JPH04101787A - Control device for master slave manipulator of different structure - Google Patents
Control device for master slave manipulator of different structureInfo
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- JPH04101787A JPH04101787A JP21167190A JP21167190A JPH04101787A JP H04101787 A JPH04101787 A JP H04101787A JP 21167190 A JP21167190 A JP 21167190A JP 21167190 A JP21167190 A JP 21167190A JP H04101787 A JPH04101787 A JP H04101787A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は異構造マスタスレーブマニピュレータの制御装
置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a control device for a master-slave manipulator with a different structure.
従来の異構造マスタスレーブマニピュレータの制御装置
は、特開昭６０−２０７７８３号公報に記載のものがあ
る。A conventional control device for a master-slave manipulator with a different structure is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-207783.
第５図は従来の異構造マスタスレーブマニピュレータの
制御装置の一例を示す構成ブロック図である。第５図に
おいて、制御装置２００は常にマスタマニピュレータ１
００の関節角度およびトルク等をセンシングし、グリッ
プ１０の位置と姿勢ならびにグリップｌＯに作用するカ
とモーメントを基準となる作業空間座標系の位置と姿勢
ならびに力とモーメントに座標変換し、また同時にスレ
ーブマニピュレータ３００の関節角度およびトルク等も
センシングし、エンドエフェクタ４００の位置と姿勢な
らびにエンドエフェクタ４００に作用する力とモーメン
トも基準となる同じ作業空間座標系の位置と姿勢ならび
に力とモーメントに座標変換する。そして同じ作業空間
座標系でエンドエフェクタ４００の位置と姿勢がグリッ
プ１０の位置と姿勢と同じになるようにスレーブマニピ
ュレータ３００の関節の駆動制御量を作業空間座標系か
ら逆変換してスレーブマニピュレータ３００へ出力し、
またグリップ１ｏに作用している力とモーメントがエン
ドエフェクタ４００に作用している力とモーメントと同
じになるようにマスタマニピュレータ１００の関節の駆
動制御量を作業空間座標系から逆変換してマスタマニピ
ュレータ１００へ出力している。FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional control device for a master-slave manipulator with a different structure. In FIG. 5, the control device 200 always controls the master manipulator 1.
00's joint angle, torque, etc., coordinates are converted from the position and orientation of the grip 10 and the force and moment acting on the grip 10 to the position and orientation, force and moment of the reference work space coordinate system, and at the same time, the slave The joint angle and torque of the manipulator 300 are also sensed, and the position and orientation of the end effector 400, as well as the forces and moments acting on the end effector 400, are also coordinate-transformed into the position, orientation, force, and moment of the same reference work space coordinate system. . Then, the drive control amounts of the joints of the slave manipulator 300 are inversely transformed from the work space coordinate system so that the position and orientation of the end effector 400 are the same as the position and orientation of the grip 10 in the same work space coordinate system. output,
In addition, the drive control amounts of the joints of the master manipulator 100 are inversely transformed from the work space coordinate system so that the force and moment acting on the grip 1o are the same as the force and moment acting on the end effector 400. It is output to 100.
上記従来技術は最初のマスタマニピュレータのグリップ
とスレーブマニピュレータのエンドエフェクタとの位置
と姿勢の関係を決定するためのイニシャライズ制御、ま
た複数のスレーブマニピュレータを１台のマスタマニピ
ュレータで操作する場合のスレーブマニピュレータの切
換制御の点について配慮がされておらず、操作性に問題
があった。The above-mentioned conventional technology provides initialization control for determining the position and orientation relationship between the grip of the master manipulator and the end effector of the slave manipulator, and the control of the slave manipulator when a plurality of slave manipulators are operated by one master manipulator. No consideration was given to switching control, and there were problems with operability.
本発明は最初のマスタマニピュレータのグリップとスレ
ーブマニピュレータのエンドエフェクタとの位置と姿勢
を決める操作性のよいイニシャライズ制御機能を有する
異構造マスタスレーブマニピュレータの制御装置を提供
することを目的としており、また複数のスレーブマニピ
ュレータを１台のマスタマニピュレータで操作する場合
の操作性のよいスレーブマニピュレータの切換制御機能
も有する異構造マスタスレーブマニピュレータの制御装
置を提供することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a control device for a master-slave manipulator with a different structure, which has an initialization control function with good operability for determining the position and posture of the grip of an initial master manipulator and the end effector of a slave manipulator. It is an object of the present invention to provide a control device for a master-slave manipulator of a different structure, which also has a slave manipulator switching control function with good operability when two slave manipulators are operated by one master manipulator.
上記目的を達成するために１本発明の異構造マスタスレ
ーブマニピュレータの制御装置は、制御装置に最初のマ
スタスレーブのグリップとスレーブマニピュレータのエ
ンドエフェクタとの位置と姿勢の関係を決定するための
イニシャライズ機能として、グリップの位置をニュート
ラルに設定するニュートラルポジション設定機能と、グ
リップの姿勢とエンドエフェクタの姿勢とを同一に設定
する姿勢合致機能とを設けたものである。In order to achieve the above objects, the control device for a master-slave manipulator with a different structure according to the present invention has an initialization function for determining the position and posture relationship between the initial master-slave grip and the end effector of the slave manipulator. As such, a neutral position setting function for setting the grip position to neutral and a posture matching function for setting the grip posture and the end effector posture to be the same are provided.
また複数のエンドエフェクタを有する１台または複数の
スレーブマニピュレータを１台のマスタマニピュレータ
で操作するシステムにおいて、対応するエンドエフェク
タの切換制御を行なうためには制御装置にエンドエフェ
クタ選択機能と、グリップのニュートラルポジション設
定機能と、グリップの姿勢と選択されたエンドエフェク
タの姿勢を同一に設定する姿勢合致機能とを設けたもの
である。In addition, in a system in which one master manipulator operates one or more slave manipulators having multiple end effectors, in order to control switching of the corresponding end effector, the control device must have an end effector selection function and a grip neutral It is provided with a position setting function and a posture matching function that sets the posture of the grip and the posture of the selected end effector to be the same.
上記異構造マスタスレーブマニピュレータの制御装置の
ニュートラルポジション設定機能はイニシャライズ時た
とえばイニシャライズ開始スイッチがＯＮＬ、た時にマ
スタマニピュレータのグリップの位置がニュートラルの
位置となるようにマスタマニピュレータを駆動制御し、
また同時に姿勢合致機能はグリップの姿勢がエンドエフ
ェクタの姿勢と同じになるようにマスタマニピュレータ
を駆動制御すると、この時に操作者の手は軽くグリップ
を握っていればグリップの位置はニュートラル位置で姿
勢はエンドエフェクタに対応した姿勢に自動的に設定さ
れるので、このイニシャライズ終了時には即時にマスタ
スレーブ操作ができる状態にあり、しかもグリップの位
置がニュートラル位置にあるため上下、左右、前後方向
に十分な動作範囲を有しているから、すぐに動作範囲限
界近くになって操作を中断するようなことにはならずに
操作性がよい。The neutral position setting function of the control device of the master-slave manipulator with a different structure drives and controls the master manipulator so that the grip position of the master manipulator is in the neutral position when, for example, the initialization start switch is ONL at the time of initialization,
At the same time, the posture matching function drives and controls the master manipulator so that the posture of the grip is the same as that of the end effector.At this time, if the operator's hand is lightly grasping the grip, the position of the grip is neutral and the posture is Since it is automatically set to a posture that corresponds to the end effector, it is ready for master-slave operation immediately upon completion of this initialization, and since the grip position is in the neutral position, there is sufficient movement in the vertical, horizontal, and longitudinal directions. Since it has a range, it does not immediately approach the limit of the operating range and interrupt the operation, making it easy to operate.
また複数のエンドエフェクタを有する１台または複数の
スレーブマニピュレータを１台のマスタマニピュレータ
で切り換えて操作するシステムにおいては、イニシャラ
イズ機能として上記のニュートラルポジション設定機能
と姿勢合致機能のはかにエンドエフェクタ選択機能が設
けられているため、多数のエンドエフェクタのある場合
でもこれから操作しようとする選択されたエンドエフェ
クタに対してイニシャライズが行われ、グリップの位置
はニュートラル位置で姿勢は選択されたエンドエフェク
タに対応した姿勢に自動的に設定されるので、設定後に
は即時にマスタスレーブ操作が選択したエンドエフェク
タに対して行える状態にあり、しかもグリップの位置が
ニュートラル位置にあるため、上記と同様にすぐに動作
範囲限界近くになって操作を中断するようなことにはな
らずに操作性をよくすることができる。In addition, in a system in which one or more slave manipulators having multiple end effectors are switched and operated by one master manipulator, the initialization function includes the above-mentioned neutral position setting function and posture matching function, as well as the end effector selection function. is provided, so even if there are many end effectors, the selected end effector that is about to be operated will be initialized, and the grip position will be in the neutral position and the posture will correspond to the selected end effector. Since the posture is automatically set, after setting, master-slave operation can be performed immediately on the selected end effector, and since the grip position is in the neutral position, the operating range can be immediately adjusted as described above. Operability can be improved without interrupting operation when the limit is near.
以下に本発明の実施例を第１図から第５図により説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.
第１図は本発明による異構造マスタスレーブマニピュレ
ータの制御装置の一実施例を示す構成ブロック図である
。第１図において、グリップ１０を有するマスタマニピ
ュレータ１００と、エンドエフェクタ４００を有するス
レーブマニピュレータ３００とが制御装置２００と接続
される。ここで制御装置２００にはイニシャライズ機能
としてグリップ１０のニュートラルポジション設定機能
２０１と、姿勢合致機能２０２とを設けているところが
第５図の従来例と異なる。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a control device for a master-slave manipulator having a different structure according to the present invention. In FIG. 1, a master manipulator 100 having a grip 10 and a slave manipulator 300 having an end effector 400 are connected to a control device 200. Here, the control device 200 differs from the conventional example shown in FIG. 5 in that it is provided with a neutral position setting function 201 for the grip 10 and a posture matching function 202 as initialization functions.
第２図は本発明による異構造マスタスレーブマニピュレ
ータの制御装置の他の実施例を示す構成ブロック図であ
る。第２図は複数のエンドエフェクタと複数のスレーブ
マニピュレータからなるシステムにおいて１台のマスタ
マニピュレータでスレーブを切り換えて操作する場合の
異構造マスタスレーブマニピュレータの制御装置を示す
。第２図において、グリップ１０を有するマスタマニピ
ュレータ１００と、第１のエンドエフェクタ４０１を有
する第１のスレーブマニピュレータ３０１と、第２のエ
ンドエフェクタ４０２および第３のエンドエフェクタ４
０３を有する第２のスレーブマニピュレータ３０２とが
制御装置２００と接続される。さらに多数のエンドエフ
ェクタとスレーブマニピュレータが制御装置１２００と
接続される場合も同様に考えればよい。ここで制御装置
２００にはニュートラルポジション設定機能２０１と、
姿勢合致機能２０２とのほかに、エンドエフェクタ選択
機能２０３を設けており、このエンドエフェクタ選択機
能２０３は例えば切換スイッチのようなものでもよいし
、あるいは一連の作業流れがあらかじめ決っているよう
な場合にはプログラム等によ・り自動的に選択されるも
のでもよいが、これから操作しようとするエンドエフェ
クタを多数のエンドエフェクタのなかから選択する機能
である。またこの制御装置２００における姿勢合致機能
２０２はエンドエフェクタ選択機能２０３が選択してい
るエンドエフェクタに対して機能する。FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of a control device for a master-slave manipulator having a different structure according to the present invention. FIG. 2 shows a control device for a master-slave manipulator with a different structure when one master manipulator switches and operates the slaves in a system consisting of a plurality of end effectors and a plurality of slave manipulators. In FIG. 2, a master manipulator 100 having a grip 10, a first slave manipulator 301 having a first end effector 401, a second end effector 402 and a third end effector 4
03 is connected to the control device 200. The same can be said for the case where a larger number of end effectors and slave manipulators are connected to the control device 1200. Here, the control device 200 has a neutral position setting function 201,
In addition to the posture matching function 202, an end effector selection function 203 is provided, and this end effector selection function 203 may be, for example, a changeover switch, or may be used when a series of work flows are determined in advance. Although it may be automatically selected by a program or the like, it is a function to select the end effector to be operated from among a large number of end effectors. Also, the posture matching function 202 in this control device 200 functions for the end effector selected by the end effector selection function 203.
第３図（ａ）、（ｂ）は第１図および第２図のグリップ
１０を有するマスタマニピュレータ１００の一実施例を
示す外観図およびその内部構成図である。第３図（ａ）
、（ｂ）では最も小型に設計できる極座標形のマニピュ
レータの例を示しており、この形のマスタマニピュレー
タ１００の場合には収納スペースは小さくてすむが一般
にグリップ１０の有効可能範囲は小さく、グリップ１０
の動作量に対してエンドエフェクタ４００の動作量は何
倍かに拡大されて制御されるスケール変換機能も一般に
適用されるが、グリップ１０の小さい可能範囲をニュー
トラルポジションから有効に使うという意味からも本発
明のイニシャライズ機能の適用に最も適した形のマスタ
マニピュレータであるといえる。第３図（ａ）はマスタ
マニピュレータ１００の外観図を示し、第３図（ｂ）は
その内部構成図を示す。FIGS. 3(a) and 3(b) are an external view and an internal configuration diagram showing an embodiment of the master manipulator 100 having the grip 10 shown in FIGS. 1 and 2. FIGS. Figure 3(a)
, (b) shows an example of a polar coordinate type manipulator that can be designed to be the most compact.In the case of this type of master manipulator 100, the storage space is small, but the effective range of the grip 10 is generally small, and the grip 10
A scale conversion function is also generally applied in which the amount of movement of the end effector 400 is magnified several times compared to the amount of movement of It can be said that this is the most suitable master manipulator for applying the initialization function of the present invention. FIG. 3(a) shows an external view of the master manipulator 100, and FIG. 3(b) shows its internal configuration.
第３図（ａ）、（ｂ）において、マスタマニピュレータ
１００のグリップ１０の位置を検出したり位置を駆動制
御するアクチュエータはカバー１８１の中に収納される
上下振りアクチュエータ１０１と、左右振りアクチュエ
ータ１０２と、伸縮用アクチュエータ１０３とである。In FIGS. 3(a) and 3(b), the actuators that detect the position of the grip 10 of the master manipulator 100 and drive and control the position are a vertical swing actuator 101 and a horizontal swing actuator 102 housed in a cover 181. , and the expansion/contraction actuator 103.
ここで座標変換演算を容易にするために上下振りアクチ
ュエータ１０１の回転軸と左右振りアクチュエータ１０
２の回転軸と伸縮用アクチュエータ１０３と接続する伸
縮チューブ１９４の伸縮軸とは十字形シャフト１９２の
中心１点で直交するような構造としている。伸縮チュー
ブ１９４は上下振りアクチュエータ１０１のケーシング
側に固定されたフレーム１９３に取り付けられた伸縮用
アクチュエータ１０３がボールねじ１１１を回転させる
ことによりガイドバー１１２によってガイドされつつ、
伸縮チューブ１９４の付いているボールナツト１１３を
伸縮方向に移動させることによって伸縮動作する。ボー
ルねじ１１１やガイドバー１１２は伸縮機構１８２と接
続の円筒チューブ１８３の中に収納されている。伸縮チ
ューブ１９４の先にはグリップ１０の姿勢を検出したり
姿勢を能動制御するアクチュエータ１０４，１０５，１
０６が装備されていて、伸縮チューブ１９４の伸縮軸回
りにねじれるねじりアクチュエータ１０４があり、その
アクチュエータ１０４から出ているフレーム１９５に上
下振りアクチュエータ１０５があり、そのアクチュエー
タ１０５の出力軸側フレーム１９６に左右振りアクチュ
エータ１０６があり、そのアクチュエータ１０６の出力
軸にグリップ１０が取り付けである。Here, in order to facilitate the coordinate conversion calculation, the rotation axis of the vertical swing actuator 101 and the horizontal swing actuator 10 are
2 and the telescopic axis of the telescopic tube 194 connected to the telescopic actuator 103 are constructed such that they are orthogonal to each other at one point in the center of the cross-shaped shaft 192. The telescopic tube 194 is guided by the guide bar 112 when the telescopic actuator 103 attached to the frame 193 fixed to the casing side of the vertical swing actuator 101 rotates the ball screw 111.
The ball nut 113 to which the telescopic tube 194 is attached is moved in the telescopic direction to perform the telescopic operation. The ball screw 111 and the guide bar 112 are housed in a cylindrical tube 183 connected to the telescopic mechanism 182. At the end of the telescopic tube 194 are actuators 104, 105, 1 that detect the posture of the grip 10 and actively control the posture.
06, there is a torsion actuator 104 that twists around the telescopic axis of the telescopic tube 194, a vertical swing actuator 105 is provided on a frame 195 protruding from the actuator 104, and a left and right swing actuator 105 is provided on the output shaft side frame 196 of the actuator 105. There is a swing actuator 106, and the grip 10 is attached to the output shaft of the actuator 106.
またマスタマニピュレータ１００のグリップ１０を操作
者が握った時にちょうど親指と人差し指でグリップ１ｏ
の開閉操作ができるようにマスク側のグリッパ１２が設
けてあり、またスレーブマニピュレータのエンドエフェ
クタによっては押ぼたんスイッチによるエンドエフェク
タの操作が適しているものもあるので、グリップ１ｏの
上部にはエンドエフェクタ操作用の押ぼたんスイッチ１
３が設けである。グリッパ１２と押ぼたんスイッチ１３
の使い分けはエンドエフェクタの種類に応じてあらかじ
め決めておく。またグリッパ１２の開閉量の検出および
開閉趣動制御を行うためのアクチュエータ１１がグリッ
プ１ｏの下部に実装されている。このグリップ１０に設
けた座標系１５を第３図（ｂ）に示すように定義した時
に、これも座標変換演算を容易にするため座標系１５の
ｙ軸が上下振りアクチュエータ１０５の回転軸と一致し
、ｚ軸が左右振りアクチュエータ１０６の回転軸と一致
し、ｙ軸が伸縮チューブ１９４の伸縮軸およびねじりア
クチュエータ１０４の回転軸と一致するように構成して
いる。また各アクチュエータ１０４，１０５，１０６か
らケーブル１８４゜１８５．１８６はカバー１８１の中
で他のアクチュエータ１０１，１０２，１０３のケーブ
ルとまとめられ、制御装置２００へは動力および制御ケ
ーブル１８８で接続される構造になっている。In addition, when the operator grips the grip 10 of the master manipulator 100, the grip 1o is just pressed between the thumb and forefinger.
A gripper 12 is provided on the mask side so that the end effector can be opened and closed. Also, depending on the end effector of the slave manipulator, operation of the end effector with a pushbutton switch is suitable, so the upper part of the grip 1o is provided with an end effector 12. Push button switch 1 for operation
3 is a provision. Gripper 12 and pushbutton switch 13
The proper use of these is determined in advance according to the type of end effector. Further, an actuator 11 for detecting the opening/closing amount of the gripper 12 and controlling the opening/closing motion is mounted at the bottom of the grip 1o. When the coordinate system 15 provided on this grip 10 is defined as shown in FIG. Accordingly, the z-axis is configured to coincide with the rotation axis of the left-right swing actuator 106, and the y-axis is configured to coincide with the expansion and contraction axis of the telescoping tube 194 and the rotation axis of the torsion actuator 104. In addition, cables 184, 185, 186 from each actuator 104, 105, 106 are combined with cables of other actuators 101, 102, 103 in a cover 181, and connected to the control device 200 by a power and control cable 188. It has become.
第４図は第１図および第２図の基準となる作業空間座標
系５において第２図の３種類のエンドエフェクタ４０１
，４０２，４０３がｘ、ｙ、ｚ軸に対して所定の位置と
姿勢になっている状態を例示する概念図である。第４図
において、エンドエフェクタ４０１，４０３はそれぞれ
第２図のスレーブマニピュレータ３０１，３０２に設け
であるもので開閉動作を行なうグリッパであり、エンド
エフェクタ４０２はスレーブマニピュレータ３０２に取
り付けであるもので先端の回転するドリルのような工具
である。ここで３種類のエンドエフェクタ４０１，４０
２，４０３にはそれぞれのエンドエフェクタに設けた座
標系４５Ｌ、４５２゜４５３を第４図に示すｘｙＺ軸の
ように定義している。またパイラテラルマスタスレーブ
マニピュレータとするために力およびトルクセンサを設
ける場合には、マスタマニピュレータ１００はグリップ
１０の所定部分でスレーブマニピュレータ３０１．３０
２は各エンドエフェクタ４０１．，４０２．４０３の所
定部分にそれぞれ取り付けることになる。FIG. 4 shows the three types of end effectors 401 shown in FIG.
, 402, 403 are at predetermined positions and postures with respect to the x, y, and z axes. In FIG. 4, end effectors 401 and 403 are grippers that are attached to the slave manipulators 301 and 302 in FIG. It is a rotating drill-like tool. Here, three types of end effectors 401, 40
2, 403, a coordinate system 45L, 452° 453 provided on each end effector is defined like the xyZ axes shown in FIG. Further, when a force and torque sensor is provided to make it a pirated master-slave manipulator, the master manipulator 100 is connected to the slave manipulator 301.30 at a predetermined portion of the grip 10.
2 is each end effector 401. , 402, 403, respectively.
つ−ぎに第２図の制御装置２００のニュートラルポジシ
ョン設定機能２０１と姿勢合致機能２０２の動作の詳細
を説明するに当り、ここでは第４図に示す基準となる作
業空間座標系５におけるエンドエフェクタ４０１，４０
２，４０３の各々の位置および姿勢と実際のスレーブマ
ニピュレータ３０１．３０２の各関節角度との関係は座
標変換行列の形であらかじめ設定されているものとする
。Next, in explaining the details of the operations of the neutral position setting function 201 and posture matching function 202 of the control device 200 shown in FIG. 401,40
It is assumed that the relationship between the position and orientation of each of the slave manipulators 301 and 303 and the actual joint angles of the slave manipulators 301 and 302 is set in advance in the form of a coordinate transformation matrix.
なおこの関係を制御装置２００で途中で再設定できるよ
うにすることも一向に差し支えないが、説明を簡単にす
るために既に設定されているものとする。It should be noted that there is no problem in allowing the control device 200 to reset this relationship midway through the process, but for the sake of simplicity, it is assumed that this relationship has already been set.
第２図の制御装置２００のニュートラルポジション設定
機能２０１はイニシャライズ時たとえばイニシャライズ
開始スイッチをＯＮした時にグリップ１０の位置がニュ
ートラルの位置となるようにマニピュレータ１ｏＯを駆
動制御する。ここで第３図（ａ）、（ｂ）に示すマスタ
マニピュレータ１００の場合には第３図（ｂ）に示すよ
うなグリップ１０の座１ｇ１５の原点位置をニュートラ
ルポジションと定義しておいてよく、必ずこのようにし
ておくこともないが上記定義のように上下、左右、伸縮
動作のアクチュエータ１０５，１０６゜１０４の動作範
囲のちょうど中間の位置で、かつ操作者にとってもその
ポジションが操作腕可動範囲または操作腕操作スペース
の中間的位置にしておくことが望ましい。The neutral position setting function 201 of the control device 200 in FIG. 2 drives and controls the manipulator 1oO so that the grip 10 is in the neutral position at the time of initialization, for example, when the initialization start switch is turned on. In the case of the master manipulator 100 shown in FIGS. 3(a) and 3(b), the origin position of the seat 1g15 of the grip 10 as shown in FIG. 3(b) may be defined as the neutral position. Although it does not necessarily have to be this way, as defined above, the position is exactly in the middle of the operating range of the actuators 105, 106° 104 for vertical, horizontal, and telescopic movements, and for the operator, this position is also within the operating arm movable range. Alternatively, it is desirable to keep it at an intermediate position between the operating arm operating spaces.
上記のようにイニシャライズ時にマスタマニピュレータ
１００は駆動制御されるが、このとき複数のエンドエフ
ェクタを有するシステムにおいて、エンドエフェクタ選
択機能２０３が例えばエンドエフェクタ４０１を選択し
ている場合を説明すると、スレーブマニピュレータ３０
１は動作せずに第４図の基準となる作業空間座標系５に
おける第３図（ｂ）のグリップ１０の座標系１５のｘｙ
Ｚ軸の原点位置を同じ作業空間座標系５における選択さ
れたエンドエフェクタ４０１の座標系４５１のｘ、ｙ、
Ｚ軸の原点位置に設定する。ここでの設定するというこ
とはマスタマニピュレータ１００の各関節角度すなわち
第３図（ｂ）のアクチュエータ１０１，１０２，１０３
の位置検出データより、作業空間座標系５におけるグリ
ップ１０の座標系１５の原点位置を求める時に使用する
座標変換行列を設定することである。ここでもスレーブ
マニピュレータ３０１あるいはマスタマニピュレータ１
００の設置されている場所が移動体等の上で、マスタマ
ニピュレータ１００の設置されている場所とスレーブマ
ニピュレータ３０１の設置されている場所とが相対的に
移動や回転を生じる場合には、その移動や回転量をも検
出できるようにしておいて座標変換行列の中に自動的に
リアルタイムで組み込まれるようにしておくことが望ま
しく、少なくとも回転すなわちマスタマニピュレータ１
００の設置されている場たとえば第３図（ｂ）のフレー
ム１９１の固定されている場に設けられる操作者の座標
系と作業空間座標系５との姿勢（向き）の関係は組み込
んでおく必要がある。As described above, the master manipulator 100 is driven and controlled at the time of initialization. At this time, in a system having a plurality of end effectors, a case where the end effector selection function 203 selects, for example, the end effector 401 will be explained.
1 is the xy coordinate system 15 of the grip 10 in FIG. 3(b) in the working space coordinate system 5 which is the reference in FIG. 4 without moving.
The origin position of the Z-axis is set to the x, y,
Set to the Z-axis origin position. Setting here means each joint angle of the master manipulator 100, that is, the actuators 101, 102, 103 in FIG. 3(b).
This is to set a coordinate transformation matrix to be used when determining the origin position of the coordinate system 15 of the grip 10 in the work space coordinate system 5 from the position detection data. Again, slave manipulator 301 or master manipulator 1
If the location where the master manipulator 100 is installed and the location where the slave manipulator 301 is installed are relatively moved or rotated on a moving object, etc., the movement It is desirable to be able to detect the amount of rotation and the amount of rotation so that it can be automatically incorporated into the coordinate transformation matrix in real time.
It is necessary to incorporate the attitude (orientation) relationship between the operator's coordinate system and the workspace coordinate system 5, which is installed in the place where the frame 191 in FIG. 3(b) is fixed, for example. There is.
第２図の制御装置２００の姿勢合致機能２０２は上記と
同じイニシャライズ時に動作して、マスタマニピュレー
タ１００のグリップ１０の座標系１５の向きがスレーブ
マニピュレータ３０１の選択されたエンドエフェクタ４
０１の座標系４５１の向きと一致するようにマスタマニ
ピュレータ１００を駆動制御する。このとき一致させる
ためのグリップ１０のアクチュエータ１０４，１０５゜
１０６の駆動制御量は上記のように少なくともマスタマ
ニピュレータ１００の設置されている場の操作者の座標
系と作業空間座標系５の向きの関係が既知であることか
ら所定の関節角度として定まる。このときマスタマニピ
ュレータ１００のグリッパ１２の開閉度合もスレーブマ
ニピュレータ３０１のエンドエフェクタ４０１であるハ
ンドの開閉度合に対応した所定の開閉量に自動設定され
るようにしてもよい。The posture matching function 202 of the control device 200 in FIG.
The master manipulator 100 is driven and controlled so as to match the orientation of the coordinate system 451 of 01. At this time, the drive control amount of the actuators 104, 105° 106 of the grip 10 for matching is determined by the relationship between the orientation of the operator's coordinate system and the workspace coordinate system 5 at least in the place where the master manipulator 100 is installed, as described above. Since it is known, it is determined as a predetermined joint angle. At this time, the opening/closing degree of the gripper 12 of the master manipulator 100 may also be automatically set to a predetermined opening/closing amount corresponding to the opening/closing degree of the hand, which is the end effector 401 of the slave manipulator 301.
上記のようにイニシャライズ時に制御装置２００のニュ
ートラルポジション設定機能２０１と姿勢合致機能２０
２が動作した後には、マスタマニピュレータ１００のグ
リップ１０の位置はニュートラルの位置であり、その姿
勢（向き）は操作対象であるスレーブマニピュレータ３
０１のエンドエフェクタ４０１の姿勢（向き）に設定さ
れた状態となり１作業空間座標系５におけるエンドエフ
ェクタ４０１の座標系４５１と同じ作業空間座標系５に
おけるグリップ１０の座標系１５とは一致している状態
となり、かつマスタマニピュレータ１００の関節角度か
ら作業空間座標系５におけるグリップ１０の座標系１５
の位置と姿勢（向き）を求めるための座標変換行列も設
定されている状態となる。もちろんスレーブマニピュレ
ータ３０１の関節角度から作業空間座標系５におけるエ
ンドエフェクタ４０１の座標系４５１の位置と姿勢（向
き）を求めるための座標変換行列は上記のようにあらか
じめ設定されているので、従来技術として第５図の異構
造パイラテラルマスタスレーブマニピュレータについて
説明したような制御を行なえる状態となる。As described above, the neutral position setting function 201 and the attitude matching function 20 of the control device 200 at the time of initialization.
2 is operated, the position of the grip 10 of the master manipulator 100 is in the neutral position, and its posture (orientation) is the same as that of the slave manipulator 3 which is the object of operation.
The position (orientation) of the end effector 401 in 01 is set, and the coordinate system 451 of the end effector 401 in the 1 workspace coordinate system 5 matches the coordinate system 15 of the grip 10 in the same workspace coordinate system 5. state, and from the joint angle of the master manipulator 100, the coordinate system 15 of the grip 10 in the work space coordinate system 5
A coordinate transformation matrix for determining the position and orientation (orientation) of is also set. Of course, the coordinate transformation matrix for determining the position and posture (orientation) of the coordinate system 451 of the end effector 401 in the work space coordinate system 5 from the joint angles of the slave manipulator 301 is set in advance as described above. A state is reached in which control as described for the differently structured bilateral master-slave manipulator in FIG. 5 can be performed.
上記した第２図の制御装置２００のニュートラルポジシ
ョン設定機能２０１と姿勢合致機能２゜２の動作の詳細
な説明は複数のエンドエフェクタ４０１．４０２，４０
３等を有するシステムにおいてエンドエフェクタ選択機
能２０３がエンドエフェクタ４０１を選択している場合
を一例として行ったが、この動作の詳細は第１図の制御
装置２００のニュートラルポジション設定機能２０１と
姿勢合致機能２０２がスレーブマニピュレータ３００の
１つのエンドエフェクタ４００を有するシステムにおい
てイニシャライズ処理する場合にも同様である。また第
２図のシステムにおいて例えばエンドエフェクタ選択機
能２０３としてエンドエフェクタ切換スイッチ等により
スレーブマニピュレータ３０１のエンドエフェクタ４０
１の状態からスレーブマニピュレータ３０２のエンドエ
フェクタ４０２に切り換えた時のイニシャライズ処理に
も同様であり、たとえばエンドエフェクタ４０２が選択
された場合にはエンドエフェクタ４０２の座標系４５２
とマスタマニピュレータ１００のグリップ１ｏの座標系
１５とは作業空間座標系５においては一致している状態
となり、この場合には例えばグリップ１０の上部の押ぼ
たんスイッチ１３を押すことによりエンドエフェクタ４
０２の先端のドリルが回転するというような使用の仕方
となる。エンドエフェクタ４０３が選択された場合もエ
ンドエフェクタ４０１の場合と同様である。A detailed explanation of the operations of the neutral position setting function 201 and posture matching function 2.2 of the control device 200 in FIG.
This example is based on the case where the end effector selection function 203 selects the end effector 401 in a system having a system having the following: The same applies when initializing processing is performed in a system in which 202 has one end effector 400 of the slave manipulator 300. In addition, in the system shown in FIG. 2, for example, the end effector selection function 203 is used to select the end effector 40 of the slave manipulator 301 using an end effector changeover switch or the like.
The same applies to the initialization process when switching from state 1 to the end effector 402 of the slave manipulator 302. For example, when the end effector 402 is selected, the coordinate system 452 of the end effector 402
and the coordinate system 15 of the grip 1o of the master manipulator 100 are in the same state in the work space coordinate system 5, and in this case, for example, by pressing the pushbutton switch 13 on the top of the grip 10, the end effector 4
It is used in such a way that the drill at the tip of 02 rotates. The case where the end effector 403 is selected is also the same as the case with the end effector 401.
また上記した第１図および第２図の制御装置２００のニ
ュートラルポジション設定機能２０１と姿勢合致機能２
０２はスレーブマニピュレータの動作範囲がまだ十分あ
るのにマスタマニピュレータ１００の動作範囲が狭いた
めに、その限界点まで操作してきて更にその先で操作し
たいという時に有効である。その時にも上記のようなイ
ニシャライズを行い、新しい座標変換行列を再設定する
ことでよい理由である。この時にはイニシャライズ前後
でグリップ１０の姿勢は同じなので、ニュートラルポジ
ション設定機能２０１が作動してマスタマニピュレータ
１００がグリップ１０のニュートラル位置に動作してい
る時にも、グリップ１０の姿勢は一定に保つように制御
されるようにした方がよい。この場合に操作者はマスタ
グリップ１０のみがスレーブに対してシフト動作してい
る感じを受けるので操作性としてはよい。当然このよう
なイニシャライズ動作中にはマスタスレーブ操作制御は
できないので、操作者がそのことを十分認識するために
イニシャライズ開始スイッチとかシフトスイッチ等を用
意して、それを押した時のみニュートラルポジション設
定機能２０１等が作動するようにしてもよいし、エンド
エフェクタ切換スイッチを切り換えた時点またはマスタ
マニピュレータ１００の操作が操作範囲の限界点に達し
てリミットスイッチ等がＯＮした時点で自動的に作動す
るようにしてもよい。Furthermore, the neutral position setting function 201 and posture matching function 2 of the control device 200 in FIGS. 1 and 2 described above
02 is effective when the slave manipulator still has a sufficient operating range but the master manipulator 100 has a narrow operating range, so it has been operated to its limit and it is desired to operate beyond it. This is why it is sufficient to perform initialization as described above and reset a new coordinate transformation matrix at that time. At this time, the posture of the grip 10 is the same before and after initialization, so even when the neutral position setting function 201 is activated and the master manipulator 100 is moving to the neutral position of the grip 10, the posture of the grip 10 is controlled to remain constant. It is better to do so. In this case, the operator feels that only the master grip 10 is shifting relative to the slave, so the operability is good. Naturally, master-slave operation control cannot be performed during such an initialization operation, so in order for the operator to be fully aware of this, an initialization start switch, shift switch, etc. is prepared, and the neutral position setting function is only activated when the operator presses it. 201 etc. may be activated, or it may be configured such that it is activated automatically when the end effector selector switch is changed or when the operation of the master manipulator 100 reaches the limit point of the operation range and a limit switch etc. is turned on. You can.
本発明によれば、制御装置のニュートラルポジション設
定機能と姿勢合致機能が作動したイニシャライズ終了時
には即時にマスタスレーブの操作ができる状態にあって
、しかもグリップの位置がニュートラル位置にあるため
たとえ小型で動作範囲の狭いマスタマニピュレータの場
合でも上下、左右、前後方向に十分な動作範囲を有して
いるので、すぐに動作範囲限界近くなって操作を中断す
るようなことにはならずに異構造マスタスレーブマニピ
ュレータに適した操作性のよいイニシャライズ制御を行
うことができる効果がある。According to the present invention, at the end of initialization when the neutral position setting function and posture matching function of the control device are activated, the master slave can be operated immediately, and since the grip position is in the neutral position, it can be operated even if it is small. Even in the case of a master manipulator with a narrow range, it has a sufficient range of motion in the vertical, horizontal, and forward/backward directions, so it can be used as a master manipulator with a different structure without immediately approaching the limit of its operating range and interrupting operation. This has the effect of being able to perform initialization control that is suitable for manipulators and has good operability.
また複数のスレーブマニピュレータと複数のエンドエフ
ェクタを有するシステムにおいても、制御装置のエンド
エフェクタ選択機能が選択したエンドエフェクタに対し
てニュートラルポジション設定機能と姿勢合致機能が同
様に作動するので。Further, even in a system having multiple slave manipulators and multiple end effectors, the neutral position setting function and posture matching function operate in the same manner for the end effector selected by the end effector selection function of the control device.
異構造マスタスレーブマニピュレータに適した操作性の
よいスレーブマニピュレータの切換制御を行うことがで
きる効果がある。There is an effect that switching control of the slave manipulator can be performed with good operability and is suitable for a master-slave manipulator having a different structure.
第１図は本発明による異構造マスタスレーブマニピュレ
ータの制御装置の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図は本発明による異構造マスタスレーブマニピュレータ
の制御装置の他の実施例を示す構成ブロック図、第３図
（ａ）、 （ｂ）は第１図および第２図のマスタマニピ
ュレータの一実施例を示す外観図およびその内部構成図
、第４図は第２図の作業空間座標系における複数のエン
ドエフェクタの所定の位置と姿勢の状態を例示する概念
図、第５図は従来の異構造マスタスレーブマニピュレー
タの制御装置の一例を示す構成ブロック図である。
５・・・基準となる作業空間座標系、１０・・グリップ
、１５１９．グリップに設けた座標系、１００・・マス
タマニピュレータ、２００・・・制御装置、２０１・・
・ニュートラルポジション設定機能、２０２・・姿勢合
致機能、２０３・・・エンドエフェクタ選択機能、３０
０．３０１，３０２・・・スレーブマニピュレータ、４
００，４０１，４０２，４０３−・ｘンドｘフェクタ、
４５１・・・エンドエフェクタ４０１に設けた座標系、
４５２・・・エンドエフェクタ４０２に設けた座標系、
４５３・・・エンドエフェクタ４０３に設けた座標系。FIG. 1 is a configuration block diagram showing one embodiment of a control device for a master-slave manipulator with a different structure according to the present invention, and FIG.
The figure is a block diagram showing another embodiment of the control device for a master-slave manipulator with a different structure according to the present invention, and FIGS. 3(a) and 3(b) show an embodiment of the master manipulator shown in FIGS. FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the predetermined positions and postures of multiple end effectors in the workspace coordinate system of FIG. 2, and FIG. 5 is a conventional master slave with a different structure. FIG. 2 is a configuration block diagram showing an example of a control device for a manipulator. 5... Reference work space coordinate system, 10... Grip, 1519. Coordinate system provided on the grip, 100... Master manipulator, 200... Control device, 201...
- Neutral position setting function, 202... Posture matching function, 203... End effector selection function, 30
0.301,302...Slave manipulator, 4
00,401,402,403-・xndxfecta,
451... Coordinate system provided in the end effector 401,
452... Coordinate system provided in the end effector 402,
453: Coordinate system provided in the end effector 403.
Claims (1)
エフェクタを有するスレーブマニピュレータとから成る
異構造マスタスレーブマニピュレータの制御装置におい
て、グリップの位置をニュートラルに設定するニュート
ラルポジション設定機能と、グリップの姿勢をエンドエ
フェクタの姿勢と同一に設定する姿勢合致機能とを有す
ることを特徴とする異構造マスタスレーブマニピュレー
タの制御装置。 ２、グリップを有するマスタマニピュレータと、複数の
エンドエフェクタを有する１台または複数のスレーブマ
ニピュレータとから成る異構造マスタスレーブマニピュ
レータの制御装置において、グリップの位置をニュート
ラルに設定するニュートラルポジション設定機能と、複
数のエンドエフェクタのなかから操作対象のエンドエフ
ェクタを選択するエンドエフェクタ選択機能と、グリッ
プの姿勢を選択されたエンドエフェクタの姿勢と同一に
設定する姿勢合致機能とを有することを特徴とする異構
造マスタスレーブマニピュレータの制御装置。[Claims] 1. In a control device for a master-slave manipulator with a different structure, which includes a master manipulator having a grip and a slave manipulator having an end effector, a neutral position setting function for setting the position of the grip to neutral; 1. A control device for a master-slave manipulator with a different structure, characterized by having a posture matching function for setting the posture to be the same as that of an end effector. 2. In a control device for a master-slave manipulator with a different structure consisting of a master manipulator having a grip and one or more slave manipulators having a plurality of end effectors, a neutral position setting function for setting the grip position to neutral; A different structure master having an end effector selection function for selecting an end effector to be operated from among the end effectors of , and a posture matching function for setting the posture of the grip to be the same as the posture of the selected end effector. Control device for slave manipulator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21167190A JP2824134B2 (en) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | Control device of different structure master-slave manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04101787A true JPH04101787A (en) | 1992-04-03 |
| JP2824134B2 JP2824134B2 (en) | 1998-11-11 |
Family
ID=16609667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21167190A Expired - Fee Related JP2824134B2 (en) | 1990-08-13 | 1990-08-13 | Control device of different structure master-slave manipulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2824134B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012071406A (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-12 | Olympus Corp | Control device and control method for master slave type manipulator |
| WO2017033364A1 (en) * | 2015-08-25 | 2017-03-02 | 川崎重工業株式会社 | Robot system |
| WO2019188022A1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-10-03 | ソニー株式会社 | Control device, control method, and master/slave system |
-
1990
- 1990-08-13 JP JP21167190A patent/JP2824134B2/en not_active Expired - Fee Related
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| US11992942B2 (en) | 2018-03-28 | 2024-05-28 | Sony Corporation | Control apparatus, control method, and master-slave system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2824134B2 (en) | 1998-11-11 |
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