JPH0577182A - Operating device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide an operating device enabling further improvement in controllability and operability by realizing rapid and positive action. CONSTITUTION:Drive parts 4, 5 are disposed inside the grip 2 of an operating device 1. The inertia around a Y-axis and a Z-axis is thereby reduced, and rapid and positive action can be realized using the operating device 1 so as to improve controllability and operability.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、産業用ロボットやマニ
ピュレータなどを操縦するための操縦装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for controlling an industrial robot or manipulator.

【０００２】[0002]

【従来の技術】産業用ロボットやマニピュレータなどを
操縦するために、一般に操縦装置が用いられている。以
下、マスタ・スレーブマニピュレータのマスタアームに
用いられる操縦装置について、図５を参照して従来技術
を説明する。操縦装置101 はグリップ102 を備え、この
グリップ102 を操縦者が把持し任意方向に動かすことに
より操縦を行う。2. Description of the Related Art In general, a control device is used for controlling an industrial robot, a manipulator or the like. Hereinafter, with respect to the control device used for the master arm of the master / slave manipulator, a conventional technique will be described with reference to FIG. The control device 101 includes a grip 102, and an operator grips the grip 102 and moves the grip 102 in an arbitrary direction to perform a control operation.

【０００３】グリップ102 の周囲には、３つの駆動部10
3,104,105 が設けられている。これら駆動部103,104,10
5 は、モータおよび減速機からなるアクチュエータ103
a,104a,105aと、エンコーダ103b,104b,105bとから構成
され、互いの回転軸の延長線がグリップ102 にて交差す
るように、かつ互いに直交する関係に配置されている。Surrounding the grip 102 are three drive units 10
3,104,105 are provided. These drive units 103, 104, 10
5 is an actuator 103 consisting of a motor and reducer
It is composed of a, 104a, 105a and encoders 103b, 104b, 105b, and they are arranged so that extension lines of their rotation axes intersect with each other at the grip 102 and are orthogonal to each other.

【０００４】さらに、グリップ102 の周囲には、駆動部
103,104,105 を保持するための支持部材106,107,108 が
配置されている。駆動部103 はその本体を支持部材106
に固定し、その回転軸を支持部材107 に固定している。
駆動部104 はその本体を支持部材107 に固定し、その回
転軸を支持部材108 に固定している。駆動部材105 はそ
の本体を支持部材108 に固定し、その回転軸をグリップ
102 に固定している。なお、支持部材106の一端は図示
しないベース部に固定されていたり、あるいはマスタア
ームの位置駆動軸に接続されている。Further, a drive unit is provided around the grip 102.
Support members 106, 107, 108 for holding 103, 104, 105 are arranged. The drive unit 103 has its main body supported by a support member 106.
The rotation shaft is fixed to the support member 107.
The drive unit 104 has its main body fixed to the support member 107, and its rotation shaft fixed to the support member 108. The drive member 105 has its main body fixed to the support member 108, and its rotating shaft is gripped.
It is fixed at 102. One end of the support member 106 is fixed to a base portion (not shown) or is connected to the position drive shaft of the master arm.

【０００５】このような構成の操縦装置では、グリップ
102 をヨー角，ピッチ角，ロール角（Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸）
まわりに回転駆動すると、その回転角がそれぞれエンコ
ーダ103b,104b,105bにて検出される。つまり操縦装置
（マスタアームの姿勢）の関節角が検出され、スレーブ
アームへの角度情報生成に利用される。一方、スレーブ
アームが受けた外力などの力情報は、アクチュエータ10
3a,104a,105aを介して操縦装置101 にフィードバックさ
れる。したがって操縦者は、バイラテラルサーボ制御に
よりスレーブアームを自在に操縦することが可能とな
る。In the control device having such a structure, the grip
102 for yaw angle, pitch angle, roll angle (X, Y, Z axes)
When driven to rotate around, the rotation angles are detected by the encoders 103b, 104b and 105b, respectively. That is, the joint angle of the control device (orientation of the master arm) is detected and used to generate angle information for the slave arm. On the other hand, force information such as the external force received by the slave arm is stored in the actuator 10
It is fed back to the control device 101 via 3a, 104a and 105a. Therefore, the operator can freely operate the slave arm by the bilateral servo control.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような構成の操縦
装置には、上述したようにアクチュエータを含む複数の
駆動部が取り付けられている。そして、操縦装置全体に
対するこれら駆動部の占める大きさや重量は、一般的に
どうしても大きくなってしまう傾向にある。したがっ
て、例えばグリップ102 を操縦して操縦装置101 にＹ軸
回りの回転を実現させるような場合には、駆動部105 の
イナーシャが大きく作用してしまう。例えば操縦者が操
縦装置を停止させようとして逆方向の力を加えても、操
縦装置に比較的大きな慣性力が働いているので、容易に
停止させることができないという不具合が発生する。し
たがって、操縦装置を用いて素早く確実な動作を実現す
ることが困難である。As described above, a plurality of drive units including actuators are attached to the control device having such a structure. In addition, the size and weight of these drive units with respect to the entire control device generally tend to increase. Therefore, for example, when the grip 102 is operated to cause the control device 101 to rotate about the Y-axis, the inertia of the drive unit 105 largely acts. For example, even if the pilot applies a force in the opposite direction to stop the control device, a relatively large inertial force is exerted on the control device, which causes a problem that the control device cannot be stopped easily. Therefore, it is difficult to realize a quick and reliable operation using the control device.

【０００７】特に、バイラテラルサーボ方式のマスタ・
スレーブマニピュレータに利用される操縦装置では、マ
スタアームを操縦してアクチュエータを動かす必要上、
バックドライブ性の良い駆動部、つまり減速比の小さい
アクチュエータ（ダイレクトドライブモータなど）を使
用することが好ましいと言われており、駆動部はさらに
大型，高重量とならざるを得ない。また、操縦装置に３
つの駆動部103,104,105 を設けた場合には、どうしても
突出部が多くなってしまうので、操縦者や操縦空間との
干渉が生じてしまう。In particular, a bilateral servo system master
In the control device used for the slave manipulator, it is necessary to control the master arm to move the actuator.
It is said that it is preferable to use a drive unit having a good backdrive property, that is, an actuator having a small reduction ratio (such as a direct drive motor), and the drive unit is inevitably larger and heavier. In addition, 3
When the three drive units 103, 104, 105 are provided, the number of protrusions is inevitably increased, which causes interference with the operator and the control space.

【０００８】そこで本発明はこういった従来の問題点を
解決し、素早く確実な動作を実現することにより、制御
性や操作性をさらに向上させることのできる操縦装置の
提供を目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a control device capable of further improving controllability and operability by realizing quick and reliable operation.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、複数の軸回りに回転操作することが可能
な操作グリップと、前記操作グリップに前記軸回りの回
転力を与えるアクチュエータとを備えた操縦装置におい
て、前記アクチュエータの少なくとも１つを前記操作グ
リップの内部に配置したことを特徴とするものである。In order to achieve the above object, the present invention provides an operating grip capable of rotating about a plurality of axes, and an actuator for applying a rotational force about the axes to the operating grip. In a control device including :, at least one of the actuators is arranged inside the operation grip.

【００１０】[0010]

【作用】以上のような本発明の操縦装置によれば、操作
グリップの内部にアクチュエータを配置したので、軸回
りに発生するイナーシャを低減させることができる。し
たがって、操縦装置を素早く確実に動作させることが可
能となり、装置の制御性や操作性がさらに向上する。According to the control device of the present invention as described above, since the actuator is arranged inside the operation grip, the inertia generated around the shaft can be reduced. Therefore, the control device can be operated quickly and surely, and the controllability and operability of the device are further improved.

【００１１】[0011]

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。なお、各実施例の操縦装置は、マスタ・スレ
ーブマニピュレータのマスタアームに適用された場合を
示すものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the control device of each embodiment is applied to the master arm of the master / slave manipulator.

【００１２】図１は本発明の第１実施例を示す操縦装置
の斜視図、図２はグリップ部分の断面図である。本実施
例の操縦装置１では、グリップ２の内部に駆動部３が、
そしてグリップ２の周囲には２つの駆動部４，５がそれ
ぞれ設けられている。これら駆動部３，４，５はモータ
および減速機からなるアクチュエータ3a,4a,5aと、エン
コーダ3b,4b,5bとから構成されている。駆動部３，４，
５のそれぞれの回転軸の延長線はグリップ２にて交差す
るように、かつ互いに直交する関係に配置されている。FIG. 1 is a perspective view of a steering device showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a grip portion. In the control device 1 of the present embodiment, the drive unit 3 is provided inside the grip 2.
Two driving units 4 and 5 are provided around the grip 2. These drive units 3, 4, 5 are composed of actuators 3a, 4a, 5a composed of motors and speed reducers, and encoders 3b, 4b, 5b. Drive unit 3,4
The extension lines of the respective rotary shafts 5 are arranged so as to intersect with each other in the grip 2 and are orthogonal to each other.

【００１３】グリップ２は図示のように、握り部2aと固
定部2bからなっている。駆動部３は回転軸3cを下方に向
けた状態で握り部2aの内部に配置され固定されている。
駆動部３の回転軸3cは、支持部材８に固定された軸保持
部材９に対し、キー10を介して接続されている。なお、
固定部2bは中空円筒状に形成され、転がり軸受11により
支持部材８と回転自在に結合している。As shown in the figure, the grip 2 is composed of a grip portion 2a and a fixed portion 2b. The drive unit 3 is arranged and fixed inside the grip 2a with the rotary shaft 3c facing downward.
The rotary shaft 3c of the drive unit 3 is connected to a shaft holding member 9 fixed to the support member 8 via a key 10. In addition,
The fixed portion 2b is formed in a hollow cylindrical shape and is rotatably connected to the support member 8 by a rolling bearing 11.

【００１４】軸保持部材９の中心部には中空円筒状の薄
肉部9aが形成され、ここに歪みゲージ12が張り付けられ
ている。歪みゲージ12によって回転軸3cに作用するトル
クが検出されるようになっている。検出されたトルク
は、スレーブアーム側に作用する外力と比較されて操縦
装置１（マスタアーム）へのフィードバック信号生成に
利用されたり、あるいは操縦者がグリップ２に与えた力
（トルク）に応じて駆動部３への回転力を発生させる。
なお、駆動部４，５にも歪みゲージなどのトルクセンサ
が取り付けられ、トルク信号が検出される。A hollow cylindrical thin portion 9a is formed in the center of the shaft holding member 9, and a strain gauge 12 is attached to the thin portion 9a. The strain gauge 12 detects the torque acting on the rotating shaft 3c. The detected torque is used for generating a feedback signal to the control device 1 (master arm) by being compared with the external force acting on the slave arm side, or according to the force (torque) applied to the grip 2 by the operator. Rotational force is applied to the drive unit 3.
A torque sensor such as a strain gauge is also attached to the drive units 4 and 5 to detect a torque signal.

【００１５】グリップ２の頂部には、操縦者が指で押す
ことのできる位置にスイッチ13が設けられている。スイ
ッチ13は、例えば操作開始・停止のON-OFFやスレーブア
ーム側のハンドの開閉，あるいは作業用工具への通電ON
-OFFなどに利用される。A switch 13 is provided on the top of the grip 2 at a position where the operator can press it with his / her finger. The switch 13 is used, for example, to turn ON / OFF the operation start / stop, open / close the hand on the slave arm side, or turn ON the power to the work tool.
-Used for OFF, etc.

【００１６】一方、駆動部４はその本体を支持部材７に
固定され、その回転軸は支持部材８に固定されている。
駆動部材５はその本体が支持部材６に固定され、その回
転軸は支持部材７に固定されている。なお、支持部材６
の一端は図示しないベース部や、あるいはマスタアーム
の位置制御軸に接続されている。On the other hand, the main body of the drive unit 4 is fixed to the support member 7, and the rotation shaft thereof is fixed to the support member 8.
The main body of the drive member 5 is fixed to the support member 6, and the rotation shaft thereof is fixed to the support member 7. The support member 6
One end of is connected to a base portion (not shown) or the position control shaft of the master arm.

【００１７】以上のように構成された本発明によれば、
従来は装置の外部に配置されていた駆動部３をグリップ
２の内部に配置したため、駆動部３の配置に起因してい
たイナーシャが低減される。特に、１つの駆動部をグリ
ップ内部に配置することによって２つの軸（ここではＹ
軸，Ｚ軸）回りのイナーシャが低減されるため、操縦装
置１を用いて素早く確実な動作を実現することができ
る。そして、制御性，操作性が大幅に向上する。According to the present invention configured as described above,
Since the drive unit 3 which is conventionally arranged outside the device is arranged inside the grip 2, the inertia caused by the arrangement of the drive unit 3 is reduced. In particular, by arranging one drive inside the grip, two axes (here Y
Since the inertia around the axis (Z axis, Z axis) is reduced, a quick and reliable operation can be realized using the control device 1. Then, the controllability and operability are significantly improved.

【００１８】また、駆動部が操縦者や操縦空間と干渉す
ることが防止されるので、その分装置の動作範囲が広く
設定され、結果的として、従来と同一の動作範囲を小型
の装置で実現することができる。続いて、本発明の第２
実施例について図３，図４を参照して説明する。なお、
第１実施例と同一の構成要素には同一符号を付し、重複
する説明を省略する。Further, since the drive unit is prevented from interfering with the operator or the control space, the operating range of the device is set wider accordingly, and as a result, the same operating range as the conventional one is realized with a small device. can do. Subsequently, the second aspect of the present invention
An embodiment will be described with reference to FIGS. In addition,
The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted.

【００１９】図３は本発明の第２実施例を示す操縦装置
の斜視図、図４はグリップ部分の断面図である。本実施
例の操縦装置１’が前述の実施例と異なる点は、グリッ
プ２内部に駆動部４を配置したところにある。具体的に
は図４に示すように、駆動部４の回転軸4cに固定した傘
歯車14a を傘歯車14bに噛合させて軸方向を90°変換
し、その軸15を支持部材８に接続している。なお、軸15
には中空円筒状の薄肉部15a が形成され、ここに歪みゲ
ージ12が張り付けられている。軸15と固定部2bとは転が
り軸受11により回転自在に結合している。このような構
成の操縦装置１’であっても前述の実施例と同様の効果
を奏する。FIG. 3 is a perspective view of a steering device showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view of a grip portion. The control device 1 ′ of this embodiment is different from the above-described embodiments in that the drive unit 4 is arranged inside the grip 2. Specifically, as shown in FIG. 4, the bevel gear 14a fixed to the rotary shaft 4c of the drive unit 4 is meshed with the bevel gear 14b to change the axial direction by 90 °, and the shaft 15 is connected to the support member 8. ing. The axis 15
A hollow cylindrical thin-walled portion 15a is formed in this, and a strain gauge 12 is attached thereto. The shaft 15 and the fixed portion 2b are rotatably connected by a rolling bearing 11. Even with the control device 1'having such a configuration, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.

【００２０】なお、本発明は上述した実施例のみに限定
されるものではない。例えば、アクチュエータまたはエ
ンコーダのいずれか一方をグリップ内に配置する構成と
しても効果が期待できる。グリップ内部に配置する駆動
部は２つ以上であっても構わない。また、駆動部の各回
転軸の延長線は、第１実施例のようにグリップで一点交
差するように構成されていても、あるいは第２実施例の
ようにグリップで一点交差していなくてもよく、各軸が
グリップ付近を通過するように構成されていれば同様の
効果が期待できる。各軸は必ずしも直交している必要は
ない。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. For example, the effect can be expected even if one of the actuator and the encoder is arranged in the grip. Two or more driving units may be arranged inside the grip. Further, the extension lines of the respective rotary shafts of the drive unit may be configured to intersect at one point with the grip as in the first embodiment, or may not be intersected with one point with the grip as in the second embodiment. The same effect can be expected if each shaft is configured to pass near the grip. The axes do not necessarily have to be orthogonal.

【００２１】また、各軸に歪みセンサを張り付けること
なく、所定の軸に６軸力センサなどを取り付ける構成と
することもできる。また、マスタ・スレーブマニピュレ
ータが力逆送型の場合には、歪みゲージなどの力センサ
を張り付ける必要はない。また、本発明をユニラテラル
サーボ方式のマスタ・スレーブマニピュレータに適用す
る場合には、グリップ内部にアブソリュート式エンコー
ダを配置することにより同様の効果を期待することがで
きる。さらに、本発明はマスタ・スレーブマニピュレー
タに限らず、産業用ロボットの教示のための操縦装置な
ど、あらゆる用途に適用することが可能である。It is also possible to mount a 6-axis force sensor or the like on a predetermined axis without attaching a strain sensor to each axis. Further, when the master / slave manipulator is of the force reversal type, it is not necessary to attach a force sensor such as a strain gauge. Further, when the present invention is applied to a unilateral servo type master / slave manipulator, the same effect can be expected by disposing an absolute encoder inside the grip. Further, the present invention is not limited to the master / slave manipulator, but can be applied to various applications such as a control device for teaching an industrial robot.

【００２２】[0022]

【発明の効果】以上説明したように本発明の操縦装置に
よれば、操作グリップの内部にアクチュエータを配置し
たので、軸回りに発生するイナーシャを低減させること
ができる。したがって、操縦装置を素早く確実に動作さ
せることが可能となり、装置の制御性や操作性がさらに
向上する。As described above, according to the control device of the present invention, since the actuator is arranged inside the operation grip, the inertia generated around the axis can be reduced. Therefore, the control device can be operated quickly and surely, and the controllability and operability of the device are further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の操縦装置の第１実施例を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a control device of the present invention.

【図２】本発明の操縦装置の第１実施例に係るグリップ
の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a grip according to the first embodiment of the control device of the present invention.

【図３】本発明の操縦装置の第２実施例を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a second embodiment of the control device of the present invention.

【図４】本発明の操縦装置の第２実施例に係るグリップ
の断面図。FIG. 4 is a sectional view of a grip according to a second embodiment of the control device of the present invention.

【図５】操縦装置の従来例を示す斜視図。FIG. 5 is a perspective view showing a conventional example of a control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１，１’ 操縦装置 ２ グリップ ３，４，５ 駆動部 ６，７，８ 支持部材 1,1 'Control device 2 Grips 3,4,5 Drive part 6,7,8 Support member

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】複数の軸回りに回転操作することが可能な
操作グリップと、前記操作グリップに前記軸回りの回転
力を与えるアクチュエータとを備えた操縦装置におい
て、 前記アクチュエータの少なくとも１つを前記操作グリッ
プの内部に配置したことを特徴とする操縦装置。1. A steering apparatus comprising: an operating grip capable of rotating about a plurality of axes; and an actuator for applying a rotational force about the axis to the operating grip, wherein at least one of the actuators is the actuator. A control device, which is arranged inside the operation grip. 【請求項２】回転軸の延長線が操作グリップ付近を通過
する関係に構成されていることを特徴とする請求項１記
載の操縦装置。2. The control device according to claim 1, wherein the extension line of the rotary shaft is configured to pass near the operation grip.