JPH0378643B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0378643B2
JPH0378643B2 JP1481582A JP1481582A JPH0378643B2 JP H0378643 B2 JPH0378643 B2 JP H0378643B2 JP 1481582 A JP1481582 A JP 1481582A JP 1481582 A JP1481582 A JP 1481582A JP H0378643 B2 JPH0378643 B2 JP H0378643B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
operating mechanism
torque
force
rotational speed
master
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP1481582A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58132813A (en
Inventor
Katsutoshi Shimizu
Teisuke Watarai
Takahiko Ito
Juji Hashimoto
Masanori Suzuki
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.)
Chubu Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
Chubu Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electric Power Co Inc, Chubu Electric Power Co Inc, Hitachi Ltd filed Critical Tokyo Electric Power Co Inc
Priority to JP1481582A priority Critical patent/JPS58132813A/en
Publication of JPS58132813A publication Critical patent/JPS58132813A/en
Publication of JPH0378643B2 publication Critical patent/JPH0378643B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00Control of position or direction

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、バイラテラルサーボ装置に係り、特
に、駆動系に無視できない摩擦抵抗が存在するマ
ニピユレータ等のバイラテラルサーボ装置に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a bilateral servo device, and particularly to a bilateral servo device such as a manipulator in which a non-negligible frictional resistance exists in the drive system.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

人が近づけない場所や危険な場所において、人
が操作するのと同様な操作を機械的に行わせるた
めに、マニピユレータが用いられる。このような
用途には、一般に多関節型マニピユレータが用い
られ、その手動操縦方式の1つとしてマスタスレ
ーブ方式がある。この方式のマニピユレータは、
オペレータが実際に操縦するマスタマニピユレー
タと、このマスタマニピユレータに追従して相似
的に動作し実際の作業を行なうスレーブマニピユ
レータとからなり、マスタ側とスレーブ側の機構
は同一構造である。
Manipulators are used to mechanically perform operations similar to those performed by humans in inaccessible or dangerous locations. For such applications, an articulated manipulator is generally used, and one of its manual operation methods is a master-slave method. This type of manipulator is
It consists of a master manipulator that is actually operated by the operator, and a slave manipulator that follows this master manipulator and operates in a similar manner to perform the actual work.The mechanisms on the master side and slave side have the same structure. be.

この方式は、スイツチやジヨイステイツクでマ
ニピユレータの各関節を個別に駆動する方式と比
べて、操作性が優れているといわれている。この
方式の操作性をさらに向上させる手段として、負
荷によりスレーブマニピユレータに加えられた力
をマスタマニピユレータを介してオペレータに反
力の形で伝える方法がある。この手段によれば負
荷に対する力感覚をオペレータに伝達でき、操作
感がよい。しかも、力の大きさを制御する必要が
あるような複雑な作業では、非常に威力を発揮す
る。この反力伝達機能を持つサーボ機構はバイラ
テラルサーボ機構と呼ばれている。
This method is said to be easier to operate than a method in which each joint of the manipulator is driven individually using a switch or joy stick. As a means to further improve the operability of this system, there is a method of transmitting the force applied to the slave manipulator by the load to the operator in the form of a reaction force via the master manipulator. According to this means, the feeling of force against the load can be transmitted to the operator, and the operation feeling is good. Moreover, it is extremely effective in complex work that requires controlling the amount of force. A servo mechanism with this reaction force transmission function is called a bilateral servo mechanism.

ここでは、第1図を参照して、バイラテラルサ
ーボ装置のうちで機構の簡単な対称型バイラテラ
ルサーボ装置の基本的構造を説明する。
Here, with reference to FIG. 1, the basic structure of a symmetrical bilateral servo device, which has a simple mechanism among bilateral servo devices, will be explained.

マスタ側アーム10が連結されたアスタ側アー
ム軸1とスレーブ側アーム11が連結されたスレ
ーブ側アーム軸2の各々の位置信号は、それぞれ
検出器3,4で取り出され、減算器5によりサー
ボ偏差εに変えられる。サーボ偏差εは増幅器
6,7を介してそれぞれの電動機8,9に与えら
れ、スレーブ側では、通常の位置サーボと同様に
スレーブ側アーム11をマスタ側アーム10に追
従させるトルクが生じ、マスタ側ではサーボ偏差
εに比例したトルクが生じるようになつている。
この系に負荷トルクが掛ると、これを保持するた
めにサーボ偏差εが大きくなり、マスタ側にも大
きな反力が与えられることになる。
The position signals of the master side arm shaft 1 to which the master side arm 10 is connected and the slave side arm shaft 2 to which the slave side arm 11 is connected are respectively taken out by detectors 3 and 4, and the servo deviation is detected by the subtractor 5. Can be changed to ε. The servo deviation ε is applied to the respective electric motors 8 and 9 via amplifiers 6 and 7, and on the slave side, a torque is generated that causes the slave side arm 11 to follow the master side arm 10, similar to a normal position servo, and the master side In this case, a torque proportional to the servo deviation ε is generated.
When a load torque is applied to this system, the servo deviation ε increases in order to maintain this load, and a large reaction force is also applied to the master side.

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

ここで、スレーブ側アーム11の駆動機構に摩
擦があると、スレーブ側アーム11の駆動トルク
は、この摩擦トルクに打ち勝つ分だけ余計に必要
となる。したがつて、マスタ側に与えられる反力
も摩擦トルクに対応する分だけ増大する。また、
マスタ側アーム10の駆動機構に摩擦があると、
マスタ側アーム10の操作力は前記反力以外に、
マスタ側摩擦力に打ち勝つ力が必要になる。数Kg
を超える負荷を取り扱う実際のマニピユレータで
は、機構部に十分な機械強度をもたせるために部
品が大型化し、摩擦力が負荷の重量と同程度の数
Kgfにも達する。そのため、スレーブマニピユレ
ータが無負荷状態でも、オペレータの操作力は、
摩擦力に打ち勝つだけ必要になり、操作性が著し
く損なわれるという欠点があつた。
Here, if there is friction in the drive mechanism of the slave side arm 11, the drive torque of the slave side arm 11 will be required to overcome this friction torque. Therefore, the reaction force applied to the master side also increases by an amount corresponding to the friction torque. Also,
If there is friction in the drive mechanism of the master side arm 10,
In addition to the reaction force mentioned above, the operating force of the master side arm 10 is
A force is required to overcome the frictional force on the master side. Several kg
In actual manipulators that handle loads exceeding
It even reaches Kgf. Therefore, even when the slave manipulator is under no load, the operator's operating force is
This has the disadvantage that it is necessary to overcome the frictional force, which significantly impairs operability.

このような摩擦力の操作力への影響を低減する
装置として、第2図に示すバイラテラルサーボ装
置がある。この装置は、第1図装置に点線部分の
構成を付加したものである。
As a device for reducing the influence of such frictional force on the operating force, there is a bilateral servo device shown in FIG. 2. This device is the device shown in FIG. 1 with the configuration shown by the dotted line added.

マスタ側アーム10上に装着した力検出器12
によりオペレータの操作力を電気信号Sに変え、
この電気信号を微分器13に導いて微分信号S〓を
得る。さらに微分信号S〓をシユミツト回路14に
入力し、微分信号のS〓の符号に応じた正または負
の一定電圧Vsを作る。そして、マスタ側では、
操作力の増加によりマスタ側アーム10が駆動さ
れる方向に、摩擦力に対抗して補償トルクが生じ
るように、補償用増幅器15を介して電圧Vsを
モータ8に与える。同時に、スレーブ側では操作
力の増加によりマスタ側アーム10の駆動に伴つ
てスレーブ側アーム11が駆動される方向に、摩
擦力に対抗して補償トルクが生じるように、補償
用増幅器16を介して電圧Vsをモータ9に与え
る。
Force detector 12 mounted on master side arm 10
Converts the operator's operating force into an electrical signal S,
This electric signal is guided to a differentiator 13 to obtain a differentiated signal S〓. Further, the differential signal S〓 is input to the Schmitt circuit 14, and a positive or negative constant voltage Vs is generated depending on the sign of the differential signal S〓. And on the master side,
A voltage Vs is applied to the motor 8 via the compensation amplifier 15 so that a compensation torque is generated against the frictional force in the direction in which the master side arm 10 is driven by an increase in the operating force. At the same time, on the slave side, a compensation torque is generated in the direction in which the slave side arm 11 is driven as the master side arm 10 is driven due to an increase in the operating force, so that a compensation torque is generated against the frictional force through the compensation amplifier 16. Apply voltage Vs to motor 9.

この種の従来技術を示す例としては、特開昭50
−73365号等がある。
An example of this type of prior art is
-73365 etc.

特開昭50−73365号は、スレーブからマスタへ
の力帰還路上に比較器を設け、スレーブの力帰還
量が摩擦力以下の場合に、力帰還量をゼロにする
方式を示している。
JP-A-50-73365 discloses a method in which a comparator is provided on the force feedback path from the slave to the master, and when the amount of force feedback from the slave is less than the frictional force, the amount of force feedback is set to zero.

この方式によれば、スレーブが無負荷の場合、
マスタ操作力を軽減できる。
According to this method, when the slave is unloaded,
Master operation force can be reduced.

しかし、力センサの絶対精度を高精度に保持す
る必要がある。また、センサの温度ドリフトやヒ
ステリシスの影響により高精度に保持できない問
題があつた。さらに、自重トルクを実時間で演算
する高速の演算装置を設置する必要もあつた。
However, it is necessary to maintain high absolute accuracy of the force sensor. In addition, there was a problem that high accuracy could not be maintained due to temperature drift and hysteresis of the sensor. Furthermore, it was necessary to install a high-speed calculation device that calculates the dead weight torque in real time.

また、マスタおよびスレーブ検出器と、トルク
偏差が設定範囲以内のときだけ記憶しているトル
ク偏差を書き換えるメモリと、メモリの出力をス
レーブ駆動系に加算するバイアス回路を設ける方
式も提案されている。
A method has also been proposed in which a master and slave detector are provided, a memory that rewrites the stored torque deviation only when the torque deviation is within a set range, and a bias circuit that adds the output of the memory to the slave drive system.

この方式によれば、スレーブが静止状態で、ス
レーブトルクが設定範囲値に等しくなるように、
スレーブ駆動系が制御され、グリツパで物体を把
持する場合に、設定範囲の値に把持トルクを制御
でき、過大なトルクが加わらないようにできると
されている。
According to this method, when the slave is stationary, the slave torque is equal to the set range value.
It is said that when the slave drive system is controlled and the gripper grips an object, the gripping torque can be controlled to a value within a set range and that excessive torque can be prevented from being applied.

しかしながら、この方式にも、上記特開昭50−
73365号と同様の問題があつた。
However, this method also has
I had the same problem as issue 73365.

特に、上記具体例を含めて、従来の方式では、
マスタ側アームの駆動中に操作力を急に弱める動
作がなされた場合、微分信号の符号が反転し、補
償トルクが駆動方向とは逆方向すなわち摩擦力と
同一方向に働くことがあつた。その結果、反力が
増大し、操作性が損なわれるという問題があつ
た。
In particular, in the conventional method, including the specific example above,
If an operation was made to suddenly weaken the operating force while the master side arm was being driven, the sign of the differential signal would be reversed, and the compensation torque would act in the opposite direction to the driving direction, that is, in the same direction as the frictional force. As a result, there was a problem in that the reaction force increased and the operability was impaired.

本発明の目的は、操作力の如何によらずまた操
作力の急減があつても補償トルクが一定方向にな
るようにして操作性を向上させたバイラテラルサ
ーボ装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a bilateral servo device that improves operability by ensuring that compensation torque remains in a constant direction regardless of the operating force or even if the operating force suddenly decreases.

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

本発明は、上記目的を達成するために、オペレ
ータが操作するマスタ操作機構と、作業を実行す
るスレーブ操作機構と、各操作機構の駆動軸の位
置を検出する位置検出器と、両駆動軸間の位置偏
差に基づきスレーブ操作機構の電動機を駆動しマ
スタ操作機構に追従させる手段と、マスタ操作機
構に加えられた外圧力を検出する力検出器と、力
検出器の出力を微分しトルク変化率を出力する微
分器と、微分器の出力信号の大きさおよび極性に
応じて各操作機構の駆動時の摩擦力に対抗する補
償トルクを演算し上記各操作機構に連結された電
動機のそれぞれに指令として出力する手段とを有
するバイラテラルサーボ装置において、マスタ操
作機構の駆動軸の回転速度を検出する速度検出器
と、検出された回転速度が所定範囲内にあるか否
かを判定する比較器と、検出された回転速度が前
記所定範囲外になつた時に微分器から補償トルク
発生手段への出力を遮断するスイツチとを含み、
当該時点の補償トルクの方向を保持させる手段を
備えたバイラテラルサーボ装置を提案するもので
ある。
In order to achieve the above object, the present invention provides a master operating mechanism operated by an operator, a slave operating mechanism that executes work, a position detector that detects the position of the drive shaft of each operating mechanism, and a position detector that detects the position of the drive shaft of each operating mechanism. means to drive the electric motor of the slave operating mechanism to follow the master operating mechanism based on the positional deviation of A differentiator that outputs a differentiator, and a compensation torque that counteracts the frictional force when driving each operating mechanism is calculated according to the magnitude and polarity of the output signal of the differentiator, and a command is given to each of the electric motors connected to each of the operating mechanisms. a speed detector for detecting the rotational speed of a drive shaft of a master operating mechanism; and a comparator for determining whether the detected rotational speed is within a predetermined range. , a switch that cuts off the output from the differentiator to the compensation torque generating means when the detected rotational speed falls outside the predetermined range;
The present invention proposes a bilateral servo device that includes means for maintaining the direction of compensation torque at that point in time.

本発明は、また、マスタ操作機構の駆動軸の回
転速度を検出する速度検出器と、検出された回転
速度が所定範囲内にあるか否かを判定する比較器
と、検出された回転速度が前記所定範囲外にある
とき微分器から補償トルク発生手段への出力を遮
断する手段と、回転速度の絶対値を得る手段と、
回転速度の絶対値と比較器からの出力とを乗算し
補償トルク演算手段に回転速度に応じた補正値と
して出力する乗算器とを備えたバイラテラルサー
ボ装置を提案するものである。
The present invention also provides a speed detector that detects the rotation speed of the drive shaft of the master operating mechanism, a comparator that determines whether the detected rotation speed is within a predetermined range, and a speed detector that detects the rotation speed of the drive shaft of the master operating mechanism. means for cutting off the output from the differentiator to the compensation torque generating means when it is outside the predetermined range; and means for obtaining the absolute value of the rotational speed;
A bilateral servo device is proposed that includes a multiplier that multiplies the absolute value of the rotational speed by the output from the comparator and outputs the result to compensation torque calculation means as a correction value according to the rotational speed.

本発明は、さらに、マスタ操作機構の駆動軸の
回転速度を検出する速度検出器と、検出された回
転速度が所定範囲内にあるか否かを判定する比較
器と、検出された回転速度が前記所定範囲内にあ
るとき微分器から補償トルク発生手段への出力を
遮断する手段と、回転位置偏差の絶対値を得る手
段と、回転位置偏差の絶対値と前記比較器からの
出力とを乗算し補償トルク演算手段に回転位置偏
差に応じた補正値として出力する乗算器とを備え
たバイラテラルサーボ装置を提案するものであ
る。
The present invention further includes a speed detector for detecting the rotational speed of the drive shaft of the master operating mechanism, a comparator for determining whether the detected rotational speed is within a predetermined range, and a comparator for determining whether the detected rotational speed is within a predetermined range. means for cutting off the output from the differentiator to the compensation torque generating means when the difference is within the predetermined range; means for obtaining the absolute value of the rotational position deviation; and multiplying the absolute value of the rotational position deviation by the output from the comparator. The present invention proposes a bilateral servo device including a multiplier that outputs a correction value according to the rotational position deviation to compensation torque calculation means.

〔作用〕[Effect]

本発明においては、検出された回転速度が所定
値以上のときに、摩擦力補償トルクの方向を変え
ないようにしているので、マスタ側アームの操作
力を急に弱めても、摩擦力補償トルクの方向が頻
繁に変わることがなく、操作性が向上する。
In the present invention, since the direction of the friction force compensation torque is not changed when the detected rotational speed is equal to or higher than a predetermined value, even if the operating force of the master side arm is suddenly weakened, the friction force compensation torque The direction does not change frequently, improving operability.

さらに、摩擦力が速度または負荷トルクに比例
する場合は、速度または負荷トルクの補正項を加
えることができ、変動する摩擦をより正確に補償
できる。
Additionally, if the frictional force is proportional to speed or load torque, a correction term for speed or load torque can be added to more accurately compensate for varying friction.

〔実施例〕〔Example〕

第3図は、本発明によるバイラテラルサーボ装
置の一実施例を示すブロツク図である。ここで
は、第2図と同一部材には同一符号を付けてあ
る。本実施例は、第2図装置に、速度検出器1
7、ウインドコンパレータ18、アナログスイツ
チ19を追加したものである。すなわち、マスタ
側アーム軸1を駆動するモータ8に連結して速度
検出器17を設け、検出速度信号x〓1がある値を越
えるときのみ、ウインドコンパレータ18がアナ
ログスイツチ19に出力信号を送り、微分器13
の出力をシユミツト回路14に出力させる。第3
図実施例の動作を次に説明する。ただし、前述の
基本動作や補償原理等については重複するので、
説明を省略する。
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the bilateral servo device according to the present invention. Here, the same members as in FIG. 2 are given the same reference numerals. In this embodiment, a speed detector 1 is added to the device shown in FIG.
7. A window comparator 18 and an analog switch 19 are added. That is, a speed detector 17 is provided connected to the motor 8 that drives the master side arm shaft 1, and only when the detected speed signal x 1 exceeds a certain value, the window comparator 18 sends an output signal to the analog switch 19. Differentiator 13
The output is outputted to the Schmitt circuit 14. Third
The operation of the illustrated embodiment will now be described. However, since the basic operations and compensation principles described above overlap,
The explanation will be omitted.

力検出器12は、オペレータがマスタ側アーム
10に加えた操作力を検出するために、入力軸ア
ーム上に装着されている。力検出器12は、たと
えばストレンゲージ、その歪量に応じた抵抗値変
化を検出するブリツジ回路、前置増幅器等からな
る。力検出器12の出力信号Sは、微分器13に
導かれ、微分信号S〓となり、アナログスイツチ1
9に入力される。一方、速度検出器17は、入力
軸がマスタ側アーム軸1と連動するタコジエネレ
ータを用いて、マスタ側アーム軸1の回転速度を
検出する。その速度信号x〓1は、ウインドコンパレ
ータ18に入力される。ウインドコンパレータ1
8は、第4図に示す入出力特性をもち、その出力
信号VGは、アナログスイツチ19のゲート入力
端子に入力される。アナログスイツチ19は、ゲ
ート信号が0のときオン状態に、ゲート信号があ
るしきい値VG1以上になるとオフ状態になる。ア
ナログスイツチ19の出力信号S〓1は、シユミツト
回路14に導びかれる。シユミツト回路14は、
第5図に示す特性をもつ。その出力信号Vsはマ
スタ側では、補償用増幅器15を介して減算器2
0に与えられる。減算器20は、増幅器6の出力
信号から前記信号Vsを引き、その結果を電動機
8に与える。一方、スレーブ側では、出力信号
Vsは、補償用増幅器16を介して加算器21に
与えられる。加算器21は、増幅器7の出力信号
と前記信号Vsとを加算し、その結果を電動機9
に与える。
The force detector 12 is mounted on the input shaft arm in order to detect the operating force applied to the master side arm 10 by the operator. The force detector 12 includes, for example, a strain gauge, a bridge circuit that detects a change in resistance value depending on the amount of strain, a preamplifier, and the like. The output signal S of the force detector 12 is guided to the differentiator 13 and becomes a differentiated signal S〓, which is sent to the analog switch 1.
9 is input. On the other hand, the speed detector 17 detects the rotational speed of the master side arm shaft 1 using a tachometer generator whose input shaft is interlocked with the master side arm shaft 1. The speed signal x〓1 is input to the window comparator 18. Window comparator 1
8 has the input/output characteristics shown in FIG. 4, and its output signal V G is input to the gate input terminal of analog switch 19. The analog switch 19 is turned on when the gate signal is 0, and turned off when the gate signal exceeds a certain threshold value V G1 . The output signal S〓1 of the analog switch 19 is guided to the Schmitt circuit 14. The Schmitt circuit 14 is
It has the characteristics shown in FIG. On the master side, the output signal Vs is passed through a compensation amplifier 15 to a subtracter 2.
given to 0. A subtracter 20 subtracts the signal Vs from the output signal of the amplifier 6 and provides the result to the motor 8. On the other hand, on the slave side, the output signal
Vs is provided to the adder 21 via the compensation amplifier 16. The adder 21 adds the output signal of the amplifier 7 and the signal Vs, and sends the result to the electric motor 9.
give to

第6図のa,b,c,d,e,f,g,h,i
は、第3図実施例の各部動作波形である。
a, b, c, d, e, f, g, h, i in Figure 6
These are operation waveforms of each part of the embodiment in FIG.

この第6図を参照して、第3図実施例の動作を
時間の経過に従つて説明する。
With reference to FIG. 6, the operation of the embodiment shown in FIG. 3 will be explained as time passes.

時刻t<t0の段階ではマスタ側アーム10は静
止状態にあり、時刻t0でオペレータがスレーブ側
アーム11上の負荷を駆動するためにマスタ側ア
ーム10に力を加えるものとする。
It is assumed that the master side arm 10 is in a stationary state at time t< t0 , and at time t0 , the operator applies force to the master side arm 10 in order to drive the load on the slave side arm 11.

アーム10に急激な力が加えられる結果、マス
タ側アーム10に加えられた力信号Sは、第6図
aに示すように、急激な出力変化を示すことにな
る。
As a result of the sudden force being applied to the arm 10, the force signal S applied to the master side arm 10 shows a sudden change in output, as shown in FIG. 6a.

その微分信号a〓は、第6図bに示すように、時
間と共に増大する。この時、第6図cに示すよう
に、マスタ側アーム軸の速度x〓1が零であるため、
第6図dに示すように、ウインドコンパレータ1
8の出力はVG=0である。したがつて、アナロ
グスイツチ19は動作状態すなわちオン状態にあ
り、その出力S〓1(信号S〓と同じ)がシユミツト回
路14に印加される。時刻t1に至り、アナログス
イツチ出力S〓1がS〓10に達すると、シユミツト回路
14の出力Vsは−Vs1から+Vs1に変化する。こ
のシユミツト回路14の出力Vsは、補償用増幅
器15および減算器20を介して電動機8に与え
られているから、電動機8のトルクM1は、第6
図hに示すように、−M10から+M10に変化する。
同時に、電動機9のトルクM2も、第6図iに示
すように、−M20から+M20に変化する。
The differential signal a〓 increases with time, as shown in FIG. 6b. At this time, as shown in Fig. 6c, since the speed x〓 1 of the master side arm axis is zero,
As shown in FIG. 6d, the window comparator 1
The output of 8 is V G =0. Therefore, the analog switch 19 is in the active or on state, and its output S〓 1 (same as the signal S〓) is applied to the Schmitt circuit 14 . At time t1 , when the analog switch output S〓1 reaches S〓10 , the output Vs of the Schmitt circuit 14 changes from -Vs1 to + Vs1 . Since the output Vs of this Schmitt circuit 14 is given to the motor 8 via the compensation amplifier 15 and the subtractor 20, the torque M 1 of the motor 8 is
As shown in figure h, it changes from −M 10 to +M 10 .
At the same time, the torque M2 of the electric motor 9 also changes from -M20 to + M20 , as shown in FIG. 6i.

更にオペレータが操作力を増加させると、時刻
t2で、 S+M10≧F1 (F1はマスタ側摩擦トルク) となり、マスタ側アーム軸1が動き始める。この
時スレーブ側アーム軸2は、第6図iに示すよう
に、 M20<ML+F2 (MLは負荷トルク、F2はスレーブ摩擦トルク)
のために動かない。したがつて、マスタ側アーム
軸1の回転に伴つて、第6図gに示すように、マ
スタ側アーム軸1とスレーブ側アーム軸2との間
に位置偏差εを生ずることになる。この偏差ε
は、減算器20及び加算器21を介して、電動機
8,9にそれぞれ伝えられる。その結果、第6図
h,iに示すように、偏差εに応じて、電動機8
のトルクM1は減少し、逆に電動機9のトルクM2
は増加する。この場合のトルクM1の減少は、オ
ペレータに対しては反力の増大として感じられる
ことになる。
When the operator further increases the operating force, the time
At t 2 , S+M 10 ≧F 1 (F 1 is the friction torque on the master side), and the master side arm shaft 1 starts to move. At this time, the slave side arm shaft 2, as shown in Fig. 6i, M 20 < M L + F 2 (M L is the load torque, F 2 is the slave friction torque)
Don't move because of it. Therefore, as the master arm shaft 1 rotates, a positional deviation ε occurs between the master arm shaft 1 and the slave arm shaft 2, as shown in FIG. 6g. This deviation ε
are transmitted to the electric motors 8 and 9 via the subtracter 20 and the adder 21, respectively. As a result, as shown in FIG. 6h and i, the electric motor 8
The torque M 1 of the motor 9 decreases, and conversely the torque M 2 of the electric motor 9 decreases.
increases. A decrease in torque M 1 in this case will be felt by the operator as an increase in reaction force.

時刻t3の時点を過ぎてもマスタ側アーム軸の駆
動を継続する(マスタ側の操作トルクSを更に増
大させる)と、偏差εとともにトルクM2も増加
し続ける。時刻t4で、第6図iに示すように、 M2≧ML+F2 になると、スレーブ側アーム軸2が動き始める。
このとき、マスタ側アーム軸1の反力は、 ML+(F1−M10)+(F2−M20) で与えられる。
If the master-side arm shaft continues to be driven even after time t3 (the master-side operating torque S is further increased), the torque M2 continues to increase along with the deviation ε. At time t4 , as shown in FIG. 6i, when M2ML + F2 , the slave arm shaft 2 begins to move.
At this time, the reaction force of the master side arm shaft 1 is given by M L + (F 1 - M 10 ) + (F 2 - M 20 ).

シユミツト回路14でステツプ状に発生させた
電圧Vs1により電動機8,9に発生するトルク
M10,M20をそれぞれできる限り各軸の摩擦トル
クF1,F2に近づけるように、各回路定数を選定
すれば、オペレータの感じる反力は出力軸にかか
る負荷トルクMLにほぼ等しくなる。
Torque generated in motors 8 and 9 by voltage Vs 1 generated in steps by Schmitt circuit 14
If each circuit constant is selected so that M 10 and M 20 are as close to the friction torques F 1 and F 2 of each shaft as possible, the reaction force felt by the operator will be approximately equal to the load torque M L applied to the output shaft. .

オペレータがスレーブ側アーム軸2を希望の速
度に到達させるようにマスタ側アーム10を操作
するときには、通常、第6図aに示すように、時
刻t4以降に操作トルクSにオーバシユートが生じ
る。このため、第6図bに示すように、力検出器
12の微分信号S〓は符号が反転し、第6図eに一
点鎖線で示すように、時刻t5で、S〓1<−S〓10にな
ると、シユミツト回路14の出力信号も、第6図
fに一点鎖線で示すように、−Vs1となり、符号
が反転する。その結果、電動機トルクM1は、第
6図hに一点鎖線で示すように、2M10だけ減少
する。オペレータにはこのトルクの減少をステツ
プ状の反力増大として感じられるために、引き続
いてマスタ側アーム10を円滑に駆動することは
難しい。また、引き続いてマスタ側アーム10を
駆動するには、第6図aに一点鎖線で示すよう
に、大きな操作力が必要となる。
When the operator operates the master side arm 10 so that the slave side arm shaft 2 reaches a desired speed, an overshoot occurs in the operating torque S after time t4 , as shown in FIG. 6a. Therefore, as shown in FIG. 6b, the sign of the differential signal S〓 of the force detector 12 is reversed, and as shown by the dashed line in FIG. 6e, at time t5 , S〓 1 <-S 10 , the output signal of the Schmitt circuit 14 also becomes -Vs 1 , as shown by the dashed line in FIG. 6F, and its sign is inverted. As a result, the motor torque M 1 decreases by 2M 10 , as shown by the dashed line in FIG. 6h. Since the operator feels this decrease in torque as a stepwise increase in reaction force, it is difficult to continuously drive the master side arm 10 smoothly. Furthermore, in order to subsequently drive the master arm 10, a large operating force is required, as shown by the dashed line in FIG. 6a.

本発明では、第3図に示す速度検出器17、ウ
インドコンパレータ18、アナログスイツチ19
を用いて、第6図cに示すように、マスタ側アー
ム軸の回転速度x〓1が時刻t3でx〓、≧x〓1tの条件を満
足したとき、第6図dに示すように、ウインドコ
ンパレータ18の出力信号Vsを零からVs1に変化
させる。その結果、アナログスイツチ19は、オ
フ状態となり、第6図eに示すように、シユミツ
ト回路14の入力信号S〓1は零になる。したがつ
て、シユミツト回路14の出力信号の符号は、マ
スタ側アーム10の駆動速度が第4図に示すx〓1t
未満になるまで変化しない。そこで、ウインドコ
ンパレータ18のしきい値x〓1tをオペレータが通
常操作する最低速度に対応する値に設定し、しか
もシユミツト回路14のしきい値S〓10をオペレー
タがマスタ側アーム10を通常起動するときの最
小力変化率に対応する値に設定する。
In the present invention, the speed detector 17, window comparator 18, and analog switch 19 shown in FIG.
When the rotational speed x〓 1 of the master side arm shaft satisfies the condition x〓, ≧x〓 1t at time t3 , as shown in Fig. 6c, then as shown in Fig. 6d, , changes the output signal Vs of the window comparator 18 from zero to Vs1 . As a result, the analog switch 19 is turned off, and the input signal S〓1 of the Schmitt circuit 14 becomes zero, as shown in FIG. 6e. Therefore, the sign of the output signal of the Schmitt circuit 14 is determined by the driving speed of the master side arm 10 as shown in FIG.
It does not change until it becomes less than Therefore, the threshold value x〓 1t of the window comparator 18 is set to a value corresponding to the lowest speed at which the operator normally operates, and the threshold value S〓 10 of the Schmitt circuit 14 is set to the value at which the operator normally starts the master side arm 10. Set to the value corresponding to the minimum force change rate at that time.

このようにすれば、オペレータがマスタ側アー
ム10を起動しようとして力を入れたときだけ、
シユミツト回路14の出力信号の符号が切り換わ
り、摩擦抵抗に対抗する補償トルクが起動方向に
発生することになる。この最低速度と最小力変化
率の値は、発明者の得たデータによれば、アーム
を握つたオペレータの手の周速が5〜10mm/sec
最小力変化率が0.4〜0.8Kgf/sec程度あれば、補
償トルクの方向切換えが十分円滑にいき、しかも
常に摩擦力の反対方向にもつていけることが確認
された。
In this way, only when the operator applies force to start the master side arm 10,
The sign of the output signal of the Schmitt circuit 14 is switched, and a compensating torque is generated in the starting direction to counteract the frictional resistance. According to the data obtained by the inventor, the value of the minimum speed and minimum force change rate is 5 to 10 mm/sec when the peripheral speed of the operator's hand grasping the arm is 5 to 10 mm/sec.
It has been confirmed that if the minimum force change rate is about 0.4 to 0.8 Kgf/sec, the direction of the compensation torque can be switched smoothly enough, and moreover, it can always be applied in the opposite direction of the frictional force.

第3図実施例によれば、マスタ側アームを操作
する際のマスタ側の摩擦力に抗する操作力を低減
できる。また、スレーブ側の摩擦力がマスタ側に
フイードバツクされないので、スレーブ側からマ
スタ側への力伝達が正確になり、加えて、伝達で
きる力の範囲を広げることが可能となる。
According to the embodiment in FIG. 3, it is possible to reduce the operating force against the frictional force on the master side when operating the master side arm. Furthermore, since the frictional force on the slave side is not fed back to the master side, force transmission from the slave side to the master side becomes accurate, and in addition, it becomes possible to widen the range of force that can be transmitted.

第7図は本発明の他の実施例を示すブロツク図
である。第7図において第3図と同一部材には同
一符号を付けてある。
FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same members as in FIG. 3 are given the same reference numerals.

本実施例は第3図実施例に点線内の電圧調整器
22、絶対値回路23、乗算器24、加算器25
を追加したものである。マスタ側アーム軸1の回
転速度信号x〓1を電圧調整器22を介して絶対値回
路23に導き、電圧調整器22の出力信号Vxの
絶対値信号|Vx|を得る。この絶対値信号|Vx
|とシユミツト回路14の出力信号Vsとを乗算
器24に入力する。乗算器24から出力される|
Vx|×Vsとシユミツト回路14の出力信号Vsと
を加算器25で加算し、この加算器25の出力信
号Vssを補償用増幅器15,16に入力する。加
算器25の出力信号は、第5図に示すように、回
転速度信号x〓1に比例したものとなる。この場合の
比例定数は、電圧調整器22で任意に設定可能で
ある。
This embodiment has a voltage regulator 22, an absolute value circuit 23, a multiplier 24, and an adder 25 in addition to the embodiment in FIG.
is added. The rotational speed signal x〓 1 of the master side arm shaft 1 is guided to the absolute value circuit 23 via the voltage regulator 22, and the absolute value signal |Vx| of the output signal Vx of the voltage regulator 22 is obtained. This absolute value signal |Vx
| and the output signal Vs of the Schmitt circuit 14 are input to the multiplier 24. Output from multiplier 24 |
The adder 25 adds Vx| The output signal of the adder 25 is proportional to the rotational speed signal x 1 , as shown in FIG. The proportionality constant in this case can be arbitrarily set by the voltage regulator 22.

第7図実施例によれば、摩擦トルクが速度に比
例して増大する場合でも有効な摩擦補償が可能で
ある。
According to the embodiment shown in FIG. 7, effective friction compensation is possible even when the friction torque increases in proportion to the speed.

第9図は第7図実施例の変形例を示すブロツク
図である。本実施例は電圧調整器22の入力信号
として速度信号x〓1の代りに回転位置偏差εを用い
たものである。この偏差εは、スレーブ側負荷ト
ルクに比例するから、加算器25の出力信号VSL
は負荷トルクに比例することになる。第9図実施
例によれば、摩擦トルクが負荷トルクに比例する
場合であつても有効な摩擦補償が可能である。
FIG. 9 is a block diagram showing a modification of the embodiment of FIG. 7. In this embodiment, the rotational position deviation ε is used as the input signal to the voltage regulator 22 instead of the speed signal x 1 . Since this deviation ε is proportional to the slave side load torque, the output signal of the adder 25 V SL
is proportional to the load torque. According to the embodiment of FIG. 9, effective friction compensation is possible even when the friction torque is proportional to the load torque.

なお、第7図の実施例と第9図の実施例とを組
み合わせてもよいことは明らかであろう。
It will be obvious that the embodiment of FIG. 7 and the embodiment of FIG. 9 may be combined.

以上の実施例は、対称型バイラテラルサーボ装
置を例に説明したが、本発明は力逆送型、力帰還
型等の非対称型バイラテラルサーボ装置に対して
も同様に適用できる。
Although the above embodiments have been explained using a symmetrical bilateral servo device as an example, the present invention can be similarly applied to asymmetrical bilateral servo devices such as a force reversal type and a force feedback type.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、摩擦力補償トルクの方向を常
に摩擦トルクと逆方向にでき、マニピユレータの
操作性が良くなる。
According to the present invention, the direction of the frictional force compensation torque can always be opposite to the frictional torque, improving the operability of the manipulator.

特に、摩擦トルクが速度または負荷トルクに比
例する場合でも、速度または負荷の増大に対応し
て補償トルクを増大させるので、操作性が向上す
る。
In particular, even if the friction torque is proportional to the speed or load torque, the compensating torque is increased in response to an increase in speed or load, resulting in improved operability.

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

第1図は従来の対称型バイラテラルサーボ装置
のブロツク図、第2図は第1図従来装置を改良し
た従来の対称型バイラテラルサーボ装置のブロツ
ク図、第3図は本発明による対称型バイラテラル
サーボ装置の第1実施例のブロツク図、第4図は
第3図実施例のウインドコンパレータの出力特性
図、第5図は第3図実施例のシユミツト回路の出
力特性図、第6図a,b,c,d,e,f,g,
h,iは第3図実施例の各部の動作波形を示す
図、第7図は本発明の他の実施例のブロツク図、
第8図は第7図実施例を構成する乗算器の出力特
性図、第9図は第7図実施例の変形例のブロツク
図である。 1……マスタ側アーム軸、2……スレーブ側ア
ーム軸、3,4……位置検出器、5,20……減
算器、6,7……増幅器、8,9……電動機、1
0……マスタ側アーム、11……スレーブ側アー
ム、12……力検出器、13……微分器、14…
…シユミツト回路、15,16……補償用増幅
器、17……速度検出器、18……ウインドコン
パレータ、19……アナログスイツチ、21,2
5……加算器、22……電圧調節器、23……絶
対値回路、24……乗算器。
Fig. 1 is a block diagram of a conventional symmetrical bilateral servo device, Fig. 2 is a block diagram of a conventional symmetrical bilateral servo device that is an improvement over the conventional device shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a symmetrical bilateral servo device according to the present invention. A block diagram of the first embodiment of the lateral servo device, FIG. 4 is an output characteristic diagram of the window comparator of the embodiment shown in FIG. 3, FIG. 5 is an output characteristic diagram of the Schmitt circuit of the embodiment shown in FIG. 3, and FIG. 6 a , b, c, d, e, f, g,
h and i are diagrams showing operating waveforms of each part of the embodiment in FIG. 3, and FIG. 7 is a block diagram of another embodiment of the present invention.
8 is an output characteristic diagram of the multiplier constituting the embodiment of FIG. 7, and FIG. 9 is a block diagram of a modification of the embodiment of FIG. 7. 1... Master side arm axis, 2... Slave side arm axis, 3, 4... Position detector, 5, 20... Subtractor, 6, 7... Amplifier, 8, 9... Electric motor, 1
0... Master side arm, 11... Slave side arm, 12... Force detector, 13... Differentiator, 14...
...Schmitt circuit, 15, 16...Compensation amplifier, 17...Speed detector, 18...Window comparator, 19...Analog switch, 21,2
5... Adder, 22... Voltage regulator, 23... Absolute value circuit, 24... Multiplier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 オペレータが操作するマスタ操作機構と、作
業を実行するスレーブ操作機構と、各操作機構の
駆動軸の位置を検出する位置検出器と、両駆動軸
間の位置偏差に基づきスレーブ操作機構の電動機
を駆動しマスタ操作機構に追従させる手段と、マ
スタ操作機構に加えられた加圧力を検出する力検
出器と、力検出器の出力を微分しトルク変化率を
出力する微分器と、微分器の出力信号の大きさお
よび極性に応じて各操作機構の駆動時の摩擦力に
対抗する補償トルクを演算し上記各操作機構に連
結された電動機のそれぞれに指令して出力する手
段とを有するバイラテラルサーボ装置において、 前記マスタ操作機構の駆動軸の回転速度を検出
する速度検出器と、検出された回転速度が所定範
囲内にあるか否かを判定する比較器と、検出され
た前記回転速度が前記所定範囲外になつた時に前
記微分器から前記補償トルク発生手段への出力を
遮断するスイツチとを含み、当該時点の補償トル
クの方向を保持させる手段を備えたことを特徴と
するバイラテラルサーボ装置。 2 特許請求の範囲第1項に記載のバイラテラル
サーボ装置において、 前記回転速度の絶対値を得る手段と、 前記回転速度の絶対値と前記比較器からの出力
とを乗算し前記補償トルク演算手段に回転速度に
応じた補正値として出力する乗算器と を備えたことを特徴とするバイラテラルサーボ装
置。 3 特許請求の範囲第1項に記載のバイラテラル
サーボ装置において、 前記回転位置偏差の絶対値を得る手段と、 前記回転位置偏差の絶対値と前記比較器からの
出力とを乗算し前記補償トルク演算手段に前記回
転位置偏差に応じた補正値として出力する乗算器
と を備えたことを特徴とするバイラテラルサーボ装
置。
[Claims] 1. A master operating mechanism operated by an operator, a slave operating mechanism that executes work, a position detector that detects the position of the drive shaft of each operating mechanism, and a position detector that detects the position of the drive shaft of each operating mechanism, and A means for driving the electric motor of the slave operating mechanism to follow the master operating mechanism, a force detector that detects the pressing force applied to the master operating mechanism, and a differentiator that differentiates the output of the force detector and outputs the torque change rate. and means for calculating a compensating torque to counteract the frictional force when driving each operating mechanism according to the magnitude and polarity of the output signal of the differentiator, and commanding and outputting it to each of the electric motors connected to each of the operating mechanisms. A bilateral servo device comprising: a speed detector that detects the rotational speed of the drive shaft of the master operating mechanism; a comparator that determines whether the detected rotational speed is within a predetermined range; and a switch for cutting off the output from the differentiator to the compensation torque generating means when the rotational speed exceeds the predetermined range, and means for maintaining the direction of the compensation torque at the time. Bilateral servo device. 2. The bilateral servo device according to claim 1, further comprising: means for obtaining the absolute value of the rotational speed; and compensation torque calculation means for multiplying the absolute value of the rotational speed by the output from the comparator. and a multiplier that outputs a correction value according to rotational speed. 3. The bilateral servo device according to claim 1, further comprising means for obtaining the absolute value of the rotational position deviation, and multiplying the absolute value of the rotational position deviation by the output from the comparator to obtain the compensation torque. A bilateral servo device, characterized in that the calculation means includes a multiplier that outputs a correction value according to the rotational position deviation.
JP1481582A 1982-02-03 1982-02-03 Bilateral servo device Granted JPS58132813A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1481582A JPS58132813A (en) 1982-02-03 1982-02-03 Bilateral servo device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1481582A JPS58132813A (en) 1982-02-03 1982-02-03 Bilateral servo device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58132813A JPS58132813A (en) 1983-08-08
JPH0378643B2 true JPH0378643B2 (en) 1991-12-16

Family

ID=11871530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1481582A Granted JPS58132813A (en) 1982-02-03 1982-02-03 Bilateral servo device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS58132813A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023074336A1 (en) * 2021-10-29 2023-05-04 慶應義塾 Compensation system, compensation device, compensation method, and program

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60155384A (en) * 1984-01-20 1985-08-15 工業技術院長 Different structure bilateral-master-slave-manipulator
JPS60150978A (en) * 1984-01-20 1985-08-08 日本原子力発電株式会社 Remote manual operating device
JPS60167780A (en) * 1984-02-03 1985-08-31 株式会社東芝 Master slave manipulator
JPH0631525Y2 (en) * 1985-02-28 1994-08-22 株式会社明電舍 Control device for manipulator

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5638357B2 (en) * 1973-11-05 1981-09-05
JPS5851086A (en) * 1981-09-18 1983-03-25 三菱重工業株式会社 Method of controlling master slave manipulator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023074336A1 (en) * 2021-10-29 2023-05-04 慶應義塾 Compensation system, compensation device, compensation method, and program

Also Published As

Publication number Publication date
JPS58132813A (en) 1983-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4950116A (en) Manipulator controlling apparatus
JP3088004B2 (en) Operation command device
EP0518303B1 (en) Rate mode hand controller with force reflection
JPH0378643B2 (en)
JP2906256B2 (en) Servo control device
JPH11198077A (en) Power-assisted assistant arm
JP2580502B2 (en) Force / torque control method for motor with reduction gear
JPH0239805B2 (en)
JP2003039348A (en) Remotely-controlled robot control device
JPH07104725B2 (en) Manipulator drive system
JP4513071B2 (en) Robot control device
JP2501508Y2 (en) Bilateral master slave manipulator
JPS62162479A (en) Force sensing type manipulator
JP3972151B2 (en) Load torque observer
JP3253170B2 (en) Manipulator control method
JPH0244676B2 (en)
JPH05250029A (en) Industrial robot
JP2581192B2 (en) Master / slave / manipulator controller
JPH0224078A (en) Manipulator controller
JP2656584B2 (en) Control device for master-slave manipulator
JPH0683971B2 (en) Bilateral Servo Manipulator Control Method
JPH1142578A (en) Control method and device for robot
JP2002219675A (en) Controller for robot
JP2001105358A (en) Joint drive control system
JPH0413107B2 (en)