JPS6010201B2 - Load detection method using load pressure feedback type servo valve - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工業用ロボット等における負荷の検出に適用
するための負荷圧力フィードバック形サーボ弁を用いた
負荷検出装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a load detection device using a load pressure feedback type servo valve for application to load detection in industrial robots and the like.

工業用ロボットにおいて、その腕に作用する負荷、例え
ば腕の把握対象物の重量などを検出する際に重要なこと
は、検出レンジが大きくとれること、ロボットの腕の自
重の影響を容易に取除けることの２点である。In an industrial robot, what is important when detecting the load acting on the arm, such as the weight of an object grasped by the arm, is that the detection range is wide and that the influence of the robot's own weight can be easily removed. There are two points.

本発明の負荷検出装置は、通常のアナログ位置サーボ機
構の定常位置偏差が負荷の大きさに比例することから、
この定常位置偏差を測定することにより負荷の大きさを
推定することができるという原理に基づくものであるが
、特に上述した問題を解決して、外部からの信号による
自重等の設定を可能とし、負荷の検出範囲も広くとるこ
とができるようにしたことを特徴とするものである。The load detection device of the present invention has the following advantages: Since the steady position deviation of a normal analog position servo mechanism is proportional to the size of the load,
It is based on the principle that the size of the load can be estimated by measuring this steady position deviation, but in particular, it solves the above-mentioned problems and makes it possible to set the self-weight etc. using an external signal. This device is characterized in that the load detection range can be widened.

図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明すると
、第１図において、トルクモータ１は入力電流ｉに応じ
て発生する磁界によりフラッパ２をその電流ｉに比例し
て変位させるもので、このフラッパ２に対向するノズル
３ａ，３ｂは絞り４ａ，４ｂを介して圧油の供給ボート
５に接続し、さらに上記ノズル３ａ，３ｂの背圧を流路
６ａ，６ｂによりスブール７の左右両側の駆動圧力室８
ａ，８ｂに導くように蓮通させている。したがって、上
記フラツパ２が変位すると、その変位に伴ってノズル３
ａ，３ｂの背圧には変位量に応じた差圧が発生し、この
差圧がスプール７の駆動圧力室８ａ，８ｂに導かれて、
スプール７を中立位贋に保つためのスプール両端のスプ
リング９ａ，９ｂと釣合う位置までスプール７を追従変
位させる。To explain the present invention in more detail with reference to the drawings, in FIG. 1, a torque motor 1 displaces a flapper 2 in proportion to the current i by a magnetic field generated in accordance with an input current i. The nozzles 3a, 3b facing the 2 are connected to a pressure oil supply boat 5 via throttles 4a, 4b, and the back pressure of the nozzles 3a, 3b is transferred to the driving pressure on both the right and left sides of the subur 7 through channels 6a, 6b. room 8
A lotus is passed through it so as to lead to a and 8b. Therefore, when the flapper 2 is displaced, the nozzle 3 is
A differential pressure corresponding to the amount of displacement occurs in the back pressures of a and 3b, and this differential pressure is guided to the drive pressure chambers 8a and 8b of the spool 7,
The spool 7 is followed and displaced to a position where it balances the springs 9a and 9b at both ends of the spool for keeping the spool 7 in a neutral position.

而して、このスプール７の変位に応じて、スプール７の
切換え部１０１こおいて上記供給ボート５からアクチュ
ヱータすなわちシリンダ１ １のボート１２ａまたは１
２ｂに至る流路が開かれると共に、ボート１２ｂまたは
１２ａからタンクに至る排出流路が開かれるので、これ
らの流路を通じてのシリンダ１１に対する圧油の供給、
排出によりピストン１３が動作する。以上に説明したの
は通常のサーボ弁であるが、本発明においては、負荷の
検出を行うに際し、負荷の情報を入力側に加えるため、
シリンダ１１のボート１２ａおよび１２ｂの菱圧すなわ
ち負荷圧力に応じた圧力をフィードバック圧力制御弁１
５ａ，１５ｂからフィードバック経路１４ａ，１４ｂを
経て前記スプール７の両端のフィードバック圧力室１６
ａ，１６ｂに導くように構成している。According to the displacement of the spool 7, the switching portion 101 of the spool 7 switches the actuator, that is, the boat 12a of the cylinder 11 from the supply boat 5 to the boat 12a or 1 of the cylinder 11.
2b is opened, and the discharge flow path from the boat 12b or 12a to the tank is also opened, so that pressure oil is supplied to the cylinder 11 through these flow paths.
The piston 13 operates due to the discharge. What has been described above is a normal servo valve, but in the present invention, when detecting the load, in order to add load information to the input side,
The pressure control valve 1 feedbacks the pressure corresponding to the rhombic pressure of the boats 12a and 12b of the cylinder 11, that is, the load pressure.
5a, 15b to feedback pressure chambers 16 at both ends of the spool 7 via feedback paths 14a, 14b.
a, 16b.

上記フィードバック圧力制御弁１５ａ，１５ｂにおいて
は、スプリング１７によって閉位置に保持された弁体１
８ａおよび１８ｂのそれぞれの一端に流路１９ａ，１９
ｂを通じてシリンダ１１のボート１２ａおよび１２ｂの
負荷圧力が、弁体の池端に稀路２０ｂ，２０ａを通じて
反対側のボート１２ｂ，１２ａの負荷圧力が加えられ、
また弁体１８ａおよび１８ｂに後述する設定圧力Ｐｒｅ
ｆ力功ロえられており、負荷圧力の差圧がその設定圧力
Ｐｒｅｆよりも大きくなると、弁体１８ａ，１８ｂが移
動してその差圧の大きさに応じてフィードバック圧力制
御弁１５ａ，１５ｂの弁関度が制御され、結果として供
給圧を有する流路１４を，１４ｂ′の油圧が制御されて
、フィードバック経路１４ａ，１４ｂを通してスプール
両端のフイードバック圧力室１６ａ，１６ｂに加えられ
る。なお、このフィードバック圧力室１６ａ，１６ｂは
絞り２１ａ，２１ｂを介してタンクに蓮通させている。
このように、スプール７に対してノズル３ａ，３ｂの背
圧、及びフィードバック圧力制御弁１５ｂ，１５ａから
のフィードバック圧力が加えられると、スプール７はこ
れらの圧力に基づく力がバランスする位置まで移動して
停止することになり、これによって入力側に負荷の大き
さに関する情報を与えることができる。In the feedback pressure control valves 15a and 15b, the valve body 1 is held in a closed position by a spring 17.
Channels 19a and 19 are provided at one end of each of 8a and 18b.
The load pressure of the boats 12a and 12b of the cylinder 11 is applied through b, and the load pressure of the boats 12b and 12a on the opposite side is applied to the pond end of the valve body through rare passages 20b and 20a.
In addition, the valve bodies 18a and 18b are provided with a set pressure Pre, which will be described later.
When the pressure difference between the load pressures becomes larger than the set pressure Pref, the valve bodies 18a and 18b move to adjust the feedback pressure control valves 15a and 15b according to the magnitude of the pressure difference. The valve function is controlled, and as a result, the oil pressure in the flow path 14 and 14b' having a supply pressure is controlled and applied to feedback pressure chambers 16a and 16b at both ends of the spool through feedback paths 14a and 14b. Note that the feedback pressure chambers 16a, 16b are connected to the tank via throttles 21a, 21b.
In this way, when the back pressure of the nozzles 3a, 3b and the feedback pressure from the feedback pressure control valves 15b, 15a are applied to the spool 7, the spool 7 moves to a position where the forces based on these pressures are balanced. This will give information about the magnitude of the load to the input side.

上述した負荷圧力フィードバック形サーボ弁を用いて位
置制御を行うには、図中に示すような位置サーボ系が構
成される。In order to perform position control using the load pressure feedback type servo valve described above, a position servo system as shown in the figure is configured.

すなわち、まず目標値Ｅがステップ入力として与えられ
、ポテンショメータ２２によって検出したピストン１３
の現在位置との偏差ｅがサーボアンプで増幅され、電流
ｉとしてトルクモーターに加えられる。そしてこれによ
りスプール７が変位し、ピストン１３が移動する。ここ
で、スプール両端のフィードバック圧力室１６ａ，１６
ｂに負荷圧力のフィードバックを行わない場合あるいは
フィードバック圧力制御弁１５ａ，１５ｂが閉じている
場合について考えると、この場合には負荷の情報がスプ
ールに転送されないため、通常の油圧サーボ機構と同様
となり、目標値変化分だけピストン１３が移動して停止
する。That is, first, the target value E is given as a step input, and the piston 13 detected by the potentiometer 22
The deviation e from the current position is amplified by the servo amplifier and applied to the torque motor as a current i. This causes the spool 7 to be displaced and the piston 13 to move. Here, feedback pressure chambers 16a, 16 at both ends of the spool
Considering the case where the load pressure is not fed back to b or the feedback pressure control valves 15a and 15b are closed, in this case the load information is not transferred to the spool, so it is the same as a normal hydraulic servo mechanism. The piston 13 moves by the amount of change in the target value and then stops.

一方、第１図に示す如く負荷圧力のフィードバックを行
い「負荷の情報をスブールに転送すると、スブール７に
負荷フィードバック圧力がノズル背圧と逆方向に加えら
れるので、トルクモ」夕１の一定変位に対してスプール
７の変位が上記負荷圧力フィードバックを行わない場合
に比して小さくなり、そのため位置サーボ機構において
は偏差ｅが大きくなり、スプール７にかかるノズル背圧
と負荷圧力とがバランスするに必要なトルクモータへの
偏差電流を発生する状態で停止する。On the other hand, as shown in Fig. 1, when the load pressure is fed back and the load information is transferred to the Subur 7, the load feedback pressure is applied to the Subur 7 in the opposite direction to the nozzle back pressure, so the torque motor remains at a constant displacement of 1. On the other hand, the displacement of the spool 7 becomes smaller than when the above-mentioned load pressure feedback is not performed, and therefore the deviation e becomes larger in the position servo mechanism, which is necessary for balancing the nozzle back pressure and the load pressure applied to the spool 7. Stops in a state that generates a deviation current to the torque motor.

すなわち、例えばピストン１３にＷ２の負荷がかかって
いるとするとＬピストン１３の下方にはＷ２／Ａ（Ａは
ピストンの断面積）の圧力が保持されなければならず、
この圧力がＷ２／Ａに保持されない場合にはピストン１
３が下降し、その位置検出によって偏差が大きくなるた
め、Ｗ２／Ａに相応する定常的な偏差ｅがあらわれるこ
とになる。そして、この偏差は負荷に比例するので、そ
れを測定することにより負荷の大きさを推定することが
できる（第２図参照）。さらに、上記定常的な偏差はフ
ィードバック圧力室１６ａ，１６ｂに負荷圧力をフィー
ドバックする割合によって自由に変えることができ、そ
のため前記フィードバック圧力制御弁１５ａ，１５ｂに
よってフィードバックの割合を調節すれば、それが負荷
検出の感度を調節する機能を持つことになる。That is, for example, if a load of W2 is applied to the piston 13, a pressure of W2/A (A is the cross-sectional area of the piston) must be maintained below the L piston 13.
If this pressure is not maintained at W2/A, piston 1
3 is lowered and the deviation increases due to its position detection, so a steady deviation e corresponding to W2/A appears. Since this deviation is proportional to the load, the magnitude of the load can be estimated by measuring it (see Figure 2). Further, the above-mentioned steady deviation can be freely changed by changing the rate of feeding back the load pressure to the feedback pressure chambers 16a, 16b. Therefore, by adjusting the rate of feedback using the feedback pressure control valves 15a, 15b, it is possible to change the It will have the ability to adjust the detection sensitivity.

而して、前記負荷の検出に際し、ピストン１３の自重の
影響を取除いて負荷の検出を行い得ることが必要であり
、したがって、自重のみに基づく負荷の場合には上記負
荷検出の感度を零にしてフィードバック圧力室１６ａ，
１６ｂに対する負荷圧力のフィードバックがかからない
ようにし、自重に加えて他の負荷が作用したときにのみ
その負荷の大きさに応じてフィードバックがかかるよう
にすればよい。そこで、ピストン１３の自重に基づく負
荷をＷ，とし、第１図においてピストン１３に負荷Ｗ，
のみが作用したとすると、フィードバック圧力制御弁１
５ａ，１５ｂにおける弁体１８ａ，１８ｂの一端にはＷ
，／Ａの圧力が加わるので、弁体１８ａ，１８ｂの端部
に加える前記設定圧力ＰｒぱをＷ，／Ａに等しくセット
しておくことにより、負荷Ｗ，に対して通常の位置サー
ボと同様に作動することになり、偏差電流は負荷に依存
せずほぼ零となる。Therefore, when detecting the load, it is necessary to be able to detect the load by removing the influence of the dead weight of the piston 13. Therefore, in the case of a load based only on the dead weight, the sensitivity of the load detection is set to zero. and feedback pressure chamber 16a,
What is necessary is to prevent feedback of the load pressure from being applied to 16b, and to apply feedback according to the magnitude of the load only when another load acts in addition to its own weight. Therefore, the load based on the own weight of the piston 13 is assumed to be W, and the load W on the piston 13 in FIG.
If only the feedback pressure control valve 1
At one end of the valve body 18a, 18b in 5a, 15b is a W.
, /A are applied, so by setting the set pressure Pr to be applied to the ends of the valve bodies 18a, 18b equal to W, /A, the pressure can be applied to the load W, similar to a normal position servo. Therefore, the deviation current becomes almost zero, independent of the load.

また、負荷Ｗ，にさらに負荷Ｗ２が加わった場合には、
圧力制御弁１５ａ，１５ｂの弁体１８ａ，１８ｂはＷ２
／Ａの大きさに応じて変位し、スプール７へフイードバ
ツクがかかることになる。この場合は、前述の如く負荷
に応じた定常電流が流れるので、この電流を測定するこ
とにより負荷Ｗ２を推定することができる。而して、上
記位置サーボ系の定常偏差が負荷Ｗ２に比例し、その大
きさがフィードバック圧力量およびピストンの断面榎等
に関係することは解析的に示すことができる。Moreover, when load W2 is further added to load W,
The valve bodies 18a and 18b of the pressure control valves 15a and 15b are W2
/A, and feedback is applied to the spool 7. In this case, as described above, a steady current flows depending on the load, so the load W2 can be estimated by measuring this current. Therefore, it can be analytically shown that the steady-state deviation of the position servo system is proportional to the load W2, and its magnitude is related to the amount of feedback pressure, the cross-sectional shape of the piston, and the like.

また、負荷検出の感度はフィードバック圧力量により変
更することができ、さらに設定圧力Ｐｒｅｆを可変とす
ることにより自重による負荷Ｗ，が変動する場合におい
ても適用することができる。第３図は本発明の他の実施
例を示すもので、前記実施例のサーボ弁における２段ス
プールのように複雑な構造のスプールを使用せず、簡単
な構造のスプール７を用い、スプール７の両端の駆動圧
力室８ａ，８ｂに導いたノズル３ａ，３ｂの背圧をフィ
ードバック経路１４ｂ，１４ａによって直接フィードバ
ック圧力制御弁１５ｂ，１５ａに導いている。Further, the sensitivity of load detection can be changed by the amount of feedback pressure, and by making the set pressure Pref variable, it can be applied even when the load W due to own weight fluctuates. FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, in which a spool 7 with a simple structure is used instead of a spool with a complicated structure like the two-stage spool in the servo valve of the above embodiment. The back pressure of the nozzles 3a, 3b led to the drive pressure chambers 8a, 8b at both ends is led directly to the feedback pressure control valves 15b, 15a through feedback paths 14b, 14a.

フィードバック圧力制御弁１５ａ，１５ｂの弁体１８ａ
，１８ｂは前記実施例と同様の構成を有し、シリンダ１
１のボート１２ａ，１２ｂ間の差圧に応じて移動するが
、その移動によって駆動圧力室８ａ，８ｂ内のノズル背
圧をタンクに排出するボートの関度が制御され、したが
って弁体１８ａ，１８ｂの変位量すなわちシリンダ負荷
圧力の大きさに応じて駆動圧力室８ｂ，８ａ内のノズル
背圧が減少する。その結果、ノズル背圧とスプリング９
ａ，９Ｍこよって釣合った位置まで変位していたスプー
ル７が上記／ズル背圧の減少分だけ押戻されることにな
る。このことは、前記実施例において負荷圧力フィード
バックによりスプール弁が押戻されることと等価の効果
を与え、したがって前記実施例と同様の方法で負荷検出
を行うことができる。この実施例は、前記第１図の実施
例に比して加工技術的に容易であるという長所をもつが
、フィードバック圧力制御弁が多くの漏れを有する場合
には、不必要にノズル背圧が低下するため、サーボ弁に
おけるトルクモータ、ノズルフラツパ系の感度が低下す
るという問題があり「 したがって用途に応じて上記し
、ずれかの方式を選択使用すればよい。Valve body 18a of feedback pressure control valve 15a, 15b
, 18b have the same configuration as in the above embodiment, and the cylinder 1
The valve bodies 18a, 18b move according to the differential pressure between the two boats 12a, 12b, and the movement controls the rate at which the boats discharge the nozzle back pressure in the drive pressure chambers 8a, 8b to the tank. The nozzle back pressure in the drive pressure chambers 8b and 8a decreases in accordance with the amount of displacement, that is, the magnitude of the cylinder load pressure. As a result, nozzle back pressure and spring 9
a, 9M As a result, the spool 7, which had been displaced to the balanced position, is pushed back by the amount by which the back pressure is reduced. This provides an effect equivalent to pushing back the spool valve by load pressure feedback in the embodiment described above, and therefore load detection can be performed in the same manner as in the embodiment described above. This embodiment has the advantage of being easier to process than the embodiment shown in FIG. As a result, there is a problem that the sensitivity of the torque motor and nozzle flapper system in the servo valve decreases.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明におけるサーボ機構についての構成図、
第２図は定常偏差についての説明図、第３図はサーボ機
構の他の実施例についての構成図である。 １……トルクモータ、７……スプールＬ １４ａ，１４
ｂ・・・・・・フィードバック経路、１５ａ，１５ｂ・
・・・・０フィードバック圧力制御弁。 第１図第２図 第３図FIG. 1 is a configuration diagram of the servo mechanism in the present invention,
FIG. 2 is an explanatory diagram of steady-state deviation, and FIG. 3 is a configuration diagram of another embodiment of the servo mechanism. 1...Torque motor, 7...Spool L 14a, 14
b...Feedback path, 15a, 15b.
...0 feedback pressure control valve. Figure 1 Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 入力電流によるトルクモータの動作に応じてスプー
ルを変位させ、その変位に応じた圧油の供給、排出によ
りアクチユエータを目標の位置に向って動作させるサー
ボ弁と、目標値に対するアクチユエータの位置の偏差を
増幅して上記入力電流とする位置サーボ系とによって構
成したサーボ機構において、上記サーボ弁に負荷圧力に
応じた圧力をフイードバツク圧力制御弁を介してフイー
ドバツクするフイードバツク経路を設け、上記フイード
バツク圧力制御弁は、アクチユエータにおける負荷圧力
に応じて上記サーボ弁に対しそのスプールを負荷に対抗
している油圧を低下させる方向に移動させるための圧力
をフイードバツクし、かつ負荷圧力が設定圧力よりも大
きくなったときに上記フイードバツクが行われるものと
して構成し、上記位置サーボ系における偏差の測定によ
り負荷の大きさを検出することを特徴とする負荷圧力フ
イードバツク形サーボ弁を用いた負荷検出装置。 ２ 入力電流によるトルクモータの動作に応じてスプー
ルを変位させ、その変位に応じた圧油の供給、排出によ
りアクチユエータを目標の位置に向って動作させるサー
ボ弁と、目標値に対するアクチユエータの位置の偏差を
増幅して上記入力電流とする位置サーボ系とによって構
成したサーボ機構において、上記サーボ弁のスプールを
トルクモータの動作に応じて変位させる流体圧力を負荷
圧力の大きさに応じて排出させることによりサーボ弁に
負荷圧力の大きさに応じたフイードバツクを与えるフイ
ードバツク圧力制御弁を設け、上記フイードバツク圧力
制御弁においては負荷圧力が設定圧力よりも大きくなっ
たときにその負荷圧力の大きさに応じて上記フイードバ
ツクが行われるように構成し、上記位置サーボ系におけ
る偏差の測定により負荷の大きさを検出することを特徴
とする負荷圧力フイードバツク形サーボ弁を用いた負荷
検出装置。[Claims] 1. A servo valve that displaces a spool in accordance with the operation of a torque motor due to an input current, and operates an actuator toward a target position by supplying and discharging pressure oil according to the displacement, and a target value. In a servo mechanism configured by a position servo system that amplifies the deviation of the position of the actuator relative to the input current and uses it as the input current, a feedback path is provided to the servo valve to feed back pressure according to the load pressure via a feedback pressure control valve. , the feedback pressure control valve feeds back pressure to the servo valve to move its spool in a direction to lower the hydraulic pressure opposing the load in accordance with the load pressure in the actuator, and the load pressure is a set pressure. A load detection device using a load pressure feedback type servo valve, characterized in that the feedback is performed when the pressure becomes larger than , and the magnitude of the load is detected by measuring the deviation in the position servo system. . 2. A servo valve that displaces the spool according to the operation of the torque motor due to input current, and operates the actuator toward the target position by supplying and discharging pressure oil according to the displacement, and the deviation of the actuator position from the target value. In a servo mechanism configured by a position servo system that amplifies the input current and uses it as the input current, by discharging fluid pressure that displaces the spool of the servo valve in accordance with the operation of the torque motor in accordance with the magnitude of the load pressure. The servo valve is provided with a feedback pressure control valve that provides feedback according to the magnitude of the load pressure, and when the load pressure becomes larger than the set pressure, the feedback pressure control valve A load detection device using a load pressure feedback type servo valve, characterized in that the load detection device is configured to perform feedback, and detects the magnitude of the load by measuring a deviation in the position servo system.