JPH0829507B2 - 力感知式マニプレ−タ - Google Patents
力感知式マニプレ−タInfo
- Publication number
- JPH0829507B2 JPH0829507B2 JP61004673A JP467386A JPH0829507B2 JP H0829507 B2 JPH0829507 B2 JP H0829507B2 JP 61004673 A JP61004673 A JP 61004673A JP 467386 A JP467386 A JP 467386A JP H0829507 B2 JPH0829507 B2 JP H0829507B2
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- JP
- Japan
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- force
- deviation
- slave
- manipulator
- lever
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、力感知式マニプレータに関する。
この種のマニプレータとして次に述べるような方式の
ものが従来から広く実用されている。
ものが従来から広く実用されている。
（対称型負荷力感知方式） マスタたる操縦レバーにトルクモータ等のトルクアク
チュエータを付設し、該レバーとスレーブたる作業機の
位置偏差に基づく駆動信号を上記トルクアクチュエータ
に加えるようにしている。上記位置偏差は上記作業機に
作用している負荷力に比例するので、オペレータは操縦
レバーを通して上記負荷力を感知することができる。
チュエータを付設し、該レバーとスレーブたる作業機の
位置偏差に基づく駆動信号を上記トルクアクチュエータ
に加えるようにしている。上記位置偏差は上記作業機に
作用している負荷力に比例するので、オペレータは操縦
レバーを通して上記負荷力を感知することができる。
このマニプレータは、特別な負荷力検出器を必要とせ
ず、しかも構造が簡単で信頼性が高い。また操縦レバー
にも位置サーボ系が働くことになるので、作業機側から
操縦レバーが逆駆動される様な場合じも、操縦レバーと
作業機の位置がずれてしまう事がなく、したがって安定
した動作が可能である。
ず、しかも構造が簡単で信頼性が高い。また操縦レバー
にも位置サーボ系が働くことになるので、作業機側から
操縦レバーが逆駆動される様な場合じも、操縦レバーと
作業機の位置がずれてしまう事がなく、したがって安定
した動作が可能である。
（力帰還型負荷力感知方式） 作業機の負荷力を該作業機を駆動する油圧シリンダの
油圧あるいは該作業機に貼着した歪ゲージ等で検出し、
この負荷力に対応する駆動信号で上記操縦レバーに付設
されたトルクアクチュエータを駆動させている。したが
ってこの方式のマニプレータでは、負荷力が直接操縦レ
バーにフィードバックされてオペレータに感知される。
油圧あるいは該作業機に貼着した歪ゲージ等で検出し、
この負荷力に対応する駆動信号で上記操縦レバーに付設
されたトルクアクチュエータを駆動させている。したが
ってこの方式のマニプレータでは、負荷力が直接操縦レ
バーにフィードバックされてオペレータに感知される。
このマニプレータは、負荷力が位置サーボ系から独立
した力サーボ系を介して操縦レバー側に伝達されるの
で、負荷力の感知性能が高く、衝撃力の伝達性にも優れ
ている。また、無負荷操作時には操縦レバーに作用する
力を零にさせるように力サーボ系が作用することから、
操縦レバーの操作力に該レバーの粘性抵抗，摩擦抵抗が
影響を与えないという利点も存する。
した力サーボ系を介して操縦レバー側に伝達されるの
で、負荷力の感知性能が高く、衝撃力の伝達性にも優れ
ている。また、無負荷操作時には操縦レバーに作用する
力を零にさせるように力サーボ系が作用することから、
操縦レバーの操作力に該レバーの粘性抵抗，摩擦抵抗が
影響を与えないという利点も存する。
上記対称型負荷力感知方式のマニプレータは負荷力が
一旦位置偏差に変換されてから操縦レバー側に伝達され
るので、作業機に作用する衝撃力の感知性に劣るという
欠点をもつ。
一旦位置偏差に変換されてから操縦レバー側に伝達され
るので、作業機に作用する衝撃力の感知性に劣るという
欠点をもつ。
またこのマニプレータでは、操縦レバーの粘性抵抗お
よび摩擦抵抗がレバー操作力に直接影響するので、良好
な負荷感知性能を得るためには通常何らかの補償が必要
であるが、粘性抵抗成分を完全に除去すると操縦レバー
の動作が不安定になって対称型本来の高安定性が損なわ
れやすいという問題もある。
よび摩擦抵抗がレバー操作力に直接影響するので、良好
な負荷感知性能を得るためには通常何らかの補償が必要
であるが、粘性抵抗成分を完全に除去すると操縦レバー
の動作が不安定になって対称型本来の高安定性が損なわ
れやすいという問題もある。
一方、上記力帰還型負荷力感知方式のマニプレータ
は、操縦レバーに位置サーボ系が付加されていないの
で、作業機側から操縦レバーが逆駆動される場合に動作
が不安定になり易いという欠点がある。
は、操縦レバーに位置サーボ系が付加されていないの
で、作業機側から操縦レバーが逆駆動される場合に動作
が不安定になり易いという欠点がある。
本発明は、上記した各方式に係るマニプレータの欠点
を補なうことができる安定性の高い、かつ負荷感知能力
の高い力感知式のマニプレータを提供しようとするもの
である。
を補なうことができる安定性の高い、かつ負荷感知能力
の高い力感知式のマニプレータを提供しようとするもの
である。
本発明は、マスタとスレーブの位置偏差を検出する位
置偏差検出手段を備え、上記位置偏差に基づいてスレー
ブがマスタに追従するようにスレーブ側のアクチュエー
タを作動させるように構成された力感知式マニプレータ
において、上記スレーブに作用している力を検出する力
検出手段と、上記位置偏差検出手段と上記力検出手段の
各出力の和に基づく駆動信号を上記マスタ側のトルクア
クチュエータに加える手段とを設けるようにしている。
置偏差検出手段を備え、上記位置偏差に基づいてスレー
ブがマスタに追従するようにスレーブ側のアクチュエー
タを作動させるように構成された力感知式マニプレータ
において、上記スレーブに作用している力を検出する力
検出手段と、上記位置偏差検出手段と上記力検出手段の
各出力の和に基づく駆動信号を上記マスタ側のトルクア
クチュエータに加える手段とを設けるようにしている。
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明に係る力感知式マニプレータの一実施
例を示す基本構成図である。
例を示す基本構成図である。
この同図において、マスタたる操縦レバー１はスレー
ブたる作業機２と相似な形状を有し、その回動軸部には
その回動位置θｍを検出するポテンショメータ等の位置
センサ３と、その回動軸にトルクを作用させるトルクア
クチュエータ４（たとえばトルクモータ、サーボモータ
等）と、上記回動軸に作用する回動力を検出する力セン
サ５（たとえば磁気式トルクセンサ、ねじれトルクセン
サ）が配設されている。なお、トルクアクチュエータ４
はレバー１に対しその操作方向とは逆の方向のトルクを
作用させるために設けられている。
ブたる作業機２と相似な形状を有し、その回動軸部には
その回動位置θｍを検出するポテンショメータ等の位置
センサ３と、その回動軸にトルクを作用させるトルクア
クチュエータ４（たとえばトルクモータ、サーボモータ
等）と、上記回動軸に作用する回動力を検出する力セン
サ５（たとえば磁気式トルクセンサ、ねじれトルクセン
サ）が配設されている。なお、トルクアクチュエータ４
はレバー１に対しその操作方向とは逆の方向のトルクを
作用させるために設けられている。
一方、上記作業機２の軸部には、その回動位置θｓを
検出するポテンショメータ等の位置センサ６が配設され
ている。また、この作業機２の中央部には、サーボ弁７
を介して油圧が作用される油圧シリンダ８のピストン杆
8aが枢着されている。そして、サーボ弁７と油圧シリン
ダ８の間に介在する一対の油路間には、両者に流れる圧
油の差圧を検出する圧力センサ９が配設されている。な
お、上記圧力センサ９の出力は作業機２に作用する負荷
力を示す。
検出するポテンショメータ等の位置センサ６が配設され
ている。また、この作業機２の中央部には、サーボ弁７
を介して油圧が作用される油圧シリンダ８のピストン杆
8aが枢着されている。そして、サーボ弁７と油圧シリン
ダ８の間に介在する一対の油路間には、両者に流れる圧
油の差圧を検出する圧力センサ９が配設されている。な
お、上記圧力センサ９の出力は作業機２に作用する負荷
力を示す。
上記位置センサ3,6の各出力は減算器10に加えられ、
ここで両差の差つまりレバー１と作業機２の位置偏差ε
１＝θｍ−θｓが検出される。そして上記減算器10の出
力は、サーボアンプ11を介してサーボ弁７に加えられる
とともに、アンプ17で適当な重み付けが行われたのち加
算器16に加えられる。
ここで両差の差つまりレバー１と作業機２の位置偏差ε
１＝θｍ−θｓが検出される。そして上記減算器10の出
力は、サーボアンプ11を介してサーボ弁７に加えられる
とともに、アンプ17で適当な重み付けが行われたのち加
算器16に加えられる。
一方、上記力センサ５および圧力センサ９の各出力
は、アンプ12およびアンプ13を介して減算器14に加えら
れる。減算器14では、アンプ12とアンプ13の各出力の差
つまりレバー１と作業機２に作用している各力の偏差ε
２が検出され、この偏差ε２を示す信号はアンプ15で適
当な重み付けが行われたのち前記加算器16に加えられ
る。そして加算器16の出力は、駆動アンプ18を介してト
ルクアクチュエータ４に加えられる。
は、アンプ12およびアンプ13を介して減算器14に加えら
れる。減算器14では、アンプ12とアンプ13の各出力の差
つまりレバー１と作業機２に作用している各力の偏差ε
２が検出され、この偏差ε２を示す信号はアンプ15で適
当な重み付けが行われたのち前記加算器16に加えられ
る。そして加算器16の出力は、駆動アンプ18を介してト
ルクアクチュエータ４に加えられる。
上記実施例に係るマニプレータにおいては、操作レバ
ー１に設けられたトルクアクチュエータに偏差ε１に基
づく位置サーボ系の駆動力と偏差ε２に基づく力サーボ
系の駆動力とが作用する。
ー１に設けられたトルクアクチュエータに偏差ε１に基
づく位置サーボ系の駆動力と偏差ε２に基づく力サーボ
系の駆動力とが作用する。
すなわち、操縦レバー１が操作されると、位置偏差ε
１を減少させる方向に油圧シリンダ８が駆動され、これ
によって作業機２がレバー１に追縦する態様で作動され
る。このとき、上記位置偏差ε１に基づく駆動信号が加
算器16を介してトルクアクチュエータ４に加えられるの
で、作業機２に作用している負荷力に対応したトルクが
レバー１の操作方向とは逆の方向に作用する。なぜな
ら、負荷力が小さい場合には作業機２の追縦性がよいの
で偏差ε１が小さくなり、また負荷力が大きい場合には
上記追縦性が低下して偏差が大きくなるので、レバー１
には負荷力の大きさに対応したトルクが作用する。
１を減少させる方向に油圧シリンダ８が駆動され、これ
によって作業機２がレバー１に追縦する態様で作動され
る。このとき、上記位置偏差ε１に基づく駆動信号が加
算器16を介してトルクアクチュエータ４に加えられるの
で、作業機２に作用している負荷力に対応したトルクが
レバー１の操作方向とは逆の方向に作用する。なぜな
ら、負荷力が小さい場合には作業機２の追縦性がよいの
で偏差ε１が小さくなり、また負荷力が大きい場合には
上記追縦性が低下して偏差が大きくなるので、レバー１
には負荷力の大きさに対応したトルクが作用する。
一方、力サーボ系においては、作業機２の負荷力を示
す圧力センサ９の出力と力センサ５の出力との偏差ε２
に基づく駆動信号が加算器16を介してトルクアクチュエ
ータ４に加えられる。
す圧力センサ９の出力と力センサ５の出力との偏差ε２
に基づく駆動信号が加算器16を介してトルクアクチュエ
ータ４に加えられる。
このように、トルクアクチュエータ４には偏差ε１，
ε２の双方に基づく駆動信号が加えられ、これによって
オペレータは操縦レバー１を介して負荷力を感知するこ
とができる。
ε２の双方に基づく駆動信号が加えられ、これによって
オペレータは操縦レバー１を介して負荷力を感知するこ
とができる。
操縦レバー１に位置サーボ系と力サーボ系の双方が設
けられたこの実施例は、前記した対称型負荷力感知方式
マニプレータの利点と力帰還型負荷力感知方式マニプレ
ータの利点とを合わせもち、それによって両方式の欠点
を補なうことができる。
けられたこの実施例は、前記した対称型負荷力感知方式
マニプレータの利点と力帰還型負荷力感知方式マニプレ
ータの利点とを合わせもち、それによって両方式の欠点
を補なうことができる。
すなわち、操縦レバーに位置サーボが働くことから、
作業機側から操縦レバー１が逆駆動されるという不都合
が防止される。また負荷力が力サーボ系を介して直接操
縦レバー１側に伝達されることから、負荷力の感知性能
が高く、したがってたとえば作業機２に衝撃力が作用し
た場合、この衝撃力を操縦レバー側に速やかにかつ適確
に伝達させることができる。
作業機側から操縦レバー１が逆駆動されるという不都合
が防止される。また負荷力が力サーボ系を介して直接操
縦レバー１側に伝達されることから、負荷力の感知性能
が高く、したがってたとえば作業機２に衝撃力が作用し
た場合、この衝撃力を操縦レバー側に速やかにかつ適確
に伝達させることができる。
第２図は、動作の安定化を図るための処置を施した本
発明の実施例を示し、基本的な構成および機能は第１図
に示した実施例と同様である。
発明の実施例を示し、基本的な構成および機能は第１図
に示した実施例と同様である。
この実施例では、前記操縦レバー１の軸部にその操作
速度ｍを検出する速度センサ21（例えばタコジュネレ
ータ）が配設され、また作業機２の軸部にその回動速度
ｓを検出する速度センサ22が配設されている。
速度ｍを検出する速度センサ21（例えばタコジュネレ
ータ）が配設され、また作業機２の軸部にその回動速度
ｓを検出する速度センサ22が配設されている。
上記各速度センサ21,22の出力は減算器23に加えら
れ、ここで速度偏差ε３＝ｍ−ｓが検出される。そ
して上記減算器23の出力は、アンプ24および減算器25を
介して加算器16の出力に負帰還される。
れ、ここで速度偏差ε３＝ｍ−ｓが検出される。そ
して上記減算器23の出力は、アンプ24および減算器25を
介して加算器16の出力に負帰還される。
この結果、この実施例によれば、操縦レバー１に十分
なダンピングが与えられ、これによって該レバー１側の
動作が安定化される。
なダンピングが与えられ、これによって該レバー１側の
動作が安定化される。
一方、上記減算器23の出力は、アンプ26および加算器
27を介してサーボアンプ11に正帰還される。したがっ
て、この実施例では作業機２の固有振動数の改善を図る
ことができる。
27を介してサーボアンプ11に正帰還される。したがっ
て、この実施例では作業機２の固有振動数の改善を図る
ことができる。
またこの実施例では、速度センサ22の出力がアンプ28
および加算器29を介してサーボアンプ11に正帰還され
る。したがって動作速度に依存した位置偏差（いわゆる
ドループ）が偏差ε１に基づく力伝達信号に影響を与え
るという不都合を防止することができる。
および加算器29を介してサーボアンプ11に正帰還され
る。したがって動作速度に依存した位置偏差（いわゆる
ドループ）が偏差ε１に基づく力伝達信号に影響を与え
るという不都合を防止することができる。
さらに、この実施例では圧力センサ９の出力がアンプ
30および減算器31を介してサーボアンプ11に負帰還され
る。したがって、通常大きな慣性負荷を有する作業機２
に充分なダンピングを与えて、その動作安定化を図るこ
とができる。
30および減算器31を介してサーボアンプ11に負帰還され
る。したがって、通常大きな慣性負荷を有する作業機２
に充分なダンピングを与えて、その動作安定化を図るこ
とができる。
なお、上記実施例では説明を容易にするため一軸構成
のマニプレータを示したが、多軸構成のマニプレータに
対しても本発明は当然適用可能である。
のマニプレータを示したが、多軸構成のマニプレータに
対しても本発明は当然適用可能である。
上記実施例の説明から明らかなように、本発明に係る
力感知式マニプレータにおいては、前述した対称型方式
のマニプレータおよび力帰還型方式のマニプレータの欠
点が互いに補なわれ、しかも両方式の長所が生かされる
ので、安定性が高く、かつ負荷力感知性能の優れた操縦
特性が得られる。
力感知式マニプレータにおいては、前述した対称型方式
のマニプレータおよび力帰還型方式のマニプレータの欠
点が互いに補なわれ、しかも両方式の長所が生かされる
ので、安定性が高く、かつ負荷力感知性能の優れた操縦
特性が得られる。
第１図は本発明に係る力感知式マニプレータの一実施例
を示す基本構成図、第２図は本発明に係る力感知式マニ
プレータの他の実施例を示す基本構成図である。 １……操縦レバー、２……作業機、3,6……位置セン
サ、４……トルクアクチュエータ、５……力センサ、７
……サーボ弁、８……油圧シリンダ、９……圧力セン
サ、10,14……減算器、11……サーボアンプ、16……加
算器、21、22……速度センサ、23,25,31……減算器、2
7,29……加算器。
を示す基本構成図、第２図は本発明に係る力感知式マニ
プレータの他の実施例を示す基本構成図である。 １……操縦レバー、２……作業機、3,6……位置セン
サ、４……トルクアクチュエータ、５……力センサ、７
……サーボ弁、８……油圧シリンダ、９……圧力セン
サ、10,14……減算器、11……サーボアンプ、16……加
算器、21、22……速度センサ、23,25,31……減算器、2
7,29……加算器。
Claims (1)
- 【請求項１】マスタとスレーブの位置偏差を検出する位
置偏差検出手段を備え、上記位置偏差に基づいてスレー
ブがマスタに追従するようにスレーブ側のアクチュエー
タを作動させるように構成された力感知式マニプレータ
において、 上記スレーブに作用している力を検出する力検出手段
と、 上記マスタと上記スレーブの速度偏差を検出する速度偏
差検出手段と、 上記位置偏差検出手段と上記力検出手段の各出力の和か
ら上記速度偏差検出手段の出力を減算した値に基づく駆
動信号を、上記マスタ側のトルクアクチュエータに加え
る手段と を備えたことを特徴とする力感知式マニプレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61004673A JPH0829507B2 (ja) | 1986-01-13 | 1986-01-13 | 力感知式マニプレ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61004673A JPH0829507B2 (ja) | 1986-01-13 | 1986-01-13 | 力感知式マニプレ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62162479A JPS62162479A (ja) | 1987-07-18 |
| JPH0829507B2 true JPH0829507B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=11590417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61004673A Expired - Lifetime JPH0829507B2 (ja) | 1986-01-13 | 1986-01-13 | 力感知式マニプレ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0829507B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3088004B2 (ja) * | 1989-04-28 | 2000-09-18 | 株式会社東芝 | 操作指令装置 |
| JPH031783U (ja) * | 1989-05-30 | 1991-01-09 | ||
| US7398763B2 (en) * | 2005-11-09 | 2008-07-15 | Caterpillar Inc. | Multi-source fuel system for variable pressure injection |
| JP4645678B2 (ja) | 2008-05-08 | 2011-03-09 | ソニー株式会社 | 情報入出力装置及び情報入出力方法、並びにコンピュータ・プログラム |
| CA3066163C (en) * | 2017-05-17 | 2022-03-15 | Jonathan TIPPETT | Control system for and method of operating joints |
| CN114248909B (zh) * | 2021-12-30 | 2023-09-08 | 天津盈科卓控科技有限公司 | 一种飞机操控杆的负载反馈控制方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5810209A (ja) * | 1981-07-11 | 1983-01-20 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | マスタ−スレ−ブマニプレ−タの制御方式 |
-
1986
- 1986-01-13 JP JP61004673A patent/JPH0829507B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62162479A (ja) | 1987-07-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |