JPH07251389A

JPH07251389A - マニピュレータ装置

Info

Publication number: JPH07251389A
Application number: JP7156894A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Kojima; 信博小島; Takafumi Matsumaru; 隆文松丸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 1995-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】各関節モジュールの組立順序を変えたときで
も、変更後の定数を迅速に収集できるマニピュレータ装
置を提供する。【構成】マニピュレータ本体の組立てに伴って基端側に
位置する関節モジュール３ａから先端側に位置する関節
モジュールに亘っての計測線路５３，５４が自動構成さ
れる。また本体の組立てに伴って各関節モジュールの自
由度の方向に対応した値の抵抗体５０，５１が自動選択
される。この選択された抵抗体は遅延スイッチ４９を介
して計測線路５３，５４に選択的に接続される。組立て
に伴って各遅延スイッチ４９の駆動部を直列に接続する
駆動線路が構成される。基端側から駆動線路に駆動信号
を与えて各遅延スイッチを時系列的に動作させ、このと
きに計測線路５３，５４を介して順次計測される抵抗値
の差から各関節モジュールの自由度の方向を測定する測
定装置６４が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マニピュレータ装置に
係り、特に保守性に富み、適用範囲の拡大化に寄与でき
るマニピュレータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、従来のマニピュレータ装
置の中には、各部がその作業専用のために設計されたマ
ニピュレータ本体を備えたものと、標準化されている複
数の関節モジュールやアーム・モジュールを組合せて構
成した「モジュール型マニピュレータ」と呼称されてい
るものとがある。

【０００３】前者は作業対象が変化したときに対応でき
ないという問題がある。後者はマニピュレータ装置の低
価格化に寄与できるばかりか、作業対象の変化にも良好
に対応でき、しかも保守の容易化にも寄与できる利点を
備えている。

【０００４】「モジュール型マニピュレータ」に組み込
まれるモジュールには、特開昭６２−２８２８８６号公
報に見られる回転関節モジュールや、特公昭６３−５０
１５５号公報に見られるリンク型アーム・モジュールが
知られている。これらのモジュールを複数個組合せるこ
とによって所望の作業が可能なマニピュレータ本体を組
立てることができる。

【０００５】しかし、「モジュール型マニピュレータ」
にあっても次のような問題があった。すなわち、複数個
のモジュールを組合せてマニピュレータ本体を組立てた
後、そのマニピュレータ本体に何らかの作業を行わせる
ためには、マニピュレータ本体を駆動制御するための専
用ソフトウェアを作る必要がある。このソフトウェアの
作成は、マニピュレータ本体の基準姿勢において、各関
節モジュールの自由度の方向（すなわち、可動および組
合せの自由度）およびアームの接続方向や長さを予め知
った状態で行われる。

【０００６】ところで、作業内容を変えるときには、変
える度に、関節モジュールの数やその自由度の方向を変
えたり、アームの長さやアームの方向を変えたりしなけ
ればならない場合が多い。このようなとき、組立現場に
おいて各関節モジュールの自由度の方向、組立順序、ア
ームの長さおよびその方向の確認に時間を要する場合が
多い。しかも、その確認の後に専用ソフトウェアの開発
のための一連の作業（たとえば、プログラム作成、デバ
ッグ、テスト等）を初めから行う必要がある。したがっ
て、マニピュレータ装置に実際に所望の作業を行わせる
までに多くの手間と時間を要する問題があった。

【０００７】そこで、上述した不具合を解消するため
に、特願平４−３３６７６６号に示されているように、
各関節モジュールに自由度の方向に対応した信号を出力
する識別信号発生装置を付設し、この信号発生装置の出
力から各関節モジュールの自由度の方向を読み取ること
が考えられる。

【０００８】しかし、上記手法にあっても、読取りに時
間を要したり、読取り信号をそのままソフトウェアの自
動切替え信号として用いることは困難であった。

【０００９】また、各関節モジュールに組み込まれたモ
ータ、ポテンショメータ、エンコーダ、タコジェネレー
タ等の制御要素は、電気配線を介してコントローラ内の
制御チャンネルと１対１の関係に接続される。関節モジ
ュールの接続順序を交換すると、交換前の関節モジュー
ルの順番関係と交換後の制御チャンネルの順番関係との
対応がずれる。そこで従来は、順番関係を戻すために、
関節モジュール毎に電気配線を切替えるためのロータリ
ースイッチやリレー回路等を関節内に実装し、関節の組
替え変更に応じてロータリースイッチやリレー回路等を
切替えることによって、順番関係を常に一定に保つよう
にしている。

【００１０】しかし、このような方式では、モータ駆動
電流を流し得る大電流用のロータリースイッチやリレー
を関節モジュールに組込む必要があるばかりか、配線接
続箇所の増加を招き、関節内が複雑になったり、関節の
大型化、大重量化を招く問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のモ
ジュール型マニピュレータ装置にあっては、作業内容の
変更に伴って各関節モジュールの自由度の方向や組立順
序を変えたとき、この変更後の定数を迅速に、しかもた
とえばソフトウェアの自動切替えに適用できる形態に収
集できない問題があった。また、関節モジュールの接続
順序を交換したとき、交換前の関節モジュールの順番関
係と交換後の制御チャンネルの順番関係との対応を一定
にするために、大電流用のロータリースイッチやリレー
を関節モジュールに組込むようにしているため、関節モ
ジュールの大型化、大重量化を招く問題があった。

【００１２】そこで本発明は、上述した不具合を解消で
きるモジュール型のマニピュレータ装置を提供すること
を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１のマニピュレータ装置では、配設空間に規
定された直角座標上の各軸回りを自由度の方向とし、こ
の自由度の方向に対応した３種類の連結部を備えてなる
関節モジュールを複数組合せて構成されたマニピュレー
タ本体と、このマニピュレータ本体の組立てに伴って上
記マニピュレータ本体の基端側に位置する関節モジュー
ルから先端側に位置する関節モジュールに亘っての計測
線路を自動構成する計測線路構成手段と、前記各関節モ
ジュールに搭載され、前記マニピュレータ本体の組立て
に伴って各関節モジュールの前記自由度の方向に対応し
た値のインピーダンス素子を自動選択するインピーダン
ス素子選択手段と、前記各関節モジュールに搭載されて
前記インピーダンス素子選択手段で選択された前記イン
ピーダンス素子を前記計測線路に選択的に接続する遅延
スイッチと、前記マニピュレータ本体の組立てに伴って
前記各関節モジュールに搭載された前記遅延スイッチの
駆動部を直列に接続する駆動線路を構成するスイッチ駆
動線路構成手段と、前記マニピュレータ本体の基端側か
ら前記駆動線路に駆動信号を与えて前記各遅延スイッチ
を時系列的に動作させ、このときに前記計測線路を介し
て順次計測されるインピーダンス値から前記各関節モジ
ュールの自由度の方向を認識する認識手段とを備えてい
る。

【００１４】また、請求項２のマニピュレータ装置で
は、上記構成に加えて、各関節モジュールにその関節モ
ジュール固有の信号を発生する固有信号発生手段を設け
るとともにマニピュレータ本体の基端側から第２の計測
線路を介して各関節モジュールの固有番号を認識する第
２の認識手段を設けている。

【００１５】

【作用】請求項１のマニピュレータ装置では、認識手段
を動作させると、マニピュレータ本体の基端側から駆動
線路に駆動信号が与えられる。この結果、各関節モジュ
ールに搭載されている各遅延スイッチがマニピュレータ
本体の基端側に位置しているものから順に時系列的に動
作し、その関節モジュールの自由度によって自動選択さ
れた値のインピーダンス素子を計測線路に順次接続す
る。そして、認識手段は、計測線路を介して順次計測さ
れるインピーダンス値から各関節モジュールの基端側を
基準にした順番および自由度の方向データ、つまりＸ軸
回りか、Ｙ軸回りか、Ｚ軸回りかのデータを収集する。
したがって、各関節モジュールの順番および自由度の方
向データを短時間に収集でき、しかも判り易いデータの
形で収集できるので、このデータを使ってソフトウェア
の自動切替えも可能となる。

【００１６】また、請求項２のマニピュレータ装置で
は、現在、たとえば固有番号１番の関節モジュールがマ
ニピュレータ本体のたとえば基端を基準にして何番目に
位置しているかを知ることができる。したがって、たと
えば、固有番号１番の関節モジュールが３番目に位置し
ていた場合には、この固有番号１番の関節モジュールを
制御する制御チャンネルをソフトウェア上で３番目の制
御チャンネルに置換えて制御することが可能となる。こ
の結果、関節の接続順序を交換したときに、交換前の関
節モジュールの順番関係と交換後の制御チャンネルの順
番関係との対応を採るために各関節モジュールにロータ
リスイッチ等を設ける必要性をなくすことができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。

【００１８】図１には本発明の一実施例に係るマニピュ
レータ装置におけるマニピュレータ本体が示されてい
る。

【００１９】マニピュレータ本体１は、ベース２上に標
準化された６個の関節モジュール３ａ〜３ｆを直列に接
続するとともに最先端に位置する関節モジュール３ｆに
ハンド部に相当する効果器４を取り付けた構成となって
いる。各関節モジュール３ａ〜３ｆは、図１に示されて
いる直角座標上において、図２に等価図として示される
方向に自由度を持つように互いに接続されている。

【００２０】各関節モジュール３ａ〜３ｆは、この実施
例の場合、それぞれ同一寸法に形成されており、具体的
には図３(a) に示すように構成されている。すなわち、
各関節モジュール３ａ〜３ｆは、減速機を含むモータ部
１１と、このモータ部１１に同軸的に直結されたフィー
ドバックユニット１２と、このフィードバックユニット
１２からモータ部１１の回転中心線と同軸に外方向に向
けて突出する関係に設けられた固定軸１３と、モータ部
１１からこのモータ部１１の回転中心線と同軸に外方向
に向けて突出する関係に設けられた回転軸１４と、一端
側が固定軸１３に固定されるとともに他端側が上記回転
中心線と直交する方向に延びた後に回転中心線と平行に
フィードバックユニット１２およびモータ部１１の外面
に沿って延びたＬ字型の連結部材１５と、一端側が回転
軸１４に固定されるともに他端側が上記回転中心線と直
交する方向に延びた後に回転中心線と平行にモータ部１
１およびフィードバックユニット１２の外面に沿って延
びたＬ字型の連結部材１６とで構成されている。そし
て、図示しない電力供給ケーブルや図示しない信号線を
使ってモータ部１１とフィードバックユニット１２とを
動作させることによって、連結部材１５と連結部材１６
とをモータ部１１の回転中心線回りに相対的に回転させ
ることができる構造となっている。

【００２１】連結部材１５，１６の上記回転中心線と直
交する部分１７，１８および平行する部分１９，２０に
は、次に述べるボルト挿入孔を兼用した３種類の取付部
が設けられている。すなわち、連結部材１５の部分１７
には、図３(c) に示すように、回転中心線を中心にし、
かつ長手辺が部分１７の延びる方向と直交するように描
かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔２１が設けら
れ、この４つの取付孔２１によって第１の取付部２２が
形成されている。

【００２２】同様に、連結部材１６の部分１８には、図
３(d) に示すように、回転中心線を中心にし、かつ長手
辺が部分１８の延びる方向と直交するように描かれる長
方形の各頂点位置に４つの取付孔２３が設けられ、この
４つの取付孔２３によって第１の取付部２２に対応する
第２の取付部２４が形成されている。

【００２３】連結部材１５の部分１９には、図３(e) に
示すように、部分１９の幅方向の中心の位置２５を中心
にし、かつ長手辺が回転中心線と直交するように描かれ
る長方形の各頂点位置に４つの取付孔２６が設けられ、
この４つの取付孔２６によって第３の取付部２７が形成
されている。また、連結部材１８の部分２０には、図３
(b) に示すように、部分２０の幅方向の中心位置で、前
記位置２５から部分１８の外面までの距離と等しい位置
２８を中心にし、かつ長手辺が回転中心線と直交するよ
うに描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付孔２９が
設けられ、この４つの取付孔２９によって第３の取付部
２７に対応する第４の取付部３０が形成されている。

【００２４】さらに、連結部材１５の部分１９には、図
３(e) に示すように、位置２５を中心にし、かつ長手辺
が回転中心線と平行するように描かれる長方形の各頂点
位置に４つの取付孔３１が設けられ、この４つの取付孔
３１によって第５の取付部３２が形成されている。ま
た、連結部材１８の部分２０には、図３(b) に示すよう
に、位置２８を中心にし、かつ長手辺が回転中心線と平
行するように描かれる長方形の各頂点位置に４つの取付
け孔３３が設けられ、この４つの取付孔３３によって第
５の取付部３２に対応する第６の取付部３４が形成され
ている。

【００２５】なお、第１〜第６の取付部２２，２４，２
７，３０，３２，３４を形成している４つの取付孔の間
隔を規定する長方形の縦横寸法は、それぞれ等しい値に
設定されている。

【００２６】上記のように構成された各関節モジュール
３ａ〜３ｆは、実際に組み込まれるとき、たとえば図４
に示す直角座標上で、Ｘ軸回りの回転を実現するときに
は同図(a) に示すように取付部２７と３０が選択され、
Ｙ軸回りの回転を実現するときには同図(b) に示すよう
に取付部３２と３４が選択され、Ｚ軸回りの回転を実現
するときには同図(c) に示すように取付部２２と２４が
選択される。

【００２７】各関節モジュール３ａ〜３ｆが上記のよう
に構成されているので、どのような順番に接続してもマ
ニピュレータ本体を構成することが可能であり、さらに
既に構成されたマニピュレータ本体から関節モジュール
の接続順序を入れ換えることによりマニピュレータ本体
の自由度配置を入れ換えることができる。

【００２８】マニピュレータ本体１に組み込まれた６つ
の関節モジュール３ａ〜３ｆには、その関節モジュール
の自由度の方向およびその関節モジュールの固有番号を
示す識別信号を出力するための識別信号発生手段が設け
られている。

【００２９】この識別信号発生手段は次のように構成さ
れている。すなわち、図５に示すように、連結部材１５
の回転中心線と平行な部分１９で、第３の取付部２７を
規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置
する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１９の図中下面
に露出させる関係にコネクタ４１を設けている。また、
連結部材１５の部分１９で、第５の取付部３２を規定す
る長方形の中心から図中Ｘ軸上のマイナス側に位置する
上記長方形の短辺上に各ピンを部分１９の図中下面に露
出させる関係にコネクタ４２を設けている。さらに、連
結部材１５の回転中心線と直交する部分１７で、第１の
取付部２２を規定する長方形の中心から図中Ｙ軸上のプ
ラス側に位置する上記長方形の短辺上に各ピンを部分１
７の図中左外面に露出させる関係にコネクタ４３を設け
ている。

【００３０】一方、連結部材１６の回転中心線と直交す
る部分１８で、第２の取付部２４を規定する長方形の中
心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の短
辺上に各ピンを部分１８の図中右外面に露出させる関係
にコネクタ４４を設けている。また、連結部材１６の回
転中心線と平行する部分２０で、第６の取付部３４を規
定する長方形の中心から図中Ｘ軸上のマイナス側に位置
する上記長方形の短辺上に各ピンを部分２０の図中上面
に露出させる関係にコネクタ４５を設けている。さら
に、部分２０で、第４の取付部３０を規定する長方形の
中心から図中Ｙ軸上のプラス側に位置する上記長方形の
短辺上に各ピンを部分２０の図中上面に露出させる関係
にコネクタ４６を設けている。

【００３１】この例の場合、各コネクタ４１〜４６とし
ては、８本のピンを備えたものが用いられている。これ
らのピンのうちの１本にはグランドを示すＧの表示が付
されており、他の７本のピンにはそれぞれ１から７まで
の表示が付されている。

【００３２】これら各コネクタ４１〜４６間に関節モジ
ュールの自由度の方向を示す信号を出力する自由度識別
信号発生系４７と関節モジュールの固有番号を示す信号
を出力する固有番号信号発生系４８とが接続されてい
る。

【００３３】ここでは、まず自由度識別信号発生系４７
を説明し、次に固有番号信号発生系４８を説明する。

【００３４】自由度識別信号発生系４７は、この実施例
では図５に示すようにモータ部１１に取付け（実際には
内蔵）られたアナログ式の遅延スイッチ４９と、抵抗体
５０，５１とを主体にして各関節モジュールの自由度の
方向を示す識別信号を発生するように構成されている。

【００３５】すなわち、図６(a) および(b) に示すよう
に、コネクタ４１の、たとえば番号１のピンとコネクタ
４２の番号１のピンとの間に抵抗値Ｒの抵抗を介在させ
る低抗体５０を接続し、コネクタ４２の番号１のピンと
コネクタ４３の番号１のピンとの間に抵抗値Ｒの抵抗を
介在させる低抗体５１を接続している。また、コネクタ
４１〜４３のグランドピン同士を共通に接続し、コネク
タ４１〜４３のたとえば番号２のピンを遅延スイッチ４
９における駆動部５２の入力端に共通に接続し、駆動部
５２の出力端をコネクタ４４〜４６の番号２のピンに共
通に接続している。さらに、コネクタ４４〜４６のグラ
ンドピン同士を共通に接続し、コネクタ４４〜４６の番
号１のピン同士を共通に接続している。そして、コネク
タ４３の番号１のピンとコネクタ４４の番号１のピンと
をリード線５３で接続し、またコネクタ４３のグランド
ピンとコネクタ４４のグランドピンとをリード線５４で
接続している。

【００３６】遅延スイッチ４９は、アナログ式のもの
で、駆動部５２にパルス的な入力信号が与えられると、
入力信号が与えられた時点より一定時間経過した時点か
ら一定期間オン動作するスイッチ部５５を有している。
そして、スイッチ部５５がリード線５３，５４間に接続
されている。

【００３７】図７には図１に示したマニピュレータ本体
１を構成したときの関節部３ａと関節部３ｂとの間の自
由度識別信号発生系４７の結線関係が示されている。こ
の図から判るように、マニピュレータ本体１を組立てる
と、各コネクタのグランドピンが自動的に共通に接続さ
れ、また基端に位置する関節モジュールに搭載されたコ
ネクタ４１〜４３の番号１のピンと先端に位置する関節
モジュールに搭載されたコネクタ４４〜４６の番号１の
ピンとの間に各関節モジュールの自由度の方向に対応し
て抵抗体５０，５１が介在したものとなる。

【００３８】自由度識別信号発生系４７を使って各関節
モジュールの接続順番と自由度の方向を測定するときに
は、図７に示すように、マニピュレータ本体１の基端に
位置している関節モジュール３ａのコネクタ４３をコネ
クタ６１，ケーブル６２，コネクタ６３を介して測定装
置６４に接続する。

【００３９】測定装置６４は、自由度識別開始用のスタ
ート信号が与えられると、図８(a)に示すように、パル
ス的な入力信号をコネクタ４３の番号２のピンとグラン
ドピンとの間に与える。この入力信号は、関節モジュー
ル３ａに組込まれている遅延スイッチ４９の駆動部５２
に与えられる。この結果、図８(a) に示すように、各関
節モジュール３ａ〜３ｆに組込まれている遅延スイッチ
４９は一定の時間差を持って時系列的に順次オン動作す
る。

【００４０】このように、オン動作している期間に、測
定装置６４は、図８(a) に示されるタイミングで関節モ
ジュール３ａに組込まれているコネクタ４３の番号１の
ピンとグランドピンとの間のインピーダンス、つまりこ
の例では抵抗値を測定し収集する。各遅延スイッチ４９
は、関節モジュール３ａ側から順次時系列的にオン動作
するので、測定タイミングの順番とオン動作している遅
延スイッチとの対応関係がはっきりしており、各関節モ
ジュールの抵抗値を正確に測定できることになる。すな
わち、その関節モジュールがＸ軸回りの回転関節として
接続されていれば測定抵抗値が２Ｒ変化し、その関節モ
ジュールがＹ軸回りの回転関節として接続されていれば
測定抵抗値が１Ｒ変化し、Ｚ軸回りの回転関節として接
続されていれば測定抵抗値が０Ｒ、つまり変化しないこ
とになる。そして、関節モジュールがそれ以上接続され
ていなければ、測定抵抗値が無限大となるので使用して
いる関節モジュールの個数も知ることができる。そし
て、得られた軸回り情報は、測定装置６４から情報処理
装置６５に送られてソフトウェアの自動切換等に使用さ
れる。

【００４１】なお、遅延スイッチ４９はアナログ式に限
らず、図９(a) に示すように、駆動部５２ａがシフトレ
ジスタ７１と排他的論理和回路７２とで構成され、スイ
ッチ部５５ａが半導体スイッチ５５ａで構成されたディ
ジタル式の遅延スイッチ４９ａを用いてもよいし、図９
(b) に示すように、駆動部５２ｂがシフトレジスタ７１
と否定回路７３と論理和回路７４とで構成され、スイッ
チ部５５ａが半導体スイッチ５５ａで構成されたディジ
タル式の遅延スイッチ４９ｂを用いてもよい。

【００４２】このようにディジタル式の遅延スイッチを
用いたときの入力信号および情報収集のタイミングは、
図８(b) に示すようになる。

【００４３】さらに、図１０(a) に示すように、駆動部
５２ａがシフトレジスタ７１と排他的論理和回路７２と
で構成され、スイッチ部５５ｂが否定回路７５と継電器
７６とで構成されたディジタル式の遅延スイッチ４９ｃ
を用いてもよいし、また図１０(b) に示すように、駆動
部５２ｂがシフトレジスタ７１と否定回路７３と論理和
回路７４とで構成され、スイッチ部５５ｂが否定回路７
５と継電器７６とで構成されたディジタル式の遅延スイ
ッチ４９ｄを用いてもよい。

【００４４】遅延機能を実現するためにシフトレジスタ
７１を用いると、遅延スイッチの切替えと抵抗値測定の
タイミングが前述した信号処理装置６５で同期して行え
るため都合よいが、必ずしもシフトレジスタに限定され
ものではなく、フリップフロップやカウンタ回路を使用
しても同様の遅延機能を実現できる。

【００４５】また、軸周り方向の識別に供される抵抗体
の配置としては、図１１(a),(b) に示すように、コネク
タ４４の番号１のピンとコネクタ４５の番号１のピンと
の間およびコネクタ４５の番号１のピンとコネクタ４６
の番号１のピンとの間にそれぞれ抵抗ｒの抵抗を介在さ
せる低抗体８１，８２を接続することによって、抵抗値
が２ｒか、１ｒか、０ｒかによって先端側についても接
続された関節の方向を識別することができる。

【００４６】また、抵抗体配置の別の例として、図１２
(a),(b) に示すように、コネクタ４１の番号１のピンと
中継コネクタ８３の番号１のピンとの間に抵抗値Ｒｘの
抵抗を介在させる低抗体８４を接続し、コネクタ４２の
番号１のピンと中継コネクタ８３の番号１のピンとの間
に抵抗値Ｒｙの抵抗を介在させる低抗器体８５を接続
し、コネクタ４３の番号１のピンと中継コネクタ８３の
番号１のピンとの間に抵抗値Ｒｚの抵抗を介在させる低
抗体８６を接続してもよい。なお、図中８７は中継コネ
クタを示している。

【００４７】図１３には、コネクタ４１〜４６、遅延ス
イッチ４９および低抗体８４〜８６の取付けられた６個
の関節モジュール３ａ〜３ｆを組合せて図１に示すよう
なマニピュレータ本体を構成したときの関節モジュール
３ａと関節モジュール３ｂとの計測線の結線関係が示さ
れている。この図では図７と同一部分が同一符号で示さ
れている。

【００４８】このような構成であると、その関節モジュ
ールがＸ軸回りの回転関節として接続されていれば、そ
の関節モジュールの計測線上で抵抗値がＲｘだけ上昇
し、Ｙ軸回りの回転関節として接続されていれば抵抗値
がＲｙだけ上昇し、Ｚ軸回りの回転関節として接続され
ていれば抵抗値がＲｚだけ上昇する。

【００４９】したがって、図７に示した例と全く同じ原
理でマニピュレータ本体を構成している各関節モジュー
ルの自由度の方向を知ることができる。

【００５０】抵抗体配置のさらに別の例として、図１４
(a),(b) に示すように、コネクタ４４の番号１のピンと
コネクタ８７の番号１のピンとの間に抵抗ｒｚの抵抗を
介在させる抵抗体８８を接続し、コネクタ４５の番号１
のピンとコネクタ８７の番号１のピンとの間に抵抗ｒｙ
の抵抗を介在させる抵抗体８９を接続し、コネクタ４６
の番号１のピンとコネクタ８７の番号１のピンとの間に
抵抗ｒｘの抵抗を介在させる抵抗体９０を接続すること
によって、抵抗値がｒｚか、ｒｙか、ｒｘかによって先
端側についても接続された関節モジュールの自由度の方
向を識別することができる。

【００５１】次に、固有番号信号発生系４８について説
明する。

【００５２】この固有番号信号発生系４８もコネクタ４
１〜４６間に接続されている。

【００５３】すなわち、図１５(a),(b) に示すように、
コネクタ４１〜４３の番号３のピンが共通に接続される
とともにアナログ式の遅延スイッチ９１の駆動部９２の
入力端に接続され、駆動部９２の出力端はコネクタ４４
〜４６の番号３のピンに共通に接続されている。遅延ス
イッチ９１は前述した遅延スイッチ４９と同様に形成さ
れたもので、そのスイッチ部９３の一端側はグランドピ
ンに接続され、他端側は固有信号発生器９４に接続され
ている。勿論、図９および図１０に示したディジタル式
の遅延スイッチを使用することもできる。

【００５４】固有信号発生器９４は、これが取付けられ
ている関節モジュール固有の番号を示す信号を発生する
ように予め設定されており、その出力信号線９５はコネ
クタ４１〜４６の番号４〜７のピンに共通に接続されて
いる。

【００５５】図１６には図１に示すようにマニピュレー
タ本体１を構成したときの関節モジュール３ａと関節モ
ジュール３ｂとにおける固有番号信号発生系４８の結線
関係が示されている。

【００５６】固有番号信号発生系４８を使って各関節モ
ジュールの固有番号を測定するときには、図１６に示す
ように、マニピュレータ本体１の基端に位置している関
節モジュール３ａのコネクタ４３をコネクタ６１，ケー
ブル６２，コネクタ６３を介して測定装置６４に接続す
る。

【００５７】測定装置６４は、固有番号計測用のスター
ト信号が与えられると、図８(a) に示したと同様に、パ
ルス的な入力信号をコネクタ４３の番号３のピンとグラ
ンドピンとの間に与える。この入力信号は、関節モジュ
ール３ａに組込まれている遅延スイッチ９１の駆動部９
２に与えられる。この結果、各関節モジュールに組込ま
れている遅延スイッチ９１のスイッチ部９３は一定の時
間差を持って時系列的に順次オン動作する。スイッチ部
９３がオンすると、固有信号発生器９４からその関節モ
ジュール固有の固有信号が出力される。

【００５８】上記のようにスイッチ部９３がオン動作し
ている期間に、測定装置６４は、図８(a) に示されるタ
イミングで関節モジュール３ａに組込まれているコネク
タ４３の番号４〜７のピンを介して各固有信号発生器９
４が出力した固有信号を収集する。各遅延スイッチ９１
は、関節モジュール３ａ側から順次時系列的にオン動作
するので、測定タイミングの順番とオン動作している遅
延スイッチとの対応関係がはっきりしている。したがっ
て、各関節モジュール３ａ〜３ｆの接続順序と、その固
有信号とを正確に収集できることになる。

【００５９】このように、各関節モジュール３ａ〜３ｆ
の接続順序と、その固有信号とを収集することは次のよ
うな意味を有する。

【００６０】すなわち、マニピュレータ本体１に組込ま
れた６つの関節モジュール３ａ〜３ｆは、図１７に示す
ように、１対１に対応した制御チャンネル１１１〜１１
６に接続されている。この制御チャンネル１１１〜１１
６とマニピュレータ本体１の関節モジュール３ａ〜３ｆ
とは、コネク１１７、ケーブル１１８およびコネクタ１
１９を介して接続されており、これらの配線は固定され
ている。

【００６１】作業内容が変わり、マニピュレータ本体１
の自由度構成が変わったりして関節モジュールの接続順
番が変わった場合、マニピュレータ本体１のベース２を
基準とした各関節モジュール毎に動作範囲が変化する。
それにつれて、各関節モジュールの接続順序と制御チャ
ンネル１１１〜１１６の順番との間にずれが生じる。こ
の順番のずれは全体の制御プログラムを構築する上で障
害となる。

【００６２】そこで、本実施例では、各関節モジュール
３ａ〜３ｆにそのモジュール固有の信号を出力する固有
信号発生器９４を搭載し、これら各関節モジュール３ａ
〜３ｆが現在何番の固有番号を持つ関節モジュールで構
成されているかを測定装置６４で測定し、この測定結果
を図１７に示すように情報処理装置６５に与えて各関節
モジュール３ａ〜３ｆの接続順番と制御チャンネル１１
１〜１１６の順番とを一致させるように情報処理装置６
５の中でソフトウェアを自動的に変更するようにしてい
る。

【００６３】たとえば、関節モジュール３ａの固有信号
発生器９４が「Ｃ２」という固有の識別信号を送出する
ように設定されているときには測定装置６４で「Ｃ２」
と測定され、関節モジュールの３ｂの固有信号発生器９
４が「Ｃ６」という固有の識別信号を送出するように設
定されているときには測定装置６４で「Ｃ６」と測定さ
れる。すなわち、ベース２を基準にして１番目には「Ｃ
２」の関節モジュールが接続されており、２番目に「Ｃ
６」の関節モジュ−ルが接続が接続されていることにな
る。

【００６４】一方、制御チャンネル側からみると、「Ｃ
２」の関節モジュールを駆動制御する制御チャンネル１
１２は２番目に位置しており、「Ｃ６」の関節モジュー
ルを駆動制御する制御チャンネル１１２は６番目に位置
している。したがって、このままでは、極めて扱い難い
ことになる。そこで、この例では、各関節モジュールの
接続順番と制御チャンネルの順番とを対応させるため
に、関節モジュールが現在何番目に位置しているかの情
報を収集し、この情報を使って情報処理装置６５のソフ
トウェア上で制御チャンネルの置換えを行っているので
ある。

【００６５】図１８には本発明の別の実施例に係るマニ
ュピュレータ装置に組み込まれた関節モジュールが示さ
れている。なお、この図では図５と同一部分が同一符号
で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説
明は省略するこの実施例が図５に示す例と異なる点は、
固有番号信号発生系４８ａの構成にある。

【００６６】固有番号信号発生系４８ａは、図１９に示
すように、各関節モジュール３にそのモジュール固有の
番号信号を出力するように設定されたコードスイッチか
らなる固有信号発生器９４ａと、組立て時にその関節モ
ジュールの接続順番を示す番号に設定されるロータリー
スイッチ１２２とを設けたものとなっている。そして、
これら固有番号発生器９４ａとロータリースイッチ１２
２とは、コネクタ４１〜４６のピンを介して等価的に図
１９に示すように接続されている。ここで、各固有番号
発生器９４ａおよび各ロータリースイッチ１２２は小信
号用の小型のものである。

【００６７】一方、図示しない測定装置は、２進化され
た信号１２３を択一選択信号１２４に変換するデジタル
マルチプレクサ１２５と、各固有信号発生器９４ａのワ
イヤードＯＲ信号１２６をバッファして認識出力信号１
２７とするバッファ１２８とを備えている。

【００６８】測定装置側において各関節モジュール３
ａ，３ｂ，３ｃの固有番号を認識するときには次のよう
にする。すなわち、今、信号１２３を２進数“００”に
設定した場合を想定すると、デジタルマルチプレクサ１
２５からの択一選択信号１２４はＹ０出力が論理“０”
となり、Ｙ１〜Ｙ３出力が論理“１”となる。このた
め、関節モジュール３ａに搭載された固有信号発生器９
４からの出力が優先になり、バッファ１２８から出力さ
れる認識信号１２７は２進数でたとえば“１０”とな
る。すなわち、この場合には１番目の関節モジュール３
ａは、固有番号２の関節であることが認識される。

【００６９】次に、信号１２３を２進数“０１”に設定
した場合を想定すると、デジタルマルチプレクサ１２５
からの択一選択信号１２４はＹ１出力が論理“０”とな
り、Ｙ０，Ｙ２，Ｙ３出力が論理“１”となる。する
と、関節モジュール３ｂに搭載されている固有信号発生
器９４ａからの出力が優先になり、認識信号１２７は２
進数出たとえば“１１”となる。すなわち、この場合に
は２番目の関節モジュール３ｂとして固有番号３の関節
が接続されていることを認識できる。

【００７０】同様に、信号１２３を２進数“１０”に設
定した場合を想定すると、デジタルマルチプレクサ１２
５からの択一選択信号１２４はＹ２出力が論理“０”と
なり、Ｙ０，Ｙ１，Ｙ３出力が論理“１”となる。する
と、関節モジュール３ｃに搭載されている固有信号発生
器９４ａからの出力が優先になり、認識信号１２７は２
進数でたとえば“０１”と出力される。すなわち、この
場合は３番目の関節モジュール３ｃとして固有番号１の
関節が接続されていることを認識できることになる。

【００７１】以上のようにして、図示してない測定装置
で認識された結果を元にして関節の各固有番号に対応す
る制御チャンネルにソフトウェア上で切替えるようにし
ている。

【００７２】図２０には固有番号信号発生系４８ｂのさ
らに別の例が示されている。

【００７３】この固有番号信号発生系４８ｂでは、デジ
タルマルチプレクサ１２５ａとして反転出力タイプを使
用し、コンプリメンタリコード型のコードスイッチで固
有信号発生器９４ｂを構成している。この構成によって
３個の関節モジュールまで対応できる。

【００７４】図２１には固有番号信号発生系４８ｃのさ
らに異なる例が示されている。

【００７５】この固有番号信号発生系４８ｃでは、デジ
タルマルチプレクサ１２５ａとして反転出力タイプのも
のを使用し、通常のショート型のコードスイッチで固有
信号発生器９４ｃを構成して、この固有信号発生器９４
ｃの出力をオープンコレクタ出力バッファ１２９を介し
て出力するようにしている。

【００７６】このような構成を採用することによって、
多数の関節モジュールに対応できる。ただし、関節の数
に対応してデジタルマルチプレクサ１２５ａの出力チャ
ンネル数、固有信号発生器９４ｃの切替えチャンネル
数、ワイヤードＯＲ出力線数を増減させる必要がある。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
作業内容の変更に伴わせて関節モジュールの位置や自由
度の方向を変えた場合であっても、何番目の関節モジュ
ールがどの方向の自由度を有しているかを短時間に認識
できる。また、何番目にどの関節モジュールが位置して
いるかも簡単に知ることができるので、構成の変更に伴
うマニピュレータの駆動制御プログラムの書き換え、変
更に要する手間や時間を短縮でき、作業内容にふさわし
い自由度構成のマニピュレータを容易に再構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るマニピュレータ装置の
マニピュレータ本体の構成例を示す斜視図

【図２】同マニピュレータ本体の等価図

【図３】(a) は同マニピュレータ本体を構成している関
節モジュールの正面図、(b) は上面図、(c) は左側面
図、(d) は右側面図、(e) は下面図

【図４】同関節モジュールの自由度の選択例を説明する
ための図

【図５】同関節モジュールの斜視図

【図６】同関節モジュールに組込まれた自由度識別信号
発生系の回路構成図

【図７】同自由度識別信号発生系の関節モジュール間で
の接続例を示す図

【図８】同自由度識別信号発生系を走査して情報収集す
る動作を説明するための図

【図９】自由度識別信号発生系に組込まれる遅延スイッ
チの変形例を示す図

【図１０】自由度識別信号発生系に組込まれる遅延スイ
ッチのさらに異なる変形例を示す図

【図１１】自由度識別信号発生系の変形例を示す図

【図１２】自由度識別信号発生系の異なる変形例を示す
図

【図１３】図１２に示す自由度識別信号発生系を組込ん
だときの結線例を示す図

【図１４】自由度識別信号発生系のさらに異なる変形例
を示す図

【図１５】関節モジュールに組込まれた固有番号信号発
生系の回路構成図

【図１６】固有番号信号発生系同士の接続例を示す図

【図１７】各関節モジュールを駆動する制御チャンネル
の順番例を示す図

【図１８】関節モジュールの斜視図

【図１９】固有番号信号発生系の変形例を示す図

【図２０】固有番号信号発生系の別の変形例を示す図

【図２１】固有番号信号発生系のさらに異なる変形例を
示す図

【符号の説明】

１…マニピュレータ本体２…固定ベース３，３ａ〜３ｆ…関節モジュール４…効果器１１…モータ部１２…フィード
バックユニット１３…固定軸１４…回転軸１５，１６…連結部材２２，２４，２７，３０，３４…取付部、４１，４２，４３，４４，４５，４６…コネクタ４７，４７ａ，４７ｂ，４７ｃ…自由度識別信号発生系４８，４８ａ，４８ｂ，４８ｃ…固有番号信号発生系４９，４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄ…遅延スイッチ５０，５１，８１，８２，８４，８５，８６，８８，８
９，９０…抵抗体５２，５２ａ，５２ｂ…駆動部５５，５５ａ，
５５ｂ…スイッチ部６４…測定装置６５…情報処理
装置９１…遅延スイッチ９２…駆動部９３…スイッチ部９４，９４ａ，９４ｂ，９４ｃ…固有信号発生器１２２…ロータリスイッチ１２５…ディジ
タルマルチプレクサ１２８…バッファ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配設空間に規定された直角座標上の各軸回
りを自由度の方向とし、この自由度の方向に対応した３
種類の連結部を備えてなる関節モジュールを複数組合せ
て構成されたマニピュレータ本体と、このマニピュレー
タ本体の組立てに伴って上記マニピュレータ本体の基端
側に位置する関節モジュールから先端側に位置する関節
モジュールに亘っての計測線路を自動構成する計測線路
構成手段と、前記各関節モジュールに搭載され、前記マ
ニピュレータ本体の組立てに伴って各関節モジュールの
前記自由度の方向に対応した値のインピーダンス素子を
自動選択するインピーダンス素子選択手段と、前記各関
節モジュールに搭載されて前記インピーダンス素子選択
手段で選択された前記インピーダンス素子を前記計測線
路に選択的に接続する遅延スイッチと、前記マニピュレ
ータ本体の組立てに伴って前記各関節モジュールに搭載
された前記遅延スイッチの駆動部を直列に接続する駆動
線路を構成するスイッチ駆動線路構成手段と、前記マニ
ピュレータ本体の基端側から前記駆動線路に駆動信号を
与えて前記各遅延スイッチを時系列的に動作させ、この
ときに前記計測線路を介して順次計測されるインピーダ
ンス値から前記各関節モジュールの自由度の方向を認識
する認識手段とを具備してなることを特徴とするマニピ
ュレータ装置。
【請求項２】配設空間に規定された直角座標上の各軸回
りを自由度の方向とし、この自由度の方向に対応した３
種類の連結部を備えてなる関節モジュールを複数組合せ
て構成されたマニピュレータ本体と、このマニピュレー
タ本体の組立てに伴って上記マニピュレータ本体の基端
側に位置する関節モジュールから先端側に位置する関節
モジュールに亘っての第１の計測線路を自動構成する第
１の計測線路構成手段と、前記各関節モジュールに搭載
され、前記マニピュレータ本体の組立てに伴って各関節
モジュールの前記自由度の方向に対応した値のインピー
ダンス素子を自動選択するインピーダンス素子選択手段
と、前記各関節モジュールに搭載されて前記インピーダ
ンス素子選択手段で選択された前記インピーダンス素子
を前記第１の計測線路に選択的に接続する遅延スイッチ
と、前記マニピュレータ本体の組立てに伴って前記各関
節モジュールに搭載された前記遅延スイッチの駆動部を
直列に接続する駆動線路を構成するスイッチ駆動線路構
成手段と、前記マニピュレータ本体の組立てに伴って上
記マニピュレータ本体の基端側に位置する関節モジュー
ルから先端側に位置する関節モジュールに亘っての第２
の計測線路を自動構成する第２の計測線路構成手段と、
前記各関節モジュールに搭載されるとともに前記第２の
計測線路に接続されて関節モジュール固有の信号を発生
する固有信号発生手段と、前記マニピュレータ本体の基
端側から前記第１の駆動線路に駆動信号を与えて前記第
１の各遅延スイッチを時系列的に動作させ、このときに
前記第１の計測線路を介して計測されるインピーダンス
値から前記各関節モジュールの自由度の方向を認識する
第１の認識手段と、前記マニピュレータ本体の基端側か
ら前記第２の計測線路を介して前記各関節モジュールの
固有番号を認識する第２の認識手段とを具備してなるこ
とを特徴とするマニピュレータ装置。