JP2895352B2 - 力制御機構 - Google Patents
力制御機構Info
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- JP2895352B2 JP2895352B2 JP16174393A JP16174393A JP2895352B2 JP 2895352 B2 JP2895352 B2 JP 2895352B2 JP 16174393 A JP16174393 A JP 16174393A JP 16174393 A JP16174393 A JP 16174393A JP 2895352 B2 JP2895352 B2 JP 2895352B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、力制御機構に関する
ものである。
ものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来の力制御機構のブロック図、
図４は力制御機構の外観図である。図において、１はモ
ータ、２はモータ１の出力軸の回転角度を検出する角度
検出器（位置検出器）、３はモータ１によって伸縮され
るコイルバネ（バネ）、４はコイルバネ３によって発生
する力を検出する力検出器、５は以上の要素を備えた力
発生機構、６は力検出器４の検出信号をフィードバック
する力制御用フィードバックループ、７は角度検出器２
の検出信号をフィードバックする位置制御用フィードバ
ックループ、８はモータ１に駆動電力を送る電力伝送
路、９はモータ１に力制御用の制御信号を送る力補償
器、１０はモータ１に位置制御用の制御信号を送る位置
補償器、１１は制御装置、ｃはフィードバック制御系に
入力される力指令値、ｎは力検出器４で検出値に混入す
る力検出雑音、ｐは位置検出値、ｆは力検出値である。
図４は力制御機構の外観図である。図において、１はモ
ータ、２はモータ１の出力軸の回転角度を検出する角度
検出器（位置検出器）、３はモータ１によって伸縮され
るコイルバネ（バネ）、４はコイルバネ３によって発生
する力を検出する力検出器、５は以上の要素を備えた力
発生機構、６は力検出器４の検出信号をフィードバック
する力制御用フィードバックループ、７は角度検出器２
の検出信号をフィードバックする位置制御用フィードバ
ックループ、８はモータ１に駆動電力を送る電力伝送
路、９はモータ１に力制御用の制御信号を送る力補償
器、１０はモータ１に位置制御用の制御信号を送る位置
補償器、１１は制御装置、ｃはフィードバック制御系に
入力される力指令値、ｎは力検出器４で検出値に混入す
る力検出雑音、ｐは位置検出値、ｆは力検出値である。
【０００３】次に動作について説明する。図に示された
力制御装置では、モータ１がコイルバネ３を伸縮させ
て、コイルバネ３の先端に力を発生させる。この力は力
検出器４により検出され、力補償器９にフィードバック
されて、力補償器９が力指令値ｃとの偏差を無くすよう
に制御信号をモータ１に送出する。モータ１の出力軸の
回転位置は角度検出器２により検出されている。この位
置検出値ｐは位置補償器１０にフィードバックされて、
入力値との偏差を無くすように制御信号をモータ１に送
出する。
力制御装置では、モータ１がコイルバネ３を伸縮させ
て、コイルバネ３の先端に力を発生させる。この力は力
検出器４により検出され、力補償器９にフィードバック
されて、力補償器９が力指令値ｃとの偏差を無くすよう
に制御信号をモータ１に送出する。モータ１の出力軸の
回転位置は角度検出器２により検出されている。この位
置検出値ｐは位置補償器１０にフィードバックされて、
入力値との偏差を無くすように制御信号をモータ１に送
出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の力制御機構は以
上のように構成されていたので、力検出雑音ｎが力制御
精度を直接悪化させ，高精度を達成することができなか
った。また、力検出値ｆをフィードバックする力制御用
フィードバックループ６の途中に低域通過フィルタを挿
入すれば、力検出雑音ｎを除去し、高精度の力制御を実
現できるが、このとき高周波成分がカットされるので、
制御系のバンド幅を狭く設定せざるを得ず、速応性が悪
化する。いずれにしても、従来の構成では、精度と速応
性を両立させることができないという問題点があった。
上のように構成されていたので、力検出雑音ｎが力制御
精度を直接悪化させ，高精度を達成することができなか
った。また、力検出値ｆをフィードバックする力制御用
フィードバックループ６の途中に低域通過フィルタを挿
入すれば、力検出雑音ｎを除去し、高精度の力制御を実
現できるが、このとき高周波成分がカットされるので、
制御系のバンド幅を狭く設定せざるを得ず、速応性が悪
化する。いずれにしても、従来の構成では、精度と速応
性を両立させることができないという問題点があった。
【０００５】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、精度と速応性を両立させること
のできる力制御機構を得ることを目的とする。
ためになされたもので、精度と速応性を両立させること
のできる力制御機構を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る力
制御機構は、力制御用フィードバックループの途中に高
周波成分をカットする低域通過フィルタを挿入すると共
に、位置検出器の検出信号を力信号に換算する位置‐力
換算器と、該位置‐力換算器からの力信号の高周波成分
のみを通過させる高域通過フィルタとを新たに設け、低
域通過フィルタを通過した信号と高域通過フィルタを通
過した信号を加算器で加算して力補償器に入力させるよ
うにしたものである。
制御機構は、力制御用フィードバックループの途中に高
周波成分をカットする低域通過フィルタを挿入すると共
に、位置検出器の検出信号を力信号に換算する位置‐力
換算器と、該位置‐力換算器からの力信号の高周波成分
のみを通過させる高域通過フィルタとを新たに設け、低
域通過フィルタを通過した信号と高域通過フィルタを通
過した信号を加算器で加算して力補償器に入力させるよ
うにしたものである。
【０００７】請求項２の発明に係る力制御機構は、位置
制御用フィードバックループの代わりに速度制御用フィ
ードバックループを設けたものである。
制御用フィードバックループの代わりに速度制御用フィ
ードバックループを設けたものである。
【０００８】
【０００９】
【作用】請求項１の発明における力制御機構は、低域通
過フィルタで力信号のうちの高周波成分をカットする。
したがって、低域通過フィルタを通過した信号は高周波
成分が不足した信号となる。一方、位置‐力換算器は、
フックの法則 （力）＝（バネ定数）×（角度または位置） により、位置検出値を力に換算する。換算された力信号
は、高域通過フィルタに通されることで、前述の不足分
に相当する信号となる。この信号は加算器で低域通過フ
ィルタ通過後の信号と加算され、ほぼ全域をカバーした
信号となって、力補償器にフィードバックされる。よっ
て、高域成分が補われたことにより、速応性が確保され
る。また、力検出雑音は、低域通過フィルタによって除
去されるので、高精度の力制御が達成できる。なお、位
置制御に関しては、位置制御用フィードバックループに
より従来通り行われる。
過フィルタで力信号のうちの高周波成分をカットする。
したがって、低域通過フィルタを通過した信号は高周波
成分が不足した信号となる。一方、位置‐力換算器は、
フックの法則 （力）＝（バネ定数）×（角度または位置） により、位置検出値を力に換算する。換算された力信号
は、高域通過フィルタに通されることで、前述の不足分
に相当する信号となる。この信号は加算器で低域通過フ
ィルタ通過後の信号と加算され、ほぼ全域をカバーした
信号となって、力補償器にフィードバックされる。よっ
て、高域成分が補われたことにより、速応性が確保され
る。また、力検出雑音は、低域通過フィルタによって除
去されるので、高精度の力制御が達成できる。なお、位
置制御に関しては、位置制御用フィードバックループに
より従来通り行われる。
【００１０】請求項２の発明における力制御機構は、位
置制御用フィードバックループの代わりに速度制御用フ
ィードバックループを設けたので、速度制御が精度良く
行われる。
置制御用フィードバックループの代わりに速度制御用フ
ィードバックループを設けたので、速度制御が精度良く
行われる。
【００１１】
【００１２】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は請求項１の発明の一実施例による力制御機
構のブロック図であり、図において、１〜１１で示すも
のは、図３の従来例と同じ要素である。力制御用フィー
ドバックループ６の途中には、高周波成分（力検出雑音
ｎ）を除去する低域通過フィルタ１２が設けられてい
る。１３は角度検出器（位置検出器）２からの位置検出
値Ｐをフックの法則に従って力信号に換算する位置‐力
換算器、１４は位置‐力換算器１３の信号のうち高周波
成分のみを通過させる高域通過フィルタである。
する。図１は請求項１の発明の一実施例による力制御機
構のブロック図であり、図において、１〜１１で示すも
のは、図３の従来例と同じ要素である。力制御用フィー
ドバックループ６の途中には、高周波成分（力検出雑音
ｎ）を除去する低域通過フィルタ１２が設けられてい
る。１３は角度検出器（位置検出器）２からの位置検出
値Ｐをフックの法則に従って力信号に換算する位置‐力
換算器、１４は位置‐力換算器１３の信号のうち高周波
成分のみを通過させる高域通過フィルタである。
【００１３】次に動作について説明する。図１に示され
た力制御機構では、低域通過フィルタ１２及び高域通過
フィルタ１４を通って全帯域にわたって精度の良い力検
出値を取得できるため、高精度の力制御を達成すること
ができ、同時に速応性を確保することができる。
た力制御機構では、低域通過フィルタ１２及び高域通過
フィルタ１４を通って全帯域にわたって精度の良い力検
出値を取得できるため、高精度の力制御を達成すること
ができ、同時に速応性を確保することができる。
【００１４】実施例２． 図２は請求項２の発明の一実施例による力制御機構のブ
ロック図であり、図において、１５は角度検出器２の信
号を微分してモータ１の出力軸の回転速度信号を得る微
分器（速度検出器）、１７はモータ１に速度制御用の制
御信号を送る速度補償器である。この信号は速度制御用
フィードバックループ７ａにより速度補償器１７に入力
されている。この機構では、制御系を力指令値ｃに対し
てＩ型にする場合でも、力補償は比例動作だけでよく、
積分動作すなわち内部メモリを必要とされる動作が不要
という利点がある。
ロック図であり、図において、１５は角度検出器２の信
号を微分してモータ１の出力軸の回転速度信号を得る微
分器（速度検出器）、１７はモータ１に速度制御用の制
御信号を送る速度補償器である。この信号は速度制御用
フィードバックループ７ａにより速度補償器１７に入力
されている。この機構では、制御系を力指令値ｃに対し
てＩ型にする場合でも、力補償は比例動作だけでよく、
積分動作すなわち内部メモリを必要とされる動作が不要
という利点がある。
【００１５】実施例３． この実施例３の力制御機構は、実施例１または実施例２
の機構における角度検出器２として、検出遅延が無視で
きるほど小さい（検出時間が１ｍｓ程度）ものを採用し
たものである。このような角度検出器として、例えばア
ブソリュートエンコーダやインクリメンタルエンコーダ
などがある。この機構では、ステップ応答などにおい
て、はじめの立上がり成分が遅延が無視できるほど小さ
い位置検出値Ｐによってフィードバック制御されるた
め、力検出値ｆに検出遅延があってもあまり寄与しな
い。このため、ステップ応答などの過渡応答特性でオー
バーシュートが無くなるなどの利点、力検出器４の検出
遅延特性が性能に悪影響を及ぼさないという利点、角度
検出器２の検出遅延性能によって力制御機構の過渡応答
特性が設計できるという利点がある。
の機構における角度検出器２として、検出遅延が無視で
きるほど小さい（検出時間が１ｍｓ程度）ものを採用し
たものである。このような角度検出器として、例えばア
ブソリュートエンコーダやインクリメンタルエンコーダ
などがある。この機構では、ステップ応答などにおい
て、はじめの立上がり成分が遅延が無視できるほど小さ
い位置検出値Ｐによってフィードバック制御されるた
め、力検出値ｆに検出遅延があってもあまり寄与しな
い。このため、ステップ応答などの過渡応答特性でオー
バーシュートが無くなるなどの利点、力検出器４の検出
遅延特性が性能に悪影響を及ぼさないという利点、角度
検出器２の検出遅延性能によって力制御機構の過渡応答
特性が設計できるという利点がある。
【００１６】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、低周波数成分を力検出器で、高周波数成分を位置検
出器で得るように構成したので、高精度と速応性を両立
した力制御機構を得ることができるという効果がある。
ば、低周波数成分を力検出器で、高周波数成分を位置検
出器で得るように構成したので、高精度と速応性を両立
した力制御機構を得ることができるという効果がある。
【００１７】請求項２の発明によれば、位置制御用フィ
ードバックループの代わりに速度制御用フィードバック
ループを設けるように構成したので、速度制御を精度良
く行うことができるという効果がある。
ードバックループの代わりに速度制御用フィードバック
ループを設けるように構成したので、速度制御を精度良
く行うことができるという効果がある。
【００１８】
【図１】この発明の実施例１による力制御機構のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】この発明の実施例２による力制御機構のブロッ
ク図である。
ク図である。
【図３】従来の力制御機構のブロック図である。
【図４】従来の力制御機構の外観図である。
１ モータ ２ 角度検出器（位置検出器） ３ コイルバネ（バネ） ４ 力検出器 ５ 力発生機構 ６ 力制御用フィードバックループ ７ 位置制御用フィードバックループ ７ａ 速度制御用フィードバックループ ９ 力補償器 １０ 位置補償器 １２ 低域通過フィルタ １３ 位置‐力換算器 １４ 高域通過フィルタ １５ 微分器（速度検出器） １６ 加算器１７ 速度補償器
Claims (2)
- 【請求項１】 モータによりバネを伸縮させて力を発生
する力発生機構と、前記モータの出力軸の回転位置を検
出する位置検出器と、前記力発生機構の前記バネ先端に
発生した力を検出する力検出器と、該力検出器の検出信
号を前記モータに制御信号を送る力補償器にフィードバ
ックする力制御用フィードバックループと、前記位置検
出器の検出信号を前記モータに制御信号を送る位置補償
器にフィードバックする位置制御用フィードバックルー
プと、前記力制御用フィードバックループの途中に挿入
された高周波成分除去用の低域通過フィルタと、前記位
置検出器の検出信号を力信号に換算する位置−力換算器
と、該位置−力換算器からの力信号の高周波成分のみを
通過させる高域通過フィルタと、前記低域通過フィルタ
を通過した信号と前記高域通過フィルタを通過した信号
を加算して前記力補償器に送る加算器を備えた力制御機
構。 - 【請求項２】 モータによりバネを伸縮させて力を発生
する力発生機構と、前記モータの出力軸の回転位置を検
出する位置検出器と、前記力発生機構の前記バネ先端に
発生した力を検出する力検出器と、前記モータの出力軸
の回転速度を検出する速度検出器と、前記力検出器の検
出信号を前記モータに制御信号を送る力補償器にフィー
ドバックする力制御用フィードバックループと、前記速
度検出器の検出信号を前記モータに制御信号を送る速度
補償器にフィードバックする速度制御用フィードバック
ループと、前記力制御用フィードバックループの途中に
挿入された高周波成分除去用の低域通過フィルタと、前
記位置検出器の検出信号を力信号に換算する位置−力換
算器と、該位置−力換算器からの力信号の高周波成分の
みを通過させる高域通過フィルタと、前記低域通過フィ
ルタを通過した信号と前記高域通過フィルタを通過した
信号を加算して前記力補償器に送る加算器を備えた力制
御機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16174393A JP2895352B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 力制御機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16174393A JP2895352B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 力制御機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0720943A JPH0720943A (ja) | 1995-01-24 |
| JP2895352B2 true JP2895352B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=15741046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16174393A Expired - Fee Related JP2895352B2 (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | 力制御機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2895352B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4101605A4 (en) * | 2020-02-21 | 2024-03-13 | Canon Kabushiki Kaisha | CONTROL SYSTEM FOR CONTINUUM ROBOTS AND CONTROL METHOD THEREOF AND CONTINUUM ROBOTS |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4577107B2 (ja) * | 2005-06-17 | 2010-11-10 | 三菱電機株式会社 | 機械位置制御装置 |
-
1993
- 1993-06-30 JP JP16174393A patent/JP2895352B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4101605A4 (en) * | 2020-02-21 | 2024-03-13 | Canon Kabushiki Kaisha | CONTROL SYSTEM FOR CONTINUUM ROBOTS AND CONTROL METHOD THEREOF AND CONTINUUM ROBOTS |
| US12233551B2 (en) | 2020-02-21 | 2025-02-25 | Canon Kabushiki Kaisha | System and method for controlling continuum robot, and continuum robot |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0720943A (ja) | 1995-01-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |