JPS6110934Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、スレーブ（従動）側の負荷トルクが
マスタ（主動）側を操縦するオペレータに返つて
くる力反射型のサーボマニピユレータに関する。 従来のマニピユレータでは双動型サーボ機構
（バイラテラルサーボ機構）によつて構成される
が、従来の双動型サーボ機構はマスタ軸とスレー
ブ軸の位置又は角度偏差信号さらには両軸の速度
偏差信号を各々マスタ側、スレーブ側に帰還して
いるが、サーボ系に存在する摩擦や粘性抵抗によ
つてスレーブ軸負荷トルクが零であつてもマスタ
軸を操作するのに大きなトルクを必要とした。 改良されたサーボマニピユレータとして、マス
タ軸とスレーブ軸の位置又は角度偏差に応じた信
号を各々マスタ側及びスレーブ側に帰還すると共
にマスタ側及びスレーブ側において各軸のトルク
に応じた信号を局部的に帰還することで操縦性、
作業性を向上したサーボマニピユレータを本願出
願人は既に提案している。 本考案は、上記の力反射型のサーボマニピユレ
ータにおいて、マスタ軸トルクとは無関係にスレ
ーブ軸負荷トルクを一定にできるトルクコントロ
ーラを備えることにより、オペレータがマスタ軸
にトルクを加えることなくスレーブ軸に一定の負
荷トルクを与え、操縦性、作業性を一層向上した
サーボマニピユレータを提供することを目的とす
る。 第１図は本考案の一実施例を示す一関節のブロ
ツク図である。マスタ軸１_１をオペレータがある
方向に回転させると、その操作によつて生じるマ
スタ軸とスレーブ軸１_２との角度偏差信号εが
各々の角度検出器２_１，２_２の検出角度θ_１，θ
_２の比較から検出される。この信号εはマスタ側
では線形あるいは非線形特性の変換器３_１を通し
て信号ε_１を取出し、この信号ε_１とマスタ軸１
_１に設けたトルク検出器４_１のトルク信号ε_t1と
の差をサーボ増幅器５_１で増幅してサーボモータ
６_１の駆動電圧とする。一方、スレーブ側では信
号εを線形あるいは非線形特性の変換器３_２を通
し、さらにトルク伝達比調整器７を通して信号ε
_２を取出し、この信号ε_２とスレーブ軸１_２に設
けたトルク検出器４_２のトルク信号ε_t2との差を
サーボ増幅器５_２で増幅してサーボモータ６_２の
駆動電圧とする。 こうした基本構成によつて、マスタ側のサーボ
モータ６_１にはオペレータが与えた回転を止めよ
うとする向きに電圧印加がなされ、同じ電圧がス
レーブ側のサーボモータ６_２には回転を加速する
向きに印加され、マスタ軸１_１に与えられた角度
変位はスレーブ軸１_１に忠実に再現され、かつス
レーブ軸１_２の負荷に比例した力（この比はトル
ク伝達比調整器７で設定される）をマスタ軸１_１
を操作するオペレータに感じ取らせる。また、ト
ルク検出器４_１，４_２による局部的帰還によつて
サーボ系に存する摩擦や粘性抵抗力を軽減し、物
体に直接働きかける作業に近いものにする。 ここで、マスタ軸トルクとは無関係にスレーブ
軸負荷トルクを一定にできるトルクコントローラ
８又は９を具える。トルクコントローラ８の場合
は、マスタ軸のトルク信号に代つてマスタ側局部
帰還系に一定電圧信号V₁を与える切換スイツチ
８_１と電圧設定器８_２で構成する。トルクコント
ローラ９の場合は、マスタ軸１_１とスレーブ軸１
_２の位置又は角度偏差に応じた信号εに代つて切
換スイツチ９_１と電圧設定器９_２によつて一定電
圧信号V₂をスレーブ側に帰還する構成にする。 こうしたトルクコントローラを設けることによ
り、ある作業でのある関節のスレーブ側負荷トル
クを一定値に設定し、該関節に対応するマスタ軸
にはオペレータからトルクを加えない状態での作
業を可能にする。従つて、従来装置ではマスタ軸
を一定トルクで長時間維持した作業する場合に、
力反射型であるためにオペレータが一定トルクを
加えようとするとオペレータの疲労及び一定トル
クに維持するのが難しくなるのに対して、トルク
コントローラによつてオペレータの操縦とは無関
係にスレーブ側に一定負荷トルクを発生できる。 こうした制御が可能になることを以下に説明す
る。第１図において、トルクコントローラを介在
させない場合、角度偏差信号ε、変換器３_１の信
号ε_１、トルク伝達比調整器７の信号ε_２、トル
ク検出器４_１，４_２のトルク信号ε_t1，ε_t2は下
記式で表わされる。 ε＝ｋθ（θ_１−θ_２） ε_１＝g₁・ε ε_２＝g₂・ｋ_b・ε ε_t1＝ｋ_f1・T₁ ε_t2＝ｋ_f2・T₂ 但し、ｋ〓は角度検出器２_１，２_２の発生電圧
係数、g₁，g₂は変換器３_１，３_２の信号変換特
性、ｋ_f1，ｋ_f2はトルク検出器４_１，４_２の発生
電圧係数、θ_１はマスタ軸１_１の角変位、θ_２は
スレーブ軸１_２の角変位、T₁はマスタ軸１_１に
オペレータが与えるトルク、T₂はスレーブ軸１
_２の負荷トルク、ｋ_bはトルク伝達比調整器の変
換定数である。 上記式において、サーボ増幅器５_１，５_２の増
巾率およびトルク検出器４_１，４_２の発生電圧係
数Ｒ_f1，Ｒ_f2が十分大きいと、サーボ系の摩擦や
粘性抵抗が無視出来

【表】

【表】 ただし△θ＝θ_１−θ_２ とおけてトルク伝達比は Ｔ_２／Ｔ_１≒Ｒ_ｂ・ｇ_２・Ｒ_ｆ１／ｇ_１・Ｒ_ｆ２……
(3) となり、トルク伝達比調整器７の変換定数Ｒ_bを
変えることによつて自由に選択できる。 第１図において、電圧設定器９_１又は９_２の設
定電圧をV₁，V₂とすると、スイツチ８_１あるい
は８_２の操作でスレーブ軸１_２に一定負荷トルク
を得ることができる。まずトルクコントローラ９
を使用した場合を説明すると、ε_２＝Ｒ_b・V₂だ
から前記(2)式と同様に ε_２＝Ｒ_b・V₂≒Ｒ_f2T₂ T₂≒Ｒ_ｂ・Ｖ_２／Ｒ_ｆ２ となり、V₂によつてマスタ側のトルクT₁とは無
関係に負荷トルクT₂を自由に設定できる。ま
た、V₂が固定されていても、トルク伝達比を変
えるために設けたトルク伝達比調整器７の変換定
数Ｒ_bを変えることで、マスター側のトルクT₁と
は無関係に、負荷トルクT₂を自由に設定でき
る。 次にトルクコントローラ８を使用した場合を説
明すると、やはりマスター側のトルクT₁とは無
関係に負荷トルクT₂は T₂≒ｇ_２・Ｒ_ｂ・Ｖ_１／ｇ_１・Ｒ_ｆ２ となり、Ｒ_bを変えることで自由に設定できる。 第２図はマスタースレーブサーボマニプレータ
の指部開閉機構における本考案の具体的な実施例
であり、トルクコントローラ９の場合を示す。マ
スター側のレバー１０をオペレータが操縦すると
その時のトルクT₁が、歪ゲージによるトルク検
出器４_１で、また角変位θ_１がポテンシヨメータ
２_１で検出される。スレーブ側の指部は四棒リン
ク機構１１で回転運動を平行運動に変えている
が、その把握力および開度は回転部分のトルク検
出器４_２ポテンシヨメータ２_２でT₂，θ_２とし
て検出している。増幅器１２_１，１２_２はトルク
検出信号を増幅し、１３_１，１３_２は差動増幅器
を構成し、１４はθ_１，θ_２の差動増幅器を構成
している。５_１，５_２はパワートランジスタによ
る電力増巾器で、サーボモータ６_１，６_２を駆動
する。信号変換器３_１，３_２は各々掛算器２個で
構成されており、三乗関数特性を有するトルク伝
達比調整器７は演算増巾器で構成し、可変抵抗器
７_１によつて増巾率あるいは減衰率を自由に変え
る。スイツチ９_１が図示のように掛算器側が閉じ
て設定器９_２の側が開いている時は、可変抵抗器
７_１によつてトルク伝達比を変えることができ
る。一方、掛算器側を開いて設定器側を閉じれば
設定器９_２又は可変抵抗器７_１によつてスレーブ
側のトルクT₂つまりは把握力をオペレータの発
するトルクとは無関係に設定変更できる。スイツ
チ９_１は機械的あるいは半導体アナログスイツチ
で構成される。 第３図はトルク伝達比調整器７の一例を示すも
ので１５は演算増巾器、１６はリレー式機械的ス
イツチあるいは半導体アナログスイツチである。
この場合トルク伝達比調整器の変換定数Ｒ_bを連
続的には調整できないが、第２図のスイツチ９_１
もリレー式機械スイツチ、あるいは半導体アナロ
グスイツチで構成するので、トルク伝達比の調整
あるいは定負荷トルクの設定の変更を遠隔操作で
き、特にマスター側のオペレータの手元で操作で
きるようにするので操縦にたいへん便利となる。 以上のとおり、本考案によるサーボマニピユレ
ータは、マスタ軸トルクとは無関係にスレーブ軸
負荷トルクを一定にできるトルクコントローラを
設けるため、ある関設を一定負荷トルクにした状
態での作業にオペレータの疲労なくかつ確実な作
業、操作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すブロツク構成
図、第２図は本考案の具体的な実施例を示す図、
第３図は第１図又は第２図におけるトルク伝達比
調整器を例示する回路図である。 １_１……マスタ軸、１_２……スレーブ軸、２
_１，２_２……角度検出器、３_１，３_２……変換
器、４_１，４_２……トルク検出器、５_１，５_２…
…サーボ増幅器、６_１，６_２……サーボモータ、
７……トルク伝達比調整器、８，９……トルクコ
ントローラ、８_１，９_１……切換スイツチ、８
_２，９_２……電圧設定器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. マスタ軸及びスレーブ軸の位置又は角度を夫々
   検出する一対の位置・角度検出器と、マスタ軸及
   びスレーブ軸のトルクを夫々検出する一対のトル
   ク検出器と、前記一対の位置・角度検出器の検出
   信号の偏差信号を夫々線形又は非線形特性に変換
   する一対の変換器と、これら一対の変換器の出力
   と前記一対のトルク検出器の検出信号との偏差に
   応じて夫々前記マスタ軸及びスレーブ軸の駆動力
   を得る一対の増幅器とサーボモータとを備えるマ
   スタ・スレーブ形サーボマニピユレータにおい
   て、前記マスタ軸のトルク検出器の検出信号を一
   定のトルク設定値に切換えるトルクコントロー
   ラ、又は前記スレーブ側の前記変換器の出力信号
   を一定の値に切換えるトルクコントローラを備え
   たことを特徴とするマスタ・スレーブ形サーボマ
   ニピユレータ。