JP2010012087A

JP2010012087A - Manipulator system and control method of manipulator

Info

Publication number: JP2010012087A
Application number: JP2008175626A
Authority: JP
Inventors: Takamitsu Sunaoshi; 押貴光砂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】作用部の作用力を低下させずにアクチュエータの消費電力を低減でき、かつ構造を複雑化させずに済む。
【解決手段】マニピュレータシステムは、マスタスレーブ方式で動作するマニピュレータ本体１と、マニピュレータ本体１の駆動を制御する制御装置２とを備えている。制御装置２は、グリッパの把持力が一定になるまでモータ１４ｃを駆動した後に、把持力が低下しない範囲でグリッパを開く方向にモータ１４ｃを駆動するため、把持力を一定に維持したままモータ電流値を最大連続電流値以下に抑制することができ、消費電力の削減が図れるとともに、把持力が最大連続電流値により制限されるおそれもなくなる。
【選択図】図１The power consumption of an actuator can be reduced without lowering the acting force of an action part, and the structure is not complicated.
A manipulator system includes a manipulator body 1 that operates in a master-slave manner, and a control device 2 that controls driving of the manipulator body 1. Since the control device 2 drives the motor 14c in the direction in which the gripper is opened within a range in which the gripping force does not decrease after driving the motor 14c until the gripping force of the gripper becomes constant, the motor current is maintained while maintaining the gripping force constant. The value can be suppressed below the maximum continuous current value, power consumption can be reduced, and there is no possibility that the gripping force is limited by the maximum continuous current value.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、アクチュエータの動力を動力伝達機構を介して作用部に伝達するマニピュレータシステムおよびマニピュレータの制御方法に関する。 The present invention relates to a manipulator system that transmits the power of an actuator to an action part via a power transmission mechanism, and a manipulator control method.

マニピュレータの把持力を限られた使用条件で増大させることが従来からの課題になっている。特に、ホームロボット、配管ロボット、医療用ロボットなど限られた範囲内で動作するハンド機構を有するマニピュレータは、そのロボット全体のサイズや重量の制限、コスト条件等により、選定できる構成要素に制限がある。例えば特許文献１に記載された医療用マニピュレータの場合、マニピュレータ先端部は体腔内部に進入するため、細径小型化が必要であるが、手技に必要な十分な力を出す必要がある。また、動力となるモータはマニピュレータに装備されており、そのマニピュレータを術者が手で持って操作することから、マニピュレータ全体のサイズや重量を削減するためには、モータを小型化して操作性を向上させることが望まれる。 Increasing the gripping force of the manipulator under limited use conditions has been a problem in the past. In particular, a manipulator having a hand mechanism that operates within a limited range, such as a home robot, a piping robot, and a medical robot, has limited components that can be selected depending on the size and weight of the entire robot, cost conditions, and the like. . For example, in the case of the medical manipulator described in Patent Document 1, since the tip of the manipulator enters the body cavity, it is necessary to reduce the diameter and size, but it is necessary to exert a sufficient force necessary for the procedure. In addition, the manipulator is equipped with a motor that serves as the power, and the operator operates the manipulator with his / her hand. In order to reduce the overall size and weight of the manipulator, the motor is downsized to improve operability. It is desired to improve.

このような課題を解決するために、特許文献２には、ハンド構造の機構的な改良によって、同等のモータ等の動力に対して把持力を増大させる技術が記載されている。 In order to solve such a problem, Patent Document 2 describes a technique for increasing the gripping force with respect to the power of an equivalent motor or the like by mechanical improvement of the hand structure.

また、特許文献３には、効率のよいモータの設計により把持力を増大させる技術が記載されている。
特開２００２−１０２２４８号公報特開２００７−３０１６９２号公報特開平１０−２４９７７６号公報 Patent Document 3 describes a technique for increasing the gripping force by designing an efficient motor.
JP 2002-102248 A JP 2007-301692 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-249776

しかしながら、特許文献２の技術は、構造を複雑化させてしまって、モータ出力が把持力に変換されるまでに効率が低下してしまう。また、特許文献３の技術は、最大出力の面では従来の電気モータには及ばないため、把持力を必ずしも十分には上げることはできない。 However, the technique of Patent Document 2 complicates the structure, and the efficiency decreases until the motor output is converted into the gripping force. Moreover, since the technique of Patent Document 3 does not reach the conventional electric motor in terms of maximum output, the gripping force cannot always be sufficiently increased.

本発明の目的は、作用部の作用力の低下を抑制しアクチュエータの消費電力を低減でき、かつ構造を複雑化させずに済むマニピュレータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a manipulator that can suppress a reduction in the acting force of the acting portion, reduce the power consumption of the actuator, and does not complicate the structure.

本発明の一態様によれば、最大連続出力に制限があるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動力に基づいて対象物に対して所定量の力を作用する作用部と、
可撓性部材を有し、前記アクチュエータの動力を前記作用部に伝達する動力伝達機構と、
前記アクチュエータを制御する制御部と、
前記作用部の作用力を操作指令する操作指令部と、を備え、
前記制御部は、
前記操作指令部による操作指令に応じた力を前記作用部が前記対象物に作用するように、前記アクチュエータを動作させる第１の制御手段と、
前記第１の制御手段による制御の後に、前記作用部による作用力が低下しない範囲で、前記作用部が前記対象物に対して前記所定量より小さい力を逆に作用する方向に前記アクチュエータを動作させる第２の制御手段と、
を有することを特徴とするマニピュレータシステムが提供される。 According to one aspect of the invention, an actuator with a limit on maximum continuous output;
An action unit that applies a predetermined amount of force to an object based on the power of the actuator;
A power transmission mechanism having a flexible member and transmitting the power of the actuator to the action portion;
A control unit for controlling the actuator;
An operation command unit that commands the operation force of the action unit,
The controller is
First control means for operating the actuator so that the action unit acts on the object with a force according to an operation command from the operation command unit;
After the control by the first control means, the actuator operates the actuator in a direction in which the acting portion acts on the object in a direction smaller than the predetermined amount as long as the acting force by the acting portion does not decrease. Second control means for causing
There is provided a manipulator system characterized by comprising:

本発明によれば、作用部の作用力の低下を抑制しアクチュエータの消費電力を低減でき、かつ構造を複雑化させずに済む。 According to the present invention, it is possible to suppress a reduction in the acting force of the acting portion, reduce the power consumption of the actuator, and avoid complicating the structure.

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。以下では、主に医療用マニピュレータの例を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Below, the example of a medical manipulator is mainly demonstrated.

図１は医療用マニピュレータシステムの外観図である。図１のシステムは、マスタスレーブ方式で動作するマニピュレータ本体１と、マニピュレータ本体１の駆動を制御する制御装置２とを備えている。この他、図１では省略しているが、マニピュレータ本体１の動作状態を表示する動作状態表示器を図１のシステムに設けてもよい。 FIG. 1 is an external view of a medical manipulator system. The system of FIG. 1 includes a manipulator body 1 that operates in a master-slave manner, and a control device 2 that controls driving of the manipulator body 1. In addition, although omitted in FIG. 1, an operation state indicator for displaying the operation state of the manipulator body 1 may be provided in the system of FIG.

マニピュレータ本体１は、操作者（術者）が操作を指令する操作指令部３と、その操作指令に応じて対象物に所定量の力を作用する作用部４と、操作指令部３と作用部４とを一体的に接続する連結部５と、作用部４の駆動力を発生する駆動部６とを有する。 The manipulator body 1 includes an operation command unit 3 in which an operator (operator) commands an operation, an action unit 4 that applies a predetermined amount of force to an object according to the operation command, an operation command unit 3 and an action unit. 4 includes a connecting portion 5 that integrally connects the driving portion 4 and a driving portion 6 that generates a driving force of the action portion 4.

操作指令部３は、作用部４の作用量と作用方向を指示する少なくとも一つの指令デバイス（ダイヤル等）を有し、各指令デバイスには、その指令値を読み取るセンサが取り付けられている。操作者が操作指令部３を操作すると、その指令情報は逐次、制御装置２に送信される。 The operation command unit 3 has at least one command device (such as a dial) that indicates the amount and direction of action of the action unit 4, and a sensor that reads the command value is attached to each command device. When the operator operates the operation command unit 3, the command information is sequentially transmitted to the control device 2.

作用部４は、例えば、人体の患部に種々の処置を施すものである。作用部４は、患部に対して処置を施すための少なくとも一つの自由度を有し、先端の姿勢を可変させたり、先端に取り付けられたグリッパの開閉角度を可変させることが可能である。作用部４の作用力の変更は操作指令部３の指令によって行われる。 For example, the action unit 4 performs various treatments on the affected part of the human body. The action part 4 has at least one degree of freedom for performing treatment on the affected part, and can change the posture of the tip or change the opening / closing angle of a gripper attached to the tip. The change of the acting force of the action unit 4 is performed by a command from the operation command unit 3.

マニピュレータ本体１の作用部４と連結部５は作業部７を構成し、操作指令部３と駆動部６は操作部８を構成しており、作業部７と操作部８は互いに着脱可能な構造になっている。 The action part 4 and the connecting part 5 of the manipulator body 1 constitute a work part 7, the operation command part 3 and the drive part 6 constitute an operation part 8, and the work part 7 and the operation part 8 are detachable from each other. It has become.

図２は作業部７と操作部８を分離した状態を示す図である。図２に示すように、作業部７内の連結部５の一端側には、複数の出力軸プーリ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが設けられており、各プーリにはそれぞれワイヤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃが巻掛けられている。連結部５は中空であり、作用部４側が開口になっているため、ワイヤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、連結部５の内部を通過して作用部４側まで延在している。なお、ワイヤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの一部にロッドリンク等を用いて動力を伝達してもよい。 FIG. 2 is a diagram illustrating a state where the working unit 7 and the operation unit 8 are separated. As shown in FIG. 2, a plurality of output shaft pulleys 11a, 11b, and 11c are provided on one end side of the connecting portion 5 in the working unit 7, and wires 12a, 12b, and 12c are wound around the pulleys, respectively. It is hung. Since the connection part 5 is hollow and the action part 4 side is an opening, the wires 12a, 12b, and 12c pass through the inside of the connection part 5 and extend to the action part 4 side. Note that power may be transmitted to a part of the wires 12a, 12b, and 12c using a rod link or the like.

作用部４には、図２では省略しているが、ワイヤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを巻掛けるプーリ、歯車、リンク等が設けられている。これにより、動力が作業部７内の出力軸プーリ１１ａ，１１ｂ，１１ｃとワイヤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを介して作用部４まで伝達される。各出力軸プーリ１１ａ，１１ｂ，１１ｃには、駆動部６からの動力を受け取るための動力受取部１３ａ，１３ｂ，１３ｃが接続されている。 Although not shown in FIG. 2, the action unit 4 is provided with pulleys, gears, links, and the like around which the wires 12a, 12b, and 12c are wound. Thereby, power is transmitted to the action part 4 via the output shaft pulleys 11a, 11b, 11c and the wires 12a, 12b, 12c in the working part 7. The output shaft pulleys 11a, 11b, and 11c are connected to power receiving units 13a, 13b, and 13c for receiving power from the drive unit 6, respectively.

駆動部６は、複数の（図２では３つの）モータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する。これらモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの動力は、それぞれ不図示の減速機を介して、カップリングからなる動力伝達部１５ａ，１５ｂ，１５ｃに伝達される。各モータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃには、不図示のエンコーダが装備されており、モータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの回転角度を計測することができる。各エンコーダの計測信号は制御装置２に伝送される。 The drive unit 6 includes a plurality of (three in FIG. 2) motors 14a, 14b, and 14c. The powers of the motors 14a, 14b, and 14c are transmitted to power transmission units 15a, 15b, and 15c including couplings through reduction gears (not shown), respectively. Each motor 14a, 14b, 14c is equipped with an encoder (not shown), and the rotation angle of the motors 14a, 14b, 14c can be measured. The measurement signal of each encoder is transmitted to the control device 2.

駆動部６内の動力伝達部１５ａ，１５ｂ，１５ｃの端部には凹部が形成され、連結部５内の動力受取部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの端部には凸部が形成されている。これら凹部と凸部は互いに係合され、これにより動力伝達部１５ａ，１５ｂ，１５ｃの動力が動力受取部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに伝達される。動力伝達部１５ａ，１５ｂ，１５ｃと動力受取部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの位相が合わないと、凹部と凸部が係合されないようにすることで、原点姿勢以外では操作部８と作業部７との結合を防止している。 Concave portions are formed at the end portions of the power transmission portions 15a, 15b, and 15c in the drive portion 6, and convex portions are formed at the end portions of the power receiving portions 13a, 13b, and 13c in the connecting portion 5. These concave and convex portions are engaged with each other, whereby the power of the power transmission portions 15a, 15b, and 15c is transmitted to the power receiving portions 13a, 13b, and 13c. If the phases of the power transmission parts 15a, 15b, 15c and the power receiving parts 13a, 13b, 13c do not match, the concave part and the convex part are not engaged, so that the operation part 8 and the work part 7 can be Prevents the binding.

図２では、モータやスイッチ、センサなどの電子機器を操作部８側に配置し、作業部７側には機構部品を配置している。これにより、作業部７全体を洗浄でき、洗浄性と保守性の向上が図れる。すなわち、図２では、汚染度合いと洗浄方法の違いを考慮に入れて、作業部７と操作部８に分離している。 In FIG. 2, electronic devices such as a motor, a switch, and a sensor are arranged on the operation unit 8 side, and mechanical parts are arranged on the working unit 7 side. Thereby, the whole work part 7 can be wash | cleaned and the improvement of a washability and maintainability can be aimed at. That is, in FIG. 2, the working unit 7 and the operation unit 8 are separated in consideration of the degree of contamination and the cleaning method.

操作部８は、連結部５の基端側に接続されたブラケット８１と、このブラケット８１に対して回動自在に取り付けられた円柱状の操作桿８２と、この操作桿８２に取り付けられた操作デバイスとを有する。操作桿８２の操作デバイスは作用部４の姿勢決め等を指示する機能を有する。 The operation unit 8 includes a bracket 81 connected to the base end side of the coupling unit 5, a columnar operation rod 82 that is rotatably attached to the bracket 81, and an operation that is attached to the operation rod 82. With devices. The operation device of the operation rod 82 has a function of instructing the posture of the action unit 4 and the like.

操作デバイスは、図２に示すように、横方向ダイヤル８３と、縦方向ダイヤル８４と、トリガ８５と、操作モード切替スイッチ８６とを有する。対応する作業部７として図３を例に取って説明すると、横方向ダイヤル８３がヨー軸２９の動作を指令し、縦方向ダイヤル８４がロール軸４６の動作を指令し、トリガ８５がグリッパ軸θｇの動作を指令する。操作モード切替スイッチ８６は、マスタスレーブ動作の開始・終了、初期姿勢復帰動作等の操作モードの切り替えを行うスイッチである。 As shown in FIG. 2, the operation device has a horizontal dial 83, a vertical dial 84, a trigger 85, and an operation mode changeover switch 86. 3 as an example of the corresponding working unit 7, the horizontal dial 83 commands the operation of the yaw shaft 29, the vertical dial 84 commands the operation of the roll shaft 46, and the trigger 85 controls the gripper shaft θg. Command the operation. The operation mode switching switch 86 is a switch for switching operation modes such as start / end of a master / slave operation and an initial posture return operation.

横方向ダイヤル８３、縦方向ダイヤル８４及びトリガ８５には、その動作量を検出するセンサがそれぞれ組み込まれており、センサ信号は制御装置２に送られ、その内部の演算部で処理される。横方向ダイヤル８３と縦方向ダイヤル８４に組み込まれるセンサは、操作桿８２との相対的な回動量を検出するものであり、例えばポテンショメータやエンコーダを適用することができる。 The horizontal dial 83, the vertical dial 84, and the trigger 85 each incorporate a sensor that detects the amount of movement thereof, and the sensor signal is sent to the control device 2 and processed by an internal arithmetic unit. The sensor incorporated in the horizontal dial 83 and the vertical dial 84 detects the amount of relative rotation with the operation rod 82, and for example, a potentiometer or an encoder can be applied.

トリガ８５は、操作桿８２に対して並進動作が可能であり、その動作量により、作業部７のグリッパ角度を指令する。トリガ８５には並進動作位置を検出するセンサが設けられている。 The trigger 85 can translate with respect to the operating rod 82, and commands the gripper angle of the working unit 7 based on the amount of movement. The trigger 85 is provided with a sensor for detecting a translational operation position.

図３はマニピュレータ本体１の作用部４の構造を示す斜視図、図４は作用部４の詳細構造を示す分解斜視図である。図３および図４に示すように、作用部４は、処置対象に対して処置を行う第１の作用部材３２５と第２の作用部材３２６を先端に有する連結部材４１と、連結部材４１の長手方向に沿った方向に対して直交する第１の回動軸部材１６と、第１の回動軸部材１６の回動軸２９回りの方向に回動自在に支持されて第１の回動軸部材１６に対して直交する主軸部３２０ｂを有する主軸部材３２０と、第１の回動軸部材１６の回動軸２９回りの方向に回動自在に支持される第１の歯車１１７と、第１の回動軸部材１６の回動軸２９回りの方向に回動自在に支持される第２の歯車２１８とを有する。 FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the action part 4 of the manipulator body 1, and FIG. 4 is an exploded perspective view showing the detailed structure of the action part 4. As shown in FIGS. 3 and 4, the action section 4 includes a first action member 325 and a second action member 326 that have a first action member 325 and a second action member 326 at the distal end, and the length of the connection member 41. A first rotation shaft member 16 that is orthogonal to the direction along the direction, and a first rotation shaft that is rotatably supported in a direction around the rotation shaft 29 of the first rotation shaft member 16. A main shaft member 320 having a main shaft portion 320b orthogonal to the member 16, a first gear 117 that is rotatably supported in a direction around the rotation shaft 29 of the first rotation shaft member 16, and a first And a second gear 218 that is rotatably supported in a direction around the rotation shaft 29 of the rotation shaft member 16.

主軸部材３２０にはプーリ３２０ａが結合され、第１の歯車１１７にはプーリ１１７ａが結合され、第２の歯車２１８にはプーリ２１８ａが結合されている。プーリ３２０ａ、プーリ１１７ａ、プーリ２１８ａにはそれぞれ第１ワイヤ５０ａ、第２ワイヤ５０ｂ、第３ワイヤ５０ｃが巻掛けられている。 A pulley 320 a is coupled to the main shaft member 320, a pulley 117 a is coupled to the first gear 117, and a pulley 218 a is coupled to the second gear 218. A first wire 50a, a second wire 50b, and a third wire 50c are wound around the pulley 320a, the pulley 117a, and the pulley 218a, respectively.

また、作用部４は、第１の歯車１１７と直交して噛み合い、主軸部３２０ｂ回りの方向に回動自在に支持される第３の歯車３２１ａと、第２の歯車２１８と直交して噛み合い、主軸部３２０ｂ回りの方向に回動自在に支持される第４の歯車３２２ａと、第３の歯車３２１ａとともに同軸に回動する第２の回動軸部材３２１ｂと、第４の歯車３２２ａとともに同軸に回動する第５の歯車３２２ｂとを有する。 Further, the action portion 4 meshes perpendicularly with the first gear 117 and meshes with the third gear 321a supported rotatably around the main shaft portion 320b and the second gear 218, A fourth gear 322a that is rotatably supported in a direction around the main shaft portion 320b, a second rotating shaft member 321b that rotates coaxially with the third gear 321a, and a coaxial with the fourth gear 322a. And a fifth gear 322b that rotates.

また、作用部４は、主軸４６周りに回動する第２の回動軸部材３２１ｂに直交して第２の回動軸部材３２１ｂの回動とともに主軸４６回りに回動し、第１の回動軸部材１６の回動軸２９に対して捩れの位置から平行な位置に回動自在に配置される第３の回動軸部材３２３ａを有する。 Further, the action unit 4 rotates around the main shaft 46 along with the rotation of the second rotation shaft member 321b orthogonal to the second rotation shaft member 321b rotating around the main shaft 46, and the first rotation. A third rotation shaft member 323a is disposed so as to be rotatable from a twisted position to a position parallel to the rotation shaft 29 of the moving shaft member 16.

また、作用部４は、第３の回動軸３２３ａ回りの方向に回動自在に支持され、第５の歯車３２２ｂと直交して噛み合う第６の歯車３２３と、第２の回動軸３２１ｂ回りの方向に回動するとともに、第６の歯車３２３とともに第３の回動軸３２３ａ回りの方向に回動する第１の作用部材３２５と、第３の歯車３２１ａおよび第２の回動軸３２１ｂとともに回動する第２の作用部材３２６とを有する。第１の作用部材３２５と第２の作用部材３２６は、一対の作用部材（グリッパ）を構成している。第１の作用部材３２５が第３の回動軸３２３ａ回りの方向に回動することで、第２の作用部材３２６に対して、相対的に開閉可能な把持機構を構成している。 The action unit 4 is supported so as to be rotatable in a direction around the third rotation shaft 323a, and a sixth gear 323 meshing perpendicularly with the fifth gear 322b and the second rotation shaft 321b. Together with the first action member 325 rotating in the direction of the third rotation shaft 323a together with the sixth gear 323, and the third gear 321a and the second rotation shaft 321b. A second action member 326 that rotates. The first action member 325 and the second action member 326 constitute a pair of action members (grippers). The first action member 325 rotates in the direction around the third rotation shaft 323a, thereby constituting a gripping mechanism that can be opened / closed relative to the second action member 326.

このように、本実施形態の作用部４は、回動軸２９（回動軸部材１６）と主軸４６（主軸部材３２１ｂ）を回動中心とした２自由度で姿勢変更が可能な開閉機能（把持機構：グリッパ）を構成する第１および第２の作用部材３２５、３２６を有する。 As described above, the action unit 4 of the present embodiment has an opening / closing function that can change the posture with two degrees of freedom about the rotation shaft 29 (the rotation shaft member 16) and the main shaft 46 (the main shaft member 321b) as the rotation center ( It has the 1st and 2nd action members 325 and 326 which constitute a gripping mechanism: gripper).

カバー３２７は、歯車の露出を最小限にとどめるためのものであり、カバー固定ピン３２８により、第２の作用部材３２６の下部にて固定されている。カバー３２７は、第２の作用部材３２６とともに、第２の回動軸部材３２１ｂ（主軸４６）回りの方向に回動する。固定ナット３２９は、主軸部材３２０の先端部のねじ部に固定されており、第３の歯車３２１ａおよび第２の回動軸部材３２１ｂの主軸部３２０ｂの軸方向の位置を拘束するために設けられる。固定ナット３３０は、第３の回動軸３２３ａおよび第６の歯車３２３の第３の回動軸３２３ａの軸方向の位置を拘束するために設けられる。 The cover 327 is for minimizing the exposure of the gear, and is fixed to the lower portion of the second action member 326 by a cover fixing pin 328. The cover 327 rotates together with the second action member 326 in a direction around the second rotation shaft member 321b (main shaft 46). The fixing nut 329 is fixed to a screw portion at the tip of the main shaft member 320, and is provided to restrain the axial position of the main shaft portion 320b of the third gear 321a and the second rotating shaft member 321b. . The fixing nut 330 is provided to constrain the axial positions of the third rotating shaft 323a and the third rotating shaft 323a of the sixth gear 323.

図５は制御装置２とその周辺の制御系の詳細構成の一例を示すブロック図である。制御装置２は、操作指令部３による操作指令に応じた力を作用部４が対象物に作用するようにモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを動作させる制御（第１の制御手段）と、この制御の後に、作用部４による作用力が低下しない範囲で作用部４が対象物に対して所定量よりも小さい力を逆に作用するようにモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを動作させる制御（第２の制御手段）とを行う。 FIG. 5 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the control device 2 and its surrounding control system. The control device 2 controls the motors 14a, 14b, and 14c so that the action unit 4 acts on the object according to the operation command from the operation command unit 3 (first control means), Later, a control (second control) that operates the motors 14a, 14b, and 14c so that the acting portion 4 acts on the object in a reverse direction with a force smaller than a predetermined amount within a range in which the acting force by the acting portion 4 does not decrease. Means).

より具体的には、図５の制御装置２は、電源部２１と、演算部２２と、モータ駆動回路部２３と、安全保護装置２４と、動作状態提示器２５と、指令入力部２６とを有する。 More specifically, the control device 2 in FIG. 5 includes a power supply unit 21, a calculation unit 22, a motor drive circuit unit 23, a safety protection device 24, an operation state presenter 25, and a command input unit 26. Have.

電源部２１は、外部電源２７から不図示の変圧器と整流器を介して、演算部２２とモータ駆動回路部２３に必要な電力を供給する。 The power supply unit 21 supplies necessary power to the calculation unit 22 and the motor drive circuit unit 23 from the external power supply 27 via a transformer and a rectifier (not shown).

マニピュレータ本体１内の操作部８は、作業部７を駆動するモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、モータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの回転角度を検出する角度検出器１６と、操作指令部３の姿勢角度（操作量）を検出する角度検出器１７とを有する。 The operation unit 8 in the manipulator body 1 includes motors 14a, 14b, and 14c that drive the working unit 7, an angle detector 16 that detects rotation angles of the motors 14a, 14b, and 14c, and an attitude angle ( And an angle detector 17 for detecting an operation amount).

演算部２２は、不図示のＣＰＵと、記憶装置と、論理回路と、ＩＯインターフェイスとを有し、角度検出器１７で検出した操作指令部３の操作量に基づいてモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの制御目標値を生成する機能と、角度検出器１６で検出したモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの回転角度とモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの制御目標値との偏差を検出して、その偏差を解消するためのモータ指令入力を算出する機能とを有する。 The arithmetic unit 22 includes a CPU (not shown), a storage device, a logic circuit, and an IO interface. Based on the operation amount of the operation command unit 3 detected by the angle detector 17, the arithmetic unit 22 operates the motors 14a, 14b, and 14c. To detect the deviation between the function for generating the control target value, the rotation angle of the motors 14a, 14b, 14c detected by the angle detector 16 and the control target value of the motors 14a, 14b, 14c, and cancel the deviation. And a function of calculating a motor command input.

また、演算部２２は、医療用マニピュレータに装備された不図示の認識手段の信号を読み取るとともに、各種スイッチ２８の信号入力を監視して、予め決められたプログラムに従って制御演算を行う。 In addition, the calculation unit 22 reads a signal from a recognition unit (not shown) provided in the medical manipulator, monitors the signal input of various switches 28, and performs a control calculation according to a predetermined program.

モータ駆動回路部２３は、演算部２２からの指令入力に従ってモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに電力を供給する回路であり、指令入力に比例した電流をモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに出力する電流指令制御を行う。また、モータ駆動回路部２３は、各モータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの電流値を計測する。 The motor drive circuit unit 23 is a circuit that supplies power to the motors 14a, 14b, and 14c in accordance with a command input from the calculation unit 22, and performs current command control that outputs a current proportional to the command input to the motors 14a, 14b, and 14c. Do. The motor drive circuit unit 23 measures the current values of the motors 14a, 14b, and 14c.

安全保護装置２４は、演算部２２の演算周期異常、モータ駆動回路異常、緊急停止指令などの異常事態に備えて、マニピュレータ本体１への電力を遮断し、その動作を直ちに停止させる機能を有する。 The safety protection device 24 has a function of cutting off the power to the manipulator body 1 and immediately stopping its operation in preparation for abnormal situations such as a calculation cycle abnormality of the calculation unit 22, a motor drive circuit abnormality, and an emergency stop command.

動作状態提示器２５は、演算部２２の指示に応じて、マニピュレータ本体１の動作状態を文字情報や画像情報にて提示する。指令入力部２６は、各種のスイッチ等の操作部材からなり、指令入力部２６の操作情報は演算部２２に送られる。指令入力部２６は、マニピュレータ本体１の動作状態や電源の切換などを指令する。 The operation state presenter 25 presents the operation state of the manipulator body 1 as character information or image information in response to an instruction from the calculation unit 22. The command input unit 26 includes operation members such as various switches, and operation information of the command input unit 26 is sent to the calculation unit 22. The command input unit 26 commands the operating state of the manipulator body 1 and the switching of the power source.

図６は図５の演算部２２が実行するプログラムの一例を示すフローチャートである。演算部２２は、図６のフローチャートを予め決められた制御周期に従って繰り返し実行する。 FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a program executed by the calculation unit 22 of FIG. The calculation unit 22 repeatedly executes the flowchart of FIG. 6 according to a predetermined control cycle.

まず、操作指令部３の角度検出器１７の出力と駆動部６内のモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの角度検出器１６の出力を読み取る（ステップＳ１１）。また、操作指令部３や制御装置２に装備されたスイッチ等の操作情報を演算部２２で認識し（ステップＳ１２）、その認識結果をもとにマニピュレータ本体１の動作モードを決定する（ステップＳ１３）。ここで、動作モードとは、予め決められた動作を自動で実行する自動モードや、操作指令部３の操作に従って作業部７を動作させるマスタスレーブ動作モードを指す。動作方式とは、両動作モードの切り換えにおいて安全に動作をつなげるための、加速動作、減速動作、等速動作、停止動作などの動作方式を指す。 First, the output of the angle detector 17 of the operation command unit 3 and the output of the angle detector 16 of the motors 14a, 14b, and 14c in the drive unit 6 are read (step S11). Further, operation information such as switches provided in the operation command unit 3 and the control device 2 is recognized by the calculation unit 22 (step S12), and the operation mode of the manipulator body 1 is determined based on the recognition result (step S13). ). Here, the operation mode refers to an automatic mode in which a predetermined operation is automatically executed, or a master-slave operation mode in which the working unit 7 is operated in accordance with an operation of the operation command unit 3. The operation method refers to an operation method such as an acceleration operation, a deceleration operation, a constant speed operation, a stop operation, etc., for safely connecting the operations in switching between the two operation modes.

次に、判定された動作モードに従って動作方式の判別とモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの目標値を生成する（ステップＳ１４）。生成された制御目標値と先に読み取った角度検出器１６の検出値とからＰＩＤ制御などの制御演算を行ってモータ出力を算出し、モータ駆動回路部２３に出力する（ステップＳ１５）。 Next, according to the determined operation mode, the operation method is determined and target values for the motors 14a, 14b, and 14c are generated (step S14). A control calculation such as PID control is performed from the generated control target value and the detected value of the angle detector 16 previously read to calculate a motor output and output it to the motor drive circuit unit 23 (step S15).

なお、上記ステップＳ１４では、後述する図９に示すように、操作デバイスから得られた値をもとに算出されたヨー軸目標角度θｙ、ロール軸目標角度θｒ、グリッパ軸目標角度θｇを第１モータ軸角度θ１、第２モータ軸角度θ２、第３モータ軸角度θ３に変換するための逆キネマティック演算を行って目標値を生成する。 In step S14, as shown in FIG. 9 described later, the yaw axis target angle θy, the roll axis target angle θr, and the gripper axis target angle θg calculated based on the values obtained from the operation device are set to the first value. A target value is generated by performing an inverse kinematic calculation for converting the motor shaft angle θ1, the second motor shaft angle θ2, and the third motor shaft angle θ3.

次に、定義された種々の条件とセンサなどで読み取った状態とを比較し、状態判別を行う（ステップＳ１６）。判別された結果に基づき、制御装置２に装備されたランプや動作状態提示器２５に出力を行う（ステップＳ１７）。 Next, various defined conditions are compared with the state read by a sensor or the like to determine the state (step S16). Based on the determined result, an output is made to the lamp and the operation state presenter 25 equipped in the control device 2 (step S17).

以下、作用部４のグリッパによる把持動作について説明する。説明の簡略化のために、図３のマニピュレータ本体１の先端部分の歯車の歯数がすべて等しいとすると、モータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの出力軸角度θ１、θ２、θ３と先端部の姿勢軸θｙ、θｒ、θｇとの関係は、（１）式で表すことができる。

Hereinafter, the gripping operation by the gripper of the action unit 4 will be described. For simplification of description, assuming that the number of gear teeth at the tip portion of the manipulator body 1 in FIG. 3 is the same, the output shaft angles θ1, θ2, θ3 of the

motors

14a, 14b, 14c and the posture axis θy of the tip portion. , Θr, θg can be expressed by equation (1).

グリッパ軸の把持動作のみについて考えると、他の姿勢軸を動作させない場合は、θｙ＝θｒ＝０であるから、θ３＝−θｇとなる。つまり、モータ１４ｃをθｄ＝［０、０、−θｇ］^Ｔと制御することでグリッパ軸をθｇだけ動作させることができる。グリッパ軸角度は、ちょうど閉じた状態を０度、開く方向をプラス方向とし、グリッパ軸をマイナス方向に動作させるということは、より閉じる方向に力をかけるようにモータ１４ｃを制御することを意味する。 Considering only the gripper shaft gripping operation, when no other posture axis is operated, since θy = θr = 0, θ3 = −θg. That is, by controlling the motor 14c to θd = [0, 0, −θg] ^T , the gripper shaft can be operated by θg. Regarding the gripper shaft angle, when the closed state is 0 degree, the opening direction is the positive direction, and the gripper shaft is operated in the negative direction means that the motor 14c is controlled so as to apply a force in the closing direction. .

さて、実際に把持力がどのように変化するかを評価するために、グリッパの片側である第２の作用部材３２６の把持面に感圧センサを貼り付け、その出力を測定するシステムを構築した。モータ１４ｃの出力電流と感圧センサの出力との関係は図７に示すようなヒステリシスのある特性になる。ヒステリシスが生じる理由は、モータ１４ｃからグリッパにいたる動力伝達部材である減速機、出力軸プーリ１１ｃ等を用いた動力伝達の過程において摩擦が発生するためである。 Now, in order to evaluate how the gripping force actually changes, a system has been constructed in which a pressure-sensitive sensor is attached to the gripping surface of the second action member 326 on one side of the gripper and its output is measured. . The relationship between the output current of the motor 14c and the output of the pressure sensor is a characteristic having hysteresis as shown in FIG. The reason for the occurrence of hysteresis is that friction occurs in the process of power transmission using the speed reducer, output shaft pulley 11c, and the like, which are power transmission members from the motor 14c to the gripper.

ここで、動力伝達の過程とは、例えば図２に示すモータ１４ｃからワイヤ１２ｃ（５０ｃ）、グリッパ３２５への過程に着目した場合は、ワイヤ５０ｃ→プーリ２１８ａ→歯車２１８→歯車３２２ａ→歯車３２２ｂ→歯車３２３→回動軸３２３ａ→グリッパ３２５のうち、プーリ２１８ａから回動軸３２３ａまでに相当する。また、動力伝達機構とは減速機から回転軸３２３ａまで、動力伝達要素とはプーリ２１８ａから回転軸３２３ａまでに相当する。 Here, the power transmission process is, for example, when focusing on the process from the motor 14c to the wire 12c (50c) and the gripper 325 shown in FIG. 2, the wire 50c → the pulley 218a → the gear 218 → the gear 322a → the gear 322b → Of the gear 323 → the rotation shaft 323a → the gripper 325, the pulley 218a corresponds to the rotation shaft 323a. The power transmission mechanism corresponds to the speed reducer to the rotating shaft 323a, and the power transmitting element corresponds to the pulley 218a to the rotating shaft 323a.

このシステムにおいて、グリッパを開き角４５度から閉じ角３５度までモータを制御した場合、すなわち４５度から−３５度までモータ１４ｃを制御した結果を図８Ａ〜図８Ｃに示す。図８Ａはグリッパ角度の時間変化を示すグラフ、図８Ｂは把持力の時間変化を示すグラフ、図８Ｃはモータ電流の時間変化を示すグラフである。図８Ａ〜図８Ｃの横軸は時間［ｓ］、図８Ａの縦軸はグリッパ角度［ｄｅｇ］、図８Ｂの縦軸は把持力［Ｎ］、図８Ｃの縦軸はモータ電流［Ａ］である。 8A to 8C show the results of controlling the motor 14c from 45 degrees to -35 degrees when the gripper is opened from 45 degrees and the closing angle is 35 degrees in this system, that is, from 45 degrees to -35 degrees. 8A is a graph showing the time change of the gripper angle, FIG. 8B is a graph showing the time change of the gripping force, and FIG. 8C is a graph showing the time change of the motor current. 8A to 8C is the time [s], the vertical axis of FIG. 8A is the gripper angle [deg], the vertical axis of FIG. 8B is the gripping force [N], and the vertical axis of FIG. 8C is the motor current [A]. is there.

図８Ａに示すように、グリッパを４５度から−３５度まで動かす動作を約１秒間で終えて、その後は閉じた状態での把持力を維持するように制御する。この場合、図８Ｂに示すように、グリッパ角度が変化し始めてから約０．６秒後（グリッパ角度が約０度のとき）に、グリッパを構成する作用部材が感圧センサに接触し始める。その後、グリッパは実際には閉じたままであるが、モータはより閉じる方向に制御されて、把持力が増加していく。最終的に把持力は約１．６５Ｎで安定する。 As shown in FIG. 8A, the operation of moving the gripper from 45 degrees to −35 degrees is completed in about 1 second, and thereafter, the gripping force in the closed state is maintained. In this case, as shown in FIG. 8B, about 0.6 seconds after the gripper angle starts to change (when the gripper angle is about 0 degree), the action member constituting the gripper starts to contact the pressure sensor. Thereafter, the gripper actually remains closed, but the motor is controlled to be more closed, and the gripping force increases. Finally, the gripping force is stabilized at about 1.65N.

このときのモータ電流、特に把持動作に寄与しているモータ１４ｃの電流に注目すると、図８Ｃのような特性になる。グリッパが動作し始めた当初は、加速度の影響もあり、モータ１４ｃの電流値が上昇し、その後ほぼ速度一定でグリッパが閉じるまで動作する間、電流値はほぼ一定値になる。 When attention is paid to the motor current at this time, in particular, the current of the motor 14c contributing to the gripping operation, the characteristics shown in FIG. 8C are obtained. Initially when the gripper starts to operate, the current value of the motor 14c increases due to the influence of acceleration, and thereafter, the current value becomes a substantially constant value until the gripper closes at a substantially constant speed.

グリッパが閉じてからは、把持力の増加に伴って電流値も増加し、動作終了直前は減速動作のためやや電流値が下がるものの、その後は電流値が０．５８Ａ程度で一定となる。これは図７の点Ａから点Ｂまで状態が遷移したことを意味する。 After the gripper is closed, the current value also increases as the gripping force increases. Although the current value slightly decreases because of the deceleration operation immediately before the end of the operation, the current value becomes constant at about 0.58 A thereafter. This means that the state has transitioned from point A to point B in FIG.

ここで、アクチュエータの特性の一つである最大連続出力に着目する。アクチュエータが電機モータであれば、最大連続出力は最大連続電流となり、モータが長時間出力し続けることのできる電流値の最大値である。アクチュエータが空気圧アクチュエータであれば最大圧力となる。この値はアクチュエータの構造や使用条件により適宜決められる値である。 Here, attention is focused on the maximum continuous output which is one of the characteristics of the actuator. If the actuator is an electric motor, the maximum continuous output is the maximum continuous current, which is the maximum current value that the motor can continue to output for a long time. If the actuator is a pneumatic actuator, the maximum pressure is obtained. This value is a value that is appropriately determined depending on the structure and operating conditions of the actuator.

モータ１４ｃの最大連続電流値が０．４Ａであるとすると、図８Ｂと図８Ｃからわかるように、単に一方向にグリッパを閉じる操作方法では、連続して出力できる把持力は１Ｎ未満となる。図８Ｂのように、１．６Ｎの把持力を得るためには、モータ１４ｃに最大連続電流を超える電流を流さなければならない。このため、図８Ａ〜図８Ｃの場合は、モータ１４ｃが十分な出力を維持し続けることができないばかりか、故障の原因ともなってしまう。したがって、最大把持力を下げるように設計するか、見合った高出力モータを選定する必要があるが、マニピュレータの性能低下や部品コストアップ、消費電力の増大を招いてしまう。 Assuming that the maximum continuous current value of the motor 14c is 0.4 A, as can be seen from FIGS. 8B and 8C, the gripping force that can be continuously output is less than 1 N in the operation method of simply closing the gripper in one direction. As shown in FIG. 8B, in order to obtain a gripping force of 1.6 N, a current exceeding the maximum continuous current must be supplied to the motor 14c. For this reason, in the case of FIGS. 8A to 8C, the motor 14c cannot continue to maintain a sufficient output and also causes a failure. Therefore, it is necessary to design so as to reduce the maximum gripping force or to select a suitable high-power motor, but this causes a decrease in performance of the manipulator, an increase in parts cost, and an increase in power consumption.

そこで、本実施形態は、グリッパの把持力を低下させない範囲でモータ１４ｃの電流値を可能な限り減少させ、結果として最大連続電流にて得られる把持力を高めるようにしたことを特徴とする。 Therefore, the present embodiment is characterized in that the current value of the motor 14c is reduced as much as possible within a range in which the gripping force of the gripper is not lowered, and as a result, the gripping force obtained with the maximum continuous current is increased.

図９は制御装置２が行う処理動作の一例を示す制御システム図である。図９に示すように、制御装置２は、操作デバイス３１と、ゲイン調整部３２と、判定部３３と、目標値更新部３４と、逆キネマティック行列演算部３５と、逆キネマティック行列演算部３５の出力値θｄと目標値との偏差をフィードバック制御するＰＩＤ制御部３６と、ＰＩＤ制御部３６の出力値Ｖinに基づいてモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを駆動するモータ駆動回路部２３とを有する。 FIG. 9 is a control system diagram illustrating an example of processing operations performed by the control device 2. As illustrated in FIG. 9, the control device 2 includes an operation device 31, a gain adjustment unit 32, a determination unit 33, a target value update unit 34, an inverse kinematic matrix calculation unit 35, and an inverse kinematic matrix calculation unit. A PID control unit 36 that feedback controls the deviation between the output value θd of 35 and the target value, and a motor drive circuit unit 23 that drives the motors 14a, 14b, and 14c based on the output value Vin of the PID control unit 36.

操作デバイス３１は、ヨー軸、ロール軸に関する参照目標値θａ（ｙ，ｒ）を逆キネマティック演算部３５に送るとともに、グリッパ軸に関する参照目標値θａ（ｇ）を判定部３３に送る。操作デバイス３１は、例えば、その操作量を検出するセンサ出力を参照目標値として生成したり、スイッチ入力による把持指令にてプログラムにて自動生成される値を参照目標値として生成したりする。 The operation device 31 sends the reference target value θa (y, r) related to the yaw axis and roll axis to the inverse kinematic computing unit 35 and sends the reference target value θa (g) related to the gripper axis to the determination unit 33. For example, the operation device 31 generates a sensor output that detects the operation amount as a reference target value, or generates a value that is automatically generated by a program in response to a grip command by a switch input as a reference target value.

ゲイン調整部３２は、グリッパ軸の最閉角度を設定しその値θａ（ｇ）’を判定部３３に送る。最閉角度を設定することは、モータ最大出力電流を調整し把持力を設定することと等しく、また、グリッパ軸に関する参照目標値（トリガの操作量）とグリッパ目標値との変換比率γを設定することとも等しい。ゲイン調整部３２は、例えば、不図示のボリュームの出力を判定部３３に送る。 The gain adjustment unit 32 sets the most closed angle of the gripper shaft and sends the value θa (g) ′ to the determination unit 33. Setting the most closed angle is equivalent to setting the gripping force by adjusting the motor maximum output current, and setting the conversion ratio γ between the reference target value (trigger operation amount) and the gripper target value for the gripper axis It is equivalent to doing. For example, the gain adjustment unit 32 sends the output of a volume (not shown) to the determination unit 33.

判定部３３は、参照目標値θａ（ｇ）と変換比率γとから、グリッパ軸プレ目標値θｇ’を生成し、その値θｇ’が最閉角度設定値θａ（ｇ）’に到達しているかを判定し、到達していなければ第１制御手段を選択し、到達したら第２制御手段を選択し、その選択結果と値θｇ’を目標値更新部３４へ送る。 The determination unit 33 generates the gripper shaft pre-target value θg ′ from the reference target value θa (g) and the conversion ratio γ, and whether the value θg ′ has reached the most closed angle setting value θa (g) ′. If not reached, the first control means is selected, and if reached, the second control means is selected, and the selection result and the value θg ′ are sent to the target value update unit 34.

目標値更新部３４は、判定部３３からの判定結果に応じて、グリッパ軸目標値θｇを逆キネマティック演算部３５に送る。判定部３３が第１制御手段を選択した場合は、グリッパ軸プレ目標値θｇ’をグリッパ軸目標値θｇとし、第２制御手段を選択した場合は、閉じ量を戻す処理を施した値をグリッパ軸目標値θｇとして更新する。 The target value update unit 34 sends the gripper shaft target value θg to the inverse kinematic calculation unit 35 according to the determination result from the determination unit 33. When the determination unit 33 selects the first control means, the gripper shaft pre-target value θg ′ is set as the gripper shaft target value θg. When the second control means is selected, the gripper shaft pre-target value θg ′ is set to the gripper value. It is updated as the axis target value θg.

モータ駆動回路部２３はモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに駆動電流を供給し、これによりモータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃは回転軸を駆動する。各モータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの回転軸には、減速機を介して動力伝達部１５ａ，１５ｂ，１５ｃが接続されており、モータ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの駆動力は動力伝達部１５ａ，１５ｂ，１５ｃから作業部７内の動力受取部１３ａ，１３ｂ，１３ｃに伝達される。動力受取部１３ａ，１３ｂ，１３ｃにはプーリ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが接続されており、プーリ１１ａ，１１ｂ，１１ｃにはワイヤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃが巻掛けられているため、このワイヤ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを介して作用部４のグリッパに動力が伝達される。 The motor drive circuit unit 23 supplies a drive current to the motors 14a, 14b, and 14c, whereby the motors 14a, 14b, and 14c drive the rotating shaft. Power transmission units 15a, 15b, and 15c are connected to the rotation shafts of the motors 14a, 14b, and 14c via reduction gears, and the driving force of the motors 14a, 14b, and 14c is transmitted to the power transmission units 15a, 15b, and 15c. To the power receivers 13a, 13b, 13c in the working unit 7. Pulleys 11a, 11b, and 11c are connected to the power receiving portions 13a, 13b, and 13c, and wires 12a, 12b, and 12c are wound around the pulleys 11a, 11b, and 11c. Power is transmitted to the gripper of the action part 4 through 12c.

図９の処理、特に判定部３３と操作量更新部３４の処理は、ハードウェアとソフトウェアのどちらで行ってもよい。 The processing of FIG. 9, particularly the processing of the determination unit 33 and the operation amount update unit 34, may be performed by either hardware or software.

以下、本実施形態における制御装置２の処理動作を図８Ａ〜図８Ｃと対比しながら説明する。ここでは、図８Ａ〜図８Ｃと同様に、グリッパ角度を４５度から−３５度まで動作させるものとする。この場合の特性は図１０Ａ〜図１０Ｃのようになる。図１０Ａはグリッパ角度の時間変化を示すグラフ、図１０Ｂは把持力の時間変化を示すグラフ、図１０Ｃはモータ電流の時間変化を示すグラフである。図１０Ａ〜図１０Ｃの横軸と縦軸の単位は図８Ａ〜図８Ｃと同じである。 Hereinafter, the processing operation of the control device 2 in the present embodiment will be described in comparison with FIGS. 8A to 8C. Here, as in FIGS. 8A to 8C, the gripper angle is operated from 45 degrees to -35 degrees. The characteristics in this case are as shown in FIGS. 10A to 10C. FIG. 10A is a graph showing the time change of the gripper angle, FIG. 10B is a graph showing the time change of the gripping force, and FIG. 10C is a graph showing the time change of the motor current. 10A to 10C are the same as those in FIGS. 8A to 8C.

本実施形態の制御装置２は、グリッパ角度が４５度から−３５度になるまでモータ１４ｃを連続的に駆動（第１の制御手段に相当）した後に、グリッパを１０度だけ開く方向にモータ１４ｃを駆動する（第２の制御手段に相当）。図９と関連づけて説明すると、判定部３３はグリッパ角度が−３５度になったか否かを判定し、−３５度になったと判定されると、操作量更新部３４がグリッパ角度を１０度だけ元に戻す処理を行う。 The control device 2 according to the present embodiment continuously drives the motor 14c until the gripper angle is changed from 45 degrees to -35 degrees (corresponding to the first control means), and then opens the gripper by 10 degrees. Is driven (corresponding to the second control means). Referring to FIG. 9, the determination unit 33 determines whether or not the gripper angle is −35 degrees. If it is determined that the gripper angle is −35 degrees, the operation amount update unit 34 sets the gripper angle to 10 degrees. Perform the undo process.

グリッパを−３５度から１０度だけ開く方向に動作させても、モータ１４ｃには摩擦によるヒステリシスがあるため、グリッパは実際には開く方向に動作せず、モータ１４ｃの減速機のがたや動力伝達部１５ｃであるワイヤ１２ｃの伸びが変化するだけである。したがって、グリッパを−３５度から１０度だけ開く方向に動作させても、感圧センサの出力は変わらず、図１０Ｂに示すように把持力は変化しない。 Even if the gripper is operated in the direction of opening from -35 degrees to 10 degrees, the motor 14c has hysteresis due to friction. Therefore, the gripper does not actually operate in the opening direction, and the power of the reduction gear of the motor 14c Only the elongation of the wire 12c, which is the transmission portion 15c, changes. Therefore, even if the gripper is operated in the direction of opening from −35 degrees to 10 degrees, the output of the pressure sensor does not change, and the gripping force does not change as shown in FIG. 10B.

このときのモータ電流に着目すると、図１０Ｃに示すように、グリッパを閉じた後の開き動作により電流値が大きく低下し、その後約０．３５Ａで一定になる。これは、図７では、点Ａから点Ｂを経由し点Ｃまで状態が遷移することを意味する。０．３５Ａという電流値はモータの最大連続電流値である約０．４Ａ以下の値であり、問題なく出力可能な値である。 Focusing on the motor current at this time, as shown in FIG. 10C, the current value is greatly reduced by the opening operation after the gripper is closed, and then becomes constant at about 0.35A. This means that the state transitions from point A to point C via point B in FIG. The current value of 0.35 A is a value of about 0.4 A or less, which is the maximum continuous current value of the motor, and can be output without any problem.

したがって、本実施形態によれば、モータ１４ｃの最大連続電流値以下の電流値で、可能な限り大きな把持力を安定して維持し続けることができる。このため、小型モータでも、無理なく長時間にわたって高い把持力を維持し続けることができ、消費電力の削減とモータの効率向上が図れる。 Therefore, according to the present embodiment, a gripping force as large as possible can be stably maintained with a current value equal to or less than the maximum continuous current value of the motor 14c. For this reason, even with a small motor, it is possible to maintain a high gripping force for a long time without difficulty, thereby reducing power consumption and improving the efficiency of the motor.

ところで、上記（１）式からわかるように、モータ１４ｃはグリッパ軸だけでなく、ヨー軸とロール軸を駆動するためにも用いられる。モータ１４ｃを用いてグリッパ軸以外の他の軸の駆動を行う場合、他の軸を駆動するのにもモータ電流を必要とし、その最大連続電流値でグリッパを把持しようとすると、他の軸の駆動のために十分なモータ電流を流せなくなるおそれがある。ところが、本実施形態の場合、グリッパ軸を駆動するのに必要なモータ電流が最大連続電流値よりも小さくて済むため、他の軸を駆動するために十分なモータ電流を流すことができ、干渉系マニピュレータであっても、一つのモータで複数の姿勢軸を駆動することができる。 As can be seen from the above equation (1), the motor 14c is used not only to drive the gripper shaft but also to drive the yaw shaft and roll shaft. When driving a shaft other than the gripper shaft using the motor 14c, a motor current is required to drive the other shaft, and if the gripper is gripped with the maximum continuous current value, There is a possibility that a sufficient motor current cannot be supplied for driving. However, in the case of this embodiment, since the motor current required to drive the gripper shaft can be smaller than the maximum continuous current value, a sufficient motor current can be passed to drive other shafts, causing interference. Even a system manipulator can drive a plurality of posture axes with a single motor.

同等の把持力を維持するのに必要なモータ電流値が少なくて済むということは、エネルギー効率がよいことを意味している。モータ電流値の二乗とモータ電流の出力時間との積から電力量相当値が得られる。図１１は図８Ａ〜図８Ｃの場合の電力量相当値と図１０Ａ〜図１０Ｃの場合（本実施形態）の電力量相当値を比較した図である。グリッパ角度が最閉角度である−３５度になるまでは両者の電力相当量は略等しいが、それ以上把持力が高くなると、本実施形態の電力相当量は図８Ａ〜図８Ｃの場合と比べて電力相当量が約１／３になる。 Less motor current required to maintain the same gripping force means that energy efficiency is good. An electric energy equivalent value is obtained from the product of the square of the motor current value and the output time of the motor current. FIG. 11 is a diagram comparing the power amount equivalent value in the case of FIGS. 8A to 8C and the power amount equivalent value in the case of FIG. 10A to FIG. 10C (this embodiment). Until the gripper angle is -35 degrees, which is the most closed angle, the power equivalent amounts of both are substantially equal. However, when the gripping force is further increased, the power equivalent amount of the present embodiment is compared with the case of FIGS. 8A to 8C. Thus, the power equivalent amount is about 1/3.

このように、本実施形態では、グリッパの把持力が一定になるまでモータ１４ｃを駆動した後に、把持力が低下しない範囲でグリッパを開く方向にモータ１４ｃを駆動するため、把持力を一定に維持したままモータ電流値を最大連続電流値以下に抑制することができ、消費電力の削減が図れるとともに、把持力が最大連続電流値により制限されるおそれもなくなる。また、一つのモータで複数の姿勢軸制御を行う干渉系マニピュレータでは、複数の姿勢軸制御のための十分なモータ電流値を確保できる。 As described above, in this embodiment, after the motor 14c is driven until the gripping force of the gripper becomes constant, the motor 14c is driven in a direction in which the gripper is opened within a range in which the gripping force does not decrease. In this way, the motor current value can be suppressed to the maximum continuous current value or less, power consumption can be reduced, and the gripping force is not limited by the maximum continuous current value. In addition, in an interference system manipulator that performs a plurality of posture axis controls with one motor, a sufficient motor current value for a plurality of posture axis controls can be secured.

（第２の実施形態）
以下に説明する第２の実施形態は、図９に示した制御を簡易な手法で実現するものである。 (Second Embodiment)
In the second embodiment described below, the control shown in FIG. 9 is realized by a simple method.

図１２Ａおよび図１２Ｂは操作桿８２の内部構造の一例を示す図であり、図１２Ａはトリガ８５の復帰状態、図１２Ｂはトリガ８５を引いた状態を示している。これらの図に示すように、操作桿８２は、トリガ８５の端部に取り付けられたロック棒８７を保持するロック部材８８と、トリガ８５の引き量を検出するセンサ８９と、トリガ８５に形成されたガイド孔９０を通って挿脱されるガイド棒９１と、ガイド棒９１の周囲に取り付けられたばね９２とを有する。 12A and 12B are views showing an example of the internal structure of the operating rod 82. FIG. 12A shows a state in which the trigger 85 is returned, and FIG. 12B shows a state in which the trigger 85 is pulled. As shown in these drawings, the operating rod 82 is formed on a lock member 88 that holds a lock rod 87 attached to an end of the trigger 85, a sensor 89 that detects the pulling amount of the trigger 85, and the trigger 85. The guide rod 91 is inserted / removed through the guide hole 90 and the spring 92 is mounted around the guide rod 91.

センサ８９は、トリガ８５の並進動作位置を検出するものであり、具体的には、スライドポテンションメータやリニアエンコーダ等で構成することができる。例えば、スライドポテンションメータでセンサ８９を構成する場合、トリガ８５の端部に取り付けられた突起部材９３の凹部がスライドポテンションメータのつまみ９４の凸部と係合される。これら凹部と凸部は、トリガ８５の並進動作に合わせて一体に移動する。そして、センサ８９は、凸部の位置によりトリガ８５の引き量を検出する。 The sensor 89 detects the translational operation position of the trigger 85, and can be specifically configured by a slide potentiometer, a linear encoder, or the like. For example, when the sensor 89 is configured by a slide potentiometer, the concave portion of the projection member 93 attached to the end of the trigger 85 is engaged with the convex portion of the knob 94 of the slide potentiometer. These concave portions and convex portions move together in accordance with the translation operation of the trigger 85. The sensor 89 detects the pulling amount of the trigger 85 based on the position of the convex portion.

トリガ８５を最も引いた状態が作用部４のグリッパを最も閉じた状態となり、すなわち、図８Ａ〜図８Ｃの例では開閉角度が−３５度となる状態となり、トリガ８５を最も戻した状態がグリッパを最も開いた状態となり、すなわち、図８Ａ〜図８Ｃの例では開閉角度が４５度となる状態となるように、センサ８９での検出値を変換することで、グリッパの開閉目標値を得ることができる。 The state in which the trigger 85 is pulled most is the state in which the gripper of the action unit 4 is most closed, that is, in the example of FIGS. 8A to 8C, the opening / closing angle is −35 degrees, and the state in which the trigger 85 is returned most is the gripper. 8A to 8C, the detection value of the sensor 89 is converted so that the opening / closing target value of the gripper is obtained so that the opening / closing angle is 45 degrees in the examples of FIGS. Can do.

トリガ８５の引き量を長時間維持することは操作者にとって負担が大きく、作用部４での細かい操作指示にも影響を与える可能性がある。このため、トリガ８５から手を離してもその引き量が維持されるように、操作桿８２にロック機構を設けることがあり、本実施形態の操作桿８２においても、ロック機構が設けられている。 Maintaining the pulling amount of the trigger 85 for a long time places a heavy burden on the operator and may affect detailed operation instructions on the action unit 4. For this reason, a lock mechanism may be provided on the operating rod 82 so that the pulling amount is maintained even when the trigger 85 is released, and the locking mechanism is also provided in the operating rod 82 of the present embodiment. .

トリガ８５を最大限引くと、トリガ８５の端部に取り付けられたロック棒８７が操作桿８２のロック部材８８に収まる。その後、操作者がトリガ８５から手を離しても、ロック部材８８はロック棒８７を固定し、トリガ８５の引き量が一定に維持される。ロック部材８８には、トリガ８５の引き量に応じて、ロック棒８７がわずかに並進動作するためのあそび範囲が設けられている。このように、ロック棒８７とロック部材８８によりロック機構が実現されている。 When the trigger 85 is pulled to the maximum extent, the lock rod 87 attached to the end of the trigger 85 is accommodated in the lock member 88 of the operation rod 82. Thereafter, even when the operator releases his hand from the trigger 85, the lock member 88 fixes the lock rod 87, and the pulling amount of the trigger 85 is maintained constant. The lock member 88 has a play range in which the lock rod 87 slightly translates according to the pulling amount of the trigger 85. Thus, the lock mechanism is realized by the lock rod 87 and the lock member 88.

トリガ８５をロックした状態でさらにトリガ８５を引くと、ロック部材８８はロック棒８７を開放する。トリガ８５には、操作桿８２のガイド棒９１を挿脱するためのガイド孔９０が設けられている。トリガ８５をロックした状態では、ガイド棒９１がガイド孔９０に挿入され、ばね９２がトリガ８５の端部により収縮される。このロック状態でトリガ８５をさらに引いてロック部材８８がロック棒８７を開放すると、ばね９２の復元力により、トリガ８５は押し出されて、元の位置に復帰する。このとき、図１２Ａのように、ガイド棒９１はガイド孔９０から抜き出される。 When the trigger 85 is further pulled while the trigger 85 is locked, the lock member 88 opens the lock rod 87. The trigger 85 is provided with a guide hole 90 for inserting and removing the guide rod 91 of the operating rod 82. In a state where the trigger 85 is locked, the guide rod 91 is inserted into the guide hole 90, and the spring 92 is contracted by the end of the trigger 85. When the trigger 85 is further pulled in this locked state and the lock member 88 opens the lock rod 87, the trigger 85 is pushed out by the restoring force of the spring 92 and returns to the original position. At this time, the guide rod 91 is extracted from the guide hole 90 as shown in FIG. 12A.

図１３はトリガ８５の動作量（引き量）と作用部４のグリッパ軸の目標値との対応関係を示す図である。図１３において、破線ａはロック機構のあそび範囲内ではグリッパ角度が変化しない一般的な例を示す特性図である。この場合、ロックがかかり始める点（図１３のｗ１）までトリガ８５を引いたときにセンサ８９の検出値が飽和するようにしておく。 FIG. 13 is a diagram illustrating a correspondence relationship between the operation amount (pulling amount) of the trigger 85 and the target value of the gripper shaft of the action unit 4. In FIG. 13, a broken line a is a characteristic diagram showing a general example in which the gripper angle does not change within the play range of the lock mechanism. In this case, the detection value of the sensor 89 is saturated when the trigger 85 is pulled to the point where the locking starts (w1 in FIG. 13).

これに対して、本実施形態では、ロック機構のあそび範囲を、把持力の低下を抑えグリッパを少し戻す動作を実現するために利用する。本実施形態では、例えば図１３の一点鎖線ｂのような特性を採用する。一点鎖線ｂの場合、ロック機構のあそび範囲内でも、トリガ８５の引き量に応じてグリッパ軸の目標値が連続的に変化する。トリガ８５の引き量が図１３のｗ１を超えると、ロック棒８７がロック部材８８に収納されてロックがかかる。上述したように、ロック棒８７はロック部材８８の内部でわずかに並進動作を行うことができ、ばね９２の復元力により、トリガ８５の引き方向とは反対方向にわずかに移動する。この移動により、一点鎖線ｂに示すように、グリッパ軸の目標値もわずかに小さくなり、モータ電流値を最大連続電流値以下に抑制することができる。また、グリッパ軸の目標値がわずかに小さくなると言っても、トリガ８５はロックがかかったままであるため、把持力が低下するおそれはない。 On the other hand, in the present embodiment, the play range of the lock mechanism is used to realize an operation of returning the gripper slightly while suppressing a decrease in gripping force. In the present embodiment, for example, characteristics such as a one-dot chain line b in FIG. 13 are employed. In the case of the alternate long and short dash line b, the target value of the gripper shaft changes continuously according to the pulling amount of the trigger 85 even within the play range of the lock mechanism. When the pulling amount of the trigger 85 exceeds w1 in FIG. 13, the lock rod 87 is housed in the lock member 88 and locked. As described above, the lock rod 87 can be slightly translated inside the lock member 88, and moves slightly in the direction opposite to the pulling direction of the trigger 85 by the restoring force of the spring 92. As a result of this movement, the target value of the gripper shaft becomes slightly smaller as indicated by the alternate long and short dash line b, and the motor current value can be suppressed below the maximum continuous current value. Even if the target value of the gripper shaft is slightly reduced, the trigger 85 remains locked, so that the gripping force does not decrease.

このように、第２の実施形態では、操作桿８２とトリガ８５に設けられるロック機構を利用して、トリガ８５が最大限に引かれた状態で自動的にロックをかけるとともに、ロック機構のあそび範囲を利用してグリッパ軸の目標値を少し戻すようにしたため、把持力の低下を抑えモータ電流値を最大連続電流値以下に抑制することができ、消費電力の削減が図れるとともに、把持力が最大連続電流値により制限されるおそれもなくなる。 As described above, in the second embodiment, the lock mechanism provided on the operation rod 82 and the trigger 85 is used to automatically lock the trigger 85 in a state where the trigger 85 is pulled to the maximum, and to play the lock mechanism. Since the gripper shaft target value is slightly returned using the range, it is possible to suppress the decrease in gripping force and suppress the motor current value below the maximum continuous current value, thereby reducing power consumption and reducing gripping force. There is no risk of being limited by the maximum continuous current value.

上記の説明では、図１３の一点鎖線ｂで示すように、トリガ８５の引き量とグリッパ軸の目標値を線形な関係に設定する例を説明したが、ロック機構のあそび範囲が広い場合、トリガ８５があそび範囲内で元の位置方向に戻る際に、グリッパ軸の目標角度が小さくなりすぎて、グリッパの把持力が低下するおそれがある。このため、図１３の実線ｃで示すように、あそび範囲内ではトリガ８５の引き量に対するグリッパ軸の目標値の変化量を小さくしてもよい。これにより、ロック機構のあそび範囲が広くて、トリガ８５の戻り量が多くても、グリッパ軸の目標値が小さくなりすぎるおそれがなく、把持力の低下を抑えモータ電流を抑制できる。 In the above description, an example in which the pulling amount of the trigger 85 and the target value of the gripper shaft are set in a linear relationship has been described, as shown by the alternate long and short dash line b in FIG. 13, but when the play range of the lock mechanism is wide, the trigger When 85 returns to the original position in the play range, the target angle of the gripper shaft becomes too small, and the gripping force of the gripper may be reduced. For this reason, as shown by the solid line c in FIG. 13, the amount of change in the target value of the gripper shaft relative to the pulling amount of the trigger 85 may be reduced within the play range. Thereby, even if the play range of the lock mechanism is wide and the return amount of the trigger 85 is large, the target value of the gripper shaft is not likely to be too small, and the motor current can be suppressed while suppressing the decrease in gripping force.

また、図１３の一点鎖線ｂの特性と実線ｃの特性を組合わせることも可能である。すなわち、グリッパを閉じる方向では実線ｃの特性で制御し、グリッパを開く方向では一点鎖線ｂの特性で制御することで、作用力を迅速に開放することができる。 It is also possible to combine the characteristics of the one-dot chain line b and the characteristic of the solid line c in FIG. That is, it is possible to quickly release the acting force by controlling with the characteristic of the solid line c in the direction of closing the gripper and controlling with the characteristic of the alternate long and short dash line b in the direction of opening the gripper.

上記の第２の実施形態では、トリガ８５を用いてグリッパの把持指令を行う例を説明したが、スイッチのオン・オフで把持指令の切替を行う場合は、スイッチのオンにより、自動的に図１０Ｃのようなグリッパ軸の目標値を生成すればよい。 In the second embodiment, the example in which the gripper gripping command is performed using the trigger 85 has been described. However, when the gripping command is switched by turning the switch on / off, the diagram is automatically displayed by turning on the switch. A target value for the gripper shaft such as 10C may be generated.

また、ロック機構がないトリガ８５を用いる場合であっても、図１０Ｃのようなグリッパ軸の目標値を自動的に生成すればよい。 Even when the trigger 85 without the lock mechanism is used, the target value of the gripper shaft as shown in FIG. 10C may be automatically generated.

また、上述した第１および第２の実施形態では、グリッパ軸を角度（位置）制御する例を説明したが、グリッパの制御手法は角度（位置）制御に限定されず、電流値を用いた力制御でもよい。この場合、目標とする力（電流値）に制御した後に、グリッパをやや戻す動作を付加すればよい。力センサ８９がグリップに装着されていれば、把持力を目標値により確実に近づける制御を行うことができ、グリッパをやや戻す動作後も、把持力が維持されていることを力センサ８９により直接確認でき、仮に把持力が低下しているようであれば、再度グリッパを閉じる方向に制御することも可能となる。 In the first and second embodiments described above, the example in which the gripper shaft is angle (position) controlled has been described. However, the gripper control method is not limited to angle (position) control, and force using a current value is used. Control may be used. In this case, after controlling to the target force (current value), an operation of returning the gripper slightly may be added. If the force sensor 89 is attached to the grip, it is possible to control the gripping force closer to the target value, and the force sensor 89 directly indicates that the gripping force is maintained after the gripper is slightly returned. If it can be confirmed and the gripping force is reduced, it is possible to control the gripper again in the closing direction.

また、実際のグリッパ角度を回動軸３２３ａに取り付けた角度センサで直接計測して戻し動作を行う際に、実際にはグリッパが開かないことを確認する機能をさらに付加してマニピュレータシステムの信頼性を向上させることができる。 Further, when the actual gripper angle is directly measured by the angle sensor attached to the rotation shaft 323a and the return operation is performed, a function for confirming that the gripper is not actually opened is further added to improve the reliability of the manipulator system. Can be improved.

上記各実施形態では、作用部４にグリッパを設けて把持動作を行う例を説明したが、グリッパ以外の各種機構を作用部４に設けて、図１０Ａ〜図１０Ｃと同様の制御を行ってもよい。例えば、対象物を複数に分類する作用を行う機構、対象物を所定方向に押圧する機構、対象物を切断する機構、対象物を剥離する機構などを設けて、これら機構を最大限に作用させるときに、作用力が低下しない範囲で、これら機構を駆動するモータ等のアクチュエータを逆方向に動作させて、アクチュエータの電流を抑制するといった制御を行えばよい。 In each of the embodiments described above, an example in which a gripper is provided on the action unit 4 to perform a gripping operation has been described. However, various mechanisms other than the gripper may be provided on the action unit 4 and the same control as in FIGS. 10A to 10C may be performed. Good. For example, a mechanism for classifying objects into a plurality of functions, a mechanism for pressing the objects in a predetermined direction, a mechanism for cutting the objects, a mechanism for peeling the objects, etc. are provided to maximize the functions of these mechanisms. In some cases, control may be performed such that an actuator such as a motor that drives these mechanisms is operated in the reverse direction to suppress the current of the actuator within a range in which the acting force does not decrease.

なお、対象物を剥離する機構は、把持動作を行うグリッパを流用することが可能であり、把持動作を行う場合とはグリッパ軸の目標値の向きを逆にすればよい。 Note that the mechanism for separating the object can use a gripper that performs a gripping operation, and the direction of the target value of the gripper shaft may be reversed from that in the case of performing the gripping operation.

本実施形態によるマニピュレータシステムは、医療用に限らず、例えば配管内で異物除去を行う作業用ロボット、家庭やオフィス、店舗等で物品を運搬するロボットなどにも適用可能である。 The manipulator system according to the present embodiment is not limited to medical use, but can be applied to, for example, a working robot that removes foreign matter in a pipe, a robot that carries articles in a home, office, store, or the like.

また、マニピュレータ本体１の動力は、電機モータに限らず、空圧アクチュエータ、高分子アクチュエータなど、アクチュエータの動力源の容量に制限があるアクチュエータにも適用可能である。 The power of the manipulator body 1 is not limited to an electric motor, and can be applied to an actuator having a limited capacity of a power source of the actuator, such as a pneumatic actuator or a polymer actuator.

医療用マニピュレータシステムの外観図。The external view of a medical manipulator system. 作業部７と操作部８を分離した状態を示す図。The figure which shows the state which isolate | separated the working part 7 and the operation part 8. FIG. マニピュレータ本体１の作用部４の構造を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the action part 4 of the manipulator main body 1. FIG. 作用部４の詳細構造を示す分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a detailed structure of the action unit 4. 制御装置２とその周辺の制御系の詳細構成の一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of a detailed structure of the control apparatus 2 and its surrounding control system. 図５の演算部２２が実行するプログラムの一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the program which the calculating part 22 of FIG. 5 performs. モータ１４ｃの出力電流と感圧センサの出力との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the output current of the motor 14c, and the output of a pressure sensor. グリッパ角度の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of a gripper angle. 把持力の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of grip force. モータ電流の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of motor current. 制御装置２が行う処理動作の一例を示す制御システム図。The control system figure which shows an example of the processing operation which the control apparatus 2 performs. グリッパ角度の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of a gripper angle. 把持力の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of grip force. モータ電流の時間変化を示すグラフ。The graph which shows the time change of motor current. 図１０Ａ〜図１０Ｃの場合の電力量相当値と図１０Ａ〜図１０Ｃの場合の電力量相当値を比較した図。The figure which compared the electric energy equivalent value in the case of FIG. 10A-FIG. 10C with the electric energy equivalent value in the case of FIG. 10A-FIG. 10C. トリガの復帰状態を示す図。The figure which shows the reset state of a trigger. トリガを引いた状態を示す図。The figure which shows the state which pulled the trigger. トリガ８５の動作量（引き量）と作用部４のグリッパ軸の目標値との対応関係を示す図。The figure which shows the correspondence of the operation amount (pull amount) of the trigger 85, and the target value of the gripper axis | shaft of the action part 4. FIG.

Explanation of symbols

１医療用マニピュレータ本体
２制御装置
３操作指令部
４作用部
５連結部
６駆動部
７作業部
８操作部
３１操作デバイス
３２ボリューム
３３判定部
３４操作量更新部
３５逆キネマティック行列演算部
３６ＰＩＤ制御部
３７モータ駆動回路部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Medical manipulator main body 2 Control apparatus 3 Operation command part 4 Action part 5 Connection part 6 Drive part 7 Working part 8 Operation part 31 Operation device 32 Volume 33 Determination part 34 Operation amount update part 35 Reverse kinematic matrix calculation part 36 PID control Part 37 Motor drive circuit part

Claims

An actuator with limited maximum continuous output,
An action unit that applies a predetermined amount of force to an object based on the power of the actuator;
A power transmission mechanism having a flexible member and transmitting the power of the actuator to the action portion;
A control unit for controlling the actuator;
An operation command unit that commands the operation force of the action unit,
The controller is
First control means for operating the actuator so that the action unit acts on the object with a force according to an operation command from the operation command unit;
After the control by the first control means, the actuator operates the actuator in a direction in which the acting portion acts on the object in a direction smaller than the predetermined amount as long as the acting force by the acting portion does not decrease. Second control means for causing
A manipulator system comprising:

The current that flows through the actuator when the action portion is acting on the object under the control of the first control means steadily flows through the actuator under the control of the second control means. The manipulator system according to claim 1, wherein the manipulator system is more than an electric current.

3. The manipulator system according to claim 2, wherein the second control unit operates the actuator such that a current that constantly flows through the actuator is equal to or less than a maximum continuous output of the actuator.

The action portion can apply action force to the object in a plurality of action axis directions,
4. The manipulator system according to claim 1, wherein when the acting portion acts in a certain acting axis direction, the actuator causes the acting portion to act in another acting axis direction. 5. .

The control unit includes a determination unit that determines whether or not the action force of the action unit exceeds the predetermined amount;
The first control unit increases the drive current of the actuator when the determination unit determines that the predetermined amount is not exceeded,
The said 2nd control means reduces the drive current of the said actuator to below a maximum continuous output value, when the said determination means determines with the said predetermined amount being exceeded. The manipulator system according to any one of the above.

The operation command unit
An operation unit for instructing the acting force of the working unit according to a moving amount;
A lock target member that moves in accordance with the operation of the operation unit;
A lock member that locks the lock target member when the vicinity of an instruction limit point of the acting force of the acting portion is reached by operation of the operating portion;
A return part that moves the operation part in the reverse direction within a range in which the action force of the action part does not decrease when an operator releases his / her hand from the operation part in a state where the lock target member is locked. ,
The first control means is an operation from the unlocked state until the lock member locks the lock target member,
The manipulator system according to any one of claims 1 to 5, wherein the second control unit is an operation in which the return unit moves the operation unit in a reverse direction.

The manipulator system according to claim 6, wherein the action force of the action part continuously changes according to the amount of movement of the operation part even when the lock target member is locked.

8. The manipulator system according to claim 7, wherein the acting force of the acting portion varies in a degree according to a movement amount of the operation portion between the locked state and the unlocked state of the lock target member. .

An actuator with limited maximum continuous output,
An action unit that applies a predetermined amount of force to an object based on the power of the actuator;
A power transmission mechanism having a flexible member and transmitting the power of the actuator to the action portion;
A control unit for controlling the actuator;
A manipulator system control method comprising: an operation command unit that commands the operation force of the action unit;
The controller is
Performing a first control to operate the actuator in a direction in which the action portion acts on the object according to an operation command from the operation command portion;
After the first control, in a range where the acting force by the acting portion does not decrease, the actuator is operated so that the acting portion acts on the object to exert a force smaller than the predetermined amount. The steps of controlling
A manipulator system control method comprising: