JPH0630378Y2 - Master manipulator - Google Patents
Master manipulatorInfo
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- JPH0630378Y2 JPH0630378Y2 JP11968085U JP11968085U JPH0630378Y2 JP H0630378 Y2 JPH0630378 Y2 JP H0630378Y2 JP 11968085 U JP11968085 U JP 11968085U JP 11968085 U JP11968085 U JP 11968085U JP H0630378 Y2 JPH0630378 Y2 JP H0630378Y2
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- hand
- arm
- around
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Description
【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案は、マスター・スレーブマニプレータにおけるマ
スターマニプレータに関する。Detailed Description of the Invention A. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a master manipulator in a master / slave manipulator.
B.考案の概要 この考案は、操作者がマスターマニプレータを操作する
とスレーブマニプレータがマスターマニプレータの動き
と類似の動作をするマスター・スレーブマニプレータに
おける前記マスターマニプレータにおいて、 操作者の手首の曲げ,傾け,ねじりに応じて回動する部
材の回動軸心が一点で交差するようにし、各回動部材の
回動角度等を検出するための検出手段を具えることによ
り、 操作者の手首の曲げ,傾け,ねじりの動作をそのまま正
確にマスターマニプレータが行ってスレーブマニプレー
タに伝達するようにしたものである。B. SUMMARY OF THE INVENTION This invention is a master-slave manipulator in which a slave manipulator operates in a manner similar to that of the master manipulator when an operator operates the master manipulator. The rotation axis of the rotating member is made to intersect at one point, and a detection means for detecting the rotation angle of each rotating member is provided, so that the bending, tilting and twisting of the wrist of the operator can be prevented. The operation is exactly performed by the master manipulator and transmitted to the slave manipulator.
C.従来の技術 原子力施設等のように人が立ち入ることのできない場所
で作業をする場合にはマニプレータが用いられる。マニ
プレータには、操作者が放射性雰囲気外でマスターマニ
プレータを操作すると放射性雰囲気下にあるスレーブマ
ニプレータがマスターマニプレータと類似の動きをして
作業を行うマスター・スレーブマニプレータがある。C. 2. Description of the Related Art Manipulators are used when working in places where people cannot enter, such as nuclear facilities. Manipulators include master / slave manipulators in which when a manipulator operates a master manipulator outside a radioactive atmosphere, a slave manipulator in the radioactive atmosphere operates in a manner similar to that of the master manipulator.
従来のマスターマニプレータとしては第5図に示すもの
がある。図のようにアーム50の先端にx軸まわりに回
動自在な中間部材51が設けられ、中間部材51には紙
面と直角なy軸まわりに回動自在なハンド52が取り付
けられる。ハンド52にはz軸まわりに回動自在なグリ
ップ53が取り付けられる。操作者が腕54を保持部材
55a,55bを介してアーム50に固定し、グリップ
53を手56で握ったのちに手首を曲げたり、曲げと直
角な方向へ傾けたり、手首のまわりにねじったりする
と、ハンド52がx軸まわりに回動したり、y軸まわり
に回動したり、グリップ53がz軸まわりに回動したり
する。これらのx,y,z軸まわりの回動角度が図示し
ないセンサで検出され、その検出信号がスレーブマニプ
レータへ送られ、これによってスレーブマニプレータが
マスターマニプレータと類似の動作をする。A conventional master manipulator is shown in FIG. As shown in the drawing, an intermediate member 51 which is rotatable around the x axis is provided at the tip of the arm 50, and a hand 52 which is rotatable around the y axis perpendicular to the paper surface is attached to the intermediate member 51. A grip 53 is attached to the hand 52 so as to be rotatable around the z axis. The operator fixes the arm 54 to the arm 50 via the holding members 55a and 55b, and after gripping the grip 53 with the hand 56, bends the wrist, tilts in a direction perpendicular to the bending, twists around the wrist, and so on. Then, the hand 52 rotates about the x axis, rotates about the y axis, and the grip 53 rotates about the z axis. These rotation angles around the x, y, and z axes are detected by a sensor (not shown), and the detection signal is sent to the slave manipulator, whereby the slave manipulator operates similarly to the master manipulator.
D.考案が解決しようとする課題 ところが、曲げ部,傾け部,ねじり部の3つの自由度を
構成する部分が分散して設けられており、操作をする手
と比較してみると手は手首の一点を通る3軸を軸心とし
て曲げ,傾け,ねじりの各動作をするのに対し、マスタ
ーマニプレータは一点で交わらないx,y,z軸を軸心
として曲げ,傾け,ねじりの各動作を行うことになる。
このため、例えばx軸まわりに曲げる場合には中間部材
51を含んだハンド52より先の部分を全て回動させる
ことになり回動させる部分の重量が重くて操作上の慣性
力が大きく、また操作者の手の動きに合った動きが得ら
れず操作性が悪い。D. The problem to be solved by the invention is that the bending part, the tilting part, and the twisting part, which constitute the three degrees of freedom, are provided in a distributed manner. Bends, tilts, and twists about the three axes that pass through, while the master manipulator performs bending, tilts, and twists about the x, y, and z axes that do not intersect at one point. become.
For this reason, for example, when bending around the x-axis, all the parts including the intermediate member 51 beyond the hand 52 are rotated, and the weight of the rotated part is heavy, and the inertial force in operation is large. The operability is poor because the movement that matches the movement of the operator's hand cannot be obtained.
そこで本考案は、斯かる欠点を解消したマスターマニプ
レータを提供することを目的とする。Then, this invention aims at providing the master manipulator which solved such a fault.
E.課題を解決するための手段 斯る目的を達成するための本考案の構成は、操作者の手
首の曲げの軸心,傾けの軸心,ねじりの軸心を順に操作
者の手首の基準点で相互に直交するx,y,z軸として
想定し、操作者の腕の動きと対応して動くアームの先端
に、x軸に対してもy軸に対しても回動自在なハンドを
結合するとともに操作者の手で握るグリップをねじり軸
を介してz軸のまわりに回動自在にハンドに取り付ける
一方、アームの先端部に設けられるとともに基準点での
曲げ,傾けの動作を置き換える位置としての置換点で相
互に直交して前記x,y,z軸に平行なx′,y′,
z′を想定し、z′軸上に具えられる連動部材を置換点
を中心としてx′軸及びy′軸のまわりに回動自在にア
ームの先端部に取り付け、ハンドの中心線と連動部材の
中心線とが平行四辺形の対向する二辺を形成するよう
に、ハンドの中心線及び連結部材の中心線を含む面と略
直角なピンを介して連結部材により、連動部材の先端部
とハンドの先端部とを連結し、x′軸,y′軸まわりの
連動部材の回動角度等を検出する第一,第二検出手段を
アームに具え、z軸まわりのねじり軸の回動角度等を検
出する第三検出手段をアームに具えるとともに連動部材
及び連結部材にわたって設けられた回転伝達手段を介し
てねじり軸と第三検出手段とを連動連結したことを特徴
とする。E. Means for Solving the Problems In order to achieve such an object, the structure of the present invention is such that the bending axis of the operator's wrist, the tilt axis, and the torsion axis are sequentially set at the reference point of the operator's wrist. Assuming x, y, and z axes that are orthogonal to each other, a hand that is rotatable about both the x axis and the y axis is connected to the tip of the arm that moves in response to the movement of the operator's arm. At the same time, a grip to be gripped by the operator's hand is attached to the hand rotatably around the z-axis via a torsion shaft, while it is provided at the tip of the arm and serves as a position for replacing the bending and tilting motions at the reference point. X ', y', which are orthogonal to each other at the substitution point and are parallel to the x, y, z axes,
Assuming z ′, an interlocking member provided on the z ′ axis is attached to the tip of the arm rotatably around the x ′ axis and the y ′ axis around the displacement point, and the center line of the hand and the interlocking member are attached. The tip of the interlocking member and the hand are connected by the connecting member via a pin that is substantially perpendicular to the plane including the center line of the hand and the center line of the connecting member so that the center line forms two opposite sides of the parallelogram. The arm has first and second detecting means for detecting the rotation angle of the interlocking member around the x'-axis and the y'-axis, and the rotation angle of the torsion shaft around the z-axis. It is characterized in that the arm is equipped with a third detecting means for detecting and the torsion shaft and the third detecting means are interlocked and coupled through a rotation transmitting means provided over the interlocking member and the connecting member.
F.作用 操作者がグリップを握って手首を曲げると、ハンドがx
軸まわりに回動すると同時に連動部材がハンドと連動し
てx′軸まわりに回動し、検出手段によって連動部材の
回動角度や回転トルクつまりはハンドの回動角度等が検
出される。また、手首を曲げの方向と直角な方向へ傾け
ると、ハンドがy軸まわりに回動すると同時に連動部材
がハンドと連動してy′軸まわりに回動し、前記と同様
にしてその回動角度等が検出される。また、グリップを
握って手首をねじると、グリップがz軸まわりに回動し
て検出手段によりねじり角度等が検出される。これらの
x,y,z軸まわりのハンド又はグリップの回動は夫々
独立しており、x,y,z軸は人の手の曲げ,傾け,ね
じりの軸心の交点を通るので、操作者の手の動きをその
まま正確にスレーブマニプレータに伝達することができ
る。F. When the operator grips the grip and bends the wrist, the hand
Simultaneously with the rotation around the axis, the interlocking member interlocks with the hand and pivots around the x'axis, and the detection means detects the rotational angle and rotational torque of the interlocking member, that is, the rotational angle of the hand. Also, when the wrist is tilted in the direction perpendicular to the bending direction, the hand rotates about the y-axis, and at the same time, the interlocking member rotates about the y'axis in conjunction with the hand, and the rotation is performed in the same manner as described above. The angle and the like are detected. Further, when the grip is gripped and the wrist is twisted, the grip rotates about the z-axis and the twisting angle or the like is detected by the detecting means. The rotation of the hand or grip around these x, y, and z axes is independent of each other. Since the x, y, and z axes pass through the intersections of the bending, tilting, and twisting axes of the human hand, the operator It is possible to accurately transmit the movement of the hand of the robot to the slave manipulator as it is.
G.実施例 以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。G. Embodiment Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings.
この考案は、人の手における手首の曲げ,傾け,ねじり
の3自由度の夫々の軸心が一点(以下、基準点とする)
で交わっていることから、3自由度を有するマスターマ
ニプレータの軸心も基準点で交わるようにしたものであ
る。In this device, each of the three degrees of freedom of bending, tilting, and twisting of the wrist in the human hand has one axis (hereinafter referred to as a reference point).
Therefore, the axis of the master manipulator having three degrees of freedom also intersects at the reference point.
人の手首は、曲げと傾けとねじりを行うことができ、ね
じりは手首よりも肘に近い部分で行われるが、マニプレ
ータの指部は限られたつかみの自由度しか有しないのが
一般的であり手首を曲げた状態で指部を回転させる必要
があるため、一般的にねじりの機構は手首よりも指先に
近い部分に設けられる。A person's wrist can be bent, tilted, and twisted, and the twist is made closer to the elbow than the wrist, but the manipulator fingers typically have a limited degree of grasping freedom. Since it is necessary to rotate the fingers while bending the wrist, the twisting mechanism is generally provided in a portion closer to the fingertip than the wrist.
第1図〜第4図に本考案によるマスターマニプレータの
実施例を示す。1 to 4 show an embodiment of the master manipulator according to the present invention.
図において操作者の手首の曲げの軸心をx軸とし、傾け
の軸心をy軸とし、ねじりの軸心をz軸とすると、x,
y,z軸は夫々一点(基準点P)で相互に直交する。In the figure, when the bending axis of the operator's wrist is the x axis, the tilt axis is the y axis, and the twist axis is the z axis, x,
The y and z axes are orthogonal to each other at one point (reference point P).
図中、1はアームであり、アーム1は操作者の腕2aの
甲側に腕2aと略平行に設けられる。そして、操作者の
腕2aをおいたときのx軸及びy軸まわりに回動自在な
状態で、ハンド3がアーム1の先端部に取り付けられ
る。即ち、アーム1の一方側にy軸を中心として回動自
在なL字形部材5が補助部材4を介して取り付けられ、
L字形部材5にはx軸を中心として回動自在なL字形の
ハンド3が取り付けられる。In the figure, 1 is an arm, and the arm 1 is provided on the instep side of the operator's arm 2a substantially parallel to the arm 2a. Then, the hand 3 is attached to the tip end portion of the arm 1 in a state of being rotatable about the x-axis and the y-axis when the operator's arm 2a is placed. That is, an L-shaped member 5 rotatable about the y-axis is attached to one side of the arm 1 via the auxiliary member 4,
An L-shaped hand 3 is attached to the L-shaped member 5 and is rotatable about the x-axis.
ハンド3には、z軸を中心として回動自在にグリップ6
が取り付けられている。即ち、ハンド3の先端部には補
強のための円筒部7が形成され、円筒部7内の孔8には
グリップ6と一体のねじり軸9が回動自在に挿通されて
いる。グリップ6は操作者の手2bが握れるように把持
部6aを有する口の字形となっており、スレーブマニプ
レータに各種の動作指令を出すためのスイッチレバー1
0やスイッチボタン11が設けられる。The hand 3 has a grip 6 which is rotatable about the z-axis.
Is attached. That is, a cylindrical portion 7 for reinforcement is formed at the tip of the hand 3, and a torsion shaft 9 integral with the grip 6 is rotatably inserted into a hole 8 in the cylindrical portion 7. The grip 6 has a mouth shape having a grip portion 6a so that the operator's hand 2b can be gripped, and the switch lever 1 for issuing various operation commands to the slave manipulator.
0 and a switch button 11 are provided.
一方、アーム1の先端部の置換点Qにはハンド3と連動
して類似の動作をする連動部材12が具えられる。この
ように連動部材12を設けるのは、アーム1とは離れた
操作者の手首の位置である基準点Pを中心として回動す
るハンド3の回動をそのままハンド3上の置換点Qで連
動部材12の回動に置換するためである。このように基
準点Pにおける回動を置換点Qにおける回動に置換した
のは、後述するトルクセンサ等の制御部をハンド3に取
り付けることなくアーム1に取り付けてハンド3の軽量
化を図るためである。置換点Qで相互に直交してx.
y.z軸に平行なx′,y,z′軸を想定すると(本実
施例ではy′軸はy軸に一致する)、z′軸上に配置さ
れた連動部材12が置換点Qを中心としてx′軸及びy
軸のまわりに回動自在にアーム1の先端部に取り付けら
れる。即ち、アーム1の先端にx′軸まわりに回動自在
に中間部材13が取り付けられ、中間部材13にはy軸
まわりに回動自在に連動部材12が取り付けられる。連
動部材12はz′軸に沿って伸びる回動部12aと、1
/4の略円を形成する円弧部12bと、軸部12cとか
ら構成されており、y軸を軸心とする軸部12cが中間
部材13内に回動自在に嵌め込まれる。この連動部材1
2の先端部とハンド3の先端部とが連結部材15を介し
て連結される。即ち、連動部材12の先端部と前述した
円筒部7とがx軸と平行な合計4本のピン14(第2
図,第3図参照)を介して連結部材15によって連結さ
れる。これにより、第1図中のX軸,X′軸,ピン1
4,ピン14が平行四辺形を形成する。On the other hand, an interlocking member 12 that operates in a similar manner in conjunction with the hand 3 is provided at the substitution point Q at the tip of the arm 1. In this way, the interlocking member 12 is provided so that the rotation of the hand 3 which rotates about the reference point P which is the position of the wrist of the operator apart from the arm 1 is interlocked with the substitution point Q on the hand 3 as it is. This is for replacing the rotation of the member 12. In this way, the rotation at the reference point P is replaced with the rotation at the replacement point Q in order to reduce the weight of the hand 3 by attaching it to the arm 1 without attaching a control unit such as a torque sensor described later to the hand 3. Is. X.
y. Assuming x ′, y, z ′ axes parallel to the z axis (in this embodiment, the y ′ axis corresponds to the y axis), the interlocking member 12 arranged on the z ′ axis is centered on the substitution point Q. x'axis and y
It is attached to the tip of the arm 1 so as to be rotatable around an axis. That is, the intermediate member 13 is attached to the tip of the arm 1 so as to be rotatable about the x ′ axis, and the interlocking member 12 is attached to the intermediate member 13 so as to be rotatable about the y axis. The interlocking member 12 includes a rotating portion 12a extending along the z'axis and
It is composed of a circular arc portion 12b forming a substantially / 4 circle and a shaft portion 12c, and the shaft portion 12c having the y-axis as an axis is rotatably fitted in the intermediate member 13. This interlocking member 1
The tip of the hand 2 and the tip of the hand 3 are connected via the connecting member 15. That is, the tip portion of the interlocking member 12 and the above-mentioned cylindrical portion 7 have a total of four pins 14 (second
(See FIGS. 3A and 3B) and is connected by the connecting member 15. As a result, the X-axis, X'-axis, pin 1 in FIG.
4, the pin 14 forms a parallelogram.
アーム1には、第一制御部16,第二制御部17,第三
制御部18が設けられる。The arm 1 is provided with a first controller 16, a second controller 17, and a third controller 18.
第一制御部16内にはハンド3の曲げ角度等を検出する
第一検出手段等が内蔵されており、第一制御部16の回
転軸に取り付けられたプーリ19と中間部材13に一体
に形成されたプーリ13aとの間にベルト21が巻き掛
けられる。The first control unit 16 has a built-in first detection unit or the like for detecting the bending angle of the hand 3 and the like, and is integrally formed with the pulley 19 attached to the rotation shaft of the first control unit 16 and the intermediate member 13. The belt 21 is wound around the formed pulley 13a.
また、第二制御部17内にはハンド3の傾け角度等を検
出する第二検出手段等が内蔵されており、軸部12cを
中心とする連動部材12の回動運動が第二制御部17へ
伝わるようになっている。第3図に示すように、x′軸
を軸心として傘歯車22aとプーリ22bを有する伝達
歯車22が回転自在に設けられ、傘歯車22aは軸部1
2cと一体の傘歯車12dと噛み合う。一方、プーリ2
2bと第二制御部17の回転軸に取り付けられたプーリ
23との間にベルト24が巻き掛けられる。In addition, the second control unit 17 has a second detection unit or the like for detecting the tilt angle of the hand 3 and the like built therein, and the rotational movement of the interlocking member 12 around the shaft portion 12c is the second control unit 17. It is supposed to be transmitted to. As shown in FIG. 3, a transmission gear 22 having a bevel gear 22a and a pulley 22b is rotatably provided around the x'axis as an axis, and the bevel gear 22a is a shaft portion 1
It meshes with a bevel gear 12d that is integral with 2c. On the other hand, pulley 2
The belt 24 is wound around the 2b and the pulley 23 attached to the rotating shaft of the second control unit 17.
第三制御部18内にはグリップ6の回動角度等を検出す
る第三検出手段等が内蔵されており、回転伝達手段を介
してねじり軸9に連動連結される。このように第三制御
部18をアーム1内に設けてねじり軸9と第三制御部1
8とを回転伝達手段を介して連動連結したのも、第一,
第二制御部16,17と同じ理由であり、ハンド6に取
り付けるとハンド6が重くなるからである。以下に回転
伝達手段について説明する。連動部材12の回動部12
a内には傘歯車25aを有する軸25が回転自在に具え
られ、一方、軸部12c内には傘歯車26aと26bと
を有する伝達歯車26が回転自在に具えられ、円弧部1
2b内に回転自在に具えられた傘歯車27,28を介し
て軸25の回転運動が伝達歯車26へ伝わるようになっ
ている。傘歯車26bは、x′軸を中心として回動自在
に具えられる伝達歯車29の傘歯車29aと噛み合う。
そして、傘歯車29aと一体のプーリ29bと第三制御
部18の回転軸に取り付けられたプーリ30との間にベ
ルト31が巻き掛けられる。一方、ねじり軸9と軸25
との上部は、連結部材15内に回転自在に具えられると
ともにプーリ32を有する一対の軸33の下端にユニバ
ーサルジョイント34を介して夫々結合され、プーリ3
2どうしの間にはベルト35が巻き掛けられる。なお、
プーリとベルトとに代えてスプロケットとチェンを用い
てもよい。The third control unit 18 has a third detection unit or the like for detecting the rotation angle of the grip 6 and the like built therein, and is linked to the torsion shaft 9 via the rotation transmission unit. In this way, the third control unit 18 is provided in the arm 1 so that the torsion shaft 9 and the third control unit 1 are provided.
8 and 8 are interlockingly connected via a rotation transmission means,
The reason is the same as that of the second control units 16 and 17, and when attached to the hand 6, the hand 6 becomes heavy. The rotation transmission means will be described below. Rotating part 12 of interlocking member 12
A shaft 25 having a bevel gear 25a is rotatably provided in a, while a transmission gear 26 having bevel gears 26a and 26b is rotatably provided in the shaft portion 12c.
Rotational motion of the shaft 25 is transmitted to the transmission gear 26 via bevel gears 27 and 28 rotatably provided in 2b. The bevel gear 26b meshes with the bevel gear 29a of the transmission gear 29 that is rotatably provided around the x ′ axis.
Then, the belt 31 is wound around the pulley 29b integrated with the bevel gear 29a and the pulley 30 attached to the rotation shaft of the third controller 18. On the other hand, the torsion shaft 9 and the shaft 25
The upper parts of and are connected to the lower ends of a pair of shafts 33, which are rotatably provided in the connecting member 15 and have pulleys 32, via universal joints 34, respectively.
A belt 35 is wound between the two. In addition,
A sprocket and a chain may be used instead of the pulley and the belt.
前記第一制御部16,第二制御部17,第三制御部18
の内部は次のような構造になっている。即ち、プーリ1
9,23,30の取り付けられた夫々の回転軸には減速
機を介してモータが接続されており、モータの回転軸に
は回転軸の回転角度を検出するための位置センサと回転
軸の回転トルクを検出するためのトルクセンサとが設け
られる。夫々の位置センサによる回転軸の回転角度の検
出によりハンド3の曲げ角度等を検出できる。また、夫
々のトルクセンサによる回転軸の回転トルクの検出によ
りハンド3の曲げトルク等を検出できる。本実施例のマ
スタースレーブマニプレータは、マスターマニプレー
タ,スレーブマニプレータの各軸まわりの回転角度及び
回転トルクを検出し、両者のデータを比較して夫々のモ
ータを駆動するバイラテラル制御方式のものであり、し
かもマスター側とスレーブ側とのトルクの差を小さくす
る向きに力を伝えるように構成された力帰還形となって
いる。The first control unit 16, the second control unit 17, the third control unit 18
The inside of the has the following structure. That is, the pulley 1
A motor is connected to each of the rotating shafts of 9, 23, and 30 through a speed reducer, and a rotating shaft of the motor has a position sensor for detecting a rotation angle of the rotating shaft and a rotation of the rotating shaft. A torque sensor for detecting torque is provided. The bending angle of the hand 3 and the like can be detected by detecting the rotation angle of the rotation shaft by each position sensor. Further, the bending torque of the hand 3 and the like can be detected by detecting the rotation torque of the rotary shaft by the respective torque sensors. The master-slave manipulator of the present embodiment is of a bilateral control type that detects the rotation angle and the rotation torque around each axis of the master manipulator and the slave manipulator, compares the data of both, and drives the respective motors. Moreover, the force feedback type is configured to transmit the force in the direction of reducing the torque difference between the master side and the slave side.
次に、斯かるマスターマニプレータの作用を説明する。
なお、説明は操作者の手首をx軸まわりに曲げた場合、
y軸まわりに傾けた場合、z軸まわりにねじった場合の
夫々に分けて行う。Next, the operation of the master manipulator will be described.
In addition, when the operator's wrist is bent around the x-axis,
When tilted around the y-axis and when twisted around the z-axis, they are divided into two parts.
操作者が把持部6aを握った状態で手首をx軸まわりに
曲げた場合、ハンド3がx軸まわりに回動すると同時に
連結部材15によって連結された連動部材12がx′軸
まわりにハンド3と同一方向へ回動する。本実施例では
x軸,ユニバーサルジョイント34,34,x′軸が平
行四辺形をなしており、そのために連動部材12はハン
ド3と同一方向へ同一角度だけ回動する。このとき中間
部材13もx′軸まわりに回動するので、中間部材13
と一体のプーリ13aが回転し、プーリ13aの回転運
動はベルト21,プーリ19を介して第一制御部16へ
伝わる。すると、第一制御部16内の第一検出手段とし
ての位置センサ,トルクセンサがハンド3の曲げ角度と
トルクとを検出する。When the operator bends the wrist around the x-axis while gripping the grip portion 6a, the hand 3 rotates around the x-axis, and at the same time, the interlocking member 12 connected by the connecting member 15 moves the hand 3 around the x'axis. Rotate in the same direction as. In this embodiment, the x-axis and the universal joints 34, 34, x'-axis form a parallelogram, so that the interlocking member 12 rotates in the same direction as the hand 3 by the same angle. At this time, since the intermediate member 13 also rotates around the x ′ axis, the intermediate member 13
The pulley 13a, which is integral with, rotates, and the rotational movement of the pulley 13a is transmitted to the first controller 16 via the belt 21 and the pulley 19. Then, the position sensor and the torque sensor as the first detection means in the first controller 16 detect the bending angle and the torque of the hand 3.
操作者が把持部6aを握った状態で手首を傾けた場合、
ハンド3がy軸まわりに回動すると同時に連結部材15
を介して連結された連動部材12が軸部12cを中心と
してハンド3と同一方向へ回動する。この場合も連動部
材12はハンド3と一体になって回動し、連動部材12
は中間部材13を介してアーム1に取り付けられている
ので、x′軸まわりに回動した状態でかつ軸部12cま
わりに回動させることができる。連動部材12が軸部1
2cまわりに回動すると、連動部材12と一体の傘歯車
12dが回動し、傘歯車12dの回転運動は傘歯車22
a,プーリ22b,ベルト24,プーリ23を介して第
二制御部17へと伝わる。すると第二制御部17内の第
二検出手段としての位置センサ,トルクセンサがハンド
3の傾け角度とトルクとを検出する。When the operator tilts the wrist while holding the grip portion 6a,
At the same time when the hand 3 rotates about the y-axis, the connecting member 15
The interlocking member 12 connected via the shaft rotates in the same direction as the hand 3 around the shaft portion 12c. In this case as well, the interlocking member 12 rotates together with the hand 3,
Since is attached to the arm 1 via the intermediate member 13, it can be rotated about the x'axis and about the shaft portion 12c. The interlocking member 12 is the shaft portion 1.
When the bevel gear 12d integrated with the interlocking member 12 is rotated when the bevel gear 12d is rotated around 2c, the bevel gear 12d is rotated by the bevel gear 22d.
It is transmitted to the second controller 17 via a, the pulley 22b, the belt 24, and the pulley 23. Then, the position sensor and the torque sensor as the second detection means in the second controller 17 detect the tilt angle and the torque of the hand 3.
操作者が把持部6aを握った状態で手首をねじった場
合、グリップ6がz軸まわりに回動し、グリップ6の回
転はねじり軸9,ユニバーサルジョイント34,軸3
3,プーリ32,ベルト35,プーリ32,軸33,ユ
ニバーサルジョイント34を介して軸25へ伝わる。軸
33とねじり軸9及び軸33と軸25はユニバーサルジ
ョイント34によって連結されているので、軸33とね
じり軸9及び軸33と軸25のなす角度が変わっても滑
らかに回転運動を伝えることができる。軸25の回転
は、傘歯車25a,27,28,26a,26b,29
a、プーリ29b,ベルト31,プーリ30を介して第
三制御部18へと伝わる。すると第三制御部18内の第
三検出手段としての位置センサ,トルクセンサがグリッ
プ6のねじり角度とトルクとを検出する。When the operator twists the wrist while gripping the grip portion 6a, the grip 6 rotates about the z-axis, and the grip 6 rotates by twisting the shaft 9, the universal joint 34, and the shaft 3.
3, transmitted to the shaft 25 via the pulley 32, the belt 35, the pulley 32, the shaft 33, and the universal joint 34. Since the shaft 33 and the torsion shaft 9 and the shaft 33 and the shaft 25 are connected by the universal joint 34, the rotary motion can be transmitted smoothly even if the angle formed by the shaft 33 and the torsion shaft 9 or between the shaft 33 and the shaft 25 changes. it can. The bevel gears 25a, 27, 28, 26a, 26b, 29 rotate the shaft 25.
It is transmitted to the third control unit 18 via a, the pulley 29b, the belt 31, and the pulley 30. Then, the position sensor and the torque sensor as the third detection means in the third controller 18 detect the twist angle and the torque of the grip 6.
前述した手首の曲げ,傾け,ねじりに対するマスターマ
ニプレータの動きは夫々別個に独立しているので、これ
らの動きを組み合わせて操作者の手と同じ複雑な動きを
させることができ、その回動角度とトルクとを各検出手
段で検出し検出値に基づいた指令を図示しないスレーブ
マニプレータへ送って電気サーボ等で駆動させることが
できる。また、スレーブマニプレータに作業を行わせた
ときの反力をマスターマニプレータに送って夫々の制御
部内のモータを回転させることで操作者に反力を伝える
ことができる(バイラテラル制御方式)。Since the movements of the master manipulator with respect to the bending, tilting and twisting of the wrist described above are independent and independent, it is possible to combine these movements to make the same complicated movement as the operator's hand. The torque can be detected by each detecting means, and a command based on the detected value can be sent to a slave manipulator (not shown) to be driven by an electric servo or the like. Further, the reaction force can be transmitted to the operator by sending the reaction force when the slave manipulator performs the work to the master manipulator and rotating the motors in the respective control units (bilateral control method).
なお、本実施例では手首の曲げをハンド3のx軸まわり
の回動に対応させた場合を示したが手首の曲げをy軸ま
わりの回動に対応させるようにすることもできる。つま
り、第1図において、操作者の手2bの甲を紙面に対し
手前側あるいはむこう側へ向けて使用する構成にするこ
とが可能である。このほか、回転伝達手段は連結部材及
び連動部材の内部に具えているので、各部材の動きによ
って回転運動が妨害されることはない。In this embodiment, the bending of the wrist is shown to correspond to the rotation of the hand 3 around the x-axis, but the bending of the wrist can also correspond to the rotation around the y-axis. That is, in FIG. 1, the back of the operator's hand 2b can be used with the back side facing away from the paper surface. Besides, since the rotation transmitting means is provided inside the connecting member and the interlocking member, the movement of each member does not hinder the rotational movement.
H.考案の効果 以上説明したように本考案によれば、操作者の手首の曲
げ,傾け,ねじりの軸心として相互に一点(基準点)で
直交するx,y,z軸を中心として回動自在なハンドと
グリップとを操作者の腕の動きと対応して動くアームの
先端に具えるとともに曲げ,傾け,ねじりの角度等を検
出する検出手段を具えているので、操作者の手の動きを
そのままマスターマニプレータに追従させて手首の曲げ
角度等を正確に検出できる。つまり、手首の曲げ,傾
け,ねじりの方向と角度とトルクとがそのままマスター
マニプレータの手首の曲げ,傾け,ねじりの方向と角度
とトルクとであり、極めて直感的な操作が可能である。
また、曲げ,傾け,ねじりの角度等を検出する検出手段
をアームに設けハンドの先端部に配置していないので、
マスターマニプレータを操作する上での慣性が小さく、
操作性がよい。H. Effects of the Invention According to the present invention as described above, the operator can freely rotate about the x, y, and z axes that are orthogonal to each other at one point (reference point) as the bending, tilting, and twisting axis of the wrist of the operator. A hand and a grip are provided on the tip of the arm that moves in response to the movement of the operator's arm, and the detection means for detecting the angle of bending, tilting, twisting, etc. The bending angle of the wrist can be accurately detected by directly following the master manipulator. That is, the directions, angles, and torques of the wrist bending, tilting, and twisting are the same as the bending, tilting, twisting directions, angles, and torques of the wrist of the master manipulator, and extremely intuitive operation is possible.
Further, since the arm is not provided with a detecting means for detecting the angle of bending, tilting, twisting, etc.
The inertia in operating the master manipulator is small,
Operability is good.
第1図〜第4図は本考案によるマスターマニプレータの
実施例に係り、第1図は一部破断して示す構造図、第2
図は第1図のI−I矢視図、第3図は手首を傾けた状態
を一部破断して示す第1図のII−II矢視図、第4図は拡
大して示す第3図のIII−III矢視断面図、第5図は従来
のマスターマニプレータの構造図である。 1……アーム、2a……腕、3……ハンド、4……補助
部材、6……グリップ、9……ねじり軸、12……連動
部材、13……中間部材、15……連結部材、16……
第一制御部、17……第二制御部、18……第三制御
部、25……軸、25a,27,28,26a……傘歯
車、26……伝達歯車、32……プーリ、34……ユニ
バーサルジョイント、35……ベルト。1 to 4 relate to an embodiment of a master manipulator according to the present invention, and FIG. 1 is a partially cutaway structural view, FIG.
The drawing is a view taken along the arrow I-I of FIG. 1, FIG. 3 is a view taken along the line II-II of FIG. 1 showing a partially tilted state of the wrist, and FIG. FIG. 5 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 5, and FIG. 5 is a structural diagram of a conventional master manipulator. 1 ... Arm, 2a ... Arm, 3 ... Hand, 4 ... Auxiliary member, 6 ... Grip, 9 ... Torsional shaft, 12 ... Interlocking member, 13 ... Intermediate member, 15 ... Connecting member, 16 ……
First control unit, 17 ... Second control unit, 18 ... Third control unit, 25 ... Shaft, 25a, 27, 28, 26a ... Bevel gear, 26 ... Transmission gear, 32 ... Pulley, 34 …… Universal joint, 35 …… Belt.
Claims (1)
ねじりの軸心を順に操作者の手首の基準点で相互に直交
するx,y,z軸として想定し、 操作者の腕の動きと対応して動くアームの先端に、x軸
に対してもy軸に対しても回動自在なハンドを結合する
とともに操作者の手で握るグリップをねじり軸を介して
z軸のまわりに回動自在にハンドに取り付ける一方、 アームの先端部に設けられるとともに基準点での曲げ,
傾けの動作を置き換える位置としての置換点で相互に直
交して前記x,y,z軸に平行なx′,y′,z′を想
定し、 z′軸上に具えられる連動部材を置換点を中心として
x′軸及びy′軸のまわりに回動自在にアームの先端部
に取り付け、ハンドの中心線と連動部材の中心線とが平
行四辺形の対向する二辺を形成するように、ハンドの中
心線及び連結部材の中心線を含む面と略直角なピンを介
して連結部材により、連動部材の先端部とハンドの先端
部とを連結し、 x′軸,y′軸まわりの連動部材の回動角度等を検出す
る第一,第二検出手段をアームに具え、z軸まわりのね
じり軸の回動角度等を検出する第三検出手段をアームに
具えるとともに連動部材及び連結部材にわたって設けら
れた回転伝達手段を介してねじり軸と第三検出手段とを
連動連結したことを特徴とするマスターマニプレータ。1. An operator's wrist bending axis, tilting axis,
It is assumed that the axis of torsion is the x, y, and z axes that are orthogonal to each other at the reference point of the operator's wrist in order, and the tip of the arm that moves in response to the movement of the operator's arm is A hand that is also rotatable with respect to the y-axis is attached, and a grip that is held by the operator's hand is rotatably attached to the hand around the z-axis via a torsion axis, while it is provided at the tip of the arm. Bending at the reference point,
Assuming x ′, y ′, z ′ which are orthogonal to each other and are parallel to the x, y, z axes at the substitution point as a position for replacing the tilting movement, the interlocking member provided on the z ′ axis is the replacement point. Is attached to the tip of the arm so as to be rotatable around the x ′ axis and the y ′ axis, and the center line of the hand and the center line of the interlocking member form two opposite sides of the parallelogram. The tip of the interlocking member and the tip of the hand are connected by a connecting member via a pin that is substantially perpendicular to the plane including the centerline of the hand and the centerline of the connecting member, and interlocking around the x'axis and the y'axis. The arm has first and second detecting means for detecting the turning angle of the member, and the arm has third detecting means for detecting the turning angle of the torsion shaft around the z-axis. The torsion shaft and the third detection means via the rotation transmission means provided over the Master manipulator, characterized in that in conjunction linking.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11968085U JPH0630378Y2 (en) | 1985-08-03 | 1985-08-03 | Master manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11968085U JPH0630378Y2 (en) | 1985-08-03 | 1985-08-03 | Master manipulator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6229285U JPS6229285U (en) | 1987-02-21 |
JPH0630378Y2 true JPH0630378Y2 (en) | 1994-08-17 |
Family
ID=31007276
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11968085U Expired - Lifetime JPH0630378Y2 (en) | 1985-08-03 | 1985-08-03 | Master manipulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0630378Y2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2685602B2 (en) * | 1988-10-19 | 1997-12-03 | 株式会社日立製作所 | Master-slave manipulator system |
-
1985
- 1985-08-03 JP JP11968085U patent/JPH0630378Y2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6229285U (en) | 1987-02-21 |
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