JPH06214652A

JPH06214652A - 操縦装置

Info

Publication number: JPH06214652A
Application number: JP393593A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Banba; 弘行番場
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-01-13
Filing date: 1993-01-13
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】【目的】体格が異なる作業者による操作でも、操作性
に個人差が生じないように構成された操縦装置の提供を
目的としている。【構成】本発明の操縦装置１は、作業者20がマスタア
ーム２の操作グリップ３に設けられたスイッチ18を押し
た状態では、マスタアーム２がＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可
能となる。一方、作業者20がスイッチ18から指を離す
と、ロック機構14が作動してマスタアーム２が固定され
る。したがって非作業時（非操縦時）にマスタアーム２
の初期位置を調整できるので、操縦装置１と作業者20と
の位置関係を容易かつ確実に調整でき、異なる作業者で
あっても同様な操作性が実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は操縦装置に係り、特に作
業者による操縦作業が容易に行える操縦装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボット等を操縦するための装置とし
て、マスタスレーブマニピュレータのマスタアームやジ
ョイスティックなどの操縦装置が知られている。以下、
マスタアームに適用されている操縦装置について、図11
を参照して説明する。

【０００３】このマスタアーム71は、複数個の関節を備
えた多関節型であり、操作グリップ72を複数の軸回りに
回転操作でき、さらに操作グリップ72を複数の方向に並
進移動することができるものである。そして、作業者73
が操作グリップ72を握って任意の回転方向と並進方向に
動かすことにより、ここでは図示しないスレーブアーム
の操作を行う。マスタアーム71の操作にはある程度の力
が要求されるので、操作グリップ72の取付部74が揺れ動
かないように作業台75などに堅固に固定されている。

【０００４】さらにマスタアーム71は、操作時の慣性力
を小さくして操作性を良くするために、各アーム76の長
さを極力短くして小型軽量に構成する必要がある。たと
えば、操作グリップ72の動作範囲を広くしようとして長
尺のアーム76を設計してしまうと、アームや各関節部分
の慣性力が大きく作用してしまうので、作業者が操作グ
リップ72を停止させようとして逆方向に力を加えても、
マスタアーム71を容易に停止させることができないとい
う不具合が発生する。

【０００５】また、作業者73は体全体を使ってマスタア
ーム71を操作するのではなく、自然な姿勢で自分の腕
（特に手首）のみを動かすようにマスタアーム71を操作
した方が微妙な操作ができ、しかも作業者73の疲労も少
ない。

【０００６】したがって、使用するマスタアーム71のア
ーム長をできるだけ短縮して小型軽量とし、そして作業
者73が自分の腕を動かし易い範囲の中に入るように設計
される。例えばマスタアーム71の動作範囲が図中二点鎖
線で囲んだような動作範囲になるように設計がなされて
いた。

【０００７】また、ジョイスティックなどの操縦装置で
は、上述したマスタアームのように操作グリップの動作
範囲はないが、やはり操作グリップを複数の方向に回動
させたり力を加えることなどにより操作を行う。したが
って、ジョイスティックの取付部が揺れ動かないよう
に、同様に取付部が作業台などの定められた位置に堅固
に固定されていた。

【０００８】一方、特に車両上に操縦室を有するような
用途においては、操縦室が非常に狭いために作業者と操
縦装置との位置関係がほとんど固定されている。そのた
め、他の作業者が同一の操縦装置を操作する場合には作
業者の体格の違いにかかわらず無理をしながら操縦装置
を操作せざるを得なかった。このような場合には作業者
は操縦装置の動作範囲を有効に利用することができず、
また無理な体勢による操作のために細かな作業に向か
ず、疲労が蓄積しやすくなり、誤操作の原因となり危険
である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の操
縦装置では、操作グリップを任意の方向に力を加えるこ
となどにより操作を行うため、この操作などに際して操
縦装置の取付部が揺れ動かないように、作業台などの特
定位置に堅固に固定されていた。そして、楽な姿勢で微
妙な操縦ができるような動作範囲となるように設計がな
されていた。

【００１０】しかし、作業者が操縦装置を自然な姿勢で
動かせる位置は作業者の体格によってほぼ決まってい
る。すなわち、体格の大幅に異なる作業者が交替して操
縦するような場合は、操縦装置との距離や角度が異なる
ため、特に操作グリップを大きく回転させたい時に特定
の作業者が不自然な姿勢で操作することにな。これには
疲労の蓄積や誤操作などの問題があった。そこで本発明
は、体格が異なる作業者による操作でも、操作性に個人
差が生じないように構成された操縦装置の提供を目的と
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、少なくとも１方向に動作が可能な操作グ
リップを有する操縦装置において、前記グリップに設け
られ、非作業時（非操縦時）にのみ使用可能なスイッチ
と、このスイッチの使用時にのみ前記操作グリップを少
なくとも１方向に移動可能とする調整機構とを備え、こ
の調整機構により前記操作グリップの初期位置を調整可
能としてなる操縦装置とした。

【００１２】

【作用】以上のように構成された本発明によれば、作業
者は操縦装置を操作しやすくするために調整機構を操作
して、自分の体格に合わせた操縦装置の初期位置を調整
することができる。初期位置の設定は、非作業時（非操
作時）にのみ行われるようになっている。したがって、
作業者が体格の異なる他の作業者に交代した場合でも、
同様な操作性を有する操縦装置にすることができる。ま
た、操縦装置を使用しない場合には、調整機構を操作し
て操縦装置を退避させることもできる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の操縦装置の第１実施例を示す装置
構成図である。

【００１４】本発明の操縦装置１は、操作グリップ３を
有するマスタアーム２を２本備えたものであり、ここで
は図示しないスレーブアームをバイラテラルサーボ制御
により駆動できるように構成されている。マスタアーム
2a，2bは作業者20が両手でそれぞれ把持し操縦できるよ
うに左右に離間して配置されており、これらマスタアー
ム2a，2bは調整機構4aを介して操縦装置本体に取付けら
れている。調整機構4aは、後述するように、マスタアー
ム２を図１中Ｙ方向の任意の場所で位置決め固定できる
ように構成されている。

【００１５】マスタアーム２の下側には、作業者20がマ
スタアーム２を操縦する際に干渉しない位置にテーブル
８が設けられている。このテーブル８上には、スレーブ
アーム等に指令を与えることができるように、キーボー
ドなどのスイッチパネル22が配置されている。また、ス
イッチパネル22の両側には２個の肘当23a ，23b が設け
られており、作業者20がマスタアーム２を操縦している
状態で両肘を固定できるようになっている。

【００１６】作業者20の前方には、スレーブアーム側の
作業環境の情報を表示したり、あるいは設定した数値デ
ータ等を表示できるように、文字・画像モニタ21が配置
されている。文字・画像モニタ21は、例えばLCD （Liqu
id Crystal Display）方式を採用した薄型のものであ
り、作業終了時にはヒンジ部21a を回動させて作業者２
０の手前側に倒して収納することができるようになって
いる。また、ここでは図示していないが、スレーブアー
ム作業環境内での音響や、あるいは危険信号などを提供
するためにスピーカ等の音源も設けられている。

【００１７】続いて、図２，図３を参照して本発明の要
部構造を説明する。図２は操縦装置１をマスタアーム２
の軸方向に切断した部分断面図、図３は調整機構の詳細
を示す断面図である。

【００１８】図２に示すように、マスタアーム２の一端
には作業者１が把持する操作グリップ３が設けられてい
る。操作グリップ３の上部には、作業者１が操作グリッ
プ３を把持しながら親指で押す（使用する）ことができ
るようにスイッチ１８が配置される（スイッチ18につい
ては後述する）。

【００１９】マスタアーム２の他端には支持体６が固定
され、この支持体６と嵌合するようにリニアガイド７が
配置されている。リニアガイド７は、２本のマスタアー
ム2a，2bをＹ方向に移動可能とするものである。つま
り、マスタアーム2a，2bは支持体6a，6bに連結してお
り、支持体6a，6bは互いにＹ方向への近接離反が可能と
なるようにリニアガイド７を介してテーブル８により支
持されている。

【００２０】一方、テーブル８はリニアガイド９を介し
てテーブル10に支持されている。つまりテーブル８はＸ
方向に移動可能となっている。同様にテーブル10はリニ
アガイド11を介して基台５に支持されている。つまりテ
ーブル10はＺ方向に移動可能となっている。なお、図中
12は定力バネであり、一端が基台５に固着され、他端
（プーリ）が軸13を介してテーブル10に回転支持されて
いる。この定力バネ12の力は、テーブル10上の重量に対
して釣り合うように設定されている。

【００２１】また、それぞれの調整機構4a，4b，4cに
は、マスタアーム２のＸ，Ｙ，Ｚ方向の移動を固定する
ためのロック機構14a ，14b ，14c を備えている。ここ
で、ロック機構14a ，14b ，14c の構造をＺ方向のロッ
ク機構14c を代表して説明する。ロック機構14c は、例
えば図３に示すようなものである。基台５には、テーブ
ル10の移動量に対応した長さの波状金具15が固着されて
いる。これに対してテーブル10側には、一端に爪16a を
有するレバー16が設けられている。通常は、テーブル10
に固定されたバネ17の付勢力により爪16a が押し込ま
れ、波状金具15と噛み合った状態になっており、テーブ
ル10の移動が拘束されている。

【００２２】また、操作グリップ３の上部に設けられた
スイッチ18としてはモーメンタリ形のスイッチが選択さ
れており、このスイッチ18をON（つまり押したままの状
態）にすることでソレノイド19の軸が作動し、バネ17の
付勢力に抗してレバー16を回動させて爪16a を引き込む
ようになっている。波状金具15から爪16a が離れロック
機構14が解除されることにより、テーブル10を手動によ
りＺ方向に移動することができる。

【００２３】なお、Ｘ，Ｙ方向に対するロック機構14a
，14b についても同様であり、スイッチ18をONにして
同時にロックを解除し、必要量だけマスタアーム２を移
動させることができる。

【００２４】また、スイッチ18には誤動作防止のために
図８に示すようなスイッチガード30が取り付けられてお
り、このスイッチガード30を開いた状態でのみスイッチ
18を押すことができるようになっている。ここで、スイ
ッチガード30はスイッチ18の周囲（または全体）を包囲
するような形状のものが採用され、親指で開閉できるよ
うになっている。

【００２５】以上のように構成された本実施例の操縦装
置を用いれば、まず作業者20はマスタアーム２の操縦が
楽になるように、自分が利用している椅子24の伸縮量を
調節する。次に、作業者20は操作グリップ３を把持し、
設定されているマスタアーム２の状態で操縦が楽に行え
るかどうかを確認する。マスタアーム２の設定状態（初
期位置，基準位置）が自分に合わない場合には、スイッ
チガード30を開いてスイッチ18をONにしてロック機構14
を解除する。そして、作業者20がマスタアーム２をＸ，
Ｙ，Ｚ方向に任意量だけ移動して初期位置を決定した
後、今度はスイッチ18をOFF にしてスイッチガード30を
閉じ、ロック機構14a ，14b ，14c を作動させ、マスタ
アーム２を固定する。

【００２６】したがって、マスタアーム２の操縦を体格
の異なる他の作業者に交代した場合でも、操縦装置１と
作業者20との位置関係つまりマスタアーム２の初期位置
が容易かつ確実に調整される。そのため、異なる作業者
であっても同様な操作性が実現されるように操縦装置１
を設定し直すことができる。

【００２７】また、操縦装置を使用しない場合、または
作業終了時には、調整機構４をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動し
て装置端部に退避させることができる。これによって基
台５の手前側に広いスペースが確保されるので、作業者
の手元に余裕ができ、例えばスイッチパネル22の操作な
どの諸作業がとても楽に行えるようになる。

【００２８】なお、前述したように、調整機構４を用い
た操作グリップ３の調整がマスタスレーブマニピュレー
タの非作業時（非操縦時）にのみ行われるようにするた
めにスイッチガード30を設けているが、以下に説明する
ように電気的にバックアップ制御することも可能であ
る。なお、具体的な構成は図９のように表現される。こ
こでは、作業者20が装置を操縦している状態でスイッチ
ガード30を開き、スイッチ18を押した場合を想定して説
明する。

【００２９】スイッチガード30を開いた状態はスイッチ
ガードOPENスイッチ51により検出される。そしてこの信
号と、スイッチ（モーメンタリスイッチ）18をONにした
信号とが生成され、制御回路に送られる。制御回路への
入力信号は図10に示すテーブルのように処理されるの
で、ここではリレー52に「１」の信号が出力される。つ
まり、ブレーキおよびドライバのパワースイッチ53とマ
スタスレーブ制御装置54がリレー52により切り離され、
マスタアームとスレーブアームに内蔵されたブレーキが
作動しマスタスレーブ作業が停止する。

【００３０】そして、マスタスレーブ制御装置54をリセ
ットする信号が与えられ、さらに、ロック機構14が解除
される。これによって調整機構４による調整ができる状
態になる。

【００３１】一方、スイッチ18をOFF （つまりスイッチ
18から親指を離す）にするとロック機構14が作動し、調
整機構４が固定される。次にスイッチガード30を閉じる
と、スイッチガードOPENスイッチ51がこれを検出し、リ
レー52に「０」の信号が出力されてマスタスレーブの停
止状態が解除される。このような制御方法を用いれば、
調整機構４による調整がマスタスレーブの非作業時にの
み確実に行われる。続いて、図４乃至図７を利用して本
発明の第２実施例を説明する。

【００３２】図４において操縦装置31は、マスタスレー
ブマニピュレータのマスタアーム（例えば特願平3-2230
56号記載の装置）に適用した場合を示すものであり、操
作グリップ33を含む操縦機構32を備えている。操縦機構
32の初期位置（基準位置）は調整機構34を介して基台35
に対し移動可能に取付けられている。

【００３３】図５乃至図６を用いて、調整機構34の詳細
を説明する。操縦機構32は第１支持体36に固定され、第
１支持アーム37に対して矢印θ₁方向に回転支持されて
いる。また、第１支持アーム37は第２支持アーム38に対
して矢印θ₂方向に回転支持され、第２支持アーム38は
第２支持体39に対して矢印θ₃方向に回転支持されてい
る。さらに、第２支持体39はスプライン40を介して第３
支持体41に対して矢印Ｚ方向に並進自在に支持されてい
る。

【００３４】ここで、図中42は定力バネであり、この一
端43（プーリ）が腕金44を介して第３支持体41に対して
矢印θ₄方向へ回転支持されており、他端が腕金45を介
してスプライン40に固着されている。この定力バネ42の
力は、スプライン40上の重量に対して釣り合うように設
定されている。また、プーリ43には定力バネ42と同じ方
向で矢印θ₄周りにワイヤ46が巻装されている。このワ
イヤ46の一端がプーリ43の周上に固定され、他端が第２
支持体39に固定されている。

【００３５】また、調整機構34には、矢印θ₁〜θ₄方
向の回転を停止させるために負作動型の電磁ブレーキ47
〜50がそれぞれ設けられている。すなわち、第１電磁ブ
レーキ47は第１支持アーム37に固定され、その回転軸が
第１支持体36に固定されている。同様に、第２電磁ブレ
ーキ48は第２支持アーム38に固定されてその回転軸が第
１支持アーム37に、また第３電磁ブレーキ49は第２支持
体39に固定されてその回転軸が第２支持アーム38に固定
されている。また、第４電磁ブレーキ50は第３支持体41
に固定されてその回転軸がプーリ43に固定されている。
したがって、電磁ブレーキ47〜50により矢印θ₁〜θ₄
方向の回転が拘束される。また、第４電磁ブレーキ50に
よりプーリ43の回転が固定され定力バネ42とワイヤ46の
巻き数が変化しないため、Ｚ方向の並進も拘束される。

【００３６】また、操作グリップ33の上部には、作業者
が操作グリップ33を把持しながら親指で押すことができ
るようにスイッチ51が設けられている。スイッチ51他を
ＯＮにすることで電磁ブレーキ47〜50が作動し、調整機
構34の回転軸が矢印θ₁〜θ₄方向に回転自在になり、
またＺ方向に移動することができる。

【００３７】以上のように構成された本実施例によれ
ば、作業者は操作グリップ33を把持して操縦装置32の設
定状態（初期位置）が合わない場合には、スイッチ51を
ONにして電磁ブレーキ47〜50を解除する。そして、操縦
装置32を操作しやすい状態を探しながら、操縦装置32を
手動により基台35に対してＸ，Ｙ，Ｚ方向へ移動し調整
することができる。操縦装置32の初期位置が決まれば、
今度はスイッチ51をOFFにして電磁ブレーキ47〜50を作
動させ、調整機構34を固定する。

【００３８】したがって、体格の異なる他の作業者に交
代した場合でも、操縦装置32と作業者20との位置関係が
容易かつ確実に調整される。そのため、異なる作業者で
あっても同様な操作性が実現されるように操縦装置32を
設定し直すことができる。

【００３９】また、操縦装置32を使用しない場合、また
は作業終了時には、図７に示すように調整機構34の支持
体36をＸ，Ｙ方向に退避させて、基台35の上部にコンパ
クトに収納することができる。これによって基台35の手
前側に広いスペースが確保されるので、作業者の手元に
余裕ができ、例えばここでは図示しないスイッチパネル
の操作などの諸作業がとても楽に行えるようになる。

【００４０】なお、スイッチ18はモーメンタリ形のスイ
ッチに限定されるものではなく、他の種々の形式のスイ
ッチを利用することができる。もちろん、本実施例のよ
うにプッシュ式である必要はなく、スライド式などの使
用形態を有するスイッチであってもよい。

【００４１】また、本発明の操縦装置は、多関節型に限
らず直行座標型や円筒座標型などの軸構造のものにも適
用でき、またジョイスティックやマスタスレーブ方式の
マスタアームなどあらゆる種類の操縦装置に適用するこ
とができる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、作業者は操縦装置を操作しやすくするために調
整機構を操作して、自分の体格に合わせた操縦装置の初
期位置を調整することができる。初期位置の設定は、非
作業時（非操作時）にのみ行われるようになっている。
したがって、作業者が体格の異なる他の作業者に交代し
た場合でも、同様な操作性を有する操縦装置にすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の操縦装置の第１実施例を示す装置構成
図。

【図２】操縦装置をマスタアームの軸方向に切断した部
分断面図。

【図３】調整機構の詳細を示す断面図。

【図４】本発明の操縦装置の第２実施例を示す装置構成
図。

【図５】操縦装置の軸方向断面図。

【図６】定力バネの取付け状態を示す斜視図。

【図７】操縦装置の各アームを後退させて収納した状態
を示す斜視図。

【図８】スイッチガードの構造を示す斜視図。

【図９】スイッチのON/OFF切り替えと装置の動作状態と
を説明するための図。

【図10】制御回路での入力信号と出力信号との関係を表
した図。

【図11】従来の操縦装置による作業環境を示す図。

【符号の説明】

１，31…操縦装置２…マスタアーム３，33…操作グリップ４，34…調整機構５，35…基台６，36，39，41…支持体７，９，11…リニアガイド８，10…テーブル 12，42…定力バネ 14…ロック機構 15…波状金具 16…爪 17…バネ 18，51…スイッチ 19…ソレノイド 20…作業者 21…文字・画像モニタ 22…スイッチパネル 23…肘当 24…椅子 30…スイッチガード 32…操縦機構 37，39…支持アーム 43…プーリ 46…ワイヤ 47，48，49，50…電磁ブレーキ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１方向に動作が可能な操作グリ
ップを有する操縦装置において、前記グリップに設けら
れ、非作業時（非操縦時）にのみ使用可能なスイッチ
と、このスイッチの使用時にのみ前記操作グリップを少
なくとも１方向に移動可能とする調整機構とを備え、こ
の調整機構により前記操作グリップの初期位置を調整可
能としてなることを特徴とする操縦装置。
【請求項２】前記スイッチは、前記操作グリップを把持
した状態で指で押すことができるものであることを特徴
とする請求項１記載の操縦装置。