JP2006218573A - Operation device, operation adjustment method of operation element, and its program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人によって操作される操作子の動作をアクチュエータによって調節する技術に関する。特に、人が操作子に操作力を加えたときに、操作子から人に適度な反力(例えば手応え等)を与えることによって、良好な操作性が得られるようにアクチュエータを制御する技術に関する。 The present invention relates to a technique for adjusting the operation of an operator operated by a person using an actuator. In particular, the present invention relates to a technique for controlling an actuator so that good operability can be obtained by applying an appropriate reaction force (for example, response) from a manipulator to the man when an manipulator is applied to the manipulator.
自動車のパワーステアリング装置や、重量物の搬送作業を補助する装置のように、人が操作する操作子の動作をアクチュエータによって調節し、人の操作を補助する装置が開発されている。この種の技術では、人が操作子に加えている操作力と、結果的に実現される操作子の運動との間に、
M・a+D・v+K・(p−po)=f ・・・(1)
の関係が成立していると、人は良好な操作感を得えられ、操作性が向上することが知られている。ここで、aは操作子の加速度ベクトル、vは操作子の速度ベクトル、pは操作子の位置ベクトル、poは定数ベクトルである。Mは操作子の加速度に対する比例係数(比例マトリクス)であり、操作子に再現される慣性係数(慣性マトリクス)に相当する。Dは操作子の速度に対する比例係数(比例マトリクス)であり、操作子に再現される粘性係数(粘性マトリクス)に相当する。Kは操作子の位置に対する比例係数(比例マトリクス)であり、操作子に再現される剛性係数(剛性マトリクス)に相当する。poは定数ベクトルであり、剛性特性の平衡位置を示す位置ベクトルである。fは人による操作力ベクトルである。上記の(1)式の比例係数M、D、Kを調整することによって、操作感を調整することができる。
Devices such as a power steering device for an automobile and a device that assists in carrying heavy objects have been developed by assisting human operations by adjusting the operation of a manipulator operated by a person with an actuator. In this kind of technology, between the operation force that a person applies to the operation element and the movement of the operation element that is realized as a result,
M.a + D.v + K. (P-po) = f (1)
It is known that when this relationship is established, a person can obtain a good feeling of operation and the operability is improved. Here, a is the acceleration vector of the operator, v is the velocity vector of the operator, p is the position vector of the operator, and po is a constant vector. M is a proportional coefficient (proportional matrix) with respect to the acceleration of the operating element, and corresponds to an inertia coefficient (inertial matrix) reproduced by the operating element. D is a proportional coefficient (proportional matrix) with respect to the speed of the operation element, and corresponds to a viscosity coefficient (viscosity matrix) reproduced by the operation element. K is a proportional coefficient (proportional matrix) with respect to the position of the operation element, and corresponds to a rigidity coefficient (rigidity matrix) reproduced by the operation element. po is a constant vector, which is a position vector indicating the equilibrium position of the stiffness characteristic. f is a human operation force vector. The operational feeling can be adjusted by adjusting the proportional coefficients M, D, and K in the above equation (1).
上記の(1)式を満たすように操作子の動作を調整する技術は、インピーダンス制御と呼ばれる良く知られた技術である。インピーダンス制御によると、速度に比例する抵抗力(粘性抵抗力)が作用する環境に置かれている物体の運動を、操作子の運動に実現することが可能となる。インピーダンス制御では、「トルクベースのインピーダンス制御」と、「位置ベースのインピーダンス制御」が知られている。
「トルクベースのインピーダンス制御」では、操作子に実現する運動に必要な力と、操作子の移動機構等が持っている慣性や摩擦抵抗を打ち消すのに必要な力との合力に基づいて、アクチュエータの出力を調節する。「トルクベースのインピーダンス制御」の詳細については、例えば非特許文献1に記載されている。
「位置ベースのインピーダンス制御」では、操作子に実現する運動を計算し、その運動を実現する位置に基づいて、操作子の位置を調節する。「位置ベースのインピーダンス制御」の詳細については、例えば非特許文献2に記載されている。
In “torque-based impedance control”, the actuator is based on the resultant force of the force required for the movement realized by the operator and the force required to cancel the inertia and frictional resistance of the movement mechanism of the operator. Adjust the output. Details of “torque-based impedance control” are described in Non-Patent Document 1, for example.
In “position-based impedance control”, the motion realized in the operator is calculated, and the position of the operator is adjusted based on the position where the motion is realized. Details of “position-based impedance control” are described in Non-Patent Document 2, for example.
インピーダンス制御を活用した技術が特許文献1に開示されている。特許文献1の装置では、重量物を支持する可動体と、その可動体を動かすアクチュエータを備えており、作業者が可動体に加える操作力と、操作力とアクチュエータによって実現される重量物の運動との間に、上記(1)式が成立するようにアクチュエータの出力を調節する。
特許文献1は、重量物の搬送作業を複数の作業段階に大別し、重量物を細かに移動させる位置決め時には、加速度に対する比例係数Mを小さくする一方、速度に対する比例係数Dを大きくすることが有効であることを報告している。
According to Patent Document 1, the work of transporting heavy objects is roughly divided into a plurality of work stages, and at the time of positioning for moving a heavy object finely, the proportional coefficient M for acceleration is reduced while the proportional coefficient D for speed is increased. It is reported to be effective.
特許文献1の技術によると、搬送作業の作業段階に応じて、適切な操作感を実現することが可能となる。しかしながら、この技術を利用する場合には作業段階を判別する必要が生じる。
本発明は、作業段階を判別することなく、操作子に適切な操作感を付与するための技術を提供する。
According to the technique of Patent Document 1, it is possible to realize an appropriate operational feeling according to the work stage of the transfer work. However, when this technique is used, it is necessary to determine the work stage.
The present invention provides a technique for imparting an appropriate operational feeling to an operator without determining the work stage.
本発明は、人の操作に追従して、人が操作する操作子の動作を調節する操作装置に具現化することができる。この操作装置は、人が操作する操作子と、人が操作子に加えている操作力を検出する操作力検出手段と、操作力検出手段で検出した操作力を、速度に比例する抵抗力が作用する環境におかれた物体に加えたときにその物体に生じる運動を、操作子の運動に実現する運動調節手段とを備えている。そして、運動調節手段は、操作力検出手段で検出した操作力が小さいほど、速度に乗じることによって前記抵抗力を決定する際に用いる比例係数を大きく設定することを特徴とする。 The present invention can be embodied in an operating device that adjusts the operation of an operator operated by a person following a human operation. This operating device has an operating element operated by a person, an operating force detecting means for detecting an operating force applied by the person to the operating element, and an operating force detected by the operating force detecting means having a resistance force proportional to the speed. It is provided with a motion adjusting means for realizing the motion generated in the object when it is applied to the object placed in the working environment as the motion of the operation element. The movement adjusting means is characterized in that the smaller the operating force detected by the operating force detecting means, the larger the proportional coefficient used when determining the resistance force by multiplying the speed.
この操作装置では、人が操作子に加えている操作力と、結果的に実現される操作子の運動との間に、上記の(1)式の関係を成立させることができる。このとき、加速度に対する比例係数Mと速度に対する比例係数Dを一定とし、位置に対する比例係数Kをゼロに設定すると、人が操作子に加える操作力fと結果的に実現される操作子の速度vは、図5に示すように変化する。図5は、静止している操作子を目標位置まで移動させて静止させる作業時を示している。図5において、M・aは(1)式における慣性項を示しており、D・vは(1)式における粘性項を示しており、両者の和M・a+D・vが操作力fに等しくなる。図5に示すように、操作子を減速しながら位置決めする後半の段階では、操作力fを加えている方向と操作子の移動方向とが反転している。この場合、減速しながら位置決めする段階における操作感が悪くなる。この問題に対して特許文献1の技術では、位置決め段階では、慣性項M・aを小さくしたり、粘性項D・vを大きくしたりしている。
図5に示すように、人が操作子を操作する場合、初動段階では大きな操作力fによって操作子を増速させ、位置決め段階では操作力fを緩めて操作子を減速していく。この減速時において、粘性項D・vが十分に大きくなければ、操作子の速度vが十分に減速されずに、反対方向に操作力fを加える必要が生じてしまう。
そこで本発明による操作装置では、人が操作子に加えている操作力fが小さいときには、速度に対する比例係数Dを大きくする。それにより、人が操作力fを緩めて操作子を減速する際に、操作子が十分に減速することとなる。このとき人は、操作力fを緩めることによって、操作子に強い制動力を加えられるような操作感を得ることができ、位置決め段階において操作子を操作しやすくなる。
本発明の操作装置によると、作業段階を判別することなく、操作子に良好な操作感を付与することが可能となる。
In this operating device, the relationship of the above expression (1) can be established between the operating force applied by the person to the operating element and the movement of the operating element that is realized as a result. At this time, if the proportionality coefficient M for acceleration and the proportionality coefficient D for speed are made constant and the proportionality coefficient K for position is set to zero, the operating force f applied by the person to the operating element and the resulting operating element speed v Changes as shown in FIG. FIG. 5 shows the operation of moving the stationary operating element to the target position to make it stationary. In FIG. 5, M · a indicates the inertia term in the equation (1), D · v indicates the viscosity term in the equation (1), and the sum M · a + D · v of both is equal to the operating force f. Become. As shown in FIG. 5, in the latter half of positioning the operating element while decelerating, the direction in which the operating force f is applied and the moving direction of the operating element are reversed. In this case, the operational feeling at the stage of positioning while decelerating becomes worse. With respect to this problem, in the technique of Patent Document 1, the inertia term M · a is reduced or the viscosity term D · v is increased at the positioning stage.
As shown in FIG. 5, when a person operates the operating element, the operating element is accelerated by a large operating force f in the initial movement stage, and is decelerated by loosening the operating force f in the positioning stage. At the time of deceleration, if the viscosity term D · v is not sufficiently large, the speed v of the operating element is not sufficiently reduced, and it becomes necessary to apply the operating force f in the opposite direction.
Therefore, in the operating device according to the present invention, when the operating force f applied by the person to the operating element is small, the proportional coefficient D with respect to the speed is increased. Thereby, when a person loosens the operation force f and decelerates the operation element, the operation element is sufficiently decelerated. At this time, by loosening the operation force f, a person can obtain an operation feeling that allows a strong braking force to be applied to the operation element, making it easier to operate the operation element at the positioning stage.
According to the operating device of the present invention, it is possible to give a good operational feeling to the operator without discriminating the work stage.
運動調節手段は、操作力検出手段で検出した操作力を、速度に比例する抵抗力が作用する環境におかれた物体に加えたときに、その物体に生じる運動を計算する運動計算手段と、運動計算手段で計算した運動を操作子の運動に実現するアクチュエータとを備えていることが好ましい。この場合、運動計算手段は、前記操作力検出手段で検出した操作力が小さいほど、速度に乗じることによって前記抵抗力を計算する際に用いる比例係数を大きく設定すればよい。
それにより、位置ベースのインピーダンス制御を採用して、操作子の動作を調節することが可能となる。
The motion adjusting means is a motion calculating means for calculating a motion generated in the object when the operating force detected by the operating force detecting means is applied to the object in an environment where a resistance force proportional to the speed acts. It is preferable to include an actuator that realizes the motion calculated by the motion calculation means as the motion of the operator. In this case, the motion calculation means may set a larger proportional coefficient for use in calculating the resistance force by multiplying the speed as the operation force detected by the operation force detection means is smaller.
Accordingly, it is possible to adjust the operation of the operation element by adopting position-based impedance control.
操作装置に、操作子の速度を検出する速度検出手段が付加されていることがある。この場合の運動計算手段は、比例係数の基準値を記憶している記憶手段と、操作力検出手段で検出した操作力が小さいほど、記憶手段が記憶している基準値を大きな値に修正する係数修正手段と、係数修正手段で修正された比例係数に、速度検出手段で検出した操作子の速度を乗じることによって、前記抵抗力を計算する抵抗力計算手段と、速度検出手段で検出した操作子の速度に、操作力検出手段で検出した操作力と抵抗力計算手段で計算した抵抗力との合力に起因する加速度から生じる速度変化量を加味して、操作子の目標速度を計算する目標速度計算手段を備えていることが好ましい。
運動計算手段の各構成要素は、抵抗やコンデンサ等の線形素子や、それらに演算増幅器を組合せた演算回路によって構成することができる。運動計算手段のすべてをアナログ電子回路で構成することも可能であり、操作装置を安価に構成するができる。
Speed control means for detecting the speed of the operating element may be added to the operating device. In this case, the motion calculation means corrects the reference value stored in the storage means to a larger value as the operation force detected by the operation means and the storage means storing the reference value of the proportional coefficient is smaller. A coefficient correction means, a resistance force calculation means for calculating the resistance force by multiplying the proportionality coefficient corrected by the coefficient correction means by the speed of the operator detected by the speed detection means, and an operation detected by the speed detection means A target that calculates the target speed of the operating element by taking into account the speed change resulting from the resultant force of the operating force detected by the operating force detection means and the resistance force calculated by the resistance force calculating means. It is preferable to provide a speed calculation means.
Each component of the motion calculation means can be constituted by a linear element such as a resistor or a capacitor, or an arithmetic circuit in which an operational amplifier is combined therewith. All of the motion calculation means can be constituted by analog electronic circuits, and the operating device can be constituted at low cost.
操作装置に、操作子の位置と速度と加速度等のいずれかを検出するセンサ等が付加されていると、操作子の運動を検出することが可能となる。操作子の運動を検出する手段が付加されている操作装置では、運動調節手段が、運動検出手段で検出した運動を、速度に比例する抵抗力が作用する環境におかれた物体の運動に実現するときに、その物体に加えることが必要な力を計算する力計算手段と、運動検出手段で検出した運動を操作子の運動に実現するのに要する力から、力計算手段で計算した力を減じた力を、操作子に加えるアクチュエータを備えていることが好ましい。この場合、力計算手段は、操作力検出手段で検出した操作力が小さいほど、速度に乗じることによって前記抵抗力を計算する際に用いる比例係数を大きく設定すればよい。
それにより、トルクベースのインピーダンス制御を採用して、操作子の動作を調節することが可能となる。
If a sensor or the like for detecting any of the position, speed, acceleration and the like of the operating element is added to the operating device, the movement of the operating element can be detected. In an operating device with a means to detect the movement of the operating element, the movement adjusting means realizes the movement detected by the movement detecting means to the movement of an object in an environment where a resistance force proportional to the speed acts. The force calculated by the force calculation means from the force calculation means for calculating the force required to be applied to the object and the force required for realizing the motion detected by the motion detection means to the motion of the operation element. It is preferable to provide an actuator that applies the reduced force to the operation element. In this case, the force calculation means may set a larger proportional coefficient for use in calculating the resistance force by multiplying the speed as the operation force detected by the operation force detection means is smaller.
Accordingly, it is possible to adjust the operation of the operation element by adopting torque-based impedance control.
本発明は、人が操作する操作子の動作をアクチュエータによって調節する方法にも具現化することができる。この方法では、人が操作子に加えている操作力を検出する操作力検出工程と、操作力検出工程で検出した操作力を、速度に比例する抵抗力が作用する環境におかれた物体に加えたときにその物体に生じる運動を、アクチュエータを制御して操作子の運動に実現する運動調節工程とを備えている。そして、運動調節工程では、操作力検出工程で検出した操作力が小さいほど、速度に乗じることによって抵抗力を計算する際に用いる比例係数を大きく設定することを特徴とする。
この方法によると、作業段階を判別することなく、操作子に良好な操作感を付与することが可能となる。
The present invention can also be embodied in a method of adjusting the operation of an operator operated by a person using an actuator. In this method, an operation force detection process for detecting an operation force applied by a person to an operation element, and an operation force detected in the operation force detection process are applied to an object placed in an environment where a resistance force proportional to the speed acts. A motion adjustment step of controlling the actuator to realize the motion generated in the object when it is added to the motion of the operator. In the motion adjustment step, the smaller the operation force detected in the operation force detection step, the larger the proportional coefficient used when calculating the resistance force by multiplying the speed.
According to this method, it is possible to give a good operational feeling to the operator without determining the work stage.
本発明はまた、人が操作する操作子の動作をアクチュエータによって調節する操作装置が備える電子計算機に実行させるプログラムに具現化することができる。このプログラムは、人が操作子に加えている操作力を入力する処理と、入力した操作力を、速度に比例する抵抗力が作用する環境におかれた物体に加えたときにその物体に生じる運動を、アクチュエータを制御して操作子の運動に実現する運動調節処理とを電子計算機に実行させる。そして、運動調節処理では、入力した操作力が小さいほど、速度に乗じることによって抵抗力を計算する際に用いる比例係数を大きく設定することを特徴とする。
このプログラムを用いることによって、作業段階を判別することなく、操作子に適切な操作感を付与することが可能となる。
The present invention can also be embodied in a program that is executed by an electronic computer included in an operation device that adjusts the operation of an operator operated by a person using an actuator. This program is generated when an operation force applied by a person to an operating element is input to an object placed in an environment where a resistance force proportional to the speed is applied. The computer is caused to execute a motion adjustment process that realizes the motion to the motion of the operator by controlling the actuator. The motion adjustment process is characterized in that the smaller the input operating force is, the larger the proportionality coefficient used when calculating the resistance force by multiplying the speed.
By using this program, it is possible to give an appropriate operational feeling to the operator without discriminating the work stage.
本発明により、操作感が良好な操作装置を具現化することが可能となる。作業段階を判別して係数を切換える必要がなくなる。 According to the present invention, it is possible to embody an operation device having a good operational feeling. There is no need to determine the work stage and change the coefficients.
本発明を実施するための好適な形態を説明する。
(形態1) 作業支援装置は、作業者が操作する操作子と、操作子をx方向に変位させる第1アクチュエータと、操作子をy方向に変位させる第2アクチュエータと、操作子をz方向に変位させる第3アクチュエータを備えている。
(形態2) 作業支援装置は、作業者が操作子に加えている力を測定する力覚センサを備えている。その力覚センサは、作業者が操作子に加えている力を、x方向、y方向、z方向、およびx軸周り方向、y軸周り方向、z軸周り方向の6方向の力に区別して検出することができる。
A preferred embodiment for carrying out the present invention will be described.
(Mode 1) The work support device includes an operator operated by an operator, a first actuator that displaces the operator in the x direction, a second actuator that displaces the operator in the y direction, and an operator in the z direction. A third actuator to be displaced is provided.
(Mode 2) The work support device includes a force sensor that measures the force applied by the operator to the operator. The force sensor distinguishes the force applied by the operator to the operation element into six directions including the x direction, the y direction, the z direction, and the x direction, the y axis direction, and the z axis direction. Can be detected.
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1は、作業者による重量物の搬送作業を補助する装置(以下、作業補助装置と略す)2の全体像を示している。図2は、作業補助装置2の電気構成を示している。
図1、図2に示す作業補助装置2は、自動車の製造現場において、自動車のインストルメントパネル(以下、インパネと略す)400を、自動車のボディ(図示せず)内に組み付ける工程で利用される。この工程における作業者は、インパネ400を自動車ボディ内に搬送し、位置決めし、自動車ボディに固定する作業を行う。作業者は、インパネ400を作業補助装置2に固定し、作業補助装置2を介してインパネ400の搬送と位置決めを行う。詳しくは後述するが、作業補助装置2は、人が操作子4に加える操作に追従して、操作子4の動作をアクチュエータによって調節する。その結果、作業者は、インパネ400よりも軽量な物体を搬送するときの力で、インパネ400を搬送することができる。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an overall view of a device 2 (hereinafter abbreviated as a work assist device) 2 that assists a worker in transporting heavy objects. FIG. 2 shows an electrical configuration of the work assisting device 2.
1 and 2 is used in a process of assembling an instrument panel (hereinafter abbreviated as instrument panel) 400 of an automobile in a body (not shown) of the automobile at a manufacturing site of the automobile. . The worker in this process carries out the operation of transporting the
図1に示すように、作業補助装置2は、一対の固定レール8a、8bと、その固定レール8a、8bの長手方向に沿ってスライド可能な第1可動体10と、その第1可動体10の長手方向に沿ってスライド可能な第2可動体20と、その第2可動体20の長手方向に沿ってスライド可能な第3可動体30を備えている。以下、固定レール8a、8bの長手方向をx方向とし、第1可動体10の長手方向をy方向とし、第2可動体20の長手方向をz方向とする。x方向とy方向とz方向は互いに略直交している。また、第3可動体30には、インパネ400を支持可能なインパネ支持体40が取り付けられている。インパネ支持体40には、インパネ400を脱着可能に固定するための固定部46等が設けられている。作業補助装置2では、所定の可動空間内を第3可動体30が自由に移動できるように構成されており、インパネ支持体40を介して支持しているインパネ400を自由に移動させることができるように構成されている。
As shown in FIG. 1, the work assisting device 2 includes a pair of fixed
図1、図2に示すように、作業補助装置2は、第1可動体10をx方向に沿ってスライドさせる第1アクチュエータ12、第2可動体20をy方向に沿ってスライドさせる第2アクチュエータ22、第3可動体30をz方向に沿ってスライドさせる第3アクチュエータ32を備えている。
作業補助装置2は、第3可動体30に固定された力覚センサ6と、力覚センサ6に設けられている操作子4を備えている。作業者は、作業補助装置2を介してインパネ400を搬送する際に、操作子4を操作してインパネ400を搬送する。力覚センサ6は、作業者が操作子4に加えている操作力を検出する。力覚センサ6は、作業者の操作力をx方向、y方向、z方向、およびx軸周り方向、y軸周り方向、z軸周り方向の6方向の力に区別して検出することができる。
作業補助装置2は、図2に示すように、第1可動体10のx方向の位置を検出する第1位置センサ16と、第2可動体20のy方向の位置を検出する第2位置センサ26と、第3可動体30のz方向の位置を検出する第3位置センサ36を備えている。操作子4は第3可動体30に固定されおり、操作子4のx方向位置は第1位置センサ16で検出され、y方向位置は第2位置センサ26で検出され、z方向位置は第3位置センサ36で検出される。
作業補助装置2は、第1アクチュエータ12と第2アクチュエータ22と第3アクチュエータ32の動作を制御する制御ユニット60を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the work auxiliary device 2 includes a
The work assisting device 2 includes a
As shown in FIG. 2, the work auxiliary device 2 includes a
The work assisting device 2 includes a
図2に示すように、制御ユニット60は、第1アクチュエータ12を制御する第1ドライバ14と、第2アクチュエータ22を制御する第2ドライバ24と、第3アクチュエータ32を制御する第3ドライバ34を備えている。また、各ドライバ14、24、34に指令を与える処理部62と、処理部62に接続している操作パネル64等を備えている。処理部62は電子計算機を備えている。作業者は操作パネル64を操作して、処理部62への指示を入力したり制御パラメータを調整したりする。また、操作パネル64は、処理部62から作業者への情報を表示したりする。
As shown in FIG. 2, the
処理部62には、力覚センサ6が接続されている。処理部62は、力覚センサ6の出力信号から、作業者が操作子4に加えている操作力fを検出する。
処理部62には、第1位置センサ16と第2位置センサ26と第3位置センサ36が接続されている。処理部62は、各位置センサ16、26、36の出力信号から、操作子4の位置p:(x,y,z)を検出することができる。また処理部62は、操作子4の位置pの経時変化から、操作子4の速度v:(dx/dt,dy/dt,dz/dt)や、操作子4の加速度a:(d2x/dt2,d2y/dt2,d2z/dt2)を計算によって検出することができる。操作子4とインパネ400は相対的に固定されているので、操作子4の位置p、操作子4の速度v、操作子4の加速度aのそれぞれは、インパネ400の位置、インパネ400の速度、インパネ400の加速度に対応する。
The
The
処理部62は、後述する計算処理に用いる各種のパラメータを記憶している。例えば前記した(1)式の加速度aに対する比例係数(慣性係数)Mを記憶している。また、速度vに対する比例係数(粘性係数)Dを計算するための基準値DoやFa(後記の(2)式を参照)を記憶している。また、位置pに対する比例係数(剛性係数)K等を記憶している。これらの計算パラメータは、作業者が操作パネル64を利用して予め教示しておくとともに、必要に応じて調整することもできる。
制御ユニット60の処理部62は、作業者が操作子4に加えている操作力fや、操作子4の位置pや、操作子4の速度v等を検出し、記憶しているパラメータの値を用いて操作子4に与えるべき力τを逐次計算し、各ドライバ14、24、34に教示する。各ドライバ14、24、34は、教示された力τを各アクチュエータ12、22、32が出力するように、各アクチュエータ12、22、32を動作させる。以下、第1アクチュエータ12が出力する力をτxとし、第2アクチュエータ22が出力する力をτyとし、第3アクチュエータ32が出力する力をτzとする。作業補助装置2は、作業者が操作子4に加えている力を補完するように動作し、操作子4と共にインパネ400を移動させる。慣性係数Mの値をインパネ400の質量よりも小さく設定することで、作業者はインパネ400よりも軽量な物体を搬送しているときの力で、インパネ400を搬送することができる。
The
The
次に、図3を参照して、作業補助装置の動作の流れについて説明する。図3は、処理部62が実行する処理の流れを示すフローチャートである。処理部62は、図3に示す処理フローを実行するプログラムを記憶している。図3に示す処理では、「位置ベースのインピーダンス制御」を利用している。処理部62は、図3に示す処理を、動作周期Δt毎に繰り返し実行する。なお、以下の処理では、位置pに対する比例係数(剛性係数)Kにゼロを設定している。
Next, with reference to FIG. 3, the flow of operation of the work assisting device will be described. FIG. 3 is a flowchart showing a flow of processing executed by the
ステップS2では、各位置センサ16、26、36の出力信号に基づいて、操作子4の位置を計算する。以下、時刻tにおける操作子4の位置をp(t)と記述し、そのときの操作子4のxyz座標を、(px(t),py(t),pz(t))と記述する。
ステップS4では、操作子4の速度vを検出する。詳しくは、操作子4の位置pの経時変化から操作子4の速度vを検出する。操作子4の位置pの経時変化は、例えば今回の動作サイクルのステップS2で計算した操作子4の位置p(t)と、前回の動作サイクルで計算した操作子4の位置p(t−Δt)と、動作周期Δtから求めることができる。以下、時刻tにおける操作子4の速度をv(t)と記述し、そのx方向、y方向、z方向の各成分を、vx(t)、vy(t)、vz(t)とする。
ステップS6では、力覚センサ6の出力信号に基づいて、作業者が操作子4に加えている操作力を検出する。処理部64は、作業者が操作子4に加えている操作力のなかで、少なくともx方向と、y方向と、z方向の成分を区別して検出する。以下、作業者が操作子4に加えている操作力をf(t)と記述し、そのx方向、y方向、z方向の各成分を、fx(t)、fy(t)、fz(t)と記述する。
In step S2, the position of the
In step S4, the speed v of the
In step S <b> 6, based on the output signal of the
ステップS8では、前記(1)式における速度に対する比例係数(粘性係数)Dを決定する。この比例係数Dは、操作子4に実現する運動に再現される粘性抵抗力を規定する。本実施例では、粘性係数Dが一定ではなく、ステップS2で検出した操作力f(t)に応じて変化させる。処理部62は、操作力f(t)が小さいときには粘性係数Dを大きな値とし、操作力f(t)が大きいときには粘性係数Dを小さな値とする。時刻tにおける粘性係数をD(t)とすると、例えば次式を用いて粘性係数D(t)を決定することができる。
D(t)=Do・{Fa/(Fa+|f(t)|)} ・・・(2)
上記の(2)式における粘性係数Dの基準値Doや、操作力f(t)の影響を調節するパラメータFaは、作業者が適宜設定するパラメータである。また、上記の(2)式に換えて、
D(t)=Do・{Fa2/(Fa2+f(t)2)} ・・・(3)
D(t)=Do・exp(−|f(t)|/Fa) ・・・(4)
等の演算式を用いてもよい。いずれにしても、操作力f(t)が大きいときほど、粘性係数D(t)を小さな値に修正することができる。また、上記の(2)、(3)、(4)式は、操作力f(t)の増大に対して粘性係数D(t)を単調減少させるものであるが、粘性係数D(t)を段階的に変化させる方式を採用してもよい。
In step S8, a proportional coefficient (viscosity coefficient) D with respect to the speed in the equation (1) is determined. This proportionality coefficient D defines the viscous resistance force that is reproduced in the motion realized in the
D (t) = Do · {Fa / (Fa + | f (t) |)} (2)
The parameter Fa that adjusts the influence of the operating force f (t) and the reference value Do of the viscosity coefficient D in the above equation (2) are parameters that are appropriately set by the operator. Also, instead of the above equation (2),
D (t) = Do · {Fa 2 / (Fa 2 + f (t) 2 )} (3)
D (t) = Do · exp (− | f (t) | / Fa) (4)
An arithmetic expression such as may be used. In any case, the viscosity coefficient D (t) can be corrected to a smaller value as the operating force f (t) is larger. In addition, the above equations (2), (3), and (4) are for monotonously decreasing the viscosity coefficient D (t) with respect to the increase in the operating force f (t), but the viscosity coefficient D (t) You may employ | adopt the system which changes this in steps.
ステップS10では、操作子4の運動に仮想的に付与する抵抗力Fr(t)を計算する。抵抗力Fr(t)は、操作子4の速度に比例する大きさであり、操作子4の運動を妨げる方向に作用する力である。即ち、前記した(1)式の粘性項に相当する。抵抗力Fr(t)は、ステップS8で計算した粘性係数D(t)を用いて、例えば次式を用いて計算することができる。
Fr(t)=−D(t)・v(t)
即ち、xyz方向の各成分Frx(t)、Fry(t)、Frz(t)は、ステップS4で検出した各速度成分vx(t)、vy(t)、vz(t)を用いて、次式で計算することができる。
Frx(t)=−D(t)・vx(t)
Fry(t)=−D(t)・vy(t)
Frz(t)=−D(t)・vz(t)
なお、上式中の粘性係数D(t)に付される負号は、抵抗力Fr(t)と速度v(t)が反対向きであることを示すものであり、抵抗力Fr(t)が操作子4の運動を妨げる方向に作用することを意味する。
In step S <b> 10, a resistance force Fr (t) virtually applied to the motion of the
Fr (t) = − D (t) · v (t)
That is, the components Frx (t), Fry (t), and Frz (t) in the xyz direction are obtained by using the velocity components vx (t), vy (t), and vz (t) detected in step S4. It can be calculated by the formula.
Frx (t) = − D (t) · vx (t)
Fry (t) = − D (t) · vy (t)
Frz (t) = − D (t) · vz (t)
In addition, the negative sign attached to the viscosity coefficient D (t) in the above formula indicates that the resistance force Fr (t) and the speed v (t) are in opposite directions, and the resistance force Fr (t) Means that it acts in a direction that hinders the movement of the
ステップS12では、操作子4の目標とする加速度ad(t)を計算する。この目標加速度ad(t)は、操作子4に擬制する質量Mの物体に、操作力f(t)と抵抗力Fr(t)を加えた時に、その物体に生じる加速度である。あるいは目標加速度ad(t)は、操作子4に擬制する質量Mの物体が、速度に比例する抵抗力Fr(t)が作用する環境におかれているときに、その物体に操作力fを加えた時に、その物体に生じる加速度である。目標加速度ad(t)は、例えば次式を用いて計算することができる。
ad(t)=(f(t)+Fr(t))/M
即ち、xyz方向の各成分adx(t)、ady(t)、adz(t)は、次式で計算することができる。
adx(t)=(fx(t)+Frx(t))/M
ady(t)=(fy(t)+Fry(t))/M
adz(t)=(fz(t)+Frz(t))/M
In step S12, the target acceleration ad (t) of the
ad (t) = (f (t) + Fr (t)) / M
That is, each component adx (t), ady (t), and adz (t) in the xyz direction can be calculated by the following equation.
adx (t) = (fx (t) + Frx (t)) / M
ady (t) = (fy (t) + Fry (t)) / M
adz (t) = (fz (t) + Frz (t)) / M
ステップS14では、操作子4の目標とする速度vd(t)を計算する。目標速度vd(t)は、操作子4の現在速度v(t)に、現在のステップS12で計算した目標加速度ad(t)にから生じる速度変化量を加味した速度である。目標速度vd(t)は、例えば次式を用いて計算することができる。
vd(t)=v(t)+ad(t)・Δt
即ち、xyz方向の各成分vdx(t)、vdy(t)、vdz(t)は次式で計算することができる。
vdx(t)=vx(t)+adx(t)・Δt
vdy(t)=vy(t)+ady(t)・Δt
vdz(t)=vz(t)+adz(t)・Δt
なお、目標速度vd(t)を算出する際には、操作子4の現在速度(検出値)v(t)に換えて、前回の動作サイクルで計算した目標速度vd(t−Δt)を用いてもよい。
In step S14, the target speed vd (t) of the
vd (t) = v (t) + ad (t) · Δt
That is, each component vdx (t), vdy (t), vdz (t) in the xyz direction can be calculated by the following equation.
vdx (t) = vx (t) + adx (t) · Δt
vdy (t) = vy (t) + ady (t) · Δt
vdz (t) = vz (t) + adz (t) · Δt
When calculating the target speed vd (t), the target speed vd (t−Δt) calculated in the previous operation cycle is used instead of the current speed (detected value) v (t) of the
ステップS16では、操作子4の目標とする位置pd(t)を計算する。目標位置pd(t)は、操作子4の現在位置p(t)に、目標速度vd(t)と動作周期Δtから計算する変位量を加味した位置である。目標位置pd(t)は、例えば次式を用いて計算することができる。
pd(t)=p(t)+vd(t)・Δt
即ち、xyz方向の各成分pdx(t)、pdy(t)、pdz(t)は次式で計算することができる。
pdx(t)=px(t)+vdx(t)・Δt
pdy(t)=py(t)+vdy(t)・Δt
pdz(t)=pz(t)+vdz(t)・Δt
なお、目標位置pd(t)を算出する際には、操作子4の現在位置(検出値)p(t)に換えて、前回の動作サイクルで計算した目標位置pd(t−Δt)を用いてもよい。
In step S16, the target position pd (t) of the
pd (t) = p (t) + vd (t) · Δt
That is, each component pdx (t), pdy (t), pdz (t) in the xyz direction can be calculated by the following equation.
pdx (t) = px (t) + vdx (t) · Δt
pdy (t) = py (t) + vdy (t) · Δt
pdz (t) = pz (t) + vdz (t) · Δt
When calculating the target position pd (t), the target position pd (t−Δt) calculated in the previous operation cycle is used instead of the current position (detected value) p (t) of the
ステップS18では、動作周期Δt後に、操作子4の速度v(t+Δt)がステップS14で計算した目標速度vd(t)に変化するとともに、操作子4の位置p(t+Δt)がステップS16で計算した目標位置pd(t)に変化するように、各ドライバ14、24、34に動作指令が実行される。このとき処理部62は、いわゆる比例微分(PD)制御を用いる。即ち、各アクチュエータ12、22、32が出力する力τ(t)を、目標位置pd(t)と実際位置p(t)の差分と、その差分の変化率とに応じて調節する。その差分の変化率は、目標速度vd(t)と実際速度v(t)の差分に等しい。即ち、
τ(t)=α・(pd(t)−p(t))+β・(vd(t)−v(t))
となる。ここで、αとβは所定の制御パラメータであり、適宜調整することができる。各アクチュエータ12、22、32の出力は、次式で表すことができる。
τx(t)=α・(pdx(t)−px(t))+β・(vdx(t)−vx(t))
τy(t)=α・(pdy(t)−py(t))+β・(vdy(t)−vy(t))
τz(t)=α・(pdz(t)−pz(t))+β・(vdz(t)−vz(t))
ステップS18の処理を完了した後、再びステップS2へ戻り、以上の処理を動作周期Δt毎に繰り返し実行する。
In step S18, after the operation cycle Δt, the speed v (t + Δt) of the
τ (t) = α · (pd (t) −p (t)) + β · (vd (t) −v (t))
It becomes. Here, α and β are predetermined control parameters, which can be adjusted as appropriate. The output of each actuator 12, 22, 32 can be expressed by the following equation.
τx (t) = α · (pdx (t) −px (t)) + β · (vdx (t) −vx (t))
τy (t) = α · (pdy (t) −py (t)) + β · (vdy (t) −vy (t))
τz (t) = α · (pdz (t) −pz (t)) + β · (vdz (t) −vz (t))
After completing the process of step S18, the process returns to step S2 again, and the above process is repeatedly executed every operation cycle Δt.
以上の処理によって、操作子4の運動に、速度vに比例する抵抗力Fr(粘性抵抗力に相当する)が作用する環境におかれた物体の運動が実現される。このとき、その抵抗力Frを計算する際に速度vに乗じる比例係数Dには、操作力fが小さいときほど大きな値が設定される。
図4は、作業補助装置2を用いて搬送作業を行った場合の、操作力fと速度vの経時変化を示すグラフである。搬送作業後半の位置決め段階においても、操作力fが速度方向に対して反転しておらず、良好な操作感が実現されていることが確認できる。作業補助装置2では、作業段階の判別を必要とすることなく、操作子4に良好な操作感が付与されている。
By the above processing, the motion of the object in the environment where the resistance force Fr (corresponding to the viscous resistance force) proportional to the speed v acts on the motion of the
FIG. 4 is a graph showing temporal changes in the operating force f and the speed v when carrying work using the work auxiliary device 2. Even in the positioning stage in the second half of the transfer operation, it can be confirmed that the operating force f is not reversed with respect to the speed direction, and a good operational feeling is realized. In the work assisting device 2, a good operational feeling is given to the
作業補助装置2では、主に処理部62が備える電子計算機によって、図3に示す処理フローが実行される。ただし、同様の処理フローは単純なアナログ回路でも実行することが可能であり、その処理フローを実行する処理部をアナログ回路で構成することもできる。例えば、位置センサに微分回路を接続して、操作子の速度に対応する電圧を得ることができる。抵抗やコンデンサを用いた定電圧発生回路によって、各種のパラメータに対応する電圧を出力することができる。各ステップにおける計算では、各種の演算回路によって各指標に対応する電圧を加減乗除した電圧を得ることができる。処理部をアナログ回路で構成することにより、操作装置の電気構成が簡単化され、本実施例の技術をより多くの操作装置に実装することが可能となる。
In the work assistance device 2, the processing flow shown in FIG. 3 is executed mainly by an electronic computer included in the
本実施例では「位置ベースのインピーダンス制御」を用いる例を説明したが、本実施例の技術を利用することで、「トルクベースのインピーダンス制御」を用いた作業補助装置を具現化することも可能である。
「トルクベースのインピーダンス制御」を用いる場合、各可動体10、20、30やインパネ400等を含めた操作子4の運動特性式を、例えば次式によって予め処理部62に教示しておく。
f+τ=Ms・a+Ds・v+Fs・sgn(v) ・・・(5)
上式は、人が操作子4に操作力fを加えるとともにアクチュエータ12、22、32が力τを出力しているときに、操作子4に実現される運動を記述している。上記(5)式の各係数に付したsは、各係数が操作子4(移動機構等を含む)に関するものであることを示している。また、上記(5)式のsgn(v)は速度vに関する符号関数であり、sgn(v)=v/|v|である。上式の第3項Fs・sgn(v)は、作業補助装置2の可動機構等で生じる摩擦力を示している。
In this embodiment, an example of using “position-based impedance control” has been described. However, by using the technology of this embodiment, it is possible to realize a work assistance device using “torque-based impedance control”. It is.
When “torque-based impedance control” is used, the motion characteristic equation of the
f + τ = Ms · a + Ds · v + Fs · sgn (v) (5)
The above formula describes the movement realized by the
一方、処理部62は、検出した操作力fに基づいて、操作子4に実現すべき運動を、前記した(1)式等を用いて計算する。
f=M・a+D・v ・・・(6)
このとき、検出した操作力fが小さいほど、速度vに乗じる比例係数Dは大きくなるように修正する。この修正には、例えば前記した(2)(3)(4)式等を用いることができる。
On the other hand, the
f = M · a + D · v (6)
At this time, the proportional coefficient D multiplied by the speed v is corrected so as to be smaller as the detected operating force f is smaller. For this correction, for example, the above-described equations (2), (3), and (4) can be used.
次いで、操作子4の運動に(6)式で計算した運動を実現するために、アクチュエータ12、22、32が出力すべき力τは、(5)(6)式から算出することができる。
τ={Ds−(Ms/M)・D}・v+Fs・sgn(v)−{1−(Ms/M)}・f ・(7)
処理部62は、上記の(7)式と、検出した操作子4の速度v(t)や操作力f(t)から、アクチュエータ12、22、32が出力すべき力τ(t)を決定する。処理部62が各ドライバ14、24、34に指令し、各アクチュエータ12、22、32が力τ(t)を出力することによって、操作子4の運動に処理部62が計算した(6)式の運動が実現される。作業者は、インパネ400を搬送する際に、速度に比例(比例係数D)する抵抗力が作用する環境におかれた物体(質量M)を搬送するときの力で、インパネ400を搬送することができる。
Next, the force τ to be output by the
τ = {Ds− (Ms / M) · D} · v + Fs · sgn (v) − {1− (Ms / M)} · f · (7)
The
作業補助装置2は、操作子4の位置を検出する位置センサ16、26、36を備えているので、操作子4が現に行っている運動を検出することができる。即ち、位置センサ16、26、36の出力信号に基づいて、操作子4の位置pや、操作子4の速度vや、操作子4の加速度aを検出することができる。この場合、検出した操作子4の速度vや加速度a等を上記の(6)式に代入すると、操作子4が現に行っている運動を、速度に比例(比例係数D)する抵抗力が作用する環境におかれた物体(質量M)の運動に実現するときに、その物体に加えることが必要な力を計算することができる。その力は、(6)式のfに相当する。このとき、検出した操作力fが小さいほど、速度vに乗じる比例係数Dは大きくなるように修正する。この修正には、例えば前記した(2)(3)(4)式等を用いることができる。なお、操作子4の加速度aは、加速度センサを用いることによって、より正確に検出することが可能となる。
Since the work auxiliary device 2 includes the
一方、操作子4が現に行っている運動を、操作子4の運動に実現するのに要する力は、上記の(5)式から計算することができる。その力は(5)式のf+τに相当する。
(5)式で計算するf+τから、(6)式で計算するfを減じた力τをアクチュエータ12、22、32が出力することで、操作子4の運動に、速度に比例(比例係数D)する抵抗力が作用する環境におかれた物体(質量M)の運動が実現される。以上の処理を実行するプログラムを用意し、作業補助装置2の処理部62に教示することで、作業補助装置2は、上述した「トルクベースのインピーダンス制御」を実行することができる。このとき、操作力の検出には、力覚センサ等を用いることなく、検出した操作子の運動と(5)式から計算するf+τから、そのときアクチュエータが実際に出力している力τを減じることによって検出してもよい。
On the other hand, the force required to realize the movement of the
The
作業補助装置2では、重量物であるインパネ400を搬送する必要があることから、操作子4の運動に、可動体10、20、30等を含む操作子4の質量Msよりも軽い質量Mの物体の運動を再現している。それに対して、人が操作子を操作する操作装置によっては、可動機構を含む操作子の質量Msが適当な値であり、操作子に実際に作用する粘性抵抗力や摩擦力が無視できる場合もある。この場合、(5)式においてDs=0およびFs=0と設定するとともに、(6)式においてM=Msと設定することとなる。その結果、(7)式は、
τ=D・v ・・・(8)
となる。即ち、このような操作装置では、検出した操作子の速度vによって、アクチュエータが操作子に加えるべき力を求めることができる。アクチュエータが(8)式から求まる力τを出力することで、操作子の運動に、速度に比例(比例係数D)する抵抗力が作用する環境におかれた物体(質量M)の運動が実現される。このとき、検出した操作力fが小さいほど、比例係数Dを大きく設定することによって、操作子に良好な操作感を付与することができる。
In the work assistance device 2, since it is necessary to transport the
τ = D · v (8)
It becomes. That is, in such an operating device, the force that the actuator should apply to the operating element can be obtained from the detected speed v of the operating element. The actuator outputs the force τ obtained from the equation (8), thereby realizing the motion of the object (mass M) in an environment where a resistance force proportional to the speed (proportional coefficient D) acts on the motion of the operating element. Is done. At this time, by setting the proportionality coefficient D to be larger as the detected operating force f is smaller, it is possible to give a better operational feeling to the operator.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本実施例では、位置センサを用いることによって操作子の位置や速度を検出しているが、速度の検出には速度センサを別に用意してもよい。
操作子に擬制する質量は、操作子やその移動機構を含めた質量よりも小さく設定してもよい。それにより、軽すぎる操作子の操作感を改善することもできる。
操作力に基づいて粘性係数Dを計算する際には、例示した(2)式、(3)式、(4)式に限られず、他の式を用いることも可能である。様々な計算式を用意しておくことによって、操作子に付与する操作感を様々に調節することが可能となる。
操作子に実現する運動を計算する際には、速度に比例する抵抗力Frに加えて、例えば摩擦力に相当する抵抗力を加味してもよい。摩擦力に相当する抵抗力を加味する場合は、ステップS10で計算した抵抗力Frに、一定の抵抗力(負の力)を加算するとよい。
アクチュエータの制御方式は、比例微分(PD)制御方式に限られず、他の制御方式を採用してもよい。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In this embodiment, the position and speed of the operating element are detected by using a position sensor, but a speed sensor may be separately prepared for detecting the speed.
The mass imitating the operator may be set smaller than the mass including the operator and its moving mechanism. Thereby, the operation feeling of the operator that is too light can be improved.
When calculating the viscosity coefficient D based on the operating force, the formula (2), the formula (3), and the formula (4) are not limited, and other formulas may be used. By preparing various calculation formulas, it is possible to variously adjust the operational feeling given to the operation element.
When calculating the motion realized in the operation element, in addition to the resistance force Fr proportional to the speed, for example, a resistance force corresponding to a frictional force may be added. When a resistance force corresponding to the friction force is taken into account, a certain resistance force (negative force) may be added to the resistance force Fr calculated in step S10.
The actuator control method is not limited to the proportional differential (PD) control method, and other control methods may be adopted.
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
2・・作業補助装置
4・・操作子
6・・力覚センサ
8a、8b・・固定レール
10、20、30・・第1、第2、第3可動体
12、22、32・・第1、第2、第3アクチュエータ
14、24,34・・第1、第2、第3ドライバ
16、26、36・・第1、第2、第3位置センサ
60・・制御ユニット
62・・処理部
400・・インパネ
2 .. Work
Claims (6)
人が操作子に加えている操作力を検出する操作力検出手段と、
操作力検出手段で検出した操作力を、速度に比例する抵抗力が作用する環境におかれた物体に加えたときにその物体に生じる運動を、操作子の運動に実現する運動調節手段とを備え、
前記運動調節手段は、人が操作子に加えている操作力が小さいほど、速度に乗じることによって前記抵抗力を決定する際に用いる比例係数を大きく設定することを特徴とする操作装置。 An operator operated by a person,
An operation force detecting means for detecting an operation force applied by a person to the operation element;
A motion adjusting means for realizing the motion generated in the object when the operating force detected by the operating force detecting means is applied to an object in an environment where a resistance force proportional to the speed is applied to the motion of the operator. Prepared,
The operation device is characterized in that the smaller the operation force applied by the person to the operation element, the larger the proportional coefficient used when determining the resistance force by multiplying the speed.
操作力検出手段で検出した操作力を、速度に比例する抵抗力が作用する環境におかれた物体に加えたときに、その物体に生じる運動を計算する運動計算手段と、
運動計算手段で計算した運動を操作子の運動に実現するアクチュエータとを備えており、
前記運動計算手段は、前記操作力検出手段で検出した操作力が小さいほど、速度に乗じることによって前記抵抗力を計算する際に用いる比例係数を大きく設定することを特徴とする請求項1の操作装置。 The movement adjusting means includes
A motion calculating means for calculating the motion generated in the object when the operating force detected by the operating force detecting means is applied to an object in an environment where a resistance force proportional to the speed acts;
An actuator that realizes the motion calculated by the motion calculation means to the motion of the operator,
2. The operation according to claim 1, wherein the motion calculation unit sets a larger proportional coefficient to be used when calculating the resistance force by multiplying the speed as the operation force detected by the operation force detection unit is smaller. apparatus.
前記運動計算手段は、
前記比例係数の基準値を記憶している記憶手段と、
前記操作力検出手段で検出した操作力が小さいほど、前記記憶手段が記憶している比例係数の基準値を大きく修正する係数修正手段と、
係数修正手段で修正された比例係数に、速度検出手段で検出した操作子の速度を乗じることによって、前記抵抗力を計算する抵抗力計算手段と、
速度検出手段で検出した操作子の速度に、操作力検出手段で検出した操作力と抵抗力計算手段で計算した抵抗力との合力に起因する加速度から生じる速度変化量を加味して、操作子の目標速度を計算する目標速度計算手段とを備えていることを特徴とする請求項2の操作装置。 A speed detecting means for detecting the speed of the operation element is added.
The motion calculation means includes
Storage means for storing a reference value of the proportionality coefficient;
Coefficient correction means for correcting the reference value of the proportionality coefficient stored in the storage means to be larger as the operation force detected by the operation force detection means is smaller;
A resistance force calculating means for calculating the resistance force by multiplying the proportionality coefficient corrected by the coefficient correcting means by the speed of the operator detected by the speed detecting means;
Considering the speed change caused by the acceleration resulting from the resultant force of the operation force detected by the operation force detection means and the resistance force calculated by the resistance force calculation means to the speed of the operation element detected by the speed detection means, 3. The operating device according to claim 2, further comprising a target speed calculating means for calculating the target speed.
前記運動調節手段は、
運動検出手段で検出した運動を、速度に比例する抵抗力が作用する環境におかれた物体の運動に実現するときに、その物体に加えることが必要な力を計算する力計算手段と、
運動検出手段で検出した運動を操作子の運動に実現するのに要する力から、力計算手段で計算した力を減じた力を、操作子に加えるアクチュエータとを備えており、
前記力計算手段は、前記操作力検出手段で検出した操作力が小さいほど、速度に乗じることによって前記抵抗力を計算する際に用いる比例係数を大きく設定することを特徴とする請求項1の操作装置。 Motion detection means for detecting the motion of the operator is added,
The movement adjusting means includes
A force calculating means for calculating a force required to be applied to an object when the motion detected by the motion detecting means is realized as a motion of an object placed in an environment where a resistance force proportional to the speed acts;
An actuator that applies to the operator a force obtained by subtracting the force calculated by the force calculating means from the force required to realize the movement detected by the movement detecting means in the movement of the operator,
2. The operation according to claim 1, wherein the force calculation unit sets a larger proportional coefficient to be used when calculating the resistance force by multiplying the speed as the operation force detected by the operation force detection unit is smaller. apparatus.
人が操作子に加えている操作力を検出する操作力検出工程と、
操作力検出工程で検出した操作力を、速度に比例する抵抗力が作用する環境におかれた物体に加えたときにその物体に生じる運動を、アクチュエータを制御して操作子の運動に実現する運動調節工程とを備えており、
前記運動調節工程では、前記操作力検出工程で検出した操作力が小さいほど、速度に乗じることによって前記抵抗力を決定する際に用いる比例係数を大きく設定することを特徴とする操作子の動作調節方法。 It is a method of adjusting the operation of the operator operated by a person with an actuator,
An operation force detection step for detecting an operation force applied by a person to the operation element;
When the operation force detected in the operation force detection process is applied to an object placed in an environment where a resistance force proportional to the speed acts, the movement that occurs in the object is realized by controlling the actuator to the movement of the operator. A movement adjustment process,
In the movement adjustment step, the smaller the operation force detected in the operation force detection step is, the larger the proportional coefficient used when determining the resistance force by multiplying the speed is set. Method.
人が操作子に加えている操作力を入力する処理と、
入力した操作力を、速度に比例する抵抗力が作用する環境におかれた物体に加えたときにその物体に生じる運動を、アクチュエータを制御して操作子の運動に実現する運動調節処理とを実行させるプログラムであって、
前記運動調節処理では、入力した操作力が小さいほど、速度に乗じることによって前記抵抗力を決定する際に用いる比例係数を大きく設定することを特徴とするプログラム。 This is a program for adjusting the operation of a manipulator operated by a person with an actuator.
A process of inputting an operation force applied by a person to an operation element;
When the input operating force is applied to an object placed in an environment where a resistance force proportional to the speed acts, the motion adjustment processing that realizes the motion that occurs in the object to the motion of the operator by controlling the actuator A program to be executed,
In the motion adjustment process, the smaller the input operation force is, the larger the proportional coefficient used when determining the resistance force by multiplying the speed is set.
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JP2005034615A JP4630684B2 (en) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Operation device, operation adjustment method for operation device, and program therefor |
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