JPH0135826Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0135826Y2 JPH0135826Y2 JP1982146236U JP14623682U JPH0135826Y2 JP H0135826 Y2 JPH0135826 Y2 JP H0135826Y2 JP 1982146236 U JP1982146236 U JP 1982146236U JP 14623682 U JP14623682 U JP 14623682U JP H0135826 Y2 JPH0135826 Y2 JP H0135826Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- arm
- master
- slave
- master arm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Description
【考案の詳細な説明】
本考案は、重量物取り扱い時に重量バランスの
調整ができるマスタースレーブマニピユレータ装
置に関する。
調整ができるマスタースレーブマニピユレータ装
置に関する。
パワーマニピユレータ装置のひとつにマスター
スレーブマニピユレータ(以下、単にMSマニピ
ユレータという)がある。MSマニピユレータ
は、マスターアームを作業者が操作すると該マス
ターアームの動きと対応してスレーブアームが作
動する構造になつている。
スレーブマニピユレータ(以下、単にMSマニピ
ユレータという)がある。MSマニピユレータ
は、マスターアームを作業者が操作すると該マス
ターアームの動きと対応してスレーブアームが作
動する構造になつている。
従来、MSマニピユレータは操作性向上の為ス
レーブアーム自体の重さに対するバランスをとつ
てあり、負荷のないときはほとんど0に近い操作
力でマスターアームを操作してもスレーブアーム
を動かすことができる。
レーブアーム自体の重さに対するバランスをとつ
てあり、負荷のないときはほとんど0に近い操作
力でマスターアームを操作してもスレーブアーム
を動かすことができる。
ところが重量物を取り扱う場合には、重量物の
分までバランスをとるようにはなつていないの
で、その荷重による力が直接マスターアームに伝
わりマスターアームの操作がやりにくく疲れやす
かつた。
分までバランスをとるようにはなつていないの
で、その荷重による力が直接マスターアームに伝
わりマスターアームの操作がやりにくく疲れやす
かつた。
そこで本考案は、斯かる欠点を解消し重量物の
取り扱い時にもスレーブアームの力のバランスを
調整しマスターアームの操作力を少なくすること
ができるマスタースレーブマニピユレータ装置を
提供することを目的とする。
取り扱い時にもスレーブアームの力のバランスを
調整しマスターアームの操作力を少なくすること
ができるマスタースレーブマニピユレータ装置を
提供することを目的とする。
斯かる目的を達成する本考案の構成は、フレー
ムの一端にマスターアームを回動可能に具えると
ともに他端に該マスターアームの回動と1対1の
関係で回動するスレーブアームを具えたマスター
スレーブマニピユレータ装置において、前記スレ
ーブアームの取り扱う重量を計測する重量計測セ
ンサを設ける一方、前記マスターアームに固定さ
れて該マスターアームの前記フレームに対する支
持部を越えて該マスターアームの延長線上に延び
る支持部材に該マスターアームの自重によるモー
メントとつり合う該支持部回りのモーメントを発
生するバランサを固定するとともに、前記支持部
に近接して前記マスターアームに固定されたガイ
ド板に前記スレーブアームと平行にねじ軸を軸支
し、該ねじ軸には前記重量計測センサによつて計
測された重量及び前記スレーブアームの自重によ
るモーメントとつり合う該支持部回りのモーメン
トを発生すべくその螺合位置を変える重錘が螺合
していることを特徴とする。
ムの一端にマスターアームを回動可能に具えると
ともに他端に該マスターアームの回動と1対1の
関係で回動するスレーブアームを具えたマスター
スレーブマニピユレータ装置において、前記スレ
ーブアームの取り扱う重量を計測する重量計測セ
ンサを設ける一方、前記マスターアームに固定さ
れて該マスターアームの前記フレームに対する支
持部を越えて該マスターアームの延長線上に延び
る支持部材に該マスターアームの自重によるモー
メントとつり合う該支持部回りのモーメントを発
生するバランサを固定するとともに、前記支持部
に近接して前記マスターアームに固定されたガイ
ド板に前記スレーブアームと平行にねじ軸を軸支
し、該ねじ軸には前記重量計測センサによつて計
測された重量及び前記スレーブアームの自重によ
るモーメントとつり合う該支持部回りのモーメン
トを発生すべくその螺合位置を変える重錘が螺合
していることを特徴とする。
以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
最初に第1図に基づいて本考案の原理を説明す
る。支持体であるセル等の内壁1にベアリング2
を介して回動自在にフレーム3が略水平に支持さ
れ、該フレーム3の一端にスレーブアーム7が具
えられるとともに他端にマスターアーム6が具え
られている。なお、普通はスレーブアーム7とマ
スターアーム6とが略平行に設定されるが第1図
のように位相を少しずらして設定されることもあ
る。そして、スレーブアーム7自体の重さの支点
R1に対するモーメント(スレーブアーム7に重
量が加わつていないときの支点R1に対するモー
メント)、あるいはスレーブアーム7に重量が加
わつているときのスレーブアーム7自体の重さ及
び重量の支点R1に対するモーメントが直接マス
ターアーム6に伝わらないように、支点R1に対
して生じるモーメントとつり合うつり合いモーメ
ントを構成するつり合いモーメント構成手段が具
えられる。つり合いモーメント構成手段として本
実施例では次のような構造がとられる。マスター
アーム6はスレーブアーム7と1対1の対応で動
くので、このマスターアーム6と一体的に固定さ
れるとともにスレーブアーム7と常時平行となつ
てボールネジ12が回動するようにボールネジ1
2の基端部が支点R2に固定され、該ボールネジ
12に重錘13が螺合される。
る。支持体であるセル等の内壁1にベアリング2
を介して回動自在にフレーム3が略水平に支持さ
れ、該フレーム3の一端にスレーブアーム7が具
えられるとともに他端にマスターアーム6が具え
られている。なお、普通はスレーブアーム7とマ
スターアーム6とが略平行に設定されるが第1図
のように位相を少しずらして設定されることもあ
る。そして、スレーブアーム7自体の重さの支点
R1に対するモーメント(スレーブアーム7に重
量が加わつていないときの支点R1に対するモー
メント)、あるいはスレーブアーム7に重量が加
わつているときのスレーブアーム7自体の重さ及
び重量の支点R1に対するモーメントが直接マス
ターアーム6に伝わらないように、支点R1に対
して生じるモーメントとつり合うつり合いモーメ
ントを構成するつり合いモーメント構成手段が具
えられる。つり合いモーメント構成手段として本
実施例では次のような構造がとられる。マスター
アーム6はスレーブアーム7と1対1の対応で動
くので、このマスターアーム6と一体的に固定さ
れるとともにスレーブアーム7と常時平行となつ
てボールネジ12が回動するようにボールネジ1
2の基端部が支点R2に固定され、該ボールネジ
12に重錘13が螺合される。
いま、W1=0(スレーブアーム7に重量が加わ
つていない状態)でF=0(マスターアーム6に
力を加えなくても吊り合う)となるような重錘1
3の位置を求める〔なお、スレーブアーム7の重
心位置は変数Lに対しkL(k<1で略定数とみな
してよい)で表わせる〕。
つていない状態)でF=0(マスターアーム6に
力を加えなくても吊り合う)となるような重錘1
3の位置を求める〔なお、スレーブアーム7の重
心位置は変数Lに対しkL(k<1で略定数とみな
してよい)で表わせる〕。
W2×kLsioθ=W3×sioθ
∴=W2kL/W3
次に重錘13を=W2kL/W3=0の位置に固定
した状態でスレーブアーム7にW1の重量が加わ
つた場合、つり合いを保つためにマスターアーム
6に加えなければならない力をFとすると、 W1Lsioθ+W2kLsioθ =W3 0sioθ+FLF 0=W2KL/W3とおい て整理すると F=W1Lsioθ/LF LFは一定なのでW1が大きくなるからLが長く
なるほどFを大きくしなければならない(ここで
θは常時変化するため考慮しない)。Fを大きく
するということは作業者の操作力を大きくすると
いうことであり、操作がやりづらいということを
意味する。W1やLが大きくなつてもFを小さく
するには重錘13の位置を可変とし、支点R1に
対するモーメントに吊り合うモーメントを重錘1
3によつて支点R2に与えてやればよい。を変
数として吊り合いの式をたてると W1Lsioθ+W2kLsioθ =W3lsioθ+FLF ∴=W1Lsioθ+W2kLsioθ−FLF/W3sioθ ここで操作者がほとんど力を加えなくても吊り
合うような条件F=0を与えると =L(W1+kW2)/W3 …(1) この式でLとW1が変数となるので、スレーブ
アーム7の全長と該スレーブアーム7が取り扱う
重量を常時検出して前記(1)式を満たすようなの
値となるよう重錘13を移動させることによりF
=0つまり零に近い操作力でマスタースレーブ6
を操作することができる。
つた場合、つり合いを保つためにマスターアーム
6に加えなければならない力をFとすると、 W1Lsioθ+W2kLsioθ =W3 0sioθ+FLF 0=W2KL/W3とおい て整理すると F=W1Lsioθ/LF LFは一定なのでW1が大きくなるからLが長く
なるほどFを大きくしなければならない(ここで
θは常時変化するため考慮しない)。Fを大きく
するということは作業者の操作力を大きくすると
いうことであり、操作がやりづらいということを
意味する。W1やLが大きくなつてもFを小さく
するには重錘13の位置を可変とし、支点R1に
対するモーメントに吊り合うモーメントを重錘1
3によつて支点R2に与えてやればよい。を変
数として吊り合いの式をたてると W1Lsioθ+W2kLsioθ =W3lsioθ+FLF ∴=W1Lsioθ+W2kLsioθ−FLF/W3sioθ ここで操作者がほとんど力を加えなくても吊り
合うような条件F=0を与えると =L(W1+kW2)/W3 …(1) この式でLとW1が変数となるので、スレーブ
アーム7の全長と該スレーブアーム7が取り扱う
重量を常時検出して前記(1)式を満たすようなの
値となるよう重錘13を移動させることによりF
=0つまり零に近い操作力でマスタースレーブ6
を操作することができる。
以下に実施例を示す。第2図は全体斜視図であ
り、第3図は第2図のA部を断面で示す説明図、
第4図は第3図のB−B矢視断面図である。
り、第3図は第2図のA部を断面で示す説明図、
第4図は第3図のB−B矢視断面図である。
第2図のように、支持体であるセル等の内壁1
にベアリング2を介して回動自在にフレーム3が
ほぼ水平に支持され、このフレーム3の一端側に
スレーブアーム7が垂下して連結され、他端側に
ハウジング4,5を介してマスターアーム6が垂
下して連結されている。そして、支点R2におけ
るマスターアーム6の回動が1対1の対応でその
まま支点R1におけるスレーブアーム6の回動と
なつて伝わるようになつている。マスターアーム
6およびスレーブアーム7にはマスターハンド8
およびスレーブハンド9が伸縮自在に夫々設けら
れている。そして、先に原理の説明の際にも説明
したようにつり合いモーメント構成手段が具えら
れる。即ち、マスターアーム6の上部の延長線上
に該マスターアーム6と一体として回動する2本
のガイド板14が具えられる。なお、第1図の場
合と異なりマスターアーム6とスレーブアーム7
とが平行に構成されているため第2図ではマスタ
ーアーム6、スレーブアーム7、ガイド板14が
すべて平行な状態で作動する。二本のガイド板1
4の間にはリニアベアリング15(第5図参照、
15′は回動自在のローラである)を介して上下
移動自在に重錘13が具えられ、上下に具えられ
た支持板16によつて二本のガイド板14の間隔
は一定に保持される。上下の支持板16の間には
軸受17を介して回動自在にボールネジ12が具
えられ、該ボールネジ12は重錘13の略中央部
に嵌合されたナツト18と螺合している。ボール
ネジ12の上部にはウオームホイール19が一体
的に固定され、上部の支持板16と一体で下方に
突出する相互に平行な二枚のハウジング20,2
1に亘つて取り付けられたモータ22の回転軸2
3と一体のウオーム24がウオームホイール19
と噛み合う。したがつてモータ22を回転させる
と重錘13を上下動させることができる。一方、
ボールネジ12の下方にはギヤ列を介してボール
ネジ12の回転数を検出するポテンシヨメータ
(あるいはエンコーダでもよい)25が具えられ、
ポテンシヨメータ25の信号を検出することによ
り重錘13の位置(つまり第1図のの値)を割
り出すサーボ機構が構成される。このほか前記(1)
式のL(第2図でスレーブアーム7の長さ)W1
(第2図でスレーブハンド9が取り扱う重量)を
検出する全長計測センサと重量計測センサとが具
えられる。ここでは重量計測センサの説明を省略
し、全長計測センサについて説明する。スレーブ
アーム7は第6図に示す構造となつている。スレ
ーブアーム7は、固定パイプ26と該固定パイプ
26の内部に収納される中段パイプ27と、中段
パイプ27及び該中段パイプ27内に中段パイプ
27と一体的に固定された支持パイプ28の間に
収納される下段パイプ19とから構成される。外
部からの駆動力によつてシヤフト30が駆動され
更にねじ軸31が回動されるので、該ねじ軸31
と螺合するナツト32が図中上下動しこのナツト
32と係合する中段パイプ27がベアリングユニ
ツト33にガイドされて上下動する。また、下段
パイプ29の下端に具えられたモータ34により
ねじ軸35を回動させると核ねじ軸35と螺合す
るナツト36が前記支持パイプ28の先端に固定
されているので下段パイプ29はベアリングユニ
ツト37にガイドされて上下動する。以上のよう
な構造であることからスレーブアーム7はその全
長をいろいろな長さに変えることができる。スレ
ーブアーム7の全長を知るためにはねじ軸31,
35の回転数を知ることができればよいことか
ら、ねじ軸31の端部及びねじ軸35と一体回転
するモータ34にエンコーダ38及び39が取り
付けられる。このほか本実施例ではマスターアー
ム6自体の重さに対するバランスをとるため、支
持部材10を介してマスターアーム6の上部延長
線上にバランサ11が具えられる。
にベアリング2を介して回動自在にフレーム3が
ほぼ水平に支持され、このフレーム3の一端側に
スレーブアーム7が垂下して連結され、他端側に
ハウジング4,5を介してマスターアーム6が垂
下して連結されている。そして、支点R2におけ
るマスターアーム6の回動が1対1の対応でその
まま支点R1におけるスレーブアーム6の回動と
なつて伝わるようになつている。マスターアーム
6およびスレーブアーム7にはマスターハンド8
およびスレーブハンド9が伸縮自在に夫々設けら
れている。そして、先に原理の説明の際にも説明
したようにつり合いモーメント構成手段が具えら
れる。即ち、マスターアーム6の上部の延長線上
に該マスターアーム6と一体として回動する2本
のガイド板14が具えられる。なお、第1図の場
合と異なりマスターアーム6とスレーブアーム7
とが平行に構成されているため第2図ではマスタ
ーアーム6、スレーブアーム7、ガイド板14が
すべて平行な状態で作動する。二本のガイド板1
4の間にはリニアベアリング15(第5図参照、
15′は回動自在のローラである)を介して上下
移動自在に重錘13が具えられ、上下に具えられ
た支持板16によつて二本のガイド板14の間隔
は一定に保持される。上下の支持板16の間には
軸受17を介して回動自在にボールネジ12が具
えられ、該ボールネジ12は重錘13の略中央部
に嵌合されたナツト18と螺合している。ボール
ネジ12の上部にはウオームホイール19が一体
的に固定され、上部の支持板16と一体で下方に
突出する相互に平行な二枚のハウジング20,2
1に亘つて取り付けられたモータ22の回転軸2
3と一体のウオーム24がウオームホイール19
と噛み合う。したがつてモータ22を回転させる
と重錘13を上下動させることができる。一方、
ボールネジ12の下方にはギヤ列を介してボール
ネジ12の回転数を検出するポテンシヨメータ
(あるいはエンコーダでもよい)25が具えられ、
ポテンシヨメータ25の信号を検出することによ
り重錘13の位置(つまり第1図のの値)を割
り出すサーボ機構が構成される。このほか前記(1)
式のL(第2図でスレーブアーム7の長さ)W1
(第2図でスレーブハンド9が取り扱う重量)を
検出する全長計測センサと重量計測センサとが具
えられる。ここでは重量計測センサの説明を省略
し、全長計測センサについて説明する。スレーブ
アーム7は第6図に示す構造となつている。スレ
ーブアーム7は、固定パイプ26と該固定パイプ
26の内部に収納される中段パイプ27と、中段
パイプ27及び該中段パイプ27内に中段パイプ
27と一体的に固定された支持パイプ28の間に
収納される下段パイプ19とから構成される。外
部からの駆動力によつてシヤフト30が駆動され
更にねじ軸31が回動されるので、該ねじ軸31
と螺合するナツト32が図中上下動しこのナツト
32と係合する中段パイプ27がベアリングユニ
ツト33にガイドされて上下動する。また、下段
パイプ29の下端に具えられたモータ34により
ねじ軸35を回動させると核ねじ軸35と螺合す
るナツト36が前記支持パイプ28の先端に固定
されているので下段パイプ29はベアリングユニ
ツト37にガイドされて上下動する。以上のよう
な構造であることからスレーブアーム7はその全
長をいろいろな長さに変えることができる。スレ
ーブアーム7の全長を知るためにはねじ軸31,
35の回転数を知ることができればよいことか
ら、ねじ軸31の端部及びねじ軸35と一体回転
するモータ34にエンコーダ38及び39が取り
付けられる。このほか本実施例ではマスターアー
ム6自体の重さに対するバランスをとるため、支
持部材10を介してマスターアーム6の上部延長
線上にバランサ11が具えられる。
斯かるマスタースレーブマニピユレータ装置の
作用を説明する。スレーブアーム7の全長をある
値Lとして重量W1の荷物を持ち上げたとすると、
これらの値をエンコーダ38と39及び図示しな
い重量計測センサで検出し、この検出信号に基づ
いて前記(1)式のの値を算出する(k,W2,W3
は予め決まつている)。そしてポテンシヨメータ
25とモータ22の働きにより算出された位置に
重錘13を移動する。このような作用はスレーブ
アーム7の全長Lあるいはスレーブアーム7の取
り扱う重量W1が変わる都度手動であるいは自動
的に行なう。その結果、作業者の操作力は略零と
なり、操作性が向上すると共に疲労度も少なくな
る。
作用を説明する。スレーブアーム7の全長をある
値Lとして重量W1の荷物を持ち上げたとすると、
これらの値をエンコーダ38と39及び図示しな
い重量計測センサで検出し、この検出信号に基づ
いて前記(1)式のの値を算出する(k,W2,W3
は予め決まつている)。そしてポテンシヨメータ
25とモータ22の働きにより算出された位置に
重錘13を移動する。このような作用はスレーブ
アーム7の全長Lあるいはスレーブアーム7の取
り扱う重量W1が変わる都度手動であるいは自動
的に行なう。その結果、作業者の操作力は略零と
なり、操作性が向上すると共に疲労度も少なくな
る。
なお、本実施例ではスレーブアームの全長が変
化する場合について説明したが、変化しない場合
は(1)式においてL=一定とし重量計測センサのみ
を具えればよいことになる。
化する場合について説明したが、変化しない場合
は(1)式においてL=一定とし重量計測センサのみ
を具えればよいことになる。
以上、実施例を図面とともに説明したように、
本考案によればスレーブアームの全長及びスレー
ブアームの扱う重量に基づいて自動的にあるいは
手動でモータを回転させ、重錘を移動させればマ
スターアームの操作力を略零にすることができる
ので重量物を取り扱う場合等にマスターアームの
操作がしやすいだけでなく疲労度が少なく操作性
が向上する。
本考案によればスレーブアームの全長及びスレー
ブアームの扱う重量に基づいて自動的にあるいは
手動でモータを回転させ、重錘を移動させればマ
スターアームの操作力を略零にすることができる
ので重量物を取り扱う場合等にマスターアームの
操作がしやすいだけでなく疲労度が少なく操作性
が向上する。
また、本考案によればマスターアームの自重を
補償するバランサとスレーブアームの自重及びス
レーブアームが取り扱う重量を補償する重錘機構
をまとめてマスターアームの上端部に配設してい
るので、その装置が操作者の操作上邪魔になるこ
ともない。
補償するバランサとスレーブアームの自重及びス
レーブアームが取り扱う重量を補償する重錘機構
をまとめてマスターアームの上端部に配設してい
るので、その装置が操作者の操作上邪魔になるこ
ともない。
第1図は本考案によるマスタースレーブマニピ
ユレータの原理図、第2図〜第6図は本考案によ
るマスタースレーブマニピユレータの一実施に係
り、第2図は全体を示す斜視図、第3図は第2図
のA部を断面で示す説明図、第4図は第3図のB
−B矢視断面図、第5図はベアリングユニツトの
斜視図、第6図はスレーブアームの断面構造図で
ある。 図面中、3はフレーム、6はマスターアーム、
7はスレーブアーム、12はボールネジ、13は
重錘、38,39はエンコーダ、である。
ユレータの原理図、第2図〜第6図は本考案によ
るマスタースレーブマニピユレータの一実施に係
り、第2図は全体を示す斜視図、第3図は第2図
のA部を断面で示す説明図、第4図は第3図のB
−B矢視断面図、第5図はベアリングユニツトの
斜視図、第6図はスレーブアームの断面構造図で
ある。 図面中、3はフレーム、6はマスターアーム、
7はスレーブアーム、12はボールネジ、13は
重錘、38,39はエンコーダ、である。
Claims (1)
- フレームの一端にマスターアームを回動可能に
具えるとともに他端に該マスターアームの回動と
1対1の関係で回動するスレーブアームを具えた
マスタースレーブマニピユレータ装置において、
前記スレーブアームの取り扱う重量を計測する重
量計測センサを設ける一方、前記マスターアーム
に固定されて該マスターアームの前記フレームに
対する支持部を越えて該マスターアームの延長線
上に延びる支持部材に該マスターアームの自重に
よるモーメントとつり合う該支持部回りのモーメ
ントを発生するバランサを固定するとともに、前
記支持部に近接して前記マスターアームに固定さ
れたガイド板に前記スレーブアームと平行にねじ
軸を軸支し、該ねじ軸には前記重量計測センサに
よつて計測された重量及び前記スレーブアームの
自重によるモーメントとつり合う該支持部回りの
モーメントを発生すべくその螺合位置を変える重
錘が螺合していることを特徴とするマスタースレ
ーブマニピユレータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14623682U JPS5950693U (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | マスタ−スレ−ブマニピユレ−タ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14623682U JPS5950693U (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | マスタ−スレ−ブマニピユレ−タ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5950693U JPS5950693U (ja) | 1984-04-03 |
| JPH0135826Y2 true JPH0135826Y2 (ja) | 1989-11-01 |
Family
ID=30325565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14623682U Granted JPS5950693U (ja) | 1982-09-29 | 1982-09-29 | マスタ−スレ−ブマニピユレ−タ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5950693U (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4947464Y2 (ja) * | 1971-08-13 | 1974-12-26 | ||
| JPS5410141U (ja) * | 1977-06-23 | 1979-01-23 |
-
1982
- 1982-09-29 JP JP14623682U patent/JPS5950693U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5950693U (ja) | 1984-04-03 |
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