JPH08373B2

JPH08373B2 - マニピュレータ

Info

Publication number: JPH08373B2
Application number: JP5162693A
Authority: JP
Inventors: 幸一船矢
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-03-12
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH06262554A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハンドの絶対位置・姿
勢を制御することが可能なマニピュレータに関する。ま
た、本発明は、人間の手先位置・姿勢を計測しながら手
先に力感覚を伝達する、力帰還型の３次元位置・姿勢入
力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来マニピュレータは、水平多関節型及
び垂直多関節型及び極座標型及び円筒座標型を主とする
多関節タイプ、パラレルリンクタイプ、及びパンタグラ
フ型を始とする平行リンクタイプに大別される。

【０００３】多関節タイプのマニピュレータでは、アク
チュエータ及びリンクを床面固定部より直列に連結して
構造を構成し、その床面固定部とは反対の一端にハンド
を取り付けて作業を行わせる。

【０００４】パラレルリンクタイプでは、複数の多関節
タイプのマニピュレータの端点をハンド部となる単一の
リンクに接合し、複数の多関節マニピュレータの姿勢に
応じて同ハンド部の位置・姿勢を制御する。

【０００５】平行リンクタイプでは、リンクを平行四辺
形状に接合することにより、より制御し易いマニピュレ
ータ機構を実現する。その代表例であるパンタグラフ構
造は、機構の床面固定部に設定されたｘｙｚ方向移動用
アクチュエータの移動量を拡大してハンド部へ伝える役
割を担う。（例えばＳｈｉｎ−ＭｉｎｇＳｏｎｇａｎ
ｄＪｏｎｇ−ＫｉｌＬｅｅ，“ＴｈｅＭｅｃｈａ
ｎｉｃａｌＥｆｆｃｉａｎｃｙａｎｄＫｉｎｅｍ
ａｔｉｃｓｏｆＰａｎｔｏｇｒａｐｈＴｙｐｅＭ
ａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ，１９８９Ｐｒｏｃｅｅｄｉ
ｎｇｓｏｆ１９８８ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆＲｏｂｏｔｉ
ｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ）。

【０００６】また、このパンタグラフ機構を複数用いた
マニピュレータも考案されている（例えば特開昭６３−
８８０５号公報）。同じマニピュレータではベース部で
のアクチュエータのｘｙｚ方向移動をパンタグラフ機構
を複数用いることによって効率的に拡大してハンド部へ
伝える。

【０００７】図４は従来のパンタグラフ型マニピュレー
タの例である。同図によると、パンタグラフ機構４０１
の第１接点４０２にｚ軸方向に回転軸を持つ回転ジョイ
ント４０３を接合する。このとき、回転ジョイント４０
３の回転軸が第１接点４０２を通過するように配置す
る。回転ジョイント４０３をｘ軸方向に移動可能な直動
機構４０４に接合し、第２接点４０５をｚ軸方向に回転
軸を持つ回転ジョイント４０６に接合する。このとき、
回転ジョイント４０６の回転軸が第２接点４０５を通過
するよう配置する。回転ジョイント４０６をｚ軸方向に
移動可能な直動機構４０７に接合し、直動機構４０７を
ｙ軸方向に移動可能な直動機構４０８を接合することに
よって、第３接点４０９をハンド部とするマニピュレー
タが得られる。

【０００８】以上の構成のマニピュレータでは、第３接
点４０９のｘ方向移動量ｐ_{x 4 0 9}は直動機構４０４の
移動量ｑ_{4 0 4}によって、以下の式に従って制御され
る。

【０００９】ｐ_{x 4 0 9}＝ｒ_xｑ_{4 0 4} ただし、ｒ_xはパンタグラフ機構の形状に依存する比例
係数である。第３接点４０９のｙ方向移動量ｐ_{y 4 0 9}
は直動機構４０８の移動量ｑ_{4 0 8}によって、以下の式
に従って制御される。

【００１０】ｐ_{y 4 0 9}＝ｒ_yｑ_{4 0 8} ただし、ｒ_yはパンタグラフ機構の形状に依存する比例
係数である。第３接点４０９のｚの方向移動量ｐ
_{z 4 0 9}は直動機構４０７移動量ｑ_{4 0 7}によって、以
下の式に従って制御される。

【００１１】ｐ_{z 4 0 9}＝ｒ_zｑ_{4 0 7} ただし、ｒ_zはパンタグラフ機構の形状に依存する比例
係数である。

【００１２】従って、直動機構４０４によってｘ軸方向
移動量が、直動機構４０８によってｙ軸方向移動量が、
直動機構４０７によってｚ軸方向移動量が制御可能なマ
ニピュレータが得られる。

【００１３】人間の手先位置・姿勢を計測する３次元位
置・姿勢入力装置において、手先に力感覚を伝達する力
帰還タイプの入力装置は、機構的にはマニピュレータと
同じ原理に基づいており、やはり上記のタイプに大別さ
れる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】平行リンクタイプ、特
にパンタグラフ機構でハンド部を移動させる場合には、
動作範囲、可搬重量、キネマティックス演算の容易さ、
関節間の機構学的・力学的干渉の観点からは優れた性能
が得られる反面、ハンドの姿勢をも制御しようとすると
機構が複雑となる欠点が存在する。この結果、マニピュ
レータのハンド姿勢まで制御しようとすると、本来の機
構面での有利性が失われる。

【００１５】力帰還型の３次元位置・姿勢入力装置で
は、その機構が上記マニピュレータと原理的に同じであ
るため、動作範囲、可搬重量、キネマティックス演算の
容易さ、関節間の機構学的・力学的干渉等で問題点が存
在した。

【００１６】本発明の目的は、マニピュレータハンドの
位置のみならず姿勢をも制御可能とすることによって、
従来のパンタグラフ機構の有利性を保ったまま、ハンド
の姿勢も容易なキネマティックス演算で制御可能なマニ
ピュレータ、及び力帰還型の３次元位置・姿勢入力装置
を実現することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のマニピュレータ
は、互いに平行な配置をとる複数パンタグラフ機構と、
前記複数パンタグラフ機構の出力部に、複数回転ジョイ
ントと複数リンクを介して前記複数パンタグラフ機構を
結ぶハンドリンクと、前記ハンドリンクに接続されたハ
ンドと、前記複数パンタグラフ機構のそれぞれの第１駆
動入力部に複数回転ジョイントと複数リンクを介して前
記複数パンタグラフ機構を結ぶ第１リンクと、前記複数
パンタグラフ機構のそれぞれの第２駆動入力部に複数回
転ジョイントと複数リンクを介して前記複数パンタグラ
フ機構を結ぶ第２リンクと、各々の回転軸が一点で垂直
に交わる複数モータで構成され、一方は前記第１リンク
に接合され、他方は前記第２リンクに接合された、同じ
軸構成を持つ２つのハンド姿勢制御部と、前記ハンド姿
勢制御部の下部にハンドの位置制御を行う複数アクチュ
エータとを有することを特徴とする

【００１８】

【作用】回転ジョイントとリンクで複数パンタグラフ機
構の第１駆動入力部間、さらには第２駆動入力部間を結
ぶ。各パンタグラフ機構間を結ぶ第１リンクおよび第２
リンクに、各軸のモータの回転軸が一点で交わるように
し、モータの位置を第１リンクと第２リンク間で同一に
配置した姿勢制御機構を取り付ける。ハンドの姿勢制御
は次のように行われる。

【００１９】ハンドのｘ軸方向の回転は複数のｘ軸回転
のモータを用いることにより、モータの回転軸を中心
に、リンクに接続されたパンタグラフ機構ごと回転を与
えることによって得られる。

【００２０】ハンドのｙ軸方向の回転は複数のｙ軸回転
のモータを用いることにより、第１リンク、第２リンク
がｙ軸回転のモータの軸を中心に傾く。これにより、パ
ンタグラフ機構の出力部に釣り下げられたハンドリンク
がハンドの付け根を中心にモータと同じ回転角度だけ傾
くことによって得られる。

【００２１】ハンドのｚ軸方向の回転は複数のｚ軸回転
のモータを用いることにより、ｚ軸を中心に第１リン
ク、第２リンクが回転する。これにより、パンタグラフ
機構の出力部に釣り下げられたハンドリンクがハンドの
付け根を中心にモータと同じ回転角度だけ回転すること
によって得られる。

【００２２】

【実施例】図３は本発明によるマニピュレータの構成要
素となるパンタグラフ機構の例である。同図に従い、リ
ンク３０１及びリンク３０２及びリンク３０３及びリン
ク３０４が平行四辺形を形成するように、リンク３０１
の一端とリンク３０２の一端を回転ジョイント３０５で
接合し、リンク３０１の途中とリンク３０３の一端を回
転ジョイント３０６で接合し、リンク３０２の途中とリ
ンク３０４の一端を回転ジョイント３０７で接合し、リ
ンク３０３の他端を回転ジョイント３０９に接合し、リ
ンク３０４の他端を回転ジョイント３０９で接合し、回
転ジョイント３０９と回転ジョイント３１０を接合す
る。リンク３０１の他端に回転ジョイント３０８を接合
して第１接点とし、回転ジョイント３０９及び回転ジョ
イント３１０の接合部を第２接点とし、リンク３０２の
他端３１１を第３接点とし、第１接点及び第２接点及び
第３接点が一直線上にくるように配置することにより、
パンタグラフ機構が得られる。すなわち、第１接点及び
回転ジョイント３０５及び第３接点のなす三角形とが常
に相似となり、第３接点を第１接点及び第２接点によっ
て制御するパンタグラフ機構が得られる。

【００２３】ここで第１接点、第２接点、第３接点を通
る直線の方向をｘ軸方向とする。ｘ軸の垂直上向き方向
をｚ軸、のこりのｘ軸とｚ軸に垂直な方向をｙ軸とす
る。パンタグラフ機構と各軸との関係は図１、図２とも
同様とする。

【００２４】図１に本発明におけるパンタグラフ機構の
一実施例を示す。同じリンク長の３つのパンタグラフ機
構１０１、１０２、及び１０３を設置する。この時、パ
ンタグラフ機構１０１の第１接点１０４及びパンタグラ
フ機構１０２の第１接点１０５及びパンタグラフ機構１
０３の第１接点１０６が作る三角形と、パンタグラフ機
構１０１の第２接点１２３及びパンタグラフ機構１０２
の第２接点１２４及びパンタグラフ機構１０３の第２接
点１２５が作る三角形と、パンタグラフ機構１０１の第
３接点１４０及びパンタグラフ機構１０２の第３接点１
４１及びパンタグラフ機構１０３の第３接点１４２が作
る三角形とが、全て合同で、平行移動によって互いに重
ね合わせることが可能であるように各々のパンタグラフ
機構を配置する。

【００２５】パンタグラフ機構１０１の第１接点１０４
をリンク１０７に接合し、パンタグラフ機構１０２の第
１接点１０５をリンク１０８に接合し、パンタグラフ機
構１０３の第１接点１０６をリンク１０９に接合し、リ
ンク１０７をｚ軸方向に回転軸を持つ回転ジョイント１
１０に接合し、リンク１０８をｚ軸方向に回転軸を持つ
回転ジョイント１１１に接合し、リンク１０９をｚ軸方
向に回転軸を持つ回転ジョイント１１２に接合し、回転
ジョイント１１０及び回転ジョイント１１１及び回転ジ
ョイント１１２を第１リンク１１３に接合する。この
時、回転ジョイント１１０の回転軸はパンタグラフ機構
１０１の第１接点１０４を通過し、回転ジョイント１１
１の回転軸はパンタグラフ機構１０２の第１接点１０５
を通過し、回転ジョイント１１２の回転軸はパンタグラ
フ機構１０３の第１接点１０６を通過するように各々の
回転ジョイントを配置する。

【００２６】第１リンク１１３をｘ軸方向に回転軸を持
つ回転モータ１１４の回転部に接合し、回転モータ１１
４のベース部をリンク１１５に接合し、リンク１１５を
ｙ軸方向に回転を持つ回転モータ１１６の回転部に接合
し、回転モータ１１６のベース部をリンク１１７に接合
し、リンク１１７をｚ軸方向に回転軸を持つ回転モータ
１１８の回転部に接合し、回転モータ１１８のベース部
をｘ方向に移動可能でアクチュエータ１２０によって駆
動される直動機構１１９に接合し、直動機構１１９をｙ
方向に移動可能でアクチュエータ１２２によって駆動さ
れる直動機構１２１に接合する。回転モータ１１４の回
転軸と回転モータ１１６の回転軸と回転モータ１１８の
回転軸は一点で交わるように配置する。

【００２７】パンタグラフ機構１の第２接点１２３をリ
ンク１２６に接合し、パンタグラフ機構１０２の第２接
点１２４をリンク１２７に接合し、パンタグラフ機構１
０３の第２接点１２５をリンク１２８に接合し、リンク
１２６をｚ軸方向に回転軸を持つ回転ジョイント１２９
に接合し、リンク１２７をｚ軸方向に回転軸を持つ回転
軸ジョイント１３０に接合し、リンク１２８をｚ軸方向
に回転軸を持つ回転ジョイント１３１に接合し、回転ジ
ョイント１２９及び回転ジョイント１３０及び回転ジョ
イント１３１を第２リンク１３２に接合する。この時、
回転ジョイント１２９の回転軸はパンタグラフ機構１０
１の第２接点１２３を通過し、回転ジョイント１３０の
回転軸はパンタグラフ機構１０２の第２接点１２４を通
過し、回転ジョイント１３１の回転軸はパンタグラフ機
構１０３の第１接点１２５を通過するように各々の回転
ジョイントを配置する。

【００２８】第２リンク１３２をｘ軸方向に回転軸を持
つ回転モータ１３３の回転に接合し、回転モータ１３３
のベース部をリンク１３４に接合し、リンク１３４をｙ
軸方向に回転軸を持つ回転モータ１３５の回転部に接合
し、回転モータ１３５のベース部をリンク１３６に接合
し、リンク１３６をｚ軸方向に回転軸を持つ回転モータ
１３７の回転部に接合し、回転モータ１３７のベース部
をｚ方向に移動可能でアクチュエータ１３９によって駆
動される直動機構１３８に接合する。回転モータ１３３
の回転軸と回転モータ１３５の回転軸と回転モータ１３
７の回転軸は一点で交わるように配置する。

【００２９】パンタグラフ機構１の第３接点１４０をリ
ンク１４３に接合し、パンタグラフ機構１０２の第３接
点１４１をリンク１４４に接合し、パンタグラフ機構１
０３の第３接点１４２をリンク１４５に接合し、リンク
１４３をｚ軸方向に回転軸を持つ回転ジョイント１４６
に接合し、リンク１４４をｚ軸方向に回転軸を持つ回転
ジョイント１４７に接合し、リンク１４５をｚ軸方向に
回転軸を持つ回転ジョイント１４８に接合し、回転ジョ
イント１４６及び回転ジョイント１４７及び回転ジョイ
ント１４８をハンドリンク１４９に接合し、ハンドリン
ク１４９にハンド１５０を接合する。

【００３０】回転モータ１１４及び回転モータ１１６及
び回転モータ１１８の３つの回転軸の交点とパンタグラ
フ機構１０１の第１接点１０４とパンタグラフ機構１０
２の第１接点１０５とパンタグラフ機構１０３の第１接
点１０６とで形成される三角錐、並びに回転モータ１３
３及び回転モータ１３５及び回転モータ１３７の３つの
回転軸の交点とパンタグラフ機構１０１の第２接点１２
３とパンタグラフ機構１０２の第２接点１２４とパンタ
グラフ機構１０３の第２接点１２５とで形成される三角
錐並びにハンド１５０とパンタグラフ機構１０１の第３
接点１４０とパンタグラフ機構１０２の第３接点１４１
とパンタグラフ機構１０３の第３接点１４２とで形成さ
れる三角錐は、全て合同で、平行移動によって重ね合わ
せ可能な姿勢にあるように各々モータ及び第１リンク１
１３、第２リンク１３２、ハンドリンク１４９を配置す
る。

【００３１】以上で構成されるマニピュレータでは、ハ
ンド１５０のｘ軸回りの回転角φ_{x1 5 0}は回転モータ
１１４の回転角ｑ_{1 1 4}及び回転モータ１３３の回転角
ｑ_{13 3}によって、以下の式にしたがって制御される。

【００３２】φ_{x 1 5 0}＝ｑ_{1 4 4}＝ｑ_{1 3 3} ただし、回転モータ１１４の回転角ｑ_{1 4 4}及び回転モ
ータ１３３の回転角ｑ_{13 3}は常に等しくなるように制
御する。ハンド１５０のｙ軸回りの回転角φ_{y 15 0}は
回転モータ１１６の回転角ｑ_{1 1 6}及び回転モータ１３
５の回転角ｑ_{1 35}によって、以下の式にしたがって制
御される。

【００３３】φ_{y 1 5 0}＝ｑ_{1 1 6}＝ｑ_{1 3 5} ただし、回転モータ１１６の回転角ｑ_{1 1 6}及び回転モ
ータ１３５の回転角ｑ_{13 5}は常に等しくなるように制
御する。ハンド１５０のｚ軸回り回転角φ_{z 1 50}は回
転モータ１１８の回転角ｑ_{1 1 8}及び回転モータ１３７
の回転角ｑ_{1 3 7}によって、以下の式にしたがって制御
される。

【００３４】φ_{z 1 5 0}＝ｑ_{1 1 8}＝ｑ_{1 3 7} ただし、回転モータ１１８の回転角ｑ_{1 1 8}及び回転モ
ータ１３７の回転角ｑ_{13 7}は常に等しくなるように制
御する。ハンド１５０のｘ軸方向移動量ｐ_{x 1 50}は直
動機構１１９の移動量ｑ_{1 1 9}によって以下の式に従っ
て制御される。

【００３５】ｐ_{x 1 5 0}＝ｒ_xｑ_{1 1 9} ただし、ｒ_xはパンタグラフの形状から決まる比例係数
である。ハンド１５０のｙ軸方向移動量ｐ_{y 1 5 0}は直
動機構１２１の移動量ｑ_{1 2 1}によって以下の式に従っ
て制御される。

【００３６】ｐ_y150＝ｒ_y121 ただし、ｒ_y はパンタグラフの形状から決まる比例係数
である。ハンド１５０のｚ軸方向移動量ｐ_z150は直動機
構１３８の移動量ｑ₁₃₈ によって以下の式に従って制御
される。ｐ_z150＝ｒ_z ｑ₁₃₈ ただし、ｒ_z はパンタグラフの形状から決まる比例係数
である。

【００３７】従って、ベース部の設定された回転モータ
１１４及び回転モータ１１６及び回転モータ１１８及び
回転モータ１３３及び回転モータ１３５及び回転モータ
１３７及びアクチュエータ１２０及びアクチュエータ１
２２及びアクチュエータ１３９によってハンド部のｘ、
ｙ、ｚ軸回りの回転角及びｘ、ｙ、ｚ方向移動量を軸間
の干渉なく制御可能なマニピュレータ機構が得られる。

【００３８】図２に本発明におけるパンタグラフ機構の
第２の実施例を示す。同じリンク長の２つのパンタグラ
フ機構２０１及び２０２を配置する。このとき、パンタ
グラフ機構２０１の第１接点２０３及びパンタグラフ機
構２０２の第１接点２０４のなす線分と、パンタグラフ
機構２０１の第２接点２１６及びパンタグラフ機構２０
２の第２接点２１７のなす線分と、パンタグラフ機構２
０１の第３接点２３１及びパンタグラフ機構２０２の第
３接点２３２のなす線分とが、全て同じ長さで、平行な
位置関係にあるように配置する。

【００３９】パンタグラフ機構２０１の第１接点２０３
にリンク２０５を接合、パンタグラフ機構２０２の第１
接点２０４にリンク２０６を接合する、リンク２０５に
ｚ軸方向に回転軸を持つ回転ジョイント２０７を接合、
リンク２０６にｚ軸方向に回転軸を持つ回転ジョイント
２０８を接合、回転ジョイント２０７と回転ジョイント
２０８を第１リンク２０９で接合する。このとき、回転
ジョイント２０７の回転軸はパンタグラフ機構２０１の
第１接点２０３を通過し、回転ジョイント２０８の回転
軸はパンタグラフ機構２０２の第１接点２０４を通過す
るよう各々の回転ジョイントを設置する。

【００４０】第１リンク２０９をｘ軸方向に回転軸を持
つ回転モータ２１０の回転部に接合、回転モータ２１０
のベースをリンク２１１に接合、リンク２１１をｚ方向
に回転軸を持つ回転モータ２１２の回転部に接合、回転
モータ２１２をリンク２１３に接合、リンク２１３をｘ
方向に移動可能でアクチュエータ２１５によって駆動さ
れる直動機構２１４に接合する。この時、回転モータ２
１２の回転軸と回転モータ２１０の回転軸が一点で交わ
るようにそれぞれのモータを配置する。

【００４１】パンタグラフ機構２０１の第２接点２１６
にリンク２１８を接合、パンタグラフ２０２の第２接点
２１７にリンク２１９を接合、リンク２１８をｚ軸方向
に回転軸を持つ回転ジョイント２２０に接合、リンク２
１９をｚ軸方向に回転軸を持つ回転ジョイント２２１に
接合、回転ジョイント２２０及び回転ジョイント２２１
を第２リンク２２２で接合する。このとき、回転ジョイ
ント２２０の回転軸はパンタグラフ機構２０１の第２接
点２１６を通過し、回転ジョイント２２１の回転軸はパ
ンタグラフ機構２０２の第２接点２１７を通過するよう
に各々の回転ジョイントを設置する。

【００４２】第２リンク２２２をｘ軸方向に回転軸を持
つ回転モータ２２３の回転部に接合、回転モータ２２３
のベース部をリンク２２４に接合、リンク２２４をｚ軸
方向に回転軸を持つ回転モータ２２５の回転部に接合、
回転モータ２２５のベース部をリンク２２６に接合、リ
ンク２２６をｚ軸方向に移動可能でアクチュエータ２２
８によて駆動される直動機構２２７に接合、直動機構２
２７をｙ方向い移動可能でアクチュエータ２３０によっ
て駆動される直動機構２２９に接合する。この時、回転
モータ２３２の回転軸モータ２２５の回転軸が一点で交
わるようにそれぞれのモータ配置する。

【００４３】パンタグラフ機構２０１の第３接点２３１
にリンク２３３を接合、パンタグラフ機構２０２の第３
接点２３２にリンク２３４を接合、リンク２３３にｚ軸
方向に回転軸を持つ回転ジョイント２３５を接合、リン
ク２３４にｚ軸方向に回転軸を持つ回転ジョイント２３
６を接合、回転ジョイント２３５及び回転ジョイント２
３６をハンドリンク２３７で接合、ハンドリンク２３７
にハンド２３８を接合する。回転モータ２１０及び回
転モータ２１２の二つの回転軸の交点とパンタグラフ機
構２０１の第１接点２０３とパンタグラフ機構２０２の
第１接点２０４のなす三角形、並びに回転モータ２２３
及び回転モータ２２５の二つの回転軸の交点とパンタグ
ラフ機構２０１の第２接点２１６とパンタグラフ機構２
０２の第２接点２１７のなす三角形、並びにハンド２３
８とパンタグラフ機構２０１の第１接点２０３とパンタ
グラフ機構２０２の第１接点２０４のなす三角形が全て
合同で、平行移動によって互いに重ねあわすことが可能
なように各々のモータ配置する。また、ｘ軸回転のモー
タの軸線上にハンドとリンクの接点があるようにハンド
部を配置する。

【００４４】以上の構成によるマニピュレータでは、ハ
ンド２３８のｘ軸回りの回転角φ_{x2 3 8}は回転モータ
２１０の回転角ｑ_{2 1 0}及び回転モータ２２３の回転角
ｑ_{22 3}によって、以下の式にしたがって制御される。

【００４５】φ_{x 2 3 8}＝ｑ_{2 1 0}＝ｑ_{2 2 3} ただし、回転モータ２１０の回転角ｑ_{2 1 0}及び回転モ
ータ２２３の回転角ｑ_{2 2 3}は常に等しくなるように制
御する。ハンド２３８のｚ軸回りの回転角φ_{z2 3 8}は
回転モータ２１２の回転角ｑ_{2 1 2}及び回転モータ２２
５の回転角ｑ_{22 5}によって、以下の式にしたがって制
御される。

【００４６】φ_{z 2 3 8}＝ｑ_{2 1 2}＝ｑ_{2 2 5} ただし、回転モータ２１２の回転角ｑ_{2 1 2}及び回転モ
ータ２２５の回転角ｑ_{22 5}は常に等しくなるように制
御する。ハンド２３８ｘ軸方向移動量ｐ_{x 2 3 8}は直動
機構２１４の移動量ｑ_{2 1 4}によって以下の式に従って
制御される。

【００４７】ｐ_{x 2 3 8}＝ｒ_xｑ_{2 1 4} ただし、ｒ_xはパンタグラフの形状から決まる比例係数
である。ハンド２３８のｙ軸方向移動量ｐ_{y 2 3 8}は直
動機構２２９の移動量ｑ_{2 2 9}によって以下の式に従っ
て制御される。

【００４８】ｐ_{y 2 3 8}＝ｒ_yｑ_{2 2 9} ただし、ｒ_yはパンタグラフの形状から決まる比例係数
である。ハンド２３８のｚ軸方向移動量ｐ_{z 2 3 8}は直
動機構２２７の移動量ｑ_{2 2 7}によって以下の式に従っ
て制御される。

【００４９】ｐ_{z 2 3 8}＝ｒ_zｑ_{2 2 7} ただし、ｒ_zパンタグラフの形状から決まる比例係数で
ある。

【００５０】以上によってパンタグラフ機構のベース部
に設定された回転モータ２１０及び回転モータ２１２及
び回転モータ及び２２３及び回転モータ２２５及びアク
チュエータ２１５及びアクチュエータ２２８及びアクチ
ュエータ２３０によってハンド部のｘ、ｚ軸回りの回転
角ｘ、ｙ、ｚ方向移動量を軸間の干渉なく制御可能なマ
ニピュレータ機構が得られる。

【００５１】上記の、本発明の第１実施例及び第２の実
施例において、ｘ軸方向の直動機構及びｙ軸方向の直動
機構及びｚ軸方向の直動機構の各々を、パンタグラフの
第１リンクの側、或いは第２リンクの側の、どちらの側
に、どの組み合わせで配置しても同様の効果が得られる
ことは明らかである。さらには第１リンクあるいは第２
リンクの側の一方にｘ、ｙ、ｚ軸方向の直動機構を集中
させ、他方を固定させた配置をとってもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、平行に
設定された複数のパンタグラフ機構を用いることによ
り、床面固定部に設置されたアクチュエータで手先位置
のみならず姿勢をも制御することが可能なマニピュレー
タを実現する。従来のパンタグラフ機構で手先姿勢を制
御しようとすると、姿勢制御アクチュエーア・機構をパ
ンタグラフ機構の先端に取り付けねばならず、機構部が
複雑になり、ハンド部での可搬重量も減るため、パンタ
グラフ機構を使うことの有利性が失われた。

【００５３】これに対して、本発明では床面固定部に設
置されたアクチュエータでハンドの位置・姿勢を制御す
るため、従来のパンタグラフ機構に比してアクチュエー
タの負荷が少なくて済み、また、ハンド姿勢のキネマテ
ィックス演算も容易となる。ハンド部の移動については
平行移動と回転移動が別々のアクチュエータによって制
御されるため、機構学的・力学的な干渉も少なくて済
む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマニピュレータの第１実施例を説
明する図である。

【図２】本発明によるマニピュレータの第２実施例を説
明する図である。

【図３】パンタグラフ機構を説明する図である。

【図４】従来のパンタグラフ機構を用いたマニピュレー
タを説明する図である。

【符号の説明】

１０１パンタグラフ機構１０２パンタグラフ機構１０３パンタグラフ機構１０４第１接点１０５第１接点１０６第１接点１０７リンク１０８リンク１０９リンク１１０回転ジョイント１１１回転ジョイント１１２回転ジョイント１１３第１リンク１１４回転モータ１１５リンク１１６回転モータ１１７リンク１１８回転モータ１１９直動機構１２０アクチュエータ１２１直動機構１２２アクチュエータ１２３第２接点１２４第２接点１２５第２接点１２６リンク１２７リンク１２８リンク１２９回転ジョイント１３０回転ジョイント１３１回転ジョイント１３２第２リンク１３３回転モータ１３４リンク１３５回転モータ１３６リンク１３７回転モータ１３８直動機構１３９アクチュエータ１４０第３接点１４１第３接点１４２第３接点１４３リンク１４４リンク１４５リンク１４６回転ジョイント１４７回転ジョイント１４８回転ジョイント１４９ハンドリンク１５０ハンド２０１パンタグラフ機構２０２パンタグラフ機構２０３第１接点２０４第１接点２０５リンク２０６リンク２０７回転ジョイント２０８回転ジョイント２０９第１リンク２１０回転モータ２１１リンク２１２回転モータ２１３リンク２１４直動機構２１５アクチュエータ２１６第２接点２１７第２接点２１８リンク２１９リンク２２０回転ジョイント２２１回転ジョイント２２２第２リンク２２３回転モータ２２４リンク２２５回転モータ２２６リンク２２７直動機構２２８アクチュエータ２２９直動機構２３０アクチュエータ２３１第３接点２３２第３接点２３３リンク２３４リンク２３５回転ジョイント２３６回転ジョイント２３７ハンドリンク２３８ハンド３０１リンク３０２リンク３０３リンク３０４リンク３０５回転ジョイント３０６回転ジョイント３０７回転ジョイント３０８回転ジョイント３０９回転ジョイント３１０回転ジョイント３１１第３接点４０１パンタグラフ機構４０２第１接点３０４回転ジョイント４０４直動機構４０５第２接点４０６回転ジョイント４０７直動機構４０８直動機構４０９第３接点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに平行な配置をとる複数パンタグラ
フ機構と、前記複数パンタグラフ機構の出力部に、複数回転ジョイ
ントと複数リンクを介して前記複数パンタグラフ機構を
結ぶハンドリンクと、前記ハンドリンクに接続されたハンドと、前記複数パンタグラフ機構のそれぞれの第１駆動入力部
に複数回転ジョイントと複数リンクを介して前記複数パ
ンタグラフ機構を結ぶ第１リンクと、前記複数パンタグラフ機構のそれぞれの第２駆動入力部
に複数回転ジョイントと複数リンクを介して前記複数パ
ンタグラフ機構を結ぶ第２リンクと、各々の回転軸が一点で垂直に交わる複数モータで構成さ
れ、一方は前記第１リンクに接合され、他方は前記第２
リンクに接合された、同じ軸構成を持つ２つのハンド姿
勢制御部と、前記ハンド姿勢制御部の下部にハンドの位置制御を行う
複数アクチュエータとを有することを特徴とするマニピ
ュレータ。