JPS6384885A - ３次元操作装置 - 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〕 この発明は、８次元操作装置に関し、例えば各種プラン
トのような人間の立ち入り難い環境下で作業するロボッ
トアームを、人間が遠隔操作する時などに用いられるも
のに関する。

〔従来の技術〕

第４図は例えば日本ロボット学会学術講演会予稿集（１
９８８年）第９５頁〜第９６頁「マスク・スレーブマニ
ピュレータの―発」（飯倉他）に記載された従来の８次
元操作装置を示す構成図である。これは、例えばマスク
ロボッドアーふと称され、第６図はこの構成と同様のス
レーブロボットアームである。図において、（２５ａ）
、（２５ｂ）、（２６ａ）、（２６ｂ）は腕の節、（２
？ａ）、（２７ｂＸ２８ａ）、（２８ｂ）、（２９ａ）
、（２９ｂ）、（８０１１）、（８０ｂ）、（８１ａ）
、（８１ｂ）、（８２ａ）、（１２ｂ）は回り対偶をす
る連結節、（８８ａ）はグリッパ部、（８８ｂ）はロボ
ットハンドである。

次に動作について説明する。スレーブロボットアームは
、計算機に接続され、コントローラによって正確にマス
クロボットアームの位置に追従するように構成されてい
る。操作者は第４図に示すマスクロボットアームの図に
向って右側に位置し、左側を向いてグリッパ部（８８ａ
）を握って操作する。

この操作によるマスタロボット１−ムの動きに従ってマ
スレープロボットアームが動くので、遠隔地にスレーブ
ロボットアームを設奪すれば、遠隔操作による作業が可
能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の８次元操作装置は以上のように構成されているの
で、構造的に装置全体のバランスがとられていないため
、操作者がグリッパ部（８８１）から手を離すと、自重
で各連結節（２７ａ）、（２８ａ）、（２９ａＸ８０ａ
）。

（８１ｇ）、（８２ａ）は回動し、これにつれてスレー
ブロボットアーム側も同じ様に動いてしまうという問題
点があった。このため、従来では計算機によって計算す
ることにより重力の補償をし、スレーブロボットアーム
の連結節（２７ｂ）、（２８ｂ）、（２９ｂ）、（ａＯ
ｂ）、（８１ｂＸ８２ｂ）の動きを止めていた。また、
従来のマスクロボットアームは操作者が腕の節（２６ａ
）、連結節（８１ａ）、（８２ａ）を介してグリッパ部
（８２ａ）を操作しなければならず、構造的に操作しに
くいという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、人間の腕に似た自由度の配置を持たせて操
作をしやすくすると共に、各連結節のまわりにバランス
させて、自重によって自然に動くのを防止できる８状元
操作装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決する手段〕

この発明に係る８次元操作装置は、一端が固定部に固定
された取付軸、この取付軸に回動自在に支承された肩ア
ーム、この肩アームに軸着された２本の第１辺材及びそ
れぞれ２本の第１辺材に軸着された２本の第２辺材より
なる第１平行リンク、この第１平行リンクの第２辺材の
いずれか一方に連続し、取付軸式向に伸びた第１アーム
、この第１アームに軸着された２本の第３辺材及びそれ
ぞれ２本の第３辺材に軸着された２本の第４辺材よりな
る第２平行リンク、この第２平行リンクの第４辺材のい
ずれか一方に連続し、取付軸方向と垂直な方向に伸びた
第２アーム、この第２アームの先端部に設けたグリッパ
部、第２平行リンクの第２アームに連続していない第４
辺材に設けられ、第２平行リンクの第１アームとの軸着
部を支点として第２アーム及びグリッパ部をバランスさ
せる第１おもり、並びに第１平行リンクの第１アームに
連続していない第２辺材に設けられ、第１平行リンクの
肩アームとの軸着部を支点として第１アーム、第２平行
リンク、第２アーム、グリツ／ｆ部及び第１おもりをバ
ランスさせる第２おもりを備えたものである。

〔作用〕

この発明においては、肩アーム、第１アーム、第２アー
ム、及びグリッパ部で構成され、それぞれが人間の肩、
上腕、下腕、手に相当し、関節に相当する部分を第１、
第２平行リンクで構成しているため、人間の腕によく似
た自由度を有し、操作感覚が良好である。また、第１お
もり、第２おもりは常に関節のまわりのバランスをどる
ので、任意の関節角度で操作者が手を離しても、その姿
勢を保持することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による８次元操作装置を示す斜
視図である。図において、（１）はグリッパ部であり、
この■−■線断面を第２図に示す。グリッパ部（１）の
軸（ｌａ）を操作者が右手で握って操作を行なう。（２
）は押しボタンである。

■円弧状の枠（７）は、軸（７ａ）を介して第２アーム
（２）に接続されており、回動自在である。

（の円弧状（半円状）の枠（５）は、軸（６）を介して
枠（７）に接続されており、回動自在である。

（０円状の枠（３）は、軸（４）を介して枠（５）に接
続されており、回動自在である。

以上の（Ｄ、■、（＠がジンバルをなしており、これら
が手首部を構成して８自由度をなす。

さらに、第１図において、（８）は固定部に端部（９）
で固定された取付軸、ＧＯは肩アームで、回り対偶（ロ
）によって取付軸（８）に回動自在に支承されている。

ａ、ａａはそれぞれ肩アーム（１（ｌに軸（１？ａ）、
（１８ａ）により回動自在に軸着されている２本の第１
辺材、ｑ４および（至）はそれぞれ２本の第１辺材＠、
ａ３に軸（１４ａ）　、　（１４ｂ）および（１５ａ）
　、　（ｔ５ｂ）により回動自在に軸着されている。２
本の第２辺材で、第１辺材（２）。

（至）と第２辺材０４　、０Ｊ１１は第１平行リンクを
形成している。Ｑｌは第２辺材のいずれか一方、例えば
第２辺材（至）に連続し、取付軸（８）方向に伸びた第
１アーム、（ロ）、（至）はそれぞれ第１アーム（至）
に軸（１７ａ）、（１ｓａ）により回動自在に軸着され
ている２本の第３辺材、ａ埴および曽はそれぞれ２本の
第３辺材（ロ）、ａＳに軸（１９ａ）、　（１９ｂ）お
よび（２０ａ）、　（２０ｂ）により回動自在に軸着さ
れている２本の第４辺材で、第２辺材０４゜（至）と第
２辺材０４　、　ｍは第２平行リンクを形成している。

（ハ）は第４辺材のいずれか一方、例えば第４辺材曽に
連続し、取付軸（８）方向と垂直な方向に伸びた第２ア
ームであり、第２アーム（財）の先端部にグリッパ部（
１）が形成されている。また、（２）は第２アーム（２
）に連続していない方の第２辺材０４に設けられた第１
おもりで、第２平行リンクの第１アーム（至）との＠着
部（１７ａ）、（１８ａ）を支点として、グリッパ部（
１）、および第２アーム（２）をバランスさせている。

（２）は第１アームα１ζ連続していない方の第２辺材
０４に設けられた第２おもりで、第１平行リンクの肩ア
ーム００との軸着部（１２ａ）、　（１８ａ）を支点と
して、第１アーム（至）、第２平行リンク、第２アーム
（２）、グリッパ部（１）、および第１おもり（２）を
バランスさせている。

第３図はこの実施例による８次元操作装置の操作の様子
を示す説明図である。（ハ）はモニタテレビで、遠隔場
所に設置しであるスレーブロボットアームの動作を写し
出すもので、操作者はこのモニタを見ながらマスクロボ
ットアームの操作を行う。

操作者は、例えば右手でグリッパ部（１）を握り、第１
アームα・を上腕、第２アーム（２）を下腕に沿わせて
、自分の腕を動かしたい方向に動かして操作する。

第１図に示すようにグリッパ部（１）の軸（ｌａ）は図
中のＸ軸まわりの自由度、軸（６）はｙ軸まわりの自由
度、軸（４）は２軸まわりの自由度をそれぞれ与え、握
った手の中心を通るような８軸まわりの回転の自由度を
与え、これらが手首部の８自由度を構成する。第１アー
ム（至）および第２アーム（２）は第２平行リンクを介
することで２軸方向の並進の自由度を与えられ、第１ア
ームαゆと肩アームα０は第１平行リンクを介すること
でｙ軸方向の並進の自由度を与えられ、更に肩アームα
Ｑは回り対偶（ロ）で２軸まわりの同軸の自由度を与え
られる。即ちこの実施例は全体で６自由度を有していて
、任意の位置と姿勢を操作されるスレーブロボットアー
ムに対して指定できる。グリッパ部（１＞の押しボタン
（２）は操作されるロボットハンドの開閉や手先効果器
のスイッチなどとして用いられる。

この実施例では第３図に示すように操作装置が操作者の
右側方および右上方に位置するので操作者の視野や作業
を全く妨げず、人間の手首、下腕、上腕、肩の構成にほ
ぼ相似形となっているので、操作感覚が良好で作業が容
易である。また特に大きな変位の生じる下腕、上腕およ
び肩部（即ち第１平行リンクのまわり、及び第２平行リ
ンクのまわり）に第１おもり（２）と第２おもり四によ
りセルフバランス機構を用いたので、操作者が操作中に
手をはなしてもそのままの姿勢を保持することができ、
重力によって操作装置が動いてしま（・、操作者の意志
に反して操作されるスレーブロボットアームが勝手に動
き出すのを防ぐことができる。

なお、上記実施例では６自由度のものについて説明した
が、６自由度以外のものであってもよい。

また、上記実施例では操作の対象としてロボットアーム
を取りあげたが、航空機、船舶、宇宙船、交通機関を対
象としたり、クレーン等の作業機を対象としたり、また
コンピュータを用いた作業においてジョイスティックと
して使用しても上記実施例と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、一端が固定部に
固定された取付軸、この取付軸に回動自在に支承された
肩アーム、この肩アームに軸着された２本の第１辺材及
びそれぞれ２本の第１辺材に軸着された２本の第２辺材
よりなる第１平行リンク、この第１平行リンクの第２辺
材のいずれか一方に連続し、取付軸方向に伸びた第１ア
ーム、この第１アームに軸着された２本の第３辺材及び
それぞれ２本の第３辺材に軸着された２本の第４辺材よ
りなる第２平行リンク、この第２平行リンクの第４辺材
のいずれか一方に連続し、取付軸方向と垂直な方向に伸
びた第２アーム、この第２アームの先端部に設けたグリ
ッパ部、第２平行リンクの第２アームに連続していない
第４辺材に設けられ、第２平行リンクの第１アームとの
軸着部を支点として第２アーム及びグリッパ部をバラン
スさせる第１おもり、並びに第１平行リンクの第１アー
ムに連続していない第２辺材に設けられ、第１平行リン
クの肩アームとの軸着部を支点として第１アーム、第２
平行リンク、第２アーム、グリッパ部及び第１おもりを
バランスさせる第２おもりを備えることにより、操作感
覚が良好になると共に、操作者が操作中に設置から手を
離しても、自重で動くのを防ぐことができる８次元操作
装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による８次元操作装置を示
す斜視図、第２図は第１図のグリッパ部における■−■
線断面図、第３図はこの発明の一実施例の操作を示す説
明図、第４図は従来の８次元操作装置としてマスクロボ
ットアームを示す構成図、第５図は従来のスレーブロボ
ットアームを示す構成図である。 （１）・・・グリッパ部、（８）・・・取付軸、顛・・
・肩アーム、υ、ａＳ・・・第１辺材、ａ◆、Ｑ５・・
・第２辺材、α・・・・第１アーム、αη、ａｓ・・・
第３辺材、ａｎ　、　ｍ・・・第４辺材、（財）・・・
第２アーム、（２）・・・第１おもり、（２）・・・第
２おもり。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端が固定部に固定された取付軸、この取付軸に
   回動自在に支承された肩アーム、この肩アームに軸着さ
   れた２本の第１辺材及びそれぞれ上記２本の第１辺材に
   軸着された２本の第２辺材よりなる第１平行リンク、こ
   の第１平行リンクの第２辺材のいずれか一方に連続し、
   上記取付軸方向に伸びた第１アーム、この第１アームに
   軸着された２本の第３辺材及びそれぞれ上記２本の第３
   辺材に軸着された２本の第４辺材よりなる第２平行リン
   ク、この第２平行リンクの第４辺材のいずれか一方に連
   続し、上記取付軸方向と垂直な方向に伸びた第２アーム
   、この第２アームの先端部に設けたグリッパ部、第２平
   行リンクの第２アームに連続していない第４辺材に設け
   られ、第２平行リンクの第１アームとの軸着部を支点と
   して第２アーム及び上記グリッパ部をバランスさせる第
   １おもり、並びに第１平行リンクの第１アームに連続し
   ていない第２辺材に設けられ、第１平行リンクの肩アー
   ムとの軸着部を支点として第１アーム、第２平行リンク
   、第２アーム、第１おもり、及び上記グリッパ部をバラ
   ンスさせる第２おもりを備えた３次元操作装置。
2. （２）グリッパ部は、互いに直交する３軸のまわりに回
   動自在であるように構成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の３次元操作装置。