JP2668030B2 - Weightless simulator - Google Patents

Weightless simulator

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JP2668030B2
JP2668030B2 JP63140235A JP14023588A JP2668030B2 JP 2668030 B2 JP2668030 B2 JP 2668030B2 JP 63140235 A JP63140235 A JP 63140235A JP 14023588 A JP14023588 A JP 14023588A JP 2668030 B2 JP2668030 B2 JP 2668030B2
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wire
length
manipulator
weightless
inclination
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太郎 岩本
和男 本間
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無重量模擬装置に係り、特に、マニピュレ
ータを無重量状態で3次元的に運動させるのに好適な無
重量模擬装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a weightless simulator, and more particularly to a weightless simulator suitable for three-dimensionally moving a manipulator in a weightless state.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

宇宙用マニピュレータは無重量環境で作動するように
設計され、また打上げ重量を減らす目的で、極限まで軽
量化されている。このため、地上では自分自身の重量を
支えきれないほど力が弱く、また剛性が低い。このマニ
ピュレータを宇宙に打上げる前にマニピュレータの機能
や性能が仕様を満たしているかどうか試験する必要があ
り、無重量模擬装置の必要性が指摘されている。しか
し、3次元運動するマニピュレータを、その運動を拘束
することなく、無重量状態に支持する有効な方法はまだ
知られていない。
Space manipulators are designed to operate in a weightless environment, and are extremely lightweight to reduce launch weight. Therefore, on the ground, the force is too weak to support the weight of oneself, and the rigidity is low. Before launching this manipulator into space, it is necessary to test whether the function and performance of the manipulator meet the specifications, and the necessity of a weightless simulator has been pointed out. However, an effective method of supporting a three-dimensionally manipulator in a weightless state without restraining the movement has not yet been known.

米国のスペースシャトルに装備されているマニピュレ
ータは宇宙環境で使用した実績のある唯一のマニピュレ
ータである。これを開発したカナダのSPAR社では、エア
ベアリングを用いたテストリグにより、マニピュレータ
の地上試験を実施した。このテストリグについてはAGAR
D Conf.Proc.No.327(1983)PP.2−1〜2−10において
論じられている。このテストリグはプレナムを兼ねるア
ルミパイプ製の梁に3個のエアベアリングを配置し、ば
ねとリンクの組合せによる定荷重支持装置でマニピュレ
ータのブームを支え、マニピュレータアームの重量を支
持しているので、水平面内では摩擦力による抵抗がほと
んど無く、自由に動ける。しかし、この方式では、運動
が2次元平面に制約され、3次元運動を試験できない。
また、テストリグの重量が慣性力としてアームの運動特
性に悪影響を及ぼすので、正確な試験ができないなどの
問題があった。
The manipulators on the US Space Shuttle are the only manipulators ever used in space environments. SPAR, a Canadian company that developed this, conducted a ground test of the manipulator using a test rig using air bearings. AGAR for this test rig
D Conf. Proc. No. 327 (1983) PP.2-1 to 2-10. In this test rig, three air bearings are arranged on an aluminum pipe beam that also serves as a plenum, and the manipulator boom is supported by a constant load support device using a combination of springs and links, and the weight of the manipulator arm is supported. Inside, there is almost no resistance due to frictional force and it can move freely. However, in this method, the motion is restricted to a two-dimensional plane, and three-dimensional motion cannot be tested.
In addition, since the weight of the test rig adversely affects the motion characteristics of the arm as an inertial force, there is a problem that an accurate test cannot be performed.

別の方法として、マニピュレータアームを水槽の中に
没し、浮力を利用して擬似無重量状態とする方法があ
る。この方式は3次元運動を試験できるが、アーム全
体,特に回転軸や電気部品を含む関節部を防水すること
が難しく、また水圧や水の粘性抵抗を受けるため、精度
の高い試験を実行できないという欠点があった。
As another method, there is a method in which a manipulator arm is immersed in a water tank and a pseudo weightless state is made using buoyancy. Although this method can test three-dimensional motion, it is difficult to waterproof the entire arm, especially the joints including the rotating shaft and electrical parts, and it is not possible to perform highly accurate tests because it is subject to water pressure and water viscous resistance. There were drawbacks.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術では、宇宙環境での使用状況と同じ3次
元運動が不可能で、2次元の水平面内運動に限定されて
しまったり、質量が付加されるので、慣性力が大きくな
ってマニピュレータの運動特性が変わってしまったり、
粘性抵抗が作用するため、動的挙動が変化したり、防水
材によりアームの動作範囲が限定されるなど種々の問題
があり、無重量状態での精密な試験を行うことは不可能
に近い。
In the above prior art, the three-dimensional motion same as the use condition in the space environment is impossible, and the motion is limited to the two-dimensional motion in the horizontal plane, and the mass is added. The characteristics have changed,
Since viscous resistance acts, there are various problems such as a change in dynamic behavior and a limitation of the operating range of the arm due to a waterproof material, and it is almost impossible to perform a precise test in a weightless state.

本発明の目的は、無重量状態でのマニピュレータの精
密な試験を実行できる無重量模擬装置を提供することで
ある。
An object of the present invention is to provide a weightless simulator that can perform a precise test of a manipulator in a weightless state.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、マニピュレータのアームの要所をそれぞ
れ3本のワイヤで放射状に吊り下げ、アームの運動に合
わせて3本のワイヤの長さまたは張力を調整することに
より達成される。
The above object is achieved by radially suspending each of the essential parts of the arm of the manipulator with three wires, and adjusting the length or tension of the three wires according to the movement of the arm.

すなわち、本発明は、上記目的を達成するために、マ
ニピュレータまたは作業対象物体の少なくとも1個所を
ワイヤ結合具を介して1個所につき3方向から吊り下げ
るワイヤ群と、各ワイヤの長さを調整するワイヤ駆動装
置と、吊り下げ個所の動きに合わせてワイヤの長さを調
整し、各3本のワイヤの結合点を吊り下げ個所の略直上
部に位置させる指令をワイヤ駆動装置を制御しているワ
イヤ駆動制御装置に出力する演算装置とを備えた無重量
模擬装置を提案するものである。
That is, in order to achieve the above object, the present invention adjusts a wire group for suspending at least one portion of a manipulator or a work target object from three directions per wire via a wire connector, and adjusts the length of each wire. The wire driving device controls the wire driving device to adjust the length of the wire in accordance with the movement of the hanging portion and to position the connection point of each of the three wires substantially immediately above the hanging portion. The present invention proposes a weightless simulation device including an arithmetic device for outputting to a wire drive control device.

具体的には、演算装置は、マニピュレータまたは作業
対象物体を駆動しているマニピュレータ制御装置からの
吊り下げ対象個所のデータをワイヤ結合点の目標位置と
して取り込み、その目標位置のデータを基に各3本のワ
イヤの結合点をその位置に位置決めするための各ワイヤ
長さを演算する演算装置である。
Specifically, the arithmetic unit takes in the data of the suspension target portion from the manipulator or the manipulator control device that drives the work target object as the target position of the wire connection point, and based on the data of the target position, each of the three data points. This is an arithmetic unit that calculates the length of each wire for positioning the connection point of the wires at that position.

また、ワイヤ結合具にそのワイヤ結合具の傾きを検出
する傾斜センサおよびワイヤ結合具と吊り下げ対象個所
との間の長さを検出する距離センサを設け、演算装置
が、傾斜センサおよび距離センサからの傾きおよび長さ
のデータを取り込み、ワイヤ結合具の傾きおよび長さが
常に所定値となるようにするための各ワイヤ長さを演算
する演算装置であるようにすることもできる。
Further, the wire coupling device is provided with an inclination sensor for detecting the inclination of the wire coupling device and a distance sensor for detecting the length between the wire coupling device and the portion to be suspended. It is also possible to adopt a configuration in which the data of the inclination and the length of the wire connector is taken in, and the arithmetic unit calculates each wire length so that the inclination and the length of the wire connector always take a predetermined value.

さらに、ワイヤ結合具にそのワイヤ結合具の傾きを検
出する傾斜センサおよびワイヤ結合具と吊り下げ対象個
所との間の長さを検出する距離センサを設け、演算装置
が、マニピュレータまたは作業対象物体を駆動している
マニピュレータ制御装置からの吊り下げ対象個所のデー
タをワイヤ結合点の目標位置として取り込み、その目標
位置のデータを基に各3本のワイヤを結合点をその位置
に位置決めするための各ワイヤ長さを演算するととも
に、ワイヤ結合具に設けた傾斜センサおよび距離センサ
からの傾きおよび長さのデータを取り込み、ワイヤ結合
具の傾きおよび長さが常に所定値となるようにするため
の各ワイヤ長さの補正値を演算する演算装置であるよう
にして、より高精度の模擬装置を実現することも可能で
ある。
Further, the wire coupling device is provided with an inclination sensor for detecting the inclination of the wire coupling device and a distance sensor for detecting the length between the wire coupling device and the portion to be suspended, and the arithmetic unit operates the manipulator or the work target object. The data of the position to be suspended from the driven manipulator control device is taken in as the target position of the wire connection point, and each of the three wires is positioned based on the data of the target position to position the three wires at that position. In addition to calculating the wire length, it takes in the inclination and length data from the inclination sensor and the distance sensor provided on the wire coupling device, and sets the inclination and length of the wire coupling device to always have predetermined values. It is also possible to realize a simulation device with higher accuracy by using a calculation device that calculates the correction value of the wire length.

本発明は、また、上記目的を達成するために、マニピ
ュレータまたは作業対象物体の少なくとも1個所をワイ
ヤ結合具を介して1個所につき3方向から吊り下げるワ
イヤ群と、各ワイヤの長さを調整するワイヤ駆動装置
と、マニピュレータまたは作業対象物体の位置を計測す
る3次元位置測定装置と、その3次元位置測定装置で計
測した吊り下げ個所の動きに合わせてワイヤの長さを調
整し、各3本のワイヤの結合点を吊り下げ個所の略直上
部に位置させる指令をワイヤ駆動装置を制御しているワ
イヤ駆動制御装置に出力する演算装置とを備えた無重量
模擬装置を提案するものである。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a wire group for suspending at least one portion of a manipulator or a work target object from three directions at each location via a wire coupler is adjusted, and the length of each wire is adjusted. A wire driving device, a three-dimensional position measuring device for measuring the position of a manipulator or a work object, and three wires each for adjusting the length of the wire in accordance with the movement of the hanging part measured by the three-dimensional position measuring device. The weightless simulation device is provided with an arithmetic unit that outputs a command to position the wire connection point substantially directly above the hanging point to the wire drive control device that controls the wire drive device.

本発明は、さらに、上記目的を達成するために、マニ
ピュレータまたは作業対象物体の少なくとも1個所をワ
イヤ結合具を介して1個所につき3方向から吊り下げる
ワイヤ群と、各ワイヤの長さを調整するワイヤ駆動装置
と、ワイヤの長さを検出する回転角センサおよび張力を
検出するトルクセンサと、検出されたワイヤ長さを基に
各ワイヤの張力を演算し、検出されたワイヤ張力が演算
したワイヤ張力と等しくなるように各3本のワイヤの結
合点を吊り下げ個所の略直上部に位置させる指令をワイ
ヤ駆動装置を制御しているワイヤ駆動制御装置に出力す
る演算装置とを備えた無重量模擬装置を提案するもので
ある。
In order to achieve the above object, the present invention further adjusts a wire group for suspending at least one portion of the manipulator or the work target object from three directions per wire via a wire connector, and adjusting the length of each wire. A wire driving device, a rotation angle sensor for detecting the length of the wire, a torque sensor for detecting the tension, and a wire for calculating the tension of each wire based on the detected wire length, and calculating the detected wire tension. An arithmetic unit for outputting a command to position the connection point of each of the three wires substantially immediately above the suspending point so as to be equal to the tension to the wire drive control device controlling the wire drive device; This is a proposal for a simulation device.

いずれの場合も、ワイヤ結合具が、マニピュレータま
たは作業対象物体の振動や位置ずれ等の自然な挙動をワ
イヤにより拘束しないように微小変位を許容するばねを
備えることが望ましい。
In any case, it is desirable that the wire coupling device includes a spring that allows a minute displacement so that a natural behavior such as vibration or displacement of the manipulator or the work target object is not restricted by the wire.

〔作用〕[Action]

マニピュレータのアームの質量は関節部に集中してい
る。3本のワイヤの張力の合力がアームの関節部の質量
に等しくなるようにワイヤの長さおよび張力を調整すれ
ば、アームの重量は相殺され、無重量状態を模擬でき
る。アームが動いたとき、その動きを何等かの方法で検
出し、アームの動きに追従してワイヤの長さや張力を自
動的に調整すれば、アームが3次元運動をしても、常に
無重量状態を保持できる。また、ワイヤの質量は小さい
ので、付加されるワイヤ分の質量によって発生する慣性
力がアームの運動特性に及ぼす悪影響は少ない。
The mass of the manipulator arm is concentrated at the joint. If the length and tension of the wires are adjusted so that the resultant force of the tensions of the three wires is equal to the mass of the joint of the arm, the weight of the arm is canceled out and a weightless state can be simulated. When the arm moves, the movement is detected by some method, and the length and tension of the wire are automatically adjusted according to the movement of the arm. State can be maintained. Further, since the mass of the wire is small, the inertial force generated by the mass of the added wire has little adverse effect on the motion characteristics of the arm.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明による無重量模擬装置の第1の実施例を
第1図により説明する。マニピュレータのアーム1はそ
の基部を床に固定してある。アーム1を取り囲むように
架台2が設置されており、上面には天井板3が取付けら
れている。ただし、第1図ではアーム1の吊り下げ状況
を見やすいように、天井板3のほとんどを省略してあ
る。アーム1の肘関節部4は3本のワイヤ5により吊り
下げられ、ワイヤ5の長さは天井板3に取付けられたワ
イヤ駆動装置6により調整できる。また、手首関節部7
も同様にワイヤ8により吊り下げられ、ワイヤ8の長さ
は天井板3に取付けられたワイヤ駆動装置9により調整
できる。
Next, a first embodiment of a weightless simulation apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The arm 1 of the manipulator has its base fixed to the floor. A pedestal 2 is installed so as to surround the arm 1, and a ceiling plate 3 is attached to the upper surface. However, in FIG. 1, most of the ceiling plate 3 is omitted so that the suspended state of the arm 1 can be easily seen. The elbow joint 4 of the arm 1 is suspended by three wires 5, and the length of the wires 5 can be adjusted by a wire driving device 6 attached to the ceiling plate 3. Also, the wrist joint 7
Is also suspended by the wire 8, and the length of the wire 8 can be adjusted by a wire driving device 9 attached to the ceiling plate 3.

第2図は、ワイヤ駆動装置6,9の配置を示すため、本
実施例を真上から見た図である。マニピュレータ1の肘
関節部4の可動範囲が3個のワイヤ駆動装置6の囲む三
角形の中に収まるようにワイヤ駆動装置6を配置する。
同様に、マニピュレータ1の手首関節部7の可動範囲が
3個のワイヤ駆動装置9の囲む三角形の中に収まるよう
にワイヤ駆動装置9を配置する。
FIG. 2 shows the arrangement of the wire drive devices 6 and 9 as seen from directly above this embodiment. The wire drive device 6 is arranged so that the movable range of the elbow joint 4 of the manipulator 1 falls within the triangle surrounded by the three wire drive devices 6.
Similarly, the wire driving device 9 is arranged so that the movable range of the wrist joint 7 of the manipulator 1 falls within the triangle surrounded by the three wire driving devices 9.

第3図は本実施例を側面から見たものである。 FIG. 3 is a side view of this embodiment.

ワイヤはマニピュレータのアーム1の運動を妨げない
ようにアームに結合しなければならない。
The wire must be connected to the arm 1 of the manipulator so as not to impede its movement.

第4図は肘関節部4に対するワイヤ接続部の構造であ
る。肘関節の回転軸心上で揺動可能な状態に取付けられ
た吊り金具10は、微小な変位誤差を吸収するためのばね
11およびロードセル12を介して、3個の吊り輪を有する
ワイヤ結合具13に接続されている。3個の吊り輪にはそ
れぞれワイヤ5が接続されている。また、ワイヤ結合具
13には必要に応じて傾斜センサ14が取付けられる。ロー
ドセル12や傾斜センサ14は初期状態を設定する時に吊り
下げ荷重を設定したり、垂直状態を確認するために用
い、また、動作中の無重量状態を監視するために用いる
が、省いても良い。
FIG. 4 shows the structure of the wire connection part to the elbow joint 4. A hanging bracket 10 mounted to be swingable on the rotation axis of the elbow joint is a spring for absorbing a small displacement error.
It is connected via 11 and a load cell 12 to a wire connector 13 having three suspension rings. A wire 5 is connected to each of the three suspension rings. Also wire fittings
An inclination sensor 14 is attached to 13 if necessary. The load cell 12 and the tilt sensor 14 are used for setting a hanging load when setting an initial state, for confirming a vertical state, and for monitoring a weightless state during operation, but may be omitted. .

第5図は手首関節部7に対するワイヤ結合部の構造を
示しており、第4図と同様の結合構造である。吊り金具
10は手首関節部の重心位置近傍を吊るように位置を選択
してある。
FIG. 5 shows the structure of the wire connecting portion with respect to the wrist joint portion 7, which is the same connecting structure as in FIG. Hanging bracket
The position 10 is selected so as to hang around the position of the center of gravity of the wrist joint.

第6図はワイヤ駆動装置6の構造の例を示す。ワイヤ
5はベース15に取り付けられた案内プーリ16を通ったあ
と、巻取りドラム17に巻取られる。巻取りドラム17の軸
端には回転角センサ18が取付けられており、ワイヤの送
り出し長さを計測する。また、巻取りドラム17の回転軸
と巻取りドラム駆動モータ19の出力軸との間にはトルク
センサ20があり、ワイヤ張力を検出する。ベース15は十
字梁継手21を介して支持金具22に取付けられ、ワイヤ6
の張力の方向に自在に角度が変わるようにしてある。
FIG. 6 shows an example of the structure of the wire driving device 6. After passing through the guide pulley 16 attached to the base 15, the wire 5 is wound on the winding drum 17. A rotation angle sensor 18 is attached to the shaft end of the winding drum 17, and measures the wire feed length. Further, a torque sensor 20 is provided between the rotation shaft of the winding drum 17 and the output shaft of the winding drum drive motor 19, and detects a wire tension. The base 15 is attached to a support bracket 22 via a cross-beam joint 21 and a wire 6
The angle is freely changed in the direction of the tension.

第7図を用いて、ワイヤ結合具1の結合点のPの位置
の制御方法を説明する。3本のワイヤの長さをA,B,Cと
し、ワイヤ支持点をそれぞれQ,R,Sとする。Q,R,Sは同一
水平面内にあるものとする。また、結合点Pの支持平面
QRSに対する垂線の長さをD、支持平面QRSと垂線Dとの
交点をP′、P′とQ,R,Sとの距離をそれぞれu,v,wとす
る。三角形QRSの辺の長さをa,b,cとし、∠QPP′をα,
∠RPP′をβ,∠SPP′をγとする。辺bにP点から下し
た垂線の長さをfとし、このとき辺bはk対(1−k)
に分割されるものとする。同様に辺cにP点から下した
垂線の長さをeとし、このとき辺cはi対(1−i)に
分割されるものとする。直角三角形の性質より、 A2=f2+(1−k)2b2 ……(1) C2=f2+k2b2 ……(2) (1)式から(2)式を引くと、 A2−C2=(1−k)2b2−k2b2 ゆえに、 同様に、 A2=e2+i2c2 ……(4) B2=e2+(1−i)2c2 ……(5) (4)式から(5)式を引くと、 A2−B2i2c2−(1−i)2c2 ゆえに、 次に、辺QRと線分eとの交点EとP′とを結ぶ線分の
長さをs、辺QSと線分fとの交点FとP′を結ぶ線分の
長さをrとする。平面QSRと線分PP′とは垂直に交わっ
ており、したがって線分PP′を含む平面PP′は平面QRS
と垂直に交わる。また、平面PQSと平面QSRとは斜めに交
わっており、平面PQS内の線分QSと線分PFとは垂直に交
わっている。これより、線分P′Fと線分QSとは垂直に
交わっていることがわかる。
With reference to FIG. 7, a method of controlling the position of the connecting point P of the wire connecting tool 1 will be described. Let the lengths of the three wires be A, B, and C, and the wire support points be Q, R, and S, respectively. Q, R, and S are in the same horizontal plane. Also, the supporting plane of the connecting point P
The length of the perpendicular to QRS is D, the intersection of the support plane QRS and the perpendicular D is P ', and the distance between P' and Q, R, S is u, v, w. Let a, b, c be the side lengths of the triangle QRS, and ∠QPP ′ be α,
Let ∠RPP 'be β and ∠SPP' be γ. Let f be the length of the perpendicular to the side b from the point P, and the side b is k pairs (1-k).
Shall be divided into Similarly, let e be the length of a perpendicular line drawn from the point P to the side c, and in this case, the side c is divided into i pairs (1-i). From the nature of the right triangle, subtract A 2 = f 2 + (1 -k) 2 b 2 ...... (1) C 2 = f 2 + k 2 b 2 ...... (2) (1) Equation (2) below And A 2 −C 2 = (1−k) 2 b 2 −k 2 b 2 , Similarly, A 2 = e 2 + i 2 c 2 (4) B 2 = e 2 + (1−i) 2 c 2 (5) By subtracting equation (5) from equation (4), A 2 −B 2 i 2 c 2 − (1-i) 2 c 2 Next, the length of a line segment connecting the intersection point E and P 'between the side QR and the line segment e is s, and the length of a line segment connecting the intersection point F and P' between the side QS and the line segment f is r. I do. The plane QSR and the line segment PP 'intersect perpendicularly, so the plane PP' containing the line segment PP 'is the plane QRS.
Intersects vertically. Further, the plane PQS and the plane QSR cross obliquely, and the line segment QS and the line segment PF in the plane PQS cross perpendicularly. This indicates that the line segment P'F and the line segment QS intersect vertically.

∠QPS′をθ、∠RQP′をθとすると、直角三角形
の性質から、 (1−k)b=u cosθ ……(7) ic=u cosθ ……(8) s=u sinθ ……(9) r=u sinθ ……(10) また、三角形の性質から、 a2=b2+c2−2b cosθ ……(11) ゆえに、 また、 θ=θ+θ ……(13) ゆえに、 cosθ=cos(θ+θ) =cosθbcosθ−sinθbsinθ ……(14) (14)式に(7)〜(10)式を代入すると、 一方、△QP′Eおよび△QP′Fより u2=s2+i2c2 ……(16) u2=r2+(1−k)2b2 ……(17) (16)式を(17)式に代入すると、 r2=s2+i2c2−(1−k)2b2 ……(18) また、(15)式から、 sr=ic(1−k)b−u2cosθ ……(19) 両辺を2乗すると、 s2r2=i2c2(1−k)2b2+u4cos2θ −2ic(1−k)bu2cosθ ……(20) (16)式と(18)式を(20)式に代入すれば、 s2{s2+i2c2−(1−k)2b2} =i2c2−(1−k)2b2+(s2+i2c22cos2θ −2ic(1−k)b(s2+i2c2)cosθ ……(21) これを整理すると、 L(S2+Ms2+N=0 ……(22) ただし、 L=1−cos2θ ……(23) M=i2c2−(1−k)2b2−2i2c2cos2θ +2ic(1−k)bcosθ ……(24) N=2ic(1−k)bi2c2cosθ−i2c2(1−k)2b2 −i4c4cos2θ ……(25) ゆえに、 ただし、±記号は(26)式の右辺が正となる方を選ぶ。
Assuming that ′ QPS ′ is θ b and ′ RQP ′ is θ c , from the property of a right triangle, (1−k) b = u cos θ b (7) ic = u cos θ c (8) s = u sin θ c (9) r = u sin θ b (10) From the nature of the triangle, a 2 = b 2 + c 2 -2b cos θ (11) Θ = θ b + θ c (13) Therefore, cos θ = cos (θ b + θ c ) = cos θ b cos θ c −sin θ b sin θ c (14) In the expression (14), (7) to (10) ) Substituting the expression, On the other hand, from ΔQP′E and ΔQP′F, u 2 = s 2 + i 2 c 2 …… (16) u 2 = r 2 + (1-k) 2 b 2 …… (17) (16) Substituting into equation (17), r 2 = s 2 + i 2 c 2 − (1-k) 2 b 2 (18) Further, from equation (15), sr = ic (1-k) b−u 2 cos θ (19) When both sides are squared, s 2 r 2 = i 2 c 2 (1-k) 2 b 2 + u 4 cos 2 θ −2ic (1-k) bu 2 cos θ (20) By substituting the equations (16) and (18) into the equation (20), s 2 2s 2 + i 2 c 2 − (1−k) 2 b 2 } = i 2 c 2 − (1−k) 2 b 2 + (s 2 + i 2 c 2 ) 2 cos 2 θ−2ic (1−k) b (s 2 + i 2 c 2 ) cos θ (21) When this is arranged, L (S 2 ) 2 + Ms 2 + N = 0 (22) However, L = 1-cos 2 θ (23) M = i 2 c 2 − (1-k) 2 b 2 −2i 2 c 2 cos 2 θ + 2ic (1-k ) bcosθ ...... (24) N = 2ic (1-k) bi 2 c 2 cosθ-i 2 c 2 (1 Therefore k) 2 b 2 -i 4 c 4 cos 2 θ ...... (25), However, for the ± sign, select the one where the right side of equation (26) is positive.

a,b,cは任意に設定した定数であり、θも(12)式か
ら定数として求められる。ワイヤの長さA,B,Cは変数で
あり、センサにより測定される値である。係数k,iは
(3)からA,B,Cの関数として得られる。L,M,Nは(2
3),(24),(25)式から変数k,iの関数として得られ
る。したがって、(27)式からSはL,M,Nの関数として
求められる。点P′の位置は例えば辺QRを基準とする
と、Q点からR方向icの距離で、辺QRに対し点Sの方向
にsの距離の点として得られる。点Pの位置はP′から
垂直下向きに以下に示す距離Dだけ下がった位置であ
る。
a, b, c are arbitrarily set constants, and θ is also obtained as a constant from the equation (12). The wire lengths A, B, C are variables and values measured by sensors. The coefficients k, i are obtained from (3) as a function of A, B, C. L, M, N is (2
3), (24) and (25) are obtained as functions of variables k and i. Therefore, S is obtained as a function of L, M, and N from equation (27). The position of the point P ′ is obtained as a point having a distance in the R direction ic from the point Q and a distance of s in the direction of the point S with respect to the side QR, for example, with reference to the side QR. The position of the point P is a position vertically downward from P ′ by a distance D shown below.

ワイヤの制御は次のようになる。よく知られているよ
うに、マニピュレータの肘および手首のワイヤ結合具13
との結合点の位置は、マニピュレータを構成するリンク
のパラメタと関節角度より、第1図に示すマニピュレー
タの基部座標系23に対して得られる。TE,TWをそれぞれ
マニピュレータの基部座標系23から肘座標系24および手
首座標系25への座標変換マトリクスとする。また、ワイ
ヤ結合点PE,PWの位置が肘座標系24および手首座標系25
に対し座標原点垂直上方にL(第5図)だけ離れた位置
にあるものとする。点PEおよび点PWのマニピュレータの
基部座標系23に対する座標ベルトPEおよびPWは次のよう
になる。
The control of the wire is as follows. As is well known, manipulator elbow and wrist wire connectors13
The position of the connection point with is obtained with respect to the base coordinate system 23 of the manipulator shown in FIG. 1 from the parameters of the links constituting the manipulator and the joint angles. Let T E and T W be coordinate transformation matrices from the base coordinate system 23 of the manipulator to the elbow coordinate system 24 and the wrist coordinate system 25, respectively. Further, the positions of the wire connection points P E and P W are determined by the elbow coordinate system 24 and the wrist coordinate system 25.
Is located L (FIG. 5) vertically above the coordinate origin. Coordinate belt P E and P W with respect to the base coordinate system 23 of the manipulator of the point P E and the point P W is as follows.

PE=TEI+L ……(29) PW=TWI+L ……(30) ここでIは単位ベクトル、Lは垂直軸方向にのみLの
値を持ち、他は0のベクトルである。
P E = T E I + L (29) P W = T W I + L (30) Here, I is a unit vector, L has a value of L only in the vertical axis direction, and the others are 0 vectors.

次い、ワイヤ駆動装置6および9の各1点に座標系26
および27を選び、座標系23から座標系26,27への座標変
換マトリクスをTPWとすると、座標系26および27から見
たワイヤ結合点の座標ベクトルPCE,PCWは次式で得られ
る。
Next, a coordinate system 26 is added to each one point of the wire driving devices 6 and 9.
And 27, and the coordinate transformation matrix from the coordinate system 23 to the coordinate systems 26 and 27 is T PW , the coordinate vectors P CE and P CW of the wire connection points viewed from the coordinate systems 26 and 27 are obtained by the following equations. .

PCE=TPE -1PE ……(31) PCW=TPW -1PW ……(31) 以上により、マニピュレータの関節角がわかれば、ワ
イヤ結合点の座標の目標値が得られる。
P CE = T PE -1 P E・ ・ ・ (31) P CW = T PW -1 P W・ ・ ・ (31) By the above, if the joint angle of the manipulator is known, the target value of the coordinate of the wire connection point can be obtained. .

ワイヤの接合点Pの目標値が第7図に示すic,s,Dの値
として与えられたとすると、そのときのワイヤ長さA,B,
Cは前述の関係から得られる。すなわち(28)式より、 また、 e2=D2+s2 であるので、(5)式から、 さらに、(8),(9)式から、 (13)式から、 θ=θ−θ ……(37) (7),(10)式からkbとrが求められる。第7図によ
り次式でf2が得られる。
Assuming that the target value of the wire junction point P is given as the values of ic, s, D shown in FIG. 7, the wire lengths A, B,
C is obtained from the above relationship. That is, from equation (28), Since e 2 = D 2 + s 2 , from equation (5), Furthermore, from equations (8) and (9), (13) from the equation, θ b = θ-θ c ...... (37) (7), kb and r is determined from equation (10). From FIG. 7, f 2 is obtained by the following equation.

f2=r2+D2 ……(38) したがって、Cは(2)式より次のように得られる。f 2 = r 2 + D 2 (38) Therefore, C is obtained from the equation (2) as follows.

マニピュレータの動きにより、ワイヤ結合点Pの座標
は時々刻々変化するが、マニピュレータの肘や手首を支
えるワイヤ結合点PE,PWの位置をそれに合わせて動かす
ようにワイヤの長さを自動的に調整すれば、ワイヤ接合
点は常に肘や手首の垂直上方の一定距離のところにある
ので、ばね11によりアームの重畳を一定に支え、無重量
状態を模擬できる。
Due to the movement of the manipulator, the coordinates of the wire connection point P change every moment, but the length of the wire is automatically adjusted so that the positions of the wire connection points P E and P W that support the elbow and wrist of the manipulator are adjusted accordingly. If adjusted, the wire connection point is always at a certain distance vertically above the elbow or wrist, so that the spring 11 can support the superposition of the arms constantly and simulate a weightless state.

第8図はワイヤを制御する制御装置のブロック図であ
る。マニピュレータ制御装置28はマニピュレータの各関
節角の目標値を関節駆動制御装置29に出力し、各関節駆
動モータ30を駆動する。また、マニピュレータ制御装置
28はマニピュレータの位置データを演算装置31に提供す
る。演算装置31はこの位置データを基に上述の演算を行
ってワイヤの長さを算出し、これをワイヤ駆動制御装置
32に出力し、ワイヤ33を所定長さに調整する。第9図に
演算装置31の処理フローを示す。
FIG. 8 is a block diagram of a control device for controlling the wires. The manipulator control device 28 outputs a target value of each joint angle of the manipulator to the joint drive control device 29, and drives each joint drive motor 30. Manipulator control device
28 supplies the position data of the manipulator to the arithmetic unit 31. The arithmetic unit 31 calculates the length of the wire by performing the above-mentioned calculation based on this position data, and calculates the length of the wire.
Output to 32 and adjust the wire 33 to a predetermined length. FIG. 9 shows a processing flow of the arithmetic unit 31.

ワイヤ結合部の長さLはばね11により変わり得る。ロ
ードセル12で検出する荷重の値があらかじめ計算や実測
により求めた吊り下げ重畳になるまでLの値を変化さ
せ、このときの長さLの値を計算データとして用いれ
ば、吊り下げ力は常に吊り下げ重畳に等しい一定の値と
なる。
The length L of the wire connection can be changed by the spring 11. If the value of L is changed until the value of the load detected by the load cell 12 becomes the suspension overlap determined in advance by calculation or actual measurement, and the value of the length L is used as the calculation data, the suspension force is always It is a constant value that is equivalent to downward superposition.

第10図にワイヤ駆動装置6,9の配置の他の例を示す。
本配置例ではワイヤ駆動装置が形成する三角形の中にマ
ニピュレータの動作領域を収納しやすいが、ワイヤ8と
肘関節部4とが干渉する恐れがあり、天井の位置を高く
とらなければならない。
FIG. 10 shows another example of the arrangement of the wire driving devices 6 and 9.
In this arrangement example, the operating area of the manipulator can be easily accommodated in the triangle formed by the wire driving device, but the wire 8 and the elbow joint 4 may interfere with each other, and the position of the ceiling must be set high.

次に第2の実施例について述べる。本実施例ではマニ
ピュレータから位置情報をもらわず、そのかわりに第11
図に示す斜線センサ14と距離Lの変化を検出する距離セ
ンサ34とを用いる。第11図の結合手段は第4図および第
5図の結合手段の別案であるが、第4図および第5図に
示すものより傾斜角を正確に読み取れるようにしたもの
である。傾斜センサ14はワイヤ結合点Pが関節吊り下げ
位置の真上から水平方向に位置がずれてワイヤ結合具13
に生ずる傾きを検出する。また距離センサ34は吊り具35
と関節部との距離の変化を検出する。吊り具35はジンバ
ル機構36を介してワイヤ5で吊られており、角度を自由
に変化できる。傾斜センサ14の取り付けられているロッ
ド37は吊り具35に対し回転を拘束されないように、スラ
ストベアリング38を介して、圧縮ばね39により押上げら
れている。また距離センサ34は圧縮ばね39の変位を計る
ものである。ロッド37の端部はジョイント40を介して吊
り金具10に取り付けられている。傾斜センサ14は例えば
重鍾を用いた振り子式のもので、マニピュレータのブー
ム41を含む垂直面内で重力方向に対するロッド37の傾斜
角を検出し、また、上記垂直面に直角方向のロッド37の
傾き角も検出する。この傾斜角からロッド37が鉛直のと
きのP点からどちらにどれだけ変位しているかがわか
る。また、変位センサ34のデータから、上下方向の位置
ずれがわかるので、いずれも正規の状態になるようにワ
イヤの長さを常時調整すればよい。角度と変位の関係を
以下に示す。
Next, a second embodiment will be described. In this embodiment, the position information is not received from the manipulator, and
An oblique line sensor 14 and a distance sensor 34 for detecting a change in the distance L are used. The connecting means shown in FIG. 11 is an alternative to the connecting means shown in FIGS. 4 and 5, but is different from the connecting means shown in FIGS. 4 and 5 in that the inclination angle can be read more accurately. In the tilt sensor 14, the wire connecting point P is displaced in the horizontal direction from directly above the joint suspending position, and the wire connecting tool 13 is moved.
The inclination that occurs in is detected. In addition, the distance sensor 34 is a lifting device 35.
The change in the distance between the joint and the joint is detected. The suspending tool 35 is suspended by the wire 5 via the gimbal mechanism 36, and the angle can be freely changed. The rod 37 to which the inclination sensor 14 is attached is pushed up by a compression spring 39 via a thrust bearing 38 so that the rotation of the rod 37 is not restricted by the hanging member 35. The distance sensor 34 measures the displacement of the compression spring 39. The end of the rod 37 is attached to the suspension fitting 10 via a joint 40. The tilt sensor 14 is, for example, a pendulum type using a heavy sword, detects the tilt angle of the rod 37 with respect to the direction of gravity in a vertical plane including the boom 41 of the manipulator, and detects the tilt angle of the rod 37 in a direction perpendicular to the vertical plane. The inclination angle is also detected. From this inclination angle, it is possible to know how much the rod 37 is displaced from the point P when it is vertical. Further, since the displacement in the up-down direction can be known from the data of the displacement sensor 34, the length of the wire may be constantly adjusted so as to be in a normal state. The relationship between the angle and displacement is shown below.

第12図に示すように、マニピュレータの基部の座標系
23に基づく基準線23Aに対してマニピュレータの関節の
方位角をξとし、ロッド37の垂直面内傾き角をδ1,垂直
面に直角方向の傾き角をδとする。また、ロッド37と
吊り金具10を含めた基準長さをL1,ロッド37の基準長さ
をL2とし、距離センサ34の検出距離変化量をΔLとする
と、基準の位置Pに対する現在位置P′の変位量は図示
の座標系で次のようになる。
As shown in Fig. 12, the coordinate system of the base of the manipulator
Assume that the azimuth of the joint of the manipulator with respect to a reference line 23A based on 23 is ξ, the inclination angle of the rod 37 in the vertical plane is δ 1 , and the inclination angle of the rod 37 in the direction perpendicular to the vertical plane is δ 2 . Further, assuming that the reference length including the rod 37 and the hanging bracket 10 is L 1 , the reference length of the rod 37 is L 2, and the detection distance change amount of the distance sensor 34 is ΔL, the current position P with respect to the reference position P Is as follows in the illustrated coordinate system.

y′=(L2+ΔL)sinδ ……(40) x′={(L2+ΔL)cosδ+(L1−L2)}sinδ ……(41) z=L1−(L2+ΔL)cosδ+(L1−L2)}cosδ ……(42) x=x′cosξ+y′sinξ ={(L2+ΔL)cosδ+(L1−L2)}sinδ1cosξ +(L2+ΔL)sinδ2cosξ ……(43) y=−x′sinξ+y′cosξ =(L2+ΔL)sinδ2cosξ−{(L2+ΔL)cosδ +(L1−L2)}sinδ1cosξ ……(44) 以上により求めたx,y,zの値をワイヤの結合点の現在
位置に補正したものを目標値としてワイヤの長さを求
め、制御すればよい。
y ′ = (L 2 + ΔL) sin δ 2 (40) x ′ = {(L 2 + ΔL) cos δ 2 + (L 1 −L 2 )} sin δ 1 (41) z = L 1 − (L 2 + ΔL) cosδ 2 + (L 1 −L 2 )} cosδ 1 (42) x = x′cosξ + y′sinξ = ξ (L 2 + ΔL) cosδ 2 + (L 1 −L 2 )} sin δ 1 cos ++ ( L 2 + ΔL) sin δ 2 cosξ (43) y = −x′sinξ + y′cosξ = (L 2 + ΔL) sin δ 2 cos ξ − {(L 2 + ΔL) cos δ 2 + (L 1 −L 2 )} sin δ 1 cosξ (44) The length of the wire may be determined and controlled by using the target value obtained by correcting the values of x, y, and z obtained as described above to the current position of the connection point of the wire.

本実施例の処理装置は、第8図において、マニピュレ
ータの制御装置28から演算装置31への入力の必要がな
く、その代りに傾斜角センサのデータδおよびδ
長さの変化量ΔLとを入力するものである。演算処理の
フローを第13図に示す。
In the processing apparatus of the present embodiment, in FIG. 8, there is no need for input from the manipulator control unit 28 to the arithmetic unit 31, and instead, the inclination angle sensor data δ 1 and δ 2 and the length change amount ΔL. And to enter. The flow of arithmetic processing is shown in FIG.

本実施例では、吊り下げ力を一定に保ったままマニピ
ュレータの関節部の動きに追従して、関節部を常に垂直
に吊り下げることができる。マニピュレータの動きをセ
ンサで検出しているので、マニピュレータ制御装置28と
演算装置31とは結合する必要がない。
In this embodiment, the joint can be always suspended vertically by following the movement of the joint of the manipulator while keeping the suspension force constant. Since the movement of the manipulator is detected by the sensor, it is not necessary to connect the manipulator controller 28 and the arithmetic unit 31.

第3の実施例を第14図に示す。本実施例ではワイヤ結
合点Pの位置を3次元位置測定装置42を用いて直接計測
するもので、第2実施例における変位量x,y,zの値をマ
ニピュレータ制御装置28から得られた関節位置と3次元
位置測定装置のデータとつき合わせて得るか、または3
次元位置測定装置42を用いてワイヤ結合点の位置と関節
の位置の両方を測定し、これをつき合わせて求めるもの
である。以下の処理は第2の実施例と同じである。関節
位置を測定し、このデータを基にワイヤの長さを計算で
求めて制御してもよい。
The third embodiment is shown in FIG. In the present embodiment, the position of the wire connection point P is directly measured using the three-dimensional position measuring device 42, and the values of the displacements x, y, z in the second embodiment are obtained by the joint obtained from the manipulator control device 28. Obtain the position in association with the data of the three-dimensional position measuring device, or
The two-dimensional position measuring device 42 is used to measure both the position of the wire connection point and the position of the joint, and these are determined together. The subsequent processing is the same as in the second embodiment. The joint position may be measured, and the length of the wire may be calculated and controlled based on this data.

宇宙用マニピュレータは仕上げ重量を減らすため極端
な軽量構造をとっており、そのため剛性が低く、低周期
の振動等が発生しやすい。ワイヤはこのようなマニピュ
レータの自然な挙動を阻害することのないようにマニピ
ュレータを吊り下げなければならない。それには第4図
のばね11や第11図のばね39は変位に対して力の変化が少
いものを用いる必要がある。
The space manipulator has an extremely lightweight structure in order to reduce the finishing weight, and therefore has low rigidity and is likely to generate low-period vibrations. The wire must suspend the manipulator so that it does not interfere with the natural behavior of such a manipulator. For this purpose, it is necessary to use the spring 11 shown in FIG. 4 and the spring 39 shown in FIG.

また、第1の実施例に示したワイヤの長さの調整方法
と第2の実施例に示したワイヤの長さの調整方法とを併
用し、ワイヤの結合点が計算上の位置になるためのワイ
ヤ長さに、センサで検出したマニピュレータの実際の位
置と予想位置とのずれを補正するためのワイヤ長さ補正
値を加え、ワイヤ長さを制御すれば、さらに高精度の無
重量模擬が可能である。
In addition, since the method for adjusting the length of the wire described in the first embodiment and the method for adjusting the length of the wire described in the second embodiment are used together, the connection point of the wire is calculated. By adding a wire length correction value to correct the deviation between the actual position and the expected position of the manipulator detected by the sensor to the wire length, and controlling the wire length, a more accurate weightless simulation can be achieved. It is possible.

第4の実施例はワイヤの張力を用いるものである。ワ
イヤの結合点に垂直下向きに荷重Wがかかっているとす
ると、3本のワイヤの合力はこの荷重Wとつり合わなけ
ればならないので、各ワイヤの張力は第7図から次のよ
うに表わされる。
The fourth embodiment uses wire tension. Assuming that a load W is applied vertically downward to the connecting point of the wires, the resultant force of the three wires must be balanced with the load W, and the tension of each wire is expressed as follows from FIG. .

∠P′SFをψとすると、 W=WAcosα+WBcosβ+WCcosγ ……(45) WBsinβ=WAsinαsinθ+WCsinγsinψ ……(46) WAsinαcosθ=WCsinγcosψ ……(47) (46),(47)式から、 WBsinβ=WAsinα(sinθ+cosθbtanψ) ……(48) (45),(47),(48)式から、 ゆえに、 (48)式から、 (47)式から、 ここで、 である。(3)式からkが得られる。また、(6)式か
らiを求め、(27)からsを求めると、(18)式により
γが得られる。従って(53)式からψb0値が求まる。一
方、(7),(10)式からθが得られる。α,β,γ
は第7図から(28)式で得られるDの値と各ワイヤの長
さA,B,Cがわかれば次式より得られる。
When the the ψ b ∠P'SF, W = W A cosα + W B cosβ + W C cosγ ...... (45) W B sinβ = W A sinαsinθ b + W C sinγsinψ b ...... (46) W A sinαcosθ b = W C sinγcosψ b ... (47) (46), (47) from the equation, W B sinβ = W A sinα (sinθ b + cosθ b tanψ b) ...... (48) (45), (47), from equation (48), therefore, From equation (48), From equation (47), here, It is. K is obtained from the equation (3). Further, when i is obtained from the equation (6) and s is obtained from the equation (27), γ is obtained from the equation (18). Therefore, the value of ψ b0 is obtained from equation (53). On the other hand, (7), theta b is obtained from equation (10). α, β, γ
Is obtained from the following equation if the value of D obtained from equation (28) from FIG. 7 and the lengths A, B, and C of the respective wires are known.

以上より、(50),(51),(52)式から各ワイヤの張
力WA,Wb,WCを計算できる。
From the above, the tensions W A , W b , and W C of each wire can be calculated from the equations (50), (51), and (52).

マニピュレータまたは作業対象物体が移動すると、平
衡状態がくずれ、各ワイヤの張力が変化する。第6図に
示すトルクセンサ20を用いてワイヤ張力を測定し、測定
したワイヤ張力が計算したワイヤ張力とほぼ一致するよ
うにワイヤ長さを常に制御すれば、3本のワイヤの張力
の合力は常にマニピュレータや作業対象物の重量とつり
合い、水平方向の力をほとんど発生しないので、無重量
状態を模擬できる。
When the manipulator or the work target object moves, the equilibrium state is broken and the tension of each wire changes. If the wire tension is measured using the torque sensor 20 shown in FIG. 6 and the wire length is constantly controlled so that the measured wire tension substantially matches the calculated wire tension, the resultant force of the three wire tensions is Since it always balances with the weight of the manipulator and the work object and generates almost no horizontal force, it can simulate a weightless state.

宇宙でマニピュレータが作業をする場合、作業対象物
体も無重量環境に置かれる、したがって、宇宙での作業
状況を地上で模擬しようとすれば、作業対象物体も無重
量状態でなければならない。そこで前述の方法を作業対
象物体にも適用し、作業対象物体の1個所または数個所
をそれぞれ3本のワイヤで吊る。このときのワイヤの長
さの制御は例えば運動軌跡を設定し、時々刻々の作業対
象物体の軌跡上の位置かわワイヤの長さを求めて制御す
れば、作業対象物体に軌跡運動をさせることができる。
また、マニピュレータ等と衝突した場合は、傾斜センサ
や距離センサが作動し、反発した方向にワイヤの結合点
が移動するので、作業対象物体は浮遊状態となり、無重
量環境での作業対象物体の挙動も3次元的に模擬でき
る。
When the manipulator works in space, the work object is also placed in a weightless environment. Therefore, in order to simulate the work situation in space on the ground, the work object must also be in a weightless state. Therefore, the above-described method is also applied to the work object, and one or several places of the work object are suspended by three wires. At this time, the length of the wire is controlled, for example, by setting a motion locus, and by controlling the position of the wire on the locus of the work object every moment, the locus motion can be performed on the work object. it can.
In addition, when a collision occurs with a manipulator, etc., the inclination sensor and the distance sensor operate, and the connection point of the wire moves in the direction of repulsion, so that the work target object floats, and the behavior of the work target object in a weightless environment Can also be simulated three-dimensionally.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、マニピュレータのアームが3次元空
間で移動可能な状態でアームの重量を支え無重量状態を
模擬でき、かつ付加される質量がわずかなので、宇宙用
マニピュレータの3次元空間運動の試験を制度良く実行
できる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, since the arm of a manipulator can support the weight of an arm and can simulate a weightless state in the state which can move in a three-dimensional space, and the added mass is small, the test of the three-dimensional space motion of a space manipulator is carried out. Can be implemented systematically.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による無重量模擬装置の第1の実施例値
の斜視図、第2図は第1図装置の主要部の上面図、第3
図は第1図装置の側面図、第4図は肘関節部に対するワ
イヤ接続部の構造の一例を示す図、第5図は手首関節部
に対するワイヤ接続部の構造の一例を示す図、第6図は
ワイヤ駆動装置の構造の一例を示す図、第7図はワイヤ
結合具の結合点の位置制御方法を示す図、第8図はワイ
ヤを制御する制御装置のブロック図、第9図は第8図演
算装置の処理を示すフローチャート、第10図はワイヤ駆
動装置の配置の他の実施例を示す図、第11図は肘関節部
に対するワイヤ接続部の構造の第2の実施例を示す図、
第12図は第11図ワイヤ結合部の結合点の位置制御方法を
示す図、第13図は第12図位置制御方法の制御のフローチ
ャート、第14図は3次元位置測定装置を用いる第3の実
施例を示す図である。 1……アーム、2……架台、3……天井板、4……肘関
節部、5……ワイヤ、6……ワイヤ駆動装置、7……手
首関節部、8……ワイヤ、9……ワイヤ駆動装置、10…
…吊り金具、11……ばね、12……ロードセル、13……ワ
イヤ結合具、14……傾斜センサ、15……ベース、16……
案内プーリ、17……巻取りドラム、18……回転角セン
サ、19……巻取りドラム駆動モータ、20……トルクセン
サ、21……十字梁継手、22……支持金具、23……基部座
標系、24……肘座標系、25……手首座標系、26,27……
ワイヤ駆動装置座標系、28……マニピュレータ制御装
置、29……関節駆動制御装置、30……関節駆動モータ、
31……演算装置、32……ワイヤ駆動制御装置、33……ワ
イヤ、34……距離センサ、35……吊り具、36……ジンバ
ル機構、37……ロッド、38……スラストベアリング、39
……圧縮ばね、40……ジョイント、41……ブーム、42…
…3次元位置測定装置。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a weightless simulation apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a top view of a main part of the apparatus of FIG.
FIG. 1 is a side view of the apparatus shown in FIG. 1, FIG. 4 is a diagram showing an example of a structure of a wire connecting portion with respect to an elbow joint, and FIG. 5 is a diagram showing an example of a structure of a wire connecting portion with respect to a wrist joint. FIG. 7 is a diagram showing an example of the structure of a wire driving device, FIG. 7 is a diagram showing a position control method of a connecting point of a wire connector, FIG. 8 is a block diagram of a control device for controlling a wire, and FIG. 8 is a flowchart showing the processing of the arithmetic unit, FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the arrangement of the wire driving device, and FIG. 11 is a diagram showing a second embodiment of the structure of the wire connecting portion to the elbow joint. ,
FIG. 12 is a diagram showing a position control method of a connection point of a wire connection portion in FIG. 11, FIG. 13 is a flowchart of control of a position control method in FIG. 12, and FIG. 14 is a third method using a three-dimensional position measurement device. It is a figure which shows an Example. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Arm, 2 ... Stand, 3 ... Ceiling board, 4 ... Elbow joint, 5 ... Wire, 6 ... Wire drive device, 7 ... Wrist joint, 8 ... Wire, 9 ... Wire drive, 10…
... hanging brackets, 11 ... springs, 12 ... load cells, 13 ... wire connectors, 14 ... tilt sensors, 15 ... base, 16 ...
Guide pulley, 17 ... winding drum, 18 ... rotation angle sensor, 19 ... winding drum drive motor, 20 ... torque sensor, 21 ... cross beam joint, 22 ... support bracket, 23 ... base coordinates Coordinate system, 24 …… Elbow coordinate system, 25 …… Wrist coordinate system, 26,27 ……
Wire drive device coordinate system, 28 manipulator control device, 29 joint drive control device, 30 joint drive motor,
31 arithmetic operation device, 32 wire drive control device, 33 wire, 34 distance sensor, 35 hanging device, 36 gimbal mechanism, 37 rod, 38 thrust bearing, 39
... compression spring, 40 ... joint, 41 ... boom, 42 ...
... three-dimensional position measuring device.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マニピュレータまたは作業対象物体の少な
くとも1個所をワイヤ結合具を介して1個所につき3方
向から吊り下げるワイヤ群と、 前記各ワイヤの長さを調整するワイヤ駆動装置と、 前記吊り下げ個所の動きに合わせて前記ワイヤの長さを
調整し、前記各3本のワイヤの結合点を前記吊り下げ個
所の略直上部に位置させる指令を前記ワイヤ駆動装置を
制御しているワイヤ駆動制御装置に出力する演算装置と
を備えたことを特徴とする無重量模擬装置。
1. A wire group for suspending at least one portion of a manipulator or a work target object from three directions per wire via a wire connector, a wire driving device for adjusting the length of each wire, and the suspending A wire drive control that controls the wire drive device by adjusting the length of the wire according to the movement of the position and issuing a command to position the connecting point of each of the three wires almost directly above the hanging part. A weightless simulation device comprising a calculation device for outputting to the device.
【請求項2】請求項1に記載の無重量模擬装置におい
て、 前記演算装置が、前記マニピュレータまたは作業対象物
体を駆動しているマニピュレータ制御装置からの吊り下
げ対象個所のデータをワイヤ結合点の目標位置として取
り込み、当該目標位置のデータを基に前記各3本のワイ
ヤの結合点を当該位置に位置決めするための各ワイヤ長
さを演算する演算装置である ことを特徴とする無重量模擬装置。
2. The weightless simulation device according to claim 1, wherein the arithmetic unit is configured to convert data of a suspension target point from the manipulator or a manipulator control device driving the work object into a wire connection point target. A weightless simulating device, characterized in that the weightless simulation device is a calculation device that captures the position as a position and calculates the length of each wire for positioning the connection point of each of the three wires at the position based on the data of the target position.
【請求項3】請求項1に記載の無重量模擬装置におい
て、 前記ワイヤ結合具に当該ワイヤ結合具の傾きを検出する
傾斜センサおよびワイヤ結合具と吊り下げ対象個所との
間の長さを検出する距離センサを設け、 前記演算装置が、前記傾斜センサおよび距離センサから
の傾きおよび長さのデータを取り込み、前記ワイヤ結合
具の傾きおよび長さが常に所定値になるようにするため
の各ワイヤ長さを演算する演算装置である ことを特徴とする無重量模擬装置。
3. The weightless simulation device according to claim 1, wherein the wire coupler detects an inclination sensor for detecting an inclination of the wire coupler, and a length between the wire coupler and a portion to be suspended. The arithmetic unit captures data of the inclination and the length from the inclination sensor and the distance sensor, and sets each of the wires so that the inclination and the length of the wire coupler always have a predetermined value. A weightless simulation device, which is a calculation device for calculating a length.
【請求項4】請求項1に記載の無重量模擬装置におい
て、 前記ワイヤ結合具に当該ワイヤ結合具の傾きを検出する
傾斜センサおよびワイヤ結合具と吊り下げ対象個所との
間の長さを検出する距離センサを設け、 前記演算装置が、前記マニピュレータまたは作業対象物
体を駆動しているマニピュレータ制御装置からの吊り下
げ対象個所のデータをワイヤ結合点の目標位置として取
り込み、当該目標位置のデータを基に前記各3本のワイ
ヤの結合点を当該位置に位置決めするための各ワイヤ長
さを演算するとともに、前記ワイヤ結合具に設けた前記
傾斜センサおよび距離センサからの傾きおよび長さのデ
ータを取り込み、前記ワイヤ結合具の傾きおよび長さが
常に所定値となるようにするための各ワイヤ長さの補正
値を演算する演算装置である ことを特徴とする無重量模擬装置。
4. The weightless simulation device according to claim 1, wherein the wire coupler detects an inclination sensor for detecting an inclination of the wire coupler, and a length between the wire coupler and a suspending target portion. The arithmetic unit captures data of a hanging target position from the manipulator or a manipulator control device driving the work target object as a target position of a wire connection point, and based on the data of the target position. Calculates the length of each wire for positioning the connection point of each of the three wires at the corresponding position, and captures the inclination and length data from the tilt sensor and the distance sensor provided on the wire connector. And a calculation device for calculating a correction value of each wire length so that the inclination and the length of the wire coupling tool always have a predetermined value. Weightlessness simulation device characterized and.
【請求項5】マニピュレータまたは作業対象物体の少な
くとも1個所をワイヤ結合具を介して1個所につき3方
向から吊り下げるワイヤ群と、 前記各ワイヤの長さを調整するワイヤ駆動装置と、 前記マニピュレータまたは作業対象物体の位置を計測す
る3次元位置測定装置と、 当該3次元位置測定装置で計測した前記吊り下げ個所の
動きに合わせて前記ワイヤの長さを調整し、前記各3本
のワイヤの結合点を前記吊り下げ個所の略直上部に位置
させる指令を前記ワイヤ駆動装置を制御しているワイヤ
駆動制御装置に出力する演算装置とを備えた ことを特徴とする無重量模擬装置。
5. A wire group for suspending at least one portion of a manipulator or an object to be worked from three directions for each portion via a wire coupler, a wire driving device for adjusting the length of each wire, and the manipulator or A three-dimensional position measuring device that measures the position of the work target object, and adjusts the length of the wire according to the movement of the hanging point measured by the three-dimensional position measuring device, and joins each of the three wires. An arithmetic unit for outputting a command for positioning a point substantially immediately above the hanging point to a wire drive control device that controls the wire drive device.
【請求項6】マニピュレータまたは作業対象物体の少な
くとも1個所をワイヤ結合具を介して1個所につき3方
向から吊り下げるワイヤ群と、 前記各ワイヤの長さを調整するワイヤ駆動装置と、 前記ワイヤを長さを検出する回転角センサおよび張力を
検出するトルクセンサと、 検出されたワイヤ長さを基に各ワイヤの張力を演算し、
検出されたワイヤ張力が演算したワイヤ張力と等しくな
るように前記各3本のワイヤの結合点を前記吊り下げ個
所の略直上部に位置させる指令を前記ワイヤ駆動装置を
制御しているワイヤ駆動制御装置に出力する演算装置と
を備えた ことを特徴とする無重量模擬装置。
6. A wire group for suspending at least one portion of a manipulator or an object to be worked from three directions for each portion via a wire coupler, a wire driving device for adjusting the length of each wire, and A rotation angle sensor for detecting the length and a torque sensor for detecting the tension, and the tension of each wire is calculated based on the detected wire length.
A wire drive control for controlling the wire drive device to issue a command to position the connection point of each of the three wires substantially immediately above the suspension point so that the detected wire tension becomes equal to the calculated wire tension; A weightless simulation device comprising: a calculation device for outputting to the device.
【請求項7】請求項1〜6のいずれか一項に記載の無重
量模擬装置において、 前記ワイヤ結合具が、前記マニピュレータまたは作業対
象物体の振動や位置ずれ等の自然な挙動を前記ワイヤに
より拘束しないように微小変位を許容するばねを備えた ことを特徴とする無重量模擬装置。
7. The weightless simulation device according to claim 1, wherein the wire coupling tool uses the wire to perform natural behavior such as vibration and displacement of the manipulator or the work object. A weightless simulator that is equipped with a spring that allows a minute displacement so as not to be restrained.
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