JP2836577B2 - マニピュレータ操作装置 - Google Patents

マニピュレータ操作装置

Info

Publication number
JP2836577B2
JP2836577B2 JP12033396A JP12033396A JP2836577B2 JP 2836577 B2 JP2836577 B2 JP 2836577B2 JP 12033396 A JP12033396 A JP 12033396A JP 12033396 A JP12033396 A JP 12033396A JP 2836577 B2 JP2836577 B2 JP 2836577B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
manipulator
unit
operator
resistance
electrorheological fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP12033396A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH09300251A (ja
Inventor
豪俊 中尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP12033396A priority Critical patent/JP2836577B2/ja
Publication of JPH09300251A publication Critical patent/JPH09300251A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2836577B2 publication Critical patent/JP2836577B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マニピュレータ操
作装置に係り、特に、力感覚フィードバック型のマニピ
ュレータ操作装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4に従来例を示す。これは、「199
5年3月22日、電気学会研究会資料システム・制御研
究会 SC−95−15」に示されたものであり、人
が、画面50に表示されたスレーブマニピュレータ51
及び作業対象物52の位置関係を視覚的に確認しなが
ら、マスタマニピュレータ53を操作すると、当該マス
タマニピュレータの動作をまねるようにスレーブマニピ
ュレータ51が動作するようになっている。
【0003】また、他の従来例を図5に示す。図5
(a)は、現実空間で作業対象物に直接接触する多関節
マニピュレータである。一方、図5(b)の符号55
は、仮想現実空間を作り出すために操作者の手指に取り
付けられた複数のアクチュエータを示す。アクチュエー
タ55は、電気、空気圧、油圧等により人間の指の動き
に抵抗感を与えるものであって、図5(a)に示す多関
節マニピュレータと作業対象物との間に生じる圧力を人
間の手にフィードバックさせる目的で用いられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
従来例にあっては、マニピュレータ操作を行うオペレー
タは、作業対象物を破壊、損傷しないよう、視覚情報だ
けを頼りにスレーブマニピュレータの操作量を類推して
作業しなければならず、よほど熟練した経験者でなけれ
ば操作が困難であるという不都合があった。この点は、
「ロボット工学入門 中野栄二 77項」でも取り上げ
られたところである。
【0005】一方、後者では、マニピュレータの関節数
が多くなるほど、これに応じて操作者の手指に装着する
アクチュエータ数も多くする必要があるので、アクチュ
エータ同士が干渉し合い、オペレータの動きの自由度が
小さくなってしまう不都合があった。
【0006】
【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、自由度が多く、可動範囲の広いマニピ
ュレータ操作装置を提供することを、その目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明では、作業対象物に外力を加え
るマニピュレータと、このマニピュレータを操作するた
めのフロントエンド部と、このフロントエンド部の操作
に応じた動作信号をマニピュレータに入力する中央制御
部とを備えている。このうち、マニピュレータは、作業
対象物との接触面に圧力検出手段を備えている。一方、
フロントエンド部は、外部から入力される制御信号に応
じて操作者に抵抗感を付与する抵抗感ユニットを備えて
いる。そして、中央制御部が、マニピュレータに装備さ
れた圧力検出手段の出力に応じてフロントエンド部の抵
抗感ユニットから操作者に付与される抵抗感を制御する
ようになっている。特に、フロントエンド部の抵抗感ユ
ニットは、電気粘性流体を容器に封入し、該容器を一対
の電極板で挟み込んで成る。このうち、一対の電極板
が、容器に密着し該容器と一緒にフレキシブルに動作可
能である、という構成を採っている。
【0008】本発明では、マニピュレータが動作し作業
対象物に接触すると、作業対象物との間に生じた内力が
圧力検出手段から検出され、中央制御部に入力される。
中央制御部は、圧力検出手段の出力に応じて抵抗感ユニ
ットに含まれた電気粘性流体の粘度を変化させることに
より操作者に加えられる抵抗感を制御する。これによ
り、操作者には、マニピュレータと作業対象物との間に
生じている圧力と同等の圧力感が取得される。
【0009】請求項2記載の発明では、抵抗感ユニット
は、操作者の指の関節部分に装着可能である、という構
成を採っている。例えば、手袋部材の関節位置に取り付
けるもの、関節部分に張り付けるもの等が考えられる。
【0010】本発明では、操作者の指の動きに抵抗感が
付与されることで、マニピュレータと作業対象物との間
の圧力が操作者に感ぜられる。
【0011】これらにより、前述した目的を達成しよう
とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図1
乃至図3に基づいて説明する。
【0013】図1に示すマニピュレータ操作装置は、作
業対象物に外力を加えるマニピュレータ4と、このマニ
ピュレータ4を操作するためのフロントエンド部1と、
このフロントエンド部1の操作に応じた動作信号104
をマニピュレータ4に入力する中央制御部2とを備えて
いる。このうち、マニピュレータ4は、作業対象物との
接触面に圧力検出手段としての圧力センサ43を備えて
いる。一方、フロントエンド部1は、外部から入力され
る制御信号101に応じて操作者に抵抗感を付与する抵
抗感ユニットとしての電気粘性流体ユニット12を備え
ている。そして、中央制御部2が、マニピュレータ4に
装備された圧力センサ43の出力106に応じてフロン
トエンド部1の抵抗感ユニット12から操作者に付与さ
れる抵抗感を制御するようになっている。特に、フロン
トエンド部1の電気粘性流体ユニット12は、外部信号
101に応じてその粘度を変化可能な電気粘性流体を含
むものである。電気粘性流体ユニット12は、電気粘性
流体を袋状部材に封入し、該袋状部材を一対の電極板で
挟み込んで成り、操作者の指の関節部分に装着可能な構
成となっている。
【0014】これを更に詳述すると、本実施形態におい
て、フロントエンド部1は、上述した電気粘性流体ユニ
ット12の他、操作者の手指の動きを検出する動き検出
手段A11を備えている。以下、図2を参照して説明す
る。
【0015】図2はフロントエンド部1の構成を示す斜
視図である。本実施形態において、動き検出手段A11
は、データグローブであり、操作者がこのデータグロー
ブを動かすと、指先の位置情報103が中央制御部2に
入力されるようになっている。データグローブの指部分
には、関節に対応する位置にそれぞれ電気粘性流体ユニ
ット12が取り付けられている。以下、図3に基づいて
説明する。
【0016】一つの電気粘性流体ユニット12は、容器
122と、一対の電極板121とで構成されており、こ
の容器122内に電気粘性流体を入れて密封し、この容
器122を挟むように一対の電極板121をサンドイッ
チ状に配置してある。一対の電極板121は容器122
に密着し、容器122と一緒にフレキシブルに動作する
ことが可能となっている。電気粘性流体ユニット12
は、フロントエンド部1を操作者の身体に装着した時
に、丁度、操作者の関節部分に位置するようになってい
る。
【0017】図1に戻り、中央制御部2は、マイクロコ
ンピュータで構成され、予め準備された制御プログラム
を逐次実行することにより、各種の制御機能を実現する
ようになっている。例えば、中央制御部2は、フロント
エンド部1の動きに合わせてマニピュレータ4を動か
し、マニピュレータ4が物体に接したかどうかの判定を
行うと共に、接したときの力の大きさの判定を行い、フ
ロントエンド部1に与える力感覚の大きさを決定し、フ
ロントエンド部1の動きの判定結果を位置情報として電
気粘性流体制御手段3の動作と同期させる制御を実行す
る。
【0018】中央制御部2には、フロントエンド部1を
制御する電圧101を発生する電気粘性流体制御部3が
併設されている。この電気粘性流体制御部3は、D/A
変換器を備え、中央制御部2から出力されるデジタル信
号で表された操作量をアナログ信号として電気粘性流体
ユニット12に印加する。
【0019】一方、マニピュレータ4は、人間の手に似
せた多関節マニピュレータ(図5(a))を本体とし、
中央制御部2から出力される動作信号104に応じてマ
ニピュレータ本体の手指部分を動作させる駆動部41
と、このマニピュレータ本体の手指の動きを位置情報1
05として中央制御部2に入力する動き検出手段B42
と、マニピュレータ本体の指部分に取り付けられた圧力
センサ43とを備えている。ここで、駆動部41は、例
えばステッピングモータであり、動き検出手段B42
は、例えばポテンショメータであり、圧力センサ43
は、例えば圧電素子である。
【0020】次に、本実施形態の全体動作を説明する。
ここで、マニピュレータ本体は、作業対象物上に予め位
置決めされているものとする。
【0021】操作者は、電気粘性流体ユニットが取り付
けられたデータグローブを手にはめ、肉眼又は画像によ
りマニピュレータの状態を遠隔的に監視しながら、作業
対象物をつかむような仕草を行う。この動作によるデー
タグローブの変形は、該データグローブの各部に配設さ
れたセンサにより検出され、手指の位置情報103とし
て動き検出手段A11から中央制御部2に入力される。
中央制御部2は、フロントエンド部1から取得したデー
タグローブの位置情報103に応じてマニピュレータ4
の操作量を算出し、駆動部41に動作信号104を入力
する。これにより、マニピュレータ本体の指部分が操作
者の動きをまねて動作するように制御される。即ち、マ
ニピュレータ本体の指部分には、作業対象物をつかむ動
作が付勢される。この際、マニピュレータ本体の位置偏
差105が動き検出手段B42により検出され、中央制
御装置7にフィードバックされる。
【0022】そして、マニピュレータ本体の指部分が作
業対象物に接触すると、当該指部分と作業対象物との間
に生じた内力が圧力センサ43によって検出されると共
に、作業対象物と接触した位置が動き検出手段B42に
よって検出され、それぞれ中央制御部2に入力される。
中央制御部2は、作業対象物に触れたかどうかの判定と
触れた場合の力感覚の大きさを電気粘性流体制御部3に
入力する。これらの情報102を得た電気粘性流体制御
部3は、中央制御装置2で決定された力感覚の大きさの
電圧を電極板121に印加することで容器122に封入
されている電気粘性流体に電場をかけ、粘度を高めるよ
うに成っている。この結果、身体の関節部分に装着され
ている電気粘性流体ユニット12により関節の動きが抑
制されマニピュレータ4の動きの結果が力感覚のフィー
ドバックとして操作者に得られる。
【0023】これによると、電気粘性流体を用いて抵抗
感ユニットを構成することから、該ユニットを小型化す
ることができ、これを高密度に配置した場合でも、従来
例のような機械的アクチュエータに比べ、自由度が高く
可動範囲の広い操作感覚を実現することができる。ま
た、抵抗感ユニットを従来よりも高密度に配置すること
ができるので、フィードバックされる力感覚もより詳細
にシミュレートすることが可能となり、実際に作業対象
物に触れているかのように操作性の向上を図ることも可
能となる。
【0024】ここで、電気粘性流体ユニットは、操作者
の指の関節に取り付けるものでなくても、マニピュレー
タの種類に応じて最適位置に取付可能なものであれば良
い。また、その構成も電気粘性流体を封入した袋を電極
板により挟み込んだものでなくても良い。
【0025】
【発明の効果】本発明は、以上のように構成され機能す
るので、これによると、電気粘性流体を用いて抵抗感ユ
ニットを構成することから、該ユニットを小型化するこ
とができ、これを高密度に配置した場合でも、従来例の
ような機械的アクチュエータに比べ、自由度が高く可動
範囲の広い操作感覚を実現することができる。また、抵
抗感ユニットを従来よりも高密度に配置することができ
るので、フィードバックされる力感覚もより詳細にシミ
ュレートすることが可能となり、実際に作業対象物に触
れているかのように操作性の向上を図ることも可能とな
る、という従来にない優れたマニピュレータ操作装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図2】フロントエンド部の構成を示す斜視図である。
【図3】フロントエンド部の要部構成を示す要部拡大図
である。
【図4】第1の従来例を示す説明図である。
【図5】第2の従来例を示す概略構成図であり、図5
(a)が多関節マニピュレータを示し、図5(b)が機
械的アクチュエータを取り付けた状態を示す。
【符号の説明】
1 フロントエンド部 2 中央制御部 4 マニピュレータ 12 電気粘性流体ユニット(抵抗感ユニット) 43 圧力センサ(圧力検出手段) 101 制御信号 104 動作信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−90458(JP,A) 特開 平8−90472(JP,A) 特開 平8−314626(JP,A) 佐野明人,外3名,”多自由な力学的 感覚提示装置への電気粘性流体の応 用”,日本機械学会東海支部第44回総会 講演会講演論文集No.953−1,平成 7年2月20日,p.150−151 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B25J 3/00 B25J 13/02 F15B 21/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 作業対象物に外力を加えるマニピュレー
    タと、このマニピュレータを操作するためのフロントエ
    ンド部と、このフロントエンド部の操作に応じた動作信
    号を前記マニピュレータに入力する中央制御部とを有
    し、 前記マニピュレータは、前記作業対象物との接触面に圧
    力検出手段を備え、 前記フロントエンド部は、外部から入力される制御信号
    に応じて操作者に抵抗感を付与する抵抗感ユニットを備
    え、 前記中央制御部が、前記マニピュレータに装備された圧
    力検出手段の出力に応じてフロントエンド部の前記抵抗
    感ユニットから前記操作者に付与される抵抗感を制御す
    るマニピュレータ操作装置において、前記抵抗感ユニットは、前記電気粘性流体を容器に封入
    し、該容器を一対の電極板で挟み込んで成り、 前記一対の電極板が、前記容器に密着し該容器と一緒に
    フレキシブルに動作可能であることを特徴としたマニピ
    ュレータ操作装置。
  2. 【請求項2】 前記抵抗感ユニットは、前記操作者の指
    の関節部分に装着可能であることを特徴とした請求項1
    記載のマニピュレータ操作装置。
JP12033396A 1996-05-15 1996-05-15 マニピュレータ操作装置 Expired - Lifetime JP2836577B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12033396A JP2836577B2 (ja) 1996-05-15 1996-05-15 マニピュレータ操作装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP12033396A JP2836577B2 (ja) 1996-05-15 1996-05-15 マニピュレータ操作装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09300251A JPH09300251A (ja) 1997-11-25
JP2836577B2 true JP2836577B2 (ja) 1998-12-14

Family

ID=14783674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP12033396A Expired - Lifetime JP2836577B2 (ja) 1996-05-15 1996-05-15 マニピュレータ操作装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2836577B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8216212B2 (en) * 2009-01-15 2012-07-10 Immersion Corporation Providing haptic feedback to the handle of a tool
WO2011036787A1 (ja) 2009-09-28 2011-03-31 トヨタ自動車株式会社 触覚ディスプレイ及びcadシステム
JP2013091114A (ja) * 2011-10-05 2013-05-16 Kyokko Denki Kk インタラクション操作システム
CN107921641B (zh) * 2015-08-25 2021-08-03 川崎重工业株式会社 机器人***及其运转方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
佐野明人,外3名,"多自由な力学的感覚提示装置への電気粘性流体の応用",日本機械学会東海支部第44回総会講演会講演論文集No.953−1,平成7年2月20日,p.150−151

Also Published As

Publication number Publication date
JPH09300251A (ja) 1997-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Howe et al. Remote palpation technology
Shimoga Finger force and touch feedback issues in dexterous telemanipulation
KR102284918B1 (ko) 로보틱 시스템 및 로보틱 시스템을 제어하는 방법
JP3888689B2 (ja) 並列型ハプティックジョイスティックシステム
JP2560262B2 (ja) 二本指マイクロハンド機構
Burdea et al. Dextrous telerobotics with force feedback—An overview part 2: control and implementation
JP3624374B2 (ja) 力覚呈示装置
Shimoga et al. Touch and force reflection for telepresence surgery
EP3123284B1 (en) System and method for virtual feedback with haptic devices
JP2004029999A (ja) 力触覚ディスプレイハンドおよびその製造方法
KR101881252B1 (ko) 양방향 촉각 인터페이스를 위한 햅틱 디스플레이 장치
JP3675004B2 (ja) ロボットの制御装置
Bergamasco Design of hand force feedback systems for glove-like advanced interfaces
JP2836577B2 (ja) マニピュレータ操作装置
JPH09109069A (ja) パワード・インテリジェント方法及びユニット
Coppola et al. An affordable system for the teleoperation of dexterous robotic hands using leap motion hand tracking and vibrotactile feedback
JP2022538281A (ja) ロボットマニピュレータに入力を実行するためのシステム
KR20010014393A (ko) 촉각 시뮬레이터
Bejczy Teleoperation and telerobotics
JPH05337860A (ja) ロボットハンドの教示装置およびロボットハンド
JP2552977B2 (ja) 力フィードバック型多軸操作装置
Mascaro et al. Virtual switch human-machine interface using fingernail touch sensors
WO1992005519A1 (en) Manipulator interaction simulation system
JP2022539137A (ja) ロボットマニピュレータ入力値の指定方法
JPH08150578A (ja) マスタアーム装置

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19980908