JP2011059934A - Joystick of type presenting sense of force, control device for operation of subject of omnidirectional movement, and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全方向に移動可能な対象物を操作するためのジョイスティックならびに操作制御装置および操作制御方法に関し、特に、力覚提示型のジョイスティックと当該ジョイスティックを使用した操作制御装置および操作制御方法に関するものである。 The present invention relates to a joystick, an operation control device, and an operation control method for operating an object movable in all directions, and more particularly, to a haptic joystick, an operation control device using the joystick, and an operation control method. Is.
一般的なジョイスティックは、平面的な移動を操作するために使用され、直交する二方向(前後方向と左右方向)の移動を操作するものであった。そして、このような直交する二方向の操作に対して力覚提示する機能を有するものがあった(特許文献1および2参照)。
A general joystick is used to operate a planar movement, and operates a movement in two orthogonal directions (front-rear direction and left-right direction). And there exist some which have a function which presents a force sense with respect to the operation of such two orthogonal directions (refer
しかしながら、全方向に移動可能な移動対象物は、前後方向および左右方向のみならず、回転方向(旋回方向)に対する移動も可能とされている場合があるため、その操作のためのジョイスティックとして三方向操作型のジョイスティックが必要となるが、現在のところ、機構的には三方向の操作を可能にするジョイスティックが開発されているものの、この種のジョイスティックには力覚提示がされていなかった(特許文献3参照)。 However, the moving object that can move in all directions may be movable not only in the front-rear direction and the left-right direction, but also in the rotational direction (turning direction). Although an operation-type joystick is required, at present, a joystick that allows three-way operation has been developed mechanically, but this type of joystick has not been presented with force (patented) Reference 3).
ところで、力覚提示型のジョイスティックは、操作者に対して例えば摩擦抵抗のような抵抗感を与えるために開発されたものが多く、これは、操作が円滑であるとき、極端に急速な操作となることを回避するものである。また、特許文献1を除いて、移動対象物が障害物との接触を回避するための操作を制限するものではなかった。
By the way, many force-sensing joysticks have been developed to give the operator a feeling of resistance such as frictional resistance, which is an extremely rapid operation when the operation is smooth. It is to avoid becoming. Moreover, except for
しかしながら、例えば、車椅子やクレーンのように、障害物との接触の可能性があるにもかかわらず、当該障害物との接触回避は専ら操作者に委ねられており、ジョイスティックによる操作において、そのような障害物との接触を回避できる機能の開発が期待されていた。特に、回転方向(旋回)については、直線的な移動方向と同様に操作制限機構の実現が切望されていた。 However, even though there is a possibility of contact with an obstacle such as a wheelchair or a crane, for example, contact with the obstacle is avoided exclusively by the operator. Development of a function that can avoid contact with various obstacles was expected. In particular, with respect to the rotation direction (turning), it has been desired to realize an operation restriction mechanism as in the linear movement direction.
本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、回転方向を含む複数方向について操作制限を可能にする力覚提示型のジョイスティックを提供するとともに、全方向移動対象物の操作について回転方向を含む方向に対する操作制限を可能にする操作制御装置および操作制御方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a haptic presentation type joystick that enables operation restriction in a plurality of directions including a rotation direction, and to move in all directions. An object of the present invention is to provide an operation control device and an operation control method capable of restricting an operation of an object in a direction including a rotation direction.
そこで、力覚提示型ジョイスティックにかかる本発明は、傾動および軸回りの回動が可能な操作レバーと、この操作レバーの傾動を所定方向に規制しつつ回動可能に支持する支持軸と、この支持軸の角速度および回転角度を検出する第一の検出手段と、この支持軸に駆動力を付与する第一のモータと、上記操作レバーの軸回りの角速度および回転角度を検出する第二の検出手段と、この操作レバーに回動方向の駆動力を付与する第二のモータと、第一および第二の検出手段による検出値と所望数値との比較に基づいて第一および第二のモータを制御する制御手段とを備え、上記操作レバーの傾動および回動に対して所望の反力を上記両モータにより提示可能にしてなることを特徴とする力覚提示型ジョイスティックを要旨とする。 Therefore, the present invention relating to the force sense presentation type joystick includes an operation lever that can be tilted and rotated about an axis, a support shaft that is rotatably supported while restricting the tilt of the operation lever in a predetermined direction, and First detection means for detecting an angular velocity and a rotation angle of the support shaft, a first motor for applying a driving force to the support shaft, and a second detection for detecting an angular velocity and a rotation angle around the axis of the operation lever Means, a second motor for applying a driving force in the rotational direction to the operation lever, and the first and second motors based on a comparison between the detected value by the first and second detecting means and a desired value. The gist of the present invention is a force sense joystick characterized by comprising a control means for controlling and capable of presenting a desired reaction force to both the motors with respect to the tilting and rotation of the operation lever.
上記構成により、操作レバーを傾動または回動させるとき、当該傾動または回動は、支持軸および操作レバーの角速度および回転角度として検出され、その操作に対する反力をモータにより出力させることができる。従って、操作レバーの操作が誤りである場合、または注意喚起を要する場合には、当該モータによる反力が操作レバーに力覚提示することができる。さらに、モータの駆動力を大きくすることによって、必要以上の操作(傾動または回動)を停止させることも可能となる。 With the above configuration, when the operation lever is tilted or rotated, the tilt or rotation is detected as an angular velocity and a rotation angle of the support shaft and the operation lever, and a reaction force for the operation can be output by the motor. Therefore, when the operation of the operation lever is incorrect or when attention is required, the reaction force by the motor can be presented to the operation lever. Furthermore, by increasing the driving force of the motor, it becomes possible to stop an operation (tilting or turning) more than necessary.
上記発明において、前記支持軸は、直交する二方向の傾動を規制する二つの支持軸で構成され、前記第一の検出手段および第一のモータは、二つの支持軸のそれぞれに独立して設けられている構成とすることができる。 In the above invention, the support shaft is composed of two support shafts that restrict tilting in two orthogonal directions, and the first detection means and the first motor are provided independently on each of the two support shafts. It can be set as the structure currently provided.
このような構成により、前後および左右の二方向に加えて回転方向の三方向に対する操作を可能とするジョイスティックを構成することができる。この場合においても、前後方向および左右方向は操作レバーの傾動により操作されることとなるから、支持軸の回動を検出する検出手段およびモータの設置は同様に備えることとなる。 With such a configuration, it is possible to configure a joystick that can be operated in three directions of rotation in addition to the two directions of front and rear and left and right. Also in this case, since the front-rear direction and the left-right direction are operated by tilting the operation lever, the detection means for detecting the rotation of the support shaft and the installation of the motor are similarly provided.
また、上記発明において、前記支持軸は、傘歯車を介して前記操作レバーの軸線方向に回転する回転軸を備え、前記モータの回転軸に連結してなる構成とすることができる。 In the above invention, the support shaft may include a rotation shaft that rotates in the axial direction of the operation lever via a bevel gear and is connected to the rotation shaft of the motor.
このような構成により、支持軸の回動と操作レバーの回動は、同軸上または平行な軸線上において回動することとなるから、ジョイスティックを小型に構成することができる。つまり、操作レバーの長手方向(すなわちジョイスティックの長手方向)に回転軸およびモータを連結することとなり、回転軸およびモータを幅方向に連結する必要がない。 With such a configuration, the rotation of the support shaft and the operation lever are rotated on the same axis or a parallel axis, so that the joystick can be made compact. That is, the rotary shaft and the motor are connected in the longitudinal direction of the operation lever (that is, the longitudinal direction of the joystick), and it is not necessary to connect the rotary shaft and the motor in the width direction.
全方向移動対象物の操作制御装置にかかる本発明は、上述の各発明に記載の力覚提示型ジョイスティックを使用した全方向移動対象物の操作制御装置であって、全方向移動対象物の適宜位置に設けられ、該全方向移動対象物と障害物との距離および角度を計測する環境認識センサと、前記操作レバーの傾動角度および回動角度の検出値と上記環境認識センサによる計測値に基づき、上記モータに対して付与すべき駆動力を演算する演算装置とを備えたことを特徴とする全方向移動対象物の操作制御装置を要旨としている。 The present invention relating to an operation control device for an omnidirectional moving object is an operation control device for an omnidirectional moving object using the haptic joystick described in each of the above-mentioned inventions, An environment recognition sensor that is provided at a position and measures a distance and an angle between the omnidirectional moving object and the obstacle, a detection value of a tilt angle and a rotation angle of the operation lever, and a measurement value by the environment recognition sensor The gist of the operation control device for an omnidirectional moving object is provided with an arithmetic device that calculates a driving force to be applied to the motor.
上記構成により、全方向移動対象物に設けられる外部センサにより検出される障害物情報と、操作レバーの状態を示す情報の双方を演算装置により演算し、ジョイスティックに内蔵されるモータに所望の反力を付与することができる。 With the above configuration, both the obstacle information detected by the external sensor provided on the omnidirectional moving object and the information indicating the state of the operation lever are calculated by the calculation device, and the desired reaction force is applied to the motor built in the joystick. Can be granted.
また、全方向移動対象物の制御方法にかかる本発明は、上述の各発明に記載の力覚提示型ジョイスティックを使用した全方向移動対象物の操作制御方法であって、全方向移動対象物の適宜位置に設けられた環境認識センサにより該全方向移動対象物と障害物との距離および角度を計測し、この計測値と前記検出手段による操作レバーの傾動および回動の状態を示す検出値との比較により、上記全方向移動対象物が障害物に接近するにつれて前記モータに対する反力を増大させるように演算処理させてなることを特徴とする全方向移動対象物の操作制御方法を要している。 Further, the present invention according to the method for controlling an omnidirectional moving object is an operation control method for an omnidirectional moving object using the haptic joystick described in each of the above-described inventions, The environment recognition sensor provided at an appropriate position measures the distance and angle between the omnidirectional moving object and the obstacle, and the measured value and the detected value indicating the state of tilting and turning of the operating lever by the detecting means, In comparison with the above, there is a need for an operation control method for an omnidirectional moving object characterized in that the omnidirectional moving object is processed to increase the reaction force against the motor as it approaches an obstacle. Yes.
上記構成により、障害物と移動対象物との相対的な位置関係を検出したうえ、操作レバーの傾動または回動の程度を判定しつつ、適度な反力を操作レバーに作用させることにより障害物との接触を回避し得る。特に、障害物との距離が小さい場合には、操作レバーに大きな反力を与えることとなるから、障害物との接触を段階的に回避させることとなる。 With the above configuration, the relative positional relationship between the obstacle and the moving object is detected, and the obstacle is detected by applying an appropriate reaction force to the operation lever while determining the degree of tilting or turning of the operation lever. Contact with can be avoided. In particular, when the distance from the obstacle is small, a large reaction force is applied to the operation lever, and contact with the obstacle is avoided step by step.
上記発明において、前記モータに対する反力はインピーダンス制御によるものである構成とすることができる。 In the above invention, the reaction force against the motor may be due to impedance control.
このような構成により、比例ゲインと微分ゲインをフィードバック制御しつつモータの駆動力を調整することができる。 With such a configuration, it is possible to adjust the driving force of the motor while feedback controlling the proportional gain and the differential gain.
また、上記発明において、前記モータの反力は、前記操作レバーの傾動および回動に対し該操作レバーを基点において停止させることができる駆動力を最大とする構成とすることができる。 Moreover, in the said invention, the reaction force of the said motor can be set as the structure which makes the driving force which can stop this operating lever in a base point with respect to tilting and rotation of the said operating lever to the maximum.
上記構成により、全方向移動対象物が誤操作により障害物と接触するようなことがある場合であっても、モータによる反力により操作レバーの傾動または回動を制限することとなるので、障害物との接触を確実に回避することができる。 With the above configuration, even if the omnidirectional moving object may come into contact with the obstacle due to an erroneous operation, the tilting or turning of the operation lever is restricted by the reaction force of the motor. Can be reliably avoided.
本発明の力覚提示型ジョイスティックによれば、回転方向を含む二方向または三方向について、それぞれモータの反力が作用して操作制限を可能にすることができる。また、本発明の力覚提示型ジョイスティックは、回転方向についても力覚提示が可能であるから、全方向に移動する車椅子やクレーンなどを操作するためのジョイスティックとして使用することができる。 According to the force sense presentation type joystick of the present invention, it is possible to limit the operation by the reaction force of the motor acting in two or three directions including the rotation direction. In addition, since the force sense presentation type joystick of the present invention can provide force sense in the rotation direction, it can be used as a joystick for operating a wheelchair or a crane that moves in all directions.
本発明の操作制御装置によれば、全方向移動対象物の操作において、回転方向を含む複数方向の操作制限を可能にする。また、移動対象物に備えられたセンサによる検出値と操作レバーの角速度および回転角度とを比較しつつ反力を作用させることができることから、全方向移動対象物の移動状態に応じて的確な制御が可能となる。 According to the operation control device of the present invention, it is possible to restrict the operation in a plurality of directions including the rotation direction in the operation of the omnidirectional moving object. In addition, since the reaction force can be applied while comparing the detection value of the sensor provided on the moving object with the angular velocity and rotation angle of the operation lever, it is possible to accurately control according to the moving state of the omnidirectional moving object. Is possible.
本発明の操作制御方法によれば、全方向移動対象物の操作について、回転方向を含む複数方向の移動の際に、障害物との接触を回避することができる制御が可能となる。また、インピーダンス制御により、比例ゲインと微分ゲインをフィードバック制御しつつ、操作レバーに対する的確な力覚提示が可能となる。 According to the operation control method of the present invention, it is possible to perform control that can avoid contact with an obstacle when moving an omnidirectional moving object in a plurality of directions including a rotation direction. In addition, the impedance control makes it possible to accurately present a force sense to the operation lever while performing feedback control of the proportional gain and the differential gain.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1および図2は、力覚提示型ジョイスティックにかかる本発明の実施形態を示している。これらの図に示しているように、ジョイスティックJSの概略は、傾動および回動が許容される操作レバー1と、その内部に配置されたモータ2,3,4およびロータリーエンコーダ5,6,7によって構成されている。なお、本明細書中の「傾動」とはジョイスティックを傾けることを意味し、「回動」とは正逆方向に回転させることを意味する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show an embodiment of the present invention relating to a haptic joystick. As shown in these figures, the outline of the joystick JS is as follows. The
本実施形態のジョイスティックJSは、操作レバー1が中央に主軸11を備え、この主軸11が支持軸12,13によって回動自在に支持されており、この支持軸12,13の軸線が直交方向に配置されている。これにより、操作レバー1が直交する二方向の傾動を可能にしている。上記支持軸12,13は、操作レバー1の傾動を回転に変化させ、この支持軸12,13の回転方向は、さらに傘歯車14,15,16,17により、主軸11と同じ回転方向となるように変更している。そして、この変更後の回転軸18,19は、モータ3,4に直結されている。なお、この回転軸18,19はモータ3,4のモータ軸を使用している。
In the joystick JS of this embodiment, the
このように操作レバー1の傾動に応じて回転する回転軸18,19は、モータ3,4のモータ軸を使用していることから、モータ3,4による駆動力は当該回転軸18,19を介して操作レバー1に作用することとなる。また、モータ3,4には、ロータリーエンコーダ6,7が備えられており、モータ軸(回転軸)18,19の角速度および回転角度が検出可能になっている。従って、操作レバー1の傾動状態は、モータ軸(回転軸)18,19を介してエンコーダ6,7によって検出されるとともに、制御手段(図示せず)によって所望の反力をモータ3,4の駆動力によって操作レバーに付与することができる。
Since the
また、操作レバー1の主軸11は、カップリング8を介して上記支持軸12,13と接続されており、当該支持軸12,13とは独立して軸回りに回動可能になっている。この操作レバー1の主軸は、モータ2のモータ軸と兼用されており、モータ2による駆動力は当該主軸11を介して操作レバーに伝達されるようになっている。さらに、モータ2にはロータリーエンコーダ5が備えられており、主軸11の角速度および回転角度が検出可能になっている。従って、操作レバー1の回動状態は、モータ軸(主軸)11を介してエンコーダ5によって検出されるとともに、制御手段(図示せず)によってモータ2を駆動させることができる。
Further, the
ここで、操作レバー1の傾動および回動は、上記のとおりロータリーエンコーダ5,6,7によって検出されるが、検出された角速度および回転角度は、制御手段(図示せず)により、移動対象物の駆動系に出力されるのである。従って、移動対象物の前進および後退は、操作レバー1の前後方向の傾動により、左右への移動は、操作レバー1の左右方向の傾動により、さらに、旋回は操作レバー1の回動によって、それぞれ操作することが可能となっているのである。
Here, the tilt and rotation of the
しかしながら、上記操作に従って移動対象物が移動する際、例えば障害物との接触を回避する必要があるときには、制御手段によりモータ2,3,4を作動させ、操作レバー1の傾動および回動に対する反力を与えるのである。なお、本実施形態に使用される制御手段としては種々のものが想定されるが、後述の演算装置を使用することも可能である。
However, when the object to be moved moves according to the above operation, for example, when it is necessary to avoid contact with the obstacle, the
本実施形態は、上記のような構成であるから、移動対象物に対する通常の操作状態においては、モータ2,3,4は駆動力を発生させず、操作レバー1の傾動および回動に応じた操作を可能にするが、当該操作レバー1に従った移動に対して制限を与える必要性があるときには、モータ2,3,4が作動して操作レバー1の自由な操作を制限するのである。なお、モータ2,3,4による反力は、操作レバー1を傾動または回動させる操作力に対して、当該操作レバー1が鉛直となる位置(基点)において停止させる程度を最大とし、また、僅かな抵抗力で操作レバー1の傾動および回動が可能な程度を最小限としている。また、上記は三方向の操作を可能にする実施形態について説明したが、前後方向と回転方向の二方向のみを制御する場合は、直交する二方向を一方向とすることによって可能となる。
Since the present embodiment is configured as described above, the
次に、全方向移動対象物の操作制御装置にかかる本発明の実施形態について説明する。図3は、当該制御装置の概略を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態は、上述のジョイスティックJSを使用しており、演算装置(制御手段)に操作レバー1の傾動および回動による角速度および回転角度が入力される。他方、外部センサ(環境認識センサおよび速度センサ)により全方向移動対象物の移動速度情報および障害物情報が検出され、その検出値が演算装置(制御手段)に入力される。
Next, an embodiment of the present invention relating to an operation control device for an omnidirectional moving object will be described. FIG. 3 is a block diagram showing an outline of the control device. As shown in this figure, this embodiment uses the above-described joystick JS, and an angular velocity and a rotation angle due to the tilting and turning of the
環境認識センサは、レーザ測域センサ、超音波センサおよび全方位カメラを備え、遠距離および近距離における障害物の有無ならびに方角および距離を測定できるようになっている。また、外部センサとして速度センサが設けられ、全方向移動対象物自体の走行速度が検出できるようになっている。 The environment recognition sensor includes a laser range sensor, an ultrasonic sensor, and an omnidirectional camera, and can measure the presence / absence of an obstacle and a direction and a distance at a long distance and a short distance. Moreover, a speed sensor is provided as an external sensor so that the traveling speed of the omnidirectional moving object itself can be detected.
上記構成から、外部センサの検出値に基づき、全方向移動対象物と障害物との位置関係を演算装置(制御手段)が演算し、さらに、操作レバー1の傾動および回動の状態を検出した検出値から、全方向移動対象物の移動方向を演算し、接触のおそれがある場合には、操作レバー1に対する反力を付与すべくモータ2,3,4を作動させるのである。特に、全方向移動対象物と障害物との距離が短くなれば、当該駆動力を増大させることにより、障害物との接触を回避することができる。
From the above configuration, the arithmetic device (control means) calculates the positional relationship between the omnidirectional moving object and the obstacle based on the detection value of the external sensor, and further detects the tilting and turning states of the operating
ここで、操作制御方法について説明すると、本実施形態の制御はインピーダンス制御によるものである。図4は、そのインピーダンス制御を示すブロック図である。この図に示すように、それぞれの軸11,12,13の回転による角速度および回転角度はロータリーエンコーダ5,6,7により検出され、回転角度情報は、演算装置に入力され、これらについて比例要素および微分要素を伴ってフィードバック制御を構成している。このときの比例ゲインkpと微分ゲインkdは可変ゲインである。角速度に関する係数は直接的な速度係数cと微分ゲインkdであり、回転角度に関する係数は比例ゲインkpである。
Here, the operation control method will be described. The control of the present embodiment is based on impedance control. FIG. 4 is a block diagram showing the impedance control. As shown in this figure, the angular velocities and rotation angles due to the rotations of the
従って、障害物が存在しない状態においては、回転角度に関する係数kpおよび角速度に関する係数kd+cが小さくなり、モータ2,3,4が駆動することによる反力は小さくなる。これとは逆に、障害物が近くに存在する状態においては、回転角度に関する係数kpが大きくなり、また、移動対象物が高速移動する場合には、角速度に関する係数kd+cが大きくなり、モータ2,3,4が駆動して、操作レバー1に対する反力を付与することとなる。
Therefore, in the state where there is no obstacle, the coefficient k p related to the rotation angle and the coefficient k d + c related to the angular velocity are reduced, and the reaction force due to the driving of the
また、比例ゲインおよび微分ゲインは、外部センサによる障害物との距離および方向に関する検出値とともに演算され、移動対象物の進行方向に障害物が存在する場合には、当該障害物との位置関係によってモータ2,3,4に対する出力値を変化させるものである。なお、この関係を関数として示せば数1に示すとおりとなる。
The proportional gain and differential gain are calculated together with the detected values related to the distance and direction of the obstacle by the external sensor. If there is an obstacle in the moving direction of the moving object, the proportional gain and the differential gain depend on the positional relationship with the obstacle. The output values for the
そこで、図5に示すように、移動対象物の進行方向が移動対象物の正面からθだけ傾き、その進行方向に距離Rの位置に障害物が存在する場合において、前後方向または左右方向への移動時の比例ゲインは(R/Rmax)κの反比例として演算される。この場合、前後方向の比例ゲイン要素は、sinθ倍となり、左右方向の比例ゲイン要素はcosθ倍として演算され、操作レバー1の回転角度の要素としてモータ3,4に対する駆動力を制御する。
Therefore, as shown in FIG. 5, when the traveling direction of the moving object is inclined by θ from the front of the moving object and there is an obstacle at a distance R in the traveling direction, The proportional gain at the time of movement is calculated as the inverse proportion of (R / R max ) κ . In this case, the proportional gain element in the front-rear direction is sin θ times, the proportional gain element in the left-right direction is calculated as cos θ times, and the driving force for the
従って、障害物との距離Rが小さい場合は、これに反比例して比例ゲインが大きくなり、モータ2,3の駆動による操作レバー1に対する反力が大きくなるのである。その結果として、障害物が存在する方向に向かう操作レバー1の傾動が制限され、障害物との接触が回避されるのである。
Therefore, when the distance R to the obstacle is small, the proportional gain increases in inverse proportion to this, and the reaction force against the
このことは数2に示す式で表すことができる。なお、同式において、K0は、操作レバー1を原点(基点)に復元するための反力を発生させるためのパラメータであり、κは障害物との距離に対する反力の大きさを調整する調整パラメータである。
This can be expressed by the equation shown in
また、図6に示すように、障害物が旋回する方向に角度θtだけ回転した位置に存在する場合において、旋回時の比例ゲインは、(θt/θtmax)κの反比例として演算される。これにより、旋回方向に接近して障害物が存在する場合には、θtは小さくなり、これに反比例して比例ゲインは大きくなる。そのため、操作レバー1に対する旋回操作は、モータ2により大きな反力が作用し、当該操作を制限することとなる。これとは逆に、θtが大きい場合、すなわち、障害物までの角度が大きい場合には、比例ゲインが小さくなり、操作レバー1の操作が円滑となる。これを式に示せば数3のとおりとなる。Kt0およびκは上記数2と同様である。
Further, as shown in FIG. 6, in the case where the obstacle exists at a position rotated by an angle θ t in the turning direction, the proportional gain at the time of turning is calculated as an inverse proportion of (θ t / θ tmax ) κ. . As a result, when there is an obstacle approaching the turning direction, θ t becomes small, and the proportional gain becomes inversely proportional to this. Therefore, a large reaction force acts on the
他方、微分ゲインは、比例ゲインの上限値(kpmax)の平方根に減衰係数ζが乗算され、さらに操作レバー1の角速度に関する速度係数cを差し引いて演算される。これにより、移動対象物が低速の場合は、操作レバー1に対する反力が小さく、高速の場合には、微分ゲインが大きくなり、操作レバー1に対する反力が大きくなる。
On the other hand, the differential gain is calculated by multiplying the square root of the upper limit value (k pmax ) of the proportional gain by the damping coefficient ζ and further subtracting the speed coefficient c related to the angular speed of the
上記のように、制御方法は、モータの回転速度に対して、比例要素と微分要素を伴うフィードバック制御を構成しており、インピーダンス制御によって、モータの出力を逐次変化させつつ操作レバー1の傾動および回動を制限することができるのである。
As described above, the control method constitutes feedback control including a proportional element and a differential element with respect to the rotational speed of the motor, and the
以上のとおりであるから、ジョイスティックにかかる本発明の実施形態によれば、操作レバー1の傾動および回動について、主軸11または支持軸12,13の角速度および回転角度として検出でき、これに制御すべき外部センサの検出値と比較しつつ制御することにより、当該操作レバー1の誤操作を回避できることとなる。つまり、全方向移動対象物の操作において、前後および左右の二方向のみならず、回転方向(旋回方向)に対する操作においても力覚提示を行うことができる。また、上記ジョイスティックを使用する制御装置の実施形態では、上記制御に必要な外部センサからの情報を演算装置に入力可能にしていることから、所望の情報に基づいた制御装置を実現することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention relating to the joystick, the tilt and rotation of the
さらに、制御方法にかかる本発明の実施形態によれば、全方向移動対象物の移動方向(直進方向または旋回方向)に障害物が存在する場合、当該障害物との位置関係に応じて操作レバー1に対する反力の大きさを変化させることができるので、移動対象物と障害物との相対的な位置関係に即した力覚提示を可能にするものとなる。そして、この制御方法においては、主軸11および支持軸12,13の操作(傾動または回動)の状態に応じた制御方法とされていることから、操作者の極端な操作を防止することができる。
Furthermore, according to the embodiment of the present invention relating to the control method, when there is an obstacle in the moving direction (straight direction or turning direction) of the omnidirectional moving object, the operation lever according to the positional relationship with the obstacle Since the magnitude of the reaction force with respect to 1 can be changed, it becomes possible to present a force sense in accordance with the relative positional relationship between the moving object and the obstacle. And in this control method, since it is set as the control method according to the state of operation (tilting or rotation) of the main axis |
本発明の実施形態は以上のとおりであるが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態をとることができる。例えば、実施形態の説明中に示しているが、ジョイスティックの実施形態は三方向に対する操作を可能とするものについて説明しているが、前後方向または左右方向のいずれか一方と、回転方向の二方向について操作するジョイスティックを構成するものであってもよい。この場合、支持軸12,13のそれぞれに設けられているモータ3,4およびロータリーエンコーダ6,7はいずれか一方のみが備えられることとなり、制御装置および制御方法により出力されるモータもいずれか一方となる。この場合の比例ゲインkpは、前後方向と左右方向に分解する必要がないこととなる。
The embodiments of the present invention are as described above, but various forms can be taken without departing from the spirit of the present invention. For example, although shown in the description of the embodiment, the embodiment of the joystick describes an operation that allows operation in three directions, but either one of the front-rear direction or the left-right direction and the two directions of the rotation direction It may constitute a joystick that operates on. In this case, only one of the
また、支持軸12,13の回転方向を主軸11と同じ軸線回りに変更する傘歯車のうち、支持軸12,13に連結されるものについては、全周に歯を刻設したものではなく、1/4周程度の扇形としている(図1)。これは、操作レバー1の傾動について、45°という広角傾動を機構的に許容することができ、さらに、ジョイスティックJSの内部を小型に形成することができるという利点を有する。なお、小型化の要請がない場合には、全周に歯を刻設した傘歯車を使用してもよい。また、実施形態の操作レバー1が回動でき得る範囲については明示していないが、操作レバー1は、モータ軸と同軸であるから全周回転が可能であり、回動可能範囲を機構的に制限するか否かは、用途に応じて適宜変更することができる。
Of the bevel gears that change the rotation direction of the
さらに、制御方法にかかる実施形態において、速度センサによる移動対象物の速度との関係を説明していないが、移動対象物に一定の速度が発生している場合は、障害物との距離Rについて補正値を加えた演算をすればよい。 Furthermore, in the embodiment according to the control method, the relationship with the speed of the moving object by the speed sensor is not described. However, when a constant speed is generated in the moving object, the distance R to the obstacle is What is necessary is just to perform the calculation which added the correction value.
1 操作レバー
2,3,4 モータ
5,6,7 ロータリーエンコーダ
8 カップリング
11 主軸
12,13 支持軸
14,15,16,17 傘歯車
18,19 回転軸
JS ジョイスティック
1
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