JPH05494B2 - - Google Patents

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JPH05494B2
JPH05494B2 JP58173239A JP17323983A JPH05494B2 JP H05494 B2 JPH05494 B2 JP H05494B2 JP 58173239 A JP58173239 A JP 58173239A JP 17323983 A JP17323983 A JP 17323983A JP H05494 B2 JPH05494 B2 JP H05494B2
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JP58173239A
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JPS6065834A (ja
Inventor
Kozo Ono
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05494B2 publication Critical patent/JPH05494B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jib Cranes (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、油圧シヨベル、多関節形クレーンな
どの、旋回機能を持つ多関節機構のリンク先端の
所定点の速度を3次元で制御する3次元速度制御
装置に関する。
現在の油圧シヨベルは、第1図に示されるよう
に、第1リンク1及び第2リンク2から構成され
る多関節機構を持つ。第1リンク1は上部本体3
に取り付けられ、上部本体3は下部本体4に対し
て旋回する構造になつている。第1リンク1、第
2リンク2は、油圧シリンダなどのリンク用アク
チユエータ5,6によつてそれぞれ駆動され、上
部本体3は、油圧モータなどの旋回用アクチユエ
ータ(図示せず)によつて駆動される。第2リン
ク2の先端の所定点Pには、作業具7(第1図で
はバケツト)が取り付けられ、作業具7は作業具
用アクチユエータ8によつて駆動される。作業具
7を3次元で動かすためには、作業具7を任意の
姿勢に保ちつつ、第1リンク1と第2のリンク2
とに所望の動きをさせ、且つ上部本体3に所望の
旋回を行わせるのであるが、このような制御は、
一度に4本の操作レバーを適切に操作することに
よつて達成されるので、操作に熟練を要し、肉体
的負担も大きい。
第2図に示される多関節形クレーンにおいて
も、状況は同様である。但し、作業具7がクレー
ンフツクのように姿勢制御を必要としない場合に
は、操作系統が一つ減るので、操作は第1図の場
合より一般的には多少簡単にはなるが、それでも
3系統あり、操作は簡単ではない。作業具7が3
自由度以上を有するつかみ装置の場合には、6操
作系統以上となり、その操作は全く困難となる。
従来、所定点Pの垂直面(2次元)での指示速
度を与えることによつて、リンク用アクチユエー
タ5,6の変位、或いは速度を演算し、演算結果
に基づいてリンク用アクチユエータ5,6を制御
することが提案されている。また、この制御に旋
回を加えて、3次元での速度制御を行おうとする
ものも提案されている。しかし、このような3次
元での速度制御では、旋回系の慣性負荷が大きい
ことが問題となる。例えば、旋回用アクチユエー
タへ入力が与えられてから出力が定常値になるの
に、0.5〜2秒位の大きな遅れが生ずる。これに
対して、リンク用アクチユエータ5,6の動作遅
れは小さいので、第1リンク1、第2リンク2の
動きと、上部本体3の旋回との間に大きなずれが
生じ、所定点Pの実際の速度ベクトルは指示され
た速度ベクトルとは異なつたものになつてしま
う。
本発明の目的は、上述した問題点を解決し、旋
回系の慣性負荷が大きい場合でも、運転者の意図
した方向に向いて多関節機構のリンク先端を常に
移動させることができる多関節機構の3次元速度
制御装置を提供することである。
この目的を達成するために、本発明は、多関節
機構のリンク先端の所定点の指示速度ベクトル
を、互いに直交する三つの成分Vx,Vy,Vzに
分解して出力するベクトル信号入力部と、水平面
内の二成分Vx,Vy及び旋回角θから、該二成分
を含む水平面内での旋回半径方向成分Vr及び接
線方向成分Vtを演算し、接線方向成分Vtを旋回
用制御部へ制御入力信号として出力する第1の演
算部と、前記所定点の実際の接線方向成分V^tを
検出する速度検出部と、前記角成分Vr,Vt,
Vz,V^tを入力として、前記成分の比(V^t/Vt)
に基づいて実際の発生すべき旋回半径方向成分
V^r及び成分V^zを演算する第2の演算部と、前記
各成分V^r,V^zを入力として、リンク用制御部へ
の制御入力信号を演算する第3の演算部とを設
け、以て、指示速度ベクトルに応じて、まず旋回
用アクチユエータを動作させ、それによる実際の
速度の接線方向成分V^tを検出し、V^t/Vtに応じ
てリンク用アクチユエータを動作させるようにし
たことを特徴とする。
以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。
第3図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。ベクトル信号入力部9は、運転者が所定点
Pの指示速度ベクトルV→を入力させるためのもの
で、指示速度ベクトルV→を互いに直交する三つの
成分Vx,Vy,Vzに分解して出力する。ベクト
ル信号入力部9は、三つの成分Vx,Vy,Vzが
任意に調整可能な機構のものであれば、どんな形
式のものでもよい。簡単なものとしては、3本の
レバーや三つの回転式ダイヤルでもよいし、運転
者の操作端の3次元的変位や力の各成分を検出し
て、出力するものでもよい。第1の演算部10
は、二成分Vx,Vy及び旋回角θから、第4図に
示されるように、二成分Vx,Vyを含む水平面内
での旋回半径方向成分Vr及び接線方向成分Vtを
演算する。第2の演算部11は、接線方向成分
Vtに対する実際の接線方向成分V^tの比を成分Vz
と旋回半径方向成分Vrとにそれぞれ乗算して、
実際に発生すべき成分V^zと旋回半径方向成分V^r
とを算出する。第3の演算部12は、成分V^z,
V^rを入力として、リンク用アクチユエータ5,
6が実際に変位すべき目標値y^1,y^2を演算する。
速度検出部13は、旋回角θを微分して旋回速度
度θを演算する微分回路14と、旋回中心O(第
4図)と所定点Pとの間の距離Rをリンク用アク
チユエータ5,6の変位y1,y2から演算する関数
演算器15と、距離Rと旋回角速度θとを乗算し
て、接線方向成分V^tを算出する乗算回路16と
から成る。
リンク用制御部17,18は、変位目標値y^1
y^2を表す制御入力信号の入力によつてリンク用ア
クチユエータ5,6をそれぞれ動作させ、被駆動
部19のうちの第1リンク1と第2リンク2を駆
動させる。旋回用制御部20は、接線方向成分
Vtを表わす制御入力信号の入力によつて旋回用
アクチユエータ21を動作さ、接線方向成分Vt
に応じた速度に達するように制御する。
所定点Pを指示速度ベクトルV→で動かすために
は、例えば第5図に示されるように、旋回用アク
チユエータ21の旋回角θ、リンク用アクチユエ
ータ5,6の変位y1,y2が時間の経過につれて或
る関連をもつて変化する必要がある。ところが、
旋回角θの変化に遅れが生ずるので、その関連が
くずれてしまうのである。本実施例では、遅れの
生ずる旋回角θをまず変位させ、旋回角θの時々
刻々の変位に追従して、遅れの少ないリンク用ア
クチユエータ5,6の変位y1,y2を制御しようと
いうものである。
即ち、旋回用制御部20は、接線方向成分Vt
に比例した速度で旋回用アクチユエータ21が動
作するように制御する。旋回用アクチユエータ2
1がその速度に達するには遅れが生ずるが、その
過程での実際の接線方向成分Vtを検出し、Vt/
Vtを各成分Vr,Vzに乗算して、旋回半径方向成
分Vr及び成分Vzを算出するので、常に下式が成
立する。
V^t/Vt=V^r/Vr=V^z/Vz 上式の関係が常に保たれているということは、
所定点Pの実際の速度ベクトルが、指示速度ベク
トルVとは大きさは異なるけれども、同じ方向と
なることを意味する。所定点Pの移動方向が同じ
でさえあれば、その大きさは運転者の意志で必要
に応じ調整可能であるので、3次元の速度制御を
支障なく行うことができる。
リンク用制御部17,18及びリンク用アクチ
ユエータ5,6は公知のサーボ制御系を構成する
もので、変位目標値y^1,y^2と実察の変位y1,y2
を比較し、その差に比例した速度でリンク用アク
チユエータ5,6が動作する。一般的に、リンク
用アクチユエータ5,6、旋回用アクチユエータ
21は、油圧駆動のものが採用されていることが
多いので、入力信号にほぼ比例した速度で動作す
る。このようなアクチユエータを用いた場合に
は、リンク用制御部17,18への制御入力信号
としては、変位目標値y^1,y^2の代わりにそれを微
分した速度y・1,y・2を表す信号を用いてもおおむ
ね対応した動きが実現できる。また、即応性と制
御精度を向上させるために、変位目標値y^1,y^2
表す制御入力信号と速度y・1,y・2を表す制御入力
信号の両方を用いるようにしてもよい。
本実施例では、記述の簡便化のために、リンク
用アクチユエータが二つの場合を説明したが、よ
り一般的には、三つ以上のリンク用アクチユエー
タがあり、そのうちの二つのリンク用アクチユエ
ータの変位yi,yjを前記のように制御し、残され
たリンク用アクチユエータを何らかの他の拘束条
件により規定し、制御するようにしても同等の効
果を得ることができる。
速度検出部13は、第3図に示されるものに限
らず、例えば、所定点Pの付近に設けられた加速
度計により接線方向の加速度αtを測定し、V^t=
∫αtdtの式の演算により実際の接線方向成分V^tを
検出するようにしてもよい。
第1の演算部10は、下式の演算を行うもので
あればよい。
Vr=Vxsinθ+Vycosθ Vr=Vxcosθ−Vysinθ 以上説明したように、本発明によれば、多関節
機構のリンク先端の所定点の指示速度ベクトル
を、互いに直交する三つの成分Vx,Vy,Vzに
分解して出力するベクトル信号入力部と、水平面
内に二成分Vx,Vy及び旋回角θから、該二成分
を含む水平面内での旋回半径方向成分Vr及び接
線方向成分Vtを演算し、接線方向成分Vtを旋回
用制御部へ制御入力信号として出力する第1の演
算部と、前記所定点の実際の接線方向成分V^tを
検出する速度検出部と、前記各成分Vr,Vt,
Vz,V^tを入力として、前記成分の比(V^t/Vt)
に基づいて実際に発生すべき旋回方向成分V^r及
び成分V^zを演算する第2の演算部と、前記各成
分V^r,V^zを入力として、リンク用制御部への制
御入力信号を演算する第3の演算部とを設け、以
て、指示速度ベクトルに応じて、まず旋回用アク
チユエータを動作させ、それによる実際の速度の
接線方向成分V^tを検出し、V^t/Vtに応じてリン
ク用アクチユエータを動作させるようにしたか
ら、旋回系の慣性負荷が大きい場合でも、運転者
の意図した方向に向いて多関節機構のリンク先端
を常に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的は油圧シヨベルの構造を示す側
面図、第2図は一般的な多関節形クレーンの構造
を示す側面図、第3図は本発明の一実施例を示す
ブロツク図、第4図は指示速度ベクトルの各成分
を示す平面図、第5図は指示速度ベクトル通りに
動くために必要なリンク用アクチユエータ及び旋
回用アクチユエータの変位を示す図である。 1……第1リンク、2……第2リンク、3……
上部本体、4……下部本体、5,6……リンク用
アクチユエータ、9……ベクトル信号入力部、1
0……第1の演算部、11……第2の演算部、1
2……第3の演算部、13……速度検出部、1
7,18……リンク用制御部、20……旋回用制
御部、21……旋回用アクチユエータ、V→……指
示速度ベクトル、Vx,Vy,Vz……成分、Vr…
…旋回半径方向成分、Vt……接線方向成分、P
……所定点、θ……旋回角、y1,y2……変位、
V^t……実際の接線方向成分、V^r,V^z……実際に
発生すべき成分、y^1,y^2……変位目標値。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 多関節機構を構成する二つ以上のリンクのそ
    れぞれを駆動する複数のリンク用アクチユエータ
    と、多関節機構を旋回させる旋回用アクチユエー
    タと、前記リンク用アクチユエータ及び旋回用ア
    クチユエータを制御入力信号に応じてそれぞれ制
    御する制御部とを備えた、旋回機能を持つ多関節
    機構の3次元速度制御装置において、多関節機構
    のリンク先端の所定点の指示速度ベクトルを、互
    いに直交する三つの成分Vx,Vy,Vzに分解し
    て出力するベクトル信号入力部と、水平面内の二
    成分Vx,Vy及び旋回角θから、該二成分を含む
    水平面内での旋回半径方向成分Vr及び接線方向
    成分Vtを演算し、接線方向成分Vtを旋回用制御
    部へ制御入力信号として出力する第1の演算部
    と、前記所定点の実際の接線方向成分V^tを検出
    する速度検出部と、前記各成分Vr,Vt,Vz,V^t
    を入力して、前記成分の比(V^t/Vt)に基づい
    て実際に発生すべき旋回半径方向成分V^r及び成
    分V^zを演算する第2の演算部と、前記各成分
    V^r,V^zを入力として、リンク用制御部への制御
    入力信号を演算する第3の演算部とを設けたこと
    を特徴とする、旋回機能を持つ多関節機構の3次
    元速度制御装置。
JP17323983A 1983-09-21 1983-09-21 旋回機能を持つ多関接機構の3次元速度制御装置 Granted JPS6065834A (ja)

Priority Applications (1)

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JP17323983A JPS6065834A (ja) 1983-09-21 1983-09-21 旋回機能を持つ多関接機構の3次元速度制御装置

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Publication Number Publication Date
JPS6065834A JPS6065834A (ja) 1985-04-15
JPH05494B2 true JPH05494B2 (ja) 1993-01-06

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ID=15956731

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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0707118B1 (en) * 1994-04-28 1999-07-28 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Aera limiting digging control device for a building machine
CN110076771A (zh) * 2019-04-01 2019-08-02 安徽师范大学 一种机器人虚拟现实仿真方法及结构体系平台

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56150227A (en) * 1980-04-18 1981-11-20 Komatsu Ltd Controller for excavation of trench by oil-pressure excavator
JPS57149186A (en) * 1981-03-10 1982-09-14 Toyota Motor Co Ltd Multi-articulate arm type conveyor

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