JPH0646935B2 - Master slave micro mechanism - Google Patents

Master slave micro mechanism

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JPH0646935B2
JPH0646935B2 JP2093650A JP9365090A JPH0646935B2 JP H0646935 B2 JPH0646935 B2 JP H0646935B2 JP 2093650 A JP2093650 A JP 2093650A JP 9365090 A JP9365090 A JP 9365090A JP H0646935 B2 JPH0646935 B2 JP H0646935B2
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
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    • B23Q1/5462Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only comprising spherical surfaces with one supplementary sliding pair

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、バイオテクノロジー、医学、あるいは微細作業が必要な技術分野において利用するのに適したマスタスレイブ・マイクロ機構に関するものである。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a master slave micro mechanism suitable for use in biotechnology, medicine or art requiring fine work.

[従来の技術] 従来、マイクロマニピュレータによって微小対象物の位置決め、ハンドリング、切断、接合などの微細作業を行わせようとすると、作業性の高いマイクロスレイブ機構の構成が非常に困難であると同時に、マスタハンド機構からの信号によるマイクロスレイブ機構の駆動制御のためにも、非常に複雑な信号の変換が必要になり、結果的に、マイクロスレイブ機構をマスタハンド機構と相似的に動作させるためには種々の問題があった。 [Prior Art] Conventionally, positioning of the micro-object by a micromanipulator, handling, cutting, when an attempt to perform fine operations such as bonding, a structure of the work highly micro slave mechanism is very difficult at the same time, also for the drive control of the micro-slave mechanism by signals from the master hand mechanism it becomes very necessary to convert a complex signal, as a result, in order to operate the micro-slave mechanism and similar to the master hand mechanism there has been a variety of problems.

[発明が解決しようとする課題] 本発明の技術的課題は、上述したような微細作業を、パラレルリンク利用の簡単な機構で正確且つ容易に行うことができるようなマスタスレイブ・マイクロ機構を得ることにある。 The technical problem of the [0008] present invention, the fine work as described above, to obtain a master slave micro mechanism can be performed precisely and easily with a simple mechanism of the parallel link utilization It lies in the fact.

[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するための本発明のマスタスレイブ・マイクロ機構は、人間が操作するマスタハンド機構、微細作業を行うマイクロスレイブ機構、及び両者の運動をインターフェースする伝達機構部から成り、上記マスタハンド機構とマイクロスレイブ機構とは、アクチュエータにより伸縮可能にした直動型のパラレルリンク機構により構成し、且つ上記マスタハンド機構とマイクロスレイブ機構とは、パラレルリンク機構により構成される可動部を実質的に相似とし、上記伝達機構部には、必要なスケール変換を行い、マスタハンド機構の動作を縮小してマイクロスレイブ機構に伝達する機能をもたせたことを特徴とするものである。 [Means for Solving the Problems] The master slave micro mechanism of the present invention to solve the above problems, the master hand mechanism human operated, micro-slave mechanism performing fine working, and transmission interfaces the motion of both It consists mechanism, and the above master hand mechanism and micro slave mechanism, constituted by translatory parallel link mechanism that enables telescopic by an actuator, and the above-mentioned master hand mechanism and micro slave mechanism, constituted by a parallel link mechanism which is a substantially similar moving parts are, in the transmission mechanism portion, performs scaling necessary, characterized in that remembering a function of transmitting to the micro slave mechanism by reducing the operation of the master hand mechanism it is.

[作用] マスタハンド機構の操作部を操作すると、パラレルリンク機構における各リンクのアクチュエータからリンク長の変化に応じた信号が出力され、それが伝達機構部において必要なスケール変換により動きを縮小してマイクロスレイブ機構の各リンクにおけるアクチュエータに与えられ、作業部に対して操作部と相似する微細動作が与えられる。 By operating the operating unit of [Operation] Master hand mechanism, is output signal corresponding to the change in link length from the actuator of each link in the parallel link mechanism, it is to reduce the motion by scaling required in the transmission mechanism given to the actuator in each link of the micro slave mechanism, the fine operation is given to similar to the operation unit to the working unit.

このような微細作業は、上記パラレルリンクを利用したことから、簡単な機構で正確且つ容易に行うことができる。 Such fine working, since using the parallel link, can be accurately and easily with a simple mechanism.

[実施例] 第1図は、本発明に係るマスタスレイブ・マイクロ機構の全体的構成を示すもので、このマスタスレイブ・マイクロ機構は、人間が操作するマスタハンド機構(以下、 [Example] Figure 1 is shows an overall configuration of a master slave micro mechanism according to the present invention, the master slave Micromechanisms the master hand mechanism human operated (hereinafter,
マスタと略称する。 Master and abbreviated. )1 、実際に微細作業を行うマイクロスレイブ機構(以下、スレイブと略称する。)2 、及び両者の運動をインターフェースする伝達機構部3 から成り立っている。 ) 1, actually micro slave mechanism for fine work (hereinafter, abbreviated as slave.) 2, and consists of movement of both the transmission mechanism 3 for interface. マスタ1 とスレイブ2 の可動部は実質的に相似であり、寸法のみが異なっている。 The movable portion of the master 1 and the slave 2 is substantially similar, only the size is different. マスタ1 Master 1
は、通常人間が手で操作できる程度の大きさであり、スレイブ2 は微小対象物の位置決め、ハンドリング、切断、接合などの微細作業が可能な微小機構である。 Is the size that normally human-operated by hand, slave 2 the positioning of the micro-object, handling, cutting, a small mechanism capable of fine work such as bonding. そのため、伝達機構部3 においては適当なスケール変換を行い、マスタ1 の動作を微小化してスレイブを動作させる。 Therefore, perform appropriate scaling in the transmission mechanism 3, to operate the slave operation of the master 1 and miniaturized. 以下においては、このスレイブ2 のマスタ1 に対するスケールファクターをσとして説明する。 In the following description the scale factor to the master 1 of the slave 2 as sigma. また、マスタ1 とスレイブ2 に共通する構成部分の符号に付したm Further, m which was subjected to the sign of the components common to the master 1 and slave 2
及びs の添字は、それぞれマスタ及びスレーブを意味している。 And s subscript is meant master and slave, respectively.

上記マスタ1 及びスレイブ2 は、第2図において一層明確に例示するようなパラレルリンク機構で構成される。 The master 1 and slave 2 consists of a parallel link mechanism as illustrated more clearly in Figure 2.
このパラレルリンク機構4 は、ベース部材5 と、操作部 The parallel link mechanism 4 includes a base member 5, the operation portion
7 や作業部8 が取付けられるエンドエフェクタ6 と、それらを連結する6本のパラレルリンクとを備えている。 An end effector 6 7 or work unit 8 is attached, and a six parallel links connecting them.
上記パラレルリンクを構成する各リンク9 は、軸方向駆動のアクチュエータ10により伸縮可能にした直動型のリンクで、上記アクチュエータ10がベース部材5 に対しジンバル機構11により取付けられ、リンク9 先端はボールジョイント12によりエンドエフェクタ6 に取付けている。 Each link 9 constituting the parallel link is a direct-acting link that enables extendable by an actuator 10 of the axial drive, the actuator 10 is attached by a gimbal mechanism 11 relative to the base member 5, the link 9 tip ball It is attached to the end effector 6 by a joint 12.

ベース部材5 とエンドエフェクタ6 に対するリンク9 の連結に際しては、それらとの連結点をベース部材5 及びエンドエフェクタ6 上において一つの円周上に配置し、 Upon connection of the link 9 with respect to the base member 5 and the end effector 6 is disposed on one circumference of the connecting point between them on the base member 5 and the end effector 6,
且つベース部材5 及びエンドエフェクタ6 のそれぞれにおいては、隣接する二つのリンク9,9 を同じ位置に連結するが、ベース部材5 とエンドエフェクタ6 では異なる二つのリンクを同じ位置に連結し、それによって上記円周上に各リンク9 を等分に連結している。 And in each of the base member 5 and the end effector 6 is connecting two links 9, 9 adjacent to the same position, connects the two links differ in base member 5 and the end effector 6 in the same position, whereby connecting the respective link 9 equally on the circumference.

このようなリンク接続方式によれば、アクチュエータ10 According to such a link connection mode, the actuator 10
を設けた各リンク9 の長さが設定されると、ベース部材 Once you set the length of each link 9 provided, the base member
5 に対するエンドエフェクタ6 の位置及び姿勢が決まることになる。 Position and orientation of the end effector 6 with respect to 5 will be is determined. この機構を用いる利点は、コンパクトに形成できると同時に、作業点で6自由度の動作が容易に得られる点にある。 The advantage of using this mechanism, and at the same time can be made compact, in 6 that the degree of freedom of operation can be easily obtained by working point.

上記マスタ1 の運動をスレイブ2 に伝達する伝達機構部 Transmission mechanism for transmitting the motion of the master 1 to the slave 2
3 においては、並進運動のみをσ倍する場合、マスタ側の各リンク9mの並進動作をσ倍してスレイブ側の各リンク9sに伝達しなければならない。 In 3, when multiplied only translational motion sigma, it must be communicated to each link 9s slave side translational motion of each link 9m of the master side and sigma times. 例えば、リンク9m及び For example, link 9m and
9sの伸縮動作を流体を用いたシリンダ機構で実現するならば、第3図に示すような流体式伝達機構を用いることにより容易に実現することが可能である。 If the expansion and contraction of 9s realized by a cylinder mechanism using a fluid, it is possible to easily realized by using a hydraulic transmission mechanism as shown in Figure 3. なお、この流体式伝達機構は各リンクについて設ける必要がある。 Incidentally, the hydraulic transmitting mechanism must be provided for each link.

同図に示す伝達機構部3 は、シリンダによって構成したマスタのアクチュエータ10m に連通するマスタ駆動シリンダ21、シリンダによって構成したスレイブのアクチュエータ10s に連通するスレイブ駆動シリンダ22、並びに、異径のシリンダ24,25 の一体的に連結して、上記両駆動シリンダ21,22 のピストン26,27 とロッド28,29 によりそれぞれ連結されたピストン30,31 を有する変換用シリンダによって構成されている。 Transmission mechanism 3 shown in the figure, the master drive cylinder 21 that communicates with the actuator 10m master constituted by a cylinder, slave driving cylinder 22 which communicates with the actuator 10s Slave constituted by the cylinder, and the cylinder 24 of different diameters, 25 and integrally connected, and is configured by the conversion cylinder having a piston 30 and 31 respectively connected by a piston 27 and rod 28, 29 of both drive cylinders 21 and 22. この場合、変換用シリンダにおける異径のシリンダ24,25 の断面積比は次のようになる。 In this case, the cross-sectional area ratio of the different diameters of the cylinder 24, 25 in the conversion cylinder is as follows.

Am/As=σ このような構成を有するマスタスレイブ・マイクロ機構においては、マスタ1 の操作部7 を操作したとき、マスタ1 のパラレルリンク機構における各リンク9mのアクチュエータ(シリンダ)10mからリンク長の変化に応じた流体が出力され、それが伝達機構部3 におけるマスタ駆動シリンダ21に送られる。 In Am / As = σ master slave micro mechanism having such a structure, when the operation unit 7 of the master 1, of each link 9m in the parallel link mechanism of the master first actuator (cylinder) from 10m link length of fluid corresponding to the change is outputted, it is sent to the master drive cylinder 21 in the transmission mechanism 3. このマスタ駆動シリンダ21におけるピストン26の動作は、ロッド28を介してピストン Operation of the piston 26 in the master driving cylinder 21, through the rod 28 piston
30に伝達され、ピストン31には異径のシリンダ24,25 の断面積比、即ちσの値に応じて動きを縮小して伝達される。 Is transferred to 30, the piston 31 is the cross-sectional area ratio of the different diameter of the cylinder 24, i.e., is transmitted by reducing the motion depending on the value of sigma. ピストン31の動作は、ロッド29からスレイブ駆動シリンダ22を介して、スレイブ2 のパラレルリンク機構における各リンク9sのアクチュエータ(シリンダ)10s に導入され、リンク長に必要な変化を与えることにより、 Operation of the piston 31 from the rod 29 via a slave drive cylinder 22, is introduced into the actuator (cylinder) 10s of each link 9s in the parallel link mechanism of the slave 2, by giving the necessary change in link length,
作業部8 に操作部7 と相似する動作が与えられる。 Operation is given to similar to the operation unit 7 to the working unit 8.

マイクロスレイブ機構を医学の分野で利用し、あるいはバイオロジーの実験作業などに用いる場合には、電気信号を用いることは好ましくない。 Utilizing micro slave mechanism in the medical field of, or in the case of using the such experimental work in biology, it is not preferable to use an electrical signal. このような場合に、上述した実施例のように流体を駆動及び伝達に用いる方法はきわめて有効である。 In such a case, a method of using a fluid to drive and transmission as above-described embodiment is very effective.

しかし、上記伝達機構部3 は、第4図に示すように、電気的な信号処理を行うような機構によっても実現することもできる。 However, the transmission mechanism 3 can also be realized by the fourth, as shown in FIG, mechanisms such as for electrical signal processing.

同図に示す伝達機構部3 は、第3図の実施例と同様のマスタ駆動シリンダ41及びスレイブ駆動シリンダ42を備え、これらの駆動シリンダ41,42 のロッド43,44 にモータ45,46 及び変位計(ボテンショメータ)47,48 を連結し、それぞれ駆動回路を介して演算回路に接続している。 Transmission mechanism 3 shown in the figure, with similar master drive cylinder 41 and the slave driving cylinder 42 in the embodiment of Figure 3, the motor 45, 46 and the displacement rod 43, 44 of these drive cylinders 41 connecting the meter (Botenshometa) 47 and 48, are connected to the arithmetic circuit via the respective drive circuits. この演算回路は、前記スケールファクターに対応する動作信号の変換を行うものである。 The arithmetic circuit performs the conversion of the operation signal corresponding to the scale factor.

このような伝達機構部3 において、マスタの動きとスレイブの動作が実際にどのようになるかを、リンク機構の運動学と静力学を用いて解析した結果によれば、次のことが明らかになっている。 In such a transmission mechanism 3, or operation of the master movement and slave actually becomes how, according to the results of analysis using kinematics and statics of the link mechanism, clearly the following: going on.

即ち、マスタとスレイブの運動に関しては、並進運動はσ倍であるが、回転運動は保存される。 That is, with respect to the motion of the master and slave, but translation is doubled sigma, rotational motion is preserved. 一方、力学に関しては、力はσ -1倍されるが、トルクは保存される。 On the other hand, with respect to mechanics, the force is multiplied by -1 sigma, torque is stored.

従って、伝達機構部3 におけるスケール変換に際しては、これを前提とし、必要な付加的条件を考慮して変換を行えばよい。 Therefore, in the scale conversion of the transmission mechanism 3, which assumes, it may be performed conversion taking into account the necessary additional conditions.

例えば、スレイブ2 におけるアクチュエータ10s をシリンダによって構成する場合には、スレイブ2 のマイクロ化に際してシリンダの微小化が必要となり、困難なことが予想される。 For example, in the case of an actuator 10s in slave 2 by the cylinder, the cylinder miniaturization of when micronized slave 2 is required, it is expected that difficult. これを解決する方法としては、リンク9s As a method to solve this problem, link 9s
の駆動にワイヤを用い、あるいはリンク9s自体をワイヤで構成する方法が考えられる。 Using a wire of the drive, or how to configure it is considered a link 9s itself wire. 第5図は、リンク自体をワイヤで構成した場合の実施例を示すものである。 Figure 5 shows an example of a case where the link itself with a wire.

この実施例において、スレイブ2 は、各リンクを構成するワイヤ50がベース部材51を通して導出され、その先端がエンドエフェクタ52に連結されている。 In this example, slave 2, the wire 50 forming each link is derived through the base member 51, the tip is connected to the end effector 52. 但し、ワイヤ However, the wire
50によってエンドエフェクタ52に復帰力を作用させることが困難であるため、ベース部材51とエンドエフェクタ Since the 50 it is difficult to exert a return force to the end effector 52, the base member 51 and the end effector
52との間にスプリング53を縮設している。 It is provided under compression spring 53 between the 52. また、上記ベース部材51に挿通したワイヤ50の他端は、ワイヤガイドチューブ54を通してワイヤ駆動シリンダ55に導き、そのシリンダ55内のピストンに連結している。 The other end of the wire 50 inserted through the said base member 51 leads through the wire guide tube 54 to the wire drive cylinder 55, are connected to the piston of the cylinder 55. このワイヤ駆動シリンダ55は、第3図に示すような伝達機構部3 を介して適宜マスタ1 側に連結される。 The wire drive cylinder 55 is coupled to the appropriate master 1 side through the transmission mechanism portion 3 as shown in Figure 3.

また、上述したマスタスレイブ・マイクロ機構は、その複数を一体化することにより、一種のハンドを構成することができる。 The master slave Micromechanisms described above, by integrating the plurality, it can constitute a kind of hand. 第6図は、このハンドの構成例で、マスタ1 及びスレイブ2 として一対のパラレルリンク機構4 Figure 6 is a configuration example of the hand, a pair of parallel link mechanism as the master 1 and slave 2 4
m,4m 及び4s,4s をそれぞれ台板60,61 上に近接設置し、マスタ1 及びスレイブ2 において対応するパラレルリンク機構を、伝達機構部3 を介して連結している。 m, 4m and 4s, close established 4s on respective base plates 60 and 61, the corresponding parallel link mechanisms in the master 1 and slave 2, linked via the transmission mechanism 3. 従って、図示したところから明らかなように、一対の操作部62,62 の操作により一対の作業部63,63 に相似の動作を行わせることができ、それによって実質的にハンドとして使用することが可能になる。 Thus, as is apparent from the illustrated, it is possible to perform an operation analogous to a pair of the working unit 63, 63 by the operation of the pair of operating portions 62, 62, be used thereby as a substantially Hand possible to become.

[発明の効果] 以上に詳述した本発明のマスタスレイブ・マイクロ機構によれば、パラレルリンクの有効な利用により、微小対象物の位置決め、ハンドリング、切断、接合などの各種微細作業を、簡単な機構で正確且つ容易に行うことができる。 According to the master slave micro mechanism of the present invention described above in detail [Effect of the Invention] By effective use of the parallel links, the positioning of the micro-object, handling, cutting, various fine operations such as bonding, simple it can be accurately and easily in mechanism.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明に係るマスタスレイブ・マイクロ機構の構成図、第2図はパラレルリンク機構の構成を示す斜視図、第3図は伝達機構部の断面図、第4図は伝達機構部の他の実施例を示すブロック構成図、第5図はスレイブにワイヤを利用した実施例の要部斜視図、第6図は本発明のマスタスレイブ・マイクロ機構の利用例を示す斜視図である。 Block diagram of a master slave micro mechanism according to Figure 1 the present invention, a perspective view FIG. 2 showing the configuration of a parallel link mechanism, FIG. 3 is a cross-sectional view of the transmission mechanism, Fig. 4 of the transmission mechanism other exemplary block diagram showing an example, main part perspective view of the embodiment Figure 5 is using wire slave, FIG. 6 is a perspective view showing an example of the use of a master slave micro mechanism of the present invention. 1 ……マスタハンド機構、 2 ……マイクロスレイブ機構、 3 ……伝達機構部、 4 ……パラレルリンク機構、 10……アクチュエータ。 1 ...... master hand mechanism, 2 ...... micro slave mechanism, 3 ...... transmission mechanism, 4 ...... parallel link mechanism, 10 ...... actuator.

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】人間が操作するマスタハンド機構、微細作業を行うマイクロスレイブ機構、及び両者の運動をインターフェースする伝達機構部から成り、 上記マスタハンド機構とマイクロスレイブ機構とは、アクチュエータにより伸縮可能にした直動型のパラレルリンク機構により構成し、 且つ上記マスタハンド機構とマイクロスレイブ機構とは、パラレルリンク機構により構成される可動部を実質的に相似とし、 上記伝達機構部には、必要なスケール変換を行い、マスタハンド機構の動作を縮小してマイクロスレイブ機構に伝達する機能をもたせた、 ことを特徴とするマスタスレイブ・マイクロ機構。 1. A master hand mechanism human operated, micro-slave mechanism performing fine working, and consist transmission mechanism for interfacing the motion of both the above-mentioned master hand mechanism and micro slave mechanism, telescopically by an actuator It was constructed by translatory parallel link mechanism, and the above-mentioned master hand mechanism and micro slave mechanism, and substantially similar to configured movable portion by a parallel link mechanism, the above-mentioned transmission mechanism, the required scale performs conversion, remembering a function of transmitting to the micro slave mechanism by reducing the operation of the master hand mechanism, a master slave Micromechanisms, characterized in that.
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