JPS61252084A

JPS61252084A - マスタ・スレ−ブ方式ロボツト

Info

Publication number: JPS61252084A
Application number: JP9223785A
Authority: JP
Inventors: 均小俣; 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
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH0694110B2

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］この発明は、看護介助に用いられるマスタ・スレーブ方
式ロボットに関する。

［発明の技術的背景及びその問題点］寝たぎ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、入浴、ベットからの抱き上げ、体位の
変換、車椅子への移動などの介助作業を行ない、看護婦
などの介助者の負担を軽減する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、オペレータ
がロボットそのものの動きを見ながら操作盤でロボット
のアームの動きや、位置の移動を行うようにしたもので
ある。

従って、その看護ロボットの操作には、熟練を要し、医
療に従事する通常の看護婦のような人々がそのロボット
を自在に使いこなすという点で問題があった。

［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、操作が容易で、しかも人の手の動ぎに近い動
きができるマスタ・スレーブ方式ロボットを提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成コこの発明は、ロボット本体の左右にスレーブアームを取
付け、このスレーブアームには肩関節部、肘関節部、手
首関節部を設けてそれぞれ上腕アーム、下腕アームにて
連結し、前記手首関節部にはハンドを連結し、前記肩関
節部には上腕シャフトの水平回転駆動部と前後回転駆動
部と捻転駆動部を設け、前記肘関節部には下腕シャフト
の垂直回転駆動部を設け、前記手首関節部にはハンドの
垂直回転駆動部を設けで成るスレーブロボットと、オペ
レータの左右の腕に装着してその腕の動きを検知するマ
スタアームに（〕て、ｎ関節部に水平回転用、前後回転
用、捻転用の直交３軸を設（ｊ、肘関節部に垂直回転用
軸を設け、手首関節部に垂直回転用軸を設け、これら各
軸にその回転角度を検知するエンコーダを設け、前記肩
関節部と肘関節部、肘関節部と手首関節部の間をシャフ
トにて連結し、前記手首関節部の先端にはグリップを設
けて成るマスタアームと、このマスクアームの各関節部
のエンコーダの信号を前記スレーブアームの各関節部の
対応する駆動部に与え、その回転角度に応じて駆動させ
る制御部とを備えて成るマスタ・スレーブ方式ロボット
であって、オペレータの腕の各関節部の動きを的確に検
知してスレーブアームに伝え、人手に近い動きを実現す
るものである。

［発明の実施例コ以下、この発明の実施例を図に基いて詳説する。

第１図はマスタ・スレーブ方式の看５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にその信号を与え、スレーブアーム７
．９にオペレータ１５の腕１７の動ぎと同じ動きをとら
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０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−ｌい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
２５が取付けられており、ハーモニックドライブのよう
な減速機２７を介して水平回転用出力軸（Ｒ１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は減速機３５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３つ内に前後回
転用軸く日ｌｌ１ｌｌｌ）駆動モータ４１が設けられて
いる。そしてこの１」軸駆動モータ４１を減速機４３を
介して前後回転用出力軸（１」軸）４５に連動連結され
ており、この１」軸４５を前後方向に回転させる。

このＨ軸４５には上腕アーム４７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
軸ン駆動モータ４９が設けられており、このＶ軸駆動モ
ータ４９はベベルギアボックス５１、減速機５３を介し
て前後回転用出力軸（Ｖ軸）５５に連ｖＪ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５５
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Ｖ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＠（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の左右両翼にそれぞれ駆動モー
タ７５゜７７が取ｆ」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が設けられてい
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、この大ギヤ８３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、旋回プレート７１の方向性を固定することができる
。

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Ｕ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図はマスタアームゴ３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置にエンコー
ダを設け、オペレータ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８つ、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
せるための上下駆動（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。

従ってオベレ〜り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
動ぎを各エンコーダが肩関節部、肩関節部、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ＲＩｉｌｌｋ
が示されているが、伯のＲ２、Ｈ，Ｖ。

Ｗ軸についても同じ。）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と小ギヤ１１
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。さらに
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パイプ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の取付は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ｍ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が設けられており、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１３３
が係合孔１３５に確実に押し込まれるように、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１３
３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
で移動させ、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・スレーブ方式の石段介助ロ
ボットの動作について次に説明する。

上記構成のマスタ・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
す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。このオペレータ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、その肩関茄部の動きをＲ１軸、Ｒ２軸、Ｈ軸
それぞれのエンコーダ８９．９１．９３によって把握し
、また肘関節部の動きはＶ軸エンコーダ９５によって把
握し、さらに手首関節部の動ぎは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１５
の腕１７の動ぎ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１０つと小ギヤ１１１との噛合せにより約２倍に
増幅された状態でエンコーダに与えられるため、ギＶ比
補正をしだ状態でスレーブアーム７．９の対応する各駆
動モータ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が左右のマスタアーム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タ・スレーブ方式
のＷ＆Ｉ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石段の具体的な例を
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図に示すように患−者１３９の伏しているベラ
ｉ−１４１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を動かす
。

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から抱え上げ
ることができる。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ＳＷＩを操作して左右のスレーブア
ーム７．９の上下位置を調整し、同時に動作スイッチＳ
Ｗ２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はそれぞれマスタアーム１３の動き
に追従し、バスタブ１４３内において患者１３９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］この発明はオペレータの腕の各関節部の動きをマスタア
ームの各エンコーダによって把え、スレーブアームの対
応する各関節部を同じｍだけ駆動させるものであるため
、オペレータが腕を動かすだけで容易に操作することが
できる特長がある。

またスレーブアームは各関節部の駆動部で駆動させるた
めに人の腕の動きに近い動きを行なうことができ、看護
介助に用いる場合には人手によるようなやさしい看護が
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図は上記実
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図は上記臼型の側
面図、第６図は上記スレーブロボットのｍ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図は上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ｘ■−ｘ■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図は上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
・・・スレーブアーム１１・・・制御盤　　　　１３・・・マスタアーム１５
・・・オペレータ　　１７・・・腕１つ・・・上下用ボ
ールねじ２１・・・上下用ナツト　２３・・・ブラケット２５・
・・水平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・・・前後回転用軸駆動モータ４５・・・前後回転用出力軸４７・・・上腕アーム４９・・・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・・・ポールキャスタ７１・・・旋回プレート７５．７７・・・駆動モータ７９．８１・・・駆動タイヤ８９・・・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・・・垂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１２７・・・マスタアーム支持パイプ第１図第２図ｊ１４図舘５図＄７図第１θ図第１１図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】

ロボット本体の左右にスレーブアームを取付け、このス
レーブアームには肩関節部、肘関節部、手首関節部を設
けてそれぞれ上腕アーム、下腕アームにて連結し、前記
手首関節部にはハンドを連結し、前記肩関節部には上腕
シャフトの水平回転駆動部と前後回転駆動部と捻転駆動
部を設け、前記肘関節部には下腕シャフトの垂直回転駆
動部を設け、前記手首関節部にはハンドの垂直回転駆動
部を設けて成るスレーブロボットと、オペレータの左右
の腕に装着してその腕の動きを検知するマスタアームに
して、肩関節部に水平回転用、前後回転用、捻転用の直
交３軸を設け、肘関節部に垂直回転用軸を設け、手首関
節部に垂直回転用軸を設け、これら各軸にその回転角度
を検知するエンコーダを設け、前記肩関節部と肘関節部
、肘関節部と手首関節部の間をシャフトにて連結し、前
記手首関節部の先端にはグリップを設けて成るマスタア
ームと、このマスタアームの各関節部のエンコーダの信
号を前記スレーブアームの各関節部の対応する駆動部に
与え、その回転角度に応じて駆動させる制御部とを備え
て成るマスタ・スレーブ方式ロボット。