JPH0373282A - Control method for master arm - Google Patents

Control method for master arm

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JPH0373282A
JPH0373282A JP20577289A JP20577289A JPH0373282A JP H0373282 A JPH0373282 A JP H0373282A JP 20577289 A JP20577289 A JP 20577289A JP 20577289 A JP20577289 A JP 20577289A JP H0373282 A JPH0373282 A JP H0373282A
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JP
Japan
Prior art keywords
torque
master arm
signal
command value
arm
Prior art date
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Pending
Application number
JP20577289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Morimoto
森本 昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
Priority to JP20577289A priority Critical patent/JPH0373282A/en
Publication of JPH0373282A publication Critical patent/JPH0373282A/en
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Abstract

PURPOSE:To compensate a gravity torque without operating the gravity torque at a gravity torque compensation processing part by subtracting a torque command value immediately after making a PI compensation processing with its feedback from the torque signal which is the output signal of a torque sensor detecting the torque acting on each axis of a master arm. CONSTITUTION:A torque command value immediately after making a PI compensation processing to be fed to the motor of each axis of a master arm is subtracted with its feedback from the torque signal which is the output signal of a torque sensor detecting the torque acting on each axis of the master arm. The gravity part of the master arm is thus compensated and the operational force of the master arm can be lightened enough.

Description

【発明の詳細な説明】 人 産業上の利用分野 本発明は、マスターアームのfi11方式に関し、マス
ターアームの自重補償を行なう場合に適用して有用なも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to the fi11 method of a master arm, and is useful when applied to compensate for the dead weight of the master arm.

B 発明の概要 本発明は、マスターアームの各軸に作用するトルクを検
出するトルクセンサの出力信号であるトルク信号を処理
して得るトルク指令値をフィードバックして前記トルク
センサから差し引くことにより自重補償を行なうように
したものである。
B. Summary of the Invention The present invention provides self-weight compensation by feeding back a torque command value obtained by processing a torque signal, which is an output signal of a torque sensor that detects the torque acting on each axis of a master arm, and subtracting it from the torque sensor. It was designed to do this.

C従来の技術 マスター・スレーブマニプレータハ、多関節の人工の腕
であるマスターアームと、これと相似形のスレーブアー
ムとを有しており、オペレータがマスターアームを操作
したとき、スレーブアームがマスターアームの位置に追
従するよう制御してスレーブアームにより対象物を処理
するものである。
C. Conventional technology Master slave manipulator The machine has a master arm, which is a multi-jointed artificial arm, and a slave arm, which is similar in shape to the master arm, and when the operator operates the master arm, the slave arm becomes the master arm. The slave arm processes the object by controlling it to follow the position of the object.

第4図はこの種のマスター・スレーブマニプレータの構
成の一例を示すブロック図である。同図に示すように、
このマスター・スレーブマニプレータは、マスターアー
ム/スレ−ブアーム及びこれら各アームの各軸に装着さ
れたセンサ部、センサ入力変換器部、制御装置部及び駆
動部からなる。これらのうち制御装置部はセンサ入力値
を入力し、内部処理を行なってトルク指令値を出力する
。駆動部では、このトルク指令値(電圧)を電流指令値
に変換して出力する。この電流指令値でマスターアーム
/スレーブアームの各軸に組込まれたモータを駆動し、
発生するトルクを変速ギヤを介して各軸に伝達するよう
に肚っている。このときのアームの位置、速度及びトル
ク等はセンサ部で夫々検出してセンサ入力変換部に供給
する。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of this type of master-slave manipulator. As shown in the figure,
This master/slave manipulator consists of a master arm/slave arm, a sensor section attached to each axis of each arm, a sensor input converter section, a control device section, and a drive section. Among these, the control device section inputs sensor input values, performs internal processing, and outputs a torque command value. The drive unit converts this torque command value (voltage) into a current command value and outputs it. This current command value drives the motor built into each axis of the master arm/slave arm,
The generated torque is transmitted to each shaft via a transmission gear. The position, speed, torque, etc. of the arm at this time are detected by the sensor section and supplied to the sensor input conversion section.

カカルマスター・スレーブマニプレータの中にはマスタ
ーアームの操作力を軽くするため、マスターアームの自
重によるトルクをキャンセルする自重補償を行なうよう
になっているものもある。第5図及び第6図は、この種
のマスター・スレーブマニプレータのマスターアームの
f!jIIIU系を示すブロック線図である。第5図は
操作前、即ちホールドモードにおけろブロック線図、第
6図は操作時、即ち通常の運転モードにおけるブロック
線図である。第5図に示すように、ホールドモードにお
けろ制御系では、位置入力値をホールド値設定部1にセ
ットして目標値とし、この目標値と位置センサの出力信
号である位置信号を位置工学変換処理部2で処理して得
る信号との位置偏差にサーボゲイン処理部3でサーボゲ
インを乗じ、このサーボゲイン倍したデータと速度セン
サの出力信号である速度信号を速度工学変換処理部4で
処理して得る信号との速度偏差シこPI補償処理部5で
速度形PI補償処理をし、その結果のデータをトルク指
令値とする。
Some Kakaru master/slave manipulators are designed to perform self-weight compensation to cancel the torque due to the master arm's own weight in order to reduce the operating force of the master arm. 5 and 6 show the f! of the master arm of this type of master-slave manipulator. FIG. 2 is a block diagram showing the jIIIU system. FIG. 5 is a block diagram before operation, that is, in the hold mode, and FIG. 6 is a block diagram during operation, that is, in the normal operation mode. As shown in Fig. 5, in the hold mode control system, the position input value is set in the hold value setting section 1 as a target value, and this target value and the position signal that is the output signal of the position sensor are used for position control. The servo gain processing section 3 multiplies the positional deviation from the signal processed by the conversion processing section 2 by the servo gain, and the speed engineering conversion processing section 4 converts the data multiplied by the servo gain and the speed signal, which is the output signal of the speed sensor. A speed type PI compensation processing unit 5 performs speed type PI compensation processing on the speed deviation with the signal obtained by processing, and the resulting data is used as a torque command value.

自重補償処理部6では位置工学変換処理部2で処理した
位置信号に基づく信号を基にマスターアームの自重トル
クを演算する。オフセット値保持部7には、トルクセン
サの出力信号であるトルク信号をトルク工学変換処理部
8て処理して得る(2号と、自重補償処理部6で処理し
た自重トルクを表わす信号との差であるトルク偏差を保
持する。このホールドモードにおいて、スレーブアーム
には自重トルク以外の外力は作用していないので、トル
クセンサがオフセット値をもたず、しかも自重補償処理
が適正に行なわれていればトルク偏差は零であるが、こ
のトルク偏差1.を通常零ではないので、このトルク偏
差をオフセット値として保持しておき、次に述べる運転
モードにわいてトルク偏差を加味した補正を行なうよう
になっている。
The dead weight compensation processing section 6 calculates the dead weight torque of the master arm based on a signal based on the position signal processed by the position engineering conversion processing section 2. The offset value holding unit 7 stores the torque signal, which is the output signal of the torque sensor, processed by the torque engineering conversion processing unit 8 (the difference between No. 2 and the signal representing the dead weight torque processed by the dead weight compensation processing unit 6). In this hold mode, no external force other than self-weight torque is acting on the slave arm, so the torque sensor has no offset value and the self-weight compensation process is properly performed. In this case, the torque deviation is zero, but since this torque deviation 1. is usually not zero, this torque deviation is held as an offset value, and corrections that take the torque deviation into account are performed in the operation mode described below. It has become.

第6図に示すように、運転モードにわけろ制御系では、
トルクセンサが検出した操作時のトルク信号をトルク工
学変換処理部8で処理した信号から、自重補償処理部6
で処理した自重トルクを表わす信号及びオフセット値保
持部7に保持しているオフセット値を差し引き、このデ
ータに摩耗補償ゲイン処理部9で摩擦補償ゲインを乗じ
トルク指令値を形成している。このとき、マスターアー
ムのモータに供給する最終的なトルク指令値は、摩擦補
償ゲインを乗じた直後の前記トルク指令値から、自重補
償処理部6の出力信号である自重トルクを表わす信号及
びスレーブアームに作用する負荷を表わす反力トルク信
号を差し引くとともに、速度工学変換処理部4で処理し
て得る速度を表わす信号を加算したものとなってる。
As shown in Figure 6, in the control system depending on the operation mode,
The self-weight compensation processing unit 6 converts the torque signal detected by the torque sensor during operation into a signal processed by the torque engineering conversion processing unit 8.
The signal representing the self-weight torque processed in 2 and the offset value held in the offset value holding section 7 are subtracted, and this data is multiplied by a friction compensation gain in the wear compensation gain processing section 9 to form a torque command value. At this time, the final torque command value supplied to the motor of the master arm is determined from the torque command value immediately after being multiplied by the friction compensation gain, and a signal representing the self-weight torque which is an output signal of the self-weight compensation processing section 6 and the slave arm. The reaction force torque signal representing the load acting on the motor is subtracted, and a signal representing the speed obtained by processing in the speed engineering conversion processing section 4 is added.

D 発明が解決しようとする課題 第5図及び第6図に示す制御系では、マスターアームの
自重補償を行なうための自重トルクを表わす信号を、位
置センサで検出した位置信号に基づき自重補償処理部6
で自重トルクを演算することにより得ているので、この
演算処理に伴なう構成が複雑になるという欠点がある。
D Problems to be Solved by the Invention In the control system shown in FIGS. 5 and 6, a signal representing the dead weight torque for compensating the master arm's dead weight is generated by the dead weight compensation processing section based on the position signal detected by the position sensor. 6
Since the torque is obtained by calculating the dead weight torque, there is a drawback that the configuration associated with this calculation process is complicated.

本発明は、上記従来技術の欠点に鑑み、演。The present invention has been made in view of the drawbacks of the prior art described above.

算処理を行なうことなく自重補償を行ない得るマスター
アームの制御方式を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a control method for a master arm that can perform self-weight compensation without performing calculation processing.

E 課題を解決するための手段 上記目的を達成する本発明の構成は、 マスターアームの自重によるトルクをキャンセルする自
重補償を行なうようになっているマスターアームの制御
方式であって、マスターアームの各軸のモータに供給す
るpH償処理をした直後のトルク指令値をフィードバッ
クしてマスターアームの各軸に作用するトルクを検出す
るトルクセンサの出力信号であるトルク信号から差し引
くようにしたことを特徴とする。
E. Means for Solving the Problems The configuration of the present invention that achieves the above object is a master arm control system that performs self-weight compensation to cancel the torque due to the master arm's own weight, in which each of the master arms A feature is that the torque command value immediately after pH compensation processing to be supplied to the shaft motor is fed back and subtracted from the torque signal that is the output signal of the torque sensor that detects the torque acting on each shaft of the master arm. do.

F  作    用 上記構成の本発明において、PI補償処理をした直後の
トルク指令値はマスターアームの自重トルクに起因する
量であるため、この量をマスターアームに作用するトル
クから差し引けばマスターアームの自重針が補償され、
マスターアームの操作力は充分軽いものどなる。
F Effect In the present invention having the above configuration, the torque command value immediately after the PI compensation process is an amount due to the master arm's own weight torque, so if this amount is subtracted from the torque acting on the master arm, the master arm's torque is calculated. Dead weight needle is compensated,
The operating force of the master arm was light enough.

G実施例 以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。な
お、従来技術と同一部分には同一番号を付し重複する説
明は省略する。
G. Embodiment Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that parts that are the same as those in the prior art are given the same numbers and redundant explanations will be omitted.

第1図及び第2図(よ、本発明の実施例を実現するマス
ターアームの制御系を示すブロック線図である。第1図
は操作前、即ちホールドモードにおけるブロック線図、
第2図は操作時、即ち通常の運転モードにおけるブロッ
ク線図である。
FIGS. 1 and 2 are block diagrams showing a control system of a master arm that realizes an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram before operation, that is, in a hold mode;
FIG. 2 is a block diagram during operation, that is, in normal operating mode.

第1図に示すように、ホールドモードにおけろ制御系で
は、pi補償処理部5でPI補償処理をした直後のトル
ク指令値をフィードバックしてトルクセンサの出力信号
であるトルク信号をトルク工学変換処理部8で処理して
得る信号との差であるトルク偏差を求めるようになって
いる。このときの前記トルク指令値はマスターアームの
自重トルクを表わすイス号となっているので、オフセッ
ト値保持部7には自重補償を行なった後のトルクセンサ
のオフセット値が保持されろ。
As shown in FIG. 1, in the hold mode, the control system feeds back the torque command value immediately after PI compensation processing in the PI compensation processing section 5, and converts the torque signal, which is the output signal of the torque sensor, into torque engineering. The torque deviation, which is the difference between the signal and the signal obtained by processing in the processing section 8, is determined. Since the torque command value at this time is a chair number representing the dead weight torque of the master arm, the offset value of the torque sensor after performing dead weight compensation is held in the offset value holding section 7.

第2図に示すように、運転モードにおける制御系では、
トルクセンサが検出した操作時のトルク信号をトルク工
学変換処理部8で処理した信号から、PI補償処理部5
でPI補償処理をした直後のフィードバックしたトルク
指令値及びオフセット値を差し引いた後、非線形ゲイン
処理部10で非線形ゲインを乗じ、更にこの非線形ゲイ
ンを乗じた信号から速度工学変換処理部4で処理した速
度を表わす信号を差し引き、PI補償処理部5でPI補
償処理を行なうようになっている。そして、マスターア
ームのモータに供給する最終的なトルク指令値は、PI
補償処理をした直後のトルク指令値から反力トルク信号
を差し引いたものとなっている。
As shown in Figure 2, in the control system in the operation mode,
The PI compensation processing unit 5 converts the torque signal detected by the torque sensor during operation into a signal processed by the torque engineering conversion processing unit 8.
After subtracting the feedback torque command value and offset value immediately after PI compensation processing, the nonlinear gain processing section 10 multiplies the nonlinear gain, and the signal multiplied by this nonlinear gain is processed by the speed engineering conversion processing section 4. A signal representing the speed is subtracted, and a PI compensation processing section 5 performs PI compensation processing. The final torque command value supplied to the motor of the master arm is PI
It is obtained by subtracting the reaction torque signal from the torque command value immediately after the compensation process.

かかる制御系においては、PI補償処理部5てPT補償
処理をした直後のトルク指令値がマスターアームの自重
に起因する自重トルクの大きさに対応しているので、こ
のトルク指令値をトルク工学変換処理部8で処理した後
のマスターアームのトルクを表わす信号から差し引くこ
とにより充分良好な自重補償が行なわれろ。
In such a control system, since the torque command value immediately after the PT compensation process is performed by the PI compensation processing section 5 corresponds to the magnitude of the self-weight torque caused by the self-weight of the master arm, this torque command value is converted into torque engineering. Sufficient self-weight compensation can be performed by subtracting it from the signal representing the torque of the master arm after being processed by the processing section 8.

第3図は非線形ゲイン処理部10におけろ非線形ゲイン
特性を示す特性図である。同図中、横軸に(よ入力Ti
を、また縦軸にはゲインを採っである。同図に示すよう
に、この非線形ゲイン特性では入力Ti=0を中心にそ
の近傍部分に入力不感帯すを設けてあり、この入力不感
帯すでの出力ゲインは零となっており、それ以外の部分
では出力ゲイン−士aとなっている。このように入力不
感帯すを設けることにより入力T1が零近傍でのマスタ
ーアームの振動を防止し得、またマスター、アームの始
動力は非線形ゲイン特性の出力ゲインaのパラメータと
入力不感Wb+7)パラメータで調節することができろ
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the nonlinear gain characteristics in the nonlinear gain processing section 10. In the figure, the horizontal axis (y input Ti
, and the gain is plotted on the vertical axis. As shown in the figure, in this nonlinear gain characteristic, an input dead zone is provided in the vicinity of the input Ti=0, and the output gain in this input dead zone is already zero; In this case, the output gain is -a. By providing the input dead zone in this way, it is possible to prevent vibration of the master arm when the input T1 is near zero, and the starting force of the master and arm is determined by the parameter of the output gain a of the nonlinear gain characteristic and the input dead zone Wb+7) parameter. Be able to adjust it.

H発明の効果 貝上実施例とともに具体的に説明したように、本発明に
よればPI補償処理をした直後のトルク指令値をフィー
ドバックしてマスターアームの各軸に作用するトルクを
検出するトルクセンサの出力(1号であるトルク43号
から差し引くようにしたので、自重補償処理部で自重ト
ルクを演算することなく自重トルク補償を行なうことが
できる。
Effects of the Invention As specifically explained in conjunction with the above embodiments, the present invention provides a torque sensor that feeds back the torque command value immediately after PI compensation processing and detects the torque acting on each axis of the master arm. Since the output of (torque No. 43, which is No. 1) is subtracted, the dead weight torque can be compensated without calculating the dead weight torque in the dead weight compensation processing section.

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

第1図はホールドモードにおけろ本発明の実施例に係る
制御系を示すブロック線図、第2図は連転モードにおけ
ろ本発明の実施例に係る制御系を示すブロック線図、第
3図は非線形ゲイン特性を示す特性図、第4図はマスタ
ー・スレーブマニブレークの構成の一例を示すブロック
図、第5図はホールドモードにおけろ従来技術に係る制
御系を示すブロック線図、第6図は運転モードにおける
従来技術に係る制御系を示すブロック線図である。 図  面  中、 5はPI?11!償処理部、 8はトルク工学変換処理部である。 特  許  出  願  人 株式会社  明   電   舎 代    理    人
FIG. 1 is a block diagram showing a control system according to an embodiment of the present invention in hold mode, and FIG. 2 is a block diagram showing a control system according to an embodiment of the present invention in continuous mode. FIG. 3 is a characteristic diagram showing nonlinear gain characteristics, FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of a master/slave manibrake, and FIG. 5 is a block diagram showing a control system according to the prior art even in hold mode. FIG. 6 is a block diagram showing a control system according to the prior art in an operation mode. Is 5 in the drawing PI? 11! Compensation processing section 8 is a torque engineering conversion processing section. Patent applicant Meidensha Co., Ltd. Agent

Claims (1)

【特許請求の範囲】 マスターアームの自重によるトルクをキャンセルする自
重補償を行なうようになっているマスターアームの制御
方式であって、 マスターアームの各軸のモータに供給するPI補償処理
をした直後のトルク指令値をフィードバックしてマスタ
ーアームの各軸に作用するトルクを検出するトルクセン
サの出力信号であるトルク信号から差し引くようにした
ことを特徴とするマスターアームの制御方式。
[Scope of Claims] A control method for a master arm that performs self-weight compensation to cancel the torque due to the master arm's own weight, which immediately after PI compensation processing is performed to supply motors for each axis of the master arm. A master arm control method characterized in that a torque command value is fed back and subtracted from a torque signal that is an output signal of a torque sensor that detects torque acting on each axis of the master arm.
JP20577289A 1989-08-10 1989-08-10 Control method for master arm Pending JPH0373282A (en)

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JP20577289A JPH0373282A (en) 1989-08-10 1989-08-10 Control method for master arm

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JP (1) JPH0373282A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5943914A (en) * 1997-03-27 1999-08-31 Sandia Corporation Master-slave micromanipulator apparatus
US9533414B2 (en) 2012-03-21 2017-01-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Torque detecting method and arm device

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US5943914A (en) * 1997-03-27 1999-08-31 Sandia Corporation Master-slave micromanipulator apparatus
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