マニピュレータおよびそれを複数備えたパワーアシスト装置
【課題】マニピュレータおよびそれを複数備えたパワーアシスト装置において、操作性の向上を図る。
【解決手段】パワーアシストアーム１は、動作部としての直動関節５と、回転関節６と、ハンド部８とを備えている。また、パワーアシストアーム１は、各動作部を操作する第１操作部１１および第２操作部１２と、直動関節５を駆動する直動関節駆動装置と、回転関節６を駆動する回転関節駆動装置と、ハンド部８を駆動するハンド部駆動装置とを備えている。第１操作部１１はハンド部８から離れた位置にあり、第２操作部１２はハンド部８に近接した位置に設置されている。パワーアシストアーム１は、直動関節５、回転関節６およびハンド部８の力覚を第１操作部１１に提示する直動関節力覚提示装置、回転関節力覚提示装置およびハンド部力覚提示装置を備えている。
【解決手段】パワーアシストアーム１は、動作部としての直動関節５と、回転関節６と、ハンド部８とを備えている。また、パワーアシストアーム１は、各動作部を操作する第１操作部１１および第２操作部１２と、直動関節５を駆動する直動関節駆動装置と、回転関節６を駆動する回転関節駆動装置と、ハンド部８を駆動するハンド部駆動装置とを備えている。第１操作部１１はハンド部８から離れた位置にあり、第２操作部１２はハンド部８に近接した位置に設置されている。パワーアシストアーム１は、直動関節５、回転関節６およびハンド部８の力覚を第１操作部１１に提示する直動関節力覚提示装置、回転関節力覚提示装置およびハンド部力覚提示装置を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の動作を代替させるマニピュレータおよびそれを複数備えたパワーアシスト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人間に代わって人の力では行うことができない作業や危険な作業を行う作業装置として、マニピュレータが用いられている。マニピュレータは、通常、人が操作する操作部と、操作部への操作入力に応じて作動する動作部と、操作部への操作入力に基づき動作部を駆動する駆動機構とを備えている。駆動機構は、操作者によりなされた操作部への操作入力に基づいて動作部を駆動する。
【０００３】
ところで、上述のマニピュレータの中には、人間が操作する力を増幅して動作部に動作させるためのパワーアシスト型のマニピュレータがある。また、この種のパワーアシスト型のマニピュレータとしては、例えば、重量物搬送等に用いられる大型のマニピュレータがある。
【特許文献１】特開２００３−１４５４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、大型のマニピュレータは、操作部が動作部から離れた位置にある。そのため、操作時に動作部の微細な動作を視覚によって確認することが困難であり、視覚による操作の補正を行い難い。そのため、大型のマニピュレータでは操作者は直感的な操作を行い難いという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マニピュレータおよびそれを複数備えたパワーアシスト装置において、操作性の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るマニピュレータは、特定の動作部を含み、所定の動作を行う少なくとも一つ以上の動作部と、操作者によって操作される少なくとも第１操作部および第２操作部と、前記第１操作部または前記第２操作部の操作入力に基づき、前記動作部を駆動する駆動装置と、前記動作部の動作に基づき、前記第１操作部に力覚を提示する第１力覚提示装置と、を備え、前記第１操作部は前記特定の動作部から離れた位置にあり、前記第２操作部は前記特定の動作部に近接した位置にあるものである。
【０００７】
ここで、「離れた位置」とは、操作者が視覚によって特定の動作部の動作の概略を確認することはできるが、特定の動作部の微細な動作を確認できない程度に離れた位置を言う。一方、「近接した位置」とは、操作者が特定の動作部の微細な動作を視覚により確認できる程度に近接した位置を言う。また、力覚とは、動作部の動作感覚をいい、力覚提示とは、例えば、動作部の動作速度、動作量および動作部にかかる反力等を操作部において再現することをいう。
【０００８】
上記マニピュレータでは、特定の動作部を広い範囲で移動させるような場合には、特定の動作部から離れた第１操作部を用いて操作することにより、離れた位置から特定の動作部の大きな動作を確認しつつ操作することができる。そのため、マニピュレータ自体の動作の概略を把握しつつ、僅かな操作量で特定の動作部を大きく動作させることができる。また、操作者が特定の動作部から離れるため、特定の動作部と操作者との干渉を懸念することなく迅速に特定の動作部の動作を操作することができる。一方、正確な位置決めや繊細な動作が必要な場合には、特定の動作部に近接した第２操作部を用いて操作する。これにより、近接した位置から特定の動作部の動作を視覚により確認しつつ繊細な操作を行うことができる。そのため、特定の動作部の位置決めを正確に行うことができ、また、特定の動作部に繊細な動作を行わせることができる。したがって、上記マニピュレータによれば、操作性の向上を図ることができる。
【０００９】
なお、上記マニピュレータは第１力覚提示装置を備えている。これにより、第１操作部には動作部の動作に基づく力覚が提示される。そのため、上記マニピュレータによれば、特定の動作部から離れた位置にある第１操作部であっても特定の動作部の操作を容易に行うことができる。また、特定の動作部以外の動作部についても、動作に基づく力覚が第１操作部に提示されるため、第１操作部を用いて操作を容易に行うことができる。
【００１０】
前記マニピュレータは、前記特定の動作部の動作に基づき、前記第２操作部に力覚を提示する第２力覚提示装置をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
このことにより、操作者は、第２操作部を操作する際、視覚だけでなく、第２操作部から出力される力覚を享受することができる。したがって、上記マニピュレータによれば、前記特定の動作部の位置決めをより正確に行うことができ、また、前記特定の動作部により繊細な動作を行わせることができる。
【００１２】
前記マニピュレータは、基端部から先端部に向かって延び、前記動作部を有するアームと、前記アームの基端部を支持する支持部と、をさらに備え、前記特定の動作部は前記アームの前記先端部に取り付けられ、前記第１操作部は、前記アームの前記基端部または前記支持部に取り付けられ、前記第２操作部は、前記アームの前記先端部に取り付けられていることが好ましい。
【００１３】
上記マニピュレータによれば、アームの基端部または支持部に取り付けられた第１操作部で上記動作部を操作することにより、アームの先端部に取り付けられた特定の動作部を広範囲にわたって移動させることができる。一方、アームの先端部に取り付けられた特定の動作部に近接する第２操作部で操作することにより、視覚によって力覚を補いつつ、特定の動作部の位置決めを正確に行うことができ、また、特定の動作部に繊細な動作を行わせることができる。
【００１４】
前記マニピュレータは、基端部から先端部に向かって延び、前記動作部を有するアームと、前記アームの基端部を支持する支持部と、をさらに備え、前記特定の動作部は前記アームの前記先端部に取り付けられ、前記第１操作部は、前記アームおよび前記支持部から離れた位置に設置され、前記第２操作部は、前記アームの前記先端部に取り付けられていてもよい。
【００１５】
上記マニピュレータによれば、第１操作部が上記マニピュレータから離れた位置に設置されていても、特定の動作部に近接した第２操作部を併用することにより、特定の動作部の位置決めを正確に行うことができ、また、特定の動作部に繊細な動作を行わせることができる。
【００１６】
前記マニピュレータは、前記第１操作部および第２操作部を、それぞれ独立して操作の有効／無効を切替え可能に構成してもよい。
【００１７】
上記マニピュレータによれば、操作入力を行いたい操作部を有効にし、不要な操作部を無効に切替える。操作者は有効な操作部を用いて操作入力を行い、動作部を動作させる。このように、不要な操作部を無効に設定することにより、該操作部からの不用意な操作入力やこれに基づく力覚提示装置の提示を排除できるために、作業の安全性が向上することになる。
【００１８】
前記マニピュレータには、操作入力を行っている第１操作部または第２操作部を検出可能な検出器を備えさせることも可能である。
【００１９】
上記マニピュレータによれば、操作者により操作入力が行われている第１操作部または第２操作部は、検出器により検出されることになる。かかる検出結果に基づき、操作者以外の者もマニピュレータの操作状況を把握することができる。その結果、操作者のみならず、それ以外の者の安全性を確保することが可能となる。
【００２０】
前記マニピュレータは、前記第１操作部および第２操作部は、いずれか一方が操作入力可能となっているときに他方が操作入力不能となるように構成してもよい。
【００２１】
上記マニピュレータによれば、使用する操作部のみについて操作入力ができるように設定すれば、不使用の操作部については操作入力及び力覚提示装置による提示が不能となるように設定される。操作者は操作可能に設定した操作部から操作入力を行って動作部を動作させる。
【００２２】
これにより、他の操作部からの操作入力はできなくなるために、該操作部からの不用意な操作入力等により、操作者が意図しない動作を動作部が行うというようなこともなくなる。よって、一連の作業の安全性が大幅に向上することになる。
【００２３】
前記マニピュレータは、操作入力可能な操作部を設定する際に、前記動作部がロックされるように構成してもよい。
【００２４】
上記マニピュレータによれば、操作部の設定時において動作部がロックされるために、該動作部がその自重により不用意に落下等するようなことはない。
【００２５】
前記マニピュレータは、前記第１操作部および第２操作部の少なくとも一方を、収納可能または着脱可能に構成することも可能である。
【００２６】
上記マニピュレータによれば、複数の操作部中、使用しない操作部は収納または取り外し、使用する操作部で操作入力を行って動作部を動作させる。これにより、不使用の操作部からの操作入力は排除されるために、作業の安全性が確保される。また、取り外した操作部から操作入力が行えるように設定すれば、作業内容に応じて最適な位置で操作入力することができることになる。
【００２７】
前記マニピュレータには、収納または取り外した操作部を検出可能な検出器を備えさせてもよい。
【００２８】
上記マニピュレータによると、操作部が収納されていたり、取り外されている場合は、これが検出器によって検出される。かかる検出結果に基づき、操作者以外の者もその時の操作状況を簡易に認識することが可能となる。これにより、操作者および操作者以外の者の安全性確保を図ることができる。
【００２９】
前記マニピュレータには、収納可能な操作部の収納状態または着脱可能な操作部の着脱状態を提示する提示手段を備えさせることも可能である。
【００３０】
上記マニピュレータによれば、操作部の収納または着脱状況を提示手段により、例えば視覚的または聴覚的に認識できるので、操作者のみならず、その他の者の現場等における安全性を確保し得ることになる。
【００３１】
前記マニピュレータには、前記第１操作部および前記操作部の少なくとも一方の使用状況を提示する提示手段を備えさせても構わない。
【００３２】
上記マニピュレータによると、例えば視覚的、聴覚的手段等からなる提示手段に基づいて、操作部の使用状況を簡易且つ的確に認識することができる。その結果、操作者及びそれ以外の者の安全性が確保される。
【００３３】
前記マニピュレータは、前記動作部による第１の動作を第１操作部により行わせると共に、前記動作部による第２の動作を第２操作部により行わせるように設定可能とすることもできる。
【００３４】
上記マニピュレータによれば、動作部が行う複数の動作中、各操作部が受け持つ動作を適切に設定することが可能となる。これにより、例えば、特定の動作部を広範囲に移動させたり、該動作部と操作者との干渉を回避しつつ動作を行える第１操作部と、正確な位置決めや特定の動作部に繊細な動作を行わしめるのに適した第２操作部、という各操作部の特性に応じた使い分けを良好に行うことができる。同時に、安全性の向上も図れる結果となる。
【００３５】
本発明に係るパワーアシスト装置は、前記マニピュレータを複数備えるものである。
【００３６】
このことにより、操作性に優れたマニピュレータを複数備えたパワーアシスト装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明によれば、マニピュレータおよびそれを複数備えたパワーアシスト装置において、操作性及び安全性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態では、本発明に係るマニピュレータの一例として、重量物や長大な物を運搬する際に作業者の作業を補うパワーアシストアーム１について説明する。なお、これらは実施例の一例であって本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
図１は、実施形態１に係るパワーアシストアーム１の構成を示す模式図である。図１に示すように、パワーアシストアーム１は、アーム２と、アーム２の基端部２ａが取り付けられた支持部３とを備えている。アーム２は、支持部３によって片持ち支持されている。支持部３は、鉛直方向に延びる支柱３ａと、水平方向に延び、支柱３ａの下端部が固定された支持台３ｂとを備えている。支柱３ａの上端部にはアーム２の基端部２ａが取り付けられている。なお、便宜上、以下の説明では、図１の左側を前側、右側を後側として説明する。
【００４０】
アーム２は、上腕部４、下腕部７および複数の動作部を備えている。本実施形態では、アーム２は、本発明に係る動作部として直動関節５、回転関節６およびハンド部８を備えている。本実施形態では、アーム２は、基端部２ａから先端部２ｂに向かって延びている。アーム２は、基端部２ａから先端部２ｂに向かって順に、上腕部４、直動関節５、回転関節６、下腕部７およびハンド部８がそれぞれ連結されることにより構成されている。なお、本実施形態では、ハンド部８が本発明に係る「特定の動作部」に該当するものとして説明する。
【００４１】
上腕部４の後端部（アーム２の基端部２ａ）は、支持部３の上端部に取り付けられている。上腕部４の前端部には直動関節５の固定部５ａが取り付けられている。直動関節５は固定部５ａと、可動部５ｂとにより構成されている。可動部５ｂの後端部は固定部５ａにスライド自在に支持されている。このような構成により、可動部５ｂが固定部５ａに対して前後方向にスライドすることにより、直動関節５は伸縮する。
【００４２】
直動関節５の可動部５ｂの前端部は回転関節６に取り付けられている。また、回転関節６には、下腕部７の基端部が取り付けられている。これにより、回転関節６は、直動関節５と下腕部７との間に設けられ、直動関節５と下腕部７とを相対回転自在に接続する。下腕部７の先端部にはハンド部８が取り付けられている。
【００４３】
ハンド部８は、下腕部７の先端部に固定された断面略Ｌ字状の板状体からなる固定部８ａと、可動部８ｂとにより構成されている。可動部８ｂは、固定部８ａの一方の面と対峙し、固定部８ａにスライド自在に接続されている。ハンド部８は、可動部８ｂが固定部８ａに対してスライドすることにより、開閉することとなる。このような動作により、ハンド部８は対象物を把持することとなる。
【００４４】
なお、固定部８ａの形状は、Ｌ字状に限定されず、把持することが可能となるようないかなる形状であってもよい。また、ハンド部８は、開閉動作により対象物を挟むだけでなく、例えば、つまむ、握る等の動作を行うものであってもよい。さらに、ハンド部８は、固定部８ａと可動部８ｂとにより構成されることに限定されない。そのため、可動部と可動部とにより構成されていてもよい。
【００４５】
また、パワーアシストアーム１は、第１操作部１１と、第２操作部１２とを備えている。第１操作部１１は支持部３に取り付けられており、本発明に係る「特定の動作部」としてのハンド部８から離れた位置にある。一方、第２操作部１２は、アーム２の先端部２ｂ（本実施形態では下腕部７）に取り付けられており、ハンド部８に近接した位置にある。
【００４６】
第１操作部１１は、直動関節５および回転関節６との操作入力を行うための操作ハンドル１３を備えている。操作ハンドル１３の構成は何ら限定されないが、本実施形態では、操作ハンドル１３は、操作盤１１ａにスライド自在かつ回転自在に取り付けられている。操作ハンドル１３の周囲には、６軸センサ１４が取り付けられている。６軸センサ１４は、操作者によって操作ハンドル１３に前後方向または回転方向の力が加えられると、その付加された力の大きさおよび方向を検知する。
【００４７】
第１操作部１１は、ハンド部８の操作入力を行うためのハンド操作入力部１５を備えている。ハンド操作入力部１５の構成は何ら限定されないが、本実施形態では、ハンド操作入力部１５は、水平方向に延びる板状体１５ａと、板状体１５ａの後端部の上面に設けられた筒状体からなる指入れ１５ｂとにより構成されている。板状体１５ａの指入れ１５ｂよりも前側には歪みゲージ１６が取り付けられている。歪みゲージ１６は、操作者によりハンド操作入力部１５に所定のＢ１方向（図３参照）の力が加えられると、その力と方向とを検知する。
【００４８】
第２操作部１２は、直動関節５および回転関節６との操作入力を行うための操作ハンドル９を備えている。操作ハンドル９の構成は何ら限定されないが、本実施形態では、操作ハンドル９は、操作盤１２ａにスライド自在かつ回転自在に取り付けられている。操作ハンドル９の周囲には、６軸センサ１０が取り付けられている。６軸センサ１０は、操作者によって操作ハンドル９に前後方向または回転方向の力が加えられると、その付加された力の大きさおよび方向を検知する。
【００４９】
第２操作部１２は、ハンド部８の操作入力を行うためのハンド操作入力部１７を備えている。ハンド操作入力部１７の構成は何ら限定されないが、本実施形態では、ハンド操作入力部１７もハンド操作入力部１５と同様に、水平方向に延びる板状体１７ａと、板状体１７ａの後端部の上面に設けられた筒状体からなる指入れ１７ｂとにより構成されている。板状体１７ａの指入れ１７ｂよりも前側には歪みゲージ１８が取り付けられている。歪みゲージ１８は、操作者によりハンド操作入力部１７に所定のＢ２（図３参照）方向の力が加えられると、その力と方向とを検知する。
【００５０】
図２に示すように、パワーアシストアーム１は、直動関節５を駆動する直動関節駆動装置２１と、直動関節５の動作に基づき、第１操作部１１に力覚を提示する直動関節力覚提示装置２２とを備えている。また、パワーアシストアーム１は、回転関節６を駆動する回転関節駆動装置２３と、回転関節６の動作に基づき、第１操作部１１に力覚を提示する回転関節力覚提示装置２４とを備えている。
【００５１】
直動関節駆動装置２１は、第１操作部１１の操作入力または第２操作部１２の操作入力に応じて直動関節５を伸縮させる。具体的には、操作ハンドル１３に対しＡ１方向に力を付加する様に入力する、または、操作ハンドル９に対しＡ２方向に力を付加する様に入力する。このような入力により、直動関節駆動装置２１は、直動関節５の可動部５ｂを前方または後方に移動させる。これにより、直動関節５は伸縮することとなる。
【００５２】
直動関節力覚提示装置２２は、直動関節５の伸縮動作に応じた力覚（伸縮速度、伸縮長さ、反力等）を第１操作部１１に伝達する。具体的には、直動関節力覚提示装置２２は、操作ハンドル１３を、直動関節５の伸縮速度および反力に応じた速度および力で、直動関節５の伸縮長さに応じた長さ分だけＡ１方向にスライドさせる。これにより、第１操作部１１に直動関節５の伸縮動作に応じた力覚（伸縮速度、伸縮長さ、反力等）を提示する。
【００５３】
回転関節駆動装置２３は、第１操作部１１の操作入力または第２操作部１２の操作入力に応じて回転関節６を回転させる。具体的には、操作ハンドル１３に対しＣ１方向に力を付加する様に入力する、または、操作ハンドル９に対しＣ２方向に力を付加する様に入力する。このような入力により、回転関節駆動装置２３は、回転関節６を回転させる。
【００５４】
回転関節力覚提示装置２４は、回転関節６の回転動作に応じた力覚（回転速度、回転角度、反力等）を第１操作部１１に伝達する。具体的には、回転関節力覚提示装置２４は、操作ハンドル１３を、回転関節６の回転速度および反力に応じた回転速度および力で、回転関節６の回転角度に応じた回転角度分だけＣ１方向に回転させる。これにより、第１操作部１１に回転関節６の回転動作に応じた力覚（回転速度、回転角度、反力等）を提示する。
【００５５】
さらに、図３に示すように、パワーアシストアーム１は、ハンド部８を駆動するハンド部駆動装置２５と、ハンド部８の動作に基づき、第１操作部１１に力覚を提示する第１ハンド部力覚提示装置２６と、ハンド部８の動作に基づき、第２操作部１２に力覚を提示する第２ハンド部力覚提示装置２７とを備えている。
【００５６】
ハンド部駆動装置２５は、第１操作部１１の操作入力または第２操作部１２の操作入力に応じてハンド部８を開閉させる。具体的には、ハンド操作入力部１５に対し、Ｂ１方向に力を付加する様に入力する、または、ハンド操作入力部１７に対し、Ｂ２方向に力を付加する様に入力する。このような入力により、ハンド部駆動装置２５は、ハンド部８の可動部８ｂをスライドさせる。これにより、ハンド部８は開閉することとなる。
【００５７】
第１ハンド部力覚提示装置２６は、ハンド部８の開閉動作に応じた力覚（開閉速度、開閉度合い、反力等）を第１操作部１１に伝達する。具体的には、ハンド操作入力部１５を、ハンド部８の開閉速度および反力に応じた速度および力で、ハンド部８の開閉度合いに応じた分だけＢ１方向にスライドさせることにより、第１操作部１１に力覚を提示する。
【００５８】
第２ハンド部力覚提示装置２７は、ハンド部８の開閉動作に応じた力覚（開閉速度、開閉度合い、反力等）を第２操作部１２に伝達する。具体的には、ハンド操作入力部１７を、ハンド部８の開閉速度および反力に応じた速度および力で、ハンド部８の開閉度合いに応じた分だけＢ２方向にスライドさせることにより、第２操作部１２に力覚を提示する。
【００５９】
以上がパワーアシストアーム１の全体構成である。次に、直動関節力覚提示装置２２、回転関節力覚提示装置２４、第１ハンド部力覚提示装置２６および第２ハンド部力覚提示装置２７について詳述する。
【００６０】
図４に示すように、直動関節力覚提示装置２２は、第１の油圧シリンダ３１および第２の油圧シリンダ４１を備えている。第１の油圧シリンダ３１は、シリンダ３３と、シリンダ３３内部を第１空間３４と第２空間３５とに仕切るピストン３６と、ピストン３６に取り付けられたピストンロッド３７により構成されている。第２の油圧シリンダ４１も第１の油圧シリンダ３１と同様に、シリンダ４３と、シリンダ４３内部を第３空間４４と第４空間４５とに仕切るピストン４６と、ピストン４６に取り付けられたピストンロッド４７により構成されている。第１の油圧シリンダ３１のシリンダ３３および第２の油圧シリンダ４１のシリンダ４３内には作動油が封入されている。
【００６１】
また、第１の油圧シリンダ３１の第１空間３４と第２の油圧シリンダ４１の第３空間４４とには第１配管３８が接続されており、第１空間３４と第３空間４４とは連通している。一方、第１の油圧シリンダ３１の第２空間３５と第２の油圧シリンダ４１の第４空間４５とには第２配管３９が接続されており、第２空間３５と第４空間４５とは連通している。また、ピストンロッド３７と直動関節５の可動部５ｂとは、リンク機構３７ａ等を介して接続されている。また、ピストンロッド４７と操作ハンドル１３とは、リンク機構４７ａ等を介して接続されている。
【００６２】
図５に示すように、回転関節力覚提示装置２４は、第１の油圧シリンダ５１と、第１のレバー５２と、第２の油圧シリンダ６１と、第２のレバー６２とを備えている。
【００６３】
第１の油圧シリンダ５１は、シリンダ５３と、シリンダ５３内部を第１空間５４と第２空間５５とに仕切るピストン５６と、ピストン５６に取り付けられたピストンロッド５７により構成されている。本実施形態では、ピストンロッド５７は、第１空間５４を貫く様に設けられている。シリンダ５３は、回転関節６のシャフト６ａと平行な方向に延びる軸５３ａに揺動自在に支持されている。シリンダ５３内には作動油が封入されている。
【００６４】
第２の油圧シリンダ６１は、シリンダ６３と、シリンダ６３内部を第３空間６４と第４空間６５とに仕切るピストン６６と、ピストン６６に取り付けられたピストンロッド６７により構成されている。本実施形態では、ピストンロッド６７は、第３空間６４を貫くように設けられている。シリンダ６３は、操作ハンドル１３の回転軸１３ａと平行な方向に延びる軸６３ａに揺動自在に支持されている。シリンダ６３内には作動油が封入されている。
【００６５】
第１の油圧シリンダ５１の第１空間５４と第２の油圧シリンダ６１の第３空間６４とには第１配管５８が接続されており、第１空間５４と第３空間６４とは連通している。一方、第１の油圧シリンダ５１の第２空間５５と第２の油圧シリンダ６１の第４空間６５とには第２配管５９が接続されており、第２空間５５と第４空間６５とは連通している。
【００６６】
なお、第１のレバー５２は棒状体からなり、回転関節６のシャフト６ａからピストンロッド５７に向かって延びている。第１のレバー５２は、ピストンロッド５７にピン５２ａを介して相対回転可能に接合されている。また、第１のレバー５２は、回転関節６の回転機構６ｂに相対回転不能に接続されている。
【００６７】
一方、第２のレバー６２は棒状体からなり、操作ハンドル１３の回転軸１３ａからピストンロッド６７に向かって延びている。第２のレバー６２は、ピストンロッド６７にピン６２ａを介して相対回転可能に接合されている。また、第２のレバー６２は、回転軸１３ａ回りに正逆回転自在な回転機構を構成する操作ハンドル１３に相対回転不能に接続されている。
【００６８】
なお、図５では、第１のレバー５２の端部とピストンロッド５７の端部とが接合されている状態を示している。しかし、第１のレバー５２とピストンロッド５７とはそれぞれ端部ではなく中途部において接合されていてもよい。また、第２のレバー６２とピストンロッド６７とも同様に中途部において接合されていてもよい。
【００６９】
図６に示すように、第１ハンド部力覚提示装置２６は、第１の油圧シリンダ７１および第２の油圧シリンダ８１を備えている。第１の油圧シリンダ７１は、シリンダ７３と、シリンダ７３内部を第１空間７４と第２空間７５とに仕切るピストン７６と、ピストン７６に取り付けられたピストンロッド７７とにより構成されている。第２の油圧シリンダ８１も第１の油圧シリンダ７１と同様に、シリンダ８３と、シリンダ８３内部を第３空間８４と第４空間８５とに仕切るピストン８６と、ピストン８６に取り付けられたピストンロッド８７とにより構成されている。
【００７０】
また、第１の油圧シリンダ７１の第１空間７４と第２の油圧シリンダ８１の第３空間８４とは第１配管７８を介して接続されている。第１の油圧シリンダ７１の第２空間７５と第２の油圧シリンダ８１の第４空間８５とは第２配管７９を介して接続されている。ピストンロッド７７とハンド部８の可動部８ｂとは、リンク機構７７ａ等を介して接続されている。また、ピストンロッド８７と第１操作部１１のハンド操作入力部１５の板状体１５ａとは、リンク機構８７ａ等を介して接続されている。
【００７１】
また、第２ハンド部力覚提示装置２７は、第１の油圧シリンダ１１１および第２の油圧シリンダ１２１を備えている。第１の油圧シリンダ１１１は、シリンダ１１３と、シリンダ１１３内部を第１空間１１４と第２空間１１５とに仕切るピストン１１６と、ピストン１１６に取り付けられたピストンロッド１１７とにより構成されている。第２の油圧シリンダ１２１も第１の油圧シリンダ１１１と同様に、シリンダ１２３と、シリンダ１２３内部を第３空間１２４と第４空間１２５とに仕切るピストン１２６と、ピストン１２６に取り付けられたピストンロッド１２７とにより構成されている。
【００７２】
また、第１の油圧シリンダ１１１の第１空間１１４と第２の油圧シリンダ１２１の第３空間１２４とは第１配管１１８を介して接続されている。第１の油圧シリンダ１１１の第２空間１１５と第２の油圧シリンダ１２１の第４空間１２５とは第２配管１１９を介して接続されている。ピストンロッド１１７とハンド部８の可動部８ｂとは、リンク機構１１７ａ等を介して接続されている。また、ピストンロッド１２７と第１操作部１１のハンド操作入力部１７の板状体１７ａとは、リンク機構１２７ａ等を介して接続されている。
【００７３】
以上が直動関節力覚提示装置２２、回転関節力覚提示装置２４、第１ハンド部力覚提示装置２６および第２ハンド部力覚提示装置２７の構成である。次に、パワーアシストアーム１の動作について説明する。なお、ここでは、動作の一例として、パワーアシストアーム１を用いて重量物５００の運搬を行う場合について説明する。
【００７４】
まず、図７（ａ）に示すように、操作者Ｘは、本実施形態において、本発明に係る特定の動作部であるハンド部８から離れた位置にある第１操作部１１の操作ハンドル１３を用いて、直動関節５を伸縮させ、回転関節６を回転させることにより、ハンド部８を重量物５００に近接させる。
【００７５】
具体的には、図２に示すように、直動関節５を伸縮させる際、操作者Ｘは、操作ハンドル１３に対してＡ１方向（前方または後方）に力を付加する。このとき、操作ハンドル１３に取り付けられた６軸センサ１４によりその力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは直動関節駆動装置２１に伝達される。直動関節駆動装置２１は、このデータに基づき、直動関節５の伸縮速度および伸縮長さを決定し、直動関節５の可動部５ｂを前方または後方に移動させる。これにより、直動関節５は伸縮させられることとなる。
【００７６】
一方、直動関節５が伸縮すると、直動関節力覚提示装置２２が駆動され、操作ハンドル１３がＡ１方向（前方または後方）にスライド移動する。これにより、操作者Ｘに直動関節５における力覚（伸縮の速度、伸縮長さ、反力等）を提示することができる。
【００７７】
具体的には、図４に示すように、直動関節５が伸縮すると、第１の油圧シリンダ３１のピストンロッド３７が直動関節５の可動部５ｂにリンクしてシリンダ３３の第１空間３４または第２空間３５側に移動する。これにより、第１の油圧シリンダ３１が伸縮する。
【００７８】
例えば、第１の油圧シリンダ３１が伸びると、第１配管３８を介して第１の油圧シリンダ３１の第１空間３４から第２の油圧シリンダ４１の第３空間４４に作動油が圧送されると共に、第２配管３９を介して第２の油圧シリンダ４１の第４空間４５から第１の油圧シリンダ３１の第２空間３５に作動油が圧送される。一方、第１の油圧シリンダ３１が縮むと、第２配管３９を介して第１の油圧シリンダ３１の第２空間３５から第２の油圧シリンダ４１の第４空間４５に作動油が圧送されると共に、第１配管３８を介して第２の油圧シリンダ４１の第３空間４４から第１の油圧シリンダ３１の第１空間３４に作動油が圧送される。
【００７９】
このような動作により、ピストン４６およびピストンロッド４７が油圧により第２の油圧シリンダ４１の第３空間４４または第４空間４５側へ押圧される。ここで、ピストンロッド４７は、操作ハンドル１３とリンク機構４７ａ等を介して接続されている。そのため、操作ハンドル１３は、ピストンロッド４７の移動にリンクしてＡ１方向（前方または後方）にスライド移動することとなる。
【００８０】
また、図２に示すように、回転関節６を回転させる際、操作者Ｘは、操作ハンドル１３に対してＣ１方向（周方向）に力を付加する。このとき、操作ハンドル１３に取り付けられた６軸センサ１４により力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは回転関節駆動装置２３（図２参照）に伝達される。回転関節駆動装置２３は、このデータに基づき、回転関節６の回転速度および回転角度等を決定し、回転関節６の回転機構６ｂを回転駆動する。これにより、回転関節６に接続された下腕部７およびハンド部８は旋回させられることとなる。
【００８１】
一方、回転関節６の回転機構６ｂが回転すると、回転関節力覚提示装置２４が駆動され、操作ハンドル１３がＣ１方向（周方向）に回転する。これにより、操作者Ｘに回転関節６における力覚（回転の速度、回転角度、反力等）を提示することができる。
【００８２】
具体的には、図５に示すように、回転機構６ｂが回転すると、第１のレバー５２が回転機構６ｂと共に回転する。第１の油圧シリンダ５１のピストンロッド５７は、第１のレバー５２の回転にリンクしてシリンダ５３の第１空間５４または第２空間５５側に移動する。これにより、第１の油圧シリンダ５１が伸縮することとなる。
【００８３】
第１の油圧シリンダ５１が伸びると、第１配管５８を介して第１の油圧シリンダ５１の第１空間５４から第２の油圧シリンダ６１の第３空間６４に作動油が圧送されると共に、第２配管５９を介して第２の油圧シリンダ６１の第４空間６５から第１の油圧シリンダ５１の第２空間５５に作動油が圧送される。一方、第１の油圧シリンダ５１が縮むと、第２配管５９を介して第１の油圧シリンダ５１の第２空間５５から第２の油圧シリンダ６１の第４空間６５に作動油が圧送されると共に、第１配管５８を介して第２の油圧シリンダ６１の第３空間６４から第１の油圧シリンダ５１の第１空間５４に作動油が圧送される。
【００８４】
このような動作により、第２の油圧シリンダ６１の一方の空間に作動油が圧送されると、ピストン６６およびピストンロッド６７は、油圧によって第３空間６４または第４空間６５側へ押圧されて移動する。これに伴い、第２のレバー６２は、ピストンロッド６７にリンクして回転する。前述したように、第２のレバー６２は回転機構を構成する操作ハンドル１３に相対回転不能に接続されている。そのため、第２のレバー６２の回転に伴い、操作ハンドル１３はＣ１方向に回転することとなる。
【００８５】
このようにして、直動関節５および回転関節６を動作させてハンド部８を重量物５００に近接させる。次に、操作者Ｘは、第１操作部１１のハンド操作入力部１５をＢ１方向に上下させることにより、ハンド部８を開閉させて重量物５００を把持させる。
【００８６】
まず、操作者Ｘは、図３に示すように、ハンド操作入力部１５の板状体１５ａに対してＢ１方向（上方または下方）に力を付加する。このとき、板状体１５ａに取り付けられた歪みゲージ１６により力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは、ハンド部駆動装置２５に伝達される。ハンド部駆動装置２５は、このデータに基づき、ハンド部８の開閉速度および開閉度合いを決定し、ハンド部８の可動部８ｂをスライド移動させる。これにより、ハンド部８は開閉することとなる。
【００８７】
一方、ハンド部８が開閉すると、第１ハンド部力覚提示装置２６が駆動され、ハンド操作入力部１５の板状体１５ａがＢ１方向（上方または下方）にスライド移動する。これにより、操作者にハンド部８における力覚（開閉の速度、開閉度合い、反力等）を提示することができる。
【００８８】
具体的には、図６に示すように、ハンド部８が開閉すると、第１の油圧シリンダ７１のピストンロッド７７がハンド部８の可動部８ｂにリンクしてシリンダ７３の第１空間７４または第２空間７５側に移動する。これにより、第１の油圧シリンダ７１が伸縮する。
【００８９】
第１の油圧シリンダ７１が伸びると、第１配管７８を介して第１の油圧シリンダ７１の第１空間７４から第２の油圧シリンダ８１の第３空間８４に作動油が圧送されると共に、第２配管７９を介して第２の油圧シリンダ８１の第４空間８５から第１の油圧シリンダ７１の第２空間７５に作動油が圧送される。一方、第１の油圧シリンダ７１が縮むと、第２配管７９を介して第１の油圧シリンダ７１の第２空間７５から第２の油圧シリンダ８１の第４空間８５に作動油が圧送されると共に、第１配管７８を介して第２の油圧シリンダ８１の第３空間８４から第１の油圧シリンダ７１の第１空間７４に作動油が圧送される。
【００９０】
このような動作により、ピストン８６およびピストンロッド８７が油圧によって第２の油圧シリンダ８１の第３空間８４または第４空間８５側へ押圧される。ここで、ピストンロッド８７は、ハンド操作入力部１５の板状体１５ａに接続されている。そのため、ハンド操作入力部１５は、ピストンロッド８７の移動によりＢ１方向（上方または下方）にスライド移動することとなる。
【００９１】
このようにして、ハンド部８を開閉させて重量物５００を把持させる。なお、重量物５００の中には、傷付き易いまたは把持可能な部分が小さい等の理由により、ハンド部８によって把持する際に繊細な動作が必要となるものがある。このような重量物５００をハンド部８に把持させる場合、以下のように操作することも可能である。
【００９２】
上述したように、ハンド部８に繊細な動作が要求される場合、図７（ｂ）に示すように、操作者Ｘは、動作部としてのハンド部８付近まで移動し、ハンド部８に近接した位置にある第２操作部１２を用いて直動関節５、回転関節６およびハンド部８を操作する。
【００９３】
具体的には、直動関節５を伸縮させる際、操作者Ｘは、操作ハンドル９に対してＡ２方向（前方または後方）に力を付加する。このとき、操作ハンドル９に取り付けられた６軸センサ１０によりその力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは直動関節駆動装置２１に伝達される。直動関節駆動装置２１は、このデータに基づき、直動関節５の伸縮速度および伸縮長さを決定し、直動関節５の可動部５ｂを前方または後方に移動させる。これにより、直動関節５は伸縮させられることとなる。
【００９４】
また、回転関節６を回転させる際、操作者Ｘは、操作ハンドル９に対してＣ２方向（周方向）に力を付加する。このとき、操作ハンドル９に取り付けられた６軸センサ１０により力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは回転関節駆動装置２３（図２参照）に伝達される。回転関節駆動装置２３は、このデータに基づき、回転関節６の回転速度および回転角度等を決定し、回転関節６の回転機構６ｂを回転駆動する。これにより、回転関節６に接続された下腕部７およびハンド部８は旋回させられることとなる。
【００９５】
さらに、ハンド部８を開閉させる際、操作者Ｘは、図３に示すように、ハンド操作入力部１７の板状体１７ａに対してＢ２方向（上方または下方）に力を付加する。このとき、板状体１７ａに取り付けられた歪みゲージ１８により力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは、ハンド部駆動装置２５に伝達される。ハンド部駆動装置２５は、このデータに基づき、ハンド部８の開閉速度および開閉度合いを決定し、ハンド部８の可動部８ｂをスライド移動させる。これにより、ハンド部８は開閉することとなる。
【００９６】
一方、ハンド部８が開閉すると、第２ハンド部力覚提示装置２７が駆動され、ハンド操作入力部１７の板状体１７ａがＢ２方向（上方または下方）にスライド移動する。これにより、操作者にハンド部８における力覚（開閉の速度、開閉度合い、反力等）を提示することができる。
【００９７】
具体的には、図６に示すように、ハンド部８が開閉すると、第１の油圧シリンダ１１１のピストンロッド１１７がハンド部８の可動部８ｂにリンクしてシリンダ１１３の第１空間１１４または第２空間１１５側に移動する。これにより、第１の油圧シリンダ１１１が伸縮する。
【００９８】
第１の油圧シリンダ１１１が伸びると、第１配管１１８を介して第１の油圧シリンダ１１１の第１空間１１４から第２の油圧シリンダ１２１の第３空間１２４に作動油が圧送されると共に、第２配管１１９を介して第２の油圧シリンダ１２１の第４空間１２５から第１の油圧シリンダ１１１の第２空間１１５に作動油が圧送される。一方、第１の油圧シリンダ１１１が縮むと、第２配管１１９を介して第１の油圧シリンダ１１１の第２空間１１５から第２の油圧シリンダ１２１の第４空間１２５に作動油が圧送されると共に、第１配管１１８を介して第２の油圧シリンダ１２１の第３空間１２４から第１の油圧シリンダ１１１の第１空間１１４に作動油が圧送される。
【００９９】
このような動作により、ピストン１２６およびピストンロッド１２７が油圧によって第２の油圧シリンダ１２１の第３空間１２４または第４空間１２５側へ押圧される。ここで、ピストンロッド１２７は、ハンド操作入力部１７の板状体１７ａに接続されている。そのため、ハンド操作入力部１７は、ピストンロッド１２７の移動によりＢ２方向（上方または下方）にスライド移動することとなる。
【０１００】
このようにして、ハンド部８に近接した位置にある第２操作部１２を用いて操作することにより、操作者Ｘは、ハンド部８の動作を目視しながら、ハンド部８に重量物５００を把持させることができる。また、第２操作部１２の操作ハンドル９を用いて、直動関節５を伸縮させ、回転関節６を回転させてハンド部８の位置を微調整することも可能である。
【０１０１】
ハンド部８に重量物５００を把持させた後、第１操作部または第２操作部を操作して、直動関節５を伸縮させ、回転関節６を回転させてハンド部８を所定の位置まで移動させる。そして、所定の位置においてハンド部８を開くと、重量物５００はハンド部８から離れ、所定の位置に載置される。このような動作により、重量物５００は所定の位置まで運搬される。
【０１０２】
以上のように、本実施形態に係るパワーアシストアーム１は、特定の動作部としてのハンド部８と、ハンド部８から離れた位置にある第１操作部１１とハンド部８に近接した位置にある第２操作部１２とを備えている。
【０１０３】
ここで、「離れた位置」とは、操作者Ｘが視覚によってハンド部８の動作の概略を確認することはできるが、ハンド部８の微細な動作を確認できない程度に離れた位置を言う。一方、「近接した位置」とは、操作者Ｘがハンド部８の微細な動作を視覚により確認できる程度に近接した位置を言う。
【０１０４】
本パワーアシストアーム１では、ハンド部８を広い範囲で移動させるような場合には、ハンド部８から離れた第１操作部１１を用いて各動作部（直動関節５、回転関節６、ハンド部８）を操作することにより、離れた位置からハンド部８の大きな動作を確認しつつ操作することができる。そのため、パワーアシストアーム１自体の動作の概略を把握しつつ、僅かな操作量でハンド部８を大きく動作させることができる。また、操作者Ｘがハンド部８から離れるため、ハンド部８と操作者Ｘとの干渉を懸念することなく迅速にハンド部８の動作を操作することができる。一方、正確な位置決めや繊細な動作が必要な場合には、ハンド部８に近接した第２操作部１２を用いて各動作部（直動関節５、回転関節６、ハンド部８）を操作する。これにより、近接した位置からハンド部８の動作を視覚により確認しつつ直動関節５、回転関節６を繊細に動作させてハンド部８の位置決めを正確に行うことができる。また、ハンド部８の動作を視覚により確認しつつ操作することにより、ハンド部８に繊細な動作を行わせることができる。
【０１０５】
また、本パワーアシストアーム１は、本発明に係る第１力覚提示装置としての直動関節力覚提示装置２２、回転関節力覚提示装置２４および第１ハンド部力覚提示装置２６を備えている。これにより、第１操作部１１には本発明にかかる動作部（直動関節５、回転関節６、ハンド部８）の各動作に基づく力覚（動作速度、動作度合い、反力等）が提示される。そのため、本パワーアシストアーム１によれば、特定の動作部としてのハンド部８から離れた位置にある第１操作部１１であってもハンド部８の操作を容易に行うことができる。また、ハンド部８以外の動作部（直動関節５、回転関節６）についても、動作に基づく力覚が第１操作部１１に提示されるため、第１操作部１１を用いて操作を容易に行うことができる。
【０１０６】
また、本パワーアシストアーム１は、第１ハンド部力覚提示装置２６だけでなく、第２ハンド部力覚提示装置２７を備えている。これにより、第２操作部１２にも、ハンド部８の開閉動作に基づく力覚（開閉速度、開閉度合い、反力等）が提示される。そのため、操作者Ｘは、第２操作部１２を操作する際、視覚だけでなく、第２操作部１２から出力される力覚を享受することができる。したがって、本パワーアシストアームによれば、ハンド部８の位置決めをより正確に行うことができ、また、ハンド部８により繊細な動作を行わせることができる。
【０１０７】
本パワーアシストアーム１では、第１操作部１１は、アーム２の基端部２ａが取り付けられた支持部３に設けられており、ハンド部８から離れた位置にある。また、第２操作部１２は、ハンド部８が取り付けられたアーム２の先端部２ｂに取り付けられており、ハンド部８に近接している。そのため、アーム２の基端部２ａまたは支持部３に取り付けられた第１操作部１１で上記動作部（ハンド部８、直動関節５、回転関節６）を操作することにより、アーム２の先端部２ｂに取り付けられた特定の動作部であるハンド部８を広範囲にわたって移動させることができる。一方、アーム２の先端部２ｂに取り付けられたハンド部８に近接する第２操作部１２で操作することにより、視覚によって力覚を補いつつ、ハンド部８に繊細な動作を行わせることができる。
【０１０８】
なお、本実施形態では、第１操作部１１は、支持部３に取り付けられていたが、第１操作部１１の設置位置はこれに限られない。例えば、アーム２の基端部２ａ（本実施形態では、上腕部４の後端部）に取り付けられていてもよい。このような場合であっても、第１操作部１１が設置された位置からパワーアシストアーム１全体の動作の概略を確認することが可能であり、ハンド部８を広範囲にわたって移動させることができる。
【０１０９】
また、第１操作部１１は、アーム２および支持部３から離れた位置に設置され、遠隔操作することとしてもよい。このような場合であっても、第２操作部１２を併用することにより、ハンド部８に繊細な動作を行わせることができる。また、第２操作部１２を併用してハンド部８以外の動作部（直動関節５、回転関節６）についても、微細な動作を行わせることにより、ハンド部８の位置決め動作を正確に行うことができる。
【０１１０】
なお、本実施形態では、力覚の提示に際し、作動液として油を用いる油圧アクチュエータを用いている。しかし、作動液は油に限定されない。そのため、油圧アクチュエータではなく、他の液体を用いた液圧アクチュエータを用いてもよい。
【０１１１】
また、直動関節力覚提示装置２２、回転関節力覚提示装置２４、第１ハンド部力覚提示装置２６および第２ハンド部力覚提示装置２７は、作動液として油を用いる液圧アクチュエータを用いたものでなくてもよい。例えば、直動関節５、回転関節６、ハンド部８の位置を検知する位置センサを各部に設け、モータ等の駆動装置を用いて電気的に力覚を提示するものであってもよい。また、直動関節５、回転関節６、本発明に係る特定の動作部としてのハンド部８の可動部８ｂと、第１操作部１１の操作ハンドル１３、第１操作部１１および第２操作部１２のハンド操作入力部１５，１７とを、リンク機構等を用いて直接接続することにより機械的に力覚を提示するものであってもよい。
【０１１２】
なお、本実施形態に係るパワーアシストアーム１は、本発明に係る動作部として直動関節５、回転関節６、ハンド部８を備えていた。しかし、動作部はこれらに限定されない。例えば、図８に示すように、他の動作部として上腕部４を捻るための捻り機構９１や、アーム２を上下方向に回動してアーム２を起伏させるための回転関節９２や、アーム２を水平方向に旋回させるための旋回機構９３を加え、これらの動作部と第１操作部１１との間に駆動装置および油圧アクチュエータを用いた力覚提示装置を備えていてもよい。
【０１１３】
このようなパワーアシストアーム１によれば、ハンド部８の可動範囲が広がるため、重量物の運搬等だけでなく、組み立て作業、除去・撤去作業等、多目的に使用可能となる。また、このような場合であっても、第１操作部１１と第２操作部１２を使い分けることにより、大きな動作と繊細な動作のいずれもが可能となる。
【０１１４】
また、本実施形態では、本発明に係る特定の動作部は、ハンド部８により構成されていた。しかし、本発明に係る特定の動作部はハンド部８に限られない。
【０１１５】
例えば、図９に示すように、ハンド部８に加え、回転関節６を特定の動作部とし、操作部２０を回転関節６に近接した位置に設けてもよい。このような場合、操作部２０には、回転関節６を操作するための操作ハンドル１９等の操作入力部を設けることが必要となる。そして、当該操作ハンドル１９と回転関節駆動装置２３とを接続し、また、必要に応じて、回転関節６の動作に基づく力覚を操作部２０に提示する力覚提示装置を設けてもよい。このような場合、回転関節６に繊細な動作を行わせることができるため、ハンド部８の位置移動を正確に行わせることが可能となる。
【０１１６】
また、図９では、ハンド部８に近接した第２操作部１２にはハンド操作入力部１７を設け、回転関節６に近接した操作部２０には操作ハンドル１９を設けていた。しかし、ハンド部８と回転関節６とが近い場合、ハンド部８に近接した第２操作部１２を設けずに、回転関節６に近接した位置のみに操作部２０を設け、当該操作部２０に回転関節６の操作を行うための操作ハンドル１９およびハンド部８の操作を行うためのハンド操作入力部１７を設けることとしてもよい。このような場合であっても、操作部２０を用いて、ハンド部８の動作状況を目視により確認しつつ操作入力を行うことができる。そのため、繊細な操作を行うことができる。
【０１１７】
さらに、本実施形態では、第２操作部１２は、第１操作部１１と同様に、操作ハンドル９とハンド操作入力部１７とを備えていた。しかし、図９に示すように、操作部２０として操作ハンドル１９を回転関節６付近に設けた場合、第２操作部１２に操作ハンドル９を設けなくともよい。このような場合であっても、特定の動作部としてのハンド部８に繊細な動作を行わせることができる。また、回転関節６とハンド部８とは比較的近い位置にあるため、ハンド部８の角度等を微調整したい場合は、操作ハンドル１９を用いることにより、ハンド部８の角度を視覚により確認しつつ操作することができる。
【０１１８】
さらに、本実施形態のパワーアシストアーム１は、第２ハンド部力覚提示装置２７を備えていたが、第２ハンド部力覚提示装置２７を備えていなくてもよい。第２ハンド部力覚提示装置２７を備えていない場合であっても、ハンド部８に近接した位置にある第２操作部１２を用いて操作することにより、ハンド部８の微細な動作を視覚で確認することができるため、繊細な操作を行うことができる。
【０１１９】
＜他の実施形態＞
なお、この種のマニピュレータにおける作業上の安全面を考慮した場合には、次のような種々の手段を備えさせるのが好ましい。
【０１２０】
まず、上記実施形態においては、両操作部１１、１２ともに操作入力ができるように構成している。しかるに、例えばこれら操作部１１，１２のいずれか一方、または両者共に操作入力不能とするために、各操作部１１，１２の操作の有効／無効を切替えられるように構成することも可能である。かかる操作の有効／無効の切替えは、例えば各操作ハンドル９、１３の先端部に押しボタンスイッチやトグルスイッチ等を設けて、これにより行うようにする。また、マニピュレータを総合的に管理する制御室内等において行うように構成してもよい。操作者Ｘは有効な操作部を用いて操作入力を行い、各動作部を動作させる。
【０１２１】
このように、使用しない操作部を無効に設定することにより、該操作部からの不用意な操作入力を完全に排除できるために、作業の安全性が向上することになる。特に、一方の操作部を殆ど操作せずに、他の操作部による操作を継続的に行うような場合に有用である。
【０１２２】
また、上記実施形態では、操作入力中の操作部を検出できるような手段は設けていない。しかし、操作入力を行っている操作部を検出可能な検出器を備えさせてもよい。
【０１２３】
かかる検出器による検出結果を、例えば前記操作盤１１ａ、１２ａ等に視覚的または聴覚的に提示する提示手段を設けておけば、操作者Ｘ以外の者もマニピュレータの操作状況を的確に把握することができる。その結果、操作者Ｘのみならず、それ以外の者の安全性も確保することが可能となる。
【０１２４】
さらに、操作入力可能な操作部を任意に設定できるように構成することも可能である。この場合は、例えば特定のまたは各操作部１１、１２により、操作入力可能な操作部の設定、及びそれ以外の操作部による操作入力を不能とする設定が行えるようにする。使用する操作部について操作入力ができるように設定すると、使用しない他の操作部については操作入力が不能となるように設定される。
【０１２５】
これにより、他の操作部からの操作入力はできなくなるために、該操作部からの不用意な操作入力等により、操作者Ｘが意図しない動作を動作部が行うというようなこともなくなる。よって、一連の作業の安全性が大幅に向上することになる。また、このような設定を操作部１１、１２自体で行えるようにすることにより、設定者たる操作者Ｘにかかる負担を軽減できて、作業の効率化が図れる。さらに、作業主体である操作者Ｘの意思が十分に反映された最適な状況下での操作が可能となる。
【０１２６】
また、この場合において、操作入力可能な操作部を設定する際には、動作部がロックされるように構成してもよい。このように、動作部がロックされれば、該動作部がその自重により不用意に落下等するようなことはない。
【０１２７】
さらに、上記実施形態とは異なり、各操作部１１、１２は例えば図１０に示すように収納可能に、または図１１に示すように着脱可能に構成することも可能である。前者の場合は、操作盤１１ａ、１２ａの一側面にロック機構（図示せず）を有する蝶番２００を設けてマニピュレータに回動自在に取付ける。不要時には破線で示すように操作盤１１ａ、１２ａを回動させて、操作入力ができないように回動した状態でロックして収納する。後者の場合は、各操作部１１、１２に接続される各種の配管や配線等は取り外せるように構成する。
【０１２８】
これによると、複数の操作部中、使用しない操作部は収納または取り外し、使用する操作部で操作入力を行って動作部を動作させる。これにより、不使用の操作部からの操作入力は排除されるために、作業の安全性が確保される。また、取り外した操作部から操作入力が行えるように設定すれば、作業内容に応じて最適な位置で操作入力することができることになる。この場合は、例えば各操作部１１、１２に接続される各種の配管や配線等を巻き取り可能なリール２０１を操作盤１１ａ、１２ａ等に設ける。
【０１２９】
また、このように操作部１１、１２を収納しまたは取り外せるようにした場合は、さらに収納または取り外した操作部を検出可能な検出器を備えさせると、一層安全性を高めることができる。
【０１３０】
これによると、収納または取り外された操作部は検出器によって検出される。かかる検出結果により、操作者以外の者の安全性を確保することもできる。
【０１３１】
また、操作部を収納または着脱可能に構成した場合は、その状況を提示するための提示手段を備えさせることも可能である。かかる提示手段としては、例えば視覚的或いは聴覚的手段等を挙げることができる。これにより、操作者のみならず、その他の者の現場等における安全性を確保し得ることになる。
【０１３２】
さらに、操作部の使用状況を提示するための提示手段を備えさせることも、安全面では大変有効な手段である。即ち、いずれの操作部が使用状態にあり、不使用の状態にあるのかを提示する手段である。これによると、かかる提示手段に基づいて操作部の使用状況を簡易に且つ的確に認識することができる。その結果、操作者及びそれ以外の者の安全性が確保されるのである。
【０１３３】
また、前記動作部による第１の動作を第１操作部１１により行わせると共に、前記動作部による第２の動作を第２操作部１２により行わせるように設定可能としてもよい。なお、この「第１の動作」および「第２の動作」の具体的な内容は、動作部が行い得る複数の動作の中から、操作者等が任意に選択して設定されることになる。
【０１３４】
このようにすると、動作部が行う複数の動作中、各操作部１１，１２が受け持つ動作を適切に設定することが可能となる。これにより、例えば、特定の動作部を広範囲に移動させたり、該動作部と操作者Ｘとの干渉を回避しつつ動作を行える第１操作部１１と、正確な位置決めや特定の動作部に繊細な動作を行わしめるのに適した第２操作部１２、という各操作部１１、１２の特性に応じた使い分けを良好に行うことができる。同時に、安全性の向上も図れる結果となる。
【０１３５】
《パワーアシスト装置》
図１２に示すように、本発明によれば、本パワーアシストアーム１を２つ用いることにより、双腕のパワーアシストアーム１を備えたパワーアシスト装置１００を提供することができる。当該パワーアシスト装置１００によれば、２つのパワーアシストアーム１を用いることにより、大きな動作と繊細な動作との両方を行わせることが可能なパワーアシスト装置１００を提供することができる。これにより人間の腕や手先の動作に近い動作を行わせることが可能となる。したがって、当該パワーアシスト装置１００によれば、操作性に優れたマニピュレータを複数備え、幅広い用途に用いることができるパワーアシスト装置を提供することができる。
【０１３６】
なお、図１０では、２つのパワーアシストアーム１の第１操作部１１はそれぞれの支持部３に取り付けられていたが、２つの第１操作部１１をまとめて１つの操作部として設置することも勿論可能である。また、パワーアシストアーム１を３つ以上備えたパワーアシスト装置を提供することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
以上説明したように、本発明は、マニピュレータおよびそれを備えたパワーアシスト装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】実施形態に係るパワーアシストアームの構成を示す図である。
【図２】直動関節および回転関節と第１操作部および第２操作部との関係を示す図である。
【図３】ハンド部と第１操作部および第２操作部との関係を示す図である。
【図４】直動関節力覚提示装置の詳細図である。
【図５】回転関節力覚提示装置の詳細図である。
【図６】第１ハンド部力覚提示装置および第２ハンド部力覚提示装置の詳細図である。
【図７】（ａ）は第１操作部使用時の動作図であり、（ｂ）は第２操作部使用時の動作図である。
【図８】変形例に係るパワーアシストアーム１の構成を示す模式図である。
【図９】変形例に係るパワーアシストアーム１の構成を示す図である。
【図１０】変形例に係る操作部の構成を示す平面図である。
【図１１】変形例に係る操作部の構成を示す正面図である。
【図１２】実施形態に係るパワーアシスト装置の構成図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１ パワーアシストアーム（マニピュレータ）
２ アーム
２ａ 基端部
２ｂ 先端部
３ 支持部
５ 直動関節（動作部）
６ 回転関節（動作部）
８ ハンド部（動作部、特定の動作部）
１１ 第１操作部
１２ 第２操作部
２０ 操作部（第２操作部）
２１ 直動関節駆動装置（駆動装置）
２２ 直動関節力覚提示装置（第１力覚提示装置）
２３ 回転関節駆動装置（駆動装置）
２４ 回転関節力覚提示装置（第１力覚提示装置）
２５ ハンド部駆動装置（駆動装置）
２６ 第１ハンド部力覚提示装置（第１力覚提示装置）
２７ 第２ハンド部力覚提示装置（第２力覚提示装置）
９１ 捻り機構（動作部）
９２ 回転関節（動作部）
９３ 旋回機構（動作部）
１００ パワーアシスト装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の動作を代替させるマニピュレータおよびそれを複数備えたパワーアシスト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人間に代わって人の力では行うことができない作業や危険な作業を行う作業装置として、マニピュレータが用いられている。マニピュレータは、通常、人が操作する操作部と、操作部への操作入力に応じて作動する動作部と、操作部への操作入力に基づき動作部を駆動する駆動機構とを備えている。駆動機構は、操作者によりなされた操作部への操作入力に基づいて動作部を駆動する。
【０００３】
ところで、上述のマニピュレータの中には、人間が操作する力を増幅して動作部に動作させるためのパワーアシスト型のマニピュレータがある。また、この種のパワーアシスト型のマニピュレータとしては、例えば、重量物搬送等に用いられる大型のマニピュレータがある。
【特許文献１】特開２００３−１４５４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、大型のマニピュレータは、操作部が動作部から離れた位置にある。そのため、操作時に動作部の微細な動作を視覚によって確認することが困難であり、視覚による操作の補正を行い難い。そのため、大型のマニピュレータでは操作者は直感的な操作を行い難いという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マニピュレータおよびそれを複数備えたパワーアシスト装置において、操作性の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るマニピュレータは、特定の動作部を含み、所定の動作を行う少なくとも一つ以上の動作部と、操作者によって操作される少なくとも第１操作部および第２操作部と、前記第１操作部または前記第２操作部の操作入力に基づき、前記動作部を駆動する駆動装置と、前記動作部の動作に基づき、前記第１操作部に力覚を提示する第１力覚提示装置と、を備え、前記第１操作部は前記特定の動作部から離れた位置にあり、前記第２操作部は前記特定の動作部に近接した位置にあるものである。
【０００７】
ここで、「離れた位置」とは、操作者が視覚によって特定の動作部の動作の概略を確認することはできるが、特定の動作部の微細な動作を確認できない程度に離れた位置を言う。一方、「近接した位置」とは、操作者が特定の動作部の微細な動作を視覚により確認できる程度に近接した位置を言う。また、力覚とは、動作部の動作感覚をいい、力覚提示とは、例えば、動作部の動作速度、動作量および動作部にかかる反力等を操作部において再現することをいう。
【０００８】
上記マニピュレータでは、特定の動作部を広い範囲で移動させるような場合には、特定の動作部から離れた第１操作部を用いて操作することにより、離れた位置から特定の動作部の大きな動作を確認しつつ操作することができる。そのため、マニピュレータ自体の動作の概略を把握しつつ、僅かな操作量で特定の動作部を大きく動作させることができる。また、操作者が特定の動作部から離れるため、特定の動作部と操作者との干渉を懸念することなく迅速に特定の動作部の動作を操作することができる。一方、正確な位置決めや繊細な動作が必要な場合には、特定の動作部に近接した第２操作部を用いて操作する。これにより、近接した位置から特定の動作部の動作を視覚により確認しつつ繊細な操作を行うことができる。そのため、特定の動作部の位置決めを正確に行うことができ、また、特定の動作部に繊細な動作を行わせることができる。したがって、上記マニピュレータによれば、操作性の向上を図ることができる。
【０００９】
なお、上記マニピュレータは第１力覚提示装置を備えている。これにより、第１操作部には動作部の動作に基づく力覚が提示される。そのため、上記マニピュレータによれば、特定の動作部から離れた位置にある第１操作部であっても特定の動作部の操作を容易に行うことができる。また、特定の動作部以外の動作部についても、動作に基づく力覚が第１操作部に提示されるため、第１操作部を用いて操作を容易に行うことができる。
【００１０】
前記マニピュレータは、前記特定の動作部の動作に基づき、前記第２操作部に力覚を提示する第２力覚提示装置をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
このことにより、操作者は、第２操作部を操作する際、視覚だけでなく、第２操作部から出力される力覚を享受することができる。したがって、上記マニピュレータによれば、前記特定の動作部の位置決めをより正確に行うことができ、また、前記特定の動作部により繊細な動作を行わせることができる。
【００１２】
前記マニピュレータは、基端部から先端部に向かって延び、前記動作部を有するアームと、前記アームの基端部を支持する支持部と、をさらに備え、前記特定の動作部は前記アームの前記先端部に取り付けられ、前記第１操作部は、前記アームの前記基端部または前記支持部に取り付けられ、前記第２操作部は、前記アームの前記先端部に取り付けられていることが好ましい。
【００１３】
上記マニピュレータによれば、アームの基端部または支持部に取り付けられた第１操作部で上記動作部を操作することにより、アームの先端部に取り付けられた特定の動作部を広範囲にわたって移動させることができる。一方、アームの先端部に取り付けられた特定の動作部に近接する第２操作部で操作することにより、視覚によって力覚を補いつつ、特定の動作部の位置決めを正確に行うことができ、また、特定の動作部に繊細な動作を行わせることができる。
【００１４】
前記マニピュレータは、基端部から先端部に向かって延び、前記動作部を有するアームと、前記アームの基端部を支持する支持部と、をさらに備え、前記特定の動作部は前記アームの前記先端部に取り付けられ、前記第１操作部は、前記アームおよび前記支持部から離れた位置に設置され、前記第２操作部は、前記アームの前記先端部に取り付けられていてもよい。
【００１５】
上記マニピュレータによれば、第１操作部が上記マニピュレータから離れた位置に設置されていても、特定の動作部に近接した第２操作部を併用することにより、特定の動作部の位置決めを正確に行うことができ、また、特定の動作部に繊細な動作を行わせることができる。
【００１６】
前記マニピュレータは、前記第１操作部および第２操作部を、それぞれ独立して操作の有効／無効を切替え可能に構成してもよい。
【００１７】
上記マニピュレータによれば、操作入力を行いたい操作部を有効にし、不要な操作部を無効に切替える。操作者は有効な操作部を用いて操作入力を行い、動作部を動作させる。このように、不要な操作部を無効に設定することにより、該操作部からの不用意な操作入力やこれに基づく力覚提示装置の提示を排除できるために、作業の安全性が向上することになる。
【００１８】
前記マニピュレータには、操作入力を行っている第１操作部または第２操作部を検出可能な検出器を備えさせることも可能である。
【００１９】
上記マニピュレータによれば、操作者により操作入力が行われている第１操作部または第２操作部は、検出器により検出されることになる。かかる検出結果に基づき、操作者以外の者もマニピュレータの操作状況を把握することができる。その結果、操作者のみならず、それ以外の者の安全性を確保することが可能となる。
【００２０】
前記マニピュレータは、前記第１操作部および第２操作部は、いずれか一方が操作入力可能となっているときに他方が操作入力不能となるように構成してもよい。
【００２１】
上記マニピュレータによれば、使用する操作部のみについて操作入力ができるように設定すれば、不使用の操作部については操作入力及び力覚提示装置による提示が不能となるように設定される。操作者は操作可能に設定した操作部から操作入力を行って動作部を動作させる。
【００２２】
これにより、他の操作部からの操作入力はできなくなるために、該操作部からの不用意な操作入力等により、操作者が意図しない動作を動作部が行うというようなこともなくなる。よって、一連の作業の安全性が大幅に向上することになる。
【００２３】
前記マニピュレータは、操作入力可能な操作部を設定する際に、前記動作部がロックされるように構成してもよい。
【００２４】
上記マニピュレータによれば、操作部の設定時において動作部がロックされるために、該動作部がその自重により不用意に落下等するようなことはない。
【００２５】
前記マニピュレータは、前記第１操作部および第２操作部の少なくとも一方を、収納可能または着脱可能に構成することも可能である。
【００２６】
上記マニピュレータによれば、複数の操作部中、使用しない操作部は収納または取り外し、使用する操作部で操作入力を行って動作部を動作させる。これにより、不使用の操作部からの操作入力は排除されるために、作業の安全性が確保される。また、取り外した操作部から操作入力が行えるように設定すれば、作業内容に応じて最適な位置で操作入力することができることになる。
【００２７】
前記マニピュレータには、収納または取り外した操作部を検出可能な検出器を備えさせてもよい。
【００２８】
上記マニピュレータによると、操作部が収納されていたり、取り外されている場合は、これが検出器によって検出される。かかる検出結果に基づき、操作者以外の者もその時の操作状況を簡易に認識することが可能となる。これにより、操作者および操作者以外の者の安全性確保を図ることができる。
【００２９】
前記マニピュレータには、収納可能な操作部の収納状態または着脱可能な操作部の着脱状態を提示する提示手段を備えさせることも可能である。
【００３０】
上記マニピュレータによれば、操作部の収納または着脱状況を提示手段により、例えば視覚的または聴覚的に認識できるので、操作者のみならず、その他の者の現場等における安全性を確保し得ることになる。
【００３１】
前記マニピュレータには、前記第１操作部および前記操作部の少なくとも一方の使用状況を提示する提示手段を備えさせても構わない。
【００３２】
上記マニピュレータによると、例えば視覚的、聴覚的手段等からなる提示手段に基づいて、操作部の使用状況を簡易且つ的確に認識することができる。その結果、操作者及びそれ以外の者の安全性が確保される。
【００３３】
前記マニピュレータは、前記動作部による第１の動作を第１操作部により行わせると共に、前記動作部による第２の動作を第２操作部により行わせるように設定可能とすることもできる。
【００３４】
上記マニピュレータによれば、動作部が行う複数の動作中、各操作部が受け持つ動作を適切に設定することが可能となる。これにより、例えば、特定の動作部を広範囲に移動させたり、該動作部と操作者との干渉を回避しつつ動作を行える第１操作部と、正確な位置決めや特定の動作部に繊細な動作を行わしめるのに適した第２操作部、という各操作部の特性に応じた使い分けを良好に行うことができる。同時に、安全性の向上も図れる結果となる。
【００３５】
本発明に係るパワーアシスト装置は、前記マニピュレータを複数備えるものである。
【００３６】
このことにより、操作性に優れたマニピュレータを複数備えたパワーアシスト装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明によれば、マニピュレータおよびそれを複数備えたパワーアシスト装置において、操作性及び安全性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態では、本発明に係るマニピュレータの一例として、重量物や長大な物を運搬する際に作業者の作業を補うパワーアシストアーム１について説明する。なお、これらは実施例の一例であって本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
図１は、実施形態１に係るパワーアシストアーム１の構成を示す模式図である。図１に示すように、パワーアシストアーム１は、アーム２と、アーム２の基端部２ａが取り付けられた支持部３とを備えている。アーム２は、支持部３によって片持ち支持されている。支持部３は、鉛直方向に延びる支柱３ａと、水平方向に延び、支柱３ａの下端部が固定された支持台３ｂとを備えている。支柱３ａの上端部にはアーム２の基端部２ａが取り付けられている。なお、便宜上、以下の説明では、図１の左側を前側、右側を後側として説明する。
【００４０】
アーム２は、上腕部４、下腕部７および複数の動作部を備えている。本実施形態では、アーム２は、本発明に係る動作部として直動関節５、回転関節６およびハンド部８を備えている。本実施形態では、アーム２は、基端部２ａから先端部２ｂに向かって延びている。アーム２は、基端部２ａから先端部２ｂに向かって順に、上腕部４、直動関節５、回転関節６、下腕部７およびハンド部８がそれぞれ連結されることにより構成されている。なお、本実施形態では、ハンド部８が本発明に係る「特定の動作部」に該当するものとして説明する。
【００４１】
上腕部４の後端部（アーム２の基端部２ａ）は、支持部３の上端部に取り付けられている。上腕部４の前端部には直動関節５の固定部５ａが取り付けられている。直動関節５は固定部５ａと、可動部５ｂとにより構成されている。可動部５ｂの後端部は固定部５ａにスライド自在に支持されている。このような構成により、可動部５ｂが固定部５ａに対して前後方向にスライドすることにより、直動関節５は伸縮する。
【００４２】
直動関節５の可動部５ｂの前端部は回転関節６に取り付けられている。また、回転関節６には、下腕部７の基端部が取り付けられている。これにより、回転関節６は、直動関節５と下腕部７との間に設けられ、直動関節５と下腕部７とを相対回転自在に接続する。下腕部７の先端部にはハンド部８が取り付けられている。
【００４３】
ハンド部８は、下腕部７の先端部に固定された断面略Ｌ字状の板状体からなる固定部８ａと、可動部８ｂとにより構成されている。可動部８ｂは、固定部８ａの一方の面と対峙し、固定部８ａにスライド自在に接続されている。ハンド部８は、可動部８ｂが固定部８ａに対してスライドすることにより、開閉することとなる。このような動作により、ハンド部８は対象物を把持することとなる。
【００４４】
なお、固定部８ａの形状は、Ｌ字状に限定されず、把持することが可能となるようないかなる形状であってもよい。また、ハンド部８は、開閉動作により対象物を挟むだけでなく、例えば、つまむ、握る等の動作を行うものであってもよい。さらに、ハンド部８は、固定部８ａと可動部８ｂとにより構成されることに限定されない。そのため、可動部と可動部とにより構成されていてもよい。
【００４５】
また、パワーアシストアーム１は、第１操作部１１と、第２操作部１２とを備えている。第１操作部１１は支持部３に取り付けられており、本発明に係る「特定の動作部」としてのハンド部８から離れた位置にある。一方、第２操作部１２は、アーム２の先端部２ｂ（本実施形態では下腕部７）に取り付けられており、ハンド部８に近接した位置にある。
【００４６】
第１操作部１１は、直動関節５および回転関節６との操作入力を行うための操作ハンドル１３を備えている。操作ハンドル１３の構成は何ら限定されないが、本実施形態では、操作ハンドル１３は、操作盤１１ａにスライド自在かつ回転自在に取り付けられている。操作ハンドル１３の周囲には、６軸センサ１４が取り付けられている。６軸センサ１４は、操作者によって操作ハンドル１３に前後方向または回転方向の力が加えられると、その付加された力の大きさおよび方向を検知する。
【００４７】
第１操作部１１は、ハンド部８の操作入力を行うためのハンド操作入力部１５を備えている。ハンド操作入力部１５の構成は何ら限定されないが、本実施形態では、ハンド操作入力部１５は、水平方向に延びる板状体１５ａと、板状体１５ａの後端部の上面に設けられた筒状体からなる指入れ１５ｂとにより構成されている。板状体１５ａの指入れ１５ｂよりも前側には歪みゲージ１６が取り付けられている。歪みゲージ１６は、操作者によりハンド操作入力部１５に所定のＢ１方向（図３参照）の力が加えられると、その力と方向とを検知する。
【００４８】
第２操作部１２は、直動関節５および回転関節６との操作入力を行うための操作ハンドル９を備えている。操作ハンドル９の構成は何ら限定されないが、本実施形態では、操作ハンドル９は、操作盤１２ａにスライド自在かつ回転自在に取り付けられている。操作ハンドル９の周囲には、６軸センサ１０が取り付けられている。６軸センサ１０は、操作者によって操作ハンドル９に前後方向または回転方向の力が加えられると、その付加された力の大きさおよび方向を検知する。
【００４９】
第２操作部１２は、ハンド部８の操作入力を行うためのハンド操作入力部１７を備えている。ハンド操作入力部１７の構成は何ら限定されないが、本実施形態では、ハンド操作入力部１７もハンド操作入力部１５と同様に、水平方向に延びる板状体１７ａと、板状体１７ａの後端部の上面に設けられた筒状体からなる指入れ１７ｂとにより構成されている。板状体１７ａの指入れ１７ｂよりも前側には歪みゲージ１８が取り付けられている。歪みゲージ１８は、操作者によりハンド操作入力部１７に所定のＢ２（図３参照）方向の力が加えられると、その力と方向とを検知する。
【００５０】
図２に示すように、パワーアシストアーム１は、直動関節５を駆動する直動関節駆動装置２１と、直動関節５の動作に基づき、第１操作部１１に力覚を提示する直動関節力覚提示装置２２とを備えている。また、パワーアシストアーム１は、回転関節６を駆動する回転関節駆動装置２３と、回転関節６の動作に基づき、第１操作部１１に力覚を提示する回転関節力覚提示装置２４とを備えている。
【００５１】
直動関節駆動装置２１は、第１操作部１１の操作入力または第２操作部１２の操作入力に応じて直動関節５を伸縮させる。具体的には、操作ハンドル１３に対しＡ１方向に力を付加する様に入力する、または、操作ハンドル９に対しＡ２方向に力を付加する様に入力する。このような入力により、直動関節駆動装置２１は、直動関節５の可動部５ｂを前方または後方に移動させる。これにより、直動関節５は伸縮することとなる。
【００５２】
直動関節力覚提示装置２２は、直動関節５の伸縮動作に応じた力覚（伸縮速度、伸縮長さ、反力等）を第１操作部１１に伝達する。具体的には、直動関節力覚提示装置２２は、操作ハンドル１３を、直動関節５の伸縮速度および反力に応じた速度および力で、直動関節５の伸縮長さに応じた長さ分だけＡ１方向にスライドさせる。これにより、第１操作部１１に直動関節５の伸縮動作に応じた力覚（伸縮速度、伸縮長さ、反力等）を提示する。
【００５３】
回転関節駆動装置２３は、第１操作部１１の操作入力または第２操作部１２の操作入力に応じて回転関節６を回転させる。具体的には、操作ハンドル１３に対しＣ１方向に力を付加する様に入力する、または、操作ハンドル９に対しＣ２方向に力を付加する様に入力する。このような入力により、回転関節駆動装置２３は、回転関節６を回転させる。
【００５４】
回転関節力覚提示装置２４は、回転関節６の回転動作に応じた力覚（回転速度、回転角度、反力等）を第１操作部１１に伝達する。具体的には、回転関節力覚提示装置２４は、操作ハンドル１３を、回転関節６の回転速度および反力に応じた回転速度および力で、回転関節６の回転角度に応じた回転角度分だけＣ１方向に回転させる。これにより、第１操作部１１に回転関節６の回転動作に応じた力覚（回転速度、回転角度、反力等）を提示する。
【００５５】
さらに、図３に示すように、パワーアシストアーム１は、ハンド部８を駆動するハンド部駆動装置２５と、ハンド部８の動作に基づき、第１操作部１１に力覚を提示する第１ハンド部力覚提示装置２６と、ハンド部８の動作に基づき、第２操作部１２に力覚を提示する第２ハンド部力覚提示装置２７とを備えている。
【００５６】
ハンド部駆動装置２５は、第１操作部１１の操作入力または第２操作部１２の操作入力に応じてハンド部８を開閉させる。具体的には、ハンド操作入力部１５に対し、Ｂ１方向に力を付加する様に入力する、または、ハンド操作入力部１７に対し、Ｂ２方向に力を付加する様に入力する。このような入力により、ハンド部駆動装置２５は、ハンド部８の可動部８ｂをスライドさせる。これにより、ハンド部８は開閉することとなる。
【００５７】
第１ハンド部力覚提示装置２６は、ハンド部８の開閉動作に応じた力覚（開閉速度、開閉度合い、反力等）を第１操作部１１に伝達する。具体的には、ハンド操作入力部１５を、ハンド部８の開閉速度および反力に応じた速度および力で、ハンド部８の開閉度合いに応じた分だけＢ１方向にスライドさせることにより、第１操作部１１に力覚を提示する。
【００５８】
第２ハンド部力覚提示装置２７は、ハンド部８の開閉動作に応じた力覚（開閉速度、開閉度合い、反力等）を第２操作部１２に伝達する。具体的には、ハンド操作入力部１７を、ハンド部８の開閉速度および反力に応じた速度および力で、ハンド部８の開閉度合いに応じた分だけＢ２方向にスライドさせることにより、第２操作部１２に力覚を提示する。
【００５９】
以上がパワーアシストアーム１の全体構成である。次に、直動関節力覚提示装置２２、回転関節力覚提示装置２４、第１ハンド部力覚提示装置２６および第２ハンド部力覚提示装置２７について詳述する。
【００６０】
図４に示すように、直動関節力覚提示装置２２は、第１の油圧シリンダ３１および第２の油圧シリンダ４１を備えている。第１の油圧シリンダ３１は、シリンダ３３と、シリンダ３３内部を第１空間３４と第２空間３５とに仕切るピストン３６と、ピストン３６に取り付けられたピストンロッド３７により構成されている。第２の油圧シリンダ４１も第１の油圧シリンダ３１と同様に、シリンダ４３と、シリンダ４３内部を第３空間４４と第４空間４５とに仕切るピストン４６と、ピストン４６に取り付けられたピストンロッド４７により構成されている。第１の油圧シリンダ３１のシリンダ３３および第２の油圧シリンダ４１のシリンダ４３内には作動油が封入されている。
【００６１】
また、第１の油圧シリンダ３１の第１空間３４と第２の油圧シリンダ４１の第３空間４４とには第１配管３８が接続されており、第１空間３４と第３空間４４とは連通している。一方、第１の油圧シリンダ３１の第２空間３５と第２の油圧シリンダ４１の第４空間４５とには第２配管３９が接続されており、第２空間３５と第４空間４５とは連通している。また、ピストンロッド３７と直動関節５の可動部５ｂとは、リンク機構３７ａ等を介して接続されている。また、ピストンロッド４７と操作ハンドル１３とは、リンク機構４７ａ等を介して接続されている。
【００６２】
図５に示すように、回転関節力覚提示装置２４は、第１の油圧シリンダ５１と、第１のレバー５２と、第２の油圧シリンダ６１と、第２のレバー６２とを備えている。
【００６３】
第１の油圧シリンダ５１は、シリンダ５３と、シリンダ５３内部を第１空間５４と第２空間５５とに仕切るピストン５６と、ピストン５６に取り付けられたピストンロッド５７により構成されている。本実施形態では、ピストンロッド５７は、第１空間５４を貫く様に設けられている。シリンダ５３は、回転関節６のシャフト６ａと平行な方向に延びる軸５３ａに揺動自在に支持されている。シリンダ５３内には作動油が封入されている。
【００６４】
第２の油圧シリンダ６１は、シリンダ６３と、シリンダ６３内部を第３空間６４と第４空間６５とに仕切るピストン６６と、ピストン６６に取り付けられたピストンロッド６７により構成されている。本実施形態では、ピストンロッド６７は、第３空間６４を貫くように設けられている。シリンダ６３は、操作ハンドル１３の回転軸１３ａと平行な方向に延びる軸６３ａに揺動自在に支持されている。シリンダ６３内には作動油が封入されている。
【００６５】
第１の油圧シリンダ５１の第１空間５４と第２の油圧シリンダ６１の第３空間６４とには第１配管５８が接続されており、第１空間５４と第３空間６４とは連通している。一方、第１の油圧シリンダ５１の第２空間５５と第２の油圧シリンダ６１の第４空間６５とには第２配管５９が接続されており、第２空間５５と第４空間６５とは連通している。
【００６６】
なお、第１のレバー５２は棒状体からなり、回転関節６のシャフト６ａからピストンロッド５７に向かって延びている。第１のレバー５２は、ピストンロッド５７にピン５２ａを介して相対回転可能に接合されている。また、第１のレバー５２は、回転関節６の回転機構６ｂに相対回転不能に接続されている。
【００６７】
一方、第２のレバー６２は棒状体からなり、操作ハンドル１３の回転軸１３ａからピストンロッド６７に向かって延びている。第２のレバー６２は、ピストンロッド６７にピン６２ａを介して相対回転可能に接合されている。また、第２のレバー６２は、回転軸１３ａ回りに正逆回転自在な回転機構を構成する操作ハンドル１３に相対回転不能に接続されている。
【００６８】
なお、図５では、第１のレバー５２の端部とピストンロッド５７の端部とが接合されている状態を示している。しかし、第１のレバー５２とピストンロッド５７とはそれぞれ端部ではなく中途部において接合されていてもよい。また、第２のレバー６２とピストンロッド６７とも同様に中途部において接合されていてもよい。
【００６９】
図６に示すように、第１ハンド部力覚提示装置２６は、第１の油圧シリンダ７１および第２の油圧シリンダ８１を備えている。第１の油圧シリンダ７１は、シリンダ７３と、シリンダ７３内部を第１空間７４と第２空間７５とに仕切るピストン７６と、ピストン７６に取り付けられたピストンロッド７７とにより構成されている。第２の油圧シリンダ８１も第１の油圧シリンダ７１と同様に、シリンダ８３と、シリンダ８３内部を第３空間８４と第４空間８５とに仕切るピストン８６と、ピストン８６に取り付けられたピストンロッド８７とにより構成されている。
【００７０】
また、第１の油圧シリンダ７１の第１空間７４と第２の油圧シリンダ８１の第３空間８４とは第１配管７８を介して接続されている。第１の油圧シリンダ７１の第２空間７５と第２の油圧シリンダ８１の第４空間８５とは第２配管７９を介して接続されている。ピストンロッド７７とハンド部８の可動部８ｂとは、リンク機構７７ａ等を介して接続されている。また、ピストンロッド８７と第１操作部１１のハンド操作入力部１５の板状体１５ａとは、リンク機構８７ａ等を介して接続されている。
【００７１】
また、第２ハンド部力覚提示装置２７は、第１の油圧シリンダ１１１および第２の油圧シリンダ１２１を備えている。第１の油圧シリンダ１１１は、シリンダ１１３と、シリンダ１１３内部を第１空間１１４と第２空間１１５とに仕切るピストン１１６と、ピストン１１６に取り付けられたピストンロッド１１７とにより構成されている。第２の油圧シリンダ１２１も第１の油圧シリンダ１１１と同様に、シリンダ１２３と、シリンダ１２３内部を第３空間１２４と第４空間１２５とに仕切るピストン１２６と、ピストン１２６に取り付けられたピストンロッド１２７とにより構成されている。
【００７２】
また、第１の油圧シリンダ１１１の第１空間１１４と第２の油圧シリンダ１２１の第３空間１２４とは第１配管１１８を介して接続されている。第１の油圧シリンダ１１１の第２空間１１５と第２の油圧シリンダ１２１の第４空間１２５とは第２配管１１９を介して接続されている。ピストンロッド１１７とハンド部８の可動部８ｂとは、リンク機構１１７ａ等を介して接続されている。また、ピストンロッド１２７と第１操作部１１のハンド操作入力部１７の板状体１７ａとは、リンク機構１２７ａ等を介して接続されている。
【００７３】
以上が直動関節力覚提示装置２２、回転関節力覚提示装置２４、第１ハンド部力覚提示装置２６および第２ハンド部力覚提示装置２７の構成である。次に、パワーアシストアーム１の動作について説明する。なお、ここでは、動作の一例として、パワーアシストアーム１を用いて重量物５００の運搬を行う場合について説明する。
【００７４】
まず、図７（ａ）に示すように、操作者Ｘは、本実施形態において、本発明に係る特定の動作部であるハンド部８から離れた位置にある第１操作部１１の操作ハンドル１３を用いて、直動関節５を伸縮させ、回転関節６を回転させることにより、ハンド部８を重量物５００に近接させる。
【００７５】
具体的には、図２に示すように、直動関節５を伸縮させる際、操作者Ｘは、操作ハンドル１３に対してＡ１方向（前方または後方）に力を付加する。このとき、操作ハンドル１３に取り付けられた６軸センサ１４によりその力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは直動関節駆動装置２１に伝達される。直動関節駆動装置２１は、このデータに基づき、直動関節５の伸縮速度および伸縮長さを決定し、直動関節５の可動部５ｂを前方または後方に移動させる。これにより、直動関節５は伸縮させられることとなる。
【００７６】
一方、直動関節５が伸縮すると、直動関節力覚提示装置２２が駆動され、操作ハンドル１３がＡ１方向（前方または後方）にスライド移動する。これにより、操作者Ｘに直動関節５における力覚（伸縮の速度、伸縮長さ、反力等）を提示することができる。
【００７７】
具体的には、図４に示すように、直動関節５が伸縮すると、第１の油圧シリンダ３１のピストンロッド３７が直動関節５の可動部５ｂにリンクしてシリンダ３３の第１空間３４または第２空間３５側に移動する。これにより、第１の油圧シリンダ３１が伸縮する。
【００７８】
例えば、第１の油圧シリンダ３１が伸びると、第１配管３８を介して第１の油圧シリンダ３１の第１空間３４から第２の油圧シリンダ４１の第３空間４４に作動油が圧送されると共に、第２配管３９を介して第２の油圧シリンダ４１の第４空間４５から第１の油圧シリンダ３１の第２空間３５に作動油が圧送される。一方、第１の油圧シリンダ３１が縮むと、第２配管３９を介して第１の油圧シリンダ３１の第２空間３５から第２の油圧シリンダ４１の第４空間４５に作動油が圧送されると共に、第１配管３８を介して第２の油圧シリンダ４１の第３空間４４から第１の油圧シリンダ３１の第１空間３４に作動油が圧送される。
【００７９】
このような動作により、ピストン４６およびピストンロッド４７が油圧により第２の油圧シリンダ４１の第３空間４４または第４空間４５側へ押圧される。ここで、ピストンロッド４７は、操作ハンドル１３とリンク機構４７ａ等を介して接続されている。そのため、操作ハンドル１３は、ピストンロッド４７の移動にリンクしてＡ１方向（前方または後方）にスライド移動することとなる。
【００８０】
また、図２に示すように、回転関節６を回転させる際、操作者Ｘは、操作ハンドル１３に対してＣ１方向（周方向）に力を付加する。このとき、操作ハンドル１３に取り付けられた６軸センサ１４により力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは回転関節駆動装置２３（図２参照）に伝達される。回転関節駆動装置２３は、このデータに基づき、回転関節６の回転速度および回転角度等を決定し、回転関節６の回転機構６ｂを回転駆動する。これにより、回転関節６に接続された下腕部７およびハンド部８は旋回させられることとなる。
【００８１】
一方、回転関節６の回転機構６ｂが回転すると、回転関節力覚提示装置２４が駆動され、操作ハンドル１３がＣ１方向（周方向）に回転する。これにより、操作者Ｘに回転関節６における力覚（回転の速度、回転角度、反力等）を提示することができる。
【００８２】
具体的には、図５に示すように、回転機構６ｂが回転すると、第１のレバー５２が回転機構６ｂと共に回転する。第１の油圧シリンダ５１のピストンロッド５７は、第１のレバー５２の回転にリンクしてシリンダ５３の第１空間５４または第２空間５５側に移動する。これにより、第１の油圧シリンダ５１が伸縮することとなる。
【００８３】
第１の油圧シリンダ５１が伸びると、第１配管５８を介して第１の油圧シリンダ５１の第１空間５４から第２の油圧シリンダ６１の第３空間６４に作動油が圧送されると共に、第２配管５９を介して第２の油圧シリンダ６１の第４空間６５から第１の油圧シリンダ５１の第２空間５５に作動油が圧送される。一方、第１の油圧シリンダ５１が縮むと、第２配管５９を介して第１の油圧シリンダ５１の第２空間５５から第２の油圧シリンダ６１の第４空間６５に作動油が圧送されると共に、第１配管５８を介して第２の油圧シリンダ６１の第３空間６４から第１の油圧シリンダ５１の第１空間５４に作動油が圧送される。
【００８４】
このような動作により、第２の油圧シリンダ６１の一方の空間に作動油が圧送されると、ピストン６６およびピストンロッド６７は、油圧によって第３空間６４または第４空間６５側へ押圧されて移動する。これに伴い、第２のレバー６２は、ピストンロッド６７にリンクして回転する。前述したように、第２のレバー６２は回転機構を構成する操作ハンドル１３に相対回転不能に接続されている。そのため、第２のレバー６２の回転に伴い、操作ハンドル１３はＣ１方向に回転することとなる。
【００８５】
このようにして、直動関節５および回転関節６を動作させてハンド部８を重量物５００に近接させる。次に、操作者Ｘは、第１操作部１１のハンド操作入力部１５をＢ１方向に上下させることにより、ハンド部８を開閉させて重量物５００を把持させる。
【００８６】
まず、操作者Ｘは、図３に示すように、ハンド操作入力部１５の板状体１５ａに対してＢ１方向（上方または下方）に力を付加する。このとき、板状体１５ａに取り付けられた歪みゲージ１６により力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは、ハンド部駆動装置２５に伝達される。ハンド部駆動装置２５は、このデータに基づき、ハンド部８の開閉速度および開閉度合いを決定し、ハンド部８の可動部８ｂをスライド移動させる。これにより、ハンド部８は開閉することとなる。
【００８７】
一方、ハンド部８が開閉すると、第１ハンド部力覚提示装置２６が駆動され、ハンド操作入力部１５の板状体１５ａがＢ１方向（上方または下方）にスライド移動する。これにより、操作者にハンド部８における力覚（開閉の速度、開閉度合い、反力等）を提示することができる。
【００８８】
具体的には、図６に示すように、ハンド部８が開閉すると、第１の油圧シリンダ７１のピストンロッド７７がハンド部８の可動部８ｂにリンクしてシリンダ７３の第１空間７４または第２空間７５側に移動する。これにより、第１の油圧シリンダ７１が伸縮する。
【００８９】
第１の油圧シリンダ７１が伸びると、第１配管７８を介して第１の油圧シリンダ７１の第１空間７４から第２の油圧シリンダ８１の第３空間８４に作動油が圧送されると共に、第２配管７９を介して第２の油圧シリンダ８１の第４空間８５から第１の油圧シリンダ７１の第２空間７５に作動油が圧送される。一方、第１の油圧シリンダ７１が縮むと、第２配管７９を介して第１の油圧シリンダ７１の第２空間７５から第２の油圧シリンダ８１の第４空間８５に作動油が圧送されると共に、第１配管７８を介して第２の油圧シリンダ８１の第３空間８４から第１の油圧シリンダ７１の第１空間７４に作動油が圧送される。
【００９０】
このような動作により、ピストン８６およびピストンロッド８７が油圧によって第２の油圧シリンダ８１の第３空間８４または第４空間８５側へ押圧される。ここで、ピストンロッド８７は、ハンド操作入力部１５の板状体１５ａに接続されている。そのため、ハンド操作入力部１５は、ピストンロッド８７の移動によりＢ１方向（上方または下方）にスライド移動することとなる。
【００９１】
このようにして、ハンド部８を開閉させて重量物５００を把持させる。なお、重量物５００の中には、傷付き易いまたは把持可能な部分が小さい等の理由により、ハンド部８によって把持する際に繊細な動作が必要となるものがある。このような重量物５００をハンド部８に把持させる場合、以下のように操作することも可能である。
【００９２】
上述したように、ハンド部８に繊細な動作が要求される場合、図７（ｂ）に示すように、操作者Ｘは、動作部としてのハンド部８付近まで移動し、ハンド部８に近接した位置にある第２操作部１２を用いて直動関節５、回転関節６およびハンド部８を操作する。
【００９３】
具体的には、直動関節５を伸縮させる際、操作者Ｘは、操作ハンドル９に対してＡ２方向（前方または後方）に力を付加する。このとき、操作ハンドル９に取り付けられた６軸センサ１０によりその力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは直動関節駆動装置２１に伝達される。直動関節駆動装置２１は、このデータに基づき、直動関節５の伸縮速度および伸縮長さを決定し、直動関節５の可動部５ｂを前方または後方に移動させる。これにより、直動関節５は伸縮させられることとなる。
【００９４】
また、回転関節６を回転させる際、操作者Ｘは、操作ハンドル９に対してＣ２方向（周方向）に力を付加する。このとき、操作ハンドル９に取り付けられた６軸センサ１０により力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは回転関節駆動装置２３（図２参照）に伝達される。回転関節駆動装置２３は、このデータに基づき、回転関節６の回転速度および回転角度等を決定し、回転関節６の回転機構６ｂを回転駆動する。これにより、回転関節６に接続された下腕部７およびハンド部８は旋回させられることとなる。
【００９５】
さらに、ハンド部８を開閉させる際、操作者Ｘは、図３に示すように、ハンド操作入力部１７の板状体１７ａに対してＢ２方向（上方または下方）に力を付加する。このとき、板状体１７ａに取り付けられた歪みゲージ１８により力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは、ハンド部駆動装置２５に伝達される。ハンド部駆動装置２５は、このデータに基づき、ハンド部８の開閉速度および開閉度合いを決定し、ハンド部８の可動部８ｂをスライド移動させる。これにより、ハンド部８は開閉することとなる。
【００９６】
一方、ハンド部８が開閉すると、第２ハンド部力覚提示装置２７が駆動され、ハンド操作入力部１７の板状体１７ａがＢ２方向（上方または下方）にスライド移動する。これにより、操作者にハンド部８における力覚（開閉の速度、開閉度合い、反力等）を提示することができる。
【００９７】
具体的には、図６に示すように、ハンド部８が開閉すると、第１の油圧シリンダ１１１のピストンロッド１１７がハンド部８の可動部８ｂにリンクしてシリンダ１１３の第１空間１１４または第２空間１１５側に移動する。これにより、第１の油圧シリンダ１１１が伸縮する。
【００９８】
第１の油圧シリンダ１１１が伸びると、第１配管１１８を介して第１の油圧シリンダ１１１の第１空間１１４から第２の油圧シリンダ１２１の第３空間１２４に作動油が圧送されると共に、第２配管１１９を介して第２の油圧シリンダ１２１の第４空間１２５から第１の油圧シリンダ１１１の第２空間１１５に作動油が圧送される。一方、第１の油圧シリンダ１１１が縮むと、第２配管１１９を介して第１の油圧シリンダ１１１の第２空間１１５から第２の油圧シリンダ１２１の第４空間１２５に作動油が圧送されると共に、第１配管１１８を介して第２の油圧シリンダ１２１の第３空間１２４から第１の油圧シリンダ１１１の第１空間１１４に作動油が圧送される。
【００９９】
このような動作により、ピストン１２６およびピストンロッド１２７が油圧によって第２の油圧シリンダ１２１の第３空間１２４または第４空間１２５側へ押圧される。ここで、ピストンロッド１２７は、ハンド操作入力部１７の板状体１７ａに接続されている。そのため、ハンド操作入力部１７は、ピストンロッド１２７の移動によりＢ２方向（上方または下方）にスライド移動することとなる。
【０１００】
このようにして、ハンド部８に近接した位置にある第２操作部１２を用いて操作することにより、操作者Ｘは、ハンド部８の動作を目視しながら、ハンド部８に重量物５００を把持させることができる。また、第２操作部１２の操作ハンドル９を用いて、直動関節５を伸縮させ、回転関節６を回転させてハンド部８の位置を微調整することも可能である。
【０１０１】
ハンド部８に重量物５００を把持させた後、第１操作部または第２操作部を操作して、直動関節５を伸縮させ、回転関節６を回転させてハンド部８を所定の位置まで移動させる。そして、所定の位置においてハンド部８を開くと、重量物５００はハンド部８から離れ、所定の位置に載置される。このような動作により、重量物５００は所定の位置まで運搬される。
【０１０２】
以上のように、本実施形態に係るパワーアシストアーム１は、特定の動作部としてのハンド部８と、ハンド部８から離れた位置にある第１操作部１１とハンド部８に近接した位置にある第２操作部１２とを備えている。
【０１０３】
ここで、「離れた位置」とは、操作者Ｘが視覚によってハンド部８の動作の概略を確認することはできるが、ハンド部８の微細な動作を確認できない程度に離れた位置を言う。一方、「近接した位置」とは、操作者Ｘがハンド部８の微細な動作を視覚により確認できる程度に近接した位置を言う。
【０１０４】
本パワーアシストアーム１では、ハンド部８を広い範囲で移動させるような場合には、ハンド部８から離れた第１操作部１１を用いて各動作部（直動関節５、回転関節６、ハンド部８）を操作することにより、離れた位置からハンド部８の大きな動作を確認しつつ操作することができる。そのため、パワーアシストアーム１自体の動作の概略を把握しつつ、僅かな操作量でハンド部８を大きく動作させることができる。また、操作者Ｘがハンド部８から離れるため、ハンド部８と操作者Ｘとの干渉を懸念することなく迅速にハンド部８の動作を操作することができる。一方、正確な位置決めや繊細な動作が必要な場合には、ハンド部８に近接した第２操作部１２を用いて各動作部（直動関節５、回転関節６、ハンド部８）を操作する。これにより、近接した位置からハンド部８の動作を視覚により確認しつつ直動関節５、回転関節６を繊細に動作させてハンド部８の位置決めを正確に行うことができる。また、ハンド部８の動作を視覚により確認しつつ操作することにより、ハンド部８に繊細な動作を行わせることができる。
【０１０５】
また、本パワーアシストアーム１は、本発明に係る第１力覚提示装置としての直動関節力覚提示装置２２、回転関節力覚提示装置２４および第１ハンド部力覚提示装置２６を備えている。これにより、第１操作部１１には本発明にかかる動作部（直動関節５、回転関節６、ハンド部８）の各動作に基づく力覚（動作速度、動作度合い、反力等）が提示される。そのため、本パワーアシストアーム１によれば、特定の動作部としてのハンド部８から離れた位置にある第１操作部１１であってもハンド部８の操作を容易に行うことができる。また、ハンド部８以外の動作部（直動関節５、回転関節６）についても、動作に基づく力覚が第１操作部１１に提示されるため、第１操作部１１を用いて操作を容易に行うことができる。
【０１０６】
また、本パワーアシストアーム１は、第１ハンド部力覚提示装置２６だけでなく、第２ハンド部力覚提示装置２７を備えている。これにより、第２操作部１２にも、ハンド部８の開閉動作に基づく力覚（開閉速度、開閉度合い、反力等）が提示される。そのため、操作者Ｘは、第２操作部１２を操作する際、視覚だけでなく、第２操作部１２から出力される力覚を享受することができる。したがって、本パワーアシストアームによれば、ハンド部８の位置決めをより正確に行うことができ、また、ハンド部８により繊細な動作を行わせることができる。
【０１０７】
本パワーアシストアーム１では、第１操作部１１は、アーム２の基端部２ａが取り付けられた支持部３に設けられており、ハンド部８から離れた位置にある。また、第２操作部１２は、ハンド部８が取り付けられたアーム２の先端部２ｂに取り付けられており、ハンド部８に近接している。そのため、アーム２の基端部２ａまたは支持部３に取り付けられた第１操作部１１で上記動作部（ハンド部８、直動関節５、回転関節６）を操作することにより、アーム２の先端部２ｂに取り付けられた特定の動作部であるハンド部８を広範囲にわたって移動させることができる。一方、アーム２の先端部２ｂに取り付けられたハンド部８に近接する第２操作部１２で操作することにより、視覚によって力覚を補いつつ、ハンド部８に繊細な動作を行わせることができる。
【０１０８】
なお、本実施形態では、第１操作部１１は、支持部３に取り付けられていたが、第１操作部１１の設置位置はこれに限られない。例えば、アーム２の基端部２ａ（本実施形態では、上腕部４の後端部）に取り付けられていてもよい。このような場合であっても、第１操作部１１が設置された位置からパワーアシストアーム１全体の動作の概略を確認することが可能であり、ハンド部８を広範囲にわたって移動させることができる。
【０１０９】
また、第１操作部１１は、アーム２および支持部３から離れた位置に設置され、遠隔操作することとしてもよい。このような場合であっても、第２操作部１２を併用することにより、ハンド部８に繊細な動作を行わせることができる。また、第２操作部１２を併用してハンド部８以外の動作部（直動関節５、回転関節６）についても、微細な動作を行わせることにより、ハンド部８の位置決め動作を正確に行うことができる。
【０１１０】
なお、本実施形態では、力覚の提示に際し、作動液として油を用いる油圧アクチュエータを用いている。しかし、作動液は油に限定されない。そのため、油圧アクチュエータではなく、他の液体を用いた液圧アクチュエータを用いてもよい。
【０１１１】
また、直動関節力覚提示装置２２、回転関節力覚提示装置２４、第１ハンド部力覚提示装置２６および第２ハンド部力覚提示装置２７は、作動液として油を用いる液圧アクチュエータを用いたものでなくてもよい。例えば、直動関節５、回転関節６、ハンド部８の位置を検知する位置センサを各部に設け、モータ等の駆動装置を用いて電気的に力覚を提示するものであってもよい。また、直動関節５、回転関節６、本発明に係る特定の動作部としてのハンド部８の可動部８ｂと、第１操作部１１の操作ハンドル１３、第１操作部１１および第２操作部１２のハンド操作入力部１５，１７とを、リンク機構等を用いて直接接続することにより機械的に力覚を提示するものであってもよい。
【０１１２】
なお、本実施形態に係るパワーアシストアーム１は、本発明に係る動作部として直動関節５、回転関節６、ハンド部８を備えていた。しかし、動作部はこれらに限定されない。例えば、図８に示すように、他の動作部として上腕部４を捻るための捻り機構９１や、アーム２を上下方向に回動してアーム２を起伏させるための回転関節９２や、アーム２を水平方向に旋回させるための旋回機構９３を加え、これらの動作部と第１操作部１１との間に駆動装置および油圧アクチュエータを用いた力覚提示装置を備えていてもよい。
【０１１３】
このようなパワーアシストアーム１によれば、ハンド部８の可動範囲が広がるため、重量物の運搬等だけでなく、組み立て作業、除去・撤去作業等、多目的に使用可能となる。また、このような場合であっても、第１操作部１１と第２操作部１２を使い分けることにより、大きな動作と繊細な動作のいずれもが可能となる。
【０１１４】
また、本実施形態では、本発明に係る特定の動作部は、ハンド部８により構成されていた。しかし、本発明に係る特定の動作部はハンド部８に限られない。
【０１１５】
例えば、図９に示すように、ハンド部８に加え、回転関節６を特定の動作部とし、操作部２０を回転関節６に近接した位置に設けてもよい。このような場合、操作部２０には、回転関節６を操作するための操作ハンドル１９等の操作入力部を設けることが必要となる。そして、当該操作ハンドル１９と回転関節駆動装置２３とを接続し、また、必要に応じて、回転関節６の動作に基づく力覚を操作部２０に提示する力覚提示装置を設けてもよい。このような場合、回転関節６に繊細な動作を行わせることができるため、ハンド部８の位置移動を正確に行わせることが可能となる。
【０１１６】
また、図９では、ハンド部８に近接した第２操作部１２にはハンド操作入力部１７を設け、回転関節６に近接した操作部２０には操作ハンドル１９を設けていた。しかし、ハンド部８と回転関節６とが近い場合、ハンド部８に近接した第２操作部１２を設けずに、回転関節６に近接した位置のみに操作部２０を設け、当該操作部２０に回転関節６の操作を行うための操作ハンドル１９およびハンド部８の操作を行うためのハンド操作入力部１７を設けることとしてもよい。このような場合であっても、操作部２０を用いて、ハンド部８の動作状況を目視により確認しつつ操作入力を行うことができる。そのため、繊細な操作を行うことができる。
【０１１７】
さらに、本実施形態では、第２操作部１２は、第１操作部１１と同様に、操作ハンドル９とハンド操作入力部１７とを備えていた。しかし、図９に示すように、操作部２０として操作ハンドル１９を回転関節６付近に設けた場合、第２操作部１２に操作ハンドル９を設けなくともよい。このような場合であっても、特定の動作部としてのハンド部８に繊細な動作を行わせることができる。また、回転関節６とハンド部８とは比較的近い位置にあるため、ハンド部８の角度等を微調整したい場合は、操作ハンドル１９を用いることにより、ハンド部８の角度を視覚により確認しつつ操作することができる。
【０１１８】
さらに、本実施形態のパワーアシストアーム１は、第２ハンド部力覚提示装置２７を備えていたが、第２ハンド部力覚提示装置２７を備えていなくてもよい。第２ハンド部力覚提示装置２７を備えていない場合であっても、ハンド部８に近接した位置にある第２操作部１２を用いて操作することにより、ハンド部８の微細な動作を視覚で確認することができるため、繊細な操作を行うことができる。
【０１１９】
＜他の実施形態＞
なお、この種のマニピュレータにおける作業上の安全面を考慮した場合には、次のような種々の手段を備えさせるのが好ましい。
【０１２０】
まず、上記実施形態においては、両操作部１１、１２ともに操作入力ができるように構成している。しかるに、例えばこれら操作部１１，１２のいずれか一方、または両者共に操作入力不能とするために、各操作部１１，１２の操作の有効／無効を切替えられるように構成することも可能である。かかる操作の有効／無効の切替えは、例えば各操作ハンドル９、１３の先端部に押しボタンスイッチやトグルスイッチ等を設けて、これにより行うようにする。また、マニピュレータを総合的に管理する制御室内等において行うように構成してもよい。操作者Ｘは有効な操作部を用いて操作入力を行い、各動作部を動作させる。
【０１２１】
このように、使用しない操作部を無効に設定することにより、該操作部からの不用意な操作入力を完全に排除できるために、作業の安全性が向上することになる。特に、一方の操作部を殆ど操作せずに、他の操作部による操作を継続的に行うような場合に有用である。
【０１２２】
また、上記実施形態では、操作入力中の操作部を検出できるような手段は設けていない。しかし、操作入力を行っている操作部を検出可能な検出器を備えさせてもよい。
【０１２３】
かかる検出器による検出結果を、例えば前記操作盤１１ａ、１２ａ等に視覚的または聴覚的に提示する提示手段を設けておけば、操作者Ｘ以外の者もマニピュレータの操作状況を的確に把握することができる。その結果、操作者Ｘのみならず、それ以外の者の安全性も確保することが可能となる。
【０１２４】
さらに、操作入力可能な操作部を任意に設定できるように構成することも可能である。この場合は、例えば特定のまたは各操作部１１、１２により、操作入力可能な操作部の設定、及びそれ以外の操作部による操作入力を不能とする設定が行えるようにする。使用する操作部について操作入力ができるように設定すると、使用しない他の操作部については操作入力が不能となるように設定される。
【０１２５】
これにより、他の操作部からの操作入力はできなくなるために、該操作部からの不用意な操作入力等により、操作者Ｘが意図しない動作を動作部が行うというようなこともなくなる。よって、一連の作業の安全性が大幅に向上することになる。また、このような設定を操作部１１、１２自体で行えるようにすることにより、設定者たる操作者Ｘにかかる負担を軽減できて、作業の効率化が図れる。さらに、作業主体である操作者Ｘの意思が十分に反映された最適な状況下での操作が可能となる。
【０１２６】
また、この場合において、操作入力可能な操作部を設定する際には、動作部がロックされるように構成してもよい。このように、動作部がロックされれば、該動作部がその自重により不用意に落下等するようなことはない。
【０１２７】
さらに、上記実施形態とは異なり、各操作部１１、１２は例えば図１０に示すように収納可能に、または図１１に示すように着脱可能に構成することも可能である。前者の場合は、操作盤１１ａ、１２ａの一側面にロック機構（図示せず）を有する蝶番２００を設けてマニピュレータに回動自在に取付ける。不要時には破線で示すように操作盤１１ａ、１２ａを回動させて、操作入力ができないように回動した状態でロックして収納する。後者の場合は、各操作部１１、１２に接続される各種の配管や配線等は取り外せるように構成する。
【０１２８】
これによると、複数の操作部中、使用しない操作部は収納または取り外し、使用する操作部で操作入力を行って動作部を動作させる。これにより、不使用の操作部からの操作入力は排除されるために、作業の安全性が確保される。また、取り外した操作部から操作入力が行えるように設定すれば、作業内容に応じて最適な位置で操作入力することができることになる。この場合は、例えば各操作部１１、１２に接続される各種の配管や配線等を巻き取り可能なリール２０１を操作盤１１ａ、１２ａ等に設ける。
【０１２９】
また、このように操作部１１、１２を収納しまたは取り外せるようにした場合は、さらに収納または取り外した操作部を検出可能な検出器を備えさせると、一層安全性を高めることができる。
【０１３０】
これによると、収納または取り外された操作部は検出器によって検出される。かかる検出結果により、操作者以外の者の安全性を確保することもできる。
【０１３１】
また、操作部を収納または着脱可能に構成した場合は、その状況を提示するための提示手段を備えさせることも可能である。かかる提示手段としては、例えば視覚的或いは聴覚的手段等を挙げることができる。これにより、操作者のみならず、その他の者の現場等における安全性を確保し得ることになる。
【０１３２】
さらに、操作部の使用状況を提示するための提示手段を備えさせることも、安全面では大変有効な手段である。即ち、いずれの操作部が使用状態にあり、不使用の状態にあるのかを提示する手段である。これによると、かかる提示手段に基づいて操作部の使用状況を簡易に且つ的確に認識することができる。その結果、操作者及びそれ以外の者の安全性が確保されるのである。
【０１３３】
また、前記動作部による第１の動作を第１操作部１１により行わせると共に、前記動作部による第２の動作を第２操作部１２により行わせるように設定可能としてもよい。なお、この「第１の動作」および「第２の動作」の具体的な内容は、動作部が行い得る複数の動作の中から、操作者等が任意に選択して設定されることになる。
【０１３４】
このようにすると、動作部が行う複数の動作中、各操作部１１，１２が受け持つ動作を適切に設定することが可能となる。これにより、例えば、特定の動作部を広範囲に移動させたり、該動作部と操作者Ｘとの干渉を回避しつつ動作を行える第１操作部１１と、正確な位置決めや特定の動作部に繊細な動作を行わしめるのに適した第２操作部１２、という各操作部１１、１２の特性に応じた使い分けを良好に行うことができる。同時に、安全性の向上も図れる結果となる。
【０１３５】
《パワーアシスト装置》
図１２に示すように、本発明によれば、本パワーアシストアーム１を２つ用いることにより、双腕のパワーアシストアーム１を備えたパワーアシスト装置１００を提供することができる。当該パワーアシスト装置１００によれば、２つのパワーアシストアーム１を用いることにより、大きな動作と繊細な動作との両方を行わせることが可能なパワーアシスト装置１００を提供することができる。これにより人間の腕や手先の動作に近い動作を行わせることが可能となる。したがって、当該パワーアシスト装置１００によれば、操作性に優れたマニピュレータを複数備え、幅広い用途に用いることができるパワーアシスト装置を提供することができる。
【０１３６】
なお、図１０では、２つのパワーアシストアーム１の第１操作部１１はそれぞれの支持部３に取り付けられていたが、２つの第１操作部１１をまとめて１つの操作部として設置することも勿論可能である。また、パワーアシストアーム１を３つ以上備えたパワーアシスト装置を提供することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
以上説明したように、本発明は、マニピュレータおよびそれを備えたパワーアシスト装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】実施形態に係るパワーアシストアームの構成を示す図である。
【図２】直動関節および回転関節と第１操作部および第２操作部との関係を示す図である。
【図３】ハンド部と第１操作部および第２操作部との関係を示す図である。
【図４】直動関節力覚提示装置の詳細図である。
【図５】回転関節力覚提示装置の詳細図である。
【図６】第１ハンド部力覚提示装置および第２ハンド部力覚提示装置の詳細図である。
【図７】（ａ）は第１操作部使用時の動作図であり、（ｂ）は第２操作部使用時の動作図である。
【図８】変形例に係るパワーアシストアーム１の構成を示す模式図である。
【図９】変形例に係るパワーアシストアーム１の構成を示す図である。
【図１０】変形例に係る操作部の構成を示す平面図である。
【図１１】変形例に係る操作部の構成を示す正面図である。
【図１２】実施形態に係るパワーアシスト装置の構成図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１ パワーアシストアーム（マニピュレータ）
２ アーム
２ａ 基端部
２ｂ 先端部
３ 支持部
５ 直動関節（動作部）
６ 回転関節（動作部）
８ ハンド部（動作部、特定の動作部）
１１ 第１操作部
１２ 第２操作部
２０ 操作部（第２操作部）
２１ 直動関節駆動装置（駆動装置）
２２ 直動関節力覚提示装置（第１力覚提示装置）
２３ 回転関節駆動装置（駆動装置）
２４ 回転関節力覚提示装置（第１力覚提示装置）
２５ ハンド部駆動装置（駆動装置）
２６ 第１ハンド部力覚提示装置（第１力覚提示装置）
２７ 第２ハンド部力覚提示装置（第２力覚提示装置）
９１ 捻り機構（動作部）
９２ 回転関節（動作部）
９３ 旋回機構（動作部）
１００ パワーアシスト装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の動作部を含み、所定の動作を行う少なくとも一つ以上の動作部と、
操作者によって操作される少なくとも第１操作部および第２操作部と、
前記第１操作部または前記第２操作部の操作入力に基づき、前記動作部を駆動する駆動装置と、
前記動作部の動作に基づき、前記第１操作部に力覚を提示する第１力覚提示装置と、を備え、
前記第１操作部は前記特定の動作部から離れた位置にあり、前記第２操作部は前記特定の動作部に近接した位置にある、マニピュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のマニピュレータであって、
前記特定の動作部の動作に基づき、前記第２操作部に力覚を提示する第２力覚提示装置をさらに備える、マニピュレータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマニピュレータであって、
基端部から先端部に向かって延び、前記動作部を有するアームと、
前記アームの基端部を支持する支持部と、をさらに備え、
前記特定の動作部は前記アームの前記先端部に取り付けられ、
前記第１操作部は、前記アームの前記基端部または前記支持部に取り付けられ、
前記第２操作部は、前記アームの前記先端部に取り付けられている、マニピュレータ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のマニピュレータであって、
基端部から先端部に向かって延び、前記動作部を有するアームと、
前記アームの基端部を支持する支持部と、をさらに備え、
前記特定の動作部は前記アームの前記先端部に取り付けられ、
前記第１操作部は、前記アームおよび前記支持部から離れた位置に設置され、
前記第２操作部は、前記アームの前記先端部に取り付けられている、マニピュレータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
前記第１操作部および第２操作部は、それぞれ独立して操作の有効／無効を切替え可能に構成されている、マニピュレータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
操作入力を行っている第１操作部または第２操作部を検出可能な検出器を備える、マニピュレータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
前記第１操作部および第２操作部は、いずれか一方が操作入力可能となっているときに他方が操作入力不能となるように構成されている、マニピュレータ。
【請求項８】
請求項７記載のマニピュレータであって、
操作入力可能な操作部を設定する際に、前記動作部がロックされるように構成された、マニピュレータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
前記第１操作部および第２操作部の少なくとも一方は、収納可能または着脱可能に構成された、マニピュレータ。
【請求項１０】
請求項９記載のマニピュレータであって、
収納または取り外した操作部を検出可能な検出器を備える、マニピュレータ。
【請求項１１】
請求項９または１０記載のマニピュレータであって、
収納可能な操作部の収納状態または着脱可能な操作部の着脱状態を提示する提示手段を備えた、マニピュレータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
前記第１操作部および前記操作部の少なくとも一方の使用状況を提示する提示手段を備えた、マニピュレータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
前記動作部による第１の動作を第１操作部により行わせると共に、前記動作部による第２の動作を第２操作部により行わせるように設定可能とした、マニピュレータ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つに記載のマニピュレータを複数備えるパワーアシスト装置。
【請求項１】
特定の動作部を含み、所定の動作を行う少なくとも一つ以上の動作部と、
操作者によって操作される少なくとも第１操作部および第２操作部と、
前記第１操作部または前記第２操作部の操作入力に基づき、前記動作部を駆動する駆動装置と、
前記動作部の動作に基づき、前記第１操作部に力覚を提示する第１力覚提示装置と、を備え、
前記第１操作部は前記特定の動作部から離れた位置にあり、前記第２操作部は前記特定の動作部に近接した位置にある、マニピュレータ。
【請求項２】
請求項１に記載のマニピュレータであって、
前記特定の動作部の動作に基づき、前記第２操作部に力覚を提示する第２力覚提示装置をさらに備える、マニピュレータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマニピュレータであって、
基端部から先端部に向かって延び、前記動作部を有するアームと、
前記アームの基端部を支持する支持部と、をさらに備え、
前記特定の動作部は前記アームの前記先端部に取り付けられ、
前記第１操作部は、前記アームの前記基端部または前記支持部に取り付けられ、
前記第２操作部は、前記アームの前記先端部に取り付けられている、マニピュレータ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のマニピュレータであって、
基端部から先端部に向かって延び、前記動作部を有するアームと、
前記アームの基端部を支持する支持部と、をさらに備え、
前記特定の動作部は前記アームの前記先端部に取り付けられ、
前記第１操作部は、前記アームおよび前記支持部から離れた位置に設置され、
前記第２操作部は、前記アームの前記先端部に取り付けられている、マニピュレータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
前記第１操作部および第２操作部は、それぞれ独立して操作の有効／無効を切替え可能に構成されている、マニピュレータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
操作入力を行っている第１操作部または第２操作部を検出可能な検出器を備える、マニピュレータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
前記第１操作部および第２操作部は、いずれか一方が操作入力可能となっているときに他方が操作入力不能となるように構成されている、マニピュレータ。
【請求項８】
請求項７記載のマニピュレータであって、
操作入力可能な操作部を設定する際に、前記動作部がロックされるように構成された、マニピュレータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
前記第１操作部および第２操作部の少なくとも一方は、収納可能または着脱可能に構成された、マニピュレータ。
【請求項１０】
請求項９記載のマニピュレータであって、
収納または取り外した操作部を検出可能な検出器を備える、マニピュレータ。
【請求項１１】
請求項９または１０記載のマニピュレータであって、
収納可能な操作部の収納状態または着脱可能な操作部の着脱状態を提示する提示手段を備えた、マニピュレータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
前記第１操作部および前記操作部の少なくとも一方の使用状況を提示する提示手段を備えた、マニピュレータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載のマニピュレータであって、
前記動作部による第１の動作を第１操作部により行わせると共に、前記動作部による第２の動作を第２操作部により行わせるように設定可能とした、マニピュレータ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つに記載のマニピュレータを複数備えるパワーアシスト装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２８８９３（Ｐ２００９−２８８９３Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６５７８３（Ｐ２００８−１６５７８３）
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
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