JPH07246578A - マスターハンド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スレーブ側チャック爪の駆動を電動機で行う場
合に、最初の開いた位置に効率よく復元でき、余分な強
度が不要な装置を提供する。 【構成】力信号を入力し、前記マスタレバーへの反力を
付与する電動機へのトルク指令を発生するトルク演算器
であって、前記力信号が目標把持力に達するまでは一定
の初期トルク指令値を発し、前記力信号が目標把持力に
達した後は力信号に比例するトルク指令値を発し、かつ
スレーブ側チャック爪が開ききった状態を検知すると前
記一定の初期トルク指令値をゼロクリアするものを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マスター・スレーブ式
ロボットの、マスタ装置に関し、特にスレーブロボット
のハンド部の操作を容易にする装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平１−９７５７１号公報に示
されるように、スレーブ側で関知した力をマスタ側にフ
ィードバックし、オペレータへ反力の感覚を与えるよう
にしたものは公知である。この前記公報では、スレーブ
側の開閉動作の戻しのために、スレーブ側にスプリング
を設けバネ力により機械的に復元させるようにし、この
スプリングの復元力を差し引いた値をマスタ側へフィー
ドバックしている。ただし、スレーブ側の駆動は油圧サ
ーボである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記技
術では、スレーブ側の駆動を電動機で行おうとすると、
スプリングのバネ力に打ち勝つだけの電動機パワーが余
分に必要となり、大型化、電力の過剰消費を招き不経済
である。また、スプリングのバネ力が常時働くので機械
構造上も余分な強度が必要になる。そこで、本発明は、
スレーブ側の駆動を電動機で行う場合も、効率よく復元
でき、余分な強度が不要な装置を提供することを目的と
するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１発明は、開閉動作により対象物を把持
するスレーブ側チャック爪の先端に力センサを設け、そ
の力信号をマスタレバーに帰還させてマスタレバーに反
力を発生させるマスターハンド装置において、前記力信
号を入力し、前記マスタレバーへの反力を付与する電動
機へのトルク指令を発生するトルク演算器であって、前
記力信号が目標把持力に達するまでは一定の初期トルク
指令値を発し、前記力信号が目標把持力に達した後は力
信号に比例するトルク指令値を発し、かつスレーブ側チ
ャック爪が開ききった状態を検知すると前記一定の初期
トルク指令値をゼロクリアするものを設けたことを特徴
とするものである。

【０００５】本発明の第２発明は、前記第１発明の具体
的構造に特徴があるものであり、スレーブマニピュレー
タの位置・姿勢および、スレーブマニピュレータ先端の
チャック爪の開口幅を制御するための位置検出器付き駆
動部を備えたマスターハンド装置において、中空円筒の
グリップ部１と、その中空部に納められた位置検出器を
備えた駆動用モーター２と、その駆動用モータ２の軸部
を逃がして駆動用モータ２上面フランジと中空円筒のグ
リップ部１上面とを固定するベース３と、そのベース３
上面の駆動用モータ２軸端に配されたギヤ４と、そのギ
ヤ４にベース３上面から垂直に取付られたピンＡ５によ
って回転可能に小ギヤが連結している２段ギヤＡ７と、
ベース３上面からギヤ４を中心にピンＡ５と対称に垂直
に取り付けられているピンＢ８に２段ギヤＡ７の大ギヤ
と回転可能に連結しているギヤＢ８と、その２段ギヤＡ
７とギヤＢ８それぞれの上面にピンＡ５とピンＢ６を軸
に回転可能に取付られた爪Ａ９と爪Ｂ１０と、回転する
爪Ａ９のベース上面の回転動作領域内に爪Ａ９回転時に
接触するようベース３上面に取付られたストッパ１１
と、ベース３上面の爪Ａ９と爪Ｂ１０の動作領域外に垂
直に取付られたステーＡ１２とステーＢ１３と、ピンＡ
５とピンＢ６の上面に接触しステーＡ１２とステーＢ１
３によって固定されている押さえ板１４と、両爪の先端
方向にステーＡ１２によって固定されているスイッチベ
ース１５と、そのスイッチベース１５にピン１６によっ
て回転可能に取り付けられたトリガー１７と、先端それ
ぞれをトリガー１７とスイッチベース１５とで固定され
ピン１６外周に配されているねじりコイルバネ１８と、
スイッチベース１５に固定されトリガー１７がピン１６
中心にグリップ部１方向に回転した際トリガー１７と接
触するスイッチ１９とを備えたことを特徴とするもので
ある。

【０００６】

【作用】上記第１発明により、マスタ側の初期指令値に
よりマスタ側が最初の開いた位置に復元され、これを受
けてスレーブ側も最初の開いた位置に復元される。復元
するとその初期指令値は０になるので、マスタ側、スレ
ーブ側にも余分な力はかからず必要以上の強度は必要な
い。

【０００７】上記第２発明により、スレーブ側グリッパ
の開閉は、ピンＡとピンＢを回転中心に爪Ａと爪Ｂを操
作者の指で回転動作させることにより開閉し、その時の
回転角・回転速度により、グリッパの開口幅・開閉速度
を操作できる。また、スレーブ側のグリッパがワークを
把持した時には、爪Ａと爪Ｂの回転動作中に負荷がかか
りワークの把持とその把持力を操作者に認識させる。

【０００８】

【実施例】本発明を図に示す実施例によって説明する。
図１は本発明の実施例を示す側面図、図２は本発明の実
施例を示す正面図、図３は本発明の実施例を示す上面
図、図４は図１のＡ−Ａ断面に沿う断面図、図５は図２
のＢ−Ｂ断面に沿う断面図である。中空円筒のグリップ
部１の中空部内に位置検出器付き駆動用モータ２が軸先
端をグリップ部１上面にむけてベース３によってグリッ
プ部１の上面と駆動用モータの軸部を逃がして取り付け
てある。また、このベース３上面の駆動用モータ２の軸
端に配されたギヤ４と、そのギヤ４にベース３上面から
垂直に取り付けられたピンＡ５よって回転可能に小ギヤ
が連結している２段ギヤＡ７と、ベース３上面からギヤ
４を中心にピンＡ５と対称に垂直に取り付けられている
ピンＢ６に２段ギヤＡ７の大ギヤと回転可能に連結して
いるギヤＢ８と、その２段ギヤＡ７とギヤＢ８のそれぞ
れの上面にピンＡ５とピンＢ６を軸に回転可能に爪Ａ９
と爪Ｂ１０を取り付けてある。またピンＡ７を軸として
回転する爪Ａ７のベース３上面の回転領域内に爪Ａ７と
接触するようにストッパ１１を取り付けてある。また、
ベース上面の爪Ａ９と爪Ｂ１０の回転領域外に垂直に取
り付けられたステーＡ１２とステーＢ１３と、ピンＡ７
とピンＢ８の上面に接触しステーＡ１２とステーＢ１３
の上面に押さえ板１４が取り付けられている。また、両
爪の先端方向にステーＡ１２によってスイッチベース１
５が取り付けてあり、そのスイッチベース１５にピン１
６によってトリガー１７が回転可能に取り付けてある。
また、先端をトリガー１７とスイッチベース１５それぞ
れに固定されピン外周にねじりコイルバネ１８を配し、
トリガー１７がピン１６中心にグリップ部方向に回転し
た際トリガー１７と接触するスイッチ１９をスイッチベ
ース１５に取り付けてある。

【０００９】図６は本発明のマスターハンド装置のステ
ー２１上面に磁気センサを配した使用例を示す斜視図、
図７は本発明の力覚付きマスターハンド装置のステー２
１上面に磁気センサを配して、スレーブ側マニピュレー
タとグリッパを操作した際の使用例を示す斜視図、図８
は本発明のマスターハンド装置のフランジ２１１にマス
ターアームを取り付けた実施例を示す斜視図である。図
９は本発明とスレーブ側グリッパの動作を制御するため
の制御部を示すブロック図、図１０はスレーブ側グリッ
パのチャック爪４２部の圧覚センサ３８がワーク２７に
当接してから出力される圧覚信号ｇと、本発明の駆動用
モータにトルクを発生させるためのトルク指令ｈを示す
図である。

【００１０】操作者がマスターハンドを使用してスレー
ブ側グリッパの操作を行う時は、図６と図８に示すよう
に親指と人差し指をそれぞれ爪Ａ９と爪Ｂ１０の外側側
面に沿え、中指はトリガー１７に沿え、薬指と小指でグ
リップ部１を把持する。トリガー１７を手前に引くこと
で力覚付きマスタハンド装置を有効にし、親指と人差し
指で爪Ａ９と爪Ｂ１０を矢印ａ方向に回転させることに
より２段ギヤＡ７の大ギヤとギヤＢ８が回転し、２段ギ
ヤＡ７の小ギヤと連結しているギヤ４が回転し駆動用モ
ータ２を回転させ、駆動用モータ２付属のマスター側位
置検出器３１より位置指令ｆをスレーブ側グリッパの目
標位置の演算器３２を通してスレーブ側グリッパ制御部
の位置制御回路３３に入力し、移動機構目標設定速度信
号ｄは後段のドライバー回路３４へ指令として加えら
れ、予め設定された範囲内のスレーブ側パワーｅ′を出
力し、スレーブ側グリッパの駆動部３５によって伝達機
構３６´をへて、チャック爪を閉じる方向へ駆動させ
る。また、スレーブ側グリッパがワーク２７を把持した
際、チャック爪４２部の圧覚センサ３８によって把持力
を検出し、その圧覚信号ｇを駆動用モータの発生トルク
演算器３９を通して、力覚付きマスターハンドの電流制
御回路２９へトルク指令ｈとして加え、マスター側パワ
ーｅを出力し、駆動用モータ３０を爪Ａ９と爪Ｂ１０が
ｂ方向に回転する方向へ駆動させる。操作者は、爪Ａ９
と爪Ｂ１０をａ方向へ回転中に回転負荷の増加からチャ
ック爪４２がワーク２７を把持したことを認識すること
が可能である。

【００１１】さらに爪Ａ９と爪Ｂ１０をａ方向へ回転さ
せるとマスター側位置検出器３１からの位置指令ｆがス
レーブ側の目標位置の演算器３２を通してスレーブ側グ
リッパ装置部の位置制御回路３３に入力され、チャック
爪４２を閉じる方向へ駆動させる。しかし、ワーク２７
によってチャック爪４２が閉じる方向に駆動できない場
合、目標設定位置信号ｃと移動機構位置信号ｆとに位置
誤差が生じる。その位置誤差は位置制御回路３３によっ
て増幅され、後段のドライバー回路３４へ移動機構目標
設定速度信号ｄとして加えられ、予め設定された範囲内
のパワー値までスレーブ側パワーｅ′を出力し、スレー
ブ側グリッパの把持力を増加させる。それに伴い、圧覚
センサ３８からの圧覚信号ｇも増加し、それに伴って、
トルク指令が図１０に示すように増加し、電流制御回路
２９よりさらに増加したマスター側パワーｅが出力さ
れ、駆動用モータ３０のトルクが増加する。それによっ
て、マスターハンド装置の爪Ａ９と爪Ｂ１０の回転負荷
もさらに増加する。操作者は回転負荷のさらなる増加か
ら把持力増加を認識することができる。

【００１２】また、マスターハンドの駆動用モータに
は、爪Ａ９と爪Ｂ１０が常にｂ方向へ回転するように図
１０に示すトルク指令値の指令初期値を設定しておき、
操作者が爪Ａ９と爪Ｂ１０の外側側面から指を放してい
る時は、爪Ａ９がストッパ１１と接触する角度θまでｂ
方向へ回転する。また、駆動用モータの発生トルク演算
器３９は、爪Ａと爪Ｂが角度θまで開いた状態の位置信
号をマスター側位置検出器３１からの移動機構位置信号
ｆによって記憶・監視し、爪が角度θまで開くと図１０
の指令初期値を０にする制御回路を備え、駆動用モータ
２の駆動を停止させる。

【００１３】また、爪Ａ９と爪Ｂ１０の回転角度θはス
トッパ１１のベース３上面への取り付け位置によって調
節可能になっている。本発明は単体のみならず、図7 や
図8に示すようなマニピュレータを操作するための磁気
センサなどの位置センサやマスターアームなどの機器を
配して使用するものである。位置検出器付き駆動用モー
タ２の駆動は回転駆動に限らず、リニアモータや電磁ソ
レノイドなどの直線駆動機器も含む。爪Ａ９と爪Ｂ１０
はピンを中心とする回転機構のみならず、ガイドとブッ
シュを要した平行移動する機構も含む。

【００１４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、マ
スタ側の初期指令値によりマスタ側が最初の開いた位置
に復元され、これを受けてスレーブ側も最初の開いた位
置に復元される、復元するとその初期指令値は０になる
ので、マスタ側、スレーブ側にも余分な力はかからない
ので装置の大型化・必要以上の強度を必要としない。ま
た、スレーブ側グリッパ装置の開閉は、ピンＡとピンＢ
を回転中心に爪Ａと爪Ｂを操作者の指で矢印ａ方向に回
転動作させることにより閉じ、爪Ａと爪Ｂから指を放す
と矢印ｂ方向に一定速度で回転し開く。その時の回転角
・回転速度により、スレーブ側グリッパ装置の開口幅・
開閉速度を操作できる。また、スレーブ側のグリッパが
ワークを把持した時には、爪Ａと爪Ｂの回転動作中に負
荷がかかりワークを把持したことを力覚によって操作者
に知らせる。これによって、スレーブ側のグリッパを、
操作者任意の開口幅・開閉速度・把持力で開閉可能にし
たので操作性の向上に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を示す側面図である。

【図２】 本発明の実施例を示す正面図である。

【図３】 本発明の実施例を示す上面図である。

【図４】 図１に示すＡ−Ａ断面に沿う断面図である。

【図５】 図２に示すＢ−Ｂ断面に沿う断面図である。

【図６】 本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図７】 本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図８】 本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図９】 本発明の一例を示す制御ブロック図である。

【図１０】 図９の駆動用モータの発生トルク演算器３
９の動作説明図図である。

【符号の説明】

１ グリップ部、２ 駆動用モータ、３ ベース、４
ギヤ、５ ピンＡ、６ピンＢ、７ ２段ギヤＡ、８ ギ
ヤＢ、９ 爪Ａ、１０ 爪Ｂ、１１ ストッパ、１２
ステーＡ、１３ ステーＢ、１４ 押さえ板、１５ ス
イッチベース、１６ ピン、１７ トリガー、１８ ね
じりコイルバネ、１９ スイッチ、２０磁気センサ、２
１ ステー、２１１ フランジ、２２ 操作者の右手、
２３磁気センサソース、２４ 操作者、２５ マニュピ
レータ、２６ グリッパ、２７ ワーク、２８ マスタ
ーアーム、２９ 電流制御回路、３０ 駆動用モータ、
３１ マスター側位置検出器、３１′スレーブ側位置検
出器、３２ スレーブ側グリッパの目標位置の演算器、
３３ 位置制御回路、３４ ドライバー回路、３５ 駆
動部、３６ マスター側伝達機構、３６′スレーブ側伝
達機構、３７チャック爪開閉、３８ 圧覚センサ、３９
駆動用モータの発生トルク演算器、４０ 爪のｂ方向
の回転、４１ 爪のａ方向の回転、４２ チャック爪、
１００マスターハンド、ｃ 目標設定位置信号、ｄ 移
動機構目標設定速度信号、ｅマスター側パワー、ｅ′ス
レーブ側パワー、ｆ 移動機構位置信号、ｇ 圧覚信
号、ｈ トルク指令、ｉ 指に与える負荷、ｊ 指によ
る負荷

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開閉動作により対象物を把持するスレー
   ブ側チャック爪の先端に力センサを設け、その力信号を
   マスタレバーに帰還させてマスタレバーに反力を発生さ
   せるマスターハンド装置において、 前記力信号を入力し、前記マスタレバーへの反力を付与
   する電動機へのトルク指令を発生するトルク演算器であ
   って、前記力信号が目標把持力に達するまでは一定の初
   期トルク指令値を発し、前記力信号が目標把持力に達し
   た後は力信号に比例するトルク指令値を発し、かつスレ
   ーブ側チャック爪が開ききった状態を検知すると前記一
   定の初期トルク指令値をゼロクリアするものを設けたこ
   とを特徴とするマスターハンド装置。
2. 【請求項２】 スレーブマニピュレータの位置・姿勢お
   よび、スレーブマニピュレータ先端のチャック爪の開口
   幅を制御するための位置検出器付き駆動部を備えたマス
   ターハンド装置において、 中空円筒のグリップ部１と、 その中空部に納められた位置検出器を備えた駆動用モー
   ター２と、 その駆動用モータ２の軸部を逃がして駆動用モータ２上
   面フランジと中空円筒のグリップ部１上面とを固定する
   ベース３と、 そのベース３上面の駆動用モータ２軸端に配されたギヤ
   ４と、 そのギヤ４にベース３上面から垂直に取付られたピンＡ
   ５によって回転可能に小ギヤが連結している２段ギヤＡ
   ７と、 ベース３上面からギヤ４を中心にピンＡ５と対称に垂直
   に取り付けられているピンＢ８に２段ギヤＡ７の大ギヤ
   と回転可能に連結しているギヤＢ８と、 その２段ギヤＡ７とギヤＢ８それぞれの上面にピンＡ５
   とピンＢ６を軸に回転可能に取付られた爪Ａ９と爪Ｂ１
   ０と、 回転する爪Ａ９のベース上面の回転動作領域内に爪Ａ９
   回転時に接触するようベース３上面に取付られたストッ
   パ１１と、 ベース３上面の爪Ａ９と爪Ｂ１０の動作領域外に垂直に
   取付られたステーＡ１２とステーＢ１３と、 ピンＡ５とピンＢ６の上面に接触しステーＡ１２とステ
   ーＢ１３によって固定されている押さえ板１４と、 両爪の先端方向にステーＡ１２によって固定されている
   スイッチベース１５と、 そのスイッチベース１５にピン１６によって回転可能に
   取り付けられたトリガー１７と、 先端それぞれをトリガー１７とスイッチベース１５とで
   固定されピン１６外周に配されているねじりコイルバネ
   １８と、 スイッチベース１５に固定されトリガー１７がピン１６
   中心にグリップ部１方向に回転した際トリガー１７と接
   触するスイッチ１９とを備えたことを特徴とするマスタ
   ーハンド装置。
3. 【請求項３】 前記押さえ板１４が、スレーブ側マニピ
   ュレータを操作するための磁気センサなどの位置センサ
   を取り付けるためのステー２１を上面に配しているか、
   またはグリップ部下部にマスターアーム取り付け用のフ
   ランジ２１１を配したことを特徴とする請求項２に記載
   のマスターハンド装置。