JPH085017B2 - Master / slave robot control method - Google Patents
Master / slave robot control methodInfo
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- JPH085017B2 JPH085017B2 JP2037043A JP3704390A JPH085017B2 JP H085017 B2 JPH085017 B2 JP H085017B2 JP 2037043 A JP2037043 A JP 2037043A JP 3704390 A JP3704390 A JP 3704390A JP H085017 B2 JPH085017 B2 JP H085017B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マスター・スレーブロボットの制御方法
に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control method for a master / slave robot.
宇宙空間におけるロボットの遠隔操作においては、ロ
ボットとオペレータ間の距離が大きいため、通信の伝送
遅れが生じる。特にロボットとオペレータの間にフィー
ドバック等の制御ループが存在する場合には、伝送遅れ
が大きくなるほどロボットの動作が困難になり、安定し
た操作を行うにはロボットの動作速度を小さくする必要
があった。In remote control of a robot in outer space, the distance between the robot and the operator is large, which causes communication delay. In particular, when there is a control loop such as feedback between the robot and the operator, the longer the transmission delay, the more difficult the robot is to operate, and it was necessary to reduce the robot operating speed for stable operation. .
こうした問題に対し、スレーブロボットの作業対象物
の動特性を基にして、作業対象物の動特性モデルを作成
し、そのモデルから仮想的な反力を求めてオペレータへ
返す、バイラテラルのマスター・スレーブロボットを構
成する方法が提案されている。To solve these problems, a bilateral master / master that creates a dynamic characteristic model of the work object based on the dynamic characteristics of the work object of the slave robot, obtains a virtual reaction force from the model, and returns it to the operator. A method for configuring a slave robot has been proposed.
また、スレーブロボットに重量物を運搬させたり粘度
の高い物質の中で遠隔操作を行う場合には、これらの作
業からの反力をそのままオペレータに返すのでは支障が
出る。そこで作業対象物のモデルを作成し、このモデル
を調整して作業対象物の動特性が見掛け上変化するよう
に制御し、操作を容易にするような操作感の変更方法が
提案されている。In addition, when a slave robot is used to carry a heavy object or to perform remote control in a highly viscous substance, it is difficult to return the reaction force from these operations to the operator as it is. Therefore, there has been proposed a method of changing a feeling of operation in which a model of a work target is created, and the model is adjusted to control the dynamic characteristics of the work target so as to be apparently changed to facilitate the operation.
ロボットが作業対象物を計測しそのモデルを作成する
際には、実際の作業対象物の動特性とそのモデルとに誤
差が生じる。When the robot measures the work object and creates a model thereof, an error occurs between the dynamic characteristics of the actual work object and the model.
上記に示した従来の技術では、いずれも作業対象物の
動特性モデルを利用するが、作業対象物の動特性モデル
の誤差を作業中に検証する機構が無いため、作業を遂行
するうちに誤差が累積し、オペレータの意図するように
ロボットが動作しないことが有り得る。In each of the above-described conventional techniques, the dynamic characteristic model of the work target is used, but since there is no mechanism for verifying the error of the dynamic characteristic model of the work target during the work, the error may occur while performing the work. May accumulate and the robot may not operate as intended by the operator.
この発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもの
であって、伝送遅れや操作感の変更に対応するために対
象物の動特性モデルを利用するマスター・スレーブロボ
ットを実現することを可能とする、作業対象物の動特性
とそのモデルの誤差を計測する方法を提案することを目
的とするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to realize a master / slave robot that uses a dynamic characteristic model of an object to cope with a transmission delay or a change in operation feeling. The purpose is to propose a method for measuring the error between the dynamic characteristics of the work object and its model.
前記目的を達成するため、本発明は、マスター・スレ
ーブロボットの制御方法において、作業対象物にスレー
ブロボットの手先が接触あるいは把握している時、スレ
ーブロボットの手先の実際の運動VSを VS=(d2Xs/dt2,dXs/dt,Xs) ただし、 d2Xs/dt2:スレーブロボットの手先の加速度 dXs/dt:スレーブロボットの手先の速度 Xs:スレーブロボットの手先の位置 と表し、スレーブロボットの手先の運動モデルsをs =(d2 s/dt2,ds/dt,2) ただし、 d2 s/dt2:スレーブロボットの手先の加速度 ds/dt:スレーブロボットの手先の速度s :スレーブロボットの手先の位置 と表したときに、 作業対象物の動特性と、その動特性モデルとの差 e=‖s−Vs‖ を、加速度項、速度項、位置項のそれぞれの重み付けを
したノルム ‖s−Vs‖=α|d2 s/dt2−d2Xs/dt2| +β|ds/dt−dXs/dt| +γ|s−Xs| ただし、α,β,γは重み係数(α+β+γ=1) で表し、このノルムが予め設定された基準値を超えたと
きにスレーブロボットの動作を停止するともに伝送遅れ
や操作感の変更をオペレータに促す警報を発することを
特徴とするものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a method for controlling a master / slave robot, wherein when a hand of a slave robot contacts or grasps a work object, an actual motion V S of the hand of the slave robot is V S = (D 2 X s / dt 2 ,, dX s / dt, X s ) where d 2 X s / dt 2 : Acceleration of the slave robot's hand dX s / dt: Speed of the slave robot's hand X s : Slave robot Represents the position of the hand of the slave robot, and the motion model s of the hand of the slave robot is s = (d 2 s / dt 2 , d s / dt, 2 ) where d 2 s / dt 2 : acceleration of the hand of the slave robot d s / dt: Velocity of the hand of the slave robot s : When it is expressed as the position of the hand of the slave robot, the difference between the dynamic characteristics of the work object and its dynamic characteristic model e = ‖ s −V s ‖ , Weighted norm of velocity term and position term ‖ s −V s ‖ = α | d 2 s / dt 2 −d 2 X s / dt 2 | + β | d s / dt −dX s / dt | + γ | s −X s | where α, β and γ are weighting factors (α + β + γ = 1) It is characterized in that when the norm exceeds a preset reference value, the operation of the slave robot is stopped and a warning is issued to prompt the operator to change the transmission delay or the operational feeling.
マニピュレータの内部センサから、スレーブロボット
が作業対象物に接触あるいは把持している時のスレーブ
ロボットの手先の実際の運動を計測し、スレーブロボッ
トの手先の運動モデルを求め、上式に代入することで、
作業対象物の動特性と動特性モデルとの誤差を求めるこ
とができる。From the internal sensor of the manipulator, the actual motion of the hand of the slave robot when the slave robot is touching or gripping the work object is measured, the motion model of the hand of the slave robot is calculated, and it is substituted in the above formula. ,
An error between the dynamic characteristic of the work target and the dynamic characteristic model can be obtained.
この誤差が所定の値を越えたときに、オペレータに警
告を発生させ、オペレータはその警告に基づいて伝送遅
れや操作感を変更する。When this error exceeds a predetermined value, a warning is issued to the operator, and the operator changes the transmission delay and the operation feeling based on the warning.
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described based on Examples.
作業対象物の動特性(M0,B0,K0)に対し、スレーブロ
ボットの接触によって、作業対象物の動特性モデル(
0,0,0)を作成したとする。The dynamic characteristic model (M 0 , B 0 , K 0 ) of the work target
0 , 0 , 0 ) is created.
マスターロボットの手先の動特性(Mm,Bm,Km)と、ス
レーブロボットの手先の動特性(Ms,Bs,Ks)と、スレー
ブ・マニピュレータの動特性と対象物モデルとを合わせ
たモデル(,,)に対し、マスターロボッの手先
の運動を、 d2Xm/dt2:マスターロボットの手先の加速度 dXm/dt:マスターロボットの手先の速度 Xm:マスタ・マニピュレータの手先の位置 とし、スレーブロボットの手先の運動を、 d2Xs/dt2:スレーブロボットの手先の加速度 dXs/dt:スレーブロボットの手先の速度 Xs:スレーブロボットの手先の位置 とし、対象物モデルとスレーブロボットの動特性を合わ
せた運動モデルを d2 s/dt2:スレーブロボットの手先の加速度 ds/dt:スレーブロボットの手先の速度s :スレーブロボットの手先の位置 とする。このときモデルを利用するマスター・スレーブ
ロボットの構成図を第1図に示す。The master robot dynamics (M m , B m , K m ), the slave robot dynamics (M s , B s , K s ), the slave manipulator dynamics and the object model For the combined model (,,), the motion of the master robot's hand is expressed as d 2 X m / dt 2 : Master robot's hand acceleration dX m / dt: Master robot's hand speed X m : Master manipulator Let the position of the hand be the motion of the hand of the slave robot, and d 2 X s / dt 2 : Acceleration of the hand of the slave robot dX s / dt: Speed of the hand of the slave robot X s : Position of the hand of the slave robot. A motion model that matches the dynamic characteristics of the object model and the slave robot is d 2 s / dt 2 : acceleration of the hand of the slave robot d s / dt: speed of the hand of the slave robot s : position of the hand of the slave robot. FIG. 1 shows a block diagram of a master / slave robot using the model at this time.
図において、10はマスターロボット、11はその対象物
モデル、20はスレーブロボットモデル、21はその対象物
モデル、30はスレーブロボット、31はその対象物、40は
モデル化誤差検出部、41はモデル化誤差判断部である。In the figure, 10 is a master robot, 11 is its object model, 20 is a slave robot model, 21 is its object model, 30 is a slave robot, 31 is its object, 40 is a modeling error detector, 41 is a model. It is a conversion error determination unit.
いま、簡単のためマスターロボット10の動特性が動特
性(M,B,K)に等しく調整されているとする。Now, for the sake of simplicity, it is assumed that the dynamic characteristics of the master robot 10 are adjusted to be equal to the dynamic characteristics (M, B, K).
(Mm,Bm,Km)=(Ms,Bs,Ks)=(M,B,K) このとき、対象物モデル21を合わせたスレーブロボッ
トモデル20の動特性モデルは、次のように求められる。(M m , B m , K m ) = (M s , B s , K s ) = (M, B, K) At this time, the dynamic characteristic model of the slave robot model 20 including the object model 21 is Is asked for.
(,,)=(M+0,B+0,K+0) これに対し実際の対象物31を把握したスレーブロボッ
ト30の動特性は(M+M0,B+B0,K+K0)である。(,,) is a = (M + 0, B + 0, K + 0) dynamic characteristics of the slave robot 30 to grasp the real object 31 relative to this (M + M 0, B + B 0, K + K 0).
これらスレーブロボット30及び対象物モデル21を含む
スレーブロボットモデル20の動特性モデルに対し、オペ
レータ50がマスターロボット10に加えた力により、等し
く力あるいは運動の指令値が伝送される。Forces or motion command values are equally transmitted to the dynamic characteristic models of the slave robot model 20 including the slave robot 30 and the object model 21 by the force applied to the master robot 10 by the operator 50.
このとき、作業対象物31に接触あるいは把持している
時のスレーブロボット30の手先の実際の運動VSを、 Vs=(d2Xs/dt2,dXs/dt,Xs) とし、対象物モデル21を合わせたスレーブロボットモデ
ル20の手先の運動モデルSをs =(d2 s/dt2,ds/dt,s) と表すと、 作業対象物31の動特性と、その動特性モデルとの誤差
は、モデル化誤差検出部40により、 e=‖s−Vs‖ のようなノルムにより求められる。ノルムの定義の方法
は作業の場合によるが、例えば次のように定義される。At this time, the actual motion V S of the hand of the slave robot 30 when it is in contact with or gripping the work target 31 is V s = (d 2 X s / dt 2 , dX s / dt, X s ). the motion model S of the end of the slave robot model 20 the combined object model 21 s = (d 2 s / dt 2, d s / dt, s) and expressed, and the dynamic properties of the workpiece 31, the error between the dynamic characteristic model, the modeling error detection unit 40, is determined by e = ‖ s -V s ‖ norm like. The method of defining the norm depends on the work, but is defined as follows, for example.
‖s−Vs‖=|d2 s/dt2−d2Xm/dt2| +|ds/dt−dXm/dt| +|s−Xm| このノルムに対し、ある上限値elimを設定しておく。
この上限値は対象物モデル21の誤差の許容範囲を示して
いる。スレーブロボット30を制御しているシステムは、
常時ノルムeと上限値elimを比較する。作業中にこの値
を越えた場合、即ち、 e>elim のとき、モデル化誤差判断部41において、このシステム
は作業対象物の動特性モデルの誤差が許容範囲を逸脱し
たとして、スレーブロボット30を停止させ、オペレータ
50へもディスプレイへの表示あるいは音声により警告を
発する。警告を受けたオペタ50は、対象物モデル21の誤
差が大きくなることを認識し、再度スレーブロボット30
に対象物モデル21を作成する命令を出す。‖ S −V s ‖ = | d 2 s / dt 2 −d 2 X m / dt 2 | + | d s / dt −dX m / dt | + | s −X m | Some upper limit for this norm Set e lim .
This upper limit value indicates the allowable range of the error of the object model 21. The system controlling the slave robot 30 is
The norm e is constantly compared with the upper limit value e lim . When this value is exceeded during work, that is, when e> e lim , the modeling error determination unit 41 determines that the system has determined that the error of the dynamic characteristic model of the work object has deviated from the permissible range. Stop the operator
A warning is issued to the 50 by the display or voice. Receiving the warning, the operator 50 recognizes that the error of the target object model 21 becomes large, and again the slave robot 30
A command to create the object model 21 is issued to.
以上の操作フローチャートを第2図に示す。 The above operation flowchart is shown in FIG.
本発明ではさらに、作業対象物の動特性と、その動特
性モデルとの誤差を求める場合のノルム; e=‖s−VS‖ を次のようにする。即ち、 ‖s−Vs‖=α|d2 s/dt2−d2Xs/dt2| +β|ds/dt−dXs/dt| +γ|s−Xs| と定義する。The present invention further includes a dynamic characteristic of the workpiece, the norm of the case of obtaining the error between the dynamic characteristics model; a e = ‖ s -V S ‖ set as follows. That is, ‖ s -V s ‖ = α | d 2 s / dt 2 -d 2 X s / dt 2 | + β | d s / dt-dX s / dt | + γ | s -X s | and defined.
α=β=γ=1 の場合がノルムの定義である。α,β,γという重みづ
けをそれぞれ加速度、速度、位置の偏差に掛け合わせる
ことで、目標とする作業によって各成分の誤差の重みに
差をつけることができる。例えば、位置偏差を主に重視
する作業では、αとβの値を小さくし、γの値を大きく
すればよい。また、これらの重み付けは、ノルムの定義
例にも付加することができる。The case of α = β = γ = 1 is the definition of norm. By multiplying the deviations of acceleration, velocity, and position by the weights α, β, and γ, respectively, the weight of the error of each component can be made different depending on the target work. For example, in the work in which the positional deviation is mainly emphasized, the values of α and β may be reduced and the value of γ may be increased. Also, these weightings can be added to the norm definition example.
このノルムに対しある上限値elimを設定し、ノルムe
がこの値を越えた場合、 e>elim このシステムは作業対象物の動特性モデルの誤差が許容
範囲を逸脱したとして、スレーブロボットを停止させ、
オペレータへもディスプレイへの表示あるいは音声によ
り警告を発する。警告を受けたオペレータは、対象物モ
デルの誤差が大きくなったことを認識し、再度スレーブ
ロボットに対象物モデルを作成する命令を出す。A certain upper limit value e lim is set for this norm, and the norm e
If this exceeds this value, e> e lim The system will stop the slave robot, assuming that the error of the dynamic characteristic model of the work object has deviated from the allowable range,
The operator is also warned by the display or voice. The operator who receives the warning recognizes that the error of the object model has increased, and again issues a command to the slave robot to create the object model.
この発明では、マスター・スレーブロボットにおける
作業対象物の動特性モデルを誤差を検出することがで
き、この誤差に基づいて対象物モデルを作成する命令を
出すようにしているため、伝送遅れや操作感の変更に対
応することができる。さらに、加速度、速度、位置の偏
差に重み付けを行うことにより、作業の重要度に応じた
操作感を得ることができる。According to the present invention, an error can be detected in the dynamic characteristic model of the work object in the master / slave robot, and a command to create the object model is issued based on this error, so that transmission delay and operation feeling Can be changed. Furthermore, by weighting the deviations of acceleration, speed, and position, it is possible to obtain a feeling of operation according to the importance of the work.
第1図はモデルを利用するマスター・スレーブロボット
の構成図、第2図はモデルを利用するマスター・スレー
ブロボットの操作フローチャートである。FIG. 1 is a block diagram of a master / slave robot using a model, and FIG. 2 is an operation flowchart of a master / slave robot using a model.
Claims (1)
おいて、作業対象物にスレーブロボットの手先が接触あ
るいは把握している時、スレーブロボットの手先の実際
の運動VSを VS=(d2Xs/dt2,dXs/dt,Xs) ただし、 d2Xs/dt2:スレーブロボットの手先の加速度 dXs/dt:スレーブロボットの手先の速度 Xs:スレーブロボットの手先の位置 と表し、スレーブロボットの手先の運動モデルsをs =(d2 s/dt2,ds/dt,2) ただし、 d2 s/dt2:スレーブロボットの手先の加速度 ds/dt:スレーブロボットの手先の速度s :スレーブロボットの手先の位置 と表したときに、 作業対象物の動特性と、その動特性モデルとの差 e=‖s−Vs‖ を、加速度項、速度項、位置項のそれぞれに重み付けを
したノルム ‖s−Vs‖=α|d2 s/dt2−d2Xs/dt2| +β|ds/dt−dXs/dt| +γ|s−Xs| ただし、α,β,γは重み係数(α+β+γ=1) で表し、このノルムが予め設定された基準値を超えたと
きにスレーブロボットの動作を停止するともに伝送遅れ
や操作感の変更をオペレータに促す警報を発することを
特徴とするマスター・スレーブロボットの制御方法。1. In a control method for a master / slave robot, when the hand of the slave robot contacts or grasps a work object, the actual movement V S of the hand of the slave robot is V S = (d 2 X s / dt 2 , dX s / dt, X s ) where, d 2 X s / dt 2 : acceleration of the slave robot's hand dX s / dt: speed of the slave robot's hand X s : the position of the slave robot's hand , The motion model s of the hand of the slave robot is s = (d 2 s / dt 2 , d s / dt, 2 ) where d 2 s / dt 2 : acceleration of the hand of the slave robot d s / dt: of the slave robot Hand speed s : Expressed as the position of the hand of the slave robot, the difference between the dynamic characteristics of the work object and its dynamic model e = ‖ s −V s ‖ is defined as the acceleration term, velocity term, and position term. norm ‖ s were weighted to each -V s ‖ = α | d 2 s / dt 2 -d 2 X s / dt 2 | β | d s / dt-dX s / dt | + γ | s -X s | however, α, β, γ represents the weight coefficient (α + β + γ = 1 ), when this norm exceeds a predetermined reference value A method for controlling a master / slave robot, characterized in that the slave robot operation is stopped and an alarm is issued to prompt the operator to change the transmission delay or the operational feeling.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2037043A JPH085017B2 (en) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | Master / slave robot control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2037043A JPH085017B2 (en) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | Master / slave robot control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03239480A JPH03239480A (en) | 1991-10-25 |
| JPH085017B2 true JPH085017B2 (en) | 1996-01-24 |
Family
ID=12486574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2037043A Expired - Lifetime JPH085017B2 (en) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | Master / slave robot control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH085017B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4598474B2 (en) | 2004-10-07 | 2010-12-15 | 本田技研工業株式会社 | Plant control equipment |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6326702A (en) * | 1986-07-21 | 1988-02-04 | Toshiba Corp | Controller for multi-freedom degree manipulator |
-
1990
- 1990-02-16 JP JP2037043A patent/JPH085017B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03239480A (en) | 1991-10-25 |
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |