JPS62162479A - 力感知式マニプレ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、力感知式マニプレータに関する。

〔従来の技術〕

この種のマニプレータとして次に述べるような方式のも
のが従来から広く実用されている。

（対称型負荷力感知方式） マスタたる操縦レバーにトルクモータ等のトルクアクチ
ュエータを付設し、該レバーとスレーブたる作業機の位
［偏差に基づく駆動信号を上記トルクアクチュエータに
加えるようにしている。上記位置偏差は上記作業機に作
用している負荷力に比例するので、オペレータは操縦レ
バーを通して　′上記負荷力を感知することができる。

このマニプレータは、特別な負荷力検出器を必要とせず
、しかも構造が簡単で信頼性が高い。また操縦レバーに
も位置サーボ系が動くことになるので、作業機側から操
縦レバーが逆駆動される様な場合でも、操縦レバーと作
業機の位置がずれてしまう事がなく、したがって安定し
た動作が可能である。

（力帰還型負荷力感知方式） 作業機の負荷力を該作業機を駆動する油圧シリンダの油
圧あるいは該作業機に貼着した歪ゲージ等で検出し、こ
の負荷力に対応する駆動信号で上記操縦レバーに付設さ
れたトルクアクチュエータを駆動させている。したがっ
てこの方式のマニプレータでは、負荷力が直接操縦レバ
ーにフィードバックされてオペレータに感知される。

このマニプレータは、負荷力が位置サーボ系から独立し
た力サーボ系を介して操縦レバー側に伝達されるので、
負荷力の感知性能が高く、衝撃力の伝達性にも優れてい
る。また、無負荷操作時には操縦レバーに作用する力を
零にさせるように力サーボ系が作用することから、操縦
レバーの操作力に該レバーの粘性抵抗、摩擦抵抗が影響
を与えないという利点も存する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記対称型負荷力感知方式のマニプレータは負荷力が一
旦位置偏差に変換されてから操縦レバー側に伝達される
ので、作業機に作用する衝撃力の感知性に劣るという欠
点をもつ。

またこのマニプレータでは、操縦レバーの粘性抵抗およ
び摩擦抵抗がレバー操作力に直接影響するので、良好な
負荷感知性能を得るためには通常何らかの補償が必要で
あるが、粘性抵抗成分を完全に除去すると操作レバーの
動作が不安定になって対称型本来の高安定性が損なわれ
やすいという問題もある。

一方、上記力帰還型負荷力感知方式のマニプレータは、
操縦レバーに位置サーボ系が付加されていないので、作
業機側から操縦レバーが逆駆動される場合に動作が不安
定になり易いという欠点がある。

本発明は、上記した各方式に係るマニプレータの欠点を
補なうことができる安定性の高い、かつ負荷感知能力の
高い力感知式のマニプレータを提供しようとするもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、マスタとスレーブの位置偏差を検出する位置
偏差検出手段を備え、上記位置偏差に基づいてスレーブ
がマスタに追従するようにスレーブ側のアクチュエータ
を作動させるように構成された力感知式マニプレータに
おいて、上記スレーブに作用している力を検出する力検
出手段と、上記位置偏差検出手段と上記力検出手段の各
出力の和に基づく駆動信号を上記マスタ側のトルクアク
チュエータに加える手段とを設けるようにしている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る力感知式マニプレータの一実施例
を示す基本構成図であろう この同図において、マスタたる操縦レバー１はスレーブ
たる作業機２と相似な形状を有し、その回動軸部にはそ
の回動位置θ１を検出するポテンショメータ等の位置セ
ンサ３と、その回動軸にトルクを作用させるトルクアク
チュエータ４（たとえばトルクモータ、サーボモータ等
）と、上記回動軸に作用する回動力を検出する力センサ
５（たとえば磁気式トルクセンサ、ねじれトルクセンサ
）が配設されている。なお、トルクアクチュエータ今は
レバー１に対しその操作方向とは逆の方向のトルクを作
用させるために設けられている。

一方、上記作業機２の軸部には、その回動位置θ、を検
出するポテンショメータ等の位置センサ６が配設されて
いる。また、この作業機２の中央部には、サーボ弁７を
介して油圧が作用される油圧シリンダ８のピスト／杆８
ａが枢着されている。

そして、サーボ弁７と油圧シリンダ８の間に介在する一
対の油路間には、両者に流れる圧油の差圧を検出する圧
カセ／す９が配設されている。なお、上記圧力センサ９
の出力は作業機２に作用する負荷力を示す。

上記位置セ／す３，６の各出力は減算器１０に加えられ
、ここで両差の差つまりレバー１と作業機２の位置偏差
ε、二θ。−θ８が検出される。そして上記減算器１０
の出力は、サーボアンプ１１を介してサーボ弁７に加え
られるとともに、アンプ１７で適当な重み付けが行われ
たのち加算器１６に加えられる。

一方、上記力センサ５および圧力センサ９の各出力は、
アンプ１２およびアンプ１３を介して減算器１４ｖｃ加
えられる。減′ｎ器１４では、アンプ１２とアンプ１３
の各出力の差つまりレバー１と作業機２に作用している
各力の偏差ε、が検出され、この偏差ε、を示す信号は
アンプ１５で適当な重み付けが行われたのち前記加算器
１６に加えられる。そして加算器１６の出力は、駆動ア
ンプ１８を介してトルクアクチュエータ４に加えられる
。

上記実施例に係るマニプレータにおいては、操作レバー
ｌに設けられたトルクアクチュエータに偏差ε１に基づ
く位置サーボ系の駆動力と偏差ε。

に基づくカサーボ系の駆動力とが作用する。

すなわち、操縦レバー１が操作されると、位置偏差ε、
を減少させる方向に油圧シリンダ８が駆動され、これに
よって作業機２がレバー１に追縦する態様で作動される
。このとき、上記位置偏差ε、に基づく駆動信号が加算
器１６を介してトルクアクチュエータ４に加えられるの
で、作業機２に作用している負荷力に対応したトルクが
レバー１の操作方向とは逆の方向に作用する。なぜなら
、負荷力が小さい場合には作業機２の追縦性がよいので
偏差ε、が小さくなり、また負荷力が大きい場合には上
記追縦性が低下して偏差が大きくなるので、レバー１に
は負荷力の大きさに対応したトルクが作用する。

一方、カサーボ系においては、作業機２の負荷力を示す
圧力センサ９の出力と力センサ５の出力との偏差Ｃ１に
基づく駆動信号が加算器１６を介してトルクアクチュエ
ータ４に加えられろうこのように、トルクアクチュエー
タ４には偏走ε２．ε、の双方に基づく駆動信号が加え
られ、これによってオペレータは操縦レバー１を介して
負荷力を感知することができる。

操縦レバーＩＫ位置サーボ系とカサーボ系の双方が設け
られたこの実施例は、同記した対称型負荷力感知方式マ
ニプレータの利点と力帰還型負荷力感知方式マニプレー
タの利点とを合わせもち、それによって両方式の欠点を
補なうことができる。

すなわち、操縦レバーに位置サーボが働くことから、作
業機側から操縦レバー１が逆駆動されるという不都合が
防止される。また負荷力がカサーボ系を介して直接操縦
レバー１側に伝達されることから、負荷力の感知性能が
高く、したがってたとえば作業機２に衝禾力が作用した
場合、この衝撃力を操縦レバー側に速やかにかつ適確に
伝達させることができる。

第２図は、動作の安定化を図るための処置を施した本発
明の実施例を示し、基本的な構成および機能は第１図に
示した実施的と同様である。

この実施例では、前記操縦レバー１の軸部にその操作速
度ｂｒｎを検出する速度セ／す２１　（例えばタコジュ
ネレータ）が配設され、また作業機２の軸部にその回動
速度へを検出する速度センサｎれ、ここで速度偏差　６
ｇ”−”ａが検出される。そして上記減算器乙の出力は
、アンプ冴および減算器５を介して加算器１６の出力に
負帰還される。

この結果、この実施クリによれば、操縦レバー１に十分
なダンピングが与えられ、これによって該レバー１側の
動作が安定化される。

一方、上記減算器乙の出力は、アンプあおよび加算器ｎ
を介してサーボアンプ１１に正帰還される。

したがって、この実施的では作業機２の固有振動数の改
善を図ることができる。

またこの実施列では、速度センサｎの出力がアンプ拐お
よび加算器２９を介してサーボアンプ１１に正帰還され
る。したがって動作速度に依存した位置偏差（いわゆる
ドループ）が偏差ε□に基づく力伝達信号に影響を与え
るという不都合を防止することができる。

さらに、この実施し１ｊでは圧力センサ９の出力がアン
プ（資）および減算器３１を介してサーボアンプ１１に
負帰還される。したがって、通常大きな慣性負荷を有す
る作業機２に充分なダンピングを与えて、その動作安定
化を図ることができる。

なお、上記実施列では説明を容易にするため一軸槌成の
マニプレータを示したが、多軸薄酸のマニプレータに対
しても本発明は当然適用可能である。

〔発明の効果〕

上記実施例の説明から明らかなように、本発明に係る力
感知式マニプレータにおいては、前述した対称型方式の
マニプレータおよび力帰還型方式のマニプレータの欠点
が互いに補なわれ、しかも両方式の長所が生かされるの
で、安定性が高く、かつ負荷力感知性能の優れた操縦特
性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る力感知式マニプレータの一実施例
を示す基本構成図、第２図は本発明に係る力感知式マニ
プレータの他の実施列を示す基本構成図である。 １・・・操縦レバー、２・・・作業機、３，６・・・位
置センサ、４・・・トルクアクチュエータ、５・・・力
センサ、７・・・サーボ弁、８・・・油圧シリンダ、９
・・・圧力センサ、１０　、１４・・・減算器、１１・
・・サーボアンプ、１６・・・加算器、２１　、２２・
・・速度センサ、Ｚ３　、２５　、３１・・・減算器、
ｎ、２９・・・加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マスタとスレーブの位置偏差を検出する位置偏差検出手
   段を備え、上記位置偏差に基づいてスレーブがマスタに
   追従するようにスレーブ側のアクチュエータを作動させ
   るように構成された力感知式マニプレータにおいて、上
   記スレーブに作用している力を検出する力検出手段と、
   上記位置偏差検出手段と上記力検出手段の各出力の和に
   基づく駆動信号を上記マスタ側のトルクアクチュエータ
   に加える手段とを備えたことを特徴とする力感知式マニ
   プレータ。