JPS58132473A - マニピユレ−タの手動操作装置 - 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】 本発明は、操作員によって制御される操縦用マニピュレ
ータと、該操縦用マニピュレータによって作動させられ
る被操縦用マニピュレータとからなる関節式操縦用、被
操縦用マニピュレータに係）、特に操縦用ｗ、　ｓ−ピ
ュレータの手動操作装置に関するものである。

一般に、原子炉プラント内の点検・修理作業は、作業者
の放射線被爆の問題から、作業区域や作業時間に太き表
制約を受ける。このように、人間が直接に作業現場に行
って、作業することに制約を受ける。ような状況下では
、作業者の安全確保の見地から遠隔操作で作業を進める
方法が有用である。

特に、作業内容が種々にわ九り、人間と同様に臨機応変
な処置が必要な場合には、操縦用、被操縦用マニピュレ
ータによる作業の遠隔化が重要になる。

操作員がマニピュレータによって作業を行なう時に、該
マニピュレータに要求される最も重要な点は、操作員に
よって直接操縦される操縦用マニピュレータが操作しや
すいということである。そこで、操作員がマニピュレー
タの操縦のために直接手で触わる操縦枠の形状が問題に
なる。

一般に操縦用、被操縦用マニピュレータは、マニピュレ
ータの指の開閉を行なう物体把握部（以下、グリッパ部
と称する。）と、該グリッパ部を作１＆空間の任意の位
置に移動させるための多関節を有する腕部によって構成
されている。ところで、この腕部と関節は、人間の手や
腕に対応させて、手首関節、前腕、肘関節、上腕、肩関
節等と呼ばれている。

しかるに、従来の操縦用マニピュレータの多くは、第１
図に示されるように操作員がグリッパ部１を持って操縦
するようになっておシ、以下Ｋ。

その操縦方法を簡単に説明する。すなわち、グリッパ部
五の開閉動作は、操作員の親指と人差指を、それぞれグ
リッパ部１に装着された指受ｚＡ。

２Ｂに挿入して、これらの指を左右方向（動作方向Ａ）
Ｋ動かすことによって行なわれる。一方、グリッパ部１
０回転動作（回転方向Ｂ）、手首の上下１ｉＣ動作（動
作方向Ｃ）％手首の左右繻シ動作（動作方向Ｄ）は、操
作員の残ｐの指（中指、薬指、小指）でグリッパ部１に
装着されたｍヤ棒すことによって行なわれる。なお、図
には示されていないが、肘関節や肩関節の回転も握プ棒
３によってなされている。

そして、このようにして、操縦用マニピュレータを駆動
すると、それとほぼ相似な形状の被操縦用−ｆｘ−ビュ
レータはそれと相似な動きが行なわれるように制御され
る。なお、ζこに、はぼ相似な形状と貰ったのは、グリ
ッパ部の形状が異なるからである。すなわち、ｔｌｔ２
図に示されるように、被操縦用マニピュレータのグリッ
パ部４は、該グリッパ部４０回転中心Ｅに対して上下、
左右が対称構造になっている。このため、該グリッパｓ
４を閉じた時の中心は、グリッパ部４０回転中心Ｅと一
致しておシ、グリッパ部４０回転に対して動かない構造
になっている。一方、第１図に示される操縦用マニピュ
レータの構造ではグリッパ部１０回転に用いられる握シ
棒３が、グリッパ部１の回転中心Ｅに対して下方に装着
されているので、それを動かす操作員の手首５０回転中
心Ｆとグリッパ部１０回転中心Ｅとの間にオフセットＬ
が生じる。この丸め、グリッパ部ｌの回転には、操作員
が手を円弧を描くように左右に振る必要があシ、人間の
手首の回転動作と異なった動作をする必要があり、操作
しづらいという欠点を有していた。

壕九、グリッパｓｌ′ｔ−回転させる際、誼グリッパ部
１が所定量回動した時に１手ｔ５の部分が前腕６に当接
する構造となっている九め、連続回転するためには、所
定量回動した時点で、反対方向から他方の手でグリッパ
ｓ１をもちかえる必要かあ）、シ九がって、連続回転操
作が非常にしづらいという欠点をもってい友。

本発明の目的は、操縦用マニピュレータのグリッパ部の
回転操作を容易にし、マニピュレータの操作性を向上さ
せるようにしたマニピュレータの手動操作装置を提供す
ることにある。

このような目的を達成するために、本発明は、操作員が
手で把握するための部材のうち、指の開閉に用いる部材
を、＃開閉用部材を含む千両上に物体把握部の回転中心
が通るように配置した構成としたものである。

以下、図に示す実施例を用いて本発明の詳細な説明する
。

第３図は操縦用マニピュレータの全体構成を示した斜視
図である。胴体８人は、床に固定された架台７人に対し
て、水平方向に回転可能なように接続されている。肩関
節９人は胴体８Ａの先端と上腕１０Ａを接続してお９、
該上腕１０Ａの上下方向の振すは該肩、関節９人で行な
われるようになっており、また肘関節１１Ａは、上腕１
０人と前腕１２Ａを接続しておシ、前腕１２人の上下方
向の振りは、この肘関節１１Ａで行なわれるようになっ
ている。さらに、手首関節１３Ａは、前腕１２人とグリ
ッパ部１４Ａとを接続しており、該グリッパＩＳＩ　４
Ａの上下方向と左右方向の振）はこの手首関節１３人で
行なわれるようになっている。

一方、被操縦用マニピュレータは第４図に示されるよう
に、グリッパ部１４Ｂの部分を除いて、前記操縦用マニ
ピュレータと相似な構造になってお）、架台７Ｂ％胴体
８Ｂ１肩関節９Ｂ、上腕１０８１肘関節１１Ｂ、前腕１
２Ｂ、手首関節１３Ｂ、グリッパ部１４Ｂを有している
。該被操縦用マニビュータはグリッパ部１４Ｂの平葺左
右振シ中心軸Ｇ回りの位置が反対になっていることを除
いて、グリッパ部１４　Ｂ、手首関節１３Ｂ。

前腕１２Ｂ等の各部位の空間的配置が、操縦用マニピュ
レータと相似形になるように構成されている。ここで、
操縦用マニピュレータのグリッパ部１４Ａと被操縦用マ
ニピュレータのグリッパ部１４Ｂとは、その手首左右振
り中心軸ＧＫ対する相対位置関係が、互いに１８００ず
れ九位相になるように配置されている。この結果、グリ
ッパ部１４人を操作する操作員の指の方向と、グリッパ
部１４Ｂの方向とが、手首左右振シ中心軸Ｇに対して同
方向になるよう構成されている。

今、グリッパ部１４Ａについて一第５図を用いてさらに
詳細に説明する０手首左右回転軸１５は、手首関節１３
Ａに対して、操作員の平葺左右振ｐ中心軸Ｇを回転中心
として手首左右振ｐ方向りに回転可能なように結合され
ている。支持部材１５Ａは、その一端が平葺左右回転軸
１５に結合され、かつ他の一端は、グリッパ駆動機構１
６に結合されている。グリッパ回転軸１７は、一端がグ
リッパ回転方向Ｂに対して回転可能なように前記グリッ
パ駆動機構１６に結合され、かつ他の一端は、グリッパ
部１４Ａに結合されている。また、指部材１８Ａ、１８
Ｂは、指部回転軸１９Ａ、１９Ｂを介してグリッツ４部
１４人に結合され、グリッパ開閉方向大に開閉できるよ
うに構成されている。

指部２０Ａ、２０Ｂは、指部材１８Ａ、１８Ｂの先端に
装着されている。握シ棒２１は、その一端がグリッパ部
１４Ａに固定されておシ１、かつ他の一端は、操作員の
指によって握られるように握り部２１Ａが構成されてい
る。そして、この握り部２１人の中心はグリッパ回転中
心Ｅを通るように構成されている。

また、前記支持部材１５人は、操作員が握り棒２１を握
つ死時、操作員の手首左右振り中心軸力ζ対 操縦用マニピュレータの手賃左右振シ中心軸Ｇに＾ して一致するように構成されている。

そして、操作員のグリッパ部１４Ａの操作は、以下のよ
うにして行なわれる。グリッパ部１４Ａの開閉が、親指
と人差指を指部２０人、２０Ｂに挿入して、これらの指
をグリッパ開閉方向大に動かすことで行なわれる。また
、グリッパ部１４人の回転は、操作員の手首回転中心と
グリッパ部１４Ａの回転中心Ｅとが一致しているので、
操作員が中指、薬指と小指で握シ部２１Ａを握す１手首
を回転することで行なわれる。

次に、操縦用、被操縦用１ニピユレータとしての機能に
ついて説明する０本１ニピユレータは操縦用マニピュレ
ータの動きに比例させて、被操縦用マニピュレータの位
置を制御するだけでなく、外部負荷によって、被操縦用
マニピュレータに加えられたトルクを検出して、それを
操縦用マニピュレータにフィードバックさせて、操作員
に外部負荷の大きさを反力の形で伝える機能を有してい
る。この反力を発生させるために、操縦用マニピュレー
タにも駆動機構を有している。

この駆動機構を含めた、操縦用マニピュレータの制御機
構について簡単に説明する。ｉず最初に、第３図を用い
て、グリッパ部１４Ａの回転方向の制御について説明す
る。グリッパ回転軸１７は、グリッパ駆動機構１６に導
かれ、反力を発生させるモータ（図示せず）及び、位置
検出のためのポテンショメータ（図示せず）に結合され
ている。

被操縦用マニピュレータ側のグリッパ部１４Ｂにも図示
はしないが、同様に、グリッパ回転駆動用モータと位置
検出器が装着されている。そして、グリッパ部１４Ａを
回転させ九とき、グリッパ部１４Ｂとの間に位置偏差が
生じると、グリッパ部１４人とグリッパ部１４Ｂのモー
タには、その偏差が零になる方向に偏差の大きさに比例
した信号が与えられる。この結果、被操縦用マニピュレ
ータは、操縦用マニピユレータの動きに相似して動くよ
うに制御されることになる。

こむで、グリッパ部１４Ｂが物体をつかんでいた〕して
、その回転が妨げられているときは、このグリッパ部１
４Ｂに係る負荷トルクに相当するトルクを、操作負に反
力として感じさせるために、このト鳥りがグリッパ部１
４Ａのモータに発生するように制御される。そして、こ
の機構は反力発生機構と呼ばれる。この機構によって操
作員は負荷の大きさを感じることかで龜る。また、指部
材１８Ａ、１８Ｂの開閉動作に対する制御機構について
も、全く同じ制御が行なわれる。そのために、モータ及
びポテンショメータがグリッパ駆動機構１６に収納され
ている。被操縦用マニピュレータ側についても同様であ
る。

なお、こむでは詳細な説明は省略するが、手首、前腕等
の制御も同様にして行なわれる。

このような反力発生機構によって操作員に最大数Ｋｇｆ
の反力を感じさせる丸めに、グリッパ駆動機構１４１に
は大暑い出力のモータを内蔵させる必要があり、グリッ
パ駆動機構１６が大きくなる。

例えば、第６図に示される従来例のように、操縦用マニ
ピュレータのグリッパ部ｌと被操縦用マニピュレータの
グリッパ部４とを手首左右ａｍ中心軸Ｇに関して同方向
にすると、グリッパ駆動機構１６が上腕１０Ａ等に衝突
するために、手首上下振りの作動範囲が制限される１例
えば、上腕１０Ａの位置が、第７図に示されるような位
置関係にあるとき、手首上下振シの作動範囲Ｈや前腕１
２Ａの作動範囲Ｉは、グリッパ駆動機構１６が障害とな
るため、第７図に示される範囲内に制限される。

一方、本実施例によれば、グリッパ駆動機構１６がマニ
ピュレータの先端に位置するようになっているので、上
腕１０Ａ等に衝突するおそれはなくなり、グリッパ部１
４Ａの操作範囲に制約をうけにくくなる０例えば、上腕
１０Ａの位置関係が第７図と同じ場合では、手首上下振
シの作動範囲Ｈや前腕１２Ａの作動範囲工は、第８図に
示されるようになシ、従来例（第７図）に比べて大きく
なる利点を持っている。

ｔた、第９図は本発明の他の一実施例を示すもので、第
５図と異なる点は、握シ棒２１の両端をグリッパ部１４
Ａに固定したことである。これによ如握プ棒２１のねじ
れ等に対する剛性が増すので、握シ棒２１の付は根部分
を細くすることができ、軽量化が図れる。

さらに、第１０図と第１１図は、本発明のさらに他の実
施例を示すもので、第１Ｏ図はグリッパ部１４人を側面
から見た図、第１１図はグリッパ部１４人を上面から見
た図を示す０本実施例では、指部２０人、２０ＢＯ纏直
方向（グリッパ開閉時に指部材１ｉ１人、１８Ｂが作る
平面に垂直な方向）の長さを長くしたことが、第５図と
異なる。とれにより、グリッパ部１４Ａを１８０’近く
回転させた位置において、１ニビユレータを操作する際
にグリッパ部１４Ａを操作する操作員の苧を、グリッパ
部とは逆方向Ｋｌ　８０’近く回転させた位置になるよ
うに持ちかえることがで亀るようＫなる。この結果、操
作員の手首を１８０・近く回転している状態で操作する
必要がなくなシ、第５図に示される状態で操作できるよ
うＫなる。

以上詳述したように本発明によれば、操作員が手で把握
するための部材のうち、指の開閉に用いる部材を骸開閉
用部材を含む平面上に物体把握部の回転中心が通るよう
に配置した構成としたことにより、従来のような、操作
員の手首の回転中心とグリッパ部の回転中心との間に生
じていたオフセットをなくすことができるようＫなシ、
これによって操作員が操縦用マニピュレータのグリッパ
部に装着された握シ棒をつかんで、手首を回転させるだ
けで、グリッパ部の回転操作が行なえるようになり、し
たがって、マニピュレータの操作性を大幅に向上できる
という極めてすぐれた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の操縦用マニピュレータの一部斜視図、第
２図は従来の被操縦用マニピュレータの一部斜視図、第
３図は本発明に係る一実施例の操縦用マニビュＶ−夕の
全体構成を示す斜視図、第４図はこの操縦用１ニビユレ
ータに対応する被操縦用マニピュレータの全体構成を示
す斜視図、第５図は第３図中和おける操縦用マニピュレ
ータの主要部を示す詳細斜視図、第６図は、従来の操縦
用マニピュレータの構成を示す一部斜視図、第７図と第
８図は従来と本発明装置の作動範囲を説明する説明図、
第９図は本発明の他の実施例を示す操縦用マニピュレー
タの一部側面図、第１０図及び３１１１図は本発明のさ
らに他の実施例を示す操縦用マニピュレータの側面図と
平面図である。 ９Ａ、９Ｂ・−肩関節、ＩＯＡ、ＩＯＢ・・・上腕、１
１Ａ、ＩＩＢ−・・肘関節、１２Ａ、１２Ｂ−・・前帆
。 １３Ａ、１３Ｂ−・・手首関節、１４Ａ、１４Ｂ・・・
グリッパ部、１６・・・グリッパ駆動機構、１８人。 １８Ｂ・・・指部材、２０人、２０Ｂ・・・指部、Ｅ・
・・グ４８カ ＼ 第　ｃＩ　　ｍ 茅　／θｌ 第　／／　　０ 第１頁の続き ■出　願　人　東京電力株式会社 東京都千代田区内幸町１丁目１ 番３号 ■出　願　人　中部電力株式会社 名古屋市東区東新町一番地 ＠出　願　人　中国電力株式会社 広島市中区小町４番３３号 ＠出　願　人　株式会社日立製作所 東京都千代田区丸の内−丁目５ 番１号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　関節によって連結された複数個の腕部と、該腕部の
   最先端となる腕部と連結され九物体把握部と、前記腕部
   及び物体把握部を作動させる複数個の作動機とを有する
   マニピュレータを２個有し、一方が他方の操縦装置とな
   シ、操作員が該操縦用マニピュレータの物体把握部の一
   部の部材を手で把握してこれを操作し、被操縦用マニピ
   ュレータの動きが、操縦用マニピュレータの動電と相偲
   になるように制御さ五る操縦用、被操縦用マニピュレー
   タにおいて、操作員が手で把握するための部材のうち、
   指の開閉に用いる部材を、該開閉用部材を含む平面上に
   前記物体把握部の回転中心が通るように配置したことを
   特徴とするマニビュレ、−夕の手動操作装置。