JP2017104964A - Master arm input device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マスターアーム入力装置に関する。 The present invention relates to a master arm input device.
近年、医療施設の省人化を図るため、ロボットによる医療処置の研究が行われている。特に、外科分野では、多自由度(多関節)アームを有するマニピュレータによって患者の処置をするマニピュレータシステムについての各種の提案がなされている。一般的には、このようなシステムは、患者の体腔に直接接触するスレーブマニピュレータを、複数の回転軸を備えたマスターアーム入力装置によって遠隔操作できるように構成されている(例えば特許文献1を参照)。最近では、操作性の向上を目的として、複数の回転軸だけでなく、直動軸を備えたマスターアーム入力装置が開発されている(例えば特許文献2及び特許文献3を参照)。
In recent years, research on medical procedures using robots has been conducted in order to save labor in medical facilities. In particular, in the field of surgery, various proposals have been made for manipulator systems for treating a patient with a manipulator having a multi-degree-of-freedom (multi-joint) arm. Generally, such a system is configured such that a slave manipulator that directly contacts a patient's body cavity can be remotely operated by a master arm input device having a plurality of rotation axes (see, for example, Patent Document 1). ). Recently, for the purpose of improving operability, a master arm input device including not only a plurality of rotating shafts but also a linear motion shaft has been developed (see, for example,
しかし、上記従来のマスターアーム入力装置は、マスターアームの直動機構が装置本体に固定されている構成であったため、入力操作の際に、把持部にマスターアームの重量が直接加わる。このため、操作性には改善の余地があった。 However, since the conventional master arm input device has a configuration in which the linear movement mechanism of the master arm is fixed to the device main body, the weight of the master arm is directly added to the grip portion during the input operation. For this reason, the operability has room for improvement.
そこで本発明は、操作性の優れたマスターアーム入力装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a master arm input device having excellent operability.
本発明の一態様に係るマスターアーム入力装置は、複数の自由度に対応した関節軸を有するスレーブマニピュレータを操作するためのマスターアーム入力装置であって、装置本体と、少なくとも1軸以上の関節軸を有し、一端が鉛直な回転軸線を中心に前記装置本体に対して回動自在に支持された水平多関節型リンク機構と、前記水平多関節型リンク機構の他端に設けられ、可動部を鉛直な軸線に沿って上下方向に移動可能とする直動機構を有する昇降ガイドと、前記昇降ガイドを介して、鉛直な軸線に沿って前記水平多関節型リンク機構に対して昇降自在に支持された前記可動部としての昇降リンクと、前記昇降リンクに設けられた把持部と、を備える。 A master arm input device according to an aspect of the present invention is a master arm input device for operating a slave manipulator having joint axes corresponding to a plurality of degrees of freedom, and includes a device main body and at least one or more joint axes. A horizontal articulated link mechanism having one end pivotably supported with respect to the apparatus body about a vertical rotation axis, and a movable part provided at the other end of the horizontal articulated link mechanism. And a lifting / lowering guide having a linear motion mechanism capable of moving in a vertical direction along a vertical axis, and supported by the horizontal articulated link mechanism along the vertical axis via the lifting / lowering guide. And an elevating link serving as the movable part, and a grip provided on the elevating link.
上記構成によれば、昇降リンクが水平多関節型リンク機構の他端に設けられた昇降ガイドを介して昇降自在に支持されているので、昇降ガイドが装置本体に直接取り付けられている構成に比べて、入力操作の際に、把持部にマスターアームの重量が直接加わることはない。これにより、把持部の操作荷重が軽減し、操作性が向上する。 According to the above configuration, the lifting link is supported so as to be movable up and down via the lifting guide provided at the other end of the horizontal articulated link mechanism, so that the lifting guide is directly attached to the apparatus main body. Thus, the weight of the master arm is not directly added to the grip portion during the input operation. Thereby, the operation load of the gripping portion is reduced and the operability is improved.
前記水平多関節型リンク機構は、鉛直な回転軸線を中心に前記装置本体に対して回動自在に支持された第1リンクと、鉛直な回転軸線を中心に前記第1リンクに対して回動自在に支持された第2リンクと、前記昇降ガイドは、鉛直な回転軸線を中心に前記第2リンクに対して回動自在に支持されてもよい。 The horizontal articulated link mechanism includes a first link supported so as to be rotatable with respect to the apparatus main body about a vertical rotation axis and a rotation with respect to the first link about a vertical rotation axis. The second link supported freely and the elevating guide may be supported so as to be rotatable with respect to the second link about a vertical rotation axis.
上記構成によれば、3つの関節軸を有する水平多関節型リンク機構の他端に昇降ガイドが設けられるので、垂直多関節型のリンク機構を採用する構成と比べて関節軸を構成するモータ等の部材を小さくすることができる。これにより、操作荷重が軽減し、操作性が向上する。 According to the above configuration, since the lifting guide is provided at the other end of the horizontal articulated link mechanism having three joint axes, the motor that configures the joint shaft compared to the configuration employing the vertical articulated link mechanism, etc. This member can be made small. Thereby, the operation load is reduced and the operability is improved.
前記把持部は、前記昇降リンクの先端に設けられ、前記昇降リンクは互いに平行でない3つの回転軸を有し、前記把持部は前記3つの回転軸を介して前記昇降リンクの基部に対して任意姿勢を取り得るように構成されてもよい。 The grip portion is provided at a tip of the lift link, the lift link has three rotation shafts that are not parallel to each other, and the grip portion is optional with respect to the base of the lift link via the three rotation shafts. You may be comprised so that a posture can be taken.
上記構成によれば、操作者は入力操作の際に、昇降リンクの基部に対して把持部の姿勢を自在に変化させることができるので、水平リンク機構や昇降ガイドの重量の影響を受けることがない。これにより、把持部の操作性が向上する。 According to the above configuration, the operator can freely change the posture of the gripping portion with respect to the base portion of the lifting link during input operation, and thus can be affected by the weight of the horizontal link mechanism and the lifting guide. Absent. Thereby, the operativity of a holding part improves.
前記把持部は、前記スレーブマニピュレータの先端に設けられたエンドエフェクタの駆動量を直接的に指令するための操作部を備えてもよい。 The gripping unit may include an operation unit for directly instructing a driving amount of an end effector provided at a tip of the slave manipulator.
上記構成によれば、操作者は、入力操作の際に、スレーブアーム先端に設けられたエンドエフェクタの駆動量(例えばグリッパ(把持器)や鉗子等の術具の開閉量)を直接的に操作することができる。 According to the above configuration, the operator directly operates the driving amount of the end effector provided at the distal end of the slave arm (for example, the opening / closing amount of a surgical tool such as a gripper or forceps) at the time of input operation. can do.
前記把持部は、前記操作部の操作量を検出する操作量検出器と、前記操作部を駆動するモータとを備えてもよい。 The gripping unit may include an operation amount detector that detects an operation amount of the operation unit, and a motor that drives the operation unit.
上記構成によれば、位置検出器で検出された操作部の操作量に基づいて、スレーブマニピュレータ先端のエンドエフェクタの駆動(例えば術具の開閉動作)に反映させることができる。一方で、スレーブマニピュレータ先端のエンドエフェクタの移動量や、エンドエフェクタに作用する外力を、操作部のモータの駆動量に反映させることができる。これにより、スレーブマニピュレータで受けた衝撃をマスターアームに振動として伝達することができる。これにより、操作者は、より直観的な操作が可能になる。 According to the above configuration, it is possible to reflect in the drive of the end effector at the distal end of the slave manipulator (for example, opening / closing operation of the surgical instrument) based on the operation amount of the operation unit detected by the position detector. On the other hand, the movement amount of the end effector at the distal end of the slave manipulator and the external force acting on the end effector can be reflected in the driving amount of the motor of the operation unit. Thereby, the impact received by the slave manipulator can be transmitted to the master arm as vibration. As a result, the operator can perform a more intuitive operation.
本発明によれば、操作性の優れたマスターアーム入力装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the master arm input device excellent in operativity can be provided.
本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is the same or it corresponds through all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[マニピュレータシステム]
図1は、本発明の一実施形態に係るマスターアーム入力装置を備えたマスタスレーブマニピュレータシステム(以下、単にマニピュレータシステムともいう)の全体構成を示すブロックダイアグラムである。図1に示すように、本実施形態に係るマニピュレータシステム1は、マスターマニピュレータ10と、スレーブマニピュレータ20と、制御装置30と、表示装置50と、カメラ60と、画像処理部70と、を備える。
[Manipulator system]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a master-slave manipulator system (hereinafter also simply referred to as a manipulator system) including a master arm input device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
マスターマニピュレータ10は、マニピュレータシステム1におけるマスタとして機能するものであって、マスターアーム入力装置11を備える。マスターアーム入力装置11はスレーブマニピュレータ20を操作するための装置である。マスターアーム入力装置11は、操作者(例えば施術者)により操作され、スレーブマニピュレータ20を操作するための操作信号を生成し、制御装置30に出力する。
The
スレーブマニピュレータ20は、スレーブアーム21と、エンドエフェクタ22と、カメラ23を備える。スレーブアーム21は、例えばその先端部が6自由度の位置姿勢を有するように構成され、複数台設置される。スレーブアーム21の先端にはエンドエフェクタ22が設けられている。エンドエフェクタ22は例えばグリッパ(把持器)や鉗子等の術具で構成される。術具は患者の体腔内に挿入されて使用される。ここで作業対象部は患部である。
The
制御装置30は、マスタ制御部31と、マニピュレータ制御部32とを備える。マスタ制御部31は、マスターアーム入力装置11からの操作信号に従って、エンドエフェクタ22の位置・姿勢の指令値を例えば運動学計算に従って算出し、この位置・姿勢の指令値をマニピュレータ制御部32に出力する。また、マスタ制御部31は、エンドエフェクタ22の駆動量を指令するための操作信号をマニピュレータ制御部32に出力する。マニピュレータ制御部32は、マスタ制御部31からの位置・姿勢の指令値を受けて、スレーブアーム21先端のエンドエフェクタ22の位置・姿勢を指令値に一致させるために必要なスレーブアーム21の各関節の駆動量を、例えば逆運動学計算によって算出する。そして、マニピュレータ制御部32は、算出した駆動量に従ってスレーブアーム21の各関節を駆動させる。また、マニピュレータ制御部32は、マスタ制御部31からのエンドエフェクタ22の駆動量を指令するための操作信号を受けてスレーブアーム21先端のエンドエフェクタ22を駆動させる。
The
表示装置50は、カメラ23により撮像され、画像処理部70により処理された画像を画面に表示するモニタである。カメラ60はスレーブアーム21とその作業対象部とを撮像するようにスレーブアーム21で移動可能となっている。ここではカメラ60は立体内視鏡である。カメラ60はスレーブアーム21の先端に設けられ、エンドエフェクタ22と同様に6自由度の位置姿勢を有するように構成されてもよい。画像処理部70は、スレーブアーム21の先端に設けられたカメラ60から得られた画像信号を処理し、表示用の画像信号を生成して表示装置50に出力する。
The
[マスターアーム入力装置]
図2は、マスターアーム入力装置11の構成を示す斜視図である。また、図3は、図2で示した構成を模式的に示す図である。ここで、図2は、右手用のマスターアーム入力装置11の構成を例示している。左手用の構成は、右手用の構成に対して左右の関係が逆転するだけで実質的な構成は図2に示すものと同様である。これ以後説明する図面(図2〜図7)では、操作者がマスターアーム入力装置11を操作する場合において、地面と平行で、操作者の顔から装置本体100に向かう方向を正方向としてX軸を設定している。また、地面と平行でX軸に対して垂直な方向に沿ってY軸を設定している。さらに、地面と垂直な方向に沿ってZ軸を設定している。
[Master arm input device]
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the master
図2に示すように、マスターアーム入力装置11は、装置本体100と、水平多関節型リンク機構40と、昇降ガイド104と、昇降リンク105と、把持部110を備える。
As shown in FIG. 2, the master
水平多関節型リンク機構40は、少なくとも1軸以上の関節軸を有し、一端が鉛直な回転軸線を中心に装置本体100に対して回動自在に支持される。本実施形態では、水平多関節型リンク機構40は、第1リンク101、第2リンク102、第3リンク103、第1軸JT1、第2軸JT2及び第3軸JT3を備える。第1リンク101及び第2リンク102はそれぞれ横長の平板形状を有し、第3リンク103は縦長の平板形状を有する。第1軸JT1、第2軸JT2及び第3軸JT3は鉛直な回転軸線を中心に回動可能な回転関節軸である。水平多関節型リンク機構40は、これらの関節軸によって、装置本体100、第1リンク101、第2リンク102、及び第3リンク103を連結するように構成される。具体的には、第1リンク101(長手方向の一端)は、鉛直な回転軸線を中心に装置本体100に対して回動自在な第1軸JT1により支持される。第2リンク102(長手方向の一端)は、鉛直な回転軸線を中心に第1リンク101に対して回動自在な第2軸JT2により支持される。第3リンク103(長手方向の中央)は、鉛直な回転軸線を中心に第2リンク102に対して回動自在な第3軸JT3により支持される。
The horizontal articulated
昇降ガイド104は、水平多関節型リンク機構40の他端に設けられ、可動部を鉛直な軸線に沿って上下方向に移動可能とする直動機構を有する。本実施形態では、昇降ガイド104は、水平多関節型リンク機構40の他端に設けられた第3リンク103と一体である。つまり、水平多関節型リンク機構40側の部材が第3リンク103として第3軸JT3により支持され、昇降リンク105側の部材が昇降ガイド104の可動部としての第4軸JT4を備えたリニアガイドレールである。また、昇降ガイド104は、重力と反対方向の力を昇降リンク105に作用させることによって、昇降ガイド104に対して昇降リンク105を静止させる重力補償機構123を内部に備える(図3参照)。本実施形態では、重力補償機構123は、図3に示すように、一端が昇降ガイド104に接続され、他端が昇降リンク105に接続される。ここでは重力補償機構123は、引張りバネであるが、カウンターウェイト又は補助リンクでもよい。これにより、昇降ガイド104に対して昇降リンク105を所定の位置で静止させることができる。
The elevating
昇降リンク105は、昇降ガイド104を介して、鉛直な軸線に沿って水平多関節型リンク機構40に対して昇降自在に支持される。図4は、昇降リンク105を拡大して示した斜視図である。図4に示すように、昇降リンク105は、第1リンク105a、第2リンク105b、第3リンク105c、第5軸JT5、第6軸JT6及び第7軸JT7を備える。第5軸JT5、第6軸JT6及び第7軸JT7は互いに直交する回転関節軸である。ここで第5軸JT5はY軸方向に平行な回転軸線を中心に回動可能に構成される。第6軸JT6はZ軸方向に平行な回転軸線を中心に回動可能に構成される。第7軸JT7はX軸方向に平行な回転軸線を中心に回動可能に構成される。
The elevating
第1リンク105aは、その一端が昇降ガイド104の第4軸JT4(可動部)に連結され、X軸のマイナス方向に沿って長手方向に延在し、第1屈曲部201においてY軸のプラス方向に湾曲し同方向に沿って長手方向に延在し、第2屈曲部202においてZ軸のプラス方向に湾曲し、同方向に沿って長手方向に延在し、その他端部203は第5軸JT5を介して第2リンク105bに連結される。これにより、第1リンク105aは、昇降ガイド104の第4軸JT4により、鉛直な軸線に沿って昇降ガイド104に対して昇降自在に支持される。
One end of the
第2リンク105bは、その一端部204が第5軸JT5を介して第1リンク105aの他端部203に連結され、Z軸のマイナス方向に沿って長手方向に延在し、屈曲部205においてY軸のマイナス方向に湾曲し同方向に沿って長手方向に延在し、その他端部206は第6軸JT6を介して第3リンク105cに連結される。
これにより、第2リンク105bは、第5軸JT5により、Y軸方向に鉛直な回転軸線を中心に第1リンク105aに対して回動自在に支持される。
One
Thus, the
第3リンク105cは、その一端部207が第6軸JT6を介して第2リンク105bの他端部206に連結され、Z軸方向からX軸方向に約45度傾斜した方向に沿って長手方向に延在し、その他端部208は第7軸JT7を介して把持部110に連結される。これにより、第3リンク105cは、第6軸JT6により、Z軸方向に鉛直な回転軸線を中心に第2リンク105bに対して回動自在に支持される。
One
把持部110は、昇降リンク105の先端に位置する第3リンク105cに設けられる。図5は、図4の把持部110を拡大して示した左側面図である。図5に示すように、把持部110は、その先端が第3リンク105cの他端部208に第7軸JT7を介して連結され、X軸のマイナス方向に沿って長手方向に延在されてリンク110aを構成している。このリンク110aは更にZ軸のマイナス方向に向かって延在されてグリップ110bを構成している。グリップ110bは、操作者が手で把持する部分である。これにより、把持部110は、第7軸JT7により、X軸方向に鉛直な回転軸線を中心に第3リンク105cに対して回動自在に支持される。
The
このように互いに直交する回転関節軸である第5軸JT5、第6軸JT6及び第7軸JT7によって、第1リンク105a、第2リンク105b、第3リンク105c及び把持部110が連結されるように構成される。また、把持部110の中心位置Gは、互いに直交する3つの回転軸(JT5、JT6及びJT7)の軸線の交点に位置する。把持部110は3つの回転軸である第5軸JT5、第6軸JT6及び第7軸JT7を介して昇降リンク105の基部に対して任意姿勢を取り得る。本実施形態では把持部110は、直交3軸(X軸、Y軸、Z軸)方向及び各軸周りの回転方向に移動可能に支持されている。
As described above, the
把持部110は、操作者が手でグリップ110bを握った際に親指と人差し指の指先で開閉可能に構成された操作部111を左右に備える。図5に示すように、左側の操作部111は、把持部110本体のリンク110aの左側面に設けられた親指用の操作レバー112を備えて構成される。操作レバー112には親指の保護カバーが取り付けられている。また、把持部110の右側面には人差し指用の操作部111が設けられる。右側の操作部111の構成は、親指用の操作部111の構成に対して左右の関係が逆転するだけで実質的な構成は同様である。左右の操作部111は、図1のスレーブマニピュレータ20先端に設けられたエンドエフェクタ22(例えばグリッパ(把持器)や鉗子等の術具)の駆動量を直接的に指令するために設けられている。つまり、左右の操作部111は把持部110の位置・姿勢とは独立して、開閉操作可能な第8軸JT8が取り付けられている。
The
図6は、図5の把持部110内部の左右の操作部111の駆動系を示した左側面図である。図6に示すように、把持部110は、左右の操作部111の操作量を検出する操作量検出器Eと、左右の操作部111を駆動するモータMとを内部に備える。操作量検出器Eは、エンコーダ等の位置検出器である。操作量検出器E及びモータMは第1シャフト114に連結される。第1シャフト114はベアリング114aで軸支され、ワイヤ115L及び115Rを介して左レバー用プーリ―113L及び右レバー用プーリ―113Rに連結される。左レバー用プーリ―113L及び右レバー用プーリ―113Rは第2シャフト113に連結され、第2シャフト113はベアリング113aで軸支される。第2シャフト113は左右の操作部111の操作レバー112と連結され、レバー操作に連動して回転するように構成される。
FIG. 6 is a left side view showing the drive system of the left and
尚、ここでは第8軸JT8に対応して設けられるエンコーダE及びモータMについて説明したが、上述の第1軸JT1〜第7軸JT7についてもエンコーダ及びモータをそれぞれ備えている(図示せず)。 Here, the encoder E and the motor M provided corresponding to the eighth axis JT8 have been described. However, the first axis JT1 to the seventh axis JT7 are also provided with an encoder and a motor, respectively (not shown). .
図7は、右手用のマスターアーム入力装置11が実際に操作される際の様子を示す把持部110の左側面図である。左手用のマスターアーム入力装置11の動作は、右手用の動作に対して左右の関係が逆転するだけで実質的な動作は図7に示すものと同様である。図7に示すように、入力操作に際して、操作者は、右手で把持部110のグリップ110bを把持するとともに、親指と人差し指を、本体のリンク110aの左右の操作レバー112と保護カバーの間に挿入する。
FIG. 7 is a left side view of the
ここでマスターアーム入力装置11は、先端に把持部110が設けられた昇降リンク105が水平多関節型リンク機構40の他端に設けられた昇降ガイド104を介して昇降自在に支持されている(図2参照)。昇降ガイド104が装置本体に直接取り付けられている従来の構成に比べて、入力操作の際に、左右の把持部110にマスターアームの重量が直接加わることはない。これにより、把持部110の操作荷重が軽減し、操作性が向上する。
Here, in the master
また、操作者が把持部110を基準位置Gに対して前後操作可能な水平多関節型リンク機構40(JT1、JT2、JT3)の他端において、操作者が把持部110を基準位置Gに対して上下操作可能な昇降ガイド104(JT4)が設けられる(図2等参照)。これにより、垂直多関節型のリンク機構を採用する構成と比べて関節軸を構成するモータ等の部材を小さくすることができるので、操作荷重が軽減し、操作性が向上する。
Further, at the other end of the horizontal articulated link mechanism 40 (JT1, JT2, JT3) in which the operator can operate the
把持部110は、昇降リンク105の先端に設けられ、昇降リンク105は互いに直交する3つの回転軸(JT5〜JT7)を有し、把持部110は3つの回転軸(JT5〜JT7)を介して昇降リンク105の基部に対して任意姿勢を取り得るように構成されていることにより、操作者は入力操作の際に、昇降リンク105の基部に対して把持部110の姿勢を自在に変化させることができる。これにより、水平多関節型リンク機構40や昇降ガイド104の重量の影響を受けることがないので、把持部110の操作性が向上する。また、制御装置30は各軸の角度情報(エンコーダの検出値)から、昇降リンク105の基部に対する把持部110の姿勢を算出することができる。
The
また、把持部110は、スレーブマニピュレータ20の先端に設けられたエンドエフェクタ22の駆動量を直接的に指令するための操作部111(JT8)を備えることにより、操作者は、入力操作の際に、親指と人差し指で、本体のリンク110aの左右の操作レバー112を操作して、スレーブアーム21先端のグリッパ(把持器)や鉗子等の術具の開閉量を直接的に操作することができる。
In addition, the
また、把持部110は、操作部111の操作量を検出する操作量検出器Eと、操作部111を駆動するモータMを備えることにより(図6参照)、操作量検出器Eで検出された操作部111の操作量に基づいて、スレーブマニピュレータ20先端の術具の開閉動作に反映させることができる。一方で、スレーブマニピュレータ20先端のエンドエフェクタ22の移動量や、エンドエフェクタ22に作用する外力を操作部111のモータMの駆動量に反映させることができる。これにより、スレーブマニピュレータ20で受けた衝撃をマスターアームに振動として伝達することができる。これにより、操作者は、より直観的な操作が可能になる。
In addition, the grasping
また、本実施形態では、水平多関節型リンク機構40は、各関節軸(JT1〜JT3)を支える支持機構を備える。図8は、水平多関節型リンク機構40を拡大して示した斜視図である。図8に示すように、水平多関節型リンク機構40は、装置本体100と第1リンク101の間に位置し且つ第1軸JT1に設けられた第1プーリ―301と、第1リンク101と第2リンク102の間に位置し且つ第2軸JT2に設けられた第2プーリ―302と、第2リンク102と第3リンク103の間に位置し且つ第3軸JT3に設けられた第3プーリ―303と、第1プーリ301及び第2プーリ302を支持する第1線状部材121と、第2プーリ302及び第3プーリ303を支持する第2線状部材122とを備える。
In the present embodiment, the horizontal articulated
第1プーリ―301は、装置本体100に固定される。第1プーリ―301の表面には固定端301aが設けられる。第2プーリ―302は、ベアリング(図示せず)を介して第1リンク101又は第2リンク102に回転可能に取り付けられる。ここでは第2プーリ―302は第1リンク101又は第2リンク102のいずれにも固定されない。第2プーリ―302の表面には固定端302a及び302bが設けられる。第3プーリ―303は、第3リンク103に固定される。第3プーリ―303の表面には固定端303aが設けられる。ここで第1プーリ301、第2プーリ302、及び第3プーリ303の巻き付き径は同じである。
The
第1線状部材121は、一端が第1プーリ301の固定端301aに固定され、他端が第2プーリ302の固定端302aに固定される。第2線状部材122は、一端が第2プーリ302の固定端302bに固定され、他端が第3プーリ303の固定端303aに固定される。本実施形態では第1線状部材121及び第2線状部材122はワイヤであるが、線状部材はプーリ―同士を支持可能な程度の強度があれば紐でもよい。尚、第1線状部材121及び第2線状部材122は、第1プーリ301、第2プーリ302及び第3プーリ303の一方の側面にそれぞれ固定されたが、他方の側面にも同様な構成で固定されている。
One end of the first
図9は、図8の水平多関節型リンク機構40の関節の支持構造を示す模式図である。図9(a)は、操作者による操作が無い場合の各関節軸(JT1〜JT3)の状態を示している。この場合は、第1線状部材121が、第1プーリ301(JT1)及び第2プーリ302(JT2)を支持する。そして、第2線状部材122は、第2プーリ302(JT2)及び第3プーリ303(JT3)を支持する。ここでは、便宜上、第1プーリ301、第2プーリ302及び第3プーリ303の一方の側面にそれぞれ固定された第1線状部材121及び第2線状部材122のみを模式的に示している。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a joint support structure of the horizontal articulated
図9に示すように、第1線状部材121により、第1プーリ301(JT1)及び第2プーリ302(JT2)が支持され、第2線状部材122により、第2プーリ302(JT2)及び第3プーリ303(JT3)が支持されており、操作が無い場合は、第3リンク103裏側の昇降ガイド104の正面は操作者側(図9の右方向)に向けられる。
As shown in FIG. 9, the first
図9(b)は、操作者により第1軸(JT1)が回転操作された場合の各関節軸(JT1〜JT3)の状態を示している。ここでプーリの回転は一点鎖線で示している。同図に示すように、第1軸(JT1)が約30度回転した場合、本体100に固定された第1プーリ301に対する第1線状部材121の巻き付き量が増加し、第1線状部材121の長さが一定であるために、第2プーリ302に対する第1線状部材121の巻き付き量は減少する。すなわち、第1リンク101に対して第2プーリ302が約30度回転する。そして、第2プーリ302の回転に連動して固定端302bを介して第2線状部材122に引張り力が生じ、固定端303aを介して、第3リンク103に固定された第3プーリ303が約30度回転する。これにより、第3リンク103裏側の昇降ガイド104の正面が操作者側に向いた状態が維持される。
FIG. 9B shows a state of each joint axis (JT1 to JT3) when the first axis (JT1) is rotated by the operator. Here, the rotation of the pulley is indicated by a one-dot chain line. As shown in the figure, when the first shaft (JT1) rotates about 30 degrees, the winding amount of the first
図9(c)は、操作者により第2軸(JT2)が回転操作された場合の各関節軸(JT1〜JT3)の状態を示している。同図に示すように、第2軸(JT2)が約30度回転した場合、第2プーリ302に対する第2線状部材122の巻き付き量が増加し、第2線状部材122の長さが一定であるために、第3プーリ303に対する第2線状部材122の巻き付き量は減少する。すなわち、第2リンク102に対して第3プーリ303が約30度回転する。これにより、第3リンク103裏側の昇降ガイド104の正面が操作者側に向いた状態が維持される。
FIG. 9C shows a state of each joint axis (JT1 to JT3) when the second axis (JT2) is rotated by the operator. As shown in the figure, when the second shaft (JT2) rotates about 30 degrees, the winding amount of the second
このように本実施形態では、水平多関節型リンク機構40は、各関節軸(JT1〜JT3)の支持機構を備えているので、昇降ガイド104の正面を常に操作者側に向けることができる。これにより、操作者は把持部110を操作しやすくなる。
Thus, in this embodiment, since the horizontal articulated
尚、本実施形態では把持部110は、直交3軸(X軸、Y軸、Z軸)方向及び各軸周りの回転方向に移動可能に支持される構成であったが、制御装置30により、各軸の角度情報(エンコーダの検出値)から、昇降リンク105の基部に対する把持部110の姿勢が算出可能な構成であれば、把持部110はX軸、Y軸、Z軸以外の軸周りの回転方向に移動可能に支持されていてもよいし、互いに平行でなく、直交もしない3軸周りの回転方向に移動可能に支持されていてもよい。
In the present embodiment, the
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び機能の双方又は一方の詳細を実質的に変更できる。 From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. Details of both the structure and / or function can be substantially changed without departing from the spirit of the invention.
本発明は、マスタスレーブマニピュレータのマスターアーム入力装置に有用である。 The present invention is useful for a master arm input device of a master slave manipulator.
1 マニピュレータシステム
10 マスターマニピュレータ
11 マスターアーム入力装置
20 スレーブマニピュレータ
21 スレーブアーム
22 エンドエフェクタ
30 制御装置
31 マニピュレータ制御部
32 マスタ制御部
40 水平多関節型リンク機構
50 表示装置
60 カメラ
70 画像処理部
100 装置本体
101 第1リンク
102 第2リンク
103 第3リンク
104 昇降ガイド
105 昇降リンク
105a〜105c 第1リンク〜第3リンク
110 把持部
111 操作部
121,122 第1線状部材,第2線状部材
123 重力補償機構
JT1〜JT8 第1関節軸〜第8関節軸
1
Claims (5)
装置本体と、
少なくとも1軸以上の関節軸を有し、一端が鉛直な回転軸線を中心に前記装置本体に対して回動自在に支持された水平多関節型リンク機構と、
前記水平多関節型リンク機構の他端に設けられ、可動部を鉛直な軸線に沿って上下方向に移動可能とする直動機構を有する昇降ガイドと、
前記昇降ガイドを介して、鉛直な軸線に沿って前記水平多関節型リンク機構に対して昇降自在に支持された前記可動部としての昇降リンクと、
前記昇降リンクに設けられた把持部と、
を備える、マスターアーム入力装置。 A master arm input device for operating a slave manipulator having joint axes corresponding to a plurality of degrees of freedom,
The device body;
A horizontal articulated link mechanism having at least one or more joint axes, one end of which is pivotally supported with respect to the apparatus main body about a vertical rotation axis;
An elevating guide provided at the other end of the horizontal articulated link mechanism, and having a linear motion mechanism capable of moving the movable portion in the vertical direction along a vertical axis;
A lifting link as the movable part supported to be movable up and down with respect to the horizontal articulated link mechanism along a vertical axis through the lifting guide,
A gripping portion provided on the lifting link;
A master arm input device.
前記昇降リンクは、鉛直な回転軸線を中心に前記第2リンクに対して回動自在に支持される、請求項1に記載のマスターアーム入力装置。 The horizontal articulated link mechanism includes a first link supported so as to be rotatable with respect to the apparatus main body about a vertical rotation axis and a rotation with respect to the first link about a vertical rotation axis. A second link supported freely,
2. The master arm input device according to claim 1, wherein the elevating link is supported to be rotatable with respect to the second link about a vertical rotation axis.
前記操作部の操作量を検出する操作量検出器と、
前記操作部を駆動するモータとを備える、請求項4に記載のマスターアーム入力装置。
The gripping part is
An operation amount detector for detecting an operation amount of the operation unit;
The master arm input device according to claim 4, further comprising a motor that drives the operation unit.
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