JP2000267736A - Active impact controller - Google Patents

Active impact controller

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JP2000267736A
JP2000267736A JP11071341A JP7134199A JP2000267736A JP 2000267736 A JP2000267736 A JP 2000267736A JP 11071341 A JP11071341 A JP 11071341A JP 7134199 A JP7134199 A JP 7134199A JP 2000267736 A JP2000267736 A JP 2000267736A
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Japan
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impact
collision
deformation
motion state
actuator
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JP11071341A
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Japanese (ja)
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Taro Shimosato
太郎 下郷
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Individual
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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Forging (AREA)
  • Placing Or Removing Of Piles Or Sheet Piles, Or Accessories Thereof (AREA)
  • Percussive Tools And Related Accessories (AREA)
  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maximize the deformation of an object of collision while minimizing the deformation of an impact object at the time of applying deformation to the object of collision by the impact object such as a hammer. SOLUTION: This active impact controller is provided with an impact object 11 having an impact part 11a which collides with an object 20 of collision for applying an impact to the object 20 of collision, an actuator 12 provided at the impact object 11 for driving the impact part 11a for allowing it to withdraw from a colliding direction, a distortion sensor 13 and an acceleration sensor 14 provided at the impact object 11 for detecting the moving state of the impact object, and a controller 16 for generating the driving signal of the actuator 12 for allowing the impact object 11 to apply an impact to the object 20 of collision, and simultaneously the impact part 11a to withdraw based on detected values from the distortion sensor 13 and the acceleration sensor 14. In this case, the impact object can apply an impact to the object of collision, simultaneously the impact part can withdraw. Thus, the deformation of the object of collision can be increased while the deformation of the impact object can be decreased, and the working efficiency can be improved.

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】本発明は、衝突対象物に衝撃
を加える衝撃物体の衝突部を能動的(アクティブ)に制
御する能動的衝撃制御装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active impact control device for actively controlling an impact portion of an impact object that impacts an impact object.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の技術として、削岩機や杭打ち機、
塑性加工、鍛造加工などのように、衝撃を加えることに
よって加工する装置が知られている。このとき、塑性加
工等において、加工物(衝突対象物)に衝突して、その
加工物に衝撃を加えるハンマ(衝撃物体)を考えた場合
に、ハンマの衝撃による加工の効果を増大させるには、
ハンマにより強大な衝撃力を加えるしかなかった。一
方、前述した衝撃緩和の技術は、鉄道車両の緩衝装置、
航空機の着陸時の緩衝装置、砲座の緩衝装置、プレス機
や鍛造機の防振基礎、包装材料等に広く適用されてきた
が、それらは、すべて金属ばね、ゴムばね、空気ばね、
オイルダンパ、摩擦ダンパ等によって、衝撃による被害
を小さくすることであった。
2. Description of the Related Art As a conventional technique, a rock drill, a pile driver,
2. Description of the Related Art There is known an apparatus that performs processing by applying an impact, such as plastic processing and forging processing. At this time, in a plastic working or the like, when considering a hammer (impact object) which collides with a workpiece (collision target) and applies an impact to the workpiece, it is necessary to increase the effect of the processing by the impact of the hammer. ,
There was no choice but to apply a powerful impact force with a hammer. On the other hand, the shock mitigation technology mentioned above is
It has been widely applied to shock absorbers for aircraft landings, shock absorbers for gun turrets, vibration isolation foundations for presses and forging machines, packaging materials, etc., all of which are metal springs, rubber springs, air springs,
The purpose of the present invention is to reduce the damage caused by impact by using an oil damper, a friction damper and the like.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の技術では、ハンマにより強大な衝撃力を加えた場合
に、ハンマ(衝撃を加える側)の被害も増大してしま
い、ハンマの寿命を低下させてしまう、という問題があ
った。一方、衝撃緩和の技術を用いれば、ハンマの被害
を小さくすることができたとしても、衝突対象物に与え
る加工の効果も低下する。
However, in the above-mentioned conventional technique, when a strong impact force is applied by the hammer, damage to the hammer (the side to which the impact is applied) increases, and the life of the hammer is shortened. There was a problem of letting them do. On the other hand, if the technique of impact mitigation is used, even if the damage of the hammer can be reduced, the effect of the processing on the collision object also decreases.

【0004】特開平6−280930号「能動型除振装
置」は、センサを配置して、そのシステムの状態を広く
感知して、それに応じてなんらかの外部エネルギーを供
給して、目的に応じた動作を実現するものであるが、や
はり、より効果的に衝撃を緩和することを目的としてい
るものである。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-280930 discloses an "active vibration isolator" in which a sensor is arranged to widely sense the state of the system, and to supply some external energy according to the state to operate according to the purpose. However, it is intended to more effectively mitigate the impact.

【0005】本発明の目的は、ハンマ等の衝撃物体によ
って、衝撃作用時間が十分に短い衝撃を衝突対象物に与
えて変形させるときに、衝撃物体が受ける変形を最小に
して、衝突対象物の変形を最大にすることができる能動
的衝撃制御装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to minimize the deformation of an impact object when the impact object is deformed by applying an impact with a sufficiently short impact time to the object by an impact object such as a hammer. An object of the present invention is to provide an active impact control device capable of maximizing deformation.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項1の発明は、衝突対象物に衝突する衝突部を
有し、その衝突対象物に衝撃を加える衝撃物体を能動的
に制御する能動的衝撃制御装置において、前記衝撃物体
が前記衝突対象物に衝撃を加えると同時に、前記衝突部
を後退させること、を特徴とする能動的衝撃制御装置で
ある。本発明によれば、前記衝突部を後退させることに
よって、前記衝撃物体が前記衝突対象物に衝突して、前
記衝突対象物から跳ね返ることによる分離が生ずるまで
の時間を長くすることができる。そして、その間に、前
記衝突対象物に与えられる仕事量を大きくし、前記衝突
対象物の最大変形量を増大させることができる。また、
このとき、前記衝撃物体の最大変形量を小さくすること
ができる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a vehicle having a collision portion for colliding with an object to be colliding, and an impact object for applying an impact to the object to be collided. An active impact control device for controlling, wherein the impact object applies an impact to the collision object and simultaneously retracts the collision portion. According to the present invention, by retracting the collision portion, it is possible to lengthen the time required for the impact object to collide with the collision object and to be separated by bouncing off the collision object. In the meantime, the work given to the collision target can be increased, and the maximum deformation of the collision target can be increased. Also,
At this time, the maximum deformation amount of the impact object can be reduced.

【0007】請求項2の発明は、衝突対象物(20)に
衝突する衝突部(11a)を有し、その衝突対象物に衝
撃を加える衝撃物体(11)と、前記衝撃物体に設けら
れ、その衝突部を衝突方向から後退するように駆動する
衝突部駆動手段(12)と、前記衝撃物体に設けられ、
その衝撃物体の運動状態を検出する運動状態検出手段
(13,14)と、前記運動状態検出手段からの検出値
に基づいて、前記衝撃物体が前記衝突対象物に衝撃を加
えると同時に、前記衝突部を後退させるように、前記衝
突部駆動手段の駆動信号を生成する駆動制御手段(1
6)と、を備えた能動的衝撃制御装置である。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a collision object (11a) for colliding with a collision object (20), and an impact object (11) for applying an impact to the collision object; A collision part driving means (12) for driving the collision part to retreat from the collision direction;
A moving state detecting means (13, 14) for detecting a moving state of the impacting object; and, based on a detection value from the moving state detecting means, the impacting object applies an impact to the collision object and the collision Drive control means (1) for generating a drive signal of the collision section drive means so as to retract the section.
6).

【0008】請求項3の発明は、請求項2に記載の能動
的衝撃制御装置において、前記衝突対象物に設けられ、
その衝突対象物の運動状態を検出する対象側運動状態検
出手段(15)を備え、前記駆動制御手段は、前記運動
状態検出手段の検出値及び前記対象側運動状態検出手段
の検出値に基づいて、前記衝突部駆動手段の駆動信号を
生成すること、を特徴とする能動的衝撃制御装置であ
る。
According to a third aspect of the present invention, in the active impact control device according to the second aspect, the active impact control device is provided on the collision object,
The apparatus further includes a target-side motion state detection means (15) for detecting a motion state of the collision object, and the drive control means is configured to detect a motion state of the collision object based on a detection value of the motion state detection means and a detection value of the target-side motion state detection means. And generating a drive signal for the collision portion drive means.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照しながら、
本発明の実施の形態をあげて、さらに詳細に説明する。 (構造)図1は、本発明による能動的衝撃制御装置の実
施形態を示す説明図である。この能動的衝撃制御装置1
0は、衝撃物体(物体A)11と、アクチュエータ12
と、ひずみセンサ13と、加速度センサ14と、対象側
ひずみセンサ15等とを備えている。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
An embodiment of the present invention will be described in more detail. (Structure) FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of an active impact control device according to the present invention. This active shock control device 1
0 denotes an impact object (object A) 11 and an actuator 12
, A strain sensor 13, an acceleration sensor 14, an object-side strain sensor 15, and the like.

【0010】衝撃物体11は、衝突対象物(物体B)2
0に衝突して、衝撃を与えるための物体であり、例え
ば、ハンマ等が用いられている。この衝撃物体11は、
先端に衝突部11aが設けられている。
The impact object 11 is a collision object (object B) 2
It is an object that collides with zero and gives an impact, for example, a hammer or the like. This impact object 11
A collision portion 11a is provided at the tip.

【0011】アクチュエータ12は、衝撃物体11に設
けられ、その衝突部11aを衝撃力の方向(矢印S)に
対して前進または後退する方向に駆動するためのもので
あり、例えば、サーボモータを使用することができる。
The actuator 12 is provided on the impact object 11 and drives the collision portion 11a in a direction of moving forward or backward with respect to the direction of the impact force (arrow S). For example, a servo motor is used. can do.

【0012】ひずみセンサ13は、衝撃物体11の変形
量を検出するセンサである。加速度センサ14は、衝撃
物体11の加速度を検出するセンサであり、衝撃物体1
1の背面に取り付けられている。これらの出力は、コン
トローラ16に接続されている。
The strain sensor 13 is a sensor that detects the amount of deformation of the impact object 11. The acceleration sensor 14 is a sensor that detects the acceleration of the impact object 11,
1 is attached to the back. These outputs are connected to the controller 16.

【0013】対象側ひずみセンサ15は、衝撃を受ける
衝突対象物20に取り付けられ、その衝突対象物20の
変形量を検出するセンサであり、その出力は、コントロ
ーラ16に接続されている。なお、この対象側ひずみセ
ンサ15は、検出された他の信号(例えば、ひずみセン
サ13,加速度センサ14の出力)を用いて、推定する
ことにすれば、省略することもできる。
The target-side strain sensor 15 is a sensor attached to the collision object 20 that receives an impact, and detects the amount of deformation of the collision object 20, and its output is connected to the controller 16. The target strain sensor 15 can be omitted if it is estimated using other detected signals (for example, outputs of the strain sensor 13 and the acceleration sensor 14).

【0014】コントローラ16は、これらのセンサ1
3,14,15からの信号に基づいて、アクチュエータ
12の駆動制御信号(入力電圧)を生成する論理回路を
備えており、その駆動制御信号に基づいて、アクチュエ
ータ12のサーボモータを駆動制御する。なお、この論
理回路は、パーソナルコンピュータ等によって実現する
ことができる。
The controller 16 controls these sensors 1
A logic circuit is provided for generating a drive control signal (input voltage) for the actuator 12 based on signals from 3, 14, and 15, and drives and controls the servo motor of the actuator 12 based on the drive control signal. Note that this logic circuit can be realized by a personal computer or the like.

【0015】この能動的衝撃制御装置10は、衝撃によ
る効果を増大させると同時に、衝撃を加える側の被害を
抑えるものであり、衝撃物体11に装着したアクチュエ
ータ12の先端部(衝突部11a)を、衝撃が加えられ
ると、同時に後退させるようにしたものである。コント
ローラ16は、アクチュエータ(サーボモータ)12に
加えるべき入力電圧を演算する。この入力電圧は、サー
ボモータの特性値、衝撃物体11、衝突対象物20の質
量、剛性、減衰等に依存するのみでなく、各部における
刻々の変位、速度に応じて決定される。
The active shock control device 10 increases the effect of the shock and suppresses the damage on the side to which the shock is applied, and reduces the tip of the actuator 12 (collision portion 11a) mounted on the shock object 11. When an impact is applied, it is caused to retreat at the same time. The controller 16 calculates an input voltage to be applied to the actuator (servo motor) 12. The input voltage depends not only on the characteristic value of the servomotor, the mass, rigidity, damping, etc. of the impact object 11 and the collision object 20, but also on the instantaneous displacement and speed of each part.

【0016】(動作)図2は、本実施形態による能動的
衝撃制御装置のコントローラの動作を示すフローチャー
トである。まず、コントローラ16は、イニシャライズ
され(S101)、衝撃物体11(物体A)の背面の加
速度センサ14からの信号が入力され(S102)、そ
の信号を積分して、速度u3(S102)及び変位x3
(S103)を求める。このとき、衝突時の変位と速度
は、S101で初期値として操作システムから与えられ
ているものとする。
(Operation) FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the controller of the active shock control device according to the present embodiment. First, the controller 16 is initialized (S101), receives a signal from the acceleration sensor 14 on the back of the impact object 11 (object A) (S102), integrates the signal, and integrates the speed u3 (S102) and the displacement x3.
(S103) is obtained. At this time, it is assumed that the displacement and the velocity at the time of the collision are given from the operation system as initial values in S101.

【0017】次に、コントローラ16は、ひずみセンサ
13の信号を入力し(S105)、その信号を用いて、
衝撃物体11の背面と、アクチュエータ12の取り付け
面との間の相対変位y2を推定し(S106)、さら
に、それを微分して相対速度v2を求める(S10
7)。
Next, the controller 16 inputs the signal of the strain sensor 13 (S105) and uses the signal to
The relative displacement y2 between the rear surface of the impact object 11 and the mounting surface of the actuator 12 is estimated (S106), and the relative displacement y2 is differentiated to obtain the relative speed v2 (S10).
7).

【0018】そして、コントローラ16は、衝撃物体1
1の背面の変位x3及び速度u3と、これらの相対変位
y2及び相対速度v2とから、アクチュエータ12の取
り付け面の変位x2=x3+y2(S108)と、速度
u2=u3+v2を求める(S109)。
The controller 16 controls the impact object 1
The displacement x2 = x3 + y2 (S108) and the speed u2 = u3 + v2 of the mounting surface of the actuator 12 are obtained from the displacement x3 and the speed u3 of the back surface of No. 1 and the relative displacement y2 and the relative speed v2 (S109).

【0019】一方、コントローラ16は、衝突対象物
(物体B)20のひずみセンサ15を入力し(S11
0)、その信号から、衝突対象物20の衝突面の変位x
1を推定し(S111)、さらに、それを微分して速度
u1を求める(S112)。なお、これは、他のセンサ
の信号から推定することもできる。
On the other hand, the controller 16 inputs the strain sensor 15 of the collision object (object B) 20 (S11).
0), the displacement x of the collision surface of the collision object 20 is obtained from the signal.
1 is estimated (S111), and further differentiated to obtain a speed u1 (S112). Note that this can be estimated from signals from other sensors.

【0020】ここで、コントローラ16は、これらの値
から、衝撃物体11のアクチュエータ12の取り付け面
と、衝突対象物20の衝突面との間との相対変位y1=
x1−x2(S113)と、相対速度v1=u1−u2
を求める(S114)。
Here, the controller 16 determines the relative displacement y1 between the mounting surface of the actuator 12 of the impact object 11 and the collision surface of the collision object 20 from these values.
x1-x2 (S113) and relative speed v1 = u1-u2
Is obtained (S114).

【0021】最後に、コントローラ16は、上述した変
位x1,y1,y2及び速度u1,v1,v2に、アク
チュエータ12のストロークzを加えた7個の変数に基
づいて、これらに、それぞれのフィードバック・ゲイン
をかけて加えたものを、入力電圧として求め(S11
5)、サーボモータの駆動信号として出力する(S11
6)。
Finally, based on the seven variables obtained by adding the stroke z of the actuator 12 to the displacements x1, y1, and y2 and the velocities u1, v1, and v2 described above, the controller 16 provides the feedback and The value obtained by multiplying the gain is obtained as an input voltage (S11).
5) Output as a servo motor drive signal (S11)
6).

【0022】なお、S115において、フィードバック
・ゲインの決定には、アクチュエータ12のサーボモー
タの特性値、衝撃物体11、衝突対象物20の質量、剛
性、減衰等が関係する。ただし、衝撃物体11、衝突対
象物20の固有周期は、衝撃作用時間に比較して十分に
長く、アクチュエータ12の時定数は、衝撃作用時間に
比較して、十分に短いものとする。また、衝撃物体1
1,衝突対象物20における高次モードの減衰は、十分
に大きいものとする。以上説明したように、本実施形態
では、衝撃物体11が衝突対象物20に衝撃を加えると
同時に、アクチュエータ12によって、衝突部11aを
後退させる。このときに、衝突部11aを後退させるこ
とにより、衝撃物体11が衝突対象物20に衝撃して、
跳ね返りが生ずるまでの時間が長くなり、衝撃力の伝搬
のための時間が稼げる。このため、衝突対象物20の変
形が大きなると考えられる。そして、その分だけ、衝撃
撃物体11側が受ける変形が小さくなる。
In step S115, the determination of the feedback gain involves the characteristic value of the servo motor of the actuator 12, the mass, rigidity, damping, and the like of the impact object 11 and the collision object 20. However, the natural periods of the impact object 11 and the collision object 20 are sufficiently longer than the impact action time, and the time constant of the actuator 12 is sufficiently shorter than the impact action time. Also, the impact object 1
1. It is assumed that the attenuation of the higher-order mode in the collision object 20 is sufficiently large. As described above, in the present embodiment, at the same time as the impact object 11 applies an impact to the collision target 20, the actuator 12 retracts the collision portion 11a. At this time, by retracting the collision portion 11a, the impact object 11 impacts the collision target 20,
The time until the rebound occurs is increased, and the time for propagation of the impact force is increased. Therefore, it is considered that the deformation of the collision object 20 is large. And, to that extent, the deformation received by the impact shooting object 11 side is reduced.

【0023】次に、本発明による能動的振動制御装置に
よって、衝突時の衝撃を制御する方法について、解析モ
デルによって、さらに詳しく説明する。図3は、本発明
による能動的衝撃制御装置の解析モデルを示した模式図
である。ここでは、単純化をはかるため、基本モードの
みを考慮しており、粘性減衰の影響も省略している。た
だし、塑性変形の特性は、クーロン摩擦ダンパによって
与えている。いま、図3に示すように、衝撃を与える要
素(物体A)と、衝撃を与えられる要素(物体B)が衝
突したときに、まず、両方の物体の損傷を小さくする、
つまり、それぞれの物体の変形量なり、応力なりを小さ
くすることを考える。制御方法として、最適レギュレー
タ理論を用いるが、本発明では、塑性変形をモデル化し
ているために、衝突現象を時間ステップごとに分けて線
形化し、その都度最適レギュレータ理論を用いることに
した。
Next, a method for controlling the impact at the time of collision by the active vibration control device according to the present invention will be described in more detail with reference to an analytical model. FIG. 3 is a schematic diagram showing an analysis model of the active impact control device according to the present invention. Here, for the sake of simplicity, only the fundamental mode is considered, and the effect of viscous damping is also omitted. However, the characteristic of plastic deformation is given by a Coulomb friction damper. Now, as shown in FIG. 3, when an impacting element (object A) and an impacting element (object B) collide, first, damage to both objects is reduced.
That is, it is considered that the deformation amount and the stress of each object are reduced. Although the optimal regulator theory is used as a control method, in the present invention, since the plastic deformation is modeled, the collision phenomena are linearized for each time step, and the optimal regulator theory is used each time.

【0024】物体Aは、2つの質点m2 ,m3 から成り
立ち、2つの質点の間には、クーロン摩擦力fr2 と、
直列ばねk3 と、並列ばねk4 とを用いる。物体Bは、
1つの質点m1 から成り立ち、固定点との間には、クー
ロン摩擦力fr1 と、並列ばねk0 と、直列ばねk1
を用いる。m2 の先端にアクチュエータと直列ばねk2
を用いる。この直列ばねk2 は、接触剛性を表わしてい
る。物体Aについて、m2 ,m3 の絶対変位をそれぞれ
2 ,x3 とし、その相対変位をy2 =x2 −x3 とす
る。物体Bについては、m1 の絶対変位をx1 とする。
1 とm2 の相対変位をy1 =x1 −x2 、アクチュエ
ータ先端の絶対変位をzとする。ここで、アクチュエー
タには、ACサーボモータを用いることにし、その特性
を次式で与えることにする。
The object A is composed of two mass points m 2 and m 3 , and a Coulomb frictional force fr 2 is provided between the two mass points.
Series spring k 3, using a parallel spring k 4. Object B is
It consists of one mass point m 1 , and uses a Coulomb friction force fr 1 , a parallel spring k 0, and a series spring k 1 between it and a fixed point. actuator at the tip of m 2 and series spring k 2
Is used. The series spring k 2 represent the contact stiffness. For the object A, the absolute displacements of m 2 and m 3 are x 2 and x 3 , respectively, and the relative displacements are y 2 = x 2 −x 3 . For the object B, the absolute displacement of m 1 is x 1 .
The relative displacement between m 1 and m 2 is represented by y 1 = x 1 −x 2 , and the absolute displacement at the tip of the actuator is represented by z. Here, an AC servomotor is used for the actuator, and its characteristics are given by the following equation.

【0025】[0025]

【数1】 (Equation 1)

【0026】ただし、u:制御入力、v:制御電圧、
a,b:定数 図3に示した解析モデルについての運動方程式は、式
(2)のようになる。
Where u: control input, v: control voltage,
a, b: constant The equation of motion for the analysis model shown in FIG. 3 is as shown in equation (2).

【0027】[0027]

【数2】 (Equation 2)

【0028】ばねk2 とアクチュエータuとの接触が保
たれるとすれば、それぞれの力がつりあっていることが
必要である。すなわち、u=k2 (z−x1 )を式
(1)に入れると、次式のようになる。
Assuming that the contact between the spring k 2 and the actuator u is maintained, it is necessary that the respective forces are balanced. That is, when u = k 2 (z−x 1 ) is put into equation (1), the following equation is obtained.

【0029】[0029]

【数3】 (Equation 3)

【0030】P1 ,P2 は、絶対変位x1 の変域によ
り、それぞれ定数が与えられる。同様に、P3 ,P4
は、相対変位y2 の変域により、それぞれ定数が与えら
れる。すなわち、次のようになる。
P 1 and P 2 are given constants by the domain of the absolute displacement x 1 . Similarly, P 3 , P 4
Are given constants by the domain of the relative displacement y 2 . That is, it becomes as follows.

【数4】 (Equation 4)

【0031】数値シミュレーションの解析結果に汎用性
を持たせるために、式(2),(3),(4),(5)
の無次元化を行う。無次元化を行う上での基本量として
は、次のものを用いる。
Equations (2), (3), (4) and (5) are used to make the analysis results of the numerical simulation versatile.
Is made dimensionless. The following values are used as the basic quantities for performing dimensionless processing.

【0032】[0032]

【数5】 (Equation 5)

【0033】アクチュエータの特性式(3)を無次元化
すると以下のようになる。
When the characteristic equation (3) of the actuator is made dimensionless, the following is obtained.

【0034】[0034]

【数6】 (Equation 6)

【0035】式(2)の第2,3式を、相対変数y1
2 を用いて書き直すと、式(2),(3)は次式のよ
うに無次元化される。
Equations (2) and (3) are replaced by relative variables y 1 ,
rewritten with y 2, the formula (2), (3) is dimensionless as follows.

【0036】[0036]

【数7】 (Equation 7)

【0037】また、式(7)を状態方程式にすると、次
式のようになる。
When the equation (7) is converted into a state equation, the following equation is obtained.

【0038】[0038]

【数8】 (Equation 8)

【0039】ここで、行列A,B,Cは以下の通りであ
る。
Here, the matrices A, B, and C are as follows.

【0040】[0040]

【数9】 (Equation 9)

【0041】このとき、X=X1 +XC とおく。XC
は、以下のように与えられる。
At this time, X = X 1 + X C is set. X C
Is given as follows:

【0042】[0042]

【数10】 (Equation 10)

【0043】X1 を使って、式(10)を書き直すと、
次式のようになる。
By rewriting equation (10) using X 1 ,
It becomes like the following formula.

【0044】[0044]

【数11】 [Equation 11]

【0045】(評価関数と制御則)本発明では、絶対変
位ξ1 ,相対変位η1 ,η2 ,絶対速度dξ1 /dt,
相対速度dη1 /dt,dη2 /dt,絶対変位λの合
計7個の状態変数を、それぞれ2乗した値に、適当な重
み係数を乗じて加え合わせたものを目的関数とする。ま
た、制御上の制約として、制御電圧の無次元数v0 の2
乗値に適当な重み係数を乗じたものも考慮する。これを
状態ベクトルX1 を用いて2次形式の評価関数に書き直
すと、式(13)のようになる。
(Evaluation Function and Control Law) In the present invention, the absolute displacement ξ 1 , relative displacement η 1 , η 2 , absolute speed dξ 1 / dt,
The objective function is obtained by multiplying a total of seven state variables of the relative velocities dη 1 / dt, dη 2 / dt, and the absolute displacement λ by squares and multiplying the squared values by an appropriate weighting coefficient. As a control constraint, the dimensionless number v 0 of the control voltage is 2
A product obtained by multiplying the multiplier by an appropriate weighting factor is also considered. Rewriting the evaluation function of the quadratic form with the state vector X 1 which is as the formula (13).

【0046】[0046]

【数12】 (Equation 12)

【0047】ここで、Qは各変数に対応した重み係数を
要素として持つ対角行列であり、rは制御電圧の無次元
数にかかる重み係数を表わす。各状態変数と重み係数と
の対応は、表1に示す。
Here, Q is a diagonal matrix having weighting factors corresponding to the respective variables as elements, and r represents a weighting factor for the dimensionless number of the control voltage. Table 1 shows the correspondence between each state variable and the weight coefficient.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】また、式(13)の評価関数を最小にする
最適制御則は、次式によって与えられる。
The optimal control law for minimizing the evaluation function of Expression (13) is given by the following expression.

【0050】[0050]

【数13】 (Equation 13)

【0051】ただし、Pは、次のリカッチ(Ricca
ti)形代数方程式の一意正定解である。
Here, P is the following Ricca (Ricca)
ti) A unique positive definite solution of the form algebraic equation.

【0052】[0052]

【数14】 [Equation 14]

【0053】(数値シミュレーション)上述した状態方
程式を、4次のRunge−kutta法により近似的
に計算させ、対応の最大値が、評価関数の重み係数によ
ってどのように変化するかを調べた。計算時間は、衝突
面におけるはね返りが生じない範囲とする。ただし、そ
の範囲内で摩擦要素のすべりが生じる場合は、すべりが
止まるまでとした。
(Numerical Simulation) The state equation described above was approximately calculated by the fourth-order Runge-Kutta method, and how the corresponding maximum value was changed by the weight coefficient of the evaluation function was examined. The calculation time is set within a range in which no rebound occurs at the collision surface. However, in the case where slippage of the friction element occurs within the range, it was determined that the slippage stopped.

【0054】(シミュレーション結果) (1) rの値を約10^5から約10^7までの範囲
に選ぶと、物体Bの最大塑性変形量を、制御によって大
きくすることができる。図4〜図6は、シミュレーショ
ン結果を示す線図である。各図において、縦座標は(制
御時の最大応答値)/(非制御時の最大応答値)を表わ
す。ここで、rは、制御の評価関数における制御電圧の
重み係数(一般に重み係数が大きいほど制御電圧は小さ
い)である。q1,q4は、制御の評価関数における物
体Bの変形および変形速度の重み係数である。q3,q
6は、制御の評価関数における物体Aの変形および変形
速度の重み係数である。
(Simulation Result) (1) When the value of r is selected in the range of about 10 ^ 5 to about 10 ^ 7, the maximum plastic deformation of the object B can be increased by control. 4 to 6 are diagrams showing simulation results. In each figure, the ordinate represents (maximum response value during control) / (maximum response value during non-control). Here, r is a weighting factor of the control voltage in the control evaluation function (in general, the larger the weighting factor, the smaller the control voltage). q1 and q4 are weight coefficients of the deformation and the deformation speed of the object B in the evaluation function of the control. q3, q
Reference numeral 6 denotes a weight coefficient for the deformation and the deformation speed of the object A in the control evaluation function.

【0055】(2) rの値が10^6に近いときに、
qi(i=1,4,3,6)の値のいかんによらず、物
体Bの最大塑性変形量の制御による増加率は、最大(こ
の例では約20倍)になる。 (3) 物体Aの最大変形量は、rが大きいほど大きく
なるが、qi(i=1,4,3,6)の値のいかんによ
らず、制御しない場合の値を超えることはない。 (4) したがって、物体Aの変形を抑えながら、物体
Bの変形を大きくすることができる制御電圧の重み係数
rの範囲が存在することがわかる。
(2) When the value of r is close to 10 ^ 6,
Regardless of the value of qi (i = 1, 4, 3, 6), the rate of increase by controlling the maximum amount of plastic deformation of the object B is maximum (about 20 times in this example). (3) The maximum deformation amount of the object A increases as r increases, but does not exceed the value in the case where no control is performed, regardless of the value of qi (i = 1, 4, 3, 6). (4) Therefore, it can be seen that there is a range of the control voltage weighting coefficient r that can increase the deformation of the object B while suppressing the deformation of the object A.

【0056】(5) r=10^6のとき、すなわち、
物体Bの最大塑性変形量の増加率が最大になるときのア
クチュエータのストロークの時間的変化を見ると、図7
(a)のようになる。すなわち、衝突の瞬間から後退が
始まり、時間経過2の間に、約−10だけ後退する。 (6) このとき、制御力の時間的変化は、図7(c)
のようになる。すなわち、最大約1.5だけ変化する。
なお、ステップが生じるのは、物体Bの降伏現象のため
である。
(5) When r = 10 ^ 6, that is,
FIG. 7 shows a temporal change in the stroke of the actuator when the rate of increase in the maximum plastic deformation of the object B is maximized.
(A). That is, the retreat starts from the moment of the collision, and retreats by about −10 during the elapse of time 2. (6) At this time, the temporal change of the control force is as shown in FIG.
become that way. That is, it changes by a maximum of about 1.5.
Note that the step occurs because of the yield phenomenon of the object B.

【0057】(7) 一方、r=10^2のとき、すな
わち、物体Bの最大変形量が制御によって、十分に抑制
されているときのアクチュエータのストロークの時間的
変化を見ると、図8(a)のようになる。すなわち、時
間経過0.05までは、約1.5前進して、つぎの時間
経過0.15の間に、約2.5後退する。 (8) このとき、制御力の時間的変化は、図8(c)
のように、最大約1.7で、r=10^6の場合[前記
(6)]と大差ない。しかし、制御力の作用時間が約1
/10に短縮している。このシミュレーションは、跳ね
返りが生じる直前まで、又は、塑性変形が止まるまでと
している。
(7) On the other hand, when r = 10 ^ 2, that is, when the maximum deformation amount of the object B is sufficiently suppressed by the control, the temporal change of the stroke of the actuator is shown in FIG. a). In other words, the robot moves forward by about 1.5 until the time lapse of 0.05, and moves backward by about 2.5 during the next time lapse of 0.15. (8) At this time, the temporal change of the control force is as shown in FIG.
As described above, the maximum is about 1.7, and when r = 10 ^ 6, there is not much difference from [(6)]. However, the action time of the control force is about 1
/ 10. This simulation is performed until immediately before the bounce occurs or until the plastic deformation stops.

【0058】(9) 前記(5)と前記(7)の内容を
比較すると、アクチュエータのストロークが始めから時
間をかけて大きく(この例では、時間が約10倍、スト
ロークが約5倍)後退することにより、物体Bの最大変
形量を20倍以上に拡大していることがわかる。 (10) このことから、物体Bの最大変形量を大きく
するには、アクチュエータのストロークを始めから後退
させることであると言える。ここで、その定量的な最適
化をするには、構造物の質量、剛性、塑性に依存すると
同時に、刻々の状態(各部の変位、速度)に応じたアク
チュエータのストロークを制御すればよい。
(9) Comparing the contents of (5) and (7), the stroke of the actuator is large with time from the beginning (in this example, the time is about 10 times and the stroke is about 5 times). By doing so, it can be seen that the maximum deformation amount of the object B is enlarged to 20 times or more. (10) From this, it can be said that increasing the maximum deformation amount of the object B is to retreat the stroke of the actuator from the beginning. Here, in order to perform the quantitative optimization, it is sufficient to control the stroke of the actuator depending on the momentary state (displacement and speed of each part) while depending on the mass, rigidity and plasticity of the structure.

【0059】なお、物体Aの変形量の時間的変化は、r
=10^6のとき、図9に示されている。また、r=1
0^2のときは、図10に示されている。
Note that the temporal change of the deformation amount of the object A is r
= 1096 is shown in FIG. Also, r = 1
When 0 ^ 2, it is shown in FIG.

【0060】(変形形態)以上説明した実施形態に限定
されることなく、種々の変更が可能であって、それらも
本発明の均等の範囲内である。 (1)例えば、塑性加工の例で説明したが、(a)削岩
機や杭打機に本装置を装着すれば、作業効率が上がると
同時に、機械の寿命を延ばすことができる。(b)車両
の前面に本装置を装着して、衝突時の車両の損傷を小さ
くすることができる。(c)建造物の取り壊しなどの破
壊工作において効率が上がる。同様な理由で、兵器とし
て活用することもできる。 (2) また、衝撃を与える要素(物体A)と衝撃を与
えられる要素(物体B)を多質点系にしたモデルを考え
れば、波動の伝播を考慮した制御をすることができる。 (3)物体Aのひずみ量や加速度などの運動状態を検出
したが、物体Aの衝撃や、物体A及び物体Bの材質など
を一定にすれば、それらの状態を検出することなく、衝
突部を所定の条件で駆動することもできる。
(Modifications) Various modifications are possible without being limited to the above-described embodiments, and these are also within the equivalent scope of the present invention. (1) For example, the example of plastic working has been described. (A) If this device is mounted on a rock drill or a pile driver, the working efficiency can be increased and the life of the machine can be extended. (B) By mounting the device on the front of the vehicle, it is possible to reduce damage to the vehicle at the time of collision. (C) Efficiency increases in destruction work such as demolishing a building. For similar reasons, they can be used as weapons. (2) In addition, if a model in which an element (object A) to which an impact is applied and an element (object B) to which an impact is applied is made into a multi-mass system, control can be performed in consideration of wave propagation. (3) Although the motion state such as the amount of strain and acceleration of the object A is detected, if the impact of the object A and the materials of the objects A and B are made constant, the collision state is detected without detecting those states. Can be driven under predetermined conditions.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
衝撃物体が衝突対象物に衝撃を加えると同時に、衝突部
を後退させようにしたので、例えば、衝撃物体によっ
て、衝突対象物に変形を与えるときに、衝撃物体が受け
る変形を小さくして、衝突対象物の変形を大きくするこ
とができ、加工効率を向上させることができる、という
効果がある。
As described above, according to the present invention,
Because the impact object applies an impact to the collision object and at the same time retracts the collision part, for example, when the impact object deforms the collision object, the deformation received by the impact object is reduced, There is an effect that the deformation of the object can be increased and the processing efficiency can be improved.

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

【図1】本発明による能動的衝撃制御装置の実施形態を
示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of an active impact control device according to the present invention.

【図2】本実施形態による能動的衝撃制御装置のコント
ローラの動作を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing an operation of a controller of the active shock control device according to the present embodiment.

【図3】本発明による能動的衝撃制御装置の解析モデル
を示した模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an analysis model of an active shock control device according to the present invention.

【図4】シミュレーション結果における制御電圧の重み
係数と(制御時の最大応答値)/(非制御時の最大応答
値)との関係(q1 ,q4 が小さく、q3 ,q6 が大き
い場合)を示す線図である。
FIG. 4 shows the relationship between the control voltage weighting factor and (maximum response value during control) / (maximum response value during non-control) in the simulation results (q 1 and q 4 are small, and q 3 and q 6 are large) FIG.

【図5】シミュレーション結果における制御電圧の重み
係数と(制御時の最大応答値)/(非制御時の最大応答
値)との関係(q1 ,q4 が大きく、q3 ,q6 も大き
い場合)を示す線図である。
FIG. 5 shows the relationship between the control voltage weight coefficient and (maximum response value during control) / (maximum response value during non-control) in the simulation results (q 1 and q 4 are large, and q 3 and q 6 are also large) FIG.

【図6】シミュレーション結果における制御電圧の重み
係数と(制御時の最大応答値)/(非制御時の最大応答
値)との関係(q1 ,q4 が大きく、q3 ,q6 が小さ
い場合)を示す線図である。
FIG. 6 shows the relationship between the control voltage weight coefficient and (maximum response value during control) / (maximum response value during non-control) in the simulation results (q 1 and q 4 are large and q 3 and q 6 are small) FIG.

【図7】シミュレーション結果(r=10^6の場合)
における物体Bの変形量、入力電圧、制御力の時間的変
化を示す線図である。
FIG. 7 is a simulation result (when r = 10 ^ 6)
FIG. 5 is a diagram showing temporal changes in the deformation amount, input voltage, and control force of the object B in FIG.

【図8】シミュレーション結果(r=10^2の場合)
における物体Bの変形量、入力電圧、制御力の時間的変
化を示す線図である。
FIG. 8 is a simulation result (when r = 10 ^ 2)
FIG. 5 is a diagram showing temporal changes in the deformation amount, input voltage, and control force of the object B in FIG.

【図9】シミュレーション結果(r=10^6の場合)
における物体Aの変形量の時間的変化を示す線図であ
る。
FIG. 9 is a simulation result (when r = 10 ^ 6)
FIG. 5 is a diagram showing a temporal change of the deformation amount of the object A in FIG.

【図10】シミュレーション結果(r=10^2の場
合)における物体Aの変形量の時間的変化を示す線図で
ある。
FIG. 10 is a diagram illustrating a temporal change in the deformation amount of the object A in a simulation result (when r = 10 ^ 2).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 能動的衝撃制御装置 11 衝撃物体(物体A) 12 アクチュエータ 13 ひずみセンサ 14 加速度センサ 15 対象側ひずみセンサ 20 衝突対象物(物体B) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Active impact control apparatus 11 Impact object (object A) 12 Actuator 13 Strain sensor 14 Acceleration sensor 15 Target side strain sensor 20 Collision object (object B)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16F 15/02 F16F 15/02 A // B25D 9/26 B25D 9/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F16F 15/02 F16F 15/02 A // B25D 9/26 B25D 9/26

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 衝突対象物に衝突する衝突部を有し、そ
の衝突対象物に衝撃を加える衝撃物体を能動的に制御す
る能動的衝撃制御装置において、 前記衝撃物体が前記衝突対象物に衝撃を加えると同時
に、前記衝突部を後退させることを特徴とする能動的衝
撃制御装置。
1. An active shock control device having a collision portion that collides with a collision object and actively controlling an impact object that applies an impact to the collision object, wherein the collision object impacts the collision object. An active shock control device characterized in that the collision portion is retracted at the same time as (1) is added.
【請求項2】 衝突対象物に衝突する衝突部を有し、そ
の衝突対象物に衝撃を加える衝撃物体と、 前記衝撃物体に設けられ、その衝突部を衝突方向から後
退するように駆動する衝突部駆動手段と、 前記衝撃物体に設けられ、その衝撃物体の運動状態を検
出する運動状態検出手段と、 前記運動状態検出手段からの検出値に基づいて、前記衝
撃物体が前記衝突対象物に衝撃を加えると同時に、前記
衝突部を後退させるように、前記衝突部駆動手段の駆動
信号を生成する駆動制御手段と、を備えた能動的衝撃制
御装置。
2. A collision object having a collision portion that collides with a collision object and applying an impact to the collision object, and a collision provided on the collision object and driving the collision portion to retreat from the collision direction. Unit driving means, provided on the impact object, a motion state detection means for detecting the motion state of the impact object, and the impact object impacts the collision object based on a detection value from the motion state detection means. And a drive control unit for generating a drive signal for the collision unit driving unit so as to retract the collision unit at the same time as adding the control unit.
【請求項3】 請求項2に記載の能動的衝撃制御装置に
おいて、 前記衝突対象物に設けられ、その衝突対象物の運動状態
を検出する対象側運動状態検出手段を備え、 前記駆動制御手段は、前記運動状態検出手段の検出値及
び前記対象側運動状態検出手段の検出値に基づいて、前
記衝突部駆動手段の駆動信号を生成することを特徴とす
る能動的衝撃制御装置。
3. The active impact control device according to claim 2, further comprising: an object-side motion state detection means provided on the collision object and detecting a motion state of the collision object, wherein the drive control means An active shock control device for generating a drive signal for the collision section driving means based on a detection value of the motion state detection means and a detection value of the target side motion state detection means.
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