JPH0829507B2 - Force sensing type manipulator - Google Patents
Force sensing type manipulatorInfo
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- 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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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。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a force-sensitive manipulator.
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。As a manipulator of this type, the one described below has been widely put into practical use.
(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。(Symmetrical Load Force Sensing Method) A master actuator lever is provided with a torque actuator such as a torque motor, and a drive signal based on a positional deviation between the lever and a slave working machine is applied to the torque actuator. Since the position deviation is proportional to the load force acting on the work machine, the operator can sense the load force through the control lever.
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。This manipulator does not require a special load force detector, and has a simple structure and high reliability. Also, since the position servo system also works on the control lever, even if the control lever is driven in reverse from the work machine side, the position of the control lever and the work machine does not shift, and therefore stable. It is possible to operate.
(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。(Force feedback type load force sensing method) The load force of the working machine is detected by the hydraulic pressure of a hydraulic cylinder for driving the working machine or a strain gauge attached to the working machine,
A torque actuator attached to the steering lever is driven by a drive signal corresponding to this load force. Therefore, in this type of manipulator, the load force is directly fed back to the steering lever and sensed by the operator.
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。In this manipulator, since the load force is transmitted to the control lever side via the force servo system independent of the position servo system, the load force sensing performance is high and the impact force transmissibility is also excellent. In addition, since the force servo system acts so as to make the force acting on the control lever zero during no-load operation,
There is also an advantage that the operating force of the control lever is not affected by the viscous resistance and frictional resistance of the lever.
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。The symmetrical load force sensing type manipulator has a drawback in that the load force is once converted into position deviation and then transmitted to the control lever side, so that the manipulator is inferior in sensitivity to impact force acting on the working machine.
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。Also, in this manipulator, since the viscous resistance and frictional resistance of the control lever directly affect the lever operation force, some kind of compensation is usually required to obtain good load sensing performance, but if the viscous resistance component is completely removed. There is also a problem that the operation of the control lever becomes unstable and the original high stability of the symmetric type is easily impaired.
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。On the other hand, in the manipulator of the force feedback type load force sensing system, since the position servo system is not added to the control lever, there is a drawback that the operation tends to be unstable when the control lever is reversely driven from the working machine side. is there.
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。An object of the present invention is to provide a manipulator of high stability capable of compensating the drawbacks of the manipulators according to the above-mentioned methods and having a high load sensing ability.
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。The present invention provides a force-sensitive manipulator configured to include position deviation detecting means for detecting a position deviation between a master and a slave, and to operate an actuator on the slave side so that the slave follows the master based on the position deviation. A force detecting means for detecting the force acting on the slave, and means for applying a drive signal based on the sum of the outputs of the position deviation detecting means and the force detecting means to the torque actuator on the master side. I am trying.
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。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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。FIG. 1 is a basic configuration diagram showing an embodiment of a force sensing type manipulator according to the present invention.
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。In this figure, the master control lever 1 has a shape similar to that of the slave work implement 2, and its rotation shaft portion has a position sensor 3 such as a potentiometer for detecting the rotation position θ m, and its rotation. A torque actuator 4 (for example, a torque motor, a servomotor, etc.) that exerts a torque on the moving shaft, and a force sensor 5 (for example, a magnetic torque sensor, a torsion torque sensor) that detects a rotational force acting on the rotating shaft are provided. Has been done. The torque actuator 4
Is provided to apply a torque to the lever 1 in a direction opposite to the operating direction thereof.
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。On the other hand, a position sensor 6 such as a potentiometer for detecting the rotation position θ s is provided on the shaft of the work machine 2. Further, the servo valve 7 is provided at the center of the working machine 2.
Piston rod of hydraulic cylinder 8 to which hydraulic pressure is applied via
8a is pivotally attached. A pressure sensor 9 for detecting the differential pressure of the pressure oil flowing between the servo valve 7 and the hydraulic cylinder 8 is provided between the pair of oil passages. The output of the pressure sensor 9 indicates the load force acting on the work machine 2.
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。The outputs of the position sensors 3 and 6 are added to the subtractor 10,
Here, the difference between the two, that is, the positional deviation ε between the lever 1 and the working machine 2
1 = θ m −θ s is detected. The output of the subtractor 10 is applied to the servo valve 7 via the servo amplifier 11 and, after being appropriately weighted by the amplifier 17, added to the adder 16.
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。On the other hand, the outputs of the force sensor 5 and the pressure sensor 9 are applied to the subtractor 14 via the amplifier 12 and the amplifier 13. In the subtractor 14, the difference between the outputs of the amplifier 12 and the amplifier 13, that is, the deviation ε of each force acting on the lever 1 and the working machine 2
2 is detected, and the signal showing the deviation ε 2 is added to the adder 16 after being appropriately weighted by the amplifier 15. The output of the adder 16 is applied to the torque actuator 4 via the drive amplifier 18.
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。In the manipulator according to the above embodiment, the driving force of the position servo system based on the deviation ε 1 and the driving force of the force servo system based on the deviation ε 2 act on the torque actuator provided on the operation lever 1.
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。That is, when the control lever 1 is operated, the position deviation ε
The hydraulic cylinder 8 is driven in the direction of decreasing 1 , so that the working machine 2 is operated in a manner to follow the lever 1. At this time, since the drive signal based on the position deviation ε 1 is applied to the torque actuator 4 via the adder 16, the torque corresponding to the load force acting on the working machine 2 is opposite to the operating direction of the lever 1. Acts in the direction of. This is because when the load force is small, the verticality of the work implement 2 is good, so the deviation ε 1 is small, and when the load force is large, the verticality is decreased and the deviation is large, so the lever 1
A torque corresponding to the magnitude of the load force acts on.
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。On the other hand, in the force servo system, the deviation ε 2 between the output of the pressure sensor 9 and the output of the force sensor 5, which indicates the load force of the work machine 2,
Is applied to the torque actuator 4 via the adder 16.
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。Thus, the torque actuator 4 has a deviation ε 1 ,
A drive signal based on both ε 2 is applied, which allows the operator to sense the load force via the steering lever 1.
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。This embodiment, in which both the position servo system and the force servo system are provided on the control lever 1, combines the advantages of the symmetrical load force sensing type manipulator and the force feedback type load force sensing type manipulator described above. Can compensate for the drawbacks of both methods.
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。That is, since the position servo works on the control lever,
The disadvantage that the control lever 1 is reversely driven from the working machine side is prevented. Further, since the load force is directly transmitted to the control lever 1 side via the force servo system, the load force sensing performance is high. Therefore, for example, when an impact force acts on the working machine 2, this impact force is transmitted to the control lever side. Can be promptly and accurately transmitted.
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。FIG. 2 shows an embodiment of the present invention in which measures are taken to stabilize the operation, and the basic configuration and function are the same as those of the embodiment shown in FIG.
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。In this embodiment, a speed sensor 21 (for example, a tachogenerator) that detects the operating speed m is provided on the shaft of the control lever 1, and the rotation speed of the shaft of the working machine 2 is set.
A speed sensor 22 for detecting s is provided.
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。The outputs of the speed sensors 21 and 22 are applied to the subtractor 23, where the speed deviation ε 3 = m − s is detected. The output of the subtractor 23 is negatively fed back to the output of the adder 16 via the amplifier 24 and the subtractor 25.
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。As a result, according to this embodiment, the steering lever 1 is provided with sufficient damping, whereby the operation on the lever 1 side is stabilized.
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。On the other hand, the output of the subtractor 23 is the amplifier 26 and the adder.
Positive feedback is provided to the servo amplifier 11 via 27. Therefore, in this embodiment, the natural frequency of the working machine 2 can be improved.
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。Further, in this embodiment, the output of the speed sensor 22 is the amplifier 28
And the positive feedback is performed to the servo amplifier 11 via the adder 29. Therefore, it is possible to prevent the inconvenience that the position deviation (so-called droop) depending on the operation speed affects the force transmission signal based on the deviation ε 1 .
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。Further, in this embodiment, the output of the pressure sensor 9 is an amplifier.
It is negatively fed back to the servo amplifier 11 via 30 and the subtractor 31. Therefore, the working machine 2 that normally has a large inertial load
It is possible to provide sufficient damping to stabilize the operation.
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。In the above embodiment, a manipulator having a uniaxial structure is shown for the sake of simplicity, but the present invention is naturally applicable to a manipulator having a multiaxial structure.
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。As is clear from the description of the above embodiment, in the force sensing type manipulator according to the present invention, the drawbacks of the symmetrical type manipulator and the force feedback type manipulator described above are mutually compensated, and the advantages of both types are provided. Since it is utilized, the steering characteristics with high stability and excellent load force sensing performance can be obtained.
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。FIG. 1 is a basic configuration diagram showing an embodiment of a force sensing type manipulator according to the present invention, and FIG. 2 is a basic configuration diagram showing another embodiment of a force sensing type manipulator according to the present invention. 1 ... Steering lever, 2 ... Working machine, 3,6 ... Position sensor, 4 ... Torque actuator, 5 ... Force sensor, 7
…… Servo valve, 8 …… Hydraulic cylinder, 9 …… Pressure sensor, 10,14 …… Subtractor, 11 …… Servo amplifier, 16 …… Adder, 21,22 …… Speed sensor, 23,25,31 ...... Subtractor, 2
7,29 …… Adder.
Claims (1)
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。1. A force sensing type device comprising position deviation detecting means for detecting a position deviation between a master and a slave, wherein the slave operates an actuator on the slave side so that the slave follows the master based on the position deviation. In the manipulator, force detecting means for detecting a force acting on the slave, speed deviation detecting means for detecting a speed deviation between the master and the slave, output of each of the position deviation detecting means and the force detecting means. And a drive signal based on a value obtained by subtracting the output of the speed deviation detection means from the sum, and means for applying the drive signal to the torque actuator on the master side.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61004673A JPH0829507B2 (en) | 1986-01-13 | 1986-01-13 | Force sensing type manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61004673A JPH0829507B2 (en) | 1986-01-13 | 1986-01-13 | Force sensing type manipulator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62162479A JPS62162479A (en) | 1987-07-18 |
JPH0829507B2 true JPH0829507B2 (en) | 1996-03-27 |
Family
ID=11590417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61004673A Expired - Lifetime JPH0829507B2 (en) | 1986-01-13 | 1986-01-13 | Force sensing type manipulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0829507B2 (en) |
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JPH031783U (en) * | 1989-05-30 | 1991-01-09 | ||
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-
1986
- 1986-01-13 JP JP61004673A patent/JPH0829507B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS62162479A (en) | 1987-07-18 |
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Legal Events
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