JP2958781B2 - マニピュレータの操作装置 - Google Patents

マニピュレータの操作装置

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JP2958781B2
JP2958781B2 JP1283448A JP28344889A JP2958781B2 JP 2958781 B2 JP2958781 B2 JP 2958781B2 JP 1283448 A JP1283448 A JP 1283448A JP 28344889 A JP28344889 A JP 28344889A JP 2958781 B2 JP2958781 B2 JP 2958781B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は工業用ロボットなどのマニピュレータを遠隔
操作するための操作レバーを備えた操作装置に関し、と
くにカフィードバック制御するものに関する。
[従来の技術] 従来、マニピュレータを遠隔操作する場合、オペレー
タが作業を行うときに発生する負荷からの力感覚を返し
て、精密な調整作業を行うようにしてある。この場合、
ジョイスティック等の操作レバーの座標軸X、Y、Zの
3軸に、ポテンショメータとモータとを取り付け、3方
向の操作レバーの移動量と、マニピュレータに設けられ
た力センサから受けた力感覚をモータを介して操作レバ
ーに伝えている(例えば実開昭60−100190号公報、特開
昭61−71985号公報)。
[発明が解決しようとする課題] ところで、オペレータはマニピュレータのアームの先
の手首を、実物あるいはカメラを通して見ながら操作レ
バーを操作する。このとき、上記構成によりZ軸を回転
する場合、操作レバーを握ったままの操作レバーの軸の
回りに回転させるため、手首が回りにくく、また、同時
にトルクの大きさと、操作レバーの移動量とをオペレー
タの手で感じることは相当の熟練を要する。
また、オペレータの手首だけではなく肘や胸に、力感
覚を伝えるものは構造が複雑であるなどの欠点があっ
た。
本発明は、操作レバーを握ったまま簡単にトルクの大
きさと、操作レバーの移動量とを感じることができる操
作装置を提供することを目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 上記問題を解決するため、本発明は、操作装置の各座
標軸に設けられたX、Y、Zの各軸の回転移動量を検出
するポテンションメータと、前記各軸の力感覚を発生さ
せる感覚発生器と、前記各軸を回転移動させる操作レバ
ーとを設け、マニピュレータに設けられた力センサから
受けた力感覚を、前記感覚発生器を介してマニピュレー
タのオペレータに伝えるようにしたマニピュレータの操
作装置において、前記感覚発生器を、前記操作レバーに
設けた振動を発生する振動発生器で構成するとともに、
前記各軸の内のZ軸の回転移動を、前記操作レバーに設
けたZ軸レバーの傾動によって行い、前記X軸および前
記Y軸の回転移動を、前記操作レバーの傾動によって行
うものである。
また、前記マニピュレータに設けられた力センサの力
成分を非線形特性を持たせた周波数に変換して、前記感
覚発生器を動作させるものである。
また、力センサの力成分の合成振動か、各X、Y、Z
軸に区分された振動をそれぞれ単独に振動させるかを選
択できる切替えスイッチを設け、前記切替えスイッチを
介して力センサの力成分を前記感覚発生器に伝達出来る
ように前記操作レバーに押しボタンを設けたものであ
る。
[作用] オペレータが操作レバーによりX軸とY軸を回転移動
させる場合は、操作レバーを握って所望の軸の回転方向
に倒す。また、Z軸を回転移動させる場合は、操作レバ
ーを握ったまま、Z軸レバーを親指により回転させる。
Z軸を回転する場合、操作レバーを握ったまま操作レ
バーの軸の回りに回転させる必要がないため、オペレー
タは常に自然な姿勢を保つことができる。
[実施例] 本発明を図に示す実施例について説明する。
第1図は本発明の実施例を示す斜視図で、四角形の固
定枠1が設けられ、その内の一方の互いに平行な2辺
に、回動自在に分割して軸支されたX軸11、11′が設け
られ、その2辺の内の1辺にはX軸11の一方端に固定さ
れたX軸を駆動するX軸サーボモータ2と、X軸サーボ
モータ2に直結されたX軸11の回りの回転位置を検出す
るためのX軸ポテンショメータ21とが設けられている。
X軸11、11′にはX軸方向に設けられた摺動溝31を備え
たU字状枠3が固定されている。固定枠1の他方の互い
に平行な2辺に、回動自在に分割して軸支されたY軸1
2、12′がX軸11、11′に直交するように設けられ、そ
の2辺の内の1辺にはY軸12の一方端に固定されたY軸
を駆動するY軸サーボモータ4と、Y軸サーボモータ4
に直結されたY軸12の回りの回転位置を検出するための
Y軸ポテンショモータ41とが設けられている。Y軸12、
12′には四角形の支持枠5がU字状枠3と干渉しないよ
うに固定され、支持枠5にはX軸11、11′と同心の支持
軸51が回動自在に設けられている。支持枠5の中には中
空シャフト6が設けられ、支持軸51によって支持されて
おり、Y軸12、12′を軸として回動したときに、摺動溝
31に沿って回動するとともに、X軸11、11′を軸として
回動したときに、摺動溝31を押付けてU字状枠3を回動
させるようにしてある。また、中空シャフト6の一方端
には空洞部を備えた操作レバー61が設けられている。中
空シャフト6の中空部にはX,Y軸に垂直なZ軸62が回動
自在に設けられ、Z軸62の一方端には操作レバー61の中
で傘歯車63が固定されている。操作レバー61の側面に
は、傘歯車63の噛み合う傘歯車64を歯車軸65により支持
し、歯車軸65を介して操作レバー61の外側に突出してZ
軸レバー66が設けられている。中空シャフト6の他方端
にはZ軸62の他方端に結合されてZ軸62を駆動するZ軸
サーボモータ7と、Z軸サーボモータ7に直結されたZ
軸62の回りの回転位置を検出するためのポテンショメー
タ71とが固定されている。
オペレータが操作レバー61によりX軸11、11′とY軸
12、12′を回転移動させる場合は、操作レバー61を握っ
て所望の軸の回転方向に倒す。また、Z軸62を回転移動
させる場合は、操作レバー61を握ったまま、Z軸レバー
66を親指により回転させる。
したがって、Z軸を回転する場合、操作レバーを握っ
たまま操作レバーの軸の回りに回転させる必要がないた
め、オペレータは常に自然な姿勢を保つことができる。
なお、X軸ポテンショメータ21を直結したX軸サーボ
モータ2およびY軸ポテンションメータ41を直結したY
軸サーボモータ4はそれぞれX軸、Y軸に直結すると、
スペースを大きく取る。したがって、第2図に示すよう
に、X軸、Y軸のサーボモータの側面をそれぞれの軸に
平行な固定枠の辺に固定し、それぞれX軸、Y軸に設け
たプーリ22、42とそれぞれX軸、Y軸とにタイミングベ
ルトを巻き付けて、サーボモータを駆動し、操作装置を
コンパクトになるようにしてもよい。
また、各軸のサーボモータとポテンショメータを分離
して各軸により駆動できることは言うまでもない。
ここで、マニピュレータに設けられた力センサと操作
レバーとの関係を第3図および第4図により説明する。
力センサS1はマニピュレータの工具Tが取り付けられ
ている手首Sの先端に設けられ、力センサS1の座標系
XS、YS、ZSにかかる力FX、FY、FZを検出する。Wは手首
Sの座標系XW、YW、ZWの原点、Mはマニピュレータ座標
系XM、YM、ZMの原点とする。座標変換器Cは力センサS1
により検出したXS、YS、ZS方向の力成分FX、FY、FZを手
首座標系XW、YW、ZW、を介してマニピュレータ座標系
XM、YM、ZMに公知の技術により変換する。したがって、
力成分FX、FY、FZはマニピュレータ座標系XM、YM、ZM
変換され、力成分FX′、FY′、FZ′となる。力成分
FX′、FY′、FZ′は負荷トルクとして負荷変換器Lによ
り増幅、変換され、力成分FX′、FY′、FZ′をオペレー
タが感じるようにした感覚発生器として、トルクを発生
するX軸サーボモータ2、Y軸サーボモータ4、Z軸サ
ーボモータ7を駆動する。
この各軸のサーボモータの負荷トルクにより、オペレ
ータは操作レバー61およびZ軸レバー66を操作すると
き、力成分FX′、FY′、FZ′を感知しながらマニピュレ
ータ作業に適合した操作レバー61およびZ軸レバー66の
位置を決める。操作レバー61およびZ軸レバー66の動作
により各軸のポテンショメータから位置信号が出力さ
れ、図示しないマニピュレータの制御装置により、マニ
ピュレータの本体、手首等の各軸の駆動モータが駆動さ
れ、マニピュレータの姿勢および位置が決められる。
また、オペレータが操作レバー61およびZ軸レバー66
によって受ける力の反力は、連続的に変化し、また力に
慣れて力の変化に気付かない場合がある。そのような場
合は、第5図および第7図に示すように、操作レバー61
の指先の当たる表面に感覚発生器として、振動板8と振
動板8を振動させるコイル81とを設けておく。また、第
7図に示すように、力成分FX′、FY′、FZ′の合成振動
か、各X、Y、Z軸に区分された振動をそれぞれ単独に
振動させるかを選択できる切替えスイッチ9を設け、操
作レバー61の上部に設けた押しボタン91により操作でき
るようにしておく。切替えスイッチ9には力成分FX′、
FY′、FZ′を振動周波数に変換するV/F変換器BX、BY、B
Zを接続させる。
この時は、サーボモータが不要になるので、第6図に
示すように、ポテンショメータを各軸に直結し、操作装
置のスペースを極めて小さくすることができる。
このような構成により、合成された負荷トルクの変化
を振動によって感知することができる。
また、オペレータが操作レバーを見ることができない
ときなど、どの方向に操作レバーを操作して、マニピュ
レータの本体、手首等の動きを修正したら良いか分から
ない場合は、各軸毎に区分して振動させるように切替え
スイッチ9により所望の軸に切替えて振動させることに
より、確実に修正動作を行うことができる。
なお、振動板8を3本の指に当たる部分に分割し、第
8図に示すように、振動板8X、8Y、8Z、コイル81X、81
Y、81Zにより、力成分FX′、FY′、FZ′に応じた振動を
行うようにし、3本の指先により直ちに各軸の負荷トル
クを感知するようにしてもよい。
また、感覚発生器として振動の代りに、第5図に示す
ように、音を発生させるスピーカ8Pをオペレータの手元
に設け、各軸の負荷トルクの変化に応じ切替えスイッチ
9を介して力成分FX′、FY′、FZ′に応じた周波数の音
を発生させてもよい。
また、振動や音により感知する場合、オペレータの感
覚の麻痺や鈍さのため、振動ら音が徐々に変化すると、
変化に気が付かない場合がある。そのようなことを防ぐ
ため、力成分を周波数に変換するときに、V/F変換器B
に例えば第9図に示すようなエキスポーネンシャルな非
線形特性を持たせ、力感覚を鋭く維持するようにしても
よい。
[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば、マニピュレータ
の後方に立つオペレータが作業工具を注視すること無し
に、マニピュレータ本体の動きのみに注目し、片手で操
作レバーを操作するだけで、マニピュレータの力感覚を
得た作業を行うことができるとともに、力感覚をもたな
い操作レバーと同じ程度にコンパクトな操作装置を提供
できるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す斜視図、第2図は他の実
施例を示す斜視図、第3図力センサと各軸の関係を示す
ブロック図、第4図はマニピュレータの座標軸を説明す
る斜視図、第5図、第6図は他の実施例を示す斜視図、
第7図、第8図は他の実施例を示すブロック図、第9図
は他の実施例を示す特性図である。 1……固定枠、11、11′……X軸、12、12′……Y軸、
2……X軸サーボモータ、21……X軸ポテンショメー
タ、3……U字状枠、31……摺動溝、4……Y軸サーボ
モータ、41……Y軸ポテンショメータ、5……支持枠、
51……支持軸、6……中空シャフト、61……操作レバ
ー、62……Z軸、63、64……傘歯車、65……歯車軸、66
……Z軸レバー、7……Z軸サーボモータ、71……Z軸
ポテンショメータ、8……振動器、9……切替えスイッ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−156672(JP,A) 特開 昭63−99188(JP,A) 特開 昭61−71985(JP,A) 特開 昭57−33984(JP,A) 実開 昭64−1885(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B25J 13/02 B25J 13/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】操作装置の各座標軸に設けられたX、Y、
    Zの各軸の回転移動量を検出するポテンションメータ
    と、前記各軸の力感覚を発生させる感覚発生器と、前記
    各軸を回転移動させる操作レバーとを設け、マニピュレ
    ータに設けられた力センサから受けた力感覚を、前記感
    覚発生器を介してマニピュレータのオペレータに伝える
    ようにしたマニピュレータの操作装置において、 前記感覚発生器を、前記操作レバーに設けた振動を発生
    する振動発生器で構成するとともに、 前記各軸の内のZ軸の回転移動を、前記操作レバーに設
    けたZ軸レバーの傾動によって行い、かつ、前記X軸お
    よび前記Y軸の回転移動を、前記操作レバーの傾動によ
    って行い、 さらに、前記力センサの力成分の合成振動か、各X、
    Y、Z軸に区分された振動をそれぞれ単独に振動させる
    かを選択できる切換えスイッチを設けるとともに、前記
    切替えスイッチに、前記力成分を、力成分に応じた振動
    周波数に変換するV/F変換器を接続し、前記切替えスイ
    ッチを介して力センサの力成分を前記感覚発生器に伝達
    出来るように前記操作レバーに押しボタンを設けたこと
    を特徴とするマニピュレータの操作装置。
  2. 【請求項2】操作装置の各座標軸に設けられたX、Y、
    Zの各軸の回転移動量を検出するポテンションメータ
    と、前記各軸の力感覚を発生させる感覚発生器と、前記
    各軸を回転移動させる操作レバーとを設け、マニピュレ
    ータに設けられた力センサから受けた力感覚を、前記感
    覚発生器を介してマニピュレータのオペレータに伝える
    ようにしたマニピュレータの操作装置において、 前記感覚発生器を、前記操作レバーの近くに設けた音を
    発生するスピーカで構成するとともに、 前記各軸の内のZ軸の回転移動を、前記操作レバーに設
    けたZ軸レバーの傾動によって行い、かつ、前記X軸お
    よび前記Y軸の回転移動を、前記操作レバーの傾動によ
    って行い、 さらに、前記力センサの力成分の合成音か、各X、Y、
    Z軸に区分された音をそれぞれ単独に発生させるかを選
    択できる切替えスイッチを設けるとともに、前記切替え
    スイッチに、前記力成分を、力成分に応じた音声周波数
    に変換するV/F変換器を接続し、前記切替えスイッチを
    介して力センサの力成分を前記感覚発生器に伝達出来る
    ように前記操作レバーに押しボタンを設けたことを特徴
    とするマニピュレータの操作装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6171985A (ja) * 1984-09-17 1986-04-12 三菱重工業株式会社 操縦型マニプレ−タの汎用マスタ操作部
JPS6295684A (ja) * 1985-10-22 1987-05-02 Minolta Camera Co Ltd バ−コ−ドリ−ダ

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