JPS62213975A - マスタ・スレ−ブ指マニプレ−タのマスタ側操作器 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明はマスタ・スレーブ指マニプレータのマスタ側操
作器に関し、マスタ指マニプレータの本体上に設置され
る各種の構成装置の設置密度を低くして製作を容易にす
るよう企図したものである。

〔従来の技術〕

作業空間の制約や危険性のために作業者が近付くことの
できない箇所で各種物体の把持や繊細作業を行なう場合
、遠隔場所で作業者がマスタ指マニプレータを直接指で
動かし、このマスタ指マニプレータの動作に基づきスｈ
レーブ指マニプレータを作動させて、スレーブ指マニプ
レータにより危険箇所等での各種物体の把持や繊細作業
を行なっている。

このマスタ・スレーブ式指マニプレータでは、スレーブ
指マニプレータによる把持力や接触位置を制御しなけれ
ば正確な物体の把持や繊細作業を行なうことができない
。このため作業者の指にスレーブ指マニプレータの把持
状況、即ち力の大きさや把持位置の情報を伝達する必要
がある。そこで、スレーブ指マニプレータでの力覚や圧
覚をマスタ指マニブレークにフィードバックしている。

よウニ、マスタ指マニプレータ１は、指２（本例では親
指と人差し指）に沿う平板状の本体１ａに固着された筒
状の保持具１ｂを有し、この保持具１ｂに操作者の指２
を挿入し得るようになっている。固定部材１ｃは本体１
ａの表面に固着されて蛇管式ワイヤ３のアウタワイヤ３
ａの一端部を固定している。蛇管式ワイヤ３のインナワ
イヤ３ａの一端は、リング状に形成された可動部１ｄの
基端部を連結部材１ｅを介して固着している。インナワ
イヤ３ａの他端は駆動装置４に連結されており、この駆
動装置４の駆動によりインナワイヤ３ａの送り出し長さ
を調整するようになっている。このとき、可動部１ｄの
先端部には圧力センサ付圧接部１ｆが固着されており、
インナワイヤ３ａの移動に伴ない可動部１ｄが移動する
ことにより圧力センサ付圧接部１ｆを指２の腹に対し接
離させるようになっている。一方、固定部材１ｃと連結
部材１ｅとの間にはバネ１ｇが介在させてあり、圧力セ
ンサ付圧接部１ｆが指２の腹から離れるよう可うになっ
ている。比較器７は、センサ用アンプ８ａを介して入力
される圧力センサ付圧接部１ｆの出力信号とセンサ用ア
ンプ８ｂを介して入力される圧力センサ５ｂの出力信号
とを比較し両者の差に応じた信号を送出する。

サーボドライバ９は比較器７の出力信号に応じて圧力セ
ンサ付圧接部１ｆと圧力センサ５ｂとの出力信号が同じ
になるよう駆動装置４を駆動制御する。

また、マスタ指マニプレータ１の本体１ａの関節部には
、位置検出器９及び力覚発生用モータ１０が備えられる
へ位置検出器９はマスタ指マニプレータ１の関節回動角
を検出し、この検出信号を基にスレーブ指マニプレータ
５の指５ａがマスタに対応して動作する。つまり、周知
のマスタ・スレーブ制御が行なわれる。また物体６を持
ったときにスレーブ指マニプレータ５に生ずる力は、圧
力センサ５ｂにより検出され、この検出値は力覚発生用
モータ１０に送られる。そうすると力覚発生用モータ１
０は、スレーブ側に生ずるのと同様な力をマスタ側の本
体１ａに与える。つまり力覚制御が行なわれる。

このようにしてスレーブ指マニプレータ５が物体６を持
った蒔、スレーブ指マニプレータ５の指に加る圧覚は圧
力センサ５ｂによって検知される。マスタ指マニプレー
タ１を操作する操作者の指２にこの情報を伝えるのは、
次のとおりである。即ち、駆動装置４により、蛇管式ワ
イヤ３のインナケーブル３ｂｔ−引くと圧力センサ付圧
接部１ｆが指２を圧迫し、あたかも物を把持することに
よって指先が圧覚を受けたような感じを操作者に与える
。この時、力の制御は、圧力センサ付圧接部１ｆよりの
圧力情報をセンサ用アンプ８ａにより増幅し比較器７で
スレーブ指マニプレータ５の圧力センサ５ａからの情報
と比較し、サーボドライブ９を用いて駆動装置４を制御
する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上述した技術では、可動部１ｄ。

圧力センサ付圧接部１ｆ及び蛇管式ワイヤ３等で構成さ
れる圧覚発生装置や、位で検出器９や、力覚発生用モー
タ１０を総て、小さな本体１ａ上に備えていた。このた
め、上記各種装置の設置密度が高くなりメカ的な制約が
多く製作するのに手間がかかり煩雑であるという間頴が
残っていた。特にマスタ指マニプレータの数が多いもの
では、この欠点が顕著になる。更に本体ｌａ上に、上記
装置が設けられるため、指に加わる負担が大きくなり制
御精度が低下するおそれもあった。

本発明は、上記実情に鑑み、マスタ指マニプレータの本
体上に設置する装置数を少なくすることができ、操作者
に対し力覚や圧覚を付与スるマスタ・スレーブ指マニプ
レークのマスタ側操作器を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明の構成は、マスタ指マニプレ
ータの本体にはこれの動作位置を検出する位置検出器を
備え、しかも操作者の指に圧覚及び力覚を与える把持力
模擬部を本体とは別途に具備したことを特徴とする。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例を示す。同図に示すように本実
施例に係るマスタ側操作器では、マスタ指マニプレータ
１の本体１ａには位置検出器９のみを備え、本体１ａと
は別に把持力模擬部２０を備え、この把持力模擬部２０
により指２に対し圧覚及び力覚を与えるようにしている
。

把持力模擬部２０について詳述すると、この把持力模擬
部２０は、弾性を有する隔壁３０内に複数本（本実例で
は２本）備えられた小型マニプレータ４０と、この小型
マニプレータ４０を所定位置に揺動させる揺動手段５０
と、コントローラ６０とで構成されている。

小型マニプレータ４０では、伸縮自在な蛇腹４１内に収
縮用のばね４２とリニア位置検出器４３が内蔵されてい
る。また蛇腹４１の頭部にはボールジヨイント４４を介
して先端部４５が設けられており先端部４５は任意の方
向に向くことができる。先端部４５の表面にはマスタ側
圧力センサが設置されている。

一方、蛇腹４１の下部には基端部４６が固定されており
、この基端部４６は、揺動手段５０のジンバル５１によ
り揺動自在に支持されている。更に蛇腹４１内には、バ
ルブ４７が介装されるとともに空圧源につながっている
パイプ４８を通して、圧縮空気が給排されるよにより決
まり、残りの１自由度は蛇腹４１が°　１伸縮すること
により決まる。

゛、揺動手段５０は、ジンバル５１と、ジンバ（Ｘ方向
）に小型マニプレータ４０を揺動させる動力をベルト５
２により伝えるモータ５３と、２自由度のうち残りの一
方向（ｙ方向）に小型マニプレータ４０を揺動させる動
力をベルト５４により伝えるモータ５５と、モータ５３
により小型マニプレータ４０が揺動した角度を検出する
角度検出器５６と、モータ５５により小型マニプレータ
４０が揺動した角度を検出する角度検出器５７とで構成
されている。

コントローラ６０は、後で詳述するように、各種センサ
から信号を受けて、バルブ４７及びモータ５３，５５等
を制御する。

を参照して説明する。第２図において５はスレーブ指マ
ニプレータ＋５ａは指、５ｂは圧マニプレータｌに対応
して動作し、スレーブ指マニプレータ５が物体６を把持
する。

スレーブ指マニプレータ５が物体６を把持したときに、
コントローラ６０には、スレーブ指マニプレータ５の動
作位置情報が入力される。つまりスレーブ側の作業原点
を０８とする０８−ＸＹＺ座標系において、物体６に圧
接している２つの圧力センサ５ｂの位置を示すＹ、Ｚ）
が入力される。コントローラ６０ｓｎ　　　　　ｓｎ は、マスタ側の作業原点をＯとする〇　−Ｍ　　　　　
　　　　　　　Ｍ ｘｙｚ　ｉ　ｍ系において、２つの小型マニプレータ４
０の先端部４５に備えたマスタ側圧力センサの位置をＸ
Ｍ□、ＸＭ、とすると、ＸＭＡ、Ｘゎが÷ＳＡ　’　”
ＳＨに対応するように小型マニプレータ４０を動かす。

つまり、モータ５３，５５を動作させて小型マニプレー
タ４０を所定位置まで揺動させる。このとき角度検出器
５６゜５７により揺動角を検出し正確な揺動角となるよ
う制御する。更にコントローラ６０はパルプ４７を制御
することにより蛇腹４１内になストローク長となるよう
制御している。こまた、コントローラ６０には、スレー
ブ側の２つの圧力センサ５ｂに作用している圧力ＰＳＡ
　ｒ　ＰＳＢ　　を示す情報が入力される。そうすると
、コントローラ６０はマスタ側の先端部４５と指２との
間で生ずる圧力が、ＰＳＡ　、　ＰＳＢと等しくなるよ
うに、パルプ４７を制御して圧縮空気の給排を更に行な
うシ即ち、図示はしないが先端部４５にもマスタ側圧力
センサを備えているため、マスタ側とスレーブ側の圧力
センサの検出値が等しくなるように圧縮空気の給排制御
をしているのである。

かくて、操作者の指２には、スレーブ側で生じる反力及
び圧力に応じた力覚及び圧覚が与えられる。

〔発明の効果〕

以上実施例とともに具体的に説明したよう第１図は本発
明の実施例を示す構成図、第２Ｍｔ寸木蛍協釧の翻作廿
能冬千千旬叩Ｍ　竺２図は従来技術を示す構成図である
。

図面中 １はマスタ指マニプレータ、 １ａは本体、 ２は指、 ５はスレーブ指マニプレータ、 ６は物体、 ９は位置検出器、 ２０は把持力模擬部、 ３０は隔壁、 ４０は小型マニプレータ、 ４１は蛇腹、 ４２はばね、。

４３はリニア位置検出器、 ４４はボールジヨイント、 ４５は先端部、 ４６は基端部、 ４７はパルプ、 ４８はパイプ、 ５０は揺動手段、 ５１はジンバル、 ５２はベルト、 ５３はモータ、 ５４はベルト、 ５５はモータ、 ５６．５７は角度検出器、 “′６０はコントローラである。

１１ｊ。

情ｌ ′Ｉ 工業技術院長 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 操作者の指に装着されて操作されるマスタ指マニプレー
   タの動作位置を検出してこの検出値を基にスレーブ指マ
   ニプレータをマスタ指マニプレータに対応して動作させ
   るとともに、スレーブ指マニプレータで物体を把持した
   ときにスレーブ指マニプレータに反力として生じる把持
   圧力をスレーブ側圧力センサで検出しこの検出値をマス
   タ側にフィードバックすることによりスレーブ指マニプ
   レータにおいて、 マスタ指マニプレータの本体にこのマスタ指マニプレー
   タの動作位置を検出する位置検出器を備え、 更に、ばね及びリニア位置検出器を内蔵しており圧縮空
   気の給排により伸縮する筒状構造をなししかも基端部は
   揺動自在に支持されるとともにマスタ側圧力センサが設
   置された先端部は操作者の指で押される小型マニプレー
   タと、マスタ指と同数の前記小型マニプレータを所定位
   置に揺動させる揺動手段と、スレーブ指マニプレータの
   動作位置情報を基にマスタ側圧力センサの位置関係がス
   レーブ側圧力センサの位置関係と等しくなるように揺動
   手段及び小型マニプレータへの圧縮空気の給排を制御す
   ると同時に、マスタ側圧力センサ及びスレーブ側圧力セ
   ンサでそれぞれ検出した値が等しくなるように小型マニ
   プレータへの圧縮空気の給排を更に制御するコントロー
   ラと、を有する把持力模擬部を具備したことを特徴とす
   るマスタ・スレーブ指マニプレータのマスタ側操作器。