JP2001140802A - バイラテラル位置・力伝達装置 - Google Patents
バイラテラル位置・力伝達装置Info
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- JP2001140802A JP2001140802A JP31918099A JP31918099A JP2001140802A JP 2001140802 A JP2001140802 A JP 2001140802A JP 31918099 A JP31918099 A JP 31918099A JP 31918099 A JP31918099 A JP 31918099A JP 2001140802 A JP2001140802 A JP 2001140802A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マスター側アクチュエータの作用とスレーブ
側アクチュエータの作用の相補性に優れ、小型軽量化が
可能なバイラテラル位置・力伝達装置を提供する。 【解決手段】 マスター側アクチュエータ１Ｍとスレー
ブ側アクチュエータ１Ｓに力を授受させて、相互に動作
させる。マスター側アクチュエータ１Ｍの内圧とスレー
ブ側アクチュエータの圧力との圧力差を圧力センサ９
ａ，９ｂ，９ｃで検出して圧力差信号を得、これらの圧
力差信号を比較演算して圧力差偏差信号を得て、この圧
力差偏差信号を基にピストン２の動きを制御する。マス
ター側ピストンロッドの動きとスレーブ側アクチュエー
タの動きは変位センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃで検出
市、マスター側アクチュエータとスレーブ側アクチュエ
ータの動きに差がある場合はこの差分を相互ににフィー
ドバックする。
側アクチュエータの作用の相補性に優れ、小型軽量化が
可能なバイラテラル位置・力伝達装置を提供する。 【解決手段】 マスター側アクチュエータ１Ｍとスレー
ブ側アクチュエータ１Ｓに力を授受させて、相互に動作
させる。マスター側アクチュエータ１Ｍの内圧とスレー
ブ側アクチュエータの圧力との圧力差を圧力センサ９
ａ，９ｂ，９ｃで検出して圧力差信号を得、これらの圧
力差信号を比較演算して圧力差偏差信号を得て、この圧
力差偏差信号を基にピストン２の動きを制御する。マス
ター側ピストンロッドの動きとスレーブ側アクチュエー
タの動きは変位センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃで検出
市、マスター側アクチュエータとスレーブ側アクチュエ
ータの動きに差がある場合はこの差分を相互ににフィー
ドバックする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は相補性に優れたバイ
ラテラル位置・力伝達装置に関する。
ラテラル位置・力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ロボットのアクチュエータとし
て位置・力伝達機構としての操作側（マスター）シリン
ダと制御側（スレーブ）シリンダが使用されている。か
かる位置・力伝達機構においては、マスター側シリンダ
とスレーブ側シリンダ間で相補性に欠けるものであっ
た。
て位置・力伝達機構としての操作側（マスター）シリン
ダと制御側（スレーブ）シリンダが使用されている。か
かる位置・力伝達機構においては、マスター側シリンダ
とスレーブ側シリンダ間で相補性に欠けるものであっ
た。
【０００３】現在、病院、施設、または、在宅におい
て、麻痺患者に対する動作補償や、高齢者に対する介護
動作を行う場合には、一般には、介護者が必要となり介
護者・患者ともに日常動作補助には負担となる。
て、麻痺患者に対する動作補償や、高齢者に対する介護
動作を行う場合には、一般には、介護者が必要となり介
護者・患者ともに日常動作補助には負担となる。
【０００４】また、専門の介護者は、現在、人的に不足
しているのが現状であり、そのため、このような作業を
行う際の省人化、省力化が望まれている状態である。
しているのが現状であり、そのため、このような作業を
行う際の省人化、省力化が望まれている状態である。
【０００５】従来、義肢、装具の開発は局部的な患部
（肘、膝等）に対する動作補償にとどまっており、腕全
体、脚全体といった症状の患者に対しては、人的な介助
を必要とするリハビリテーションに依存してきた。しか
し今後、省力化、省人化の望まれる社会背景より、腕全
体、脚全体の機能回復を目的とする動力化された装具の
開発が望まれている。
（肘、膝等）に対する動作補償にとどまっており、腕全
体、脚全体といった症状の患者に対しては、人的な介助
を必要とするリハビリテーションに依存してきた。しか
し今後、省力化、省人化の望まれる社会背景より、腕全
体、脚全体の機能回復を目的とする動力化された装具の
開発が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】１．患者の患部に直接
装着するため安全であること。
装着するため安全であること。
【０００７】対象の一つである動力装具は、対象者が麻
痺患者、高齢者である。また、機械が直接、使用者に接
触することを考慮しても安全性は絶対条件である。 ２．小型、移動可能であること。
痺患者、高齢者である。また、機械が直接、使用者に接
触することを考慮しても安全性は絶対条件である。 ２．小型、移動可能であること。
【０００８】動力装具の使用場所は病院のリハビリテー
ション室、高齢者の在宅看護が考えられる。このような
場所では、大型装置を置くことは困難であり、病院で使
用する際、在宅で使用する際においても移動可能なこと
が望ましい。そのため、車椅子搭載型の動力装具とし、
車椅子に搭載するため可能な限り小型で容易に移動の可
能なものが要求される。 ３．使用者の負担とならぬよう軽量であること。
ション室、高齢者の在宅看護が考えられる。このような
場所では、大型装置を置くことは困難であり、病院で使
用する際、在宅で使用する際においても移動可能なこと
が望ましい。そのため、車椅子搭載型の動力装具とし、
車椅子に搭載するため可能な限り小型で容易に移動の可
能なものが要求される。 ３．使用者の負担とならぬよう軽量であること。
【０００９】動力装具は使用者が簡単に使用できる必要
がある。また使用用途がリハビリテーション、動作補助
であるため、使用者に加わる負担を極力抑える必要があ
る。 ４．人の腕の形状に類似していること。
がある。また使用用途がリハビリテーション、動作補助
であるため、使用者に加わる負担を極力抑える必要があ
る。 ４．人の腕の形状に類似していること。
【００１０】動力装具は使用者の腕に直接装着するた
め、極端に人の腕と異なる形状のものは不備である。 ５．簡単な入力を行うことができる。
め、極端に人の腕と異なる形状のものは不備である。 ５．簡単な入力を行うことができる。
【００１１】従来、外部コマンド入力に加え、更に、使
用者にとって簡易的で、感覚的入力方法が必要となる。
また、使用者の行う訓練、利用目的、到達度を考える上
でも複数の入力方法が必要である。また、患者側の入力
だけでなく、介護側からの入力もでき、双方向である。 ６．人の腕の動作に類似し、滑らかな動作が行えるこ
と。
用者にとって簡易的で、感覚的入力方法が必要となる。
また、使用者の行う訓練、利用目的、到達度を考える上
でも複数の入力方法が必要である。また、患者側の入力
だけでなく、介護側からの入力もでき、双方向である。 ６．人の腕の動作に類似し、滑らかな動作が行えるこ
と。
【００１２】使用者の動作補償、介助動作の最終目的は
機能復元である。ユーザに対する介助動作・動作補償を
行う際、ユーザの動作に違和感や、無理な動作を動力装
具に与えるべきではない。
機能復元である。ユーザに対する介助動作・動作補償を
行う際、ユーザの動作に違和感や、無理な動作を動力装
具に与えるべきではない。
【００１３】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、マスター側シリンダの作用とスレーブ側シリンダ
の作用の相補性に優れ、小型軽量化が可能なバイラテラ
ル位置・力伝達装置を提供することである。
ので、マスター側シリンダの作用とスレーブ側シリンダ
の作用の相補性に優れ、小型軽量化が可能なバイラテラ
ル位置・力伝達装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のバイラテラル位置・力伝達装置は、マスタ
ー側のアクチュエータである第１のアクチュエータと、
スレーブ側のアクチュエータである第２のアクチュエー
タと、前記第１のアクチュエータと第２のアクチュエー
タ間に力を伝達させ、該第１と第２のアクチュエータを
動作させる力伝達手段と、前記力伝達手段による前記第
１と第２のアクチュエータの動作を検出する動作検出手
段と、前記動作検出手段の動作検出信号を基に演算して
前記第１と第２のアクチュエータの動作偏差信号を得る
演算手段、および前記動作偏差信号を基に前記第１と第
２のアクチュエータの動作を制御する動作制御手段、に
よって構成され、前記第１のアクチュエータが、少なく
とも一つのピストンを有し、第１の圧縮室と第２の圧縮
室を形成する第１のシリンダであり、前記第２のアクチ
ュエータが、前記第１のシリンダの少なくとも一つのピ
ストンに対応する一対の第２のピストンと第３のピスト
ンを有し、第３の圧縮室と第４の圧縮室および第５の圧
縮室を形成するシリンダであり、前記力伝達手段が、前
記第１の圧縮室と第３の圧縮室に連通する第１の管体
と、第１の圧縮室と第２の圧縮室に連通する第２の管体
と、第２の圧縮室と第５の圧縮室に連通する第３の管
体、によって構成されている、ことを特徴とする。
に、本発明のバイラテラル位置・力伝達装置は、マスタ
ー側のアクチュエータである第１のアクチュエータと、
スレーブ側のアクチュエータである第２のアクチュエー
タと、前記第１のアクチュエータと第２のアクチュエー
タ間に力を伝達させ、該第１と第２のアクチュエータを
動作させる力伝達手段と、前記力伝達手段による前記第
１と第２のアクチュエータの動作を検出する動作検出手
段と、前記動作検出手段の動作検出信号を基に演算して
前記第１と第２のアクチュエータの動作偏差信号を得る
演算手段、および前記動作偏差信号を基に前記第１と第
２のアクチュエータの動作を制御する動作制御手段、に
よって構成され、前記第１のアクチュエータが、少なく
とも一つのピストンを有し、第１の圧縮室と第２の圧縮
室を形成する第１のシリンダであり、前記第２のアクチ
ュエータが、前記第１のシリンダの少なくとも一つのピ
ストンに対応する一対の第２のピストンと第３のピスト
ンを有し、第３の圧縮室と第４の圧縮室および第５の圧
縮室を形成するシリンダであり、前記力伝達手段が、前
記第１の圧縮室と第３の圧縮室に連通する第１の管体
と、第１の圧縮室と第２の圧縮室に連通する第２の管体
と、第２の圧縮室と第５の圧縮室に連通する第３の管
体、によって構成されている、ことを特徴とする。
【００１５】また、本発明によるバイラテラル位置・力
伝達装置は、マスター側のアクチュエータである第１の
アクチュエータと、スレーブ側のアクチュエータである
第２のアクチュエータと、前記第１のアクチュエータと
第２のアクチュエータ間に力を伝達させ、該第１と第２
のアクチュエータを動作させる力伝達手段と、前記力伝
達手段による前記第１と第２のアクチュエータの動作を
検出する動作検出手段と、前記動作検出手段の動作検出
信号を基に演算して前記第１と第２のアクチュエータの
動作偏差信号を得る演算手段、および前記動作偏差信号
を基に前記第１と第２のアクチュエータの動作を制御す
る動作制御手段、によって構成され、前記第１のアクチ
ュエータが、少なくとも一つのピストンを有し、第１の
圧縮室と第２の圧縮室を形成する第１のシリンダであ
り、前記第２のアクチュエータが、回転軸に取り付けら
れた第１の回動子と、該回動動子の一方の側に位置して
前記回転軸に取り付けられ第１の管体を介して前記第１
のアクチュータのシリンダの第１の圧縮室と連通する第
１の中空回動体と、前記第１の回動子の他方の側に取り
付けられ第２の管体を介して前記第１のアクチュータの
シリンダの第２の圧縮室と連通する第２の中空回動体を
有するロタリアクチュータであり、前記力伝達手段が、
前記第１の圧縮室と第３の圧縮室に連通する第１の管体
と、第１の圧縮室と第２の圧縮室に連通する第２の管
体、によって構成されている、ことを特徴とする。
伝達装置は、マスター側のアクチュエータである第１の
アクチュエータと、スレーブ側のアクチュエータである
第２のアクチュエータと、前記第１のアクチュエータと
第２のアクチュエータ間に力を伝達させ、該第１と第２
のアクチュエータを動作させる力伝達手段と、前記力伝
達手段による前記第１と第２のアクチュエータの動作を
検出する動作検出手段と、前記動作検出手段の動作検出
信号を基に演算して前記第１と第２のアクチュエータの
動作偏差信号を得る演算手段、および前記動作偏差信号
を基に前記第１と第２のアクチュエータの動作を制御す
る動作制御手段、によって構成され、前記第１のアクチ
ュエータが、少なくとも一つのピストンを有し、第１の
圧縮室と第２の圧縮室を形成する第１のシリンダであ
り、前記第２のアクチュエータが、回転軸に取り付けら
れた第１の回動子と、該回動動子の一方の側に位置して
前記回転軸に取り付けられ第１の管体を介して前記第１
のアクチュータのシリンダの第１の圧縮室と連通する第
１の中空回動体と、前記第１の回動子の他方の側に取り
付けられ第２の管体を介して前記第１のアクチュータの
シリンダの第２の圧縮室と連通する第２の中空回動体を
有するロタリアクチュータであり、前記力伝達手段が、
前記第１の圧縮室と第３の圧縮室に連通する第１の管体
と、第１の圧縮室と第２の圧縮室に連通する第２の管
体、によって構成されている、ことを特徴とする。
【００１６】本発明によるバイラテラル位置・力伝達機
構は、アクチュエータとしてシリンダを用い、操作側
（マスター）と制御対象側（スレーブ）との力伝達及
び、位置が双方向に作用する機構であり、マスター側の
シリンダとスレーブ側のシリンダの径を任意に選択する
ことで位置及び力の伝達が増幅または、縮小することの
できる機構である。
構は、アクチュエータとしてシリンダを用い、操作側
（マスター）と制御対象側（スレーブ）との力伝達及
び、位置が双方向に作用する機構であり、マスター側の
シリンダとスレーブ側のシリンダの径を任意に選択する
ことで位置及び力の伝達が増幅または、縮小することの
できる機構である。
【００１７】更に、圧力変化をマスター側にフィードバ
ックすることにより、制御対象側のスレーブのピストン
を直接変位させれば、マスター側は、スレーブ側の変化
に追従する。即ち、スレーブ側の変化は、小さな力でも
動作することができる。これらの機能は、特に福祉機器
には有効なアクチュエータシステムとして利用できる。
ックすることにより、制御対象側のスレーブのピストン
を直接変位させれば、マスター側は、スレーブ側の変化
に追従する。即ち、スレーブ側の変化は、小さな力でも
動作することができる。これらの機能は、特に福祉機器
には有効なアクチュエータシステムとして利用できる。
【００１８】この新しい構想のアクチュエータは、バイ
ラテラル油圧伝達機構と当研究室で呼称されるアクチュ
エータである。アクチュエータの構成は、バイラテラル
サーボと油圧伝達機構を組み合わせた構造をしており、
特徴として、小型・軽量・高出力が期待できることであ
る。制御システムは、バイラテラルサーボシステムとな
り、位置決め圧力制御系を簡単に組むことができる。以
上のようなアクチュエータシステムを構成することによ
り、バイラテラルサーボの特性を生かした、位置決め／
圧力制御が行え、人の動作に近い円滑な動作および、操
作が可能となる、ロボットの基本から応用に至るシステ
ム化である。
ラテラル油圧伝達機構と当研究室で呼称されるアクチュ
エータである。アクチュエータの構成は、バイラテラル
サーボと油圧伝達機構を組み合わせた構造をしており、
特徴として、小型・軽量・高出力が期待できることであ
る。制御システムは、バイラテラルサーボシステムとな
り、位置決め圧力制御系を簡単に組むことができる。以
上のようなアクチュエータシステムを構成することによ
り、バイラテラルサーボの特性を生かした、位置決め／
圧力制御が行え、人の動作に近い円滑な動作および、操
作が可能となる、ロボットの基本から応用に至るシステ
ム化である。
【００１９】さらに、本発明の装置の特徴は、アクチュ
エータとして、バイラテラル油圧伝達機構を使用してい
ることである。バイラテラル油圧伝達機構をリハビリテ
ーションロボットに搭載することにより、複数の入力方
法が可能となることから、使用者（患者）の能力に応じ
て訓練が行え、汎用性のあるリハビリテーションロボッ
トとなる。また、以上のリハビリテーションロボットを
開発する副産物として、医療現場の重労働を補えるバイ
ラテラル油圧伝達機構（大出力アクチュエータ）も併せ
て見込まれる。
エータとして、バイラテラル油圧伝達機構を使用してい
ることである。バイラテラル油圧伝達機構をリハビリテ
ーションロボットに搭載することにより、複数の入力方
法が可能となることから、使用者（患者）の能力に応じ
て訓練が行え、汎用性のあるリハビリテーションロボッ
トとなる。また、以上のリハビリテーションロボットを
開発する副産物として、医療現場の重労働を補えるバイ
ラテラル油圧伝達機構（大出力アクチュエータ）も併せ
て見込まれる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例について、
図１〜図８を参照しながら説明する。
図１〜図８を参照しながら説明する。
【００２１】図１〜図６は本発明の実施例によるバイラ
テラル位置・力伝達装置を示す。
テラル位置・力伝達装置を示す。
【００２２】図１において、１Ｍはマスター側のアクチ
ュエータである第１のシリンダ、２はシリンダ１Ｍの第
１のピストン、３はシリンダ１Ｍのピストンロッドであ
る。シリンダ１Ｍにおいてピストン２の両側には第１の
圧縮室である圧縮室４ａと第２の圧縮室である圧縮室４
ｂが形成される。１Ｓはスレーブ側のアクチュエータで
ある第２のシリンダ、５ａおよび５ｂはシリンダ１Ｓ内
に対向配置された第２および第３のピストン、６ａ，６
ｂはピストンロッドである。シリンダ１Ｓにおいて、ピ
ストン５ａのロッド側には第３の圧縮室である圧縮室７
ａが形成され、ピストン５ｂのロッド側には第４の圧縮
室である圧縮室７ｂが形成され、ピストン５ａと５ｂと
の間には第５の圧縮室である圧縮室７ｃが形成される。
８ａはシリンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリンダ１Ｓの圧縮
室７ｂを連通する第１の管体であるチューブ、８ｂはシ
リンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリンダ１Ｓの圧縮室７ｂを
連通する第２の管体であるチューブ、８ｃはシリンダ１
Ｍの圧縮室４ｂとシリンダ１Ｓの圧縮室７ｃを連通する
第３の管体であるチューブである。１４はシリンダ１Ｍ
のピストンロッド３に機械的に連結された直動機構であ
って、この直動機構１４はモータ１５と送りねじ１６に
よって構成される。
ュエータである第１のシリンダ、２はシリンダ１Ｍの第
１のピストン、３はシリンダ１Ｍのピストンロッドであ
る。シリンダ１Ｍにおいてピストン２の両側には第１の
圧縮室である圧縮室４ａと第２の圧縮室である圧縮室４
ｂが形成される。１Ｓはスレーブ側のアクチュエータで
ある第２のシリンダ、５ａおよび５ｂはシリンダ１Ｓ内
に対向配置された第２および第３のピストン、６ａ，６
ｂはピストンロッドである。シリンダ１Ｓにおいて、ピ
ストン５ａのロッド側には第３の圧縮室である圧縮室７
ａが形成され、ピストン５ｂのロッド側には第４の圧縮
室である圧縮室７ｂが形成され、ピストン５ａと５ｂと
の間には第５の圧縮室である圧縮室７ｃが形成される。
８ａはシリンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリンダ１Ｓの圧縮
室７ｂを連通する第１の管体であるチューブ、８ｂはシ
リンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリンダ１Ｓの圧縮室７ｂを
連通する第２の管体であるチューブ、８ｃはシリンダ１
Ｍの圧縮室４ｂとシリンダ１Ｓの圧縮室７ｃを連通する
第３の管体であるチューブである。１４はシリンダ１Ｍ
のピストンロッド３に機械的に連結された直動機構であ
って、この直動機構１４はモータ１５と送りねじ１６に
よって構成される。
【００２３】図７はアクチュエータの原理を示すもの
で、図７において３０はマスター側シリンダ、３０ａは
マスター側シリンダのピストンロッド、４０はスレーブ
がシリンダ、４０ａはスレーブ側シリンダの４０のピス
トンロッドである。マスターシリンダで発生した力がス
レーブシリンダに油圧を使用して伝達される。すなわ
ち、シリンダから入出力される体積流量により位置、体
積移動の際の圧力により力が伝達される。
で、図７において３０はマスター側シリンダ、３０ａは
マスター側シリンダのピストンロッド、４０はスレーブ
がシリンダ、４０ａはスレーブ側シリンダの４０のピス
トンロッドである。マスターシリンダで発生した力がス
レーブシリンダに油圧を使用して伝達される。すなわ
ち、シリンダから入出力される体積流量により位置、体
積移動の際の圧力により力が伝達される。
【００２４】マスターシリンダで入力される力Ｆ1は、
マスターシリンダの断面積Ａ1により、圧力に変換さ
れ、スレーブシリンダの断面積Ａ2により、増幅され、
マスター側シリンダで出力される。スレーブ側シリンダ
で入力される力Ｆ2は、スレーブ側シリンダの断面積Ａ2
により、圧力に変換され、マスター側シリンダの断面積
Ａ1により、増幅され、マスター側シリンダで出力され
る。このとき、次の（１）式から（３）式が得られる。
マスターシリンダの断面積Ａ1により、圧力に変換さ
れ、スレーブシリンダの断面積Ａ2により、増幅され、
マスター側シリンダで出力される。スレーブ側シリンダ
で入力される力Ｆ2は、スレーブ側シリンダの断面積Ａ2
により、圧力に変換され、マスター側シリンダの断面積
Ａ1により、増幅され、マスター側シリンダで出力され
る。このとき、次の（１）式から（３）式が得られる。
【００２５】 Ｆ1＝Ａ1・（Ｐ1−Ｐ2） ………（１） Ｆ2＝Ａ2・（Ｐ1−Ｐ2） ………（２） Ｆ2＝（Ａ2／Ａ1）・Ｆ1 ………（３） ここで、Ｆ1が入力の場合、直動機構であるため、力は
特定できる。ここでは、モータに台形ねじを使用した際
の直動機構を考える。
特定できる。ここでは、モータに台形ねじを使用した際
の直動機構を考える。
【００２６】モータによる入力トルクをＴ、ねじ効率を
η、リードをＬとすると、直動機構の発生推力は次の
（４）式となる。
η、リードをＬとすると、直動機構の発生推力は次の
（４）式となる。
【００２７】Ｆ1＝（２ηｎ／Ｌ・１０-3）・Ｔ ……
…（４） よって、式（４）を式（３）に代入すると以下の式
（５）、 Ｆ2＝（Ａ2／Ａ1）・（２ηｎ／Ｌ・１０-3）・Ｔ………（５） となる。
…（４） よって、式（４）を式（３）に代入すると以下の式
（５）、 Ｆ2＝（Ａ2／Ａ1）・（２ηｎ／Ｌ・１０-3）・Ｔ………（５） となる。
【００２８】また、位置の関係は、体積流量の移動量が
マスター・スレーブでおよそ等しいことから、マスター
シリンダのストローク変位を△ｘ、スレーブシリンダを
△ｙとすると、 Ａ1・△ｘ＝Ａ2・△ｙ ………（６） と近似でき、よって△ｘ、△ｙには以下の近似関係式が
成り立つ。
マスター・スレーブでおよそ等しいことから、マスター
シリンダのストローク変位を△ｘ、スレーブシリンダを
△ｙとすると、 Ａ1・△ｘ＝Ａ2・△ｙ ………（６） と近似でき、よって△ｘ、△ｙには以下の近似関係式が
成り立つ。
【００２９】 △ｘ＝（Ａ2／Ａ1）・△ｙ ………（７） 以上の式を参考に、以下の表１の関係が成り立ち、マス
タ・スレーブ両シリンダ、直動機構の選択を行う。
タ・スレーブ両シリンダ、直動機構の選択を行う。
【００３０】
【表１】
【００３１】このバイラテラル油圧伝達機構の特徴は、
機構的に、すでに、対象形バイラテラルサーボが成立す
ることにある。
機構的に、すでに、対象形バイラテラルサーボが成立す
ることにある。
【００３２】図１に示すように、センサを取り付けるこ
とにより、サーボ系となり、力帰還形バイラテラルサー
ボシステムとすることが可能である。
とにより、サーボ系となり、力帰還形バイラテラルサー
ボシステムとすることが可能である。
【００３３】図１に示すバイラテラル位置・力伝達装置
においては、マスター側シリンダ１Ｍの圧縮室４ａとス
レーブ側シリンダ１Ｓの圧縮室７ａを連通するチューブ
８ａに圧力センサ９ａと電磁弁１０ａが設けられ、シリ
ンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリンダ１Ｓの圧縮室７ｂを連
通するチューブ８ｂに圧力センサ９ｂと電磁弁１０ｂが
設けられている。また、シリンダ１Ｍの圧縮力圧縮室４
ｂとシリンダ１Ｓの圧縮室７ｃを連通するチューブ８ｃ
には圧力センサ９ｃと電磁弁１０ｃが設けられている。
圧力センサ９ａ，９ｂ，９ｃは、それぞれ、各チューブ
のシリンダ１Ｓ側に配置され、電磁弁１０ａ，１０ｂ，
１０ｃは、それぞれ、各チューブのシリンダ１Ｍ側に配
置されている。
においては、マスター側シリンダ１Ｍの圧縮室４ａとス
レーブ側シリンダ１Ｓの圧縮室７ａを連通するチューブ
８ａに圧力センサ９ａと電磁弁１０ａが設けられ、シリ
ンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリンダ１Ｓの圧縮室７ｂを連
通するチューブ８ｂに圧力センサ９ｂと電磁弁１０ｂが
設けられている。また、シリンダ１Ｍの圧縮力圧縮室４
ｂとシリンダ１Ｓの圧縮室７ｃを連通するチューブ８ｃ
には圧力センサ９ｃと電磁弁１０ｃが設けられている。
圧力センサ９ａ，９ｂ，９ｃは、それぞれ、各チューブ
のシリンダ１Ｓ側に配置され、電磁弁１０ａ，１０ｂ，
１０ｃは、それぞれ、各チューブのシリンダ１Ｍ側に配
置されている。
【００３４】シリンダ１Ｍのピストンロッド３の変位を
検出する第１の変位センサ１１ａと、シリンダ１Ｓのピ
ストンロッド６ａの変位を検出する第２の変位センサ１
１ｂが設けられていると共に、シリンダ１Ｓのピストン
ロッド６ｂの変位を検出する第３の変位センサ１１ｃが
設けられている。シリンダ１Ｍのピストンロッド３には
送りねじ１６を介してモータ１５が接続されており、直
動機構としてのリニアモーションモータが形成される。
また、圧力センサ９ａと９ｂおよび９ｃの圧力検出信号
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を入力として比較する第１の突合せ回
路１２ａ，変位センサ１１ｂおよび１１ｃの変位検出信
号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を入力として比較する第２の突合せ
回路１２ｂが設けられているとともに、突合せ回路１２
ａの圧力差検出偏差信号Ｐ４を入力とする第１のコント
ローラ１３ａと、突合せ回路１２ｂの変位検出偏差信号
Ｓ４を入力とする第２のコントローラ１３ｂが設けられ
ている。
検出する第１の変位センサ１１ａと、シリンダ１Ｓのピ
ストンロッド６ａの変位を検出する第２の変位センサ１
１ｂが設けられていると共に、シリンダ１Ｓのピストン
ロッド６ｂの変位を検出する第３の変位センサ１１ｃが
設けられている。シリンダ１Ｍのピストンロッド３には
送りねじ１６を介してモータ１５が接続されており、直
動機構としてのリニアモーションモータが形成される。
また、圧力センサ９ａと９ｂおよび９ｃの圧力検出信号
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を入力として比較する第１の突合せ回
路１２ａ，変位センサ１１ｂおよび１１ｃの変位検出信
号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を入力として比較する第２の突合せ
回路１２ｂが設けられているとともに、突合せ回路１２
ａの圧力差検出偏差信号Ｐ４を入力とする第１のコント
ローラ１３ａと、突合せ回路１２ｂの変位検出偏差信号
Ｓ４を入力とする第２のコントローラ１３ｂが設けられ
ている。
【００３５】図２はマスター側シリンダ１Ｍの機能を示
す。シリンダ１Ｍは通常のシリンダと同じ構造である
が、図１に示すように、圧縮室４ａには２つのポート１
ａ，１ｂがついており、他方の圧縮室４ｂにはポート１
ｃがついている。いま、ピストンの動作方向と吐出圧力
（Ｐａ＋Ｐｂ），Ｐｃに対して動作条件を図２の（ａ）
から（ｄ）として表せば、ピストン２は左右の内圧によ
り図において左右に動く。ピストンロッド２の延長上に
モータが結合されており、ピストン動作は、モータの回
転を直進運動に変換するメカニズムを経て、行われる。
したがって、ピストン２の動く方向は、モータの回転方
向によって決まる。
す。シリンダ１Ｍは通常のシリンダと同じ構造である
が、図１に示すように、圧縮室４ａには２つのポート１
ａ，１ｂがついており、他方の圧縮室４ｂにはポート１
ｃがついている。いま、ピストンの動作方向と吐出圧力
（Ｐａ＋Ｐｂ），Ｐｃに対して動作条件を図２の（ａ）
から（ｄ）として表せば、ピストン２は左右の内圧によ
り図において左右に動く。ピストンロッド２の延長上に
モータが結合されており、ピストン動作は、モータの回
転を直進運動に変換するメカニズムを経て、行われる。
したがって、ピストン２の動く方向は、モータの回転方
向によって決まる。
【００３６】図２において（ａ）の場合は、ピストン２
が左から右へ移動する様子を示している。この場合、吐
出状態としては圧縮室４ｂは加圧状態であり、圧縮室４
ａは減圧状態を示している。（ｂ）の場合はシリンダ１
Ｍの圧縮室４ａの内圧（Ｐａ＋Ｐｂ）が加圧されたとき
である。ここで、チューブ８ａに電磁弁１０ａを取り付
け、また、チューブ８ｂに電磁弁１０ｂを取り付け、電
磁弁１０ｂを閉ざしておけば圧縮室４ａの内圧は、電磁
弁１０ａを通り、シリンダ１Ｓの圧縮室７ｂにＰａとし
て加圧される。このときの動作が図２の（ｃ）である。
（ｄ）の場合は、ピストン２が右からひだりに移動し、
シリンダ１の圧縮室４ｂの内圧が加圧され、図２（ｄ）
のＰｂに押圧力が加えられる。ただし、電磁弁１０ａを
閉ざしておけばシリンダ１Ｓの圧縮室７ｃから減圧され
た流体流がマスタ側シリンダ１Ｍの圧縮室４ｂに流れ
る。
が左から右へ移動する様子を示している。この場合、吐
出状態としては圧縮室４ｂは加圧状態であり、圧縮室４
ａは減圧状態を示している。（ｂ）の場合はシリンダ１
Ｍの圧縮室４ａの内圧（Ｐａ＋Ｐｂ）が加圧されたとき
である。ここで、チューブ８ａに電磁弁１０ａを取り付
け、また、チューブ８ｂに電磁弁１０ｂを取り付け、電
磁弁１０ｂを閉ざしておけば圧縮室４ａの内圧は、電磁
弁１０ａを通り、シリンダ１Ｓの圧縮室７ｂにＰａとし
て加圧される。このときの動作が図２の（ｃ）である。
（ｄ）の場合は、ピストン２が右からひだりに移動し、
シリンダ１の圧縮室４ｂの内圧が加圧され、図２（ｄ）
のＰｂに押圧力が加えられる。ただし、電磁弁１０ａを
閉ざしておけばシリンダ１Ｓの圧縮室７ｃから減圧され
た流体流がマスタ側シリンダ１Ｍの圧縮室４ｂに流れ
る。
【００３７】図３はスレーブ側シリンダの機能を示すも
ので、スレーブ側シリンダ１Ｓ内にピストン５ａと５ｂ
が内挿されている。圧力Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃに対して動作
条件は図３の（ａ）から（ｄ）の動作条件となる。すな
をち、Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの条件は、加圧時は上向きの矢
印である示され、減圧時（非加圧時）では、下向きの矢
印で示される。一例として、図３の（ａ）の条件では、
単純に圧縮室７ｃが内圧Ｐｃに加圧されれば、ピストン
５ａ，５ｂは左右方向に移動する。（ｂ）の条件では圧
縮室７ａ，７ｂがＰａ，Ｐｂに加圧されるとピストン５
ａ，５ｂは中央に向かって移動する。（ｃ）の場合は、
圧縮室７ａがＰａに加圧されるとピストン５ａがシリン
ダ１Ｓの中央に向かって移動する。これらの条件は、マ
スター側シリンダ１Ｍとの接合条件による。
ので、スレーブ側シリンダ１Ｓ内にピストン５ａと５ｂ
が内挿されている。圧力Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃに対して動作
条件は図３の（ａ）から（ｄ）の動作条件となる。すな
をち、Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの条件は、加圧時は上向きの矢
印である示され、減圧時（非加圧時）では、下向きの矢
印で示される。一例として、図３の（ａ）の条件では、
単純に圧縮室７ｃが内圧Ｐｃに加圧されれば、ピストン
５ａ，５ｂは左右方向に移動する。（ｂ）の条件では圧
縮室７ａ，７ｂがＰａ，Ｐｂに加圧されるとピストン５
ａ，５ｂは中央に向かって移動する。（ｃ）の場合は、
圧縮室７ａがＰａに加圧されるとピストン５ａがシリン
ダ１Ｓの中央に向かって移動する。これらの条件は、マ
スター側シリンダ１Ｍとの接合条件による。
【００３８】図２の動作条件と図３の動作条件を結合す
ることは、図１のシリンダ１Ｍと１Ｓとを３本のチュー
ブで結合することである。チューブのスレーブ側シリン
ダ１Ｓ側に圧力センサ９ａ，９ｂ，９ｃを付けることで
内圧Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを測定する。いま、マスター側の
動作状態を図２の（ａ）から（ｄ）とすると、スレーブ
側の各動作は、以下のようになる。
ることは、図１のシリンダ１Ｍと１Ｓとを３本のチュー
ブで結合することである。チューブのスレーブ側シリン
ダ１Ｓ側に圧力センサ９ａ，９ｂ，９ｃを付けることで
内圧Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを測定する。いま、マスター側の
動作状態を図２の（ａ）から（ｄ）とすると、スレーブ
側の各動作は、以下のようになる。
【００３９】図２の（ａ）の場合は、シリンダ１Ｍの圧
縮室４ｂを内圧Ｐに加圧することになる。ピストン２を
右側へ動かすことによって圧縮室４ｂが加圧され、その
圧力はそのままチューブ８ｃを通りスレーブ側シリンダ
１Ｓの圧縮室７ｃの内圧Ｐｃとして加圧される。その時
の圧縮室４ａの内圧Ｐａ，Ｐｂは、電磁弁１０ａ，１０
ｂを開口しておけば、容積流量は、圧縮室４ａに戻され
る。
縮室４ｂを内圧Ｐに加圧することになる。ピストン２を
右側へ動かすことによって圧縮室４ｂが加圧され、その
圧力はそのままチューブ８ｃを通りスレーブ側シリンダ
１Ｓの圧縮室７ｃの内圧Ｐｃとして加圧される。その時
の圧縮室４ａの内圧Ｐａ，Ｐｂは、電磁弁１０ａ，１０
ｂを開口しておけば、容積流量は、圧縮室４ａに戻され
る。
【００４０】図２の（ｂ）の場合は、圧縮室４ａの内圧
を加圧することになる。電磁弁１０ａ，１０ｂを開口し
ておけば、加圧力はシリンダ１Ｓの圧縮室７ａ，７ｂへ
そのまま加圧され、ピストン５ａ，５ｂは図３の（ｂ）
のように動く。その時の容積流量はシリンダ１Ｍの圧縮
室４ｂに戻される。
を加圧することになる。電磁弁１０ａ，１０ｂを開口し
ておけば、加圧力はシリンダ１Ｓの圧縮室７ａ，７ｂへ
そのまま加圧され、ピストン５ａ，５ｂは図３の（ｂ）
のように動く。その時の容積流量はシリンダ１Ｍの圧縮
室４ｂに戻される。
【００４１】図２の（ｃ）の場合は、電磁弁１０ａを開
口にしておき，電磁弁１０ｂを閉じておけば、マスター
側シリンダ１Ｍのピストン２を左側に移動させると、圧
縮室４ａの内圧は高くなり圧力Ｐａは、電磁弁１０ａを
通してシリンダ１Ｓの圧縮室７ａの内圧Ｐａに加圧され
る。Ｐａはチューブ８ｃを通りシリンダ１Ｍの圧縮室４
ｂへ戻される。シリンダ１Ｓにおいてはピストン５ａの
み戻されるが、電磁弁１０ｃと電磁弁１０ｂを閉鎖して
おけば、圧縮室７ｃの内圧Ｐｃによってピストン５ｂが
右へ移動されることがない。
口にしておき，電磁弁１０ｂを閉じておけば、マスター
側シリンダ１Ｍのピストン２を左側に移動させると、圧
縮室４ａの内圧は高くなり圧力Ｐａは、電磁弁１０ａを
通してシリンダ１Ｓの圧縮室７ａの内圧Ｐａに加圧され
る。Ｐａはチューブ８ｃを通りシリンダ１Ｍの圧縮室４
ｂへ戻される。シリンダ１Ｓにおいてはピストン５ａの
み戻されるが、電磁弁１０ｃと電磁弁１０ｂを閉鎖して
おけば、圧縮室７ｃの内圧Ｐｃによってピストン５ｂが
右へ移動されることがない。
【００４２】図１のバイラテラル位置・力伝達装置にお
いて、シリンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリンダ１Ｓの圧縮
室７ａの圧力差が第１の圧力センサ９ａによって検出さ
れ、シリンダ１Ｍの圧縮室４ｂとシリンダ１Ｓの圧縮室
７ｂの圧力差が第２の圧力センサ９ｂによって検出さ
れ、かつシリンダ１Ｍの圧縮室４ｂとシリンダ１Ｓの圧
縮室７ｃの圧力差が第３の圧力センサ９ｃによって検出
される。圧力センサ９ａの圧力差検出信号Ｐ１と、圧力
センサ９ｂの圧力差検出信号Ｐ２および圧力センサ９ｃ
の圧力差検出信号Ｐ３は第１の突合せ回路１２ａに入力
され、突合せ回路１２ａで圧力差検出偏差信号Ｐ４が得
られ、この圧力差検出差偏差信号Ｐ４は第１のコントロ
ーラ１３ａに入力される。コントローラ１３ａは圧力差
偏差信号Ｐ４を基にモータ１５を制御する。このとき、
シリンダ１Ｍと１Ｓの圧力の基準値を予めコンピュータ
内に設定しておけば、コントローラはシリンダ１Ｍの圧
力と１Ｓの圧力の差と基準値を比較して、モータを制御
する。
いて、シリンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリンダ１Ｓの圧縮
室７ａの圧力差が第１の圧力センサ９ａによって検出さ
れ、シリンダ１Ｍの圧縮室４ｂとシリンダ１Ｓの圧縮室
７ｂの圧力差が第２の圧力センサ９ｂによって検出さ
れ、かつシリンダ１Ｍの圧縮室４ｂとシリンダ１Ｓの圧
縮室７ｃの圧力差が第３の圧力センサ９ｃによって検出
される。圧力センサ９ａの圧力差検出信号Ｐ１と、圧力
センサ９ｂの圧力差検出信号Ｐ２および圧力センサ９ｃ
の圧力差検出信号Ｐ３は第１の突合せ回路１２ａに入力
され、突合せ回路１２ａで圧力差検出偏差信号Ｐ４が得
られ、この圧力差検出差偏差信号Ｐ４は第１のコントロ
ーラ１３ａに入力される。コントローラ１３ａは圧力差
偏差信号Ｐ４を基にモータ１５を制御する。このとき、
シリンダ１Ｍと１Ｓの圧力の基準値を予めコンピュータ
内に設定しておけば、コントローラはシリンダ１Ｍの圧
力と１Ｓの圧力の差と基準値を比較して、モータを制御
する。
【００４３】第１の変位センサ１１ａは、ピストンロッ
ド３の変位を検出し、変位検出信号Ｓ１を出力する。第
２の変位センサ１１ｂは、ピストンロッド６ａの変位を
検出し、変位検出信号Ｓ２を出力する。第３の変位セン
サ１１ｃは、ピストンロッド６ｂの変位を検出し、変位
検出信号Ｓ３を出力する。変位センサ１１ａの変位検出
信号Ｓ１と変位センサ１１ｂの変位検出信号Ｓ２および
変位センサ１１ｃの変位検出信号Ｓ３は、突合せ回路１
２ｂに入力され、変位検出偏差信号Ｓ４が得られる。コ
ントローラ１３ｂは変位検出偏差信号Ｓ４をもとにモー
タ１５を制御し、送りねじ１６を介してシリンダ１Ｍの
ピストンロッド３のストロークを制御する。すなわち、
図１のバイラテラル位置・力伝達装置において、マスタ
ー側シリンダ１Ｍのピストン２の動きはモータ１５と直
動機構１６によって制御される。ここで、ピストンロッ
ド６ａと６ｂの動きに差がある場合は、コントローラ１
３ｂは、基準値とそれぞれの変位の差を見ながら、例え
ば平均値をとってその差分をフィードバクする。また、
電磁弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃはコントローラ内のマイ
コンにて予めシーケンシャルに開閉制御される。
ド３の変位を検出し、変位検出信号Ｓ１を出力する。第
２の変位センサ１１ｂは、ピストンロッド６ａの変位を
検出し、変位検出信号Ｓ２を出力する。第３の変位セン
サ１１ｃは、ピストンロッド６ｂの変位を検出し、変位
検出信号Ｓ３を出力する。変位センサ１１ａの変位検出
信号Ｓ１と変位センサ１１ｂの変位検出信号Ｓ２および
変位センサ１１ｃの変位検出信号Ｓ３は、突合せ回路１
２ｂに入力され、変位検出偏差信号Ｓ４が得られる。コ
ントローラ１３ｂは変位検出偏差信号Ｓ４をもとにモー
タ１５を制御し、送りねじ１６を介してシリンダ１Ｍの
ピストンロッド３のストロークを制御する。すなわち、
図１のバイラテラル位置・力伝達装置において、マスタ
ー側シリンダ１Ｍのピストン２の動きはモータ１５と直
動機構１６によって制御される。ここで、ピストンロッ
ド６ａと６ｂの動きに差がある場合は、コントローラ１
３ｂは、基準値とそれぞれの変位の差を見ながら、例え
ば平均値をとってその差分をフィードバクする。また、
電磁弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃはコントローラ内のマイ
コンにて予めシーケンシャルに開閉制御される。
【００４４】いま、電磁弁１０ａを閉じ、電磁弁１０
ｂ，１０ｃを開いておき、マスター側シリンダのピスト
ン２を矢印Ａ１の方向に動かせば、シリンダ１Ｓの圧縮
室７ｂが加圧状態になり、ピストン５ｂとピストンロッ
ド６ｂが矢印Ａ３の方向に移動される。これにより、ス
レーブ側シリンダ１Ｓの圧縮室７ｃからマスター側シリ
ンダ１Ｍの圧縮室４ｂに容積流量が戻される。このと
き、突き合わせ回路１２ａは圧力センサ９ｂ，９ｃの圧
力差検出信号Ｐ２，Ｐ３を入力として比較し、その圧力
差偏差信号Ｐ４をコントローラ１３ａに入力する。コン
トローラ１３ａは圧力差偏差信号Ｐ４を基にモータ１５
を回転制御する。また、変位センサ１１ａはピストンロ
ッド３の変位を検出して変位検出信号Ｓ１を出力し、変
位センサ１１ｂはピストンロッド６ｂの変位検出して変
位検出信号Ｓ３を出力する。突合せ回路１２ｂは、変位
検出信号Ｓ１と変位検出信号Ｓ３を入力として比較し、
変位検出偏差信号Ｓ４を得る。コントローラ１３ｂは変
位検出偏差信号Ｓ４を基にモータ１５を回転制御する。
ｂ，１０ｃを開いておき、マスター側シリンダのピスト
ン２を矢印Ａ１の方向に動かせば、シリンダ１Ｓの圧縮
室７ｂが加圧状態になり、ピストン５ｂとピストンロッ
ド６ｂが矢印Ａ３の方向に移動される。これにより、ス
レーブ側シリンダ１Ｓの圧縮室７ｃからマスター側シリ
ンダ１Ｍの圧縮室４ｂに容積流量が戻される。このと
き、突き合わせ回路１２ａは圧力センサ９ｂ，９ｃの圧
力差検出信号Ｐ２，Ｐ３を入力として比較し、その圧力
差偏差信号Ｐ４をコントローラ１３ａに入力する。コン
トローラ１３ａは圧力差偏差信号Ｐ４を基にモータ１５
を回転制御する。また、変位センサ１１ａはピストンロ
ッド３の変位を検出して変位検出信号Ｓ１を出力し、変
位センサ１１ｂはピストンロッド６ｂの変位検出して変
位検出信号Ｓ３を出力する。突合せ回路１２ｂは、変位
検出信号Ｓ１と変位検出信号Ｓ３を入力として比較し、
変位検出偏差信号Ｓ４を得る。コントローラ１３ｂは変
位検出偏差信号Ｓ４を基にモータ１５を回転制御する。
【００４５】電磁弁１０ｂが閉じ、電磁弁１０ａ，１０
ｃが開いていると、シリンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリン
ダ１Ｓの圧縮室７ａが連通すると共に、シリンダ１Ｍの
圧縮室４ａとシリンダ１Ｓの圧縮室７ｃが連通する。こ
のとき、ピストン２を矢印Ａ１の方向に動かせば、ピス
トン５ａは矢印Ａ４の方向に動く。ピストン５ａの動き
により、容積流量は、圧縮室７ｃから圧縮室４ｂに戻さ
れる。圧力センサ９ａは圧縮室４ａと７ａとの圧力差を
検出して圧力差信号Ｐ１を出力すると共に、圧力センサ
９ｃは圧縮室４ｂと７ｃの圧力差を検出して圧力差信号
Ｐ３を出力する。突合せ回路１２ａは、圧力差信号Ｐ１
とＰ３を入力として比較し、圧力差偏差信号Ｐ４を出力
する。変位センサ１１ａは、ピストンロッド３の変位を
検出して、変位検出信号Ｓ１を出力する。変位センサ１
１ｂは、ピストンロッド６ａの変位を検出して変位検出
信号Ｓ２を出力する。第２の突合せ回路１２ｂは、変位
検出信号Ｓ１とＳ２を入力として比較し、変位検出偏差
信号Ｓ４を出力する。
ｃが開いていると、シリンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリン
ダ１Ｓの圧縮室７ａが連通すると共に、シリンダ１Ｍの
圧縮室４ａとシリンダ１Ｓの圧縮室７ｃが連通する。こ
のとき、ピストン２を矢印Ａ１の方向に動かせば、ピス
トン５ａは矢印Ａ４の方向に動く。ピストン５ａの動き
により、容積流量は、圧縮室７ｃから圧縮室４ｂに戻さ
れる。圧力センサ９ａは圧縮室４ａと７ａとの圧力差を
検出して圧力差信号Ｐ１を出力すると共に、圧力センサ
９ｃは圧縮室４ｂと７ｃの圧力差を検出して圧力差信号
Ｐ３を出力する。突合せ回路１２ａは、圧力差信号Ｐ１
とＰ３を入力として比較し、圧力差偏差信号Ｐ４を出力
する。変位センサ１１ａは、ピストンロッド３の変位を
検出して、変位検出信号Ｓ１を出力する。変位センサ１
１ｂは、ピストンロッド６ａの変位を検出して変位検出
信号Ｓ２を出力する。第２の突合せ回路１２ｂは、変位
検出信号Ｓ１とＳ２を入力として比較し、変位検出偏差
信号Ｓ４を出力する。
【００４６】次に、電磁弁１０ａ、１０ｂ，１０ｃの全
てが開いているとき、シリンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリ
ンダ１Ｓの圧縮室７ａが連通し、圧縮室４ａと圧縮室７
ｂが連通すると共に、圧縮室４ｂと圧縮室７ｃが連通す
る。このときピストン２を矢印Ａ１の方向に動かせば、
スレーブ側のピストンロッド６ａは矢印Ａ４の方向に移
動し、ピストンロッド６ｂは矢印Ａ３の方向に移動す
る。変位センサ１１ａはピストンロッド３の変位を検出
し、変位センサ１１ｂはピストンロッド６ａの変位を検
出し、変位センサ１１ｃはピストンロッド６ｂの変位を
検出する。圧力センサ９ａはマスター側シリンダ１Ｍの
圧縮室４ａとスレーブ側シリンダ１Ｓの圧縮室７ａの圧
力差を検出し、圧力センサ９ｂは圧縮室４ａと圧縮室７
ｂの圧力差を検出し、圧力センサ９ｃは圧縮室４ｂと圧
縮室７ｃの圧力差を検出する。突合せ回路１２ａは各圧
力センサ９ａ，９ｂ，９ｃの圧力差検出信号Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３を入力として比較し、その圧力差偏差信号Ｐ４
をコントローラ１２ａに導く。突合せ回路１２ｂは各変
位センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃの変位検出信号Ｓ１，
Ｓ２，Ｓ３を入力として比較し、その圧力差偏差信号Ｓ
４をコントローラ１２ｂに導く。
てが開いているとき、シリンダ１Ｍの圧縮室４ａとシリ
ンダ１Ｓの圧縮室７ａが連通し、圧縮室４ａと圧縮室７
ｂが連通すると共に、圧縮室４ｂと圧縮室７ｃが連通す
る。このときピストン２を矢印Ａ１の方向に動かせば、
スレーブ側のピストンロッド６ａは矢印Ａ４の方向に移
動し、ピストンロッド６ｂは矢印Ａ３の方向に移動す
る。変位センサ１１ａはピストンロッド３の変位を検出
し、変位センサ１１ｂはピストンロッド６ａの変位を検
出し、変位センサ１１ｃはピストンロッド６ｂの変位を
検出する。圧力センサ９ａはマスター側シリンダ１Ｍの
圧縮室４ａとスレーブ側シリンダ１Ｓの圧縮室７ａの圧
力差を検出し、圧力センサ９ｂは圧縮室４ａと圧縮室７
ｂの圧力差を検出し、圧力センサ９ｃは圧縮室４ｂと圧
縮室７ｃの圧力差を検出する。突合せ回路１２ａは各圧
力センサ９ａ，９ｂ，９ｃの圧力差検出信号Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３を入力として比較し、その圧力差偏差信号Ｐ４
をコントローラ１２ａに導く。突合せ回路１２ｂは各変
位センサ１１ａ，１１ｂ，１１ｃの変位検出信号Ｓ１，
Ｓ２，Ｓ３を入力として比較し、その圧力差偏差信号Ｓ
４をコントローラ１２ｂに導く。
【００４７】上記実施例のバイラテラル位置・力伝達装
置において、バイラテラル油圧位置・力伝達機構用シリ
ンダは、通常のシリンダと違い、リハビリテーションロ
ボット専用の構想に基づくシリンダである。また、シリ
ンダはリンク機構により力伝達がなされる。また、バイ
ラテラル油圧位置・力伝達機構は、リハビリテーション
ロボットに最適なバイラテラル油圧位置・力伝達機構で
あってマスター・スレーブによる双方向の指令と動作が
容易に切り替えられるサーボ機構である。特に切り替え
はマイコンにより行われる。さらに、リハビリテーショ
ンロボットとしての効果として、バイラテラル油圧位置
・力伝達機構を使用したリハビリテーションロボットの
効果は第一に安全面のシステムであることである。第二
には、他の油圧ユニットを必要としないためメンテナン
スが少なく簡単に移動できる。
置において、バイラテラル油圧位置・力伝達機構用シリ
ンダは、通常のシリンダと違い、リハビリテーションロ
ボット専用の構想に基づくシリンダである。また、シリ
ンダはリンク機構により力伝達がなされる。また、バイ
ラテラル油圧位置・力伝達機構は、リハビリテーション
ロボットに最適なバイラテラル油圧位置・力伝達機構で
あってマスター・スレーブによる双方向の指令と動作が
容易に切り替えられるサーボ機構である。特に切り替え
はマイコンにより行われる。さらに、リハビリテーショ
ンロボットとしての効果として、バイラテラル油圧位置
・力伝達機構を使用したリハビリテーションロボットの
効果は第一に安全面のシステムであることである。第二
には、他の油圧ユニットを必要としないためメンテナン
スが少なく簡単に移動できる。
【００４８】図４は本発明の第４実施例によるバイラテ
ラル位置・力伝達装置を示すもので、図４において図１
の部材と同一または相当部分には同一符号が付されてい
る。図４において、１ＭＡはマスター側のアクチュエー
タである第１のアクチュエータシリンダであって、この
シリンダ１ＭＡは、油圧を供給するポートがピストンの
両側にある。１７ａはシリンダ１ＭＡの第１の圧縮室で
ある圧縮室４ａに連通する第１の管体、１７ｂは第２の
圧縮室である圧縮室４ｂに連通する第２の管体、２０は
スレーブ側アクチュエータであるスレーブ側ロータリア
クチュエータであって、このロータリアクチュエータ２
０は、回転軸２１と、回転軸２１に固定して取り付けら
れこの回転軸から放射状に伸びる回動子２２ａと、回動
子２２ａの一方の側に位置し回転軸２１に取り付けられ
た第１の中空回動体２３ａと、回動子２２ａの他方の側
に位置し回転軸２１に取り付けられた第２の中空回動体
２３ｂによって構成される。２４ａは中空回動体２３
ａ、２３ｂの回動に伴う回転軸２１の回転角度を検出す
る角度センサ例えばポテンショメータである。
ラル位置・力伝達装置を示すもので、図４において図１
の部材と同一または相当部分には同一符号が付されてい
る。図４において、１ＭＡはマスター側のアクチュエー
タである第１のアクチュエータシリンダであって、この
シリンダ１ＭＡは、油圧を供給するポートがピストンの
両側にある。１７ａはシリンダ１ＭＡの第１の圧縮室で
ある圧縮室４ａに連通する第１の管体、１７ｂは第２の
圧縮室である圧縮室４ｂに連通する第２の管体、２０は
スレーブ側アクチュエータであるスレーブ側ロータリア
クチュエータであって、このロータリアクチュエータ２
０は、回転軸２１と、回転軸２１に固定して取り付けら
れこの回転軸から放射状に伸びる回動子２２ａと、回動
子２２ａの一方の側に位置し回転軸２１に取り付けられ
た第１の中空回動体２３ａと、回動子２２ａの他方の側
に位置し回転軸２１に取り付けられた第２の中空回動体
２３ｂによって構成される。２４ａは中空回動体２３
ａ、２３ｂの回動に伴う回転軸２１の回転角度を検出す
る角度センサ例えばポテンショメータである。
【００４９】一例として、ピストン２が図４において矢
印Ａ５の方向に移動すると、圧縮室４ａの内圧Ｐａと圧
縮室４ｂの内圧Ｐｂとの間にはＰａ＜Ｐｂが成立する。
Ｐａ＜Ｐｂであると、内圧差（Ｐｂ−Ｐａ）により中空
回動体２３ｂと回動子２２ａおよび中空回動体２３ａは
矢印Ａ６の方向に回転する。
印Ａ５の方向に移動すると、圧縮室４ａの内圧Ｐａと圧
縮室４ｂの内圧Ｐｂとの間にはＰａ＜Ｐｂが成立する。
Ｐａ＜Ｐｂであると、内圧差（Ｐｂ−Ｐａ）により中空
回動体２３ｂと回動子２２ａおよび中空回動体２３ａは
矢印Ａ６の方向に回転する。
【００５０】圧力センサ９ａは、中空回動体２３ａの内
圧と圧縮室４ａの内圧との圧力差を検出して、圧力差検
出信号Ｐ１を出力する、圧力センサ９ｂは圧縮室４ｂの
内圧と中空回動体２２ｂの圧力差を検出して、圧力差検
出信号Ｐ２を出力する。変位センサ１１ａはロッド３の
変位を検出して、変位検出信号Ｓ１を出力する。角度セ
ンサ２４ａは、中空回動体２３ａと２３ｂおよび回動子
２２ａの回動に伴う回転軸２１の回転角度を検出して、
変位検出信号Ｓ２を出力する。
圧と圧縮室４ａの内圧との圧力差を検出して、圧力差検
出信号Ｐ１を出力する、圧力センサ９ｂは圧縮室４ｂの
内圧と中空回動体２２ｂの圧力差を検出して、圧力差検
出信号Ｐ２を出力する。変位センサ１１ａはロッド３の
変位を検出して、変位検出信号Ｓ１を出力する。角度セ
ンサ２４ａは、中空回動体２３ａと２３ｂおよび回動子
２２ａの回動に伴う回転軸２１の回転角度を検出して、
変位検出信号Ｓ２を出力する。
【００５１】第１の突合せ回路１２ａは、圧力差検出信
号Ｐ１とＰ２を入力として比較し、圧力差偏差信号Ｐ４
を第１のコントローラ１３ａに導く。コントローラ１３
ａは圧力差検出信号Ｐ４をもとにモータ１５を回転制御
する。第２の突合せ回路１２ｂは変位検出信号Ｓ１とＳ
２を入力として比較し、変位検出偏差信号Ｓ４を第２の
コントローラ１３ｂに導く。
号Ｐ１とＰ２を入力として比較し、圧力差偏差信号Ｐ４
を第１のコントローラ１３ａに導く。コントローラ１３
ａは圧力差検出信号Ｐ４をもとにモータ１５を回転制御
する。第２の突合せ回路１２ｂは変位検出信号Ｓ１とＳ
２を入力として比較し、変位検出偏差信号Ｓ４を第２の
コントローラ１３ｂに導く。
【００５２】図５は本発明の第３実施例によるバイラテ
ラル位置・力伝達装置を示し、この装置は原理的に図１
の装置とほぼ同じである。図５において、図４の部材と
同一または相当部分には同一の符号が付されている。２
２ｂは回転軸２１に取り付けられた第２の回動子であ
る。２３ｃは第１の回動子２２ａと第２の回動子２２ｂ
との間に配置され、回転軸２１に取り付けられた第３の
中空回動体であり、２４ｂは回転軸２１の回転角度を検
出する第２の角度センサである。
ラル位置・力伝達装置を示し、この装置は原理的に図１
の装置とほぼ同じである。図５において、図４の部材と
同一または相当部分には同一の符号が付されている。２
２ｂは回転軸２１に取り付けられた第２の回動子であ
る。２３ｃは第１の回動子２２ａと第２の回動子２２ｂ
との間に配置され、回転軸２１に取り付けられた第３の
中空回動体であり、２４ｂは回転軸２１の回転角度を検
出する第２の角度センサである。
【００５３】図５の装置において、管体１７ａは圧縮室
４ａと中空回動体２３ａに連通し、管体１７ｂは中空回
動体２３ｂに連通し、管体１７ｃは圧縮室４ｂと第３の
中空回動体２３ｃに連通する。図１の装置と同様に、管
体１７ａには圧力センサ９ａと電磁弁１０ａが設けら
れ、管体１７ｂには圧力センサ９ｂと電磁弁１０ｂが設
けられ、管体１７ｃには圧力センサ９ｃと電磁弁１０ｃ
が設けられている。電磁弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃは図
１の装置の場合と同様に、コントローラ内のマイコンに
てシーケンシャルに開閉制御される。
４ａと中空回動体２３ａに連通し、管体１７ｂは中空回
動体２３ｂに連通し、管体１７ｃは圧縮室４ｂと第３の
中空回動体２３ｃに連通する。図１の装置と同様に、管
体１７ａには圧力センサ９ａと電磁弁１０ａが設けら
れ、管体１７ｂには圧力センサ９ｂと電磁弁１０ｂが設
けられ、管体１７ｃには圧力センサ９ｃと電磁弁１０ｃ
が設けられている。電磁弁１０ａ，１０ｂ，１０ｃは図
１の装置の場合と同様に、コントローラ内のマイコンに
てシーケンシャルに開閉制御される。
【００５４】一例として、電磁弁１０ａを閉じ、電磁弁
１０ｂ，１０ｃを開いておき、マスター側シリンダのピ
ストン２を矢印Ａ７の方向に動かせば、シリンダ１Ｍの
圧縮室４ａの内圧は加圧状態になり、圧縮室４ｂの内圧
は減圧状態になり、第２の中空回動体２３ｂは矢印Ａ６
の方向に回転する。このとき、突合せ回路１２ａは圧力
センサ９ｂ，９ｃの圧力差検出信号Ｐ２，Ｐ３を入力と
して比較し、その圧力差偏差信号Ｐ４をコントローラ１
３ａに入力する。また、変位センサ１１ａはピストンロ
ッド３の変位を検出して変位検出信号Ｓ１を出力し、角
度センサ２４ａは回転軸２１の回転角度を検出して変位
検出信号Ｓ２を出力する。突合せ回路１２ｂは、変位検
出信号Ｓ１と変位検出信号Ｓ２を入力として比較し、変
位検出偏差信号Ｓ４を得る。
１０ｂ，１０ｃを開いておき、マスター側シリンダのピ
ストン２を矢印Ａ７の方向に動かせば、シリンダ１Ｍの
圧縮室４ａの内圧は加圧状態になり、圧縮室４ｂの内圧
は減圧状態になり、第２の中空回動体２３ｂは矢印Ａ６
の方向に回転する。このとき、突合せ回路１２ａは圧力
センサ９ｂ，９ｃの圧力差検出信号Ｐ２，Ｐ３を入力と
して比較し、その圧力差偏差信号Ｐ４をコントローラ１
３ａに入力する。また、変位センサ１１ａはピストンロ
ッド３の変位を検出して変位検出信号Ｓ１を出力し、角
度センサ２４ａは回転軸２１の回転角度を検出して変位
検出信号Ｓ２を出力する。突合せ回路１２ｂは、変位検
出信号Ｓ１と変位検出信号Ｓ２を入力として比較し、変
位検出偏差信号Ｓ４を得る。
【００５５】電磁弁１０ｂが閉じ、電磁弁１０ａ，１０
をが開いておき、ピストン２を矢印Ａ７の方向に動かせ
ば、中空回動体２３ａは矢印Ａ９の方向に回転する。圧
力センサ９ａは圧縮室４ａと２３ａとの圧力差を検出し
て圧力差信号Ｐ１を出力すると共に、圧力センサ９ｃは
圧縮室４ｂと中空回動体２３ｃの圧力差を検出して圧力
差信号Ｐ３を出力する。突合せ回路１２ａは、圧力差信
号Ｐ１とＰ３を入力として比較し、圧力差偏差信号Ｐ４
を出力する。変位センサ１１ａは、ピストンロッド３の
変位を検出して、変位検出信号Ｓ１を出力する。角度セ
ンサ２４ａの回転角度を検出して変位検出信号Ｓ２を出
力する。第２の突合せ回路１２ｂは、変位検出信号Ｓ１
とＳ２を入力として比較し、変位検出偏差信号Ｓ４を出
力する。
をが開いておき、ピストン２を矢印Ａ７の方向に動かせ
ば、中空回動体２３ａは矢印Ａ９の方向に回転する。圧
力センサ９ａは圧縮室４ａと２３ａとの圧力差を検出し
て圧力差信号Ｐ１を出力すると共に、圧力センサ９ｃは
圧縮室４ｂと中空回動体２３ｃの圧力差を検出して圧力
差信号Ｐ３を出力する。突合せ回路１２ａは、圧力差信
号Ｐ１とＰ３を入力として比較し、圧力差偏差信号Ｐ４
を出力する。変位センサ１１ａは、ピストンロッド３の
変位を検出して、変位検出信号Ｓ１を出力する。角度セ
ンサ２４ａの回転角度を検出して変位検出信号Ｓ２を出
力する。第２の突合せ回路１２ｂは、変位検出信号Ｓ１
とＳ２を入力として比較し、変位検出偏差信号Ｓ４を出
力する。
【００５６】次に、電磁弁１０ａ、１０ｂ，１０ｃの全
てが開いているとき、ピストン２を矢印Ａ７の方向に動
かせば、中空回動体２３ａはは矢印Ａ８の方向に回転
し、中空回動体２３ｂは矢印Ａ６の方向に回転する。変
位センサ１１ａはピストンロッド３の変位を検出し、角
度センサ２４ａは中空回動体２３ａの変位を検出し、角
度センサ２４ｂは中空回動体２３ｂの変位を検出する。
圧力センサ９ａはマスター側シリンダ１Ｍの圧縮室４ａ
と中空回動体２３ａの圧力差を検出し、圧力センサ９ｂ
は圧縮室４ａと中空中空回動体２３ｂの圧力差を検出
し、圧力センサ９ｃは圧縮室４ｂと中空中空回動体２３
ｃの圧力差を検出する。突合せ回路１２ａは各圧力セン
サ９ａ，９ｂ，９ｃの圧力差検出信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３
を入力として比較し、その圧力差偏差信号Ｐ４をコント
ローラ１３ａに導く。突合せ回路１２ｂは各変位センサ
１１ａ，角度センサ２４ａ，２４ｂの変位検出信号Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３を入力として比較し、その変位差信号Ｓ
４をコントローラ１３ｂに導く。
てが開いているとき、ピストン２を矢印Ａ７の方向に動
かせば、中空回動体２３ａはは矢印Ａ８の方向に回転
し、中空回動体２３ｂは矢印Ａ６の方向に回転する。変
位センサ１１ａはピストンロッド３の変位を検出し、角
度センサ２４ａは中空回動体２３ａの変位を検出し、角
度センサ２４ｂは中空回動体２３ｂの変位を検出する。
圧力センサ９ａはマスター側シリンダ１Ｍの圧縮室４ａ
と中空回動体２３ａの圧力差を検出し、圧力センサ９ｂ
は圧縮室４ａと中空中空回動体２３ｂの圧力差を検出
し、圧力センサ９ｃは圧縮室４ｂと中空中空回動体２３
ｃの圧力差を検出する。突合せ回路１２ａは各圧力セン
サ９ａ，９ｂ，９ｃの圧力差検出信号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３
を入力として比較し、その圧力差偏差信号Ｐ４をコント
ローラ１３ａに導く。突合せ回路１２ｂは各変位センサ
１１ａ，角度センサ２４ａ，２４ｂの変位検出信号Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３を入力として比較し、その変位差信号Ｓ
４をコントローラ１３ｂに導く。
【００５７】図６は本発明の第４実施例によるバイラテ
タル位置・力伝達装置を示し、この装置は図１の装置を
応用したものである。すなわち、スレーブ側シリンダ１
ＳＡと１ＳＢおよびマスター側シリンダを図６のように
フレキシブルチューブで結合する。スレーブ側シリンダ
のロッド側の内圧をＰａ，Ｐｂ，Ｐａａ，Ｐｂｂとす
る。また、中央部の内圧をＰｃ，Ｐｃｃとする。
タル位置・力伝達装置を示し、この装置は図１の装置を
応用したものである。すなわち、スレーブ側シリンダ１
ＳＡと１ＳＢおよびマスター側シリンダを図６のように
フレキシブルチューブで結合する。スレーブ側シリンダ
のロッド側の内圧をＰａ，Ｐｂ，Ｐａａ，Ｐｂｂとす
る。また、中央部の内圧をＰｃ，Ｐｃｃとする。
【００５８】さらに、マスター側シリンダ１ＭＡから図
１の装置のように配管される。ここで図６のようにスレ
ーブ側シリンダの出力軸には、回転関節部２５ａ，２５
ｂが、それぞれ、スレーブ側ピストンロッドと結合され
ている。いま、回転関節部２５ａが右回転の場合、同時
に回転関節部２５ｂを左方向に回転させたいとき、スレ
ーブ側シリンダ１ＳＡは、矢印Ａ７，Ａ８の方向に伸
び、スレーブ側シリンダ１ＳＢのピストンロッドは、矢
印Ａ９，Ａ１０の方向にちじむ。このときの加圧は、マ
スター側により行われ、マスター側シリンダ１ＭＡより
図６のように互い違いに（Ｐａ＋Ｐ）ｂとＰｃｃの組み
合わせ、および（Ｐａａ＋Ｐｂｂ）とＰｃとの組み合わ
せに配管しておけば、マスター側シリンダの操作で２軸
の関節の操作が同時に行われる。
１の装置のように配管される。ここで図６のようにスレ
ーブ側シリンダの出力軸には、回転関節部２５ａ，２５
ｂが、それぞれ、スレーブ側ピストンロッドと結合され
ている。いま、回転関節部２５ａが右回転の場合、同時
に回転関節部２５ｂを左方向に回転させたいとき、スレ
ーブ側シリンダ１ＳＡは、矢印Ａ７，Ａ８の方向に伸
び、スレーブ側シリンダ１ＳＢのピストンロッドは、矢
印Ａ９，Ａ１０の方向にちじむ。このときの加圧は、マ
スター側により行われ、マスター側シリンダ１ＭＡより
図６のように互い違いに（Ｐａ＋Ｐ）ｂとＰｃｃの組み
合わせ、および（Ｐａａ＋Ｐｂｂ）とＰｃとの組み合わ
せに配管しておけば、マスター側シリンダの操作で２軸
の関節の操作が同時に行われる。
【００５９】なお、マスター側のピストンロッド３に
は、直進機構部１６とその先端には、サーボモータ１５
が結合されており、サーボモータの制御により一連の動
作が行われる。これらのメカニズムは、回転関節部２５
ａ，２５ｂを独立に回転させる場合にも対応でき、基本
的には図３の（ｃ），（ｄ）の動作を行うものである。
は、直進機構部１６とその先端には、サーボモータ１５
が結合されており、サーボモータの制御により一連の動
作が行われる。これらのメカニズムは、回転関節部２５
ａ，２５ｂを独立に回転させる場合にも対応でき、基本
的には図３の（ｃ），（ｄ）の動作を行うものである。
【００６０】すなわち、マスター側ピストン２を矢印Ａ
１１方向に移動させるようにサーボモータを制御すれ
ば、シリンダ１ＭＡの内圧はＰｃｃ，（Ｐａ＋Ｐｂ）に
加圧される。ここで、回転関節部のみを動作させる場合
には、電磁弁１０ａ，１０ｄを閉じておけば圧力は、圧
縮室７ｂ，７ｃのみに加圧され、スレーブ側シリンダ１
ＳＡ，１ＳＢのピストンは矢印（Ａ７、Ａ８），（Ａ
９，Ａ１０）方向に動作し、結局、回転関節部２５ｂは
矢印で示す方向に回転することになる。以上の動作は、
人間の二関節動作に類似するものである。
１１方向に移動させるようにサーボモータを制御すれ
ば、シリンダ１ＭＡの内圧はＰｃｃ，（Ｐａ＋Ｐｂ）に
加圧される。ここで、回転関節部のみを動作させる場合
には、電磁弁１０ａ，１０ｄを閉じておけば圧力は、圧
縮室７ｂ，７ｃのみに加圧され、スレーブ側シリンダ１
ＳＡ，１ＳＢのピストンは矢印（Ａ７、Ａ８），（Ａ
９，Ａ１０）方向に動作し、結局、回転関節部２５ｂは
矢印で示す方向に回転することになる。以上の動作は、
人間の二関節動作に類似するものである。
【００６１】サーボ機構としてみた場合の利点として、 （１）位置サーボコマンドによる教示ができる。 （２）サーボ制御を行うことにより、力サーボ一定圧を
負荷として印加する動作ができる。 （３）［位置サーボ］スレーブ側より教示し、プレイバ
ックする動作が可能。 （４）［位置サーボ＋圧力サーボ］一定負荷と位置決め
を行う動作。 （５）［位置サーボ＋圧力サーボ］過負荷異常圧診断に
よる安全停止。
負荷として印加する動作ができる。 （３）［位置サーボ］スレーブ側より教示し、プレイバ
ックする動作が可能。 （４）［位置サーボ＋圧力サーボ］一定負荷と位置決め
を行う動作。 （５）［位置サーボ＋圧力サーボ］過負荷異常圧診断に
よる安全停止。
【００６２】上記実施例によるリハビリテーションロボ
ットによれば、各種入力方法によるリハビリテーション
ロボットの動作として、コマンド入力による教示動作、
一定圧を負荷とする負荷訓練動作、リハビリテーション
ロボット側からの入力による教示およびプレイバック動
作、一定負荷と位置決め動作、および過負荷異常圧診断
による安全停止が可能である。その他、リハビリテーシ
ョンロボットの安全システムの開発、リハビリテーショ
ンロボットの正常動作を監視するシステム化と全体の動
作が緊急停止した際の安全性が保証される。
ットによれば、各種入力方法によるリハビリテーション
ロボットの動作として、コマンド入力による教示動作、
一定圧を負荷とする負荷訓練動作、リハビリテーション
ロボット側からの入力による教示およびプレイバック動
作、一定負荷と位置決め動作、および過負荷異常圧診断
による安全停止が可能である。その他、リハビリテーシ
ョンロボットの安全システムの開発、リハビリテーショ
ンロボットの正常動作を監視するシステム化と全体の動
作が緊急停止した際の安全性が保証される。
【００６３】
【発明の効果】本発明は、以上の如くであって、バイラ
テラル位置・力伝達装置にはスレーブ側シリンダのみを
設置し、マスタ側シリンダ・直動モータは動力装具から
分離するため動力装具の軽量化を計ることができる。ま
た、 （１）動力源と可動箇所の分離により、ロボットの小型
化が期待できる。 （２）スレーブ側シリンダとマスタ側シリンダは可撓性
パイプにより連結することで、スレーブ側シリンダの設
置個所に制限がない。このためロボットを人の腕に類似
した形状にすることが可能である。 （３）位置制御・力制御が１つのユニットで行うことが
できる。 （４）油圧シリンダを使用するため、滑らかな人の腕の
動きに近い動作が可能である。 （５）動力装具は、四肢などを保護するため高負荷に対
応できなかったが、本システムは可能となった。すなわ
ち、サイボーグ化が可能である。 （６）人間の二関節筋に類似した動作が可能である。
テラル位置・力伝達装置にはスレーブ側シリンダのみを
設置し、マスタ側シリンダ・直動モータは動力装具から
分離するため動力装具の軽量化を計ることができる。ま
た、 （１）動力源と可動箇所の分離により、ロボットの小型
化が期待できる。 （２）スレーブ側シリンダとマスタ側シリンダは可撓性
パイプにより連結することで、スレーブ側シリンダの設
置個所に制限がない。このためロボットを人の腕に類似
した形状にすることが可能である。 （３）位置制御・力制御が１つのユニットで行うことが
できる。 （４）油圧シリンダを使用するため、滑らかな人の腕の
動きに近い動作が可能である。 （５）動力装具は、四肢などを保護するため高負荷に対
応できなかったが、本システムは可能となった。すなわ
ち、サイボーグ化が可能である。 （６）人間の二関節筋に類似した動作が可能である。
【図１】本発明の第１実施例による力帰還型バイラテラ
ルサーボの構成ブロック図。
ルサーボの構成ブロック図。
【図２】図１の力帰還型バイラテラルサーボのマスター
側シリンダのピストンの機能説明図。
側シリンダのピストンの機能説明図。
【図３】スレーブ側シリンダの機能説明図。
【図４】本発明の第２実施例による力帰還型バイラテラ
ルサーボの構成ブロック図。
ルサーボの構成ブロック図。
【図５】本発明の第３実施例による力帰還型バイラテラ
ルサーボの構成ブロック図。
ルサーボの構成ブロック図。
【図６】本発明の第４実施例による力帰還型バイラテラ
ルサーボの構成ブロック図。
ルサーボの構成ブロック図。
【図７】バイラテラル油圧伝達部の原理図。
１Ｍ，１ＭＡ…マスター側シリンダ ２…第１のピストン ３…ピストンロッド １Ｓ，１ＳＡ，１ＳＢ…スレーブ側シリンダ ４ａ…第１の圧縮室 ４ｂ…第２の圧縮室 ５ａ…第２のピストン ５ｂ…第３のピストン ６ａ，６ｂ…ピストンロッド ７ａ…第３の圧縮室 ７ｂ…第４の圧縮室 ７ｃ…第５の圧縮室 ８ａ，８ｂ，８ｃ…チューブ ９ａ，９ｂ，９ｃ…圧力センサ １０ａ，１０ｂ，１０ｃ…電磁弁 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ…変位センサ １２ａ，１２ｂ…突合せ回路 １３ａ，１３ｂ…コントローラ １４…直動機構 １５…モータ １６…送りネジ １７ａ，１７ｂ，１７ｃ…管体 ２０…スレーブ側ロータリアクチュエータ ２１…回転軸 ２２ａ，２２ｂ…回動子 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…中空回動体 ２４ａ，２４ｂ…角度センサ ２５ａ，２５ｂ…回転関節部
Claims (13)
- 【請求項１】マスター側のアクチュエータである第１の
アクチュエータと、 スレーブ側のアクチュエータである第２のアクチュエー
タと、 前記第１のアクチュエータと第２のアクチュエータ間に
力を伝達させ、該第１と第２のアクチュエータを動作さ
せる力伝達手段と、 前記力伝達手段による前記第１と第２のアクチュエータ
の動作を検出する動作検出手段と、 前記動作検出手段の動作検出信号を基に演算して前記第
１と第２のアクチュエータの動作偏差信号を得る演算手
段、および前記動作偏差信号を基に前記第１と第２のア
クチュエータの動作を制御する動作制御手段、によって
構成され、 前記第１のアクチュエータが、少なくとも一つのピスト
ンを有し、第１の圧縮室と第２の圧縮室を形成する第１
のシリンダであり、 前記第２のアクチュエータが、前記第１のシリンダの少
なくとも一つのピストンに対応する一対の第２のピスト
ンと第３のピストンを有し、第３の圧縮室と第４の圧縮
室および第５の圧縮室を形成するシリンダであり、 前記力伝達手段が、前記第１の圧縮室と第３の圧縮室に
連通する第１の管体と、第１の圧縮室と第２の圧縮室に
連通する第２の管体と、第２の圧縮室と第５の圧縮室に
連通する第３の管体、によって構成されている、 ことを特徴とする、バイラテラル位置・力伝達装置。 - 【請求項２】前記動作検出手段が、前記第１の管体に設
けられ前記第１の圧縮室と第２の圧縮室との圧力差を検
出する第１の圧力センサと、前記第２の管体に設けられ
前記第１の圧縮室と第３の圧縮室の圧力差を検出する第
２の圧力センサと、前記第３の管体に設けられ前記第２
の圧縮室と第５の圧縮室の圧力差を検出する第３の圧力
センサ、によって構成されていることを特徴とする、請
求項１に記載のバイラテラル位置・力伝達装置。 - 【請求項３】さらに、前記力伝達手段の力伝達動作を制
御する力伝達制御手段によって構成され、該力伝達制御
手段は、前記第１の管体と第２の管体および第３の管体
にそれぞれ設けられ、該第１の管体と第２の管体および
第３の管体を開閉制御する電磁弁によって構成されてい
ることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバイラテ
ラル位置・力伝達装置。 - 【請求項４】前記動作検出手段が、前記第１のアクチュ
エータのシリンダの第１のピストンの動きを検出する第
１の変位センサと、前記第２のアクチュエータのシリン
ダの第２のピストンの動きを検出する第２の変位センサ
と、前記第２のアクチュエータのシリンダの第３のピス
トンの動きを検出する第３の変位センサによって構成さ
れている、ことを特徴とする、請求項２に記載のバイラ
テラル位置・力伝達装置。 - 【請求項５】前記演算手段が前記圧力検出手段の第１の
圧力センサの圧力差検出信号と第２の圧力センサの圧力
差検出信号および第３の圧力差検出信号を入力として比
較し、圧力差偏差信号を出力する第１の演算回路と、前
記第１の変位センサの変位検出信号と第２の変位センサ
の変位検出信号と第３の変位センサの変位検出信号を入
力として比較し、変位検出偏差信号を出力する第２の演
算回路によって構成されている、ことを特徴とする、請
求項１に記載のバイラテラル位置・力伝達装置。 - 【請求項６】前記動作制御手段が、前記第１の演算回路
の圧力差偏差信号を基に前記第１のアクチュエータのシ
リンダのピストンの動作を制御する第１のコントローラ
と、第２の演算回路の第１のコントローラの変位検出偏
差信号を基に前記第１のアクチュエータのシリンダのピ
ストンの動作を制御する第２のコントローラによって構
成されている、ことを特徴とする、請求項１に記載のバ
イラテラル位置・力伝達装置。 - 【請求項７】さらに、前記第１のアクチュエータのシリ
ンダのピストンを駆動する駆動手段を備え、前記駆動手
段が、前記第１のアクチュータのシリンダのピストンロ
ッドに送りねじを介して機械的に接続されたモータを含
む直動機構であることを特徴とする、請求項１又は６に
記載のバイラテラル位置・力伝達装置。 - 【請求項８】マスター側のアクチュエータである第１の
アクチュエータと、スレーブ側のアクチュエータである
第２のアクチュエータと、 前記第１のアクチュエータと第２のアクチュエータ間に
力を伝達させ、該第１と第２のアクチュエータを動作さ
せる力伝達手段と、 前記力伝達手段による前記第１と第２のアクチュエータ
の動作を検出する動作検出手段と、 前記動作検出手段の動作検出信号を基に演算して前記第
１と第２のアクチュエータの動作偏差信号を得る演算手
段、および前記動作偏差信号を基に前記第１と第２のア
クチュエータの動作を制御する動作制御手段、によって
構成され、 前記第１のアクチュエータが、少なくとも一つのピスト
ンを有し、第１の圧縮室と第２の圧縮室を形成する第１
のシリンダであり、 前記第２のアクチュエータが、回転軸に取り付けられた
第１の回動子と、該回動動子の一方の側に位置して前記
回転軸に取り付けられ第１の管体を介して前記第１のア
クチュータのシリンダの第１の圧縮室と連通する第１の
中空回動体と、前記第１の回動子の他方の側に取り付け
られ第２の管体を介して前記第１のアクチュータのシリ
ンダの第２の圧縮室と連通する第２の中空回動体を有す
るロタリアクチュータであり、 前記力伝達手段が、前記第１の圧縮室と第３の圧縮室に
連通する第１の管体と、第１の圧縮室と第２の圧縮室に
連通する第２の管体、によって構成されている、 ことを特徴とする、バイラテラル位置・力伝達装置。 - 【請求項９】前記動作検出手段が、前記第１の管体に設
けられ前記第１の圧縮室の圧力と前記第２のアクチュエ
ータの第１の中空回動体の内圧との圧力差を検出する第
１の圧力センサと、前記第２の管体に設けられ前記第１
のアクチュータシリンダの第２の圧縮室の圧力と前記第
２の中空回動体の内圧との圧力差を検出する第２の圧力
センサ、によって構成されていることを特徴とする、請
求項８に記載のバイラテラル位置・力伝達装置。 - 【請求項１０】さらに、前記第２のアクチュエータが、
前記第１の回動子と第２の中空回動体との間に位置して
前記回転軸に取り付けられた第２の回動子と、前記第１
の回動子と第２の回動子との間に位置して前記回転軸に
取り付けられ第３の管体を介して前記第１のアクチュエ
ータのシリンダの第２の圧縮室と連通する第３の中空回
動体を有するロタリアクチュエータであることを特徴と
する、請求項８に記載のバイラテラル位置・力伝達装
置。 - 【請求項１１】さらに、前記力伝達手段の力伝達動作を
制御する力伝達制御手段によって構成され、該力伝達制
御手段は、前記第１の管体と第２の管体および第３の管
体にそれぞれ設けられ、該第１の管体と第２の管体およ
び第３の管体を開閉制御する電磁弁によって構成されて
いることを特徴とする、請求項８に記載のバイラテラル
位置・力伝達装置。 - 【請求項１２】さらに、前記力伝達手段の力伝達動作を
制御する力伝達制御手段によって構成され、該力伝達制
御手段は、前記第１の管体と第２の管体および第３の管
体にそれぞれ設けられ、該第１の管体と第２の管体およ
び第３の管体を開閉制御する電磁弁によって構成されて
いることを特徴とする、請求項１１に記載のバイラテラ
ル位置・力伝達装置。 - 【請求項１３】少なくとも一つのピストンを有し、該ピ
ストン一方の側に第１の圧縮室を形成し他方の側に第２
の圧縮室を形成してなるマスター側シリンダと、 前記マスター側シリンダの一つに対応して一対のピスト
ンを有し、一対のピストンロッド側に第３の圧縮室を形
成し、他方のピストンのロッド側に第４の圧縮室を形成
し、一方のピストンと他方のピストンとの間に第５の圧
縮室を形成してなる第１のスレーブ側シリンダと、 前記マスター側シリンダの一つに対応して一対のピスト
ンを有し、一方のピストンロッド側に第６の圧縮室を形
成し、他方のピストンのロッド側に第７の圧縮室を形成
し、一方のピストンと他方のピストンとの間に第８の圧
縮室を形成してなる第２のスレーブ側シリンダによって
構成され、 前記マスター側シリンダの第１の圧縮室を、前記スレー
ブ側シリンダの第５の圧縮室と前記第２のスレーブ側シ
リンダの第６および第７の圧縮室をチューブで結合し、 前記マスター側シリンダの第２の圧縮室を前記第１のス
レーブ側シリンダシリンダの第３と第４の圧縮室と前記
第２のスレーブ側シリンダの第８の圧縮室とをチューブ
で結合し、 前記第１と第２のスレーブ側シリンダの各一方の出力軸
を第１の回転関節軸に結合すると共に、各他方の出力軸
を第２の回転関節軸に結合した、 ことを特徴とするバイラテラル位置・力伝達装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31918099A JP4450908B2 (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | バイラテラル位置・力伝達装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31918099A JP4450908B2 (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | バイラテラル位置・力伝達装置 |
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|---|---|
| JP2001140802A true JP2001140802A (ja) | 2001-05-22 |
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|---|---|---|---|
| JP31918099A Expired - Fee Related JP4450908B2 (ja) | 1999-11-10 | 1999-11-10 | バイラテラル位置・力伝達装置 |
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| JP (1) | JP4450908B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105107875A (zh) * | 2015-09-17 | 2015-12-02 | 太原科技大学 | 一种全液压矫直机双压力闭环控制方法 |
| JP2017156277A (ja) * | 2016-03-03 | 2017-09-07 | センクシア株式会社 | 油圧ダンパの検査装置および検査方法 |
| JP2019136485A (ja) * | 2018-02-13 | 2019-08-22 | 深▲セン▼市赫▲ジ▼科技有限公司ＨＩＺＥＲＯ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 清掃ロボット用水槽及び掃除ロボット |
| CN112292535A (zh) * | 2018-07-06 | 2021-01-29 | 山特维克矿山工程机械有限公司 | 液压主从驱动马达控制系统 |
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-
1999
- 1999-11-10 JP JP31918099A patent/JP4450908B2/ja not_active Expired - Fee Related
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