JP2672724B2 - 多関節アームを備えた軌跡制御装置 - Google Patents
多関節アームを備えた軌跡制御装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも軌跡制御さ
れる2本のアームを有する軌跡制御装置に関し、とく
に、アーム先端に接続される軸状部材を任意の姿勢に容
易に制御できるように改良したものである。この軌跡制
御装置は、たとえば多関節アームを有する作業機や各種
ロボットであり、軸状部材は、たとえば作業機に吊持さ
れるオーガ掘削ドリルや組立ロボットに把持されるピン
などである。
れる2本のアームを有する軌跡制御装置に関し、とく
に、アーム先端に接続される軸状部材を任意の姿勢に容
易に制御できるように改良したものである。この軌跡制
御装置は、たとえば多関節アームを有する作業機や各種
ロボットであり、軸状部材は、たとえば作業機に吊持さ
れるオーガ掘削ドリルや組立ロボットに把持されるピン
などである。
【0002】
【従来の技術】図7は本出願人が先に提案した多関節基
礎用作業機(以下、作業機)の一例を示す。この作業機
は、下部走行体LT上に上部旋回体USを旋回可能に設
けて成り、上部旋回体US上に第1ア−ム1,第2ア−
ム2,第3ア−ム3及びこれらを駆動する第1シリンダ
5,第2シリンダ6,第3シリンダ7を有し、第3ア−
ム3の先端にオ−ガ掘削ユニット8を装着したものであ
る。ここで、DRはオ−ガドリルである。
礎用作業機(以下、作業機)の一例を示す。この作業機
は、下部走行体LT上に上部旋回体USを旋回可能に設
けて成り、上部旋回体US上に第1ア−ム1,第2ア−
ム2,第3ア−ム3及びこれらを駆動する第1シリンダ
5,第2シリンダ6,第3シリンダ7を有し、第3ア−
ム3の先端にオ−ガ掘削ユニット8を装着したものであ
る。ここで、DRはオ−ガドリルである。
【0003】このような作業機で孔を穿設する場合、一
般の垂直施工では第3ア−ム3の先端を地面に対して垂
直方向に操作する必要がある。このため、本出願人は図
8に示すような軌跡制御装置を先に提案した。
般の垂直施工では第3ア−ム3の先端を地面に対して垂
直方向に操作する必要がある。このため、本出願人は図
8に示すような軌跡制御装置を先に提案した。
【0004】図8において、200は軌跡制御用の操作
レバーであり、この操作レバー200を操作することに
より軌跡制御対象部位である第3アーム3の先端のXお
よびY方向の速度が指令される。100は角度計101
〜103を有する角度検出部であり、角度計101は大
地に対する第1アーム1の角度を検出し、角度計102
は第2アーム2の第1アーム1に対する相対角度を検出
し、角度計103は第3アーム3の第2アーム2に対す
る相対角度を検出する。400は角速度制御値演算部で
あり、XおよびY方向の速度指令値Xv,Yvと角度計1
01〜103の検出値とが入力され、第2,第3アーム
2,3の角速度制御値T2v,T3vを演算する。500は
駆動制御値演算部であり、角速度制御値T2v,T3vが入
力されて駆動制御値Q2,Q3を演算する。この駆動制御
値Q2,Q3により電気油圧変換弁12,13を制御して
第2,第3アーム2,3の油圧シリンダ6,7が伸縮制
御されて第3アーム3の先端が軌跡制御される。例え
ば、第3アーム3の先端のX座標を一定として垂直に移
動させたいときには、操作レバー200によりY方向の
速度指令値Yvのみを角速度制御値演算部400に入力
すれば良い。
レバーであり、この操作レバー200を操作することに
より軌跡制御対象部位である第3アーム3の先端のXお
よびY方向の速度が指令される。100は角度計101
〜103を有する角度検出部であり、角度計101は大
地に対する第1アーム1の角度を検出し、角度計102
は第2アーム2の第1アーム1に対する相対角度を検出
し、角度計103は第3アーム3の第2アーム2に対す
る相対角度を検出する。400は角速度制御値演算部で
あり、XおよびY方向の速度指令値Xv,Yvと角度計1
01〜103の検出値とが入力され、第2,第3アーム
2,3の角速度制御値T2v,T3vを演算する。500は
駆動制御値演算部であり、角速度制御値T2v,T3vが入
力されて駆動制御値Q2,Q3を演算する。この駆動制御
値Q2,Q3により電気油圧変換弁12,13を制御して
第2,第3アーム2,3の油圧シリンダ6,7が伸縮制
御されて第3アーム3の先端が軌跡制御される。例え
ば、第3アーム3の先端のX座標を一定として垂直に移
動させたいときには、操作レバー200によりY方向の
速度指令値Yvのみを角速度制御値演算部400に入力
すれば良い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな軌跡制御装置には次のような問題がある。オーガド
リルの姿勢角と軌跡制御の方向とにずれがあると、施工
が進むにつれてずれ量が拡大し、オーガドリルを損傷す
るおそれがある。このため、穿孔位置にオーガドリル先
端を接地したとき、オーガドリルが垂直になるようにア
ーム先端を水平方向に軌跡(直線軌跡)制御するが、こ
のため合図者が必要である。また、目視による位置合せ
では誤差が大きく、穿孔途中で再び作業を中断して位置
合せを行わねばならず、作業効率が低下する。このた
め、オーガ掘削ユニットに角度センサを取り付け、計器
の指示を見ながら位置合せを行うように改善した例もあ
るが、修正すべき角度が大きい場合、アーム先端を円弧
状に制御する必要があり、操作が非常に難しい。
うな軌跡制御装置には次のような問題がある。オーガド
リルの姿勢角と軌跡制御の方向とにずれがあると、施工
が進むにつれてずれ量が拡大し、オーガドリルを損傷す
るおそれがある。このため、穿孔位置にオーガドリル先
端を接地したとき、オーガドリルが垂直になるようにア
ーム先端を水平方向に軌跡(直線軌跡)制御するが、こ
のため合図者が必要である。また、目視による位置合せ
では誤差が大きく、穿孔途中で再び作業を中断して位置
合せを行わねばならず、作業効率が低下する。このた
め、オーガ掘削ユニットに角度センサを取り付け、計器
の指示を見ながら位置合せを行うように改善した例もあ
るが、修正すべき角度が大きい場合、アーム先端を円弧
状に制御する必要があり、操作が非常に難しい。
【0006】本発明の目的は、作業アタッチメントなど
多関節アームに接続される軸状部材の姿勢角などを容易
に調節できる軌跡制御装置を提供することにある。
多関節アームに接続される軸状部材の姿勢角などを容易
に調節できる軌跡制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】一実施例を示す図面によ
り本発明を説明すると、請求項1の発明は、軸状部材8
の一端を多関節アーム3先端に連結し、軸状部材8の他
端を回転始点Pとして前記一端を円弧軌跡制御する軌跡
制御装置に適用される。そして、図5,6に示すよう
に、軸状部材8の姿勢角Aを検出する姿勢角検出手段1
04と、この軸状部材8の長さLと検出される姿勢角A
に基づいて、軸状部材8の一端が目標円弧を移動するよ
うに速度指令値を演算する速度指令値演算手段300
と、速度指令値が入力され、目標円弧に沿って軸状部材
8の一端が移動するように多関節アーム2,3を駆動制
御するアーム駆動制御手段400,500を具備するこ
とにより、上述の目的を達成する。請求項2の発明は、
関節を介して回動可能に連結された2本以上のアーム
2,3と、アーム3の先端に装着される作業アタッチメ
ント8と、それらのアーム2,3を駆動するアクチュエ
ータ6,7と、アクチュエータ6,7の駆動制御手段と
400,500とを有する作業機の軌跡制御装置に適用
される。そして、図1,2に示すように、各アーム2,
3の角度を検出するアーム角度検出手段101〜103
と、作業アタッチメント8の姿勢角Aを検出する姿勢角
検出手段104と、作業アタッチメント連結点の予め定
めた方向における速度を指令するために操作されて第1
の速度指令信号X1v,Y1vを出力する第1の速度指令手
段200と、アーム角度と作業アタッチメント姿勢角お
よび長さとに基づいて、一端を接地させた作業アタッチ
メント8の姿勢角が予め設定された目標値δと一致する
まで、作業アタッチメント8の連結点がその作業アタッ
チメント8の接地端Pを中心とした円弧軌跡を描くよう
に第2の速度指令信号X2v,Y2vを演算して出力する第
2の速度指令手段300と、第1または第2の速度指令
信号を選択する選択手段330とを備え、アクチュエー
タの駆動制御手段400,500は、選択された速度指
令信号と検出された角度と姿勢角の目標値および検出値
とに基づいて、軌跡制御されるアーム2,3の角速度制
御値を演算し、その角速度制御値に基づいてアクチュエ
ータを駆動することにより、上述の目的を達成する。
り本発明を説明すると、請求項1の発明は、軸状部材8
の一端を多関節アーム3先端に連結し、軸状部材8の他
端を回転始点Pとして前記一端を円弧軌跡制御する軌跡
制御装置に適用される。そして、図5,6に示すよう
に、軸状部材8の姿勢角Aを検出する姿勢角検出手段1
04と、この軸状部材8の長さLと検出される姿勢角A
に基づいて、軸状部材8の一端が目標円弧を移動するよ
うに速度指令値を演算する速度指令値演算手段300
と、速度指令値が入力され、目標円弧に沿って軸状部材
8の一端が移動するように多関節アーム2,3を駆動制
御するアーム駆動制御手段400,500を具備するこ
とにより、上述の目的を達成する。請求項2の発明は、
関節を介して回動可能に連結された2本以上のアーム
2,3と、アーム3の先端に装着される作業アタッチメ
ント8と、それらのアーム2,3を駆動するアクチュエ
ータ6,7と、アクチュエータ6,7の駆動制御手段と
400,500とを有する作業機の軌跡制御装置に適用
される。そして、図1,2に示すように、各アーム2,
3の角度を検出するアーム角度検出手段101〜103
と、作業アタッチメント8の姿勢角Aを検出する姿勢角
検出手段104と、作業アタッチメント連結点の予め定
めた方向における速度を指令するために操作されて第1
の速度指令信号X1v,Y1vを出力する第1の速度指令手
段200と、アーム角度と作業アタッチメント姿勢角お
よび長さとに基づいて、一端を接地させた作業アタッチ
メント8の姿勢角が予め設定された目標値δと一致する
まで、作業アタッチメント8の連結点がその作業アタッ
チメント8の接地端Pを中心とした円弧軌跡を描くよう
に第2の速度指令信号X2v,Y2vを演算して出力する第
2の速度指令手段300と、第1または第2の速度指令
信号を選択する選択手段330とを備え、アクチュエー
タの駆動制御手段400,500は、選択された速度指
令信号と検出された角度と姿勢角の目標値および検出値
とに基づいて、軌跡制御されるアーム2,3の角速度制
御値を演算し、その角速度制御値に基づいてアクチュエ
ータを駆動することにより、上述の目的を達成する。
【0008】
−請求項1− 軸状部材8の長さLと検出される姿勢角Aとから目標円
弧軌跡が演算され、この目標円弧軌跡に沿って軸状部材
8の一端が移動するように多関節アーム2,3が駆動制
御される。したがって、多関節アーム3先端に連結され
た軸状部材8の一端は、軸状部材8の他端を回転始点P
として容易に円弧運動できる。 −請求項2− 第1の速度指令信号が選択されると、演算手段400
は、作業アタッチメント連結点であるアーム3先端を第
1の速度指令手段200の指令にしたがった方向に軌跡
制御するための角速度制御値を演算し、上記連結点があ
る方向に軌跡制御するようにアクチュエータ6,7を駆
動する。第2の速度指令手段300は、作業アタッチメ
ント8の姿勢角とその長さに基づいて、一端を接地させ
た作業アタッチメント8の姿勢角が予め設定された目標
値δと一致するまで、作業アタッチメント8の連結点が
その作業アタッチメント8の接地端Pを中心とした円弧
軌跡を描くように第2の速度指令信号X2v,Y2vを演算
して出力する。選択手段330でこの第2の速度指令信
号が選択されると、角速度制御値演算手段400は、上
記連結点が上記円弧軌跡に沿って移動するような角速度
制御値を演算する。この角速度制御値によりアクチュエ
ータ6,7が駆動されると、作業アタッチメント8の連
結点は上記円弧運動を行う。
弧軌跡が演算され、この目標円弧軌跡に沿って軸状部材
8の一端が移動するように多関節アーム2,3が駆動制
御される。したがって、多関節アーム3先端に連結され
た軸状部材8の一端は、軸状部材8の他端を回転始点P
として容易に円弧運動できる。 −請求項2− 第1の速度指令信号が選択されると、演算手段400
は、作業アタッチメント連結点であるアーム3先端を第
1の速度指令手段200の指令にしたがった方向に軌跡
制御するための角速度制御値を演算し、上記連結点があ
る方向に軌跡制御するようにアクチュエータ6,7を駆
動する。第2の速度指令手段300は、作業アタッチメ
ント8の姿勢角とその長さに基づいて、一端を接地させ
た作業アタッチメント8の姿勢角が予め設定された目標
値δと一致するまで、作業アタッチメント8の連結点が
その作業アタッチメント8の接地端Pを中心とした円弧
軌跡を描くように第2の速度指令信号X2v,Y2vを演算
して出力する。選択手段330でこの第2の速度指令信
号が選択されると、角速度制御値演算手段400は、上
記連結点が上記円弧軌跡に沿って移動するような角速度
制御値を演算する。この角速度制御値によりアクチュエ
ータ6,7が駆動されると、作業アタッチメント8の連
結点は上記円弧運動を行う。
【0009】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
【0010】
−第1の実施例− 図1〜図4は本発明を図7に示す作業機に適用した場合
の一実施例を示す。図3のようにこの作業機の座標を定
義し、以下の説明はこの座標に従う。図3に示すよう
に、点Oを第1アーム1の回動支点とし、第1〜第3の
アーム1〜3の長さをL1〜L3、オーガの目標姿勢角を
δ、アーム1の対地角度をα,第2アーム2の第1アー
ム1に対する相対角度および第3アーム3の第2アーム
2に対する相対角度をT2,T3、各アーム先端の座標を
(X1 ,Y1)、(X2 ,Y2)、(X3 ,Y3)とする
とき、各座標はそれぞれ、
の一実施例を示す。図3のようにこの作業機の座標を定
義し、以下の説明はこの座標に従う。図3に示すよう
に、点Oを第1アーム1の回動支点とし、第1〜第3の
アーム1〜3の長さをL1〜L3、オーガの目標姿勢角を
δ、アーム1の対地角度をα,第2アーム2の第1アー
ム1に対する相対角度および第3アーム3の第2アーム
2に対する相対角度をT2,T3、各アーム先端の座標を
(X1 ,Y1)、(X2 ,Y2)、(X3 ,Y3)とする
とき、各座標はそれぞれ、
【0011】X1=L1cos(α-δ) Y1=L1sin(α-δ) X2=X1+L2cos(α-δ-T2) Y2=Y1+L2sin(α-δ-T2) X3=X2+L3cos(α-δ-T2-T3) …(1) Y3=Y2+L3sin(α-δ-T2-T3) …(2) と表すことができる。したがって、第3アーム3先端の
速度X3v,Y3vは、
速度X3v,Y3vは、
【0012】 X3v=−αv・L1sin(α-δ) −(αv-T2v)・L2sin(α-δ-T2) −(αv-T2v-T3v)・L3sin(α-δ-T2-T3) …(3) Y3v=αv・L1cos(α-δ) +(αv-T2v)・L2cos(α-δ-T2) +(αv-T2v-T3v)・L3cos(α-δ-T2-T3) …(4) と表すことができる。ここで、αv、T2v、T3vはそれ
ぞれα,T2,T3の角速度を示す。
ぞれα,T2,T3の角速度を示す。
【0013】周知のとおり3本のアームを有する多関節
作業機においては、アーム先端を軌跡制御するには拘束
条件を定めて2本のアームを駆動するが、実施例では、
第1アームを固定とし、第2,第3アームを駆動するよ
うにしている。
作業機においては、アーム先端を軌跡制御するには拘束
条件を定めて2本のアームを駆動するが、実施例では、
第1アームを固定とし、第2,第3アームを駆動するよ
うにしている。
【0014】すなわち、拘束条件を式で表すと次のとお
りである。 αv=0 ここで、(3),(4)式のXv ,Yvを速度指令信号
Xv,Yvとし、上記条件を式(3),(4)に代入して
軌跡制御のために駆動する2本のアームの角速度T2v,
T3vを求めると、
りである。 αv=0 ここで、(3),(4)式のXv ,Yvを速度指令信号
Xv,Yvとし、上記条件を式(3),(4)に代入して
軌跡制御のために駆動する2本のアームの角速度T2v,
T3vを求めると、
【数1】
【0015】次に制御装置を図1に基づいて説明する。
制御装置は,角度検出部100と、第1の速度指令部2
00と、第2の速度指令部300と、角速度制御値演算
部400と、駆動制御値演算部500とが図のように接
続されて構成されている。110は、作業アタッチメン
トの目標姿勢角δを出力する目標姿勢角出力部である。
制御装置は,角度検出部100と、第1の速度指令部2
00と、第2の速度指令部300と、角速度制御値演算
部400と、駆動制御値演算部500とが図のように接
続されて構成されている。110は、作業アタッチメン
トの目標姿勢角δを出力する目標姿勢角出力部である。
【0016】角度検出部100は角度検出器101〜1
04で構成される。角度検出器101は、第1アーム1
の回動支点付近に取付けられ、周知の振り子機構とポテ
ンショメータにより第1アームの対地角αを検出し、角
度検出器102,103は、第2,第3アーム2,3の
回動支点に取付けられ、周知のレバー機構とポテンショ
メータにより、それぞれ第1アーム1と第2アーム2と
の相対角T2,第2アーム2と第3アーム3との相対角
T3を検出する。角度検出器104はオーガ掘削ユニッ
ト(作業アタッチメント)8に取り付けられ、周知の振
り子機構とポテンショメータによりオーガ掘削ユニット
8すなわちオーガドリルDRの対地角Aを検出する。こ
れらの角度検出値は第2の速度指令部300、角速度制
御値演算部400、駆動制御値演算部500へ入力され
る。
04で構成される。角度検出器101は、第1アーム1
の回動支点付近に取付けられ、周知の振り子機構とポテ
ンショメータにより第1アームの対地角αを検出し、角
度検出器102,103は、第2,第3アーム2,3の
回動支点に取付けられ、周知のレバー機構とポテンショ
メータにより、それぞれ第1アーム1と第2アーム2と
の相対角T2,第2アーム2と第3アーム3との相対角
T3を検出する。角度検出器104はオーガ掘削ユニッ
ト(作業アタッチメント)8に取り付けられ、周知の振
り子機構とポテンショメータによりオーガ掘削ユニット
8すなわちオーガドリルDRの対地角Aを検出する。こ
れらの角度検出値は第2の速度指令部300、角速度制
御値演算部400、駆動制御値演算部500へ入力され
る。
【0017】第1の速度指令部200は、第3アーム3
先端の水平(X)および垂直(Y)方向の速度指令値X
1v,Y1vを指令するもので、例えばレバー機構とポテン
ショメ−タにより、レバーの操作角度に相応した信号を
出力する。
先端の水平(X)および垂直(Y)方向の速度指令値X
1v,Y1vを指令するもので、例えばレバー機構とポテン
ショメ−タにより、レバーの操作角度に相応した信号を
出力する。
【0018】第2の速度指令部300は、一端を接地さ
せた作業アタッチメントの姿勢角Aを目標姿勢角δに向
けて移動するような第3アーム3先端の速度指令値X
2v,Y2vを演算出力する。第1の速度指令値X1v,Y1v
と第2の速度指令値X2v,Y2vはスイッチ330によっ
てそのいずれか一組が選択され速度指令値Xv,Yvとし
て角速度制御値演算部400へ入力される。
せた作業アタッチメントの姿勢角Aを目標姿勢角δに向
けて移動するような第3アーム3先端の速度指令値X
2v,Y2vを演算出力する。第1の速度指令値X1v,Y1v
と第2の速度指令値X2v,Y2vはスイッチ330によっ
てそのいずれか一組が選択され速度指令値Xv,Yvとし
て角速度制御値演算部400へ入力される。
【0019】角速度制御値演算部400は、角度α,
δ,T2,T3及び速度指令値Xv,Yvから、(5)式,
(6)式に基づいて第2,第3ア−ム2,3の角速度制
御値T2v,T3vを演算し、これらを駆動制御値演算部5
00へ入力する。
δ,T2,T3及び速度指令値Xv,Yvから、(5)式,
(6)式に基づいて第2,第3ア−ム2,3の角速度制
御値T2v,T3vを演算し、これらを駆動制御値演算部5
00へ入力する。
【0020】駆動制御値演算部500は、次の式に基づ
いて角速度制御値T2v,T3v及び角度T2,T3から第
2,3アームシリンダ6,7の流量制御値Q2,Q3を演
算し、電気油圧変換弁12,13に入力する。 Qn=Tvn・gn(Tn)・An …(7) ここで、gn(Tn)はリンク補正係数 Anはシリンダ受圧面積
いて角速度制御値T2v,T3v及び角度T2,T3から第
2,3アームシリンダ6,7の流量制御値Q2,Q3を演
算し、電気油圧変換弁12,13に入力する。 Qn=Tvn・gn(Tn)・An …(7) ここで、gn(Tn)はリンク補正係数 Anはシリンダ受圧面積
【0021】電気油圧変換弁12,13には不図示の油
圧源から圧油が導かれており、電気油圧変換弁12,1
3は、入力される流量制御値Q2,Q3に応じた流量およ
び方向で圧油を第2,第3アーム2,3用のシリンダ
6,7に供給し、軌跡制御が行なわれる。
圧源から圧油が導かれており、電気油圧変換弁12,1
3は、入力される流量制御値Q2,Q3に応じた流量およ
び方向で圧油を第2,第3アーム2,3用のシリンダ
6,7に供給し、軌跡制御が行なわれる。
【0022】操作レバー10は、コントロールバルブ1
1へ手動操作量に応じたパイロット油圧を与え、コント
ロールバルブ11の開口面積と切換方向を制御する。コ
ントロールバルブ11は、操作レバー10からのパイロ
ット油圧により、シリンダ5へ送る圧油の流量および方
向を制御する。すなわち、第1アーム1は操作レバー1
0により任意に回動可能である。
1へ手動操作量に応じたパイロット油圧を与え、コント
ロールバルブ11の開口面積と切換方向を制御する。コ
ントロールバルブ11は、操作レバー10からのパイロ
ット油圧により、シリンダ5へ送る圧油の流量および方
向を制御する。すなわち、第1アーム1は操作レバー1
0により任意に回動可能である。
【0023】図2は、第2の速度指令値X2v,Y2vを演
算する第2の速度指令部300の詳細を示す図である。
図2において、301は座標演算ブロックであり、各ア
ーム角度α,T2,T3および目標姿勢角δから第3アーム
3先端の座標Yを演算する。図3の座標定義から、第3
アーム3先端の座標Yは次のように演算される。 Y=L1・sin(α-δ)+L2・sin(α-δ-T2) +L3・sin(α-δ-T2-T3) …(8) で表わされる。302,303は記憶器で、スイッチ3
30からスイッチ指令Sが入力されたときの第3アーム
3先端の座標Yおよび姿勢角Aを、始点A0,Y0として
記憶する。
算する第2の速度指令部300の詳細を示す図である。
図2において、301は座標演算ブロックであり、各ア
ーム角度α,T2,T3および目標姿勢角δから第3アーム
3先端の座標Yを演算する。図3の座標定義から、第3
アーム3先端の座標Yは次のように演算される。 Y=L1・sin(α-δ)+L2・sin(α-δ-T2) +L3・sin(α-δ-T2-T3) …(8) で表わされる。302,303は記憶器で、スイッチ3
30からスイッチ指令Sが入力されたときの第3アーム
3先端の座標Yおよび姿勢角Aを、始点A0,Y0として
記憶する。
【0024】一方、図4に示すように、一端Pを接地さ
せた作業アタッチメント8の姿勢角Aを目標姿勢角δに
一致させるためには、作業アタッチメント連結点、すな
わち第3アーム3先端を作業アタッチメント8の長さL
を半径とする円弧に沿って軌跡制御する必要がある。X
方向の速度指令値をX2vで表すとき、X方向およびY方
向の速度指令値を合成した速度指令値の方向が円弧の接
線方向となるためには、Y方向速度指令値をY21vで表
すとき、 Y21v=X2vtan(A−δ) …(9) で表される。そして、姿勢角に応じた速度指令とするた
めのX方向の速度指令値X2vを、 X2v=f(A−δ) …(10) とする。すなわち、(10)式の速度指令値X2vは、図
2の加算点304,関数発生器305で演算され、
(9)式のY21vはtan関数発生器306と乗算器307
で演算される。
せた作業アタッチメント8の姿勢角Aを目標姿勢角δに
一致させるためには、作業アタッチメント連結点、すな
わち第3アーム3先端を作業アタッチメント8の長さL
を半径とする円弧に沿って軌跡制御する必要がある。X
方向の速度指令値をX2vで表すとき、X方向およびY方
向の速度指令値を合成した速度指令値の方向が円弧の接
線方向となるためには、Y方向速度指令値をY21vで表
すとき、 Y21v=X2vtan(A−δ) …(9) で表される。そして、姿勢角に応じた速度指令とするた
めのX方向の速度指令値X2vを、 X2v=f(A−δ) …(10) とする。すなわち、(10)式の速度指令値X2vは、図
2の加算点304,関数発生器305で演算され、
(9)式のY21vはtan関数発生器306と乗算器307
で演算される。
【0025】ところで、作業アタッチメント8の連結点
を円弧運動させるときの目標となるY方向の座標Y0’
は、 Y0'=Y0+L{cos(A−δ)−cosA0} …(11) で表わされる。そして、軌跡精度を向上させるため、Y
方向の偏差フィードバックを行う必要があるが、そのた
めには、作業アタッチメント8の姿勢角Aに応じて、目
標座標Y0’が常に円弧上となるように補正する必要が
ある。
を円弧運動させるときの目標となるY方向の座標Y0’
は、 Y0'=Y0+L{cos(A−δ)−cosA0} …(11) で表わされる。そして、軌跡精度を向上させるため、Y
方向の偏差フィードバックを行う必要があるが、そのた
めには、作業アタッチメント8の姿勢角Aに応じて、目
標座標Y0’が常に円弧上となるように補正する必要が
ある。
【0026】ここで、作業アタッチメント8の実際のY
方向座標をYで表すとき、目標座標Y0’と座標Yとの
偏差ΔYは、 ΔY=Y0’−Y =Y0+L{cos(A−δ)−cosA0}−Y …(12) と表すことができる。ここで、ΔYを修正する速度指令
値Y22vを次のように定義する。 Y22v=f(ΔY)・|X2v| …(13) そして、第3アーム3先端の第2のY方向速度指令値Y
2vは(9)式と(13)式とを加えたものとする。すな
わち、 Y2v=Y21v+Y22v …(14)
方向座標をYで表すとき、目標座標Y0’と座標Yとの
偏差ΔYは、 ΔY=Y0’−Y =Y0+L{cos(A−δ)−cosA0}−Y …(12) と表すことができる。ここで、ΔYを修正する速度指令
値Y22vを次のように定義する。 Y22v=f(ΔY)・|X2v| …(13) そして、第3アーム3先端の第2のY方向速度指令値Y
2vは(9)式と(13)式とを加えたものとする。すな
わち、 Y2v=Y21v+Y22v …(14)
【0027】(12)式の偏差ΔYは、cos関数発生器
308,309と加算点310,311,312および
係数器313とによって演算され、(13)式のY22v
は関数発生器314と絶対値変換器315および乗算器
316によって演算され、さらに、(14)式のY2vは
加算点317でY21vとY22vを加えることで演算され
る。
308,309と加算点310,311,312および
係数器313とによって演算され、(13)式のY22v
は関数発生器314と絶対値変換器315および乗算器
316によって演算され、さらに、(14)式のY2vは
加算点317でY21vとY22vを加えることで演算され
る。
【0028】次に本装置の動作について説明する。 (1)姿勢角制御モード 角度検出器104で検出された作業アタッチメント8の
姿勢角Aおよび目標姿勢角δに基づいて、第2の速度指
令部300は、作業アタッチメント8のアーム連結点を
円弧軌跡制御するための速度指令値X2v,Y2vを演算す
る。一方、角度検出器101〜103で検出された角度
α,T2,T3および目標姿勢角δに基づいて、第2の速
度指令部300の座標演算ブロック301で第3アーム
3先端の座標Yが演算される。
姿勢角Aおよび目標姿勢角δに基づいて、第2の速度指
令部300は、作業アタッチメント8のアーム連結点を
円弧軌跡制御するための速度指令値X2v,Y2vを演算す
る。一方、角度検出器101〜103で検出された角度
α,T2,T3および目標姿勢角δに基づいて、第2の速
度指令部300の座標演算ブロック301で第3アーム
3先端の座標Yが演算される。
【0029】スイッチ330を操作して接点bを閉じる
と姿勢角制御モードとなる。そして、そのときの座標Y
と姿勢角Aの値がそれぞれ始点Y0,A0として記憶さ
れ、以後、作業アタッチメント角の変化に応じて作業ア
タッチメント8の連結点が円弧軌跡を描くための目標座
標Y0’が補正され、座標Yと目標座標Y0’の偏差ΔY
に基づく関数発生器314の出力と速度指令値X2vの絶
対値とを乗算器316で乗ずることにより、(13)式
から速度指令値Y22vが演算される。
と姿勢角制御モードとなる。そして、そのときの座標Y
と姿勢角Aの値がそれぞれ始点Y0,A0として記憶さ
れ、以後、作業アタッチメント角の変化に応じて作業ア
タッチメント8の連結点が円弧軌跡を描くための目標座
標Y0’が補正され、座標Yと目標座標Y0’の偏差ΔY
に基づく関数発生器314の出力と速度指令値X2vの絶
対値とを乗算器316で乗ずることにより、(13)式
から速度指令値Y22vが演算される。
【0030】またこれと同時に、逐次検出される姿勢角
Aと目標姿勢角δとの偏差(A−δ)から関数発生器3
05がX方向速度指令値X2vを出力し、この速度指令値
X2vとtan関数発生器306の出力であるtan(A−δ)
との乗算結果が偏差フィードバック信号Y21vとして出
力される。その結果、加算器317はY21v+Y22vを演
算して速度指令値Y2vを出力する。これら第1の速度指
令値X2vと第2の速度指令値Y2vは角速度制御値演算部
400へ入力され、第2,第3アーム2,3の角速度制
御値T2v,T3vが演算される。
Aと目標姿勢角δとの偏差(A−δ)から関数発生器3
05がX方向速度指令値X2vを出力し、この速度指令値
X2vとtan関数発生器306の出力であるtan(A−δ)
との乗算結果が偏差フィードバック信号Y21vとして出
力される。その結果、加算器317はY21v+Y22vを演
算して速度指令値Y2vを出力する。これら第1の速度指
令値X2vと第2の速度指令値Y2vは角速度制御値演算部
400へ入力され、第2,第3アーム2,3の角速度制
御値T2v,T3vが演算される。
【0031】第2,第3アーム2,3の角速度制御値T
2v,T3vは駆動制御値演算部500にてリンク補正さ
れ、第2,第3のシリンダ6,7の流量制御値Q2,Q3
に変換される。これらの流量制御値Q2,Q3は電気油圧
変換弁12,13に供給され、油圧源からの圧油が所定
方向、所定流量にて第2,第3シリンダ6,7に供給さ
れる。これにより第2,第3アーム2,3が回動して第
3アーム3先端の軌跡が円弧状に制御される。作業アタ
ッチメント8の姿勢角Aが目標姿勢角δに近づくにつれ
て第2の速度指令部300内の関数発生器305の出力
X2vが減少していき、ほぼ目標姿勢角に一致するとその
出力X2vはゼロとなる。このようにして、本実施例の装
置では作業アタッチメント8の姿勢角を自動的に目標値
に制御することができる。
2v,T3vは駆動制御値演算部500にてリンク補正さ
れ、第2,第3のシリンダ6,7の流量制御値Q2,Q3
に変換される。これらの流量制御値Q2,Q3は電気油圧
変換弁12,13に供給され、油圧源からの圧油が所定
方向、所定流量にて第2,第3シリンダ6,7に供給さ
れる。これにより第2,第3アーム2,3が回動して第
3アーム3先端の軌跡が円弧状に制御される。作業アタ
ッチメント8の姿勢角Aが目標姿勢角δに近づくにつれ
て第2の速度指令部300内の関数発生器305の出力
X2vが減少していき、ほぼ目標姿勢角に一致するとその
出力X2vはゼロとなる。このようにして、本実施例の装
置では作業アタッチメント8の姿勢角を自動的に目標値
に制御することができる。
【0032】(2)軌跡制御モード また、スイッチ330が接点a側に切り替わっていると
きは軌跡制御モードとなり、操作レバー200の第1の
速度指令値X1v,Y1vが選択されて角速度制御値演算部
400へ入力される。角速度制御値演算部400は、入
力される第1の速度指令値X1v,Y1vと、角度α,δ,
T2,T3から角速度制御値T2v,T3vを演算して駆動制
御値演算部500に入力する。その結果、上述と同様に
第2,第3のアーム2,3の油圧シリンダ6,7が駆動
されて第3アーム3の先端が軌跡制御される。例えば、
操作レバー200からY方向の速度指令値Y1vのみを指
令すれば、第3アーム3の先端はX座標一定のままY方
向に移動し、X方向の速度指令値X1vのみを指令すれ
ば、第3アーム3の先端はY座標一定のままX方向に移
動する。
きは軌跡制御モードとなり、操作レバー200の第1の
速度指令値X1v,Y1vが選択されて角速度制御値演算部
400へ入力される。角速度制御値演算部400は、入
力される第1の速度指令値X1v,Y1vと、角度α,δ,
T2,T3から角速度制御値T2v,T3vを演算して駆動制
御値演算部500に入力する。その結果、上述と同様に
第2,第3のアーム2,3の油圧シリンダ6,7が駆動
されて第3アーム3の先端が軌跡制御される。例えば、
操作レバー200からY方向の速度指令値Y1vのみを指
令すれば、第3アーム3の先端はX座標一定のままY方
向に移動し、X方向の速度指令値X1vのみを指令すれ
ば、第3アーム3の先端はY座標一定のままX方向に移
動する。
【0033】このように本実施例では、従来の軌跡制御
装置に、操作スイッチ330と、第2の速度指令演算部
300を追加するのみで、姿勢角制御機能を容易に、安
価に構成することができる。また、修正すべき角度が大
きい場合でも、軌跡制御が円弧状に行われるので、作業
アタッチメントに過大な力がかかったり、逆に作業アタ
ッチメントが浮き上がったりすることがなく、安全かつ
迅速に修正を行うことができる。
装置に、操作スイッチ330と、第2の速度指令演算部
300を追加するのみで、姿勢角制御機能を容易に、安
価に構成することができる。また、修正すべき角度が大
きい場合でも、軌跡制御が円弧状に行われるので、作業
アタッチメントに過大な力がかかったり、逆に作業アタ
ッチメントが浮き上がったりすることがなく、安全かつ
迅速に修正を行うことができる。
【0034】−第2の実施例− 図5,6は第2の実施例を示す図であり、第1の速度指
令部200からX方向速度指令値X1vのみを出力して、
作業アタッチメント8の連結点を作業アタッチメント8
の接地点を中心とした円弧軌跡に沿って運動させるよう
にしたものである。すなわち、第1の実施例では、予め
定めた関数f(A−δ)を用いて(10)式に基づいて
X方向の速度指令値X2vを求めているが、第2の実施例
では、第1の速度指令部200から出力される速度指令
値X1vをそのままX方向速度指令値X2vとして用いるも
のである。したがって、図6からわかるように、関数発
生器305を省略している。
令部200からX方向速度指令値X1vのみを出力して、
作業アタッチメント8の連結点を作業アタッチメント8
の接地点を中心とした円弧軌跡に沿って運動させるよう
にしたものである。すなわち、第1の実施例では、予め
定めた関数f(A−δ)を用いて(10)式に基づいて
X方向の速度指令値X2vを求めているが、第2の実施例
では、第1の速度指令部200から出力される速度指令
値X1vをそのままX方向速度指令値X2vとして用いるも
のである。したがって、図6からわかるように、関数発
生器305を省略している。
【0035】このような第2の実施例においては、第1
の速度指令部200の操作レバーを操作してX方向速度
指令値X1vを出力すると、作業アタッチメント8の連結
点が上述したと同様の円弧運動を行い、その姿勢を任意
の角度に設定できる。すなわち、この軌跡制御装置によ
れば、操作レバーの操作により作業アタッチメント8の
連結点を円弧軌跡に沿って運動させることができる。
の速度指令部200の操作レバーを操作してX方向速度
指令値X1vを出力すると、作業アタッチメント8の連結
点が上述したと同様の円弧運動を行い、その姿勢を任意
の角度に設定できる。すなわち、この軌跡制御装置によ
れば、操作レバーの操作により作業アタッチメント8の
連結点を円弧軌跡に沿って運動させることができる。
【0036】なお、本発明を適用するにあたっては以上
の実施例の各構成要素を次のようにしても良い。 (1)アーム数は3本に限定されない。 (2)制御アームを第2,第3アームとしたが、他の組
み合わせでも良く、また、2本の制御アームを自動的に
切り替えても良い。 (3)各アームを油圧シリンダで駆動したが、油圧に限
定されず、また油圧モータ、油圧ロータリアクチュエー
タなどその他のアクチュエータを用いることができる。 (4)アースオーガや回転掘削バケット等に使用できる
旨述べたが、その他の各種作業用アタッチメントにも使
用できる。また、図7の作業機に限らず、2以上のアー
ムを有する各種ロボットにも本発明を適用できる。した
がって、請求の範囲の「軸状部材」とは、図7ではオ−
ガ掘削ユニット8とドリルDRであり、あるいはその他
の作業アタッチメントに相当し、さらには、ロボットで
把持されるピンなども含む。 (5)第1アーム1の角度を上部旋回体に対する相対角
で検出し、作業機本体の傾斜角を検出して相対角を補正
しても良い。 (6)速度指令をX,Yの2方向としたが、どちらか一
方向としても良く、その場合は、本出願人による特願昭
63−108099号(特開平1−278623号)に
開示したように他の方向を軌跡偏差の修正のための速度
指令とすることができる。あるいは、その他の方向でも
良い。 (7)角度検出器として、磁気抵抗素子を用いたもの、
差動コイルを用いたもの、光学式、磁気式のロータリエ
ンコーダを用いたものなどポテンショメ−タに限定され
ない。
の実施例の各構成要素を次のようにしても良い。 (1)アーム数は3本に限定されない。 (2)制御アームを第2,第3アームとしたが、他の組
み合わせでも良く、また、2本の制御アームを自動的に
切り替えても良い。 (3)各アームを油圧シリンダで駆動したが、油圧に限
定されず、また油圧モータ、油圧ロータリアクチュエー
タなどその他のアクチュエータを用いることができる。 (4)アースオーガや回転掘削バケット等に使用できる
旨述べたが、その他の各種作業用アタッチメントにも使
用できる。また、図7の作業機に限らず、2以上のアー
ムを有する各種ロボットにも本発明を適用できる。した
がって、請求の範囲の「軸状部材」とは、図7ではオ−
ガ掘削ユニット8とドリルDRであり、あるいはその他
の作業アタッチメントに相当し、さらには、ロボットで
把持されるピンなども含む。 (5)第1アーム1の角度を上部旋回体に対する相対角
で検出し、作業機本体の傾斜角を検出して相対角を補正
しても良い。 (6)速度指令をX,Yの2方向としたが、どちらか一
方向としても良く、その場合は、本出願人による特願昭
63−108099号(特開平1−278623号)に
開示したように他の方向を軌跡偏差の修正のための速度
指令とすることができる。あるいは、その他の方向でも
良い。 (7)角度検出器として、磁気抵抗素子を用いたもの、
差動コイルを用いたもの、光学式、磁気式のロータリエ
ンコーダを用いたものなどポテンショメ−タに限定され
ない。
【0037】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、作業アタッチ
メントやピンのような軸状部材のアーム連結点を円弧運
動させることができ、その姿勢を任意の角度に設定でき
る。請求項2の発明によれば、作業アタッチメントの姿
勢角を予め定めた目標姿勢角に容易に設定できるので、
従来のように合図者が不要となり、さらには作業アタッ
チメントの連結点が目標姿勢角となるまで自動的に円弧
運動するので、操作性も格段に向上する。
メントやピンのような軸状部材のアーム連結点を円弧運
動させることができ、その姿勢を任意の角度に設定でき
る。請求項2の発明によれば、作業アタッチメントの姿
勢角を予め定めた目標姿勢角に容易に設定できるので、
従来のように合図者が不要となり、さらには作業アタッ
チメントの連結点が目標姿勢角となるまで自動的に円弧
運動するので、操作性も格段に向上する。
【図1】一実施例の全体構成図
【図2】図1に示す第2の速度指令部の詳細ブロック図
【図3】座標を定義する図
【図4】作業アタッチメント連結点の速度成分を説明す
る図
る図
【図5】第2の実施例の全体構成図
【図6】図5の第2の速度指令部の詳細ブロック図
【図7】オーガ掘削ユニットを装着した作業機の側面図
【図8】従来の軌跡制御装置の全体構成図
1〜3:アーム 5〜7:油圧シリンダ 8:オーガ掘削ユニット(軸状部材) 11〜13:電気油圧変換弁 100:角度検出部 101〜104:角度検出器 200:第1の速度指令部 300:第2の速度指令部 330:選択スイッチ 400:角速度制御値演算部 500:駆動制御値演算部
Claims (2)
- 【請求項1】 軸状部材の一端を多関節アーム先端に連
結し、その軸状部材の他端を回転始点として前記一端を
円弧軌跡制御する軌跡制御装置において、前記軸状部材
の姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、この軸状部材の
長さと検出される姿勢角に基づいて、前記軸状部材の一
端が目標円弧を移動するように速度指令値を演算する速
度指令値演算手段と、前記速度指令値が入力され、目標
円弧に沿って軸状部材の一端が移動するように多関節ア
ームを駆動制御するアーム駆動制御手段を具備すること
を特徴とする多関節アームを備えた軌跡制御装置。 - 【請求項2】 関節を介して回動可能に連結された2本
以上のアームと、アーム先端に装着される作業アタッチ
メントと、それらのアームを駆動するアクチュエータ
と、このアクチュエータの駆動制御手段とを有する多関
節アームを備えた軌跡制御装置において、各アームの角
度を検出するアーム角度検出手段と、前記作業アタッチ
メントの姿勢角を検出する姿勢角検出手段と、前記作業
アタッチメント連結点の予め定めた方向における速度を
指令するために操作されて第1の速度指令信号を出力す
る第1の速度指令手段と、前記アーム角度と作業アタッ
チメントの姿勢角と長さに基づいて、一端を接地させた
作業アタッチメントの姿勢角が予め設定された目標値と
一致するまで、前記作業アタッチメントの連結点がその
作業アタッチメントの接地端を中心とした円弧軌跡を描
くように第2の速度指令信号を演算して出力する第2の
速度指令手段と、前記第1または第2の速度指令信号を
選択する選択手段とを備え、前記アクチュエータの駆動
制御手段は、前記選択された速度指令信号と前記検出さ
れた角度と姿勢角の目標値および検出値とに基づいて、
軌跡制御されるアームの角速度制御値を演算し、その角
速度制御値に基づいて前記アクチュエータを駆動するこ
とを特徴とする多関節アームを備えた軌跡制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14682991A JP2672724B2 (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | 多関節アームを備えた軌跡制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14682991A JP2672724B2 (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | 多関節アームを備えた軌跡制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04343992A JPH04343992A (ja) | 1992-11-30 |
JP2672724B2 true JP2672724B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=15416461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14682991A Expired - Lifetime JP2672724B2 (ja) | 1991-05-22 | 1991-05-22 | 多関節アームを備えた軌跡制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2672724B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3775687B2 (ja) * | 1996-08-15 | 2006-05-17 | 日立建機株式会社 | 3関節型掘削機の操作制御装置 |
-
1991
- 1991-05-22 JP JP14682991A patent/JP2672724B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04343992A (ja) | 1992-11-30 |
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