JPH04299714A - バイラテラル操縦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オペレータの手元に配
置したマスターレバーを操作することにより、その動き
の通りに、スレーブアームが操作されるマスタースレー
ブ操作機構において、スレーブアームに掛かる力をフィ
ードバックしてマスターレバーに伝達するバイラテラル
サーボ機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、操作機構において、操作レバ
ーと作業機アームとの間に、バイラテラルサーボ機構を
具備した技術は公知とされているのである。例えば、特
開昭６０−１７７８８３号公報や、特開昭６１−１０３
７８８号公報に記載の技術の如くである。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】しかし、従来のバイラテラル
サーボ機構においては、スレーブアームに加わる力に比
例した力をマスターレバー伝えていたのである。ところ
が、スレーブアームの自重やワークの自重により、スレ
ーブアームには常時力が掛り、これがマスターレバーに
掛かるので、オペレータが長時間この力を支持する必要
があり疲労が激しくなるという不具合があったのである
。また力の伝達比を小にしたり、自重による成分を補償
計算して差し引いた力を伝達しなければならなかったの
である。故に、前者の場合には感覚が鈍り、後者の場合
にはセンサの追加や演算に手間を要するという不具合が
あったのである。また特に柔らかいものに接触する場合
においては、知覚し難いという不具合があったのである
。また従来、マスターレバーにフィードバックするアク
チュエータは、１系統のアクチュエータしか持たず、位
置やゆっくりした力を精度良く発生する為にサーボモー
タが使用されているのである。しかし、マスターレバー
にフィードバックする力信号に変調を加える場合に、サ
ーボモータの慣性力が大きく周波数に制約を受け、また
モータやギアの寿命を短くするという不具合があったの
である。

【０００４】

【課題を解決する手段】本発明の解決すべき課題は以上
の如くであり、次に該課題を解決する手段を説明する。 即ち、位置や姿勢を制御する為のマスターレバーＬと、
作業を行うスレーブアーム１を具備し、更にスレーブア
ーム１に加わる力や位置変化をマスターレバーＬに伝達
する手段を具備したバイラテラル装置において、スレー
ブアーム１・２に加わる力の変化率に比例した力をマス
ターレバーＬに与えるものである。また、スレーブアー
ム１・２に加わる力信号に、人間の手に触感可能な周波
数信号を重畳して、マスターレバーＬに伝達するもので
ある。また、スレーブアーム１に加わる力に変調を加え
てマスターレバーＬに伝達し、スレーブアーム１に加わ
る力をフィードバックしマスターレバーＬに付加するア
クチュエータと、変調波による力を発生するアクチュエ
ータをそれぞれ独立して配置したものである。

【０００５】

【作用】次に本発明の作用を説明する。オペレータＭの
前に配置したマスターレバーＬは１本であり、前後左右
上下に操作可能としており、該マスターレバーＬの操作
した方向及び位置と同じ方向及び位置に、スレーブアー
ム１が回動し、先端の清掃機構Ｄを移動させるのである
。該機構はマスタースレーブ操作機構であるが、本発明
においてはこのマスタースレーブ操作機構に付加して、
バイラテラルサーボ機構を具備しており、清掃機構Ｄの
部分に被清掃船Ａの側から掛かる圧迫力等のその他の力
をフィードバックして、逆にマスターレバーＬに掛ける
のである。しかし、該スレーブアーム１に掛かる力の全
てを掛けると、マスターレバーＬを支持する力が重くな
り、また重力のみを補償削除するとフィードバックされ
る感覚が鈍くなるのである。本発明においては、スレー
ブアーム１に掛かる力の変化率に比例した力をマスター
レバーＬにフィードバックするのである。

【０００６】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。図１は本発
明のバイラテラルサーボ機構を付設した清掃作業装置の
作業状態を示す側面図、図２は同じく清掃作業装置の作
業状態を示す平面図、図３は清掃作業装置の制御機構を
示す制御ブロック線図、図４はフィードバックする力を
変化率のみにすべく微分器４０を介装した制御ブロック
線図、図５はフィードバック信号の微分状態を示す図面
、図６はフィードバック信号を変調する変調器４４と掛
算器４５を介装した実施例の制御ブロック線図、図７は
フィードバック信号の変調状態を示す図面、図８は、変
調信号アクチュエータ３２を別に構成した実施例のブロ
ック線図である。

【０００７】図１・図２において、本発明のバイラテラ
ル操縦装置を具備した清掃作業装置の全体的な構成を説
明する。岸壁Ｇに着岸して被清掃船Ａを停船しており、
該岸壁Ｇと被清掃船Ａの間にはフェンダー２３・２４が
介装されている。そして該被清掃船Ａの船底に付着した
フジツボ等の海洋生物を、圧力水吐出口１６から吐出す
る高圧水により、船底や船側から掻き落とす作業を行う
のである。該岸壁Ｇに停船した被清掃船Ａに対して、作
業船Ｂは岸壁Ｇの逆の側から直角方向に密着し、作業船
Ｂの先端のフェンダー２１・２２により被清掃船Ａの船
側を押圧する。該作業船Ｂは主機関Ｅ１により駆動され
る推進装置１８により、被清掃船Ａの側に押圧されてい
る。

【０００８】従来の技術では、作業船Ｂの側からマニュ
ピレータ機構により突出された清掃機構を、目標となる
船底に到達させて、作業船の上からオペレーターが水面
を通して清掃機構の部分を見ながら除去作業を行ったり
、またオペレーターのカンに頼って清掃機構を操作して
いたのである。また清掃機構の操作には、通常の建設機
械のように複数のレバーを微妙に操作してコントロール
する必要があったのである。これらにより水中で特に見
辛い船底等の清掃をしていた為に、十分な清掃が出来な
かったのである。本清掃作業装置においては、マニュピ
レータ機構の先端に映像装置Ｃを付設し、またマニュピ
レータ機構の操作を、マスタースレーブ操作機構とし、
作業船Ｂに設けたマスターレバーＬの部分を前後左右上
下に操作することにより、そのままの動きが拡大されて
又は同じ比率で、清掃機構Ｄの動きとなるように、スレ
ーブアーム１・２のスレーブアクチュエータ６・・の動
きとしているのである。またマスターレバーＬには、本
発明の要部であるバイラテラルサーボ機構を設けたマス
タースレーブ機構とし、清掃機構Ｄの被清掃船Ａからの
押圧力がそのまま、マスターレバーＬにフィードバック
されるように構成したものである。

【０００９】被清掃船Ａまでの作業船Ｂの移動は、主機
関Ｅ１の推進装置１８により行い、該フェンダー２１・
２２の部分が被清掃船Ａに付着した状態からの、清掃機
構Ｄの位置の微妙な左右移動と姿勢の制御の為に、補助
機関Ｅ２により駆動される油圧ポンプＰにより駆動され
る制御用推進機２５・２６・２７・２８が設けられてい
る。該制御用推進機２５・２６・２７・２８は、それぞ
れ油圧モータｍ１・ｍ２・ｍ３・ｍ４により駆動されて
いる。そして該油圧モータｍ１・ｍ２・ｍ３・ｍ４と制
御用推進機２５・２６・２７・２８により、作業船Ｂの
位置の左右方向への制御が行われる。図３に示す左右移
動設定器９により、移動速度と移動ピッチを設定すると
、作業船Ｂの位置測定装置が作動して、左右移動設定器
９による設定速度と設定ピッチに従って左右移動が制御
されるのである。

【００１０】また清掃機構Ｄにより清掃作業中において
、被清掃船Ａの移動とズレを阻止すべくフェンダー２３
・２４とフェンダー２１・２２が構成されており、該フ
ェンダー２１・２２を、作業船Ｂの推進装置１８により
押圧することにより、被清掃船Ａを固定している。マニ
ュピレータ機構はスレーブアーム１・２と、スレーブア
クチュエータ６により構成されており、該マスターレバ
ーＬの入力操作に従って、その姿勢が変化する。またマ
ニュピレータ機構を構成するスレーブアーム１・２の先
端に付設されて映像装置Ｃが設けられており、該映像装
置ＣはＣＣＤカメラ等により構成されており、丁度清掃
機構Ｄの位置が映像化されるような位置に付設されてい
る。故に、該映像装置Ｃからの信号により、オペレータ
ーの前のモニターテレビ３には常時清掃機構Ｄの状態が
映像化されているのである。

【００１１】マスタースレーブ操作機構を構成するマス
ターレバーＬの回動位置変更操作により、図３に示すメ
モリー装置１０内に記憶された信号に基づき、以前にテ
ィーチングされた通りの動きをさせるティーチングプレ
イバック作業や、メモリー装置１０にインプットされた
船底形状情報により倣い移動も可能である。作業船Ｂの
操縦室の部分にはオペレータＭが座席に座って、モニタ
ーテレビ３に写る清掃機構Ｄの状態を見ながらマスター
レバーＬを操作するのである。該マスターレバーＬの操
作により、ティーチングプレイバック作業や、船底倣い
移動も出来るのであるが、通常は、マスタースレーブ操
作機構により、マスターレバーＬの移動方向と移動距離
に従って、清掃機構Ｄが移動すべく構成されている。ま
た該マスターレバーＬはバイラテラルサーボ機構により
、清掃機構Ｄと連動されており、該清掃機構Ｄが船底に
対して付着されている密着力と、船底の側から受ける圧
迫力が、そのままマスターレバーＬにフィードバックさ
れるべく構成している。

【００１２】次に図３において説明する。該作業船Ｂに
は主機関Ｅ１と補助機関Ｅ２の二台の機関が搭載されて
おり、該主機関Ｅ１は推進装置１８を駆動する。そして
、作業船Ｂの操縦室内に設けた操舵輪２０により舵１７
を操作し、またアクセルレバー１９により、主機関Ｅ１
の電子ガバナー機構１１を操作する。これにより作業船
Ｂの操舵と船速が決定される。またコンピュータ制御機
構１２・１３・１４が配置されており、コンピュータ制
御機構１２により、左右移動設定器９による左右移動の
設定と、姿勢保持と定点保持と全方向移動が行われる。 またコンピュータ制御機構１３においては、メモリー装
置１０による倣い移動や、ティーチングプレイバック作
業や、マスタースレーブの操作指示や、フェンダー２１
・２２の位置の指示が行われる。またコンピュータ制御
機構１４によりスレーブアーム１・２の位置の指示が行
われている。また主機関Ｅ１により油圧ポンプＰが駆動
され、該油圧ポンプＰから吐出される圧油により油圧モ
ータｍ１・ｍ２・ｍ２・ｍ４が駆動され、またスレーブ
アーム１・２のスレーブアクチュエータ６が伸縮される
。また油圧ポンプＰからの圧油により圧力水吐出口１６
を吐出する油圧モータが駆動される。

【００１３】図４と図５において、請求項１に記載の技
術を説明する。マスタースレーブ操作機構は、マスター
レバーＬの操作方向どおりにスレーブアーム１が回動す
べく、スレーブアクチュエータ６が構成されているので
ある。該マスターレバーＬの回動はレバー回動センサ３
０により検出され、該レバー回動センサ３０の検出信号
が増幅器４３により増幅されサーボ弁３１を制御する。 該サーボ弁３１により油圧ポンプＰからの圧油量を制御
し、マスターレバーＬの動きと同じ動きをスレーブアー
ム１が行うようにスレーブアクチュエータ６が伸縮され
るのである。そして該スレーブアーム１の動きを回動角
センサ７により検出しフィードバックすることにより、
常時マスターレバーＬの回動位置とスレーブアーム１の
回動位置が同じとなるように、サーボ弁３１が開閉操作
される。スレーブアーム１とスレーブアクチュエータ６
はアームブラケット１５に枢支されている。

【００１４】そしてスレーブアーム１は被清掃船Ａに対
して圧迫押圧される清掃機構Ｄを押すのであるから、被
清掃船Ａの側からの反力が作用し、スレーブアクチュエ
ータ６に供給される圧油は、図５に示すスレーブに加わ
る力信号の如く、スレーブアーム１の自重の力の位置で
変化振動しているのである。本発明においては、該スレ
ーブアーム１の自重や押圧力により常時付加されている
力は省略して、振動の変化率のみを比較器４１と微分器
４０により得て、これを増幅器４２により増幅し、マス
ターレバーＬの基部に配置したバイラテラルサーボモー
タ２９を駆動している。これにより、図５の左側の図面
の如く、スレーブアクチュエータ６に力が掛かっている
のに対して、実際にマスターレバーＬのフィードバック
される操作力は、図５の右側の如く加わり力の変化率に
比例した力のみとなるのであ。

【００１５】次に図６と図７において、請求項２の構成
について説明する。該技術においては、スレーブアーム
１に加わる力信号と、人間の手に触感可能な周波信号を
掛算して、マスターレバーＬに伝達するのである。即ち
、スレーブアーム１に掛かる力は図７に示す左上の如く
、周波数の低いなだらかな信号なのである。しかしこの
ような周波数の低い信号では、人間はその変化状態があ
まりにゆっくりとしている為に、容易に理解出来ないの
である。この不具合を解消する為に、オペレータＭの手
において感じやすい周波数信号を、図７の左側の下図の
如く図６の発振器４４にて発振させ、この信号を、サー
ボ弁３１とスレーブアクチュエータ６の間から検出した
信号が比較器４１を通過した時点で掛算器４５により付
加するのである。該掛算器４５により、図７の左側の２
信号が右側の１信号に変調されるので、これを増幅器４
２より増幅してバイラテラルサーボモータ２９を駆動す
るのである。

【００１６】次に図８により請求項３の構成を説明する
。即ち、該技術においては、レーブアーム１・２に加わ
る力に変調を加えてマスターレバーＬに伝達し、スレー
ブアーム１・２に加わる力をフィードバックしマスター
レバーＬに付加するアクチュエータであるバイラテラル
サーボモータ２９と、変調波による力を発生する変調信
号アクチュエータ３２をそれぞれ独立して配置したもの
である。該変調信号アクチュエータ３２は圧電素子等で
構成しており、マスターレバーＬの握りに近い部分に付
設しているのである。

【００１７】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。即ち、請求項１の如く構
成したので、マスターレバーＬにフィードバックする力
を、スレーブアーム１に掛かる力の変化率に比例させる
ことにより、物体への接触感覚など過渡的力変化だけを
十分に大きな力でマスターレバーＬに伝達することが出
来るので、スレーブアーム１の自重や清掃機構Ｄの重さ
等の、変化率の小さい成分はマスターレバーＬの力とし
て影響を小さくすることができ、オペレータＭの疲労が
少なく、感度の高いバイラテラルサーボ機構とすること
が出来たのである。

【００１８】請求項２の如く構成したので、マスターレ
バーＬにフィードバックする力を、オペレータＭの手に
敏感な周波数で変調することにより、スレーブアーム１
に付加されている力の触覚感覚を高めることが出来るの
である。故に、オペレータＭの疲労を増大させることが
なく、敏感で微妙な作業を行うことが出来るのである。

【００１９】請求項３の如く構成したので、スレーブア
ーム１に加わる力をマスターレバーＬに伝達する為のバ
イラテラルサーボモータ２９と、変調波による力を発生
する変調信号アクチュエータ３２を独立したことにより
、それぞれの要求特性にあったアクチュエータを選択す
ることが出来るので、変調周波数を最適なものに出来る
のある。またサーボモータを使うとギアを使用し、アク
チュエータを振動させていたのであるが、変調信号アク
チュエータ３２の方を圧電素子による振動に変更するこ
とが出来るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の清掃作業装置の作業状態を示す側面図
である。

【図２】同じく作業状態を示す平面図である。

【図３】本発明の清掃作業装置の制御機構を示す制御ブ
ロック線図である。

【図４】フィードバックする力を変化率のみにすべく微
分器４０を介装した制御ブロック線図である。

【図５】フィードバック信号の微分状態を示す図面であ
る。

【図６】フィードバック信号を変調する変調器４４と掛
算器４５を介装した実施例の制御ブロック線図である。

【図７】フィードバック信号の変調状態を示す図面であ
る。

【図８】変調信号アクチュエータ３２を別に構成した実
施例のブロック線図である。

【符号の説明】

Ｌ　　マスターレバー Ｄ　　清掃機構 １，２　　スレーブアーム ２９　　バイラテラルサーボモータ ３０　　レバー回動センサ ３１　　サーボ弁 ３２　　変調信号アクチュエータ ４０　　微分器 ４１　　比較器 ４２　　増幅器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　位置や姿勢を制御する為のマスターレ
   バーと、作業を行うスレーブアームを具備し、更にスレ
   ーブアームに加わる力や位置変化をマスターレバーＬに
   伝達する手段を具備したバイラテラル装置において、ス
   レーブアームに加わる力の変化率に比例した力をマスタ
   ーレバーに与えることを特徴とするバイラテラル操縦装
   置。
2. 【請求項２】　　位置や姿勢を制御する為のマスターレ
   バーと、作業を行うスレーブアームを具備し、更にスレ
   ーブアームに加わる力や位置変化をマスターレバーに伝
   達する手段を具備したバイラテラル装置において、スレ
   ーブアームに加わる力信号に、人間の手に触感可能な周
   波数信号を重畳して、マスターレバーに伝達することを
   特徴とするバイラテラル操縦装置。
3. 【請求項３】　　位置や姿勢を制御する為のマスターレ
   バーと、作業を行うスレーブアームを具備し、更にスレ
   ーブアームに加わる力や位置変化をマスターレバーに伝
   達する手段を具備したバイラテラル装置において、スレ
   ーブアームに加わる力に変調を加えてマスターレバーに
   伝達し、スレーブアームに加わる力をフィードバックし
   マスターレバーに付加するアクチュエータと、変調波に
   よる力を発生するアクチュエータをそれぞれ独立して配
   置したことを特徴とするバイラテラル操縦装置。