JP2000246679A - ３次元入力用マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の小型化を課題とする。 【解決手段】 一定範囲の３次元空間内の任意の位置に
移動させて入力を行う単一の操作グリップ１１と、これ
を、少なくとも５の自由度で支持する第一の操作入力手
段２と、少なくとも６の自由度で支持する第二の操作入
力手段２Ａと、操作グリップ１１の位置及び向きの変化
を検出するグリップ変位量検出手段５とを備え、操作グ
リップ１１の形状を棒状に設定すると共に、その一端部
側を外力を加えるための握り部１１１とし、他端部近傍
であって当該他端部からの距離が異なる二つの位置で、
第一と第二の操作入力手段２，２Ａとがそれぞれ操作グ
リップ１１を支持する、という構成を採っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ等の
上位装置に情報入力或いは、このような上位装置を用い
たシミュレーション等に使用する場合に好適な３次元入
力用マニピュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の３次元入力用マニピュレータ１１
００を模式的に図１２に示す。かかる３次元入力用マニ
ピュレータ１１００は、例えば、ディスプレイに表示さ
れた仮想空間内において、仮想の人間の手の先端を示す
仮想ポインタを３次元方向に移動させる場合に、この仮
想ポインタの位置情報を入力するのに使用される。

【０００３】この３次元入力用マニピュレータ１１００
は、一定範囲の作業空間内の任意の位置に手動により移
動させて入力を行う単一の棒状の操作グリップ１１１０
と、この操作グリップ１１１０の一端部を、６自由度の
状態変化を自在とした状態で支持する第一の操作入力手
段１１２０と、操作グリップ１１１０の他端部を、６自
由度の状態変化を自在とした状態で支持する第二の操作
入力手段１１３０と、操作グリップ１１１０の位置及び
向きの変化を検出するグリップ変位量検出手段（図示
略）とを備えている。

【０００４】各操作入力手段１１２０，１１３０はいず
れも、複数のリンク部材とこれらを回転自在に連結する
六つの関節とを有し、かかる構成により、操作グリップ
１１１０の６自由度の状態変化（操作グリップ１１１０
の位置変化及び姿勢変化）を自在としている。

【０００５】操作グリップ１１１０の状態変化は、当該
操作グリップ１１１０を移動させ又はその向きを変化さ
せることにより生じる各関節ごとの回転角度の変化をグ
リップ変位量検出手段により検出し、これらを総合的に
演算することにより、算出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、少なくともいずれか一方の操作入力手段の可
動範囲を大きくしなければ成らず、このため、装置の大
型化が不可避であるという不都合があった。これは、こ
の従来の３次元入力用マニピュレータが、上述の如く、
棒状の操作グリップの両端部をそれぞれ二つの操作入力
手段が個別に支持していることに起因する。

【０００７】即ち、通常、棒状の操作グリップに対して
操作を行う場合には、そのオペレータは、当該操作グリ
ップの中間部分を手に持ち、一方の端部を目標位置に向
けて移動させる、或いは操作グリップの傾斜角度を変化
させる等の操作が行われる。操作グリップの姿勢変化
（傾斜角度の変化）の入力が行われると、操作グリップ
には一方の端部を中心として、或いは手にしている部分
を中心として、操作グリップの他方又は双方の端部に位
置変化が生じる。

【０００８】このとき、操作グリップの一端部に対して
他端部は相対的に、少なくとも操作グリップ以上の長さ
を半径とする球面に沿った運動を行うため、操作入力手
段の先端部がかかる運動に対応可能な可動範囲を有して
いなければならず、結果として操作入力手段の大型化を
生じることとなる。

【０００９】

【発明の目的】本発明の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、特に、小型化に適した３次元入力用マ
ニピュレータを提供することを、その目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上位装置に接続され，３次元上の座標入力を行う３次元
入力用マニピュレータであって、一定範囲の３次元空間
内の任意の位置に移動させて入力を行う単一の操作グリ
ップと、この操作グリップを、少なくとも５以上の自由
度の状態変化を自在とした状態で支持する第一の操作入
力手段と、操作グリップを、少なくとも六以上の自由度
の状態変化を自在とした状態で、当該操作グリップの第
一の操作入力手段と異なる位置で支持する第二の操作入
力手段と、操作グリップの位置及び向きの変化を検出す
るグリップ変位量検出手段と、を備えている。

【００１１】そして、操作グリップの形状を棒状に設定
すると共に、当該操作グリップの一端部側を外力を加え
るための握り部とし、操作グリップの他端部近傍であっ
て当該他端部からの距離が異なる二つの位置で、第一の
操作入力手段と第二の操作入力手段とがそれぞれ操作グ
リップを支持するという構成を採っている。

【００１２】上記の構成では、オペレータが操作グリッ
プを手にして当該操作グリップを任意の複数自由度方向
に移動させる。このとき、第一の操作入力手段は５自由
度以上であり、第二の操作入力手段は６自由度以上であ
るため、操作グリップは少なくとも５自由度以上の状態
変化が可能である。従って、例えば、操作グリップの３
次元空間上の移動及びその長手方向をあらゆる方向に傾
けさせるような姿勢変化運動を行うことができる。

【００１３】そして、操作グリップによる入力操作に伴
い、移動変位量がグリップ変位量検出手段により検出さ
れる。そして、グリップ変位量検出手段から上位装置に
移動変位量に応じた検出信号が出力され、当該上位装置
ではこの検出信号に基づいて操作グリップの３次元上の
位置座標を入力位置座標データとして算出する。

【００１４】このとき、操作グリップは、握り部を構成
する範囲を除く、他端部近傍の範囲内で上記いずれの操
作入力手段も当該操作グリップを支持しているため、操
作グリップの移動又は姿勢変化の操作を行う際に、第一
の操作入力手段と第二の操作入力手段それぞれのグリッ
プ支持側の端部の相対的な運動は、それぞれのグリップ
支持位置の離間距離を半径とする球面の範囲で行われ
る。

【００１５】ここで、上記操作グリップの握り部は、少
なくとも当該操作グリップの長手方向の長さの半分以上
に設定することが望ましい（請求項２記載の構成）。こ
れにより、各操作入力手段は、操作グリップの長手方向
の半分以下の長さ範囲で当該操作グリップを支持するこ
ととなり、これら操作入力手段の支持を行う先端部の相
対的な運動範囲は、操作グリップの長さの半分未満の半
径の球面内に縮小される。

【００１６】また、各操作入力手段はいずれも、６自由
度の状態変化を自在として操作グリップを支持する構成
としても良い（請求項３記載の構成）。この場合、例え
ば、操作グリップは、３次元空間内の移動と長手方向の
自在な傾動と当該長手方向を軸とする回転運動を行うこ
とが可能となり、これらの各要素の入力が自在に行われ
る。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の発明と同様の構成を備えると共に、各操作入力
手段は、操作グリップを３次元空間上の任意の位置に移
動自在に支持する入力位置支持機構と、任意の位置で操
作グリップの向きを可変自在として当該操作グリップを
支持する状態可変支持機構とを有する。

【００１８】上記構成の場合、前述した各構成と同様の
動作が行われると共に、各操作入力手段は、入力位置支
持機構により、その支持先端部の３次元空間上の任意の
位置への自在な移動が確保され、状態可変支持機構によ
り、操作グリップの姿勢の自在な変化動作（例えば、傾
動，回転等）が確保される。

【００１９】さらにまた、上記各操作入力手段は、複数
の自由度の状態変化を自在とする関節を当該自由度と同
数有する構成としても良い（請求項５記載の構成）。こ
の場合、関節には、当該関節により連結される一方の部
材に対して他方の部材が所定の直線方向に沿って相対的
に移動する直動式の関節，関節により一方の部材に連結
される他方の部材の長手方向とその回動軸とがほぼ垂直
を成す回動式の関節，関節により一方の部材に連結され
る他方の部材の長手方向とその回動軸とが平行となる回
転式の関節が挙げられる。そして、これらの関節を各自
由度の状態変化を可能とするために適宜組み合わせて使
用することが望ましい。

【００２０】また、前述したグリップ変位量検出手段と
しては、上述の関節の状態変化量を検出するセンサを、
関節の総個体数に応じた個体数だけ各操作入力手段に装
備する構成としても良い（請求項６記載の構成）。この
場合、全ての関節についてセンサを設ける必要はない
が、関節の個体数が多くなればセンサの必要な個体数も
増加する。

【００２１】請求項７記載の発明は、請求項４記載の発
明と同様の構成を有すると共に、各操作入力手段の入力
位置支持機構はいずれも３自由度の状態変化を自在と
し、各操作入力手段の状態可変支持機構はいずれも３自
由度の状態変化を自在として、操作グリップを支持する
という構成を採っている。

【００２２】請求項７記載の発明では、請求項４記載の
発明と同様の動作が行われると共に、各入力位置支持機
構は３自由度であるため、各々の支持先端部の３次元空
間上の任意の位置への自在な移動が確保され、状態可変
支持機構が３自由度であるため、操作グリップの姿勢の
自在な変化動作（例えば、傾動及び回転等）が確保され
る。

【００２３】請求項８記載の発明では、各操作入力手段
の入力位置支持機構と状態可変支持機構とは、それぞれ
自由度の状態変化を自在とする関節を自由度と同数有
し、グリップ変位量検出手段が、各入力位置支持機構の
全ての関節の状態変化量をそれぞれ検出する六基のセン
サを含む構成とするという構成を採っている。

【００２４】即ち、この構成では、各操作入力手段の入
力位置支持機構がそれぞれ３つの関節を有しており、各
関節の共同によりその支持先端部を３次元空間内の任意
の位置に位置決めすることを自在としている。第一及び
第二の操作入力手段の各入力位置支持機構の関節の全て
に対応して個別にセンサが設けられるため、各センサ出
力によって、各操作入力手段により入力される任意の位
置が特定が可能となる。これにより第一と第二の操作入
力手段のそれぞれの支持先端部の位置が特定されること
になり、これらの相対的な位置関係から、操作グリップ
の姿勢（傾斜方向）が特定される。

【００２５】請求項９記載の発明では、上述した各発明
と同様の構成に加えて各操作入力手段を保持する基台を
有し、各操作入力手段がいずれも、一方の端部で操作グ
リップを支持すると共に他方の端部に回転自在の関節を
有している。そして、各操作入力手段の他方の端部の関
節が有する回転軸を介して基台と各操作入力手段とを連
結すると共に、これら各回転軸を、基台を水平面上に設
置したときに、垂直方向を向く方向で基台に設定装備す
るという構成を採っている。

【００２６】かかる構成にあっては、基台を水平面上に
設置することを前提としており、この場合上述のよう
に、各操作入力手段の基台側の関節の回転軸は、垂直方
向に沿った状態となる。この操作入力手段において、上
記回転軸は、当該操作入力手段の全ての重量を支えるこ
ととなるが、上記回転軸は垂直方向を向いているため、
操作入力手段の重力による荷重は、ほとんど全て、軸の
長手方向に対する圧縮又は引っ張り荷重となる。軸にお
けるかかる方向の強度は、横方向からの曲げ荷重よりも
一般に高いため、操作入力手段の自重による影響は低減
される。ここで、関節は、前述した回転式の関節である
ことが望ましい。

【００２７】請求項１０記載の発明では、前述した各構
成の発明と同様の構成を備えると共に、各操作入力手段
に、複数自由度のいずれかに対応する方向について上位
装置からの出力に応じた大きさの駆動力を操作グリップ
に付勢する複数の駆動力発生手段を装備するという構成
を採っている。

【００２８】上記の構成では、オペレータにより移動さ
れる操作グリップの現在位置が、３次元上の入力位置座
標データとして上位装置に出力される。これを受けて上
位装置では、入力位置座標データに対応する反力データ
を算出すると共に，３次元入力用マニピュレータ側に出
力する。この反力データを受けてこれに対応する反力
（例えば、オペレータにより操作グリップに加えられた
移動力と異なる方向に向けられた力）が発生するように
駆動力発生手段は駆動を行う。これにより、オペレータ
には、操作グリップの操作に対する反動或いは抵抗力が
生じたような感触が伝達される。

【００２９】請求項１１記載の発明では、請求項８記載
の発明と同様の構成を備えると共に、各操作入力手段
に、各入力位置支持機構の各々の自由度に応じた方向に
ついて、上位装置からの出力に応じた大きさの駆動力を
操作グリップに個別に付勢する三つの駆動力発生手段を
装備するという構成を採っている。

【００３０】上記構成では、請求項１０記載の発明と同
様に、操作グリップの入力位置に応じた駆動力（例え
ば、仮想の反力）が操作グリップに付勢される。そし
て、このとき、第一の操作入力手段と第二の操作入力手
段とがそれぞれの支持している操作グリップ上の各位置
を移動させるように駆動力が付勢されるため、操作グリ
ップの一定方向の移動に対してのみ成らず、操作グリッ
プの傾斜動作についても傾斜方向に応じた駆動力（例え
ば、仮想の反力）が付勢される。

【００３１】本発明は、上記各構成により、前述した不
都合を改善しようとするものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１乃至図
１１に基づいて説明する。図１は、本実施形態である３
次元上の座標入力を行う３次元入力用マニピュレータ１
０を装備した３次元入力システム１０００を示してい
る。

【００３３】この３次元入力システム１０００は、３次
元入力用マニピュレータ１０と、この３次元入力用マニ
ピュレータ１０の上位装置である演算処理装置１０１０
と、この演算処理装置１０１０の出力データに基づく映
像を表示するディスプレイ１００１とから主に構成され
る。

【００３４】図２は、上記の３次元入力用マニピュレー
タ１０の斜視図である。この３次元入力用マニピュレー
タ１０は、複数のリンク部材が回動又は回転自在の関節
を介して連結され、最端部のリンク部材の回動端部に操
作グリップ１１が装備されることにより、当該操作グリ
ップ１１の複数自由度方向の移動を実現している。

【００３５】即ち、この３次元入力用マニピュレータ１
０は、一定範囲の３次元空間内の任意の位置に移動させ
て入力を行う単一の操作グリップ１１と、この操作グリ
ップ１１を、６自由度の状態変化を自在とした状態で支
持する第一の操作入力手段２と、操作グリップ１１を、
６自由度の状態変化を自在とした状態で支持する第二の
操作入力手段２Ａと、これら各操作入力手段２，２Ａを
同時に保持する基台１２と、操作グリップ１１の位置及
び向きの変化を検出するグリップ変位量検出手段５（図
２では図示略）と、演算処理装置１０１０からの出力に
応じた大きさの駆動力を操作グリップ１１の操作時にお
ける仮想の反力として当該操作グリップ１１に付勢する
複数の駆動力発生手段６（後述する駆動力発生手段６
１，６１，６２，６２，６３，６３を総じて符号６で示
す）と、上記各部の動作制御を行う制御手段３（図２で
は図示略）とを備えている。

【００３６】以下各部を説明する。まず基台１２は、平
板状の底板１２１と、これに立設された支柱１２２と、
支柱１２２の上端部に装備された上記各操作入力手段
２，２Ａが装備される平板状の支持板１２３とから構成
されている。この基台１２は、図２における右側方から
みてコ字状を呈しており、底板１２１を水平面上に載置
したときに、支持板１２３の下面が同時に水平面と平行
になるように支柱１２２で連結されている。そして、こ
の支持板１２３の下面側に、前述した各操作入力手段
２，２Ａが垂設される。

【００３７】次に、第一の操作入力手段２及び第二の操
作入力手段２Ａについて説明する。ここで、第一の操作
入力手段２と第二の操作入力手段２Ａとは、図１に示す
ように、基台１２上における配置が異なる点を除いて、
ほぼ同一の部材から形成されているため、このような同
一の部材については同符号を付して重複する説明は省略
するものとする。

【００３８】各操作入力手段２，２Ａは、操作グリップ
１１を３次元空間上の任意の位置に移動自在に支持する
入力位置支持機構２１と、かかる任意の位置で操作グリ
ップ１１の向きを可変自在として当該操作グリップ１１
を支持する状態可変支持機構２２とを有している。これ
らの入力位置支持機構２１と状態可変支持機構２２と
は、いずれも３自由度の状態変化が自在となっている。

【００３９】さらに、入力位置支持機構２１と状態可変
支持機構２２とは、各自由度に個別に対応する三つの関
節をそれぞれ有しており、これにより３自由度の状態変
化を自在としている。第一の操作入力手段２及び第二の
操作入力手段２Ａの入力位置支持機構２１の合計六つの
関節には、その状態変化量を個別に検出する六基のセン
サとしてのエンコーダ５１，５１，５２，５２，５３，
５３が装備されており、かかる六基のエンコーダ５１，
５１，５２，５２，５３，５３と後述するもう一基のエ
ンコーダ５４が、前述したグリップ変位量検出手段５を
構成している。

【００４０】また、各入力位置支持機構２１の各自由度
に基づいて状態変化する方向について駆動力を生じる駆
動力発生手段６は、当該入力位置支持機構２１の各関節
に対応して合計六基装備されている。

【００４１】第一の操作入力手段２及び第二の操作入力
手段２Ａの上記構成について、図３乃至図５に基づいて
さらに詳説する。

【００４２】図３は、第一の操作入力手段２を図２にお
ける左側方から見た側面図であって、図２における状態
から約４５度時計方向に回転させた状態を示している
（第二の操作入力手段２Ａは図示略）。また、図４は、
第一の操作入力手段２を図３における右側方から見た正
面図であって、一部省略すると共に一部を切り欠いてい
る。

【００４３】上述した入力位置支持機構２１は、まず第
一の関節２１１と、この第一の関節２１１を介して基台
１２の支持板１２３と連結される第一のリンク部材２１
２と、第二の関節２１３と、この第二の関節２１３を介
して第一のリンク部材２１２とと連結される第二のリン
ク部材２１４と、第三の関節２１５と、この第三の関節
２１５を介して第二のリンク部材２１４と連結される第
三のリンク部材２１６とを有している。

【００４４】上記第一の関節２１１は、支持板１２３に
対して垂直に貫通して装備された回転軸２１１ａと、こ
の回転軸２１１ａを支持板１２３に対して回転自在に支
持させる軸受け２１１ｂとを有している。かかる配置に
より、基台２１を水平面上に設置したときに、回転軸２
１１ａは垂直方向を向くことになる。

【００４５】さらに、回転軸２１１ａの上端部は、後述
する第一の駆動力発生手段６１が係合しており、下端部
は第一のリンク部材２１２が固定連結されている。従っ
て、第一のリンク部材２１２は、回転軸２１１ａと共
に、支持板１２３に対して垂直となる方向を中心に自在
に回転できるようになっている。なお、第一の操作入力
手段２（第二の操作入力手段２Ａ）は、全体の構成がこ
の回転軸２１１ａのみにより基台１２に連結される。

【００４６】第一のリンク部材２１２の平面図を図５に
示す。この第一のリンク部材２１２は、その内部に、後
述する第二及び第三の駆動力発生手段６２，６３の駆動
モータ６２１，６３１及び後述するグリップ変位量検出
手段であるエンコーダ５２，５３を保持する略平板状の
筐体である。そして、その下部には第二の関節２１３の
回転軸２１３ａを支持する支持突起２１２ａを有してい
る。

【００４７】第二の関節２１３は、上述の支持突起２１
２ａに対して水平方向（基台１２を水平面上に設置した
場合）に貫通して装備された回転軸２１３ａと、この回
転軸２１３ａを回転自在に支持させる軸受け２１３ｂと
を有している。

【００４８】第二のリンク部材２１４は、長手棒状に形
成され、その一端部が第二の関節２１３の回転軸２１３
ａと固定連結され、また、その他端部は、第三の関節２
１５を介して第三のリンク部材２１６と連結されてい
る。従って、第二のリンク部材２１４はその他端部が、
第一のリンク部材２１２に対して水平方向を中心として
回動自在となっている。

【００４９】第三の関節２１５は、上述の第二のリンク
部材２１４に対して第二の関節２１３の回転軸２１３ａ
と平行な方向に沿って装備された回転軸２１５ａと、こ
の回転軸２１５ａを第二のリンク部材２１４の他端部に
対して当該回転軸２１５ａの配設方向を中心として回転
自在に支持させる軸受け２１５ｂとを有している。

【００５０】第三のリンク部材２１６は、長手棒状に形
成され、長手方向中間部近傍の位置で、第三の関節２１
５の回転軸２１５ａと固定連結され、また、その一端部
には、状態可変支持機構２２（第二の操作入力手段２Ａ
については状態可変支持機構２２Ａ）が装備されると共
に、当該状態可変支持機構２２（２２Ａ）を介して操作
グリップ１１を支持している。従って、第三のリンク部
材２１６は、両端部が、第二のリンク部材２１４に対し
て、第三の関節２１５の回転軸２１５ａと平行な方向を
中心として回動自在となっている。また、第三のリンク
部材２１６はその一端部に装備された状態可変支持機構
２２を、第一〜第三の関節２１１，２１３，２１５の協
動により、基台１２の支持板１２３に対して、３次元空
間内のいずれの位置にも自在に移動させることができ、
３自由度の状態変化を可能としている。

【００５１】また、第三のリンク部材２１６の他端部
は、後述する第３の駆動力発生手段６３と係合してい
る。

【００５２】かかる構成により、入力位置支持機構２１
では、第二の関節２１３を中心として第二、第三のリン
ク部材２１４，２１６の回動可能範囲内に状態可変支持
機構２２（２２Ａ）を３自由度移動方向について移動さ
せることが可能である。

【００５３】次に、状態可変支持機構２２（２２Ａ）に
ついて説明する。図６は、図３における上方からこの状
態可変支持機構２２（２２Ａ）を見た図である。この状
態可変支持機構２２（２２Ａ）は、第三のリンク部材２
１６の他端部に、その一端部で連結された第四のリンク
部材２２２（２２２Ａ）と、第三のリンク部材２１６と
第四のリンク部材２２２（２２２Ａ）との間に介挿さ
れ、これらの間で相対的な回転動作を自在とする第四の
関節２２１と、第四のリンク部材２２２（２２２Ａ）の
他端部に、その一端部で連結され他端部で操作グリップ
１１を保持する第五のリンク部材２２４（２２４Ａ）
と、第四のリンク部材２２２（２２２Ａ）と第五のリン
ク部材２２４（２２４Ａ）との間に介挿され、これらの
間で相対的な回転動作を自在とする第五の関節２２３
と、第五のリンク部材２２４（２２４Ａ）と操作グリッ
プ１１の間に介挿された第六の関節２２５を含んだ構成
となっている。

【００５４】まず、第四の関節２２１は、第三のリンク
部材２１６の他端部から当該第三のリンク部材２１６の
長手方向に沿って突設された支軸２２１ａと、この支軸
２２１ａを中心に回転自在の軸受け２２１ｂとを有して
いる。

【００５５】第四のリンク部材２２２（２２２Ａ）は、
その一端部で上記軸受け２２１ｂを保持し、これにより
第三のリンク部材２１６に対して当該第三のリンク部材
２１６の長手方向を中心とする回転運動を自在としてい
る。さらに、第四のリンク部材２２２（２２２Ａ）の他
端部は、第五の関節２２３を介して第五のリンク部材２
２４（２２４Ａ）と連結されている。

【００５６】なお、状態可変支持機構２２Ａの第四のリ
ンク部材２２２Ａは、状態可変支持機構２２の第四のリ
ンク部材２２２よりも、一端部から他端部までの長さが
長く設定されている。

【００５７】第五の関節２２３は、第五のリンク部材２
２４（２２４Ａ）の一端部に突設された支軸２２３ａ
と、この支軸２２３ａを中心に回転自在の軸受け２２３
ｂとを有している。この第五の関節２２３の支軸２２３
ａと、前述した第四の関節２２１の支軸２２１ａとは、
第四のリンク部材２２２（２２２Ａ）により、双方の支
軸２２１ａ，２２３ａが、その延長線上で互いに直交す
るように保持されている。

【００５８】第五のリンク部材２２４（２２４Ａ）は、
その他端部において、第六の関節２２５である軸受けを
介して回転自在に操作グリップ１１を保持している。か
かる操作グリップ１１は棒状であり、第六の関節２２５
は、当該操作グリップ１１の長手方向を中心として第五
のリンク部材２２４（２２４Ａ）に対して回転を自在と
させている。この操作グリップ１１の回転動作の中心軸
は、第五の関節２２３の回転軸と直交するように設定さ
れている。

【００５９】また、第六の関節２２５による操作グリッ
プ１１の回転軸は、第四の関節２２１と第五の関節２２
３の回転軸とが直交する点を通過するように、当該操作
グリップ１１が第五のリンク部材２２４（２２４Ａ）に
保持されている。このため、操作グリップ１１は、入力
位置支持機構２１に対して、第四の関節２２１と第五の
関節２２３の回転軸とが直交する点を中心として、あら
ゆる方向に自在に傾動し、且つ、当該操作グリップ１１
の長手方向を中心として自在に回転させることができ、
３自由度の状態変化を自在としている。

【００６０】なお、状態可変支持機構２の第五のリンク
部材２２４は、図３に示すように、その下部で、グリッ
プ変位量検出手段５の一つであるエンコーダ５４を保持
している。かかるエンコーダ５４は、第五のリンク部材
２２４に対して第六の関節２２５によって回転する操作
グリップ１１の回転角度を検出する。

【００６１】ここで、図３に示すように、第一の操作入
力手段２は、第五のリンク部材２２４により、操作グリ
ップ１１のほぼ下端部において当該操作グリップ１１を
保持している。また、第二の操作入力手段２Ａは、第五
のリンク部材２２４Ａにより、操作グリップ１１の下端
部近傍であって第五のリンク部材２２４より幾分上部に
おいて当該操作グリップ１１を保持している。

【００６２】一方、操作グリップ１１は、上端部から、
その全体の長さの半分以上（およそ全体の七割）を、オ
ペレータが手で保持するための握り部１１１としてい
る。そして、各々の第五のリンク部材２２４，２２４Ａ
の保持位置は、いずれも握り部１１１よりも下端部寄り
に設定されている。

【００６３】なお、符号１１２は、押圧式のスイッチで
あり、これにより、予め設定された指示入力を行う。

【００６４】次に、各操作入力手段２，２Ａに併設され
た駆動力発生手段６及びグリップ変移量検出手段５につ
いて説明する。

【００６５】各操作入力手段２，２Ａには、各々に第一
の駆動力発生手段６１，第二の駆動力発生手段６２及び
第三の駆動力発生手段６３が装備されており、これらは
同一の構成から成るものであるため、第一の操作入力手
段２についてのみこれらの説明を行う。

【００６６】まず、第一の駆動力発生手段６１は、第一
の関節２１１により支持板１２３に対する回転を自在に
行う第一のリンク部材２１２に、回転トルクを付勢する
ものである。かかる第一の駆動力発生手段６１は、基台
１２の指示板１２３に固定装備された駆動モータ６１１
と、この駆動モータ６１１の駆動軸に装備された主動プ
ーリ６１２と、第一の関節２１１の回転軸２１１ａの上
端部に固定装備された従動プーリ６１３と、主動プーリ
６１２のトルクを従動プーリ６１３に伝達する伝達ベル
ト６１４とを備えている。回転軸２１１ａと第一のリン
ク部材２１２とは固定連結されているため、駆動モータ
６１１から出力されたトルクは、この回転軸２１１ａを
介して当該第一のリンク部材２１２に付勢される。

【００６７】また、駆動モータ６１１には、グリップ変
位量検出手段５の一つであるエンコーダ５１が併設され
ており、駆動モータ６１１の駆動軸の回転量が検出され
る。即ち、操作グリップ１１の手動操作に伴い生じる第
一のリンク部材２１２の回転量に比例する回転角度変位
が、従動プーリ６１３，伝達ベルト６１４及び主動プー
リ６１２を介して駆動モータ６１１の駆動軸に生じるた
め、このエンコーダ５１がこれを検出することにより、
結果的に支持板１２３に対する第一のリンク部材２１２
の回転変位量を算出することができる。

【００６８】次に、第二の駆動力発生手段６２について
図４及び図７に基づいて説明する。図７は、図４のＸ−
Ｘ線に沿った断面図である。これらに示すように、第二
の駆動力発生手段６２は、第二の関節２１３により第一
のリンク部材２１２に対する回動を自在に行う第二のリ
ンク部材２１４に、回動トルクを付勢するものである。
かかる第二の駆動力発生手段６２は、第一のリンク部材
２１２に固定装備された駆動モータ６２１と、この駆動
モータ６２１の駆動軸に装備された主動プーリ６２２
と、第二の関節２１３の回転軸２１３ａの左端部に固定
装備された従動プーリ６２３と、主動プーリ６２２のト
ルクを従動プーリ６２３に伝達する伝達ベルト６２４と
を備えている。回転軸２１３ａと第二のリンク部材２１
４とは固定連結されているため、駆動モータ６２１から
出力されたトルクは、この回転軸２１３ａを介して当該
第二のリンク部材２１４に付勢される。

【００６９】また、駆動モータ６２１には、グリップ変
位量検出手段５の一つであるエンコーダ５２が併設され
ており、駆動モータ６２１の駆動軸の回転量が検出され
る。即ち、操作グリップ１１の手動操作に伴い生じる第
二のリンク部材２１４の回動量に比例する回動角度変位
が、従動プーリ６２３，伝達ベルト６２４及び主動プー
リ６２２を介して駆動モータ６２１の駆動軸に生じるた
め、このエンコーダ５２がこれを検出することにより、
結果的に第一のリンク部材２１２に対する第二のリンク
部材２１４の回動角度変位量を算出することができる。

【００７０】次に、第三の駆動力発生手段６３につい
て、図３，４，７，８及び９に基づいて説明する。この
第三の駆動力発生手段６３は、第三の関節２１５により
第二のリンク部材２１４に対する回動を自在に行う第三
のリンク部材２１６に、回動トルクを付勢するものであ
る。

【００７１】かかる第三の駆動力発生手段６３は、図４
及び図７に示すように、第一のリンク部材２１２に固定
装備された駆動モータ６３１と、この駆動モータ６３１
の駆動軸に装備された主動プーリ６３２と、第二の関節
２１３の回転軸２１３ａの図４における右端部に回転自
在に装備された従動プーリ６３３と、主動プーリ６３２
のトルクを従動プーリ６３３に伝達する伝達ベルト６３
４と、回転軸２１３ａの中央部に回転自在に装備され従
動プーリ６３３と連動するカム部材６３５と、このカム
部材６３５の回転動作を第３のリンク部材２１６の他端
部（状態可変支持機構２２が装備されていない方の端
部）に伝達する伝達部材６３６とを備えている。

【００７２】カム部材６３５及び伝達部材６３６の一部
を図８に示す。図８（Ａ）は、カム部材６３５を図４に
おける右側から見た図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）
のＹ−Ｙ線に沿った断面図を示す。このカム部材６３５
は、中央に軸受けを介して回転軸２１３ａが挿通される
挿通穴６３５ａを有し、ここから所定距離離間した位置
に回転軸２１３ａと平行な方向を中心に回動自在に伝達
部材６３６の一端部が連結されている。

【００７３】伝達部材６３６の他端部は、第三の関節２
１５の回転軸２１５ａと平行な方向を中心に回動自在に
第三のリンク部材２１６の他端部に連結されている（図
３参照）。カム部材６３５における回転軸２１３ａから
伝達部材６３６の一端部の回動中心までの距離と、第三
のリンク部材２１６における回転軸２１５ａから伝達部
材６３６の他端部の回動中心までの距離とは、等しく設
定されており、また同時に、伝達部材６３６と第二のリ
ンク部材２１４の長さ（正確には、それぞれの部材の両
端部における回動中心軸間距離）は等しく設定されてい
る。

【００７４】このため、カム部材６３５の回転角度と第
二のリンク部材２１４に対する第三のリンク部材２１６
の回動角度を等しく変移させることが可能である。

【００７５】かかる構成により、この第三の駆動力発生
手段６３の駆動モータ６３１の駆動時には、第二の関節
２１３の中心軸２１３ａの回転とは無関係にカム部材６
３５に回転トルクを付勢することができ、伝達部材６３
６を介して第三のリンク部材２１６に、第二のリンク部
材２１４に対する回動トルクを伝達することができる。

【００７６】また、駆動モータ６３１には、グリップ変
位量検出手段５の一つであるエンコーダ５３が併設され
ており、駆動モータ６３１の駆動軸の回転量が検出され
る。例えば、図９に示すように、操作グリップ１１の手
動操作に伴い第三のリンク部材２１６が第二のリンク部
材２１４に対して回動する場合、伝達部材６３６が第三
のリンク部材２１６の回動変移角度と等しい角度でカム
部材６３５の回転動作を付勢し、カム部材６３５の回転
角度に比例する回転角度変位が、従動プーリ６３３，伝
達ベルト６３４及び主動プーリ６３２を介して駆動モー
タ６３１の駆動軸に生じるため、このエンコーダ５３が
これを検出することにより、結果的に第二のリンク部材
２１４に対する第三のリンク部材２１６の回動角度変位
量を算出することができる。

【００７７】ここで、入力手段移動付勢機構４及び前述
した操作入力手段２の各回転関節に装備された各エンコ
ーダは、各リンク部材間の回転又は回動の角度に比例し
た回数だけパルスを発信するものであり、これら各エン
コーダにはパルスを計数し出力する図示しないカウンタ
が併設されているものとする。

【００７８】また、入力手段移動付勢機構４及び前述し
た操作入力手段２の各回転関節に装備された各駆動モー
タは、それぞれ、制御手段３からの動作指令信号又は駆
動指令信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、
このＤ／Ａ変換器からの信号を増幅する電流増幅アンプ
と、駆動モータの回転数調整用の減速機（いずれも図示
略）とを備えているものとする。

【００７９】次に、制御手段３について説明する。この
制御手段３は、図１０に示すように、操作入力手段２の
エンコーダ２２１，２３１，２４１の検出する検出角度
信号（移動変位量）に基づいて操作グリップ１１の入力
位置座標データを算出して演算処理装置１０１０に出力
する入力座標算出部３１と、演算処理装置１０１０から
出力された入力位置座標データに対応する反力データを
受けて，この反力データに基づく駆動指令信号を操作入
力手段２の各駆動モータ２２２，２３２，２４２に出力
する反力発生制御部３３とを備えている。

【００８０】一方、演算処理装置１０１０は、同図１０
に示すように、予め定義された仮想物体１０５１及び仮
想ポインタ１０５０の形状データを記憶する形状データ
記憶部１０１１と、仮想空間を設定し，当該仮想空間に
前述した形状データに基づく仮想物体１０５１及び仮想
ポインタ１０５０を配置すると共にディスプレイ１００
１に出力制御する表示制御部１０１２を備えている。

【００８１】形状データ記憶部１０１１に記憶された形
状データについては、予め定義されている仮想物体の接
平面を算出できる形式であればどのようなものであって
も良い。ここでは、パラメトリック関数による形状定義
や、分布関数による定義形状を用いている。

【００８２】表示制御部１０１２は、３次元入力用マニ
ピュレータ１０の入力座標算出部３１から出力された入
力位置座標データに基づいて仮想空間内における仮想ポ
インタ１０５０の位置決めを行い，仮想物体１０５１と
仮想ポインタ１０５０とが接触したときに物体から受け
る仮想の反力の大きさと方向を算出する反力算出機能１
０１３を備えている。この反力算出機能１０１３により
算出された反力データは、前述したように、３次元入力
用マニピュレータ１０の反力発生制御部３３に出力され
る。

【００８３】反力発生制御部３３では、反力データから
操作入力手段２の各駆動モータ２２２，２３２，２４２
の出力トルクを算出すると共にこれに基づく駆動指令信
号を出力する。

【００８４】まず、入力座標算出部３１では、グリップ
変位量検出手段５を構成する各操作入力手段２，２Ａに
装備されたエンコーダ５１，５２，５３の検出角度と、
各リンク部材の長さから各操作入力手段２，２Ａの先端
位置座標を算出する。そして、これらから操作グリップ
１１における二定点が特定されるため、当該操作グリッ
プ１１の入力位置座標データ及び姿勢データを特定す
る。

【００８５】これら操作グリップ１１の入力位置座標デ
ータ及び姿勢データが特定されると、演算処理装置１０
１０の表示制御部１０１２に出力される。演算処理装置
１０１０の表示制御部１０１２では、入力位置座標デー
タに基づく操作グリップ１１の現在位置座標を仮想空間
上の座標系に写像変換し、この変換された新たな現在位
置座標を仮想ポインタ１０５０の先端位置座標として当
該仮想ポインタ１０５０を仮想空間内に配置すると共に
ディスプレイ１００１に表示する。

【００８６】また、表示制御部１０１２では、反力算出
機能１０１３により、仮想ポインタ１０５０の先端位置
座標と仮想物体１０５１の表面位置座標との関係により
反力データの算出が行われる。かかる反力データには、
ｘ，ｙ，ｚ軸方向における反力及び各軸周りのモーメン
トが含まれており、これが３次元入力用マニピュレータ
１０に出力される。

【００８７】制御手段３の反力発生制御部３３では、上
述の反力データから、各操作入力手段２，２Ａに装備さ
れた各動力発生手段６１，６２，６３の駆動モータの出
力トルクが算出される。そして、反力発生制御部３３
は、これら各駆動トルクに応じた駆動指令信号を各駆動
モータに出力する。

【００８８】以上の各手法に基づいて、制御手段３及び
演算処理装置１０１０では、動作制御が行われる。

【００８９】次に、上記構成からなる３次元入力システ
ム１０００の動作について図１０及び図１１に基づいて
説明する。図１１は、３次元入力システム１０００の動
作の流れを示す流れ図である。

【００９０】本実施形態では、操作入力の際に、オペレ
ータが操作グリップ１１を手にして当該操作グリップ１
１を任意の複数自由度方向に移動させる。このとき、第
一の操作入力手段２及び第二の操作入力手段２Ａは、共
に６自由度であるため、操作グリップ１１は、６自由度
の状態変化が可能である。従って、操作グリップ１１の
３次元空間上の移動並びにその長手方向をあらゆる方向
に傾けさせるような傾動動作及びその長手方向を中心と
する回転動作等の姿勢変化運動が行われる。

【００９１】そして、操作グリップ１１による入力操作
に伴い、各入力位置支持機構２１に装備された各エンコ
ーダ５１，５２，５３，５４により、各々の角度変位量
が検出される（ステップＳ１）。

【００９２】そして、これら検出された角度変移量か
ら、制御手段３の入力座標算出部３１において、操作グ
リップ１１の入力位置座標データ及び姿勢データを算出
する（ステップＳ２）。そして、これらを演算処理装置
１０１０の表示制御部１０１２に出力する（ステップＳ
３）。

【００９３】表示制御部１０１２では、ディスプレイ１
００１に表示された仮想空間上の入力位置座標データに
対応する位置に仮想ポインタ１０５０を配置する（ステ
ップＳ４）。そして、反力算出機能１０１３により、仮
想物体１０５１と仮想ポインタ１０５０の相対位置から
これらが干渉しているかを判定する（ステップＳ５）。

【００９４】上記判定において、干渉がないと判断され
た場合には、再び継続される操作グリップ１１の移動動
作について、入力位置座標の検出が行われ、同様の動作
（ステップＳ１〜Ｓ４）が繰り返される。

【００９５】一方、上記判定において、干渉すると判断
された場合には、反力計算が行われる。そして、算出さ
れた反力データが３次元入力用マニピュレータ１０の反
力発生制御部３３に出力される（ステップＳ６）。

【００９６】反力発生制御部３３では、反力データに基
づいて操作入力手段２，２Ａの各駆動力発生手段６１，
６２，６３の各駆動モータ６１１，６１２，６１３の駆
動トルクを算出し且つ当該各駆動トルクに基づく出力が
生じるように各駆動モータ６１１，６１２，６１３の駆
動制御を行う（ステップＳ７）。これにより、オペレー
タは、ディスプレイ１００１を見ながら、これに表示さ
れる仮想ポインタ１０５０と仮想物体１０５１とが接触
する場合に、仮想物体からの反力を受ける感触を仮想的
に体感することとなる。

【００９７】そして、再び継続される操作グリップ１１
の移動動作について、入力位置座標の検出が行われ、同
様の動作（ステップＳ１〜Ｓ７）が繰り返される。

【００９８】本実施形態では、操作グリップ１１の一端
部から半分以上の範囲までを握り部１１１に設定し、各
操作入力手段２，２Ａは、この握り部１１１を除く他端
部近傍の範囲内における異なる二定点で操作グリップ１
１を支持する構成としている。

【００９９】このため、操作グリップ１１の姿勢変化に
より生じるいずれか一方の操作入力手段に対する他方の
操作入力手段の相対的な変移が、それぞれの操作入力手
段２，２Ａが支持する操作グリップ１１上の二定点の離
間距離を半径とする球面の範囲内に納められることとな
る。従って、従来のように操作グリップの両端部を支持
する場合と比較すると、各操作入力手段の支持先端部の
相対的な変移の範囲を縮小化することができ、操作グリ
ップ１１の操作領域を従来と同一範囲内に設定した場
合、各操作入力手段２，２Ａの小型化とこれに伴う軽量
化を図ることができる。従って、これに伴い３次元入力
用マニピュレータ１０全体の小型化及び軽量化を図るこ
とも可能となる。

【０１００】また、各操作入力手段２，２Ａは、基台１
２を水平面上に配置したときに、支持板１２３上におい
て垂直方向に向けて装備された第一の関節２１１の回転
軸２１１ａにより、当該基台１２の支持板１２３に支持
されているため、基台１２の支持板１２３と各操作入力
手段２，２Ａとを連結する回転軸２１１ａに生じる重量
付加が当該回転軸２１１ａの長手方向に沿って生じるこ
ととなり、曲げ応力が加わる場合と比較して当該各回転
軸２１１ａへの負担を軽減し、装置の長寿命化を図るこ
とが可能となる。

【０１０１】さらに、各操作入力手段２，２Ａの各駆動
モータ６１１，６２１，６３１により反力データに基づ
く反力をオペレータに体感させる構成のため、３次元入
力用マニピュレータ１０を３次元入力システム１０００
に装備し、疑似的な反力フィードバックを受ける作業環
境下での使用において、オペレータはより正確な反力を
受けることができ、即ち、これにより、よりリアルな疑
似感覚を体感することができる。

【０１０２】なお、上記実施形態では、３次元入力用マ
ニピュレータ１０の制御手段３を、上位装置である演算
処理装置１０１０が兼ねる構成としても良い。また、或
いは、３次元入力用マニピュレータ１０にの制御手段２
が、演算処理装置２１０の機能を表示制御部２１１が全
て行う構成としても良い。以下に述べる他の実施形態に
ついても同様である。

【０１０３】また、本実施形態では、図１に示されるよ
うなポインタ及び仮想物体を例示しているが、特にこれ
に限定されるものではない。例えば、身体の治療を行う
手術のシミュレーションを想定し、ポインタを手術用の
メス、仮想物体を治療の対象となる身体の一部とする等
のように、必要に応じたポインタ及び仮想物体を設定す
ることにより、種々のシミュレーションに好適に対応す
ることが可能である。

【０１０４】

【発明の効果】本願発明では、操作グリップを支持する
第一の操作入力手段は５自由度以上であり、第二の操作
入力手段は６自由度以上であるため、操作グリップは少
なくとも５自由度以上の状態変化が可能となる。これに
より、例えば、操作グリップの３次元空間上の移動及び
その長手方向をあらゆる方向に傾けさせるような姿勢変
化運動を行い、かかる位置情報及び姿勢情報の入力が可
能となる。

【０１０５】さらに、本願発明では、操作グリップの一
端部側を握り部に設定し、各操作入力手段は、この握り
部を除く他端部近傍の範囲内における異なる二つの位置
で操作グリップを支持する構成としているため、操作グ
リップを上記のような姿勢変化をさせることにより生じ
るいずれか一方の操作入力手段に対する他方の操作入力
手段の相対的な変移が、それぞれの操作入力手段が支持
する操作グリップ上の二つの位置の離間距離を半径とす
る球面の範囲内に納められることとなる。

【０１０６】従って、従来のように操作グリップの両端
部を支持する場合と比較すると、各操作入力手段の支持
先端部の相対的な変移の範囲を縮小化することができ、
操作グリップの操作領域を従来と同一範囲内に設定した
場合、各操作入力手段の小型化とこれに伴う軽量化を図
ることができる。従って、これに伴い３次元入力用マニ
ピュレータ全体の小型化及び軽量化を図ることも可能と
なる。

【０１０７】また、換言すると、各操作入力手段を従来
と同じ大きさに設定することにより、操作グリップの作
業範囲の拡大を図ることが可能となる。

【０１０８】特に、上記操作グリップの握り部を、少な
くとも当該操作グリップの長手方向の長さの半分以上に
設定することにより、各操作入力手段は、操作グリップ
の長手方向の半分以下の長さ範囲で当該操作グリップを
支持することとなり、これら操作入力手段の支持を行う
先端部の相対的な運動範囲は、操作グリップの長さの半
分未満の半径の球面内に縮小される。

【０１０９】また、各操作入力手段を保持する基台を有
する構成とし、基台を水平面上に配置したときに垂直方
向を向く関節の回転軸によりいずれの操作入力手段も支
持されている構成とすることにより、基台と操作入力手
段とを連結する回転軸に生じる重量付加が当該回転軸の
長手方向に沿って生じることとなり、曲げ応力が加わる
場合と比較して当該各回転軸への負担を軽減し、装置の
長寿命化を図ることが可能となる。

【０１１０】また、各操作入力手段に、複数自由度のい
ずれかに対応する方向、或いは入力位置支持機構の各関
節による状態変化方向について、上位装置からの出力に
応じた大きさの駆動力を操作グリップに付勢する複数の
駆動力発生手段を装備する構成とすることにより、操作
グリップの入力操作に際して、操作の意志とは異なる方
向に駆動力による抵抗感を発生させることができる。従
って、上位装置により、操作入力位置に応じた反力が操
作グリップの操作時に発生するように設定する場合のよ
うに、種々のシミュレーションにおける操作入力に好適
な３次元入力用マニピュレータを提供することが可能で
ある。

【０１１１】本発明は以上のように構成され機能するの
で、これにより、従来にない優れた３次元入力システム
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。

【図２】図１に開示した３次元入力用マニピュレータの
全体構成を示す斜視図である。

【図３】図２に開示した３次元入力用マニピュレータの
操作入力手段の左側面図である。

【図４】図３に開示した操作入力手段の一部を省略し一
部を切り欠いた正面図である。

【図５】図３に開示した操作入力手段の入力位置支持機
構の第一のリンク部材の平面図である。

【図６】図３に開示した操作入力手段の状態可変支持機
構を示す平面図である。

【図７】図４のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。

【図８】図３に開示した第三の駆動力発生手段のカム部
材を示し、図８（Ａ）は正面図を示し、図８（Ｂ）は図
８（Ａ）におけるＹ−Ｙ線に沿った断面図である。

【図９】図３に開示した第二，第三の駆動力発生手段の
動作を説明する説明図である。

【図１０】図１の３次元入力システムを示すブロック図
である。

【図１１】第１の実施形態の動作を示すフローチャート
である。

【図１２】従来例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

２ 第一の操作入力手段 ２Ａ 第二の操作入力手段 ２１ 入力位置支持機構 ２２，２２Ａ 状態可変支持機構 ５ グリップ変位量検出手段 ５１，５２，５３，５４ エンコーダ（センサ） ６ 駆動力発生手段 ６１ 第一の駆動力発生手段 ６２ 第二の駆動力発生手段 ６３ 第三の駆動力発生手段 １０ ３次元入力用マニピュレータ １１ 操作グリップ １１１ 握り部 １２ 基台 ２１１ 第一の関節 ２１３ 第二の関節 ２１５ 第三の関節 ２２１ 第四の関節 ２２３ 第五の関節 ２２５ 第六の関節 １０１０ 演算処理装置（上位装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池本 明夫 神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号 ス ズキ株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 3F059 AA10 BA02 BA05 BC03 BC04 BC09 DA08 DD01 FA01 FA07 FC03

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上位装置に接続され，３次元上の座標入
   力を行う３次元入力用マニピュレータであって、 一定範囲の３次元空間内の任意の位置に移動させて入力
   を行う単一の操作グリップと、 この操作グリップを、少なくとも５以上の自由度の状態
   変化を自在とした状態で支持する第一の操作入力手段
   と、 前記操作グリップを、少なくとも６以上の自由度の状態
   変化を自在とした状態で支持する第二の操作入力手段
   と、 前記操作グリップの位置及び向きの変化を検出するグリ
   ップ変位量検出手段と、 を備え、 前記操作グリップの形状を棒状に設定すると共に、当該
   操作グリップの一端部側を外力を加えるための握り部と
   し、 前記操作グリップの他端部近傍であって当該他端部から
   の距離が異なる二つの位置で、前記第一の操作入力手段
   と第二の操作入力手段とがそれぞれ前記操作グリップを
   支持することを特徴とする３次元入力用マニピュレー
   タ。
2. 【請求項２】 前記操作グリップの握り部は、少なくと
   も当該操作グリップの長手方向の長さの半分以上に設定
   することを特徴とする請求項１記載の３次元入力用マニ
   ピュレータ。
3. 【請求項３】 前記各操作入力手段はいずれも、６自由
   度の状態変化を自在として前記操作グリップを支持する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の３次元入力用マ
   ニピュレータ。
4. 【請求項４】 前記各操作入力手段は、前記操作グリッ
   プを３次元空間上の任意の位置に移動自在に支持する入
   力位置支持機構と、前記任意の位置で前記操作グリップ
   の向きを可変自在として当該操作グリップを支持する状
   態可変支持機構とを有することを特徴とする請求項１，
   ２又は３記載の３次元入力用マニピュレータ。
5. 【請求項５】 前記各操作入力手段は、複数の前記自由
   度の状態変化を自在とする関節を当該自由度と同数有す
   ることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の３次
   元入力用マニピュレータ。
6. 【請求項６】 前記グリップ変位量検出手段として、前
   記関節の状態変化量を検出するセンサを、前記関節の総
   個体数に応じた個体数だけ前記各操作入力手段に装備す
   ることを特徴とする請求項５記載の３次元入力用マニピ
   ュレータ。
7. 【請求項７】 前記各操作入力手段の入力位置支持機構
   はいずれも３自由度の状態変化を自在とし、前記各操作
   入力手段の前記状態可変支持機構はいずれも３自由度の
   状態変化を自在として、前記操作グリップを支持するこ
   とを特徴とする請求項４記載の３次元入力用マニピュレ
   ータ。
8. 【請求項８】 前記各操作入力手段の入力位置支持機構
   と状態可変支持機構とは、それぞれ前記自由度の状態変
   化を自在とする関節を自由度と同数有し、 前記グリップ変位量検出手段が、前記各入力位置支持機
   構の全ての関節の状態変化量をそれぞれ検出する六基の
   センサを含む構成としたことを特徴とする請求項７記載
   の３次元入力用マニピュレータ。
9. 【請求項９】 前記各操作入力手段を保持する基台を有
   し、 前記各操作入力手段がいずれも、一方の端部で前記操作
   グリップを支持すると共に他方の端部に回転自在の関節
   を有し、 前記各操作入力手段の他方の端部の関節が有する回転軸
   を介して前記基台と前記各操作入力手段とを連結すると
   共に、 これら各回転軸が、前記基台を水平面上に設置したとき
   に、垂直方向を向く方向で前記基台に設定装備したこと
   を特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８
   記載の３次元入力用マニピュレータ。
10. 【請求項１０】 前記各操作入力手段に、 前記複数自由度のいずれかに対応する方向について前記
    上位装置からの出力に応じた大きさの駆動力を前記操作
    グリップに付勢する複数の駆動力発生手段を装備したこ
    とを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８
    又は９記載の３次元入力用マニピュレータ。
11. 【請求項１１】 前記各操作入力手段に、 前記各入力位置支持機構の各々の前記自由度に応じた方
    向について、前記上位装置からの出力に応じた大きさの
    駆動力を前記操作グリップに個別に付勢する三つの駆動
    力発生手段を装備したことを特徴とする請求項８記載の
    ３次元入力用マニピュレータ。