JP2002202820A - Reaction force control system - Google Patents

Reaction force control system

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JP2002202820A
JP2002202820A JP2000399979A JP2000399979A JP2002202820A JP 2002202820 A JP2002202820 A JP 2002202820A JP 2000399979 A JP2000399979 A JP 2000399979A JP 2000399979 A JP2000399979 A JP 2000399979A JP 2002202820 A JP2002202820 A JP 2002202820A
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安忠 田辺
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To optionally set and vary characteristics of a reaction force applied to an input part. SOLUTION: This system is equipped with an actuator 1 which has a servomotor rotating a screw shaft of a ball screw mechanism and supplies a reaction force to the input part while displacing the input part by the relative movement between a screw shaft and a ball nut through the operation of the servomotor, a load cell 4d which outputs an external force signal showing the strength of the external force applied to the input part, a potentiometer 1g which outputs a position signal showing the position of the input part, a driver 2a which operates the servomotor so that the difference between a position command signal and the position signal is eliminated, a reaction force controller 2b which generates and outputs the position command signal according to the difference between the signal generated by adding a position signal made variable in value according to a reaction force/displacement gradient command signal, a speed signal found from the position signal through differentiation processing and made adjustable in value according to an attenuation factor command signal, and a stationary reaction force command signal and the external force signal, and a computer 3 which outputs the reaction force/displacement gradient command signal, the attenuation factor command signal, and stationary reaction force command signal according to arbitrary settings.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、入力部への、人
の操作力等の外力の入力に対し、その入力部に反力を与
える反力制御システムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reaction force control system for applying a reaction force to an input section when an external force such as a human operation force is input to the input section.

【0002】[0002]

【従来の技術】上述の如きシステムとしては従来、例え
ば特公平7−111613号公報にて開示されたものが
知られており、このシステムは、模擬操縦装置に用いら
れているもので、操縦訓練を受ける人が操作する模擬操
縦機能部(模擬操縦桿)に連結された入力部としてのテ
イク・オフ・アームに駆動結合されたボールナットとそ
のボールナットに螺合するねじ軸とを持つボールねじ機
構と、そのボールねじ機構のねじ軸を回転させるサーボ
モータとを有し、そのサーボモータの作動によって上記
テイク・オフ・アームを変位させつつそのテイク・オフ
・アームに反力を与える操舵反力発生機能部と、上記テ
イク・オフ・アームに加えられた外力としての操作力を
検出してその操作力の大きさを示す操作力信号を出力す
るロード・セルと、上記テイク・オフ・アームの位置を
検出してその位置を示す位置信号を出力する非接触位置
センサとを具えている。
2. Description of the Related Art As a system as described above, for example, a system disclosed in Japanese Patent Publication No. Hei 7-111613 is known. This system is used in a simulated maneuvering device and is used for maneuver training. A ball screw having a ball nut drive-coupled to a take-off arm as an input unit connected to a simulation control function unit (simulation control stick) operated by a recipient and a screw shaft screwed to the ball nut And a servomotor for rotating a screw shaft of the ball screw mechanism, and a reaction force for applying a reaction force to the take-off arm while displacing the take-off arm by operation of the servomotor. A generation function unit, and a load cell that detects an operation force as an external force applied to the take-off arm and outputs an operation force signal indicating the magnitude of the operation force. And comprising a non-contact position sensor for outputting a position signal indicating the position by detecting the position of the take-off arm.

【0003】そして上記従来のシステムはさらに、上記
非接触位置センサからの位置信号に基づく現在位置に所
定のスプリング係数を乗じて得たスプリング力および後
述する等価速度に所定の摩擦係数を乗じて得た摩擦力等
を加算して操舵反力を求めるとともに、その操舵反力か
ら、上記ロード・セルからの操作力信号に基づく操作力
を減算して駆動力を求めて、その駆動力を積分すること
で等価速度を求め、その等価速度に基づく駆動信号を上
記サーボモータに出力する制御機能部を具えている。
The conventional system further includes a spring force obtained by multiplying a current position based on a position signal from the non-contact position sensor by a predetermined spring coefficient and an equivalent speed described later by a predetermined friction coefficient. The steering reaction force is obtained by adding the frictional force and the like, and the driving force is obtained by subtracting the operation force based on the operation force signal from the load cell from the steering reaction force, and the driving force is integrated. Thus, a control function unit is provided for obtaining an equivalent speed and outputting a drive signal based on the equivalent speed to the servomotor.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】かかる従来のシステム
によれば、所定のスプリング係数や所定の摩擦係数等の
パラメータに応じた反力をテイク・オフ・アームに与え
ることができるものの、それらのバラメータの値を任意
に設定したり瞬時にあるいは随時に変更したりすること
ができないという問題があった。
According to such a conventional system, a reaction force corresponding to parameters such as a predetermined spring coefficient and a predetermined friction coefficient can be applied to the take-off arm. Cannot be set arbitrarily or changed instantaneously or at any time.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】こ
の発明は、上記課題を有利に解決したシステムを提供す
ることを目的とするものであり、請求項1記載のこの発
明の反力制御システムは、ボールナットとそのボールナ
ットに螺合するねじ軸とを持つボールねじ機構と、その
ボールねじ機構の前記ねじ軸を回転させるサーボモータ
とを有し、前記サーボモータの作動による前記ねじ軸と
前記ボールナットとの相対移動によりに入力部を変位さ
せつつその入力部に反力を与える反力付与手段と、前記
入力部に加えられた外力を検出してその外力の大きさを
示す外力信号を出力する外力検出手段と、前記入力部の
位置を検出してその入力部の位置を示す位置信号を出力
する入力部位置検出手段と、位置指令信号と前記位置信
号との差がなくなるように前記サーボモータを作動させ
るサーボモータ制御手段と、反力/変位勾配指令信号に
基づき大きさを調節可能にした前記位置信号と、その位
置信号から微分処理によって求めるとともに減衰率指令
信号に基づき大きさを調節可能とした速度信号と、定常
反力指令信号とを加えた信号と、前記外力信号との差に
応じて前記位置指令信号を発生させて、その位置指令信
号を出力する反力制御手段と、任意に設定された反力−
変位関係に基づく前記反力/変位勾配指令信号と、任意
に設定された減衰率に基づく前記減衰率指令信号と、任
意に設定された定常反力に基づく前記定常反力指令信号
とを出力する反力特性設定手段と、を具えてなるもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a system which advantageously solves the above-mentioned problems, and a reaction force control system according to the present invention. Has a ball screw mechanism having a ball nut and a screw shaft screwed to the ball nut, and a servo motor for rotating the screw shaft of the ball screw mechanism, wherein the screw shaft is operated by the servo motor. A reaction force applying means for applying a reaction force to the input portion while displacing the input portion by relative movement with the ball nut, and an external force signal indicating a magnitude of the external force by detecting an external force applied to the input portion External force detecting means for detecting the position of the input section and outputting a position signal indicating the position of the input section, and a difference between the position command signal and the position signal. Means for operating the servo motor as described above, the position signal whose magnitude can be adjusted based on the reaction force / displacement gradient command signal, and a differential processing based on the position signal and a damping rate command signal. A reaction force that generates the position command signal in accordance with a difference between a speed signal whose magnitude can be adjusted and a signal obtained by adding a steady reaction force command signal and the external force signal, and outputs the position command signal Control means and arbitrarily set reaction force
Outputting the reaction force / displacement gradient command signal based on the displacement relationship, the decay rate command signal based on an arbitrarily set attenuation rate, and the steady reaction force command signal based on an arbitrarily set steady reaction force; And reaction force characteristic setting means.

【0006】かかる反力制御システムにあっては、反力
付与手段が、サーボモータの作動によりボールねじ機構
のねじ軸を回転させてねじ軸とそれに螺合するボールナ
ットとを相対移動させることで入力部を変位させつつそ
の入力部に反力を与え、外力検出手段が、前記入力部に
加えられた外力を検出してその外力の大きさを示す外力
信号を出力し、入力部位置検出手段が、前記入力部の位
置を検出してその入力部の位置を示す位置信号を出力
し、サーボモータ制御手段が、位置指令信号と前記位置
信号との差がなくなるように前記サーボモータを作動さ
せ、反力制御手段が、反力/変位勾配指令信号に基づき
大きさを調節可能にした前記位置信号と、その位置信号
から微分処理によって求めるとともに減衰率指令信号に
基づき大きさを調節可能とした速度信号と、定常反力指
令信号とを加えた信号と、前記外力信号との差に応じて
前記位置指令信号を発生させてその位置指令信号を出力
し、反力特性設定手段が、任意に設定された反力−変位
関係に基づく前記反力/変位勾配指令信号と、任意に設
定された減衰率に基づく前記減衰率指令信号と、任意に
設定された定常反力に基づく前記定常反力指令信号とを
それぞれ出力する。
In such a reaction force control system, the reaction force applying means rotates the screw shaft of the ball screw mechanism by the operation of the servomotor to relatively move the screw shaft and the ball nut screwed thereto. Applying a reaction force to the input unit while displacing the input unit, the external force detection unit detects the external force applied to the input unit and outputs an external force signal indicating the magnitude of the external force, and the input unit position detection unit Detects the position of the input section and outputs a position signal indicating the position of the input section, and the servo motor control means operates the servo motor so that the difference between the position command signal and the position signal is eliminated. The reaction force control means obtains the magnitude by adjusting the position signal based on the reaction force / displacement gradient command signal and the position signal, and adjusts the magnitude based on the attenuation rate command signal. Speed signal, a signal obtained by adding a steady reaction force command signal, and the position command signal in accordance with a difference between the external force signal and the position command signal, and outputs the position command signal. The reaction force / displacement gradient command signal based on an arbitrarily set reaction force-displacement relationship, the decay rate command signal based on an arbitrarily set damping rate, and the arbitrarily set stationary reaction force. And a stationary reaction force command signal.

【0007】また請求項2記載のこの発明の反力制御シ
ステムは、入力部に駆動結合された回転軸と、その回転
軸を回転させるサーボモータとを有し、前記サーボモー
タの作動による前記回転軸の回転により入力部を回転変
移させつつその入力部に回転反力を与える反力付与手段
と、前記入力部に加えられた外力を検出してその外力の
大きさを示す外力信号を出力する外力検出手段と、前記
入力部の回転位置を検出してその入力部の回転位置を示
す位置信号を出力する入力部位置検出手段と、位置指令
信号と前記位置信号との差がなくなるように前記サーボ
モータを作動させるサーボモータ制御手段と、反力/変
位勾配指令信号に基づき大きさを調節可能にした前記位
置信号と、その位置信号から微分処理によって求めると
ともに減衰率指令信号に基づき大きさを調節可能とした
速度信号と、定常反力指令信号とを加えた信号と、前記
外力信号との差に応じて前記位置指令信号を発生させ
て、その位置指令信号を出力する反力制御手段と、任意
に設定された反力−変位関係に基づく前記反力/変位勾
配指令信号と、任意に設定された減衰率に基づく前記減
衰率指令信号と、任意に設定された定常反力に基づく前
記定常反力指令信号とを出力する反力特性設定手段と、
を具えてなるものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a reaction force control system comprising: a rotary shaft drivingly coupled to an input unit; and a servomotor for rotating the rotary shaft, wherein the rotation of the rotary shaft by the operation of the servomotor is performed. Reaction force applying means for applying a rotational reaction force to the input portion while rotating the input portion by rotating the shaft, and detecting an external force applied to the input portion and outputting an external force signal indicating the magnitude of the external force. An external force detecting means, an input part position detecting means for detecting a rotational position of the input part and outputting a position signal indicating the rotational position of the input part, and an input part detecting means for eliminating a difference between a position command signal and the position signal. Servo motor control means for operating the servo motor; the position signal whose magnitude can be adjusted based on the reaction force / displacement gradient command signal; The position command signal is generated according to the difference between the speed signal whose magnitude can be adjusted based on the signal, the signal obtained by adding the steady reaction force command signal, and the external force signal, and the position command signal is output. Reaction force control means, the reaction force / displacement gradient command signal based on an arbitrarily set reaction force-displacement relationship, and the decay rate command signal based on an arbitrarily set attenuation rate. Reaction force characteristic setting means for outputting the steady reaction force command signal based on the steady reaction force,
It is equipped with.

【0008】かかる反力制御システムにあっては、反力
付与手段が、サーボモータの作動により回転軸を回転さ
せることで、その回転軸に駆動結合した入力部を回転変
位させつつその入力部に反力を与え、外力検出手段が、
前記入力部に加えられた外力を検出してその外力の大き
さを示す外力信号を出力し、入力部位置検出手段が、前
記入力部の位置を検出してその入力部の位置を示す位置
信号を出力し、サーボモータ制御手段が、位置指令信号
と前記位置信号との差がなくなるように前記サーボモー
タを作動させ、反力制御手段が、反力/変位勾配指令信
号に基づき大きさを調節可能にした前記位置信号と、そ
の位置信号から微分処理によって求めるとともに減衰率
指令信号に基づき大きさを調節可能とした速度信号と、
定常反力指令信号とを加えた信号と、前記外力信号との
差に応じて前記位置指令信号を発生させてその位置指令
信号を出力し、反力特性設定手段が、任意に設定された
反力−変位関係に基づく前記反力/変位勾配指令信号
と、任意に設定された減衰率に基づく前記減衰率指令信
号と、任意に設定された定常反力に基づく前記定常反力
指令信号とをそれぞれ出力する。
In such a reaction force control system, the reaction force applying means rotates the rotation shaft by the operation of the servomotor, thereby rotating and displacing the input portion which is drive-coupled to the rotation shaft, to the input portion. Gives a reaction force, and the external force detection means
Detecting an external force applied to the input unit and outputting an external force signal indicating the magnitude of the external force; input unit position detecting means detecting a position of the input unit and detecting a position signal indicating the position of the input unit; And the servo motor control means operates the servo motor so that there is no difference between the position command signal and the position signal, and the reaction force control means adjusts the magnitude based on the reaction force / displacement gradient command signal. The enabled position signal, and a speed signal whose magnitude can be adjusted based on the attenuation rate command signal obtained by differentiating from the position signal,
The position command signal is generated in accordance with a difference between the signal obtained by adding the steady reaction force command signal and the external force signal, and the position command signal is output. The reaction force / displacement gradient command signal based on the force-displacement relationship, the decay rate command signal based on an arbitrarily set attenuation rate, and the steady reaction force command signal based on an arbitrarily set steady reaction force. Output each.

【0009】従って、請求項1,2記載のこの発明の反
力制御システムによれば、反力−変位関係と、減衰率
と、定常反力とを任意に設定して反力特性設定手段に与
えることで、入力部に与える反力の特性を任意に設定し
得るとともに、その反力の特性を周囲の状況の変化に対
応させて瞬時にあるいは随時にかつ容易に変更すること
ができる。
Therefore, according to the reaction force control system of the present invention, the reaction force-displacement relationship, the damping rate, and the steady reaction force are arbitrarily set, and the reaction force characteristic setting means is set. By giving, the characteristic of the reaction force applied to the input unit can be arbitrarily set, and the characteristic of the reaction force can be changed instantaneously or at any time and easily according to the change of the surrounding situation.

【0010】なお、この発明の反力制御システムは、請
求項3に記載のように、前記位置信号と前記外力信号と
を入力されて、前記入力部の実際の変位とその時の実際
の反力との大きさを表示する実変位・実反力表示手段を
具えていても良く、このようにすれば、当該システムの
実際の動作状況を容易に監視することができる。
In the reaction force control system according to the present invention, the position signal and the external force signal are inputted, and the actual displacement of the input section and the actual reaction force at that time are inputted. And actual displacement / actual force display means for displaying the magnitude of the above. The actual operation status of the system can be easily monitored.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここ
に、図1は、この発明の反力制御システムの一実施例を
示す構成図であり、この実施例のシステムは、反力発生
アクチュエータ1と、反力制御ユニット2と、反力−変
位関係指示コンピュータ3とを具えてなる。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a reaction force control system according to the present invention. The system of this embodiment includes a reaction force generation actuator 1, a reaction force control unit 2, a reaction force-displacement. And a relation instruction computer 3.

【0012】ここにおける反力発生アクチュエータ1
は、図2(a),(b)の平面図および側面図と、図3
の斜視図と、図4の断面図とに示すように、作業装置4
に設けられており、この作業装置4は、図示しない架台
に支持された上腕部4aと、その上腕部4aの下端部に
基端部を揺動自在に支持された下腕部4bと、その下腕
部4bの先端部の側面から水平に突出するように配置さ
れた棒状の、入力部としてのグリップ4cと、そのグリ
ップ4c内に収容されてそのグリップ4cと上記下腕部
4bの先端部とを連結するとともにそのグリップ4cに
加えられた外力の大きさを検出する、外力検出手段とし
てのロードセル4dと、上記下腕部4bの先端部に揺動
自在に支持された器具取付け部4eと、上記下腕部4b
の先端部にその器具取付け部4eを連結する緩衝材とし
ての板ばね4fと、上記下腕部4bの基端部と上記上腕
部4aの下端部とにそれぞれ揺動自在に連結されるとと
もに互いに揺動自在に連結されてそれら下腕部4bの基
端部と上腕部4aの下端部とともに四節リンクを構成す
る二つのリンク部材4g,4hとを有している。
The reaction force generating actuator 1 here
FIG. 3A is a plan view and a side view of FIGS.
As shown in the perspective view of FIG.
The working device 4 includes an upper arm 4a supported by a frame (not shown), a lower arm 4b having a base end swingably supported at the lower end of the upper arm 4a, A rod-shaped grip 4c as an input portion, which is disposed so as to protrude horizontally from the side surface of the tip of the lower arm 4b, and the grip 4c housed in the grip 4c and the tip of the lower arm 4b. And a load cell 4d as external force detecting means for detecting the magnitude of an external force applied to the grip 4c, and an instrument mounting portion 4e swingably supported at the tip of the lower arm portion 4b. The lower arm 4b
A leaf spring 4f as a cushioning material for connecting the instrument mounting portion 4e to the distal end of the lower arm 4b, and a base end of the lower arm 4b and a lower end of the upper arm 4a, which are swingably connected to each other. It has two link members 4g and 4h that are swingably connected and form a four-bar link with the base end of the lower arm 4b and the lower end of the upper arm 4a.

【0013】そして上記反力発生アクチュエータ1は、
上腕部4aに揺動自在に支持された基部1aと、その基
部1a内に収容されてその基部1aに回転自在に支持さ
れたねじ軸1bと、そのねじ軸1bと平行に配置されて
基部1aに支持されたサーボモータ1cと、上記基部1
a内に収容されてそのサーボモータ1cの出力軸と上記
ねじ軸1bとを駆動結合する歯車列1dと、上記ねじ軸
1bに螺合されてボールねじ機構を構成するボールナッ
ト(ボール循環式ナット)1eと、一端部にそのボール
ナット1eを固定されて上記ねじ軸1bを摺動自在に収
容するとともに上記基部1aにそのねじ軸1bの軸線方
向に進退移動自在に支持された筒状の作動ロッド1f
と、上記基部1aに固定されてその基部1aに対する上
記作動ロッド1fの進退移動位置を検出する直線作動型
のポテンショメータ1gとを有しており、その作動ロッ
ド1fの先端部は、上記二つのリンク部材4g,4h相
互の連結部に揺動自在に連結されている。
The above reaction force generating actuator 1
A base 1a swingably supported by the upper arm 4a, a screw shaft 1b housed in the base 1a and rotatably supported by the base 1a, and a base 1a disposed parallel to the screw shaft 1b. The servomotor 1c supported by the base and the base 1
a ball train (ball-circulating nut) which is housed in the motor shaft 1a and drives and couples the output shaft of the servomotor 1c and the screw shaft 1b to the screw shaft 1b; 1) and a cylindrical operation in which the ball nut 1e is fixed to one end and the screw shaft 1b is slidably accommodated, and the base 1a is supported by the base 1a so as to be movable forward and backward in the axial direction of the screw shaft 1b. Rod 1f
And a linear actuating potentiometer 1g fixed to the base 1a and detecting the position of the operating rod 1f with respect to the base 1a. The distal end of the operating rod 1f is connected to the two links. The members 4g and 4h are swingably connected to a connecting portion between the members.

【0014】この反力発生アクチュエータ1は、サーボ
モータ1cの作動によってねじ軸1bを回転させてボー
ルナット1eとともに作動ロッド1fを基部1aに対し
ねじ軸1bの軸線方向に進退移動させることで、図5に
作動ロッド1fが進出した状態について示すように、そ
の作動ロッド1fに連結されたリンク部材4gを上腕部
4aに対して揺動させるとともに、その作動ロッド1f
に連結されたもう一つのリンク部材4hを移動させて、
そのリンク部材4hに連結された下腕部4bを上腕部4
aに対して揺動させ、これにより、上記グリップ4cを
上腕部4aに対して揺動変位させるとともに、上記器具
取付け部4eを上腕部4aに対して揺動変位させ、さら
に、後述の如くしてサーボモータ1cの作動を制御され
てグリップ4cに反力を与えることから、反力付与手段
として機能する。そして上記ポテンショメータ1gは、
下腕部4bおよびリンク部材4hを介してグリップ4c
の位置を検出することから、入力部位置検出手段として
機能する。
The reaction force generating actuator 1 rotates the screw shaft 1b by the operation of the servomotor 1c to move the operating rod 1f together with the ball nut 1e with respect to the base 1a in the axial direction of the screw shaft 1b. 5, the link member 4g connected to the operating rod 1f is swung with respect to the upper arm portion 4a, and the operating rod 1f is moved.
Move another link member 4h connected to
The lower arm 4b connected to the link member 4h is connected to the upper arm 4
a, thereby displacing the grip 4c with respect to the upper arm 4a, and displacing the instrument mounting portion 4e with respect to the upper arm 4a, as described later. As a result, the operation of the servomotor 1c is controlled to apply a reaction force to the grip 4c, so that it functions as a reaction force applying means. The potentiometer 1g is
Grip 4c via lower arm 4b and link member 4h
Function as input unit position detecting means.

【0015】また、ここにおける反力制御ユニット2
は、図1および図6に示すように、アクチュエータ位置
制御ドライバ2aと、反力コントローラ2bとを有して
おり、アクチュエータ位置制御ドライバ2aは、反力コ
ントローラ2bからの位置指令信号Spcと上記ポテン
ショメータ1gからの位置フィードバック信号Spfと
に基づき、それらの信号差がなくなるまで、それらの信
号差がなくなる方向のモータ駆動電流Imdをサーボモ
ータ1cに出力するとともに、反力コントローラ2bに
上記ポテンショメータ1gからの位置フィードバック信
号Spfを送る。なお、かかるアクチュエータ位置制御
ドライバ2aは通常のものゆえ、その回路構成の詳細は
省略する。
The reaction force control unit 2 here
Has an actuator position control driver 2a and a reaction force controller 2b, as shown in FIG. 1 and FIG. 6, and the actuator position control driver 2a is configured to receive a position command signal Spc from the reaction force controller 2b and the potentiometer. 1g, the motor drive current Imd in the direction in which the signal difference disappears is output to the servomotor 1c until the signal difference disappears, and the reaction force controller 2b receives the signal from the potentiometer 1g from the potentiometer 1g until the signal difference disappears. Send the position feedback signal Spf. Since the actuator position control driver 2a is an ordinary driver, the details of the circuit configuration are omitted.

【0016】そして反力コントローラ2bは、図7にそ
の回路構成を示すように、上記ロードセル4d内の歪ゲ
ージのブリッジ回路からの、グリップ4cに加えられた
外力Fの大きさに応じた反力歪信号Sfsを増幅して外
力信号としての反力フィードバック信号Sffを出力す
る動歪アンプ2cと、アクチュエータ位置制御ドライバ
2aからの位置フィードバック信号Spfを微分して速
度信号Ssを出力する微分回路2dと、上記位置フィー
ドバック信号Spfを反力−変位関係指示コンピュータ
3からの反力/変位勾配指令信号Sacに対応したゲイ
ンで増幅する可変ゲイン増幅回路2eと、上記速度信号
Ssをこれも反力−変位関係指示コンピュータ3からの
減衰率信号Sdcに対応したゲインで増幅する可変ゲイ
ン増幅回路2fと、それら可変ゲイン増幅回路2e,2
fの出力信号とこれも反力−変位関係指示コンピュータ
3からの定常反力指令信号Ssfcとを加算して得た反
力指令信号Sfcから上記動歪アンプ2cで増幅した反
力フィードバック信号Sffを減算した出力信号を積分
して後述する反力/変位勾配と定常反力と減衰率とに基
づく所定の反力を与えるような位置指令信号Spcを得
る積分増幅回路2gとを有している。
The reaction force controller 2b, as shown in FIG. 7, shows a reaction force corresponding to the magnitude of the external force F applied to the grip 4c from the bridge circuit of the strain gauge in the load cell 4d. A dynamic distortion amplifier 2c that amplifies the distortion signal Sfs and outputs a reaction force feedback signal Sff as an external force signal; and a differentiation circuit 2d that differentiates the position feedback signal Spf from the actuator position control driver 2a and outputs a velocity signal Ss. A variable gain amplifying circuit 2e for amplifying the position feedback signal Spf with a gain corresponding to the reaction force / displacement gradient command signal Sac from the reaction force-displacement relation indicating computer 3, and the speed signal Ss also for the reaction force-displacement. A variable gain amplifier circuit 2f for amplifying with a gain corresponding to the attenuation rate signal Sdc from the relation indicating computer 3; They variable gain amplifier circuit 2e, 2
From the reaction force command signal Sfc obtained by adding the output signal of f and the steady reaction force command signal Ssfc from the reaction force-displacement relation indicating computer 3, a reaction force feedback signal Sff amplified by the dynamic strain amplifier 2c is obtained. An integral amplifier circuit 2g is provided to obtain a position command signal Spc that integrates the subtracted output signal to give a predetermined reaction force based on a reaction force / displacement gradient, a steady reaction force, and a damping rate, which will be described later.

【0017】なお、ここにおける反力コントローラ2b
は、具体的には、IC1(A部,C部,D部使用)、I
C2(A部〜D部使用)、IC3(A部,B部使用)、
IC4(A部〜D部使用)の四つのICを用いたアナロ
グ回路でコンパクトに構成されており、それらのICに
は、図8(a)に示す電源回路から直接、および同図
(b)に示す平滑回路を介して電源供給し、また上記ロ
ードセル4d内の歪ゲージのブリッジ回路には、図8
(c)に示す電源回路から電源供給している。
The reaction force controller 2b here
Specifically, IC1 (using A, C, and D sections), I
C2 (uses A to D), IC3 (uses A and B),
It is compactly configured by an analog circuit using four ICs of IC4 (using A to D), and these ICs are directly connected to the power supply circuit shown in FIG. The power is supplied through a smoothing circuit shown in FIG.
Power is supplied from the power supply circuit shown in FIG.

【0018】さらに、ここにおける反力−変位関係指示
コンピュータ3は、通常のパーソナルコンピュータにて
構成され、あらかじめ与えられたプログラムに基づき作
動して、図1に示すように、グリップ4cの変位(位
置)とグリップ4cに与える反力の大きさとの関係を示
すデータ(例えば関係式や表形式のデータ等)と、グリ
ップ4cに与える定常反力の大きさと、反力の減衰率の
大きさとをそれぞれ変更可能に記憶するとともに、ユー
ザの操作によってそれら変位と反力との関係と定常反力
の大きさと減衰率の大きさとを適宜変更し、また、上記
変位と反力との関係から求まる各位置での反力の勾配
(増加率)と上記反力コントローラ2bから送られる位
置フィードバック信号Spfとから、現在位置での反力
の増加率を指示する反力/変位勾配指令信号Sacを計
算して、その反力/変位勾配指令信号Sacを反力コン
トローラ2bに出力するとともに、現在記憶している上
記定常反力および減衰率の大きさをそれぞれ示す定常反
力指令信号Ssfcおよび減衰率信号Sdcを反力コン
トローラ2bに出力する。
Further, the reaction force-displacement relation indicating computer 3 here is constituted by an ordinary personal computer, and operates based on a program given in advance, and as shown in FIG. ) And the magnitude of the reaction force given to the grip 4c (for example, a relational expression or tabular data), the magnitude of the steady reaction force given to the grip 4c, and the magnitude of the damping rate of the reaction force, respectively. In addition to memorizing the change, the relationship between the displacement and the reaction force, the magnitude of the steady-state reaction force and the magnitude of the damping rate are appropriately changed by the user's operation, and each position obtained from the relationship between the displacement and the reaction force From the gradient (increase rate) of the reaction force at step S1 and the position feedback signal Spf sent from the reaction force controller 2b. / Acceleration gradient command signal Sac, and outputs the reaction force / displacement gradient command signal Sac to the reaction force controller 2b. The force command signal Ssfc and the damping rate signal Sdc are output to the reaction force controller 2b.

【0019】加えて、反力−変位関係指示コンピュータ
3は、上記反力コントローラ2bから送られる反力フィ
ードバック信号Sffおよび位置フィードバック信号S
pfから現在時点でのグリップ4cの実際の位置(変
位)と実際の反力の大きさとを計算して、それらのデー
タを当該コンピュータ3の画面表示装置の画面上に表示
する。
In addition, the reaction force-displacement relation indicating computer 3 generates a reaction force feedback signal Sff and a position feedback signal Sff sent from the reaction force controller 2b.
The actual position (displacement) of the grip 4c and the magnitude of the actual reaction force at the current time point are calculated from pf, and the data is displayed on the screen of the screen display device of the computer 3.

【0020】従って、この実施例の反力制御システムに
よれば、反力−変位関係ひいては仮想スプリング係数
と、変位速度に応じた反力の減衰率と、定常反力ひいて
は仮想プリテンション値とをそれぞれ任意に設定して反
力−変位関係指示コンピュータ3に与えることで、グリ
ップ4cに与える反力の特性を任意に設定することがで
きるので、仮想スプリングおよび仮想ダンパ付きの反力
発生装置を実現することができ、しかも、その反力の特
性を周囲の状況の変化に対応させて瞬時にかつ容易に変
更することができる。
Therefore, according to the reaction force control system of this embodiment, the reaction force-displacement relationship, that is, the virtual spring coefficient, the reaction force damping rate according to the displacement speed, and the steady reaction force, that is, the virtual pretension value, are calculated. By providing the reaction force-displacement relation instructing computer 3 arbitrarily, the characteristics of the reaction force applied to the grip 4c can be arbitrarily set, thereby realizing a reaction force generator with a virtual spring and a virtual damper. In addition, the characteristics of the reaction force can be instantaneously and easily changed in response to changes in the surrounding conditions.

【0021】さらに、この実施例の反力制御システムに
よれば、反力−変位関係指示コンピュータ3がその画面
表示装置の画面上に現在時点でのグリップ4cの実際の
位置(変位)と実際の反力の大きさと表示するので、当
該システムの実際の動作状況を容易に監視することがで
きる。
Further, according to the reaction force control system of this embodiment, the reaction force-displacement relation indicating computer 3 displays the actual position (displacement) of the grip 4c at the present time on the screen of the screen display device and the actual position. Since the magnitude of the reaction force is displayed, the actual operation status of the system can be easily monitored.

【0022】そして、この実施例の反力制御システムに
よれば、例えば作業装置4の器具取付け部4eに荷物保
持具等を取り付けて、グリップ4cを人が手で操作して
荷物の持ち上げを行う場合に、ある程度の高さまで持ち
上げる間は反力発生アクチュエータ1で荷物の荷重に近
い持ち上げ力を下腕部4bに与えてグリップ4cから手
に与える反力(操作力)を荷物の荷重よりも大幅に軽く
し、ある程度以上の高さまで持ち上げるとその反力(操
作力)を除々に増加させて高く持ち上げ過ぎないように
する、といった反力制御を行うことができる。
According to the reaction force control system of this embodiment, for example, a luggage holder or the like is attached to the tool attachment portion 4e of the working device 4, and a person manually operates the grip 4c to lift the luggage. In this case, while lifting to a certain height, the reaction force generating actuator 1 applies a lifting force close to the load of the load to the lower arm 4b, and the reaction force (operation force) applied to the hand from the grip 4c is greater than the load of the load. Reaction force control can be performed such that the reaction force (operating force) is gradually increased when the object is lifted to a certain height or more, so that the object is not raised too high.

【0023】図9〜図14は、この発明の反力制御シス
テムの他の一実施例を示すもので、この実施例の反力制
御システムは、二つの反力発生アクチュエータ5,6
と、先の実施例におけるものと同様の構成の反力制御ユ
ニット2および反力−変位関係指示コンピュータ3とを
具えており、ここにおける二つの反力発生アクチュエー
タ5,6は、図9の側面図に示すように、運転シミュレ
ーション装置7に設けられている。
FIGS. 9 to 14 show another embodiment of the reaction force control system according to the present invention. The reaction force control system according to this embodiment comprises two reaction force generation actuators 5 and 6.
9 and a reaction force control unit 2 and a reaction force-displacement relation indicating computer 3 having the same configuration as those in the previous embodiment. As shown in the figure, the operation simulation device 7 is provided.

【0024】この運転シミュレーション装置7は、車両
の運転席を模して、インストルメントパネル7aと、人
が座れるシート7bと、入力部としてのステアリングホ
イール7cと、これも入力部としてのブレーキペダル7
d(図13,14参照)と、図示しないアクセルペダル
とを具えるとともに、インストルメントパネル7aの下
側に支持部材7eを具えており、上記二つの反力発生ア
クチュエータ5,6のうちの反力発生アクチュエータ5
は、ステアリングホイール7cに結合されてそのステア
リングホイール7cに操舵反力を与え、もう一つの反力
発生アクチュエータ6は、ブレーキペダル7dに結合さ
れてそのブレーキペダル7dに踏込反力を与える役割を
果たす。そして上記反力−変位関係指示コンピュータ3
はその画面表示装置を、上記インストルメントパネル7
aに設置されている。
The driving simulation device 7 simulates a driver's seat of a vehicle, and includes an instrument panel 7a, a seat 7b on which a person can sit, a steering wheel 7c as an input unit, and a brake pedal 7 as an input unit.
d (see FIGS. 13 and 14), an accelerator pedal (not shown), and a support member 7e below the instrument panel 7a. Force generating actuator 5
Is coupled to the steering wheel 7c to apply a steering reaction to the steering wheel 7c, and another reaction force generating actuator 6 is coupled to the brake pedal 7d and plays a role of applying a depressing reaction to the brake pedal 7d. . And the reaction force-displacement relation indicating computer 3
Displays the screen display device on the instrument panel 7
a.

【0025】すなわち、反力発生アクチュエータ5は、
図9、図10の側面図、図11のステアリングホイール
7cの装着状態での正面図および、図12の上方から見
た断面図に示すように、支持部材7eに傾斜角度調節可
能に固定支持された基部5aと、その基部5a内に収容
されてその基部5aに回転自在に支持されるとともに互
いにカップリング5bおよび外力検出手段としてのロー
ドセル5cを介して同一軸線上で結合された二本の回転
軸5d,5eと、それらの回転軸5d,5eと平行に配
置されて基部5aに支持された減速機付サーボモータ5
fと、上記基部5a内に収容されてそのサーボモータ5
fの出力軸と上記一方の回転軸5eとを駆動結合するベ
ルト式伝動機構5gと、上記他方の回転軸5dに駆動結
合されてその回転軸5dの回転を1/2に減速するとと
もにその減速した回転を略1回転だけ可能なようにスト
ッパで規制する回転規制機構5hと、上記基部5aに固
定されてその基部5aに対する上記一方の回転軸5eの
回転位置(回転角度)を検出するロータリ式ポテンショ
メータ5hとを有しており、上記他方の回転軸5dの先
端部は、上記ステアリングホイール7cに結合されてい
る。
That is, the reaction force generating actuator 5
As shown in the side views of FIGS. 9 and 10, the front view of the steering wheel 7c in the mounted state of FIG. 11, and the cross-sectional view seen from above in FIG. Base 5a and two rotations accommodated in the base 5a and rotatably supported by the base 5a and coupled to each other on the same axis via a coupling 5b and a load cell 5c as external force detecting means. Shafts 5d and 5e, and a servomotor with a reduction gear 5 arranged in parallel with the rotation shafts 5d and 5e and supported by a base 5a.
f and the servo motor 5 housed in the base 5a.
and a belt-type transmission mechanism 5g for drivingly connecting the output shaft of the shaft f to the one of the rotating shafts 5e, and reducing the rotation of the rotating shaft 5d to 1/2 while being driven and connected to the other rotating shaft 5d. A rotation restricting mechanism 5h for restricting the rotation of the rotary shaft 5 by a stopper so that the rotation can be performed by approximately one rotation; A potentiometer 5h is provided, and the tip of the other rotary shaft 5d is connected to the steering wheel 7c.

【0026】この反力発生アクチュエータ5は、サーボ
モータ5fの作動によって回転軸5d,5eを回転させ
てステアリングホイール7cを回転させるとともに、先
の実施例と同様にして反力制御ユニット2および反力−
変位関係指示コンピュータ3によりサーボモータ5fの
作動を制御されて、ステアリングホイール7cに反力を
与えることから、反力付与手段として機能する。そして
上記ポテンショメータ5hは、回転軸5d,5eを介し
てステアリングホイール7cの回転位置を検出して反力
制御ユニット2に入力することから、入力部位置検出手
段として機能する。
The reaction force generating actuator 5 rotates the rotating shafts 5d and 5e by operating the servo motor 5f to rotate the steering wheel 7c, and the reaction force control unit 2 and the reaction force −
Since the operation of the servo motor 5f is controlled by the displacement relation instruction computer 3 to apply a reaction force to the steering wheel 7c, it functions as a reaction force applying means. The potentiometer 5h detects the rotational position of the steering wheel 7c via the rotating shafts 5d and 5e and inputs the rotational position to the reaction force control unit 2, so that the potentiometer 5h functions as an input unit position detecting unit.

【0027】また、もう一方の反力発生アクチュエータ
6は、図13のブレーキペダル7dの装着状態での正面
側から見た斜視図および、図14の同じくブレーキペダ
ル7dの装着状態での、図9と反対の側から見た側面図
に示すように、支持部材7eの底板部分に固定支持され
た基部6aと、その基部6a内に収容されてその基部6
aに回転自在に支持された図示しないねじ軸と、そのね
じ軸と平行に配置されて基部6aに支持されたサーボモ
ータ6bと、上記基部6a内に収容されてそのサーボモ
ータ6bの出力軸と上記ねじ軸とを駆動結合する図示し
ないベルト式伝動機構と、上記ねじ軸に螺合されてボー
ルねじ機構を構成する図示しないボールナット(ボール
循環式ナット)と、そのボールナットを固定されるとと
もに上記基部6aにそのねじ軸の軸線方向に進退移動自
在に支持された図示しない作動部材と、上記基部6aに
固定されてその基部6aに対する上記作動部材の進退移
動位置を検出する直線作動型のポテンショメータ6cと
を有しており、上記作動部材の側部には、上記ブレーキ
ペダル7dが、外力検出手段としてのロードセル6dを
介して角度調節可能に固定されている。
The other reaction force generating actuator 6 is a perspective view from the front side when the brake pedal 7d is mounted in FIG. 13 and FIG. 9 when the brake pedal 7d is mounted in FIG. As shown in the side view seen from the opposite side, a base 6a fixedly supported on the bottom plate portion of the support member 7e, and the base 6a housed in the base 6a
a, a screw shaft (not shown) rotatably supported by a, a servomotor 6b disposed in parallel with the screw shaft and supported by a base 6a, and an output shaft of the servomotor 6b housed in the base 6a. A belt-type transmission mechanism (not shown) for drivingly coupling the screw shaft, a ball nut (ball circulation type nut) not shown which is screwed to the screw shaft to form a ball screw mechanism, and the ball nut is fixed. An operating member (not shown) supported on the base 6a so as to be able to advance and retreat in the axial direction of the screw shaft, and a linear actuation potentiometer fixed to the base 6a and detecting the position of the operating member with respect to the base 6a. 6c, and the brake pedal 7d can be angle-adjusted to the side of the operating member via a load cell 6d as an external force detecting means. It has been fixed.

【0028】この反力発生アクチュエータ6は、サーボ
モータ6bの作動によって上記ねじ軸を回転させて上記
ボールナットとともに上記作動部材を基部6aに対しね
じ軸の軸線方向に進退移動させることでブレーキペダル
7dを直線移動させるとともに、先の実施例と同様にし
て反力制御ユニット2および反力−変位関係指示コンピ
ュータ3によりサーボモータ6bの作動を制御されて、
ブレーキペダル7dに反力を与えることから、反力付与
手段として機能する。そして上記ポテンショメータ6c
は、上記作動部材を介してブレーキペダル7dの進退位
置を検出して反力制御ユニット2に入力することから、
入力部位置検出手段として機能する。
The reaction force generating actuator 6 rotates the screw shaft by the operation of the servo motor 6b to move the operating member together with the ball nut in the axial direction of the screw shaft with respect to the base 6a, thereby causing a brake pedal 7d. Is linearly moved, and the operation of the servo motor 6b is controlled by the reaction force control unit 2 and the reaction force-displacement relation instruction computer 3 in the same manner as in the previous embodiment.
Since the reaction force is applied to the brake pedal 7d, it functions as a reaction force applying means. And the potentiometer 6c
Since the position of the brake pedal 7d is detected and input to the reaction force control unit 2 via the operating member,
It functions as input unit position detection means.

【0029】従って、この実施例の反力制御システムに
よれば、反力−変位関係ひいては仮想スプリング係数
と、変位速度に応じた反力の減衰率と、定常反力ひいて
は仮想プリテンション値とをそれぞれ任意に設定して反
力−変位関係指示コンピュータ3に与えることで、ステ
アリングホイール7cおよびブレーキペダル7dに与え
る反力の特性をそれぞれ任意に設定することができるの
で、仮想スプリングおよび仮想ダンパ付きの反力発生装
置を実現することができ、しかも、その反力の特性を周
囲の状況の変化に対応させて瞬時にあるいは随時にかつ
容易に変更することができる。
Therefore, according to the reaction force control system of this embodiment, the reaction force-displacement relationship, that is, the virtual spring coefficient, the reaction force damping rate corresponding to the displacement speed, and the steady reaction force, that is, the virtual pretension value, are calculated. By providing the reaction force-displacement relation indicating computer 3 with any setting, the characteristics of the reaction force given to the steering wheel 7c and the brake pedal 7d can be set arbitrarily. A reaction force generator can be realized, and the characteristics of the reaction force can be changed instantaneously or at any time and easily according to changes in the surrounding conditions.

【0030】さらに、この実施例の反力制御システムに
よれば、反力−変位関係指示コンピュータ3が、上記イ
ンストルメントパネル7aに設置された画面表示装置の
画面上に現在時点でのステアリングホイール7cおよび
ブレーキペダル7dの各々の実際の位置(変位)と実際
の反力の大きさとを表示するので、当該システムの実際
の動作状況を容易に監視することができる。
Further, according to the reaction force control system of this embodiment, the reaction force-displacement relation indicating computer 3 displays the current steering wheel 7c on the screen of the screen display device installed on the instrument panel 7a. In addition, since the actual position (displacement) of each brake pedal 7d and the magnitude of the actual reaction force are displayed, the actual operation state of the system can be easily monitored.

【0031】そして、この実施例の反力制御システムに
よれば、例えば当該運転シミュレーション装置7を使用
する人の運転能力や好みに応じて、あるいは実際の種々
の車種における特性に応じてステアリングホイール7c
およびブレーキペダル7dに与える反力の特性を任意に
設定することができるとともに、シミュレートしている
車両の走行中の路面状況の変化(例えば雨の降り出し)
等に応じてステアリングホイール7cおよびブレーキペ
ダル7dに与える反力の特性を瞬時にかつ随時に変化さ
せ得るので、実際の運転状況に極めて近い状況を模擬的
に実現することができる。
According to the reaction force control system of this embodiment, for example, the steering wheel 7c according to the driving ability or preference of the person using the driving simulation device 7, or according to the characteristics of various actual types of vehicles.
And the characteristics of the reaction force applied to the brake pedal 7d can be set arbitrarily, and changes in the road surface conditions during running of the vehicle being simulated (for example, when rain starts)
The characteristics of the reaction force applied to the steering wheel 7c and the brake pedal 7d can be changed instantaneously and at any time according to the conditions, etc., so that a situation very close to the actual driving situation can be simulated.

【0032】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、外力を
検出するロードセルは先の実施例では反力発生アクチュ
エータの作動ロッド等に設けても良い。また、入力部に
加えられる外力は人の操作力に限られず、車両の走行に
よって車輪からサスペンション装置に加わる力等でも良
い。
Although the present invention has been described with reference to the illustrated examples, the present invention is not limited to the above-described examples. For example, in the above embodiment, the load cell for detecting the external force is provided on the operating rod of the reaction force generating actuator. May be. Further, the external force applied to the input unit is not limited to the operation force of a person, and may be a force applied from the wheels to the suspension device by running of the vehicle.

【0033】また、この発明の反力制御システムは、例
えば、ロボット等の遠隔操縦システムにおけるオペレー
タへの反力フィードバックにも適用し得て、正確な作業
を可能にするとともに荷重の体感的な把握を可能にする
ことができ、また、プレス機械等で、負荷の変化にかか
わらず一定の推力を維持する必要がある場合や、仮想ス
プリングと仮想ダンパとの制御による可変特性サスペン
ション装置にも適用することができる。
Further, the reaction force control system of the present invention can be applied to a reaction force feedback to an operator in a remote control system such as a robot, for example, thereby enabling accurate work and sensibly grasping a load. In addition, the present invention is also applicable to a case where it is necessary to maintain a constant thrust regardless of a change in load with a press machine or the like, or a variable characteristic suspension device controlled by a virtual spring and a virtual damper. be able to.

【0034】さらに、この発明の反力制御システムは、
トレーニングマシンにも適用でき、訓練する人に応じ
て、あらかじめ設定された大きさから任意に変化させな
がら負荷を加えることができる。
Further, the reaction force control system of the present invention
The present invention can also be applied to a training machine, and can apply a load while arbitrarily changing a preset size according to a person to be trained.

【0035】そして、この発明の反力制御システムは、
体感ゲーム機器等にも適用し得て、あらかじめ設定され
た力を操作者に加えることができ、また上記の可変特性
サスペンション装置を応用して、種々の乗り物をシミュ
レーションするように体感ゲーム機器を制御することも
できる。
The reaction force control system according to the present invention
It can be applied to sensation game machines, etc., can apply a preset force to the operator, and can control sensation game machines to simulate various vehicles by applying the above-mentioned variable characteristic suspension device. You can also.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の反力制御システムの一実施例を示
す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a reaction force control system of the present invention.

【図2】 (a),(b)は、上記実施例の反力制御シ
ステムの反力発生アクチュエータが設けられた作業装置
を示す平面図および側面図である。
FIGS. 2A and 2B are a plan view and a side view showing a working device provided with a reaction force generating actuator of the reaction force control system of the embodiment.

【図3】 上記実施例の反力制御システムの反力発生ア
クチュエータが設けられた作業装置を操作者のモデルと
ともに示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a working device provided with a reaction force generating actuator of the reaction force control system of the embodiment together with a model of an operator.

【図4】 上記実施例の反力制御システムの反力発生ア
クチュエータが設けられた作業装置を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a working device provided with a reaction force generating actuator of the reaction force control system according to the embodiment.

【図5】 上記実施例の反力制御システムの反力発生ア
クチュエータおよびそれが設けられた作業装置の動作状
態を示す側面図である。
FIG. 5 is a side view showing an operation state of a reaction force generating actuator of the reaction force control system of the above embodiment and a working device provided with the same.

【図6】 上記実施例の反力制御システムの反力制御ユ
ニットの構成を示すブロック線図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a reaction force control unit of the reaction force control system of the embodiment.

【図7】 上記実施例の反力制御システムの反力制御ユ
ニットの反力コントローラの回路構成を示す構成図であ
る。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a circuit configuration of a reaction force controller of a reaction force control unit of the reaction force control system of the embodiment.

【図8】 (a),(b),(c)は上記実施例の反力
制御システムの反力制御ユニットおよびロードセルに電
源を供給する電源回路を示す構成図である。
FIGS. 8A, 8B and 8C are configuration diagrams showing a power supply circuit for supplying power to a reaction force control unit and a load cell of the reaction force control system of the embodiment.

【図9】 この発明の反力制御システムの他の一実施例
が設けられた運転シミュレーション装置を操作者のモデ
ルとともに示す側面図である。
FIG. 9 is a side view showing a driving simulation apparatus provided with another embodiment of the reaction force control system of the present invention, together with a model of an operator.

【図10】 上記実施例の反力制御システムの、一方の
反力発生アクチュエータを、ステアリングホイールを装
着した状態で示す側面図である。
FIG. 10 is a side view showing one of the reaction force generating actuators of the reaction force control system according to the embodiment, with a steering wheel mounted.

【図11】 上記一方の反力発生アクチュエータを、ス
テアリングホイールを装着した状態で示す正面図であ
る。
FIG. 11 is a front view showing the one reaction force generating actuator in a state where a steering wheel is mounted.

【図12】 上記一方の反力発生アクチュエータを、ス
テアリングホイールを装着した状態で示す断面図であ
る。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the one reaction force generating actuator with a steering wheel mounted.

【図13】 上記実施例の反力制御システムの、他方の
反力発生アクチュエータを、ブレーキペダルを装着した
状態で示す、正面側から見た斜視図である。
FIG. 13 is a front perspective view showing the other reaction force generating actuator of the reaction force control system of the above embodiment with a brake pedal mounted.

【図14】 上記実施例の反力制御システムの、他方の
反力発生アクチュエータを、ブレーキペダルを装着した
状態で示す、図9と反対の側から見た側面図である。
14 is a side view showing the other reaction force generating actuator of the reaction force control system according to the embodiment when the brake pedal is mounted, as viewed from the side opposite to FIG. 9;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,5,6 反力発生アクチュエータ 1c,5f,6b サーボモータ 1g,5i,6c ポテンショメータ 2 反力制御ユニット 2a アクチュエータ位置制御ドライバ 2b 反力コントローラ 3 反力−変位関係指示コンピュータ3 4 作業装置 4a,5c,6d ロードセル 7 運転シミュレーション装置 7a インストルメントパネル 7b シート 7c ステアリングホイール 7d ブレーキペダル 7e 支持部材 1,5,6 Reaction Force Generating Actuator 1c, 5f, 6b Servo Motor 1g, 5i, 6c Potentiometer 2 Reaction Force Control Unit 2a Actuator Position Control Driver 2b Reaction Force Controller 3 Reaction Force-Displacement Related Instruction Computer 3 4 Working Device 4a, 5c, 6d Load cell 7 Operation simulation device 7a Instrument panel 7b Seat 7c Steering wheel 7d Brake pedal 7e Support member

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ボールナットとそのボールナットに螺合
するねじ軸とを持つボールねじ機構と、そのボールねじ
機構の前記ねじ軸を回転させるサーボモータとを有し、
前記サーボモータの作動による前記ねじ軸と前記ボール
ナットとの相対移動によりに入力部を変位させつつその
入力部に反力を与える反力付与手段と、 前記入力部に加えられた外力を検出してその外力の大き
さを示す外力信号を出力する外力検出手段と、 前記入力部の位置を検出してその入力部の位置を示す位
置信号を出力する入力部位置検出手段と、 位置指令信号と前記位置信号との差がなくなるように前
記サーボモータを作動させるサーボモータ制御手段と、 反力/変位勾配指令信号に基づき大きさを調節可能にし
た前記位置信号と、その位置信号から微分処理によって
求めるとともに減衰率指令信号に基づき大きさを調節可
能とした速度信号と、定常反力指令信号とを加えた信号
と、前記外力信号との差に応じて前記位置指令信号を発
生させて、その位置指令信号を出力する反力制御手段
と、 任意に設定された反力−変位関係に基づく前記反力/変
位勾配指令信号と、任意に設定された減衰率に基づく前
記減衰率指令信号と、任意に設定された定常反力に基づ
く前記定常反力指令信号とを出力する反力特性設定手段
と、 を具えてなる、反力制御システム。
A ball screw mechanism having a ball nut and a screw shaft screwed into the ball nut; and a servomotor for rotating the screw shaft of the ball screw mechanism.
A reaction force applying means for applying a reaction force to the input unit while displacing the input unit by a relative movement between the screw shaft and the ball nut by the operation of the servomotor; and detecting an external force applied to the input unit. External force detection means for outputting an external force signal indicating the magnitude of the external force, input unit position detection means for detecting the position of the input unit and outputting a position signal indicating the position of the input unit, and a position command signal. Servo motor control means for operating the servo motor so as to eliminate the difference from the position signal; a position signal whose magnitude can be adjusted based on a reaction force / displacement gradient command signal; and a differential processing based on the position signal. The speed signal obtained and the magnitude can be adjusted based on the damping rate command signal, a signal obtained by adding a steady reaction force command signal, and the position command signal according to a difference between the external force signal and the signal. Reaction force control means for generating and outputting the position command signal; the reaction force / displacement gradient command signal based on an arbitrarily set reaction force-displacement relationship; and the attenuation based on an arbitrarily set attenuation rate A reaction force control system comprising: a ratio command signal; and a reaction force characteristic setting unit that outputs the steady reaction force command signal based on an arbitrarily set steady reaction force.
【請求項2】 入力部に駆動結合された回転軸と、その
回転軸を回転させるサーボモータとを有し、前記サーボ
モータの作動による前記回転軸の回転により入力部を回
転変移させつつその入力部に回転反力を与える反力付与
手段と、 前記入力部に加えられた外力を検出してその外力の大き
さを示す外力信号を出力する外力検出手段と、 前記入力部の回転位置を検出してその入力部の回転位置
を示す位置信号を出力する入力部位置検出手段と、 位置指令信号と前記位置信号との差がなくなるように前
記サーボモータを作動させるサーボモータ制御手段と、 反力/変位勾配指令信号に基づき大きさを調節可能にし
た前記位置信号と、その位置信号から微分処理によって
求めるとともに減衰率指令信号に基づき大きさを調節可
能とした速度信号と、定常反力指令信号とを加えた信号
と、前記外力信号との差に応じて前記位置指令信号を発
生させて、その位置指令信号を出力する反力制御手段
と、 任意に設定された反力−変位関係に基づく前記反力/変
位勾配指令信号と、任意に設定された減衰率に基づく前
記減衰率指令信号と、任意に設定された定常反力に基づ
く前記定常反力指令信号とを出力する反力特性設定手段
と、 を具えてなる、反力制御システム。
2. An input unit, comprising: a rotating shaft drivingly coupled to an input unit; and a servomotor for rotating the rotating shaft, wherein the input unit is rotated while the input unit is rotationally displaced by rotation of the rotating shaft by operation of the servomotor. A reaction force applying unit that applies a rotational reaction force to the unit, an external force detection unit that detects an external force applied to the input unit, and outputs an external force signal indicating the magnitude of the external force, and detects a rotational position of the input unit. An input part position detecting means for outputting a position signal indicating a rotational position of the input part; a servo motor control means for operating the servo motor so that a difference between a position command signal and the position signal is eliminated; A position signal whose magnitude can be adjusted based on a displacement gradient command signal, and a velocity signal whose magnitude can be adjusted based on a decay rate command signal obtained by differentiating from the position signal. Reaction force control means for generating the position command signal in accordance with a difference between a signal obtained by adding a steady reaction force command signal and the external force signal, and outputting the position command signal, and an arbitrarily set reaction force Outputting the reaction force / displacement gradient command signal based on the displacement relationship, the decay rate command signal based on an arbitrarily set damping rate, and the steady reaction force command signal based on an arbitrarily set steady reaction force; A reaction force control system comprising:
【請求項3】 前記位置信号と前記外力信号とを入力さ
れて、前記入力部の実際の変位とその時の実際の反力と
の大きさを表示する実変位・実反力表示手段を具えるこ
とを特徴とする、請求項1記載の反力制御システム。
3. An actual displacement / actual force display means for receiving the position signal and the external force signal and displaying the magnitude of the actual displacement of the input section and the actual reaction force at that time. The reaction force control system according to claim 1, wherein:
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WO2004080554A1 (en) * 2003-03-13 2004-09-23 Konami Corporation Game device, game method, program, and information recording medium
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