JP2706506B2

JP2706506B2 - 連結アームの移動制御装置

Info

Publication number: JP2706506B2
Application number: JP1042888A
Authority: JP
Inventors: ドナルドローレンスピーター; ボーンロスロバート
Original assignee: University of British Columbia
Current assignee: University of British Columbia
Priority date: 1988-02-23
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1998-01-28
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: CA1332967C; FI890850A; DE68922638D1; EP0330383A3; FI100620B; DE68922638T2; ATE122804T1; JPH01310878A; FI890850A0; EP0330383B1; EP0330383A2

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は関節式の連結セグメント（articulated inte
rconnected segments）によって形成されるアーム継手
の制御に関する。より具体的には、本発明は、アームの
自由端近傍の位置に１つの点を選択し、該点位置を、
ｘ、ｙ、又はｚ方向の中から選択した１つの方向に独立
して動かすことができるようにするための、関節式連結
セグメントの独立した制御に関するものである。

（発明の背景）座標制御（coordinated controls）は、これまでに様
々の方式が提案されており、バックホーの如き建設機械
の制御（1979年８月14日発行、カナダ特許第1,060,562
号）や、削岩機の掘削ドリルの位置決めを行なう油圧ブ
ームの方向制御（1986年４月15日発行、カナダ特許第1,
203,309号）に用いられている。

カナダ特許第1,060,562号は、位置決めセンサーとア
クチベータを組み合わせることによって、フレームに対
する位置設定を自動的に行なえる装置を開示している。

カナダ特許第1,203,309号は、ドリルをある位置から
別の位置に移動させるとき、ドリルを運ぶアームの自由
端部を一定の方向に維持する装置を開示している。即
ち、掘削穴を変更する場合、アームは水平方向に対して
同じ角度に維持される。この特許の考え方は、適当な方
向を維持しながら、先ず第２の位置を選択し、次にブー
ムを第２の位置に移動させるという点にある。

その他、農業機械においても、機械装置の方向を維持
する装置は採用されている。例えば、1985年５月21日発
行のアメリカ特許第4,518,044号には、コンバインにお
いて刈取り機とピックアップ装置の方向とスペースの関
係を維持する装置が開示されている。

ロボット装置のように、ロボットの多関節アームを、
予めプログラムを作成した座標上に指定した点と点の間
を移動させたり、点と点との間に指定した軌道上を移動
させることにより、同じ仕事を繰り返し行なうことにつ
いても広く知られている。

建設機械に適用されたその他の制御技術として、例え
ば米国特許第3,339,763号及び第3,414,146号にはバック
ホーにおける操作を自動的に選択して行なえる油圧回路
が開示されている。又、米国特許第3,698,580号には、
油圧制御ではなく、電気制御によって同様な操作を行な
う技術が開示されている。

（技術的手段及び作用）本発明は、複数のアームセグメントが連結して構成さ
れるアームの自由端部の動きを制御するものであって、
自由端部が、ｘ、ｙ又はｚ方向の中から選択した１つの
方向に独立して移動できるようにした制御装置を提供す
ることを目的とする。

広い意味において、本発明は、複数のアームセグメン
トが連結して構成されるアームの自由端部近傍に位置す
る点が少なくとも３軸の上を移動するに際し、その移動
を制御する装置に関するものであって、その少なくとも
１軸をｚ軸として、互いに直交するｘ、ｙ、ｚ方向の中
から任意に選択された１つの方向に前記一点を移動させ
るものであって、ｘ方向は前記一点とｚ軸との間に亘っ
て伸びる直線に常に沿う方向、ｙ方向はｚ軸の回りを回
転する方向、ｚ方向はｚ軸と略平行な方向であり、当該
移動制御装置は、コントロール手段と、コンピュータ手
段と、アームセグメントを各軸の回りに独立して動かす
手段を備えており、コントロール手段は、ｘ方向、ｙ方
向又はｚ方向を調節するため、独立した信号を送る信号
供給手段を備えており、コンピュータは、アームセグメ
ントを軸の回りを独立して動かす手段の座標を設定する
ことにより、コントロール手段からｘ信号だけが供給さ
れる場合はｘ方向にだけ前記点位置を移動させ、コント
ロール手段からｙ信号だけが供給される場合はｙ方向に
だけ前記点位置を移動させ、コントロール手段からｚ信
号だけが供給される場合はｚ方向にだけ前記点位置を移
動させることができるようにしている。

本発明にかかる装置は、第１の軸の回りを旋回可能な
基台と、一端部が基台に枢止され、前記第１の軸と略直
交する平面内にある第２の軸の回りを回動可能なブーム
（第１のアームセグメント）と、ブームの前記端部とは
反対側の端部に取り付けられ、第３の軸の上をブームに
対して可動なスティック（第２のアームセグメント）
と、独立したｘ、ｙ又はｚ制御信号を発生する手段を有
し、互いに直交するｘ、ｙ又はｚ方向において、ブーム
から遠い方のスティックの端部近傍における点位置を制
御する手動操作可能なコントローラと、該コントローラ
に連繋されたコンピュータ手段と、基台、ブーム及びス
ティックを第１、第２及び第３の軸の上で相対的に移動
させる個々のアクチュエータ手段とから構成されてお
り、ｘ方向は前記点位置とｚ軸との間におけるｚ軸の略
半径線に沿う方向を常に移動する方向、ｙ方向はｚ軸の
回りを移動する方向、ｚ方向はｚ軸と略平行に移動する
方向としており、コンピュータ手段は個々のアクチュエ
ータ手段を作動させ、コントローラを操作してｘ方向に
だけ移動する信号が供給されたとき、ブームとスティッ
クを第２及び第３の軸の回りを動かして前記点位置をｘ
方向にだけ移動させ、コントローラを操作してｙ方向に
だけ移動させる信号が供給されたとき、ｚ方向又は第１
の軸に対して動かして前記点位置をｙ方向にだけ移動さ
せるようにしている。

第２及び第３の軸は略平行にすることが望ましい。

作業者から見た場合、点位置とコントローラは、カメ
ラを用いて作業者又は作業者の視野を回転させることに
より略一定になるであろう。このため、コントローラ操
作ハンドルを動かすと、点位置は作業者の視点から見
て、操作ハンドルと同様な方向に移動する。

必要に応じて、更に別の軸の回りを動かすため、ステ
ィックの自由端に追加のセグメント又は要素を連結し、
コントローラには、追加のセグメント又は要素の前記別
の軸に対する動きを個々に制御する独立した手段を設け
ることもできる。

（望ましい実施例の説明）第１図は、例えばバックホーにおける連結アーム構造
を簡略化して示した図であって、基台（10）が第１の軸
（12）の回りを回転可能に設けられている。図示の実施
例では、第１の軸（12）はｚ軸（垂直軸）である。基台
（10）には第１のアームセグメント（ブーム）（14）
が、第１の軸（12）と直交する平面内にある軸（16）の
周りを回転可能に取り付けられている。第２のアームセ
グメント（スティック）（18）はブーム（14）の端部い
枢止され、軸（16）と実質的に平行な軸（20）の回りを
回動可能としている。スティック（18）の自由端部近傍
の基準点を符号（12）で表わし、ｘ印を円で囲んで示し
ている。

基台（10）は機械のフレーム（図示せず）上に取り付
けられ、適当な駆動手段によって矢印（24）で示すよう
に機械フレームに対して第１の軸（12）の回りを旋回で
きる。ブーム（14）は適当な駆動手段によって矢印（2
6）で示すように軸（16）の回りを回動できる。同様
に、スティック（18）は適当な駆動手段によって矢印
（28）で示すように軸（20）の上を回動できる。ｚ軸と
して定義した第１の軸（12）に対する角度変位は、符号
（30）で示す適当な測定又は検出装置によって測定され
る。同じようにして、軸（16）に対するブーム（14）の
角度変位（角度Ｂ）はセンサー（32）によって測定さ
れ、スティック（18）のブーム（14）に対する角度変位
（角度Ｃ）はセンサー（34）によって測定される。

第４図に示す角度Ａは、機械フレーム上の設定基準方
向に対する軸（12）（第４図参照）回りの角度変位を測
定したものである。なお、機械は通常の場合、地面に固
定されているが、当然のことながら機械は可動であって
位置の再設定はできる。角度Ａは、ｚ軸（12）及びその
近傍が作業者の視野から外れるときだけ、遠隔操作が必
要となる。角度Ｂは、ブーム（14）と、軸（12）に直交
する平面との間に形成される角度を意味し、軸（12）が
垂直であるとき、ブーム（14）の長手方向の角度は水平
面に対する角度となる。角度Ｃは、ブーム（14）の長手
方向と、スティック（18）の長手方向との間に形成され
る角度、即ち軸（20）における角度を表わす。

第２図に示す構成では、ｚ方向における枢軸（16）の
軸位置は、基台（10）より高い位置になるように調節さ
れ、アームセグメント（18）の代わりに他のアームセグ
メント（36）を用いている。このアームセグメント（3
6）は、アームセグメント（14）の自由端部に枢止する
代わりに、適当な駆動手段によって矢印（38）で示すよ
うにアームセグメント（14）に沿って長手方向に摺動可
能に設けたものである。第２図の実施例におけるアーム
セグメント（14）（36）の相対位置は、適当なセンサー
手段（40）によって検出される。

第１図及び第２図の実施例において、基台（10）、第
１のアームセグメント（ブーム）（14）及び第２のアー
ムセグメント（スティック）（18）（36）は、全て独立
してコントロールされモニターされることは明白であろ
う。

本発明の実施にあたって、アーム（14）（18）（36）
がどのように制御されるかについて、第３図、第４図及
び第５図を参照しながら説明する。

説明は、点位置（22）がx,y及びｚ方向に対する動き
について行なうものであって、これらのｘ、ｙ及びｚ方
向は互いに直交する関係にある。しかしながら、点位置
（22）のｘ方向はｚ軸に対して常に接近離間するもので
ある。従って、装置がｚ軸の回りを回転したとき、即
ち、基台（10）と共に回転し作業者がｙ方向であると認
識する方向に向けて移動するとき、ｘ方向は、初期のｘ
−ｘ方向から、選択されたx₁−x₁方向（第４図）に変化
する。このようにｘ軸が変化するから、作業者がｚ軸上
又はその近傍にて基台（10）から見て、ｚ軸（作業者）
に接近又はｚ軸から離間する方向は、常にｘ方向とな
る。アームセグメント（14）がｚ軸から僅かな間隔を存
して回動可能に取り付けられるのが通常であるが、この
場合、ｘ方向は正確にはｚ軸の方向を向かないが、事実
上アーム（14）の回転軸（軸16））に直交してアーム
（14）及び（18）の線上にある（但し、これらのアーム
は同一線上に揃っているものと仮定した場合）。説明の
都合上、この方向は、点位置（22）が、点位置（22）と
ｚ軸との間のラインに沿って移動する方向又はｘ方向に
移動する方向と略同等であるとみなしている。

第３図において、選択した基準点位置（22）をｘ−ｘ
方向だけに移動させたい場合、作業者は自分がまるで軸
（12）上の基台（10）又はその軸（12）の近傍に位置し
ているかのように見えるため、角度Ｂ及びＣ、即ち軸
（16）に対するブーム（14）の回転角度及び軸（20）に
対するスティック（18）の回転角度（第１図の実施例の
場合）を調節する必要がある。角度変化の適切なコント
ロールを行なうことによって、点位置（22）をｘ−ｘ線
に沿う方向だけに移動させることができることは明白で
あろう。

作業者は常に基台（10）、即ちｚ軸（12）近傍の位置
から見ていることを念頭におくと、基台（10）が軸（1
2）の回りを回転（ｙ方向の移動）することにより、ｘ
軸即ちｘ方向は、基台（10）が回転した角度（第４図の
角度Ａ）だけ変化し、x₁−x₁線がｘ方向となる。換言す
れは、第４図において角度Ａだけ地面、即ち外部環境
（outside environment）に対して変化するけれども、
点位置（22）はｙ方向に移動しても、ｘ方向の作業者に
対する位置は全く変化しない。

もし、点位置（22）を、第４図のｙ線によって示され
るように、外部環境（ｘ方向と略直交する方向）に対し
てxy平面内のｙ方向にだけ移動させたい場合、角度Ｂ及
び角度Ｃの各々を一定に保持し、駆動手段即ちアクチュ
エータ（24）を作動させ、基台（10）を軸（12）の回り
で回転させることにより行なうことができる。基台（1
0）の移動によって、点位置（22）はxy平面に沿ってｙ
方向に円弧状に移動する。ｘ方向を、点位置（22）とｚ
軸との間の線に常に沿う方向であると規定したから、軸
（12）の回りを円弧状に移動すればｘ方向が再び規定さ
れることになり、ｘ方向の移動はゼロとなる。

第４図において、点位置（22）がｙ線に沿って移動す
ると、外部環境に対してxy平面内を移動したことにな
る。しかし、作業者から見ると、通常は作業者自身が基
台（10）と共に回転するから、ｘ方向は依然として変化
せず、地面に対しては角度Ａだけ回転する。x₁−x₁線が
作業者に対する方向（作業者又はｚ軸から点位置（22）
への方向）は同じであるが、x₁−x₁で示すように地面に
対して異なる方向に向いており、xy平面はxy₁平面とな
る。

第５図はｚ方向に沿う動き、即ち垂直面内の動きを示
している。第５図のｚ−ｚ線上に点位置（22）を保持す
るには、角度Ｂ及び角度Ｃの両角度を同時に調節しなけ
ればならない。

第２図の実施例を採用する場合、角度Ｃを調節する代
わりに、スティック（36）の長さを適当に調節すればよ
い。即ち、スティック（36）がブーム（14）から突出す
る長さを調節することにより角度Ｃの調節に代えること
ができる。

本発明は第６図の説明によって一層明らかなものであ
ろう。第６図では、垂直なｚ面がxz−xzであり、水平な
ｙ面がxy−xyである。

本発明によれば、第６図においてxy面及びxz面上の点
として図示した点位置（22）を移動させることができ
る。点位置（22）は、角度Ｂ及びＣを適当に調節するこ
とにより、線（42）（ｙ面とｚ面の交線）に沿って、ｘ
方向にだけ移動させたり、（即ちｚ軸へ接近離間し）、
xz面で線（44）によって示された様に垂直なｚ方向にだ
け移動させたり、軸（12）を中心にした円弧（46）に沿
うｙ方向にだけ移動させるなど、選択的に移動できる。
ｙ方向の移動は、前述したように、地面に対して相対的
なものであって、基台（10）が回転したときに再び方向
づけられる作業者の視点（perspective）に対して相対
的に移動するものではない。従って、作業者らは、ｘ−
ｘ線は点位置（22）とｚ軸を結ぶ線として、常に真直
（straight）のままである。

更に又、３つの方向、即ちｘ、ｙ及びｚ方向を全て同
時に移動させて点位置（22）を位置決めすることもでき
る。これについては、多くの場合は、コントローラ（後
で説明する）を同時に作動させて、ｘ、ｙ及びｚ方向の
信号を送ることによって行なうこおができる。

本発明において使用することのできる簡単な手動コン
トローラを第７図に示している。図示したジョイスティ
ック（50）は、ハンドル部（52）が矢印（54）で示すよ
うに軸方向に可動であり、その移動はセンサー（56）に
よって検出され、連結ラインを通じてコンピュータ制御
部（これについては後で説明する）に送られる。

ハンドル部（52）が、矢印（54）で示すように垂直な
ｚ軸方向に移動すると、これを利用して、点位置（22）
のｚ方向だけの移動を制御するための信号を発生させる
のが望ましい。これによってｚ方向のコントロールを行
なうことができる。

ハンドル（52）は、ロッキングシャフト（60）の上に
取り付けられており、作業者がジョイスティック（50）
に対して後記する位置にいると仮定すると、ハンドル
は、矢印（62）で示すように左右に揺動させることがで
きる。この揺動はセンサー（64）によって検出され、ラ
イン（65）を通じてコンピュータ制御部（後記する）に
転送される。この左右運動（ｙ方向の移動）を利用し
て、点位置（22）のｙ方向の移動だけを制御する信号を
発生させるのが望ましい。

ロッキングシャフト（60）はフレーム（68）の中に回
動可能に取り付けられ、該フレームは軸（60）の回転軸
と略直交する軸線上に軸（70）を上を、矢印（72）で示
すように回動可能である。適当なセンサー（74）によっ
てフレーム（68）の角度変位を検出し、この情報はライ
ン（76）を通じてコンピュータ制御部に送られる。軸
（70）の回りの運動は、作業者のｘ方向に関して前後
（fore and aft）方向に行なわれ、点位置（22）のｘ方
向の移動だけを制御する信号を発生する。

ロッカー（60）に加えられる揺動運動（左右の動き）
を利用して、ｙ方向の動きだけをコントロールすること
ができる。なお、矢印（72）で示すように箱型フレーム
（68）の回動によって、点位置（22）をｘ方向にだけ移
動させ、ハンドル（52）を垂直方向に移動させることに
よって、点位置（22）をｚ方向にだけ移動させる。

作業者がアームの動きを見ながら点位置（22）の移動
方向に対応させてコントローラを操作できるようにジョ
イスティック（50）を位置決めすることは、操作を容易
にする上で重要なことである。例えば、ジョイスティッ
ク（50）を基台（10）のキャブに配置する場合、作業者
Ｏ（第13図）がキャブの窓から見ることができるように
ジョイスティック（50）を設置する。この結果、ｘ、ｙ
及びｚ方向の移動は、作業者がフロントガラスから見る
のと同じ座標系になるであろう。前述したように、作業
者の見通しはｘ方向及びジョイスティックに対して一定
である。ジョイスティックの方向は作業者に対して一定
である。作業者から見た場合、ジョイスティックのｘ方
向の動きが点位置（22）のｘ方向の動きと常に略同じ線
上となるようにしている。

或は又、図示はしないが、カメラを基台（10）の適当
な位置に取り付け、モニターに映し出された画像が基台
又はプラットフォーム（10）にいる作業者から見える内
容と実質的に同じとなるように、ジョイスティック（5
0）を配置することもできる。

ｘ、ｙ及びｚ方向を別個にコントロールすることは、
前述したように作業者の見通し、即ち視野と一致しない
場合でも適用できるし、利点もある。

前述の説明は３つの角度が自由は装置の場合について
行なったものである。もし、バックホーに用いる場合、
第10図において符号（78）で示すように、点位置（22）
の替りに適当なバケットをスティック（18）又は（36）
に枢止すればよい。図示のバケット（78）は、軸（16）
と略平行行な軸（80）上に枢止されている。スティック
（18）又は（36）と、バケット（78）上に選択された線
との間の角度Ｄは、適当なセンサー（82）によって検出
される。

バケット（78）又はこれと同等な物をスティック（1
8）又は（36）の自由端部に設ける場合、第８図に示す
ようなコントローラを配備することができる。この実施
例では、円筒状のノブ（84）がハンドル（52）の頂部に
回転可能に取り付けられ、矢印（86）で示すように、ハ
ンドル（52）のｚ方向移動と略直交する方向の軸、即ち
ｙ軸の上を回転可能である。ノブ（84）の角度変位は適
当なセンサー（88）によって検出され、この情報はライ
ン（90）を通じてコンピュータ制御部に送られ、望まし
は軸（12）に対するバケット（78）の姿勢がコントロー
ルされる。

第９図に他の実施例を示しており、トリガー（92）
は、頂部ハンドル（52）に取り付けられたハンドグリッ
プ（94）の中を摺動可能（回転可能に取り付けた場合も
同様である）である。トリガー（92）の位置はセンサー
（96）によってモニターされ、この情報はライン（98）
（第８図の実施例におけるライン（90）に相当する）を
通じてコンピュータ制御部に送られる。トリガー（92）
はノブ（84）に代わるものであって、ノブと実質的に同
じ機能を果たす。

第12図において、他の自由度（degree of freedom）
を、軸（80）に直交する軸（100）によって示してい
る。軸（100）の角度変位はセンサー（102）によってモ
ニターされ、この情報はライン（104）を通じてコンピ
ュータに送られる。

第12図に示した自由度は、例えば第９図に示す機構に
よってコントロールすることができる。即ち、ハンドグ
リップ（94）を、矢印（106）で示すように、シャフト
（52）のｚ方向と平行な方向の軸の回りを揺動するとに
よって行なうことができる。この揺動作用は、センサー
（108）によってモニターされ、ハンドル（94）の角度
変位を検出し、この情報はライン（110）を通じてコン
ピュータ制御部に送られる。

必要に応じてノブ（84）の代わりにハンドグリップ
（94）を用いることが出来、この場合、グリップ（94）
はハンドル（52）のｚ方向の動きと直交する軸、即ちｙ
軸の回りに回転可能に取り付けられる。或いは又、更に
自由度が必要な場合、望ましくはｚ軸の上に追加の軸を
設け、グリップ（94）をハンドル（52）のｚ方向と平行
な軸の上、及び／又はｚ方向と直交する軸の上にハンド
ル（52）に対して回動可能に取り付け、ハンドグリップ
（94）のこれらの動きを利用してアームの自由度をコン
トロールすることもできる。

前述したコンピュータ制御部は第14図において符号
（200）にして表わしており、コントローラ（50）のセ
ンサー（56）（64）（74）の情報が入力される。該制御
部は更に、軸（12）（16）（20）上の角度変位を夫々示
すセンサー（30）（32）（34）からの情報が入力され
る。センサー（56）（64）（74）からの信号変化はコン
ピュータ制御部（200）に送られ、種々の作動機構（2
4）（26）（28）に信号を送り、角度Ａ及び角度Ｂの調
節をしたり、軸（12）の回りの回転を調節することがで
きる。

角度Ａ及び角度Ｂ並びに軸（12）の回りの回転を調節
する具体的な制御方法の変更は可能であって、例えば位
置コントロール方式でもよいが、速度コントロール方式
に基づいてコントロールを行なうのがより望ましい。こ
の速度コントロールによれば、コントローラ（50）、即
ちｘ、ｙ又はｚ方向の変位角度によって設定される任意
の方向における速度をコントロールするもので、センサ
ー（56）（64）（74）の１つが信号を送らない場合、即
ちコントローラ（50）の当該部分がニュートラル位置に
ある場合、点位置（22）はセンサーによって制御された
方向には移動しない。必要に応じて、点位置（22）の位
置に合わせてコントロール機能を変更することができ
る。例えば、点位置（22）の位置又は仕事に応じて、速
度コントロールから位置コントロールに、又はその反対
に変えることができる。

ｚ軸回りの回転のとき、点のスペース変化を制御し、
角度変化は制御しないようにコントローラを設定するこ
とが望ましい。ｙ方向の制御を行なうため、角速度を調
節して点位置（22）のｚ軸からの距離、即ちｘ方向にお
ける長さが補正（compensate）される。

本発明の装置を、例えばバックホーに用いた場合、ブ
ーム及びスティックが移動するとき、バケットをアーム
（18）（36）の自由端部に所定の水平角度にて保持する
ことが望ましく、これについても角度Ｄ（第10図）を適
当に制御することによって簡単に行なうことができる。

コンピュータ制御部（200）は逆運動学（inverse kin
ematics）を用い、コントローラ（50）の操作によって
生じる入力に基づいて、アーム（14）（18）（又は（3
6））及び基台（10）の位置を調節するのが望ましい。

前述した角度Ａ、Ｂ及びＣの計算方法を、第１の位置
（下付記号（old）を付している）から移動する場合に
ついて以下に説明する。なお、ｘはｘ方向の座標、ｚは
ｚ方向の座標であり、△ｘ、△ｙ及び△ｚは本発明装置
のクロックタイムにおいて作業者が必要とする位置の増
分（increments）である。

但し、LBは軸（16）と軸（20）間のブーム（14）の長
さであり、LSは軸（20）と点位置（22）間のスティック
（18）の長さを表わしている。

本発明を詳細に説明したが、当該分野の専門家であれ
ば特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱す
ることなく変形をなせることは明白であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は回動可能に連結した一対の連結アームの説明
図、第２図は摺動可能に連結した一対のアームを示す説
明図、第３図はアームの自由端部近傍における点がｘ−
ｚ平面内だけをｘ方向に移動する状態を示す説明図、第
４図はアームの自由端部近傍における点がｘ−ｙ平面内
だけをｙ方向に移動する状態を示す説明図、第５図はア
ームの自由端部近傍における点がｘ−ｚ平面内だけをｚ
方向に移動する状態を示す説明図、第６図はｘ、ｙ又は
ｚ方向における点の動きを表わしたｘ−ｘ面及びｚ−ｚ
面の説明図、第７図は本発明に使用されるジョイスティ
ックのコントローラの一実施例を示す斜視図、第８図は
第７図に示すジョイスティックの他の実施例であって更
に独立した制御を行なえるようにしたコントローラの説
明図、第９図は第８図に示すコントローラに更に追加の
制御を行なえるようにしたコントローラの説明図、第10
図は第８図及び第９図のコントローラを用いて制御でき
る追加要素の説明図、第11図は第８図及び第９図のコン
トローラの他の実施例であって更に別の自由度をコント
ロールできるようにしたコントローラの説明図、第12図
は第11図のコントローラを用いて制御できる自由度を説
明する図、第13図はコントローラに対する作業者の位置
及び作業者から制御中のアームが見える範囲を説明する
図、及び第14図はコンピュータ制御部への出入力の説明
図である。（10）……基台、（12）……第１の軸（14）……ブーム、（16）（20）……軸（18）……スティック、（22）……点位置（50）……ジョイスティック（52）……ハンドル（60）……ロッキングシャフト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバートボーンロスカナダ国ブイ５エス１ティー７ブリティッシュコロンビア，バンクーバー・イーストヒフティセカンドアベニュー 3191 (56)参考文献特開昭60−123628（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−118158（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアームセグメントを連結して構成さ
れるアームの移動を制御するための装置であって、アー
ムセグメントは少なくとも３つの分離した軸の上を移動
できるように取り付けられ、該軸の１つはｚ軸であっ
て、アームの自由端部近傍に位置する点がｘ方向、ｙ方
向及びｚ方向を選択的に移動できるようにしており、ｘ
方向、ｙ方向及びｚ方向は互いに直交し、ｘ方向は前記
点位置とｚ軸との間に亘って伸びる直線に常に沿う方向
であり、ｙ方向は任意に選択された一定半径のアームが
ｚ軸の回りに存在する方向であり、ｚ方向はｚ軸と略平
行な方向であり、該装置は、手動で操作ができるコントローラと、コンピュータ制御手段と、アームセグメントを各軸の上を移動させるための独立し
た手段を備えており、コントローラは、独立したｘ方向制御手段、独立したｙ
方向制御手段及び独立したｚ方向制御手段を備え、ｘ方
向、ｙ方向及びｚ方向の制御は独立して実行可能であっ
て、夫々の方向変位量によって変動するｘ信号、ｙ信号
及びｚ信号を夫々コンピュータ制御手段に供給できるよ
うにしており、コンピュータ制御手段は、コントローラが作動してｘ、
ｙ又はｚ方向に夫々単独で移動させるための信号が該コ
ンピュータ制御手段に送られたとき、前記軸に対するア
ームセグメントの移動を制御することによって、ｘ、ｙ
又はｚ方向の中から選択した１つの方向にだけ前記点位
置を移動させることができるようにし、独立したｘ、ｙ
及びｚ方向制御部の夫々の変位に応じてｘ、ｙ及びｚ方
向における前記点位置の速度を制御できるようにしてお
り、コントローラは、少なくとも、独立したｘ方向制御手段
及び独立したｙ方向制御手段によって操作されるｘ方向
及びｙ方向が、該コントローラを操作する作業者から見
える前記点位置の移動方向と略同じ方向になるように配
置されている、ことを特徴とする連結アームの移動制御装置。
【請求項２】第１のアクチュエータ手段によって第１の
軸の回りを旋回可能な基台と、基台に枢止され、前記第１の軸の略半径方向の平面内に
ある第２の軸の回りを、第２のアクチュエータ手段によ
って回動可能な第１のアームセグメントと、第１のアームセグメントの端部の内、基台から遠い側の
端部に取り付けられ、第３のアクチュエータ手段によっ
て、第３の軸の上を第１のアームセグメントに対して可
動な第２のアームセグメントと、ｘ方向移動、ｙ方向移動又はｚ方向移動のための個々の
信号を夫々形成し、変位度に対応して独立した信号を形
成できるようにした手動操作可能なコントローラと、コンピュータ制御手段を備えており、コンピュータ制御手段は、コントローラからｘ信号、ｙ
信号又はｚ信号を受け、該コントローラから受けたｘ、
ｙ又はｚ方向の移動を示す信号に基づき、アクチュエー
タ手段を作動させることにより、基台は第１の軸の回り
を、第１のアームセグメントは第２の軸の回りを、第２
のアームセグメントは第３の軸の上を第１のアームセグ
メントに対して動かし、第２のアームセグメントの端部
の内、第１のアームセグメントとは遠い側の自由端部近
傍に位置する点が、コントローラの信号発生手段の操作
によって発生した、ｘ、ｙ又はｚ信号に応じて、選択さ
れたｘ、ｙ及びｚ方向の要素を有する速度にて、ｘ、ｙ
又はｚ方向の中心から選択した１つの方向にだけ動くよ
うにアクチュエータ手段を制御するものであって、ｘ方
向は前記一点と第１の軸との間に亘って伸びる直線に常
に沿う方向であり、ｙ方向は第１の軸の回りにて任意に
選択された一定半径の円弧に沿う方向であり、ｚ方向は
第１の軸と略平行な方向であり、コントローラは、信号発生手段を手動操作して前記点位
置の少なくともｘ方向及びｙ方向にｘ、ｙ及びｚ信号を
発生させたとき、該信号発生手段のｘ方向及びｙ方向に
おける変位に対応した速度にて、作業者から見てｙ方向
に夫々前記点位置を動かすことができるように、作業者
及び該作業者から見えるアームに対して配置される、ことを特徴とする動作制御装置。
【請求項３】作業者の位置とコントローラとの関係は、
点位置がｘ方向に移動しても一定である請求項１又は２
に記載の装置。
【請求項４】第２のアームセグメントは第３の軸の回り
を回動し、第１のアームセグメントに対して相対移動で
きるように取り付けられている請求項１乃至３のいずれ
かに記載の装置。
【請求項５】コントローラはジョイスティックを含んで
おり、該ジョイスティックはｘ、ｙ及びｚ方向の制御手
段を備え、作業者が点位置をｘ、ｙ及びｚ方向に移動さ
せたとき、ｘ、ｙ及びｚ信号が夫々形成される請求項１
又は２に記載の装置。