JPH0433588B2 - - Google Patents
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- JPH0433588B2 JPH0433588B2 JP61304752A JP30475286A JPH0433588B2 JP H0433588 B2 JPH0433588 B2 JP H0433588B2 JP 61304752 A JP61304752 A JP 61304752A JP 30475286 A JP30475286 A JP 30475286A JP H0433588 B2 JPH0433588 B2 JP H0433588B2
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、マスタ・スレーブマニピユレータの
スレーブに加わる力をマスタ側における操作者に
伝えて操作者の力の制御を補助するためのマス
タ・スレーブマニピユレータの力感覚表現装置に
関する。Detailed Description of the Invention Technical Field The present invention relates to a master-slave manipulator for assisting the operator in controlling the force by transmitting the force applied to the slave of the master-slave manipulator to the operator on the master side. Regarding the force sensation expression device.
背景技術
このようなマスタ・スレーブマニピユレータは
たとえば深海艇によつて海底探査を行なう場合お
よび原子炉の操作を行なう場合などにおいて必要
となる。BACKGROUND ART Such master-slave manipulators are required, for example, when conducting seabed exploration using a deep-sea vessel and when operating a nuclear reactor.
いわゆるユニラテラル方式のマスタ・スレーブ
マニピユレータでは、マスタの各関節には、ポテ
ンシヨメータなどのような軸角度検出器が設けら
れており、スレーブには軸角度検出器によつて検
出された角度だけ軸を角変位駆動するための駆動
源が設けられており、したがつてマスタ側の操作
者による操作によつてスレーブが動く。このよう
なユニラテラル方式のマスタ・スレーブマニピユ
レータではスレーブに作用する外力をマスタ側で
知ることができず、操作者はスレーブの動作中に
おける力感覚を知ることができない。 In a so-called unilateral type master-slave manipulator, each joint of the master is equipped with a shaft angle detector such as a potentiometer, and the slave is equipped with a shaft angle detector such as a potentiometer. A drive source is provided for driving the shaft through an angular displacement by an angle, so that the slave is moved by an operation by an operator on the master side. In such a unilateral type master-slave manipulator, the master side cannot know the external force acting on the slave, and the operator cannot know the sense of force while the slave is operating.
この問題を解決するマスタ・スレーブマニピユ
レータは、バイラテラル方式として知られてい
る。その構成は、上述のユニラテラル方式のマス
タ・スレーブマニピユレータの構成に加えて、ス
レーブの軸角度を検出する軸角度検出器を設け、
この出力によつてマスタの軸に設けられた駆動源
を駆動するように構成される。これによつてマス
タの操作によつてこのスレーブに作用する外力が
マスタ側にフイードバツクされ、そのマスタ側の
反力を操作者が直接的に力感覚として得ることが
できる。 A master-slave manipulator that solves this problem is known as a bilateral system. In addition to the above-mentioned unilateral master/slave manipulator configuration, the configuration includes an axis angle detector that detects the axis angle of the slave.
This output is configured to drive a drive source provided on the master shaft. As a result, the external force acting on the slave due to the operation of the master is fed back to the master side, and the operator can directly feel the reaction force on the master side as a force sensation.
このバイラテラル方式のマスタ・スレーブマニ
ピユレータの新たな問題は、構成が複雑であるこ
とである。他の欠点は、操作者の微細な力感覚が
長時間にわたる操作で麻痺してしまい、長時間に
わたつてスレーブに作用する微細な力を感覚とし
て敏感に感じ取ることが困難になることである。 A new problem with this bilateral master-slave manipulator is that it has a complicated configuration. Another drawback is that the operator's sense of minute force becomes numb after prolonged operation, making it difficult to sensitively sense minute forces acting on the slave over a long period of time.
発明が解決すべき問題点
本発明の目的は、マスタ・スレーブマニピユレ
ータにおけるスレーブに作用する外力の大きさを
簡単な構成で、しかも長時間にわたつて微細な力
感覚を操作者が維持できるようにしたマスタ・ス
レーブマニピユレータの力感覚表現装置を提供す
ることである。Problems to be Solved by the Invention An object of the present invention is to provide a simple structure for controlling the magnitude of external force acting on the slave in a master/slave manipulator, and to enable the operator to maintain a minute sense of force over a long period of time. An object of the present invention is to provide a force sensation expression device for a master/slave manipulator.
問題点を解決するための手段
本発明は、複数のマニピユレータ用軸M1〜M
7と、それらのマニピユレータ用軸M1〜M7の
うちの先端部の軸M7に設けられるマニピユレー
タ用把持部2とを有し、操作者3によつて操作さ
れるマスタマニピユレータMと、
マスタマニピユレータ用軸M1〜M7に個別的
に対応する複数のスレーブマニピユレータ用軸S
1〜S7と、それらのスレーブマニピユレータ用
軸S1〜S7のうちの先端部の軸S7に設けられ
るスレーブマニピユレータ用把持部5とを有する
スレーブマニピユレータSと、
マスタマニピユレータ用の各軸M1〜M7の軸
角度をそれぞれ検出するマスタマニピユレータ用
軸角度検出器M1a〜M7aと、
スレーブマニピユレータ用の各軸S1〜S7の
軸角度をそれぞれ検出するスレーブマニピユレー
タ用軸角度検出器S1a〜S7aと、
各マスタマニピユレータ用軸角度検出器M1a
〜M7aと、その各マスタマニピユレータ用軸角
度検出器M1a〜M7aにそれぞれ対応するスレ
ーブマニピユレータ用軸角度検出器S1a〜S7
aとの出力の差を演算して求める減算回路10
と、
減算回路10の出力にそれぞれ応答して、スレ
ーブマニピユレータSの各軸S1〜S7をそれぞ
れ駆動するアクチユエータS1b〜S7bと、
前記先端部の軸M7,S7以外の軸M1〜M
6,S1〜S6に個別的に対応する減算回路10
の出力の絶対値を加算する絶対値加算手段19,
21と、
絶対値加算手段19,21の出力のレベルを、
そのレベルに対応した周波数に変換する第1変換
回路22と、
第1変換回路22の周波数よりも高い一定の周
波数の発振回路24と、
第1変換回路22と発振回路24との各出力に
応答し、発振回路24の出力を、第1変換回路2
2の出力を周波数に対応した時間間隔T1,T2
に断続して、音響化する手段23,24,25
と、
前記先端部の軸M7,S7に対応する減算回路
10の出力の絶対値を求める絶対値手段27と、
絶対値手段の出力のレベルを、そのレベルに対
応した周波数に変換する第2変換回路29と、
第2変換回路29の出力を音響化する手段3
0,31とを含むことを特徴とするマスタ・スレ
ーブマニピユレータの力感覚表現装置である。Means for Solving the Problems The present invention provides a plurality of manipulator shafts M1 to M
7, and a manipulator grip part 2 provided on the shaft M7 at the tip of these manipulator shafts M1 to M7, and which is operated by an operator 3; A plurality of slave manipulator axes S that individually correspond to the manipulator axes M1 to M7
1 to S7, and a slave manipulator grip part 5 provided on the shaft S7 at the tip of the slave manipulator shafts S1 to S7; Axis angle detectors M1a to M7a for the master manipulator, which respectively detect the axis angles of the axes M1 to M7, and slave manipulators, which detect the axis angles of the axes S1 to S7, respectively, for the slave manipulator. Shaft angle detectors S1a to S7a and shaft angle detector M1a for each master manipulator
~M7a, and slave manipulator shaft angle detectors S1a to S7 corresponding to the respective master manipulator shaft angle detectors M1a to M7a, respectively.
Subtraction circuit 10 that calculates the difference between the output and a
and actuators S1b to S7b that respectively drive the axes S1 to S7 of the slave manipulator S in response to the output of the subtraction circuit 10, and axes M1 to M7 other than the axes M7 and S7 of the tip end.
6. Subtraction circuit 10 corresponding to S1 to S6 individually
absolute value addition means 19 for adding the absolute values of the outputs of
21, and the output level of the absolute value addition means 19 and 21,
A first conversion circuit 22 that converts to a frequency corresponding to the level; an oscillation circuit 24 with a constant frequency higher than the frequency of the first conversion circuit 22; and a response to each output of the first conversion circuit 22 and the oscillation circuit 24. The output of the oscillation circuit 24 is converted to the first conversion circuit 2.
2 outputs at time intervals T1 and T2 corresponding to the frequency.
means 23, 24, 25 for making sounds intermittently
and absolute value means 27 for determining the absolute value of the output of the subtraction circuit 10 corresponding to the axes M7 and S7 of the tip, and a second conversion for converting the level of the output of the absolute value means into a frequency corresponding to the level. circuit 29 and means 3 for making the output of the second conversion circuit 29 into sound
0,31.
作 用
本発明に従えば、操作者3はマスタマニピユレ
ータMの各軸M1〜M7を動かし、それらのマス
タマニピユレータ用軸M1〜M7の軸の動きに応
じて、スレーブマニピユレータSの各軸S1〜S
7が動き、このスレーブマニピユレータSに作用
する外力の大きさの和に対応した時間間隔T1,
T2で、発振回路24の一定の周波数の出力を断
続して音響化する。このスレーブマニピユレータ
Sに作用する外力は、スレーブマニピユレータS
が障害物などに衝突したときの反力、および静止
時に外部から作用する力などである。このように
してスレーブマニピユレータSに作用する外力の
大きさが、マスタマニピユレータ用軸角度検出器
M1a〜M7aと、スレーブマニピユレータ用軸
角度検出器S1a〜S7aと、減算回路10と絶
対値加算手段19,21と第1変換回路22と発
振回路24と音響化手段23,24,25とによ
つて発振回路24の一定周波数の出力が、その外
力の和が変換された周波数に対応した時間間隔T
1,T2で断続して音響化して聴取することがで
きることになる。Effect According to the present invention, the operator 3 moves each axis M1 to M7 of the master manipulator M, and according to the movement of the master manipulator axes M1 to M7, the slave manipulator S Each axis S1 to S
7 moves, and the time interval T1 corresponds to the sum of the magnitudes of external forces acting on this slave manipulator S.
At T2, the constant frequency output of the oscillation circuit 24 is intermittently converted into sound. The external force acting on this slave manipulator S is
These include the reaction force when the vehicle collides with an obstacle, etc., and the force that acts from the outside when the vehicle is stationary. In this way, the magnitude of the external force acting on the slave manipulator S is determined by the master manipulator shaft angle detectors M1a to M7a, the slave manipulator shaft angle detectors S1a to S7a, and the subtraction circuit 10. The absolute value addition means 19, 21, the first conversion circuit 22, the oscillation circuit 24, and the sonification means 23, 24, 25 convert the constant frequency output of the oscillation circuit 24 into a frequency obtained by converting the sum of external forces. Corresponding time interval T
1. At T2, the sound can be heard intermittently.
しかもマスタマニピユレータMとスレーブマニ
ピユレータSの先端部の各軸M7,S7に対応す
る減算回路10の出力の絶対値を絶対値手段27
によつて求めて、その出力のレベルを周波数に変
換して音響化するようにし、これによつてスレー
ブマニピユレータSの把持部5によつて物を把ん
だときの重力、およびそのスレーブマニピユレー
タ用把持部5によつて物を掴んだときの反力を、
周波数の変化として聴取することができる。こう
して、前述のユニラテラル方式のマスタ・スレー
ブマニピユレータに関連して本発明を実施するこ
とが可能であり、このようにすれば構成を簡略化
することができる。しかも音を操作者が聞いて力
感覚を得ることができるので、操作者は長時間に
わたつてマスタを微細な力の変化を敏感に感じと
つて操作することが可能であり、前述の先行技術
に関連して述べたように感覚が麻痺してしまうこ
とはない。 Furthermore, the absolute value means 27 calculates the absolute value of the output of the subtraction circuit 10 corresponding to each axis M7, S7 at the tip of the master manipulator M and slave manipulator S.
The level of the output is converted into a frequency and made into sound, and thereby the gravity when an object is gripped by the grip part 5 of the slave manipulator S, and the slave manipulator S are The reaction force when an object is gripped by the manipulator grip part 5 is
It can be heard as a change in frequency. In this way, the present invention can be implemented in connection with the aforementioned unilateral type master-slave manipulator, and in this way, the configuration can be simplified. Moreover, since the operator can hear the sound and feel the force, the operator can operate the master over a long period of time while sensitively sensing minute changes in force. As mentioned in connection with this, the senses will not become numb.
本発明はまた、バイラテラル方式のマスタ・ス
レーブマニピユレータに関連してもまた実施する
ことができる。 The invention can also be implemented in conjunction with a bilateral master-slave manipulator.
実施例
第1図は、本発明の一実施例のユニラテラル方
式のマスタ・スレーブマニピユレータの全体の構
造を示す図である。マスタマニピユレータMは、
基体1に設けられた複数(この実施例では7)の
関節M1〜M7を有しており、これらの軸M1〜
M7のうち、軸M1,M4,M6は旋回関節であ
り、軸M2,M3,M5は曲げ関節である。軸M
7によつて把持部2が操作される。マスタマニピ
ユレータMは、操作者3によつて操作される。こ
れらの軸M1〜M7は、アームによつて相互に連
結される。Embodiment FIG. 1 is a diagram showing the overall structure of a unilateral master/slave manipulator according to an embodiment of the present invention. Master manipulator M is
It has a plurality of joints M1 to M7 (seven in this example) provided on the base body 1, and these axes M1 to
Of M7, axes M1, M4, and M6 are rotation joints, and axes M2, M3, and M5 are bending joints. Axis M
The grip part 2 is operated by 7. Master manipulator M is operated by operator 3. These axes M1 to M7 are interconnected by arms.
スレーブマニピユレータSは、基体4上に取付
けられ、軸S1〜S7を有し、軸S1,S4,S
6は旋回関節であり、軸S2,S3,S5,S7
は曲げ関節であり、これらはアームによつて連結
される。軸S7には、把持部5が取付けられる。
マスタマニピユレータMの各軸M1〜M7と、ス
レーブマニピユレータSの軸S1〜S7とは、個
別的に対応している。マスタマニピユレータMと
スレーブマニピユレータSとは、制御装置6によ
つて電気的に接続されており、操作者3のマスタ
マニピユレータMの操作に応じてスレーブマニピ
ユレータSが動く。 The slave manipulator S is mounted on the base body 4, has axes S1 to S7, and has axes S1, S4, S
6 is a pivot joint, with axes S2, S3, S5, S7
are bending joints, and these are connected by arms. The grip portion 5 is attached to the shaft S7.
The axes M1 to M7 of the master manipulator M and the axes S1 to S7 of the slave manipulator S correspond to each other individually. The master manipulator M and the slave manipulator S are electrically connected by a control device 6, and the slave manipulator S moves according to the operation of the master manipulator M by the operator 3.
第2図は、制御装置6の具体的な構成を示すブ
ロツク図である。マスタマニピユレータMおよび
スレーブマニピユレータSの各軸M1〜M7,S
1〜S7に対応して7つの軸制御系C1〜C7が
設けられる。軸M1,S1に対応する軸制御系C
1では、マスタマニピユレータMの軸M1に設け
られるポテンシヨメータなどのような軸角度検出
器M1aからのマスタ側の位置を表わす出力は、
ライン8から制御回路9における減算回路10に
与えられる。減算回路10にはまた、スレーブマ
ニピユレータSの軸S1に設けられた軸角度検出
器S1aからの出力がライン11を介して与えら
れる。減算回路10は、ライン8の出力からライ
ン11の出力を差し引き、ライン12に位置偏差
を表わす信号を導出する。ライン12の出力は、
加算回路13から油圧サーボアンプ14に与えら
れる。油圧サーボアンプ14の出力は、スレーブ
マニピユレータSのサーボバルブ15に与えら
れ、これによつて駆動源である油圧アクチユエー
タS1bが駆動される。 FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the control device 6. As shown in FIG. Each axis M1 to M7, S of master manipulator M and slave manipulator S
Seven axis control systems C1 to C7 are provided corresponding to C1 to S7. Axis control system C corresponding to axes M1 and S1
1, the output representing the master side position from the shaft angle detector M1a, such as a potentiometer, provided on the shaft M1 of the master manipulator M is:
A subtraction circuit 10 in a control circuit 9 is supplied from a line 8 . The subtraction circuit 10 is also supplied with an output from a shaft angle detector S1a provided on the shaft S1 of the slave manipulator S via a line 11. Subtraction circuit 10 subtracts the output of line 11 from the output of line 8 to derive a signal on line 12 representing the positional deviation. The output of line 12 is
It is applied from the adder circuit 13 to the hydraulic servo amplifier 14. The output of the hydraulic servo amplifier 14 is given to the servo valve 15 of the slave manipulator S, thereby driving the hydraulic actuator S1b, which is a driving source.
制御回路9において、ライン8の信号はまた、
微分回路16に与えられて微分され、その出力は
加算回路13に与えられる。これによつて定常速
度偏差を減少させるためのフイードフオワード補
助が行なわれる。 In the control circuit 9, the signal on line 8 is also
The signal is applied to a differentiating circuit 16 for differentiation, and its output is applied to an adding circuit 13. This provides feedforward assistance to reduce steady-state speed deviations.
操作者3がマスタマニピユレータMを操作する
ことによつて軸角度検出器M1aがその軸M1の
旋回軸角度を検出する。これによつて、減算回路
10からの出力が表わす位置偏差に対応した角度
だけ、スレーブマニピユレータSの軸S1に設け
られたアクチユエータS1bが駆動される。軸S
1に設けられた軸角度検出器S1aによつて検出
される旋回軸角度が、前述の軸角度検出器M1a
によつて検出される旋回軸角度と同一となるよう
に、すなわち減算回路10の位置偏差出力が零と
なるように、動作する。これによつてマスタマニ
ピユレータMと同様な動きがスレーブマニユピレ
ータSにおいて行なわれる。残余の関節もまた同
様な構成となつている。 When the operator 3 operates the master manipulator M, the shaft angle detector M1a detects the rotation axis angle of the shaft M1. As a result, the actuator S1b provided on the shaft S1 of the slave manipulator S is driven by an angle corresponding to the positional deviation represented by the output from the subtraction circuit 10. Axis S
The rotation axis angle detected by the shaft angle detector S1a provided in the shaft angle detector M1a described above is
It operates so that the rotation axis angle is the same as that detected by the subtraction circuit 10, that is, so that the position error output of the subtraction circuit 10 becomes zero. As a result, the slave manipulator S performs the same movement as the master manipulator M. The remaining joints are similarly configured.
軸制御系C1〜C6からの位置偏差出力は、ラ
インl1〜l6を介して第1音響回路17に与え
られる。また把持部2,5に関連して設けられて
いる軸M7,S7のための軸制御系C7からの位
置偏差出力は、ラインl7を介して第2音響回路
18に与えられる。 Position error outputs from the axis control systems C1 to C6 are given to the first acoustic circuit 17 via lines l1 to l6. Further, the positional deviation output from the axis control system C7 for the axes M7 and S7 provided in relation to the gripping parts 2 and 5 is given to the second acoustic circuit 18 via the line 17.
第3図は、第1音響回路17の具体的な構成を
示すブロツク図である。ラインl1を介する軸制
御系C1からの位置偏差出力は絶対値回路19に
与えられる。この絶対値回路19は第4図に示さ
れるようにラインl1を介する位置偏差出力が正
および負であるときにおけるその絶対値を表わす
信号を導出する。絶対値回路19からの出力は、
不感帯回路20に与えられる。この不感帯回路2
0は、絶対値回路19からの出力が第5図に示さ
れるように、予め定める値V1未満であるとき
に、不感帯回路20の出力を零とし、前記値V1
以上であるときその入力値に対応する出力レベル
を有する信号を導出する。残余のラインl2〜l
6に関しても同様な構成となつている。不感帯回
路20からの出力は、加算回路21に与えられて
各軸制御系C1〜C6の位置偏差出力が加算され
る。不感帯回路20が設けられているのは、各軸
における摩擦力および重力などによつて生じる位
置偏差の影響を除去するためである。 FIG. 3 is a block diagram showing a specific configuration of the first acoustic circuit 17. As shown in FIG. The position error output from the axis control system C1 via the line l1 is given to the absolute value circuit 19. This absolute value circuit 19 derives a signal representing the absolute value of the position error output via line l1 when it is positive and negative, as shown in FIG. The output from the absolute value circuit 19 is
It is applied to the dead band circuit 20. This dead band circuit 2
0 means that when the output from the absolute value circuit 19 is less than a predetermined value V1 as shown in FIG.
When this is the case, a signal having an output level corresponding to the input value is derived. Remaining lines l2~l
6 has a similar configuration. The output from the dead zone circuit 20 is given to an adder circuit 21, where the position deviation outputs of the respective axis control systems C1 to C6 are added. The reason why the dead zone circuit 20 is provided is to eliminate the influence of positional deviation caused by frictional force and gravity on each axis.
加算回路21からの出力は、電圧/周波数変換
回路22に与えられ、加算回路21の出力レベル
に対応した周波数に変換される。この電圧/周波
数変換回路22の出力は、ANDゲート23の一
方の入力に与えられる。ANDゲート23の他方
の入力には、発振回路24からの発振出力が与え
られる。 The output from the adder circuit 21 is given to a voltage/frequency conversion circuit 22 and is converted into a frequency corresponding to the output level of the adder circuit 21. The output of this voltage/frequency conversion circuit 22 is given to one input of an AND gate 23. The other input of the AND gate 23 is given an oscillation output from the oscillation circuit 24 .
第6図1は、電圧/周波数変換回路22の出力
波形を示し、この回路22の出力周波数はたとえ
ば0〜200Hzの範囲に亘つて変化する。発振回路
24の出力波形は、第6図2に示されているよう
に、たとえば5KHz程度である。ANDゲート23
の出力波形は、第6図3に示されているように、
5KHzの周波数が時間T1だけ出力され、時間T
2だけ休止する周期Tで導出される。この周期T
は電圧/周波数変換回路22の出力周波数に対応
しており、T1=T2であり、各値T1,T2
は、本件実施例では、電圧/周波数変換回路22
の出力の半周期にそれぞれ等しい。ANDゲート
23の出力は増幅回路24に与えられ、スピーカ
25によつて鳴動される。したがつて軸制御系C
1〜C6における位置偏差が小さいときには、加
算回路21の出力レベルは小さく、したがつて電
圧/周波数変換回路22の出力周波数は低く、そ
のためスピーカ25から出力される音の周期Tが
大きい。位置偏差が大きくなると、電圧/周波数
変換回路22の出力周波数が高くなり、したがつ
て音の周期Tが小さくなる。このようにして操作
者3はスレーブマニユピレータSにおける軸S1
〜S6の位置偏差を音の間隔によつて知ることが
できる。この位置偏差は等価的に各軸S1〜S6
に作用する外力と見なすことができる。したがつ
て第7図のように、各軸S1〜S6において作用
する外力の大きさに対応してその外力が大きくな
るにつれて周期Tが小さくなり、これによつて各
軸S1〜S6に作用する力を操作者3が知ること
が可能になる。 FIG. 61 shows the output waveform of the voltage/frequency conversion circuit 22, and the output frequency of this circuit 22 varies over a range of, for example, 0 to 200 Hz. The output waveform of the oscillation circuit 24 is, for example, about 5 KHz, as shown in FIG. 62. AND gate 23
The output waveform of is as shown in FIG.
A frequency of 5KHz is output for time T1, and time T
It is derived at a period T with a pause of 2. This period T
corresponds to the output frequency of the voltage/frequency conversion circuit 22, T1=T2, and each value T1, T2
In this embodiment, the voltage/frequency conversion circuit 22
each equal to a half period of the output of . The output of the AND gate 23 is given to an amplifier circuit 24 and is sounded by a speaker 25. Therefore, the axis control system C
When the positional deviation in 1 to C6 is small, the output level of the adder circuit 21 is small, and therefore the output frequency of the voltage/frequency conversion circuit 22 is low, and therefore the period T of the sound output from the speaker 25 is large. As the positional deviation increases, the output frequency of the voltage/frequency conversion circuit 22 increases, and therefore the period T of the sound decreases. In this way, the operator 3 controls the axis S1 in the slave manipulator S.
The positional deviation of ~S6 can be known from the interval of sounds. This positional deviation is equivalent to each axis S1 to S6.
It can be considered as an external force acting on the Therefore, as shown in FIG. 7, as the external force increases in accordance with the magnitude of the external force acting on each axis S1 to S6, the period T becomes smaller, and thereby, the period T becomes smaller as the external force acts on each axis S1 to S6. It becomes possible for the operator 3 to know the force.
第8図は、第2音響回路18の具体的な構成を
示すブロツク図である。スレーブマニユピレータ
Sにおける把持部5に関連して設けられた軸S7
の軸角度検出器M7aと、マスタマニピユレータ
Mの把持部2に関連して設けられた軸M7の軸角
度検出器M7aとの位置偏差は、軸制御系C7か
らラインl7を経て第2音響回路18の絶対値回
路27に与えられ、その絶対値回路27の出力は
不感帯回路28に与えられる。絶対値回路27の
構成は前述の絶対値回路19と同様な構成を有
し、また不感帯回路28は前述の不感帯回路20
と同様な構成を有している。不感帯回路28の出
力は、電圧/周波数変換回路29に与えられてそ
の出力周波数がたとえば0Hz〜15KHzの範囲で
変化する信号に変換される。電圧/周波数変換回
路29からの出力は、増幅回路30によつて増幅
され、スピーカ31によつて音響化される。した
がつて把持部5の軸S7における位置偏差が大き
くなるにつれて、すなわち把持部5に作用する外
力が大きくなるにつれて、電圧/周波数変換回路
29の出力周波数は高くなり、その動作は第9図
に示されているとおりである。電圧/周波数変換
回路29の出力波形は、第10図に示されてい
る。 FIG. 8 is a block diagram showing a specific configuration of the second acoustic circuit 18. Axis S7 provided in relation to the grip part 5 in the slave manipulator S
The positional deviation between the shaft angle detector M7a of the shaft angle detector M7a of the shaft M7 and the shaft angle detector M7a of the shaft M7 provided in relation to the gripping part 2 of the master manipulator M is determined by the second acoustic The signal is applied to an absolute value circuit 27 of the circuit 18, and the output of the absolute value circuit 27 is applied to a dead band circuit 28. The configuration of the absolute value circuit 27 is similar to that of the aforementioned absolute value circuit 19, and the dead zone circuit 28 is similar to the aforementioned dead zone circuit 20.
It has a similar configuration. The output of the dead band circuit 28 is applied to a voltage/frequency conversion circuit 29 and converted into a signal whose output frequency varies within a range of, for example, 0 Hz to 15 KHz. The output from the voltage/frequency conversion circuit 29 is amplified by an amplifier circuit 30 and made into sound by a speaker 31. Therefore, as the positional deviation of the gripping part 5 on the axis S7 increases, that is, as the external force acting on the gripping part 5 increases, the output frequency of the voltage/frequency conversion circuit 29 increases, and its operation is as shown in FIG. As shown. The output waveform of the voltage/frequency conversion circuit 29 is shown in FIG.
このようにして操作者3がマスタマニピユレー
タMの把持部2をつかんだときに、スレーブマニ
ユピレータSの把持部5に作用する外力の大きさ
が、周波数の変化として操作者3によつて聴取さ
れる。これによつて把持部5の把持力を感覚的に
知ることができる。 In this way, when the operator 3 grasps the grip part 2 of the master manipulator M, the magnitude of the external force acting on the grip part 5 of the slave manipulator S is determined by the operator 3 as a change in frequency. will be heard. This allows the user to intuitively know the gripping force of the gripping portion 5.
本発明のさらに他の実施例として、増幅回路2
4,30とスピーカ25,31とを共通に用い
て、構成を簡略化することもまた可能である。こ
のためには、たとえば電圧/周波数変換回路29
の出力を増幅回路24に与えるようにすればよ
い。 As yet another embodiment of the present invention, an amplifier circuit 2
It is also possible to simplify the configuration by using the speakers 25, 31 in common. For this purpose, for example, the voltage/frequency conversion circuit 29
What is necessary is to give the output of
上述の実施例では、スレーブマニピユレータに
作用する外力の大きさは、位置偏差の大きさとし
て検出されたけれども、本発明の他の実施例とし
てスレーブマニピユレータSのアームにストレイ
ンゲージを取付けて、外力の大きさを直接に検出
するようにしてもよく、その他の構造によつて外
力を検出するようにしてもよい。 In the above embodiment, the magnitude of the external force acting on the slave manipulator is detected as the magnitude of the positional deviation, but in another embodiment of the present invention, a strain gauge may be attached to the arm of the slave manipulator S. The magnitude of the external force may be detected directly, or the external force may be detected using another structure.
第11図は、本発明のさらに他の実施例のブロ
ツク図である。この実施例は、バイラテラル方式
のマスタ・スレーブマニピユレータの1つの軸、
たとえばM1,S1に関連する構成を示し、残余
の軸に関しても同様な構成となつている。前述の
実施例の対応する部分には、同一の参照符を付
す。この実施例では、マスタマニピユレータMに
もまた、駆動源であるモータM1bが設けられ、
増幅回路33によつて駆動される。微分回路16
1,162と、加算回路131,132とが設け
られて、速度補償のためのフイードフオワード制
御が行なわれる。また係数回路34,35が設け
られる。減算回路10の出力は、位置偏差、した
がつて外力を表わす信号として、ラインl1から
導出される。その他の構成は、前述の実施例と同
様である。 FIG. 11 is a block diagram of yet another embodiment of the invention. In this embodiment, one axis of a bilateral master-slave manipulator,
For example, the configuration related to M1 and S1 is shown, and the remaining axes have similar configurations. Corresponding parts of the embodiments described above are provided with the same reference numerals. In this embodiment, the master manipulator M is also provided with a motor M1b as a drive source,
It is driven by an amplifier circuit 33. Differential circuit 16
1 and 162 and adder circuits 131 and 132 are provided to perform feedforward control for speed compensation. Coefficient circuits 34 and 35 are also provided. The output of the subtraction circuit 10 is derived from line l1 as a signal representing the position deviation and therefore the external force. The other configurations are similar to those of the previous embodiment.
このようなバイラテラル方式のマスタ・スレー
ブマニピユレータでは、マスタマニピユレータM
側にフイードバツクされる反力を、操作者3は直
接的に力感覚として得ることができ、しかも操作
者3はスレーブマニピユレータSにおける外力の
大きさを、音の物理的特性の変化として捕えるこ
とができる。したがつて操作者3の微細な力感覚
が長時間の操作で麻痺して失われてしまつても、
操作者3はスレーブの外力の大きさを音響で正確
に捕えることができ、スレーブマニピユレータS
を微細な力の変化で動かすことが可能になる。 In such a bilateral master/slave manipulator, the master manipulator M
The operator 3 can directly obtain the reaction force that is fed back to the side as a force sensation, and the operator 3 can also perceive the magnitude of the external force on the slave manipulator S as a change in the physical characteristics of the sound. be able to. Therefore, even if the operator 3 loses his fine sense of force due to long-term operation,
Operator 3 can accurately capture the magnitude of the external force on the slave manipulator S.
It becomes possible to move it with minute changes in force.
バイラテラル方式のマスタ・スレーブマニピユ
レータは、第11図に示された構造以外の構造を
有するものであつてもよく、本発明は、ユニラテ
ラル方式だけでなく、このようなバイラテラル方
式のマスタ・スレーブマニピユレータに関連して
も広く実施することができる。 The master/slave manipulator of the bilateral method may have a structure other than that shown in FIG. It can also be widely implemented in connection with master-slave manipulators.
効 果
以上のように本発明によれば、操作者3がマス
タマニピユレータMを操作することによつて、ス
レーブマニピユレータSが動作し、先端部の軸M
7,S7以外の軸M1〜M6,S1〜S6の軸角
度の差の絶対値を加算して、周波数に第1変換回
路22によつて変換し、一定の周波数の発振回路
24の出力を、第1変換回路22の出力の周波数
に対応した時間間隔T1,T2で断続して音響化
するようにし、さらに先端部の軸M7,S7に対
応する減算回路10の出力の絶対値を求めて周波
数に変換し、音響化するようにして、先端部のス
レーブマニピユレータ用軸S7の外力に対応した
周波数が得られるようにしたので、簡単な構成
で、スレーブマニピユレータSにおける外力の大
きさを知ることができ、しかもスレーブマニピユ
レータSの先端部の軸S7と、それ以外の軸S1
〜S6とは、上述のように、音響の特性が異なつ
ているので、それらの識別を容易に行うことがで
きるようになり、特に先端部のスレーブマニピユ
レータ用軸S7の微細な力感覚を容易に知ること
ができ、操作者3の微細な力感覚が麻痺しても、
その先端部のスレーブマニピユレータ用軸S7の
外力を、それ以外のスレーブマニピユレータ用軸
S1〜S6の外力とは区別して、正確に知ること
ができる。Effects As described above, according to the present invention, when the operator 3 operates the master manipulator M, the slave manipulator S operates, and the shaft M at the tip end
7. Add the absolute value of the difference in the axis angles of the axes M1 to M6, S1 to S6 other than S7, and convert it into a frequency by the first conversion circuit 22, and the output of the oscillation circuit 24 of a constant frequency is The sound is made intermittently at time intervals T1 and T2 corresponding to the frequency of the output of the first conversion circuit 22, and the absolute value of the output of the subtraction circuit 10 corresponding to the axes M7 and S7 of the tip is determined and the frequency is The frequency corresponding to the external force of the shaft S7 for the slave manipulator at the tip can be obtained by converting it into sound and converting it into sound. Therefore, with a simple configuration, the magnitude of the external force on the slave manipulator S can be obtained. In addition, the axis S7 at the tip of the slave manipulator S and the other axis S1
~S6 and S6 have different acoustic characteristics as mentioned above, so they can be easily distinguished, and especially the minute force sensation of the slave manipulator shaft S7 at the tip It is easy to know, and even if the operator 3's fine sense of force is paralyzed,
The external force of the slave manipulator shaft S7 at the tip can be distinguished from the external forces of the other slave manipulator shafts S1 to S6 and can be accurately known.
第1図は本発明の一実施例のユニラテラル方式
のマスタ・スレーブマニピユレータの全体の構造
を示す図、第2図は第1図に示された実施例の電
気的構成を示すブロツク図、第3図は第1音響回
路17の具体的な構成を示すブロツク図、第4図
は絶対値回路19の動作を説明するための図、第
5図は不感帯回路20の動作を説明するための
図、第6図は第3図に示された第1音響回路17
の動作を説明するための波形図、第7図は軸制御
系C1〜C6における位置偏差、したがつてスレ
ーブの外力の大きさと音の出力間隔周期Tとの関
係を示す図、第8図は第2音響回路18の具体的
な電気的構成を示すブロツク図、第9図は軸制御
系C7の外力の大きさと不感帯回路28の出力と
の関係を示す図、第10図は電圧/周波数変換回
路の出力波形を示す図、第11図は本発明が関連
して実施されるバイラテラル方式のマスタ・スレ
ーブマニピユレータの一例のブロツク図である。
2,5……把持部、3……操作者、6……制御
装置、14……サーボアンプ、15……サーボバ
ルブ、17……第1音響回路、18……第2音響
回路、M……マスタマニピユレータ、M1〜M6
……軸、M1a〜M6a……軸角度検出器、M1
b……駆動源、S……スレーブマニピユレータ、
S1〜S7……軸、S1a〜S7a……軸角度検
出器、S1b〜S7b……アクチユエータ。
Fig. 1 is a diagram showing the overall structure of a unilateral master/slave manipulator according to an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a block diagram showing the electrical configuration of the embodiment shown in Fig. 1. , FIG. 3 is a block diagram showing the specific configuration of the first acoustic circuit 17, FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the absolute value circuit 19, and FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the dead band circuit 20. Figure 6 shows the first acoustic circuit 17 shown in Figure 3.
FIG. 7 is a waveform diagram to explain the operation of the axis control system C1 to C6, and FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the external force of the slave and the sound output interval period T. A block diagram showing the specific electrical configuration of the second acoustic circuit 18, FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the magnitude of the external force of the axis control system C7 and the output of the dead band circuit 28, and FIG. 10 is a voltage/frequency conversion diagram. FIG. 11, which is a diagram showing output waveforms of the circuit, is a block diagram of an example of a bilateral master/slave manipulator to which the present invention is related. 2, 5...Gripper, 3...Operator, 6...Control device, 14...Servo amplifier, 15...Servo valve, 17...First acoustic circuit, 18...Second acoustic circuit, M... ...Master manipulator, M1 to M6
...Axis, M1a to M6a ...Axis angle detector, M1
b... Drive source, S... Slave manipulator,
S1-S7...Axis, S1a-S7a...Axis angle detector, S1b-S7b...Actuator.
Claims (1)
れらのマニピユレータ用軸M1〜M7のうちの先
端部の軸M7に設けられるマニピユレータ用把持
部2とを有し、操作者3によつて操作されるマス
タマニピユレータMと、 マスタマニピユレータ用軸M1〜M7に個別的
に対応する複数のスレーブマニピユレータ用軸S
1〜S7と、それらのスレーブマニピユレータ用
軸S1〜S7のうちの先端部の軸S7に設けられ
るスレーブマニピユレータ用把持部5とを有する
スレーブマニピユレータSと、 マスタマニピユレータ用の各軸M1〜M7の軸
角度をそれぞれ検出するマスタマニピユレータ用
軸角度検出器M1a〜M7aと、 スレーブマニピユレータ用の各軸S1〜S7の
軸角度をそれぞれ検出するスレーブマニピユレー
タ用軸角度検出器S1a〜S7aと、 各マスタマニピユレータ用軸角度検出器M1a
〜M7aと、その各マスタマニピユレータ用軸角
度検出器M1a〜M7aにそれぞれ対応するスレ
ーブマニピユレータ用軸角度検出器S1a〜S7
aとの出力の差を演算して求める減算回路10
と、 減算回路10の出力にそれぞれ応答して、スレ
ーブマニピユレータSの各軸S1〜S7をそれぞ
れ駆動するアクチユエータS1b〜S7bと、 前記先端部の軸M7,S7以外の軸M1〜M
6,S1〜S6に個別的に対応する減算回路10
の出力の絶対値を加算する絶対値加算手段19,
21と、 絶対値加算手段19,21の出力レベルを、そ
のレベルに対応した周波数に変換する第1変換回
路22と、 第1変換回路22の周波数よりも高い一定の周
波数の発振回路24と、 第1変換回路22と発振回路24との各出力に
応答し、発振回路24の出力を、第1変換回路2
2の出力の周波数に対応した時間間隔T1,T2
で断続して、音響化する手段23,24,25
と、 前記先端部の軸M7,S7に対応する減算回路
10の出力の絶対値を求める絶対値手段27と、 絶対値手段の出力のレベルを、そのレベルに対
応した周波数に変換する第2変換回路29と、 第2変換回路29の出力を音響化する手段3
0,31とを含むことを特徴とするマスタ・スレ
ーブマニピユレータの力感覚表現装置。[Scope of Claims] 1 It has a plurality of manipulator shafts M1 to M7 and a manipulator grip part 2 provided on the shaft M7 at the tip of the manipulator shafts M1 to M7, a master manipulator M that is operated by the master manipulator M, and a plurality of slave manipulator axes S that individually correspond to the master manipulator axes M1 to M7.
1 to S7, and a slave manipulator grip part 5 provided on the shaft S7 at the tip of the slave manipulator shafts S1 to S7; Axis angle detectors M1a to M7a for the master manipulator, which respectively detect the axis angles of the axes M1 to M7, and slave manipulators, which detect the axis angles of the axes S1 to S7, respectively, for the slave manipulator. Shaft angle detectors S1a to S7a and shaft angle detector M1a for each master manipulator
~M7a, and slave manipulator shaft angle detectors S1a to S7 corresponding to the respective master manipulator shaft angle detectors M1a to M7a, respectively.
Subtraction circuit 10 that calculates the difference between the output and a
and actuators S1b to S7b that respectively drive the axes S1 to S7 of the slave manipulator S in response to the output of the subtraction circuit 10, and axes M1 to M7 other than the axes M7 and S7 of the tip end.
6. Subtraction circuit 10 corresponding to S1 to S6 individually
absolute value addition means 19 for adding the absolute values of the outputs of
21, a first conversion circuit 22 that converts the output level of the absolute value addition means 19, 21 into a frequency corresponding to the level, and an oscillation circuit 24 with a constant frequency higher than the frequency of the first conversion circuit 22. In response to each output of the first conversion circuit 22 and the oscillation circuit 24, the output of the oscillation circuit 24 is
Time interval T1, T2 corresponding to the frequency of the output of 2
Means 23, 24, 25 for making sounds intermittently at
and absolute value means 27 for determining the absolute value of the output of the subtraction circuit 10 corresponding to the axes M7 and S7 of the tip, and a second conversion for converting the level of the output of the absolute value means into a frequency corresponding to the level. circuit 29 and means 3 for making the output of the second conversion circuit 29 into sound
0.0, 31. A force sensation expression device for a master/slave manipulator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30475286A JPS63156672A (en) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | Force sensing expressing method of master/slave manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30475286A JPS63156672A (en) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | Force sensing expressing method of master/slave manipulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63156672A JPS63156672A (en) | 1988-06-29 |
| JPH0433588B2 true JPH0433588B2 (en) | 1992-06-03 |
Family
ID=17936797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30475286A Granted JPS63156672A (en) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | Force sensing expressing method of master/slave manipulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63156672A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04261787A (en) * | 1991-02-18 | 1992-09-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Manipulator |
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57114380A (en) * | 1980-12-30 | 1982-07-16 | Chiyuushiyou Kigiyou Shinkou J | Discriminator for force of remote control type manipulator |
| US4604559A (en) * | 1983-02-15 | 1986-08-05 | Deep Ocean Engineering Incorporated | Apparatus and method for providing useful audio feedback to aid in the operation of remotely controlled powered manipulators |
-
1986
- 1986-12-20 JP JP30475286A patent/JPS63156672A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63156672A (en) | 1988-06-29 |
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