JPH0631670A - マニピュレータ用工具交換方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、装置の煩雑化および大型化を抑
え、拡張性の高いマニピュレータシステムを構築できる
マニピュレータ用工具交換方法および装置の提供にあ
る。 【構成】 第１のマスタア−ムに追従駆動される第１の
マニピュレータと、第２のマスタア−ムに追従駆動され
る第２のマニピュレータとを備えた双腕型マニピュレー
タにおいて、第１のマニピュレータに工具８を把持及び
釈放可能な付加マニピュレータ６を装着し、この付加マ
ニピュレータ６を第１のマスタア−ムの操作により一体
的に動作させて工具箱３と第２のマニピュレータとの間
を移動させ、これら第１のマニピュレータ及び付加マニ
ピュレータ６の夫々の軸を選択して組合せ制御し、動力
源により付加マニピュレータ６を作動させて工具８を把
持又は釈放し、第２のマニピュレータに着脱するマニピ
ュレータ用工具交換方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マニピュレータの手先
に取り付けられる工具を交換する方法と装置に係り、特
に工具の交換を容易にしたマニピュレータ用工具交換方
法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にマニピュレータは、例えば原子力
設備のように、人間が入ることのできない環境下で人間
に代わって作業を行わせるとき等に広く使われている。
このマニピュレータには、操作側にマスタアームを、作
業側にはスレーブアームを、それぞれ配置したマスタス
レーブ方式や、操作側にジョイスティックなどをもちい
たものがある。また、人間に代わって作業することか
ら、両手作業を行う双腕型のマニピュレータも多く使わ
れている。

【０００３】ところで、このようなマニピュレータによ
る作業には、作業内容に適した工具を使うことが望ま
れ、作業内容毎に工具を交換する必要がある。この交換
は殆ど作業者の手作業により行われている。しかし、手
作業による交換では、マニピュレータに作業者が近接し
てすぐ交換できる場合はよいが、作業者が遠く隔った場
合、例えばマニピュレータが伸縮自在なブームの先端部
に取り付けられた場合には、工具を交換する度にブーム
を縮ませてマニピュレータを地上まで降ろさなければな
らず、交換に長時間を要するとともに作業者が操作側か
ら離れる必要がある。その結果、作業側にはスレーブマ
ニピュレータ、工具の着脱を指示する指示器が必要とな
り制御装置の煩雑化を招く。

【０００４】そこで、最近ではかかる不具合を解消する
ために、マニピュレータの手先に取り付けられる工具を
自動交換する工具交換装置として次のような構成のもの
が考えられている。

【０００５】（イ）作業者がマニピュレータを操作する
か、予め交換位置を教示することにより、マニピュレー
タの手先が工具交換装置に対して所定の関係に正確に位
置決めされたときに工具の着脱が行われるように構成し
たもの。

【０００６】（ロ）力フィードバック機能を有するマニ
ピュレータの場合は、マニピュレータ付近に簡易な工具
を収容する工具箱を設置し、この工具箱の工具に対して
操作側を操作してマニピュレータを駆動し、操作側に力
フィードバックすることにより作業者が力感覚を感じな
がら工具を着脱するように構成したもの。

【０００７】（ハ）マニピュレータの位置精度をあげ交
換位置まで自動的に移動する制御と、工具箱を工具交換
位置に移動させる装置とを用い、工具着脱面を合わせた
後に工具箱もしくは両方を着脱方向に移動させて自動的
に着脱するようにしたもの。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記（イ）の
ような工具交換装置では、工具側の形状により工具交換
装置が対応しきれない場合に、工具の製作における拡張
性が損なわれたり、工具交換装置が大型化しマニピュレ
ータを含む装置全体が大きく重たくなる。例えば上述の
ようにブームの先端部に配置した場合、ブームの搭載重
量制限から作業側に配置することが困難になるという問
題がある。

【０００９】また、（ロ）の工具交換装置では、工具の
形状に合わせた工具箱を必要とし、工具箱に汎用性がな
くなる。さらに、マニピュレータによって工具を交換す
る場合、操作側の作業者がマニピュレータの肩部付近か
らカメラによって作業対象箇所を見るので、マニピュレ
ータの工具接続部を確認しにくい問題がある。例えば、
マスタアームにてマニピュレータを操作する場合、マニ
ピュレータの関節構造が多関節型ならば、作業者は、カ
メラの視野にマニピュレータを動かして工具接続部を見
ることができる。しかし、通常使用しない動作範囲にマ
ニピュレータを動かす必要が生じるので、マニピュレー
タの設計に負担が増える。このように、マニピュレータ
の形状および動作範囲に制約をうけると作業を遂行する
ためのシステム構築の拡張性がなくなる虞がある。

【００１０】さらにまた、（ハ）の工具交換装置では、
マニピュレータおよび工具箱の位置精度をあげる必要が
あるとともに工具の位置ずれを防ぐための技術も必要に
なることから装置全体が大型化する虞がある。

【００１１】本発明は、上記実情を考慮してなされたも
ので、制御装置の煩雑化および装置全体の大型化を抑え
つつ、拡張性の高いマニピュレータシステムを構築する
ことができるマニピュレータ用工具交換方法および装置
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、第１のマスタア−ムの操作により追従駆動される第
１のマニピュレータと、第２のマスタア−ムの操作によ
り追従駆動される第２のマニピュレータとを備え、それ
ぞれの手先に装着された工具を動力源から伝達される動
力により作動させる双腕型マニピュレータにおいて、マ
ニピュレータの手先に装着する工具を交換するにあた
り、前記第１のマニピュレータの工具接続部に適宜な工
具を把持および釈放可能な把持部を有する付加マニピュ
レータを装着し、この付加マニピュレータを前記第１の
マスタア−ムの操作により前記第１のマニピュレータと
一体的に動作させて適宜の位置に設けられた工具箱と前
記第２のマニピュレータとの間を移動させ、且つ、これ
ら第１のマニピュレータおよび付加マニピュレータのそ
れぞれの軸を選択して組み合わせ制御することにより、
前記動力源から伝達される動力により付加マニピュレー
タの把持部を作動させて工具を把持又は釈放し、第２の
マニピュレータの工具接続部に着脱するマニピュレータ
用工具交換方法である。

【００１３】請求項２に対応する発明は、第１のマスタ
ア−ムの操作により追従駆動される第１のマニピュレー
タと、第２のマスタア−ムの操作により追従駆動される
第２のマニピュレータとを備え、それぞれの手先に装着
された工具を動力源から伝達される動力により作動させ
る双腕型マニピュレータにおいて、前記第１および第２
のマニピュレータの操作範囲の適宜の位置に設けられた
工具箱と、前記第１のマニピュレータの工具接続部に装
着され、前記第１のマスタア−ムの操作により前記第１
のマニピュレータと一体的に動作させて前記工具箱と前
記第２のマニピュレータとの間を移動し、且つ、前記動
力源から伝達される動力により工具を把持および釈放す
る把持部を有する付加マニピュレータと、前記第１のマ
ニピュレータおよびこのマニピュレータに装着された付
加マニピュレータのそれぞれの軸を、外部から入力され
る軸選択信号に基づいて選択して組み合わせ制御するこ
とにより、適宜な工具を前記第２のマニピュレータの工
具接続部に着脱させる組み合わせ制御手段とを備えたマ
ニピュレータ用工具交換装置である。

【００１４】

【作用】従って、本発明は以上のような手段を講じたこ
とにより、第１のマニピュレータの手先に装着した付加
マニピュレータが、外部からの第１のマスタアームの操
作により第１のマニピュレータと一体的に動作されて工
具箱と第２のマニピュレータとの間を移動し、且つ、動
力源から伝達される動力により工具を把持および釈放す
るので、第２のマニピュレータの手先に装着される工具
の交換の際に大型の工具交換装置や特殊な工具箱を用い
ることなく工具の交換をすることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は、本実施例に係るマニピュレータ
用工具交換装置の構成を示す図である。この工具交換装
置は、まず、伸縮自在なブームの先端部（図示せず）に
マニピュレータ本体肩部１が搭載され、この本体肩部１
には、第１のマニピュレータと、第２のマニピュレータ
と、肩部カメラ２と、工具箱３とがそれぞれ設けられて
いる。ここで、説明の都合上、第１のマニピュレータを
左マニピュレータ４とし、第２のマニピュレータを右マ
ニピュレータ５とする。次に、この左マニピュレータ４
は、先端に工具接続部４ａを有し、この工具接続部４ａ
には、一端の腕接続部６ａを介して付加マニピュレータ
６が装着される。さらに、この付加マニピュレータ６
は、他端に工具を把持する把持部６ｂと、右マニピュレ
ータ５の工具接続部５ａ近傍の視覚情報を得るための視
覚カメラ７とを備えている。

【００１６】前記肩部カメラ２は、左および右マニピュ
レータ４，５に対する肩部となる本体肩部１に設けら
れ、視野に入る範囲で前記両マニピュレータ４，５の作
業環境を示す視覚情報を作業者のいる前記第１および第
２のマスタアーム近傍に送出する。ここで、視覚情報は
図２に示すようなカメラ視線２ａにより得られるので、
カメラレンズを選定することにより工具箱３の環境を適
切にとらえることができる。

【００１７】前記工具箱３は、前記本体肩部１から支持
棒３ａにより支えられて前記左マニピュレータ４および
右マニピュレータ５の操作範囲の適宜の位置に設けら
れ、図３に示すように内部に付加マニピュレータ６およ
びマニピュレータ用の工具８を保持している。すなわ
ち、この工具箱３は、付加マニピュレータ６を工具箱３
内の天井から下げられた把持部用台３ｂに把持させるこ
とにより保持し、工具８を内部の適宜な位置に置いて保
持している。ここで、付加マニピュレータ６は、特に工
具箱３に収納することはなく、対象作業物の任意の箇所
やマニピュレータ側で把持できる箇所を把持して設置ま
たは仮置きすることもできる。

【００１８】前記左マニピュレータ４は、手先に工具接
続部４ａを有し、図示しない第１のマスタアームの操作
により追従駆動される。同様に、前記右マニピュレータ
５は、手先に工具接続部５ａを有し、図示しない第２の
マスタアームの操作により追従駆動される。

【００１９】ここで、工具接続部４ａ，５ａは、例えば
図４および図５に示すような接続面に工具用の動力供給
源を備え、付加マニピュレータ６および適宜な工具８を
左右のマニピュレータ４，５に対して接続する。ここで
は、工具接続部４ａ、５ａを説明のために左マニピュレ
ータ４の工具接続部４ａとし、接続される工具側の接続
部を付加マニピュレータ６の腕接続部６ａとして説明す
る。同図において、左マニピュレータ４の工具接続部４
ａは、接続面内にそれぞれ、中心ピン１１と、その外周
にエア供給孔１２と、さらに外周に添えピン１３ａ〜１
３ｄとを有し、これら各ピンを対面する付加マニピュレ
ータの腕接続部５ａにはめ合う構造になっている。ここ
で、中心ピン１１は外周に係合部をもち、図４上で紙面
に対して垂直な向きに駆動する機構を備えている。

【００２０】また、付加マニピュレータ側の腕接続部６
ａは、中心ピン１１に対面した押しボタンである工具着
脱指示部１４と、前記中心ピン１１とはまり合う構造の
押さえ棒１５と、前記工具着脱指示部１４の指示により
押さえ棒１５を駆動する駆動部１６とを備えている。

【００２１】従って、前記腕接続部６ａは、工具着脱指
示部１４を中心ピン１１で押すことにより押さえ棒１５
が駆動部１６により図５上で上下方向に移動し中心ピン
とかみ合う構造となっている。すなわち、中心ピン１１
が工具着脱指示部１４を押した後に図５中の右に移動
し、中心ピン１１の小径部１１ａが押さえ棒１５と係合
してかみ合う構造となっている。工具等の着脱は工具着
脱指示部１４を押すごとに繰り返される。

【００２２】前記付加マニピュレータ６は、例えば多関
節型のマニピュレータであって、端部の腕接続部６ａに
より前記工具接続部４ａを介して左マニピュレータ４に
接続され、他の端部に工具を把持および釈放する工具把
持部６ｂと、適宜な関節部に前記視覚カメラ７とを備え
ており、第１のマスタアームの操作により前記左マニピ
ュレータと一体的に動作させて前記工具箱３と前記右マ
ニピュレータ５との間を移動し、且つ、前記動力源から
伝達される動力により工具を把持および釈放する。

【００２３】ここで、動力は、具体的にはエアであり、
図６のように、左マニピュレータ１の手先部手前からエ
アホース１７を介して工具接続部１ａに供給する。従っ
て、工具接続部１ａに接続される付加マニピュレータ等
に対して動力を容易に供給し、付加マニピュレータ６お
よび手先の工具把持部６ｂを動かすことができる。例え
ば、図７は工具把持部６ｂが閉じている状態、図８は開
いている状態をそれぞれ示す。工具把持部６ｂは、エア
により駆動される指駆動部１８を中心として指２０ａ〜
２０ｄの開閉機構を有し、これら４本の指２０ａ〜２０
ｄはそれぞれ内側に弾性変形するパッド１９を備えてい
る。ここで、指２０ｂの反対側には指２０ｄがあるが、
同図中では重なっている。この工具把持部６ｂによって
工具８などを把持および釈放し、右マニピュレータ５に
着脱する。

【００２４】前記視覚カメラ７は、付加マニピュレータ
６に設けられ、右マニピュレータ５の工具接続部５ａ近
傍の視覚情報を作業者のいる第１および第２のマスタア
ーム近傍に送出する。この視覚情報は、図９に示すよう
なカメラ視線７ａにより得られ、作業者が第１のマスタ
ア−ムを操作するときに用いられる。

【００２５】次に、このようなマニピュレータ用工具交
換装置の具体的な軸構成について説明する。図１０は、
左マニピュレータ、右マニピュレータおよび付加マニピ
ュレータにおけるそれぞれの軸自由度構成を示す運動機
能図である。左マニピュレータ４は、肩部の回転軸２２
と、肩部の曲げ軸２３と、肩部および手首部間の並進軸
２４と、手首部の回転軸２５と、手首部の曲げ軸２６
と、手首部の回転軸２７とにより構成され、手首部にお
ける回転軸２５、曲げ軸２６および回転軸２７によって
手首の直交３軸における姿勢を表現できる軸構成となっ
た極座標型マニピュレータである。

【００２６】右マニピュレータ５も左マニピュレータ４
と同一の軸構成であり、肩部の回転軸３２と、肩部の曲
げ軸３３と、肩部および手首部間の並進軸３４と、手首
部の回転軸３５と、手首部の曲げ軸３６と、手首部の回
転軸３７とにより構成され、手首部における回転軸３
５、曲げ軸３６および回転軸３７によって手首の直交３
軸における姿勢を表現できる軸構成となった極座標型マ
ニピュレータである。

【００２７】付加マニピュレータ６は、腕接続部６ａを
肩部として左マニピュレータ４の工具接続部４ａに接続
されていて、肩部の回転軸４２と、肩部の曲げ軸４３
と、肘部の曲げ軸４４と、肘部の回転軸４５と、手首部
の曲げ軸４６と、手首部の回転軸４７と、工具把持部６
ｂとにより構成される多関節型マニピュレータである。

【００２８】左マニピュレータ４は、図示しない第１の
マスタアームにより操作され、右マニピュレータ５は、
同様に第２のマスタアームにより操作される。作業者は
これらマスタアームの操作によりマニピュレータを動か
して各種の作業を行う。

【００２９】ここで、付加マニピュレータ６が接続され
た左マニピュレータ４に対し、作業者は左マニピュレー
タ４および付加マニピュレータ６の適宜な軸を選択した
後、第１のマスタアームを用いて操作を行う。例えば、
左マニピュレータ４が工具５の着脱に適当な姿勢をとっ
ている場合は、付加マニピュレータ６のみを第１のマス
タアームによって操作する。

【００３０】また、例えば本実施例の交換装置は、左マ
ニピュレータ４および付加マニピュレータ６の適宜な軸
を作業者が設定し、または予めメモリに設定した軸の組
み合わせを選択することにより、一体的に左側マニピュ
レータとして動作させることができる。例えば左マニピ
ュレータの回転軸２２と、曲げ軸２３と、付加マニピュ
レータ６の回転軸４２と、曲げ軸４３と、曲げ軸４６
と、回転軸４７とを組み合わせることにより左マニピュ
レータ４および付加マニピュレータ６を一体化して多関
節型の左側マニピュレータとする。この左側マニピュレ
ータは、第１のマスタアームの操作により追従動作させ
ることができる。

【００３１】さらに、以上のようなマニピュレータを実
現するための制御の構成について図面を用いて説明す
る。図１１はマニピュレータ単軸の制御ブロックを示す
図である。同図は簡単のために同構造マスタスレーブ方
式とし、任意の１軸についてのサーボ機構を示してい
る。このサーボ機構は、マスタア−ムの位置を検出して
マスタア−ム位置信号を送出するマスタア−ム位置セン
サ５１と、モータ５６からスレ−ブア−ムの位置を検出
してスレ−ブア−ム位置信号を送出するスレ−ブア−ム
位置センサ５２と、前記マスタア−ム位置信号に対する
前記スレ−ブア−ム位置信号の偏差を求めて偏差信号と
して送出する偏差点５３と、偏差信号から指令値を生成
する調節器５４と、この指令値から駆動値を生成するド
ライバ５５と、この駆動値に基づいて駆動するモータ５
６とを備えた構成である。

【００３２】このような構成による制御は、付加マニピ
ュレータ６を左マニピュレータ４に装着して付加マニピ
ュレータ６の軸を選択しなかった場合、すなわち、第１
のマスタア−ムと同構造の左マニピュレータ４の軸を全
て選択した場合に行われる。また、第２のマスタア−ム
により右マニピュレータ５を制御する場合も同様に制御
される。

【００３３】一方、付加マニピュレータ６を左マニピュ
レータ４に装着して左側マニピュレータとし、この左側
マニピュレータ内の適宜な軸を選択して一体的に動作さ
せる場合は、異構造マスタスレーブ方式となる。本実施
例の装置は、この異構造マスタスレーブを制御するため
に、組み合わせ制御手段を設けている。

【００３４】図１２は組み合わせ制御手段のブロック構
成を示す図である。この組み合わせ制御手段６０は、操
作側全軸センサ６１から第１のマスタア−ム全軸の位置
を示す位置信号を受けて基準座標に変換する操作側変換
部６２と、追従側全軸位置センサ６３から付加マニピュ
レータ６および左マニピュレータ４の軸の位置を示す位
置信号を受けて軸選択後に基準座標に変換する追従側変
換部６４と、操作側変換部６２および追従側変換部６４
からの位置信号を用いて基準座標における前記両位置信
号間の全軸偏差信号を計算して送出する全軸偏差点６５
と、全軸偏差信号に基づいて基準座標での速度指令を生
成する全軸速度調節器６６と、速度指令を各軸の速度に
変換して送出する駆動用変換部６７とで構成され、この
各軸の速度によりドライバ５５がモータ５６を駆動して
いる。

【００３５】従って、この組み合わせ制御手段６０を用
い、付加マニピュレータ６と左マニピュレータ４との軸
を組み合わせて一体的な左側マニピュレータとして設定
することにより、第１のマスタア−ムの操作により左側
マニピュレータを動作させることができる。

【００３６】図１３は組み合わせ制御手段の具体的な系
統を示す図である。この組み合わせ制御手段６０は、計
算機７１として付加マニピュレータ６および左マニピュ
レータ４を制御する。計算機７１の入力側には、付加マ
ニピュレータ位置センサ７２、右マニピュレータ位置セ
ンサ７３、左マニピュレータ位置センサ７４、右マスタ
ア−ム位置センサ７５および左マスタア−ム位置センサ
７６がそれぞれのアナログ／ディジタル変換器（以下、
Ａ／Ｄという。）であるＡ／Ｄ７７ａ、Ａ／Ｄ７７ｂ、
Ａ／Ｄ７７ｃ、Ａ／Ｄ７７ｄおよびＡ／Ｄ７７ｅを介し
て接続されている。ここで、軸を選択するための軸選択
信号を入力する軸選択部７８も計算機７１の入力側に接
続されている。

【００３７】また、計算機７１の出力側には、それぞれ
のディジタル／アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａとい
う。）であるＤ／Ａ７９ａ〜ｃを介して付加マニピュレ
ータドライバ８０と、右マニピュレータドライバ８１
と、左マニピュレータドライバ８２とがそれぞれ接続さ
れている。

【００３８】前記各位置センサ７２，７３，７４，７５
および７６は、各マニピュレータの位置を示すマニピュ
レータ位置信号をＡ／Ｄ７７ａ〜ｅのうち、対応するＡ
／Ｄに入力し、当該マニピュレータ位置のディジタル化
信号を計算機７１に入力する。

【００３９】このように全てのアームおよびマニピュレ
ータの各軸の位置信号を計算機７１に入力し、第１のマ
スタア−ムの軸位置と、左側マニピュレータの選択後の
軸位置とを基準座標の計算により比較して偏差を求め、
各軸を動かす指令値を生成する。

【００４０】この指令値は、Ｄ／Ａ７９ａ〜ｅによりそ
れぞれ駆動値に変換され、各マニピュレータドライバ８
０，８１，８２のそれぞれに入力される。各マニピュレ
ータドライバ８０，８１，８２は、この駆動値に基づい
てそれぞれ各マニピュレータを駆動させる。ここで、各
ドライバ表記上は１ブロックのみ示したが、全ての軸を
表わしている。

【００４１】また、軸選択部７８によって付加マニピュ
レータ６および左マニピュレータ１の各軸中での所定の
軸を選択する方法には、例えばスイッチによって軸を指
定する方法および幾つかの軸を組み合わせた数種のパタ
ーンをスイッチにより選択する方法等がある。これらの
方法により、軸選択部７８に係る情報を適宜、計算機７
１に軸選択信号として入力して計算機７１内ソフトウェ
アにて軸の選択制御を行う。

【００４２】次に、以上のようなマニピュレータ用工具
交換装置の動作を本発明方法に基づいて説明する。図１
４は、付加マニピュレータの装着を説明する図である。
まず、左マニピュレータ１が配置される場所の肩部につ
いて任意の座標原点９１を設定し、三次元の直交座標系
を定義する。この直交座標９２は、任意の座標で示され
て付加マニピュレータ６を着脱する位置を示す着脱点９
３と、この着脱点９３に近接していて予め装着前に左マ
ニピュレータ４を誘導する位置を示す誘導点９４とを設
定する。

【００４３】ここで、予め左マニピュレータ４の設置場
所と工具箱３との位置関係が決められるので、着脱姿勢
は、左マニピュレータ４の位置センサおよび付加マニピ
ュレータ６の位置センサにより直交座標９２上で明確に
決まる。また、工具箱３での着脱点９３は、着脱操作を
数回繰り返せば大体決まる。このときの着脱点データを
保存して平均値をとることにより求めた着脱点９３を目
標とする。着脱点９３が決まれば左マニピュレータ４お
よび腕接続部６ａの構造から着脱点９３に向けて左マニ
ピュレータ４が移動して、付加マニピュレータ６を装着
するに充分容易な位置である誘導点９４が決定される。
従って、工具接続部４ａが誘導点９４に移動するための
左マニピュレータ４内位置センサに対する各軸の目標位
置が計算により決定される。ここで、左マニピュレータ
４にプレーバック機能を装備して、付加マニピュレータ
６を装着する際は、速やかに工具接続部４ａが誘導点９
４にくるようにプレーバック制御を行う。

【００４４】図１５は、本実施例装置の使用手順を示す
フローチャートである。まず、工具の交換に際し作業者
は、上記説明のように操作して付加マニピュレータ６の
腕接続部６ａに一方のマニピュレータを装着する（ＳＴ
１）。ここでは、一方のマニピュレータを左マニピュレ
ータ４として説明する。次に作業者は、付加マニピュレ
ータ６および左マニピュレータ４における全ての軸のう
ち、第１のマスタア−ムにより追従駆動させる動作軸を
任意に選定する（ＳＴ２）。この選定の後、作業者は第
１のマスタア−ムを操作して、付加マニピュレータ６を
付けた左マニピュレータ４を一体的に左側マニピュレー
タとして操作する（ＳＴ３）。この左側マニピュレータ
は、第１のマスタア−ムの操作に基づき、手先の工具把
持部６ｂによって適宜な工具８を把持する（ＳＴ４）。
しかる後、作業者は他方の右マニピュレータ５の工具接
続部５ａを視覚カメラ７および肩部カメラ２で見ながら
前記工具８を工具接続部５ａに装着する（ＳＴ５）。

【００４５】このように付加マニピュレータ６により工
具８を把持して右マニピュレータ４に装着するので、工
具８は工具把持部６ｂが把持できる大きさならば形状を
問題とせずに工具箱３内に適宜置くことができる。この
ため、工具箱３は工具８の形状毎に製作する必要もなく
一種類ですむ。従って、工具８並びに工具箱３に汎用性
ができる。

【００４６】また、視覚カメラ７を設けたことにより、
肩部カメラ２の視野に工具接続部２ａを移動させる必要
がなくなり、システム構成に際しマニピュレータの軸配
置の制限が緩和される。従って、マニピュレータにおけ
る極座標型や多関節型などの自由度構成も工具交換以外
の主作業に合わせて設計できるため、システム構成の自
由度が増える。さらに、特別な工具交換装置を必要とし
ないため、装置全体が大きくならない。

【００４７】上述したように、本実施例では、付加マニ
ピュレータ６が適宜な工具８を把持して右マニピュレー
タ５に装着するため、工具８の形状制限が大幅に緩和さ
れ、工具箱３は工具８の形状毎に作成する必要もなく一
種類で済み、かつ、マニピュレータの軸構成が限定され
ることもなく、システム構成に拡張性をもち、特別なマ
ニピュレータ用工具交換装置を配置する必要をなくすこ
とができる。

【００４８】また、本実施例に示すように極座標型の左
マニピュレータ４に多関節型の付加マニピュレータ６を
取り付けて一体とした左側マニピュレータの適宜の軸を
選択して一体化したマニピュレータを多関節型として使
用することにより多様な作業環境に対応することができ
る。

【００４９】なお、本発明は、左右のマニピュレータ
４，５および付加マニピュレータ６の関節構造を図１０
により示したが、他の関節構造でも同様に実施できる。
また、左マニピュレータ４および付加マニピュレータ６
の間の工具着脱機構を中心ピン１１、添えピン１３、工
具着脱指示部１４、押さえ棒１５および駆動部１６によ
って示したが、工具５が着脱できる機構であれば同様に
実施できる。

【００５０】また、付加マニピュレータ６が把持および
釈放するときの動力をエアとして説明したが、他の媒
体、例えば電気でも把持および釈放用のアクチュエータ
等を付加することにより同様に実施できる。

【００５１】さらにまた、左右のマニピュレータ４，５
および付加マニピュレータ６や第１，第２のマスタアー
ムに把持動作を補助する力センサをつけたバイラテラル
マスタスレーブマニピュレータでも同様に実施でき、ま
た、マスタアームの代わりにジョイスティックを用いて
力をフィードバックするものでも同様に実施できる。

【００５２】また、左マニピュレータ４に付加マニピュ
レータ６を取り付ける構成としたが、右マニピュレータ
５に付加マニピュレータ６を取り付けて、左マニピュレ
ータ４に工具８を装着する構成でも同様に実施できる。

【００５３】さらに上述した以外の装着方法として、付
加マニピュレータ６を装着したマニピュレータを動かさ
ず、操作側を操作して他方のマニピュレータを駆動して
着脱する方法、付加マニピュレータを装着したマニピュ
レータと他方のマニピュレータの両方共に操作して双腕
作業として工具を着脱する方法等についても同様に実施
できる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施できる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１のマニピュレータの手先に装着した付加マニピュレー
タが、外部からの第１のマスタア−ムの操作により第１
のマニピュレータと一体的に動作されて工具箱と第２の
マニピュレータとの間を移動し、且つ、動力源から伝達
される動力により工具を把持および釈放する簡易な構成
であり、マニピュレータの設計に余計な制約を受けない
ので、制御装置の煩雑化および装置全体の大型化を抑え
つつ、拡張性の高いマニピュレータシステムを構築する
ことができるマニピュレータ用工具交換方法および装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマニピュレータ用工具交換装置の
構成を示す図。

【図２】通常作業時の肩部カメラによる工具箱の監視状
態を示す図。

【図３】工具箱の正面図。

【図４】マニピュレータ側における工具接続部の構成を
示す図。

【図５】マニピュレータ側および工具側における工具接
続部の構成を示す図。

【図６】付加マニピュレータおよび工具に対するエアの
供給を示す図。

【図７】付加マニピュレータ手先の工具把持部が閉じて
いる状態を示す図。

【図８】付加マニピュレータ手先の工具把持部が開いて
いる状態を示す図。

【図９】工具交換時の視覚カメラによる工具接続部の監
視状態を示す図。

【図１０】本発明に係るマニピュレータの軸自由度構成
を示す運動機能図。

【図１１】マニピュレータ単軸の制御ブロックを示す
図。

【図１２】組み合わせ制御手段のブロック構成を示す
図。

【図１３】組み合わせ制御手段の具体的な系統を示す
図。

【図１４】マニピュレータのプレーバック機能を用いた
付加マニピュレータの装着を説明する図。

【図１５】本発明装置の使用手順を示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

３…工具箱、４…左マニピュレータ、５…右マニピュレ
ータ、４ａ，５ａ…工具接続部、６…付加マニピュレー
タ、６ａ…腕接続部、６ｂ…工具把持部、７…視覚カメ
ラ、８…工具、６０…組み合わせ制御手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 康博 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のマスタア−ムの操作により追従駆
   動される第１のマニピュレータと、第２のマスタア−ム
   の操作により追従駆動される第２のマニピュレータとを
   備え、それぞれの手先に装着された工具を動力源から伝
   達される動力により作動させる双腕型マニピュレータに
   おいて、 マニピュレータの手先に装着する工具を交換するにあた
   り、 前記第１のマニピュレータの工具接続部に適宜な工具を
   把持および釈放可能な把持部を有する付加マニピュレー
   タを装着し、この付加マニピュレータを前記第１のマス
   タア−ムの操作により前記第１のマニピュレータと一体
   的に動作させて適宜の位置に設けられた工具箱と前記第
   ２のマニピュレータとの間を移動させ、且つ、これら第
   １のマニピュレータおよび付加マニピュレータのそれぞ
   れの軸を選択して組み合わせ制御することにより、前記
   動力源から伝達される動力により付加マニピュレータの
   把持部を作動させて工具を把持又は釈放し、第２のマニ
   ピュレータの工具接続部に着脱することを特徴とするマ
   ニピュレータ用工具交換方法。
2. 【請求項２】 第１のマスタア−ムの操作により追従駆
   動される第１のマニピュレータと、第２のマスタア−ム
   の操作により追従駆動される第２のマニピュレータとを
   備え、それぞれの手先に装着された工具を動力源から伝
   達される動力により作動させる双腕型マニピュレータに
   おいて、 前記第１および第２のマニピュレータの操作範囲の適宜
   の位置に設けられた工具箱と、 前記第１のマニピュレータの工具接続部に装着され、前
   記第１のマスタア−ムの操作により前記第１のマニピュ
   レータと一体的に動作させて前記工具箱と前記第２のマ
   ニピュレータとの間を移動し、且つ、前記動力源から伝
   達される動力により工具を把持および釈放する把持部を
   有する付加マニピュレータと、 前記第１のマニピュレータおよびこのマニピュレータに
   装着された付加マニピュレータのそれぞれの軸を、外部
   から入力される軸選択信号に基づいて選択して組み合わ
   せ制御することにより、適宜な工具を前記第２のマニピ
   ュレータの工具接続部に着脱させる組み合わせ制御手段
   とを備えたことを特徴とするマニピュレータ用工具交換
   装置。