JPH085017B2 - マスター・スレーブロボットの制御方法 - Google Patents
マスター・スレーブロボットの制御方法Info
- Publication number
- 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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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- slave robot
- hand
- model
- robot
- master
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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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。
に関するものである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
性（M,B,K）に等しく調整されているとする。
（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。
トモデル20の動特性モデルは、次のように求められる。
（，，）＝（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。
ト30の動特性は（Ｍ＋M0,B＋B0,K＋K0）である。
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。
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。
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。
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。
‖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。
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。
以上の操作フローチャートを第２図に示す。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (1)
- 【請求項１】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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2037043A JPH085017B2 (ja) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | マスター・スレーブロボットの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2037043A JPH085017B2 (ja) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | マスター・スレーブロボットの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03239480A JPH03239480A (ja) | 1991-10-25 |
| JPH085017B2 true JPH085017B2 (ja) | 1996-01-24 |
Family
ID=12486574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2037043A Expired - Lifetime JPH085017B2 (ja) | 1990-02-16 | 1990-02-16 | マスター・スレーブロボットの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH085017B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4598474B2 (ja) | 2004-10-07 | 2010-12-15 | 本田技研工業株式会社 | プラントの制御装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6326702A (ja) * | 1986-07-21 | 1988-02-04 | Toshiba Corp | 多自由度マニピユレ−タの制御装置 |
-
1990
- 1990-02-16 JP JP2037043A patent/JPH085017B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03239480A (ja) | 1991-10-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |