JPH10291800A - Assistant arm provided with power assist - Google Patents

Assistant arm provided with power assist

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JPH10291800A
JPH10291800A JP9989597A JP9989597A JPH10291800A JP H10291800 A JPH10291800 A JP H10291800A JP 9989597 A JP9989597 A JP 9989597A JP 9989597 A JP9989597 A JP 9989597A JP H10291800 A JPH10291800 A JP H10291800A
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work
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motors
arm
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Takamasa Nakamura
孝雅 中村
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an assistant arm provided with a power assist, capable of conveying a workpiece in the direction in which an operator tends to move it. SOLUTION: A speed command V is calculated by multiplying detected operating force F by a gain K (S1, S2). Next, speed commands θof motors for each shaft are calculated by multiplying the speed command V by the Jacobian matrix (S3). Whether the calculated speed commands θ1, θ2,... exceed the maximum speeds θ1max, θ2max,... set to respective motors or not is judged. If the speeds of all motors do not exceed respective maximum speeds, the motors are rotated by the speed commands θ (S4-S6). While, if the speeds of any one of motors exceeds the maximum speeds, a new gain is found by multiplying the Jacobian matrix Jsin<-1> (θ) by the speed command V and the dividing the speed command θ by the calculated result, and the speeds of the other motors are decreased while the speeds of the motor exceeding the maximum speed is kept to the maximum speed (S7-S9).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの重量如何
にかかわらずに軽く搬送できるようにしたパワーアシス
ト付き助力アームに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an assist arm with power assist which can be lightly conveyed regardless of the weight of a work.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、重量物を搬送する場合の負担
を軽減するために、図7に示すような助力アームが使用
されている。この助力アームは、アーム10に取り付け
られたシリンダ12(モータを用いている場合もある)
によってワークの重量を相殺できるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an assisting arm as shown in FIG. 7 has been used in order to reduce a burden when a heavy object is carried. The assisting arm includes a cylinder 12 attached to the arm 10 (in some cases, a motor is used).
Thus, the weight of the work can be offset.

【0003】このアーム10は、上下方向に移動でき、
さらに主軸14に対して旋回でき、さらにその先端部が
前後方向にスライドできるようになっている。このた
め、作業者はこの助力アームによって、ワークを軽い操
作で自由に搬送させることができる。
[0003] This arm 10 can move up and down,
Further, it can turn with respect to the main shaft 14, and its tip can slide forward and backward. For this reason, the worker can freely convey the work with a light operation using the assisting arm.

【0004】ところが、ワークがかなりの重さのものと
なると、重量物(ワーク)の重量はシリンダ12の作用
によって相殺されるものの、ワークを搬送する場合に
は、ワークの重量に応じた慣性力が作用するため、その
搬送にかなりの労力を要するという別の問題が発生す
る。
However, when the work becomes heavy, the weight of the heavy object (work) is offset by the action of the cylinder 12, but when the work is transported, the inertia force corresponding to the work weight is increased. Another problem arises in that the transportation takes considerable effort.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
めに、各アームにモータを取り付けるとともに、作業者
がアームに加える作用力を検出するセンサを設け、その
センサによって検出された作用力と同様の作用力がワー
クに加えられるようにして、より軽い操作でワークの搬
送をさせるようにすることが考えられる。
In order to solve this problem, a motor is attached to each arm, and a sensor for detecting the acting force applied by the operator to the arm is provided. It is conceivable that the work force is applied to the work so that the work is conveyed by a lighter operation.

【0006】ところが、このように構成した場合には、
ワークを動かす速度によっては、アームがその速度に追
従することができなくなる場合が生じ、このような場合
には、作業者が動かそうとする方向にワークが動かなく
なるので、作業者はワークの搬送に違和感を感じること
になる。したがって、このように構成した場合には、作
業者がワークを動かそうとする方向に素直にワークが動
くように制御する必要がある。
However, in the case of such a configuration,
Depending on the speed at which the work is moved, the arm may not be able to follow the speed.In such a case, the work will not move in the direction in which the worker is going to move, and the worker will be unable to carry the work. You will feel uncomfortable. Therefore, in the case of such a configuration, it is necessary to control the work to move in a direction in which the worker tries to move the work.

【0007】本発明は、このような従来の要請に応じる
ためになされたものであり、作業者の動かそうとする方
向にワークを搬送することができるパワーアシスト付き
助力アームの提供を目的とする。
The present invention has been made in order to meet such a conventional demand, and has as its object to provide a power-assisted assisting arm capable of transporting a work in a direction in which an operator intends to move. .

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、次のように構成される。請求項1に記載の
発明は、ワークを所望の位置に搬送する複数のアームを
備えるとともに、いずれかのアームに作用して当該ワー
クの重量を重力とバランスさせる重力バランス機構を備
えた助力アームであって、作業者が前記ワークに作用さ
せる三次元方向及び各次元の捩じれ方向の力の大きさを
検出する作用力検出センサと、前記複数のアームのそれ
ぞれに設けられた駆動手段と、前記作用力検出センサに
よって検出された力の大きさ,方向に基づいて、前記ワ
ークが前記作業者の望む速さで望む方向に移動するよう
にそれぞれの駆動手段を制御する一方、この制御中にい
ずれかの駆動手段の動作速度が限界に達した場合には、
移動方向が作業者の望む方向となるように各駆動手段の
動作速度を制御する制御手段とを有することを特徴とす
るパワーアシスト付き助力アームである。
The present invention for achieving the above object is constituted as follows. The invention according to claim 1 is an assisting arm including a plurality of arms for transporting a work to a desired position and a gravitational balance mechanism acting on one of the arms to balance the weight of the work with gravity. An actuation force detection sensor for detecting a magnitude of a force in a three-dimensional direction and a torsion direction in each dimension that an operator acts on the work; driving means provided on each of the plurality of arms; Based on the magnitude and direction of the force detected by the force detection sensor, each drive unit is controlled so that the work moves at a speed desired by the worker in a desired direction. If the operating speed of the driving means of the
Control means for controlling the operating speed of each drive means so that the moving direction is in the direction desired by the operator.

【0009】請求項2に記載の発明は、ワークを所望の
位置に搬送する複数のアームを備えるとともに、いずれ
かのアームに作用して当該ワークの重量を重力とバラン
スさせる重力バランス機構を備えた助力アームであっ
て、作業者が前記ワークに作用させる三次元方向及び各
次元の捩じれ方向の力の大きさを検出する作用力検出セ
ンサと、前記複数のアームのそれぞれに設けられた駆動
手段と、前記作用力検出センサによって検出された力の
大きさ,方向に基づいて、前記ワークが前記作業者の望
む速さで望む方向に移動するようにそれぞれの駆動手段
を制御する一方、この制御中にいずれかの駆動手段の動
作速度が限界に達した場合には、前記ワークが作業者の
搬送しようとする方向と一致する方向に移動するよう
に、他の駆動手段の動作速度を低下させる制御手段とを
設けたことを特徴とするパワーアシスト付き助力アーム
である。
According to a second aspect of the present invention, there are provided a plurality of arms for transferring a work to a desired position, and a gravitational balance mechanism which acts on one of the arms to balance the weight of the work with gravity. An assisting arm, an acting force detecting sensor that detects a magnitude of a force in a three-dimensional direction and a torsion direction in each dimension that an operator acts on the work, and a driving unit provided in each of the plurality of arms. Based on the magnitude and direction of the force detected by the acting force detection sensor, each drive unit is controlled so that the work moves at a speed desired by the operator in a desired direction. When the operating speed of any one of the driving means reaches the limit, the moving of the other driving means is performed so that the workpiece moves in the direction coinciding with the direction in which the worker intends to carry. A power-assisted aid arm, characterized in that a control means for reducing the speed.

【0010】請求項3に記載の発明は、請求項1又は請
求項2に記載のパワーアシスト付き助力アームにおい
て、前記それぞれの駆動手段の動作速度の制御は、それ
ぞれの駆動手段に与える信号のゲインを変更することに
よって行うようにしたことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the assisting arm with power assist according to the first or second aspect, the control of the operating speed of each of the driving means is performed by controlling a gain of a signal given to each of the driving means. Is performed by changing

【0011】請求項4に記載の発明は、請求項1又は請
求項2に記載のパワーアシスト付き助力アームにおい
て、前記それぞれの駆動手段に与える信号のゲインの変
更は、動作速度が限界となった駆動手段を基準として行
うことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the assisting arm with the power assist according to the first or second aspect, the change of the gain of the signal applied to each of the driving means is limited to an operating speed. It is characterized in that it is performed based on the driving means.

【0012】[0012]

【発明の効果】請求項1から請求項4に記載の発明にあ
っては、作用力検出センサによって検出された力の大き
さ,方向に基づいて、ワークが常に作業者の望む方向に
移動するようにしたので、違和感のない搬送作業をする
ことができる。
According to the first to fourth aspects of the present invention, the workpiece always moves in the direction desired by the worker based on the magnitude and direction of the force detected by the acting force detection sensor. As a result, it is possible to perform a transport operation without a sense of incongruity.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかるパワーア
シスト付き助力アームの一実施形態について説明する。
図1は、本発明のパワーアシスト付き助力アームの外観
図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of an assisting arm with power assist according to the present invention will be described below.
FIG. 1 is an external view of an assisting arm with power assist of the present invention.

【0014】図に示すように、アーム10には、重力バ
ランス用のシリンダ12が取り付けられている。このア
ーム10は、モータ13により主軸14に対して上下方
向に回動する。このアーム10の先端部分には、ハンド
15を進退させるアーム16が設けられ、このアーム1
6の進退はモータ17によって行う。ハンド15には作
業者がワークに加える力を検出するロードセル18が取
り付けられ、このロードセル18によって3次元(X,
Y,Z)方向の外力とこれらの各次元の捩じれ方向の力
が検出される。アーム10は、主軸14を中心に旋回で
きるようになっており、この旋回はモータ20によって
行う。
As shown in the figure, a cylinder 12 for gravity balance is attached to the arm 10. The arm 10 is vertically rotated by a motor 13 with respect to a main shaft 14. An arm 16 for moving the hand 15 is provided at the tip of the arm 10.
6 is moved by the motor 17. A load cell 18 for detecting a force applied by an operator to a work is attached to the hand 15, and the three-dimensional (X, X,
The external force in the (Y, Z) direction and the force in the torsional direction in each of these dimensions are detected. The arm 10 can be turned around a main shaft 14, and this turning is performed by a motor 20.

【0015】コントローラ25は、このパワーアシスト
付き助力アームの動作を制御するものであって、このコ
ントローラ25には、ロードセル18からの検出信号
(操作力)、各モータ13,17,20が有する回転角
度検出用のエンコーダ(図示せず)からのパルス信号が
入力され、コントローラ25からは各モータ13,1
7,20に与える電流や電圧が出力される。また、アシ
スト力を自由に調整するための調整機能を有している。
なお、これらのモータ13,17,20には、安全面か
ら80W程度の低出力サーボモータを用いている。
The controller 25 controls the operation of the assisting arm with power assist. The controller 25 includes a detection signal (operating force) from the load cell 18 and the rotation of each of the motors 13, 17, and 20. A pulse signal is input from an angle detection encoder (not shown), and the motors 13 and 1 are sent from the controller 25.
The current and the voltage to be supplied to 7, 20 are output. Further, it has an adjusting function for freely adjusting the assist force.
Incidentally, low-power servo motors of about 80 W are used for these motors 13, 17, and 20 from the viewpoint of safety.

【0016】本発明のパワーアシスト付き助力アーム
は、概略次のような動きをする。作業者がハンド15に
ワークを把持させ、ワークを動かそうとすると、ワーク
に加えられる力の大きさと方向とがロードセル18によ
って検出され、コントローラ25は、このロードセル1
8からの検出信号に基づいて、作業者が動かそうとして
いる速度で動かそうとしている方向にワークを動かす。
作業者がワークから手を離せばロードセル18に作用す
る力がなくなるので、ワークは自然に停止する。
The assisting arm with power assist according to the present invention operates as follows. When the worker grips the work with the hand 15 and tries to move the work, the magnitude and the direction of the force applied to the work are detected by the load cell 18, and the controller 25 sends the load cell 1.
The work is moved in the direction in which the worker is going to move at the speed at which the worker is going to move, based on the detection signal from 8.
If the operator releases his / her hand from the work, there is no longer any force acting on the load cell 18, and the work naturally stops.

【0017】一方、作業者がワークを比較的速い速度で
動かそうとしたときには、いずれかのモータの最高速度
を越えてしまう場合も起こり得るが、このような場合に
は、作業者の意図する方向とは違った方向にワークが動
いてしまうことになる。これでは作業に違和感を感じる
ことになるばかりではなく、作業の安全面での問題も生
じることから、1つのアームのモータの最高速度を越え
るような速度でワークを動かすことが要求された場合に
は、ワークの移動速度を低下させて移動する方向だけは
作業者の要求に沿うようにし、作業の違和感を生じない
ようにしている。
On the other hand, when the worker attempts to move the work at a relatively high speed, the maximum speed of any one of the motors may be exceeded. In such a case, the intention of the worker is intended. The workpiece will move in a direction different from the direction. This not only makes the work uncomfortable, but also poses a problem in terms of work safety.Therefore, when moving the work at a speed exceeding the maximum speed of the motor of one arm is required. In this method, the moving speed of the work is reduced so that only the moving direction is in line with the worker's request, so that the work does not feel uncomfortable.

【0018】図2に示すブロック図は、本発明にかかる
パワーアシスト付き助力アームの制御系の概略構成図で
ある。エンコーダ1からエンコーダ3は、図1に示した
各アームを駆動するモータ13,17,20のそれぞれ
に設けられているものであって、一定の回転角度ごとに
パルス信号を出力するように構成されているものであ
る。
FIG. 2 is a schematic block diagram of a control system of the assisting arm with power assist according to the present invention. The encoders 1 to 3 are provided in each of the motors 13, 17, and 20 for driving each arm shown in FIG. 1, and are configured to output a pulse signal at every fixed rotation angle. Is what it is.

【0019】エンコーダ1からエンコーダ3でそれぞれ
出力されるパルス信号q1 〜q3 は、制御手段である各
軸モータ速度演算部50に入力され、駆動手段としての
各軸のモータ13,17,20を指定の速度で回転させ
るためのフィードバック信号として、また、各軸のモー
タが最高速度を越えているか否かを判断する信号として
用いられる。
The pulse signals q1 to q3 output from the encoder 1 to the encoder 3 are input to each axis motor speed calculation unit 50 as control means, and designate motors 13, 17, and 20 of each axis as drive means. And a signal for judging whether or not the motor of each axis exceeds the maximum speed.

【0020】ロードセル18は作用力検出センサとして
機能し、前述のように作業者がワークに加える力(操作
力)を3次元方向及び各次元の捩じれ方向にそれぞれ分
けて電気信号として各軸モータ速度演算部50に出力す
るものであって、具体的には、X,Y,Z方向の外力F
と、X,Y,Z方向の捩じれ力Nが出力される。
The load cell 18 functions as an acting force detecting sensor. As described above, the force (operating force) applied to the work by the operator is divided into three-dimensional directions and torsional directions in each dimension, and is converted into an electric signal as an electric signal. The external force F in the X, Y, and Z directions is output to the arithmetic unit 50.
And the torsional forces N in the X, Y, and Z directions are output.

【0021】各軸モータ速度演算部50は、本願発明と
は直接関係はないが、各軸のモータ13,17,20か
ら最適なトルクが出力されるように、エンコーダ1から
エンコーダ3でそれぞれ出力されるパルス信号q1 〜q
3 に基づいて、各モータ13,17,20から出力すべ
きトルクをヤコビアン行列J(g)等を用いて演算しし
ている。
Although not directly related to the present invention, each axis motor speed calculating section 50 outputs the signals from the encoder 1 to the encoder 3 so that the optimum torque is output from the motors 13, 17, 20 of each axis. Pulse signals q1 to q
3, the torque to be output from each of the motors 13, 17, 20 is calculated using a Jacobian matrix J (g) or the like.

【0022】具体的には、ヤコビアン行列J(g)の逆
行列J-1(g)、ヤコビアン行列J(g)の転置行列J
T (g)、パルス信号q1 〜q3 の微分値q1 ドット〜
q3 ドット コリオリ力、遠心力、粘性摩擦力に関する項h(q,q
ドット) 慣性行列R(g) X,Y,Z方向の外力Fと、X,Y,Z方向の捩じれ力
N を用いて、次のような演算を行うことによって、トルク
を算出する。
More specifically, the inverse matrix J −1 (g) of the Jacobian matrix J (g) and the transposed matrix J of the Jacobian matrix J (g)
T (g), differential value q1 dot of pulse signals q1 to q3
q3 dot Terms h (q, q) related to Coriolis force, centrifugal force, viscous friction force
(Dot) Inertia matrix R (g) Torque is calculated by performing the following calculation using the external force F in the X, Y, and Z directions and the torsional force N in the X, Y, and Z directions.

【0023】一般的に、ワークに与えられた力に対応す
るモータのトルクをτとすると、各モータのトルクは下
記の式で表わすことができる。
Generally, assuming that the torque of the motor corresponding to the force applied to the work is τ, the torque of each motor can be represented by the following equation.

【0024】 ここで、JT (θ)は、アームのヤコビアン行列、F
は、ワークに加わる外力、Nは、捩じれ力、θは、間接
角であり、したがって、アシスト力は、このトルクτを
打ち消すようにモータにトルクを発生させれば良い。
[0024] Where J T (θ) is the Jacobian matrix of the arm, F
Is an external force applied to the work, N is a torsional force, and θ is an indirect angle. Therefore, the assist force may be generated by causing the motor to cancel the torque τ.

【0025】この時のモータのトルクτは、 となる。At this time, the motor torque τ is Becomes

【0026】なお、外力Fとねじれ力Nは、ロードセル
18から得られ、間接角θはエンコーダから出力される
パルス信号によって得られる。
The external force F and the torsional force N are obtained from the load cell 18, and the indirect angle θ is obtained from a pulse signal output from the encoder.

【0027】一般式は、以上の通りであるが、更にワー
クに関して具体的な運動方程式を考えると、作業者がワ
ークに加える外力をFとした場合、ワークの望ましい運
動を下式で与える。
The general formula is as described above. Further, considering a specific equation of motion for the work, if the external force applied to the work by the operator is F, the desired motion of the work is given by the following formula.

【0028】 F=M・d2 x/dt2 +D・dx/dt+Kx このとき、作業者の負荷軽減を望ましい運動とすれば、
K=0,D=0とし、Mは、実際のワークの質量よりも
小さい値(なるべく小さくした方が負荷の低減率が大き
くなる)を選定する。
F = M · d 2 x / dt 2 + D · dx / dt + Kx At this time, if it is desirable to reduce the load on the worker,
It is assumed that K = 0 and D = 0, and M is selected to be smaller than the actual mass of the work (the smaller the smaller, the larger the load reduction rate).

【0029】上記の条件に基づいて上式を書き替える
と、 F=M・d2 x/dt2 …(1) となる。
When the above equation is rewritten based on the above condition, F = M · d 2 x / dt 2 (1)

【0030】一方、助力アームの運動方程式は、一般的
に下式で表わされる。
On the other hand, the equation of motion of the assisting arm is generally represented by the following equation.

【0031】τ=(J0 +R(g))d2 q/dt2
h(q,qドット)+g(q) ここで、J0 は、各アームの慣性モーメント、R(g)
は、慣性行列、h(q,qドット)は、コリオリ力、遠
心力、粘性摩擦力に関する項 g(q)は、重力に関する項、τは、各モータのトルク
である。
[0031] τ = (J0 + R (g )) d 2 q / dt 2 +
h (q, q dot) + g (q) where J0 is the moment of inertia of each arm and R (g)
Is an inertia matrix, h (q, q dots) are terms relating to Coriolis force, centrifugal force, viscous friction force, g (q) is a term relating to gravity, and τ is a torque of each motor.

【0032】したがって、望ましい運動特性を与えるモ
ータのトルクは、(1)式より τ=h(q,qドット)+g(q)−(J0 +R
(g))・J-1(g)・Jドット(g)・qドット+
{(J0 +R(g))・J-1(g)・M-1−J
T (g)}・F となり、助力アームの場合には、シリ
ンダー等により重力を相殺しているから、 τ=h(q,qドット)−(J0 +R(g))・J
-1(g)・Jドット(g)・qドット+{(J0 +R
(g))・J-1(g)・M-1−JT (g)}・F となる。
Therefore, the torque of the motor giving the desired motion characteristics is given by τ = h (q, q dot) + g (q)-(J0 + R
(G)) · J -1 (g) · J dot (g) · q dot +
{(J0 + R (g)) · J -1 (g) · M -1 -J
T (g)} · F In the case of the assisting arm, gravity is canceled by a cylinder or the like, so that τ = h (q, q dot) − (J0 + R (g)) · J
-1 (g) · J dot (g) · q dot + {(J0 + R
(G)) · J −1 (g) · M −1 −J T (g)} · F

【0033】この演算に必要な諸量は、各軸モータ速度
演算部50内に設けられている(図示せず)J-1(g)
演算部,JT (g)演算部,微分演算部,h(q,qド
ット)演算部,R(g)演算部及びロードセル18から
それぞれ出力されているので、ワークの重量Mを与えれ
ば、各モータ13,17,20に発生させるべきトルク
が算出できることになる。
Various quantities required for this calculation are provided in each axis motor speed calculation unit 50 (not shown) J -1 (g).
The calculation unit, the J T (g) calculation unit, the differentiation calculation unit, the h (q, q dot) calculation unit, the R (g) calculation unit, and the load cell 18 respectively output the weight M of the work. The torque to be generated in each of the motors 13, 17, 20 can be calculated.

【0034】以上のようにしてワークに与えるべき最適
のトルクが演算されるが、本発明のパワーアシスト付き
助力アームでは、これに加えて、ワークを作業者の意図
する速度で意図する方向に動くように制御している。
As described above, the optimum torque to be applied to the work is calculated. In addition, the assist arm with power assist of the present invention moves the work in the intended direction at the speed intended by the operator. Control.

【0035】図3は、この制御の概念を示した図であ
る。作業者のワークへの作用力はロードセル18で力F
として検出される。この検出された力FにはゲインKが
かけられて速度指令Vが算出され、この速度にヤコビア
ン行列がかけられて各軸の速度指令θが算出される。こ
の各軸の速度指令θはモータ制御系に加えられて各軸の
モータM、具体的には、モータ13,17,20が駆動
される。
FIG. 3 is a diagram showing the concept of this control. The force acting on the workpiece by the worker is calculated by the load
Is detected as The detected force F is multiplied by a gain K to calculate a speed command V, and this speed is multiplied by a Jacobian matrix to calculate a speed command θ for each axis. The speed command θ of each axis is applied to the motor control system, and the motor M of each axis, specifically, the motors 13, 17, 20 are driven.

【0036】そして、これらのモータの回転によって発
生するエンコーダEからのパルス信号は、モータ制御系
とヤコビアン行列演算部にフィードバックされる。この
ように、エンコーダEからのパルス信号をフィードバッ
クしているのは、最高速度に達したモータを検出するた
めであるとともに、他のモータのゲインを再計算させる
ためである。なお、ロードセル18とモータM及びエン
コーダE以外の部分は、各軸モータ速度演算部50内に
設けられている機能である。
The pulse signals from the encoder E generated by the rotation of these motors are fed back to the motor control system and the Jacobian matrix operation unit. The reason why the pulse signal from the encoder E is fed back is to detect the motor that has reached the maximum speed and to recalculate the gain of another motor. The parts other than the load cell 18, the motor M, and the encoder E are functions provided in each axis motor speed calculation unit 50.

【0037】具体的には、図4に示すフローチャートに
従う処理が行われる。まず、ロードセル18によって操
作力Fが検出されると、これが各軸モータ速度演算部5
0に入力され、この操作力FにゲインKが掛けられて速
度指令Vが算出される。この速度指令Vは、三次元方向
の速度(Vx ,Vy ,Vz )として算出される(S1,
S2)。つぎに、この速度指令Vに図5に示すヤコビア
ン行列を掛けて、各軸毎のモータ13,17,20の速
度指令θ(θ1 ,θ2 ,θ3 )を算出する(S3)。
Specifically, the processing according to the flowchart shown in FIG. 4 is performed. First, when the operation force F is detected by the load cell 18, the operation force F is transmitted to each axis motor speed calculation unit 5.
The speed command V is calculated by multiplying the operating force F by a gain K. The speed command V is calculated as a three-dimensional speed (Vx, Vy, Vz) (S1,
S2). Next, the speed command V is multiplied by the Jacobian matrix shown in FIG. 5 to calculate the speed command θ (θ1, θ2, θ3) of the motors 13, 17, 20 for each axis (S3).

【0038】この算出された速度指令θ1 ,θ2 ,θ3
のそれぞれが、それぞれのモータに対して設定されてい
る最高速度θ1max,θ2max,θ3maxを越えていないかど
うかが判断される。全てのモータがそれぞれの最高速度
を越えていなければ、作業者の要求している速度で要求
している方向にワークを搬送することが可能であるか
ら、その速度指令θをそれぞれのモータ13,17,2
0に対する電流増幅部13A,17A,20Aに出力
し、モータ13,17,20はこの指令に基づく速度
(θ1 ,θ2 ,θ3 )で回転する(S4〜S6)。
The calculated speed commands θ1, θ2, θ3
Are determined not to exceed the maximum speeds θ1max, θ2max, θ3max set for the respective motors. If all of the motors do not exceed their respective maximum speeds, it is possible to convey the work at the speed requested by the operator in the required direction. 17,2
The current is output to the current amplifying units 13A, 17A, and 20A for 0, and the motors 13, 17, and 20 rotate at the speeds (θ1, θ2, θ3) based on this command (S4 to S6).

【0039】一方、いずれかのモータの速度が、設定さ
れている最高速度を越えている場合には、この速度指令
θを電流増幅部13A,17A,20Aに出力しても作
業者の要求している速度で要求している方向にワークを
搬送することができない。
On the other hand, if the speed of any of the motors exceeds the set maximum speed, the speed command θ is output to the current amplifying units 13A, 17A, and 20A, but is not required by the operator. Work cannot be transported at the required speed in the required direction.

【0040】たとえば、図6に示すように作業者がワー
クの搬送に要求する速度と方向が図6のθ(太線)のベ
クトルとして表される場合、モータ2の最高速度θ2max
を越えてしまうので、実際に行われるワークの搬送速度
と搬送方向とは、同図のθ′(細線)で表されるベクト
ルとなる。これでは、作業者の意図するようにワークが
搬送されないから、作業者は違和感を感じることにな
る。
For example, as shown in FIG. 6, when the speed and direction required by the operator to transfer the work are expressed as a vector θ (thick line) in FIG. 6, the maximum speed θ 2max of the motor 2
Therefore, the actual transport speed and the transport direction of the work are vectors represented by θ ′ (thin line) in FIG. In this case, since the workpiece is not transported as intended by the operator, the operator feels uncomfortable.

【0041】このような場合には、最高速度を越えるモ
ータ(図6ではモータ2)の回転数は最高速度を保った
まま、他のモータ(図6ではモータ1)の速度を図6の
θ1′に低下させれば、搬送する速度は意図する速度で
はなくなってしまうが、方向だけは意図する方向にな
り、作業者の違和感が軽減でき、また安全の確保もでき
る。
In such a case, while the rotation speed of the motor exceeding the maximum speed (motor 2 in FIG. 6) is maintained at the maximum speed, the speed of the other motor (motor 1 in FIG. 6) is changed to θ1 in FIG. ′, The transport speed is no longer the intended speed, but only the direction is the intended direction, and the sense of discomfort of the operator can be reduced and safety can be ensured.

【0042】これは具体的には、図5に示したヤコビア
ン行列のゲインKを演算し直すということで解決してい
る。つまり、ヤコビアン行列Jsin -1(θ)に速度指令
Vを掛け、この演算結果で速度指令θを割って、ゲイン
を求めるという計算をモータ対して行う。たとえば、図
6の場合では、モータ2の速度としてθ2maxの速度指令
が出力されていたと仮定した場合のゲインkを求め、こ
のゲインを用いてモータ1の速度指令θ1 を計算し直す
(S7〜S9)。
This is specifically solved by recalculating the gain K of the Jacobian matrix shown in FIG. In other words, the motor is subjected to a calculation of multiplying the Jacobian matrix Jsin -1 (θ) by the speed command V, dividing the speed command θ by the calculation result, and obtaining the gain. For example, in the case of FIG. 6, a gain k is obtained assuming that a speed command of .theta.2max is output as the speed of the motor 2, and the speed command .theta.1 of the motor 1 is recalculated using this gain (S7 to S9). ).

【0043】このように、指令速度が最高速度を越える
モータが存在する場合には、そのモータが最高速度のま
ま動いた場合に他のモータがどのような速度で動くべき
かを再計算し、作業者が意図する方向にワーク動かせる
ようにしている。
As described above, when there is a motor whose command speed exceeds the maximum speed, if the motor moves at the maximum speed, the speed at which the other motor should move is calculated again. The work can be moved in the direction intended by the operator.

【0044】なお、本実施の形態では、最高速度を越え
るモータを基準(1つのモータを基準)にゲインを再計
算する態様を例示してあるが、これに限らず、作業者の
意図する方向にワークが搬送できるように、全てのモー
タ速度指令を変える(いずれのモータも基準としない)
ようにゲインを再計算しても良い。
In this embodiment, the mode in which the gain is recalculated based on a motor exceeding the maximum speed (one motor is used as a reference) is exemplified. However, the present invention is not limited to this, and the direction intended by the operator is not limited to this. Change all motor speed commands so that the workpiece can be transported to any position (not based on any motor)
The gain may be recalculated as follows.

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

【図1】 本発明のパワーアシスト付き助力アームの外
観図である。
FIG. 1 is an external view of an assisting arm with power assist of the present invention.

【図2】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力アー
ムの制御系の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a control system of an assist arm with power assist according to the present invention.

【図3】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力アー
ムの制御の概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram of control of an assist arm with power assist according to the present invention.

【図4】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力アー
ムの動作フローチャートである。
FIG. 4 is an operation flowchart of the assisting arm with power assist according to the present invention.

【図5】 各軸速度指令を算出するために用いるヤコビ
アン行列である。
FIG. 5 is a Jacobian matrix used for calculating each axis speed command.

【図6】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力アー
ムの動作説明に供する図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the assisting arm with power assist according to the present invention.

【図7】 一般的な助力アームの外観図である。FIG. 7 is an external view of a general assisting arm.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,16…アーム、 14…主軸、 13,17,20…モータ、 18…ロードセル、 50…各軸モータ速度演算部。 10, 16: arm, 14: spindle, 13, 17, 20: motor, 18: load cell, 50: motor speed calculation unit for each axis.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ワークを所望の位置に搬送する複数のア
ームを備えるとともに、いずれかのアームに作用して当
該ワークの重量を重力とバランスさせる重力バランス機
構を備えた助力アームであって、 作業者が前記ワークに作用させる三次元方向及び各次元
の捩じれ方向の力の大きさを検出する作用力検出センサ
と、 前記複数のアームのそれぞれに設けられた駆動手段と、 前記作用力検出センサによって検出された力の大きさ,
方向に基づいて、前記ワークが前記作業者の望む速さで
望む方向に移動するようにそれぞれの駆動手段を制御す
る一方、この制御中にいずれかの駆動手段の動作速度が
限界に達した場合には、移動方向が作業者の望む方向と
なるように各駆動手段の動作速度を制御する制御手段と
を有することを特徴とするパワーアシスト付き助力アー
ム。
An assisting arm comprising: a plurality of arms for transporting a work to a desired position; and a gravitational balance mechanism acting on one of the arms to balance the weight of the work with gravity. Force detecting sensor for detecting the magnitude of a force in a three-dimensional direction and a torsion direction in each dimension to be applied to the workpiece by a person, a driving unit provided on each of the plurality of arms, and the working force detecting sensor. The magnitude of the detected force,
On the basis of the direction, while controlling the respective driving means so that the work moves in a desired direction at a speed desired by the worker, when the operation speed of any of the driving means reaches a limit during the control. A control means for controlling the operating speed of each drive means so that the moving direction is in the direction desired by the operator.
【請求項2】 ワークを所望の位置に搬送する複数のア
ームを備えるとともに、いずれかのアームに作用して当
該ワークの重量を重力とバランスさせる重力バランス機
構を備えた助力アームであって、 作業者が前記ワークに作用させる三次元方向及び各次元
の捩じれ方向の力の大きさを検出する作用力検出センサ
と、 前記複数のアームのそれぞれに設けられた駆動手段と、 前記作用力検出センサによって検出された力の大きさ,
方向に基づいて、前記ワークが前記作業者の望む速さで
望む方向に移動するようにそれぞれの駆動手段を制御す
る一方、この制御中にいずれかの駆動手段の動作速度が
限界に達した場合には、前記ワークが作業者の搬送しよ
うとする方向と一致する方向に移動するように、他の駆
動手段の動作速度を低下させる制御手段とを設けたこと
を特徴とするパワーアシスト付き助力アーム。
2. An assisting arm comprising a plurality of arms for transporting a work to a desired position, and a gravitational balance mechanism acting on one of the arms to balance the weight of the work with gravity. Force detecting sensor for detecting the magnitude of a force in a three-dimensional direction and a torsion direction in each dimension to be applied to the workpiece by a person, a driving unit provided on each of the plurality of arms, and the working force detecting sensor. The magnitude of the detected force,
On the basis of the direction, while controlling the respective driving means so that the work moves in a desired direction at a speed desired by the worker, when the operation speed of any of the driving means reaches a limit during the control. A control means for lowering the operation speed of another driving means so that the work moves in a direction coinciding with a direction in which the worker intends to carry the assisting arm with power assist. .
【請求項3】 前記それぞれの駆動手段の動作速度の制
御は、それぞれの駆動手段に与える信号のゲインを変更
することによって行うようにしたことを特徴とする請求
項1又は請求項2に記載のパワーアシスト付き助力アー
ム。
3. The apparatus according to claim 1, wherein the control of the operating speed of each of the driving units is performed by changing a gain of a signal applied to each of the driving units. Helping arm with power assist.
【請求項4】 前記それぞれの駆動手段に与える信号の
ゲインの変更は、動作速度が限界となった駆動手段を基
準として行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に
記載のパワーアシスト付き助力アーム。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the gain of the signal applied to each of the driving units is changed based on the driving unit whose operation speed has reached a limit. Helping arm.
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