JP3266714B2 - Manipulator attitude control device - Google Patents

Manipulator attitude control device

Info

Publication number
JP3266714B2
JP3266714B2 JP25342793A JP25342793A JP3266714B2 JP 3266714 B2 JP3266714 B2 JP 3266714B2 JP 25342793 A JP25342793 A JP 25342793A JP 25342793 A JP25342793 A JP 25342793A JP 3266714 B2 JP3266714 B2 JP 3266714B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arm
angle
bracket
rotation angle
work
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP25342793A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH07108480A (en
Inventor
裕 吉灘
重明 足利
健治 岡村
和彦 大坪
稔 大浦
郁夫 北
伸二 竹内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP25342793A priority Critical patent/JP3266714B2/en
Priority to EP94926704A priority patent/EP0723840A4/en
Priority to PCT/JP1994/001147 priority patent/WO1995002487A1/en
Publication of JPH07108480A publication Critical patent/JPH07108480A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3266714B2 publication Critical patent/JP3266714B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、操縦レバーの操作に応
じて作業機の動作させるマニピュレータに関し、特に作
業機の姿勢角度を制御する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a manipulator for operating a working machine in response to an operation of a control lever, and more particularly to a device for controlling a posture angle of the working machine.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】作業
機と相似形の操縦レバーをマスタ、作業機をスレーブと
するマスタ・スレーブ方式のマニピュレータにおいて
は、操縦レバーの操作角度に応じたスレーブ目標姿勢角
度と作業機の現在の姿勢角度との偏差が零になるよう
に、作業機の姿勢角度が制御される。
2. Description of the Related Art In a master-slave type manipulator in which a control lever similar in shape to a work machine is used as a master and the work machine is used as a slave, a slave target attitude corresponding to the operation angle of the control lever is used. The posture angle of the work implement is controlled such that the deviation between the angle and the current posture angle of the work implement becomes zero.

【0003】この場合、作業機の姿勢角度、つまり作業
機を構成する各アームの回転角度をポテンショメータ等
の角度センサにより検出することが必要となる。
In this case, it is necessary to detect the posture angle of the working machine, that is, the rotation angle of each arm constituting the working machine, using an angle sensor such as a potentiometer.

【0004】ところで、従来のマニピュレータの作業
機、とりわけ屋外の土木作業等を行う自立移動式マニピ
ュレータの作業機にあっては、図7のような構成となっ
ている。
[0004] By the way, a conventional manipulator working machine, particularly a working machine of a self-contained movable manipulator for performing outdoor civil works, etc., has a configuration as shown in FIG.

【0005】すなわち、作業機のブーム(第1アーム)
aの先端にアーム(第2アーム)cが取り付けられてお
り、アームcを駆動するシリンダdもブームaに取り付
けられている。したがって、ブームaをブームシリンダ
bによって駆動すると、アームcの姿勢がアームシリン
ダdを作動しないにもかかわらず大きな弧を描いて変化
する。このため、ブームシリンダbに加わる慣性質量負
荷は極めて大きくなり、良好な制御性を実現することは
困難であった。
That is, a boom (first arm) of a working machine
An arm (second arm) c is attached to the tip of a, and a cylinder d for driving the arm c is also attached to the boom a. Therefore, when the boom a is driven by the boom cylinder b, the posture of the arm c changes in a large arc even though the arm cylinder d is not operated. For this reason, the inertial mass load applied to the boom cylinder b becomes extremely large, and it has been difficult to achieve good controllability.

【0006】さらに、このような構成の作業機にあって
は、ブームcの回転角度を検出するポテンショメータ
は、ブームcの根元部以外の場所に装着することができ
ない。しかし、ブームcの根元部は、レボフレームの内
側にあたり、スペース的に、整備性がよくなく調整作業
が困難となる。さらに、ポテンショメータと他の部品と
の干渉が生じないように専用のレボフレームを設計しな
ければならず、高コストを招来することが必至である。
Further, in the working machine having such a configuration, the potentiometer for detecting the rotation angle of the boom c cannot be mounted at a place other than the base of the boom c. However, the base of the boom c is located inside the revolving frame, so that the space is not easy to maintain and the adjustment work is difficult. Furthermore, a dedicated revo frame must be designed so that interference between the potentiometer and other components does not occur, which inevitably leads to high costs.

【0007】本発明の第1発明は、こうした実状に鑑み
てなされたものであり、第1アームを駆動するアクチュ
エータにかかる慣性質量負荷を軽減することにより、作
業機の姿勢角の制御を精度よく行えるようにするととも
に、整備性がよく、かつ低コストで作業機の姿勢角度を
検出することができるようにすることを目的としてい
る。
[0007] The first invention of the present invention has been made in view of such a situation, and reduces the inertial mass load applied to the actuator for driving the first arm, so that the control of the attitude angle of the working machine can be performed with high accuracy. An object of the present invention is to make it possible to detect the posture angle of a working machine with good maintainability and at low cost.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の第1
発明の主たる発明では、操縦レバーの操作角度と作業機
の現在の姿勢角度とに基づいて前記作業機の姿勢角度を
制御するマニピュレータの姿勢角度制御装置において、
前記作業機の第1アームを四節点リンク機構とし、この
第1アームの一端の2節点を基台上に回動自在に配設す
るとともに、前記第1アームの他端の2節点をブラケッ
トに回動自在に配設し、さらに前記作業機の第2アーム
の一端および該第2アームを駆動するアクチュエータの
一端を前記ブラケットに回動自在に配設するように構成
した作業機を設け、前記ブラケットの第1アーム取付部
に、該第1アームの回転角度を検出する第1の回転角度
センサを配設するとともに、前記ブラケットの第2アー
ム取付部に、該第2アームの回転角度を検出する第2の
回転角度センサを配設し、前記第1および第2の回転角
度センサで検出された各回転角度と前記操縦レバーの操
作角度とに基づいて前記作業機の姿勢角度を制御するよ
うにしている。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the first aspect of the present invention has been described.
In the main invention of the invention, in a posture angle control device of a manipulator that controls the posture angle of the work machine based on the operation angle of the control lever and the current posture angle of the work machine,
The first arm of the work machine is a four-node link mechanism, and two nodes at one end of the first arm are rotatably disposed on a base, and two nodes at the other end of the first arm are connected to a bracket. A work machine configured to be rotatably disposed, and further configured so that one end of a second arm of the work machine and one end of an actuator for driving the second arm are rotatably arranged on the bracket; A first rotation angle sensor for detecting a rotation angle of the first arm is provided at a first arm attachment portion of the bracket, and a rotation angle of the second arm is detected at a second arm attachment portion of the bracket. A second rotation angle sensor for controlling the posture angle of the work implement based on each rotation angle detected by the first and second rotation angle sensors and the operation angle of the control lever. I have to.

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【作用】上記第1発明の構成によれば、図2に示すよう
に、作業機21の第1アームが四節点リンク機構7とさ
れ、この四節点リンクの第1アーム7の一端の2節点7
c、7dが基台2a上に回動自在に配設されるととも
に、第1アーム7の他端の2節点7a、7bがブラケッ
ト5に回動自在に配設され、さらに作業機21の第2ア
ーム12の一端12a、12bおよび該第2アーム12
を駆動するアクチュエータ9の一端9aがブラケット5
に回動自在に配設される。
According to the structure of the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 2, the first arm of the work machine 21 is a four-node link mechanism 7, and two nodes at one end of the first arm 7 of the four-node link. 7
c and 7d are rotatably disposed on the base 2a, and two nodes 7a and 7b at the other end of the first arm 7 are rotatably disposed on the bracket 5; One end 12a, 12b of the second arm 12 and the second arm 12
One end 9a of the actuator 9 for driving the
It is arranged rotatably.

【0022】そして、ブラケット5に、第1アーム7の
回転角度を検出する第1の回転角度センサ22と第2ア
ーム12の回転角度を検出する第2の回転角度センサ2
3とが配設される。このようにして第1アーム7の根元
部分には回転角度センサは配設されない。ここで、第1
アーム7が回転したとしても、四節点リンク機構である
ため、ブラケット5の姿勢は変化しない。したがって、
ブラケット5に配設された角度センサ22によってブラ
ケット5に対する第1アーム7の相対的な回転角度βを
検出することができる。
A first rotation angle sensor 22 for detecting the rotation angle of the first arm 7 and a second rotation angle sensor 2 for detecting the rotation angle of the second arm 12 are provided on the bracket 5.
3 are disposed. Thus, the rotation angle sensor is not provided at the root of the first arm 7. Here, the first
Even if the arm 7 rotates, the posture of the bracket 5 does not change because of the four-node link mechanism. Therefore,
The relative rotation angle β of the first arm 7 with respect to the bracket 5 can be detected by the angle sensor 22 disposed on the bracket 5.

【0023】そして、第1および第2の回転角度センサ
22、23で検出された各回転角度と操縦レバーの操作
角度とに基づいて作業機21の姿勢角度が制御される。
The attitude angle of the work implement 21 is controlled based on the rotation angles detected by the first and second rotation angle sensors 22 and 23 and the operation angle of the control lever.

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【0027】[0027]

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係るマニピュ
レータの姿勢角度制御装置の実施例について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a manipulator attitude angle control device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】図1は、所定の作業を行う自立移動式のマ
ニピュレータの構成を示す図であり、同図(a)は正面
図を、同図(b)は同図(a)を上面からみた図を示し
ている。さて、同図1に示すように、このマニピュレー
タは、大きくは、移動台車1と、マスタである操縦レバ
ー14が配設されている上部旋回体2と、スレーブであ
る作業機21とから構成されている。
FIG. 1 is a view showing the configuration of a self-supporting movable manipulator for performing a predetermined operation. FIG. 1 (a) is a front view, and FIG. 1 (b) is a top view of FIG. 1 (a). FIG. As shown in FIG. 1, the manipulator includes a movable trolley 1, an upper revolving unit 2 on which a control lever 14 as a master is disposed, and a work implement 21 as a slave. ing.

【0029】すなわち、クローラ式の移動台車1の上に
は、旋回自在に上部旋回体2が搭載されており、この旋
回体2と一体構成の支持部材2aには、ブーム、つまり
第1アーム3の一端7cとこの第1アーム3を回転駆動
する第1アーム駆動シリンダ4の一端4aとが、それぞ
れ第1アーム3、駆動シリンダ4を回動自在とするよう
に取り付けられている。第1アーム3の先端7aは、中
間ブラケット5に、第1アーム3を回動自在とするよう
に連結されている。
That is, an upper revolving unit 2 is mounted on a crawler-type movable trolley 1 so as to be freely rotatable, and a support member 2a integrally formed with the revolving unit 2 has a boom, that is, a first arm 3 One end 7c of the first arm 3 and one end 4a of a first arm drive cylinder 4 for rotating the first arm 3 are attached so that the first arm 3 and the drive cylinder 4 can be rotated. The distal end 7a of the first arm 3 is connected to the intermediate bracket 5 so that the first arm 3 can rotate.

【0030】一方、上記第1アーム3と平行となるよう
に第1リンク6が、第1アーム3と同様にして支持部材
2a、ブラケット5に装着されている。すなわち、第1
リンク6の一端7dは、支持部材2aに、また第1リン
ク6の他端7bは、ブラケット5に、それぞれ第1リン
ク6を回動自在とするように装着されている。
On the other hand, the first link 6 is mounted on the support member 2 a and the bracket 5 in the same manner as the first arm 3 so as to be parallel to the first arm 3. That is, the first
One end 7d of the link 6 is mounted on the support member 2a, and the other end 7b of the first link 6 is mounted on the bracket 5 so that the first link 6 is rotatable.

【0031】以上のように、第1アーム3、第1リンク
6、支持部材2a、ブラケット5によって、四節点7a
〜7dの平行リンク機構である垂直リンク7が構成され
ている。
As described above, the first arm 3, the first link 6, the support member 2a, and the bracket 5 cause the four nodes 7a.
The vertical link 7 which is a parallel link mechanism of 7d to 7d is configured.

【0032】また、上記中間ブラケット5には、第2ア
ーム8の一端12aとこの第2アーム8を回転駆動する
第2アーム駆動シリンダ9の一端9aとが、第2アーム
8および駆動シリンダ9をそれぞれ回動自在とするよう
に取り付けられている。第2アーム8の先端12cは先
端ブラケット10に、アーム8を回動自在とするように
連結されている。
The intermediate bracket 5 has one end 12a of a second arm 8 and one end 9a of a second arm drive cylinder 9 for driving the rotation of the second arm 8, connecting the second arm 8 and the drive cylinder 9 to each other. Each is mounted so as to be freely rotatable. The distal end 12c of the second arm 8 is connected to the distal end bracket 10 so that the arm 8 can rotate.

【0033】一方、上記第2アーム8と平行となるよう
に第2リンク11が、第2アーム8と同様にして中間ブ
ラケット5、先端ブラケット10に装着されている。す
なわち、第2リンク11の一端12bは、中間ブラケッ
ト5に、また第2リンク11の他端12dは、先端ブラ
ケット10に、それぞれ第2リンク11を回動自在とす
るように装着されている。
On the other hand, the second link 11 is mounted on the intermediate bracket 5 and the front end bracket 10 in the same manner as the second arm 8 so as to be parallel to the second arm 8. That is, one end 12b of the second link 11 is mounted on the intermediate bracket 5, and the other end 12d of the second link 11 is mounted on the front bracket 10, so that the second link 11 is rotatable.

【0034】以上のように、第2アーム8、第2リンク
11、中間ブラケット5、先端ブラケット10によって
も、上記垂直リンク7と同様に、四節点12a〜12d
の平行リンク機構である水平リンク12が構成されてい
る。
As described above, the four nodes 12 a to 12 d are also provided by the second arm 8, the second link 11, the intermediate bracket 5, and the end bracket 10, similarly to the vertical link 7.
The horizontal link 12 which is a parallel link mechanism of the above is configured.

【0035】そして、水平リンク12の先端ブラケット
10には、ハンド13が回動自在に装着されており、こ
のハンド13によりワークを把持する等して所定の作業
を行う。
A hand 13 is rotatably mounted on the distal end bracket 10 of the horizontal link 12, and a predetermined work is performed by gripping the work with the hand 13.

【0036】また、上記旋回体2には、操縦レバー1
4、操縦室15、エンジン16、油圧ポンプ17等走行
および作業機操縦に必要な機器が搭載されている。な
お、図2では、移動台車1がクローラ式の場合を想定し
ているが、もちろんタイヤ式であってもよい。
The revolving unit 2 has a control lever 1
4. Equipment necessary for traveling and operation of the working machine, such as a cockpit 15, an engine 16, a hydraulic pump 17, and the like are mounted. Although FIG. 2 assumes that the movable carriage 1 is a crawler type, it is needless to say that the movable carriage 1 may be a tire type.

【0037】ここで、作業機21の操縦は、上記操縦レ
バー14をマスタとし、作業機21をスレーブとする、
公知のマスタ・スレーブ方式により行われる。そして、
マスタ・スレーブ方式による作業機21の姿勢角、つま
り第1アーム3、第2アーム8の回転角度の制御は、こ
れら各回転角度をフィードバックして行うことが一般的
である。
Here, the operation of the work machine 21 is performed by using the control lever 14 as a master and the work machine 21 as a slave.
This is performed by a known master-slave method. And
In general, the control of the attitude angle of the work implement 21 by the master-slave method, that is, the rotation angles of the first arm 3 and the second arm 8, is performed by feeding back these rotation angles.

【0038】そこで、フィードバック量を検出すべく、
中間ブラケット5の外側面5aの第1アーム3取付部
(回動支点)7aには、第1アーム3の回転角度βを検
出するポテンショメータ22が配設されるとともに、同
じく外側面5aの第2アーム8取付部(回動支点)12
aには、第2アーム8の回転角度δを検出するポテンシ
ョメータ23が配設されている。
Therefore, in order to detect the feedback amount,
A potentiometer 22 for detecting the rotation angle β of the first arm 3 is provided on the first arm 3 attachment portion (rotation fulcrum) 7a on the outer surface 5a of the intermediate bracket 5, and the second arm 3 on the outer surface 5a is also provided. Arm 8 attachment part (rotation fulcrum) 12
a is provided with a potentiometer 23 for detecting the rotation angle δ of the second arm 8.

【0039】いま、第1アーム駆動シリンダ4が伸縮動
作されると、図2に示すように、垂直リンク7は平行リ
ンク機構であるために、第1アーム3の姿勢が変化した
としても、中間ブラケット5の姿勢は変化しない。この
ため、第2アーム8は、平行状態を保って上下動される
ことになる。
Now, when the first arm driving cylinder 4 is extended and contracted, the vertical link 7 is a parallel link mechanism as shown in FIG. The attitude of the bracket 5 does not change. Therefore, the second arm 8 is moved up and down while maintaining the parallel state.

【0040】このようにブラケット5の姿勢は変化しな
いで第1アーム3の姿勢のみが変化するので、上記ブラ
ケット5に配設されたポテンショメータ22によって、
ブラケット5に対する第1アーム3の相対的な回転角度
βを検出することができる。一方、ブラケット5に配設
されたポテンショメータ23によっても、ブラケット5
に対する第2アーム3の相対的な回転角度δが検出され
る。
As described above, since only the attitude of the first arm 3 changes without changing the attitude of the bracket 5, the potentiometer 22 disposed on the bracket 5
The rotation angle β of the first arm 3 relative to the bracket 5 can be detected. On the other hand, the potentiometer 23 provided on the bracket 5 also
Relative rotation angle δ of the second arm 3 is detected.

【0041】以上のような構造の作業機21によれば、
ポテンショメータを垂直リンク7の根元に配設しなくて
も済むので、整備性が向上して、調整を容易に行うこと
ができるとともに、他部品との干渉防止のために専用の
レボフレームを用意しなくてもよく汎用のフレームをそ
のまま使用することができるので、コストを低く抑える
ことができる。
According to the working machine 21 having the above structure,
Since it is not necessary to dispose the potentiometer at the root of the vertical link 7, maintenance is improved, adjustment can be performed easily, and a dedicated revo frame is prepared to prevent interference with other parts. Since a general-purpose frame can be used as it is, the cost can be reduced.

【0042】そして、これらポテンショメータ22、2
3で検出された各回転角度β、δと操縦レバー14の操
作角度に応じた目標姿勢角との偏差に基づいて、後述す
るようにして作業機21の姿勢角度が制御される。
The potentiometers 22, 2
Based on the deviation between each of the rotation angles β and δ detected in 3 and the target posture angle corresponding to the operation angle of the control lever 14, the posture angle of the work implement 21 is controlled as described later.

【0043】ところで、第1アーム3の重心W1及び第
2アーム8の重心W2の軌跡は図2の一点鎖線で示すよ
うになっており、このとき第1アーム駆動シリンダ4に
作用する慣性モーメントJは、 J=(W1/g)・r*2+(W2/g)・R*2 …(1) となる。なお、「*2」とあるのは「2乗」を意味するも
のと定義する(以下同じである。)一方、従来の構造の
作業機のブーム(第1アーム)aの重心W1´とアーム
(第2アーム)cの重心W2´の軌跡は、図7の一点鎖
線で示すようになっており、このときブームシリンダ
(第1アーム駆動シリンダ)bに作用する慣性モーメン
トJ´は、 J´=(W1´/g)・r*2+(W2´/g)・(r1)*2 …(2) となる。
The trajectories of the center of gravity W1 of the first arm 3 and the center of gravity W2 of the second arm 8 are as shown by the alternate long and short dash lines in FIG. 2, and the moment of inertia J acting on the first arm drive cylinder 4 at this time. J = (W1 / g) .r * 2 + (W2 / g) .R * 2 (1) Note that “* 2” is defined as meaning “square” (the same applies hereinafter), while the center of gravity W1 ′ of the boom (first arm) a of the working machine having the conventional structure and the arm The trajectory of the center of gravity W2 'of the (second arm) c is shown by the dashed line in FIG. 7, and the moment of inertia J' acting on the boom cylinder (first arm drive cylinder) b at this time is J ' = (W1 '/ g) .r * 2 + (W2' / g). (R1) * 2 (2)

【0044】これら(1)、(2)式を比較すると、通
常R<r1なので、R*2<<(r1)*2となり、したがっ
てJ<<J´となり、第1アーム3の回動時に第1アー
ム駆動シリンダ4に作用する慣性モーメントは、従来の
構造の作業機のものよりも極めて小さくなる。したがっ
て、慣性負荷が低減されて、制御の精度が向上する。以
上のように、この実施例によれば、コスト低減が図れる
とともに、姿勢角の制御を精度よく行うことができると
いう効果を奏する。
When these expressions (1) and (2) are compared, since R <r1, usually R * 2 << (r1) * 2, and therefore J << J ′, and when the first arm 3 rotates, The moment of inertia acting on the first arm drive cylinder 4 is much smaller than that of a working machine having a conventional structure. Therefore, the inertia load is reduced, and the control accuracy is improved. As described above, according to this embodiment, it is possible to reduce the cost and to control the attitude angle with high accuracy.

【0045】さて、図3は、他の実施例を示す図であ
り、作業機21´の構成部分のみを示している。なお、
図1と同一符号のものは同一機能のものである。すなわ
ち、図3のものでは、第1アーム3に対応する部分のみ
を四節点の平行リンク7で構成し、第2アーム8に対応
する部分はリンク構成とせずに一般的な構成としてお
り、先端ブラケット10を回動するための先端ブラケッ
ト駆動シリンダ20が第2アーム8に連結されている。
FIG. 3 is a view showing another embodiment, and shows only the components of the working machine 21 '. In addition,
1 have the same functions as those in FIG. That is, in the configuration shown in FIG. 3, only the portion corresponding to the first arm 3 is configured by the four-node parallel link 7, and the portion corresponding to the second arm 8 is not a link configuration but has a general configuration. A tip bracket drive cylinder 20 for rotating the bracket 10 is connected to the second arm 8.

【0046】なお、以上説明した実施例では、ポテンシ
ョメータ22、23を中間ブラケット5の片側同一面5
a上に取り付けるようにしているが、取り付ける面を異
ならせてもよい。
In the embodiment described above, the potentiometers 22 and 23 are connected to the same surface 5 on one side of the intermediate bracket 5.
a, but the mounting surface may be different.

【0047】また、以上説明した実施例では、作業機2
1の操縦は、操縦レバー14をマスタとし、作業機21
をスレーブとする、公知のマスタ・スレーブ方式により
行われることを想定しているが、マニピュレータ一般、
つまり「空間内において有形の運動および方向の変更が
でき、そのような運動および変更はヘッドから離れた手
段によって随意に制御されるような、把持部またはワー
クヘッドを有するハンドリング器具、装置または機械」
への適用が可能であり、必ずしも「制御ユニットと制御
されるユニットの両者が対応する空間的運動をする」マ
スタ・スレーブ方式のマニピュレータに適用が限定され
るわけではない。
In the embodiment described above, the working machine 2
In operation 1, the control lever 14 is used as a master and
Is assumed to be performed by a known master-slave method.
That is, "a handling instrument, device or machine having a gripper or work head, such that tangible movements and changes in direction are possible in space, and such movements and changes are optionally controlled by means remote from the head"
However, the present invention is not necessarily limited to a master-slave type manipulator in which both the control unit and the controlled unit make corresponding spatial movements.

【0048】つぎに、以上説明した構造の作業機を有し
たマニピュレータの姿勢角の制御について図4〜図6を
参照して説明する。
Next, the control of the attitude angle of the manipulator having the working machine having the above-described structure will be described with reference to FIGS.

【0049】ここで、マスタである操縦レバー14は、
図4に示すように、作業機21の第1アーム3、第2ア
ーム8と相似な形状の第1アーム3´、第2アーム8´
を有している。よって、操縦レバー14の第1アーム3
´が操作量(姿勢角)αだけ回動操作されることによっ
て、作業機21の第1アーム3が上記操作角度αに応じ
た角度βだけ回動し、その姿勢角が変化される。同様
に、操縦レバー14の第2アーム8´が操作量(姿勢
角)γだけ回動操作されることによって、作業機21の
第2アーム8が上記操作角度γに応じた角度δだけ回動
し、その姿勢角が変化される。なお、第1アーム3、第
2アーム8の制御内容は同様であるので、以下第1アー
ム3のみを代表させて説明する。
Here, the control lever 14, which is the master,
As shown in FIG. 4, a first arm 3 ′ and a second arm 8 ′ having shapes similar to the first arm 3 and the second arm 8 of the work machine 21.
have. Therefore, the first arm 3 of the control lever 14
Is rotated by an operation amount (posture angle) α, the first arm 3 of the work implement 21 is rotated by an angle β corresponding to the operation angle α, and the posture angle is changed. Similarly, when the second arm 8 ′ of the control lever 14 is turned by the operation amount (posture angle) γ, the second arm 8 of the work implement 21 is turned by the angle δ corresponding to the operation angle γ. Then, the attitude angle is changed. Since the control contents of the first arm 3 and the second arm 8 are the same, only the first arm 3 will be described below.

【0050】制御の開始前には、以下の処理が前処理と
して行われる。
Before starting the control, the following processing is performed as preprocessing.

【0051】すなわち、まず、操縦レバー14の第1ア
ーム3´について所望の操作範囲αmin〜αmaxが決定さ
れる。この決定の基準は、オペレータに負担がかからず
無理なく操作できるということである。また、図6
(a)、(b)と各別に示すように、作業機21が行う
作業の種類に応じてその操作範囲を異ならせることがで
きる。
That is, first, a desired operation range αmin to αmax for the first arm 3 ′ of the control lever 14 is determined. The criterion for this determination is that the operator can operate without difficulty. FIG.
As shown separately in (a) and (b), the operation range can be changed according to the type of work performed by the work implement 21.

【0052】つぎに、上記所望の操作範囲αmin〜αmax
の中から異なる複数の操作角度α1、α2、α3が抽出さ
れる(図5参照)。一方、作業機21の第1アーム3に
ついてその所望の動作範囲βmin〜βmaxが決定される。
この場合も、図6(a)、(b)と各別に示すように、
作業機21が行う作業の種類に応じてその操作範囲を異
ならせることができる。
Next, the desired operation range αmin to αmax
, A plurality of different operation angles α1, α2, α3 are extracted (see FIG. 5). On the other hand, the desired operation range βmin to βmax of the first arm 3 of the work machine 21 is determined.
Also in this case, as shown separately in FIGS. 6A and 6B,
The operation range can be changed according to the type of work performed by the work machine 21.

【0053】そこで、操縦レバー14の第1アーム3´
が上記所望の操作範囲αmin〜αmaxで操作された場合に
作業機21の第1アーム3が所望の動作範囲βmin〜βm
axで動作するように、上記抽出された各操作角度α1、
α2、α3と作業機21の姿勢角度β1、β2、β3との対
応づけが、図5ないしは図6の破線に示すごとく行なわ
れる。
Therefore, the first arm 3 'of the control lever 14
Is operated in the desired operation range αmin to αmax, the first arm 3 of the work machine 21 moves to the desired operation range βmin to βm.
ax, so that each of the extracted operation angles α1,
Correlation between α2, α3 and posture angles β1, β2, β3 of work implement 21 is performed as shown by the broken lines in FIG. 5 or FIG.

【0054】そして、これら対応づけられた複数の角度
間を補間する演算がなされ、図6(a)あるいは(b)
に示すように所定の対応関係L1あるいはL2が求められ
る。ここで、補間の仕方としては、作業種類に応じて異
ならせることができる。
Then, an operation for interpolating between the plurality of associated angles is performed, and FIG. 6 (a) or (b)
The predetermined correspondence L1 or L2 is obtained as shown in FIG. Here, the method of interpolation can be made different depending on the type of work.

【0055】図6(a)は、操縦レバー14の操作角度
がα1となっている付近での微操作性を重視した補間の
仕方であり、一方図6(b)は操作角度α1、α3付近で
の作業機速度を低下させる補間の仕方であり、作業内容
に応じて異なる特性の対応関係L1、L2が求められる。
FIG. 6A shows an interpolation method in which the fine operability is emphasized in the vicinity where the operation angle of the control lever 14 is α1, while FIG. 6B shows the vicinity of the operation angles α1 and α3. Is a method of interpolation for lowering the speed of the work machine, and correspondences L1 and L2 having different characteristics are obtained according to the work content.

【0056】以上にようにして、所望操作範囲αmin〜
αmaxの操縦レバー操作角度と所望動作範囲βmin〜βma
xの作業機姿勢角度との対応関係L1あるいはL2が求め
られると、これら対応関係L1、L2が、作業種類、たと
えば作業モード1、作業モード2にそれぞれ対応づけら
れて、テーブル24に記憶される。
As described above, the desired operation range αmin
αmax control lever operation angle and desired operation range βmin to βma
When the correspondence L1 or L2 between x and the working machine posture angle is obtained, these correspondences L1 and L2 are stored in the table 24 in association with the work types, for example, work mode 1 and work mode 2, respectively. .

【0057】以上のようにして前処理が終了される。The pre-processing is completed as described above.

【0058】以下、図4に示す制御ブロック図を参照し
て、上記前処理終了後の姿勢角の制御内容を説明する。
Hereinafter, with reference to the control block diagram shown in FIG. 4, the control contents of the attitude angle after the completion of the preprocessing will be described.

【0059】まず、オペレータは、現在の作業内容に適
合する作業モードを、図示せぬ選択スイッチを操作して
選択する。いま、作業モードとして、上記対応関係L1
に対応する作業モード1が選択されたものとする。
First, the operator operates the selection switch (not shown) to select a work mode suitable for the current work content. Now, as the work mode, the correspondence L1
It is assumed that the work mode 1 corresponding to is selected.

【0060】一方、操縦レバー14に付設された図示せ
ぬポテンショメータにより第1アーム3´の現在の操作
角度αが検出されており、この現在の操作角度αに対応
する作業機21の第1アーム3の目標姿勢角度βdが、
上記テーブル24に記憶された対応関係に基づいて求め
られる。この場合、作業モード1が現在選択されている
ので、この選択されている作業モード1に対応する対応
関係L1がテーブル24から読み出され、この対応関係
L1に基づいて上記目標姿勢角度βdが求められる。
On the other hand, the current operation angle α of the first arm 3 ′ is detected by a potentiometer (not shown) attached to the control lever 14, and the first arm of the working machine 21 corresponding to the current operation angle α is detected. The target attitude angle βd of 3 is
It is obtained based on the correspondence stored in the table 24. In this case, since the work mode 1 is currently selected, the correspondence L1 corresponding to the selected work mode 1 is read from the table 24, and the target posture angle βd is obtained based on the correspondence L1. Can be

【0061】ついで、この求められた目標姿勢角度βd
が得られるように、作業機21の第1アーム3の姿勢角
度が制御される。すなわち、ポテンショメータ22によ
って、第1アーム3の現在の回転角度βが検出されてお
り、この検出値βがフィードバック量とされ、上記目標
値βdとフィードバック量βとの偏差が求められて、こ
れが、ゲイン乗算部25に加えられる。ゲイン乗算部2
5で偏差βd−βが所定のゲインK倍され、この所定の
ゲインK倍された偏差βd−βに応じた駆動指令値が、
図示せぬ駆動制御部に加えられる。この駆動制御部で
は、作業機21の駆動シリンダ4を、上記偏差βd−β
が零となるように駆動する。
Next, the obtained target attitude angle βd
Is obtained, the posture angle of the first arm 3 of the work implement 21 is controlled. That is, the current rotation angle β of the first arm 3 is detected by the potentiometer 22, the detected value β is used as a feedback amount, and a deviation between the target value βd and the feedback amount β is obtained. It is added to the gain multiplication unit 25. Gain multiplication unit 2
5, the deviation βd−β is multiplied by a predetermined gain K, and a drive command value corresponding to the deviation βd−β multiplied by the predetermined gain K is
It is added to a drive control unit (not shown). In this drive control unit, the drive cylinder 4 of the work machine 21 is set to the above-mentioned deviation βd−β
Is driven to be zero.

【0062】以上のように、この実施例によれば予め対
応関係L1、L2を求め、これらをテーブル24に記憶し
ておき、それを読み出すだけでよく、複雑な演算を要し
ないで制御がなされる。したがって、計算機にかかる負
荷が軽減されるので、計算能力の高いCPUを用意しな
くてもよく、コストが飛躍的に低減される。
As described above, according to this embodiment, the correspondences L1 and L2 are obtained in advance, these are stored in the table 24, and it is only necessary to read them out, and control is performed without requiring complicated calculations. You. Therefore, since the load on the computer is reduced, it is not necessary to prepare a CPU having a high calculation capability, and the cost is dramatically reduced.

【0063】また、演算処理に要する時間を大幅に短縮
することができる。
Further, the time required for the arithmetic processing can be greatly reduced.

【0064】そして、操縦レバー14の操作範囲は、オ
ペレータが無理なく操作できる範囲に設定されるので、
操作性が向上し、姿勢角の制御の精度を向上させること
ができる。
The operation range of the control lever 14 is set to a range where the operator can operate the control lever 14 without difficulty.
The operability is improved, and the accuracy of the attitude angle control can be improved.

【0065】また、作業種類に適合した操作特性によっ
て操作がなされるので、操作性が向上し、姿勢角の制御
の精度が向上する。
Further, since the operation is performed according to the operation characteristics suitable for the type of work, the operability is improved, and the accuracy of the attitude angle control is improved.

【0066】なお、この実施例では、第1アーム3につ
いての制御を代表させて説明したが、第2アーム8につ
いての制御も以上の説明と同様にして行うことができ
る。
Although the control of the first arm 3 has been described as a representative in this embodiment, the control of the second arm 8 can be performed in the same manner as described above.

【0067】また、対応関係L1、L2のテーブル24へ
の格納の仕方としては、関数等の数式の形式で格納して
もよく、数表として格納するようにしてもよい。ただ、
数表として格納し、入力された値αからβdを直接接読
み出す方式の方が、関数等の数式の形式で格納し、入力
された値α(変数)から演算よりβd(関数値)を求め
る方式よりも、より演算時間を短縮できるという効果が
得られる。
The correspondences L1 and L2 may be stored in the table 24 in the form of a mathematical expression such as a function, or may be stored as a numerical table. However,
The method of storing as a numerical table and directly reading out βd from the input value α is stored in the form of a mathematical expression such as a function, and βd (function value) is obtained from the input value α (variable) by calculation. The effect that the calculation time can be shortened more than the method is obtained.

【0068】なお、この実施例では、図1に示す構造の
作業機21を有したマニピュレータを前提として、図4
に示す姿勢角の制御がなされる場合について説明した
が、図4の姿勢角の制御を行う場合の作業機の構成は任
意であり、たとえば図3に示す構成のものであってもよ
く、また図7に示す構成のものであってもよい。
In this embodiment, a manipulator having a working machine 21 having the structure shown in FIG.
The case where the control of the attitude angle shown in FIG. 4 is performed has been described. However, the configuration of the working machine in the case of performing the control of the attitude angle in FIG. The configuration shown in FIG. 7 may be used.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
ニピュレータの作業機の第1アームを四節点リンク構成
としたので、アーム回転角度センサを、アーム根元部分
でなくアーム先端部分に配設することができる。この結
果、アームを駆動するアクチュエータにかかる負荷が軽
減されて、制御を精度よく行えるとともに、根元部分に
センサを設けた場合のように専用のレボフレームを必要
とし整備性が低下とするといったことがなくなり、整備
性が飛躍的に向上するとともに、コストが飛躍的に低減
される。
As described above, according to the present invention, since the first arm of the working machine of the manipulator has a four-node link configuration, the arm rotation angle sensor is provided at the tip of the arm, not at the base of the arm. can do. As a result, the load on the actuator that drives the arm is reduced, control can be performed with high accuracy, and a dedicated revolving frame is required as in the case where a sensor is provided at the base, which reduces maintenance. As a result, the maintainability is dramatically improved and the cost is dramatically reduced.

【0070】[0070]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1の(a)および(b)は本発明に係るマニ
ピュレータの姿勢角制御装置の実施例である自立式マニ
ピュレータの構成を示す正面図および上面図である。
FIGS. 1A and 1B are a front view and a top view showing a configuration of a self-supporting manipulator which is an embodiment of a manipulator attitude angle control device according to the present invention.

【図2】図2は図1に示すマニピュレータの作業機の構
成を示す図で、その動きを説明する図である。
FIG. 2 is a view showing a configuration of a working machine of the manipulator shown in FIG. 1, and is a view for explaining the movement thereof.

【図3】図3は図1に示す作業機の他の構成例を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the work machine shown in FIG. 1;

【図4】図4は本発明に係るマスタ・スレーブ方式のマ
ニピュレータの姿勢角制御装置の実施例である制御装置
の構成を示す制御ブロック図である。
FIG. 4 is a control block diagram showing a configuration of a control device which is an embodiment of a master-slave type manipulator attitude angle control device according to the present invention.

【図5】図5は図4に示すテーブルに記憶される内容を
説明する図で、マスタの操作角度とスレーブの姿勢角度
との対応をアームの姿勢で示す図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining contents stored in a table shown in FIG. 4, and is a diagram showing a correspondence between a master operation angle and a slave posture angle by an arm posture.

【図6】図6の(a)および(b)は、図4に示すテー
ブルに記憶される内容を説明する図で、マスタの操作角
度とスレーブの姿勢角度との対応をグラフにて示す図で
ある。
6A and 6B are diagrams for explaining contents stored in a table shown in FIG. 4, and are graphs showing correspondence between a master operation angle and a slave attitude angle; It is.

【図7】図7は従来の作業機の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a conventional working machine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 第1アーム 4 第1アーム駆動シリンダ 5 中間ブラケット 6 第1リンク 7 垂直リンク 8 第2アーム 9 第2アーム駆動シリンダ 14 操縦レバー 21 作業機 22 ポテンショメータ 23 ポテンショメータ 24 テーブル 3 1st arm 4 1st arm drive cylinder 5 middle bracket 6 1st link 7 vertical link 8 2nd arm 9 2nd arm drive cylinder 14 control lever 21 work implement 22 potentiometer 23 potentiometer 24 table

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大坪 和彦 神奈川県平塚市万田1200 株式会社 小 松製作所 中央研究所内 (72)発明者 大浦 稔 石川県小松市符津町ツ23番地 株式会社 小松製作所 粟津工場内 (72)発明者 北 郁夫 石川県小松市符津町ツ23番地 株式会社 小松製作所 粟津工場内 (72)発明者 竹内 伸二 石川県小松市今江町9丁目406番地 (56)参考文献 特開 昭56−157980(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 3/00 B25J 19/02 B25J 9/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuhiko Otsubo 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture Komatsu Manufacturing Co., Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Minoru 23 23 Satsutsucho, Komatsu-shi, Komatsu-shi, Ishikawa Awazu Factory, Ltd. (72) Inventor Ikuo Kita 23 Tsutsucho-cho, Komatsu City, Ishikawa Prefecture Inside Awazu Plant, Komatsu Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Shinji Takeuchi 9-406 Imae-cho, Komatsu City, Komatsu City, Ishikawa Prefecture (56) References JP Showa 56 -157980 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B25J 3/00 B25J 19/02 B25J 9/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 操縦レバーの操作角度と作業機の現
在の姿勢角度とに基づいて前記作業機の姿勢角度を制御
するマニピュレータの姿勢角度制御装置において、 前記作業機の第1アームを四節点リンク機構とし、この
第1アームの一端の2節点を基台上に回動自在に配設す
るとともに、前記第1アームの他端の2節点をブラケッ
トに回動自在に配設し、さらに前記作業機の第2アーム
の一端および該第2アームを駆動するアクチュエータの
一端を前記ブラケットに回動自在に配設するように構成
した作業機を設け、 前記ブラケットの第1アーム取付部に、該第1アームの
回転角度を検出する第1の回転角度センサを配設すると
ともに、前記ブラケットの第2アーム取付部に、該第2
アームの回転角度を検出する第2の回転角度センサを配
設し、 前記第1および第2の回転角度センサで検出された各回
転角度と前記操縦レバーの操作角度とに基づいて前記作
業機の姿勢角度を制御するようにしたマニピュレータの
姿勢角度制御装置。
1. An attitude angle control device for a manipulator for controlling an attitude angle of a work implement based on an operation angle of a control lever and a current attitude angle of the work implement, wherein a first arm of the work implement is connected to a four-node link. A mechanism, wherein two nodes at one end of the first arm are rotatably disposed on a base, and two nodes at the other end of the first arm are rotatably disposed on a bracket. A work machine configured to rotatably dispose one end of a second arm of the machine and one end of an actuator that drives the second arm to the bracket; A first rotation angle sensor for detecting the rotation angle of one arm is provided, and the second arm mounting portion of the bracket is provided with the second rotation angle sensor.
A second rotation angle sensor for detecting a rotation angle of the arm is provided, and the work implement is controlled based on each rotation angle detected by the first and second rotation angle sensors and an operation angle of the control lever. An attitude angle control device for a manipulator that controls an attitude angle.
【請求項2】 前記ブラケットの外側同一面に、前
記第1および第2の回転角度センサを配設するようにし
た請求項1記載のマニピュレータの姿勢角度制御装置。
2. The manipulator attitude angle control device according to claim 1, wherein said first and second rotation angle sensors are arranged on the same outer surface of said bracket.
JP25342793A 1993-07-13 1993-10-08 Manipulator attitude control device Expired - Fee Related JP3266714B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25342793A JP3266714B2 (en) 1993-10-08 1993-10-08 Manipulator attitude control device
EP94926704A EP0723840A4 (en) 1993-07-13 1994-07-13 Manipulator
PCT/JP1994/001147 WO1995002487A1 (en) 1993-07-13 1994-07-13 Manipulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25342793A JP3266714B2 (en) 1993-10-08 1993-10-08 Manipulator attitude control device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001359971A Division JP3415611B2 (en) 2001-11-26 2001-11-26 Manipulator attitude control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07108480A JPH07108480A (en) 1995-04-25
JP3266714B2 true JP3266714B2 (en) 2002-03-18

Family

ID=17251249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP25342793A Expired - Fee Related JP3266714B2 (en) 1993-07-13 1993-10-08 Manipulator attitude control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3266714B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6518037B2 (en) 2014-04-28 2019-05-22 川崎重工業株式会社 Industrial robot
KR102293693B1 (en) * 2020-12-28 2021-08-24 금오공과대학교 산학협력단 Series elastic actuator installed on the auxiliary arm of the lower extremity exoskeleton robot

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07108480A (en) 1995-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2736569B2 (en) Operating method of hydraulic excavator
US5995893A (en) Device for controlling the operation of power excavators
JPS587433B2 (en) Manipulators especially for industrial robots
JPH0794735B2 (en) Work area control device for excavator
JPH054177A (en) Control system for manipulator
WO1995018272A1 (en) Working machine control device for a construction
JP3415611B2 (en) Manipulator attitude control device
JP3266714B2 (en) Manipulator attitude control device
WO1995002487A1 (en) Manipulator
JP2007245263A (en) Noninertial type load handling device
US3948487A (en) Control lever mechanism in lifting apparatus
JP2677812B2 (en) Control equipment for hydraulic machines
JP2000303492A (en) Front controller for construction machinery
JP2610996B2 (en) Articulated robot controller
JP3749308B2 (en) Operation control mechanism of manual manipulator for construction work
JPS5810197B2 (en) Enkatsu Souji Yuusouchi
JP3749319B2 (en) Trajectory control device for construction machinery
JPH0823155B2 (en) Work machine control device
JP3250300B2 (en) Control device for industrial manipulator
JPH10317417A (en) Posture-controller for multi-joint working machine
JP3023432B2 (en) Robot controller
JPH0820893B2 (en) Optimal movement control method for industrial articulated robot
Bangs et al. An implementation of redundancy resolution and stability monitoring for a material handling vehicle
JPH0791844B2 (en) Work machine control device
JPH01171784A (en) Remote-control device

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090111

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090111

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100111

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110111

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120111

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees