JPS61244471A

JPS61244471A - マスタ・スレ−ブ方式ロボツト

Info

Publication number: JPS61244471A
Application number: JP8541785A
Authority: JP
Inventors: 吉岡　照彦
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1985-04-23
Filing date: 1985-04-23
Publication date: 1986-10-30

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。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］この発明は、マスタアームの動きに追従してスレーブア
ームを移動させ、そのスレーブアームに所望の働きを行
なわせるマスタ・スレーブ方式ロボットに関する。

［発明の技術的背景及びその問題点］一般にマスタ・スレーブ方式ロボットでは、マスタアー
ムオペレータの腕に装着してそのマスクアームの動きに
追従するようにスレーブアームを動作させるものである
が、オペレータが腕を一定の状態のままに保とうとする
とどうしても小刻みな震えが起こり、それをマスターア
ームが検知してスレーブアームに伝え、スレーブアーム
に不要な微振動を起こさせるという問題がある。この問
題を解決するためにマスターアームの感度を低くするな
らば、今度は応答性が悪化してしまうことになる。

［発明の目的］この発明は、このような問題点を解決するものであって
、応答性を損なうことなく、オペレータの腕の微小な震
えをスレーブアームに伝えないようにしたマスタ・スレ
ーブ方式ロボットを提供することを目的とする。

［発明の構成］この発明は、第１図に示すようにマスタアームの各関節
部のエンコーダの出力パルス数の時間変化を検出する加
減速度検出手段と、この加減速度検出手段の出力の高周
期変動をカットするローバスフィルタと、このローパス
フィルタの出力によりスレーブアームの各関節部を移動
させるスレーブ制御手段とを具備して成るマスタ・スレ
ーブ方式ロボットであって、オペレータの腕の小刻みな
震えをローパスフィルタによってカットし、スレーブア
ームに伝えないようにしたものである。

［発明の実施例］この発明の実施例を図に基づいて詳説する。第２図はこ
の発明の一実施例のマスタアーム１をオペレータ３に装
着した状態を示すものであり、第３図はスレーブロボッ
ト５の全体を示し、左右にそれぞれスレーブアーム７．
９を協えている。なお第２図においてはオペレータ３の
左腕に左腕用のマスタアーム１を装着した部分図を示し
たが、オペレータ３の右腕にも同様に右腕用のマスタア
ームが装着される。

マスタアーム１はオペレータ３の腕１１の各関節部の動
きに追従するように装着されており、肩関節部１３にお
いては水平回転（Ｒ＋　）検知用エンコーダ１５、捻転
（Ｒ２）検知用エンコーダ１７、前後回転（Ｒ３）検知
用エンコーダ１９を備えている。またこのマスタアーム
１の肘関節部２１に於いては、垂直回転（Ｖ）検知用エ
ンコーダ２３を備え、手首関節部２５にも垂直回転（Ｗ
）検知用エンコーダ２７を備えている。更にこの手首関
節部２５にはグリップ２９が設けられており、第４図に
示すようにこのグリップ２９にはマスク有効スイッチＳ
Ｗ１、ティーチングモード選択スイッチＳＷ２、上下駆
動用スイッチＳＷ３が設けられている。

第３図に示すスレーブロボット５の左右のスレーブアー
ム７．９はそれぞれ左右のマスタアーム１の動きに追従
して同じ動きをするものであり、それぞれ肩関節部１３
１、肘関節部２１１、手首関節部２５１にそれぞれサー
ボモータで成る水平回転（Ｒ１）駆動部１５１、捻転（
Ｒ２）駆動部１７１、前後回転（Ｒ３）駆動部１９１、
垂直回転（Ｖ）駆動部２３Ｉ、垂直回転（Ｗ）駆動部２
７１を備えている。

またこのスレーブロボット５は左右のスレーブアーム７
．９を同時に上下するための上下駆動機ｊｉ４３１、前
後進、旋回を行なう台車３３を備えている。

上記構成のマスタ・スレーブ方式ロボットの動作につい
て説明すると、オペレータ３が左右の腕１１を所望の姿
勢にするように動かすと、その腕１１の動きに応じてマ
スタアーム１が動かされる。

このマスタアーム１の動きによって、各関゛節部１３．
２１．２５に設けられたエンコーダ１５，１９．２３．
２７が腕の各関節部の動きに応じたパルスを出力する。

その各エンコーダのパルスはカウントされスレーブロボ
ット５の左右のスレーブアーム７．９のそれぞれ駆動部
１５＋　、１７＋　。

１９＋　、２３＋　、２７＋　が同じ量だけ駆動し、オ
ペレータ３がとった姿勢と同じ形になるように左右のス
レーブアーム７．９を動かす。

ここでマスタアーム１はオペレータ３の腕１１にしっか
りと固定されている為、オペレータ３が無意識に腕１１
を急激に動かしたような場合、あるいは転倒した様な場
合、スレーブアーム７．９の所望の操作とかけはなれた
急激な動きをすることになり、スレーブアーム７．９の
操作中にそのような事態が起こるならば、危険が生ずる
ことになる。またマスタアーム１の動きにスレーブアー
ム７．９が常に追従するならば、オペレータ３は常に自
分の腕１１の位置を意識している必要があるため精神的
疲労が大きく、更にはスレーブアーム７．９の姿勢によ
ってはオペレータに長ｆＲ間不自然な姿勢を強るといっ
た問題もある。

そこで、グリップ２９にマスク有効スイッチＳＷ１を設
け、そのスイッチＳ　Ｗ　＋をオペレータ３が操作して
いる間だけ、マスタアーム１のインクリメンタル量（増
加量）に追従してスレーブアーム７．９が動作するよう
にしている。つまり第５図及び６図に示ずように、オペ
レータ３が腕１１を動かしマスタアーム１の一つのエン
コーダが第６図（ｂ　）に示すようなパルスを出力して
いるような場合でも、有効スイッチＳＷ＋がＯＮ状態に
ない時にはスレーブロボット５のスレーブアーム７．９
はマスタアーム１の動きに追従することがない。そして
有効スイッチＳ　Ｗ　＋　がＯＮの状態の時にのみ同図
＜Ｃ＞に示すようにマスタアーム１のエンコーダのパル
ス出力に応じて追従動作することになる。

しかもこの場合、マスタアーム１の有効スイッチＳ　Ｗ
　＋がＯＮとなっている間のインクリメンタル間（増加
量）に追従してスレーブアーム７．９が移動するも・の
である。つまり第５図に示すようにスレーブアーム７．
９が高い位置に持上げられた状態でも、オペレータ３の
腕１１は低く楽な姿勢をとったまま腕１１を前後に少し
移動させ、腕を前方に送るときにのみ有効スイッチＳ　
Ｗ　＋　をＯＮにするように操作する。この操作により
スレーブアーム７．９を高い位置にまで上昇させること
ができ、オペレータ３は楽な姿勢を取りながらもスレー
ブアーム７．９に所望の姿勢を取らすことができるもの
となる。

また、危険防止のために、オペレータ３が急激な腕の動
きをさせてもスレーブアーム７．９は所定の設定値以上
の速度では移１３　Ｌ／ないように制御し、更にマスタ
アーム１が異常に速い速度で動く場合には非常状態と判
断してスレーブアーム７゜９を非常停止させることによ
っても操作中の危険を防止することがでる。

つまり第７図に示すようにマスタアーム１の動きが急な
ものであってもその移動速度が非常停止速度ＶＳｔを超
えない範囲である場合、スレーブアーム７．９の速度は
設定された最高速度■ｌｌ１ａｘで移動するように制御
する。ところが第８図に示すようにマスタアーム１の移
動速度が非常停止速度ＶＳｔを超えて大きくなった場合
、その時点Ｔにおいてスレーブアーム７．９を非常停止
させ、危険を避けるようにする。

更にオペレータ３の腕１１の動ぎは第２図に示したよう
なマスタアーム１の５つのエンコーダによって完全に把
握することは困難なものである。

そのためオペレータ３が腕１１を動かしてマスタアーム
１を動作させ、そのマスタアーム１の各エンコーダ１５
．１７．１９，２３．２７からの出力パルスを対応する
スレーブアーム７．９の各駆動部１５＋　、１７＋　、
１９＋　、２３ｚ　、２７ｔの駆動量の指令値とする場
合、次のような問題がある。つまり、マスタアーム１を
操作して腕１１を真直ぐ前に動かすとしても、実際には
腕１１の肩関節部１３はユニバーサルジヨイントの形で
動くのに対し、各エンコーダは軸が少しずつずれている
ためにユニバーサルジヨイントのような動きをとれない
。従って腕１１の動きと完全に追従する動きが得られな
いのである。

そこで第９図に示すようにティーチングによってマスタ
アーム１とスレーブアーム７．９の間の動きのずれを補
正する。そのためにはまずスレーブアーム７．９それぞ
れを第１の基本姿勢、例えば第３図に示すように肩関節
部１３１が上腕部を垂直に垂れ下げた状態で、肘関節部
２１１が直角に折れ曲った状態に維持し、オペレータ３
はその腕１１をほぼ同様の第１の基本姿勢に保つ。そし
てこの状態でグリップ２９のティーチングモード選択ス
イッチＳＷ２を操作し、マスタアーム１の各エンコーダ
１５．１７．１９．２３．２７が仮想原点にあるものと
する。

次にスレーブアーム７．９を第２の基本姿勢、例えば肩
関節部１３１から水平に前方にアーム全体が延ばされた
状態に移動させる。そしてその時のスレーブアーム７．
９の各駆動部１５＋、１７＋　、１９＋　、２３＋　、
２７１の移動間を各軸制御部３５．３７．３９，４１．
４３に与える。

続いてオペレータ３はその腕１１を第２の基本姿勢まで
移動させ、マスタアーム１をスレーブアーム７．９とほ
ぼ同様の姿勢まで移動させる。そしてこの時の各エンコ
ーダ１５．１７．１９．２３．２７の出力パルスを同様
に各軸制御部３５゜３７．３９．４１．４３に与える。

その状態のままティーチングモード選択スイッチＳＷ２
を再び操作する。この結果主制御部４５は各軸３５，３
７．３９．４１．４３において記憶されているマスタア
ーム１の出力パルスとスレーブアーム７．９からの移動
量のフィードバックパルスとを比較し、各軸制御部に対
応する出力パルス同志の比を補正値として与える。こう
して主制御装置４５が演算した各軸の補正値は各軸制御
部において記憶され、マスタアーム１が実際に駆動され
る時に、そのマスタアーム１の各エンコーダ１５．１７
．１９．２３．２７からの出力パルスに補正値を掛番プ
合わせてスレーブアーム７．９の対応する各駆動部１５
＋　、１７＋　、１９＋　、２３＋　、２７＋の移動量
を決定し、その補正後の移動量によってスレーブアーム
７．９の追従動作を制御する。

また更にオペレータ３がマスタアーム１を自分の腕１１
の動きによって操作する場合、通常人の腕は静止状態に
ある時に小刻みに震えるものであるため、その震えを各
エンコーダ１５．１７，１９．２３．２７が検知してし
まうことがある。そのためにスレーブアーム７．９は不
要な小刻みな振動を起こす事がある。そこでこのような
人の腕の震えを感知しないようにし、スレーブアーム７
゜９が正しく静止状態に維持されるようにする必要があ
る。そのための回路が第１０図乃至第１３図に示されて
いる。

腕１１に取付けられたマスタアーム１の各エンコーダ、
例えばエンコーダ２３からの出力パルスはマスタアーム
カウンタ４７に与えられ、その計数値に対してギＡ７比
補正回路４９においてギヤ比補正が行なわれる。これは
、各エンコーダに各軸の回転角度が増速機構を介して、
例えば２倍に増幅して与えられるでいるためである。続
いてスレーブロボット５の主制御装置４５において加減
速処理がなされ、移動量指令値がパルス分配器５１に与
えられ、ここでパルス出力に変換されてサーボアンプ５
３に入力する。サーボアンプ５３は入力パルスに応じて
駆動部２３１にあるサーボモータをフィードバック制御
する。

このパルス分配器５１、サーボアンプ５３を含むフィー
ドバックループはデジタルローパスフィルタの役目をな
すもので、第１１図（ａ　＞に示づマスタアーム１のエ
ンコーダ２３からのパルス出力のうちの高周期の微小な
振動をカットし、同図（ｂ　）に示すようにスレーブロ
ボット５側の駆動部２３１にはその微小振動のない信号
として移動指令信号を与える。

この回路の更に詳しい構成は第１２図及び第１３図に示
されている。パルス分配器５１は減算器５５と乗算器５
７．定数に１乗算器５９．定数に２乗算器６１とで構成
されている。また駆動部２３１にはサーボモータ６３と
エンコーダ６５とが備えられている。そして、このフィ
ードバックループはたまりｌｉｅによって駆動制御する
ものであり、減算器５５において、マスターアーム１か
らの移動指令値からエンコーダ６５による実際の移動量
をひいた値をたまり量ｅとして乗算器５７に与える。

乗算器５７においては、第１３図に示すグラフから、た
まり口ｅの大小により係数εを決定し、所定ＩＩＡを規
準にして、ｅ≦Ａのとき　　ε＝１／Ａｅ＞Ａのとぎ　　ε＝１として、ε・ｅの値を出力する。つまり、マスタアーム
が低速で振動しているときにはたまり聞ｅも小さくなり
、ε・ｅが微小なものなり、サーボアンプ５３に与える
速度指令も小さくなり、スレーブアームを小刻みに振動
させることがない。ところが、マスターアームの速度が
大きくなるに伴ってたまり量ｅも増加し、係数ε＝１と
なるため、通常の動作が得られることになる。

このようにしてマスタアーム、１の移動量に応じてスレ
ーブアーム７．９は安定した追従動作を行なうことにな
る。

［発明の効果］この発明はマスタアームの動く速度から高周期の変動部
をローパスフィルタによってカットするものである。そ
のために、オペレータの腕の小刻みな震えはローパスフ
ィルタによってカットされてスレーブアームに伝わるこ
とがなく、スレーブアームに不要な微振動を起こさせな
いで操作できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のクレーム対応図、第２図はこの発明
の一実施例のマスタアームの斜視図、第３図はこの発明
の一実施例のスレーブロボットの斜視図、第４図は上記
マスタアームのグリップ部の斜視図、第５図は上記実施
例のスレーブロボット操作状態を示す正面図、第６図は
マスタアーム有効スイッチの動作特性を示すタイミング
チャート、第７図、第８図は上記実施例の動作を示すマ
スタアーム速度及びスレーブアーム速度の時間特性図、
第９図は上記実施例におけるティーチングモードの補正
回路ブロック図、第１０図は上記実施例の回路ブロック
図、第１１図は上記ブロック回路の動作を示すタイミン
グチャート、第１２図は駆動部のフィードバックループ
の詳細なブロック図、第１３図はたまり量と補正係数の
関係を示すグラフである。１・・・マスタアーム、　　３オペレータ、５・・・ス
レーブロボット、７．９・・・スレーブアーム、１３．
１３＋　・・・肩関節部、１５・・・水平回転検知用エンコーダ、１５１・・・水
平回転駆動部、１７・・・捻転検知用エンコーダ、１７１・・・捻転駆動部、１９・・・前後回転検知用エンコーダ、１９１・・・前
後回転駆動部、２１．２１＋・・・肘関節部、２３・・・垂直回転検知用エンコーダ、２３１・・・垂
直回転駆動部、２５．２５＋・・・手首関節部、２７・・・垂直回転検知用エンコーダ、２７１・・・垂
直回転駆動部、２９・・・グリップ、　　　３１・・・上下駆動機構、
３３・・・台車、　　　　　３５・・・ＲＩ軸制御部、
３７・・・Ｒ２軸制御部、　３９・・・Ｒ３軸制御部、
４１・・・Ｖ軸制御部、　　４３・・・Ｗ軸制御部、４
５・・・主制御部、４７・・・マスタアームカウンタ、４９・・・ギヤ比補正回路、５１・・・ロボット側パルス分配器、５３・・・サーボアンプ第２図第３図第４図第５図第７図第８図峰間ｓ１２＋ｍ手続ネｍ正書輸発）特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿　　　［１６１４
１，＃、；：ＩＥ１１、事件の表示　　　特願昭用６０
−８５４１７号２、発明の名称マスタ・スレーブ方式ロボット３、補正をする者事件との関係　特許出願人住所（居所）　神奈川県伊勢原市石田２００番地氏名（
名称）　株式会社　ア　マ　ダ代表者　　　　天　１）　満　明４、代理人住　所　　　　〒１０５東京都港区虎ノ門１丁目２番３
号虎ノ門第−ビル５階電話　東京（５０４）　３０７５−３０７６−３０７７
１６、補正の内容（１）、明細書８ペ一ジ４行目の「を防止することがで
る。」を、「を防止することができる。」に補正する。（２）、明細書１２ペ一ジ５行目の「これは、・・・」
から、７行目の［・・・与えられているためである。］
までの文章を次のとおり補正する。「これは、マスタアームの各エンコーダが増速機構を有
し、スレーブ側ロボットの各モータが減速機構を有する
ためである。」（３）、明ｍ書１２ページ１０行目の「パルス出力」を
、「速度指令電圧」に補正する。（４）、明細書１２ペ一ジ１１行目から１２行目にかけ
ての「入力パルス」を、「速度指令電圧」に補正する。（５）、明細書１３ペ一ジ１６行目の［ε＝１／ＡＪを
、「ε＝ｅ／ＡＪに補正する。（６）、明細書１５ペ一ジ１４行目の「３」と「オペレ
ータ、」との間に、「・・・」を挿入する。

Claims

【特許請求の範囲】

マスタアームの各関節部のエンコーダの出力パルス数の
時間変化を検出する加減速度検出手段と、この加減速度
検出手段の出力の高周期変動をカットするローパスフィ
ルタと、このローパスフィルタの出力によりスレーブア
ームの各関節部を移動させるスレーブ制御手段とを具備
して成るマスタ・スレーブ方式ロボット。