JPS6322283A

JPS6322283A - マニピユレ−タの操作装置

Info

Publication number: JPS6322283A
Application number: JP16461386A
Authority: JP
Inventors: 太郎岩本; 吉男中島; 広志山本; 青木　立
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1986-07-15
Publication date: 1988-01-29

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】〔産業上の利用分野〕本発明はマスタスレーブマニピュレータに係り、特にマ
スタスレーブマニピュレータのマスタアームの操作に好
適なマニピュレータの操作装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、マスタスレーブマニピュレータにおけるマスタア
ームの操作装置としては、例えば特開昭５８−１３２４
７３号公報に示されるように、回転軸を手首部周辺に配
置するものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術では、マニピュレータの手首関節の回転
中心と人間の手首の回転中心とが一致していないため１
人間の手首を回転すると、アームが大きく移動すること
になる。人間の手首は筋力は弱いが動作速度は大きい。

しかし、アームの慣性質量は大きいため、手首の素早い
運動に対し、重いアームの運動が遅れるので、操作感覚
が良好でなかった。

本発明はアスタアームの操作性が良好なマニピュレータ
の操作装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記の目的は手首の回転中心とマスタマニピュ
レータの回転中心を３軸ともに一致させることにより達
成される。

〔作用〕

マスタマニピュレータの３つの回転軸心が、手首の関節
中心に一致しているので、手首の運動に対し質量の大き
いアームを動かす必要がなく、その操作性が良好である
。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の操作装置の一例の概略構成を示すもの
で、この図において、アーム１の先端には、この軸線に
直交する第１の回転軸１１が設けられている。Ｌ字型の
第１のフレーム６が第１の回転軸１１に対し回転できる
ように支持されている。次に第１のフレーム６には第１
の回転軸１１と手首構造外の空間で直交する第２の回転
軸１２が設けられている。この第２の回転軸１２に第２
のフレーム７が回転可能になるように支持されている。

同様に、第２のフレーム７には第１の回転軸１１と第２
の回転軸１２の交点で第１の回転軸１１と第２の回転軸
１２に直交する第３の回転軸１３が設けられている。第
３のフレーム８が第３の回転軸１３に対し回転可能にな
るよう支持されている。第３のフレーム８にはハンドル
９が装着されている。前述した第１〜第３のフレーム６
゜７．８の寸法は１人間がハンドル９を握持したとき１
人間の手首１０の回転中心が第１．第２及び第３の回転
軸１１，１２．１３の交点に一致するように設定されて
いる。このようにすれば、人間の手首の回転運動に対し
マニピュレータの３つの回転軸が対応して回転するので
、マニピュレータのアームは動く必要がない。

マニピュレータがモノラテラル方式の場合は各回転軸の
回転角度を回転検出器で検出し、マニピュレータ制御装
置に回転角信号を渡すだけで良い。

パイラテラル方式の場合は手首の各回転軸に反力トルク
を与えなければならない、各軸に直接アクチュエータを
装着するのが最も単純な方法であるが１手首部が重くな
ると軽快な動作ができなくなるので、アクチュエータを
マニピュレータの基部に置いてチェーン等で遠隔駆動す
る方が望ましい。

このとき、３つの駆動力を各軸へ伝達しなければならな
い、これは後述の実施例で述べるような構成のワイヤ駆
動により実現できる。

次に本発明の装置の具体的な構成を第２図および第３図
により説明する。これらの図において、マスタマニピュ
レータのアーム１の端部には３個のスプロケット１４，
１５．１６が配置されている。これらのスプロケット１
４〜１６は３重構造になった軸１１Ａ、ＩＩＢ、ＩＩＧ
にそれぞれ結合されている。軸１１Ａは第１のフレーム
６と一体になっている。軸１１Ｂはプーリ２ｏと一体と
なっている。さらに軸１１ＣはプーリＣ２１に結合され
ている。第１のフレーム６の他端には第２のフレーム７
が軸２２により回転可能に支えられている。軸２２には
またプーリ２３が回転可能に支えられており、さらにプ
ーリ２４がシャフト２２に固定されている。第１のフレ
ーム６には両側面にアイドラプーリ２５，２６が回転可
能に支えられている。

第２のフレーム７の他端には第３のフレーム８が回転可
能に支えられている。第３のフレーム８の端部にはプー
リ２７が固定されている。第３のフレーム８にはハンド
ル９が取り付けられている。

第２のフレーム７にはアイドラプーリー２８が回転可能
に支えられている。軸１１Ａ、１３．２２にはそれぞれ
各軸の回転角を検出する角度検出器３７が連結されてい
る。

第４図にワイヤの掛は方を示す、ただし、一部のプーリ
及びスプロケットは半断面にして示しである。プーリ２
０．アイドラプーリ２５．プーリ２３、アイドラプーリ
２８．プーリ２７にはワイヤ２９が図示したように巻き
掛けである。また、プーリ２１．アイドラプーリ２６．
プーリ２４にはワイヤ３０が図示したように巻き掛けら
れている。ワイヤ２９はプーリ２ｏ及びプーリ２７に一
部を固定しである。またワイヤ３０はプーリ２１及びプ
ーリ２４に一部を固定しである。また、スプロケット３
１，３２．３３はアーム基部よりチェーン３４，３５．
３６により駆動される。

次に上述した本発明の装置の動作を説明する。

ハンドル９を握って手首を動かすと、三つの回転軸に対
しフレーム６．７．８が変化し、その回転角に対応した
電気信号が発生する。この信号を用いれば、良く知られ
ているようにパイラテラル方式マスク・スレーブマニピ
ュレータの手首を構成することができる。１例として対
称型パイラテラルの例を第５図に示す。

マスタマニピュレータの角度検出器３７の信号とスレー
ブマニピュレータの角度検出器３８の信号を比較器３９
で差をとり、この信号を増幅器４０で増幅してスレーブ
マニピュレータのアクチェータ４１を駆動し、スレーブ
マニピュレータの手首機構４２を動かす。一方、比較器
３９の出力信号を反転増幅器４３で増幅し、マスタマニ
ピュ　・レータのアクチュエータ４４を駆動し、マスタ
マニピュレータの手首機構４５を動かす、このようにす
ると、スレーブマニピュレータはマスタマニピュレータ
の動作に追従して動き、スレーブマニピュレータからの
反力はマスタマニピュレータ側に伝達される。

本実施例によれば、パイラテラル方式でかつ人間の手首
の動作に対しアームが連動せず、操作性を改善すること
ができる効果がある。

なお、力帰還型パイラテラル方式では力センサが必要と
なる。力センサの取付位置の例を第４図に示す。

〔発明の効果〕

本発明によれば、人間の手首の関節中心位置にマスタマ
ニピュレータの手首の回転軸を一致させることができる
ので１手首の運動に対し質量の大きいアームを連動させ
る必要が無くなり、手首の運動が軽快になり、操作性を
向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の概略構成を示す斜視図、第２図
は本発明の装置の一実施例を一部断面にて示す正面図、
第３図は第２図に示す本発明の装置の一実施例を一部断
面にて示す側面図、第４図は本発明の装置の一実施例に
おけるワイヤの掛は方を示す説明図、第５図は本発明の
装置の一実施例の制御系の構造を示すブロック図である
。６・・・第１のフレーム、７・・・第２のフレーム、８
・・・第３のフレーム、９・・・ハンドル、１１・・・
第１の回転軸、１２・・・第２の回転軸、１３・・・第
３の回転軸、２０・・・プーリ、２１・・・プーリ、２
３・・・プーリ、２４・・・プーリ、２７・・・プーリ
、２９・・・ワイヤ、３０・・・ワイヤ。

Claims

【特許請求の範囲】１、アームと手首機構と把持用部材から成るマスタスレ
ーブマニピュレータのマスタマニピュレータにおいて、
前記アームの先端に第１のフレームを回転可能に支持し
、この第１のフレームに第２のフレームを回転可能に支
持し、この第２のフレームに第３のフレームを回転可能
に支持し、この第３のフレームに前記把持用部材を固着
あるいは形成し、この把持用部材を前記マスタマニピュ
レータの操作者が把持したとき、前記アームに対する前
記第１のフレームの回転中心軸と、前記第１のフレーム
に対する前記第２のフレームの回転中心軸と、前記第２
のフレームに対する前記第３のフレームの回転中心軸と
が前記操作者の手首の関節の中心位置または該中心位置
の近傍で交差するように構成したことを特徴とするマニ
ピュレータの操作装置。２、特許請求の範囲第１項記載のマニピュレータの操作
装置において、前記アームの先端部に３重回転軸を設け
、この３重回転軸のアーム側軸端部には前記３重回転軸
の各軸を駆動する手段を設け、前記３重回転軸のうち１
つの回転軸の他の軸端部には第１のフレームを固着し、
他の二つの回転軸の他の軸端部にはプーリを固着し、前
記第１のフレームには第２のフレームを回転可能に支持
し、この第２のフレームにはプーリを固着し、前記３重
軸のうち２軸の軸端に固着した前記プーリの一つと前記
第２のフレームに固着した前記プーリとを可撓性紐体で
巻回し、前記第２のフレームには第３のフレームを回転
可能に支持し、この第３のフレームにはプーリと前記把
持用部材を固着し、該プーリと前記３重軸のうち２軸に
固着した前記プーリの残りの一つと前記第３のフレーム
に固着した前記プーリとを前記第１のフレームと前記第
２のフレームの回転中心軸回りに自由回転できるように
設けたアイドラプーリを介して可撓性紐体で巻回したこ
とを特徴とするマニピュレータの操作装置。３、特許請求の範囲第２項記載のマスタマニピュレータ
の操作装置において、前記第３のフレームと前記把持用
部材との間に力を検出するセンサを介在させたことを特
徴とするマスタマニピュレータの操作装置。