JPH0445304B2 - - Google Patents
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- JPH0445304B2 JPH0445304B2 JP61136020A JP13602086A JPH0445304B2 JP H0445304 B2 JPH0445304 B2 JP H0445304B2 JP 61136020 A JP61136020 A JP 61136020A JP 13602086 A JP13602086 A JP 13602086A JP H0445304 B2 JPH0445304 B2 JP H0445304B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arm
- master
- slave
- force
- virtual
- Prior art date
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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、種々の工業分野で遠隔操作を行なう
ために用いられるマニピユレータに関し、特にマ
スタアームとスレーブアームとの間に力感覚の伝
達機能を備えたバイラテラル制御方式のマスタス
レーブマニピユレータに関する。
ために用いられるマニピユレータに関し、特にマ
スタアームとスレーブアームとの間に力感覚の伝
達機能を備えたバイラテラル制御方式のマスタス
レーブマニピユレータに関する。
［従来の技術］
従来のバイラテラル制御方式のマスタスレーブ
マニピユレータとしては、第１３図に示す３つの
方式、すなわちＡの対称形、Ｂの方逆送形、及び
Ｃの力帰還形が知られている。（中野栄二著「ロ
ボツト工業入門」〈発行者：オーム社、発行日：
昭和58年９月10日〉第74〜76頁参照）。なお、第
１３図においてＭはマスタアームの関節軸、Ｓは
スレーブアームの関節軸を示す。
マニピユレータとしては、第１３図に示す３つの
方式、すなわちＡの対称形、Ｂの方逆送形、及び
Ｃの力帰還形が知られている。（中野栄二著「ロ
ボツト工業入門」〈発行者：オーム社、発行日：
昭和58年９月10日〉第74〜76頁参照）。なお、第
１３図においてＭはマスタアームの関節軸、Ｓは
スレーブアームの関節軸を示す。
まず、第１３図Ａの対称形は、マスタ側及びス
レーブ側の位置検出器１により得られた各軸の角
度位置θ1，θ2の偏差θ1−θ2をそれぞれの側の位置
調節器２に導き、スレーブ側にはθ2をθ1に一致さ
せる向きにトルクを与え、マスタ側には、θ1がθ2
よりも進んでいるとき、θ1を抑えてθ2がθ1に一致
するようにその偏差に比例したトルクをマスタ側
に発生させるものであり、特別なトルク検出装置
などが不要なため、最も簡便な方式である。
レーブ側の位置検出器１により得られた各軸の角
度位置θ1，θ2の偏差θ1−θ2をそれぞれの側の位置
調節器２に導き、スレーブ側にはθ2をθ1に一致さ
せる向きにトルクを与え、マスタ側には、θ1がθ2
よりも進んでいるとき、θ1を抑えてθ2がθ1に一致
するようにその偏差に比例したトルクをマスタ側
に発生させるものであり、特別なトルク検出装置
などが不要なため、最も簡便な方式である。
しかし、この対称形は、比較的小型で摩擦も小
さいマニピユレータでなければ、偏差を正確に取
り出すことができないため、重負荷用のマニピユ
レータには向いていないという問題がある。
さいマニピユレータでなければ、偏差を正確に取
り出すことができないため、重負荷用のマニピユ
レータには向いていないという問題がある。
次に、第１３図Ｂの力逆送形は、マスタ側とス
レーブ側の軸位置の偏差θ1−θ2をスレーブ側の位
置調節器２に導くと共に、スレーブ側に加わる力
をトルク検出器３で検出し、トルク伝達器４を介
してマスタ側に伝達する方式であり、大型のマニ
ピユレータにもそのまま適用することができる。
レーブ側の軸位置の偏差θ1−θ2をスレーブ側の位
置調節器２に導くと共に、スレーブ側に加わる力
をトルク検出器３で検出し、トルク伝達器４を介
してマスタ側に伝達する方式であり、大型のマニ
ピユレータにもそのまま適用することができる。
しかしながら、この形式では、例えば動作開始
時やクイツク動作時にスレーブの慣性力が直接的
に検出されてマスタ側にかかつてくるため、スレ
ーブ側の重量が大きい場合に特にマスタ側の操作
が重くてやりにくいという欠点がある。
時やクイツク動作時にスレーブの慣性力が直接的
に検出されてマスタ側にかかつてくるため、スレ
ーブ側の重量が大きい場合に特にマスタ側の操作
が重くてやりにくいという欠点がある。
この欠点をなくしたのが第１３図Ｃの力帰還形
であり、これは、マスタ側とスレーブ側のそれぞ
れのトルクを検出器３で検出し、両方のトルクの
偏差T1−T2をトルク調節器５を介して小さくす
る向きにマスタ側に加えるようにしている。従つ
て、例えば動作開始時には、スレーブ側と同時に
マスタ側にもマスタの重量に応じた慣性力が働
き、これによつてスレーブ側の慣性力がキヤンセ
ルされることになり、操作がし易くなつている。
であり、これは、マスタ側とスレーブ側のそれぞ
れのトルクを検出器３で検出し、両方のトルクの
偏差T1−T2をトルク調節器５を介して小さくす
る向きにマスタ側に加えるようにしている。従つ
て、例えば動作開始時には、スレーブ側と同時に
マスタ側にもマスタの重量に応じた慣性力が働
き、これによつてスレーブ側の慣性力がキヤンセ
ルされることになり、操作がし易くなつている。
以上のように、従来の技術によれば、力感覚の
伝達機能を有するマスタスレーブマニピユレータ
の制御は、マニピユレータの大きさや伝達系の長
さ等に応じて上記の方式から選定されるが、力感
覚の伝達という点で、第１３図Ｃの力帰還形が最
も好ましいものとされている。
伝達機能を有するマスタスレーブマニピユレータ
の制御は、マニピユレータの大きさや伝達系の長
さ等に応じて上記の方式から選定されるが、力感
覚の伝達という点で、第１３図Ｃの力帰還形が最
も好ましいものとされている。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、上記のような従来のマスタスレ
ーブマニピユレータにあつては、第１３図Ｃの力
帰還形においても、マスタとスレーブの各関節軸
は対応して位置すると共に同期運動をなすもので
あり、スレーブ側のある軸で検出された力（信
号）は、対応するマスタ側の軸に一定の比率で伝
達されるようになつている。従つて、スレーブ側
に加えられる外力や外乱などは全て、そのままマ
スタ側に作用する。このため、例えばマニピユレ
ータの動作中スレーブアームが予期しない衝撃力
等を受けると、それがマスタ側に及んで操作者に
不快な操作感となつて伝わるという問題があり、
また、スレーブアームに障害物等を迅速に回避し
たり精密部品を挿入したりする等の高度な動作を
行なわせたい場合、マスタ側からの微動作にわた
る指示でそれらの動作を実現することは非常に困
難であつた。
ーブマニピユレータにあつては、第１３図Ｃの力
帰還形においても、マスタとスレーブの各関節軸
は対応して位置すると共に同期運動をなすもので
あり、スレーブ側のある軸で検出された力（信
号）は、対応するマスタ側の軸に一定の比率で伝
達されるようになつている。従つて、スレーブ側
に加えられる外力や外乱などは全て、そのままマ
スタ側に作用する。このため、例えばマニピユレ
ータの動作中スレーブアームが予期しない衝撃力
等を受けると、それがマスタ側に及んで操作者に
不快な操作感となつて伝わるという問題があり、
また、スレーブアームに障害物等を迅速に回避し
たり精密部品を挿入したりする等の高度な動作を
行なわせたい場合、マスタ側からの微動作にわた
る指示でそれらの動作を実現することは非常に困
難であつた。
［問題点を解決するための手段］
第１の発明によれば、マスタアームとスレーブ
アームとの間に力感覚の伝達機能を有するマスタ
スレーブマニピユレータにおいて、前記マスタア
ーム及びスレーブアームの各々に加えられる力を
検出する力検出器と、該力検出器により検出され
た力を入力とし、該入力に応じた前記マスタアー
ム及びスレーブアームの変位を出力とするように
前記マスタアームとスレーブアームとの間の力の
伝達特性を規定した仮想力学モデルに従つて演算
する仮想力学モデル演算部と、前記仮想力学モデ
ル演算部からの出力を指令値として前記マスタア
ーム及びスレーブアームを制御するサーボ制御系
とを備えたマスタスレーブマニピユレータが提供
される。
アームとの間に力感覚の伝達機能を有するマスタ
スレーブマニピユレータにおいて、前記マスタア
ーム及びスレーブアームの各々に加えられる力を
検出する力検出器と、該力検出器により検出され
た力を入力とし、該入力に応じた前記マスタアー
ム及びスレーブアームの変位を出力とするように
前記マスタアームとスレーブアームとの間の力の
伝達特性を規定した仮想力学モデルに従つて演算
する仮想力学モデル演算部と、前記仮想力学モデ
ル演算部からの出力を指令値として前記マスタア
ーム及びスレーブアームを制御するサーボ制御系
とを備えたマスタスレーブマニピユレータが提供
される。
また、第２の発明によれば、マスタアームとス
レーブアームとの間に力感覚の伝達機能を有する
マスタスレーブマニピユレータにおいて、前記マ
スタアーム及びスレーブアームの各々に加えられ
る力を検出する力検出器と、前記マスタアームに
加えられた力及び前記スレーブアームに加えられ
た力を入力とし、該入力に応じた前記マスタアー
ムの変位を出力とするように前記マスタアームと
スレーブアームとの間の力の伝達特性を規定した
マスタ仮想力学モデルに従つて演算するマスタ仮
想力学モデル演算部と、前記スレーブアームに加
えられた力及び前記マスタ仮想力学モデル演算部
からの変位を出力とし、該入力に応じた前記スレ
ーブアームの変位を出力とするように予め定めた
スレーブ仮想力学モデルに従つて演算するスレー
ブ仮想力学モデル演算部と、前記マスタ仮想力学
モデル演算部及び前記スレーブ仮想力学モデル演
算部からの出力を指令値として前記マスタアーム
及びスレーブアームを制御するサーボ制御系とを
備えたマスタスレーブマニピユレータが提供され
る。
レーブアームとの間に力感覚の伝達機能を有する
マスタスレーブマニピユレータにおいて、前記マ
スタアーム及びスレーブアームの各々に加えられ
る力を検出する力検出器と、前記マスタアームに
加えられた力及び前記スレーブアームに加えられ
た力を入力とし、該入力に応じた前記マスタアー
ムの変位を出力とするように前記マスタアームと
スレーブアームとの間の力の伝達特性を規定した
マスタ仮想力学モデルに従つて演算するマスタ仮
想力学モデル演算部と、前記スレーブアームに加
えられた力及び前記マスタ仮想力学モデル演算部
からの変位を出力とし、該入力に応じた前記スレ
ーブアームの変位を出力とするように予め定めた
スレーブ仮想力学モデルに従つて演算するスレー
ブ仮想力学モデル演算部と、前記マスタ仮想力学
モデル演算部及び前記スレーブ仮想力学モデル演
算部からの出力を指令値として前記マスタアーム
及びスレーブアームを制御するサーボ制御系とを
備えたマスタスレーブマニピユレータが提供され
る。
更に、第３の発明によれば、マスタアームとス
レーブアームとの間に力感覚の伝達機能を有する
マスタスレーブマニピユレータにおいて、前記マ
スタアーム及びスレーブアームの各々に加えられ
る力を検出する力検出器と、該力検出器により検
出された力を入力とし、該入力に応じた前記マス
タアーム及びスレーブアームの位置、速度及び加
速度を出力とするように前記マスタアームとスレ
ーブアームとの間の力の伝達特性を規定した仮想
力学モデルに従つて演算する仮想力学モデル演算
部と、前記マスタアーム及びスレーブアームの
各々の位置を検出する位置検出器と、前記マスタ
アーム及びスレーブアームの各々の速度を検出す
る速度検出器と、前記仮想力学モデル演算部、前
記位置検出器及び前記速度検出器からの出力に基
づいて前記マスタアーム及びスレーブアームを制
御するサーボ制御系とを備えたマスタスレーブマ
ニピユレータが提供される。
レーブアームとの間に力感覚の伝達機能を有する
マスタスレーブマニピユレータにおいて、前記マ
スタアーム及びスレーブアームの各々に加えられ
る力を検出する力検出器と、該力検出器により検
出された力を入力とし、該入力に応じた前記マス
タアーム及びスレーブアームの位置、速度及び加
速度を出力とするように前記マスタアームとスレ
ーブアームとの間の力の伝達特性を規定した仮想
力学モデルに従つて演算する仮想力学モデル演算
部と、前記マスタアーム及びスレーブアームの
各々の位置を検出する位置検出器と、前記マスタ
アーム及びスレーブアームの各々の速度を検出す
る速度検出器と、前記仮想力学モデル演算部、前
記位置検出器及び前記速度検出器からの出力に基
づいて前記マスタアーム及びスレーブアームを制
御するサーボ制御系とを備えたマスタスレーブマ
ニピユレータが提供される。
［作用］
上記第１、第２及び第３の発明において、マス
タアームに加えられた力は力検出器によつて検出
され、仮想力学モデル演算部に入力される。この
仮想力学モデル演算部には、マスタアームからス
レーブアームへの位置及び力の伝達特性を予め格
納しておき、その特性に従つて入力に応じた位置
出力を演算し、変位としてスレーブアームのサー
ボ制御系に与える。また、スレーブアームに加え
られた力も力検出器によつて検出され、仮想力学
モデル演算部に入力されることでマスタアーム側
に伝達される。
タアームに加えられた力は力検出器によつて検出
され、仮想力学モデル演算部に入力される。この
仮想力学モデル演算部には、マスタアームからス
レーブアームへの位置及び力の伝達特性を予め格
納しておき、その特性に従つて入力に応じた位置
出力を演算し、変位としてスレーブアームのサー
ボ制御系に与える。また、スレーブアームに加え
られた力も力検出器によつて検出され、仮想力学
モデル演算部に入力されることでマスタアーム側
に伝達される。
［実施例］
以下、図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の基本概念を示す図である。図
において、１１はマスタアームＭ及びスレーブア
ームＳの各々の軸位置θM，θSを検出する位置検出
器、１２はマスタアーム及びスレーブアームの
各々に加えられた力をトルクTM，TSとして検出
する力検出器、１３は後述の仮想力学モデルに基
づいて演算する仮想力学モデル演算部、１４はマ
スタアーム及びスレーブアームを制御するサーボ
制御系である。なお、位置検出器としては、例え
ばエンコーダが用いられ、力検出器としては例え
ばストレンゲージが用いられる。
において、１１はマスタアームＭ及びスレーブア
ームＳの各々の軸位置θM，θSを検出する位置検出
器、１２はマスタアーム及びスレーブアームの
各々に加えられた力をトルクTM，TSとして検出
する力検出器、１３は後述の仮想力学モデルに基
づいて演算する仮想力学モデル演算部、１４はマ
スタアーム及びスレーブアームを制御するサーボ
制御系である。なお、位置検出器としては、例え
ばエンコーダが用いられ、力検出器としては例え
ばストレンゲージが用いられる。
仮想力学モデル演算部１３には、マスタ及びス
レーブの力検出器１２により検出されたTM，TS
が入力され、それらの入力に応じたマスタ及びス
レーブの各アームの変位xM，xSが出力される。
そして、各変位信号xM，xSは、それぞれ対応す
る位置検出器１１からの出力θM，θSと共にサーボ
制御系１４に入力され、各サーボ制御系１４で
は、これらの入力xMとθM，xSとθSに基づいてマス
タアーム及びスレーブアームをそれぞれ駆動する
信号を出力する。
レーブの力検出器１２により検出されたTM，TS
が入力され、それらの入力に応じたマスタ及びス
レーブの各アームの変位xM，xSが出力される。
そして、各変位信号xM，xSは、それぞれ対応す
る位置検出器１１からの出力θM，θSと共にサーボ
制御系１４に入力され、各サーボ制御系１４で
は、これらの入力xMとθM，xSとθSに基づいてマス
タアーム及びスレーブアームをそれぞれ駆動する
信号を出力する。
サーボ制御系１４は、マスタ及びスレーブの先
端の運動が仮想力学モデルに追従するように制御
するための手段であり、例えば後述の〓式で表わ
される演算を行なうように構成される。また、仮
想力学モデル演算部１３からサーボ制御系１４へ
の指令、各アームを移動させる位置ないし変位
xM，xSだけでなく、必要に応じて速度や加速度
をも含み、各アームが仮想力学モデル演算部１３
からの指令に遅れることなく追従するようにサー
ボ制御系１４が構成される。
端の運動が仮想力学モデルに追従するように制御
するための手段であり、例えば後述の〓式で表わ
される演算を行なうように構成される。また、仮
想力学モデル演算部１３からサーボ制御系１４へ
の指令、各アームを移動させる位置ないし変位
xM，xSだけでなく、必要に応じて速度や加速度
をも含み、各アームが仮想力学モデル演算部１３
からの指令に遅れることなく追従するようにサー
ボ制御系１４が構成される。
ここで、本発明における仮想力学モデルとサー
ボ制御系１４の構成例について説明する。
ボ制御系１４の構成例について説明する。
まず、マスタアームを追従させる仮想力学モデ
ルとして、 MVx¨V＋DVx¨V＋KVxV＝fM＋fS (1) を考える。但し、 MV：仮想質量 DV：仮想粘性定数 KV：仮想弾性定数 xV：作業座標系で表わされた仮想力学モデル
の位置 fM：操作者がマスタアームに加えた力 fS：スレーブアームに加えられた力 また、スレーブアームに偏差を生じさせる内部
モデルとして、 MiΔx¨＋DiΔx¨＋KiΔx＝fS (2) を考える。但し、 Mi：仮想質量 Di：仮想粘性定数 Ki：仮想弾性定数 xi：作業座標系で表わされた内部モデルの位置 Δx＝xi−xv これら２式を整理して、マスタおよびスレーブ
の仮想力学モデルは、 ｄ／dtxvi xvi＝０ K1 I2o K2xvi xvi０ Ｇ (3) と表わされる。但し、 I2oは2n×2nの単位行列であり、 xvi＝xv xi，uvi＝fM fS Ｇ＝M-1 v M-1 v M-1 v M-1 v＋M-1 i K1＝−M-1 vKv M-1 iKi−M-1 vKv M-1 iKi ０ K2＝−M-1 vDv M-1 iDi−M-1 vDv −M-1 iDi ０ 一方、マニピユレータの運動方程式は、一般に τ＝Ｍ（θ）θ¨＋ｆ（θ，θ¨）＋τF(4) と表わされる。但し、 τは関節駆動トルク、 θは関節座標で表わした角度、 Ｍ（θ）は慣性行列 ｆ（θ，θ〓θ）はコリオリ力及び慣性力、 τFはマニピユレータが受ける重力等を表わす。
ルとして、 MVx¨V＋DVx¨V＋KVxV＝fM＋fS (1) を考える。但し、 MV：仮想質量 DV：仮想粘性定数 KV：仮想弾性定数 xV：作業座標系で表わされた仮想力学モデル
の位置 fM：操作者がマスタアームに加えた力 fS：スレーブアームに加えられた力 また、スレーブアームに偏差を生じさせる内部
モデルとして、 MiΔx¨＋DiΔx¨＋KiΔx＝fS (2) を考える。但し、 Mi：仮想質量 Di：仮想粘性定数 Ki：仮想弾性定数 xi：作業座標系で表わされた内部モデルの位置 Δx＝xi−xv これら２式を整理して、マスタおよびスレーブ
の仮想力学モデルは、 ｄ／dtxvi xvi＝０ K1 I2o K2xvi xvi０ Ｇ (3) と表わされる。但し、 I2oは2n×2nの単位行列であり、 xvi＝xv xi，uvi＝fM fS Ｇ＝M-1 v M-1 v M-1 v M-1 v＋M-1 i K1＝−M-1 vKv M-1 iKi−M-1 vKv M-1 iKi ０ K2＝−M-1 vDv M-1 iDi−M-1 vDv −M-1 iDi ０ 一方、マニピユレータの運動方程式は、一般に τ＝Ｍ（θ）θ¨＋ｆ（θ，θ¨）＋τF(4) と表わされる。但し、 τは関節駆動トルク、 θは関節座標で表わした角度、 Ｍ（θ）は慣性行列 ｆ（θ，θ〓θ）はコリオリ力及び慣性力、 τFはマニピユレータが受ける重力等を表わす。
一方、作業座標系のｘと関節座標系のθとの関
係は、一般に非線形な関数 ｘ＝Ｔ（θ） で表わされ、これを時間ｔについて微分すると、 x〓＝Jθ〓 (5) x¨＝J〓θ〓＋Jθ¨ (6) となる。ここで、Ｊは Ｊ＝∂T／∂θ で定義されるｎ×ｎ行列で、ヤコビ行列と呼ばれ
る。通常、ロボツトの作業空間内ではヤコビ行列
の逆行列J-1が存在するから、(5)，(6)式はそれぞ
れ θ〓＝J-1x〓 (7) θ¨＝J-1（x¨−J〓θ〓） (8) と変形できる。従つて、作業座標系でのマニピユ
レータの軌道の加速度x¨が与えられれば、そのと
きの関節座標θとその速度θ〓を用いて関節座標で
の望ましい加速度θ¨を計算することができる。そ
して、この望ましい加速度θ¨が関節で発生するよ
うな入力トルクτは、マニピユレータの動特性を
表わす式(4)を用いて計算できる。
係は、一般に非線形な関数 ｘ＝Ｔ（θ） で表わされ、これを時間ｔについて微分すると、 x〓＝Jθ〓 (5) x¨＝J〓θ〓＋Jθ¨ (6) となる。ここで、Ｊは Ｊ＝∂T／∂θ で定義されるｎ×ｎ行列で、ヤコビ行列と呼ばれ
る。通常、ロボツトの作業空間内ではヤコビ行列
の逆行列J-1が存在するから、(5)，(6)式はそれぞ
れ θ〓＝J-1x〓 (7) θ¨＝J-1（x¨−J〓θ〓） (8) と変形できる。従つて、作業座標系でのマニピユ
レータの軌道の加速度x¨が与えられれば、そのと
きの関節座標θとその速度θ〓を用いて関節座標で
の望ましい加速度θ¨を計算することができる。そ
して、この望ましい加速度θ¨が関節で発生するよ
うな入力トルクτは、マニピユレータの動特性を
表わす式(4)を用いて計算できる。
かくして、マニピユレータを作業座標系で制御
することは、作業座標系での加速度x¨を求めるこ
とになり、これは ｄ／dtｘ x〓＝０ ０ In ０ｘ x〓＋０ Inｕ (9) なるシステムへの入力ｕを求める問題と考える
ことができる。これをマスタとスレーブに拡張
し、それぞれを添え字ｍ，ｓで表わすと、 ｄ／dt xms x〓ms＝０ ０ ０ I2o xms x〓ms＋０ I2oums (10) を得る。但し、 xms＝xM xS，ums＝x¨M x¨S 次に、式(3)で表わされる仮想力学モデルにおけ
るマニピユレータの軌道（位置）xviと実際の軌
道（位置）xnsとの誤差を ｅ＝xns−xvi (11) とすれば、(3)および(10)式から ｄ／dtｅ e〓＝０ ０ I2o ０ｅ e〓＋I2o ０ue (12) 但し、 ue＝uns−x¨xvi ＝uns−（K1xvi＋K2x〓vi＋Guvi） と表わされる誤差システムが得られる。
することは、作業座標系での加速度x¨を求めるこ
とになり、これは ｄ／dtｘ x〓＝０ ０ In ０ｘ x〓＋０ Inｕ (9) なるシステムへの入力ｕを求める問題と考える
ことができる。これをマスタとスレーブに拡張
し、それぞれを添え字ｍ，ｓで表わすと、 ｄ／dt xms x〓ms＝０ ０ ０ I2o xms x〓ms＋０ I2oums (10) を得る。但し、 xms＝xM xS，ums＝x¨M x¨S 次に、式(3)で表わされる仮想力学モデルにおけ
るマニピユレータの軌道（位置）xviと実際の軌
道（位置）xnsとの誤差を ｅ＝xns−xvi (11) とすれば、(3)および(10)式から ｄ／dtｅ e〓＝０ ０ I2o ０ｅ e〓＋I2o ０ue (12) 但し、 ue＝uns−x¨xvi ＝uns−（K1xvi＋K2x〓vi＋Guvi） と表わされる誤差システムが得られる。
前述のサーボ制御系１４は、この誤差システム
を安定化させるueを生ずるように構成される。
そのようなueは、例えば次式で与えられる。
を安定化させるueを生ずるように構成される。
そのようなueは、例えば次式で与えられる。
ue＝F1e＋F2e〓＋F3∫tｅ（t′）dt′ (13)
第２図は、上記の(3)式で表わされる仮想力学モ
デルの演算部１３と、〓式で表わされるueを生ず
るサーボ制御系１４と、(10)式のunsを入力とする
線形化されたマスタスレーブアームＭ，Ｓとで構
成されるシステムのブロツク線図である。
デルの演算部１３と、〓式で表わされるueを生ず
るサーボ制御系１４と、(10)式のunsを入力とする
線形化されたマスタスレーブアームＭ，Ｓとで構
成されるシステムのブロツク線図である。
次に、第３図は第１の発明の構成例を示す図で
ある。これは、第１図の基本構成において、仮想
力学モデル演算部１３からマスタ、スレーブ各々
のサーボ制御系１４への変位指令ｘを同一（ｘ＝
xM＝xS）としたものである。
ある。これは、第１図の基本構成において、仮想
力学モデル演算部１３からマスタ、スレーブ各々
のサーボ制御系１４への変位指令ｘを同一（ｘ＝
xM＝xS）としたものである。
第３図のマスタスレーブマニピユレータにおい
て、マスタアームＭ及びスレーブアームＳは、例
えば第８図に示すような垂直多関節型ロボツトで
構成され、各関節はサーボアームによつて駆動さ
れる。また、各関節の角度位置θM，θS及び角速度
θ〓M，θ〓Sがそれぞれ位置検出器Ｍ１１，Ｓ１１及び
速度検出器Ｍ２１，Ｓ２１によつて検出される一
方、マスタアームＭ及びスレーブアームＳの各先
端部に取り付けられた力検出器Ｍ１２，Ｓ１２に
より各アームＭ，Ｓに加えられた力が検出される
ようになつている。
て、マスタアームＭ及びスレーブアームＳは、例
えば第８図に示すような垂直多関節型ロボツトで
構成され、各関節はサーボアームによつて駆動さ
れる。また、各関節の角度位置θM，θS及び角速度
θ〓M，θ〓Sがそれぞれ位置検出器Ｍ１１，Ｓ１１及び
速度検出器Ｍ２１，Ｓ２１によつて検出される一
方、マスタアームＭ及びスレーブアームＳの各先
端部に取り付けられた力検出器Ｍ１２，Ｓ１２に
より各アームＭ，Ｓに加えられた力が検出される
ようになつている。
各力検出器Ｍ１２，Ｓ１２からの出力は、アー
ム先端の座標系（例えば第８図のxW，yW，zW）
で表現された値であるため、これを力座標変換演
算部Ｍ１５，Ｓ１５によりマニピユレータの基準
直交座標系（例えば第８図のx0，y0，z0）に変換
して、仮想力学モデル演算部１３に入力するよう
にしている。
ム先端の座標系（例えば第８図のxW，yW，zW）
で表現された値であるため、これを力座標変換演
算部Ｍ１５，Ｓ１５によりマニピユレータの基準
直交座標系（例えば第８図のx0，y0，z0）に変換
して、仮想力学モデル演算部１３に入力するよう
にしている。
仮想力学モデル演算部１３では、これらの変換
された外力fM，fSの値を入力とし、マスタアーム
Ｍ及びスレーブアームＳの先端が移動すべき軌道
ｘをマニピユレータの基準直交座標系で表現され
た値で出力する。
された外力fM，fSの値を入力とし、マスタアーム
Ｍ及びスレーブアームＳの先端が移動すべき軌道
ｘをマニピユレータの基準直交座標系で表現され
た値で出力する。
その出力ｘは、位置座標変換演算部１６により
各関節の角度θに変換されてマスタ及びスレーブ
のサーボ制御系Ｍ１４，Ｓ１４に与えられる。
各関節の角度θに変換されてマスタ及びスレーブ
のサーボ制御系Ｍ１４，Ｓ１４に与えられる。
サーボ制御系Ｍ１４，Ｓ１４は、それぞれ、位
置座標変換演算部１６からの角度信号θと位置検
出器Ｍ１１，Ｓ１１からの角度フイードバツク信
号θM，θSとの偏差θ−θM，θ−θSを求める減算器
Ｍ１７，Ｓ１７と、その角度偏差を入力する位置
制御補償器Ｍ１８，Ｓ１８と、位置制御補償器Ｍ
１８，Ｓ１８からの出力を増幅して各アームのア
クチユエータに供給するサーボアンプＭ１９，Ｓ
１９とで構成されるが、ここでは更に、速度検出
器Ｍ２１，Ｓ２１からの角速度フイードバツク信
号θ〓M，θ〓Sが位置制御補償器Ｍ１８，Ｓ１８に入力
されるようになつている。なお、速度検出器とし
ては、例えばタコジエネレータが用いられる。
置座標変換演算部１６からの角度信号θと位置検
出器Ｍ１１，Ｓ１１からの角度フイードバツク信
号θM，θSとの偏差θ−θM，θ−θSを求める減算器
Ｍ１７，Ｓ１７と、その角度偏差を入力する位置
制御補償器Ｍ１８，Ｓ１８と、位置制御補償器Ｍ
１８，Ｓ１８からの出力を増幅して各アームのア
クチユエータに供給するサーボアンプＭ１９，Ｓ
１９とで構成されるが、ここでは更に、速度検出
器Ｍ２１，Ｓ２１からの角速度フイードバツク信
号θ〓M，θ〓Sが位置制御補償器Ｍ１８，Ｓ１８に入力
されるようになつている。なお、速度検出器とし
ては、例えばタコジエネレータが用いられる。
第４図は、仮想力学モデル演算部１３における
仮想力学モデルの一例を示す。この仮想力学モデ
ルは、仮想質量Ｍと仮想粘性Ｄと仮想弾性定数Ｋ
とで構成され、外力Δfが加えられたときの変位
をｘとすれば、次式で表わされる。
仮想力学モデルの一例を示す。この仮想力学モデ
ルは、仮想質量Ｍと仮想粘性Ｄと仮想弾性定数Ｋ
とで構成され、外力Δfが加えられたときの変位
をｘとすれば、次式で表わされる。
Mx¨＋Dx〓＋Kx＝Δf (14)
これは、変位ｘが入力Δfに対する質量Ｍ、ダ
ンパ定数Ｄ及びバネ定数Ｋから成る機械系の出力
として生成されることを意味する。
ンパ定数Ｄ及びバネ定数Ｋから成る機械系の出力
として生成されることを意味する。
ここで、
Δf＝fM＋fS (15)
とすれば前掲の(1)式と同様になり、第３図の仮想
力学モデル演算部１３への入力fM，fSに応じて、
マスタアームＭ及びスレーブアームＳの先端が移
動すべき軌道（位置）ｘが出力される。
力学モデル演算部１３への入力fM，fSに応じて、
マスタアームＭ及びスレーブアームＳの先端が移
動すべき軌道（位置）ｘが出力される。
第４図に示された仮想力学モデルによる仮想力
学モデル演算部１３は、上記（14）式を次のよう
に変形することにより、第５図のブロツク線図で
示すように構成される。
学モデル演算部１３は、上記（14）式を次のよう
に変形することにより、第５図のブロツク線図で
示すように構成される。
x¨＝１／ＭΔf−Ｄ／Ｍx〓−Ｋ／Ｍｘ (16)
すなわち、入力Δfはマスタアームに加えられ
た力fMとスレーブアームに加えられた力fSとの和
であり、これに粘性抵抗によるフイードバツク
Ｄ／ＭとバネによるフイードバツクＫ／Ｍがかかつて変 位ｘが演算される。なお、仮想力学モデル演算部
１３からの出力は、上記仮想力学モデルの出力ｘ
にアームの初期位置x0を加えたものである。
た力fMとスレーブアームに加えられた力fSとの和
であり、これに粘性抵抗によるフイードバツク
Ｄ／ＭとバネによるフイードバツクＫ／Ｍがかかつて変 位ｘが演算される。なお、仮想力学モデル演算部
１３からの出力は、上記仮想力学モデルの出力ｘ
にアームの初期位置x0を加えたものである。
次に、第６図は仮想力学モデルの別の例を示
す。この仮想力学モデルは、仮想質量Ｍと仮想粘
性Ｄとで構成されるもので、外力Δfが加えられ
たときの変位をｘとすれば、次式で表わされる。
す。この仮想力学モデルは、仮想質量Ｍと仮想粘
性Ｄとで構成されるもので、外力Δfが加えられ
たときの変位をｘとすれば、次式で表わされる。
Mx¨＋Dx〓＝Δf＝fM＋fS (17)
すなわち
x¨＝１／ＭΔf−Ｄ／Ｍx〓 (18)
従つて、この場合の仮想力学モデル演算部１３
は、第７図のブロツク線図で示すように構成され
る。
は、第７図のブロツク線図で示すように構成され
る。
このような第１の発明に係るマスタスレーブマ
ニピユレータによれば、マスタアームからスレー
ブアームへの力の伝達特性等を予め格納した仮想
力学モデル演算部から各アームの望ましい変位を
与えるようにしたので、マスタとスレーブ間にフ
レキシビリテイを持たせ、例えば不測の衝撃力を
受けた場合等には、その力を両アームに吸収させ
ることができる。また、スレーブ側の力検出信号
を仮想力学モデルの入力としたことにより、スレ
ーブ側の受けた力をマスタ側に合理的に伝達する
ことができ、各アームの無理な動作をなくして操
作性を向上させることができる。
ニピユレータによれば、マスタアームからスレー
ブアームへの力の伝達特性等を予め格納した仮想
力学モデル演算部から各アームの望ましい変位を
与えるようにしたので、マスタとスレーブ間にフ
レキシビリテイを持たせ、例えば不測の衝撃力を
受けた場合等には、その力を両アームに吸収させ
ることができる。また、スレーブ側の力検出信号
を仮想力学モデルの入力としたことにより、スレ
ーブ側の受けた力をマスタ側に合理的に伝達する
ことができ、各アームの無理な動作をなくして操
作性を向上させることができる。
次に、第９図は第２の発明の構成例を示す。こ
れは、第１図の基本構成において仮想力学モデル
演算部１３を、マスタアーム用の仮想力学モデル
演算部Ｍ１３とスレーブアーム用の仮想力学モデ
ル演算部Ｓ１３とで構成し、マスタアーム用の仮
想力学モデル演算部Ｍ１３には、マスタアームＭ
に加えられた力及びスレーブアームＳに加えられ
た力を入力し、スレーブアーム用の仮想力学モデ
ル演算部Ｓ１３には、スレーブアームＳに加えら
れた力とマスタアーム用の仮想力学モデル演算部
Ｍ１３で演算された変位とを入力するようにした
ものであり、マスタ及びスレーブの仮想力学モデ
ル演算部Ｍ１３及びＳ１３では、それぞれ変換さ
れて入力された力の値fM，fSに応じて、マスタア
ームＭ、スレーブアームＳの先端が移動すべき軌
道xM，xSをマニピユレータの基準直交座標系で
表現された値で出力する。そして、各出力xM，
xSは、それぞれ対応する位置座標変換演算部Ｍ１
６，Ｓ１６により各関節の角度θM，θSに変換さ
れ、マスタ及びスレーブのサーボ制御系Ｍ１４，
Ｓ１４に与えられる。
れは、第１図の基本構成において仮想力学モデル
演算部１３を、マスタアーム用の仮想力学モデル
演算部Ｍ１３とスレーブアーム用の仮想力学モデ
ル演算部Ｓ１３とで構成し、マスタアーム用の仮
想力学モデル演算部Ｍ１３には、マスタアームＭ
に加えられた力及びスレーブアームＳに加えられ
た力を入力し、スレーブアーム用の仮想力学モデ
ル演算部Ｓ１３には、スレーブアームＳに加えら
れた力とマスタアーム用の仮想力学モデル演算部
Ｍ１３で演算された変位とを入力するようにした
ものであり、マスタ及びスレーブの仮想力学モデ
ル演算部Ｍ１３及びＳ１３では、それぞれ変換さ
れて入力された力の値fM，fSに応じて、マスタア
ームＭ、スレーブアームＳの先端が移動すべき軌
道xM，xSをマニピユレータの基準直交座標系で
表現された値で出力する。そして、各出力xM，
xSは、それぞれ対応する位置座標変換演算部Ｍ１
６，Ｓ１６により各関節の角度θM，θSに変換さ
れ、マスタ及びスレーブのサーボ制御系Ｍ１４，
Ｓ１４に与えられる。
なお、サーボ制御系Ｍ１４，Ｓ１４を含む他の
構成は、第３図に示されたマスタスレーブマニピ
ユレータと同様である。
構成は、第３図に示されたマスタスレーブマニピ
ユレータと同様である。
第１０図は、第９図に示された仮想力学モデル
演算部Ｍ１３及びＳ１３の構成を示すブロツク線
図である。この場合、マスタアーム用の仮想力学
モデルは、仮想質量MMと仮想粘性DMと仮想弾性
定数KMとで構成され、第５図と同様に、 MMx¨n＋DMx〓n＋KMxn＝Δf ＝fM＋fS (19) すなわち x¨n＝１／MMΔf−DM／MMx〓n −KM／MMxn (20) と表わされ、マスタ仮想力学モデル演算部Ｍ１３
への入力fM＋fSに応じて、マスタアームＭの先端
が移動すべき軌道xM＝xn＋xM0が出力される。
演算部Ｍ１３及びＳ１３の構成を示すブロツク線
図である。この場合、マスタアーム用の仮想力学
モデルは、仮想質量MMと仮想粘性DMと仮想弾性
定数KMとで構成され、第５図と同様に、 MMx¨n＋DMx〓n＋KMxn＝Δf ＝fM＋fS (19) すなわち x¨n＝１／MMΔf−DM／MMx〓n −KM／MMxn (20) と表わされ、マスタ仮想力学モデル演算部Ｍ１３
への入力fM＋fSに応じて、マスタアームＭの先端
が移動すべき軌道xM＝xn＋xM0が出力される。
一方、スレーブアーム用の仮想力学モデルは、
スレーブアームＳに偏差を生じさせる内部モデル
を示す前掲の(2)式より MSΔx¨＋DSΔx〓＋KSΔx＝fS (21) 但し、 MS：仮想質量 DS：仮想粘性定数 KS：仮想弾性定数 xo：作業座標系で表わされた内部モデルの位置 Δx＝xo−xn で表わされる。そして、スレーブ仮想力学モデル
演算部Ｓ１３では、入力fSに応じて上記内部モデ
ルの出力Δxが演算され、マスタアームＭの先端
が移動すべき軌道xS＝Xo＋xS0が出力される。
スレーブアームＳに偏差を生じさせる内部モデル
を示す前掲の(2)式より MSΔx¨＋DSΔx〓＋KSΔx＝fS (21) 但し、 MS：仮想質量 DS：仮想粘性定数 KS：仮想弾性定数 xo：作業座標系で表わされた内部モデルの位置 Δx＝xo−xn で表わされる。そして、スレーブ仮想力学モデル
演算部Ｓ１３では、入力fSに応じて上記内部モデ
ルの出力Δxが演算され、マスタアームＭの先端
が移動すべき軌道xS＝Xo＋xS0が出力される。
このような第２の発明に係るマスタスレーブマ
ニピユレータによれば、マスタ及びスレーブの各
アームに別個に動作特性を与えることで、例えば
スレーブアームが何らかの障害物に触れたとき、
マスタアームではマニユアル操作を継続していて
も、スレーブアームはその障害物を回避しながら
マスタアームに追従するように動作を修正するこ
とができる。また、スレーブが検出した力に従つ
てマスタとスレーブの間に選択的に偏差を生じさ
せる内部モデルを付加したことにより、スレーブ
のコンプライアンス機能を持たせて、スレーブが
衝撃力等を受けた際に操作者に不快な操作感が伝
わるのを阻止すると共に、マスタ側で指示しきれ
ない高度な作業を、作業対象から受ける反力を利
用しながら容易に行なえるようにしている。
ニピユレータによれば、マスタ及びスレーブの各
アームに別個に動作特性を与えることで、例えば
スレーブアームが何らかの障害物に触れたとき、
マスタアームではマニユアル操作を継続していて
も、スレーブアームはその障害物を回避しながら
マスタアームに追従するように動作を修正するこ
とができる。また、スレーブが検出した力に従つ
てマスタとスレーブの間に選択的に偏差を生じさ
せる内部モデルを付加したことにより、スレーブ
のコンプライアンス機能を持たせて、スレーブが
衝撃力等を受けた際に操作者に不快な操作感が伝
わるのを阻止すると共に、マスタ側で指示しきれ
ない高度な作業を、作業対象から受ける反力を利
用しながら容易に行なえるようにしている。
次に、第１１図の第３の発明の構成例を示す。
これは、第１図の基本構成における仮想力学モデ
ル演算部１３からの出力として、変位ｘだけでな
く速度x〓と加速度x¨も生じさせるようにしたもの
であり、仮想力学モデル演算部１３では、それぞ
れ変換されて入力された力fM，fSに応じて、マス
タアームＭとスレーブアームＳの先端が移動すべ
き軌道ｘのほか、速度x〓及び加速度x¨をマニピユ
レータの基準直交座標系で表現された値で出力す
る。そして、これらの出力は、マスタとスレーブ
の各アームＭ，Ｓを移動させる位置、速度及び加
速度のデータxM，xM，xM，xS，xS，xSとして、
サーボ制御系Ｍ１４，Ｓ１４の位置制御補償器Ｍ
１８，Ｓ１８に与えられる。また、位置制御補償
器Ｍ１８，Ｓ１８には、位置検出器Ｍ１１，Ｓ１
１及び速度検出器Ｍ２１，Ｓ２１の出力θM，θS及
びθM，θSも入力される。
これは、第１図の基本構成における仮想力学モデ
ル演算部１３からの出力として、変位ｘだけでな
く速度x〓と加速度x¨も生じさせるようにしたもの
であり、仮想力学モデル演算部１３では、それぞ
れ変換されて入力された力fM，fSに応じて、マス
タアームＭとスレーブアームＳの先端が移動すべ
き軌道ｘのほか、速度x〓及び加速度x¨をマニピユ
レータの基準直交座標系で表現された値で出力す
る。そして、これらの出力は、マスタとスレーブ
の各アームＭ，Ｓを移動させる位置、速度及び加
速度のデータxM，xM，xM，xS，xS，xSとして、
サーボ制御系Ｍ１４，Ｓ１４の位置制御補償器Ｍ
１８，Ｓ１８に与えられる。また、位置制御補償
器Ｍ１８，Ｓ１８には、位置検出器Ｍ１１，Ｓ１
１及び速度検出器Ｍ２１，Ｓ２１の出力θM，θS及
びθM，θSも入力される。
第１１図に示されたマスタ及びスレーブの位置
制御補償器Ｍ１８，Ｓ１８は、位置検出器Ｍ１
１，Ｓ１１と速度検出器Ｍ２１，Ｓ２１の出力を
それぞれ各アーム先端の座標系でのデータxfM，
xfSとxfM，xfSに変換する位置座標変換演算部Ｍ
３１，Ｓ３１と速度座標変換演算部Ｍ３２，Ｓ３
２とを備えている。
制御補償器Ｍ１８，Ｓ１８は、位置検出器Ｍ１
１，Ｓ１１と速度検出器Ｍ２１，Ｓ２１の出力を
それぞれ各アーム先端の座標系でのデータxfM，
xfSとxfM，xfSに変換する位置座標変換演算部Ｍ
３１，Ｓ３１と速度座標変換演算部Ｍ３２，Ｓ３
２とを備えている。
位置座標変換演算部Ｍ３１，Ｓ３１からの位置
データxfM，xfSは、引算器Ｍ３３，Ｓ３３によ
り、仮想力学モデル演算部１３からの位置入力
xM，XSから引算され、両者の偏差が伝達関数要
素Ｍ３４，Ｓ３４に入力される。この伝達関数要
素Ｍ３４，Ｓ３４は、積分補償の機能を有する。
データxfM，xfSは、引算器Ｍ３３，Ｓ３３によ
り、仮想力学モデル演算部１３からの位置入力
xM，XSから引算され、両者の偏差が伝達関数要
素Ｍ３４，Ｓ３４に入力される。この伝達関数要
素Ｍ３４，Ｓ３４は、積分補償の機能を有する。
速度座標変換演算部Ｍ３２，Ｓ３２からの速度
データxfM，xfSも同様に、引算器Ｍ３５，Ｓ３５
により仮想力学モデル演算部１３からの速度入力
xM，xSから引算され、両者の偏差が伝達関数要
素Ｍ３６，Ｓ３６に入力される。
データxfM，xfSも同様に、引算器Ｍ３５，Ｓ３５
により仮想力学モデル演算部１３からの速度入力
xM，xSから引算され、両者の偏差が伝達関数要
素Ｍ３６，Ｓ３６に入力される。
上記仮想力学モデル演算部１３からの加速度入
力xM，xSと、伝達関数要素Ｍ３４，Ｓ３４及び
Ｍ３６，Ｓ３６からの偏差データは、加算器Ｍ３
７，Ｓ３７により加算され、それらの和が各アー
ムに対する加速度指令ｘとなるが、これは基準直
交座標系の値で表わされているため、加速度座標
変換演算部Ｍ３８，Ｓ３８により各関節の角加速
度θに変換されて非線形補償演算部Ｍ３９，Ｓ３
９に入力される。
力xM，xSと、伝達関数要素Ｍ３４，Ｓ３４及び
Ｍ３６，Ｓ３６からの偏差データは、加算器Ｍ３
７，Ｓ３７により加算され、それらの和が各アー
ムに対する加速度指令ｘとなるが、これは基準直
交座標系の値で表わされているため、加速度座標
変換演算部Ｍ３８，Ｓ３８により各関節の角加速
度θに変換されて非線形補償演算部Ｍ３９，Ｓ３
９に入力される。
非線形補償演算部Ｍ３９，Ｓ３９では、前掲の
(4)式に含まれる重力、慣性力、コリオリ力等の非
線形要素の補償演算を行ない、各関節軸のトルク
τM，τSを出力する。
(4)式に含まれる重力、慣性力、コリオリ力等の非
線形要素の補償演算を行ない、各関節軸のトルク
τM，τSを出力する。
第１２図は、第１１図に示された仮想力学モデ
ル演算部１３の構成を示すブロツク線図である。
これは第５図と同様であるが、出力として速度ｘ
と加速度ｘも取り出されるようになつている。
ル演算部１３の構成を示すブロツク線図である。
これは第５図と同様であるが、出力として速度ｘ
と加速度ｘも取り出されるようになつている。
このような第３の発明に係るマスタスレーブマ
ニピユレータによれば、仮想力学モデルの演算部
から速度と加速度の指令値を取り出し、位置の指
令とは別に補償することで、例えばマスタアーム
のクイツク動作や加減速動作にスレーブアームを
忠実に追従させることができる。
ニピユレータによれば、仮想力学モデルの演算部
から速度と加速度の指令値を取り出し、位置の指
令とは別に補償することで、例えばマスタアーム
のクイツク動作や加減速動作にスレーブアームを
忠実に追従させることができる。
［発明の効果］
以上のように、本発明は、マスタスレーブマニ
ピユレータのマスタアームとスレーブアームとの
間の力の伝達特性を規定する仮想力学モデルを想
定し、モデル追従形サーボ制御系を用いて、各ア
ームがその仮想力学モデルに追従するように制御
するものであり、仮想力学モデルへの入力とし
て、操作者によりマスタに加えられた力と、スレ
ーブが物に触れて検出した力とを与えることによ
り、全体としてバイラテラルサーボ系を有するマ
スタスレーブマニピユレータを構成し、スレーブ
アームに衝撃吸収、コンプライアンス機能及びフ
エールセーフ機能等を与える一方、マスタ側では
操作感を向上させるという効果を奏する。
ピユレータのマスタアームとスレーブアームとの
間の力の伝達特性を規定する仮想力学モデルを想
定し、モデル追従形サーボ制御系を用いて、各ア
ームがその仮想力学モデルに追従するように制御
するものであり、仮想力学モデルへの入力とし
て、操作者によりマスタに加えられた力と、スレ
ーブが物に触れて検出した力とを与えることによ
り、全体としてバイラテラルサーボ系を有するマ
スタスレーブマニピユレータを構成し、スレーブ
アームに衝撃吸収、コンプライアンス機能及びフ
エールセーフ機能等を与える一方、マスタ側では
操作感を向上させるという効果を奏する。
第１図は本発明の基本概念を示す図、第２図は
第１図のシステムの構成例を示すブロツク線図、
第３図は第１の発明の構成例を示す図、第４図は
仮想力学モデルの一例を示す図、第５図は第４図
の仮想力学モデル演算を示すブロツク線図、第６
図は仮想力学モデルの別の例を示す図、第７図は
第６図の仮想力学モデル演算を示すブロツク線
図、第８図はマスタスレーブマニピユレータを構
成する垂直多関節型ロボツトの例を示す図、第９
図は第２の発明の構成例を示す図、第１０図は第
９図の仮想力学モデル演算部のブロツク線図、第
１１図は第３の発明の構成例を示す図、第１２図
は第１１図の仮想力学モデルの演算部のブロツク
線図、第１３図は従来のマスタスレーブマニピユ
レータの制御方式を示す図である。 Ｍ……マスタアーム、Ｓ……スレーブアーム、
１１……位置検出器、１２……力検出器、１３…
…仮想力学モデル演算部、１４……サーボ制御
系、１５……力座標変換演算部、１６……位置座
標変換演算部、Ｍ１８，Ｓ１８……位置制御補償
器、Ｍ１９，Ｓ１９……サーボアンプ、Ｍ２１，
Ｓ２１……速度検出器。
第１図のシステムの構成例を示すブロツク線図、
第３図は第１の発明の構成例を示す図、第４図は
仮想力学モデルの一例を示す図、第５図は第４図
の仮想力学モデル演算を示すブロツク線図、第６
図は仮想力学モデルの別の例を示す図、第７図は
第６図の仮想力学モデル演算を示すブロツク線
図、第８図はマスタスレーブマニピユレータを構
成する垂直多関節型ロボツトの例を示す図、第９
図は第２の発明の構成例を示す図、第１０図は第
９図の仮想力学モデル演算部のブロツク線図、第
１１図は第３の発明の構成例を示す図、第１２図
は第１１図の仮想力学モデルの演算部のブロツク
線図、第１３図は従来のマスタスレーブマニピユ
レータの制御方式を示す図である。 Ｍ……マスタアーム、Ｓ……スレーブアーム、
１１……位置検出器、１２……力検出器、１３…
…仮想力学モデル演算部、１４……サーボ制御
系、１５……力座標変換演算部、１６……位置座
標変換演算部、Ｍ１８，Ｓ１８……位置制御補償
器、Ｍ１９，Ｓ１９……サーボアンプ、Ｍ２１，
Ｓ２１……速度検出器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ マスタアームとスレーブアームとの間に力感
覚の伝達機能を有するマスタスレーブマニピユレ
ータにおいて、 前記マスタアーム及びスレーブアームの各々に
加えられる力を検出する力検出器と、 該力検出器により検出された力を入力とし、該
入力に応じた前記マスタアーム及びスレーブアー
ムの変位を出力とするように前記マスタアームと
前記スレーブアームとの間の力の伝達特性を規定
した仮想力学モデルに従つて演算する仮想力学モ
デル演算部と、 該仮想力学モデル演算部からの出力を指令値と
して前記マスタアーム及びスレーブアームを制御
するサーボ制御系と を備えたことを特徴とするマスタスレーブマニピ
ユレータ。 ２ マスタアームとスレーブアームとの間に力感
覚の伝達機能を有するマスタスレーブマニピユレ
ータにおいて、 前記マスタアーム及びスレーブアームの各々に
加えられる力を検出する力検出器と、 前記マスタアームに加えられた力及び前記スレ
ーブアームに加えられた力を入力とし、該入力に
応じた前記マスタアームの変位を出力とするよう
に前記マスタアームと前記スレーブアームとの間
の力の伝達特性を規定したマスタ仮想力学モデル
に従つて演算するマスタ仮想力学モデル演算部
と、 前記スレーブアームに加えられた力及び前記マ
スタ仮想力学モデル演算部からの変位を入力と
し、該入力に応じた前記スレーブアームの変位を
出力とするように予め定めたスレーブ仮想力学モ
デルに従つて演算するスレーブ仮想力学モデル演
算部と、 前記マスタ仮想力学モデル演算部及び前記スレ
ーブ仮想力学モデル演算部からの出力を指令値と
して前記マスタアーム及びスレーブアームを制御
するサーボ制御系と を備えたことを特徴とするマスタスレーブマニピ
ユレータ。 ３ マスタアームとスレーブアームとの間に力感
覚の伝達機能を有するマスタスレーブマニピユレ
ータにおいて、 前記マスタアーム及びスレーブアームの各々に
加えられる力を検出する力検出器と、 該力検出器により検出された力を入力とし、該
入力に応じた前記マスタアーム及びスレーブアー
ムの位置、速度及び加速度を出力とするように前
記マスタアームと前記スレーブアームとの間の力
の伝達特性を規定した仮想力学モデルに従つて演
算する仮想力学モデル演算部と、 前記マスタアーム及びスレーブアームの各々の
位置を検出する位置検出器と、 前記マスタアーム及びスレーブアームの各々の
速度を検出する速度検出器と、 前記仮想力学モデル演算部、前記位置検出器及
び前記速度検出器からの出力に基づいて前記マス
タアーム及びスレーブアームを制御するサーボ制
御系と を備えたことを特徴とするマスタスレーブマニピ
ユレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13602086A JPS62297080A (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | マスタスレ−ブマニピユレ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13602086A JPS62297080A (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | マスタスレ−ブマニピユレ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62297080A JPS62297080A (ja) | 1987-12-24 |
| JPH0445304B2 true JPH0445304B2 (ja) | 1992-07-24 |
Family
ID=15165308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13602086A Granted JPS62297080A (ja) | 1986-06-13 | 1986-06-13 | マスタスレ−ブマニピユレ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62297080A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0741558B2 (ja) * | 1989-09-30 | 1995-05-10 | 工業技術院長 | マスター・スレーブロボットの制御方法 |
| JPH0741559B2 (ja) * | 1989-09-30 | 1995-05-10 | 工業技術院長 | マスター・スレーブロボットの制御方法 |
| JPH0780139B2 (ja) * | 1990-03-31 | 1995-08-30 | 株式会社不二越 | マスタスレーブマニピュレータ |
| JP3055255B2 (ja) * | 1991-10-22 | 2000-06-26 | 日産自動車株式会社 | 車両用ドアの開閉制御装置 |
| JP4578854B2 (ja) * | 2004-04-30 | 2010-11-10 | オリンパス株式会社 | 手術機器保持装置 |
| JP5880952B2 (ja) * | 2012-03-16 | 2016-03-09 | 学校法人産業医科大学 | 内視鏡操作システム |
| US12377533B2 (en) | 2020-06-30 | 2025-08-05 | Keio University | Control system, control method, and storage medium |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS603010A (ja) * | 1983-06-20 | 1985-01-09 | Hitachi Ltd | ロボットの制御方法及びそのロボット |
-
1986
- 1986-06-13 JP JP13602086A patent/JPS62297080A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62297080A (ja) | 1987-12-24 |
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