【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、重量物をハンドリ
ングする作業用マニピュレータをスレーブアームとして
運用するマスタスレーブマニピュレータを備えたマニピ
ュレータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manipulator having a master-slave manipulator that operates a work manipulator for handling heavy objects as a slave arm.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、重量物を移動させるものとして
はクレーンなどの搬送装置がある。また、作業空間内を
自由に動かしたい場合は、重量物をハンドリングするマ
ニピュレータが使用される。この重量物をハンドリング
するマニピュレータでは各軸の移動速度は遅い。これ
は、重量物を高速で移動させると慣性力により、機構に
損傷を与える場合があるので、それを避けるためであ
る。すなわち、マニピュレータはリンク構造の組み合わ
せが多いため、マニピュレータ先端のハンドリング部の
荷重が重い場合は、各関節にかかるモーメントも大きく
なるからである。2. Description of the Related Art In general, there is a transfer device such as a crane for moving a heavy object. When the user wants to freely move in the work space, a manipulator that handles heavy objects is used. The moving speed of each axis is slow in a manipulator that handles this heavy object. This is to prevent the mechanism from being damaged due to the inertial force when the heavy object is moved at a high speed. That is, since there are many combinations of link structures in the manipulator, when the load of the handling portion at the tip of the manipulator is heavy, the moment applied to each joint increases.
【０００３】例えば、原子炉内の作業を行うのに、マニ
ピュレータを使用する場合、炉内が放射化されることか
ら遠隔操作により行われる。このため、炉及び炉内構造
物の寸法や位置関係から計算したデータや予めティーチ
ングしたデータに沿ってプレイバック機能を用い、炉内
構造物のハンドリングを行っている。[0003] For example, when a manipulator is used to perform work inside a nuclear reactor, it is performed by remote control because the inside of the reactor is activated. For this reason, the furnace internal structure is handled using a playback function in accordance with data calculated from the dimensions and positional relationship of the furnace and the internal structure of the furnace and data that has been previously taught.
【０００４】この場合、炉内の温度変化や作業装置の設
置再現精度等により、一度ティーチングした位置へ正確
にプレイバックできる保証は必ずしもないので、作業対
象物の位置を再計測し、ハンドリング装置の位置姿勢を
制御するようにしている。これにより、プレイバックを
行った時と同等の性能を再現し、作業対象物の位置を決
定している。これを位置補正機能と呼んでいる。In this case, it is not always guaranteed that accurate playback can be performed to the position once taught due to a change in the furnace temperature, the accuracy of installation of the working device, and the like. The position and orientation are controlled. As a result, the same performance as when performing the playback is reproduced, and the position of the work target is determined. This is called a position correction function.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、位置補
正機能をマニピュレータに搭載することは、設置スペー
スの問題や検出方法の問題等があり、適正にマニピュレ
ータに搭載できない場合がある。検出方法の問題は、例
えば、距離センサを使用し段差を計測した場合など、作
業用マニピュレータが作業対象物を把持してしまうと、
作業対象物を設置する場合に、作業対象物が邪魔をして
計測できない場合がある。そこで、センサを駆動式にす
ることも考えられるが、そうした場合には、精度がずれ
たりさらに搭載スペースを必要とする問題が起こる。However, mounting the position correcting function on the manipulator may not be properly mounted on the manipulator due to problems such as installation space and detection methods. The problem of the detection method is, for example, when the work manipulator grips the work target, such as when measuring a step using a distance sensor,
When installing a work object, there is a case where the work object obstructs measurement. Therefore, it is conceivable that the sensor is driven, but in such a case, there arises a problem that the accuracy is deviated or a mounting space is required.
【０００６】また、何トンもの重量物をハンドリングす
る場合には作業用マニピュレータの自重が大きく、作業
対象物に対して接触してしまうことがある。その場合に
は、双方共に壊れる可能性がある。Further, when handling a heavy object of many tons, the working manipulator has a large own weight and may come into contact with the work object. In that case, both may be broken.
【０００７】仮想空間技術を用いた場合には、作業環境
モデルやマスタマニピュレータは、位置データで構成さ
れるモデルとなるので、作業環境データベースを精度よ
く持つ必要がある。しかし、作業環境対象物の位置精度
を常によくするためには、常時センシングしている必要
があり、また、作業環境の外乱による位置ずれなども吸
収する必要がある。When the virtual space technology is used, the work environment model and the master manipulator are models composed of position data, so that it is necessary to have a work environment database with high accuracy. However, in order to always improve the positional accuracy of the work environment object, it is necessary to constantly perform sensing, and it is necessary to absorb a position shift due to disturbance in the work environment.
【０００８】本発明の目的は、作業対象物に対する作業
を遠隔でスムーズに行うことができるマニピュレータを
提供することである。[0008] An object of the present invention is to provide a manipulator that can perform work on a work object remotely and smoothly.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
マニピュレータは、作業対象物をハンドリングする作業
用マニピュレータと、前記作業用マニピュレータを操作
する力検出機能を備えたマスタマニピュレータと、前記
作業用マニピュレータおよび前記マスタマニピュレータ
を制御する制御装置とを備えたマニピュレータにおい
て、前記制御装置は、前記マスタマニピュレータを操作
して作業対象物モデル装置に対して行った作業シミュレ
ーションによる前記マスタマニピュレータの位置信号お
よび力信号を記憶するデータ記憶手段と、前記作業対象
物と作業対象物モデル装置との相似比、前記作業用マニ
ピュレータと前記マスタマニピュレータとの相似比、前
記データ記憶手段に記憶した前記マスタマニピュレータ
の位置信号および力信号に基づいて、前記作業用マニピ
ュレータの移動経路およびその時に出力されるトルクを
計算する計算手段と、前記計算手段で計算された前記作
業用マニピュレータの移動経路およびその時に出力され
る力信号を満たすように前記作業用マニピュレータのモ
ータを駆動制御し作業対象物に対しての作業を行う駆動
制御手段とを備えたことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a manipulator for handling a work object, a master manipulator having a force detecting function for operating the work manipulator, and A manipulator having a manipulator and a control device for controlling the master manipulator, wherein the control device operates the master manipulator to perform a position simulation and a position signal of the master manipulator by a work simulation performed on the work object model device. Data storage means for storing signals, a similarity ratio between the work object and the work object model device, a similarity ratio between the work manipulator and the master manipulator, and a position signal of the master manipulator stored in the data storage means. And power Calculating means for calculating the movement path of the work manipulator and the torque output at that time based on the signal, and satisfying the movement path of the work manipulator calculated by the calculation means and the force signal output at that time. In this way, a drive control means for controlling the drive of the motor of the work manipulator and performing work on the work target is provided.
【００１０】請求項１の発明に係わるマニピュレータで
は、マスタマニピュレータを操作して作業対象物モデル
装置に対して行った作業シミュレーションによるマスタ
マニピュレータの位置信号および力信号をデータ記憶手
段に記憶し、作業対象物と作業対象物モデル装置との相
似比、作業用マニピュレータとマスタマニピュレータと
の相似比、データ記憶手段に記憶したマスタマニピュレ
ータの位置信号および力信号に基づいて、計算手段によ
り作業用マニピュレータの移動経路およびその時に出力
されるトルクを計算する。そして、駆動制御手段は計算
手段で計算された作業用マニピュレータの移動経路およ
びその時に出力される力信号を満たすように作業用マニ
ピュレータのモータを駆動制御し作業対象物に対しての
作業を行う。[0010] In the manipulator according to the first aspect of the present invention, the position signal and the force signal of the master manipulator by the work simulation performed on the work object model device by operating the master manipulator are stored in the data storage means. Based on the similarity ratio between the object and the work object model device, the similarity ratio between the work manipulator and the master manipulator, the movement path of the work manipulator by the calculation means based on the position signal and the force signal of the master manipulator stored in the data storage means. And the torque output at that time is calculated. Then, the drive control means drives and controls the motor of the work manipulator so as to satisfy the movement path of the work manipulator calculated by the calculation means and the force signal output at that time, and performs work on the work object.
【００１１】請求項２の発明に係わるマニピュレータ
は、請求項１の発明において、前記駆動制御手段は、作
業用マニピュレータの出力されるモータトルクの変化
が、前記計算手段で計算された計算値と異なってきた場
合には、前記作業用マニピュレータのモータの駆動を停
止することを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the drive control means may be configured such that a change in a motor torque output from the working manipulator differs from a value calculated by the calculation means. In this case, the driving of the motor of the working manipulator is stopped.
【００１２】請求項２の発明に係わるマニピュレータで
は、請求項１の発明の作用に加え、作業用マニピュレー
タの出力されるモータトルクの変化が、計算手段で計算
された計算値と異なってきた場合には、作業用マニピュ
レータのモータの駆動を停止し、機器の損傷を防止す
る。In the manipulator according to the second aspect of the present invention, in addition to the operation of the first aspect of the present invention, when the change in the motor torque output from the working manipulator differs from the value calculated by the calculating means, Stops the operation of the motor of the work manipulator to prevent damage to the equipment.
【００１３】請求項３の発明に係わるマニピュレータ
は、請求項１の発明において、前記駆動制御手段は、作
業用マニピュレータの出力されるモータトルクの変化
が、前記計算手段で計算された計算値と異なってきた場
合には、計算値のモータトルクがでる方向に作業用マニ
ピュレータを駆動することを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the manipulator according to the first aspect of the present invention, the drive control means may be configured such that a change in a motor torque output from the working manipulator differs from a value calculated by the calculation means. In this case, the work manipulator is driven in a direction in which the calculated motor torque is generated.
【００１４】請求項３の発明に係わるマニピュレータで
は、請求項１の発明の作用に加え、作業用マニピュレー
タの出力されるモータトルクの変化が、計算手段で計算
された計算値と異なってきた場合には、適正なモータト
ルクがでる方向に作業用マニピュレータを駆動するため
の信号を算出する。これにより、作業用マニピュレータ
を駆動して作業を遂行する場合に外乱による影響を修正
する。[0014] In the manipulator according to the third aspect of the present invention, in addition to the operation of the first aspect of the present invention, when the change in the motor torque output from the working manipulator differs from the calculated value calculated by the calculating means. Calculates a signal for driving the work manipulator in a direction in which an appropriate motor torque is generated. This corrects the influence of disturbance when driving the work manipulator to perform the work.
【００１５】請求項４の発明に係わるマニピュレータ
は、請求項１の発明において、前記計算手段は、前記マ
スタマニピュレータの移動の代わりに前記作業対象物モ
デル装置の移動に基づき前記作業用マニピュレータの移
動経路を算出することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the calculating means moves the work manipulator based on the movement of the work object model device instead of the movement of the master manipulator. Is calculated.
【００１６】請求項４の発明に係わるマニピュレータで
は、請求項１の発明の作用に加え、マスタマニピュレー
タの移動の代わりに作業対象物モデル装置の移動に基づ
き作業用マニピュレータの移動経路を算出する。これに
より、オペレータが所定位置にて教示作業を行えるよう
にする。According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the operation of the first aspect, in addition to the operation of the master manipulator, the movement path of the work manipulator is calculated based on the movement of the work object model device. This allows the operator to perform a teaching operation at a predetermined position.
【００１７】請求項５の発明に係わるマニピュレータ
は、請求項１の発明において、前記作業用マニピュレー
タおよび前記マスタマニピュレータのそれぞれに対応す
る同一位置を計測するセンサを設け、前記計算手段は、
前記作業用マニピュレータで作業対象物を捉えたとき、
各々のセンサが同一位置を計測するように前記作業用マ
ニピュレータの移動経路を修正することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the manipulator according to the first aspect of the present invention, a sensor for measuring the same position corresponding to each of the working manipulator and the master manipulator is provided.
When the work manipulator catches the work target,
The moving path of the working manipulator is corrected so that each sensor measures the same position.
【００１８】請求項５の発明に係わるマニピュレータで
は、請求項１の発明の作用に加え、作業用マニピュレー
タが作業対象物を捉えたとき、作業用マニピュレータの
位置およびマスタマニピュレータの位置がそれぞれに対
応する同一位置になるように、作業用マニピュレータの
移動経路を修正する。これにより、外乱による位置ずれ
を、オペレータが自ら補正できるようにする。In the manipulator according to the fifth aspect of the present invention, in addition to the operation of the first aspect, when the work manipulator captures a work object, the position of the work manipulator and the position of the master manipulator correspond to each other. Correct the movement path of the work manipulator so that it is at the same position. This enables the operator to correct the positional deviation due to disturbance by himself.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本発明の実施の形態に係わるマニピュレ
ータの構成図である。重量物をハンドリングする作業用
マニピュレータ１の実作業を行う環境には、作業対象物
２が配置されている。一方、作業用マニピュレータ１を
操作する力検出機能を備えたマスタマニピュレータ３の
環境には、マスタマニピュレータ３の寸法にあった作業
対象物モデル装置４が配置されている。そして、オペレ
ータ５は力センサ６を備えたマスタマニピュレータ３を
操作して作業対象物モデル装置４に対して作業を模擬す
る。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of a manipulator according to an embodiment of the present invention. A work target 2 is arranged in an environment where the work manipulator 1 for handling a heavy object is actually operated. On the other hand, in the environment of the master manipulator 3 provided with a force detection function for operating the work manipulator 1, a work object model device 4 having dimensions of the master manipulator 3 is arranged. The operator 5 operates the master manipulator 3 provided with the force sensor 6 to simulate the work on the work object model device 4.
【００２０】制御装置７のデータ記憶手段８には、作業
を模擬している間に得られたマスタマニピュレータ側信
号（位置信号Ｐｍ、力信号Ｔｍ）が入力され記憶され
る。これにより、作業用マニピュレータ１を駆動するた
めの教示点列の元データを確保する。この教示点列のデ
ータを用いて、制御装置７の計算手段９では作業用マニ
ピュレータ１の制御信号を生成し、駆動制御手段１０に
より作業用マニピュレータ側信号（位置信号Ｐｓ、トル
ク信号Ｔｓ）を読みながら作業用マニピュレータ１を制
御する。The data storage means 8 of the control device 7 receives and stores the master manipulator side signals (position signal Pm, force signal Tm) obtained while simulating the work. As a result, the original data of the teaching point sequence for driving the work manipulator 1 is secured. Using the data of the teaching point sequence, the calculating means 9 of the control device 7 generates a control signal for the working manipulator 1, and the driving control means 10 reads the working manipulator side signals (position signal Ps, torque signal Ts). While controlling the work manipulator 1.
【００２１】すなわち、計算手段９では、作業対象物２
と作業対象物モデル装置４の相似比と、作業用マニピュ
レータ１とマスタマニピュレータ３との相似比を用い
て、データ記憶手段８に記憶したマスタマニピュレータ
３の位置信号Ｐｍと力信号Ｔｍとから、作業用マニピュ
レータ１の移動経路（位置信号Ｐｓ）とその時の出力さ
れる力（トルクＴｓ）とを計算する。そして、駆動制御
手段１０は、作業用マニピュレータ１のモータトルクを
計測して、位置信号Ｐｓをプレイバックすると共に適切
なモータトルクで作業が進行していることを観測し、作
業用マニピュレータ１の進行経路を制御する。That is, in the calculating means 9, the work object 2
From the position signal Pm and the force signal Tm of the master manipulator 3 stored in the data storage means 8 using the similarity ratio of the work object model device 4 and the similarity ratio of the work manipulator 1 and the master manipulator 3. The movement path (position signal Ps) of the manipulator 1 and the output force (torque Ts) at that time are calculated. Then, the drive control means 10 measures the motor torque of the work manipulator 1, plays back the position signal Ps, observes that the work is progressing with an appropriate motor torque, and advances the work manipulator 1. Control the route.
【００２２】図２は制御装置７のブロック図である。マ
スタマニピュレータ３で作業模擬を行っている間におい
て、マスタマニピュレータ位置信号Ｐｍとマスタマニピ
ュレータ力信号Ｔｍとをデータ記憶手段８に記憶する。
計算手段９では、作業用マニピュレータデータベース１
１、マスタマニピュレータデータベース１２、作業対象
物データベース１３、作業対象物モデル装置データベー
ス１３からのデータ信号を入力し、作業用マニピュレー
タ１の作業を行うための最適な作業用マニピュレータ教
示点列ｒｉを生成する。教示点列ｒｉは、位置信号Ｐ、
トルク信号Ｔなどで構成される。FIG. 2 is a block diagram of the control device 7. While the work is simulated by the master manipulator 3, the master manipulator position signal Pm and the master manipulator force signal Tm are stored in the data storage means 8.
In the calculating means 9, the work manipulator database 1
1. Data signals from the master manipulator database 12, the work object database 13, and the work object model device database 13 are input, and an optimum work manipulator teaching point sequence ri for performing work of the work manipulator 1 is generated. . The teaching point sequence ri is a position signal P,
It is composed of a torque signal T and the like.
【００２３】監視制御手段１０では、作業用マニピュレ
ータ１の現在の位置信号Ｐｓと作業用マニピュレータ教
示点列ｒｉ（Ｐ、Ｔ）の位置信号Ｐとの偏差を加算手段
１５により求め、モータ駆動指令手段１６に入力する。
モータ駆動指令手段１６は加算手段１５で得られた作業
用マニピュレータ１の現在の位置信号Ｐｓと作業用マニ
ピュレータ教示点列ｒｉ（Ｐ、Ｔ）の位置信号Ｐとの差
分に基づき、作業用マニピュレータ１のモータ駆動指令
を生成する。これにより、作業用マニピュレータ１のモ
ータ１７を駆動する。In the monitoring control means 10, a deviation between the current position signal Ps of the work manipulator 1 and the position signal P of the work manipulator teaching point sequence ri (P, T) is obtained by the addition means 15, and the motor drive command means is provided. Enter 16
The motor drive instructing means 16 is based on the difference between the current position signal Ps of the working manipulator 1 obtained by the adding means 15 and the position signal P of the working manipulator teaching point sequence ri (P, T). Is generated. Thus, the motor 17 of the working manipulator 1 is driven.
【００２４】一方、監視制御手段１０のトルク監視手段
１８には作業用マニピュレータ１のトルク信号Ｔｓが入
力される。このトルク信号Ｔｓはモータ１７のトルク信
号である。トルク監視手段１８では、作業用マニピュレ
ータ１のトルク信号Ｔｓの異常判定を行い、トルク信号
Ｔｓが異常である場合は必要に応じモータ駆動指令手段
１６にその異常を通知する。モータ駆動指令手段１６で
は、トルク信号Ｔｓの異常があったときは作業用マニピ
ュレータ１のモータ１７の駆動を停止する。トルク信号
Ｔｓが異常であるか否かの判定は、作業用マニピュレー
タ１のトルク信号Ｔｓが計算手段９で計算されたトルク
信号Ｐの計算値と異なっているか否かで判定される。On the other hand, the torque signal Ts of the working manipulator 1 is input to the torque monitoring means 18 of the monitoring control means 10. This torque signal Ts is a torque signal of the motor 17. The torque monitoring unit 18 determines whether or not the torque signal Ts of the working manipulator 1 is abnormal. If the torque signal Ts is abnormal, the torque monitoring unit 18 notifies the motor drive command unit 16 of the abnormality as necessary. The motor drive command means 16 stops driving the motor 17 of the working manipulator 1 when the torque signal Ts is abnormal. Whether the torque signal Ts is abnormal or not is determined based on whether the torque signal Ts of the working manipulator 1 is different from the calculated value of the torque signal P calculated by the calculating means 9.
【００２５】ここで、作業用マニピュレータ１は実際に
は多軸（モータが複数台）であるが、図２では１軸（モ
ータが１台）で示しており、他の軸に関しては図示を省
略している。また、作業用マニピュレータ１に力センサ
を設置した場合には、精度よくトルク制御を行うことが
できる。Here, the working manipulator 1 is actually multi-axis (a plurality of motors), but is shown in FIG. 2 as one axis (one motor), and the other axes are not shown. are doing. Further, when a force sensor is installed on the work manipulator 1, torque control can be performed with high accuracy.
【００２６】次に、図３は本発明の実施の形態における
作業用マニピュレータ１を駆動するための教示点列ｒｉ
（Ｐ、Ｔ）、および移動経路の説明図である。基準座標
Σ０からの先端位置ベクトルｒｉが図３中の矢印Ｘ方向
に移動していくものとする。すなわち、作業用マニピュ
レータ１が１ａ〜１ｃに移動する作業を行うものとす
る。Next, FIG. 3 shows a teaching point sequence ri for driving the working manipulator 1 according to the embodiment of the present invention.
It is explanatory drawing of (P, T) and a moving route. It is assumed that the tip position vector ri from the reference coordinate Σ0 moves in the direction of arrow X in FIG. That is, it is assumed that the work manipulator 1 performs the work of moving to 1a to 1c.
【００２７】この場合、各時点の先端位置ベクトルｒ
１、ｒ２、ｒ３は、各時点の作業用マニピュレータ１
ａ、１ｂ、１ｃの先端部を通っていく。従って、先端位
置ベクトルｒ１〜ｒ３を教示点列ｒｉ（Ｐ、Ｔ）として
生成し、作業用マニピュレータ１の各軸のモータ１７の
駆動トルクＴ１〜Ｔ３を求めればよいことになる。ま
た、制御を簡単にするには、作業用マニピュレータ１の
位置信号Ｐｓとマスタマニピュレータ３の位置信号Ｐｍ
とを各軸１対１にする構成とすればよい。In this case, the tip position vector r at each time point
1, r2, r3 are the working manipulators 1 at each time point
a, 1b, and 1c. Therefore, it is only necessary to generate the tip position vectors r1 to r3 as the teaching point sequence ri (P, T) and obtain the drive torques T1 to T3 of the motors 17 of the respective axes of the working manipulator 1. To simplify the control, the position signal Ps of the working manipulator 1 and the position signal Pm of the master manipulator 3
May be configured to make each axis one-to-one.
【００２８】図４は、本発明の実施の形態における作業
用マニピュレータ１とマスタマニピュレータ３との相似
比関係の説明図である。図４（ａ）は作業用マニピュレ
ータ１の駆動機構、図４（ｂ）はマスタマニピュレータ
３の駆動機構である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a similarity relationship between the working manipulator 1 and the master manipulator 3 according to the embodiment of the present invention. FIG. 4A shows a drive mechanism of the working manipulator 1, and FIG. 4B shows a drive mechanism of the master manipulator 3.
【００２９】図４（ａ）に示す作業用マニピュレータ１
の基準座標Σｓ０と図４（ｂ）に示すマスタマニピュレ
ータ３の基準座標Σｍ０とは同一点であるとして説明す
る。異なった場合は別のワールド座標から変換ベクトル
を定義する。The work manipulator 1 shown in FIG.
And the reference coordinate Σm0 of the master manipulator 3 shown in FIG. 4B will be described as the same point. If different, a transformation vector is defined from another world coordinate.
【００３０】作業用マニピュレータ１の先端位置ベクト
ルｒｓｅとマスタマニピュレータ３の先端位置ベクトル
ｒｍｅとは、所定の相似比で対応させることができる。
同様に各関節についても、作業用マニピュレータ１の関
節位置ベクトルΘｓ１とマスタマニピュレータ３の関節
位置ベクトルはΘｍ１も対比させることができる。この
相似を基に、マスタマニピュレータ３で収集した教示点
列ｒｉを作業用マニピュレータ１用のデータ列に変換す
る。The tip position vector rse of the working manipulator 1 and the tip position vector rme of the master manipulator 3 can be made to correspond at a predetermined similarity ratio.
Similarly, for each joint, the joint position vector Θs1 of the work manipulator 1 and the joint position vector マ ス タ m1 of the master manipulator 3 can be compared. Based on this similarity, the teaching point sequence ri collected by the master manipulator 3 is converted into a data sequence for the working manipulator 1.
【００３１】このように、先端位置ベクトルｒで表現し
て、マニピュレータの各関節の位置状態を算出する手法
をとるので、マスタスレーブマニピュレータは同構造だ
けでなく、異構造マスタスレーブマニピュレータにも適
用することが可能である。As described above, since the method of calculating the position state of each joint of the manipulator by expressing it by the tip position vector r is employed, the master-slave manipulator is applied not only to the same structure but also to a different-structure master-slave manipulator. It is possible.
【００３２】図５は、本発明の実施の形態における制御
装置７の演算処理内容を示すフローチャートである。ま
ず、マスタマニピュレータ３を操作し作業模擬を行う
（Ｓ１）。この作業模擬の動作中のマスタマニピュレー
タ３の位置信号Ｐｍおよび力信号Ｔｍを記憶手段８に記
憶し、計算手段９は記憶手段８に記憶されたマスタマニ
ピュレータ３の位置信号Ｐｍおよび力信号Ｔｍに基づい
てマスタマニピュレータ３の教示点列ｒｉを計算する
（Ｓ２）。FIG. 5 is a flowchart showing the contents of the arithmetic processing of control device 7 in the embodiment of the present invention. First, a work simulation is performed by operating the master manipulator 3 (S1). The position signal Pm and the force signal Tm of the master manipulator 3 during the operation simulation are stored in the storage means 8, and the calculation means 9 is based on the position signal Pm and the force signal Tm of the master manipulator 3 stored in the storage means 8. Then, the teaching point sequence ri of the master manipulator 3 is calculated (S2).
【００３３】次に、監視制御手段１０は教示点列ｒｉの
各々の教示点を目標値として作業用マニピュレータ１を
制御する（Ｓ３）。この場合、監視制御手段１０のトル
ク監視手段１８はモータトルクデータを観測し、作業用
マニピュレータのトルクデータと差はないか比較する
（Ｓ４）。そして、その差が所定値より大きいときは
（Ｓ５）、モータ駆動を停止する（Ｓ６）。これによ
り、構成機器が破損することを防止する。一方、差がな
いときは表示点は最終目標値であるか否かを判断し（Ｓ
７）、作業用マニピュレータ１が最終目標値になるまで
モータ１７を駆動する。Next, the monitoring control means 10 controls the working manipulator 1 with each teaching point of the teaching point sequence ri as a target value (S3). In this case, the torque monitoring means 18 of the monitoring control means 10 observes the motor torque data and compares it with the torque data of the work manipulator (S4). When the difference is larger than the predetermined value (S5), the motor drive is stopped (S6). This prevents the constituent devices from being damaged. On the other hand, when there is no difference, it is determined whether or not the display point is the final target value (S
7) The motor 17 is driven until the work manipulator 1 reaches the final target value.
【００３４】以上の説明では、作業用マニピュレータ１
の出力されるモータトルクＴｍの変化が、計算手段９で
計算された計算値と異なってきた場合には、駆動制御手
段１０はモータ１７の駆動を停止するようにしたが、そ
の計算値のモータトルクが出る方向に作業用マニピュレ
ータ１を駆動するようにしても良い。すなわち、作業用
マニピュレータ１を駆動して作業を遂行する場合に外乱
による作業対象物２の移動を考慮し、その外乱を取り除
いた状態にして作業を続行させる。In the above description, the working manipulator 1
When the change in the motor torque Tm output from the control unit 10 is different from the calculated value calculated by the calculating unit 9, the drive control unit 10 stops driving the motor 17. The work manipulator 1 may be driven in a direction in which torque is generated. That is, when the work manipulator 1 is driven to perform the work, the movement of the work object 2 due to the disturbance is considered, and the work is continued with the disturbance removed.
【００３５】図６は、外乱により作業対象物２の位置が
変動し作業用マニピュレータに不適切なトルクが発生し
た状態の説明図である。正規の位置にある作業対象物２
ａに対し、何らかの外乱の影響にて作業対象物２が作業
対象物２ｂの位置に位置ずれを起こしたとする。作業用
マニピュレータ１は教示点列に従って移動する。すなわ
ち、作業用マニピュレータ１の先端位置ベクトルｒｓ１
の教示点では、作業対象物２は存在しないはずであるか
ら作業対象物２ａに対して作業することはない。FIG. 6 is an explanatory view showing a state in which the position of the work object 2 fluctuates due to a disturbance and an inappropriate torque is generated in the work manipulator. Work target 2 at the regular position
It is assumed that the work object 2 is displaced from the position of the work object 2b by the influence of some disturbance. The work manipulator 1 moves according to the teaching point sequence. That is, the tip position vector rs1 of the working manipulator 1
At the teaching point (1), since the work object 2 should not exist, no work is performed on the work object 2a.
【００３６】ところが、外乱により位置ずれを起こし、
作業用マニピュレータ１の先端位置ベクトルｒｓ１の教
示点には作業対象物２ｂが存在することになるので、作
業用マニピュレータ１は、教示点より早い時点で作業対
象物２ｂにより外力Ｔｒｆが発生することになる。この
ことから、作業用マニピュレータ１のトルクデータは教
示点データのトルクデータと違ってくる。However, a position shift occurs due to a disturbance,
Since the work object 2b exists at the teaching point of the tip position vector rs1 of the work manipulator 1, the work manipulator 1 generates an external force Trf by the work object 2b earlier than the teaching point. Become. For this reason, the torque data of the work manipulator 1 differs from the torque data of the teaching point data.
【００３７】図７は、作業用マニピュレータに外乱によ
る作業対象物の位置変動が原因で生じたトルクデータの
差についての説明図である。教示され算出したトルクデ
ータＴ０は本来出力されるトルク値であるが、位置制御
で駆動中、作業用マニピュレータ１のトルクＴｓが異な
った場合に、トルク差Ｔｅを少なくする方向に作業用マ
ニピュレータ１を駆動する。この場合に、教示点列の位
置データを修正しうるデータを保存する。作業用マニピ
ュレータ１をトルク制御し、適切な経路を算出する。FIG. 7 is an explanatory diagram of a difference in torque data generated due to a position change of a work object due to a disturbance in a work manipulator. The torque data T0 that is taught and calculated is a torque value that is originally output. However, when the torque Ts of the work manipulator 1 is different during driving by position control, the work manipulator 1 is moved in a direction to reduce the torque difference Te. Drive. In this case, data that can correct the position data of the teaching point sequence is stored. The work manipulator 1 is torque-controlled to calculate an appropriate path.
【００３８】図８は、作業用マニピュレータ１にトルク
変動が生じた場合に、そのトルクを教示点列で示される
トルクに近づくように作業用マニピュレータ１を駆動す
る場合の制御装置７のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of the control device 7 when the work manipulator 1 is driven so that the torque fluctuates in the work manipulator 1 so as to approach the torque indicated by the teaching point sequence. is there.
【００３９】図２に示したものに対し、監視制御手段１
０には速度制御トルク制御選択手段１９が追加して設け
られている。トルク監視手段１８ではトルク差を監視し
トルク差が所定値より大きい場合には、トルク制御選択
信号ｈを速度制御トルク制御選択手段１９に出力し、速
度制御からトルク制御に切り換える。つまり、モータ駆
動指令手段１６は、通常時は位置信号Ｐｓと教示点の位
置信号Ｐとの偏差による速度制御に基づいてモータ駆動
指令信号を演算するが、トルク監視手段１８からのトル
ク制御選択信号ｈがあったときは、作業用マニピュレー
タ１のトルク信号Ｔｓと教示点のトルク信号Ｔとの偏差
によるトルク制御に基づいてモータ駆動指令信号を演算
する。なお、以上の説明では速度制御とトルク制御とを
切り換えるようにしたが、適度な割合にしてモータ駆動
指令信号を演算するようにしても良い。In contrast to the one shown in FIG.
The speed control torque control selecting means 19 is additionally provided at 0. The torque monitoring means 18 monitors the torque difference, and if the torque difference is larger than a predetermined value, outputs a torque control selection signal h to the speed control torque control selection means 19 to switch from speed control to torque control. That is, the motor drive command means 16 normally calculates the motor drive command signal based on the speed control based on the deviation between the position signal Ps and the position signal P of the teaching point. When there is h, the motor drive command signal is calculated based on the torque control based on the deviation between the torque signal Ts of the working manipulator 1 and the torque signal T at the teaching point. In the above description, the speed control and the torque control are switched. However, the motor drive command signal may be calculated at an appropriate ratio.
【００４０】このように、作業用マニピュレータ１のト
ルクデータが教示点のトルクデータと違ったトルクデー
タとなったときは、正常なトルクデータのでる方向に作
業用マニピュレータ１を駆動するように制御するので、
機器の損傷等を防ぐことができる。As described above, when the torque data of the work manipulator 1 is different from the torque data at the teaching point, control is performed so that the work manipulator 1 is driven in the direction in which the normal torque data is obtained. So
Equipment damage can be prevented.
【００４１】以上の説明では、マスタマニピュレータ３
により作業対象物モデル装置４に対して作業模擬を行っ
て作業用マニピュレータ１の移動経路を求めるようにし
ているが、マスタマニピュレータ３の移動の代わりに、
作業対象物モデル装置の移動に基づき計算手段９により
作業用マニピュレータの移動経路を算出するようにして
も良い。In the above description, the master manipulator 3
Simulates the work object model device 4 to obtain the movement path of the work manipulator 1, but instead of the movement of the master manipulator 3,
The movement path of the work manipulator may be calculated by the calculation means 9 based on the movement of the work object model device.
【００４２】図９は、その場合の移動経路の説明図であ
る。図９（ａ）は作業用マニピュレータ１の移動経路の
説明図、図９（ｂ）はマスタマニピュレータ３の移動経
路の説明図である。図９（ａ）において、作業用マニピ
ュレータ１は周回軌道方向の向きの作業用マニピュレー
タ移動経路Ｌｓを移動できる装置であるとする。ワール
ド座標Σｗを基点とすると作業位置Ｒ１の場所に対して
の作業位置ベクトルはｒａ（位置信号Ｐａ）、作業位置
Ｒ２の場所に対しての作業位置ベクトルはｒｂ（位置信
号Ｐｂ）となる。従って作業対象物２ｃ、２ｄをアクセ
スするには、作業用マニピュレータ移動経路Ｌｓを移動
することになるため、作業用マニピュレータ１の位置を
特定することができる。FIG. 9 is an explanatory diagram of the moving route in that case. FIG. 9A is an explanatory diagram of a moving route of the working manipulator 1, and FIG. 9B is an explanatory diagram of a moving route of the master manipulator 3. In FIG. 9A, it is assumed that the work manipulator 1 is a device that can move along the work manipulator movement path Ls in the direction of the orbit. When the world coordinate Σw is used as a base point, the work position vector for the work position R1 is ra (position signal Pa), and the work position vector for the work position R2 is rb (position signal Pb). Therefore, to access the work objects 2c and 2d, the work manipulator movement path Ls is moved, so that the position of the work manipulator 1 can be specified.
【００４３】この場合、マスタマニピュレータ３側を作
業用マニピュレータ１と同じような作業環境にすると、
オペレータも移動しなければならないし、機器の設置も
大変となる。そこで、図９（ｂ）に示すように、作業対
象物モデル装置４を作業対象物モデル装置移動経路Ｌｍ
に置き換えることにより、作業を効率を上げることがで
きる。作業対象物モデル装置４は必要な作業対象物２に
特化して製作すればよく、作業環境をすべてそのままモ
デル化する必要はない。In this case, if the master manipulator 3 side has a working environment similar to that of the working manipulator 1,
The operator also has to move, and the installation of the equipment becomes difficult. Therefore, as shown in FIG. 9B, the work object model device 4 is moved to the work object model device movement path Lm.
By replacing with, work efficiency can be improved. The work object model device 4 may be manufactured specifically for the required work object 2, and it is not necessary to model the entire work environment as it is.
【００４４】このように、作業環境内で作業用マニピュ
レータ１が移動する場合に，マスタマニピュレータ３は
移動させずに，作業対象物モデル装置４を移動させて位
置合わせを行う。つまり、作業対象物２を移動させマス
タマニピュレータ３を固定するので、オペレータが所定
位置にて教示作業を行える。As described above, when the work manipulator 1 moves in the work environment, the work object model device 4 is moved and the position is adjusted without moving the master manipulator 3. That is, since the work object 2 is moved and the master manipulator 3 is fixed, the operator can perform the teaching work at a predetermined position.
【００４５】次に、図１０に示すように、作業用マニピ
ュレータ１およびマスタマニピュレータ３のそれぞれ
に、対応する同一位置を計測するセンサ２０ａ、２０ｂ
を設け、作業用マニピュレータ１のセンサ２０ａで作業
対象物２を捉えたとき、マスタマニピュレータ３のセン
サ２０ｂが同一位置を計測するように、計算手段９によ
り作業用マニピュレータ１の移動経路を修正するように
しても良い。Next, as shown in FIG. 10, sensors 20a and 20b for measuring the same position corresponding to the work manipulator 1 and the master manipulator 3, respectively.
The calculation means 9 corrects the movement path of the work manipulator 1 so that the sensor 20b of the master manipulator 3 measures the same position when the work object 2 is captured by the sensor 20a of the work manipulator 1. You may do it.
【００４６】図１０（ａ）は、作業用マニピュレータ１
側の環境でセンサ２０ａとしてのＴＶカメラを設置し、
作業対象物２を画角θｍで捉えてモニタ２１ａに写した
ものである。画面では作業対象物２が作業対象物画像２
２ａとして捉えられる。同様にマスタマニピュレータ３
にもセンサ２０ｂとしてのＴＶカメラを備え画角θｓに
て作業対象物モデル装置４を捉え、モニタ２１ｂに作業
対象物モデル装置４の画像２２ｂが写る。FIG. 10A shows a work manipulator 1.
A TV camera as the sensor 20a in the side environment,
The work object 2 is captured on the monitor 21a at an angle of view θm. On the screen, the work object 2 is a work object image 2
2a. Similarly, the master manipulator 3
Also, a TV camera as the sensor 20b is provided, the work object model device 4 is captured at an angle of view θs, and an image 22b of the work object model device 4 is captured on a monitor 21b.
【００４７】この場合、オペレータ５はマスタマニピュ
レータ３を操作して作業対象物画像２２ａと同じ様に写
る位置へ移動させればよい。この時のマニピュレータの
位置データを読むことによりずれ量を算出することがで
き、これを補正することで作業を遂行することができ
る。In this case, the operator 5 may operate the master manipulator 3 to move the master manipulator 3 to a position where the work object image 22a appears in the same manner. By reading the position data of the manipulator at this time, the shift amount can be calculated, and the work can be performed by correcting the shift amount.
【００４８】ＴＶカメラを作業用マニピュレータ１とマ
スタマニピュレータ３に設置した場合には、その相似比
はフォーカス、アイリス等を考慮したものを使用する。
位置を計測するセンサ２０は、ＴＶカメラに特定するも
のではない。When the TV camera is installed on the work manipulator 1 and the master manipulator 3, the similarity ratio is determined in consideration of focus, iris and the like.
The sensor 20 that measures the position is not specific to the TV camera.
【００４９】[0049]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、作
業対象物モデル装置を用いて必要に応じてオペレータが
作業を指示することにより、作業対象物に対する作業を
遠隔でスムーズに行うことができる。As described above, according to the present invention, an operator instructs a work as required using a work object model device, whereby work on a work object can be smoothly performed remotely. Can be.
【００５０】すなわち、オペレータによる簡単な作業で
操作の教示を行え、得られた位置信号や力信号を用いて
作業用マニピュレータで作業を行うことができる。ま
た、作業用マニピュレータを駆動して作業を遂行する場
合に外乱があってもその外乱による影響を抑制して作業
を行うことができる。That is, the operation can be taught by a simple operation by the operator, and the operation can be performed by the operation manipulator using the obtained position signal and force signal. Further, even when there is a disturbance when the work manipulator is driven to perform the work, the work can be performed while suppressing the influence of the disturbance.
【００５１】また、作業対象物を移動させ、マスタマニ
ピュレータを固定することによりオペレータが所定位置
にて教示作業を行える。さらに、外乱による位置ずれ
を、オペレータが自ら補正することにより作業用マニピ
ュレータで作業を遂行できる。Further, by moving the work object and fixing the master manipulator, the operator can perform a teaching work at a predetermined position. Further, the operator can perform the work with the work manipulator by correcting the position shift due to the disturbance by himself.
【図１】本発明の実施の形態に係わるマニピュレータの
構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a manipulator according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態における制御装置のブロッ
ク図。FIG. 2 is a block diagram of a control device according to the embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の形態における作業用マニピュレ
ータを駆動するための教示点列ｒｉ（Ｐ、Ｔ）、および
移動経路の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a teaching point sequence ri (P, T) for driving a work manipulator and a movement path according to the embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の形態における作業用マニピュレ
ータとマスタマニピュレータとの相似比関係の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of a similarity ratio relationship between a working manipulator and a master manipulator according to the embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施の形態における制御装置の演算処
理内容を示すフローチャート。FIG. 5 is a flowchart showing the contents of arithmetic processing performed by the control device according to the embodiment of the present invention.
【図６】本発明の実施の形態における作業用マニピュレ
ータに外乱による作業対象物の位置変動が原因で不適切
なトルクが発生した状態の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a state in which an inappropriate torque is generated in the work manipulator according to the embodiment of the present invention due to a position change of a work target due to a disturbance;
【図７】本発明の実施の形態における作業用マニピュレ
ータに外乱による作業対象物の位置変動が原因で生じた
トルクデータの差についての説明図。FIG. 7 is a diagram illustrating a difference in torque data caused by a position change of a work target due to a disturbance in the work manipulator according to the embodiment of the present invention.
【図８】本発明の実施の形態における制御装置の他の一
例のブロック図。FIG. 8 is a block diagram showing another example of the control device according to the embodiment of the present invention.
【図９】本発明の実施の形態における計算手段により、
マスタマニピュレータの移動の代わりに作業対象物モデ
ル装置の移動に基づき作業用マニピュレータの移動経路
を算出する場合の移動経路の説明図。FIG. 9 shows calculation means according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a movement path when a movement path of a work manipulator is calculated based on movement of a work object model device instead of movement of a master manipulator.
【図１０】本発明の実施の形態における作業用マニピュ
レータおよびマスタマニピュレータのそれぞれにセンサ
を設け、作業用マニピュレータの移動経路を修正するよ
うにした場合の説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram in a case where a sensor is provided in each of the working manipulator and the master manipulator according to the embodiment of the present invention, and the movement path of the working manipulator is modified.
１ 作業用マニピュレータ ２ 作業対象物 ３ マスタマニピュレータ ４ 作業対象物モデル装置 ５ オペレータ ６ 力センサ ７ 制御装置 ８ データ記憶手段 ９ 計算手段 １０ 駆動制御手段 １１ 作業用マニピュレータデータベース １２ マスタマニピュレータデータベース １３ 作業対象物データベース １４ 作業対象物モデル装置データベース １５ 加算手段 １６ モータ駆動指令手段 １７ モータ １８ トルク監視手段 １９ 速度制御トルク制御選択手段 ２０ センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Working manipulator 2 Work object 3 Master manipulator 4 Work object model device 5 Operator 6 Force sensor 7 Control device 8 Data storage means 9 Calculation means 10 Drive control means 11 Work manipulator database 12 Master manipulator database 13 Work object database 14 Work object model device database 15 Addition means 16 Motor drive command means 17 Motor 18 Torque monitoring means 19 Speed control torque control selection means 20 Sensor
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11026806AJP2000218576A (en) | 1999-02-04 | 1999-02-04 | manipulator |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11026806AJP2000218576A (en) | 1999-02-04 | 1999-02-04 | manipulator |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000218576Atrue JP2000218576A (en) | 2000-08-08 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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