JP2581192B2 - Master / slave / manipulator controller - Google Patents
Master / slave / manipulator controllerInfo
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- B25J3/04—Manipulators of leader-follower type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements involving servo mechanisms
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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、例えば原子力プラントなどで用いられる
マスタ・スレーブ・マニピュレータ制御装置に関するも
のである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a master-slave manipulator control device used in a nuclear power plant, for example.
［従来の技術］ 第４図は、例えば「ロボット工学入門」（オーム社）
第74頁〜第77頁に記載された従来のマスタ・スレーブ・
マニピュレータ制御装置の構成を１軸について示す構成
図である。図において、（１）はマスタ・マニュピレー
タ、（２）はスレーブ・マニピュレータ、（３）はマス
タ・マニュピレータ（１）の関節を駆動するモータ、
（４）はマスタ・マニュピレータ（１）の関節トルクを
測定するトルク検出器、（５）はマスタ・マニュピレー
タ（１）の関節角度を測定する位置検出器、（６），
（７），（８）はそれぞれ、スレーブ・マニピュレータ
（２）の関節に設けられたモータ，トルク検出器，位置
検出器である。また、（９）はマスタ・マニュピレータ
（１）を制御する第１運動制御器で、ここではトルク調
節器を用いている。（10）はスレーブ・マニピュレータ
（２）を制御する第２運動制御器で、ここでは位置調節
器である。（11）は物体、例えば机である。[Prior Art] FIG. 4 is, for example, “Introduction to Robotics” (Ohm)
Conventional master / slave devices described on pages 74 to 77
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a configuration of a manipulator control device with respect to one axis. In the figure, (1) is a master manipulator, (2) is a slave manipulator, (3) is a motor for driving a joint of the master manipulator (1),
(4) is a torque detector for measuring the joint torque of the master manipulator (1), (5) is a position detector for measuring the joint angle of the master manipulator (1), (6),
(7) and (8) are a motor, a torque detector, and a position detector provided at the joint of the slave manipulator (2), respectively. Further, (9) is a first motion controller for controlling the master manipulator (1), and here, a torque regulator is used. (10) is a second motion controller for controlling the slave manipulator (2), here a position adjuster. (11) is an object, for example, a desk.
次に動作について説明する。人間がマスタ・マニュピ
レータ（１）を手に持って動かすと、その動きが位置検
出器（５）で検出される。この検出値と位置検出器
（８）で検出されたスレーブ・マニピュレータ（２）の
位置とを比較し、その差が減少するように位置調節器
（10）によりスレーブ・マニピュレータ（２）を制御す
る。また、スレーブ・マニピュレータ（２）が机（11）
に接触すると、その時スレーブ・マニピュレータ（２）
に働く反力がトルク検出器（７）により検出される。こ
の検出値とトルク検出器（４）で検出されたマスタ・マ
ニュピレータ（１）が発生している力とを比較し、その
差が減少するようにトルク調節器（９）により、マスタ
・マニュピレータ（１）を制御する。このようにして、
人間がマスタ・マニュピレータ（１）を動かすと、それ
に追従してスレーブ・マニピュレータ（２）が動き、ま
た、スレーブ・マニピュレータ（２）が机（11）に接触
するとその反力がマスタ・マニュピレータ（１）を通じ
て人間に感じられる。Next, the operation will be described. When a human moves the master manipulator (1) in his hand, the movement is detected by the position detector (5). This detected value is compared with the position of the slave manipulator (2) detected by the position detector (8), and the position adjuster (10) controls the slave manipulator (2) so as to reduce the difference. . The slave manipulator (2) is a desk (11)
, Then the slave manipulator (2)
Is detected by the torque detector (7). This detected value is compared with the force generated by the master manipulator (1) detected by the torque detector (4), and the torque adjuster (9) uses the master manipulator (9) so that the difference is reduced. 1) is controlled. In this way,
When a human moves the master manipulator (1), the slave manipulator (2) moves following the movement of the master manipulator (1). ) Is felt by humans.
［発明が解決しようとする課題］ 従来のマスタ・スレーブ・マニピュレータ制御装置は
以上のように構成されており、スレーブ・マニピュレー
タ（２）が物体と接触しているか否かにかかわらず、運
動制御器（９），（10）の制御ゲインは共に固定であっ
た。スレーブ・マニピュレータ（２）が物体に接触して
いる時と非接触である時とでは制御対象の動特性が変化
し、特に接触したときは不安定になり易い。そのため、
常に制御系が不安定にならないように運動制御器
（９），（10）の制御ゲインを小さく抑えておく必要が
あった。ところが制御ゲインを小さく設定すると、マス
タ・マニュピレータ（１）の操作が重くなったり、スレ
ーブ・マニピュレータ（２）の追従性が悪くなるなどの
問題点があった。[Problem to be Solved by the Invention] The conventional master / slave manipulator control device is configured as described above, and the motion controller is provided regardless of whether or not the slave manipulator (2) is in contact with an object. The control gains of (9) and (10) were both fixed. The dynamic characteristic of the controlled object changes between when the slave manipulator (2) is in contact with the object and when it is not in contact with the object. for that reason,
It was necessary to keep the control gain of the motion controllers (9) and (10) small so that the control system did not become unstable at all times. However, when the control gain is set to be small, there are problems that the operation of the master manipulator (1) becomes heavy and that the followability of the slave manipulator (2) deteriorates.
この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたもので、スレーブ・マニピュレータが物体と接触
あるいは非接触である状態のどちらにおいても、制御系
の安定性を保ちながら、軽い操作を実現し、かつスレー
ブ・マニピュレータの追従性を改善できるマスタ・スレ
ーブ・マニピュレータ制御装置を得ることを目的とす
る。The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to perform a light operation while maintaining the stability of a control system in a state in which a slave manipulator is in contact with or not in contact with an object. It is an object of the present invention to provide a master-slave manipulator control device which can be realized and can improve the followability of a slave manipulator.
［課題を解決するための手段］ この発明に係るマスタ・スレーブ・マニピュレータ制
御装置は、マスタ・マニュピレータを制御する第１運動
制御器、スレーブ・マニピュレータを制御する第２運動
制御器、スレーブ・マニピュレータと物体との接触・非
接触を検知する接触検知器を備え、第1,第２運動制御器
のうちの少なくともいずれか一方の運動制御器における
制御ゲインを可変とし、この可変とした運動制御器にお
ける制御ゲインを、スレーブ・マニピュレータが物体に
非接触のときよりも接触のときに小さくなるように変化
させる構成としたことを特徴とするものである。Means for Solving the Problems A master-slave manipulator control device according to the present invention includes a first motion controller for controlling a master manipulator, a second motion controller for controlling a slave manipulator, and a slave manipulator. A contact detector for detecting contact / non-contact with an object; a control gain in at least one of the first and second motion controllers is variable; It is characterized in that the control gain is changed so as to be smaller when the slave manipulator is in contact with the object than when it is not in contact with the object.
［作用］ この発明における運動制御器は、接触・非接触によっ
て制御ゲインを変更できるように構成されており、スレ
ーブ・マニピュレータが物体に接触しているときの制御
ゲインを、非接触な時の制御ゲインよりも小さくなるよ
うに変更する。これにより、物体に接触している時には
安定な制御が実現でき、かつ非接触のときには軽い操作
と速い追従性を実現することができる。[Operation] The motion controller according to the present invention is configured such that the control gain can be changed by contact / non-contact, and the control gain when the slave manipulator is in contact with an object is controlled when the slave manipulator is not in contact with the object. Change to be smaller than the gain. Thus, stable control can be realized when the object is in contact with the object, and light operation and fast following performance can be realized when the object is not in contact.
［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、（１）はマスタ・マニュピレータ、
（２）はスレーブ・マニピュレータ、（３），（４），
（５）はそれぞれマスタ・マニュピレータ（１）の関節
に設けられたモータ，トルク検出器，位置検出器，
（６），（７），（８）はそれぞれスレーブ・マニピュ
レータ（２）の関節に設けられたモータ，トルク検出
器，位置検出器である。（９），（10）は第1,第２運動
制御器で、ここでは例えば第１運動制御器（９）はトル
ク調節器、第２運動制御器（10）は位置調節器である。
（11）は物体で、例えば机、（15）はスレーブ・マニピ
ュレータ（２）のトルク検出器（７）からの出力を入力
し、スレーブ・マニピュレータ（２）が物体（11）と接
触しているか否かを判断する接触検知器である。第２図
は位置調節器（10）の一例として構成されたものの詳細
を示す構成図である。図において、（20）は比例制御
器、（21）は微分補償器、（22）は可変ゲインである。
可変ゲイン（22）の制御ゲインは接触検知器（15）から
の出力により切り換えられる。例えばスレーブ・マニピ
ュレータ（２）が物体（11）に接触していない時は大き
な値の制御ゲインが選択され、接触しているときは小さ
な値の制御ゲインが選択される。第３図はトルク調節器
（９）の一例として構成されたものの詳細を示す構成図
である。図において、（25）は比例制御器、（26）は積
分補償器、（27）は可変ゲインである。可変ゲイン（2
7）の制御ゲインは接触検知器（15）からの出力により
切り換えられる。例えばスレーブ・マニピュレータ
（２）が物体（11）に接触していない時は大きな値の制
御ゲインが選択され、接触しているときは小さな値の制
御ゲインが選択される。Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, (1) is a master manipulator,
(2) is a slave manipulator, (3), (4),
(5) are a motor, a torque detector, a position detector, and a motor provided at the joints of the master manipulator (1), respectively.
(6), (7), and (8) are a motor, a torque detector, and a position detector provided at the joint of the slave manipulator (2), respectively. (9) and (10) are first and second motion controllers. Here, for example, the first motion controller (9) is a torque regulator, and the second motion controller (10) is a position regulator.
(11) is an object, for example, a desk; (15) is input of an output from the torque detector (7) of the slave manipulator (2), and is the slave manipulator (2) in contact with the object (11)? This is a contact detector for determining whether or not the contact is detected. FIG. 2 is a configuration diagram showing details of an example of a position adjuster (10). In the figure, (20) is a proportional controller, (21) is a differential compensator, and (22) is a variable gain.
The control gain of the variable gain (22) is switched by the output from the contact detector (15). For example, when the slave manipulator (2) is not in contact with the object (11), a large control gain is selected, and when it is, a small control gain is selected. FIG. 3 is a configuration diagram showing details of an example of a torque regulator (9). In the figure, (25) is a proportional controller, (26) is an integral compensator, and (27) is a variable gain. Variable gain (2
The control gain of 7) is switched by the output from the contact detector (15). For example, when the slave manipulator (2) is not in contact with the object (11), a large control gain is selected, and when it is, a small control gain is selected.
次に動作について説明する。人間がマスタ・マニュピ
レータ（１）を手に持って動かすと、その動きが位置検
出器（５）で検出される。この検出値と位置検出器
（８）で検出されたスレーブ・マニピュレータ（２）の
位置とを比較し、その差が減少するように位置調節器
（10）によりスレーブ・マニピュレータ（２）を制御す
る。また、スレーブ・マニピュレータ（２）が外部の物
体、例えば机（11）に接触すると、その時スレーブ・マ
ニピュレータ（２）に働く反力がトルク検出器（７）に
より検出される。この検出値とトルク検出器（４）で検
出されたマスタ・マニュピレータ（１）が発生している
力とを比較し、その差が減少するようにトルク調節器
（９）により、マスタ・マニュピレータ（１）を制御す
る。この時、スレーブ・マニピュレータ（２）が机（1
1）に接触しているか否かを接触検知器（15）により検
知する。接触していない時はトルク調節器（９）、位置
調節器（10）ともに大きな制御ゲインが選択される。即
ち、接触していない時はスレーブ・マニピュレータ
（２）のトルク検出器（７）によって検出される反力は
零であるから、トルク調節器（９）には人間がマスタ・
マニュピレータ（１）を操作するために加えた力がフィ
ードバックされ、人間が力を加えた方向にマスタ・マニ
ュピレータ（１）がモータ（３）により駆動される。こ
の時、トルク調節器（９）の可変ゲイン（27）を大きく
設定すると、小さい力でマスタ・マニュピレータ（１）
を操作することができ、操作が軽くなる。また、位置調
節器（10）の可変ゲイン（22）を大きく設定すると、ス
レーブ・マニピュレータ（２）が高速かつ高精度にマス
タ・マニュピレータ（１）の動きに追従することができ
る。Next, the operation will be described. When a human moves the master manipulator (1) in his hand, the movement is detected by the position detector (5). This detected value is compared with the position of the slave manipulator (2) detected by the position detector (8), and the position adjuster (10) controls the slave manipulator (2) so as to reduce the difference. . When the slave manipulator (2) comes into contact with an external object, for example, a desk (11), a reaction force acting on the slave manipulator (2) at that time is detected by a torque detector (7). This detected value is compared with the force generated by the master manipulator (1) detected by the torque detector (4), and the torque adjuster (9) uses the master manipulator (9) so that the difference is reduced. 1) is controlled. At this time, the slave manipulator (2) is
The contact detector (15) detects whether or not it is in contact with 1). When there is no contact, a large control gain is selected for both the torque adjuster (9) and the position adjuster (10). That is, when there is no contact, the reaction force detected by the torque detector (7) of the slave manipulator (2) is zero.
The force applied to operate the manipulator (1) is fed back, and the master manipulator (1) is driven by the motor (3) in the direction in which the force is applied by a human. At this time, if the variable gain (27) of the torque adjuster (9) is set large, the master manipulator (1) can be set with a small force.
Can be operated, and the operation becomes lighter. When the variable gain (22) of the position adjuster (10) is set large, the slave manipulator (2) can follow the movement of the master manipulator (1) at high speed and with high accuracy.
一方、スレーブ・マニピュレータ（２）が机（11）に
接触している時は、トルク調節器（９），位置調節器
（10）ともに小さい制御ゲインが選択され、制御系が安
定に保たれる。On the other hand, when the slave manipulator (2) is in contact with the desk (11), a small control gain is selected for both the torque adjuster (9) and the position adjuster (10), and the control system is kept stable. .
この実施例では接触検知器（15）において、スレーブ
・マニピュレータ（２）のトルク検出器（７）によって
検出された力があらかじめ定めた所定値より大きい場合
にスレーブ・マニピュレータ（２）が机（11）に接触し
ていると判断している。In this embodiment, in the contact detector (15), when the force detected by the torque detector (7) of the slave manipulator (2) is larger than a predetermined value, the slave manipulator (2) is moved to the desk (11). ).
なお、上記実施例では力帰還型と呼ばれる制御方式に
この発明を適用したものを示したが、力逆送型や対称型
などの他の制御方式にも同様に適用することができる。In the above embodiment, the present invention is applied to a control method called a force feedback type, but the present invention can be similarly applied to other control methods such as a force reverse type and a symmetric type.
また、上記実施例では運動制御器の制御ゲインだけを
切り換えたが、運動制御器の構成自体を切り換えるよう
に構成すると、より効果的になる。例えば、第１運動制
御器（９）の場合に、比例制御器（25）のみを動作させ
る場合と、比例制御器（25）と積分補償器（26）を共に
動作させる場合に切り換えたりしてもよい。In the above embodiment, only the control gain of the motion controller is switched. However, if the configuration of the motion controller itself is switched, it becomes more effective. For example, in the case of the first motion controller (9), switching is performed between a case where only the proportional controller (25) is operated and a case where both the proportional controller (25) and the integral compensator (26) are operated. Is also good.
また、上記実施例では第1,第２運動制御器（９），
（10）のいずれも制御ゲインを切り換えるように構成し
たが、どちらか一方でもよい。In the above embodiment, the first and second motion controllers (9),
In any of (10), the control gains are switched, but either one may be used.
また、第1,第２運動制御器（９），（10）の構成は上
記実施例に限るものではない。Further, the configuration of the first and second motion controllers (9) and (10) is not limited to the above embodiment.
［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、マスタ・マニュピ
レータを制御する第１運動制御器、スレーブ・マニピュ
レータを制御する第２運動制御器、スレーブ・マニピュ
レータと物体との接触・非接触を検知する接触検知器を
備え、第1,第２運動制御器のうちの少なくともいずれか
一方の運動制御器における制御ゲインを可変とし、この
可変とした運動制御器における制御ゲインを、スレーブ
・マニピュレータが物体に非接触のときよりも接触のと
きに小さくなるように変化させる構成としたことによ
り、スレーブ・マニピュレータが物体に接触していない
時はマスタ・マニュピレータの操作を軽くでき、かつス
レーブ・マニピュレータの追従性も向上でき、さらに、
スレーブ・マニピュレータが物体に接触した時にも制御
系を安定に保つことができるマスタ・スレーブ・マニピ
ュレータ制御装置が得られる効果がある。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the first motion controller for controlling the master manipulator, the second motion controller for controlling the slave manipulator, and the contact / non-contact between the slave manipulator and the object. A contact detector for detecting contact is provided. The control gain of at least one of the first and second motion controllers is made variable. By changing the manipulator so that it is smaller when it is in contact with the object than when it is not in contact, the operation of the master manipulator can be lightened when the slave manipulator is not in contact with the object, and the slave Followability of the manipulator can be improved.
There is an effect that a master-slave manipulator control device that can stably maintain the control system even when the slave manipulator comes into contact with an object is obtained.
第１図はこの発明の一実施例によるマスタ・スレーブ・
マニピュレータ制御装置を示す構成図、第２図，第３図
はそれぞれこの発明の一実施例に係る第2,第１運動制御
器の詳細を示す構成図、第４図は従来のマスタ・スレー
ブ・マニピュレータ制御装置を示す構成図である。 （１）はマスタ・マニュピレータ、（２）はスレーブ・
マニピュレータ、（９）は第１運動制御器、（10）は第
２運動制御器、（15）は接触検知器。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。FIG. 1 shows a master / slave system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a manipulator control device, FIG. 2 is a block diagram showing details of a first motion controller according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a block diagram showing a manipulator control device. (1) is a master manipulator, (2) is a slave
A manipulator, (9) is a first motion controller, (10) is a second motion controller, and (15) is a contact detector. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
動制御器、スレーブ・マニピュレータを制御する第２運
動制御器、上記スレーブ・マニピュレータと物体との接
触・非接触を検知する接触検知器を備え、第1,第２運動
制御器のうちの少なくともいずれか一方の運動制御器に
おける制御ゲインを可変とし、この可変とした運動制御
器における制御ゲインを、上記スレーブ・マニピュレー
タが上記物体に非接触のときよりも接触のときに小さく
なるように変化させる構成としたことを特徴とするマス
タ・スレーブ・マニピュレータ制御装置。A first motion controller for controlling a master manipulator, a second motion controller for controlling a slave manipulator, and a contact detector for detecting contact / non-contact between the slave manipulator and an object; When the control gain of at least one of the first and second motion controllers is made variable, and the control gain of the variable motion controller is made non-contact with the slave manipulator, A master / slave manipulator control device characterized in that it is configured to be changed so as to be smaller at the time of contact.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63224109A JP2581192B2 (en) | 1988-09-06 | 1988-09-06 | Master / slave / manipulator controller |
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Publications (2)
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|---|---|---|---|---|
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1988
- 1988-09-06 JP JP63224109A patent/JP2581192B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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