JPH0422948Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本考案はマニプレータにおけるマスターのグリ
ツプに関する。

Ｂ 考案の概要 マニプレータにおけるマスターのグリツプにお
いて、 スレーブの手先部の把み及び回転運動用の動力
伝達機構として歯車列を内装し、かつ、マスター
アーム側の関節に発生する力を検出する力センサ
ーと、該力センサーの信号に基づいてトルクを発
生するモータとをマスターアーム側に設けて力セ
ンサーとモータにより歯車列の摩擦を補償するこ
とにより動力伝達の精確性を図ることにより、 機械的信頼性が高くて動作が精確で位置精度が
高く、かつ、外観や操作性の良好なグリツプを得
ることができるようにしたものである。

Ｃ 従来の技術 一般に、原子力施設など放射性物質を扱うとこ
ろでは、諸作業が移動ロボツトやマニプレータを
用いて間接的に行われ、人間は直接的に関与しな
い。

マニプレータにおけるマスターはスレーブに類
似する動作をなさしめるもので、マスターの動き
が比例してスレーブに伝達され、マスターとスレ
ーブとが略同一の運動をする。そして、スレーブ
には人間の手先に代わるべきハンド部があり、こ
のハンド部の回転と把み運動をなさしめるグリツ
プがマスターに設けられている。

ところで、従来のマニプレータは、その動力伝
達機構としてテープ及びワイヤーを使用し、マニ
プレータの慣性を小さくする方式が採られた。し
たがつて、テープやワイヤーを掛け回すプーリが
必要であり、このプーリを関節部内に多数個配設
する必要があり、関節部が大型化する。また、そ
の他の動力伝達機構として、全て歯車を用いたも
のもあり、この場合には関節部にモータなどの動
力源を配設した。

Ｄ 考案が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来の技術によれば、テー
プ及びワイヤーを用いる方式では、マニプレータ
に過負荷が生じた場合に、テープやワイヤーが切
断することが多く、また、マニプレータを高速で
動作させたときは、テープやワイヤーがプーリか
ら脱落する問題がある。さらに、歯車を用いた方
式では、歯車の摩擦損失が大きく、かつ、関節部
にモータを設けているので慣性が大きくなり、ま
た大型化する問題がある。そして、マスターやス
レーブの修理、交換に当り、組立分解が容易な構
造であることが必要であるが、テープやワイヤー
の掛け外し或いはモータの取付け取外しが伴うと
組立分解が面倒であり容易でないため、部分的な
損傷の場合においてもマスター又はスレーブのア
ームを全体として交換せざるを得ない不便があ
る。

このような方式を前提とするマニプレータのマ
スターにおけるグリツプは、テープやワイヤー及
び歯車の摩擦損失が多く、かつ、慣性が大きくな
つて、操作するのに大きな力を必要とし、操作性
が悪いほか、動力伝達が不精確で位置精度が悪い
という問題があつた。

Ｅ 問題点を解決するための手段 本考案は上記問題点を解決するため、マスター
の手先部において、下腕部と連結された基部内
に、スレーブの手先部の回転運動及び把み運動を
なす歯車列を配設し、回転運動をする歯車列の回
転中心と同軸でグリツプケースを基部に揺動自在
に係合するとともに、把み運動をする歯車列の回
転中心と同軸で操作レバーを前記グリツプケース
内において揺動可能に軸支し、かつ、グリツプケ
ースにマスターアームの動作を可能にするスイツ
チを設ける一方、マスターアーム側の関節に発生
する力を検出する力センサーと、該力センサーの
信号に基づいてトルクを発生するモータとをマス
ターアーム側に設けて力センサーとモータにより
歯車列の摩擦を補償するようにしてなるものであ
る。

Ｆ 作用 本考案の上記構成によれば、動力伝達機構とし
て歯車を用いるとともに、動力が精確に伝達さ
れ、動作の精確性を保証して位置精度が高くな
り、また電気配線を内部に収納しえて外観がよ
く、更に押釦スイツチや光スイツチを手許に配設
して操作性のよいグリツプを得る。

Ｇ 実施例 以下に本考案を図示の実施例について説明す
る。

第１図は本考案の実施例を示す部分断面側面
図、第２図は第１図Ａ−Ａ線断面図、第３図は第
１図Ｂ矢視図、第４図及び第５図はマスターアー
ムの全体を示す側面図及び正面図、第６図は駆動
回路の構成例図である。

第４図及び第５図において、１は肩部、２は肘
部、３は手先部であり、腕及び関節を駆動するた
めの複数のモータを有する動力部４が肩部１に集
中配置されている。手先部３の先端には人間が操
作するためのグリツプ５が設けられている。グリ
ツプ５は、下腕部６ｂの先端部で縦軸部７を介し
左右揺動が、また横軸８を介し上下揺動がそれぞ
れ可能な基部９に取付けられている。１０は肘部
２において下腕部６ｂの動きを軽くするバランス
ウエイトである。下腕部６ｂと上腕部６ａは多層
同心で両端に傘歯車を有する管体が、また肘部２
にはその傘歯車の一部と係合する中間伝達車がそ
れぞれ収納されている。

第１図から第３図に基づき、グリツプ５を説明
する。グリツプケース５ａの上端部にマスターア
ーム及びスレーブアームを動作させる押釦スイツ
チ１１、スイツチ１２，１２及び表示灯１３がそ
れぞれ配設されており（第４図）、その電気配線
１４はその内部空間に収納されている。そして、
グリツプ５ａの内部空間には操作レバー１５が揺
動自在に収納され、上端部に引き金１６、下端部
に軸１７を有している。１８はピンである。軸１
７には傘歯車１９が取り付けられ、この傘歯車１
９と係合する傘歯車２０が軸１７と直交する軸２
１に取り付けられている。軸２１は基部９の内部
に進入してその内端部に傘歯車２２が取り付けら
れている。更に、グリツプケース５ａにネジ２３
を介し取付けられた環状の傘歯車２４が軸２１に
挿入されている。そして、傘歯車２２は、基部９
内において軸２１と直交する軸２５に取付けられ
た傘歯車２６と係合している。また傘歯車２４は
軸２５を嵌合する管２７端に取り付けられた傘歯
車２８と係合している。

なお、グリツプ５内にはマスターアームの信号
入切用の光スイツチ２９が配設され、またグリツ
プケース５ａに透孔５ｃを穿設していて（第２
図）、グリツプ５を握ると光スイツチ２９が入り、
マスターアームを駆動すべき信号が入ることにな
る。また表示灯１３は発光ダイオードからなる。
更に、電気配線１４は操作レバー１５の回転中心
に穿設した透孔３０から外部に導かれる。

次に歯車列のバツクラツシユ調整機構について
説明すると、第２図に示す如く、軸１７の傘歯車
１９を軸２１の傘歯車２０に押付けることができ
るようにしたもので、軸１７の端部１７ａに接す
る軸蓋３１をグリツプ５の螺孔３２に螺合してな
り、該軸蓋３１を回して螺孔３２内に押込むこと
により行うようにしてある。すなわち、傘歯車１
９，２０は通常、噛合つて回転するとスラスト力
が発生し互いに離反せんとする力が作用している
ので、バツクラツシユが発生し易いのでこれを前
記の如くして調整するのである。

次に前記グリツプ５の歯車列の摩擦を補償する
手段が設けられる。この手段は第６図に示すよう
に、マスターアーム３７側とスレーブアーム３８
側のモータ３９，４０の反直結側にそれぞれ位置
センサ４１，４２を設けてあり、図に示す配線に
より電気的に接続されている。つまり、これによ
り、マスターアーム３７の操作部を操作したとき
の各自由度の動きをモータ３９の反直結側の位置
センサ４１で検出し、その位置偏差信号とスレー
ブアーム３８側のモータ４０の位置センサ４２か
らの位置偏差信号をもつ合せ回路４３でつき合
せ、その信号をそれぞれ増巾器４４，４５を介し
てマスター側とスレーブ側のモータ３９，４０へ
それぞれ出力して、いわゆる帰還方式により、人
間が自分の手で物を扱うと同じ力感覚でもつてマ
ニプレータのマスター側を操作しながらスレーブ
側を同期して作動させることができる。

しかして先に述べたように、モータ３９，４０
の反直結側に設ける位置センサ４１，４２はマニ
プレータの関節角の変化によつて位置偏差が与え
られるが、減速比の大きいマニプレータの場合
に、摩擦抵抗が大きいマニプレータの場合に、摩
擦抵抗が大きく、正確な位置偏差を与えるのが困
難である。

そこで本例では、力センサ４６をマスターアー
ム３７に配設することにより上述の位置センサ４
１の欠点を補正している。すなわち、マスターア
ーム３７側の操作部の操作により、関節に発生し
た力は、力センサ４６に伝えられる。この力セン
サ４６の力信号でモータ３９にマニプレータの負
荷と平衡したトルクを発生させるものである。力
センサ４６は制御回路に組込まれ、マスターアー
ム３７側とスレーブアーム３８側の位置センサ４
１，４２からの突き合せ信号と、力センサ４６か
らの信号を突き合せ回路４７においてつき合せ、
その突き合せ信号によりマスターアーム３７側の
モータ３９を制御するものである。したがつて、
位置センサ４１，４２の欠点であるマスターアー
ム３７を作動させるときの初期摩擦を力センサ４
６により補償することができる。なお、通常の動
作時に位置センサ４１，４２によつてマスターア
ーム３７側とスレーブアーム３８側が同期して作
動する。

そこで上記グリツプの作用について説明する
と、操作者がグリツプ５を握持すると光スイツチ
２９が入りマスターアーム６の駆動用信号が入
る。そこで、引き金１６を引くと、操作レバー１
５が軸１７を中心としてグリツプケース５ａの内
方で揺動し、傘歯車１９が一定角度回転する。そ
の為、傘歯車２０が軸２１を回転させ、傘歯車２
２を回転させる。そして、傘歯車２６を介し軸２
５が所定角度で回転し、この回転力は腕部６や肘
部２中の歯車列を介し肩部１に伝達され、肩部１
に配置したモータ４の位置センサ４１で検出さ
れ、この検出値によつてスレーブ側の対応するモ
ータ４０が駆動され、スレーブの手元部の把み運
動がなされる。一方、操作レバー５を軸１７を中
心として左右いずれか一方へ回動すれば、操作レ
バー１５と一体構成の傘歯車２４が回転するの
で、傘歯車２８を介し管体２７でその回転力が肩
部１に伝えられ、この回転力はマスター側の力セ
ンサー４６で検出され、この検出値によつてスレ
ーブ側の対応するモータ４０が駆動されてスレー
ブアームの手元部が回転するのである。

Ｈ 考案の効果 以上に説明した本考案によれば、グリツプの動
力伝達機構を歯車列で構成するとともに、該歯車
列の摩擦を補償する力センサーとその信号入力に
よりトルクを発生して摩擦を補償するモータを設
けたので、動力伝達の機械的信頼性が高く、動作
が精確で位置精度が向上する一方、グリツプの回
転中心と操作レバーの揺動中心とが一致するので
グリツプと操作レバーとを一体的に構成できるか
ら片手操作ができ、しかも、電気配線をグリツプ
の内部に埋込んで押釦や光スイツチを設けること
ができるから操作性が向上し、更に操作レバーを
長く形成することにより操作力が小さくとも足
る、等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す部分断面側面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第３図は
第１図Ｂ矢視部分図、第４図及び第５図はマスタ
ーアームの全体を示す側面図及び正面図、第６図
はマニプレータの駆動回路図である。 １……肩部、２……肘部、３……手先部、４…
…動力部、５……グリツプ、５ａ，５ｂ……グリ
ツプケース、９……基部、１１……押釦スイツ
チ、１２……スイツチ、１３……表示灯、１４…
…電気配線、１５……操作レバー、１７，２１，
２５……軸、１９，２０，２２，２４，２６，２
８……傘歯車、２９……光スイツチ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. マスターの手先部において、下腕部と連結され
   た基部内に、スレーブの手先部の回転運動及び把
   み運動をなす歯車列を配設し、回転運動をする歯
   車列の回転中心と同軸でグリツプケースを基部に
   揺動自在に係合するとともに、把み運動をする歯
   車列の回転中心と同軸で操作レバーを前記グリツ
   プケース内において揺動可能に軸支し、かつ、グ
   リツプケースにマスターアームの動作を可能にす
   るスイツチを設ける一方、マスターアーム側の関
   節に発生する力を検出する力センサーと、該力セ
   ンサーの信号に基づいてトルクを発生するモータ
   とをマスターアーム側に設けて力センサーとモー
   タにより歯車列の摩擦を補償するようにしたこと
   を特徴とするマニプレータにおけるマスターのグ
   リツプ。