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JPS6315111B2 - - Google Patents
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JPS6315111B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6315111B2
JPS6315111B2 JP1107282A JP1107282A JPS6315111B2 JP S6315111 B2 JPS6315111 B2 JP S6315111B2 JP 1107282 A JP1107282 A JP 1107282A JP 1107282 A JP1107282 A JP 1107282A JP S6315111 B2 JPS6315111 B2 JP S6315111B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
slave
master
constant speed
speed
freedom
Prior art date
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Expired
Application number
JP1107282A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58132471A (en
Inventor
Haruo Okumura
Kosei Ueda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Small Business Corp
Original Assignee
Small Business Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Small Business Corp filed Critical Small Business Corp
Priority to JP1107282A priority Critical patent/JPS58132471A/en
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Publication of JPS6315111B2 publication Critical patent/JPS6315111B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多自由度系マスタスレイブ型マニプ
レータの制御方法に係り、特にスレイブ機構をマ
スタ機構の移動速度に追従しない定速で制御する
如くなし、操作性、作業性等の向上を図つたもの
に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a control method for a multi-degree-of-freedom master-slave type manipulator, and in particular, to control a slave mechanism at a constant speed that does not follow the movement speed of a master mechanism, and improves operability and workability. Regarding things that aim to improve etc.

放射能水準の高い場所や海底、粉塵の多い場所
等の悪環境下、非居住域での諸作業は作業者の保
護等のために安全な場所からの遠隔操縦で行われ
る必要がある。この目的のために用いられるマス
タスレイブ型マニプレータは、主動側のマニプレ
ータの動きと、従動側のスレイブの動きとが相似
的に連動し、マスタ側で作業者の手によつて与え
られる運動が、そのままスレイブ側で模写される
ようになつている。このようなマニプレータの一
例を説明すると、第1図に示す如く、マスタ1側
の腕部2は、直角座標系の3自由度(XM、YM
ZM方向)を、手首部3は、極座標系の3自由度
(αM、βM、γM方向)を有しており、スレイブ4の
腕部5は、直角座標系の3自由度(Xs、Ys、Zs
方向)を、手首部6は3自由(αs、βs、γs方向)
を有していて、作業者が、マスタ1を直接操作す
れば、マスタに追従してマスタの動きと同じ自由
度の方向ヘスレイブが移動する。
Work in non-residential areas, such as in adverse environments such as areas with high radiation levels, the ocean floor, and areas with a lot of dust, must be carried out remotely from a safe location to protect workers. In the master-slave type manipulator used for this purpose, the movement of the manipulator on the driving side and the movement of the slave on the driven side are linked in a similar manner, and the movement given by the operator's hand on the master side is It is now copied directly on the slave side. To explain an example of such a manipulator, as shown in FIG. 1, the arm 2 on the master 1 side has three degrees of freedom (X M , Y M ,
Z M direction), the wrist part 3 has three degrees of freedom (α M , β M , γ M directions) in the polar coordinate system, and the arm part 5 of the slave 4 has three degrees of freedom ( Xs, Ys, Zs
direction), and the wrist part 6 has three freedoms (αs, βs, γs directions).
If an operator directly operates the master 1, the slave will follow the master and move in the same direction as the master's movement.

第2図に示したマニプレータは、鋳物のバリ取
り作業用で、スレイブ7側の手首8にグラインダ
9を装着し、マニプレータで鋳仕上げ作業を行な
う様子を示したもので、鋳物10の表面11に発
生した鋳バリAをグラインダで除去し、表面11
を仕上げるところである。作業者はスレイブ7が
Y方向へ向かつて進行するようにマスタ12を操
作すると共に、グラインダ9が鋳肌に喰い込みす
ぎないようにZ方向の動きにも注意して作業を進
める。このような鋳バリ取り作業の場合、グライ
ンダを定速で送つてやれば工具の消耗も少なく、
鋳物の仕上がりもよくなるが、従来のマスタスレ
イブ型マニプレータでは、スレイブの動きはマス
タの動きに追従するように制御されているので、
スレイブを定速送りするためには、マスタを定速
で移動させねばならない。しかし、かかる定速作
業は作業者にとつて容易でなく、且つ疲労を伴う
作業である。また多自由度系マニプレータの場
合、絶えず例えば6軸全部を操作するのは、作業
者にとつて疲労の原因となつている。
The manipulator shown in FIG. 2 is used for deburring work on castings, and a grinder 9 is attached to the wrist 8 on the slave 7 side, and the manipulator performs casting finishing work. The generated cast burr A is removed with a grinder, and the surface 11
I'm finishing up. The operator operates the master 12 so that the slave 7 moves forward in the Y direction, and also pays attention to the movement in the Z direction so that the grinder 9 does not dig into the casting surface too much. In the case of such casting deburring work, if the grinder is sent at a constant speed, there will be less tool wear and tear.
This improves the finish of the casting, but with conventional master-slave type manipulators, the movement of the slave is controlled to follow the movement of the master.
In order to feed the slave at a constant speed, the master must be moved at a constant speed. However, such constant speed work is not easy for the worker and is tiring work. Furthermore, in the case of a multi-degree-of-freedom type manipulator, constantly operating all six axes, for example, causes fatigue for the operator.

本発明は、上記の如き従来のマスタスレイブ型
マニプレータの欠点の解消を目的とするもので、
主動側のマスタ機構の動きに対応して従動側のス
レイブ機構が作動する多自由度系マスタスレイブ
型マニプレータにおいて、一部のスレイブ機構
を、マスタ機構に対して無関係に所定の速度並び
に方向でもつて駆動するようにしたマスタスレイ
ブ型マニプレータの制御方法を提供するものであ
る。
The present invention aims to eliminate the drawbacks of the conventional master-slave type manipulator as described above.
In a multi-degree-of-freedom system master-slave type manipulator in which a slave mechanism on the driven side operates in response to the movement of a master mechanism on the driving side, some of the slave mechanisms can be operated at a predetermined speed and direction independently of the master mechanism. The present invention provides a method for controlling a master-slave type manipulator that is driven.

続いて第3図以下の添附図面を参照して、本発
明を具体化した実施例について詳しく説明する。
ここに第3図は、本発明の一実施例である制御方
法に用いる制御系のブロツク図、第4図は、同制
御方法の制御手順を示すフローチヤートである。
Next, embodiments embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings starting from FIG.
FIG. 3 is a block diagram of a control system used in a control method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a flowchart showing a control procedure of the control method.

第3図において、マスタ側の各自由度に対応す
るX軸からγ軸までの位置検出器Hx,Hy,…
Hγは、それぞれインターフエイス回路13を介
してマイクロコンピユータ14の入力側に接続さ
れていると共に、スレイブ側のX軸、Y軸…、γ
軸方向の位置を検出する位置検出器Kx,Ky,
…,Kγは、インターフエイス回路15を介して
それぞれマイクロコンピユータ14に接続されて
いる。マイクロコンピユータ14からの出力信号
を受けるサーボアンプSx,Sy,…,Sγは、それ
ぞれスレイブ側の、各自由度をもつ負荷機構
Wx,Wy,…,Wγを駆動するサーボモータMx,
My,…,Mγに接続されている。TGは、各サー
ボモータの回転数を測るタコジエネレータで、計
測値を各サーボアンプSx,Sy,…,Sγに出力
し、ダンピング作用によつて各サーボモータの安
定性を図る。マイクロコンピユータ14に接続さ
れた操作パネル16には、X軸からZ軸に対応す
る定速送り制御ボツクスBX,BY,BZが接続され
ており、各制御ボツクスは、定速送りを行うか否
かをコンピユータ14に報知する定速送りスイツ
チSVx,SVy,SVzと、定速送りの場合の送り速
度を入力するためのデイジタルスイツチDSx,
DSy,DSz及び、定速送りの方向(前進又は後
退)を指示するための方向指示スイツチHSx,
HSy,HSzが設けられている。
In Fig. 3, position detectors Hx, Hy, ... from the X axis to the γ axis corresponding to each degree of freedom on the master side are shown.
Hγ are connected to the input side of the microcomputer 14 via the interface circuit 13, and the X-axis, Y-axis, . . . , γ on the slave side
Position detectors Kx, Ky, which detect the position in the axial direction
..., Kγ are each connected to the microcomputer 14 via an interface circuit 15. The servo amplifiers Sx, Sy, ..., Sγ that receive output signals from the microcomputer 14 are slave-side load mechanisms with each degree of freedom.
Servo motor Mx that drives Wx, Wy, ..., Wγ,
Connected to My,…, Mγ. TG is a tacho generator that measures the rotation speed of each servo motor, and outputs the measured value to each servo amplifier Sx, Sy, ..., Sγ, and uses a damping effect to stabilize each servo motor. Constant - speed feed control boxes B constant speed feed switches SVx, SVy, SVz that notify the computer 14 whether or not the
DSy, DSz, direction switch HSx for instructing the direction of constant speed feed (forward or backward),
HSy and HSz are provided.

次いで本発明方法の作動手順について、第3図
及び第4図を参照して説明する。今、X軸方向に
ついて自動定速送りを行う場合について説明す
る。この場合作業者は、制御ボツクスBxのデイ
ジタルスイツチDSx及び方向指示スイツチHSx
を操作して送り速度νp及び送り方向を決定した
後、定速送りスイツチSVxを「入」の位置に置
く。すると、第4図に示すように、ステツプ(a)に
おいて、マスタのX軸上の現在位置が、位置検出
器Hxの出力値を参照してコンピユータのメモリ
に読込まれ、またスレイブのX軸上の現在位置も
ステツプ(b)において、位置検出器Kxの出力値を
参照してメモリに読込まれる。
Next, the operating procedure of the method of the present invention will be explained with reference to FIGS. 3 and 4. Now, a case will be described in which automatic constant speed feeding is performed in the X-axis direction. In this case, the operator must operate the digital switch DSx and direction switch HSx of control box Bx.
After determining the feed speed ν p and feed direction by operating the , set the constant speed feed switch SVx to the "on" position. Then, as shown in Fig. 4, in step (a), the current position of the master on the X-axis is read into the computer memory with reference to the output value of the position detector Hx, and the current position of the slave on the X-axis is read into the computer memory. The current position of is also read into the memory in step (b) with reference to the output value of the position detector Kx.

次いで、ステツプ(c)で定速送りスイツチSVx
からの出力を参照して定速送りの指令が出ている
か否かの判定を行う。YESの場合には、デイジ
タルスイツチDSxの設定値を参照してνpをメモリ
に入力する(ステツプ(d))。続いてステツプ(e)で
送り方向の判定を方向指示スイツチHSxを参照
して行い、前進であればステツプ(f)に進み、後退
信号が出ていれば、ステツプ(g)において前に記憶
された設定速度νpの符号をマイナスに逆転した後
再度記憶してステツプ(f)に進む。ステツプ(f)では νo=νo-1+(νp−lo−lo-1/△t) の演算を行い、目標速度νoを算出する。ここに νo:目標速度 νo-1:前段階の目標速度 lo:スレイブの現在位置(X軸方向) lo-1:スレイブの前段階の位置(X軸方向) △t:サンプリング時間間隔 この演算ではνoは、ある過渡的状態を経て、
徐々にνpに近づく。次いでνo×△t=偏差の計算
を行い(ステツプ(h))、こうして算出された偏差
はサーボアンプSxに出力され(ステツプ(i))、サ
ーボモータMxが前進方向又は後退方向に定速で
回転するようになり、スレイブ機構がX軸方向へ
速度νpで定速移動する。
Next, in step (c), set the constant speed feed switch SVx.
It is determined whether or not a constant speed feed command is issued by referring to the output from. If YES, input ν p into the memory with reference to the set value of the digital switch DSx (step (d)). Next, in step (e), the feed direction is determined by referring to the direction switch HSx, and if the feed direction is forward, the process proceeds to step (f), and if a backward signal is issued, the previous one is memorized in step (g). After reversing the sign of the set speed ν p to negative, it is stored again and the process proceeds to step (f). In step (f), the following calculation is performed: ν oo-1 + (ν p −lo −lo −1 /Δt) to calculate the target speed ν o . Here, ν o : Target speed ν o-1 : Target speed of previous stage l o : Current position of slave (X-axis direction) l o-1 : Position of slave at previous stage (X-axis direction) △t: Sampling time Interval In this operation, ν o passes through a certain transient state,
gradually approaches ν p . Next, ν o ×△t = deviation is calculated (step (h)), and the deviation thus calculated is output to the servo amplifier Sx (step (i)), and the servo motor Mx is set at a constant speed in the forward or backward direction. The slave mechanism moves at a constant speed ν p in the X-axis direction.

また定速送りスイツチSVxが「切」になつて
いる場合には、ステツプ(c)においてNOの方向へ
処理が進み、前に入力したマスタ現在位置からス
レイブ目標位置を演算し(ステツプ(j))、次いで
ステツプ(k)において、スレイブ目標位置とスレイ
ブ現在位置との偏差を計算し、ステツプ(l)におい
てこの偏差をサーボアンプSxに出力する。従つ
てこの場合には、スレイブの作動は、マスタに追
従することになる。
If the constant speed feed switch SVx is turned off, the process proceeds in the NO direction at step (c), and the slave target position is calculated from the previously input master current position (step (j)). ), then in step (k) the deviation between the slave target position and the slave current position is calculated, and in step (l) this deviation is output to the servo amplifier Sx. Therefore, in this case, the operation of the slave will follow the master.

以上述べた操作は、X軸のみについて説明した
が、Y軸、Z軸についても同様に行われる。但し
全自由度について定速制御を行うことは必要でな
く、例えば鋳バリ取り用のマニプレータ等の場合
は、首部の作動を決定するα軸、β軸、γ軸につ
いては、マスタに追従させる。
Although the above-mentioned operations have been explained only for the X-axis, they are performed similarly for the Y-axis and the Z-axis. However, it is not necessary to perform constant speed control for all degrees of freedom; for example, in the case of a manipulator for deburring castings, the α, β, and γ axes that determine the operation of the neck are made to follow the master.

上記ステツプ(j)における演算は、マスタとスレ
イブの寸法比が1:1でない場合に、マスタの位
置からスレイブの目標位置を割り出すためのもの
で、寸法比が1:1の場合は不要である。またス
テツプ(f)における演算は、単に設定値νpをサーボ
アンプへ出力しただけでは、負荷が変動した時、
それに応じてスレイブの速度も変動する場合があ
り、それを防ぐために行つている。即ち定速送り
開始時点ではνo-1=0、lo=lo-1としているので、
最初の目標速度νoはνpに等しい。以後△t時間毎
に速さのチエツクを行ない、現在の速度がνpより
大きければ前回より小さくなるように、逆の場合
は大きくなるようにνoを演算し、送り速度が設定
値νpになるように制御を行つている。
The calculation in step (j) above is for calculating the target position of the slave from the master position when the size ratio of the master and slave is not 1:1, and is not necessary when the size ratio is 1:1. . In addition, the calculation in step (f) cannot be performed simply by outputting the set value ν p to the servo amplifier.
The speed of the slave may change accordingly, and this is done to prevent this. In other words, since ν o-1 = 0 and l o = l o-1 at the start of constant speed feed,
The initial target speed ν o is equal to ν p . Thereafter, the speed is checked every △t time, and if the current speed is larger than ν p , ν o is calculated so that it is smaller than the previous one, and vice versa, so that it becomes larger, and the feed speed is set to the set value ν p It is controlled so that

本発明は、以上述べた如く、主動側のマスタ機
構の動きに対応して従動側のスレイブ機構が作動
する多自由度系マスタスレイブ型マニプレータに
おいて、一部のスレイブ機構を、マスタ機構に対
して無関係に所定の速度並びに方向でもつて駆動
するようにしたものであるから、多自由度系のマ
スタスレイブ型マニプレータにおいては、特定の
スレイブを任意の一定速度で作動させることがで
きるので、作業者が定速制御のために疲労を感じ
ることがなく、定速作業中は、定速制御している
軸以外の軸についてのみ操作すればよいので、作
業が容易となり作業ミスの発生を少なくできる。
このような定速制御は、特に鋳仕上げ作業用マニ
プレータのように、一定方向に、一定速度で工具
を送る必要のある場合に著るしい効果を発揮し、
作業者の疲労がなくなると共に、工具の消耗が少
なく且つ鋳物の仕上がり精度、仕上げ面の平滑さ
も著るしく向上する。
As described above, in a multi-degree-of-freedom system master-slave type manipulator in which a slave mechanism on the driven side operates in response to the movement of a master mechanism on the driving side, some of the slave mechanisms are moved relative to the master mechanism. In a multi-degree-of-freedom master-slave type manipulator, a specific slave can be operated at any constant speed, so the operator can Because of the constant speed control, the operator does not feel fatigue, and during constant speed work, it is only necessary to operate the axes other than the axis being controlled at constant speed, making the work easier and reducing the occurrence of work errors.
This type of constant speed control is particularly effective when it is necessary to feed tools at a constant speed in a constant direction, such as in manipulators for casting finishing work.
This eliminates operator fatigue, reduces tool wear, and significantly improves the finishing accuracy of castings and the smoothness of finished surfaces.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、一般のマスタスレイブ型マニプレー
タの斜視図、第2図は、鋳バリ取り用のマスタス
レイブ型マニプレータの斜視図、第3図は、本発
明方法の制御装置のブロツク図、第4図は、同方
法の手順を示すフローチヤートである。 (符号の説明)、1……マスタ機構、4……ス
レイブ機構、14……マイクロコンピユータ、1
3,15……インターフエイス回路、Bx,By,
Bz……制御ボツクス、SVx…SVz……定速送り
スイツチ、DSx…DSz……デイジタルスイツチ、
HSx…HSz……方向指示スイツチ、Hx…Hγ…
…マスタ側位置検出器、Kx…Kγ……スレイブ側
位置検出器、Sx…Sγ……サーボアンプ、Mx…
Mγ……サーボモータ、Wx…Wγ……負荷機構、
TG……タコジエネレータ。
FIG. 1 is a perspective view of a general master-slave type manipulator, FIG. 2 is a perspective view of a master-slave type manipulator for deburring, FIG. 3 is a block diagram of a control device for the method of the present invention, and FIG. The figure is a flowchart showing the steps of the method. (Explanation of symbols), 1...Master mechanism, 4...Slave mechanism, 14...Microcomputer, 1
3,15...Interface circuit, Bx, By,
Bz...Control box, SVx...SVz...Constant speed feed switch, DSx...DSz...Digital switch,
HSx…HSz…Direction switch, Hx…Hγ…
...Master side position detector, Kx...Kγ...Slave side position detector, Sx...Sγ...Servo amplifier, Mx...
Mγ...Servo motor, Wx...Wγ...Load mechanism,
TG...Takoji generator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 主動側のマスタ機構の動きに対応して従動側
のスレイブ機構が作動する多自由度系マスタスレ
イブ型マニプレータにおいて、一つの自由度に対
応して、スレイブ機構の作動速度並びに作動方向
を決定する定速送り制御ボツクスを設け、スレイ
ブ機構をマスタ機構に対して無関係に所定の速度
並びに方向でもつて駆動するようにしたことを特
徴とするマスタスレイブ型マニプレータの制御方
法。
1 In a multi-degree-of-freedom master-slave type manipulator in which a slave mechanism on the driven side operates in response to the movement of a master mechanism on the driving side, the operating speed and direction of operation of the slave mechanism are determined in accordance with one degree of freedom. 1. A method for controlling a master-slave type manipulator, characterized in that a constant-speed feed control box is provided to drive the slave mechanism at a predetermined speed and direction independently of the master mechanism.
JP1107282A 1982-01-26 1982-01-26 Method of controlling master/slave type manipulator Granted JPS58132471A (en)

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