JP2000263479A - ヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置 - Google Patents

ヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 操縦者の身体に取付けてロボットをリモート
コントロールするロボットのリモートコントロール装置
において、ヒトの腕に取付けることができるという利点
を有しながら、軽量化を実現する。 【解決手段】 一連のマスター装置を直列連結構造とし
て単純化し、かつ、トルク発生部を胴体の近く及び上腕
部の近くに集中させ、自重による人体の疲労感及び作動
の複雑性などを改善する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヒト腕取付け型力
再現機能を有するマスター装置に関するものであり、特
に操縦者の腕の動きを感知してスレーブロボットの動作
命令を作り、スレーブロボットが感知する外部の力と運
動学的関節制限などによる運動制限情報を、ブレーキや
サーボモータなどを利用して再現する一連のマスター装
置を、直列連鎖構造として単純化し、かつ、トルクを制
御するトルク発生部を胴体の近くに集中化することによ
って、自重による身体の疲労感及び作動の複雑性などが
改善できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ロボットは様々な産業分野に幅
広く利用されているが、最初はダイカスト、鍛造、スポ
ット溶接のようなヒトには難しく、危険な作業に応用さ
れていた。
【０００３】こうした産業用ロボットの発達に伴って、
現在は、産業用ロボットの他にもヒトに代わって様々な
作業が行えるほど自由度の高い多目的リモートコントロ
ールロボットのニーズが増えつつあり、たゆまずそれの
研究開発が進められている。
【０００４】ロボットの様々な動作を行うためには、リ
モートコントロール装置が必要となり、今までこのよう
なリモートコントロール装置は多様な形態で、また多様
な機能を行えるように開発されている。こうしたロボッ
トリモートコントロール装置は、ロボットの動作を作業
者が直接調整することにより、距離の遠い場合や危険な
環境などの特殊な状況で必要な作業を行うことができ
る。
【０００５】産業用ロボット著しくはヒト型ロボットマ
ニピュレータ（manipulator）を効率的にリモートコン
トロールするため用いられる制御装置としては、一般
に、制御の対象であるスレーブロボットのような形状を
有するマスターコントロール装置が製作され用いられた
り、または、ヒトの腕に直接取付けられる形態のヒト型
マスター装置（Anthropomorphic master control devic
e）が用いられたりしている。
【０００６】また、前記のヒト型マスターは、ヒトの自
然な動きをそのままマスターの入力として用いるという
利点があり、今まで多くの研究が進められ、様々な装置
が開発されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、力再現
（force reflection）機能を有するヒト型マスターの殆
んどは、用いられる電気式モータの絶対的な大きさ及び
重さ、そして、ヒトの腕に取付けるための支持部の重量
などによって、調節者にかなりの荷重を与えられている
ため、長時間の作動が不可能となるだけでなく、自重や
慣性による制御の困難などが大きな欠点として指摘され
ている。
【０００８】従って、ヒトの腕に取付けられるという利
点を有しながら、軽量化できるマスターの開発が求めら
れている。
【０００９】本発明は、前記のような問題を解決しよう
とするものであって、操縦者の腕に取付けられ、スレー
ブロボットをリモートコントロールするマスター装置を
直列連鎖構造として単純化し、ヒトの腕の回転トルクを
制御するトルク発生部を胴体の近くに集中化することに
より、自重による身体の疲労感や作動の複雑性などが改
善できるようにしたヒト腕取付け型力再現機能を有する
マスター装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１記載のヒト腕取
付け型力再現機能を有するマスター装置の発明は、操縦
者の身体に取付けてロボットをリモートコントロールす
るロボットのリモートコントロール装置において、操縦
者の背中の上部に固定される第１の体結部と、操縦者の
肘の上部や下部に体結され固定される第２，第３の体結
部と、操縦者の手の甲に体結され固定される第４の体結
部と、前記第１の体結部に固定される複数の円筒形回転
軸部材からなる第１の回転軸部と、一端は前記第１の回
転軸部に結合され、さらに他端は前記第２の体結部と結
合される複数の連結部材が、複数の回転リンク部材を介
して直列に連結される第１の連結部と、連結部材により
前記第２の体結部に結合される複数の円筒形回転軸部材
からなる第３の回転軸部と、前記第２の体結部と前記第
３の体結部との間にそれぞれ連結部材により結合される
円筒形回転軸部材からなる第２の回転軸部と、一端は前
記第４の体結部と結合され、さらに他端は前記第３の回
転軸部に結合される複数の連結部材が、複数の回転リン
ク部材を介して直列に連結される第２の連結部とからな
り、前記第１の回転軸部は操縦者の肩の動きを感知し、
前記第２の回転軸部は操縦者の肘の動きを感知し、さら
に前記第３の回転軸部は操縦者の手首の動きを感知する
ことを特徴とする。
【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載のヒ
ト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置におい
て、前記第２，第３，第４の体結部と前記回転リンク部
材及び第３の回転軸部を連結する連結部材は、前記回転
リンク部材及び第３の回転軸部が操縦者の胴体側に密着
された位置に位置付けられるよう、所定長さを持つこと
を特徴とする。
【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１記載のヒ
ト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置におい
て、前記第１の回転軸部は、操縦者の肩の関節の動きに
より現在の腕の位置が組合せ的に位置決められるよう、
第１，第２，第３の円筒形回転軸部材が三つの方向性を
有するように結合されていることを特徴とする。
【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１または２
記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置
において、前記第３の回転軸部は、操縦者の手首の動き
によってそれぞれの回転角度により手の位置が組合せ的
に位置決められるよう、第４，第５，第６の円筒形回転
軸部が三つの方向性を有するように結合されていること
を特徴とする。
【００１４】請求項５記載の発明は、請求項１記載のヒ
ト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置におい
て、前記第１の連結部は、一端は第１の回転軸部に結合
され、さらに他端は第１の回転リンク部材に結合される
第１の連結部材と、前記第１の回転リンク部材と第２の
回転リンク部材とを連結する第２の連結部材と、前記第
２の体結部材と連結部材とにより結合され、第３の回転
リンク部材と第２の回転リンク部材とを連結する第３の
連結部材と、からなることを特徴とする。
【００１５】請求項６記載の発明は、請求項１または５
記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置
において、前記第２の連結部は、一端は第３の回転軸部
に結合され、さらに他端は第４の回転リンク部材に結合
される第４の連結部材と、前記第４の回転リンク部材と
第５の回転リンク部材とを連結する第５の連結部材と、
前記第４の体結部の下部に結合される第６の回転リンク
部材と前記第５の回転リンク部材とを連結する第６の連
結部材と、からなることを特徴とする。
【００１６】請求項７記載の発明は、請求項１記載のヒ
ト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置におい
て、前記第１の回転リンク部材及び第４の回転リンク部
材は、操縦者の腕の長さや手の大きさにより位置が補正
できるよう、初期カリブレーション（Calibration）の
位置決め装置がさらに設けられることを特徴とする。
【００１７】請求項８記載の発明は、請求項１記載のヒ
ト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置におい
て、前記各円筒形回転軸の内部には、前記各連結部材に
連結され、腕の動作方向を測定する方向決め装置部と、
トルクを調節するギヤ部と、電気式ブレーキ若しくはサ
ーボモータからなるトルク発生部と、現在の腕の動きを
回転角度により測定する位置決め装置部と、が設けられ
ていることを特徴とする。
【００１８】請求項９記載の発明は、請求項８記載のヒ
ト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置におい
て、前記方向決め装置部は、支持鉄心に連結される上下
両側に長めのスルーホールがそれぞれ形成され、中央に
スルーホールを有する第１の円板と、前記第１の円板の
各長めのスルーホール及びスルーホールに相応して嵌め
込まれる複数の突出部を有する第２の円板と、前記第１
の円板及び第２の円板の間に位置し、一定のプリロード
を有し、両円板を連結するトーションバーと、前記各連
結部材の回転負荷と前記トーションバーのプリロードの
相対的な強さを感知するリミットスイッチと、からなる
ことを特徴とする。
【００１９】請求項１０記載の発明は、請求項１記載の
ヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置におい
て、前記第１，第２の連結部は、二つの平行するチュー
ブが並んで設けられており、第６，第７の連結部材が前
記各チューブに一つずつ連結され、上下に直線運動する
受動体からなることを特徴とする。
【００２０】請求項１１記載の発明は、請求項１記載の
ヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置におい
て、前記マスター装置は、前記各円筒形回転軸の電気式
ブレーキ若しくはサーボモータからなるトルク発生部を
除去し、後側に設けられる位置決め装置のみで、力再現
機能を有しない単純ティーチング装置としても用いられ
ることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明による実施例の構成
及び作用を図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】図１に示すように、本発明は操縦者の身体
に取付け、ロボットをリモートコントロールするロボッ
トリモートコントロール装置において、操縦者の背中の
上部に固定される第１の体結部１と、操縦者の肘の上部
や下部に体結され固定される第２，第３の体結部２７，
２８と、操縦者の手の甲に体結され固定される第４の体
結部３０と、前記第１の体結部に固定される複数の円筒
形回転軸部材からなる第１の回転軸部４４と、一端は前
記第１の回転軸部４４に結合され、さらに他端は前記第
２の体結部２７に結合される複数の連結部材が複数の回
転リンク部材を介して直列に連結される第１の連結部２
５と、連結部材により前記第２の体結部２７に結合され
る複数の円筒形回転軸部材からなる第３の回転軸部４５
と、前記第２の体結部２７と前記第３の体結部２８との
間にそれぞれ連結部材により結合される円筒形回転軸部
材からなる第２の回転軸部２９と、一端は前記第４の体
結部３０と結合され、さらに他端は前記第３の回転軸部
４５に結合される複数の連結部材が複数の回転リンク部
材を介して直列に連結された第２の連結部２６とからな
る。
【００２３】また、前記第２，第３，第４の体結部２
７，２８，３０と前記回転リンク部材、第３の回転軸部
４５を連結する連結部材は、前記回転リンク部材及び第
３の回転軸部４５が操縦者の胴体側に密着された位置に
位置づけられるよう所定長さを有する。
【００２４】また、前記第１の回転軸部４４は、操縦者
の肩に関節の動きによって現在の腕の長さが組合せ的に
位置決められるよう、第１，第２，第３の円筒形回転軸
部材２，３，４が三方向性を有するように結合されてい
る。
【００２５】また、前記第３の回転軸部４５は、操縦者
の手首の動きによってそれぞれの回転角度により手の位
置が組合せ的に位置決められるよう、第４，第５，第６
の円筒形回転軸部５，６，７が三方向性を有するように
結合されている。
【００２６】また、前記第１の連結部２５は、一端は第
１の回転軸部４４に結合され、さらに他端は第１の回転
リンク部材８に結合される第１の連結部材１４と、前記
第１の回転リンク部材８と第２の回転リンク部材９とを
連結する第２の連結部材１５と、前記第２の体結部材２
７と連結部材１７−１とにより結合され、第３の回転リ
ンク部材１０と第２の回転リンク部材９とを連結する第
３の連結部材１６とからなる。
【００２７】また、前記第２の連結部２６は、一端は第
３の回転軸４５に結合され、さらに他端は第４の回転リ
ンク部材１１に結合される第４の連結部材２０と、前記
第４の回転リンク部材１１と第５の回転リンク部材１２
とを連結する第５の連結部材２１と、前記第４の体結部
３０の下部に結合される第６の回転リンク部材１３と前
記第５の回転リンク部材１２とを連結する第６の連結部
材２２とからなる。
【００２８】また、前記第１の回転リンク部材及び第４
の回転リンク部材は、操縦者の腕の長さや手の大きさに
よって位置が補正できるように、初期カリブレーション
（Calibration）の位置決め装置がさらに設けられる。
【００２９】また、前記各円筒形回転軸の内部には、前
記各連結部材に連結されて腕の動作方向を測定する方向
決め装置部３２と、トルクを調節するギヤ部３３と、電
気式ブレーキ若しくはサーボモータからなるトルク発生
部３４と、現在の腕の動きを回転角度により測定する位
置決め装置部３５とが設けられる。
【００３０】また、前記方向決め装置部３２は、支持鉄
心に連結される上下両側に長めのスルーホール３６が形
成され、中央にスルーホール３７を有する第１の円板３
８と、前記第１の円板３８の各長めのスルーホール３６
及びスルーホール３７に相応して嵌め込まれる複数の突
出部を有する第２の円板４０と、前記第１の円板３８及
び第２の円板４０の問に位置し、一定のプリロードを有
し、両円板を連結するトーションバー４１と、前記各連
結部材の回転負荷と前記トーションバーのプリロードの
相対的な強さを感知するリミットスイッチ４２とからな
る。
【００３１】また、前記第１，第２の連結部２５，２６
に代わって、二つの平行するチューブ４３が並んで設け
られており、第６，第７の連結部材２３，２４が前記各
チューブ４３に一つずつ連結され、上下に直線運動する
受動体を用いることができる。
【００３２】以下、前記のように構成された本発明の作
用を説明する。
【００３３】本発明は、図１に示すように、従来の装置
が有する、操縦者の腕にロボットリモートコントロール
装置を取付けることによって生じる、自重による人体の
疲労感や作動の複雑性などの欠点を改善するために、単
純な直列連鎖形式の機構を採用し、また、腕に加えられ
る装置による自重を最少とするために、トルクを制御す
る円筒形回転軸部４４，４５を一ヶ所に集中させてお
り、このため、できるだけ胴体の近くに位置させた。
【００３４】このため、本発明は、操縦者の背中の上部
に固定される第１の体結部１の一方には、第１の円筒形
回転軸部材２が固定され、操縦者の肩の関節の動きによ
って組合せ的に位置決められるよう、ロール（Roll）、
ピッチ（Pitch）、ヨー（Yaw）の三つの方向への回転運
動をする第１，第２，第３の円筒形回転軸部材２，３，
４が設けられる。
【００３５】また、図２に示すように、前記第１，第
２，第３の円筒形回転軸部材２、３、４は、第１の連結
部２５の動きによって位置決められる。
【００３６】なお、前記第１の連結部２５は、第３の円
筒形回転軸部材４の一端と肘の上部に体結される第２の
体結部２７との間に設けられ、操縦者の腕の動きによっ
て回転される第１の回転リンク部材８と、前記第１の回
転リンク部材８の各両側に連結され一緒に回転する第
１，第２の連結部材１４，１５からなる。
【００３７】また、前記第１の回転リンク部材８には、
回転角度が測定できる初期カリブレーションの位置決め
装置が体結されている。
【００３８】この際、前記第１の連結部２５は、図８に
示すように、二つの平行するチューブ４３が設けられ、
また、第６，第７の連結部材２３，２４が前記各チュー
ブ４３に一つずつ連結されて上下に直線運動する受動体
で代えることができる。
【００３９】また、図３に示すように、操縦者の肘の上
部には、前記第１の連結部２５と第３の回転リンク部材
１０及び連結部材１７-１により連結される第２の体結
部２７が体結される。なお、前記第２の体結部２７に
は、一方は連結部材１８により第２の回転軸部２９に連
結され、さらに他方は他の連結部材１９に連結される第
３の体結部２８に連結される。
【００４０】また、前記第３の体結部２８には、操縦者
の手首の動きによって現在の腕の動きを、回転角度によ
り組合せ的に感知する第４，第５，第６の円筒形回転軸
部材５，６，７が連結されるようになる。
【００４１】また、図４に示すように、前記第４，第
５，第６の円筒形回転軸部材５，６，７は、操縦者の手
首の動きによって、一緒に移動しながら回転する第２の
連結部２６に連結される。なお、前記第２の連結部２６
は、操縦者の手首の動きによって回転する第４の回転リ
ンク部材１１と、前記第６の円筒形回転軸部材７に一方
が連結され、さらに前記第４の回転リンク部材に他方が
連結されて、前記第４の回転リンク部材１１と一緒に回
転される第４の連結部材２０と、前記第４の同軸リンク
部材１１及び第５の回転リンク部材１２とを連結する第
５の連結部材２１からなる。
【００４２】この際、前記第２の連結部２６は、図８に
示すように、二つの平行するチューブ４３が設けられ、
また、第６，第７の連結部材２３，２４が前記各チュー
ブ４３に一つずつ連結されて上下に直線運動する受動体
で代えることができる。
【００４３】また、手の甲に固定される第４の体結部３
０が、第６の回転リンク１３及び連結部材２２により前
記第２の連結部２６に連結される。
【００４４】また、図２及び図４に示すように、前記第
１の回転リンク部材８及び第４の回転リンク部材１１に
は、操縦者の腕の長さや手の大きさによって位置が補正
できるように、初期カリブレーションの位置決め装置が
取付けられている。
【００４５】一方、操縦者は、前記のような構成を有す
るロボットリモートコントロールのためのマスター装置
の第１の体結部１を、背中の上部に取付けた後、第２の
体結部２７を肘の上部に体結する。また、第３の体結部
２８を肘の下部に体結したままで、所定作業をするため
に腕を動くと、マスター装置の第１，第２，第３の連結
部材１４，１５，１６、第４，第５の連結部材２０，２
１及び複数の連結部材１７-１，１７-２，１８，１９，
２２が一緒に動くようになる。従って、第１，第２，第
３の回転リンク部材８，９，１０及び第４，第５，第６
の回転リンク部材１１，１２，１３が回転するようにな
る。
【００４６】また、前記第１，第２，第３の回転リンク
部材８，９，１０及び第４，第５，第６の回転リンク部
材１１，１２，１３が回転するようになる。
【００４７】また、前記第１，第２，第３の回転リンク
部材８，９，１０及び第４，第５，第６の回転リンク部
材１１，１２，１３が回転すると共に、前記第１，第
２，第３の連結部材１４，１５，１６も一緒に回転する
ことになる。この際、前記第１の連結部材１４及び第４
の連結部材２０に連結されている第３の円筒形回転軸部
材４、及び第６の円筒形回転軸部材７の位置決め装置部
３５が回転される。
【００４８】これにより、前記第３の円筒形回転軸部材
４及び第６の円筒形回転軸部材７にそれぞれ連結されて
いる第１，第２の円筒形回転軸部材２，３、並びに、第
４，第５の円筒形回転軸部材５，６が、前記第３の円筒
形回転軸部材４及び第６の円筒形回転軸部材７と一緒
に、操縦者の腕の動きによって全部回転するか、それと
もその中のいずれか一つ或いは二つの回転軸部材のみが
組合せ的に回転するようになる。
【００４９】この際、前記各円筒形回転軸部材の位置決
め装置により感知された回転角度のデータが印加された
マスター装置制御機（図示せず）は、三つの方向への回
転運動であるロール、ピッチ、及びヨーを計算すること
により、現在の操縦者の腕の運動方向を判断し、また、
こうした判断結果によってスレーブロボットの動作をリ
モートコントロールすることができるようになる。
【００５０】一方、図５に示すように、前記第１，第
２，第３の円筒形回転軸部材２，３，４、第２の回転軸
部材２９及び第４，第５，第６の円筒形回転リンク部材
５，６，７の回転軸には、大別して、操縦者の腕の動き
によって前記第１，第２，第３の回転リンク部材８，
９，１０及び第４，第５，第６の回転リンク部材１１，
１２，１３と一緒に回転する回転負荷である前記各連結
部材に連結され、回転角度を感知する位置決め装置部３
５と、前記位置決め装置部３５の後段に位置し、スレー
ブロボットが円滑にコントロールされていて力の再現を
必要としない場合には、空回転し、また、スレーブロボ
ットが障害物などに引っ掛かって運動が制限されている
場合には、電気式ブレーキ若しくはサーボモータを作動
して力を再現するトルク発生部３４と、前記トルク発生
部３４の後段に設けられ、前記トルク発生部３４から生
じたトルクを増幅させるギヤ部３３と、前記ギヤ部３３
の後段に設けられ、腕の動作方向を感知する方向決め装
置部３２とが設けられる。
【００５１】それにより、前記トルク発生部３４に、ス
レーブロボットの末端部に加えられる力に比例する電流
が通されると、回転に抵抗するトルクが発生し、また、
該トルクはギヤ部３３で増幅される。
【００５２】また、図６に示すように、前記方向決め装
置部３２には、前記連結部材のような回転負荷が連結さ
れている。また、方向決め装置部３２は、上下両側に長
めのスルーホール３６がそれぞれ形成されており、中央
にスルーホール３７を有する第１の円板３８と、前記第
１の円板３８の各長めのスルーホール及びスルーホール
３７に相応して猷め込まれる複数の突出部３９を有する
第２の円板４０と、前記靖２の円板３８及び第２の円板
４０の間に位置して、一定のフリーロードを持ち、両円
板を連結するトーションバー４１と、前記回転負荷とト
ーションバー４１との相対的強さを感知するリミットス
イッチ４２とからなる。
【００５３】それにより、本発明によってリモートコン
トロールされるスレーブロボットが、作業中障害物に引
っ掛かり、その方向には動けなくなると、力の再現機能
によりマスター装置制御機は、操縦者の腕の運動方向を
感知し、操縦者が力の再現機能のかかっている方向へと
動くと、続けてブレーキの作動を行い、また、その反対
の方向へと動くと、前記リミットスイッチ４２の感知に
よってブレーキの作動を中止することにより、腕を動か
すことができるようになる。
【００５４】つまり、図６は、ブレーキがトルク発生部
３４の電気式駆動装置として用いられる場合に、操縦者
の回転方向を判別するための方向決め装置部３２を示し
ており、前述のように、力の再現機能によってブレーキ
が作動されると、通された電流の量により回転軸の回転
を妨げるトルクが発生するようになる。
【００５５】この際、操縦者がその反対の方向へと動き
たい場合には、ブレーキの作動を解除する必要がある。
従って、ブレーキがかかっている状態でその反対の方向
に回転しようとする動きが感知できる方向感知装置が必
要となる。
【００５６】このため、ブレーキに連結された回転軸部
材に第２の円板４０が設けられ、また、対向する第１の
円板３８には回転負荷が連結され、前記第１の円板３８
と第２の円板４０との間には所定のプリロードを有する
トーションバー４１が位置し、両円板を連結するように
なる。
【００５７】それにより、前記トーションバー４１のフ
リーロードされたトルクより弱い回転負荷によって、第
１の円板３８と第２の円板４０とが一緒に回転するよう
になる。この際、もしブレーキが作動すると、第２の円
板４０は停止し、第１の円板３８は回転方向によって停
止するか、それともフリーロードされた方向と反対であ
る場合には、長めのスルホール３６に沿って回転し、リ
ミットスイッチ４２を作動すると共に停止する。
【００５８】しかしながら、ブレーキが作動した方向の
反対に回転負荷がかかると、該回転負荷がプリロードよ
り強い場合は、長めのスルーホール３６に沿って回転す
ることにより、リミットスイッチ４２がオン、またはオ
フになる。
【００５９】前記のように発生される第１の円板３８と
第２の円板４０との間の相対的運動をリミットスイッチ
４２が感知し、こうした感知信号により回転負荷が一定
の強さを超えていることが分かり、また、ブレーキの作
動を解除する信号としても用いられる。
【００６０】ちなみに、図７（ａ）は、ブレーキが作動
しなくて、何の負荷のかかっていない場合の作動図であ
る。なお、図７（ｂ）は、ブレーキが作動する場合であ
って、回転方向が時計回りで、さらに回転負荷がトーシ
ョンバー４１のフリーロードのトルクより強い場合であ
り、この際、長めのスルーホール３６に沿って回転して
前記リミットスイッチ４２が作動するようになる。
【００６１】こうした状態で、前記マスター装置制御機
は、前記リミットスイッチ４２の作動を感知することに
より、現在の操縦者の動いている方向を判断する。すな
わち、前述のように、操縦者がブレーキの作動方向（こ
の場合、時計回り）とその反対の方向（時計回りの反
対）に動くと、第２の円板は図７（ｂ）から図７（ａ）
へ復帰されることにより、リミットスイッチ４２のスイ
ッチング状態が反転され、また、前記ロボットリモート
コントロール装置制御機は、その作動信号の印加を受け
てブレーキの作動を解除する。
【００６２】これにより、操縦者は自由にその反対の方
向へ動くことができるようになる。
【００６３】一方、本発明によるマスター装置は、前記
各円筒形回転軸において、電気式ブレーキ若しくはサー
ボモータからなるトルク発生部３４を除去し、後側に設
けられる位置決め装置部３５のみで、力の再現機能のな
い単純ティーチング装置として使用することができる。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したことから明らかとなるよう
に、本発明によれば、操縦者の腕に取付けられた状態で
腕の動きを感知し、スレーブロボットの動作命令を作り
出すと共に、スレーブロボットが感知する外部の力と運
動学的関節制限などによる運動制限情報をブレーキやサ
ーボモータなどを用いて再現するマスター装置を、直列
連鎖構造として単純化することにより、自重による人体
の疲労感、及び作動の複雑性を改善することができる。
【００６５】また、トルクをコントロールする円筒形回
転軸部を一ヶ所に集中させ、できるだけ胴体の近くに位
置させることにより、腕に取付けられる装置による自重
を最少とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヒト腕取付け型力再現機能を有す
るマスター装置を示す概略斜視図である。
【図２】本発明によるヒト腕取付け型力再現機能を有す
るマスター装置の肩部の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明によるヒト腕取付け型力再現機能を有す
るマスター装置の肘の構造を示す斜視図である。
【図４】本発明によるヒト腕取付け型力再現機能を有す
るマスター装置の手首の構造を示す斜視図である。
【図５】本発明による力再現装置である各円筒形回転軸
部材の構造を示す斜視図である。
【図６】本発明による方向決め装置部を示す分解斜視図
である。
【図７】本発明による方向決め装置部に設けられるリミ
ットスイッチの感知状態を示す参照図である。
【図８】本発明による直線駆動をするシリンダータイプ
の受動体を示す構造図である。
【符号の説明】
１： 第１の体結部 ２：第１の円筒形回転軸部材 ３：第２の円筒形回転軸部材 ４：第３の円筒形回転軸部材 ５：第４の円筒形回転軸部材 ６：第５の円筒形回転軸部材 ７：第６の円筒形回転軸部材 ８： 第１の回転リンク部材 ９： 第２の回転リンク部材 １０：第３の回転リンク部材 １１：第４の回転リンク部材 １２：第５の回転リンク部材 １３：第６の回転リンク部材 １４：第１の連結部材 １５：第２の連結部材 １６：第３の連結部材 １７−１：連結部材 ２０：第４の連結部材 ２１：第５の連結部材 ２２：第６の連結部材 ２５：第１の連結部 ２６：第２の連結部 ２７：第２の体結部 ２８：第３の体結部 ２９：第２の回転軸部 ３０：第４の体結部 ３１：位置決め装置 ３２：方向決め装置部 ３３：ギヤ部 ３４：トルク発生部 ３５：位置決め装置部 ３６：長めのスルーホール ３７：スル一ホール ３８：第１の円板 ３９：突出部 ４０：第２の円板 ４１：トーションバー ４２：リミットスイッチ ４３：チューブ ４４：第１の回転軸部 ４５：第３の回転軸部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 李 宗 元 大韓民国ソウル特別市松波区蚕室５洞アパ ート514−503 Ｆターム(参考） 3F059 AA11 BA02 BA07 BC02 BC09 DA02 DA10 DB01 DC04 DD01 DD05 DE05 EA00 EA05 FA01 FA06 FB26 FC03

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 操縦者の身体に取付けてロボットをリモ
    ートコントロールするロボットのリモートコントロール
    装置において、 操縦者の背中の上部に固定される第１の体結部と、 操縦者の肘の上部や下部に体結され固定される第２，第
    ３の体結部と、 操縦者の手の甲に体結され固定される第４の体結部と、 前記第１の体結部に固定される複数の円筒形回転軸部材
    からなる第１の回転軸部と、 一端は前記第１の回転軸部に結合され、さらに他端は前
    記第２の体結部と結合される複数の連結部材が、複数の
    回転リンク部材を介して直列に連結される第１の連結部
    と、 連結部材により前記第２の体結部に結合される複数の円
    筒形回転軸部材からなる第３の回転軸部と、 前記第２の体結部と前記第３の体結部との間にそれぞれ
    連結部材により結合される円筒形回転軸部材からなる第
    ２の回転軸部と、 一端は前記第４の体結部と結合され、さらに他端は前記
    第３の回転軸部に結合される複数の連結部材が、複数の
    回転リンク部材を介して直列に連結される第２の連結部
    とからなり、 前記第１の回転軸部は操縦者の肩の動きを感知し、前記
    第２の回転軸部は操縦者の肘の動きを感知し、さらに前
    記第３の回転軸部は操縦者の手首の動きを感知すること
    を特徴とするヒト腕取付け型力再現機能を有するマスタ
    ー装置。
  2. 【請求項２】 前記第２，第３，第４の体結部と前記回
    転リンク部材及び第３の回転軸部を連結する連結部材
    は、前記回転リンク部材及び第３の回転軸部が操縦者の
    胴体側に密着された位置に位置付けられるよう、所定長
    さを持つことを特徴とする請求項１記載のヒト腕取付け
    型力再現機能を有するマスター装置。
  3. 【請求項３】 前記第１の回転軸部は、操縦者の肩の関
    節の動きにより現在の腕の位置が組合せ的に位置決めら
    れるよう、第１，第２，第３の円筒形回転軸部材が三つ
    の方向性を有するように結合されていることを特徴とす
    る請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマ
    スター装置。
  4. 【請求項４】 前記第３の回転軸部は、操縦者の手首の
    動きによってそれぞれの回転角度により手の位置が組合
    せ的に位置決められるよう、第４，第５，第６の円筒形
    回転軸部が三つの方向性を有するように結合されている
    ことを特徴とする請求項１または２記載のヒト腕取付け
    型力再現機能を有するマスター装置。
  5. 【請求項５】 前記第１の連結部は、 一端は第１の回転軸部に結合され、さらに他端は第１の
    回転リンク部材に結合される第１の連結部材と、 前記第１の回転リンク部材と第２の回転リンク部材とを
    連結する第２の連結部材と、 前記第２の体結部材と連結部材とにより結合され、第３
    の回転リンク部材と第２の回転リンク部材とを連結する
    第３の連結部材と、 からなることを特徴とする請求項１記載のヒト腕取付け
    型力再現機能を有するマスター装置。
  6. 【請求項６】 前記第２の連結部は、 一端は第３の回転軸部に結合され、さらに他端は第４の
    回転リンク部材に結合される第４の連結部材と、 前記第４の回転リンク部材と第５の回転リンク部材とを
    連結する第５の連結部材と、 前記第４の体結部の下部に結合される第６の回転リンク
    部材と前記第５の回転リンク部材とを連結する第６の連
    結部材と、からなることを特徴とする請求項１または５
    記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装
    置。
  7. 【請求項７】 前記第１の回転リンク部材及び第４の回
    転リンク部材は、操縦者の腕の長さや手の大きさにより
    位置が補正できるよう、初期カリブレーション（Calibr
    ation）の位置決め装置がさらに設けられることを特徴
    とする請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有す
    るマスター装置。
  8. 【請求項８】 前記各円筒形回転軸の内部には、前記各
    連結部材に連結され、腕の動作方向を測定する方向決め
    装置部と、 トルクを調節するギヤ部と、 電気式ブレーキ若しくはサーボモータからなるトルク発
    生部と、 現在の腕の動きを回転角度により測定する位置決め装置
    部と、が設けられていることを特徴とする請求項１記載
    のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置。
  9. 【請求項９】 前記方向決め装置部は、支持鉄心に連結
    される上下両側に長めのスルーホールがそれぞれ形成さ
    れ、中央にスルーホールを有する第１の円板と、前記第
    １の円板の各長めのスルーホール及びスルーホールに相
    応して嵌め込まれる複数の突出部を有する第２の円板
    と、 前記第１の円板及び第２の円板の間に位置し、一定のプ
    リロードを有し、両円板を連結するトーションバーと、 前記各連結部材の回転負荷と前記トーションバーのプリ
    ロードの相対的な強さを感知するリミットスイッチと、 からなることを特徴とする請求項８記載のヒト腕取付け
    型力再現機能を有するマスター装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１，第２の連結部は、二つの平
    行するチューブが並んで設けられており、第６，第７の
    連結部材が前記各チューブに一つずつ連結され、上下に
    直線運動する受動体からなることを特徴とする請求項１
    記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記マスター装置は、前記各円筒形回
    転軸の電気式ブレーキ若しくはサーボモータからなるト
    ルク発生部を除去し、後側に設けられる位置決め装置の
    みで、力再現機能を有しない単純ティーチング装置とし
    ても用いられることを特徴とする請求項１記載のヒト腕
    取付け型力再現機能を有するマスター装置。
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