JPS61252083A

JPS61252083A - スレ−ブロボツト

Info

Publication number: JPS61252083A
Application number: JP9223685A
Authority: JP
Inventors: 小侯　均; 安部　定男; 晃江龍
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 1985-05-01
Filing date: 1985-05-01
Publication date: 1986-11-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野１この発明は、マスク・スレーブ方式ロボットのスレーブ
ロボットに関する。

［発明の技術的背景及びその問題点］寝たきり患者等の重度の身体障害者を浴室やトイレ、病
室などに移動し、看護婦などの介助者の負担を軽減する
ように入浴、ベットからの抱き上げ、体位の変換、車椅
子への移動等の介助作業を行なうことを目的とする看護
介助ロボットとしては従来、通産省工業技術院で試作さ
れた通称「メルコング」というロボットが知られている
。

ところがこの看護介助ロボットの場合には、全方向性搬
送車とその上に設置された２本のマニュブレータとによ
って構成されているものであって、マニュプレータがぎ
こちなく動くために人手による看護のように患者をやさ
しく扱うという点で多くの課題が残されていた。

［発明の目的］この発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたもの
であって、人の手の動きに近い動きができるスレーブア
ームを備えたコンパクトなスレーブロボットを提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］この発明は、人の肩関節部、肘関節部、手首関節部の動
きに対応して肩関節部に直交３軸の回転軸、肘関節部と
手首関節部にそれぞれ水平な１軸の回転軸を備えた左右
２本のスレーブアームを上下駆動装置を介してロボット
本体に取（＝Ｉけ、このロボット本体に制御盤を設け、
全方向走行可能な台車上にこのロボット本体を取付けて
成ることを特徴とするスレーブロボットであって、片方
６自由度を持つスレーブアームによって人の腕の動きに
近い動きを実現し、看護人の働きに近い働きを行なえる
ようにしたものである。

［発明の実施例］以下、この発明の実施例を図に基いて詳説する。

第１図はマスク・スレーブ方式の看護介助ロボットの全
体を示すものであり、スレーブロボット１は、全方向走
行可能な台車３上に設けられたロボット本体５に左右の
スレーブアーム７．９を上下駆動可能に取付け、また同
じ台車３上にスレーブアーム７．９の駆動制御を行なう
制御盤１１を設置した一体構造のものである。

またマスタアーム１３はオペレータ１５の左右の腕１７
にそれぞれ装着し、そのオペレータ１５の腕１７の動き
を関節部の回転の度合によって検知し、スレーブロボッ
ト１の制御盤１１にその１９号を与え、スレーブアーム
７．９にＡベレータ１５の腕１７の動きと同じ動きをと
らせるようにする。

第２図、第３図及び第６図はスレーブロボット１の全体
を示すものである。ロボット本体５の左右に設けられた
上下用ボールねじ１９に上下用ナツト２１を噛合せ、こ
のナツト２１にそれぞれ左右のスレー・ブアーム７，９
のブラケット２３が取付けられている。従ってボールね
じ１９の回転によってナツト２１が上下し、ブラケット
２３を介して左右のアーム７．９が上下動する。上下用
ブラケット２３には水平回転用軸（Ｒ＋軸）用モータ２
５が取付けられており、ハーモニックドライブのような
減速１２７を介して水平回転用出力軸（Ｒ＋軸）２つが
連動連結されている。

このＲ１軸２９にはフレーム３１が水平回転可能に取付
けられており、このフレーム３１内に捻転用軸（Ｒ２軸
）用モータ３３が設けられている。

このＲ２軸用モータ３３は減速！ｆ１３５を介して捻転
用出力軸（Ｒ２軸）３７に連動連結されており、Ｒ２軸
用モータ３３の回転によりＲ２軸３７が捻転（腕を捻る
ような回転）を行なう。上記Ｒ２軸３７には捻転用フレ
ーム３９が取付けられており、このフレーム３９内に前
後回転用軸（Ｈ軸）駆動モータ４１が設けられている。

そしてこのＨ軸駆動モータ４１を減速機４３を介してＩ
ｙＪ後回転用出力軸（（（軸）４５に連動連結されてお
り、この）］軸４５を前後方向に回転させる。

このト１軸４５には上腕アーム４゛７が取付けられてい
る。そしてこの上腕アーム４７の内側には前後回転用軸
（Ｖ軸）駆動モータ４９が設けられており、この■軸駆
動モータ４９はベベルギアボックス５１、減速１５３を
介して前後回転用出力軸（Ｖ軸）５５に連動連結してい
る。従ってＶ軸駆動モータ４９の回転によりこのＶ軸５
５は前後方向に回転する。

上記Ｖ軸５５には下腕アーム５７が連結されており、こ
の下腕アーム５７の内側に前後回転用軸（Ｗ軸）駆動モ
ータ５９が設けられている。この■軸駆動モータ５９は
ベベルギアボックス６１、減速機６３を介して前後回転
用出力軸（Ｗ軸）６５と連動連結されている。従ってこ
のＷ軸６５はＷ軸駆動用モータ５９の回転により減速さ
れた前後方向の回転を行なう。このＷ軸６５にはハンド
６７が取付けられている。

またこのスレーブロボット１の台車３は、第４図及び第
５図に示すようにその底面４隅にそれぞれ全方向走行可
能なポールキャスタ６９が設けられている。またこの台
車３の底面中央部には旋回プレート７１が旋回用ベアリ
ング７３を介して回転自在に取付けられている。そして
この旋回用プレート７１の左右両Ｗにそれぞれ駆動モー
タ７５゜７７が取付けられており、各駆動モータ７５，
７７それぞれに駆動タイヤ７９．８１が設【プられてい
る。また旋回プレート７１の中央部には大ギア８３が取
付けられており、この大ギＡ７８３は台車３の底面に取
付けられた小ギア８５と噛合っている。この小ギヤ８５
にはブレーキ装置８７が取付けられており、ブレーキ装
′＠８７の作動により小ギア８５を介して大ギア８３を
固定し、旋回プレ−ドア１の方向性を固定づることがで
きる。

こうして上記構成のスレーブロボット１は、第６図に示
すように台車３によって前後左右全方向走行可能となり
、所望の位置にこの台車３を移動させ、左右のスレーブ
アーム７．９を人の腕のように動作させることにより、
患者の介護を行なうのである。

第７図乃至第１０図はマスタアーム１３を示すものであ
る。このマスタアーム１３は、オペレータ１５の左右の
腕１７に取付けてその左右の腕の動きを検知し、スレー
ブロボット１のスレーブアーム７．９を追従させるもの
である。左右のマスタアーム１３にはそれぞれ前記スレ
ーブアーム７゜９の各駆動部と対応する位２にエンコー
ダを設け、Ａベレータ１５の腕１７の各関節部の動きの
度合を検知する。そのために肩関節部においては水平回
転（Ｒ１）検知用エンコーダ８９、捻転（Ｒ２）検知用
エンコーダ９１、前後回転（Ｈ）検知用エンコーダ９３
を設け、肘関節部には垂直回転＜Ｖ＞検知用エンコーダ
９５を備、え、手首関節部にも垂直回転＜Ｗ）検知用エ
ンコーダ９７を備えている。

そしてこれらの肩関節部と肘関節部との間にはターンバ
ックルのように伸縮調整可能な上腕シャフト９９が設け
られており、肘関節部と手首関節部との間には伸縮調整
可能な下腕シャフト１０１が設けられている。また手首
関節部にはグリップ１０３が設けられている。そしてこ
のグリップ１０３にはスレーブアーム７．９を上下動さ
げるための上下駆動（Ｚ軸）用スイッチＳＷ＋　、さら
にマスタアーム１３の動作を行なわせるための動作有効
スイッチＳＷ２が設けられている。

従ってオペレータ１５がその左右の腕１７を動かして患
者の介護がしたい姿勢に移動させると、その左右の腕の
動きを各エンコーダが肩関節部、肘関節部、手首関節部
の各軸Ｒ＋　、Ｒ２、Ｈ，Ｖ。

Ｗの回転角度として回転角度に応じた出力パルスを発生
する。

ここで各エンコーダの部分は、第８図に詳しく示されて
いるように、共通して軸１０５（ここではＲ１軸が示さ
れているが、他のＲ２、ｉ−１，Ｖ。

Ｗ＠についても同じ。）をベアリング１０７によって支
持し、その軸１０５の回転を大ギヤ１０９と小ギＶ１１
１との噛合せにより例えば２倍程度に増幅してエンコー
ダ８９に入力する。この構成によりマスタアーム１３の
微小な動きに対しても適確な動きの把握ができ、正確に
スレーブアーム７．９を追従させることができるのであ
る。また小パルスのエンコーダを用いることができ、マ
スタアーム１３の軽量化を図ることもできる。

なお上記マスタアーム１３はその材質にアルミニウムを
採用することにより全体の軽量化が可能である。ざらに
シャフト９９．１０１は中空材を用いることにより、よ
り一層の軽量化が可能となる。

上記構成のマスタアーム１３はオペレータ１５の左右の
腕７に取付けなければならないのであるが、そのために
第１１図及び第１２図に示すような背負装置１１３を用
いる。この背負装置１１３はオペレータの背中に当てる
本体部１１５と胴ベルト１１７とで成る。この胴ベルト
１１７にはバックル１１９によって胴ベルト前部１２１
が取外し自在に係合されている。また肩当前部１２３は
バックル１２５によって本体部１１５に繋がれている。

前記本体部１１５にはマスタアーム支持バイブ１２７が
固定されており、この支持バイブ１２７によって左右の
マスタアーム１３がそれぞれ支持されるのである。

またオペレータが交替すれば、その背丈に応じてマスタ
アーム１３の取付【プ高さも調整する必要があるため、
本体部１１５に対して胴ベルト１１７は上下調節が可能
な構造としである。つまり胴ベルト１１７にスライドガ
イド１２９が設Ｃノられており、本体部１１５をこのス
ライドガイド１２９に対してスライドさせ、オペレータ
各自が自分のウェストの位置に胴ベルト１１７がくるよ
うに両者の高さを調整する。その時、把手１３１とその
把手１３１に設けられたビン１３３は本体部１１５の側
面に上下方向に複数個開けられている係合孔１３５の１
つに挿入され、固定されるのである。そしてこのビン１
３３が係合孔１３５に確実に押し込＝１れるように、押
えばね１３７がビン１３３を本体部１１５の方向に押す
ように設けられている。従って、把手１３１を引き、ビ
ン１３３を係合孔１３５から外し、本体部１１５をスラ
イドガイド１２９に対して上下にスライドさせて適当な
位置まで移動さけ、その状態で把手１３１を離せば、押
えばね１３７によってビン１３３は係合孔１３５の別の
１つに係合し、本体部１１５と胴ベルト１１７の高さ位
置が調整できるのである。

上記の構成を備えるマスタ・スレーブ方式の看護介助ロ
ボットの動作について次に説明する。

上記構成のマスク・スレーブ方式の看護介助ロボットで
はスレーブロボット１をその台車３の左右のモータ７５
．７７を動作させて所望の位置まで移動させる。

患者を看護する場合には、オペレータ１５が第７図に示
ずように左右にそれぞれマスタアーム１３を装着し、グ
リップ１０３を握り、動作有効スイッチＳＷ２を押しな
がら看護したい姿勢を取るように左右の腕を動かし、マ
スタアーム１３を操作する。このＡパレータ１５の操作
により、マスタアーム１３はオペレータ１５の腕の動き
に応じて、その肩関節部の動きをＲ１軸、Ｒ２軸、Ｈ軸
それぞれのエンコーダ８９．９１．９３にＪ：って把握
し、また肘関節部の動きはＶ軸エン］−ダ９５によって
把握し、さらに手首関節部の動きはＷ軸エンコーダ９７
によって把握し、それぞれのエンコーダがオペレータ１
５の腕１７の動きに応じた回転角度をパルス出力として
出力する。

この各エンコーダのパルス出力は第８図に示したように
大ギア１０９と小ギヤ１１１との噛合せにより約２倍に
増幅された状態でエン−１−ダに与えられるため、ギヤ
比補正をした状態でスレーブアーム７．９の対応する各
馴初し一夕２５．３３゜４１．４９．５９に与えられ、
スレーブアーム７゜９に所望の動きを与える。

また左右のスレーブアーム７．９の上下の調整はオペレ
ータ１５が左右の７スタアーム１３それぞれのグリップ
１０３の上下駆動用スイッチＳＷ１を操作することによ
って行なう。上記の動作によってマスク・スレーブ方式
の看護介助ロボットは操作されるのであるが、このよう
な看護介助ロボットを用いた病人看護の具体的な例を次
に第１３図及び第１４図をもとに説明する。

オペレータ１５は上記背負装置１１３を用いて第７図に
示したように左右の腕１７に対してそれぞれマスタアー
ム１３を取付ける。そしてスレーブロボット１の台車３
を第１３図に示づように患者１３９の伏しているベラｔ
−ｉ　４　ｉに近付ける。

つづいてマスタアーム１３の動作有効スイッチＳＷ２を
押しながら、介護者であるオペレータが患者１３９を介
護したいと思う姿勢をとるように左右の腕１７を動かず
。

このオペレータ１５の動作によりマスタアーム１３はオ
ペレータ１５の左右の腕１７の動きを検知し、それに追
従してスレーブロボット１の左右のスレーブアーム７．
９を動作させ、患者１３９をベット１４１から抱え」二
げるごとができる。つづいてこの患者を台車３の移動に
より例えば浴室に運ばせる。

浴室に到着したならば、第１４図に示すように浴室のバ
スタブ１４３内に患者１３９を抱えたまま入れるように
、オペレータ１５はマスタアーム１３のグリップにある
上下駆動用スイッチＳ　Ｗ　＋を操作して左右のスレー
ブアーム７．９の上下位置をｖ４ｇ！シ、同時に動作ス
イッチＳＷ２を操作しながら患者の背中を起こすような
形に左右のマスタアーム１３を移動させる。この操作に
よってスレーブアーム７．９はそれぞれマスクアーム１
３の動きに追従し、バスタブ１４３内において患者１３
９を抱き起こした形において漬らせることができる。

［発明の効果］この発明は人の肩関節部、肘関節部、千肖関節部の動き
をとらえる片方６自由度を持つ左右２本のスレーブアー
ムを有するため、人の手の動きに近い動きを実現するこ
とができる特長がある。また全方向性の台車上にロボッ
ト本体と制御盤とを設置しているため、看護患者と共に
装置仝休をいろいろな場所に移動してそのＮ’ＪＡ介助
ができ、君護大の多大の労力を節約することができる特
長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の全体図、第２図は１−記
実施例のスレーブロボットの斜視図、第３図は上記スレ
ーブロボットのスレーブアームの断面図、第４図は上記
スレーブロボットの台車の底面図、第５図はＦ記台車の
側面図、第６図は上記スレーブロボットの機構図、第７
図は上記実施例のマスタアームの装着状態を示す斜視図
、第８図は［記マスタアームの側面図、第９図は上記マ
スタアームの手先部の平面図、第１０図は上記マスタア
ームの機構図、第１１図は上記マスタアームの背負装置
の背面図、第１２図は第１１図におけるＸＩＩ−ＸＩＩ
線断面図、第１３図は上記実施例の患者抱え上げ状態を
示す側面図、第１４図は」１記実施例のスレーブロボッ
トによる患者入浴介助動作を示す側面図である。１・・・スレーブロボット３・・・台車　　　　　　５・・・ロボット本体７．９
・・・スレーゾｊ′−ム１１・・・制御？！３　　　　１３・・・マスタアーム
１５・・・Ａペレータ　　１７・・・腕１９・・・上下
用ボールねじ２１・・・上下用ナツト　２３・・・ブラケット２５・
・・水下回転用軸駆動モータ２９・・・水平回転用出力軸３３・・・捻転用軸駆動モータ３７・・・捻転用出力軸４１・・・前接回転用軸駆動モータ４５・・・前後回転用出力軸４７・・・上腕アーム／１．９・・・垂直回転用軸駆動モータ５５・・・垂直
回転用出力軸５７・・・下腕アーム５９・・・垂直回転用軸駆動モータ６５・・・垂直回転用出力軸６７・・・ハンド６９・・・ボールギせスタフ１・・・旋回プレート７５．７７・・・駆動モータ７９．８１・・・駆動タイヤ８つ・・・水平回転検知用エンコーダ９１・・・捻転検知用エンコーダ９３・・・前後回転検知用エンコーダ９５・・・垂直回転検知用エンコーダ９７・・・！Ｉ！直回転検知用エンコーダ９９・・・上
腕シャフト１０１・・・下腕シャフト１０３・・・グリップＳ　Ｗ　＋　・・・上下駆動用スイッチＳＷ２・・・動
作有効スイッチ１１３・・・背負装置　　１１５・・・本体部１１７・
・・胴ベルト第１図第７図第１０図１ＵＪ　日ｌ第１１ｇ第１２図＋７Ｑ

Claims

【特許請求の範囲】

人の肩関節部、肘関節部、手首関節部の動きに対応して
肩関節部に直交３軸の回転軸、肘関節部と手首関節部に
それぞれ水平な１軸の回転軸を備えた左右２本のスレー
ブアームを上下駆動装置を介してロボット本体に取付け
、このロボット本体に制御盤を設け、全方向走行可能な
台車上にこのロボット本体を取付けて成ることを特徴と
するスレーブロボット。