JPH07195280A - マスタアーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量で操作性のよいマスタアームを得る。 【構成】 操作者の上腕の動きに追従して回動する上腕
操作用部材３８の下端には前腕操作用部材７８が軸支さ
れており、前腕操作用部材７８には手首操作用部材８０
が取付けられている。上腕操作用部材３８の上端には、
カウンタウエイト６１が取付けられたアーム６２が軸支
されている。このアーム６２と前腕操作用部材７８との
動きは、下リンク材８２、直交リンク材８６、上リンク
材８４によって連動され、アーム６２の長さとカウンタ
ウエイト６１の重量は、前腕操作用部材７８と手首操作
用部材８０の重量とバランスするように設定されてい
る。アーム６２の移動速度はロータリーダンパ７４によ
って規制されているので、操作が軽すぎることによるフ
ラつきがなく、操作力の微調整に熟練を要しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スレーブアーム操作用
のマスタアームに関する。

【０００２】

【従来の技術】スレーブアームの操作用の一つとして、
操作者の腕の動きに追従するマスタアームがある。この
マスタアームは、操作者の上腕の動きに応じて作動する
上腕操作用部材、操作者の前腕の動きに応じて作動する
前腕操作用部材、操作者の手首の動きに応じて作動する
手首操作用部材を備えており、各操作用部材の作動信号
をコントローラに出力し、人間の腕的な動きをするスレ
ーブアームを制御するようになっている。

【０００３】このようなスレーブアームの駆動方式とし
て、ユニラテル方式とバイラテル方式の２方式が考えら
れている。

【０００４】ユニラテル方式は、マスタアーム側から一
方的にスレーブアームへ動作信号を出力するもので、構
造が簡単なため軽量で操作者の負担にならない。しか
し、軽量故に、スレーブアームを所定の位置に停止され
るような細かい操作が必要な場合、フラついて上手く停
止させることが出来ない等、操作力の調整に熟練を要す
る。

【０００５】一方、バイラテル方式は、スレーブアーム
側及びマスタアーム側の双方で情報のやり取りをするも
ので、例えば、スレーブアームが障害物に衝突して停止
すると、その情報をマスタアーム側に伝達し、マスタア
ームがその位置でロックされるような構造となってい
る。このため、構造が複雑化し、その分マスタアーム全
体の重量が重くなり、操作に過度の負担を感じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮して、軽量で操作性のよいマスタアームを提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマスタアー
ムは、人間の腕的な動きをするスレーブアームを操作す
るマスタアームにおいて、前記スレーブアームの肩関節
に対応する部位に軸支され操作者の上腕の動きに追従す
る上腕操作用部材と、前記上腕操作用部材の下端に軸支
された前腕操作用部材と、前記上腕操作用部材の上端に
軸支されたアームと、前記前腕操作用部材と前記アーム
との動きを連動させるリンク体と、前記リンク体で作動
される前記アームの自由端部に取付けられ前記前腕操作
用部材及びこの前腕操作用部材に取付けられる手首操作
用部材とのウエイトのバランスをはかるためのカウンタ
ウエイトと、前記アームの回転速度を規制するダンパ手
段と、を有することを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記構成のマスタアームでは、スレーブアーム
の肩関節に対応する部位に軸支された上腕操作用部材が
操作者の上腕の動きに追従して移動する。この上腕操作
用部材の下端には前腕操作用部材が軸支されており、前
腕操作用部材には手首操作用部材が取付けられている。

【０００９】一方、上腕操作用部材の上端には、自由端
部にカウンタウエイトが取付けられたアームが軸支され
ている。このアームと前腕操作用部材との動きは、リン
ク体によって連動され、アームの長さとカウンタウエイ
トの重量は、上腕及び前腕操作用部材と手首操作用部材
の重量とバランスするように設定されている。

【００１０】このように、カウンタウエイトで重量のバ
ランスが保たれているので、操作者が手首操作用部材を
握って、例えば、前腕操作用部材を持ち上げるような動
作をしても、重さを感じることがない。

【００１１】また、アームの回転速度はダンパ手段によ
って規制されているので、所定の抵抗がリンク体を介し
て手首操作用部材に作用し、操作が軽すぎることによる
フラつきがなく、操作力の微調整に熟練を要しない。

【００１２】

【実施例】

（マスタアームの概略）図１から図３には、本実施例に
係るマスタアーム１０が示されている。

【００１３】このマスタアーム１０は、人間の腕の動き
に追従できる関節機能を備えた操作装置であり、その動
作信号をコントローラ１２に出力するようになってい
る。コントローラ１２は、空気圧で人間の腕的な動きを
するスレーブアーム１４を動かし、特殊な環境における
作業を行なわせるようになっている。

【００１４】図示しない架台から張り出したフレーム１
６の先端には、Ｕ字型のプレート１８が取付けられてい
る。このプレート１８には、シャフト２０が上下方向に
貫通して軸支されている。このシャフト２０の上端に
は、ディスク２２が固定されている。このディスク２２
はプレート１８の上面に配設されたディスクブレーキ２
４で挟持され、シャフト２０の回転を停止させる。

【００１５】また、シャフト２０の中間部には、ギア２
６が取付けられている。このギア２６は、第１のポテン
ショメータ２８の軸に固定されたギア３０と噛み合って
いる。これによって、シャフト２０の水平面上の回転角
度と回転方向がコントローラ１２へ出力されるようにな
っている。さらに、ギア２６には、ロータリーダンパの
ギア３２が噛み合い、シャフト２０の回転速度を規制す
るようになっている。

【００１６】一方、シャフト２０の下端には、軸受け３
４が固定されている。この軸受け３４には、水平方向へ
延出するシャフト３６の一端が連結されている。このシ
ャフト３６は、操作者の上腕部の動きに対応する上腕操
作用部材３８の略中間部を回転可能に軸支している。ま
た、上腕操作用部材３８を貫通したシャフト３６の端部
には、ギア４８が固定されている。このギア４８は、第
２のポテンショメータ５０の軸に固定されたギア５２と
噛み合っている。これによって、上腕操作用部材３８の
鉛直面上の回転角度と回転方向がコントローラ１２へ出
力されるようになっている。さらに、ギア４８には、ロ
ータリーダンパ５４のギア５６が噛み合い、上腕操作用
部材３８の回転速度を規制するようになっている。

【００１７】上腕操作用部材３８の上端には軸部６０が
設けられ、カウンタウエイト６１が自由端側に固定され
たアーム６２の２又軸受け６４が嵌め込まれている。こ
の軸部６０及び２又軸受け６４には、ピン６６が挿通さ
れ、ピン６６の両端は２又軸受け６４に固定されてい
る。

【００１８】一方、２又軸受け６４には、ギア６８が固
着されている。このギア６８は第３のポテンショメータ
７０の軸に固定されたギア７２と噛み合っている。これ
によって、アーム６２の鉛直面上の回転角度と回転方向
がコントローラ１２へ出力されるようになっている。さ
らに、ギア６８には、ロータリーダンパ７４のギア７６
が噛み合い、アーム６２の回転速度を規制するようにな
っている。

【００１９】また、上腕操作用部材３８の下端には、操
作者の前腕部と接触しないように屈曲された剛性パイプ
製の前腕操作用部材７８が軸支されている。この前腕操
作用部材７８の先端には、手首操作用部材８０が取付け
られている。

【００２０】一方、前腕操作用部材７８には上腕操作用
部材３８と平行に配置された下リンク材８２の一端が、
アーム６２には上腕操作用部材３８と平行に配置された
上リンク材８４の一端が、それぞれ回転可能に連結され
ている。また、下リンク材８２の他端、上リンク材８４
の他端は、それぞれ直交リンク材８６の両端に回転可能
に連結され、直交リンク材８６の中央部は、上腕操作用
部材３８に回転可能に軸支されている。

【００２１】これによって、前腕操作用部材７８の動き
をアーム６２へ伝達するリンク機構を構成し、前腕操作
用部材７８の前後、上下の動きに連動してアーム６２が
移動するようになっている。

【００２２】また、カウンタウエイト６１からは、スト
ップバー８８が斜め下方へ延出している。このストップ
バー８８は、グリッパー９０に挿通されている。このグ
リッパー９０は回動可能に上腕操作用部材３８に取付け
られており、カウンタウエイト６１の動きに追従できる
ようになっている。また、グリッパー９０は、操作盤９
２あるいはフットスイッチ９４を操作することによっ
て、挿通されたストップバー８８の外周面を把持し、カ
ウンタウエイト６１の揺動を停止させ、アーム６２の移
動を停止させる。このように、ディスクブレーキ２４ま
たはグリッパー９０を選択的に使用して、所定の位置で
マスタアーム１０の動きを停止させることができ、ま
た、停止させた姿勢を維持して操作者がマスタアーム１
０から離れることもできる。

【００２３】ここで、本実施例に係るマスタアーム１０
の作用を説明する。例えば、図１の状態から、手首操作
用部材８０を引き下げ、前腕操作用部材７８を下方へ回
転させると、図２に示すように、下リンク材８２が下方
へ引き下げられる。これに連動して、直交リンク材８６
を介して上リンク材８４が上方へ押し上げられる。この
とき、上リンク材８４の押し上げによって、アーム６２
も上方へ回転するが、このアーム６２の回転速度は、ロ
ータリーダンパ７０によって、規制されている。このた
め、下リンク材８２、上リンク材８４、及び直交リンク
材８６のリンク機構によって、ロータリーダンパ７０の
トルク抵抗が手首操作用部材８０に作用し、操作が軽す
ぎることによるフラつきがなく、操作力の調整に熟練を
要しない。また、カウンタウエイト６１の重量及びアー
ム６２の腕の長さは、手首操作用部材８０及び前腕操作
用部材７８の重量を操作者が感じないように、バランス
調整されている。

【００２４】さらに、ロータリーダンパ７０には、ケー
シングの中に粘性流体が封入されているが、この粘性流
体の粘性度を替えることにより、操作力の微調整が可能
となる。また、ロータリーダンパ７０は、ロータリーダ
ンパ７０のトルク軸を回転させる速度が低速の場合、ト
ルク抵抗が小さく、また、高速の場合、トルク抵抗が大
きくなる特性を有しているので、この点においても、マ
スタアーム１０の操作性が向上する。

【００２５】なお、図２の状態で、グリッパー９０でス
トップバー８８を把持すれば、その状態が保持され、操
作者が手首操作用部材８０から手を離すこともできる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上記構成としたので、軽量で操
作性がよく、また、操作力の調整に熟練を要しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係るマスタアームを示す全体斜視図
である。

【図２】本実施例に係るマスタアームの１つの動きを示
す全体斜視図である。

【図３】マスタアームとスレーブアームを示す概念図で
ある。

【符号の説明】

３８ 上腕操作用部材 ６１ カウンタウエイト ６２ アーム ７４ ロータリーダンパ（ダンパ手段） ７８ 前腕操作用部材 ８２ 下リンク材（リンク体） ８４ 下リンク材（リンク体） ８６ 直交リンク材（リンク体）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人間の腕的な動きをするスレーブアーム
   を操作するマスタアームにおいて、 前記スレーブアームの肩関節に対応する部位に軸支され
   操作者の上腕の動きに追従する上腕操作用部材と、前記
   上腕操作用部材の下端に軸支された前腕操作用部材と、
   前記上腕操作用部材の上端に軸支されたアームと、前記
   前腕操作用部材と前記アームとの動きを連動させるリン
   ク体と、前記リンク体で作動される前記アームの自由端
   部に取付けられ前記前腕操作用部材及びこの前腕操作用
   部材に取付けられる手首操作用部材とのウエイトのバラ
   ンスをはかるためのカウンタウエイトと、前記アームの
   回転速度を規制するダンパ手段と、を有することを特徴
   とするマスタアーム。