JPH03149193A

JPH03149193A - マニピュレータの操作装置

Info

Publication number: JPH03149193A
Application number: JP28344889A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nio; 仁尾　理; Toshihide Tomiyama; 冨山　敏秀; Fumiaki Kawai; 川井　文明
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1989-10-30
Publication date: 1991-06-25
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JP2958781B2

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］本発明は工業用ロボットなどのマニピュレータを遠隔操
作するための操作レバーを備えた操作装置に関し、と（
にカフィードバック制御するものに関する。

［従来の技術］従来、マニピュレータを遠隔操作する場合、オペレータ
に作業を行うときに発生する負荷からの力感覚を返して
、精密な調整作業を行うようにしである。この場合、ジ
ョイスティック等の操作レバーの座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚの３
軸に、ポテンショメータとモータとを取り付け、３方向
の操作レバーの移動量と、マニピュレータに設けられた
力センサから受けた力感覚をモータを介して操作レバー
に伝えている（例えば実開昭６０−１００１９０号公報
、特開昭６１−７１９８５号公報）。

［発明が解決しようとする課題１ところで、オペレータはマニピュレータのアームの先の
手首を、実物あるいはカメラを通して見ながら操作レバ
ーを操作する。このとき、上記構成により２軸を回転す
る場合、操作レバーを握ったまま操作レバーの軸の回り
に回転させるため、手首が回りに（（、また、同時にト
ルクの大きさと、操作レバーの移動量とをオペレータの
手で感じることは相当の熟練を要する。

また、オペレータの手首だけではなく肘や胸に、力感覚
を伝えるものは構造が複雑であるなどの欠点があった。

本発明は、操作レバーを握ったまま簡単にトルクの大き
さと、操作レバーの移動量とを感じることができる操作
装置を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、操作装置の各座標軸に設けられたＸ、Ｙ、ｚ
軸の各軸の回転移動量を検出するポテンショメータと、
前記各軸の力感覚を発生させる感覚発生器と、前記各軸
を回転移動させる操作レバーとを設け、マニピュレータ
に設けられた力センサから受けた力感覚を、前記感覚発
生器を介してマニピュレータのオペレータに伝えるよう
にしたマニピュレータの操作装置において、前記各軸の
内の２軸の回転移動を、前記操作レバーに設けたＺ軸レ
バーの傾動によって行い、Ｘ軸およびＹ軸の回転移動を
前記操作レバーの傾動によって行うものである。

また、前記感覚発生器として各軸のトルクを発生するサ
ーボモータを設けたものである。

また、前記感覚発生器として振動を発生する振動発生器
を設けたものである。

［作用］オペレータが操作レバーによりＸ軸とＹ軸を回転移動さ
せる場合は、操作レバーを握つて所望の軸の回転方向に
倒す。また、２軸を回転移動させる場合は、操作レバー
を握ったまま、２軸レバーを親指により回転させる。

Ｚ軸を回転する場合、操作レバーを握ったまま操作レバ
ーの袖の回りに回転させる必要がないため、オペレータ
は常に自然な姿勢を保つことができる。

［実施例］本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例を示す斜視図で、四角形の固定
枠ｌが設けられ、その内の一方の互いに平行な２辺に、
回動自在に分割して軸支されたＸ軸１１％１１が設けら
れ、その２辺の内の１辺にはＸ軸１１の一方端に固定さ
れたＸ軸を駆動するＸ軸サーボモータ２と、Ｘ軸サーボ
モータ２に直結されたＸ軸１１の回りの回転位置を検出
するためのＸ軸ポテンショメータ２１とが設けられてい
る。Ｘ軸１１，１１　にはＸ軸方向に設けられた摺動溝
３１を備えたＵ字状枠３が固定されている。固定枠ｌの
他方の互いに平行な２辺に、回動自在に分割して軸支さ
れたＹ軸１２．１２°がＸ軸１１％１１″に直交するよ
うに設けられ、その２辺の内の１辺にはＹ軸１２の一方
端に固定されたＹ軸を駆動するＹ軸サーボモータ４と、
Ｙ軸サーボモータ４に直結されたＹ軸１２の回りの回転
位置を検出するためのＹ軸ポテンショメータ４１とが設
けられている。Ｙ軸１２．１２°には四角形の支持枠５
がＵ字状枠３と干渉しないように固定され、支持枠５に
はＸ軸１１１１１　と同心の支持軸５１が回動自在に設
けられている。支持枠５の中には中空シャフト６が設け
られ、支持軸５１によって支持されており、Ｙ軸１２．
１２°を軸として回動したときに、摺動溝３１に沿って
回動するとともに、Ｘｌｄｌｌ　１．　ｌ　１を軸とし
て回動したときに、摺動溝３１を押付けてＵ字状枠３を
回動させるようにしである。また、中空シャフト６の一
方端には空洞部を備えた操作レバー６１が設けられてい
る。中空シャフト６の中空部にはＸ。

Ｙ軸に垂直な２軸６２が回動自在に設けられ、２軸６２
の一方端には操作レバー６１の中で傘歯車６３が固定さ
れている。操作レバー６１の側面には、傘歯車６３と噛
み合う傘歯車６４を歯車軸６５により支持し、歯車軸６
５介して操作レバー６１の外側に突出して２軸レバー６
６が設けられている。中空シャフト６の他方端には２軸
６２の他方端に結合されて２軸６２を駆動するＺ軸サー
ボモータフと、Ｚ軸サーボモータフに直結された２軸６
２の回りの回転位置を検出するためのポテンショメータ
７１とが固定されている。

オペレータが操作レバー６１によりＸ軸１１゜１１”と
ＹＩｄｌ１２．１２を回転移動させる場合は、操作レバ
ー６１を握って所望の軸の回転方向に倒す。また、２軸
６２を回転移動させる場合は、操作レバー６１を握った
まま、Ｚ軸レバー６６を親指により回転させる。

したがって、Ｚ軸を回転する場合、操作レバーを握った
まま操作レバーの軸の回りに回転させる必要がないため
、オペレータは常に自然な姿勢を保つことができる。

なお、Ｘ輪ポテンショメータ２１を直結したＸ軸サーボ
モータ２およびＹ軸ポテンショメータ４１を直結したＹ
軸サーボモータ４はそれぞれＸ軸、Ｙ軸に直結すると、
スペースを太きく取る。したがって、第２図に示すよう
に、Ｘ軸、Ｙ軸のサーボモータの側面をそれぞれの軸に
平行な固定枠の辺に固定し、それぞれＸ軸、Ｙ軸に設け
たプーリ２２．４２とそれぞれＸ軸、Ｙ軸とにタイミン
グベルトを巻き付けて、サーボモータを駆動し、操作装
置をコンパクトになるようにしてもよい。

また、各軸のサーボモータとポテンショメータを分離し
て各軸により駆動できることは言うまでもない。

ここで、マニピュレータに設けられた力センサと操作レ
バーとの関係を第３図および第４図により説明する。

力センサＳｌはマニピュレータの工具Ｔが取り付けられ
ている手首Ｓの先端に設けられ、力センサＳｌの座標系
ｘ、％ｙ、、２．にかかる力Ｆ、、　ＦＹ１Ｆ２を検出
する。Ｗは手首Ｓの座標系ｘ、、　ｙ、、　ｚ。

の原点、Ｍはマニピュレータ座標系ＸＭ１ＹＭ１２Ｍの
原点とする。座標変換器Ｃは力センサＳｌにより検出し
たｘｓ、　ｙ、、　ｚｓ方向の力成分Ｆｘ１Ｆ、。

Ｆ、を手首座標系Ｘ、、　ＹＷ％　Ｚｗ％を介してマニ
ピュレータ座標系ｘ、１ｙ工、ｚＭに公知の技術により
変換する。したがって、力成分Ｆ８、Ｆｙ％Ｆ８はマニ
ピュレータ座標系ＸＭ％ＹＭ１２Ｍに変換され、力成分
Ｆｘ　、Ｆｖ　、Ｆｚｏとなる。力成分Ｆ、　、ＦＹ、
Ｆｚｏ　は負荷トルクとして負荷変換器りにより増幅、
変換され、力成分Ｆｘ　、ＦＹ　、Ｆ、°をオペレータ
が感じるようにした感覚発生器として、トルクを発生す
るＸ軸サーボモータ２、Ｙ軸サーボモータ４．２軸サー
ボモータフを駆動する。

この各軸のサーボモータの負荷トルクにより、オペレー
タは操作レバー６１および２軸レバー６６を操作すると
き、力成分Ｆ、　、ＦＹ　、Ｆ、°を感知しながらマニ
ピュレータ作業に適合した操作レバー６１およびＺ軸レ
バー６６の位置を決める。

操作レバー６１および２軸レバー６６の動作により各軸
のポテンショメータから位置信号が出力され、図示しな
いマニピュレータの制御装置により、マニピュレータの
本体、手首等の各軸の駆動モータが駆動され、マニピュ
レータの姿勢および位置が決められる。

また、オペレータが操作レバー６１およびＺ軸レバー６
６によって受ける力の反力は、連続的に変化し、また力
に慣れて力の変化に気付かない場合がある。そのような
場合は、第５図に示すように、操作レバー６１の指先の
当たる表面に感覚発生器として、振動板８と振動板８を
振動させるコイル８１とを設けておく。また、力成分Ｆ
、　、Ｆ、、Ｆｚ′の合成振動か、各Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に区
分された振動をそれぞれ単独に振動させるかを選択でき
る切替えスイッチ９を設け、操作レバー６１の上部に設
けた押しボタン９１により操作できるようにしておく。

切替えスイッチ９には第７図に示すように、力成分Ｆｘ
　、ｐ、　、Ｆ、°を振動周波数に変換するＶ／Ｆ変換
器Ｂ、、　ＢＹ、　Ｂ、を接続させる。

この時は、サーボモータが不要になるので、第６図に示
すように、ボタンシ３メータを各軸に直結し、操作装置
のスペースを極めて小さくすることができる。

このような構成により、合成された負荷トルクの変化を
振動器よって感知することができる。

また、オペレータが操作レバーを見ることができないと
きなど、どの方向に操作レバーを操作して、マニピュレ
ータの本体、手首等の動きを修正したら良いか分からな
い場合は、各軸毎に区分して振動させるように切替えス
イッチ９により所望の軸に切替えて振動させることによ
り、確実に修正動作を行うことができる。

なお、振動板８を３本の指に当たる部分に分割し、第８
図に示すように、振動板８Ｘ、８Ｙ１８Ｚ１コイル８１
ｘ、ｓ　ｔ　ｙ、　ａ　ｌｚニヨり、力成分ＦＸ、ＦＹ
　、Ｆ、　に応じた振動を行うようにし、３本の指先に
より直ちに各軸の負荷トルクを感知するようにしてもよ
い。

また、感覚発生器として振動の代りに、第５図に示すよ
うに、音を発生させるスピーカ８Ｐをオペレータの手元
に設け、各軸の負荷トルクの変化に応じ、切替えスイッ
チ９を介して力成分Ｆ８°、ＦＹ　、Ｆ、　に応じた周
波数の音を発生させてもよい。

また、振動や音により感知する場合、オペレータの感覚
の麻痺や鈍さのため、振動や音が徐々に変化すると、変
化に気が付かない場合がある。そのようなことを防ぐた
め、力成分を周波数に変換するときに、Ｖ／Ｆ変換器Ｂ
に例えば第９図に示すようなエキスポーネンシャルな非
線形特性を持たせ、力感覚を鋭く維持するようにしても
よい。

［発明の効果１以上述べたように、本発明によれば、マニピュレータの
後方に立つオペレータが作業工具を注視すること無しに
、マニピュレータ本体の動きのみに注目し、片手で操作
レバーを操作するだけで、マニピュレータの力感覚を得
た作業を行うことができるとともに、力感覚をもたない
操作レバーと同じ程度にコンパクトな操作装置を提供で
きるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２図は他の実
施例を示す斜視図、第３図力センサと各軸の関係を示す
ブロック図、第４図はマニピュレータの座標軸を説明す
る斜視図、第５図、第６図は他の実施例を示す斜視図、
第７図、第８図は他の実施例を示すブロック図、第９図
は他の実施例を示す特性図である。 ■・・・固定枠、１１．ＩＩ・−Ｘ軸、１２．１２゜−
・・Ｙ軸、２・・・Ｘ軸サーボモータ、２１・−Ｘ軸ポ
テンショメータ、３−・・Ｕ字状枠、３１−・摺動溝、
４−・・Ｙ軸サーボモータ、４１・・・Ｙ軸ポテンショ
メータ、５−・・支持枠、５１・・・支持軸、ロー・・
中空シャフト、６１　・・・操作レバー、６２−Ｚ軸、
６３．６４・・・傘歯車、６５−・一歯車軸、６６・・
・２軸レバー、７・・・Ｚ軸サーボモータ、７１−・・
２軸ポテンショメータ、８・・−振動器、９・−・切替
えスイッチ第１図第２図第３図第４図！。第５図１　　　口１／第６図第７図第８図第９図証

Claims

【特許請求の範囲】１、操作装置の各座標軸に設けられたＸ、Ｙ、Ｚの各軸
の回転移動量を検出するポテンショメータと、前記各軸
の力感覚を発生させる感覚発生器と、前記各軸を回転移
動させる操作レバーとを設け、マニピュレータに設けら
れた力センサから受けた力感覚を、前記感覚発生器を介
してマニピュレータのオペレータに伝えるようにしたマ
ニピュレータの操作装置において、前記各軸の内のＺ軸の回転移動を、前記操作レバーに設
けたＺ軸レバーの傾動によって行い、前記Ｘ軸および前
記Ｙ軸の回転移動を、前記操作レバーの傾動によって行
うことを特徴とするマニピュレータの操作装置。２、前記感覚発生器が前記各軸のトルクをそれぞれ発生
するサーボモータである請求項１記載のマニピュレータ
の操作装置。３、前記Ｚ軸レバーが、前記Ｚ軸に固定された傘歯車を
介して前記Ｚ軸に直角方向に、かつ前記操作レバーの外
側に突出して伸びた歯車軸に固定された請求項２記載の
マニピュレータの操作装置。４、前記感覚発生器が前記操作レバーに設けた振動を発
生する振動発生器である請求項１記載のマニピュレータ
の操作装置。５、前記感覚発生器が前記操作レバーの近くに設けた音
を発生するスピーカである請求項１記載のマニピュレー
タの操作装置。６、前記マニピュレータに設けられた力センサの力成分
を非線形特性を持たせた周波数に変換して、前記感覚発
生器を動作させる請求項４または５に記載のマニピュレ
ータの操作装置。７、前記力センサの力成分の合成振動か、各Ｘ、Ｙ、Ｚ
軸に区分された振動とをそれぞれ単独に振動させるかを
選択できる切替えスイッチを設け、前記切替えスイッチ
を介して力センサの力成分を前記感覚発生器に伝達出来
るように前記操作レバーに押しボタンを設けた請求項４
から６までのいずれか１項に記載のマニピュレータの操
作装置。