JPH01240286A

JPH01240286A - 操作装置

Info

Publication number: JPH01240286A
Application number: JP6406588A
Authority: JP
Inventors: Makoto Okamura; 岡村　良; Shinichiro Nishida; 信一郎西田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1989-09-25
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JP2672555B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば、宇宙空間等の極限環境で使用され
るマニピュレータを遠隔操作するのに用いる操作装置に
関する。

（従来の技術）従来、この種の操作装置としては、マニピュレータの先
端部の略直交する３軸方向の並進速度及び該軸回りの各
速度を指令制御するいわゆる速度指令制御方式、あるい
はマニピュレータの先端の位シ制■を行なういわゆるパ
イラテラル（力帰還型）・マスク・スレーブ制御方式が
ある。

第５図は上記速度指令方式の操作装置を示すもので、操
作者１０がパン１ヘル部１をＸ、Ｖ、７軸方向に移動及
びα、β、γ方向に回転操作させると、その移動量及び
回転量が図示しないセンサでそれぞれ検出され、その検
出値に対応してマニピュレータの先端部の速度及び角速
度を駆動制御されるように構成される。

ところが、上記速度指令方式の操作装置では、その構成
上、マニピュレータの先端部の大きな移動には好適する
ものの、位置決め等の高精度な制御に不向きであるため
に、高い精度の要請される取付（プ作業等に適用するこ
とが困難であるという問題を有していた。

第６図は上記パイラテラル・マスタス・スレーブ方式の
操作装置を示すもので、多関節型マスタアームと称する
操作部２を操作者１０が手にして選択的に所望の位置及
び姿勢に操作すると、これに対応してマニピュレータの
先端部の位置及び姿勢を制御するように構成される。即
ち、操作部２には、力及び回転トルクを検出する図示し
ない力センサ及びトルクセンサが備えられており、操作
部に付与される力及び゛回転量・ルクとマニピュレータ
に作用する力及び回転１ヘルクの差を求めて、この差に
対応して操作部を制御することにより、マニピュレータ
の位置制御が行われる。

しかしながら、上記パイラテラル・マスタス・スレーブ
方式の操作装置では、力感覚を利用して制御している構
成上、位置決め等の細かな作業の制御に好適するものの
前述した速度指令方式の如き、マニピュレータの先端部
が大きな移動を必要とする移送作業等には不向ぎである
という問題を有していた。また、これによれば、その操
作部の構成上、前記速度指令方式の操作装置に比して人
形となるという問題も有していた。

このように、従来の操作装置では、いずれのものも作業
内容に制約を受けるため、各種の作業が要請される宇宙
環境等において適用することが困難なものであった。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように、従来の操作装置では、いずれのもの
も作業内容が限定されるため、その適用箇所に制約を受
けるものであった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡
易にして、小形化を確保したうえて、マニピュレータの
大ぎな移動制御と共に、高精度な位置制御を実現し得る
ようにして取扱い操作性の向上を図り得るようにした操
作装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は、マニピュレータを遠隔的に操作してな乞ハ
ンドル部を略直交する第１乃至第３の軸方向に移動自在
に支持する並進移動機構及び略直交する第４乃至第６の
軸回りに回転自在に支持する回転機構を有した操作装置
において、前記第１乃至第３の軸方向に付与される力及
び前記第４乃至第６の軸回りに付与される回転１〜ルク
を検出＝５− し、前記ハンドル部に付与される操作力に対応した変位
が生じるように前記並進移動機構及び回転機構を駆動し
て前記変位に比例した速度指令信号を前記マニピュレー
タに出力する第１の制御手段と、前記第１乃至第３の軸
に付与される力および前記第４乃至第６の軸回りにイ」
与される回転トルクを検出し、この検出値と前記マニピ
ュレータの先端部の力及び回転１ヘルクとの差を求めて
、この差で前記並進移動機構及び回転機構を駆動制御し
て前記マニピュレータに位置信号を出力する第２の制御
手段と、前記ハンドル部に設けられ、前記第１及び第２
の制御手段を選択的に切換る切換手段とを備えて構成し
たものである。

また、前記第１乃至第３の軸に対応する並進移動機構及
び前記第４乃至第６の軸に対応する回転機構のうち少な
くとも１１１１１に対応する並進移動機構あるいは回転
機構を選択的にロックするロック手段を備えて構成して
もよい。

（作用）上記構成によれば、ｆｌｉ’ｌ　Ｉｌｆ方式はハンドル
部の切換手段を切換操作して、第１あるいは第２の制御
手段を選択することにより、速度指令方式あるいはパイ
ラテラル・マスク・スレーブ方式に切換設定される。従
って、マニピュレータを切換式に大きな移動制御及び高
精度な位置制御を行なうことか可能となる。これにより
、各種の組合わせ作業が容易に行なうことが可能となる
。

そして、前記ロック手段を選択操作して前記並進移動機
構及び回転機構がロックされると、選択した軸が固定さ
れて位置が保持され、ハンドル部におけるその軸の自由
度が拘束される。これにより、マニピュレータは選択し
た位置が保持された状態で動作制御がなされて、一定の
運動状態に制御される。この結果、取扱い性が向上され
て、その操作の簡略化が図れる。

（実施例）以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係る操作装置の適用され
るマニピュレータシステムを示すもので、操作者１０が
握持づるハンドル部１１はマニピュレータ１２に対して
所定の間隔離間されて遠隔操作自在に配設される。この
ハンドル部１１は操作者１０が可視可能なように表示よ
うテレビジョン受＠機１３に対応して配置されており、
その所定の位置には速度指令制御及びパイラテラル・マ
スク・スレーブ制御選択用の切換操作子１４が設けられ
いる（第２図参照）。このテレビジョン受像機１３には
マニピュレータ１２に配置されたカメラ１５で撮像した
作業対象体１６の映像信号が入力されて表示される。こ
れにより、操作者１０はテレビジョン受像機１３で表示
される画像を児ながら上記ハンドル部１１を適宜操作し
て、マニピュレータ１２を駆動制御して所望の作業を行
ないせしめる。

上記ハンドル部１１は、第２図に示すように、略直交づ
る第１乃至第３の軸（Ｘｌ　、　Ｙｌ　、　Ｚｌ　）方
向にそれぞれ並進移動機構２０〜２２を介して移動自在
に支持され、略直交する第４乃至第６の軸（Ｘ２　、　
Ｙ２　、　Ｚ２　）回りにそれぞれ回転機構２３〜２５
を介して回転自在に支持されている。

これら並進移動機構２０〜２２及び回転機構２３〜２５
は、その第１乃至第３の軸Ｘ１．ｙｉ、ｚｉ及び第４乃
至第６の軸Ｘ２　、Ｙ２．２２回りにおいて所定の中立
位置Ｏとなるように配置構成されている。そして、その
うち第１の軸×１には第１乃至第３の軸Ｘ１　、Ｙｌ　
、Ｚｌに付与される力をそれぞれ検出する力センサ２６
〜２８（第２図中では、図の都合上、−個のみを図示）
が配設され、他方の第４乃至第６の軸Ｘ２　、Ｙ２　、
Ｚ２にはトルクセンサ２９〜３１がそれぞれ配設される
。これら力センサ２６〜２８及びトルクセンサ２９〜３
１はそれぞれ第３図（ａ）〜（ｆ−）に示すように、そ
の各出力＠が略同様に上記切換操作子１４に連動される
切換スイッチ３２〜３７の可動接点ａの接続される減算
器３８〜４３の他方の入力端に接続され、各出力端は軸
固定用のスイッチ４４〜４９（第２図中では、図の都合
上、図示せず）の固定接点ｅに接続される。このうちス
イッチ４４〜４６は、その可動接点ｄが並進移動機構−
〇− ２０〜２２及び回転機構２３〜２５を介して位置センサ
５０〜５５（第２図中では、図の都合上、図示せず）に
接続され、その固定接点ｆには位置センサ５０〜５５の
出力信号及び中立位置信号の差信号を求める減算器５６
〜６１の出力端が接続される。また、位置センサ５０〜
５５の出力端には上記切換スイッチ３２〜３７の各固定
接点すが接続される。そして、この切換スイッチ３２〜
３７の固定接点Ｃには上記マニピュレータ１２の図示し
ないツノ及びトルクセンサの出力端がそれぞれ接続れる
。

なお、上記軸固定用スイッチ４４〜４つとしては、第１
乃至第６の軸Ｘ１　、　Ｙｌ　、　Ｚｌ　、　Ｘ２　。

Ｙ２．Ｚ２に対応して図示しない操作子を設け、選択的
に切換操作されるもので、例えば、使用目的に応じて、
例えばスイッチを適宜組合わせて、同一の操作子で複数
個のスイッチ４４〜４９を選択的に切換えるように構成
することも可能なものである。

上記構成において、速度指令制御を行なう場合は、先ず
スイッチ／１４〜４つの可動接点ｄが固定接点ｅに切換
操作され、その後、切換スイッチ３２〜３７の可動接点
ａが固定接点すに切換操作されて速度指令モードに設定
されて、操作者１０がハンドル部１１を手にして所望の
操作が行われる。この際、ハンドル部１１は、その第１
乃至第６の軸Ｘ１　、　Ｙｌ　、　Ｚｌ　、　Ｘ２　、
　Ｙ２　、　Ｚ２　）の中立位置Ｏからの変位量が位置
センサ５０〜５５により検出され、該操作者１２に付与
される反力が、その各位置センサ５０〜５５の検出値Ｒ
１〜Ｒ６に対して比例係数Ｋが掛合わされた値となるよ
うに、各並進移動機構２０〜２２及び回転機構２３〜２
５が駆動制御される。即ち、操作者１２の操作力「１〜
Ｆ３（ｆｖ１１〜Ｍ３）は、減算器３８〜４３でに−Ｒ
１〜Ｒ６の差が求められ、この差に対応して各並進移動
機１ｍ　２０〜２２及び回転機構２３〜２５が駆動制御
される。この結果、マニピュレータ１２は検出値Ｒ１〜
Ｒ６を速度指令値として第１乃至第６の軸ｘｉ　、ｙｌ
、ｚｉ　。

Ｘ２　、Ｙ２　、Ｚ２に駆動制御される。

また、パイラテラル・マスク・スレーブ制ｉｌｌを行な
う場合は、スイッチ４４−４９の可動接点ｄが固定接点
ｅに切換操作された状態において、切換スイッチ３２〜
３７の可動接点ａが固定接点Ｃに切換操作されてモード
切換が行われた後、操作者１０がハンドル部１１を手に
して所望の操作が行われる。この際、ハンドル部１１に
は図示しない力及び１−ルクセンサ２６〜３１で検出さ
れるマニピュレータ１２の第１乃至第３の軸Ｘｉ　、　
Ｙｌ　。

７１方向に対応する力及び第４乃至第６の軸Ｘ２゜Ｙ２
．２２回りに対応する回転トルクからなる検出力が、操
作者１０の反力として、そのハンドル部１１の第１乃至
第６の軸ｘ１．ｙｉ　、ｚｉ　。

Ｘ２　、Ｙ２．７２に付与されるように、各並進移動機
構２０〜２２及び回転［段溝２３〜２５が駆動制御され
る。即ち、ハンドル部１１の第１乃至第３の軸Ｘｉ　、
Ｙｌ　、７＋のカセンザ２６〜２８及び第４乃至第６の
軸Ｘ２　、Ｙ２　、Ｚ２の１へルクセンサ２９〜３１て
検出された検出値Ｒ１〜Ｒ６と上記マニピュレータ１２
の上記力及び回転トルク（図示せず）との差が減算器３
８〜４３で求められ、その値に対応して各並進移動機構
２０〜２２及び回転機構２３〜２５が駆動制御される。

この結果、マニピュレータ１２はハンドル部１１の操作
にともなって、その第１乃至第６の軸×１゜Ｙｌ　、Ｚ
ｌ　、Ｘ２　、Ｙ２　、Ｚ２の変位量を検出する各位置
センサ５０〜５５の検出値Ｒ１〜Ｒ６に対応した値が位
置指令値として駆動制御される。

これにより、例えば、第４図に示すような、マニピュレ
ータ１２を用いて被作業物６２を所定の間隔離間した作
業対象体１６の挿入孔１６ａに装着するような作業を行
なう場合は、先ず、ハンドル部１１の切換スイッチ１４
を操作して速度指令モードに切換えた後、操作者１０が
ハンドル部１１を操作してマニピュレータ１２を位置Ａ
から作業対象体１６に対向する位置Ｂまで移動させる。

そして、マニピュレータ１２が位置Ｂに到達すると、再
びハンドル部１１の切換スイッチ１４が切換操作されて
パイラテラル・マスク・スレーブモードに切換えられ、
そのハンドル部１１はその操作に連動してマニピュレー
タ１２の高精度な位置制御を行ないせしめて被作業物６
２を作業対象体１６の挿入孔１６ａに装着させる。

さらに、上記速度指令モード及びパイラテラル・マスク
・スレーブモードにおいて、第１乃至第６の軸Ｘｉ、Ｙ
１．Ｚｌ、Ｘ２．’１／２．Ｚ２を固定（自由度を拘束
）したい場合は、固定したい軸Ｘｉ　、Ｙｉ　、Ｚｌ　
、Ｘ２　、Ｙ２　、Ｚ２に対応する各スイッチ４４〜４
９の可動接点ｄが固定接点ｆに切換操作される。すると
、各スイッチ４４〜４つの可動接点ｄに接続された位置
センサ５０〜５５の検出値Ｒ１〜Ｒ６は各並進移動機構
２０〜２２及び回転ｔｌｌｌｔ２３〜２５にフィードバ
ックされて、その位置が保持されて、いわゆるロック状
態どなり、自由度が拘束された位置保持制御が行われる
。これにより、例えば、第５図に示すような壁６３の塗
装作業においては、壁６３に平行な第１几至第３の軸Ｘ
１　、Ｙｌ　、Ｚｌのうち２軸を選択して該軸に対応す
るスイッチ４４〜４つの可動接点ｄを固定接点ｆに切換
操作することにより、マニピュレータ１２の移動が壁６
３に平行な平面運動に限定される。

このように、上記操作装置はマニピュレータ１２を速度
指令制御する速度指令モード及び位置指令制御を行なう
パイラテラル・マスク・スレーブモードをハンドル部１
１の切換操作子１４の切換操作に連動して切換設定可能
に構成したことにより、マニピュレータ１２を切換式に
大きな移動に適する速度指令制御及び高精度な位置制御
が可能なパイラテラル・マスク・スレーブ制御を行なう
ことが可能となだめ、従来のような作業内容に制約をう
けることがなくなり、例えば宇宙空間において予想され
る各種の組合わせ作業が簡便にして迅速に行なうことが
可能となる。また、これによれば、従来のようにハイラ
テラル・マスク・スレーブ制御方式におけるような多関
節マスタアーム２（第７図参照〉を用いることがないこ
とで、小形化の確保も可能となる。

また、上記操作装置は、その第１乃至＄６の軸Ｘｉ　、
Ｙｌ　、Ｚｌ　、Ｘｉ　、Ｙ２　、Ｚ２に対応する並進
移動機構２０〜２２及び回転機構２３〜２５を選択的に
ロックするスイッチ４４〜４９を設（プ、このスイッチ
４４〜４９の切換操作に連動して上記第１乃至第６の軸
Ｘ１　、　Ｙｌ　、　Ｚｌ　、　Ｘｉ　。

Ｙ２　、Ｚ２が選択的に固定されるように構成したこと
により、ハンドル部１１の自由度を選択的に拘束して一
定の運動のみに設定することができるため、前述した壁
塗装作業等の一定の作業を行なう場合の取扱い性が向上
され、その操作の簡略化が図れる。

なお、この発明は、上記実施例に限ることなく、その他
、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施
し得ることは勿論のことである。

［発明の効果］以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にし
て、小形化を確保したうえで、マニピュレータの大きな
移動制御と共に、高精度な位置制御を実現し得るように
して取扱い操作性の向上を図り得るようにした操作装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る操作装置を示す構成
図、第２図は第１図の要部を取出して示す詳細図、第３
図は第２図の回路構成を示す回路図、第４図及び第５図
は第１図の動作を説明するために示した図、第６図及び
第７図は従来の操作装置を示す構成図である。１０・・・操作者、１１・・・ハンドル部、１２・・・
マニピュレータ、１３・・・テレビジョン受像機、１４
・・・切換操作子、１５・・・カメラ、１６・・・作業
対象体、２０〜２２・・・並進移動機構、２３〜２５・
・・回転機構、２６〜２８・・・カセンザ、２９〜３１
・・・トルクセンサ、３２〜３７・・・切換スイッチ、
３８〜４３・・・減算器、４４〜４９・・・スイッチ、
５０〜５５・・・位置センサ、５６〜６１・・・減算器
、１６ａ・・・挿入孔、６２・・・被作業物、６３・・
・壁。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦１０操作渚　　
　　　　１４　　ｔ７１摸操作子１１　ハ゛ノトル郁　
　　　　　１５　カメラ１２　マニピユレータ　　　　
　　１６　イ）￥を付簾４本１３　テトヒショ゛ノ受イ
象才代第１第　６

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マニピュレータを遠隔的に操作してなるハンドル
部を略直交する第１乃至第３の軸方向に移動自在に支持
する並進移動機構及び略直交する第４乃至第６の軸回り
に回転自在に支持する回転機構を有した操作装置におい
て、前記第１乃至第３の軸方向に付与される力及び前記
第４乃至第６の軸回りに付与される回転トルクを検出し
、前記ハンドル部に付与される操作力に対応した変位が
生じるように前記並進移動機構及び回転機構を駆動して
前記変位に比例した速度指令信号を前記マニピュレータ
に出力する第１の制御手段と、前記第１乃至第３の軸に
付与される力および前記第４乃至第６の軸回りに付与さ
れる回転トルクを検出し、この検出値と前記マニピュレ
ータの先端部の力及び回転トルクとの差を求めて、この
差で前記並進移動機構及び回転機構を駆動制御して前記
マニピュレータに位置信号を出力する第２の制御手段と
、前記ハンドル部に設けられ、前記第１及び第２の制御
手段を選択的に切換る切換手段とを具備したことを特徴
とする操作装置。
（２）前記第１乃至第３の軸に対応する並進移動機構及
び前記第４乃至第６の軸に対応する回転機構のうち少な
くとも１軸に対応する並進移動機構あるいは回転機構を
選択してロックするロック手段を具備したことを特徴と
する請求項１記載の操作装置。