JPS5810197B2 - エンカツソウジユウソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多関節リンク機構からなる操作腕の遠隔操縦
装置に関するものである。

人間が操縦する遠隔操縦装置としては、多関節リンク機
構からなる操作腕の自由度に相当する接点数を持つ操作
レバーなどにより各関節の角度を直接制御する直接制御
方式のものと、多関節リンク機構からなる従動側操作腕
と相似な形状寸法をもつ主動側操作腕の手首部に相当す
る先端を操従者が持ち、その位置と姿勢とを変化させた
ときの主動側操作腕の各関節角度を検出し、これを従動
側操作腕の制御系に入力し、主動側操作腕と同じ関節角
度になるように従動側操作腕を制御するマスタ・スレー
ブ方式のものとがある。

前述した前者の直接制御方式では、操作指令を操作腕の
各関節に応じた座標系に沿った形で与えなければならず
、一般的にはこの座標系と作業空間上の座標系とは一致
しないため、操縦者は両座欄間の変換を常に考えながら
操作腕を操縦しなければならない。

その結果、操縦に多大な労力を要するばかりでなく作業
速度が極度に下がり、作業精度を上げることが困難とな
っている。

また後者のマスタ・スレーブ方式では、前述した直接制
御方式の有する操縦上の問題点は解決できるが、入力側
となる主動側操作腕は直接手動操作されるため、その装
置全体が大きくなり、その結果操縦に要する空間も他の
方式に比べて大きくなるため、例えば操縦空間の限定さ
れた潜水艇などに塔載するには不適である。

また操縦に際しては、常時主動側操作腕の先端を操縦者
が持ってその位置・方向を指示してやらなければならず
低速動作時には操縦者の疲労が大きいばかりでなく位置
決め精度が良好でないなどの問題がある。

また最も近い従来技術としては、特開昭４９−３９９０
４号公報に示されるように運転席に設けられた操作レバ
ーの動かした方向に作業アーム先端が動くと共にその移
動量を相似の操作アームに表示させるようにしたもので
あるが、これは２次元的な位置決めに関しての制御であ
り、自由度の大きい多関節の操作腕を遠隔制御するもの
ではない。

本発明は、上記の点に鑑み、操縦者の認識しやすい座標
系に沿った形式で多関節形の操作腕を遠隔制御し得るよ
りにした遠隔操縦装置を提供することを目的とするもの
である。

そして本発明は、多関節リンク機構からなる従動側操作
腕に、これと相似な形状寸法を有しかつ座標変換機能を
持つ主動側操作腕を追従可能に接続せしめ、従動側操作
腕のつかみ部に対応する主動側操作腕の先端の手首部の
位置と方向とを手首部駆動手段により作業空間に則した
座標系に沿って変化させ、そのときの主動側操作腕の各
関節に生ずる角度変位を検出し、この角度変位信号によ
り従動側操作腕を駆動制御するものである。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の遠隔操縦装置の一例の構成を示すもの
で、図において、１は６自由度を有する多関節リンク機
構からなる従動側操作腕、２は従動側操作腕１と相似形
の多関節リンク機構からなる主動側操作腕を示す。

前記従動側操作腕１は肩部材１ａ、第１腕部材１ｂ、第
２腕部材１ｃ、第１手首部材１ｄ、第２手首部材１ｅ、
つかみ部材１ｆおよび各部材を駆動するアクチュエータ
１ｇ〜１１とで構成されている。

主動側操作腕２は肩部リンク２ａ、第１腕部リンク２ｂ
、第２腕部リンク２ｃ、第１手首部リンク２ｄ、第２手
首部リンク２ｅおよび各部材間の角度変位を検出する角
度検出器２ｇ〜２１とで構成されている。

そしてこの主動側操作腕２は第２手首部リンク２ｅに加
えられる移動を各関節の角度変位の座標に変換する役目
をする。

３は主動側操作腕２の第２手首部リンク２ｃの先端に設
けられた手首部駆動手段で、この手首部駆動手段３は第
２図に示すように第２手首部リンク２ｅを直交３軸座標
系のＸ、Ｙ、Ｚの各直線方向および各直交３軸に対する
角度α。

β、γ、の回転方向に移動させるものである。

この手首部駆動手段３は例えばＸ−Ｙプロッタを応用す
ることにより容易に構成することができる。

４は直交３軸方向Ｘ、Ｙ、Ｚおよび回転方向α。

β、γに沿った速度指令■、■、■、■、■、■を指令
する入力手段、５は主動側操作腕２の角度、変位を従動
側操作腕１に伝えるサーボ系である。

第３図は本発明の装置の制御ブロック図で、図において
第１図と同符号のものは同一部分を示すものである。

次に上述した本発明の実施例の動作を説明するまず、操
縦者が入力手段４を操作して第２図に示した座標系の６
つの方向Ｘ、Ｙ、Ｚ、α、β。

γに沿った速度信号■、■、■、■、■、■を出力する
と、この速度信号は手首部駆動手段３に入力される。

この手首部駆動手段３は入力信号により第２図の座標系
に従って主動側操作腕２の手首部を駆動する。

この手首部の動きは主動側操作腕２の各部リンク２ａ〜
２ｅを伝って各関節の角度θ１〜θ６を変化させる。

そしてこれらの各関節の変位角度θ１〜θ６は角度検出
器２ｇ〜２１により計測される。

第３図に示した主動側操作腕２のブロック内の記号は、
この座標変換動作を示している。

更に前記のように検出された角度信号は、サーボ系５を
介して従動側操作腕１の各アクチュエータ１ｇ〜１１に
入力される。

このため従動側操作腕１の各部材１ａ〜１ｅは前記の角
度信号を目標値としてアクチュエータ１ｇ〜１１により
角度θ１〜θ６に制御される。

その結果従動側操作腕１は主動側操作腕２と常に同じ関
節角度を保つことができ、操縦者は従動側操作腕１の各
関節の位置にとられれずに従動側操作腕１の手首の位置
と方向とを自由に決めることができる。

以上詳述したように、本発明によれば次に列記する諸効
果がある。

（イ）入力手段によって主動側操作腕の手首の位置を、
作業空間に則した座標系に従って操縦できるため、主動
側操作腕に追従する従動側操作腕の手首の位置および方
向法めが容易になる。

（ロ）従動側操作腕の手首部の位置決めと方向法めとを
入力手段側で完全に分離して操作することができるので
、従動側操作腕の手首の方向姿勢を変えずにその位置を
変えること、あるいは逆に位置を変えずに方向姿勢を変
えることなどの動作を行なうことができる。

（ハ）従動側操作腕の手首部を作業空間内の任意の方向
に直線移動させることができる。

に）入力手段として電子計算機を用い自動操縦する場合
には、複雑な座標変換する必要がないため、超小型の電
子計算機でも容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の装置の実施例を示すもので、第１図は遠
隔操縦装置の構成を示す図、第２図は主動側操作腕にお
ける手首部駆動手段の拡大図、第１３図は制御ブロック
図である。 １・・・・・・従動側操作腕、１ｇ〜１１・・・・・・
アクチュエータ、２・・・・・・主動側操作腕、２ｇ〜
２１・・・・・・角度検出器、３・・・・・・手首部駆
動手段、４・・・・・・入力手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多関節リンク機構からなる従動側操作腕に対する遠
   隔個所に、該従動側操作腕と相似の多関節リンク機構を
   備えかつ従動側操作腕の各関節部に相当する関節部に角
   度検出手段を設け、該検出手段の出力を、相対応した従
   動側操作腕の各関節部に設けた駆動装置に伝える主動側
   操作腕を装設し、この主動操作腕の手首部に、該部分を
   直交３軸方向および回転方向に移動させる手首部駆動手
   段を設け、この手首部駆動手段に接続し、かつ主動側操
   作腕の手首部の移動を直交３軸方向および回転方向に沿
   った移動速度の指令信号を発生し、これを前記手首部駆
   動手段に加える入力手段を設けたことを特徴とする遠隔
   操縦装置。