JPS5950472B2 - 作業用ア−ム感力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は先端などに設けた操作レバーにより自由に操作
できるようにした作業用アームにおける感力装置に関す
る。

従来、作業用操作アーム装置としては例えば第１図に示
すようなものがある。

これは、支持ポール１の上部に旋回自由に取り付けられ
た駆動部２により、駆動アーム３ａ、３ｂを介して作業
アーム４が駆動されるもので、駆Ｊ動部２は支持ポール
１に対して作業アーム４を一定の速度でもつて旋回駆動
あるいは上下駆動するようになつている。

そして、作業アーム４の先端部に取り付けられた操作ボ
ックス５のオペレーションスイッチ６を切り換えること
によつて、左旋回駆動、右旋回駆動、上駆動、下駆動の
うちからいずれかが選択され、支持ポール１に対して作
業者が意図する方向に作業アーム４の先端を一定の速度
で移動させることができるようになつている。

例えば、操作ボックス５の下部にドリルを装着して、ド
リル作業を行わせるわけであるが、この場合、被加工物
やドリルに対して今どの程度の力（ゼロから作業アーム
４の移動力に対応した最大値まで変化しうる）が加えら
れてドリル作業が行われているかは、作業者は事実上認
識することができない。

この結果、ドリルや被加工物の耐久度を越えてそれらに
力が加えられる恐れがあり、場合によつてはドリルや被
加工物の破壊を招くことも考えら’れる。

本発明は、このような従来の問題点にかんがみてなされ
たもので、装着する工具や被加工物に対して、今どの程
度の力が加えられているかを作業者に認識させる機構を
設けて、上記の問題点を解消できるようにした作業用ア
ームの感力装置を得ることを目的とする。

以下、実施例を概略的に示す第２図に基づいて本発明を
説明してゆく。

図において、１０は角管状に形成されたスレーブアーム
で、第１アーム１１と第２アーム１２とからなる。

第１アーム１１は台１３に直立して固定され、また第２
アーム１２はその基端がこの第１アーム１１の上端部に
回転自由に連結されている。

そして、第２アーム１２はコントロール手段としてのロ
ータリアクチユエータ１４によつて駆動され、図面にお
いて時計回り方向あるいは反時計回り方向にその基端を
中心にして自由に回転させられる。このスレーブアーム
１０の内部空間の中心部には、スレーブアーム１０と相
似して形成されたマスターアーム１０Ａがスレーブアー
ム１０を同軸的に貫通して配設されている。

このマスターアーム１０Ａは、スレーブアーム１０の両
アーム１１，１２に対応した第１アーム１１Ａと第２ア
ーム１２Ａとからなり、スレーブアーム１０の両アーム
１１，１２と同様に第１アーム１１Ａは台１３に固定さ
れ、また第２アームは回転自由に第１アーム１１Ａに連
結されている。

このうち第２アーム１２Ａの先端には操作レバー１５が
固定されており、この操作レバー１５を介して人力でも
つて容易に第２アーム１２Ａが回転するように、しかも
操作レバー１５に何ら力を加えなければ第２アーム１２
Ａがその位置を保持し続けるように、第１アーム１１Ａ
と第２アーム１２Ａとの連結部１６の堅さが設定されて
いる。

一方、スレーブアーム１０においてその第２アーム１２
の第１アーム１１に対する相対的な角度、およびマスタ
ーアーム１０Ａにおいてその第２アーム１２Ａの第１ア
ーム１１Ａに対する相対的な角度は、それぞれ角度検出
器１７と角度検出器１７Ａとによつて常に検出されてい
る。そしてこれらの検出信号は減算器１８に送られて両
者間の偏差が演算され、さらにこの偏差信号はスレーブ
アーム１０のマスターアーム１０Ａに対する位置的な偏
差を示す信号として増幅器Ｑを経てサーボ弁１９へ送出
される。

サーボ弁１９では、減算器１８からの偏差信号に基づい
て、油圧源Ｐからその偏差に比例した流量の作動油をそ
の偏差が縮小する方向に対応して口ータリアクチユエー
タ１４へ供給する。

したがつて、操作レバー１５によりマスターアーム１０
Ａを回転移動すると、マスターアーム１０Ａとスレーブ
アーム１０との間に静止平衡位置関係からの偏差が生ず
るので、スレーブアーム１０がロータリアクチユエータ
１４によつてこの偏差を縮小する方向に、つまりマスタ
ーアーム１０Ａの移動に追従して回転移動する。

そして、偏差がゼロとなつてマスターアーム１０Ａとス
レーブアーム１０とが静止平衡位置関係となつたところ
で、スレーブアーム１０の回転移動が停止するのである
。

このようにして、スレーブアーム１０がマスターアーム
１０Ａに迫従して移動するので、例えばスレーブアーム
１０の先端にドリルやグラインダーといつた工具を装着
すれば、作業者が操作レバー１５を動かすだけで、ロー
タリアクチユエータ１４の作動油圧力による大きな力で
もつて種々の作業を行うことができるのである。

しかもそのときの作業力は、ロータリアタチユニータ１
４への作動油量、つまりはスレーブアーム１０とマスタ
ーアーム１０Ａとの偏差量に比例して大きくなるので、
スレーブアーム１０に対するマスターアーム１０Ａの変
位量を適当に選べば、作業内容などに依存しての好まし
い作業力を自在に発揮させることができる。

ところで、スレーブアーム１０の外側部の互いに対向す
る位置には、反力シリンダ２０Ａ，２０Ｂがスレーブア
ーム１０の軸線に直交して取り付けられている。

反力シリンダ２０Ａ，２０Ｂは、シールされた油室２１
Ａ，２１Ｂと、その側部ならびに油室２１Ａ，２１Ｂを
貫通して同軸的に摺動自由に収められた作動ロツド２２
Ａ，２２Ｂとを備えている。

作動ロツド２２Ａ，２２Ｂには、油室２１Ａ，２１Ｂに
面する部分において段差部２３Ａ，２３Ｂが形成され、
一方油室２１Ａ，２１Ｂにはオンオフ的に動作する三方
電磁弁２４Ａ，２４Ｂを経ｌて油圧源Ｐから圧油が導入
される。

この圧油が段差部２３Ａ，２３Ｂに作用力を及ぼすこと
により、作動ロツド２２Ａ，２２Ｂは内側に向かうマス
ターアーム方向の力を受け、作動ロツド２２Ａ，２２Ｂ
の端面は常に接触しながらマスターアームＩＯＡの側面
に従動してゆく。

そして、これら作動ロツド２２Ａ，２２Ｂの端面には回
転自由に剛球２５Ａ，２５Ｂが嵌め込まれており、した
がつて作動ロツド２２Ａ，２２Ｂは、マスターアームＩ
ＯＡの直交線上の２点間でもつて挾むようにマスターア
ームＩＯＡと接触し、両者間の接触摩擦が極めて小さ＜
抑えられている。このように構成された反力シリンダ２
０Ａ，２０ＢがマスターアームＩＯＡに及ぼす力は、当
然ながら油室２１Ａ，２１Ｂに導入される作動油の圧力
に比例して大きくなるわけであるが、これは三方電磁弁
２４Ａ，２４Ｂを介してロータリアクチユエータ１４の
前後の作動油圧力に基づいて調節される。

具体的には、まずロータリアクチユエータ１４の供給油
路２６と排出油路２７（図面の状態で供給または排出油
路を形成しているものを便宜的に供給または排出油路と
した）の油圧力が、圧力検出器２８，２９と変換器３０
，３１によりその圧力値に比例した電圧信号に変換され
る。

次に、これら電圧信号がパルス幅変調器３２，３３によ
り圧力値に比例したパルス幅をもつ一定周期のパルス信
号に変換（すなわち圧力値に比例したデユーテイー比を
もつパルス信号に変換）された後、増幅器３４，３５を
経て三方電磁弁２４Ａ，２４Ｂへ送出される。

三方電磁弁２４Ａ，２４Ｂでは、これらのパルス信号に
同期しながら、油室２１Ａ，２１Ｂに対して油圧源Ｐの
高圧吐出油路３６と低圧吸込油路３７とを選択的に切り
換え連通させ、時間的な平均として油室２１Ａ，２１Ｂ
と高圧吐出油路３６との連通時間を前述の供給油路２６
と排出油路２７の油圧値に比例させる。

この結果、油室２１Ａには平均値として排出油路２７に
比例した圧力が、他方油室２１Ｂには同じく供給油路２
６に比例した圧力が立ち、結局これら両圧力の差圧（つ
まり供給油路２６と排出油路２７との差圧）に比例した
力が反力シリンダ２０Ａ，２０Ｂによつてマスターアー
ムＩＯＡに加えられるのである。

今、第２図のようにスレーブアーム１０が固定壁３８に
よつて時計回り方向にストツプされた状態でもつて、マ
スターアームＩＯＡを時計回り方向に変位させたとする
。

すると、ロータリアクチユエータ１４によつて、押付け
力が、スレーブアーム１０の固定壁３８との接触部にか
かる。

この場合、この押付反力に応じてロータリアクチユエー
タ１４への供給油圧が増大するので、スレーブアーム１
０の受ける抵抗力が大きくなるほど、反力シリンダ２０
Ａに比べて反力シリンダ２０ＢのマスターアームＩＯＡ
への神付け力が大きくなる。

この結果、マスターアームＩＯＡを時計回り方向に変位
させようとすると、反力シリンダ２０Ｂから反時計回り
方向に大きな力を受けるので、マスターアーム先端の操
作レバー１５を握る作業者は操作レバー１５のかたさと
して、スレーブアーム１０の押付け力、すなわち作業力
を認識することができる。

逆に、マスターアームＩＯＡを反時計回り方向に変位さ
せる場合には、今度は反力シリンダ２０Ａから同様にし
てその変位を妨げるような力をマスターアームＩＯＡは
受け、この場合にも同様に作業者は作業力を実感として
認識することができる。

また、反力シリンダ２０Ａ，２０ＢがマスターアームＩ
ＯＡに及ぼす力は、例えばパルス幅変調器３２，３３に
おいて、供給油路２６と排出油路２７の圧力に対するパ
ルス幅の比例係数を変化させれば容易に変えられるので
、このような三方電磁弁２４Ａ，２４Ｂをパルス駆動し
て油室２１Ａ，２１Ｂの圧力を制御する機構によれば、
作業力を作業者に認識させる操作レバー１５のかたさを
好ましい値に極めて容易に調節することができるという
効果がある。

同時に、油室２１Ａ，２１Ｂの圧力が周期的に細かく変
動するので、いわゆるデイザー効果が表われて反力シリ
ンダ２０Ａ，２０Ｂの作動摩擦が小さくなり、反力シリ
ンダ２０Ａ，２０Ｂの作動精度の向上や、操作レバー１
５が不適切にかたくなるといつた事態の防止などが図れ
るという効果’もある。

以上のようにして本発明によれば、作業者は実感として
作業力を認識できるので、耐久度以上の力を工具や被加
工物に加えてそれらを破壊してしまうといつた事態の発
生を未然に回避することができる。

しかも、作業力の認識により作業内容に合つた好ましい
作業力を正しく工具や被加工物に加えることができるの
で、作業の正確性や作業能率などの向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の装置を示す概略図、第２図は本発明の実
施例を示す概略図である。 １０・・・・・・スレーブアーム、１０Ａ・・・・・・
マスターアーム、１４・・・・・田一タリアクチユエー
タ、］５・・・・・・操作レバー １７，１７Ａ・・・
・・・角度検出器、１８・・・・・・減算器、１９・・
・・・・サーボ弁、２０Ａ，２０Ｂ・・・・・・反力シ
リンダ、２１Ａ，２１Ｂ・・・・・・油室、２２Ａ，２
２Ｂ・・・・・・作動ロツド、２４Ａ，２４Ｂ・・・・
・・三方電磁弁、２８，２９・・・・・・圧力検出器、
３２，３３・・・・・・パルス幅変調器、Ｐ・・・・・
・油圧源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 作業工具が装着されるスレーブアームと、スレーブ
   アームを駆動する油圧アクチュエータと、スレーブアー
   ムに相似して形成されかつその近傍に配設されたマスタ
   ーアームと、マスターアームとスレーブアームとの位置
   的な偏差を検出する手段と、この偏差信号に応じて油圧
   アクチユエータヘの供給油圧をコントロールしてその偏
   差が縮小するようにスレーブアームの駆動を制御するコ
   ントロール手段と、内部に形成された油室内の圧力に応
   動して変位する作動ロッドを備えこの作動ロッド間でマ
   スターアームを挾持するようにスレーブアームに固定さ
   れた２つの反力シリンダと、各反力シリンダの油室に高
   圧油と低圧油とを選択的に導入する２つのオンオフ電磁
   弁と、油圧アクチュエータ前後の作動油圧値を検出する
   ２つの圧力検出器と、これらの検出信号を各油圧値に応
   じたパルス幅をもつ一定周期のパルス信号に変換しこれ
   らパルス信号を各オンオフ電磁弁に送出する２つのパル
   ス幅変調器とを具備し、両反力シリンダを介してスレー
   ブアームの駆動反力に比例した力をマスターアームに加
   えるように構成された作業用アーム感力装置。