JPS59356B2 - パワ−マニプレ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、工業用ロボットとして自動運転され、ある
いは人間が容易に近づくことのできない環境の中で遠隔
操縦されるパワーマニブレータの手先部の構造に関する
。

さらに具体的に云えば、パワーマニブレータの手先部に
おける各自由度についての力感覚を得るための感力機構
に係るものである。しかして、この発明の目的は、手先
部に作用する外力を精密にかつ正確に検出することがで
き、手先に過大な作用力を発生しないように制御可能と
するとともに、感力センサを直接手先指部に設置するこ
となく、多方向の作用力を検出可能であり、高温物体や
腐食性のものを取り扱うに適した構成のパワーマニプレ
ータを提供することにある。

従来、パワーマニプレータの感力機構としては手先指部
に撓み部材を設け、これにストレインゲージを接着した
構成のものなどがあるが、撓み部材を使用せねばならな
いことやストレインゲージの接着が一般に不安定となり
、工業上の信頼性が十分といえない欠点があつた。また
、感力センサであるストレインゲージは、一定方向の作
用力以外に池の方向からの作用力をも同時に誤つて検出
し易く、精度上の問題があつた。この発明は、上述した
ような従来技術の欠点を解決する目的でなされたもので
、パワーマニプレータの手先部における手首曲げ動作部
を支持する回転軸に、その回転中心線と平行な向き及び
直角の向きの作用力を検出する感力機構としてのロード
センサを設置して弾性的に支持し、各ロードセンサに定
格の約査の予圧を付与し手首曲げ動作部に取り付けた手
先指部への押し及び引きの両方向の作用力を前記ロード
センサによつて検出する構成のパワーマニプレータにあ
る。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、この発明の実施例であるパワーマニプレータ
の手先部の構成の詳細を示す。

図中１は開閉自在の手先指部、２は前記手先指部１を開
閉運動させる駆動部で、手先指部駆動モータ２８を動力
源として作動する。また、図中３はマニプレータ下肢、
４は前記手先指部１の前記駆動部２及び手先指部駆動モ
ータ２８を内蔵するプロツク状の手首曲げ動作部、Ｚ，
Ｚ２は前記手首曲げ動作部４の回転中心線を示す。手首
曲げ動作部４を支持する上下の回転軸の構成は、次に説
明する通りである。

まず上部の回転軸を構成するものとして、手首曲げ動作
部４の上面に、剛性が大で第２図に示すように環状をな
すハウジング２５を滑動可能に配設し、該ハウジング２
５の外周に同じく環状をなし弾性を有する環状弾性体２
３を第２図に示す通り同心円状に配設し、左方の一部を
手首曲げ動作部４へボルト２４・・・によつて固定して
設置されている。該環状弾性体２３のポルト２４によつ
て固定された位置と前記ハウジング２５の対面位置との
間に、感カセンセとしてのロードセンサ５１、つまり、
機械的応力を電気信号に変換する荷重検出部をその作用
線が回転中心線ＺｌＺ２と直角の向きであつて手先指部
１の押し又は引き方向Ｘと同方向の姿勢に設置し、前記
ロードセンサ５１の作用線上の対向側の位置であつて環
状弾性体２３の弾性効果部２３Ａの側からハウジング２
５における対面部２５Ａに向つて予圧調整ねじ２４Ａを
押しあてるように設置し、該予圧調整ねじ２４Ａによつ
てロードセンサ５１にその定格の約委の予圧を付与して
いる。第２図に示す通り、環状弾性体２３は、その内径
面部であつてロードセンサ５１の作用線の両側対称位置
に、ロードセンサ５１の作用線と同方向にのみハウジン
グ２５の滑動を案内するロードセンサ５１の作用線と平
行な平面より成る案内部２５Ｂ，２５Ｃを有する。次に
、ハウジング２５の内径部に設置した軸受２７を介して
ハウジング２５を回転可能に支持する片持ち梁構造の支
軸８が、マニプレータ下肢３に対し滑りキーなどによつ
てハウジング２５の滑動方向と同方向にのみ滑動可能に
取り付けられ、該支軸８の端面８２とマニブレータ下肢
３との間であつて回転中心線Ｚ，Ｚ２上の位置に回転中
心線ＺｌＺ，と平行な向きのロードセンサ５２がその本
体をマニプレータ下肢３の対面部３１に固定して設置さ
れている。支軸８の滑動は、ロードセンサの感力作用に
必要なだけの非常に微小な変位に限定される。そして、
ロードセンサ５１のリード線及び手先指部駆動モータ２
８の口出線２９は、前記支軸８の中空部８１を通じて導
き出し、ロードセンサ５２のリード線と合わせてマニプ
レータ上肢の方へ導かれている。他方、下部の回転軸を
構成するものとして、手首曲げ動作部４の下面の回転中
心線ＺｌＺ，上の位置に、中空構造の歯車２１がボルト
１０により固定して取り付けられ、その内径部に設置し
た軸受２６を介し歯車２１が固定軸７によつて回転可能
に止持されている。

固定軸７は、マニプレータ下肢３における上記回転中心
線Ｚ，Ｚ２上の位置に、ねじ４１により出入り自在に設
置されている。従つて、その角穴部７１を工具により回
し出入り量を調節することによつて、スラスト圧として
、上記ロードセンサ５２にその定格の約委の予圧を付与
し、弾性的に支持することができる。なお、ロードセン
サ５２を弾性的に支持するには、支軸８の端面８２を図
示のように片持ち梁部の構造とすることにより可能であ
り、別部材として弾性体は必要としない。従つて、手先
指部１に作用する押し又は引き方向Ｚの作用力はロード
センサ５１によつて、また、手先指部１の振り方向Ｙ（
第３図）に対し垂直な方向Ｚの作用力はロードセンサ５
２によつて精度よく正確に検出することができる。なお
、ロードセンサ５１と５２をそれぞれ弾性的に支持し、
かつ定格の約支の予圧を付与することの理由は次のとお
りである。すなわち、本発明においては、一方向のみの
力（つまり圧縮又は引張）を精度よく検出できるロード
セル５１，５２（本発明では圧縮形ロードセンサ）を用
いていることにより、予め定格の約晋の予圧をかけで零
点を下げ、その予圧分を逆方向の力即ち引張力の検出に
使うためである。

したがつて、本実施例において、１台のロードセンサで
パワーマニブレータ手先部の押し及び引き、又は時計方
向及び反時計方向の両方の力の検出を行うことができる
のである。また、上記予圧に関し、予圧分を逆方向の力
の検出に使うには、その予圧分が永久歪になつて復元し
ないものでは役に立たない。

このため、口ードセンサを弾性体で支持し、予圧分が逆
方向の力を受けて忠実に復元するようにした。つまり、
弾性体は、変位はするが、力は伝達するので、口ードセ
ンサには、そのまま力が正しく加圧されるのである。ま
た、上記歯車２１は、２個の中間歯車６４，６３を介し
て、減速機６１を有するモータ６によつて回転駆動する
歯車６２と連結されている。

次に、上記構成のパワーマニブレータの作用、特に感力
作用について説明する。第３図は、パワーマニブレータ
における回転中心線Ｚ，Ｚ２の位置と、手先指部１の振
り方向Ｙ及びその垂直な方向、押し又は引き方向Ｘとの
関係を概念的に示している。

また、第４図は、上記パワーマニプレータの作用の原理
図を示す。

Ｘ方向及びＺ方向の外力を矢印Ｆｘ，Ｆｚで表わし、そ
の正負を４，θの記号で示し、前記外力Ｆｘ，Ｆｚに起
因して各ロードセンサ５１，５２に作用する作用力を矢
印Ｈｐ，Ｐで表わすものとし、その正負をＥ，θの記号
によつて示すと、ＩＸｌｌＨＰ ＝７＋ＦＺ７，ＶＰ＝ＦＺ、が得られ、よつて式が求め
られる。

従つて、手先指部１にかかる外力Ｆｘ，Ｆｚは、全て２
個のロードセンサー５１，５２の読みによつて精密に正
確に検出できる。実際には手先指部１で物をつかむ距離
１！１は変動するが、正確を要するときはつかむ位置を
限定操作すれば問題はない。このパワーマニプレータは
、パイラテラル操作（双動形）マニブレータにおけるマ
スター（操縦桿）に力感覚をもたせたいときなどに使用
して有効なものである。なお、以上の説明は２方向の外
力を検出する場合についてのものであるが、例えば手先
指部１の振り方向Ｙに作用する外力、あるいは手先指部
１で物をつかむ際の握力などについては、上記の通りモ
ータ６及び２８による駆動機構を有する構成なので、そ
の駆動機構における運動抵抗の大きさなどとして容易に
検出することができる。

従つて、４手先指部１の握力の力制御。◎ 手首曲げ動
作部（手首）の回動又は振りの力制御。

◎ 手首の回転又はねじりの力制糺 ＠ 上記◎の直角方向における作用力（外力）の検出。

４手先指部１の押し又は引き作用力（外力）の検出。

が可能であり、手先指部１にかかる全方向（各自由度）
の外力を検出し又は制御でき、極めて力感覚のよいパワ
ーマニプレータ又は工業用ロボツトの操縦性を得ること
ができる。

この発明の構成、作用は以上に説明した通りであり、手
首曲げ動作部の回転中心線と平行な向き及び直角な向き
の２個の感力センサ、つまり、弾性的に支持してあり、
かつ定格の約−の予圧を付） ２与
したロードセンサによつてコンパクトな構造をもつてパ
ワーマニプレータの手先部における３自由度について精
密な力感覚を有するものとでき、全方向の力感覚を有し
、手先に過大な作用力を発生しないように制御可能で、
操縮の安全性、信頼性の高いものとすることができる。

また、手首曲げ動作部を支持する回転軸に感力センサと
してのロードセンサを設置した構成であるから、手先指
部が高温物体や腐食性のものを取り扱う場合にも力感覚
の機能上に支障はなく、適用範囲の広いパワーマニプレ
ータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例であるパワーマニプレータの
手先部を示す断面図、第２図は手首曲げ動作部の上位の
回転軸の構成を示す平面図、第３図はパワーマニプレー
タの手先部の斜視図、第４図は感力作用の原理図である
。 １・・・・・・手先指部、４・・・・・・手首曲げ動作
部、７・・・・・・固定軸、８・・・・・・支軸、Ｚｌ
Ｚ２・・・・・・回転中心線、５１，５２・・・・・・
ロードセンサ（感力センサ）、２３・・・・・・環状弾
性体、２４・・・・・・ボルト、２５・・・・・・ハウ
ジング、２４Ａ・・・・・・予圧調整ねじ、２５Ｂ，２
５Ｃ・・・・・・案内部、３・・・・・・マニブレータ
下肢。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ パワーマニプレータの手先部において、その手首曲
   げ動作部４をマニプレータ下肢３に配設し、該手首曲げ
   動作部４を支持する回転軸として、剛性が大で環状をな
   すハウジング２５を前記手首曲げ動作部４の表面に滑動
   可能に設置したうえ、該ハウジング２５を回転可能に支
   持する支軸８を、前記マニプレータ下肢３に対して前記
   ハウジング２５の滑動方向と同方向に滑動自在に取付け
   、前記支軸８の先端部に弾性を付与したうえ、この支軸
   先端部８２とマニプレータ下肢３との間に、前記回転軸
   の回転中心線と平行な向きにロードセンサ５２を設置し
   、該ロードセンサー５２にこれを引張り及び圧縮両方に
   使用するための定格の約１／２の予圧を付与すると同時
   に手首曲げ動作部４を支持する固定軸７をマニプレータ
   下肢３に螺合し、一方、前記ハウジング２５の外周に環
   状弾性体２３を設置してその一部を手首曲げ動作部４に
   固定し、該環状弾性体２３に前記ハウジング２５と当接
   するロードセンサー５１を当該回転軸の回転中心線と直
   角の向きに設置し、該ロードセンサ５１の対向側に環状
   弾性体２３の側からハウジング２５を押し前記ロードセ
   ンサ５１を押し及び引きの両方に使用するための定格の
   約１／２の予圧を付与する予圧調整ねじ２４Ａを設置し
   、環状弾性体２３は前記ロードセンサ５１の作用線と同
   方向にハウジング２５の滑動を案内する案内部２５Ｂ、
   ２５Ｃを有する構成としたことを特徴とするパワーマニ
   プレター。