JP2012056045A - Force-sensation-presentation manipulator having five axes - Google Patents

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Junpei Arata
純平 荒田
Hideo Fujimoto
英雄 藤本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a force-sensation-presentation manipulator in which an end effector can output translation with three degrees of freedom and rotation with two degrees of freedom to a manipulator base, and which is downsized and can perform wide-range rotation.SOLUTION: The force-sensation-presentation manipulator uses a redundant parallel mechanism which includes the manipulator base 10, the end effector 60, three arms 20a, 20b, 20c supporting the end effector 60, three connection links 23a, 23b, 23c connecting the end effector 60 to the three arms 20a, 20b, 20c, respectively, and driving units for driving the three arms 20a, 20b, 20c.

Description

本発明は、5軸を有する力覚提示マニピュレータに関する。   The present invention relates to a haptic presentation manipulator having five axes.

バーチャル・リアリティを用いた訓練システムにおいて臨場感を高めるためには力覚の提示が重要である。また、ロボットの遠隔操作においても微細作業や、繊細で複雑な作業を必要とする場合には、作業ロボットから操縦桿へ力覚の帰還を行うことで作業効率を向上することが知られている。このように力覚を表現する装置として力覚提示装置が用いられる。   In order to enhance the sense of reality in a training system using virtual reality, it is important to present a sense of force. It is also known to improve work efficiency by performing force feedback from the work robot to the control stick when remote operation of the robot requires fine work or delicate and complicated work. . Thus, a force sense presentation device is used as a device that expresses a force sense.

本発明では、力覚提示装置にパラレルメカニズムを応用してマニピュレータを構成している。パラレルメカニズムは高剛性、終端部が軽量であることから力覚提示マニピュレータへ応用されている。パラレルメカニズムとは、マニピュレータのベースと、エンドエフェクタとを、複数のリンク機構により支持する機構の呼称である。パラレルメカニズムでは、構成するアームの関節配置などにより、異なる種類の機構が存在する(例えば、非特許文献1、非特許文献2、非特許文献3、特許文献1)。   In the present invention, a manipulator is configured by applying a parallel mechanism to the force sense presentation device. The parallel mechanism is applied to a haptic manipulator because of its high rigidity and light end. The parallel mechanism is a name of a mechanism that supports the base of the manipulator and the end effector by a plurality of link mechanisms. In the parallel mechanism, there are different types of mechanisms depending on the joint arrangement of the constituting arms (for example, Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3, and Patent Document 1).

特開2001−293676号公報JP 2001-293676 A

Clavel R. , “Conception d’un robot parallele rapide a 4 degres de liberte”, Ph.D. Thesis, EPFL, Lausanne,1991,No925.Clavel R., “Conception d’ un robot parallele rapide a 4 degres de liberte”, Ph.D. Thesis, EPFL, Lausanne, 1991, No925. Stewart D., “A Platform with Six Degrees of Freedom”, Proc. of the Institution of Mechanical Engineers 1965-1966, 180(1)15 pp. 371-386, 1965.Stewart D., “A Platform with Six Degrees of Freedom”, Proc. Of the Institution of Mechanical Engineers 1965-1966, 180 (1) 15 pp. 371-386, 1965. 内山勝、飯村憲一、多羅尾進、フランソワ・ピエロ、外山修、“6自由 度高速パラレルロボットHEXAの開発、“日本ロボット学会誌, vol.12, No.3, pp.451-458, 1994.Masaru Uchiyama, Kenichi Iimura, Susumu Tarao, Francois Pierrot, Osamu Toyama, “Development of 6-DOF High Speed Parallel Robot HEXA,” Journal of the Robotics Society of Japan, vol.12, No.3, pp.451-458, 1994.

しかしながら、従来のパラレルメカニズムでは動作可能な空間に対して装置体積が大きくなるという問題点がある。また、非特許文献2、非特許文献3の回転動作のように、動作可能な角度が小さいという問題点がある。   However, the conventional parallel mechanism has a problem that the volume of the apparatus increases with respect to the operable space. Further, there is a problem that the operable angle is small as in the rotation operations of Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型で、高い自由度で移動可能であり、広い範囲の回転動作が可能な力覚提示マニピュレータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a force sense presentation manipulator that is small, can be moved with a high degree of freedom, and can perform a wide range of rotational movements.

上記目的を達成するために、本発明の力覚提示マニピュレータは、駆動手段により駆動される3本のアームをそれぞれ3本の連結リンクによりエンドエフェクタへ接続することにより、力覚提示マニピュレータを構成することを特徴とする。この構成の力覚提示マニピュレータにより、多自由度であり、広い範囲の回転動作が可能となる。   In order to achieve the above object, a force sense presentation manipulator according to the present invention comprises a force sense presentation manipulator by connecting three arms driven by driving means to an end effector through three connection links. It is characterized by that. The force sense presentation manipulator having this configuration has a high degree of freedom and enables a wide range of rotational movements.

具体的には、本発明の力覚提示マニピュレータは、駆動手段によって駆動される5軸を有し、ベースと、エンドエフェクタと、ベースからエンドエフェクタを支持する3本のアームと、エンドエフェクタと3本のアームを連結する3本の連結リンクと、アームを駆動する駆動手段と、を備え、駆動手段の動力と、3本のアームと、3本の連結リンクと、によってエンドエフェクタがベースに対して、3軸(X軸、Y軸、Z軸)の並進動作および2軸の回転動作(α軸、β軸)を行うことを特徴とする。   Specifically, the force sense presentation manipulator of the present invention has five axes driven by a driving means, a base, an end effector, three arms that support the end effector from the base, an end effector, and 3 Three connection links for connecting the three arms and drive means for driving the arms, and the end effector is connected to the base by the power of the drive means, the three arms, and the three connection links. Thus, a translation operation of three axes (X axis, Y axis, Z axis) and a rotation operation of two axes (α axis, β axis) are performed.

3本のアームはそれぞれ第1平行四節リンク機構と、第2平行四節リンク機構と、から構成される。また、駆動手段は、2つの駆動手段で構成される。   Each of the three arms includes a first parallel four-bar linkage mechanism and a second parallel four-bar linkage mechanism. The driving means is composed of two driving means.

第1平行四節リンク機構は、力覚提示マニピュレータのベースに固定された第1駆動手段の駆動軸である第1軸に固定された第1リンクと、同じく第1軸と同軸上に存在する第2駆動手段の駆動軸に固定された第2リンクと、第1リンクに平行で長さが等しく、第2リンクと回転自在で連結する第3リンクと、第2リンクと平行で長さが等しく、一方を第1リンクと回転自在に連結し、他方を第3リンクと回転自在に連結する第4リンクと、を備える。なお、第1リンクと第4リンクを回転自在により連結する回転軸を第2軸とする。   The first parallel four-bar linkage mechanism is present on the same axis as the first link fixed to the first shaft, which is the driving shaft of the first driving means fixed to the base of the haptic manipulator, and the first shaft. A second link fixed to the drive shaft of the second drive means; a third link that is parallel to and equal in length to the first link; and is rotatably connected to the second link; Equally, a fourth link is provided, one of which is rotatably connected to the first link and the other of which is rotatably connected to the third link. In addition, let the rotating shaft which connects a 1st link and a 4th link freely rotate be a 2nd axis | shaft.

第2平行四節リンク機構は、前記第1平行四節リンク機構の各回転軸と平行となるよう前記第4リンクに固定する第5リンクと、第5リンクに平行で長さが等しい第6リンクと、第5及び第6リンクの間を回転自在で結ぶ平行な2つの第7リンクと、を備える。第2平行四節リンク機構は、第2駆動手段の動力により第2軸まわりの回転運動を与えられる。なお、第6リンクの長軸を第3軸とする。   The second parallel four-bar linkage mechanism includes a fifth link that is fixed to the fourth link so as to be parallel to each rotation axis of the first parallel four-bar linkage mechanism, and a sixth link that is parallel to the fifth link and equal in length. A link and two parallel seventh links rotatably connecting the fifth and sixth links. The second parallel four-bar linkage mechanism is given a rotational movement around the second axis by the power of the second drive means. The major axis of the sixth link is the third axis.

3本の連結リンクはそれぞれ3本のアームの第3軸へ回転自在により連結され、連結リンク長軸の回転自在(第4軸)と、連結リンク終端部であるエンドエフェクタとの連結部に回転自在(第5軸)と、を有する。3本の連結リンクは、終端部の回転自在によりエンドエフェクタ軸上(第6軸)に直列に連結される。   Each of the three connecting links is rotatably connected to the third axis of each of the three arms, and rotates to the connecting portion between the connecting link long axis (fourth axis) and the end effector that is the end of the connecting link. (5th axis). The three connecting links are connected in series on the end effector shaft (sixth shaft) by freely rotating the terminal portion.

また、この構成の力覚提示マニピュレータでは、アームの配置として、ベースのある点を中心に放射状に120°の等間隔に配置しても良い。また、駆動手段として、回転力を駆動するモータを用いても良い。   Moreover, in the force sense presentation manipulator having this configuration, the arms may be arranged at equal intervals of 120 ° radially around a point with the base. Further, a motor that drives a rotational force may be used as the driving means.

また、この構成の力覚提示マニピュレータでは、前記駆動手段を制御する制御部を備えてもよい。この構成の力覚提示マニピュレータでは、制御部により前記駆動手段を制御して、エンドエフェクタへ操作力を作用させ、力覚を操作者へ提示することができる。また、駆動手段へ搭載した光学式エンコーダなどの位置測定装置により各駆動手段の位置からエンドエフェクタの位置を運動学から算出することができる。   Moreover, the force sense presentation manipulator having this configuration may include a control unit that controls the driving unit. In the force sense presentation manipulator having this configuration, the control unit can control the driving unit to apply an operation force to the end effector and present the force sense to the operator. Further, the position of the end effector can be calculated from kinematics from the position of each driving means by a position measuring device such as an optical encoder mounted on the driving means.

本発明によれば、エンドエフェクタを3本のアームと3本の連結リンクで支持するパラレルメカニズムにより、機構の剛性を高めることが可能である。そのため、駆動手段の動力を正確にエンドエフェクタに伝達することができ、より正確に剛体や衝撃を表現することが可能である。   According to the present invention, it is possible to increase the rigidity of the mechanism by the parallel mechanism in which the end effector is supported by the three arms and the three connecting links. Therefore, the power of the drive means can be accurately transmitted to the end effector, and a rigid body and an impact can be expressed more accurately.

この構成の力覚提示マニピュレータによって、駆動手段のすべてを力覚提示マニピュレータのベースに固定することが可能である。そのため、力覚提示マニピュレータを駆動する駆動手段の重量がマニピュレータの操作性に与える影響が小さく、減速機を用いない駆動手段の搭載が容易となるため、機構の可逆動作性を高めることが可能である。従って、外部からマニピュレータを動かした際の操作負荷による影響が低減されるため、繊細な力覚提示が可能となる。   With the force sense presentation manipulator having this configuration, it is possible to fix all of the driving means to the base of the force sense presentation manipulator. Therefore, the weight of the driving means for driving the haptic manipulator has little influence on the manipulator operability, and it is easy to mount the driving means without using a speed reducer, so that the reversible operability of the mechanism can be improved. is there. Accordingly, since the influence of the operation load when the manipulator is moved from the outside is reduced, a delicate force sense can be presented.

この構成の力覚提示マニピュレータによって、マニピュレータの動作部を軽量なリンク機構とエンドエフェクタのみで構成することが可能なため、マニピュレータの動作部の慣性質量を低減することができる。従って、マニピュレータの慣性力による操作負荷を低減することが可能である。   With the force sense presentation manipulator having this configuration, the operation part of the manipulator can be configured with only a lightweight link mechanism and an end effector, so that the inertial mass of the operation part of the manipulator can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the operation load due to the inertial force of the manipulator.

この構成の力覚提示マニピュレータによって、3軸の並進運動と、従来の手法と比較して広い範囲の2軸の回転動作と、が得られる。   With the force sense presentation manipulator having this configuration, it is possible to obtain three-axis translational movements and two-axis rotational movements in a wider range as compared with the conventional method.

本発明の一実施形態に係わる力覚提示マニピュレータのシステムである。It is the system of the force sense presentation manipulator concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係わる力覚提示マニピュレータの斜視図である。It is a perspective view of a force sense presentation manipulator concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係わる力覚提示マニピュレータの機構モデル図である。It is a mechanism model figure of a force sense presentation manipulator concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る力覚提示マニピュレータを構成するアーム20の斜視図である。It is a perspective view of arm 20 which constitutes a force sense presentation manipulator concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る力覚提示マニピュレータを構成するエンドエフェクタ60、連結リンク23の斜視図である。It is a perspective view of the end effector 60 and the connection link 23 which comprise the force sense presentation manipulator which concerns on one Embodiment of this invention.

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係わる力覚提示マニピュレータを用いた、力覚提示システムを示している。   FIG. 1 shows a haptic presentation system using a haptic presentation manipulator according to an embodiment of the present invention.

力覚提示システムは、マニピュレータ1と、マニピュレータ1の駆動手段を制御するコントロール部2と、力覚が取得できるロボット、若しくは、バーチャル・システム等からなる操作対象3から構成される。このシステムは、遠隔操作ロボットの力覚フィードバック付操縦桿、バーチャル・リアリティを用いた訓練システムの力覚提示装置等に用いられる。   The force sense presentation system includes a manipulator 1, a control unit 2 that controls the driving means of the manipulator 1, and an operation target 3 including a robot that can acquire a force sense, a virtual system, or the like. This system is used for a control stick with force feedback of a remote control robot, a force sense presentation device of a training system using virtual reality, and the like.

次に、図2から図5を参照して、マニピュレータ1の構成について詳しく説明する。図2は本発明の力覚提示マニピュレータの斜視図、図3は力覚提示マニピュレータの機構モデル図、図4は本発明の一実施形態に係る力覚提示マニピュレータを構成するアーム20の斜視図、図5は本発明の一実施形態に係る力覚提示マニピュレータを構成するエンドエフェクタ60と、連結リンク23の斜視図である。   Next, the configuration of the manipulator 1 will be described in detail with reference to FIGS. 2 is a perspective view of the haptic presentation manipulator of the present invention, FIG. 3 is a mechanism model diagram of the haptic presentation manipulator, and FIG. 4 is a perspective view of an arm 20 constituting the haptic presentation manipulator according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a perspective view of the end effector 60 and the connecting link 23 constituting the force sense presentation manipulator according to the embodiment of the present invention.

マニピュレータ1は、ベース10と、3本のアーム20a、20b、20cと、3本のアームにそれぞれ接続される3本の連結リンク23a、23b、23cと、エンドエフェクタ60と、から構成される。なお、3本のアーム、3本の連結リンクはそれぞれ構造が同一であるため、以降では区別が必要な場合を除いて同一のものとし、符号もa,b,cを付せずに説明する。   The manipulator 1 includes a base 10, three arms 20 a, 20 b, 20 c, three connection links 23 a, 23 b, 23 c connected to the three arms, and an end effector 60. Since the three arms and the three connecting links have the same structure, they will be the same except for the case where they need to be distinguished, and the reference numerals will not be described. .

3本のアーム20はそれぞれ、第1平行四節リンク機構21と、第2平行四節機構22と、から構成される。   Each of the three arms 20 includes a first parallel four-bar linkage mechanism 21 and a second parallel four-bar mechanism 22.

第1平行四節リンク機構21は、ベース10に設置された第1軸31へ第1駆動手段51により駆動する回転軸に連結された第1リンク41と、同第1軸31と第2駆動手段52により駆動する回転軸に連結された第2リンク42と、第1リンク41と同じ長さであり、第2リンク42と回転自在で連結された第3リンク43と、第2リンク42と同じ長さであり、第1リンク41と第3リンク43とそれぞれ回転自在に連結された第4リンク44と、から構成され、第1リンク41、第2リンク42、第3リンク43、第4リンク44は平行四辺形をなす。なお、第1リンク41及び第2リンク42にはそれぞれ第1駆動手段51、第2駆動手段52が連結され、第1回転軸31を回転軸として、第1リンク41及び第2リンク42にそれぞれ独立した動力が与えられる。   The first parallel four-bar linkage mechanism 21 includes a first link 41 connected to a rotation shaft that is driven by a first driving means 51 to a first shaft 31 installed on the base 10, and the first shaft 31 and the second drive. A second link 42 connected to a rotating shaft driven by means 52; a third link 43 having the same length as the first link 41 and rotatably connected to the second link 42; The first link 41, the second link 42, the third link 43, and the fourth link 44 have the same length and are composed of a first link 41 and a fourth link 44 that are rotatably connected to the third link 43. The link 44 forms a parallelogram. The first link 41 and the second link 42 are connected to the first drive means 51 and the second drive means 52, respectively, and the first link 41 and the second link 42 are respectively set with the first rotation shaft 31 as the rotation axis. Independent power is provided.

第2平行四節リンク機構22は、第1平行四節リンク機構21の各回転軸に平行となるよう第4リンク44に固定する第5リンク45と、第5リンク45に平行で長さが等しい第6リンク46と、第5リンク45と第6リンク46の両端を回転自在に結ぶ2つの平行な第7リンク47と、から構成され、第5リンク45、第6リンク46、2本の第7リンク47は、平行四辺形をなす。第2平行四節リンク機構22には、第1平行四節リンク機構21により、第2駆動手段52の動力が第2軸32まわりの回転運動に変換されて与えられる。   The second parallel four-bar linkage mechanism 22 has a fifth link 45 that is fixed to the fourth link 44 so as to be parallel to each rotation axis of the first parallel four-bar linkage mechanism 21, and is parallel to the fifth link 45 and has a length. The sixth link 46 is equal, and the fifth link 45 and the two parallel seventh links 47 that rotatably connect the both ends of the sixth link 46, and the fifth link 45, the sixth link 46, and the two links The seventh link 47 forms a parallelogram. The second parallel four-bar linkage mechanism 22 is provided with the power of the second drive means 52 converted into a rotational motion around the second shaft 32 by the first parallel four-bar linkage mechanism 21.

マニピュレータ1を構成する3本のアーム20は、それぞれの第1軸31が、同一円周上の接線となるよう配置される。各アームの末端部である第6リンク46は、それぞれ3本の連結リンク23へ、第3軸33によりそれぞれ回転自在となるよう連結される。   The three arms 20 constituting the manipulator 1 are arranged such that the first shafts 31 are tangents on the same circumference. The sixth links 46, which are the end portions of the arms, are connected to the three connecting links 23 so as to be rotatable by the third shaft 33, respectively.

前記のように構成された3本のアーム20は、ベース10上を、ある基点を中心に円周上120度等配とすることが好ましい。   The three arms 20 configured as described above are preferably equidistant on the base 10 at 120 degrees on the circumference around a certain base point.

連結リンク23は、アームの第6リンク46に回転自在に連結され、連結リンク23に有する第4軸34により、リンク長軸方向へ回転自在である。連結リンク23の終端部は第3軸33と垂直方向に回転自在(第5軸35)であり、エンドエフェクタ60に接続される。3本の連結リンクの第5軸35は、エンドエフェクタ60の長軸である第6軸36と一致するよう配置する。   The connection link 23 is rotatably connected to the sixth link 46 of the arm, and is rotatable in the long axis direction of the link by a fourth shaft 34 included in the connection link 23. The terminal end of the connection link 23 is rotatable in the direction perpendicular to the third shaft 33 (fifth shaft 35) and is connected to the end effector 60. The fifth shafts 35 of the three connecting links are arranged to coincide with the sixth shaft 36 that is the long axis of the end effector 60.

エンドエフェクタ60は、3本のアーム20の動作と3本の連結リンク23の第3軸33の作用により、3軸(X軸、Y軸、Z軸)の並進動作ができる。また、3本の連結リンク23の第5軸35が受動的に回転することにより、前記並進動作のため生ずる、第2平行四節リンク機構22における第1平行四節リンク機構21が存在する面に対して放線方向の移動について、エンドエフェクタ60の回転動作への影響を消去する。   The end effector 60 is capable of translational movement in three axes (X axis, Y axis, Z axis) by the action of the three arms 20 and the action of the third shaft 33 of the three connecting links 23. Further, the surface on which the first parallel four-bar link mechanism 21 in the second parallel four-bar link mechanism 22 exists due to the translational operation by passively rotating the fifth shaft 35 of the three connecting links 23. With respect to the movement in the radial direction, the influence on the rotational operation of the end effector 60 is eliminated.

また、回転動作について、第1平行四節リンク機構21の存在する面に対してベース10を基底とした高さ方向への作用力が、エンドエフェクタ60へ3本のアーム20と、3本の連結リンク23により伝達され、第4軸34が受動的に回転することにより、エンドエフェクタ60の2軸の回転動作(α軸、β軸)を可能とする。   In addition, with respect to the rotational operation, the acting force in the height direction with the base 10 as a base with respect to the surface where the first parallel four-bar linkage mechanism 21 exists is applied to the end effector 60 with the three arms 20 and the three arms. By transmitting the fourth link 34 through the connection link 23 and passively rotating, the end effector 60 can be rotated in two axes (α axis, β axis).

エンドエフェクタ60の第6軸36まわりの回転について、3本の連結リンク23の直列した3つの回転自在である第5軸35の効果により、駆動手段の動作にかかわらず、自在に回転できる。   With respect to the rotation of the end effector 60 around the sixth axis 36, the effect of the three rotatable fifth axes 35 in series of the three connecting links 23 can be freely rotated regardless of the operation of the driving means.

次に、マニピュレータ1の駆動手段を制御するコントロール部2と、マニピュレータ1によって操作する操作対象3について説明する。   Next, the control unit 2 that controls the driving means of the manipulator 1 and the operation target 3 that is operated by the manipulator 1 will be described.

コントロール部2は、例えばモータドライバや制御コンピュータから構成される。コンピュータは、例えばエンコーダなどのセンサから力覚提示マニピュレータの動作を演算し、位置指令として操作対象3へ情報を出力する。また、操作対象3から入力された力情報からモータドライバの制御信号を生成し、モータドライバに出力する。モータドライバは入力された制御信号に基づき各駆動手段を駆動する。各駆動手段からの動力は、3本のアーム20と、3本の連結リンク23によってエンドエフェクタ60まで伝達され、エンドエフェクタ60は所望の力を提示する。   The control part 2 is comprised from a motor driver and a control computer, for example. For example, the computer calculates the operation of the force sense presentation manipulator from a sensor such as an encoder, and outputs information to the operation target 3 as a position command. Further, a control signal for the motor driver is generated from the force information input from the operation target 3 and is output to the motor driver. The motor driver drives each driving means based on the input control signal. The power from each driving means is transmitted to the end effector 60 by the three arms 20 and the three connecting links 23, and the end effector 60 presents a desired force.

操作対象3は、例えば力情報が取得可能な遠隔ロボットで構成される。コントロール部2からの入力情報により遠隔ロボットは駆動され、環境から得た力情報をコントロール部2に出力する。   The operation target 3 is constituted by a remote robot capable of acquiring force information, for example. The remote robot is driven by input information from the control unit 2 and outputs force information obtained from the environment to the control unit 2.

以上に述べた構成によれば、エンドエフェクタ60が、ベース10に対して並進3自由度と回転2自由度の力覚提示が可能な力覚提示システムを実現することができる。本発明では計5自由度に対して6つの駆動手段を用いた冗長パラレルリンク機構であり、機構の大きさに対して比較的大きな作業領域が得られる。   According to the configuration described above, it is possible to realize a force sense presentation system in which the end effector 60 can perform force sense presentation with three degrees of freedom of translation and two degrees of freedom of rotation with respect to the base 10. In the present invention, the redundant parallel link mechanism uses six driving means for a total of five degrees of freedom, and a relatively large work area is obtained with respect to the size of the mechanism.

以上において、本発明を実施例に則して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。   While the present invention has been described with reference to the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments, and can be appropriately modified and applied without departing from the spirit of the present invention.

本発明の力覚提示マニピュレータは、遠隔操作ロボットの力覚フィードバック付操縦桿、バーチャル・リアリティを用いた訓練システムの力覚提示装置等に利用可能である。また、本稿性の力覚マニピュレータの機構は他の産業用ロボットなどへの応用が可能である。   The force sense presentation manipulator of the present invention can be used for a control stick with force feedback of a remote control robot, a force sense presentation device of a training system using virtual reality, and the like. The haptic manipulator mechanism of this paper can be applied to other industrial robots.

1 マニピュレータ
2 コントロール部
3 操作対象
10 ベース
20 アーム(20a、20b、20c)
21 第1平行四節リンク機構(21a、21b、21c)
22 第2平行四節リンク機構(22a、22b、22c)
23 連結リンク(23a、23b、23c)
31 第1軸(31a、31b、31c)
32 第2軸(32a、32b、32c)
33 第3軸(33a、33b、33c)
34 第4軸(34a、34b、34c)
35 第5軸(35a、35b、35c)
36 第6軸(36)
41 第1リンク(41a、41b、41c)
42 第2リンク(42a、42b、42c)
43 第3リンク(43a、43b、43c)
44 第4リンク(44a、44b、44c)
45 第5リンク(45a、45b、45c)
46 第6リンク(46a、46b、46c)
47 第7リンク(47a、47b、47c)
51 第1駆動手段(51a、51b、51c)
52 第2駆動手段(52a、52b、52c)
60 エンドエフェクタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manipulator 2 Control part 3 Operation object 10 Base 20 Arm (20a, 20b, 20c)
21 First parallel four-bar linkage mechanism (21a, 21b, 21c)
22 Second parallel four-bar linkage mechanism (22a, 22b, 22c)
23 Link (23a, 23b, 23c)
31 1st axis (31a, 31b, 31c)
32 Second axis (32a, 32b, 32c)
33 3rd axis (33a, 33b, 33c)
34 4th axis (34a, 34b, 34c)
35 5th axis (35a, 35b, 35c)
36 6th axis (36)
41 First link (41a, 41b, 41c)
42 Second link (42a, 42b, 42c)
43 Third link (43a, 43b, 43c)
44 Fourth link (44a, 44b, 44c)
45 Fifth link (45a, 45b, 45c)
46 6th link (46a, 46b, 46c)
47 7th link (47a, 47b, 47c)
51 1st drive means (51a, 51b, 51c)
52 Second drive means (52a, 52b, 52c)
60 End effector

Claims (3)

駆動手段によって駆動される5軸を有する力覚提示マニピュレータであり、ベースと、エンドエフェクタと、前記ベースから前記エンドエフェクタを支持する3本のアームと、前記エンドエフェクタと前記3本のアームを連結する連結リンクと、前記3本のアームをそれぞれ駆動する駆動手段と、を備え、前記駆動手段の動力と、前記3本のアームと、前記3本の連結リンクと、によって前記エンドエフェクタが前記ベースに対して、3軸(X軸、Y軸、Z軸)の並進動作および2軸の回転動作(α軸、β軸)を行うことを特徴とする力覚提示マニピュレータ。   A force-sensing manipulator having five axes driven by a driving means, and connecting a base, an end effector, three arms supporting the end effector from the base, and the end effector and the three arms And connecting means for driving the three arms, respectively, and the end effector is connected to the base by the power of the driving means, the three arms, and the three connecting links. On the other hand, a force sense presentation manipulator characterized by performing a translation operation of three axes (X axis, Y axis, Z axis) and a rotation operation of two axes (α axis, β axis). 前記3本のアームは、それぞれ第1平行四節リンク機構と、第2平行四節リンク機構と、から構成され、前記駆動手段は、第1駆動手段と第2駆動手段とを有して構成されており、
前記第1平行四節リンク機構は、前記ベースに固定された駆動する回転軸を有する前記第1駆動手段で連結された第1リンクと、前記第1駆動手段と同軸上の駆動する回転軸を有する前記第2駆動手段で連結された第2リンクと、前記第1リンクと平行で前記第2リンクと回転自在で連結される第3リンクと、前記第2リンクに平行で、前記第1リンクと前記第3リンクに回転自在で連結される第4リンクと、を備え、
前記第2平行四節リンク機構は、前記第1平行四節リンク機構の各回転軸と平行となるよう前記第4リンクに固定し、同軸上に前記第1リンクと回転自在に連結する第5リンクと、前記第5リンクに平行な第6リンクと、前記第5、第6リンクの間をそれぞれ平行に回転自在で連結する2つの第7リンクと、を備えることを特徴とする請求項1に記載の力覚提示マニピュレータ。
Each of the three arms includes a first parallel four-bar link mechanism and a second parallel four-bar link mechanism, and the driving unit includes a first driving unit and a second driving unit. Has been
The first parallel four-bar linkage mechanism includes a first link connected by the first driving means having a driving rotating shaft fixed to the base, and a rotating shaft driven coaxially with the first driving means. A second link connected by the second driving means, a third link parallel to the first link and rotatably connected to the second link, and parallel to the second link, the first link. And a fourth link rotatably connected to the third link,
The second parallel four-bar link mechanism is fixed to the fourth link so as to be parallel to the respective rotation axes of the first parallel four-bar link mechanism, and is connected to the first link on the same axis so as to be rotatable. 2. A link, a sixth link parallel to the fifth link, and two seventh links rotatably connecting the fifth and sixth links in parallel, respectively. The force-sensing manipulator described in 1.
前記3本の連結リンクは、それぞれ前記3本のアームの前記第6リンク軸へ回転自在により連結され、連結リンク長軸における回転自在と、連結リンク終端部である前記エンドエフェクタとの連結部に回転自在と、を有し、前記3本の連結リンクと前記エンドエフェクタとの連結部の回転自在が直列に接続されることを特徴とする請求項2に記載の力覚提示マニピュレータ。   The three connecting links are rotatably connected to the sixth link shaft of the three arms, respectively, and can be freely connected to the end effector as a connecting link terminal portion. 3. The force sense presentation manipulator according to claim 2, wherein the three linking links and the rotatable portions of the end effector are connected in series.
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