JPS60207780A - マスタスレ−ブマニピユレ−タ - Google Patents
マスタスレ−ブマニピユレ−タInfo
- Publication number
- JPS60207780A JPS60207780A JP6077984A JP6077984A JPS60207780A JP S60207780 A JPS60207780 A JP S60207780A JP 6077984 A JP6077984 A JP 6077984A JP 6077984 A JP6077984 A JP 6077984A JP S60207780 A JPS60207780 A JP S60207780A
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- signal
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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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、多自由度のマスタアーム、スレーブアームの
それぞれの自由度に対しｒ＊ａ付けられた位置検出器と
トルク検出器の信号にょっ゛Ｃカ帰還形パイラテラルサ
ーボ系を構成したマスタスレーブマニピュレータに関し
、マスタアームの操作性を向上させるためにトルク検出
器の信号から自重成分を取り去るようにしたマスタスレ
ーブマニピュレータに関する〇 〔従来技術とその問題点〕 パイラテラルサーボ系は、対称形、力逆送形、力帰還形
が公知であるが、基本的な概念は、スレーブにかかる外
力をマスクを操作する人間が感じるようにすることで、
操作性を向上させようとするものであるから、何らかの
方法でマスクとスレーブの自重成分が、カフィードパッ
クルーズに入らないようにしなければならない。
それぞれの自由度に対しｒ＊ａ付けられた位置検出器と
トルク検出器の信号にょっ゛Ｃカ帰還形パイラテラルサ
ーボ系を構成したマスタスレーブマニピュレータに関し
、マスタアームの操作性を向上させるためにトルク検出
器の信号から自重成分を取り去るようにしたマスタスレ
ーブマニピュレータに関する〇 〔従来技術とその問題点〕 パイラテラルサーボ系は、対称形、力逆送形、力帰還形
が公知であるが、基本的な概念は、スレーブにかかる外
力をマスクを操作する人間が感じるようにすることで、
操作性を向上させようとするものであるから、何らかの
方法でマスクとスレーブの自重成分が、カフィードパッ
クルーズに入らないようにしなければならない。
従来、マスタスレーブマニピュレータの多くは、各自由
度にカウンタウェイトあるいはバネを使っテメカニカル
にマスタアーム、スレーブアームの自重成分とバランス
させている。しかし本方式でハ、自由度の多い多関節形
のマスタスレーブマニピュレータには構造的に適用が困
難である。
度にカウンタウェイトあるいはバネを使っテメカニカル
にマスタアーム、スレーブアームの自重成分とバランス
させている。しかし本方式でハ、自由度の多い多関節形
のマスタスレーブマニピュレータには構造的に適用が困
難である。
そこでマニピュレータの関節部あるいはアクチェエータ
部あるいは減速部に取り付けられた位置あるいは角度の
検出器の信号を・もとに、マニピュレータの現在姿勢を
知り、そこから計算機を用い′ＣＣ各自変度駆動するア
クチェエータにかかるアーム自重成分を計算し、アクチ
ュエータ自身でそれを補償するように構成したものもあ
る。第１図は、この力帰還形パイラテラルサーボ系のマ
スタスレーブマニピュレータに対し〔使った時のブロッ
ク図で、マスク側をＡ、スレーブ側をＢとしＣ示しＣあ
る。符号の１および１４はそれぞれマスク側、スレーブ
側のモータ部、２．１５はそれぞれ速度検出器、３．１
６はトルクあるいは力検出器、４．１７は、それぞれ位
置あるいは回転角検出器である。５．１１は、それぞれ
モータのドライバ、６゜１２は増巾器、７，１３は、重
力成分演算部、８．１０は、制御補償器、９は、マスク
自重分出力電圧計算部である。第１図においで１計算機
を使用する場合、信号流れの中に適宜、ＡＤ変換、ＤＡ
変換がされている。
部あるいは減速部に取り付けられた位置あるいは角度の
検出器の信号を・もとに、マニピュレータの現在姿勢を
知り、そこから計算機を用い′ＣＣ各自変度駆動するア
クチェエータにかかるアーム自重成分を計算し、アクチ
ュエータ自身でそれを補償するように構成したものもあ
る。第１図は、この力帰還形パイラテラルサーボ系のマ
スタスレーブマニピュレータに対し〔使った時のブロッ
ク図で、マスク側をＡ、スレーブ側をＢとしＣ示しＣあ
る。符号の１および１４はそれぞれマスク側、スレーブ
側のモータ部、２．１５はそれぞれ速度検出器、３．１
６はトルクあるいは力検出器、４．１７は、それぞれ位
置あるいは回転角検出器である。５．１１は、それぞれ
モータのドライバ、６゜１２は増巾器、７，１３は、重
力成分演算部、８．１０は、制御補償器、９は、マスク
自重分出力電圧計算部である。第１図においで１計算機
を使用する場合、信号流れの中に適宜、ＡＤ変換、ＤＡ
変換がされている。
第１図の動作は、まずスレーブ側ループにおいては、マ
スク側位置検出器４の信号を目標値とし′Ｃ１スレーブ
側の位置検出器１６の信号がこれに追従するループがあ
り、制御補償器１０で処理された信号と、ダンピング特
性を向上させるためにスレーブ側の速度検出器１５の信
号を負帰還させた信号によっ′Ｃ１ドライバ１１により
スレーブ側モータ１４を駆動させる。マスク側ループは
、マスク側トルク検出器３の信号と、マスク側位置検出
器４の信号と他のマスク関節の位置検出器の信号１８と
から重力成分演算部７によっ′Ｃ計算されるマスク自重
成分トルク信号とを使っ′で１マスク側の自重成分を除
いた力成分の信号と、スレーブ側トルク検出器１６の信
号と、スレーブ側位置検出器１７の信号と他のスレーブ
関節の位置検出器の信号１９とから重力成分演算部１３
によりＣ計算さｎるスレーブ自重成分トルク信号とを使
っ゛Ｃ１スレーブ側自重成分を除いた力成分の信号にお
いて、前記スレーブ側力成分信号に、前記マスク側力成
分信号が追従するようにしたループにおける制御補償器
８で処理された信号と、前記マスク側自重成分トルクを
モータトルクに変換できるだけの電圧値に計算を行なう
マスタ自重分出力電圧計算部９の信号と、ダンピング特
性を向上させるためにマスク側の速度検出器２の信号を
負帰還させた信号とによってドライバ５によりマスタ側
モータ１を駆動させる。
スク側位置検出器４の信号を目標値とし′Ｃ１スレーブ
側の位置検出器１６の信号がこれに追従するループがあ
り、制御補償器１０で処理された信号と、ダンピング特
性を向上させるためにスレーブ側の速度検出器１５の信
号を負帰還させた信号によっ′Ｃ１ドライバ１１により
スレーブ側モータ１４を駆動させる。マスク側ループは
、マスク側トルク検出器３の信号と、マスク側位置検出
器４の信号と他のマスク関節の位置検出器の信号１８と
から重力成分演算部７によっ′Ｃ計算されるマスク自重
成分トルク信号とを使っ′で１マスク側の自重成分を除
いた力成分の信号と、スレーブ側トルク検出器１６の信
号と、スレーブ側位置検出器１７の信号と他のスレーブ
関節の位置検出器の信号１９とから重力成分演算部１３
によりＣ計算さｎるスレーブ自重成分トルク信号とを使
っ゛Ｃ１スレーブ側自重成分を除いた力成分の信号にお
いて、前記スレーブ側力成分信号に、前記マスク側力成
分信号が追従するようにしたループにおける制御補償器
８で処理された信号と、前記マスク側自重成分トルクを
モータトルクに変換できるだけの電圧値に計算を行なう
マスタ自重分出力電圧計算部９の信号と、ダンピング特
性を向上させるためにマスク側の速度検出器２の信号を
負帰還させた信号とによってドライバ５によりマスタ側
モータ１を駆動させる。
こうし゛Ｃ操作者は重力成分を力感覚とし°Ｃ感するこ
となく、外力成分のみを感じ、さらにカウンタウェイト
やばねを使った重力補償と同じく任意の姿勢で外力が働
かない時に静止可能となる。
となく、外力成分のみを感じ、さらにカウンタウェイト
やばねを使った重力補償と同じく任意の姿勢で外力が働
かない時に静止可能となる。
しかし本方式においては、膨大な計算量を必要とする重
力成分計算が、マスク側、スレーブ側に配置されており
、自由度が増加した時、計算時間が増加し、それに供い
、サンプリング時間も長くなり操作性の悪化をもたらす
。また操作性向上のためにサンプリング時間を短くする
ためには大型高速の計算機が必要となり、システムが高
価になっ′Ｃしまう。
力成分計算が、マスク側、スレーブ側に配置されており
、自由度が増加した時、計算時間が増加し、それに供い
、サンプリング時間も長くなり操作性の悪化をもたらす
。また操作性向上のためにサンプリング時間を短くする
ためには大型高速の計算機が必要となり、システムが高
価になっ′Ｃしまう。
こうした欠点を補うためマスタスレーブマニピュレータ
の自重成分演算の中の腕姿勢演算をマスクまたはスレー
ブのいずれか一方に゛りいて行ない、演算量を従来より
少なくしようとしたものが、第２図のブロック図で示さ
れ′Ｃいるような、特開昭５８−７１０８５号公報に記
載のものである。
の自重成分演算の中の腕姿勢演算をマスクまたはスレー
ブのいずれか一方に゛りいて行ない、演算量を従来より
少なくしようとしたものが、第２図のブロック図で示さ
れ′Ｃいるような、特開昭５８−７１０８５号公報に記
載のものである。
これは、マスクとスレーブが常にほぼ同一の姿勢である
という仮定にもとづいｃ１腕姿勢の計算をどちらか一方
だけにしたものである。
という仮定にもとづいｃ１腕姿勢の計算をどちらか一方
だけにしたものである。
しかしながら本方式によれば、遅れ時間等によるマスタ
、スレーブの姿勢誤差が、考慮されＣいない。そのため
正確な重力補償が行なわれず、操作性が悪化し、操作者
に疲痕をもたらす。
、スレーブの姿勢誤差が、考慮されＣいない。そのため
正確な重力補償が行なわれず、操作性が悪化し、操作者
に疲痕をもたらす。
本発明は、上述した従来方法の入点を改良したもので、
計算機の計算時間を少なくシ、かつ操作性のよいマスタ
スレーブマニピュレータを提供スることを目的とする。
計算機の計算時間を少なくシ、かつ操作性のよいマスタ
スレーブマニピュレータを提供スることを目的とする。
本発明は、多自由度のマスタアーム、スレーブアームの
それぞれの自由度に対して、力帰還形パイラテラルサー
ボ系を構成したマスタスレーブマニピュレータにおいて
、マスタアーム、スレーブアームの各自由度に取り付け
られた位置センサの信号から、マスク姿勢とスレーブ姿
勢の中間姿勢をめ、前記中間姿勢をもとに、マスクおよ
びスレーブの各自由度を駆動するアクチェエータにかか
るアーム自重によるトルクを演算し、マスク、スレーブ
の各自由度に設けられたトルク検出器のトルク信号から
、前記自重トルクを減算したものを外力トルクとじて１
カ帰還形マスタスレープマニピエレータのマスク側力感
覚用信号とじて使用することを特徴とするマスタスレー
ブマニピュレータである。
それぞれの自由度に対して、力帰還形パイラテラルサー
ボ系を構成したマスタスレーブマニピュレータにおいて
、マスタアーム、スレーブアームの各自由度に取り付け
られた位置センサの信号から、マスク姿勢とスレーブ姿
勢の中間姿勢をめ、前記中間姿勢をもとに、マスクおよ
びスレーブの各自由度を駆動するアクチェエータにかか
るアーム自重によるトルクを演算し、マスク、スレーブ
の各自由度に設けられたトルク検出器のトルク信号から
、前記自重トルクを減算したものを外力トルクとじて１
カ帰還形マスタスレープマニピエレータのマスク側力感
覚用信号とじて使用することを特徴とするマスタスレー
ブマニピュレータである。
本発明によって、従来、膨大な演算量を必要としていた
腕姿勢演算をほぼ半減にすることができ、かつ、マスク
側スレーブ側の追従誤差の影響を大キ＜受けることなく
操作性の良いマスタスレーブマニピュレータが実現可能
になる。。
腕姿勢演算をほぼ半減にすることができ、かつ、マスク
側スレーブ側の追従誤差の影響を大キ＜受けることなく
操作性の良いマスタスレーブマニピュレータが実現可能
になる。。
第３図は本発明の一実施例を示すブロック図である０ス
レーブ駆動のためのマスク位置追従ループは、従来例と
同じであるので省略する。マスタ駆動のための７スタカ
帰還ループは、マスク側力検出器３８．スレーブ側力検
出器４８．マスク側位置検出器３９．スレーブ側位置検
出器４９．腕自重成分計算部５０．マスタ自重成分出力
電圧計算部５１．他自由度軸の、マスク、スレーブそれ
ぞれの位置信号５２．制御補償器４２．マスク側速度検
出器３７．増巾器４１．ドライバ４０． モータ３６と
からなる。このループは、マスク側トルク検出器３８の
信号と、マスク側スレーブ側それぞれの位置検出器３９
．４９の、信号とマスタスレーブそれぞれ他の自由度軸
の位置検出器の信号５２とからマスタとスレーブの中間
姿勢をめこれをもとにマスク、スレーブそれぞれの自重
成分を計算する自重成分演算部５ｏからのマスタ自重成
分信号とから、マスク軸に働く外力成分のみをめ、また
スレーブ側トルク検出器４８と、前記自重成分演算部５
０からのスレーブ自重成分信号とからスレーブ軸に働く
外力成分のみをめる。さらにこのマスク側スレーブ側の
外力トルク成分から、いわゆる力帰還形パイラテラル制
御の演算を行ない、制御補償器４２を通してその出力を
ドライバに入力する。また、カウンタウェイトに代用す
る力としＣ前記マスク自重成分信号からマスク自重成分
出力電圧計算部５１を通し゛Ｃ１マスタアームが平衡状
態を保−りためのドライバへの入力電圧をめ、それをド
ライバへ入力する。さらにマスク側速度検出器３７の信
号を増巾器４１で増巾して、ダンピング特性を向−ヒさ
せるためにドライバへ負帰還ループとじＣ入力する。
レーブ駆動のためのマスク位置追従ループは、従来例と
同じであるので省略する。マスタ駆動のための７スタカ
帰還ループは、マスク側力検出器３８．スレーブ側力検
出器４８．マスク側位置検出器３９．スレーブ側位置検
出器４９．腕自重成分計算部５０．マスタ自重成分出力
電圧計算部５１．他自由度軸の、マスク、スレーブそれ
ぞれの位置信号５２．制御補償器４２．マスク側速度検
出器３７．増巾器４１．ドライバ４０． モータ３６と
からなる。このループは、マスク側トルク検出器３８の
信号と、マスク側スレーブ側それぞれの位置検出器３９
．４９の、信号とマスタスレーブそれぞれ他の自由度軸
の位置検出器の信号５２とからマスタとスレーブの中間
姿勢をめこれをもとにマスク、スレーブそれぞれの自重
成分を計算する自重成分演算部５ｏからのマスタ自重成
分信号とから、マスク軸に働く外力成分のみをめ、また
スレーブ側トルク検出器４８と、前記自重成分演算部５
０からのスレーブ自重成分信号とからスレーブ軸に働く
外力成分のみをめる。さらにこのマスク側スレーブ側の
外力トルク成分から、いわゆる力帰還形パイラテラル制
御の演算を行ない、制御補償器４２を通してその出力を
ドライバに入力する。また、カウンタウェイトに代用す
る力としＣ前記マスク自重成分信号からマスク自重成分
出力電圧計算部５１を通し゛Ｃ１マスタアームが平衡状
態を保−りためのドライバへの入力電圧をめ、それをド
ライバへ入力する。さらにマスク側速度検出器３７の信
号を増巾器４１で増巾して、ダンピング特性を向−ヒさ
せるためにドライバへ負帰還ループとじＣ入力する。
こうし〔マスタとスレーブの位置信号の中間値を使っＣ
重力成分演算のための姿勢演算を行なうことにより、従
来技術としＣ第１図に示したように、マスタスレーブ別
々に姿勢演算を行なう場合のほぼ半分の演算時間ですむ
ため、計算機の小型化、低価格化が実現でき、また従来
技術とし〔第２図に示したように、どちらか一方だけの
位置信号を使うのでなく、マスタスレーブの両方の位置
信号の中間値を取るため遅れ時間等による位置誤差の影
響を大きく低減し操作性の良いしかも小形、低価格の制
御器が実現できる。
重力成分演算のための姿勢演算を行なうことにより、従
来技術としＣ第１図に示したように、マスタスレーブ別
々に姿勢演算を行なう場合のほぼ半分の演算時間ですむ
ため、計算機の小型化、低価格化が実現でき、また従来
技術とし〔第２図に示したように、どちらか一方だけの
位置信号を使うのでなく、マスタスレーブの両方の位置
信号の中間値を取るため遅れ時間等による位置誤差の影
響を大きく低減し操作性の良いしかも小形、低価格の制
御器が実現できる。
本発明の他の実施例とじｃ１力帰還形パイラテラルマス
タスレープマニピエレータノ場合、スレーブ側の摩擦力
の成分もマスク側の負荷となって感じられる。そのため
非常に操作性が劣化する。
タスレープマニピエレータノ場合、スレーブ側の摩擦力
の成分もマスク側の負荷となって感じられる。そのため
非常に操作性が劣化する。
そこで重力補償用電圧に、スレーブ側のトルク信号の符
号に一致した方向に摩擦力補償用の一定電圧を加え′Ｃ
重力補償、摩擦力補償が同時に行なうことが可能となる
。
号に一致した方向に摩擦力補償用の一定電圧を加え′Ｃ
重力補償、摩擦力補償が同時に行なうことが可能となる
。
第１図は従来の自重補償装置を含む力帰還形パイラテラ
ルマスタスレーブマニピュレータの１軸に関する制御ブ
ロック図、第２図は従来のマスク位置信号による両腕の
位置信号代用形の自重補償装置を含む力帰還形パイラテ
ラルマスタスレーブマニピュレータの１軸に関する制御
ブロック図。 第３図は本発明の一実施例を示す力帰還形パイラテラル
マスタスレープマニピニレータの１軸に関する制御ブロ
ック図である。 １、２０．３６・・・マスタ側駆動モータ１４、３１．
４６・・・スレーブ側、駆動ｔ−り２、２１．３７ ・
・・マスク側速度検出器１５、３２．４７・・・スレー
ブ側達７を諜出春３、２２．３８ ・・・マスク側トル
ク検出器１６、３３．４８・・・スレーブ側１ルり牧文
呑４、２３．３９ ・・・マスク側位置検出器１７、３
４．４９・・・スレーブ側＜ｘ ｔ ＩＬ獣赤５、２４
．４０ ・・・マスク側モータドライバ１１、２９．４
４・・・スレーブ側−ｔＰ９１−ゝライへ′６、１２．
２５．３０．４１．４５・・・増巾器８、２７．４２・
・・マスク側制御補償器１０、２８．４３・・・スレー
ブ側制御＆−７葎省器７ ・・・マスク自重成分演算部 １３・・・スレーブ側１ルへ冷壕薯苛 １８．３５ ・・・マスク側他自由度軸位置検出器信号
９．５１ ・・・マスタ自重成分出力′亀圧演算部２６
．５０ ・・・マスタ、スレーブ自重成分演算部５２、
・・・マスク、スレーグ他自由度軸位置検出器信号代
理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 第２図
ルマスタスレーブマニピュレータの１軸に関する制御ブ
ロック図、第２図は従来のマスク位置信号による両腕の
位置信号代用形の自重補償装置を含む力帰還形パイラテ
ラルマスタスレーブマニピュレータの１軸に関する制御
ブロック図。 第３図は本発明の一実施例を示す力帰還形パイラテラル
マスタスレープマニピニレータの１軸に関する制御ブロ
ック図である。 １、２０．３６・・・マスタ側駆動モータ１４、３１．
４６・・・スレーブ側、駆動ｔ−り２、２１．３７ ・
・・マスク側速度検出器１５、３２．４７・・・スレー
ブ側達７を諜出春３、２２．３８ ・・・マスク側トル
ク検出器１６、３３．４８・・・スレーブ側１ルり牧文
呑４、２３．３９ ・・・マスク側位置検出器１７、３
４．４９・・・スレーブ側＜ｘ ｔ ＩＬ獣赤５、２４
．４０ ・・・マスク側モータドライバ１１、２９．４
４・・・スレーブ側−ｔＰ９１−ゝライへ′６、１２．
２５．３０．４１．４５・・・増巾器８、２７．４２・
・・マスク側制御補償器１０、２８．４３・・・スレー
ブ側制御＆−７葎省器７ ・・・マスク自重成分演算部 １３・・・スレーブ側１ルへ冷壕薯苛 １８．３５ ・・・マスク側他自由度軸位置検出器信号
９．５１ ・・・マスタ自重成分出力′亀圧演算部２６
．５０ ・・・マスタ、スレーブ自重成分演算部５２、
・・・マスク、スレーグ他自由度軸位置検出器信号代
理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか１名） 第２図
Claims (1)
- 多自由度のマスタアーム、スレーブアームのそれぞれの
自由度に対しＣ１力帰還形パイラテラルサーボ系ヲ構成
したマスタスレーブマニピュレータにおいて、マスタア
ーム、スレーブアームの各自由度に取り付けられた位置
セ／すの信号から、マスク姿勢とスレーブ姿勢の中間姿
勢をめ、前記中間姿勢をもとに、マスクおよびスレーブ
の各自由度を駆動するアクチェエータにかかるアーム自
重によるトルクを演算し、マスタスレーブの各自由度に
設けられたトルク検出器のトルク信号から、前記自重ト
ルクを減算したものを外力トルクとして、力帰還演算用
の信号としで使用するよう構成したことを特徴とするマ
スタスレーブマニピュレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6077984A JPS60207780A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | マスタスレ−ブマニピユレ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6077984A JPS60207780A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | マスタスレ−ブマニピユレ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60207780A true JPS60207780A (ja) | 1985-10-19 |
Family
ID=13152111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6077984A Pending JPS60207780A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | マスタスレ−ブマニピユレ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60207780A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63257809A (ja) * | 1987-04-16 | 1988-10-25 | Toshiba Corp | マスタスレ−ブ制御装置 |
-
1984
- 1984-03-30 JP JP6077984A patent/JPS60207780A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63257809A (ja) * | 1987-04-16 | 1988-10-25 | Toshiba Corp | マスタスレ−ブ制御装置 |
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