JPH05253864A - Master slave manipulator - Google Patents
Master slave manipulatorInfo
- Publication number
- JPH05253864A JPH05253864A JP5124092A JP5124092A JPH05253864A JP H05253864 A JPH05253864 A JP H05253864A JP 5124092 A JP5124092 A JP 5124092A JP 5124092 A JP5124092 A JP 5124092A JP H05253864 A JPH05253864 A JP H05253864A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arm
- slave
- master
- arithmetic processing
- slave arm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、オペレータが操作する
マスタスレーブマニピュレータに係り、特に宇宙等の人
間にとって耐えがたい環境での作業を確実に行うに好適
なマニピュレータ制御システムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a master-slave manipulator operated by an operator, and more particularly to a manipulator control system suitable for surely performing work in an environment that humans cannot withstand, such as space.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、遠隔制御のマニピュレータとして
は、例えば、特開昭63−77670号公報に記載され
ているように、基本的なバイラテラルマスタスレーブマ
ニピュレータが知られていた。まず、従来技術を図4な
いし図6を参照して説明する。図4は、従来のマスタス
レーブマニピュレータのハードウエア構成を示す斜視
図、図5は、図2の装置の信号の流れを示すブロック
図、図6は、図2のマスタスレーブマニピュレータの制
御系のブロック線図である。2. Description of the Related Art Conventionally, as a remote control manipulator, a basic bilateral master-slave manipulator has been known as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-77670. First, a conventional technique will be described with reference to FIGS. 4 is a perspective view showing a hardware configuration of a conventional master-slave manipulator, FIG. 5 is a block diagram showing a signal flow of the device of FIG. 2, and FIG. 6 is a block of a control system of the master-slave manipulator of FIG. It is a diagram.
【0003】図4において、201はマスタアーム、2
02はスレーブアーム、203はマスタアーム入出力装
置、204はスレーブアーム入出力装置、205はマス
タアームおよびスレーブアームに関する全ての制御演算
を行う演算処理装置である。また、マスタアーム201
の手首部には力およびトルクを検出する6軸力センサ2
06が具備されており、同様にスレーブアーム202の
手首部にも6軸力センサ207が具備されている。In FIG. 4, 201 is a master arm and 2 is a master arm.
Reference numeral 02 is a slave arm, 203 is a master arm input / output device, 204 is a slave arm input / output device, and 205 is an arithmetic processing device that performs all control calculations regarding the master arm and the slave arm. In addition, the master arm 201
6-axis force sensor 2 for detecting force and torque on the wrist
06, and similarly, a wrist portion of the slave arm 202 is also provided with a 6-axis force sensor 207.
【0004】図5はこのときの信号の流れを詳細に示し
たものである。アクチュエータ401〜406はマスタ
アーム201の第1〜第6関節に取付けられ、各関節を
駆動する一方、その際における各関節角は同じく第1〜
第6関節に具備された関節角センサ407〜412によ
り検出されるようになっている。同様に、アクチュエー
タ413〜418はスレーブアーム202の第1〜第6
関節に取付けられ、各関節を駆動する一方、その際にお
ける各関節角は同じく第1〜第6関節に具備された関節
角センサ419〜424により検出されるようになって
いる。FIG. 5 shows in detail the signal flow at this time. The actuators 401 to 406 are attached to the first to sixth joints of the master arm 201 and drive the respective joints, while the respective joint angles at that time are the same as the first to sixth joints.
It is adapted to be detected by the joint angle sensors 407 to 412 provided in the sixth joint. Similarly, the actuators 413 to 418 are the first to sixth actuators of the slave arm 202.
While being attached to a joint and driving each joint, each joint angle at that time is detected by joint angle sensors 419 to 424 also provided to the first to sixth joints.
【0005】さらに、図中では一本の線で表わしたが、
マスタアーム用6軸力センサ206からの信号およびス
レーブアーム用6軸力センサ207からの信号は6軸分
の力/トルクであるため、それぞれ6種ずつの信号があ
る。以上の信号はいずれも演算処理装置205から出力
あるいは演算処理装置205へ入力されるが、その際、
マスタアーム201に関する信号はマスタアーム入出力
装置203を経由し、同様にスレーブアーム202に関
する信号はスレーブアーム入出力装置204を経由して
行われる。Further, although represented by a single line in the figure,
Since the signals from the 6-axis force sensor 206 for the master arm and the 6-axis force sensor 207 for the slave arm are forces / torques for 6 axes, there are 6 types of signals respectively. All of the above signals are output from or input to the arithmetic processing unit 205. At that time,
A signal regarding the master arm 201 is transmitted via the master arm input / output device 203, and a signal regarding the slave arm 202 is transmitted via the slave arm input / output device 204.
【0006】図6は従来技術による制御アルゴリズムを
示したものであり、この処理は演算処理装置205にて
行う。オペレータがマスタアーム201を操作した場
合、マスタアーム201の複数の関節角信号106を正
変換することによって、マスタアーム先端の位置/姿勢
状態信号107が得られるようになっている。この信号
107はスレーブ指令値生成部でスレーブへの位置/姿
勢の目標値306を生成する。このスレーブ指令値生成
部については詳しく後述するが、ここでは単位行列であ
るとしてマスタアーム先端の位置/姿勢状態信号107
がそのまま出力されるものとする。その際、スレーブア
ームの複数の関節角度信号304からも同様に正変換す
ることによって、スレーブアーム先端の位置/姿勢状態
信号305が得られるようになっている。FIG. 6 shows a control algorithm according to the prior art, and this processing is performed by the arithmetic processing unit 205. When the operator operates the master arm 201, the position / posture state signal 107 of the tip of the master arm is obtained by positively converting a plurality of joint angle signals 106 of the master arm 201. This signal 107 is used by the slave command value generation unit to generate the target value 306 of the position / orientation to the slave. The slave command value generation unit will be described later in detail, but here, the position / posture state signal 107 at the tip of the master arm is assumed to be a unit matrix.
Shall be output as is. At this time, the position / posture state signal 305 of the tip of the slave arm can be obtained by similarly performing the positive conversion from the plurality of joint angle signals 304 of the slave arm.
【0007】さて、本制御の目的とするところは、スレ
ーブアーム202がマスタアーム201の先端の位置/
姿勢に一致、あるいは準じて動くことであるから、位置
/姿勢状態信号305、306は一致しなければならな
い。したがって、マスタアーム位置/姿勢指令信号30
6よりスレーブアーム位置/姿勢状態信号305を減算
することによって、スレーブアーム202が動くべき位
置/姿勢の差分信号307を得、さらにこれを逆変換す
ることによってスレーブアーム202の各関節を駆動す
べき指令値308が出力され、スレーブアーム202が
駆動されるようになっている。Now, the purpose of this control is that the slave arm 202 is positioned at the position of the tip of the master arm 201.
The position / orientation state signals 305 and 306 must match because they move in accordance with the posture or move in accordance with the posture. Therefore, the master arm position / attitude command signal 30
By subtracting the slave arm position / posture state signal 305 from 6, a position / posture difference signal 307 in which the slave arm 202 should move is obtained, and by inversely converting this, each joint of the slave arm 202 should be driven. The command value 308 is output and the slave arm 202 is driven.
【0008】これに対し、マスタアーム201の駆動目
的は、マスタアーム自身がオペレータの操作に応じて動
くと同時にスレーブアーム202が受けている力をオペ
レータに伝えることにあったため、マスタアーム20
1,スレーブアーム202の手首部に取付けられた6軸
力センサからの信号101,109に基づき駆動される
ようになっている。具体的には、マスタアーム201手
首部の6軸力センサ206からの力/トルク信号101
は、その6軸力センサ206自体の座標系、すなわちマ
スタアーム201手首部の座標系で表現されているか
ら、これを正変換して基準座標系で表わした力/トルク
信号102を得る一方、同様にスレーブアーム202の
手首部に取付けられた6軸力センサ207からの力/ト
ルク信号109を正変換し、スレーブアーム202の手
首部にかかる力/トルクを基準座標系で表わした力/ト
ルク信号110を得る。On the other hand, the purpose of driving the master arm 201 is to convey the force received by the slave arm 202 to the operator at the same time as the master arm itself moves according to the operation of the operator.
1, it is driven based on signals 101 and 109 from a 6-axis force sensor attached to the wrist of the slave arm 202. Specifically, the force / torque signal 101 from the 6-axis force sensor 206 on the wrist of the master arm 201
Is expressed in the coordinate system of the 6-axis force sensor 206 itself, that is, in the coordinate system of the wrist of the master arm 201, so that this is positively converted to obtain the force / torque signal 102 expressed in the reference coordinate system. Similarly, the force / torque signal 109 from the 6-axis force sensor 207 attached to the wrist of the slave arm 202 is positively converted, and the force / torque applied to the wrist of the slave arm 202 is represented by a reference coordinate system. The signal 110 is obtained.
【0009】さらに、スレーブアーム力/トルク信号1
10からマスタアーム力/トルク信号102を減じるこ
とにより、力/トルクの差分信号301が出力されるよ
うになっている。この差分信号301からマスタ指令値
生成部にてマスタアーム201の先端の位置/姿勢の目
標値302を生成し、これを逆変換することにより、マ
スタアーム201の各関節に対する指令値303を得る
ことができる。Further, slave arm force / torque signal 1
By subtracting the master arm force / torque signal 102 from 10, the force / torque difference signal 301 is output. A master command value generation unit generates a target position / posture value 302 of the tip of the master arm 201 from the difference signal 301, and inversely converts the target value 302 to obtain a command value 303 for each joint of the master arm 201. You can
【0010】ここで、モードによってマスタアーム20
1によるスレーブアーム202の指令状態を変えられる
ようにしておけば操作性が向上する。すなわち、第1の
操作モードとしては、マスタアームからスレーブアーム
へ位置指令で動作させるものとし、マスタアームの移動
量がそのままスレーブアームの移動量となるようになっ
ている。また、第2の操作モードとしては、マスタアー
ムからスレーブアームへ速度指令で動作させるものと
し、マスタアームの基準位置からの移動量がスレーブア
ームの速度となるようになっている。Here, depending on the mode, the master arm 20
If the command state of the slave arm 202 by 1 can be changed, the operability is improved. That is, in the first operation mode, the master arm is operated by a position command from the slave arm, and the movement amount of the master arm becomes the movement amount of the slave arm as it is. In the second operation mode, the master arm is operated by a speed command from the slave arm, and the movement amount of the master arm from the reference position is the speed of the slave arm.
【0011】第1の動作モードのときには、マスタアー
ム201の動作は、オペレータが力を加えているときは
その方向に動きつづけるため、マスタ指令値生成部では
積分となる。また、スレーブアーム202の動作は、マ
スタアーム201の位置/姿勢に一致して動くことであ
るため、スレーブ指令値生成部は単位行列である。ここ
で、スレーブ指令値生成部を対角行列とすれば、その対
角要素の値に応じてマスタアーム201に対するスレー
ブ202の動作比を変えることができる。In the first operation mode, the operation of the master arm 201 continues to move in that direction when the operator is exerting a force, so that the master command value generating section is integrated. Further, since the operation of the slave arm 202 is to move in accordance with the position / posture of the master arm 201, the slave command value generation unit is a unit matrix. Here, if the slave command value generation unit is a diagonal matrix, the operation ratio of the slave 202 to the master arm 201 can be changed according to the value of the diagonal element.
【0012】次に、第2の動作モードのときには、マス
タアーム201はジョイスティックのような動作とな
る。すなわち、オペレータの加える力に応じて基準位置
から変位し、オペレータが力を加えていないときには基
準位置に戻る必要がある。このため、マスタ指令値生成
部は対角行列である。このとき、スレーブアーム202
の動作は、マスタアーム201の基準位置からの偏差に
応じた速度で動くことになるため、スレーブ指令値生成
部は積分である。Next, in the second operation mode, the master arm 201 operates like a joystick. That is, it is necessary to displace from the reference position according to the force applied by the operator and return to the reference position when the operator is not applying the force. Therefore, the master command value generation unit is a diagonal matrix. At this time, the slave arm 202
Since the operation of (1) moves at a speed according to the deviation of the master arm 201 from the reference position, the slave command value generation unit is an integral.
【0013】以上の方法により、マスタアーム201の
位置/姿勢に対応した動きをスレーブアーム202が行
い、スレーブアーム202先端にかかる力がそのままマ
スタアーム201によりオペレータが感じとることを可
能としている。これにより、スレーブアームが作業対象
に接触した場合、オペレータの手元に反力が還ることに
より、オペレータの判断で反力を緩和する方向に動か
し、危険を回避することができるようになっている。ま
た、各種のモードを切り換えられるようになっている。By the above method, the slave arm 202 makes a movement corresponding to the position / orientation of the master arm 201, and the operator can feel the force applied to the tip of the slave arm 202 as it is. As a result, when the slave arm comes into contact with the work target, the reaction force returns to the operator's hand, so that the operator can move the reaction force in a direction to mitigate the reaction force and avoid the danger. Also, various modes can be switched.
【0014】また、計算機指令で動く産業用ロボットの
場合には、アームが作業対象に接触した際、上記のよう
にオペレータが操作している訳ではないため、接触力に
従動動作するためにはコンプライアンス制御を行なって
いる。コンプライアンス制御は、日立評論Vol.6
6,No.10,pp35/40,「組立FAロボット
基礎技術の開発」に示されるように、アーム先端が仮想
的にばねで支えられているように接触力に対して従動動
作するものである。これを実現するためには、アーム手
首部に取付けられた力センサにより外力を検出し、この
力をアーム先端位置/姿勢に重畳して制御することにな
る。Further, in the case of an industrial robot which moves in response to a computer command, when the arm contacts the work target, the operator is not operating as described above. Compliance control is performed. Compliance control is based on Hitachi Review Vol. 6
6, No. 10, pp35 / 40, "Development of basic technology for assembling FA robot", the arm tip is driven by a contact force as if it is virtually supported by a spring. In order to realize this, an external force is detected by a force sensor attached to the arm wrist, and this force is controlled by superimposing it on the arm tip position / posture.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、マス
タアームとスレーブアームとが近接して配置されている
場合のものであり、例えば、地上のマスタアームを操作
して宇宙空間のスレーブアームを動かすというような場
合、通信時間遅延の影響等によりサイクルタイムが長く
なり、地上側あるいは宇宙側に1つの演算処理装置を持
っていただけでは対応できないという問題があった。ま
た、宇宙側ではリソースの制限により高機能の計算機を
持てないが、その場合でも快適な操作性を実現するため
の、地上側と宇宙側との機能の切り分けに関する検討が
なされていなかった。The above-mentioned prior art is for the case where the master arm and the slave arm are arranged close to each other. For example, the master arm on the ground is operated to set the slave arm in the outer space. In the case of moving it, the cycle time becomes long due to the influence of communication time delay, etc., and there is a problem that it is not possible to cope with it by only having one arithmetic processing unit on the ground side or the space side. In addition, the space side cannot have a high-performance computer due to resource limitation, but even in that case, no consideration was given to the separation of functions between the ground side and the space side in order to realize comfortable operability.
【0016】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、マスタアームに対しスレーブ
アームが遠隔地に配置されていても良好な操作性を実現
し、安定した制御を可能にするとともに、スレーブアー
ム側の演算負荷を最小限にしうるマスタスレーブマニピ
ュレータを提供することを、その目的とするものであ
る。また、本発明の他の目的は、スレーブアームが外界
から受ける干渉に対して速やかに対処しうるマスタスレ
ーブマニピュレータを提供することにある。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and realizes good operability and stable control even if the slave arm is arranged at a remote place with respect to the master arm. It is an object of the present invention to provide a master-slave manipulator that enables the operation load on the slave arm side to the minimum while enabling it. Another object of the present invention is to provide a master-slave manipulator capable of promptly dealing with interference received by the slave arm from the outside.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のマスタスレーブマニピュレータに係る第一
の発明の構成は、マスタアーム、スレーブアーム、各ア
ームの入出力装置、および各アームの演算処理を個別に
行いうる少なくとも2つの演算処理装置からなるマスタ
スレーブマニピュレータシステムにおいて、上記少なく
とも2つの演算処理装置の間をシリアル通信により結合
し、マスタアーム用演算処理装置では、マスタアームの
制御演算に加えて、スレーブアーム先端への動作指令を
発生し、マスタアーム用演算処理装置からスレーブアー
ム用演算処理装置への通信信号上に前記スレーブアーム
先端の動作指令信号を乗せるようにしたものである。In order to achieve the above object, the configuration of the first invention relating to the master-slave manipulator of the present invention is a master arm, a slave arm, an input / output device for each arm, and an arm for each arm. In a master-slave manipulator system including at least two arithmetic processing devices capable of individually performing arithmetic processing, the at least two arithmetic processing devices are coupled by serial communication, and the master arm arithmetic processing device has a master arm control arithmetic operation. In addition to this, an operation command to the tip of the slave arm is generated, and the operation command signal of the tip of the slave arm is added to the communication signal from the master arm arithmetic processing unit to the slave arm arithmetic processing unit. ..
【0018】また、上記目的(他の目的を含む)を達成
するために、本発明のマスタスレーブマニピュレータに
係る第二の発明の構成は、マスタアーム、スレーブアー
ム、各アームの入出力装置、および各アームの演算処理
を個別に行いうる少なくとも2つの演算処理装置からな
るマスタスレーブマニピュレータシステムにおいて、上
記少なくとも2つの演算処理装置の間をシリアル通信に
より結合し、マスタアーム用演算処理装置は、マスタア
ームの制御演算を行うマスタ指令値生成部と、スレーブ
アーム先端の動作指令を発生するスレーブ指令値生成部
とを備え、マスタアーム用演算処理装置からスレーブア
ーム用演算処理装置への通信信号上に前記スレーブアー
ム先端の動作指令信号を乗せるようにするとともに、ス
レーブアームは外界センサを具備し、スレーブアーム用
演算処理装置は、前記スレーブアーム先端の指令信号に
対して、前記外界センサからの信号に基づき補正を行う
コンプライアンス重畳部を含む制御回路を備えたもので
ある。In order to achieve the above object (including other objects), the structure of the second invention relating to the master-slave manipulator of the present invention is a master arm, a slave arm, an input / output device for each arm, and In a master-slave manipulator system including at least two arithmetic processing units capable of individually performing arithmetic processing of each arm, the at least two arithmetic processing units are coupled by serial communication, and the arithmetic processing unit for the master arm is a master arm. And a slave command value generation unit for generating an operation command for the tip of the slave arm, and the master arm arithmetic processing device includes a master command value generation unit for generating a control command of the slave arm. The operation command signal from the tip of the slave arm should be placed on the Comprising a sensor, the slave arm processor, to the command signal of the slave arm tip, in which a control circuit including a compliance superimposing section that performs a correction based on a signal from the external sensor.
【0019】すなわち、要約して述べれば、マスタアー
ムとスレーブアームとのそれぞれに個別に演算処理装置
を配置し、両者間をシリアル通信で結ぶようにした上、
スレーブアーム側の演算処理装置の負担を最小限にする
ために、マスタアーム側の演算処理装置にて可能な演算
処理は全て行い、マスタアーム側からスレーブ側への通
信は、スレーブアーム先端への指令値を送るようにし
た。さらに、スレーブ側での微調整として、外界センサ
の信号を用いて指令信号を補正するようにしたものであ
る。That is, in summary, in addition to individually arranging arithmetic processing units in each of the master arm and the slave arm and connecting them by serial communication,
In order to minimize the load on the slave arm side processor, the master arm side processor performs all possible calculations, and communication from the master arm side to the slave side is performed from the slave arm tip. I sent the command value. Further, as a fine adjustment on the slave side, the command signal is corrected using the signal of the external sensor.
【0020】[0020]
【作用】マスタアームとスレーブアームとの制御を行う
演算処理部を分け、それぞれ個別に制御演算ループを持
つことにより、サイクルタイムが通信時間にかかわらず
高速化することができるため、系の特性を下げることは
ない。また、マスタアーム側からスレーブ側への通信
は、スレーブアーム先端への指令信号を送るようにする
ことにより、宇宙側の演算処理部では、若干の補正と座
標変換演算等の最小限の処理によってスレーブアームを
制御することができる。このため、機能の限定された宇
宙側演算処理装置でも短いサイクルタイムで演算を行う
ことができる。[Operation] By dividing the arithmetic processing unit for controlling the master arm and the slave arm and providing each with a control arithmetic loop, the cycle time can be speeded up regardless of the communication time. There is no lowering. In addition, for communication from the master arm side to the slave side, by sending a command signal to the tip of the slave arm, the arithmetic processing unit on the space side performs a slight correction and minimum processing such as coordinate conversion calculation. The slave arm can be controlled. Therefore, even the space side arithmetic processing device having a limited function can perform arithmetic in a short cycle time.
【0021】さらに、力/トルクセンサ等の外界センサ
の信号を用いて指令信号を補正することにより、スレー
ブアームに多大な力がかかることが回避でき、力フィー
ドバック制御を行なって位置決め精度を向上させること
ができる。Further, by correcting the command signal using the signal of the external sensor such as the force / torque sensor, it is possible to avoid applying a great force to the slave arm, and the force feedback control is performed to improve the positioning accuracy. be able to.
【0022】[0022]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1ないし図3を
参照して説明する。図1は、本発明の一実施例に係るマ
スタスレーブマニピュレータの制御系のブロック線図、
図2は、本発明の一実施例に係るマスタスレーブマニピ
ュレータのハードウエア構成を示す斜視図、図3は、図
2の装置の信号の流れを示すブロック図である。図2
は、地上のマスタアームによって人工衛星上のスレーブ
アームを動かす例を示したものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram of a control system of a master-slave manipulator according to an embodiment of the present invention,
2 is a perspective view showing a hardware configuration of a master-slave manipulator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram showing a signal flow of the device of FIG. Figure 2
Shows an example of moving a slave arm on an artificial satellite by a ground master arm.
【0023】図2において、501は地上側のマスタア
ームであり、マスタアーム501が装備されているパネ
ル内にマスタアーム入出力装置503、マスタアーム演
算処理装置504が格納されている。また、502は人
工衛星上のスレーブアーム、506はスレーブアーム入
出力装置、507はスレーブアーム演算処理装置であ
る。また、マスタアーム501の手首部には力およびト
ルクを検出する6軸力センサ509が具備されており、
同様にスレーブアーム502の手首部にも6軸力センサ
510が具備されている。マスタアーム演算処理装置5
04によって発生したスレーブアームへの指令信号は地
上局505を経てスレーブアーム通信系508へシリア
ル通信にて送られるようになっている。In FIG. 2, reference numeral 501 denotes a ground-side master arm, and a master arm input / output device 503 and a master arm arithmetic processing device 504 are stored in a panel equipped with the master arm 501. Further, 502 is a slave arm on the artificial satellite, 506 is a slave arm input / output device, and 507 is a slave arm arithmetic processing device. Further, the wrist portion of the master arm 501 is provided with a 6-axis force sensor 509 for detecting force and torque,
Similarly, the wrist portion of the slave arm 502 is also equipped with a 6-axis force sensor 510. Master arm processor 5
The command signal to the slave arm generated by 04 is transmitted to the slave arm communication system 508 through the ground station 505 by serial communication.
【0024】図3はこのときの信号の流れを詳細に示し
たものである。アクチュエータ601〜606はマスタ
アーム501の第1〜第6関節に取付けられ各関節を駆
動する一方、その際における各関節角は同じく第1〜第
6関節に具備された関節角センサ607〜612により
検出されるようになっている。同様に、アクチュエータ
613〜618はスレーブアーム502の第1〜第6関
節に取付けられ各関節を駆動する一方、その際における
各関節角は同じく第1〜第6関節に具備された関節角セ
ンサ619〜624により検出されるようになってい
る。さらに、図3では一本の線で表わしたが、マスタア
ーム用6軸力センサ509からの信号およびスレーブア
ーム用6軸力センサ510からの信号は6軸分の力/ト
ルクであるため、それぞれ6種ずつの信号がある。FIG. 3 shows in detail the signal flow at this time. The actuators 601 to 606 are attached to the first to sixth joints of the master arm 501 to drive the respective joints, and the respective joint angles at that time are determined by joint angle sensors 607 to 612 similarly provided to the first to sixth joints. It is supposed to be detected. Similarly, the actuators 613 to 618 are attached to the first to sixth joints of the slave arm 502 and drive the respective joints, while the respective joint angles at that time are the joint angle sensors 619 also provided to the first to sixth joints. ˜624. Further, although shown by a single line in FIG. 3, since the signal from the 6-axis force sensor for master arm 509 and the signal from the 6-axis force sensor for slave arm 510 are forces / torques for 6 axes, respectively. There are 6 types of signals each.
【0025】以上の信号の内、マスタアーム501に関
する信号はマスタアーム入出力装置503を経由し、マ
スタアーム演算処理装置504に入力および出力され
る。同様に、スレーブアーム502に関する信号はスレ
ーブアーム入出力装置506を経由し、スレーブアーム
演算処理装置507に入力および出力される。ここで、
基本的にマスタアームに関する制御演算はマスタアーム
演算処理装置504で、スレーブアームに関する制御演
算はスレーブアーム演算処理装置507でそれぞれ行う
が、通常、軌道上の計算機は地上の計算機に比べて機能
が劣るため、スレーブアーム演算処理装置507の負担
を軽減するためにマスタアーム演算処理装置504で可
能な演算は全て行なっておき、マスタアーム演算処理装
置504からスレーブアーム演算処理装置507へのシ
リアル通信によるデータ引き渡しは、スレーブアームの
先端位置/姿勢の指令値にてとり行う。Of the above signals, the signal relating to the master arm 501 is input and output to the master arm arithmetic processing unit 504 via the master arm input / output unit 503. Similarly, a signal related to the slave arm 502 is input and output to the slave arm arithmetic processing unit 507 via the slave arm input / output device 506. here,
Basically, the control calculation regarding the master arm is performed by the master arm arithmetic processing unit 504, and the control calculation regarding the slave arm is performed by the slave arm arithmetic processing unit 507, but normally, the computer on the orbit is inferior in function to the computer on the ground. Therefore, in order to reduce the load on the slave arm arithmetic processing unit 507, all calculations that can be performed by the master arm arithmetic processing unit 504 are performed, and data by serial communication from the master arm arithmetic processing unit 504 to the slave arm arithmetic processing unit 507. The delivery is performed by the command value of the tip position / posture of the slave arm.
【0026】図1は本発明を実現する制御アルゴリズム
を示したものであり、この処理のうち一点鎖線から左側
はマスタアーム演算処理装置504にて行い、右側はス
レーブアーム演算処理装置507にて行う。オペレータ
がマスタアーム501を操作した場合、マスタアーム5
01の複数の関節角信号106を正変換することによっ
て、マスタアーム先端の位置/姿勢状態信号107が得
られるようになっている。この信号107はスレーブ指
令値生成部504Aでスレーブへの位置/姿勢の目標値
108を生成する。このスレーブ指令値生成部504A
については、先に従来の技術において説明したものと同
じであり、ここでは単位行列であるとしてマスタアーム
先端の位置/姿勢状態信号107がそのまま出力される
ものとする。FIG. 1 shows a control algorithm for implementing the present invention. In this processing, the left side from the alternate long and short dash line is performed by the master arm arithmetic processing unit 504, and the right side is performed by the slave arm arithmetic processing unit 507. .. When the operator operates the master arm 501, the master arm 5
The position / posture state signal 107 of the tip of the master arm is obtained by positively converting the plurality of joint angle signals 106 of 01. This signal 107 causes the slave command value generator 504A to generate a target position / orientation value 108 for the slave. This slave command value generation unit 504A
Is the same as that described in the prior art, and here it is assumed that the position / posture state signal 107 at the tip of the master arm is output as it is, assuming that it is a unit matrix.
【0027】さて、本制御の目的とするところは、スレ
ーブアーム502がマスタアーム501先端の位置/姿
勢に一致、あるいは準じて動くようにすることであるか
ら、位置/姿勢指令信号108に従ってスレーブアーム
502は動かねばならない。したがって、単純にはこれ
を逆変換してスレーブアーム各関節の角度を求めて駆動
すれば良いが、現実には、スレーブアームが作業対象に
接触した場合、強い反力を受けて危険な事態となりうる
ことがある。従来の技術では、オペレータ手元に反力を
還すことにより、オペレータの判断で反力を緩和する方
向に動かすことができるが、本制御の場合、スレーブ側
とマスタ側との間の通信に時間がかかるため、オペレー
タの判断による方法はとれない。Now, the purpose of this control is to make the slave arm 502 move in conformity with or in accordance with the position / posture of the tip of the master arm 501. Therefore, the slave arm 502 follows the position / posture command signal 108. 502 must move. Therefore, it is simply necessary to perform the reverse conversion to obtain the angle of each joint of the slave arm and drive it, but in reality, when the slave arm contacts the work target, it receives a strong reaction force and becomes a dangerous situation. There is a chance. In the conventional technology, by returning the reaction force to the operator's hand, it is possible to move the reaction force in a direction to mitigate the reaction force at the operator's discretion, but in the case of this control, it takes time to communicate between the slave side and the master side. Therefore, the method based on the operator's judgment cannot be taken.
【0028】したがって、ここにコンプライアンス制御
を適用することとする。すなわち、スレーブアーム50
2の手首部に取付けられた6軸力センサ510からの力
/トルク信号109を正変換し、基準座標系で表わした
力/トルク110を得る。これをコンプライアンス重畳
部507Aにて、スレーブ指令値信号108にコンプラ
イアンス重畳し、力の緩和を含めたスレーブアームへの
指令値111を得、さらにこれを逆変換することによっ
てスレーブアーム502の各関節を駆動すべき指令値1
12を得たうえ、スレーブアーム502を駆動する。Therefore, compliance control is applied here. That is, the slave arm 50
The force / torque signal 109 from the 6-axis force sensor 510 attached to the wrist portion of No. 2 is positively converted to obtain the force / torque 110 expressed in the reference coordinate system. The compliance superimposing unit 507A superimposes the compliance on the slave command value signal 108 to obtain a command value 111 to the slave arm including the relaxation of the force, and further inversely converts the command value 111 to determine each joint of the slave arm 502. Command value to drive 1
After obtaining 12, the slave arm 502 is driven.
【0029】これに対し、マスタアーム501の駆動目
的は、マスタアーム自身がオペレータの操作に応じて動
くことである。この制御方式を説明すると、マスタアー
ム501の手首部の6軸力センサ509からの力/トル
ク信号101を正変換して基準座標系で表した力/トル
ク信号102を得る。この信号102からマスタ指令値
生成部504Bにてマスタアーム501の先端の位置/
姿勢の目標値103を生成し、これを逆変換することに
より、マスタアーム501各関節に対する指令値104
を得たうえマスタアーム501を駆動する。On the other hand, the purpose of driving the master arm 501 is to move the master arm itself according to the operation of the operator. Explaining this control method, the force / torque signal 101 from the 6-axis force sensor 509 on the wrist of the master arm 501 is positively converted to obtain a force / torque signal 102 expressed in a reference coordinate system. From this signal 102, the position of the tip of the master arm 501 /
A command value 104 for each joint of the master arm 501 is generated by generating a posture target value 103 and inversely converting the target value 103.
Then, the master arm 501 is driven.
【0030】本実施例によれば、マスタアーム501に
対しスレーブアーム502が遠隔地に設置されていて
も、制御演算のループの中に通信時間を含むことなく、
高速なサイクルタイムによる正常なマスタスレーブ動作
を実現することができる。また、その際、操作モードの
切換えに伴う処理を全てマスタアーム側の演算処理装置
504でおこない、スレーブアーム側の演算処理装置5
07に対する通信信号は、スレーブアーム先端位置/姿
勢の指令値として与えることにより、スレーブアーム側
の演算処理装置507の負荷を最小限にできるため、機
能の劣るスレーブアーム側の演算処理装置507でも対
応することができる。According to the present embodiment, even if the slave arm 502 is installed at a remote place with respect to the master arm 501, communication time is not included in the loop of control calculation,
A normal master-slave operation can be realized by a high-speed cycle time. Further, at that time, all processing associated with the switching of the operation mode is performed by the arithmetic processing device 504 on the master arm side, and the arithmetic processing device 5 on the slave arm side is executed.
By giving a communication signal to 07 as a command value of the slave arm tip position / orientation, the load on the arithmetic processing device 507 on the slave arm side can be minimized, so that the arithmetic processing device 507 on the slave arm side, which is inferior in function, also supports it. can do.
【0031】さらに、マスタアーム側の演算処理装置5
04から送られてくるスレーブアーム先端位置/姿勢の
指令値に対して、スレーブアーム側で外界センサによる
一次補正を行うことにより、スレーブアーム502が外
界から受ける干渉に対して速やかに対処することができ
る。Further, the arithmetic processing unit 5 on the master arm side
The slave arm tip position / posture command value sent from the slave No. 04 is subjected to the primary correction by the external sensor on the slave arm side, so that the slave arm 502 can promptly deal with the interference received from the external environment. it can.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、マスタアームに対しスレーブアームが遠隔地に
配置されていても良好な操作性を実現し、安定した制御
を可能にするとともに、スレーブアーム側の演算負荷を
最小限にしうるマスタスレーブマニピュレータを提供す
ることができる。また、本発明によれば、スレーブアー
ムが外界から受ける干渉に対して速やかに対処しうるマ
スタスレーブマニピュレータを提供することができる。As described above in detail, according to the present invention, even if the slave arm is located at a remote place with respect to the master arm, good operability is realized and stable control is possible. At the same time, it is possible to provide a master-slave manipulator that can minimize the calculation load on the slave arm side. Further, according to the present invention, it is possible to provide a master-slave manipulator capable of promptly coping with interference that the slave arm receives from the outside world.
【図1】本発明の一実施例に係るマスタスレーブマニピ
ュレータの制御系のブロック線図である。FIG. 1 is a block diagram of a control system of a master-slave manipulator according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例に係るマスタスレーブマニピ
ュレータのハードウエア構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a hardware configuration of a master-slave manipulator according to an embodiment of the present invention.
【図3】図2の装置の信号の流れを示すブロック図であ
る。FIG. 3 is a block diagram showing a signal flow of the device of FIG.
【図4】従来のマスタスレーブマニピュレータのハード
ウエア構成を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a hardware configuration of a conventional master slave manipulator.
【図5】図4の装置の信号の流れを示すブロック図であ
る。5 is a block diagram showing a signal flow of the device of FIG.
【図6】図2のマスタスレーブマニピュレータの制御系
のブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram of a control system of the master-slave manipulator in FIG.
【符号の説明】 501 マスタアーム 502 スレーブアーム 503 マスタアーム入出力装置 504 マスタアーム演算処理装置 504A スレーブ指令値生成部 504B マスタ指令値生成部 506 スレーブアーム入出力装置 507 スレーブアーム演算処理装置 507A コンプライアンス重畳部 509 マスタアーム6軸力センサ 510 スレーブアーム6軸力センサ[Explanation of reference numerals] 501 master arm 502 slave arm 503 master arm input / output device 504 master arm arithmetic processing device 504A slave command value generation unit 504B master command value generation unit 506 slave arm input / output device 507 slave arm arithmetic processing device 507A compliance superposition 509 Master arm 6-axis force sensor 510 Slave arm 6-axis force sensor
Claims (6)
ムの入出力装置、および各アームの演算処理を個別に行
いうる少なくとも2つの演算処理装置からなるマスタス
レーブマニピュレータシステムにおいて、 上記少なくとも2つの演算処理装置の間をシリアル通信
により結合し、 マスタアーム用演算処理装置では、マスタアームの制御
演算に加えて、スレーブアーム先端への動作指令を発生
し、 マスタアーム用演算処理装置からスレーブアーム用演算
処理装置への通信信号上に前記スレーブアーム先端の動
作指令信号を乗せるように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。1. A master-slave manipulator system comprising a master arm, a slave arm, an input / output device for each arm, and at least two arithmetic processing devices capable of individually performing arithmetic processing for each arm, wherein the at least two arithmetic processing devices are provided. The master arm arithmetic processing unit generates an operation command to the tip of the slave arm in addition to the master arm control arithmetic operation, and the master arm arithmetic processing unit transmits the master arm arithmetic processing unit from the master arm arithmetic processing unit to the slave arm arithmetic processing unit. A master-slave manipulator characterized in that the operation command signal of the tip of the slave arm is put on a communication signal to the master-slave manipulator.
ムの入出力装置、および各アームの演算処理を個別に行
いうる少なくとも2つの演算処理装置からなるマスタス
レーブマニピュレータシステムにおいて、 上記少なくとも2つの演算処理装置の間をシリアル通信
により結合し、 マスタアーム用演算処理装置は、マスタアームの制御演
算を行うマスタ指令値生成部と、スレーブアーム先端の
動作指令を発生するスレーブ指令値生成部とを備え、 マスタアーム用演算処理装置からスレーブアーム用演算
処理装置への通信信号上に前記スレーブアーム先端の動
作指令信号を乗せるようにするとともに、 スレーブアームは外界センサを具備し、 スレーブアーム用演算処理装置は、前記スレーブアーム
先端の指令信号に対して、前記外界センサからの信号に
基づき補正を行うコンプライアンス重畳部を含む制御回
路を備えたことを特徴とするマスタスレーブマニピュレ
ータ。2. A master-slave manipulator system comprising a master arm, a slave arm, an input / output device for each arm, and at least two arithmetic processing devices capable of individually performing arithmetic processing for each arm, wherein the at least two arithmetic processing devices are provided. The master arm arithmetic processing unit includes a master command value generation unit that performs a control calculation of the master arm and a slave command value generation unit that generates an operation command for the tip of the slave arm. The operation command signal of the tip of the slave arm is placed on the communication signal from the arm arithmetic processing device to the slave arm arithmetic processing device, and the slave arm is provided with an external sensor, and the slave arm arithmetic processing device is For the command signal at the tip of the slave arm, is the external sensor Master slave manipulator, characterized in that it comprises a control circuit including compliance superimposing section that performs, based on the signal correction.
動作指令モードが2つ以上あり、これらのモード切り換
えにともなう処理をマスタアーム用演算処理装置で行う
ことを特徴とする請求項1または2記載のいずれかのマ
スタスレーブマニピュレータ。3. The master arm has two or more operation command modes to the slave arm, and the processing for switching between these modes is performed by the master arm arithmetic processing unit. That master-slave manipulator.
ブアーム用演算処理装置へのシリアル通信上に、スレー
ブアーム先端位置に関する指令信号が乗っていることを
特徴とする請求項1ないし3記載のいずれかのマスタス
レーブマニピュレータ。4. The command signal relating to the slave arm tip position is carried on serial communication from the master arm arithmetic processing unit to the slave arm arithmetic processing unit. Master slave manipulator.
ブアーム用演算処理装置へのシリアル通信上に、スレー
ブアーム先端速度に関する指令信号が乗っていることを
特徴とする請求項1ないし3記載のいずれかのマスタス
レーブマニピュレータ。5. The command signal relating to the slave arm tip speed is carried on the serial communication from the master arm arithmetic processing unit to the slave arm arithmetic processing unit. Master slave manipulator.
センサであることを特徴とする請求項2記載のマスタス
レーブマニピュレータ。6. The master-slave manipulator according to claim 2, wherein the external sensor is a sensor that detects force and torque.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5124092A JPH05253864A (en) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | Master slave manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5124092A JPH05253864A (en) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | Master slave manipulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05253864A true JPH05253864A (en) | 1993-10-05 |
Family
ID=12881427
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5124092A Pending JPH05253864A (en) | 1992-03-10 | 1992-03-10 | Master slave manipulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05253864A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009034813A (en) * | 2007-07-09 | 2009-02-19 | Kao Corp | Manipulator system |
JP2022509410A (en) * | 2018-10-26 | 2022-01-20 | フランカ エーミカ ゲーエムベーハー | robot |
WO2023123259A1 (en) * | 2021-12-30 | 2023-07-06 | 西门子(中国)有限公司 | Robot remote control method and apparatus |
-
1992
- 1992-03-10 JP JP5124092A patent/JPH05253864A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009034813A (en) * | 2007-07-09 | 2009-02-19 | Kao Corp | Manipulator system |
JP2022509410A (en) * | 2018-10-26 | 2022-01-20 | フランカ エーミカ ゲーエムベーハー | robot |
WO2023123259A1 (en) * | 2021-12-30 | 2023-07-06 | 西门子(中国)有限公司 | Robot remote control method and apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4661032A (en) | Bilateral master-slave manipulator control device | |
US9855653B2 (en) | Master-slave system | |
Furuta et al. | Master-slave manipulator based on virtual internal model following control concept | |
CN102470531B (en) | The control device of robot, robot and control method | |
JPH03178788A (en) | Control method for manipulator | |
JPH05253864A (en) | Master slave manipulator | |
Lau et al. | Implementation of position–force and position–position teleoperator controllers with cable-driven mechanisms | |
JP2003089091A (en) | Robot controller with tactile sensor | |
JPS62194513A (en) | Controller for arc interpolation posture of robot | |
JP4066923B2 (en) | robot | |
JP3206765B2 (en) | Control method of master-slave manipulator | |
JP2649463B2 (en) | Method of teaching an industrial robot having a rotating external axis and teaching device used therefor | |
JPH08141951A (en) | Robot cooperative control method and cooperative control apparatus | |
JP2000084878A (en) | Control device for robot | |
JPH04372380A (en) | Operation device of manipulator | |
JP2533594B2 (en) | Master slave Manipulator | |
JPH0695728A (en) | Master slave manipulator | |
JPH03111184A (en) | Control unit for robot | |
JP2656584B2 (en) | Control device for master-slave manipulator | |
JP4552328B2 (en) | Robot control device | |
JPS63276607A (en) | Coordinate transforming device for manipulator | |
JPS6330905A (en) | Hybrid control device for redundant manipulator | |
JPH04130904A (en) | Control device for master/slave manipulator | |
JPH04135189A (en) | Robot-controlling system | |
JPH02269586A (en) | Manipulator drive control device |