JPS60228084A

JPS60228084A - マスタスレイブ方式マニピユレ−タ

Info

Publication number: JPS60228084A
Application number: JP8261884A
Authority: JP
Inventors: 裕吉灘; 周武田
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1984-04-24
Filing date: 1984-04-24
Publication date: 1985-11-13

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】本発明は、作業機と相似形の操縦レバーをマスク、作業
機をスレイブとするマスクスレイブ方式のマニピュレー
タに関するものである。

従来、この種のマニピュレータでは作業機の駆動に大き
な力を必要とする場合、油圧モータや油圧シリンダ等の
油圧アクチュエータが用いられる。

また、この油圧アクチュエータの制御には流量制御サー
ボ弁が通常用いられる。

そして、作業機と操縦レバーの位置偏差をめ、その偏差
が零になるように作業機が上記の油圧アクチュエータに
より制御される。

ところで、この種のマニピュレータでは、作業機が把持
している荷の重さ等の外力を操縦レバーを通してオペレ
ータに伝達するように構成したものがある。

第２図はその一例を示す２関節のマニピュレー夕の概略
構成図であり、第１の作業機１は第１の油圧シリンダ２
で駆動され、また第２の作業機３は第２の油圧シリンダ
４で駆動される。これら第１、第２の油圧シリンダ２．
４はそれぞれ独立した流量制御サーボ弁（図示せず）を
介して第１および第２の操縦レバー５，６さ第１および
第２の作業機１．３との位置偏差に応じた油量が与えら
れることにより、それぞれ対応する作業機１，３を駆ｔ
ｒｂする。この時、油圧シリンダ１．２の圧力が圧力セ
ンサ７．８によって検出され、その検出値に応じて操縦
レバー５．６の関節部に設けたトルクモータ１１　、１
２が駆動アンプ９．１０を介して駆動される。これによ
り、操縦レバー５，６に対し作業機１：３に加わる外力
に応じた駆動力が操縦方向と逆向きで与えられる。この
結果、オペレータは作業機１，３に加わる外力を操縦レ
バーの操作力の大小によって感知することができる。

ところが、このような構成において油圧シリンダ２，４
に加わる外力は単に負荷Ｗのみではなく、作業機１．３
自体の自重も含まれ、第３図に示すように負荷Ｗを把持
していない場合でも作業機１゜３の自重Ｗ、、Ｗ、によ
る負荷力ＦＩ　＋　”２が油圧シリンダ２．４には加わ
っている。

従って、油圧シリンダ２，４の圧力は作業機１゜３に垂
直に加わっているものとすると、無負荷時の負荷力Ｆ、
　、　Ｆ、は、ｌ。

・・・・・・・・・・・（１）４となる。ここで、Ｌは第１作業機１の長さ、Ｗ、。

Ｗ２は第１および第２作業機１，３の自重、’ｌおよび
ｌ、は第１および第２の作業機１，３の支持点から重心
位置までの長さ、ｌ、および１４は第１および第２の作
業機１，３の支持点から油圧シリンダ推力着力点までの
長さ、αおよびβは第１および第２の作業機１．３が鉛
直軸となす角度である。

通常、作業機１，３が軽量であれば、その自重による負
荷力は無視しても構わない場合もあるが、中型機あるい
は大型機において自重による負荷力を操縦レバー５．６
へ伝達させないようにしなければ荷を把持しない場合で
も操縦レバー５．６の操作力が大きくなり、実用できな
くなる。

そこで従来、このような作業機の自重による負荷力を補
正する手段さして、第４図に示すように操縦レバー５．
６に重さｗ＋１．ｗ’、のカウンタウェイト１３　、１
４をそれぞれ取付けて自重による負荷力を補正するもの
、あるいは第５図に示すように第１．第２の作業機１，
３の関節部に角度センサ１５　、１６をそれぞれ設け、
さらにこの角度センサ１５゜１６で検出した作業機１．
３の鉛直軸に対する角度α、βにより、上述した第（１
）式および第（２）式に基づき作業機１，３の自重によ
る負荷力Ｆ、、Ｆ２を算出するコンピュータ１７を設け
、このコンピュータ１７で算出した負荷力Ｆ、　、　Ｆ
、によって圧力センサ７，８の圧力検出値を補正してト
ルクモータ１１゜１２を駆動するものがある。

しかしながら、カウンタウェイト１３　、１４を用いる
ものは安価である反面、操縦レバー５．６の小形化が困
難となり、また操作時の慣性が大きくなって操作感を悪
化させるという欠点がある。また、コンピュータ１７を
用いるものは高価になり、各種の環境条件のもとて使用
できないという欠点がある。

本発明はこのような欠点に鑑みなされたもので、その目
的は小形な形状で、しかも操作感を損うこさなく作業機
の自重による負荷力を補正し得る耐環境性に優ねたマス
タスレイプ方式マニピュレータを提供することにある。

このために本発明は、作業機の中心軸が鉛直軸となす角
度の正弦値または余弦値の角度検出信号を出力する角度
センサと、この角度センサの出力により作業機の自重に
対応する油圧シリンダの圧力を算出し、その算出値によ
りトルクモータの駆動力を減する演算手段とを設けたも
のである。

以下、実施例に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す図であって、作業機１
の支点には該作業機１が鉛直軸となす角度αの正弦値Ｓ
ｉｎαを出力する第１の角度センサ加が設けられている
。また作業機１の支柱にはリンク機構２１　Ａ　、　２
１’Ｂを介して作業機３が鉛直軸となす角度βの正弦値
８ｉｎβを出力する第２の角度センサ２２が設けられて
いる。さらに、これら第１および第２の角度センサ加、
２２の出力Ｓｉｎα、　Ｓｉｎβを重み付けする増幅器
２３〜２５が設けられている。

このうち、増幅器器は上述した第（１）式における利得
が調整されている。さらに増幅器６は上述し調整されて
いる。従って、角度センサ加の出力Ｓｉｎαを増幅器器
に入力することにより、この増幅器ムからはｌ。

で示される出力が送出される。また角度センサ加の出力
Ｓｉｎβを増幅器ｕ、２５に人力することにより、これ
ら増幅器Ｕおよび５からは４で示される出力が送出される。

また、増幅器ｎと讃の出力を加算器がで加算することに
より、この加算器あから・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）′で示さ
れる出力が送出される。

そこで、加算器がの出力ｅ、をレベル調整用の増幅器γ
で第１の圧力センサ７の出力信号レベルと整合するよう
にレベル調整して減算器路に入力し、圧力センサ７の出
力から増幅器γの出力を減算すると、圧力センサ７で検
出した油田シリンダ２の圧力の中から作業機１の自重の
ために必要とする圧力成分が減算された純粋な外力負荷
成分のみの圧力検出値が得られる。

また、増幅器５の出力ｅ２をレベル調整用の増幅器器で
第２の圧力センサ８の出力信号レベルと整合するように
レベル調整して減算器間に入力し、圧力センサ８の出力
から増幅器器の出力を減算すると、圧力センサ８で検出
した油圧シリンダ４の圧力の中から作業機３の自重のた
めに必要とする圧力成分が減算された純粋な外力負荷成
分のみの圧力検出値が得られる。

従って、このようにして得られた子方検出値を駆動アン
プ９．１０を介してトルクモータ１１　、１２に与える
ことにより、トルクモータ１１　、１２は純粋な外力負
荷成分のみに対応した力を操縦レバー５゜６に付与する
ようになる。

これにより、作業機１．３の任意の角度α、βにおいて
その自重による操縦レバー１．３の操作力が補正される
。

この場合、角度検出器間、２２は摺動子の回転角度に対
する抵抗変化が正弦関数または余弦関数特性となるポテ
ンショメータが用いられる。従って、このようなポテン
ショメータを角度センサとして用い、かつ！　（３）弐
〜第（５）式の演算は増幅器の利得の調整によって行う
ことにより、コンピュータなどの演算装置を用いなくて
もよくなる。これによって、安価な構成とすることがで
きる。また、カウンタウェイトを用いていないため、操
縦レバー１．３も小形化することができ、しかも操作感
を損うこともない。

なお、この実施例では２関節のマニピュレータを示した
が、単量節あるいはさらに多関節のマニピュレータでも
適用できるものである。

以上の説明から明らかなように本発明によれば、正弦値
または余弦値の角度検出値を出力する角度センサにより
作業機の鉛直軸に対する角度を検出し、この検出値によ
り作業機の自重による操縦レバーの操作力を補正するよ
うにしたため、作業機の自重に対する操作力を安価で、
小形形状で補正するこ生ができる。また操作感を損うこ
となく補正することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図はマス
クスレイブ方式マニピュレータの一般的構成を示す図、
第３図は作業機の自重により操縦レバーに加わる力を説
明するための図、第４図および第５図は作業機の自重に
より操縦レバーに与える力を補正する機能を備えた従来
のマニピーレータの構成を示す図である。１．３・・・作業機、２，４・・・油圧シリンダ、５゜
６・・・操縦レバー、７，８・・圧力センサ、ｌｊ、１
２・・トルクモータ、２０．２２・・・角度センサ、２
３〜２５・・・増幅器。第１図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

油圧シリンダに結合された作動機と、作業指令を発生す
る操縦レバーと、油圧シリンダに対する油量を制御する
流量制御サーボ弁と、油圧シリンダの圧力を検出する圧
力センサと、この圧力センサの出力に基づき操縦レバー
に対し油圧シリンダの圧力に比例した操縦方向とは逆の
駆動力を与えるトルクモータとを備え、操縦レバーの作
業指令に応じて流量制御サーボ弁の開度を変えて油圧ア
クチュエータに結合された作業機を変位させるマスタス
レイプ方式マニピュレータにおいて、作業機の中心軸が
鉛直軸となす角度の正弦値または余弦値の角度検出信号
を出力する角度センサと、この角度センサの出力により
作業機の自重に対応する油圧シリンダの圧力を算出し、
その算出値により前記トルクモータの駆動力を減する演
算手段とを設けて成るマスクヌレイブ方式マニピュレー
タ。