JP3609435B2 - マニピュレータ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マニピュレータ装置に係り、特に適用範囲が拡く保守性の良好なマニピュレータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、従来のマニピュレータ装置のなかには、（１）： 各部がその作業のためにに設計されたマニピュレータ本体を備えた専用マニピュレータと、
（２）： 標準化されている複数の関節モジュールやアーム・モジュールを組み合わせて構成されたマニピュレータ本体を備えた「モジュール型マニピュレ−タ」とが存在する。
【０００３】
ただし前者（１） は、作業対象が変化したときに種々の問題を生じる。例えば、大きな作業領域を対象に構成された長い腕を有するマニピュレータ装置を、小さな作業領域のみの作業に用いると、その作業中にその長い腕が周囲の障害物と接触しないようにその腕を折り曲げた状態で常に作業を行わせる必要がある。しかも、その長い腕を支えるために関節駆動部の出力が浪費されてしまい、先端に取着されている手先効果器（エンドエフェクター）においては必要な力に効率よく出力変換きない。しかし後者（２） は、マニピュレータ装置自体の低価格化に寄与できるのみならず、作業対象の変化にも良好に対応が可能であり、しかも保守の容易化にも寄与できる利点を備えている。
【０００４】
ところで、上述の「モジュール型マニピュレ−タ」に組み込まれるモジュールには、特開昭６２−２８２８８６ 号に見られる回転関節モジュールや、特公昭６３−５０１５５号公報に見られるリンク型アーム・モジュールが知られている。これらの種類のモジュールを各取付部を介して複数個連結して組み合わせることによって所望の作業が可能なマニピュレータ本体を提供している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述のモジュール型マニピュレータ装置にも次のような問題があった。すなわち、複数個のモジュールを組み合わせてマニピュレータ本体を組み立てた後、そのマニピュレータ本体に何等かの作業を行わせるためには、マニピュレータ本体を駆動制御するための専用ソフトウェアを作る必要がある。そのソフトウェアの作成に際しては、マニピュレータ本体の基準姿勢において、各関節モジュールの自由度の方向（即ち、可動および組合せの自由度）および、アームの接続方向や長さを予め知る必要がある。しかし、作業内容が変わる都度に、関節モジュールの数やその自由度の方向を変えたり、長さの異なるアームを方向を変えて組み合わせたりする場合には、組立て現場において各関節モジュールの自由度の方向、アームの長さおよびその方向の確認に意外に時間を要する場合が多い。しかも、その確認の後にその専用ソフトウェアの開発のための一連の作業操作（例えば、プログラム作成、デバッグ、テスト等）を初めから行なう必要がある。したがって、マニピュレータ装置に実際の所望な作業を行わせるまでに多くの手間と時間を要する問題があった。
【０００６】
そこで上述のような不具合を解消するために、各関節モジュールに自由度の方向に対応した信号を出力する識別信号発生装置を付設し、この信号発生装置の出力から各関節モジュールの自由度を読み取ることが考えられる。しかし、このように改良しても、動作範囲の変更に伴わせてアームの長さを変えたり、方向を変えたりしたときには、その都度に寸法を再測定する必要がある。故に、ソフトウェアの自動書換えを実現することも結局困難であることがわかる。
【０００７】
上述の如く従来のモジュール型マニピュレータ装置は、動作範囲の変更に伴うマニピュレ−タの駆動制御のためのプログラムの書換えや変更に多くの手間や時間を要し、作業者に大きな負担をかける等の問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上述の不具合を解消でき、保守性に富み、適用範囲の拡大に寄与できるマニピュレ−タ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、マニピュレータ装置は、各々所定の方向の自由度を有し、各々の自由度が任意の方向となるように連結部材を介して自在に組合せられた複数の関節部と、ソフトウェアに基づいて前記関節部の自由度の方向の旋回を制御する制御手段と、前記関節部の各々に設けられ、関節部の自由度の方向と関節部の接続順番を示す識別信号をコネクタを介して外部へ出力する情報出力手段と、前記コネクタを介して前記情報出力手段に接続され、前記識別信号に基づいて、前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理手段とからなる。
本発明の他の態様によれば、マニピュレータ装置は、各々所定の方向の自由度を有し、各々の自由度が任意の方向となるように連結部材を介して自在に組合せられた複数の関節モジュールと、ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの自由度の方向の旋回を制御する制御手段と、前記関節モジュールの各々に設けられ、関節モジュールの自由度の方向及び前記関節モジュール同士の組合せを表わす組合せ情報を識別信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する識別信号発生手段と、前記コネクタを介して前記識別信号発生手段に接続され、前記識別信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなる。
本発明の他の態様によれば、マニピュレータ装置は、各々所定の方向の自由度を有し、各々の自由度が任意の方向となるように連結部材を介して自在に組合せられ、可変形状の少なくとも１つの関節モジュールと、ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの自由度の方向の旋回を制御する制御手段と、前記関節モジュールの形状情報を計測信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する計測信号発生手段と、前記コネクタを介して前記計測信号発生手段に接続され、前記計測信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなる。
本発明の他の態様によれば、マニピュレータ装置は、任意の長さのマニピュレータを実現するように連結部材を介して自在に組合せられた任意の長さの複数の関節部と、ソフトウェアに基づいて前記関節部の駆動を制御する制御手段と、前記関節部の各々に設けられ、関節部の長さと関節部の接続順番を示す識別信号をコネクタを介して外部へ出力する情報出力手段と、前記コネクタを介して前記情報出力手段に接続され、前記識別信号に基づいて、前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理手段とからなる。
本発明の他の態様によれば、マニピュレータ装置は、各々所定の方向の自由度を有し、任意の長さのマニピュレータを実現するように連結部材を介して自在に組合せられた任意の長さの複数の関節モジュールと、ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの駆動を制御する制御手段と、前記関節モジュールの各々に設けられ、関節モジュールの長さ及び前記関節モジュール同士の組合せを表わす組合せ情報を識別信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する識別信号発生手段と、前記コネクタを介して前記識別信号発生手段に接続され、前記識別信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなる。
本発明の他の態様によれば、マニピュレータ装置は、任意の長さのマニピュレータを実現するように連結部材を介して自在に組合せられ、可変形状の少なくとも１つの関節モジュールと、ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの駆動を制御する制御手段と、前記関節モジュールの各々に設けられ、関節モジュールの形状情報を計測信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する計測信号発生手段と、前記コネクタを介して前記識別信号発生手段に接続され、前記計測信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなる。
【００１０】
【作用】
本発明のマニピュレータ装置においては、モジュールの旋回軸、長さの情報、関節モジュールの種類情報及び関節モジュール同士の組合せの自由度を表わす組合せ情報からなる識別情報、あるいはモジュールの形状情報からなる計測信号に基づいて制御手段のソフトウェアを書き換えることにより、保守性に富み、適用範囲の拡大に寄与できるマニピュレータ装置を提供することができる。
【００１１】
また、ばらばらに存在する複数個の関節モジュールやアームモジュールを使い新たにマニピュレータ本体を組み立てたり、作業内容の変更にともなって組み直した場合には、取付部の種類を選択するだけで、１つの関節部をある座標系における異なる軸回り（例えば、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、またはＺ軸回り）の旋回関節として使用できるので組立てが容易である。また同様に、各関節部の自由度の方向を示す識別信号と各関節部の接続順番を示す識別信号とを出力する識別信号発生部を備えているので、この識別信号発生部の出力を基にそのソフトウェアを書き換えることができる。つまり、今まで作業現場でおいて人により行なわれていた一連のソフトウェア作成工程（例えば、プログラミング、コンパイル、リンク、テスト等）を皆無にし、信号処理装置によりその作業現場で選択された自由な構成に合わせて必要なソフトウェア（例えば、各関節の位置とハンド部の位置との関係ソフトウェア，各関節の速度とハンド部の速度との関係ソフトウェア，各関節の力とハンド部の力との関係ソフトウェア等）を自動的書換え（いわゆるカスタマイズ）することも可能となる。
【００１２】
【実施例】
（第１実施例）
図１に示されている本発明の第１実施例のマニピュレータ本体１は、ベース２上にモジュール化された６個の関節部３ａ〜３ｆを直列に接続するとともに最先端に位置する関節部３ｆにハンド部に相当する効果器４を取り付けた構成となっている。各関節部３ａ〜３ｆは、図１に示されている直角座標上において、図２に等価図として示される方向に自由度を持つように互いに接続されている。
【００１３】
各関節部３ａ〜３ｆは、この実施例の場合、それぞれ同一寸法に形成されており、具体的には図３（ａ） に示すように構成されている。すなわち、各関節部３ａ〜３ｆは、減速機を含むモ−タ部１１と、このモータ部１１に同軸的に直結されたフィ−ドバックユニット１２と、このフィードバックユニット１２からモータ部１１の回転中心線と同軸に外方へ向けて突出する関係に設けられた固定軸１３と、モータ部１１からこのモータ部１１の回転中心線と同軸に外方へ向けて突出する関係に設けられた回転軸１４と、一端側が固定軸１３に固定されるとともに他端側が上記回転中心線と直交する方向に延びた後に回転中心線と平行にフィードバックユニット１２およびモータ部１１の外面に沿って延びたＬ字型の連結部材１５と、一端側が回転軸１４に固定されるとともに他端側が上記回転中心線と直交する方向に延びた後に回転中心線と平行にモータ部１１およびフィードバックユニット１２の外面に沿って延びたＬ字型の連結部材１６とで構成されている。そして、電力供給ケーブル（不図示）や信号線（不図示）を使ってモータ部１１とフィードバックユニット１２とを動作させることによって、連結部材１５と連結部材１６とをモータ部１１の回転中心線回りに相対的に回転させることができる構造である。
【００１４】
連結部材１５， １６の上記回転中心線と直交する部分１７， １８および平行する部分１９， ２０には、次に述べるボルト挿入孔を兼用した３種類の取付部が設けられている。すなわち、連結部材１５の部分１７には、図３（ｃ） に示すように、回転中心線を中心にし、かつ長手辺が部分１７の延びる方向と直交するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔２１が設けられ、この４つの取付孔２１によって第１の取付部２２が形成されている。同様に、連結部材１６の部分１８には、図３（ｄ） に示すように、回転中心線を中心にし、かつ長手辺が部分１８の延びる方向と直交するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔２３が設けられ、この４つの取付孔２３によって第１の取付部２２に対応する第２の取付部２４が形成されている。一方、連結部材１５の部分１９には、図３（ｅ） に示すように、部分１９の幅方向の中心の位置２５を中心にし、かつ長手辺が回転中心線と直交するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔２６が設けられ、この４つの取付孔２６によって第３の取付部２７が形成されている。また、連結部材１８の部分２０には、図３（ｂ） に示すように、部分２０の幅方向の中心位置で、前記位置２５から部分１８の外面までの距離と等しい位置２８を中心にし、かつ長手辺が回転中心線と直交するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔２９が設けられ、この４つの取付孔２９によって第３の取付部２７に対応する第４の取付部３０が形成されている。さらに、連結部材１５の部分１９には、図３（ｅ） に示すように、位置２５を中心にし、かつ長手辺が回転中心線と平行するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔３１が設けられ、この４つの取付孔３１によって第５の取付部３２が形成されている。また、連結部材１８の部分２０には、図３（ｂ） に示すように、位置２８を中心にし、かつ長手辺が回転中心線と平行するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付け孔３３が設けられ、この４つの取付孔３３によって第５の取付部３２に対応する第６の取付部３４が形成されている。ここで、第１〜第６の取付部２２， ２４， ２７， ３０， ３２， ３４を形成している４つの取付孔の間隔を規定する長方形の縦横寸法は、それぞれ等しい値に設定されている。
【００１５】
上記のように構成された各関節部３ａ〜３ｆは、実際に組込まれるとき、たとえば図４に示す直角座標上で、Ｘ軸回りの回転を実現するときには同図（ａ） に示すように第３の取付部２７と第４の取付部３０とが選択され、Ｙ軸回りの回転を実現するときには同図（ｂ） に示すように第５の取付部３２と第６の取付部３４とが選択され、またＺ軸回りの回転を実現するときには同図（ｃ） に示すように第１の取付部２２と第２の取付部２４とが選択される。各関節部３ａ〜３ｆが上記のように構成されているので、たとえば出力の異なる関節部でも、どのような順番に接続してもマニピュレ−タ本体を構成することが可能であり、さらにすでに構成されたマニピュレ−タ本体から関節部の接続順序を入れ換えることによりマニピュレ−タ本体の自由度配置を変更できる。また、関節部ごとに分割して作業現場まで運搬して、運搬したその場で容易に組立てることができる。また、作業内容が決まったときにその作業内容に適した自由度配置を選択して、マニピュレ−タ本体を構成することができるので、マニピュレ−タ本体の関節の性能を効率的に効果器の速度や力として伝達でき、さらに作業内容が変更されたときにもその作業内容にふさわしい自由度構成にマニピュレ−タ本体を容易に再構成できる。このように、１つの関節部を旋回関節としても、屈曲関節としても使用でき、さらに屈曲関節の屈曲方向を直交する２方向に選択できるように構成された６個の関節部３ａ〜３ｆの組合わせによってマニピュレータ本体１が構成されているのである。
【００１６】
ところで、マニピュレータ本体１に組込まれた６つの関節部３ａ〜３ｆには、その関節部の自由度の方向を示す識別信号を出力するための識別信号発生器が設けられている。この実施例では図５に示すように、モータ部１１の外面に取付けられた切換スイッチ装置４１を主体にして識別信号発生器が構成されている。切換スイッチ装置４１は、摘み４２を操作して指示針を“Ｘ”の表示に合わせると、図６に示すように、可動接点４３が移動して出力端子４４， ４５間の抵抗値がＲｘとなり、指示針を“Ｙ”の表示に合わせると抵抗値がＲｙとなり、また指示針を“Ｚ”の表示に合わせると抵抗値がＲｚとなるように構成されている。また、出力端子４４， ４５は２本ピン式のコネクタ４６に接続されている。
【００１７】
上述のように、本実施例ではマニピュレータ本体１を構成している各関節部３ａ〜３ｆに設けられた切換スイッチ装置４１の摘み４２を組立て時に操作することによって、その関節部がある直角座標上において、Ｘ軸回りの関節として動作しているか、Ｙ軸回りの関節として動作しているか、Ｚ軸回りの関節として動作しているかを示す識別信号を抵抗値の大きさの形で出力できるようにしている。この識別信号は、マニピュレータ本体１の自由度を変更するための組立て終了後などにおいて、図７に示す信号処理システム５１に導入される。
【００１８】
信号処理システム５１では、各コネクタ４６にそれぞれコネクタ５２を接続し、これらコネクタ５２を介して測定装置５３で各関節部における抵抗値を測定する。図１に示されるマニピュレータ装置１では、関節部３ａにおいては抵抗値Ｒｚ、関節部３ｂにおいては抵抗値Ｒｘ、関節部３ｃにおいては抵抗値Ｒｘ、関節部３ｄにおいては抵抗値Ｒｚ、関節部３ｅにおいては抵抗値Ｒｙ、関節部３ｆにおいては抵抗値Ｒｘであると測定される。この抵抗値の測定は、図８に示すように、測定線に基準抵抗Ｒ０ を直列に接続し、測定線の両端に基準電圧Ｖｉを印加しておき、基準抵抗Ｒ０ の両端電圧Ｖ０ を測定することにより行われる。この測定によって、関節部３ａ〜３ｆは、順にＺ軸回り、Ｘ軸回り、Ｘ軸回り、Ｚ軸回り、Ｙ軸回り、Ｘ軸回りであることが判る。得られた軸回り情報は、測定装置５３から情報処理装置５４に送られて処理される。図７の場合には、測定装置５３からそれぞれの関節部に設けられたコネクタ４６に対して抵抗値測定用コ−ドが１対１の関係に延びているので、何番目の関節部の信号を入力しているかを区別することができる。なお、ただ一本の抵抗値測定用コ−ドを使用するときには、操作者が抵抗値測定用コ−ドを各関節部上のコネクタ４６に接続する度に測定装置５３に付属のキ−ボ−ドから関節番号を入力するなどの方法により、何番目の関節部の信号を入力しているかを知ることができる。
【００１９】
次に、上述のように構成されたマニピュレ−タ装置において、何番目の関節部がある直角座標系において何の軸回りの関節部かが判ったとき、その情報の利用方法について詳しく述べる。
【００２０】
マニピュレ−タの駆動制御に必要なプログラムの一例として、各関節角度から手先の位置・姿勢への座標変換をとりあげる。マニピュレ−タの駆動制御に必要なプログラムの一例として、各関節角度から手先の位置・姿勢への座標変換について例示すると次のような手順で行われる。
【００２１】
（１） 回転関節部における座標変換
座標系 （ｉ）のＸ軸の回りにθ回転した座標系を座標系 （ｉ−１） とすれば、あるベクトルの、座標系 （ｉ）による表現［ｘ（ｉ） ，ｙ（ｉ） ，ｚ（ｉ） ］Ｔ と、座標系 （ｉ−１） による表現［ｘ（ｉ−１） ，ｙ（ｉ−１） ，ｚ（ｉ−１） ］Ｔ との関係は次式のように表される。
【００２２】
【数１】
このときのＣｉ−１ ，ｉ は、Ｘ軸回りの回転関節による座標変換の３×３マトリクスであり、“Ｘ軸回りのＣ行列”と呼ばれる。
【００２３】
同様に座標系 （ｉ）のｙ軸の回りにθ回転した座標系を座標系 （ｉ−１） とすれば、あるベクトルの座標系 （ｉ）による表現［ｘ（ｉ） ，ｙ（ｉ） ，ｚ（ｉ） ］Ｔ と、座標系 （ｉ−１） による表現［ｘ（ｉ−１） ，ｙ（ｉ−１） ，ｚ（ｉ−１） ］Ｔ との関係は次式のように表される。
【００２４】
【数２】
このときのＣｉ−１ ，ｉ は、Ｙ軸回りの回転関節による座標変換の３×３マトリクスであり、“Ｙ軸回りのＣ行列”と呼ばれる。
【００２５】
同様に座標系 （ｉ）のｚ軸の回りにθ回転した座標系を座標系 （ｉ−１） とすれば、あるベクトルの座標系 （ｉ）による表現［ｘ（ｉ） ，ｙ（ｉ） ，ｚ（ｉ） ］Ｔ と、座標系 （ｉ−１） による表現［ｘ（ｉ−１） ，ｙ（ｉ−１） ，ｚ（ｉ−１） ］Ｔ との関係は、次式のように表される。
【００２６】
【数３】
このときのＣｉ−１ ，ｉ は、Ｚ軸回りの回転関節による座標変換の３×３マトリクスであり、“Ｚ軸回りのＣ行列”と呼ばれる。
【００２７】
（２） 座標変換の合成
座標変換の合成は、上記の漸化式を繰り返し用いて、次式のように表される。
【００２８】
【数４】
ここで行列Ａｉ はある関節座標系 （ｉ）で表示されたベクトルをベ−ス座標系（０） で表示するための３×３の合成変換マトリクスであり、“Ａ行列”と呼ばれる。このように、ベクトルをある関節座標系 （ｉ）による表示からベ−ス座標系（０） による表示へ座標変換するには、ベ−ス座標系からその関節までいくつ関節があって、それぞれの関節が何の軸回りの回転関節かを知り、それに対応するＣ行列を順々に掛けていくことによりＡ行列をつくればよい。
【００２９】
（３） 位置の算出
関節と関節の間のア−ムを示すベクトルＬｉは、マニピュレ−タがどのような姿勢をとっていても、その関節座標系（ｉ）ではア−ムがＺ軸上のマイナス方向にあると仮定し、次のように表現される。
【００３０】
【数５】
マニピュレ−タがある姿勢をとったときの各ア−ムを表現するベクトルを、その関節座標系（ｉ）による表現からベ−ス座標系 （０）による表現へ変換するために上記のＡ行列を利用して求める。
【００３１】
【数６】
各関節の位置座標をＰｉ をベ−ス座標系（０） により表現したものは、ベ−ス座標系で表現されたア−ムベクトルをベ−スからその関節の手前まですべて加えたものである。
【００３２】
【数７】
特に、先端部の位置座標をベ−ス座標系（０）により表現されたものは、ベ−ス座標系で表現されたア−ムベクトルをすべて加えたものである。
【００３３】
【数８】
駆動制御ソフトウェアでは、各関節の角度から手先の位置・姿勢を求める計算として、この（２） 式がプログラミングされているが、この（２） 式において、Ａ行列の要素Ａ０（０２），Ａ０（１２），Ａ０（２２）， ・・・・ ，Ａｎ（０２），Ａｎ（１２），Ａｎ（２２） を使っているが、Ａ行列は （１）式で示したように複数の回転関節部における座標変換を表わすＣ行列を順次掛け合わせたものであるから、構成されたマニピュレータ本体において、何番目の関節がどの軸回りの関係にあるのかを表わす信号を利用して、３種類のＣ行列（即ち、Ｘ軸回りのＣ行列、Ｙ軸回りのＣ行列、Ｚ軸回りのＣ行列）を選択して、順次掛け合わせることによりＡ行列を作成し、更に、Ｌ０，Ｌ１，……Ｌｎを計測された信号により書き換えれば、各関節角度から手先の位置・姿勢を求める計算を書換えることができる。情報処理装置５４ではマニピュレ−タの自由度配置の変更に対応できるソフトウェアが用意されており、マニピュレータ本体の駆動制御に使用するソフトウェアを「自動的に書き換え」ている。（実際は、そのソフトウエアを構成するサブルーチンのパラメータ等の設定が変更されることで、所望の動作制御を行なうプログラムに自動的に変化する。）
このように、全体の自由度構成を選択できる複数種類、つまり第１から第６のの取付部２２， ２４， ２７， ３０， ３２， ３４をそれぞれ有した複数の関節部３ａ〜３ｆの組合わせでマニピュレータ本体１が構成されている。したがって、取付部の種類を選択するだけで、１つの関節部をある座標系におけるＸ軸回りの屈曲関節にも、Ｙ軸回りの屈曲関節にも、Ｚ軸回りの旋回関節にも使用でき、組立てを容易化できる。また、各関節部３ａ〜３ｆのある座標系における自由度方向を示す識別信号を出力する識別信号発生器を備えているので、この識別信号発生器の出力からマニピュレ−タの駆動制御に使用するソフトウェアを書換えるのに必要な情報を得ることができる。したがって、信号処理システム５１を使ってソフトウェアを自動書換えすることが可能となる。この結果、作業現場において人手を介して毎回プログラムをエディットし、その後コンパイルやリンクといったソフトウェア開発のために行われていた一連の操作をなくすことができる。しかも、作業現場で選択した自由度構成に合わせて、たとえば各関節部の位置とハンド部の位置との関係のソフトウェア、各関節部の速度とハンド部の速度との関係のソフトウェア、各関節部の力とハンド部の力との関係のソフトウェアなどを容易に変更することが可能となる。
【００３４】
なお、上述の実施例ではモジュール化された関節部だけを複数組み合わせてマニピュレータ本体１を構成しているが、関節部間にアームを介在させてマニピュレータ本体を構成しなければならない場合が往々にしてある。このような場合には、図９（ａ） 〜図９（ｃ） にそれぞれ示すように、Ｘ軸延長用アーム６１， Ｙ軸延長用アーム６２およびＺ軸延長用アーム６３を用意しておく。そして、Ｘ軸延長用アーム６１の一端側に前述の第１の取付部２２を構成している取付孔と同じ配置に取付孔６４を設けて一方の取付部６５とし、また他端側に前述の第２の取付部２４を構成している取付孔と同じ配置に取付孔６６を設けて他方の取付部６７とする。同様に、Ｙ軸延長用アーム６２の一端側に第１の取付部２２を構成している取付孔とは配列方向が９０度異なる取付孔６８を設けて一方の取付部６９とし、また他端側に前述した第２の取付部２４を構成している取付孔とは配列方向が９０度異なる取付孔７０を設けて他方の取付部７１とする。さらに、Ｚ軸延長用アーム６３の両端に第１の取付部２２および第２の取付部２４を構成している取付孔と同じ配置に取付孔７２， ７４を設けて取付部７３， ７５とする。
【００３５】
（第２実施例）
図１０には前述のアームとモジュール化された７個の関節部３ａ〜７ｆとが組み合わされて構成されたマニピュレータ本体の第２実施例が示されている。また図１１には同マニピュレータ本体１ａにおける各関節部の自由度の方向を示す等価図が示されている。そして、この例においても、各関節部３ａ〜３ｇには、これら各関節部３ａ〜３ｇのある直角座標系における自由度の方向を示す識別信号を出力するための切換スイッチ装置が設けられている。各アームの長さは既知であるため、結局、前記第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
図１２には本実施例に係るマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３の一例が示されている。この例おいて、関節部３の本体部分は先の実施例のものと同じ構成である。異なる点は関節部３に付設されて関節部の自由度の方向を示す識別信号を発生させる識別信号発生器として重力スイッチを用いていることにある。
【００３７】
また、図１３に示すように、重力スイッチ７６は、金属材で有底角筒状に形成されたケース７７と、このケース７７の開口部を蓋するように装着された絶縁材７８と、一端部が絶縁材７８に固定され、他端側がケース７７内に延びた横剛性を持つ針金７９と、この針金７９の遊端部に固定された金属材製の接触子８０とで構成されている。そして、針金７９とケース７７とがリード線を介して２ピン式のコネクタ１２０に接続されている。上記のように構成された重力スイッチ７６は、針金７９が関節部３の回転中心線と平行するようにモータ部１１の外面に固定されている。したがって、図１２に示されている関節部３を図１３（ａ） 中Ｘ軸回りあるいはＹ軸回りの屈曲関節として使用したときには、針金７９により片持ちに支えられた接触子８０がその自重により導電性のケース７７に接触し、コネクタ１２０の２本のピン間が導通状態となる。一方、関節部３を図１３（ｂ） 中Ｚ軸回りの旋回関節として使用したときには、接触子８０がケース７７に接触することがなく、コネクタ１２０の２本のピン間が非導通状態となる。上記説明から判るように、この例では関節部３を複数個組合わせてマニピュレ−タ本体を構成したときに、各関節部が屈曲関節として動作しているか、旋回関節として動作しているかをコネクタ１２０の２本のピン間の導通状態で外部に示すことができる。
【００３８】
図１４には上述の重力スイッチ７６を備えた６個の関節部３を図１に示したように組み合わせてマニピュレータ本体を構成するとともに、各重力スイッチ７６の情報を信号処理システム５１ａが取り込んでその制御に必要なソフトウェアを書換えしている図が示されている。各重力スイッチ７６の情報はそれぞれ専用のコネクタ５２ａおよびリード線を介して測定装置５３ａに導入される。この場合、関節部３ａにおいては非導通、関節部３ｂにおいては導通、関節部３ｃにおいては導通、関節部３ｄにおいては非導通、関節部３ｅにおいては導通、関節部３ｆにおいては導通と測定され、各関節部３ａ〜３ｆは順に旋回関節、屈曲関節、屈曲関節、旋回関節、屈曲関節、屈曲関節と判定される。そして、この情報は情報処理装置５４ａに送られて、駆動制御に必要なソフトウェアの書換え処理に供される。前記第１実施例に示した手法はマニピュレ−タの駆動制御に用いるソフトウェアを書換えるための必要条件を満たしているが、この実施例に示した方法は旋回関節か、屈曲関節かの情報だけなので必要条件ではあるが、マニピュレ−タの駆動制御に用いるソフトウェアの自動書換えに使うことはできない。しかし、ソフトウェアを書き換えるための情報を得るためには、少なくとも両方から得られた情報に矛盾がないことが必要であるので、この実施例も先の実施例と併用することにより、安全対策の２重チェック用として利用できる。
【００３９】
（変形例１）
図１５には本発明のマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３の変形例が示されている。この例おいても関節部３の本体部分は先の実施例のものと同じ構成である。異なる点は関節部３に付設されて関節部の自由度の方向を示す識別信号を発生させる識別信号発生器にある。この例では関節部３を複数組合わせてマニピュレータ本体を構成したとき、各関節部３の全てについて、ある直角座標上の何軸回りに装着されているかを示す識別信号を自動的に発生させるようにしている。
【００４０】
まず、この例では連結部材１５， １６が非導電性部材で形成されている。そして、連結部材１５の回転中心線と平行な部分１９で、第３の取付部２７を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に２本のピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ８１を設けている。また、連結部材１５の部分１９で、第５の取付部３２を規定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に２本のピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ８２を設けている。さらに、連結部材１５の回転中心線と直交する部分１７で、第１の取付部２２を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に２本のピンを部分１７の図中左外面に露出させる関係にコネクタ８３を設けている。各コネクタ８１， ８２， ８３内には、図１６に示すように、抵抗値がＲ０ 、Ｒ１ 、Ｒ２ の抵抗体が収容されている。つまり、コネクタ８１の２本のピンが短絡されると端子８４ａ， ８４ｂ間の抵抗値がＲ０ となり、コネクタ８２の２本のピンが短絡されると端子８５ａ， ８５ｂ間の抵抗値がＲ１ となり、コネクタ８３の２本のピンが短絡されると端子８６ａ， ８６ｂ間の抵抗値がＲ２ となるように構成されている。そして、各コネクタ８１， ８２， ８３の端子８４ａ， ８４ｂ， ８５ａ， ８５ｂ， ８６ａ， ８６ｂは対応するもの同志が共通に接続されて２ピン式のコネクタ８７に接続されている。
【００４１】
一方、連結部材１６には、この連結部に連結される関節部の自由度方向に対応させて、その関節部に設けられている前記コネクタ８１， ８２， ８３のいずれかのコネクタの２本のピンを短絡させるための導電体が取付けられている。すなわち、連結部材１６の回転中心線と平行な部分２０で、第４の取付部３０を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側およびマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に導電体８９， ９０が設けられている。また、連結部材１６の回転中心線と直交する部分１８で、第２の取付部２４を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側およびマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に導電体９１， ９２が設けられている。さらに、図１７に示すように、ベ−ス２にも、取付部３６を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側およびマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に導電体９３， ９４が設けられている。
【００４２】
図１８にはコネクタ８１， ８２， ８３および導電体８９， ９０， ９１， ９２の取付けられた関節部３を６個組み合わせて図１に示したマニピュレータ本体を構成したときの各コネクタと導電体との位置関係が示されている。この図において、白抜き長方形はコネクタを示し、黒塗り長方形は導電体を示している。表１にはこのときに各関節部に設けられたコネクタ８７から得られた抵抗値およびその処理手法が示されている。
【００４３】
【表１】
これらの図および表から判るように、関節部３ａは抵抗値Ｒ２ ，関節部３ｂは抵抗値Ｒ０ ，関節部３ｃ抵抗値Ｒ０ ，関節部３ｄは抵抗値Ｒ２ ，関節部３ｅは抵抗値Ｒ１ ，関節部３ｆは抵抗値Ｒ１ と測定される。そこで、図示しない測定装置は抵抗値Ｒ２ が測定された関節部については無条件にＺ軸回りの回転関節であると判定する。ここでは、関節部３ａと関節部３ｄがＺ軸回りであると判定される。次に、抵抗値Ｒ０ の関節部は識別記号“０”，抵抗値Ｒ１ の関節部は識別記号“１”，抵抗値Ｒ２ の関節部は識別記号“２”，として、ベ−ス部の“０”からハンド部に向かって２進数の足し算として順次加えていく。そして、Ｚ軸回りと判定された以外の関節部で、最下位の数字が０ならばＸ軸回りの関節部、最下位の数字が１ならばＹ軸回りの関節部であると判定する。ここでは、関節部３ｂと関節部３ｃと関節部３ｆとがＸ軸回りであると判定され、関節部３ｅがＹ軸回りであると判定される。以上の方法により、このマニピュレ−タ本体の構成は、第１関節から順に、
“（Ｂａｓｅ）−Ｚ−Ｘ−Ｘ−Ｚ−Ｙ−Ｘ−（Ｈａｎｄ）”であると判定される。そして、
この情報は図示しない情報処理装置に導入されて駆動制御のソフトウェアの自動書換えに供される。
【００４４】
図１５に示される関節部３を用い、かつ図１０に示すように途中にアームを介在させてマニピュレータ本体を構成するときには、図１９に示すように、Ｘ軸延長用アーム６１，Ｙ軸延長用アーム６２およびＺ軸延長用アーム６３に設けられた取付部６５， ６７， ６９， ７１， ７３， ７５を規定する長方形の短辺上に導電体１０１〜１１２を取付ければよい。
【００４５】
図２０および図２１にはコネクタ８１， ８２， ８３および導電体８９， ９０， ９１， ９２の取付けられた７個の関節部３と図１９に示されているＸ軸延長用アーム６１およびＺ軸延長用アーム６３とを組み合わせて図１０に示したマニピュレータ本体１ａを構成したときの各コネクタと導電体との位置関係が示されている。この図において、白抜き長方形はコネクタを示し、黒塗り長方形は導電体を示している。表２にはこのときに各関節部に設けられたコネクタ８７から得られた抵抗値およびその処理手法が示されている。
【００４６】
【表２】
これらの図および表から判るように、関節部３ａは抵抗値Ｒ０ ，関節部３ｂは抵抗値Ｒ１ ，関節部３ｃは非導通，関節部３ｄは抵抗値Ｒ０ ，関節部３ｅは抵抗値Ｒ２ ，関節部３ｆは抵抗値Ｒ０ ，関節部３ｇは抵抗値Ｒ１ と測定される。
【００４７】
そこで、測定装置（不図示）は、抵抗値Ｒ２ の測定された関節部と、非導通であった関節部とを無条件にＺ軸回りの回転関節であると判定する。ここでは、関節部３ｃと関節部３ｅがＺ軸回りであると判定される。次に、抵抗値Ｒ０ の関節部は識別記号“０”，抵抗値Ｒ１ の関節部は識別記号“１”，抵抗値Ｒ２ の関節部は識別記号“２”，非導通の関節部は識別記号“１”として、ベ−ス部の“０”からハンド部に向かって２進数の足し算として順次加えていく。そして、Ｚ軸回りと判定された以外の関節部で、最下位の数字が０ならばＸ軸回りの関節部、最下位の数字が１ならばＹ軸回りの関節部であると判定する。ここでは、関節部３ａと関節部３ｄと関節部３ｅとがＸ軸回りであると判定され、関節部３ｂと関節部３ｇとがＹ軸回りであると判定される。
【００４８】
以上の方法により、このマニピュレ−タ本体１ａの構成が、第１関節から順に、“（Ｂａｓｅ）−Ｘ−Ｙ−Ｚ−Ｘ−Ｚ−Ｘ−Ｙ−（Ｈａｎｄ）”であると判定される。そして、この情報は図示しない情報処理装置に導入されて駆動制御のソフトウェアの自動書換えに供される。
【００４９】
（変形例２）
図２２には本発明の実施例に係るマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３の別な変形例が示されている。この例おいても関節部３の本体部分は先の実施例のものと同じ構成である。この実施例が先の実施例と異なる点は、関節部３に付設されて関節部の接続順番を示す識別信号と自由度の方向を示す識別信号とを発生させる識別信号発生器にある。
【００５０】
この例では、マニピュレータ本体を組み立てると、ベース側から最先端の関節部に至るまで測定線が自動接続されるようにするとともに、各関節部の接続順番を示す識別信号とその関節部がある直角座標上の何軸回りに装着されているかを示す識別信号とを発生させるようにしている。この例においても連結部材１５， １６が非導電性部材で形成されている。そして、連結部材１５の回転中心線と平行な部分１９で、第３の取付部２７を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ１２１を設けている。また、連結部材１５の部分１９で、第５の取付部３２を規定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ１２２を設けている。さらに、連結部材１５の回転中心線と直交する部分１７で、第１の取付部２２を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１７の図中左外面に露出させる関係にコネクタ１２３を設けている。
【００５１】
一方、連結部材１６の回転中心線と直交する部分１８で、第２の取付部２４を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１８の図中右外面に露出させる関係にコネクタ１２４を設けている。また、連結部材１６の回転中心線と平行する部分２０で、第６の取付部３４を規定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分２０の図中上面に露出させる関係にコネクタ１２５を設けている。さらに、部分２０で、第４の取付部３０を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分２０の図中上面に露出させる関係にコネクタ１２６を設けている。この例の場合、各コネクタ１２１〜１２６としては、９本のピンを備えたものが用いられている。これらのピンのうちの１本にはグランドを示すＧの表示が付されており、他の８本のピンにはそれぞれ１から８までの表示が付されている。そして、各コネクタ１２１〜１２６の対応するピン同志は、図２３および図２４にも示すようにケーブル１２７によって共通に接続されている。
【００５２】
一方、モータ部１１の外面には切換スイッチ１２８， １２９が取付けられている。切換スイッチ１２８は、図２４に示すように、全体で８個有した固定接点群１３０と、この固定接点群１３０の中から１つの固定接点を選択するための可動接点１３１とを備えている。そして、摘み１３２を操作して指示針を文字盤上に描かれている１から８の数字のいずれかに合わせると、その数字に対応した接点番号の固定接点に可動接点１３１が接触するようになっている。固定接点群１３０を構成している各固定接点は、その番号に対応した番号のコネクタピンに接続されている。切換スイッチ１２９は、図２４に示すように、Ｘ固定接点１３３， Ｙ固定接点１３４およびＺ固定接点１３５と、これらの中から１つの固定接点を選択するための可動接点１３６とを備えている。そして、摘み１３７を操作して指示針を文字盤上に描かれているＸ， Ｙ， Ｚの文字のいずれかに合わせると、その文字に対応した固定接点に可動接点１３６が接触するようになっている。可動接点１３６は切換スイッチ１２８の可動接点１３１に接続されている。Ｘ固定接点１３３，Ｙ固定接点１３４およびＺ固定接点１３５には、それぞれ抵抗値がＲＸ ， ＲＹ ， ＲＺ の抵抗体の一端側が接続されており、これら抵抗体の他端側は共通に接続されて前述のコネクタのグランドピンＧに接続されている。
【００５３】
さらに、図２５に示すようにベ−ス２にも、取付部３６を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上にコネクタ１２１〜１２６と同一構成のコネクタ１３８が各ピンを露出させて取り付けられている。コネクタ１３８にはケーブル１３９が接続されており、このケーブル１３９は図２６に示す信号処理システム５１ｂに選択的に接続される。関節部３およびベース２が上記のように構成されているので、この関節部３を複数組合わせてマニピュレータ本体を構成すると、隣り合う関節部に設けられているコネクタ同志が自動的に接続される。なお、組み立てるときには、その関節部３のベース２からの順番と、その関節部３のある直角座標上の自由度方向とを確認し、切換スイッチ１２８の指示針を順番数に合わせるとともに切換スイッチ１２９の指示針を自由度を示す軸に合せるようにする。
【００５４】
図２６にはコネクタ１２１〜１２６および切換スイッチ１２８， １２９の取付けられた６個の関節部３を組み合わせて図１に示したマニピュレータ本体１を構成したときの関節部３ａと関節部３ｂとの間の測定用信号線の結線関係が示されている。この場合には、関節部３ａにおいては切換スイッチ１２８の指示針が文字盤上の１の位置を指し、切換スイッチ１２９の指示針が文字盤上のＺの位置を指している。また、関節部３ｂにおいては切換スイッチ１２８の指示針が文字盤上の２の位置を指し、切換スイッチ１２９の指示針が文字盤上のＸの位置を指している。したがって、信号処理定システム５１ｂ側からケーブル１３９を介してグランドピンと１番ピンとの間の抵抗値を測定すると抵抗値ＲＺ が測定され、グランドピンと２番ピンとの間の抵抗値を測定すると抵抗値ＲＸ が測定されることになる。これらの抵抗値から関節部３ａはＺ軸回りと判定でき、関節部３ｂはＸ軸回りと判定でき、以下同様に各関節部の軸回り方向を判定できることになる。そして、判定結果は、情報処理装置５４ｂに送られて駆動制御のソフトウェアの自動書換えに供される。
【００５５】
このような構成であると、測定時に引き回す測定用ケーブルの数を少なくすることができるとともに、各関節部の接続順番を間違えるような事態の発生を少なくできる。なお、上記構成の関節部３を用い、かつ図１０に示すように途中にアームを介在させてマニピュレータ本体を構成するときには、図２７， 図２８， 図２９に示すように、取付部６５， ６７， ６９， ７１， ７３， ７５を規定する長方形の短辺上に図示関係にコネクタ１４０〜１４５を設け、これらを信号用のケーブル１４６〜１４８で接続したＸ軸延長用アーム６１， Ｙ軸延長用アーム６２およびＺ軸延長用アーム６３を用いればよい。
【００５６】
（変形例３）
図３０には本発明の実施例に係るマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３のさらに異なる変形例が示されている。この例おいても関節部３の本体部分は先の実施例のものと同じ構成である。また、この図では図２２と同一部分が同一符号で示してある。
【００５７】
この例が先の例と異なる点は、関節部３に付設されて関節部の接続順番を示す識別信号と自由度の方向を示す識別信号とを発生させる識別信号発生器にある。すなわち、この実施例では図２２に示す実施例で用いていた切換スイッチ１２９をなくし、代わりに図３１および図３２に示すように、コネクタ１２１のグランドピンを除く８本のピンとコネクタ１２２のグランドピンを除く８本のピンとの間に抵抗値Ｒの抵抗を介在させる抵抗体１５１を接続し、さらにコネクタ１２２のグランドピンを除く８本のピンとコネクタ１２３のグランドピンを除く８本のピンとの間に抵抗値Ｒの抵抗を介在させる抵抗体１５２を接続している。また、コネクタ１２３のグランドピンを含む９本のピンとコネクタ１２４， １２５， １２６の９本のピンとを対応するピン毎に共通に接続している。
【００５８】
図３３にはコネクタ１２１〜１２６、切換スイッチ１２８および抵抗体１５１，１５２の取付けられた６個の関節部３を組み合わせて図１に示したマニピュレータ本体１を構成したときの関節部３ａと関節部３ｂとの間の測定用信号線の結線関係が示されている。このような構成であると、その関節部がＸ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上において全ての信号線で抵抗値が２Ｒ上昇し、またその関節部がＹ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上において全ての信号線で抵抗値が１Ｒ上昇し、さらにその関節部がＺ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上において全ての信号線で抵抗値が０Ｒ上昇、つまり変化しないことになる。すなわち、各関節部上で、その信号線にその関節の回転方向を示す抵抗が直列に接続される。関節がそれ以上接続されていなければ、測定抵抗値は解放となり抵抗値の差が無限大となるので、使用した関節モジュールの個数を知ることができる。したがって、ケ−ブル１３９を介してグランドピンと各ピンとの間の抵抗値を測定し、その抵抗値の差を第１の関節部から順に調べてゆけば、マニピュレ−タ本体の自由度の数とその構成（Ｘ方向か、Ｚ方向か）を知ることができる。
【００５９】
表３には図１に示したように組み立てられたマニピュレータ本体１に対して測定装置５３ｃで測定された測定結果と自由度構成の判定結果が示されている。
【００６０】
【表３】
また、表４には図１０に示したように組立てられたマニピュレータ本体１ａに対して測定装置５３ｃで測定された測定結果と自由度構成の判定結果が示されている。
【００６１】
【表４】
上述のように測定および判定された結果は、情報処理装置５４ｃに導入されて駆動制御のソフトウェアの自動書換えに供される。したがって、この実施例においても前記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
（変形例４）
図３４には本発明の実施例に係るマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３の別の変形例が示されている。この例おいても関節部３の本体部分は先の実施例のものと同じ構成である。また、この例では関節部の接続順番を示す識別信号と自由度の方向を示す識別信号とを発生させる信号発生器については図３０に示された関節部と全く同じ手法を採用している。
【００６３】
この例が先の例と異なる点は、図３５， 図３６， 図３７， 図３８および図３９に示すように、各コネクタ１６１〜１６６として、関節部の接続順番と自由度の方向を測定するために供されるコネクタ部１６７ａと、関節部のフィードバックユニット１２への接続に供されるコネクタ部１６７ｂと、関節部のモータ部１１へ電力を供給するために供されるコネクタ部１６７ｃとを一体化させたものを使用している。また、図３８に示すように、関節部の接続順番と自由度の方向を測定するために供される切換スイッチ部１６８に連動して、その関節部のフィードバッユニット１２とモータ部１１とを対応するコネクタ部のピンに接続する切換スイッチ部１６９， １７０を有した切換スイッチ１７１を用いている。このような構成を採用しても、先の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００６４】
（変形例５）
図４０には本発明の実施例に係るマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３のさらに別な変形例が示されている。この例おいても関節部３の本体部分は先の例のと同じ構成である。また、この図では図３０と同一部分が同一符号で示してある。
【００６５】
本実施例が図３０に示された実施例と異なる点は、関節部３に付設されて関節部の接続順番を示す識別信号と自由度の方向を示す識別信号とを発生させる識別信号発生器にある。すなわち、本実施例では、コネクタ１２１のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ１８１のグランドピンを除く８本のピンとの間にそれぞれ抵抗値Ｒｘの抵抗を介在させる抵抗体１８２を接続し、またコネクタ１２２のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ１８１のグランドピンを除く８本のピンとの間にそれぞれ抵抗値Ｒｙの抵抗を介在させる抵抗体１８３を接続し、さらにコネクタ１２３のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ１８１のグランドピンを除く８本のピンとの間にそれぞれ抵抗値Ｒｚの抵抗を介在させる抵抗体１８４を接続している。そして、コネクタ１２１， １２２， １２３のグランドピンをそれぞれ中継コネクタ１８１のグランドピンに共通に接続し、この中継コネクタ１８１のグランドピンを含む９本のピンとコネクタ１２４， １２５， １２６の９本のピンとを対応するピン毎に共通に接続している。
【００６６】
図４１には、コネクタ１２１〜１２６、切換スイッチ１２８および抵抗体１８２， １８３， １８４の取り付けられた６個の関節部３を組み合わせて図１のマニピュレータ本体１を構成したときの関節部３ａと関節部３ｂとの間の測定用信号線の結線関係が示されている。このような構成であると、その関節部がＸ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上の全ての信号線で抵抗値がＲｘだけ上昇する。また、その関節部がＹ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上の全ての信号線で抵抗値がＲｙだけ上昇する。また、その関節部がＺ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上の全ての信号線で抵抗値がＲｚだけ上昇し、さらにその関節部がベース側に隣接している関節部と同じ方向の屈曲関節としてアーム部などを介在させずに直接接続されていれば、その関節上の全ての信号線で抵抗値がＲｘとＲｙとを並列接続したときの抵抗値分だけ上昇する。すなわち、各関節部上で、その信号線にその関節の回転方向を示す抵抗値を持った抵抗が直列に接続される。したがって、ケ−ブル１３９を介してグランドピンと各ピンとの間の抵抗値を測定し、その抵抗値の差を第１の関節部から順に調べてゆけば、マニピュレ−タ本体の自由度の数と構成を知ることができる。
【００６７】
図４２には図４０に示される関節部３を６個組み合わせて図１に示されたようなマニピュレータ本体１を構成したときの各コネクタと抵抗体との接続関係が立体的に示され、図４３に同接続関係図が示されている。これらの図は各関節部の接続状態に応じてＲｘ， Ｒｙ， Ｒｚのうちのどの抵抗値が加算されるかを説明するためのもので、判り易くするために単線で表示されている。
【００６８】
これら図４２および図４３から判るように、ケーブル１３９を介してグランド線と１番ピンとの間の抵抗値を測定するとＲｚが測定される。またグランド線と２番ピンとの間の抵抗値を測定すると（Ｒｚ＋Ｒｘ）が測定される。同様にグランド線と３番ピンとの間の抵抗値、４番ピンとの間の抵抗値、以下同様に６番ピンとの間の抵抗値を順次測定すると、｛Ｒｚ＋Ｒｘ＋（Ｒｘ・Ｒｙ）／（Ｒｘ＋Ｒｙ）｝、｛Ｒｚ＋Ｒｘ＋（Ｒｘ・Ｒｙ）／（Ｒｘ＋Ｒｙ）＋Ｒｚ｝、｛Ｒｚ＋Ｒｘ＋（Ｒｘ・Ｒｙ）／（Ｒｘ＋Ｒｙ）＋Ｒｚ＋Ｒｙ｝、｛Ｒｚ＋Ｒｘ＋（Ｒｘ・Ｒｙ）／（Ｒｘ＋Ｒｙ）＋Ｒｚ＋Ｒｙ＋Ｒｘ｝と測定される。上位番号のピンで得られた抵抗値と１つ下位のピンで得られた抵抗値との差を求めると、Ｒｚ、Ｒｘ、（Ｒｘ・Ｒｙ）／（Ｒｘ＋Ｒｙ）、Ｒｚ、Ｒｙ、Ｒｘとなる。したがって、このマニピュレータ本体１の自由度構成は、そのマニピュレータ本体が設けられている場に設定された座標系において、ベース２側から、“（Ｂａｓｅ）−Ｚ−Ｘ−Ｘ−Ｚ−Ｙ−Ｘ−（Ｈａｎｄ）”であると判定される。この判定は、実際には図４１に示す測定装置５３ｄで行われる。このようにして測定および判定された結果は情報処理装置５４ｄに導入されて駆動制御のソフトウェアの自動書換えに供される。したがって、この実施例においても前記実施例と同様の効果を得ることができる。そして、この実施例の場合には、関節部がどのような関係に接続されていても各関節部の接続順番および自由度の方向を確実に検出できる。
【００６９】
なお、本発明は上述の実施例および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００７０】
（第３実施例）
図４４には本発明の第３実施例に係るマニピュレータ装置におけるマニピュレータ本体１の概略構成が示されている。このマニピュレータ本体１は、ベース２上にモジュール化された７個の関節３ａ〜３ｇと３個のアーム４ａ〜４ｃを直列に接続するとともに，最先端に位置する関節３ｇにハンド部に相当する効果器５を取り付けた構成である。各関節３ａ〜３ｇは、図４４に示されている直角座標上において、図４５に等価図として示される方向に自由度を持つように互いに接続されている。各関節３ａ〜３ｇは、本実施例の場合も、それぞれ同一寸法に形成されたモジュールである。基本的には前述の第１実施例および第２実施例に採用されている関節部とほぼ同様な仕様である。（参照、図３（ａ） 〜図３（ｅ） ）ただし、具体的に本実施例における各関節３ａ〜３ｇは、部分１７， １８の外面間距離が２０ｃｍ、部分１９， ２０を対向させた条件で部分１９， ２０の外面間距離が２０ｃｍの大きさに形成されている。
【００７１】
上記のように構成された各関節３ａ〜３ｇは、実際に組み込まれるとき、たとえば図４（ａ） 〜（ｃ） に示す直角座標ＸＹＺ上で、Ｘ軸回りの回転を実現するときには同図（ａ） に示すように第３の取付部２７と第４の取付部３０とが選択され、Ｙ軸回りの回転を実現するときには同図（ｂ） に示すように第５の取付部３２と第６の取付部３４とが選択され、またＺ軸回りの回転を実現するときには同図（ｃ） に示すように第１の取付部２２と第２の取付部２４とが選択される。
【００７２】
各関節３ａ〜３ｇが上記のように構成されているので、たとえば出力の異なる関節でも、どのような順番に接続してもマニピュレ−タ本体を構成することが可能であり、さらにすでに構成されたマニピュレ−タ本体から関節の接続順序を入れ換えることによりマニピュレ−タ本体の自由度配置を変更できる。また、関節ごとに分割して作業現場まで運搬して、運搬したその場で容易に組立てることができる。また、作業内容が決まったときにその作業内容に適した自由度配置を選択して、マニピュレ−タ本体を構成することができるので、マニピュレ−タ本体の関節の性能を効率的に効果器の速度や力として伝達できる。さらに作業内容が変更されたときにもその作業内容にふさわしい自由度構成にマニピュレ−タ本体を容易に再構成できる。このように、１つの関節を旋回関節としても、屈曲関節としても使用でき、さらに屈曲関節の屈曲方向を直交する２方向に選択できるように構成された７個の関節３ａ〜３ｇと後述する３個のアーム４ａ〜４ｃとの組合わせによってマニピュレータ本体１が構成されている。マニピュレータ本体１に組込まれた７つの関節３ａ〜３ｇには、その関節のベース２からの接続順番を示す識別信号と、その関節の自由度の方向を示す識別信号とを出力するための識別信号発生器が設けられている。詳しくは、図４６に示すように、この識別信号発生器は次のように構成されている。すなわち、連結部材１５の回転中心線と平行な部分１９で、第３の取付部２７を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ４１を設けている。また、連結部材１５の部分１９で、第５の取付部３２を規定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ４２を設けている。さらに、連結部材１５の回転中心線と直交する部分１７で、第１の取付部２２を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１７の図中左外面に露出させる関係にコネクタ４３を設けている。
【００７３】
一方、連結部材１６の回転中心線と直交する部分１８で、第２の取付部２４を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１８の図中右外面に露出させる関係にコネクタ４４を設けている。また、連結部材１６の回転中心線と平行する部分２０で、第６の取付部３４を規定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分２０の図中上面に露出させる関係にコネクタ４５を設けている。さらに、部分２０で、第４の取付部３０を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分２０の図中上面に露出させる関係にコネクタ４６を設けている。
【００７４】
この例の場合、各コネクタ４１〜４６としては、９本のピンを備えたものが用いられている。これらのピンのうちの１本にはグランドを示すＧの表示が付されており、他の８本のピンにはそれぞれ１から８までの表示が付されている。コネクタ４１のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ４７のグランドピンを除く８本のピンとの間にはそれぞれＸ軸回りであることを特徴づける抵抗値Ｒｘ（＝１０Ω）の抵抗を介在させる抵抗体４８が接続されており、またコネクタ４２のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ４７のグランドピンを除く８本のピンとの間にはそれぞれＹ軸回りであることを特徴づける抵抗値Ｒｙ（＝２０Ω）の抵抗を介在させる抵抗体４９が接続されており、さらにコネクタ４３のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ４７のグランドピンを除く８本のピンとの間にはそれぞれＺ軸回りを特徴づける抵抗値Ｒｚ（＝３０Ω）の抵抗を介在させる抵抗体５０が接続されている。コネクタ４１， ４２， ４３のグランドピンは、それぞれ中継コネクタ４７のグランドピンに共通に接続されており、この中継コネクタ４７のグランドピンを含む９本のピンとコネクタ４４， ４５， ４６の対応する９本のピンとはピン毎に図４７にも示すようにケーブル５１によって共通に接続されている。
【００７５】
一方、モータ部１１の外面には切換スイッチ５２が取付けられている。切換スイッチ５２は、図４７に示すように、全体で８個有した固定接点群５３と、この固定接点群５３の中から１つの固定接点を選択するための可動接点５４とを備えている。そして、摘み５５を操作して指示針を文字盤上に描かれている１から８の数字のいずれかに合わせると、その数字に対応した接点番号の固定接点に可動接点５４が接触するようになっている。可動接点５４は、図４７に示すようにケーブル５１の位置において中継コネクタ４７のグランドピンに接続されており、また固定接点群５３を構成している８個の固定接点はケーブル５１の位置において対応するピンに接続されている。
【００７６】
ここで、摘み５５は、ベース２からの順番に相当した固定接点番号を選択するように組立て時に操作される。たとえば、関節３ａの場合には、ベース２を基準にして１番目に設けられているので、可動接点５４と１番の固定接点との接触関係が成立するように操作される。
【００７７】
図４８に示すように、ベ−ス２には、取付部５６を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上にコネクタ４１〜４６と同一構成のコネクタ５７が各ピンを露出させて取り付けられている。コネクタ５７にはケーブル５８が接続されている。
【００７８】
また、Ｘ軸延長用のアーム４ａは、具体的には図４９に示すように構成されている。すなわち、一端側には前述した第１の取付部２２を構成している取付孔と同じ配置に、つまり長手辺を図中Ｘ軸と直交させるように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔６０を配置してなる取付部６１が設けられており、他端側にには長手辺を図中Ｘ軸と直交させるように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔６２を配置してなる取付部６３が設けられている。また、取付部６１を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上には各ピンを図中上面に露出させる関係にコネクタ６４が設けられている。同様に、取付部６３を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上には各ピンを図中上面に露出させる関係にコネクタ６５が設けられている。各コネクタ６４， ６５には、前記コネクタ４１〜４６と同様に、１本のグランドピンと８本の信号ピンとが設けられている。コネクタ６４のグランドピンとコネクタ６５のグランドピンとは直接接続されている。また、コネクタ６４の８本の信号ピンとコネクタ６５の８本の信号ピンとは、図５０に示すように、アーム４ａの長さＳｘを特徴づける抵抗値ｒｘの抵抗をそれぞれ介在させる抵抗体６６とアーム４ａの延長方向を特徴づけるインダクタンス値Ｌｘのインダクタンスをそれぞれ介在させるインダクタ６７とを直列に介して接続されている。つまり、抵抗体６６とインダクタ６７とは、アーム４ａの長さおよび方向を示す計測信号発生器６８を構成している。
【００７９】
この例では、長さ１０（ｃｍ）につき１（ Ω） の割合が採用され、Ｓｘが３０（ｃｍ）で、ｒｘが３（ Ω） に設定されている。また、インダクタンスとしては、Ｘ軸延長用のものについては１０（Ｈ） ，Ｙ軸延長用のものについては２０（Ｈ） ，Ｚ軸延長用のものについては３０（Ｈ） の値が採用されている。したがって、アーム４ａにおけるＬｘは１０（Ｈ） に設定されている。
【００８０】
Ｚ軸延長用のアーム４ｂ， ４ｃは、図５１に示すように形状可変構造、具体的には長さを可変できる構造に形成されている。すなわち、アーム４ｂ， ４ｃは、一端側にフランジ７１を有した外円筒７２と、一端側にフランジ７３を有するとともに他端側を外円筒７２の他端側に嵌入させて配置された内円筒７４と、外円筒７２の他端部に設けられ、周方向に複数に分割されるとともに先端に近付くにしたがって薄肉となる形状に形成された押圧片７５と、これら押圧片７５の外面に一体的に形成されたテーパ雄ねじ７６と、図５２に示すように内面にテーパ雄ねじ７６と螺合するテーパ雌ねじ７７を有し、両ねじの螺合度の増加に伴わせて押圧片７５を内円筒７４の外面に強く押付ける締付けリング７８とを備えている。上記構成から判るように、アーム４ｂ， ４ｃは、外円筒７２と内円筒７４との嵌合度を変え、この状態で締付けリング７８を締付けることによってＺ軸方向の長さＳｚを自由に調整できるように構成されている。なお、図中７９は外円筒７２の外面側から装着された回り止め用のねじを示し、８０はねじ７９の先端部を嵌入させるために内円筒７４に軸方向へ沿って設けられたスリットを示している。
【００８１】
フランジ７１には前述した第１の取付部２２を構成している取付孔と同じ配置に、つまり長手辺を図中Ｘ軸と直交させるように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔８１を配置してなる取付部８２が設けられ、さらにフランジ７３にも長手辺を図中Ｘ軸と直交させるように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔８３を配置してなる取付部８４が設けられている。また、フランジ７１には取付部８２を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを図中上面に露出させる関係にコネクタ８５が設けられている。同様に、フランジ７３にも取付部８４を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを図中下面に露出させる関係にコネクタ８６が設けられている。各コネクタ８５， ８６には、前記コネクタ４１〜４６と同様に、１本のグランドピンと８本の信号ピンとが設けられている。コネクタ８５のグランドピンは、外円筒７２の内面に軸心線と平行に配設されたグランド線８７に接続されている。また、コネクタ８５の８本の信号ピンは、このアームの延びる方向を特徴づけるインダクタンス値Ｌｚを介在させるインダクタ８８を介して外円筒７２の内面にグランド線８７と平行に配設されてアームの長さを特徴づける抵抗値ｒｚを提供する８本の抵抗線８９ａ〜８９ｈに接続されている。
【００８２】
一方、内円筒７４の図中上端部内面には、上記グランド線８７および８本の抵抗線８９ａ〜８９ｈに１対１の関係に摺動接触する合計９個の接触子９０ａ〜９０ｉを有した接続器９１が設けられている。この接続器９１の９個の信号ピンはケーブル９２を介してコネクタ８６の対応するピンに接続されている。上記構成から判るように、インダクタ８８と抵抗線８９ａ〜８９ｈとは、アーム４ｂ， ４ｃの長さおよび方向を示す計測信号発生器９３を構成している。
【００８３】
図５３は計測信号発生器９３の電気回路である。この例では、先に説明したように、長さ１０（ｃｍ）につき１（ Ω） の割合が採用されている。したがって、アーム４ｂ， ４ｃの長さＳｚが、たとえば６０（ｃｍ）のときには、ｒｚが６（ Ω） となるように設定されている。また、アーム４ｂ， ４ｃは、Ｚ軸延長用のものであるから、Ｌｚは３０（Ｈ） に設定されている。マニピュレータ本体１が上記のように構成されていると、このマニピュレータ本体１を組立てた後において、ある直角座標上において何番目の関節が何軸回りの関節として接続されているか、またその途中に介在しているアームの方向および長さがどのようなものであるかを直ちに知ることができる。すなわち、図４４に示されたようにマニピュレータ本体１が組め立てられると、各関節３ａ〜３ｇに搭載されている識別信号発生器および各アーム４ａ〜４ｃに搭載されている計測信号発生器６８， ９３は自動的に図５４および図５５に示すように接続される。したがって、ベース２から延びたケーブル５８を使ってグランドピンと１番信号ピンとの間の抵抗分を測定すると、Ｒ＝Ｒｘ＝１０（ Ω） が検出され、このＲから１番目の関節３ａはＸ軸回りであることが判る。次に、グランドピンと２番信号ピンとの間の抵抗分を測定すると、Ｒ＝Ｒｘ＋ｒｘ＋Ｒｙ＝３３（ Ω） が検出される。この３３（ Ω） と先に検出された１０（ Ω） との差をとると、２３（ Ω） が得られ、この値から１桁目の値を除くと２０（ Ω） が得られ、この値から２番目の関節３ｂはＹ軸回りであることが判る。以下同様に、グランドピンと信号ピンとの間の抵抗分を測定し、その値から前回得られた抵抗分を差引くとともに１桁目の値を除いた抵抗値を確認することによって、関節３ｃ〜３ｇが何の軸回りに接続されているかを知ることができる。
【００８４】
一方、グランドピンと信号ピンとの間の抵抗分を測定し、その値から前回得られた抵抗分を差引いて得られた値中の１桁目の数字は、その間に介在しているアームの長さを示している。たとえば、グランドピンと２番信号ピンとの間の抵抗分３３（ Ω） から先に検出された１０（ Ω） との差をとると、２３（ Ω） が得られるが、この値中の１桁目の値３（ Ω） はアーム４ａの長さ３０（ｃｍ）に対応している。したがって、１桁目の値からアームの存在およびその長さを知ることができる。表１は抵抗分から判定された各関節の軸回りおよび各アームの長さを示している。
【００８５】
【表５】
上記の表の結果では、各関節の軸回りおよび各アームの長さだけが判明し、各アームの方向までは判らない。そこで、次にグランドピンと各信号ピンとの間に交流電流を流し、その閉回路のインピーダンスを測定し、得られたインピーダンスと先に測定された抵抗分とを使って閉回路中のインダクタンスを測定する。先に説明したように、各アーム４ａ〜４ｃに搭載された計測信号発生器６８， ９３には、これらアームの方向を特徴づけるインダクタンスが挿入されている。したがって、インダクタンス値が判れば、そのアームの方向を知ることができる。インダクタンスの測定方法としては、たとえば図５６に示すように、抵抗ＲｏとインダクタンスＬｏとの直列回路を例にとると、まず回路に直流電圧Ｖｄを印加し、そのときの電流ｉｄを使って抵抗Ｒｏを測定する。次に回路に交流電圧Ｖａを印加し、そのときの電流ｉａを使ってインピーダンスＺｏを測定する。そして、Ｌｏ＝（Ｚｏ２ −Ｒｏ２ ）０．５ ／ωの関係からインダクタンスＬｏを測定する。
【００８６】
表２には上記手法で測定されたインダクタンス値およびアームの方向が示されている。
【００８７】
【表６】
以上で各アーム４ａ〜４ｃの方向も判明した。一方、各関節３ａ〜３ｇの大きさ、ベース２の厚み、効果器５の大きさは予め判明しているので、結局、図４４に示されるマニピュレータ本体１の仕様は次表に示す如くである。
【００８８】
【表７】
なお、上述の各値の測定は、図５４に示すように、ケーブル５８に信号処理装置１００を接続して行われる。この信号処理装置１００では、測定装置１０１において上述の測定が行われる。この測定によって得られた情報は情報処理装置１０２に与えられ、この情報処理装置１０２によって前述の第１実施例の処理手法と同様に処理される。よって、このように構成されたマニピュレ−タ装置における、各関節の軸回り情報、アームの存在位置情報、アームの方向および長さ情報が得られたときのそれら情報の利用方法についての詳しい説明は重複を避け省略する。（参照：第１実施例）
上述のように本実施例においても、ある座標系における自由度方向を示す識別信号を出力する識別信号発生器を搭載し、しかもモジュール化された関節３ａ〜３ｇと、方向および長さを示す信号を出力する計測信号発生器６８， ９３の搭載されたアーム４ａ〜４ｃとを組み合わせてマニピュレータ本体１が構成されている。したがって、マニピュレ−タ本体１の駆動制御に使用するソフトウェアを書き換えるのに必要な情報のすべてを得ることができるので、信号処理システム１００を使ってソフトウェアを自動書換えすることが可能である。その結果、作業現場においてソフトウェア作成のために行われていた一連の操作（例えば、エディットし、コンパイルやリンク等）をなくすことができ、作業現場で選択した自由度構成に合わせて、例えば、各関節部の位置と手先効果器（ハンド部）の位置との関係のソフトウェア，各関節の速度と手先効果器の速度との関係のソフトウェア，各関節の力と手先効果器の力との関係のソフトウェアなどを容易にしかも自動的に書き換える（即ち、カスタマイズする）ことが可能となる。
【００８９】
なお、本発明は上述の実施例に限定されない。すなわち、上述の実施例ではベース側から方向や長さを電気的に計測できるアームを組込んでいるが、本発明の主旨はこのように構成されたものに限定されるものではない。
【００９０】
たとえば、図５７に示すように構成されたものでもよい。すなわち、図には形状可変構造、具体的には長さを変えることのできるＺ軸延長用のアーム４ｄが示されている。（なお、図５１と同一部分は同一符号で示してあるので、重複する部分の詳しい説明は省略する。）
このアーム４ｄにおいては、外円筒７２の内面に、軸心線と平行に、かつフランジ７１の近傍において折り返す関係に抵抗線１１１を配設するとともに内円筒７４の図中上端部内面に上記抵抗線１１１に摺動接触する接触子１１２ａ， １１２ｂを備えた接続器１１３を配置し、接触子１１２ａ， １１２ｂをケーブル１１４を介して２ピン式のコネクタ１１５に接続したものとなっている。すなわち、この例では抵抗線１１１、接続器１１３、ケーブル１１４およびコネクタ１１５で計測信号発生器１１６を構成し、コネクタ１１５のピン間で測定される抵抗値ｒｚがアーム４ｄの長さに対応するようにしている。このように構成されたアーム４ｄを用いてもよい。なお、上記構成のアーム４ｄを用いると、このアームより先端側に配置された関節の情報をベース側において読み取ることができないので、情報伝達用の接続要素を設けてもよいし、先端側の関節については識別信号発生器の構造を変えて個別に読み取ることができるようにしてもよい。
【００９１】
図５８には別の例に係るアームが示されている。ここには形状可変構造、具体的には長さを変えることのできるＺ軸延長用のアーム４ｅが示されている。なお、この図においては図５７と同一部分が同一符号で示してある。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。このアーム４ｅにおいては、磁気式リニア・スケールで計測信号発生器１１７を構成している。すなわち、外円筒７２の内面に沿わせ、かつ軸心線と平行するように棒状のセンサ本体１１８を配置するとともにセンサ本体１１８の図中上端部を外円筒７２の内面に固定されたセンサ・アンプ１１９に接続している。そして、内円筒７４の図中上端部内面にセンサ本体１１８と嵌合する関係にセンサ・ターゲット１２０を配置し、さらにセンサ・アンプ１１９をケーブル１２１を介してコネクタ１２２に接続し、このコネクタ１２２を介しアーム４ｅの長さＳｚに対応した信号を出力させるように構成されている。
【００９２】
図５９には別の例に係る形状可変構造、具体的には円弧の長さを変えることのできる円弧状のアーム４ｆが示されている。アーム本体の基本構造は図５１に示されているものと同じで、一端側にフランジ１３１を備えるとともに１点に中心を持つ円弧状に形成された外円筒１３２と、一端側にフランジ１３３を備えるとともに上記点に中心を持つ円弧状に形成され、他端側を外円筒１３２に嵌入させた内円筒１３４と、内円筒１３４の嵌入度を所望の値に固定する固定機構１３５とで構成されている。固定機構１３５は対向する関係に２組設けられており、各組は外円筒１３２に設けられたスリット１３６と、内円筒１３４に形成された図示しないねじ孔と、外円筒１３２の外面側からスリット１３６を通して上記ねじ孔に装着される止めねじ１３７とで構成されている。なお、フランジ１３１， １３３には、４つの取付孔１３８， １３９によって構成された取付部１４０， １４１が設けられている。アーム４ｆ内には、計測信号発生器１４２が装着されている。この計測信号発生器１４２は、外円筒１３２の内面に軸心線に沿う関係に固定され、内円筒１３４に設けられたスリットを介して一部を内円筒１３４内へ突出させた歯付ベルト１４３と、内円筒１３４の内面に固定されるとともに歯付ベルト１４３に噛合して回転するポテンションメータ１４４と、フランジ１３３に接続部を図中上面に露出させて取り付けられた２ピン式のコネクタ１４５と、このコネクタ１４５とポテンションメータ１４４を接続するケーブル１４６とで構成されている。そして、コネクタ１４５を介してフランジ間の長さに対応した信号を出力させるようにしている。このように構成されたアームを用いることもできる。
【００９３】
図６０にはさらに別の例に係るアームが示されている。ここには形状可変構造、具体的には円弧の長さを変えることのできる円弧状のアーム４ｇが示されている。アーム本体の基本構造は図５９に示されているものと同じである。したがって、図５９と同一部分が同一符号で示してある。この例が図５９に示すものと異なる点は、計測信号発生器１５０にある。計測信号発生器１５０は、基本的には図５１に示されているものと同様に、外円筒１３２の内面に配設された１本のグランド線１５１および８本の抵抗線１５２ａ〜１５ｈと、内円筒１３４の固定されるとともに上記各線に１対１の関係に摺動接触する合計９個の接触子１５３を有した接続器１５４と、フランジ１３１に取付けられた９ピン式のコネクタ１５５と、フランジ１３３に取付けられた９ピン式のコネクタ１５６と、このコネクタ１５６の各ピンを接続器１５４の対応するピンに接続するケーブル１５７と、グランド線１５１および８本の抵抗線１５２ａ１５２ｈをコネクタ１５５の対応するピンに接続するケーブル１５８とで構成されている。そして、コネクタ１５５， １５６を介してフランジ間の長さに対応した抵抗値信号を出力するようにしている。
【００９４】
図６１にはさらに別の例に係る屈曲型のアーム４ｈが示されている。このアーム４ｈの本体は、連結部材１６１と、この連結部材１６１に対して回動自在に連結された連結部材１６２と、両連結部材１６１， １６２を所定の回動位置に固定するねじりダイアル１６３， １６４（ただし、ねじりダイアル１６４は図示せず。）とで構成されている。連結部材１６１， １６２にはそれぞれ取付けプレート１６５， １６６が取付けてあり、これらプレート１６５， １６６には４つの取付け孔によって構成された取付部１６７， １６８が形成されている。連結部材１６１， １６２の回動連結部には、それぞれ回動中心を中心とする同一半径の曲面１６９， １７０が形成されている。そして、曲面１６９， １７０を利用する関係に計測信号発生器１７１が設けられている。計測信号発生器１７１は、曲面１６９上に平行に、かつ周方向に向けて設けられた抵抗線１７２， １７３と、曲面１７０に取付けられて抵抗線１７２， １７３に摺動接触する接触子１７４， １７５と、信号ピンを図中下面に露出させる関係にプレート１６５に取付けられた２ピン式のコネクタ１７６と、信号ピンを図中上面に露出させる関係にプレート１６６に取付けられた２ピン式のコネクタ１７７と、抵抗線１７１， １７３の一端側をコネクタ１７６の信号ピンに接続する接続線１７８と、接触子１７４， １７５をコネクタ１７７の信号ピンに接続する接続線１７９とで構成されている。したがって、この例に係るアーム４ｈにおいては、連結部材１６１， １６２の回動角度に対応した信号を計測信号発生器１７１から出力させるように設定されている。
【００９５】
図６２には別の例に係るアームが示されている。ここには屈曲型のアーム４ｉが示されており、図６１と同一部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。この例が図６１に示すアームと異なる点は、計測信号発生器１８１の構成にある。計測信号発生器１８１は、曲面１６９上に周方向に向けて設けられた歯付ベルト１８２と、回転駆動部が歯付ベルト１８２に噛合する関係に曲面１７０に固定されたポテンションメータ１８３と、信号ピンを図中上面に露出させる関係にプレート１６６に取付けられた２ピン式のコネクタ１８４と、ポテンションメータ１８３の出力端をコネクタ１８４の信号ピンに接続する接続線１８５とで構成されている。すなわち、この計測信号発生器１８１では、連結部材１６１， １６２の回動角度に対応した信号をコネクタ１８４を介して出力させる。
【００９６】
図６３にはさらに異なる例に係るブロック化されたアームユニット４ｊが示されており、このアームユニット４ｊを複数組合わせて構成されたアーム４ｋが図６４に示されている。アームユニット４ｊは、本体が筒体１９１と、この筒体１９１の両端部に取付けられた取付フランジ１９２， １９３とで構成されている。そして、このアームユニット４ｊには、計測信号発生器１９４が搭載されている。計測信号発生器１９４は、筒体１９１の外面に沿うように設けられたグランド線１９５と、グランド線１９５と平行に配設されて途中にアームユニット４ｊの軸方向の長さＬに相当する抵抗値ｒを示す抵抗体１９６を介在させた信号線１９７と、グランド線１９５および信号線１９７の一端側の接続されたピンを図中上面に露出させる関係に取付フランジ１９２に取付けられた２ピン式のコネクタ１９８と、グランド線１９５および信号線１９７の他端側の接続されたピンを図中下面に露出させる関係に取付フランジ１９３に取付けられた２ピン式のコネクタ１９９とで構成されている。したがって、図６４に示すように、アームユニット４ｊをｎ個直列に接続してアーム４ｋを構成したときに、アーム４ｋの両端部に位置するコネクタを介して抵抗値を測定すると、ｎ倍の抵抗値が測定されることになり、この値からアーム４ｋの長さＬｎを知ることができる。なお、アーム４ｋの一端側から抵抗値を測定できるようにするには、測定しようとする位置とは反対側に位置する取付フランジに短絡用のコネクタを備えたフランジを装着するようにすればよい。
【００９７】
図６５には別のブロック化されたアームユニット４ｍが示されている。アームユニット４ｍは、図６４に示されているものと同様に、本体が筒体２００と、この筒体２００の両端部に取付けられた取付フランジ２０１， ２０２とで構成されている。筒体２００は、真っ直ぐではなく、ある点Ｐに中心を持つ半径Ｌ１ の円弧の一部をなす曲り筒体によって形成されている。そして、この例では、取付フランジ２０１， ２０２間の長さが点Ｐを中心にしてθ＝１５゜に相当する値に設定されている。アームユニット４ｍには、計測信号発生器２０３が搭載されている。
【００９８】
計測信号発生器２０３は、図６４に示す例と同様に、グランド線２０４と、アームユニット４ｍを構成している角度θに相当する抵抗値ｒを示す抵抗体２０５を途中に介在させた信号線２０６と、グランド線２０４および信号線２０６が接続された２ピン式のコネクタ２０７， ２０８とで構成されている。この例ではアームユニット４ｍを必要個数接続してアームを構成したとき、このアームの一方の端部にフランジ２０９を接続するようにしている。このフランジ２０９にはアーム側のコネクタに接続されるコネクタ２１０が設けてあり、このコネクタ２１０には半径Ｌ１ を示すインダクタンスを有したインダクタ２１１が接続されている。したがって、この例では、測定されたインダクタンスの値からアームの曲率半径Ｌ１ を知ることができ、測定された抵抗値からアームの弧の角度範囲を知ることができ、また両者の関係からアームの弧の長さ知ることができる。このように構成されたアームを用いることもできる。
【００９９】
なお、上述の各種のアームは、モジュール関節を用いるマニピュレータ本体に限らず、通常の関節・アーム一体型のものにも使用できる。
【０１００】
（第４実施例）
図６６には、本発明の第４実施例が図示されている。本実施例は前述の第３実施例（図４４）の構成を、各モジュールのサイズを異ならせることにより、運用効率を高めた実際のマニプュレータ本体の形状として望ましい組合せを開示している。本体のベース２に接続する関節モジュール（３ａ， ３ｂ）は装置本体でも駆動力の大きなモジュールで構成されている。一方、手先部（エンドエフェクター）５の近くに接続する関節モジュール（３ｆ， ３ｇ）は小さな駆動力で且つ軽量なモジュールで構成されている。また、アームモジュール等（４ａ， ４ｂ， ４ｃ， ）も、手先部に近いものほど小さく細く軽いモジュールで構成されている。
【０１０１】
また、このモジュールの大きさを検知する手法は次の通りである。すなわち、関節モジュールの大きさおよびそのトルクは、そのモータの巻線の長さ（即ち、抵抗値）に比例することを利用すると、関節モジュールの大きさを示す信号は、この巻線と電源供給線との抵抗値を検知することにより、相対的なモジュールの大きさが容易に認識できる。また、アームモジュールは同じ比率で長さに比例する計測信号が出力できる構成ならば、その太さ（軽さ）に無関係にソフトウエアの書換えに利用できる。
【０１０２】
【発明の効果】
（第１，第２実施例の効果）
本発明によれば、１つの関節部を旋回関節としても屈曲関節としても使用でき、さらに屈曲関節の屈曲方向を直交する２方向で選択できるので、複数の、たとえば出力の異なる関節部の場合でも、またどのような順番に接続してもマニピュレ−タ本体を構成することが可能である。また、すでに構成されたマニピュレ−タから、関節部の接続順序を入れ換えることによりマニピュレ−タ本体の自由度配置を変更できるので、関節部ごとに分割して作業現場まで運搬して、運搬したその場で作業内容に適した自由度配置のマニピュレ−タ本体を構成できる。さらに、作業内容が変更された場合でも、その作業内容にふさわしい自由度構成のマニピュレ−タを容易に再構成できる。そして、関節部の故障に対しても、故障した関節部のみを交換すればマニピュレ−タ本体を正常に動作させることができる。また、旋回関節として用いる場合も、屈曲関節として用いる場合も、１種類の関節部を用意しておけばよいので、組立の容易化および保守の容易化を図ることができる。さらに、それぞれの関節部が、ある座標系のＸ軸回りの回転か、Ｙ軸回りの回転か、Ｚ軸回りの回転か、を識別するための３種類の信号を発生できる識別信号発生器を有しているので、これらの識別信号を使ってマニピュレ−タ本体の駆動制御に使用するソフトウェアを書換える作業を容易化できる。よって、構成の変更に伴うマニピュレ−タの駆動制御プログラムの書換、変更に要する手間や時間を短縮できる。また、所望によりそのプログラムを自動書換え可能なマニピュレータ装置を提供することも可能である。
【０１０３】
（第３，第４実施例の効果）
また本発明によれば、複数のアームのうちの少なくとも１つには、それ自身の長さあるいは曲り角度を任意に設定可能な形状可変手段と、上記長さあるいは曲り角度に対応した信号を出力する計測信号発生器とが設けられているため、組立て後であっても、アームの形状を変えることによって、マニピュレータ本体の動作範囲の大きさを容易に変更可能である。またこのとき、計測信号発生器の出力によってアームの長さあるいは曲り角度を正確に知ることができる。したがって、アームの形状を変えただけの変更の場合には、変更前の情報と計測信号発生器の出力とを使ってマニピュレータ本体を駆動制御するためのソフトウェアを自動書換えすることができる。
【０１０４】
また、新たにマニピュレータ本体を組み立てたり、作業内容の変更に伴わせて再組立てをした場合には、関節に自由度の方向に対応した信号を出力する識別信号発生器を設ける方式と組合わせることによって、マニピュレ−タ本体の駆動制御用ソフトウェアを書き換えるのに必要な情報（例えば、必須な信号すなわち必須パラメータ等）を得ることができる。よって、信号処理装置により所望のソフトウェアを自動書換えすることも可能となる。
【０１０５】
つまり、今まで作業現場でおいてソフトウェア作成の一連の操作（例えば、プログラムをエディット， コンパイル， リンク等）をなくすことがでる。例えば、作業現場で選択した自由度構成に合わせて、各関節の位置とハンド部の位置との関係のプログラム、各関節の速度とハンド部の速度との関係のプログラム、各関節の力とハンド部の力との関係のプログラムなどを人手を介して再作成するのではなく、本体のシステムが容易かつ迅速にしかも自動的にそのプログラムを最適に変更することが可能となる。
【０１０６】
また、第４実施例のような出力の大きさの異なる関節モジュールの適宜な組合せにより、実用的で且つ駆動効率の高いモジュール型マニピュレータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るマニピュレータ装置におけるマニピュレータ本体全体の斜視図、
【図２】同マニピュレータ本体の等価図、
【図３】（ａ） 〜（ｅ） は同マニピュレータ本体を構成する関節部の実施例であり、（ａ） はその正面図、（ｂ） は上面図、（ｃ） は左側面図、（ｄ） は右側面図、（ｅ） は下面図、
【図４】（ａ） 〜（ｃ） は、同関節部の自由度の方向を変えた３例の説明図、
【図５】同関節部の拡大斜視図、
【図６】同関節部に搭載された識別信号発生器の回路図、
【図７】各関節部に搭載された識別信号発生器と信号処理システムとの接続状態を示す接続図、
【図８】識別信号発生器から情報を取出す手段を示す回路図、
【図９】（ａ） 〜（ｃ） は、３種類の延長用アームを示す斜視図、
【図１０】本発明の第２実施例に係る、同延長用アームと関節部とを組み合わせて構成されたマニピュレータ本体全体の斜視図、
【図１１】同マニピュレータ本体の等価図、
【図１２】本発明の第２実施例に係るマニピュレータ装置におけるマニピュレータ本体を構成する関節部の拡大斜視図、
【図１３】（ａ） および（ｂ） は、同関節部に搭載された識別信号発生器の構成説明図、
【図１４】各関節部に搭載された識別信号発生器と信号処理システムとの接続状態を示す接続図、
【図１５】本発明の実施例に係るマニピュレータ本体を構成する関節部の変形例の１つを表わす拡大斜視図、
【図１６】同関節部に搭載された識別信号発生器の回路図、
【図１７】同関節部を使用するマニピュレータ本体のベースを示す斜視図、
【図１８】同関節部を組み合わせてマニピュレータ本体を構成したときの識別信号発生器の動作関係を説明する説明図、
【図１９】（ａ） 〜（ｃ） は、同関節部の組合わせによりマニピュレータ本体を構成するときに用いる３種類の延長用アームを示す斜視図、
【図２０】同関節部と同延長用アームとを組み合わせてマニピュレータ本体を構成したときの識別信号発生器の動作関係の一部を説明する説明図、
【図２１】同識別信号発生器の動作関係の残りを説明する説明図、
【図２２】本発明の実施例に係るマニピュレータ本体を構成する関節部のさらに異なる変形例を表わす拡大斜視図、
【図２３】同関節部に搭載された識別信号発生器の接続例を示す接続図、
【図２４】同接続例の具体的な回路図、
【図２５】同関節部を使用するマニピュレータ本体のベースを示す斜視図、
【図２６】各関節部に搭載された識別信号発生器と信号処理システムとの接続状態を示す接続図、
【図２７】同関節部と組み合わせてマニピュレータ本体を構成するときに用いるＸ軸延長用アームを示す斜視図、
【図２８】同関節部と組み合わせてマニピュレータ本体を構成するときに用いるＹ軸延長用アームを示す斜視図、
【図２９】同関節部と組み合わせてマニピュレータ本体を構成するときに用いるＺ軸延長用アームを示す斜視図、
【図３０】本発明の実施例のマニピュレータ本体を構成する関節部のさらに別の変形例を表わす拡大斜視図、
【図３１】同関節部に搭載された識別信号発生器の接続例、
【図３２】同接続例の具体的な回路図、
【図３３】各関節部に搭載された識別信号発生器と信号処理システムとの接続状態を示す接続図、
【図３４】本発明の実施例のマニピュレータ本体を構成する関節部の異なる変形例を表わす拡大斜視図、
【図３５】同関節部に搭載されたコネクタの斜視図、
【図３６】同関節部に搭載された識別信号発生器の接続例、
【図３７】同関節部に付設された配線系統の一部を示す接続図、
【図３８】同関節部に付設された配線系統のＢ−Ｂ線からＣ−Ｃ線までの接続図、
【図３９】同関節部に付設された配線系統のＣ−Ｃ線以降の範囲の接続図。
【図４０】本発明の実施例のマニピュレータ本体を構成する関節部のさらに異なる変形例を表わす拡大斜視図、
【図４１】同関節部に搭載された識別信号発生器の接続例、
【図４２】同関節部を６個組み合わせて図１に示されるマニピュレータ装置本体を構成したときの各コネクタと抵抗体との接続例の組合せ図、
【図４３】同接続例の回路図、
【図４４】本発明の第３実施例に係るマニピュレータ装置におけるマニピュレータ本体の斜視図、
【図４５】同マニピュレータ本体の等価図、
【図４６】同関節の拡大斜視図、
【図４７】同関節に搭載された識別信号発生器の回路図、
【図４８】同マニピュレータ本体のベースを示す斜視図、
【図４９】同マニピュレータ本体に組込まれたＸ軸延長用アームの斜視図、
【図５０】同Ｘ軸延長用アームに組込まれた計測信号発生器の回路図、
【図５１】同マニピュレータ本体に組込まれたＺ軸延長用アームを一部切欠して示す斜視図、
【図５２】同Ｚ軸延長用アームの長さ調整部を拡大して示す断面図、
【図５３】同Ｚ軸延長用アームに搭載された計測信号発生器の回路図、
【図５４】各関節に搭載されている識別信号発生器と各アームに搭載されている計測信号発生器との接続関係および信号処理システムの接続関係の一部を示す図、
【図５５】接続関係の残りを示す図、
【図５６】アームの長さおよび方向の計測原理を説明するための図、
【図５７】Ｚ軸延長用アームの変形例を一部切欠して示す斜視図、
【図５８】Ｚ軸延長用アームの別の変形例を一部切欠して示す斜視図、
【図５９】円弧型アームの例を一部切欠して示す斜視図、
【図６０】円弧型アームの別の例を一部切欠して示す斜視図、
【図６１】屈曲型アームの例を示す斜視図、
【図６２】屈曲型アームの別の例を示す斜視図、
【図６３】ブロック型のアームユニットを示す斜視図、
【図６４】同アームユニットを組合わせて構成されたアームの側面図、
【図６５】ブロック型のアームユニットの別の例を説明するための側面図、
【図６６】本発明の第４実施例に係るマニピュレータ装置における現実的なマニピュレータ本体の斜視図。
【符号の説明】
１，１ａ…マニピュレータ本体、 ３，３ａ〜３ｇ…関節部、 ４， ５…効果器、４ａ〜４ｍ…アーム、 １１…モータ部、 １２…フィードバックユニット、１３…固定軸、 １４…回転軸、 １５， １６…連結部材、
２２， ２４， ２７， ３０， ３２， ３４…第１〜第６の取付部、
４１〜４６…識別信号発生器の一部を構成する切換スイッチおよびコネクタ、
４８， ４９， ５０…識別信号発生器の一部を構成する抵抗器、
５１， ５１ａ， ５１ｂ， ５１ｃ， ５１ｄ…信号処理システム、
５２…識別信号発生器の一部を構成する切換スイッチ、
６１…Ｘ軸延長用アーム、６２…Ｙ軸延長用アーム、６３…Ｚ軸延長用アーム、
７６…識別信号発生器として重力スイッチ、
８１， ８２， ８３…識別信号発生器の一部をなすコネクタ、
８９〜９４，１０１〜１１１…識別信号発生器の一部をなす導電体、
１２１〜１２６…識別信号発生器の一部をなすコネクタ、
１２８， １２９…識別信号発生器を構成する切換スイッチ、
１５１， １５２， １８２〜１８４…識別信号発生器の一部を構成する抵抗体、
６８， ９３， １１６， １１７， １４２， １５０， １７１， １８１， １９４， ２０３…計測信号発生器。
【産業上の利用分野】
本発明は、マニピュレータ装置に係り、特に適用範囲が拡く保守性の良好なマニピュレータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、従来のマニピュレータ装置のなかには、（１）： 各部がその作業のためにに設計されたマニピュレータ本体を備えた専用マニピュレータと、
（２）： 標準化されている複数の関節モジュールやアーム・モジュールを組み合わせて構成されたマニピュレータ本体を備えた「モジュール型マニピュレ−タ」とが存在する。
【０００３】
ただし前者（１） は、作業対象が変化したときに種々の問題を生じる。例えば、大きな作業領域を対象に構成された長い腕を有するマニピュレータ装置を、小さな作業領域のみの作業に用いると、その作業中にその長い腕が周囲の障害物と接触しないようにその腕を折り曲げた状態で常に作業を行わせる必要がある。しかも、その長い腕を支えるために関節駆動部の出力が浪費されてしまい、先端に取着されている手先効果器（エンドエフェクター）においては必要な力に効率よく出力変換きない。しかし後者（２） は、マニピュレータ装置自体の低価格化に寄与できるのみならず、作業対象の変化にも良好に対応が可能であり、しかも保守の容易化にも寄与できる利点を備えている。
【０００４】
ところで、上述の「モジュール型マニピュレ−タ」に組み込まれるモジュールには、特開昭６２−２８２８８６ 号に見られる回転関節モジュールや、特公昭６３−５０１５５号公報に見られるリンク型アーム・モジュールが知られている。これらの種類のモジュールを各取付部を介して複数個連結して組み合わせることによって所望の作業が可能なマニピュレータ本体を提供している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述のモジュール型マニピュレータ装置にも次のような問題があった。すなわち、複数個のモジュールを組み合わせてマニピュレータ本体を組み立てた後、そのマニピュレータ本体に何等かの作業を行わせるためには、マニピュレータ本体を駆動制御するための専用ソフトウェアを作る必要がある。そのソフトウェアの作成に際しては、マニピュレータ本体の基準姿勢において、各関節モジュールの自由度の方向（即ち、可動および組合せの自由度）および、アームの接続方向や長さを予め知る必要がある。しかし、作業内容が変わる都度に、関節モジュールの数やその自由度の方向を変えたり、長さの異なるアームを方向を変えて組み合わせたりする場合には、組立て現場において各関節モジュールの自由度の方向、アームの長さおよびその方向の確認に意外に時間を要する場合が多い。しかも、その確認の後にその専用ソフトウェアの開発のための一連の作業操作（例えば、プログラム作成、デバッグ、テスト等）を初めから行なう必要がある。したがって、マニピュレータ装置に実際の所望な作業を行わせるまでに多くの手間と時間を要する問題があった。
【０００６】
そこで上述のような不具合を解消するために、各関節モジュールに自由度の方向に対応した信号を出力する識別信号発生装置を付設し、この信号発生装置の出力から各関節モジュールの自由度を読み取ることが考えられる。しかし、このように改良しても、動作範囲の変更に伴わせてアームの長さを変えたり、方向を変えたりしたときには、その都度に寸法を再測定する必要がある。故に、ソフトウェアの自動書換えを実現することも結局困難であることがわかる。
【０００７】
上述の如く従来のモジュール型マニピュレータ装置は、動作範囲の変更に伴うマニピュレ−タの駆動制御のためのプログラムの書換えや変更に多くの手間や時間を要し、作業者に大きな負担をかける等の問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、上述の不具合を解消でき、保守性に富み、適用範囲の拡大に寄与できるマニピュレ−タ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、マニピュレータ装置は、各々所定の方向の自由度を有し、各々の自由度が任意の方向となるように連結部材を介して自在に組合せられた複数の関節部と、ソフトウェアに基づいて前記関節部の自由度の方向の旋回を制御する制御手段と、前記関節部の各々に設けられ、関節部の自由度の方向と関節部の接続順番を示す識別信号をコネクタを介して外部へ出力する情報出力手段と、前記コネクタを介して前記情報出力手段に接続され、前記識別信号に基づいて、前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理手段とからなる。
本発明の他の態様によれば、マニピュレータ装置は、各々所定の方向の自由度を有し、各々の自由度が任意の方向となるように連結部材を介して自在に組合せられた複数の関節モジュールと、ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの自由度の方向の旋回を制御する制御手段と、前記関節モジュールの各々に設けられ、関節モジュールの自由度の方向及び前記関節モジュール同士の組合せを表わす組合せ情報を識別信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する識別信号発生手段と、前記コネクタを介して前記識別信号発生手段に接続され、前記識別信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなる。
本発明の他の態様によれば、マニピュレータ装置は、各々所定の方向の自由度を有し、各々の自由度が任意の方向となるように連結部材を介して自在に組合せられ、可変形状の少なくとも１つの関節モジュールと、ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの自由度の方向の旋回を制御する制御手段と、前記関節モジュールの形状情報を計測信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する計測信号発生手段と、前記コネクタを介して前記計測信号発生手段に接続され、前記計測信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなる。
本発明の他の態様によれば、マニピュレータ装置は、任意の長さのマニピュレータを実現するように連結部材を介して自在に組合せられた任意の長さの複数の関節部と、ソフトウェアに基づいて前記関節部の駆動を制御する制御手段と、前記関節部の各々に設けられ、関節部の長さと関節部の接続順番を示す識別信号をコネクタを介して外部へ出力する情報出力手段と、前記コネクタを介して前記情報出力手段に接続され、前記識別信号に基づいて、前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理手段とからなる。
本発明の他の態様によれば、マニピュレータ装置は、各々所定の方向の自由度を有し、任意の長さのマニピュレータを実現するように連結部材を介して自在に組合せられた任意の長さの複数の関節モジュールと、ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの駆動を制御する制御手段と、前記関節モジュールの各々に設けられ、関節モジュールの長さ及び前記関節モジュール同士の組合せを表わす組合せ情報を識別信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する識別信号発生手段と、前記コネクタを介して前記識別信号発生手段に接続され、前記識別信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなる。
本発明の他の態様によれば、マニピュレータ装置は、任意の長さのマニピュレータを実現するように連結部材を介して自在に組合せられ、可変形状の少なくとも１つの関節モジュールと、ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの駆動を制御する制御手段と、前記関節モジュールの各々に設けられ、関節モジュールの形状情報を計測信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する計測信号発生手段と、前記コネクタを介して前記識別信号発生手段に接続され、前記計測信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなる。
【００１０】
【作用】
本発明のマニピュレータ装置においては、モジュールの旋回軸、長さの情報、関節モジュールの種類情報及び関節モジュール同士の組合せの自由度を表わす組合せ情報からなる識別情報、あるいはモジュールの形状情報からなる計測信号に基づいて制御手段のソフトウェアを書き換えることにより、保守性に富み、適用範囲の拡大に寄与できるマニピュレータ装置を提供することができる。
【００１１】
また、ばらばらに存在する複数個の関節モジュールやアームモジュールを使い新たにマニピュレータ本体を組み立てたり、作業内容の変更にともなって組み直した場合には、取付部の種類を選択するだけで、１つの関節部をある座標系における異なる軸回り（例えば、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、またはＺ軸回り）の旋回関節として使用できるので組立てが容易である。また同様に、各関節部の自由度の方向を示す識別信号と各関節部の接続順番を示す識別信号とを出力する識別信号発生部を備えているので、この識別信号発生部の出力を基にそのソフトウェアを書き換えることができる。つまり、今まで作業現場でおいて人により行なわれていた一連のソフトウェア作成工程（例えば、プログラミング、コンパイル、リンク、テスト等）を皆無にし、信号処理装置によりその作業現場で選択された自由な構成に合わせて必要なソフトウェア（例えば、各関節の位置とハンド部の位置との関係ソフトウェア，各関節の速度とハンド部の速度との関係ソフトウェア，各関節の力とハンド部の力との関係ソフトウェア等）を自動的書換え（いわゆるカスタマイズ）することも可能となる。
【００１２】
【実施例】
（第１実施例）
図１に示されている本発明の第１実施例のマニピュレータ本体１は、ベース２上にモジュール化された６個の関節部３ａ〜３ｆを直列に接続するとともに最先端に位置する関節部３ｆにハンド部に相当する効果器４を取り付けた構成となっている。各関節部３ａ〜３ｆは、図１に示されている直角座標上において、図２に等価図として示される方向に自由度を持つように互いに接続されている。
【００１３】
各関節部３ａ〜３ｆは、この実施例の場合、それぞれ同一寸法に形成されており、具体的には図３（ａ） に示すように構成されている。すなわち、各関節部３ａ〜３ｆは、減速機を含むモ−タ部１１と、このモータ部１１に同軸的に直結されたフィ−ドバックユニット１２と、このフィードバックユニット１２からモータ部１１の回転中心線と同軸に外方へ向けて突出する関係に設けられた固定軸１３と、モータ部１１からこのモータ部１１の回転中心線と同軸に外方へ向けて突出する関係に設けられた回転軸１４と、一端側が固定軸１３に固定されるとともに他端側が上記回転中心線と直交する方向に延びた後に回転中心線と平行にフィードバックユニット１２およびモータ部１１の外面に沿って延びたＬ字型の連結部材１５と、一端側が回転軸１４に固定されるとともに他端側が上記回転中心線と直交する方向に延びた後に回転中心線と平行にモータ部１１およびフィードバックユニット１２の外面に沿って延びたＬ字型の連結部材１６とで構成されている。そして、電力供給ケーブル（不図示）や信号線（不図示）を使ってモータ部１１とフィードバックユニット１２とを動作させることによって、連結部材１５と連結部材１６とをモータ部１１の回転中心線回りに相対的に回転させることができる構造である。
【００１４】
連結部材１５， １６の上記回転中心線と直交する部分１７， １８および平行する部分１９， ２０には、次に述べるボルト挿入孔を兼用した３種類の取付部が設けられている。すなわち、連結部材１５の部分１７には、図３（ｃ） に示すように、回転中心線を中心にし、かつ長手辺が部分１７の延びる方向と直交するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔２１が設けられ、この４つの取付孔２１によって第１の取付部２２が形成されている。同様に、連結部材１６の部分１８には、図３（ｄ） に示すように、回転中心線を中心にし、かつ長手辺が部分１８の延びる方向と直交するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔２３が設けられ、この４つの取付孔２３によって第１の取付部２２に対応する第２の取付部２４が形成されている。一方、連結部材１５の部分１９には、図３（ｅ） に示すように、部分１９の幅方向の中心の位置２５を中心にし、かつ長手辺が回転中心線と直交するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔２６が設けられ、この４つの取付孔２６によって第３の取付部２７が形成されている。また、連結部材１８の部分２０には、図３（ｂ） に示すように、部分２０の幅方向の中心位置で、前記位置２５から部分１８の外面までの距離と等しい位置２８を中心にし、かつ長手辺が回転中心線と直交するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔２９が設けられ、この４つの取付孔２９によって第３の取付部２７に対応する第４の取付部３０が形成されている。さらに、連結部材１５の部分１９には、図３（ｅ） に示すように、位置２５を中心にし、かつ長手辺が回転中心線と平行するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔３１が設けられ、この４つの取付孔３１によって第５の取付部３２が形成されている。また、連結部材１８の部分２０には、図３（ｂ） に示すように、位置２８を中心にし、かつ長手辺が回転中心線と平行するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付け孔３３が設けられ、この４つの取付孔３３によって第５の取付部３２に対応する第６の取付部３４が形成されている。ここで、第１〜第６の取付部２２， ２４， ２７， ３０， ３２， ３４を形成している４つの取付孔の間隔を規定する長方形の縦横寸法は、それぞれ等しい値に設定されている。
【００１５】
上記のように構成された各関節部３ａ〜３ｆは、実際に組込まれるとき、たとえば図４に示す直角座標上で、Ｘ軸回りの回転を実現するときには同図（ａ） に示すように第３の取付部２７と第４の取付部３０とが選択され、Ｙ軸回りの回転を実現するときには同図（ｂ） に示すように第５の取付部３２と第６の取付部３４とが選択され、またＺ軸回りの回転を実現するときには同図（ｃ） に示すように第１の取付部２２と第２の取付部２４とが選択される。各関節部３ａ〜３ｆが上記のように構成されているので、たとえば出力の異なる関節部でも、どのような順番に接続してもマニピュレ−タ本体を構成することが可能であり、さらにすでに構成されたマニピュレ−タ本体から関節部の接続順序を入れ換えることによりマニピュレ−タ本体の自由度配置を変更できる。また、関節部ごとに分割して作業現場まで運搬して、運搬したその場で容易に組立てることができる。また、作業内容が決まったときにその作業内容に適した自由度配置を選択して、マニピュレ−タ本体を構成することができるので、マニピュレ−タ本体の関節の性能を効率的に効果器の速度や力として伝達でき、さらに作業内容が変更されたときにもその作業内容にふさわしい自由度構成にマニピュレ−タ本体を容易に再構成できる。このように、１つの関節部を旋回関節としても、屈曲関節としても使用でき、さらに屈曲関節の屈曲方向を直交する２方向に選択できるように構成された６個の関節部３ａ〜３ｆの組合わせによってマニピュレータ本体１が構成されているのである。
【００１６】
ところで、マニピュレータ本体１に組込まれた６つの関節部３ａ〜３ｆには、その関節部の自由度の方向を示す識別信号を出力するための識別信号発生器が設けられている。この実施例では図５に示すように、モータ部１１の外面に取付けられた切換スイッチ装置４１を主体にして識別信号発生器が構成されている。切換スイッチ装置４１は、摘み４２を操作して指示針を“Ｘ”の表示に合わせると、図６に示すように、可動接点４３が移動して出力端子４４， ４５間の抵抗値がＲｘとなり、指示針を“Ｙ”の表示に合わせると抵抗値がＲｙとなり、また指示針を“Ｚ”の表示に合わせると抵抗値がＲｚとなるように構成されている。また、出力端子４４， ４５は２本ピン式のコネクタ４６に接続されている。
【００１７】
上述のように、本実施例ではマニピュレータ本体１を構成している各関節部３ａ〜３ｆに設けられた切換スイッチ装置４１の摘み４２を組立て時に操作することによって、その関節部がある直角座標上において、Ｘ軸回りの関節として動作しているか、Ｙ軸回りの関節として動作しているか、Ｚ軸回りの関節として動作しているかを示す識別信号を抵抗値の大きさの形で出力できるようにしている。この識別信号は、マニピュレータ本体１の自由度を変更するための組立て終了後などにおいて、図７に示す信号処理システム５１に導入される。
【００１８】
信号処理システム５１では、各コネクタ４６にそれぞれコネクタ５２を接続し、これらコネクタ５２を介して測定装置５３で各関節部における抵抗値を測定する。図１に示されるマニピュレータ装置１では、関節部３ａにおいては抵抗値Ｒｚ、関節部３ｂにおいては抵抗値Ｒｘ、関節部３ｃにおいては抵抗値Ｒｘ、関節部３ｄにおいては抵抗値Ｒｚ、関節部３ｅにおいては抵抗値Ｒｙ、関節部３ｆにおいては抵抗値Ｒｘであると測定される。この抵抗値の測定は、図８に示すように、測定線に基準抵抗Ｒ０ を直列に接続し、測定線の両端に基準電圧Ｖｉを印加しておき、基準抵抗Ｒ０ の両端電圧Ｖ０ を測定することにより行われる。この測定によって、関節部３ａ〜３ｆは、順にＺ軸回り、Ｘ軸回り、Ｘ軸回り、Ｚ軸回り、Ｙ軸回り、Ｘ軸回りであることが判る。得られた軸回り情報は、測定装置５３から情報処理装置５４に送られて処理される。図７の場合には、測定装置５３からそれぞれの関節部に設けられたコネクタ４６に対して抵抗値測定用コ−ドが１対１の関係に延びているので、何番目の関節部の信号を入力しているかを区別することができる。なお、ただ一本の抵抗値測定用コ−ドを使用するときには、操作者が抵抗値測定用コ−ドを各関節部上のコネクタ４６に接続する度に測定装置５３に付属のキ−ボ−ドから関節番号を入力するなどの方法により、何番目の関節部の信号を入力しているかを知ることができる。
【００１９】
次に、上述のように構成されたマニピュレ−タ装置において、何番目の関節部がある直角座標系において何の軸回りの関節部かが判ったとき、その情報の利用方法について詳しく述べる。
【００２０】
マニピュレ−タの駆動制御に必要なプログラムの一例として、各関節角度から手先の位置・姿勢への座標変換をとりあげる。マニピュレ−タの駆動制御に必要なプログラムの一例として、各関節角度から手先の位置・姿勢への座標変換について例示すると次のような手順で行われる。
【００２１】
（１） 回転関節部における座標変換
座標系 （ｉ）のＸ軸の回りにθ回転した座標系を座標系 （ｉ−１） とすれば、あるベクトルの、座標系 （ｉ）による表現［ｘ（ｉ） ，ｙ（ｉ） ，ｚ（ｉ） ］Ｔ と、座標系 （ｉ−１） による表現［ｘ（ｉ−１） ，ｙ（ｉ−１） ，ｚ（ｉ−１） ］Ｔ との関係は次式のように表される。
【００２２】
【数１】
【００２３】
同様に座標系 （ｉ）のｙ軸の回りにθ回転した座標系を座標系 （ｉ−１） とすれば、あるベクトルの座標系 （ｉ）による表現［ｘ（ｉ） ，ｙ（ｉ） ，ｚ（ｉ） ］Ｔ と、座標系 （ｉ−１） による表現［ｘ（ｉ−１） ，ｙ（ｉ−１） ，ｚ（ｉ−１） ］Ｔ との関係は次式のように表される。
【００２４】
【数２】
【００２５】
同様に座標系 （ｉ）のｚ軸の回りにθ回転した座標系を座標系 （ｉ−１） とすれば、あるベクトルの座標系 （ｉ）による表現［ｘ（ｉ） ，ｙ（ｉ） ，ｚ（ｉ） ］Ｔ と、座標系 （ｉ−１） による表現［ｘ（ｉ−１） ，ｙ（ｉ−１） ，ｚ（ｉ−１） ］Ｔ との関係は、次式のように表される。
【００２６】
【数３】
【００２７】
（２） 座標変換の合成
座標変換の合成は、上記の漸化式を繰り返し用いて、次式のように表される。
【００２８】
【数４】
【００２９】
（３） 位置の算出
関節と関節の間のア−ムを示すベクトルＬｉは、マニピュレ−タがどのような姿勢をとっていても、その関節座標系（ｉ）ではア−ムがＺ軸上のマイナス方向にあると仮定し、次のように表現される。
【００３０】
【数５】
【００３１】
【数６】
【００３２】
【数７】
【００３３】
【数８】
このように、全体の自由度構成を選択できる複数種類、つまり第１から第６のの取付部２２， ２４， ２７， ３０， ３２， ３４をそれぞれ有した複数の関節部３ａ〜３ｆの組合わせでマニピュレータ本体１が構成されている。したがって、取付部の種類を選択するだけで、１つの関節部をある座標系におけるＸ軸回りの屈曲関節にも、Ｙ軸回りの屈曲関節にも、Ｚ軸回りの旋回関節にも使用でき、組立てを容易化できる。また、各関節部３ａ〜３ｆのある座標系における自由度方向を示す識別信号を出力する識別信号発生器を備えているので、この識別信号発生器の出力からマニピュレ−タの駆動制御に使用するソフトウェアを書換えるのに必要な情報を得ることができる。したがって、信号処理システム５１を使ってソフトウェアを自動書換えすることが可能となる。この結果、作業現場において人手を介して毎回プログラムをエディットし、その後コンパイルやリンクといったソフトウェア開発のために行われていた一連の操作をなくすことができる。しかも、作業現場で選択した自由度構成に合わせて、たとえば各関節部の位置とハンド部の位置との関係のソフトウェア、各関節部の速度とハンド部の速度との関係のソフトウェア、各関節部の力とハンド部の力との関係のソフトウェアなどを容易に変更することが可能となる。
【００３４】
なお、上述の実施例ではモジュール化された関節部だけを複数組み合わせてマニピュレータ本体１を構成しているが、関節部間にアームを介在させてマニピュレータ本体を構成しなければならない場合が往々にしてある。このような場合には、図９（ａ） 〜図９（ｃ） にそれぞれ示すように、Ｘ軸延長用アーム６１， Ｙ軸延長用アーム６２およびＺ軸延長用アーム６３を用意しておく。そして、Ｘ軸延長用アーム６１の一端側に前述の第１の取付部２２を構成している取付孔と同じ配置に取付孔６４を設けて一方の取付部６５とし、また他端側に前述の第２の取付部２４を構成している取付孔と同じ配置に取付孔６６を設けて他方の取付部６７とする。同様に、Ｙ軸延長用アーム６２の一端側に第１の取付部２２を構成している取付孔とは配列方向が９０度異なる取付孔６８を設けて一方の取付部６９とし、また他端側に前述した第２の取付部２４を構成している取付孔とは配列方向が９０度異なる取付孔７０を設けて他方の取付部７１とする。さらに、Ｚ軸延長用アーム６３の両端に第１の取付部２２および第２の取付部２４を構成している取付孔と同じ配置に取付孔７２， ７４を設けて取付部７３， ７５とする。
【００３５】
（第２実施例）
図１０には前述のアームとモジュール化された７個の関節部３ａ〜７ｆとが組み合わされて構成されたマニピュレータ本体の第２実施例が示されている。また図１１には同マニピュレータ本体１ａにおける各関節部の自由度の方向を示す等価図が示されている。そして、この例においても、各関節部３ａ〜３ｇには、これら各関節部３ａ〜３ｇのある直角座標系における自由度の方向を示す識別信号を出力するための切換スイッチ装置が設けられている。各アームの長さは既知であるため、結局、前記第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
図１２には本実施例に係るマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３の一例が示されている。この例おいて、関節部３の本体部分は先の実施例のものと同じ構成である。異なる点は関節部３に付設されて関節部の自由度の方向を示す識別信号を発生させる識別信号発生器として重力スイッチを用いていることにある。
【００３７】
また、図１３に示すように、重力スイッチ７６は、金属材で有底角筒状に形成されたケース７７と、このケース７７の開口部を蓋するように装着された絶縁材７８と、一端部が絶縁材７８に固定され、他端側がケース７７内に延びた横剛性を持つ針金７９と、この針金７９の遊端部に固定された金属材製の接触子８０とで構成されている。そして、針金７９とケース７７とがリード線を介して２ピン式のコネクタ１２０に接続されている。上記のように構成された重力スイッチ７６は、針金７９が関節部３の回転中心線と平行するようにモータ部１１の外面に固定されている。したがって、図１２に示されている関節部３を図１３（ａ） 中Ｘ軸回りあるいはＹ軸回りの屈曲関節として使用したときには、針金７９により片持ちに支えられた接触子８０がその自重により導電性のケース７７に接触し、コネクタ１２０の２本のピン間が導通状態となる。一方、関節部３を図１３（ｂ） 中Ｚ軸回りの旋回関節として使用したときには、接触子８０がケース７７に接触することがなく、コネクタ１２０の２本のピン間が非導通状態となる。上記説明から判るように、この例では関節部３を複数個組合わせてマニピュレ−タ本体を構成したときに、各関節部が屈曲関節として動作しているか、旋回関節として動作しているかをコネクタ１２０の２本のピン間の導通状態で外部に示すことができる。
【００３８】
図１４には上述の重力スイッチ７６を備えた６個の関節部３を図１に示したように組み合わせてマニピュレータ本体を構成するとともに、各重力スイッチ７６の情報を信号処理システム５１ａが取り込んでその制御に必要なソフトウェアを書換えしている図が示されている。各重力スイッチ７６の情報はそれぞれ専用のコネクタ５２ａおよびリード線を介して測定装置５３ａに導入される。この場合、関節部３ａにおいては非導通、関節部３ｂにおいては導通、関節部３ｃにおいては導通、関節部３ｄにおいては非導通、関節部３ｅにおいては導通、関節部３ｆにおいては導通と測定され、各関節部３ａ〜３ｆは順に旋回関節、屈曲関節、屈曲関節、旋回関節、屈曲関節、屈曲関節と判定される。そして、この情報は情報処理装置５４ａに送られて、駆動制御に必要なソフトウェアの書換え処理に供される。前記第１実施例に示した手法はマニピュレ−タの駆動制御に用いるソフトウェアを書換えるための必要条件を満たしているが、この実施例に示した方法は旋回関節か、屈曲関節かの情報だけなので必要条件ではあるが、マニピュレ−タの駆動制御に用いるソフトウェアの自動書換えに使うことはできない。しかし、ソフトウェアを書き換えるための情報を得るためには、少なくとも両方から得られた情報に矛盾がないことが必要であるので、この実施例も先の実施例と併用することにより、安全対策の２重チェック用として利用できる。
【００３９】
（変形例１）
図１５には本発明のマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３の変形例が示されている。この例おいても関節部３の本体部分は先の実施例のものと同じ構成である。異なる点は関節部３に付設されて関節部の自由度の方向を示す識別信号を発生させる識別信号発生器にある。この例では関節部３を複数組合わせてマニピュレータ本体を構成したとき、各関節部３の全てについて、ある直角座標上の何軸回りに装着されているかを示す識別信号を自動的に発生させるようにしている。
【００４０】
まず、この例では連結部材１５， １６が非導電性部材で形成されている。そして、連結部材１５の回転中心線と平行な部分１９で、第３の取付部２７を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に２本のピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ８１を設けている。また、連結部材１５の部分１９で、第５の取付部３２を規定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に２本のピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ８２を設けている。さらに、連結部材１５の回転中心線と直交する部分１７で、第１の取付部２２を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に２本のピンを部分１７の図中左外面に露出させる関係にコネクタ８３を設けている。各コネクタ８１， ８２， ８３内には、図１６に示すように、抵抗値がＲ０ 、Ｒ１ 、Ｒ２ の抵抗体が収容されている。つまり、コネクタ８１の２本のピンが短絡されると端子８４ａ， ８４ｂ間の抵抗値がＲ０ となり、コネクタ８２の２本のピンが短絡されると端子８５ａ， ８５ｂ間の抵抗値がＲ１ となり、コネクタ８３の２本のピンが短絡されると端子８６ａ， ８６ｂ間の抵抗値がＲ２ となるように構成されている。そして、各コネクタ８１， ８２， ８３の端子８４ａ， ８４ｂ， ８５ａ， ８５ｂ， ８６ａ， ８６ｂは対応するもの同志が共通に接続されて２ピン式のコネクタ８７に接続されている。
【００４１】
一方、連結部材１６には、この連結部に連結される関節部の自由度方向に対応させて、その関節部に設けられている前記コネクタ８１， ８２， ８３のいずれかのコネクタの２本のピンを短絡させるための導電体が取付けられている。すなわち、連結部材１６の回転中心線と平行な部分２０で、第４の取付部３０を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側およびマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に導電体８９， ９０が設けられている。また、連結部材１６の回転中心線と直交する部分１８で、第２の取付部２４を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側およびマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に導電体９１， ９２が設けられている。さらに、図１７に示すように、ベ−ス２にも、取付部３６を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側およびマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に導電体９３， ９４が設けられている。
【００４２】
図１８にはコネクタ８１， ８２， ８３および導電体８９， ９０， ９１， ９２の取付けられた関節部３を６個組み合わせて図１に示したマニピュレータ本体を構成したときの各コネクタと導電体との位置関係が示されている。この図において、白抜き長方形はコネクタを示し、黒塗り長方形は導電体を示している。表１にはこのときに各関節部に設けられたコネクタ８７から得られた抵抗値およびその処理手法が示されている。
【００４３】
【表１】
“（Ｂａｓｅ）−Ｚ−Ｘ−Ｘ−Ｚ−Ｙ−Ｘ−（Ｈａｎｄ）”であると判定される。そして、
この情報は図示しない情報処理装置に導入されて駆動制御のソフトウェアの自動書換えに供される。
【００４４】
図１５に示される関節部３を用い、かつ図１０に示すように途中にアームを介在させてマニピュレータ本体を構成するときには、図１９に示すように、Ｘ軸延長用アーム６１，Ｙ軸延長用アーム６２およびＺ軸延長用アーム６３に設けられた取付部６５， ６７， ６９， ７１， ７３， ７５を規定する長方形の短辺上に導電体１０１〜１１２を取付ければよい。
【００４５】
図２０および図２１にはコネクタ８１， ８２， ８３および導電体８９， ９０， ９１， ９２の取付けられた７個の関節部３と図１９に示されているＸ軸延長用アーム６１およびＺ軸延長用アーム６３とを組み合わせて図１０に示したマニピュレータ本体１ａを構成したときの各コネクタと導電体との位置関係が示されている。この図において、白抜き長方形はコネクタを示し、黒塗り長方形は導電体を示している。表２にはこのときに各関節部に設けられたコネクタ８７から得られた抵抗値およびその処理手法が示されている。
【００４６】
【表２】
【００４７】
そこで、測定装置（不図示）は、抵抗値Ｒ２ の測定された関節部と、非導通であった関節部とを無条件にＺ軸回りの回転関節であると判定する。ここでは、関節部３ｃと関節部３ｅがＺ軸回りであると判定される。次に、抵抗値Ｒ０ の関節部は識別記号“０”，抵抗値Ｒ１ の関節部は識別記号“１”，抵抗値Ｒ２ の関節部は識別記号“２”，非導通の関節部は識別記号“１”として、ベ−ス部の“０”からハンド部に向かって２進数の足し算として順次加えていく。そして、Ｚ軸回りと判定された以外の関節部で、最下位の数字が０ならばＸ軸回りの関節部、最下位の数字が１ならばＹ軸回りの関節部であると判定する。ここでは、関節部３ａと関節部３ｄと関節部３ｅとがＸ軸回りであると判定され、関節部３ｂと関節部３ｇとがＹ軸回りであると判定される。
【００４８】
以上の方法により、このマニピュレ−タ本体１ａの構成が、第１関節から順に、“（Ｂａｓｅ）−Ｘ−Ｙ−Ｚ−Ｘ−Ｚ−Ｘ−Ｙ−（Ｈａｎｄ）”であると判定される。そして、この情報は図示しない情報処理装置に導入されて駆動制御のソフトウェアの自動書換えに供される。
【００４９】
（変形例２）
図２２には本発明の実施例に係るマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３の別な変形例が示されている。この例おいても関節部３の本体部分は先の実施例のものと同じ構成である。この実施例が先の実施例と異なる点は、関節部３に付設されて関節部の接続順番を示す識別信号と自由度の方向を示す識別信号とを発生させる識別信号発生器にある。
【００５０】
この例では、マニピュレータ本体を組み立てると、ベース側から最先端の関節部に至るまで測定線が自動接続されるようにするとともに、各関節部の接続順番を示す識別信号とその関節部がある直角座標上の何軸回りに装着されているかを示す識別信号とを発生させるようにしている。この例においても連結部材１５， １６が非導電性部材で形成されている。そして、連結部材１５の回転中心線と平行な部分１９で、第３の取付部２７を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ１２１を設けている。また、連結部材１５の部分１９で、第５の取付部３２を規定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ１２２を設けている。さらに、連結部材１５の回転中心線と直交する部分１７で、第１の取付部２２を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１７の図中左外面に露出させる関係にコネクタ１２３を設けている。
【００５１】
一方、連結部材１６の回転中心線と直交する部分１８で、第２の取付部２４を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１８の図中右外面に露出させる関係にコネクタ１２４を設けている。また、連結部材１６の回転中心線と平行する部分２０で、第６の取付部３４を規定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分２０の図中上面に露出させる関係にコネクタ１２５を設けている。さらに、部分２０で、第４の取付部３０を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分２０の図中上面に露出させる関係にコネクタ１２６を設けている。この例の場合、各コネクタ１２１〜１２６としては、９本のピンを備えたものが用いられている。これらのピンのうちの１本にはグランドを示すＧの表示が付されており、他の８本のピンにはそれぞれ１から８までの表示が付されている。そして、各コネクタ１２１〜１２６の対応するピン同志は、図２３および図２４にも示すようにケーブル１２７によって共通に接続されている。
【００５２】
一方、モータ部１１の外面には切換スイッチ１２８， １２９が取付けられている。切換スイッチ１２８は、図２４に示すように、全体で８個有した固定接点群１３０と、この固定接点群１３０の中から１つの固定接点を選択するための可動接点１３１とを備えている。そして、摘み１３２を操作して指示針を文字盤上に描かれている１から８の数字のいずれかに合わせると、その数字に対応した接点番号の固定接点に可動接点１３１が接触するようになっている。固定接点群１３０を構成している各固定接点は、その番号に対応した番号のコネクタピンに接続されている。切換スイッチ１２９は、図２４に示すように、Ｘ固定接点１３３， Ｙ固定接点１３４およびＺ固定接点１３５と、これらの中から１つの固定接点を選択するための可動接点１３６とを備えている。そして、摘み１３７を操作して指示針を文字盤上に描かれているＸ， Ｙ， Ｚの文字のいずれかに合わせると、その文字に対応した固定接点に可動接点１３６が接触するようになっている。可動接点１３６は切換スイッチ１２８の可動接点１３１に接続されている。Ｘ固定接点１３３，Ｙ固定接点１３４およびＺ固定接点１３５には、それぞれ抵抗値がＲＸ ， ＲＹ ， ＲＺ の抵抗体の一端側が接続されており、これら抵抗体の他端側は共通に接続されて前述のコネクタのグランドピンＧに接続されている。
【００５３】
さらに、図２５に示すようにベ−ス２にも、取付部３６を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上にコネクタ１２１〜１２６と同一構成のコネクタ１３８が各ピンを露出させて取り付けられている。コネクタ１３８にはケーブル１３９が接続されており、このケーブル１３９は図２６に示す信号処理システム５１ｂに選択的に接続される。関節部３およびベース２が上記のように構成されているので、この関節部３を複数組合わせてマニピュレータ本体を構成すると、隣り合う関節部に設けられているコネクタ同志が自動的に接続される。なお、組み立てるときには、その関節部３のベース２からの順番と、その関節部３のある直角座標上の自由度方向とを確認し、切換スイッチ１２８の指示針を順番数に合わせるとともに切換スイッチ１２９の指示針を自由度を示す軸に合せるようにする。
【００５４】
図２６にはコネクタ１２１〜１２６および切換スイッチ１２８， １２９の取付けられた６個の関節部３を組み合わせて図１に示したマニピュレータ本体１を構成したときの関節部３ａと関節部３ｂとの間の測定用信号線の結線関係が示されている。この場合には、関節部３ａにおいては切換スイッチ１２８の指示針が文字盤上の１の位置を指し、切換スイッチ１２９の指示針が文字盤上のＺの位置を指している。また、関節部３ｂにおいては切換スイッチ１２８の指示針が文字盤上の２の位置を指し、切換スイッチ１２９の指示針が文字盤上のＸの位置を指している。したがって、信号処理定システム５１ｂ側からケーブル１３９を介してグランドピンと１番ピンとの間の抵抗値を測定すると抵抗値ＲＺ が測定され、グランドピンと２番ピンとの間の抵抗値を測定すると抵抗値ＲＸ が測定されることになる。これらの抵抗値から関節部３ａはＺ軸回りと判定でき、関節部３ｂはＸ軸回りと判定でき、以下同様に各関節部の軸回り方向を判定できることになる。そして、判定結果は、情報処理装置５４ｂに送られて駆動制御のソフトウェアの自動書換えに供される。
【００５５】
このような構成であると、測定時に引き回す測定用ケーブルの数を少なくすることができるとともに、各関節部の接続順番を間違えるような事態の発生を少なくできる。なお、上記構成の関節部３を用い、かつ図１０に示すように途中にアームを介在させてマニピュレータ本体を構成するときには、図２７， 図２８， 図２９に示すように、取付部６５， ６７， ６９， ７１， ７３， ７５を規定する長方形の短辺上に図示関係にコネクタ１４０〜１４５を設け、これらを信号用のケーブル１４６〜１４８で接続したＸ軸延長用アーム６１， Ｙ軸延長用アーム６２およびＺ軸延長用アーム６３を用いればよい。
【００５６】
（変形例３）
図３０には本発明の実施例に係るマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３のさらに異なる変形例が示されている。この例おいても関節部３の本体部分は先の実施例のものと同じ構成である。また、この図では図２２と同一部分が同一符号で示してある。
【００５７】
この例が先の例と異なる点は、関節部３に付設されて関節部の接続順番を示す識別信号と自由度の方向を示す識別信号とを発生させる識別信号発生器にある。すなわち、この実施例では図２２に示す実施例で用いていた切換スイッチ１２９をなくし、代わりに図３１および図３２に示すように、コネクタ１２１のグランドピンを除く８本のピンとコネクタ１２２のグランドピンを除く８本のピンとの間に抵抗値Ｒの抵抗を介在させる抵抗体１５１を接続し、さらにコネクタ１２２のグランドピンを除く８本のピンとコネクタ１２３のグランドピンを除く８本のピンとの間に抵抗値Ｒの抵抗を介在させる抵抗体１５２を接続している。また、コネクタ１２３のグランドピンを含む９本のピンとコネクタ１２４， １２５， １２６の９本のピンとを対応するピン毎に共通に接続している。
【００５８】
図３３にはコネクタ１２１〜１２６、切換スイッチ１２８および抵抗体１５１，１５２の取付けられた６個の関節部３を組み合わせて図１に示したマニピュレータ本体１を構成したときの関節部３ａと関節部３ｂとの間の測定用信号線の結線関係が示されている。このような構成であると、その関節部がＸ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上において全ての信号線で抵抗値が２Ｒ上昇し、またその関節部がＹ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上において全ての信号線で抵抗値が１Ｒ上昇し、さらにその関節部がＺ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上において全ての信号線で抵抗値が０Ｒ上昇、つまり変化しないことになる。すなわち、各関節部上で、その信号線にその関節の回転方向を示す抵抗が直列に接続される。関節がそれ以上接続されていなければ、測定抵抗値は解放となり抵抗値の差が無限大となるので、使用した関節モジュールの個数を知ることができる。したがって、ケ−ブル１３９を介してグランドピンと各ピンとの間の抵抗値を測定し、その抵抗値の差を第１の関節部から順に調べてゆけば、マニピュレ−タ本体の自由度の数とその構成（Ｘ方向か、Ｚ方向か）を知ることができる。
【００５９】
表３には図１に示したように組み立てられたマニピュレータ本体１に対して測定装置５３ｃで測定された測定結果と自由度構成の判定結果が示されている。
【００６０】
【表３】
【００６１】
【表４】
【００６２】
（変形例４）
図３４には本発明の実施例に係るマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３の別の変形例が示されている。この例おいても関節部３の本体部分は先の実施例のものと同じ構成である。また、この例では関節部の接続順番を示す識別信号と自由度の方向を示す識別信号とを発生させる信号発生器については図３０に示された関節部と全く同じ手法を採用している。
【００６３】
この例が先の例と異なる点は、図３５， 図３６， 図３７， 図３８および図３９に示すように、各コネクタ１６１〜１６６として、関節部の接続順番と自由度の方向を測定するために供されるコネクタ部１６７ａと、関節部のフィードバックユニット１２への接続に供されるコネクタ部１６７ｂと、関節部のモータ部１１へ電力を供給するために供されるコネクタ部１６７ｃとを一体化させたものを使用している。また、図３８に示すように、関節部の接続順番と自由度の方向を測定するために供される切換スイッチ部１６８に連動して、その関節部のフィードバッユニット１２とモータ部１１とを対応するコネクタ部のピンに接続する切換スイッチ部１６９， １７０を有した切換スイッチ１７１を用いている。このような構成を採用しても、先の実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００６４】
（変形例５）
図４０には本発明の実施例に係るマニピュレータ装置のマニピュレータ本体を構成する関節部３のさらに別な変形例が示されている。この例おいても関節部３の本体部分は先の例のと同じ構成である。また、この図では図３０と同一部分が同一符号で示してある。
【００６５】
本実施例が図３０に示された実施例と異なる点は、関節部３に付設されて関節部の接続順番を示す識別信号と自由度の方向を示す識別信号とを発生させる識別信号発生器にある。すなわち、本実施例では、コネクタ１２１のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ１８１のグランドピンを除く８本のピンとの間にそれぞれ抵抗値Ｒｘの抵抗を介在させる抵抗体１８２を接続し、またコネクタ１２２のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ１８１のグランドピンを除く８本のピンとの間にそれぞれ抵抗値Ｒｙの抵抗を介在させる抵抗体１８３を接続し、さらにコネクタ１２３のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ１８１のグランドピンを除く８本のピンとの間にそれぞれ抵抗値Ｒｚの抵抗を介在させる抵抗体１８４を接続している。そして、コネクタ１２１， １２２， １２３のグランドピンをそれぞれ中継コネクタ１８１のグランドピンに共通に接続し、この中継コネクタ１８１のグランドピンを含む９本のピンとコネクタ１２４， １２５， １２６の９本のピンとを対応するピン毎に共通に接続している。
【００６６】
図４１には、コネクタ１２１〜１２６、切換スイッチ１２８および抵抗体１８２， １８３， １８４の取り付けられた６個の関節部３を組み合わせて図１のマニピュレータ本体１を構成したときの関節部３ａと関節部３ｂとの間の測定用信号線の結線関係が示されている。このような構成であると、その関節部がＸ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上の全ての信号線で抵抗値がＲｘだけ上昇する。また、その関節部がＹ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上の全ての信号線で抵抗値がＲｙだけ上昇する。また、その関節部がＺ軸回りの回転関節として接続されていれば、その関節上の全ての信号線で抵抗値がＲｚだけ上昇し、さらにその関節部がベース側に隣接している関節部と同じ方向の屈曲関節としてアーム部などを介在させずに直接接続されていれば、その関節上の全ての信号線で抵抗値がＲｘとＲｙとを並列接続したときの抵抗値分だけ上昇する。すなわち、各関節部上で、その信号線にその関節の回転方向を示す抵抗値を持った抵抗が直列に接続される。したがって、ケ−ブル１３９を介してグランドピンと各ピンとの間の抵抗値を測定し、その抵抗値の差を第１の関節部から順に調べてゆけば、マニピュレ−タ本体の自由度の数と構成を知ることができる。
【００６７】
図４２には図４０に示される関節部３を６個組み合わせて図１に示されたようなマニピュレータ本体１を構成したときの各コネクタと抵抗体との接続関係が立体的に示され、図４３に同接続関係図が示されている。これらの図は各関節部の接続状態に応じてＲｘ， Ｒｙ， Ｒｚのうちのどの抵抗値が加算されるかを説明するためのもので、判り易くするために単線で表示されている。
【００６８】
これら図４２および図４３から判るように、ケーブル１３９を介してグランド線と１番ピンとの間の抵抗値を測定するとＲｚが測定される。またグランド線と２番ピンとの間の抵抗値を測定すると（Ｒｚ＋Ｒｘ）が測定される。同様にグランド線と３番ピンとの間の抵抗値、４番ピンとの間の抵抗値、以下同様に６番ピンとの間の抵抗値を順次測定すると、｛Ｒｚ＋Ｒｘ＋（Ｒｘ・Ｒｙ）／（Ｒｘ＋Ｒｙ）｝、｛Ｒｚ＋Ｒｘ＋（Ｒｘ・Ｒｙ）／（Ｒｘ＋Ｒｙ）＋Ｒｚ｝、｛Ｒｚ＋Ｒｘ＋（Ｒｘ・Ｒｙ）／（Ｒｘ＋Ｒｙ）＋Ｒｚ＋Ｒｙ｝、｛Ｒｚ＋Ｒｘ＋（Ｒｘ・Ｒｙ）／（Ｒｘ＋Ｒｙ）＋Ｒｚ＋Ｒｙ＋Ｒｘ｝と測定される。上位番号のピンで得られた抵抗値と１つ下位のピンで得られた抵抗値との差を求めると、Ｒｚ、Ｒｘ、（Ｒｘ・Ｒｙ）／（Ｒｘ＋Ｒｙ）、Ｒｚ、Ｒｙ、Ｒｘとなる。したがって、このマニピュレータ本体１の自由度構成は、そのマニピュレータ本体が設けられている場に設定された座標系において、ベース２側から、“（Ｂａｓｅ）−Ｚ−Ｘ−Ｘ−Ｚ−Ｙ−Ｘ−（Ｈａｎｄ）”であると判定される。この判定は、実際には図４１に示す測定装置５３ｄで行われる。このようにして測定および判定された結果は情報処理装置５４ｄに導入されて駆動制御のソフトウェアの自動書換えに供される。したがって、この実施例においても前記実施例と同様の効果を得ることができる。そして、この実施例の場合には、関節部がどのような関係に接続されていても各関節部の接続順番および自由度の方向を確実に検出できる。
【００６９】
なお、本発明は上述の実施例および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００７０】
（第３実施例）
図４４には本発明の第３実施例に係るマニピュレータ装置におけるマニピュレータ本体１の概略構成が示されている。このマニピュレータ本体１は、ベース２上にモジュール化された７個の関節３ａ〜３ｇと３個のアーム４ａ〜４ｃを直列に接続するとともに，最先端に位置する関節３ｇにハンド部に相当する効果器５を取り付けた構成である。各関節３ａ〜３ｇは、図４４に示されている直角座標上において、図４５に等価図として示される方向に自由度を持つように互いに接続されている。各関節３ａ〜３ｇは、本実施例の場合も、それぞれ同一寸法に形成されたモジュールである。基本的には前述の第１実施例および第２実施例に採用されている関節部とほぼ同様な仕様である。（参照、図３（ａ） 〜図３（ｅ） ）ただし、具体的に本実施例における各関節３ａ〜３ｇは、部分１７， １８の外面間距離が２０ｃｍ、部分１９， ２０を対向させた条件で部分１９， ２０の外面間距離が２０ｃｍの大きさに形成されている。
【００７１】
上記のように構成された各関節３ａ〜３ｇは、実際に組み込まれるとき、たとえば図４（ａ） 〜（ｃ） に示す直角座標ＸＹＺ上で、Ｘ軸回りの回転を実現するときには同図（ａ） に示すように第３の取付部２７と第４の取付部３０とが選択され、Ｙ軸回りの回転を実現するときには同図（ｂ） に示すように第５の取付部３２と第６の取付部３４とが選択され、またＺ軸回りの回転を実現するときには同図（ｃ） に示すように第１の取付部２２と第２の取付部２４とが選択される。
【００７２】
各関節３ａ〜３ｇが上記のように構成されているので、たとえば出力の異なる関節でも、どのような順番に接続してもマニピュレ−タ本体を構成することが可能であり、さらにすでに構成されたマニピュレ−タ本体から関節の接続順序を入れ換えることによりマニピュレ−タ本体の自由度配置を変更できる。また、関節ごとに分割して作業現場まで運搬して、運搬したその場で容易に組立てることができる。また、作業内容が決まったときにその作業内容に適した自由度配置を選択して、マニピュレ−タ本体を構成することができるので、マニピュレ−タ本体の関節の性能を効率的に効果器の速度や力として伝達できる。さらに作業内容が変更されたときにもその作業内容にふさわしい自由度構成にマニピュレ−タ本体を容易に再構成できる。このように、１つの関節を旋回関節としても、屈曲関節としても使用でき、さらに屈曲関節の屈曲方向を直交する２方向に選択できるように構成された７個の関節３ａ〜３ｇと後述する３個のアーム４ａ〜４ｃとの組合わせによってマニピュレータ本体１が構成されている。マニピュレータ本体１に組込まれた７つの関節３ａ〜３ｇには、その関節のベース２からの接続順番を示す識別信号と、その関節の自由度の方向を示す識別信号とを出力するための識別信号発生器が設けられている。詳しくは、図４６に示すように、この識別信号発生器は次のように構成されている。すなわち、連結部材１５の回転中心線と平行な部分１９で、第３の取付部２７を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ４１を設けている。また、連結部材１５の部分１９で、第５の取付部３２を規定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１９の図中下面に露出させる関係にコネクタ４２を設けている。さらに、連結部材１５の回転中心線と直交する部分１７で、第１の取付部２２を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１７の図中左外面に露出させる関係にコネクタ４３を設けている。
【００７３】
一方、連結部材１６の回転中心線と直交する部分１８で、第２の取付部２４を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１８の図中右外面に露出させる関係にコネクタ４４を設けている。また、連結部材１６の回転中心線と平行する部分２０で、第６の取付部３４を規定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分２０の図中上面に露出させる関係にコネクタ４５を設けている。さらに、部分２０で、第４の取付部３０を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分２０の図中上面に露出させる関係にコネクタ４６を設けている。
【００７４】
この例の場合、各コネクタ４１〜４６としては、９本のピンを備えたものが用いられている。これらのピンのうちの１本にはグランドを示すＧの表示が付されており、他の８本のピンにはそれぞれ１から８までの表示が付されている。コネクタ４１のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ４７のグランドピンを除く８本のピンとの間にはそれぞれＸ軸回りであることを特徴づける抵抗値Ｒｘ（＝１０Ω）の抵抗を介在させる抵抗体４８が接続されており、またコネクタ４２のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ４７のグランドピンを除く８本のピンとの間にはそれぞれＹ軸回りであることを特徴づける抵抗値Ｒｙ（＝２０Ω）の抵抗を介在させる抵抗体４９が接続されており、さらにコネクタ４３のグランドピンを除く８本のピンと中継コネクタ４７のグランドピンを除く８本のピンとの間にはそれぞれＺ軸回りを特徴づける抵抗値Ｒｚ（＝３０Ω）の抵抗を介在させる抵抗体５０が接続されている。コネクタ４１， ４２， ４３のグランドピンは、それぞれ中継コネクタ４７のグランドピンに共通に接続されており、この中継コネクタ４７のグランドピンを含む９本のピンとコネクタ４４， ４５， ４６の対応する９本のピンとはピン毎に図４７にも示すようにケーブル５１によって共通に接続されている。
【００７５】
一方、モータ部１１の外面には切換スイッチ５２が取付けられている。切換スイッチ５２は、図４７に示すように、全体で８個有した固定接点群５３と、この固定接点群５３の中から１つの固定接点を選択するための可動接点５４とを備えている。そして、摘み５５を操作して指示針を文字盤上に描かれている１から８の数字のいずれかに合わせると、その数字に対応した接点番号の固定接点に可動接点５４が接触するようになっている。可動接点５４は、図４７に示すようにケーブル５１の位置において中継コネクタ４７のグランドピンに接続されており、また固定接点群５３を構成している８個の固定接点はケーブル５１の位置において対応するピンに接続されている。
【００７６】
ここで、摘み５５は、ベース２からの順番に相当した固定接点番号を選択するように組立て時に操作される。たとえば、関節３ａの場合には、ベース２を基準にして１番目に設けられているので、可動接点５４と１番の固定接点との接触関係が成立するように操作される。
【００７７】
図４８に示すように、ベ−ス２には、取付部５６を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短辺上にコネクタ４１〜４６と同一構成のコネクタ５７が各ピンを露出させて取り付けられている。コネクタ５７にはケーブル５８が接続されている。
【００７８】
また、Ｘ軸延長用のアーム４ａは、具体的には図４９に示すように構成されている。すなわち、一端側には前述した第１の取付部２２を構成している取付孔と同じ配置に、つまり長手辺を図中Ｘ軸と直交させるように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔６０を配置してなる取付部６１が設けられており、他端側にには長手辺を図中Ｘ軸と直交させるように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔６２を配置してなる取付部６３が設けられている。また、取付部６１を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上には各ピンを図中上面に露出させる関係にコネクタ６４が設けられている。同様に、取付部６３を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上には各ピンを図中上面に露出させる関係にコネクタ６５が設けられている。各コネクタ６４， ６５には、前記コネクタ４１〜４６と同様に、１本のグランドピンと８本の信号ピンとが設けられている。コネクタ６４のグランドピンとコネクタ６５のグランドピンとは直接接続されている。また、コネクタ６４の８本の信号ピンとコネクタ６５の８本の信号ピンとは、図５０に示すように、アーム４ａの長さＳｘを特徴づける抵抗値ｒｘの抵抗をそれぞれ介在させる抵抗体６６とアーム４ａの延長方向を特徴づけるインダクタンス値Ｌｘのインダクタンスをそれぞれ介在させるインダクタ６７とを直列に介して接続されている。つまり、抵抗体６６とインダクタ６７とは、アーム４ａの長さおよび方向を示す計測信号発生器６８を構成している。
【００７９】
この例では、長さ１０（ｃｍ）につき１（ Ω） の割合が採用され、Ｓｘが３０（ｃｍ）で、ｒｘが３（ Ω） に設定されている。また、インダクタンスとしては、Ｘ軸延長用のものについては１０（Ｈ） ，Ｙ軸延長用のものについては２０（Ｈ） ，Ｚ軸延長用のものについては３０（Ｈ） の値が採用されている。したがって、アーム４ａにおけるＬｘは１０（Ｈ） に設定されている。
【００８０】
Ｚ軸延長用のアーム４ｂ， ４ｃは、図５１に示すように形状可変構造、具体的には長さを可変できる構造に形成されている。すなわち、アーム４ｂ， ４ｃは、一端側にフランジ７１を有した外円筒７２と、一端側にフランジ７３を有するとともに他端側を外円筒７２の他端側に嵌入させて配置された内円筒７４と、外円筒７２の他端部に設けられ、周方向に複数に分割されるとともに先端に近付くにしたがって薄肉となる形状に形成された押圧片７５と、これら押圧片７５の外面に一体的に形成されたテーパ雄ねじ７６と、図５２に示すように内面にテーパ雄ねじ７６と螺合するテーパ雌ねじ７７を有し、両ねじの螺合度の増加に伴わせて押圧片７５を内円筒７４の外面に強く押付ける締付けリング７８とを備えている。上記構成から判るように、アーム４ｂ， ４ｃは、外円筒７２と内円筒７４との嵌合度を変え、この状態で締付けリング７８を締付けることによってＺ軸方向の長さＳｚを自由に調整できるように構成されている。なお、図中７９は外円筒７２の外面側から装着された回り止め用のねじを示し、８０はねじ７９の先端部を嵌入させるために内円筒７４に軸方向へ沿って設けられたスリットを示している。
【００８１】
フランジ７１には前述した第１の取付部２２を構成している取付孔と同じ配置に、つまり長手辺を図中Ｘ軸と直交させるように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔８１を配置してなる取付部８２が設けられ、さらにフランジ７３にも長手辺を図中Ｘ軸と直交させるように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔８３を配置してなる取付部８４が設けられている。また、フランジ７１には取付部８２を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを図中上面に露出させる関係にコネクタ８５が設けられている。同様に、フランジ７３にも取付部８４を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のマイナス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを図中下面に露出させる関係にコネクタ８６が設けられている。各コネクタ８５， ８６には、前記コネクタ４１〜４６と同様に、１本のグランドピンと８本の信号ピンとが設けられている。コネクタ８５のグランドピンは、外円筒７２の内面に軸心線と平行に配設されたグランド線８７に接続されている。また、コネクタ８５の８本の信号ピンは、このアームの延びる方向を特徴づけるインダクタンス値Ｌｚを介在させるインダクタ８８を介して外円筒７２の内面にグランド線８７と平行に配設されてアームの長さを特徴づける抵抗値ｒｚを提供する８本の抵抗線８９ａ〜８９ｈに接続されている。
【００８２】
一方、内円筒７４の図中上端部内面には、上記グランド線８７および８本の抵抗線８９ａ〜８９ｈに１対１の関係に摺動接触する合計９個の接触子９０ａ〜９０ｉを有した接続器９１が設けられている。この接続器９１の９個の信号ピンはケーブル９２を介してコネクタ８６の対応するピンに接続されている。上記構成から判るように、インダクタ８８と抵抗線８９ａ〜８９ｈとは、アーム４ｂ， ４ｃの長さおよび方向を示す計測信号発生器９３を構成している。
【００８３】
図５３は計測信号発生器９３の電気回路である。この例では、先に説明したように、長さ１０（ｃｍ）につき１（ Ω） の割合が採用されている。したがって、アーム４ｂ， ４ｃの長さＳｚが、たとえば６０（ｃｍ）のときには、ｒｚが６（ Ω） となるように設定されている。また、アーム４ｂ， ４ｃは、Ｚ軸延長用のものであるから、Ｌｚは３０（Ｈ） に設定されている。マニピュレータ本体１が上記のように構成されていると、このマニピュレータ本体１を組立てた後において、ある直角座標上において何番目の関節が何軸回りの関節として接続されているか、またその途中に介在しているアームの方向および長さがどのようなものであるかを直ちに知ることができる。すなわち、図４４に示されたようにマニピュレータ本体１が組め立てられると、各関節３ａ〜３ｇに搭載されている識別信号発生器および各アーム４ａ〜４ｃに搭載されている計測信号発生器６８， ９３は自動的に図５４および図５５に示すように接続される。したがって、ベース２から延びたケーブル５８を使ってグランドピンと１番信号ピンとの間の抵抗分を測定すると、Ｒ＝Ｒｘ＝１０（ Ω） が検出され、このＲから１番目の関節３ａはＸ軸回りであることが判る。次に、グランドピンと２番信号ピンとの間の抵抗分を測定すると、Ｒ＝Ｒｘ＋ｒｘ＋Ｒｙ＝３３（ Ω） が検出される。この３３（ Ω） と先に検出された１０（ Ω） との差をとると、２３（ Ω） が得られ、この値から１桁目の値を除くと２０（ Ω） が得られ、この値から２番目の関節３ｂはＹ軸回りであることが判る。以下同様に、グランドピンと信号ピンとの間の抵抗分を測定し、その値から前回得られた抵抗分を差引くとともに１桁目の値を除いた抵抗値を確認することによって、関節３ｃ〜３ｇが何の軸回りに接続されているかを知ることができる。
【００８４】
一方、グランドピンと信号ピンとの間の抵抗分を測定し、その値から前回得られた抵抗分を差引いて得られた値中の１桁目の数字は、その間に介在しているアームの長さを示している。たとえば、グランドピンと２番信号ピンとの間の抵抗分３３（ Ω） から先に検出された１０（ Ω） との差をとると、２３（ Ω） が得られるが、この値中の１桁目の値３（ Ω） はアーム４ａの長さ３０（ｃｍ）に対応している。したがって、１桁目の値からアームの存在およびその長さを知ることができる。表１は抵抗分から判定された各関節の軸回りおよび各アームの長さを示している。
【００８５】
【表５】
【００８６】
表２には上記手法で測定されたインダクタンス値およびアームの方向が示されている。
【００８７】
【表６】
【００８８】
【表７】
上述のように本実施例においても、ある座標系における自由度方向を示す識別信号を出力する識別信号発生器を搭載し、しかもモジュール化された関節３ａ〜３ｇと、方向および長さを示す信号を出力する計測信号発生器６８， ９３の搭載されたアーム４ａ〜４ｃとを組み合わせてマニピュレータ本体１が構成されている。したがって、マニピュレ−タ本体１の駆動制御に使用するソフトウェアを書き換えるのに必要な情報のすべてを得ることができるので、信号処理システム１００を使ってソフトウェアを自動書換えすることが可能である。その結果、作業現場においてソフトウェア作成のために行われていた一連の操作（例えば、エディットし、コンパイルやリンク等）をなくすことができ、作業現場で選択した自由度構成に合わせて、例えば、各関節部の位置と手先効果器（ハンド部）の位置との関係のソフトウェア，各関節の速度と手先効果器の速度との関係のソフトウェア，各関節の力と手先効果器の力との関係のソフトウェアなどを容易にしかも自動的に書き換える（即ち、カスタマイズする）ことが可能となる。
【００８９】
なお、本発明は上述の実施例に限定されない。すなわち、上述の実施例ではベース側から方向や長さを電気的に計測できるアームを組込んでいるが、本発明の主旨はこのように構成されたものに限定されるものではない。
【００９０】
たとえば、図５７に示すように構成されたものでもよい。すなわち、図には形状可変構造、具体的には長さを変えることのできるＺ軸延長用のアーム４ｄが示されている。（なお、図５１と同一部分は同一符号で示してあるので、重複する部分の詳しい説明は省略する。）
このアーム４ｄにおいては、外円筒７２の内面に、軸心線と平行に、かつフランジ７１の近傍において折り返す関係に抵抗線１１１を配設するとともに内円筒７４の図中上端部内面に上記抵抗線１１１に摺動接触する接触子１１２ａ， １１２ｂを備えた接続器１１３を配置し、接触子１１２ａ， １１２ｂをケーブル１１４を介して２ピン式のコネクタ１１５に接続したものとなっている。すなわち、この例では抵抗線１１１、接続器１１３、ケーブル１１４およびコネクタ１１５で計測信号発生器１１６を構成し、コネクタ１１５のピン間で測定される抵抗値ｒｚがアーム４ｄの長さに対応するようにしている。このように構成されたアーム４ｄを用いてもよい。なお、上記構成のアーム４ｄを用いると、このアームより先端側に配置された関節の情報をベース側において読み取ることができないので、情報伝達用の接続要素を設けてもよいし、先端側の関節については識別信号発生器の構造を変えて個別に読み取ることができるようにしてもよい。
【００９１】
図５８には別の例に係るアームが示されている。ここには形状可変構造、具体的には長さを変えることのできるＺ軸延長用のアーム４ｅが示されている。なお、この図においては図５７と同一部分が同一符号で示してある。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。このアーム４ｅにおいては、磁気式リニア・スケールで計測信号発生器１１７を構成している。すなわち、外円筒７２の内面に沿わせ、かつ軸心線と平行するように棒状のセンサ本体１１８を配置するとともにセンサ本体１１８の図中上端部を外円筒７２の内面に固定されたセンサ・アンプ１１９に接続している。そして、内円筒７４の図中上端部内面にセンサ本体１１８と嵌合する関係にセンサ・ターゲット１２０を配置し、さらにセンサ・アンプ１１９をケーブル１２１を介してコネクタ１２２に接続し、このコネクタ１２２を介しアーム４ｅの長さＳｚに対応した信号を出力させるように構成されている。
【００９２】
図５９には別の例に係る形状可変構造、具体的には円弧の長さを変えることのできる円弧状のアーム４ｆが示されている。アーム本体の基本構造は図５１に示されているものと同じで、一端側にフランジ１３１を備えるとともに１点に中心を持つ円弧状に形成された外円筒１３２と、一端側にフランジ１３３を備えるとともに上記点に中心を持つ円弧状に形成され、他端側を外円筒１３２に嵌入させた内円筒１３４と、内円筒１３４の嵌入度を所望の値に固定する固定機構１３５とで構成されている。固定機構１３５は対向する関係に２組設けられており、各組は外円筒１３２に設けられたスリット１３６と、内円筒１３４に形成された図示しないねじ孔と、外円筒１３２の外面側からスリット１３６を通して上記ねじ孔に装着される止めねじ１３７とで構成されている。なお、フランジ１３１， １３３には、４つの取付孔１３８， １３９によって構成された取付部１４０， １４１が設けられている。アーム４ｆ内には、計測信号発生器１４２が装着されている。この計測信号発生器１４２は、外円筒１３２の内面に軸心線に沿う関係に固定され、内円筒１３４に設けられたスリットを介して一部を内円筒１３４内へ突出させた歯付ベルト１４３と、内円筒１３４の内面に固定されるとともに歯付ベルト１４３に噛合して回転するポテンションメータ１４４と、フランジ１３３に接続部を図中上面に露出させて取り付けられた２ピン式のコネクタ１４５と、このコネクタ１４５とポテンションメータ１４４を接続するケーブル１４６とで構成されている。そして、コネクタ１４５を介してフランジ間の長さに対応した信号を出力させるようにしている。このように構成されたアームを用いることもできる。
【００９３】
図６０にはさらに別の例に係るアームが示されている。ここには形状可変構造、具体的には円弧の長さを変えることのできる円弧状のアーム４ｇが示されている。アーム本体の基本構造は図５９に示されているものと同じである。したがって、図５９と同一部分が同一符号で示してある。この例が図５９に示すものと異なる点は、計測信号発生器１５０にある。計測信号発生器１５０は、基本的には図５１に示されているものと同様に、外円筒１３２の内面に配設された１本のグランド線１５１および８本の抵抗線１５２ａ〜１５ｈと、内円筒１３４の固定されるとともに上記各線に１対１の関係に摺動接触する合計９個の接触子１５３を有した接続器１５４と、フランジ１３１に取付けられた９ピン式のコネクタ１５５と、フランジ１３３に取付けられた９ピン式のコネクタ１５６と、このコネクタ１５６の各ピンを接続器１５４の対応するピンに接続するケーブル１５７と、グランド線１５１および８本の抵抗線１５２ａ１５２ｈをコネクタ１５５の対応するピンに接続するケーブル１５８とで構成されている。そして、コネクタ１５５， １５６を介してフランジ間の長さに対応した抵抗値信号を出力するようにしている。
【００９４】
図６１にはさらに別の例に係る屈曲型のアーム４ｈが示されている。このアーム４ｈの本体は、連結部材１６１と、この連結部材１６１に対して回動自在に連結された連結部材１６２と、両連結部材１６１， １６２を所定の回動位置に固定するねじりダイアル１６３， １６４（ただし、ねじりダイアル１６４は図示せず。）とで構成されている。連結部材１６１， １６２にはそれぞれ取付けプレート１６５， １６６が取付けてあり、これらプレート１６５， １６６には４つの取付け孔によって構成された取付部１６７， １６８が形成されている。連結部材１６１， １６２の回動連結部には、それぞれ回動中心を中心とする同一半径の曲面１６９， １７０が形成されている。そして、曲面１６９， １７０を利用する関係に計測信号発生器１７１が設けられている。計測信号発生器１７１は、曲面１６９上に平行に、かつ周方向に向けて設けられた抵抗線１７２， １７３と、曲面１７０に取付けられて抵抗線１７２， １７３に摺動接触する接触子１７４， １７５と、信号ピンを図中下面に露出させる関係にプレート１６５に取付けられた２ピン式のコネクタ１７６と、信号ピンを図中上面に露出させる関係にプレート１６６に取付けられた２ピン式のコネクタ１７７と、抵抗線１７１， １７３の一端側をコネクタ１７６の信号ピンに接続する接続線１７８と、接触子１７４， １７５をコネクタ１７７の信号ピンに接続する接続線１７９とで構成されている。したがって、この例に係るアーム４ｈにおいては、連結部材１６１， １６２の回動角度に対応した信号を計測信号発生器１７１から出力させるように設定されている。
【００９５】
図６２には別の例に係るアームが示されている。ここには屈曲型のアーム４ｉが示されており、図６１と同一部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。この例が図６１に示すアームと異なる点は、計測信号発生器１８１の構成にある。計測信号発生器１８１は、曲面１６９上に周方向に向けて設けられた歯付ベルト１８２と、回転駆動部が歯付ベルト１８２に噛合する関係に曲面１７０に固定されたポテンションメータ１８３と、信号ピンを図中上面に露出させる関係にプレート１６６に取付けられた２ピン式のコネクタ１８４と、ポテンションメータ１８３の出力端をコネクタ１８４の信号ピンに接続する接続線１８５とで構成されている。すなわち、この計測信号発生器１８１では、連結部材１６１， １６２の回動角度に対応した信号をコネクタ１８４を介して出力させる。
【００９６】
図６３にはさらに異なる例に係るブロック化されたアームユニット４ｊが示されており、このアームユニット４ｊを複数組合わせて構成されたアーム４ｋが図６４に示されている。アームユニット４ｊは、本体が筒体１９１と、この筒体１９１の両端部に取付けられた取付フランジ１９２， １９３とで構成されている。そして、このアームユニット４ｊには、計測信号発生器１９４が搭載されている。計測信号発生器１９４は、筒体１９１の外面に沿うように設けられたグランド線１９５と、グランド線１９５と平行に配設されて途中にアームユニット４ｊの軸方向の長さＬに相当する抵抗値ｒを示す抵抗体１９６を介在させた信号線１９７と、グランド線１９５および信号線１９７の一端側の接続されたピンを図中上面に露出させる関係に取付フランジ１９２に取付けられた２ピン式のコネクタ１９８と、グランド線１９５および信号線１９７の他端側の接続されたピンを図中下面に露出させる関係に取付フランジ１９３に取付けられた２ピン式のコネクタ１９９とで構成されている。したがって、図６４に示すように、アームユニット４ｊをｎ個直列に接続してアーム４ｋを構成したときに、アーム４ｋの両端部に位置するコネクタを介して抵抗値を測定すると、ｎ倍の抵抗値が測定されることになり、この値からアーム４ｋの長さＬｎを知ることができる。なお、アーム４ｋの一端側から抵抗値を測定できるようにするには、測定しようとする位置とは反対側に位置する取付フランジに短絡用のコネクタを備えたフランジを装着するようにすればよい。
【００９７】
図６５には別のブロック化されたアームユニット４ｍが示されている。アームユニット４ｍは、図６４に示されているものと同様に、本体が筒体２００と、この筒体２００の両端部に取付けられた取付フランジ２０１， ２０２とで構成されている。筒体２００は、真っ直ぐではなく、ある点Ｐに中心を持つ半径Ｌ１ の円弧の一部をなす曲り筒体によって形成されている。そして、この例では、取付フランジ２０１， ２０２間の長さが点Ｐを中心にしてθ＝１５゜に相当する値に設定されている。アームユニット４ｍには、計測信号発生器２０３が搭載されている。
【００９８】
計測信号発生器２０３は、図６４に示す例と同様に、グランド線２０４と、アームユニット４ｍを構成している角度θに相当する抵抗値ｒを示す抵抗体２０５を途中に介在させた信号線２０６と、グランド線２０４および信号線２０６が接続された２ピン式のコネクタ２０７， ２０８とで構成されている。この例ではアームユニット４ｍを必要個数接続してアームを構成したとき、このアームの一方の端部にフランジ２０９を接続するようにしている。このフランジ２０９にはアーム側のコネクタに接続されるコネクタ２１０が設けてあり、このコネクタ２１０には半径Ｌ１ を示すインダクタンスを有したインダクタ２１１が接続されている。したがって、この例では、測定されたインダクタンスの値からアームの曲率半径Ｌ１ を知ることができ、測定された抵抗値からアームの弧の角度範囲を知ることができ、また両者の関係からアームの弧の長さ知ることができる。このように構成されたアームを用いることもできる。
【００９９】
なお、上述の各種のアームは、モジュール関節を用いるマニピュレータ本体に限らず、通常の関節・アーム一体型のものにも使用できる。
【０１００】
（第４実施例）
図６６には、本発明の第４実施例が図示されている。本実施例は前述の第３実施例（図４４）の構成を、各モジュールのサイズを異ならせることにより、運用効率を高めた実際のマニプュレータ本体の形状として望ましい組合せを開示している。本体のベース２に接続する関節モジュール（３ａ， ３ｂ）は装置本体でも駆動力の大きなモジュールで構成されている。一方、手先部（エンドエフェクター）５の近くに接続する関節モジュール（３ｆ， ３ｇ）は小さな駆動力で且つ軽量なモジュールで構成されている。また、アームモジュール等（４ａ， ４ｂ， ４ｃ， ）も、手先部に近いものほど小さく細く軽いモジュールで構成されている。
【０１０１】
また、このモジュールの大きさを検知する手法は次の通りである。すなわち、関節モジュールの大きさおよびそのトルクは、そのモータの巻線の長さ（即ち、抵抗値）に比例することを利用すると、関節モジュールの大きさを示す信号は、この巻線と電源供給線との抵抗値を検知することにより、相対的なモジュールの大きさが容易に認識できる。また、アームモジュールは同じ比率で長さに比例する計測信号が出力できる構成ならば、その太さ（軽さ）に無関係にソフトウエアの書換えに利用できる。
【０１０２】
【発明の効果】
（第１，第２実施例の効果）
本発明によれば、１つの関節部を旋回関節としても屈曲関節としても使用でき、さらに屈曲関節の屈曲方向を直交する２方向で選択できるので、複数の、たとえば出力の異なる関節部の場合でも、またどのような順番に接続してもマニピュレ−タ本体を構成することが可能である。また、すでに構成されたマニピュレ−タから、関節部の接続順序を入れ換えることによりマニピュレ−タ本体の自由度配置を変更できるので、関節部ごとに分割して作業現場まで運搬して、運搬したその場で作業内容に適した自由度配置のマニピュレ−タ本体を構成できる。さらに、作業内容が変更された場合でも、その作業内容にふさわしい自由度構成のマニピュレ−タを容易に再構成できる。そして、関節部の故障に対しても、故障した関節部のみを交換すればマニピュレ−タ本体を正常に動作させることができる。また、旋回関節として用いる場合も、屈曲関節として用いる場合も、１種類の関節部を用意しておけばよいので、組立の容易化および保守の容易化を図ることができる。さらに、それぞれの関節部が、ある座標系のＸ軸回りの回転か、Ｙ軸回りの回転か、Ｚ軸回りの回転か、を識別するための３種類の信号を発生できる識別信号発生器を有しているので、これらの識別信号を使ってマニピュレ−タ本体の駆動制御に使用するソフトウェアを書換える作業を容易化できる。よって、構成の変更に伴うマニピュレ−タの駆動制御プログラムの書換、変更に要する手間や時間を短縮できる。また、所望によりそのプログラムを自動書換え可能なマニピュレータ装置を提供することも可能である。
【０１０３】
（第３，第４実施例の効果）
また本発明によれば、複数のアームのうちの少なくとも１つには、それ自身の長さあるいは曲り角度を任意に設定可能な形状可変手段と、上記長さあるいは曲り角度に対応した信号を出力する計測信号発生器とが設けられているため、組立て後であっても、アームの形状を変えることによって、マニピュレータ本体の動作範囲の大きさを容易に変更可能である。またこのとき、計測信号発生器の出力によってアームの長さあるいは曲り角度を正確に知ることができる。したがって、アームの形状を変えただけの変更の場合には、変更前の情報と計測信号発生器の出力とを使ってマニピュレータ本体を駆動制御するためのソフトウェアを自動書換えすることができる。
【０１０４】
また、新たにマニピュレータ本体を組み立てたり、作業内容の変更に伴わせて再組立てをした場合には、関節に自由度の方向に対応した信号を出力する識別信号発生器を設ける方式と組合わせることによって、マニピュレ−タ本体の駆動制御用ソフトウェアを書き換えるのに必要な情報（例えば、必須な信号すなわち必須パラメータ等）を得ることができる。よって、信号処理装置により所望のソフトウェアを自動書換えすることも可能となる。
【０１０５】
つまり、今まで作業現場でおいてソフトウェア作成の一連の操作（例えば、プログラムをエディット， コンパイル， リンク等）をなくすことがでる。例えば、作業現場で選択した自由度構成に合わせて、各関節の位置とハンド部の位置との関係のプログラム、各関節の速度とハンド部の速度との関係のプログラム、各関節の力とハンド部の力との関係のプログラムなどを人手を介して再作成するのではなく、本体のシステムが容易かつ迅速にしかも自動的にそのプログラムを最適に変更することが可能となる。
【０１０６】
また、第４実施例のような出力の大きさの異なる関節モジュールの適宜な組合せにより、実用的で且つ駆動効率の高いモジュール型マニピュレータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るマニピュレータ装置におけるマニピュレータ本体全体の斜視図、
【図２】同マニピュレータ本体の等価図、
【図３】（ａ） 〜（ｅ） は同マニピュレータ本体を構成する関節部の実施例であり、（ａ） はその正面図、（ｂ） は上面図、（ｃ） は左側面図、（ｄ） は右側面図、（ｅ） は下面図、
【図４】（ａ） 〜（ｃ） は、同関節部の自由度の方向を変えた３例の説明図、
【図５】同関節部の拡大斜視図、
【図６】同関節部に搭載された識別信号発生器の回路図、
【図７】各関節部に搭載された識別信号発生器と信号処理システムとの接続状態を示す接続図、
【図８】識別信号発生器から情報を取出す手段を示す回路図、
【図９】（ａ） 〜（ｃ） は、３種類の延長用アームを示す斜視図、
【図１０】本発明の第２実施例に係る、同延長用アームと関節部とを組み合わせて構成されたマニピュレータ本体全体の斜視図、
【図１１】同マニピュレータ本体の等価図、
【図１２】本発明の第２実施例に係るマニピュレータ装置におけるマニピュレータ本体を構成する関節部の拡大斜視図、
【図１３】（ａ） および（ｂ） は、同関節部に搭載された識別信号発生器の構成説明図、
【図１４】各関節部に搭載された識別信号発生器と信号処理システムとの接続状態を示す接続図、
【図１５】本発明の実施例に係るマニピュレータ本体を構成する関節部の変形例の１つを表わす拡大斜視図、
【図１６】同関節部に搭載された識別信号発生器の回路図、
【図１７】同関節部を使用するマニピュレータ本体のベースを示す斜視図、
【図１８】同関節部を組み合わせてマニピュレータ本体を構成したときの識別信号発生器の動作関係を説明する説明図、
【図１９】（ａ） 〜（ｃ） は、同関節部の組合わせによりマニピュレータ本体を構成するときに用いる３種類の延長用アームを示す斜視図、
【図２０】同関節部と同延長用アームとを組み合わせてマニピュレータ本体を構成したときの識別信号発生器の動作関係の一部を説明する説明図、
【図２１】同識別信号発生器の動作関係の残りを説明する説明図、
【図２２】本発明の実施例に係るマニピュレータ本体を構成する関節部のさらに異なる変形例を表わす拡大斜視図、
【図２３】同関節部に搭載された識別信号発生器の接続例を示す接続図、
【図２４】同接続例の具体的な回路図、
【図２５】同関節部を使用するマニピュレータ本体のベースを示す斜視図、
【図２６】各関節部に搭載された識別信号発生器と信号処理システムとの接続状態を示す接続図、
【図２７】同関節部と組み合わせてマニピュレータ本体を構成するときに用いるＸ軸延長用アームを示す斜視図、
【図２８】同関節部と組み合わせてマニピュレータ本体を構成するときに用いるＹ軸延長用アームを示す斜視図、
【図２９】同関節部と組み合わせてマニピュレータ本体を構成するときに用いるＺ軸延長用アームを示す斜視図、
【図３０】本発明の実施例のマニピュレータ本体を構成する関節部のさらに別の変形例を表わす拡大斜視図、
【図３１】同関節部に搭載された識別信号発生器の接続例、
【図３２】同接続例の具体的な回路図、
【図３３】各関節部に搭載された識別信号発生器と信号処理システムとの接続状態を示す接続図、
【図３４】本発明の実施例のマニピュレータ本体を構成する関節部の異なる変形例を表わす拡大斜視図、
【図３５】同関節部に搭載されたコネクタの斜視図、
【図３６】同関節部に搭載された識別信号発生器の接続例、
【図３７】同関節部に付設された配線系統の一部を示す接続図、
【図３８】同関節部に付設された配線系統のＢ−Ｂ線からＣ−Ｃ線までの接続図、
【図３９】同関節部に付設された配線系統のＣ−Ｃ線以降の範囲の接続図。
【図４０】本発明の実施例のマニピュレータ本体を構成する関節部のさらに異なる変形例を表わす拡大斜視図、
【図４１】同関節部に搭載された識別信号発生器の接続例、
【図４２】同関節部を６個組み合わせて図１に示されるマニピュレータ装置本体を構成したときの各コネクタと抵抗体との接続例の組合せ図、
【図４３】同接続例の回路図、
【図４４】本発明の第３実施例に係るマニピュレータ装置におけるマニピュレータ本体の斜視図、
【図４５】同マニピュレータ本体の等価図、
【図４６】同関節の拡大斜視図、
【図４７】同関節に搭載された識別信号発生器の回路図、
【図４８】同マニピュレータ本体のベースを示す斜視図、
【図４９】同マニピュレータ本体に組込まれたＸ軸延長用アームの斜視図、
【図５０】同Ｘ軸延長用アームに組込まれた計測信号発生器の回路図、
【図５１】同マニピュレータ本体に組込まれたＺ軸延長用アームを一部切欠して示す斜視図、
【図５２】同Ｚ軸延長用アームの長さ調整部を拡大して示す断面図、
【図５３】同Ｚ軸延長用アームに搭載された計測信号発生器の回路図、
【図５４】各関節に搭載されている識別信号発生器と各アームに搭載されている計測信号発生器との接続関係および信号処理システムの接続関係の一部を示す図、
【図５５】接続関係の残りを示す図、
【図５６】アームの長さおよび方向の計測原理を説明するための図、
【図５７】Ｚ軸延長用アームの変形例を一部切欠して示す斜視図、
【図５８】Ｚ軸延長用アームの別の変形例を一部切欠して示す斜視図、
【図５９】円弧型アームの例を一部切欠して示す斜視図、
【図６０】円弧型アームの別の例を一部切欠して示す斜視図、
【図６１】屈曲型アームの例を示す斜視図、
【図６２】屈曲型アームの別の例を示す斜視図、
【図６３】ブロック型のアームユニットを示す斜視図、
【図６４】同アームユニットを組合わせて構成されたアームの側面図、
【図６５】ブロック型のアームユニットの別の例を説明するための側面図、
【図６６】本発明の第４実施例に係るマニピュレータ装置における現実的なマニピュレータ本体の斜視図。
【符号の説明】
１，１ａ…マニピュレータ本体、 ３，３ａ〜３ｇ…関節部、 ４， ５…効果器、４ａ〜４ｍ…アーム、 １１…モータ部、 １２…フィードバックユニット、１３…固定軸、 １４…回転軸、 １５， １６…連結部材、
２２， ２４， ２７， ３０， ３２， ３４…第１〜第６の取付部、
４１〜４６…識別信号発生器の一部を構成する切換スイッチおよびコネクタ、
４８， ４９， ５０…識別信号発生器の一部を構成する抵抗器、
５１， ５１ａ， ５１ｂ， ５１ｃ， ５１ｄ…信号処理システム、
５２…識別信号発生器の一部を構成する切換スイッチ、
６１…Ｘ軸延長用アーム、６２…Ｙ軸延長用アーム、６３…Ｚ軸延長用アーム、
７６…識別信号発生器として重力スイッチ、
８１， ８２， ８３…識別信号発生器の一部をなすコネクタ、
８９〜９４，１０１〜１１１…識別信号発生器の一部をなす導電体、
１２１〜１２６…識別信号発生器の一部をなすコネクタ、
１２８， １２９…識別信号発生器を構成する切換スイッチ、
１５１， １５２， １８２〜１８４…識別信号発生器の一部を構成する抵抗体、
６８， ９３， １１６， １１７， １４２， １５０， １７１， １８１， １９４， ２０３…計測信号発生器。
Claims (17)
- 各々所定の方向の自由度を有し、各々の自由度が任意の方向となるように連結部材を介して自在に組合せられた複数の関節部と、
ソフトウェアに基づいて前記関節部の自由度の方向の旋回を制御する制御手段と、
前記関節部の各々に設けられ、関節部の自由度の方向と関節部の接続順番を示す識別信号をコネクタを介して外部へ出力する情報出力手段と、
前記コネクタを介して前記情報出力手段に接続され、前記識別信号に基づいて、前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理手段とからなるマニピュレータ装置。 - 前記関節部は、この関節部の旋回軸を視覚的に認識できる識別表示手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ装置。
- 前記情報出力手段は、前記関節部の種類情報及び前記関節部の自由度の方向と関節部の接続順番を表わす組合せ情報を識別信号に変換して出力する識別信号発生手段と、
前記関節部の形状情報を計測信号に変換して出力する計測信号発生手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ装置。 - 前記情報出力手段は、前記関節部が組み合わされる都度に前記識別信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ装置。
- 前記情報処理手段は、前記識別信号を基にして、前記ソフトウェアのパラメータを変更することを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ装置。
- 前記情報処理手段は、前記計測信号を基にして第１パラメータを生成する第１パラメータ生成手段と、前記識別信号を基にして第２パラメータを生成する第２パラメータ生成手段と、を有し、
前記第１及び第２パラメータを前記ソフトウェアのパラメータとして設定することを特徴とする請求項３に記載のマニピュレータ装置。 - 各々所定の方向の自由度を有し、各々の自由度が任意の方向となるように連結部材を介して自在に組合せられた複数の関節モジュールと、
ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの自由度の方向の旋回を制御する制御手段と、
前記関節モジュールの各々に設けられ、関節モジュールの自由度の方向及び前記関節モジュール同士の組合せを表わす組合せ情報を識別信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する識別信号発生手段と、
前記コネクタを介して前記識別信号発生手段に接続され、前記識別信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなるマニピュレータ装置。 - 前記関節モジュールは、この関節モジュールの旋回軸を視覚的に認識できる識別表示手段をさらに有することを特徴とする請求項７に記載のマニピュレータ装置。
- 前記識別信号発生手段は、前記識別信号として、前記関節モジュールの自由度の方向で示す第１識別信号と、前記関節モジュールの接続順番を示す第２識別信号とを出力することを特徴とする請求項７に記載のマニピュレータ装置。
- 前記識別表示手段は、前記複数の関節モジュールが設けられたベースからの順番を記す文字盤とその盤上の文字を指す指示針とからなる第１の切換えスイッチと、関節モジュールの所定の直角座標上の自由度の方向を記す文字盤とその盤上の文字を指す指示針とからなる第２の切換えスイッチの少なくとも一方を有することを特徴とする請求項８に記載のマニピュレータ装置。
- 前記識別信号発生手段は、金属の有底角筒状のケースと、前記ケースの開口部に閉塞して付設される絶縁部材と、前記絶縁部材に一端が固定され他端が前記ケース内に延び所定の剛性を有する針金部材と、前記針金部材の他端に固定された導電体と、前記ケースと前記針金部材とにそれぞれリード線を介して接続するコネクタと、から構成される重力スイッチであることを特徴とする請求項７に記載のマニピュレータ装置。
- 各々所定の方向の自由度を有し、各々の自由度が任意の方向となる ように連結部材を介して自在に組合せられ、可変形状の少なくとも１つの関節モジュールと、
ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの自由度の方向の旋回を制御する制御手段と、
前記関節モジュールの形状情報を計測信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する計測信号発生手段と、
前記コネクタを介して前記計測信号発生手段に接続され、前記計測信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなるマニピュレータ装置。 - 前記計測信号発生手段は、長さが任意に可変できる関節モジュールの長手方向の一端に固定され、その他端は関節モジュールの長さに応じて可動できる状態とされたセンサと、前記センサからの信号を増幅するセンサアンプと、前記センサアンプにケーブルを介して接続するコネクタと、から構成される磁気式リニアスケールであることを特徴とする請求項１２に記載のマニピュレータ装置。
- 前記関節モジュールは、ある座標系において、水平軸方向に延設される第１軸延長用アームユニットと、前記水平軸に直交し鉛直方向でない軸方向に延設される第２軸延長用アームユニットと、鉛直軸回り方向に延設される第３軸延長用アームユニットと、から構成されることを特徴とする請求項１２に記載のマニピュレータ装置。
- 任意の長さのマニピュレータを実現するように連結部材を介して自在に組合せられた任意の長さの複数の関節部と、
ソフトウェアに基づいて前記関節部の駆動を制御する制御手段と、
前記関節部の各々に設けられ、関節部の長さと関節部の接続順番を示す識別信号をコネクタを介して外部へ出力する情報出力手段と、
前記コネクタを介して前記情報出力手段に接続され、前記識別信号に基づいて、前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理手段とからなるマニピュレータ装置。 - 各々所定の方向の自由度を有し、任意の長さのマニピュレータを実現するように連結部材を介して自在に組合せられた任意の長さの複数の関節モジュールと、
ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの駆動を制御する制御手段と、
前記関節モジュールの各々に設けられ、関節モジュールの長さ及び前記関節モジュール同士の組合せを表わす組合せ情報を識別信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する識別信号発生手段と、
前記コネクタを介して前記識別信号発生手段に接続され、前記識別信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなるマニピュレータ装置。 - 任意の長さのマニピュレータを実現するように連結部材を介して自在に組合せられ、可変形状の少なくとも１つの関節モジュールと、
ソフトウェアに基づいて前記関節モジュールの駆動を制御する制御手段と、
前記関節モジュールの各々に設けられ、関節モジュールの形状情報を計測信号に変換してコネクタを介して外部へ出力する計測信号発生手段と、
前記コネクタを介して前記識別信号発生手段に接続され、前記計測信号を基にして前記制御手段のソフトウェアを書き換える情報処理装置とからなるマニピュレータ装置。
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