JPS6233943A

JPS6233943A - マニピユレ−タ用制御装置

Info

Publication number: JPS6233943A
Application number: JP16977485A
Authority: JP
Inventors: Kunio Kashiwagi; 柏木　邦雄; Hidekiyo Nakajima; 中島　英清
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1985-08-02
Filing date: 1985-08-02
Publication date: 1987-02-13

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】〔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。

〔発明の背景〕

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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
。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

〔発明の目的〕

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。

〔発明の概要〕

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。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
、。

を出力する回転サーボ装置３１−２２、信号Ｓア。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、。

、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims

【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。