JP2567197B2 - マスタスレーブ形マニプレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマスタスレーブ形マニプ
レータに関し、特には、スレーブアームに所望の動きを
させるために、スレーブアームに相似形のマスタアーム
の位置を制限する機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】マスタスレーブ形マニプレータは産業用
マニプレータとして多用されており、通常は、スレーブ
アームに相似形のマスタアームを人が把持して動かすこ
とにより、スレーブアームの関節角がマスタアームと同
様の角度に追従して、人の意志通りにスレーブアームが
動作する。そのために、マスタアームの各軸の位置検出
器により人の手の動きを検出して、スレーブアームに指
令を与えている。しかし、スレーブアームの動作の対象
物として壁，コンベア，水平面状の障害物あるいは波形
曲面の物体等が存在する場合、例えば下記（１）〜
（５）の動作を行わせようとしても、マスタアームを操
作する人の感覚だけで制御することは、スピード，精度
及び疲労度の点で非常に困難である。 （１）対象物に干渉（接触）しないような高さ寸法で、
スレーブアームのハンドを移動させる。 （２）対象物の平面に沿って定間隔あけてスレーブアー
ムのハンドを移動させる。 （３）対象物の曲面や平面に倣ってスレーブアームのハ
ンドを移動させる。 （４）或る空間内だけ、あるいは或る空間外だけでスレ
ーブアームのハンドを移動させる。 （５）或る一平面だけでスレーブアームのハンドを移動
させる。

【０００３】このような人の手でマスタアームを操作す
るだけでは制御が難しい動作については、従来、マニプ
レータの制御盤内のＣＰＵの演算処理により制御を実現
している。具体的には、人が操作したマスタアームの位
置をＣＰＵが座標変換して、常にスレーブアームのハン
ドの位置制御をＣＰＵが行うことにより、Ｘ，Ｙ及びＺ
軸のうち或る１軸に沿った直線動作、ハンド位置の高さ
制限、水平面上のみの動作などハンド位置の自由度の制
限、あるいは倣い動作を実現する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したＣＰ
Ｕによる制御では演算時間が膨大になるため、人の手の
動きに対するマスタアームの応答は良いが、マスタアー
ムの動きに対してはスレーブアームの応答時間が増加し
て、マニプレータが使いづらく且つ応答性の悪いものに
なってしまう。これの解決が本発明の目的である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のマスタスレーブ形マニプレータは、マスタアームの
動きに追従してこのマスタアームと相似形のスレーブア
ームが動くマスタスレーブ形マニプレータにおいて、上
記マスタアームにはこのマスタアームと相似の動きをし
動作範囲が上記マスタアームより狭いサブマスタアーム
を備え、このサブマスタアームに接触子を備え、この接
触子が当接し得る接触面を有しこの接触面により上記サ
ブマスタアームの位置を制限する位置制限部材を備え、
たことを特徴とする。

【０００６】

【作用】位置制限部材の接触面にサブマスタアームの接
触子が当接すると、サブマスタアームひいてはマスタア
ームは接触子が接触面に当接した状態でしか動くことが
できず、これによってスレーブアームのハンド位置が制
限される。したがって、接触面をスレーブアームのハン
ド位置を制御したい平面あるいは曲面等に形成しておく
ことにより、サブマスタアームの接触子を接触面に当接
した状態でマスタアームを人が動かすだけで、スレーブ
アームのハンド位置を所望の平面上あるいは曲面上に倣
わせるなど、位置制御することができる。また、接触面
の形状を壁面，コンベア面あるいは障害物を模して形成
しておくことにより、これらと干渉しないようにスレー
ブアームのハンドの位置制御を行うことができる。更
に、接触面を、動作を許容する空間を仕切るように形成
しておくことにより、所望の空間内または空間外にのみ
スレーブアームのハンド位置を制御することができる。
また、サブマスタアームの接触子を接触面に当接させて
いるため、サブマスタアームの動作範囲はマスタアーム
より狭い動作範囲となるため位置制御部材が小形化で
き、位置制御部材と操作員との干渉を防止することがで
きる。殊に、接触面を有する位置制限部材が１軸（旋回
台）の回転と一体に回転する棒状体の場合には、棒状体
が短くなるので回動によりこの棒状体が操作員等と干渉
することが少なくなる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例とともに詳
細に説明する。図面中、図１は本発明を適用したマスタ
スレーブ形マニプレータの一例を示し、図２はスレーブ
アームとマスタアームの関節構成例を示し、図３は本実
施例に係るマスタアームの構造を示し、図４は位置制限
部材の干渉の様子を示し、そして、図５は接触面の各例
を示す。

【０００８】図１において、本実施例のマニプレータは
コンベア上の鋳物製品等をワークとする大型のものであ
り、スレーブアーム１の旋回台（第１軸）２にキャビン
３を設け、このキャビン３内に操作員４のシート５とマ
スタアーム６とを設けてある。マスタアーム６にはサブ
マスタアーム７を設けてこれに接触子８を設けてある。
９は位置制限部材、１０はその接触面、１１は位置調整
装置である。詳細は後に説明する。

【０００９】スレーブアーム１とマスタアーム６の関節
構成には、図２に示すような平行リンク式のアームを採
用している。マスタアーム６はスレーブアーム１と縮小
相似形である。また、接触子８はその動作範囲、換言す
れば接触面１０の面積を小さくするために、図２（ｂ）
〜（ｄ）に示すようにマスタアーム６に対して縮小動作
するサブマスタアーム７を設けてこれに接触子８を取付
けている。本実施例では図２（ｂ）に示す構造のサブマ
スタアーム７を採用している。なお、スレーブアーム１
とマスタアーム６とは相似関係にあり、マスタアーム６
の位置検出器（図示省略）で人の手の動きを検出し、こ
れから図示省略の制御盤にてスレーブアーム１に指令を
与え、スレーブアーム１の関節角がスレーブアーム６と
同様の角度となるように追従させる。

【００１０】図３は、本実施例の詳細構成図であり、図
３（ａ）は平面から図３（ｂ）は側面からそれぞれみた
図であって、図３（ａ）ではマスタアーム６の一軸と一
体に回動する位置制御部材９の動作範囲を示し、図３
（ｂ）ではマスタアーム６のグリップ部６ａとサブマス
タアーム７の接触子８との動作範囲をもそれぞれ示して
いる。図３に示すように本実施例のマスタアーム６はス
レーブアームの旋回台（図１の符号２参照）に取付けた
基台１２上に第１軸まわりの旋回台１３を有するもので
あり、この旋回台１３の旋回部分を架台として、位置調
整装置１１を介して位置制限部材９を設けてある。

【００１１】図３に示した本実施例の位置制限部材９は
スレーブアーム１のハンドの下限位置を一定高さに制限
するために、水平な接触面１０を有するものであり、略
Ｌ形の移動側フレーム１４の上端部１４Ａに受板１５を
固定し、この受板１５上に緩衝のためにばね１６とリニ
アガイド１７を用いて、上面を接触面１０とする平板１
８を取付けてある。更に、ゴム板１９とダンパ２０を受
板１５に設けて十分な緩衝効果を得るようにしてある。

【００１２】また、図３に示したマスタアーム６におい
ては、第２軸２８、第３軸２９及び第４軸３０が回動可
能に連結されており、第４軸３０の先端にはグリップ部
６ａが装着され、そのグリップ部６ａでは第５軸回転用
ロッカースイッチ３１、ハンド開閉用のトリガスイッチ
３２、及びデッドマンスイッチ３３が備えられる。

【００１３】更に、マスタアーム６の第２軸２８、第３
軸２９に対応して相似形のサブマスタアーム７が連結さ
れ、このサブマスタアーム７はマスタアーム６より動作
範囲は狭いが、第２軸２８、第３軸２９と全く同じ動き
を行なう。したがって、サブマスタアーム７の接触子８
の縮小した動きとマスタアーム６のグリップ部６ａの動
きとは全く同一となる。したがって、サブマスタアーム
７の接触子８が位置制御部材９の接触面１０にて規制さ
れれば、マスタアーム６のグリップ部６ａの動きも規制
され、ひいてはスレーブアーム１の動きも規制される。

【００１４】また、位置制御部材９は本実施例では第１
軸に連結されて第１軸の回転と一体に回転する構造であ
るため、第１軸の回動に伴って図３（ａ）に示すように
接触面１０を含む位置制御部材９の揺動範囲が生ずる。
この場合、接触面１０はサブマスタアーム７に対応して
短く形成されているので、揺動範囲も拡がる。すなわ
ち、操作員の運転席シート５を平面からみた簡略図であ
る図４にあって、図４（ａ）の如く接触面１０がマスタ
アーム６に対応する場合には長くする必要がある反面、
図４（ｂ）の如く接触面１０がサブマスタアーム７に対
応させた場合には短くなる。この場合、図４（ａ）では
操作員のひざ等にぶつかりやすい事態も生ずるが、図４
（ｂ）ではそのようなことはない。

【００１５】位置制限部材９の接触面は、図３に示した
水平面１０に限らず、図５（ａ）に示すような複雑な形
状をした倣い用の曲面１０Ａ、図５（ｂ）に示すような
壁に模した面１０Ｂ、障害物に模した面１０Ｃあるいは
コンベアに模した面１０Ｄ、更には図５（ｃ）に示すよ
うな動作範囲を空間内に制限する面１０Ｅ、図５（ｄ）
に示すような動作範囲を空間外に制限する面１０Ｆなど
があり、必要に応じて使用する。上述した実施例では位
置制限したい面がＸＹ平面（水平面）であったので、マ
スタアーム６の第１軸旋回台１３を架台として位置制限
部材９を設置したが、これに限らず、マスタアーム６の
基台１２等を架台として位置制限部材９を設置しても良
い。

【００１６】

【発明の効果】以上実施例とともに説明したように、本
発明によれば下記の効果がある。 （１）スレーブアームの位置制御がマスタアームの操作
によって、リアルタイムに即ち、ロス時間なく実行する
ことができる。 （２）接触子及び接触面があれば良いので、装置構成が
簡単で安価である。 （３）機械的に位置制御するので、接触面の変更でスレ
ーブアームのハンド位置を所望の面に制御できるから、
ティーチング等の作業が不要である。 （４）また、従来のような座標変換して常に位置制御す
るためのＣＰＵ及びそのソフトウェアといった複雑な制
御が不要である。そのため、ＣＰＵやソフトウェアの保
守も不要であるから、仮に制御盤がダウンした時でも、
パラメータ再生や再ティーチング等の手間が不要であ
る。 （５）更に、マスタアームと接触面との位置関係を調整
することができることにより、スレーブアームと対象物
の関係が変っても、例えばワーク形状の変化，コンベア
面の高さ変更あるいは設備レイアウトの変更等に容易に
対応することができる。 （６）サブマスタアームに対応して接触面を形成してお
り、位置制御部材９をコンパクトにでき、動作範囲が拡
がり干渉を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するマスタスレーブ形マニプレー
タの一例を示す図。

【図２】スレーブアームとマスタアームの関節構成例を
示す図。

【図３】スレーブアームとマスタアームの他の関節構成
例を示す図。

【図４】接触面の干渉を説明するための図。

【図５】接触面の各例を示す図。

【符号の説明】

１ スレーブアーム ２ スレーブアームの第１軸旋回台 ３ キャビン ４ 操作員 ５ シート ６ マスタアーム ６ａ グリップ部 ７ サブマスタアーム ８ 接触子 ９ 位置制限部材 １０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０
Ｆ 接触面 １１ 位置調整装置 １２ 基台 １３ マスタアームの第１軸旋回台 １４ 移動側フレーム １４Ａ 上端部 １５ 受板 １６ ばね １７ リニアガイド １８ 平板 １９ ゴム板 ２０ ダンパ ２８ 第２軸 ２９ 第３軸 ３０ 第５軸

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マスタアームの動きに追従してこのマス
   タアームと相似形のスレーブアームが動くマスタスレー
   ブ形マニプレータにおいて、 上記マスタアームにはこのマスタアームと相似の動きを
   し動作範囲が上記マスタアームより狭いサブマスタアー
   ムを備え、 このサブマスタアームに接触子を備え、 この接触子が当接し得る接触面を有しこの接触面により
   上記サブマスタアームの位置を制限する位置制限部材を
   備え、 たことを特徴とするマスタスレーブ形マニプレータ。