【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は無重力模擬装置のフレー
ムとロボットの各関節との間に懸垂されたケーブルによ
る重力変動分を補償するケーブル重力補償方式に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cable gravity compensating system for compensating a gravity fluctuation caused by a cable suspended between a frame of a weightless simulator and each joint of a robot.
【０００２】近年、宇宙技術の分野では、宇宙の無重力
空間で動作する宇宙ロボットや大型衛星等の多関節構造
体の研究開発が進展している。その無重力空間において
は、例えば宇宙ロボットがアームを伸ばして物体を捕獲
しようとする場合を考えると、アームの伸長により系全
体の重心が移動し、宇宙ロボット本体の姿勢が変化する
ため、宇宙ロボットはその物体を捕獲出来なくなる。ま
た、捕獲時の衝撃の反作用も無視できなくなる。このた
め、宇宙ロボット等の多関節構造体の開発に際しては、
その多関節構造体が無重力空間で示す挙動をハードウェ
ア的に模擬する無重力模擬装置が必要となる。この無重
力模擬装置を用いた実験によって、多関節構造体のセン
サ系、アクチュエータ系、制御系等の性能を無重力空間
に近い環境で予め充分に評価することが可能となり、よ
り信頼性の高いハードウェアを構成することができる。[0002] In recent years, in the field of space technology, research and development of multi-joint structures such as space robots and large satellites that operate in a weightless space of the universe have progressed. In the zero-gravity space, for example, when a space robot extends its arm to capture an object, the extension of the arm moves the center of gravity of the entire system and changes the attitude of the space robot. You can no longer capture the object. In addition, the reaction of impact at the time of capture cannot be ignored. Therefore, when developing a multi-joint structure such as a space robot,
A weightlessness simulation device that simulates the behavior of the multi-joint structure in a weightless space by hardware is required. Through experiments using this weightless simulator, it is possible to fully evaluate the performance of the sensor system, actuator system, control system, etc. of an articulated structure in advance in an environment close to a weightless space. Can be configured.
【０００３】[0003]
【従来の技術】この無重力模擬装置は、例えば宇宙ロボ
ットや大型衛星等の多関節構造体をワイヤで吊り下げ、
その重力を補償して無重力空間に近い環境を作り出すも
のである。その重力補償はワイヤの張力を一定に制御す
る吊り機構によって行われ、多関節構造体に働く重力と
等しい張力でその多関節構造体を引っ張り続けることに
より、重力がキャンセルされる。重力補償精度について
も、無重力模擬装置に種々の改善がなされてきた結果、
重力補償誤差も低減され、高精度の重力補償が可能にな
ってきた。2. Description of the Related Art This weightless simulator is used to suspend multi-joint structures such as space robots and large satellites with wires.
The gravity is compensated to create an environment close to a weightless space. The gravity compensation is performed by a suspension mechanism that constantly controls the tension of the wire, and the gravity is canceled by continuously pulling the multi-joint structure with a tension equal to the gravity acting on the multi-joint structure. As for the gravity compensation accuracy, as a result of various improvements made to the weightless simulator,
Gravity compensation error has also been reduced, enabling highly accurate gravity compensation.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、無重力模擬装
置においてワイヤで吊り下げられる多関節構造体には、
モータ用、エンコーダ用、リミットセンサ用等の多数の
ケーブルが付随しており、そのケーブルの重量及び硬さ
は共に重力補償精度を悪化させる大きな要因となってい
る。その理由を以下に述べる。However, the articulated structure suspended by the wire in the weightless simulation device is
A large number of cables for motors, encoders, limit sensors, etc. are attached, and the weight and hardness of the cables are both major factors that deteriorate the accuracy of gravity compensation. The reason will be described below.
【０００５】一般に有限長さを持つケーブルの両端を支
持する場合、片方の支点の位置が変化しケーブルの懸垂
曲線の形が変化すると、その片方の支点が支持するケー
ブルの重量も変動する。無重力模擬装置での多関節構造
体は、この片方の支点に相当しており、多関節構造体の
鉛直位置が変化すると、その変化によってケーブルの懸
垂曲線が変化する。このため、多関節構造体に負荷とし
て掛かってくるケーブルの重量が変動し、多関節構造体
の重量がその鉛直位置により見掛け上変動する。また、
ケーブルの懸垂曲線の形が変化すると、そのケーブルの
硬さも、多関節構造体の重量に影響を与え、重量を見掛
け上変動させる。このような重量の見掛け上の変動が生
じると、上述したワイヤの張力を一定に保持する制御だ
けでは充分にその変動を補償することができないため、
重力補償誤差が発生する。したがって、ケーブルの重量
及び硬さは重力補償精度を悪化させる大きな要因とな
り、その結果、３次元的な無重力状態を高精度に模擬で
きないという問題点があった。Generally, when supporting both ends of a cable having a finite length, if the position of one fulcrum changes and the shape of the suspension curve of the cable changes, the weight of the cable supported by that one fulcrum also changes. The multi-joint structure in the weightlessness simulator corresponds to this one fulcrum, and when the vertical position of the multi-joint structure changes, the suspension curve of the cable changes due to the change. Therefore, the weight of the cable applied to the multi-joint structure as a load fluctuates, and the weight of the multi-joint structure apparently fluctuates depending on its vertical position. Also,
When the shape of the suspension curve of a cable changes, the hardness of the cable also affects the weight of the articulated structure, causing an apparent variation in weight. When such an apparent variation in weight occurs, the variation cannot be sufficiently compensated by only the above-described control for keeping the wire tension constant.
Gravity compensation error occurs. Therefore, the weight and hardness of the cable become a major factor that deteriorates the gravity compensation accuracy, and as a result, there is a problem that the three-dimensional weightless state cannot be simulated with high accuracy.
【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、ケーブルの重量及び硬さによる影響を排除
し、高精度の３次元的な無重力状態を模擬することがで
きるケーブル重力補償方式を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and eliminates the influence of the weight and hardness of the cable, and is capable of simulating a highly accurate three-dimensional weightless state. The purpose is to provide.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】図１は本発明の第１の原
理を示すブロック図である。図において、本発明のケー
ブル重力補償方式は、関節を駆動するモータ３０、その
モータ３０の位置を検出する位置検出手段３１、モータ
３０への位置指令値と位置検出手段３１からの位置検出
値との差分に応じてモータ３０にトルク指令を出力する
トルク指令手段１１、及びケーブルによる重力補償誤差
分を補償するケーブル重力補償トルクの指令をモータ３
０に出力する補償トルク指令手段１２から構成される。
ケーブル重力補償トルクは、関節の姿勢変化に伴って生
じるケーブルによる重力補償誤差分を補償するトルクで
ある。FIG. 1 is a block diagram showing the first principle of the present invention. In the figure, in the cable gravity compensation system of the present invention, a motor 30 that drives a joint, a position detection unit 31 that detects the position of the motor 30, a position command value to the motor 30, and a position detection value from the position detection unit 31. The torque command means 11 for outputting a torque command to the motor 30 according to the difference between the motor 3 and the command for the cable gravity compensation torque for compensating for the gravity compensation error due to the cable are supplied to the motor 3.
Compensation torque command means 12 for outputting 0.
The cable gravity compensation torque is a torque for compensating for a gravity compensation error due to the cable caused by a change in the posture of the joint.
【０００８】図２は本発明の第２の原理を示すブロック
図である。図において、本発明のケーブル重力補償方式
は、関節を吊り下げるワイヤを巻き取る巻取りモータ４
０、そのワイヤの張力を検出する張力検出手段４１、ワ
イヤの補償張力値を求めその補償張力値をワイヤの設定
張力値に加えて張力指令値として出力する張力指令値出
力手段２２、及びその張力指令値と張力検出手段４１か
らの張力検出値との差分に応じて巻取りモータ４０にト
ルク指令を出力するトルク指令手段２１から構成され
る。ワイヤの補償張力値は、そのワイヤが吊り下げてい
る関節より根本側に位置する根本側関節の姿勢変化に伴
うケーブルによる重力補償誤差分を補償するためのもの
である。FIG. 2 is a block diagram showing the second principle of the present invention. In the figure, the cable gravity compensation system of the present invention is a winding motor 4 for winding a wire for suspending a joint.
0, tension detecting means 41 for detecting the tension of the wire, tension command value output means 22 for obtaining the compensation tension value of the wire and adding the compensation tension value to the set tension value of the wire and outputting the tension command value, and the tension thereof. The torque command means 21 outputs a torque command to the winding motor 40 in accordance with the difference between the command value and the tension detection value from the tension detection means 41. The compensation tension value of the wire is for compensating for the gravity compensation error due to the cable due to the posture change of the root side joint located on the root side of the joint on which the wire is suspended.
【０００９】[0009]
【作用】図１において、モータ３０はケーブルが接続さ
れている関節を駆動する。このケーブルは、例えば無重
力模擬装置のフレームと関節との間に懸垂されている。
位置検出手段３１はモータ３０の位置を検出する。トル
ク指令手段１１は、モータ３０への位置指令値と位置検
出手段３１からの位置検出値との差分に応じてモータ３
０にトルク指令を出力する。モータ３０がトルク指令に
応じて駆動すると、関節の姿勢が変化し、ケーブルの懸
垂曲線の形も変化する。このため、関節に負荷として掛
かってくるケーブルの重量が見掛け上変動する。また、
ケーブルの硬さも関節の重量に影響を与え、重量を見掛
け上変動させる。このような重量の見掛け上の変動によ
る重力補償誤差分を補償するために、補償トルク指令手
段１２は、モータ３０にケーブル重力の補償トルク指令
を出力する。このため、従来のワイヤの張力を一定に保
持するだけの重力補償制御ではキャンセルすることがで
きなかったケーブルの懸垂曲線の形の変化による重力補
償誤差分を補償することができる。したがって、関節の
姿勢が変化しても、それに応じて高精度の３次元的な無
重力状態を模擬することができる。In FIG. 1, the motor 30 drives the joint to which the cable is connected. This cable is suspended, for example, between the frame and the joint of the weightless simulation device.
The position detection means 31 detects the position of the motor 30. The torque command means 11 determines the motor 3 according to the difference between the position command value to the motor 30 and the position detection value from the position detection means 31.
The torque command is output to 0. When the motor 30 is driven according to the torque command, the posture of the joint changes and the shape of the suspension curve of the cable also changes. Therefore, the weight of the cable that acts as a load on the joint varies in appearance. Also,
The hardness of the cable also affects the weight of the joint, causing the weight to change apparently. In order to compensate for the gravity compensation error due to such apparent variation in weight, the compensation torque command means 12 outputs a cable gravity compensation torque command to the motor 30. Therefore, it is possible to compensate for the gravity compensation error due to the change in the shape of the suspension curve of the cable, which cannot be canceled by the conventional gravity compensation control that only keeps the tension of the wire constant. Therefore, even if the posture of the joint changes, a highly accurate three-dimensional weightless state can be simulated accordingly.
【００１０】図２において、巻取りモータ４０は関節を
吊り下げるワイヤを巻き取る。張力検出手段４１はワイ
ヤの張力を検出する。ケーブルは、例えば無重力模擬装
置のフレーム、根本側に位置する根本側関節及び巻取り
ワイヤが吊り下げている関節の間で懸垂されている。根
本側関節の姿勢が変化すると、ケーブルの懸垂曲線の形
も変化し、ワイヤが吊り下げている関節に掛かる重量も
見掛け上変動する。この重量の見掛け上の変動による重
力補償誤差分を補償するために、張力指令値出力手段２
２は、ワイヤの補償張力値を求めその補償張力値を予め
設定されているワイヤの設定張力値に加えて張力指令値
として出力する。トルク指令手段２１は、その張力指令
値と張力検出手段４１からの張力検出値との差分に応じ
て巻取りモータ４０にトルク指令を出力する。すなわ
ち、ケーブルによる重量変動分に応じてワイヤの設定張
力値を変化させ、その新たな設定張力値に基づいて重力
補償制御を行う。したがって、図１の場合と同様に、従
来のワイヤの張力を一定に保持するだけの重力補償制御
ではキャンセルすることができなかったケーブルの懸垂
曲線の形の変化による重力補償誤差分を補償することが
できる。In FIG. 2, a winding motor 40 winds a wire for suspending a joint. The tension detecting means 41 detects the tension of the wire. The cable is suspended, for example, between the frame of the weightless simulation device, the proximal joint located on the proximal side, and the joint on which the winding wire is suspended. When the posture of the root joint changes, the shape of the suspension curve of the cable also changes, and the weight of the wire hanging on the joint changes in appearance. In order to compensate for the gravity compensation error due to this apparent variation in weight, the tension command value output means 2
2 calculates the compensation tension value of the wire, adds the compensation tension value to the preset tension value of the wire, and outputs it as a tension command value. The torque command means 21 outputs a torque command to the winding motor 40 in accordance with the difference between the tension command value and the tension detection value from the tension detection means 41. That is, the set tension value of the wire is changed according to the amount of weight change due to the cable, and the gravity compensation control is performed based on the new set tension value. Therefore, as in the case of FIG. 1, it is possible to compensate for the gravity compensation error component due to the change in the shape of the suspension curve of the cable, which cannot be canceled by the conventional gravity compensation control that only keeps the tension of the wire constant. You can
【００１１】[0011]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図３は本発明が適用される無重力模擬装置の全
体構成を示す図である。図において、無重力模擬装置は
ロボット１００、支持機構８０、吊り機構４Ａ及びフレ
ーム７０から構成される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram showing the overall configuration of a weightlessness simulator to which the present invention is applied. In the figure, the weightless simulation device is composed of a robot 100, a support mechanism 80, a suspension mechanism 4A, and a frame 70.
【００１２】ロボット１００は宇宙ロボットであり、２
本のアーム１１０及び１２０を有している。アーム１１
０側には、第３関節１１３、第５関節１１５、ハンド１
１７等が設けられ、アーム１２０側には、同様に、第３
関節１２３、第５関節１２５、ハンド１２７等が設けら
れている。このロボット１００は支持機構８０によって
支持されている。The robot 100 is a space robot.
It has book arms 110 and 120. Arm 11
On the 0 side, the third joint 113, the fifth joint 115, the hand 1
17 and the like are provided, and similarly to the arm 120 side, the third
A joint 123, a fifth joint 125, a hand 127, etc. are provided. The robot 100 is supported by a support mechanism 80.
【００１３】吊り機構４は、アーム１１０及び１２０の
各２箇所ずつ計４箇所でロボット１００をワイヤで吊り
下げる。すなわち、吊り機構４００はアーム１１０側の
第５関節１１５を、吊り機構４１０は第３関節１１３
を、また、吊り機構４２０はアーム１２０側の第５関節
１２５を、吊り機構４３０は第３関節１２３をそれぞれ
ワイヤで吊り下げる。この吊り機構４によってロボット
１００の無重力状態が模擬される。The suspending mechanism 4 suspends the robot 100 with a wire at a total of four places, with each of the arms 110 and 120 being two places. That is, the suspension mechanism 400 includes the fifth joint 115 on the arm 110 side, and the suspension mechanism 410 includes the third joint 113.
Further, the suspension mechanism 420 suspends the fifth joint 125 on the arm 120 side, and the suspension mechanism 430 suspends the third joint 123 with a wire. The suspension mechanism 4 simulates the weightless state of the robot 100.
【００１４】フレーム７０とロボット１００の関節１１
３等との間には、ここでは図示されていないケーブルが
懸垂されている。このケーブルを経由してロボット１０
０とここでは図示されていないロボット制御装置や補償
器との間の各種信号のやりとりが行われる。ケーブルの
懸垂状態については後述する。The frame 70 and the joint 11 of the robot 100
A cable (not shown here) is suspended between the cable 3 and the like. Robot 10 via this cable
Various signals are exchanged between 0 and a robot controller or compensator not shown here. The suspended state of the cable will be described later.
【００１５】図４は吊り機構の構成を示す図である。こ
こでは、吊り機構４００を示す。吊り機構４００は、上
述したように、第５関節１１５を吊って無重力状態に保
持する機構であり、ワイヤ４０４を巻き取るモータ４０
１と、ワイヤ４０４の張力を検出して出力する張力セン
サ４０２から構成される。このモータ４０１及び張力セ
ンサ４０２はプレート４０３に設けられている。プレー
ト４０３には、さらに３個のプーリ４０５，４０６，４
０７が段違いに設けられ、ワイヤ４０４はこの３個のプ
ーリ４０５，４０６，４０７を介して第５関節１１５を
吊り下げている。張力センサ４０２は中央のプーリ４０
６に接して設けられ、ワイヤ４０４の張力の水平分力に
応じて歪むように取付けられている。張力センサ４０２
に貼付された歪みゲージ４０８はその歪みを検出し、そ
の検出信号を補償器に出力する。補償器は、張力センサ
４０２の検出信号等に基づいてワイヤ４０４の張力を一
定に保持する重力補償制御を行う。この重力補償制御に
よって第５関節１１５に作用する重力が補償され、第５
関節１１５の無重力状態が模擬される。FIG. 4 is a diagram showing the structure of the suspension mechanism. Here, the hanging mechanism 400 is shown. As described above, the suspension mechanism 400 is a mechanism that suspends the fifth joint 115 and holds it in a weightless state, and the motor 40 that winds the wire 404.
1 and a tension sensor 402 that detects and outputs the tension of the wire 404. The motor 401 and the tension sensor 402 are provided on the plate 403. The plate 403 further includes three pulleys 405, 406, 4
07 are provided in different steps, and the wire 404 suspends the fifth joint 115 via the three pulleys 405, 406, and 407. The tension sensor 402 is the central pulley 40.
6 is provided so as to be in contact with 6, and is attached so as to be distorted according to the horizontal component force of the tension of the wire 404. Tension sensor 402
The strain gauge 408 attached to detects the strain and outputs the detection signal to the compensator. The compensator performs gravity compensation control for keeping the tension of the wire 404 constant based on the detection signal of the tension sensor 402 and the like. This gravity compensation control compensates for the gravity acting on the fifth joint 115,
The weightless state of the joint 115 is simulated.
【００１６】図５はケーブルの懸垂状態を示す図であ
る。ここでは、ロボット１００のアーム１１０側を示
す。図において、ロボット１００のアーム１１０側は、
第１関節１１１〜第６関節１１６及びハンド１１７が順
次設けられている。第１関節１１１、第４関節１１４及
び第６関節１１６は回転軸であり、第２関節１１２、第
３関節１１３及び第５関節１１５は屈曲軸である。ケー
ブル９０は、フレーム７０と第３関節１１３との間、第
３関節１１３と第４関節１１４との間、第４関節１１４
と第５関節１１５との間、さらに第５関節１１５と第６
関節との間に懸垂される。上述したように、ロボット１
００の第３関節１１３及び第５関節１１５は、吊り機構
４１及び４０によってそれぞれ吊り下げられ、その各ワ
イヤ４１４、４０４の張力を制御することにより、重力
補償制御が行われる。FIG. 5 is a view showing a suspended state of the cable. Here, the arm 110 side of the robot 100 is shown. In the figure, the arm 110 side of the robot 100 is
The first joint 111 to the sixth joint 116 and the hand 117 are sequentially provided. The first joint 111, the fourth joint 114, and the sixth joint 116 are rotation axes, and the second joint 112, the third joint 113, and the fifth joint 115 are bending axes. The cable 90 is connected between the frame 70 and the third joint 113, between the third joint 113 and the fourth joint 114, and between the fourth joint 114.
And the fifth joint 115, and the fifth joint 115 and the sixth joint 115.
Suspended between the joints. As described above, the robot 1
The third joint 113 and the fifth joint 115 of No. 00 are suspended by the suspension mechanisms 41 and 40, respectively, and gravity compensation control is performed by controlling the tension of the wires 414 and 404.
【００１７】図６は図５のＡ矢視図であり、ケーブルの
懸垂状態をモデル的に示している。図に示すように、ケ
ーブル９０は、フレーム７０から左右のアーム１１０及
び１２０の第３関節１１３及び１２３に接続され、さら
に、第５関節１１５及び１２５へと接続される。その際
に、ロボット１００の各アーム１１０、１２０がフリー
に動作できるように、十分のたわみをもって懸垂されて
いる。このケーブル９０はモータ用、エンコーダ用、リ
ミットセンサ用等１２種類あり、アーム１１０及び１２
０の動作と共に移動する。このため、ケーブルの重量及
び硬さは、上述した重力補償制御に大きな影響を与え
る。したがって、その影響をも補償する重力補償制御を
行う必要がある。次に、このケーブルの重量及び硬さを
も補償する重力補償制御について説明する。FIG. 6 is a view taken in the direction of arrow A in FIG. 5, and shows the suspended state of the cable as a model. As shown, the cable 90 is connected from the frame 70 to the third joints 113 and 123 of the left and right arms 110 and 120, and further to the fifth joints 115 and 125. At that time, the arms 110 and 120 of the robot 100 are suspended with sufficient deflection so that they can move freely. There are 12 types of cables 90 for motors, encoders, limit sensors, etc.
Moves with 0 motion. Therefore, the weight and hardness of the cable have a great influence on the gravity compensation control described above. Therefore, it is necessary to perform gravity compensation control that also compensates for the effect. Next, the gravity compensation control for compensating the weight and hardness of this cable will be described.
【００１８】図７は本発明のケーブル重力補償方式の第
１の実施例を示す図である。図において、第３関節１１
３のモータ１１３Ｍは、ロボット制御装置１０１からの
トルク指令に応じて駆動し、第３関節１１３の姿勢を変
える。モータ１１３Ｍに設けられたエンコーダ１３０は
そのモータ１１３Ｍの角度変化を検出し、ロボット制御
装置１０１に送る。ロボット制御装置１０１のトルク指
令部１１１は、モータ１１３Ｍへの角度指令値とエンコ
ーダ１３０からの角度検出値との差分に応じてモータ１
１３Ｍにトルク指令（モータ駆動電流）を出力する。FIG. 7 is a diagram showing a first embodiment of the cable gravity compensation system of the present invention. In the figure, the third joint 11
The third motor 113M is driven according to a torque command from the robot controller 101 to change the posture of the third joint 113. The encoder 130 provided in the motor 113M detects an angle change of the motor 113M and sends it to the robot controller 101. The torque command unit 111 of the robot control device 101 uses the motor 1 according to the difference between the angle command value to the motor 113M and the angle detection value from the encoder 130.
The torque command (motor drive current) is output to 13M.
【００１９】モータ１１３Ｍがトルク指令に応じて駆動
すると、第３関節１１３の姿勢が変化し、ケーブル９０
の懸垂曲線の形も変化する。このため、第３関節１１３
に負荷として掛かってくるケーブル９０の重量が見掛け
上変動する。また、ケーブル９０の硬さも第３関節１１
３の重量に影響を与え、重量を見掛け上変動させる。こ
のような重量の見掛け上の変動による重力補償誤差分を
補償するために、補償トルク指令部１１２は、モータ１
１３Ｍにケーブル重力の補償トルク指令（補償電流）を
出力する。When the motor 113M is driven according to the torque command, the posture of the third joint 113 changes, and the cable 90
The shape of the suspension curve of also changes. Therefore, the third joint 113
The weight of the cable 90 applied as a load to the load fluctuates apparently. The hardness of the cable 90 is also the third joint 11
Affects the weight of 3 and changes the weight apparently. In order to compensate for the gravity compensation error due to such apparent variation in weight, the compensation torque command unit 112 sets the motor 1
Outputs a cable gravity compensation torque command (compensation current) to 13M.
【００２０】この補償トルク指令は、予め設定されたテ
ーブルに基づいて決定される。すなわち、モータ１１３
Ｍの角度（第３関節１１３の姿勢）に対して、そのとき
のケーブル９０による重量変動分を補償するのに必要な
ケーブル重力補償トルクを予め実験により求める。その
実験結果から、モータ１１３Ｍの角度に対する補償トル
ク指令（補償電流値）のテーブルを作成し、そのテーブ
ルに基づいて補償トルクを決定し、その指令を出力す
る。This compensation torque command is determined based on a preset table. That is, the motor 113
For the angle of M (the posture of the third joint 113), the cable gravity compensation torque necessary for compensating for the weight variation due to the cable 90 at that time is previously obtained by an experiment. From the experimental result, a table of compensating torque commands (compensating current values) for the angle of the motor 113M is created, the compensating torque is determined based on the table, and the command is output.
【００２１】このため、従来のワイヤの張力を一定に保
持するだけの重力補償制御ではキャンセルすることがで
きなかったケーブル９０の懸垂曲線の形の変化による重
力補償誤差分を補償することができる。したがって、第
３関節１１３の姿勢が変化しても、それに応じて高精度
の３次元的な無重力状態を模擬することができる。Therefore, it is possible to compensate for the gravity compensation error due to the change in the shape of the suspension curve of the cable 90, which cannot be canceled by the conventional gravity compensation control for simply keeping the tension of the wire constant. Therefore, even if the posture of the third joint 113 changes, a highly accurate three-dimensional weightless state can be simulated accordingly.
【００２２】図８は本発明のケーブル重力補償方式の第
２の実施例を示す図である。図において、第５関節１１
５の巻取りモータ４０１は、補償器２０１からのトルク
指令に応じて駆動し、吊り機構４００のワイヤ４０４の
張力を指令された張力値に保持する。張力センサ４０２
は、ワイヤ４０４の張力を検出し、その張力検出値を補
償器２０１に送る。補償器２０１の張力指令値出力部２
２１はワイヤ４０４の補償張力値を求め、その補償張力
値を予め設定されているワイヤ４０４の設定張力値に加
えて張力指令値として出力する。FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the cable gravity compensation system of the present invention. In the figure, the fifth joint 11
The winding motor 401 of No. 5 is driven according to the torque command from the compensator 201, and holds the tension of the wire 404 of the suspension mechanism 400 at the commanded tension value. Tension sensor 402
Detects the tension of the wire 404 and sends the detected tension value to the compensator 201. Tension command value output unit 2 of compensator 201
Reference numeral 21 obtains a compensation tension value of the wire 404, adds the compensation tension value to a preset tension value of the wire 404, and outputs it as a tension command value.
【００２３】この補償張力値は、例えば第３関節１１３
の姿勢が変化すると、ケーブル９０の懸垂曲線の形も変
化し、第５関節１１５に掛かる重量も見掛け上変動する
ため、その重量の変動による重力補償誤差分を補償する
ためのものである。補償張力値は、上記の補償トルク指
令と同様に、予め設定されたテーブルに基づいて決定さ
れる。すなわち、モータ１１３Ｍの角度（第３関節１１
３の姿勢）に対して、そのときのケーブル９０による重
量変動分を補償するのに必要なワイヤ４０４の補償張力
値を予め実験により求める。その実験結果から、モータ
１１３Ｍの角度に対する補償張力値のテーブルを作成
し、そのテーブルに基づいて補償張力値を決定する。テ
ーブルの補償張力値は、次式（１）及び（２）を満たす
α、βに相当する。This compensation tension value is, for example, the third joint 113.
When the posture changes, the shape of the suspension curve of the cable 90 also changes, and the weight applied to the fifth joint 115 also changes apparently. This is for compensating for the gravity compensation error due to the change in weight. The compensation tension value is determined based on a preset table, like the above compensation torque command. That is, the angle of the motor 113M (the third joint 11
3), the compensation tension value of the wire 404 necessary for compensating for the weight variation due to the cable 90 at that time is obtained in advance by an experiment. A table of compensating tension values for the angle of the motor 113M is created from the experimental result, and the compensating tension value is determined based on the table. The compensation tension values in the table correspond to α and β that satisfy the following equations (1) and (2).
【００２４】Ｔ0 ＝Ｔ1 ＋α ・・・・（１） ここで、Ｔ0 ：第３関節１１３を水平に保持したときの
第５関節１１５側の張力センサ４０２の張力検出値 Ｔ1 ：第３関節１１３を水平状態から鉛直方向に所定角
度θ0 だけ動作させたときの張力センサ４０２の張力検
出値 α ：ケーブル９０の鉛直方向重力補償値 Ｔ0 ＝Ｔ2 ＋β ・・・・（２） ここで、Ｔ2 ：第３関節１１３を水平状態から水平方向
に所定角度θ1 だけ動作させたときの張力センサ４０２
の張力検出値 β ：ケーブル９０の水平方向重力補償値 トルク指令部２２２は、その張力指令値と張力センサ４
０２からの張力検出値との差分に応じて巻取りモータ４
０１にトルク指令を出力する。すなわち、ケーブル９０
による重量変動分に応じてワイヤ４０４の設定張力値を
変化させ、その新たな設定張力値（張力指令値）に基づ
いて重力補償制御を行う。したがって、図１の場合と同
様に、従来のワイヤ４０１の張力を一定に保持するだけ
の重力補償制御ではキャンセルすることができなかった
ケーブル９０の懸垂曲線の形の変化による重力補償誤差
分を補償することができる。T0 = T1 + α (1) where T0: detected tension value of the tension sensor 402 on the side of the fifth joint 115 when the third joint 113 is held horizontally T1: the third joint 113 Detected value of tension of the tension sensor 402 when operated in the vertical direction by a predetermined angle θ0 from the horizontal state α: vertical gravity compensation value of the cable 90 T0 = T2 + β (2) where T2: third The tension sensor 402 when the joint 113 is moved horizontally from the horizontal state by a predetermined angle θ1
Detected value β of the cable 90: horizontal gravity compensation value of the cable 90.
Winding motor 4 according to the difference from the tension detection value from 02.
The torque command is output to 01. That is, the cable 90
The set tension value of the wire 404 is changed in accordance with the amount of weight variation due to, and the gravity compensation control is performed based on the new set tension value (tension command value). Therefore, as in the case of FIG. 1, the gravity compensation error component due to the change in the shape of the suspension curve of the cable 90, which cannot be canceled by the conventional gravity compensation control that only keeps the tension of the wire 401 constant, is compensated. can do.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように本発明では、ロボッ
トの重力補償制御時に、ロボットの姿勢変化によるケー
ブルの重量及び硬さによる影響をも補償して重力補償制
御を行うように構成した。このため、従来のワイヤの張
力を一定に保持するだけの重力補償制御ではキャンセル
することができなかったケーブルの懸垂曲線の形の変化
による重力補償誤差分を補償することができる。したが
って、ロボットの姿勢が変化しても、それに応じて高精
度の３次元的な無重力状態を模擬することができる。As described above, in the present invention, the gravity compensation control of the robot is performed by compensating for the influence of the weight and hardness of the cable due to the posture change of the robot. Therefore, it is possible to compensate for the gravity compensation error due to the change in the shape of the suspension curve of the cable, which cannot be canceled by the conventional gravity compensation control that only keeps the tension of the wire constant. Therefore, even if the posture of the robot changes, a highly accurate three-dimensional weightless state can be simulated accordingly.
【図１】本発明の第１の原理を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a first principle of the present invention.
【図２】本発明の第２の原理を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a second principle of the present invention.
【図３】本発明が適用される無重力模擬装置の全体構成
を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of a weightlessness simulator to which the present invention is applied.
【図４】吊り機構の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a suspension mechanism.
【図５】ケーブルの懸垂状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a suspended state of a cable.
【図６】図５のＡ矢視図である。6 is a view on arrow A of FIG.
【図７】本発明のケーブル重力補償方式の第１の実施例
を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a first embodiment of the cable gravity compensation system of the present invention.
【図８】本発明のケーブル重力補償方式の第２の実施例
を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the cable gravity compensation system of the present invention.
１１，２１ トルク指令手段 １２ 補償トルク指令手段 ２２ 張力指令値出力手段 ３０ モータ ３１ 位置検出手段 ４０ 巻取りモータ ４１ 張力検出手段 11, 21 Torque command means 12 Compensation torque command means 22 Tension command value output means 30 Motor 31 Position detection means 40 Winding motor 41 Tension detection means
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4061797AJPH05261685A (en) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | Cable gravity compensating method |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4061797AJPH05261685A (en) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | Cable gravity compensating method |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05261685Atrue JPH05261685A (en) | 1993-10-12 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4061797AWithdrawnJPH05261685A (en) | 1992-03-18 | 1992-03-18 | Cable gravity compensating method |
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05261685A (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101506065B1 (en)* | 2011-04-07 | 2015-03-25 | 쿠카 로보테르 게엠베하 | Method and handling system for automated moving of a gravity-compensated load body |
| US9194977B1 (en)* | 2013-07-26 | 2015-11-24 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Active response gravity offload and method |
| JP2017164870A (en)* | 2016-03-18 | 2017-09-21 | キヤノン株式会社 | Robot device and control method for robot device |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101506065B1 (en)* | 2011-04-07 | 2015-03-25 | 쿠카 로보테르 게엠베하 | Method and handling system for automated moving of a gravity-compensated load body |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed | Free format text:JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date:19990518 |