JPH07104725B2 - マニピュレータの駆動方式 - Google Patents
マニピュレータの駆動方式Info
- Publication number
- JPH07104725B2 JPH07104725B2 JP60067429A JP6742985A JPH07104725B2 JP H07104725 B2 JPH07104725 B2 JP H07104725B2 JP 60067429 A JP60067429 A JP 60067429A JP 6742985 A JP6742985 A JP 6742985A JP H07104725 B2 JPH07104725 B2 JP H07104725B2
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- JP
- Japan
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- joint
- manipulator
- motor
- tacho
- generator
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Stopping Of Electric Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ この発明はマニピュレータの駆動方式に関するものであ
る。
る。
マニピュレータの操作方式の種類としては、まずマニピ
ュレータの一種である産業用ロボット、特に塗装用ロボ
ット、溶接用ロボット、シール用ロボット等において
は、操作者がアーム先端のガン等を持って動かすことに
よって作業の教示を行うことが多い。
ュレータの一種である産業用ロボット、特に塗装用ロボ
ット、溶接用ロボット、シール用ロボット等において
は、操作者がアーム先端のガン等を持って動かすことに
よって作業の教示を行うことが多い。
また、作業環境における実際の作業をその作業環境の遠
隔にある操作環境にいる操作者が行う場合に用いられる
マスタスレーブ型マニピュレータにおいては操作者がマ
スタ側アームを手で動かすことによって作業環境下のス
レーブ側アームを操作し作業を行う。
隔にある操作環境にいる操作者が行う場合に用いられる
マスタスレーブ型マニピュレータにおいては操作者がマ
スタ側アームを手で動かすことによって作業環境下のス
レーブ側アームを操作し作業を行う。
さらにまた、重量物をマニピュレータでハンドリングす
る場合には、マニピュレータに重量物を持たせ操作者が
それに手を添えて操作者の手の動きに沿って重量物を動
かすようにマニピュレータを制御するという操作方法が
考えられる。
る場合には、マニピュレータに重量物を持たせ操作者が
それに手を添えて操作者の手の動きに沿って重量物を動
かすようにマニピュレータを制御するという操作方法が
考えられる。
以上の３つのマニピュレータの操作方法において、アー
ムが操作者の動きに忠実に沿って動くことが必要であ
り、操作者がアームを小さい力で動かせるように操作者
が負担する力を補助することが必要であり、またマニピ
ュレータ及び操作者の安全を確保することが必要であ
る。
ムが操作者の動きに忠実に沿って動くことが必要であ
り、操作者がアームを小さい力で動かせるように操作者
が負担する力を補助することが必要であり、またマニピ
ュレータ及び操作者の安全を確保することが必要であ
る。
［従来の技術］ これら、操作者の動きの忠実な伝達や、操作者の安全の
確保や、さらには、操作者が負担する力を補助すること
を十分満足に実現するように、マニピュレータを制御
し、駆動するためには、基本的にマニピュレータに作用
する外力を検出する必要がある。
確保や、さらには、操作者が負担する力を補助すること
を十分満足に実現するように、マニピュレータを制御
し、駆動するためには、基本的にマニピュレータに作用
する外力を検出する必要がある。
従来、マニピュレータに作用する外力を検出するために
は、力センサを使用している。しかるに、力センサは原
理的には力を簡単に検出し得る利点を有するが、誤差が
多く、動作が不安定で計測値にばらつきが生じ、かつ高
価である。しかも関節の軸が多数になると、力検出機構
が複雑になるという問題点がある。また一般にセンサは
アーム先端に置かれるためアーム中間部での干渉・衝突
等は検出できない。このようなことから、その対策技術
の開発が望まれている。
は、力センサを使用している。しかるに、力センサは原
理的には力を簡単に検出し得る利点を有するが、誤差が
多く、動作が不安定で計測値にばらつきが生じ、かつ高
価である。しかも関節の軸が多数になると、力検出機構
が複雑になるという問題点がある。また一般にセンサは
アーム先端に置かれるためアーム中間部での干渉・衝突
等は検出できない。このようなことから、その対策技術
の開発が望まれている。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、マニピュレータに作用する外力を容易かつ正確に検
出することができ、見かけ上負荷及びマニピュレータの
重量をゼロ、慣性力・摩擦力を大幅に減少させることに
より、操作者が負担する力を補助することができ、しか
も構造が簡単でかつ安価なマニピュレータの駆動方式を
提供することを目的とするものである。
て、マニピュレータに作用する外力を容易かつ正確に検
出することができ、見かけ上負荷及びマニピュレータの
重量をゼロ、慣性力・摩擦力を大幅に減少させることに
より、操作者が負担する力を補助することができ、しか
も構造が簡単でかつ安価なマニピュレータの駆動方式を
提供することを目的とするものである。
（ロ）発明の構成 ［問題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明のマニピュレータの駆動
方式は、マニピュレータのアームの関節に設けた低速・
高トルクのモータを用いて駆動する関節直接駆動方式の
マニピュレータにおいて、前記モータの電流を検出する
モータ電流検出器と、前記関節の軸の関節角を検出する
ポテンショメータと、前記関節の軸の関節角速度を検出
するタコジェネレータと、前記タコジェネレータの出力
信号を微分するタコジェネレータ信号微分器と、及びサ
ーボ増幅器を備え、前記モータ電流検出器によるモータ
電流と前記ポテンショメータによる関節角度と前記タコ
ジェネレータによる関節角速度と、前記タコジェネレー
タ信号微分器による関節角加速度から前記アームに作用
する外力を導出しかつポテンシャルによる力を打ち消し
た信号にして、前記サーボ増幅器で増幅し前記モータに
入力することを特徴としている。
方式は、マニピュレータのアームの関節に設けた低速・
高トルクのモータを用いて駆動する関節直接駆動方式の
マニピュレータにおいて、前記モータの電流を検出する
モータ電流検出器と、前記関節の軸の関節角を検出する
ポテンショメータと、前記関節の軸の関節角速度を検出
するタコジェネレータと、前記タコジェネレータの出力
信号を微分するタコジェネレータ信号微分器と、及びサ
ーボ増幅器を備え、前記モータ電流検出器によるモータ
電流と前記ポテンショメータによる関節角度と前記タコ
ジェネレータによる関節角速度と、前記タコジェネレー
タ信号微分器による関節角加速度から前記アームに作用
する外力を導出しかつポテンシャルによる力を打ち消し
た信号にして、前記サーボ増幅器で増幅し前記モータに
入力することを特徴としている。
以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
明する。
第１図において、１はマニピュレータであり、操作者２
が操作する。マニピュレータ１は１本または複数本のア
ーム３を１個または複数個の関節４によって相対変位可
能に接続している。操作者２はマニピュレータ１を操作
するについて、負荷５を負担する。アーム３は関節４に
内蔵されたモータ６によって駆動される。すなわち、関
節直接駆動方式が採用されている。モータ６としては減
速機構を必要としないもの、すなわち、低速・高トルク
のダイレクトドライブ用モータを使用する。
が操作する。マニピュレータ１は１本または複数本のア
ーム３を１個または複数個の関節４によって相対変位可
能に接続している。操作者２はマニピュレータ１を操作
するについて、負荷５を負担する。アーム３は関節４に
内蔵されたモータ６によって駆動される。すなわち、関
節直接駆動方式が採用されている。モータ６としては減
速機構を必要としないもの、すなわち、低速・高トルク
のダイレクトドライブ用モータを使用する。
第２図には制御装置が示されている。制御装置７はモー
タ電流検出器８、ポテンショメータ11、タコジェネレー
タ12、タコジェネレータ信号微分器13、サーボ増幅器14
及び外力トルク検出回路15を備えている。
タ電流検出器８、ポテンショメータ11、タコジェネレー
タ12、タコジェネレータ信号微分器13、サーボ増幅器14
及び外力トルク検出回路15を備えている。
モータ電流検出器８はモータ６の電流を検出して外力ト
ルク検出回路15に入力する。
ルク検出回路15に入力する。
ポテンショメータ11は関節４の軸の関節角度を検出して
外力トルク検出回路15に入力する。
外力トルク検出回路15に入力する。
タコジェネレータ12は関節４の軸の関節角速度を検出し
て外力トルク検出回路15に入力する。
て外力トルク検出回路15に入力する。
タコジェネレータ信号微分器13はタコジェネレータ12の
出力を微分して関節４の軸の関節角加速度を導出して外
力トルク検出回路15に入力する。外力トルク検出回路15
はモータ電流検出器８によるモータ電流と、ポテンショ
メータ11による関節角度と、タコジェネレータ12による
関節角速度と、タコジェネレータ信号微分器13による関
節角加速度から関節４に作用する外力トルクを導出す
る。導出された外力トルク信号はサーボ増幅器14で増幅
される。このとき、サーボ増幅器14にはポテンシャルに
よる力を打ち消すように信号を与える。サーボ増幅器14
で増幅されかつポテンシャルによる力を打ち消した信号
はモータ６に入力され、アーム３が駆動される。
出力を微分して関節４の軸の関節角加速度を導出して外
力トルク検出回路15に入力する。外力トルク検出回路15
はモータ電流検出器８によるモータ電流と、ポテンショ
メータ11による関節角度と、タコジェネレータ12による
関節角速度と、タコジェネレータ信号微分器13による関
節角加速度から関節４に作用する外力トルクを導出す
る。導出された外力トルク信号はサーボ増幅器14で増幅
される。このとき、サーボ増幅器14にはポテンシャルに
よる力を打ち消すように信号を与える。サーボ増幅器14
で増幅されかつポテンシャルによる力を打ち消した信号
はモータ６に入力され、アーム３が駆動される。
［作用］ 低速・高トルクのモータを用いた関節直接駆動方式のマ
ニピュレータにおいては、非線形摩擦、バックラッシ
ュ、ばね成分等が極めて小さいため、アームの運動方程
式は J:アームと負荷の慣性モーメント、 b:粘性摩擦係数、K:モータ定数 τ0:外力トルク、τｇ（θ）：ポテンシャルによるトル
ク、θ：回転角、i:モータ電流、G:外力増幅率とすると と表わされる。
ニピュレータにおいては、非線形摩擦、バックラッシ
ュ、ばね成分等が極めて小さいため、アームの運動方程
式は J:アームと負荷の慣性モーメント、 b:粘性摩擦係数、K:モータ定数 τ0:外力トルク、τｇ（θ）：ポテンシャルによるトル
ク、θ：回転角、i:モータ電流、G:外力増幅率とすると と表わされる。
モータ電流検出器８の出力から左辺第１項、ポテンショ
メータ11の出力から左辺第３項、タコジェネレータ12の
出力から右辺第２項、タコジェネレータ信号微分器13の
出力から右辺第１項が求められるため、左辺第２項の外
力を求めることができる。
メータ11の出力から左辺第３項、タコジェネレータ12の
出力から右辺第２項、タコジェネレータ信号微分器13の
出力から右辺第１項が求められるため、左辺第２項の外
力を求めることができる。
τ０＝Ｊ＋ｂ−Ki−τｇ（θ） こうして得られた外力信号τ０に増幅率Ｇを掛け、更に
ポテンシャル項τｇ（θ）を除いて、サーボ増幅器で発
生すべきモータ電流ｉを、 ｉ＝（Ｇτ０−τｇ（θ））/K とすれば、マニピュレータの運動は、 （１＋Ｇ）τ０＝Ｊ＋ｂ となる。ポテンシャルによるτｇ（θ）が打ち消され
て、あたかも負荷及びアームの重量がゼロになったよう
な状態が生じ、また本来の外力τ０に加えて増幅された
トルクＧτ０が作用し、外力の効果は（１＋Ｇ）倍に増
幅されるため、外力（操作力）を補助することができ
る。
ポテンシャル項τｇ（θ）を除いて、サーボ増幅器で発
生すべきモータ電流ｉを、 ｉ＝（Ｇτ０−τｇ（θ））/K とすれば、マニピュレータの運動は、 （１＋Ｇ）τ０＝Ｊ＋ｂ となる。ポテンシャルによるτｇ（θ）が打ち消され
て、あたかも負荷及びアームの重量がゼロになったよう
な状態が生じ、また本来の外力τ０に加えて増幅された
トルクＧτ０が作用し、外力の効果は（１＋Ｇ）倍に増
幅されるため、外力（操作力）を補助することができ
る。
［他の実施例］ 次に関節が複数（多軸）の制御装置7b構成を第３図に示
す。
す。
制御装置7bでは、各関節の軸ごとに、サーボ増幅器14、
モータ６、ポテンショメータ11、タコジェネレータ12を
設け、また、第２図の制御装置７の外力トルク検出回路
15に代えてコンピュータ16を用い、コンピュータ16の入
力側をA/D変換器17を介してサーボ増幅器14、モータ
６、ポテンショメータ11、タコジェネレータ12、タコジ
ェネレータ信号微分器13を接続し、かつ、出力側をD/A
変換器18を介して各サーボ増幅器14に接続している。
モータ６、ポテンショメータ11、タコジェネレータ12を
設け、また、第２図の制御装置７の外力トルク検出回路
15に代えてコンピュータ16を用い、コンピュータ16の入
力側をA/D変換器17を介してサーボ増幅器14、モータ
６、ポテンショメータ11、タコジェネレータ12、タコジ
ェネレータ信号微分器13を接続し、かつ、出力側をD/A
変換器18を介して各サーボ増幅器14に接続している。
軸数ｎの第１軸についてのアルゴリズムを第４図に示
す。
す。
軸数ｎの場合の第ｌ軸については、アームの運動方程式
は となり、 で外力τ0lを求めることができる （ハ）発明の効果 この発明のマニピュレータの駆動方式では、特別の力セ
ンサを使用せず、マニピュレータの各関節に従来から設
けられているモータ、タコジェネレータ、ポテンショメ
ータをそのまま使用して外力を検出することができるの
で、従来のマニピュレータのセンサ構成に何等の変更を
加える必要がなく、構造が簡単で安価に外力の検出をす
ることができる。
は となり、 で外力τ0lを求めることができる （ハ）発明の効果 この発明のマニピュレータの駆動方式では、特別の力セ
ンサを使用せず、マニピュレータの各関節に従来から設
けられているモータ、タコジェネレータ、ポテンショメ
ータをそのまま使用して外力を検出することができるの
で、従来のマニピュレータのセンサ構成に何等の変更を
加える必要がなく、構造が簡単で安価に外力の検出をす
ることができる。
しかも力センサを使用しないところから、力センサの物
理的特性による耐環境性、耐ノイズ性の問題もなく動作
が極めて安定している。
理的特性による耐環境性、耐ノイズ性の問題もなく動作
が極めて安定している。
また、操作力を補助して負荷の重量がみかけ上はゼロ、
慣性質量、粘性摩擦をみかけ上1/（ｇ＋１）（g:フィー
ドバックゲイン）にすることができ、操作者によるマニ
ピュレータの操作を極めて小さい力で行うことが可能に
なる。
慣性質量、粘性摩擦をみかけ上1/（ｇ＋１）（g:フィー
ドバックゲイン）にすることができ、操作者によるマニ
ピュレータの操作を極めて小さい力で行うことが可能に
なる。
第１図はマニピュレータの説明図、第２図は関節が１個
（１軸）の場合の制御装置の構成説明図、第３図は関節
が複数（多軸）の場合の制御装置の構成説明図、及び第
４図は多軸の場合の制御装置のアルゴリズムを示す説明
図である。 １……マニピュレータ、２……操作者、３……アーム、
４……関節、５……負荷、６……モータ、7,7b……制御
装置、８……モータ電流検出器、11……ポテンショメー
タ、12……タコジェネレータ、13……タコジェネレータ
信号微分器、14……サーボ増幅器、15……外力トルク検
出回路、16……コンピュータ、17……A/D変換器、18…
…D/A変換器
（１軸）の場合の制御装置の構成説明図、第３図は関節
が複数（多軸）の場合の制御装置の構成説明図、及び第
４図は多軸の場合の制御装置のアルゴリズムを示す説明
図である。 １……マニピュレータ、２……操作者、３……アーム、
４……関節、５……負荷、６……モータ、7,7b……制御
装置、８……モータ電流検出器、11……ポテンショメー
タ、12……タコジェネレータ、13……タコジェネレータ
信号微分器、14……サーボ増幅器、15……外力トルク検
出回路、16……コンピュータ、17……A/D変換器、18…
…D/A変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−189416（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−176805（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−107882（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−157715（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】マニピュレータのアームの関節に設けた低
速・高トルクのモータを用いて駆動する関節直接駆動方
式のマニピュレータにおいて、前記モータの電流を検出
するモータ電流検出器と、前記関節の軸の関節角を検出
するポテンショメータと、前記関節の軸の関節角速度を
検出するタコジェネレータと、前記タコジェネレータの
出力信号を微分するタコジェネレータ信号微分器と、及
びサーボ増幅器を備え、前記モータ電流検出器によるモ
ータ電流と前記ポテンショメータによる関節角度と前記
タコジェネレータによる関節角速度と、前記タコジェネ
レータ信号微分器による関節角加速度から前記アームに
作用する外力を導出しかつポテンシャルによる力を打ち
消した信号にして、前記サーボ増幅器で増幅し前記モー
タに入力することを特徴とするマニピュレータの駆動方
式
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60067429A JPH07104725B2 (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | マニピュレータの駆動方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60067429A JPH07104725B2 (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | マニピュレータの駆動方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61224012A JPS61224012A (ja) | 1986-10-04 |
| JPH07104725B2 true JPH07104725B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=13344656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60067429A Expired - Lifetime JPH07104725B2 (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | マニピュレータの駆動方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07104725B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001075649A (ja) * | 1999-09-08 | 2001-03-23 | Toyota Motor Corp | 作業フェーズの変更時にパラメータを切り換える作業補助装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07113859B2 (ja) * | 1990-05-21 | 1995-12-06 | 株式会社椿本チエイン | ロボットアームの制御方法 |
| JP2005279856A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Victor Co Of Japan Ltd | ロボット |
| US9492131B2 (en) | 2009-05-08 | 2016-11-15 | Koninklijke Philips N.V. | Motor assisted manually controlled movement assembly, X-ray system comprising the same, method and use |
| EP2586577A4 (en) * | 2010-06-22 | 2013-12-04 | Toshiba Kk | ROBOT CONTROL DEVICE |
| JP6033193B2 (ja) * | 2013-09-24 | 2016-11-30 | 本田技研工業株式会社 | ロボット |
| CN105555222B (zh) | 2013-09-24 | 2018-08-17 | 索尼奥林巴斯医疗解决方案公司 | 医用机械臂装置、医用机械臂控制***、医用机械臂控制方法、及程序 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59107882A (ja) * | 1982-12-09 | 1984-06-22 | 三菱電機株式会社 | ロボツトの制御装置 |
| JPS59176805A (ja) * | 1983-03-25 | 1984-10-06 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | 産業用ロボツト |
| JPS59189416A (ja) * | 1983-04-13 | 1984-10-27 | Omron Tateisi Electronics Co | 産業ロボツトの誘導教示方法 |
-
1985
- 1985-03-29 JP JP60067429A patent/JPH07104725B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001075649A (ja) * | 1999-09-08 | 2001-03-23 | Toyota Motor Corp | 作業フェーズの変更時にパラメータを切り換える作業補助装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61224012A (ja) | 1986-10-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |