JP2006312207A - Force sense controller device and its controlling method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To power-assist operation and to efficiently transmit a fine sense such as a hand feeling sense, etc. to an operator. <P>SOLUTION: This force sense controller device 1 is provided with an operation mechanism 3 including an operating end 2 to input operation against a controlling object 15, an operating force detection part 5 to detect torque added to the operating end 2, a current position detection part 6 to detect a current position of the operating end 2, an external force input part 8 to input external force added to the controlling object 15, a driving part 9 to drive the operating end 2 and a force sense controlling part 10 to control the driving part 9 to make the operating end 2 follow a target position by computing the target position of the operating end 2 in accordance with force composing operating force and the external force at optional proportion so as to assist the operation against the operating end 2 in accordance with the operating force and to show the force sense to the operating end 2 in accordance with the external force D. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、現実世界又は仮想世界の重機やロボット等の機械を制御するとき、その機械で生じる力覚情報を操作者に提示することが可能な力覚コントローラ装置及びその制御方法に関するものである。   The present invention relates to a haptic controller device capable of presenting haptic information generated by a machine such as a heavy machine or a robot in the real world or a virtual world to an operator, and a control method therefor. .

被災地や遠隔地での支援活動、又は病院内での介護・介助活動及び手術では、機械を遠隔操作して緻密な作業を行うことが求められつつある。しかしながら、現場の画像情報のみでは、遠隔で機械を操作する場合、操作者が作業対象に合わせて機械の力加減を制御することが困難となり、作業対象に過大な力が加わり、作業対象を傷つけてしまう可能性が生じる。このような場合、機械で生じる力加減を機械操作用のコントローラに帰還して力覚を操作者に提示することで、作業対象に合わせた力加減を制御することが可能となる。また、前記活動等に備え、仮想世界において機械に生じる力加減を前記コントローラに帰還し、力覚を操作者に提示するように構成すれば、前記機械の遠隔操作の訓練が可能になる。   In support activities in stricken areas and remote areas, or in nursing care / assistance activities and operations in hospitals, it has been demanded to perform precise operations by remotely operating machines. However, with only on-site image information, when operating the machine remotely, it becomes difficult for the operator to control the adjustment of the machine force according to the work target, adding excessive force to the work target and damaging the work target. There is a possibility that In such a case, it is possible to control the force adjustment according to the work target by returning the force adjustment generated in the machine to the controller for machine operation and presenting the sense of force to the operator. Further, in preparation for the activity or the like, it is possible to perform training for remote operation of the machine by returning to the controller the force adjustment generated in the machine in the virtual world and presenting the sense of force to the operator.

そこで、遠隔で機械を操作する場合、作業中の機械で生じる触覚を操作者に提示するために、多種多様な力覚提示デバイスが開発されてきた。力覚提示デバイスはロボットが物体に触れたときの物体からの反力、形状、質感などを提示することを目的とするデバイスである。従来の力覚提示デバイスの多くは、直列又は並列リンク機構や、紐の張力を利用した紐張力型機構が用いられてきた。例えば、特許文献1に記載された力覚インターフェース装置では、3軸の並列リンク機構の回転運動及び1軸の直線運動により力覚を表現している。また、特許文献2に記載された力覚インターフェース装置では、6自由度の並列リンク機構により力覚を表現している。これらの力覚インターフェース装置では、パラレル機構を使用することで、操作状態を検出するセンサや力覚を生じさせるアクチュエータといった付加的な部材を操作部分ではなく、支持部分に設けている。これにより、操作部分の質量を軽減させ、操作性の向上及び長時間操作時における操作者の疲労の軽減を図っている。   Therefore, when a machine is operated remotely, a variety of force sense presentation devices have been developed in order to present an operator with a tactile sensation generated by the machine at work. The haptic device is a device that aims to present a reaction force, shape, texture, etc. from an object when the robot touches the object. In many conventional force sense presentation devices, a serial or parallel link mechanism and a string tension type mechanism using the tension of the string have been used. For example, in the force sense interface device described in Patent Document 1, a force sense is expressed by a rotational motion of a three-axis parallel link mechanism and a linear motion of one axis. Further, in the force sense interface device described in Patent Document 2, a force sense is expressed by a parallel link mechanism having six degrees of freedom. In these force sense interface devices, by using a parallel mechanism, additional members such as a sensor for detecting an operation state and an actuator for generating a force sense are provided not on the operation portion but on the support portion. Thereby, the mass of the operation part is reduced, the operability is improved, and the fatigue of the operator during long-time operation is reduced.

特開2000−181618号公報JP 2000-181618 A 特開2000−148382号公報JP 2000-148382 A

ところが、従来の力覚インターフェース装置は、パラレル機構を使用することにより操作部分の質量及び慣性力を軽減させてはいるが、依然として操作部分の質量及び慣性力は存在している。この操作部分の質量及び慣性力が力覚を鈍らせたり歪ませたりするので、遠隔で生じる手触り感等のきめ細かな感覚を力覚デバイスで実現することは難しいという課題がある。   However, although the conventional force sense interface device reduces the mass and inertial force of the operation part by using a parallel mechanism, the mass and inertial force of the operation part still exist. Since the mass and inertial force of the operation part dull or distort the sense of force, there is a problem that it is difficult to realize a fine sensation such as a touch feeling that occurs remotely with a force sense device.

また、パラレル機構を採用しているので、力覚インターフェース装置が大型化、重量化するという課題がある。特に、多自由度に渡ってスムーズな操作性を備えさせるためには、各自由度を実現する機構を共通化しなければならず、多軸のパラレル機構を採用する必要があり、装置が非常に大型化する要因となる。   Moreover, since the parallel mechanism is employed, there is a problem that the force sense interface device is increased in size and weight. In particular, in order to provide smooth operability over multiple degrees of freedom, it is necessary to share a mechanism that realizes each degree of freedom, and it is necessary to employ a multi-axis parallel mechanism, and the device is very It becomes a factor to enlarge.

上記課題を解決するために、第1の発明の力覚コントローラ装置は、
制御対象に対する操作を入力するための可動部を含む操作機構と、
該可動部に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、
前記可動部の現在位置を検出する現在位置検出手段と、
前記制御対象に加わる外力を入力する外力入力手段と、
前記可動部を駆動する駆動手段と、
前記操作力に応じて前記可動部に対する操作をアシストするとともに、前記外力に応じて該可動部に力覚を提示するように、前記操作力及び前記外力を任意の比率で合成した力に基づいて前記可動部の目標位置を算出し、該目標位置及び前記現在位置に基づいて前記可動部を該目標位置に追従させるように前記駆動手段を制御する力覚制御手段と
を備えている。
In order to solve the above-described problem, the force controller device according to the first aspect of the present invention provides:
An operation mechanism including a movable part for inputting an operation to the control target;
Operating force detection means for detecting an operating force applied to the movable part;
Current position detecting means for detecting a current position of the movable part;
An external force input means for inputting an external force applied to the control object;
Drive means for driving the movable part;
Based on a force obtained by combining the operation force and the external force at an arbitrary ratio so as to assist the operation on the movable portion according to the operation force and present a force sense to the movable portion according to the external force. Force sensing means for calculating a target position of the movable part and controlling the driving means to cause the movable part to follow the target position based on the target position and the current position.

この構成によれば、前記操作力に応じて前記可動部に対する操作をアシストするとともに、前記外力に応じて該可動部に力覚を提示するように、前記操作力及び前記外力を任意の比率で合成した力に基づいて算出した前記目標位置へ前記可動部を追従させるようになっている。このため、次の効果が得られる。
(1)前記目標位置を前記操作力に基づいて算出しているので、前記可動部を操作する操作者のパワーアシストを行うことができ、前記操作機構の機械的・物理的構成に関わらず、前記可動部を小さい力で移動させることができ、操作性の向上及び長時間操作時における操作者の疲労の軽減が可能になる。
(2)前記目標位置を前記外力に比例した力に基づいて算出しているので、前記操作者に対し前記可動部を介して前記外力に応じた力覚を提示することができる。
(3)前記目標位置を、前記操作力及び前記外力を任意の比率で合成した力に基づいて算出しているので、前述の通り、前記可動部が小さい力で移動できるとともに、該可動部を介して前記力覚を提示することができる。従って、前記可動部の操作に力を要しないようになっているので、前記可動部を介して手触り感など微妙な感覚を操作者に効率的に伝達することができる。
(4)前記力覚制御手段により、前記制御対象と前記可動部の構造が異構造であっても、該制御対象に与えられる外力を正確かつ安定に該可動部を介して力覚として提示することができる。
According to this configuration, the operation force and the external force are given at an arbitrary ratio so as to assist the operation on the movable portion according to the operation force and to present a force sense to the movable portion according to the external force. The movable portion is made to follow the target position calculated based on the combined force. For this reason, the following effect is acquired.
(1) Since the target position is calculated based on the operating force, it is possible to perform power assist for an operator who operates the movable part, regardless of the mechanical / physical configuration of the operating mechanism, The movable part can be moved with a small force, and the operability can be improved and the fatigue of the operator during a long time operation can be reduced.
(2) Since the target position is calculated based on a force proportional to the external force, a sense of force corresponding to the external force can be presented to the operator via the movable portion.
(3) Since the target position is calculated based on a force obtained by combining the operation force and the external force at an arbitrary ratio, as described above, the movable portion can be moved with a small force, and the movable portion is The force sense can be presented via Accordingly, since no force is required for the operation of the movable part, it is possible to efficiently transmit a delicate sensation such as a touch feeling to the operator via the movable part.
(4) Even if the structure of the control object and the movable part is different from each other, the force sense control means presents the external force applied to the control object as a force sense through the movable part accurately and stably. be able to.

また、従来技術とは異なり、パラレル機構等の特別な機構を必要としないので小型軽量化を容易に行うことができる。   Further, unlike the prior art, a special mechanism such as a parallel mechanism is not required, so that the size and weight can be easily reduced.

第2の発明の力覚コントローラ装置としては、前記第1の発明において、
前記操作機構は、少なくとも一つの支軸を中心に回動自在に支持された前記可動部を備え、
前記操作力検出手段は、前記操作力として、前記支軸まわりに生ずるトルクを検出し、
前記現在位置検出手段は、前記現在位置として、前記支軸を中心とする前記可動部の回転角度を検出し、
前記駆動手段は、前記支軸を中心に前記可動部を回転駆動するように構成された態様を例示する。
As a haptic controller device of a second invention, in the first invention,
The operation mechanism includes the movable portion that is rotatably supported around at least one spindle.
The operating force detection means detects torque generated around the support shaft as the operating force,
The current position detection means detects a rotation angle of the movable part around the support shaft as the current position,
The drive means exemplifies an aspect configured to rotationally drive the movable portion around the support shaft.

この構成によれば、前記第1の発明の力覚コントローラ装置を容易に実現することができる。   According to this configuration, the force sense controller device of the first invention can be easily realized.

第3の発明の力覚コントローラ装置としては、前記第2の発明において、
前記操作機構は、ベース部に支持された第一支軸を中心に回動自在に支持された第一可動部と、該第一支軸に直交するようにして該第一可動部に配設された第二支軸を中心に回動自在に支持された第二可動部とを備え、
前記操作力検出手段は、前記操作力として、前記第一支軸及び第二支軸まわりに生ずるそれぞれのトルクを検出し、
前記現在位置検出手段は、前記現在位置として、前記第一支軸及び前記第二支軸を中心とする前記第一可動部及び前記第二可動部の回転角度を検出し、
前記駆動手段は、前記第一支軸及び前記第二支軸を中心に前記第一可動部及び第二可動部をそれぞれ回転駆動するように構成された態様を例示する。
As a haptic controller device of a third invention, in the second invention,
The operation mechanism is disposed in the first movable portion so as to be rotatable about a first support shaft supported by the base portion, and to be orthogonal to the first support shaft. A second movable portion supported rotatably about the second support shaft,
The operating force detection means detects each torque generated around the first support shaft and the second support shaft as the operation force,
The current position detecting means detects the rotation angle of the first movable part and the second movable part around the first support shaft and the second support shaft as the current position;
The said drive means illustrates the aspect comprised so that the said 1st movable part and the 2nd movable part might each be rotationally driven centering | focusing on said 1st spindle and said 2nd spindle.

この構成によれば、前記第2の発明の力覚コントローラ装置を少なくとも2自由度を備えたものとして実現できる。   According to this configuration, the force sense controller device of the second invention can be realized as having at least two degrees of freedom.

第4の発明の力覚コントローラ装置としては、前記第3の発明において、
前記駆動手段は、前記ベース部に支持されており、
前記第二支軸は、一対の自在継手と該両自在継手の間を連結する伸縮軸とを含むリンク部を介して前記駆動手段に連結され、
該駆動手段は、該第二支軸を介して前記第二可動部を駆動するように構成された態様を例示する。
As a haptic controller device of a fourth invention, in the third invention,
The driving means is supported by the base portion,
The second support shaft is connected to the driving means via a link portion including a pair of universal joints and an extendable shaft for connecting the universal joints.
The drive means exemplifies an aspect configured to drive the second movable part via the second support shaft.

この構成によれば、前記ベース部に支持された前記駆動手段の駆動力が前記動力伝動部を介して前記第二可動部に伝達されるように構成されているので、第二可動部を駆動するための駆動手段を前記第一可動部に支持させる場合と比較し、前記第一可動部の質量を軽減させ、前記駆動手段の負荷の軽減が可能になる。   According to this configuration, since the driving force of the driving means supported by the base portion is configured to be transmitted to the second movable portion via the power transmission portion, the second movable portion is driven. As compared with the case where the driving means for doing so is supported by the first movable part, the mass of the first movable part can be reduced, and the load on the driving means can be reduced.

第5の発明の力覚コントローラ装置としては、前記第1〜4のいずれかの発明において、
前記可動部は、無負荷状態において所定の原点位置になるように重量バランスされた態様を例示する。
As a force sense controller device of a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The said movable part illustrates the aspect balance-weighted so that it might become a predetermined | prescribed origin position in a no-load state.

この構成によれば、前記可動部の構造が非対称である場合でも、該可動部の動作の動特性を略対称となるようにすることができる。   According to this configuration, even when the structure of the movable part is asymmetric, the dynamic characteristics of the operation of the movable part can be made substantially symmetrical.

また、第6の発明の力覚コントローラ装置の制御方法は、
制御対象に対する操作を入力するための可動部を含む操作機構と、
該可動部に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、
前記可動部の現在位置を検出する現在位置検出手段と、
前記制御対象に加わる外力を入力する外力入力手段と、
前記可動部を駆動する駆動手段と
を備えた力覚コントローラ装置の制御方法であって、
前記操作力に応じて前記可動部に対する操作をアシストするとともに、前記外力に応じて該可動部に力覚を提示するように、前記操作力及び前記外力を任意の比率で合成した力に基づいて前記可動部の目標位置を算出し、該目標位置及び前記現在位置に基づいて前記可動部を該目標位置に追従させるように前記駆動手段を制御するようにしている。
The control method of the force controller of the sixth invention is
An operation mechanism including a movable part for inputting an operation to the control target;
Operating force detection means for detecting an operating force applied to the movable part;
Current position detecting means for detecting a current position of the movable part;
An external force input means for inputting an external force applied to the control object;
A control method of a force sense controller device comprising a driving means for driving the movable part,
Based on a force obtained by combining the operation force and the external force at an arbitrary ratio so as to assist the operation on the movable portion according to the operation force and present a force sense to the movable portion according to the external force. A target position of the movable part is calculated, and the driving means is controlled to cause the movable part to follow the target position based on the target position and the current position.

本方法によっても、前記第1の発明と同様の効果が得られる。   Also by this method, the same effect as the first invention can be obtained.

本発明に係る力覚コントローラ装置及びその制御方法によれば、操作をパワーアシストするとともに、手触り感など微妙な感覚を操作者に効率的に伝達することができるという優れた効果を奏する。   According to the force controller device and the control method thereof according to the present invention, there are excellent effects that the operation can be power-assisted and a delicate feeling such as a touch feeling can be efficiently transmitted to the operator.

以下、本発明を力覚コントローラ装置に具体化した一実施形態について、同装置を使用して実施する制御方法とともに、図1〜図8を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a force controller device will be described with reference to FIGS. 1 to 8 together with a control method implemented using the device.

図1〜図4に示すように、本力覚コントローラ装置1は、制御対象15に対する操作を入力するための可動部としての操作端2を含む操作機構3と、操作端2の動作範囲を制限するためのリミットスイッチ4と、該操作端2に加えられた操作力を検出する操作力検出部5と、操作端2の現在位置を検出する現在位置検出部6と、操作力T及び前記現在位置に応じて制御対象15に制御指令を出力する制御指令出力部7と、制御対象15に設けられた外力センサ16を介して制御対象15に加わる外力Dを入力する外力入力部8と、操作端2を駆動する駆動部9と、操作力T及び外力Dに基づいて駆動部9を制御する力覚制御部10とを備えている。本例では、力覚コントローラ装置1の制御対象15は先端に物体を把持するための一対の把持手段(図示略)を備えたロボットハンドであり、力覚コントローラ装置1により、該ロボットハンド先端の位置を任意平面内において二次元方向に移動させるとともに、前記把持手段(図示略)により物体を把持させるようになっているものとする。   As shown in FIGS. 1 to 4, the force sense controller device 1 limits the operation mechanism 3 including the operation end 2 as a movable portion for inputting an operation on the control target 15 and the operation range of the operation end 2. Limit switch 4 for operating, operating force detector 5 for detecting the operating force applied to the operating end 2, current position detecting unit 6 for detecting the current position of the operating end 2, operating force T and the current A control command output unit 7 that outputs a control command to the control target 15 according to the position, an external force input unit 8 that inputs an external force D applied to the control target 15 via an external force sensor 16 provided on the control target 15, and an operation A drive unit 9 that drives the end 2 and a force sense control unit 10 that controls the drive unit 9 based on the operation force T and the external force D are provided. In this example, the control object 15 of the force controller device 1 is a robot hand provided with a pair of gripping means (not shown) for gripping an object at the tip. It is assumed that the position is moved in a two-dimensional direction within an arbitrary plane and the object is gripped by the gripping means (not shown).

操作機構3は、ベース部としての台座部20と、該台座部20の上に間隔をおいて立設された一対の支持フレーム21,22と、該両支持フレーム21,22に回転自在に支持された第一支軸としてのX支軸23と、該X支軸23に固定された枠状の第一可動部24と、X支軸23に直交するようにして該第一可動部24に回転自在に支持された第二支軸としてのY支軸25と、該Y支軸25に固定された枠状の第二可動部26と、X支軸23及びY支軸25に直交するようにして該第二可動部26に回転自在に支持された操作端2とを備えている。操作端2は、レバー27と、該レバー27の先端に取り付けられたグリップ部28とを備えている。このように操作機構3は、操作端2のレバー27に対し、X支軸23の長さ方向及びY支軸25の長さ方向が非対称の構造となっているが、無負荷状態において、操作端2のレバー27が略垂直に起立した状態(原点位置にある状態)となるように重量バランスを設計することにより、レバー27の動作の動特性が略対称となるようにしている。   The operating mechanism 3 includes a pedestal portion 20 as a base portion, a pair of support frames 21 and 22 erected on the pedestal portion 20 with a space therebetween, and is rotatably supported by both the support frames 21 and 22. The X support shaft 23 as the first support shaft, the frame-shaped first movable portion 24 fixed to the X support shaft 23, and the first movable portion 24 so as to be orthogonal to the X support shaft 23. A Y support shaft 25 as a second support shaft that is rotatably supported, a frame-like second movable portion 26 fixed to the Y support shaft 25, and an X support shaft 23 and a Y support shaft 25 so as to be orthogonal to each other. The operation end 2 is rotatably supported by the second movable portion 26. The operation end 2 includes a lever 27 and a grip portion 28 attached to the tip of the lever 27. As described above, the operation mechanism 3 has a structure in which the length direction of the X support shaft 23 and the length direction of the Y support shaft 25 are asymmetric with respect to the lever 27 of the operation end 2. By designing the weight balance so that the lever 27 at the end 2 stands substantially vertically (in the origin position), the dynamic characteristics of the operation of the lever 27 are made substantially symmetrical.

操作力検出部5は、操作端2を介して加えられる操作力TとしてX支軸23まわりに生ずるトルクを検出する第一トルクセンサ30と、同Y支軸25まわりに生ずるトルクを検出する第二トルクセンサ31とを備えている。本例では、各トルクセンサ30,31として、トルクを非接触で検出する磁歪検出式のものを採用している。   The operation force detector 5 detects a torque generated around the X support shaft 23 as an operation force T applied via the operation end 2 and a first torque sensor 30 detects the torque generated around the Y support shaft 25. Two torque sensors 31 are provided. In this example, each of the torque sensors 30 and 31 employs a magnetostriction detection type sensor that detects torque in a non-contact manner.

現在位置検出部6は、X支軸23を中心とした、台座部20に対する第一可動部24の回転角度を検出する第一角度センサ35aと、Y支軸25を中心とした、第一可動部24に対する第二可動部26の回転角度を検出する第二角度センサ36aと、レバー27を中心とした、第二可動部26に対する操作端2の回転角度を検出する第三角度センサ39とを備えている。本例では、第一角度センサ35a及び第二角度センサ36aとして、後述するX駆動モータ35及びY駆動モータ36にそれぞれ内蔵された角度センサを利用している。なお、X駆動モータ35及びY駆動モータ36に角度センサが内蔵されていない場合は、第一角度センサ35a及び第二角度センサ36aとして、それぞれ別途設置した角度センサ40,41を利用する。   The current position detection unit 6 includes a first angle sensor 35 a that detects a rotation angle of the first movable unit 24 with respect to the pedestal unit 20 with the X support shaft 23 as the center, and a first movable with the Y support shaft 25 as the center. A second angle sensor 36a for detecting the rotation angle of the second movable portion 26 with respect to the portion 24, and a third angle sensor 39 for detecting the rotation angle of the operating end 2 with respect to the second movable portion 26 with the lever 27 as the center. I have. In this example, as the first angle sensor 35a and the second angle sensor 36a, angle sensors respectively incorporated in an X drive motor 35 and a Y drive motor 36 described later are used. If the angle sensor is not built in the X drive motor 35 and the Y drive motor 36, separately installed angle sensors 40 and 41 are used as the first angle sensor 35a and the second angle sensor 36a, respectively.

制御指令出力部7は、制御対象15としてのロボットハンドに対し、次の指令を出力するように構成されている。
(1)操作端2に加えられる操作力Tに応じたロボットハンド先端の移動指令(移動速度指令、移動目標位置指令等)。
(2)第一角度センサ35a及び第二角度センサ36aにより検出された現在位置に応じたロボットハンド先端の移動目標位置指令。
(3)第三角度センサ39により検出された現在位置に応じたロボットハンド先端における把持手段の開閉角度指令。
The control command output unit 7 is configured to output the next command to the robot hand as the control target 15.
(1) A movement command (movement speed command, movement target position command, etc.) of the tip of the robot hand according to the operation force T applied to the operation end 2.
(2) A movement target position command for the tip of the robot hand according to the current position detected by the first angle sensor 35a and the second angle sensor 36a.
(3) An opening / closing angle command for the gripping means at the tip of the robot hand according to the current position detected by the third angle sensor 39.

外力入力部8は、制御対象15の把持手段先端に取り付けられた外力センサ16から外力情報(例えば圧力情報等)を入力するためのインターフェースとなっており、入力した外力情報を力覚制御部10に渡すように構成されている。   The external force input unit 8 is an interface for inputting external force information (for example, pressure information) from an external force sensor 16 attached to the tip of the gripping means of the control target 15, and the input external force information is input to the force sense control unit 10. Configured to pass to.

駆動部9は、台座部20にそれぞれ支持部材20a,20bを介して支持されたX駆動モータ35及びY駆動モータ36と、第二可動部26に支持されたZ駆動モータ37とを備えている。X駆動モータ35及びY駆動モータ36としては、操作端2に力覚を提示する緻密な駆動を可能にするためにダイレクトドライブサーボモータを採用している。また、Z駆動モータ37としては直流モータを採用している。X駆動モータ35の回転軸はX支軸23に連結されている。Y駆動モータ36の回転軸は、リンク部38を介してY支軸25に連結されている。リンク部38は、一対の自在継手38a,38bと、該両自在継手の間を連結する伸縮軸38cとを含んでいる。Z駆動モータ37の回転軸は、レバー27に連結されている。   The drive unit 9 includes an X drive motor 35 and a Y drive motor 36 supported on the pedestal unit 20 via support members 20a and 20b, respectively, and a Z drive motor 37 supported on the second movable unit 26. . As the X drive motor 35 and the Y drive motor 36, a direct drive servo motor is employed in order to enable precise driving to present a force sense to the operation end 2. Further, a DC motor is employed as the Z drive motor 37. The rotation shaft of the X drive motor 35 is connected to the X support shaft 23. The rotation shaft of the Y drive motor 36 is connected to the Y support shaft 25 via the link portion 38. The link portion 38 includes a pair of universal joints 38a and 38b and an expansion / contraction shaft 38c that connects the universal joints. The rotation shaft of the Z drive motor 37 is connected to the lever 27.

力覚制御部10は、操作力Tに応じて操作端2に対する操作をアシストするとともに、外力Dに応じて該操作端2に力覚を提示するように、操作力T及び外力Dを任意の比率で合成した力に基づいて操作端の目標位置を算出し、該目標位置及び現在位置(現在位置検出部6で検出。)に基づいて操作端2を該目標位置に追従させるようにX駆動モータ35及びY駆動モータ36を制御するように構成されている。本例では、この力覚制御部10に、DSP(Digital Signal Processor)(図示略)を採用し、該DSPにより高精度なトルク制御を高速信号処理により、例えば10kHzのサンプリング間隔でハイレートに実現するようにしている。   The force sense control unit 10 assists the operation with respect to the operation end 2 in accordance with the operation force T, and arbitrarily applies the operation force T and the external force D so as to present a force sense to the operation end 2 in accordance with the external force D. The target position of the operation end is calculated based on the force synthesized by the ratio, and the X drive is performed so that the operation end 2 follows the target position based on the target position and the current position (detected by the current position detection unit 6). The motor 35 and the Y drive motor 36 are configured to be controlled. In this example, a DSP (Digital Signal Processor) (not shown) is adopted for the force control unit 10, and high-accuracy torque control is realized by the DSP at a high rate, for example, at a sampling interval of 10 kHz. I am doing so.

以下では、力覚制御部10による制御方法の具体化例について説明する。   Below, the specific example of the control method by the force sense control part 10 is demonstrated.

X駆動モータ35及びY駆動モータ36に採用している1軸のダイレクトドライブモータの数学モデルを(1)式で示す。   A mathematical model of a single-axis direct drive motor employed in the X drive motor 35 and the Y drive motor 36 is represented by equation (1).

ここで、Jはモータの回転子慣性モーメント(25.0×10-4[kg・m2]),cは軸の粘性摩擦係数(0.710[kg・m2/s]である。 Here, J is the rotor inertia moment of the motor (25.0 × 10 −4 [kg · m 2 ]), and c is the viscous friction coefficient of the shaft (0.710 [kg · m 2 / s]).

各軸周りの回転スティックの重心は回転軸上にあり、操作端の運動エネルギーE,Eはモータの回転子慣性モーメントJ,Jによる慣性力のみと考えると次式で表される。 The center of gravity of the rotating stick around each axis is on the axis of rotation, and the kinetic energy E x and E y of the operating end is expressed by the following equation when considering only the inertial force due to the rotor inertia moments J x and J y of the motor. .

また、モータ軸受の粘性摩擦D,Dは、次式で表される。 Further, the viscous frictions D x and D y of the motor bearing are expressed by the following equations.

これらを(2)式で表されるラグランジュの運動方程式に代入すると、1自由度における操作端2の運動方程式は(3)式で得られる。   Substituting these into the Lagrangian equation of motion expressed by equation (2), the equation of motion of the operating end 2 at one degree of freedom is obtained by equation (3).

この操作端2をPID制御した場合では制御性能が悪く、精度の良い力覚を実現することが難しい。そこで、最適レギュレータ理論を用いて状態フィードバック係数を求め、制御系を設計する。   When the operation end 2 is subjected to PID control, the control performance is poor, and it is difficult to realize an accurate force sense. Therefore, the control system is designed by obtaining the state feedback coefficient using the optimal regulator theory.

(3)式の中で状態変数を   (3) The state variable in the expression

としたとき、状態方程式及び出力方程式 The state equation and output equation

は(4)式、(5)式で表される。 Is expressed by equations (4) and (5).

次に、設定値に対する定常偏差をなくすために、積分要素を入れた積分追従型最適レギュレータ理論を用いる。積分追従型最適サーボ系のブロック線図は図5に示す。図5中の破線で囲まれた部分が(4)(5)式で表される操作端2のモデルである。操作者が操作端2を操作すると、操作端2へ加える操作力Tからロボットへの外力Dを引いた値が目標角度算出部に入力され、設定値rが計算される。積分追従型最適サーボ系は操作力Tに基づいて操作者の操作端2の操作をパワーアシストするとともに、外力Dに基づいて、操作端2に力覚を提示するように、モータを目標位置に追従させる。操作者は、このときに提示される力覚により制御対象に加わっている外力Dを感じることができる。   Next, in order to eliminate the steady-state deviation with respect to the set value, an integral follow-up type optimal regulator theory including an integral element is used. A block diagram of the integral tracking type optimum servo system is shown in FIG. A portion surrounded by a broken line in FIG. 5 is a model of the operation end 2 expressed by the equations (4) and (5). When the operator operates the operation end 2, a value obtained by subtracting the external force D applied to the robot from the operation force T applied to the operation end 2 is input to the target angle calculation unit, and the set value r is calculated. The integral tracking type optimum servo system power-assists the operation of the operation end 2 of the operator based on the operation force T and sets the motor to the target position so as to present a force sense to the operation end 2 based on the external force D. Follow. The operator can feel the external force D applied to the controlled object by the force sense presented at this time.

図5に相当する力覚コントローラ装置1に対しては、(6)式、(7)式、(8)式が成り立つ。   For the haptic controller device 1 corresponding to FIG. 5, equations (6), (7), and (8) are established.

ここで、状態変数を  Where the state variable

とした拡大系を次式の通り構成する。 The expanded system is constructed as follows.

このとき、y(t)が目標値rとなるようなx(t),u(t),w(t)の定常値x,u,wは次式を満足する。 At this time, the steady values x , u , and w of x (t), u (t), and w (t) such that y (t) becomes the target value r satisfy the following expression.

そこで、次式の通り定義する。   Therefore, the following equation is defined.

すると、(9)式、(10)式より次式が得られる。   Then, the following equation is obtained from the equations (9) and (10).

また、力覚コントローラ装置1は次式で表される。   Further, the force controller device 1 is expressed by the following equation.

評価のための指標Jを与え、その指標に従って最も適した制御則を見出す設計法である最適レギュレータを用いることで、フィードバック係数Kを唯一に決定することができる。評価するための指標は評価関数と呼ばれ、可制御な多入力システム Give an indication J for evaluation, by using an optimal regulator is a design method to find the most suitable control law in accordance with the index, it is possible to determine the feedback coefficient K e on the sole. The index for evaluation is called the evaluation function and is a controllable multi-input system.

に対して、次の二次形式評価関数をとる。 For the following quadratic evaluation function.

ここでQ(n × n),R(n × m)は重み行列で、このときのJを最小にする最適フィードバック制御入力U0Here, Q (n × n) and R (n × m) are weight matrices, and the optimum feedback control input U 0 that minimizes J at this time is

である。ここにU0は一意に決まり、そのときの最小値は次式で与えられる。 It is. Here, U 0 is uniquely determined, and the minimum value at that time is given by the following equation.

なお、Pは任意の(n × n)対称行列で、次のリカッチ型行列方程式の唯一な正定値の解である。   P is an arbitrary (n × n) symmetric matrix and is the only positive definite solution of the following Riccati matrix equation.

次に、力覚コントローラ装置1の3次元モデルにおける操作端2の幾何学関係を図6から導出する。操作端2の長さをrとし、x,y,z空間内における操作端2の先端の座標を(x,y,z)とする。x軸、y軸の2軸に設置されたX駆動モータ35、Y駆動モータ36の回転角度をθ,θとし、z軸と操作端2のなす角度をθとする。操作端2のxy平面における射影とx軸のなす角度をφとし、操作端2に生じる操作力Tのx軸、およびy軸方向の大きさをT,Tとすると、T,Tは(19)式、(20)式によって計算される。また、Y駆動モータ36及びX駆動モータ35でそれぞれ発生するトルクτ,τは(21)式、(22)式で計算される。 Next, the geometrical relationship of the operation end 2 in the three-dimensional model of the force controller device 1 is derived from FIG. The length of the operation end 2 is r, and the coordinates of the tip of the operation end 2 in the x, y, z space are (x, y, z). The rotation angles of the X drive motor 35 and the Y drive motor 36 installed on the x axis and the y axis are θ y and θ x, and the angle formed between the z axis and the operation end 2 is θ z . Assuming that the angle between the projection of the operating end 2 on the xy plane and the x axis is φ m and the magnitude of the operating force T generated at the operating end 2 in the x axis and y axis directions are T x and T y , T x , T y is calculated by the equations (19) and (20). Further, torques τ y and τ x respectively generated by the Y drive motor 36 and the X drive motor 35 are calculated by equations (21) and (22).

次に、操作端2に力覚を発生するための力覚制御部10における制御方法について説明する。操作者が操作端2へ加える操作力Tの分力をT,T、制御対象15への外力Dの分力をD,D、また制御対象15と操作端2で発生させる力覚の抵抗比係数をkとし、操作端2のx,y,z空間内での目標位置を(23)式、(24)式で設定する。kは比例係数である。 Next, a control method in the force sense control unit 10 for generating a force sense at the operation end 2 will be described. T x and T y are component forces of the operating force T applied to the operation end 2 by the operator, D x and D y are component forces of the external force D to the controlled object 15, and forces are generated at the controlled object 15 and the operating end 2. The resistance ratio coefficient of the sense is k f, and the target position of the operating end 2 in the x, y, z space is set by the equations (23) and (24). k p is a proportionality coefficient.

(23)式、(24)式で設定された操作端2の目標位置から(25)式、(26)式を用いて、操作端2の各モータ35,36の目標角度θ,θを計算する。rは操作端の長さである。 The target angles θ y and θ x of the motors 35 and 36 of the operating end 2 are calculated from the target position of the operating end 2 set by the expressions (23) and (24) using the expressions (25) and (26). Calculate r is the length of the operation end.

上述の式によって計算した操作端2の変位からその変位を行うために必要な各モータ36,35に負荷されるトルクτ,τを(21)式、(22)式を用いて計算し、各モータ36,35に外乱として入力する。操作端2はこの外乱入力により、積分追従型最適サーボ系による制御により、操作者の操作による目標位置に制御される。 From the displacement of the operating end 2 calculated by the above equation, the torques τ y and τ x required to perform the displacement are calculated using the equations (21) and (22). These are input as disturbances to the motors 36 and 35. The operation end 2 is controlled to the target position by the operation of the operator by the disturbance input by the control by the integral tracking type optimum servo system.

次に、操作端2を操作したときの力覚制御部10における制御方法について説明する。トルクセンサ30,31からそれぞれT,Tが検出されると、(19)式、(20)式の関係から各モータ35,36の目標値となるθ,θが計算される。そして、上述の積分追従型最適サーボ系によってθ,θを目標として操作端2が動作する。操作端2から手を離さずに保持している場合には、操作端2に生じるトルク値T,Tは一定となるため、目標値θ,θも一定となり、操作端2は目標値付近で保持される。操作端2から手を離すと、トルク値T,Tは0となり、これらから計算される目標値θ,θは0となり、操作端2は原点(レバー27が垂直に起立した状態)に復帰する。入力されたトルク値T,Tは制御対象15に対する速度指令や位置指令等に使われる。 Next, a control method in the force sense control unit 10 when the operation end 2 is operated will be described. When T x and T y are detected from the torque sensors 30 and 31, respectively, θ y and θ x that are target values of the motors 35 and 36 are calculated from the relationship of the equations (19) and (20). Then, the operation end 2 is operated with θ y and θ x as targets by the above-described integral tracking type optimum servo system. Since the torque values T x and T y generated at the operation end 2 are constant when the operation end 2 is held without releasing the hand, the target values θ y and θ x are also constant, and the operation end 2 is It is held near the target value. When the hand is released from the operation end 2, the torque values T x and T y are 0, and the target values θ y and θ x calculated from these are 0, and the operation end 2 is at the origin (the state where the lever 27 stands upright). Return to). The input torque values T x and T y are used for a speed command and a position command for the controlled object 15.

以上のように構成された力覚コントローラ装置1の一連の動作例について説明する。操作機構3に操作入力が与えられると、操作力検出部5によって操作力(トルク)Tが検出されるとともに、現在位置検出部6によって角度が検出される。これらのトルク情報及び角度情報は、制御指令出力部7及び力覚制御部10に出力される。制御指令出力部7では、トルク情報及び角度情報に基づいて制御対象15に対し制御指令を出力する。また、力覚制御部10では、外力センサ16から出力される外力情報と、トルク情報及び角度情報とに基づいて操作機構3の制御量を計算し、それを実現するように駆動部9へ力覚指令を出力する。   A series of operation examples of the force sense controller device 1 configured as described above will be described. When an operation input is given to the operation mechanism 3, the operation force (torque) T is detected by the operation force detection unit 5, and the angle is detected by the current position detection unit 6. These torque information and angle information are output to the control command output unit 7 and the force sense control unit 10. The control command output unit 7 outputs a control command to the controlled object 15 based on the torque information and the angle information. Further, the force sense control unit 10 calculates the control amount of the operation mechanism 3 based on the external force information output from the external force sensor 16, torque information and angle information, and applies the force to the drive unit 9 so as to realize it. Output sense commands.

次に、本例の力覚コントローラ装置1の実施例について説明する。この実験例では、制御指令出力部7及び力覚制御部10として、クロック周波数2.2GHzのマイクロプロセッサ(Intel社製、製品名:Celeron(登録商標))と、256MBのメモリとを搭載したホストコンピュータに対し、8チャンネルのAD変換機、8チャンネルのDA変換機を有するコントローラ(dSPACE社製、製品名:DS1104PPC)を設置したものを使用した。このコントローラに対し、外力センサ16として最大4.4Nの力を計測できる圧力センサ(ニッタ社製、製品名:Flexi Force A101-1)と、駆動部9の駆動モータ35,36としてサーボドライバ(安川電機社製、製品名:SGDS-02F01A)で駆動されるダイレクトドライブモータ(安川電機社製、製品名:SGMCS-02B3B11)と、操作力検出部5のトルクセンサ30,31としてトルクデューサ(クボタ社製、製品名:TD-002)とを接続した。この実施例の制御実験結果を図7及び図8に示す。これらの図は、制御対象15における外力センサ16により検出した外力(External Force)Dと、操作端2により操作者に提示した力覚(Sense of Force)を図示したものであり、図7は本例による積分追従型最適サーボ系の場合、図8は比較例として力覚制御部10にPID制御を用いた場合の結果を示している。図8のように、PID制御を用いた場合は、外力Dと力覚にずれが見られる。一方、図7のように、本例の積分追従型最適サーボ系を用いた場合は、精度の良い力覚を実現できることが確認された。   Next, the Example of the force sense controller apparatus 1 of this example is described. In this experimental example, as the control command output unit 7 and the force sense control unit 10, a host computer equipped with a microprocessor (product name: Celeron (registered trademark) manufactured by Intel) having a clock frequency of 2.2 GHz and a memory of 256 MB. On the other hand, a controller having an 8-channel AD converter and a controller (product name: DS1104PPC, manufactured by dSPACE) having an 8-channel DA converter was used. For this controller, a pressure sensor (manufactured by Nitta, product name: Flexi Force A101-1) capable of measuring a maximum force of 4.4 N as the external force sensor 16 and a servo driver (Yaskawa Electric as drive motors 35 and 36 of the drive unit 9) A direct drive motor (manufactured by Yaskawa Electric, product name: SGMCS-02B3B11) driven by a company, product name: SGDS-02F01A), and a torque deducer (manufactured by Kubota Corp.) as the torque sensors 30, 31 of the operating force detector 5. , Product name: TD-002). The control experiment results of this example are shown in FIGS. These diagrams illustrate an external force D detected by the external force sensor 16 in the control target 15 and a sense of force presented to the operator by the operation end 2. FIG. In the case of the integral tracking type optimum servo system according to the example, FIG. 8 shows a result in the case where PID control is used for the haptic control unit 10 as a comparative example. As shown in FIG. 8, when PID control is used, there is a difference between the external force D and the force sense. On the other hand, as shown in FIG. 7, it was confirmed that when the integral tracking type optimum servo system of the present example was used, an accurate force sense could be realized.

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
(1)力覚コントローラ装置1の力覚制御部10又は制御指令出力部7は、マイクロプロセッサ及びメモリ(いずれも図示略)を内蔵するとともに、該メモリ(図示略)に書き込まれた制御プログラムよって諸機能を実現することができる。この制御プログラムはコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して提供することができる。また、前記マイクロプロセッサにより実現された諸機能の全部又は一部をマイクロプロセッサを含まないハードウェア回路に置き換えることもできる。
(2)力覚コントローラ装置1の操作機構3における自由度数を適宜変更すること。
(3)力覚制御部10における制御方法を具体化する制御方式として、積分追従型最適サーボ系制御方式に代えて、PID制御等の他の制御方式を採用すること。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, it can also be suitably changed and embodied as follows, for example in the range which does not deviate from the meaning of invention.
(1) The force sense control unit 10 or the control command output unit 7 of the force sense controller device 1 incorporates a microprocessor and a memory (both not shown), and is controlled by a control program written in the memory (not shown). Various functions can be realized. This control program can be provided by being stored in a computer-readable recording medium. In addition, all or part of various functions realized by the microprocessor can be replaced with a hardware circuit that does not include the microprocessor.
(2) The degree of freedom in the operation mechanism 3 of the force sense controller device 1 is appropriately changed.
(3) As a control method embodying the control method in the force sense control unit 10, other control method such as PID control is adopted instead of the integral tracking type optimum servo system control method.

本発明を具体化した一実施形態に係る力覚コントローラ装置の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a force controller device according to an embodiment embodying the present invention. 同力覚コントローラ装置の機械的構成を示す正断面図である。It is a front sectional view showing a mechanical configuration of the force sense controller device. 同力覚コントローラ装置の機械的構成を示す平断面図である。It is a plane sectional view which shows the mechanical structure of the same force sense controller apparatus. 同力覚コントローラ装置の機械的構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the mechanical structure of the same force sense controller apparatus. 同力覚コントローラ装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the same force sense controller device. 同力覚コントローラ装置の制御モデル図である。It is a control model figure of the same force sense controller device. 同力覚コントローラ装置の制御実験結果を示す図である。It is a figure which shows the control experiment result of the same force sense controller apparatus. 力覚制御部にPID制御を用いた場合の力覚コントローラ装置の制御実験結果を示す図である。It is a figure which shows the control experiment result of the force sense controller apparatus at the time of using PID control for a force sense control part.

符号の説明Explanation of symbols

1 力覚コントローラ装置
2 操作端
3 操作機構
4 リミットスイッチ
5 操作力検出部
6 現在位置検出部
7 制御指令出力部
8 外力入力部
9 駆動部
10 力覚制御部
15 制御対象
16 外力センサ
20 台座部
21 支持フレーム
22 支持フレーム
23 X支軸
24 第一可動部
25 Y支軸
26 第二可動部
27 レバー
28 グリップ部
30 第一トルクセンサ
31 第二トルクセンサ
35 X駆動モータ
35a 第一角度センサ
36 Y駆動モータ
36a 第二角度センサ
37 Z駆動モータ
38 リンク部
38a 自在継手
38b 自在継手
38c 伸縮軸
39 第三角度センサ
D 外力
T 操作力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Force controller 2 Operation end 3 Operation mechanism 4 Limit switch 5 Operation force detection part 6 Current position detection part 7 Control command output part 8 External force input part 9 Drive part 10 Force sense control part 15 Control object 16 External force sensor 20 Base part 21 support frame 22 support frame 23 X support shaft 24 first movable portion 25 Y support shaft 26 second movable portion 27 lever 28 grip portion 30 first torque sensor 31 second torque sensor 35 X drive motor 35a first angle sensor 36 Y Drive motor 36a Second angle sensor 37 Z drive motor 38 Link 38a Universal joint 38b Universal joint 38c Telescopic shaft 39 Third angle sensor D External force T Operating force

Claims (6)

制御対象に対する操作を入力するための可動部を含む操作機構と、
該可動部に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、
前記可動部の現在位置を検出する現在位置検出手段と、
前記制御対象に加わる外力を入力する外力入力手段と、
前記可動部を駆動する駆動手段と、
前記操作力に応じて前記可動部に対する操作をアシストするとともに、前記外力に応じて該可動部に力覚を提示するように、前記操作力及び前記外力を任意の比率で合成した力に基づいて前記可動部の目標位置を算出し、該目標位置及び前記現在位置に基づいて前記可動部を該目標位置に追従させるように前記駆動手段を制御する力覚制御手段と
を備えた力覚コントローラ装置。
An operation mechanism including a movable part for inputting an operation to the control target;
Operating force detection means for detecting an operating force applied to the movable part;
Current position detecting means for detecting a current position of the movable part;
An external force input means for inputting an external force applied to the control object;
Drive means for driving the movable part;
Based on a force obtained by combining the operation force and the external force at an arbitrary ratio so as to assist the operation on the movable portion according to the operation force and present a force sense to the movable portion according to the external force. Force sense controller device comprising: force sense control means for calculating a target position of the movable part and controlling the drive means so that the movable part follows the target position based on the target position and the current position .
前記操作機構は、少なくとも一つの支軸を中心に回動自在に支持された前記可動部を備え、
前記操作力検出手段は、前記操作力として、前記支軸まわりに生ずるトルクを検出し、
前記現在位置検出手段は、前記現在位置として、前記支軸を中心とする前記可動部の回転角度を検出し、
前記駆動手段は、前記支軸を中心に前記可動部を回転駆動するように構成された請求項1記載の力覚コントローラ装置。
The operation mechanism includes the movable portion that is rotatably supported around at least one spindle.
The operating force detection means detects torque generated around the support shaft as the operating force,
The current position detection means detects a rotation angle of the movable part around the support shaft as the current position,
The force controller apparatus according to claim 1, wherein the driving unit is configured to rotationally drive the movable portion around the support shaft.
前記操作機構は、ベース部に支持された第一支軸を中心に回動自在に支持された第一可動部と、該第一支軸に直交するようにして該第一可動部に配設された第二支軸を中心に回動自在に支持された第二可動部とを備え、
前記操作力検出手段は、前記操作力として、前記第一支軸及び第二支軸まわりに生ずるそれぞれのトルクを検出し、
前記現在位置検出手段は、前記現在位置として、前記第一支軸及び前記第二支軸を中心とする前記第一可動部及び前記第二可動部の回転角度を検出し、
前記駆動手段は、前記第一支軸及び前記第二支軸を中心に前記第一可動部及び第二可動部をそれぞれ回転駆動するように構成された請求項2記載の力覚コントローラ装置。
The operation mechanism is disposed in the first movable portion so as to be rotatable about a first support shaft supported by the base portion, and to be orthogonal to the first support shaft. A second movable portion supported rotatably about the second support shaft,
The operating force detection means detects each torque generated around the first support shaft and the second support shaft as the operation force,
The current position detecting means detects the rotation angle of the first movable part and the second movable part around the first support shaft and the second support shaft as the current position;
The force controller apparatus according to claim 2, wherein the driving means is configured to rotationally drive the first movable portion and the second movable portion, respectively, about the first support shaft and the second support shaft.
前記駆動手段は、前記ベース部に支持されており、
前記第二支軸は、一対の自在継手と該両自在継手の間を連結する伸縮軸とを含むリンク部を介して前記駆動手段に連結され、
該駆動手段は、該第二支軸を介して前記第二可動部を駆動するように構成された請求項3記載の力覚コントローラ装置。
The driving means is supported by the base portion,
The second support shaft is connected to the driving means via a link portion including a pair of universal joints and an extendable shaft for connecting the universal joints.
4. The force controller device according to claim 3, wherein the driving means is configured to drive the second movable portion via the second support shaft.
前記可動部は、無負荷状態において所定の原点位置になるように重量バランスされた請求項1〜4記載のいずれか一項に記載の力覚コントローラ装置。   The haptic controller device according to any one of claims 1 to 4, wherein the movable portion is weight-balanced so as to be at a predetermined origin position in a no-load state. 制御対象に対する操作を入力するための可動部を含む操作機構と、
該可動部に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、
前記可動部の現在位置を検出する現在位置検出手段と、
前記制御対象に加わる外力を入力する外力入力手段と、
前記可動部を駆動する駆動手段と
を備えた力覚コントローラ装置の制御方法であって、
前記操作力に応じて前記可動部に対する操作をアシストするとともに、前記外力に応じて該可動部に力覚を提示するように、前記操作力及び前記外力を任意の比率で合成した力に基づいて前記可動部の目標位置を算出し、該目標位置及び前記現在位置に基づいて前記可動部を該目標位置に追従させるように前記駆動手段を制御するようにした力覚コントローラ装置の制御方法。
An operation mechanism including a movable part for inputting an operation to the control target;
Operating force detection means for detecting an operating force applied to the movable part;
Current position detecting means for detecting a current position of the movable part;
An external force input means for inputting an external force applied to the control object;
A control method of a force sense controller device comprising a driving means for driving the movable part,
Based on a force obtained by combining the operation force and the external force at an arbitrary ratio so as to assist the operation on the movable portion according to the operation force and present a force sense to the movable portion according to the external force. A control method of a force controller device that calculates a target position of the movable part and controls the driving means to cause the movable part to follow the target position based on the target position and the current position.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009034962A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power assist device and its control method
CN107192542A (en) * 2017-05-19 2017-09-22 北京车和家信息技术有限责任公司 Feel detection means, method, system, computer equipment and readable storage medium storing program for executing
CN108153180A (en) * 2016-12-05 2018-06-12 苏州新世得机电设备有限公司 Intellect service robot system
JP2018142374A (en) * 2007-09-14 2018-09-13 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Information processing device
US11325029B2 (en) 2007-09-14 2022-05-10 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Virtual reality environment generating apparatus and controller apparatus

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11198067A (en) * 1998-01-08 1999-07-27 Honda Motor Co Ltd Dual-arm manipulator operating device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11198067A (en) * 1998-01-08 1999-07-27 Honda Motor Co Ltd Dual-arm manipulator operating device

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009034962A1 (en) * 2007-09-12 2009-03-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power assist device and its control method
CN101801616B (en) * 2007-09-12 2012-07-18 丰田自动车株式会社 Power assist device and its control method
US8280552B2 (en) 2007-09-12 2012-10-02 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power assist device and its control method
JP2018142374A (en) * 2007-09-14 2018-09-13 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Information processing device
US11325029B2 (en) 2007-09-14 2022-05-10 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Virtual reality environment generating apparatus and controller apparatus
JP7120568B2 (en) 2007-09-14 2022-08-17 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Information processing equipment
CN108153180A (en) * 2016-12-05 2018-06-12 苏州新世得机电设备有限公司 Intellect service robot system
CN107192542A (en) * 2017-05-19 2017-09-22 北京车和家信息技术有限责任公司 Feel detection means, method, system, computer equipment and readable storage medium storing program for executing

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