JPH0288186A - マスタースレーブマニピュレータ - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば原子燃料の再処理工場のような人体に
危険を及ぼし得る環境等において、作業を遠隔操作にて
行うため用いられるマスタースレーブマニピュレータに
関する。

（従来の技術） 近年、人間の腕の動きを忠実に検出してロボッ゛トの腕
に伝えるマスタースレーブマニピュレータが原子燃料の
再処理工場等の人体に危険を及ぼし得る環境等において
実用化されている。

このマスタースレーブマニピュレータは、人間の腕の動
きを検出する側のマスタ、アームを有するマスタ、マニ
ピュレータと、このマスタ、マニピュレータにおいて検
出されたマスタ、アームの動きと同じ動作を行って人体
と隔離された環境内で実際の作業を行うスレーブ・アー
ムを有するスレーブ・マニピュレータとから構成されて
いる。

ところで、このようなマスタースレーブマニピュレータ
において、最近、負荷や障害物等の外的な要因によりス
レーブ−アームに加えられた力を、マスタ、アームにフ
ィードバックして操作者に力感覚を与える力帰還型マス
タースレーブマニピュレータが開発されている。

この力帰還型マスタースレーブマニピュレータのタイプ
としては、例えば第３図〜第５図に示すように、対照形
、力逆送形、力帰還形等がある。

このうち対照形のマスタースレーブマニピュレータは、
マスク側とスレーブ側とのアームの移動位置をそれぞれ
検出する位置検出器１ａ、ｌｂと、各位置検出器１ａ、
ｌｂでそれぞれ検出された各移動位置の差に基づいて、
マスク側モータ・減速機２ａおよびスレーブ側モータ・
減速機２ｂをそれぞれ調整する位置調節器３ａ、３ｂと
を備えて構成されている。

すなわち、このマスタースレーブマニピュレータでは、
作業中においてスレーブ・アームに負荷が加わりスレー
ブ側モータ・減速機２ａの速度が低下することにより生
じるマスク側とスレーブ側との移動位置の差を求め、そ
の差に基づくマスク側モータ・減速機２ａおよびスレー
ブ側モータ・減速機２ｂの制御を行うことにより、スレ
ーブ・アームの位置を修正しかつマスタ、アームに手動
による操作方向と逆方向の回転力を与えて操作者に力感
覚を与えていた。

また力逆送形のマスタースレーブマニピュレータは、上
述した位置検出器１ａｓｌｂおよびスレーブ側の位置調
節器３ｂとともに、スレーブ側で発生したトルクを検出
するトルク検出器４とトルク伝達器５とを備えて構成さ
れている。

すなわち、このマスタースレーブマニピュレータでは、
スレーブ側モータ・減速機２ｂのトルクをトルク検出器
４において検出し、その検出結果をトルク伝達器５を介
してマスク側モータ・減速機２ａに伝達して、このマス
ク側モータ・減速機２ａに、スレーブ側モータｅ減速機
２ｂのトルクと等しいトルクを発生させることにより、
操作者に、操作方向に逆らう力感覚を与えていた。

さらに力帰還形のマスタースレーブマニピュレータは、
上述した位置検出器１　ａ　ｓ　１　ｂおよびスレーブ
側の位置調節器１ｂとともに、マスク側およびスレーブ
側モータ・減速機２ａ、２ｂにおいてそれぞれ発生した
トルクを検出するトルク検出器４　ａ　ｓ　４　ｂと、
各トルク検出器４ａ、４ｂでそれぞれ検出されたトルク
の差に基づいてマスク側モータ・減速機２ａのトルクを
調整するトルク調節器６とを備えて構成されている。

すなわち、このマスタースレーブマニピュレータでは、
マスク側およびスレーブ側モーターＭ速機２ａ、２ｂに
おいてそれぞれ発生したトルクの差により、マスク側モ
ータ・減速機２ａのトルクを調整して、操作者に力感覚
を与えていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、これらの従来からの力帰還型マスタース
レーブマニピュレータでは、いずれもマスタ、アーム側
にモータ・減速機を使用しているので、その制御は減速
機系の摩擦を考慮に入れた複雑なものとなっていた。ま
たマスタ、アームの手動操作においても上記の摩擦によ
り余分な力が必要となり、操作者に余分な負担をかける
という問題があった。

本発明はこのような事情に対処してなされたものであり
、より簡単な構成で、しかも操作者に余分な負担をかけ
ることなく、負荷や障害物等の外的要因によりスレーブ
・アームに加えられた力を忠実にマスタ、アームに伝達
することのできるマスタースレーブマニピュレータの提
供を目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のマスタースレーブマニピュレータは、手動によ
り操作されるマスタ、アームと、このマスタ、アームの
操作により遠隔でマスタ、アームの動きを追従するスレ
ーブ・アームとを備えたマスタースレーブマニピュレー
タにおいて、マスタ・アームおよびスレーブ・アームの
移動位置をそれぞれ検出する位置検出手段と、この位置
検出手段によりそれぞれ検出された各操作移動位置の差
を求める求差手段と、この求差手段から各操作移動位置
の差を示す信号が出力されたとき、この差に比例した磁
力を発生してマスタ、アームに拘束力を付与するパウダ
ブレーキとを具備したものである。

（作　用） 本発明のマスタースレーブマニピュレータでは、まずマ
スタ、アームおよびスレーブ・アームの操作移動位置を
それぞれ位置検出手段において検出し、それぞれの検出
結果から各操作移動位置の差を求差手段において求める
。そして求差手段から各操作移動位置の差を示す信号が
出力されたとき、パウダブレーキが、その差に比例した
磁力を発生してマスタ、アームに拘束力を付与するので
、マスタ、アームとスレーブ−アームとの操作移動位置
に差が無い状態においては、パウダブレーキにおける拘
束力は発生せず、その差が生じた場合においてのみ、差
に比例した拘束力がパウダブレーキにおいて発生するこ
とになる。

したがって本発明によれば、より簡単な構成で、しかも
操作者に余分な負担をかけることなく、負荷や障害物等
の外的要因により操作方向に逆らってスレーブ−アーム
に加えられた力を忠実にマスタ、アームに伝達すること
ができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例のマスタースレーブマニピュ
レータにおけるマスタ、アームおよびスレーブ・アーム
の一自由度分の構成を示す側面図である。

同図において、ｌｌａ、ｌｌｂはそれぞれマスタ、アー
ムＡの主体部を構成する第１と第２のリンクであり、第
２のリンクｌｌｂはシャフト１２を介してこのシャフト
１２とともに第１のリンク１１ａに対して相対的に回転
するよう連結されている。また第１のリンクｌｌａには
、それぞれシャフト１２の先端と直結された入力軸（図
示せず）を有するパウダブレーキ１３と、シャフト１２
の回転位置を検出するための位置検出器１４が固定され
ている。

パウダブレーキ１３は、例えば、入力軸とこの入力軸を
同志的に覆う出力軸（図示せず）との間に、磁性を有す
る粉末を充填させてなるものであって、磁力により入力
軸と出力軸との結合力が決定される構造となっている。

一方、スレーブ番アームＢにおいて、２１ａ。

２１ｂはそれぞれスレーブ・アームＢの主体部を構成す
る第３と第４のリンクであり、第４のリンク２１ｂはシ
ャフト２２を介してこのシャフト２２とともに第３のリ
ンク２１ａに対して相対的に回転するよう連結されてい
る。またシャフト２２には第１のかさ歯車２３が嵌合固
定されおり、このかさ歯車２３には、第３のリンク２１
ｂに固定されたモータ・減速機２４のモータ軸２５の先
端に取付けられた第２のかさ歯車２６が噛合い、これに
よりモータ・減速機２４の動力がシャフト２２に伝達さ
れて第４のリンク２１ｂが第３のリンク２１ａに対して
回転するようなされている。さらに第３のリンク２１ｇ
にはシャフト２２の回転位置を検出するための位置検出
器２７が固定されている。

第２図は以上の構成を備えてなるマスタースレーブマニ
ピュレータにおける力帰還制御系の構成を説明するため
のブロック図である。

同図において、１４はマスタ・アームＡ側の位置検出器
、２７はスレーブ・アームＢ側の位置検出器、１３はパ
ウダブレーキ、２４はモータ・減速機である。これらに
ついては上述した通りである。さらにこの図に示すよう
に、このマスタースレーブマニピュレータには、各位置
検出器１４．２７の検出結果からマスタ、アームＡのシ
ャフト１２とスレーブ・アームＢのシャフト２５との回
転位置の差を示す信号を出力する求差手段としての差分
器（差動増幅器）３１と、この差分器３１から出力され
た信号に応じた磁力を発生して、パウダブレーキ１３に
おける規制力すなわちシャフト１２に対する拘束力を発
生するための電流をパウダブレーキ１３に出力するパウ
ダブレーキ制御、用アンプ３２と、差分器３１から出力
された信号に応じたモータ駆動電流をモータ・減速機２
４に出力するためのモータ・減速機制御用アンプ３３と
が備えられている。

次にこの実施例のマスタースレーブマニビュレ−夕の動
作について説明する。

まずマスタ、アームＡの手動操作により、第２のリンク
ｌｌｂをシャフト１２とともに第１のリンクｌｌａに対
して所望の角度回転させる。

この操作開始時においては、各位置検出器１４．２７に
おいてそれぞれ検出されたマスタ、アームＡのシャフト
１２とスレーブ・アームＢのシャフト２５との回転位置
は同一である。したがってこの場合、差分器３１からの
出力は「０」であるので、パウダブレーキ制御用アンプ
３２からは、パウダブレーキ１３において拘束力を発生
させるための電流は出力されず、この結果、操作者は余
分な手応えを感じることなくマスタ、アームＡを楽に操
作することができる。

さてマスタ、アームＡの操作が開始されると、第２のリ
ンクｌｌｂの第１のリンクｌｌａに対する回転に伴って
、スレーブ・アームＢにおける追従動作がモータ・減速
機２４の駆動により開始される。

そしてスレーブ・アームＢに、例えば負荷や障害物等の
外的要因によりマスタ会アームＡの操作方向に逆らう力
が加えられると、このスレーブ・アームＢのシャフト２
５の回転位置とマスタ会アームＡのシャフト１２の回転
位置とに差が生じ、差分器３１からその差を示す信号が
パウダブレーキ制御用アンプ３２とモータ・減速機制御
用のアンプ３３にそれぞれ出力される。

この結果、モータ・減速機制御用アンプ３３からその信
号に応じたモータ駆動電流が出力されて、スレーブ・ア
ームＢの回転位置の修正が行われるとともに、パウダブ
レーキ制御用アンプ３２からその人力信号に応じた電流
がパウダブレーキ１３に出力され、このパウダブレーキ
１３内においてマスタ・アームＡおよびシャフト１２の
回転を規制する力が発生する。

かくしてこの実施例のマスタースレーブマニピュレータ
によれば、マスタ、アームＡ側に、磁力を用いてこのマ
スタ、アームＡの回転を規制するパウダブレーキ１３を
備え、これにより、外的要因によりスレーブ・アームＢ
に加えられた力をマスタ・アームＡにフィードバックす
るようにしたので、スレーブ・アームＢに外的要因によ
り力が加えられていない状懇においては、余分な規制力
をうけることなく楽にマスタ、アームＡを手動操作する
ことができる。しかも従来からのマスタースレーブマニ
ピュレータに比べて構成を簡素化することもでき、力帰
還の制御も容易になる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のマスタースレーブマニピュ
レータによれば、より簡単な構成で、しかも操作者に余
分な負担をかけることなく、負荷や障害物等の外的要因
により操作方向に逆らってスレーブ・アームに加えられ
た力を忠実にマスタ、アームに伝達することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のマスタースレーブマニピュ
レータにおけるマスタ、アームおよびスレーブ・アーム
の一自由度分の構成を示す側面図、第２図は第１図のマ
スタースレーブマニピュレータにおける力帰還制御系の
構成を説明するためのブロック図、第３図から第５図は
それぞれ従来からの対照形、力逆送形、力帰還形のマス
タースレーブマニピュレータにおける力帰還制御系の構
成を説明するための図である。 Ａ・・・マスターアーム、Ｂ・・・スレーブ・アーム、
１３・・・パウダブレーキ、１４．２７・・・位置検出
器、２４・・・モータ・減速機、３１・・・差分器、３
２・・・パウダブレーキ制御用アンプ、３３・・・モー
タ・減速機制御用アンプ。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　　　第子丸　健

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）手動により操作されるマスタ・アームと、このマ
   スタ・アームの操作により遠隔で該マスタ・アームの動
   きを追従するスレーブ・アームとを備えたマスタースレ
   ーブマニピュレータにおいて、前記マスタ、アームおよ
   び前記スレーブ・アームの操作移動位置をそれぞれ検出
   する位置検出手段と、この位置検出手段によりそれぞれ
   検出された前記各操作移動位置の差を求める求差手段と
   、この求差手段から前記各操作移動位置の差を示す信号
   が出力されたとき、この差に比例した磁力を発生して前
   記マスタ・アームに拘束力を付与するパウダブレーキと
   を具備したことを特徴とするマスタースレーブマニピュ
   レータ。