JPS60207781A - Limiter for operation of master/slave-manipulator - Google Patents
Limiter for operation of master/slave-manipulatorInfo
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- JPS60207781A JPS60207781A JP59063979A JP6397984A JPS60207781A JP S60207781 A JPS60207781 A JP S60207781A JP 59063979 A JP59063979 A JP 59063979A JP 6397984 A JP6397984 A JP 6397984A JP S60207781 A JPS60207781 A JP S60207781A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、マスタスレイブ・マニピュレータの動作制限
装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a motion limiting device for a master-slave manipulator.
一般に、マスタスレイブ・マニピュレータでは、制御の
簡単化を図るためにマスタアームとスレイブ・マニピュ
レータの構造を同一にしているが、この場合にはマスタ
アームの操作性が悪いなどの問題があり、従ってマスク
アーム及びスレイブ・マニピュレータをそれぞれ目的に
適合した異構造のものにするのが操作性等の観点から有
効である。Generally, in master-slave manipulators, the master arm and slave manipulator have the same structure to simplify control, but in this case, there are problems such as poor operability of the master arm, and therefore the mask It is effective from the viewpoint of operability to make the arm and slave manipulator different structures that suit their respective purposes.
このような異構造のマスクスレイブ・マニピュレータ・
システムを構成する際、マスタアーム及びスレイブ・マ
ニピュレータの位置、速度、力などの情報を相互の関節
座標系間において座標変換することになるが、両者の関
節座標系にはそれらに特有の手先可動範囲が存在し、こ
の可動範囲の相違によるトラブルが問題になる。Such a mask slave manipulator with a different structure
When configuring the system, information such as the position, velocity, and force of the master arm and slave manipulator must be transformed between the joint coordinate systems of each other, but the joint coordinate systems of both have their own unique hand movements. There is a range, and problems caused by differences in this range of movement become a problem.
さらに具体的に説明すると、第１図Ａ−Ｃに例示するよ
うに、関節形マニピュレータＭ１、極座標形マニピュレ
ータＭ２、及び直交座標形マニビュレータ当の手先が、
それぞれＡｔ ｒ ＡＱ ＊ Ａ３の可動範囲をもって
いた場合、それらを組合わせてマスタスレイブ・マニピ
ュレータ・システムを構成すると、それぞれのマニピュ
レータが可動範囲を異にするために第２図Ａ−Ｃに示す
共通の可動範囲ムの範囲内でなければ動作させることが
できず、マスタアームによりスレイブ舎マニピュレータ
の可動範囲を越えて動作指令を与えた場合などには、装
置を破損させたり、それに伴ってオペレータに危害が及
ぼす可能性がある。なお、第２図Ａは関節形及び極座標
形マニピュレータに共通の可動範囲を示し、同図Ｂは関
節形及び直交座標形マニピュレータの共通可動範囲を、
同図Ｃは極座標形及び直交座標形マニピュレータの共通
可動範囲を示している。More specifically, as illustrated in FIGS. 1A to 1C, the fingers of the articulated manipulator M1, the polar coordinate manipulator M2, and the orthogonal coordinate manipulator are
If each manipulator has a movable range of At r AQ * A3, and they are combined to form a master-slave manipulator system, each manipulator has a different movable range, so the common It cannot be operated unless it is within the movable range of the slave manipulator, and if the master arm issues a motion command beyond the movable range of the slave manipulator, it may damage the device or cause harm to the operator. may have an effect. In addition, FIG. 2A shows the range of movement common to the articulated type manipulator and the polar coordinate type manipulator, and the same figure B shows the common range of movement of the articulated type and the orthogonal coordinate type manipulator.
Figure C shows the common movable range of the polar coordinate type manipulator and the orthogonal coordinate type manipulator.
本発明は、上述した問題を解決し、任意の関節構造をも
つマスタアームとスレイブ・マニピュレータとの組合わ
せにおいて、作動領域の相違によるトラブルを防止して
、オペレータの操作を容易にすることを目的とするもの
である。The present invention solves the above-mentioned problems, and aims to facilitate operator operation by preventing troubles due to differences in operating areas in a combination of a master arm and slave manipulator having arbitrary joint structures. That is.
かかる目的を達成するため、本発明のマニピュレータ制
御装置は、マスタアームとそれによって駆動されるスレ
イブ・マニピュレータとを備え、それらを座標変換器を
介して接続することにより関節座標系の変換を行って情
報の伝達を行うようにしたマスタスレイブ・マニピュレ
ータにおいて、上記マスタアーム及びスレイブ舎マニピ
ュレータのいずれかが可動範囲の限界に達したときにそ
れをオペレータにフィードバックするための動作限界指
示装置を設けることによって構成される。In order to achieve such an object, the manipulator control device of the present invention includes a master arm and a slave manipulator driven by the master arm, and transforms the joint coordinate system by connecting them via a coordinate converter. In the master-slave manipulator configured to transmit information, by providing an operation limit indicating device for feeding back to the operator when either the master arm or the slave manipulator reaches the limit of its movable range. configured.
而して、本発明の動作制限装置によれば、任意の関節座
標系をもつマスタアームとスレイブ・マニピュレータと
を、自由に組合わせて使用するにあたり、マスタアーム
またはスレイブ・マニピュレータのいずれかが可動範囲
の限界に達したときにオペレータにそれをフィードパ・
ツタするようにしているので、両者の可動範囲の相違に
よる誤動作等のトラブルを防止することができる。According to the motion restriction device of the present invention, when a master arm and a slave manipulator having arbitrary joint coordinate systems are used in any combination, either the master arm or the slave manipulator is movable. Feed it to the operator when the range limit is reached.
Since they are designed to tilt, troubles such as malfunctions due to differences in the movable ranges of the two can be prevented.
以下、図面を参照して本発明の実施例について詳述する
。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第３図は、本発明に係るマニピュレータの動作制限装置
の実施例を示すもので、マスタアーム１及びスレイブ・
マニピュレータ２としては、各種構造のものを自由に選
択して用いることができる。FIG. 3 shows an embodiment of the manipulator motion restriction device according to the present invention, in which the master arm 1 and the slave arm
As the manipulator 2, those having various structures can be freely selected and used.
第３図に示したマスタアームｌ及びスレイブ・マニピュ
レータ２は、それらにおける各関節の構成を模式的に示
し、１１．２１は関節における各軸に駆動力を発生する
モータ等のアクチュエータ、１２．２２はポテンショメ
ータ等の位置検出器、１３．２３は反力を検出するため
のトルクセンサその他の力センサ、 １４．２４はタコ
ジェネレータ等の速度検出器である。マスタアームとス
レイブ・マニピュレータは、それらの自由度をｎとする
と、それぞれｎ個の関節をもち、従ってアクチュエータ
及び各種センサもそれぞれｎ個ずつ設置される。The master arm l and slave manipulator 2 shown in FIG. 3 schematically show the configuration of each joint therein, 11.21 is an actuator such as a motor that generates a driving force on each axis in the joint, 12.22 13.23 is a torque sensor or other force sensor for detecting reaction force; 14.24 is a speed detector such as a tacho generator. The master arm and the slave manipulator each have n joints, where n is their degree of freedom, and therefore n actuators and various sensors are each installed.
このようなマスタアーム１とスレイブ俸マニピュレータ
２とは、関節構造を異にする異構造のものが用いられる
ため、それらの関節座標系の間で座標変換を行う必要が
あり、この座標変換のために両者は位置座標変換器５、
力座標変換器６、速度座標変換器７を介して接続される
。Since the master arm 1 and slave manipulator 2 have different joint structures, it is necessary to perform coordinate transformation between their joint coordinate systems. Both are position coordinate converter 5,
They are connected via a force coordinate converter 6 and a velocity coordinate converter 7.
而して、マスク側の位置検出器１２において検出された
位置の情報Ｐ０を位置座標変換器５においてマスタアー
ム１の関節座標系からスレイブ書マニピュレータ２の関
節座標系に変換し、変換された位置情報Ｐ″１を指令値
としてスレイブ側の位置検出器２２によって検出された
位置情報Ｐｓと比較し、その差をもって位置制御器３１
を介してスレイブ側のアクチュエータ２１を駆動する。Then, the position information P0 detected by the position detector 12 on the mask side is converted by the position coordinate converter 5 from the joint coordinate system of the master arm 1 to the joint coordinate system of the slave manipulator 2, and the converted position The information P″1 is used as a command value and is compared with the position information Ps detected by the position detector 22 on the slave side, and the difference is used as a command value for the position controller 31.
The actuator 21 on the slave side is driven through the slave side actuator 21.
従って、スレイブ・マニピュレータ２の手先はマスクア
ーム１の手先に追従してそれと同じ動きをすることにな
る。Therefore, the hand of the slave manipulator 2 follows the hand of the mask arm 1 and makes the same movement.
一方、スレイブ側における力センサ２３で検出した力情
報Ｆｓをマスタ側にフィー・ドパツクするため、その力
センサ２３の出力をカ座標変換器６においてスレイブ・
マニピュレータ２の関節座標系からマスタアーム１の関
節座標系に変換し、変換された力情報Ｆｓをマスク側に
おける力センサ１３によって検出された力情報戸と比較
し、その差をもって力制御器３２を介してマスク側のア
クチュエータ１１に駆動力を発生させる。従って、スレ
イブ・マニピュレータ２の先端に対象物との干渉等によ
る反力が生じたときには、マスタアームにそれが伝達さ
れる。On the other hand, in order to feed and pack the force information Fs detected by the force sensor 23 on the slave side to the master side, the output of the force sensor 23 is sent to the slave side in the coordinate converter 6.
The joint coordinate system of the manipulator 2 is converted to the joint coordinate system of the master arm 1, the converted force information Fs is compared with the force information detected by the force sensor 13 on the mask side, and the difference is used to control the force controller 32. A driving force is generated in the actuator 11 on the mask side through the actuator 11 on the mask side. Therefore, when a reaction force is generated at the tip of the slave manipulator 2 due to interference with an object, the reaction force is transmitted to the master arm.
また、上記制御の応答を改善するため、次のような速度
の制御を行うようにしている。即ち、スタ側における速
度検出器１４で検出した速度情報ｖＩ１１の座標系を、
速度座標変換器７においてスレイブ・マニピュレータ２
の関節座標系に変換し、これをスレイブ側における速度
検出器２４によって検出された速度情報ｖｓと比較し、
その差をもって位置制御器３１を介してアクチュエータ
２１を駆動する。Furthermore, in order to improve the response of the above control, the following speed control is performed. That is, the coordinate system of the speed information vI11 detected by the speed detector 14 on the star side is
Slave manipulator 2 in velocity coordinate converter 7
, and compare this with the speed information vs detected by the speed detector 24 on the slave side,
The actuator 21 is driven using the difference via the position controller 31.
なお、マスクアーム１においては、力制御を行うため、
マスク側の速度検出器１４の速度情報を力制御器３２を
介してアクチュエータ１１にフィードバックする。In addition, in the mask arm 1, in order to perform force control,
Speed information from the speed detector 14 on the mask side is fed back to the actuator 11 via the force controller 32.
上記マスタスレイブ・マニピュレータ・システムにおい
ては、異構造のマスタアームとスレイプφマニピュレー
タにおける可動範囲の差異によってトラブル等が生じる
という問題を解消するため、動作限界指示装置を付設し
ている。第３図の実施例における動作限界指示装置は、
マスタアーム１がマスタ側及びスレイブ側に共通の可動
範囲即ち与えられた動作領域を越えて駆動されたとき、
それを一時停止させ、強制的に基準状態へ復帰させるよ
うにしたものである。上記基準状態とは、マスタアーム
がその可動範囲の略中夫にある状態、あるいは初期設定
位置にある状態等を意味している。而して、上記動作制
限装置としては、具体的には、基準状態復帰回路４１内
に、マスク側及びスレイブ側に共通の可動範囲即ち動作
領域を記憶する記憶装置を内蔵させ、上記基準状態復帰
回路４１において、マスク側及びスレイブ側の位置検出
器１２．２２からの位置の情報が上記動作領域内にある
か否かを判断させ、それが動作領域外にあると判断され
た場合には、直ちにマスク側及びスレイブ側のアクチュ
エータ１１．２１にそれらを一時停止させるための信号
を出力し、且つそれに統いてマスタアームｌ及びスレイ
ブ・マニピュレータ２を基準状態に復帰させるための信
号を出力するものとして構成することができる。In the above-mentioned master-slave manipulator system, an operation limit indicating device is attached in order to solve the problem of trouble caused by the difference in the movable range between the master arm and the slave φ manipulator, which have different structures. The operating limit indicating device in the embodiment of FIG.
When the master arm 1 is driven beyond the movable range common to the master side and the slave side, that is, the given operation area,
This is to temporarily stop it and forcefully return it to the standard state. The above-mentioned reference state means a state in which the master arm is approximately in the middle of its movable range, or a state in which it is in an initial setting position. Specifically, the operation limiting device has a built-in storage device in the reference state return circuit 41 that stores a movable range, that is, an operation region common to the mask side and the slave side, and In the circuit 41, it is determined whether the position information from the position detectors 12.22 on the mask side and the slave side is within the above-mentioned operation area, and if it is determined that it is outside the operation area, Immediately outputs a signal to the mask-side and slave-side actuators 11.21 to temporarily stop them, and in turn outputs a signal to return the master arm l and slave manipulator 2 to the reference state. Can be configured.
第４図の実施例・における動作限界指示装置は、モニタ
ディスプレイ等を含む動作表示装置４２を、マスク側及
びスレイブ側の位置検出器１２．２２に接続することに
より構成したもので、上記動作表示装置４２は、モニタ
ディスプレイに動作領域を表示すると共に、上記位置検
出器１２．２２の出力に基づいてその動作領域における
マスタアーム１及びスレイブ・マニピュレータの手先位
置を表示するように構成している。The operation limit indicating device in the embodiment shown in FIG. The device 42 is configured to display the operating area on a monitor display and also to display the hand positions of the master arm 1 and slave manipulator in the operating area based on the output of the position detector 12.22.
従って、オペレータがこの動作表示装置４２におけるモ
ニタディスプレイを見ながらマスタアーム１の操作を行
うことにより、動作領域から外れるのを防止することが
できる。Therefore, when the operator operates the master arm 1 while looking at the monitor display on the operation display device 42, it is possible to prevent the master arm 1 from moving out of the operating range.
なお、その他の構成は第３図の実施例と変るところがな
いので、同一または相当部分に同一の符号を付してその
説明を省略する。Note that the other configurations are the same as the embodiment shown in FIG. 3, so the same or corresponding parts are given the same reference numerals and their explanation will be omitted.
また第５図の実施例における動作限界指示装置は、マス
タアームｌ及びスレイブφマニピュレータ２にそれぞれ
作動領域の制限回路４３．４４を付設することにより構
成し、マスタアームとスレイブ・マニピュレータのいず
れかが作動領域の限界に達したときに、マスタアームに
作動領域内への復帰力を発生させるようにしている。Further, the operation limit indicating device in the embodiment shown in FIG. When the limit of the operating range is reached, a force is generated in the master arm to return it to the operating range.
即ち、上記マスタアーム１に付設した制限回路４３は、
予め与えられた作動領域の限界値ｐＨと位り
値検出用の位置検出器１２から構成される装置情報ｐＨ
とを比較し、その差に相当する出力を関数発生要素４５
に入力して、その入力がある設定値に達したときに一定
の出力を発生させ、その出力により前記力制御器３２を
介してマスク側のアクチュエータ１１を動作させ、これ
によってマスタアーム１がその作動領域の限界に達した
ときに作動領域内への復帰力を発生させる。That is, the restriction circuit 43 attached to the master arm 1 is
Device information pH consisting of a limit value pH of a pre-given operating region and a position detector 12 for position value detection
and the output corresponding to the difference is sent to the function generating element 45.
When the input reaches a certain set value, a certain output is generated, and the output operates the actuator 11 on the mask side via the force controller 32, thereby causing the master arm 1 to move to its position. Generates a return force into the working area when the limit of the working area is reached.
また、上記スレイブ・マニピュレータ２に付設した制限
回路４４は、予め与えられた作動領域の限界値Ｐ２と位
置検出器２２からの位置情報ＰＳとの差に相当する出力
を関数発生要素４６に入力して、その入力がある設定値
に達したときに一定の出力を発で検出した力情報Ｆｓに
付加してマスク側にフィードバックし、スレイブ・マニ
ピュレータ２が作動領域の限界に達したときにマスタア
ーム！に対して作動領域内への復帰力を発生させる。Further, the limiting circuit 44 attached to the slave manipulator 2 inputs an output corresponding to the difference between the limit value P2 of the operating region given in advance and the position information PS from the position detector 22 to the function generating element 46. When the input reaches a certain set value, a constant output is added to the force information Fs detected by the generator and fed back to the mask side, and when the slave manipulator 2 reaches the limit of its operating range, the master arm ! generates a return force to the operating area.
従って、マスタアーム１及びスレイブ・マニピュレータ
２のいずれかが作動領域の限界に達したとき、マスタア
ーム１に共通の作動領域内への復帰力が発生することに
なる。Therefore, when either the master arm 1 or the slave manipulator 2 reaches the limit of its operating range, a force is generated in the master arm 1 to return it to the common operating range.
なお、その他の構成は第３図の実施例と変るところがな
く、従って第３図と同一の符′号を付している。The rest of the structure is the same as the embodiment shown in FIG. 3, and therefore the same reference numerals as in FIG. 3 are used.
第１図Ａ−Ｃはマニピュレータの可動範囲についての説
明図、第２図Ａ−Ｃは上記マニピュレータを組合わせた
マスタスレイブ・マニピュレータの動作領域に関する説
明図、第３図ないし１ｇ５図は本発明の実施例の模式的
構成図である。
ｌ ・・マスタアーム、
２争・スレイブ・マニピュレータ、
５・・位置座標変換器、
６・・力座標変換器、
７φ・速度座標変換器、
１１．２１ ・争アクチュエータ、
１２．２２ ・・位置検出器。
１３．２３ ・・力センサ、
１４．２４ ・・速度検出器、
４１・・基準状態復帰回路、
４２・拳動作表示装置、
４３．４４ 畳・制限回路。
第１ＩＩ
Ａ Ｂ
Ａ 第２ｒｌｌＢFigures 1A-C are explanatory diagrams of the movable range of the manipulator, Figures 2A-C are explanatory diagrams of the operating range of a master-slave manipulator that combines the above-mentioned manipulators, and Figures 3 to 1g5 are diagrams of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an example. l...Master arm, 2nd slave manipulator, 5...position coordinate converter, 6...force coordinate converter, 7φ/velocity coordinate converter, 11.21 - fight actuator, 12.22...position detection vessel. 13.23...Force sensor, 14.24...Speed detector, 41...Reference state return circuit, 42.Fist movement display device, 43.44 Tatami/limiting circuit. 1II A B A 2nd rllB
Claims (1)
・マニピュレータとを備え、それらを座標変換器を介し
て接続することにより関節座標系の変換を行って情報の
伝達を行うようにしたマスタスレイブ・マニピュレータ
において、上記マスタアーム及びスレイブ・マニピュレ
ータのいずれかが可動範囲の限界に達したときにそれを
オペレータにフィードバックするための動作限界指示装
置を設けたことを特徴とするマスタスレイブ・マニピュ
レータの動作制限装置。1. In a master-slave manipulator that includes a master arm and a slave manipulator driven by the master arm, and connects them via a coordinate converter to transform the joint coordinate system and transmit information. A motion limiting device for a master-slave manipulator, comprising a motion limit indicating device for feeding back to an operator when either the master arm or the slave manipulator reaches the limit of its movable range.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59063979A JPS60207781A (en) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | Limiter for operation of master/slave-manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59063979A JPS60207781A (en) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | Limiter for operation of master/slave-manipulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60207781A true JPS60207781A (en) | 1985-10-19 |
| JPH0442145B2 JPH0442145B2 (en) | 1992-07-10 |
Family
ID=13244907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59063979A Granted JPS60207781A (en) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | Limiter for operation of master/slave-manipulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60207781A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01183379A (en) * | 1988-01-12 | 1989-07-21 | Meidensha Corp | Control system of master/slave manipulator |
| JPH01228784A (en) * | 1988-03-09 | 1989-09-12 | Hitachi Ltd | Master/slave manipulator controlling method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57114380A (en) * | 1980-12-30 | 1982-07-16 | Chiyuushiyou Kigiyou Shinkou J | Discriminator for force of remote control type manipulator |
-
1984
- 1984-03-30 JP JP59063979A patent/JPS60207781A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57114380A (en) * | 1980-12-30 | 1982-07-16 | Chiyuushiyou Kigiyou Shinkou J | Discriminator for force of remote control type manipulator |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH01183379A (en) * | 1988-01-12 | 1989-07-21 | Meidensha Corp | Control system of master/slave manipulator |
| JPH01228784A (en) * | 1988-03-09 | 1989-09-12 | Hitachi Ltd | Master/slave manipulator controlling method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0442145B2 (en) | 1992-07-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |