JPH0411343B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数個のアームを、隣り合うアーム
の端部同士が枢支連結される状態で接続し、前記
複数個のアームのうちの基端側アームをマニプレ
ータ支持枠に対して揺動操作するメインモータ、
及び、前記基端側アームの先端部に接続される中
間アームを前記基端側アームに対して揺動操作す
るサブモータを設けると共に、前記中間アームよ
りも先端側に位置する先端側アームを前記中間ア
ームの揺動に連動して揺動させるべく、アーム先
端部とそれから一つのアームを隔てて位置するア
ーム基端部の夫々が一体回動するように連動連結
する伝動機構を設けてある多関節型マニプレータ
のアーム駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の多関節型マニプレータは、少ない
アクチユエータでマニプレータを構成する各アー
ム同士を相対揺動できるように、アーム先端部と
それから一つのアームを隔てて位置するアーム基
端部の夫々が一体回動するように伝動機構にて連
動連結し、基端側アームを揺動操作するメインモ
ータと、中間アームを基端側アームに対して揺動
操作するサブモータとを設け、そして、自動運転
する場合には、前記両モータが同期回転するよう
に制御することにより、先端側アームを、マニプ
レータが向いた方向に沿う直線経路に沿つて伸縮
作動させることができるようにしたものである。

しかしながら、上記この種の多関節型マニプレ
ータを手動操作にて作動させる場合には、マニプ
レータの向きを変更するために必要な上記メイン
モータとサブモータを夫々各別に正逆回転並びに
停止操作するための手動操作スイツチを設けてあ
つた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の、メインモータとサ
ブモータを各別に操作する構成では、両モータを
同期回転させることができないので、例えば、メ
インモータを回転させて基端側アームの向きを少
し変えた後、サブモータを回転させて基端側アー
ムに対する先端側アームの向きを修正する操作を
繰り返して、先端側アームが所望の方向に直線的
に伸縮されるように操作することとなり、その操
作が複雑になつて面倒であつた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、その目的は、マニプレータの各アームを手
動操作にて揺動操作するに、その操作構成並びに
アーム駆動の制御構成を簡素化することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による多関節型マニプレータのアーム駆
動装置の特徴構成は、前記メインモータのみを正
逆回転及び停止操作自在で、且つ、前記メインモ
ータ及びサブモータを同時に正逆回転及び停止操
作自在な手動操作手段を設け、前記手動操作手段
が前記メインモータ及びサブモータを同時に回転
させる状態に操作された場合には、前記先端側ア
ームを直線経路に沿つて移動させるように、前記
メインモータ及びサブモータの回転を同期作動さ
せるべく制御するモータ回転制御手段を設けてあ
る点にあり、その作用並びに効果は以下の通りで
ある。

〔作 用〕

すなわち、手動操作手段がメインモータとサブ
モータを同時に回転させるように操作された場合
は、モータ回転制御手段にてメインモータ及びサ
ブモータの回転を同期作動させるべく制御するの
である。但し、手動操作手段が、メインモータの
みを回転させる状態に操作された場合は、従来同
様に、基端側アームのみを揺動操作してマニプレ
ータの向きを変更できる。

〔発明の効果〕

従つて、手動操作手段がメインモータとサブモ
ータを同時に回転させるように操作された場合
に、メインモータ及びサブモータの回転を同期さ
せるように制御するので、従来同様の操作感覚で
手動操作しながら、容易に先端側アームを所望の
方向に直線移動させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第６図に示すように、左右一対の車輪１，１を
前後に備えた車体Ｖに、側面視がくの字形状のブ
ーム２を、その基端部にて旋回並びに昇降自在に
取り付けると共に、その先端部に、このブーム２
に対して水平揺動自在な補助ブーム３を取り付
け、更に、この補助ブーム３の先端部に、多関節
型のマニプレータ４を縦軸芯Ｙ周りに旋回自在に
取り付けて、果実収穫用の作業機を構成してあ
る。尚、第６図中、Ｅは原動部である。

前記ブーム２を車体Ｖに対して旋回並びに昇降
自在に構成するに、前記ブーム２の基端部を、車
体Ｖの略中央部において縦軸芯Ｐ回りに回動自在
に立設された支持ポスト５の上端部に取り付ける
と共に、油圧シリンダ６にて横軸芯Ｑ回りに昇降
自在に取り付けてある。

前記ブーム２は、その中間部にて車体Ｖ下方に
向かつてくの字形状に屈曲形成したブーム本体２
ａと、そのくの字形状に屈曲形成した中間部にて
前記ブーム本体２ａに対して回動自在に軸支した
二つのロツド２ｂ，２ｃにて平行リンクを形成す
るようにしてあり、前記油圧シリンダ６による昇
降操作に拘らず、その先端部に取り付けた補助ブ
ーム３が水平に保たれるようにしてある。又、ブ
ーム２をくの字状に屈曲させることにより、その
下降時に車体Ｖ上部を迂回して、その先端部に取
り付けた補助ブーム３及びマニプレータ４を、地
上近くの非常に低い位置まで下降させることがで
きるようにしてある。尚、前記ブーム２の水平方
向での向き変更は、前記支持ポスト５の下部に設
けてあるブーム旋回用の第１モータM₁にて、前
記支持ポスト５を縦軸芯Ｐ回りに旋回させて行う
ようにしてある。

前記補助ブーム３は、前記ブーム２の先端部に
対して、補助ブーム３の上面側に取り付けた第２
モータM₂にて縦軸芯Ｒ回りに水平揺動自在に枢
支してある。そして、前記第１モータM₁による
ブーム２の向き変更と、前記第２モータM₂によ
る補助ブーム３のブーム２に対する向き変更を組
み合わせて、前記補助ブーム３の先端部に取りつ
けたマニプレータ４の水平方向での向きとそのア
プローチ開始位置を、車体Ｖが停止状態のままで
変更できるようにしてある。

前記多関節型のマニプレータ４を構成するに、
第４図〜第６図に示すように、マニプレータ支持
枠４ａを、前記補助ブーム３の先端部にて縦軸芯
Ｙ周りに旋回自在に取り付けると共に、基端側ア
ーム４ｂを、前記マニプレータ支持枠４ａの上端
部において第１水平軸芯X₁回りに回動自在に枢
支し、前記基端側アーム４ｂと同一長さに形成し
た中間アーム４ｃを、前記基端側アーム４ｂの先
端部において第２水平軸芯X₂回りに回動自在に
枢支し、そして、先端側アーム４ｄを、前記中間
アーム４ｃの先端部において第３水平軸芯X₃回
りに回動自在に枢支してある。更に、作業用ハン
ドＨを、前記先端側アーム４ｄの先端部に固着し
てある。

そして、前記マニプレータ４の旋回駆動用アク
チユエータとしての第３モータM₃を、前記補助
ブーム３の上面側で、且つ、前記マニプレータ支
持枠４ａの後方側に取り付けると共に、この第３
モータM₃と前記マニプレータ支持枠４ａとを、
前記補助ブーム３の内部に設けた歯付きベルト７
にて連動連結して、前記マニプレータ支持枠４ａ
を縦軸芯Ｙ回りに旋回させることにより、前記マ
ニプレータ４つまり前記作業用ハンドＨの補助ブ
ーム３に対する水平方向の向き変更を行うように
構成してある。

又、前記基端側アーム４ｂを前記マニプレータ
支持枠４ａに対して上下揺動操作するメインモー
タM₄を、前記第１水平軸芯X₁上に位置する状態
で前記基端側アーム４ｂの基部近傍の横側箇所に
取り付けると共に、前記中間アーム２ｃ及び先端
側アーム４ｄを前記基端側アーム４ｂに対して揺
動操作するサブモータM₅を、前記メインモータ
M₄の上方に隣接させて前記基端側アーム４ｂの
横側箇所に取り付けてある。

そして、前記サブモータM₅と前記第２水平軸
芯X₂とを、スプロケツトホイール８ａ，８ｂ及
び第１チエーン８ｃにて連動連結すると共に、前
記中間アーム４ｃと前記先端側アーム４ｄ夫々の
揺動軸芯である第２水平軸芯X₂及び第３水平軸
芯X₃部分に、スプロケツトホイール９ａ，９ｂ
を設け、これらスプロケツトホイール９ａ，９ｂ
を、第２チエーン９ｃにて連動連結してあり、も
つて、前記中間アーム４ｃと前記先端側アーム４
ｄとを連動連結する伝動機構Ａを構成してある。

従つて、前記中間アーム４ｃは、前記サブモー
タM₅にて、前記基端側アーム４ｂの先端部の第
２水平軸芯X₂周りに揺動操作され、それに伴つ
て、前記第２水平軸芯X₂及び第３水平軸芯X₃の
夫々に設けられたスプロケツトホイール９ａ，９
ｂに、前記第２チエーン９ｃを介して前記サブモ
ータM₅からの駆動力が伝達されて、前記先端側
アーム４ｄが、前記中間アーム４ｃに対して相対
的に逆方向に向けて連動して揺動されることとな
る。つまり、一つのサブモータM₅にて、前記基
端側アーム４ｂに対する中間アーム４ｃ、先端側
アーム４ｄ、及び、先端側アーム４ｄに固着した
作業用ハンドＨの各上下揺動を協調作動させて、
前記作業用ハンドＨを、前記メインモータM₄に
よるマニプレータ４の上下方向の向き設定方向に
向けて直線的に伸縮させるのである。但し、前記
作業用ハンドＨを直線移動させるために、第４図
に示すように、前記基端側アーム４ｂ、中間アー
ム４ｃ、及び、先端側アーム４ｄの各初期位相の
関係が、前記基端側アーム４ｂと中間アーム４ｃ
とが前記縦軸芯Ｙ上に一致する状態において、前
記先端側アーム４ｄが中間アーム４ｃに対して90
度傾斜する状態に調整すると共に、前記基端側ア
ーム４ｂに対する中間アーム４ｃの揺動角度θb
が、前記基端側アーム４ｂの縦軸芯Ｙに対する揺
動角度θaの２倍の比率で回動するように、前記
サブモータM₅による中間アーム４ｃの揺動速度
が前記メインモータM₄による基端側アーム４ｂ
の揺動速度の２倍の速度となるように、つまり、
前記サブモータM₅をメインモータM₅の回転速度
の２倍の速度で回転駆動するように、前記メイン
モータM₄及びサブモータM₅の駆動速度を夫々設
定してある。

尚、第１図中、１１は作業対象となる果実位置
を探索するための視覚装置を構成するビデオカメ
ラであつて、その視野中心が、前記マニプレータ
支持枠４ａの旋回中心となる縦軸芯Ｙと、前記基
端側アーム４ｂの旋回軸芯X₁との交点に一致す
るように、前記基端側アーム４ｂの基端部の内部
に格納してある。更に、前記マニプレータ支持枠
４ａを、上方に向かつてくの字状に屈曲形成して
あり、前記マニプレータ支持枠４ａの縦軸芯Ｙ周
りの旋回中心が、前記基端側アーム４ｂの旋回中
心つまり前記ビデオカメラ１１の縦方向の視野中
心と一致するようにすると共に、前記ビデオカメ
ラ１１の視野つまりマニプレータ４の位置が低く
なるように、前記基端側アーム４ｂの水平方向で
の旋回軸芯X₁の位置と補助ブーム３の上面とが
接近するようにしてある。つまり、前記ビデオカ
メラ１１の視野変更が、前記マニプレータ４の向
き変更に連動して行われると共に、その視野方向
がマニプレータ４の先端部に取り付けられた作業
用ハンドＨの向きと一致するようにしてあり、い
わゆる視線追従式に、作業用ハンドＨを低い位置
から誘導できるようにしてある。

従つて、作業対象果実が、前記ビデオカメラ１
１にて撮像された視野内にアプローチの邪魔にな
る枝や葉等の障害物があるか無いかを確認するだ
けで、マニプレータ４が作業対象に対してアプロ
ーチできるか否かを簡単に確認できる。

前記マニプレータ４の可動範囲について簡単に
説明すれば、第７図に示すように、自動制御の場
合は前記マニプレータ４の基端側アーム４ｂの旋
回中心Ｙ，X₁に設けたビデオカメラ１１による
撮像画像情報に基づいて、手動操作による場合
は、後述する手動操作手段Ｂによる指示情報に基
づいて、前記ブーム２の水平方向での向き、前記
ブーム２に対する補助ブーム３の向き、及び、前
記補助ブーム３に対するマニプレータ４の向き
の、各水平方向での向きを調整すると共に、前記
ブーム２の昇降並びに補助ブーム３に対するマニ
プレータ４の上下揺動にて上下方向での向きを調
整して、作業対象果樹Ｆに対する作業用ハンドＨ
のアプローチ開始位置及びその方向が、作業対象
果実の近傍にある枝や葉等の障害物に邪魔されな
い方向となるように、略作業対象果実とその果実
が生つている果樹Ｆの中心とを結ぶ線の方向とな
るように設定する。そして、前記マニプレータ４
を突出作動させて、その先端部に取り付けられた
作業用ハンドＨを、作業対象果実に向けてアプロ
ーチさせるのである。

次に、前記ブーム２、補助ブーム３、及び、マ
ニプレータ４の旋回並びに揺動の各操作を手動に
より行うための手動操作手段Ｂの構成について詳
述する。

第１図及び第２図に示すように、手動操作用の
モータ回転制御手段Ｃを構成するアーム駆動装置
Ｇの操作パネル面１２に、前記ブーム２を横軸芯
Ｑ周りに昇降並びに停止させるために前記油圧シ
リンダ６の作動を操作するブーム昇降スイツチ
SW₁、前記ブーム２を縦軸芯Ｐ周りに旋回停止さ
せるために前記第１モータM₁の作動を操作する
ブーム旋回スイツチSW₂、前記補助ブーム３を縦
軸芯Ｒ周りに旋回停止させるために前記第２モー
タM₂の作動を操作する補助ブーム旋回スイツチ
SW₃、前記基端側アーム４ｂを縦軸芯Ｙつまりマ
ニプレータ支持枠４ａに対して旋回停止させるた
めに前記第３モータM₃の作動を操作するマニプ
レータ旋回スイツチSW₄、前記メインモータM₄
を正逆回転並びに停止操作するメインモータ操作
スイツチSW₅、及び、前記サブモータM₅を正逆
回転並びに停止操作するサブモータ操作スイツチ
SW₆の夫々を、前後揺動自在に且つ中立側へ復帰
付勢して、互いに隣接させた状態で並べて配置し
てある。つまり、前記ブーム昇降スイツチSW₁に
おいては、その前方側への揺動操作によりブーム
２が上昇し、後方側への揺動操作により下降し、
且つ、中立状態において停止するように操作さ
れ、その他の各スイツチSW₂〜SW₆においては、
前方側への揺動操作により対応するモータを正転
させると共に後方側への揺動操作により逆転させ
るように、且つ、中立状態で停止するように操作
されることとなる。

そして、第１図に示すように、前記各スイツチ
SW₁〜SW₆からの正転側接点及び逆転側接点夫々
が中立状態の場合に“Ｌ”レベルとなり、操作状
態の場合に何れか一方が“Ｈ”レベルとなる正転
信号及び逆転信号を、前記制御装置Ｇのスイツチ
操作状態読み込み用の入力ポート１３の隣接した
一対の各ビツト位置の論理状態として所定周期毎
に繰り返し読み込み、前記入力ポート１３の各ビ
ツト位置の論理状態を判別し、その判別結果に基
づいて、前記油圧シリンダ６、第１モータM₁、
第２モータM₂、第３モータM₃、メインモータ
M₄、及びサブモータM₅の各アクチユエータの作
動を、各別に且つ同時並列的に制御するように構
成してある。但し、前記メインモータM₄の作動
を操作するメインモータ操作用スイツチSW₅とサ
ブモータM₅の作動を操作するサブモータ操作用
スイツチSW₆が同時に押し操作されている場合
は、前述したように前記メインモータM₄とサブ
モータM₅の回転比を１：２に設定してあるので
自動的に同期回転され、前記先端側アーム４ｄつ
まり作業用ハンドＨが直進移動することとなる。

尚、前記正転信号及び逆転信号は、各回動軸芯
の符号に正転・逆転に対応する正（＋）及び負
（−）の符号を付けて識別するようにしてある。

すなわち、（Ｑ＋），（Ｑ−）は前記ブーム昇降
スイツチSW₁からの信号に、（Ｐ＋），（Ｐ−）は
前記ブーム旋回スイツチSW₂からの信号に、（Ｒ
＋），（Ｒ−）は前記補助ブーム旋回スイツチSW₃
からの信号に、（Ｙ＋），（Ｙ−）は前記マニプレ
ータ旋回スイツチSW₄からの信号に、（X₁＋），
（X₁−）は前記メインモータ操作スイツチSW₅か
らの信号に、（X₂＋），（X₂−）は前記サブモータ
操作作スイツチSW₆からの信号に、夫々対応させ
てある。

次に、第３図に示すフローチヤートに基づい
て、前記制御装置Ｇの動作を詳述しながらモータ
回転制御手段Ｃの構成を説明する。

すなわち、前記油圧シリンダ６及び各モータ
M₁〜M₅に付設のエンコーダ（図示せず）からの
各軸の現在位置を示す位置情報CNT₀〜CNT₅を
読み込むと共に、前記各スイツチSW₁〜SW₆の正
転信号及び逆転信号を、前記入力ポート１３の各
隣接したビツト位置の状態（“Ｈ”又は“Ｌ”）と
して所定周期毎に繰り返し読み込んで、その状態
をレジスタMLに一次記憶させる。

そして、前記レジスタMLの値と、各スイツチ
SW₁〜SW₆の位置に対応して予め用意したマスク
データMX（前記各軸芯Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｙ，X₁，X₂
を示す符号に正負（＋，−）の符号を付けて示し
た信号のビツト位置以外を“Ｌ”にしたもの）と
の論理積を、順次演算することにより、前記各ス
イツチSW₁〜SW₆の操作状態（正転、逆転、停
止）を判別し、その判別結果に基づいて、前記油
圧シリンダ６又は各モータM₁〜M₅を正逆駆動並
びに停止させるように、前記油圧シリンダ６又は
各モータM₁〜M₅の現在位置情報CNT₀〜CNT₅
に、駆動速度に対応して予め設定した定数を加算
又は減算して、前記位置情報CNT₀〜CNT₅を更
新処理し、新たな目標駆動位置情報として、前記
油圧シリンダ６及び各モータM₁〜M₅を駆動する
駆駆動回路１４ａ〜１４ｆに出力するのである。

但し、前述したように、前記メインモータM₄
とサブモータM₅の回転速度を１：２に設定して
あるので、前記メインモータ操作用スイツチSW₅
とサブモータ操作用スイツチSW₆の両方が操作さ
れている場合は、前記先端側アーム４ｄが直線経
路に沿つて移動するようにメインモータM₄とサ
ブモータM₅が自動的に同期回転するのである。

〔別実施例〕

上記実施例においては、メインモータM₄とサ
ブモータM₅の回転速度を、前記先端側アーム４
ｄを直線移動させる比率に予め設定すると共に、
メインモータ操作スイツチSW₅とサブモータ操作
スイツチSW₆を隣接して配置し、両スイツチ
SW₅，SW₆を同時に押し操作することにより、手
動操作手段ＢによりメインモータM₄とサブモー
タM₅を同期回転させるようにした場合を例示し
たが、サブモータ操作スイツチSW₆を操作するだ
けでメインモータM₄とサブモータM₅を同時に回
転させるようにしてもよい。

又、上記実施例においては、中間アーム４ｃと
先端側アーム４ｄとを連動連結する伝動機構Ａと
してスプロケツトホイール９ａ，９ｂとチエーン
９ｃを用いた場合を例示したが、これに変えて、
例えば、プーリを用いたり、歯付きベルトやギヤ
等にて連動連結するように構成してもよく、伝動
機構の具体的な構成は、各種変更できる。

又、上記実施例では、サブモータM₅と中間ア
ーム４ｃの基部側を連動連結するに、上記中間ア
ーム４ｃと先端側アーム４ｄとを連動連結する構
成と同様の構成になるスプロケツトホイール８
ａ，８ｂ及びチエーン８ｃを用いた場合を例示し
たが、上記中間アーム４ｃと先端側アーム４ｄの
連動構成同様に、具体的な構成は各種変更でき
る。

又、上記実施例においては、ブーム２を構成す
るに、側面視が略くの字形状に屈曲形成した例を
示したが、直線形状等、他の形状に形成してもよ
い。又、前記ブーム２は、平行リンクを構成しな
いものであつてもよい。

又、上記実施例では、先端側アームが一つの場
合を例示したが、本発明は、先端側アームが複数
個ある場合にも適用できるものである。

又、本発明は、上記実施例で示した果樹園にて
使用する作業機のみならず、その他の各種作業機
にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る多関節型マニプレータのア
ーム駆動装置の実施例を示し、第１図はアーム駆
動装置の構成を示すブロツク図、第２図は手動操
作用パネルの配置を示す説明図、第３図はアーム
駆動装置の手動操作時の動作を示すフローチヤー
ト、第４図は多関節型マニプレータの伸縮構成を
示す概略側面図、第５図は多関節型マニプレータ
の一部切欠正面図、第６図は作業機全体の側面
図、第７図はマニプレータの可動状態を示す概略
平面図である。 ４ａ……マニプレータ支持枠、４ｂ……基端側
アーム、４ｃ……中間アーム、４ｄ……先端側ア
ーム、M₄……メインモータ、M₅……サブモー
タ、Ａ……伝動機構、Ｂ……手動操作手段、Ｃ…
…モータ回転制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個のアーム４ｂ，４ｃ，４ｄを、隣り合
   うアームの端部同士が枢支連結される状態で接続
   し、前記複数個のアーム４ｂ，４ｃ，４ｄのうち
   の基端側アーム４ｂをマニプレータ支持枠４ａに
   対して揺動操作するメインモータM₄、及び、前
   記基端側アーム４ｂの先端部に接続される中間ア
   ーム４ｃを前記基端側アーム４ｂに対して揺動操
   作するサブモータM₅を設けると共に、前記中間
   アーム４ｃよりも先端側に位置する先端側アーム
   ４ｄを前記中間アーム４ｃの揺動に連動して揺動
   させるべく、アーム４ｂ先端部とそれから一つの
   アーム４ｃを隔てて位置するアーム４ｄ基端部の
   夫々が一体回動するように連動連結する伝動機構
   Ａを設けてある多関節型マニプレータのアーム駆
   動装置であつて、前記メインモータM₄のみを正
   逆回転及び停止操作自在で、且つ、前記メインモ
   ータM₄及びサブモータM₅を同時に正逆回転及び
   停止操作自在な手動操作手段Ｂを設け、前記手動
   操作手段Ｂが前記メインモータM₄及びサブモー
   タM₅を同時に回転させる状態に操作された場合
   には、前記先端側アーム４ｄを直線経路に沿つて
   移動させるように、前記メインモータM₄及びサ
   ブモータM₅の回転を同期作動させるべく制御す
   るモータ回転制御手段Ｃを設けてある多関節型マ
   ニプレータのアーム駆動装置。