KR20090061508A - Excavator control unit using a parallel-type haptic device - Google Patents

Excavator control unit using a parallel-type haptic device Download PDF

Info

Publication number
KR20090061508A
KR20090061508A KR1020070128535A KR20070128535A KR20090061508A KR 20090061508 A KR20090061508 A KR 20090061508A KR 1020070128535 A KR1020070128535 A KR 1020070128535A KR 20070128535 A KR20070128535 A KR 20070128535A KR 20090061508 A KR20090061508 A KR 20090061508A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
link
rotation
parallel
excavator
axis
Prior art date
Application number
KR1020070128535A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100951817B1 (en
Inventor
소병록
최동운
백문홍
Original Assignee
한국생산기술연구원
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 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020070128535A priority Critical patent/KR100951817B1/en
Publication of KR20090061508A publication Critical patent/KR20090061508A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100951817B1 publication Critical patent/KR100951817B1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2004Control mechanisms, e.g. control levers
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2025Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/40Special vehicles
    • B60Y2200/41Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/412Excavators
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/16Cabins, platforms, or the like, for drivers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Mechanical Control Devices (AREA)

Abstract

An excavator control device using a parallel type haptic device is provided to facilitate the operation of the excavator so that even unskilled person can operate the excavator. An excavator control device using a parallel type haptic device comprises 3 degree-of-freedom haptic mechanism for controlling the position of distal end of an arm, and 1 degree-of-freedom haptic mechanism for controlling the angle of a bucket. The 3 degree-of-freedom haptic mechanism is composed of an input part(100) for inputting the location of the distal end of the arm, a base part located beneath the input part, and a link part(300) which is interconnected the input part and the base part to enable 3 degree-of-freedom action of the input part to the base part.

Description

병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치{Excavator Control Unit Using a Parallel-type Haptic Device}Excavator Control Unit Using a Parallel-type Haptic Device}

본 발명은 굴삭기 조종장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치에 관한 것이다.The present invention relates to an excavator control device, and more particularly to an excavator control device using a parallel haptic device.

햅틱장치는 인공 촉감을 출력하는 장치로서, 사용자의 움직임, 위치 등을 입력받는 기능과 함께 주어진 가상 현실 속에서 발생하는 사건(event)에 상응하는 촉감 및/또는 힘을 사용자에게 출력하는 기능을 수행하는 장치이다.The haptic device is a device for outputting an artificial tactile sense, and performs a function of receiving a user's movement, position, and the like, and outputting a tactile touch and / or force corresponding to an event occurring in a given virtual reality to the user. Device.

햅틱장치에 관한 초기 연구는 원격작업이나 장애인을 위한 장치개발을 위해 시작되었다. 즉, 거동이 불편한 장애인의 움직임을 돕기 위해 외부의 미세한 작용을 장애인에게 실시간으로 전달하거나, 원격 수술과 극한 환경에서 기계조작 등에 필요한 장치 개발이 주요한 목적이었다. 그러나, 지금은 인간의 개입이 필요한 각종 로봇 조작 등의 산업분야뿐 아니라 가상현실에서 현실감을 증폭시키는 작용 등 여러 엔터테인먼트 분야에도 응용이 되고 있다.Early research on haptic devices began to develop devices for remote work or the handicapped. In other words, in order to assist the movement of a disabled person who is inconvenient in motion, the main purpose was to deliver external functions to the disabled in real time, or to develop a device for remote operation and machine operation in an extreme environment. However, it is now applied to various entertainment fields such as augmenting reality in virtual reality as well as various industrial fields such as robot manipulation requiring human intervention.

한편, 햅틱 장치는 그 기구적 특성에 따라서 직렬형, 병렬형 및 하이브리드 형으로 대별할 수 있다. 직렬형은 필요한 자유도를 구성하기 위해 링크들이 직렬 로 연결된 구조를 말하며, 초기 햅틱장치들이 주로 이 형태로 개발되었다. 직렬형은 기구학적으로 정기구학(forward kinematics)을 하기가 좋고 동역학적 해석이 용이하다. 그러나 링크들이 직렬로 배치되어 있어 내구성이 약하고, 역학적 관성이 크며, 관절 측정 오차들이 위치 해석에서 누적되는 문제점이 있어서 상대적으로 정밀도가 떨어진다.On the other hand, haptic devices can be roughly divided into series, parallel and hybrid types according to their mechanical characteristics. Serial type refers to a structure in which links are connected in series to form necessary degrees of freedom, and early haptic devices were mainly developed in this type. The tandem type is kinematically forward kinematics and easy to kinematic analysis. However, since the links are arranged in series, the durability is weak, the mechanical inertia is large, and the joint measurement errors accumulate in the position analysis.

병렬형 햅틱장치는 여러 개의 링크가 병렬로 연결되어 있는 구조적 특징을 지니며, 이로써 힘이 분산되어 내구성이 강하고 안정된 구조를 가지며, 관절에서 발생하는 오차 누적이 크지 않다. 또한 직렬형에서처럼 길게 연결된 구조가 아니므로 물리적 관성도 최소화되는 잇점이 있다. 하지만, 정기구학 해석에서 단일 해(unique solution)가 존재하지 않아 실시간 제어가 어렵고, 특이점(singular point), 즉 로봇의 자유도가 줄어들어 정상 제어가 불가능해지는 지점을 고려해야 하는 기술적 어려움이 있다.The parallel haptic device has a structural feature in which several links are connected in parallel. As a result, the force is distributed and thus the structure is durable and stable, and error accumulation in the joint is not large. It also has the advantage of minimizing physical inertia because it is not a long interconnected structure as in series. However, the real-time control is difficult because there is no unique solution in static kinematics analysis, and there is a technical difficulty to consider a singular point, that is, a point where normal control is impossible due to a decrease in the degree of freedom of the robot.

하이브리드 형은 병렬형 구조의 단점을 보완하기 위해 최근에 연구되고 있는 구조로서, 여러 개의 병렬형 구조를 순서적으로 연결하는 구조를 가지고 있다. 예를 들어, 6자유도를 구성하기 위해 3자유도 직렬과 3자유도의 병렬로 연결하는 구조가 하이브리드 형에 해당한다.Hybrid type is a structure that has been recently studied to compensate for the shortcomings of parallel structure, and has a structure that connects several parallel structures in order. For example, a hybrid type is a structure in which three degrees of freedom and three degrees of freedom are connected in parallel to form six degrees of freedom.

전술한 바와 같이, 햅틱장치는 조작대상 장치에서 감지되는 촉감이나 힘을 반영하여 사용자에게 전달할 수 있는 특성상 사용자로 하여금 정교한 조작을 가능하게 하므로, 위에 언급한 분야 중에서도 특히 질감의 표현이 필요한 그래픽 디자인이나 시뮬레이터, 제어장비 등에 많이 사용되고 있다. 또한, 이러한 힘 반영 특 성은 건설 장비, 그 중에서도 특히 사물과의 충돌과 접촉이 빈번한 굴삭기에 있어 유용하게 사용될 수 있다. 굴삭기는 다자유도를 가지는 장비특성상 조작방법이 복잡하고 따라서 그 조종을 위해 사용자의 숙련을 요구하기 때문에 조작방법을 간소화할 수 있다면 작업효율의 큰 향상을 가져올 수 있다.As described above, the haptic device allows the user to precisely manipulate the haptic device by reflecting the tactile feeling or force sensed by the manipulation target device. It is widely used in simulators and control equipment. In addition, this force reflection feature can be useful for construction equipment, especially for excavators that have frequent collisions and contact with objects. Excavator is complicated to operate due to the characteristics of the equipment having multiple degrees of freedom, and therefore requires the user's skill for its operation, so if the operation method can be simplified, it can bring a large improvement in work efficiency.

본 발명의 목적은 조작방법이 간단하여 숙련된 사용자가 아니더라도 비교적 용이하게 굴삭기를 조종할 수 있도록 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an excavator control device using a parallel haptic device that allows a simple operation method to be able to control the excavator relatively easily even without an experienced user.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치는, 굴삭기의 암(arm)의 말단부의 위치를 제어하기 위한 3자유도 병렬형 햅틱기구; 및 굴삭기의 버켓(bucket)의 각도를 제어하기 위한 1자유도 햅틱기구를 포함하여 구성된다.In order to achieve the above object, an excavator steering apparatus using a parallel haptic device according to the present invention, the three degree of freedom parallel haptic mechanism for controlling the position of the end of the arm (arm) of the excavator; And a 1 degree of freedom haptic mechanism for controlling the angle of the bucket of the excavator.

바람직하게는, 암의 말단부 위치제어용의 상기 3자유도 병렬형 햅틱기구는, 암의 말단부의 위치를 입력하기 위한 입력부; 상기 입력부의 하측에 위치된 기저부; 및 상기 입력부와 기저부 사이에 연결되어 상기 입력부가 상기 기저부에 대하여 3자유도를 갖는 움직임이 가능하도록 하는 링크부를 포함한다.Preferably, the three degree of freedom parallel haptic mechanism for position control of the distal end of the arm comprises: an input for inputting a position of the distal end of the arm; A base located below the input; And a link unit connected between the input unit and the base unit to enable the input unit to move in three degrees of freedom with respect to the base unit.

더욱 바람직하게는, 상기 링크부는 3개의 링크장치로 구성되며, 각 링크장치는, 일단이 상기 기저부에 회전가능하게 고정되어 수평축인 제1 회전축에 대하여 회전가능한 제1 링크; 및 일단이 상기 제1 링크의 타단에 회전가능하게 연결되고 타단은 상기 입력부에 회전가능하게 연결되는 제2 링크를 포함한다.More preferably, the link unit comprises three link devices, each link device comprising: a first link rotatable about a first axis of rotation, one end of which is rotatably fixed to the base; And a second link having one end rotatably connected to the other end of the first link and the other end rotatably connected to the input unit.

한편, 상기 제2 링크는 상기 제1 링크에 대해서 2자유도를 가지고, 또한 상기 입력부에 대해서도 2자유도를 가지며 움직일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 제2 링크가 상기 일단에서, 상기 제1 링크의 상기 제1 회전축과 평행한 제2a 회전축에 대하여 회전가능한 동시에 상기 제1 회전축과 수직을 이루는 제2b 회전축에 대하여 회전가능하다.Meanwhile, the second link may move with two degrees of freedom with respect to the first link and with two degrees of freedom with respect to the input unit. Preferably, the second link is at the one end of the first link. It is rotatable about a second axis of rotation parallel to the first axis of rotation and also about a second axis of rotation perpendicular to the first axis of rotation.

또한, 상기 제2 링크가 상기 타단에서, 상기 제2a 회전축에 평행한 제3a 회전축에 대하여 회전가능한 동시에 상기 제2b 회전축에 평행한 제3b 회전축에 대하여 회전가능한 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the second link is rotatable about the third axis of rotation parallel to the second axis of rotation at the other end, while being rotatable about the third axis of rotation parallel to the second axis of rotation.

바람직하게는, 상기 제1 회전축에 회전각 센서가 구비되어 상기 기저부에 대한 상기 제1 링크의 회전각을 측정할 수 있고, 상기 제1 회전축에는 모터가 더욱 구비되어, 굴삭기 작동시 암의 말단부에 걸리는 반력을 반영하여 상기 제1 링크를 구동할 수 있는 것이 더욱 바람직하다.Preferably, the first rotation axis is provided with a rotation angle sensor to measure the rotation angle of the first link with respect to the base portion, the first rotation shaft is further provided with a motor, at the distal end of the arm during operation of the excavator More preferably, the first link can be driven to reflect the reaction force applied.

한편, 상기 각 링크장치의 제1 링크는 각 링크장치의 제1 회전축이 상호 120도의 각도를 이루도록 상기 기저부에 배치된다.On the other hand, the first link of each link device is arranged on the base such that the first rotation axis of each link device to form an angle of 120 degrees to each other.

바람직하게는, 상기 입력부에는 사용자가 손으로 쥘 수 있는 손잡이부가 형성된다.Preferably, the input unit is formed with a handle that can be held by the user.

버켓 각도 제어용의 상기 1자유도 햅틱기구는 양방향 회전이 가능한 휠방식 장치인 것이 바람직하다.The one degree of freedom haptic mechanism for bucket angle control is preferably a wheel type device capable of bidirectional rotation.

더욱 바람직하게는, 상기 손잡이부 상단에는 버켓 각도 제어용의 상기 1자유도 햅틱기구로서 양방향 회전이 가능한 휠방식 장치가 구비된다.More preferably, the handle portion is provided with a wheel type device capable of bidirectional rotation as the one degree of freedom haptic mechanism for bucket angle control.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치를 사용함으로써, 종래에 비하여 월등히 간편한 방식으로 굴삭기를 조종할 수 있으며, 이에 따라 사용자의 숙련도가 다소 떨어지더라도 어렵지 않게 굴삭기를 조종할 수 있게 되는 효과가 있다.By using an excavator control device using a parallel haptic device according to the present invention as described above, it is possible to control the excavator in a much simpler manner than in the prior art, and thus it is not difficult to control the excavator even if the user's skill is somewhat reduced There is an effect that becomes possible.

또한, 본 발명에 따른 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치에 의해, 안정성 높은 정교한 조작이 가능해지며, 힘 반영 특성으로 인해 원격조종시에도 사실적인 현장감 재현이 가능하여 보다 정확한 원격조종이 이뤄질 수 있는 효과가 있다.In addition, by the excavator control device using a parallel haptic device according to the present invention, highly precise and stable operation is possible, because of the force reflection characteristics can be realistic realistic reproduction even during remote control can be achieved more accurate remote control It works.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치의 일실시예에 따른 햅틱장치의 기구 구성을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치의 일실시예에 따른 햅틱장치와 조종되는 굴삭기간의 제어방식을 간략히 도시한 도면이다.Figure 1 shows the configuration of the mechanism of the haptic device according to an embodiment of the excavator control device using a parallel haptic device of the present invention, Figure 2 is an embodiment of an excavator control device using a parallel haptic device of the present invention Figure is a simplified view showing a control method of the haptic device and the controlled excavation period according to.

먼저 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 조종장치의 햅틱 제어방식이 간략하게 도시되어 있다. 사용자가 본 발명의 햅틱장치를 조작하여 굴삭기(10)의 암(arm; 10)의 말단부(13a)의 위치를 이동시키려 하면 햅틱장치의 3차원 좌표(xh, yh, zh)가 연산장치(도시되지 않음)에 의해 역기구학적 연산이 수행되어 굴삭기(10)의 암 말단부(10a)의 3차원 좌표(xb, yb, zb)로 변환되어 굴삭기(10)로 전달된다. 그러면, 굴삭기(10)에 구비된 유압 실린더 등의 액츄에이터(도시되지 않음)가 작동되어 암의 말단부(10a)를 상기 3차원 좌표(xb, yb, zb)에 해당하는 위치로 이동시키게 된다. 암(10)의 작동과 더불어 사용자는 버켓(15)용 휠방식 장치(120; 도 1 참조)를 작동함으로써 버켓을 앞뒤로 회전시킬 수 있으며, 이러한 2가지 동작을 복합적으로 그리고 연속적으로 수행함으로써 필요로 하는 굴삭작업을 수행할 수 있다.First, referring to FIG. 2, a haptic control method of a steering apparatus according to the present invention is briefly shown. When a user manipulates the haptic device of the present invention to move the position of the distal end 13a of the arm 10 of the excavator 10, the three-dimensional coordinates (xh, yh, zh) of the haptic device are calculated. Inverse kinematic calculations are performed and converted into three-dimensional coordinates (xb, yb, zb) of the arm distal end 10a of the excavator 10 and transmitted to the excavator 10. Then, an actuator (not shown) such as a hydraulic cylinder provided in the excavator 10 is operated to move the distal end 10a of the arm to a position corresponding to the three-dimensional coordinates (xb, yb, zb). In addition to the operation of the arm 10, the user can rotate the bucket back and forth by operating the wheeled device 120 for the bucket 15 (see FIG. 1), and it is necessary to perform these two operations in combination and successively. Excavation work can be performed.

이와 같이 암(10)의 이동과 버켓(15)의 회전동작을 별개로 수행할 수 있도록 구성함으로써, 대개 암(10)을 작업위치로 이동한 후 버켓(15)을 움직여 작업하게 되는 굴삭작업이나 상차/하차 작업을 보다 편리하게 수행할 수 있는 잇점이 있다. 또한, 통상적인 굴삭기 조종장치가 2개의 스틱으로 이뤄져 있고 2개의 스틱의 조작이 유기적으로 아주 매끄럽게 조화를 이뤄야 원활한 작업이 가능하여 조작이 용이하지 않았던 반면에, 본 발명에 따른 굴삭기 조종장치는 굴삭기의 조작을 암(10)의 이동과 버켓(10)의 회전이라는 2가지 동작으로 구분함으로써 덜 숙련된 사용자라도 보다 용이하게 굴삭기(10)를 조종할 수 있는 잇점이 있다. 더욱이, 상기한 역기구학적 및 정기구학적 연산에 의해 본 발명에 따른 햅틱장치와 실제 굴삭기의 움직임의 크기에 대한 맵핑(mapping)이 이뤄지므로, 실제와 같은 정교한 조작이 가능하다.In this way, by moving the arm 10 and the rotation of the bucket 15 can be configured to be performed separately, the excavation work to move the bucket 10 to the working position after moving the arm 10 to the working position usually This has the advantage of making loading / unloading operations more convenient. In addition, the conventional excavator control device is composed of two sticks and the operation of the two sticks must be smoothly organically blended smoothly to enable smooth operation, while the excavator control device according to the present invention is an excavator control device. By dividing the operation into two operations, the movement of the arm 10 and the rotation of the bucket 10, there is an advantage that the less experienced user can more easily manipulate the excavator 10. Furthermore, since the mapping of the movement of the haptic device and the actual excavator according to the present invention is performed by the inverse kinematic and static kinematic calculations described above, realistic manipulation is possible.

한편, 굴삭기 작업 중에 버켓(15)을 통해 암(10)에 전달되는 반력은 정기구학적 연산을 통해 본 발명의 햅틱장치에 전달될 수 있고, 이와 같이 장비에 가해지는 힘이 조종장치에 반영되어 사용자가 굴삭기 작업위치에서의 상황을 직접 느낄 수 있도록 함으로써 사용자가, 예를 들어 특히 원격조종시에, 보다 정교한 작업을 수행할 수 있도록 도와준다.On the other hand, the reaction force transmitted to the arm 10 through the bucket 15 during the operation of the excavator can be transmitted to the haptic device of the present invention through the static kinematic calculation, the force applied to the equipment is reflected in the control device By allowing the user to feel the situation directly at the excavator working position, the user can perform more sophisticated tasks, for example, especially during remote control.

도 1을 참조하면, 도 1에는 본 발명에 따른 굴삭기 조종장치가 자세하게 도시되어 있다. 본 발명의 굴삭기 조종장치는 고정되어 있는 기저부(200) 위에 3개의 링크장치(310, 330, 350)로 이뤄진 링크부(300)가 구비되어 있고, 각 링크장치(310, 330, 350)의 말단부는 입력부(100)에 각각 연결되어 있다. 이와 같이 3개의 링크장치(310, 330, 350)를 이용함으로써 햅틱장치 입력부(100)의 조작이 3자유도로 이뤄질 수 있고, 입력부(100)의 조작이 3차원 좌표(xh, yh, zh)로 감지된 후 역기구학적 연산을 통해 굴삭기 암 말단부(10a)의 3차원 좌표(xb, yb, zb)로 변환됨으로써 임의의 원하는 작업을 수행할 수 있게 된다.Referring to Figure 1, Figure 1 shows an excavator control device in accordance with the present invention in detail. Excavator control device of the present invention is provided with a link portion 300 consisting of three link devices (310, 330, 350) on the fixed base 200, the distal end of each link device (310, 330, 350) Are respectively connected to the input unit 100. By using the three link devices 310, 330, and 350 as described above, the operation of the haptic device input unit 100 may be performed in three degrees of freedom, and the operation of the input unit 100 may be performed in three-dimensional coordinates (xh, yh, zh). After being sensed, it is converted into the three-dimensional coordinates (xb, yb, zb) of the excavator arm distal portion 10a through inverse kinematic calculations to perform any desired task.

상기 각 링크장치(310, 330, 350)간의 배치각도는 120도 등간격으로 하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.An arrangement angle between the link devices 310, 330, and 350 is preferably equal to 120 degrees, but is not limited thereto.

각 링크장치(310, 330, 350)는 제1 링크(311, 331, 351) 및 제2 링크(321, 341, 361)로 이뤄진다. 제1 링크(311, 331, 351)는 그 일단(311a, 331a, 351a)이 상기 기저부(200)에 회전가능하게 설치되며, 그 회전축인 제1 회전축(313, 333, 353)은 기저부(200)에 평행한 수평축인 것이 바람직하다. 각 링크장치(310, 330, 350)간의 배치각도가 120도인 경우 상기 각 제1 회전축(313, 333, 353) 사이의 각 도 역시 120도로 될 것이다. 제2 링크(321, 341, 361)는 그 일단(321a, 341a, 361a)이 제1 링크(311, 331, 351)의 타단(311b, 331b, 351b)에 회전가능하게 연결되고, 그 타단(321b, 341b, 361b)은 각각 상기 입력부(100)에 회전가능하게 연결된다.Each link device 310, 330, 350 is composed of a first link (311, 331, 351) and a second link (321, 341, 361). One end of the first link 311, 331, 351 is rotatably installed at the base portion 200, and the first rotation shaft 313, 333, 353, which is the rotation axis thereof, is the base portion 200. It is preferable that it is a horizontal axis parallel to). When the arrangement angle between the link devices 310, 330, and 350 is 120 degrees, the angle between the first rotational axes 313, 333, and 353 may also be 120 degrees. The second link 321, 341, 361 has one end 321a, 341a, 361a rotatably connected to the other end 311b, 331b, 351b of the first link 311, 331, 351, and the other end thereof ( 321b, 341b, and 361b are rotatably connected to the input unit 100, respectively.

제1 링크(311, 331, 351)와 제2 링크(321, 341, 361) 사이, 및 제2 링크(321, 341, 361)와 입력부(100) 사이의 관절부는 각각 상기 제1 회전축(313, 333, 353)에 평행한 제2a 회전축(315, 335, 355) 및 제3a 회전축(325, 345, 365)과 더불어 상기 제1 회전축(313, 333, 353)에 수직인 제2b 회전축(316, 336, 356) 및 제3b 회전축(326, 346, 366)을 함께 구비하고 있다. 즉, 제1 링크(311, 331, 351)와 제2 링크(321, 341, 361) 사이에는 제2a 회전축(315, 335, 355)과 제2b 회전축(316, 336, 356)이 구비되고, 제2 링크(321, 341, 361)와 입력부(100) 사이에는 제3a 회전축(325, 345, 365)과 제3b 회전축(326, 346, 366)이 구비된다. 이로써, 제2 링크(321, 341, 361)는 제1 링크(311, 331, 351) 및 입력부(100)에 대해 각각 2자유도를 가지도록 구성된다.Joint portions between the first link 311, 331, 351 and the second link 321, 341, 361, and between the second link 321, 341, 361 and the input unit 100 are respectively the first rotation shaft 313. A second axis of rotation 316 perpendicular to the first axis of rotation 313, 333, and 353 together with a second axis of rotation 315, 335, 355 and a third axis of rotation 325, 345, 365 parallel to, 333, and 353. , 336, 356, and 3rd rotation axis 326, 346, 366 together. That is, between the first link (311, 331, 351) and the second link (321, 341, 361) is provided a second axis of rotation (315, 335, 355) and the second axis of rotation (316, 336, 356), Between the second links 321, 341, 361 and the input unit 100, a third a rotation shaft 325, 345, 365 and a third b rotation shaft 326, 346, 366 are provided. As a result, the second links 321, 341, and 361 are configured to have two degrees of freedom for the first links 311, 331, and 351 and the input unit 100, respectively.

위와 같이 구성된 제1 링크(311, 331, 351) 및 제2 링크(321, 341, 361)가 각각 기저부(200) 및 입력부(100)와 위에 설명한 바와 같이 결합됨으로써 입력부(100)는 기저부(200)에 대해 3자유도를 갖는 움직임이 가능해진다. 따라서, 입력부(100)로써 3차원 좌표(xh, yh, zh)를 만들어낼 수가 있으며, 또한 이를 역기구학적 연산을 통해 암 말단부(10a)의 3차원 좌표(xb, yb, zb)로 변환할 수 있게 된다.The first link 311, 331, and 351 and the second link 321, 341, and 361 configured as described above are combined with the base 200 and the input 100, respectively, as described above, so that the input 100 is the base 200. It is possible to move with three degrees of freedom for. Thus, the input unit 100 can generate three-dimensional coordinates (xh, yh, zh), and also converts it to three-dimensional coordinates (xb, yb, zb) of the arm end portion 10a through inverse kinematic calculation. It becomes possible.

입력부(100)에는 사용자의 편의를 위해 손에 쥐기 편리한 형상의 손잡이부(110)가 구비되는 것이 바람직하다. 사용자는 이 손잡이부(110)를 쥐고서 상하, 좌우, 전후방향으로 입력부(100)를 조작함으로써, 통상적인 굴삭기 조종장치에서 2개의 스틱에 의해서만 가능했던 암 말단부(10a)의 이동조작을 용이하게 수행할 수 있다.It is preferable that the input unit 100 is provided with a handle 110 having a shape that is convenient to hold in the hand for the convenience of the user. By holding the handle 110, the user operates the input unit 100 in the up, down, left, and right directions, thereby easily performing the movement operation of the arm end portion 10a, which was possible only by two sticks in a conventional excavator control device. can do.

손잡이부(110) 상단에는 버켓(15) 조작용의 휠방식 장치(120)가 구비된다. 이러한 휠방식 장치(120)에 의해서, 예를 들어, 사용자가 엄지손가락으로 휠을 몸쪽으로 당기면 버켓(15) 역시 차체 쪽으로 당겨지고, 바깔쪽으로 밀면 버켓(15)도 차체에서 멀어지는 방식으로 굴삭기 버켓(15)을 조작할 수 있다.The top of the handle 110 is provided with a wheel type device 120 for the bucket 15 operation. By such a wheel-type device 120, for example, when the user pulls the wheel toward the body with the thumb, the bucket 15 is also pulled toward the vehicle body, and when pushed toward the bottom, the bucket 15 also pulls the excavator bucket ( 15) can be operated.

한편, 상기 제1 회전축(313, 333, 353)에는 각각 회전각 센서(318)가 구비되어 기저부(200)에 대한 각 링크장치(310, 330, 350)의 제1 링크(311, 331, 351)의 회전각을 검출한다. 회전각 센서(318)는 예를 들어 기저부(200)에 회전가능하게 결합된 제1 링크(311, 331, 351)의 일단(311a, 331a, 351a)에 구비될 수 있다. 이렇게 검출된 회전각 정보는 위에서 언급한 역기구학적 연산에 사용하기 위한 입력부(100)의 3차원 좌표(xh, yh, zh)를 산출하는데 이용된다. 본 발명에 따른 굴삭기 조종장치는 다수의 링크 및 관절부로 이루어져 있으나, 기저부(200) 및 입력부(100)에 의해 구속조건이 마련되어 있어, 각 제1 링크(311, 331, 351)의 회전각만으로 입력부(100)의 3차원 좌표(xh, yh, zh)를 검출할 수 있음에 유의하여야 한다.Meanwhile, rotation angle sensors 318 are provided on the first rotation shafts 313, 333, and 353, respectively, so that the first links 311, 331, and 351 of the link devices 310, 330, and 350 to the base 200 are provided. ) Detect the rotation angle. The rotation angle sensor 318 may be provided at one end 311a, 331a, 351a of the first link 311, 331, 351 rotatably coupled to the base 200, for example. The rotation angle information thus detected is used to calculate three-dimensional coordinates (xh, yh, zh) of the input unit 100 for use in the above-mentioned inverse kinematic calculation. Excavator control device according to the present invention is composed of a plurality of links and joints, but the constraints are provided by the base portion 200 and the input unit 100, the input unit only by the rotation angle of each first link (311, 331, 351) It should be noted that the three-dimensional coordinates (xh, yh, zh) of (100) can be detected.

상기 제1 회전축(313, 333, 353)에는 또한 모터(319)가 각각 구비되며, 굴삭 기를 조작하는 중 버켓(15)을 통하여 또는 통하지 않고서 암의 말단부(10a)에 걸리는 반력에 따라 상기 모터(319)가 구동되어 제1 링크(311, 331, 351) 중 일부 또는 전부에 각각 적절한 힘을 가함으로써, 입력부(100)에 구비된 손잡이부(110)를 쥐고 있는 사용자에게 사실적인 현장감을 느낄 수 있게 한다. 작업현장에서의 이러한 반력을 모터(319)에 의해 햅틱장치에서 재현하는 것은 앞서 언급한 바와 같이 정기구학적 연산에 의해 이뤄진다.The first rotary shafts 313, 333, and 353 are also provided with motors 319, respectively, and the motors are driven according to the reaction force applied to the distal end portion 10a of the arm through or without the bucket 15 during operation of the excavator. 319 is driven to apply an appropriate force to some or all of the first links 311, 331, and 351, respectively, so that a user can feel a realistic sense of reality for the user holding the handle 110 provided in the input unit 100. To be. Reproduction of the reaction force in the haptic device by the motor 319 in the workplace is accomplished by static kinematic calculation as mentioned above.

전술한 바와 같이, 이상과 같은 본 발명의 햅틱 장치를 이용함으로써, 굴삭기의 조종이 1개의 스틱으로 암(10)을 3자유도로 조종하고, 동시에 1자유도로 버켓(15)을 작동함으로써, 통상적으로 2개의 스틱으로 굴삭기를 조종하는 것과 달리 매우 편리하게 암(10)을 조작할 수 있고, 버켓(15)의 작동 또한 보다 정교하게 수행할 수 있다.As described above, by using the haptic device of the present invention as described above, the excavator controls the arm 10 with three degrees of freedom with one stick, and simultaneously operates the bucket 15 with one degree of freedom, Unlike steering an excavator with two sticks, the arm 10 can be operated very conveniently, and the operation of the bucket 15 can also be carried out more precisely.

이상 본 발명을 첨부도면을 참조하여 그 일실시예를 위주로 설명하였으나, 이외에도 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변경, 수정, 변형이 가능할 것이며, 이러한 변경, 수정, 변형은 모두 본 발명의 범위에 포함되는 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 본 명세서의 기재에 의해 제한되지 않으며, 그 범위는 오직 아래의 특허청구범위의 기재에 의하여 정하여진다.While the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, one embodiment, but various modifications, modifications, and variations will be possible without departing from the scope of the technical idea of the present invention, all such changes, modifications, and variations It is included in the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited by the description of the present specification, which is defined only by the description of the claims below.

도 1은 본 발명의 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치의 일실시예에 따른 햅틱장치의 기구 구성을 도시한 것이다.Figure 1 shows the configuration of the mechanism of the haptic device according to an embodiment of the excavator control device using a parallel haptic device of the present invention.

도 2는 본 발명의 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치의 일실시예에 따른 햅틱장치와 조종되는 굴삭기간의 제어방식을 간략히 도시한 도면이다.Figure 2 is a simplified view showing a control method of the haptic device and the controlled excavation period according to an embodiment of the excavator control device using a parallel haptic device of the present invention.

Claims (12)

굴삭기의 암(arm)의 말단부의 위치를 제어하기 위한 3자유도 병렬형 햅틱기구; 및A three degree of freedom parallel haptic mechanism for controlling the position of the distal end of the arm of the excavator; And 굴삭기의 버켓(bucket)의 각도를 제어하기 위한 1자유도 햅틱기구를 포함하여 구성되는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.Excavator control device using a parallel haptic device comprising a 1 degree of freedom haptic mechanism for controlling the angle of the bucket of the excavator. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 암의 말단부 위치제어용의 상기 3자유도 병렬형 햅틱기구는,The three degree of freedom parallel haptic mechanism for position control of the distal end of the arm, 암의 말단부의 위치를 입력하기 위한 입력부;An input for inputting a position of the distal end of the arm; 상기 입력부의 하측에 위치된 기저부; 및A base located below the input; And 상기 입력부와 기저부 사이에 연결되어 상기 입력부가 상기 기저부에 대하여 3자유도를 갖는 움직임이 가능하도록 하는 링크부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.And a link unit connected between the input unit and the base unit to enable the input unit to move in three degrees of freedom with respect to the base unit. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 링크부는 3개의 링크장치로 구성되며, 각 링크장치는, The link unit is composed of three link devices, each link device, 일단이 상기 기저부에 회전가능하게 고정되어 수평축인 제1 회전축에 대하여 회전가능한 제1 링크; 및A first link, one end of which is rotatably fixed to the base and rotatable about a first axis of rotation which is a horizontal axis; And 일단이 상기 제1 링크의 타단에 회전가능하게 연결되고 타단은 상기 입력부 에 회전가능하게 연결되는 제2 링크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.And a second link having one end rotatably connected to the other end of the first link and the other end rotatably connected to the input unit. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 제2 링크는 상기 제1 링크에 대해서 2자유도를 가지고, 또한 상기 입력부에 대해서도 2자유도를 가지며 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.And the second link has two degrees of freedom with respect to the first link, and has two degrees of freedom with respect to the input unit. The excavator control apparatus using the parallel type haptic device is movable. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 제2 링크가 상기 일단에서,The second link at the one end, 상기 제1 링크의 상기 제1 회전축과 평행한 제2a 회전축에 대하여 회전가능한 동시에 상기 제1 회전축과 수직을 이루는 제2b 회전축에 대하여 회전가능한 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.And a second haptic device that is rotatable about a second axis of rotation parallel to the first axis of rotation of the first link and at the same time as the second axis of rotation that is perpendicular to the first axis of rotation. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제2 링크가 상기 타단에서,The second link at the other end, 상기 제2a 회전축에 평행한 제3a 회전축에 대하여 회전가능한 동시에 상기 제2b 회전축에 평행한 제3b 회전축에 대하여 회전가능한 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.And a third haptic device that is rotatable about a third axis of rotation parallel to the second axis of rotation and a third axis of rotation that is parallel to the second axis of rotation. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 제1 회전축에 회전각 센서가 구비되어 상기 기저부에 대한 상기 제1 링크의 회전각을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.Excavator control device using a parallel haptic device, characterized in that the rotation angle sensor is provided on the first rotation axis to measure the rotation angle of the first link with respect to the base. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제1 회전축에는 모터가 더욱 구비되어, 굴삭기 작동시 암의 말단부에 걸리는 반력을 반영하여 상기 제1 링크를 구동할 수 있는 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.The first rotating shaft is further provided with a motor, the excavator control device using a parallel haptic device, characterized in that to drive the first link to reflect the reaction force applied to the distal end of the arm during operation of the excavator. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 각 링크장치의 제1 링크는 각 링크장치의 제1 회전축이 상호 120도의 각도를 이루도록 상기 기저부에 배치되는 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용할 굴삭기 조종장치.The first link of each link device is an excavator control device using a parallel haptic device, characterized in that arranged on the base so that the first rotation axis of each link device to form an angle of 120 degrees to each other. 제2항 또는 제3항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 입력부에는 사용자가 손으로 쥘 수 있는 손잡이부가 형성된 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.Excavator control device using a parallel haptic device, characterized in that the input unit is formed with a handle that can be held by the user. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 버켓 각도 제어용의 상기 1자유도 햅틱기구는 양방향 회전이 가능한 휠방식 장치인 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.The 1 degree of freedom haptic mechanism for bucket angle control is an excavator control device using a parallel haptic device, characterized in that the wheel-type device capable of bidirectional rotation. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 손잡이부 상단에는 버켓 각도 제어용의 상기 1자유도 햅틱기구로서 양방향 회전이 가능한 휠방식 장치가 구비된 것을 특징으로 하는 병렬형 햅틱장치를 이용한 굴삭기 조종장치.Excavator control device using a parallel haptic device, characterized in that the top of the handle portion is provided with a wheel-type device capable of bidirectional rotation as the 1 degree of freedom haptic mechanism for bucket angle control.
KR1020070128535A 2007-12-11 2007-12-11 Excavator Control Unit Using a Parallel-type Haptic Device KR100951817B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070128535A KR100951817B1 (en) 2007-12-11 2007-12-11 Excavator Control Unit Using a Parallel-type Haptic Device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070128535A KR100951817B1 (en) 2007-12-11 2007-12-11 Excavator Control Unit Using a Parallel-type Haptic Device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090061508A true KR20090061508A (en) 2009-06-16
KR100951817B1 KR100951817B1 (en) 2010-04-07

Family

ID=40990966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070128535A KR100951817B1 (en) 2007-12-11 2007-12-11 Excavator Control Unit Using a Parallel-type Haptic Device

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100951817B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8746627B2 (en) 2010-06-24 2014-06-10 Barotech Synergy Co., Ltd. Actuator for control loading system
US8874241B2 (en) 2010-08-27 2014-10-28 Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) Master-slave system using 4-DOF parallel mechanism
KR20200059588A (en) 2018-11-21 2020-05-29 주식회사 베이리스 Remote control system for excavator

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60225207A (en) 1984-04-23 1985-11-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Joystick
KR100330839B1 (en) * 2000-03-03 2002-04-01 김효근 Haptic joystick with a parallel mechanism for use in virtual reality conversation
KR100338013B1 (en) 2000-04-07 2002-05-24 서일홍 6 Degree of Freedom Parallel Haptic Device
KR100507554B1 (en) 2003-05-21 2005-08-17 한국과학기술연구원 Parallel haptic joystick system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8746627B2 (en) 2010-06-24 2014-06-10 Barotech Synergy Co., Ltd. Actuator for control loading system
US8874241B2 (en) 2010-08-27 2014-10-28 Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) Master-slave system using 4-DOF parallel mechanism
KR20200059588A (en) 2018-11-21 2020-05-29 주식회사 베이리스 Remote control system for excavator

Also Published As

Publication number Publication date
KR100951817B1 (en) 2010-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108430375B (en) Robot system and method for back driving the same
US6435794B1 (en) Force display master interface device for teleoperation
JP6940879B2 (en) Robot control systems, machine control systems, robot control methods, machine control methods, and computer programs
JP3932449B2 (en) Robot and robot operation system
Guanyang et al. Haptic based teleoperation with master-slave motion mapping and haptic rendering for space exploration
US20060106369A1 (en) Haptic interface for force reflection in manipulation tasks
Kim et al. A force reflected exoskeleton-type masterarm for human-robot interaction
JPH04250222A (en) Method for operating hydraulic power shovel
KR101124507B1 (en) Joystick with variable tension
KR101084724B1 (en) Haptic device of 5 degree of freedoms that parallel style structure and series style structure for remote robot surgical operation are combined
KR100951817B1 (en) Excavator Control Unit Using a Parallel-type Haptic Device
Atique et al. Inverse Kinematics solution for a 3DOF robotic structure using Denavit-Hartenberg Convention
KR101066867B1 (en) Excavator Control Unit Using 3D.O.F Parallel-type Haptic Device with vibration motor for force feedback
JP4696784B2 (en) Massage machine
JP3263939B2 (en) Manipulator operation device
JP2557735B2 (en) Multi-axis joystick
Lis et al. RobinHand Haptic Device
JPH05228854A (en) Method for controlling arm having 7 degree of freedom
JP2552977B2 (en) Force feedback type multi-axis operating device
KR101521560B1 (en) Interface devices for hand haptic
JP3657894B2 (en) Manual operation of hydraulic excavator
JP7324561B2 (en) CONSTRUCTION MACHINE, CONSTRUCTION MACHINE CONTROL DEVICE, AND CONSTRUCTION MACHINE CONTROL METHOD
JP7116600B2 (en) CONSTRUCTION MACHINE, CONSTRUCTION MACHINE CONTROL DEVICE, AND CONSTRUCTION MACHINE CONTROL METHOD
KR20190001842A (en) Performance evaluation system of multi-joint haptic device and performance evaluation method using the same
JPS62106515A (en) Drive controller for working mechanism

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130329

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131021

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150713

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160328

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170327

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180403

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190402

Year of fee payment: 10