構築した仮想マスタアーム17の第3駆動部19
に伝える。第3駆動部19は、内包する座標変換手段1
9gを用いて共通化した操作力fmを算出し、同様に計
算機上に構築した共通座標構造をとる仮想スレーブアー
ム37の第4駆動部39も、内包する座標変換手段39
aを用いて、実スレーブアーム25に加わる図示しない
作業時外力fwのスレーブアーム座標での外力tsを共
通座標外力fsに変換し、共通座標をとる仮想スレーブ
アーム37にその外力fsiを加える。
作力f。が実マスタアーム5に加わると、第1力検出部
9はマスタアーム座標での操作力tmを検出して、計算
機上に構築した仮想マスタアーム17の第3駆動部19
に伝える。第3駆動部19は、内包する座標変換手段1
9gを用いて共通化した操作力fmを算出し、同様に計
算機上に構築した共通座標構造をとる仮想スレーブアー
ム37の第4駆動部39も、内包する座標変換手段39
aを用いて、実スレーブアーム25に加わる図示しない
作業時外力fwのスレーブアーム座標での外力tsを共
通座標外力fsに変換し、共通座標をとる仮想スレーブ
アーム37にその外力fsiを加える。
仮想マスクの第3駆動部19は通常、共通座標化した操
作力fmを仮想マスタアーム17の操作力f、として加
えるのみであるが、仮想スレーブ側の第4駆動部39は
共通座標化した外力fsを力反射により増減させて、仮
想スレーブアーム37へ外力fsiとして加える。
作力fmを仮想マスタアーム17の操作力f、として加
えるのみであるが、仮想スレーブ側の第4駆動部39は
共通座標化した外力fsを力反射により増減させて、仮
想スレーブアーム37へ外力fsiとして加える。
仮想マスタアーム17と仮想スレーブアーム37は、イ
ンピーダンスを持つ結合手段43により結合されている
ため、各仮想アームは結合手段43による作用力fcm
S fcsを受ける。すなわち仮想マスタアーム17は
、操作力fmiと結合手段作用力fcmにより運動し、
仮想スレーブアーム37は、外力fsiと結合手段作用
力fcsにより運動する。これらの仮想アームの連動は
第3運動値検出部21及び第4運動値検出部41により
検出され、結合手段作用力fcm、fcsを逐次変化さ
せる。同時に、検出された運動値xmi、xsiは、各
実アームの第1制御部13、第2制御部33の目標値と
して入力される。
ンピーダンスを持つ結合手段43により結合されている
ため、各仮想アームは結合手段43による作用力fcm
S fcsを受ける。すなわち仮想マスタアーム17は
、操作力fmiと結合手段作用力fcmにより運動し、
仮想スレーブアーム37は、外力fsiと結合手段作用
力fcsにより運動する。これらの仮想アームの連動は
第3運動値検出部21及び第4運動値検出部41により
検出され、結合手段作用力fcm、fcsを逐次変化さ
せる。同時に、検出された運動値xmi、xsiは、各
実アームの第1制御部13、第2制御部33の目標値と
して入力される。
一方、実マスクの第1運動値検出部11からの出力pm
は、実マスクの第1制御部13が内包する座標変換手段
13aを介して共通座標化した運動情報xmに変換され
る;第1制御部13は、共通座標表現された2つの運動
値xmSxmiを基に共通座標のマスク制御情報vrm
を生成する。
は、実マスクの第1制御部13が内包する座標変換手段
13aを介して共通座標化した運動情報xmに変換され
る;第1制御部13は、共通座標表現された2つの運動
値xmSxmiを基に共通座標のマスク制御情報vrm
を生成する。
第1制御部13は、さらにこのマスク制御情報Vrmを
座標変換手段13bによりマスタアーム座標系のマスク
制御情報ωrmに逆変換し、マスクの第1駆動部7の指
令として出力する。
座標変換手段13bによりマスタアーム座標系のマスク
制御情報ωrmに逆変換し、マスクの第1駆動部7の指
令として出力する。
同様に実スレーブの第2運動値検出部31からの出力p
sは、第2制御部33が内包する座標変換手段33aを
介して共通座標化した運動情報xsに変換される。第2
制御部33は、共通座標表現された2つの運動値xsi
、xsを基に共通座標のスレーブ制御情報vrsを生成
する。第3制御部33は、さらにこのスレーブ情報vr
sを座標変換手段33bによりスレーブアーム座標系の
スレーブ情報ωrsに逆変換し、第2駆動部27の指令
として出力する。
sは、第2制御部33が内包する座標変換手段33aを
介して共通座標化した運動情報xsに変換される。第2
制御部33は、共通座標表現された2つの運動値xsi
、xsを基に共通座標のスレーブ制御情報vrsを生成
する。第3制御部33は、さらにこのスレーブ情報vr
sを座標変換手段33bによりスレーブアーム座標系の
スレーブ情報ωrsに逆変換し、第2駆動部27の指令
として出力する。
また、座標変換手段19a、13a、13bはマスクア
ームの運動情報Pmを使って、一方、座標変換手段39
a% 33a、33bは、スレーブアームの座標変換手
段Psを使って逐次更新されている。これにより各実ア
ーム5.23の座標変換対応点の運動は、各仮想アーム
17.37の座標変換対応点の運動を追従することにな
る。
ームの運動情報Pmを使って、一方、座標変換手段39
a% 33a、33bは、スレーブアームの座標変換手
段Psを使って逐次更新されている。これにより各実ア
ーム5.23の座標変換対応点の運動は、各仮想アーム
17.37の座標変換対応点の運動を追従することにな
る。
なお、この例では実アームの運動値を共通座標化し、共
通座標上に2つの運動値情報を使って制御した後に逆座
標変換を行っているが、公知の異構造制御方法にあるよ
うに仮想アームの運動値情報を各アーム座標系に変換し
てから、各軸の制御を行っても良い。
通座標上に2つの運動値情報を使って制御した後に逆座
標変換を行っているが、公知の異構造制御方法にあるよ
うに仮想アームの運動値情報を各アーム座標系に変換し
てから、各軸の制御を行っても良い。
また、本実施例では、座標変換手段を仮想アームの駆動
部や制御部に含めたものとしたが、座標変換はどの時点
で行われるものであってもよい。
部や制御部に含めたものとしたが、座標変換はどの時点
で行われるものであってもよい。
[発明の効果]
以上説明したように本発明に係るマスタスレーブマニピ
ュレータ用制御装置は、インピーダンスを介在させる仮
想対称型パイラテラルにより、無駄時間に対しても頑健
で、かつ作業時の安定性・操作性に優れたマスタスレー
ブマニピュレータ用制御装置を実現することが出来、特
に非常に遠隔の作業や、マスク・スレーブ間の情報伝達
に信号処理の必要があり、無駄時間があるような場合の
マスク・スレーブに対して有効であるという優れた効果
が得られる。
ュレータ用制御装置は、インピーダンスを介在させる仮
想対称型パイラテラルにより、無駄時間に対しても頑健
で、かつ作業時の安定性・操作性に優れたマスタスレー
ブマニピュレータ用制御装置を実現することが出来、特
に非常に遠隔の作業や、マスク・スレーブ間の情報伝達
に信号処理の必要があり、無駄時間があるような場合の
マスク・スレーブに対して有効であるという優れた効果
が得られる。
第1図は本発明体るマスタスレーブマニピュレータ用制
御装置の第1実施例の構成を示すブロック図、第2図は
無駄時間が小さな場合の結合手段の構成を示す模式図、
第3図は無駄時間が比較的大きな場合の結合手段の構成
を示す模式図、第4図は第2実施例のマスタスレーブマ
ニピュレータ用制御装置の構成を示すブロック図である
。 1.61・・・マスタスレーブマニピュレータ用制御装
置(制御装置) 3・・・実マスク側 5・・・実マスタアー
ム7・・・第1駆動部 9・・・第1力検出
部11・・・第1運動値検出部 13・・・第1制御部 15・・・仮想マスク側
17・・・仮想マスタアーム 19・・・第3駆動部2
1・・・第3運動値検出部 23・・・実スレーブ側 25・・・実スレーブアーム 27・・・第2駆動部 31・・・第2運動値検出部 33・・・第2制御部 35・・・仮想スレーブ側 37・・・仮想スレーブアーム 39・・・第4駆動部 41・・・第4運動値検出部 43・・・結合手段 45・・・バネ部 47・・・ダンパ部 29・・・第2力検出部
御装置の第1実施例の構成を示すブロック図、第2図は
無駄時間が小さな場合の結合手段の構成を示す模式図、
第3図は無駄時間が比較的大きな場合の結合手段の構成
を示す模式図、第4図は第2実施例のマスタスレーブマ
ニピュレータ用制御装置の構成を示すブロック図である
。 1.61・・・マスタスレーブマニピュレータ用制御装
置(制御装置) 3・・・実マスク側 5・・・実マスタアー
ム7・・・第1駆動部 9・・・第1力検出
部11・・・第1運動値検出部 13・・・第1制御部 15・・・仮想マスク側
17・・・仮想マスタアーム 19・・・第3駆動部2
1・・・第3運動値検出部 23・・・実スレーブ側 25・・・実スレーブアーム 27・・・第2駆動部 31・・・第2運動値検出部 33・・・第2制御部 35・・・仮想スレーブ側 37・・・仮想スレーブアーム 39・・・第4駆動部 41・・・第4運動値検出部 43・・・結合手段 45・・・バネ部 47・・・ダンパ部 29・・・第2力検出部
Claims (2)
- (1)マスタアームの運動を表す第1運動値検出部と、
マスタアームに加わる外力を検出する第1力検出部と、
マスタアームを駆動させる第1駆動部と、スレーブアー
ムの運動を表す第2運動値検出部と、スレーブアームに
加わる外力を検出する第2力検出部と、スレーブアーム
を駆動させる第2駆動部と、を備えたマスタスレーブマ
ニピュレータ用制御装置において、 仮想マスタアームと、この仮想マスタアームの運動を表
す第3運動値検出部と、前記第1力検出部によって検出
された結果を入力して前記仮想マスタアームを駆動させ
る第3駆動部と、仮想スレーブアームと、この仮想スレ
ーブアームの運動を表す第4運動値検出部と、前記第2
力検出部によって検出された結果を入力して仮想スレー
ブアームを駆動させる第4駆動部と、仮想マスタアーム
と仮想スレーブアームとをインピーダンスを介在させて
連結する結合手段と、第3運動値検出部の出力を目標値
とし、前記第1運動値検出部の出力をフィードバック制
御して、第1駆動部に出力する第1制御部と、第4運動
値検出部の出力を目標値とし、前記第2運動値検出部の
出力をフィードバック制御して、第2駆動部に出力する
第2制御部と、を設けたことを特徴とするマスタスレー
ブマニピュレータ用制御装置。 - (2)前記第1、第2、第3、第4運動値検出部、およ
び前記第1、第2力検出部に、 マスタアーム座標系と共通座標系との座標変換手段、お
よびスレーブアーム座標系と共通座標系との座標変換手
段を接続する ことを特徴とする請求項(1)記載のマスタスレーブマ
ニピュレータ用制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25036790A JPH04130904A (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | マスタスレーブマニピュレータ用制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25036790A JPH04130904A (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | マスタスレーブマニピュレータ用制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04130904A true JPH04130904A (ja) | 1992-05-01 |
Family
ID=17206871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25036790A Pending JPH04130904A (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | マスタスレーブマニピュレータ用制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04130904A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0653238A1 (en) | 1993-11-17 | 1995-05-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalyst for purifying exhaust gases and process for purifying exhaust gases |
| US5874057A (en) * | 1995-07-12 | 1999-02-23 | Engelhard Corporation | Lean NOx catalyst/trap method |
-
1990
- 1990-09-21 JP JP25036790A patent/JPH04130904A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0653238A1 (en) | 1993-11-17 | 1995-05-17 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalyst for purifying exhaust gases and process for purifying exhaust gases |
| US5874057A (en) * | 1995-07-12 | 1999-02-23 | Engelhard Corporation | Lean NOx catalyst/trap method |
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