操作装置
【課題】より多くの自由度について同時に操作することができるとともに、使用者の疲労感を低減することが可能な操作装置を提供すること。
【解決手段】互いに直交する方向ｘおよび方向ｙのそれぞれに沿って独立して並進可能なスティック２と、スティック２の方向ｘ並進量および方向ｙ並進量を独立して検出可能な検出手段３と、を備える操作装置Ａ１であって、スティック２は、方向ｘおよび方向ｙに直交する方向ｚに沿って独立して並進可能とされており、検出手段３は、スティック２の方向ｚ並進量をさらに独立して検出可能である。
【解決手段】互いに直交する方向ｘおよび方向ｙのそれぞれに沿って独立して並進可能なスティック２と、スティック２の方向ｘ並進量および方向ｙ並進量を独立して検出可能な検出手段３と、を備える操作装置Ａ１であって、スティック２は、方向ｘおよび方向ｙに直交する方向ｚに沿って独立して並進可能とされており、検出手段３は、スティック２の方向ｚ並進量をさらに独立して検出可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば産業用の６軸ロボットのティーチング作業などに用いられる操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来の操作装置の一例を示している。同図に示された操作装置Ｘは、グリップ部９１に埋め込まれたトラックボール９２を備えている。トラックボール９２は、グリップ部９１に対して回転可能に支持されている。操作装置Ｘを用いた操作においては、トラックボール９２の回転を、ｘ軸まわりの回転方向αの回転と、ｙ軸まわりの回転方向βの回転とに分解し、それぞれの回転の向きと量を検出する。たとえば、産業用の６軸ロボットのティーチングを行う場合には、回転方向αおよび回転方向βを、上記ロボットの動作を定義する任意の２自由度に対応させる。これにより、トラックボール９２を回転させるという操作により、上記ロボットに対して上記２自由度についてのティーチング作業をすることができる。
【０００３】
しかしながら、上記ロボットは６つの自由度を有していることにより、自動車の溶接工程などをはじめとする３次元空間における複雑な作業が可能とされている。これに対し、トラックボール９２により操作可能な自由度は、回転方向αおよび回転方向βの２自由度のみである。このため、上記ロボットの６つの自由度に対して同時に操作を行うことは不可能である。たとえば、追加のトラックボールや、他のボタンなどを用いてさらに操作することが強いられる。使用者にとって、２自由度のみの指示手段であるトラックボールは、甚だ不便である。
【０００４】
また、上記ロボットをティーチングするには、たとえば上記ロボットのアームに取り付けられた作業用のツールを基準として、並進３方向、回転３方向の計６自由度について操作することが、効率良くティーチングするのに好ましい。しかし、トラックボール９２による操作は、回転操作のみである。この回転操作を上記ロボットの並進動作に当てはめると、実際のロボットを並進させるのにトラックボール９２を回転させることを強いられる。これは、使用者が操作しようとする上記ロボットの動きにそぐわない操作であるため、使用者の疲労感を増大させる場合があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４０３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より多くの自由度について同時に操作することができるとともに、使用者の疲労感を低減することが可能な操作装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本発明の第１の側面によって提供される操作装置は、互いに直交する第１方向および第２方向のそれぞれに沿って独立して並進可能な指示手段と、上記指示手段の上記第１方向並進量および上記第２方向並進量を独立して検出可能な検出手段と、を備える操作装置であって、上記指示手段は、上記第１方向および上記第２方向に直交する第３方向に沿って独立して並進可能とされており、上記検出手段は、上記指示手段の上記第３方向並進量をさらに独立して検出可能であることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、上記指示手段により互いに異なる３つの方向について並進量を指示することが可能である。したがって、３次元空間における様々な並進移動の操作を適切に行うことができる。
【００１０】
本発明の第２の側面によって提供される操作装置は、互いに直交する第１方向および第２方向に沿って延びる第１軸および第２軸のそれぞれまわりに独立して回転可能な指示手段と、上記指示手段の上記第１軸まわり回転量および上記第２軸まわり回転量を独立して検出可能な検出手段と、を備える操作装置であって、上記指示手段は、上記第１方向および上記第２方向に直交する第３方向に沿って延びる第３軸まわりにさらに独立して回転可能とされており、上記検出手段は、上記指示手段の上記第３軸まわり回転量をさらに独立して検出可能であることを特徴としている。
【００１１】
このような構成によれば、上記指示手段により互いに異なる３つの回転方向について回転量を指示することが可能である。したがって、３次元空間におけるロボットの姿勢変更など様々な回転移動の操作を適切に行うことができる。
【００１２】
本発明の第３の側面によって提供される操作装置は、並進または回転可能な指示手段と、上記指示手段の並進量または回転量を検出可能な検出手段と、を備える操作装置であって、上記指示手段は、互いに直交する第１方向、第２方向、および第３方向に沿って独立に並進可能であるとともに、上記第１方向、上記第２方向、および上記第３方向に沿って延びる第１軸、第２軸、および第３軸のそれぞれまわりに独立して回転可能であり、上記検出手段は、上記指示手段の上記第１方向並進量、上記第２方向並進量、および上記第３方向並進量と、上記指示手段の上記第１軸まわり回転量、上記第２軸まわり回転量、および上記第３軸まわり回転量と、を独立して検出可能であることを特徴としている。
【００１３】
このような構成によれば、３方向の並進および３回転方向の回転の計６自由度について、上記指示手段によって指示することが可能である。したがって、たとえば産業用の６軸ロボットの操作を多数のスイッチなどによらず、１つの上記指示手段を用いて指示することにより操作することができる。これは、上記操作装置の構成を簡便化するとともに、使用者の疲労感を軽減するのに適している。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出手段に対して、上記指示手段の並進量のみを検出する並進量検出モードと、上記指示手段の回転量のみを検出する回転量検出モードと、の検出モード切替を行う検出モード切替手段をさらに備える。このような構成によれば、上記指示手段を用いた指示において、並進と回転とが誤って検出されることを防止することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記指示手段に対して、並進のみを許容し回転を阻止する並進モードと、回転のみを許容し並進を阻止する回転モードと、の動作モード切替を行う動作モード切替手段をさらに備える。このような構成によれば、たとえば上記ロボットに並進動作をさせるときには上記指示手段を並進モードとし、上記ロボットに回転動作をさせるときには上記指示手段を回転モードとするといった使用方法が可能となる。これにより、上記ロボットの実際の動きと上記操作装置における指示動作とが同じ性質の動きとなる。したがって、使用者の感覚に沿った操作を実現できる。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出手段は、上記第１方向において、上記指示手段を挟んで対向配置された１対の第１弾性部材と、上記１対の第１弾性部材に生じた弾性力を検出する１対の第１検出器と、上記第２方向において、上記指示手段を挟んで対向配置された１対の第２弾性部材と、上記１対の第２弾性部材に生じた弾性力を検出する１対の第２検出器と、を含んでいる。このような構成によれば、上記指示手段をその中立位置へと自然復帰させることができる。これにより、上記操作装置を用いた作業の煩わしさを低減することが可能である。また、たとえば上記ロボットの動作速度を上記指示手段の並進量に比例させれば、速い速度で動かすときほど大きな操作力が必要となる。これは、高速で上記ロボットなどを動作させていることを使用者に意識させるのに好適である。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出手段は、上記第１弾性部材の少なくとも一部が上記第２方向に変位したことを検知する第１変位検出器と、上記第２弾性部材の少なくとも一部が上記第１方向に変位したことを検知する第２変位検出器と、をさらに含んでいる。このような構成によれば、上記指示手段について上記第３軸まわりの回転の向きを適切に検出することができる。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出手段は、上記第１弾性部材および上記第２弾性部材の少なくとも一部ずつが上記第３方向に変位したことを検知する第３変位検出器をさらに含んでいる。このような構成によれば、上記第３方向における並進移動の向きを適切に検出することができる。
【００１９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２１】
図１〜図３は、本発明に係る操作装置の第１実施形態を示している。本実施形態の操作装置Ａ１は、図１に示すケース１、図２に示すスティック２、検出手段３を備えており、方向ｘ，ｙ，ｚにおける並進および回転方向α，β，γにおける回転の計６自由度の操作が可能に構成されている。操作装置Ａ１は、たとえば産業用の６軸ロボットのティーチングに用いられる装置であり、上記ロボットの固定箇所を基準とした、いわゆるグローバル座標系、あるいは上記ロボットのアーム先端に取り付けられたツールの作業点を基準とした、いわゆるツール座標系などにおいて計６自由度の操作を行うためのものである。
【００２２】
ケース１は、図１に示すように全体として扁平な直方体形状となっているのが一般的であり、たとえば樹脂製である。ケース１は、スティック２および検出手段３などを支持および保護するためのものである。ケース１には、スティック２のほかに、上記ロボットの駆動電源スイッチ、上記グローバル座標系および上記ツール座標系などの座標系切替ボタンなどが適宜配置されている。また、ケース１には、ケーブル６が接続されている。ケーブル６は、たとえば上記ロボットの制御盤（図示略）に繋がっており、スティック２、上記スイッチ、上記ボタンなどによる使用者の指示入力を上記制御盤を介して上記ロボットへと伝達するためのものである。
【００２３】
スティック２は、使用者が操作装置Ａ１に対して指示入力するためのものであり、一端側が略球形状とされた棒状部材である。スティック２には、ボタン２１ａおよび突起２１ｂが設けられている。図３に示すようにボタン２１ａが図中上方に突出しているときには、突起２１ｂは、スティック２内に格納されている。一方、ボタン２１ａが図中下方に押し下げられると、突起２１ｂは、スティック２から図中下方に突出する。突起２１ｂが突出状態とされると、突起２１ｂの先端は、ケース１に固定された支持部２１ｃの凹部に進入する。ボタン２１ａ，突起２１ｂおよび支持部２１ｃは、並進モードと回転モードとを切り替えるモード切替手段２１の構成要素の一部である。
【００２４】
スティック２は、ガイド２２ｘ、２２ｙに対して摺動可能に支持されている。ガイド２２ｘ、２２ｙは、スティック２を方向ｘおよび方向ｙのそれぞれにおいて独立に並進可能とするためのものである。ガイド２２ｘは、ケース１に対して方向ｙにおいて並進可能に支持されている。ガイド２２ｙは、ケース１に対して方向ｘにおいて並進可能に支持されている。
【００２５】
検出手段３は、制御部３０、１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙ、２対ずつの近接センサ３２ｘ，３２ｙ、４対のタッチセンサ３３、１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙを含んでいる。１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙは、それぞれの一端がスティック２に連結されている。１対のバネ３５ｘは、スティック２を挟んで方向ｘにおいて対向配置されており、ガイド２２ｘ内に格納されている。１対のバネ３５ｙは、スティック２を挟んで方向ｙにおいて対向配置されており、ガイド２２ｙ内に格納されている。
【００２６】
１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙは、それぞれガイド２２ｘ，２２ｙの両端寄りに配置されている。１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙには、１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙの他端がそれぞれ連結されている。これにより、１対の圧力センサ３１ｘは、スティック２の方向ｘにおける並進により１対のバネ３５ｘに生じた弾性力の方向および大きさを検知可能とされている。また、１対の圧力センサ３１ｙは、スティック２の方向ｙにおける並進により１対のバネ３５ｙに生じた弾性力の方向および大きさを検知可能とされている。
【００２７】
２対ずつの近接センサ３２ｘ，３２ｙは、それぞれガイド２２ｘ，２２ｙの内面においてバネ３５ｘ，３５ｙを挟んで対向配置されている。近接センサ３２ｘ、３２ｙは、バネ３５ｘ，３５ｙが一定距離以上に近づいたことを検知するためのものである。
【００２８】
４対のタッチセンサ３３は、図２に示すように、ガイド２２ｘ，２２ｙの両端寄りに配置されている。図３に示すように、各対のタッチセンサ３３は、バネ３５ｘまたはバネ３５ｙを挟んで方向ｚにおいて対向配置されている。各タッチセンサ３３は、バネ３５ｘ，３５ｙが接触したことを検知可能とされている。
【００２９】
図２に示すように、制御部３０には、１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙ、２対ずつの近接センサ３２ｘ，３２ｙ、４対のタッチセンサ３３、１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙが接続されている。制御部３０は、後述するアルゴリズムによりスティック２の並進量および回転量を算出するためのものである。また、制御部３０の機能の一部は、上述したモード切替手段２１の構成要素となっている。
【００３０】
次に、操作装置Ａ１を用いた操作方法について、以下に説明する。
【００３１】
まず、スティック２を方向ｘ、方向ｙ、方向ｚに並進させる並進モードにおける操作方法について説明する。並進モードで操作する場合、図４に示すように、ボタン２１ａを図中上方へと突出させ、突起２１ｂがスティック２内に格納された状態としておく。ボタン２１ａが上方位置にあることをセンサ（図示略）により検出し、この信号により制御部３０の処理を並進モードに切替える。
【００３２】
図４は、スティック２を方向ｘに並進させる場合を示している。スティック２を方向ｘ図中左方に並進させる。この動作により、１対のバネ３５ｘに弾性力が生じる。方向ｘ図中左方を正とすると、各圧力センサ３１ｘには、同じ方向を向く（＋Ｆｘ）の力が作用する。ここで、Ｆｘは、バネ３５ｘに生じる弾性力の絶対値である。バネ３５ｘのバネ定数をｋｘ、スティック２の方向ｘにおける並進量をΔｘとすると、Ｆｘ＝ｋｘ×Δｘである。したがって、１対の圧力センサ３１ｘからの出力を制御部３０に取り込むことにより、スティック２の方向ｘにおける並進運動の方向および並進量Δｘを検出することができる。たとえば、スティック２の方向ｘにおける並進を、上記ロボットのツール座標系における１自由度の並進移動に対応させた場合、上記ロボットの上記作業用ツールが上記１自由度について並進する。このときの並進速度は、スティック２の並進量Δｘに比例させる。
【００３３】
スティック２を方向ｙに移動させた場合は、上述した方向ｘにおける並進と同様に、１対の圧力センサ３１ｙに１対のバネ３５ｙの弾性力が作用する。各圧力センサ３１ｙによって、この弾性力の絶対値Ｆｙ＝ｋｙ×Δｙ（ｋｙは、バネ３５ｙのバネ定数、Δｙは、スティック２の方向ｙにおける並進量）とその方向を検知する。そして、１対の圧力センサ３１ｙからの出力を制御部３０に取り込むことにより、スティック２の方向ｙにおける並進運動の方向および並進量Δｙを検出することができる。スティック２の方向ｙにける並進は、上記ツール座標系における他の自由度の並進移動に対応させる。
【００３４】
以上の説明から理解されるようにスティック２の方向ｘおよび方向ｙにおける並進量は、１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙを用いて各別に検出可能である。したがって、スティック２を方向ｘおよび方向ｙにおいて同時に並進させても、方向ｘおよび方向ｙそれぞれの並進量が検出される。
【００３５】
図５は、スティック２を方向ｚ図中上方へと並進させた状態を示している。この場合、１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙは、ともに伸ばされることとなる。図示されたように、１対のバネ３５ｘを例にすると、各バネ３５ｘの伸びは、スティック２の方向ｚにおける並進量Δｚに比例する。このときに各バネ３５ｘの伸びの絶対値をΔｘｚとすると、１対の圧力センサ３１ｘには、互いの方向が反対であり、絶対値がＦｘｚ＝ｋｘ×Δｘｚである弾性力（＋Ｆｘｚ）と（−Ｆｘｚ）とが作用する。
【００３６】
ここで、１対の圧力センサ３１ｘに弾性力が作用するケースとして、上述したようにスティック２が方向ｘにおいて並進した場合がある。この場合、各圧力センサ３１ｘに作用する弾性力は、同じ方向を向く弾性力（＋Ｆｘ）である。したがって、スティック２を方向ｘおよび方向ｚにおいて同時に並進させた場合には、一方の圧力センサ３１ｘには（＋Ｆｘ）＋（＋Ｆｘｚ）の弾性力が作用し、他方の圧力センサ３１ｘには、（＋Ｆｘ）＋（−Ｆｘｚ）の弾性力が作用する。したがって、１対の圧力センサ３１ｘに作用した弾性力の和を制御部３０により演算すると、（＋２Ｆｘ）のみが残る。これは、スティック２の方向ｘにおける並進量の検出に利用できる。一方、１対の圧力センサ３１ｘに作用した弾性力の差を制御部３０により演算すると、（＋２Ｆｘｚ）のみが残る。これは、スティック２の方向ｚにおける並進量Δｚの絶対値の検出に利用できる。これにあわせて、スティック２の方向ｚにおける並進方向を各対のタッチセンサ３３により検出する。すなわち、図５に示すように、スティック２が図中上方に並進させられると、図中上側のタッチセンサ３３がｏｎ状態となる。これにより、スティック２の方向ｚにおける並進の方向を検出することができる。スティック２の方向ｚにおける並進は、たとえば上記ツール座標系において上記ツールを対象物に対して進退させる方向における並進に対応させるとよい。すなわち、上述したスティック２の方向ｘおよび方向ｙにおける並進は、上記進退方向とそれぞれ直交する方向における並進に対応させることとなる。なお、方向ｘに代えて方向ｙにおける並進が方向ｚにおける並進と同時になされた場合も同様である。
【００３７】
以上より、操作装置Ａ１は、スティック２の方向ｘ，方向ｙ，方向ｚのそれぞれにおける並進量を独立して検出可能とされている。
【００３８】
次に、スティック２を回転方向α、回転方向β、回転方向γに回転させる回転モードにおける操作方法について説明する。回転モードで操作する場合、図６に示すように、ボタン２１ａを図中下方へと押し込み、突起２１ｂをスティック２から突出させる。突出させられた突起２１ｂは、支持部２１ｃによって支持される。好ましくは、突起２１ｃの先端形状を球状とし、支持部２１ｃにこの球状部分に嵌合する弾性変形可能な凹部を形成しておく。ボタン２１ａを図中下方へと押し込むと、突起２１ｃの上記球状部が支持部２１ｃの上記凹部を押し広げるようにして進入し嵌合する。この状態においては、スティック２は方向ｘ、方向ｙ、方向ｚにおける並進が阻止され、回転方向α、回転方向β、回転方向γにおける回転のみが許容される。また、ボタン２１ａが下方位置にあることを上記センサ（図示略）により検出し、この信号により制御部３０における処理を回転モードに切替える。
【００３９】
図６は、スティック２を方向ｙ軸まわりの回転方向である回転方向βについて回転させた状態を示している。このとき、１対のバネ３５ｘにおいては、図中左方のバネ３５ｘが伸ばされ、図中右方のバネ３５ｘが縮められる。これにより、１対の圧力センサ３１ｘには、互いの方向が同じである弾性力（＋Ｆｙβ）が作用する。１対の圧力センサ３１ｘからの出力を制御部３０に取り込むことにより、スティック２の回転方向βにおける回転方向および回転量を検出することができる。なお、スティック２の方向ｘ軸まわりの回転方向である回転方向αにおける回転量の検出も、これと同様に行うことができる。また、スティック２を回転方向αおよび回転方向βにおいて同時に回転させても、回転方向αおよび回転方向βにおける回転量を各別に検出することが可能である。
【００４０】
図７は、スティック２を方向ｚ軸まわりの回転方向である回転方向γに回転させた状態を示している。この場合、１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙは、ともに伸ばされることとなる。１対のバネ３５ｘを例にとると、１対のバネ３５ｘの伸びにより、１対の圧力センサ３１ｘには、互いの方向が異なる弾性力（＋Ｆｘγ）と（−Ｆｘγ）とが作用する。さらに、スティック２が回転方向βおよび回転方向γにおいて同時に回転させられると、一方の圧力センサ３１ｘには、（＋Ｆｘβ）＋（＋Ｆｘγ）の弾性力が作用し、他方の圧力センサ３１ｘには、（＋Ｆｘβ）＋（−Ｆｘγ）の弾性力が作用する。したがって、１対の圧力センサ３１ｘに作用した弾性力の和を制御部３０により演算すると、（＋２Ｆｘβ）のみが残る。これは、スティック２の回転方向βにおける回転量の検出に利用できる。一方、１対の圧力センサ３１ｘに作用した弾性力の差を制御部３０により演算すると、（＋２Ｆｘγ）のみが残る。これは、スティック２の回転方向γにおける回転量の絶対値の検出に利用できる。また、１対のバネ３５ｘを挟む２対の近接センサ３２ｘのうち、本図においては、図中左上と図中右下とに位置する近接センサ３２ｘがｏｎ状態となる。この出力を制御部３０に取り込むことにより、スティック２の回転方向γにおける回転の方向を検出することができる。なお、回転方向βに代えて回転方向αにおける回転が回転方向γにおける回転と同時になされた場合も同様である。これに加えて、スティック２が回転方向αおよび回転方向βにおいて同時に回転させられた状態で、さらに回転方向γにおいて回転させられた場合であっても、１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙに作用した弾性力を制御部３０において演算することより、回転方向α，β，γそれぞれにおける回転量を独立して検出することができる。
【００４１】
以上より、操作装置Ａ１は、スティック２の回転方向α、回転方向β、回転方向γのそれぞれにおける回転量を独立して検出可能である。回転方向α、回転方向β、回転方向γにおける回転は、方向ｘ、方向ｙ、方向ｚに対応するツール座標系の並進方向軸まわりの回転に対応させる。また、スティック２の回転方向α、回転方向β、回転方向γにおける回転量と、それぞれの回転方向に対応する上記ツールの回転速度とを比例させる。
【００４２】
次に、操作装置Ａ１の作用について説明する。
【００４３】
本実施形態によれば、６自由度の操作を１つのスティック２によって指示入力可能である。使用者は、６自由度の操作のために複数のスイッチを使い分けるといった煩わしい作業を強いられることが無い。したがって、使用者の疲労感を低減させることができる。また、並進モードと回転モードとを使い分けることにより、並進操作と回転操作とを誤って混同するおそれがない。これは、たとえば上記ロボットに誤った動作をさせて上記ロボットやその周辺の機械などを破損することを未然に防止するのに有利である。さらに、上記ツールを並進させるときには並進操作を行い、上記ツールを回転させるときには回転操作を行うといった操作方法は、使用者の感覚に比較的近い操作である。したがって、誤操作を抑制可能であるとともに、使用者の疲労感を軽減させるのに好適である。
【００４４】
上記ツールの並進速度および回転速度をスティック２の並進量および回転量に比例させることにより、速い速度で操作するときほど使用者は指先により大きな力を込めることとなる。これは、速い速度で動作させていることを自然に意識させるのに有効であり、上記ロボットの操作を安全に行うのに好ましい。また、スティック２は、中立位置に自然復帰可能であるため、中立位置に戻す作業が不要であり、使用者の作業負担を軽減するのに適している。また、作業者が指を離せば、スティック２が中立位置に戻りロボットも停止するという、安全性をも備えている。
【００４５】
１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙの伸縮を利用することにより、並進量および回転量の双方を検出可能である。したがって、操作装置Ａ１を簡便な構成とすることが可能であり、操作装置Ａ１の軽量化、操作の容易さを向上させるのに適している。モード切替手段２１に突起２１ｂおよび支持部２１ｃを備えることにより、モード切替手段２１は、本発明でいう検出モード切替手段としての機能に加えて、本発明でいう動作モード切替手段としての機能も備えている。これにより、たとえばスティック２を並進させる動作によってスティック２が不当に回転してしまうことを防止可能である。これは、使用者の感覚に合った操作を提供するのに好適である。
【００４６】
なお、上記実施形態の変形例として、モード切替手段２１を構成するスイッチをスティック２とは別に設けてもよい。このスイッチのｏｎ／ｏｆｆにより制御部３０の処理を切替えることのみによっても、スティック２の並進および回転を検出可能である。
【００４７】
図８〜図１２は、本発明に係る操作装置の第２実施形態を示している。図８に示すように、本実施形態の操作装置Ａ２は、２つのスティック２Ａ，２Ｂを備えている点が上述した第１実施形態と異なっている。なお、図８以降においては、上記第１実施形態と類似の要素については、同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００４８】
スティック２Ａは、方向ｘ、方向ｙ、方向ｚにおける並進を指示入力するためのものであり、スティック２Ｂは、回転方向α、回転方向β、回転方向γにおける回転を指示入力するためのものである。また、操作装置Ａ２には、上述した操作装置Ａ１と類似の制御部（図示略）が備えられている。
【００４９】
図９に示すように、スティック２Ａは、３つのスライダ４ｘ，４ｙ，４ｚにより支持されている。スライダ４ｘ，４ｙ，４ｚは、スティック２を方向ｘ、方向ｙ、方向ｚに並進させ、かつその並進量を検出するためのものである。スライダ４ｚは、ケース１に対して固定されている。
【００５０】
図１０は、スライダ４ｘの断面を表している。本図に示されたように、スライダ４ｘは、ハウジング４１、１対のバネ４２、複数の電極４３、および接点４４を備えている。上記制御部は、スティック２の先端と各電極４３とが接触することにより互いに導通したことを検出可能とされている。スティック２は、方向ｘに並進可能であるとともに、１対のバネ４２により中立位置に自然復帰させられる。スティック２を方向ｘに並進させると、その並進量に応じて各電極４３とスティック２とが導通する。この導通状態に基づいて、上記制御部によりスティック２の方向ｘにおける並進方向および並進量を検出することができる。スライダ４ｙ，４ｚは、スライダ４ｘと同様の構成であり、並進方向が互いに直角とされているものである。このように、３つのスライダ４ｘ，４ｙ，４ｚを組み合わせた構成とすることにより、スティック２の方向ｘ、方向ｙ、方向ｚにおける並進移動をそれぞれ独立に検出することができる。
【００５１】
図１１は、スティック２Ｂとこれを支持する検出手段５とを示す全体斜視図である。検出手段５は、フレーム５１α，５１β、バネ５２α，５２β、複数ずつの電極５３α，５３β、および接点５４α，５４βを具備している。
【００５２】
スティック２Ｂは、帯状部２７を有している。帯状部２７は、フレーム５１αに対して貫通ピンにより支持されている。これにより、スティック２Ｂは、フレーム５１αに対して回転方向αに回転可能に支持されている。１対のバネ５２αは、スティック２Ｂを中立位置に自然復帰させるためのものである。帯状部２７の先端には、接点５４αが設けられている。フレーム５１αの円弧部内側には複数の電極５３αが配列されている。スティック２Ｂが回転方向αに回転させられると、その回転量に応じて接点５４αと各電極５３αとが接触する。この接触により接点５４αと複数の電極５３αのいずれかとが導通したことを上記制御部により検出可能としておく。これにより、上記制御部においてスティック２Ｂの回転方向αの回転量を検出することができる。
【００５３】
フレーム５１αは、フレーム５１βに対して回転方向βに回転可能に支持されている。１対のバネ５２βは、フレーム５１αを中立位置に自然復帰させるためのものである。フレーム５１αの図中下端には、接点５４βが設けられている。フレーム５１βの円弧部内側には、複数の電極５３βが配列されている。スティック２Ｂを回転方向βに回転させると、これに応じてフレーム５１αがフレーム５１βに対して回転方向βに回転させられる。このとき、接点５４βは、回転量に応じて各電極５３βと接触する。上記制御部によって接点５４βと各電極５３βとの導通を検出することにより、スティック２Ｂの回転方向βにおける回転量を検出することができる。
【００５４】
さらに、スティック２Ｂは、図１１および図１２に示すように、円筒部２５と軸部２６とが組み合わされた構成とされている。円筒部２５は軸部２６に対して回転方向γに回転可能に支持されている。図１２に示すように、軸部２６には、接点５４γが設けられている。円筒部２５の内面には、複数の電極５３γが円周方向に配列されている。１対のバネ５２γは、円筒部２５を回転方向γにおける中立位置に自然復帰させるためのものである。円筒部２５を回転方向γに回転させると、その回転量に応じて、接点５４γと各電極５３γとが順次接触する。上記制御部によって接点５４γと各電極５３γとの導通を検出することにより、円筒部２５の回転方向γにおける回転量を検出することができる。
【００５５】
このような構成によっても、３つの並進動作と３つの回転動作とを適切に指示入力することができる。２つのスティック２Ａ，２Ｂを備えることにより、並進動作と回転動作とを同時に指示入力するのに適している。たとえば、左右の指をスティック２Ａ，２Ｂに別々に添えると、多彩な操作を容易に行うことができる。
【００５６】
本発明に係る操作装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る操作装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００５７】
図示した指示手段および検出手段などの大きさは、説明の便宜上その構造が理解しやすい比率としている。上述した機能を適切に発揮可能な構造であればよく、上記操作装置に組み込むのに適したサイズおよび比率に変更可能であることはもちろんである。本発明でいう弾性部材は、バネに限定されず、弾性力を適切に発生可能な弾性部材であればよい。
【００５８】
本発明に係る操作装置は、上述した６軸ロボットのティーチング作業に用いるのに適しているが、６軸ロボットに限らず６軸ロボットの補助軸（スライダ、ポジショナ等）のティーチング作業にも適している。また、その用途はこれらの産業用ロボットに限定されず、たとえばゲーム用のジョイスティックなど多自由度の指示入力に広く用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る操作装置の第１実施形態を示す全体平面図である。
【図２】本発明に係る操作装置の第１実施形態の要部平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う要部断面図である。
【図４】図１に示す操作装置の並進モードにおける使用状態を示す要部断面図である。
【図５】図１に示す操作装置の並進モードにおける使用状態を示す要部断面図である。
【図６】図１に示す操作装置の回転モードにおける使用状態を示す要部断面図である。
【図７】図１に示す操作装置の回転モードにおける使用状態を示す要部平面図である。
【図８】本発明に係る操作装置の第２実施形態を示す全体平面図である。
【図９】図８に示す操作装置の並進用指示手段を示す要部斜視図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う要部断面図である。
【図１１】図８に示す操作装置の回転用指示手段を示す要部斜視図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う要部断面図である。
【図１３】従来の指示手段の一例を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
Ａ１，Ａ２ 操作装置
ｘ （第１）方向
ｙ （第２）方向
ｚ （第３）方向
α ｘ（第１）軸まわりの回転方向
β ｙ（第２）軸まわりの回転方向
γ ｚ（第３）軸まわりの回転方向
１ ケース
２，２Ａ，２Ｂ スティック（指示手段）
３ 検出手段
４ｘ，４ｙ，４ｚ スライダ
５ 検出手段
６ ケーブル
２１ （検出および動作）モード切替手段
２１ａ ボタン
２１ｂ 突起
２１ｃ 支持部
２２ｘ，２２ｙ ガイド
２５ 円筒部
２６ 軸部
２７ 帯状部
３０ 制御部
３１ｘ 圧力センサ（第１検出器）
３１ｙ 圧力センサ（第２検出器）
３２ｘ 近接センサ（第１変位検出器）
３２ｙ 近接センサ（第２変位検出器）
３３ タッチセンサ（第３変位検出器）
３５ｘ バネ（第１弾性部材）
３５ｙ バネ（第２弾性部材）
４１ ハウジング
４２ バネ
４３ 電極
４４ 接点
５１α，５１β フレーム
５２α，５２β，５２γ バネ
５３α，５３β，５３γ 電極
５４α，５４β，５４γ 接点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば産業用の６軸ロボットのティーチング作業などに用いられる操作装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、従来の操作装置の一例を示している。同図に示された操作装置Ｘは、グリップ部９１に埋め込まれたトラックボール９２を備えている。トラックボール９２は、グリップ部９１に対して回転可能に支持されている。操作装置Ｘを用いた操作においては、トラックボール９２の回転を、ｘ軸まわりの回転方向αの回転と、ｙ軸まわりの回転方向βの回転とに分解し、それぞれの回転の向きと量を検出する。たとえば、産業用の６軸ロボットのティーチングを行う場合には、回転方向αおよび回転方向βを、上記ロボットの動作を定義する任意の２自由度に対応させる。これにより、トラックボール９２を回転させるという操作により、上記ロボットに対して上記２自由度についてのティーチング作業をすることができる。
【０００３】
しかしながら、上記ロボットは６つの自由度を有していることにより、自動車の溶接工程などをはじめとする３次元空間における複雑な作業が可能とされている。これに対し、トラックボール９２により操作可能な自由度は、回転方向αおよび回転方向βの２自由度のみである。このため、上記ロボットの６つの自由度に対して同時に操作を行うことは不可能である。たとえば、追加のトラックボールや、他のボタンなどを用いてさらに操作することが強いられる。使用者にとって、２自由度のみの指示手段であるトラックボールは、甚だ不便である。
【０００４】
また、上記ロボットをティーチングするには、たとえば上記ロボットのアームに取り付けられた作業用のツールを基準として、並進３方向、回転３方向の計６自由度について操作することが、効率良くティーチングするのに好ましい。しかし、トラックボール９２による操作は、回転操作のみである。この回転操作を上記ロボットの並進動作に当てはめると、実際のロボットを並進させるのにトラックボール９２を回転させることを強いられる。これは、使用者が操作しようとする上記ロボットの動きにそぐわない操作であるため、使用者の疲労感を増大させる場合があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２４０３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より多くの自由度について同時に操作することができるとともに、使用者の疲労感を低減することが可能な操作装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本発明の第１の側面によって提供される操作装置は、互いに直交する第１方向および第２方向のそれぞれに沿って独立して並進可能な指示手段と、上記指示手段の上記第１方向並進量および上記第２方向並進量を独立して検出可能な検出手段と、を備える操作装置であって、上記指示手段は、上記第１方向および上記第２方向に直交する第３方向に沿って独立して並進可能とされており、上記検出手段は、上記指示手段の上記第３方向並進量をさらに独立して検出可能であることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、上記指示手段により互いに異なる３つの方向について並進量を指示することが可能である。したがって、３次元空間における様々な並進移動の操作を適切に行うことができる。
【００１０】
本発明の第２の側面によって提供される操作装置は、互いに直交する第１方向および第２方向に沿って延びる第１軸および第２軸のそれぞれまわりに独立して回転可能な指示手段と、上記指示手段の上記第１軸まわり回転量および上記第２軸まわり回転量を独立して検出可能な検出手段と、を備える操作装置であって、上記指示手段は、上記第１方向および上記第２方向に直交する第３方向に沿って延びる第３軸まわりにさらに独立して回転可能とされており、上記検出手段は、上記指示手段の上記第３軸まわり回転量をさらに独立して検出可能であることを特徴としている。
【００１１】
このような構成によれば、上記指示手段により互いに異なる３つの回転方向について回転量を指示することが可能である。したがって、３次元空間におけるロボットの姿勢変更など様々な回転移動の操作を適切に行うことができる。
【００１２】
本発明の第３の側面によって提供される操作装置は、並進または回転可能な指示手段と、上記指示手段の並進量または回転量を検出可能な検出手段と、を備える操作装置であって、上記指示手段は、互いに直交する第１方向、第２方向、および第３方向に沿って独立に並進可能であるとともに、上記第１方向、上記第２方向、および上記第３方向に沿って延びる第１軸、第２軸、および第３軸のそれぞれまわりに独立して回転可能であり、上記検出手段は、上記指示手段の上記第１方向並進量、上記第２方向並進量、および上記第３方向並進量と、上記指示手段の上記第１軸まわり回転量、上記第２軸まわり回転量、および上記第３軸まわり回転量と、を独立して検出可能であることを特徴としている。
【００１３】
このような構成によれば、３方向の並進および３回転方向の回転の計６自由度について、上記指示手段によって指示することが可能である。したがって、たとえば産業用の６軸ロボットの操作を多数のスイッチなどによらず、１つの上記指示手段を用いて指示することにより操作することができる。これは、上記操作装置の構成を簡便化するとともに、使用者の疲労感を軽減するのに適している。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出手段に対して、上記指示手段の並進量のみを検出する並進量検出モードと、上記指示手段の回転量のみを検出する回転量検出モードと、の検出モード切替を行う検出モード切替手段をさらに備える。このような構成によれば、上記指示手段を用いた指示において、並進と回転とが誤って検出されることを防止することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記指示手段に対して、並進のみを許容し回転を阻止する並進モードと、回転のみを許容し並進を阻止する回転モードと、の動作モード切替を行う動作モード切替手段をさらに備える。このような構成によれば、たとえば上記ロボットに並進動作をさせるときには上記指示手段を並進モードとし、上記ロボットに回転動作をさせるときには上記指示手段を回転モードとするといった使用方法が可能となる。これにより、上記ロボットの実際の動きと上記操作装置における指示動作とが同じ性質の動きとなる。したがって、使用者の感覚に沿った操作を実現できる。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出手段は、上記第１方向において、上記指示手段を挟んで対向配置された１対の第１弾性部材と、上記１対の第１弾性部材に生じた弾性力を検出する１対の第１検出器と、上記第２方向において、上記指示手段を挟んで対向配置された１対の第２弾性部材と、上記１対の第２弾性部材に生じた弾性力を検出する１対の第２検出器と、を含んでいる。このような構成によれば、上記指示手段をその中立位置へと自然復帰させることができる。これにより、上記操作装置を用いた作業の煩わしさを低減することが可能である。また、たとえば上記ロボットの動作速度を上記指示手段の並進量に比例させれば、速い速度で動かすときほど大きな操作力が必要となる。これは、高速で上記ロボットなどを動作させていることを使用者に意識させるのに好適である。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出手段は、上記第１弾性部材の少なくとも一部が上記第２方向に変位したことを検知する第１変位検出器と、上記第２弾性部材の少なくとも一部が上記第１方向に変位したことを検知する第２変位検出器と、をさらに含んでいる。このような構成によれば、上記指示手段について上記第３軸まわりの回転の向きを適切に検出することができる。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記検出手段は、上記第１弾性部材および上記第２弾性部材の少なくとも一部ずつが上記第３方向に変位したことを検知する第３変位検出器をさらに含んでいる。このような構成によれば、上記第３方向における並進移動の向きを適切に検出することができる。
【００１９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２１】
図１〜図３は、本発明に係る操作装置の第１実施形態を示している。本実施形態の操作装置Ａ１は、図１に示すケース１、図２に示すスティック２、検出手段３を備えており、方向ｘ，ｙ，ｚにおける並進および回転方向α，β，γにおける回転の計６自由度の操作が可能に構成されている。操作装置Ａ１は、たとえば産業用の６軸ロボットのティーチングに用いられる装置であり、上記ロボットの固定箇所を基準とした、いわゆるグローバル座標系、あるいは上記ロボットのアーム先端に取り付けられたツールの作業点を基準とした、いわゆるツール座標系などにおいて計６自由度の操作を行うためのものである。
【００２２】
ケース１は、図１に示すように全体として扁平な直方体形状となっているのが一般的であり、たとえば樹脂製である。ケース１は、スティック２および検出手段３などを支持および保護するためのものである。ケース１には、スティック２のほかに、上記ロボットの駆動電源スイッチ、上記グローバル座標系および上記ツール座標系などの座標系切替ボタンなどが適宜配置されている。また、ケース１には、ケーブル６が接続されている。ケーブル６は、たとえば上記ロボットの制御盤（図示略）に繋がっており、スティック２、上記スイッチ、上記ボタンなどによる使用者の指示入力を上記制御盤を介して上記ロボットへと伝達するためのものである。
【００２３】
スティック２は、使用者が操作装置Ａ１に対して指示入力するためのものであり、一端側が略球形状とされた棒状部材である。スティック２には、ボタン２１ａおよび突起２１ｂが設けられている。図３に示すようにボタン２１ａが図中上方に突出しているときには、突起２１ｂは、スティック２内に格納されている。一方、ボタン２１ａが図中下方に押し下げられると、突起２１ｂは、スティック２から図中下方に突出する。突起２１ｂが突出状態とされると、突起２１ｂの先端は、ケース１に固定された支持部２１ｃの凹部に進入する。ボタン２１ａ，突起２１ｂおよび支持部２１ｃは、並進モードと回転モードとを切り替えるモード切替手段２１の構成要素の一部である。
【００２４】
スティック２は、ガイド２２ｘ、２２ｙに対して摺動可能に支持されている。ガイド２２ｘ、２２ｙは、スティック２を方向ｘおよび方向ｙのそれぞれにおいて独立に並進可能とするためのものである。ガイド２２ｘは、ケース１に対して方向ｙにおいて並進可能に支持されている。ガイド２２ｙは、ケース１に対して方向ｘにおいて並進可能に支持されている。
【００２５】
検出手段３は、制御部３０、１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙ、２対ずつの近接センサ３２ｘ，３２ｙ、４対のタッチセンサ３３、１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙを含んでいる。１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙは、それぞれの一端がスティック２に連結されている。１対のバネ３５ｘは、スティック２を挟んで方向ｘにおいて対向配置されており、ガイド２２ｘ内に格納されている。１対のバネ３５ｙは、スティック２を挟んで方向ｙにおいて対向配置されており、ガイド２２ｙ内に格納されている。
【００２６】
１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙは、それぞれガイド２２ｘ，２２ｙの両端寄りに配置されている。１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙには、１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙの他端がそれぞれ連結されている。これにより、１対の圧力センサ３１ｘは、スティック２の方向ｘにおける並進により１対のバネ３５ｘに生じた弾性力の方向および大きさを検知可能とされている。また、１対の圧力センサ３１ｙは、スティック２の方向ｙにおける並進により１対のバネ３５ｙに生じた弾性力の方向および大きさを検知可能とされている。
【００２７】
２対ずつの近接センサ３２ｘ，３２ｙは、それぞれガイド２２ｘ，２２ｙの内面においてバネ３５ｘ，３５ｙを挟んで対向配置されている。近接センサ３２ｘ、３２ｙは、バネ３５ｘ，３５ｙが一定距離以上に近づいたことを検知するためのものである。
【００２８】
４対のタッチセンサ３３は、図２に示すように、ガイド２２ｘ，２２ｙの両端寄りに配置されている。図３に示すように、各対のタッチセンサ３３は、バネ３５ｘまたはバネ３５ｙを挟んで方向ｚにおいて対向配置されている。各タッチセンサ３３は、バネ３５ｘ，３５ｙが接触したことを検知可能とされている。
【００２９】
図２に示すように、制御部３０には、１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙ、２対ずつの近接センサ３２ｘ，３２ｙ、４対のタッチセンサ３３、１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙが接続されている。制御部３０は、後述するアルゴリズムによりスティック２の並進量および回転量を算出するためのものである。また、制御部３０の機能の一部は、上述したモード切替手段２１の構成要素となっている。
【００３０】
次に、操作装置Ａ１を用いた操作方法について、以下に説明する。
【００３１】
まず、スティック２を方向ｘ、方向ｙ、方向ｚに並進させる並進モードにおける操作方法について説明する。並進モードで操作する場合、図４に示すように、ボタン２１ａを図中上方へと突出させ、突起２１ｂがスティック２内に格納された状態としておく。ボタン２１ａが上方位置にあることをセンサ（図示略）により検出し、この信号により制御部３０の処理を並進モードに切替える。
【００３２】
図４は、スティック２を方向ｘに並進させる場合を示している。スティック２を方向ｘ図中左方に並進させる。この動作により、１対のバネ３５ｘに弾性力が生じる。方向ｘ図中左方を正とすると、各圧力センサ３１ｘには、同じ方向を向く（＋Ｆｘ）の力が作用する。ここで、Ｆｘは、バネ３５ｘに生じる弾性力の絶対値である。バネ３５ｘのバネ定数をｋｘ、スティック２の方向ｘにおける並進量をΔｘとすると、Ｆｘ＝ｋｘ×Δｘである。したがって、１対の圧力センサ３１ｘからの出力を制御部３０に取り込むことにより、スティック２の方向ｘにおける並進運動の方向および並進量Δｘを検出することができる。たとえば、スティック２の方向ｘにおける並進を、上記ロボットのツール座標系における１自由度の並進移動に対応させた場合、上記ロボットの上記作業用ツールが上記１自由度について並進する。このときの並進速度は、スティック２の並進量Δｘに比例させる。
【００３３】
スティック２を方向ｙに移動させた場合は、上述した方向ｘにおける並進と同様に、１対の圧力センサ３１ｙに１対のバネ３５ｙの弾性力が作用する。各圧力センサ３１ｙによって、この弾性力の絶対値Ｆｙ＝ｋｙ×Δｙ（ｋｙは、バネ３５ｙのバネ定数、Δｙは、スティック２の方向ｙにおける並進量）とその方向を検知する。そして、１対の圧力センサ３１ｙからの出力を制御部３０に取り込むことにより、スティック２の方向ｙにおける並進運動の方向および並進量Δｙを検出することができる。スティック２の方向ｙにける並進は、上記ツール座標系における他の自由度の並進移動に対応させる。
【００３４】
以上の説明から理解されるようにスティック２の方向ｘおよび方向ｙにおける並進量は、１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙを用いて各別に検出可能である。したがって、スティック２を方向ｘおよび方向ｙにおいて同時に並進させても、方向ｘおよび方向ｙそれぞれの並進量が検出される。
【００３５】
図５は、スティック２を方向ｚ図中上方へと並進させた状態を示している。この場合、１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙは、ともに伸ばされることとなる。図示されたように、１対のバネ３５ｘを例にすると、各バネ３５ｘの伸びは、スティック２の方向ｚにおける並進量Δｚに比例する。このときに各バネ３５ｘの伸びの絶対値をΔｘｚとすると、１対の圧力センサ３１ｘには、互いの方向が反対であり、絶対値がＦｘｚ＝ｋｘ×Δｘｚである弾性力（＋Ｆｘｚ）と（−Ｆｘｚ）とが作用する。
【００３６】
ここで、１対の圧力センサ３１ｘに弾性力が作用するケースとして、上述したようにスティック２が方向ｘにおいて並進した場合がある。この場合、各圧力センサ３１ｘに作用する弾性力は、同じ方向を向く弾性力（＋Ｆｘ）である。したがって、スティック２を方向ｘおよび方向ｚにおいて同時に並進させた場合には、一方の圧力センサ３１ｘには（＋Ｆｘ）＋（＋Ｆｘｚ）の弾性力が作用し、他方の圧力センサ３１ｘには、（＋Ｆｘ）＋（−Ｆｘｚ）の弾性力が作用する。したがって、１対の圧力センサ３１ｘに作用した弾性力の和を制御部３０により演算すると、（＋２Ｆｘ）のみが残る。これは、スティック２の方向ｘにおける並進量の検出に利用できる。一方、１対の圧力センサ３１ｘに作用した弾性力の差を制御部３０により演算すると、（＋２Ｆｘｚ）のみが残る。これは、スティック２の方向ｚにおける並進量Δｚの絶対値の検出に利用できる。これにあわせて、スティック２の方向ｚにおける並進方向を各対のタッチセンサ３３により検出する。すなわち、図５に示すように、スティック２が図中上方に並進させられると、図中上側のタッチセンサ３３がｏｎ状態となる。これにより、スティック２の方向ｚにおける並進の方向を検出することができる。スティック２の方向ｚにおける並進は、たとえば上記ツール座標系において上記ツールを対象物に対して進退させる方向における並進に対応させるとよい。すなわち、上述したスティック２の方向ｘおよび方向ｙにおける並進は、上記進退方向とそれぞれ直交する方向における並進に対応させることとなる。なお、方向ｘに代えて方向ｙにおける並進が方向ｚにおける並進と同時になされた場合も同様である。
【００３７】
以上より、操作装置Ａ１は、スティック２の方向ｘ，方向ｙ，方向ｚのそれぞれにおける並進量を独立して検出可能とされている。
【００３８】
次に、スティック２を回転方向α、回転方向β、回転方向γに回転させる回転モードにおける操作方法について説明する。回転モードで操作する場合、図６に示すように、ボタン２１ａを図中下方へと押し込み、突起２１ｂをスティック２から突出させる。突出させられた突起２１ｂは、支持部２１ｃによって支持される。好ましくは、突起２１ｃの先端形状を球状とし、支持部２１ｃにこの球状部分に嵌合する弾性変形可能な凹部を形成しておく。ボタン２１ａを図中下方へと押し込むと、突起２１ｃの上記球状部が支持部２１ｃの上記凹部を押し広げるようにして進入し嵌合する。この状態においては、スティック２は方向ｘ、方向ｙ、方向ｚにおける並進が阻止され、回転方向α、回転方向β、回転方向γにおける回転のみが許容される。また、ボタン２１ａが下方位置にあることを上記センサ（図示略）により検出し、この信号により制御部３０における処理を回転モードに切替える。
【００３９】
図６は、スティック２を方向ｙ軸まわりの回転方向である回転方向βについて回転させた状態を示している。このとき、１対のバネ３５ｘにおいては、図中左方のバネ３５ｘが伸ばされ、図中右方のバネ３５ｘが縮められる。これにより、１対の圧力センサ３１ｘには、互いの方向が同じである弾性力（＋Ｆｙβ）が作用する。１対の圧力センサ３１ｘからの出力を制御部３０に取り込むことにより、スティック２の回転方向βにおける回転方向および回転量を検出することができる。なお、スティック２の方向ｘ軸まわりの回転方向である回転方向αにおける回転量の検出も、これと同様に行うことができる。また、スティック２を回転方向αおよび回転方向βにおいて同時に回転させても、回転方向αおよび回転方向βにおける回転量を各別に検出することが可能である。
【００４０】
図７は、スティック２を方向ｚ軸まわりの回転方向である回転方向γに回転させた状態を示している。この場合、１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙは、ともに伸ばされることとなる。１対のバネ３５ｘを例にとると、１対のバネ３５ｘの伸びにより、１対の圧力センサ３１ｘには、互いの方向が異なる弾性力（＋Ｆｘγ）と（−Ｆｘγ）とが作用する。さらに、スティック２が回転方向βおよび回転方向γにおいて同時に回転させられると、一方の圧力センサ３１ｘには、（＋Ｆｘβ）＋（＋Ｆｘγ）の弾性力が作用し、他方の圧力センサ３１ｘには、（＋Ｆｘβ）＋（−Ｆｘγ）の弾性力が作用する。したがって、１対の圧力センサ３１ｘに作用した弾性力の和を制御部３０により演算すると、（＋２Ｆｘβ）のみが残る。これは、スティック２の回転方向βにおける回転量の検出に利用できる。一方、１対の圧力センサ３１ｘに作用した弾性力の差を制御部３０により演算すると、（＋２Ｆｘγ）のみが残る。これは、スティック２の回転方向γにおける回転量の絶対値の検出に利用できる。また、１対のバネ３５ｘを挟む２対の近接センサ３２ｘのうち、本図においては、図中左上と図中右下とに位置する近接センサ３２ｘがｏｎ状態となる。この出力を制御部３０に取り込むことにより、スティック２の回転方向γにおける回転の方向を検出することができる。なお、回転方向βに代えて回転方向αにおける回転が回転方向γにおける回転と同時になされた場合も同様である。これに加えて、スティック２が回転方向αおよび回転方向βにおいて同時に回転させられた状態で、さらに回転方向γにおいて回転させられた場合であっても、１対ずつの圧力センサ３１ｘ，３１ｙに作用した弾性力を制御部３０において演算することより、回転方向α，β，γそれぞれにおける回転量を独立して検出することができる。
【００４１】
以上より、操作装置Ａ１は、スティック２の回転方向α、回転方向β、回転方向γのそれぞれにおける回転量を独立して検出可能である。回転方向α、回転方向β、回転方向γにおける回転は、方向ｘ、方向ｙ、方向ｚに対応するツール座標系の並進方向軸まわりの回転に対応させる。また、スティック２の回転方向α、回転方向β、回転方向γにおける回転量と、それぞれの回転方向に対応する上記ツールの回転速度とを比例させる。
【００４２】
次に、操作装置Ａ１の作用について説明する。
【００４３】
本実施形態によれば、６自由度の操作を１つのスティック２によって指示入力可能である。使用者は、６自由度の操作のために複数のスイッチを使い分けるといった煩わしい作業を強いられることが無い。したがって、使用者の疲労感を低減させることができる。また、並進モードと回転モードとを使い分けることにより、並進操作と回転操作とを誤って混同するおそれがない。これは、たとえば上記ロボットに誤った動作をさせて上記ロボットやその周辺の機械などを破損することを未然に防止するのに有利である。さらに、上記ツールを並進させるときには並進操作を行い、上記ツールを回転させるときには回転操作を行うといった操作方法は、使用者の感覚に比較的近い操作である。したがって、誤操作を抑制可能であるとともに、使用者の疲労感を軽減させるのに好適である。
【００４４】
上記ツールの並進速度および回転速度をスティック２の並進量および回転量に比例させることにより、速い速度で操作するときほど使用者は指先により大きな力を込めることとなる。これは、速い速度で動作させていることを自然に意識させるのに有効であり、上記ロボットの操作を安全に行うのに好ましい。また、スティック２は、中立位置に自然復帰可能であるため、中立位置に戻す作業が不要であり、使用者の作業負担を軽減するのに適している。また、作業者が指を離せば、スティック２が中立位置に戻りロボットも停止するという、安全性をも備えている。
【００４５】
１対ずつのバネ３５ｘ，３５ｙの伸縮を利用することにより、並進量および回転量の双方を検出可能である。したがって、操作装置Ａ１を簡便な構成とすることが可能であり、操作装置Ａ１の軽量化、操作の容易さを向上させるのに適している。モード切替手段２１に突起２１ｂおよび支持部２１ｃを備えることにより、モード切替手段２１は、本発明でいう検出モード切替手段としての機能に加えて、本発明でいう動作モード切替手段としての機能も備えている。これにより、たとえばスティック２を並進させる動作によってスティック２が不当に回転してしまうことを防止可能である。これは、使用者の感覚に合った操作を提供するのに好適である。
【００４６】
なお、上記実施形態の変形例として、モード切替手段２１を構成するスイッチをスティック２とは別に設けてもよい。このスイッチのｏｎ／ｏｆｆにより制御部３０の処理を切替えることのみによっても、スティック２の並進および回転を検出可能である。
【００４７】
図８〜図１２は、本発明に係る操作装置の第２実施形態を示している。図８に示すように、本実施形態の操作装置Ａ２は、２つのスティック２Ａ，２Ｂを備えている点が上述した第１実施形態と異なっている。なお、図８以降においては、上記第１実施形態と類似の要素については、同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００４８】
スティック２Ａは、方向ｘ、方向ｙ、方向ｚにおける並進を指示入力するためのものであり、スティック２Ｂは、回転方向α、回転方向β、回転方向γにおける回転を指示入力するためのものである。また、操作装置Ａ２には、上述した操作装置Ａ１と類似の制御部（図示略）が備えられている。
【００４９】
図９に示すように、スティック２Ａは、３つのスライダ４ｘ，４ｙ，４ｚにより支持されている。スライダ４ｘ，４ｙ，４ｚは、スティック２を方向ｘ、方向ｙ、方向ｚに並進させ、かつその並進量を検出するためのものである。スライダ４ｚは、ケース１に対して固定されている。
【００５０】
図１０は、スライダ４ｘの断面を表している。本図に示されたように、スライダ４ｘは、ハウジング４１、１対のバネ４２、複数の電極４３、および接点４４を備えている。上記制御部は、スティック２の先端と各電極４３とが接触することにより互いに導通したことを検出可能とされている。スティック２は、方向ｘに並進可能であるとともに、１対のバネ４２により中立位置に自然復帰させられる。スティック２を方向ｘに並進させると、その並進量に応じて各電極４３とスティック２とが導通する。この導通状態に基づいて、上記制御部によりスティック２の方向ｘにおける並進方向および並進量を検出することができる。スライダ４ｙ，４ｚは、スライダ４ｘと同様の構成であり、並進方向が互いに直角とされているものである。このように、３つのスライダ４ｘ，４ｙ，４ｚを組み合わせた構成とすることにより、スティック２の方向ｘ、方向ｙ、方向ｚにおける並進移動をそれぞれ独立に検出することができる。
【００５１】
図１１は、スティック２Ｂとこれを支持する検出手段５とを示す全体斜視図である。検出手段５は、フレーム５１α，５１β、バネ５２α，５２β、複数ずつの電極５３α，５３β、および接点５４α，５４βを具備している。
【００５２】
スティック２Ｂは、帯状部２７を有している。帯状部２７は、フレーム５１αに対して貫通ピンにより支持されている。これにより、スティック２Ｂは、フレーム５１αに対して回転方向αに回転可能に支持されている。１対のバネ５２αは、スティック２Ｂを中立位置に自然復帰させるためのものである。帯状部２７の先端には、接点５４αが設けられている。フレーム５１αの円弧部内側には複数の電極５３αが配列されている。スティック２Ｂが回転方向αに回転させられると、その回転量に応じて接点５４αと各電極５３αとが接触する。この接触により接点５４αと複数の電極５３αのいずれかとが導通したことを上記制御部により検出可能としておく。これにより、上記制御部においてスティック２Ｂの回転方向αの回転量を検出することができる。
【００５３】
フレーム５１αは、フレーム５１βに対して回転方向βに回転可能に支持されている。１対のバネ５２βは、フレーム５１αを中立位置に自然復帰させるためのものである。フレーム５１αの図中下端には、接点５４βが設けられている。フレーム５１βの円弧部内側には、複数の電極５３βが配列されている。スティック２Ｂを回転方向βに回転させると、これに応じてフレーム５１αがフレーム５１βに対して回転方向βに回転させられる。このとき、接点５４βは、回転量に応じて各電極５３βと接触する。上記制御部によって接点５４βと各電極５３βとの導通を検出することにより、スティック２Ｂの回転方向βにおける回転量を検出することができる。
【００５４】
さらに、スティック２Ｂは、図１１および図１２に示すように、円筒部２５と軸部２６とが組み合わされた構成とされている。円筒部２５は軸部２６に対して回転方向γに回転可能に支持されている。図１２に示すように、軸部２６には、接点５４γが設けられている。円筒部２５の内面には、複数の電極５３γが円周方向に配列されている。１対のバネ５２γは、円筒部２５を回転方向γにおける中立位置に自然復帰させるためのものである。円筒部２５を回転方向γに回転させると、その回転量に応じて、接点５４γと各電極５３γとが順次接触する。上記制御部によって接点５４γと各電極５３γとの導通を検出することにより、円筒部２５の回転方向γにおける回転量を検出することができる。
【００５５】
このような構成によっても、３つの並進動作と３つの回転動作とを適切に指示入力することができる。２つのスティック２Ａ，２Ｂを備えることにより、並進動作と回転動作とを同時に指示入力するのに適している。たとえば、左右の指をスティック２Ａ，２Ｂに別々に添えると、多彩な操作を容易に行うことができる。
【００５６】
本発明に係る操作装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る操作装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００５７】
図示した指示手段および検出手段などの大きさは、説明の便宜上その構造が理解しやすい比率としている。上述した機能を適切に発揮可能な構造であればよく、上記操作装置に組み込むのに適したサイズおよび比率に変更可能であることはもちろんである。本発明でいう弾性部材は、バネに限定されず、弾性力を適切に発生可能な弾性部材であればよい。
【００５８】
本発明に係る操作装置は、上述した６軸ロボットのティーチング作業に用いるのに適しているが、６軸ロボットに限らず６軸ロボットの補助軸（スライダ、ポジショナ等）のティーチング作業にも適している。また、その用途はこれらの産業用ロボットに限定されず、たとえばゲーム用のジョイスティックなど多自由度の指示入力に広く用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る操作装置の第１実施形態を示す全体平面図である。
【図２】本発明に係る操作装置の第１実施形態の要部平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う要部断面図である。
【図４】図１に示す操作装置の並進モードにおける使用状態を示す要部断面図である。
【図５】図１に示す操作装置の並進モードにおける使用状態を示す要部断面図である。
【図６】図１に示す操作装置の回転モードにおける使用状態を示す要部断面図である。
【図７】図１に示す操作装置の回転モードにおける使用状態を示す要部平面図である。
【図８】本発明に係る操作装置の第２実施形態を示す全体平面図である。
【図９】図８に示す操作装置の並進用指示手段を示す要部斜視図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う要部断面図である。
【図１１】図８に示す操作装置の回転用指示手段を示す要部斜視図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う要部断面図である。
【図１３】従来の指示手段の一例を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
Ａ１，Ａ２ 操作装置
ｘ （第１）方向
ｙ （第２）方向
ｚ （第３）方向
α ｘ（第１）軸まわりの回転方向
β ｙ（第２）軸まわりの回転方向
γ ｚ（第３）軸まわりの回転方向
１ ケース
２，２Ａ，２Ｂ スティック（指示手段）
３ 検出手段
４ｘ，４ｙ，４ｚ スライダ
５ 検出手段
６ ケーブル
２１ （検出および動作）モード切替手段
２１ａ ボタン
２１ｂ 突起
２１ｃ 支持部
２２ｘ，２２ｙ ガイド
２５ 円筒部
２６ 軸部
２７ 帯状部
３０ 制御部
３１ｘ 圧力センサ（第１検出器）
３１ｙ 圧力センサ（第２検出器）
３２ｘ 近接センサ（第１変位検出器）
３２ｙ 近接センサ（第２変位検出器）
３３ タッチセンサ（第３変位検出器）
３５ｘ バネ（第１弾性部材）
３５ｙ バネ（第２弾性部材）
４１ ハウジング
４２ バネ
４３ 電極
４４ 接点
５１α，５１β フレーム
５２α，５２β，５２γ バネ
５３α，５３β，５３γ 電極
５４α，５４β，５４γ 接点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する第１方向および第２方向のそれぞれに沿って独立して並進可能な指示手段と、
上記指示手段の上記第１方向並進量および上記第２方向並進量を独立して検出可能な検出手段と、
を備える操作装置であって、
上記指示手段は、上記第１方向および上記第２方向に直交する第３方向に沿って独立して並進可能とされており、
上記検出手段は、上記指示手段の上記第３方向並進量をさらに独立して検出可能であることを特徴とする、操作装置。
【請求項２】
互いに直交する第１方向および第２方向に沿って延びる第１軸および第２軸のそれぞれまわりに独立して回転可能な指示手段と、
上記指示手段の上記第１軸まわり回転量および上記第２軸まわり回転量を独立して検出可能な検出手段と、
を備える操作装置であって、
上記指示手段は、上記第１方向および上記第２方向に直交する第３方向に沿って延びる第３軸まわりにさらに独立して回転可能とされており、
上記検出手段は、上記指示手段の上記第３軸まわり回転量をさらに独立して検出可能であることを特徴とする、操作装置。
【請求項３】
並進または回転可能な指示手段と、
上記指示手段の並進量または回転量を検出可能な検出手段と、
を備える操作装置であって、
上記指示手段は、互いに直交する第１方向、第２方向、および第３方向に沿って独立に並進可能であるとともに、上記第１方向、上記第２方向、および上記第３方向に沿って延びる第１軸、第２軸、および第３軸のそれぞれまわりに独立して回転可能であり、
上記検出手段は、上記指示手段の上記第１方向並進量、上記第２方向並進量、および上記第３方向並進量と、上記指示手段の上記第１軸まわり回転量、上記第２軸まわり回転量、および上記第３軸まわり回転量と、を独立して検出可能であることを特徴とする、操作装置。
【請求項４】
上記検出手段に対して、上記指示手段の並進量のみを検出する並進量検出モードと、上記指示手段の回転量のみを検出する回転量検出モードと、の検出モード切替を行う検出モード切替手段をさらに備える、請求項３に記載の操作装置。
【請求項５】
上記指示手段に対して、並進のみを許容し回転を阻止する並進モードと、回転のみを許容し並進を阻止する回転モードと、の動作モード切替を行う動作モード切替手段をさらに備える、請求項３または４に記載の操作装置。
【請求項６】
上記検出手段は、上記第１方向において、上記指示手段を挟んで対向配置された１対の第１弾性部材と、上記１対の第１弾性部材に生じた弾性力を検出する１対の第１検出器と、上記第２方向において、上記指示手段を挟んで対向配置された１対の第２弾性部材と、上記１対の第２弾性部材に生じた弾性力を検出する１対の第２検出器と、を含んでいる、請求項３ないし５のいずれかに記載の操作装置。
【請求項７】
上記検出手段は、上記第１弾性部材の少なくとも一部が上記第２方向に変位したことを検知する第１変位検出器と、上記第２弾性部材の少なくとも一部が上記第１方向に変位したことを検知する第２変位検出器と、をさらに含んでいる、請求項６に記載の操作装置。
【請求項８】
上記検出手段は、上記第１弾性部材および上記第２弾性部材の少なくとも一部ずつが上記第３方向に変位したことを検知する第３変位検出器をさらに含んでいる、請求項６に記載の操作装置。
【請求項１】
互いに直交する第１方向および第２方向のそれぞれに沿って独立して並進可能な指示手段と、
上記指示手段の上記第１方向並進量および上記第２方向並進量を独立して検出可能な検出手段と、
を備える操作装置であって、
上記指示手段は、上記第１方向および上記第２方向に直交する第３方向に沿って独立して並進可能とされており、
上記検出手段は、上記指示手段の上記第３方向並進量をさらに独立して検出可能であることを特徴とする、操作装置。
【請求項２】
互いに直交する第１方向および第２方向に沿って延びる第１軸および第２軸のそれぞれまわりに独立して回転可能な指示手段と、
上記指示手段の上記第１軸まわり回転量および上記第２軸まわり回転量を独立して検出可能な検出手段と、
を備える操作装置であって、
上記指示手段は、上記第１方向および上記第２方向に直交する第３方向に沿って延びる第３軸まわりにさらに独立して回転可能とされており、
上記検出手段は、上記指示手段の上記第３軸まわり回転量をさらに独立して検出可能であることを特徴とする、操作装置。
【請求項３】
並進または回転可能な指示手段と、
上記指示手段の並進量または回転量を検出可能な検出手段と、
を備える操作装置であって、
上記指示手段は、互いに直交する第１方向、第２方向、および第３方向に沿って独立に並進可能であるとともに、上記第１方向、上記第２方向、および上記第３方向に沿って延びる第１軸、第２軸、および第３軸のそれぞれまわりに独立して回転可能であり、
上記検出手段は、上記指示手段の上記第１方向並進量、上記第２方向並進量、および上記第３方向並進量と、上記指示手段の上記第１軸まわり回転量、上記第２軸まわり回転量、および上記第３軸まわり回転量と、を独立して検出可能であることを特徴とする、操作装置。
【請求項４】
上記検出手段に対して、上記指示手段の並進量のみを検出する並進量検出モードと、上記指示手段の回転量のみを検出する回転量検出モードと、の検出モード切替を行う検出モード切替手段をさらに備える、請求項３に記載の操作装置。
【請求項５】
上記指示手段に対して、並進のみを許容し回転を阻止する並進モードと、回転のみを許容し並進を阻止する回転モードと、の動作モード切替を行う動作モード切替手段をさらに備える、請求項３または４に記載の操作装置。
【請求項６】
上記検出手段は、上記第１方向において、上記指示手段を挟んで対向配置された１対の第１弾性部材と、上記１対の第１弾性部材に生じた弾性力を検出する１対の第１検出器と、上記第２方向において、上記指示手段を挟んで対向配置された１対の第２弾性部材と、上記１対の第２弾性部材に生じた弾性力を検出する１対の第２検出器と、を含んでいる、請求項３ないし５のいずれかに記載の操作装置。
【請求項７】
上記検出手段は、上記第１弾性部材の少なくとも一部が上記第２方向に変位したことを検知する第１変位検出器と、上記第２弾性部材の少なくとも一部が上記第１方向に変位したことを検知する第２変位検出器と、をさらに含んでいる、請求項６に記載の操作装置。
【請求項８】
上記検出手段は、上記第１弾性部材および上記第２弾性部材の少なくとも一部ずつが上記第３方向に変位したことを検知する第３変位検出器をさらに含んでいる、請求項６に記載の操作装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−９４９３０（Ｐ２００７−９４９３０Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８５９４４（Ｐ２００５−２８５９４４）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【出願人】（０００００５１９７）株式会社不二越 (625)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【出願人】（０００００５１９７）株式会社不二越 (625)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]