特開 2023-17657 マスタースレーブアーム装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023017657

(43)【公開日】2023-02-07

(54)【発明の名称】マスタースレーブアーム装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 3/00 20060101AFI20230131BHJP

【ＦＩ】

B25J3/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021122049

(22)【出願日】2021-07-26

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 販売日 令和３年５月２６日 販売した場所 株式会社カットランドジャパン ウェブサイトの掲載日 令和３年６月１日 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｃｕｔｌａｎｄｊａｐａｎ．ｃｏ．ｊｐ／ ｈｔｔｐｓ：／／ｃｕｔｌａｎｄｊａｐａｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅ－ｒｏｂｏ－ｍａｒｋ２．ｈｔｍｌ 発行日 令和３年６月２３日 刊行物 日刊工業新聞 令和３年６月２３日日刊，第９面

(71)【出願人】

【識別番号】512057460

【氏名又は名称】株式会社 カットランドジャパン

(74)【代理人】

【識別番号】100180079

【弁理士】

【氏名又は名称】亀卦川 巧

(74)【代理人】

【識別番号】230101177

【弁護士】

【氏名又は名称】木下 洋平

(72)【発明者】

【氏名】森 健一

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS12

3C707AS27

3C707AS28

3C707BS02

3C707BS06

3C707HS27

3C707HT22

3C707HT24

3C707HT25

3C707JT04

3C707KS16

(57)【要約】

【課題】より操作し易く、さらには、危険環境下においても正確且つ確実に作動するマスタースレーブアーム装置を提供すること。
【解決手段】本発明のマスタースレーブアーム装置によれば、マスター機１００が水平軸１１４と、その水平軸１１４に直交する軸１１６を中心として回動可能な持ち手部１１２と、水平軸１１４方向に設けられ、垂直軸１４０を中心として旋回可能に構成されているレール１２０と、持ち手部１１２が載置され、レール１２０上を水平軸１１４方向に進退動可能に構成されている台座１２２を具えているので、操作者は、持ち手部１１２を手首の動きに合わせて回動させ、さらに、台座１２２とレール１２０を肘の動きに合わせて進退動及び回動させることができるので、より操作し易い。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マスター機の動作に応じてスレーブ機を動作させるマスタースレーブアーム装置であって、
前記マスター機は、
水平軸と、該水平軸に直交する軸を中心として回動可能な持ち手部と、
前記水平軸方向に設けられ、垂直軸を中心として旋回可能に構成されているレールと、
前記持ち手部が載置され、前記レール上を前記水平軸方向に進退動可能に構成されている台座と、
前記持ち手部の水平軸と該水平軸に直交する軸を中心とした回動の回転位置、前記レールの旋回の回転位置、及び前記台座の進退動の変位をそれぞれ検出する第一乃至第四検出手段を具え、
前記スレーブ機は、
第一乃至第四モータと、
作業部材が取付けられ、水平軸に直交する軸を中心として回動可能な作業部材取付部と、
前記作業部材取付部に連結され、前記水平軸を中心として回動可能な手首ユニットと、
前記手首ユニットに連結され、垂直軸を中心として旋回可能、且つ、前記水平軸方向に進退動可能に構成されている腕ユニットを具え、
前記第一乃至第四検出手段によって検出した前記回転位置及び変位に応じて、前記第一乃至第四モータが、それぞれ、前記作業部材取付部と前記手首ユニットを回動させ、前記腕ユニットを旋回及び進退動させることを特徴とする、
マスタースレーブアーム装置。

【請求項2】

前記台座に設けられたナットと、該ナットと螺合するすべりねじをさらに具え、
前記台座の進退動の変位を検出する前記第四検出手段が前記すべりねじの回転位置を検出する、請求項１のマスタースレーブアーム装置。

【請求項3】

前記腕ユニットが、前記水平軸方向に設けられた直線状溝を具え、
前記腕ユニットを旋回させる前記第三モータからのトルクが旋回用歯車に伝達されるように構成され、
前記旋回用歯車が、周方向に沿って形成された周方向溝を具え、
前記直線状溝と周方向溝の両方に嵌っている棒状部材を具える、請求項１又は２のマスタースレーブアーム装置。

【請求項4】

前記マスター機が、マスター側第一かさ歯車、マスター側第二かさ歯車、並びに、前記マスター側第一かさ歯車及びマスター側第二かさ歯車と噛合うマスター側ピニオンギアを具えたマスター側デファレンシャルギア機構をさらに具え、
前記持ち手部の前記水平軸を中心とする回動のトルクが、該水平軸を中心とするマスター側平歯車、該マスター側平歯車と噛合うマスター側第一ギア付ボールスプライン、該マスター側第一ギア付ボールスプラインと係合するマスター側第一シャフトを介して、前記マスター側第一かさ歯車へ伝達されるように構成され、
前記持ち手部の前記水平軸に直交する軸を中心とする回動のトルクが、前記マスター側平歯車を貫通するマスター側第二シャフト、該マスター側第二シャフトに設けられている差動入力ギア、該差動入力ギアが噛合う内歯と外歯を有するマスター側環状ギア、前記マスター側環状ギアの外歯と噛合うマスター側第二ギア付ボールスプライン、該マスター側第二ギア付ボールスプラインと係合するマスター側第三シャフトを介して、マスター側第二かさ歯車へ伝達されるように構成され、
前記水平軸に直交する軸を中心とした回動の回転位置を検出する前記第二検出手段が、前記マスター側ピニオンギアの公転の回転位置を検出するように構成されている、
請求項１から３のいずれかのマスタースレーブアーム装置。

【請求項5】

前記スレーブ機が、スレーブ側第一かさ歯車、スレーブ側第二かさ歯車、並びに、前記スレーブ側第一かさ歯車及びスレーブ側第二かさ歯車と噛合うスレーブ側ピニオンギアを具えたスレーブ側デファレンシャルギア機構をさらに具え、
前記手首ユニットを水平軸を中心として回動させるように連動するスレーブ側平歯車と、
内歯と外歯を有するスレーブ側環状ギアと、
前記スレーブ側環状ギアの内歯と噛合う差動出力ギアと、
前記差動出力ギアに連結され、前記スレーブ側平歯車を貫通するスレーブ側第二シャフトをさらに具え、
前記第一モータからのトルクが、前記スレーブ側第一かさ歯車に伝達されるとともに、前記スレーブ側平歯車とスレーブ側環状ギアを同一方向に同回転数で回動させ、
前記第二モータからのトルクが、前記スレーブ側ピニオンギアを公転させ、前記第二スレーブ側かさ歯車に、前記第一スレーブ側かさ歯車に対する差動と、前記スレーブ側環状ギアに、前記スレーブ側平歯車に対する差動を生じさせて、前記差動出力ギアを回転させ、
前記差動出力ギアのトルクにより、前記作業部材取付部を前記水平軸に直交する軸を中心に回動させる、
請求項４のマスタースレーブアーム装置。

【請求項6】

前記マスター機が、入力されたトルクを減速比１：１で出力する、マスター側第一遊星歯車機構とマスター側第二遊星歯車機構の組合せ、及びマスター側第三遊星歯車機構とマスター側第四遊星歯車機構の組合せをさらに具え、
前記持ち手部の前記水平軸を中心とする回動のトルクが、該水平軸を中心とするマスター側平歯車、該マスター側平歯車と噛合うマスター側第一ギア付ボールスプライン、該マスター側第一ギア付ボールスプラインと係合するマスター側第一シャフトを介して、前記マスター側第一遊星歯車機構とマスター側第二遊星歯車機構の組合せ、及び前記マスター側第三遊星歯車機構とマスター側第四遊星歯車機構の組合せに伝達され、
前記持ち手部の前記水平軸に直交する軸を中心とする回動のトルクが、前記マスター側平歯車を貫通するマスター側第二シャフト、該マスター側第二シャフトに設けられている差動入力ギア、該差動入力ギアが噛合う内歯と外歯を有するマスター側環状ギア、前記マスター側環状ギアの外歯と噛合うマスター側第二ギア付ボールスプライン、該マスター側第二ギア付ボールスプラインと係合するマスター側第三シャフトを介して、前記マスター側第一遊星歯車機構又はマスター側第二遊星歯車機構、或いは、前記マスター側第三遊星歯車機構又はマスター側第四遊星歯車機構に伝達されて、前記マスター側第一遊星歯車機構とマスター側第二遊星歯車機構の組合せ、又は前記マスター側第三遊星歯車機構とマスター側第四遊星歯車機構の組合せの出力トルクに差動を生じさせるように構成され、
前記水平軸に直交する軸を中心とした回動の回転位置を検出する前記第二検出手段が、前記マスター側第一遊星歯車機構又はマスター側第二遊星歯車機構、或いは、前記マスター側第三遊星歯車機構又はマスター側第四遊星歯車機構の出力トルクの差動の回転位置を検出するように構成されている、
請求項１から３のいずれかのマスタースレーブアーム装置。

【請求項7】

前記スレーブ機が、入力されたトルクを減速比１：１で出力する、スレーブ側第一遊星歯車機構とスレーブ側第二遊星歯車機構の組合せ、及びスレーブ側第三遊星歯車機構とスレーブ側第四遊星歯車機構の組合せをさらに具え、
前記手首ユニットを水平軸を中心として回動させるように連動するスレーブ側平歯車と、
内歯と外歯を有するスレーブ側環状ギアと、
前記スレーブ側環状ギアの内歯と噛合う差動出力ギアと、
前記差動出力ギアに連結され、前記スレーブ側平歯車を貫通するスレーブ側第二シャフトをさらに具え、
前記第一モータからのトルクが、前記スレーブ側第一遊星歯車機構とスレーブ側第二遊星歯車機構の組合せ、及び前記スレーブ側第三遊星歯車機構とスレーブ側第四遊星歯車機構の組合せに伝達されるとともに、前記スレーブ側平歯車とスレーブ側環状ギアを同一方向に同回転数で回動させ、
前記第二モータからのトルクが、前記スレーブ側第一遊星歯車機構若しくはスレーブ側第二遊星歯車機構、又は前記スレーブ側第三遊星歯車機構若しくはスレーブ側第四遊星歯車機構の出力トルクに差動を生じさせるように伝達されるとともに、前記差動出力ギアを回転させ、
前記差動出力ギアのトルクにより、前記作業部材取付部を前記水平軸に直交する軸を中心に回動させる、
請求項６のマスタースレーブアーム装置。

【請求項8】

前記第一モータからのトルクが、スレーブ側第一シャフトを介して前記スレーブ側平歯車に、スレーブ側第三シャフトを介して前記スレーブ側環状歯車にそれぞれ伝達され、
前記第二モータからのトルクによる差動が、前記スレーブ側第三シャフトに伝達され、
前記手首ユニットが、前記スレーブ側第一シャフトと前記スレーブ側第三シャフトの一方の側に配設され、前記第一乃至第三モータが、前記スレーブ側第一シャフトと前記スレーブ側第三シャフトの他方の側に配設されている、
請求項５又は７のマスタースレーブアーム装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、操作者が操作するマスター機の動作に応じてスレーブ機を動作させるマスタースレーブ方式の装置に関する。

【背景技術】

【0002】

マスター機と離れた場所にあるスレーブ機に対し、操作者による操作に応じてスレーブ機を動作させるという装置が開発されてきており、発明者は、スレーブ機を直感的に簡便且つ正確に操作することができ、さらには、製造コストを比較的掛けずに、スレーブ機が受けた力をマスター機に反映させることができるマスタースレーブアーム装置を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６７４９６７１号公報

【0004】

特許文献１の装置によれば、スレーブ機が手首ユニットと腕ユニットで構成され、手首ユニットが水平方向に軸を有する第一回転軸及び当該第一回転軸と直交する水平方向に軸を有する第二回転軸を具え、腕ユニットが水平方向に可動な第一直線可動部と第二直線可動部、垂直方向に可動な第三直線可動部、及び垂直方向に軸を有する第六回転軸を具え、操作部により、第一モータ乃至第六モータを別々に駆動させてこれらをそれぞれ別個に操作することができるので、スレーブ機の直線動作も簡単に実現させることができ、スレーブ機を直感的に簡便且つ正確に操作することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、より操作し易く、さらには、水中や放射能レベルの高い環境など、危険環境下においても正確且つ確実に作動するマスタースレーブアーム装置とする余地はある。

【0006】

そこで、本発明は、より操作し易く、さらには、危険環境下においても正確且つ確実に作動するマスタースレーブアーム装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、マスター機の動作に応じてスレーブ機を動作させるマスタースレーブアーム装置であって、
前記マスター機は、
水平軸と、該水平軸に直交する軸を中心として回動可能な持ち手部と、
前記水平軸方向に設けられ、垂直軸を中心として旋回可能に構成されているレールと、
前記持ち手部が載置され、前記レール上を前記水平軸方向に進退動可能に構成されている台座と、
前記持ち手部の水平軸と該水平軸に直交する軸を中心とした回動の回転位置、前記レールの旋回の回転位置、及び前記台座の進退動の変位をそれぞれ検出する第一乃至第四検出手段を具え、
前記スレーブ機は、
第一乃至第四モータと、
作業部材が取付けられ、水平軸に直交する軸を中心として回動可能な作業部材取付部と、
前記作業部材取付部に連結され、前記水平軸を中心として回動可能な手首ユニットと、
前記手首ユニットに連結され、垂直軸を中心として旋回可能、且つ、前記水平軸方向に進退動可能に構成されている腕ユニットを具え、
前記第一乃至第四検出手段によって検出した前記回転位置及び変位に応じて、前記第一乃至第四モータが、それぞれ、前記作業部材取付部と前記手首ユニットを回動させ、前記腕ユニットを旋回及び進退動させることを特徴とするマスタースレーブアーム装置によって前記課題を解決した。

【発明の効果】

【0008】

本発明のマスタースレーブアーム装置によれば、マスター機が水平軸と、その水平軸に直交する軸を中心として回動可能な持ち手部と、当該水平軸方向に設けられ、垂直軸を中心として旋回可能に構成されているレールと、持ち手部が載置され、レール上を当該水平軸方向に進退動可能に構成されている台座を具えているので、操作者は、持ち手部を手首の動きに合わせて回動させ、さらに、台座とレールを肘の動きに合わせて進退動及び回動させることができるので、より操作し易いマスタースレーブアーム装置とすることができる。

【0009】

また、台座に設けられたナットと、ナットと螺合するすべりねじをさらに具え、台座の進退動の変位を検出する第四検出手段がすべりねじの回転位置を検出する構成とすれば、台座をスムーズに進退動させ易いので、操作がし易い。

【0010】

また、スレーブ機の腕ユニットが、水平軸方向に設けられた直線状溝を具え、腕ユニットを旋回させる第三モータからのトルクが旋回用歯車に伝達されるように構成され、旋回用歯車が、周方向に沿って形成された周方向溝を具え、直線状溝と周方向溝の両方に嵌っている棒状部材を具える構成とすれば、スレーブ機の腕ユニットの旋回のガタつきを防止し、腕ユニットの旋回を円滑なものとすることができる。

【0011】

また、マスター機が、マスター側第一かさ歯車、マスター側第二かさ歯車、並びに、マスター側第一かさ歯車及びマスター側第二かさ歯車と噛合うマスター側ピニオンギアを具えたマスター側デファレンシャルギア機構をさらに具え、持ち手部の水平軸を中心とする回動のトルクが、水平軸を中心とするマスター側平歯車、マスター側平歯車と噛合うマスター側第一ギア付ボールスプライン、マスター側第一ギア付ボールスプラインと係合するマスター側第一シャフトを介して、マスター側第一かさ歯車へ伝達されるように構成され、一方で、持ち手部の水平軸に直交する軸を中心とする回動のトルクが、マスター側平歯車を貫通するマスター側第二シャフト、マスター側第二シャフトに設けられている差動入力ギア、差動入力ギアが噛合う内歯と外歯を有するマスター側環状ギア、マスター側環状ギアの外歯と噛合うマスター側第二ギア付ボールスプライン、マスター側第二ギア付ボールスプラインと係合するマスター側第三シャフトを介して、マスター側第二かさ歯車へ伝達されるように構成され、水平軸に直交する軸を中心とした回動の回転位置を検出する第二検出手段が、マスター側ピニオンギアの公転の回転位置を検出するように構成すれば、持ち手部を水平軸を中心として回動させた状態、或いは、回動させている状態において、持ち手部を水平軸に直交する軸を中心として回動させても、水平軸に直交する軸を中心とした回動の回転位置を正確に検出することができる。

【0012】

これは、マスター機が、入力されたトルクを減速比１：１で出力する、マスター側第一遊星歯車機構とマスター側第二遊星歯車機構の組合せ、及びマスター側第三遊星歯車機構とマスター側第四遊星歯車機構の組合せをさらに具え、持ち手部の水平軸を中心とする回動のトルクが、水平軸を中心とするマスター側平歯車、マスター側平歯車と噛合うマスター側第一ギア付ボールスプライン、マスター側第一ギア付ボールスプラインと係合するマスター側第一シャフトを介して、マスター側第一遊星歯車機構とマスター側第二遊星歯車機構の組合せ、及びマスター側第三遊星歯車機構とマスター側第四遊星歯車機構の組合せに伝達され、持ち手部の水平軸に直交する軸を中心とする回動のトルクが、マスター側平歯車を貫通するマスター側第二シャフト、マスター側第二シャフトに設けられている差動入力ギア、差動入力ギアが噛合う内歯と外歯を有するマスター側環状ギア、マスター側環状ギアの外歯と噛合うマスター側第二ギア付ボールスプライン、マスター側第二ギア付ボールスプラインと係合するマスター側第三シャフトを介して、マスター側第一遊星歯車機構又はマスター側第二遊星歯車機構、或いは、マスター側第三遊星歯車機構又はマスター側第四遊星歯車機構に伝達されて、マスター側第一遊星歯車機構とマスター側第二遊星歯車機構の組合せ、又はマスター側第三遊星歯車機構とマスター側第四遊星歯車機構の組合せの出力トルクに差動を生じさせるように構成され、水平軸に直交する軸を中心とした回動の回転位置を検出する第二検出手段が、マスター側第一遊星歯車機構又はマスター側第二遊星歯車機構、或いは、マスター側第三遊星歯車機構又はマスター側第四遊星歯車機構の出力トルクの差動の回転位置を検出するように構成しても実現することができる。

【0013】

さらに、マスター機の構成と基本的に合わせるように、スレーブ機が、スレーブ側第一かさ歯車、スレーブ側第二かさ歯車、並びに、前記スレーブ側第一かさ歯車及びスレーブ側第二かさ歯車と噛合うスレーブ側ピニオンギアを具えたスレーブ側デファレンシャルギア機構をさらに具え、手首ユニットを水平軸を中心として回動させるように連動するスレーブ側平歯車と、内歯と外歯を有するスレーブ側環状ギアと、スレーブ側環状ギアの内歯と噛合う差動出力ギアと、差動出力ギアに連結され、スレーブ側平歯車を貫通するスレーブ側第二シャフトをさらに具え、第一モータからのトルクが、スレーブ側第一かさ歯車に伝達されるとともに、スレーブ側平歯車とスレーブ側環状ギアを同一方向に同回転数で回動させ、第二モータからのトルクが、スレーブ側ピニオンギアを公転させ、第二スレーブ側かさ歯車に、第一スレーブ側かさ歯車に対する差動と、スレーブ側環状ギアに、スレーブ側平歯車に対する差動を生じさせて、差動出力ギアを回転させ、差動出力ギアのトルクにより、作業部材取付部を水平軸に直交する軸を中心に回動させる構成とすることにより、マスター機とスレーブ機の同期を取り易くすることができる。

【0014】

マスター機において、遊星歯車機構を具えている場合は、スレーブ機が、入力されたトルクを減速比１：１で出力する、スレーブ側第一遊星歯車機構とスレーブ側第二遊星歯車機構の組合せ、及びスレーブ側第三遊星歯車機構とスレーブ側第四遊星歯車機構の組合せをさらに具え、手首ユニットを水平軸を中心として回動させるように連動するスレーブ側平歯車と、内歯と外歯を有するスレーブ側環状ギアと、スレーブ側環状ギアの内歯と噛合う差動出力ギアと、差動出力ギアに連結され、スレーブ側平歯車を貫通するスレーブ側第二シャフトをさらに具え、第一モータからのトルクが、スレーブ側第一遊星歯車機構とスレーブ側第二遊星歯車機構の組合せ、及びスレーブ側第三遊星歯車機構とスレーブ側第四遊星歯車機構の組合せに伝達されるとともに、スレーブ側平歯車とスレーブ側環状ギアを同一方向に同回転数で回動させ、第二モータからのトルクが、スレーブ側第一遊星歯車機構若しくはスレーブ側第二遊星歯車機構、又はスレーブ側第三遊星歯車機構若しくはスレーブ側第四遊星歯車機構の出力トルクに差動を生じさせるように伝達されるとともに、差動出力ギアを回転させ、差動出力ギアのトルクにより、作業部材取付部を水平軸に直交する軸を中心に回動させる構成とすればよい。

【0015】

また、スレーブ機において、上述したデファレンシャルギア機構又は遊星歯車機構を採用している場合において、第一モータからのトルクが、スレーブ側第一シャフトと、スレーブ側第一シャフトに係合するスレーブ側第一ギア付ボールスプラインを介してスレーブ側平歯車に、スレーブ側第三シャフトと、スレーブ側第三シャフトに係合するスレーブ側第二ギア付ボールスプラインを介してスレーブ側環状歯車にそれぞれ伝達され、第二モータからのトルクによる差動が、スレーブ側第三シャフトに伝達され、手首ユニットが、スレーブ側第一シャフトとスレーブ側第三シャフトの一方の側に配設され、第一乃至第三モータが、スレーブ側第一シャフトと前記スレーブ側第三シャフトの他方の側に配設されている構成とすれば、作業部材取付部と手首ユニットが水中や放射能レベルの高い環境など、危険環境下に置かれたとしても、これらを作動させるモータを安全な環境下に置き易くすることができるので、危険環境下においても正確且つ確実に作動するマスタースレーブアーム装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態のマスター機の正面図。

【図2】図１の一部省略左側面図。

【図3】本発明の一実施形態のスレーブ機の一部省略右側面図。

【図4】図３の正面図。

【図5】本発明の一実施形態のマスター機の要部側面部。

【図6】図５の平面図。

【図7】本発明の一実施形態のマスター機の検出部の展開図。

【図8】本発明の一実施形態のスレーブ機の要部側面部。

【図9】図８の旋回機構の要部を示す図。

【図10】本発明の一実施形態のスレーブ機の駆動部の展開図。

【図11】図８の手首ユニットの平面図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施例を、図１～１１を参照して説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

【0018】

本発明は、マスター機１００の動作に応じてスレーブ機２００を動作させるマスタースレーブアーム装置である。図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態のマスター機１００は、操作者（図示省略。）が着座するシート１０２（図２では省略。）と、操作者が一方の腕及び手で操作する進退動回動操作部１１０と、操作者が他方の手で操作する縦横位置操作部１０４を有する。

【0019】

進退動回動操作部１１０と縦横位置操作部１０４は、それぞれ、マスター側支柱１０１，１０３に取り付けられている。マスター側支柱１０１，１０３には、進退動回動操作部１１０と縦横位置操作部１０４の垂直方向位置を調整するマスター側高さ調節機構１０６，１０８がそれぞれ設けられていてもよい。マスター側高さ調節機構１０６，１０８は、ねじとナット等で構成すればよい。

【0020】

図３に示すようにスレーブ機２００は、スレーブ側支柱２０１と、スレーブ側支柱２０１によって支持されている腕ユニット２１０を具えている。スレーブ機２００は、さらに、腕ユニット２１０の垂直方向位置を調整するスレーブ側高さ調節機構２０２と、図４に示すような、腕ユニット２１０の水平方向位置を調整するスレーブ側横位置調節機構２０４を具えることができる。スレーブ側高さ調節機構２０２とスレーブ側横位置調節機構２０４は、ねじとナット等で構成すればよい。前述したマスター機１００の縦横位置操作部１０４を操作することにより、スレーブ側高さ調節機構２０２とスレーブ側横位置調節機構２０４を作動させ、腕ユニット２１０の垂直方向位置と水平方向位置を調整することができるように構成するのがよい。なお、腕ユニット２１０は、安全のため、懸架装置２０６によって吊り下げられている。

【0021】

図５及び６に示すように、マスター機１００の進退動回動操作部１１０は、持ち手部１１２を具えている。持ち手部１１２は、水平軸１１４を中心として回動可能に構成されており、持ち手部１１２の水平軸１１４を中心とした回動に伴い、マスター側平歯車１３０も回動するように構成されている。また、持ち手部１１２は、水平軸１１４に直行する軸１１６を中心としても回動可能に構成されており、持ち手部１１２の水平軸１１４に直行する軸１１６を中心とした回動によるトルクは、マスター側平歯車１３０を貫通するマスター側第二シャフト１３２を介して、マスター側第二シャフト１３２に設けられている差動入力ギア１３４に伝達され、差動入力ギア１３４が噛合う内歯を有するマスター側環状ギア１３６に伝達される。なお、マスター側環状ギア１３６は、外歯を有するが、外歯は、マスター側平歯車１３０と同ピッチで同歯数とするのが好ましい。

【0022】

持ち手部１１２の水平軸１１４を中心とした回動に伴い、マスター側平歯車１３０が回動すると、マスター側平歯車１３０のトルクは、マスター側平歯車１３０と噛合うマスター側第一ギア付ボールスプライン１３８を介して、マスター側第一ギア付ボールスプライン１３８と係合するマスター側第一シャフト１５２に伝達される。

【0023】

また、マスター側第二シャフト１３２がマスター側平歯車１３０を貫通し、マスター側第二シャフト１３２に設けられている差動入力ギア１３４がマスター側環状ギア１３６の内歯に噛合っているので、持ち手部１１２の水平軸１１４を中心とした回動に伴い、マスター側平歯車１３０が回動すると、マスター側環状ギア１３６も同方向に等速で回動する。マスター側環状ギア１３６のトルクは、マスター側環状ギア１３６の外歯と噛合うマスター側第二ギア付ボールスプライン１３９を介して、マスター側第二ギア付ボールスプライン１３９と係合するマスター側第三シャフト１５６に伝達される。

【0024】

一方、持ち手部１１２が水平軸１１４に直交する軸１１６を中心として回動させられると、そのトルクは、マスター側第二シャフト１３２とマスター側第二シャフト１３２に設けられている差動入力ギア１３４を介して、マスター側環状ギア１３６に伝達され、マスター側第三シャフト１５６に伝達される。すなわち、持ち手部１１２が水平軸１１４に直交する軸１１６を中心としてのみ回動させられると、マスター側第三シャフト１５６にトルクが伝達されるが、マスター側第一シャフト１５２にトルクは伝達されない。一方、持ち手部１１２が水平軸１１４と水平軸１１４に直交する軸１１６の両方を中心として同時に回動させられると、マスター側第一シャフト１５２とマスター側第三シャフト１５６には異なる回転数のトルクが伝達され、差動が発生する。

【0025】

また、進退動回動操作部１１０は、水平軸１１４の軸方向（以下、単に、「水平軸方向」という。）に亘って設けられたレール１２０を具える。レール１２０内には、マスター側第一シャフト１５２、マスター側第三シャフト１５６、及び進退動検出軸１５４がレール１２０に沿って配設されている。レール１２０は、垂直軸１４０を中心として旋回可能に構成されている。レール１２０の旋回によるトルクは、旋回検出軸１４２に伝達され、旋回検出軸１４２の回転位置は、エンコーダやモータ等の第三検出手段Ｅ３によって検出される。

【0026】

持ち手部１１２は、台座１２２の上に載置され、固定されている。台座１２２は、レール１２０上を水平軸１１４方向に進退動可能に構成されている。台座１２２の進退動は、進退動検出軸１５４の回転に変換されるように構成するのがよい。例えば、台座１２２にナット（図示省略。）を設け、進退動検出軸１５４をナットと螺合するすべりねじとすることができる。本構成とすれば、台座１２２をスムーズに進退動させ易いので、操作がし易い。また、台座１２２が、操作者の肘を乗せることができる肘置き部１２４を有する構成とすれば、操作者がより操作し易い。

【0027】

次に、図７を参照して、マスター機１００の進退動回動操作部１１０における、持ち手部１１２の水平軸１１４を中心とした回動の回転位置、水平軸１１４に直交する軸を中心とした回動の回転位置、及び台座１２２の進退動の変位をそれぞれどのように検出するかを説明する。

【0028】

台座１２２の進退動の変位は、公知のエンコーダやセンサで構成された検出手段で検出すればよい。具体的には、台座１２２の進退動を進退動検出軸１５４の回転に変換し、進退動検出軸１５４の回転位置を第四検出手段Ｅ４で検出する構成とすることができる。

【0029】

また、マスター機１００の進退動回動操作部１１０は、マスター側デファレンシャルギア機構１６０を具えている。マスター側デファレンシャルギア機構１６０は、マスター側第一かさ歯車１６２、マスター側第二かさ歯車１６４、並びに、マスター側第一かさ歯車１６２及びマスター側第二かさ歯車１６４と噛合うマスター側ピニオンギア１６６を有する。マスター側デファレンシャルギア機構１６０のように、本発明で使用されるデファレンシャルギア機構は、第一かさ歯車と第二かさ歯車が同軸上に相対回転可能に対向して設けられ、第一かさ歯車及び第二かさ歯車と同軸で回転可能なピニオンキャリアに回転可能に設けられたピニオンギアが第一かさ歯車と第二かさ歯車に噛合う構成を有する。

【0030】

マスター側第一シャフト１５２に伝達されたトルクは、マスター側第一かさ歯車１６２へ伝達されるように構成されている。一方で、マスター側第三シャフト１５６に伝達されたトルクは、マスター側第二かさ歯車１６４に伝達されるように構成されている。ここで、マスター側第一シャフト１５２とマスター側第三シャフト１５６からマスター側第一かさ歯車１６２とマスター側第二かさ歯車１６４に同時にトルクが伝達されるときは、マスター側第一かさ歯車１６２とマスター側第二かさ歯車１６４が反対方向に回転するように構成する。これにより、マスター側第一シャフト１５２とマスター側第三シャフト１５６の回転に差動が生じていない場合、マスター側ピニオンギア１６６は自転させられるだけで、公転しない。これに対し、マスター側第一シャフト１５２とマスター側第三シャフト１５６の回転に差動が生じた場合は、マスター側ピニオンギア１６６は公転する。

【0031】

マスター側第一シャフト１５２の回転位置は、エンコーダやモータ等の第一検出手段Ｅ１によって検出される。他方、マスター側第一シャフト１５２とマスター側第三シャフト１５６の回転に差動が生じ、マスター側ピニオンギア１６６が公転した場合、マスター側ピニオンギア１６６の公転の回転位置、すなわち、マスター側ピニオンキャリア１６８の回転位置は、エンコーダやモータ等の第二検出手段Ｅ２によって検出される。

【0032】

上述した第一乃至第四検出手段Ｅ１～Ｅ４によって検出された回転位置及び変位は、電気信号に変換され、演算手段（図示省略。）により、後述するスレーブ機２００の第一乃至第四モータＭ１～Ｍ４のいずれをどの方向にどの程度、どの回転数で回転させるかという電気的情報に変換される。このようにして変換された電気的情報は、スレーブ機２００の第一乃至第四モータＭ１～Ｍ４のそれぞれに送られ、第一乃至第四モータＭ１～Ｍ４を別々に駆動する。すなわち、第一乃至第四検出手段Ｅ１～Ｅ４によって検出した回転位置及び変位に応じて、第一乃至第四モータＭ１～Ｍ４が駆動される。このとき、第一乃至第四検出手段Ｅ１～Ｅ４によって検出した回転位置及び変位の量に基づく回転数と第一乃至第四モータＭ１～Ｍ４の回転数を一致させても、変動させてもよい。なお、第一モータＭ１と第二モータＭ２は、駆動させないときにそのロータが回転しないようにロック機能を具え、第三モータＭ３と第四モータＭ４も同様にロック機能を具えることができる。

【0033】

図８に示すように、スレーブ機２００の腕ユニット２１０は、手首ユニット２２０と連結され、手首ユニット２２０は、作業部材取付部２７０と連結されている。作業部材取付部２７０には、作業部材２７２が取付けられている。本実施例では、作業部材２７２は、ワークＷ（図３参照）を研磨するディスクグラインダーであるが、作業部材はこれに限られるものではない。

【0034】

腕ユニット２１０は、垂直軸２４０を中心として旋回可能に構成されている。具体的には、図９に示すように、腕ユニット２１０は、まず、水平軸２１４方向に設けられた直線状溝２４２を具えている。また、垂直軸２４０と軸芯が異なる旋回用歯車２４４を有する。旋回用歯車２４４は、周方向に沿って周方向溝２４６が形成されている。また、直線状溝２４２と周方向溝２４６の両方に嵌る棒状部材２４８を具えている。旋回用歯車２４４には、第三モータＭ３（図８参照。）からのトルクが伝達されるように構成されている。第三モータＭ３が駆動すると旋回用歯車２４４が回転して、棒状部材２４８の直線状溝２４２と周方向溝２４６に対する位置が変位する。これにより、腕ユニット２１０を垂直軸２４０を中心として旋回させることができる。本構成とすることにより、スレーブ機２００の腕ユニット２１０の旋回のガタつきを防止し、腕ユニット２１０の旋回を円滑なものとすることができる。なお、垂直軸２４０に対し、第三モータＭ３からのトルクを直接伝達させる構成とすることも可能なことは言うまでもない。

【0035】

また、腕ユニット２１０は、水平軸２１４方向に進退動可能に構成されている。具体的には、腕ユニット２１０は、基部２１８と伸縮部２１９で構成し、基部２１８が軸支するねじ軸２５４（図１０参照。）に、伸縮部２１９に配設されたナット（図示省略。）を螺合させ、ねじ軸２５４の回転によって伸縮部２１９が基部２１８に対して進退動するように構成することができる。ねじ軸２５４には、第四モータＭ４からトルクが伝達される（図１０参照。）。

【0036】

腕ユニット２１０、より具体的には、伸縮部２１９の先端側に連結される手首ユニット２２０は、水平軸２１４と、水平軸２１４に直交する軸２１６を中心として回動可能に構成されている。まず、手首ユニット２２０は、水平軸２１４を中心として回動するスレーブ側平歯車２３０と連動するように構成されている。これにより、スレーブ側平歯車２３０が回動すると、手首ユニット２２０及びこれと連結されている作業部材取付部２７０と作業部材２７２も水平軸２１４を中心として回動することとなる。

【0037】

また、手首ユニット２２０は、内歯と外歯を有するスレーブ側環状ギア２３６を具えている。スレーブ側環状ギア２３６の外歯は、スレーブ側平歯車２３０と同ピッチで同歯数とするのがよい。スレーブ側環状ギア２３６の内歯には、図１１に示すように、差動出力ギア２３４が噛合っている。差動出力ギア２３４は、スレーブ側平歯車２３０を貫通するスレーブ側第二シャフト２３２と連結されている。差動出力ギア２３４が回動すると、そのトルクは、スレーブ側第二シャフト２３２を介して、作業部材取付部回動機構２３３（図８も参照。）に伝達され、作業部材取付部２７０を水平軸に直交する軸２１６を中心に回動させる。なお、手首ユニット２２０の場合、作業部材取付部回動機構２３３は、クランク機構（リンク機構）であるが、スレーブ側第二シャフト２３２のトルクを利用して作業部材取付部２７０を水平軸に直交する軸２１６を中心に回動させることができれば、これに限られるものではない。

【0038】

ここで、スレーブ側平歯車２３０、スレーブ側環状ギア２３６、及び差動出力ギア２３４にそれぞれどのようにトルクが伝達されるかを説明する。図１０に示すように、スレーブ機２００の腕ユニット２１０は、スレーブ側デファレンシャルギア機構２６０を具えている。スレーブ側デファレンシャルギア機構２６０は、スレーブ側第一かさ歯車２６２、スレーブ側第二かさ歯車２６４、並びに、スレーブ側第一かさ歯車２６２及びスレーブ側第二かさ歯車２６４と噛合うスレーブ側ピニオンギア２６６を具えている。

【0039】

第一モータＭ１のみが駆動しているとき、第一モータＭ１からのトルクは、スレーブ側第一シャフト２５２に伝えられるとともに、スレーブ側第一かさ歯車２６２にも伝達される。このとき、第二モータＭ２のロック機能により、スレーブ側ピニオンキャリア２６８は回転しないので、スレーブ側ピニオンギア２６６は公転せずに自転して、スレーブ側第二かさ歯車２６４にトルクが伝達されるから、スレーブ側第一かさ歯車２６２とスレーブ側第二かさ歯車２６４は等速回転する。スレーブ側第二かさ歯車２６４に伝達されたトルクは、スレーブ側第三シャフト２５６に対し、スレーブ側第一シャフト２５２と同一方向に同回転数で回動するように伝えられる。このようにして、第一モータＭ１が駆動したとき、スレーブ側第一シャフト２５２とスレーブ側第三シャフト２５６は、同一方向に同回転数で回動する。

【0040】

一方で、第二モータＭ２のみが駆動すると、第二モータＭ２からのトルクは、スレーブ側ピニオンキャリア２６８に伝えられる。このとき、第一モータＭ１のロック機能により、スレーブ側第一かさ歯車２６２は回転しないので、スレーブ側ピニオンギア２６６は、自転しながら公転し、そのトルクをスレーブ側第二かさ歯車２６４に伝達する。スレーブ側第二かさ歯車２６４に伝達されたトルクは、スレーブ側第三シャフト２５６に伝達される。よって、この場合、スレーブ側第一シャフト２５２は回動しないが、スレーブ側第三シャフト２５６は回動する。

【0041】

他方、第一モータＭ１と第二モータＭ２が同時に駆動すると、第一モータＭ１からのトルクによって側第一シャフト２５２とスレーブ側第三シャフト２５６が同一方向に同回転数で回動使用とするが、同時に、第二モータＭ２からのトルクが、スレーブ側ピニオンギア２６６の自転及び公転によってスレーブ側第二かさ歯車２６４に伝達され、スレーブ側第一かさ歯車２６２とスレーブ側第二かさ歯車２６４の間で差動が発生する。よって、スレーブ側第一シャフト２５２とスレーブ側第三シャフト２５６が異なる回転数で回動する。

【0042】

スレーブ側第一シャフト２５２に伝達されたトルクは、ボールスプライン等のトルク伝達機構を介して、手首ユニット２２０のスレーブ側平歯車２３０に伝達される。一方で、スレーブ側第三シャフト２５６に伝達されたトルクは、同様に、ボールスプライン等のトルク伝達機構を介して、手首ユニット２２０のスレーブ側環状ギア２３６の外歯からスレーブ側環状ギア２３６に伝達される。

【0043】

スレーブ側第一シャフト２５２とスレーブ側第三シャフト２５６が同一方向に同回転数で回動すると、図１１に示すスレーブ側平歯車２３０とスレーブ側環状ギア２３６も同一方向に同回転数で回動するように構成されている。このとき、スレーブ側環状ギア２３６の内歯に噛合っている差動出力ギア２３４は回動しない。よって、手首ユニット２２０、作業部材取付部２７０、及び作業部材２７２を水平軸２１４を中心として回動させることができる。

【0044】

一方、スレーブ側第一シャフト２５２は回動しないが、スレーブ側第三シャフト２５６が回動している状態、或いは、スレーブ側第一シャフト２５２とスレーブ側第三シャフト２５６が異なる回転数で回動している場合、すなわち、スレーブ側第一シャフト２５２とスレーブ側第三シャフト２５６の回転数に差動が生じている場合、スレーブ側環状ギア２３６の内歯に噛合っている差動出力ギア２３４が回動する。これにより、作業部材取付部２７０を水平軸に直交する軸２１６を中心に回動させることができる。

【0045】

ここで、図８に示されているように、手首ユニット２２０が、スレーブ側第一シャフト２５２とスレーブ側第三シャフト２５６の一方の側に配設され、第一乃至第三モータＭ１～Ｍ３が、スレーブ側第一シャフト２５２とスレーブ側第三シャフト２５６の他方の側に配設されている構成とするのがよい。この構成とすることにより、作業部材取付部２７０と手首ユニット２２０が水中や放射能レベルの高い環境など、危険環境下に置かれたとしても、これらを作動させる第一乃至第三モータＭ１～Ｍ３を安全な環境下に置き易くすることができるので、危険環境下においても正確且つ確実に作動するマスタースレーブアーム装置とすることができる。

【0046】

また、腕ユニット２１０が力検出機能を具え、第一乃至第四検出手段Ｅ１～Ｅ４をモータで構成するのがよい。例えば、第一乃至第四モータＭ１～Ｍ４がトルクセンサ等の力検出機能を具えることができる。そして、力検出機能によって検知した力を、電気信号に変換し、その量に応じて、第一乃至第四モータＭ１～Ｍ４を駆動して、進退動回動操作部１１０に力を付与するように構成してもよい。これにより、腕ユニット２１０が受けた力を進退動回動操作部１１０の操作者が得ることができ、進退動回動操作部１１０の操作者は、その感触に応じた操作を行うことができる。本構成は、特に、ディスクグラインダーによる研削作業など、作業部材を作業対象に押付けて作業する場合のマスタースレーブアーム装置とする場合などに好適である。

【0047】

以上では、マスター機１００の進退動回動操作部１１０とスレーブ機２００の腕ユニット２１０がデファレンシャルギア機構を具える例を説明したが、デファレンシャルギア機構に変えて、遊星歯車機構を適用することもできる。本発明に適用できる遊星歯車機構は、回転可能なサンギア、サンギアと同軸上に設けられ、サンギアに対し相対回転可能なリングギア、サンギアと同軸上に回転可能なプラネタリキャリアに回転可能に設けられ、サンギアとリングギアに噛合うプラネタリギアで構成される。

【0048】

図示しての説明は省略するが、具体的には、まず、マスター機１００の進退動回動操作部１１０が、入力されたトルクを減速比１：１で出力する、マスター側第一遊星歯車機構とマスター側第二遊星歯車機構の組合せ、及びマスター側第三遊星歯車機構とマスター側第四遊星歯車機構の組合せをさらに具えるように構成することができる。そして、持ち手部１１２の水平軸１１４を中心とする回動のトルクが、水平軸１１４を中心とするマスター側平歯車１３０、マスター側平歯車１３０と噛合うマスター側第一ギア付ボールスプライン１３８、マスター側第一ギア付ボールスプライン１３８と係合するマスター側第一シャフト１５２を介して、マスター側第一遊星歯車機構とマスター側第二遊星歯車機構の組合せ、及びマスター側第三遊星歯車機構とマスター側第四遊星歯車機構の組合せに伝達されるように構成する。一方で、持ち手部１１２の水平軸１１４に直交する軸１１６を中心とする回動のトルクが、マスター側平歯車１３０を貫通するマスター側第二シャフト１３２、マスター側第二シャフト１３２に設けられている差動入力ギア１３４、差動入力ギア１３４が噛合う内歯と外歯を有するマスター側環状ギア１３６、マスター側環状ギア１３６の外歯と噛合うマスター側第二ギア付ボールスプライン１３９、マスター側第二ギア付ボールスプライン１３９と係合するマスター側第三シャフト１５６を介して、マスター側第一遊星歯車機構又はマスター側第二遊星歯車機構、或いは、マスター側第三遊星歯車機構又はマスター側第四遊星歯車機構に伝達されて、マスター側第一遊星歯車機構とマスター側第二遊星歯車機構の組合せ、又はマスター側第三遊星歯車機構とマスター側第四遊星歯車機構の組合せの出力トルクに差動を生じさせるように構成する。そして、水平軸１１４に直交する軸１１６を中心とした回動の回転位置を検出する第二検出手段Ｅ２が、マスター側第一遊星歯車機構又はマスター側第二遊星歯車機構、或いは、マスター側第三遊星歯車機構又はマスター側第四遊星歯車機構の出力トルクの差動の回転位置を検出するように構成することができる。

【0049】

また、スレーブ機２００の腕ユニット２１０が、入力されたトルクを減速比１：１で出力する、スレーブ側第一遊星歯車機構とスレーブ側第二遊星歯車機構の組合せ、及びスレーブ側第三遊星歯車機構とスレーブ側第四遊星歯車機構の組合せをさらに具えるように構成することができる。スレーブ側平歯車２３０と、スレーブ側環状ギア２３６と、差動出力ギア２３４と、スレーブ側第二シャフト２３２を具える点は、デファレンシャルギア機構の場合と同様である。また、第一モータＭ１からのトルクが、スレーブ側第一遊星歯車機構とスレーブ側第二遊星歯車機構の組合せ、及びスレーブ側第三遊星歯車機構とスレーブ側第四遊星歯車機構の組合せに伝達されるとともに、スレーブ側平歯車２３０とスレーブ側環状ギア２３６を同一方向に同回転数で回動させるように構成する。そして、第二モータＭ２からのトルクが、スレーブ側第一遊星歯車機構若しくはスレーブ側第二遊星歯車機構、又はスレーブ側第三遊星歯車機構若しくはスレーブ側第四遊星歯車機構の出力トルクに差動を生じさせるように伝達されるとともに、差動出力ギア２３４を回転させるように構成する。こうすることで、差動出力ギア２３４のトルクにより、作業部材取付部２７０を水平軸１１４に直交する軸を中心に回動させることができる。

【0050】

以上に説明したように、本発明によれば、操作者が持ち手部を手首の動きに合わせて回動させ、さらに、台座とレールを肘の動きに合わせて進退動及び回動させることができるので、より操作し易いマスタースレーブアーム装置を提供することができる。

【符号の説明】

【0051】

１００ マスター機
１１０ 進退動回動操作部
１１２ 持ち手部
１１４ 水平軸
１１６ 水平軸に直交する軸
１２０ レール
１２２ 台座
１３０ マスター側平歯車
１３２ マスター側第二シャフト
１３４ 差動入力ギア
１３６ マスター側環状ギア
１３８ マスター側第一ギア付ボールスプライン
１３９ マスター側第二ギア付ボールスプライン
１４０ 垂直軸
１５２ マスター側第一シャフト
１５６ マスター側第三シャフト
１６０ マスター側デファレンシャルギア機構
１６２ マスター側第一かさ歯車
１６４ マスター側第二かさ歯車
１６６ マスター側ピニオンギア
２００ スレーブ機
２１０ 腕ユニット
２１４ 水平軸
２２０ 手首ユニット
２３０ スレーブ側平歯車
２３２ スレーブ側第二シャフト
２３３ 作業部材取付部回動機構
２３４ 差動出力ギア
２３６ スレーブ側環状ギア
２４０ 垂直軸
２４２ 直線状溝
２４４ 旋回用歯車
２４６ 周方向溝
２４８ 棒状部材
２５２ スレーブ側第一シャフト
２５６ スレーブ側第三シャフト
２６０ スレーブ側デファレンシャルギア機構
２６２ スレーブ側第一かさ歯車
２６４ スレーブ側第二かさ歯車
２６６ スレーブ側ピニオンギア
２７０ 作業部材取付部
２７２ 作業部材
Ｅ１ 第一検出手段
Ｅ２ 第二検出手段
Ｅ３ 第三検出手段
Ｅ４ 第四検出手段
Ｍ１ 第一モータ
Ｍ２ 第二モータ
Ｍ３ 第三モータ
Ｍ４ 第四モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】