JP2008259607A - マニピュレータ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マニピュレータ装置は、スレーブマニピュレータ1、マスタマニピュレータ2、制御装置3を備える。スレーブマニピュレータ1及びマスタマニピュレータ2は、ジンバル部に平行リンクを介して結合した並進軸をそれぞれに備える。制御装置3はスレーブエンコーダとマスタエンコーダの検出信号に基づいて生成した広帯域の力覚を術具17からマスタマニピュレータ2の手元操作部27にフィードバック制御する。
【選択図】図1
Description
(1)前記スレーブ平行リンクは第1の平行リンクと第2の平行リンクとを連結して構成し、前記第1の平行リンクの遊端側を前記スレーブジンバル部に結合すると共にその先端部を当該スレーブジンバル部より先に延長して設け、前記第2の平行リンクの遊端側を前記スレーブ並進軸に結合し、前記第1の平行リンクの先端部にスレーブバランスウエイトを装着したこと。
(2)前記スレーブ直動軸に設けたスレーブアクチュエータはリニアモータで構成され、前記スレーブコントロールケーブルはスレーブワイヤとこのスレーブワイヤを収納したスレーブチューブとを有し、前記スレーブワイヤはその一側端部を前記術具駆動機構部に接続すると共にその他側端部を前記スレーブ直動軸に接続し、マスタ直動軸に設けたマスタアクチュエータはリニアモータで構成され、前記マスタコントロールケーブルはマスタワイヤとこのマスタワイヤを収納したマスタチューブとを有し、前記マスタワイヤはその一側端部を前記手元操作部に接続すると共にその他側端部を前記マスタ直動軸に接続したこと。
(3)前記(2)において、前記スレーブアクチュエータにスリーブ電磁ブレーキを備え、前記マスタアクチュエータにマスタ電磁ブレーキを備えたこと。
(4)前記(3)において、前記スリーブアクチュエータ、前記スリーブエンコーダおよび前記スレーブ電磁ブレーキを外置きとし、前記マスタアクチュエータ、前記マスタエンコーダおよび前記マスタ電磁ブレーキを外置きとしたこと。
(5)前記(1)において、前記並進軸にベルトを介して可動バランスウエイトを配置したこと。
鉗子着脱部16には、鉗子17が接続されている。鉗子17の外径は5mm、長さは350mmで、ジンバル部12のピッチ軸120の延長線上に仮想ピボット点170が設けられている。鉗子17の駆動機構は、鉗子着脱部16に設けたスライド部160〜162の直線運動の動力を伝達する機構であれば、ラック・ピニオン機構やロッド機構など、自由に設計できる。鉗子先端171での動作範囲は、湾曲2方向と開閉1方向の3軸が全て±90°である。鉗子17を構成する材料は、オートクレープ滅菌に対応できるように、金属など耐熱性に優れた部材が用いられる。鉗子着脱部16と着脱する鉗子17の接続面には、同様にサマリウムコバルト磁石が設けられている。鉗子17の磁石は耐熱性に優れており、オートクレープ滅菌可能である。鉗子17以外はドレープで覆い、滅菌性を確保する。
ジンバル部22のヨー軸221の先には、平行リンク23が設けられている。平行リンク23は、長尺部分230aと短尺部分231a、長尺部分230bと短尺部分31bからなる2対の平行リンクで構成されている。ジンバル部22の上方にある短尺部分231bの先端には、平行リンク23のバランスをとる固定バランスウエイト232が配置されている。その他の平行リンク23の構成は、長尺部分230の先端に設ける並進軸24と、並進スライド部241上面に設けるロール軸25を含め、スレーブマニピュレータ装置1と同様である。
図6は力覚フィードバックを有するマスタ・スレーブ制御のブロック線図である。制御ブロック線図は、加速度合成部31、位置制御部32、操作力制御部33、マスタマニピュレータ34、スレーブマニピュレータ35、マスタ側反力オブザーバ36、スレーブ側反力オブザーバ37の7ブロックを持つ。また、制御ブロック線図は、マニピュレータ34、35のエンコーダ値から算出されるマスタ位置信号Xmとスレーブ位置信号Xs、反力オブザーバ36、37から各々算出されるマスタ操作力信号Fmとスレーブ操作力信号Fs、位置制御部32から算出されるマスタ側位置の加速度参照値Apmとスレーブ側位置の加速度参照値Aps、操作力制御部33から算出されるマスタ側操作力の加速度参照値Afmとスレーブ側操作力の加速度参照値Afs、加速度合成部から算出され各マニピュレータのモータ駆動信号となるマスタ側の加速度指令信号Am、スレーブ側の加速度指令信号Asの10信号を持つ。
Claims (6)
- 術具を駆動するスレーブマニピュレータと、前記スレーブマニピュレータを制御装置を介して駆動するマスタマニピュレータと、前記スレーブマニピュレータ及び前記マスタマニピュレータを制御する前記制御装置と、を備えるマニピュレータ装置において、
前記スレーブマニピュレータは、
スレーブジンバル部に設けたスレーブピッチ軸及びスレーブヨー軸と、
前記スレーブジンバル部の動作を伝達するスレーブ平行リンクと、
前記スレーブジンバル部に前記スレーブ平行リンクを介して結合され且つ前記術具を並進させるスレーブ並進軸と、
前記スレーブ並進軸に結合され且つ前記術具を回転させるスレーブロール軸と、
前記スレーブロール軸の先端部に設けた術具駆動機構部と、
前記術具駆動機構部に結合され且つオートクレーブ滅菌に対応可能な材料で形成された前記術具と、
前記術具駆動機構部に一側端部を接続したスレーブコントロールケーブルと、
前記スレーブコントロールケーブルの他側端部を接続したスレーブ直動軸と、
前記各スレーブ軸にそれぞれ設けたスレーブアクチュエータと、
前記各スレーブアクチュエータにそれぞれ取付けたスレーブエンコーダと、を備えて構成され、
前記マスタマニピュレータは、
マスタジンバル部に設けたマスタピッチ軸及びマスタヨー軸と、
前記マスタジンバル部の動作を伝達するマスタ平行リンクと、
前記マスタジンバル部に前記マスタ平行リンクを介して結合されたマスタ並進軸と、
前記マスタ並進軸に結合されたマスタロール軸と、
前記マスタロール軸の先端部に設けた手元操作部と、
前記手元操作部に一側端部を接続したマスタコントロールケーブルと、
前記マスタコントロールケーブルの他側端部を接続したマスタ直動軸と、
前記各マスタ軸にそれぞれ設けたマスタアクチュエータと、
前記各マスタアクチュエータにそれぞれ取付けたマスタエンコーダとを備えて構成され、
前記制御装置は前記スレーブエンコーダと前記マスタエンコーダの検出信号に基づいて生成した広帯域の力覚を、前記スレーブマニピュレータ及び前記マスタマニピュレータの術具からスタマニピュレータの手元操作部にフィードバック制御する
ことを特徴とするマニピュレータ装置。 - 請求項1記載のマニピュレータ装置において、前記スレーブ平行リンクは第1の平行リンクと第2の平行リンクとを連結して構成し、前記第1の平行リンクの遊端側を前記スレーブジンバル部に結合すると共にその先端部を当該スレーブジンバル部より先に延長して設け、前記第2の平行リンクの遊端側を前記スレーブ並進軸に結合し、前記第1の平行リンクの先端部にスレーブバランスウエイトを装着したことを特徴とするマニピュレータ装置。
- 請求項1において、前記スレーブ直動軸に設けたスレーブアクチュエータはリニアモータで構成され、前記スレーブコントロールケーブルはスレーブワイヤとこのスレーブワイヤを収納したスレーブチューブとを有し、前記スレーブワイヤはその一側端部を前記術具駆動機構部に接続すると共にその他側端部を前記スレーブ直動軸に接続し、マスタ直動軸に設けたマスタアクチュエータはリニアモータで構成され、前記マスタコントロールケーブルはマスタワイヤとこのマスタワイヤを収納したマスタチューブとを有し、前記マスタワイヤはその一側端部を前記手元操作部に接続すると共にその他側端部を前記マスタ直動軸に接続したことを特徴とするマニピュレータ装置。
- 請求項3記載のマニピュレータ装置において、前記スレーブアクチュエータにスリーブ電磁ブレーキを備え、前記マスタアクチュエータにマスタ電磁ブレーキを備えたことを特徴とするマニピュレータ装置。
- 請求項4記載のマニピュレータ装置において、前記スリーブアクチュエータ、前記スリーブエンコーダおよび前記スレーブ電磁ブレーキを外置きとし、前記マスタアクチュエータ、前記マスタエンコーダおよび前記マスタ電磁ブレーキを外置きとしたことを特徴とするマニピュレータ装置。
- 請求項2記載のマニピュレータ装置において、前記並進軸にベルトを介して可動バランスウエイトを配置したことを特徴とするマニピュレータ装置。
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JP4505618B2 (ja) | 2010-07-21 |
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