JPH0378643B2 - - Google Patents
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- JPH0378643B2 JPH0378643B2 JP1481582A JP1481582A JPH0378643B2 JP H0378643 B2 JPH0378643 B2 JP H0378643B2 JP 1481582 A JP1481582 A JP 1481582A JP 1481582 A JP1481582 A JP 1481582A JP H0378643 B2 JPH0378643 B2 JP H0378643B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- operating mechanism
- torque
- force
- rotational speed
- master
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D3/00—Control of position or direction
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (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、バイラテラルサーボ装置に係り、特
に、駆動系に無視できない摩擦抵抗が存在するマ
ニピユレータ等のバイラテラルサーボ装置に関す
る。
に、駆動系に無視できない摩擦抵抗が存在するマ
ニピユレータ等のバイラテラルサーボ装置に関す
る。
人が近づけない場所や危険な場所において、人
が操作するのと同様な操作を機械的に行わせるた
めに、マニピユレータが用いられる。このような
用途には、一般に多関節型マニピユレータが用い
られ、その手動操縦方式の１つとしてマスタスレ
ーブ方式がある。この方式のマニピユレータは、
オペレータが実際に操縦するマスタマニピユレー
タと、このマスタマニピユレータに追従して相似
的に動作し実際の作業を行なうスレーブマニピユ
レータとからなり、マスタ側とスレーブ側の機構
は同一構造である。
が操作するのと同様な操作を機械的に行わせるた
めに、マニピユレータが用いられる。このような
用途には、一般に多関節型マニピユレータが用い
られ、その手動操縦方式の１つとしてマスタスレ
ーブ方式がある。この方式のマニピユレータは、
オペレータが実際に操縦するマスタマニピユレー
タと、このマスタマニピユレータに追従して相似
的に動作し実際の作業を行なうスレーブマニピユ
レータとからなり、マスタ側とスレーブ側の機構
は同一構造である。
この方式は、スイツチやジヨイステイツクでマ
ニピユレータの各関節を個別に駆動する方式と比
べて、操作性が優れているといわれている。この
方式の操作性をさらに向上させる手段として、負
荷によりスレーブマニピユレータに加えられた力
をマスタマニピユレータを介してオペレータに反
力の形で伝える方法がある。この手段によれば負
荷に対する力感覚をオペレータに伝達でき、操作
感がよい。しかも、力の大きさを制御する必要が
あるような複雑な作業では、非常に威力を発揮す
る。この反力伝達機能を持つサーボ機構はバイラ
テラルサーボ機構と呼ばれている。
ニピユレータの各関節を個別に駆動する方式と比
べて、操作性が優れているといわれている。この
方式の操作性をさらに向上させる手段として、負
荷によりスレーブマニピユレータに加えられた力
をマスタマニピユレータを介してオペレータに反
力の形で伝える方法がある。この手段によれば負
荷に対する力感覚をオペレータに伝達でき、操作
感がよい。しかも、力の大きさを制御する必要が
あるような複雑な作業では、非常に威力を発揮す
る。この反力伝達機能を持つサーボ機構はバイラ
テラルサーボ機構と呼ばれている。
ここでは、第１図を参照して、バイラテラルサ
ーボ装置のうちで機構の簡単な対称型バイラテラ
ルサーボ装置の基本的構造を説明する。
ーボ装置のうちで機構の簡単な対称型バイラテラ
ルサーボ装置の基本的構造を説明する。
マスタ側アーム１０が連結されたアスタ側アー
ム軸１とスレーブ側アーム１１が連結されたスレ
ーブ側アーム軸２の各々の位置信号は、それぞれ
検出器３，４で取り出され、減算器５によりサー
ボ偏差εに変えられる。サーボ偏差εは増幅器
６，７を介してそれぞれの電動機８，９に与えら
れ、スレーブ側では、通常の位置サーボと同様に
スレーブ側アーム１１をマスタ側アーム１０に追
従させるトルクが生じ、マスタ側ではサーボ偏差
εに比例したトルクが生じるようになつている。
この系に負荷トルクが掛ると、これを保持するた
めにサーボ偏差εが大きくなり、マスタ側にも大
きな反力が与えられることになる。
ム軸１とスレーブ側アーム１１が連結されたスレ
ーブ側アーム軸２の各々の位置信号は、それぞれ
検出器３，４で取り出され、減算器５によりサー
ボ偏差εに変えられる。サーボ偏差εは増幅器
６，７を介してそれぞれの電動機８，９に与えら
れ、スレーブ側では、通常の位置サーボと同様に
スレーブ側アーム１１をマスタ側アーム１０に追
従させるトルクが生じ、マスタ側ではサーボ偏差
εに比例したトルクが生じるようになつている。
この系に負荷トルクが掛ると、これを保持するた
めにサーボ偏差εが大きくなり、マスタ側にも大
きな反力が与えられることになる。
ここで、スレーブ側アーム１１の駆動機構に摩
擦があると、スレーブ側アーム１１の駆動トルク
は、この摩擦トルクに打ち勝つ分だけ余計に必要
となる。したがつて、マスタ側に与えられる反力
も摩擦トルクに対応する分だけ増大する。また、
マスタ側アーム１０の駆動機構に摩擦があると、
マスタ側アーム１０の操作力は前記反力以外に、
マスタ側摩擦力に打ち勝つ力が必要になる。数Kg
を超える負荷を取り扱う実際のマニピユレータで
は、機構部に十分な機械強度をもたせるために部
品が大型化し、摩擦力が負荷の重量と同程度の数
Kgｆにも達する。そのため、スレーブマニピユレ
ータが無負荷状態でも、オペレータの操作力は、
摩擦力に打ち勝つだけ必要になり、操作性が著し
く損なわれるという欠点があつた。
擦があると、スレーブ側アーム１１の駆動トルク
は、この摩擦トルクに打ち勝つ分だけ余計に必要
となる。したがつて、マスタ側に与えられる反力
も摩擦トルクに対応する分だけ増大する。また、
マスタ側アーム１０の駆動機構に摩擦があると、
マスタ側アーム１０の操作力は前記反力以外に、
マスタ側摩擦力に打ち勝つ力が必要になる。数Kg
を超える負荷を取り扱う実際のマニピユレータで
は、機構部に十分な機械強度をもたせるために部
品が大型化し、摩擦力が負荷の重量と同程度の数
Kgｆにも達する。そのため、スレーブマニピユレ
ータが無負荷状態でも、オペレータの操作力は、
摩擦力に打ち勝つだけ必要になり、操作性が著し
く損なわれるという欠点があつた。
このような摩擦力の操作力への影響を低減する
装置として、第２図に示すバイラテラルサーボ装
置がある。この装置は、第１図装置に点線部分の
構成を付加したものである。
装置として、第２図に示すバイラテラルサーボ装
置がある。この装置は、第１図装置に点線部分の
構成を付加したものである。
マスタ側アーム１０上に装着した力検出器１２
によりオペレータの操作力を電気信号Ｓに変え、
この電気信号を微分器１３に導いて微分信号S〓を
得る。さらに微分信号S〓をシユミツト回路１４に
入力し、微分信号のS〓の符号に応じた正または負
の一定電圧Vsを作る。そして、マスタ側では、
操作力の増加によりマスタ側アーム１０が駆動さ
れる方向に、摩擦力に対抗して補償トルクが生じ
るように、補償用増幅器１５を介して電圧Vsを
モータ８に与える。同時に、スレーブ側では操作
力の増加によりマスタ側アーム１０の駆動に伴つ
てスレーブ側アーム１１が駆動される方向に、摩
擦力に対抗して補償トルクが生じるように、補償
用増幅器１６を介して電圧Vsをモータ９に与え
る。
によりオペレータの操作力を電気信号Ｓに変え、
この電気信号を微分器１３に導いて微分信号S〓を
得る。さらに微分信号S〓をシユミツト回路１４に
入力し、微分信号のS〓の符号に応じた正または負
の一定電圧Vsを作る。そして、マスタ側では、
操作力の増加によりマスタ側アーム１０が駆動さ
れる方向に、摩擦力に対抗して補償トルクが生じ
るように、補償用増幅器１５を介して電圧Vsを
モータ８に与える。同時に、スレーブ側では操作
力の増加によりマスタ側アーム１０の駆動に伴つ
てスレーブ側アーム１１が駆動される方向に、摩
擦力に対抗して補償トルクが生じるように、補償
用増幅器１６を介して電圧Vsをモータ９に与え
る。
この種の従来技術を示す例としては、特開昭50
−73365号等がある。
−73365号等がある。
特開昭50−73365号は、スレーブからマスタへ
の力帰還路上に比較器を設け、スレーブの力帰還
量が摩擦力以下の場合に、力帰還量をゼロにする
方式を示している。
の力帰還路上に比較器を設け、スレーブの力帰還
量が摩擦力以下の場合に、力帰還量をゼロにする
方式を示している。
この方式によれば、スレーブが無負荷の場合、
マスタ操作力を軽減できる。
マスタ操作力を軽減できる。
しかし、力センサの絶対精度を高精度に保持す
る必要がある。また、センサの温度ドリフトやヒ
ステリシスの影響により高精度に保持できない問
題があつた。さらに、自重トルクを実時間で演算
する高速の演算装置を設置する必要もあつた。
る必要がある。また、センサの温度ドリフトやヒ
ステリシスの影響により高精度に保持できない問
題があつた。さらに、自重トルクを実時間で演算
する高速の演算装置を設置する必要もあつた。
また、マスタおよびスレーブ検出器と、トルク
偏差が設定範囲以内のときだけ記憶しているトル
ク偏差を書き換えるメモリと、メモリの出力をス
レーブ駆動系に加算するバイアス回路を設ける方
式も提案されている。
偏差が設定範囲以内のときだけ記憶しているトル
ク偏差を書き換えるメモリと、メモリの出力をス
レーブ駆動系に加算するバイアス回路を設ける方
式も提案されている。
この方式によれば、スレーブが静止状態で、ス
レーブトルクが設定範囲値に等しくなるように、
スレーブ駆動系が制御され、グリツパで物体を把
持する場合に、設定範囲の値に把持トルクを制御
でき、過大なトルクが加わらないようにできると
されている。
レーブトルクが設定範囲値に等しくなるように、
スレーブ駆動系が制御され、グリツパで物体を把
持する場合に、設定範囲の値に把持トルクを制御
でき、過大なトルクが加わらないようにできると
されている。
しかしながら、この方式にも、上記特開昭50−
73365号と同様の問題があつた。
73365号と同様の問題があつた。
特に、上記具体例を含めて、従来の方式では、
マスタ側アームの駆動中に操作力を急に弱める動
作がなされた場合、微分信号の符号が反転し、補
償トルクが駆動方向とは逆方向すなわち摩擦力と
同一方向に働くことがあつた。その結果、反力が
増大し、操作性が損なわれるという問題があつ
た。
マスタ側アームの駆動中に操作力を急に弱める動
作がなされた場合、微分信号の符号が反転し、補
償トルクが駆動方向とは逆方向すなわち摩擦力と
同一方向に働くことがあつた。その結果、反力が
増大し、操作性が損なわれるという問題があつ
た。
本発明の目的は、操作力の如何によらずまた操
作力の急減があつても補償トルクが一定方向にな
るようにして操作性を向上させたバイラテラルサ
ーボ装置を提供することである。
作力の急減があつても補償トルクが一定方向にな
るようにして操作性を向上させたバイラテラルサ
ーボ装置を提供することである。
本発明は、上記目的を達成するために、オペレ
ータが操作するマスタ操作機構と、作業を実行す
るスレーブ操作機構と、各操作機構の駆動軸の位
置を検出する位置検出器と、両駆動軸間の位置偏
差に基づきスレーブ操作機構の電動機を駆動しマ
スタ操作機構に追従させる手段と、マスタ操作機
構に加えられた外圧力を検出する力検出器と、力
検出器の出力を微分しトルク変化率を出力する微
分器と、微分器の出力信号の大きさおよび極性に
応じて各操作機構の駆動時の摩擦力に対抗する補
償トルクを演算し上記各操作機構に連結された電
動機のそれぞれに指令として出力する手段とを有
するバイラテラルサーボ装置において、マスタ操
作機構の駆動軸の回転速度を検出する速度検出器
と、検出された回転速度が所定範囲内にあるか否
かを判定する比較器と、検出された回転速度が前
記所定範囲外になつた時に微分器から補償トルク
発生手段への出力を遮断するスイツチとを含み、
当該時点の補償トルクの方向を保持させる手段を
備えたバイラテラルサーボ装置を提案するもので
ある。
ータが操作するマスタ操作機構と、作業を実行す
るスレーブ操作機構と、各操作機構の駆動軸の位
置を検出する位置検出器と、両駆動軸間の位置偏
差に基づきスレーブ操作機構の電動機を駆動しマ
スタ操作機構に追従させる手段と、マスタ操作機
構に加えられた外圧力を検出する力検出器と、力
検出器の出力を微分しトルク変化率を出力する微
分器と、微分器の出力信号の大きさおよび極性に
応じて各操作機構の駆動時の摩擦力に対抗する補
償トルクを演算し上記各操作機構に連結された電
動機のそれぞれに指令として出力する手段とを有
するバイラテラルサーボ装置において、マスタ操
作機構の駆動軸の回転速度を検出する速度検出器
と、検出された回転速度が所定範囲内にあるか否
かを判定する比較器と、検出された回転速度が前
記所定範囲外になつた時に微分器から補償トルク
発生手段への出力を遮断するスイツチとを含み、
当該時点の補償トルクの方向を保持させる手段を
備えたバイラテラルサーボ装置を提案するもので
ある。
本発明は、また、マスタ操作機構の駆動軸の回
転速度を検出する速度検出器と、検出された回転
速度が所定範囲内にあるか否かを判定する比較器
と、検出された回転速度が前記所定範囲外にある
とき微分器から補償トルク発生手段への出力を遮
断する手段と、回転速度の絶対値を得る手段と、
回転速度の絶対値と比較器からの出力とを乗算し
補償トルク演算手段に回転速度に応じた補正値と
して出力する乗算器とを備えたバイラテラルサー
ボ装置を提案するものである。
転速度を検出する速度検出器と、検出された回転
速度が所定範囲内にあるか否かを判定する比較器
と、検出された回転速度が前記所定範囲外にある
とき微分器から補償トルク発生手段への出力を遮
断する手段と、回転速度の絶対値を得る手段と、
回転速度の絶対値と比較器からの出力とを乗算し
補償トルク演算手段に回転速度に応じた補正値と
して出力する乗算器とを備えたバイラテラルサー
ボ装置を提案するものである。
本発明は、さらに、マスタ操作機構の駆動軸の
回転速度を検出する速度検出器と、検出された回
転速度が所定範囲内にあるか否かを判定する比較
器と、検出された回転速度が前記所定範囲内にあ
るとき微分器から補償トルク発生手段への出力を
遮断する手段と、回転位置偏差の絶対値を得る手
段と、回転位置偏差の絶対値と前記比較器からの
出力とを乗算し補償トルク演算手段に回転位置偏
差に応じた補正値として出力する乗算器とを備え
たバイラテラルサーボ装置を提案するものであ
る。
回転速度を検出する速度検出器と、検出された回
転速度が所定範囲内にあるか否かを判定する比較
器と、検出された回転速度が前記所定範囲内にあ
るとき微分器から補償トルク発生手段への出力を
遮断する手段と、回転位置偏差の絶対値を得る手
段と、回転位置偏差の絶対値と前記比較器からの
出力とを乗算し補償トルク演算手段に回転位置偏
差に応じた補正値として出力する乗算器とを備え
たバイラテラルサーボ装置を提案するものであ
る。
本発明においては、検出された回転速度が所定
値以上のときに、摩擦力補償トルクの方向を変え
ないようにしているので、マスタ側アームの操作
力を急に弱めても、摩擦力補償トルクの方向が頻
繁に変わることがなく、操作性が向上する。
値以上のときに、摩擦力補償トルクの方向を変え
ないようにしているので、マスタ側アームの操作
力を急に弱めても、摩擦力補償トルクの方向が頻
繁に変わることがなく、操作性が向上する。
さらに、摩擦力が速度または負荷トルクに比例
する場合は、速度または負荷トルクの補正項を加
えることができ、変動する摩擦をより正確に補償
できる。
する場合は、速度または負荷トルクの補正項を加
えることができ、変動する摩擦をより正確に補償
できる。
第３図は、本発明によるバイラテラルサーボ装
置の一実施例を示すブロツク図である。ここで
は、第２図と同一部材には同一符号を付けてあ
る。本実施例は、第２図装置に、速度検出器１
７、ウインドコンパレータ１８、アナログスイツ
チ１９を追加したものである。すなわち、マスタ
側アーム軸１を駆動するモータ８に連結して速度
検出器１７を設け、検出速度信号x〓1がある値を越
えるときのみ、ウインドコンパレータ１８がアナ
ログスイツチ１９に出力信号を送り、微分器１３
の出力をシユミツト回路１４に出力させる。第３
図実施例の動作を次に説明する。ただし、前述の
基本動作や補償原理等については重複するので、
説明を省略する。
置の一実施例を示すブロツク図である。ここで
は、第２図と同一部材には同一符号を付けてあ
る。本実施例は、第２図装置に、速度検出器１
７、ウインドコンパレータ１８、アナログスイツ
チ１９を追加したものである。すなわち、マスタ
側アーム軸１を駆動するモータ８に連結して速度
検出器１７を設け、検出速度信号x〓1がある値を越
えるときのみ、ウインドコンパレータ１８がアナ
ログスイツチ１９に出力信号を送り、微分器１３
の出力をシユミツト回路１４に出力させる。第３
図実施例の動作を次に説明する。ただし、前述の
基本動作や補償原理等については重複するので、
説明を省略する。
力検出器１２は、オペレータがマスタ側アーム
１０に加えた操作力を検出するために、入力軸ア
ーム上に装着されている。力検出器１２は、たと
えばストレンゲージ、その歪量に応じた抵抗値変
化を検出するブリツジ回路、前置増幅器等からな
る。力検出器１２の出力信号Ｓは、微分器１３に
導かれ、微分信号S〓となり、アナログスイツチ１
９に入力される。一方、速度検出器１７は、入力
軸がマスタ側アーム軸１と連動するタコジエネレ
ータを用いて、マスタ側アーム軸１の回転速度を
検出する。その速度信号x〓1は、ウインドコンパレ
ータ１８に入力される。ウインドコンパレータ１
８は、第４図に示す入出力特性をもち、その出力
信号VGは、アナログスイツチ１９のゲート入力
端子に入力される。アナログスイツチ１９は、ゲ
ート信号が０のときオン状態に、ゲート信号があ
るしきい値VG1以上になるとオフ状態になる。ア
ナログスイツチ１９の出力信号S〓1は、シユミツト
回路１４に導びかれる。シユミツト回路１４は、
第５図に示す特性をもつ。その出力信号Vsはマ
スタ側では、補償用増幅器１５を介して減算器２
０に与えられる。減算器２０は、増幅器６の出力
信号から前記信号Vsを引き、その結果を電動機
８に与える。一方、スレーブ側では、出力信号
Vsは、補償用増幅器１６を介して加算器２１に
与えられる。加算器２１は、増幅器７の出力信号
と前記信号Vsとを加算し、その結果を電動機９
に与える。
１０に加えた操作力を検出するために、入力軸ア
ーム上に装着されている。力検出器１２は、たと
えばストレンゲージ、その歪量に応じた抵抗値変
化を検出するブリツジ回路、前置増幅器等からな
る。力検出器１２の出力信号Ｓは、微分器１３に
導かれ、微分信号S〓となり、アナログスイツチ１
９に入力される。一方、速度検出器１７は、入力
軸がマスタ側アーム軸１と連動するタコジエネレ
ータを用いて、マスタ側アーム軸１の回転速度を
検出する。その速度信号x〓1は、ウインドコンパレ
ータ１８に入力される。ウインドコンパレータ１
８は、第４図に示す入出力特性をもち、その出力
信号VGは、アナログスイツチ１９のゲート入力
端子に入力される。アナログスイツチ１９は、ゲ
ート信号が０のときオン状態に、ゲート信号があ
るしきい値VG1以上になるとオフ状態になる。ア
ナログスイツチ１９の出力信号S〓1は、シユミツト
回路１４に導びかれる。シユミツト回路１４は、
第５図に示す特性をもつ。その出力信号Vsはマ
スタ側では、補償用増幅器１５を介して減算器２
０に与えられる。減算器２０は、増幅器６の出力
信号から前記信号Vsを引き、その結果を電動機
８に与える。一方、スレーブ側では、出力信号
Vsは、補償用増幅器１６を介して加算器２１に
与えられる。加算器２１は、増幅器７の出力信号
と前記信号Vsとを加算し、その結果を電動機９
に与える。
第６図のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ
は、第３図実施例の各部動作波形である。
は、第３図実施例の各部動作波形である。
この第６図を参照して、第３図実施例の動作を
時間の経過に従つて説明する。
時間の経過に従つて説明する。
時刻ｔ＜t0の段階ではマスタ側アーム１０は静
止状態にあり、時刻t0でオペレータがスレーブ側
アーム１１上の負荷を駆動するためにマスタ側ア
ーム１０に力を加えるものとする。
止状態にあり、時刻t0でオペレータがスレーブ側
アーム１１上の負荷を駆動するためにマスタ側ア
ーム１０に力を加えるものとする。
アーム１０に急激な力が加えられる結果、マス
タ側アーム１０に加えられた力信号Ｓは、第６図
ａに示すように、急激な出力変化を示すことにな
る。
タ側アーム１０に加えられた力信号Ｓは、第６図
ａに示すように、急激な出力変化を示すことにな
る。
その微分信号a〓は、第６図ｂに示すように、時
間と共に増大する。この時、第６図ｃに示すよう
に、マスタ側アーム軸の速度x〓1が零であるため、
第６図ｄに示すように、ウインドコンパレータ１
８の出力はVG＝０である。したがつて、アナロ
グスイツチ１９は動作状態すなわちオン状態にあ
り、その出力S〓1（信号S〓と同じ）がシユミツト回
路１４に印加される。時刻t1に至り、アナログス
イツチ出力S〓1がS〓10に達すると、シユミツト回路
１４の出力Vsは−Vs1から＋Vs1に変化する。こ
のシユミツト回路１４の出力Vsは、補償用増幅
器１５および減算器２０を介して電動機８に与え
られているから、電動機８のトルクM1は、第６
図ｈに示すように、−M10から＋M10に変化する。
同時に、電動機９のトルクM2も、第６図ｉに示
すように、−M20から＋M20に変化する。
間と共に増大する。この時、第６図ｃに示すよう
に、マスタ側アーム軸の速度x〓1が零であるため、
第６図ｄに示すように、ウインドコンパレータ１
８の出力はVG＝０である。したがつて、アナロ
グスイツチ１９は動作状態すなわちオン状態にあ
り、その出力S〓1（信号S〓と同じ）がシユミツト回
路１４に印加される。時刻t1に至り、アナログス
イツチ出力S〓1がS〓10に達すると、シユミツト回路
１４の出力Vsは−Vs1から＋Vs1に変化する。こ
のシユミツト回路１４の出力Vsは、補償用増幅
器１５および減算器２０を介して電動機８に与え
られているから、電動機８のトルクM1は、第６
図ｈに示すように、−M10から＋M10に変化する。
同時に、電動機９のトルクM2も、第６図ｉに示
すように、−M20から＋M20に変化する。
更にオペレータが操作力を増加させると、時刻
t2で、 Ｓ＋M10≧F1 （F1はマスタ側摩擦トルク） となり、マスタ側アーム軸１が動き始める。この
時スレーブ側アーム軸２は、第６図ｉに示すよう
に、 M20＜ML＋F2 （MLは負荷トルク、F2はスレーブ摩擦トルク）
のために動かない。したがつて、マスタ側アーム
軸１の回転に伴つて、第６図ｇに示すように、マ
スタ側アーム軸１とスレーブ側アーム軸２との間
に位置偏差εを生ずることになる。この偏差ε
は、減算器２０及び加算器２１を介して、電動機
８，９にそれぞれ伝えられる。その結果、第６図
ｈ，ｉに示すように、偏差εに応じて、電動機８
のトルクM1は減少し、逆に電動機９のトルクM2
は増加する。この場合のトルクM1の減少は、オ
ペレータに対しては反力の増大として感じられる
ことになる。
t2で、 Ｓ＋M10≧F1 （F1はマスタ側摩擦トルク） となり、マスタ側アーム軸１が動き始める。この
時スレーブ側アーム軸２は、第６図ｉに示すよう
に、 M20＜ML＋F2 （MLは負荷トルク、F2はスレーブ摩擦トルク）
のために動かない。したがつて、マスタ側アーム
軸１の回転に伴つて、第６図ｇに示すように、マ
スタ側アーム軸１とスレーブ側アーム軸２との間
に位置偏差εを生ずることになる。この偏差ε
は、減算器２０及び加算器２１を介して、電動機
８，９にそれぞれ伝えられる。その結果、第６図
ｈ，ｉに示すように、偏差εに応じて、電動機８
のトルクM1は減少し、逆に電動機９のトルクM2
は増加する。この場合のトルクM1の減少は、オ
ペレータに対しては反力の増大として感じられる
ことになる。
時刻t3の時点を過ぎてもマスタ側アーム軸の駆
動を継続する（マスタ側の操作トルクＳを更に増
大させる）と、偏差εとともにトルクM2も増加
し続ける。時刻t4で、第６図ｉに示すように、 M2≧ML＋F2 になると、スレーブ側アーム軸２が動き始める。
このとき、マスタ側アーム軸１の反力は、 ML＋（F1−M10）＋（F2−M20） で与えられる。
動を継続する（マスタ側の操作トルクＳを更に増
大させる）と、偏差εとともにトルクM2も増加
し続ける。時刻t4で、第６図ｉに示すように、 M2≧ML＋F2 になると、スレーブ側アーム軸２が動き始める。
このとき、マスタ側アーム軸１の反力は、 ML＋（F1−M10）＋（F2−M20） で与えられる。
シユミツト回路１４でステツプ状に発生させた
電圧Vs1により電動機８，９に発生するトルク
M10，M20をそれぞれできる限り各軸の摩擦トル
クF1，F2に近づけるように、各回路定数を選定
すれば、オペレータの感じる反力は出力軸にかか
る負荷トルクMLにほぼ等しくなる。
電圧Vs1により電動機８，９に発生するトルク
M10，M20をそれぞれできる限り各軸の摩擦トル
クF1，F2に近づけるように、各回路定数を選定
すれば、オペレータの感じる反力は出力軸にかか
る負荷トルクMLにほぼ等しくなる。
オペレータがスレーブ側アーム軸２を希望の速
度に到達させるようにマスタ側アーム１０を操作
するときには、通常、第６図ａに示すように、時
刻t4以降に操作トルクＳにオーバシユートが生じ
る。このため、第６図ｂに示すように、力検出器
１２の微分信号S〓は符号が反転し、第６図ｅに一
点鎖線で示すように、時刻t5で、S〓1＜−S〓10にな
ると、シユミツト回路１４の出力信号も、第６図
ｆに一点鎖線で示すように、−Vs1となり、符号
が反転する。その結果、電動機トルクM1は、第
６図ｈに一点鎖線で示すように、2M10だけ減少
する。オペレータにはこのトルクの減少をステツ
プ状の反力増大として感じられるために、引き続
いてマスタ側アーム１０を円滑に駆動することは
難しい。また、引き続いてマスタ側アーム１０を
駆動するには、第６図ａに一点鎖線で示すよう
に、大きな操作力が必要となる。
度に到達させるようにマスタ側アーム１０を操作
するときには、通常、第６図ａに示すように、時
刻t4以降に操作トルクＳにオーバシユートが生じ
る。このため、第６図ｂに示すように、力検出器
１２の微分信号S〓は符号が反転し、第６図ｅに一
点鎖線で示すように、時刻t5で、S〓1＜−S〓10にな
ると、シユミツト回路１４の出力信号も、第６図
ｆに一点鎖線で示すように、−Vs1となり、符号
が反転する。その結果、電動機トルクM1は、第
６図ｈに一点鎖線で示すように、2M10だけ減少
する。オペレータにはこのトルクの減少をステツ
プ状の反力増大として感じられるために、引き続
いてマスタ側アーム１０を円滑に駆動することは
難しい。また、引き続いてマスタ側アーム１０を
駆動するには、第６図ａに一点鎖線で示すよう
に、大きな操作力が必要となる。
本発明では、第３図に示す速度検出器１７、ウ
インドコンパレータ１８、アナログスイツチ１９
を用いて、第６図ｃに示すように、マスタ側アー
ム軸の回転速度x〓1が時刻t3でx〓、≧x〓1tの条件を満
足したとき、第６図ｄに示すように、ウインドコ
ンパレータ１８の出力信号Vsを零からVs1に変化
させる。その結果、アナログスイツチ１９は、オ
フ状態となり、第６図ｅに示すように、シユミツ
ト回路１４の入力信号S〓1は零になる。したがつ
て、シユミツト回路１４の出力信号の符号は、マ
スタ側アーム１０の駆動速度が第４図に示すx〓1t
未満になるまで変化しない。そこで、ウインドコ
ンパレータ１８のしきい値x〓1tをオペレータが通
常操作する最低速度に対応する値に設定し、しか
もシユミツト回路１４のしきい値S〓10をオペレー
タがマスタ側アーム１０を通常起動するときの最
小力変化率に対応する値に設定する。
インドコンパレータ１８、アナログスイツチ１９
を用いて、第６図ｃに示すように、マスタ側アー
ム軸の回転速度x〓1が時刻t3でx〓、≧x〓1tの条件を満
足したとき、第６図ｄに示すように、ウインドコ
ンパレータ１８の出力信号Vsを零からVs1に変化
させる。その結果、アナログスイツチ１９は、オ
フ状態となり、第６図ｅに示すように、シユミツ
ト回路１４の入力信号S〓1は零になる。したがつ
て、シユミツト回路１４の出力信号の符号は、マ
スタ側アーム１０の駆動速度が第４図に示すx〓1t
未満になるまで変化しない。そこで、ウインドコ
ンパレータ１８のしきい値x〓1tをオペレータが通
常操作する最低速度に対応する値に設定し、しか
もシユミツト回路１４のしきい値S〓10をオペレー
タがマスタ側アーム１０を通常起動するときの最
小力変化率に対応する値に設定する。
このようにすれば、オペレータがマスタ側アー
ム１０を起動しようとして力を入れたときだけ、
シユミツト回路１４の出力信号の符号が切り換わ
り、摩擦抵抗に対抗する補償トルクが起動方向に
発生することになる。この最低速度と最小力変化
率の値は、発明者の得たデータによれば、アーム
を握つたオペレータの手の周速が５〜10mm／sec
最小力変化率が0.4〜0.8Kgｆ／sec程度あれば、補
償トルクの方向切換えが十分円滑にいき、しかも
常に摩擦力の反対方向にもつていけることが確認
された。
ム１０を起動しようとして力を入れたときだけ、
シユミツト回路１４の出力信号の符号が切り換わ
り、摩擦抵抗に対抗する補償トルクが起動方向に
発生することになる。この最低速度と最小力変化
率の値は、発明者の得たデータによれば、アーム
を握つたオペレータの手の周速が５〜10mm／sec
最小力変化率が0.4〜0.8Kgｆ／sec程度あれば、補
償トルクの方向切換えが十分円滑にいき、しかも
常に摩擦力の反対方向にもつていけることが確認
された。
第３図実施例によれば、マスタ側アームを操作
する際のマスタ側の摩擦力に抗する操作力を低減
できる。また、スレーブ側の摩擦力がマスタ側に
フイードバツクされないので、スレーブ側からマ
スタ側への力伝達が正確になり、加えて、伝達で
きる力の範囲を広げることが可能となる。
する際のマスタ側の摩擦力に抗する操作力を低減
できる。また、スレーブ側の摩擦力がマスタ側に
フイードバツクされないので、スレーブ側からマ
スタ側への力伝達が正確になり、加えて、伝達で
きる力の範囲を広げることが可能となる。
第７図は本発明の他の実施例を示すブロツク図
である。第７図において第３図と同一部材には同
一符号を付けてある。
である。第７図において第３図と同一部材には同
一符号を付けてある。
本実施例は第３図実施例に点線内の電圧調整器
２２、絶対値回路２３、乗算器２４、加算器２５
を追加したものである。マスタ側アーム軸１の回
転速度信号x〓1を電圧調整器２２を介して絶対値回
路２３に導き、電圧調整器２２の出力信号Vxの
絶対値信号｜Vx｜を得る。この絶対値信号｜Vx
｜とシユミツト回路１４の出力信号Vsとを乗算
器２４に入力する。乗算器２４から出力される｜
Vx｜×Vsとシユミツト回路１４の出力信号Vsと
を加算器２５で加算し、この加算器２５の出力信
号Vssを補償用増幅器１５，１６に入力する。加
算器２５の出力信号は、第５図に示すように、回
転速度信号x〓1に比例したものとなる。この場合の
比例定数は、電圧調整器２２で任意に設定可能で
ある。
２２、絶対値回路２３、乗算器２４、加算器２５
を追加したものである。マスタ側アーム軸１の回
転速度信号x〓1を電圧調整器２２を介して絶対値回
路２３に導き、電圧調整器２２の出力信号Vxの
絶対値信号｜Vx｜を得る。この絶対値信号｜Vx
｜とシユミツト回路１４の出力信号Vsとを乗算
器２４に入力する。乗算器２４から出力される｜
Vx｜×Vsとシユミツト回路１４の出力信号Vsと
を加算器２５で加算し、この加算器２５の出力信
号Vssを補償用増幅器１５，１６に入力する。加
算器２５の出力信号は、第５図に示すように、回
転速度信号x〓1に比例したものとなる。この場合の
比例定数は、電圧調整器２２で任意に設定可能で
ある。
第７図実施例によれば、摩擦トルクが速度に比
例して増大する場合でも有効な摩擦補償が可能で
ある。
例して増大する場合でも有効な摩擦補償が可能で
ある。
第９図は第７図実施例の変形例を示すブロツク
図である。本実施例は電圧調整器２２の入力信号
として速度信号x〓1の代りに回転位置偏差εを用い
たものである。この偏差εは、スレーブ側負荷ト
ルクに比例するから、加算器２５の出力信号VSL
は負荷トルクに比例することになる。第９図実施
例によれば、摩擦トルクが負荷トルクに比例する
場合であつても有効な摩擦補償が可能である。
図である。本実施例は電圧調整器２２の入力信号
として速度信号x〓1の代りに回転位置偏差εを用い
たものである。この偏差εは、スレーブ側負荷ト
ルクに比例するから、加算器２５の出力信号VSL
は負荷トルクに比例することになる。第９図実施
例によれば、摩擦トルクが負荷トルクに比例する
場合であつても有効な摩擦補償が可能である。
なお、第７図の実施例と第９図の実施例とを組
み合わせてもよいことは明らかであろう。
み合わせてもよいことは明らかであろう。
以上の実施例は、対称型バイラテラルサーボ装
置を例に説明したが、本発明は力逆送型、力帰還
型等の非対称型バイラテラルサーボ装置に対して
も同様に適用できる。
置を例に説明したが、本発明は力逆送型、力帰還
型等の非対称型バイラテラルサーボ装置に対して
も同様に適用できる。
本発明によれば、摩擦力補償トルクの方向を常
に摩擦トルクと逆方向にでき、マニピユレータの
操作性が良くなる。
に摩擦トルクと逆方向にでき、マニピユレータの
操作性が良くなる。
特に、摩擦トルクが速度または負荷トルクに比
例する場合でも、速度または負荷の増大に対応し
て補償トルクを増大させるので、操作性が向上す
る。
例する場合でも、速度または負荷の増大に対応し
て補償トルクを増大させるので、操作性が向上す
る。
第１図は従来の対称型バイラテラルサーボ装置
のブロツク図、第２図は第１図従来装置を改良し
た従来の対称型バイラテラルサーボ装置のブロツ
ク図、第３図は本発明による対称型バイラテラル
サーボ装置の第１実施例のブロツク図、第４図は
第３図実施例のウインドコンパレータの出力特性
図、第５図は第３図実施例のシユミツト回路の出
力特性図、第６図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，
ｈ，ｉは第３図実施例の各部の動作波形を示す
図、第７図は本発明の他の実施例のブロツク図、
第８図は第７図実施例を構成する乗算器の出力特
性図、第９図は第７図実施例の変形例のブロツク
図である。 １……マスタ側アーム軸、２……スレーブ側ア
ーム軸、３，４……位置検出器、５，２０……減
算器、６，７……増幅器、８，９……電動機、１
０……マスタ側アーム、１１……スレーブ側アー
ム、１２……力検出器、１３……微分器、１４…
…シユミツト回路、１５，１６……補償用増幅
器、１７……速度検出器、１８……ウインドコン
パレータ、１９……アナログスイツチ、２１，２
５……加算器、２２……電圧調節器、２３……絶
対値回路、２４……乗算器。
のブロツク図、第２図は第１図従来装置を改良し
た従来の対称型バイラテラルサーボ装置のブロツ
ク図、第３図は本発明による対称型バイラテラル
サーボ装置の第１実施例のブロツク図、第４図は
第３図実施例のウインドコンパレータの出力特性
図、第５図は第３図実施例のシユミツト回路の出
力特性図、第６図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，
ｈ，ｉは第３図実施例の各部の動作波形を示す
図、第７図は本発明の他の実施例のブロツク図、
第８図は第７図実施例を構成する乗算器の出力特
性図、第９図は第７図実施例の変形例のブロツク
図である。 １……マスタ側アーム軸、２……スレーブ側ア
ーム軸、３，４……位置検出器、５，２０……減
算器、６，７……増幅器、８，９……電動機、１
０……マスタ側アーム、１１……スレーブ側アー
ム、１２……力検出器、１３……微分器、１４…
…シユミツト回路、１５，１６……補償用増幅
器、１７……速度検出器、１８……ウインドコン
パレータ、１９……アナログスイツチ、２１，２
５……加算器、２２……電圧調節器、２３……絶
対値回路、２４……乗算器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ オペレータが操作するマスタ操作機構と、作
業を実行するスレーブ操作機構と、各操作機構の
駆動軸の位置を検出する位置検出器と、両駆動軸
間の位置偏差に基づきスレーブ操作機構の電動機
を駆動しマスタ操作機構に追従させる手段と、マ
スタ操作機構に加えられた加圧力を検出する力検
出器と、力検出器の出力を微分しトルク変化率を
出力する微分器と、微分器の出力信号の大きさお
よび極性に応じて各操作機構の駆動時の摩擦力に
対抗する補償トルクを演算し上記各操作機構に連
結された電動機のそれぞれに指令して出力する手
段とを有するバイラテラルサーボ装置において、 前記マスタ操作機構の駆動軸の回転速度を検出
する速度検出器と、検出された回転速度が所定範
囲内にあるか否かを判定する比較器と、検出され
た前記回転速度が前記所定範囲外になつた時に前
記微分器から前記補償トルク発生手段への出力を
遮断するスイツチとを含み、当該時点の補償トル
クの方向を保持させる手段を備えたことを特徴と
するバイラテラルサーボ装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラル
サーボ装置において、 前記回転速度の絶対値を得る手段と、 前記回転速度の絶対値と前記比較器からの出力
とを乗算し前記補償トルク演算手段に回転速度に
応じた補正値として出力する乗算器と を備えたことを特徴とするバイラテラルサーボ装
置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載のバイラテラル
サーボ装置において、 前記回転位置偏差の絶対値を得る手段と、 前記回転位置偏差の絶対値と前記比較器からの
出力とを乗算し前記補償トルク演算手段に前記回
転位置偏差に応じた補正値として出力する乗算器
と を備えたことを特徴とするバイラテラルサーボ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1481582A JPS58132813A (ja) | 1982-02-03 | 1982-02-03 | バイラテラルサ−ボ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1481582A JPS58132813A (ja) | 1982-02-03 | 1982-02-03 | バイラテラルサ−ボ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58132813A JPS58132813A (ja) | 1983-08-08 |
| JPH0378643B2 true JPH0378643B2 (ja) | 1991-12-16 |
Family
ID=11871530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1481582A Granted JPS58132813A (ja) | 1982-02-03 | 1982-02-03 | バイラテラルサ−ボ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58132813A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023074336A1 (ja) * | 2021-10-29 | 2023-05-04 | 慶應義塾 | 補償システム、補償装置、補償方法及びプログラム |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60150978A (ja) * | 1984-01-20 | 1985-08-08 | 日本原子力発電株式会社 | 遠隔手動操作装置 |
| JPS60155384A (ja) * | 1984-01-20 | 1985-08-15 | 工業技術院長 | 異構造バイラテラル・マスタスレイブ・マニピユレ−タ |
| JPS60167780A (ja) * | 1984-02-03 | 1985-08-31 | 株式会社東芝 | マスタスレ−ブマニピユレ−タ |
| JPH0631525Y2 (ja) * | 1985-02-28 | 1994-08-22 | 株式会社明電舍 | マニピユレ−タの制御装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5638357B2 (ja) * | 1973-11-05 | 1981-09-05 | ||
| JPS5851086A (ja) * | 1981-09-18 | 1983-03-25 | 三菱重工業株式会社 | マスタスレ−ブマニプレ−タの制御方法 |
-
1982
- 1982-02-03 JP JP1481582A patent/JPS58132813A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023074336A1 (ja) * | 2021-10-29 | 2023-05-04 | 慶應義塾 | 補償システム、補償装置、補償方法及びプログラム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58132813A (ja) | 1983-08-08 |
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