JPH1133938A - マスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方法 - Google Patents
マスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方法Info
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- JPH1133938A JPH1133938A JP19808597A JP19808597A JPH1133938A JP H1133938 A JPH1133938 A JP H1133938A JP 19808597 A JP19808597 A JP 19808597A JP 19808597 A JP19808597 A JP 19808597A JP H1133938 A JPH1133938 A JP H1133938A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 スレーブアームの旋回半径が大きくなって
も、微小量の旋回を精度よく行うことができるようにす
る。 【解決手段】 スレーブアーム2は、マスタアームに追
従して移動するように、制御部により制御される。制御
部には、スレーブアーム2の旋回台21を旋回させると
きの基準角加速度αo と基準旋回半径ro を予め設定し
ている。前記旋回台21を実際に旋回させるときには、
そのときのスレーブアーム2の実際の旋回半径r’を求
め、この旋回半径r’を基に、α’=(ro /r’)×
αo なる演算をして角加速度α’を求める。この角加速
度α’でもって、前記旋回台21を旋回動作させる。こ
のため、旋回半径が変化しても、旋回方向の加速度は、
常に一定(基準加速度ao )となり、スレーブアーム2
の旋回半径が大きくなっても、微小量の旋回を精度よく
行うことができる。
も、微小量の旋回を精度よく行うことができるようにす
る。 【解決手段】 スレーブアーム2は、マスタアームに追
従して移動するように、制御部により制御される。制御
部には、スレーブアーム2の旋回台21を旋回させると
きの基準角加速度αo と基準旋回半径ro を予め設定し
ている。前記旋回台21を実際に旋回させるときには、
そのときのスレーブアーム2の実際の旋回半径r’を求
め、この旋回半径r’を基に、α’=(ro /r’)×
αo なる演算をして角加速度α’を求める。この角加速
度α’でもって、前記旋回台21を旋回動作させる。こ
のため、旋回半径が変化しても、旋回方向の加速度は、
常に一定(基準加速度ao )となり、スレーブアーム2
の旋回半径が大きくなっても、微小量の旋回を精度よく
行うことができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マスタ・スレーブ
形マニプレータの旋回制御方法に関し、スレーブアーム
の旋回半径が大きくなっても、微小量の旋回を精度よく
行うことができるように工夫したものである。
形マニプレータの旋回制御方法に関し、スレーブアーム
の旋回半径が大きくなっても、微小量の旋回を精度よく
行うことができるように工夫したものである。
【0002】
【従来の技術】原子力施設や宇宙空間や高所などで不定
型な作業を行うロボットとして、マスタ・スレーブ形マ
ニプレータが使用されている。このマスタ・スレーブ形
マニプレータは、概念図である図1に示すように、マス
タアーム1と、スレーブアーム2と、制御部3を主要部
材として構成されている。そしてマスタアーム1の各関
節の回動角がマスタ側の回動角センサ(図示省略)によ
り検出され、スレーブアーム2の各関節の回動角がスレ
ーブ側の回動角センサ(図示省略)により検出され、検
出された各回動角は制御部3に送られるようになってい
る。操作者4がマスタアーム1を操作すると、スレーブ
側の各関節角がマスタ側の対応する各関節角に等しくな
るように、制御部3によりスレーブアーム2が制御さ
れ、スレーブアーム2はマスタアーム1に追従して移動
する。
型な作業を行うロボットとして、マスタ・スレーブ形マ
ニプレータが使用されている。このマスタ・スレーブ形
マニプレータは、概念図である図1に示すように、マス
タアーム1と、スレーブアーム2と、制御部3を主要部
材として構成されている。そしてマスタアーム1の各関
節の回動角がマスタ側の回動角センサ(図示省略)によ
り検出され、スレーブアーム2の各関節の回動角がスレ
ーブ側の回動角センサ(図示省略)により検出され、検
出された各回動角は制御部3に送られるようになってい
る。操作者4がマスタアーム1を操作すると、スレーブ
側の各関節角がマスタ側の対応する各関節角に等しくな
るように、制御部3によりスレーブアーム2が制御さ
れ、スレーブアーム2はマスタアーム1に追従して移動
する。
【0003】図2は、上記スレーブアーム2のアーム構
造を示す概略図である。同図に示すように、基台20は
床面に固定されており、旋回台21は第1回動軸(旋回
回動軸)J1を介して基台20に対して水平面内で旋回
できる。垂直アーム22は第2回動軸J2を介して旋回
台21に対して揺動でき、水平アーム23は第3回動軸
J3を介して垂直アーム22に対して揺動できる。ま
た、水平アーム23の先端には第4回動軸J4を介して
ハンド部24が取り付けられている。ハンド部24に
は、第5回動軸J5およびハンドHが組み込まれてい
る。
造を示す概略図である。同図に示すように、基台20は
床面に固定されており、旋回台21は第1回動軸(旋回
回動軸)J1を介して基台20に対して水平面内で旋回
できる。垂直アーム22は第2回動軸J2を介して旋回
台21に対して揺動でき、水平アーム23は第3回動軸
J3を介して垂直アーム22に対して揺動できる。ま
た、水平アーム23の先端には第4回動軸J4を介して
ハンド部24が取り付けられている。ハンド部24に
は、第5回動軸J5およびハンドHが組み込まれてい
る。
【0004】マスターアーム1のアーム構造も、スレー
ブアーム2のアーム構造と略同様な構造となっている。
ブアーム2のアーム構造と略同様な構造となっている。
【0005】制御部3には、スレーブアーム2の旋回台
21が第1回動軸J1の軸回りで旋回するときの角加速
度を、パラメータとして設定している。一般に、従来で
は、旋回台21が第1回動軸J1の回りで旋回するとき
の角加速度のパラメータを、一定値(固定値)としてい
た。
21が第1回動軸J1の軸回りで旋回するときの角加速
度を、パラメータとして設定している。一般に、従来で
は、旋回台21が第1回動軸J1の回りで旋回するとき
の角加速度のパラメータを、一定値(固定値)としてい
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで従来では、旋
回台21が第1回動軸J1の軸回りで旋回するときの角
加速度のパラメータを一定値(固定値)としていたた
め、旋回動作をした場合には、スレーブアーム2の先端
の旋回方向の加速度(角加速度ではない)は、スレーブ
アーム2の姿勢によって大きく異なる。
回台21が第1回動軸J1の軸回りで旋回するときの角
加速度のパラメータを一定値(固定値)としていたた
め、旋回動作をした場合には、スレーブアーム2の先端
の旋回方向の加速度(角加速度ではない)は、スレーブ
アーム2の姿勢によって大きく異なる。
【0007】即ち、スレーブアーム2のアーム構造を平
面的に示す概略図である図4に示すように、角加速度d
2 θ/dt2 が同一であっても、旋回半径rが小さいと
きには旋回方向の加速度aは小さく(図4(a)参
照)、旋回半径rが大きくなると旋回方向の加速度aは
大きくなる(図4(b)参照)。なお、旋回半径rと
は、水平面内において第1回動軸(旋回回動軸)J1か
らスレーブアーム2の先端までの距離(半径)のことで
ある。
面的に示す概略図である図4に示すように、角加速度d
2 θ/dt2 が同一であっても、旋回半径rが小さいと
きには旋回方向の加速度aは小さく(図4(a)参
照)、旋回半径rが大きくなると旋回方向の加速度aは
大きくなる(図4(b)参照)。なお、旋回半径rと
は、水平面内において第1回動軸(旋回回動軸)J1か
らスレーブアーム2の先端までの距離(半径)のことで
ある。
【0008】このように、旋回半径rが大きくなると旋
回方向の加速度aは大きくなるので、旋回半径rが大き
い場合には、精度の良い微小量の旋回が困難となってい
た。
回方向の加速度aは大きくなるので、旋回半径rが大き
い場合には、精度の良い微小量の旋回が困難となってい
た。
【0009】なお、角加速度d2 θ/dt2 と、旋回方
向の加速度aと、旋回半径rとの間には、次式(1)の
ような関係がある。 a=r×(d2 θ/dt2 ) ・・・(1)
向の加速度aと、旋回半径rとの間には、次式(1)の
ような関係がある。 a=r×(d2 θ/dt2 ) ・・・(1)
【0010】本発明は、上記従来技術に鑑み、旋回半径
rが大きくなっても、微小量の旋回を精度よく行うこと
のできるマスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方
法を提供することを目的とする。
rが大きくなっても、微小量の旋回を精度よく行うこと
のできるマスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方
法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、マスタアームに追従してスレーブアームが移動
し、しかもスレーブアームの旋回台が基台に対して旋回
動作するタイプのマスタ・スレーブ形マニプレータにお
いて、前記旋回台を旋回させるときの基準角加速度αo
と基準旋回半径ro を予め設定しておき、前記旋回台を
実際に旋回させるときには、そのときのスレーブアーム
の実際の旋回半径r’を求め、この旋回半径r’を下式
に適用して求めた角加速度α’でもって、前記旋回台を
旋回動作させることを特徴とする。 α’=(ro /r’)×αo
明は、マスタアームに追従してスレーブアームが移動
し、しかもスレーブアームの旋回台が基台に対して旋回
動作するタイプのマスタ・スレーブ形マニプレータにお
いて、前記旋回台を旋回させるときの基準角加速度αo
と基準旋回半径ro を予め設定しておき、前記旋回台を
実際に旋回させるときには、そのときのスレーブアーム
の実際の旋回半径r’を求め、この旋回半径r’を下式
に適用して求めた角加速度α’でもって、前記旋回台を
旋回動作させることを特徴とする。 α’=(ro /r’)×αo
【0012】また本発明は、マスタアームに追従してス
レーブアームが移動し、しかもスレーブアームの旋回台
が基台に対して旋回動作するタイプのマスタ・スレーブ
形マニプレータにおいて、前記旋回台を旋回させるとき
の基準角加速度αo と基準旋回半径ro を予め設定して
おき、前記旋回台を実際に旋回させるときには、そのと
きのマスタアームの実際の旋回半径r’を求め、この旋
回半径r’を下式に適用して求めた角加速度α’でもっ
て、前記旋回台を旋回動作させることを特徴とする。 α’=(ro /r’)×αo
レーブアームが移動し、しかもスレーブアームの旋回台
が基台に対して旋回動作するタイプのマスタ・スレーブ
形マニプレータにおいて、前記旋回台を旋回させるとき
の基準角加速度αo と基準旋回半径ro を予め設定して
おき、前記旋回台を実際に旋回させるときには、そのと
きのマスタアームの実際の旋回半径r’を求め、この旋
回半径r’を下式に適用して求めた角加速度α’でもっ
て、前記旋回台を旋回動作させることを特徴とする。 α’=(ro /r’)×αo
【0013】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態にかか
るマスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方法を図
面に基づき詳細に説明する。本発明を適用したマスタ・
スレーブ形マニプレータのハードウェア構成は、従来と
同様である。即ち、マスタ・スレーブ形マニプレータ
は、概念図である図1に示すように、マスタアーム1
と、スレーブアーム2と、制御部3を主要部材として構
成されている。そしてマスタアーム1の各関節の回動角
がマスタ側の回動角センサ(図示省略)により検出さ
れ、スレーブアーム2の各関節の回動角がスレーブ側の
回動角センサ(図示省略)により検出され、検出された
各回動角は制御部3に送られるようになっている。操作
者4がマスタアーム1を操作すると、スレーブ側の各関
節角がマスタ側の対応する各関節角に等しくなるよう
に、制御部3によりスレーブアーム2が制御され、スレ
ーブアーム2はマスタアーム1に追従して移動する。
るマスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方法を図
面に基づき詳細に説明する。本発明を適用したマスタ・
スレーブ形マニプレータのハードウェア構成は、従来と
同様である。即ち、マスタ・スレーブ形マニプレータ
は、概念図である図1に示すように、マスタアーム1
と、スレーブアーム2と、制御部3を主要部材として構
成されている。そしてマスタアーム1の各関節の回動角
がマスタ側の回動角センサ(図示省略)により検出さ
れ、スレーブアーム2の各関節の回動角がスレーブ側の
回動角センサ(図示省略)により検出され、検出された
各回動角は制御部3に送られるようになっている。操作
者4がマスタアーム1を操作すると、スレーブ側の各関
節角がマスタ側の対応する各関節角に等しくなるよう
に、制御部3によりスレーブアーム2が制御され、スレ
ーブアーム2はマスタアーム1に追従して移動する。
【0014】上記スレーブアーム2のアーム構造は、概
略図である図2に示すように、その基台20は床面に固
定されており、旋回台21は第1回動軸(旋回回動軸)
J1を介して基台20に対して水平面内で旋回できる。
垂直アーム22は第2回動軸J2を介して旋回台21に
対して揺動でき、水平アーム23は第3回動軸J3を介
して垂直アーム22に対して揺動できる。また、水平ア
ーム23の先端には第4回動軸J4を介してハンド部2
4が取り付けられている。ハンド部24には、第5回動
軸J5およびハンドHが組み込まれている。
略図である図2に示すように、その基台20は床面に固
定されており、旋回台21は第1回動軸(旋回回動軸)
J1を介して基台20に対して水平面内で旋回できる。
垂直アーム22は第2回動軸J2を介して旋回台21に
対して揺動でき、水平アーム23は第3回動軸J3を介
して垂直アーム22に対して揺動できる。また、水平ア
ーム23の先端には第4回動軸J4を介してハンド部2
4が取り付けられている。ハンド部24には、第5回動
軸J5およびハンドHが組み込まれている。
【0015】マスターアーム1のアーム構造も、スレー
ブアーム2のアーム構造と略同様な構造となっている。
ここまでの構成は従来と同様である。
ブアーム2のアーム構造と略同様な構造となっている。
ここまでの構成は従来と同様である。
【0016】一方、制御部3は、マスタ側の回動角セン
サ(図示省略)により検出されたマスタアーム1の各関
節の回動角を基に、マスタアーム1の姿勢を検出し、更
に、マスタアーム1の旋回半径rを検出する。また、制
御部3は、スレーブ側の回動角センサ(図示省略)によ
り検出されたスレーブアーム2の各関節の回動角を基
に、スレーブアーム2の姿勢を検出し、更に、スレーブ
アーム2の旋回半径rを検出する。
サ(図示省略)により検出されたマスタアーム1の各関
節の回動角を基に、マスタアーム1の姿勢を検出し、更
に、マスタアーム1の旋回半径rを検出する。また、制
御部3は、スレーブ側の回動角センサ(図示省略)によ
り検出されたスレーブアーム2の各関節の回動角を基
に、スレーブアーム2の姿勢を検出し、更に、スレーブ
アーム2の旋回半径rを検出する。
【0017】また、制御部3には、スレーブアーム2の
旋回台21を第1回動軸J1の軸回りで旋回させるとき
の基準角加速度αo が予め設定されている(図3(a)
参照)。この基準角加速度αo は、スレーブアーム2の
操作において多用する旋回領域において、最も理想的な
角加速度を選択している。また、スレーブアーム2の操
作において多用する旋回領域において、最も使用頻度の
多い旋回半径を基準旋回半径ro として、この基準旋回
半径ro が制御部3に予め設定されている(図3(a)
参照)。更に、基準角加速度αo 及び基準旋回半径ro
のときの旋回方向の加速度を、旋回方向の基準加速度a
o として、この基準加速度ao が制御部3に予め設定さ
れている(図3(a)参照)。
旋回台21を第1回動軸J1の軸回りで旋回させるとき
の基準角加速度αo が予め設定されている(図3(a)
参照)。この基準角加速度αo は、スレーブアーム2の
操作において多用する旋回領域において、最も理想的な
角加速度を選択している。また、スレーブアーム2の操
作において多用する旋回領域において、最も使用頻度の
多い旋回半径を基準旋回半径ro として、この基準旋回
半径ro が制御部3に予め設定されている(図3(a)
参照)。更に、基準角加速度αo 及び基準旋回半径ro
のときの旋回方向の加速度を、旋回方向の基準加速度a
o として、この基準加速度ao が制御部3に予め設定さ
れている(図3(a)参照)。
【0018】実際にスレーブアーム2が作動して、旋回
台21が第1回動軸J1の軸回りで旋回動作する場合に
おいては、制御部3は、スレーブ側の回動角センサ(図
示省略)により検出されたスレーブアーム2の各関節の
回動角を基に、このときのスレーブアーム2の実際の旋
回半径r’を検出する。そして、このときの旋回半径
r’を次式(2)に適用して、このときの角加速度α’
を演算する。 α’=(ro /r’)×αo ・・・(2)
台21が第1回動軸J1の軸回りで旋回動作する場合に
おいては、制御部3は、スレーブ側の回動角センサ(図
示省略)により検出されたスレーブアーム2の各関節の
回動角を基に、このときのスレーブアーム2の実際の旋
回半径r’を検出する。そして、このときの旋回半径
r’を次式(2)に適用して、このときの角加速度α’
を演算する。 α’=(ro /r’)×αo ・・・(2)
【0019】そして、制御部3は、旋回半径がr’とな
っているスレーブアーム2を、上式(2)により求めた
角加速度α’でもって旋回動作させるように制御をす
る。このとき、スレーブアーム2の先端の旋回方向の加
速度a’は次式(3)に示すように、基準加速度ao と
等しくなる。 a’=r’×α’=r’×(ro /r’)×αo =ro ×αo =ao ・・・(3)
っているスレーブアーム2を、上式(2)により求めた
角加速度α’でもって旋回動作させるように制御をす
る。このとき、スレーブアーム2の先端の旋回方向の加
速度a’は次式(3)に示すように、基準加速度ao と
等しくなる。 a’=r’×α’=r’×(ro /r’)×αo =ro ×αo =ao ・・・(3)
【0020】このように、旋回台21が第1回動軸J1
の軸回りで旋回動作する場合において、スレーブアーム
2の旋回半径が変化しても、スレーブアーム2の先端の
旋回方向の加速度a’は、常に、基準加速度ao と等し
くなる(図3(b)参照)。したがって、スレーブアー
ム2の旋回半径が大きくなっても、スレーブアーム2の
先端の旋回方向の加速度を一定(ao )にすることがで
き、微小量の旋回を精度よく行うことのできる。
の軸回りで旋回動作する場合において、スレーブアーム
2の旋回半径が変化しても、スレーブアーム2の先端の
旋回方向の加速度a’は、常に、基準加速度ao と等し
くなる(図3(b)参照)。したがって、スレーブアー
ム2の旋回半径が大きくなっても、スレーブアーム2の
先端の旋回方向の加速度を一定(ao )にすることがで
き、微小量の旋回を精度よく行うことのできる。
【0021】なお、上記実施の形態では、制御部3によ
りスレーブアーム2の実際の旋回半径r’を検出して、
この旋回半径r’を式(2)に適用して角加速度α’を
求めているが、制御部3によりマスタアーム1の実際の
旋回半径r’を検出して、この旋回半径r’を式(2)
に適用して角加速度α’を求めて、この角加速度α’で
もってスレーブアーム2を旋回動作させるよう制御して
もよい。このようにした場合であっても、スレーブアー
ム2の旋回半径が変化しても、スレーブアーム2の先端
の旋回方向の加速度a’は、常に、一定(ao )とな
る。
りスレーブアーム2の実際の旋回半径r’を検出して、
この旋回半径r’を式(2)に適用して角加速度α’を
求めているが、制御部3によりマスタアーム1の実際の
旋回半径r’を検出して、この旋回半径r’を式(2)
に適用して角加速度α’を求めて、この角加速度α’で
もってスレーブアーム2を旋回動作させるよう制御して
もよい。このようにした場合であっても、スレーブアー
ム2の旋回半径が変化しても、スレーブアーム2の先端
の旋回方向の加速度a’は、常に、一定(ao )とな
る。
【0022】
【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明した
ように、本発明によれば、スレーブアームの先端の旋回
方向の加速度が一定となるように、スレーブアームの角
加速度を変更している。このため、本発明では、旋回半
径が変化してもスレーブアーム先端の旋回方向の加速度
を常に一定にすることができる。したがって、旋回半径
が大きいときであっても、スレーブアームの微小な旋回
を精度よく容易に行うことができる。
ように、本発明によれば、スレーブアームの先端の旋回
方向の加速度が一定となるように、スレーブアームの角
加速度を変更している。このため、本発明では、旋回半
径が変化してもスレーブアーム先端の旋回方向の加速度
を常に一定にすることができる。したがって、旋回半径
が大きいときであっても、スレーブアームの微小な旋回
を精度よく容易に行うことができる。
【図1】マスタ・スレーブ形マニプレータを示す概念
図。
図。
【図2】スレーブアームのアーム構造を示す概略図。
【図3】本発明における旋回半径と旋回方向の加速度と
の関係を示す説明図。
の関係を示す説明図。
【図4】従来技術における旋回半径と旋回方向の加速度
との関係を示す説明図。
との関係を示す説明図。
1 マスタアーム 2 スレーブアーム 3 制御部 4 操作者 20 基台 21 旋回台 22 垂直アーム 23 水平アーム 24 ハンド部 J1 第1回動軸(旋回回動軸) J2〜J5 第1〜第5の回動軸 H ハンド αo 基準角加速度 α’ 角加速度 ao 旋回方向の基準加速度 a 旋回方向の加速度 ro 基準旋回半径 r,r’旋回半径
Claims (2)
- 【請求項1】 マスタアームに追従してスレーブアーム
が移動し、しかもスレーブアームの旋回台が基台に対し
て旋回動作するタイプのマスタ・スレーブ形マニプレー
タにおいて、 前記旋回台を旋回させるときの基準角加速度αo と基準
旋回半径ro を予め設定しておき、前記旋回台を実際に
旋回させるときには、そのときのスレーブアームの実際
の旋回半径r’を求め、 この旋回半径r’を下式に適用して求めた角加速度α’
でもって、前記旋回台を旋回動作させることを特徴とす
るマスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方法。 α’=(ro /r’)×αo - 【請求項2】 マスタアームに追従してスレーブアーム
が移動し、しかもスレーブアームの旋回台が基台に対し
て旋回動作するタイプのマスタ・スレーブ形マニプレー
タにおいて、 前記旋回台を旋回させるときの基準角加速度αo と基準
旋回半径ro を予め設定しておき、前記旋回台を実際に
旋回させるときには、そのときのマスタアームの実際の
旋回半径r’を求め、 この旋回半径r’を下式に適用して求めた角加速度α’
でもって、前記旋回台を旋回動作させることを特徴とす
るマスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方法。 α’=(ro /r’)×αo
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19808597A JP3757558B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | マスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19808597A JP3757558B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | マスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1133938A true JPH1133938A (ja) | 1999-02-09 |
JP3757558B2 JP3757558B2 (ja) | 2006-03-22 |
Family
ID=16385264
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19808597A Expired - Fee Related JP3757558B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | マスタ・スレーブ形マニプレータの旋回制御方法 |
Country Status (1)
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JP3757558B2 (ja) | 2006-03-22 |
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