マニピュレータ
【課題】 アームとハンドとを備えたマニピュレータにおいて、ハンドを操作するための操作レバーの操作の際に、アームを操作するための操作ハンドルに意図しない操作力が入力されることを抑制する。
【解決手段】パワーアシストアーム（マニピュレータ）は、操作者がハンドの動作を視認可能な範囲内またはハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲内に設置された操作装置を備えている。操作装置は、棒状体９を有する操作ハンドル１３と、６軸力覚センサ１０と、操作レバー１５とを備えている。操作レバー１５は、上側押圧プレート９７および下側押圧プレート９３と、連結プレート９６に貼り付けられた歪みゲージ１６とを備えている。棒状体９には、下向きに延びる第１支持棒９１と下向きに延びる第２支持棒９２とが設けられている。操作レバー１５および操作ハンドル１３は、固定プレート９５に固定されている。
【解決手段】パワーアシストアーム（マニピュレータ）は、操作者がハンドの動作を視認可能な範囲内またはハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲内に設置された操作装置を備えている。操作装置は、棒状体９を有する操作ハンドル１３と、６軸力覚センサ１０と、操作レバー１５とを備えている。操作レバー１５は、上側押圧プレート９７および下側押圧プレート９３と、連結プレート９６に貼り付けられた歪みゲージ１６とを備えている。棒状体９には、下向きに延びる第１支持棒９１と下向きに延びる第２支持棒９２とが設けられている。操作レバー１５および操作ハンドル１３は、固定プレート９５に固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人の力では行うことができない作業や危険な作業を人間に代わって行う装置として、マニピュレータが用いられている（例えば、下記特許文献１参照）。通常、マニピュレータは、人が操作する操作装置と、作業を行う動作部と、操作装置に対する人の操作（以下、操作入力という）に基づいて動作部を駆動する駆動機構とを備えている。
【０００３】
このようなマニピュレータの一種として、パワーアシスト型のマニピュレータが知られている。パワーアシスト型のマニピュレータは、動作部に人間の力以上の力を発揮させるマニピュレータであり、操作装置に対する人の操作力（例えば、操作ハンドルを押したり引いたりする力など）を増幅して、動作部を作動させる。パワーアシスト型のマニピュレータは、例えば、重量物の運搬等に好適に用いられる。
【０００４】
ところで、大型のマニピュレータでは、操作装置は動作部から比較的離れた位置に配置されることになる。そのため、大型のマニピュレータでは、小型のマニピュレータと異なり、動作部の微妙な操作が難しく、操作者が直感的な操作を行い難いという課題があった。
【０００５】
そこで、本願発明者は、パワーアシスト型のマニピュレータの操作性の向上を図るため、動作部から離れた位置にある操作装置に、力覚提示装置を設けることを考案した（特願２００７−１７２６５４参照）。具体的には、直動関節および回転関節を有するアームと、アームの先端に設けられたハンドとを備えたパワーアシストアームに、アームを動かすための操作ハンドルと、ハンドを開閉させるための操作レバーとを設けることとした。そして、操作ハンドル、操作レバーに対して、それぞれアーム、ハンドからの力覚を伝える力覚提示装置を付設することとした。
【０００６】
このパワーアシストアームでは、操作者は、操作ハンドルを握りながら、例えば、前後方向、左右方向、上下方向等に力を加えることによって、直動関節を操作することができる。また、操作ハンドルに回転力を加えることによって、回転関節を操作することができる。さらに、操作ハンドルを握りながら操作レバーを指で押し下げたり押し上げたりすることによって、ハンドを操作することができる。
【０００７】
上記パワーアシストアームでは、ハンドの開閉変位を操作者に対してダイナミックに伝えやすいように、操作レバー自体が操作者の指の操作によって上下動するように構成されている。すなわち、操作レバーを指で下方に押し下げるとハンドが閉じ、逆に、操作レバーを指で上方に押し上げるとハンドが開くように構成されている。これにより、例えば、ハンドで物を把持した際には、ハンドの閉方向の変位が当該物によって規制されるので、その力覚が操作レバーに伝わり、操作レバーの下方への移動が規制される。そのため、操作レバーを下方へ押し下げる際に負荷が加わることによって、操作者は、ハンドが物を把持したことを直感的に理解することができる。
【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】
【０００８】
しかしながら、操作レバーを上下動可能に構成すると、操作者が操作レバーを指で上下動させる際に、操作ハンドルに余計な力が加わってしまうことがある。そのため、操作ハンドルに意図しない力が加わることにより、アームに無駄な動作が生じるおそれがある。
【０００９】
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、操作レバーの操作の際に、操作ハンドルに意図しない操作力が入力されることを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者は、鋭意研究の結果、ハンドが視認可能な範囲にある場合、またはハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲にある場合、当該ハンドを操作するための操作レバーが移動不能であったとしても、ハンドを見ながら操作を行う操作者、またはハンドが把持対象物を把持するときの音を聞きながら操作を行う操作者にとって、ハンドの動作を直感的に理解することが可能であることを見出した。すなわち、従来は、ハンドの動作を直感的に理解可能とするためには、操作レバーが操作者の操作に伴って移動することが必要不可欠と考えられていたが、本願発明者は、ハンドが視認可能な範囲にある場合、またはハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲にある場合、そのような操作レバー自体の移動は必ずしも必要ではないことを見出した。
【００１１】
本発明に係るマニピュレータは、アームと、前記アームに取り付けられた開閉自在なハンドと、操作者によって操作される操作装置であって、前記操作者が前記ハンドの動作を視認可能な範囲内または前記ハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲内に設置された操作装置と、前記操作者による前記操作装置に対する操作入力に基づき、前記アームおよび前記ハンドを駆動する駆動装置と、を備えたマニピュレータであって、前記操作装置は、前記操作者の手によって握られる棒状体を有し、前記アームを操作するための操作ハンドルと、前記操作ハンドルに直接または間接的に取り付けられ、前記操作者により加えられる力を検出する力覚センサと、前記棒状体を握ったときの前記操作者の手の指と接触可能な位置に配置された１または２以上のプレートを有し、前記棒状体に対して相対移動不能なレバー本体と、前記レバー本体に貼り付けられ、前記プレートに加えられた押圧力によって生じる前記レバー本体の歪みを検出する歪みゲージとを備え、前記プレートに加えられる押圧力に基づいて前記ハンドを操作する操作レバーと、を備えているものである。
【００１２】
上記マニピュレータによれば、操作レバーのレバー本体と操作ハンドルの棒状体とが相対移動不能となっているので、レバー本体は棒状体に対して相対的に固定された状態となる。そのため、操作者が棒状体を握った状態でレバー本体に力を加えても、操作者の手がレバー本体と共に変位することがない（厳密には、棒状体に対して相対的に変位することがない）ので、棒状体に対して意図しない操作力が入力されることが抑制される。なお、操作装置は、操作者がハンドの動作を視認可能な範囲内またはハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲内に設置されているので、レバー本体が棒状体に対して相対的に固定された状態であっても、操作者はハンドの動作を直感的に認識することができる。
【００１３】
前記操作装置は、前記棒状体から前記棒状体と略直交する方向に延び、前記棒状体を握ったときの前記操作者の手のひらを支える第１支持部材と、前記棒状体から前記棒状体と略直交する方向に延び、前記棒状体を握ったときの前記操作者の指の間に位置する第２支持部材と、をさらに備えていることが好ましい。
【００１４】
上記マニピュレータによれば、操作ハンドルの棒状体を握りながら操作レバーを操作する操作者の手が、第１支持部材および第２支持部材によって安定して支持されることになる。したがって、操作ハンドルに意図しない操作力が入力されることをさらに抑制することができる。
【００１５】
前記レバー本体は、前記棒状体の軸心を通りかつ前記プレートと平行な仮想面を境として前記プレートと反対側に位置し、前記プレートと平行な補助プレートを有していることが好ましい。
【００１６】
上記マニピュレータによれば、例えば、操作者が操作ハンドルの棒状体を握りながら、人差し指と親指とで上記プレートおよび補助プレートをつまむことができる。そのため、一本の指のみで上記プレートを押し下げるまたは押し上げる場合と比べて、操作レバーを操作する際の操作者の手にかかる反力は補助プレートからの反力で打ち消され、棒状体に対する意図しない操作力は低減する。
【００１７】
前記レバー本体は、前記プレートとして、前記操作者の人差し指の上方に配置される上側押圧プレートと、前記人差し指の下方に配置される下側押圧プレートとを備え、前記補助プレートとして、前記操作者の親指の上方に配置される上側補助プレートと、前記親指の下方に配置される下側補助プレートとを備えていてもよい。
【００１８】
このことにより、操作レバーを操作する際の操作者の手の位置を、より一層安定化させることができる。
【００１９】
前記マニピュレータは、前記操作ハンドルと前記操作レバーとを支持する固定部材をさらに備えていることが好ましい。
【００２０】
上記マニピュレータによれば、操作ハンドルと操作レバーとが同一の固定部材に支持されるので、操作ハンドルに対する操作レバーの相対的な移動をより効果的に抑制することができる。
【００２１】
前記固定部材は、前記操作ハンドルおよび前記操作レバーが固定された第１の面と、前記第１の面と反対側の面である第２の面とを有する固定プレートであり、前記力覚センサは、前記固定プレートの前記第２の面上であって前記固定プレートを挟んで前記操作ハンドルと反対側の位置に取り付けられていてもよい。
【００２２】
このことにより、固定プレートが、操作ハンドルに加わる力と操作レバーに加わる力とを打ち消し合うので、力覚センサに余計な力が入力されにくくなる。したがって、操作性の向上を図ることができる。
【００２３】
前記棒状体は、水平方向に延び、前記第１支持部材は、前記棒状体から後方斜め下向きに延びる面を有しており、前記第２支持部材は、前記棒状体から上向きまたは斜め上向きに延びていてもよい。
【００２４】
このことにより、操作時における操作者の手をより一層安定化させることができる。
【００２５】
前記第１支持部材は、前記棒状体から後方斜め下向きに延びる面を有するクッションを備えていてもよい。
【００２６】
このことにより、操作者の手のひらをさらに安定して支持することができる。
【００２７】
前記マニピュレータは、前記アームの力覚を前記操作ハンドルに伝える力覚提示装置をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
このことにより、操作者はアームの力覚を感じることができ、アームの操作性を向上させることができる。
【００２９】
前記駆動装置は、前記操作者による前記操作ハンドルに対する入力を増幅させて前記アームを駆動させ、前記操作者による前記操作レバーに対する入力を増幅させて前記ハンドを駆動させるものであってもよい。
【００３０】
このことにより、人の腕および手の動きに似た動作を人の力以上の力で実行可能ないわゆるパワーアシストアームにおいて、上述の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、マニピュレータにおいて、操作レバーの操作の際に、操作ハンドルに意図しない操作力が入力されることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
《パワーアシストアームの全体構成》
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操作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、以下に説明する実施形態は本発明を実施するための形態の一例に過ぎず、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
図１は、実施形態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、ハンド８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。
【００３４】
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、および前腕部７を備えている。アーム２は、直動関節５によって伸縮自在に構成され、回転関節６によって屈曲自在に構成されている。
【００３５】
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。
【００３６】
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、前腕部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と前腕部７との間に設けられ、直動関節５と前腕部７とを相対回転自在に接続している。前腕部７の先端部にはハンド８が取り付けられている。
【００３７】
ハンド８は、前腕部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ており、固定部８ａにスライド自在に連結されている。ハンド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８は対象物を把持することができる。
【００３８】
なお、固定部８ａの形状は、Ｌ字状に限られない。また、ハンド８は、固定部８ａと可動部８ｂとにより構成されるものに限定されない。可動部と可動部とによりハンド８を構成してもよい。ハンド８は、対象物を把持することが可能ないかなる形状であってもよい。また、ハンド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。
【００３９】
パワーアシストアーム１は、第１操作装置１１と、第２操作装置１２とを備えている。第１操作装置１１は支持部３に取り付けられている。第１操作装置１１は、ハンド８から離れた位置に配置されている。第２操作装置１２は、アーム２の先端部２ｂ（本実施形態では前腕部７）に取り付けられており（なお、図１等では、第２操作装置１２の構成を理解しやすいように、先端部２ｂから離して図示している。）、ハンド８に近接した位置に配置されている。ただし、第１操作装置１１および第２操作装置１２のいずれも、当該操作装置１１，１２を操作する操作者がハンド８を視認できる範囲に配置されている。あるいは、第１操作装置１１および第２操作装置１２のいずれも、当該操作装置１１，１２を操作する操作者が、ハンド８で対象物を把持する際にその把持に伴って発生する音を聞くことができる範囲に配置されている。なお、本実施形態では、パワーアシストアーム１には２つの操作装置（つまり、第１操作装置１１および第２操作装置１２）が設けられているが、いずれか一方の操作装置のみを設置することも勿論可能である。
【００４０】
《操作装置の構成》
第１操作装置１１と第２操作装置１２とは、同一の構成を有している。そこで、以下では第１操作装置１１の構成のみを説明し、第２操作装置１２の説明は省略する。
【００４１】
図２に示すように、第１操作装置１１は、アーム２を操作するための操作ハンドル１３と、ハンド８を操作するための操作レバー１５とを備えている。
【００４２】
操作ハンドル１３は、水平方向に延びる棒状体９と、棒状体９の根元側に位置するフランジ９０とを有している。フランジ９０は、略円柱状の６軸力覚センサ１０を介して固定プレート９５に固定されている。本実施形態では、棒状体９の横断面は円形状に形成されており、棒状体９の輪郭は円柱状に形成されている。しかし、棒状体９は、横断面が長円形状を有する棒状に形成されていてもよい。また、棒状体９は、角柱状に形成されていてもよい。さらに、棒状体９の断面積は長手方向に沿って一定であってもよく、変化していてもよい。棒状体９の形状は、特に限定されるものではない。
【００４３】
棒状体９の下側には、操作者の手のひらを支える第１支持棒９１が取り付けられている。第１支持棒９１は、棒状体９から下方に向かって突出している。棒状体９の上側には、第２支持棒９２が取り付けられている。第２支持棒９２は、棒状体９から上方に向かって突出している。このように、第１支持棒９１と第２支持棒９２とは、棒状体９の軸心９ｃを中心として互いに反対側の方向に延びている。言い換えると、第１支持棒９１と第２支持棒９２とは、棒状体９の長手方向から見て、軸心９ｃを中心として点対称の位置に配置されている。なお、第１支持棒９１の直径と第２支持棒９２の直径とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。また、第１支持棒９１の長さと第２支持棒９２の長さとは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００４４】
操作レバー１５は、複数のプレートを組み合わせたような形状に形成されたレバー本体１５Ａと、レバー本体１５Ａに貼り付けられた歪みゲージ１６とを備えている。レバー本体１５Ａは、上側押圧プレート９７と、下側押圧プレート９３と、上側補助プレート９４ａと、下側補助プレート９８とを有している。上側押圧プレート９７、下側押圧プレート９３、上側補助プレート９４ａ、および下側補助プレート９８は、いずれも水平に延びるプレートである。これら上側押圧プレート９７、下側押圧プレート９３、上側補助プレート９４ａ、および下側補助プレート９８の前端部は、垂直に延びる連結プレート９６によって連結されている。
【００４５】
図３は、操作者が第１操作装置１１を操作するときの状態を示している。図３に示すように、上側押圧プレート９７と下側押圧プレート９３との間には、操作者の人差し指Ｘ１を挿入可能な隙間が形成されている。上側補助プレート９４ａと下側補助プレート９８との間には、操作者の親指Ｘ２を挿入可能な隙間が形成されている。図２に示すように、上側補助プレート９４ａは右側に延びている。上側補助プレート９４ａの右端には、上向きに延びる支持プレート９４ｂが形成されている。支持プレート９４ｂは、固定プレート９５に固定されている。このように支持プレート９４ｂが固定プレート９５に固定されることによって、操作レバー１５の全体が固定プレート９５に固定されている。したがって、本実施形態では、操作レバー１５および操作ハンドル１３の両方が固定プレート９５に固定されている。すなわち、操作レバー１５と操作ハンドル１３とは、同一の部材に固定されている。したがって、操作レバー１５は操作ハンドル１３に対して相対移動不能となっている。
【００４６】
歪みゲージ１６は、連結プレート９６の前側の面に貼り付けられている。ただし、歪みゲージ１６は、連結プレート９６の後側の面に貼り付けられていてもよい。また、歪みゲージ１６を連結プレート９６の前側および後側の両方の面に貼り付けることも可能である。本実施形態では、歪みゲージ１６は、連結プレート９６の長手方向（すなわち上下方向）の中間の位置に配置されている。ただし、歪みゲージ１６は、連結プレート９６の上記中間位置から上側または下側にずれた位置に配置されていてもよい。また、歪みゲージ１６は、連結プレート９６に限らず、上側押圧プレート９７、下側押圧プレート９３、上側補助プレート９４ａ、および下側補助プレート９８のいずれか一箇所または二箇所以上に配置されていてもよい。例えば、歪みゲージ１６は、下側押圧プレート９３の根元側部分に貼り付けられていてもよい。
【００４７】
なお、レバー本体１５Ａは、単一物であってもよく、複数の部材を組み合わせたものであってもよい。言い換えると、上側押圧プレート９７、下側押圧プレート９３、上側補助プレート９４ａ、支持プレート９４ｂ、下側補助プレート９８、および連結プレート９６は、一体物であってよく、複数の部材が溶接等によって結合された物であってもよい。
【００４８】
また、固定プレート９５に対する支持プレート９４ｂの固定方法は、特に限定されない。支持プレート９４ｂは、ねじやボルト等の締結具を用いて固定プレート９５に固定されていてもよい。また、支持プレート９４ｂは、溶接等によって固定プレート９５に接合されていてもよく、接着剤等を用いて固定プレート９５に接着されていてもよい。
【００４９】
《駆動装置、力覚提示装置》
図４に示すように、パワーアシストアーム１は、アーム２を駆動する駆動装置として、直動関節５を駆動する直動関節駆動装置２１と、回転関節６を駆動する回転関節駆動装置２３とを備えている。また、パワーアシストアーム１は、ハンド８を駆動する駆動装置として、ハンド駆動装置２５を備えている。また、パワーアシストアーム１は、直動関節５の動作に基づいて第１操作装置１１の操作ハンドル１３に力覚を提示する直動関節力覚提示装置２２と、回転関節６の動作に基づいて第１操作装置１１の操作ハンドル１３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。
【００５０】
直動関節駆動装置２１は、第１操作装置１１または第２操作装置１２における操作ハンドル１３の操作入力（詳しくは、操作者が操作ハンドル１３に対して棒状体９の長手方向と直交する方向に加える力）に応じて、直動関節５を伸縮させる。例えば、操作者が操作ハンドル１３を前方に向かって押すと、直動関節駆動装置２１は、直動関節５の可動部５ｂを前方に移動させる。逆に、操作者が操作ハンドル１３を後方に向かって引くと、直動関節駆動装置２１は、直動関節５の可動部５ｂを後方に移動させる。このような操作によって、直動関節５は伸縮することとなる。
【００５１】
なお、操作ハンドル１３の操作の際に、操作者が棒状体９に対してその長手方向と直交する方向の力を加えると、棒状体９は傾くようになる。また、操作者が棒状体９に対してその長手方向の力を加えると、棒状体９は根元側に押しつけられ、または根元側から引っ張られる。そして、６軸力覚センサ１０は、６軸の力成分、すなわち、棒状体９の長手方向（以下、Ｙ軸方向ともいう）の力、Ｙ軸方向と直交する方向（以下、Ｘ軸方向という）の力、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のいずれとも直交する方向（以下、Ｚ軸方向という）の力、Ｘ軸回りの回転力、Ｙ軸回りの回転力、およびＺ軸回りの回転力を検出する。
【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伸縮長さに基づく力覚を第１操作装置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、第１操作装置１１の操作ハンドル１３に、直動関節５の伸縮に応じた力覚が提示される。
【００５３】
回転関節駆動装置２３は、第１操作装置１１または第２操作装置１２における操作ハンドル１３の操作入力（詳しくは、操作者が操作ハンドル１３に対して棒状体９を回転させる方向に加える力）に応じて、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回転角度に基づく力覚を第１操作装置１１の操作ハンドル１３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の回転角度に応じた角度分だけ回転させる。これにより、第１操作装置１１の操作ハンドル１３に、回転関節６の回転動作に応じた力覚が提示される。
【００５５】
ハンド駆動装置２５は、第１操作装置１１または第２操作装置１２の操作入力（詳しくは、操作者が操作レバー１５の上側押圧プレート９７を押し上げる力、または下側押圧プレート９３を押し下げる力）に応じて、ハンド８を開閉させる。例えば、操作者の人差し指Ｘ１（図３参照）が上側押圧プレート９７を押し上げると、ハンド部駆動装置２５は、ハンド８が開くようにハンド８の可動部８ｂをスライドさせる。逆に、操作者の人差し指Ｘ１が下側押圧プレート９３を押し下げると、ハンド部駆動装置２５は、ハンド８が閉じるようにハンド８の可動部８ｂをスライドさせる。このような操作によって、ハンド８は開閉することとなる。
【００５６】
《直動関節力覚提示装置》
図５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と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と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。
【００５７】
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。
【００５８】
《回転関節力覚提示装置》
図６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。
【００５９】
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と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。
【００６０】
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と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の棒状体９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。
【００６１】
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。
【００６２】
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結合されている。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。
【００６３】
一方、第２のレバー６２は棒状体からなり、操作ハンドル１３の棒状体９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結合されている。また、第２のレバー６２は、操作ハンドル１３に相対回転不能に接続されている。
【００６４】
なお、図６では、第１のレバー５２の端部とピストンロッド５７の端部とが結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結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も、同様に中途部において結合されていてもよい。
【００６５】
《操作レバーを操作ハンドルに対して移動不能とした理由》
ところで、パワーアシストアーム１では、ハンド８の力覚を第１操作装置１１および第２操作装置１２の操作レバー１５に伝達する力覚提示装置は設けられていない。また、ハンド８を操作するための操作レバー１５は、固定プレート９５に固定されており、移動不能となっている。しかし、本願発明者は、種々の実験の結果、そのような力覚提示装置を設けなくても、また、操作レバー１５を移動可能に構成しなくても、操作者が視覚的情報または聴覚的情報に基づいてハンド８の力覚を実感することが可能であることを見出した。
【００６６】
本願発明者は、複数の被験者を対象として、第１操作装置１１を操作することによってハンド８でスチール缶を把持する実験を行った。実験には、長さが０．１０４ｍのスチール缶を用いた。ハンド８でスチール缶を把持しようとする場合、開いていたハンド８を閉じることになるが、ハンド８がスチール缶を把持する前では、ハンド８には負荷が加わらない。一方、ハンド８がスチール缶を把持し始めると、把持力に応じた負荷がハンド８に加わることになる。そこで、上記実験では、ハンド８が開いた状態から、操作レバー１５の下側押圧プレート９３を人差し指Ｘ１で押し下げ、ハンド８がスチール缶を把持したことを感じれば、下側押圧プレート９３を押し下げることをやめ、逆に、人差し指Ｘ１で上側押圧プレート９７を押し上げることとした。そして、このような動作、つまりハンド８の開閉を繰り返すこととした。
【００６７】
図７〜図１０は、上記実験結果を示すグラフである。詳しくは、図７は被験者Ａによる１回目の実験結果を示し、図８は被験者Ａによる２回目の実験結果を示す。図９は被験者Ｂの実験結果を示し、図１０は被験者Ｃの実験結果を示す。図７〜図１０における縦軸は、ハンド８の間隔（ｍ）を表している。この間隔が０．１０４ｍ（＝スチール缶の長さ）となると、ハンド８はスチール缶を把持していることになり、上記間隔が０．１０４ｍよりも小さくなると、ハンド８はスチール缶を押しつぶしていることになる。上記間隔が減少して０．１０４ｍ付近で停止すれば、被験者はハンド８の力覚を感じ、本ハンド８はスチール缶をつぶすのに十分な把持力を奏するが、ハンド８を閉じる操作を停止したことになる。
【００６８】
図１１は、上記実験結果をまとめた表であり、被験者がハンド８の閉じ動作を停止した位置（＝ハンド８の間隔の値）を表している。図１１の表から、多くの場合において、ハンド８はその間隔が０．１０４ｍ付近の位置で停止されたことが分かる。このような結果から、ハンド８がスチール缶を把持する様子を視認できる範囲あるいはハンド８がスチール缶を把持する音が聞こえる範囲で操作する限り、ハンド８用の力覚提示装置を設けなくても、また、操作レバー１５を移動可能に構成しなくても、操作者がハンド８の力覚を実感することが可能であることが分かった。
【００６９】
そこで、本願発明者は、上記のような知見に基づき、操作レバー１５を固定プレート９５に固定し、操作レバー１５を操作ハンドル１３に対し相対移動不能とした。これにより、操作レバー１５の操作に伴って操作ハンドル１３に意図しない力が加えられることを抑制することができる。
【００７０】
《パワーアシストアームの動作》
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。
【００７１】
まず、図１２（ａ）に示すように、操作者Ｘは、ハンド８から離れた位置にある第１操作装置１１の操作ハンドル１３を操作し、直動関節５を伸縮させるとともに回転関節６を回転させることにより、ハンド８を重量物５００に接近させる。
【００７２】
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１３に対して前向きまたは後ろ向きの力を付加する。このとき、操作ハンドル１３に取り付けられた６軸力覚センサ１０により、その力の向きおよび大きさ等が検知される。そして、その力の向きおよび大きさ等を表す信号が、直動関節駆動装置２１に送られる。直動関節駆動装置２１は、上記信号に基づき、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。
【００７３】
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が前方または後方に変位する。これにより、直動関節５における力覚が操作者Ｘに提示される。
【００７４】
具体的には、図５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側または第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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、前方または後方に変位することとなる。
【００７７】
回転関節６を回転させる際、操作者Ｘは、操作ハンドル１３に対して周方向の力を付加する。このとき、操作ハンドル１３に取り付けられた６軸力覚センサ１０により、力の向きおよび大きさ等が検知される。そして、その力の向きおよび大きさ等を表す信号が、回転関節駆動装置２３（図４参照）に伝達される。回転関節駆動装置２３は、この信号に基づき、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に接続された前腕部７およびハンド８は旋回させられることとなる。
【００７８】
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が周方向に変位する。これにより、回転関節６における力覚が操作者Ｘに提示される。
【００７９】
具体的には、図６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側または第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。
【００８０】
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。
【００８１】
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側または第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は周方向に変位することとなる。
【００８２】
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８を重量物５００に接近させる。次に、操作者Ｘは、第１操作装置１１の操作レバー１５を操作することにより、ハンド８を開閉させて重量物５００を把持させる。
【００８３】
まず、操作者Ｘは、図３に示すように、操作レバー１５の上側補助プレート９４ａの下面に親指Ｘ２を添えた状態で、下側押圧プレート９３の上面を人差し指Ｘ１で押し下げる。言い換えると、人差し指Ｘ１と親指Ｘ２とで、下側押圧プレート９３と上側補助プレート９４ａとをつまむ。このとき、連結プレート９６に微小な歪みが生じ、その歪み方向および歪み量が歪みゲージ１６によって検出される。これにより、操作者による力の向きおよび大きさ等が検知される。歪みゲージ１６からの信号は、ハンド駆動装置２５に伝達される。ハンド部駆動装置２５は、上記信号に基づき、ハンド８の開閉速度および開閉度合いを決定し、ハンド８の可動部８ｂをスライド移動させる。これにより、ハンド８は閉じられることになる。なお、操作者Ｘが人差し指Ｘ１と親指Ｘ２とを開くようにすると、人差し指Ｘ１は上側押圧プレート９７を押し上げることとなる。その結果、連結プレート９６には逆方向の歪みが生じ、その歪み方向および歪み量が歪みゲージ１６によって検出される。歪みゲージ１６からの信号はハンド駆動装置２５に伝達され、ハンド駆動装置２５はハンド８を開く方向に駆動する。
【００８４】
このようにして、パワーアシストアーム１によれば、ハンド８を開閉させて重量物５００を把持することができる。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８によって把持する際に微妙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８で把持する場合、以下のように操作することも可能である。
【００８５】
すなわち、ハンド８に微妙な動作が要求される場合、図１２（ｂ）に示すように、操作者Ｘは、ハンド８の付近まで移動し、ハンド８に近接した位置にある第２操作装置１２を用いて直動関節５、回転関節６およびハンド８を操作する。なお、第２操作装置１２の操作方法は、第１操作装置１１の操作方法と同様である。
【００８６】
このようにして、ハンド８に近接した位置にある第２操作装置１２を用いて操作することにより、操作者Ｘは、ハンド８の動作を間近で目視しながら、ハンド８で重量物５００を把持することができる。また、第２操作装置１２の操作ハンドル１３を用いて、直動関節５を伸縮させ、また、回転関節６を回転させて、ハンド８の位置を微調整することも可能である。
【００８７】
ハンド８で重量物５００を把持した後、第１操作装置１１または第２操作装置１２を操作して、直動関節５を伸縮させ、あるいは回転関節６を回転させて、ハンド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８を開くと、重量物５００はハンド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。
【００８８】
《実施形態の効果》
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によれば、操作レバー１５のレバー本体１５Ａと操作ハンドル１３の棒状体９とが相対移動不能となっているので、操作者が棒状体９を握ったままレバー本体１５Ａに力を加えても、操作者の手がレバー本体１５Ａと共に変位することがない。そのため、操作レバー１５を操作する際に、操作ハンドル１３に意図しない操作力が入力されることを抑制することができる。したがって、ハンド８の操作の際に、アーム２に不必要な動きが発生することを抑制することができる。
【００８９】
また、操作ハンドル１３の棒状体９には、棒状体９を握ったときの操作者の手のひらを支える第１支持棒９１と、棒状体９を握ったときの操作者の指の間（図３に示す例では、人差し指と中指との間）に位置する第２支持棒９２とが設けられている。このように、操作ハンドル１３は、略十字型に形成されている。このような構成により、棒状体９を握りながら操作レバー１５を操作する操作者の手を安定して支持することができる。したがって、操作ハンドル１３に意図しない操作力が入力されることを、より一層抑制することが可能となる。
【００９０】
本実施形態によれば、操作ハンドル１３と操作レバー１５とは、同一の固定プレート９５に固定されている。そのため、操作ハンドル１３に対する操作レバー１５の相対的な移動をより効果的に抑制することができる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、操作レバー１５のレバー本体１５Ａは、上側押圧プレート９７および下側押圧プレート９３に加えて、上側補助プレート９４ａおよび下側補助プレート９８を備えている。なお、上側補助プレート９４ａ、下側補助プレート９８、上側押圧プレート９７、および下側押圧プレート９３は、互いに平行である。また、上側補助プレート９４ａおよび下側補助プレート９８は、棒状体９の軸心９ａを通りかつ下側押圧プレート９３と平行な仮想面を境として、上側押圧プレート９７および下側押圧プレート９３と反対側に位置している。
【００９２】
このような上側補助プレート９４ａを備えていることにより、図３に示すように、人差し指Ｘ１で下側押圧プレート９３を押し下げようとした場合に、親指Ｘ２の動きが上側補助プレート９４ａによって規制されることになる。人差し指Ｘ１で下側押圧プレート９３を押し下げようとすると、人差し指Ｘ１は、反力として下側押圧プレート９３から上向きの力を受ける。しかし、親指Ｘ２の上方への移動が上側補助プレート９４ａによって規制されるので、人差し指Ｘ１が下側押圧プレート９３から上向きの力を受けたとしても、操作者の手が操作ハンドル１３上で不安定になることが抑制される。したがって、操作ハンドル１３に対して意図しない操作力が入力されることを、さらに抑制することができる。
【００９３】
また、下側補助プレート９８を備えていることにより、人差し指Ｘ１で上側押圧プレート９７を押し上げようとした場合に、親指Ｘ２の動きが下側補助プレート９８によって規制されることになる。人差し指Ｘ１で上側押圧プレート９７を押し上げようとすると、人差し指Ｘ１は、反力として上側押圧プレート９７から下向きの力を受ける。しかし、親指Ｘ２の下方への移動が下側補助プレート９８によって規制されるので、人差し指Ｘ１が上側押圧プレート９７から下向きの力を受けたとしても、操作者の手が操作ハンドル１３上で不安定になることが抑制される。したがって、操作ハンドル１３に対して意図しない操作力が入力されることを抑制することができる。
【００９４】
なお、直動関節駆動装置２１および回転関節駆動装置２３は、操作者が操作ハンドル１３に対して加える力を増幅してアーム２を駆動させる。また、ハンド駆動装置２５は、操作者が操作レバー１５に対して加える力を増幅してハンド８を駆動させる。したがって、本実施形態によれば、マニピュレータの一種として、安定した操作が可能なパワーアシストアーム１を実現することができる。
【００９５】
《変形例１》
図２に示すように、上記実施形態では、操作ハンドル１３は６軸力覚センサ１０を介して固定プレート９５に固定されていた。言い換えると、６軸力覚センサ１０は、操作ハンドル１３と固定プレート９５との間に介在していた（図１３（ａ）参照）。しかし、図１３（ｂ）に示すように、６軸力覚センサ１０を、固定プレート９５を挟んで操作ハンドル１３と反対側に配置してもよい。この変形例では、固定プレート９５の左側の面（第１の面）に操作ハンドル１３および操作レバー１５が固定され、固定プレート９５の右側の面（第２の面）であって固定プレート９５を挟んで操作ハンドル１３と反対側の位置に、６軸力覚センサ１０が取り付けられている。この変形例では、操作ハンドル１３に対する操作力は、固定プレート９５を介して６軸力覚センサ１０に伝わることになる。
【００９６】
本変形例によれば、固定プレート９５が操作ハンドル１３に加わる力と操作レバー１５に加わる力とを打ち消し合うので、６軸力覚センサ１０に余計な力が入力されにくくなる。したがって、より正確な操作を行うことができる。
【００９７】
《変形例２》
図２に示すように、上記実施形態では、操作ハンドル１３の第１支持棒９１は鉛直下向きに延び、第２支持棒９２は鉛直上向きに延びており、第１支持棒９１と第２支持棒９２とは、棒状体９の軸心９ａを中心として反対側の方向に延びていた。言い換えると、棒状体９の長手方向から棒状体９を見たときに、棒状体９の軸心９ａから第１支持棒９１が延びる方向と第２支持棒９２が延びる方向とのなす角は、１８０度であった。しかし、この角度は、１８０度でなくてもよい。図１４に示すように、第１支持棒９１を後方斜め下向きに延ばすようにしてもよい。例えば、第１支持棒９１を、鉛直線から４５度（θ＝４５°）の角度をなすように後方斜め下向きに延ばすようにしてもよい。このような構成により、第１支持棒９１の後側の面は棒状体９から後方斜め下向きに延びる面９１ｓとなり、第１支持棒９１を操作者の手のひらに対して、より接触しやすくすることができる。すなわち、第１支持棒９１に、棒状体９を握ったときの手のひらに自然に沿うような接触面（上記の面９１ｓ）を形成することができる。したがって、棒状体９を握る操作者の手を、より安定化させることができる。
【００９８】
《変形例３》
また、図１５に示すように、手のひらに対する接触面積を大きくするよう、第１支持棒９１にクッション９１ａを設けるようにしてもよい。なお、このクッション９１ａにも、棒状体９から後方斜め下向きに延びる面９１ｓが含まれ、この面９１ｓは手のひらに自然に沿うような接触面となる。このような形態であっても、棒状体９を握る操作者の手を、より安定化させることができる。
【００９９】
《その他の変形例》
なお、本実施形態では、第１操作装置１１は、支持部３に取り付けられていたが、第１操作装置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。
【０１００】
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。
【０１０１】
また、直動関節力覚提示装置２２および回転関節力覚提示装置２４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の位置を検知する位置センサをそれぞれ設け、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。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。
【０１０２】
本実施形態に係るパワーアシストアーム１は、単独で使用してもよいが、複数で使用することも可能である。例えば、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を実現することができる。当該パワーアシスト装置によれば、２つのパワーアシストアーム１を用いることにより、大きな動作と微妙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を提供することができる。これにより、人間の両腕や両手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、上記パワーアシスト装置によれば、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実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
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】
【０１０４】
【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】操作装置の斜視図である。
【図３】操作装置および操作装置を操作する手を表す斜視図である。
【図４】操作装置、駆動装置、および力覚提示装置の関係を示すブロック図である。
【図５】直動関節力覚提示装置の詳細図である。
【図６】回転関節力覚提示装置の詳細図である。
【図７】ハンドでスチール缶を把持する実験の結果を示すグラフである。
【図８】ハンドでスチール缶を把持する実験の結果を示すグラフである。
【図９】ハンドでスチール缶を把持する実験の結果を示すグラフである。
【図１０】ハンドでスチール缶を把持する実験の結果を示すグラフである。
【図１１】ハンドでスチール缶を把持する実験の結果をまとめた表である。
【図１２】（ａ）は第１操作装置使用時の動作図であり、（ｂ）は第２操作装置使用時の動作図である。
【図１３】（ａ）は実施形態に係る操作装置の概略平面図であり、（ｂ）は変形例に係る操作装置の概略平面図である。
【図１４】変形例に係る操作ハンドルの斜視図である。
【図１５】変形例に係る操作ハンドルの斜視図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ パワーアシストアーム（マニピュレータ）
２ アーム
５ 直動関節
６ 回転関節
８ ハンド
９ 棒状体
１０ ６軸力覚センサ（力覚センサ）
１１ 第１操作装置
１２ 第２操作装置
１３ 操作ハンドル
１５ 操作レバー
１５Ａ レバー本体
１６ 歪みゲージ
２１ 直動関節駆動装置（駆動装置）
２２ 直動関節力覚提示装置（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（力覚提示装置）
２５ ハンド部駆動装置（駆動装置）
９０ フランジ
９１ 第１支持棒（第１支持部材）
９２ 第２支持棒（第２支持部材）
９３ 下側押圧プレート（プレート）
９４ 上側補助プレート
９５ 固定プレート（固定部材）
９７ 上側押圧プレート（プレート）
９８ 下側補助プレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人の力では行うことができない作業や危険な作業を人間に代わって行う装置として、マニピュレータが用いられている（例えば、下記特許文献１参照）。通常、マニピュレータは、人が操作する操作装置と、作業を行う動作部と、操作装置に対する人の操作（以下、操作入力という）に基づいて動作部を駆動する駆動機構とを備えている。
【０００３】
このようなマニピュレータの一種として、パワーアシスト型のマニピュレータが知られている。パワーアシスト型のマニピュレータは、動作部に人間の力以上の力を発揮させるマニピュレータであり、操作装置に対する人の操作力（例えば、操作ハンドルを押したり引いたりする力など）を増幅して、動作部を作動させる。パワーアシスト型のマニピュレータは、例えば、重量物の運搬等に好適に用いられる。
【０００４】
ところで、大型のマニピュレータでは、操作装置は動作部から比較的離れた位置に配置されることになる。そのため、大型のマニピュレータでは、小型のマニピュレータと異なり、動作部の微妙な操作が難しく、操作者が直感的な操作を行い難いという課題があった。
【０００５】
そこで、本願発明者は、パワーアシスト型のマニピュレータの操作性の向上を図るため、動作部から離れた位置にある操作装置に、力覚提示装置を設けることを考案した（特願２００７−１７２６５４参照）。具体的には、直動関節および回転関節を有するアームと、アームの先端に設けられたハンドとを備えたパワーアシストアームに、アームを動かすための操作ハンドルと、ハンドを開閉させるための操作レバーとを設けることとした。そして、操作ハンドル、操作レバーに対して、それぞれアーム、ハンドからの力覚を伝える力覚提示装置を付設することとした。
【０００６】
このパワーアシストアームでは、操作者は、操作ハンドルを握りながら、例えば、前後方向、左右方向、上下方向等に力を加えることによって、直動関節を操作することができる。また、操作ハンドルに回転力を加えることによって、回転関節を操作することができる。さらに、操作ハンドルを握りながら操作レバーを指で押し下げたり押し上げたりすることによって、ハンドを操作することができる。
【０００７】
上記パワーアシストアームでは、ハンドの開閉変位を操作者に対してダイナミックに伝えやすいように、操作レバー自体が操作者の指の操作によって上下動するように構成されている。すなわち、操作レバーを指で下方に押し下げるとハンドが閉じ、逆に、操作レバーを指で上方に押し上げるとハンドが開くように構成されている。これにより、例えば、ハンドで物を把持した際には、ハンドの閉方向の変位が当該物によって規制されるので、その力覚が操作レバーに伝わり、操作レバーの下方への移動が規制される。そのため、操作レバーを下方へ押し下げる際に負荷が加わることによって、操作者は、ハンドが物を把持したことを直感的に理解することができる。
【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】
【０００８】
しかしながら、操作レバーを上下動可能に構成すると、操作者が操作レバーを指で上下動させる際に、操作ハンドルに余計な力が加わってしまうことがある。そのため、操作ハンドルに意図しない力が加わることにより、アームに無駄な動作が生じるおそれがある。
【０００９】
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、操作レバーの操作の際に、操作ハンドルに意図しない操作力が入力されることを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者は、鋭意研究の結果、ハンドが視認可能な範囲にある場合、またはハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲にある場合、当該ハンドを操作するための操作レバーが移動不能であったとしても、ハンドを見ながら操作を行う操作者、またはハンドが把持対象物を把持するときの音を聞きながら操作を行う操作者にとって、ハンドの動作を直感的に理解することが可能であることを見出した。すなわち、従来は、ハンドの動作を直感的に理解可能とするためには、操作レバーが操作者の操作に伴って移動することが必要不可欠と考えられていたが、本願発明者は、ハンドが視認可能な範囲にある場合、またはハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲にある場合、そのような操作レバー自体の移動は必ずしも必要ではないことを見出した。
【００１１】
本発明に係るマニピュレータは、アームと、前記アームに取り付けられた開閉自在なハンドと、操作者によって操作される操作装置であって、前記操作者が前記ハンドの動作を視認可能な範囲内または前記ハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲内に設置された操作装置と、前記操作者による前記操作装置に対する操作入力に基づき、前記アームおよび前記ハンドを駆動する駆動装置と、を備えたマニピュレータであって、前記操作装置は、前記操作者の手によって握られる棒状体を有し、前記アームを操作するための操作ハンドルと、前記操作ハンドルに直接または間接的に取り付けられ、前記操作者により加えられる力を検出する力覚センサと、前記棒状体を握ったときの前記操作者の手の指と接触可能な位置に配置された１または２以上のプレートを有し、前記棒状体に対して相対移動不能なレバー本体と、前記レバー本体に貼り付けられ、前記プレートに加えられた押圧力によって生じる前記レバー本体の歪みを検出する歪みゲージとを備え、前記プレートに加えられる押圧力に基づいて前記ハンドを操作する操作レバーと、を備えているものである。
【００１２】
上記マニピュレータによれば、操作レバーのレバー本体と操作ハンドルの棒状体とが相対移動不能となっているので、レバー本体は棒状体に対して相対的に固定された状態となる。そのため、操作者が棒状体を握った状態でレバー本体に力を加えても、操作者の手がレバー本体と共に変位することがない（厳密には、棒状体に対して相対的に変位することがない）ので、棒状体に対して意図しない操作力が入力されることが抑制される。なお、操作装置は、操作者がハンドの動作を視認可能な範囲内またはハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲内に設置されているので、レバー本体が棒状体に対して相対的に固定された状態であっても、操作者はハンドの動作を直感的に認識することができる。
【００１３】
前記操作装置は、前記棒状体から前記棒状体と略直交する方向に延び、前記棒状体を握ったときの前記操作者の手のひらを支える第１支持部材と、前記棒状体から前記棒状体と略直交する方向に延び、前記棒状体を握ったときの前記操作者の指の間に位置する第２支持部材と、をさらに備えていることが好ましい。
【００１４】
上記マニピュレータによれば、操作ハンドルの棒状体を握りながら操作レバーを操作する操作者の手が、第１支持部材および第２支持部材によって安定して支持されることになる。したがって、操作ハンドルに意図しない操作力が入力されることをさらに抑制することができる。
【００１５】
前記レバー本体は、前記棒状体の軸心を通りかつ前記プレートと平行な仮想面を境として前記プレートと反対側に位置し、前記プレートと平行な補助プレートを有していることが好ましい。
【００１６】
上記マニピュレータによれば、例えば、操作者が操作ハンドルの棒状体を握りながら、人差し指と親指とで上記プレートおよび補助プレートをつまむことができる。そのため、一本の指のみで上記プレートを押し下げるまたは押し上げる場合と比べて、操作レバーを操作する際の操作者の手にかかる反力は補助プレートからの反力で打ち消され、棒状体に対する意図しない操作力は低減する。
【００１７】
前記レバー本体は、前記プレートとして、前記操作者の人差し指の上方に配置される上側押圧プレートと、前記人差し指の下方に配置される下側押圧プレートとを備え、前記補助プレートとして、前記操作者の親指の上方に配置される上側補助プレートと、前記親指の下方に配置される下側補助プレートとを備えていてもよい。
【００１８】
このことにより、操作レバーを操作する際の操作者の手の位置を、より一層安定化させることができる。
【００１９】
前記マニピュレータは、前記操作ハンドルと前記操作レバーとを支持する固定部材をさらに備えていることが好ましい。
【００２０】
上記マニピュレータによれば、操作ハンドルと操作レバーとが同一の固定部材に支持されるので、操作ハンドルに対する操作レバーの相対的な移動をより効果的に抑制することができる。
【００２１】
前記固定部材は、前記操作ハンドルおよび前記操作レバーが固定された第１の面と、前記第１の面と反対側の面である第２の面とを有する固定プレートであり、前記力覚センサは、前記固定プレートの前記第２の面上であって前記固定プレートを挟んで前記操作ハンドルと反対側の位置に取り付けられていてもよい。
【００２２】
このことにより、固定プレートが、操作ハンドルに加わる力と操作レバーに加わる力とを打ち消し合うので、力覚センサに余計な力が入力されにくくなる。したがって、操作性の向上を図ることができる。
【００２３】
前記棒状体は、水平方向に延び、前記第１支持部材は、前記棒状体から後方斜め下向きに延びる面を有しており、前記第２支持部材は、前記棒状体から上向きまたは斜め上向きに延びていてもよい。
【００２４】
このことにより、操作時における操作者の手をより一層安定化させることができる。
【００２５】
前記第１支持部材は、前記棒状体から後方斜め下向きに延びる面を有するクッションを備えていてもよい。
【００２６】
このことにより、操作者の手のひらをさらに安定して支持することができる。
【００２７】
前記マニピュレータは、前記アームの力覚を前記操作ハンドルに伝える力覚提示装置をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
このことにより、操作者はアームの力覚を感じることができ、アームの操作性を向上させることができる。
【００２９】
前記駆動装置は、前記操作者による前記操作ハンドルに対する入力を増幅させて前記アームを駆動させ、前記操作者による前記操作レバーに対する入力を増幅させて前記ハンドを駆動させるものであってもよい。
【００３０】
このことにより、人の腕および手の動きに似た動作を人の力以上の力で実行可能ないわゆるパワーアシストアームにおいて、上述の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、マニピュレータにおいて、操作レバーの操作の際に、操作ハンドルに意図しない操作力が入力されることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
《パワーアシストアームの全体構成》
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操作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、以下に説明する実施形態は本発明を実施するための形態の一例に過ぎず、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
図１は、実施形態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、ハンド８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。
【００３４】
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、および前腕部７を備えている。アーム２は、直動関節５によって伸縮自在に構成され、回転関節６によって屈曲自在に構成されている。
【００３５】
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。
【００３６】
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、前腕部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と前腕部７との間に設けられ、直動関節５と前腕部７とを相対回転自在に接続している。前腕部７の先端部にはハンド８が取り付けられている。
【００３７】
ハンド８は、前腕部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ており、固定部８ａにスライド自在に連結されている。ハンド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８は対象物を把持することができる。
【００３８】
なお、固定部８ａの形状は、Ｌ字状に限られない。また、ハンド８は、固定部８ａと可動部８ｂとにより構成されるものに限定されない。可動部と可動部とによりハンド８を構成してもよい。ハンド８は、対象物を把持することが可能ないかなる形状であってもよい。また、ハンド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。
【００３９】
パワーアシストアーム１は、第１操作装置１１と、第２操作装置１２とを備えている。第１操作装置１１は支持部３に取り付けられている。第１操作装置１１は、ハンド８から離れた位置に配置されている。第２操作装置１２は、アーム２の先端部２ｂ（本実施形態では前腕部７）に取り付けられており（なお、図１等では、第２操作装置１２の構成を理解しやすいように、先端部２ｂから離して図示している。）、ハンド８に近接した位置に配置されている。ただし、第１操作装置１１および第２操作装置１２のいずれも、当該操作装置１１，１２を操作する操作者がハンド８を視認できる範囲に配置されている。あるいは、第１操作装置１１および第２操作装置１２のいずれも、当該操作装置１１，１２を操作する操作者が、ハンド８で対象物を把持する際にその把持に伴って発生する音を聞くことができる範囲に配置されている。なお、本実施形態では、パワーアシストアーム１には２つの操作装置（つまり、第１操作装置１１および第２操作装置１２）が設けられているが、いずれか一方の操作装置のみを設置することも勿論可能である。
【００４０】
《操作装置の構成》
第１操作装置１１と第２操作装置１２とは、同一の構成を有している。そこで、以下では第１操作装置１１の構成のみを説明し、第２操作装置１２の説明は省略する。
【００４１】
図２に示すように、第１操作装置１１は、アーム２を操作するための操作ハンドル１３と、ハンド８を操作するための操作レバー１５とを備えている。
【００４２】
操作ハンドル１３は、水平方向に延びる棒状体９と、棒状体９の根元側に位置するフランジ９０とを有している。フランジ９０は、略円柱状の６軸力覚センサ１０を介して固定プレート９５に固定されている。本実施形態では、棒状体９の横断面は円形状に形成されており、棒状体９の輪郭は円柱状に形成されている。しかし、棒状体９は、横断面が長円形状を有する棒状に形成されていてもよい。また、棒状体９は、角柱状に形成されていてもよい。さらに、棒状体９の断面積は長手方向に沿って一定であってもよく、変化していてもよい。棒状体９の形状は、特に限定されるものではない。
【００４３】
棒状体９の下側には、操作者の手のひらを支える第１支持棒９１が取り付けられている。第１支持棒９１は、棒状体９から下方に向かって突出している。棒状体９の上側には、第２支持棒９２が取り付けられている。第２支持棒９２は、棒状体９から上方に向かって突出している。このように、第１支持棒９１と第２支持棒９２とは、棒状体９の軸心９ｃを中心として互いに反対側の方向に延びている。言い換えると、第１支持棒９１と第２支持棒９２とは、棒状体９の長手方向から見て、軸心９ｃを中心として点対称の位置に配置されている。なお、第１支持棒９１の直径と第２支持棒９２の直径とは、同一であってもよく、異なっていてもよい。また、第１支持棒９１の長さと第２支持棒９２の長さとは、同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００４４】
操作レバー１５は、複数のプレートを組み合わせたような形状に形成されたレバー本体１５Ａと、レバー本体１５Ａに貼り付けられた歪みゲージ１６とを備えている。レバー本体１５Ａは、上側押圧プレート９７と、下側押圧プレート９３と、上側補助プレート９４ａと、下側補助プレート９８とを有している。上側押圧プレート９７、下側押圧プレート９３、上側補助プレート９４ａ、および下側補助プレート９８は、いずれも水平に延びるプレートである。これら上側押圧プレート９７、下側押圧プレート９３、上側補助プレート９４ａ、および下側補助プレート９８の前端部は、垂直に延びる連結プレート９６によって連結されている。
【００４５】
図３は、操作者が第１操作装置１１を操作するときの状態を示している。図３に示すように、上側押圧プレート９７と下側押圧プレート９３との間には、操作者の人差し指Ｘ１を挿入可能な隙間が形成されている。上側補助プレート９４ａと下側補助プレート９８との間には、操作者の親指Ｘ２を挿入可能な隙間が形成されている。図２に示すように、上側補助プレート９４ａは右側に延びている。上側補助プレート９４ａの右端には、上向きに延びる支持プレート９４ｂが形成されている。支持プレート９４ｂは、固定プレート９５に固定されている。このように支持プレート９４ｂが固定プレート９５に固定されることによって、操作レバー１５の全体が固定プレート９５に固定されている。したがって、本実施形態では、操作レバー１５および操作ハンドル１３の両方が固定プレート９５に固定されている。すなわち、操作レバー１５と操作ハンドル１３とは、同一の部材に固定されている。したがって、操作レバー１５は操作ハンドル１３に対して相対移動不能となっている。
【００４６】
歪みゲージ１６は、連結プレート９６の前側の面に貼り付けられている。ただし、歪みゲージ１６は、連結プレート９６の後側の面に貼り付けられていてもよい。また、歪みゲージ１６を連結プレート９６の前側および後側の両方の面に貼り付けることも可能である。本実施形態では、歪みゲージ１６は、連結プレート９６の長手方向（すなわち上下方向）の中間の位置に配置されている。ただし、歪みゲージ１６は、連結プレート９６の上記中間位置から上側または下側にずれた位置に配置されていてもよい。また、歪みゲージ１６は、連結プレート９６に限らず、上側押圧プレート９７、下側押圧プレート９３、上側補助プレート９４ａ、および下側補助プレート９８のいずれか一箇所または二箇所以上に配置されていてもよい。例えば、歪みゲージ１６は、下側押圧プレート９３の根元側部分に貼り付けられていてもよい。
【００４７】
なお、レバー本体１５Ａは、単一物であってもよく、複数の部材を組み合わせたものであってもよい。言い換えると、上側押圧プレート９７、下側押圧プレート９３、上側補助プレート９４ａ、支持プレート９４ｂ、下側補助プレート９８、および連結プレート９６は、一体物であってよく、複数の部材が溶接等によって結合された物であってもよい。
【００４８】
また、固定プレート９５に対する支持プレート９４ｂの固定方法は、特に限定されない。支持プレート９４ｂは、ねじやボルト等の締結具を用いて固定プレート９５に固定されていてもよい。また、支持プレート９４ｂは、溶接等によって固定プレート９５に接合されていてもよく、接着剤等を用いて固定プレート９５に接着されていてもよい。
【００４９】
《駆動装置、力覚提示装置》
図４に示すように、パワーアシストアーム１は、アーム２を駆動する駆動装置として、直動関節５を駆動する直動関節駆動装置２１と、回転関節６を駆動する回転関節駆動装置２３とを備えている。また、パワーアシストアーム１は、ハンド８を駆動する駆動装置として、ハンド駆動装置２５を備えている。また、パワーアシストアーム１は、直動関節５の動作に基づいて第１操作装置１１の操作ハンドル１３に力覚を提示する直動関節力覚提示装置２２と、回転関節６の動作に基づいて第１操作装置１１の操作ハンドル１３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。
【００５０】
直動関節駆動装置２１は、第１操作装置１１または第２操作装置１２における操作ハンドル１３の操作入力（詳しくは、操作者が操作ハンドル１３に対して棒状体９の長手方向と直交する方向に加える力）に応じて、直動関節５を伸縮させる。例えば、操作者が操作ハンドル１３を前方に向かって押すと、直動関節駆動装置２１は、直動関節５の可動部５ｂを前方に移動させる。逆に、操作者が操作ハンドル１３を後方に向かって引くと、直動関節駆動装置２１は、直動関節５の可動部５ｂを後方に移動させる。このような操作によって、直動関節５は伸縮することとなる。
【００５１】
なお、操作ハンドル１３の操作の際に、操作者が棒状体９に対してその長手方向と直交する方向の力を加えると、棒状体９は傾くようになる。また、操作者が棒状体９に対してその長手方向の力を加えると、棒状体９は根元側に押しつけられ、または根元側から引っ張られる。そして、６軸力覚センサ１０は、６軸の力成分、すなわち、棒状体９の長手方向（以下、Ｙ軸方向ともいう）の力、Ｙ軸方向と直交する方向（以下、Ｘ軸方向という）の力、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のいずれとも直交する方向（以下、Ｚ軸方向という）の力、Ｘ軸回りの回転力、Ｙ軸回りの回転力、およびＺ軸回りの回転力を検出する。
【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伸縮長さに基づく力覚を第１操作装置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、第１操作装置１１の操作ハンドル１３に、直動関節５の伸縮に応じた力覚が提示される。
【００５３】
回転関節駆動装置２３は、第１操作装置１１または第２操作装置１２における操作ハンドル１３の操作入力（詳しくは、操作者が操作ハンドル１３に対して棒状体９を回転させる方向に加える力）に応じて、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回転角度に基づく力覚を第１操作装置１１の操作ハンドル１３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の回転角度に応じた角度分だけ回転させる。これにより、第１操作装置１１の操作ハンドル１３に、回転関節６の回転動作に応じた力覚が提示される。
【００５５】
ハンド駆動装置２５は、第１操作装置１１または第２操作装置１２の操作入力（詳しくは、操作者が操作レバー１５の上側押圧プレート９７を押し上げる力、または下側押圧プレート９３を押し下げる力）に応じて、ハンド８を開閉させる。例えば、操作者の人差し指Ｘ１（図３参照）が上側押圧プレート９７を押し上げると、ハンド部駆動装置２５は、ハンド８が開くようにハンド８の可動部８ｂをスライドさせる。逆に、操作者の人差し指Ｘ１が下側押圧プレート９３を押し下げると、ハンド部駆動装置２５は、ハンド８が閉じるようにハンド８の可動部８ｂをスライドさせる。このような操作によって、ハンド８は開閉することとなる。
【００５６】
《直動関節力覚提示装置》
図５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と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と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。
【００５７】
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。
【００５８】
《回転関節力覚提示装置》
図６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。
【００５９】
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と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。
【００６０】
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と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の棒状体９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。
【００６１】
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。
【００６２】
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結合されている。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。
【００６３】
一方、第２のレバー６２は棒状体からなり、操作ハンドル１３の棒状体９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結合されている。また、第２のレバー６２は、操作ハンドル１３に相対回転不能に接続されている。
【００６４】
なお、図６では、第１のレバー５２の端部とピストンロッド５７の端部とが結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結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も、同様に中途部において結合されていてもよい。
【００６５】
《操作レバーを操作ハンドルに対して移動不能とした理由》
ところで、パワーアシストアーム１では、ハンド８の力覚を第１操作装置１１および第２操作装置１２の操作レバー１５に伝達する力覚提示装置は設けられていない。また、ハンド８を操作するための操作レバー１５は、固定プレート９５に固定されており、移動不能となっている。しかし、本願発明者は、種々の実験の結果、そのような力覚提示装置を設けなくても、また、操作レバー１５を移動可能に構成しなくても、操作者が視覚的情報または聴覚的情報に基づいてハンド８の力覚を実感することが可能であることを見出した。
【００６６】
本願発明者は、複数の被験者を対象として、第１操作装置１１を操作することによってハンド８でスチール缶を把持する実験を行った。実験には、長さが０．１０４ｍのスチール缶を用いた。ハンド８でスチール缶を把持しようとする場合、開いていたハンド８を閉じることになるが、ハンド８がスチール缶を把持する前では、ハンド８には負荷が加わらない。一方、ハンド８がスチール缶を把持し始めると、把持力に応じた負荷がハンド８に加わることになる。そこで、上記実験では、ハンド８が開いた状態から、操作レバー１５の下側押圧プレート９３を人差し指Ｘ１で押し下げ、ハンド８がスチール缶を把持したことを感じれば、下側押圧プレート９３を押し下げることをやめ、逆に、人差し指Ｘ１で上側押圧プレート９７を押し上げることとした。そして、このような動作、つまりハンド８の開閉を繰り返すこととした。
【００６７】
図７〜図１０は、上記実験結果を示すグラフである。詳しくは、図７は被験者Ａによる１回目の実験結果を示し、図８は被験者Ａによる２回目の実験結果を示す。図９は被験者Ｂの実験結果を示し、図１０は被験者Ｃの実験結果を示す。図７〜図１０における縦軸は、ハンド８の間隔（ｍ）を表している。この間隔が０．１０４ｍ（＝スチール缶の長さ）となると、ハンド８はスチール缶を把持していることになり、上記間隔が０．１０４ｍよりも小さくなると、ハンド８はスチール缶を押しつぶしていることになる。上記間隔が減少して０．１０４ｍ付近で停止すれば、被験者はハンド８の力覚を感じ、本ハンド８はスチール缶をつぶすのに十分な把持力を奏するが、ハンド８を閉じる操作を停止したことになる。
【００６８】
図１１は、上記実験結果をまとめた表であり、被験者がハンド８の閉じ動作を停止した位置（＝ハンド８の間隔の値）を表している。図１１の表から、多くの場合において、ハンド８はその間隔が０．１０４ｍ付近の位置で停止されたことが分かる。このような結果から、ハンド８がスチール缶を把持する様子を視認できる範囲あるいはハンド８がスチール缶を把持する音が聞こえる範囲で操作する限り、ハンド８用の力覚提示装置を設けなくても、また、操作レバー１５を移動可能に構成しなくても、操作者がハンド８の力覚を実感することが可能であることが分かった。
【００６９】
そこで、本願発明者は、上記のような知見に基づき、操作レバー１５を固定プレート９５に固定し、操作レバー１５を操作ハンドル１３に対し相対移動不能とした。これにより、操作レバー１５の操作に伴って操作ハンドル１３に意図しない力が加えられることを抑制することができる。
【００７０】
《パワーアシストアームの動作》
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。
【００７１】
まず、図１２（ａ）に示すように、操作者Ｘは、ハンド８から離れた位置にある第１操作装置１１の操作ハンドル１３を操作し、直動関節５を伸縮させるとともに回転関節６を回転させることにより、ハンド８を重量物５００に接近させる。
【００７２】
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１３に対して前向きまたは後ろ向きの力を付加する。このとき、操作ハンドル１３に取り付けられた６軸力覚センサ１０により、その力の向きおよび大きさ等が検知される。そして、その力の向きおよび大きさ等を表す信号が、直動関節駆動装置２１に送られる。直動関節駆動装置２１は、上記信号に基づき、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。
【００７３】
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が前方または後方に変位する。これにより、直動関節５における力覚が操作者Ｘに提示される。
【００７４】
具体的には、図５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側または第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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、前方または後方に変位することとなる。
【００７７】
回転関節６を回転させる際、操作者Ｘは、操作ハンドル１３に対して周方向の力を付加する。このとき、操作ハンドル１３に取り付けられた６軸力覚センサ１０により、力の向きおよび大きさ等が検知される。そして、その力の向きおよび大きさ等を表す信号が、回転関節駆動装置２３（図４参照）に伝達される。回転関節駆動装置２３は、この信号に基づき、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に接続された前腕部７およびハンド８は旋回させられることとなる。
【００７８】
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が周方向に変位する。これにより、回転関節６における力覚が操作者Ｘに提示される。
【００７９】
具体的には、図６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側または第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。
【００８０】
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。
【００８１】
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側または第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は周方向に変位することとなる。
【００８２】
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８を重量物５００に接近させる。次に、操作者Ｘは、第１操作装置１１の操作レバー１５を操作することにより、ハンド８を開閉させて重量物５００を把持させる。
【００８３】
まず、操作者Ｘは、図３に示すように、操作レバー１５の上側補助プレート９４ａの下面に親指Ｘ２を添えた状態で、下側押圧プレート９３の上面を人差し指Ｘ１で押し下げる。言い換えると、人差し指Ｘ１と親指Ｘ２とで、下側押圧プレート９３と上側補助プレート９４ａとをつまむ。このとき、連結プレート９６に微小な歪みが生じ、その歪み方向および歪み量が歪みゲージ１６によって検出される。これにより、操作者による力の向きおよび大きさ等が検知される。歪みゲージ１６からの信号は、ハンド駆動装置２５に伝達される。ハンド部駆動装置２５は、上記信号に基づき、ハンド８の開閉速度および開閉度合いを決定し、ハンド８の可動部８ｂをスライド移動させる。これにより、ハンド８は閉じられることになる。なお、操作者Ｘが人差し指Ｘ１と親指Ｘ２とを開くようにすると、人差し指Ｘ１は上側押圧プレート９７を押し上げることとなる。その結果、連結プレート９６には逆方向の歪みが生じ、その歪み方向および歪み量が歪みゲージ１６によって検出される。歪みゲージ１６からの信号はハンド駆動装置２５に伝達され、ハンド駆動装置２５はハンド８を開く方向に駆動する。
【００８４】
このようにして、パワーアシストアーム１によれば、ハンド８を開閉させて重量物５００を把持することができる。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８によって把持する際に微妙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８で把持する場合、以下のように操作することも可能である。
【００８５】
すなわち、ハンド８に微妙な動作が要求される場合、図１２（ｂ）に示すように、操作者Ｘは、ハンド８の付近まで移動し、ハンド８に近接した位置にある第２操作装置１２を用いて直動関節５、回転関節６およびハンド８を操作する。なお、第２操作装置１２の操作方法は、第１操作装置１１の操作方法と同様である。
【００８６】
このようにして、ハンド８に近接した位置にある第２操作装置１２を用いて操作することにより、操作者Ｘは、ハンド８の動作を間近で目視しながら、ハンド８で重量物５００を把持することができる。また、第２操作装置１２の操作ハンドル１３を用いて、直動関節５を伸縮させ、また、回転関節６を回転させて、ハンド８の位置を微調整することも可能である。
【００８７】
ハンド８で重量物５００を把持した後、第１操作装置１１または第２操作装置１２を操作して、直動関節５を伸縮させ、あるいは回転関節６を回転させて、ハンド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８を開くと、重量物５００はハンド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。
【００８８】
《実施形態の効果》
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によれば、操作レバー１５のレバー本体１５Ａと操作ハンドル１３の棒状体９とが相対移動不能となっているので、操作者が棒状体９を握ったままレバー本体１５Ａに力を加えても、操作者の手がレバー本体１５Ａと共に変位することがない。そのため、操作レバー１５を操作する際に、操作ハンドル１３に意図しない操作力が入力されることを抑制することができる。したがって、ハンド８の操作の際に、アーム２に不必要な動きが発生することを抑制することができる。
【００８９】
また、操作ハンドル１３の棒状体９には、棒状体９を握ったときの操作者の手のひらを支える第１支持棒９１と、棒状体９を握ったときの操作者の指の間（図３に示す例では、人差し指と中指との間）に位置する第２支持棒９２とが設けられている。このように、操作ハンドル１３は、略十字型に形成されている。このような構成により、棒状体９を握りながら操作レバー１５を操作する操作者の手を安定して支持することができる。したがって、操作ハンドル１３に意図しない操作力が入力されることを、より一層抑制することが可能となる。
【００９０】
本実施形態によれば、操作ハンドル１３と操作レバー１５とは、同一の固定プレート９５に固定されている。そのため、操作ハンドル１３に対する操作レバー１５の相対的な移動をより効果的に抑制することができる。
【００９１】
また、本実施形態によれば、操作レバー１５のレバー本体１５Ａは、上側押圧プレート９７および下側押圧プレート９３に加えて、上側補助プレート９４ａおよび下側補助プレート９８を備えている。なお、上側補助プレート９４ａ、下側補助プレート９８、上側押圧プレート９７、および下側押圧プレート９３は、互いに平行である。また、上側補助プレート９４ａおよび下側補助プレート９８は、棒状体９の軸心９ａを通りかつ下側押圧プレート９３と平行な仮想面を境として、上側押圧プレート９７および下側押圧プレート９３と反対側に位置している。
【００９２】
このような上側補助プレート９４ａを備えていることにより、図３に示すように、人差し指Ｘ１で下側押圧プレート９３を押し下げようとした場合に、親指Ｘ２の動きが上側補助プレート９４ａによって規制されることになる。人差し指Ｘ１で下側押圧プレート９３を押し下げようとすると、人差し指Ｘ１は、反力として下側押圧プレート９３から上向きの力を受ける。しかし、親指Ｘ２の上方への移動が上側補助プレート９４ａによって規制されるので、人差し指Ｘ１が下側押圧プレート９３から上向きの力を受けたとしても、操作者の手が操作ハンドル１３上で不安定になることが抑制される。したがって、操作ハンドル１３に対して意図しない操作力が入力されることを、さらに抑制することができる。
【００９３】
また、下側補助プレート９８を備えていることにより、人差し指Ｘ１で上側押圧プレート９７を押し上げようとした場合に、親指Ｘ２の動きが下側補助プレート９８によって規制されることになる。人差し指Ｘ１で上側押圧プレート９７を押し上げようとすると、人差し指Ｘ１は、反力として上側押圧プレート９７から下向きの力を受ける。しかし、親指Ｘ２の下方への移動が下側補助プレート９８によって規制されるので、人差し指Ｘ１が上側押圧プレート９７から下向きの力を受けたとしても、操作者の手が操作ハンドル１３上で不安定になることが抑制される。したがって、操作ハンドル１３に対して意図しない操作力が入力されることを抑制することができる。
【００９４】
なお、直動関節駆動装置２１および回転関節駆動装置２３は、操作者が操作ハンドル１３に対して加える力を増幅してアーム２を駆動させる。また、ハンド駆動装置２５は、操作者が操作レバー１５に対して加える力を増幅してハンド８を駆動させる。したがって、本実施形態によれば、マニピュレータの一種として、安定した操作が可能なパワーアシストアーム１を実現することができる。
【００９５】
《変形例１》
図２に示すように、上記実施形態では、操作ハンドル１３は６軸力覚センサ１０を介して固定プレート９５に固定されていた。言い換えると、６軸力覚センサ１０は、操作ハンドル１３と固定プレート９５との間に介在していた（図１３（ａ）参照）。しかし、図１３（ｂ）に示すように、６軸力覚センサ１０を、固定プレート９５を挟んで操作ハンドル１３と反対側に配置してもよい。この変形例では、固定プレート９５の左側の面（第１の面）に操作ハンドル１３および操作レバー１５が固定され、固定プレート９５の右側の面（第２の面）であって固定プレート９５を挟んで操作ハンドル１３と反対側の位置に、６軸力覚センサ１０が取り付けられている。この変形例では、操作ハンドル１３に対する操作力は、固定プレート９５を介して６軸力覚センサ１０に伝わることになる。
【００９６】
本変形例によれば、固定プレート９５が操作ハンドル１３に加わる力と操作レバー１５に加わる力とを打ち消し合うので、６軸力覚センサ１０に余計な力が入力されにくくなる。したがって、より正確な操作を行うことができる。
【００９７】
《変形例２》
図２に示すように、上記実施形態では、操作ハンドル１３の第１支持棒９１は鉛直下向きに延び、第２支持棒９２は鉛直上向きに延びており、第１支持棒９１と第２支持棒９２とは、棒状体９の軸心９ａを中心として反対側の方向に延びていた。言い換えると、棒状体９の長手方向から棒状体９を見たときに、棒状体９の軸心９ａから第１支持棒９１が延びる方向と第２支持棒９２が延びる方向とのなす角は、１８０度であった。しかし、この角度は、１８０度でなくてもよい。図１４に示すように、第１支持棒９１を後方斜め下向きに延ばすようにしてもよい。例えば、第１支持棒９１を、鉛直線から４５度（θ＝４５°）の角度をなすように後方斜め下向きに延ばすようにしてもよい。このような構成により、第１支持棒９１の後側の面は棒状体９から後方斜め下向きに延びる面９１ｓとなり、第１支持棒９１を操作者の手のひらに対して、より接触しやすくすることができる。すなわち、第１支持棒９１に、棒状体９を握ったときの手のひらに自然に沿うような接触面（上記の面９１ｓ）を形成することができる。したがって、棒状体９を握る操作者の手を、より安定化させることができる。
【００９８】
《変形例３》
また、図１５に示すように、手のひらに対する接触面積を大きくするよう、第１支持棒９１にクッション９１ａを設けるようにしてもよい。なお、このクッション９１ａにも、棒状体９から後方斜め下向きに延びる面９１ｓが含まれ、この面９１ｓは手のひらに自然に沿うような接触面となる。このような形態であっても、棒状体９を握る操作者の手を、より安定化させることができる。
【００９９】
《その他の変形例》
なお、本実施形態では、第１操作装置１１は、支持部３に取り付けられていたが、第１操作装置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。
【０１００】
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。
【０１０１】
また、直動関節力覚提示装置２２および回転関節力覚提示装置２４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の位置を検知する位置センサをそれぞれ設け、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。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。
【０１０２】
本実施形態に係るパワーアシストアーム１は、単独で使用してもよいが、複数で使用することも可能である。例えば、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を実現することができる。当該パワーアシスト装置によれば、２つのパワーアシストアーム１を用いることにより、大きな動作と微妙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を提供することができる。これにより、人間の両腕や両手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、上記パワーアシスト装置によれば、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実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
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】
【０１０４】
【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】操作装置の斜視図である。
【図３】操作装置および操作装置を操作する手を表す斜視図である。
【図４】操作装置、駆動装置、および力覚提示装置の関係を示すブロック図である。
【図５】直動関節力覚提示装置の詳細図である。
【図６】回転関節力覚提示装置の詳細図である。
【図７】ハンドでスチール缶を把持する実験の結果を示すグラフである。
【図８】ハンドでスチール缶を把持する実験の結果を示すグラフである。
【図９】ハンドでスチール缶を把持する実験の結果を示すグラフである。
【図１０】ハンドでスチール缶を把持する実験の結果を示すグラフである。
【図１１】ハンドでスチール缶を把持する実験の結果をまとめた表である。
【図１２】（ａ）は第１操作装置使用時の動作図であり、（ｂ）は第２操作装置使用時の動作図である。
【図１３】（ａ）は実施形態に係る操作装置の概略平面図であり、（ｂ）は変形例に係る操作装置の概略平面図である。
【図１４】変形例に係る操作ハンドルの斜視図である。
【図１５】変形例に係る操作ハンドルの斜視図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ パワーアシストアーム（マニピュレータ）
２ アーム
５ 直動関節
６ 回転関節
８ ハンド
９ 棒状体
１０ ６軸力覚センサ（力覚センサ）
１１ 第１操作装置
１２ 第２操作装置
１３ 操作ハンドル
１５ 操作レバー
１５Ａ レバー本体
１６ 歪みゲージ
２１ 直動関節駆動装置（駆動装置）
２２ 直動関節力覚提示装置（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（力覚提示装置）
２５ ハンド部駆動装置（駆動装置）
９０ フランジ
９１ 第１支持棒（第１支持部材）
９２ 第２支持棒（第２支持部材）
９３ 下側押圧プレート（プレート）
９４ 上側補助プレート
９５ 固定プレート（固定部材）
９７ 上側押圧プレート（プレート）
９８ 下側補助プレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アームと、
前記アームに取り付けられた開閉自在なハンドと、
操作者によって操作される操作装置であって、前記操作者が前記ハンドの動作を視認可能な範囲内または前記ハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲内に設置された操作装置と、
前記操作者による前記操作装置に対する操作入力に基づき、前記アームおよび前記ハンドを駆動する駆動装置と、を備えたマニピュレータであって、
前記操作装置は、
前記操作者の手によって握られる棒状体を有し、前記アームを操作するための操作ハンドルと、
前記操作ハンドルに直接または間接的に取り付けられ、前記操作者により加えられる力を検出する力覚センサと、
前記棒状体を握ったときの前記操作者の手の指と接触可能な位置に配置された１または２以上のプレートを有し、前記棒状体に対して相対移動不能なレバー本体と、前記レバー本体に貼り付けられ、前記プレートに加えられた押圧力によって生じる前記レバー本体の歪みを検出する歪みゲージとを備え、前記プレートに加えられる押圧力に基づいて前記ハンドを操作する操作レバーと、
を備えているマニピュレータ。
【請求項２】
前記操作装置は、
前記棒状体から前記棒状体と略直交する方向に延び、前記棒状体を握ったときの前記操作者の手のひらを支える第１支持部材と、
前記棒状体から前記棒状体と略直交する方向に延び、前記棒状体を握ったときの前記操作者の指の間に位置する第２支持部材と、をさらに備えた、
請求項１に記載のマニピュレータ。
【請求項３】
前記レバー本体は、前記棒状体の軸心を通りかつ前記プレートと平行な仮想面を境として前記プレートと反対側に位置し、前記プレートと平行な補助プレートを有している、
請求項１または２に記載のマニピュレータ。
【請求項４】
前記レバー本体は、前記プレートとして、前記操作者の人差し指の上方に配置される上側押圧プレートと、前記人差し指の下方に配置される下側押圧プレートとを備え、前記補助プレートとして、前記操作者の親指の上方に配置される上側補助プレートと、前記親指の下方に配置される下側補助プレートとを備えている、
請求項３に記載のマニピュレータ。
【請求項５】
前記操作ハンドルと前記操作レバーとを支持する固定部材をさらに備えた、
請求項１〜４のいずれか一つに記載のマニピュレータ。
【請求項６】
前記固定部材は、前記操作ハンドルおよび前記操作レバーが固定された第１の面と、前記第１の面と反対側の面である第２の面とを有する固定プレートであり、
前記力覚センサは、前記固定プレートの前記第２の面上であって前記固定プレートを挟んで前記操作ハンドルと反対側の位置に取り付けられている、
請求項５に記載のマニピュレータ。
【請求項７】
前記棒状体は、水平方向に延び、
前記第１支持部材は、前記棒状体から後方斜め下向きに延びる面を有しており、
前記第２支持部材は、前記棒状体から上向きまたは斜め上向きに延びている、
請求項２に記載のマニピュレータ。
【請求項８】
前記第１支持部材は、前記棒状体から後方斜め下向きに延びる面を有するクッションを備えている、
請求項７に記載のマニピュレータ。
【請求項９】
前記アームの力覚を前記操作ハンドルに伝える力覚提示装置をさらに備えた、
請求項１〜８のいずれか一つに記載のマニピュレータ。
【請求項１０】
前記駆動装置は、前記操作者による前記操作ハンドルに対する入力を増幅させて前記アームを駆動させ、前記操作者による前記操作レバーに対する入力を増幅させて前記ハンドを駆動させる、
請求項１〜９のいずれか一つに記載のマニピュレータ。
【請求項１】
アームと、
前記アームに取り付けられた開閉自在なハンドと、
操作者によって操作される操作装置であって、前記操作者が前記ハンドの動作を視認可能な範囲内または前記ハンドが把持対象物を把持するときの音を聞き取り可能な範囲内に設置された操作装置と、
前記操作者による前記操作装置に対する操作入力に基づき、前記アームおよび前記ハンドを駆動する駆動装置と、を備えたマニピュレータであって、
前記操作装置は、
前記操作者の手によって握られる棒状体を有し、前記アームを操作するための操作ハンドルと、
前記操作ハンドルに直接または間接的に取り付けられ、前記操作者により加えられる力を検出する力覚センサと、
前記棒状体を握ったときの前記操作者の手の指と接触可能な位置に配置された１または２以上のプレートを有し、前記棒状体に対して相対移動不能なレバー本体と、前記レバー本体に貼り付けられ、前記プレートに加えられた押圧力によって生じる前記レバー本体の歪みを検出する歪みゲージとを備え、前記プレートに加えられる押圧力に基づいて前記ハンドを操作する操作レバーと、
を備えているマニピュレータ。
【請求項２】
前記操作装置は、
前記棒状体から前記棒状体と略直交する方向に延び、前記棒状体を握ったときの前記操作者の手のひらを支える第１支持部材と、
前記棒状体から前記棒状体と略直交する方向に延び、前記棒状体を握ったときの前記操作者の指の間に位置する第２支持部材と、をさらに備えた、
請求項１に記載のマニピュレータ。
【請求項３】
前記レバー本体は、前記棒状体の軸心を通りかつ前記プレートと平行な仮想面を境として前記プレートと反対側に位置し、前記プレートと平行な補助プレートを有している、
請求項１または２に記載のマニピュレータ。
【請求項４】
前記レバー本体は、前記プレートとして、前記操作者の人差し指の上方に配置される上側押圧プレートと、前記人差し指の下方に配置される下側押圧プレートとを備え、前記補助プレートとして、前記操作者の親指の上方に配置される上側補助プレートと、前記親指の下方に配置される下側補助プレートとを備えている、
請求項３に記載のマニピュレータ。
【請求項５】
前記操作ハンドルと前記操作レバーとを支持する固定部材をさらに備えた、
請求項１〜４のいずれか一つに記載のマニピュレータ。
【請求項６】
前記固定部材は、前記操作ハンドルおよび前記操作レバーが固定された第１の面と、前記第１の面と反対側の面である第２の面とを有する固定プレートであり、
前記力覚センサは、前記固定プレートの前記第２の面上であって前記固定プレートを挟んで前記操作ハンドルと反対側の位置に取り付けられている、
請求項５に記載のマニピュレータ。
【請求項７】
前記棒状体は、水平方向に延び、
前記第１支持部材は、前記棒状体から後方斜め下向きに延びる面を有しており、
前記第２支持部材は、前記棒状体から上向きまたは斜め上向きに延びている、
請求項２に記載のマニピュレータ。
【請求項８】
前記第１支持部材は、前記棒状体から後方斜め下向きに延びる面を有するクッションを備えている、
請求項７に記載のマニピュレータ。
【請求項９】
前記アームの力覚を前記操作ハンドルに伝える力覚提示装置をさらに備えた、
請求項１〜８のいずれか一つに記載のマニピュレータ。
【請求項１０】
前記駆動装置は、前記操作者による前記操作ハンドルに対する入力を増幅させて前記アームを駆動させ、前記操作者による前記操作レバーに対する入力を増幅させて前記ハンドを駆動させる、
請求項１〜９のいずれか一つに記載のマニピュレータ。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２１４２４２（Ｐ２００９−２１４２４２Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６１４１１（Ｐ２００８−６１４１１）
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【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９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１１日（２００８．３．１１）
【出願人】（０００００２３５８）新明和工業株式会社 (919)
【Ｆターム（参考）】
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