JPS5933518B2 - Master/slave type servo/manipulator - Google Patents
Master/slave type servo/manipulatorInfo
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- JPS5933518B2 JPS5933518B2 JP988979A JP988979A JPS5933518B2 JP S5933518 B2 JPS5933518 B2 JP S5933518B2 JP 988979 A JP988979 A JP 988979A JP 988979 A JP988979 A JP 988979A JP S5933518 B2 JPS5933518 B2 JP S5933518B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、マスタ・ハンドの操縦によりスレーブ・ハ
ンドを動作させて物体の把握を行なわせるマスタ・スレ
ーブ形サーボ・マニピュレータに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a master-slave type servo manipulator in which a master hand is operated to operate a slave hand to grasp an object.
マスタ・ハンド・アームとスレーブ・ハンド・アームが
リンクやワイヤ等によつて機械的に連結されている、従
来のいわゆる機械式マニピュレータでは、その物体把持
という最も重要な動作責務を果す場合、マスタ・ハンド
を操縦するオペレータは、スレーブ・ハンドが物体を把
握した時に、その把握力が連結機構を介して帰還され、
そのため把握動作をより確実に実行できる。In conventional so-called mechanical manipulators, in which a master hand arm and a slave hand arm are mechanically connected by links, wires, etc., when performing the most important operational responsibility of grasping an object, the master hand arm and the slave hand arm are When the slave hand grasps an object, the operator controlling the hand receives the grasping force back through the connection mechanism,
Therefore, the grasping operation can be executed more reliably.
しかしながら、前述の形式のサーボ・マニピュレータで
は、剛性の大きい物体、例えば、鉄塊やガラス製品など
をつかんだ時、位置サーボ系のサーボ剛性力に対応した
急激な力がマスタ・ハンドを通じてオペレータに作用し
、オペレータは反射的な力としてこれを感じるため把握
動作が不安定になるばかりでなく全く不可能となること
もある。However, with the above-mentioned type of servo manipulator, when a rigid object such as an iron ingot or glass product is grabbed, a sudden force corresponding to the servo rigidity force of the position servo system is applied to the operator through the master hand. However, since the operator feels this as a reflex force, the grasping operation not only becomes unstable, but also becomes completely impossible.
また、ガラス製品などもろい物体では破壊の危険性も非
常に大きい。この発明の目的は、物体把握の場合に生じ
る力帰還による異和感が小さく、安定確実に把握作業が
行え、操縦性のすぐれたつかみ力制御が可能なマスタ・
スレーブ形サーボ・マニピュレータを提供することにあ
る。Furthermore, there is a very high risk of breakage for fragile objects such as glass products. The purpose of this invention is to create a master system that minimizes the discomfort caused by force feedback that occurs when grasping an object, enables stable and reliable grasping work, and enables grasping force control with excellent maneuverability.
An object of the present invention is to provide a slave type servo manipulator.
以下、この発明の一実施例を図面に関して説明する。An embodiment of the invention will be described below with reference to the drawings.
第1図は、この発明の実施例をブロック線図で示す。ま
ず、ストーブ・ハンド1がまだ物体を把握していない状
態での動作を述べる。FIG. 1 shows in block diagram form an embodiment of the invention. First, the operation in a state where the stove hand 1 does not grasp an object will be described.
オペレータがマスタ・ハンド2を操縦することにより、
その開度θmが変化し、このθmは位置検出器3で電気
信号に変換される。同様に、スレーブ・ハンド1の開度
θsも位置検出器4で電気信号に変換され、この2つの
電気信号は比較器5の入力となる。θmとθsの差に比
例する比較器5の出力△Eは比較器6と位置誤差信号変
換器7の入力となる。比較器6では、スレーブ・ハンド
1の把握力を検出する力検出器8およびこの力検出器8
の出力を処理する力信号変換器9を通して取出された信
号Emと、先の誤差信号△Eとを比較するが、今の場合
、物体を把握していないのでEmは零である。このため
、比較器6の出力は△Eそのままで、これが増幅器10
を通じて駆動装置11を動かし、θ8をθ.と一致させ
るよう作用する。一方、比較器5の出力△Eは位置誤差
信号変換器7で処理され、その出力信号Eはマスタ・ハ
) Pンド2の把握力、つまりオペ
レータの操縦力を検出する力検出器12の出力信号Et
と比較器15で比較され、その出力は増幅器13の入力
となり駆動装置14を通じてE,とEtが平衝するよう
作用する。By the operator operating Master Hand 2,
The opening degree θm changes, and this θm is converted into an electrical signal by the position detector 3. Similarly, the opening degree θs of the slave hand 1 is also converted into an electrical signal by the position detector 4, and these two electrical signals are input to the comparator 5. The output ΔE of the comparator 5, which is proportional to the difference between θm and θs, is input to the comparator 6 and the position error signal converter 7. The comparator 6 includes a force detector 8 for detecting the grasping force of the slave hand 1;
The signal Em extracted through the force signal converter 9 that processes the output of is compared with the previous error signal ΔE, but in this case, Em is zero because the object is not grasped. Therefore, the output of the comparator 6 remains △E, and this is the output of the amplifier 10.
The driving device 11 is moved through θ8 to θ. It acts to make it match. On the other hand, the output △E of the comparator 5 is processed by the position error signal converter 7, and the output signal E is the output of the force detector 12 which detects the grasping force of the P-hand 2, that is, the operating force of the operator. Signal Et
The comparator 15 compares E and Et, and the output thereof becomes the input of the amplifier 13, which acts through the driver 14 so that E and Et are balanced.
例えば、EtがE,より大きければ、駆動装置14はそ
の差E,−Etを小さくしようとし、その時オペレータ
が加えている力の向きにマスタ・ハンド2を開あるいは
閉にするよう動作する。駆動装置14を出力側、すなわ
ち、オペレータ側から動かすには普通非常に大きな力を
必要とし操縦が非常に難しくなるが、力検出器12を用
いて図示のようなループを構成してあるので、この問題
はほとんど解決される。次に、スレーブ・ハンド1が高
剛性物体を把握した場合について述べる。For example, if Et is greater than E, the drive unit 14 attempts to reduce the difference E, -Et and operates to open or close the master hand 2 in the direction of the force being applied by the operator at that time. Normally, a very large force is required to move the drive device 14 from the output side, that is, from the operator side, making it very difficult to operate, but since the force detector 12 is used to construct a loop as shown in the figure, This problem is almost solved. Next, a case will be described in which the slave hand 1 grasps a highly rigid object.
オペレータの操縦によりθ.が減少してもθ8はほとん
ど変化し得ないので、△E.E,ともその絶対値は大き
くなり駆動装置14はオペレータの操縦力とは反対の向
きにトルクを発生させ、オペレータはそのトルクに負け
まいと更に力を強めるのでEtとE,は一致し系は平衡
する。△E+Oの状態でスレーブ・ハンド1が物体の表
面に触れているだけではオペレータは何ら帰還力を受け
ないが、更に握り込むと、その大きさに対応した△E.
E,が生じてEtE,だけの操縦力を必要とする。この
場合、位置誤差信号変換器7が線形な比例特性をもつて
いれば、マスタ・ハンド2の握り込み量とそれに必要な
操縦力は第2図のように比例する。また非線形な特性、
例えば、三乗関数や指数関数の特性を持つていれば、第
3図のように、握り込み量の増加に伴なつてそれに必要
な操縦力は急激に大きくなる。位置誤差信号変換器7に
非線形な入出力特性をもたせる意味は次のとおりである
。θ by the operator's control. Even if θ8 decreases, θ8 hardly changes, so ΔE. The absolute value of both E and E increases, causing the drive device 14 to generate torque in the opposite direction to the operator's control force, and the operator further strengthens the force in order not to be defeated by the torque, so Et and E coincide, and the system Equilibrium. If the slave hand 1 is just touching the surface of the object in the state of △E+O, the operator will not receive any feedback force, but if the operator grasps the object further, the △E.
E, occurs and requires a steering force of EtE. In this case, if the position error signal converter 7 has a linear proportional characteristic, the gripping amount of the master hand 2 and the required control force will be proportional as shown in FIG. Also, nonlinear characteristics,
For example, if the grip has characteristics of a cubic function or an exponential function, as the amount of grip increases, the required steering force increases rapidly, as shown in FIG. The meaning of providing nonlinear input/output characteristics to the position error signal converter 7 is as follows.
人間が直接固い物体を握る時、まず触覚により物体に触
れたことを知覚する。次に目的とする動作に必要な力で
物体を握るが、その時の力の大きさと皮膚のへこみぐあ
いや関節のたわみ量(これをまとめて握り込み量と表現
する)との間には、力の増加に従つて握り込み量の増加
の割合が小さくなるという関係がある。これと同じ、あ
るいはよく似た非線形の入出力特性を位置誤差信号変換
器7に持たせることによりマスタ・ハンド2の操縦によ
る把握が上述の人間の直接把握と同じか、あるいは、よ
く似た動作となるのでオペレータは非常に円滑に把握作
業を行うことができる。前述の場合、スレーブ・ハンド
1はEITlが△Eと等しくなる力で高剛性物体を把握
することになる。When humans directly grasp a hard object, they first perceive that they have touched the object through their sense of touch. Next, grasp the object with the force necessary for the desired action, but there is a difference between the amount of force used at that time and the amount of indentation in the skin and the amount of bending of the joints (this is collectively expressed as the amount of grip). There is a relationship in which the rate of increase in the amount of grip decreases as the amount increases. By providing the position error signal converter 7 with the same or similar nonlinear input/output characteristics, grasping by manipulating the master hand 2 is the same as or similar to the above-mentioned direct grasping by a human. Therefore, the operator can perform grasping work very smoothly. In the above case, the slave hand 1 grasps the highly rigid object with a force that makes EITl equal to ΔE.
もし、マスタ・ハンド側からだけの操縦で高剛性物体を
やわらかい感覚で把握するだけなら、力検出器8および
力信号変換器9は必要ないが、この場合には、物体に位
置制御系のサーボ剛性に対応した大きな力が働くことに
なる。最後に、マスタ・ハンド2の操縦によつてスレー
ブ・ハンド1が物体を把握するのとは逆に、スレープ・
ハンド1に何等かの原因により外力が作用した時の動作
を述べる。If you only want to grasp a highly rigid object with a soft sensation by controlling it only from the master hand side, the force detector 8 and force signal converter 9 are not necessary. A large force corresponding to the rigidity will be applied. Finally, in contrast to the slave hand 1 grasping an object by the master hand 2, the slave hand
The operation when an external force is applied to the hand 1 for some reason will be described.
スレーブ・ハンド1に作用した外力は力検出器8および
力信号変換器9を通じて出力信号Ernを生じさせ、E
mは△Eと比較される。この時、θ.が固定されている
なら△E=Emlとなるようにθ8が変化し平衡する。
もちろん、固定されたマスタ・ハンド2にはこの△Eに
対応した力が働くのは前述のとおりである。この発明で
は、上述の位置誤差信号変換器7と力信号変換器9のそ
れぞれの入出力特性を互いに逆関数の関係にあるものと
した。例えば、位置誤差信号変換器7の入出力特性が三
乗関数あるいは指数関数である場合、力信号変換器9の
入出力特性は三乗根関数あるいは対数関数とした。これ
らの相互関係がある場合のマスタ・ハンド2の操縦力と
スレーブ・ハンド1の操作力をθ.とθ8の差のパラメ
ータとして一例を示すと第4図のようになる。すなわち
、スレーブ・ハンド1の操作力はオペレータのそれに比
例するので、高剛性ではあるが比較的もろい例えばガラ
ス製品などでも非常に円滑安全に把握することができる
。かくして、この発明は次の効果を有する。The external force acting on the slave hand 1 produces an output signal Ern through the force detector 8 and the force signal converter 9,
m is compared with ΔE. At this time, θ. If is fixed, θ8 changes so that ΔE=Eml, and equilibrium is established.
Of course, as described above, a force corresponding to this ΔE acts on the fixed master hand 2. In this invention, the input/output characteristics of the above-mentioned position error signal converter 7 and force signal converter 9 are set to be inverse functions to each other. For example, when the input/output characteristic of the position error signal converter 7 is a cube function or an exponential function, the input/output characteristic of the force signal converter 9 is a cube root function or a logarithmic function. When these mutual relationships exist, the operating force of master hand 2 and the operating force of slave hand 1 are expressed as θ. An example of the parameter of the difference between and θ8 is shown in FIG. That is, since the operating force of the slave hand 1 is proportional to that of the operator, it is possible to grip even highly rigid but relatively fragile objects such as glass products very smoothly and safely. Thus, the present invention has the following effects.
(1)マスタ・・・ンドの駆動装置に例えば高減速機を
用いた場合、スレーブ・ハンドが無負荷のときでも、従
米は操縦が重かつたが、この発明ではマスタ・ハンド側
の力検出器の存在により操縦が非常に軽くなり、かくし
て、マスタ・パンド側の駆動回路を大幅に小形軽量にで
きた。(1) For example, when a high speed reducer is used as the drive device of the master hand, it is difficult to operate the slave hand even when the slave hand is not loaded, but in this invention, the force detection on the master hand side The presence of the device made it extremely easy to operate, and the drive circuit on the master pand side could be made much smaller and lighter.
(2)高剛性物体把握という操縦形サーボ・マニピユレ
ータにとつてもつとも重要な作業動作を位置誤差信号変
換器により安定確実にできる。特に、位置誤差信号変換
器と力信号変換器に非線形かつ両者が互いに逆関数の関
係にある入出力(変換)特性をもたせたので、サーボ・
マニピユレータとしての把握動作を、人間が直接把握す
る時の動作とよく似たものにすることができ、オペレー
タは非常に操縦しやすくなり、しかも、スレーブ・ハン
ドの操作力はオペレータの操縦力に比例するので、すぐ
れたつかみ制御ができる。(2) The position error signal converter can stably and reliably perform the highly rigid object grasping operation, which is an important task for a steerable servo manipulator. In particular, the position error signal converter and force signal converter have nonlinear input/output (conversion) characteristics that are inverse functions of each other.
The grasping motion as a manipulator can be made to be very similar to the motion when a human directly grasps, making it extremely easy for the operator to operate, and the operating force of the slave hand is proportional to the operating force of the operator. This allows for excellent grip control.
第1図は、この発明の1実施例のプロツク線図、第2図
、第3図は、それぞれ位置誤差信号変換器の相違なる入
出力特性に基づく握り込み量とマスタ・ハンドの操縦量
との関係を示すグラフ、第4図はマスタ・ハンド操縦力
とスレーブ・ハンド操作力との関係を示すグラフである
。
1・・・・・・スレーブ・ハンド、2・・・・・・マス
タ・ハンド、3,4・・・・・・位置検出器、5,6・
・・・・・比較器、7・・・・・・位置誤差信号変換器
、8・・・・・・力検出器、9・・・・・・力信号変換
器、10・・・・・・増幅器、11・・・・・・駆動装
置、12・・・・・・力検出器、13・・・・・・増幅
器、14・・・・・・駆動装置、15・・・・・・比較
器。FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show the amount of grip and the amount of master hand operation based on different input/output characteristics of the position error signal converter, respectively. FIG. 4 is a graph showing the relationship between master hand operating force and slave hand operating force. 1...Slave hand, 2...Master hand, 3, 4...Position detector, 5, 6...
... Comparator, 7 ... Position error signal converter, 8 ... Force detector, 9 ... Force signal converter, 10 ... - Amplifier, 11... Drive device, 12... Force detector, 13... Amplifier, 14... Drive device, 15... Comparator.
Claims (1)
り物体把握動作を行なうスレーブ・ハンドとの位置誤差
信号を入力する線形あるいは非線形の入出力特性をもつ
位置誤差信号変換器と、オペレータによる前記マスタ・
ハンドへの操縦力を検出する力検出器と、この力検出器
の出力を前記位置誤差信号変換器の出力と比較する比較
器と、この比較器の出力に従つて前記マスタ・ハンドを
駆動するための駆動装置と、前記スレーブ・ハンドの把
握力を検出する力検出器と、この力検出器の出力を入力
とする、前記位置誤差信号変換器の入出力特性とは逆関
数の関係にある入出力特性をもつ力信号変換器と、この
力信号変換器の出力信号を前記位置誤差信号と比較する
比較器と、この比較器の出力に従つて前記スレーブ・ハ
ンドを駆動する駆動装置とを有することを特徴とするマ
スタ・スレーブ形サーボ・マニピュレータ。1 A position error signal converter having linear or non-linear input/output characteristics for inputting position error signals between a master hand and a slave hand that performs an object grasping operation by controlling the master hand;
a force detector for detecting a steering force applied to the hand; a comparator for comparing the output of the force detector with the output of the position error signal converter; and driving the master hand in accordance with the output of the comparator. The input/output characteristics of the drive device for the slave hand, the force detector for detecting the grasping force of the slave hand, and the position error signal converter that receives the output of the force detector as input are in an inverse functional relationship. A force signal converter having input/output characteristics, a comparator for comparing an output signal of the force signal converter with the position error signal, and a driving device for driving the slave hand according to the output of the comparator. A master-slave type servo manipulator comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP988979A JPS5933518B2 (en) | 1979-01-31 | 1979-01-31 | Master/slave type servo/manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP988979A JPS5933518B2 (en) | 1979-01-31 | 1979-01-31 | Master/slave type servo/manipulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55101388A JPS55101388A (en) | 1980-08-02 |
| JPS5933518B2 true JPS5933518B2 (en) | 1984-08-16 |
Family
ID=11732699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP988979A Expired JPS5933518B2 (en) | 1979-01-31 | 1979-01-31 | Master/slave type servo/manipulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5933518B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57121487A (en) * | 1981-01-14 | 1982-07-28 | Kogyo Gijutsuin | System of operating manipulator |
| JPH0716898B2 (en) * | 1985-02-28 | 1995-03-01 | 株式会社明電舍 | Manipulator joint control device |
-
1979
- 1979-01-31 JP JP988979A patent/JPS5933518B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55101388A (en) | 1980-08-02 |
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