JP2019215769A - 操作装置及び操作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】操作対象の対応部位から離れていても操作可能であり、操作者が視点を変えても同じ感覚で直感的に操作できる操作装置及び操作方法を提供する。【解決手段】操作装置１０は、（ａ）立体形状を有する操作部材１２と、（ｂ）操作部材１２の姿勢の変化を含む操作部材１２の状態を検出する検出手段１４と、（ｃ）操作部材１２の動きと操作対象５０の対応部位５２の動きとの同期の開始の指示を受け付ける同期指示手段１６と、（ｄ）同期指示手段１６が同期の開始の指示を受け付けると、検出手段１４が検出する操作部材１２の状態に基づいて、同期指示手段１６が受け付けた同期の開始の指示の後の操作部材１２の動きに応じて所定のモードで動く操作対象５０の対応部位５２の動きを算出し、算出した対応部位５２の動きを実現するように操作対象５０を動作させるための指令信号を生成する指令手段１８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は操作装置及び操作方法に関し、詳しくは、ロボットのティーチング等に好適に使用することができる操作装置及び操作方法に関する。

工場の製造ラインなどで使用されるロボットは、同じ動作を繰り返す。ロボットが繰り返す動作は、予め教示（記録）しておく必要がある。動作を教示する方式は種々提案されているが、現在、ティーチングペンダントと呼ばれる教示装置（操作装置）を用いてロボットを操作し、操作により実現された動作を記録する方式が主流である。

例えば、図１１は教示装置１０３の説明図である。図１１に示すように、制御装置１０２を介してロボット１０１を操作する。教示装置１０３は、従来のキーやジョイスティックによる教示のほかに、６自由度ポインティング装置１０４による教示を可能とする。例えば、６自由度ポインティング装置１０４の球面上の１点を操作者の手１０５で接触することにより、ロボット１０１の移動方向１０６を指示する。６自由度ポインティング装置１０４の球面上の２点を操作者の手１０５で接触することにより、ロボットの手先を回転させるときの回転軸の方向を指示する（例えば、特許文献１参照）。

ダイレクトティーチと呼ばれる方式では、ロボット本体、あるいはロボットに取り付けたハンドルなどを操作者が直接持って動かして、所定の動作を教示する。

例えば、図１２は、アーク溶接用ロボットの教示装置２０４の説明図である。図１２に示すように、教示装置２０４は、球体のグリップ２４２上に、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の正逆方向に移動させるための押しボタン式の移動指令スイッチ４３１〜４３６と、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸まわりＲＸ，ＲＹ，ＲＺの正逆方向に回転させるためのレバー式の回転指令スイッチ４４１〜４４３が配置されている。この教示装置２０４は、スイッチ４３１〜４３６，４４１〜４４３の位置や操作方向がロボットの移動方向に一致するように、アタッチメント２４１を介して、ロボットが把持する溶接トーチに着脱自在に取り付ける。アタッチメント２４１には、動作速度を選択するためのスイッチ２４５が設けられている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−３１３７３１号公報 特開２００１−２６００６２号公報

図１１に示した操作装置１０３は、動作させる方向に応じて、キーやジョイスティックに加え６自由度ポインティング装置１０４を、適切に選択して操作する必要がある。図１２に示した操作装置２０４は、動作させる方向に応じてスイッチを選択して操作する必要がある。どの操作要素を操作するかを考える必要があるので、直感的に操作することが困難であり、操作には熟練を要する。

ティーチングペンダントの方式では、操作者が教示装置を持って移動し、視点を変えてロボットの位置や姿勢を確認しながら操作する場合、視線の方向と、教示装置の操作要素の操作方向と、ロボットが動作する方向との対応関係が変化する。そのため、直感的に操作できず、操作には熟練を要する。

ダイレクトティーチは、操作対象であるロボットの対応部位そのものを直接動かすため、ティーチングペンダントに比べ直感性に優れる。しかしながら、対応部位から離れて操作できず、安全性の確保のため小型のロボットなどに適用範囲が限られている。

本発明は、かかる実情に鑑み、操作対象の対応部位から離れていても操作可能であり、操作者が視点を変えても同じ感覚で直感的に操作できる操作装置及び操作方法を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した操作装置を提供する。

操作装置は、（ａ）立体形状を有する操作部材と、（ｂ）前記操作部材の姿勢の変化を含む前記操作部材の状態を検出する検出手段と、（ｃ）前記操作部材の動きと操作対象の対応部位の動きとの同期の開始の指示を受け付ける同期指示手段と、（ｄ）前記同期指示手段が前記同期の開始の指示を受け付けると、前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態に基づいて、前記同期指示手段が受け付けた前記同期の開始の指示の後の前記操作部材の前記動きに応じて所定のモードで動く前記操作対象の前記対応部位の前記動きを算出し、算出した前記対応部位の前記動きを実現するように前記操作対象を動作させるための指令信号を生成する指令手段と、を備える。

上記構成において、指令信号に従って操作対象が動作すると、指令手段が算出した操作対象の対応部位の動きが実現される。

上記構成によれば、操作者は、立体形状を有する操作部材を動かすことによって、所定のモードで操作対象の対応部位が動くように操作対象を操作することができ、操作対象の対応部位から離れていても操作可能であり、操作対象の対応部位を見る方向や見る部分を変えるなどして操作者が視点を変えても同じ感覚で直感的に操作できる。

好ましくは、前記指令手段は、前記同期指示手段が前記同期の開始の指示を受け付けたときに前記検出手段が検出した前記操作部材の姿勢と、当該指示を受け付けたときの前記操作対象の前記対応部位の姿勢とが、対応しているとした指令信号を生成する。

この場合、指令手段は、同期指示手段が同期の開始の指示を受け付けたときに、操作部材の姿勢と操作対象の対応部位の姿勢とが対応しているとして扱い、指令信号を生成する。

操作部材は、どのような外形の立体形状を有してもよい。

好ましくは、前記操作部材は、第１の仮想直線の方向から見ると回転対称であり、前記第１の仮想直線と交わる第２の仮想直線の方向から見ると回転対称であり、前記第１及び第２の仮想直線を含む平面と交わる第３の仮想直線の方向から見ると回転対称である外形を有し、前記第１乃至第３の仮想直線の方向の外形寸法のうち、最小値が最大値の９０％以上、かつ、１００％以下である。

上記構成によれば、操作部材の外形は、第１乃至第３の仮想直線と平行な軸を有するものの、軸方向の寸法が同じか略同じであり、操作者が一つの長軸を特定することが困難であるので、操作部材の外形は、実質的に方向性がない。そのため、同期の開始時において操作対象の対応部位の姿勢と操作部材の姿勢とがどのように対応していようとも、操作者は、同じ感覚で直感的に操作できる。

好ましくは、前記操作部材は、球体状、正多面体状、および、半正多面体状のうちのいずれかの外形を有する。

好ましくは、前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態は、前記操作部材の位置の変化を含む。

この場合、操作部材の姿勢と位置の６自由度の動きと、操作対象の対応部位の姿勢と位置の６自由度の動きを同期させることが容易である。

好ましくは、前記モードは、前記操作部材の外部の空間に固定された基準座標系から見た、前記同期の開始指示後の前記操作部材の前記姿勢の変化に応じて、前記操作対象の前記対応部位の角度又は角速度が変わる角度変化モードを含む。前記指令手段は、前記角度変化モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成する。

この場合、好ましくは、前記指令手段は、（ｉ）前記基準座標系から見た、前記操作部材の中心を通る前記操作部材の回転中心軸である第１の軸のまわりを前記操作部材が前記同期の開始指示後に回転する角度を算出し、（ii）前記基準座標系から見たときに、前記操作対象の前記対応部位の基準点を通り、前記第１の軸と平行又は平行とみなせる第２の軸を中心に回転する前記操作対象の前記対応部位の角度又は角速度が、算出した前記角度に応じて変わるように、前記指令信号を生成する。

好ましくは、前記モードは、前記操作部材の外部の空間に固定された基準座標系から見た、前記同期の開始指示後の前記操作部材の前記位置の変化に応じて、前記操作対象の前記対応部位の位置又は並進移動の速度が変わる位置変化モードを含む。前記指令手段は、前記位置変化モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成する。

この場合、好ましくは、前記指令手段は、（ｉ）前記基準座標系から見た、前記操作部材が前記同期の開始指示後に移動する移動方向の位置の変化を算出し、（ii）前記基準座標系から見たときに、前記移動方向と平行又は平行とみなせる方向の前記操作対象の前記対応部位の位置又は並進移動の速度が、算出した前記位置の変化に応じて変わるように、前記指令信号を生成する。

好ましくは、前記モードは、前記操作部材の前記位置の変化と、前記操作対象の前記対応部位の所定の動きとを対応付ける位置連動モードを含む。前記指令手段は、前記位置連動モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成する。

好ましくは、前記モードは、前記操作部材の前記姿勢の変化と、前記操作対象の前記対応部位の所定の動きとを対応付ける姿勢連動モードを含む。前記指令手段は、前記姿勢連動モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成する。

好ましくは、前記モードは、前記操作部材の前記位置の変化及び前記姿勢の変化と、前記操作対象の前記対応部位の所定の動きとを対応付ける位置姿勢連動モードを含む。前記指令手段は、前記位置姿勢連動モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成する。

好ましくは、予め定められた複数の前記モードから、１又は２以上の前記モードを選択するためのモード選択手段をさらに備える。前記指令手段は、前記モード選択手段によって選択された前記モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成する。この場合、適用するモードを、複数のモードから選択することができる。

好ましくは、前記検出手段が前記操作部材に設けられる。この場合、操作部材の周囲の環境に影響されずに、操作部材の状態を検出することが可能である。

好ましくは、前記モードは、前記操作部材の前記位置の３自由度及び前記姿勢の３自由度の変化のすべてと、前記操作対象の前記対応部位の位置の３自由度及び姿勢の３自由度の変化のすべてとを対応付ける全オンオフモードを含む。

好ましくは、前記モードは、前記操作部材の前記位置の３自由度及び前記姿勢の３自由度の合計６自由度のうち１自由度以上かつ５自由度以下の変化と、前記操作対象の前記対応部位の位置の３自由度及び姿勢の３自由度の合計６自由度のうち１自由度以上かつ５自由度以下の変化とを対応付ける部分オンオフモードを含む。

好ましくは、前記同期指示手段は、前記同期の開始の指示に加え、前記同期の終了の指示を受け付ける。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した操作方法を提供する。

操作方法は、（ｉ）検出手段が、立体形状を有する操作部材の姿勢の変化を含む前記操作部材の状態を検出する第１の工程と、（ii）同期指示手段が、前記操作部材の動きと操作対象の対応部位の動きとの同期の開始の指示を受け付ける第２の工程と、（iii）前記同期指示手段が前記同期の開始の指示を受け付けると、指令手段が、前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態に基づいて、前記同期指示手段が受け付けた前記同期の開始の指示の後の前記操作部材の前記動きに応じて所定のモードで動く前記操作対象の前記対応部位の前記動きを算出し、算出した前記対応部位の前記動きを実現するように前記操作対象を動作させるための指令信号を生成する第３の工程と、を備える。

上記方法によれば、操作者は、立体形状を有する操作部材を動かすことによって、所定のモードで操作対象の対応部位が動くように操作対象を操作することができ、操作対象の対応部位から離れていても操作可能であり、操作対象の対応部位を見る方向や見る部分を変えるなどして操作者が視点を変えても同じ感覚で直感的に操作できる。

好ましくは、前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態は、前記操作部材の位置の変化を含む。

この場合、操作部材の姿勢と位置の６自由度の動きと、操作対象の対応部位の姿勢と位置の６自由度の動きを同期させることが容易である。

本発明によれば、操作対象の対応部位から離れていても操作可能であり、操作者が視点を変えても同じ感覚で直感的に操作できる。

図１は操作装置の説明図である。（第１の実施形態） 図２は角度変化モードの説明図である。（第１の実施形態） 図３は位置変化モードの説明図である。（第１の実施形態） 図４は操作装置の基本的な動作のフローチャートである。（第１の実施形態） 図５は操作装置のブロック図である。（実施例１） 図６は操作装置のブロック図である。（実施例２） 図７は操作装置の説明図である。（第２の実施形態） 図８は実験の様子を示す写真である。（実験例） 図９は視点の説明図である。（実験例） 図１０は実験結果のグラフである。（実験例） 図１１は教示装置の説明図である。（従来例１） 図１２は教示装置の説明図である。（従来例２）

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施形態＞ 第１の実施形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態の操作装置１０の構成を示す説明図である。図１に示すように、操作装置１０は、操作部材１２と、検出手段１４と、同期指示手段１６と、指令手段１８とを備え、好ましくは、モード選択手段１７をさらに備える。操作装置１０は、操作者が操作部材１２を手２に持って動かすと、操作部材１２と対応付けられた操作対象５０の対応部位５２が操作部材１２の動きに応じて所定のモードで動くように、操作対象５０を動作させることができる。

操作部材１２は、立体形状を有し、好ましくは、実質的に方向性の無い外形を有する。すなわち、操作部材１２は、第１の仮想直線の方向から見ると回転対称であり、第１の仮想直線と交わる第２の仮想直線の方向から見ると回転対称であり、第１及び第２の仮想直線を含む平面と交わる第３の仮想直線の方向から見ると回転対称である外形を有し、第１乃至第３の仮想直線の方向の外形寸法のうち、最小値が最大値の９０％以上、かつ、１００％以下である。操作部材１２は回転対称の外形を有するので、ｎを２以上の整数とすると、第１乃至第３の仮想直線と平行な軸まわりに（３６０／ｎ）°回転させたとき、操作部材１２は、回転させる前と回転させた後とで姿勢を区別できない。操作部材１２の外形は、第１乃至第３の仮想直線と平行な軸を有するものの、軸方向の寸法が同じか略同じであり、操作者が一つの長軸を特定することが困難であるので、操作部材の外形は、実質的に方向性がない。操作部材１２は、３つ以上の軸を有する外形、又は、これらの外形の一部分が突出又は後退した外形を有し、例えば、球体状、正多面体状、半正多面体状などの外形を有する。なお、正多面体は、１種類の正多角形で構成され、半正多面体は、正五角形と正六角形とを組み合わせたサッカーボールのように、複数種類の正多角形で構成される。操作部材１２の外形は、消波ブロックのような四脚形状や、直径と高さが同一又は略同一の寸法である直円筒などでもよい。

操作部材１２は、肉眼で容易に認識することができ、手２で容易に取り扱うことができる大きさとする。操作部材１２の最大外形寸法は、２０ｍｍ以上、かつ、１５０ｍｍ以下が好ましく、５０ｍｍ以上、かつ、１００ｍｍ以下がより好ましい。

検出手段１４は、操作部材１２の状態を検出し、検出結果を検出信号として、矢印１４ｓで示すように指令手段１８に送出する。検出手段１４が検出する操作部材１２の状態は、少なくとも操作部材１２の姿勢の状態を含み、好ましくは、操作部材１２の姿勢及び位置の状態を含む。操作部材１２の姿勢の状態は、例えば、操作部材１２の外部の空間に固定された基準座標系から見た、操作部材１２に固定された座標系の座標軸の傾き角そのもの、あるいは傾き角の角速度、角加速度などで検出することができる。操作部材１２の位置の状態は、例えば、操作部材１２の外部の空間に固定された基準座標系から見た、操作部材１２に固定された基準点の座標値そのもの、あるいは基準点の座標値の変化の速度又は加速度などで検出することができる。

検出手段１４が検出する操作部材１２の状態が、操作部材１２の姿勢及び位置の状態を含む場合には、操作部材の姿勢と位置の６自由度の動きと、操作対象の対応部位の姿勢と位置の６自由度の動きを同期させることが容易である。検出手段１４の一部又は全部が操作部材１２に配置されても構わないし、検出手段１４の全部が操作部材１２の外部に配置されても構わない。検出手段１４を操作部材１２に配置すると、操作部材の周囲の環境に影響されずに、操作部材の状態を検出することが可能である。

同期指示手段１６は、操作部材１２の動きと操作対象５０の対応部位５２の動きとの同期の開始の指示を受け付け、好ましくは、同期の開始及び終了の指示を受け付ける。同期指示手段１６は、指示操作を受け付けるスイッチ、ボタン、キー等を含み、指示操作を受け付けると、同期の開始を指示する同期開始信号や、同期の終了を指示する同期終了信号を、矢印１６ｓで示すように指令手段１８に送出する。同期指示手段１６の一部又は全部が操作部材１２に配置されても構わないし、同期指示手段１６の全部が操作部材１２の外部に配置されても構わない。

指令手段１８は、同期指示手段１６が同期の開始の指示を受け付けると（すなわち、同期開始信号が同期指示手段１６から指令手段１８に送出されると）、検出手段１４が検出する操作部材１２の状態（すなわち、検出手段１４から送出される検出信号）に基づいて、同期の開始の指示後の操作部材１２の動きに応じて所定のモードで動く操作対象５０の対応部位５２の動きを算出し、算出した対応部位５２の動きを実現するように操作対象５０を動作させるための指令信号を生成する。指令信号は、矢印１８ｓで示すように操作対象５０の制御装置５８に送出される。制御装置５８は、指令信号に従って操作対象５０を動作させる。その結果、操作対象５０の対応部位５２は、指令手段１８が算出した操作対象５０の対応部位５２の動きを実現する。

つまり、指令手段１８は、同期指示手段が同期の開始の指示を受け付けたときに、操作部材１２の姿勢と操作対象５０の対応部位５２の姿勢とが一致しているとして扱い、指令信号を生成し、送出する。

操作部材１２の動きと操作対象５０の対応部位５２の動きとを対応付けるモードは、直感的な操作が可能となるように決める。最も分かりやすいモードは、操作対象５０の対応部位５２の動きを、操作部材１２の動きと一致させるモードである。

モード選択手段１７を備えると、適用するモードを、複数のモードから選択することができる。モード選択手段１７は、予め定められた複数のモードから、１又は２以上のモードを選択するための手段であり、モードの選択を受け付けるスイッチ、ボタン、キー等を含み、選択を受け付けたモードに対応するモード選択信号を、矢印１７ｓで示すように指令手段１８に送出する。

モードとしては、以下に説明する角度変化モード、位置変化モード、位置連動モード、姿勢連動モード、位置姿勢連動モードなどを挙げることができる。

角度変化モードについて、図２を参照しながら説明する。

図２（ａ）は、第１の角度変化モードの説明図である。図２（ａ）に示すように、第１の角度変化モードは、操作部材１２の外部の空間に固定された基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見た、同期の開始指示後の操作部材１２の姿勢の変化に応じて、操作対象５０の対応部位５２の角度が変わるモードであり、対応部位５２の角度を指令することができる。操作者が手２で持っている操作部材１２を矢印７０の方向にひねるように動かす（回転させる）と、操作部材１２は、第１の軸７０ｓを中心に回転して姿勢が変化する。第１の軸７０ｓと平行又は平行とみなせる、操作対象５０の対応部位５２の基準点６０（例えば、ツール５２の先端６０）を通る第２の軸８０ｓを中心に、矢印８０で示す方向に対応部位５２を回転させるように操作対象５０が動き、対応部位５２の姿勢が操作部材１２の姿勢に応じて変化する。

第１の角度変化モードが選択されたとき、指令手段１８は、検出信号に基づいて、基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見た第１の軸７０ｓ、すなわち、操作部材１２の中心を通る回転中心軸７０ｓのまわりを操作部材１２が同期の開始指示後に回転する角度αを算出する。そして、基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見たときに、操作対象５０の対応部位５２の基準点６０を通り、第１の軸７０ｓと平行又は平行とみなせる第２の軸８０ｓを中心に操作対象５０の対応部位５２が回転する角度θが、算出した角度αに応じて変わるように、指令信号を生成する。例えば、θ＝ｃ_１α、θ＝ｆ_１（α）などの適宜な関係式を満たすθを算出する（ｃ_１は定数、ｆ_１は関数）。例えば、ｃ_１を１より小さい値とすると微調整しやすい。そして、操作対象５０の対応部位５２が第２の軸８０ｓを中心に回転し、操作対象５０の対応部位５２が算出された角度θの回転を実現するように操作対象５０を動作させるための指令信号を生成する。

図２（ｂ）は、第２の角度変化モードの説明図である。図２（ｂ）に示すように、第２の角度変化モードは、基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見た、同期の開始指示後の操作部材１２の姿勢変化に応じて、操作対象５０の対応部位５６の角速度が変化するモードであり、対応部位５６の角速度を指令することができる。操作者が手２で持っている操作部材１２を、操作部材１２の中心を通り、操作対象５０の対応部位５６（例えば、操作対象５０のチャック５４に取り付けたドリル５６）の回転中心軸８２ｓと平行又は平行とみなせる第１の軸７２ｓを中心に、矢印７２の方向にひねるように動かす（回転させる）と、操作部材１２の回転角に応じて、回転中心軸８２ｓを中心に回転する操作対象５０の対応部位５６の回転速度（すなわち、角速度）が変化するように、角速度を指令することができる。

第２の角度変化モードが選択されたとき、指令手段１８は、検出信号に基づいて、基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見た、第１の軸７２ｓ、すなわち、操作部材１２の中心を通る回転中心軸７２ｓのまわりを操作部材１２が回転する角度αを算出する。そして、基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見たときに、操作対象５０の対応部位５６の基準点６２（例えば、対応部位５６の先端６２）を通り、第１の軸７２ｓと平行又は平行とみなせる対応部位５６の回転中心軸８２ｓ、すなわち第２の軸８２ｓを中心に回転する操作対象５０の対応部位５６の角速度ωが、算出した角度αに応じて変わるように、指令信号を生成する。例えば、ω＝ｃ_２α、ω＝ｆ_２（α）などの適宜な関係式を満たすように、指令信号を生成する（ｃ_２は定数、ｆ_２は関数）。

例えば、図２（ａ）において第１及び第２の角度変化モードが選択可能であれば、対応部位５２の姿勢を大きく変えたい場合は第２の角度変化モード（角速度指令）を選択し、微調整したい場合は第１の角度変化モード（角度指令）を選択するというように、第１及び第２の角度変化モードを使い分けることができる。

「角度値」を指令する第１の角度変化モードの場合も、「角速度（角度の変化速度）」を指令する第２の角度変化モードの場合も、操作部材１２を回転させるという共通の動作で操作可能である。

位置変化モードについて、図３を参照しながら説明する。図３は、位置変化モードの説明図である。

図３に示すように、第１の位置変化モードは、基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見た、同期の開始指示後の操作部材１２の位置変化に応じて、操作対象５０の対応部位５６の位置が変化するモードであり、対応部位５６の位置を指令することができる。操作者が手で持っている操作部材１２を矢印７４の方向に移動させると、操作対象５０の対応部位５６の基準点６２（例えば、ツール５６の先端６２）が、操作部材１２の移動方向と平行又は平行とみなせる矢印８４で示す方向に並進移動する。この場合、ツール５６の位置は、操作部材１２の位置に対応する位置に変化する。操作対象５０の対応部位５６の基準点６２の移動方向が、操作部材１２の移動方向と平行である又は平行であるとみなせると、直感的に理解しやすいため、操作が容易である。

第２の位置変化モードは、基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見た、同期の開始指示後の操作部材１２の位置の変化に応じて、操作対象５０の対応部位５６の並進移動の速度が変化するモードであり、対応部位５６の並進移動の速度を指令することができる。操作者が手で持っている操作部材１２を矢印７４で示す方向に移動させると、操作対象５０の対応部位５６の基準点６２の矢印８４で示す方向の並進移動の速度が変化する。例えば、操作部材１２が初期位置から下方に移動するほど、操作対象５０の対応部位５６の基準点６２の並進移動の速度が大きくなり、操作部材１２が初期位置に戻ると、操作対象５０の対応部位５６の基準点６２は、並進移動を停止する。

第１及び第２の位置変化モードのとき、指令手段１８は、基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見た、操作部材１２が同期の開始指示後に移動する移動方向（矢印７４で示す方向）の位置の変化を算出し、基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見たときに、操作部材１２の移動方向と平行又は平行とみなせる方向（矢印８４で示す方向）の操作対象５０の対応部位５６の位置又は並進移動の速度が、算出した操作部材１２の位置の変化に応じて変わるように、指令信号を生成する。

第１及び第２の位置変化モードを選択可能にすると、大きく移動したい場合は第２の位置変化モード（速度指令）、微調整したい場合は第１の位置変化モード（位置指令）というように使い分けることができる。

姿勢を操作する角度変化モードと、位置を操作する位置変化モードとを組み合わせると、操作対象５０の対応部位５２，５６の位置及び姿勢の合計６自由度を操作可能である。

位置連動モードは、操作部材の位置の変化と、操作対象の対応部位の所定の動き（例えば、姿勢の変化及び／又は位置の変化など）とを対応付けるモードである。前述した位置変化モードは、位置連動モードの一種である。

姿勢連動モードは、操作部材の姿勢の変化と、操作対象の対応部位の所定の動き（例えば、姿勢の変化及び／又は位置の変化など）とを対応付けるモードである。前述した姿勢変化モードは、姿勢連動モードの一種である。

位置姿勢連動モードは、操作部材の位置の変化及び姿勢の変化と、操作対象の所定の動き（例えば、姿勢の変化及び／又は位置の変化など）とを対応付けるモードである。

位置姿勢連動モードは、操作部材の位置の３自由度及び姿勢の３自由度の変化のすべてと、操作対象の対応部位の位置の３自由度及び姿勢の３自由度の変化のすべてとを対応つける全オンオフモードを含んでもよい。

全オンオフモード以外のモードは、操作部材の位置の３自由度及び姿勢の３自由度の合計６自由度のうち１自由度以上かつ５自由度以下の変化と、操作対象の対応部位の位置の３自由度及び姿勢の３自由度の合計６自由度のうち１自由度以上かつ５自由度以下の変化とを対応付ける部分オンオフモードである。

図４は、操作装置１０の基本的な動作のフローチャートである。図４に示すように、モード選択手段１７から指令手段１８にモード選択信号が送出されるのを待ち（Ｓ１０でＮ）、モード選択手段１７から指令手段１８にモード選択信号が送出されると（Ｓ１０でＹ）、同期指示手段１６から指令手段１８に同期開始信号が送出されるのを待ち（Ｓ１２でＮ）、同期指示手段１６から指令手段１８に同期開始信号が送出されると（Ｓ１２でＹ）、検出手段１４は操作部材１２の動きを計測して検出信号を指令手段１８に送出する（Ｓ１４）。指令手段１８は、検出手段１４から送出された検出信号に基づいて、指令信号を生成する（Ｓ１６）。同期指示手段１６から指令手段１８に同期終了信号が送出されない間は（Ｓ１８でＮ）、操作部材１２の動きを計測し（Ｓ１４）、指令信号を生成する（Ｓ１６）。同期指示手段１６から指令手段１８に同期終了信号が送出されると（Ｓ１８でＹ）、動作を終了する。

検出手段１４は、選択されたモードで必要となるデータのみを含む検出信号を、指令手段１８に送出してもよい。検出手段１４は、同期開始信号の送出（Ｓ１２）に関わらず、常に操作部材１２の動きを計測して検出信号を指令手段１８に送出しても構わない。その場合、指令手段１８は、同期開始信号に基づいて、Ｓ１６のタイミングで指令信号を生成する。

操作装置１０を用いると、操作者は、操作部材１２を動かすことによって、操作対象５０の対応部位５２，５６そのものを手前に持って来て動かしているような感覚で、操作対象５０の対応部位５２，５６の姿勢や位置を操作可能である。操作者は、操作対象５０の対応部位５２，５６までの距離や視点を変えても、同じ感覚で操作できる。

同期指示手段１６により同期の開始及び終了を指示できると、操作部材１２を用いて行う操作のＯＮ／ＯＦＦ切り替えが可能であり、ＯＦＦになっている間は操作部材１２が動いても、操作対象５０は動かない。これにより、操作者が操作対象５０の側面に回りこんだ時などに意図せず操作対象５０が動いてしまうことがない。

同期開始から同期終了までの間、操作部材１２の姿勢が常に計測されているようにすると、操作者の視点が変わっても、「操作対象５０の姿勢は、操作部材１２の姿勢と見かけ上同じように変化する」という操作感覚が保たれるようにすることが可能である。

操作部材１２が実質的に方向性の無い外形を有する場合、同期の開始時において操作部材１２がどのような姿勢や位置であっても、同期の開始後、操作者は同じ感覚で操作部材１２を動かすことによって、操作対象５０の対応部位５２，５６が操作部材１２の動きに応じて動くように、操作対象５０を動作させることができる。操作装置１０は、「操作部材１２の姿勢を、操作対象５０の対応部位５２，５６の姿勢に一度合わせてから操作する」という手間がなく、座標系や回転軸を意識して行う特別な操作は必要ない。

操作部材１２が実質的に方向性の無い外形を有するか否かに関わらず、操作者は、立体形状を有する操作部材１２を動かすことによって、所定のモードで操作対象５０の対応部位５２，５６が動くように操作対象５０を操作することができ、操作対象５０の対応部位５２，５６から離れていても操作可能であり、操作対象５０の対応部位５２，５６を見る方向や見る部分を変えるなどして操作者が視点を変えても同じ感覚で直感的に操作できる。特に、操作部材１２が実質的に方向性の無い外形を有する場合には、同期の開始時において操作対象５０の対応部位５２，５６の姿勢と操作部材１２の姿勢とがどのように対応していようとも、操作者は、同じ感覚で直感的に操作できる。

次に、図５〜図６を参照しながら、実施例を説明する。

＜実施例１＞ 図５は、実施例１の操作装置１０ａの構成を示すブロック図である。図５に示すように、操作装置１０ａは、操作部材１２ａと、指示部材１３と、装置本体１９ａとを備えている。

操作部材１２ａは、外形が球体状の筺体の内部に、検出手段として、操作部材１２ａの状態を検出するためのジャイロセンサや加速度センサ等のセンサ１２ｓと、センサ１２ｓの検出結果を検出信号として装置本体１９ａに無線又は有線で送出するための通信ユニット１２ｘ等が配置されている。

指示部材１３には、教示作業のＯＮ／ＯＦＦ、すなわち、操作部材１２ａの動きと操作対象の対応部位の動きの同期の開始／終了を指示するための同期操作スイッチ１３ｓと、モードを選択するためのモード選択スイッチ１３ｔと、同期操作スイッチ１３ｓの操作情報（すなわち、同期開始信号及び同期終了信号）とモード選択スイッチ１３ｔの操作情報（すなわち、モード選択信号）を、装置本体１９ａに無線又は有線で送出するための通信ユニット１３ｘ等が配置されている。指示部材１３は、同期指示手段及びモード選択手段である。

装置本体１９ａは、所定のプログラムに従って動作するコンピュータであり、通信ユニット１９ｐと、演算処理部１９ｑと、操作対象の制御装置５８に指令信号を出力するインターフェース１９ｘ等を備えている。装置本体１９ａは、指令手段である。操作部材１２ａ及び指示部材１３と、装置本体１９ａとが無線を介して接続されると、配線が邪魔にならないので操作が容易になる。操作部材１２ａと指示部材１３とが、無線又は有線で、直接、互いに接続されても構わない。

演算処理部１９ｑは、操作部材１２ａの動きを算出する操作算出部１９ｓと、指令信号を生成する指令生成部１９ｔとを含んでいる。操作算出部１９ｓ及び指令生成部１９ｔは、ソフトウエアで構成することができるが、ハードウエア、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit、特定用途向け集積回路）や論理回路などを含む電気回路で構成してもよい。

操作算出部１９ｓは、操作部材１２ａに設けられたセンサ１２ｓからのデータ（操作部材１２ａから送出された検出信号）に基づいて、所定時間間隔で、基準座標系Ｘ−Ｙ−Ｚから見た操作部材１２ａの姿勢と位置を算出して、算出した姿勢と位置の差分により、基準座標系から見た操作部材１２ａの姿勢と位置の変化を算出する。例えば、センサ１２ｓは、センサ１２ｓに固定された座標系ｘ−ｙ−ｚ（以下、「センサ座標系」という。）について、ｘ，ｙ，ｚ軸まわりの角速度と、ｘ，ｙ，ｚ軸方向の並進加速度を検出する。操作算出部１９ｓは、センサ座標系から見たセンサ１２ｓのセンサの姿勢の変化（角度、回転行列、クォータニオンなどの変化）と位置の変化（座標値の変化）とのデータを、基準座標系から見たデータに変換して、操作部材１２ａの位置の変化と姿勢の変化を算出する。

操作算出部１９ｓは、操作部材１２ａの姿勢と位置の変化を算出した後、操作部材１２ａの姿勢と位置を算出してもよい。例えば、操作部材１２ａのセンサ１２ｓが加速度を検出する場合、それをもとに位置及び姿勢の変化を算出してから位置及び姿勢を算出してもよい。

指令生成部１９ｔは、指示部材１３のモード選択スイッチ１３ｔの操作によって選択されたモードで操作対象５０の対応部位５２が動くように、操作算出部１９ｓが算出した基準座標系から見た操作部材１２ａの位置の変化と姿勢の変化とに基づいて、指令信号を生成する。

操作装置１０ａは、一方の手で操作部材１２ａを動かし、他方の手で指示部材１３を操作することによって、一人の操作者が使用可能である。

指示部材１３の代わりに、装置本体１９ａに接続されたキーボードやタッチパネル等の入力装置を用いて、同期指示手段やモード選択手段を構成することも可能である。

操作部材１２ａの表面にスイッチ等を設けて、操作部材１２ａに、同期指示手段やモード選択手段の一部を構成することも可能である。操作部材１２ａに選択手段と指令手段との全部を配置し、選択手段と指令手段とを操作部材１２ａと一体に構成することも可能である。

＜実施例２＞ 操作部材１２ｂの外部から操作部材１２ｂの動きを検出する実施例２の操作装置１０ｂについて、図６を参照しながら説明する。図６は、操作装置１０ｂの構成を示すブロック図である。実施例２は、実施例１と略同様に構成されている。実施例２では、実施例１と同じ構成部分には同じ符号を用い、実施例１との相違点を中心に説明する。

図６に示すように、操作装置１０ｂは、操作部材１２ｂと、実施例１と同じ構成の指示部材１３と、操作部材１２ｂの外部に設けたカメラ１４ｘと、装置本体１９ｂとを備えている。

カメラ１４ｘは、操作部材１２ｂを撮影し、撮影データを装置本体１９ｂに送出する。装置本体１９ｂは、撮影データに基づいて、操作部材１２ｂの姿勢と位置を算出する点が、実施例１と異なる。装置本体１９ｂは、実施例１と同様に、選択されたモードに従って、操作部材１２ｂの動きに応じて操作対象の対応部位が動くように、操作対象を動作させる指令信号を生成する。

＜第２の実施形態＞ 図７は、第２の実施形態の操作装置１０ｋの構成を示す説明図である。図７に示すように、第２の実施形態では、操作部材１２を動かして、例えば画面９０に表示される操作対象５０ｋを操作する。第２の実施形態は、第１の実施形態と略同様の構成である。以下では、第１の実施形態と同じ構成部分には同じ符号を用い、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図７に示すように、操作装置１０ｋは、操作部材１２と、検出手段１４と、同期指示手段１６と、モード選択手段１７と、指令手段１８ｋとを備える。操作装置１０ｋは、指令手段１８ｋ以外は、第１の実施形態と同じ構成である。

指令手段１８ｋは、同期指示手段１６が同期の開始の指示を受け付けると、検出手段１４からの検出信号に基づいて、操作部材１２の外部に固定された第１の基準座標系Ｘ_１−Ｙ_１−Ｚ_１から見た同期の開始指示後の操作部材１２の動きを算出する。例えば、同期の開始指示後の操作部材１２のＸ_１，Ｙ_１，Ｚ_１軸まわりの角度の変化（すなわち、姿勢の変化）や、Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１軸方向の移動（すなわち、位置の変化）を算出する。そして、算出した操作部材１２の動きに応じて所定のモードで動く操作対象５０ｋの対応部位５２ｋの動きを算出する。例えば、第１の基準座標系Ｘ_１−Ｙ_１−Ｚ_１に対応する第２の基準座標系Ｘ_２−Ｙ_２−Ｚ_２から見た、操作対象５０ｋの対応部位５２ｋの、操作部材１２の動きに対応する動きを算出する。そして、算出した対応部位５２ｋの動きを実現するように画面９０内の操作対象５０ｋを動作させるための指令信号を生成する。

例えば、角度変化モードのとき、操作部材１２は、第１の基準座標系から見た第１の軸を中心に回転し、この回転に応じて、画面９０に表示される操作対象５０ｋの対応部位５２ｋは、第１の軸と平行とみなせる、第２の基準座標系から見た第２の軸を中心に回転する角度又は角速度が変わる。この場合、操作対象５０ｋを操作する操作者が、画面９０に表示される操作対象５０ｋの対応部位５２ｋを見たときに、操作対象５０ｋの対応部位５２ｋが、第２の軸を中心に回転するように見えればよい。すなわち、画面９０に表示される操作対象５０ｋの対応部位５２ｋの回転中心である第２の軸は、第１の基準座標系から見ると、実際には第１の軸と平行でなくても、操作対象５０ｋを操作する操作者が第１の軸と平行とみなすことができればよい。

例えば、位置変化モードのとき、操作部材１２の第１の基準座標系から見た移動に応じて、画面９０に表示される操作対象５０ｋの対応部位５２ｋは、操作部材１２の移動方向と平行とみなせる方向の、第２の基準座標系から見た位置又は並進移動の速度が変わる。この場合、操作対象５０ｋを操作する操作者が、画面９０に表示される操作対象５０ｋの対応部位５２ｋを見たときに、操作対象５０ｋの対応部位５２ｋが、操作部材１２の移動方向と平行な方向に移動するように見えればよい。すなわち、画面９０に表示される操作対象５０ｋの対応部位５２ｋの移動方向は、第１の基準座標系から見ると、実際には操作部材１２の移動方向と平行でなくても、操作対象５０ｋを操作する操作者が操作部材１２の移動方向と平行とみなすことができる方向であればよい。

＜モードの具体例＞ 次に、モードについて、さらに説明する。

位置連動モードは、操作部材の位置と操作対象の対応部位の動きとを対応付けるものである。姿勢連動モードは、操作部材の姿勢と操作対象の対応部位の動きとを対応付けるものである。対応付ける操作対象の対応部位の動きは、任意に選択できる。例えば、操作部材を用いて画面内の表示を操作する場合に適用するモードは、次のとおりである。

画面内に複数のボタンが上下左右に並んで表示されているとき、
（ａ−１）位置連動モードを適用することにより、操作部材を上に動かすと、より上にあるボタンを選択できる。
（ａ−２）位置連動モードを適用することにより、操作部材を右に動かすと、より右にあるボタンを選択できる。
（ａ−３）姿勢連動モードを適用することにより、操作部材をある軸周りに回転させると、より上にあるボタンを選択できる。
（ａ−４）姿勢連動モードを適用することにより、操作部材を別の軸周りに回転させると、より右にあるボタンを選択できる。

画面内にボタン以外が表示されているとき、
（ｂ）姿勢連動モードを適用することにより、操作部材を回転させることで、画面上に表示されているボリュームつまみなどを操作できる。
（ｃ−１）姿勢連動モードを適用することにより、操作部材を回転させることで、画面上のポインターを動かすことができる。
（ｃ−２）位置連動モードを適用することにより、操作部材を並進移動させることで、画面上のポインターを動かすことができる。
（ｄ−１）位置連動モードを適用することにより、操作部材を移動させることで、画面上に表示された値を増減させることができる。
（ｄ−２）姿勢連動モードを適用することにより、操作部材を回転させることで、画面上に表示された値を増減させることができる。

部分オンオフモードの基本的なパターンを、以下に示す。
・位置だけを指令する。操作部材の姿勢が変化しても、操作対象への指令信号を生成しない。あるいは、指令信号を、操作対象に送信しない。
・姿勢だけを指令する。操作部材の位置が変化しても、操作対象への指令信号を生成しない。あるいは、指令信号を、操作対象に送信しない。
・ある軸周りの回転だけを指令する。それ以外の位置の３自由度、姿勢の２自由度について、操作部材の変化があっても指令信号を生成しない。あるいは、指令信号を、操作対象に送信しない。

部分オンオフモードの特殊なパターンとして、例えば、操作部材を動かし始めたときの並進軸や回転軸を検出して、検出した並進軸や回転軸に対応する動作のみに限定して、指令信号を生成する。具体例を、以下に示す。
・操作部材をある方向に動かし始めると、その方向の位置変化のみが操作対象に指令される。操作部材を動かし始める方向は、垂直方向や水平方向に限らず、斜め方向も可能である。
・操作部材をある軸周りに回転させ始めると、その軸回りの姿勢変化のみが操作対象に指令される。この場合は、斜め方向を向いた軸周りの回転も可能である。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のどれか１軸ではなく、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のいずれでもない斜めの軸を操作部材の動きによって定義し、その定義された軸に対応する回転だけが操作対象に対応付けられる。
・あるいは、操作部材をある方向に移動させたとき、ロボット座標系やツール座標系のＸ，Ｙ，Ｚ軸のうち、最も近い軸のみに対応する移動だけが操作対象に対応付けられる。この場合は斜め方向の軸は対象外となる。
・あるいは、操作部材をある軸まわりに回転させたとき、ロボット座標系やツール座標系のＸ，Ｙ，Ｚ軸のうち，最も近い軸のみに対応する回転だけが操作対象に対応付けられる。この場合は斜め方向の軸は対象外となる。

モードの切り替えの具体例を、以下に示す。
・姿勢変化モード、位置変化モード、姿勢連動モード、位置連動モード、位置姿勢連動モードの切り替え
・全オンオフ、部分オンオフの切り替え
・操作部材の動きに連動させるのが操作対象の角度変化か角速度変化かの切り替え
・操作部材の動きに連動させるのが操作対象の位置変化か並進速度変化かの切り替え
・入力（操作部材の動き）と出力（操作対象の対応部位の動き）の倍率を変える切り替え
・入力（操作部材の動き）と出力（操作対象の対応部位の動き）の変換式を変える切り替え

＜実験例＞ 本発明の操作装置の実験例について、図８〜図１０を参照しながら説明する。

図８は、実験の様子を示す写真である。図８に示すように、被験者はスクリーンの正面に座り、スクリーンに投影された仮想空間を３Ｄメガネを通して見ながら、仮想空間に配置された仮想ロボットを操作する。仮想ロボットの先端の基準点は、仮想空間の所定位置に固定されており、被験者は仮想ロボットの姿勢のみを操作する。被験者は、３Ｄメガネを通して仮想空間及び仮想ロボットが立体的に見えており、奥行き方向の把握が容易となっている。

図９は、視点変化の説明図である。図９（ａ）に示すように、作業空間を真後ろから見た状態と、斜め後ろから見た状態とを、スクリーンに選択的に表示する。スクリーンには、例えば図９（ｂ）に示すように、作業空間を斜め後ろから見た状態が表示される。スクリーンの表示を切り替えることより、被験者が移動することなく被験者の視点を変化させることができる。後述する「視点変化はある」の場合、作業空間を真後ろから見た状態と、斜め後ろから見た状態とを表示する。「視点変化はない」の場合は、作業空間を真後ろから見た状態のみを表示する。

図８に示すように、被験者は、利き手に、球体状の外形を有する操作部材を持ち、もう一方の手に、指示部材を持ち、指示部材で操作のオン・オフを切り替える。操作がオンになっている間に操作部材を回転させると、仮想ロボットは、仮想ロボットの先端の基準点を通り、操作部材の回転軸と平行とみなせる方向に延在する軸まわりを回転し、このとき仮想ロボットが回転する角度は、操作部材の回転角と同じである。

比較のため、ティーチングペンダントを模したコントローラを使用して、同様に、仮想ロボットを操作する。このコントローラには、仮想ロボットに固定された直交する３軸の各軸周りの正転，逆転を指令するボタンが設けられている。ボタンを押している間、ボタンに対応する方向に、仮想ロボットは一定角速度で回転する。

実験では、仮想ロボットを操作して、仮想ロボットの姿勢を、仮想空間に現れるターゲットと一致させるゲームを行い、１ゲームごとのクリア時間を計測した。実験は以下の４ブロックに分かれており、被験者ごとに、この４ブロックの順番を入れ替えた。
ブロックa：ＴＰで操作する。視点変化はない。
ブロックb：ＴＰで操作する。視点変化はある。
ブロックc：球体で操作する。視点変化はない。
ブロックd：球体で操作する。視点変化はある。
ここで、「ＴＰ」はティーチングペンダントを模したコントローラを使用する場合であり、「球体」は本発明の操作装置を用いる場合である。

ただし、上記の４ブロックを完全にランダムな順番で行うのではなく、「先に球体を用いる２ブロック、その後にＴＰを用いる２ブロック」あるいは「先にＴＰを用いる２ブロック、その後に球体を用いる２ブロック」のどちらかになるようにした。

また、どの程度操作しやすいと感じるかを、ブロックごとに、ビジュアルアナログスケール（ＶＡＳ）を用いてアンケート評価を行った。具体的には、両端を０（操作しにくい）、１０（操作しやすい）とする１００ｍｍの直線に、被験者が、被験者自身の評価と対応すると思う位置に印をつけた。

図１０（ａ）は、クリア時間の実験結果の平均値を示すグラフである。図１０（ａ）から、クリア時間は、「視点変化はない」場合、本発明の操作装置はＴＰに対して、平均値が６%改善している。「視点変化はある」場合、本発明の操作装置はＴＰに対して、平均値が１０%改善している。

図１０（ｂ）は、アンケート結果の平均値を示すグラフである。図１０（ｂ）に示すように、「視点変化はない」場合、本発明の操作装置はＴＰに対して、平均値が１０％改善している。「視点変化はある」場合、本発明の操作装置はＴＰに対して、平均値が３７%改善している。

＜まとめ＞ 以上に説明した操作装置１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｋを用いると、操作対象の対応部位から離れていても操作可能であり、操作者が視点を変えても同じ感覚で直感的に操作できる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

本発明は、ロボット、探査装置、機械装置の操作や遠隔操作に適用可能である。また、テレビゲームのコントローラ−、スマートフォンやタブレット端末への入力、パソコンやコンピュータへの入力、テレビのコントローラ−、カーナビゲーションシステムへの入力、情報機器や情報端末への入力、その他画面上の表示要素の操作、乗り物や移動装置の操作あるいは遠隔操作などに、適用可能である。また、リハビリテーション機器への応用が可能である。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｋ 操作装置
１２，１２ａ，１２ｂ 操作部材
１２ｓ センサ（検出手段）
１３ 指示部材
１３ｓ 同期操作スイッチ（同期指示手段）
１３ｔ モード選択スイッチ（モード選択手段）
１４ 検出手段
１６ 同期指示手段
１７ モード選択手段
１８，１８ｋ 指令手段
１９ａ，１９ｂ 装置本体（指令手段）
１９ｓ 操作算出部
１９ｔ 指令生成部
５０，５０ｋ 操作対象
５２，５２ｋ，５６ ツール（対応部位）
６０，６２ 基準点
７０ｓ 回転中心軸（第１の軸）
７２ｓ 第１の軸
８０ｓ 第２の軸
８２ｓ 回転中心軸（第２の軸）

Claims (19)

1. 立体形状を有する操作部材と、
   前記操作部材の姿勢の変化を含む前記操作部材の状態を検出する検出手段と、
   前記操作部材の動きと操作対象の対応部位の動きとの同期の開始の指示を受け付ける同期指示手段と、
   前記同期指示手段が前記同期の開始の指示を受け付けると、前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態に基づいて、前記同期指示手段が受け付けた前記同期の開始の指示の後の前記操作部材の前記動きに応じて所定のモードで動く前記操作対象の前記対応部位の前記動きを算出し、算出した前記対応部位の前記動きを実現するように前記操作対象を動作させるための指令信号を生成する指令手段と、
   を備えたことを特徴とする、操作装置。
2. 前記指令手段は、前記同期指示手段が前記同期の開始の指示を受け付けたときに前記検出手段が検出した前記操作部材の姿勢と、当該指示を受け付けたときの前記操作対象の前記対応部位の姿勢とが、対応しているとした指令信号を生成することを特徴とする、請求項１に記載の操作装置。
3. 前記操作部材は、第１の仮想直線の方向から見ると回転対称であり、前記第１の仮想直線と交わる第２の仮想直線の方向から見ると回転対称であり、前記第１及び第２の仮想直線を含む平面と交わる第３の仮想直線の方向から見ると回転対称である外形を有し、前記第１乃至第３の仮想直線の方向の外形寸法のうち、最小値が最大値の９０％以上、かつ、１００％以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の操作装置。
4. 前記操作部材は、球体状、正多面体状、および、半正多面体状のうちのいずれかの外形を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の操作装置。
5. 前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態は、前記操作部材の位置の変化を含むことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の操作装置。
6. 前記モードは、前記操作部材の外部の空間に固定された基準座標系から見た、前記同期の開始指示後の前記操作部材の前記姿勢の変化に応じて、前記操作対象の前記対応部位の角度又は角速度が変わる角度変化モードを含み、
   前記指令手段は、前記角度変化モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の操作装置。
7. 前記指令手段は、
   前記基準座標系から見た、前記操作部材の中心を通る前記操作部材の回転中心軸である第１の軸のまわりを前記操作部材が前記同期の開始指示後に回転する角度を算出し、
   前記基準座標系から見たときに、前記操作対象の前記対応部位の基準点を通り、前記第１の軸と平行又は平行とみなせる第２の軸を中心に回転する前記操作対象の前記対応部位の角度又は角速度が、算出した前記角度に応じて変わるように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項６に記載の操作装置。
8. 前記モードは、前記操作部材の外部の空間に固定された基準座標系から見た、前記同期の開始指示後の前記操作部材の前記位置の変化に応じて、前記操作対象の前記対応部位の位置又は並進移動の速度が変わる位置変化モードを含み、
   前記指令手段は、前記位置変化モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項５に記載の操作装置。
9. 前記指令手段は、
   前記基準座標系から見た、前記操作部材が前記同期の開始指示後に移動する移動方向の位置の変化を算出し、
   前記基準座標系から見たときに、前記移動方向と平行又は平行とみなせる方向の前記操作対象の前記対応部位の位置又は並進移動の速度が、算出した前記位置の変化に応じて変わるように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項８に記載の操作装置。
10. 前記モードは、前記操作部材の前記位置の変化と、前記操作対象の前記対応部位の所定の動きとを対応付ける位置連動モードを含み、
    前記指令手段は、前記位置連動モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項５に記載の操作装置。
11. 前記モードは、前記操作部材の前記姿勢の変化と、前記操作対象の前記対応部位の所定の動きとを対応付ける姿勢連動モードを含み、
    前記指令手段は、前記姿勢連動モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の操作装置。
12. 前記モードは、前記操作部材の前記位置の変化及び前記姿勢の変化と、前記操作対象の前記対応部位の所定の動きとを対応付ける位置姿勢連動モードを含み、
    前記指令手段は、前記位置姿勢連動モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項５に記載の操作装置。
13. 予め定められた複数の前記モードから、１又は２以上の前記モードを選択するためのモード選択手段をさらに備え、
    前記指令手段は、前記モード選択手段によって選択された前記モードで前記操作対象の前記対応部位が動くように、前記指令信号を生成することを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一つに記載の操作装置。
14. 前記検出手段が前記操作部材に設けられたことを特徴とする、請求項１乃至１３に記載の操作装置。
15. 前記モードは、前記操作部材の前記位置の３自由度及び前記姿勢の３自由度の変化のすべてと、前記操作対象の前記対応部位の位置の３自由度及び姿勢の３自由度の変化のすべてとを対応付ける全オンオフモードを含むことを特徴とする、請求項５に記載の操作装置。
16. 前記モードは、前記操作部材の前記位置の３自由度及び前記姿勢の３自由度の合計６自由度のうち１自由度以上かつ５自由度以下の変化と、前記操作対象の前記対応部位の位置の３自由度及び姿勢の３自由度の合計６自由度のうち１自由度以上かつ５自由度以下の変化とを対応付ける部分オンオフモードを含むことを特徴とする、請求項５に記載の操作装置。
17. 前記同期指示手段は、前記同期の開始の指示に加え、前記同期の終了の指示を受け付けることを特徴とする、請求項１乃至１６のいずれか一つに記載の操作装置。
18. 検出手段が、立体形状を有する操作部材の姿勢の変化を含む前記操作部材の状態を検出する第１の工程と、
    同期指示手段が、前記操作部材の動きと操作対象の対応部位の動きとの同期の開始の指示を受け付ける第２の工程と、
    前記同期指示手段が前記同期の開始の指示を受け付けると、指令手段が、前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態に基づいて、前記同期指示手段が受け付けた前記同期の開始の指示の後の前記操作部材の前記動きに応じて所定のモードで動く前記操作対象の前記対応部位の前記動きを算出し、算出した前記対応部位の前記動きを実現するように前記操作対象を動作させるための指令信号を生成する第３の工程と、
    を備えたことを特徴とする、操作方法。
19. 前記検出手段が検出する前記操作部材の前記状態は、前記操作部材の位置の変化を含むことを特徴とする、請求項１８に記載の操作方法。