JPH07104879A

JPH07104879A - 操作レバー装置

Info

Publication number: JPH07104879A
Application number: JP5275023A
Authority: JP
Inventors: Nagakazu Hashiguchi; 長和橋口; Hiroyoshi Shitazaki; 裕芳舌崎
Original assignee: Kyowa Exeo Corp
Current assignee: Exeo Group Inc
Priority date: 1993-10-06
Filing date: 1993-10-06
Publication date: 1995-04-21
Anticipated expiration: 2015-02-14
Also published as: JP3009316B2

Abstract

(57)【要約】【目的】操作性を改善する。【構成】操作部１２のグリップ１４は、案内杆１６の
軸方向に移動可能となっている。案内杆１６の両端に
は、回転台が取り付けられ、継手部材９４、９６を介し
て屈曲可能に接続したジョイスティック７０、７２のロ
ッド部７８、８０に対して、軸回りに回転可能となって
いる。また、ロッド部７８、８０は、揺動ロッド８２、
８４と伸縮検出器８６、８８とから構成してあり、伸縮
検出器８６、８８のスライドロッド９０、９２が伸縮で
きるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータ支援設計
装置（ＣＡＤ）等の入力操作や遠隔制御操作に好適な操
作レバー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業ロボットなどのプレイバックロボッ
トにおいては、ティーチングボックスを用いて所定の動
作を記憶させ、それを再現することにより、目的の動作
を行わせるようにしている。すなわち、ロボットにおい
ては、アーム等の動かす物体が初期位置から目標位置ま
でに通過すべき点の座標をティーチングボックスに記憶
させ、コントローラがその記憶した座標点を通過するよ
うに連続的に位置決めを行うことにより、ティーチング
ボックスに記憶させた動作の再現を図っている。そし
て、ティーチングボックスへの動作の記憶は、オペレー
タが所定の通過すべき点における各自由度ごとにボタン
操作をしており、ティーチング操作が効率的でなく、し
かもオペレータのイメージしている操作感覚と相違して
直感性が非常に悪い。このため、ティーチングボックス
の一部にはジョイスティックを採用し、ティーチング作
業の効率化を図ることが行われている。

【０００３】このジョイスティックを利用したティーチ
ングボックスは、２〜３自由度を有するジョイスティッ
クを複数用意し、自由度のそれぞれに応じてスイッチな
どによってジョイスティックを切り換えて、６自由度を
入力できるようにしたもので、いわゆる多軸制御操縦装
置といわれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の多軸
制御操縦装置は、２〜３自由度を持つジョイスティック
の複数を組み合わせたものであるため、構造が複雑とな
るばかりでなく、変位や角度の検出精度が低く、オペレ
ータが制御対象の実際的な動きに対応した操作感覚が充
分に得られず、操作がしずらい欠点がある。また、近年
は、６自由度の操作を可能とする操作レバーが提案され
ており（例えば、特開昭６２−２７８６１４号公報）、
この６自由度操作レバーを用いて、ティーチングボック
スの構造の簡素化を図ることが考えられる。

【０００５】しかし、特開昭６２−２７８６１４号公報
に開示された６自由度操作レバーは、レバーを取り付け
た操作台と、この操作台の下方の床部との間に複数の伸
縮変位検出器を配設した構造となっており、レバーの動
かしうる範囲（操作範囲）が狭く、三次元空間内でのレ
バーの実際の操作量（揺動位置）を正確に把握すること
が困難であり、また６自由度のそれぞれについての出力
信号を得るための変換器の内部構造が複雑である欠点が
ある。また、各自由度に対応した信号の分離が充分でな
く、制御精度の向上を図ることが困難である。

【０００６】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、操作性に優れた操作レバー装置
を提供することを目的としている。また、本発明は、６
つの自由度に対応した成分を容易に得られるようにする
ことを目的としている。

【０００７】

【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、本発明に係る操作レバー装置は、それぞれが固定
部に対して任意の方向に傾斜可能に接続され、先端部を
対向させて配置した一対のロッドと、軸方向に移動可能
なグリップを有し、前記各ロッドの先端部に屈曲可能に
接続した操作部と、前記各ロッドに設けた伸縮部とを備
えていることを特徴としている。操作部は、各ロッドに
対して回転可能な構造とすることができる。

【０００８】

【作用】上記の如く構成した本発明の操作レバー装置
は、一対のロッド間に屈曲可能に接続した操作部のグリ
ップの位置を原点とすると、グリップが軸方向に移動可
能であり、しかも操作部を接続したロッドが任意の方向
に傾斜が可能となっているため、いわゆるプラス側への
操作やマイナス側への操作等、オペレータがイメージし
たとおりの操作をすることができ、操作性が向上する。
また、操作部を一対のロッドに接続したことにより、グ
リップや操作部の移動できる範囲を従来のジョイスティ
ックに比較して大きくするとができ、微妙な操作を容易
に行え、ティーチングボックスの入力装置や遠隔制御装
置などに使用した場合に、操作性と制御精度の向上を図
ることができる。

【０００９】また、操作部をロッドに対してに回転可能
に構成すると、操作部を任意の方向に傾斜させて操作部
を回転し、この回転を検出して直交した３つの軸の回り
の回転に分解することにより、６つの自由度に対応した
成分を容易に得ることができる。

【００１０】

【実施例】本発明に係る操作レバー装置の好ましい実施
例を、添付図面に従って詳説する。図１は、本発明の操
作レバー装置の第１実施例の正面図であり、図２はその
分解図である。

【００１１】これらの図において、操作レバー装置１０
は、操作部１２が円筒状のグリップ１４とグリップ１４
を貫通している案内杆１６とから構成してある。この案
内杆１６は円筒状に形成してあり、軸線に沿った２条の
ガイド溝１８、１８が平行して設けてある。そして、グ
リップ１４には、案内杆のガイド溝１８、１８と対応し
た位置にねじ孔２０、２０が形成してあり、これらのね
じ孔２０にガイドピンの役割をなすねじ２２を通すこと
ができるようにしてある。従って、グリップ１４は、案
内杆１６のガイド溝１８にねじ２２が案内され、図１の
矢印２４のように案内杆１６に沿って軸方向に移動可能
となっている。そして、グリップ１４の移動量は、案内
杆１６の内部に配置した変位検出器２６によって検出さ
れる。

【００１２】変位検出器２６は、抵抗素子２８を有する
検出部３０と、抵抗素子２８と摺動する端子部３２を備
えた出力部３４とから構成してあって、検出部３０がね
じ２２を介してグリップ１４に固定され、グリップ１４
と一体に案内杆１６の内部を軸線方向に移動する。一
方、出力部３４は、ねじ３６によって案内杆１６に固定
される。この変位検出器２６の出力信号用のリード線３
３は、案内杆１６に形成したリード孔から外部に引き出
される。そして、案内杆１６の両端部には、回転台３
８、４０が取り付けられる。

【００１３】回転台３８、４０は、栓体４２、４４と、
この栓体４２、４４に対して相対的に回転する円板部４
６、４８とから構成してある。各栓体４２、４４は、小
径部が案内杆１６に挿入され、複数のねじ４６により案
内杆１６に固定される。すなわち、ねじ４６は、案内杆
１６の両端部に嵌めたリング４９、５０に設けたねじ孔
に差し込まれ、案内杆１６を貫通して栓体４２、４４を
押圧し、栓体４２、４４を案内杆１６に固定する。そし
て、変位検出器２６の検出部３０と一方の栓体４２との
間、および検出部３０と出力部３４との間には、コイル
ばね５２、５４が配置してあり、グリップ１４とともに
移動した検出部３０を所定の位置に戻すことができるよ
うにしてある。また、他方の回転台４０には、回転角検
出器であるポテンショメータ５６が設けてあり、操作部
１２の軸回りの回転量を検出できるようになっている。
さらに、各円板部４６、４８には円筒体５８、６０が固
着され、これら円筒体５８、６０に接続ピン６２、６４
を備えた蓋６６、６８が固定してある。そして、各接続
ピン６２、６４は、対向して配置した二次元ジョイステ
ィック７０、７２に接続してある。

【００１４】各ジョイスティック７０、７２は、取付台
７４、７６を有しており、この取付台７４、７６に、任
意の方向に傾斜することができるロッド部７８、８０が
設けてある。これらのロッド部７８、８０は、取付台７
４、７６に取り付けた揺動ロッド８２、８４と伸縮部と
なる伸縮検出器８６、８８とから構成してあり、伸縮検
出器８６、８８のスライドロッド９０、９２が継手部材
９４、９６を介して接続ピン６２、６４に結合してあ
る。この継手部材９４、９６は、ロッド部７８、８０と
操作部１２との間で任意の方向に屈曲できるようにして
いる。

【００１５】上記の如く構成した実施例に係る操作レバ
ー装置１０は、一般に操作部１２を立てた状態にして、
ジョイスティック７０、７２の取付台７４、７６を所定
間隔を隔てて固定部に固定する。このとき、グリップ１
４、すなわち変位検出器２６の検出部３０の位置が原点
Ｏとなり、図１の左右方向にＸ軸、紙面に直交した方向
にＹ軸、上下方向にＺ軸が設定される（図３参照）。

【００１６】オペレータが操作部１２のグリップ１４を
握り、図３の矢印１００、１０２のように操作部１２を
軸線と直交した任意の方向に平行移動させると、揺動ロ
ッド８２、８４が傾斜するとともに、伸縮検出器８６、
８８のスライドロッド９０、９２が伸長する。そして、
ジョイスティック７０、７２が揺動ロッド８２、８４の
傾斜方向と傾斜角とに対応した信号を出力し、伸縮検出
器８６、８８がスライドロッド９０、９２の伸長量に対
応した信号を出力する。従って、これらの信号から操作
部１２のＸＹ平面内の位置（Ｘ座標、Ｙ座標）を求める
ことができる。また、グリップ１４を図１の矢印１０４
のように軸回りに回転させると、案内杆１６がグリップ
１４と一体に回転し、その回転量が回転台４０に設けた
ポテンショメータ５６によって検出され、操作部１２の
Ｚ軸回りの回転量として出力される。

【００１７】さらに、図４（Ａ）の矢印１０６に示した
ように、グリップ１４を案内杆１６に沿って移動させる
とともに、操作部１２を傾斜させると、ジョイスティッ
ク７０、７２と伸縮検出器８６、８８および変位検出器
２６とから信号が出力され、これらの出力信号により、
検出部３０の三次元位置を次の如くして求めることがで
きる。

【００１８】図４（Ａ）の状態を線図によって模式的に
に示すと、図４（Ｂ）の如くなる。ここに、ロッド部８
０の揺動支点をＯ、スライドロッド９２の先端部をＡ、
ロッド部７８の揺動支点をＣ、スライドロッド９０の先
端部をＢ、検出部３０の位置をＰとしている。また、線
分ＯＡの傾斜角をα、線分ＢＣの傾斜角をβとする。こ
のようにした場合、上記したように線分ＯＡおよび線分
ＢＣの傾斜角α、βとその傾斜方向は、ジョイスティッ
ク７０、７２によって得られる。また、線分ＯＡおよび
線分ＢＣの長さは、伸縮検出器８６、８８の出力信号に
よって求められる。従って、ＡとＢとの三次元位置がこ
れらから求められ、線分ＯＡと線分ＡＢとのなす角γを
算出することができる。さらに、ＡＰ間の長さは、変位
検出器２６の出力信号によって求められる。そこで、点
Ｐの座標の求め方は、一般的に示した図５に沿って説明
すると、次のようになる。

【００１９】上記したところから、図５（Ａ）のＯＡの
長さａとＡＰの長さｂ、および線分ＯＡとＺ軸とのなす
角θ1 、線分ＯＡと線分ＡＰとのなす角θ2 、さらに図
５（Ｂ）の線分ＯＰのＸＹ平面に投影した線分ＯＰ′が
Ｙ軸となす角θ4 は既知である。まず、線分ＯＰの長さ
ｒを求めると、

【数１】ｒ2 ＝ａ2 ＋ｂ2 −２ａｂｃｏｓθ2

【数２】ｒ＝（ａ2 ＋ｂ2 −２ａｂｃｏｓθ2 ）1/2 である。

【００２０】一方、線分ＯＰと線分ＯＡとのなす角θ3
は、

【数３】（ｒ／ｓｉｎθ2 ）＝（ｂ／ｓｉｎθ3 ）

【数４】ｓｉｎθ3 ＝（ｂｓｉｎθ2 ）／ｒ

【数５】θ3 ＝ｓｉｎ-1｛（ｂｓｉｎθ2 ）／ｒ｝となる。

【００２１】そこで、点Ｐの座標（ｘP,ｙP,ｚP ）は、

【数６】ｘP ＝ＯＰ′ｓｉｎθ4 ＝ｒｓｉｎ（θ1 ＋θ3 ）・ｓｉｎθ4

【数７】ｙP ＝ｒｓｉｎ（θ1 ＋θ3 ）・ｃｏｓθ4

【数８】ｚP ＝ｒｃｏｓ（θ1 ＋θ3 ）として求めることができる。また、図４（Ａ）に示した
状態でグリップ１４を軸回りに回転させれば、案内杆１
６がグリップ１４とともに回転し、ポテンショメータ５
６の出力信号からその回転量をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの
回転量に分解することができる。この結果、ジョイステ
ィック７０、７２と伸縮検出器８６、８８とポテンショ
メータ５６と変位検出器２６との出力信号を取り込むこ
とにより、操作部１２の６つの自由度の成分を同時に得
ることができ、ティーチングボックス等におけるティー
チング作業などを容易、簡易に行うことができる。

【００２２】そして、実施例においては、操作部１２の
傾きをジョイスティック７０、７２によって検出すると
ともに、操作部１２の回転をポテンショメータ５６によ
って検出しているため、各自由度に対応した成分の分離
性が良好となり、正確な制御を実現することができる。
しかも、操作部１２を一対のジョイスティック７０、７
２の間に配置したことにより、操作部１２を実際に動か
すことができる範囲（操作量）を大きくすることができ
るとともに、グリップ１４の位置を原点としてグリップ
１４を実際に上下方向に移動させたり、軸回りに回転さ
せることができるため、オペレータに現実的な操作感覚
を与えることが可能であり、操作レバー装置１０の操作
性が向上してオペレータの戸惑いなどを軽減でき、入力
操作の能率を高めることができ、微妙な操作も可能とな
って制御精度を向上できる。また、実施例においては、
６つの自由度を同時に得られるため、切り換えスイッチ
などの省略が可能で、簡素な構造とすることができる。

【００２３】図６、図７は、操作レバー装置の第２実施
例の正面図と分解図である。これらの図において、操作
部１２がグリップ１４と、このグリップ１４を貫通して
いる案内杆１６とから構成してあり、案内杆１６に軸線
と平行にガイド溝１１０が設けてある。そして、案内杆
１６には、変位検出器２６が挿入され、グリップ１４に
設けたねじ孔１１２から挿入したねじ１１４によって、
変位検出器２６の検出部３０をグリップ１４に固定する
ようにしてあって、検出部３０がグリップ１４と一体に
矢印１１５のように案内杆１６の軸方向に移動できるよ
うになっている。

【００２４】案内杆１６の両端部には、リング１１８、
１１８と複数のねじ１２０とによってキャップ１２２、
１２２が取り付けてある。これらのキャップ１２２は、
接続ピン１２４、１２４を備えており、この接続ピン１
２４が継手部材１２６を介してスライドピン１２８、１
２８の一端側に接続してある。そして、スライドピン１
２８の他端側は、シース１３０、１３０に挿入してあ
る。シース１３０は、軸線方向に長円孔１３２を有して
おり、シース１３０に挿入したスライドピン１２８の端
部に、シース１３０に外嵌したコイルばね１３４の一端
をねじ１３３によって止めることができるようになって
いる。このコイルばね１３４の他端は、ねじ１３５によ
ってシース１３０に止めてある。また、ねじ１３５は、
ジョイスティック１３７、１３９の揺動ロッド８２、８
４とシース１３０とを連結している。このジョイスティ
ック１３７、１３９は、揺動ロッド８２、８４が軸回り
に回転可能で、その回転量を検出できる三次元ジョイス
ティックとなっている。

【００２５】すなわち、ジョイスティック１３７、１３
９は、通常の三次元ジョイスティックと同様に構成して
あり、ジョイスティック１３７を例にして図８に示した
ように、揺動ロッド８２の基端部１５０が球状に形成し
てあって、取付台７４に固定した受部１５２とともに球
関節を構成している。また、基端部１５０には、矢印１
５４のように軸回りに回転する揺動ロッド８２の回転量
を検出するＺ軸ポテンショメータ１５６の検出ピン１５
８が接続してある。さらに、Ｚ軸ポテンショメータ１５
６には、円弧状のアーム１６０が取り付けてあり、この
アーム１６０の先端に、矢印１６１のように揺動ロッド
８２の紙面に直交した方向の傾斜を検出するＸ軸ポテン
ショメータ１６２の検出ピン１６４が接続してある。そ
して、Ｚ軸ポテンショメータ１５６とＸ軸ポテンショメ
ータ１６２とに直交した方向には、揺動ロッド８２を矢
印１６６のように傾斜させたことを検出するＹ軸ポテン
ショメータ（図示せず）が設けてある。

【００２６】この第２実施例においても、前記実施例と
同様の操作をすることができる。すなわち、図９（Ａ）
に示したように、グリップ１４を矢印１４０のように上
方に移動させるとともに、操作部１２に矢印１４２のよ
うな力を作用させ、操作部１２を左方向に平行移動させ
たり、図８（Ｂ）、（Ｃ）のように操作部１２を任意の
方向に傾けたりすることができる。なお、スライドピン
１２８のスライド量（伸長量）は、図示しないポテンシ
ョメータやスリーブセンサ等によって検出される。これ
により、前記実施例の場合と同様に操作部１２の６自由
度の情報を容易に得ることができ、前記実施例と同様の
効果が得られる。しかも、三次元ジョイスティック１３
７、１３９を用いたことにより、操作部１２の構造を簡
素にすることができる。

【００２７】なお、前記実施例においては、産業ロボッ
トのティーチングに用いる場合について説明したが、コ
ンピュータ支援設計装置（ＣＡＤ）の入力用や、多軸制
御を必要とするパワーショベル、クレーン、ロボットな
どの遠隔制御装置またはゲーム機の操作レバー等として
使用してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、一対のロッド間に屈曲可能に接続した操作部のグリ
ップグリップが軸方向に移動可能であって、操作部を接
続したロッドが任意の方向に傾斜が可能となっているた
め、いわゆるプラス側への操作やマイナス側への操作
等、オペレータがイメージしたとおりの操作をすること
ができ、操作性が向上する。

【００２９】また、操作部をロッドに対してに回転可能
に構成したことにより、操作部を任意の方向に傾斜させ
て操作部を回転し、この回転を検出して直交した３つの
軸の回りの回転に分解することにより、６つの自由度に
対応した成分を容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る操作レバー装置の正
面図である。

【図２】第１実施例の分解図である。

【図３】実施例の作用を説明する図であって、操作部を
軸線と直交した方向に操作した状態を示す図である。

【図４】実施例の作用を説明する図であって、操作部を
傾斜させた状態を示す図である。

【図５】実施例のグリップの位置の求め方の説明図であ
る。

【図６】第２実施例の正面図である。

【図７】第２実施例の分解図である。

【図８】第２実施例に用いた三次元ジョイスティックの
説明図である。

【図９】第２実施例の作用を説明する図である。

【符号の説明】

１０操作レバー装置１２操作部１４グリップ１６案内杆２６変位検出器３８、４０回転台５６回転角検出器（ポテンショメータ）７０、７２傾斜検出器（ジョイスティック）７８、８０ロッド部８６、８８伸縮部（伸縮検出器）９０、９２スライドロッド９４、９６、１２６継手部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれが固定部に対して任意の方向に
傾斜可能に接続され、先端部を対向させて配置した一対
のロッドと、軸方向に移動可能なグリップを有し、前記
各ロッドの先端部に屈曲可能に接続した操作部と、前記
各ロッドに設けた伸縮部とを備えていることを特徴とす
る操作レバー装置。
【請求項２】前記操作部は、前記各ロッドに対して軸
回りに回転可能であることを特徴とする請求項１に記載
の操作レバー装置。