JPH0155486B2 - - Google Patents
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- JPH0155486B2 JPH0155486B2 JP57187408A JP18740882A JPH0155486B2 JP H0155486 B2 JPH0155486 B2 JP H0155486B2 JP 57187408 A JP57187408 A JP 57187408A JP 18740882 A JP18740882 A JP 18740882A JP H0155486 B2 JPH0155486 B2 JP H0155486B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- force
- external force
- proportional
- acceleration
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- Expired
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
- B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
- B23Q15/12—Adaptive control, i.e. adjusting itself to have a performance which is optimum according to a preassigned criterion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は回転動もしくは直線動する物体を、小
さな操作力で作動させることができる装置に関
し、さらに詳しくは人間が手を添える程度で重量
物等の物体を操作することができる物体操作装置
に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a device that can operate a rotating or linearly moving object with a small operating force, and more specifically, it relates to a device that can operate a rotating or linearly moving object with a small operating force. The present invention relates to an object manipulation device that can manipulate objects such as objects.
人間の力では操作できない重量物の移動は、通
常、クレーン等による運搬または機械力によつて
行われている。一方、工作機械、医療機械等には
人力で操作しなければならない回転物体および直
線動物体が組込まれている。これらの物体の操作
には多大な人力を必要とするものがある。この操
作に大きな人力を使うことは、この機械を取扱う
操作者にとつては、非常に大きな労力消費となつ
ていると共に、精神的な疲労を伴なうものであ
る。
2. Description of the Related Art The movement of heavy objects that cannot be operated by human power is usually carried out using a crane or the like or by mechanical power. On the other hand, machine tools, medical machines, and the like incorporate rotating objects and linear moving objects that must be manually operated. Some of these objects require a great deal of human power to operate. The use of a large amount of human power for this operation consumes a large amount of labor and is accompanied by mental fatigue for the operator who handles this machine.
ところで、従来、物体を移動する際にその物体
に加えられる負荷を検出器により検出し、この検
出出力に見合つた力をアクチユエータによつてそ
の物体に加え、その物体の移動を小さな力で行な
わせる技術が知られている。このような技術は、
例えば特開昭52−61881号公報に開示されている。
このような技術を利用すれば、小さな力で物体を
移動させることができるので、上述した如き問題
はなくなる。 By the way, conventionally, a detector detects the load applied to an object when it is moved, and an actuator applies a force commensurate with this detected output to the object, causing the object to move with a small force. The technology is known. Such technology is
For example, it is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-61881.
If such a technique is used, objects can be moved with a small force, so the above-mentioned problems will disappear.
さて、実際に物体を移動する場合を考えると、
ゆつくりと移動させたり、ほぼ一定の速度で移動
させるばかりでなく、急激に移動させたり、速度
を大きく可変として移動させることも必要となつ
てくる。このような場合、従来の技術では、十分
な追従が難しく、急激に動かす際にあるいは速度
を大きく可変しようとする際に大きな力を必要と
する。
Now, if we consider actually moving an object,
It becomes necessary not only to move slowly or at a nearly constant speed, but also to move rapidly or with a greatly variable speed. In such a case, with the conventional technology, it is difficult to sufficiently follow the object, and a large force is required when moving rapidly or when attempting to greatly vary the speed.
本発明は、このような課題を解決するためにな
されたもので、物体をどのように動かそうとして
もその動きの際に大きな力を不要とすることので
きる物体操作装置を提供することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an object manipulation device that does not require a large force when moving an object, no matter how it is moved. .
本発明は、物体に加えられる外力と該物体に加
えられるアクチユエータの発生する駆動力を利用
して、該物体を移動させる物体操作装置におい
て、前記物体の操作部に取付けられ前記外力を検
出する外力検出手段と、前記物体の移動速度また
は加速度を検出する移動状態検出手段と、該外力
検出手段の検出信号を入力し、該外力に比例した
信号を発生する第１の信号発生手段と、該移動状
態検出手段の検出信号を入力し、前記物体の加速
度に比例した信号を発生する第２の信号発生手段
と、該第１および第２の信号発生手段からの信号
を正帰還して加算し、該加算値を増幅して、前記
物体に作用する抵抗および慣性力に見合う駆動力
を発生させるための制御信号を前記アクチユエー
タに供給するサーボアンプとを備えている。
The present invention provides an object manipulating device that moves an object by using an external force applied to the object and a driving force generated by an actuator applied to the object. a detection means, a movement state detection means for detecting the moving speed or acceleration of the object, a first signal generation means for inputting a detection signal of the external force detection means and generating a signal proportional to the external force, and a first signal generation means for generating a signal proportional to the external force; a second signal generating means inputting the detection signal of the state detecting means and generating a signal proportional to the acceleration of the object; and adding the signals from the first and second signal generating means through positive feedback; A servo amplifier is provided that amplifies the added value and supplies the actuator with a control signal for generating a driving force commensurate with the resistance and inertia force acting on the object.
外力検出手段は、物体の操作部に取付けられて
おり、これによつて物体に加えられている外力が
検出される。この検出信号は、第１の信号発生手
段に入力され、外力に比例した信号を得る。一
方、物体の移動速度あるいは加速度が移動状態検
出手段により検出され、この検出信号は第２の信
号発生手段に入力され、物体の加速度に比例した
信号を得る。この２つの信号である物体の外力に
比例した信号および物体の加速度に比例した信号
は、サーボアンプに正帰還して加算される。サー
ボアンプは、この加算値を増幅して、制御信号を
アクチユエータに供給する。これによつて、アク
チユエータは、物体の移動にともなつて該物体に
作用する抵抗および慣性力に見合つて駆動力を発
生する。この場合、物体に作用する力の正帰還に
加えて、物体の移動加速度をも正帰還しており、
急激な移動を小さな力で可能としている。すなわ
ち、加速度の正帰還信号を増幅してアクチユエー
タを駆動させるため、急激に物体を移動する際の
大きな加速度に見合つて、アクチユエータの駆動
力が増強され、これによつて急激な物体の移動を
小さな力で実現できる。
The external force detection means is attached to the operation section of the object, and detects the external force applied to the object. This detection signal is input to the first signal generating means to obtain a signal proportional to the external force. On the other hand, the moving speed or acceleration of the object is detected by the moving state detecting means, and this detection signal is input to the second signal generating means to obtain a signal proportional to the acceleration of the object. These two signals, a signal proportional to the external force of the object and a signal proportional to the acceleration of the object, are positively fed back to the servo amplifier and added. The servo amplifier amplifies this added value and supplies a control signal to the actuator. Thereby, the actuator generates a driving force commensurate with the resistance and inertial force acting on the object as the object moves. In this case, in addition to the positive feedback of the force acting on the object, the acceleration of the object's movement is also fed back,
It allows rapid movement with a small amount of force. In other words, since the positive feedback signal of acceleration is amplified to drive the actuator, the driving force of the actuator is increased in proportion to the large acceleration that occurs when rapidly moving an object. It can be achieved with power.
以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は本発明の装置の一例を回転物体に適用
した例を示すもので、この図において、１は操作
すべき円板状の物体である。この物体１は軸２を
備えている。この軸２はベース３上の軸受４に支
持されている。これによつて、物体１は回転可能
に保持されている。物体１にはこれを人間が操作
するための把手５が設けられている。物体１の軸
２には接手６によつて減速機７の軸７Ａを連結し
ている。この減速機７はベース３上のブラケツト
８によつて支持されている。減速機７はモータ９
に連結している。このモータ９にはタコジエネレ
ータ１０が連結している。前述した物体１の把手
５にはストレンゲージ式の力センサ１１が取付ら
れている。この力センサ１１によつて検出された
信号は比例回路１２を通してサーボアンプ１３に
正帰還される。タコジエネレータ１０によつて検
出された速度信号は比例回路１４を通してサーボ
アンプ１３に正帰還される。またタコジエネレー
タ１０の検出信号は微分器１５によつて加速度信
号に変換されてサーボアンプ１３に正帰還され
る。サーボアンプ１３は力センサ１１から外力、
タコジエネレータ１０からの速度信号および微分
器１５からの加速度信号にもとづいて、物体１に
作用する抵抗を打消し得る値に比例する制御信号
をモータ９に与え、このモータ９の出力を制御す
る。 FIG. 1 shows an example in which the apparatus of the present invention is applied to a rotating object. In this figure, 1 is a disc-shaped object to be manipulated. This object 1 has an axis 2. This shaft 2 is supported by a bearing 4 on a base 3. This allows the object 1 to be rotatably held. The object 1 is provided with a handle 5 for a person to operate it. A shaft 7A of a reduction gear 7 is connected to the shaft 2 of the object 1 by a joint 6. This speed reducer 7 is supported by a bracket 8 on the base 3. Reducer 7 is motor 9
is connected to. A tachometer generator 10 is connected to this motor 9. A strain gauge type force sensor 11 is attached to the handle 5 of the object 1 described above. A signal detected by this force sensor 11 is fed back positively to a servo amplifier 13 through a proportional circuit 12. The speed signal detected by the tachogenerator 10 is positively fed back to the servo amplifier 13 through the proportional circuit 14. Further, the detection signal of the tachogenerator 10 is converted into an acceleration signal by the differentiator 15 and is fed back positively to the servo amplifier 13. The servo amplifier 13 receives external force from the force sensor 11,
Based on the speed signal from the tachogenerator 10 and the acceleration signal from the differentiator 15, a control signal proportional to a value that can cancel out the resistance acting on the object 1 is given to the motor 9 to control the output of the motor 9.
上述した本発明の装置の一例の制御ブロツクは
第２図に示すように構成される。この第２図にお
いて第１図と同符号のものは同一部分である。こ
の第２図において、
Ｂ：物体１の粘性抵抗
Ｊ：物体１の慣性モーメント
Ｌ：モータ９のインダクタンス
Ｒ：モータの抵抗
Ａ：サーボアンプ１３の増幅度
KT：モー９のトルク常数
KB：モータの誘起電圧常数
KW：タコジエネレータ１０の発生電圧係数
KO：比例回路１４の速度帰還比例常数
Kl：微分器１５の加速度帰還比例常数
Kf：比例回路１２の力帰還比例常数
を示すものである。いま、モータ９によつて物体
１に加えられる回転角速度Ω（ｓ）と把手５を介
して人間の手によつて物体１に加えられる操作力
Ｆ（ｓ）との比は次のように表わされる。 The control block of the above-mentioned example of the apparatus of the present invention is constructed as shown in FIG. In FIG. 2, parts with the same symbols as in FIG. 1 are the same parts. In this figure 2, B: Viscous resistance J of object 1: Moment of inertia L of object 1: Inductance R of motor 9: Resistance A of motor: Amplification degree K T of servo amplifier 13 : Torque constant K B of motor 9: Motor induced voltage constant K W : Generated voltage coefficient K O of the tachogenerator 10 : Speed feedback proportional constant K l of the proportional circuit 14 : Acceleration feedback proportional constant of the differentiator 15 K f : Indicates the force feedback proportional constant of the proportional circuit 12 It is. Now, the ratio between the rotational angular velocity Ω(s) applied to the object 1 by the motor 9 and the operating force F(s) applied to the object 1 by the human hand via the handle 5 is expressed as follows. It will be done.
Ω（ｓ）／Ｆ（ｓ）＝
Ｌ・Ｓ＋Ｒ＋Ａ・KT・Kt／Ｊ・Ｌ・S2＋（Ｊ・Ｒ＋Ｂ・
Ｌ−Ａ・KT・Kl・KW）Ｓ＋Ｂ・Ｒ＋KT・KB−Ａ・KT・KO
・KW…(1)
そして上記(1)式におけるK0，K1は、小さな操
作力で物体１に大きな回転角速度を与えるため
に、次のように選定されている。 Ω (s) / F (s) = L・S+R+A・K T・K t /J・L・S 2 + (J・R+B・
L-A・K T・K l・K W ) S+B・R+K T・K B −A・K T・K O
・K W ...(1) And K 0 and K 1 in the above equation (1) are selected as follows in order to give a large rotational angular velocity to the object 1 with a small operating force.
K1Ｊ・Ｒ＋Ｂ・Ｌ／Ａ・KT・KW …(2)
K0Ｂ・Ｒ＋KT・KB／Ａ・KT・KW …(3)
上述した(2)，(3)式により、前述した(1)式は次の
ようになる。ただし、Ｌ０とする。すなわち、
Ω（ｓ）／Ｆ（ｓ）≫１ …(4)
この(4)式から明らかなるように、把手５に極めて
小さな操作力を加えることにより、物体１に大き
な回転角速度を与えることができる。このこと
は、それぞれ見掛上、物体１の慣性モーメントお
よび物体１に作用する粘性抵抗を零にしたことに
相等するものである。 K 1 J・R+B・L/A・K T・K W …(2) K 0 B・R+K T・K B /A・K T・K W …(3) Equations (2) and (3) mentioned above Therefore, the above equation (1) becomes as follows. However, it is assumed to be L0. That is, Ω(s)/F(s)≫1...(4) As is clear from this equation (4), by applying an extremely small operating force to the handle 5, it is possible to give a large rotational angular velocity to the object 1. can. This is apparently equivalent to reducing the moment of inertia of the object 1 and the viscous resistance acting on the object 1 to zero.
なお、上述の例では比例常数K1，K0を(2)，(3)
式に示すように選定したが、比例常数KfをKf≫
１としても、(4)式に示す関係式を得ることができ
る。このいずれによつても、本発明の目的を達成
することができるが、実際上、比例回路１２を除
き比例常数K1，K0を目標値に近づけすぎると、
発振する恐れがある。この発振を防ぐためには、
第２図に示すように比例回路１２，１４および微
分器１５を並列に設けることがよい。 In addition, in the above example, the proportionality constants K 1 and K 0 are expressed as (2), (3)
The proportional constant K f was selected as shown in the formula, but the proportional constant K f was chosen as K f ≫
1, the relational expression shown in equation (4) can be obtained. Although the object of the present invention can be achieved by any of these methods, in practice, except for the proportional circuit 12, if the proportional constants K 1 and K 0 are too close to the target values,
There is a risk of oscillation. To prevent this oscillation,
As shown in FIG. 2, it is preferable to provide the proportional circuits 12, 14 and the differentiator 15 in parallel.
なお、物体１は回転動するものに限られず、例
えば直線動する物体にも適用することが可能であ
る。この場合のアクチユエータとしては直動形リ
ニアモータ、液圧シリンダ等を使用することにな
る。 Note that the object 1 is not limited to one that moves rotationally, but can also be applied to an object that moves linearly, for example. In this case, a direct-acting linear motor, a hydraulic cylinder, or the like is used as the actuator.
さらに本発明の装置は回転する物体に適用した
が、直線動する物体等にも適用できることは勿論
である。 Furthermore, although the apparatus of the present invention has been applied to rotating objects, it is of course applicable to linearly moving objects.
本発明によれば、物体を急激に移動させたり、
移動速度を変えながら移動させる場合であつて
も、物体を小さな操作力で作動させることができ
るので、その物体を操作する者の労力は著しく軽
減し、作業環境を改善し得るものである。
According to the present invention, it is possible to move an object rapidly,
Even when moving the object while changing the moving speed, the object can be operated with a small operating force, so the effort of the person operating the object is significantly reduced and the working environment can be improved.
第１図は本発明の物体操作装置の一実施例の構
成を示す図、第２図は第１図に示される本発明の
装置の一実施例の制御ブロツク図。
１…物体、３…ベース、４…軸受、５…把手、
６…接手、７…減速機、９…モータ、１０…タコ
ジエネレータ、１１…力センサ、１２…比例回
路、１３…サーボアンプ、１４…比例回路、１５
…微分器。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the object manipulation device of the present invention, and FIG. 2 is a control block diagram of the embodiment of the device of the present invention shown in FIG. 1...Object, 3...Base, 4...Bearing, 5...Handle,
6...Joint, 7...Reducer, 9...Motor, 10...Tachometer generator, 11...Force sensor, 12...Proportional circuit, 13...Servo amplifier, 14...Proportional circuit, 15
...differentiator.
Claims (1)
アクチユエータの発生する駆動力を利用して、該
物体を移動させる物体操作装置において、 前記物体の操作部に取付けられ前記外力を検出
する外力検出手段と、 前記物体の移動速度または加速度を検出する移
動状態検出手段と、 該外力検出手段の検出信号を入力し、該外力に
比例した信号を発生する第１の信号発生手段と、 該移動状態検出手段の検出信号を入力し、前記
物体の加速度に比例した信号を出力する第２の信
号発生手段と、 該第１および第２の信号発生手段からの信号を
正帰還して加算し、該加算値を増幅して、前記物
体に作用する抵抗および慣性力に見合う駆動力を
発生させるための制御信号を前記アクチユエータ
に供給するサーボアンプと を備えていることを特徴とする物体操作装置。[Scope of Claims] 1. An object manipulation device that moves an object by using an external force applied to the object and a driving force generated by an actuator applied to the object, comprising: an external force detecting means for detecting; a moving state detecting means for detecting the moving speed or acceleration of the object; and a first signal generating means for inputting a detection signal of the external force detecting means and generating a signal proportional to the external force. , a second signal generating means inputting the detection signal of the moving state detecting means and outputting a signal proportional to the acceleration of the object; and positive feedback of the signals from the first and second signal generating means. and a servo amplifier that supplies the actuator with a control signal for adding the sum, amplifying the added value, and generating a driving force commensurate with the resistance and inertia force acting on the object. Operating device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18740882A JPS5977521A (en) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | Object operating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18740882A JPS5977521A (en) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | Object operating device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5977521A JPS5977521A (en) | 1984-05-04 |
| JPH0155486B2 true JPH0155486B2 (en) | 1989-11-24 |
Family
ID=16205506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18740882A Granted JPS5977521A (en) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | Object operating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5977521A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8352076B2 (en) * | 2009-06-03 | 2013-01-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Robot with camera |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1434022A (en) * | 1972-06-22 | 1976-04-28 | Evershed Poweroptics Ltd | Controlling the movement of loads |
| DE2513309A1 (en) * | 1975-03-26 | 1976-10-07 | Ver Flugtechnische Werke | CONTROL ARRANGEMENT FOR A HANDLING DEVICE |
| JPS5261881A (en) * | 1975-11-17 | 1977-05-21 | Masakazu Miyashita | Load compensating system device supplying sliding body feeding power |
| JPS559264A (en) * | 1978-07-04 | 1980-01-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Control system for positioning |
-
1982
- 1982-10-27 JP JP18740882A patent/JPS5977521A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5977521A (en) | 1984-05-04 |
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