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JP3333874B2 - Lever-parallel link position / posture transmission mechanism and manipulator having lever-parallel link position / posture transmission mechanism - Google Patents
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JP3333874B2 - Lever-parallel link position / posture transmission mechanism and manipulator having lever-parallel link position / posture transmission mechanism - Google Patents

Lever-parallel link position / posture transmission mechanism and manipulator having lever-parallel link position / posture transmission mechanism

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JP3333874B2
JP3333874B2 JP05923999A JP5923999A JP3333874B2 JP 3333874 B2 JP3333874 B2 JP 3333874B2 JP 05923999 A JP05923999 A JP 05923999A JP 5923999 A JP5923999 A JP 5923999A JP 3333874 B2 JP3333874 B2 JP 3333874B2
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link
transmission mechanism
parallel
manipulator
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義彦 小関
清行 鎮西
範穂 小谷内
健生 新井
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、アームとエンドエフ
ェクタを有するマニピュレータにおいて、アームとエン
ドエフェクタの間に設けられてアームの位置姿勢をエン
ドエフェクタに伝達するてこ−パラレルリンク式位置姿
勢伝達機構に関するものである。このような位置姿勢伝
達機構は、産業用マニピュレータ、手術用マニピュレー
タ特にMRI環境下における手術用マニピュレータに適
用することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lever-parallel link position / posture transmission mechanism provided between an arm and an end effector and transmitting the position / posture of the arm to the end effector in a manipulator having an arm and an end effector. Things. Such a position and orientation transmission mechanism can be applied to an industrial manipulator, a surgical manipulator, particularly a surgical manipulator in an MRI environment.

【0002】[0002]

【従来の技術】産業界においての様々な形のマニピュレ
ータが開発・利用されている。一方で外科治療・診断の
高度化、低侵襲化、コスト削減を目的としてマニピュレ
ータの医療分野への応用が期待されている。
2. Description of the Related Art Various types of manipulators have been developed and used in industry. On the other hand, manipulators are expected to be applied to the medical field for the purpose of improving surgical treatment and diagnosis, making them less invasive, and reducing costs.

【0003】しかし、従来の産業用マニピュレータは工
場での利用を目的としているため人と隔離された環境で
の利用が前提となっている。そのため医療用への転用に
は患者や手術者への安全性や滅菌、電撃、他の医療機器
へのあるいは他の医療機器からの相互のノイズの影響を
考慮した特別な機構、制御法の設計が求められる。
However, conventional industrial manipulators are intended for use in factories, and are therefore premised on use in an environment isolated from humans. Therefore, in the conversion to medical use, design of special mechanisms and control methods that take into account the effects of safety for patients and operators, sterilization, electric shock, and mutual noise to and from other medical devices Is required.

【0004】また、手術用マニピュレータはX線CTや
MRI画像誘導下で利用されることが考えられている
が、これらの撮像装置は開口部が狭い。また手術者の介
在が必要であるため手術用マニピュレータが手術者の作
業の邪魔になってはならない。このため空間占有率の低
いマニピュレータが求められる。
[0004] Further, it is considered that a surgical manipulator is used under X-ray CT or MRI image guidance, but these imaging devices have a narrow opening. In addition, the surgical manipulator must not hinder the operator's work because the operator's intervention is required. Therefore, a manipulator having a low space occupancy is required.

【0005】マニピュレータは、主にシリアルメカニズ
ムとパラレルマカニズムに大別される。シリアルメカニ
ズムは各リンクが直列に連結されており、各関節に回転
自由度を有し、可動範囲が大きい。しかし、マニピュレ
ータが暴走した場合、可動範囲に含まれるすべてを損傷
する可能性があるため、手術用マニピュレータの場合、
却って不利になる。このため可動範囲は機械的に管理さ
れる必要がある。また、シリアルメカニズムでは肘関節
などの中間リンクが大きく動くため患者・手術者と干渉
する可能性があり危険である。
[0005] Manipulators are mainly classified into serial mechanisms and parallel mechanisms. In the serial mechanism, each link is connected in series, each joint has a rotational degree of freedom, and a movable range is large. However, if the manipulator goes out of control, it may damage everything included in the range of motion, so in the case of a surgical manipulator,
On the contrary, it becomes disadvantageous. For this reason, the movable range needs to be managed mechanically. Further, in the case of the serial mechanism, the intermediate link such as the elbow joint largely moves, which may cause a risk of interfering with the patient / operator, which is dangerous.

【0006】一方でパラレルメカニズムはベースからエ
ンドプレートまでが複数のリンクで並列に連結されたタ
イプである。パラレルメカニズム、特にスチワートプラ
ットフォームでは中間リンクの管理は比較的容易であ
る。しかし、可動範囲の拡大や横方向の力・モーメント
に対抗するためベースプレートを大きくとらなければな
らず、また複数本のリンクが並列に連結されているた
め、必然的に中間リンクが占める空間が大きい。このマ
ニピュレータが患者の近傍にあると、手術者が作業を行
う空間をマニピュレータが占有してしまう。
On the other hand, the parallel mechanism is a type in which a base to an end plate are connected in parallel by a plurality of links. The management of intermediate links is relatively easy on parallel mechanisms, especially on Stewart platforms. However, the base plate must be large in order to expand the movable range and counter the lateral forces and moments, and since multiple links are connected in parallel, the space occupied by the intermediate links is inevitably large. . If this manipulator is near the patient, the manipulator occupies the space where the operator works.

【0007】また、滅菌や他の医療機器へのあるいは他
の医療機器からのノイズ低減の観点から、アクチュエー
タや制御回路は作業空間から遠のける必要がある。また
今日ではMRI環境下で使用されるマニピュレータが求
められており、この場合、作業空間内では電気機器や磁
性体が使用できないため、遠隔から駆動力を伝達する機
構が必要になる。
Further, from the viewpoint of sterilization and reduction of noise from other medical devices or from other medical devices, the actuators and control circuits need to be far from the working space. Today, manipulators used in an MRI environment are required. In this case, electric devices and magnetic materials cannot be used in the work space, so a mechanism for remotely transmitting the driving force is required.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
マニピュレータの可動範囲の機械的な管理が可能でマニ
ピュレータの作業空間における空間占有率が低く、マニ
ピュレータの滅菌が可能で、またマニピュレータと他の
医療機器との相互のノイズの影響を低減してMRI環境
下でも使用可能なマニピュレータの開発が求められてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION
The manipulator's movable range can be controlled mechanically, the space occupancy of the manipulator in the work space is low, the manipulator can be sterilized, and the influence of mutual noise between the manipulator and other medical devices can be reduced to reduce the MRI environment There is a need to develop a manipulator that can be used below.

【0009】この発明は上記のごとき事情に鑑みてなさ
れたものであって、運動伝達機構により遠隔から駆動力
を伝達することで、作業空間における空間占有率が低
く、マニピュレータの滅菌が可能で、他の医療機器との
相互ノイズを低減することができ、またMRI環境下で
の使用を可能にするマニピュレータを提供することを目
的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and by transmitting a driving force from a remote place by a motion transmitting mechanism, the space occupancy in the working space is low, and the manipulator can be sterilized. It is an object of the present invention to provide a manipulator that can reduce mutual noise with other medical devices and that can be used in an MRI environment.

【0010】[0010]

【構成】この目的に対応して、この発明のてこ−パラレ
ルリンク式位置姿勢伝達機構及びてこ−パラレルリンク
式位置姿勢伝達機構を有するマニピュレータは、作業領
域内の対象物に作用するエンドエフェクターと前記エン
ドエフェクターの位置姿勢を決定する動きをするアーム
機構とを有するマニピュレータの前記アーム機構と前記
エンドエフェクタの間に設けられて前記アーム機構の前
記動きを前記エンドエフェクタに伝達する位置姿勢伝達
機構であって、前記位置姿勢伝達機構は前記アーム機構
に固定する第1のリンク部材と前記エンドエフェクタに
固定する第2のリンク部材と、前記アーム機構を前記作
業領域から離隔させる長さを有する真直状をなし長手軸
方向の一端を前記第1のリンク部材に第1のユニバーサ
ルジョイントを介して連結し他端を前記第2のリンク部
材に第2のユニバーサルジョイントを介して連結する
体の前記第3のリンク部材と、前記第1のリンク部材と
前記第2のリンク部材とを連結し、かつ前記第3のリン
ク部材の前記長手軸に平行に配置されて前記第1のリン
ク部材と前記第2のリンク部材との間に平行運動を伝達
するパラレルリンク機構を構成する第4のリンク部材
と、前記第3のリンク部材上の前記長手軸に沿って移動
可能にかつ前記長手軸の回りに回転可能にかつ前記長手
軸に直交する2軸を支点とするてこ運動を許容するよう
前記第3のリンク部材を支持する剛体のかつ固定され
た第5のリンク部材とを備えることを特徴としている。
According to this object, a manipulator having a lever-parallel link position / posture transmission mechanism and a lever-parallel link position / posture transmission mechanism according to the present invention is provided in a work space.
An end effector acting on an object in the area, and an arm mechanism performing a movement for determining the position and orientation of the end effector. The manipulator is provided between the arm mechanism and the end effector, and controls the movement of the arm mechanism. A position and orientation transmission mechanism for transmitting to an end effector, wherein the position and orientation transmission mechanism includes a first link member fixed to the arm mechanism, a second link member fixed to the end effector, and the arm mechanism.
Second universal to the second link member linked other end via a first universal joint to one end of the longitudinal axis direction of the first link member forms a straight shape having a length which is separated from the work area A third link member of a rigid body connected via a joint, a link between the first link member and the second link member, and a longitudinal axis of the third link member; A fourth link member that is arranged in parallel with the first link member and that transmits a parallel motion between the first link member and the second link member; and a fourth link member on the third link member. To allow a lever movement movably along the longitudinal axis and rotatable about the longitudinal axis and about two axes orthogonal to the longitudinal axis;
And a rigid and fixed fifth link member that supports the third link member.

【0011】[0011]

【実施の態様】以下、この発明の詳細を一実施例につい
て図面を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the drawings with reference to one embodiment.

【0012】図はこの発明の位置姿勢伝達機構をスチワ
ートプラットフォーム型マニピュレータに適用した実施
例を示している。
FIG. 1 shows an embodiment in which the position and orientation transmission mechanism of the present invention is applied to a Stewart platform type manipulator.

【0013】図1〜図4において、1はてこ−パラレル
リンク式位置姿勢伝達機構(以下単に位置姿勢伝達機構
と称する、実施の態様の項において同じ)である。位置
姿勢伝達機構1はスチワートプラットフォーム型マニピ
ュレータ(以下単にマニピュレータと称する、実施の態
様の項において同じ)2に取り付けられている。マニピ
ュレータ2はアーム3とエンドエフェクタ4とを有し、
位置姿勢伝達機構1はアーム3とエンドエフェクタ4と
の間に設けられ、一端の第1のリンク部材5でアーム3
の先端部材であるエンドプレート6に固着し、他端の第
2のリンク部材7でエンドエフェクタ4を取り付ける基
端部材8に固着している。第1のリンク部材5とエンド
プレート6とは固着していて、その間には相対運動がな
いので、かつ第2のリンク部材7と基端部材8とは固着
していて、その間には相対運動がないので、図1〜図4
においては第1のリンク部材5とエンドプレート6とは
同一部材として表示しており、また第2のリンク部材7
と基端部材8とは同一部材として表示している。
1 to 4, reference numeral 1 denotes a lever-parallel link type position / posture transmission mechanism (hereinafter simply referred to as a position / posture transmission mechanism, which is the same in the embodiment). The position and orientation transmission mechanism 1 is attached to a stewart platform type manipulator (hereinafter simply referred to as a manipulator, the same in the embodiment). The manipulator 2 has an arm 3 and an end effector 4,
The position and orientation transmission mechanism 1 is provided between the arm 3 and the end effector 4, and the first link member 5 at one end connects the arm 3 to the end effector 4.
Is fixed to an end plate 6 which is a distal member of the base member, and is fixed to a base end member 8 to which the end effector 4 is attached by a second link member 7 at the other end. Since the first link member 5 and the end plate 6 are fixed and there is no relative movement between them, the second link member 7 and the base end member 8 are fixed and the relative movement is between them. 1 to 4
, The first link member 5 and the end plate 6 are shown as the same member, and the second link member 7
And the base member 8 are shown as the same member.

【0014】マニピュレータ2は図5から図7に示すよ
うに、固定のベースプレート11から可動のエンドプレ
ート6までがアーム3であり、複数のリンク12a〜1
2fで連結されて構成されている。リンク12a〜12
fはリニアアクチュエータで構成されている。リンク1
2a〜12fとベースプレート11、エンドプレート6
とはボールジョイント14によって連結している。リン
ク12a〜12fの伸縮を制御することによって、設定
された可動範囲においてエンドプレート6に任意の位置
及び姿勢をとらせることができる。このエンドプレート
6の位置及び姿勢をエンドエフェクタ4に伝達するのが
この発明の位置姿勢伝達機構1である。エンドエフェク
ーは対象物に直接作用する部分であり、アームはエンド
エフェクターの位置姿勢を決定する動きをする部分であ
る。
As shown in FIGS. 5 to 7, the manipulator 2 includes an arm 3 extending from a fixed base plate 11 to a movable end plate 6 , and includes a plurality of links 12a to 12a.
2f. Links 12a-12
f is constituted by a linear actuator. Link 1
2a to 12f, base plate 11, end plate 6
And are connected by a ball joint 14. By controlling the expansion and contraction of the links 12a to 12f, it is possible to cause the end plate 6 to take any position and posture in the set movable range. The position and orientation transmission mechanism 1 of the present invention transmits the position and orientation of the end plate 6 to the end effector 4. End effect
Is the part that directly acts on the object, and the arm is the end
The part that moves to determine the position and orientation of the effector
You.

【0015】位置姿勢伝達機構1は図8から図12に示
すように、第1のリンク部材5と第2のリンク部材7と
がマニピュレータ2の両端に位置している。第1のリン
ク部材5はマニピュレータ2のアーム3に固着する部材
であり、マニピュレータ2のアーム3からの運動を位置
姿勢伝達機構1に入力する入力側端部として機能する部
材である。第2のリンク部材7は位置姿勢伝達機構1の
運動をエンドエフェクタ4に出力する出力側端部として
機能する部分である。
As shown in FIGS. 8 to 12, the position and orientation transmission mechanism 1 has a first link member 5 and a second link member 7 located at both ends of the manipulator 2. The first link member 5 is a member that is fixed to the arm 3 of the manipulator 2, and functions as an input-side end that inputs the movement from the arm 3 of the manipulator 2 to the position / posture transmission mechanism 1. The second link member 7 is a part that functions as an output end that outputs the movement of the position and orientation transmission mechanism 1 to the end effector 4.

【0016】位置姿勢伝達機構1は第3のリンク部材1
5を有する。第3のリンク部材15は剛体製の棒状体を
なし、後に述べる固定リンク16との接続部17を構成
するほぼ中央部分18は丸棒状になっていてスライダ2
1との間に回り滑り対偶22を構成する。
The position / posture transmission mechanism 1 includes a third link member 1
5 The third link member 15 is in the form of a rigid rod, and a substantially central portion 18 which forms a connecting portion 17 to a fixed link 16 described later has a round bar shape, and
1 to form a pair 22 which is slipped around.

【0017】第3のリンク部材15上の直交3軸x軸、
y軸及びz軸のうち、第3のリンク部材15の長手方向
のz軸方向の一端に第1のリンク部材5が第1のユニバ
ーサルジョイント23を介して連結し、z軸方向の他端
に第2のリンク部材7が第2のユニバーサルジョイント
24を介して連結している。
Three orthogonal x-axes on the third link member 15;
Among the y-axis and the z-axis, the first link member 5 is connected to one end in the longitudinal z-axis direction of the third link member 15 via the first universal joint 23, and to the other end in the z-axis direction. The second link member 7 is connected via a second universal joint 24.

【0018】第3のリンク部材15の周囲には3本の第
4のリンク部材25が第3のリンク部材15のZ軸に並
行に配置されていて、これがパラレルリンク機構を構成
る。この3本の第4のリンク部材25はワイヤーやロ
ッド等の張力を負担できる材料で構成され、両端で継手
26を介して一端で第1のリンク部材5に、また他端で
第2のリンク部材7に連結している。第4のリンク部材
25が張力と圧縮力の両方を負担できるロッドの場合は
2本で十分である。3本の場合は3つの継手が一直線上
にあってはならない、かつ1点はユニバーサルジョイン
トの反対側になければならない。2本の場合はユニバー
サルジョイントと2つの継手が一直線になってはならな
い。第3のリンク部材15と第4のリンク部材25が常
に並行を保つためには回転の中心であるユニバーサルジ
ョイント23,24と継手26との相対位置が等しくな
らなければならない。それぞれの第4のリンク部材25
と第1のリンク部材5及び第2のリンク部材7との継手
26では直交3軸の回りに回転可能である。
Around the third link member 15, three fourth link members 25 are arranged in parallel with the Z axis of the third link member 15 , and this constitutes a parallel link mechanism.
You. The three fourth link members 25 are made of a material such as a wire or a rod that can bear the tension, and are connected to the first link member 5 at one end via a joint 26 at both ends and to the second link at the other end. It is connected to the member 7. If the fourth link member 25 is a rod that can bear both tension and compression force, two rods are sufficient. In the case of three, the three joints must not be in line and one point must be on the opposite side of the universal joint. In the case of two, the universal joint and the two joints must not be aligned. In order for the third link member 15 and the fourth link member 25 to always keep parallel, the relative positions of the universal joints 23 and 24, which are the centers of rotation, and the joint 26 must be equal. Each fourth link member 25
The joint 26 between the first link member 5 and the second link member 7 can rotate about three orthogonal axes.

【0019】第4のリンク部材25がワイヤーである場
合は、ワイヤー自体が直交3軸の回りの回転に対して柔
軟性をもつので、ワイヤーを第1のリンク部材5及び第
2のリンク部材7に結びつけるだけでよいが、第4のリ
ンク部材25が剛体のロッドである場合は、第4のリン
ク部材25と第1のリンク部材5及び第2のリンク部材
7との継手にはボールジョイントを用いる必要がある。
第1のリンク部材5と第2のリンク部材7と第3のリン
ク部材15と第4のリンク部材25とは第1のリンク部
材5と第2のリンク部材7に相対平行運動を生じさせる
パラレルリンク機構を構成する。
When the fourth link member 25 is a wire, the wire itself is flexible with respect to rotation about three orthogonal axes, so that the wire is connected to the first link member 5 and the second link member 7. However, when the fourth link member 25 is a rigid rod, a ball joint is used for the joint between the fourth link member 25 and the first link member 5 and the second link member 7. Must be used.
The first link member 5, the second link member 7, the third link member 15, and the fourth link member 25 are a first link portion.
Causing a relative parallel movement between the member 5 and the second link member 7
Constitute a parallel link Organization.

【0020】第3のリンク部材15は第3のユニバーサ
ルジョイント27と回り滑り対偶22を介して第5のリ
ンク部材である固定リンク16に支持されている。回り
滑り対偶22は第3のリンク部材15の中央部分18と
そこに嵌合している円筒状のスライダ21との間に形成
され、したがって第3のリンク部材15はZ軸方向の直
線変位とZ軸回りの回転変位が可能である。
The third link member 15 is supported by a fixed link 16 as a fifth link member via a third universal joint 27 and a pair of swivels 22. The swivel pair 22 is formed between the central portion 18 of the third link member 15 and the cylindrical slider 21 fitted therein, so that the third link member 15 has a linear displacement in the Z-axis direction. Rotational displacement about the Z axis is possible.

【0021】第3のユニバーサルジョイント27はスラ
イダ21と固定リンク16との間に形成されるもので、
ジンバル31の基端部が固定リンク16上の直交3軸、
X軸、Y軸及びZ軸のうちの長手方向のZ軸の回りに回
転可能に取り付けられている。また、ジンバルの2叉の
先端部は回り滑り対偶22に枢着して固定リンク16−
ジンバル31の回転軸に垂直な軸回りに回転可能であ
る。
The third universal joint 27 is formed between the slider 21 and the fixed link 16,
The base end of the gimbal 31 has three orthogonal axes on the fixed link 16,
It is attached so as to be rotatable around a longitudinal Z axis of the X axis, the Y axis, and the Z axis. The gimbal has a two-pronged tip which pivots around a pair 22 to form a fixed link 16-.
The gimbal 31 can rotate around an axis perpendicular to the rotation axis.

【0022】この結果、上記のジンバル31と回り滑り
対偶22により、固定リンク16に対して第3のリンク
部材15はリンク部材15の長手方向をZ軸方向とした
直交3軸のZ軸の回り、X軸の回り、Y軸の回りに回転
可能であり、かつZ軸の方向に直線変位可能である。
3のリンク部材15のX軸回りの回転、Y軸回りの回転
は第3のリンク部材15のてこの動きである。
As a result, due to the gimbal 31 and the sliding pair 22, the third link member 15 moves around the Z-axis, which is three orthogonal axes with the longitudinal direction of the link member 15 as the Z-axis direction. , X-axis and Y-axis, and can be linearly displaced in the Z-axis direction. No.
Rotation of link member 15 around X axis and rotation around Y axis
Is the lever movement of the third link member 15.

【0023】このように構成されたてこ−パラレルリン
ク式位置姿勢伝達機構1においては、マニピュレータ2
のアーム3から入力された運動はエンドエフェクタ4に
出力されるのであるが、アーム3からの入力によって第
1のリンク部材5はX軸、Y軸及びZ軸の3軸方向に直
線変位しまたその3軸回りの回転変位の6自由度の運動
をする。この6自由度の運動は第2のリンク部材7に伝
達される。すなわち、第1のリンク部材5のX軸方向の
変位は第3のリンク部材15と第4のリンク部材16と
の間の第3のユニバーサルジョイント27のY軸回りの
回転によって、第2のリンク部材7のX軸方向の反対向
きの直線変位となって現れる。次に第1のリンク部材5
のY軸方向の変位は第3のユニバーサルジョイント27
のX軸回りの回転によって、第2のリンク部材7のY軸
方向の反対向きの直線変位となって現れる。
In the lever-parallel link position / posture transmission mechanism 1 configured as described above, the manipulator 2
The movement input from the arm 3 is output to the end effector 4, but the input from the arm 3 causes the first link member 5 to be linearly displaced in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. The robot makes a six-degree-of-freedom motion with a rotational displacement about the three axes. The motion having six degrees of freedom is transmitted to the second link member 7. That is, the displacement of the first link member 5 in the X-axis direction is caused by the rotation of the third universal joint 27 about the Y-axis between the third link member 15 and the fourth link member 16, thereby causing the second link to rotate. This appears as a linear displacement of the member 7 in the direction opposite to the X-axis direction. Next, the first link member 5
Is displaced in the Y-axis direction by the third universal joint 27.
Of the second link member 7 appears as a linear displacement in the opposite direction of the Y-axis direction.

【0024】次に第1のリンク部材5のZ軸方向の変位
は第3のリンク部材15が回り滑り対偶22に対して直
線摺動変位によって第2のリンク部材7のZ軸方向の同
じ向きの直線変位となって現れる。この3軸方向の直線
変位のとき第1のリンク部材5と第2のリンク部材7と
第3のリンク部材15と第4のリンク部材25とは平行
リンク機構31を構成するので、第1のリンク部材5と
第2のリンク部材7とは平行運動をする。
Next, the displacement of the first link member 5 in the Z-axis direction is caused by the third link member 15 rotating in the same direction in the Z-axis direction of the second link member 7 by linear sliding displacement with respect to the pair 22. Appears as a linear displacement of Since the first link member 5, the second link member 7, the third link member 15, and the fourth link member 25 constitute the parallel link mechanism 31 at the time of this three-axis linear displacement, The link member 5 and the second link member 7 make a parallel motion.

【0025】次に第1のリンク部材5がX軸及びY軸の
回りに回転するとその動きは平行リンク機構31によっ
て第2のリンク部材7のX軸及びY軸回りの回転となっ
て現れる。第1のリンク部材5がZ軸の回りに回転する
とその動きは第3のリンク部材15のZ軸回りの回転と
なって第2のリンク部材7に伝達され、第2のリンク部
材7がZ軸の回りに回転する。
Next, when the first link member 5 rotates around the X axis and the Y axis, the movement appears as rotation of the second link member 7 around the X axis and the Y axis by the parallel link mechanism 31. When the first link member 5 rotates around the Z-axis, the movement is transmitted to the second link member 7 as the third link member 15 rotates around the Z-axis, and the second link member 7 Rotate around an axis.

【0026】こうして第1のリンク部材5の6自由度の
動き全部が第2のリンク部材7の6自由度の動きとなっ
て現れ、第2のリンク部材7に取り付けられたエンドエ
フェクタ4に伝達される。ただし、第4のユニバーサル
ジョイント27のX軸、Y軸回りの回転をともなう直線
運動の向きは第1のリンク部材5と第2のリンク部材7
とでは逆になる。なお以上説明した実施例は位置姿勢伝
達機構をスチワートプラットフォーム型マニピュレータ
に適用したものであるが、この発明の位置姿勢伝達機構
はその他のパラレルメカニズム及びシリアルメカニズム
にも適用することができる。
In this manner, all the movements of the first link member 5 in six degrees of freedom appear as the movements of the second link member 7 in six degrees of freedom, which are transmitted to the end effector 4 attached to the second link member 7. Is done. However, the direction of the linear motion with the rotation of the fourth universal joint 27 around the X axis and the Y axis is determined by the first link member 5 and the second link member 7.
Is the opposite. In the embodiment described above, the position and orientation transmission mechanism is applied to a Stewart platform type manipulator. However, the position and orientation transmission mechanism of the present invention can be applied to other parallel mechanisms and serial mechanisms.

【0027】[0027]

【発明の効果】本マニピュレータの特徴はてこ−パラレ
ルリンク式位置姿勢伝達機構1により、マニピュレータ
の動作をユニバーサルジョイントの反対側へ伝達できる
ことである。作業領域内には第3のリンク部材15から
なるてこが1本入っているだけなので、空間占有率が低
く、手術者の作業を邪魔しない。すなわちこの発明の伝
達機構の場合は作業領域には第3のリンク部材15から
なるてこと、これに平行なパラレルリンク機構を構成す
る第4のリンク部材25の組み合わせが入っているだけ
である。この第3のリンク部材と第4のリンク部材は真
っ直ぐな長尺体であり、途中に肘関節もなく、また突起
物もなく作業者が安全に作業できる。また、本伝達機構
を駆動するマニピュレータは作業領域と離れた場所に設
定できるため、前述の腕関節型やパラレルメカニズム型
のマニピュレータであっても問題なく使用できる。一方
でマニピュレータの動作範囲は作業領域と離れたところ
にあるため、シリアルメカニズムのように肘関節がある
ものでも、パラレルメカニズムのように空間占有率の高
いものでも使用できる。
The feature of the present manipulator is that the operation of the manipulator can be transmitted to the opposite side of the universal joint by the lever-parallel link position / posture transmission mechanism 1. Since only one lever made of the third link member 15 is contained in the work area, the space occupancy is low and does not hinder the operation of the operator. That is, the transmission of the present invention
In the case of the reaching mechanism, the working area is moved from the third link member 15
In other words, a parallel link mechanism
Only the combination of the fourth link member 25
It is. The third link member and the fourth link member are true
It is a straight and long body, there is no elbow joint in the middle,
Workers can work safely without anything. In addition, this transmission mechanism
The manipulator that drives the
Arm type and parallel mechanism type
Can be used without any problem. On the other hand, since the operating range of the manipulator is far from the work area, the manipulator can be used with an elbow joint such as a serial mechanism or with a high space occupancy such as a parallel mechanism.

【0028】可動領域の管理についてはマニピュレータ
の側に可動領域内に壁などをつけることで、可動範囲を
制限することができる。また過度に速度がでると危険で
あるが、マニピュレータの側にダンパーをつけることで
速度を制限することができる。このようにてこ−パラレ
ルリンク式位置姿勢伝達機構1の入力側に制限を加える
ことで、出力側に何も設置することなく安全性と作業性
の両方を高めることが可能である。
As for the management of the movable area, the movable area can be limited by providing a wall or the like in the movable area on the manipulator side. Excessive speed is dangerous, but the speed can be limited by attaching a damper to the manipulator. By thus restricting the input side of the lever-parallel link position / posture transmission mechanism 1, it is possible to enhance both safety and workability without installing anything on the output side.

【0029】作業領域から遠いところにアクチュエータ
を置けるため、MRI環境下マニピュレータへ応用が容
易である。
Since the actuator can be placed far from the work area, it can be easily applied to a manipulator in an MRI environment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明のてこ−パラレルリンク式位置姿勢伝
達機構をマニピュレータに組み込んだ状態の斜視説明
図。
FIG. 1 is a perspective explanatory view showing a state in which a lever-parallel link position / posture transmission mechanism of the present invention is incorporated in a manipulator.

【図2】マニピュレータ2の正面説明図。FIG. 2 is an explanatory front view of the manipulator 2;

【図3】マニピュレータ2の側面説明図。FIG. 3 is an explanatory side view of the manipulator 2;

【図4】図2におけるa−a´部断面説明図。FIG. 4 is an explanatory sectional view taken along a line aa ′ in FIG. 2;

【図5】この発明のてこ−パラレルリンク式位置姿勢伝
達機構1をマニピュレータ2に組み込んだ状態の正面説
明図。
FIG. 5 is an explanatory front view showing a state in which the lever-parallel link position / posture transmission mechanism 1 of the present invention is incorporated in the manipulator 2;

【図6】この発明のてこ−パラレルリンク式位置姿勢伝
達機構1をマニピュレータ2に組み込んだ状態の側面説
明図。
FIG. 6 is an explanatory side view showing a state in which the lever-parallel link type position / posture transmission mechanism 1 of the present invention is incorporated in the manipulator 2;

【図7】図5におけるa−a´部断面説明図。FIG. 7 is an explanatory sectional view taken along the line aa ′ in FIG. 5;

【図8】てこ−パラレルリンク式位置姿勢伝達機構1の
正面説明図。
FIG. 8 is an explanatory front view of the lever-parallel link position / posture transmission mechanism 1.

【図9】てこ−パラレルリンク式位置姿勢伝達機構1の
側面説明図。
FIG. 9 is an explanatory side view of the lever / parallel link position / posture transmission mechanism 1;

【図10】図8におけるa−a´部断面説明図。FIG. 10 is an explanatory sectional view taken along the line aa ′ in FIG. 8;

【図11】図8におけるb−b´部断面説明図。FIG. 11 is an explanatory sectional view taken along the line bb ′ in FIG. 8;

【図12】図8におけるc−c´部断面説明図。FIG. 12 is an explanatory cross-sectional view taken along the line cc ′ in FIG. 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 てこ−パラレルリンク式位置姿勢伝達機構 2 スチワートプラットフォーム型マニピュレータ 3 アーム 4 エンドエフェクタ 5 第1のリンク部材 6 エンドプレート 7 第2のリンク部材 8 基端部材 11 ベースプレート 12 a〜f リンク 13 a、13b、13c対 14 ボールジョイント 15 第3のリンク部材 16 固定リンク 17 接続部 18 中央部分 21 スライダ 22 回り滑り対偶 23 第1のユニバーサルジョイント 24 第2のユニバーサルジョイント 25 第4のリンク部材 26 継子 27 第4のユニバーサルジョイント 34 平行リンク機構 Reference Signs List 1 lever-parallel link position / posture transmission mechanism 2 Stewart platform type manipulator 3 arm 4 end effector 5 first link member 6 end plate 7 second link member 8 base end member 11 base plate 12 af link 13 a, 13b, 13c pair 14 Ball joint 15 Third link member 16 Fixed link 17 Connection part 18 Central part 21 Slider 22 Swivel pair 23 First universal joint 24 Second universal joint 25 Fourth link member 26 Step 27 4 universal joints 34 parallel link mechanism

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 佐々木 正章 (56)参考文献 特開 昭52−37365(JP,A) 実開 昭51−158569(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 11/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page Examiner Masaaki Sasaki (56) References JP-A-52-37365 (JP, A) JP-A-51-158569 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7) , DB name) B25J 11/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 6自由度位置姿勢を決めるアーム機
構とエンドエフェクタの間に設けられて前記アーム機構
の動きを前記エンドエフェクタに伝達する位置姿勢伝達
機構であって、 前記位置姿勢伝達機構は、 前記アーム機構に固定した第1のリンク部材と、 前記エンドエフェクタに固定した第2のリンク部材と、棒状体をなし 長手軸方向の一端を前記第1のリンク部材
に第1のユニバーサルジョイントを介して連結し、他端
を前記第2のリンク部材に第2のユニバーサルジョイン
トを介して連結する剛体の前記第3のリンク部材と、 前記第1のリンク部材と前記第2のリンク部材とを連結
し、かつ前記第3のリンク部材の前記長手軸に平行に配
置されて前記第1のリンク部材と前記第2のリンク部材
との間に平行運動を伝達するパラレルリンク機構を構成
する第4のリンク部材と、 前記第3のリンク部材上の前記長手軸に沿って移動可能
にかつ前記長手軸の回りに回転可能にかつ前記長手軸に
直交する2軸の回りに回転可能に前記第3のリンク部材
を支持する剛体のかつ固定された第5のリンク部材とを
備えることを特徴とするてこ−パラレルリン式位置姿勢
伝達機構。
1. An arm mechanism provided between an end mechanism and an arm mechanism for determining a 6-degree-of-freedom position / posture.
A position and posture transmission mechanism for transmitting the movement of the end effector to the end effector, the position and posture transmission mechanism comprising: a first link member fixed to the arm mechanism; a second link member fixed to the end effector; A rigid body that forms a rod-like body and has one longitudinal end connected to the first link member via a first universal joint and the other end connected to the second link member via a second universal joint. The third link member, which connects the first link member and the second link member, and is disposed parallel to the longitudinal axis of the third link member; A fourth link member that constitutes a parallel link mechanism that transmits a parallel movement between the second link member and the second link member; And characterized in that it comprises a fifth link member rotatably and and fixed rigid for rotatably supporting the third link member about two axes perpendicular to the longitudinal axis around the longitudinal axis Leverage-Parallel Lin type position and orientation transmission mechanism.
【請求項2】 前記マニピュレータは医療用マニピュ
レータであることを特徴とする請求項2記載のてこ−パ
ラレルリンク式位置姿勢伝達機構。
2. The lever-parallel link position / posture transmission mechanism according to claim 2, wherein said manipulator is a medical manipulator.
【請求項3】 6自由度位置姿勢を決めるアーム機構
とエンドエフェクタの間に設けられて前記アーム機構
動きを前記エンドエフェクタに伝達する位置姿勢伝達機
構を有するパラレルリンク式位置姿勢伝達機構をであっ
て、 前記位置姿勢伝達機構は、 前記アーム機構に固定した第1のリンク部材と、 前記エンドエフェクタに固定した第2のリンク部材と、棒状体をなし 長手軸方向の一端を前記第1のリンク部材
に第1のユニバーサルジョイントを介して連結し、他端
を前記第2のリンク部材に第2のユニバーサルジョイン
トを介して連結する剛体の前記第3のリンク部材と、 前記第1のリンク部材と前記第2のリンク部材とを連結
し、かつ前記第3のリンク部材の前記長手軸に平行に配
置されて前記第1のリンク部材と前記第2のリンク部材
との間に平行運動を伝達するパラレルリンク機構を構成
する第4のリンク部材と、 前記第3のリンク部材上の前記長手軸に沿って移動可能
にかつ前記長手軸の回りに回転可能にかつ前記長手軸に
直交する2軸の回りに回転可能に前記第3のリンク部材
を支持する剛体のかつ固定された第5のリンク部材とを
備えることを特徴とするてこ−パラレルリン式位置姿勢
伝達機構を有するマニピュレータ。
3. An arm mechanism provided between an end effector and an arm mechanism for determining a 6- degree-of-freedom position / posture .
A parallel link type position / posture transmission mechanism having a position / posture transmission mechanism for transmitting a movement to the end effector, wherein the position / posture transmission mechanism comprises: a first link member fixed to the arm mechanism; A fixed second link member, a rod-shaped body, and one end in the longitudinal axis direction are connected to the first link member via a first universal joint, and the other end is connected to the second link member with a second link member. A rigid third link member connected via a universal joint, the first link member and the second link member being connected, and being arranged parallel to the longitudinal axis of the third link member; A fourth link member that constitutes a parallel link mechanism that transmits a parallel motion between the first link member and the second link member; and the third link portion. Along said longitudinal axis of the upper is movably and rotatably and and fixed rigid for rotatably supporting the third link member about two axes perpendicular to the longitudinal axis about said longitudinal axis A manipulator having a lever-parallel phosphorus position / posture transmission mechanism, comprising: a fifth link member;
【請求項4】 前記マニピュレータは医療用マニピ
ュレータであることを特徴とする請求項3記載のてこ−
パラレルリンク式位置姿勢伝達機構を有するマニピュレ
ータ。
4. The lever according to claim 3, wherein said manipulator is a medical manipulator.
A manipulator having a parallel link type position and orientation transmission mechanism.
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