JP3137210B2 - Bi-directional master-slave motion control method - Google Patents
Bi-directional master-slave motion control methodInfo
- Publication number
- JP3137210B2 JP3137210B2 JP04116392A JP11639292A JP3137210B2 JP 3137210 B2 JP3137210 B2 JP 3137210B2 JP 04116392 A JP04116392 A JP 04116392A JP 11639292 A JP11639292 A JP 11639292A JP 3137210 B2 JP3137210 B2 JP 3137210B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- moving body
- master
- slave
- force
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Manipulator (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、離れた地点に配置され
た運動体間で、一方の運動体に作用させた操作力を他方
の運動体へ伝達し、一方の運動体の運動に倣って他方の
運動体を操作するマスタスレーブ運動体システムにおい
て、双方向からのマスタスレーブ運動を実現する双方向
型マスタスレーブ運動制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of transmitting an operating force applied to one moving body to another moving body between moving bodies disposed at distant points, and following the movement of one moving body. The present invention relates to a bi-directional master-slave motion control method for realizing bi-directional master-slave motion in a master-slave mobile body system that operates the other moving body.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のマスタスレーブ運動体システムの
一つに極限作業用のロボットマニピュレータがある。そ
れは、操作者側の運動体(マスタ運動体)に作用させた
操作力を離れた地点にあるマニピュレータやハンド等の
対称型運動体(スレーブ運動体)に伝達して倣い動作さ
せるものである。なお、マスタスレーブ運動体が対象物
を直接操作する人間の腕や手の代替となるには、複数の
駆動関節軸から構成された自由度を有する機構、あるい
は他の駆動手段により同等の自由度を有する機構から構
成された運動体であることが好ましい。2. Description of the Related Art One of the conventional master-slave moving body systems is a robot manipulator for extreme work. That is, an operating force applied to a moving body (master moving body) on the operator side is transmitted to a symmetrical moving body (slave moving body) such as a manipulator or a hand at a distant point to perform a copying operation. In addition, in order for the master-slave moving body to be an alternative to a human arm or hand that directly operates the object, a mechanism having a degree of freedom constituted by a plurality of drive joint axes or an equivalent degree of freedom by other driving means is used. It is preferable that the moving body includes a mechanism.
【0003】ところで、このような従来のマスタスレー
ブ運動体システムでは、操作者側の運動体と遠隔操作さ
れる運動体との間でマスタ/スレーブの関係が固定され
ており、スレーブ側と定義された運動体がマスタ側と定
義された運動体を操作することはできない。In such a conventional master / slave moving body system, a master / slave relationship is fixed between a moving body on the operator side and a moving body remotely controlled, and is defined as a slave side. The moving object cannot operate the moving object defined as the master side.
【0004】それに対して、例えば遠隔地間の綱引きや
腕相撲等を行うシステムのように、一組の運動体が双方
向の相互作用により制御されるものもあるが、それらは
空間座標上を移動するような運動ではない。すなわち、
ある特定の方向に作用する力の相互作用であって作業用
途が限られるとともに、双方向からマスタスレーブ運動
を行うものとは本質的に異なっている。[0004] On the other hand, there is a system in which a set of moving bodies is controlled by two-way interaction, such as a system for performing tug-of-war or arm-wrestling between remote locations, but they move on spatial coordinates. It is not a kind of exercise. That is,
An interaction of forces acting in a particular direction, which has limited working applications and is essentially different from performing a master-slave movement from both directions.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】さて、遠隔地間でやり
とりする作業では、双方の操作者から操作要求が生じる
ことを想定しなければならず、双方から他方の運動体を
操作できるようにする必要がある。しかし、従来方法に
おいて、双方からのマスタスレーブ運動制御を可能とす
るには、マスタスレーブ運動制御機能を有するシステム
を逆向きに2系統配置することが考えられるが、配置ス
ペース,工費および運用の点からみても経済的とはいえ
ない。In the case of a work exchanged between remote locations, it is necessary to assume that an operation request will be made from both operators, so that both can operate the other moving body. There is a need. However, in order to enable the master-slave motion control from both sides in the conventional method, it is conceivable to arrange two systems having the master-slave motion control function in opposite directions. From an economic point of view, it is not economical.
【0006】ところで、実際に存在するものを対象とし
た遠隔作業においては、作業空間は距離の遠近に係わら
ず実存する空間であり、現在双方で話題としている対象
物が存在する場の空間座標を基準に運動が行われる。す
なわち、コンピュータグラフィックスの中や、画像処理
によって仮想的に形成された共同作業空間内で共同作業
を行うような状況とは異なり、対象物がどこにあるかに
よって運動上の作業空間が遷移する。By the way, in remote work for objects that actually exist, the work space is a space that exists irrespective of the distance, and the spatial coordinates of the place where the object that is currently being talked about exists on both sides. Exercise is performed on the basis. That is, unlike a situation in which cooperative work is performed in computer graphics or in a cooperative work space virtually formed by image processing, the work space in motion transitions depending on where the object is.
【0007】ここで、極限作業用ロボットマニピュレー
タのようにマスタ/スレーブの関係が固定的な状況だけ
でなく、オフィス間や家庭間、地理的に分散した生産現
場等を作業空間と想定すると、双方からのマスタスレー
ブ運動制御を実現するには、次の2点の機能を有するこ
とが必要条件となる。一つは、分散したどの地点からで
も操作者が他方の運動体を操作できることであり、もう
一つは、操作要求を行う複数の操作者が同時に存在する
場合にも適用できることである。Here, assuming not only a situation in which the master / slave relationship is fixed as in the extreme operation robot manipulator, but also offices, homes, geographically dispersed production sites, and the like as work spaces. In order to realize the master-slave motion control from the user, it is necessary to have the following two functions. One is that the operator can operate the other moving body from any of the dispersed points, and the other is that the present invention can be applied to a case where a plurality of operators who make operation requests are present at the same time.
【0008】それには、作業空間が遷移した場合に、同
時にマスタ/スレーブの関係を逆転させる必要がある。
マスタ/スレーブの関係が移行すれば、操作者は作業空
間がどこに存在しても自分自身の身体と他方に存在する
運動体を使い分けるだけの容易な認知により、遠隔地間
の作業が可能となる。For this purpose, it is necessary to simultaneously reverse the master / slave relationship when the workspace changes.
If the master / slave relationship shifts, the operator can work between remote locations by simply recognizing the use of one's own body and the other on the other side, regardless of where the work space exists. .
【0009】また、共同作業においてそのシーケンスを
微小時間でみたとき、共有話題の存在を度外視して互い
に相手の空間に存在するものを同時並行的に操作するよ
うな状況は、話題に対する協調性の点からみても考え難
いことである。しかし、運動を伴うコミュニケーション
においては、無意識に両者の相互動作に不一致が生じて
操作が競合する状況も予想される。In addition, when the sequence is viewed in a short time in a collaborative work, a situation in which the existence of a shared topic is ignored and the objects existing in the space of the other party are simultaneously operated in parallel is a problem of coordination with the topic. It is hard to think from the point of view. However, in communication involving exercise, it is expected that a situation in which the mutual action unconsciously occurs and the operations compete with each other.
【0010】そのような状況が頻繁に発生して作業性を
阻害する場合には、一方が操作中に他方が操作要求を行
った場合の制御ルールと、操作者が操作したときの操作
力と対象物が障害物に当たっているときなどに生じる環
境から受ける外力とを区別する手段が必要となる。筆者
らの実験に基づく経験則では、操作中に操作者が操作権
を放棄したときに、他方の操作者に操作権が移る方法が
この種のコミュニケーションルールとして適している。
また、このとき操作者が操作権を有したり放棄したこと
を検出する方法は、操作者が戻し忘れのないような方法
とすることが必要である。When such a situation frequently occurs and impairs the workability, a control rule in the case where one operation is requested while the other is in operation, and an operation force in the case where the operator operates, are required. It is necessary to provide a means for distinguishing the external force from the environment generated when the target object hits an obstacle. According to empirical rules based on experiments by the authors, a method in which, when an operator gives up the operation right during an operation, the operation right is transferred to the other operator is suitable as this type of communication rule.
At this time, the method of detecting that the operator has or has abandoned the operation right needs to be a method that the operator does not forget to return.
【0011】本発明は、双方の運動体のマスタ/スレー
ブの関係を固定とせず、以上の条件に基づいて双方から
のマスタスレーブ運動制御を可能にする双方向型マスタ
スレーブ運動制御方法を提供することを目的とする。The present invention provides a bi-directional master / slave motion control method which enables master / slave motion control from both moving bodies based on the above conditions without fixing the master / slave relationship between the two moving bodies. The purpose is to:
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明は、所定の操作力
でマスタ運動体を運動させ、さらにそれに倣ってスレー
ブ運動体を倣い運動させるマスタスレーブ運動制御方法
において、各運動体に検出される力について前記操作力
と環境から受ける外力とを区別し、前記操作力が作用し
た方の運動体をマスタ運動体とし、他方をスレーブ運動
体としてマスタ/スレーブの関係を相互に移行させるこ
とを特徴とする。According to the present invention, there is provided a master-slave motion control method in which a master moving body is moved by a predetermined operating force, and a slave moving body is imitated by following the master moving body. For the force, the operating force and the external force received from the environment are distinguished, and the moving body on which the operating force acts is set as the master moving body, and the other is set as the slave moving body, and the master / slave relationship is shifted mutually. And
【0013】[0013]
【作用】本発明方法では、双方の運動体が同時に操作さ
れない、あるいは何らかの状況で操作が競合しても所定
のコミュニケーションルールによっていずれか一方に操
作権を渡すことを前提としている。したがって、操作力
が検出された方をマスタ運動体とし、他方をスレーブ運
動体としてシステムが自動的に判断することにより、作
業空間が遷移する瞬間と同期してマスタ/スレーブの関
係を動的に移行させることができる。このとき、マスタ
運動体に作用する力を操作力とし、スレーブ運動体に作
用する力を環境から受ける外力として制御する。The method of the present invention is based on the premise that even if both moving bodies are not operated at the same time, or if the operations conflict in some situation, the operation right is passed to one of them according to a predetermined communication rule. Therefore, the system automatically determines that the operating force is detected as the master moving body and the other as the slave moving body, so that the master / slave relationship is dynamically synchronized in synchronization with the moment when the workspace changes. Can be migrated. At this time, the force acting on the master moving body is controlled as the operating force, and the force acting on the slave moving body is controlled as an external force received from the environment.
【0014】したがって、操作者による操作は、マスタ
運動体に対して操作力として作用して追随運動を行わ
せ、スレーブ運動体に対してはマスタ運動体が与える操
作力として作用させて倣い運動(対称運動および相似運
動)を行わせることができる。このように、双方の運動
体間で時分割でマスタ/スレーブの関係を相互に移行さ
せることにより、双方向からのマスタスレーブ運動制御
を実現することができる。Therefore, the operation by the operator acts on the master moving body as an operating force to perform a following movement, and causes the slave moving body to act as an operating force given by the master moving body to follow the movement ( Symmetric and similar movements). In this way, by shifting the master / slave relationship between the two moving bodies in a time sharing manner, it is possible to realize bidirectional master-slave movement control.
【0015】また、同一話題の対象物を操作する共同作
業に適用する場合に、複数の操作者が操作要求を行う状
況においても、マスタ/スレーブの2系統を構成するこ
となく、そのマスタ/スレーブの関係を時分割で相互移
行させることにより、分散したどの地点からでも他方に
存在する運動体を操作することができる。Further, when the present invention is applied to a collaborative operation for operating an object on the same topic, even in a situation where a plurality of operators make an operation request, the master / slave can be used without forming a master / slave system. By moving the relations in a time-sharing manner, the moving body existing on the other side can be operated from any of the dispersed points.
【0016】[0016]
【実施例】図1は、本発明の双方向型マスタスレーブ運
動制御方法を実現するマスタスレーブ運動体システムの
第一実施例構成を示すブロック図である。なお、本実施
例の構成は、流体アクチュエータを駆動源とする駆動系
と、運動の計測系を一体化した運動体に適用したもので
ある。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of a master-slave moving body system for realizing a bidirectional master-slave movement control method according to the present invention. The configuration of the present embodiment is applied to a moving body in which a drive system using a fluid actuator as a drive source and a motion measurement system are integrated.
【0017】図において、操作者Aが直接操作する運動
体をAとし、操作者Bが直接操作する運動体をBとす
る。運動体Aがマスタ運動体のときは、スレーブ運動体
である運動体Bが運動体Aの倣い運動(対称運動または
相似運動)を行う。また、運動体Bがマスタ運動体のと
きは、スレーブ運動体である運動体Aが運動体Bの倣い
運動(対称運動または相似運動)を行う。In the drawing, a moving body directly operated by an operator A is denoted by A, and a moving body directly operated by an operator B is denoted by B. When the moving body A is the master moving body, the moving body B, which is the slave moving body, performs the imitation movement (symmetric movement or similar movement) of the moving body A. Further, when the moving body B is the master moving body, the moving body A, which is the slave moving body, performs the imitation movement (symmetric movement or similar movement) of the moving body B.
【0018】運動体Aおよび運動体Bの各力検出系11
A ,11B の計測データは、それぞれの差圧検出部21
A ,21B で操作力FA ,FB に変換され、圧力制御演
算部22がそれらの差である操作力差分値Ft を関節角
制御量に変換して双方向制御部23に与える。双方向制
御部23はそれを用いて操作力が作用した方をマスタ側
とし、他方をスレーブ側とする判断を行い、運動体Aと
運動体Bのマスタ/スレーブの関係を設定する。Each force detection system 11 for the moving body A and the moving body B
A, 11 measurement data B, each differential pressure detector 21
A, 21 B by the operation force F A, is converted to F B, giving the bidirectional control unit 23 the pressure control computation unit 22 converts the operating force difference F t is the difference between them in the joint angle control amount. The bidirectional control unit 23 uses this to determine that the side on which the operating force has acted is the master side, and that the other side is the slave side, and sets the master / slave relationship between the moving body A and the moving body B.
【0019】いま、操作者Aが運動体Aの所定の操作部
分を持ってあるいは身体に付けて動かすと、その操作力
が認識されて運動体Aをマスタ運動体とし、運動体Bを
スレーブ運動体とするマスタ/スレーブの関係が設定さ
れる。双方向制御部23では、そのマスタ/スレーブの
関係の遷移に伴って、制御ブロックルーチンが動的に切
り替えられる。Now, when the operator A holds the predetermined operating portion of the moving body A or moves it with the body, the operating force is recognized and the moving body A is set as the master moving body, and the moving body B is set as the slave moving body. A master / slave relationship is set. In the bidirectional controller 23, the control block routine is dynamically switched according to the transition of the master / slave relationship.
【0020】ここで、運動体Aの差圧検出部21A で検
出された操作力FA は、圧力制御演算部22で対応する
関節角制御量に変換され、双方向制御部23がマスタ運
動体である運動体Aの駆動系12A へ関節角制御量θAt
としてフィードバックする。これにより、運動体Aは操
作者の行う操作に受動的に追随する動作を行う。[0020] Here, the operation force F A, which is detected by the differential pressure detection unit 21 A of the moving body A is converted to the joint angle control amount corresponding pressure control computation unit 22, the bidirectional controller 23 is the master movement To the drive system 12 A of the moving object A, which is a human body, the joint angle control amount θ At
As feedback. Accordingly, the moving body A performs an operation of passively following the operation performed by the operator.
【0021】一方、操作者Aの操作に伴った運動体Aの
動作は、その運動計測系13A が各軸の関節角変位量θ
A を計測して座標変換部24A へ伝達する。座標変換部
24 A は、その関節角変位量θA を空間座標系の座標位
置変位量XA に変換し、運動体B側の座標変換部24B
から出力される座標位置変位量XB との差分をとって位
置制御演算部25へ伝達する。位置制御演算部25は、
空間座標系の座標位置差分値Xt から関節座標系の関節
角制御量へ変換し、双方向制御部23がスレーブ運動体
である運動体Bの駆動系12B へ関節角制御量θBtとし
て送出する。これにより、運動体Bは運動体Aの倣い運
動を行う。On the other hand, the moving body A
The operation is performed by the motion measurement system 13.AIs the joint angular displacement θ of each axis
AAnd the coordinate conversion unit 24ACommunicate to Coordinate converter
24 AIs the joint angular displacement θAIs the coordinate position of the spatial coordinate system
Displacement XAAnd the coordinate conversion unit 24 on the moving body B sideB
Position displacement amount X output fromBTake the difference with
To the position control calculation unit 25. The position control calculation unit 25 includes:
Coordinate position difference value X in spatial coordinate systemtJoints from the joint coordinate system
Is converted into an angle control amount, and the bidirectional control unit 23
Drive system 12 of moving body BBHelical angle control amount θBtage
And send it out. Thereby, the moving body B can follow the moving body A.
Perform the action.
【0022】次に、操作者Bが運動体Bの所定の操作部
分を持ってあるいは身体に付けて動かすと、その操作力
が認識されて運動体Bをマスタ運動体とし、運動体Aを
スレーブ運動体とするマスタ/スレーブの関係が設定さ
れる。双方向制御部23では、そのマスタ/スレーブの
関係の遷移に伴って、制御ブロックルーチンが動的に切
り替えられる。以下、同様に運動体Aは運動体Bの倣い
運動を行う。Next, when the operator B moves with the predetermined operating portion of the moving body B held or attached to the body, the operating force is recognized and the moving body B is set as the master moving body, and the moving body A is set as the slave moving body. A master / slave relationship as a moving body is set. In the bidirectional controller 23, the control block routine is dynamically switched according to the transition of the master / slave relationship. Hereinafter, similarly, the moving body A performs the copying motion of the moving body B.
【0023】ここで、双方向制御部23の構成例を図2
に示す。(1) は、その機能構成であり、(2) はマスタ/
スレーブの関係設定に伴って各運動体を制御する関節角
制御量θAt,θBtの流れを示す。Here, an example of the configuration of the bidirectional control unit 23 is shown in FIG.
Shown in (1) is the functional configuration, and (2) is the master /
The flow of the joint angle control amounts θ At and θ Bt for controlling each moving body in accordance with the slave relation setting is shown.
【0024】双方向制御部23は加わる操作力の作用を
モデル化しており、実際の操作力と環境から受ける外力
とを区別する機能を作用応力照合部31が持つ。作用応
力照合部31は、圧力制御演算部22が操作力差分値F
t から得た関節角制御量と、位置制御演算部25が座標
位置差分値Xt から得た関節角制御量とを所定の操作作
用力モデルに当てはめ、各運動体における操作力と環境
からの外力とを切り分ける。操作モード制御部32は、
作用応力照合部31の判断に応じて、運動体Aと運動体
Bとの間でマスタ/スレーブの関係を設定する。すなわ
ち、運動体Aと運動体Bのいずれが操作者によって操作
されたものであるかを判断し、操作された方をマスタ運
動体とする。The bidirectional control unit 23 models the action of the applied operating force, and the action stress checking unit 31 has a function of distinguishing the actual operating force from the external force received from the environment. The acting stress checking unit 31 is configured such that the pressure control calculating unit 22 determines that the operating force difference value F
and joint angle control amount obtained from t, the position control calculation unit 25 is fitted a joint angle control amount obtained from the coordinate position difference value X t in a predetermined operational effort model, from the operation force and the environment at each moving body Separate from external force. The operation mode control unit 32
A master / slave relationship is set between the moving body A and the moving body B according to the determination of the action stress collating unit 31. That is, it is determined which of the moving body A and the moving body B has been operated by the operator, and the operated body is set as the master moving body.
【0025】制御ブロック切替部33は、操作モード制
御部32が運動体Aをマスタ運動体とした場合には、図
2(2) に示すように、圧力制御演算部22が操作力差分
値F t から得た関節角制御量を運動体Aの駆動系12A
に与える関節角制御量θAtとして出力し、位置制御演算
部25が座標位置差分値Xt から得た関節角制御量を運
動体Bの駆動系12B に与える関節角制御量θBtとして
出力する。また、操作モード制御部32が運動体Bをマ
スタ運動体とした場合には、図2(3) に示すように、圧
力制御演算部22が操作力差分値Ft から得た関節角制
御量を運動体Bの駆動系12B に与える関節角制御量θ
Btとして出力し、位置制御演算部25が座標位置差分値
Xt から得た関節角制御量を運動体Aの駆動系12A に
与える関節角制御量θAtとして出力する。The control block switching unit 33 includes an operation mode control unit.
When the control unit 32 uses the moving body A as a master moving body,
As shown in FIG. 2 (2), the pressure control calculation unit 22 calculates the operation force difference.
Value F tOf the joint angle control amount obtained from theA
Angle control amount θ given toAtOutput as position control calculation
The unit 25 calculates the coordinate position difference value XtThe joint angle control amount obtained from
Drive system 12 for moving body BBAngle control amount θ given toBtAs
Output. In addition, the operation mode control unit 32
In the case of a star moving body, as shown in FIG.
The force control calculator 22 calculates the operation force difference value FtJoint angle control obtained from
Drive system 12 for moving body BBAngle control amount θ given to
BtAnd the position control calculation unit 25 outputs the coordinate position difference value.
XtOf the joint angle control amount obtained from theATo
Given joint angle control amount θAtOutput as
【0026】このような構成をとることにより、双方向
制御部23の処理によって動的にマスタ/スレーブの関
係を相互移行させることができる。したがって、双方か
ら他方の運動体を操作することが可能となる。By adopting such a configuration, the master / slave relationship can be dynamically shifted by the processing of the bidirectional control unit 23. Therefore, it is possible for both to operate the other moving body.
【0027】なお、本実施例のように流体アクチュエー
タを駆動源とすることにより、流体の圧力変位を計測し
て作用力として検出することができるので、駆動系12
と運動計測系13とを一体化することができるが、さら
に駆動系である流体アクチュエータに圧力計測機能を設
ければそのまま力検出系11となるので、マスタスレー
ブ運動体システム全体の機構を簡単にすることができ
る。By using a fluid actuator as a drive source as in this embodiment, the pressure displacement of the fluid can be measured and detected as an acting force.
And the motion measurement system 13 can be integrated, but if the fluid actuator as the drive system is further provided with a pressure measurement function, the force detection system 11 can be used as it is. can do.
【0028】また、マスタスレーブ運動体の駆動系12
の制御単位が位置および圧力の変換系であるので、本実
施例に示したように力検出系11で計測されたデータが
扱い易い。すなわち、流体アクチュエータを用いること
により、直接制御目標量に対する差圧力として計測でき
るとともに、バネ特性を有するので加えられた操作力に
対する位置の変位量として検出することができ、力制御
と位置制御のハイブリッド制御を比較的容易に実現する
ことができる。また、そのための制御演算機能を簡単に
することができる。The drive system 12 for the master-slave moving body
Is a position and pressure conversion system, the data measured by the force detection system 11 is easy to handle as shown in the present embodiment. That is, by using a fluid actuator, it is possible to directly measure as a differential pressure with respect to a control target amount, and since it has a spring characteristic, it can be detected as a displacement amount of a position with respect to an applied operating force. Control can be realized relatively easily. Further, the control calculation function for that can be simplified.
【0029】また、各運動体において、力感覚をフィー
ドバックできる機能や、作業用途に応じて各種感覚情報
計測系と感覚情報提示系を備えるようにしてもよい。ま
た、本実施例では、流体アクチュエータを駆動源とする
駆動系12を用いているが、使用目的,作業環境あるい
は作業精度に応じて、さらに人間との調和性の点から作
業環境に悪影響を与えないものであれば、サーボモータ
による駆動系、流体を封入した弾性媒体の圧力制御によ
る駆動系、形状記憶合金の塑性変形特性を応用した駆動
系、超音波モータによる駆動系、その他を用いることが
できる。なお、サーボモータを用いた場合には、操作手
先に力覚センサを取り付け、そこで計測される合成力お
よびトルクデータを各関節駆動方向の応力成分に分割す
る必要がある。Further, each moving body may be provided with a function capable of feeding back a force sensation, and various sensory information measuring systems and sensory information presenting systems according to work purposes. In this embodiment, the drive system 12 using the fluid actuator as a drive source is used. However, depending on the purpose of use, work environment, or work accuracy, the work environment is adversely affected in terms of harmony with humans. If not, a drive system using a servo motor, a drive system using pressure control of an elastic medium containing a fluid, a drive system using the plastic deformation characteristics of a shape memory alloy, a drive system using an ultrasonic motor, etc. may be used. it can. When a servomotor is used, it is necessary to attach a force sensor to the operator's hand and divide the resultant force and torque data measured there into stress components in the joint driving directions.
【0030】図3は、本発明の双方向型マスタスレーブ
運動制御方法を実現するマスタスレーブ運動体システム
の第二実施例構成を示すブロック図である。なお、本実
施例では、各運動体に設けた操作モード検出部からマス
タ/スレーブの関係の相互移行のための情報を得て双方
向制御を実現する。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a second embodiment of the master-slave moving body system for realizing the bidirectional master-slave movement control method of the present invention. In this embodiment, bidirectional control is realized by obtaining information for mutual transition of the master / slave relationship from the operation mode detection unit provided in each moving body.
【0031】図において、運動体Aおよび運動体Bにそ
れぞれ接触覚センサ41A ,41Bと、その出力から操
作された方を検出する操作モード検出部42A ,42B
とを備え、その出力を双方向制御部43の操作モード制
御部32に入力する構成の他は、図1に示す第一実施例
と同様である。In the figure, contact sensors 41 A and 41 B are provided on the moving body A and the moving body B, respectively, and operation mode detecting sections 42 A and 42 B for detecting the operated one from the output thereof.
The configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the output is input to the operation mode control unit 32 of the bidirectional control unit 43.
【0032】ここで、双方向制御部43の構成例を図4
に示す。操作モード制御部32が制御ブロック切替部3
3を制御する情報を作用応力照合部31からではなく、
各運動体の操作モード検出部42A ,42B から直接取
り込む構成となる。Here, an example of the configuration of the bidirectional control unit 43 is shown in FIG.
Shown in The operation mode control unit 32 controls the control block switching unit 3
3 is not transmitted from the acting stress collation unit 31,
The configuration to take directly from the operation mode detection unit 42 A, 42 B of each mobile body.
【0033】以下、図5を参照して第二実施例における
双方向マスタスレーブ運動制御動作について説明する。
なお、Sは操作モード検出状態を示し、Nは操作モード
非検出状態を示す。ここでは、最初に運動体Aの操作モ
ード検出部42A が操作モード検出状態にあり、運動体
Bの操作モード検出部42B が操作モード非検出状態に
あるものとする。Hereinafter, the bidirectional master-slave motion control operation in the second embodiment will be described with reference to FIG.
Note that S indicates an operation mode detection state, and N indicates an operation mode non-detection state. Here, initially located on the operating mode detecting unit 42 A is operated mode detection condition of the moving body A, it is assumed that the operation mode detection unit 42 B of the moving body B is in the operation mode undetected state.
【0034】マスタ/スレーブの関係が相互移行するた
めの条件は、上述したように、操作中の操作者が操作権
を放棄してからもう一方の操作者に操作権が移ることを
前提とした相互移行ルールに基づいている。このとき、
特別な戻し操作を行うことなく操作権の放棄ができるこ
とが必要である。As described above, the condition for the master / slave relationship to shift mutually is based on the premise that the operating operator gives up the operating right and then transfers the operating right to the other operator. Based on reciprocal transition rules. At this time,
It is necessary to be able to abandon the operation right without performing a special return operation.
【0035】システムが起動されると、マスタ/スレー
ブ運動を実行するための制御変数の初期設定を行う。運
動体Aの操作モード検出部42A が操作モード検出状態
Sになると、運動制御則によって運動体Aが操作者の操
作力に受動的に追随するマスタ運動を行い、運動体Bが
運動体Aと対称のスレーブ運動を行う。When the system is started, the control variables for executing the master / slave motion are initialized. When the operation mode detection unit 42 A of the moving body A is operated mode detection state S, performs master motion to passively follow the operation force of the moving body A the operator by the motion control law, the movement body B moving body A And perform a symmetric slave movement.
【0036】次に、運動体Aの操作モード検出部42A
が操作モード非検出状態Nになり、運動体Bの操作モー
ド検出部42B が操作モード検出状態Sになると、マス
タ/スレーブの関係が移行し、運動制御則によって運動
体Bが操作者の操作力に受動的に追随するマスタ運動を
行い、運動体Aが運動体Bと対称のスレーブ運動を行
う。そして、運動体Bの操作モード検出部42B が操作
モード非検出状態Nになり、運動体Aの操作モード検出
部42A が操作モード検出状態Sになると、再びマスタ
/スレーブの関係が移行する。以上の操作がシステムが
継続される限り繰り返される。Next, the operation mode detector 42 A of the moving body A
There will be an operation mode undetected state N, when the operation mode detection unit 42 B of the moving body B is operating mode detection state S, the master / slave relationship proceeds, the operation moving body B of the operator by the motion control law A master movement that passively follows the force is performed, and the moving body A performs a symmetric slave movement with the moving body B. Then, the operation mode detection unit 42 B of the moving body B is in the operation mode undetected state N, when the operation mode detection unit 42 A of the moving body A is operated mode detection state S, the process proceeds again master / slave relationship . The above operation is repeated as long as the system is continued.
【0037】ところで、マスタ/スレーブの関係の相互
移行のための条件として操作モード検出部の情報を用い
る方法では、第一実施例で示した操作力の作用モデルに
より他の外力と区別する方法に比べて即応性に劣るが、
双方の操作者の操作要求に応じて確実性の高いマスタ/
スレーブの関係の移行を実現することができる。By the way, in the method using the information of the operation mode detecting section as a condition for the mutual transition of the master / slave relationship, the method of distinguishing from the external force by the operation model of the operation force shown in the first embodiment is used. Less responsive compared to,
Highly reliable master / operator according to operation demands of both operators
The transition of the slave relationship can be realized.
【0038】なお、接触覚センサ41は、操作握り部そ
の他の接触部分に取り付けた光センサその他によって構
成することができる。その構成では、操作者が操作する
ために運動体に接触すると双方の運動体の操作モード検
出部42がそれを検出し、双方向制御部43の操作モー
ド制御部32は、それらの検出状態から相互移行制御ル
ールに従ってマスタ/スレーブの関係を動的に設定す
る。The contact sensor 41 can be constituted by an optical sensor or the like attached to the operating grip or other contact part. In such a configuration, when the operator touches the moving body for operation, the operation mode detection units 42 of both the moving bodies detect it, and the operation mode control unit 32 of the bidirectional control unit 43 detects the state from those detection states. The master / slave relationship is dynamically set according to the mutual transition control rule.
【0039】使用に際して、環境からの外力や操作者が
意図しない接触と、操作による接触とを区別するために
は、接触覚センサ41として接触部分の複数地点に直径
数ミリメートル程度の検出部を有する光センサを分散し
て取り付け、操作モード検出部42がそれらの出力の論
理積をとって識別する方法が有効である。なお、各セン
サは、操作時の身体の接触形状に応じて取り付けられる
ことが望ましい。In use, in order to distinguish an external force from the environment or a contact unintended by the operator from a contact caused by an operation, the contact sensor 41 has a detection unit having a diameter of about several millimeters at a plurality of points of the contact portion. A method is effective in which the optical sensors are mounted in a distributed manner, and the operation mode detection unit 42 identifies the output by ANDing the outputs. In addition, it is desirable that each sensor is attached according to the contact shape of the body at the time of operation.
【0040】また、双方向運動制御において同時に操作
者が操作権を要求するような場合の相互移行制御ルール
を設定すれば、双方の運動体に作用する操作力と環境か
ら受ける外力とを認識することができる。In addition, by setting a mutual transition control rule in the case where the operator simultaneously requests the operation right in the bidirectional motion control, the operation force acting on both moving bodies and the external force received from the environment are recognized. be able to.
【0041】[0041]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数地点
の運動体間で時分割でマスタ/スレーブの関係を相互に
移行させることができ、各地点間で双方向のマスタスレ
ーブ運動制御を実現することができる。すなわち、距離
の遠近に係わらず、物理的に離れた地点の者同士が、時
分割で互いに相手の存在する空間内にある運動体を操作
することができる。As described above, according to the present invention, the master / slave relationship can be shifted between the moving bodies at a plurality of points in a time-division manner. Can be realized. That is, irrespective of the distance, persons at physically distant points can operate a moving object in a space where the other party exists in a time-division manner.
【図1】本発明方法を実現するマスタスレーブ運動体シ
ステムの第一実施例構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of a master-slave moving body system for realizing the method of the present invention.
【図2】双方向制御部23の構成例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a bidirectional control unit 23.
【図3】本発明方法を実現するマスタスレーブ運動体シ
ステムの第二実施例構成を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a second embodiment of a master-slave vehicle system for realizing the method of the present invention.
【図4】双方向制御部43の構成例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a bidirectional control unit 43.
【図5】第二実施例における双方向マスタスレーブ運動
制御動作の説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram of a bidirectional master-slave motion control operation in the second embodiment.
11 力検出系 12 駆動系 13 運動計測系 21 差圧検出部 22 圧力制御演算部 23 双方向制御部 24 座標変換部 25 位置制御演算部 31 作用応力照合部 32 操作モード制御部 33 制御ブロック切替部 41 接触覚センサ 42 操作モード検出部 43 双方向制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Force detection system 12 Drive system 13 Motion measurement system 21 Differential pressure detection part 22 Pressure control calculation part 23 Bidirectional control part 24 Coordinate conversion part 25 Position control calculation part 31 Working stress collation part 32 Operation mode control part 33 Control block switching part 41 Touch sensor 42 Operation mode detection unit 43 Bidirectional control unit
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−130904(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 3/00 - 3/20 B25J 3/00 - 3/04 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 Continuation of the front page (56) References JP-A-4-130904 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G05D 3/00-3/20 B25J 3/00-3 / 04 B25J 9/10-9/22 B25J 13/00-13/08 B25J 19/02-19/06
Claims (1)
せ、さらにそれに倣ってスレーブ運動体を倣い運動させ
るマスタスレーブ運動制御方法において、 各運動体に検出される力について前記操作力と環境から
受ける外力とを区別し、 前記操作力が作用した方の運動体をマスタ運動体とし、
他方をスレーブ運動体としてマスタ/スレーブの関係を
相互に移行させることを特徴とする双方向型マスタスレ
ーブ運動制御方法。1. A master-slave exercise control method for causing a master exerciser to exercise with a predetermined operation force and imitating a slave exerciser to follow the master exerciser, wherein a force detected by each exerciser is calculated based on the operation force and the environment. Distinguishing from the external force to be received, the moving body on which the operating force acts is defined as a master moving body,
A bidirectional master-slave motion control method, characterized in that a master / slave relationship is mutually shifted with the other being a slave moving body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04116392A JP3137210B2 (en) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | Bi-directional master-slave motion control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04116392A JP3137210B2 (en) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | Bi-directional master-slave motion control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05313745A JPH05313745A (en) | 1993-11-26 |
| JP3137210B2 true JP3137210B2 (en) | 2001-02-19 |
Family
ID=14685898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04116392A Expired - Fee Related JP3137210B2 (en) | 1992-05-08 | 1992-05-08 | Bi-directional master-slave motion control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3137210B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6778199B2 (en) * | 2015-08-25 | 2020-10-28 | 川崎重工業株式会社 | Remote control robot system |
| JP6923587B2 (en) * | 2019-03-28 | 2021-08-18 | ファナック株式会社 | Servo motor controller |
| CN115407714B (en) * | 2022-08-29 | 2023-08-29 | 深圳市智鼎自动化技术有限公司 | Multi-axis motion position synchronous control method |
-
1992
- 1992-05-08 JP JP04116392A patent/JP3137210B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05313745A (en) | 1993-11-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | A force reflected exoskeleton-type masterarm for human-robot interaction | |
| Fong et al. | Novel interfaces for remote driving: gesture, haptic, and PDA | |
| Zhou et al. | RML glove—An exoskeleton glove mechanism with haptics feedback | |
| US6435794B1 (en) | Force display master interface device for teleoperation | |
| Moore et al. | Cobot implementation of virtual paths and 3D virtual surfaces | |
| CN118493407B (en) | Human-machine collaborative safety control method and device based on mixed reality and digital twin | |
| JP3742879B2 (en) | Robot arm / hand operation control method, robot arm / hand operation control system | |
| CN108356820B (en) | An inverse kinematics solution method for manual manipulation of a multi-joint manipulator | |
| WO2022166770A1 (en) | Bilateral teleoperation system and control method therefor | |
| CN115805586A (en) | Bionic snake-shaped search and rescue robot based on touch driving | |
| JP3137210B2 (en) | Bi-directional master-slave motion control method | |
| CN108326854B (en) | An inverse kinematics solution method for spatial function trajectory motion of multi-joint manipulator | |
| Koeppe et al. | Learning compliant motions by task-demonstration in virtual environments | |
| CN115644539A (en) | An operation-sensing glove combining tactile and force feedback and its human-computer interaction method | |
| CN114833795B (en) | Robotic arm operating device and robot system | |
| Vijayakumar et al. | Sensors based automated wheelchair | |
| JPH02188809A (en) | Controller for avoiding obstacle of traveling object | |
| Melchiorri et al. | Development and application of wire‐actuated haptic interfaces | |
| Nelson et al. | Integrating force and vision feedback within virtual environments for telerobotic systems | |
| JPS62297080A (en) | Master/slave manipulator | |
| Yun et al. | Hand Gesture Recognition Framework for Indoor Wheeled Mobile Robots Using Hand Shape and Pose | |
| JP2533594B2 (en) | Master slave Manipulator | |
| Hristu-Varsakelis et al. | Experimenting with hybrid control | |
| Grzejszczak et al. | Selection of methods for intuitive, haptic control of the underwater vehicle’s manipulator | |
| Erbe | On human robot collaboration-A survey on cost aspects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |