JP6228837B2 - マニピュレータ駆動制御装置 - Google Patents
マニピュレータ駆動制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6228837B2 JP6228837B2 JP2013266848A JP2013266848A JP6228837B2 JP 6228837 B2 JP6228837 B2 JP 6228837B2 JP 2013266848 A JP2013266848 A JP 2013266848A JP 2013266848 A JP2013266848 A JP 2013266848A JP 6228837 B2 JP6228837 B2 JP 6228837B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- manipulator
- operation lever
- gear
- shaft
- arm
- 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 - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Retarders (AREA)
Description
近年、例えば、運搬物(例えば壊れやすい物など)を傷つけないように扱いたい場合、あるいは、介護で人を持ち上げるような場合など、物や人に無理な力がかかっていないかをオペレータに伝えることが望まれている。
また、オペレータがマスタ側のマニピュレータを操作することによってスレーブ側のマニピュレータを遠隔操作して作業を行なうことも行なわれている。
また、センサで測定された力に応じた力を正確に操作部又はマスタ側のマニピュレータに加えるのも難しい。
このため、マニピュレータ又はスレーブ側のマニピュレータにかかっている力を正確にオペレータに伝えるのは難しい。
そこで、マニピュレータ(スレーブ側のマニピュレータを含む)にかかっている力を、正確、かつ、自然な感触で、オペレータに伝えることができるようにしたい。
また、本マニピュレータ駆動制御装置は、マスタ側マニピュレータ及びスレーブ側マニピュレータに接続され、マスタ側マニピュレータとスレーブ側マニピュレータとの間で力を伝達する歯車減速機と、マスタ側マニピュレータの動作量に対して歯車減速機の減速比に応じて小さくなるスレーブ側マニピュレータの動作量を補うように歯車減速機を駆動制御する駆動制御部とを備えることを要件とする。
本実施形態にかかるマニピュレータ駆動制御装置は、図1〜図6に示すように、歯車減速機1と、駆動制御部2とを備える。
ここで、歯車減速機1は、操作部3及びマニピュレータ4に接続され、操作部3とマニピュレータ4との間で力を伝達するようになっている。ここでは、歯車減速機1は、遊星歯車を備える歯車減速機である。この遊星歯車を備える歯車減速機1としては、差動減速機(図1〜図3参照)や遊星歯車減速機(図4〜図6参照)がある。なお、遊星歯車減速機を遊星歯車機構ともいう。
近年、例えば、運搬物(例えば壊れやすい物など)を傷つけないように扱いたい場合、あるいは、介護で人を持ち上げるような場合など、物や人に無理な力がかかっていないかをオペレータに伝えることが望まれている。
また、実際にマニピュレータにかかっている力を伝達しているわけではないので、オペレータは、マニピュレータにかかっている力を自然な感触として感じるのは難しい。
そこで、上述のように、操作部3とマニピュレータ4とを歯車減速機1を介して機械的に接続して力を伝達するようにすることで、マニピュレータ4にかかっている力が、正確、かつ、自然な感触で、時間遅れなくリアルタイムに、オペレータに伝わるようにしている。この場合、歯車減速機1が、マニピュレータ4にかかっている力を操作部3に伝える力覚提示装置として機能する。つまり、力覚センサやアクチュエータに代わり、力覚提示を行なうのは、歯車減速機である。このように、力覚センサ等を用いずに、力覚提示を行なうことが可能である。
第1構成例では、図1、図2に示すように、操作部3は、操作レバー3Aであり、マニピュレータ4は、アーム4Aを備える。
ここでは、操作レバー3Aは回転操作されるものであり、マニピュレータ4のアーム4Aは回転動作するものである。なお、マニピュレータ4のアーム4A(例えばアーム4Aの先端)には、例えば物を把持したり、人や物を保持したりするためのエンドエフェクタが取り付けられる。
ここで、差動減速機1Xは、入力軸5と、遊星キャリア6と、遊星歯車軸7と、第1遊星歯車8と、第2遊星歯車9と、第1太陽歯車10と、第2太陽歯車11と、太陽軸12と、出力軸13とを備え、これらがケース14に収納されている。なお、図1では、ケース14の内部が見えるように半分に切断して示している。
そして、遊星歯車軸7に第1遊星歯車8及び第2遊星歯車9が取り付けられている。つまり、遊星歯車軸7と同軸で、即ち、遊星歯車軸7の軸心上に第1遊星歯車8及び第2遊星歯車9の歯車中心が位置するように、遊星歯車軸7に第1遊星歯車8及び第2遊星歯車9が取り付けられている。
ここで、第1遊星歯車8は、外歯車であり、第1太陽歯車10に噛み合うように、遊星歯車軸7にベアリング22、23を介して回転可能に取り付けられている。つまり、第1遊星歯車8の中央に設けられた開口部に遊星歯車軸7が挿入され、ベアリング22、23を介して、第1遊星歯車8が遊星歯車軸7に回転可能に支持されている。そして、第1遊星歯車8は、第1太陽歯車10と噛み合って自転するとともに、太陽軸12の軸心を回転中心(公転の回転中心)として公転するようになっている。つまり、第1遊星歯車8は、遊星歯車軸回りに自転するとともに、太陽軸回りに公転するようになっている。
このような構成を備える差動減速機1Xにおいて、オペレータが操作レバー3Aを操作して、操作レバー3Aを回転させると、入力軸5及び遊星キャリア6が回転する。そして、遊星キャリア6が回転すると、第1及び第2遊星歯車8、9がそれぞれ第1及び第2太陽歯車10、11に噛み合って公転及び自転し、第1太陽歯車10が回転し、出力軸13が回転して、マニピュレータ4のアーム4Aが回転する。この場合、操作レバー3Aを介してオペレータが入力した力は、差動減速機1Xを介して、即ち、入力軸5、遊星キャリア6、第1遊星歯車8、第1太陽歯車10、出力軸13を経て、マニピュレータ4のアーム4Aへ伝達(動力伝達)されることになる。なお、これらの差動減速機1Xの各部分は操作レバー3Aを介してオペレータが入力した力をマニピュレータ4のアーム4Aへ伝達する機構であるため、これをオペレータ動力伝達機構という。
このため、操作レバー3Aに入力軸5を介して接続された遊星キャリア6にかかる力(モーメント)、即ち、遊星キャリア6にかかるトルクをM1とし、マニピュレータ4のアーム4Aに出力軸13を介して接続された第1太陽歯車10にかかる力(モーメント)、即ち、第1太陽歯車10にかかるトルクをM2とすると、M2=M1/{1−Za・Zc/(Zb・Zd)}となる。
このように、オペレータは操作レバー3Aを軽く操作することで重量物や人などを移動させることができ、また、力覚を感じることができる。
例えば、操作レバー3A、即ち、遊星キャリア6の回転角度をθ1とし、マニピュレータ4のアーム4A、即ち、第1太陽歯車10の回転角度をθ2とすると、仕事の原理から、M1・θ1=M2・θ2が成り立つ。そして、M1が小さい場合、同じM2・θ2の仕事をしようとするとき、θ1を大きくすることになり、操作レバー3Aをたくさん回すことになる。
そこで、本第1構成例では、オペレータが操作レバー3Aをたくさん回さなくても良くすべく、駆動制御部2は、差動減速機1Xを駆動する回転アクチュエータ21と、回転アクチュエータ21を制御するコントローラ24とを備える。
第2構成例でも、上述の第1構成例と同様に、操作部3は、操作レバー3Aであり、マニピュレータ4は、アーム4Aを備える。ここでは、操作レバー3Aは回転操作されるものであり、マニピュレータ4のアーム4Aは回転動作するものである。なお、マニピュレータ4のアーム4A(例えばアーム4Aの先端)には、例えば物を把持したり、人や物を保持したりするためのエンドエフェクタが取り付けられる。
そして、操作レバー3Aが、入力軸40の一方の端部、即ち、ケース47の外側に突出している端部に取り付けられており、マニピュレータ4のアーム4Aが、内歯車43を支持する支持部43Xに取り付けられている。つまり、操作レバー3Aが入力軸40の一方の端部に固定されており、操作レバー3Aを操作してこれを回転させることで、入力軸40が一体となって回転するようになっている。また、マニピュレータ4のアーム4Aが内歯車43の支持部43Xに固定されており、内歯車43が回転することで、マニピュレータ4のアーム4Aが回転するようになっている。このように、内歯車43は、その支持部43Xを介して、マニピュレータ4のアーム4Aに接続されており、内歯車43が回転すると、その支持部43X及びマニピュレータ4のアーム4Aが一体となって回転するようになっている。
そして、遊星歯車軸44に遊星歯車42が取り付けられている。つまり、遊星歯車軸44と同軸で、即ち、遊星歯車軸44の軸心上に遊星歯車42の歯車中心が位置するように、遊星歯車軸44に遊星歯車42が取り付けられている。
このような構成を備える遊星歯車減速機1Yにおいて、オペレータが操作レバー3Aを操作して、操作レバー3Aを回転させると、入力軸40及び太陽歯車41が回転する。そして、太陽歯車41が回転すると、遊星歯車42が太陽歯車41に噛み合って自転し、内歯車43が回転し、その支持部43Xが回転して、マニピュレータ4のアーム4Aが回転する。この場合、操作レバー3Aを介してオペレータが入力した力は、遊星歯車減速機1Yを介して、即ち、入力軸40、太陽歯車41、遊星歯車42、内歯車43及びその支持部43Xを経て、マニピュレータ4のアーム4Aへ伝達(動力伝達)されることになる。なお、これらの遊星歯車減速機1Yの各部分は操作レバー3Aを介してオペレータが入力した力をマニピュレータ4のアーム4Aへ伝達する機構であるため、これをオペレータ動力伝達機構という。
なお、このように、上述の差動減速機1Xを用いる場合と歯車機構が異なるため、減速比も異なるものとなる。また、遊星歯車減速機1Yは差動減速機1Xほどには減速比を大きくできないが、多くの種類のものが市販されているので、比較的小さい減速比が得られれば良いのであれば、遊星歯車減速機1Yを用いる方が好ましい。
また、上述の差動減速機1Xを用いる場合と同様に、オペレータが操作レバー3Aをたくさん回さなくても良くすべく、駆動制御部2は、遊星歯車減速機1Yを駆動する回転アクチュエータ21と、回転アクチュエータ21を制御するコントローラ24とを備える。
例えば、オペレータは実際の力に比例した力を、正確、且つ、時間の遅れなど無く感じることができる。また、例えば、動力アシストが故障した場合、操作量が多くなり、操作レバー3Aをたくさん回すことになるが、オペレータだけでマニピュレータ4を動かすことができるため、安全性が高い。
以下、上述の実施形態に関し、更に、付記を開示する。
操作部及びマニピュレータに接続され、前記操作部と前記マニピュレータとの間で力を伝達する歯車減速機と、
前記操作部の操作量に対して前記歯車減速機の減速比に応じて小さくなる前記マニピュレータの動作量を補うように前記歯車減速機を駆動制御する駆動制御部とを備えることを特徴とするマニピュレータ駆動制御装置。
前記駆動制御部は、前記操作部と前記マニピュレータとの相対的な位置関係が維持されるように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、付記1に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
(付記3)
前記操作部は、操作レバーを備え、
前記マニピュレータは、アームを備え、
前記駆動制御部は、前記操作レバーの回転角度に対して前記歯車減速機の減速比に応じて小さくなる前記アームの回転角度を補うように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、付記1に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
前記駆動制御部は、前記操作レバーと前記アームとの相対的な位置関係が維持されるように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、付記3に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
(付記5)
前記駆動制御部は、前記操作レバーの回転角度と前記アームの回転角度とが一致するように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、付記3又は4に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
前記駆動制御部は、前記歯車減速機を駆動する回転アクチュエータと、前記操作レバーの位置と前記回転アクチュエータの回転軸の位置とが一致するように前記回転アクチュエータを制御するコントローラとを備えることを特徴とする、付記3〜5のいずれか1項に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
前記操作部は、マスタ側マニピュレータであり、
前記マニピュレータは、スレーブ側マニピュレータであり、
前記駆動制御部は、前記マスタ側マニピュレータの動作量に対して前記歯車減速機の減速比に応じて小さくなる前記スレーブ側マニピュレータの動作量を補うように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、付記1に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
前記駆動制御部は、前記マスタ側マニピュレータと前記スレーブ側マニピュレータとの相対的な位置関係が維持されるように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、付記7に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
(付記9)
前記駆動制御部は、前記マスタ側マニピュレータの動作量と前記スレーブ側マニピュレータの動作量とが一致するように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、付記7又は8に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
前記駆動制御部は、前記歯車減速機を駆動する回転アクチュエータと、前記マスタ側マニピュレータの位置と前記回転アクチュエータの回転軸の位置とが一致するように前記回転アクチュエータを制御するコントローラとを備えることを特徴とする、付記7〜9のいずれか1項に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
前記歯車減速機は、遊星歯車を備える歯車減速機であることを特徴とする、付記1〜10のいずれか1項に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
(付記12)
前記歯車減速機は、差動減速機であることを特徴とする、付記11に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
1X 差動減速機
1Y 遊星歯車減速機
2 駆動制御部
3 操作部
3A 操作レバー
4 マニピュレータ
4A アーム
5 入力軸
6 遊星キャリア
7 遊星歯車軸
8 第1遊星歯車
9 第2遊星歯車
10 第1太陽歯車
11 第2太陽歯車
12 太陽軸
13 出力軸
14 ケース
15〜20、22、23 ベアリング
21 回転アクチュエータ
24 コントローラ
25 エンコーダ
30、31 プーリ
32 ベルト
33 重量物
40 入力軸
41 太陽歯車
42 遊星歯車
43 内歯車
43X 支持部
44 遊星歯車軸
45 遊星キャリア
46 太陽軸
47 ケース
48〜54 ベアリング
60 フレキシブルシャフト
61 プーリ
Claims (6)
- 操作レバーを備える操作部及びアームを備えるマニピュレータに接続され、前記操作部と前記マニピュレータとの間で力を伝達する歯車減速機と、
前記操作レバーの回転角度に対して前記歯車減速機の減速比に応じて小さくなる前記アームの回転角度を補うように前記歯車減速機を駆動制御する駆動制御部とを備え、
前記駆動制御部は、前記歯車減速機を駆動する回転アクチュエータと、前記操作レバーの位置と前記回転アクチュエータの回転軸の位置とが一致するように前記回転アクチュエータを制御するコントローラとを備えることを特徴とするマニピュレータ駆動制御装置。 - 前記駆動制御部は、前記操作レバーと前記アームとの相対的な位置関係が維持されるように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、請求項1に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
- 前記駆動制御部は、前記操作レバーの回転角度と前記アームの回転角度とが一致するように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、請求項1又は2に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
- マスタ側マニピュレータ及びスレーブ側マニピュレータに接続され、前記マスタ側マニピュレータと前記スレーブ側マニピュレータとの間で力を伝達する歯車減速機と、
前記マスタ側マニピュレータの動作量に対して前記歯車減速機の減速比に応じて小さくなる前記スレーブ側マニピュレータの動作量を補うように前記歯車減速機を駆動制御する駆動制御部とを備えることを特徴とするマニピュレータ駆動制御装置。 - 前記駆動制御部は、前記マスタ側マニピュレータと前記スレーブ側マニピュレータとの相対的な位置関係が維持されるように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、請求項4に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
- 前記駆動制御部は、前記マスタ側マニピュレータの動作量と前記スレーブ側マニピュレータの動作量とが一致するように前記歯車減速機を駆動制御することを特徴とする、請求項4又は5に記載のマニピュレータ駆動制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013266848A JP6228837B2 (ja) | 2013-12-25 | 2013-12-25 | マニピュレータ駆動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013266848A JP6228837B2 (ja) | 2013-12-25 | 2013-12-25 | マニピュレータ駆動制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015120233A JP2015120233A (ja) | 2015-07-02 |
JP6228837B2 true JP6228837B2 (ja) | 2017-11-08 |
Family
ID=53532373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013266848A Expired - Fee Related JP6228837B2 (ja) | 2013-12-25 | 2013-12-25 | マニピュレータ駆動制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6228837B2 (ja) |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01155504U (ja) * | 1988-04-19 | 1989-10-25 | ||
DE19601826B4 (de) * | 1996-01-19 | 2007-12-27 | Robert Bosch Gmbh | Lenksystem für ein Kraftfahrzeug |
JPH11171034A (ja) * | 1997-12-10 | 1999-06-29 | Toyota Motor Corp | 車両用操舵装置 |
EP1250507B1 (en) * | 2000-01-19 | 2006-10-18 | Stoneridge Control Devices, Inc. | Electro-mechanical actuator |
DE10302559A1 (de) * | 2003-01-22 | 2004-09-09 | Daimlerchrysler Ag | Verfahren zur Synchronisation von Lenkhandhabe und gelenkten Fahrzeugrädern |
JP5166820B2 (ja) * | 2007-10-19 | 2013-03-21 | 本田技研工業株式会社 | ステアリング装置 |
KR101310403B1 (ko) * | 2010-09-14 | 2013-10-08 | 주식회사 하이코어 | 두 개의 입력 특성을 이용한 유성 기어 시스템, 이의 기어 모듈 및 이의 제어방법 |
WO2012127532A1 (ja) * | 2011-03-23 | 2012-09-27 | トヨタ自動車株式会社 | 関節装置の駆動方法 |
-
2013
- 2013-12-25 JP JP2013266848A patent/JP6228837B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015120233A (ja) | 2015-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8616088B2 (en) | Joint device and control method thereof | |
WO2016129624A1 (ja) | リンク作動装置を用いた多関節ロボット | |
WO2016063314A1 (ja) | ロボットハンド及びロボット | |
TWI480139B (zh) | 機械關節與應用其之機械手臂 | |
JP2009291874A (ja) | 関節装置、ロボットアーム、及び、フィンガーユニット | |
JP4871644B2 (ja) | バックラッシュ除去方法及び装置 | |
US11130226B2 (en) | Arm structure of robot and robot | |
US20140194236A1 (en) | Power transmission device | |
JP6843541B2 (ja) | 駆動機構、ロボット装置、物品の製造方法、及び制御方法 | |
JP6305076B2 (ja) | 歯車機構、変速機及び多関節ロボットアーム | |
WO2012127532A1 (ja) | 関節装置の駆動方法 | |
US20230033189A1 (en) | Minimally invasive surgical robot master manipulator and slave manipulator control method | |
JP5979568B1 (ja) | 加工装置 | |
JP2018015836A5 (ja) | 駆動機構、ロボット装置、物品の製造方法、及び制御方法 | |
EP3358217B1 (en) | Speed reducer | |
JP2018194056A (ja) | リンク作動装置 | |
JP7182394B2 (ja) | アクチュエータ及びこれを含む運動補助装置 | |
JP6228837B2 (ja) | マニピュレータ駆動制御装置 | |
US11370130B2 (en) | Gripping system and gripping method | |
JP6687928B2 (ja) | 関節駆動装置及び多軸マニュピレータ | |
JP2010149270A (ja) | ロボットハンド | |
US20190248026A1 (en) | Arm driving apparatus | |
JP2010064185A (ja) | ロボットハンドの指構造 | |
CN110962119A (zh) | 机器人的驱动机构及机器人 | |
KR100963633B1 (ko) | 로봇용 어깨 관절 액츄에이터 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160829 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170622 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170627 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170718 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20171003 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171016 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6228837 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |