JPH0557637A - ロボツトハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置 - Google Patents
ロボツトハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置Info
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- JPH0557637A JPH0557637A JP22023791A JP22023791A JPH0557637A JP H0557637 A JPH0557637 A JP H0557637A JP 22023791 A JP22023791 A JP 22023791A JP 22023791 A JP22023791 A JP 22023791A JP H0557637 A JPH0557637 A JP H0557637A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ロボット多指ハンドの動作教示に当り逆キネマ
テックスによる繁雑な繰り返し作業を解消し、写像情報
を利用したパターン認識の倣い制御動作により簡略化す
る。 【構成】ロボット多指ハンドの動作制御装置において、
ロボットハンドとオペレータそれぞれの各指関節ＰＩ
Ｐ，ＭＰの曲げ角θｍｉ１，θｍｉ２を検出手段Ｃにて
検出し、前記オペレータのパターン認識した各指関節Ｐ
ＩＰ，ＭＰの曲げ角θｍｉ１，θｍｉ２を写像演算装置
ＰＣに入力して射像幾何解析し、写像演算装置ＰＣの出
力を目標値として前記ロボットハンドの各関節角θｍｉ
１，θｍｉ２を位置決め装置Ｄで追従させ、ロボットハ
ンドの各関節軸駆動機構１９を駆動させる倣い制御動作
を実行することを特徴とする。
テックスによる繁雑な繰り返し作業を解消し、写像情報
を利用したパターン認識の倣い制御動作により簡略化す
る。 【構成】ロボット多指ハンドの動作制御装置において、
ロボットハンドとオペレータそれぞれの各指関節ＰＩ
Ｐ，ＭＰの曲げ角θｍｉ１，θｍｉ２を検出手段Ｃにて
検出し、前記オペレータのパターン認識した各指関節Ｐ
ＩＰ，ＭＰの曲げ角θｍｉ１，θｍｉ２を写像演算装置
ＰＣに入力して射像幾何解析し、写像演算装置ＰＣの出
力を目標値として前記ロボットハンドの各関節角θｍｉ
１，θｍｉ２を位置決め装置Ｄで追従させ、ロボットハ
ンドの各関節軸駆動機構１９を駆動させる倣い制御動作
を実行することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボットハンドとオペ
レータのそれぞれのスレーブハンドとマスタハンドとの
倣い対応動作制御装置に関するものである。
レータのそれぞれのスレーブハンドとマスタハンドとの
倣い対応動作制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、多関節、多自由度システムである
ロボット多指ハンドに対して指先位置（及び方向）を教
示するためには、目標とする指先位置（及び方向）情報
から逆キネマティクスを用いて各関節角を計算してい
た。
ロボット多指ハンドに対して指先位置（及び方向）を教
示するためには、目標とする指先位置（及び方向）情報
から逆キネマティクスを用いて各関節角を計算してい
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかして、逆キネマテ
ィクスを用いた各関節角の計算は一般に複雑であり、指
先位置（及び方向）を状況に合わせて試行錯誤的に決め
る場合には繁雑な繰り返し作業が必要であるという課題
があった。こゝにおいて、本発明は、前記課題を解決す
るのに有効適切なロボットハンドのマスタ・スレーブ対
応動作制御装置を提供せんとするものである。
ィクスを用いた各関節角の計算は一般に複雑であり、指
先位置（及び方向）を状況に合わせて試行錯誤的に決め
る場合には繁雑な繰り返し作業が必要であるという課題
があった。こゝにおいて、本発明は、前記課題を解決す
るのに有効適切なロボットハンドのマスタ・スレーブ対
応動作制御装置を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段を採用すること
により達成される。即ち、本発明の第１の特徴は、ロボ
ットハンドとオペレータそれぞれの各指関節の曲げ角を
検出する手段と、オペレータの各指関節角を入力とする
写像演算装置と、前記写像演算装置の出力を目標値とし
て前記ロボットハンドの各関節軸駆動機構を駆動させて
前記ロボットハンドの各関節角を追従させる位置決め装
置とからなるロボットハンドのマスタ・スレーブ対応動
作制御装置である。
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段を採用すること
により達成される。即ち、本発明の第１の特徴は、ロボ
ットハンドとオペレータそれぞれの各指関節の曲げ角を
検出する手段と、オペレータの各指関節角を入力とする
写像演算装置と、前記写像演算装置の出力を目標値とし
て前記ロボットハンドの各関節軸駆動機構を駆動させて
前記ロボットハンドの各関節角を追従させる位置決め装
置とからなるロボットハンドのマスタ・スレーブ対応動
作制御装置である。
【０００５】本発明の第２の特徴は、ロボットハンドと
オペレータそれぞれの各指関節の曲げ角を検出する手
段、ロボットハンドとオペレータそれぞれの各指関節の
曲げ角から少なくとも指先の位置を算出する計算装置、
オペレータの指先の位置（及び方向）を入力とする写像
演算装置、前記写像演算装置の出力を目標値として前記
ロボットハンドの各関節軸駆動機構を駆動させて、前記
ロボットハンドの少なくとも指先の位置を追従させる位
置決め装置とからなるロボットハンドのマスタ・スレー
ブ対応動作制御装置である。
オペレータそれぞれの各指関節の曲げ角を検出する手
段、ロボットハンドとオペレータそれぞれの各指関節の
曲げ角から少なくとも指先の位置を算出する計算装置、
オペレータの指先の位置（及び方向）を入力とする写像
演算装置、前記写像演算装置の出力を目標値として前記
ロボットハンドの各関節軸駆動機構を駆動させて、前記
ロボットハンドの少なくとも指先の位置を追従させる位
置決め装置とからなるロボットハンドのマスタ・スレー
ブ対応動作制御装置である。
【０００６】
【作用】本発明は、前記のような手段を講じたので、オ
ペレータの各指関節の曲げ角を検出手段により写像撮影
し、その写像情報を写像演算装置に掛けて射影幾何解析
し、算出したその数値データを基にロボットハンドの各
関節角に対応追従させる位置決め装置に入力してロボッ
トハンドの各関節軸駆動機構を駆動操作させる所謂写像
を利用したパターン認識の倣い制御動作を実現する。
ペレータの各指関節の曲げ角を検出手段により写像撮影
し、その写像情報を写像演算装置に掛けて射影幾何解析
し、算出したその数値データを基にロボットハンドの各
関節角に対応追従させる位置決め装置に入力してロボッ
トハンドの各関節軸駆動機構を駆動操作させる所謂写像
を利用したパターン認識の倣い制御動作を実現する。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面により
説明する。図１は本実施例におけるスレーブハンドの３
自由度、ベルト駆動方式による各関節軸駆動機構の構成
図、図２は同・マスタハンドのデータグローブを示す斜
面図、図３は同・システムの動作手順説明図、図４は指
関節の名称を定義したものである。
説明する。図１は本実施例におけるスレーブハンドの３
自由度、ベルト駆動方式による各関節軸駆動機構の構成
図、図２は同・マスタハンドのデータグローブを示す斜
面図、図３は同・システムの動作手順説明図、図４は指
関節の名称を定義したものである。
【０００８】図中、αは本実施例のロボットハンドのマ
スタ・スレーブ対応動作制御装置、Ａはマスタハンド、
Ｂはスレーブハンド、ＰＣは写像演算装置、１はグロー
ブ、２は光ファイバ、３は３スペースセンサ、４は指先
節指部、５は中間節指部、６は付根節指部、ＤＩＰは第
１関節、ＰＩＰは第２関節、ＭＰは第３関節、７は第１
関節用タイミングベルト、８は第２関節用タイミングベ
ルト、９はハーモニックドライブサーボモータ（Ｈａｒ
ｍｏｎｉｃ Ｄｒｉｖｅ ＤＣ ＳｅｒｖｏＭｏｔｏ
ｒ）、１０は第１関節軸、１１は第２関節軸である。
スタ・スレーブ対応動作制御装置、Ａはマスタハンド、
Ｂはスレーブハンド、ＰＣは写像演算装置、１はグロー
ブ、２は光ファイバ、３は３スペースセンサ、４は指先
節指部、５は中間節指部、６は付根節指部、ＤＩＰは第
１関節、ＰＩＰは第２関節、ＭＰは第３関節、７は第１
関節用タイミングベルト、８は第２関節用タイミングベ
ルト、９はハーモニックドライブサーボモータ（Ｈａｒ
ｍｏｎｉｃ Ｄｒｉｖｅ ＤＣ ＳｅｒｖｏＭｏｔｏ
ｒ）、１０は第１関節軸、１１は第２関節軸である。
【０００９】Ｃは検出手段で計算機能を有するコントロ
ーラ１２とＩ／Ｏボード１３とフォトセンサ１４と発光
ダイオードＬＥＤから構成され、写像演算装置ＰＣはＡ
／Ｄコンバータ１５とインターフェース１６と中央演算
装置（ＣＰＵ）１７とＤ／Ａコンバータ１８で構成さ
れ、Ｄは位置決め装置で各関節軸駆動機構１９を駆動す
るハーモニックドライブサーボモータ９と計算装置たる
位置・方向を出力するポテンショメータ２０とから構成
される。なお、２１は各関節軸駆動機構１９のスラスト
旋回軸である。
ーラ１２とＩ／Ｏボード１３とフォトセンサ１４と発光
ダイオードＬＥＤから構成され、写像演算装置ＰＣはＡ
／Ｄコンバータ１５とインターフェース１６と中央演算
装置（ＣＰＵ）１７とＤ／Ａコンバータ１８で構成さ
れ、Ｄは位置決め装置で各関節軸駆動機構１９を駆動す
るハーモニックドライブサーボモータ９と計算装置たる
位置・方向を出力するポテンショメータ２０とから構成
される。なお、２１は各関節軸駆動機構１９のスラスト
旋回軸である。
【００１０】本実施例の仕様は、このような具体的実施
態様であるため次にその動作手順を説明する。図１に示
すよう、各指関節ＤＩＰ，ＰＩＰはタイミングベルト
７，８を介してハーモニックドライブサーボモータ９に
より駆動される。マスタ入力には図２に示されているデ
ータグローブ１を用いて、オペレータの各指関節ＤＩ
Ｐ，ＰＩＰ，ＭＰの曲げ角をデータグローブ１に取り付
けられた光ファイバ２を通過する光の量から３スペース
センサ３を通して測定できる。
態様であるため次にその動作手順を説明する。図１に示
すよう、各指関節ＤＩＰ，ＰＩＰはタイミングベルト
７，８を介してハーモニックドライブサーボモータ９に
より駆動される。マスタ入力には図２に示されているデ
ータグローブ１を用いて、オペレータの各指関節ＤＩ
Ｐ，ＰＩＰ，ＭＰの曲げ角をデータグローブ１に取り付
けられた光ファイバ２を通過する光の量から３スペース
センサ３を通して測定できる。
【００１１】図３はマスタ・スレーブハンドシステムの
概要を示す。データグローブ１により採取されたオペレ
ータの各指関節ＤＩＰ，ＰＩＰ，ＭＰ角度がデータグロ
ーブコントローラ１２からインターフェース１６を介し
て写像演算装置ＰＣの中央演算装置１７へ転送される。
スレーブハンドＢの指関節ＤＩＰ，ＰＩＰ，ＭＰ角度は
ポテンショメータ２０からＡ／Ｄコンバータ１５を通し
て写像演算装置ＰＣの中央演算装置１７に取り込まれ
る。また、スレーブハンドＢの各関節軸１０，１１への
指令トルク入力はＤ／Ａコンバータ１８を通してハーモ
ニックドライブサーボモータ９に伝えられる。
概要を示す。データグローブ１により採取されたオペレ
ータの各指関節ＤＩＰ，ＰＩＰ，ＭＰ角度がデータグロ
ーブコントローラ１２からインターフェース１６を介し
て写像演算装置ＰＣの中央演算装置１７へ転送される。
スレーブハンドＢの指関節ＤＩＰ，ＰＩＰ，ＭＰ角度は
ポテンショメータ２０からＡ／Ｄコンバータ１５を通し
て写像演算装置ＰＣの中央演算装置１７に取り込まれ
る。また、スレーブハンドＢの各関節軸１０，１１への
指令トルク入力はＤ／Ａコンバータ１８を通してハーモ
ニックドライブサーボモータ９に伝えられる。
【００１２】本実施例では図４に示すようにオペレータ
の各指について第３関節ＭＰと第２関節ＰＩＰの曲げ角
を測定し、合計１０個の角度データを６０Ｈｚのサンプ
リングレートで写像演算装置ＰＣに転送できる。親指か
ら数えてｉ番目の指の第３関節ＭＰ，第２関節ＰＩＰの
曲げ角をそれぞれθｍｉ１，θｍｉ２（ｉ＝１〜５）、
これらを要素として持つ関節角ベクトルをΘｍｉとす
る。また、スレーブハンドＢのｉ番目の指のｊ番目の関
節角をθｓｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３）とし、３つの関節角
を要素にもつ関節角ベクトルをΘｓｉとおく。
の各指について第３関節ＭＰと第２関節ＰＩＰの曲げ角
を測定し、合計１０個の角度データを６０Ｈｚのサンプ
リングレートで写像演算装置ＰＣに転送できる。親指か
ら数えてｉ番目の指の第３関節ＭＰ，第２関節ＰＩＰの
曲げ角をそれぞれθｍｉ１，θｍｉ２（ｉ＝１〜５）、
これらを要素として持つ関節角ベクトルをΘｍｉとす
る。また、スレーブハンドＢのｉ番目の指のｊ番目の関
節角をθｓｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３）とし、３つの関節角
を要素にもつ関節角ベクトルをΘｓｉとおく。
【００１３】基本的にマスタハンドＡとスレーブハンド
Ｂは異構造であるため、本実施例のようにユニラテラル
のマスタ・スレーブシステムでマスタハンドＡ側の位置
（角度）指令をスレーブハンドＢ側に与える場合、両者
の間に種々の写像法が考えられる。最も単純な写像演算
の一つとして親指、人差し指、中指の関節角ベクトルΘ
ｍｉをスレーブハンドＢ側の３本の指の関節角ベクトル
Θｓｉと対応させられると考えられる。この場合、位置
決め装置Ｄは次のような制御アルゴリズムに基づいて構
成すればよい。
Ｂは異構造であるため、本実施例のようにユニラテラル
のマスタ・スレーブシステムでマスタハンドＡ側の位置
（角度）指令をスレーブハンドＢ側に与える場合、両者
の間に種々の写像法が考えられる。最も単純な写像演算
の一つとして親指、人差し指、中指の関節角ベクトルΘ
ｍｉをスレーブハンドＢ側の３本の指の関節角ベクトル
Θｓｉと対応させられると考えられる。この場合、位置
決め装置Ｄは次のような制御アルゴリズムに基づいて構
成すればよい。
【００１４】τｓｉｊ＝ｋｐ（θｍｉｊ−θｓｉｊ）
（ｉ＝１〜３，ｊ＝１〜２） ただし、ｋｐは適当なフィードバックゲイン、τｓｉｊ
はスレーブハンドＢのｉ番目の指のｊ番目の関節軸１
０，１１への入力トルクを表す。また、マスタハンドＡ
側に設定された作業座標系における親指、人差し指、中
指の指先の位置ベクトルＸｍｉをスレーブハンドＢ側に
設定された作業座表標系におけるスレーブハンドＢの３
本の指先の位置ベクトルＸｓｉに一致させるためには次
のような制御則に基づく位置決め装置Ｄを構成すればよ
い。
（ｉ＝１〜３，ｊ＝１〜２） ただし、ｋｐは適当なフィードバックゲイン、τｓｉｊ
はスレーブハンドＢのｉ番目の指のｊ番目の関節軸１
０，１１への入力トルクを表す。また、マスタハンドＡ
側に設定された作業座標系における親指、人差し指、中
指の指先の位置ベクトルＸｍｉをスレーブハンドＢ側に
設定された作業座表標系におけるスレーブハンドＢの３
本の指先の位置ベクトルＸｓｉに一致させるためには次
のような制御則に基づく位置決め装置Ｄを構成すればよ
い。
【００１５】
【式１】 ただし、Ｍｓ，ｈｓはスレーブフィンガーの慣性行列、
コリオリ力・重力項等を表しており、Ｊｓｉはヤコビ行
列を示している。Ｋｖ，Ｋｐはそれぞれ速度、位置に関
するフィードバックゲイン行列である。
コリオリ力・重力項等を表しており、Ｊｓｉはヤコビ行
列を示している。Ｋｖ，Ｋｐはそれぞれ速度、位置に関
するフィードバックゲイン行列である。
【００１６】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によればロボ
ット多指ハンドの動作教示を逆キネマティクスによる繁
雑な繰り返し作業を行うことなく写像情報を利用した倣
い制御動作を実行できる利点を有する。
ット多指ハンドの動作教示を逆キネマティクスによる繁
雑な繰り返し作業を行うことなく写像情報を利用した倣
い制御動作を実行できる利点を有する。
【図１】本発明の実施例で使用するスレーブハンドの各
関節軸駆動機構の一構成例を示す正面図である。
関節軸駆動機構の一構成例を示す正面図である。
【図２】同上マスタハンドの一例を示す斜面図である。
【図３】本発明の実施例を示す動作手順説明図である。
【図４】同上で使用するマスタハンドの指関節名称とそ
の曲げ角度を定義する説明図である。
の曲げ角度を定義する説明図である。
α…ロボットハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装
置 Ａ…マスタハンド Ｂ…スレーブハンド Ｃ…検出手段 Ｄ…位置決め装置 ＰＣ…写像演算装置 ＬＥＤ…発光ダイオード ＤＩＰ…第１関節 ＰＩＰ…第２関節 ＭＰ…第３関節 １…データグローブ ２…光ファイバ ３…３スペースセンサ ４…指先節指部 ５…中間節指部 ６…付根節指部 ７…第１関節用タイミングベルト ８…第２関節用タイミングベルト ９…ハーモニックドライブサーボモータ １０…第１関節軸 １１…第２関節軸 １３…Ｉ／Ｏボード １４…フォトセンサ １５…Ａ／Ｄコンバータ １６…インターフェース １７…中央演算装置 １８…Ｄ／Ａコンバータ １９…各関節軸駆動機構 ２０…ポテンショメータ ２１…スラスト旋回軸
置 Ａ…マスタハンド Ｂ…スレーブハンド Ｃ…検出手段 Ｄ…位置決め装置 ＰＣ…写像演算装置 ＬＥＤ…発光ダイオード ＤＩＰ…第１関節 ＰＩＰ…第２関節 ＭＰ…第３関節 １…データグローブ ２…光ファイバ ３…３スペースセンサ ４…指先節指部 ５…中間節指部 ６…付根節指部 ７…第１関節用タイミングベルト ８…第２関節用タイミングベルト ９…ハーモニックドライブサーボモータ １０…第１関節軸 １１…第２関節軸 １３…Ｉ／Ｏボード １４…フォトセンサ １５…Ａ／Ｄコンバータ １６…インターフェース １７…中央演算装置 １８…Ｄ／Ａコンバータ １９…各関節軸駆動機構 ２０…ポテンショメータ ２１…スラスト旋回軸
Claims (2)
- 【請求項１】ロボット多指ハンドの動作制御装置におい
て、ロボットハンドとオペレータそれぞれの各指関節の
曲げ角を検出する手段と、オペレータの各指関節角を入
力とする写像演算装置と、前記写像演算装置の出力を目
標値として前記ロボットハンドの各関節軸駆動機構を駆
動させて前記ロボットハンドの各関節角を追従させる位
置決め装置とからなることを特徴としたロボットハンド
のマスタ・スレーブ対応動作制御装置 - 【請求項２】ロボット多指ハンドの動作制御装置におい
て、ロボットハンドとオペレータそれぞれの各指関節の
曲げ角を検出する手段、ロボットハンドとオペレータそ
れぞれの各指関節の曲げ角から少なくとも指先の位置を
算出する計算装置、オペレータの少なくとも指先の位置
を入力とする写像演算装置、前記写像演算装置の出力を
目標値として前記ロボットハンドの各関節軸駆動機構を
駆動させて前記ロボットハンドの指先の位置及び方向を
追従させる位置決め装置とからなることを特徴としたロ
ボットハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22023791A JPH0557637A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | ロボツトハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22023791A JPH0557637A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | ロボツトハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0557637A true JPH0557637A (ja) | 1993-03-09 |
Family
ID=16748043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22023791A Pending JPH0557637A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | ロボツトハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0557637A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008178973A (ja) * | 2001-02-27 | 2008-08-07 | Anthrotronix Inc | 信号通信システム |
| CN104552227A (zh) * | 2013-10-21 | 2015-04-29 | 苏茂 | 直线轴承式掌指关节运动检测装置 |
| US9545717B2 (en) | 2012-01-04 | 2017-01-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Robot hand and humanoid robot having the same |
| CN110666821A (zh) * | 2018-07-03 | 2020-01-10 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种单自由度力反馈手柄 |
| WO2020054268A1 (ja) * | 2018-09-14 | 2020-03-19 | 国立大学法人 東京大学 | 情報処理装置、ロボットハンド制御システム、及びロボットハンド制御プログラム |
-
1991
- 1991-08-30 JP JP22023791A patent/JPH0557637A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008178973A (ja) * | 2001-02-27 | 2008-08-07 | Anthrotronix Inc | 信号通信システム |
| US9545717B2 (en) | 2012-01-04 | 2017-01-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Robot hand and humanoid robot having the same |
| CN104552227A (zh) * | 2013-10-21 | 2015-04-29 | 苏茂 | 直线轴承式掌指关节运动检测装置 |
| CN110666821A (zh) * | 2018-07-03 | 2020-01-10 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种单自由度力反馈手柄 |
| WO2020054268A1 (ja) * | 2018-09-14 | 2020-03-19 | 国立大学法人 東京大学 | 情報処理装置、ロボットハンド制御システム、及びロボットハンド制御プログラム |
| JP2020044581A (ja) * | 2018-09-14 | 2020-03-26 | 国立大学法人 東京大学 | 情報処理装置、ロボットハンド制御システム、及びロボットハンド制御プログラム |
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