JPH06155348A - マスターマニプレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操作が容易であって、大きな動作も小さな動
作も共に行えるようなマスターマニプレータを提供す
る。 【構成】 ６自由度のスレーブマニプレータを操作する
ためのマスターマニプレータにおいて、べース２上に据
え付けられたスレーブマニプレータの回転台３を第１軸
を中心として回転させるフットスイッチ１１ａ，１１ｂ
と、第２軸〜第４軸までを操作してスレーブマニプレー
タを大きく動かす相似形マスターアーム１２と、第５，
６軸を操作してスレーブマニプレータを小さく動かすジ
ョイスティック１９とを回転台３上に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マスターマニプレータ
に関し、スレーブマニプレータの操作のための構成を改
良したものである。

【０００２】

【従来の技術】マスター・スレーブマニプレータにおけ
るスレーブマニプレータを操作するためのマスターマニ
プレータの構成として種々のものが考えられている。

【０００３】例えば、全体がスレーブアームと相似形を
したマスターアームを有しマスターマニプレータを操作
するとスレーブマニプレータがマスターマニプレータと
類似の動きをするー般的なマスターマニプレータや、ス
レーブアームと異なる構成のマスターアームを設けてス
レーブマニプレータを操作するマスターマニプレータ
や、２自由度以上のジョイスティックを２本以上設けて
構成したマスターマニプレータや、ブルドーザのように
数本のレバーでスレーブマニプレータを操作するマスタ
ーマニプレータ等がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、スレーブア
ームと相似形をしたマスターアームを用いる構成のマス
ターマニプレータでは自由度６位の自由度が多いもので
はマスターマニプレータが操作しずらく、またマスター
マニプレータはスレーブマニプレータの約１／５の大き
さであって小さいために細かい操作ができない。一方、
スレーブアームと異なる構成のマスターアームを設けて
操作するマスターマニプレータでは、マスター側とスレ
ーブ側で関節構造等が異なるために違和感があり、座標
変換の際に誤差が生じる。このように、従来のマスター
マニプレータには種々の問題点がある。

【０００５】そこで本発明は、かかる課題を解決したマ
スターマニプレータを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の構成は、スレーブマニプレータのアームと
相似形のアームを有すると共にスレーブマニプレータを
操作するためのマスターマニプレータにおいて、スレー
ブマニプレータの手首の近傍よりも先端側を操作してス
レーブマニプレータを小さく動かすジョイスティックを
設けたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】スレーブマニプレータに大きな動きをさせるに
は、マスターマニプレータにおけるスレーブマニプレー
タのアームと相似形のアームを操作してスレーブマニプ
レータの大部分を動かし、小さな動きをさせるにはジョ
イスティックを把持して操作することによりスレーブマ
ニプレータの手首の近傍よりも先端側の小部分を動か
す。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。

【０００９】本発明によるマスターマニプレータのー実
施例であるマスター・スレーブマニプレータの構成を、
図２に示す。まず、前提になるスレーブマニプレータの
構成について説明する。床面１に固定されたベース２の
上に鉛直軸である第１軸（イ）を中心として回転駆動可
能に回転台３が設けられ、回転台３の上には一対のリン
ク４の下端が回転可能に設けられる。リンク４の一方の
下端は第２軸（ロ）を中心として回転駆動可能になって
いる。一対のアーム４の上端は回転自在に結合部材５の
下部に取り付けられ、平行リンク機構を構成している。
結合部材５の左端には一対のリンク６の右端が回転可能
に設けられる。リンク６の一方の右端は第３軸（ハ）を
中心として回転駆動可能になっている。一対のリンク６
の左端は回転自在に結合部材７の右端に取り付けられ、
平行リンク機構を構成している。結合部材７には第４軸
（ニ）を中心として回転駆動可能にアーム８の一端が取
り付けられ、アーム８の他端には第５軸（ホ）を中心と
して回転駆動可能にアーム９の一端が取り付けられ、ア
ーム９の他端には第６軸（ヘ）を中心として回転駆動可
能にハンド１０が取り付けられる。ここで、ハンド１０
は開閉駆動可能な一対の指１０ａで構成される。

【００１０】次に、スレーブマニプレータの構成を図２
のー部を拡大して示す図１を参考にして説明する。本実
施例では操作者が回転台３の上でスレーブマニプレータ
を操作するため、回転台３の上に椅子２５が固定され、
椅子２５の斜め前方には一対のフットスイッチ１１ａ，
１１ｂが設けられる。フットスイッチ１１ａは回転台３
を反時計方向へ回転駆動するためのものであり、フット
スイッチ１１ｂは時計方向へ回転駆動するためのもので
ある。そして、これらのフットスイッチは図３（ａ）に
示すように踏み込み角度が大きいほど回転速度が大きく
なるようになっている。

【００１１】椅子２５の近傍には相似形マスターアーム
１２が設けられている。この相似形マスターアーム１２
はスレーブマニプレータを大きく動かす第２軸（ロ）第
３軸（ハ）第４軸（ニ）を操作するためのものであり、
固定台１３の上に第２軸（ロ）を中心として回転可能に
アーム１４の一端が取り付けられ、アーム１４の他端に
は第３軸（ハ）を中心として回転可能にアーム１５の一
端が取り付けられ、アーム１５の他端には第４軸（ニ）
を中心として回転可能にグリップ１６が取り付けられ
る。グリップ１６には把持部１７が固定され、把持部１
７にレバースイッチ１８が取り付けられる。このレバー
スイッチ１８は図３（ｂ）に示すように押圧しないでレ
バー角度が小さい状態のときには第２軸（ロ），第３軸
（ハ），第４軸（ニ）の夫々の関節にブレーキがかか
り、押圧してレバー角度が大きくなるにつれてブレーキ
の拘束力が小さくなるように構成されている。この相似
形マスターアーム１２はスレーブアームの１／５〜１／
６の大きさであり、各アームの長さはスレーブアームと
相似し、各関節における相似形マスターアームの回転範
囲はスレーブアームの回転範囲に等しい。これらの相似
形マスターアームの各関節における回転角はポテンショ
ータあるいはエンコーダにより常時監視されており、相
似形マスターアームの関節が回転した角度と同じ角度だ
けスレーブアームの対応する関節が回転する。なお、相
似形マスターアーム１２の位置は図２では椅子２５の前
方に配置されており、図１では椅子２５の横に配置され
ているがグリップ１６に手が届く範囲にあれば良い。

【００１２】椅子２５の前方にはジョイスティック１９
が設けられる。ジョイスティック１９はスレーブマニプ
レータの手首の近傍である第５軸，第６軸を操作するた
めに２自由度を有し、ジョイスティック１９の上端には
把持部２０が設けられる。そして、ジョイスティック１
９をＰ＋の方向へ倒せばアーム９を時計方向へ回転させ
ることができ、Ｐーの方向へ倒せば反時計方向へ回転さ
せることができる。一方、ジョイスティック１９をＱ＋
の方向へ倒せば上から見てハンド１０を時計方向へ回転
させることができ、Ｑーの方向へ倒せば反時計方向へ回
転させることができる。図３（ｃ）に示すようにジョイ
スティック１９の操作角度が大きいほど第５，６軸の回
転速度が大きくなる。

【００１３】把持部２０には段違いの取付面２１，２２
が形成されており、取付面２１には一対の指１０ａを開
くための押しボタンスイッチ２３が設けられ、取付面２
２には一対の指１０ａを閉じるための押しボタンスイッ
チ２４が設けられる。段違いの取付面を設けたのは、押
しボタンスイッチの誤操作を防止するためである。一対
の指１０ａは等速で開動作または閉動作をするようにな
っている。

【００１４】このほか、非常の際にスレーブマニプレー
タの動きを直ちに停止できるようにするために図示しな
い足踏み式の停止スイッチが設けられる。本実施例では
感度切り換えスイッチやインデックススイッチは設けら
れない。

【００１５】なお、本実施例では操縦者をスレーブマニ
プレータの回転台の上に載せるため回転台を操作するフ
ットスイッチを設けたが、マスターマニプレータを回転
台の上に乗せることなくスレーブマニプレータから離し
て独立に設置する場合はフットスイッチを設けずに相似
形マスターアームを第１〜４軸の４軸構成にする必要が
ある。

【００１６】次に、かかるマスターマニプレータの作用
を説明する。操作者は椅子２５の上に載ってマスターマ
ニプレータを操作する。操作者がフットスイッチ１１ａ
又は１１ｂを踏むとスレーブマニプレータの回転台３が
第１軸（イ）を中心として時計方向又は反時計方向へ回
り、操作者は回転台３上に載っているので常にハンド１
０の方向を見ることができる。このとき、図３（ａ）に
示されるようにフットスイッチの踏み込み角度が大きい
ほど回転台３の回転速度が大きくなる。

【００１７】次に、操作者がグリップ１６の把持部１７
を把持して相似形マスターアーム１２を操作すると相似
形マスターアーム１２のアーム１４が第２軸（ロ）を中
心として回転し、アーム１５が第３軸（ハ）を中心とし
て回転し、グリップ１６が第４軸（ニ）を中心として回
転し、これらの相似形マスターアーム１２の動きに倣っ
てスレーブマニプレータの第２（ロ），３（ハ），４
（ニ）軸が回転することから、スレーブアームは相似形
マスターアーム１２と類似の動作をする。相似形マスタ
ーアーム１２を操作する際に、把持部１７のレバースイ
ッチ１８を握れば図３（ｂ）に示すように自動的に第２
（ロ），３（ハ），４（ニ）軸の関節に加わっているブ
レーキ力が解除され、レバースイッチ１８を離せば各関
節にブレーキがかかる。したがって、操作者が操作して
いないときに無関係な外力によってマスターアーム１２
が動かされることはない。次に、操作者がジョイスティ
ック１９の把持部２０を握ってＰ＋，Ｐ−の方向へ倒す
とスレーブマニプレータが第５軸（ホ）を中心として時
計回り又は反時計回りに回転し、Ｑ＋，Ｑ−の方向へ倒
すと上から見て第６軸（ヘ）を中心として時計回り又は
反時計回りに回転する。このとき、図３（ｃ）に示すよ
うにジョイスティック１９の操作角度を大きくするほど
第５，６軸の回転速度が大きくなる。

【００１８】次に、押しボタンスイッチ２３を押すとス
レーブマニプレータの指１０ａが開き、押しボタンスイ
ッチ２４を押すと指１０ａが閉じる。このときの指１０
ａの開閉速度はー定である。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明からわかるように、本発明に
よるマスターマニプレータによれば、スレーブマニプレ
ータを操作するためのマスターマニプレータを機能に応
じて相似形のアームからなる部分とジョイスティックと
で構成したので、大きな動作を行う場合は相似形のアー
ムで行い、小さな動作を行う場合はジョイスティックで
行うことができ、大きな作業にも小さな作業にも対応で
きる。また、マスターマニプレータを分割して構成した
ので構造が簡単であり、コストを低く押えることができ
る。更に、スレーブマニプレータを大きく動かす部分を
相似形のアームに対応させたので、操作上の違和感がな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマスターマニプレータの斜視図。

【図２】本発明によるマスターマニプレータを有するマ
スター・スレーブマニプレータの構成図。

【図３】本発明によるマスターマニプレータに係り、図
３（ａ）はフットスイッチの踏み込み角度と回転台の回
転速度との関係を示すグラフ、図３（ｂ）はレバースイ
ッチのレバー角度とブレーキ力との関係を示すグラフ、
図３（ｃ）はジョイスティックの操作角度と第５，６軸
の回転速度との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

２…ベース ３…回転台 １１ａ，１１ｂ…フットスイッチ １２…相似形マスターアーム １９…ジョイスティック ２３，２４…押しボタンスイッチ （イ）…第１軸 （ロ）…第２軸 （ハ）…第３軸 （ニ）…第４軸 （ホ）…第５軸 （ヘ）…第６軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スレーブマニプレータのアームと相似形
   のアームを有すると共にスレーブマニプレータを操作す
   るためのマスターマニプレータにおいて、 スレーブマニプレータの手首の近傍よりも先端側を操作
   してスレーブマニプレータを小さく動かすジョイスティ
   ックを設けたことを特徴とするマスターマニプレータ。