遠隔操縦装置
【課題】 ロボットアーム等の操縦対象を直感的かつ少ない負担で操作でき、さらに操縦対象に多彩な運動を指示し得る遠隔操縦装置を提供する。
【解決手段】 ユーザの腕の動きをロボットアームに伝達するマスターアーム本体（リンク２ａ〜７ａ、関節２ｂ〜７ｂ、グリップ８）と、上記マスターアーム本体においてユーザの肘が載せられる部分に設けられ、２自由度の運動制御が可能な肘スイッチ１０とを備えている。
【解決手段】 ユーザの腕の動きをロボットアームに伝達するマスターアーム本体（リンク２ａ〜７ａ、関節２ｂ〜７ｂ、グリップ８）と、上記マスターアーム本体においてユーザの肘が載せられる部分に設けられ、２自由度の運動制御が可能な肘スイッチ１０とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームを遠隔操作するための遠隔操縦装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、マスターアームと呼ばれる遠隔操縦装置で操作可能なロボットアームの運動自由度は、高々６自由度である。したがって、ロボットアームの自由度が６自由度またはそれ以下の場合には問題がなかったが、人間型ロボットなどのように冗長自由度を有するロボットアームを遠隔操作する場合には、付加的な入力装置が必要である。
【０００３】
従来は、遠隔操縦装置のハンドル部分に、ロボットアームの肘関節の位置を制御するためのスイッチを設けたり（特許文献１参照）、光電センサやマイクロリニアスケールを用いて操縦者の肘の動きを非接触で検知したり（特許文献２参照）していた。また、操縦者の肘に加速度センサを取り付けることで、ロボットアームを制御する技術も提案されている（非特許文献１および非特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−２２８８５４号公報（１９９３年９月７日公開）
【特許文献２】特開２００１−３００８７１号公報（２００１年１０月３０日公開）
【非特許文献１】朝原 佳昭、外４名、“テレイグジスタンスの研究（第37報）-TELESAR II マスターアームの開発(1)-”、２００３年１２月１９日、第４回システムインテグレーション部門学術講演会(SI2003)
【非特許文献２】朝原 佳昭、外４名、“テレイグジスタンスの研究（第38報）-TELESAR II マスターアームの開発(2)-”、２００３年１２月１９日、第４回システムインテグレーション部門学術講演会(SI2003)
【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、特許文献１に記載されているように、ハンドルに設けられたスイッチによりロボットアームを制御すると、スイッチを押す動作と、実際にロボットアームが行う動作とが大きく異なり、操縦者が直感的にロボットアームを操縦することができない。
【０００５】
また、特許文献２に記載されているように肘の動きを非接触で検知する方法では、操縦者が常に肘を浮かしておく必要があるため、腕が疲労しやすくなるなどの問題点があった。非特許文献１および２に記載されているように、加速度センサを肘に取り付ける場合も、腕が疲れやすくなる。
【０００６】
特に、双腕型ロボットアームを操縦するための双腕型マスターアームは、操縦者の両手が拘束されるので、付加的なスイッチの操作はさらに困難になる。
【０００７】
また、ロボットアームの遠隔操縦装置として、エグゾスケルトン型と呼ばれる操縦者の腕の骨格に外から沿うようにアームを配置した形のものがある。エグゾスケルトン型の遠隔操縦装置は、操縦者の腕の動作範囲の全体に近い範囲でロボットアームを操作できる反面、操縦者の肘を置くアームレストが設置できないため、長時間操作すると操縦者の腕が疲労するなどの問題がある。
【０００８】
一方、手術ロボットの操縦装置でよく用いられる固定アームレスト型の遠隔操縦装置は、内視鏡手術のようにロボットの動作範囲が限られる場合には支障がないが、広い範囲でロボットアームを動作させることが必要な一般的な操縦装置としては不向きである。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであって、ロボットアーム等の操縦対象を直感的かつ少ない負担で操作でき、さらに操縦対象に多彩な運動を指示し得る遠隔操縦装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の遠隔操縦装置は、上記課題を解決するために、ユーザの腕の動きをロボットアームに伝達するマスターアーム本体と、上記マスターアーム本体においてユーザの肘が載せられる部分に設けられ、少なくとも２自由度の運動制御が可能な肘スイッチとを備えていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、マスターアーム本体が有する運動自由度に加え、肘スイッチにより２自由度の運動制御が可能となる。よって、上記構成の遠隔操縦装置を用いることで、より高い自由度のロボットアーム等の操縦対象を操縦することが可能となる。
【００１２】
また、マスターアーム本体により、ユーザの腕の動きがロボットアームに伝達されるので、ユーザは、あたかも自分の腕であるかのようにロボットアームを操縦することができるので、より多彩な運動をロボットアームに指示することができる。
【００１３】
さらに、肘スイッチは、ユーザの肘が載せられる部分に設けられるので、ユーザは、肘を肘スイッチに置いた状態で肘スイッチを操作することが可能となる。よって、ユーザは、自身の肘を用いて直感的に肘スイッチを操作することができるとともに、長時間の使用においてもそれほど疲労することなく操縦対象を操縦することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明の遠隔操縦装置は、マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を動かした際、ユーザの肘を支えるアームレストを備えていることが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、アームレストがユーザの前腕の動きを規制するので、ユーザの肘の動きに肘スイッチを正しく追従させることができる。
【００１６】
また、本発明の遠隔操縦装置は、マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を上げる動作をした際、カウンタバランスとして機能するアームレストを備えていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、ユーザが前腕を振り上げる際の負担を軽減することができる。
【００１８】
さらに、本発明の遠隔操縦装置は、上記マスターアーム本体におけるユーザの肘を前後させる関節をロック可能なスイッチを備えていることが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、ユーザは、必要に応じスイッチを操作し、肘スイッチを肘の動きに正しく追従させるようにすることができる。
【００２０】
また、本発明の遠隔操縦装置は、上記肘スイッチによるロボットアームの運動制御をオン／オフ可能なスイッチを備えていることが好ましい。
【００２１】
上記構成によれば、ユーザの必要に応じてスイッチを操作し、肘スイッチを機能させることができる。なお、上述のスイッチは、フットスイッチ、手先スイッチ等、種々のスイッチを適用することができる。
【００２２】
また、本発明の遠隔操縦装置において、上記マスターアーム本体におけるユーザの前腕を上下させる関節の回転軸が、ユーザの肘とアームレストとの接触点、またはその接触点からややユーザの前腕部内部を通るように設定されていることが好ましい。
【００２３】
上記構成によれば、ユーザは、肩や上半身を動かすことなく、自然な動きで前腕を上下させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の遠隔操縦装置によれば、肘スイッチにより少なくとも２自由度の運動制御が可能とされているので、より高い自由度のロボットアーム等の操縦対象を操縦することが可能となる。また、マスターアーム本体により、ユーザの腕の動きがロボットアームに伝達されるので、ユーザは、あたかも自分の腕であるかのようにロボットアームを操縦することができるので、より多彩な運動をロボットアームに指示することができる。さらに、ユーザは、自身の肘を用いて直感的に肘スイッチを操作することができるとともに、長時間の使用においてもそれほど疲労することなく操縦対象を操縦することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（１．マスターアームの概要）
本発明の遠隔操縦装置の一実施形態について、以下に説明する。本実施形態のマスターアーム（遠隔操縦装置）１は、図１に示すように、リンク２ａ・３ａ・４ａ・５ａ・６ａ・７ａと、グリップ８とを備えている。また、これらのリンク２ａ〜７ａは、関節２ｂ・３ｂ・４ｂ・５ｂ・６ｂ・７ｂのそれぞれにより接続されている。さらに、リンク５ａには、アームレスト９が固定されており、リンク４ａには、肘スイッチ１０が固定されている。
【００２６】
このように、マスターアーム１は、リンク２ａ〜７ａ、関節２ｂ〜７ｂ、およびグリップ８が連結されることで、ユーザの腕の骨格に沿うような形状を有している。なお、特許請求の範囲においては、リンク２ａ〜７ａ、関節２ｂ〜７ｂ、およびグリップ８からなる機構を「マスターアーム本体」として記載している。
【００２７】
なお、図１においては、リンク４ａ、リンク５ａ、関節２ｂ、および関節４ｂが、リンクや肘スイッチの背面に図示されており、これらの部材がどのように接続されているかわかりづらいかもしれない。そこで、リンク２ａ〜７ａ、グリップ８、および関節２ｂ〜７ｂの構成を簡略化した構成を図２に示す。
【００２８】
図２に示すように、リンク２ａは、関節２ｂを介してリンク３ａに接続されている。このように、リンク２ａとリンク３ａとを関節２ｂを用いて接続することにより、リンク３ａは、リンク２ａに対して回動できるように構成されている。
【００２９】
また、リンク３ａは、関節２ｂと関節３ｂとの間をＬ字状に接続しており、さらに関節３ｂを介してリンク４ａに接続されている。このように、リンク３ａとリンク４ａとを関節３ｂを用いて接続することにより、リンク４ａは、リンク３ａに対して回動できるように構成されている。
【００３０】
特に、関節３ｂ（ユーザの前腕を上下させる関節）の回転軸は、ユーザの肘とアームレスト９との接触点、もしくはややユーザの前腕部内部を通るようにすることが好ましい。これにより、ユーザは、肩や上半身を動かすことなく、自然な動きで関節３ｂを回転させることができる。
【００３１】
以下、リンク４ａ、リンク５ａ、リンク６ａ、およびリンク７ａは、リンク３ａと同様にＬ字形状を有しており、関節４ａ・５ｂ・６ｂ・７ｂのそれぞれを接続している。そして、グリップ８は、リンク７ａと関節７ｂを介して接続されている。
【００３２】
このように、マスターアーム１におけるリンク２ａ〜７ａおよびグリップ８は、関節２ｂ〜７ｂを介して接続されることにより、隣接するリンク同士、またはリンクとグリップとは、互いに回動可能なように構成されている。
【００３３】
ここで、図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて、ユーザがマスターアーム１を操作する状態について説明する。図３（ａ）に示すように、ユーザの右腕および左腕を載せることができるよう、右腕および左腕のそれぞれについてマスターアーム１が設けられる。もちろん、右腕および左腕のいずれか一方にだけマスターアーム１を設けてもよい。
【００３４】
また、シートの高さは、マスターアーム１が設置される環境に応じて適宜設定すればよい。たとえば、図３（ａ）に示すように、ユーザがマスターアーム１を操作する際、ユーザが深い位置で腰掛けれるようなシートを設けてもよいし、図３（ｂ）に示すように、ユーザが中腰の状態でマスターアーム１を操作できるようにシートを設けてもよい。
【００３５】
（２．アームレストの構成）
また、図１においては、ユーザの腕の背面にアームレスト９および肘スイッチ１０が隠れるように図示されており、アームレスト９および肘スイッチ１０の構成が少しわかりづらいかもしれない。そこで、図４および図５を用いて、アームレスト９および肘スイッチ１０の構成を具体的に説明する。
【００３６】
図４は、図１の矢印Ａにて示される方向からマスターアーム１を見た場合における、リンク５ａおよびアームレスト９の構成を示す図である。図４に示すように、アームレスト９は、断面がＬ字形状を有しているとともに、リンク５ａの端部に固定されている。
【００３７】
このようにアームレスト９を設けることにより、このアームレスト９の一部に適当なおもりを付加すれば、リンク４ａに対してリンク５ａを回動させる際、アームレスト９はカウンタバランスとしての役割も果たす。つまり、図９（ａ）に示す状態から図９（ｂ）に示す状態までユーザがグリップ８を持ち上げた際、アームレスト９がカウンタバランスとして機能し、ユーザの操作負担が軽減される。なお、アームレスト９の大きさは、ユーザに合わせて適宜変更すればよい。
【００３８】
また、アームレスト９は、図１に示すように、リンク５ａに固定される接続板９ａと、この接続板９ａから延びるストッパ９ｂおよびストッパ９ｃとを備えている。
【００３９】
接続板９ａは、リンク５ａの長手方向およびリンク４ａの長手方向に広がる板状体として構成されている。また、ストッパ９ｂは、リンク４ａの長手方向と略直交する板状体として、接続板９ａから延びるように構成されている。さらに、ストッパ９ｃは、リンク５ａの長手方向と略直交する板状体として、接続板９ａおよびストッパ９ｂから延びるように形成されている。
【００４０】
このようにアームレスト９を構成することにより、ストッパ９ｂおよびストッパ９ｃは、ユーザがマスターアーム１を操作する際、ユーザの肘を支える役割を果たしている。
【００４１】
つまり、ユーザが前腕を上げて関節３ｂを回転させた場合、肘スイッチ１０に置いた前腕が滑り落ちるように重力が働く。このような場合において、ストッパ９ｃは、ユーザの肘が滑り落ちないよう、ユーザの前腕を支える。
【００４２】
また、ユーザが前腕を旋回させて関節４ｂを回転させた場合、勢いあまって肘スイッチ１０に置いた前腕が肘スイッチ１０から外れてしまうことも考えられる。これでは、ユーザの肘の動きに、肘スイッチ１０が追従しなくなってしまう。このような場合において、ストッパ９ｂは、ユーザの前腕の動きを規制することで、ユーザの肘の動きに肘スイッチ１０が正しく追従するようにしている。
【００４３】
（３．肘スイッチの構成）
また、図５は、図１の矢印Ｂにて示される方向からマスターアーム１を見た場合における、リンク２ａ・３ａ・４ａ、関節３ｂ、および肘スイッチ１０の構成を示す図である。図５に示すように、肘スイッチ１０は、リンク４ａにおける関節３ｂとの接続位置から、リンク４ａと同じ方向に向かって延びるよう、リンク４ａに固定されている。
【００４４】
なお、図１および図５においては、説明を簡略化するために肘スイッチ１０を単なる直方体として説明したが、より具体的は、肘スイッチ１０は、図１に示す矢印ａ〜ｄ方向に移動可能なよう、スライドガイドおよびマイクロスイッチを用いて構成されている。以下、肘スイッチ１０の具体的な構成について、図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて説明する。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、肘スイッチ１０は、基板１１と、蓋板１２と、４つのマイクロスイッチ固定ベース１３…と、４つのマイクロスイッチ１４…と、２つのスライドガイド１５…と、スライドベース１６と、断面コ字状の中間部材１７とから構成されている。
【００４６】
先ず、マイクロスイッチ１４…およびスライドガイド１５…の組み立て方について、図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ｂ）に示すように、各マイクロスイッチ１４を、マイクロスイッチ固定ベース１３の上に固定し、さらにマイクロスイッチ固定ベース１３を基板１１上に固定する。
【００４７】
また、２つあるスライドガイド１５の一方を、基板１１上に固定し、さらにそのスライドガイド１５の上に、スライドベース１６に固定された他方のスライドガイド１５を固定する。最後に、他方のスライドガイド１５に中間部材１７を取り付ける。なお、２つのスライドガイド１５は、いずれも直線状のスライドレール上をブロックが移動可能に配置されたものを用いている。
【００４８】
また、２つのスライドガイド１５は、上記ブロックの移動方向が互いに十字状に交差するよう、基板１１上に設けられる。これにより、中間部材１７は、基板１１上を十字状に移動することが可能とされている。さらに、４つのマイクロスイッチ１４…は、中間部材１７の４方向に関する移動量を検知できるよう、基板１１上において中間部材１７の四方に設けられる。
【００４９】
最後に、図６（ｃ）に示すように、中間部材１７の上に蓋板１２を固定することで、肘スイッチ１０を組み立てることができる。なお、この蓋板１２が、ユーザが肘を載せる部分となる（図１参照）。
【００５０】
このようにして肘スイッチ１０を構成することにより、ユーザが蓋板１２に載せた肘を移動させると、その肘の移動に伴って蓋板１２および中間部材１７が移動する。そして、上述したように、中間部材１７の４方向に関する移動量は、マイクロスイッチ１４…により検知される。したがって、ユーザの肘の移動量を、４つの方向に関して、マイクロスイッチ１４…により検知することができる。
【００５１】
そして、この肘スイッチ１０で検出されるユーザの肘の動きを、ロボットアームに出力することで、本実施形態のマスターアーム１は、多彩な動きをロボットアームに指示することができるものとなっている。その具体的な理由については、後述する。
【００５２】
（４．グリップの構成）
次に、図１においては、グリップ８がユーザに握られている状態で図示されているので、グリップ８の構成を具体的に理解できないかもしれない。そこで、図７を用いて、グリップ８の構成を具体的に説明する。
【００５３】
図７は、図１における矢印Ｃの方向から見た場合における、グリップ８の構成を示す図である。図７に示すように、グリップ８は、リンク７ａと関節７ｂを介して接続されるＬ字状部材８ａと、ユーザに把持される把持部８ｂとからなる。このように、グリップ８をＬ字状部材８ａおよび把持部８ｂからなる構成とすることで、グリップ８にはジンバル機構が採用されている。
【００５４】
また、図７に示すように、グリップ８は、関節５ｂ、関節６ｂ、および関節７ｂのそれぞれの回転軸が交わる参照点Ｒが、把持部８ｂ内に規定できるように設けられている。なお、これらの関節５ａ・６ｂ・７ｂは、ユーザが手首だけ動かした場合にグリップ８を回転させるものである。
【００５５】
さらに、この参照点Ｒは、図２に示すように、リンク５ａの屈曲点Ｒ’の鉛直上になるように設定されている。この屈曲点Ｒ’は、ユーザが前腕部を載せるリンク５ａにおける、ユーザの手首側に係る端点ともいえる。このように参照点Ｒを設定することで、グリップ８は、その操作性が高められている。
【００５６】
なお、図７においては、棒状の把持部８ｂを示したが、把持部８ｂは、たとえば図８（ａ）に示すように、ユーザが握り易い形状を有していることが好ましいことはいうまでもない。また、把持部８ｂには、マスターアーム１の動きをロボットアームに伝える機能をオン／オフすることができるスイッチ８ｃを設けてもよい。なお、図８（ａ）に示す把持部８ｂは、図８（ｂ）に示すように、ユーザの人差し指と親指とに挟まれることで把持可能である。
【００５７】
さらに、図８（ａ）に示す把持部８ｂに、ユーザの人差し指で操作可能なレバー８ｄを設けてもよい。このレバーを操作することで、ロボットの先端のグリッパの開閉操作など、マスターアーム１で操作できるロボットアームの自由度を１つ増やすことができる。
【００５８】
（５．フットスイッチに関して）
また、本実施形態のマスターアーム１においては、肘スイッチ１０を前後方向（図１におけるａ方向およびｂ方向）に操作する際に、関節２ｂ（ユーザの肘を前後させる関節）が回転してしまい、肘スイッチ１０がユーザの肘の動きに正しく追従しない場合がある。このような不具合を防止するため、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、フットスイッチ１ａを設けてもよい。なお、この目的のためのスイッチは、フットスイッチに限らずどのようなスイッチでも可能なことはいうまでもないが、以下では図３（ａ）および図３（ｂ）に示したフットスイッチを一例として説明する。
【００５９】
つまり、ユーザがフットスイッチ１ａを踏むと、関節２ｂ（図１参照）がロックされるようにしておく。これにより、ユーザは、必要に応じフットスイッチ１ａを踏み、肘スイッチ１０を肘の動きに正しく追従させるようにすることができる。なお、フットスイッチ１ａを踏むことでロックされる関節は、関節２ｂに限られず、他の関節であってもよい。
【００６０】
さらに、ユーザが無意識に肘スイッチ１０を動かしてしまい、ロボットアームがユーザの意図しない動きをすることも考えられる。そこで、フットスイッチ１ａにより肘スイッチによるロボットアームの運動制御をオン／オフできるようにし、フットスイッチ１ａを踏んだときだけ、肘スイッチ１０にて検知される肘の動きをロボットアームに出力するようにしてもよい。これにより、ユーザの必要に応じて肘スイッチ１０を機能させることができる。
【００６１】
（６．マスターアームの機能について）
マスターアーム１の構成は上述したとおりである。そして、マスターアーム１は、上述した構成において、ユーザの肘を載せることができる肘スイッチ１０が設けられており、この肘スイッチ１０により、２つの冗長自由度を操作可能な点に特徴的な機能がある。以下、このマスターアーム１の特徴的な機能について説明する。
【００６２】
先ず、肘スイッチ１０は、図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて説明したように、マイクロスイッチ１４…およびスライドガイド１５…を設けることで、ユーザの肘に関して４方向（２自由度）の移動量が検知できるように構成されている。また、マスターアーム１本体は、図２に示すように、６つの関節（関節２ｂ・３ｂ・４ｂ・５ｂ・６ｂ・７ｂ）がそれぞれ１自由度を有しており、合計６自由度を有している。
【００６３】
このように、肘スイッチ１０が２自由度を有しており、さらにマスターアーム１本体が６自由度を有しているので、マスターアーム１によれば、合計８自由度（グリッパ部の開閉自由度も加えると合計９自由度）を有する動作を制御することができる。よって、本実施形態のマスターアーム１によれば、７自由度以上の冗長自由度を有するロボットアームを遠隔操縦することが可能となる。
【００６４】
特に、本実施形態のマスターアーム１では、肘スイッチ１０をユーザが肘で動かすことで、ロボットアームを操作することができる。したがって、ユーザは、肘を浮かすことなく、マスターアーム１を用いてロボットアームを操作することができるので、ロボットアームを長時間操作した際の疲労が軽減される。さらに、肘を動かすことでロボットアームを操作できるので、ユーザは、直感的にロボットアームを操作することができる。
【００６５】
このように、本実施形態のマスターアーム１は、ユーザの腕の動きをロボットアームに伝達するマスターアーム本体（リンク２ａ〜７ａ、関節２ｂ〜７ｂ、グリップ８）と、上記マスターアーム本体においてユーザの肘が載せられる部分に設けられ、２自由度の運動制御が可能な肘スイッチ１０とを備えているものである。
【００６６】
上記構成によれば、マスターアーム本体が有する運動自由度に加え、肘スイッチ１０により２自由度の運動制御が可能となる。よって、上記構成のマスターアーム１を用いることで、より高い自由度のロボットアーム等の操縦対象を操縦することが可能となる。
【００６７】
また、マスターアーム本体により、ユーザの腕の動きがロボットアームに伝達されるので、ユーザは、あたかも自分の腕であるかのようにロボットアームを操縦することができるので、より多彩な運動をロボットアームに指示することができる。
【００６８】
さらに、肘スイッチ１０は、ユーザの肘が載せられる部分に設けられるので、ユーザは、肘を肘スイッチ１０に置いた状態で肘スイッチ１０を操作することが可能となる。よって、ユーザは、自身の肘を用いて直感的に肘スイッチ１０を操作することができるとともに、長時間の使用においてもそれほど疲労することなく操縦対象を操縦することが可能となる。
【００６９】
なお、ユーザの肘に接触する部位を有するマスターアームであれば、肘スイッチ１０を設けることで、より多彩な運動をロボットアームに指示することが可能となる。
【００７０】
さらに、本実施形態のマスターアーム１は、マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を動かした際、ユーザの肘を支えるアームレスト９を備えていることが好ましい。
【００７１】
上記構成によれば、アームレスト９がユーザの前腕の動きを規制するので、ユーザの肘の動きに肘スイッチ１０を正しく追従させることができる。
【００７２】
また、本実施形態のマスターアーム１は、マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を上げる動作をした際、カウンタバランスとして機能するアームレスト９を備えていることが好ましい。
【００７３】
上記構成によれば、ユーザが前腕を振り上げる際の負担を軽減することができる。
【００７４】
さらに、本実施形態のマスターアーム１は、マスターアーム本体におけるユーザの肘を前後させる関節２ｂをロック可能なスイッチ（たとえばフットスイッチ１ａ）を備えていることが好ましい。
【００７５】
上記構成によれば、ユーザは、必要に応じてスイッチを操作し（たとえばフットスイッチ１ａを踏む等）、肘スイッチ１０を肘の動きに正しく追従させるようにすることができる。
【００７６】
また、本実施形態のマスターアーム１は、肘スイッチ１０によるロボットアームの運動制御をオン／オフ可能なスイッチ（たとえばフットスイッチ１ａ）を備えていることが好ましい。
【００７７】
上記構成によれば、ユーザの必要に応じてスイッチを操作し（たとえばフットスイッチ１ａを踏む等）、肘スイッチ１０を機能させることができる。
【００７８】
また、本実施形態のマスターアーム１は、上記マスターアーム本体におけるユーザの前腕を上下させる関節３ｂの回転軸が、ユーザの肘とアームレスト９との接触点、またはその接触点からややユーザの前腕部内部を通るように設定されていることが好ましい。
【００７９】
上記構成によれば、ユーザは、肩や上半身を動かすことなく、自然な動きで前腕を上下させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の遠隔操縦装置は、種々のロボットの操縦装置として適用可能である。なかでも、災害救助を支援するレスキューロボットの操縦装置として、本発明の遠隔操縦装置を適用することが最も好適である。
【００８１】
なぜなら、レスキューロボットを操縦するのはレスキュー隊員であり、ロボットの専門家ではない。したがって、レスキューロボットを操縦するための遠隔操縦装置としては、直感的にレスキューロボットを操縦できるものが求められる。もちろん、長時間操縦しても疲労の少ない遠隔操縦装置が好適である。この点、本発明の遠隔操縦装置は、直感的にロボットを操縦することもできるし、長時間の操縦でもユーザが疲れないような種々の工夫が施されている。
【００８２】
また、本発明の遠隔操縦装置は、土木作業用ロボット（高機能建設機械）の操縦装置としても用いることができる。この場合でも、操縦者はロボットの専門家ではなく、土木作業員であるので、レスキューロボットを操縦するための遠隔操縦装置としては、直感的にレスキューロボットを操縦できるものが求められる。この点において、本発明の遠隔操縦装置が好適であることは、上述したとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の遠隔操縦装置の一実施形態に係るマスターアームの構成を示す斜視図である。
【図２】図１のマスターアームの構成を簡略化して示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、ユーザが図１のマスターアームを操縦する状態を示す図である。
【図４】図１のマスターアームにおけるアームレストの構成を示す図である。
【図５】図１のマスターアームにおいて肘スイッチが取り付けられている状態を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図１のマスターアームにおける肘スイッチの構成を詳細に示す図である。
【図７】図１のマスターアームにおけるグリップの構成を詳細に示す図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、図１のマスターアームに設けられるグリップの好適な構成を示す図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、ユーザが図１のマスターアームのグリップを移動させる状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ マスターアーム（遠隔操縦装置）
２ａ〜７ａ、２ｂ〜７ｂ、８ マスターアーム本体
１０ 肘スイッチ
９ アームレスト
２ｂ〜７ｂ 関節
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットアームを遠隔操作するための遠隔操縦装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、マスターアームと呼ばれる遠隔操縦装置で操作可能なロボットアームの運動自由度は、高々６自由度である。したがって、ロボットアームの自由度が６自由度またはそれ以下の場合には問題がなかったが、人間型ロボットなどのように冗長自由度を有するロボットアームを遠隔操作する場合には、付加的な入力装置が必要である。
【０００３】
従来は、遠隔操縦装置のハンドル部分に、ロボットアームの肘関節の位置を制御するためのスイッチを設けたり（特許文献１参照）、光電センサやマイクロリニアスケールを用いて操縦者の肘の動きを非接触で検知したり（特許文献２参照）していた。また、操縦者の肘に加速度センサを取り付けることで、ロボットアームを制御する技術も提案されている（非特許文献１および非特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−２２８８５４号公報（１９９３年９月７日公開）
【特許文献２】特開２００１−３００８７１号公報（２００１年１０月３０日公開）
【非特許文献１】朝原 佳昭、外４名、“テレイグジスタンスの研究（第37報）-TELESAR II マスターアームの開発(1)-”、２００３年１２月１９日、第４回システムインテグレーション部門学術講演会(SI2003)
【非特許文献２】朝原 佳昭、外４名、“テレイグジスタンスの研究（第38報）-TELESAR II マスターアームの開発(2)-”、２００３年１２月１９日、第４回システムインテグレーション部門学術講演会(SI2003)
【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、特許文献１に記載されているように、ハンドルに設けられたスイッチによりロボットアームを制御すると、スイッチを押す動作と、実際にロボットアームが行う動作とが大きく異なり、操縦者が直感的にロボットアームを操縦することができない。
【０００５】
また、特許文献２に記載されているように肘の動きを非接触で検知する方法では、操縦者が常に肘を浮かしておく必要があるため、腕が疲労しやすくなるなどの問題点があった。非特許文献１および２に記載されているように、加速度センサを肘に取り付ける場合も、腕が疲れやすくなる。
【０００６】
特に、双腕型ロボットアームを操縦するための双腕型マスターアームは、操縦者の両手が拘束されるので、付加的なスイッチの操作はさらに困難になる。
【０００７】
また、ロボットアームの遠隔操縦装置として、エグゾスケルトン型と呼ばれる操縦者の腕の骨格に外から沿うようにアームを配置した形のものがある。エグゾスケルトン型の遠隔操縦装置は、操縦者の腕の動作範囲の全体に近い範囲でロボットアームを操作できる反面、操縦者の肘を置くアームレストが設置できないため、長時間操作すると操縦者の腕が疲労するなどの問題がある。
【０００８】
一方、手術ロボットの操縦装置でよく用いられる固定アームレスト型の遠隔操縦装置は、内視鏡手術のようにロボットの動作範囲が限られる場合には支障がないが、広い範囲でロボットアームを動作させることが必要な一般的な操縦装置としては不向きである。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであって、ロボットアーム等の操縦対象を直感的かつ少ない負担で操作でき、さらに操縦対象に多彩な運動を指示し得る遠隔操縦装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の遠隔操縦装置は、上記課題を解決するために、ユーザの腕の動きをロボットアームに伝達するマスターアーム本体と、上記マスターアーム本体においてユーザの肘が載せられる部分に設けられ、少なくとも２自由度の運動制御が可能な肘スイッチとを備えていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、マスターアーム本体が有する運動自由度に加え、肘スイッチにより２自由度の運動制御が可能となる。よって、上記構成の遠隔操縦装置を用いることで、より高い自由度のロボットアーム等の操縦対象を操縦することが可能となる。
【００１２】
また、マスターアーム本体により、ユーザの腕の動きがロボットアームに伝達されるので、ユーザは、あたかも自分の腕であるかのようにロボットアームを操縦することができるので、より多彩な運動をロボットアームに指示することができる。
【００１３】
さらに、肘スイッチは、ユーザの肘が載せられる部分に設けられるので、ユーザは、肘を肘スイッチに置いた状態で肘スイッチを操作することが可能となる。よって、ユーザは、自身の肘を用いて直感的に肘スイッチを操作することができるとともに、長時間の使用においてもそれほど疲労することなく操縦対象を操縦することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明の遠隔操縦装置は、マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を動かした際、ユーザの肘を支えるアームレストを備えていることが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、アームレストがユーザの前腕の動きを規制するので、ユーザの肘の動きに肘スイッチを正しく追従させることができる。
【００１６】
また、本発明の遠隔操縦装置は、マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を上げる動作をした際、カウンタバランスとして機能するアームレストを備えていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、ユーザが前腕を振り上げる際の負担を軽減することができる。
【００１８】
さらに、本発明の遠隔操縦装置は、上記マスターアーム本体におけるユーザの肘を前後させる関節をロック可能なスイッチを備えていることが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、ユーザは、必要に応じスイッチを操作し、肘スイッチを肘の動きに正しく追従させるようにすることができる。
【００２０】
また、本発明の遠隔操縦装置は、上記肘スイッチによるロボットアームの運動制御をオン／オフ可能なスイッチを備えていることが好ましい。
【００２１】
上記構成によれば、ユーザの必要に応じてスイッチを操作し、肘スイッチを機能させることができる。なお、上述のスイッチは、フットスイッチ、手先スイッチ等、種々のスイッチを適用することができる。
【００２２】
また、本発明の遠隔操縦装置において、上記マスターアーム本体におけるユーザの前腕を上下させる関節の回転軸が、ユーザの肘とアームレストとの接触点、またはその接触点からややユーザの前腕部内部を通るように設定されていることが好ましい。
【００２３】
上記構成によれば、ユーザは、肩や上半身を動かすことなく、自然な動きで前腕を上下させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の遠隔操縦装置によれば、肘スイッチにより少なくとも２自由度の運動制御が可能とされているので、より高い自由度のロボットアーム等の操縦対象を操縦することが可能となる。また、マスターアーム本体により、ユーザの腕の動きがロボットアームに伝達されるので、ユーザは、あたかも自分の腕であるかのようにロボットアームを操縦することができるので、より多彩な運動をロボットアームに指示することができる。さらに、ユーザは、自身の肘を用いて直感的に肘スイッチを操作することができるとともに、長時間の使用においてもそれほど疲労することなく操縦対象を操縦することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（１．マスターアームの概要）
本発明の遠隔操縦装置の一実施形態について、以下に説明する。本実施形態のマスターアーム（遠隔操縦装置）１は、図１に示すように、リンク２ａ・３ａ・４ａ・５ａ・６ａ・７ａと、グリップ８とを備えている。また、これらのリンク２ａ〜７ａは、関節２ｂ・３ｂ・４ｂ・５ｂ・６ｂ・７ｂのそれぞれにより接続されている。さらに、リンク５ａには、アームレスト９が固定されており、リンク４ａには、肘スイッチ１０が固定されている。
【００２６】
このように、マスターアーム１は、リンク２ａ〜７ａ、関節２ｂ〜７ｂ、およびグリップ８が連結されることで、ユーザの腕の骨格に沿うような形状を有している。なお、特許請求の範囲においては、リンク２ａ〜７ａ、関節２ｂ〜７ｂ、およびグリップ８からなる機構を「マスターアーム本体」として記載している。
【００２７】
なお、図１においては、リンク４ａ、リンク５ａ、関節２ｂ、および関節４ｂが、リンクや肘スイッチの背面に図示されており、これらの部材がどのように接続されているかわかりづらいかもしれない。そこで、リンク２ａ〜７ａ、グリップ８、および関節２ｂ〜７ｂの構成を簡略化した構成を図２に示す。
【００２８】
図２に示すように、リンク２ａは、関節２ｂを介してリンク３ａに接続されている。このように、リンク２ａとリンク３ａとを関節２ｂを用いて接続することにより、リンク３ａは、リンク２ａに対して回動できるように構成されている。
【００２９】
また、リンク３ａは、関節２ｂと関節３ｂとの間をＬ字状に接続しており、さらに関節３ｂを介してリンク４ａに接続されている。このように、リンク３ａとリンク４ａとを関節３ｂを用いて接続することにより、リンク４ａは、リンク３ａに対して回動できるように構成されている。
【００３０】
特に、関節３ｂ（ユーザの前腕を上下させる関節）の回転軸は、ユーザの肘とアームレスト９との接触点、もしくはややユーザの前腕部内部を通るようにすることが好ましい。これにより、ユーザは、肩や上半身を動かすことなく、自然な動きで関節３ｂを回転させることができる。
【００３１】
以下、リンク４ａ、リンク５ａ、リンク６ａ、およびリンク７ａは、リンク３ａと同様にＬ字形状を有しており、関節４ａ・５ｂ・６ｂ・７ｂのそれぞれを接続している。そして、グリップ８は、リンク７ａと関節７ｂを介して接続されている。
【００３２】
このように、マスターアーム１におけるリンク２ａ〜７ａおよびグリップ８は、関節２ｂ〜７ｂを介して接続されることにより、隣接するリンク同士、またはリンクとグリップとは、互いに回動可能なように構成されている。
【００３３】
ここで、図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて、ユーザがマスターアーム１を操作する状態について説明する。図３（ａ）に示すように、ユーザの右腕および左腕を載せることができるよう、右腕および左腕のそれぞれについてマスターアーム１が設けられる。もちろん、右腕および左腕のいずれか一方にだけマスターアーム１を設けてもよい。
【００３４】
また、シートの高さは、マスターアーム１が設置される環境に応じて適宜設定すればよい。たとえば、図３（ａ）に示すように、ユーザがマスターアーム１を操作する際、ユーザが深い位置で腰掛けれるようなシートを設けてもよいし、図３（ｂ）に示すように、ユーザが中腰の状態でマスターアーム１を操作できるようにシートを設けてもよい。
【００３５】
（２．アームレストの構成）
また、図１においては、ユーザの腕の背面にアームレスト９および肘スイッチ１０が隠れるように図示されており、アームレスト９および肘スイッチ１０の構成が少しわかりづらいかもしれない。そこで、図４および図５を用いて、アームレスト９および肘スイッチ１０の構成を具体的に説明する。
【００３６】
図４は、図１の矢印Ａにて示される方向からマスターアーム１を見た場合における、リンク５ａおよびアームレスト９の構成を示す図である。図４に示すように、アームレスト９は、断面がＬ字形状を有しているとともに、リンク５ａの端部に固定されている。
【００３７】
このようにアームレスト９を設けることにより、このアームレスト９の一部に適当なおもりを付加すれば、リンク４ａに対してリンク５ａを回動させる際、アームレスト９はカウンタバランスとしての役割も果たす。つまり、図９（ａ）に示す状態から図９（ｂ）に示す状態までユーザがグリップ８を持ち上げた際、アームレスト９がカウンタバランスとして機能し、ユーザの操作負担が軽減される。なお、アームレスト９の大きさは、ユーザに合わせて適宜変更すればよい。
【００３８】
また、アームレスト９は、図１に示すように、リンク５ａに固定される接続板９ａと、この接続板９ａから延びるストッパ９ｂおよびストッパ９ｃとを備えている。
【００３９】
接続板９ａは、リンク５ａの長手方向およびリンク４ａの長手方向に広がる板状体として構成されている。また、ストッパ９ｂは、リンク４ａの長手方向と略直交する板状体として、接続板９ａから延びるように構成されている。さらに、ストッパ９ｃは、リンク５ａの長手方向と略直交する板状体として、接続板９ａおよびストッパ９ｂから延びるように形成されている。
【００４０】
このようにアームレスト９を構成することにより、ストッパ９ｂおよびストッパ９ｃは、ユーザがマスターアーム１を操作する際、ユーザの肘を支える役割を果たしている。
【００４１】
つまり、ユーザが前腕を上げて関節３ｂを回転させた場合、肘スイッチ１０に置いた前腕が滑り落ちるように重力が働く。このような場合において、ストッパ９ｃは、ユーザの肘が滑り落ちないよう、ユーザの前腕を支える。
【００４２】
また、ユーザが前腕を旋回させて関節４ｂを回転させた場合、勢いあまって肘スイッチ１０に置いた前腕が肘スイッチ１０から外れてしまうことも考えられる。これでは、ユーザの肘の動きに、肘スイッチ１０が追従しなくなってしまう。このような場合において、ストッパ９ｂは、ユーザの前腕の動きを規制することで、ユーザの肘の動きに肘スイッチ１０が正しく追従するようにしている。
【００４３】
（３．肘スイッチの構成）
また、図５は、図１の矢印Ｂにて示される方向からマスターアーム１を見た場合における、リンク２ａ・３ａ・４ａ、関節３ｂ、および肘スイッチ１０の構成を示す図である。図５に示すように、肘スイッチ１０は、リンク４ａにおける関節３ｂとの接続位置から、リンク４ａと同じ方向に向かって延びるよう、リンク４ａに固定されている。
【００４４】
なお、図１および図５においては、説明を簡略化するために肘スイッチ１０を単なる直方体として説明したが、より具体的は、肘スイッチ１０は、図１に示す矢印ａ〜ｄ方向に移動可能なよう、スライドガイドおよびマイクロスイッチを用いて構成されている。以下、肘スイッチ１０の具体的な構成について、図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて説明する。
【００４５】
図６（ａ）に示すように、肘スイッチ１０は、基板１１と、蓋板１２と、４つのマイクロスイッチ固定ベース１３…と、４つのマイクロスイッチ１４…と、２つのスライドガイド１５…と、スライドベース１６と、断面コ字状の中間部材１７とから構成されている。
【００４６】
先ず、マイクロスイッチ１４…およびスライドガイド１５…の組み立て方について、図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ｂ）に示すように、各マイクロスイッチ１４を、マイクロスイッチ固定ベース１３の上に固定し、さらにマイクロスイッチ固定ベース１３を基板１１上に固定する。
【００４７】
また、２つあるスライドガイド１５の一方を、基板１１上に固定し、さらにそのスライドガイド１５の上に、スライドベース１６に固定された他方のスライドガイド１５を固定する。最後に、他方のスライドガイド１５に中間部材１７を取り付ける。なお、２つのスライドガイド１５は、いずれも直線状のスライドレール上をブロックが移動可能に配置されたものを用いている。
【００４８】
また、２つのスライドガイド１５は、上記ブロックの移動方向が互いに十字状に交差するよう、基板１１上に設けられる。これにより、中間部材１７は、基板１１上を十字状に移動することが可能とされている。さらに、４つのマイクロスイッチ１４…は、中間部材１７の４方向に関する移動量を検知できるよう、基板１１上において中間部材１７の四方に設けられる。
【００４９】
最後に、図６（ｃ）に示すように、中間部材１７の上に蓋板１２を固定することで、肘スイッチ１０を組み立てることができる。なお、この蓋板１２が、ユーザが肘を載せる部分となる（図１参照）。
【００５０】
このようにして肘スイッチ１０を構成することにより、ユーザが蓋板１２に載せた肘を移動させると、その肘の移動に伴って蓋板１２および中間部材１７が移動する。そして、上述したように、中間部材１７の４方向に関する移動量は、マイクロスイッチ１４…により検知される。したがって、ユーザの肘の移動量を、４つの方向に関して、マイクロスイッチ１４…により検知することができる。
【００５１】
そして、この肘スイッチ１０で検出されるユーザの肘の動きを、ロボットアームに出力することで、本実施形態のマスターアーム１は、多彩な動きをロボットアームに指示することができるものとなっている。その具体的な理由については、後述する。
【００５２】
（４．グリップの構成）
次に、図１においては、グリップ８がユーザに握られている状態で図示されているので、グリップ８の構成を具体的に理解できないかもしれない。そこで、図７を用いて、グリップ８の構成を具体的に説明する。
【００５３】
図７は、図１における矢印Ｃの方向から見た場合における、グリップ８の構成を示す図である。図７に示すように、グリップ８は、リンク７ａと関節７ｂを介して接続されるＬ字状部材８ａと、ユーザに把持される把持部８ｂとからなる。このように、グリップ８をＬ字状部材８ａおよび把持部８ｂからなる構成とすることで、グリップ８にはジンバル機構が採用されている。
【００５４】
また、図７に示すように、グリップ８は、関節５ｂ、関節６ｂ、および関節７ｂのそれぞれの回転軸が交わる参照点Ｒが、把持部８ｂ内に規定できるように設けられている。なお、これらの関節５ａ・６ｂ・７ｂは、ユーザが手首だけ動かした場合にグリップ８を回転させるものである。
【００５５】
さらに、この参照点Ｒは、図２に示すように、リンク５ａの屈曲点Ｒ’の鉛直上になるように設定されている。この屈曲点Ｒ’は、ユーザが前腕部を載せるリンク５ａにおける、ユーザの手首側に係る端点ともいえる。このように参照点Ｒを設定することで、グリップ８は、その操作性が高められている。
【００５６】
なお、図７においては、棒状の把持部８ｂを示したが、把持部８ｂは、たとえば図８（ａ）に示すように、ユーザが握り易い形状を有していることが好ましいことはいうまでもない。また、把持部８ｂには、マスターアーム１の動きをロボットアームに伝える機能をオン／オフすることができるスイッチ８ｃを設けてもよい。なお、図８（ａ）に示す把持部８ｂは、図８（ｂ）に示すように、ユーザの人差し指と親指とに挟まれることで把持可能である。
【００５７】
さらに、図８（ａ）に示す把持部８ｂに、ユーザの人差し指で操作可能なレバー８ｄを設けてもよい。このレバーを操作することで、ロボットの先端のグリッパの開閉操作など、マスターアーム１で操作できるロボットアームの自由度を１つ増やすことができる。
【００５８】
（５．フットスイッチに関して）
また、本実施形態のマスターアーム１においては、肘スイッチ１０を前後方向（図１におけるａ方向およびｂ方向）に操作する際に、関節２ｂ（ユーザの肘を前後させる関節）が回転してしまい、肘スイッチ１０がユーザの肘の動きに正しく追従しない場合がある。このような不具合を防止するため、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、フットスイッチ１ａを設けてもよい。なお、この目的のためのスイッチは、フットスイッチに限らずどのようなスイッチでも可能なことはいうまでもないが、以下では図３（ａ）および図３（ｂ）に示したフットスイッチを一例として説明する。
【００５９】
つまり、ユーザがフットスイッチ１ａを踏むと、関節２ｂ（図１参照）がロックされるようにしておく。これにより、ユーザは、必要に応じフットスイッチ１ａを踏み、肘スイッチ１０を肘の動きに正しく追従させるようにすることができる。なお、フットスイッチ１ａを踏むことでロックされる関節は、関節２ｂに限られず、他の関節であってもよい。
【００６０】
さらに、ユーザが無意識に肘スイッチ１０を動かしてしまい、ロボットアームがユーザの意図しない動きをすることも考えられる。そこで、フットスイッチ１ａにより肘スイッチによるロボットアームの運動制御をオン／オフできるようにし、フットスイッチ１ａを踏んだときだけ、肘スイッチ１０にて検知される肘の動きをロボットアームに出力するようにしてもよい。これにより、ユーザの必要に応じて肘スイッチ１０を機能させることができる。
【００６１】
（６．マスターアームの機能について）
マスターアーム１の構成は上述したとおりである。そして、マスターアーム１は、上述した構成において、ユーザの肘を載せることができる肘スイッチ１０が設けられており、この肘スイッチ１０により、２つの冗長自由度を操作可能な点に特徴的な機能がある。以下、このマスターアーム１の特徴的な機能について説明する。
【００６２】
先ず、肘スイッチ１０は、図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて説明したように、マイクロスイッチ１４…およびスライドガイド１５…を設けることで、ユーザの肘に関して４方向（２自由度）の移動量が検知できるように構成されている。また、マスターアーム１本体は、図２に示すように、６つの関節（関節２ｂ・３ｂ・４ｂ・５ｂ・６ｂ・７ｂ）がそれぞれ１自由度を有しており、合計６自由度を有している。
【００６３】
このように、肘スイッチ１０が２自由度を有しており、さらにマスターアーム１本体が６自由度を有しているので、マスターアーム１によれば、合計８自由度（グリッパ部の開閉自由度も加えると合計９自由度）を有する動作を制御することができる。よって、本実施形態のマスターアーム１によれば、７自由度以上の冗長自由度を有するロボットアームを遠隔操縦することが可能となる。
【００６４】
特に、本実施形態のマスターアーム１では、肘スイッチ１０をユーザが肘で動かすことで、ロボットアームを操作することができる。したがって、ユーザは、肘を浮かすことなく、マスターアーム１を用いてロボットアームを操作することができるので、ロボットアームを長時間操作した際の疲労が軽減される。さらに、肘を動かすことでロボットアームを操作できるので、ユーザは、直感的にロボットアームを操作することができる。
【００６５】
このように、本実施形態のマスターアーム１は、ユーザの腕の動きをロボットアームに伝達するマスターアーム本体（リンク２ａ〜７ａ、関節２ｂ〜７ｂ、グリップ８）と、上記マスターアーム本体においてユーザの肘が載せられる部分に設けられ、２自由度の運動制御が可能な肘スイッチ１０とを備えているものである。
【００６６】
上記構成によれば、マスターアーム本体が有する運動自由度に加え、肘スイッチ１０により２自由度の運動制御が可能となる。よって、上記構成のマスターアーム１を用いることで、より高い自由度のロボットアーム等の操縦対象を操縦することが可能となる。
【００６７】
また、マスターアーム本体により、ユーザの腕の動きがロボットアームに伝達されるので、ユーザは、あたかも自分の腕であるかのようにロボットアームを操縦することができるので、より多彩な運動をロボットアームに指示することができる。
【００６８】
さらに、肘スイッチ１０は、ユーザの肘が載せられる部分に設けられるので、ユーザは、肘を肘スイッチ１０に置いた状態で肘スイッチ１０を操作することが可能となる。よって、ユーザは、自身の肘を用いて直感的に肘スイッチ１０を操作することができるとともに、長時間の使用においてもそれほど疲労することなく操縦対象を操縦することが可能となる。
【００６９】
なお、ユーザの肘に接触する部位を有するマスターアームであれば、肘スイッチ１０を設けることで、より多彩な運動をロボットアームに指示することが可能となる。
【００７０】
さらに、本実施形態のマスターアーム１は、マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を動かした際、ユーザの肘を支えるアームレスト９を備えていることが好ましい。
【００７１】
上記構成によれば、アームレスト９がユーザの前腕の動きを規制するので、ユーザの肘の動きに肘スイッチ１０を正しく追従させることができる。
【００７２】
また、本実施形態のマスターアーム１は、マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を上げる動作をした際、カウンタバランスとして機能するアームレスト９を備えていることが好ましい。
【００７３】
上記構成によれば、ユーザが前腕を振り上げる際の負担を軽減することができる。
【００７４】
さらに、本実施形態のマスターアーム１は、マスターアーム本体におけるユーザの肘を前後させる関節２ｂをロック可能なスイッチ（たとえばフットスイッチ１ａ）を備えていることが好ましい。
【００７５】
上記構成によれば、ユーザは、必要に応じてスイッチを操作し（たとえばフットスイッチ１ａを踏む等）、肘スイッチ１０を肘の動きに正しく追従させるようにすることができる。
【００７６】
また、本実施形態のマスターアーム１は、肘スイッチ１０によるロボットアームの運動制御をオン／オフ可能なスイッチ（たとえばフットスイッチ１ａ）を備えていることが好ましい。
【００７７】
上記構成によれば、ユーザの必要に応じてスイッチを操作し（たとえばフットスイッチ１ａを踏む等）、肘スイッチ１０を機能させることができる。
【００７８】
また、本実施形態のマスターアーム１は、上記マスターアーム本体におけるユーザの前腕を上下させる関節３ｂの回転軸が、ユーザの肘とアームレスト９との接触点、またはその接触点からややユーザの前腕部内部を通るように設定されていることが好ましい。
【００７９】
上記構成によれば、ユーザは、肩や上半身を動かすことなく、自然な動きで前腕を上下させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の遠隔操縦装置は、種々のロボットの操縦装置として適用可能である。なかでも、災害救助を支援するレスキューロボットの操縦装置として、本発明の遠隔操縦装置を適用することが最も好適である。
【００８１】
なぜなら、レスキューロボットを操縦するのはレスキュー隊員であり、ロボットの専門家ではない。したがって、レスキューロボットを操縦するための遠隔操縦装置としては、直感的にレスキューロボットを操縦できるものが求められる。もちろん、長時間操縦しても疲労の少ない遠隔操縦装置が好適である。この点、本発明の遠隔操縦装置は、直感的にロボットを操縦することもできるし、長時間の操縦でもユーザが疲れないような種々の工夫が施されている。
【００８２】
また、本発明の遠隔操縦装置は、土木作業用ロボット（高機能建設機械）の操縦装置としても用いることができる。この場合でも、操縦者はロボットの専門家ではなく、土木作業員であるので、レスキューロボットを操縦するための遠隔操縦装置としては、直感的にレスキューロボットを操縦できるものが求められる。この点において、本発明の遠隔操縦装置が好適であることは、上述したとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の遠隔操縦装置の一実施形態に係るマスターアームの構成を示す斜視図である。
【図２】図１のマスターアームの構成を簡略化して示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、ユーザが図１のマスターアームを操縦する状態を示す図である。
【図４】図１のマスターアームにおけるアームレストの構成を示す図である。
【図５】図１のマスターアームにおいて肘スイッチが取り付けられている状態を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図１のマスターアームにおける肘スイッチの構成を詳細に示す図である。
【図７】図１のマスターアームにおけるグリップの構成を詳細に示す図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、図１のマスターアームに設けられるグリップの好適な構成を示す図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、ユーザが図１のマスターアームのグリップを移動させる状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ マスターアーム（遠隔操縦装置）
２ａ〜７ａ、２ｂ〜７ｂ、８ マスターアーム本体
１０ 肘スイッチ
９ アームレスト
２ｂ〜７ｂ 関節
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの腕の動きをロボットアームに伝達するマスターアーム本体と、
上記マスターアーム本体においてユーザの肘が載せられる部分に設けられ、少なくとも２自由度の運動制御が可能な肘スイッチとを備えていることを特徴とする遠隔操縦装置。
【請求項２】
マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を動かした際、ユーザの肘を支えるアームレストを備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操縦装置。
【請求項３】
マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を上げる動作をした際、カウンタバランスとして機能するアームレストを備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操縦装置。
【請求項４】
上記マスターアーム本体におけるユーザの肘を前後させる関節をロック可能なスイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操縦装置。
【請求項５】
上記肘スイッチによる上記ロボットアームの運動制御をオン／オフ可能なスイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操縦装置。
【請求項６】
上記マスターアーム本体におけるユーザの前腕を上下させる関節の回転軸が、ユーザの肘とアームレストとの接触点、またはその接触点からややユーザの前腕部内部を通るように設定されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の遠隔操縦装置。
【請求項１】
ユーザの腕の動きをロボットアームに伝達するマスターアーム本体と、
上記マスターアーム本体においてユーザの肘が載せられる部分に設けられ、少なくとも２自由度の運動制御が可能な肘スイッチとを備えていることを特徴とする遠隔操縦装置。
【請求項２】
マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を動かした際、ユーザの肘を支えるアームレストを備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操縦装置。
【請求項３】
マスターアーム本体を操作する状態においてユーザが前腕を上げる動作をした際、カウンタバランスとして機能するアームレストを備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操縦装置。
【請求項４】
上記マスターアーム本体におけるユーザの肘を前後させる関節をロック可能なスイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操縦装置。
【請求項５】
上記肘スイッチによる上記ロボットアームの運動制御をオン／オフ可能なスイッチを備えていることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操縦装置。
【請求項６】
上記マスターアーム本体におけるユーザの前腕を上下させる関節の回転軸が、ユーザの肘とアームレストとの接触点、またはその接触点からややユーザの前腕部内部を通るように設定されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の遠隔操縦装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３３４６９５（Ｐ２００６−３３４６９５Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６０１８６（Ｐ２００５−１６０１８６）
【出願日】平成１７年５月３１日（２００５．５．３１）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月３１日（２００５．５．３１）
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【Ｆターム（参考）】
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