JPH0413580A - 建築作業用マニピュレータ - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 建築作業においては、比較的重量の重い材料や道具を把
持しながら細やかな操作を要求される場合が多い。たと
えばブロック積み作業では１作業者が１５ｋｇ程度のブ
ロックを把持しながら位置合わせ作業を行うが、この作
業は作業者にとって極めて重労働である。そのうえ、位
置合わせ作業には熟練した技能が必要であるため、完全
に自動化することは現状では極めて困難である。

本発明はこの様な熟練を要する重労働作業において、作
業者の技能を活かしながら作業者を力作業から解放する
ことを目的としたマニピュレータ装置に関するものであ
る。

（従来技術） ブロックなどの重量物を搬送する装置としては、空気圧
などを用いカウンター・フォースを発生して把持物の重
量を補償する器材がある。しかし、これらはアクチュエ
ータを持たないために慣性の補償ができない他、自動ま
たは遠隔操縦で動かすことができない。慣性の補償がで
きないと、対象物の重量或いはマニピュレータの自重分
を加速するときに操作力に対する反力となる。慣性補償
は。

これをアクチュエータで負担させ作業者の操作力を補助
する効果がある。

また、操作型のロボットなどでは操作ボックスを介して
しかロボットを操縦できないために、作業者の熟練した
技能を活かして作業を行うことが困難であり、また作業
者がマニピュレータの操作に慣れる必要があった。

この様に従来は作業者が直接マニピュレータに触れて行
う操作と遠隔操作または自動運転の機能を兼ね備えたマ
ニピュレータは全く無かった。

（発明が解決しようとする課題） 従来技術に鑑み、作業者の代わりにブロックなどの重量
物を把持するマニピュレータ機構と１重力、慣性力など
を補償する制御装置とを組合せ、作業者を力作業から解
放すると共に作業者の持つ熟練した技能を容易に活かせ
る装置を提供し作業性を向上させることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 多自由度マニピュレータ機構と、作業者の操作力を検出
する装置と、対象物とマニピュレータ機構の間に働く力
を検出する装置から構成され、作業者が適当な操作感覚
を感じながら、直接マニピュレータに触れて操作するこ
とを可能にした。

又上記制御方式にカフィードバックが可能な遠隔操作、
半自動運転、または自動運転で制御する方式を、任意に
選択できる制御装置を設けて建築作業用マニピュレータ
とした。

（実施例） 図に基いて説明する。Ａは本発明に係るマニピュレータ
装置である。マニピュレータ装置Ａは動作範囲内の任意
の位置で任意の姿勢を取れる自由度を持つマニピュレー
タ機構１に作業者の操作力を検出する操作力センサー２
と、把持した対象物６とマニピュレータ機構１との間に
働く力を検出する力センサ−３と、把持機構４のついた
機構部と、それらを駆動する為の複数のアクチュエータ
５及びそれらを統括し制御するための制御演算袋Ｗ１）
とから構成される。

対象物６は把持機構４に把持された状態で作業を行う。

マニピュレータ機構１の各関節部には角度検出用のセン
サー８が取り付けられており、各関節の角度を検出して
マニピュレータ機構１の姿勢を知ることができる。

作業者の操作力を検出するセンサー２は作業者が操作す
る操作ハンドル７に取り付けられており、制御演算装置
１）において操作力の大きさと方向を計算する。

対象物６とマニピュレータ機構１との間に働く力を検出
する力センサ−３は把持機構４とマニピュレータ機構１
の間に取り付けられており、やはり制御演算袋［１）に
おいて力の大きさと方向とを計算する。

（作動） （１）直接操作によるマニピュレータの制御方式；作業
者に適当な操作感覚を与えるようにマニピュレータを制
御する方法について、簡単のため１軸の場合を例に第４
図で説明する。

１）マニピュレータ機構１並びに対象物６が他の物体と
接触していないか、または接触していても拘束を受けな
い場合（第４図（１））；このときマニピュレータ機構
１の運動は操作力ｆｏとマニピュレータ機構の発生する
力ｆＲ１及び重力などの外乱力ｆｄにより決まる。即ち
ｍ’ｘ＋ｃ；ｃ＝ｆｏ＋ｆＦＩ−ｆｄとなる。ここで、
例えばマニピュレータ機構の発生する力ｆＲが。

ｆＦＩ＝ｆｄ＋ｍ’ｘ＋ｃ’ｉとなるようにマニピュレ
ータを制御すれば、ｆｏ＝（ｃ−Ｃ’　）ｘとなり、作
業者の受ける操作反力は速度に比例したものとなる。こ
こでもしｃ＝ｃ’　と選へばｆ。

＝（ｃ−ｃ’　）ｘ＝ｏであるから作業者は全く反力を
感じない。

操作力ｆＯがある値以上の場合には上記のように制御し
、ある値以下の場合には速度に対するフィードバックゲ
インを大きく選んでｆＦＩを制御すれば慣性で動こうと
するマニピュレータに対して強いブレーキ力となり手を
離したら直ちに停止するような動作を実現できる。

２）マニピュレータ機構１並びに対象物６が他の物体と
接触して拘束を受けている場合（第４図（２））　； このとき慣性力や速度に比例した力は無視できるほど小
さくなり、対象物６と他の物体との間に働く力をｆＥと
おけばｆｏ＝ｆＥ−ｆ＊＋ｆｄが成り立つ。

ここで、ｆ＊＝ｆｄ＋（Ｇ−１）ｆｏとなるように制御
すればＧｆｏ＝ｆＥとなる。このときＧ〉１と選べば操
作力のＧ倍の力を発生する倍力装置になり、Ｇ＝１とす
ればｆｏ＝ｆＥとなり１対１で力を操作できる。またＯ
＜Ｇ＜１と選べば操作力を縮小して伝えることになり、
微妙な力制御をしなければならないような用途に有効で
ある。

（２）遠隔操縦、半自動運転または自動運転の場合； 本発明のマニピュレータ機構１にはアクチュエータ５が
装備されているので、操縦装置１４（第３図）を介して
の遠隔操作や上位のコントローラ１３からの指令で動作
する自動運転が可能である。

モードの選択はモード選択スイッチ１２を切り替えるこ
とにより行う。これらのモードの場合においては、セン
サー３の出力結果を使ったカフィードパック制御が可能
であり、外力に対するマニピュレータの等価的な剛性や
粘性を任意に設定できる。即ち、インピーダンス制御を
行うことも可能である（インピーダンス制御を行うと１
例えば操縦あるいは自動運転中にマニピュレータ先端が
他の物体と衝突した場合でも物体の表面に柔らかく倣い
ながら動いたり、ハードに押し付けながら動いたりとい
ったことができる）。

（効果） 作業者の操作に従って、任意の位置に任意の姿勢で重量
物を把持することができ、作業者の負担を軽減しながら
作業できるほか、操作感覚を任意に設定できるので、作
業者の持つ熟練した技能を活かしながら作業することが
出来、作業性の向上を期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るマニピュレータ装置。 第２図は第１図の右側面図。 第３図はマニピュレータ制御システム。 第４図はマニピュレータ機構内における操作力の説明図
。 図において； Ａ　マニピュレータ装置 １　マニピュレータ機構 ２　操作力センサー　　３　力センサ−４把持機構　　
　　５　アクチュエータ６　対象物　　　　　　７　操
作ハンドル８　°角度検出用センサー ９１＠動装置　　　　１）　　制御演算装置１１　　記
憶装置 １２　　モード選択スイッチ １３　　上位コントローラ１４　　操縦装置以上 出願人　住友重機械工業株式会社 復代理人　弁理士　大　橋　　　勇 第２図 Ｘ ｍ）（十ＣＸ　＝　ｆ（＋　＋　ｆＢ　−ｆε−ｆａｍ
）＜　−ｔ−ｃ、Ｑ　＝　ｔｏ＋ｆＲ−ｆｄＸ：ＯＸ特
Ｏ ｔｏ二 ｆ（−ｆｐ　＋　ｆｄ ｅｘ、　ｉｆ　ｆｐ　＝　ｆａ　ｆｄＸ　＋ｃ、ＱｅＸ
。 ｉｆ ｆｐ＝ ｆｄ ｆａｍ Ｅ −ｆＯ＝ （ｃ−ｃ’）Ｘ ｉｆ ｆε＝ （Ｇ　−１） Ｏ 十ｆｄ Ｇｔ□＝ｆｇ （１）　　千を轡ｎの悉いｈヂ【に撃１リヤち今（２）
ゴシはρ口＼めｉｓ１慢９乏テ蝉Ｌイ′トの喝イ會第４ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多自由度マニピュレータ機構と、作業者の操作力
   を検出する装置と、対象物とマニピュレータ機構の間に
   働く力を検出する装置から構成され、作業者が適当な操
   作感覚を感じながら、直接マニピュレータに触れて操作
   することを可能にしたことを特徴とするマニュアル制御
   方式。
2. （２）力フィードバックが可能な遠隔操作、半自動、ま
   たは自動運転で制御する方式を、任意に選択できる制御
   装置を有することを特徴とする第１項記載のマニュアル
   制御方式を使用した建築作業用マニピュレータ。