JPH03264277A

JPH03264277A - マスタハンド

Info

Publication number: JPH03264277A
Application number: JP5632390A
Authority: JP
Inventors: Nobuhito Matsuhira; 松日楽　信人; Hiroyuki Banba; 番場　弘行
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-09
Filing date: 1990-03-09
Publication date: 1991-11-25

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、マスタハンドとスレーブハンドとを有しマス
タハンドに備えた一対の指部材の操作に基づいてスレー
ブハンドに備えた一対の指部材を動作させるようにした
マスタスレーブマニピュレータのマスタハンドに関する
。

（従来の技術）人間か直接作業することが困難な環境下での不定形な作
業を、遠隔操作で安全に行うために、マスタスレーブマ
ニピュレータが広く利用されている。これらマスタスレ
ーブマニピュレータに要求される作業は、物体のハンド
リングを主体とする搬送作業と、はめあいゃねし回しな
どの繊細作業とに大別される。

一般に、マニピュレータの自由度はグリッパを含めた７
軸で、全軸にパイチラルサーボ制御を採用しているが、
繊細作業に多く含まれるひねり動作を行う場合には手首
回転を併用する必要があり、パイラテラルモードのまま
で位置を変化させずに姿勢だけを変化させるのは難しい
。

一方、指は最低２本必要であるが、つかみとひねりの動
作の自由度をそれぞれ持たせると合計４自由度になり、
複雑になり過ぎて大形化するので、スタスレーブマニピ
ュレータ用としては好ましくない。

そこで、特開平１−２７８７４号公報に示されるロボッ
トハンドでは、第４図に示すように、スクリューとスプ
ラインを利用し、２つの指を対象に駆動することによっ
て２指ハンドでのつかみとひねりの２自由度を実現した
。

第４図に示すロボットハンドは、指部材を、それぞれが
直線案内部材に沿って一方向Ｘ（ＸＲｌＸ、）に移動可
能で相互に接近離反自在とされる一対の指基部材ＩＲ，
ＩＬと、各指基部材ＩＲ。

ＩＬの先端側にそれぞれ設けられ前記接近離反の方向Ｘ
と直交する面内で相互に逆方向θ（θ、。

θＬ）に回転自在に支持される一対の指先部材２Ｒ，２
Ｌとで構成されている。そして、各指先部材２Ｒ，２Ｌ
に接近離反動作を与ることによりつかみ動作を、またス
プライン３Ｒ，３Ｌに互いに逆方向の回転動作を与える
ことによりひねり動作を実現させることができるように
構成されている。

尚、添字のＲは右側を、Ｌは左側を意味する。

具体的には、前記指基部材ＩＲ，ＩＬは、両指基部材Ｉ
Ｒ，ＩＬを相互に接近離反自在とするため、上下に配置
された一対のスプライン軸３Ｒ。

３Ｌにブツシュ４Ｒ，４Ｌを介して一直線上に案内され
るようになっている。また両指基部材ＩＲ。

ＩＬの一端は、前記スプライン軸３Ｒ，３Ｌと平行配置
される一対のスクリュー軸５Ｒ，５Ｌにナツト結合され
ている。

前記指基部材ＩＲ，ＬＬの前端部は切欠かれ、ここに前
記指先部材２Ｒ１２Ｌの後端部を挿入して、該後端部を
前記スプライン軸３Ｒ，３Ｌ１．１ｍ対してスプライン
結合している。

また、前記一対のスクリュー軸５Ｒ，５Ｌは一端側で平
歯車６Ｒ，６Ｌによって結合され、両スクリュー軸５Ｒ
，５Ｌが同一方向に切られたねじであることを条件とし
て、互いに逆方向に回転されるようになっている。同様
に前記一対のスプライン軸３Ｒ，３，Ｌも一端側で平歯
車７Ｒ，７Ｌによって結合され、互いに逆方向にのみ回
転可能とされている。

上記構成のロボットハンドにより、一対の指先部材２Ｒ
，２Ｌを相互に反対方向Ｘ　　Ｘ　に移Ｒ’　　　Ｌ動させると、指基部材ＩＲ，ＩＬも同様の動作をし、こ
れが平歯車６Ｒ，６Ｌに伝達され、うち−方の歯車に接
続されたエンコーダによりその操作量が検出され、検出
量に応じてロボットハンドが動作される。また、前記エ
ンコーダと同軸上に設けられたアクチュエータにより反
力が与えられる。

一方、一対の指先部材２Ｒ，２Ｌを相互に反対方向θ　
　θ　に回転させると、スプライン軸３Ｒ’　　　ＬＲ，３Ｌが互いに逆方向に回転され、これらスプライン
軸に結合される平歯車７Ｒ，７Ｌのうち一方の平歯車に
取付けられたエンコーダにより操作量が検出され、検出
量に応じてロボットハンドが動作される。また、該エン
コーダと同軸上に設けられたアクチュエータにより反力
が与えられる。

以上のように、第４図のロボットハンドでは、つかみ動
作は、平歯車６Ｒ，６Ｌにより互いに逆回転される一対
のスクリュー１１１１５Ｒ，５Ｌによって実現している
。一方ひねりの動作は、つかみ動作のガイド軸にスプラ
イン軸３Ｒ，３Ｌを使用し、この一対のスプライン軸を
平歯車７Ｒ，７Ｌにより互いに逆回転させることて実現
している。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記の如く提案されているロボットハン
ドにあっては、これをマスタスレーブマニピュレータの
スレーブハンドとして使用することは可能であるが、マ
スタハンドとして使用するにあたっては、その構造か十
分に考慮されていなかった。

すなわち、第４図に示すロボットハンドをマスタハンド
として使用する場合、指先部材２Ｒ１２Ｌを直接子に持
ち操作することは可能であるが、このようにすると人の
指の長手方向と指先部材２Ｒ，２Ｌの長手方向とが傾い
てしまい、正確な操作をすることができなかった。

また、指先部材２Ｒ，２Ｌを上方に延出し、これを操作
することによって人の指の長手方向と指先部材２Ｒ，２
Ｌの長手方向とを一致させることもできるが、指先部材
２Ｒ，２Ｌはスプライン軸３Ｒ，３Ｌを中心に回転する
ようになっているので、操縦者もスプライン軸３Ｒ，３
Ｌを中心として指を動かさなければならず、操縦者の指
の位置をどこに設定するかが難しかった。

そこで本発明は、従来より提案されているロボットハン
ドを利用鳴、ひねり動作を容易に行うことのできるマス
タハンドの提供を目的とする。

［発明の構ｆｊ、１（課題を解決するための手段）上記課題を解決する本発明のマスタノ＼ンドは、一対の
指先部材と、前記指先部材を回動自在に支持するとともに、互いに平
行な関係に配置される回動軸と、前記回動軸を固定点と
し、前記指先部材をリンク部材として構成される一対の
リンク機構と、前記リンク機構の端に配置される指操作
部材とを有することを特徴とする。

また、前記リンク機構は平行リンク機構であることを特
徴とする。

さらに、前記指先部材は前記回動軸に沿って摺動自在で
あることを特徴とする。

（作用）本発明のマスタハンドは上記のごとく構成されるため、
指先部材の長手方向、回動軸の配置状態にかかわらず、
操縦者の指先の動きを容易にすることができる。つまり
、リンク機構により指先部材から離れた位置における操
作を可能とし、更に指先部材の長さの設により指先の動
作範囲を変化させることができる。従って、ひねり動作
を容易に行うことができるマスタハンドが提供される。

（実施例）以下、図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るマスタハンドの全体構
成を示す斜視図である。図中、第４図に対応する部材は
同一参照符号を付けて示す。

マスタハンドの指部材について第４図のものと異なる点
は、指先部材２Ｒ，２Ｌの形状をリンク機構に合わせて
変形し、新たな指先部材８Ｒ１８Ｌとした点である。

また、本例では、スクリュー軸５Ｒに設けた平歯車６Ｒ
と、スプライン軸３Ｒに設けた平歯車７Ｒに、エンコー
ダＥを取付けたアクチュエータＭが図示されている。

図において、本例のマスタノ＼ンドては、前記指先部材
８Ｒ，８Ｌの回転中心を支点とし、各指先部材を出力リ
ンク部材（８Ｒ，８Ｌ）とし、これと平行配置された同
一長さの作用リンク部材９Ｒ。

９Ｌと、これらのリンク部材を相互に結ぶ２本の平行な
入力リンクＩＯＲ，ＩＯＬ、ＩＩＲ，１１Ｌから成る４
棒リンクの一態様としての平行リンクが構成されている
。なお、ここでＩＬと１１Ｌおよび１Ｒと１１Ｒとは固
着されており、互いの位置関係が固定されている。

一方、前記指先部材８Ｒ，８Ｌの上方には、両相先部材
８Ｒ，８Ｌと対応する指操作部材としての指ホルダ１２
Ｒ，１２Ｌが配置され、各指ホルダ１２Ｒ，１２Ｌの下
面ないし一側面は、接続部材１３Ｒ，１３Ｌを介して前
記平行リンクの人力リンク部材１０Ｒ，ＩＯＬと連結さ
れている。図にはリンク部材１０Ｒ，ＩＯＬと接合部材
１３Ｒ２１３Ｌを一体的に示しているが、両部材はピン
ないしリンクを介して適宜接続した構成でよい。

前記指ホルダ１２Ｒ，１２Ｌは、前記指先部材８Ｒ，８
Ｌの延伸方向に操作者の人指し指ないし親指が十分に入
る大きさの開口部１４Ｒ，１４Ｌが設けられている。

また、前記指ホルダ１２Ｒ，１２Ｌの後端側て略中央位
置には、人が軽く握れる程度の支柱１５が設けられてい
る。

上記構成のマスタハンドにおいて、操作者は前記支柱１
５を介して人指し指を指ホルダ１２Ｒの開口部１４Ｒに
挿入すると共に、親指を指ホルダ１２Ｌの開口部１４Ｌ
に挿入し、他の指で支柱１５を軽く握って操作を開始す
る。

各指ホルダ１２Ｒ，１２Ｌは、前記指先部材８Ｒ１８Ｌ
と接続しているので、両ホルダ１２Ｒ１１２ＬのＸ　　
Ｘ　方向への接近離反動作は、指Ｒ’　　Ｌ先部材８Ｒ，８Ｌ及び指基部材ＩＲ，ＩＬの接近離反動
作と一致する。

また、前記指ホルダ１２Ｒ１１２Ｌの上下方向ｚＲ，ｚ
Ｌの動作は入力リンク部材１０Ｒ１１０Ｌの上下動作と
なり、これは出力リンク部材８Ｒ。

８Ｌがスプライン軸３Ｒ，３Ｌまわりに行う回転方向θ
　　θ　への回転動作に変換される。そしＲ’　　してスプライン軸３Ｒ１３Ｌを回転動作させる。

したがって、本例では、指ホルダ１２Ｒ，１２Ｌを接近
離反させ、あるいは上下動作させることにより、指先部
材８Ｒ，８Ｌ及びスレーブハンドに、つかみ、あるいは
ひねり動作を与えることができる。

このとき、接続部材１３Ｒ１１３Ｌが指基部材ＩＲ，Ｉ
Ｌに対して互いに逆の側面に固着されているので、指先
部材８Ｒ，８Ｌが平行移動して上下に重なっても指ホル
ダ１２Ｒ１１２Ｌまたは指先部材８Ｒ，８Ｌまたはリン
ク部材９Ｒ，９Ｌが干渉するまで指先部材ＩＲ１ＩＬか
接近可能であり、全体を小さく構成することができる。

第２図は、マスタハンドの指ホルダ１２Ｒ，１２Ｌと、
リンク部材１０Ｒ１ＩＯＬとの間に配置される接続部材
１３Ｒ１１３Ｌに力検出手段としての歪ゲージを設けた
実施例の説明図である。図は右側の接続部材１３Ｈにつ
いてのみ示しているか左側の接続部材１３Ｌについても
同様である。

図示のように、本例の接続部材１３Ｒは、上側部材１６
と下側部材１７とに分けられ、両部材１６．１７を相互
に位置をずらせて配置し、この間に力検出手段を介在さ
せている。

本例の力検出手段は、指先部材８Ｒと指ホルダ１２Ｈの
相対的な動作に応し接近離反の方向、すなわちＸ方向の
動作で稀かな撓みを生ずる肉薄部１８と、スプライン軸
３Ｒを回転させる方向、すなわち、上下２方向の動作で
稀かな撓みを生ずる肉薄部１９を構成し、各肉薄部１８
．１９にＸ方向の力を検出する歪ゲージ２０Ｘ、Ｚ方向
の力を検出する歪ゲージ２０２を貼り付けて構成されて
いる。

したがって、本例の力検出手段ては、Ｘ及びＺ方向に加
わる力をそれぞれ検出し、Ｚ方向の力については、適宜
モーメント換算して、接近離反方向に加わる力と指先部
材８Ｒを回転させる力とを検出することができ、第１図
に示す各モータＭに加わるトルク値の代表とすることが
できる。

第３図に、第２図に示す力検出手段で検出された力をト
ルク換算して制御系に用いた場合の制御ブロック図を示
した。

図において、本例の制御系は、マスク側のトルクセンサ
２０と、モータＭと、エンコーダＥとを、スレーブ側の
トルクセンサ２０−と、モータＭ′と、エンコーダＥ゛
とに対応させ、両者を力制御系及び位置制御系で接続し
て構成されている。

本例の力制御系は、スレーブ側の検出トルクτ５に力帰
還比を乗した値τ　　からマスク側のト　ｍルクτ　を減算し、モータＭをＰｒＤ制御するものであ
る。また、本例の位置制御系は、エンコーダの検出位置
θ　にマスタスレーブの動作比を乗した値θ　　からス
レーブ側のエンコーダＥ′の　ｓ検出値θ　を減算し、スレーブ側のモータＭ′をＰＩＤ
制御するものである。

以上により、本例のマスタハンドによれば、第１図に示
す指ホルダ１２Ｒ，１２Ｌの操作てスレーブハンドの２
指に容易につかみないしひねり動作を与えることかでき
る。

また、第２図に示すような歪ゲージによる力検出手段を
設ける場合は、モータ自体にトルクセンサを設けること
なく、小型、軽量で安価なトルクセンサを構成すること
かでき、第３図に示すような制御系を用いて、スレーブ
ハンドからの力帰還値を得つつ、スレーブハントを適確
に動作させることができる。

上記実施例では、リンク機構を平行リンクの例で示した
が、マスタハンドの指部材ＩＲ，ＩＬ。

８Ｒ，８Ｌと、指ホルダ１２Ｒ１１２Ｌとの相対的な関
係を崩さない以上、操作可能の範囲で平行を崩しても差
し支えない。また、縦操作ないし横操作につき、例えば
２重リンクを用いて操作倍率を変えるようリンク構成す
ることも可能である。

また、リンク部材８Ｒ，９Ｒやリンク部材８Ｌ９Ｌの長
さを変化させることにより、リンクの回転半径を自由に
設定することができる。そのため、操縦者に応したマス
タハンドの設計も容易に行える。

さらに、上記実施例では、マスタハンドの指先部材８Ｒ
，８Ｌの動作がスレーブハンドの指部材と１：ｌの関係
にあるかの如く示したが、例えばスレーブハンドの指部
材が基体の軸回りに回転するようなものである場合には
、スレーブハンドの現在指位置を基準位置としてマスタ
ハンドの指姿勢を第１図に示す如く標準位置に定め、ス
レーブハンドの指部材を基本の軸の回りに順次中しずつ
回転させるようなことも可能である。

要するに、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で適宜
変形して実施できる。

［発明の効果コ以上のように本発明によれば、ひねり動作を容易に行う
ことができるマスタハンドが実現する。

また、指操作部材と指部材との間に小型の力検出手段を
設ける場合には、駆動モータのトルクセンサを代用する
ことができ、装置を小型、コンパクトに構成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るマスタハンドの斜視図
、第２図は力検出手段の構成例を示す斜視図、第３図は
制御系の一例を示すブロック図、第４図は従来のロボッ
トハンドの要部構成を示す斜視図である。ＩＲ，ＬＬ・・・指基部材３Ｒ，３Ｌ・・・スプライン軸４Ｒ，４Ｌ・・・ブツシュ５Ｒ，５Ｌ・・・スクリュー軸８Ｒ，８Ｌ・・・指先部材９Ｒ，９Ｌ、ＩＯＲ，ＩＯＬ、ＩＩＲ，ＩＩＬ・・・リ
ンク機構のリンク部材１２Ｒ，１２Ｌ・・・指ホルダ１３Ｒ，１３Ｌ・・・接続部材２０Ｘ、２０Ｚ・・・歪ゲージＸ（ＸＸ）・・・接近離反方向Ｒ’　　　Ｌ θ（θ　　θ　）・・・指先部材の回転方向Ｒ″　　ＬＺ　（ＺＲ，Ｚ、）・・・指ホルダの上下操作方向第２
図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一対の指先部材と、前記指先部材を回動自在に支持するとともに、互いに平
行な関係に配置される回動軸と、前記回動軸を固定点とし、前記指先部材をリンク部材と
して構成される一対のリンク機構と、前記リンク機構の
端に配置される指操作部材とを有することを特徴とする
マスタハンド。
（２）前記リンク機構は平行リンク機構であることを特
徴とする請求項１記載のマスタハンド。
（３）前記指先部材は前記回動軸に沿って摺動自在であ
ることを特徴とする請求項１記載のマスタハンド。