JPH04115882A - Suspension mechanism with constant tension - Google Patents

Suspension mechanism with constant tension

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Publication number
JPH04115882A
JPH04115882A JP2238054A JP23805490A JPH04115882A JP H04115882 A JPH04115882 A JP H04115882A JP 2238054 A JP2238054 A JP 2238054A JP 23805490 A JP23805490 A JP 23805490A JP H04115882 A JPH04115882 A JP H04115882A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wire
tension
arm
axis
gravity
Prior art date
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Pending
Application number
JP2238054A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mutsuji Kobayashi
小林 睦司
Yoshitaka Iida
飯田 好高
Takaaki Kamiyoshi
神吉 孝明
Hirotsune Fujii
裕矩 藤井
Tsuguhito Maruyama
次人 丸山
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu 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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2238054A priority Critical patent/JPH04115882A/en
Publication of JPH04115882A publication Critical patent/JPH04115882A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To repeatedly perform the simulation of the motion of an object in a gravityfree space over a long time, by providing a suspension position moving mechanism which moves the suspension position of a wire with the degree of freedom in the horizontal direction so that the wire becomes vertical. CONSTITUTION:The tension applied on a wire 102 which suspends an object body 101 is detected by a tension sensor 103, and the wire 102 is wound/rewound by a winding mechanism 104 so that this tension becomes a constant value by a control part 105. Also the suspension position of the wire 101 is moved by a suspension position moving mechanism 106 so that the wire 102 becomes vertical at all times, so as to cause no horizontal component force of the tension.

Description

【発明の詳細な説明】 [目次] 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段(第1図) 作用 実施例(第2図〜第42図) 1、無重力模擬実験システムの基本方式1.1.オンラ
イン無重力模擬実験システム■1.1.1.全体構成 a、シミュレーションデータ作成部 す、多関節構造体(宇宙ロボット) C0無重力模擬装置 1.1.2.要素部品 a、張力一定吊り機構部 ■、鉛直方向の動作機構 イ、吊り張力調整方式。
[Detailed description of the invention] [Table of contents] Overview Industrial field of application Conventional technology Problems to be solved by the invention Means for solving the problems (Fig. 1) Working examples (Figs. 2 to 42) 1. Basic method of zero-gravity simulation system 1.1. Online weightless simulation experiment system■1.1.1. Overall configuration a, simulation data creation department, multi-jointed structure (space robot) C0 zero gravity simulator 1.1.2. Element parts a, constant tension suspension mechanism part ■, vertical movement mechanism a, suspension tension adjustment method.

口、吊り位置とジンバル、カウンタ バランサ バ、ワイヤ巻取り機構部 二、張力センサと制御装置の構成 り、水平面内の動作機構(吊りアーム)口1本体支持駆
動部など 1.1.3.オンラインデータ作成法 1.1.4.オンラインデータに基づ(協調制御動作 1.2.オフライン無重力模擬実験システム■1.2.
1.全体構成 1.2.2.要素部品 a、角度検出センサ ■、光学式角度検出センサ ■9分力検出センサ 1.2.3.制御動作 1.3.オンライン無重力模擬実験システム■1.3.
1.全体構成 1.3.2.要素部品 a、ロボットベースの反作 1.3.3.制御動作 ■、4.オンライン無重力模擬実験システムI11.4
.1  全体構成 1.4.2.制御動作 2、吊り方式 2、l1重心鉛直線上吊り方式 2.2.静力学的釣合い方式 2.3.折衷方式 3、吊りアームの制御 3.1吊り方向鉛直保持方式のアルゴリズム3.21巻
取り機構部による張カ一定制御3.2.1. l−ルク
制御方式■ a、全体構成 り、各要素の構成 C6制御方法 3.2.2. トルク制御方式II a、全体構成 り、制御方法 3.2.3 トルク制御卸方式■ a、全体構成 り、制御方法 3.2.4速度制御方式 %式% 3.3.制御回路の具体的構成 4、シミュレーション計算機システム 4.1.システム構成■ 4.2.システム構成■ 発明の効果 [概要] 無重力空間における宇宙ロボットの挙動を地上でハード
ウェア的に模擬する無重力模擬実験装置などに用いられ
る張力一定吊り機構に関し、無重力模擬実験装置を実現
するのに適した簡潔な構成の張力一定吊り機構を提供す
ることを目的とし、 対象物体を吊るワイヤと、ワイヤに掛かる張力を測定す
る張力センサと、ワイヤを巻取り7巻戻しする巻取り機
構部と、張力センサの測定値に基づきワイヤに掛かる張
力が一定となるように巻取り機構部の巻取り7巻戻しを
制御する制御部と、ワイヤの吊り下げ位置をワイヤが鉛
直となるように水平方向に自由度を持って動かす吊り位
置移動機構部とを備えて成る。
Port, hanging position and gimbal, counterbalance server, wire winding mechanism part 2, configuration of tension sensor and control device, operating mechanism in horizontal plane (hanging arm) port 1 main body support drive part, etc. 1.1.3. Online data creation method 1.1.4. Based on online data (cooperative control operation 1.2. Offline zero gravity simulation experiment system ■1.2.
1. Overall configuration 1.2.2. Element part a, angle detection sensor ■, optical angle detection sensor ■9 component force detection sensor 1.2.3. Control operation 1.3. Online zero-gravity simulation system■1.3.
1. Overall configuration 1.3.2. Element part a, robot-based reaction 1.3.3. Control operation ■, 4. Online weightless simulation experiment system I11.4
.. 1 Overall configuration 1.4.2. Control operation 2, hanging method 2, l1 center of gravity vertical hanging method 2.2. Static balance method 2.3. Compromise method 3, control of hanging arm 3.1 Algorithm for vertical holding method in hanging direction 3.21 Constant tension control by winding mechanism 3.2.1. l-Lux control method ■ a. Overall configuration, configuration of each element C6 Control method 3.2.2. Torque control method II a. Overall configuration, control method 3.2.3 Torque control wholesale method ■ a. Overall configuration, control method 3.2.4 Speed control method % formula % 3.3. Specific configuration of control circuit 4, simulation computer system 4.1. System configuration ■ 4.2. System configuration ■ Effects of the invention [Summary] Regarding a constant tension suspension mechanism used in a zero gravity simulation experiment device that simulates the behavior of a space robot in zero gravity space using hardware on the ground, we have developed a device suitable for realizing a zero gravity simulation experiment device. The purpose is to provide a constant tension hanging mechanism with a simple configuration, which includes a wire for hanging a target object, a tension sensor that measures the tension applied to the wire, a winding mechanism that winds and unwinds the wire seven times, and a tension sensor. A controller that controls the winding and unwinding of the winding mechanism so that the tension applied to the wire is constant based on the measured value of and a hanging position moving mechanism section that moves the hanging position by holding it.

[産業上の利用分野] 本発明は、例えば無重力空間における宇宙ロボットの挙
動を地上でハードウェア的に模擬する無重力模擬実験装
置などに用いられる張力一定吊り機構に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a constant-tension suspension mechanism used, for example, in a zero-gravity simulation experiment device that simulates the behavior of a space robot in zero-gravity space using hardware on the ground.

宇宙ステーションや宇宙プラットフォーム、観?j11
衛星、宇宙実験モジュールなどの宇宙インフラストラフ
チャを構成、運用していくためには組立・保守・点検・
修理などの支援作業を宇宙空間で行う必要がある。この
船外作業を従来のように人間が行うには安全性や作業時
間の制限の点で問題がある。そこで、有人作業を代替す
る高い動作機能を持つ空間移動形またはトラス移動形の
宇宙ロボットの開発が期待されている。
Do you see a space station or space platform? j11
In order to configure and operate space infrastructure such as satellites and space experiment modules, assembly, maintenance, inspection, and
Repairs and other support work must be carried out in space. Performing this overboard work by humans as in the past poses problems in terms of safety and work time limitations. Therefore, there are expectations for the development of space-moving or truss-moving space robots with high operational capabilities that can replace manned work.

宇宙空間でロボットに高機能な作業を行わせるために、
無重力下でグイナミヅクスを考慮した反力制御を行うこ
とが必須であり、ロボットの制御則や遠隔操作の計画、
操縦手法を研究、開発する必要がある。作業時のロボッ
トの挙動を正確に把握する手法として、地上で宇宙ロボ
ットの無重力状態の動作を直接模擬するハードウェアに
よるシミュレーション装置が切望されている。
To make robots perform highly functional tasks in outer space,
It is essential to perform reaction force control that takes into account Guinamidukkus under zero gravity, and the robot control law and remote control planning,
It is necessary to research and develop maneuvering techniques. As a method to accurately understand the behavior of robots during work, there is a strong need for a hardware simulation device that directly simulates the movements of space robots in zero gravity on the ground.

[従来の技術] 地上で物体の無重力状態の動作を直接模擬する方式とし
て、従来、次のようなものが考案、実施されてきた。
[Prior Art] Conventionally, the following methods have been devised and implemented as methods for directly simulating the motion of objects in a zero-gravity state on the ground.

■空気浮上または磁気浮上により定盤上で平面内無重力
動作を模擬する。
■Simulate weightless motion in a plane on a surface plate using air levitation or magnetic levitation.

■物体を水槽に入れ、浮力を利用して重力をキャンセル
し、3次元で無重力動作を模擬する。
■Put an object in a water tank, use buoyancy to cancel gravity, and simulate zero-gravity behavior in three dimensions.

■落下塔や航空機の落下を用いて無重力状態を作り、そ
の中で動作させる。
■Create a zero-gravity state using a falling tower or aircraft, and operate within that state.

−h記■ではロボットの運動が2次元子面内に限定され
る、■では流体抵抗により宇宙空間の動特性が実現でき
ない、■では短時間の運動模擬に限定されるという欠点
がある。
-H Notes ■The robot's motion is limited to a two-dimensional plane, ■■ cannot realize the dynamic characteristics of outer space due to fluid resistance, and ■■ is limited to short-term motion simulation.

そこで、対象物体をワイヤで吊り、そのワイヤに掛ける
張力で対象物体の重力をキャンセルし、模擬的な無重力
状態を地上で作り出す方法が提案されている。この方法
では対象物体をワイヤにより常に一定の張力で吊ること
が必要となる。
Therefore, a method has been proposed in which the object is suspended by a wire and the tension applied to the wire cancels out the object's gravity to create a simulated weightless state on the ground. This method requires that the object be suspended by a wire with constant tension.

この対象物体を吊る方式としては種々の方法が考えられ
、例えば第8図に示されるように、アームを風船で吊る
風船式、アームなブーりとカウンタバランサで吊るカウ
ンタバランス式、バネを用いてアームを吊ったワイヤを
ワイヤ巻胴に巻取り/繰出しする定荷重バネ式(コンス
トンバネ)、ワイヤ巻胴と巻取りモータを用いてアーム
を吊る巻取り式などがある。
Various methods can be considered for suspending this target object. For example, as shown in Figure 8, there is a balloon method in which an arm is suspended from a balloon, a counterbalance method in which an arm is suspended by a counterbalancer, and a counterbalance method in which an arm is suspended by a counter balancer. There are constant force spring types (Conston springs) in which a wire with a suspended arm is wound around a wire winding drum and unwinded, and a winding type in which the arm is suspended using a wire winding drum and a winding motor.

[発明が解決しようとする問題点] 宇宙ロボットなどのような複雑な構造を持った多関節構
造体をワイヤで吊って無重力状態を模擬しようとする場
合、そのワイヤを吊り下げる機構は大規模になりがちで
あり、このため多関節構造体に対しワイヤ吊り方式によ
り無重力状態を模擬する装置は現在のところ存在しない
[Problems to be solved by the invention] When attempting to simulate weightlessness by suspending a multi-jointed structure with a complex structure, such as a space robot, using a wire, the mechanism for suspending the wire must be large-scale. Therefore, there is currently no device that simulates a zero-gravity state using a wire suspension method for a multi-joint structure.

したがって多関節構造体などの無重力模擬実験装置を実
現するにあたっては、コンパクトな構成の張力一定吊り
機構が必要とされる。このためには、吊り下げ重力の変
化に対応しやすく小型、高精度化が狙える巻取り方式が
張力一定吊り機構に適している。
Therefore, in order to realize a zero-gravity simulation experiment device such as a multi-jointed structure, a constant tension suspension mechanism with a compact configuration is required. For this purpose, a winding method that can easily respond to changes in the suspension gravity and aim for compactness and high precision is suitable for a constant tension suspension mechanism.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、多関節構造体などの無重力模擬実
験装置を実現するのに適した巻取り方式による簡潔な構
成の張力一定吊り機構を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a simple structure with a constant tension suspension mechanism using a winding method suitable for realizing a zero-gravity simulation experiment apparatus for multi-jointed structures and the like. Our goal is to provide the following.

[課題を解決するための手段] 第1図は本発明に係る原理説明図である。[Means to solve the problem] FIG. 1 is a diagram explaining the principle of the present invention.

本発明においては、第1の形態として、対象物体101
を吊るワイヤ102と、ワイヤ102に掛かる張力を測
定する張力センサ103と、ワイヤを巻取り7巻戻しす
る巻取り機構部104と、張力センサ103の測定値に
基づきワイヤ102に掛かる張力が一定となるように巻
取り機構部104の巻取り7巻戻しを制御する制御部1
05と、ワイヤ103の吊り下げ位置をワイヤ102が
鉛直となるように水平方向に自由度を持って動かす吊り
位置移動機構部106とを備えた張力一定吊り機構が提
供される。
In the present invention, as a first form, the target object 101
a tension sensor 103 that measures the tension applied to the wire 102; a winding mechanism section 104 that winds up and unwinds the wire seven times; The control unit 1 controls the winding 7 unwinding of the winding mechanism unit 104 so that
05, and a hanging position moving mechanism section 106 that moves the hanging position of the wire 103 with a degree of freedom in the horizontal direction so that the wire 102 becomes vertical.

また本発明においては、第2の形態として、上述の第1
の形態の張力一定吊り機構において、対象物体101が
6自由度の多関節のアームを持つ多関節構造体であり、
このアームを複数本のワイヤ102で吊るように構成し
、上記張力センサ103と、上記巻取り機構部104と
、上記制御部105と、上記吊り位置移動機構部106
はこれら複数本のワイヤにそれぞれ対応して設けられ、
吊り位置移動機構部106を、屈曲軸とこれに隣接する
直進軸を関節構成の一単位としてこれを複数段接続し、
直進軸のテーブル上に次段の屈曲軸および/または巻取
り機構部を搭載する水平多関筒型の吊りアームで構成し
た張力一定吊り機構が提供される。
Further, in the present invention, as a second embodiment, the above-mentioned first
In the constant tension suspension mechanism of the form, the target object 101 is a multi-joint structure having a multi-joint arm with 6 degrees of freedom,
This arm is configured to be suspended by a plurality of wires 102, and includes the tension sensor 103, the winding mechanism section 104, the control section 105, and the suspension position moving mechanism section 106.
is provided corresponding to each of these multiple wires,
The suspension position movement mechanism section 106 is connected in multiple stages, with a bending axis and an adjacent linear axis as one unit of joint configuration,
A constant-tension suspension mechanism is provided that includes a horizontal articulated cylindrical suspension arm that mounts a next-stage bending shaft and/or a winding mechanism on a table of a straight shaft.

また本発明においては、第3の形態として、上述の第2
の形態の張力一定吊り機構において、3次元の位置をと
る3軸直交座標形の関節と、3方向の姿勢をとる回転、
屈曲3軸の合計6自由度の関節からなり、水平面内の2
軸位置自由度をとるテーブル上に鉛直軸回転の姿勢自由
度を接続し、これに直列に鉛直軸直進位置自由度を接続
し、さらに残る2軸の屈曲、回転姿勢自由度が互いに直
交して隣接するように配置し、先端の回転関節に多関節
構造体ベースを接続し、鉛直回転の姿勢自由度と鉛直直
進位置自由度の間には上記吊りアームの初段の屈曲軸を
接続した構成の支持駆動部を設けた張力一定吊り機構が
提供される。
Further, in the present invention, as a third embodiment, the above-mentioned second
In the constant tension suspension mechanism of the form, there are three-axis orthogonal coordinate joints that take three-dimensional positions, rotation that takes three-direction postures,
It consists of joints with a total of 6 degrees of freedom (3 axes of flexion), and 2 degrees of freedom in the horizontal plane.
Connect the vertical axis rotation posture freedom degree to the table that takes the axis position freedom degree, connect the vertical axis translation position freedom degree in series to this, and furthermore, the remaining two axes bending and rotation posture freedom degrees are perpendicular to each other. The multi-joint structure base is connected to the rotating joint at the tip, and the bending axis of the first stage of the hanging arm is connected between the degree of freedom of vertical rotation and the degree of freedom of vertical movement position. A constant tension suspension mechanism with a support drive is provided.

また本発明においては、第4の形態として、上述の第2
、または第3の形態の張力一定吊り機構において、ワイ
ヤのアーム側に接続されて該アームの6自由度の動作と
アームを吊るワイヤの干渉を防止するジンバルを更に備
え、多関節のアームは曲げ及び/又はねじりの柔軟性を
持った細長リンクで構成され、この多関節アームの両側
の関節部がワイヤ吊り位置とされ、屈曲関節の屈曲軸と
隣接する回転関節の回転軸の交点にジンバルの中心が配
置され、回転関節における回転動作と屈曲関節における
屈曲動作に対して、ジンバルの中心に関節部の重心を固
定するカウンタバランサがアームの回転部と屈曲部に設
けられた張力一定吊り機構が提供される。
Further, in the present invention, as a fourth embodiment, the above-mentioned second
, or a third form of a constant tension suspension mechanism, further comprising a gimbal connected to the arm side of the wire to prevent movement of the arm in six degrees of freedom and interference with the wire suspending the arm, and the multi-jointed arm is bent. The joints on both sides of this multi-jointed arm are in a wire hanging position, and a gimbal is attached at the intersection of the bending axis of the bending joint and the rotation axis of the adjacent rotary joint. A constant-tension suspension mechanism is provided at the rotating and bending parts of the arm, with counter balancers that fix the center of gravity of the joint at the center of the gimbal against rotational movement at the rotational joint and bending movement at the bending joint. provided.

また本発明においては、第5の形態として、上述の第1
〜第4の形態の何れかの張力一定吊り機構において、ワ
イヤ102の傾きを検出する角度センサ107をさらに
備え、角度センサ107で検出したワイヤ傾き角度を吊
り位置移動機構部106にフィードバックしてワイヤが
鉛直方向に向くようワイヤ吊り位置を制御するよう構成
された張力一定吊り機構が提供される。
Further, in the present invention, as a fifth embodiment, the above-mentioned first
- Any one of the fourth embodiments of the constant tension suspension mechanism further includes an angle sensor 107 that detects the inclination of the wire 102, and feeds back the wire inclination angle detected by the angle sensor 107 to the suspension position moving mechanism section 106 to adjust the wire. A constant tension suspension mechanism is provided that is configured to control the wire suspension position such that the wire is oriented vertically.

また本発明においては、第6の形態として、上述の第1
〜第5の形態の何れかの張力一定吊り機構において、ワ
イヤ102に掛ける一定張力は対象物体の重力をキャン
セルする大きさに設定され、それにより対象物体が無重
力環境下で示す挙動を模擬できるようにした張力一定吊
り機構が提供される。
Further, in the present invention, as a sixth embodiment, the above-mentioned first
- In any of the fifth embodiments of the constant tension suspension mechanism, the constant tension applied to the wire 102 is set to a magnitude that cancels the gravity of the target object, so that the behavior of the target object in a zero gravity environment can be simulated. A constant tension suspension mechanism is provided.

また本発明においては、対象物体を吊るワイヤの直径よ
り大きい直径の螺旋状の溝がその外周面に設けられた巻
胴と、巻胴の回転軸方向に動作自由度を与えるスプライ
ンと、巻胴の溝に係合する突起部を持ち巻胴の回転に伴
い回転されて巻胴をその回転軸方向に案内するガイドロ
ーラと、巻胴を回転駆動するモータとを備えて成る吊り
機構に用いるワイヤの巻取り機構が提供される。
In addition, the present invention includes a winding drum having a spiral groove having a diameter larger than the diameter of the wire for suspending the object on its outer circumferential surface, a spline that provides freedom of movement in the direction of the rotational axis of the winding drum, and A wire used in a hanging mechanism comprising a guide roller that has a protrusion that engages with a groove of the winding drum and is rotated as the winding drum rotates and guides the winding drum in the direction of its rotation axis, and a motor that rotationally drives the winding drum. A winding mechanism is provided.

また本発明においては、基体に配置されて対象物体を吊
るワイヤを鉛直下方に案内する2つのローラと、ローラ
で案内されたワイヤによって張力の水平分力を受けるよ
うにこれらローラと鉛直方向に段違いに二つのローラの
間に配置された段違いローラと、段違いローラを基体に
支持し該張力の水平分力に応じて歪む板バネと、板バネ
に取り付けられて板バネの歪量を検出する歪ゲージとを
備えて成る吊り機構に用いる張力センサが提供される。
In addition, in the present invention, two rollers are arranged on the base body and guide the wire vertically downward to hang the target object, and the wire guided by the rollers is placed at a different level in the vertical direction from these rollers so that the wire receives the horizontal component of the tension. an uneven roller disposed between two rollers, a plate spring that supports the uneven roller on a base and is distorted according to the horizontal component of the tension, and a strainer that is attached to the plate spring and detects the amount of distortion of the plate spring. A tension sensor for use in a suspension mechanism comprising a gauge is provided.

また本発明においては、中心から外側に向かって隣接す
る第1軸と第2軸、第2軸と第3軸が互いに直行し、第
3軸は鉛直方向の軸でワイヤ自体のねじれにより回転す
るよう構成することにより3軸の回転機構を有する吊り
機構に用いるジンバルが提供される。
Furthermore, in the present invention, the first and second axes, and the second and third axes, which are adjacent to each other outward from the center, are orthogonal to each other, and the third axis is a vertical axis that rotates due to the twisting of the wire itself. With this configuration, a gimbal for use in a suspension mechanism having a three-axis rotation mechanism is provided.

[作用] 第1の形態においては、対象物体101を吊るワイヤ1
02に掛かる張力を張力センサ103で検出し、制御部
105によりこの張力が一定値となるように巻取り機構
部104でワイヤ102を巻取り7巻戻しする。また、
張力の水平分力が生じないように、ワイヤ102が常に
鉛直(垂直)になるようワイヤの吊り下げ位置を吊り位
置移動機構部によって移動させる。
[Operation] In the first form, the wire 1 for hanging the target object 101
The tension sensor 103 detects the tension applied to the wire 102, and the control unit 105 causes the winding mechanism unit 104 to wind the wire 102 and unwind it seven times so that the tension becomes a constant value. Also,
The hanging position of the wire is moved by the hanging position moving mechanism so that the wire 102 is always vertical (vertical) so that a horizontal component of tension does not occur.

第2の形態においては、対象物体101として多関節構
造体を用い、この多関節構造体の何箇所かをそれぞれワ
イヤで張カ一定に吊り、吊り位置移動機構部106とし
て水平多関節型の吊りアームを用いて、ワイヤ吊り位置
の移動を行い、無重力状態等を模擬している。
In the second form, a multi-joint structure is used as the target object 101, several parts of this multi-joint structure are suspended with constant tension using wires, and a horizontal multi-joint type suspension is used as the suspension position moving mechanism section 106. An arm is used to move the wire hanging position to simulate a zero gravity state.

第3の形態においては、多関節構造体ベースを支持駆動
する支持駆動部に吊りアームを連結した構成として、制
御動作の簡単化、合理化を図っている。
In the third embodiment, a suspension arm is connected to a support drive unit that supports and drives the multi-joint structure base, thereby simplifying and rationalizing the control operation.

第4の形態においては、ジンバルにより多関節構造体の
アームの動作と吊りワイヤとの干渉を防止し、カウンタ
バランサにより多関節構造体のアームの吊り位置を最適
化している。
In the fourth embodiment, the gimbal prevents interference between the movement of the arm of the multi-joint structure and the suspension wire, and the counterbalancer optimizes the suspension position of the arm of the multi-joint structure.

第5の形態においては、角度センサ107によりワイヤ
102の傾きを検出し、これを吊り位置移動機構部10
6にフィードバックすることで、ワイヤ102の鉛直保
持性を向上させている。
In the fifth embodiment, the angle sensor 107 detects the inclination of the wire 102, and the inclination of the wire 102 is detected by the hanging position moving mechanism section 10.
6, the vertical retention of the wire 102 is improved.

第6の形態においては、ワイヤ102の張力値を対象物
体101の重力をキャンセルする値とすることで、対象
物体を模擬的な無重力状態としている。
In the sixth embodiment, the tension value of the wire 102 is set to a value that cancels the gravity of the target object 101, thereby making the target object in a simulated weightless state.

ワイヤ102の巻取り機構では、巻胴をモータで回転駆
動してワイヤを巻取り7巻戻しする。この際、スプライ
ンで巻胴に回転軸方向の動作自由度を与え、かつガイド
ローラにより巻胴の巻取り7巻戻し回転に応じて回転軸
方向を右/左に一層ピッチで案内するようにして、ワイ
ヤが巻胴の外周面に刻まれた溝に沿って螺旋状に一層で
巻かれるようにしている。
In the winding mechanism for the wire 102, the winding drum is rotated by a motor to wind and unwind the wire seven times. At this time, the spline gives the winding drum a degree of freedom of movement in the direction of the rotational axis, and the guide roller guides the rotational shaft direction to the right/left at a further pitch according to the winding and unwinding rotations of the winding drum. The wire is spirally wound in a single layer along a groove cut on the outer peripheral surface of the winding drum.

張力センサでは、段違いローラがワイヤに掛かる張力の
水平分力を受けるようにし、この水平分力により板バネ
を歪ませ、その歪量を歪ゲージで測定することによって
水平分力を求め、この水平分力から張力を求めている。
In the tension sensor, the uneven roller receives the horizontal component of the tension applied to the wire, the leaf spring is distorted by this horizontal component, and the amount of strain is measured with a strain gauge to obtain the horizontal component force. The tension is calculated from the component forces.

ジンバルでは、第3軸をワイヤとすることで、このワイ
ヤのねじれることが可能な性質を利用して第3軸回りの
回転自由度を確保しており、それにより構成の簡素化を
実現している。
In the gimbal, by using a wire as the third axis, we utilize the twistable nature of this wire to ensure rotational freedom around the third axis, thereby simplifying the configuration. There is.

(以下余白) [実施例] 本発明の実施例が図面を参照しつつ以下に説明される。(Margin below) [Example] Embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings.

1、無重力模擬実験システムの基本方式ここでは4つの
基本方式について述べる。
1. Basic methods of zero-gravity simulation system Here we will discuss four basic methods.

1.1.オフライン無重力模擬実験システム1木刀式は
張力一定吊り機構とロボットによる支持駆動機構とを用
いたオフライン方式による無重力模擬実験システムであ
る。本方式では、対朶である多関節構造体(宇宙ロボッ
ト等)を直接動かす前に、無重力状態下において受けた
外力に対しての多関節構造体の動きを専用のソフトウェ
アを使って予め計算しておき、計算により確認の取れた
動きに対して、それと全く同じ多関節構造体の動きをハ
ードウェア機構により地上において実現するものである
1.1. Offline Zero Gravity Simulation Experiment System 1 The Bokuto type is an offline zero gravity simulation system using a constant tension suspension mechanism and a support drive mechanism using a robot. In this method, before directly moving a multi-joint structure (such as a space robot), the movement of the multi-joint structure in response to an external force under zero gravity is calculated in advance using special software. The system uses a hardware mechanism to realize exactly the same movement of a multi-joint structure on the ground based on the movement that has been confirmed through calculations.

i、i、1.全体構成 本方式を実現するための無重力模擬実験システムの全体
の処理概要が第2図に示される。全体としてはシミュレ
ーションデータ作成部1と無重力模擬装置2と多関節構
造体3とからなり、無重力模擬装置2の機構部22と多
関節構造体3の機構部32を、シミュレーションデータ
作成部1のシミュレーションソフト部(運動解析ソフト
部)12で予め計算した値を用いて制御部21.31を
介して駆動する構成となっている。また、この第2図に
対応した全体のハードウェア概念が第3図に示される。
i, i, 1. Overall Configuration The overall processing outline of the weightless simulation experiment system for realizing the present method is shown in FIG. The system as a whole consists of a simulation data creation section 1, a zero-gravity simulator 2, and a multi-joint structure 3. It is configured to be driven via a control section 21.31 using a value calculated in advance by a software section (motion analysis software section) 12. Further, the overall hardware concept corresponding to FIG. 2 is shown in FIG.

さらに、この無重力模擬実験システムの機構部全体の具
体的なハードウェア構成の斜視図が第4図に、その上面
図が第5図に、またその側面図が第6図にそれぞれ示さ
れる。
Further, a perspective view of the specific hardware configuration of the entire mechanical section of this zero-gravity simulation system is shown in FIG. 4, a top view thereof in FIG. 5, and a side view thereof in FIG. 6.

以下、これらの図に基づいてシミュレーションデータ作
成部l、無重力模擬装置2、および多関節構造体3の構
成を説明する。
Hereinafter, the configurations of the simulation data creation unit 1, the zero-gravity simulator 2, and the multi-joint structure 3 will be explained based on these figures.

a、シミュレーションデータ作成部 シミュレーションデータ作成部1は、無重力模擬装置2
および多関節構造体3のハードウェア機構を動かすため
の基本データを作成する部分である。この部分は、多関
節構造体3の数学モデルを定義する多関節構造体数学モ
デル部11と、多関節構造体数字モデル11で定義され
た多関節構造体3の動きを解析する運動解析ソフト部1
2と、運動解析ソフト部12の出力結果をグラフィカル
に表示するシミュレーション表示ソフト部13と、運動
解析ソフト部12の出力結果を無重力模擬装置2用に変
換加工する無重力模擬装置用データソフト変換ソフト部
14からなる。
a. Simulation data creation unit The simulation data creation unit 1 includes a zero gravity simulator 2
and a part that creates basic data for operating the hardware mechanism of the multi-joint structure 3. This part consists of a multi-joint structure mathematical model section 11 that defines a mathematical model of the multi-joint structure 3, and a motion analysis software section that analyzes the movement of the multi-joint structure 3 defined by the multi-joint structure numerical model 11. 1
2, a simulation display software section 13 that graphically displays the output results of the motion analysis software section 12, and a data software conversion software section for zero gravity simulator that converts and processes the output results of the motion analysis software section 12 for the zero gravity simulator 2. Consisting of 14.

b、多関節構造体(宇宙ロボット) 多関節構造体3は多関節構造体制御部31と多関節構造
体機構部(ロボット本体)32とからなり、制御部31
はデータ変換ソフト部14が作成したデータを追従目標
値とするサーボ機構を構成している。ロボット本体32
は第4図に示されるように左右2本の各々6自由度の多
関節アーム303とその先端に取り付けられたハンド3
04、この多関節アーム303を固定する本305から
なり、ハンド304により対象物の捕捉動作などを行う
。多関節アーム303は宇宙への運搬しやすさを考慮し
て軽量化を指向し、長さ200〜300mmの細長いリ
ンクを持ち、曲げや埃りの剛性を小さくしたフレキシブ
ルアームが用いられており、アーム全長は約1400m
mである。また宇宙における長寿命化を図るため、伝達
部分がなく接触部分を少なくできるダイレクトドライブ
(以下DDと略す)モータとエンコーダを関節部に直結
した構成のDDアームとしている。第7図にはアームの
関節構成が示される。図中、■印のθ2θ3、θ5は屈
曲軸、Φ印の01、θ4、θ6は回転軸である。無重力
模擬実験システムはこのように柔軟リンクとDDモータ
を用いた多関節アーム303を持つロボット機構の複雑
な挙動を模擬するものである。
b. Multi-joint structure (space robot) The multi-joint structure 3 consists of a multi-joint structure control section 31 and a multi-joint structure mechanism section (robot main body) 32.
constitutes a servo mechanism that uses the data created by the data conversion software section 14 as a follow-up target value. Robot body 32
As shown in FIG. 4, there are two left and right multi-jointed arms 303 each with six degrees of freedom, and a hand 3 attached to the tip of the arm.
04, it consists of a book 305 that fixes this multi-joint arm 303, and a hand 304 performs operations such as capturing an object. The multi-joint arm 303 is designed to be lightweight in consideration of ease of transportation to space, and is a flexible arm with elongated links 200 to 300 mm in length and with reduced rigidity against bending and dust. Total arm length is approximately 1400m
It is m. In addition, in order to extend the lifespan in space, the DD arm has a structure in which a direct drive (hereinafter abbreviated as DD) motor and encoder, which have no transmission parts and can reduce contact parts, are directly connected to the joints. FIG. 7 shows the joint configuration of the arm. In the figure, θ2 θ3 and θ5 marked with ■ are bending axes, and 01, θ4 and θ6 marked Φ are rotation axes. The zero-gravity simulation system thus simulates the complex behavior of a robot mechanism having a multi-joint arm 303 using flexible links and DD motors.

C1無重力模擬装置 無重力模擬装置2は無重力模擬制御部21と、無重力模
擬機構部22に分かれ、制御部21はデータ変換ソフト
部14が作成したデータを追従目標値とするサーボ機構
を構成している。
C1 Zero gravity simulating device The zero gravity simulating device 2 is divided into a zero gravity simulating control section 21 and a zero gravity simulating mechanism section 22, and the control section 21 constitutes a servo mechanism that uses data created by the data conversion software section 14 as a tracking target value. .

無重力模擬機構部22は、対象である多関節構造体3の
本体305を6自由度で支持し駆動する6自由度ロボッ
ト機構部208からなる本体支持駆動部202と、対象
のベース301以外の部分をワイヤ210により吊り下
げる張力一定吊り機構部201とからなる。多関節構造
体3は、ベース部分301とその他のアーム、パネル、
アンテナ等の部分302からなる。この時、多関節構造
体3のベース301は6自由度ロボット機構208によ
り支持され、その他の部分302は複数組の張力一定吊
り機構201により支持される。無重力模擬装置全体は
、機構全体を取り囲むように設置されたフレーム203
により支持される。
The zero-gravity simulation mechanism section 22 includes a main body support drive section 202 consisting of a 6-degree-of-freedom robot mechanism section 208 that supports and drives the main body 305 of the target multi-joint structure 3 with 6 degrees of freedom, and parts other than the target base 301. and a constant-tension suspension mechanism section 201 that suspends it by a wire 210. The multi-joint structure 3 includes a base portion 301 and other arms, panels,
It consists of a portion 302 such as an antenna. At this time, the base 301 of the multi-joint structure 3 is supported by a six-degree-of-freedom robot mechanism 208, and the other parts 302 are supported by a plurality of sets of constant-tension suspension mechanisms 201. The entire weightless simulator consists of a frame 203 installed to surround the entire mechanism.
Supported by

無重力模擬機構部22において、ロボット本体32の全
体を鉛直下方に吊り下げたワイヤ210で支持する場合
、ワイヤの本数が増し、機構や制御が複雑化する。そこ
で、ワイヤ210による吊り機構の負荷は第4図に示さ
れるようにアーム部分303のみとし、これを張力一定
吊り機構部201と称する。この吊り機構部201によ
りワイヤ210の張力をアーム303の重力と釣り合わ
せてアーム303の重力をキャンセルするよう、ワイヤ
210を鉛直方向に一定張力制御により動かす。
In the zero-gravity simulating mechanism section 22, when the entire robot body 32 is supported by wires 210 suspended vertically downward, the number of wires increases and the mechanism and control become complicated. Therefore, the load on the suspension mechanism by the wire 210 is limited to the arm portion 303 as shown in FIG. 4, and this is referred to as a constant tension suspension mechanism section 201. The wire 210 is moved in the vertical direction under constant tension control using the hanging mechanism section 201 to balance the tension of the wire 210 with the gravity of the arm 303 and cancel the gravity of the arm 303.

ロボット本体32の本部分301は6自由度のロボット
機構部208で支持し、かつ、吊り機構全体を水平面内
の2自由度で支持駆動する。これを本体支持駆動部20
2と称する。ワイヤ210の鉛直方向以外の動作(吊り
機構部201の水平面内の動作、ロボット本体32、本
体支持駆動部202の動作)はシミュレーションソフト
の計算結果に従って動かす。
The main portion 301 of the robot body 32 is supported by the robot mechanism section 208 with six degrees of freedom, and the entire suspension mechanism is supported and driven with two degrees of freedom in the horizontal plane. This is the main body support drive section 20
It is called 2. The movement of the wire 210 in a direction other than the vertical direction (the movement of the suspension mechanism section 201 in the horizontal plane, the movement of the robot main body 32, and the main body support drive section 202) is performed according to the calculation results of the simulation software.

1.1.2要素部品 この無重力模擬実験システムで用いられる主な要素部品
について以下に説明する。
1.1.2 Elemental Parts The main elemental parts used in this zero-gravity simulation system are explained below.

a、張力一定吊り機構 張力一定吊り機構部201は、複数本のワイヤの吊り下
げ位置を各々水平面内で動かす水平多関節形の2自由度
ロボット機構(吊りアーム)204と、この吊りアーム
204に搭載され複数本のワイヤの各々を巻き取り巻き
戻す巻胴や巻胴回転駆動部等からなるワイヤ巻取り機構
205と、この巻取り機構205の延長上に搭載されア
ーム3O2を吊り下げるワイヤ210にかかる重力をキ
ャンセルするためのワイヤ210の張力を測定する張力
センサ206と、ワイヤ210のアーム302側に接続
されアーム302の6自由度の動作とワイヤ210の干
渉を防止するジンバル207などから構成される。次に
、吊り機構部202の詳細について、ワイヤ210で重
力をキャンセルする鉛直方向への動作機構と、吊られる
アーム302の動作に応じて吊り下げ位置を水平面内で
動作させる動作機構に分けて説明する。
a. Constant tension suspension mechanism The constant tension suspension mechanism section 201 includes a horizontal articulated two-degree-of-freedom robot mechanism (hanging arm) 204 that moves the hanging positions of multiple wires in a horizontal plane, and this hanging arm 204. A wire winding mechanism 205 is mounted on the wire winding mechanism 205 and includes a winding drum that winds and unwinds each of a plurality of wires, a winding drum rotation drive unit, etc., and a wire 210 that is mounted on an extension of this winding mechanism 205 and hangs the arm 3O2. It consists of a tension sensor 206 that measures the tension of the wire 210 to cancel gravity, and a gimbal 207 that is connected to the arm 302 side of the wire 210 and prevents interference between the six degrees of freedom movement of the arm 302 and the wire 210. . Next, the details of the suspension mechanism section 202 will be explained by dividing it into a vertical movement mechanism that cancels gravity with the wire 210, and a movement mechanism that moves the hanging position in a horizontal plane according to the movement of the suspended arm 302. do.

■、鉛直方向の動作機構 無重力模擬機構部22のポイントである吊り張力調整方
式について説明した後、この実施例で採用した張力一定
吊り機構部201の構成要素技術となる吊り位置とジン
バル207、カウンタバランサ220、巻取り機構部2
05、張力センサ206について順次に述べる。
(2) Vertical movement mechanism After explaining the suspension tension adjustment method, which is the key point of the zero-gravity simulating mechanism section 22, we will explain the suspension position, gimbal 207, and counter, which are the component technologies of the constant tension suspension mechanism section 201 adopted in this example. Balancer 220, winding mechanism section 2
05, the tension sensor 206 will be sequentially described.

(イ)吊り張力調整方式 アーム302を吊って無重力を模擬する吊り張力調整方
式としては種々の方式が考えられ、例えば第8図に示さ
れるように、アームを風船で吊る風船式、アームをブー
りとカウンタバランサで吊るカウンタバランス式、バネ
を用いてアームを吊ったワイヤをワイヤ巻胴に巻取り/
繰出しする定荷重バネ式(コンストンバネ)、ワイヤ巻
胴と巻取りモータを用いてアームを吊る巻取り式などが
ある。
(B) Suspension tension adjustment method Various methods can be considered as a suspension tension adjustment method that suspends the arm 302 to simulate zero gravity. For example, as shown in FIG. Counterbalance type, suspended by a counterbalancer, the wire with the arm suspended using a spring is wound onto the wire winding drum/
There are constant force spring type (Conston spring) that pays out, and winding type that suspends the arm using a wire winding drum and winding motor.

このうち巻取り式はワイヤの巻胴、巻胴駆動装置となる
モータ、ワイヤの張力センサより成り、張力センサの出
力をモータにフィードバックして巻取り巻き戻し動作に
より張力を一定に保ち無重力を模擬するものである。こ
の方式は吊り下げ重量の変化に対応しやすく小形、高精
度化が狙える利点があり、本発明ではこの巻取り方式を
採用している。
Among these, the winding type consists of a wire winding drum, a motor that drives the winding drum, and a wire tension sensor.The output of the tension sensor is fed back to the motor and the tension is kept constant through winding and unwinding operations, simulating zero gravity. It is something. This winding method is advantageous in that it can easily respond to changes in hanging weight and can aim for compactness and high precision, and this winding method is adopted in the present invention.

第9図には柔軟リンクの鉛直振動成分の対処方法が示さ
れる。[A]のバネ巻取り式は柔軟リンクの固有振動数
より1桁低いコイルバネで振動を吸収する方式であり、
[B]の巻取り式は巻取り系の帯域を柔軟リンクの固有
振動数より1桁高め、振動に合わせて巻取りを行う方式
である。巻取り式では任意プロフィルのアームの鉛直振
動入力に対しても張カ一定制御でワイヤの巻取り、巻戻
しを行うことにより無重力を模擬できる利点があり、本
実施例ではこの方式を採用している。
FIG. 9 shows how to deal with the vertical vibration component of the flexible link. The spring winding type [A] is a method that absorbs vibrations using a coil spring that is one order of magnitude lower than the natural frequency of the flexible link.
The winding method [B] is a method in which the band of the winding system is made one order of magnitude higher than the natural frequency of the flexible link, and winding is performed in accordance with the vibration. The winding type has the advantage that weightlessness can be simulated by winding and unwinding the wire with constant tension control even in response to the vertical vibration input of the arm of an arbitrary profile, and this example adopts this method. There is.

(ロ)、吊り位置とジンバル、カウンタバランサアーム
303の関節構成を示した第7図を参照するに、アーム
303の質量は(θ、+02)軸、(θ3+04)軸、
(θ、+06)軸の3箇所の関節部分に集中している。
(b) Referring to FIG. 7 showing the hanging position, gimbal, and joint configuration of the counter balancer arm 303, the mass of the arm 303 is the (θ, +02) axis, the (θ3+04) axis,
(θ, +06) It is concentrated at three joints of the axis.

アーム303の姿勢が変化すると、3箇所の質量の分布
状態が変化する。このアーム303をできるだけ少ない
本数のワイヤ210で支持できることが望ましい。
When the attitude of the arm 303 changes, the distribution state of the mass at the three locations changes. It is desirable that this arm 303 can be supported by as few wires 210 as possible.

方、柔軟なリンクの場合、リンク部分を集中的に吊ると
張力で柔軟なリンクが曲がり、アーム303の挙動に吊
りの影響が出てしまう。このため、本実施例では、アー
ムを模式的に示した第10図において、(θ3+04)
軸、(θ、十06)軸の2箇所をワイヤ210で吊るこ
ととする。第10図中、O1は回転/屈曲軸を表わし、
このうちRはロータ、Sはステータである。なお(θ1
十02)軸は本305に支持され、本体支持駆動部20
2で駆動される。
On the other hand, in the case of a flexible link, if the link portion is hung intensively, the flexible link will bend due to tension, and the behavior of the arm 303 will be affected by the suspension. Therefore, in this example, in FIG. 10 schematically showing the arm, (θ3+04)
The shaft and the (θ, 106) shaft are suspended by wires 210 at two locations. In FIG. 10, O1 represents the rotation/bending axis,
Among these, R is a rotor, and S is a stator. Note that (θ1
102) The shaft is supported by the book 305, and the main body support drive unit 20
Driven by 2.

さらに、両端に質点を持つ1本の柔軟リンクにおける吊
り下げ方式の力学的解析を行うと、リンクの姿勢変化や
曲げ振動があっても、両端を張カ一定で吊ることで近似
的に無重力を模擬できる条件の一例が判明する。この条
件は、両端の質量がリンク質量より十分大きく、リンク
の線密度が十分率さいことである。本実施例のアーム3
03の構成と吊り方式はこの条件に適合させている。
Furthermore, when performing a mechanical analysis of the suspension method for a single flexible link with mass points at both ends, it was found that even if the link's posture changes or bending vibration occurs, by hanging both ends with a constant tension, weightlessness can be approximated. An example of conditions that can be simulated is revealed. This condition is that the mass at both ends is sufficiently larger than the link mass, and the linear density of the link is sufficiently high. Arm 3 of this embodiment
The structure and hanging method of 03 are adapted to these conditions.

各々の箇所における重心以外の位置を各々1本ずつワイ
ヤ210で吊ると、重心までの距離と重力によりモーメ
ントを生じ、アームの挙動に重力の影響が出てしまう。
If one wire 210 is hung at each location other than the center of gravity, a moment will be generated due to the distance to the center of gravity and gravity, and the behavior of the arm will be affected by gravity.

これを防ぐため(θ3+04)軸、(θ5+06)軸の
重心位置を各々1本のワイヤ210で吊る。ところが各
々の重心は関節内部にあるので、その1点をワイヤ21
0で直接量ることはできない。そこで外側から間接的に
支持するため第11図のジンバル207を用いる。この
ジンバル207は中心即ち重心からの外側に向かって隣
接するψ2軸とψア軸、ψ1軸とψ8軸が互いに直交し
、その直交交点が吊り下げられる物体の重心と一致する
ように連結部材で連結することにより物体を回転自在に
支持する機構である。このジンバル207は、ψア軸、
ψ2軸に玉軸受を用いて回転自由度に与え、ψ8軸はワ
イヤ自体の埃りの自由度で代用し、構造を簡単化してい
る。
To prevent this, the centers of gravity of the (θ3+04) and (θ5+06) axes are each suspended by one wire 210. However, since each center of gravity is inside the joint, one point is connected to the wire 21.
It cannot be measured directly at 0. Therefore, a gimbal 207 shown in FIG. 11 is used for indirect support from the outside. This gimbal 207 is a connecting member so that the ψ2 axis, the ψa axis, the ψ1 axis, and the ψ8 axis, which are adjacent to each other outward from the center, that is, the center of gravity, are orthogonal to each other, and the orthogonal intersection points coincide with the center of gravity of the suspended object. It is a mechanism that rotatably supports objects by connecting them. This gimbal 207 has ψ axis,
Ball bearings are used for the ψ2 axis to provide rotational freedom, and the ψ8 axis is substituted with the freedom of the dust of the wire itself, simplifying the structure.

さらに、前述のように関節角が変わっても吊りさげ物体
の重心はジンバル中心の1点に固定する必要がある。例
えば第10図の(θ3+04)軸の重心を固定するには
、S3、(R3+34 )、R4の3部材の重心に、次
の十分条件を要する。
Furthermore, as mentioned above, even if the joint angle changes, the center of gravity of the suspended object must be fixed at one point at the center of the gimbal. For example, in order to fix the center of gravity of the (θ3+04) axis in FIG. 10, the following sufficient conditions are required for the centers of gravity of the three members S3, (R3+34), and R4.

■θ4軸の回転によっても(θ3+04)軸全体の重心
を変えないため、R4の重心が04回転軸上にある。
■Since the center of gravity of the entire (θ3+04) axis does not change even if the θ4 axis is rotated, the center of gravity of R4 is on the 04 rotation axis.

■θ3軸屈曲によっても(θ3+04)軸全体の重心を
変えないため(R4+S4 +R3)の合成重心と83
の重心が共にθ、屈曲軸と04回転軸の交点上にある。
■Since the center of gravity of the entire (θ3+04) axis does not change even with θ3-axis bending, the composite center of gravity of (R4+S4 +R3) and 83
The centers of gravity of both are θ, which is on the intersection of the bending axis and the 04 rotation axis.

■の交点をジンバルで吊る。■、■を実現するため、第
12図に示されるように回転軸と屈曲軸にカウンタバラ
ンサを設ける。第12図は(θ3十04)軸についての
例であり、第12図中、220aは(θ4−05)間リ
ンクの半分長さ部分220Aのカウンタバランサ、22
0bは(θ2−03)間リンクの半分長さ部分220B
のカウンタバランサ、220cは220Cのカウンタバ
ランサ、220eは第4軸のロータR4の重心を04軸
上にとるためのカウンタバランサであり、屈曲軸θ3は
第3軸のロータR3とステータS3からなり、回転軸θ
4は第4軸のロータR4とステータS3からなっている
■Hang the intersection with a gimbal. In order to realize (1) and (2), counter balancers are provided on the rotating shaft and the bending shaft as shown in FIG. FIG. 12 is an example for the (θ3-04) axis, and in FIG. 12, 220a is the counter balancer of the half-length portion 220A of the (θ4-05) link;
0b is the half length part 220B of the link between (θ2-03)
220c is a counter balancer for 220C, 220e is a counter balancer for setting the center of gravity of the fourth axis rotor R4 on the 04 axis, and the bending axis θ3 is composed of the third axis rotor R3 and stator S3, Rotation axis θ
4 consists of a fourth shaft rotor R4 and stator S3.

アーム先端の(θ5+06)軸にも同様にカウンタバラ
ンサを設ける。隣接する2軸の交点は第12図のように
屈曲軸上にある。これは次の点でも有利である。
A counter balancer is similarly provided on the (θ5+06) axis at the tip of the arm. The intersection of two adjacent axes is on the bending axis as shown in FIG. This is also advantageous in the following respects.

■ロータ軸がジンバルの連結部材と共用できるので機構
が簡単になる。
■The rotor shaft can be shared with the gimbal connecting member, simplifying the mechanism.

■カウンタバランサとジンバルの干渉が少なく、動作範
囲を大きくとれる。
■There is less interference between the counter balancer and gimbal, allowing for a wider operating range.

■制御やシミュレーションソフトで吊り位置が計算しや
すい。
■The hanging position can be easily calculated using control and simulation software.

(ハ)ワイヤ巻取り機構部 巻取り機構部205はアームの上下動作に応じて、ワイ
ヤを巻胴に多数回巻く必要がある。この場合、単に巻胴
軸を中心として回転駆動するとワイヤが巻胴の一箇所に
重なって山のように巻きつ(。ワイヤ間で滑りを生じて
山が崩れると動作が不連続で不安定となり、ワイヤも切
れやすい。したがってワイヤは互いに接触しないピッチ
で、巻胴上に一層で巻く必要がある。第13図にはこの
ための巻取り機構が示される。
(C) Wire Winding Mechanism The winding mechanism 205 needs to wind the wire around the winding drum many times in response to the vertical movement of the arm. In this case, if the winding drum is simply driven to rotate around the winding drum axis, the wires will overlap in one place on the winding drum and wind up like a mountain. If the wires slip and the mountain collapses, the operation will become discontinuous and unstable. The wire is also easily cut.Therefore, the wire must be wound in a single layer on the winding drum at pitches that do not touch each other.A winding mechanism for this purpose is shown in FIG.

第13図は、後述の張力センサ206を含む巻取り機構
部205の正面図、第14図はこれを六方向から見た側
面図、第15図はこれをB方向から見た上面図である。
FIG. 13 is a front view of the winding mechanism section 205 including a tension sensor 206, which will be described later. FIG. 14 is a side view of this as seen from six directions, and FIG. 15 is a top view of this as seen from direction B. .

図中、230は減速機付DCモータ、240はモータ取
付板、231はモータ230の回転をボールスプライン
232に伝達する軸継手、241はボールスプライン2
32の支持用軸受、232はモータ230の回軸で巻胴
235を回軸させると共に巻胴の回転軸方向に動作自由
度を与えるボールスプライン、233はボールスプライ
ンナツト、234はボールスプライン軸、235はワイ
ヤ210を巻取り7巻戻しする巻胴、236は軸受取付
板、237は巻胴236の軸方向の動きを規制する突起
付ガイドローラ、238はガイドローラ支持軸、239
はガイドローラ用軸受である。
In the figure, 230 is a DC motor with a reducer, 240 is a motor mounting plate, 231 is a shaft coupling that transmits the rotation of the motor 230 to the ball spline 232, and 241 is the ball spline 2.
32 is a support bearing, 232 is a ball spline that rotates the winding drum 235 with the rotation shaft of the motor 230 and provides a degree of freedom of movement in the direction of the rotational axis of the winding drum, 233 is a ball spline nut, 234 is a ball spline shaft, 235 236 is a bearing mounting plate; 237 is a guide roller with a protrusion that regulates the axial movement of the winding cylinder 236; 238 is a guide roller support shaft; 239
is a guide roller bearing.

巻胴235にはワイヤ210の直径の1.5倍の螺旋状
の溝が設けられる。巻胴235の内側にはボールスプラ
イン232を取り付け、巻胴235をモータ230で回
転駆動しっつ巻胴235の軸方向に動作自由度を与える
。巻胴235の溝に係合する突起部を持つガイドローラ
237を巻取り機構部205のフレームに固定する。こ
れにより、巻胴235は回転しながらその溝に係合する
ガイドローラ237に案内されて巻取り7巻戻しに応じ
て軸方向を右/左に動くことになり、したがってワイヤ
210の巻取り位置は固定されたままで巻胴235の溝
に一層で螺旋状にワイヤを巻き取れる。
The winding drum 235 is provided with a spiral groove 1.5 times the diameter of the wire 210. A ball spline 232 is attached to the inside of the winding drum 235, and the winding drum 235 is rotationally driven by a motor 230 to provide a degree of freedom of movement in the axial direction of the winding drum 235. A guide roller 237 having a protrusion that engages with a groove in the winding drum 235 is fixed to the frame of the winding mechanism section 205. As a result, the winding drum 235 rotates and is guided by the guide roller 237 that engages with its groove, and moves to the right/left in the axial direction in accordance with the winding and unwinding of the winding 7, and therefore the winding position of the wire 210. The wire can be spirally wound in a single layer in the groove of the winding drum 235 while the wire remains fixed.

(ニ)張力センサと制御装置の構成 ワイヤ210にかかる張力を検出する方式としては、例
えば第16図に示されるような種々の方式がある。すな
わち、モータの電流を検出しモータ出力トルクを算出す
る電流センサ方式(第2図A)、減速機出力軸にトルク
センサを取り付けるトルクセンサ方式(第2図B)、ワ
イヤの途中に装置したロードセルで検出するロードセル
方式(第2図C)、ワイヤガイドのブーり支柱に貼った
歪ゲージで検出する歪ゲージ方式(第2図D)などであ
る。
(d) Structure of Tension Sensor and Control Device There are various methods for detecting the tension applied to the wire 210, such as those shown in FIG. 16, for example. In other words, the current sensor method detects the motor current and calculates the motor output torque (Fig. 2A), the torque sensor method attaches a torque sensor to the output shaft of the reducer (Fig. 2B), and the load cell is installed in the middle of the wire. These include the load cell method (Fig. 2C), which detects the load with a wire guide, and the strain gauge method (Fig. 2D), which uses a strain gauge attached to the wire guide bobbin support.

本実施例ではこれらのワイヤ張力の検出方式のうちで、
張力を安定に測れる利点のある歪ゲージ方式を用いてい
る。構成としては、巻取り機構部205の下部に、第1
3図および第17図に示されるように、ワイヤ巻取り位
置の鉛直下方に2個のローラ250.251を設け、そ
れらの間に、それらのローラ250.251の支持軸の
鉛直線から外れた位置に支持軸を持つ段違いの第3のロ
ーラ252を設ける。この段違いローラ252を板バネ
253で支持し、4枚の歪ゲージ254を扱バネ253
に張り付けて差動出力をとる。
In this example, among these wire tension detection methods,
A strain gauge method is used, which has the advantage of being able to measure tension stably. As for the structure, a first
As shown in FIG. 3 and FIG. 17, two rollers 250, 251 are provided vertically below the wire winding position, and between them there is a A third roller 252 having a support shaft at a different level is provided. This uneven roller 252 is supported by a leaf spring 253, and the four strain gauges 254 are handled by the spring 253.
to obtain differential output.

このように構成すると、ワイヤ210を段違いローラ2
52に巻きつけて吊り下げれば、この段違いローラ25
2により張力の水平方向分力を作り出すことができ、こ
の水平方向分力Pは、張力をT、ワイヤ210が鉛直線
となす角をθとすると、 T=P/2sin θ により求まる。段違いローラ252を支持する平行板バ
ネ253の歪み量は弾性変形範囲内では水平方向分力P
に比例するため、歪み量を平行板バネ253に表裏2枚
ずつ4枚貼り付けた歪みゲージ254で検出することに
よって、ワイヤの張力Tを検出することができる。
With this configuration, the wire 210 is connected to the uneven roller 2.
If you wrap it around 52 and hang it, this uneven roller 25
2 can create a horizontal component of tension, and this horizontal component P can be found as follows: T=P/2sin θ, where T is the tension and θ is the angle that the wire 210 makes with the vertical line. The amount of strain of the parallel plate spring 253 that supports the uneven roller 252 is equal to the horizontal component force P within the range of elastic deformation.
Therefore, the tension T of the wire can be detected by detecting the amount of strain with four strain gauges 254 attached to the parallel plate spring 253, two on the front and the back.

アーム関節部の重力により生じるこの張力センサの出力
を、ワイヤ巻取り機構部205の回転駆動用モータ23
0にフィードバックすれば、張カ一定制御の巻取り7巻
戻し動作が得られる。
The output of this tension sensor generated by the gravity of the arm joint is transmitted to the rotational drive motor 23 of the wire winding mechanism section 205.
By feeding back to 0, winding and unwinding operations with constant tension control can be obtained.

b、水平面内の動作機構(吊りアーム)2本のアームの
ワイヤを、吊り位置を射影する水平面内でアームの動作
に応じて2次元に動かす。屈曲軸とこれに隣接する直進
軸を関節構成の一単位としてこれを複数段接続した水平
多関節形の関節構成とする。
b. Movement mechanism in the horizontal plane (hanging arm) The wires of the two arms are moved two-dimensionally in accordance with the movement of the arms in the horizontal plane that projects the hanging position. The bending axis and the adjacent linear axis are one unit of the joint configuration, and these are connected in multiple stages to form a horizontal multi-joint type joint configuration.

具体的には、第18図に示されるように、1本のアーム
に対応して直進2軸と屈曲軸2軸の4自由度を持つ吊り
アームとする。直進軸d z lのテーブル上に次段の
屈曲軸φ2を搭載する。また、直進軸d g +とdl
のテーブルに前述の巻取り機構部205を搭載する。ア
ームが鉛直下方に大きく立ち上がった場合、2個のテー
ブルを互いに近付けてワイヤ間の距離を小さくし、アー
ムの動作に追従させる。この吊りアーム201全体は後
述の本支持駆動部202にφ、軸で接続する。本体支持
駆動部202が本301を水平面内で直進または回転動
作させる時、吊りアーム全体も同時に水平面内でアーム
と平行に動作する。本体支持駆動部202がベース30
1を鉛直方向に動かす時、吊りアーム201は動作せず
一定の高さを保つ。
Specifically, as shown in FIG. 18, each arm is a hanging arm having four degrees of freedom: two straight axes and two bending axes. The next bending axis φ2 is mounted on the table of the straight axis dzl. Also, the linear axes d g + and dl
The aforementioned winding mechanism section 205 is mounted on the table. When the arm rises vertically downward, the two tables are moved closer to each other to reduce the distance between the wires and follow the movement of the arm. The entire hanging arm 201 is connected to a book support drive section 202, which will be described later, by a shaft. When the main body support driving unit 202 moves the book 301 in a straight line or in rotation in a horizontal plane, the entire hanging arm also moves parallel to the arm in a horizontal plane. The main body support drive section 202 is the base 30
1 in the vertical direction, the hanging arm 201 does not move and maintains a constant height.

吊りアーム201の屈曲動作には減速機付DCモータを
用い、直進時にはDCモータとボールネジ、直進ガイド
を用いる。動作の検出は光学式ロータリエンコーダで行
い、モータをサーボ制御する。
A DC motor with a speed reducer is used for bending the hanging arm 201, and a DC motor, a ball screw, and a straight guide are used for straight movement. The motion is detected using an optical rotary encoder and the motor is servo controlled.

■0本本支持駆動部ど 本体支持駆動部202は本301の位置と姿勢を任意に
とるように動かす装置であり、これ自体で6自由度のロ
ボット機構部(d ax、 d 8Y、de□、α、β
、γ)とも見なせる。第210図に示されるように位置
3自由度についてはdex、dB、、d、□軸の直交座
標形ロボットとする。
■0 book support drive unit etc. The main body support drive unit 202 is a device that moves the book 301 to take any position and posture, and is a robot mechanism with 6 degrees of freedom (d ax, d 8Y, de□, α, β
, γ). As shown in FIG. 210, the three degrees of freedom for position are assumed to be a Cartesian coordinate robot with dex, dB, d, and □ axes.

dllY、dB□軸では両端固定の軸上をテーブルが水
平面内で直進するのに対して、dex軸では固定したテ
ーブル中を軸が貫通し鉛直方向に直進する。
In the dllY and dB□ axes, the table moves straight in a horizontal plane on an axis with both ends fixed, whereas in the dex axis, the axis passes through the fixed table and moves straight in the vertical direction.

姿勢については互いに直交する回転と屈曲の3自由度a
、β、γ軸を直列に並べる。α軸はday軸のテーブル
に搭載してd ax軸全全体回転させる。α軸とdex
軸の間に吊りアームのφ1軸を接続する。駆動機構とし
ては直進動作にはモータとボールネジ、直進ガイドを用
いる。直進3軸共に移動距離が長いのでボールネジ軸回
転では危険速度が低下し、振動、騒音が起きやすい。こ
れを防ぐためボールネジはネジ軸を固定しナツト回転で
用いる。回転、屈曲動作には減速機付モータを用いる。
Regarding posture, there are three degrees of freedom a, rotation and bending, which are orthogonal to each other.
, β, and γ axes are arranged in series. The α-axis is mounted on the day-axis table and the entire d-axis is rotated. α axis and dex
Connect the φ1 shaft of the hanging arm between the shafts. The drive mechanism uses a motor, ball screw, and linear guide for linear movement. Since the travel distance for all three linear axes is long, the critical speed decreases when the ball screw shaft rotates, and vibration and noise are likely to occur. To prevent this, ball screws are used by fixing the screw shaft and rotating it with a nut. A motor with a speed reducer is used for rotation and bending operations.

特にα軸ではロボット本体と吊りアームを同期して回転
させねばならず大形回転機構となる。d sx軸のテー
ブル全体を大歯車で囲み、これに減速機付モータの出力
を小歯車で伝達する。これによりaの回転軸をdexと
一致させ、大形でも単純な機構とする。動作検出は光学
式ロータリエンコーダで行い、モータをサーボ制御する
In particular, on the α-axis, the robot body and hanging arm must be rotated in synchronization, resulting in a large rotation mechanism. d The entire table of the sx axis is surrounded by large gears, and the output of the motor with a reduction gear is transmitted to this using small gears. This makes the rotation axis of a coincide with dex, making the mechanism simple even if it is large. Motion detection is performed using an optical rotary encoder, and the motor is servo controlled.

本体支持駆動部202、吊り機構201、ロボット本体
32は大形、大重量となるが、高い位置決め再現性を得
る必要がある。そこで、フレーム203としては剛性が
高く、作動する全域で安定した精度が得られる門形フレ
ーム203に直進ガイドを取り付けたものとする。ボー
ルネジ軸もこのフレーム203に固定し、フレーム20
3を補強する構造体となる。なお、吊りアーム部201
とアーム部302は片持梁構成である。その先端をフレ
ーム203の外に突出させればα、d8□軸の動作領域
が増す。そこで、吊りアーム部201とアーム部302
はフレームの横桁をくぐって突き出るまで動作可能とし
ている。
Although the main body support drive section 202, the suspension mechanism 201, and the robot main body 32 are large and heavy, it is necessary to obtain high positioning reproducibility. Therefore, the straight guide is attached to the gate-shaped frame 203 which has high rigidity and can provide stable accuracy over the entire operating range. The ball screw shaft is also fixed to this frame 203, and the frame 20
It becomes a structure that reinforces 3. In addition, the hanging arm part 201
The arm portion 302 has a cantilever structure. If the tip thereof is made to protrude outside the frame 203, the operating range of the α and d8□ axes will be increased. Therefore, the hanging arm part 201 and the arm part 302
is operable until it passes through the crossbeam of the frame and protrudes.

第20図には機構部全体の自由度構成が示される。図示
のように無重力模擬機構部22は、宇宙ロボットの本部
分301を支持する6自由度ロボット機構部(d8X、
dBY、d8z、α、β、γ)と4組の張力一定吊り機
構201からなる。4本のワイヤ210は水平に伸びた
4自由度のアーム2本([φ81、ds*+  φ8□
、dg*2]〔φL1、d9LI%  φL2、dst
、2])により支持され、ワイヤー本につき2自由度の
ロボット機構部が対応する勘定となる。モータによる駆
動部分の自由度数はロボット本体32が12、吊り機構
部201が12、本体支持駆動部202が6であり、合
計で30自由度である。
FIG. 20 shows the degree of freedom configuration of the entire mechanical section. As shown in the figure, the zero-gravity simulating mechanism section 22 is a six-degree-of-freedom robot mechanism section (d8X,
dBY, d8z, α, β, γ) and four sets of constant tension suspension mechanisms 201. The four wires 210 are two arms with four degrees of freedom extending horizontally ([φ81, ds*+φ8□
, dg*2] [φL1, d9LI% φL2, dst
, 2]), and a robot mechanism with two degrees of freedom per wire book corresponds to the account. The degrees of freedom of the parts driven by the motor are 12 for the robot main body 32, 12 for the suspension mechanism section 201, and 6 for the main body support drive section 202, for a total of 30 degrees of freedom.

1.1.3.オフラインデータ作成法 本実施例に基づいたオフラインデータの作成法について
述べる。
1.1.3. Offline data creation method A method for creating offline data based on this embodiment will be described.

多関節構造体数学モデルll内には第20図のロボット
本体32に対応するモデルが構築されている。モデル構
築にあたっては、全体の関節構成、リンクの長さ、各リ
ンクおよび関節の質量、慣性モーメント、重心位置を指
定する必要がある。
A model corresponding to the robot body 32 shown in FIG. 20 is constructed in the multi-joint structure mathematical model ll. When constructing a model, it is necessary to specify the overall joint configuration, link length, mass of each link and joint, moment of inertia, and center of gravity position.

運動解析ソフト12では、定義された数学モデルの関節
角度、関節角速度、慣性系から見た吊り位置の3次元座
標値およびその速度等の時系列が計算される。第21図
にはこの運動解析ソフトへの入出力が示される。図示の
ように、入力は、多関節構造体数学モデルとして、■全
体の関節構成、■各リンクの長さ、■各リンクおよび関
節の質量、慣性モーメント、■各すンクおよび関節の重
心位置が、また多関節構造体初期値として、■本重心位
置および姿勢角の初期値、■本重心位置の微分および姿
勢角の微分の初期値、■各関節角およびその微分の初期
値、■多関節トルクの時系列である。また出力時系列は
、■本重心位置、姿勢角およびそれらの微分の時系列、
■各関節角およびその微分の時系列、■多関節構造体セ
ンサポイントの座標値およびその微分の時系列である。
The motion analysis software 12 calculates time series of joint angles, joint angular velocities, three-dimensional coordinate values of the suspension position viewed from the inertial system, and their velocities, etc. of the defined mathematical model. FIG. 21 shows the input and output to this motion analysis software. As shown in the figure, the input is a mathematical model of a multi-jointed structure, which includes ■the overall joint configuration, ■the length of each link, ■the mass and moment of inertia of each link and joint, and ■the position of the center of gravity of each link and joint. , In addition, as the initial values of the multi-jointed structure, ■ initial values of the main center of gravity position and posture angle, ■ initial values of the differential of the main center of gravity position and differential of the posture angle, ■ initial values of each joint angle and its derivative, ■ multi-joint This is a time series of torque. In addition, the output time series is: ■ Time series of main center of gravity position, attitude angle, and their derivatives,
■Time series of each joint angle and its derivative; ■Time series of coordinate values of multi-joint structure sensor points and their derivatives.

シミュレーション表示ソフト13では、それらの出力結
果をグラフ表示し、最大値および最小値を求めて計算値
が有効範囲にあるか否かのチエツクを自動的に行い、有
効範囲を飛び出すような計算値に対してはそれをワーニ
ングの形で利用者に知らせるようにしている。
The simulation display software 13 displays the output results in graphs, calculates the maximum and minimum values, automatically checks whether the calculated values are within the valid range, and avoids calculating values that are outside the valid range. In such cases, the user is notified of this in the form of a warning.

無重力模擬装置用データ変換ソフト14では、運動解析
ソフト12が算出する多関節構造体3の本301の重心
の位置と姿勢の時系列を無重力模擬装置2の6自由度ロ
ボット機構部(a SX、d 、Y、 d 、、、α、
β、γ)の時系列に変換し、また、4本のワイヤ210
に対する吊り位置と速度の3次元時系列を2本の吊りア
ーム([φR2、d 9R1φ−□、 dsRz ] 
  [φLl  dst+φL2、DgL2])の各関
節角度と角速度の時系列に変換する。2本の吊りアーム
に対する関節角データは、多関節構造体3の動きに追従
して常にワイヤ210が鉛直を保つように作成される。
The zero-gravity simulator data conversion software 14 converts the time series of the position and posture of the center of gravity of the book 301 of the multi-jointed structure 3 calculated by the motion analysis software 12 into the six-degree-of-freedom robot mechanism section (a SX, d,Y,d,,,α,
β, γ) is converted into a time series, and the four wires 210
The three-dimensional time series of the hanging position and speed for the two hanging arms ([φR2, d 9R1φ−□, dsRz ]
[φLl dst+φL2, DgL2]) is converted into a time series of each joint angle and angular velocity. The joint angle data for the two hanging arms are created so that the wire 210 always remains vertical, following the movement of the multi-joint structure 3.

具体的には、吊り機構201の4つの吊り下げポイント
(T11.、T3□、T R3、T、I4)がそれぞれ
の吊り位置(OR3、OR5、θL3、θL6)の鉛直
線上に来るように逆キネマテックスを解く。
Specifically, the four hanging points (T11., T3□, TR3, T, I4) of the hanging mechanism 201 are reversed so that they are on the vertical line of each hanging position (OR3, OR5, θL3, θL6). Solving kinematics.

1.1.4オフラインデータに基づ(協調制御動作第2
2図は第2図から特に制御系を中心に切り出して図示し
たものである。図示のように各制御部21.31は通信
制御、コマンド解釈・選択、サーボ制御の機能を持ち、
PIO(パラレル入出力)等の通信により同期制御され
る。
1.1.4 Based on offline data (cooperative control operation 2nd
FIG. 2 is a diagram cut out from FIG. 2 with a focus on the control system in particular. As shown in the figure, each control unit 21.31 has the functions of communication control, command interpretation/selection, and servo control.
Synchronous control is performed by communication such as PIO (parallel input/output).

上述のオフラインデータ作成法に基づき作成された多関
節構造体3および無重力模擬装置2の各関節角データ時
系列は、−旦、第22図の制御部31.21のメモリ上
に蓄えられる。二つの制御部31.21は、互いにPI
O等の通信を通じてタイミングを取りながら蓄えられた
データを目標値とするサーボ追従制御をそれぞれの機構
部32.22に対して行う。各機構部32.22は制御
部31.21の制御下に協調動作して吊りワイヤ210
を鉛直に保つよう動作する。第22図かられかる通り、
本方式は運動解析ソフト12と無重力模擬装置用データ
変換ソフト14が算出するデータを目標値として、吊り
ワイヤをフィードフォワード的に鉛直保持するサーボ機
構といえる。
The joint angle data time series of the multi-joint structure 3 and the zero-gravity simulator 2 created based on the offline data creation method described above are stored on the memory of the control unit 31.21 in FIG. The two control units 31.21 each have a PI
Servo follow-up control is performed on each mechanism section 32.22 using the stored data as a target value while taking timing through communication such as O. Each mechanism part 32.22 cooperates under the control of the control part 31.21 to extend the suspension wire 210.
It works to keep it vertical. As shown in Figure 22,
This system can be said to be a servo mechanism that maintains the hanging wire vertically in a feedforward manner using data calculated by the motion analysis software 12 and data conversion software 14 for zero gravity simulator as target values.

また張力一定吊り機構部201のワイヤ巻取り機構20
5は、後に詳しく述べるように、ワイヤ302の重力を
キャンセルして模擬的な無重力状態を実現するよう、ワ
イヤ210を巻取り7巻戻ししてワイヤ210にかかる
張力を常に一定に保持する。
Also, the wire winding mechanism 20 of the constant tension hanging mechanism section 201
5, to cancel the gravity of the wire 302 and realize a simulated weightless state, the wire 210 is wound and unwound seven times to keep the tension applied to the wire 210 constant.

■、2.オフライン無重力模擬実験システム■本方式は
、張力一定吊り方式とロボットによる支持駆動とを用い
たオフライン無重力実験システムにおいて、角度検出セ
ンサによるフィードバックループを設けることにより吊
りアームの追従性を改良したものである。
■、2. Off-line zero-gravity simulation system ■This method is an offline zero-gravity experimental system that uses a constant tension suspension method and support drive by a robot, and improves the followability of the suspension arm by providing a feedback loop using an angle detection sensor. .

前述のオフライン無重力模擬実験システムIはあらかじ
めソフトウェアシミュレータ1が作成したデータに添っ
て多関節構造体3.2自由度ロボット機構部204.6
自由度ロボット機構部208をサーボ制御する方式であ
る。この方式ではサーボ制御するための目標軌道がソフ
トウェアシミュレータ上に構築されたソフトウェアモデ
ルに準拠して作成されているため、モデルが不正確であ
るとワイヤ210の傾き等を招き、完全な重力補償を損
なう場合がある。ここで提案する方式は、これを補償す
るために角度検出センサを各ワイヤ2]0を支える根本
部分に取り付け、このセンサが検出するワイヤ210の
傾きをワイヤ210を吊っている2自由度ロボット機構
204にフィードバックさせて局部的な位置制御を行い
、ワイヤ210の鉛直保持性を向上させるものである。
The offline zero-gravity simulation system I described above consists of a multi-joint structure 3, a two-degree-of-freedom robot mechanism section 204.6, and a multi-joint structure 3.
This is a method in which the degree-of-freedom robot mechanism section 208 is servo controlled. In this method, the target trajectory for servo control is created based on a software model built on a software simulator, so if the model is inaccurate, it may cause the wire 210 to tilt, and complete gravity compensation may not be possible. It may be damaged. In order to compensate for this, the method proposed here attaches an angle detection sensor to the root part that supports each wire 2]0, and the inclination of the wire 210 detected by this sensor is detected by the two-degree-of-freedom robot mechanism that suspends the wire 210. 204 to perform local position control and improve vertical retention of the wire 210.

1.2.1.全体構成 第23図にはオフライン無重力模擬実験システムHの処
理概要が示される。前述のシステムIとの相違は、無重
力模擬制御部21に角度検出センサを設けてローカルな
フィードバック制御を挿入している点である。
1.2.1. Overall configuration FIG. 23 shows a processing outline of the off-line zero gravity simulation experiment system H. The difference from the above-mentioned system I is that the zero gravity simulation control section 21 is provided with an angle detection sensor and local feedback control is inserted.

1.2.2.要素部品 このオフライン無重力模擬実験システム■で新たに用い
る要素部品について説明する。
1.2.2. Elemental parts We will explain the new elemental parts used in this offline zero-gravity simulation system ■.

a、角度検出センサ 吊りワイヤ210の傾きを検出する角度検出センサとし
て、光学式角度検出センサと分力検出センサの二つの例
について説明する。
a. Angle detection sensor Two examples of angle detection sensors that detect the inclination of the hanging wire 210 will be described: an optical angle detection sensor and a component force detection sensor.

■、光学式角度検出センサ 第24図は光学式角度検出センサの原理を説明したもの
である。図示のように、アーム302を回転自在に保持
するジンバル207をワイヤ210で吊り、ジンバル2
07上にはジンバルの回転がワイヤ210に伝わらない
ように玉軸受を設ける。ジンバル207を吊るワイヤ2
10の取付け位置にはできるだけその位置に接近させて
LED等の発光体331を配置する。ワイヤ210の吊
りアーム側取付は位置には発光体331の位置を検出す
るための2次元受光体332、例えばCCD、PSD 
(位置検出デバイス)、あるいはカメラ等を配置する。
(2) Optical angle detection sensor FIG. 24 explains the principle of the optical angle detection sensor. As shown in the figure, a gimbal 207 that rotatably holds an arm 302 is suspended by a wire 210, and the gimbal 207 is suspended by a wire 210.
A ball bearing is provided on the wire 210 so that the rotation of the gimbal is not transmitted to the wire 210. Wire 2 for hanging gimbal 207
A light emitting body 331 such as an LED is arranged at the mounting position 10 as close as possible to that position. The wire 210 is attached to the hanging arm side by a two-dimensional photoreceptor 332, such as a CCD or PSD, for detecting the position of the light emitter 331.
(position detection device) or a camera, etc.

いま、ワイヤ210が鉛直に吊られている状態において
、受光体332により2次元画面として検出された発光
体331の位置(δ8o、δつ。)を2次元画面のXY
座標の原点とする。ワイヤ21Oが鉛直方向から傾いた
時に受光体332で検出された2次元画面中における発
光体331の位置を(δ8、ay)とすれば、ワイヤ2
10の鉛直線からのずれ、すなわち鉛直線となす角△θ
は、 △θ==sin−’(δ/h)#δ/hδ=「7弓=死
】 で求められる。なお、上式中のhはワイヤ210の長さ
である。
Now, with the wire 210 hanging vertically, the position (δ8o, δ) of the light emitter 331 detected as a two-dimensional screen by the photoreceptor 332 is expressed as the XY of the two-dimensional screen.
Set as the origin of coordinates. If the position of the light emitter 331 in the two-dimensional screen detected by the photoreceptor 332 when the wire 21O is tilted from the vertical direction is (δ8, ay), then the wire 2
10 deviation from the vertical line, that is, the angle △θ with the vertical line
is determined by Δθ==sin−'(δ/h)#δ/hδ=“7 bows=death”. Note that h in the above formula is the length of the wire 210.

■1分力検出センサ 吊りワイヤの傾きを水平方向分力により検出する分力検
出センサの原理が第25図に、より具体的な構成例が第
26図に示されている。図示のように、この分力検出セ
ンサ340は張力センサ機構206の下部に取り付けら
れており、ワイヤ210が貫通する玉軸受部342と、
この玉軸受部342の水平面内における偏位を検出する
6自由度カセンサ(2自由度カセンサであってもよい)
341と、分力検出センサを囲むカバー343となどで
構成されている。なお6自由度カセンサ341は張力セ
ンサ機構206のベースに固定されている。
(1) 1-Component Force Detection Sensor The principle of a component force detection sensor that detects the inclination of a hanging wire using a horizontal component force is shown in FIG. 25, and a more specific example of its configuration is shown in FIG. 26. As shown in the figure, this component force detection sensor 340 is attached to the lower part of the tension sensor mechanism 206, and includes a ball bearing portion 342 through which the wire 210 passes;
A 6-degree-of-freedom sensor (or a 2-degree-of-freedom sensor) that detects the deviation of this ball bearing 342 in the horizontal plane
341, a cover 343 surrounding the component force detection sensor, and the like. Note that the six-degree-of-freedom sensor 341 is fixed to the base of the tension sensor mechanism 206.

このような構成にすると、ワイヤ210が鉛直方向から
傾いた場合には、このワイヤ210が玉軸受部342を
水平方向に偏位させ、その偏位の大きさが6自由度カセ
ンサ341により検出され、これによりワイヤ210の
鉛直線からの傾き△θを測ることができる。例えば力セ
ンサ341で検出された水平分力をTcとすると、傾き
△θ八へ=s i n−’ (Tc /T)T。:  
T、、”+T−7 で求まる。ここでTはワイヤ210にかかる弓長力、T
 cxおよびT ayは、水平面における分力TcのX
方向およびX方向の成分である。
With such a configuration, when the wire 210 is tilted from the vertical direction, the wire 210 causes the ball bearing portion 342 to be displaced in the horizontal direction, and the magnitude of the displacement is detected by the six-degree-of-freedom force sensor 341. , whereby the inclination Δθ of the wire 210 from the vertical line can be measured. For example, if the horizontal component force detected by the force sensor 341 is Tc, then the slope is Δθ8 = sin-' (Tc /T)T. :
T, , "+T-7. Here, T is the bow length force applied to the wire 210, and T
cx and T ay are X of the component force Tc in the horizontal plane
direction and the X direction component.

このような分力検出センサ340でワイヤ210の傾き
△θを検出する場合には、ジンバル207の回転やワイ
ヤ210のねじれに影響されることな(正確な測定がで
きる。
When detecting the inclination Δθ of the wire 210 using such a component force detection sensor 340, accurate measurement can be performed without being affected by the rotation of the gimbal 207 or the twisting of the wire 210.

1.2.3.制御動作 オフライン無重力模擬実験システム■の基本的な制御動
作はオフライン無重力実験シスチムニと同じであるが、
相違点として、ワイヤ210に傾き八〇が生じた場合に
、その傾き△Oを角度検出センサで検出し、これを2自
由度ロボット機構204にフィードバックさせ、ワイヤ
210が元の垂直方向に戻るようにワイヤ吊り下げ位置
の制御を行っている。
1.2.3. Control operation The basic control operation of the offline zero-gravity simulation system■ is the same as the offline zero-gravity experiment system.
The difference is that when the wire 210 has an inclination of 80, the angle detection sensor detects the inclination △O and feeds this back to the two-degree-of-freedom robot mechanism 204 so that the wire 210 returns to its original vertical direction. The wire hanging position is controlled.

1.3.オンライン無重力模擬実験システム1木刀式は
、張力一定吊り方式、角度センサによる吊り方向鉛直保
持方式、およびロボットによる支持駆動とを折衷的に用
いたものである。
1.3. The online zero-gravity simulation system 1 is a wooden sword system that uses a compromise between a constant tension suspension system, an angle sensor to hold the suspension direction vertically, and a support drive using a robot.

1.3.1.全体構成 第27図にはオンライン無重力模擬実験システムIの処
理概要が示される。
1.3.1. Overall configuration FIG. 27 shows a processing outline of the online zero gravity simulation experiment system I.

本方式は、ソフトウェアシミュレーション部とハードウ
ェアシミュレーション部を切り離し、前述の角度検出セ
ンサおよび多関節構造体のベースに及ぶ力とモーメント
を検出する6自由度カセンサが検出する値を使って無重
力模擬装置2の各関節角をリアルタイムに補正するフィ
ードバック制御系に特徴がある。
This method separates the software simulation section and the hardware simulation section, and uses the values detected by the angle detection sensor and the 6-degree-of-freedom sensor that detects the force and moment exerted on the base of the multi-jointed structure to create a zero-gravity simulator 2. It is characterized by a feedback control system that corrects each joint angle in real time.

すなわち無重力模擬制御部26に吊りワイヤ210の角
度検出センサと、多関節構造体ベース301に働く反作
用(力とモーメント)を検出する6自由度カセンサを有
し、多関節構造体制御部36に、多関節構造体コントロ
ール用ジョイステック35が接続されている。
That is, the zero-gravity simulation control unit 26 has a sensor for detecting the angle of the hanging wire 210 and a 6-degree-of-freedom force sensor that detects the reaction (force and moment) acting on the multi-joint structure base 301, and the multi-joint structure control unit 36 has A joystick 35 for controlling the multi-joint structure is connected.

1.3.2.要素部品 a、ロボットベースの反作用検出機構 第28図には多関節構造体3の関節の駆動に伴ってその
ベース301に働く反作用を検出する反作用検出機構が
示される。図示するように、左右2本のアーム302の
ベースへの付は根に6自由度カセンサ351をそれぞれ
取り付け、この6自由度カセンサ351をカバー352
で囲っである。この6自由度カセンサ351によりベー
ス301に働く反作用(力とモーメント)を検出するこ
とができる。
1.3.2. Element Part a: Robot-based Reaction Detection Mechanism FIG. 28 shows a reaction detection mechanism that detects the reaction acting on the base 301 of the multi-joint structure 3 as the joints of the multi-joint structure 3 are driven. As shown in the figure, when attaching the two left and right arms 302 to the base, a six-degree-of-freedom sensor 351 is attached to the base, and the six-degree-of-freedom sensor 351 is attached to a cover 352.
It is surrounded by This six-degree-of-freedom sensor 351 can detect the reaction (force and moment) acting on the base 301.

1.3.3.制御動作 本方式の基本的な処理の流れを第27図に基づいて説明
する。
1.3.3. Control Operation The basic processing flow of this method will be explained based on FIG. 27.

第2図に示したシステム■ではオフラインで予め用意さ
れていたデータに基づいて全体系を駆動させるが、本シ
ステムではジョイステック35を使ってリアルタイムに
多関節構造体3を駆動させることが可能である。多関節
構造体制御部36はジョイステック35からの指令値を
目標値としたサーボ機構をなしており、多関節構造体機
構部32を遠隔的に操作することが可能である。
In the system ■ shown in FIG. 2, the entire system is driven offline based on data prepared in advance, but in this system, it is possible to drive the multi-joint structure 3 in real time using the joystick 35. be. The multi-joint structure control section 36 is a servo mechanism that uses a command value from the joystick 35 as a target value, and can remotely operate the multi-joint structure mechanism section 32.

多関節構造体3は関節の駆動に伴ってそのベース3C)
lに反作用(力とモーメント)を受け、また吊りワイヤ
210は鉛直線からずれを生じる。
The multi-jointed structure 3 changes its base 3C as the joints are driven.
1 is subjected to a reaction (force and moment), and the suspension wire 210 is displaced from the vertical line.

無重力模擬制御部26はこの反作用を6自由度力センサ
351で検出し、この値を力学計算部において6自由度
ロボット機構部[a、x、 ciBY、dB□、α、β
、γ] (第20図参照)の各関節角に対する次ステツ
プ指令値に変換する。6自由度ロボット機構部[dBX
、 daY、daz、a、β、γ]は、算出された次ス
テツプ指令値を目標値としてサーボ駆動を次々に繰り返
していく。
The zero-gravity simulation control unit 26 detects this reaction with the 6-degree-of-freedom force sensor 351, and uses this value in the mechanics calculation unit to calculate the 6-degree-of-freedom robot mechanism [a, x, ciBY, dB□, α, β
, γ] (see FIG. 20) into the next step command value for each joint angle. 6 degrees of freedom robot mechanism [dBX
, daY, daz, a, β, γ], the servo drive is repeated one after another using the calculated next step command value as the target value.

第29図には上記の力センサ351の検出値を用いて宇
宙ロボット3のベース301に無重力空間での運動と同
じ動きをさせるためのアルゴリズムが示される。図示の
ように、左、右6自由度力センサ351の出力値(力及
びモーメント)を検出しくステップS1)、宇宙ロボッ
トのベース301に対するニュートン方程式、オイラ一
方程式から、次ステツプのベース重心位置と姿勢角の時
間微分を算出しくステップS2)、6自由度ロボット(
d−X、 d−v、dez、a、β、γ)に対する速度
成分を算出しくステップS3)、6自由度ロボット機構
部のサーボ駆動を行い(ステップS4)、この処理を繰
り返す。
FIG. 29 shows an algorithm for causing the base 301 of the space robot 3 to move in the same way as in zero gravity space using the detected value of the force sensor 351. As shown in the figure, the output values (force and moment) of the left and right 6-degree-of-freedom force sensors 351 are detected (step S1), and from Newton's equation and Euler's equation for the base 301 of the space robot, the base center of gravity position of the next step is determined. Calculate the time derivative of the attitude angle (Step S2), and 6 degrees of freedom robot (
dX, dv, dez, a, β, γ) is calculated (Step S3), the 6-degree-of-freedom robot mechanism is servo driven (Step S4), and this process is repeated.

同様に吊りワイヤの鉛直線からのずれは無重力模擬制御
部25の角度検出センサにより検出され、このずれを常
にゼロに補正するように吊りアーム(2自由度ロボット
機構)204がサーボ駆動される。
Similarly, the deviation of the hanging wire from the vertical line is detected by the angle detection sensor of the zero-gravity simulation control unit 25, and the hanging arm (two-degree-of-freedom robot mechanism) 204 is servo-driven so as to always correct this deviation to zero.

以上のような制御方式により、多関節構造体32のベー
ス301は常に反作用の影響を取り入れた挙動を行い、
吊りアーム204はワイヤ210が常に鉛直を保つよう
に多関節構造体3に追従して動いていく。この制御系は
、無重力模擬制御部26の力学計算に要する時間および
サーボ駆動のサンプリングタイムより長いタイムスケー
ルにおいてリアルタイム性を有する。
With the control method described above, the base 301 of the multi-joint structure 32 always behaves in a way that takes into account the influence of reaction.
The hanging arm 204 moves following the multi-joint structure 3 so that the wire 210 always remains vertical. This control system has real-time properties on a time scale longer than the time required for the dynamic calculations of the zero-gravity simulation control section 26 and the sampling time of the servo drive.

このオンライン無重力模擬実験システム■ではハードウ
ェアによる無重力模擬実験をソフトウェア的に表示する
ことも可能となっている。即ち、多関節構造体3の初期
値と駆動指令値をジョイステック35を通して直接にリ
アルタイムソフトウェアシミュレータ10の運動解析ソ
フト12に送る。運動解析ソフト12では、受は取った
値を運動方程式に代入し、ステップ毎にシミュレション
表示ソフト13に表示させる。この方式では、運動解析
部12と表示部13における基本ステップ間隔より長い
タイムスケールの運動に対してはリアルタイムの応答が
可能である。
This online zero-gravity simulation system (■) also makes it possible to display hardware-based zero-gravity simulation experiments using software. That is, the initial value and drive command value of the multi-joint structure 3 are directly sent to the motion analysis software 12 of the real-time software simulator 10 through the joystick 35. The kinematic analysis software 12 substitutes the obtained values into the equation of motion and displays them on the simulation display software 13 for each step. With this method, real-time response is possible to movements on a time scale longer than the basic step interval in the movement analysis section 12 and display section 13.

以上のように、本システム構成ではジョイステック35
の指令値に基づいてハードウェアとソフトウェアによる
双方の挙動をリアルタイムに確認していくことが可能で
ある。
As mentioned above, in this system configuration, joystick 35
It is possible to check the behavior of both hardware and software in real time based on the command values.

1.4.オンライン無重力模擬実験システム■本方式は
、張力一定吊り方式と角度センサによる吊り方向鉛直保
持方式のみを用いたものである。
1.4. Online Zero Gravity Simulation Experiment System ■This method uses only a constant tension suspension method and a method of holding the suspension direction vertically using an angle sensor.

1.4.1.全体構成 第30図には本方式による処理概要が示される。1.4.1. overall structure FIG. 30 shows an outline of the processing according to this method.

本方式の特徴は、上述のオンライン無重力模擬実験シス
テムIの無重力模擬機構部22において、多関節構造体
3のベース301を支持していた6自由度ロボット機構
部の代わりにベース301の重心を吊る張力一定吊り機
構部を新たに設け、第31図に示されるように多関節構
造体全体をワイヤ211で吊り下げるところにある。
The feature of this method is that in the zero-gravity simulation mechanism section 22 of the online zero-gravity simulation experiment system I mentioned above, the center of gravity of the base 301 is suspended instead of the six-degree-of-freedom robot mechanism section that supported the base 301 of the multi-jointed structure 3. A constant tension suspension mechanism is newly provided, and the entire multi-joint structure is suspended by wires 211, as shown in FIG.

従って、本方式の無重力模擬制御部27には角度検出セ
ンサが1機構部22には6自由度ロボット機構部に代わ
ってベースの重心を吊る張力一定吊り機構部が加わって
いる。吊る位置をベースの重心線上に取る理論的根拠は
次項において詳述する。
Therefore, the zero-gravity simulation control section 27 of this system includes an angle detection sensor, and the mechanism section 22 includes a constant-tension suspension mechanism section that hangs the center of gravity of the base instead of the 6-degree-of-freedom robot mechanism section. The rationale for setting the hanging position on the center of gravity of the base will be explained in detail in the next section.

1.4.2.制御動作 本方式では、多関節構造体全体を張カ一定の複数本のワ
イヤ210.211で吊り、かつ各吊りアームが角度検
出センサの検出する値を見て常にワイヤを鉛直に保持制
御するので多関節構造体3の任意の動きに対して重力の
影響がキャンセルされる。
1.4.2. Control operation In this method, the entire multi-joint structure is suspended by multiple wires 210 and 211 with a constant tension, and each suspension arm constantly holds the wire vertically by checking the value detected by the angle detection sensor. The influence of gravity is canceled with respect to any movement of the multi-joint structure 3.

2、吊り方式 本無重力模擬実験システムにおける重要な要素技術の一
つである吊り機構の吊り位置と張力値を決める基本的な
方式を以下に述べる。いずれの方法も姿勢に依らない一
定の張力値によって多関節構造体に掛かる重力の影響を
トータルにキャンセルできるのが特徴である。
2. Hanging method The basic method for determining the hanging position and tension value of the hanging mechanism, which is one of the important elemental technologies in this zero-gravity simulation system, is described below. A feature of either method is that the influence of gravity on the multi-joint structure can be completely canceled by using a constant tension value that does not depend on the posture.

2.10重心鉛直線上吊り方式 本方式は張力一定吊り方式において吊り位置を重心鉛直
線上に取るものである。すなわち本方式は対象である多
関節構造体3をリンク毎に分解し、各々のリンクの重心
を通る鉛直線上を吊る方法である。張力値は各リンクの
重量に取る。本方式ではワイヤの本数は分解したリンク
数に等しくなる。よって6自由度ロボット機構を使って
多関節構造体3のベース301を支持する場合は当然ワ
イヤの本数は少な(なる。
2.10 Center of Gravity Lifting Above the Vertical Line This method is a constant tension hanging method in which the hanging position is placed on the vertical line of the center of gravity. That is, this method is a method in which the target multi-joint structure 3 is disassembled into links and suspended on a vertical line passing through the center of gravity of each link. The tension value is taken from the weight of each link. In this method, the number of wires is equal to the number of disassembled links. Therefore, when supporting the base 301 of the multi-joint structure 3 using a six-degree-of-freedom robot mechanism, the number of wires is naturally small.

第32図は本方式の原理を示したものである。FIG. 32 shows the principle of this system.

第32図において、各リンクは完全剛体とし、また各吊
り位置P1、P2、P3には第11図に示すようなジン
バル機構が連結されているものとする。単体吊りの場合
、単体の重心鉛直線上を吊る。張力Tは単体の重力に等
しい。また、多関節構造体の吊りの場合、各単体の重心
鉛直線上を吊る。各張力TI、T2、T3は各単体の重
力にそれぞれ等しい。
In FIG. 32, each link is assumed to be a completely rigid body, and a gimbal mechanism as shown in FIG. 11 is connected to each hanging position P1, P2, and P3. When lifting a single unit, hang the unit on the vertical line of its center of gravity. Tension T is equal to the gravity of a single body. In addition, when suspending a multi-jointed structure, the center of gravity of each unit shall be suspended on the vertical line. Each tension TI, T2, T3 is equal to the gravity of each unit.

第32図かられかる通り、各コンポーネントはその重心
を通る鉛直線上を吊られているため、張力値T1、T2
、T3は姿勢に依らず常に一定となる。重力の影響が各
コンポーネント毎にキャンセルされ、従って組み上がっ
た多関節構造体全体においても重力の影響は存在しない
As can be seen from Fig. 32, each component is suspended on a vertical line passing through its center of gravity, so the tension values T1 and T2
, T3 are always constant regardless of the posture. The influence of gravity is canceled for each component, so there is no influence of gravity on the entire assembled multi-jointed structure.

2.2.静力学的釣合い方式 本方式は対象である多関節構造体に対して静力学的な釣
合いの方程式を立てて吊り位置と張力値を求める方法で
ある。
2.2. Static balance method This method is a method to determine the suspension position and tension value by establishing a static balance equation for the target multi-jointed structure.

第33図に示すようなシリアルな機構を例に取って本方
式の原理を説明する。アーム303の吊り位置P1、P
2は各関節の屈曲軸とし、さらにハンド304単体も1
本のワイヤで吊る。吊りには前述同様ジンバルを用いる
。各リンクの重心位置は図示のように一直線上にならび
得るとする。このとき、静力学的釣り合いの式は以下の
ようになる。
The principle of this system will be explained by taking a serial mechanism as shown in FIG. 33 as an example. Hanging position P1, P of arm 303
2 is the bending axis of each joint, and the hand 304 alone is also 1
Hang with book wire. As mentioned above, a gimbal is used for hanging. It is assumed that the center of gravity of each link can be aligned on a straight line as shown. At this time, the equation of static balance is as follows.

ここでT。は左側の固定ボデーを通して支持される張力
、T 3、T2 、T3は各吊りワイヤの掛かる張力で
あり、21〜I26は重心点からの距離である。
T here. is the tension supported through the left fixed body, T 3 , T2 , T3 are the tensions applied by each hanging wire, and 21 to I26 are the distances from the center of gravity.

上式(5−1)より、張力T。、T、、T、、T。From the above formula (5-1), the tension T. ,T,,T,,T.

の値は以下のように求まる。The value of is calculated as follows.

(5−1)の釣り合いの式は、第33図に示す以外の任
意の姿勢で成り立つ。従って、+5−2)の各張力値は
対象の姿勢に依らず一定である。
The balance equation (5-1) is valid for any posture other than that shown in FIG. 33. Therefore, each tension value of +5-2) is constant regardless of the posture of the object.

2.3.折衷方式 本方式は張力一定吊り方式における前述の重心鉛直線上
吊り方式と静力学的釣合い方式を折衷したものであり、
釣りワイヤの本数をできるだけ減らす方法である。
2.3. Compromise method This method is a compromise between the above-mentioned center-of-gravity vertical suspension method and static balance method in the constant tension suspension method.
This is a method to reduce the number of fishing wires as much as possible.

今、第33図の全体系を張力T、 、T2の2本のワイ
ヤで支持することを考える。そのためには、今まで張力
T3のワイヤが支えていたハンド部分をT、 、T2の
ワイヤで支えなければならないが、リンクCDの重心位
置が吊り位置Cの右側にずれているため、T3のワイヤ
をはずすとリンクCDは重力のために垂れ下がってしま
う。これを避けるため、第34図に示されるように、リ
ンクCDの重力W3を補償するようなカウンタバランサ
を取り付ける。
Now, consider that the entire system shown in FIG. 33 is supported by two wires with tensions T, , and T2. To do this, the hand part that was previously supported by the wire with tension T3 must be supported with wires with tension T, , and T2, but since the center of gravity of link CD has shifted to the right of hanging position C, the wire with tension T3 must be supported. If you remove it, the link CD will sag due to gravity. In order to avoid this, a counter balancer is installed to compensate for the gravity W3 of the link CD, as shown in FIG.

この場合の静力学的釣合いの式は以下のようになる。The static balance equation in this case is as follows.

上式(6−1)より、張力T。、T、 、T2の値を求
めると、 前述と同様に、この場合も式(6−21の各張力値は対
象の姿勢に依らず常に一定であり、この一定張力で吊る
ことにより無重力状態を模擬することができる。
From the above formula (6-1), the tension T. , T, , T2 are calculated. As before, in this case as well, each tension value in equation (6-21) is always constant regardless of the subject's posture, and by hanging with this constant tension, a zero gravity state can be achieved. Can be simulated.

3、吊りアームの制御 3.1.吊り方向鉛直保持方式のアルゴリズム前述の角
度検出センサを使って求めた吊りワイヤの鉛直線からの
ずれは、第35図に示されるようなアルゴリズムにより
、吊りアームの位置制御にフィードバックされる。すな
わち、角度検出センサ330.340のセンサ出力値(
δ。
3. Control of hanging arm 3.1. Algorithm for hanging direction vertical holding method The deviation of the hanging wire from the vertical line determined using the angle detection sensor described above is fed back to the position control of the hanging arm by an algorithm as shown in FIG. That is, the sensor output values of the angle detection sensors 330 and 340 (
δ.

δy)   (Tc、、T ey)を求め(ステップ5
11)、このセンサ出力に基づき吊りアームに関する逆
キネマテイクスを使い吊りアームの目標関節角の算出し
くステップ512) 吊りアームのサーボ駆動を行い(
ステップ513)、この処理を繰り返す。吊りアームの
サーボ駆動に従い変化する巻取りモータのエンコーダ出
力値からワイヤの長さを検出しくステップ514)、こ
れを次サイクルにおける吊りアームの目標関節角の算出
の際に用いる。
δy) (Tc,, T ey) is determined (Step 5
11) Based on this sensor output, calculate the target joint angle of the hanging arm using inverse kinematics regarding the hanging arm.Step 512) Perform servo drive of the hanging arm (
Step 513), repeat this process. The length of the wire is detected from the encoder output value of the winding motor which changes according to the servo drive of the hanging arm (step 514), and this is used when calculating the target joint angle of the hanging arm in the next cycle.

3.21巻取り機構部による張カ一定制御張力センサ2
06を用いて吊りワイヤ210に掛かる張力を検出し、
この張力が一定張力となるように巻取り機構部205の
巻取りモータ230を制御する際のモータ制御方式につ
いて以下に述べる。
3.21 Constant tension control tension sensor 2 by winding mechanism
06 to detect the tension applied to the hanging wire 210,
A motor control method for controlling the winding motor 230 of the winding mechanism section 205 so that this tension becomes a constant tension will be described below.

3.2.1. トルク制御方式I このトルク制御方式1は張力センサ206の検出出力に
基づいて巻取りモータ230をトルク制御し、吊りワイ
ヤ210に掛かる張力を一定にして無重力環境を模擬す
る方式である。
3.2.1. Torque Control Method I This torque control method 1 is a method in which the winding motor 230 is torque-controlled based on the detection output of the tension sensor 206, and the tension applied to the hanging wire 210 is kept constant to simulate a zero-gravity environment.

a、全体構成 第36図には本トルク制御方式■を実現するためのシス
テム構成が示される。図示のように、無重力を模擬すべ
き対象物とワイヤで結ばれている無重力模擬装置の機構
部22と、この機構部を制御する制御部21とからなる
システム構成となっている。
a. Overall configuration FIG. 36 shows a system configuration for realizing the present torque control method (2). As shown in the figure, the system configuration includes a mechanism section 22 of the zero gravity simulating device that is connected with a wire to an object to simulate zero gravity, and a control section 21 that controls this mechanism section.

ここで本トルク制御方式■に係わる無重力模擬機構部2
2の構成部分としては前述の第13図で説明した巻取り
機構部205と張力センサ206であり、第36図中に
は無重力を模擬すべき対象物をワイヤによって巻上げ7
巻下げする巻取り機構部205の巻取りモータ230と
、その吊りワイヤ210の張力を検出する張力センサ2
06が示されている。一方、無重力模擬制御部21は、
前述の第2項の各吊り方式により決定される無重力環境
を実現するための張力値を張力指令値として生成する制
御ソフト261と、張力センサ206で検出された張力
と制御ソフト261の張力指令値に基づいて巻取りモー
タ230に対してトルク指令値を出力する制御回路26
0からなる。
Here, the zero gravity simulation mechanism part 2 related to this torque control method ■
The components of 2 are the winding mechanism 205 and tension sensor 206 described above in FIG. 13, and in FIG.
A winding motor 230 of the winding mechanism section 205 that lowers the winding, and a tension sensor 2 that detects the tension of the hanging wire 210.
06 is shown. On the other hand, the zero gravity simulation control section 21
A control software 261 that generates a tension value as a tension command value to realize a zero-gravity environment determined by each suspension method in the second section above, and a tension command value of the tension sensor 206 and the tension detected by the tension sensor 206. A control circuit 26 that outputs a torque command value to the winding motor 230 based on
Consists of 0.

b、各要素の構成 巻取り機構部205および張力センサ206の具体的構
成は第13図により説明したものと同じである。
b. Structure of each element The specific structure of the winding mechanism section 205 and the tension sensor 206 is the same as that explained with reference to FIG. 13.

C9無重力模擬のための巻取り機構部205の制御方法 先に述べた通り、物体に働く重力を補償して無重力を模
擬するためには、物体を常に重力と等しい張力でワイヤ
210により鉛直上向きに引っ張り上げればよい。そこ
で、制御ソフト61は物体に働く重力をキャンセルして
無重力環境を実現するためにワイヤ210に掛けるべき
張力値を張力指令値として制御回路260に出力する。
C9 How to control the winding mechanism section 205 for simulating zero gravity As mentioned earlier, in order to compensate for the gravity acting on an object and simulate zero gravity, the object is always moved vertically upward by the wire 210 with a tension equal to gravity. Just pull it up. Therefore, the control software 61 outputs the tension value to be applied to the wire 210 as a tension command value to the control circuit 260 in order to cancel the gravity acting on the object and realize a zero gravity environment.

この張力指令値は前述の第2項の吊り方式で述べた理論
に基づき決定できる。
This tension command value can be determined based on the theory described in the suspension method in Section 2 above.

ワイヤ210に掛かる張力は物体の動きや物体に作用す
る外力によって変動する。この張力値は張力センサ20
6により計測され、その計測された張力値は制御ソフト
261からの張力指令値と共に制御回路260に入力さ
れる。
The tension applied to the wire 210 varies depending on the movement of the object and the external force acting on the object. This tension value is determined by the tension sensor 20.
6, and the measured tension value is input to the control circuit 260 together with the tension command value from the control software 261.

制御回路260では、理論上求まる張力指令値とワイヤ
に実際に掛かっている張力値との差を比較部で求め、こ
の差をすばや(減少させることができる巻取りモータ2
30のトルク値を演算し、これをトルク指令値として巻
取りモータ230に出力する。
In the control circuit 260, the difference between the theoretically determined tension command value and the tension value actually applied to the wire is determined by the comparison section, and this difference is quickly (reduced) by the winding motor 2.
30 is calculated and outputted to the winding motor 230 as a torque command value.

トルク指令値を受は取った巻取りモータ230はワイヤ
の張力変動を打ち消すように巻胴235によりワイヤ2
10を巻取り7巻戻しする。
The winding motor 230, which has received the torque command value, winds the wire 2 with the winding drum 235 so as to cancel the tension fluctuation of the wire.
Wind up 10 and unwind 7.

以上により物体を吊るワイヤ210の張力は、物体に働
く重力を目標値として一定に保たれ、それにより物体の
模擬的な無重力環境を実現する。
As described above, the tension of the wire 210 suspending the object is kept constant with the gravitational force acting on the object as a target value, thereby realizing a simulated weightless environment for the object.

3.2.2. l−ルク制御方式■ このトルク制御方式■は、巻取りモータ等が持つ静止摩
擦の影響を除去したうえで、張力センサを用いて巻取り
モータをトルク制御し、吊りワイヤに掛かる張力を一定
張力にして無重力環境を模擬する方式である。
3.2.2. l-Luke control method ■ This torque control method ■ removes the influence of static friction of the winding motor, etc., and then controls the torque of the winding motor using a tension sensor to keep the tension on the hanging wire at a constant tension. This method simulates a zero gravity environment.

巻取り機構部(巻取りモータ、巻胴なと)や張力センサ
なとは一般に静止摩擦を持っており、巻取り機構部を速
度ゼロから急に回転させようとする時にはこの静止摩擦
によりワイヤの巻取り7巻戻し動作が滑らかでなくなる
。この結果、張カー定制御が不安定となり、無重力環境
の模擬も正確でなくなる。本トルク制御方式■はかかる
静止摩擦の影響を除去し、張カ一定制御の応答性を改善
したものである。
The winding mechanism (winding motor, winding drum) and tension sensor generally have static friction, and when the winding mechanism is suddenly rotated from zero speed, this static friction causes the wire to The winding and unwinding operations are not smooth. As a result, tension control becomes unstable and the simulation of a zero gravity environment becomes inaccurate. This torque control method (2) eliminates the influence of static friction and improves the responsiveness of constant tension control.

a、全体構成 第37図には本トルク制御方式■を実現するためのシス
テム構成が示される。本トルク制御方式■では、前述の
トルク制御方式■の構成に加えて、張力センサ206か
らの検出張力値を制御ソフト262にも入力し、制御ソ
フト262はこの検出された張力値に基づいて制御回路
260への張力指令値を変えることができるようになっ
ている。
a. Overall configuration FIG. 37 shows a system configuration for realizing the present torque control method (2). In this torque control method (2), in addition to the configuration of the torque control method (2) described above, the detected tension value from the tension sensor 206 is also input to the control software 262, and the control software 262 performs control based on this detected tension value. The tension command value to the circuit 260 can be changed.

b、制御方法 物体(宇宙ロボット)の動きに対応して巻取り機構部2
05を起動させる際に静止摩擦力が生じていた場合には
、ワイヤに掛かる張力は一定張力値から静止摩擦力の影
響分だけ変化する。そこでワイヤに実際に掛かっている
張力値を張力センサ206で検出して制御ソフト262
に取り込む。
b. Control method The winding mechanism section 2 corresponds to the movement of the object (space robot).
If a static frictional force is generated when 05 is activated, the tension applied to the wire changes from a constant tension value by the influence of the static frictional force. Therefore, the tension value actually applied to the wire is detected by the tension sensor 206, and the control software 262 detects the tension value actually applied to the wire.
Incorporate into.

制御ソフト262ではこの実際の張力値を、自己が持つ
張力指令値と比較する。この比較の結果、張力値〉張力
指令値、あるいは張力値く張力指令値の場合には静止摩
擦力の影響が生じたと判断することかでき、この静止摩
擦の影響を除去するように張力指令値を変化させる。
The control software 262 compares this actual tension value with its own tension command value. As a result of this comparison, if tension value > tension command value, or tension value < tension command value, it can be determined that the influence of static friction force has occurred, and the tension command value is adjusted to eliminate the influence of static friction. change.

つまり、いま物体の重力をキャンセルするものとして理
論的に求まる張力指令値を基準張力指令値とすると、張
力値〉基準張力指令値の場合には、制御回路260に与
える張力指令値をあるオフセット値だけ小さくする。こ
のオフセット値は、巻取り機構部等の起動時に生じる予
め測定済の静止摩擦力に基づき決まる値である。また張
力値〈基準張力指令値の場合には、制御回路260に与
える張力指令値をオフセット個分だけ大きくする。
In other words, if the tension command value that is theoretically determined as one that cancels the gravity of the object is set as the reference tension command value, then if the tension value>the reference tension command value, then the tension command value given to the control circuit 260 is set to a certain offset value. Make it smaller. This offset value is determined based on the static friction force that is measured in advance and occurs when the winding mechanism section etc. is activated. Further, when the tension value <the reference tension command value, the tension command value given to the control circuit 260 is increased by the offset value.

このようにして、オフセット付きの張力指令値を制御回
路260に入力することによって、制御回路260にお
ける比較部の出力(張力値と張力指令値の差)は静止摩
擦力分だけ大きさが変わり、これにより静止摩擦力の影
響を除去する作用を実現できる。
In this way, by inputting the tension command value with an offset into the control circuit 260, the output of the comparison section in the control circuit 260 (the difference between the tension value and the tension command value) changes in magnitude by the static friction force. This makes it possible to achieve the effect of eliminating the influence of static friction force.

具体的には、後に説明する制御回路においては、重力と
張力が釣り合った時の張力値を零点に設定しているため
、この制御回路では張力値が正の時には負の静止摩擦力
が張力指令値であり、張力値が負の値なら正の静止摩擦
力が張力指令値となる。
Specifically, in the control circuit described later, the tension value when gravity and tension are balanced is set as the zero point, so when the tension value is positive, the negative static friction force becomes the tension command in this control circuit. If the tension value is a negative value, the positive static friction force becomes the tension command value.

3.2.3. トルク制御方式■ 本トルク制御方式■は、巻取りモータ等の静止摩擦の影
響の他に動摩擦の影響も除去したうえで、張力センサを
用いて巻取りモータをトルク制御し、吊りワイヤに掛か
る張力を一定にして無重力環境を模擬する方式である。
3.2.3. Torque control method ■ This torque control method eliminates the effects of dynamic friction in addition to the static friction of the winding motor, etc., and then controls the torque of the winding motor using a tension sensor to control the tension on the hanging wire. This method simulates a zero-gravity environment by keeping the weight constant.

巻取り機構部(巻取りモータ、巻胴なと)や張力センサ
なとは、前述の静止摩擦の他に、機構動作中に発生する
動摩擦も持っている。本トルク制御方式■は、前述のト
ルク制御方式Hによる静止摩擦の影響の除去に加えて、
この動摩擦の影響も除去するようにしたものである。
In addition to the static friction mentioned above, the winding mechanism (winding motor, winding drum) and tension sensor have dynamic friction that occurs during mechanism operation. This torque control method (■), in addition to eliminating the influence of static friction by the aforementioned torque control method (H),
The effect of this dynamic friction is also removed.

a、全体構成 第38図には本トルク制御方式■を実現するためのシス
テム構成が示される。本トルク制御方式■では、前述の
トルク制御方式■の構成に加えて、巻取りモータ230
の回転速度が制御ソフト263に入力されており、制御
ソフト263は張力センサ206からの張力値と巻取り
モータ230からの回転数とに基づいて張力指令値を変
えることができるようになっている。
a. Overall configuration FIG. 38 shows a system configuration for realizing the present torque control method (2). In this torque control method (■), in addition to the configuration of the torque control method (■) described above, the winding motor 230
The rotation speed is input to the control software 263, and the control software 263 can change the tension command value based on the tension value from the tension sensor 206 and the rotation speed from the take-up motor 230. .

b、制御方法 巻取り機構部205で巻取り7巻戻しを行っている時に
は、巻取りモータ230の回転速度値が制御ソフト26
3に取り込まれる。制御ソフト263では前述のトルク
制御方式■で説明した基準張力指令値に加算/減算する
オフセット値をこの回転速度に応じて変化させる機能を
有している。
b. Control method When the winding mechanism unit 205 is performing winding and unwinding, the rotational speed value of the winding motor 230 is controlled by the control software 26.
It will be incorporated into 3. The control software 263 has a function of changing the offset value to be added/subtracted from the reference tension command value explained in the above-mentioned torque control method (2) in accordance with this rotational speed.

一般に動摩擦力は速度に比例するものである。Generally, dynamic frictional force is proportional to speed.

そこで予め実験によって、回転速度とその回転速度で生
じる動摩擦力の関係を決める比例定数を求めておく。回
転速度が零の場合はトルク制御方式■のように張力指令
値に静止摩擦力分のオフセットを与えるが、回転速度が
零でない場合には、回転速度に前述の比例定数を乗じて
動摩擦力を算出し、これを張力指令値のオフセット量と
する。この場合、回転が巻下げ(巻戻し)の時は張力指
令値(=動摩擦力)は負の値、回転が巻上げ(巻取り)
の時は正の値となる。
Therefore, a proportionality constant that determines the relationship between the rotational speed and the dynamic frictional force generated at that rotational speed is determined in advance through experiments. When the rotation speed is zero, an offset for the static friction force is given to the tension command value as in torque control method ■, but when the rotation speed is not zero, the dynamic friction force is calculated by multiplying the rotation speed by the proportionality constant described above. Calculate and use this as the offset amount of the tension command value. In this case, when the rotation is lowering (rewinding), the tension command value (=dynamic friction force) is a negative value, and when the rotation is winding (winding)
When , it becomes a positive value.

これによって制御回路260における比較部の出力(張
力値と張力指令値の差)は動摩擦力分だけ大きさが変化
し、前述したトルク制御方式Hの作用と合わせて摩擦力
の影響を除去する作用を実現できるものである。
As a result, the output of the comparison section in the control circuit 260 (the difference between the tension value and the tension command value) changes in magnitude by the amount of the dynamic friction force, and together with the effect of the torque control method H described above, the effect of removing the influence of the friction force It is possible to realize this.

3、2.4.速度制御方式 本速度制御方式は張力センサの検出張力と対象物体の質
量から物体の速度を計算してその値によって巻取りモー
タを速度制御し、ワイヤに掛かる張力を一定に制御して
無重力環境を模擬する方式である。
3, 2.4. Speed control method This speed control method calculates the speed of the object from the tension detected by the tension sensor and the mass of the target object, and controls the speed of the winding motor based on that value, controlling the tension on the wire to a constant value to create a zero-gravity environment. This is a method of simulating.

a、全体構成 第39図には本速度制御方式を実現するためのシステム
構成が示される。前述のトルク制御方式路I、■、■と
相違する点として、無重力模擬制御部21が制御ソフト
264のみからなり、この制御ソフト264は張力セン
サ264から張力値を得て、巻取りモータ230に速度
指令を出力するように構成されている。
a. Overall configuration FIG. 39 shows a system configuration for realizing this speed control method. The difference from the torque control method paths I, 2, and 2 described above is that the zero-gravity simulation control section 21 consists only of control software 264, and this control software 264 obtains the tension value from the tension sensor 264 and sends it to the winding motor 230. It is configured to output a speed command.

b、制御方法 この速度制御方式の特徴は、物体に加わる外力Fから直
接に物体の無重力環境下での動きを計算し、巻取りモー
タに速度指令を行うところにある。
b. Control method The feature of this speed control method is that the movement of the object in a weightless environment is calculated directly from the external force F applied to the object, and a speed command is given to the winding motor.

すなわち、張力センサ206の出力の変動分から物体に
働く外力Fを検出し、予め測定しておいた物体の質量m
を用いて制御ソフト264において次式を用いて、物体
が無重力環境を模擬するために持つべき速度Vを逐次計
算する。
That is, the external force F acting on the object is detected from the variation in the output of the tension sensor 206, and the mass m of the object measured in advance is
Using the following equation, the control software 264 sequentially calculates the velocity V that the object should have in order to simulate a zero gravity environment.

式中、△tはサンプリングタイム、■oは初速度である
。この式により計算された速度Vを巻取りモータ230
への速度指令として出力する。これによって巻取りモー
タ230や巻胴、張力センサ206などの摩擦の影響を
除去しつつ無重力模擬を実現できる。
In the formula, Δt is the sampling time, and ■o is the initial velocity. The speed V calculated by this formula is applied to the winding motor 230.
Output as a speed command to. This makes it possible to simulate zero gravity while eliminating the effects of friction on the winding motor 230, winding drum, tension sensor 206, and the like.

3.2.制御回路の具体的構成 前述のトルク制御方式I、■、■で用いた制御回路26
0の具体的構成について述べる。
3.2. Specific configuration of control circuit Control circuit 26 used in torque control method I, ■, ■ mentioned above
The specific configuration of 0 will be described.

第40図にはこの制御回路260の構成例が示される。FIG. 40 shows an example of the configuration of this control circuit 260.

図示のように、この制御回路260は巻取りモータ23
0と張力センサ206と共に閉ループを構成して、張力
指令地を目標地とする定値制御(レギュレータ)を行う
ものである。
As shown, this control circuit 260 controls the winding motor 23.
0 and the tension sensor 206 to form a closed loop and perform constant value control (regulator) with the tension command location as the target location.

この構成例においては、張力センサ206は物体の重力
とワイヤに掛かる目標張力とが釣り合った状態の時に零
値を張力値として制御回路260に与えるよう、張力セ
ンサ増幅器内で零点調整がされている。したがって張力
センサ206からの出力値は零からの変動値(すなわり
目標張力からの変動幅)となる。これに対応して制御ソ
フト261.262.263からの張力指令値は摩擦等
の補償を行う場合には零からの変動値となっている。
In this configuration example, the tension sensor 206 is zero-adjusted in the tension sensor amplifier so that a zero value is given to the control circuit 260 as a tension value when the gravity of the object and the target tension applied to the wire are balanced. . Therefore, the output value from the tension sensor 206 is a fluctuation value from zero (ie, a fluctuation range from the target tension). Correspondingly, the tension command value from the control software 261, 262, 263 is a value that fluctuates from zero when compensating for friction or the like.

第40図に示されるように、制御回路260は比較部2
70、オブザーバ271、フィードバックゲイン調整部
272、積分器273.274等を含み構成される。比
較部270は張力センサ206で検出された張力値と制
御ソフトからの張力指令値を比較してその差分である張
力変動値を出力する。オブザーバ271は巻取りモータ
230や張力センサ206の伝達関数に基づき設計され
て、重要な状態変数である巻取りモータ230の加速度
を上記の張力変動値とフィードバックされたトルク指令
値から推定する。
As shown in FIG. 40, the control circuit 260
70, an observer 271, a feedback gain adjustment section 272, integrators 273 and 274, and the like. The comparison unit 270 compares the tension value detected by the tension sensor 206 and the tension command value from the control software, and outputs a tension fluctuation value that is the difference between the tension values. The observer 271 is designed based on the transfer function of the winding motor 230 and the tension sensor 206, and estimates the acceleration of the winding motor 230, which is an important state variable, from the tension fluctuation value and the feedback torque command value.

フィードバックゲイン調整部272は、オブザーバ27
1から張力変動値と推定された加速度が、また積分器2
73からトルク指令値がフィードバックされて入力され
ており、これらの値に基づきトルク指令値、モータ加速
度、張力変動値のフィードバックゲインを調整し、現代
制御理論を用いて系全体の応答性や安定性を調整するこ
とができるよう構成される。
The feedback gain adjustment unit 272
The tension fluctuation value and the estimated acceleration from 1 are also input to integrator 2.
The torque command value is fed back and input from 73, and based on these values, the feedback gain of the torque command value, motor acceleration, and tension fluctuation value is adjusted, and the responsiveness and stability of the entire system are adjusted using modern control theory. It is configured so that it can be adjusted.

積分器273はフィードバックゲイン調整部272の出
力信号が入力され、その定常偏差を解消してトルク指令
値を出力するものであり、積分器274は積分器274
のトルク指令値が入力され、これから制御対象がもとも
と持つ微分要素をキャンセルして巻取りモータ230に
与えるものである。
The integrator 273 receives the output signal of the feedback gain adjustment section 272, eliminates its steady deviation, and outputs a torque command value.
The torque command value is inputted, and the differential element originally possessed by the controlled object is canceled and applied to the winding motor 230.

4、シミュレーション計算システム 以上に説明した無重力模擬実験システムでは複数のワイ
ヤで宇宙ロボットのアームを常に一定の張力で吊って重
力をキャンセルしており、それにより無重力状態を模擬
している。
4. Simulation calculation system In the zero-gravity simulation experiment system described above, the arm of the space robot is suspended with a constant tension using multiple wires to cancel gravity, thereby simulating a zero-gravity state.

宇宙ロボットのベース部がどのように動作するかはアー
ムの動作の反作用を考慮しなければならず、これを考慮
しつつ計算によってベース部の動作データを生成する必
要がある。またアームを吊るワイヤは、常に鉛直方向に
向(必要があるため、吊りアーム部はアームの動きに追
従して動く必要がある。
How the base of a space robot moves requires consideration of the reaction of the arm's movement, and it is necessary to generate movement data for the base through calculations while taking this into account. Additionally, the wire that hangs the arm must always be oriented vertically, so the hanging arm must move to follow the movement of the arm.

これらアーム、ベース部、吊りアーム部などの動作デー
タの計算量は非常に多い。またこのような宇宙ロボット
はベース部、アーム、吊りアーム部等を動かすモータの
数が多いため、それらを制御するための計算量も非常に
多い。このため、これらの計算を効率的に行えるシミュ
レーション計算機システムが必要となる。
The amount of calculation required for the operation data of these arms, base portions, hanging arm portions, etc. is extremely large. Furthermore, since such a space robot has a large number of motors that move the base, arm, suspension arm, etc., the amount of calculation required to control them is extremely large. Therefore, a simulation computer system that can efficiently perform these calculations is required.

4.1.システム構成I システム構成Iは高機能計算機と複数の制御用計算機を
用いてシステムを構成したものであり、前述のオフライ
ン方式の無重力模擬実験システムに適用されるものであ
る。
4.1. System Configuration I System Configuration I is a system configured using a high-performance computer and a plurality of control computers, and is applied to the offline zero-gravity simulation experiment system described above.

このシステム構成Iが第41図に示される。図中、41
はワークステーションなどの高機能計算機であり、第2
図におけるシミュレーションデータ作成部に相当する。
This system configuration I is shown in FIG. In the figure, 41
is a high-performance computer such as a workstation, and
This corresponds to the simulation data creation section in the figure.

42.43はリアルタイム処理に適したパーソナルコン
ピュータなどの制御用計算機であり、高機能計算機41
とR3−232Cを用いてデータの授受を行うと共に、
制御用計算機42.43相互間はPIO(パラレル入出
力)チャネルで接続されていて同期通信を行うことが可
能になっている。
42.43 is a control computer such as a personal computer suitable for real-time processing, and is a high-performance computer 41.
and R3-232C to exchange data,
The control computers 42 and 43 are connected to each other by a PIO (parallel input/output) channel, making it possible to perform synchronous communication.

制御用計算機42は宇宙ロボットの左右のアームのサー
ボ機構および無重力模擬装置の左右の吊りアーム部のサ
ーボ機構を制御するようになっている。また制御用計算
機43は宇宙ロボットのベースを支持する無重力模擬装
置の本体支持駆動部202のサーボ機構および張カ一定
制御を行う張力機構の制御部を制御するようになってい
る。
The control computer 42 is designed to control the servo mechanisms of the left and right arms of the space robot and the servo mechanisms of the left and right suspension arms of the weightless simulator. The control computer 43 also controls the servo mechanism of the main body support drive section 202 of the weightless simulator that supports the base of the space robot and the control section of the tension mechanism that performs constant tension control.

このシステム動作が以下に説明される。まず、高機能計
算機は宇宙ロボットのモデル作成、運動解析、ロボット
が実際に動作できるデータと、これらのデータをもとに
吊りアーム部の動作データとを作成するものであり、前
述(1,1,3,)オフラインデータ作成法で説明した
シミュレーションデータ作成部に相当する処理を行う。
This system operation is explained below. First, the high-performance computer is used to create a model of the space robot, perform motion analysis, create data that allows the robot to actually operate, and create motion data for the suspension arm based on these data. , 3,) Performs processing equivalent to the simulation data creation section described in offline data creation method.

この高機能計算機41により宇宙ロボットと無重力模擬
装置に関する全ての動作データが生成されることになる
This high-performance computer 41 will generate all operational data regarding the space robot and the zero-gravity simulator.

これらの動作データはR3−232Cを用いて各制御用
計算機42.43に送信される。各制御用計算機42.
43は受信したデータをロボットの各関節のサーボ制御
ボードの指示値に変換する処理を行って、各サーボ制御
ボードに送り、ロボットを動作させるが、この際、パラ
レル入出力チャネルを介して制御用計算機42.43間
で同期を取り、ベース部、アーム、吊りアーム部が強調
的に動作するように制御を行う。また制御用計算機43
は張力機構の制御を独立的に行う。
These operating data are transmitted to each control computer 42,43 using R3-232C. Each control computer 42.
43 converts the received data into instruction values for the servo control boards of each joint of the robot, and sends them to each servo control board to operate the robot. The computers 42 and 43 are synchronized and controlled so that the base section, arm, and suspension arm section operate in an accentuated manner. Also, the control computer 43
independently controls the tension mechanism.

4.2.システム構成■ システム構成■は複数の制御用計算機を用いたものであ
る。
4.2. System configuration ■ System configuration ■ uses multiple control computers.

このシステム構成■が第42図に示される。図中、44
.45.46はいずれも制御用計算機であり、この構成
では3台の制御用計算機44〜46がロボットの制御と
各部分の動作データの作成を分担して行い、データ作成
に伴う負荷の分散を図っている。ここで左アーム用制御
計算機44は左アーム用サーボ機構と左吊りアームサー
ボ機構の制御を行い、右アーム用制御用計算機46は右
アームのサーボ機構と右吊りアームのサーボ機構の制御
を行い、本体用制御用計算機は本体部サーボ機構と張力
制御部の制御を行うようになっている。
This system configuration (2) is shown in FIG. In the figure, 44
.. 45 and 46 are all control computers, and in this configuration, the three control computers 44 to 46 share control of the robot and creation of operation data for each part, distributing the load associated with data creation. I'm trying. Here, the left arm control computer 44 controls the left arm servo mechanism and the left hanging arm servo mechanism, and the right arm control computer 46 controls the right arm servo mechanism and the right hanging arm servo mechanism. The main body control computer is designed to control the main body servo mechanism and tension control section.

本体用制御用針W機45とアーム用制御用計算機44.
46間はR3−232Cでデータ授受が可能な共に、パ
ラレル入出力チャネルで同期通信が行えるようになって
いる。
Main body control needle W machine 45 and arm control computer 44.
Between 46 and 46, data can be exchanged using R3-232C, and synchronous communication can be performed using parallel input/output channels.

このシステム■の動作を以下に説明する。The operation of this system (2) will be explained below.

まず、宇宙ロボットのベース部に関する制御系を受は持
つ計算機が宇宙ロボットのモデル作成、運動解析を行い
、ベース部の動作を決定する。このベース部の動作が決
定されないと、吊りアーム関係の動作は決定することが
できないので、アーム用制御用計算機44.46はベー
ス用制御用計算機45によるベース部動作決定を待つ。
First, a computer that controls the control system for the space robot's base creates a model of the space robot, performs motion analysis, and determines the movement of the base. Unless the operation of the base section is determined, the operation related to the hanging arm cannot be determined, so the arm control computers 44 and 46 wait for the base control computer 45 to determine the operation of the base section.

ベース部の動作が決定されると、そのデータはR3−2
32Cを用いてアーム用制御用計算機44.46に送信
される。アーム用制御用計算機は受信したベース部動作
データに基づきアームと吊りアーム部に関する動作デー
タの生成を行う。
Once the operation of the base is determined, the data is transferred to R3-2
32C to the arm control computers 44 and 46. The arm control computer generates motion data regarding the arm and the hanging arm based on the received base motion data.

アーム用制御用計算機44.46におけるア−ム関係の
動作データ生成が終了すると、各制御用計算機44〜4
6はパラレル入出力チャネルを介して互いに同期をとり
ながら、宇宙ロボットと無重力模擬装置を動作させる。
When arm-related operation data generation in the arm control computers 44 and 46 is completed, each control computer 44 to 4
6 operates the space robot and the weightless simulator while synchronizing each other via parallel input/output channels.

この際、各計算機44〜46は各動作データをサーボ機
構部への指示値に変換する処理を行う。
At this time, each of the computers 44 to 46 performs a process of converting each operation data into an instruction value to the servo mechanism section.

以上に説明した無重力模擬実験システムは多関節構造体
が無重力の宇宙空間で示す挙動を地上で模擬するための
ものであったが、勿論これに限らず、張力一定吊り機構
の張力値を適当に選べば、例えば月面などの弱重力環境
で多関節構造体が示す挙動を模擬することもできる。
The zero-gravity simulation experiment system described above was intended to simulate the behavior of a multi-jointed structure in zero-gravity space on the ground, but it is of course not limited to this, and the tension value of the constant-tension suspension mechanism can be adjusted appropriately. If chosen, it can also simulate the behavior of articulated structures in low-gravity environments, such as the lunar surface.

[発明の効果] 以上に説明したように、本発明によれば、巻取り方式に
よる簡潔な構成の張力一定吊り機構を提供できる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to provide a constant tension hanging mechanism with a simple configuration using a winding method.

この張力一定吊り機構を用いれば、地上の実験室内にお
いて3次元無重力空間に近い環境を作り出す無重力模擬
実験装置を実現することができる。これにより対象の無
重力空間での動作の模擬的実験を長時間にわたり繰り返
して行うことができるので、対象を構成しているセンサ
系、アクチュエータ系、制御系等の無重力空間における
性能を入念に事前評価することができるようになり、よ
り信頼性の高い宇宙ロボット等のハードウェアを構成す
ることが可能となる。
By using this constant tension suspension mechanism, it is possible to realize a zero-gravity simulation experiment device that creates an environment close to a three-dimensional zero-gravity space in a laboratory on the ground. This makes it possible to repeatedly conduct simulation experiments of the target's operation in zero-gravity space over a long period of time, allowing for careful preliminary evaluation of the performance of the sensor system, actuator system, control system, etc. in zero-gravity space that makes up the target. This makes it possible to construct more reliable hardware such as space robots.

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

第1図は本発明に係る原理説明図、 第2図はオフライン方式無重力模擬実験システム■の処
理概要を説明する図、 第3図は第2図システムのハードウェア概念を説明する
図、 第4図は第2図システムの具体的なハードウェア構成の
斜視図、 第5図は第4図装置の上面図、 第6図は第4図装置の側面図、 第7図はアームの関節構成を説明する図、第8図は各種
の吊り張力調整方式の説明図、第9図はリンクの鉛直振
動成分の対処方法を説明する説明図、 第10図はアームの模式構成を示す図、第11図はジン
バルの構成を示す図、 第12図はカウンタバランサの構成を説明する図、 第13図は巻取り機構部の正面図、 第14図は巻取り機構部の側面図、 第15図は巻取り機構部の上面図、 第16図は各種の張力検出方式を説明する図、 第17図は張力検出機構の原理を説明する図、 第18図は吊りアームの関節構成を説明する図、 第19図は本体支持駆動部の自由度構成を説明する図、 第20図は機構部全体の自由度を説明する図、 第21図は運動解析ソフトへの入出力を説明する図、 第22図は吊り方向をフィードフォワード的に鉛直保持
する制御系の処理概念を説明する図、第23図はオフラ
イン方式無重力模擬実験システム■の処理概念を説明す
る図、 第24図は光学式角度検出センサの原理を説明する図、 第25図および第26図は分力検出センサを説明する図
、 第27図はオンライン方式無重力模擬実験システムIの
処理概念を説明する図、 第28図は多関節構造体ベースのアーム取付は部に設置
された6自由度カセンサを説明する図、 第29図は多関節構造体ベースを動かすアルゴリズムを
説明する図、 第30図はオンライン方式無重力模擬実験システム■の
処理概念を説明する図、 第31図は第30図システムHの具体的なハードウェア
構成を示す斜視図、 第32図は重心鉛直線上を吊る吊り方式の原理を説明す
る図、 第33図は静力学的釣合いの原理により吊り位置、張力
値の決定法を説明する図、 第34図はカウンタバランサを用いた折衷的な吊り方式
を説明する図、 第35図は吊り方向鉛直保持のアルゴリズムを説明する
図、 第36図は巻取りモータのトルク制御方式■を説明する
システム概要図、 第37図は巻取りモータのトルク制御方式■を説明する
システム概要図、 第38図は巻取りモータのトルク制御方式■を説明する
システム概要図、 第39図は巻取りモータの速度制御方式を説明するシス
テム概要図、 第40図は巻取りモータ制御用の制御回路の構成を示す
ブロック図、 第41図は無重力模擬実験装置の計算機システム構成I
を示す図、および、 第42図は無重力模擬実験装置の計算機システム構成■
を示す図である。 図において、 ■・・・シミュレーションデータ作成部、2・・・無重
力模擬装置、3・・・多関節構造体、11・・−多関節
構造体数字モデル、12・・・運動解析ソフト、13・
・・シミュレーション表示ソフト、14・−・無重力模
擬装置用データ変換ソフト、21・・・無重力模擬制御
部、22・・・無重力模擬機構部、31・・・多関節構
造体制御部、32・・・多関節構造体機構部、41・・
・高機能計算機、42〜46・・・制御用計算機、20
1−・・張力一定吊り機構部、202・−・本体支持駆
動部、203・・・フレーム、204・・・2自由度ロ
ボット機構、205−・・ワイヤ巻取り機構、206・
・−張力センサ、207・・・ジンバル、208・・・
6自由度ロボット機構、210・・・ワイヤ、230−
・・減速機付きDCモータ、231・・−軸継手、23
2・・・ボールスプライン、233・・−ボールスプラ
インナツト、234・・・ボールスプライン軸、235
・・−巻胴、236・・・軸受取付板、237・−・突
起付きガイドローラ、238・・・ガイドローラ支持軸
、239・−ガイドローラ用軸受、240・・・モータ
取付板、241−・・支持用軸受、250.251・−
・ワイヤ案内ローラ、252・・・段違いローラ、25
3・・・板バネ、254−・・歪ゲージ、301.30
5・・・多関節構造体ベース部、3o2・・・多関節機
構部分、303・・・アーム、304・・・ハンド、3
05・・・ペース、330・・・光学式角度検出センサ
、331・・・発光体、340・・・分力検出センサ、
332・・・受光体、341−6自由度カセンサ、34
2・・・玉軸受部、343・・・カバー 351・・・
6自由度カセンサ、260−・・制御回路、261〜2
64・・・制御ソフト、270・・・比較部、271・
・・オブザーバ、272・・−フィードバック調整部、
273.274・・・積分器
Figure 1 is a diagram explaining the principle of the present invention; Figure 2 is a diagram explaining the processing outline of the off-line zero-gravity simulation system; Figure 3 is a diagram explaining the hardware concept of the system; The figure is a perspective view of the specific hardware configuration of the system in Figure 2, Figure 5 is a top view of the device in Figure 4, Figure 6 is a side view of the device in Figure 4, and Figure 7 is the joint configuration of the arm. Figure 8 is an explanatory diagram of various suspension tension adjustment methods, Figure 9 is an explanatory diagram illustrating how to deal with the vertical vibration component of the link, Figure 10 is a diagram showing the schematic configuration of the arm, and Figure 11 is an explanatory diagram of various suspension tension adjustment methods. The figure shows the configuration of the gimbal, Figure 12 illustrates the configuration of the counter balancer, Figure 13 is a front view of the winding mechanism, Figure 14 is a side view of the winding mechanism, and Figure 15 is a diagram explaining the configuration of the counter balancer. A top view of the winding mechanism, FIG. 16 is a diagram explaining various tension detection methods, FIG. 17 is a diagram explaining the principle of the tension detection mechanism, FIG. 18 is a diagram explaining the joint configuration of the hanging arm, Figure 19 is a diagram explaining the degree of freedom configuration of the main body support drive part, Figure 20 is a diagram explaining the degree of freedom of the entire mechanical part, Figure 21 is a diagram explaining input and output to the motion analysis software, The figure is a diagram explaining the processing concept of the control system that maintains the hanging direction vertically in a feedforward manner, Figure 23 is a diagram explaining the processing concept of the offline zero-gravity simulation system ■, and Figure 24 is the optical angle detection sensor. Figures 25 and 26 are diagrams explaining the component force detection sensor, Figure 27 is a diagram explaining the processing concept of the online zero-gravity simulation system I, Figure 28 is the multi-jointed structure Figure 29 is a diagram explaining the algorithm for moving the multi-joint structure base; Figure 30 is the processing of the online zero-gravity simulation system ■. Figure 31 is a perspective view showing the specific hardware configuration of system H in Figure 30. Figure 32 is a diagram explaining the principle of the suspension method suspended above the vertical line of the center of gravity. Figure 33 is a static Figure 34 explains the method for determining the hanging position and tension value based on the principle of mechanical balance. Figure 34 explains the eclectic suspension method using a counter balancer. Figure 35 explains the algorithm for maintaining the hanging direction vertically. Figure 36 is a system outline diagram explaining the winding motor torque control method ■. Figure 37 is a system outline diagram explaining the winding motor torque control method ■. Figure 38 is a system outline diagram explaining the winding motor torque control method ■. Figure 39 is a system outline diagram explaining the control method ■; Figure 39 is a system outline diagram explaining the speed control method of the winding motor; Figure 40 is a block diagram showing the configuration of the control circuit for controlling the winding motor; Figure 41. is the computer system configuration I of the zero-gravity simulation experiment device.
Figure 42 shows the computer system configuration of the zero-gravity simulation equipment.
FIG. In the figure, ■...Simulation data creation unit, 2...Zero gravity simulator, 3...Multi-joint structure, 11...-Multi-joint structure numerical model, 12...Motion analysis software, 13.
...Simulation display software, 14.--Data conversion software for zero gravity simulator, 21.. Zero gravity simulation control section, 22.. Zero gravity simulation mechanism section, 31.. Multi-joint structure control section, 32..・Multi-joint structure mechanism part, 41...
・High-performance computer, 42-46...control computer, 20
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1--Constant tension suspension mechanism section, 202--Main body support drive section, 203--Frame, 204--2 degrees of freedom robot mechanism, 205--Wire winding mechanism, 206--
-Tension sensor, 207... gimbal, 208...
6 degrees of freedom robot mechanism, 210...wire, 230-
...DC motor with reducer, 231...-shaft coupling, 23
2...Ball spline, 233...-Ball spline nut, 234...Ball spline shaft, 235
-- Winding drum, 236 -- Bearing mounting plate, 237 -- Guide roller with protrusion, 238 -- Guide roller support shaft, 239 -- Bearing for guide roller, 240 -- Motor mounting plate, 241 --・・Support bearing, 250.251・−
・Wire guide roller, 252...Uneven roller, 25
3...Plate spring, 254-...Strain gauge, 301.30
5... Multi-joint structure base part, 3o2... Multi-joint mechanism part, 303... Arm, 304... Hand, 3
05... Pace, 330... Optical angle detection sensor, 331... Light emitter, 340... Component force detection sensor,
332... Photoreceptor, 341-6 degrees of freedom sensor, 34
2...Ball bearing part, 343...Cover 351...
6-degree-of-freedom sensor, 260-...control circuit, 261-2
64... Control software, 270... Comparison section, 271.
...observer, 272...-feedback adjustment section,
273.274...integrator

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、対象物体(101)を吊るワイヤ(102)と、 該ワイヤ(101)に掛かる張力を測定する張力センサ
(103)と、 該ワイヤ(101)を巻取り/巻戻しする巻取り機構部
(104)と、 該張力センサ(103)の測定値に基づき該ワイヤ(1
01)に掛かる張力が一定となるように該巻取り機構部
(104)の巻取り/巻戻しを制御する制御部(105
)と、 該ワイヤ(101)の吊り下げ位置を該ワイヤ(101
)が鉛直となるように水平方向に自由度を持って動かす
吊り位置移動機構部(106)とを備えた張力一定吊り
機構。 2、上記対象物体(101)は6自由度の多関節のアー
ムを持つ多関節構造体であり、このアームを複数本のワ
イヤで吊るように構成され、上記張力センサ(103)
と、上記巻取り機構部(104)と、上記制御部(10
5)と、上記吊り位置移動機構部(106)はこれら複
数本のワイヤにそれぞれ対応して設けられ、上記吊り位
置移動機構部(106)は、屈曲軸とこれに隣接する直
進軸を関節構成の一単位としてこれを複数段接続し、直
進軸のテーブル上に次段の屈曲軸および/または巻取り
機構部(104)を搭載する水平多関節型の吊りアーム
である請求項1記載の張力一定吊り機構。 3、3次元の位置をとる3軸直交座標形の関節と、3方
向の姿勢をとる回転、屈曲3軸の合計6自由度の関節か
らなり、水平面内の2軸位置自由度をとるテーブル上に
鉛直軸回転の姿勢自由度を接続し、これに直列に鉛直軸
直進位置自由度を接続し、さらに残る2軸の屈曲、回転
姿勢自由度が互いに直交して隣接するように配置し、先
端の回転関節に多関節構造体ベースを接続し、鉛直回転
の姿勢自由度と鉛直直進位置自由度の間には上記吊りア
ームの初段の屈曲軸を接続した構成の支持駆動部を設け
た請求項2記載の張力一定吊り機構。 4、上記ワイヤ(102)のアーム側に接続されて該ア
ームの6自由度の動作と該アームを吊るワイヤとの干渉
を防止するジンバルを更に備え、上記多関節のアームは
曲げ及び/又はねじりの柔軟性を持った細長リンクで構
成され、この多関節アームの両側の関節部がワイヤ吊り
位置とされ、屈曲関節の屈曲軸と隣接する回転関節の回
転軸の交点にジンバルの中心が配置され、回転関節にお
ける回転動作と屈曲関節における屈曲動作に対して、ジ
ンバルの中心に関節部の重心を固定するカウンタバラン
スがアームの回転部と屈曲部に設けられた請求項2また
は3記載の張力一定吊り機構。 5、該ワイヤ(102)の傾きを検出する角度センサ(
107)をさらに備え、該角度センサで検出したワイヤ
傾き角度を該吊り位置移動機構部(106)にフィード
バックして該ワイヤ(102)が鉛直方向に向くようワ
イヤ吊り位置を制御するよう構成された請求項1〜4の
何れかに記載の張力一定吊り機構。 6、該ワイヤ(102)に掛ける一定張力は対象物体(
101)の重力をキャンセルする大きさに設定され、そ
れにより対象物体(101)が無重力環境下で示す挙動
を模擬できるようにした請求項1〜5の何れかに記載の
張力一定吊り機構。 7、対象物体を吊るワイヤの直径より大きい直径の螺旋
状の溝がその外周面に設けられた巻胴と、 該巻胴の回転軸方向に動作自由度を与えるスプラインと
、 該巻胴の溝に係合する突起部を持ち該巻胴の回転に伴い
回転されて該巻胴をその回転軸方向に案内するガイドロ
ーラと、 該巻胴を回転駆動するモータと を備えて成る吊り機構に用いるワイヤの巻取り機構。 8、基体に配置されて対象物体を吊るワイヤを鉛直下方
に案内する2つのローラと、 該ローラで案内されたワイヤによって張力の水平分力を
受けるように該ローラと鉛直下方に段違いに二つのロー
ラの間に配置された段違いローラと、 該段違いにローラを該基体に支持し該張力の水平分力に
応じて歪む板バネと、 該板バネに取り付けられて該板バネの歪量を検出する歪
ゲージとを備えて成る吊り機構に用いる張力センサ。 9、中心から外側に向かって隣接する第1軸と第2軸、
第2軸と第3軸が互いに直交し、該第3軸は鉛直方向の
軸でワイヤ自体のねじれにより回転するよう構成するこ
とにより3軸の回転機構を有する吊り機構に用いるジン
バル。
[Claims] 1. A wire (102) for suspending a target object (101), a tension sensor (103) for measuring the tension applied to the wire (101), and winding/unwinding the wire (101). a winding mechanism section (104) for winding the wire (104), and a winding mechanism section (104) for
a control unit (105) that controls the winding/unwinding of the winding mechanism unit (104) so that the tension applied to the winding mechanism (104) is constant;
), and set the hanging position of the wire (101) to the wire (101).
) is vertically moved with a degree of freedom in the horizontal direction. 2. The target object (101) is a multi-joint structure having a multi-joint arm with 6 degrees of freedom, and this arm is suspended by a plurality of wires, and the tension sensor (103)
, the winding mechanism section (104), and the control section (10
5) and the suspension position movement mechanism section (106) are provided corresponding to these plurality of wires, respectively, and the suspension position movement mechanism section (106) articulates the bending axis and the linear axis adjacent thereto. The tensile tensioner according to claim 1, which is a horizontal multi-jointed suspension arm in which a plurality of stages are connected as one unit, and a bending shaft and/or a winding mechanism section (104) of the next stage is mounted on a table of a linear shaft. Constant hanging mechanism. 3. Consists of joints with 6 degrees of freedom in total: 3-axis orthogonal coordinate joints that take 3-dimensional positions, 3-axis rotation and 3-axis bending that take postures in 3 directions, and a tabletop that takes 2-axis positional degrees of freedom in the horizontal plane. The degree of freedom of the vertical axis rotation is connected to this, and the vertical axis translational position degree of freedom is connected in series to this, and the remaining two axes of bending and rotational position degrees of freedom are arranged so that they are orthogonal to each other and adjacent. A multi-joint structure base is connected to the rotary joint of the suspension arm, and a support drive unit is provided between the degree of freedom of posture of vertical rotation and the degree of freedom of vertical movement position, and the bending axis of the first stage of the hanging arm is connected. 2. The constant tension suspension mechanism described in 2. 4. A gimbal is further provided, which is connected to the arm side of the wire (102) and prevents interference between the six-degree-of-freedom movement of the arm and the wire suspending the arm, and the multi-jointed arm is capable of bending and/or torsion. The joints on both sides of this multi-jointed arm are used as wire hanging positions, and the center of the gimbal is placed at the intersection of the bending axis of the bending joint and the rotation axis of the adjacent rotary joint. 4. The tension constant according to claim 2 or 3, wherein counterbalances are provided in the rotational part and the bending part of the arm to fix the center of gravity of the joint part at the center of the gimbal with respect to rotational movement in the rotational joint and bending movement in the bending joint. Hanging mechanism. 5. An angle sensor (for detecting the inclination of the wire (102))
107), and is configured to feed back the wire inclination angle detected by the angle sensor to the hanging position moving mechanism section (106) to control the wire hanging position so that the wire (102) is oriented in the vertical direction. A constant tension suspension mechanism according to any one of claims 1 to 4. 6. The constant tension applied to the wire (102) is applied to the target object (
6. The constant tension suspension mechanism according to claim 1, wherein the constant tension suspension mechanism is set to a size that cancels the gravity of the object (101), thereby simulating the behavior of the target object (101) in a zero gravity environment. 7. A winding drum having a spiral groove with a diameter larger than the diameter of the wire for suspending the object on its outer circumferential surface, a spline that provides freedom of movement in the direction of the rotational axis of the winding drum, and a groove in the winding drum. A guide roller that has a protrusion that engages with the winding drum and rotates as the winding drum rotates to guide the winding drum in the direction of its rotation axis; and a motor that rotationally drives the winding drum. Wire winding mechanism. 8. Two rollers arranged on the base body to guide the wire vertically downward to suspend the object, and two rollers vertically below the rollers so as to receive the horizontal component of the tension by the wire guided by the rollers. A roller with different heights arranged between the rollers, a leaf spring that supports the roller on the base at the different height and is distorted according to the horizontal component of the tension, and a leaf spring that is attached to the leaf spring and detects the amount of distortion of the leaf spring. A tension sensor used in a suspension mechanism comprising a strain gauge. 9. A first axis and a second axis adjacent to each other outward from the center;
A gimbal used in a suspension mechanism having a three-axis rotation mechanism, in which the second axis and the third axis are orthogonal to each other, and the third axis is a vertical axis and is configured to rotate by twisting the wire itself.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006263887A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Rikogaku Shinkokai Quadrupedal walking slope surface working robot
CN113184234A (en) * 2021-06-03 2021-07-30 天津大学 Active-passive hybrid drive self-adaptive gravity unloading astronaut ground training system
KR20230123176A (en) * 2022-02-16 2023-08-23 주식회사 스카이시스 Apparatus and method for controlling aerostat

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