マニピュレータの操作評価装置及びこれを備えたパワーアシスト装置
【課題】マニピュレータの操作性を客観的に評価することのできる操作評価装置と、これを備えたパワーアシスト装置を提供する。
【解決手段】操作者により操作される操作部１、２と、該操作部１、２の操作入力に基づいて複数の動作を行う動作部１１とを備えたマニピュレータに於いて、前記操作部１、２によるマニピュレータの操作性を評価するための操作評価装置であって、前記動作部１１を基準位置から目標位置にまで到達させる一の動作を行わせるために要した操作部１、２の操作時間と、前記動作部１１が到達した位置と目標位置との差と、前記操作部１、２の操作入力に、前記動作部１１に他の動作を行わせるための操作入力が付加された場合に於いて該付加された操作入力量とを評価要素としてマニピュレータの操作性を評価する評価手段を備えている。
【解決手段】操作者により操作される操作部１、２と、該操作部１、２の操作入力に基づいて複数の動作を行う動作部１１とを備えたマニピュレータに於いて、前記操作部１、２によるマニピュレータの操作性を評価するための操作評価装置であって、前記動作部１１を基準位置から目標位置にまで到達させる一の動作を行わせるために要した操作部１、２の操作時間と、前記動作部１１が到達した位置と目標位置との差と、前記操作部１、２の操作入力に、前記動作部１１に他の動作を行わせるための操作入力が付加された場合に於いて該付加された操作入力量とを評価要素としてマニピュレータの操作性を評価する評価手段を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者によるマニピュレータの操作性を評価するための操作評価装置、及びこれを備えたパワーアシスト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、マニピュレータが存在する。かか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】
また、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。更に、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も存在する（特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、この種の産業機械等に於いては、その操作性を評価するために各種の操作評価装置が開発されている。例えば、自動車の運転操作を評価するものや（特許文献２参照）、宇宙ロボットの遠隔操作を評価する装置である（特許文献３参照）。その評価結果は、機械の改善のための貴重な資料等として有効利用されており、操作性の向上に大いに貢献している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４５４６４号公報
【特許文献２】特開２００３−２２０８７２号公報
【特許文献３】特開平６−１８２６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マニピュレータの操作に関して、その操作性を評価するような装置は存在しないのが実情であり、操作者の操作感等に基づいて改善を行うに止まっていた。このため、マニピュレータが有する特性を考慮した専用の操作評価装置の開発が強く要請されていたのである。
【０００７】
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、マニピュレータの操作性を客観的に評価することのできる操作評価装置と、これを備えたパワーアシスト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るマニピュレータは、操作者により操作される操作部と、該操作部の操作入力に基づいて複数の動作を行う動作部とを備えたマニピュレータに於いて、前記操作部によるマニピュレータの操作性を評価するための操作評価装置であって、前記動作部を基準位置から目標位置にまで到達させる一の動作を行わせるために要した操作部の操作時間と、前記動作部が到達した位置と目標位置との差と、前記操作部の操作入力に、前記動作部に他の動作を行わせるための操作入力が付加された場合に於いて該付加された操作入力量と、を評価要素としてマニピュレータの操作性を評価する評価手段を備えたものである。
【０００９】
このような操作評価装置では、マニピュレータの各動作部を基準位置から目標位置に動作させるように操作者により操作部が操作される。そして、その操作に要した操作時間、動作部が到達した位置と目標位置との差、及び動作部に他の動作を行わせるための操作入力が付加された場合に於いて該付加された操作入力量とを評価要素として、評価手段によりマニピュレータの操作性が評価される。かかる評価結果に基づいて、操作部の一連の操作に於ける操作性の良否を客観的に評価できるばかりではなく、これを考慮した操作部の適切な改善によって、操作性の更なる向上を図ることが可能になる。
【００１０】
また、前記評価要素に、操作者による操作部の操作感を加えて評価してもよい。
【００１１】
実際の操作による数値的な評価要素だけではなく、このように操作者の操作感という主観的な評価要素を加味することにより、評価手段による操作性の評価をより現実の操作に即したものとすることができる。
【００１２】
更に、前記評価手段は、前記評価要素を演算処理する演算部と、該演算部による処理データを所定の評価値として出力する評価部とを備えるようにしても構わない。
【００１３】
この場合、操作部の操作によって生じた各評価要素は、評価手段の演算部により演算処理された後、その処理データは評価部により所定の評価値とされて出力される。これにより、操作部の操作性を評価値に基づいて定量的に評価することができる。
【００１４】
また、前記評価手段は、任意の評価要素又は全評価要素について評価し得るように構成してもよい。
【００１５】
このように、任意又は全評価要素について選択的に評価できるようにすれば、例えば改善すべき事項等に関連する評価要素のみについて評価することにより、より適切な評価結果を得ることができて、改善の便宜に大いに供し得ることになる。
【００１６】
更に、前記評価部による評価値は、処理データの演算によって算出された人の消費エネルギとしてもよい。この場合の消費エネルギは、評価要素たる目標位置との差と操作入力量とを乗じた数値を、予め設定した操作部の操作基準時間から操作時間を減じた数値で除して算出されるものである。
【００１７】
これによると、評価値が人の消費エネルギという客観的数値として算出されるために、より定量的な評価結果を得ることができる。
【００１８】
また、前記評価部は、改善すべき操作事項に対応する前記特定の評価要素について、重み係数を乗じて人の消費エネルギを算出するように構成することも可能である。
【００１９】
このように、特定の評価要素に重み係数を乗じて人の消費エネルギを算出させることにより、改善すべき操作部の操作性について最適な改善を図ることが可能になる。
【００２０】
更に、前記人の消費エネルギを前記操作感で除した数値を評価値としてもよい。
【００２１】
このように、人の消費エネルギを操作感で除したものを評価値とすることにより、操作者の操作感を十分に反映した適切な評価を得ることができる。
【００２２】
また、操作評価装置には、前記評価を視覚的及び／又は聴覚的に認識し得る提示手段を備えさせても構わない。
【００２３】
これによると、視覚的や聴覚的な提示手段による提示に基づいて、操作者等は操作性の評価を簡易且つ的確に認識することができる。
【００２４】
更に、前記操作部は、操作者が把持可能な操作ハンドルと、該操作ハンドルを手で把持しつつ指で操作可能な操作レバーとを備えるようにしてもよい。
【００２５】
これによると、操作ハンドル及び操作レバーについて、その操作性を評価することができる。
【００２６】
また、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備えるものである。
【００２７】
このことにより、操作性に優れたマニピュレータを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】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、マニピュレータの操作性の良否を客観的に評価することができる。また、この評価結果に基づいて、操作部等のマニピュレータの各部を改善することにより、操作性の更なる向上が図れる。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るパワーアシスト装置の一実施形態を図面に従って説明する。図１は操作部１が装着された一方のパワーアシスト装置Ａを示す模式図であり、図２は操作部２が装着された他方のパワーアシスト装置Ｂを示す模式図である。尚、これら各パワーアシスト装置Ａ、Ｂの主要部分は略同様に構成されており、操作部１、２のみが相違している。従って、同様の構成からなる各構成部材については同様の符号を付して、以下説明することとする。
【００３０】
上記各図に示すように、パワーアシスト装置Ａ、Ｂは、設置面に固定される支持台３と、該支持台３に前後に所定間隔を有して立設された支柱４と、該支柱４の上端部に第１回動関節５を介して回動自在に設けられたアーム６と、該アーム６の先端部に直動関節７及び第２回動関節８を介して伸縮自在且つ回動自在に設けられたハンド９と、該ハンド９の先端部に設けられたフィンガー１０とを備えている。かかるアーム６、ハンド９及びフィンガー１０が動作部１１を構成している。また、前記各操作部１、２は直動関節７に固定されている。
【００３１】
前記直動関節７は、アーム６の先端部に固定される固定部７ａと、伸縮するように固定部７ａにスライド自在に嵌入される可動部７ｂとからなっている。また、直動関節７の下方位置に前記各操作部１、２が配されている。
【００３２】
前記フィンガ−１０は、ハンド７の先端部に固定されるフィンガー本体１０ａと、該フィンガー本体１０ａに交差させて対向配置される一対の把持部１０ｂ、１０ｃとを有しており、開閉自在となるべく一方の把持部１０ｃは他方の把持部１０ｂ側にスライド移動するように構成されている。
【００３３】
＜操作部＞
次に、一方のパワーアシスト装置Ａの操作部１について説明する。操作部１は、図１に示すように、前記アーム６及びハンド８を操作するための操作ハンドル２０と、フィンガー１０を操作するための操作レバー２１と、該操作レバー２１及び操作ハンドル２０が取付けられる操作盤２２とを備えている。
【００３４】
操作ハンドル２０は、左右水平方向に延びる棒状のハンドル本体２３と、該ハンドル本体２３の基端部にフランジ２４を介して取付けられて、前記操作盤２２に固定される６軸力覚センサ２５とからなっている。この力覚センサ２５は、ハンドル本体２３に作用した上下、前後及び回動方向の操作力の大きさ、方向等を検知することが可能である。
【００３５】
操作レバー２１は、前後方向に配された板状のレバー本体２６と、該レバー本体２６の後部側上面に設けられた筒状体２７と、該筒状体２７の前方に位置する前記レバー本体２６の前方側上面に設けられた歪ゲージ２８とを備えている。筒状体２７には、操作者が手でハンドル本体２３を把持した状態で、その指先を挿入することも可能である。歪ゲージ２８は、指によりレバー本体２６に上下方向の力が作用すると、その力の大きさ及び方向を検知することができる。
【００３６】
次に、他方のパワーアシスト装置Ｂの操作部２について説明する。操作部２も同様、図２に示すように、アーム６及びハンド９を操作するための操作ハンドル４０と、フィンガー１０を操作するための操作レバー４１と、該操作レバー４１及び操作ハンドル４０が取付けられる操作盤４２とを備えている。
【００３７】
操作ハンドル４０は、左右水平方向に延びる棒状のハンドル本体４３と、該ハンドル本体４３の基端部にフランジ４４を介して取付けられて、前記操作盤４２に固定される力覚センサ４５とからなっている。力覚センサ４５は前記一方の操作部１と同様のものである。ハンドル本体４３の略中央部には、これに略直交させて補助棒４６が上下方向に設けられており、この点は前記操作部１のハンドル本体２３と相違する。
【００３８】
操作レバー４１は、上下方向に配した板状のレバー本体４７と、その上部側に所定間隔を有して対向配置された上下一対の押圧片４８、４９と、下部側に所定間隔を有して対向配置された一対の押圧補助片５０、５１と、前記レバー本体４７の前面に設けられた歪ゲージ５２とからなり、上側の押圧補助片５０は内向きに延長されて、操作盤４２に固定されている。尚、実際に操作をするに当たっては、例えば操作者がハンドル本体４３を把持しつつ、その人差指を押圧片４８、４９間に挿入すると共に、押圧補助片５０、５１間に親指を挿入して、前記フィンガー１０の開閉操作を行う。また、補助棒４６は人差指と中指間で挟むように保持される。尚、歪ゲージ５２は人差し指により各押圧片４８、４９に力が作用すると、その力及び方向を検知することができる。
【００３９】
＜駆動装置・力覚提示装置＞
図３に示すように、アーム６の直動関節７は直動関節駆動装置６０により駆動され、第１回動関節５は第１回動関節駆動装置６１により夫々駆動される。ハンド９の第２回動関節８は第２回動関節駆動装置６２により駆動され、フィンガー１０はフィンガー駆動装置６３により駆動される。また、直動関節７の動作に基づいて操作部１、２の操作ハンドル２０、４０に力覚を提示する直動関節力覚提示装置６４と、第１回動関節５の動作に基づいて操作部１、２の操作ハンドル２０、４０に力覚を提示する第１回動関節力覚提示装置６５と、第２回動関節８の動作に基づいて操作部１、２の操作ハンドル２０、４０に力覚を提示する第２回動関節力覚提示装置６６と、フィンガー１０の動作に基づいて操作レバー２１、４１に力覚を提示するフィンガー力覚提示装置６７とを備えている。
【００４０】
直動関節駆動装置６０は、操作部１又は操作部２に於ける操作ハンドル２０、４０の操作入力を演算処理する演算部１２０からの電気信号に応じて、直動関節７を伸縮させる。即ち、操作者により操作ハンドル２０、４０の前後方向に加えられた力に追従するようにして、直動関節駆動装置６０は直動関節７の可動部７ｂを前後方向に移動させる。
【００４１】
各回動関節駆動装置６１、６２は、操作部１又は操作部２に於ける操作ハンドル２０、４０の操作入力を演算処理する演算部１２０からの電気信号に応じて、各回動関節５、８を回動させる。即ち、操作ハンドル２０、４０のハンドル本体２３、４３に作用した上下鉛直方向の力の大きさに応じて、第１回動関節５が上下方向に所定角度回動する。また、ハンドル本体２３、４３に作用した前後方向の回動力の大きさに応じて、第２回動関節８が上下方向に所定角度回動する。
【００４２】
フィンガー駆動装置６３は、操作部１又は操作部２の操作入力を演算処理する演算部１２０からの電気信号に応じて、フィンガー１０の把持部１０ｂ、１０ｃを開閉させる。即ち、操作部１では、操作者が操作レバー２１の筒状体２７内に指を挿入した状態で、その上面部側を押し上げると、把持部１０ｃが把持部１０ｂから離反するように移動して開放される。一方、筒状体２７の下面部側を押し下げると、把持部１０ｃが把持部１０ｂに接近するように移動して閉鎖される。また、他方の操作部２では、例えば操作者の人差指で上側の押圧片４８を押し上げると把持部１０ｂ、１０ｃが開放されるように離反し、下側の押圧片４９を押し下げると把持部１０ｂ、１０ｃが閉鎖されるように接近することになる。
【００４３】
直動関節力覚提示装置６４は、直動関節７の伸縮動作に応じた伸縮長さに基づく力覚を操作部１、２に伝達する。具体的には、直動関節力覚提示装置６４は、操作ハンドル２０、４０を、直動関節７の伸縮長さに応じた長さ分だけ前後方向に変位させる。これにより、各操作部１、２の操作ハンドル２０、４０に、直動関節７の伸縮に応じた力覚が提示される。
【００４４】
各回動関節力覚提示装置６５、６６は、各回動関節５、８の回動動作に応じた回動角度に基づく力覚を第１及び第２操作部１、２の操作ハンドル２０、４０に伝達する。具体的には、第１回動関節力覚提示装置６５は、操作ハンドル２０、４０を第１回動関節５の回動角度に応じた長さ分だけ、その回動方向に対応する上下何れかの方向に変位させる。また、第２回動関節力覚提示装置６６は、操作ハンドル２０、４０を第２回動関節８の回動角度に応じた角度分だけ、その回動方向に回動させる。これにより、第１及び操作部１、２の各操作ハンドル２０、４０に回動関節５、８の回動動作に応じた力覚が提示される。
【００４５】
フィンガー力覚提示装置６７は、把持部１０ｃの開閉動作に応じたその移動量に基づく力覚を操作レバー２１、４１に伝達する。具体的には、フィンガー力覚提示装置６７は、操作レバー２１、４１を、把持部１０ｃの移動量に応じた長さ分だけ上下方向に変位させる。これにより、各操作部１、２の操作レバー２１、４１に、把持部１０ｃの移動量に応じた力覚が提示される。
【００４６】
尚、これらの各力覚提示装置６４乃至６７は、基本的には同様に構成されており、また従来より存在する公知のものである。このため具体的な説明は省略し、一例としてパワーアシスト装置Ｂの直動関節力覚装置６４について、その概略を説明するに止める。
【００４７】
即ち、直動関節力覚装置６４は、図４に示すように、ピストンロッド７０がリンク機構７１等を介して直動関節７の可動部７ｂに接続された第１油圧シリンダ７２と、ピストンロッド７３がリンク機構７４等を介して操作ハンドル４０のハンドル本体４３に接続された第２油圧シリンダ７５とを有している。また、第１油圧シリンダ７２の押側ポートと第２油圧シリンダ７５の引側ポートとは第１配管７６により接続される一方で、第１油圧シリンダ７２の引側ポートと第２油圧シリンダ７５の押側ポートとは第２配管７７により接続されている。かかる直動関節力覚装置６４は、直動関節７が伸縮すると駆動されて、各油圧シリンダ７２、７５及びリンク機構７１、７４を介して前記ハンドル本体４３が前方又は後方に変位する。これにより、直動関節７に於ける力覚が操作者に提示されることになる。このように、アーム６の伸縮動作に於ける力覚を享受することができるために、良好な操作性を確保することが可能となる。
【００４８】
＜操作評価装置＞
操作評価装置９０は、図３に示すように、操作入力に関してパワーアシスト装置Ａ、Ｂの力覚センサ２５、４５により変換された信号を演算して、操作入力データ及びパワーアシスト装置Ａ、Ｂの各動作部１１の位置データ等を処理するための演算部９１と、該演算部９１からの各データを所定の評価値に変換して出力するための評価部９２とを備えている。演算部９１からは、演算処理された前記動作部１１の位置情報や、速度情報等がモニタ等の提示手段９３により操作者に出力表示される。また、評価部９２から出力された評価値も同様に提示手段９３に出力表示される。これにより、操作者は操作性の評価を簡易且つ的確に認識することができる。
【００４９】
実際に各操作部１、２についての操作評価をするに当たり、その評価要素としたのは、アーム６の第１回動関節５による上下回動操作、アーム６の直動関節７による前後伸縮操作、ハンド９の第２回動関節８による上下回動操作、フィンガー１０の開閉操作に於いて、動作部１１であるアーム６、ハンド９及びフィンガー１０を夫々目標位置に到達させるために要した操作時間と、実際に到達した位置と目標位置までの差と、前記何れかの操作中に他の操作を行わせるための操作入力が付加された場合に於いて、この付加された操作入力量と、操作終了後に於ける操作者の操作感である。
【００５０】
評価部９２による評価値は、人の消費エネルギとして出力される。かかる人の消費エネルギは、他の操作により付加された操作入力量と目標位置までの差を乗じたものを、基準操作時間として設定した６０秒から実際の操作時間を減じた値で除して算出される。また、人の消費エネルギを操作感で除した数値も評価値として算出される。
【００５１】
＜操作基準＞
前記アーム６の上下回動操作については、例えば図１に示すように、先端部側周面にマーカー１００を有して前記第２回動関節８の回動軸８ａに突設された棒状体１０１と、その側方に配され、且つ上下方向に所定間隔を有して一対の基準マーカー１０２、１０３を有するポール１０４を基準にして行う。また、アーム６の伸縮操作については、例えば直動関節７の固定部７ａに前後方向に所定間隔を有して設けられた一対の基準マーカー１０５、１０６と、可動部７ｂに設けたマーカー１０７とを基準にして行う。更に、ハンド９の上下回動操作については、第２回動関節８の回動軸８ａに設けられたマーカー１０８と、回動軸８ａを回動自在に保持する関節本体８ｂの端面に所定間隔を有して同心円上に設けられた一対の基準マーカー１０９、１１０を基準にして行う。また、フィンガー１０の開閉操作については、フィンガー本体１０ａの一側面に所定間隔を有して設けられた一対の基準マーカー１１１、１１２と、可動する一方の把持部１０ｃの側面に設けられたマーカー１１３とを基準にして行う。これらは、操作者が全て目視できるように構成されている。
【００５２】
尚、各操作を開始するに際して、パワーアシスト装置Ａ、Ｂの基準となる各部の配置は、図１及び図２に示すように、アーム６及びハンド９が水平であり、この状態で第２回動関節８の回動軸８ａに設けた棒状体１０１は、ポール１０４の基準マーカー１０２、１０３の中間位置に配され、第２回動関節８の回動軸８ａに設けたマーカー１０８は、関節本体８ｂの基準マーカー１０９、１１０の中間位置に配される。また、直動関節７の可動部７ｂのマーカー１０７は、固定部７ａの基準マーカー１０５、１０６の中間位置に配される。更に、フィンガー１０の一方の把持部１０ｃのマーカー１１３は、フィンガー本体１０ａの基準マーカー１１１、１１２の中間位置に配される。
【００５３】
＜操作手順＞
先ず、操作者は操作ハンドル２３、４３を手で把持しつつ、これを引上げるように力を加えてアーム６を上向きに回動させる。そして、第２回動関節８に設けた棒状体１０１のマーカー１００と、ポール１０４の上側の基準マーカー１０２とが一致した時点で、操作ハンドル２３、４３への入力を停止する。かかる操作に要した操作時間は、演算部１２０により演算処理された後、電気信号として操作評価装置９０の演算部９１に送られる。その後、マーカー１００を元の中間位置に戻すように操作ハンドル２３、４３に下向きの力を加える。次に、操作ハンドル２３、４３を引き下げるように力を加えて、マーカー１００と下側の基準マーカー１０３とが一致した時点で入力を停止する。かかる操作に要した操作時間も同様に、演算部１２０により演算処理される。このようにして処理された両操作時間は、操作評価装置９０の演算部９１に送られて合計され、これが操作時間についての実測値として秒単位で出力される。
【００５４】
また、実際の操作に於いては、マーカー１００が基準マーカー１０２、１０３にまで到達しなかったり、或いはこれを越えてしまうような場合もある。この場合は、その差が角度差として演算部１２０により演算処理され、その演算値が絶対値として操作評価装置９０の演算部９１に送られて合計される。これが目標位置との差についての実測値としてラジアン単位で出力される。更に、その演算結果に基づいて実際に到達したマーカー１００の位置や操作ハンドル２３、４３の操作速度等の情報が提示手段に送られて出力表示される。
【００５５】
更に、操作者が実際には操作ハンドル２３、４３を鉛直方向に上下動させたつもりでいても、通常は前後方向や回動方向の力が同時に付加入力されてしまう。このような入力は、作業の正確性を期す上で好ましいものではないため、極力排除すべきものである。この点を考慮して、アーム６の回動操作に於ける評価には、他の操作、即ちアーム６の前後伸縮操作、ハンド９の上下回動操作及びフィンガー１０の開閉操作に於いて、アーム６の回動させるべく操作ハンドル２０、４０に付加された上下方向の力が計測される。即ち、かかる操作入力量（以下、「他の操作により付加された操作入力量」という）が演算部１２０により演算処理され、これらの他の操作により付加された操作入力量は、操作評価装置９０の演算部９１で合計された後に１／１００を乗じて、これが他の操作により付加された操作入力量についての実測値としてニュートン単位で出力される。
【００５６】
尚、アーム６の前後伸縮操作、ハンド９の上下回動操作、及びフィンガー１０の開閉操作についても、同様にして操作時間、目標位置までの差、及び他の操作により付加された操作入力量に関する演算値が、操作評価装置９０の演算部９１で更に演算処理されて実測値が算出される。但し、アーム６の前後伸縮操作とフィンガーの開閉操作に於ける目標位置までの差については、距離差としてミリ単位で出力されることになる。
【００５７】
また、一連の操作についての計測が終了した後に、各操作部１、２の操作性に関して操作者がどのように感じたかという操作感についても、ここでは評価要素の一つとしている。具体的には、操作感を６段階に分けて「非常に良い」を６点、「どちらかと言うと良い」を５点、「少し良い」を４点、「良くも悪くもない」を３点、「少し悪い」を２点、「どちらかと言うと悪い」を１点、「非常に悪い」を０点と設定し、操作感に関する評価値としている。
【００５８】
以上のような操作を、パワーアシスト装置Ａ、Ｂについて、１０人の操作者に対して実施した計測結果を図５乃至図８に示す。図５は操作時間を示し、図６は目標位置までの差を示しており、同図（ａ）がパワーアシスト装置Ａに関するもので、同図（ｂ）がパワーアシスト装置Ｂに関するものである。また、図７は他の操作により付加された操作入力量を示し、図８（ａ）はパワーアシスト装置Ａに関する操作感で、同図（ｂ）はパワーアシスト装置Ｂに関する操作感を示す。更に、同図（ｃ）は各操作要素についての平均値を示している。尚、図５、図６及び図７中、Ｐ乃至Ｓは動作部１１の各操作を示している。即ち、Ｐがアーム６の第１回動関節５による上下回動操作で、Ｑがアーム６の直動関節７による前後伸縮操作であり、Ｒがハンド９の第２回動関節８による上下回動操作で、Ｓがフィンガー１０の開閉操作である。また、各図に於ける平均値は操作評価装置９０の演算部９１により算出されて、評価部９２に送られることになる。
【００５９】
次に、以上の計測結果について検討する。先ず図５から操作時間について考察すると、パワーアシスト装置Ａの平均操作時間が３３．４秒であるのに対して、パワーアシスト装置Ｂの平均操作時間が２９．０秒となっている。従って、操作時間に関してはパワーアシスト装置Ｂの方が優位であることが分かる。
【００６０】
また、図６から目標位置との差について考察すると、両装置Ａ、Ｂ共に、ハンド９の回動操作に於いてこの値が大きくなっている。特にパワーアシスト装置Ｂの操作ハンドル４０のハンドル本体４３については、改善の必要があると考えられる。
【００６１】
更に、図７から他の操作により付加された操作入力量について考察すると、ハンド９の回動操作（Ｒ）に対して、他の操作により付加される操作入力量が極めて大きくなっている。特に、パワーアシスト装置Ｂに於いて顕著であり、これはハンドル本体４３に補助棒４６を設け、且つ該補助棒４６を人差指と中指で挟むようにして操作するために、他の操作に際してハンドル本体４３を前後方向に回動させる力が入力され易いためであると考えられる。また、パワーアシスト装置Ｂでは、指を操作レバー４１に接触させた状態で、全操作が行われるのに対して、パワーアシスト装置Ａに於いては、操作ハンドル２０の操作時には指を操作レバー２１から離脱した状態で行われるために、他の操作により付加される入力量が軽減されたものと考えられる。
【００６２】
更に、図８から操作感について考察すると、パワーアシスト装置Ａの平均値が２６点で、パワーアシスト装置Ｂの平均値が３８点となり、後者の方が操作感が良いと評価されている。また、操作者全員が非常に良いと評価した場合の合計点６０点（６点×１０人）を１００に設定した場合、パワーアシスト装置Ａが４３で、パワーアシスト装置Ｂが６３となり、両者にそれほどの差異はないものの、後者は半数以上の操作者が良いと評価していることになる。
【００６３】
以上から、目標位置までの差及び他の操作により付加された操作入力量は、パワーアシスト装置Ａの方が良好であるのに対して、操作時間及び操作感に関してはパワーアシスト装置Ｂの方が良好であることが分かる。このように、各評価要素については両装置共に一長一短があるために、かかる計測結果だけでは、総合的に何れの装置Ａ、Ｂの操作性が良いのかを客観的に判断することは困難である。
【００６４】
そこで、操作評価装置９０の評価部９２により出力される評価値を利用して判断を行う。即ち、図８（ｃ）に表された各評価要素の平均値を基づいて、上述のように評価部９２により算出された人の消費エネルギを評価値として定量化を図ることにより、操作性の良否を判断するのである。
【００６５】
かかる評価値を比較すると、パワーアシスト装置Ａについては６１．５となり、パワーアシスト装置Ｂについては７９．２となった。これによると、パワーアシスト装置Ａの方が操作性が良好であると判断することができる。更に、この結果に操作者の操作感を加味した場合の評価値は、パワーアシスト装置Ａが１．４３となり、パワーアシスト装置Ｂが１．２５となった。これによると若干ではあるが、パワーアシスト装置Ｂの操作性の方が良好であるということができる。このように、人の消費エネルギを操作感で除したものを評価値とすることにより、操作者の操作感を十分に反映した適切な評価を得ることができる。
【００６６】
以上のような結果から操作性を判断すると、操作系が人の操作感という主観的要素をも重視する必要がある場合にはパワーアシスト装置Ｂを採用する一方、操作系がさほど良好な操作感を要求されないような場合は、パワーアシスト装置Ａを採用すべきであるという結論を得ることができた。
【００６７】
このように、単なる計測結果だけの比較では総合的な操作性の良否を判断し難い場合にも、各計測結果を人の消費エネルギという所定の評価値でもって定量化を図ることにより、操作性を客観的に評価することができる。このような評価結果に基づいて、操作部１、２という操作系を中心としてパワーアシスト装置Ａ、Ｂの各部を改善することにより、より操作性に優れたパワーアシスト装置Ａ、Ｂを開発することが可能になる。
【００６８】
また、本実施形態に係る操作評価装置９０は、全体が非常に簡易な構成からなるために、その製作も安価に且つ容易に行えるという実用的な利点もある。
【００６９】
＜他の実施形態＞
尚、上記実施形態に於いては、操作評価装置９０による評価要素の一つとして操作感を加えている。しかるに、これを省略して操作部１、２の操作時間、各動作部１１が到達した位置と目標位置との差、及び他の操作により付加された操作入力量とを評価要素として評価を行うようにしてもよい。その他、例えば操作者の操作経験等を評価要素に加えることも可能である。
【００７０】
また、上記実施形態では、操作評価装置９０を演算部９１と評価部９２とで構成しているが、これらは一体的に構成することも可能である。更には、操作評価装置９０の演算部９１に演算部１２０を組込むように一体的に構成してもよい。
【００７１】
更に、上記実施形態に於いては、パワーアシスト装置Ａ、Ｂの動作部１１が備える全操作について評価を行っているが、必ずしも全操作について評価する必要はない。例えば、操作されない動作部１１を有するような特定の作業については、その操作に関する評価は適宜省略することが可能である。
【００７２】
また、上記実施形態では、所定の計算式に基づいて算出された人の消費エネルギを評価値としているが、本発明は決してこれに限定されるものではない。各評価要素に基づいて評価を定量化できるものであれば、他の計算式により算出したものを評価値としても構わない。
【００７３】
更に、特定の操作に関して改善の要請があるような場合は、かかる操作に対応する評価要素に関しては重み係数を乗じて人の消費エネルギ等を算出するように構成することも可能である。これによれば、改善要請が十分に反映された評価を得ることができる。
【００７４】
また、前記評価部９２による評価値は、必ずしも上記実施形態のように視覚的及び聴覚的に認識し得る提示手段により提示しなくてもよい。かかる提示手段は必要に応じて設ければよい。
【００７５】
更に、上記実施形態に於ける各操作部１、２は、操作者が把持可能な操作ハンドル２０、４０と、該操作ハンドル２０、４０を把持しつつ指で操作可能な操作レバー２１、４１とを備えているが、この操作部１、２の構成も決してこれに限定されるものではない。
【００７６】
また、各評価要素についての具体的な計測単位も、上記実施形態のものに限定されない。
【００７７】
その他、前記操作基準や操作手順、或いはパワーアシスト装置Ａ、Ｂの各部の形状等の具体的な構成も、本発明の意図する範囲内に於いて任意に設計変更自在である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上説明したように、本発明は、マニピュレータについて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態に係るパワーアシスト装置の構成を示す図である。
【図２】他のパワーアシスト装置の構成を示す図である。
【図３】操作部、駆動装置、力覚装置及び操作評価装置の関係を示すブロック図である。
【図４】直動関節力覚提示装置の詳細図である。
【図５】各操作に要した操作時間を表した表である
【図６】（ａ）及び（ｂ）は各操作に於いて目標位置までの差を示した表である。
【図７】各操作に於いて他の操作により付加された操作入力量を示した表である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は操作者の操作感を示した表で、（ｃ）は各評価要素についての平均値を示した表である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 操作部
２ 操作部
１１ 動作部
２０ 操作ハンドル
２１ 操作レバー
４０ 操作ハンドル
４１ 操作レバー
９１ 演算部
９２ 評価部
９３ 提示手段
Ａ パワーアシスト装置
Ｂ パワーアシスト装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作者によるマニピュレータの操作性を評価するための操作評価装置、及びこれを備えたパワーアシスト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、マニピュレータが存在する。かか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】
また、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。更に、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も存在する（特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、この種の産業機械等に於いては、その操作性を評価するために各種の操作評価装置が開発されている。例えば、自動車の運転操作を評価するものや（特許文献２参照）、宇宙ロボットの遠隔操作を評価する装置である（特許文献３参照）。その評価結果は、機械の改善のための貴重な資料等として有効利用されており、操作性の向上に大いに貢献している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４５４６４号公報
【特許文献２】特開２００３−２２０８７２号公報
【特許文献３】特開平６−１８２６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マニピュレータの操作に関して、その操作性を評価するような装置は存在しないのが実情であり、操作者の操作感等に基づいて改善を行うに止まっていた。このため、マニピュレータが有する特性を考慮した専用の操作評価装置の開発が強く要請されていたのである。
【０００７】
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、マニピュレータの操作性を客観的に評価することのできる操作評価装置と、これを備えたパワーアシスト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るマニピュレータは、操作者により操作される操作部と、該操作部の操作入力に基づいて複数の動作を行う動作部とを備えたマニピュレータに於いて、前記操作部によるマニピュレータの操作性を評価するための操作評価装置であって、前記動作部を基準位置から目標位置にまで到達させる一の動作を行わせるために要した操作部の操作時間と、前記動作部が到達した位置と目標位置との差と、前記操作部の操作入力に、前記動作部に他の動作を行わせるための操作入力が付加された場合に於いて該付加された操作入力量と、を評価要素としてマニピュレータの操作性を評価する評価手段を備えたものである。
【０００９】
このような操作評価装置では、マニピュレータの各動作部を基準位置から目標位置に動作させるように操作者により操作部が操作される。そして、その操作に要した操作時間、動作部が到達した位置と目標位置との差、及び動作部に他の動作を行わせるための操作入力が付加された場合に於いて該付加された操作入力量とを評価要素として、評価手段によりマニピュレータの操作性が評価される。かかる評価結果に基づいて、操作部の一連の操作に於ける操作性の良否を客観的に評価できるばかりではなく、これを考慮した操作部の適切な改善によって、操作性の更なる向上を図ることが可能になる。
【００１０】
また、前記評価要素に、操作者による操作部の操作感を加えて評価してもよい。
【００１１】
実際の操作による数値的な評価要素だけではなく、このように操作者の操作感という主観的な評価要素を加味することにより、評価手段による操作性の評価をより現実の操作に即したものとすることができる。
【００１２】
更に、前記評価手段は、前記評価要素を演算処理する演算部と、該演算部による処理データを所定の評価値として出力する評価部とを備えるようにしても構わない。
【００１３】
この場合、操作部の操作によって生じた各評価要素は、評価手段の演算部により演算処理された後、その処理データは評価部により所定の評価値とされて出力される。これにより、操作部の操作性を評価値に基づいて定量的に評価することができる。
【００１４】
また、前記評価手段は、任意の評価要素又は全評価要素について評価し得るように構成してもよい。
【００１５】
このように、任意又は全評価要素について選択的に評価できるようにすれば、例えば改善すべき事項等に関連する評価要素のみについて評価することにより、より適切な評価結果を得ることができて、改善の便宜に大いに供し得ることになる。
【００１６】
更に、前記評価部による評価値は、処理データの演算によって算出された人の消費エネルギとしてもよい。この場合の消費エネルギは、評価要素たる目標位置との差と操作入力量とを乗じた数値を、予め設定した操作部の操作基準時間から操作時間を減じた数値で除して算出されるものである。
【００１７】
これによると、評価値が人の消費エネルギという客観的数値として算出されるために、より定量的な評価結果を得ることができる。
【００１８】
また、前記評価部は、改善すべき操作事項に対応する前記特定の評価要素について、重み係数を乗じて人の消費エネルギを算出するように構成することも可能である。
【００１９】
このように、特定の評価要素に重み係数を乗じて人の消費エネルギを算出させることにより、改善すべき操作部の操作性について最適な改善を図ることが可能になる。
【００２０】
更に、前記人の消費エネルギを前記操作感で除した数値を評価値としてもよい。
【００２１】
このように、人の消費エネルギを操作感で除したものを評価値とすることにより、操作者の操作感を十分に反映した適切な評価を得ることができる。
【００２２】
また、操作評価装置には、前記評価を視覚的及び／又は聴覚的に認識し得る提示手段を備えさせても構わない。
【００２３】
これによると、視覚的や聴覚的な提示手段による提示に基づいて、操作者等は操作性の評価を簡易且つ的確に認識することができる。
【００２４】
更に、前記操作部は、操作者が把持可能な操作ハンドルと、該操作ハンドルを手で把持しつつ指で操作可能な操作レバーとを備えるようにしてもよい。
【００２５】
これによると、操作ハンドル及び操作レバーについて、その操作性を評価することができる。
【００２６】
また、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備えるものである。
【００２７】
このことにより、操作性に優れたマニピュレータを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】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、マニピュレータの操作性の良否を客観的に評価することができる。また、この評価結果に基づいて、操作部等のマニピュレータの各部を改善することにより、操作性の更なる向上が図れる。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るパワーアシスト装置の一実施形態を図面に従って説明する。図１は操作部１が装着された一方のパワーアシスト装置Ａを示す模式図であり、図２は操作部２が装着された他方のパワーアシスト装置Ｂを示す模式図である。尚、これら各パワーアシスト装置Ａ、Ｂの主要部分は略同様に構成されており、操作部１、２のみが相違している。従って、同様の構成からなる各構成部材については同様の符号を付して、以下説明することとする。
【００３０】
上記各図に示すように、パワーアシスト装置Ａ、Ｂは、設置面に固定される支持台３と、該支持台３に前後に所定間隔を有して立設された支柱４と、該支柱４の上端部に第１回動関節５を介して回動自在に設けられたアーム６と、該アーム６の先端部に直動関節７及び第２回動関節８を介して伸縮自在且つ回動自在に設けられたハンド９と、該ハンド９の先端部に設けられたフィンガー１０とを備えている。かかるアーム６、ハンド９及びフィンガー１０が動作部１１を構成している。また、前記各操作部１、２は直動関節７に固定されている。
【００３１】
前記直動関節７は、アーム６の先端部に固定される固定部７ａと、伸縮するように固定部７ａにスライド自在に嵌入される可動部７ｂとからなっている。また、直動関節７の下方位置に前記各操作部１、２が配されている。
【００３２】
前記フィンガ−１０は、ハンド７の先端部に固定されるフィンガー本体１０ａと、該フィンガー本体１０ａに交差させて対向配置される一対の把持部１０ｂ、１０ｃとを有しており、開閉自在となるべく一方の把持部１０ｃは他方の把持部１０ｂ側にスライド移動するように構成されている。
【００３３】
＜操作部＞
次に、一方のパワーアシスト装置Ａの操作部１について説明する。操作部１は、図１に示すように、前記アーム６及びハンド８を操作するための操作ハンドル２０と、フィンガー１０を操作するための操作レバー２１と、該操作レバー２１及び操作ハンドル２０が取付けられる操作盤２２とを備えている。
【００３４】
操作ハンドル２０は、左右水平方向に延びる棒状のハンドル本体２３と、該ハンドル本体２３の基端部にフランジ２４を介して取付けられて、前記操作盤２２に固定される６軸力覚センサ２５とからなっている。この力覚センサ２５は、ハンドル本体２３に作用した上下、前後及び回動方向の操作力の大きさ、方向等を検知することが可能である。
【００３５】
操作レバー２１は、前後方向に配された板状のレバー本体２６と、該レバー本体２６の後部側上面に設けられた筒状体２７と、該筒状体２７の前方に位置する前記レバー本体２６の前方側上面に設けられた歪ゲージ２８とを備えている。筒状体２７には、操作者が手でハンドル本体２３を把持した状態で、その指先を挿入することも可能である。歪ゲージ２８は、指によりレバー本体２６に上下方向の力が作用すると、その力の大きさ及び方向を検知することができる。
【００３６】
次に、他方のパワーアシスト装置Ｂの操作部２について説明する。操作部２も同様、図２に示すように、アーム６及びハンド９を操作するための操作ハンドル４０と、フィンガー１０を操作するための操作レバー４１と、該操作レバー４１及び操作ハンドル４０が取付けられる操作盤４２とを備えている。
【００３７】
操作ハンドル４０は、左右水平方向に延びる棒状のハンドル本体４３と、該ハンドル本体４３の基端部にフランジ４４を介して取付けられて、前記操作盤４２に固定される力覚センサ４５とからなっている。力覚センサ４５は前記一方の操作部１と同様のものである。ハンドル本体４３の略中央部には、これに略直交させて補助棒４６が上下方向に設けられており、この点は前記操作部１のハンドル本体２３と相違する。
【００３８】
操作レバー４１は、上下方向に配した板状のレバー本体４７と、その上部側に所定間隔を有して対向配置された上下一対の押圧片４８、４９と、下部側に所定間隔を有して対向配置された一対の押圧補助片５０、５１と、前記レバー本体４７の前面に設けられた歪ゲージ５２とからなり、上側の押圧補助片５０は内向きに延長されて、操作盤４２に固定されている。尚、実際に操作をするに当たっては、例えば操作者がハンドル本体４３を把持しつつ、その人差指を押圧片４８、４９間に挿入すると共に、押圧補助片５０、５１間に親指を挿入して、前記フィンガー１０の開閉操作を行う。また、補助棒４６は人差指と中指間で挟むように保持される。尚、歪ゲージ５２は人差し指により各押圧片４８、４９に力が作用すると、その力及び方向を検知することができる。
【００３９】
＜駆動装置・力覚提示装置＞
図３に示すように、アーム６の直動関節７は直動関節駆動装置６０により駆動され、第１回動関節５は第１回動関節駆動装置６１により夫々駆動される。ハンド９の第２回動関節８は第２回動関節駆動装置６２により駆動され、フィンガー１０はフィンガー駆動装置６３により駆動される。また、直動関節７の動作に基づいて操作部１、２の操作ハンドル２０、４０に力覚を提示する直動関節力覚提示装置６４と、第１回動関節５の動作に基づいて操作部１、２の操作ハンドル２０、４０に力覚を提示する第１回動関節力覚提示装置６５と、第２回動関節８の動作に基づいて操作部１、２の操作ハンドル２０、４０に力覚を提示する第２回動関節力覚提示装置６６と、フィンガー１０の動作に基づいて操作レバー２１、４１に力覚を提示するフィンガー力覚提示装置６７とを備えている。
【００４０】
直動関節駆動装置６０は、操作部１又は操作部２に於ける操作ハンドル２０、４０の操作入力を演算処理する演算部１２０からの電気信号に応じて、直動関節７を伸縮させる。即ち、操作者により操作ハンドル２０、４０の前後方向に加えられた力に追従するようにして、直動関節駆動装置６０は直動関節７の可動部７ｂを前後方向に移動させる。
【００４１】
各回動関節駆動装置６１、６２は、操作部１又は操作部２に於ける操作ハンドル２０、４０の操作入力を演算処理する演算部１２０からの電気信号に応じて、各回動関節５、８を回動させる。即ち、操作ハンドル２０、４０のハンドル本体２３、４３に作用した上下鉛直方向の力の大きさに応じて、第１回動関節５が上下方向に所定角度回動する。また、ハンドル本体２３、４３に作用した前後方向の回動力の大きさに応じて、第２回動関節８が上下方向に所定角度回動する。
【００４２】
フィンガー駆動装置６３は、操作部１又は操作部２の操作入力を演算処理する演算部１２０からの電気信号に応じて、フィンガー１０の把持部１０ｂ、１０ｃを開閉させる。即ち、操作部１では、操作者が操作レバー２１の筒状体２７内に指を挿入した状態で、その上面部側を押し上げると、把持部１０ｃが把持部１０ｂから離反するように移動して開放される。一方、筒状体２７の下面部側を押し下げると、把持部１０ｃが把持部１０ｂに接近するように移動して閉鎖される。また、他方の操作部２では、例えば操作者の人差指で上側の押圧片４８を押し上げると把持部１０ｂ、１０ｃが開放されるように離反し、下側の押圧片４９を押し下げると把持部１０ｂ、１０ｃが閉鎖されるように接近することになる。
【００４３】
直動関節力覚提示装置６４は、直動関節７の伸縮動作に応じた伸縮長さに基づく力覚を操作部１、２に伝達する。具体的には、直動関節力覚提示装置６４は、操作ハンドル２０、４０を、直動関節７の伸縮長さに応じた長さ分だけ前後方向に変位させる。これにより、各操作部１、２の操作ハンドル２０、４０に、直動関節７の伸縮に応じた力覚が提示される。
【００４４】
各回動関節力覚提示装置６５、６６は、各回動関節５、８の回動動作に応じた回動角度に基づく力覚を第１及び第２操作部１、２の操作ハンドル２０、４０に伝達する。具体的には、第１回動関節力覚提示装置６５は、操作ハンドル２０、４０を第１回動関節５の回動角度に応じた長さ分だけ、その回動方向に対応する上下何れかの方向に変位させる。また、第２回動関節力覚提示装置６６は、操作ハンドル２０、４０を第２回動関節８の回動角度に応じた角度分だけ、その回動方向に回動させる。これにより、第１及び操作部１、２の各操作ハンドル２０、４０に回動関節５、８の回動動作に応じた力覚が提示される。
【００４５】
フィンガー力覚提示装置６７は、把持部１０ｃの開閉動作に応じたその移動量に基づく力覚を操作レバー２１、４１に伝達する。具体的には、フィンガー力覚提示装置６７は、操作レバー２１、４１を、把持部１０ｃの移動量に応じた長さ分だけ上下方向に変位させる。これにより、各操作部１、２の操作レバー２１、４１に、把持部１０ｃの移動量に応じた力覚が提示される。
【００４６】
尚、これらの各力覚提示装置６４乃至６７は、基本的には同様に構成されており、また従来より存在する公知のものである。このため具体的な説明は省略し、一例としてパワーアシスト装置Ｂの直動関節力覚装置６４について、その概略を説明するに止める。
【００４７】
即ち、直動関節力覚装置６４は、図４に示すように、ピストンロッド７０がリンク機構７１等を介して直動関節７の可動部７ｂに接続された第１油圧シリンダ７２と、ピストンロッド７３がリンク機構７４等を介して操作ハンドル４０のハンドル本体４３に接続された第２油圧シリンダ７５とを有している。また、第１油圧シリンダ７２の押側ポートと第２油圧シリンダ７５の引側ポートとは第１配管７６により接続される一方で、第１油圧シリンダ７２の引側ポートと第２油圧シリンダ７５の押側ポートとは第２配管７７により接続されている。かかる直動関節力覚装置６４は、直動関節７が伸縮すると駆動されて、各油圧シリンダ７２、７５及びリンク機構７１、７４を介して前記ハンドル本体４３が前方又は後方に変位する。これにより、直動関節７に於ける力覚が操作者に提示されることになる。このように、アーム６の伸縮動作に於ける力覚を享受することができるために、良好な操作性を確保することが可能となる。
【００４８】
＜操作評価装置＞
操作評価装置９０は、図３に示すように、操作入力に関してパワーアシスト装置Ａ、Ｂの力覚センサ２５、４５により変換された信号を演算して、操作入力データ及びパワーアシスト装置Ａ、Ｂの各動作部１１の位置データ等を処理するための演算部９１と、該演算部９１からの各データを所定の評価値に変換して出力するための評価部９２とを備えている。演算部９１からは、演算処理された前記動作部１１の位置情報や、速度情報等がモニタ等の提示手段９３により操作者に出力表示される。また、評価部９２から出力された評価値も同様に提示手段９３に出力表示される。これにより、操作者は操作性の評価を簡易且つ的確に認識することができる。
【００４９】
実際に各操作部１、２についての操作評価をするに当たり、その評価要素としたのは、アーム６の第１回動関節５による上下回動操作、アーム６の直動関節７による前後伸縮操作、ハンド９の第２回動関節８による上下回動操作、フィンガー１０の開閉操作に於いて、動作部１１であるアーム６、ハンド９及びフィンガー１０を夫々目標位置に到達させるために要した操作時間と、実際に到達した位置と目標位置までの差と、前記何れかの操作中に他の操作を行わせるための操作入力が付加された場合に於いて、この付加された操作入力量と、操作終了後に於ける操作者の操作感である。
【００５０】
評価部９２による評価値は、人の消費エネルギとして出力される。かかる人の消費エネルギは、他の操作により付加された操作入力量と目標位置までの差を乗じたものを、基準操作時間として設定した６０秒から実際の操作時間を減じた値で除して算出される。また、人の消費エネルギを操作感で除した数値も評価値として算出される。
【００５１】
＜操作基準＞
前記アーム６の上下回動操作については、例えば図１に示すように、先端部側周面にマーカー１００を有して前記第２回動関節８の回動軸８ａに突設された棒状体１０１と、その側方に配され、且つ上下方向に所定間隔を有して一対の基準マーカー１０２、１０３を有するポール１０４を基準にして行う。また、アーム６の伸縮操作については、例えば直動関節７の固定部７ａに前後方向に所定間隔を有して設けられた一対の基準マーカー１０５、１０６と、可動部７ｂに設けたマーカー１０７とを基準にして行う。更に、ハンド９の上下回動操作については、第２回動関節８の回動軸８ａに設けられたマーカー１０８と、回動軸８ａを回動自在に保持する関節本体８ｂの端面に所定間隔を有して同心円上に設けられた一対の基準マーカー１０９、１１０を基準にして行う。また、フィンガー１０の開閉操作については、フィンガー本体１０ａの一側面に所定間隔を有して設けられた一対の基準マーカー１１１、１１２と、可動する一方の把持部１０ｃの側面に設けられたマーカー１１３とを基準にして行う。これらは、操作者が全て目視できるように構成されている。
【００５２】
尚、各操作を開始するに際して、パワーアシスト装置Ａ、Ｂの基準となる各部の配置は、図１及び図２に示すように、アーム６及びハンド９が水平であり、この状態で第２回動関節８の回動軸８ａに設けた棒状体１０１は、ポール１０４の基準マーカー１０２、１０３の中間位置に配され、第２回動関節８の回動軸８ａに設けたマーカー１０８は、関節本体８ｂの基準マーカー１０９、１１０の中間位置に配される。また、直動関節７の可動部７ｂのマーカー１０７は、固定部７ａの基準マーカー１０５、１０６の中間位置に配される。更に、フィンガー１０の一方の把持部１０ｃのマーカー１１３は、フィンガー本体１０ａの基準マーカー１１１、１１２の中間位置に配される。
【００５３】
＜操作手順＞
先ず、操作者は操作ハンドル２３、４３を手で把持しつつ、これを引上げるように力を加えてアーム６を上向きに回動させる。そして、第２回動関節８に設けた棒状体１０１のマーカー１００と、ポール１０４の上側の基準マーカー１０２とが一致した時点で、操作ハンドル２３、４３への入力を停止する。かかる操作に要した操作時間は、演算部１２０により演算処理された後、電気信号として操作評価装置９０の演算部９１に送られる。その後、マーカー１００を元の中間位置に戻すように操作ハンドル２３、４３に下向きの力を加える。次に、操作ハンドル２３、４３を引き下げるように力を加えて、マーカー１００と下側の基準マーカー１０３とが一致した時点で入力を停止する。かかる操作に要した操作時間も同様に、演算部１２０により演算処理される。このようにして処理された両操作時間は、操作評価装置９０の演算部９１に送られて合計され、これが操作時間についての実測値として秒単位で出力される。
【００５４】
また、実際の操作に於いては、マーカー１００が基準マーカー１０２、１０３にまで到達しなかったり、或いはこれを越えてしまうような場合もある。この場合は、その差が角度差として演算部１２０により演算処理され、その演算値が絶対値として操作評価装置９０の演算部９１に送られて合計される。これが目標位置との差についての実測値としてラジアン単位で出力される。更に、その演算結果に基づいて実際に到達したマーカー１００の位置や操作ハンドル２３、４３の操作速度等の情報が提示手段に送られて出力表示される。
【００５５】
更に、操作者が実際には操作ハンドル２３、４３を鉛直方向に上下動させたつもりでいても、通常は前後方向や回動方向の力が同時に付加入力されてしまう。このような入力は、作業の正確性を期す上で好ましいものではないため、極力排除すべきものである。この点を考慮して、アーム６の回動操作に於ける評価には、他の操作、即ちアーム６の前後伸縮操作、ハンド９の上下回動操作及びフィンガー１０の開閉操作に於いて、アーム６の回動させるべく操作ハンドル２０、４０に付加された上下方向の力が計測される。即ち、かかる操作入力量（以下、「他の操作により付加された操作入力量」という）が演算部１２０により演算処理され、これらの他の操作により付加された操作入力量は、操作評価装置９０の演算部９１で合計された後に１／１００を乗じて、これが他の操作により付加された操作入力量についての実測値としてニュートン単位で出力される。
【００５６】
尚、アーム６の前後伸縮操作、ハンド９の上下回動操作、及びフィンガー１０の開閉操作についても、同様にして操作時間、目標位置までの差、及び他の操作により付加された操作入力量に関する演算値が、操作評価装置９０の演算部９１で更に演算処理されて実測値が算出される。但し、アーム６の前後伸縮操作とフィンガーの開閉操作に於ける目標位置までの差については、距離差としてミリ単位で出力されることになる。
【００５７】
また、一連の操作についての計測が終了した後に、各操作部１、２の操作性に関して操作者がどのように感じたかという操作感についても、ここでは評価要素の一つとしている。具体的には、操作感を６段階に分けて「非常に良い」を６点、「どちらかと言うと良い」を５点、「少し良い」を４点、「良くも悪くもない」を３点、「少し悪い」を２点、「どちらかと言うと悪い」を１点、「非常に悪い」を０点と設定し、操作感に関する評価値としている。
【００５８】
以上のような操作を、パワーアシスト装置Ａ、Ｂについて、１０人の操作者に対して実施した計測結果を図５乃至図８に示す。図５は操作時間を示し、図６は目標位置までの差を示しており、同図（ａ）がパワーアシスト装置Ａに関するもので、同図（ｂ）がパワーアシスト装置Ｂに関するものである。また、図７は他の操作により付加された操作入力量を示し、図８（ａ）はパワーアシスト装置Ａに関する操作感で、同図（ｂ）はパワーアシスト装置Ｂに関する操作感を示す。更に、同図（ｃ）は各操作要素についての平均値を示している。尚、図５、図６及び図７中、Ｐ乃至Ｓは動作部１１の各操作を示している。即ち、Ｐがアーム６の第１回動関節５による上下回動操作で、Ｑがアーム６の直動関節７による前後伸縮操作であり、Ｒがハンド９の第２回動関節８による上下回動操作で、Ｓがフィンガー１０の開閉操作である。また、各図に於ける平均値は操作評価装置９０の演算部９１により算出されて、評価部９２に送られることになる。
【００５９】
次に、以上の計測結果について検討する。先ず図５から操作時間について考察すると、パワーアシスト装置Ａの平均操作時間が３３．４秒であるのに対して、パワーアシスト装置Ｂの平均操作時間が２９．０秒となっている。従って、操作時間に関してはパワーアシスト装置Ｂの方が優位であることが分かる。
【００６０】
また、図６から目標位置との差について考察すると、両装置Ａ、Ｂ共に、ハンド９の回動操作に於いてこの値が大きくなっている。特にパワーアシスト装置Ｂの操作ハンドル４０のハンドル本体４３については、改善の必要があると考えられる。
【００６１】
更に、図７から他の操作により付加された操作入力量について考察すると、ハンド９の回動操作（Ｒ）に対して、他の操作により付加される操作入力量が極めて大きくなっている。特に、パワーアシスト装置Ｂに於いて顕著であり、これはハンドル本体４３に補助棒４６を設け、且つ該補助棒４６を人差指と中指で挟むようにして操作するために、他の操作に際してハンドル本体４３を前後方向に回動させる力が入力され易いためであると考えられる。また、パワーアシスト装置Ｂでは、指を操作レバー４１に接触させた状態で、全操作が行われるのに対して、パワーアシスト装置Ａに於いては、操作ハンドル２０の操作時には指を操作レバー２１から離脱した状態で行われるために、他の操作により付加される入力量が軽減されたものと考えられる。
【００６２】
更に、図８から操作感について考察すると、パワーアシスト装置Ａの平均値が２６点で、パワーアシスト装置Ｂの平均値が３８点となり、後者の方が操作感が良いと評価されている。また、操作者全員が非常に良いと評価した場合の合計点６０点（６点×１０人）を１００に設定した場合、パワーアシスト装置Ａが４３で、パワーアシスト装置Ｂが６３となり、両者にそれほどの差異はないものの、後者は半数以上の操作者が良いと評価していることになる。
【００６３】
以上から、目標位置までの差及び他の操作により付加された操作入力量は、パワーアシスト装置Ａの方が良好であるのに対して、操作時間及び操作感に関してはパワーアシスト装置Ｂの方が良好であることが分かる。このように、各評価要素については両装置共に一長一短があるために、かかる計測結果だけでは、総合的に何れの装置Ａ、Ｂの操作性が良いのかを客観的に判断することは困難である。
【００６４】
そこで、操作評価装置９０の評価部９２により出力される評価値を利用して判断を行う。即ち、図８（ｃ）に表された各評価要素の平均値を基づいて、上述のように評価部９２により算出された人の消費エネルギを評価値として定量化を図ることにより、操作性の良否を判断するのである。
【００６５】
かかる評価値を比較すると、パワーアシスト装置Ａについては６１．５となり、パワーアシスト装置Ｂについては７９．２となった。これによると、パワーアシスト装置Ａの方が操作性が良好であると判断することができる。更に、この結果に操作者の操作感を加味した場合の評価値は、パワーアシスト装置Ａが１．４３となり、パワーアシスト装置Ｂが１．２５となった。これによると若干ではあるが、パワーアシスト装置Ｂの操作性の方が良好であるということができる。このように、人の消費エネルギを操作感で除したものを評価値とすることにより、操作者の操作感を十分に反映した適切な評価を得ることができる。
【００６６】
以上のような結果から操作性を判断すると、操作系が人の操作感という主観的要素をも重視する必要がある場合にはパワーアシスト装置Ｂを採用する一方、操作系がさほど良好な操作感を要求されないような場合は、パワーアシスト装置Ａを採用すべきであるという結論を得ることができた。
【００６７】
このように、単なる計測結果だけの比較では総合的な操作性の良否を判断し難い場合にも、各計測結果を人の消費エネルギという所定の評価値でもって定量化を図ることにより、操作性を客観的に評価することができる。このような評価結果に基づいて、操作部１、２という操作系を中心としてパワーアシスト装置Ａ、Ｂの各部を改善することにより、より操作性に優れたパワーアシスト装置Ａ、Ｂを開発することが可能になる。
【００６８】
また、本実施形態に係る操作評価装置９０は、全体が非常に簡易な構成からなるために、その製作も安価に且つ容易に行えるという実用的な利点もある。
【００６９】
＜他の実施形態＞
尚、上記実施形態に於いては、操作評価装置９０による評価要素の一つとして操作感を加えている。しかるに、これを省略して操作部１、２の操作時間、各動作部１１が到達した位置と目標位置との差、及び他の操作により付加された操作入力量とを評価要素として評価を行うようにしてもよい。その他、例えば操作者の操作経験等を評価要素に加えることも可能である。
【００７０】
また、上記実施形態では、操作評価装置９０を演算部９１と評価部９２とで構成しているが、これらは一体的に構成することも可能である。更には、操作評価装置９０の演算部９１に演算部１２０を組込むように一体的に構成してもよい。
【００７１】
更に、上記実施形態に於いては、パワーアシスト装置Ａ、Ｂの動作部１１が備える全操作について評価を行っているが、必ずしも全操作について評価する必要はない。例えば、操作されない動作部１１を有するような特定の作業については、その操作に関する評価は適宜省略することが可能である。
【００７２】
また、上記実施形態では、所定の計算式に基づいて算出された人の消費エネルギを評価値としているが、本発明は決してこれに限定されるものではない。各評価要素に基づいて評価を定量化できるものであれば、他の計算式により算出したものを評価値としても構わない。
【００７３】
更に、特定の操作に関して改善の要請があるような場合は、かかる操作に対応する評価要素に関しては重み係数を乗じて人の消費エネルギ等を算出するように構成することも可能である。これによれば、改善要請が十分に反映された評価を得ることができる。
【００７４】
また、前記評価部９２による評価値は、必ずしも上記実施形態のように視覚的及び聴覚的に認識し得る提示手段により提示しなくてもよい。かかる提示手段は必要に応じて設ければよい。
【００７５】
更に、上記実施形態に於ける各操作部１、２は、操作者が把持可能な操作ハンドル２０、４０と、該操作ハンドル２０、４０を把持しつつ指で操作可能な操作レバー２１、４１とを備えているが、この操作部１、２の構成も決してこれに限定されるものではない。
【００７６】
また、各評価要素についての具体的な計測単位も、上記実施形態のものに限定されない。
【００７７】
その他、前記操作基準や操作手順、或いはパワーアシスト装置Ａ、Ｂの各部の形状等の具体的な構成も、本発明の意図する範囲内に於いて任意に設計変更自在である。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上説明したように、本発明は、マニピュレータについて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態に係るパワーアシスト装置の構成を示す図である。
【図２】他のパワーアシスト装置の構成を示す図である。
【図３】操作部、駆動装置、力覚装置及び操作評価装置の関係を示すブロック図である。
【図４】直動関節力覚提示装置の詳細図である。
【図５】各操作に要した操作時間を表した表である
【図６】（ａ）及び（ｂ）は各操作に於いて目標位置までの差を示した表である。
【図７】各操作に於いて他の操作により付加された操作入力量を示した表である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は操作者の操作感を示した表で、（ｃ）は各評価要素についての平均値を示した表である。
【符号の説明】
【００８０】
１ 操作部
２ 操作部
１１ 動作部
２０ 操作ハンドル
２１ 操作レバー
４０ 操作ハンドル
４１ 操作レバー
９１ 演算部
９２ 評価部
９３ 提示手段
Ａ パワーアシスト装置
Ｂ パワーアシスト装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者により操作される操作部と、該操作部の操作入力に基づいて複数の動作を行う動作部とを備えたマニピュレータに於いて、前記操作部によるマニピュレータの操作性を評価するための操作評価装置であって、
前記動作部を基準位置から目標位置にまで到達させる一の動作を行わせるために要した操作部の操作時間と、
前記動作部が到達した位置と目標位置との差と、
前記操作部の操作入力に、前記動作部に他の動作を行わせるための操作入力が付加された場合に於いて該付加された操作入力量と、を評価要素としてマニピュレータの操作性を評価する評価手段を備えてなることを特徴とするマニピュレータの操作評価装置。
【請求項２】
前記評価要素に、操作者による操作部の操作感を加えた請求項１記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項３】
前記評価手段が、
前記評価要素を演算処理する演算部と、
該演算部による処理データを所定の評価値として出力する評価部と、を備えた請求項１又は２記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項４】
前記評価手段が、任意の評価要素又は全評価要素について評価し得るように構成された請求項１乃至３の何れか一つに記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項５】
前記評価部による評価値が、処理データの演算によって算出された人の消費エネルギからなり、且つ該消費エネルギは、評価要素たる目標位置との差と操作入力量とを乗じた数値を、予め設定した操作部の操作基準時間から操作時間を減じた数値で除して算出するように構成された請求項３又は４記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項６】
前記評価部は、改善すべき操作事項に対応する前記特定の評価要素について、重み係数を乗じて人の消費エネルギを算出するように構成された請求項５記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項７】
前記人の消費エネルギを前記操作感で除した数値を評価値とした請求項５又は６記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項８】
前記評価値を視覚的及び／又は聴覚的に認識し得る提示手段を備えさせた請求項１乃至７の何れか一つに記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項９】
前記操作部に、操作者が把持可能な操作ハンドルと、該操作ハンドルを手で把持しつつ指で操作可能な操作レバーとを備えさせた請求項１乃至８の何れか一つに記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一つに記載のマニピュレータの操作評価装置を備えたパワーアシスト装置。
【請求項１】
操作者により操作される操作部と、該操作部の操作入力に基づいて複数の動作を行う動作部とを備えたマニピュレータに於いて、前記操作部によるマニピュレータの操作性を評価するための操作評価装置であって、
前記動作部を基準位置から目標位置にまで到達させる一の動作を行わせるために要した操作部の操作時間と、
前記動作部が到達した位置と目標位置との差と、
前記操作部の操作入力に、前記動作部に他の動作を行わせるための操作入力が付加された場合に於いて該付加された操作入力量と、を評価要素としてマニピュレータの操作性を評価する評価手段を備えてなることを特徴とするマニピュレータの操作評価装置。
【請求項２】
前記評価要素に、操作者による操作部の操作感を加えた請求項１記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項３】
前記評価手段が、
前記評価要素を演算処理する演算部と、
該演算部による処理データを所定の評価値として出力する評価部と、を備えた請求項１又は２記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項４】
前記評価手段が、任意の評価要素又は全評価要素について評価し得るように構成された請求項１乃至３の何れか一つに記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項５】
前記評価部による評価値が、処理データの演算によって算出された人の消費エネルギからなり、且つ該消費エネルギは、評価要素たる目標位置との差と操作入力量とを乗じた数値を、予め設定した操作部の操作基準時間から操作時間を減じた数値で除して算出するように構成された請求項３又は４記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項６】
前記評価部は、改善すべき操作事項に対応する前記特定の評価要素について、重み係数を乗じて人の消費エネルギを算出するように構成された請求項５記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項７】
前記人の消費エネルギを前記操作感で除した数値を評価値とした請求項５又は６記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項８】
前記評価値を視覚的及び／又は聴覚的に認識し得る提示手段を備えさせた請求項１乃至７の何れか一つに記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項９】
前記操作部に、操作者が把持可能な操作ハンドルと、該操作ハンドルを手で把持しつつ指で操作可能な操作レバーとを備えさせた請求項１乃至８の何れか一つに記載のマニピュレータの操作評価装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一つに記載のマニピュレータの操作評価装置を備えた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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１６２６２１（Ｐ２０１０−１６２６２１Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４８８５（Ｐ２００９−４８８５）
【出願日】平成２１年１月１３日（２００９．１．１３）
【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２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１３日（２００９．１．１３）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
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