JPS6260010A - 力制御を行う制御系の重力補償法 - Google Patents
力制御を行う制御系の重力補償法Info
- Publication number
- JPS6260010A JPS6260010A JP19987085A JP19987085A JPS6260010A JP S6260010 A JPS6260010 A JP S6260010A JP 19987085 A JP19987085 A JP 19987085A JP 19987085 A JP19987085 A JP 19987085A JP S6260010 A JPS6260010 A JP S6260010A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- motor
- weight
- control system
- control
- Prior art date
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- Pending
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- Manipulator (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ｒ産業上の利用分野］
未発明は、ロボット・マニピュレータ、その他力制御の
必要な制御系における重力補償法に関するものである。
必要な制御系における重力補償法に関するものである。
［従来の技術］
一般の産業用ロボットの腕機構は、基本的に位置制御系
より成っていて、たとえ力制御を行う場合でも、位置制
御系に力センサを何らかの形で加え、この力センサのフ
ィード・くツク量により位五を制御して１機構部のコン
プライアンスまたは対象物の弾性変形の存在により、力
を制御している。このため、力を制御する必要のある動
作やクランク回し動作、倣い動作などを行うのは大変面
倒で困難である。
より成っていて、たとえ力制御を行う場合でも、位置制
御系に力センサを何らかの形で加え、この力センサのフ
ィード・くツク量により位五を制御して１機構部のコン
プライアンスまたは対象物の弾性変形の存在により、力
を制御している。このため、力を制御する必要のある動
作やクランク回し動作、倣い動作などを行うのは大変面
倒で困難である。
一方、上記のような制御系に、トルクを容易に制御する
ことが可能なアクチュエータ、たとえばトルクモータを
用いることは有効であるが、トルクを制御するためには
大減速比の減速機を用いることができないため、直結形
が推奨されている。
ことが可能なアクチュエータ、たとえばトルクモータを
用いることは有効であるが、トルクを制御するためには
大減速比の減速機を用いることができないため、直結形
が推奨されている。
しかし、直結形機構では出力が小さく、たとえばマニピ
ュレータなどでは、自重を支えるのがやっとの状態であ
る。かといって、能力の大きい１個のトルクモータまた
は複数個のトルクモータの連結によって完全にトルク制
御をする場合、モータ部が巨大かつ高価になり、特にロ
ボット−マニピュレータの場合、片持梁の形でアクチュ
エータを連結していくためにアクチュエータの軽量性が
要求され、殆ど実現が不可能である。
ュレータなどでは、自重を支えるのがやっとの状態であ
る。かといって、能力の大きい１個のトルクモータまた
は複数個のトルクモータの連結によって完全にトルク制
御をする場合、モータ部が巨大かつ高価になり、特にロ
ボット−マニピュレータの場合、片持梁の形でアクチュ
エータを連結していくためにアクチュエータの軽量性が
要求され、殆ど実現が不可能である。
［発明が解決しようとする問題点］
本発明の目的は、力制御の必要な制御系において、自重
に相当する部分を他の手段によって補償し、力制御（ま
たはトルク制御）に、精密で応答性等の特性のよいトル
クモータを直結または低減速比で使用可能にすることに
ある。
に相当する部分を他の手段によって補償し、力制御（ま
たはトルク制御）に、精密で応答性等の特性のよいトル
クモータを直結または低減速比で使用可能にすることに
ある。
［問題点を解決するだめの手段］
上記目的を達成するため、本発明は、力制御の必要な制
御系において、自重相当部分に付加される力制御部分を
、トルクモータの直結または低減速比で力制御を行いな
がら駆動し、上記自重相当部分をサーボアクチュエータ
によって支承させ、それによって重力補償を行うという
技術的手段を採用している。
御系において、自重相当部分に付加される力制御部分を
、トルクモータの直結または低減速比で力制御を行いな
がら駆動し、上記自重相当部分をサーボアクチュエータ
によって支承させ、それによって重力補償を行うという
技術的手段を採用している。
このような本発明の方法によれば、自重に相当する部分
を比較的安価な通常のサーボモータ等を減速して支える
ことにより、ロボット・マニピュレータをさながら無重
力状態あるいは重力バランスの取れた状態とし、力制御
の必要な部分のみをトルクモータの直結または低減速比
で制御することができ、従って、トルクモータ部は小形
となり、全体として安価に構成できると共に、制御性能
が良好となる。
を比較的安価な通常のサーボモータ等を減速して支える
ことにより、ロボット・マニピュレータをさながら無重
力状態あるいは重力バランスの取れた状態とし、力制御
の必要な部分のみをトルクモータの直結または低減速比
で制御することができ、従って、トルクモータ部は小形
となり、全体として安価に構成できると共に、制御性能
が良好となる。
以下に図面を参照して本発明について具体的に説明する
。
。
第１図は本発明の方法を適用した１自由度の制御系の基
本構成図で、ｌは減速歯車つきサーボモータ等からなる
サーボアクチュエータ、２はトルクセンサ、３は上記サ
ーボアクチュエータ１によって自重が支えられることに
ょ゛り重力補償されたアーム、４はタコジェネレータ、
５は直結形のトルクモータ、６はトルクセンサを示して
いる。
本構成図で、ｌは減速歯車つきサーボモータ等からなる
サーボアクチュエータ、２はトルクセンサ、３は上記サ
ーボアクチュエータ１によって自重が支えられることに
ょ゛り重力補償されたアーム、４はタコジェネレータ、
５は直結形のトルクモータ、６はトルクセンサを示して
いる。
上記アーム３は、ロボット・マニピュレータ等として機
能するものであり、上記重力補償用のサーボアクチュエ
ータｌとしては、一般の直流サーボモータまたはそれと
減速機とを組合わせたものなどを、ｌ／１０〜１１５０
に減速して用いることができるが、これらの外に、空気
圧、油圧等を利用したサーボアクチュエータを用いるこ
ともできる。トルクモータ５は、上記サーボアクチュエ
ータｌによって支えられる自重相当部分を除き、力制御
の必要な部分のみの駆動制御を行うものであり、そのた
め小形、安価で、制御性能においてもすぐれている。
能するものであり、上記重力補償用のサーボアクチュエ
ータｌとしては、一般の直流サーボモータまたはそれと
減速機とを組合わせたものなどを、ｌ／１０〜１１５０
に減速して用いることができるが、これらの外に、空気
圧、油圧等を利用したサーボアクチュエータを用いるこ
ともできる。トルクモータ５は、上記サーボアクチュエ
ータｌによって支えられる自重相当部分を除き、力制御
の必要な部分のみの駆動制御を行うものであり、そのた
め小形、安価で、制御性能においてもすぐれている。
また、＄２図は上記第１図の制御系の物理現象を示すブ
ロック図であり、このような制御系において、アーム部
３の運動方程式は、 Ｊθ＝Ｔ−Ｔ、＋Ｔｆ＠・（１） で表わされる。ここで、 に慣性モーメント、 τｇ：アームの自重によるトルり、 Ｔ：重力補償トルク、 Ｔｆ：制御系に外部から加わるトルクで、主にはトルク
モータの出力。
ロック図であり、このような制御系において、アーム部
３の運動方程式は、 Ｊθ＝Ｔ−Ｔ、＋Ｔｆ＠・（１） で表わされる。ここで、 に慣性モーメント、 τｇ：アームの自重によるトルり、 Ｔ：重力補償トルク、 Ｔｆ：制御系に外部から加わるトルクで、主にはトルク
モータの出力。
である。
また、Ｔｇはリファレンストルク、即ちそのときのアー
ムの角度θに対する補償重力値で、重心までの長さを交
とすると。
ムの角度θに対する補償重力値で、重心までの長さを交
とすると。
ｒＴｇ＝ｍ ｇ ｌ ｓｉｎθ −−
（２）で表わされる。ここに、ｍはアームの質量を示し
ている。
（２）で表わされる。ここに、ｍはアームの質量を示し
ている。
また、第２図におけるＧｃはコントローラの特性を表し
、 Ｇｍはモータとドライバのダイナミックスを表わし
ている。
、 Ｇｍはモータとドライバのダイナミックスを表わし
ている。
コントローラは、リファレンストルクと重力補償用トル
クセンサの出力とを比較し、重力補償用モータが常にリ
ファレンストルクを発生するようにトルクサーボを行う
。このため、サーボモータとしては、直接トルクが制御
できるようなモータを使用する必要はなく、また減速機
の減速比も比較的大きくすることが可能である。
クセンサの出力とを比較し、重力補償用モータが常にリ
ファレンストルクを発生するようにトルクサーボを行う
。このため、サーボモータとしては、直接トルクが制御
できるようなモータを使用する必要はなく、また減速機
の減速比も比較的大きくすることが可能である。
また、この重力補償用のアクチュエータの減速機のバッ
クラッシュの影響は、殆どの場合、同一方向に重力がか
かつている状態で使用され、かつトルクモータと異なり
頻繁に高速で回転方向を変えるわけではないので、考慮
しなくてよい。但し１．マニピュレータが垂直上向きの
状態にある不安定領域では、多少のバックラッシュの影
きが発生するため、その近辺の領域では重力補償を行わ
ない方法などが有効である。
クラッシュの影響は、殆どの場合、同一方向に重力がか
かつている状態で使用され、かつトルクモータと異なり
頻繁に高速で回転方向を変えるわけではないので、考慮
しなくてよい。但し１．マニピュレータが垂直上向きの
状態にある不安定領域では、多少のバックラッシュの影
きが発生するため、その近辺の領域では重力補償を行わ
ない方法などが有効である。
［実施例］
８１図に示す装置と実質的に同じ実験装器を用い、１自
由度に関する実験を行った。但し、この実験装設では、
重力補償用のサーボモータをアーム回転軸と直結せず、
少し離れたところからスチールベルトでトルクを伝達し
た。この構造を採用した理由は、実際のマニピュレータ
などでは。
由度に関する実験を行った。但し、この実験装設では、
重力補償用のサーボモータをアーム回転軸と直結せず、
少し離れたところからスチールベルトでトルクを伝達し
た。この構造を採用した理由は、実際のマニピュレータ
などでは。
スペースと形状の制約から、重力補償用モータは少し離
れたところに設置せざるを得ない場合が多いからである
。
れたところに設置せざるを得ない場合が多いからである
。
この実験では、重力補償用モータによる重力補償がほぼ
完璧に行われ、４ｋｇのアームはさながら無屯力空間に
浮いているように漂い、ごく軽くいずれかの方向に押し
た場合、リミットまで止まらずになめらかに動いた。
完璧に行われ、４ｋｇのアームはさながら無屯力空間に
浮いているように漂い、ごく軽くいずれかの方向に押し
た場合、リミットまで止まらずになめらかに動いた。
また、第３図は自動ｌ製を行わせるために設計した７自
由度人聞腕形マニピュレータで、７′）の回転ＯＴ婆部
分Ｊ、−Ｊγを有し、手首の先端に取付けられるミシン
は省略している。
由度人聞腕形マニピュレータで、７′）の回転ＯＴ婆部
分Ｊ、−Ｊγを有し、手首の先端に取付けられるミシン
は省略している。
この７自由度のマニピュレータでは、最も毛い自重を支
える第１軸１１と第２軸１２に前述の重力補償のための
機構を採用している。２７は第１軸１１のための、２８
は第２＠１２のための重力補償用サーボモータと減速歯
車である。第４図は、そのうちの第２軸の部分の構造を
示すもので、１３は第２軸用ト夛レクモータ １４．１
５は第３軸用のトルクモータであり、トルクを増すため
に２個のトルクモータを併列に投首している。また、
ｌｅａ、１８ｂは回転角度検出用サーボモータ、１７〜
２３は減速機構を兼ねた重力補償用トルクを伝達する平
歯車列、２５は第２軸重力補償トルクフィードバック用
トルクセンサ４２６はｉ３＠ｂにかかる外力を検出する
ためのトルクセンサを示している。なお、平歯車１７に
連結されている重力補償用サーボモータはこの図には示
されていない。
える第１軸１１と第２軸１２に前述の重力補償のための
機構を採用している。２７は第１軸１１のための、２８
は第２＠１２のための重力補償用サーボモータと減速歯
車である。第４図は、そのうちの第２軸の部分の構造を
示すもので、１３は第２軸用ト夛レクモータ １４．１
５は第３軸用のトルクモータであり、トルクを増すため
に２個のトルクモータを併列に投首している。また、
ｌｅａ、１８ｂは回転角度検出用サーボモータ、１７〜
２３は減速機構を兼ねた重力補償用トルクを伝達する平
歯車列、２５は第２軸重力補償トルクフィードバック用
トルクセンサ４２６はｉ３＠ｂにかかる外力を検出する
ためのトルクセンサを示している。なお、平歯車１７に
連結されている重力補償用サーボモータはこの図には示
されていない。
第５図は、上記第２軸に関する周波数応答性についての
実験結果の一例を示すものである。図中の点線で示す曲
線はリファレンストルク入力で、この例では正弦波状の
入力を午えている。これに対し１図中の一点鎖線は実際
のトルク出力を示し、はぼ完璧にリファレンストルク入
力になめらか（−追従していることがわかる。また、口
出の実線はＬ記トルク入力に対する実際の７−への動き
である。
実験結果の一例を示すものである。図中の点線で示す曲
線はリファレンストルク入力で、この例では正弦波状の
入力を午えている。これに対し１図中の一点鎖線は実際
のトルク出力を示し、はぼ完璧にリファレンストルク入
力になめらか（−追従していることがわかる。また、口
出の実線はＬ記トルク入力に対する実際の７−への動き
である。
この結果から、アームの動きが重力に影響され ：ずに
、指定されたトルクに従ってなめらかに動い 。
、指定されたトルクに従ってなめらかに動い 。
ていることがわかる。
［発明の効果］
以ヒに詳述した本発明によれば、サーボアク 。
□
チュエータによって重力補償を行いながら、精密で応答
性等の特性のよいトルクモータにより力制 １□ 御を行うことができる。
）４、ＬＱ’１ｉｉｉｉｏ□、□： ｉ １図は本発明の方法を適用した１自由度の制御系の
基本構成図、第２図は第１図の制御系の物 □理現象を
示すブロック図、第３図は７自由度人間腕形マニピュレ
ータの外観側面図、第４図はその要部断面図、第５図は
試作機の周波数応答性についての実験結果の一例を示す
線図である。
性等の特性のよいトルクモータにより力制 １□ 御を行うことができる。
）４、ＬＱ’１ｉｉｉｉｏ□、□： ｉ １図は本発明の方法を適用した１自由度の制御系の
基本構成図、第２図は第１図の制御系の物 □理現象を
示すブロック図、第３図は７自由度人間腕形マニピュレ
ータの外観側面図、第４図はその要部断面図、第５図は
試作機の周波数応答性についての実験結果の一例を示す
線図である。
１ ロサーボアクチュエータ、
５ ・・トルクモータ。
Ｌ ＋＋＋ −」
６ｂ
Claims (1)
- １、力制御の必要な制御系において、自重相当部分に付
加される力制御部分を、トルクモータの直結または低減
速比で力制御を行いながら駆動し、上記自重相当部分を
サーボアクチュエータによって支承させ、それによって
重力補償を行うことを特徴とする力制御を行う制御系の
重力補償法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19987085A JPS6260010A (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | 力制御を行う制御系の重力補償法 |
| US07/237,611 US5136227A (en) | 1985-09-10 | 1988-08-29 | Active gravity compensation device for force control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19987085A JPS6260010A (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | 力制御を行う制御系の重力補償法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6260010A true JPS6260010A (ja) | 1987-03-16 |
Family
ID=16415001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19987085A Pending JPS6260010A (ja) | 1985-09-10 | 1985-09-10 | 力制御を行う制御系の重力補償法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6260010A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0224076A (ja) * | 1988-07-07 | 1990-01-26 | Hitachi Ltd | 位置決めの補償装置 |
| WO2013140248A1 (en) | 2012-03-21 | 2013-09-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Torque detecting method and arm device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52115066A (en) * | 1976-03-23 | 1977-09-27 | Agency Of Ind Science & Technol | Gravity blance type manipulator system |
| JPS5615990A (en) * | 1979-07-17 | 1981-02-16 | Kobe Steel Ltd | Gravity denying device for vertical driving shaft in industrial robot |
| JPS57136218A (en) * | 1981-02-16 | 1982-08-23 | Mitsubishi Electric Corp | Suspending position feeding device |
| JPS58114882A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-08 | 三菱電機株式会社 | ロボツト・システム |
| JPS59176805A (ja) * | 1983-03-25 | 1984-10-06 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | 産業用ロボツト |
-
1985
- 1985-09-10 JP JP19987085A patent/JPS6260010A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52115066A (en) * | 1976-03-23 | 1977-09-27 | Agency Of Ind Science & Technol | Gravity blance type manipulator system |
| JPS5615990A (en) * | 1979-07-17 | 1981-02-16 | Kobe Steel Ltd | Gravity denying device for vertical driving shaft in industrial robot |
| JPS57136218A (en) * | 1981-02-16 | 1982-08-23 | Mitsubishi Electric Corp | Suspending position feeding device |
| JPS58114882A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-08 | 三菱電機株式会社 | ロボツト・システム |
| JPS59176805A (ja) * | 1983-03-25 | 1984-10-06 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | 産業用ロボツト |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0224076A (ja) * | 1988-07-07 | 1990-01-26 | Hitachi Ltd | 位置決めの補償装置 |
| WO2013140248A1 (en) | 2012-03-21 | 2013-09-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Torque detecting method and arm device |
| US9533414B2 (en) | 2012-03-21 | 2017-01-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Torque detecting method and arm device |
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