JPH0731291U - マニピュレータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フォースフィードバック機能を設けたマニピ
ュレータ装置において、マスターコントロールアームの
一部の関節にかかる負荷が変化しても操作性が低下する
ことを防止することのできるマニピュレータ装置を得
る。 【構成】 スレーブアーム６の各関節に実負荷検出手段
３０、３２、３４、３６、３８を設けると共に、マスタ
ーコントロールアーム９の各関節にフィードバック負荷
付与手段２０、２２、２４、２６、２８を設け、実負荷
に対するフィードバック負荷の比率を各関節毎に可変調
節可能なように構成している。これにより、作業内容に
応じてあるいは、実負荷検出手段が故障した場合には、
マスターコントロールアーム９に作用する負荷を各関節
毎に変えることができるためマスターコントロールアー
ム９の操作性が著しく低下することがない。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、マスターコントロールアームの操作に応じてスレーブアームが作動 するように構成されたマニピュレータ装置に関し、さらにはスレーブアームに作 用する実負荷に応じてマスターコントロールアームへフィードバック負荷を付与 することのできるフォースフィードバック機能を備えたマニピュレータ装置に関 する。

【０００２】

【従来の技術】

マニピュレータ装置においては、実際に作業を行うスレーブアームと、スレー ブアームに作動を支持すべく操作されるマスターコントロールアームとから構成 され、スレーブアームがマスターコントロールアームの操作に対応して作動する ようにそのスレーブアームの駆動制御を行う駆動制御手段を設けているものが用 いられることがある。

【０００３】 上記のように構成されたマニピュレータ装置においては、作業時における安全 の確保および作業効率の向上を図ることを目的として、スレーブアームによる作 業時にこのスレーブアームに作用する負荷を検出し、その負荷に応じてマスター コントロールアームに負荷を与えるフォースフィードバック機構が設けられると 共に、マスターコントロールアームとスレーブアームの相対位置関係を合わせる ためのマスターコントロールアーム自動軸合わせ機構が設けられている。

【０００４】 フォースフィードバック機構は、スレーブアームの各関節部にフォースフィー ドバック用センサ（実負荷検出手段）を設けると共に、マスターコントロールア ームの各関節部にフォースフィードバック用モータ（フィードバック負荷付与手 段）を設けている。そして、コントローラによりフォースフィードバック用セン サからの検出信号に応じてフォースフィードバック用モータへ作動信号の送信を 行い、マスターコントロールアームへの操作時における負荷の付与を行う。 また、マスターコントロールアーム自動軸合わせ機構は、各軸の角度センサか らの検出信号に基づいて、フォースフィードバック用モータを作動させ、スレー ブアームとマスターコントロールアームの位置合わせ（スレーブアームの作動形 態とマスターコントロールアームの作動形態を同一にする作動）を行う。

【０００５】 このような構成のマニピュレータ装置においては、フォースフィードバック用 センサによる検出値に対するフォースフィードバック用モータの負荷量（以下「 フィードバック率」と称する）は、マスターコントロールアームを操作する作業 に応じて変化させることが可能であり、フォースフィードバック機構を切ってマ スターコントロールアームへの負荷を与えなくすることも可能であるが、これら の操作は各関節部毎ではなくマスターコントロールアームの全関節に対して一律 に行うことができるのみであった。

【０００６】 ここで、各関節に設けられたフォースフィードバック用センサの内、１個のセ ンサが故障した場合、その故障したセンサからは一方方向に力が働き続けている ときと同様の信号が送信されるため、マスターコントロールアームにおいてセン サが故障した関節部に相当する部分の操作が非常に重くなる。また、スレーブア ームによって重量物の上げ下げを行う場合には、マスターコントロールアームに おいて上下方向の操作が他の方向の操作に比して重くなる。 このため、作業者はフィードバック率を小さくしたり、フォースフィードバッ クを切ることによりマスターコントロールアームの操作を軽く行うことができる ようにしていた。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、一律でフィードバック率を小さくしたり、フォースフィードバ ックを切ることとすると、マスターコントロールアーム全体の関節の動きが軽く なりすぎ、微妙な操作を行うことが困難になるという問題があった。 また、フォースフィードバックを切るとマスターコントロールアーム自動軸合 わせ機構が作動しなくなり、スレーブアームとマスターコントロールアームの相 対位置が合わなくなり、操作が煩雑になるという問題もあった。

【０００８】 本考案は、このような問題に鑑みてなされたものであり、フォースフィードバ ック機能を設けたマニピュレータ装置において、マスターコントロールアームの 一部の関節にかかる負荷が変化しても操作性が低下することを防止することので きるマニピュレータ装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、本考案のマニピュレータ装置では、マスターコ ントロールアームの関節に対応した同数の関節を有してマスターコントロールア ームの操作に応じた作動を行うスレーブアームを設け、スレーブアームには各関 節に作用する実負荷を検出する実負荷検出手段を設けると共に、マスターコント ロールアームには各関節に前記実負荷に応じたフィードバック負荷を与えるフィ ードバック負荷付与手段を設けている。そして、実負荷に対するフィードバック 負荷の比率を各関節毎に可変調節可能なように構成している。

【００１０】

【作用】

このようなマニピュレータ装置では、スレーブアームに設けられた実負荷検出 手段のうちいずれかの実負荷検出手段が故障したときや、一方方向に大きな実負 荷が作用したとき等、マスターコントロールアームにおける関節の一部のフィー ドバック負荷が大きく変化して操作に支障をきたるおそれがある場合に、個々の 関節においてフィードバック率を調節し、マスターコントロールアームにおける 各関節に作用する負荷を所望の大きさに変えることができる。 このため、実負荷検出手段の故障時においても操作性を著しく低下させること なく、且つ、通常の作業においても作業効率の向上を図ることができる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。 まず、図２を参照しながら本考案に係るマニピュレータ装置を備えたマニピュ レータ車（高所作業車）について説明する。 このマニピュレータ車１の車体２の後部には、車体２に対して旋回が自在な旋 回台３が取り付けられ、この旋回台３の上部には、多段伸縮ブーム４が起伏自在 に枢着されている。また、多段伸縮ブーム４の先端には作業キャビン５が取り付 けられており、この作業キャビン５の前方両側部にはスレーブアーム６、６が取 り付けられている。なお、各スレーブアーム６、６は、その外周を保護するため にカバーで覆われている。 また、作業用キャビン５の内部には、各スレーブアーム６、６の作動を支持す べく操作されるマスターコントロールアーム９、９が取り付けられている。

【００１２】 次に図１を加えて、本考案に係るマニピュレータ装置について説明する。なお 、各スレーブアーム６、６およびマスターコントロールアーム９、９は各々同一 の構成であるため、１組のスレーブアーム６およびマスターコントロールアーム ９について説明する。また、便宜上スレーブアーム６におけるカバー等は外した 状態を表して説明する。

【００１３】 マスターコントロールアーム９は、ショルダー部１７ａおよびエルボ部１７ｂ において上下方向に揺動自在に構成されたアーム１７と、このアーム１７の手首 部１７ｃに、アーム１７の長手軸に直交する軸を中心に旋回自在に取り付けられ たグリップ１８とから構成されている。なお、手首部１７ｃは上下、左右方向に 揺動自在に構成されている。また、グリップ１８の上部には、ハンド８の開閉作 動を行わせるためのハンド操作スイッチ３０とから構成されている。

【００１４】 このショルダー部１７ａ、エルボ部１７ｂ等の各関節には、各関節部の揺動量 を検出するポテンショメータ２１、２３、２５、２７が取り付けられている。 このような構成のマスターコントロールアーム９では、グリップ１８を手で握 った作業者がそのグリップ１８を任意の方向に移動させると、アーム１７に対す るグリップ１８の動きやグリップ１８の移動に伴うアーム１７の揺動量が各ポテ ンショメータ２１、２３、２５、２７、２９によって検出される。

【００１５】 これらの検出信号は、スレーブアーム６を作動させるための指令信号としてコ ントローラ５０に送信され、コントローラ５０は、各ポテンショメータ２１、２ ３、２５、２７からの検出信号に基づいて、スレーブアーム６の作動制御を行う 。この時、本マニピュレータ装置においては、マスターコントロールアーム９と スレーブアーム６の相対位置関係を合わせるためのマスターコントロールアーム 自動軸合わせ機構が設けられているため、センサからの検出信号に基づいて、各 フォースフィードバック用モータを作動させ、スレーブアーム６とマスターコン トロールアーム９の位置合わせを行う。

【００１６】 スレーブアーム６はショルダー部７ａおよびエルボ部７ｂにおいて上下方向に 揺動自在に構成されたアーム７と、このアーム７の手首部７ｃに旋回が自在に取 り付けられると共に、開閉作動して対象物の開放および把持が可能なハンド８と から構成されている。なお、手首部７ｃは上下、左右方向に揺動自在に構成され ている。また、アーム７の各作動は、そのアーム７のショルダー部７ａ、エルボ 部７ｂおよび手首部７ｃ付近に内蔵された油圧モータ１０等の作動により行われ 、また、ハンド８の開閉作動は手首部７ｃ付近に内蔵された油圧開閉シリンダ（ 図示せず）の作動により行われる。 そして、このショルダー部７ａ、エルボ部７ｂ等の各関節には、各関節に作用 する実負荷を検出するフォースフィードバック用センサ（実負荷検出手段）３０ 、３２、３４、３６、３８が取り付けられている。

【００１７】 これらのフォースフィードバック用センサとしてはロードセル等が用いられ、 各フォースフィードバック用センサが検出した実負荷は、コントローラ５０に送 信される。 信号を受信したコントローラ５０は、マスターコントロールアーム９に設けら れたフォースフィードバック用モータ（フィードバック負荷付与手段）２０、２ ２、２４、２６、２８へ作動信号の送信を行う。これにより、作業者がマスター コントロールアーム９の操作を行う場合にマスターコントロールアーム９にスレ ーブアーム６が受けた負荷に対応する適度な負荷を与えることにより、作業者が スレーブアーム６にかかった負荷を実感することができると共に、マニピュレー タ装置の微妙な操作も行うことができる。

【００１８】 マスターコントロールアーム９におけるスレーブアーム６からのフォースフィ ードバック率（マスターコントロールアームにかかる力の大きさ）は、コントロ ーラ２０に内蔵されたフィードバック率調節手段５１によって、各々のフォース フィードバックモータ毎の調節が可能である。 このフィードバック率の調節は、コントローラ５０に接続されたターミナル５ ５の操作によって行うことが可能である。

【００１９】 したがって、スレーブアーム６において重量物を取り扱う場合に、上下方向の に作用するフォースフィードバック用モータ２０、２２、２４へのフィードバッ ク率を小さくすることにより、左右方向の負荷はそのままで、マスターコントロ ールアーム９の操作を行う作業者の疲労を軽減させることができる。

【００２０】 さらに、上記のマニピュレータ装置におけるコントローラ５０においては、ス レーブアーム６の各関節部に設けられたフォースフィードバック用センサの故障 を検出する故障検出手段５２が設けられている。この故障検出手段５２は、各ポ テンショメータにおける検出値の上限と下限をあらかじめ定めておき、その範囲 を超える検出信号がコントローラ５０に送信されたとき、その信号を送信したフ ォースフィードバック用センサが故障であると判断するものである。

【００２１】 ここで、例えばスレーブアーム６におけるエルボ部７ｂに設けられたフォース フィードバック用センサ３２が故障した場合に、故障したフォースフィードバッ ク用センサ３２からは一方方向に力が働き続けているときと同様の信号が送信さ れ、フォースフィードバック用モータ２２の負荷が大きくなり、マスターコント ロールアーム９におけるその部分の操作だけが非常に重くなる。このため、作業 者はターミナル５５を操作することによってフォースフィードバック用センサ３ ２に対するフォースフィードバック用モータ２２のフィードバック率を小さくす る。 これにより、故障したフォースフィードバック用センサ３２が設けられた関節 （エルボ部７ｂ）に対応するマスターコントロールアーム９の関節（エルボ部１ ７ｂ）の作動だけが極端に重くなることを防止することができるため、故障中の 作業効率を極端に低下させることなくマニピュレータ装置を使用することができ る。

【００２２】 なお、上記の実施例においては、フォースフィードバック用センサに故障が生 じた場合、故障の生じたフォースフィードバック用センサと、そのフォースフィ ードバック用センサに対応するフォースフィードバック用モータのフィードバッ ク率を小さくすることとしているが、本考案はこれに限られるものではなく、各 フォースフィードバック用モータへのフィードバック信号のオン−オフ操作を行 うスイッチを設け、故障したフォースフィードバック用センサに対応するフォー スフィードバック用モータを作動させなくすることにより、マスターコントロー ルアームの操作が極端に重くなることを防止することができる。

【００２３】 この場合、マスターコントロールアーム自動軸合わせ機構においても、フィー ドバック信号は１箇所のみオフ操作されているだけであるため、スレーブアーム とマスターコントロールアームの相対位置のずれを部分的なずれに抑えることが できる。

【００２４】

【考案の効果】

以上のように、本考案のマニピュレータ装置では、スレーブアームの各関節に 実負荷検出手段を設けると共に、マスターコントロールアームの各関節にフィー ドバック負荷付与手段を設け、実負荷に対するフィードバック負荷の比率を各関 節毎に可変調節可能なように構成している。 これにより、作業内容に応じてマスターコントロールアームに作用する負荷を 各関節毎に変えることができるため作業者の疲労を軽減させることができる。 また、スレーブアームに設けられた実負荷検出手段のうち、いずれかの実負荷 検出手段が故障した場合には、故障した実負荷検出手段の検出値に対するフィー ドバック負荷の比率を調節することにより、故障した実負荷検出手段が取り付け られたスレーブアームの関節に対応するマスターコントロールアームの関節の負 荷を変えることができるため、マスターコントロールアームの操作性が著しく低 下することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るマニピュレータ装置の構成を表す
模式図である。

【図２】上記マニピュレータ装置を備えた高所作業車の
斜視図である。

【符号の説明】

６ スレーブアーム ８ ハンド ９ マスターコントロールアーム ２０、２２、２４、２６、２８ フォースフィードバッ
ク用モータ ２１、２３、２５、２７、２９ ポテンショメータ ３０、３２、３４、３６、３８ フォースフィードバッ
ク用センサ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２箇所の関節を有するマスタ
   ーコントロールアームと、 このマスターコントロールアームの関節に対応した同数
   の関節を有し、前記マスターコントロールアームの操作
   に応じた作動を行うスレーブアームと、 前記スレーブアームの各関節に作用する実負荷を検出す
   る実負荷検出手段と、 前記マスターコントロールアームの各関節に前記実負荷
   に応じたフィードバック負荷を与えるフィードバック負
   荷付与手段とからなり、 前記実負荷に対する前記フィードバック負荷の比率を各
   関節毎に可変調節可能なように構成したことを特徴とす
   るマニピュレータ装置。