JPH0197581A - 力感知式指機構 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はマニプレータ、産業用ロボット等に用いるマ
スタ・スレーブ型の力感知式の指機構に関し、特に指の
戻しく開き）動作にスプリングを用いた指機構に関する
。

〔従来の技術〕

この種の従来装置として、例えば特開昭４９−２６９６
８＠公報に示される指機構がある。この指機構では、第
３図に示すように、一対の把持指１をビン２を支点に回
動可能に設けるとともに、この指１を流体圧式シリンダ
３およびスプリング４によって開閉駆動するようにして
いる。すなわち、シリンダ３によって指１の把持方向（
閉方向）。

への駆動を行ない、スプリング４によって指１を戻し方
向（開方向）へ駆動するようにしている。

かかる従来構成によれば、指１を開方向へ駆動するアク
チュエータを省略してスプリング４で代　用しているた
めに、アクチュエータの配管を一系統で構成でき、複雑
になりがちな指機構を簡単に構成することができる。

ところで、遠隔操作型マニプレータ等において、マニプ
レータに加わる力をオペレータに伝達するパイラテラル
サーボ方式は、マニプレータによるｒｉｌａな作業を実
現するには不可欠の方式であり、原子炉保守、海洋開発
等の分野で広く用いられている。

このパイラテラルサーボ方式を指ａ４１１に適用した場
合の概念構成を第４図に示す。

この第４図の指ｔ［は、マスタとしての操作レバー５か
らスレーブとしての指機構１０に対し、該レバー５の変
位に対応する開閉指令を入力することで指１をレバー５
の動ぎに追動して開閉しようとするものであり、指機構
１０の把持力を把持力検出部６で検出し、この検出把持
力を操作レバー５を介してオペレータの指先に伝達する
ようにしており、これによりオペレータが指機構の把持
力を適宜に調整することで、たとえば卵のようなこわれ
やすい物Ｅをこわれることなく、かつ指から滑り落ちな
い程度の力で把持できるようにしている。

この種のパイラテラルサーボ方式には、例えば特願昭６
１−４６７３丹に示される力感知式マニプレータ等、各
種の方式があるが、把持力を検出するための構成として
は通常法のようなものがある。

（１）把持部に力センサ１１を設ける（第５図）（２）
流体式の場合、流体圧シリンダ３のシリンダ室内の圧力
を圧力センサ１２で検出する（第６図） （３）電動式の場合、リンクＩ［１３を駆動するモータ
１４の駆ｖＪ電流を電流センサ１５で検出する（第７図
） 〔発明が解決しようとする問題点〕 これらの検出方式において、（１）の方法は力センサ１
１の配線処理が難しく、また力センサの信頼性を考える
と実用的には問題がある。

また、上記（２）、（３）の方法は検出精度的には問題
がないが、第３図に示したような戻しスプリング４を用
いた指機構に適用した場合には、スプリング４の復元力
の影響で指駆動アクチュエータ（流体圧シリンダ３、モ
ータ１４）の圧力や駆ＩＩＩ］電流が把持力に比例しな
くなるため、フィードバックする把持力が実際のものと
は異なるようになり、この結果負荷感知性能および操縦
性が悪くなる等の問題が発生する。

この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、戻
しスプリングを有するマスタ・スレーブ型の指ＩＩＷＩ
Ｍにおいて、オペレータに真の把持力を感知さゼるよう
にして、操縦特性を向上させる力感知式指機構を提供し
ようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そこでこの発明では、スレーブ側の指機構をアクチュエ
ータによって閉駆動し、スプリングによって戻し動作す
るとともに、この指機構に加わる負荷をマスタ側の操作
レバーに帰還入力するようにしたマスタ・スレーブ型の
力感知式指ｉｎにおいて、 前記スレーブ側のアクチュエータの駆動力を検知する第
１の検知手段と、前記戻しスプリングの変位を検知する
第２の検知手段と、この第２の検知手段の検知変位をス
プリングの復元力に変換する変換手段と、前記第１の検
知手段の検知出力から前記変換手段の出力を減算する減
口手段とを具え、この減口手段の出力をマスタ側の操作
レバーに帰還入力するようにしている。

〔作用〕

前記第１の検知手段によって検知されたアクチュエータ
の駆動力から戻しスプリングの復元力が差し引かれた値
が操作レバーに帰還入力されるようになり、これにより
オペレータは指機構による真の把持力を感知できるよう
になる。

〔実施例〕

以下、この発明を添付図面に示す実施例にしたがって詳
細に説明する。

第１図は戻しスプリングの復元力補正回路を示すもので
あり、第２図は同補正回路を用いた指機構の力逆走型パ
イラテラルサーボ装置の全体構成を示すものである。

これら第１図および第２図において、マスタ側の操作レ
バー５はスレーブ側の指ｆｉｌｌ１１０と同様のつかみ
動作をするものであり、その回転軸部にはその回転角０
１を検出するポテンショメータ等の角度センサ２０が設
けられている。また、マスタ側には操作レバー５の回転
軸にトルクを作用させるトルクアクチュエータ２１が設
けられている。

トルクアクチュエータ２１は操作レバー５の操作方向と
は逆の方向にそのトルクを作用させるものであり、これ
によりオペレータに斯様＠１０での把持力を感知させる
。

スレーブ側の斯様１１０はこの場合流体式のものであり
、前述したように流体式シリンダ３と戻しスプリング４
との作用により指１の開閉を行なう。指１の把持力を検
出するために、圧力センサ１２が設けられており、圧力
センサ１２はシリンダ３のシリンダ室の圧力Ｐを検出す
る。また、指１を支持するビン２の軸には、角度センサ
３０が設けられ、この角度センサ３０によって指１の動
作角度θ２を検出する。この検出角度θ２は角度／復元
力変換回路４０と加算点５０人力にされている。

加算点５０では、操作レバー５の操作角θ１から指１の
動作角θ２を減する演算を行ない、その偏差ε１　＜＝
０１−０．）をサーボアンプ５１を介して増幅した後、
サーボ弁５２に入力する。サーボ弁５２は入力された前
記偏差ε１が零になるようシリンダ３の圧力Ｐを調整し
、これにより指１を操作レバー５で指定された目標位置
へ移動させる。即ち、かかる構成によって、操作角度０
１を目標値とする位置サーボ系を構成している。

角度／復元力変換回路４０は、入力された指１の動作角
度θ２を戻しスプリング４の復元力ｆ１に変換する演算
を行なうもので、例えばｉ算ＲＯＭ等で構成されている
。すなわち、変換回路４０から、指の各時点における動
作角度θ２に対応するスプリング４の復元力に２ｆ１が
出力され、この復元力に２　ｆ’１が加算点４１に入力
されている。

加算点４１では、圧力センサ１２の出力Ｐの増幅出力に
１Ｐから変換回路４０の出力に２ｆ１を減算し、その減
算値ｆ　（＝に１Ｐ−に２ｆ１）をモータドライバ２２
に入力し、トルクアクチュエータ２１を駆動する。

すなわち、対象物Ｅを力ｆで把持する状態を考えると、
下記（１）式の関係が成立する。

ｆ＝に１Ｐ−に２ｆ１・・・（１） ここで、Ｐはシリンダ室の圧力、ｆｌは戻しスプリング
４の復元力、ｋｌはシリンダ断面積、ｋ２はリンク比等
を補正する係数である。

よって、角度センサ３０の検出信すθ２を変換回路４０
で戻しスプリング４の復元力に２ｆ１に変換するととも
に、圧力センサ１２によりシリンダ３の圧力Ｐを検出し
、これを増幅１ａ４２によりに２倍し、更に加算点４１
でこれらの偏差に１Ｐ−に２ｆ１を求めるようにすれば
上記（１）式の演界が行なわれたことになる。そして、
このようにして得られた真の把持力ｆをモータドライバ
ー２２に入力し、トルクアクチュエータ２１によりて操
作レバー５を指機構１０の把持方向と逆方向に力ｆで駆
動するようにすれば、オペレータは指先で上記戻しスプ
リング４の復元力が補正された真の把持力ｆを感知する
ことができるようになる。

なお、上記実施例は本発明を流体圧式の指ａ４ＩＭに適
用するようにしたが、本発明は第７図に示した電動式の
指機構にも勿論適用することができる。

この場合は、シリンダ室の圧力Ｐを検出する代わりに駆
動モータ１４の駆動電流を検出するようにすればよく、
この駆動電流値から戻しスプリング４の復元力を差し引
くようにすればよい。

また、上記実施例では、角度センサ３０によりて戻しス
プリング４の変位のを検出するようにしたが、直線変位
型のセンサによってスプリングの変位昂を直接検出する
ようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、指の戻し動作に
スプリングを用いたマスタ・スレーブ型の力感知式指機
構において、検知したアクチュエータの駆動力からスプ
リングの復元力を差し引いた値をマスタ側の操作レバー
に帰還させるようにしたので、オペレータは指ａＭ４の
真の把持力を感知できるようになり、これにより負荷感
知性能の優れ、かつ操縦性のよいバイラ、チラルサーボ
系を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

ｍ１図はこの発明の一実施例について戻しスプリングの
復元力補正回路の一例を示す制御ブロック図、第２図は
同実施例についてマスタ・スレーブ型力感知式指Ｒｖ４
の全体構成を示す制御ブロック図、第３図は指ｖ１＠の
構成を示す側面図、第４図は同指機構を用いたパイラテ
ラルサーボ系を示す概念図、第５図〜第７図はそれぞれ
従来装置による把持力検出センサの構成を例示する図で
ある。 １・・・指、２・・・ビン、３・・・流体圧シリンダ、
４・・・戻しスプリング、５・・・操作レバー、１０・
・・指機構、１１・・・力センサ、１２・・・圧力セン
サ、１３・・・リンク、１４・・・駆動モータ、１５・
・・電流センサ、２０．３０・・・角度センサ、 ２１・・・トルクアクチュエータ、 ２２・・・モータドライバ、 ４０・・・角度／復元力変換回路、 ４１．５０・・・加口点、４２・・・増幅器、５１・・
・サーボアンプ、５２・・・サーボ弁。 第３図 第４図 第５図 第６図　　　　　　第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 スレーブ側に、対象物を把持する少なくとも一対の指を
   有する指機構と、この指機構を閉駆動するアクチュエー
   タと、前記指機構を開方向に付勢する戻しスプリングと
   を具え、マスタ側の操作レバーに前記指機構に加わる負
   荷を帰還入力するようにしたマスタ・スレーブ型の力感
   知式指機構において、 前記スレーブ側のアクチュエータの駆動力を検知する第
   １の検知手段と、 前記戻しスプリングの変位を検知する第２の検知手段と
   、 この第２の検知手段の検知変位をスプリングの復元力に
   変換する変換手段と、 前記第１の検知手段の検知出力から前記変換手段の出力
   を減算する減算手段とを具え、 この減算手段の出力をマスタ側の操作レバーに帰還入力
   するようにした力感知式指機構。