JP2013088852A - 肘掛型遠隔操縦装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】肘掛部材(10)、第1、2連結部材(31、32)、ベース連結部材(40)が平行四辺形をなし第1連結部材の垂直軸に対する傾斜角度を検出する第1角度検出手段とベース連結部材の第3連結軸まわりの角度を検出する第2角度検出手段とベース部材の垂直軸部材まわりの角度を検出する第3角度検出手段と、第1連結部材の傾斜角に応じて復元力を生成する第1のバネ機構と肘掛部材の傾斜角に応じて復元力を生成する第2のバネ機構とを備える。バネ(12,13,33,34)の端部に取り付けたワイヤ(16,38)がバネ機構を含む肘掛部材の重量と肘掛部材に載置されたオペレータの手首を含む肘の重量とバランスするように非円形プーリ(23、43)に巻張されている。
【選択図】図4
Description
その際には、机等の大きな付随物を必要とせず災害現場まで容易に運搬できること、長時間操縦しても疲れないこと等が要求される。
特許文献1の装置は球面リンク機構をもちいており比較的コンパクトな構造を有するものであるが、力覚を与えようとすると動き回る関節部分にモータ等の駆動系を取り付けねばならず、その分大きな質量を動かさねばならず軽快な操作感が得られない恐れがある。
特許文献2、特許文献3は1つの回転中心周りに3軸方向のモーメントを生成する手術シュミレータである。しかし、赤道部、南極部に複雑な機構を配設する必要があり、大きなスペースを要する。
非特許文献2の装置は力覚フィードバックをおこなう装置であるが装置が多数のリンクを含み構造が複雑であり、かつ大型であり、台上に設置して使用することが必要と思われ使用範囲が限定される。
非特許文献3の装置も非特許文献1の装置と同様に台上に設置して使用することが必要と思われ使用範囲が限定される。
オペレータの手首を含む肘を載せるための肘掛部材であって、第1連結軸を介して第1連結部材の上端が回動自在に取り付けられ、第2連結軸を介して第2連結部材の上端が回動自在に取り付けられている肘掛部材と、
ベース連結部材であって、第1連結部材の下端が第3連結軸を介して回動自在に連結され、第2連結部材の下端が第4連結軸を介して回動自在に連結されている、ベース連結部材と、
第3連結軸が固定されたベース部材であって、地面に立設される垂直軸部材に回動自在に取り付けられるベース部材と、を具備し、
第1連結軸と第2連結軸の距離と第3連結軸と第4連結軸との距離が等しく、第1連結軸と第3連結軸の距離と第2連結軸と第4連結軸の距離が等しくされ、肘掛部材、第1連結部材、第2連結部材、ベース連結部材が平行四辺形をなしており、
第1連結部材の第3連結軸周りの回転角度を検出可能な第1角度検出手段と、ベース連結部材の第3連結軸まわりの回転角度を検出可能な第2角度検出手段と、ベース部材の垂直軸部材まわりの角度を検出可能な第3角度検出手段と、を備えて、肘掛部材の状態を検出し、かつ、
第1連結部材の基準角度からの傾斜角に応じて第3連結軸周りの復元力を生成する第1のバネ機構と、ベース連結部材に平行な肘掛部材の基準角度からの傾斜角に応じて第1連結軸周りの復元力を生成する第2のバネ機構と、を備えて、肘掛部材の状態に応じた復元力を提供する、
ことを特徴とする肘掛型遠隔操縦装置が提供される。
請求項3の発明によれば、第2のバネ機構のバネは肘掛部材に取り付けられ、バネの端部から延伸されたワイヤが第1連結軸に対して固定されている上部非円形プーリの外周に巻張された後に上部非円形プーリに対して固定されており、
前記第1連結軸に対して固定されている上部非円形プーリは、肘掛部材の水平軸に対する傾きに係らず、第2のバネ機構を含む肘掛部材の重量と肘掛部材に載置されたオペレータの手首を含む肘の重量とバランスするバネ力を第2のバネ機構に発生せしめる形状とされており、第1連結軸と第3連結軸が連結手段を介して連結されていて、一方の連結軸の回動と同じ回動が他方の連結軸に伝達される。
請求項4の発明によれば、第2のバネ機構のバネは肘掛部材に取り付けられ、バネの端部から延伸されたワイヤが第2連結軸に対して固定されている円形プーリ、第4連結軸に対して固定されている円形プーリを経由して第3連結軸に対して固定されている第2の下部非円形プーリの外周に巻張されてから第2の下部非円形プーリに対して固定されている。
請求項5の発明によれば、第1のバネ機構と第2のバネ機構は、バネ力を調整可能である。
請求項6の発明によれば、第3連結軸部材まわりの回転に対してトルクを与えることで手先部に前後方向の力覚を与える駆動手段と、
ベース連結部材の第3連結軸まわりの回転に対してトルクを与えることで手先部に上下方向の力覚を与える駆動手段と、
ベース部材の垂直軸部材まわりの回転に対してトルクを与えることで手先部に左右方向の力覚を与える駆動手段と備える。
請求項7の発明によれば、垂直軸部材が、折りたたみ椅子の後脚とされる。
特に請求項7のようにすれば持ち運び、設置が容易であり、どのようなところでも遠隔操縦をおこなうことができる。
図1は椅子に取り付けられている本発明の第1の実施形態の肘掛型操縦装置が椅子に腰掛けたオペレータにより操縦されている様子を示す図である。図2は椅子に取り付けられている肘掛型操縦装置を斜め後方から見た図である。図3は本発明の肘掛型操縦装置の主要部の外観の拡大図であり、図4は主要部の内部を示す図である。図5は肘掛部材10、第1連結部材31を取り除いて示す図である。
肘掛部材10に第1連結部材31と第2連結部材32が、それぞれ第1連結軸21と第2結軸22を介して、連結されている。第1連結部材31と第2連結部材32はそれぞれ第3連結軸41と第4連結軸42を介してベース連結部材40に連結されている。
上部円形プーリ24と下部円形プーリ44は第3ワイヤ45で連動回転するように連結されている。
また、参照符号102で示されるのは第3連結軸41をベース部材100の内部に固定する固定部材である。
図8はベース部材100の内部を示す図であって、第3モータ取り付け部材101に取り付けられた第3モータ58が示されている。
図4はニュートラルな状態で、オペレータが肘掛部材10を上下、前後、左右のいずれにも動かしていない状態を示しているが、図9はオペレータが肘掛部材10の前端を上方に移動せしめたときの状態を示し、図10はオペレータが肘掛部材10の前端を下方に移動せしめたときの状態を示し、図11はオペレータが肘掛部材10を前方に移動せしめたときの状態を示し、図12はオペレータが肘掛部材10を後方に移動せしめたときの状態を示している。
図11において、第1水平バネ12が上部非円形プーリ23の真横に記載されているのが図4に示される状態であり、第1水平バネ12が上部非円形プーリ23の斜め上方に記載されているのが図10に示される状態であり、第1水平バネ12が上部非円形プーリ23の斜め下方に記載されているのが図11に示される状態である。
AからSHまでの距離<AからSMまでの距離<AからSLまでの距離であり、
LH>LM>LLである。
したがって、図4、図9、図10に示される状態における第1水平バネ12の長さをそれぞれBH,BM,BLとすれば、BH>BM>BLである。
そして、このバネ力は垂直バネ取り付け部材11を上部非円形プーリ23側に押しやろうとする力である。
一方、図4、図9、図10に示される状態における上部非円形プーリ23の中心から離れる点上部非円形プーリ23から離れる点SH,SM,SLまでの距離をRH,RM、RLとすると、RH>RM>RLである。
ここで、上述のようにFH<FM<FLであり、RH>RM>RLである。
したがって、FH×RH、FM×RM、FL×RLの値を一定にすることができる。
すなわち、FH×RH、FM×RM、FL×RLの値が一定になるように上部非円形プーリ23のプーリの外周形状が決められている。
その際、オペレータの肘(手首を含む)の重量と肘掛部材10の重量(内部の機構の重量を含む)を補償できる、すなわち上記重量を感じさせない、ようにバネが設定される。
そして、第1連結部材31の垂直軸線からの傾斜θ2は第1連結部材31内に配設されている第1モータ51に付設されている図示しない角度検出部材によって検出される。
図8において、参照符号111で示されるのは図示しない第3モータの軸に取り付けられている歯車であり、歯車111は半円形のセクター歯車112と噛合している。セクター歯車112は脚部1に対して固定される第1位置決め部材106に固定されている。一方、第2装着部材105の上側には同様に脚部1に対して固定される第2位置決め部材107が配置される。
第2の実施形態は第1の実施形態と同様な、肘掛部材10、ベース連結部材40、第1連結部材31、第2連結部材32を含み、第1連結軸21と第2連結軸22と第3連結軸41と第4連結軸42を連節点とする変形可能な平行四辺形を形成している。
ここで、ロボット等の操縦対象が何らかの対象物に接触し反力を受けるとその反力はロボット等にあらかじめ備えられたセンサにより検出され、その信号が本発明の遠隔操縦装置に伝達される。
上記のような信号の送受、倍力比の設定、および、前述したロール角の検出値の補正等のためにベース部材100内に、図示しないが制御装置が設けられている。
特にはレスキュー隊等が屋外で使用するロボットを遠隔操縦する場合に適している。
2 後脚
10 肘掛部材
11 水平バネ取り付け部材
12 第1水平バネ
13 第2水平バネ
16 第2ワイヤ
17 グリップ
21 第1連結軸
22 第2連結軸
23 上部非円形プーリ
24 上部円形プーリ
25 上部円形プーリ
26 下部円形プーリ
27 第2下部非円形プーリ
31 第1連結部材
32 第2連結部材
33 第1垂直バネ
34 第2垂直バネ
35 垂直バネ取り付け部材
38 第1ワイヤ
40 ベース連結部材
41 第3連結軸
42 第4連結軸
43 下部非円形プーリ
44 下部円形プーリ
45 第3ワイヤ
51 第1モータ
52 第2モータ
58 第3モータ
100 ベース部材
112 セクター歯車
Claims (7)
- 肘掛型遠隔操縦装置であって、
オペレータの手首を含む肘を載せるための肘掛部材であって、第1連結軸を介して第1連結部材の上端が回動自在に取り付けられ、第2連結軸を介して第2連結部材の上端が回動自在に取り付けられている肘掛部材と、
ベース連結部材であって、第1連結部材の下端が第3連結軸を介して回動自在に連結され、第2連結部材の下端が第4連結軸を介して回動自在に連結されている、ベース連結部材と、
第3連結軸が固定されたベース部材であって、地面に立設される垂直軸部材に回動自在に取り付けられるベース部材と、を具備し、
第1連結軸と第2連結軸の距離と第3連結軸と第4連結軸との距離が等しく、第1連結軸と第3連結軸の距離と第2連結軸と第4連結軸の距離が等しくされ、肘掛部材、第1連結部材、第2連結部材、ベース連結部材が平行四辺形をなしており、
第1連結部材の第3連結軸周りの回転角度を検出可能な第1角度検出手段と、ベース連結部材の第3連結軸まわりの回転角度を検出可能な第2角度検出手段と、ベース部材の垂直軸部材まわりの角度を検出可能な第3角度検出手段と、を備えて、肘掛部材の状態を検出し、かつ、
第1連結部材の基準角度からの傾斜角に応じて第3連結軸周りの復元力を生成する第1のバネ機構と、ベース連結部材に平行な肘掛部材の基準角度からの傾斜角に応じて第1連結軸周りの復元力を生成する第2のバネ機構と、を備えて、肘掛部材の状態に応じた復元力を提供する、
ことを特徴とする肘掛型遠隔操縦装置。 - 第1のバネ機構のバネは第1連結部材に取り付けられ、バネの端部から延伸されたワイヤが第3連結軸に対して固定されている下部非円形プーリの外周に巻張された後に下部非円形プーリに対して固定されており、
前記第3連結軸に対して固定されている下部非円形プーリは、第1連結部材の垂直軸に対する傾きに係らず、肘掛部全体の重量と肘掛部材に載置されたオペレータの手首を含む肘の重量とバランスするバネ力を第1のバネ機構に発生せしめる形状とされている、
ことを特徴とする請求項1に記載の肘掛型遠隔操縦装置。 - 第2のバネ機構のバネは肘掛部材に取り付けられ、バネの端部から延伸されたワイヤが第1連結軸に対して固定されている上部非円形プーリの外周に巻張された後に上部非円形プーリに対して固定されており、
前記第1連結軸に対して固定されている上部非円形プーリは、肘掛部材の水平軸に対する傾きに係らず、第2のバネ機構を含む肘掛部材の重量と肘掛部材に載置されたオペレータの手首を含む肘の重量とバランスするバネ力を第2のバネ機構に発生せしめる形状とされており、第1連結軸と第3連結軸が連結手段を介して連結されていて、一方の連結軸の回動と同じ回動が他方の連結軸に伝達される、ことを特徴とする請求項1または2に記載の肘掛型遠隔操縦装置。 - 第2のバネ機構のバネは肘掛部材に取り付けられ、バネの端部から延伸されたワイヤが第2連結軸に対して固定されている円形プーリ、第4連結軸に対して固定されている円形プーリを経由して第3連結軸に対して固定されている第2の下部非円形プーリの外周に巻張されてから第2の下部非円形プーリに対して固定されている、ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の肘掛型遠隔操縦装置。
- 第1のバネ機構と第2のバネ機構は、バネ力を調整可能である、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の肘掛型遠隔操縦装置。
- 第1連結部材の第3連結軸まわりの回転に対してトルクを与えることで手先部に前後方向の力覚を与える駆動手段と、
ベース連結部材の第3連結軸まわりの回転に対してトルクを与えることで、手先部に上下方向の力覚を与える駆動手段と、
ベース部材の垂直軸部材まわりの回転に対してトルクを与えることで肘に左右方向の力覚を与える駆動手段と、を備え、
肘掛部材の状態に応じて力覚を与えることが可能である、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の肘掛型遠隔操縦装置。 - 垂直軸部材が、折りたたみ椅子の後脚である、ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の肘掛型遠隔操縦装置。
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