JPH11198077A - Power-assisted assistant arm - Google Patents
Power-assisted assistant armInfo
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- JPH11198077A JPH11198077A JP51198A JP51198A JPH11198077A JP H11198077 A JPH11198077 A JP H11198077A JP 51198 A JP51198 A JP 51198A JP 51198 A JP51198 A JP 51198A JP H11198077 A JPH11198077 A JP H11198077A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークに加える力
またはワークの搬送速度に応じて、ワークの搬送作業を
違和感なく行え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 a power assist which can carry a work of transferring a work according to a force applied to the work or a transfer speed of the 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】つまり、作用力を検出するセンサによって
検出された力の大きさFに基づいて、図8に示すような
制御系によって各アーム(軸)の位置θを算出するよう
にするのである。That is, the position θ of each arm (axis) is calculated by a control system as shown in FIG. 8 based on the magnitude F of the force detected by the sensor for detecting the acting force.
【0007】このような制御系によってワークの搬送を
制御するようにすれば、確かに搬送時の操作性は改善さ
れる。ところが、このような制御系とした場合には、ワ
ークに加える力やワークを動かす速度の如何にかかわら
ずに一義的な制御特性になってしまうので、ワークを大
きく動かす場合(たとえばエンジンをボディーの近くま
で搬送する場合)も、ワークを小刻みに動かす場合(た
とえばエンジンをエンジンルーム内に搬入して位置決め
する場合)も同じような操作力でワークを取り扱わなけ
ればならなくなる。If the transfer of the work is controlled by such a control system, the operability during the transfer is certainly improved. However, if such a control system is used, the control characteristics will be unique regardless of the force applied to the work or the speed at which the work is moved. The work must be handled with the same operating force when the work is moved in small increments (for example, when the work is moved to a nearby position) or when the engine is moved into the engine room and positioned.
【0008】たとえば、非常に軽い操作力でワークを動
かすことができるような特性に制御系を構成すると、ワ
ークを微妙に動かしながら行う位置決め作業などは容易
に行うことができるようになる反面、ワークを大きく動
かす場合には、軽い操作力で操作できるものの、速い速
度で動かすことができなくなるので、作業能率の面で問
題となる。一方、これとは逆の特性の制御系に構成する
と、作業能率は確保できるが位置決め作業がやりずらく
なるという相反する問題が生じる。For example, if the control system is configured so that the work can be moved with a very light operating force, the positioning work and the like performed while moving the work delicately can be easily performed, but the work can be easily performed. When is moved largely, it can be operated with a light operating force, but cannot be moved at a high speed, which poses a problem in terms of work efficiency. On the other hand, if the control system is configured to have the opposite characteristic, the work efficiency can be ensured, but there is a contradictory problem that the positioning work becomes difficult.
【0009】本発明は、以上のような問題点を解消する
ためになされたものであり、ワークに加える力またはワ
ークの搬送速度に応じて、ワークの搬送作業を違和感な
く行えるようにしたパワーアシスト付き助力アームの提
供を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has been made in consideration of the above circumstances. A power assist apparatus capable of performing a work transfer operation of a work according to a force applied to the work or a transfer speed of the work without discomfort. The purpose is to provide an assisting arm.
【0010】[0010]
【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
ぞれを駆動する駆動手段と、前記作用力検出センサによ
って検出された各方向の力の大きさに基づいて、前記作
用力検出センサから前記駆動手段への応答特性を変更す
る応答特性変更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 the 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 for driving each of the plurality of arms; A response characteristic changing means for changing a response characteristic from the acting force detection sensor to the driving means based on the magnitude of the force in each direction detected by the detection sensor. It is.
【0011】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
のパワーアシスト付き助力アームにおいて、前記応答特
性変更手段は、前記助力アームが好ましい応答動作を呈
するように準備された複数の機械的特性補償手段と、当
該複数の機械的特性補償手段の内のいずれかの機械的特
性補償手段を選択する選択手段と、前記作用力検出セン
サによって検出された力の大きさの範囲に応じて当該選
択手段を動作させる動作手段とを有することを特徴とす
る。According to a second aspect of the present invention, in the assisting arm with power assist according to the first aspect, the response characteristic changing means includes a plurality of mechanical devices prepared so that the assisting arm exhibits a preferable response operation. Characteristic compensating means, selecting means for selecting any one of the mechanical characteristic compensating means from the plurality of mechanical characteristic compensating means, and selecting the mechanical characteristic compensating means according to the range of the magnitude of the force detected by the acting force detecting sensor. Operating means for operating the selecting means.
【0012】請求項3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を駆動する駆動手
段と、前記助力アームが好ましい応答動作を呈するよう
に準備された複数の機械的特性補償手段と、当該複数の
機械的特性補償手段の内のいずれかの機械的特性補償手
段を選択する選択手段と、現在選択されている機械的特
性補償手段により前記作用力検出センサによって検出さ
れた力の大きさに基づいて演算されたワークの速度の大
きさの範囲に応じて当該選択手段を動作させる動作手段
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。According to a third aspect of the present invention, there are provided 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 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 that drives each of the plurality of arms. A plurality of mechanical property compensating means prepared so that the assisting arm exhibits a preferable response operation; a selecting means for selecting any one of the plurality of mechanical property compensating means; According to the range of the magnitude of the speed of the work calculated based on the magnitude of the force detected by the acting force detection sensor by the selected mechanical characteristic compensating means. A power-assisted aid arm and having an operation means for operating said selection means.
【0013】請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請
求項3のいずれか1に記載のパワーアシスト付き助力ア
ームにおいて、前記作用力検出センサは、力覚センサで
あることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the assisting arm with power assist according to any one of the first to third aspects, the acting force detecting sensor is a force sensor. .
【0014】請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請
求項3のいずれか1に記載のパワーアシスト付き助力ア
ームにおいて、前記駆動手段は、サーボモータであるこ
とを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the assisting arm with power assist according to any one of the first to third aspects, the driving means is a servomotor.
【0015】[0015]
【発明の効果】請求項1、請求項2、請求項4及び請求
項5に記載の発明にあっては、作用力検出センサによっ
て検出された各方向の力の大きさに基づいて、パワーア
シスト付き助力アームの応答特性(機械的特性)を変更
するようにしたので、ワークの搬送作業が違和感なく行
えるようになり、ワークを大きく動かす場合(作用力が
大きい)の作業能率の確保と、ワークを小さく動かす場
合(作用力が小さい)の操作性の確保を共に実現するこ
とができるようになる。According to the first, second, fourth and fifth aspects of the present invention, the power assist is performed based on the magnitude of the force in each direction detected by the acting force detection sensor. The response characteristics (mechanical characteristics) of the assisting arm are changed, so that the work can be transported without discomfort. Operability can be simultaneously realized when is moved small (the acting force is small).
【0016】請求項3乃至請求項5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各方向の力
の大きさから間接的に求められたワークの速度に基づい
て、パワーアシスト付き助力アームの応答特性(機械的
特性)を変更するようにしたので、ワークの搬送作業が
違和感なく行えるようになり、ワークを大きく動かす場
合(ワークの搬送速度が速い)の作業能率の確保と、ワ
ークを小さく動かす場合(ワークの搬送速度が遅い)の
操作性の確保を共に実現することができるようになる。According to the present invention, the power assist is performed based on the speed of the work indirectly obtained from the magnitude of the force in each direction detected by the acting force detection sensor. By changing the response characteristics (mechanical characteristics) of the assisting arm, the work transfer operation can be performed without discomfort, and work efficiency can be secured when moving the work largely (work transfer speed is fast). In addition, when the work is moved small (the transfer speed of the work is slow), operability can be ensured.
【0017】[0017]
【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.
【0018】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作用力検出センサで
ある力覚センサ18が取り付けられ、この力覚センサ1
8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 drawing, 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 force sensor 18, which is an acting force detection sensor for detecting a force applied by an operator to a work, is attached to the hand 15.
8, the external force in the three-dimensional (X, Y, Z) direction and the force in the torsion direction in each of these dimensions are detected. The arm 10
It is designed to be able to turn around the main shaft 14, and this turning is performed by a motor 20.
【0019】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、力覚センサ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 receives a detection signal (operating force) from the force sensor 18 and motors 13, 17, and 20. A pulse signal from a rotation angle detection encoder (not shown) is input to the
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.
【0020】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力覚センサ18によ
って検出され、コントローラ25は、この力覚センサ1
8からの検出信号に基づいて、制御特性を変える。たと
えば、ワークを遠くまで搬送しようとする場合には、通
常は作業者がワークに大きな力を加えるから、比較的速
い速度でワークを動かせるような機械的特性に制御を変
え、一方、ワークを位置決めするような場合には、作業
者はワークに小さな力しか加えないから速度を犠牲にし
てもワークを非常に軽い力で動かせるような機械的特性
に制御を変える。なお、作業者がワークから手を離せば
力覚センサ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 direction of the force applied to the work are detected by the force sensor 18, and the controller 25 detects the force sensor 1.
The control characteristics are changed based on the detection signal from the control unit 8. For example, when a workpiece is to be transported far away, the operator normally applies a large force to the workpiece, so the control is changed to a mechanical property that allows the workpiece to move at a relatively high speed, while positioning the workpiece. In such a case, since the worker applies only a small force to the work, the control is changed to a mechanical property that allows the work to be moved with a very light force at the expense of speed. When the operator releases his / her hand from the work, the force acting on the force sensor 18 disappears, and the work stops naturally.
【0021】このように、ワークに加える力の大きさに
よって制御系の機械的特性を変えれば、作業者の思うよ
うな動きをさせることができるようになり、搬送や位置
決めの作業性が向上する。As described above, if the mechanical characteristics of the control system are changed according to the magnitude of the force applied to the workpiece, the operator can move as desired and the workability of transport and positioning is improved. .
【0022】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.
【0023】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、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1
3,17,20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 calculator 50, and the motor 1
It is used as a feedback signal for rotating 3, 17, 20 at a designated speed, and as a signal for determining whether or not the motor of each axis exceeds the maximum speed.
【0024】力覚センサ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 force sensor 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 twisting directions in each dimension, and each axis is converted into an electric signal to generate an electric signal. This is output to the motor speed calculation unit 50. Specifically, the external force F in the X, Y, and Z directions is output.
And the torsional forces N in the X, Y, and Z directions are output.
【0025】各軸モータ速度演算部50は、力覚センサ
18で検出された操作力に応じ各軸のモータ13,1
7,20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 〜q3 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
て演算している。Each axis motor speed calculating section 50 controls the motors 13, 1 of each axis according to the operating force detected by the force sensor 18.
Based on the pulse signals q1 to q3 output from the encoder 1 to the encoder 3, respectively, the torque to be output from each of the motors 13, 17, and 20 is determined so that the optimum torque is output from the encoders 7 and 20 by the Jacobian matrix J ( g) and the like.
【0026】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 relating to Coriolis force, centrifugal force, viscous friction force h (q, q dot) Inertia matrix R (g) Using external force F in X, Y, Z directions and torsional force N in X, Y, Z directions The torque is calculated by performing the following calculation.
【0027】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.
【0028】 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。[0028] Where JT(Θ) is the Jacobian matrix of the arm, F
Is the external force applied to the work, N is the torsional force, and θ is the indirect
Angle, and therefore the assist force
What is necessary is just to generate torque in the motor so as to cancel out.
【0029】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
【0030】なお、外力Fとねじれ力Nは、力覚センサ
18から得られ、関節角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 force sensor 18, and the joint angle θ is obtained from a pulse signal output from the encoder.
【0031】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。Although 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.
【0032】 F=M・d2 x/dt2 +D・dx/dt+Kx+T このとき、作業者の負荷軽減を望ましい運動とすれば、
K=D=T=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。なお、時定数D/Mを小さくして
K=0すると、ワークを大きく動かすような場合の操作
性を向上でき、時定数D/Mを大きくしてK=0とする
と、ワークの位置合わせを行うような場合の操作性を向
上でき、K≠0とすると、位置ずれが吸収できるので、
ワークのはめ合い作業の操作性が向上する。F = M · d 2 x / dt 2 + D · dx / dt + Kx + T At this time, if it is desired to reduce the load on the worker,
It is assumed that K = D = T = 0, and M is selected to be a value smaller than the actual mass of the work (the smaller the value, the greater the load reduction rate). When the time constant D / M is reduced and K = 0, the operability in a case where the work is largely moved can be improved. When the time constant D / M is increased and K = 0, the work alignment can be performed. The operability in such a case can be improved, and if K ≠ 0, the displacement can be absorbed.
The operability of the work for fitting the work is improved.
【0033】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 conditions, F = M · d 2 x / dt 2 (1)
【0034】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 expressed by the following equation.
【0035】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。[0035] 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) is a term 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.
【0036】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, and in the case of the assisting arm, gravity is offset by a cylinder or the like.
-1 (g) · J dot (g) · q dot + {(J0 + R
(G)) · J −1 (g) · M −1 −J T (g)} · F
【0037】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)演算部及び力覚センサ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 section 50 (not shown) J -1 (g).
The calculation unit, J T (g) calculation unit, differential calculation unit, h (q, q dot) calculation unit, R (g) calculation unit, and force sensor 18 output the weight M of the work. Thus, the torque to be generated in each of the motors 13, 17, 20 can be calculated.
【0038】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、作業者がワークに加える力に応じて、
発生するトルクの大きさなどが変更できるような構成を
加えている。The optimum torque to be applied to the work is calculated as described above. In the assisting arm with power assist of the present invention, depending on the force applied to the work by the operator,
A configuration is added in which the magnitude of the generated torque can be changed.
【0039】つまり、助力アームを操作するのに必要な
操作力を軽減するために、助力アームの理想的な機械的
特性(軽い慣性重量、低摩擦)に追従するように、助力
アームの各軸のモータの動作を制御することによって、
助力アームの見掛け上の機械的特性を変更できるような
構成にしている。That is, in order to reduce the operating force required to operate the assisting arm, each axis of the assisting arm is adjusted to follow the ideal mechanical characteristics (light inertia weight, low friction) of the assisting arm. By controlling the operation of the motor
The configuration is such that the apparent mechanical characteristics of the assisting arm can be changed.
【0040】このような構成にすることによって、ワー
クの搬送時などの助力アームを大きく動かすときと、ワ
ークの位置決め時などの助力アームを微妙に動かすとき
とで制御の応答特性が変わるので、作業内容により適し
た特性で助力アームを動作させることができるようにな
る。By adopting such a configuration, the response characteristics of the control are different between when the assisting arm is largely moved when the work is conveyed or when the assisting arm is slightly moved when the work is positioned or the like. The assist arm can be operated with characteristics more suitable for the contents.
【0041】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力覚センサ18で操作
力として検出される。この検出された操作力はA/D変
換ボードでデジタル値に変換され、このデジタル値に基
づいて目標速度(アーム先端速度指令)が演算される。
この目標速度から各アームごとの速度が演算され(関節
変換)、各アームごとの速度がD/A変換ボードでアナ
ログ値に変換されて、サーボドライバによってモータ1
3、17、20が駆動される。この操作力の大きさ、又
は演算された目標速度の大きさによって演算の内容が変
更され、作業内容により適した応答特性で助力アームを
動作させる。また、これらのモータの回転によって発生
するエンコーダからのパルス信号は、速度演算のために
フィードバックされる。このように、エンコーダからの
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。なお、力覚センサ
18、サーボドライバ、モータ及びエンコーダ以外の部
分は、各軸モータ速度演算部50内に設けられている機
能であり、サーボドライバは電流増幅部13A、17
A、20Aに相当する部分である。FIG. 3 is a diagram showing the concept of this control. The force acting on the work of the worker is detected by the force sensor 18 as an operation force. The detected operating force is converted into a digital value by an A / D conversion board, and a target speed (an arm tip speed command) is calculated based on the digital value.
The speed for each arm is calculated from this target speed (joint conversion), the speed for each arm is converted to an analog value by a D / A conversion board, and the motor 1
3, 17, and 20 are driven. The content of the calculation is changed according to the magnitude of this operation force or the magnitude of the calculated target speed, and the assist arm is operated with a response characteristic more suitable for the work content. Also, pulse signals from the encoder generated by the rotation of these motors are fed back for speed calculation. The reason why the pulse signal from the encoder is fed back is to detect the motor that has reached the maximum speed. Parts other than the force sensor 18, the servo driver, the motor and the encoder are functions provided in each axis motor speed calculating section 50, and the servo drivers are provided by the current amplifying sections 13 A and 17.
A, 20A.
【0042】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。このフローチャートの動作を図5
を参照しながら説明する。まず、力覚センサ18によっ
て検出値が検出されると、各軸モータ速度演算部50は
この検出値から操作力Fを算出する(S1、S2)。こ
の操作力Fが各軸モータ速度演算部50に設けられてい
る図示しない記憶装置に記憶されている閾値H1よりも
小さければ、作業者は位置決め作業のような位置を合わ
せる作業をしているものと判断部30(各軸モータ速度
演算部50ないに設けられている)が判断して、制御の
補償を微細動作用インピーダンスに切り換える。具体的
には、判断部30が選択手段である切り換えスイッチ3
5A、35Bを機械的特性補償手段40側に切り換え
る。これによって、アーム先端速度が変化して(この場
合はアーム先端速度が遅くなる)小さな操作力でワーク
が容易に動かせるようになる(S3、S4)。Specifically, the processing according to the flowchart shown in FIG. 4 is performed. The operation of this flowchart is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. First, when a detected value is detected by the force sensor 18, each axis motor speed calculating section 50 calculates an operating force F from the detected value (S1, S2). If the operation force F is smaller than a threshold value H1 stored in a storage device (not shown) provided in each axis motor speed calculation unit 50, the operator performs a positioning operation such as a positioning operation. And the determination unit 30 (provided in each axis motor speed calculation unit 50) determines to switch the control compensation to the fine operation impedance. Specifically, the determination unit 30 determines whether the changeover switch 3
5A and 35B are switched to the mechanical characteristic compensation means 40 side. As a result, the arm tip speed changes (in this case, the arm tip speed decreases), and the work can be easily moved with a small operation force (S3, S4).
【0043】一方、操作力Fが各軸モータ速度演算部5
0に設けられている図示しない記憶装置に記憶されてい
る閾値H1よりも大きければ、さらにこの記憶装置に記
憶されている閾値H2と比較し、操作力Fがこの閾値H
2よりも小さければ、作業者は通常の一般的な作業をし
ているものと判断部30が判断して、制御の補償を通常
のインピーダンスに切り換える。具体的には、判断部3
0が切り換えスイッチ35A、35Bを機械的特性補償
手段42側に切り換える。これによって、アーム先端速
度が変化し(この場合はアーム先端速度が少し速くな
る)ワークを少し速く動かせるようになる(S5、S
6)。On the other hand, the operating force F is applied to each axis motor speed calculating section 5.
If the operating force F is larger than a threshold value H2 stored in a storage device (not shown) provided at 0, the operation force F is compared with a threshold value H2 stored in the storage device.
If it is smaller than 2, the determination unit 30 determines that the worker is performing a normal general work, and switches the control compensation to the normal impedance. Specifically, the judgment unit 3
0 switches the changeover switches 35A and 35B to the mechanical characteristic compensation means 42 side. As a result, the arm tip speed changes (in this case, the arm tip speed becomes slightly higher), and the work can be moved slightly faster (S5, S5).
6).
【0044】また、操作力Fが閾値H2よりも大きけれ
ば、作業者はワークを大きく動かそうとしているものと
判断部30が判断して、制御の補償を大きい動作用イン
ピーダンスに切り換える。具体的には、判断部30が切
り換えスイッチ35A、35Bを機械的特性補償手段4
4側に切り換える。これによって、アーム先端速度が変
化し(この場合はアーム先端速度が速くなる)ワークを
速く動かせるようになる(S5、S7)。If the operation force F is larger than the threshold value H2, the judgment section 30 judges that the worker is about to move the work largely, and switches the control compensation to a larger operation impedance. Specifically, the determining unit 30 sets the changeover switches 35A and 35B to the mechanical characteristic compensating means 4
Switch to side 4. As a result, the arm tip speed changes (in this case, the arm tip speed increases), and the work can be moved quickly (S5, S7).
【0045】このようにして、検出された操作力の大き
さの範囲に応じてアーム先端速度が算出されると、ヤコ
ビアン行列を掛けて、各軸ごとの目標速度を算出し、最
終的に各軸毎のモータ13,17,20の速度指令θv
(θ1 ,θ2 ,θ3 )を算出する。そして、その速度指
令θv をそれぞれのモータ13,17,20に対する電
流増幅部13A,17A,20Aに出力し、モータ1
3,17,20はこの指令に基づく速度(θ1 ,θ2 ,
θ3 )で回転する。したがって、作業者は軽い操作で慣
性力の大きなワークをあたかも軽いワークであるかのよ
うにして搬送することができる。なお、本発明の応答特
性変更手段は、判断部30、切り換えスイッチ35A、
35B、機械的特性補償手段40、42、44によって
構成され、各軸モータ速度演算部50内に設けられてい
る。When the arm tip speed is calculated according to the range of the magnitude of the detected operating force in this way, the target speed for each axis is calculated by multiplying the Jacobian matrix. Speed command θv of motors 13, 17, 20 for each axis
(Θ1, θ2, θ3) are calculated. Then, the speed command θv is output to the current amplifiers 13A, 17A, and 20A for the motors 13, 17, and 20, respectively.
3, 17, 20 are the speeds based on this command (θ1, θ2,
θ3). Therefore, a worker can carry a work having a large inertial force as if it were a light work by a light operation. Note that the response characteristic changing means of the present invention includes a determination unit 30, a changeover switch 35A,
35B, and is constituted by mechanical characteristic compensating means 40, 42, and 44, and is provided in each axis motor speed calculating section 50.
【0046】以上の実施の形態は、作業者の操作力を検
出することによって、制御特性を変更するものである
が、図6に示すものは、現在接続されている機械的特性
補償手段(図では機械的特性補償手段40)によって算
出されたアーム先端速度によっていずれかの機械的補償
手段に切り換える構成としたものである。In the above embodiment, the control characteristics are changed by detecting the operation force of the operator. FIG. 6 shows the mechanical characteristic compensation means (FIG. In this configuration, the switching to any one of the mechanical compensating means is performed according to the arm tip speed calculated by the mechanical characteristic compensating means 40).
【0047】なお、以上の2つの実施の形態では、助力
アームの機械的特性を変更する機械的特性補償手段を3
つ有するものを例示したが、これに限らず、非常に多く
の機械的特性補償手段を設けてもよい。多くの機械的特
性補償手段を設けた場合には、無段階に近い機械特性の
変更ができるから、理想的な助力アームの動作を実現す
ることができるようになる。ただ、このような場合で
も、機械的特性補償手段の演算式が力覚センサによって
検出される力の大きさにマッチしたものでなければなら
ないのはもちろんである。In the above two embodiments, the mechanical characteristic compensating means for changing the mechanical characteristic of the assist arm is provided by three.
However, the present invention is not limited to this, and an extremely large number of mechanical characteristic compensating means may be provided. When many mechanical characteristic compensating means are provided, the mechanical characteristics can be changed almost steplessly, so that the ideal operation of the assisting arm can be realized. However, even in such a case, it is needless to say that the arithmetic expression of the mechanical characteristic compensating means must match the magnitude of the force detected by the force sensor.
【0048】また、以上の実施の形態では、検出された
操作力又は算出されたアーム先端速度の大きさにしたが
って自動的に機械的特性補償手段の選択が行われるよう
になっているが、助力アームに選択ボタンを設けて、作
業者が機械的特性補償手段を手動で切り換えることがで
きるようにしてもよい。In the above embodiment, the mechanical characteristic compensating means is automatically selected according to the detected operating force or the calculated magnitude of the arm tip speed. A selection button may be provided on the arm so that the operator can manually switch the mechanical characteristic compensation means.
【0049】さらに、上記のように自動的に切替えが行
われる自動モードと作業者が手動で切り換えることがで
手動モードとを設け、いずれかのモードを選択すること
によってそれぞれのモードでの機械的特性補償手段の選
択が行えるようにしてもよい。Further, the automatic mode in which the switching is automatically performed as described above and the manual mode in which the operator manually switches the mode are provided, and when any one of the modes is selected, the mechanical mode in each mode is selected. The selection of the characteristic compensation means may be performed.
【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】 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. 5 is a diagram for explaining the operation of the assisting arm with power assist according to the present invention.
【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.
【図8】 従来の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. 8 is a diagram for explaining the operation of a conventional assisting arm with power assist.
10,16…アーム、 14…主軸、 13,17,20…モータ、 18…力覚センサ、 30…判断部、 40、42、44…機械的特性補償手段、 50…各軸モータ速度演算部。 10, 16 ... arm, 14 ... spindle, 13, 17, 20 ... motor, 18 ... force sensor, 30 ... judgment unit, 40, 42, 44 ... mechanical characteristic compensation means, 50 ... motor speed calculation unit for each axis.
Claims (5)
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を駆動する駆動手段と、 前記作用力検出センサによって検出された各方向の力の
大きさに基づいて、前記作用力検出センサから前記駆動
手段への応答特性を変更する応答特性変更手段とを有す
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, driving means for driving each of the plurality of arms, and detection by the acting force detection sensor A response characteristic changing unit that changes a response characteristic from the acting force detection sensor to the driving unit based on the magnitude of the force in each direction.
された複数の機械的特性補償手段と、 当該複数の機械的特性補償手段の内のいずれかの機械的
特性補償手段を選択する選択手段と、 前記作用力検出センサによって検出された力の大きさの
範囲に応じて当該選択手段を動作させる動作手段とを有
することを特徴とする請求項1に記載のパワーアシスト
付き助力アーム。2. The response characteristic changing unit includes: a plurality of mechanical characteristic compensation units prepared so that the assisting arm exhibits a preferable response operation; and any one of the plurality of mechanical characteristic compensation units. The selecting means for selecting a dynamic characteristic compensating means, and an operating means for operating the selecting means in accordance with a range of the magnitude of the force detected by the acting force detection sensor. A helping arm with power assist.
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を駆動する駆動手段と、 前記助力アームが好ましい応答動作を呈するように準備
された複数の機械的特性補償手段と、 当該複数の機械的特性補償手段の内のいずれかの機械的
特性補償手段を選択する選択手段と、 現在選択されている機械的特性補償手段により前記作用
力検出センサによって検出された力の大きさに基づいて
演算されたワークの速度の大きさの範囲に応じて当該選
択手段を動作させる動作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。3. 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 that is applied to the workpiece by a user, a driving unit that drives each of the plurality of arms, and a preferable response operation in which the assisting arm is preferable A plurality of mechanical property compensating means prepared so as to exhibit; a selecting means for selecting any one of the plurality of mechanical property compensating means; and a mechanical property currently selected The selection means is operated according to the range of the magnitude of the speed of the work calculated based on the magnitude of the force detected by the acting force detection sensor by the compensation means. The power-assisted aid arm and having an operation means that.
あることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか
1に記載のパワーアシスト付き助力アーム。4. The assisting arm with power assist according to claim 1, wherein the acting force detection sensor is a force sensor.
とを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1に記
載のパワーアシスト付き助力アーム。5. The assisting arm with power assist according to claim 1, wherein said driving means is a servomotor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP51198A JPH11198077A (en) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | Power-assisted assistant arm |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP51198A JPH11198077A (en) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | Power-assisted assistant arm |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11198077A true JPH11198077A (en) | 1999-07-27 |
Family
ID=11475815
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP51198A Pending JPH11198077A (en) | 1998-01-05 | 1998-01-05 | Power-assisted assistant arm |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH11198077A (en) |
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- 1998-01-05 JP JP51198A patent/JPH11198077A/en active Pending
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Effective date: 20070327 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080513 |