JPS6233943A - Controller for manipulator - Google Patents

Controller for manipulator

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Publication number
JPS6233943A
JPS6233943A JP16977485A JP16977485A JPS6233943A JP S6233943 A JPS6233943 A JP S6233943A JP 16977485 A JP16977485 A JP 16977485A JP 16977485 A JP16977485 A JP 16977485A JP S6233943 A JPS6233943 A JP S6233943A
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JP
Japan
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manipulator
operating
working
rotation
drive
Prior art date
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Pending
Application number
JP16977485A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunio Kashiwagi
柏木 邦雄
Hidekiyo Nakajima
中島 英清
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.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Construction Machinery Co Ltd filed Critical Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication of JPS6233943A publication Critical patent/JPS6233943A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

PURPOSE:To raise the operability of a manipulator by a method in which operators to detect the components of forces or rotation forces corresponding to the extending and contracting movements of operating parts are provided, attachments for operation or operating mechanisms are controllably actuated, and the moving direction or turning direction of the operating parts are specified. CONSTITUTION:In operating the operating attachments of a civil construction machine, etc., force components Fxa, Fya, Fza, Mxa, and Mza to be applied to the first and second operating levers 25A and 25B are detected by the first and second sensors 29A and 29B, and on the basis of the detected values, drive signals Sxa of each actuator for the turning drive section of boom, etc., are calculated in an arithmetic mechanism 30. Signals Sxa and Sxb on which a grasper for objects is moved to the direction of forces applied to the lever 25A and at a speed proportional to the forces or turned to the direction of rotation forces applied to the lever 25B and at an angular speed proportional to the forces are calculated, and a manipulator 32 is controlled through a servo system 31.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は土木建設機械、荷役運搬機械等に備えられたマ
ニピュレータおよびその他一般のマニピュレータを制御
するマニピュレータ用制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a manipulator control device for controlling manipulators installed in civil engineering construction machines, material handling and transportation machines, and other general manipulators.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

土木建設機械、荷役運搬機械等においては、機械本体に
作業用アタッチメント本体および作業機構より成る作業
用アタッチメントを備え、オペレータがこの作業用アタ
ッチメントを操作することにより所期の作業が実施され
るように構成されたものがある。このような構成を、油
圧ショベルを例示して説明する。
Civil engineering construction machinery, material handling and transportation machinery, etc. are equipped with a work attachment consisting of a work attachment body and a work mechanism on the machine body, so that the operator can perform the intended work by operating the work attachment. There is something configured. Such a configuration will be explained using a hydraulic excavator as an example.

第1図は油圧ショベルの概略構成の側面図である。図で
、1は下部走行体、2は下部走行体1に旋回可能に設置
された上部旋回体、3は上部旋回体2を旋回駆動する旋
回用回転機構である。下部(3)。
FIG. 1 is a side view of a schematic configuration of a hydraulic excavator. In the figure, 1 is an undercarriage body, 2 is an upper revolving body installed on the undercarriage body 1 so as to be able to turn, and 3 is a turning rotation mechanism for driving the upper revolving body 2 to rotate. Lower part (3).

走行体1、上部旋回体2および旋回用回転機構3により
油圧ショベル本体4が構成される。5は上部旋回体2の
回動支点6に可回動に取付けられたブーム、7はブーム
5の回動支点8に可回動に取付けられたアーム、9はア
ーム7の回動支点10に可回動に取付けられたパケット
である。11はブームシリンダ、12はアームシリンダ
、13はパケットシリンダである。ブーム5およびアー
ム7により作業用アタッチメント本体14が構成され、
この作業用アタッチメント本体14とその先端の回動支
点10に取付けられた作業機構15(図示の場合はパケ
ット9がこれ1こ該当する)とにより作業用アタッチメ
ント16が構成される。
A hydraulic excavator body 4 is constituted by the traveling body 1, the upper revolving body 2, and the turning rotation mechanism 3. 5 is a boom rotatably attached to a rotation fulcrum 6 of the upper revolving structure 2; 7 is an arm rotatably attached to a rotation fulcrum 8 of the boom 5; 9 is a rotation fulcrum 10 of the arm 7; It is a rotatably mounted packet. 11 is a boom cylinder, 12 is an arm cylinder, and 13 is a packet cylinder. A working attachment main body 14 is configured by the boom 5 and the arm 7,
A working attachment 16 is constituted by this working attachment main body 14 and a working mechanism 15 (in the illustrated case, one packet 9 corresponds to this) attached to the rotation fulcrum 10 at the tip thereof.

作業機構15としては、パケット9以外に、作業目的に
応じて種々の作業具を備えたものが考えられる。この作
業機構15はブーム5およびアーム7の駆動により、両
者で作る二次元平面内の位置に自由に移動せしめられ、
又、これに旋回用回転機構3の駆動を加えることにより
三次元空間内の位置に自由に移動せしめることができる
。この・tA)・ ような作業用アタッチメント16および旋回用回転機構
3の動きを判り易く示すには、JIS規格BO138r
産業用ロボット記号」に準拠した形で表すのが便利であ
る。この「産業用ロボット記号」を用いて第1図に示す
油圧ショベルを図示すると第2図に示すようになる。
The working mechanism 15 may be equipped with various working tools in addition to the packet 9 depending on the purpose of the work. This working mechanism 15 is driven by the boom 5 and the arm 7, so that it can be freely moved to a position within a two-dimensional plane created by the two.
Further, by adding the drive of the turning rotation mechanism 3 to this, it is possible to freely move it to a position in the three-dimensional space. To clearly show the movement of the working attachment 16 and the swing rotation mechanism 3, JIS standard BO138r is used.
It is convenient to represent it in a form that conforms to the "Industrial Robot Symbol". When the hydraulic excavator shown in FIG. 1 is illustrated using this "industrial robot symbol", it becomes as shown in FIG. 2.

第2図は上記「産業用ロボット記号」による油圧ショベ
ルの側面図である。図で、第1図に示す部分と同一部分
には同一符号が付しである。17は第1図に示す旋回用
回転機構3に相当する旋回体回転駆動部であり、この記
号は、旋回体回転駆動部17が軸17aを中心に回転す
る部分であることおよび回転機構を含むことを意味する
。工8はブーム回動駆動部であり、この記号は、ブーム
回動駆動部が紙面に垂直な軸18aを中心に回動する部
分(第1図の回動支点6)であることおよびブーム駆動
機構(第1図のブームシリンダ11)を含むことを意味
する。同様に、19.20はアーム回動駆動部、作業機
構駆動部であり、それらの記号は、それぞれそれらが回
動部分(第1図の゛\千士)。
FIG. 2 is a side view of a hydraulic excavator with the above-mentioned "industrial robot symbol". In the figure, the same parts as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals. Reference numeral 17 denotes a rotating body rotation drive unit corresponding to the turning rotation mechanism 3 shown in FIG. It means that. 8 is a boom rotation drive section, and this symbol indicates that the boom rotation drive section is a part that rotates around an axis 18a perpendicular to the page (rotation fulcrum 6 in Fig. 1) and that it is a boom drive section. It is meant to include a mechanism (boom cylinder 11 in FIG. 1). Similarly, 19.20 is an arm rotation drive unit and a working mechanism drive unit, and their symbols indicate the rotation parts (゛\Senji in Figure 1).

回動支点8.10)、駆動機構(第1図のアームシリン
ダ12、パケットシリンダ13)であることを意味する
。このように、これらの記号を用いることにより油圧シ
ョベル全体の動作を図により直ちに把握することができ
、きわめて便利である。
It means a rotation fulcrum 8.10) and a drive mechanism (arm cylinder 12 and packet cylinder 13 in FIG. 1). In this way, by using these symbols, the operation of the entire hydraulic excavator can be immediately understood from the diagram, which is extremely convenient.

そこで、これらの記号を用いて、複数の自由度を有する
作業機構を取付けた油圧ショベルを次回に表現してみる
Next, we will use these symbols to express a hydraulic excavator equipped with a working mechanism that has multiple degrees of freedom.

第3図(a)、(b)は油圧ショベルの概略構成の側面
図および平面図である。図で、第2図に示す部分と同一
部分には同一符号が付しである。第2図に示す油圧ショ
ベルと第3図に示す油圧ショベルとが異なる点はその作
業機構15の構成にある。以下、第3図に示す作業機構
15の構成について説明するが、この説明において、各
記号にはそれらの記号が意味する動作を直接表わす名称
を付することにする。これにしたがって、作業機構15
に属する作業機構駆動部20を、以後、上下振り機構2
0と称する。21は回動軸21aを中心に回動する左右
振り機構、22は回転機構、23は回転機槽22に取付
けられた把持具である。把持具23は、例えば対向した
位置に爪2”3a、23bを有し、この爪23a、23
bにより作業対象である把持すべき物体24を把持する
FIGS. 3(a) and 3(b) are a side view and a plan view of a schematic configuration of a hydraulic excavator. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals. The difference between the hydraulic excavator shown in FIG. 2 and the hydraulic excavator shown in FIG. 3 lies in the configuration of the working mechanism 15. The configuration of the working mechanism 15 shown in FIG. 3 will be described below. In this explanation, each symbol will be given a name that directly represents the operation that the symbol means. Accordingly, the working mechanism 15
Hereinafter, the working mechanism drive unit 20 belonging to the
It is called 0. Reference numeral 21 designates a left-right swinging mechanism that rotates around a rotation shaft 21a, 22 a rotation mechanism, and 23 a gripping tool attached to the rotating machine tank 22. The gripping tool 23 has, for example, claws 2"3a, 23b at opposing positions, and these claws 23a, 23
The object 24 to be gripped, which is the work target, is gripped by b.

このように構成された油圧ショベルにおいて、作業機構
15の位置は旋回体回転駆動部17、ブーム回動駆動部
18およびアーム回動駆動部19を駆動することにより
所望位置に設定される。即ち、ブーム回動駆動部18を
角速度ψ1である時間駆動し、アーム回動駆動部19を
角速度ω2である・時間駆動することにより、ブーム5
およびアーム7を含む平面内の所望位置に作業機構15
を位置せしめることができ、さらに、旋回体回転駆動部
17を角速度ω6である時間旋回することにより、三次
元空間内の所望位置に作業機構15を位置せしめること
ができるのである。一方、作業機構15自体の姿勢は上
下振り機構20、左右振り機構21および回転機構22
により制御される。即ち、三次元空間内に図のように基
準軸x、yS zを想定すると、上下振り機構20をy
軸と平行な軸上に角速度ω1である時間駆動すると把持
具23は所望の角度だけ上方向又は下方向を向き、左右
振り機構21を2軸と平行な軸上に角速度ω、。である
時間駆動すると把持具23は所望の角度だけ左方向又は
右方向を向き、回転機構22をX軸上に角速度ω、。で
ある時間回動すると把持具23は所望の角度だけ回転す
る。このようなxly、z軸に関する回動により、作業
機構15は所望の姿勢をとり得るのである。
In the hydraulic excavator configured as described above, the position of the working mechanism 15 is set to a desired position by driving the rotating body rotation drive section 17, the boom rotation drive section 18, and the arm rotation drive section 19. That is, by driving the boom rotation drive unit 18 for a time at an angular velocity ψ1 and driving the arm rotation drive unit 19 for a time at an angular velocity ω2, the boom 5
and the working mechanism 15 at a desired position in the plane containing the arm 7.
Furthermore, by rotating the revolving body rotation drive unit 17 for a period of time at an angular velocity ω6, the working mechanism 15 can be positioned at a desired position in the three-dimensional space. On the other hand, the posture of the working mechanism 15 itself is the vertical swing mechanism 20, the horizontal swing mechanism 21, and the rotation mechanism 22.
controlled by That is, assuming reference axes x, ySz as shown in the figure in a three-dimensional space, the vertical swing mechanism 20 is
When driven on an axis parallel to the two axes for a time at an angular velocity ω1, the gripping tool 23 faces upward or downward by a desired angle, and the left-right swinging mechanism 21 is driven on an axis parallel to the two axes at an angular velocity ω. When driven for a certain time, the gripping tool 23 turns to the left or right by a desired angle, and the rotation mechanism 22 is rotated on the X axis at an angular velocity ω. When the gripper 23 rotates for a certain period of time, the gripper 23 rotates by a desired angle. By such rotation about the xly and z axes, the working mechanism 15 can assume a desired posture.

ところで、従来、第1図に示すような油圧ショベルを操
作する場合、その操作上の自由度は4であり、4本の操
作レバーか、あるいは1本の操作レバーで2つのアクチ
ュエータを操作する方式のものでは2本の操作レバーで
行なっている。ここで用いられている操作レバーは第4
図に示すような変位形操作レバーであり、握り部26、
握り部26を支持する軸部27、軸部27を支持する支
持部28で構成されている。握り部26を手で握って軸
部27を倒す(変位させる)ことにより、その変位量を
検出し、前記各駆動部の操作信号を得ているのである。
By the way, conventionally, when operating a hydraulic excavator as shown in Fig. 1, there are four degrees of freedom in operation, and two actuators are operated using four operating levers or one operating lever. This is done using two operating levers. The operating lever used here is the fourth
It is a displacement type operating lever as shown in the figure, and has a grip part 26,
It is composed of a shaft portion 27 that supports the grip portion 26 and a support portion 28 that supports the shaft portion 27. By gripping the grip part 26 with a hand and tilting (displacing) the shaft part 27, the amount of displacement is detected and an operation signal for each drive part is obtained.

一般的に云って、この操作レバーの変位量は駆動部の駆
動速度に関与するものの、その変位方向はかならずしも
駆動部の駆動方向に一致していないのみならず、当然、
作業具(パケット)の移動方向とも一致していない。し
かしながら非熟練者であっても、多少の教習と実地訓練
により、上記操作レバーを用い、4自由度を有する油圧
ショベルを容易に操作することができる。
Generally speaking, the amount of displacement of this operating lever is related to the drive speed of the drive unit, but the direction of displacement does not necessarily match the drive direction of the drive unit, and of course,
The moving direction of the work tool (packet) also does not match. However, even an unskilled person can easily operate a hydraulic excavator having four degrees of freedom by using the operating lever with some training and on-the-job training.

しかるに、第3図に示すような6自由度を有するマニピ
ュレータを、上記変位形操作レバーを用いてスムーズか
つ迅速に操作しようとすると、操作レバーの変位方向と
作業具の駆動方向が一致しないため、その操作は極めて
困難なものとなる。
However, when attempting to smoothly and quickly operate a manipulator having six degrees of freedom as shown in FIG. 3 using the above-mentioned displacement type operating lever, the displacement direction of the operating lever does not match the driving direction of the work tool, so The operation becomes extremely difficult.

以下その理由を述べる。今、把持具23で物体24を把
持し、作業機構15の姿勢を変えることにより物体24
の姿勢を変えようとする場合を考えると、上下振り機構
20、左右振り機構21および回転機構22を駆動する
と、当然物体24の位置が変化する。このため、物体2
4を同一場所に位置せしめ、その姿勢だけを変えようと
する場合には、上下振り機構20、左右振り機構21お
よび回転機構22を制御すると同時に、その位置の変化
を補正するため旋回体回転駆動部17、ブーム回動駆動
部18およびアーム回動駆動部19をも制御しなければ
ならない。このような補正は、作業機構15の姿勢を変
える場合には常に必要となる。実際上の作業においても
、まず予め作業機構15の概略の位置決めをしておき、
次いで姿勢を変え、これによりずれた位置を補正し、再
び姿勢を変えるという動作を繰り返えして所望位置、所
望姿勢を得ている。このように、把持具23を所望位置
に所望姿勢で臨ませるには、作業用アタッチメント16
の各リンク機構上の特徴を充分知り尽したうえでそれら
の動きを把持具24の位置と姿勢との関係に迅速に反映
させることができる者のみがなし得ることであり、これ
には高度の熟練を要し、この点からも、非熟練者にとっ
て、把持具23の位置および姿勢制御は極めて困難であ
った。
The reason is explained below. Now, by gripping the object 24 with the gripper 23 and changing the posture of the working mechanism 15, the object 24 can be
Considering the case where the attitude of the object 24 is to be changed, when the vertical swing mechanism 20, the horizontal swing mechanism 21, and the rotation mechanism 22 are driven, the position of the object 24 naturally changes. Therefore, object 2
4 in the same place and only change its posture, the vertical swing mechanism 20, the left and right swing mechanism 21, and the rotation mechanism 22 are controlled, and at the same time, the rotating body rotation drive is used to correct the change in position. 17, boom rotation drive 18 and arm rotation drive 19 must also be controlled. Such correction is always required when changing the attitude of the working mechanism 15. In actual work, first, the approximate position of the working mechanism 15 is determined in advance.
Next, the posture is changed, thereby correcting the deviated position, and the posture is changed again. This operation is repeated to obtain the desired position and desired posture. In this way, in order to make the gripping tool 23 face at a desired position and in a desired posture, the work attachment 16 is
This can only be done by a person who has a thorough knowledge of the characteristics of each link mechanism and can quickly reflect those movements in the relationship between the position and posture of the gripping tool 24, and this can only be done by a person who has a high level of knowledge. This requires skill, and from this point of view as well, it is extremely difficult for unskilled people to control the position and posture of the gripping tool 23.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、その目的は、非熟練者であっても容易に操作すること
ができるマニピュレータ用制御装置を提供するにある。
The present invention has been made in view of these circumstances, and its purpose is to provide a manipulator control device that can be easily operated even by an unskilled person.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この目的を達成するため、本発明は、作業具の所望の伸
縮移動に対応した力が付与され、この付与された力の各
基準軸成分を検出する第1の検出手段を備えた第1の操
作装置と、前記作業具の所望の回動に対応した回転力が
付与され、この付与された回転力の各基準軸成分を検出
する第2の検出手段を備えた第2の操作装置のうち少な
くとも一方を設け、かつ、前記第1の検出手段又は第2
の検出手段により検出された値に基づいて前記作業用ア
タッチメント本体又は前記作業機構の少なくとも一方の
対応するアクチュエータの駆動を制御する駆動制御機構
とを設け、前記第1の操作装置に付与する力の方向と前
記作業具の移動方向、又は前記第2の操作装置に付与す
る回転力の方向と作業具の回動力向の少なくとも一方を
一致させるようにしたことを特徴とする。
In order to achieve this object, the present invention provides a first sensor to which a force corresponding to the desired telescoping movement of the working implement is applied, and is provided with a first detection means for detecting each reference axis component of the applied force. A second operating device, which is provided with an operating device and a second detection means that applies a rotational force corresponding to a desired rotation of the working tool and detects each reference axis component of the applied rotational force. at least one of the first detection means and the second detection means is provided;
a drive control mechanism that controls the drive of a corresponding actuator of at least one of the work attachment main body or the work mechanism based on the value detected by the detection means, and the drive control mechanism controls the force applied to the first operating device. The present invention is characterized in that at least one of the direction and the moving direction of the work tool, or the direction of the rotational force applied to the second operating device and the direction of the rotational force of the work tool are made to match.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on illustrated embodiments.

第5図は本発明の実施例に係る油圧ショベルのマニピュ
レータ用制御装置に用いられる操作レバーの斜視図であ
る。図で、25Aは第1の操作レバーであり、握り部2
6A、握り部26Aを支持する軸部27A1軸部27A
を支持する支持部28Aおよび押り部26Aの中心部分
に設けられた第1の検出部29Aで構成されている。又
、25Bは第2の操作レバーであり、握り部26B1握
り部26Bを支持する軸部27B1軸部27Bを支持す
る支持部28Bおよび握り部26Bの中心部分に設けら
れた第2の検出部29Bで構成されている。一般的に云
って、第5図に示される形状の操作レバーは第4図に示
すものと同様に手で握り部を握って軸部27を倒す構成
(変位形操作レバー)となっているのが通常である。し
かしながら、本実施例の操作レバー25A125Bはこ
のような通常の変位形操作レバーとはその操作態様を全
(異にするものである。即ち、操作レバー25A、25
Bは力あるいは回転力が加えられても全く変位しないが
又は極微小の変位しかしないように構成されている。
FIG. 5 is a perspective view of an operating lever used in a control device for a manipulator of a hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention. In the figure, 25A is the first operation lever, and the grip part 2
6A, shaft portion 27A supporting grip portion 26A1 shaft portion 27A
The first detection section 29A is provided at the center of the support section 28A and the push section 26A. Further, 25B is a second operating lever, which includes a grip portion 26B, a shaft portion 27B that supports the grip portion 26B, a support portion 28B that supports the shaft portion 27B, and a second detection portion 29B provided at the center of the grip portion 26B. It consists of Generally speaking, the operating lever having the shape shown in FIG. 5 has a configuration (displaceable operating lever) in which the shaft portion 27 is tilted by gripping the handle with the hand, similar to the one shown in FIG. 4. is normal. However, the operating mode of the operating lever 25A125B of this embodiment is completely different from such a normal displacement operating lever. That is, the operating lever 25A, 25
B is constructed so that it does not displace at all or undergoes only a very small displacement even when force or rotational force is applied.

さて、オペレータは、第1のm作しバー25Aを操作す
るときは、その握り部26Aに対し、把持具23の所望
の伸縮移動方向と一致する方向でかつ所望の伸縮移動速
度に比例した大きさの力を加え、又、第2の操作レバー
25Bを操作するときは、その握り部26Bに対し、把
持具23の所望の回動方向と一致する方向でかつ所望の
回動角速度に比例した大きさの回転力を加える。今、第
1の検出部29Aで直交するX軸、y軸、z軸を想定し
、又、同じ(第2の検出部29Bで直交するX軸、y軸
、z軸を想定すると、第1の操作レバー25Aに加えら
れた上記力は、図示のように力成分FXI SFym、
Fgaに分解することができ、又、第2の操作レバー2
5Bに加えられた上記回転力は、回転力成分Mxb s
 Myb s Mgbに分解される。
Now, when the operator operates the first m-working bar 25A, he/she should apply a large amount of force to the grip portion 26A in a direction that coincides with the desired extension/contraction movement direction of the gripping tool 23 and in proportion to the desired extension/contraction movement speed. Also, when operating the second operating lever 25B, apply force to the grip portion 26B in a direction that coincides with the desired rotational direction of the gripping tool 23 and in proportion to the desired rotational angular velocity. Apply a rotational force of magnitude. Now, assuming that the first detection section 29A has orthogonal X, y, and z axes, and the same (assuming that the second detection section 29B has orthogonal X, y, and z axes, the first The above force applied to the operating lever 25A has force components FXI SFym, as shown in the figure.
It can be disassembled into Fga, and the second operating lever 2
The above rotational force applied to 5B is a rotational force component Mxb s
Decomposed into Myb s Mgb.

ところで、第3図(a)、(b)において、把持具23
を三次元空間のある方向にある速度で移動させる位置制
御を行った場合、その速度は各基準軸毎の移動速度成分
に分解することができる。これらの移動速度成分をそれ
ぞれ図示の如(■、■、■とする。又、把持具23自体
を三次元空間のある方向にある角速度で回動させる姿勢
制御を行なった場合、その角速度は各基準軸毎の回転角
速度成分に分解することができる。これらの回転角速度
成分をそれぞれ図示の如くω8、ωア2、ω、とする。
By the way, in FIGS. 3(a) and 3(b), the gripping tool 23
When position control is performed to move the object at a certain speed in a certain direction in a three-dimensional space, the speed can be decomposed into moving speed components for each reference axis. These moving speed components are shown as (■, ■, ■), respectively. Also, when posture control is performed to rotate the gripping tool 23 itself at a certain angular velocity in a certain direction in three-dimensional space, the angular velocity is It can be decomposed into rotational angular velocity components for each reference axis.These rotational angular velocity components are designated as ω8, ωa2, and ω, respectively, as shown in the figure.

そうすると、移動速度成分■8、■2、■ヨと第1の操
作レバー25Aに加えられた力成分F。s Flm、F
oとが比例するように関連づけ、又、回転角速度成分ω
8、ω7、ω、と第2の操作レバー25Bに加えられた
回転力成分MXb SMyb SMgbとが比例するよ
うに関連づけることができれば、第1の操作レバー25
Aに前記のような力を加え、あるいは第2の操作レバー
25Bに前記のような回転力を加えることにより、所望
の移動速度成分■8、■7、vlあるいは所望の回転角
速度成分ω8、ω7、ω8を得ることができ、把持具2
3の位置制御あるいは姿勢制御を行なうことができる筈
である。そして、この結果、旋回体回転駆動部17、ブ
ーム回動駆動部18、アーム回動駆動部19、上下振り
機構20、左右振り機構21および回転機構22の6自
由度を持つ複雑な系統は、その17.18.19を第1
の操作レバー1本で、又、その20.21.22を第2
の操作レバー1本でまとめて制御することができ、把持
具23に所望の位置あるいは所望の姿勢をとらせること
ができる。しかも、把持具23は、操作レバー25Aに
加えられた力の方向にその力に比例した速度で移動し、
あるいは、操作レバー25Bに加えられた回転力の方向
にその回転力に比例した角速度で回動してそれぞれ位置
あるいは姿勢を変更するのであるから、第1の操作レバ
ー25Aあるいは第2の操作レバー25Bに対する力あ
るいは回転力の加え具合と一致して把持具23の位置あ
るいは姿勢を制御することができ、オペレータは、恰か
も、自身が直接把持具23又は物体24を持って動かし
ているかの如く、自由に操作を行なうことができる。
Then, the force component F applied to the first operating lever 25A is the moving speed component ■8, ■2, ■yo. s Flm, F
o is proportional to rotational angular velocity component ω
If 8, ω7, ω and the rotational force component MXb SMyb SMgb applied to the second operating lever 25B can be related to each other in proportion, then the first operating lever 25
By applying the above-mentioned force to A or by applying the above-mentioned rotational force to the second operating lever 25B, desired moving speed components 8, 7, vl or desired rotational angular velocity components ω8, ω7 can be obtained. , ω8 can be obtained, and gripper 2
It should be possible to perform the position control or attitude control of 3. As a result, a complex system with six degrees of freedom including the revolving body rotation drive unit 17, boom rotation drive unit 18, arm rotation drive unit 19, vertical swing mechanism 20, left and right swing mechanism 21, and rotation mechanism 22, 17.18.19 is the first
20, 21, and 22 with one operating lever.
can be controlled all at once with a single operation lever, and the gripping tool 23 can be made to take a desired position or posture. Moreover, the gripping tool 23 moves in the direction of the force applied to the operating lever 25A at a speed proportional to the force,
Alternatively, the first operating lever 25A or the second operating lever 25B rotates in the direction of the rotational force applied to the operating lever 25B at an angular velocity proportional to the rotational force and changes its position or attitude. The position or posture of the gripping tool 23 can be controlled in accordance with the degree of force or rotational force applied to the object, and the operator can control the gripping tool 23 or the object 24 as if he or she were directly holding and moving the gripping tool 23 or the object 24. You can operate it freely.

ここで、第1の検出部29Aには、3軸の力を個別に検
出できる検出器を使用し、第2の検出部29Bには3軸
の回転力を個別に検出できる検出器を使用する。このよ
うな検出器としては、従来から種々の形態のものが提案
されていて公知であるので、その詳細な説明は省略する
。そこで、次に、前記力の成分F、いFya、Fgaと
移動速度成分V8、■7、v8、おヨヒ前記回転力の成
分M−b。
Here, a detector capable of individually detecting the force of three axes is used for the first detecting section 29A, and a detector capable of individually detecting the rotational force of the three axes is used for the second detecting section 29B. . As such a detector, various types of detectors have been proposed and are known, so a detailed explanation thereof will be omitted. Therefore, next, the force components F, Fya, Fga, the moving speed components V8, 7, v8, and the rotational force component M-b.

MFb%Mxbと回転角速度成分ω8、ω7、ω8とを
それぞれ比例して関連づける手段について説明する。
A means for proportionally relating MFb%Mxb and rotational angular velocity components ω8, ω7, and ω8 will be explained.

第6図は本発明の第1の実施例に係るマニピュレータ用
制御装置の系統図である。本実施例では第1の操作装置
と第2の操作装置の両方を使用する。図で、25A、2
5Bはそれぞれ第5図に示す第1の操作レバーおよび第
2の操作レバーを示し、油圧ショベルの動きとは無関係
の位置(例えば地上)に設けられている。29A、29
Bはそれぞれ第5図に示す第1の検出部および第2の検
Mxbは第2の操作レバーに加えられた回転力の成分を
示す。30は演算機構であり、各検出部で検出された力
又は回転力の成分に応じた信号Sx1、Sym、Sit
、Sxb % Syb s S、bを入力してブーム回
動駆動部18の駆動信号Sbsアーム回動駆動部19の
駆動信号S8、旋回体回転駆動部17の駆動信号S1、
回転機構22の駆動信号S、。、左右振り機構21の駆
動信号S、。および上下振り機構20の駆動信号Sp+
を演算して出力する。31はサーボ系を示し、信号Sb
に応じて図示しない油圧源からブーム回動駆動部18に
流量Qbを出力するブームサーボ装置31−18、信号
S1に応じてアーム回動駆動部19に流量Q1を出力す
るアームサーボ装置31−19、信号S、に応じて旋回
体回転駆動部17に流量Q、を出力する旋回体サーボ装
置3−17、信号S、。に応じて回転機構22に流量Q
、。
FIG. 6 is a system diagram of a manipulator control device according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, both the first operating device and the second operating device are used. In the figure, 25A, 2
Reference numerals 5B indicate the first operating lever and the second operating lever shown in FIG. 5, which are provided at positions unrelated to the movement of the hydraulic excavator (for example, on the ground). 29A, 29
B indicates the first detection unit and second detection unit Mxb shown in FIG. 5 respectively indicate the component of the rotational force applied to the second operating lever. 30 is a calculation mechanism, which generates signals Sx1, Sym, and Sit according to the components of the force or rotational force detected by each detection unit.
, Sxb % Syb s S,b is input to generate the drive signal Sbs for the boom rotation drive section 18, the drive signal S8 for the arm rotation drive section 19, the drive signal S1 for the rotating body rotation drive section 17,
A drive signal S for the rotation mechanism 22. , drive signal S for the left-right swing mechanism 21. and the drive signal Sp+ of the vertical swing mechanism 20
Calculate and output. 31 indicates a servo system, and the signal Sb
A boom servo device 31-18 outputs a flow rate Qb from a hydraulic source (not shown) to the boom rotation drive unit 18 in response to a signal S1, and an arm servo device 31-19 outputs a flow rate Q1 to the arm rotation drive unit 19 in response to a signal S1. , signal S, and a rotating body servo device 3-17 that outputs a flow rate Q to the rotating body rotation drive unit 17 in response to signal S. The flow rate Q is applied to the rotating mechanism 22 according to
,.

を出力する回転サーボ装置31−22、信号Sア。Rotary servo device 31-22 outputs signal Sa.

に応じて左右振り機構21に流量Qyoを出力する左右
サーボ装置31−21および信号Splに応じて上下振
り機構20に流量Qp+を出力する上下サーボ装置31
−20の6つのサーボ装置より成る。
A left/right servo device 31-21 outputs a flow rate Qyo to the left/right swing mechanism 21 in response to the signal Spl, and a vertical servo device 31 outputs a flow rate Qp+ to the vertical swing mechanism 20 in response to the signal Spl.
- Consists of 6 servo devices of 20.

32は上記旋回体回転駆動部17、ブーム回動駆動部1
8、アーム回動駆動部19、上下振り機構20、左右振
り機構21、回転機構22の各アクチュエータを含むマ
ニピュレータ装置を示す。
32 is the above-mentioned revolving body rotation drive section 17 and boom rotation drive section 1
8 shows a manipulator device including actuators of an arm rotation drive section 19, a vertical swing mechanism 20, a left and right swing mechanism 21, and a rotation mechanism 22.

第1の操作レバー25Aに加えられた力、および第2の
操作レバー25Bに加えられた回転力の各成分に応じた
信号SXa〜3zbは演算機構30に入力され、演算機
構30においては、これらの信号Sx1〜Stbに基づ
いて所定の演算が実行される。
Signals SXa to 3zb corresponding to each component of the force applied to the first operating lever 25A and the rotational force applied to the second operating lever 25B are input to the calculation mechanism 30, and the calculation mechanism 30 processes these signals. A predetermined calculation is performed based on the signals Sx1 to Stb.

この演算は、把持具23に把持された物体24を所望の
位置に移動させ、所望の姿勢とするために、そのような
位置、姿勢に応じて、第1の操作レノく一25Aに加え
られた力および第2の操作し/(−25Bに加えられた
回転力に対応して把持具23を動かすには、各アクチュ
エータ17.18.19.20,21.22をどのよう
に駆動すればよいかを決定するための演算である。例え
ば把持具23の位置に関与するのは上部旋回体2、ブー
ム5およびアーム7であるが、第1の操作レバー25A
に加えられた力に対応する方向およびその力の大きさに
応じた速度で把持具23を移動させるには、上記3者を
どのように動かせばよいか、換言すればアクチュエータ
17.18.19をどのように駆動すればよいかを決定
しなければならず、このような決定を行なうには所定の
演算が不可決となる。勿論、この演算には、作業機構1
5に想定された基準軸と操作レバー25A、25Bに定
められた基準軸とのずれによる力又は回転力のずれを補
正する演算も含まれる。この種の演算は制御工学上通常
行なわれるものであり、上記演算も数学的な難易の差は
あっても通常の演算と同じく解決可能な範囲のものであ
り、さらに本発明がこの演算の解析方法をその要旨とす
るものではないので、演算機構30における演算の説明
は下記の非線形方程式群を解くものであることを述べる
にとどめる。
This calculation is applied to the first operation lever 25A according to the position and orientation in order to move the object 24 gripped by the gripper 23 to a desired position and take a desired attitude. How should each actuator 17, 18, 19, 20, 21, 22 be driven in order to move the gripper 23 in response to the applied force and the rotational force applied to the second operating/(-25B)? For example, the upper revolving body 2, the boom 5, and the arm 7 are involved in the position of the gripper 23, but the first operating lever 25A
In order to move the gripping tool 23 in a direction corresponding to the force applied to the actuator 17, 18, and 19 at a speed corresponding to the magnitude of the force, how should the above three be moved? It is necessary to decide how to drive the motor, and making such a decision requires certain calculations. Of course, this calculation requires the working mechanism 1
It also includes calculations for correcting deviations in force or rotational force due to deviations between the reference axis assumed in No. 5 and the reference axes defined for the operating levers 25A and 25B. This type of calculation is commonly performed in control engineering, and even though the above calculation may have a difference in mathematical difficulty, it is within the same solvable range as normal calculations. Since the gist of the method is not intended, the explanation of the calculation in the calculation mechanism 30 will be limited to stating that it solves the following group of nonlinear equations.

Sh =Fb’(S−−、5y−13ta、S−b、 
Syb、 5−b)S−=F−(Sx−、Sy−、S−
、Sxb、 5ybSS−b)S、 =F、 cs、、
1s、、、Sgi、5Xbs 5Yb1Szb )Sr
、=F、、(S、、、Sya、So、5xbq Syb
、 Szb )Syo=Fyo(Sxm) Sya、 
Sza、 Sxb、 5ybSS−b)Sp + =F
p I(5−−1Syi、 SXa、  5xbS 5
ybS 3zb )演算機構3oから出力された信号5
bSS−、S−1Sro、S、。、SpIはサーボ系3
1の対応するサーボ装置に入力され、各サーボ装置は担
当するアクチュエータに対して入力信号に応じた油量を
供給してこれを駆動する。各アクチュエータの駆動によ
りマニピュレータ装置が作動し、その把持具23は移動
速度成分■8、■7、V8を合成した速度(力の成分F
1%Fyi、F□を合成した第1の操作レバー25Aに
作用する力に比例する速度)でその位置を変化し、かつ
、回転角速度成分ω工、ωア、ω、を合成した速度(回
転)Jの成分Mxb s Myb、Mzbを合成した第
2の操作レバー25Bに作用する回転力に比例する速度
)でその姿勢を変化する。
Sh = Fb'(S--, 5y-13ta, S-b,
Syb, 5-b) S-=F-(Sx-, Sy-, S-
, Sxb, 5ybSS-b) S, =F, cs, ,
1s,,,Sgi,5Xbs 5Yb1Szb)Sr
,=F,,(S,,,Sya,So,5xbq Syb
, Szb) Syo=Fyo(Sxm) Sya,
Sza, Sxb, 5ybSS-b) Sp + =F
pI(5--1Syi, SXa, 5xbS 5
ybS 3zb) Signal 5 output from the calculation mechanism 3o
bSS-,S-1Sro,S,. , SpI is servo system 3
The signal is input to one corresponding servo device, and each servo device drives the actuator in charge by supplying an amount of oil according to the input signal. The manipulator device operates by driving each actuator, and the gripping tool 23 moves at a speed that is the composite of the moving speed components ■8, ■7, and V8 (force component F
1% Fyi, F ) The posture changes at a speed proportional to the rotational force acting on the second operating lever 25B, which is a composite of the components Mxb s Myb and Mzb of J).

なお、操作レバー25の設置個所を油圧ショベル本体の
適宜個所(例えば運転台)に選定すれば、作業機構15
に想定された基準軸と操作レバー25に定められた基準
軸とは常に平行関係にあるので、演算機構30の演算は
大幅に簡素化される。
Note that if the operating lever 25 is installed at an appropriate location on the hydraulic excavator body (for example, in the driver's cab), the working mechanism 15
Since the reference axis assumed in 1 and the reference axis defined on the operating lever 25 are always in a parallel relationship, the calculation by the calculation mechanism 30 is greatly simplified.

このように、本実施例では、把持具の位置の制御を担当
する第1の操作レバーと把持具の姿勢の制御を担当する
第2の操作レバーとを設け、各操作レバーの握り部に設
けた検出部で加えられた力又は回転力の成分を検出し、
この検出された力又は回転力の成分に基づいて演算機構
により各アクチュエータの駆動信号を得、この信号に応
じてサーボ系を操作して各アクチュエータにこの信号に
応じた油量を供給するようにしたので、オペレータは一
方の手で第1の操作レバーを操作し、他方の手で第2の
操作レバーを操作することにより、操作レバーを持ち替
えることなく把持具を所望の位置、姿勢に制御すること
ができる。又、各操作レバーに加える力又は回転力の方
向および大きさと、把持具の移動、回動の方向および速
度とが比例するので、オペレータの感覚と一致した操作
を行なうことができ、初心者であってもその操作を容易
に行なうことができる。
In this way, in this embodiment, a first operating lever is provided for controlling the position of the gripping tool, and a second operating lever is responsible for controlling the posture of the gripping tool, and a second operating lever is provided for the grip portion of each operating lever. detecting the component of the force or rotational force applied by the detection unit,
A calculation mechanism obtains a drive signal for each actuator based on the detected force or rotational force component, and the servo system is operated according to this signal to supply each actuator with an amount of oil according to this signal. Therefore, by operating the first operating lever with one hand and operating the second operating lever with the other hand, the operator can control the gripping tool to a desired position and posture without changing the operating lever. be able to. In addition, since the direction and magnitude of the force or rotational force applied to each operating lever are proportional to the direction and speed of movement and rotation of the gripping tool, the operator can perform operations that match his or her senses, making it easy for beginners to operate. However, the operation can be easily performed.

第7図は本発明の第2の実施例に係るマニピュレータ用
制御装置の系統図である。図で、第6図に示す部分と同
一部分には同一符号が付しである。
FIG. 7 is a system diagram of a manipulator control device according to a second embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 6 are given the same reference numerals.

25A′および25B′は油圧ショベル本体に設置され
た操作レバーであり、その構成は第6図に示す操作レバ
ー25Aおよび25Bと同一であり、ただ、その設置個
所が異なるのみである。33は信号3xaSSyi、S
zaに基づいて所定の演算を行なう演算機構であり、演
算の結果を信号Sb、 S、、S3、として出力する。
25A' and 25B' are operating levers installed on the hydraulic excavator main body, and their configuration is the same as the operating levers 25A and 25B shown in FIG. 6, except that their installation locations are different. 33 is the signal 3xaSSyi, S
It is a calculation mechanism that performs predetermined calculations based on za, and outputs the results of the calculations as signals Sb, S, , S3.

34は油圧駆動系を示し、34−22は回転機構22を
駆動する油圧駆動装置、34−21は左右振り機構21
を駆動する油圧駆動装置、34−20は上下振り機構2
oを駆動する油圧駆動装置であり、それぞれ、検出部2
9Bで検出された回転力に基づく信号Sより%3yb、
Szbを入力して、各アクチュエータ22.21.20
にその信号に応じた流iQr、、Q、。、QpIを供給
する。本実施例がさきの第1の実施例と異なるのは、信
号5xbSS、b、S8bを演算機構を経ずに直接アク
チュエータ22.21.20の駆動信号として用いた点
およびアクチュエータ22.21.20をサーボ装置を
使用せず油圧駆動装置を用いて駆動するようにした点に
ある。
Reference numeral 34 indicates a hydraulic drive system, 34-22 a hydraulic drive device that drives the rotation mechanism 22, and 34-21 a left-right swing mechanism 21.
34-20 is the vertical swing mechanism 2
These are hydraulic drive devices that drive the detection unit 2 and the detection unit 2, respectively.
%3yb from the signal S based on the rotational force detected at 9B,
Enter Szb, each actuator 22.21.20
The flow iQr,,Q, according to that signal. , QpI. This embodiment differs from the first embodiment in that the signals 5xbSS,b, S8b are directly used as drive signals for the actuator 22.21.20 without going through a calculation mechanism, and the actuator 22.21.20 is driven by a hydraulic drive device without using a servo device.

通常、第3図(a)、(b)に示すような把持具23の
基準姿勢を中心に考えたとき、角速度ω8と回転機構2
2、角速度ω、と上下振り機構20、角速度ω8と左右
振り機構21とはほぼ対応する。即ち、角速度ω、はそ
の大部分が回転機構22の駆動により生じ、角速度ω、
はその大部分が上下振り機構20により生じ、又、角速
度ω、はその大部分が左右振り機構21により生じる。
Usually, when considering the reference posture of the gripping tool 23 as shown in FIGS. 3(a) and 3(b), the angular velocity ω8 and the rotation mechanism 2
2. The angular velocity ω corresponds to the vertical swing mechanism 20, and the angular velocity ω8 corresponds to the horizontal swing mechanism 21. That is, most of the angular velocity ω is caused by the drive of the rotating mechanism 22, and the angular velocity ω,
Most of the angular velocity ω is generated by the vertical swing mechanism 20, and most of the angular velocity ω is generated by the horizontal swing mechanism 21.

そこ、で、第1の実施例に示す演算により得られた信号
Sro、3ym、Sp+、の代りに直接、信号Szb 
s 3yb s Subを用いても信号S、。、S、。
Therefore, instead of the signals Sro, 3ym, Sp+ obtained by the calculation shown in the first embodiment, the signal Szb is directly used.
The signal S, also using s 3yb s Sub. ,S.

、Sp+を用いた場合と比較して太き(変わるところは
なく、実際の操作上もほとんど異和感がない。即ち、第
1の実施例においては、アクチュエータ22.21.2
0に対する信号は演算機構30により正確に演算された
信号S、。、Syo、Sp+を用いるので、把持具23
の動きは操作レバー25Bに加えた回転力と一致したも
のとなるが、本実施例では信号5tbs Syb 5S
zbを演算過程を経ずにそのまま用いるので、操作レバ
ー25Bに加えた回転力と把持具23の動きに多少−散
性を欠(場合が生じる。しかしながら、その差異はオペ
レータの操作感覚に格別顕著な影響を与える程のもので
はなり、シたがって、オペレータもほとんど異和感を覚
えることな(操作を行なうことができる。
, is thicker than when using Sp+ (there is no difference, and there is almost no discomfort in actual operation. In other words, in the first embodiment, the actuator 22.21.2
The signal for 0 is a signal S, which is accurately calculated by the calculation mechanism 30. , Syo, Sp+, the gripping tool 23
The movement corresponds to the rotational force applied to the operating lever 25B, but in this embodiment, the signal 5tbs Syb 5S
Since zb is used as it is without going through the calculation process, the rotational force applied to the operating lever 25B and the movement of the gripping tool 23 are somewhat inconsistent (sometimes). However, the difference is particularly noticeable in the operator's operating sensation. Therefore, the operator can perform the operation without feeling any discomfort.

一方、演算機構33は次式で示す非線形方程式群を解く
演算を行なうことになる。
On the other hand, the calculation mechanism 33 performs calculations to solve a group of nonlinear equations expressed by the following equations.

Sb=gb(S工8、Sya、S□) S、=g、 (S、、、37i、50)S、=g、 (
S、、、Sym、S□)この式から明らかなように、演
算機構33は3系統の信号S0、Sya、S、を処理す
ればよく、6系統の信号を処理する第1の実施例の演算
機構30に比べ構成が簡素化され、演算時間も短縮され
、併せてコストも低下する。さらに、サーボアンプ、サ
ーボ弁等の高価な要素で構成されるサーボ装置を3系統
に減少したので、そのコストを大幅に低下させることが
できる。
Sb=gb(S Eng8, Sya, S□) S,=g, (S,,,37i,50)S,=g, (
S, , Sym, S Compared to the calculation mechanism 30, the configuration is simplified, the calculation time is shortened, and the cost is also reduced. Furthermore, since the number of servo devices consisting of expensive elements such as servo amplifiers and servo valves has been reduced to three systems, the cost can be significantly reduced.

このように、本実施例では、第2の検出部で検出された
回転力に基づ(信号を、演算機構を経ることなく、回転
機構、左右振り機構、上下振り機構の駆動信号として直
接使用し、又、これら各機構の駆動にサーボ装置を使用
せずに油圧駆動装置を使用したので、さきの実施例と同
じ効果を奏するばかりでなく、演算機構が簡素化され、
マニピュレータ用制御装置全体のコストの低下を達成す
ることができる。
In this way, in this embodiment, the signal is directly used as a drive signal for the rotation mechanism, the horizontal swing mechanism, and the vertical swing mechanism, without going through the calculation mechanism, based on the rotational force detected by the second detection unit. Moreover, since a hydraulic drive device is used instead of a servo device to drive each of these mechanisms, not only the same effect as the previous embodiment is achieved, but also the calculation mechanism is simplified.
A reduction in the cost of the entire manipulator control device can be achieved.

第8図は本発明の第3の実施例に係るマニピュレータ用
制御装置の系統図である。図で、第7図に示す部分と同
一部分には同一符号が付しである。
FIG. 8 is a system diagram of a manipulator control device according to a third embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 7 are given the same reference numerals.

35は信号3xm、Soに基づいて所定の演算を行なう
演算機構であり、演算の結果を信号S1、Sbとして出
力する。34−17は旋回体回転駆動部17を駆動する
油圧駆動装置であり、信号Syiを入力して旋回体回転
駆動部17に、信号37iに応じた油量Q8を供給する
。本実施例が第2の実施例と異なるのは、信号Sysを
も演算機構を経ずに直接アクチュエータ17の駆動信号
として用いた点およびアクチュエータ17をサーボ装置
を用いずに油圧駆動装置を用いて駆動するようにした点
にある。
35 is a calculation mechanism that performs predetermined calculations based on the signals 3xm and So, and outputs the results of the calculations as signals S1 and Sb. Reference numeral 34-17 is a hydraulic drive device for driving the rotating body rotation drive unit 17, which inputs the signal Syi and supplies the rotating body rotation drive unit 17 with an oil amount Q8 according to the signal 37i. This embodiment differs from the second embodiment in that the signal Sys is also directly used as a drive signal for the actuator 17 without going through a calculation mechanism, and the actuator 17 is driven by a hydraulic drive device instead of a servo device. The point is that it is driven.

ここで、把持具23のy軸方向の移動は旋回体回転駆動
部17の動きによって生じる把持具23の円軌跡の接線
方向にほぼ一致しているので、特に、操作レバー25A
が油圧ショベル本体4又は作業用アタッチメント16の
一部に設けられている場合には、操作レバー25Aに加
えられた力F2.に対応する信号S71によりアクチュ
エータ17を駆動しても操作上の異和感は生じない。
Here, since the movement of the gripping tool 23 in the y-axis direction almost coincides with the tangential direction of the circular trajectory of the gripping tool 23 caused by the movement of the rotating body rotation drive section 17, the movement of the gripping tool 23 in the y-axis direction is particularly important for the operating lever 25A.
is provided on a part of the hydraulic excavator main body 4 or the work attachment 16, the force F2. applied to the operating lever 25A. Even if the actuator 17 is driven by the signal S71 corresponding to the signal S71, there will be no operational discomfort.

一方、演算機構35は次式で示す非線形方程式群を解(
演算を行なうことになる。
On the other hand, the calculation mechanism 35 solves a group of nonlinear equations shown by the following equation (
Calculations will be performed.

5b=hb(S□、S、) S、=h、(S、、、S2.) この式から明らかなように、演算機構35は第2の実施
例の演算機構33よりもさらに簡素化されるのは明らか
で、演算時間は短縮され、コストは低下する。又、サー
ボ装置もl系統減少されるので、コストを低下させるこ
とができる。
5b=hb(S□,S,) S,=h,(S,,,S2.) As is clear from this equation, the calculation mechanism 35 is further simplified than the calculation mechanism 33 of the second embodiment. It is clear that the computation time is reduced and the cost is reduced. Furthermore, since the number of servo devices is reduced by one, costs can be reduced.

このように、本実施例では、第2の検出部で検出された
回転力に基づ(信号および第1の検出部で検出されたy
軸方向の力の成分の信号を演算機構を経ることなく、回
転機構、左右振り機構、上下振り機構、旋回体回転駆動
部の駆動信号として直接使用し、又、これら各アクチュ
エータの駆動にサーボ装置を使用せずに油圧駆動装置を
使用したので、第1の実施例と同じ効果を奏するばかり
でなく、演算機構の簡素化、コストの低下は第2の実施
例のものよりさらに著るしくなる。
In this way, in this embodiment, based on the rotational force detected by the second detection section (the signal and the y
The signal of the force component in the axial direction is directly used as a drive signal for the rotation mechanism, horizontal swing mechanism, vertical swing mechanism, and revolving body rotation drive unit without going through a calculation mechanism, and a servo device is used to drive each of these actuators. Since the hydraulic drive device is used instead of the first embodiment, not only the same effect as the first embodiment is obtained, but also the simplification of the calculation mechanism and the reduction in cost are even more remarkable than those of the second embodiment. .

第9図は本発明の第4の実施例に係るマニピュレータ用
制御装置の系統図である。図で、第7図に示す部分と同
一部分には同一符号が付しである。
FIG. 9 is a system diagram of a manipulator control device according to a fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those shown in FIG. 7 are given the same reference numerals.

36は油圧ショベル本体に設置された従来形操作装置を
示し36−22は回転機構22の駆動信号Hroを出力
する上下振り機構操作装置、36−21は左右振り機構
21の駆動信号HyQを出力する左右振り機構操作装置
、36−20は回転機構20の駆動信号を出力する回転
機構操作装置である。36としては、変位形操作レバー
、押ボタンスイッチ式操作装置、その他、油圧駆動系3
4を操作できるものであれば、どのようなものでもよい
。本実施例が第2の実施例と異なるのは、第2の操作装
置25Bを用いずに、従来形操作装置を使用した点にあ
る。高価な第2の検出部を使用しないのでコストを低下
させることができる。
Reference numeral 36 designates a conventional operating device installed in the main body of the hydraulic excavator, 36-22 a vertical swing mechanism operating device that outputs a drive signal Hro for the rotation mechanism 22, and 36-21 outputs a drive signal HyQ for the horizontal swing mechanism 21. A left-right swing mechanism operating device 36-20 is a rotating mechanism operating device that outputs a drive signal for the rotating mechanism 20. 36 includes a displacement type operating lever, a push button switch type operating device, and other hydraulic drive systems 3.
Any device that can operate 4 may be used. This embodiment differs from the second embodiment in that a conventional operating device is used instead of the second operating device 25B. Since an expensive second detection section is not used, costs can be reduced.

第1O図は本発明の第5の実施例に係るマニピュレータ
用制御装置の系統図である。図で、第6図、第7図およ
び第9図に示す部分と同一部分には、同一符号が付しで
ある。36は油圧ショベル本体に設置された従来形操作
装置を示し、36−18はブーム操作装置、36−19
はアーム操作装置、36−17は旋回体回転操作装置で
あり、それぞれ駆動信号H0、H,、SH□を出力する
FIG. 1O is a system diagram of a manipulator control device according to a fifth embodiment of the present invention. In the figures, the same parts as those shown in FIGS. 6, 7, and 9 are given the same reference numerals. 36 shows a conventional operating device installed on the hydraulic excavator body, 36-18 is a boom operating device, and 36-19 is a conventional operating device.
36-17 is an arm operating device, and 36-17 is a rotating body rotation operating device, which output drive signals H0, H, and SH□, respectively.

34は油圧駆動系を示し、34−18はブーム回動駆動
部18を駆動する油圧駆動装置、34−19はアーム回
動駆動部19を駆動する油圧装置1、(27)・ 34−17は旋回体回転駆動部17を駆動する油圧駆動
装置であり、それぞれ、信号H0、H7いH□を入力し
て各アクチュエータ18.19.17にその信号に応じ
た流量Q〜Q8、Q、を供給する。第4の実施例が、把
持具の位置の制御を1本の操作レバーで容易に行なうも
のであるのに対し、本実施例は把持具の姿勢の制御を1
本の操作レバーで容易に行なおうとするものである。本
実施例は第1図に示すような油圧ショベル汎用機を改造
して、複数の自由度を有する作業機構を取付ける場合に
、既存の操作装置36および油圧駆動装置34を改造し
なくて済むので改造コストを低下させることができる。
34 shows a hydraulic drive system, 34-18 is a hydraulic drive device that drives the boom rotation drive section 18, 34-19 is a hydraulic device 1 that drives the arm rotation drive section 19, (27) and 34-17 are It is a hydraulic drive device that drives the revolving body rotation drive unit 17, and inputs signals H0, H7 and H□ and supplies flow rates Q to Q8, Q according to the signals to each actuator 18, 19, and 17. do. In contrast to the fourth embodiment, in which the position of the gripping tool is easily controlled with one operation lever, in this embodiment, the posture of the gripping tool is controlled in one operation lever.
This is something that can be easily done using the operating lever on the book. This embodiment eliminates the need to modify the existing operating device 36 and hydraulic drive device 34 when modifying a general-purpose hydraulic excavator as shown in FIG. 1 to install a working mechanism with multiple degrees of freedom. Modification costs can be reduced.

なお、以上の実施例の説明においては、油圧ショベルに
おける制御装置を例示したが、油圧ショベルに限ること
はなく、どのような種類のマニピュレータにも適用する
ことができるし、又、当然ながら把持具以外の作業具を
備えた作業機構にも適用可能である。さらに、全体の自
由度は6つに限ることなく5つ以下でも適用でき、その
場合、”(28) − 演算機構は簡素化し得る。
In addition, in the explanation of the above embodiment, the control device for a hydraulic excavator was illustrated, but the application is not limited to a hydraulic excavator, and can be applied to any type of manipulator. It is also applicable to working mechanisms equipped with other working tools. Furthermore, the total degree of freedom is not limited to six, but can be applied to five or less, and in that case, the "(28) - calculation mechanism can be simplified.

又、操作レバーのマニピュレータにおける設置個所はマ
ニピュレータの運転席に限ることはなく、作業具上のあ
る個所、運転席と作業具を連結するリンク機構上のある
個所等に設置することができる。そして、作業具上のあ
る個所に設置した場合には、作業具に近接してこれを操
作することができるので、よりきめ細かで正確な操作が
可能である。又、操作は有線による操作又は無線による
操作も可能である。又、操作レバーの握り部の形状山部
に伝達される形状であればよい。又、各系統に適切な不
感帯領域を設定することにより、他系統の意図せぬ入力
を阻止することができる。
Further, the installation location of the operating lever on the manipulator is not limited to the driver's seat of the manipulator, but can be installed at a certain location on the work tool, a certain location on the link mechanism that connects the driver's seat and the work tool, etc. When installed at a certain location on a work tool, it can be operated close to the work tool, allowing for more detailed and accurate operations. Moreover, the operation can be performed by wire or wirelessly. Further, it may be of any shape as long as it is transmitted to the convex shape of the grip portion of the operating lever. Further, by setting an appropriate dead zone area for each system, it is possible to prevent unintended input from other systems.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたように、本発明では、作業具の位置制御と姿
勢制御のうちの少なくとも一方を、1本の操作レバーで
操作できるようにし、この操作レバーに加える力又は回
転力の方向と作業具の移動又は回動の方向が一致し、か
つ、力又は回転力の大きさと作業具の移動速度又は回動
角速度とが比例するように構成したので、オペレータの
感覚と一致した操作を行なうことができ、多自由度を有
する複雑な操作系を容易に操作することができる。
As described above, in the present invention, at least one of the position control and posture control of the work tool can be operated with a single operating lever, and the direction of the force or rotational force applied to this operating lever and the direction of the The movement or rotation direction of the workpiece is the same, and the magnitude of the force or rotational force is proportional to the movement speed or rotational angular velocity of the work tool, so that operations can be performed in accordance with the operator's senses. This makes it possible to easily operate a complex operating system with multiple degrees of freedom.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第3図は油圧ショベルの概略構成の側面図、第2図は特
定の記号を用いて表わした油圧ショベルの側面図、第3
図(a)、(b)は作業機構を取付けた油圧ショベルの
側面図および平面図、第4図は従来形操作レバーの斜視
図、第5図は本発明の実施例に係るマニピュレータ用制
御装置の操作レバーの斜視図、第6図、第7図、第8図
、第9図および第10図はそれぞれ本発明の第1、第2
、第3、第4、第5の実施例に係るマニピュレータ用制
御装置の系統図である。 3・・・・・・旋回機構、5・・・・・・ブーム、7・
・・・・・アーム、14・・・・・・作業用アタッチメ
ント本体、15・°°°°°作業機構、16・・・・・
1作業用アタッチメント、17・・・・・・旋回体回転
駆動部、18・・・・・・ブーム回動駆動部、19・・
・・・・アーム回動駆動部、20・・・・・・上下振り
機構、21・・・・・・左右振り機構、22・・・・・
・回転機構、23・・・・・・把持具、24・・・・・
・物体、25・・・・・・従来形操作レバー、25A・
・・・・・第1の操作レバー、25B・・・・・・第2
の操作レバー、26.26A、26B・・・・・・握り
部、27.27A、27B・・・・・・軸部、28.2
8A12BB・・・・・・支持部、29A・・・・・・
第1の検出部、29B・・・・・・第2の検出部、30
.33.35.37・・・・・・演算機構、31・・・
・・・サーボ系、32・・・・・・マニピュレータ、3
4・・・・・・油圧駆動系、36・・・・・・従来形操
作装置。
Figure 3 is a side view of the schematic configuration of the hydraulic excavator, Figure 2 is a side view of the hydraulic excavator expressed using specific symbols, and Figure 3 is a side view of the hydraulic excavator.
Figures (a) and (b) are a side view and a plan view of a hydraulic excavator with a working mechanism attached, Figure 4 is a perspective view of a conventional operating lever, and Figure 5 is a manipulator control device according to an embodiment of the present invention. 6, 7, 8, 9, and 10 are respectively the first and second operating levers of the present invention.
FIG. 3 is a system diagram of a manipulator control device according to a third, fourth, and fifth embodiment. 3...Swivel mechanism, 5...Boom, 7.
...Arm, 14...Work attachment body, 15.°°°°°Working mechanism, 16...
1 work attachment, 17... revolving body rotation drive section, 18... boom rotation drive section, 19...
...Arm rotation drive unit, 20... Vertical swing mechanism, 21... Lateral swing mechanism, 22...
・Rotation mechanism, 23... Gripping tool, 24...
・Object, 25... Conventional operation lever, 25A・
...First operating lever, 25B...Second
Operation lever, 26.26A, 26B...Grip part, 27.27A, 27B...Shaft part, 28.2
8A12BB...Support part, 29A...
First detection unit, 29B...Second detection unit, 30
.. 33.35.37... Arithmetic mechanism, 31...
... Servo system, 32 ... Manipulator, 3
4... Hydraulic drive system, 36... Conventional operating device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、三次元空間内を移動可能な作業用アタッチメント本
体と、このアタッチメント本体に取付けられかつ作業具
を有する作業機構とを備えたマニピュレータにおいて、
前記作業具の所望の伸縮移動に対応した力が付与され、
この付与された力の各基準軸成分を検出する第1の検出
手段を備えた第1の操作装置と、前記作業具の所望の回
動に対応した回転力が付与され、この付与された回転力
の各基準軸成分を検出する第2の検出手段を備えた第2
の操作装置のうち、少なくとも一方を備え、前記第1の
検出手段又は第2の検出手段の少くとも一方により検出
された値に基づいて前記作業用アタッチメント本体又は
前記作業機構の少くとも一方の対応するアクチュエータ
の駆動を制御する駆動制御機構とを設けたことを特徴と
するマニピュレータ用制御装置。 2、特許請求の範囲第1項において、前記作業具の所望
の伸縮移動に対応した力は、当該作業具の所望の伸縮移
動方向に一致し、かつ、その伸縮移動速度に比例した力
であることを特徴とするマニピュレータ用制御装置。 3、特許請求の範囲第1項において、前記作業具の所望
の回動に対応した回転力は、当該作業具の所望の回動方
向に一致し、かつ、その回動角速度に比例した回転力で
あることを特徴とするマニピュレータ用制御装置。 4、特許請求の範囲第1項において、前記駆動制御機構
は、前記第1の検出手段又は前記第2の検出手段の少く
とも一方により検出された値に基づいて前記各アクチュ
エータの移動に関与する値を演算する演算手段と、この
演算手段の演算結果に応じて前記各アクチュエータの駆
動出力を発生するサーボ装置とで構成されていることを
特徴とするマニピュレータ用制御装置。 5、特許請求の範囲第4項において、前記アクチュエー
タの移動に関与する値は当該アクチュエータの移動速度
であることを特徴とするマニピュレータ用制御装置。
[Claims] 1. A manipulator including a working attachment body movable in a three-dimensional space and a working mechanism attached to the attachment body and having a working tool,
A force corresponding to the desired expansion and contraction movement of the working tool is applied,
A first operating device includes a first detection means for detecting each reference axis component of the applied force, and a rotational force corresponding to a desired rotation of the work tool is applied, and the applied rotation A second sensor comprising a second detection means for detecting each reference axis component of force.
at least one of the operating devices, and a response of at least one of the work attachment main body or the work mechanism based on the value detected by at least one of the first detection means or the second detection means. 1. A control device for a manipulator, comprising: a drive control mechanism for controlling the drive of an actuator. 2. In claim 1, the force corresponding to the desired telescopic movement of the working tool is a force that corresponds to the desired direction of the telescopic movement of the working tool and is proportional to the speed of the telescopic movement. A control device for a manipulator, characterized by: 3. In claim 1, the rotational force corresponding to the desired rotation of the working implement is a rotational force that corresponds to the desired rotational direction of the working implement and is proportional to its rotational angular velocity. A control device for a manipulator, characterized in that: 4. In claim 1, the drive control mechanism is involved in the movement of each actuator based on a value detected by at least one of the first detection means and the second detection means. A control device for a manipulator, comprising a calculation means for calculating a value, and a servo device for generating a drive output for each of the actuators according to the calculation result of the calculation means. 5. The control device for a manipulator according to claim 4, wherein the value related to the movement of the actuator is a moving speed of the actuator.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0458528A (en) * 1990-06-28 1992-02-25 Ebara Res Co Ltd Cleaning treatment method

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