JPS63300880A - Master/slave controller - Google Patents
Master/slave controllerInfo
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- JPS63300880A JPS63300880A JP13489187A JP13489187A JPS63300880A JP S63300880 A JPS63300880 A JP S63300880A JP 13489187 A JP13489187 A JP 13489187A JP 13489187 A JP13489187 A JP 13489187A JP S63300880 A JPS63300880 A JP S63300880A
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、マスタスレーブ式マニピュレータに係り、特
に、マスタの操作性を向上させるのに好適な制御装置に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a master-slave type manipulator, and particularly to a control device suitable for improving the operability of the master.
マスタスレーブマニピュレータである作業を行なう場合
、エンドエフェクタの位置・姿勢を作業対象に対して相
対的に一定に保持することが、作業上好ましい場合があ
る。When a master-slave manipulator performs a certain task, it may be preferable to maintain the position and orientation of the end effector constant relative to the work object.
従来、このような拘束動作を伴ったマスタスレ−ブの操
作を支援する方法には、プロシーデング・オブ・ ′８
５アイ・シー・ニー・アール、第３２９頁から第３３６
頁（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ’ ８５ＩＣＡＲ，
ｐρ３２９−３３６）がある。Conventionally, methods for supporting master-slave operations involving such constraint operations include Proceedings of '8.
5 I.C.N.R., pp. 329-336
Page (Proceeding of '85ICAR,
pρ329-336).
上記従来技術は、作業対象に関係なく、エンドエフェク
タの位置・姿勢を一定に保つことができるが、エンドエ
フェクタの位置・姿勢を作業対象に対して相対的に一定
に保つことができない。Although the above conventional technology can keep the position and posture of the end effector constant regardless of the work object, it is not possible to keep the position and posture of the end effector constant relative to the work object.
本発明の目的は、エンドエフェクタの位置・姿勢を作業
対象に対して相対的に一定に保つことができるマスタス
レーブ制御装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a master-slave control device that can keep the position and posture of an end effector constant relative to a work object.
上記目的は、スレーブマニピュレータの先端にエンドエ
フェクタと作業対象との間の相対的な関係を検出する近
接覚センサを設け、マスタの制御系に、近接覚センサの
出力によりエンドエフェクタの所望の位置・姿勢を実現
する間接位置に対するエンドエフェクタの実際の位置・
姿勢を実現する関節位置の偏差量を計算する偏差量計算
要素と、その偏差量により各関節にバネ特性を持たせる
コンプライアンス発生要素を設けることにより達成され
る。The above purpose is to install a proximity sensor at the tip of the slave manipulator to detect the relative relationship between the end effector and the work object, and to have the master control system control the desired position and position of the end effector using the output of the proximity sensor. The actual position of the end effector relative to the indirect position that realizes the posture.
This is achieved by providing a deviation amount calculation element that calculates the amount of deviation of the joint position to realize the posture, and a compliance generation element that gives each joint a spring characteristic based on the amount of deviation.
近接覚センサは、エンドエフェクタと作業対象との間の
相対的な位置・姿勢を検出する。偏差量計算要素は、エ
ンドエフェクタの所望の位置・姿勢を実現する間接位置
に対するエンドエフェクタの実際の位置・姿勢を実現し
ている関節位置との偏差量を計算する。コンプライアン
ス発生要素は、その偏差量に応じてその偏差に関与する
スレーブマニピュレータの自由度に、バネ特性（コンプ
ライアンス）を復元力を与える。操作者はこの復元力に
よってエンドエフェクタの位置・姿勢を容易に基準位置
・姿勢に合わすことができる。The proximity sensor detects the relative position and orientation between the end effector and the work target. The deviation amount calculation element calculates the amount of deviation between the joint position that realizes the actual position and posture of the end effector and the indirect position that realizes the desired position and posture of the end effector. The compliance generating element provides a spring characteristic (compliance) with a restoring force to the degree of freedom of the slave manipulator that is involved in the deviation according to the amount of deviation. The operator can easily adjust the position and orientation of the end effector to the reference position and orientation using this restoring force.
以下、プラズマトーチで作業対象を切断する作業に本発
明を適用する場合を考える。プラズマトーチで作業対象
を切断する場合、プラズマトーチの切断性能を維持し、
作業を確実に行なうためには、プラズマトーチを作業対
象に垂直に保ち、かつ、作業対象からの距離を一定に保
つことが望ましい。以下、プラズマトーチによる切断作
業を例にとって、本発明の一実施例を第１図から第７図
より説明する。Hereinafter, a case will be considered in which the present invention is applied to a work in which a workpiece is cut with a plasma torch. When cutting the workpiece with a plasma torch, maintain the cutting performance of the plasma torch,
In order to perform the work reliably, it is desirable to keep the plasma torch perpendicular to the workpiece and to maintain a constant distance from the workpiece. Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7, taking a cutting operation using a plasma torch as an example.
第１図は、本発明を力帰還型マスタスレーブ制御方式に
適用した場合の本発明のマスタ制御系のブロック図を示
し、第２図は、エンドエフェクタであるプラズマトーチ
３に装着された近接覚センサの構成を示す。第３図は本
発明を適用するマスタスレーブマニピュレータ８の自由
度配置を示す。FIG. 1 shows a block diagram of a master control system of the present invention when the present invention is applied to a force feedback type master-slave control system, and FIG. 2 shows a proximity sensor attached to a plasma torch 3, which is an end effector. The configuration of the sensor is shown. FIG. 3 shows the degree of freedom arrangement of the master-slave manipulator 8 to which the present invention is applied.
説明をしやすくするために、マスタスレーブマニピュレ
ータは相似型、すなわち、マスタマニピュレータ（以下
マスタと略す）とスレーブマニピュレータ（以下スレー
ブと略す）は全く同じ自由度配置を持つものとする。For ease of explanation, it is assumed that the master-slave manipulators are similar, that is, the master manipulator (hereinafter abbreviated as master) and the slave manipulator (hereinafter abbreviated as slave) have exactly the same degree of freedom arrangement.
第２図において、エンドエフェクタであるプラズマトー
チ３は、第３図に示すように手首部リンク９３と平行に
なるように連結器３２によってスレーブ８ｓに固定され
る。プラズマトーチ３には、近接覚センサとして四つの
距離センサ２ａ〜２ｄが第２図に示すように互いに９０
°の間隔で配置されている。四つの距離センサ２ａ〜２
ｄのうち。In FIG. 2, the plasma torch 3, which is an end effector, is fixed to the slave 8s by the coupler 32 so as to be parallel to the wrist link 93, as shown in FIG. The plasma torch 3 has four distance sensors 2a to 2d as proximity sensors arranged at 90 degrees from each other as shown in FIG.
They are spaced at intervals of °. Four distance sensors 2a-2
Of d.
２ａと２ｂはプラズマトーチ３と手首部リンク９３を含
む平面内に配置されている。距離センサ２は、第４図に
示すように、外筒２１．内筒２２゜接触部２３及びコイ
ル２４から構成されている。2a and 2b are arranged in a plane that includes the plasma torch 3 and the wrist link 93. As shown in FIG. 4, the distance sensor 2 includes an outer cylinder 21. The inner cylinder 22 is composed of a contact portion 23 and a coil 24.
コイル２４は、接触部２３が、常に、作業対象４に接触
するように、内筒２２を押し付けている。The coil 24 presses the inner tube 22 so that the contact portion 23 is always in contact with the work object 4.
内筒２２は、外コイル２４と作業対象４がら受ける力に
よって外筒内を摺動する。距離センサ２は、内筒２２の
外筒２１に対する位置により、プラズマトーチ３と作業
対象４との距離Ｑを検出する。The inner cylinder 22 slides within the outer cylinder due to the force received from the outer coil 24 and the work object 4. The distance sensor 2 detects the distance Q between the plasma torch 3 and the work object 4 based on the position of the inner cylinder 22 with respect to the outer cylinder 21 .
次に、第３図を用いて、スレーブ８ｓ （以下添字、は
スレーブを示す）とマスタ８．（以下添字、はマスタを
示す）の構成を説明する。スレーブ８とマスタ８．は、
マニピュレータの根元側から紙面の表裏方向に旋回する
ロール軸８１と紙面の上下方向に旋回するピッチ軸８２
及びピッチ軸８３からなる腕部三自由度と、ロール軸８
４．ピッチ軸８５及びロール軸８６からなる手首部三自
山度の針穴自由度からなる。ピッチ軸８２とピッチ軸８
３の間を上腕リンク８３９１と呼びその長さをＬｌとす
る。同様にピッチとピッチ＃８５の間を前腕リンク９２
と呼びその長さをＬ２とする。Next, using FIG. 3, the slave 8s (hereinafter the subscript indicates slave) and the master 8. The configuration of (hereinafter the subscript indicates master) will be explained. slave 8 and master 8. teeth,
A roll shaft 81 rotates from the base side of the manipulator in the front and back directions of the page, and a pitch shaft 82 rotates in the vertical direction of the page.
and the three degrees of freedom of the arm consisting of the pitch axis 83 and the roll axis 8
4. The wrist portion consists of a pitch axis 85 and a roll axis 86, and has three degrees of freedom for the needle hole. Pitch axis 82 and pitch axis 8
3 is called the upper arm link 8391, and its length is Ll. Similarly, the forearm link 92 is connected between the pitch and the pitch #85.
, and its length is L2.
また、ピッチ軸８５とアームの先端までを手首部リンク
９３と呼ぶ。ピッチ軸８５の回転軸Ｐｅａは、人間の腕
の手首位置に相当し、腕部三自由度により手首位置Ｐｇ
ｓが決定され、手首部三軸によって手首部リンク９３の
姿勢、すなわち、手首部リンク９３に平行なプラズマト
ーチ３の姿勢が決定される。Further, the part between the pitch axis 85 and the tip of the arm is called a wrist link 93. The rotation axis Pea of the pitch axis 85 corresponds to the wrist position of a human arm, and the wrist position Pg is determined by the three degrees of freedom of the arm.
s is determined, and the attitude of the wrist link 93, that is, the attitude of the plasma torch 3 parallel to the wrist link 93, is determined by the wrist three axes.
次に、距離センサ２によってヤスタの各軸８１１〜８６
．にコンプライアンスによる復元力を如何に与えるかを
説明する。Next, the distance sensor 2 detects each axis 811 to 86 of the yaster.
．． Explain how compliance can provide resiliency to organizations.
まず、姿勢によるコンプライアンスによる復元力の与え
方を説明する。プラズマトーチ３の姿勢を決定するのは
、手首部の三軸８４，８５，８６である６従って、プラ
ズマトーチが作業対象に対して傾斜した時、すなわち、
プラズマトーチの姿勢が変った時はマスタの手首部軸に
コンプライアンスによる復元力を与える。先端のロール
軸８６ｇは、プラズマトーチ３を手首部リンク９３を回
転軸として回転するものである。プラズマトーチ３がロ
ール軸８６ｓの回転によって動くと、切断作業は困難と
なるので、ロール軸８６ ｓ をマスタスレーブで制御
するのではなく、基準位置を目標値とする位置サーボ系
で制御できる。ここでは、基準位置として、プラズマト
ーチ３は、第２図、第３図に示すように、手首部三軸８
４，８５，８６を含む平面内にあり、かつ、上側にある
とする。First, we will explain how to provide resilience through compliance through posture. The posture of the plasma torch 3 is determined by the three axes 84, 85, and 86 of the wrist 6 Therefore, when the plasma torch is tilted with respect to the workpiece, that is,
When the posture of the plasma torch changes, a restoring force is applied to the master's wrist axis due to compliance. The roll shaft 86g at the tip rotates the plasma torch 3 about the wrist link 93 as a rotation axis. If the plasma torch 3 moves due to the rotation of the roll shaft 86s, the cutting operation becomes difficult, so the roll shaft 86s can be controlled not by a master slave but by a position servo system that uses a reference position as a target value. Here, as a reference position, the plasma torch 3 is placed at the wrist triaxial 8 as shown in FIGS. 2 and 3.
4, 85, and 86, and on the upper side.
ここで、プラズマトーチ３が、第５図に示すように、上
下方向のみ傾斜したとする。この傾斜を補正するのに関
与する軸は、ピッチ軸８５である。Here, assume that the plasma torch 3 is tilted only in the vertical direction, as shown in FIG. The axis involved in correcting this tilt is the pitch axis 85.
従って、マスタのピッチ軸８５．１に、上下方向の傾斜
角Δθｌに応じて、式（１）で定義されるコンプライア
ンス（バネ特性）を与える。Therefore, the compliance (spring characteristic) defined by equation (1) is given to the master pitch axis 85.1 according to the vertical inclination angle Δθl.
Ｆｍａ＝ＫａΔθｌ ・・・・−（１）こ
こで、ＦｔＩＳ：ピッチ軸８５．に与える復元力に６：
ピツチ軸８５．のバネ定数
Δθｕｄ：プラズマトーチの上下方向の傾斜角
Δθｕうば、式（２）によって求まる。Fma=KaΔθl...-(1) Here, FtIS: pitch axis 85. 6 for the resilience imparted to:
Pitch axis 85. Spring constant Δθud: Vertical tilt angle Δθu of the plasma torch, determined by equation (2).
八〇、＝（Ｑａ−Ｑ、、）／Ｄ ・・・（２）ここ
で、Ｄ：距離センサ２ａと２ｂ間の距離復元力Ｆａｇの
与える方向は、第５図のように、上方向にプラズマトー
チ３の姿勢が傾斜した時は、ピッチ軸８５．を下方向に
回転させる方向である。80,=(Qa-Q,,)/D...(2) Here, D: The direction of the distance restoring force Fag between the distance sensors 2a and 2b is upward as shown in FIG. When the attitude of the plasma torch 3 is tilted, the pitch axis 85. This is the direction to rotate the .
操作者は、この復元力Ｆ嚢５によってプラズマトーチ３
が上方向に傾斜したことを認識でき、その復元力Ｆｃ５
が感じられなくな″るまで、ピッチ軸８５１を下方向に
操作すると、スレーブ８８のピッチ軸８５ｓはマスタの
ピッチ軸８５．の位置を目標値として位置制御されるの
で、プラズマ１ヘーチ３の上下方向の姿勢は補正される
。バネ係数に５の与え方は、第６図に示すものがある。The operator uses this restoring force F bag 5 to control the plasma torch 3.
can recognize that it has tilted upward, and its restoring force Fc5
When the pitch axis 851 is operated downward until it is no longer felt, the pitch axis 85s of the slave 88 is controlled using the position of the master pitch axis 85 as the target value, so that the vertical position of the plasma 1 The posture in the direction is corrected.A method of giving 5 to the spring coefficient is shown in FIG.
一般に、バネ係数には、偏差量ΔＸの関数として、式（
３）で表わすことができる。In general, the spring coefficient is calculated using the formula (
3).
Ｋ＝ｆ（ΔＸ） ・・・・・・（３）
ピッチ軸８５．の偏差量ΔＸは式（２）のΔθ□である
。第６図（ａ）は、ｆ（ΔＸ）＝一定して線形的に復元
力を与える場合であり、第６図（ｂ）。K=f(ΔX) ・・・・・・(3)
Pitch axis 85. The deviation amount ΔX is Δθ□ in equation (2). FIG. 6(a) shows the case where the restoring force is applied linearly with f(ΔX)=constant, and FIG. 6(b) shows the case where the restoring force is applied linearly.
（Ｑ）は、非線形的に復元力を与える場合である。(Q) is a case where restoring force is applied nonlinearly.
人間工学的な見地から言えば、偏差量が大きい時はより
大きな復元力を与える非線形要素の方が効果的であると
考える。第６図（ｂ）の不感帯は。From an ergonomic standpoint, we believe that nonlinear elements that provide greater restoring force are more effective when the amount of deviation is large. The dead zone in Fig. 6(b) is.
プラズマトーチ３の許容傾斜角ΔＯｕａｐ から決まる
。以上、プラズマトーチが上下方向に傾斜した時、で説
明したが、左右方向にも同じ様なことが言える。左右方
向の傾斜に関与する軸には、ロール軸８４である。マス
タのロール軸８５．に与える復元力ＦＡＡ、偏差量ΔＱ
ｘｉは、各々式（４）２式（５）で求まる。It is determined from the allowable inclination angle ΔOuap of the plasma torch 3. The above explanation was given when the plasma torch was tilted in the vertical direction, but the same thing can be said in the horizontal direction. The roll axis 84 is an axis that is involved in tilting in the left-right direction. Master roll axis 85. Restoring force FAA given to, deviation amount ΔQ
xi is determined by equations (4), 2, and (5), respectively.
Ｆ ＊ ａ ＝ Ｋ ａ Δ Ｑ處、
・・・・・・ （４）ここで Ｋ４ ：
ロール軸８４．のバネ係数ΔＱｔ＊＝（Ｑｃ−ａｉｌｏ
−（５）ここで Ｄ：距離センサ２ｃと２ｄの
距離以上、説明した様に５対角線上に配置された２つの
距離センサ２により、プラズマトーチ３の傾斜角を検出
し、その傾斜角によりマスタの手首部のロール軸８４．
、ピッチ８５．にコンプライアンス特性を与えることに
よりプラズマトーチ３の姿勢を、操作者は容易に補正で
きる。F * a = Ka Δ Q,
・・・・・・ (4) Here K4:
Roll axis 84. Spring coefficient ΔQt*=(Qc-ailo
-(5) Here, D: At least the distance between the distance sensors 2c and 2d, the two distance sensors 2 arranged diagonally as described above detect the inclination angle of the plasma torch 3, and the master Roll axis 84.
, pitch 85. The operator can easily correct the attitude of the plasma torch 3 by giving compliance characteristics to the plasma torch 3.
次に、プラズマトーチ３の位置Ｐ、を作業対象に対して
一定に保つ方法を説明する。プラズマトーチ３のノズル
位置Ｐｐ を作業対象から距離Ｑに保持することを考え
る。ノズル位１ｐｐの作業対象からの位置ベクトルＰｏ
Ｐｐは、手首部リンク９３の姿勢ベクトルｒが決まれば
１式（６）により求まる。Next, a method of keeping the position P of the plasma torch 3 constant with respect to the work object will be explained. Consider maintaining the nozzle position Pp of the plasma torch 3 at a distance Q from the workpiece. Position vector Po from the work object at nozzle position 1pp
Pp can be found by Equation 1 (6) once the posture vector r of the wrist link 93 is determined.
Ｑ、は、対角上の二つの距離センサ２により式０式％
姿勢ベクトルｒは、実際のスレーブ８３の各関節８１〜
８６に対応する動作角θ五〜θＢにより決めることがで
きる。ノズル位置の目標位置ベクトルＰ ｏ Ｐ ｐ
ｔは、
Δ２は、式（９）となる。Q is calculated by the two distance sensors 2 on the diagonal using the formula 0. The posture vector r is calculated from each joint 81 of the actual slave 83.
It can be determined by the operating angle θ5 to θB corresponding to 86. Target position vector of nozzle position P o P p
t is Δ2 as shown in equation (9).
八Ｑ＝Ｐｃ）Ｐｐｔ ＰｏＰｐ
＝ （Ｑ −Ｑｏ） ｒ ・・・（９）プ
ラズマトーチ３の姿勢は、前述したように手首部の三自
由度８４，８５．８６によって補正される。その補正が
大きくないをして、すなわち、手首部リンク９３の姿勢
が一定であるとすれば、ノズル位置ＰＰの位置は１手首
位ＵＰδ５の位置を決定することにより決まる。ノズル
位ｆｆ１ｐｐ と、手首位置は、ロール軸８６が固定さ
れているので、同一剛体上にあるとすることができる。8Q=Pc)PptPoPp=(Q-Qo)r (9) The attitude of the plasma torch 3 is corrected by the three degrees of freedom 84, 85.86 of the wrist as described above. Assuming that the correction is not large, that is, the posture of the wrist link 93 is constant, the position of the nozzle position PP is determined by determining the position of the first move leader UPδ5. Since the roll shaft 86 is fixed, the nozzle position ff1pp and the wrist position can be considered to be on the same rigid body.
従って。Therefore.
ノズル位［ｐｐ を偏差ベクトルΔαだけ補正するため
に、手首部１１Ｐａａを偏差ベクトルΔ２だけ補正すれ
ばよい。手首部１ｉＰδ５は、腕部三自由度８１．８２
．８３により決まる。スレーブ８７の座標を第７図によ
ると、手首位置Ｐｅａ（ＸａＩＳｙＹａｓ、 Ｚａδ）
は次式により求めることができる。In order to correct the nozzle position [pp by the deviation vector Δα, it is sufficient to correct the wrist portion 11Paa by the deviation vector Δ2. Wrist part 1iPδ5 has three degrees of freedom of arm part 81.82
．． 83. According to FIG. 7, the coordinates of the slave 87 are wrist position Pea (XaISyYas, Zaδ)
can be calculated using the following formula.
・・・・・・（１０）
第７回部字Ｘ ｏ Ｙ ｏは、位置のＸｏＹｏ平面への
写像を示す。手首位置Ｐａ５を、偏差ベクトルΔ２だけ
ずらした手首位置Ｐａｓ’ （Ｘａａ’ 、 Ｙａａ
’ ＋Ｚａｓ’ ）は、各軸の関節角の変化量をΔθｌ
。(10) The seventh part X o Y o indicates the mapping of the position onto the XoYo plane. Wrist position Pas'(Xaa', Yaa
'+Zas') is the amount of change in the joint angle of each axis as Δθl
.
Δθ２．Δ０３とすると、式（１１）で求めることがで
きる。Δθ2. Assuming Δ03, it can be obtained using equation (11).
・・・・・・（１１）
Δθ＋（ｉ＝１〜３）が小さいと、二次以上を零として
式（１１）を近似して、ΔＱ＝ｐ６Ｂ’−ａｔｘ＝−ｓ
ｉｎθｔ（Ｌｔｃｏｓθ２＋Ｌ ２ＣＯ８（０２＋０３
））ａ ｓｚ＝ −ｃｏｓ Ｏｔ（Ｌ ｔｓｉｎθ２＋
Ｌ ｚｓｉｎ（０２＋ Ｏａ））ａ １３ニー Ｌ
ｚｃｏｓ ０２−ｓｉｎ（θ２＋０ｓ）ａｚｘ＝ｃｏｓ
Ｑｔ（Ｌｔｃｏｓ（ｌｚ＋Ｌｚｃｏｓ（Ｏｚ＋ （ｌａ
））ａ ｚｚ＝−ｓｉｎθ１（Ｌ ｘｓｉｎ ０２＋
Ｌ ｚｓｉｎ（Ｑ ２＋ ０３））ａ ｚｓ＝ −Ｌｚ
ｓｉｎ Ｏｔ ・５ｉｎ（０２＋ Ｏａ）ａａｌ＝０
ａｓｚ＝ＬｌｃｏｓＯｔ＋ＬｚｃｏｓＣＯｚ＋ ０ａ）
ａ ５ｓ＝Ｌ２ＣＯ８（θ２＋０３）
式（９）と式（１２）より、ΔＯは
ΔＯｓ ＝ （ｆｌ ｆｆｏ） Ａ−”ｒ
＋＋＋ （１３）となる。ここで、腕部３
関節に式（１４）で定義するコンプライアンス特性を与
える。......(11) When Δθ+(i=1 to 3) is small, by approximating equation (11) by setting the quadratic or higher order to zero, ΔQ=p6B'-atx=-s
inθt(Ltcosθ2+L 2CO8(02+03
)) a sz= −cos Ot(L tsinθ2+
L zsin(02+ Oa))a 13 knee L
zcos 02-sin (θ2+0s) azx=cos
Qt(Ltcos(lz+Lzcos(Oz+ (la
))azz=-sinθ1(Lxsin 02+
L zsin(Q 2+ 03))a zs= -Lz
sin Ot ・5in(02+ Oa)aal=0 asz=LlcosOt+LzcosCOz+ 0a)
a 5s=L2CO8(θ2+03) From equations (9) and (12), ΔO is ΔOs = (fl ffo) A-”r
+++ (13). Here, arm 3
A compliance characteristic defined by equation (14) is given to the joint.
Ｆ ｓ ｓ ： Ｋ ｓΔｏｓ −
（１４）ここで Ｆｕｓ”” （Ｆｔｔ、 Ｆｔｚ、
Ｆｔａ）Ｆ□（ｉ＝１〜３）：関節８１に与え
る復元力
この復元力によって、操作者はプラズマトーチ３の１−
１標位置からの偏差を検出し、その復元力がなくなるよ
うにマスタの腕部を操作することによって、プラズマト
ーチ３の位置を目標位置にあわせることができる。F s s : K sΔos −
(14) Here Fus”” (Ftt, Ftz,
Fta)
The position of the plasma torch 3 can be adjusted to the target position by detecting the deviation from the 1 mark position and operating the master's arm so that the restoring force disappears.
第１図は、本発明の方法を力帰還型マスタスレーブ制御
系に適用した場合のマスタ制御系のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a master control system when the method of the present invention is applied to a force feedback type master slave control system.
図において、破線内が本発明の特徴を示す部分である。In the figure, parts within the broken lines indicate the features of the present invention.
従来のマスタスレーブ制御系では、マスタ８ヨの力セン
サ７１．による力情報Ｆ、がスレーブ８ｓの力センサ７
２ｓによる力情報Ｆｓ とが釣り合うように、スレーブ
の位置検出器７２ｓの位置情報に基づいて重力等補償要
素７３によるフィードフォワード補償を加味して、マス
タのモータ７６を制御している。７４は力１−ルク変換
要素、７５はモータドライバである。本発明では、従来
のマスタスレーブ制御系に１作業対象に対するエンドエ
フェクタの位置・姿勢を検出する近接覚センサ２を設け
、前記近接覚センサ２の出力と、エンドエフェクタの作
業対象に対する所望の位置姿勢とから、エンドエフェク
タの作業対象に対する所望の位置姿勢を実現する関節位
置に対するエンドエフェクタの現在の位置・姿勢を実現
する関節位置の偏差量を算出する偏差量計算要素１１と
、この偏差量により各関節にバネ特性を発生させるコン
プライアンス発生要素を設けている。本発明では、偏差
量計算要素１１は、式（２）２式（５）２式（１３）を
求め、コンプライアンス発生要素１２は、式（１）９式
（４）２式（１４）に基づいて各関節部にコンプライア
ンスを発生させている。In the conventional master-slave control system, the force sensor 71 . The force information F, according to the force sensor 7 of the slave 8s
The master motor 76 is controlled based on the position information from the slave position detector 72s, taking into account feedforward compensation by the gravity compensation element 73, so that the force information Fs from the slave position detector 72s is balanced. Reference numeral 74 is a force 1-luke conversion element, and 75 is a motor driver. In the present invention, a conventional master-slave control system is provided with a proximity sensor 2 that detects the position and orientation of an end effector with respect to one work object, and the output of the proximity sensor 2 and the desired position and orientation of the end effector with respect to the work object are detected. A deviation calculation element 11 calculates the deviation amount of the joint position that realizes the current position and posture of the end effector with respect to the joint position that realizes the desired position and posture of the end effector with respect to the work target, and A compliance generating element is provided that generates spring characteristics in the joint. In the present invention, the deviation amount calculation element 11 calculates equations (2), 2 equations (5), and 2 equations (13), and the compliance generation element 12 calculates equations (1), 9 equations (4), and 2 equations (14). This creates compliance in each joint.
本発明の実施例では、マスタスレーブ操作で、プラズマ
トーチ３を作業対象４に対して容易に垂直に保ち、かつ
、プラズマトーチ３の作業対象４からの距離を容易に一
定にすることができるので。In the embodiment of the present invention, the plasma torch 3 can be easily kept perpendicular to the workpiece 4 by master-slave operation, and the distance of the plasma torch 3 from the workpiece 4 can be easily kept constant. .
プラズマトーチ３による切断作業・が確実にできる。Cutting work using the plasma torch 3 can be performed reliably.
本発明によれば、マスタスレーブの操作においてエンド
エフェクタの位置・姿勢を作業対象に対して相対的に一
定に保つような拘束の伴った１人間にとって不得手な作
業でも、操作者が違和感なく作業を確実に遂行できるの
で、マスタの操作性向上に効果がある。According to the present invention, an operator can do the work without feeling uncomfortable, even when a single person is not good at a task that requires restraints such as keeping the position and posture of the end effector constant relative to the work object during master-slave operation. This is effective in improving the operability of the master.
第１図は、本発明の一実施例のマスタ制御系のブロック
図、第２図はエンドエフェクタであるプラズマ１−−チ
に装着された近接覚センサの構成図、第３図は本発明を
適用するマスタスレーブマニピュレータの自由度配置図
、第４図は近接覚センサである距離センサの概要図、第
５図は距離センサの動作概要図、第６図はコンプライア
ンス発生要素のバネ特性図、第７図はスレーブの座標系
を示す図である。
２・・・距離センサ、３・・・プラズマトーチ、２１・
・・近た２０
め３ 口
＄乙 口
ｔＳの ４
＄４ 口
（Ｃ）
冶′１ 口Fig. 1 is a block diagram of a master control system according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a block diagram of a proximity sensor attached to plasma 1--chi, which is an end effector, and Fig. 3 is a block diagram of a master control system according to an embodiment of the present invention. Figure 4 is a schematic diagram of the distance sensor which is a proximity sensor; Figure 5 is a diagram of the operation diagram of the distance sensor; Figure 6 is a spring characteristic diagram of the compliance generating element; FIG. 7 is a diagram showing the coordinate system of the slave. 2... Distance sensor, 3... Plasma torch, 21.
...nearly 20 days 3 mouths $2 mouths tS's 4 $4 mouths (C) Ji'1 mouths
Claims (1)
にエンドエフェクタと作業対象との間の相対的な位置・
姿勢を検出する近接覚センサを設け、マスタ制御系に、
前記近接覚センサの出力により前記エンドエフェクタの
所望の位置・姿勢を実現する関節位置に対する前記エン
ドエフェクタの実際の位置・姿勢を実現する関節位置の
偏差量を計算する偏差量計算要素と、前記偏差量により
各関節にバネ特性を持たせるコンプライアンス発生要素
を設けたことを特徴とするマスタスレーブ制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 マスタスレーブ制御系として力帰還型マスタスレーブ制
御を適用したことを特徴とするマスタスレーブ制御装置
。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、コン
プライアンス発生要素のバネ特性として非線形性を持た
せたことを特徴とするマスタスレーブ制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項におい
て、 前記エンドエフェクタとしてプラズマトーチを用い、近
接覚センサとして、作業対象との距離を検出する距離セ
ンサとしたことを特徴とするマスタスレーブ制御装置。[Claims] 1. In a master-slave manipulator, the relative position between the end effector and the workpiece is specified in the slave.
A proximity sensor is installed to detect posture, and the master control system is equipped with a proximity sensor that detects posture.
a deviation amount calculation element that calculates a deviation amount of a joint position that realizes the actual position and posture of the end effector with respect to a joint position that realizes the desired position and posture of the end effector based on the output of the proximity sensor; A master-slave control device characterized by having a compliance generating element that gives each joint a spring characteristic depending on the amount. 2. A master-slave control device according to claim 1, characterized in that a force feedback master-slave control is applied as the master-slave control system. 3. The master-slave control device according to claim 1 or 2, characterized in that the compliance generating element has nonlinearity as a spring characteristic. 4. Claims 1, 2, or 3, characterized in that a plasma torch is used as the end effector, and a distance sensor that detects the distance to the work object is used as the proximity sensor. Master-slave control device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13489187A JPH0811374B2 (en) | 1987-06-01 | 1987-06-01 | Master slave controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13489187A JPH0811374B2 (en) | 1987-06-01 | 1987-06-01 | Master slave controller |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63300880A true JPS63300880A (en) | 1988-12-08 |
| JPH0811374B2 JPH0811374B2 (en) | 1996-02-07 |
Family
ID=15138930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13489187A Expired - Fee Related JPH0811374B2 (en) | 1987-06-01 | 1987-06-01 | Master slave controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0811374B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2022071585A1 (en) * | 2020-10-02 | 2022-04-07 |
-
1987
- 1987-06-01 JP JP13489187A patent/JPH0811374B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2022071585A1 (en) * | 2020-10-02 | 2022-04-07 | ||
| WO2022071585A1 (en) * | 2020-10-02 | 2022-04-07 | 川崎重工業株式会社 | Robot system and control method for robot system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0811374B2 (en) | 1996-02-07 |
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