Master-slave corresponding operation control device for robot hand
专利汇可以提供Master-slave corresponding operation control device for robot hand专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PURPOSE:To carry out tracer control operation utilized a mapping information by providing a positioning device in which each joint shaft drive mechanism for a robot hand is driven so as to follow each joint angle of the robot hand while regarding the output of a mapping calculation device as a target value. CONSTITUTION:Respective finger joint DIP, PIP, MP angles of an operator picked up by a data glove 1 are transmitted from a data glove controller 12 to CPU 17 in a mapping calculation device PC through an interface 16. The finger joint DIP, PIP, MP angles of a slave hand B is taken in from a potentiometer 20 to CPU 17 in the mapping calculation device PC through an A/D converter 15. An order torque input to respective joint shafts 10, 11 of the slave hand B is transmitted to a harmonic drive servo-motor 9 through a D/A converter 18.，下面是Master-slave corresponding operation control device for robot hand专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ロボットハンドとオペレータのそれぞれのスレーブハンドとマスタハンドとの倣い対応動作制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、多関節、多自由度システムであるロボット多指ハンドに対して指先位置（及び方向）を教示するためには、目標とする指先位置（及び方向）情報から逆キネマティクスを用いて各関節角を計算していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかして、逆キネマティクスを用いた各関節角の計算は一般に複雑であり、指先位置（及び方向）を状況に合わせて試行錯誤的に決める場合には繁雑な繰り返し作業が必要であるという課題があった。 こゝにおいて、本発明は、前記課題を解決するのに有効適切なロボットハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発明が次に列挙する新規な特徴的構成手段を採用することにより達成される。 即ち、本発明の第１の特徴は、ロボットハンドとオペレータそれぞれの各指関節の曲げ角を検出する手段と、オペレータの各指関節角を入力とする写像演算装置と、前記写像演算装置の出力を目標値として前記ロボットハンドの各関節軸駆動機構を駆動させて前記ロボットハンドの各関節角を追従させる位置決め装置とからなるロボットハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置である。
【０００５】本発明の第２の特徴は、ロボットハンドとオペレータそれぞれの各指関節の曲げ角を検出する手段、ロボットハンドとオペレータそれぞれの各指関節の曲げ角から少なくとも指先の位置を算出する計算装置、
オペレータの指先の位置（及び方向）を入力とする写像演算装置、前記写像演算装置の出力を目標値として前記ロボットハンドの各関節軸駆動機構を駆動させて、前記ロボットハンドの少なくとも指先の位置を追従させる位置決め装置とからなるロボットハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置である。
【０００６】
【作用】本発明は、前記のような手段を講じたので、オペレータの各指関節の曲げ角を検出手段により写像撮影し、その写像情報を写像演算装置に掛けて射影幾何解析し、算出したその数値データを基にロボットハンドの各関節角に対応追従させる位置決め装置に入力してロボットハンドの各関節軸駆動機構を駆動操作させる所謂写像を利用したパターン認識の倣い制御動作を実現する。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面により説明する。 図１は本実施例におけるスレーブハンドの３
自由度、ベルト駆動方式による各関節軸駆動機構の構成図、図２は同・マスタハンドのデータグローブを示す斜面図、図３は同・システムの動作手順説明図、図４は指関節の名称を定義したものである。
【０００８】図中、αは本実施例のロボットハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置、Ａはマスタハンド、
Ｂはスレーブハンド、ＰＣは写像演算装置、１はグローブ、２は光ファイバ、３は３スペースセンサ、４は指先節指部、５は中間節指部、６は付根節指部、ＤＩＰは第１関節、ＰＩＰは第２関節、ＭＰは第３関節、７は第１
関節用タイミングベルト、８は第２関節用タイミングベルト、９はハーモニックドライブサーボモータ（Ｈａｒ
ｍｏｎｉｃ Ｄｒｉｖｅ ＤＣ ＳｅｒｖｏＭｏｔｏ
ｒ）、１０は第１関節軸、１１は第２関節軸である。
【０００９】Ｃは検出手段で計算機能を有するコントローラ１２とＩ／Ｏボード１３とフォトセンサ１４と発光ダイオードＬＥＤから構成され、写像演算装置ＰＣはＡ
／Ｄコンバータ１５とインターフェース１６と中央演算装置（ＣＰＵ）１７とＤ／Ａコンバータ１８で構成され、Ｄは位置決め装置で各関節軸駆動機構１９を駆動するハーモニックドライブサーボモータ９と計算装置たる位置・方向を出力するポテンショメータ２０とから構成される。 なお、２１は各関節軸駆動機構１９のスラスト旋回軸である。
【００１０】本実施例の仕様は、このような具体的実施態様であるため次にその動作手順を説明する。 図１に示すよう、各指関節ＤＩＰ，ＰＩＰはタイミングベルト７，８を介してハーモニックドライブサーボモータ９により駆動される。 マスタ入力には図２に示されているデータグローブ１を用いて、オペレータの各指関節ＤＩ
Ｐ，ＰＩＰ，ＭＰの曲げ角をデータグローブ１に取り付けられた光ファイバ２を通過する光の量から３スペースセンサ３を通して測定できる。
【００１１】図３はマスタ・スレーブハンドシステムの概要を示す。 データグローブ１により採取されたオペレータの各指関節ＤＩＰ，ＰＩＰ，ＭＰ角度がデータグローブコントローラ１２からインターフェース１６を介して写像演算装置ＰＣの中央演算装置１７へ転送される。
スレーブハンドＢの指関節ＤＩＰ，ＰＩＰ，ＭＰ角度はポテンショメータ２０からＡ／Ｄコンバータ１５を通して写像演算装置ＰＣの中央演算装置１７に取り込まれる。 また、スレーブハンドＢの各関節軸１０，１１への指令トルク入力はＤ／Ａコンバータ１８を通してハーモニックドライブサーボモータ９に伝えられる。
【００１２】本実施例では図４に示すようにオペレータの各指について第３関節ＭＰと第２関節ＰＩＰの曲げ角を測定し、合計１０個の角度データを６０Ｈｚのサンプリングレートで写像演算装置ＰＣに転送できる。 親指から数えてｉ番目の指の第３関節ＭＰ，第２関節ＰＩＰの曲げ角をそれぞれθｍｉ１，θｍｉ２（ｉ＝１〜５）、
これらを要素として持つ関節角ベクトルをΘｍｉとする。 また、スレーブハンドＢのｉ番目の指のｊ番目の関節角をθｓｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜３）とし、３つの関節角を要素にもつ関節角ベクトルをΘｓｉとおく。
【００１３】基本的にマスタハンドＡとスレーブハンドＢは異構造であるため、本実施例のようにユニラテラルのマスタ・スレーブシステムでマスタハンドＡ側の位置（角度）指令をスレーブハンドＢ側に与える場合、両者の間に種々の写像法が考えられる。 最も単純な写像演算の一つとして親指、人差し指、中指の関節角ベクトルΘ
ｍｉをスレーブハンドＢ側の３本の指の関節角ベクトルΘｓｉと対応させられると考えられる。 この場合、位置決め装置Ｄは次のような制御アルゴリズムに基づいて構成すればよい。
【００１４】τｓｉｊ＝ｋｐ（θｍｉｊ−θｓｉｊ）
（ｉ＝１〜３，ｊ＝１〜２） ただし、ｋｐは適当なフィードバックゲイン、τｓｉｊ
はスレーブハンドＢのｉ番目の指のｊ番目の関節軸１
０，１１への入力トルクを表す。 また、マスタハンドＡ
側に設定された作業座標系における親指、人差し指、中指の指先の位置ベクトルＸｍｉをスレーブハンドＢ側に設定された作業座表標系におけるスレーブハンドＢの３
本の指先の位置ベクトルＸｓｉに一致させるためには次のような制御則に基づく位置決め装置Ｄを構成すればよい。
【００１５】
【式１】
ただし、Ｍｓ，ｈｓはスレーブフィンガーの慣性行列、
コリオリ力・重力項等を表しており、Ｊｓｉはヤコビ行列を示している。 Ｋｖ，Ｋｐはそれぞれ速度、位置に関するフィードバックゲイン行列である。
【００１６】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によればロボット多指ハンドの動作教示を逆キネマティクスによる繁雑な繰り返し作業を行うことなく写像情報を利用した倣い制御動作を実行できる利点を有する。
【図１】本発明の実施例で使用するスレーブハンドの各関節軸駆動機構の一構成例を示す正面図である。
【図２】同上マスタハンドの一例を示す斜面図である。
【図３】本発明の実施例を示す動作手順説明図である。
【図４】同上で使用するマスタハンドの指関節名称とその曲げ角度を定義する説明図である。
α…ロボットハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置 Ａ…マスタハンド Ｂ…スレーブハンド Ｃ…検出手段 Ｄ…位置決め装置 ＰＣ…写像演算装置 ＬＥＤ…発光ダイオード ＤＩＰ…第１関節 ＰＩＰ…第２関節 ＭＰ…第３関節 １…データグローブ ２…光ファイバ ３…３スペースセンサ ４…指先節指部 ５…中間節指部 ６…付根節指部 ７…第１関節用タイミングベルト ８…第２関節用タイミングベルト ９…ハーモニックドライブサーボモータ １０…第１関節軸 １１…第２関節軸 １３…Ｉ／Ｏボード １４…フォトセンサ １５…Ａ／Ｄコンバータ １６…インターフェース １７…中央演算装置 １８…Ｄ／Ａコンバータ １９…各関節軸駆動機構 ２０…ポテンショメータ ２１…スラスト旋回軸
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