JPH0413104B2 - - Google Patents

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JPH0413104B2
JPH0413104B2 JP59063983A JP6398384A JPH0413104B2 JP H0413104 B2 JPH0413104 B2 JP H0413104B2 JP 59063983 A JP59063983 A JP 59063983A JP 6398384 A JP6398384 A JP 6398384A JP H0413104 B2 JPH0413104 B2 JP H0413104B2
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JP
Japan
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master
coordinate
slave
slave manipulator
master arm
Prior art date
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Application number
JP59063983A
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English (en)
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JPS60207782A (ja
Inventor
Tatsuo Arai
Eiji Nakano
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP6398384A priority Critical patent/JPS60207782A/ja
Publication of JPS60207782A publication Critical patent/JPS60207782A/ja
Publication of JPH0413104B2 publication Critical patent/JPH0413104B2/ja
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、人間にとつて危険な環境下での作業
などに有効なバイラテラル・マスタスレイブ・マ
ニピユレータの制御装置に関するものである。
[従来の技術] 一般に、バイラテラル・マスタスレイブ・マニ
ピユレータでは、制御の簡単化を図るためにマス
タアームとスレイブ・マニピユレータとを同構造
にしているが、この場合にはマスタアームの構造
を選択する余地がないため、操作性が悪いとか、
汎用性に欠ける等の問題があり、従つてマスタア
ーム及びスレイブ・マニピユレータとしてそれぞ
れ目的に適合した異構造のものを使用可能にする
のが操作性等の観点から有効である。
なお、ここでは、マスタアームとスレイブ・マ
ニピユレータが機構的に相似な構造を有している
ものを「同構造」と位置づけ、これに対して、そ
れらが相似でない構造を有し、従つて関節座標系
を異にするものを「異構造」と定義する。例え
ば、手先で位置と方向の6自由度を有すような機
構は、人間形多関節構造を始め、極座標形、円筒
座標形、直交座標形のような様々な機構、あるい
はそれらの変形で実現できるが、上記「異構造」
はこれらの機構を異にするものである。
このような異構造のマスタスレイブ・マニピユ
レータを含むバイラテラル・マスタスレイブ・マ
ニピユレータ・システムを構成する際、マスタア
ーム及びスレイブ・マニピユレータの位置、速
度、力などの情報を相互の関節座標系間において
座標変換することが必要になつてくるが、両者の
関節座標系を直接的に変換する変換器を用いてそ
の座標変換を行うようにした場合には、マスタア
ームとスレイブ・マニピユレータの異なる組合わ
せごとに個別的に座標変換装置を必要とし、例え
ばそれぞれ複数種類の異構造のマスタアームとス
レイブ・マニピユレータとを使用目的に応じて適
宜組合わせて使用する場合には、マスタアームと
スレイブ・マニピユレータとの組合わせ数に応じ
た種類の変換操作を行う座標変換装置を個別的に
用意する必要が生じ、汎用性や経済性の点で問題
がある。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の技術的課題は、バイラテラル・マスタ
スレイブ・マニピユレータにおけるこのような問
題を解決し、任意の関節構造をもつマスタアーム
とスレイブ・マニピユレータとの間の座標変換に
適用することができ、従つて任意の関節構造をも
つマスタアームとスレイブ・マニピユレータの組
合わせを自由に選択使用することを可能にしたマ
ニピユレータの制御装置を得ることにある。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するため、本発明のマニピユレ
ータ制御装置は、任意の関節構造を有するマスタ
アームとスレイブ・マニピユレータを備え、上記
マスタアームとスレイブ・マニピユレータのそれ
ぞれに、マスタアームで検出した位置情報及びス
レイブ・マニピユレータで検出した力情報を基準
となる作業空間座標系の情報に変換して出力する
座標変換器、並びに上記作業空間座標系からの力
情報及び位置情報をマスタアーム及びスレイブ・
マニピユレータの関節座標系に変換して入力する
座標変換器を付随させ、マスタアームに、上記座
標変換器を介して入力された力情報とマスタ側で
検出された力情報との差をもつてマスタ側のアク
チユエータに駆動力を発生させる手段を設けると
共に、スレイブ・マニピユレータに、上記座標変
換器を介して入力された位置情報とスレイブ側で
検出された位置情報との差をもつてスレイブ側の
アクチユエータを駆動する手段を設け、マスタア
ームとスレイブ・マニピユレータを上記座標変換
器を介して接続することによつて構成される。
[作用] このような本発明のマニピユレータ制御装置に
よれば、マスタアームを操作したときに、マスタ
側の位置検出器において検出された位置の情報を
位置座標変換器においてマスタアームの関節座標
系から作業空間座標系に変換し、さらにスレイブ
側の位置座標変換器において作業空間座標系から
スレイブ・マニピユレータの関節座標系に変換
し、変換された位置情報を指令値としてスレイブ
側の位置検出器により検出された位置情報と比較
し、その差をもつてスレイブ側のアクチユエータ
を駆動する。
従つて、マスタアームとスレイブ・マニピユレ
ータが同構造または異構造のいずれであつても、
スレイブ・マニピユレータの手先はマスタアーム
の手先に追従してそれと同じ動きをすることにな
る。
一方、スレイブ側における力センサで検出した
力情報は、力座標変換器においてスレイブ・マニ
ピユレータの関節座標系から作業空間座標系に変
換し、さらにマスタ側の力座標変換器において作
業空間座標系からマスタアームの関節座標系に変
換し、変換された力情報をマスタ側における力セ
ンサによつて検出された力情報と比較し、その差
をもつてマスタ側のアクチユエータに駆動力を発
生させる。従つて、スレイブ・マニピユレータの
先端に対象物との干渉等による反力が生じたとき
には、マスタアームにそれが伝達される。
即ち、任意の関節構造をもつマスタアームとス
レイブ・マニピユレータとを、基準となる作業空
間座標系を介在させることにより自由に組合わせ
て使用することができ、そのためマスタスレイ
ブ・マニピユレータ・システムの汎用性を一層高
めることができる。
[実施例] 第1図は、本発明に係るマニピユレータ制御装
置の構成を示すもので、マスタアーム1及びスレ
イブ・マニピユレータ2としては、各種構造のも
の、例えば関節形、極座標形、またはリンク式直
交座標形、その他のものを自由に選択して用いる
ことができる。
第1図に示したマスタアーム1及びスレイブ・
マニピユレータ2は、それらにおける各関節の構
成を模式的に示し、11,21は関節における各
軸に駆動力を発生するモータ等のアクチユエー
タ、12,22はポテンシヨンメータ等の位置検
出器、13,23は反力を検出するためのトルク
センサその他のカセンサ、14,24はタコジエ
ネレータ等の速度検出器である。マスタアームと
スレイブ・マニピユレータは、それらの自由度を
nとすると、それぞれn個の関節をもち、従つて
アクチユエータ及び各種センサもそれぞれn個ず
つ設置される。
このようなマスタアーム1とスレイブ・マニピ
ユレータ2とは、関節構造を異にする異構造のも
のが用いられるため、それらの関節座標系の間で
座標変換を行う必要があるが、この座標変換のた
めの制御系としては、それぞれマスタアーム1及
びスレイブ・マニピユレータ2に付随した位置座
標変換器15,25、力座標変換器16,26、
速度座標変換器17,27が用いられる。
これらの座標変換器は、それぞれマスタアーム
1あるいはスレイブ・マニピユレータ2と結合し
てユニツトを構成し、マスタアーム1及びスレイ
ブ・マニピユレータ2の関節座標系を、基準とな
る作業空間座標系との間で相互に座標交換するも
のであり、これらの各座標変換器は、マスタアー
ムまたはスレイブ・マニピユレータにおける関節
座標系と作業空間座標系との間の座標変換の演算
を行うためのコンピユータ等の演算装置によつて
構成される。従つて、以下に詳述するように、マ
スタアーム側とスレイブ・マニピユレータ側の座
標変換器相互間においては、各情報が作業空間座
標系における情報として伝達されることになり、
マスタアーム1及びスレイブ・マニピユレータ2
と座標変換器とをそれぞれ結合したユニツトをモ
ジユール化し、プラグインで接続することが可能
になる。作業空間座標系としては、例えば直交座
標系、その他、作業に適した任意の座標系を用い
ることができる。
上記制御系においては、マスタ側の位置検出器
12において検出される位置の情報Pmを位置座
標変換器15においてマスタアーム1の関節座標
系から作業空間座標系に変換し、さらにスレイブ
側の位置座標変換器25において作業空間座標系
からスレイブ・マニピユレータ2の関節座標系に
変換し、変換された位置情報Pmを指令値として
スレイブ側の位置検出器22により検出された位
置情報Psと比較し、その差をもつて位置制御器3
1を介してスレイブ側のアクチユエータ21を駆
動する。
従つて、スレイブ・マニピユレータ2の手先は
マスタアーム1の手先に追従してそれと同じ動き
をすることになる。
一方、スレイブ側における力センサ23で検出
した力情報Fsをマスタ側にフイードバツクするた
め、その力センサ23の出力を力座標変換器26
においてスレイブ・マニピユレータ2の関節座標
系から作業空間座標系に変換し、さらにマツタ側
の力座標変換器16において作業空間座標系から
マスタアーム1の関節座標系に変換して、変換さ
れた力情報Fsをマスタ側における力センサ13に
よつて検出された力情報Fmと比較し、その差を
もつて力制御器32を介してマスタ側のアクチユ
エータ11に駆動力を発生させる。従つて、スレ
イブ・マニピユレータ2の先端に対象物との干渉
等による反力が生じたときには、マスタアームに
それが伝達される。
上記制御系は、基本的には上述したスレイブ・
マニピユレータ2の位置制御及びマスタアーム1
の力制御を行うものであるが、その応答を改善す
るため、次のような速度の制御を行うようにして
いる。
即ち、マスタ側における速度検出器14で検出
した速度情報Vmの座標系を、速度座標変換器1
7において一旦作業空間座標系に変換したのち、
速度座標変換器27においてスレイブ・マニピユ
レータ2の関節座標系に変換し、これをスレイブ
側における速度検出器24によつて検出された速
度情報Vsと比較し、その差をもつて位置制御器
31を介してアクチユエータ21を駆動する。
なお、マスタアーム1においては、力制御を行
うため、マスタ側の速度検出器14の速度情報を
力制御器32を介してアクチユエータ11にフイ
ードバツクする。
上述したマスタ側の座標変換器15〜17及び
スレイブ側の座標変換器25〜27は、それぞれ
マスタ側及びスレイブ側の関節座標系と作業空間
座標系との間の交換を行うため、マスタ側及びス
レイブ側の座標変換器の間は、相互に基準となる
作業空間座標系によつて情報交換が行われ、従つ
てこれらの座標変換器間にデータバンク37を接
続し、このデータバンク37に情報を蓄積する
と、それをすべてのマニピユレータに共通のデー
タとして教示・再生等に利用することができる。
このような構成を有するマニピユレータ制御装
置においては、各種関節構造をもつマスタアーム
1及びスレイブ・マニピユレータ2のそれぞれに
付設された座標変換器における座標変換が、それ
らのマスタアーム1及びスレイブ・マニピユレー
タ2に固有のものになるため、マスタアーム及び
スレイブ・マニピユレータと座標変換器とをモジ
ユール化することができ、またマスタアームとス
レイブ・マニピユレータとはそれらを相互に入れ
換えて使用することも可能となり、著しく汎用性
を高めることができる。
[発明の効果] 以上に詳述した本発明のマニピユレータ制御装
置によれば、任意の関節構造をもつマスタアーム
とスレイブ・マニピユレータとの間で座標変換を
行うに際し、それらの間に基準となる作業空間座
標系を介在させ、この作業空間座標を介して座標
変換を行うようにしているので、機構的に任意の
スレイブ・マニピユレータを選択使用できると同
時に、そのスレイブ・マニピユレータの機構にと
らわれることなく、機構的に任意のマスタアーム
を採用し、それらを自由に組合わせて使用するこ
とができ、そのためマスタスレイブ・マニピユレ
ータ・システムの汎用性、操作性を一層高めるこ
とができる。
特に、本発明者らが先に特願昭59−9277号によ
り提案しているマスタスレイブ・マニピユレータ
のように、マスタアームとスレイブ・マニピユレ
ータの関節座標間で直接的に座標変換を行うと、
座標変換のための演算は1回ですむが、機構的に
マスタアームとスレイブ・マニピユレータとの組
合せが変わる毎に、別個の座標変換演算が必要と
なる。
例えば、ここに機構的に数種類のマスタアーム
及びスレイブ・マニピユレータがあり、これらの
中から任意の機構のものを組合せてマスタスレイ
ブ・システムを構成すると、それらの組合わせ可
能数に相当する多くの座標変換装置が必要にな
る。しかるに、本発明によれば、それぞれのマス
タアーム及びスレイブ・マニピユレータに作業空
間座標との間の座標変換装置が必要となるが、お
互いにどのマニピユレータともそのまま接続でき
るので、結局全体では各マスタアーム及び各スレ
イブ・マニピユレータにそれぞれ固有のものを付
随させておくだけでよく、上述の組合わせ可能数
に応じた座標変換装置を用意する場合に比して経
済的に有利になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の模式的構成図であ
る。 1……マスタアーム、2……スレイブ・マニピ
ユレータ、11,21……アクチユエータ、1
2,22……位置検出器、13,23……力セン
サ、14,24……速度検出器、15,25……
位置座標変換器、16,26……力座標変換器、
17,27……速度座標変換器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 任意の関節構造を有するマスタアームとスレ
    イブ・マニピユレータを備え、上記マスタアーム
    とスレイブ・マニピユレータのそれぞれに、マス
    タアームで検出した位置情報及びスレイブ・マニ
    ピユレータで検出した力情報を基準となる作業空
    間座標系の情報に変換して出力する座標変換器、
    並びに上記作業空間座標系からの力情報及び位置
    情報をマスタアーム及びスレイブ・マニピユレー
    タの関節座標系に変換して入力する座標変換器を
    付随させ、マスタアームに、上記座標変換器を介
    して入力された力情報とマスタ側で検出された力
    情報との差をもつてマスタ側のアクチユエータに
    駆動力を発生させる手段を設けると共に、スレイ
    ブ・マニピユレータに、上記座標変換器を介して
    入力された位置情報とスレイブ側で検出された位
    置情報との差をもつてスレイブ側のアクチユエー
    タを駆動する手段を設け、マスタアームとスレイ
    ブ・マニピユレータを上記座標変換器を介して接
    続したことを特徴とするバイラテラル・マスタス
    レイブ・マニピユレータの制御装置。
JP6398384A 1984-03-30 1984-03-30 バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タの制御装置 Granted JPS60207782A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6398384A JPS60207782A (ja) 1984-03-30 1984-03-30 バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タの制御装置

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JP6398384A JPS60207782A (ja) 1984-03-30 1984-03-30 バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タの制御装置

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Publication Number Publication Date
JPS60207782A JPS60207782A (ja) 1985-10-19
JPH0413104B2 true JPH0413104B2 (ja) 1992-03-06

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ID=13245025

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6398384A Granted JPS60207782A (ja) 1984-03-30 1984-03-30 バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タの制御装置

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0794112B2 (ja) * 1986-09-22 1995-10-11 株式会社日立製作所 マスタ・スレーブマニピュレータ
JPS6394687U (ja) * 1986-12-11 1988-06-18

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50100770A (ja) * 1974-01-14 1975-08-09
JPS5810197B2 (ja) * 1975-10-01 1983-02-24 株式会社日立製作所 エンカツソウジユウソウチ

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JPS60207782A (ja) 1985-10-19

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