特許 6053455 多軸ジョイスティック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6053455

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】多軸ジョイスティック

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/02 20060101AFI20161219BHJP

   G06F 3/0338 20130101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   B25J13/02

   G06F3/0338 412

【請求項の数】3

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-237804(P2012-237804)

(22)【出願日】2012年10月29日

(65)【公開番号】特開2014-87857(P2014-87857A)

(43)【公開日】2014年5月15日

【審査請求日】2015年10月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】507368685

【氏名又は名称】アクティブリンク株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095957

【弁理士】

【氏名又は名称】亀谷 美明

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100128587

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 一騎

(72)【発明者】

【氏名】高田 亮平

(72)【発明者】

【氏名】藤本 弘道

【審査官】 中田 善邦

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−２３４１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０９０５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１４８６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１７３１８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ１／００−２１／０２，

Ｇ０６Ｆ３／０３３−３／０３９，

Ｆ１６Ｃ１１／００−１１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

操作者によって把持される操作部と、
前記操作部と接続され、前記操作部の傾き角度を検出する傾き角度検出機構と、
前記操作部の並進位置の変位を検出する並進変位検出機構と、
前記角度検出機構と前記並進変位検出機構との間に設けられ、前記操作部を傾ける動作が前記操作部の並進位置の変位に与える影響をキャンセルするキャンセル機構と、
を備え、
前記キャンセル機構は、前記操作者の手首を保持する手首ホールダーを有し、
前記手首ホールダーは、前記傾き角度検出機構及び前記並進変位検出機構のそれぞれに対して相対的に回動可能である回転体を有し、前記操作者の手首周りの回転が前記手首の並進位置の変位に与える影響をキャンセルし、
前記回転体は球体であり、
前記手首ホールダーは、ハウジングを更に有し、
前記ハウジングの内部の空洞部には、前記球体が回動可能に収容され、
前記ハウジング及び前記球体には、前記ハウジング及び前記球体を貫通して形成され、前記手首を保持する保持空間が設けられ、
前記球体の中心の位置は、前記ハウジングに対して変化しない
ことを特徴とする多軸ジョイスティック。

【請求項2】

前記並進変位検出機構は、第１軸方向の前記操作部の並進位置の変位を検出する第１の並進位置検出部と、前記第１軸と直交する第２軸方向の前記操作部の並進位置の変位を検出する第２の並進位置検出部と、前記第１軸及び前記第２軸と直交する第３軸方向の前記操作部の並進位置の変位を検出する第３の並進位置検出部と、を有し、
前記傾き角度検出機構は、第４軸周りの前記操作部の回転角度を検出する第１の回転角度検出部と、前記第４軸と直交する第５軸周りの前記操作部の回転角度を検出する第２の回転角度検出部と、前記第４軸及び前記第５軸と直交する第６軸周りの前記操作部の回転角度を検出する第３の回転角度検出部と、を有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の多軸ジョイスティック。

【請求項3】

前記保持空間は、前記ハウジング及び前記球体に設けられる溝によって形成される
ことを特徴とする、請求項１に記載の多軸ジョイスティック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多軸ジョイスティックに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、化学プラントや製鉄プラント等での製造工程においては、操作者の遠隔操作によって駆動する遠隔操作装置（ロボット）の使用が普及しつつある。

【0003】

遠隔操作装置としては、例えばマニュピュレータやロボットアームが挙げられる。操作者は、例えば、操作入力装置を用いて、マニュピュレータの先端に設けられる先端ツールに対して、位置入力、姿勢入力を行う。ここで、位置入力とは、作業対象物に対する先端ツールの相対的な位置を制御するための入力であり、姿勢入力とは、作業対象物に対する先端ツールの相対的な向き（姿勢）を制御するための入力である。

【0004】

また、遠隔操作装置の操作入力装置としては、例えばマスターアームやジョイスティックが用いられる。例えば、マスターアームは、操作者の操作の動きに対応してスレーブアームを動かすことができるため、直感的な操作を実現でき、操作性が高い。しかし、その反面、細かい操作が困難であり、また、操作入力装置の構造も大きなものとなってしまうという欠点があった。

【0005】

一方、ジョイスティックは、マスターアームに比べてコンパクトな構成を有するため、高速動作や微小な入力が可能になる。例えば、下記特許文献１には、グリップの並進位置と傾き角度を検出して、６軸分の入力情報を得ることができる、操作装置が開示されている。また、下記特許文献２には、腕を載せるアームとアームの先端に取り付けられるグリップとを備え、操作者の腕及び手首の関節機構に応じた回転角度を検出することができる多軸ジョイスティックが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平８−５７７８３号公報

【特許文献2】特開平４−１２９６８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、ひとつのジョイスティックが多数の検出軸を備える場合には、その操作に一定の経験を必要とする。従って、一般的に、ひとつのジョイスティックで同時操作入力を行うことができるのは、３軸程度までとされてきた。

【0008】

例えば、特許文献１に記載の操作装置は６つの検出軸を有するが、操作者が、グリップの並進位置（グリップが並進方向に移動した位置）とグリップの傾き角度とを厳密に個別分離して入力することは困難であった。例えば、操作者が、グリップの並進位置は変えずに傾きだけを変えようとした場合であっても、人体の構造上、グリップを傾けることによって回転中心の位置、例えば手首の位置が自然と移動するため、グリップの並進位置に変位が生じてしまう。従って、操作者の意図に反した入力がなされてしまい、繊細な入力の妨げとなっていた。

【0009】

また、例えば、特許文献２に記載の多軸ジョイスティックは、５つ又は６つの検出軸を有する。しかし、位置入力が操作者の腕の回転角度、例えば肘を中心とした回転角度によって行われるため、位置入力の基準点が明確でなく、直線的な位置入力を行うには不適当であった。

【0010】

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、位置入力と姿勢入力とを、より正確に行うことが可能な、新規かつ改良された多軸ジョイスティックを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、操作者によって把持される操作部と、前記操作部と接続され、前記操作部の傾き角度を検出する傾き角度検出機構と、前記操作部の並進位置の変位を検出する並進変位検出機構と、前記角度検出機構と前記並進変位検出機構との間に設けられ、前記操作部を傾ける動作が前記操作部の並進位置の変位に与える影響をキャンセルするキャンセル機構と、を備える多軸ジョイスティックが提供される。

【0012】

また、前記キャンセル機構は、前記操作者の手首を保持する手首ホールダーを有し、前記手首ホールダーは、前記操作者の手首周りの回転が、前記手首の並進位置の変位に与える影響をキャンセルしてもよい。

【0013】

また、前記手首ホールダーは、前記傾き角度検出機構及び前記並進変位検出機構のそれぞれに対して相対的に回動可能である回転体を有してもよい。

【0014】

また、前記手首ホールダーは、ハウジングと、前記ハウジングの内部の空洞部に回動可能に収容される球体と、を有し、前記ハウジング及び前記球体には、前記ハウジング及び前記球体を貫通して形成され、前記手首を保持する保持空間が設けられ、前記球体の中心の位置は、前記ハウジングに対して変化しなくてもよい。

【0015】

また、前記並進変位検出機構は、第１軸方向の前記操作部の並進位置の変位を検出する第１の並進位置検出部と、前記第１軸と直交する第２軸方向の前記操作部の並進位置の変位を検出する第２の並進位置検出部と、前記第１軸及び前記第２軸と直交する第３軸方向の前記操作部の並進位置の変位を検出する第３の並進位置検出部と、を有し、前記傾き角度検出機構は、第４軸周りの前記操作部の回転角度を検出する第１の回転角度検出部と、前記第４軸と直交する第５軸周りの前記操作部の回転角度を検出する第２の回転角度検出部と、前記第４軸及び前記第５軸と直交する第６軸周りの前記操作部の回転角度を検出する第３の回転角度検出部と、を有してもよい。

【0016】

また、前記保持空間は、前記ハウジング及び前記球体に設けられる溝によって形成されてもよい。

【発明の効果】

【0017】

以上説明したように本発明によれば、並進変位検出機構と傾き角度検出機構との間にキャンセル機構が設けられ、当該キャンセル機構が、操作部を傾ける動作が操作部の並進位置の変位に与える影響をキャンセルする。従って、位置入力操作と姿勢入力操作とを、より正確に行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係る多軸ジョイスティックの一構成例を示す概略斜視図である。

【図2A】本実施形態に係る多軸ジョイスティックの一構成例を示す概略斜視図である。

【図2B】図２Ａに示す多軸ジョイスティックの検出軸を示す概略斜視図である。

【図3A】本実施形態に係る傾き角度検出機構及びキャンセル機構の一構成例を示す上面図である。

【図3B】本実施形態に係る傾き角度検出機構及びキャンセル機構の一構成例を示す側面図である。

【図3C】本実施形態に係る傾き角度検出機構及びキャンセル機構の一構成例を示す正面図である。

【図4】本実施形態に係るキャンセル機構の一構成例を示す概略斜視図である。

【図5A】従来の６軸ジョイスティックにおける、並進変位検出機構及び傾き角度検出機構の座標軸と、操作者の上肢との関係を示す概念図である。

【図5B】本実施形態に係る多軸ジョイスティックにおける、並進変位検出機構及び傾き角度検出機構の座標軸と、操作者の上肢との関係を示す概念図である。

【図6A】本実施形態に係る多軸ジョイスティックによって操作される遠隔操作装置の一構成例を示す概略図である。

【図6B】図６Ａに示す遠隔操作装置のノズル部の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0020】

＜１．ジョイスティックの構造＞
ここでは、図１、図２Ａ、Ｂ、図３Ａ〜Ｃ及び図４を参照して、本発明の一実施形態に係る多軸ジョイスティックの概略構成について説明する。まず、図１を参照して、本実施形態に係る多軸ジョイスティックの概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る多軸ジョイスティックの一構成例を示す概略斜視図である。ここで、図１においては、本実施形態に係る多軸ジョイスティックの使用方法を明確にするために、操作者も同時に図示している。

【0021】

図１を参照すると、本実施形態に係る多軸ジョイスティック１は、操作部１０、傾き角度検出機構２０、並進変位検出機構３０及びキャンセル機構４０を備える。操作部１０は、例えば棒状の部材であり、多軸ジョイスティック１を使用する際に操作者によって把持されるグリップである。多軸ジョイスティック１を使用する際は、操作者は、図１に示すように、キャンセル機構４０に手首を保持された状態で、操作部１０を把持する。操作部１０の一端は傾き角度検出機構２０に接続される。

【0022】

ここで、以下の説明では、操作者が操作部１０を把持するためにキャンセル機構４０を介して腕を伸ばす方向のことを、多軸ジョイスティック１の「前」と呼ぶこととする。また、それに対応して、「前」の逆方向を「後ろ」、「前」を向いた状態での左右方向を「左」、「右」と定義する。更に、多軸ジョイスティック１が設置される床面と垂直な方向において、床面に対して多軸ジョイスティック１が設置される方向を「上」、その逆方向を「下」と呼ぶこととする。

【0023】

また、以下の説明においては、これらの方向を座標軸と対応付けて説明する。図１に示すように、多軸ジョイスティック１の「前」方向がｘ軸の正方向であり、多軸ジョイスティック１の「左」から「右」に向かう方向がｙ軸の正方向であり、多軸ジョイスティック１の「上」方向がｚ軸の正方向である。

【0024】

操作者は、操作部１０を把持して位置入力及び／又は姿勢入力を行う。操作者は、操作部１０を把持した状態で、操作部１０を並進移動させることで位置入力を行うことができる。また、操作者は、操作部１０を把持した状態で、操作部１０を傾けることで姿勢入力を行うことができる。ここで、以下の説明では、操作部１０を並進移動させる操作のことを並進操作、操作部１０を傾ける操作のことを回転操作と呼ぶこととする。

【0025】

傾き角度検出機構２０は、操作部１０の回転操作を検出し、遠隔操作装置への姿勢入力を行う。具体的には、傾き角度検出機構２０は、操作部１０の傾き角度を回転軸周りの回転角度として検出し、検出した回転角度に応じた信号を出力する。傾き角度検出機構２０が検出した回転角度に応じて姿勢入力が行われる。傾き角度検出機構２０の詳細については、［１．２．傾き角度検出機構の構造］で詳しく説明する。傾き角度検出機構２０は、キャンセル機構４０を介して並進変位検出機構３０と接続される。

【0026】

並進変位検出機構３０は、操作部１０の並進操作を検出し、遠隔操作装置への位置入力を行う。具体的には、並進変位検出機構３０は、操作部１０の並進位置の変位を検出し、検出した並進位置の変位に応じた信号を出力する。並進変位検出機構３０が検出した並進位置の変位に応じて位置入力が行われる。並進変位検出機構３０の詳細については、［１．１．並進変位検出機構の構造］で詳しく説明する。

【0027】

キャンセル機構４０は、操作部１０を傾ける動作が操作部１０の並進位置の変位に与える影響をキャンセルする。すなわち、操作部１０の回転操作が、並進操作に及ぼす影響をキャンセルする。具体的には、キャンセル機構４０は、回転操作に伴って意図せず生じる操作部１０の並進移動が並進位置の変位に与える影響をキャンセルし、操作部１０の並進位置を不変に保つ。キャンセル機構４０の詳細については、［１．３．キャンセル機構の構造］で詳しく説明する。

【0028】

また、多軸ジョイスティック１は、別に設けられる情報処理装置（図示せず。）と接続されてよい。当該情報処理装置は、例えば制御部を有し、多軸ジョイスティック１を統合的に制御する。例えば、当該制御部は、傾き角度検出機構２０が行う、操作部１０の回転角度の検出動作を制御する。また、例えば、当該制御部は、並進変位検出機構３０が行う、操作部１０の並進位置の変位の検出動作を制御する。ここで、検出動作の制御とは、例えば、後述するリニアエンコーダ、ロータリエンコーダ、並進動作制御機器及び回転動作制御機器等の制御である。また、例えば、当該制御部は、検出された回転角度及び／又は並進位置に応じた信号を、操作対象である遠隔操作装置に出力する。

【0029】

ここで、多軸ジョイスティック１に接続される情報処理装置は、例えば一般的なＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）やサーバ、シーケンサー、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の機器制御装置であってよく、その構成は特に限定されない。以下の説明においては、多軸ジョイスティック１の構成について主に説明し、当該情報処理装置に関する詳細な説明は省略する。

【0030】

以上説明したように、本実施形態に係る多軸ジョイスティック１は、並進変位検出機構３０と傾き角度検出機構２０との間に、操作部１０における回転操作が並進操作に及ぼす影響をキャンセルするキャンセル機構４０を備える。従って、姿勢入力を行う際に、意図しない位置入力が行われることを防止することができる。よって、より正確な入力操作を行うことが可能になる。

【0031】

［１．１．並進変位検出機構の構造］
ここからは、多軸ジョイスティック１の各構成部材の詳細について説明する。まず、図２Ａ、Ｂを参照して、並進変位検出機構３０の概略構成について説明する。図２Ａは、本発明の一実施形態に係る多軸ジョイスティックの一構成例を示す概略斜視図である。また、図２Ｂは、図２Ａにおける多軸ジョイスティックの検出軸を示す概略斜視図である。ここで、図２Ａ、Ｂには、本実施形態に係る多軸ジョイスティックの全体構成が図示されているが、ここでは、主に並進変位検出機構３０について説明し、その他の構成については後ほど詳しく説明する。

【0032】

本実施形態に係る並進変位検出機構３０は、例えば、３つの検出軸を有する。図２Ａ、Ｂを参照すると、本実施形態に係る並進変位検出機構３０は、基台３１０、第１並進位置検出部３２０、第２並進位置検出部３３０及び第３並進位置検出部３４０を有する。第１並進位置検出部３２０、第２並進位置検出部３３０及び第３並進位置検出部３４０は、それぞれ、操作部１０の、第１軸方向、第２軸方向及び第３軸方向の並進位置を検出する機能を有する。ここで、第１軸、第２軸及び第３軸は、互いに直交する３軸であり、例えば、それぞれ、図２Ａ、Ｂに示すｘ軸、ｚ軸、ｙ軸に対応している。更に、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向は、それぞれ、前後方向、左右方向及び上下方向に対応している。

【0033】

基台３１０は、並進変位検出機構３０を床面（設置面）に固定するための台座であり、例えば、略直方体の柱材である。柱状の基台３１０は床面に立設され、その一端は、例えばビス等で床面に固定される。また、基台３１０には、第１並進位置検出部３２０が接続される。

【0034】

上述したように、第１並進位置検出部３２０は、操作部１０の、第１軸方向の並進位置の変位を検出する機能を有する。ここで、第１軸方向は、例えば床面に対して略水平な面内の一方向であってよく、本実施形態においては、図２Ａ、Ｂに示すｘ軸方向である。第１並進位置検出部３２０は、第１基板３２１及び第１並進部３２２を有する。

【0035】

第１基板３２１は、例えば略長方形の面を有する板状の部材であってよい。第１基板３２１の一面の一部領域は、その長辺方向が第１軸方向と略平行になるように、基台３１０の一側面に接続される。また、第１基板３２１の他面、すなわち、基台３１０と接続された面と逆側の面には、第１軸方向に沿って、２本のガイドレール３２３ａ、３２３ｂが互いに略平行に設けられる。

【0036】

第１並進部３２２は、例えば略直方体の部材であり、第１並進部３２２の一面には、ガイドレール３２３ａ、３２３ｂに対応する２本の溝３２４ａ、３２４ｂが形成される。第１並進部３２２は、溝３２４ａ、３２４ｂが、それぞれ、ガイドレール３２３ａ、３２３ｂに嵌合された状態で、第１軸方向に摺動可能に、第１基板３２１と接続される。

【0037】

ここで、第１並進部３２２は、第１基板３２１に対する第１並進部３２２の並進位置の変位を検出するリニアエンコーダ（図示せず。）を有する。従って、第１並進位置検出部３２０は、第１並進部３２２の第１軸方向の並進位置の変位を検出することができる。

【0038】

また、第１並進部３２２は、自身の動作を制御するための、並進動作制御機器（図示せず。）を更に内蔵していてもよい。ここで、並進動作制御機器は、例えば、摺動動作に一定の抵抗を付与する制御、摺動速度に応じた抵抗を付与する制御、摺動動作のストロークを制限する制御等を行ってもよい。更に、並進動作制御機器は、操作者が操作部１０から手を離したときに、第１並進部３２２が予め定められたニュートラルな位置に移動する制御を行ってもよい。第１並進部３２２が予め定められたニュートラルな位置に移動する制御には、例えば、スプリングによるセンター戻り機構等が用いられてよい。また、並進動作制御機器が行うこれらの制御の具体的な設定は、操作者の操作感覚に応じて適宜設定されてよい。

【0039】

第１並進位置検出部３２０には、同様な機構を有する第２並進位置検出部３３０が接続される。上述したように、第２並進位置検出部３３０は、操作部１０の、第２軸方向の並進位置の変位を検出する機能を有する。ここで、第２軸方向は、例えば、床面に対して略垂直な方向であってよく、本実施形態においては、図２Ａ、Ｂに示すｚ軸方向である。第２並進位置検出部３３０は、第２基板３３１、第２並進部３３２、支持部材３３５、支持棒受け部材３３６及び支持棒３３７を有する。

【0040】

第２基板３３１は、例えば略長方形の面を有する板状の部材であってよい。第２基板３３１の一面は、その長辺方向が第２軸方向と略平行になるように、第１並進位置検出部３２０の第１並進部３２２の一面と固定的に接続される。ここで、第１並進部３２２の接続面は、溝３２４ａ、３２４ｂが設けられる面とは逆側の面である。また、第２基板３３１の他面、すなわち、第１並進部３２２と接続された面と逆側の面には、第２軸方向に沿って、２本のガイドレール３３３ａ、３３３ｂが互いに略平行に設けられる。

【0041】

第２並進部３３２は、例えば略直方体の部材であり、第２並進部３３２の一面には、ガイドレール３３３ａ、３３３ｂに対応する２本の溝３３４ａ、３３４ｂが形成される。第２並進部３３２は、溝３３４ａ、３３４ｂが、それぞれ、ガイドレール３３３ａ、３３３ｂに嵌合された状態で、第２軸方向に摺動可能に、第２基板３３１と接続される。

【0042】

また、第２並進部３３２の床面と対向する面には、面内の略中心から床面に向かって延出する支持棒３３７が設けられる。更に、支持棒３３７の床面に向かって延出する先端は、管状の支持棒受け部材３３６に挿入される。ここで、支持棒受け部材３３６の管の内径は、支持棒３３７の外径よりも大きく形成されており、支持棒３３７は、支持棒受け部材３３６に挿入された状態で、ピストン状に第２軸方向に動くことができる。

【0043】

支持部材３３５は、板状の部材が略Ｌ字状に屈曲されて形成される。支持部材３３５のＬ字の短辺に当たる面は、床面と略平行に配設され、支持棒受け部材３３６の床面方向の一端と接続される。また、支持部材３３５のＬ字の長辺に当たる面は、支持棒３３７及び支持棒受け部材３３６と略平行に延設され、すなわち、上方向に延設され、その先端は、第２基板３３１に接続される。

【0044】

つまり、第２基板３３１に支持部材３３５を介して支持棒受け部材３３６が接続され、第２並進部３３２に支持棒３３７が接続される。そして、第２並進部３３２及び支持棒３３７は、第２基板３３１、支持部材３３５及び支持棒受け部材３３６に対して、相対的に第２軸方向に動くことができる。なお、支持棒３３７が挿入される支持棒受け部材３３６の管の内部には、圧縮ばね、ガススプリング等の反力部材が配設されてもよい。当該反力部材が、支持棒３３７及び支持棒３３７よりも上部に接続される各部材の重量を支えることにより、操作者が第２並進部３３２を第２軸方向に移動させる際の負担を軽減することができる。

【0045】

ここで、第２並進部３３２は、第１並進部３２２と同様、第２基板３３１に対する第２並進部３３２の並進位置の変位を検出するリニアエンコーダ（図示せず。）を有する。従って、第２並進位置検出部３３０は、第２並進部３３２の第２軸方向の並進位置の変位を検出することができる。また、第２並進部３３２は、第１並進部３２２と同様の並進動作制御機器（図示せず。）を更に内蔵していてもよい。

【0046】

第２並進位置検出部３３０には、同様な機構を有する第３並進位置検出部３４０が更に接続される。上述したように、第３並進位置検出部３４０は、操作部１０の、第３軸方向の並進位置の変位を検出する機能を有する。ここで、第３軸方向は、例えば床面に対して略水平な面内で第１軸方向と直交する方向であってよく、本実施形態においては、例えば図２Ａ、Ｂに示すｙ軸方向である。第３並進位置検出部３４０は、第３基板３４１、第３並進部３４２を有する。

【0047】

第３基板３４１は、例えば略長方形の面を有する板状の部材であってよい。第３基板３４１は、その長辺方向が第３軸方向と略平行になるように、第２並進部３３２の上面に固定的に接続される。ここで、第３基板３４１は、例えばその短辺方向が第２軸方向、すなわち床面に対して略垂直な方向と略平行になるように配設されてよい。すなわち、第３基板３４１は、その長辺に対応する側面が、第２並進部３３２の上面に接続されてよい。また、第３基板３４１の一面には、第３軸方向に沿って、２本のガイドレール３４３ａ、３４３ｂが互いに略平行に設けられる。

【0048】

第３並進部３４２は、例えば略直方体の部材であり、第３並進部３４２の一面には、ガイドレール３４３ａ、３４３ｂに対応する２本の溝３４４ａ、３４４ｂが形成される。第３並進部３４２は、溝３４４ａ、３４４ｂが、それぞれ、ガイドレール３４３ａ、３４３ｂに嵌合された状態で、第３軸方向に摺動可能に、第３基板３４１と接続される。また、第３並進部３４２の上面は、後述するキャンセル機構４０の接続基台４１０の下面（底面）と固定的に接続される。

【0049】

ここで、第３並進部３４２は、第１並進部３２２及び第２並進部３３２と同様に、第３基板３４１に対する第３並進部３４２の並進位置の変位を検出するリニアエンコーダ（図示せず。）を有する。従って、第３並進位置検出部３４０は、第３並進部３４２の第３軸方向の並進位置の変位を検出することができる。また、第３並進部３４２は、第１並進部３２２及び第２並進部３３２と同様の並進動作制御機器（図示せず。）を更に内蔵していてもよい。

【0050】

ここで、操作部１０における並進操作が、並進変位検出機構３０によって検出される仕組みについて説明する。上述したように、多軸ジョイスティック１を使用する際は、操作者は、キャンセル機構４０に手首が保持された状態で、操作部１０を把持する。従って、操作者が操作部１０を把持した状態で並進操作を行うと、操作者の手首を保持しているキャンセル機構４０も、操作部１０と同時に並進移動する。

【0051】

まず、操作者が操作部１０を把持した状態で、第３軸方向に並進操作を行う場合を考える。この場合、操作部１０の並進移動に応じて、キャンセル機構４０も同時に第３軸方向に並進移動する。ここで、上述したように、第３並進部３４２の上面は、後述するキャンセル機構４０の接続基台４１０の下面（底面）と固定的に接続されている。従って、操作者が操作部１０を把持した状態で第３軸方向に並進操作を行うと、キャンセル機構４０及びキャンセル機構４０に固定的に接続されている第３並進部３４２が、第３基板３４１に対して第３軸方向に摺動する。従って、第３並進部３４２が有するリニアエンコーダによって、第３並進部３４２の第３軸方向の並進位置の変位、すなわち、操作部１０の第３軸方向の並進位置の変位が検出される。

【0052】

次に、操作者が操作部１０を把持した状態で、第２軸方向に並進操作を行う場合を考える。この場合、操作部１０の移動に応じて、キャンセル機構４０及びキャンセル機構４０に固定的に接続されている第３並進部３４２も同時に第２軸方向に並進移動する。ここで、第３並進部３４２は、第３基板３４１に対して、第３軸方向にのみ摺動可能に接続されている。従って、第３並進部３４２が第２軸方向に並進移動すると、第３基板３４１も同時に第２軸方向に並進移動する。ここで、更に、第３基板３４１は、第２並進部３３２の上面に固定的に接続されている。従って、第３基板３４１が第２軸方向に並進移動すると、第２並進部３３２も同時に第２軸方向に並進移動する。つまり、操作者が操作部１０を把持した状態で第２軸方向に並進操作を行うと、操作部１０、キャンセル機構４０、第３並進部３４２、第３基板３４１及び第２並進部３３２が、同時に第２軸方向に並進移動する。第２並進部３３２は、第２基板３３１に対して第２軸方向に摺動可能に接続されているため、第２並進部３３２が有するリニアエンコーダによって、第２並進部３３２の第２軸方向の並進位置の変位が検出される。すなわち、操作部１０の第２軸方向の並進位置の変位が検出される。

【0053】

最後に、操作者が操作部１０を把持した状態で、第１軸方向に並進操作を行う場合を考える。この場合、操作部１０の移動に応じて、キャンセル機構４０及びキャンセル機構４０に固定的に接続されている第３並進部３４２も同時に第１軸方向に並進移動する。ここで、第３並進部３４２は、第３基板３４１に対して、第３軸方向にのみ摺動可能に接続されており、また、第３基板３４１と固定的に接続されている第２並進部３３２は、第２基板３３１に対して、第２軸方向にのみ摺動可能に接続されている。従って、第３並進部３４２が第１軸方向に並進移動すると、第３基板３４１、第２並進部３３２及び第２基板３３１も同時に第１軸方向に並進移動する。ここで、更に、第２基板３３１は、第１並進部３２２の一面に固定的に接続されているため、第２基板３３１が第１軸方向に並進移動すると、第１並進部３２２も同時に第１軸方向に並進移動する。つまり、操作者が操作部１０を把持した状態で第１軸方向に並進操作を行うと、操作部１０、キャンセル機構４０、第３並進部３４２、第３基板３４１、第２並進部３３２、第２基板３３１及び第１並進部３２２が同時に第１軸方向に並進移動する。第１並進部３２２は、第１基板３２１に対して第１軸方向に摺動可能に接続されているため、第１並進部３２２が有するリニアエンコーダによって、第１並進部３２２の第１軸方向の並進位置の変位が検出される。すなわち、操作部１０の第１軸方向の並進位置の変位が検出される。

【0054】

以上説明した内容をまとめる。本実施形態に係る並進変位検出機構３０においては、操作部１０が第１軸方向に並進移動する場合には、第１並進部３２２が第１基板３２１に対して第１軸方向に摺動する。また、操作部１０が第２軸方向に並進移動する場合には、第２並進部３３２が第２基板３３１に対して第２軸方向に摺動する。更に、操作部１０が第３軸方向に並進移動する場合には、第３並進部３４２が第３基板３４１に対して第３軸方向に摺動する。そして、第１並進部３２２、第２並進部３３２及び第３並進部３４２が、それぞれ、自分自身の並進位置の変位を検出することができる。従って、操作部１０における並進操作を、並進変位検出機構３０によって検出することができる。

【0055】

以上、図２Ａ、Ｂを参照して説明したように、本実施形態に係る並進変位検出機構３０は、操作部１０の第１軸方向、第２軸方向及び第３軸方向の並進位置の変位を検出する機能を有する。従って、検出した並進位置の変位に基づいて、遠隔操作装置に対して位置入力を行うことができる。

【0056】

ここで、上記で説明した、並進位置の変位を検出する際の基準位置は、操作者の体格等を考慮して、任意に設定されてよい。また、上述した並進動作制御機器によって制御されるニュートラルな位置が、並進位置の変位を検出する際の基準位置に設定されてもよい。

【0057】

また、上記の説明において、固定的な接続は、例えばビスやボルト等による機械的な接続であってもよいし、接着剤等による化学的な接続であってもよいし、溶接による接続であってもよい。また、固定的な接続がなされる部材同士は一体的に形成されてもよい。

【0058】

［１．２．傾き角度検出機構の構造］
次に、図３Ａ〜Ｃを参照して、本実施形態に係る傾き角度検出機構２０の概略構成について説明する。図３Ａは、本実施形態に係る傾き角度検出機構２０及びキャンセル機構４０の一構成例を示す上面図である。図３Ｂは、本実施形態に係る傾き角度検出機構２０及びキャンセル機構４０の一構成例を示す側面図である。図３Ｃは、本実施形態に係る傾き角度検出機構２０及びキャンセル機構４０の一構成例を示す正面図である。ここで、キャンセル機構４０の概略構成については、［１．３．キャンセル機構の構造］で詳しく説明するため、ここでは、主に傾き角度検出機構２０の構成について説明する。

【0059】

本実施形態に係る傾き角度検出機構２０は、例えば、３つの検出軸を有する。図３Ａ〜Ｃを参照すると、本実施形態に係る傾き角度検出機構２０は、第１回転角度検出部２１０、第２回転角度検出部２２０及び第３回転角度検出部２３０を有する。第１回転角度検出部２１０、第２回転角度検出部２２０及び第３回転角度検出部２３０は、それぞれ、操作部１０の、第４軸方向、第５軸方向及び第６軸周りの回転角度を検出する機能を有する。ここで、第４軸、第５軸及び第６軸は、例えば、操作者が操作部１０から手を離したニュートラルな状態において、それぞれ、前後方向、上下方向及び左右方向に対応していてよい。ここで、第４軸、第５軸及び第６軸は、例えば、それぞれ、図３Ａ〜Ｃに示すｒ軸、ｔ軸、ｓ軸に対応している。

【0060】

第１回転角度検出部２１０は、操作部１０の、第４軸周りの回転角度を検出する機能を有する。ここで、第４軸方向は、例えば前後方向であってよく、本実施形態においては、図３Ａ〜Ｃに示すｒ軸方向である。すなわち、第１回転角度検出部２１０は、いわゆるロール角（φ）を検出する。第１回転角度検出部２１０は、第１アーム部材２１１及び第１回転部２１２を有する。

【0061】

第１アーム部材２１１は、例えば略長方形の面を有する板状の部材が、Ｌ字状に屈曲されて形成される。第１アーム部材２１１は、例えば、当該Ｌ字の一辺が前後方向に延設され、他辺が上下方向に延設されるように配設される。

【0062】

第１アーム部材２１１の前後方向に延設される一辺に当たる面の一端には、操作部１０の一端が接続される。また、第１アーム部材２１１の上下方向に延設される他辺に当たる面の一端は、第１回転部２１２を介して、第２回転角度検出部２２０に軸支される。すなわち、第１アーム部材２１１は、第１回転部２１２を介して、第２回転角度検出部２２０に対して回転可能に接続される。なお、ここで、第１回転部２１２は、その回転軸の方向が、第４軸方向と一致するように配設される。従って、操作者が、操作部１０を把持した状態で、操作部１０を左右方向に傾ける操作を行うと、第１アーム部材２１１が、第２回転角度検出部２２０に対して、第４軸周りに回転する。

【0063】

ここで、第１回転部２１２は、第２回転角度検出部２２０に対する第１回転部２１２の回転角度を検出するロータリエンコーダ（図示せず。）を有する。従って、第１アーム部材２１１の第４軸周りの回転角度、すなわち、操作部１０の第４軸周りの回転角度を検出することができる。

【0064】

また、第１回転部２１２は、自身の動作を制御するための、回転動作制御機器（図示せず。）を更に内蔵していてもよい。ここで、回転動作制御機器は、例えば、回転動作に一定の抵抗を付与する制御、回転速度に応じた抵抗を付与する制御、回転角度量の上限を定める制御等を行ってもよい。更に、回転動作制御機器は、操作者が操作部１０から手を離したときに、第１回転部２１２が予め定められたニュートラルな角度まで回転する制御を行ってもよい。第１回転部２１２が予め定められたニュートラルな角度まで回転する制御には、例えば、スプリングによるセンター戻り機構等が用いられてよい。また、回転動作制御機器が行うこれらの制御の具体的な設定は、操作者の操作感覚に応じて適宜設定されてよい。

【0065】

第１回転角度検出部２１０には、同様な機構を有する第２回転角度検出部２２０が接続される。上述したように、第２回転角度検出部２２０は、操作部１０の、第５軸周りの回転角度を検出する機能を有する。ここで、第５軸方向は、例えば上下方向であってよく、本実施形態においては、図３Ａ〜Ｃに示すｔ軸方向である。すなわち、第２回転角度検出部２２０は、いわゆるヨー角（ψ）を検出する。第２回転角度検出部２２０は、第２アーム部材２２１及び第２回転部２２２を有する。

【0066】

第２アーム部材２２１は、例えば略長方形の面を有する板状の部材が、Ｌ字状に屈曲されて形成される。第２アーム部材２２１は、例えば、当該Ｌ字の一辺が前後方向に延設され、他辺が上下方向に延設されるように配設される。

【0067】

第２アーム部材２２１の上下方向に延設される一辺に当たる面の一端には、上述した、第１回転部２１２を介して、第１アーム部材２１１が接続される。また、第２アーム部材２２１の前後方向に延設された他辺に当たる面の一端は、第２回転部２２２を介して、第３回転角度検出部２３０に軸支される。すなわち、第２アーム部材２２１は、第２回転部２２２を介して、第３回転角度検出部２３０に対して回転可能に接続される。なお、ここで、第２回転部２２２は、その回転軸の方向が、第５軸方向と一致するように配設される。従って、操作者が、操作部１０を把持した状態で、操作部１０を捻る操作を行うと、第２アーム部材２２１が、第３回転角度検出部２３０に対して、第５軸周りに回転する。

【0068】

ここで、第２回転部２２２は、第１回転部２１２と同様に、第３回転角度検出部２３０に対する第２回転部２２２の回転角度を検出するロータリエンコーダ（図示せず。）を有する。従って、第２アーム部材２２１の第５軸周りの回転角度、すなわち、操作部１０の第５軸周りの回転角度を検出することができる。また、第２回転部２２２は、第１回転部２１２と同様の回転動作制御機器（図示せず。）を更に内蔵していてもよい。

【0069】

第２回転角度検出部２２０には、同様な機構を有する第３回転角度検出部２３０が接続される。上述したように、第３回転角度検出部２３０は、操作部１０の、第６軸周りの回転角度を検出する機能を有する。ここで、第６軸方向は、例えば左右方向であってよく、本実施形態においては、図３Ａ〜Ｃに示すｓ軸方向である。すなわち、第３回転角度検出部２３０は、いわゆるピッチ角（θ）を検出する。第３回転角度検出部２３０は、第３アーム部材２３１、第３回転部２３２及び第４アーム部材２３３を有する。

【0070】

第３アーム部材２３１は、例えば略長方形の面を有する板状の部材が、Ｌ字状に屈曲されて形成される。第３アーム部材２３１は、例えば、当該Ｌ字の一辺が左右方向に延設され、他辺が上下方向に延設されるように配設される。

【0071】

第３アーム部材２３１の左右方向に延設される一辺に当たる面の一端には、上述した、第２回転部２２２を介して、第２アーム部材２２１が接続される。また、第３アーム部材２３１の上下方向に延設される他辺に当たる面の一端は、第３回転部２３２を介して、第４アーム部材２３３に軸支される。すなわち、第３アーム部材２３１は、第３回転部２３２を介して、第４アーム部材２３３に対して回転可能に接続される。ここで、第３回転部２３２は、その回転軸が、第６軸と一致するように配設される。

【0072】

また、第４アーム部材２３３は、例えば略長方形の面を有する板状の部材が、Ｌ字状に屈曲されて形成される。第４アーム部材２３３は、例えば、当該Ｌ字の一辺が前後方向に延設され、他辺が左右方向に延設されるように配設される。ここで、第４アーム部材２３３の前後方向に延設する一辺に当たる面の一端には、上述した、第３回転部２３２を介して、第３アーム部材２３１が接続される。また、第４アーム部材２３３の左右方向に延設される他辺に当たる面の一端は、後述する、キャンセル機構４０のハウジング４２１の外周面に固定的に接合される。

【0073】

従って、操作者が、操作部１０を把持した状態で、操作部１０を前後方向に傾ける操作を行うと、第３アーム部材２３１が、第４アーム部材２３３に対して、第６軸周りに回転する。

【0074】

ここで、第３回転部２３２は、第１回転部２１２及び第２回転部２２２と同様、第４アーム部材２３３に対する第３回転部２３２の回転角度を検出するロータリエンコーダ（図示せず。）を有する。従って、第３アーム部材２３１の第６軸周りの回転角度、すなわち、操作部１０の第６軸周りの回転角度を検出することができる。また、第３回転部２３２は、第１回転部２１２及び第２回転部２２２と同様の回転動作制御機器（図示せず。）を更に内蔵していてもよい。

【0075】

以上、図３Ａ〜Ｃを参照して説明したように、本実施形態に係る傾き角度検出機構２０は、操作部１０の第４軸周り、第５軸周り及び第６軸周りの回転角度を検出する機能を有する。従って、検出した回転角度に基づいて、遠隔操作装置の姿勢入力を行うことができる。

【0076】

ここで、上記で説明した、回転角度を検出する際の基準位置は、操作者の体格等を考慮して、任意に設定されてよい。また、回転動作制御機器によって制御されるニュートラルな位置が、回転角度を検出する際の基準位置に設定されてもよい。

【0077】

［１．３．キャンセル機構の構造］
次に、図４を参照して、本実施形態に係るキャンセル機構４０の概略構成について説明する。上述したように、キャンセル機構４０は、操作部１０を傾ける動作が前記操作部の並進位置の変位に与える影響をキャンセルする。すなわち、キャンセル機構４０は、操作部１０の回転操作が、並進操作に及ぼす影響をキャンセルする機能を有する。

【0078】

図４は、本実施形態に係るキャンセル機構４０の一構成例を示す概略斜視図である。ここで、図４に示すｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、図２Ａ、Ｂに示す座表軸と対応している。

【0079】

図４を参照すると、本実施形態に係るキャンセル機構４０は、接続基台４１０及び手首ホールダー４２０を備える。接続基台４１０は、キャンセル機構４０を並進変位検出機構３０に固定するための台座である。［１．１．並進変位検出機構の構造］で説明したように、接続基台４１０の下面（底面）は、並進変位検出機構３０の第３並進部３４２の上面と固定的に接続される。

【0080】

接続基台４１０の上面には、手首ホールダー４２０が設けられる。手首ホールダー４２０は、操作者が操作部１０を把持する際に、手首を保持する役割を果たす。具体的には、手首ホールダー４２０には、前後方向（ｘ軸方向）から見て、略Ｕ字形状を有する溝が形成されており、操作者の手首が当該溝に差し込まれることで、手首が保持される。ここで、手首ホールダー４２０に設けられる手首を保持する部位の形状は、当該溝に限定されるものではなく、例えば、貫通孔であってもよい。

【0081】

手首ホールダー４２０は、例えば、傾き角度検出機構２０及び前記並進変位検出機構３０のそれぞれに対して相対的に回動可能である回転体を有する。具体的には、手首ホールダー４２０は、例えば、図４に示すように、ハウジング４２１及び球体４２２を有する。ハウジングの底面（ｚ軸の負方向に位置する面）は、接続基台４１０の上面に固着される。ここで、ハウジング４２１と球体４２２は、ハウジング４２１の内部に球体４２２が回転可能に収容されることで、いわゆる球面軸受を構成する。すなわち、球体４２２は、ハウジング４２１の内部において、ハウジング４２１に対して相対的に回動することができる。

【0082】

具体的には、ハウジング４２１は、内部に球体４２２が回転可能に収容される空洞部を有する。また、ハウジング４２１の前面及び後面（ｘ軸方向に位置する面）には、当該空洞部と外部とを連通する略円形状の開口部が設けられ、上面（ｚ軸の正方向に位置する面）の一部領域には、同じく、当該空洞部と外部とを連通する、上面を前後方向に貫く開口部が設けられている。更に、これらの開口部は互いにつながり、ひとつの溝を形成している。すなわち、ハウジング４２１は、前後方向（ｘ軸方向）から見て略Ｕ字形状の溝を有する。

【0083】

球体４２２は、ハウジング４２１の空洞部に回転可能に収容される。また、球体４２２には、ハウジング４２１の溝に対応する溝が形成される。従って、操作者が操作部１０を把持する際には、操作者の手首は、ハウジング４２１の溝及び球体４２２の溝に同時に差し入れられる。

【0084】

ここで、ハウジング４２１の空洞部の内壁と、球体４２２の表面との距離はほぼ０であってよく、すなわち、両者は略接触していてよい。従って、ハウジング４２１に対して、球体４２２の中心の位置が相対的に移動することが制限される。ここで、球体４２２の回転を滑らかにするために、ハウジング４２１の空洞部の内周面と、球体４２２の表面との間には、例えばグリス等の潤滑剤が注入されてもよい。あるいは、ハウジング４２１の空洞部の内周面と、球体４２２の表面との間には、例えばボールベアリングが設けられてもよい。

【0085】

ここで、キャンセル機構４０が有する、操作部１０の回転操作が並進操作に及ぼす影響をキャンセルする機能について説明する。上述したように、本実施形態に係るキャンセル機構４０は、いわゆる球面軸受の機構を有する。また、キャンセル機構４０の手首ホールダー４２０は、接続基台４１０を介して、並進変位検出機構３０の第３並進部３４２に固着される。また、更に、キャンセル機構４０のハウジング４２１の一側面には、傾き角度検出機構２０の第４アーム部材２３３が固着される。従って、キャンセル機構４０は、傾き角度検出機構２０と、並進変位検出機構３０との間に設けられる。

【0086】

ここで、例えば操作者が回転操作を行う場合を考える。操作者が操作部１０を把持した状態で、例えば右方向に操作部１０を傾けたとすると、自然と、腕の延伸方向を回転軸として、操作者の手首が時計回りに回転する。操作時において、操作者の手首は、手首ホールダー４２０の球体４２２の溝部に保持されているため、操作部１０の右傾に伴い生じる手首の回転は、球体４２２の回転を引き起こす。ここで、一般的に、操作部１０の右傾に伴う手首の回転は、人体の構造上、手首の位置自体の右方向への並進移動を意図せず発生させ得る。しかし、球体４２２は、球体４２２を収容するハウジング４２１に対して、相対的に回動自在に設けられるため、球体４２２が回転しても、ハウジング４２１の位置変化に影響を与えない。従って、操作者が操作部１０を右に傾けたとしても、ハウジング４２１の並進位置が変化することはない。よって、本実施形態に係るキャンセル機構４０は、操作者の手首周りの回転が、手首の並進位置の変位に与える影響をキャンセルし、操作部１０の並進位置を不変に保つ機能を有する。

【0087】

ここで、図５Ａ、Ｂを参照して、本実施形態に係るキャンセル機構４０の機能を、より詳しく説明する。図５Ａは、従来の６軸ジョイスティック（例えば上記特許文献１に記載の操作装置）における、並進変位検出機構及び傾き角度検出機構の座標軸と、操作者の上肢との関係を示す概念図である。また、図５Ｂは、本実施形態に係る多軸ジョイスティックにおける、並進変位検出機構及び傾き角度検出機構の座標軸と、操作者の上肢との関係を示す概念図である。なお、図５Ａ、Ｂにおいては、操作者の上肢を、「手」、「手首関節」及び「前腕」の３つの部位に概念的に分割して図示している。また、図５Ａ、Ｂにおいて、破線で示す矢印は、並進変位検出機構及び傾き角度検出機構によって検出される操作部の動きが、操作者の上肢の各部位（手、手首関節、前腕）のうち、いずれの部位の動きに起因して生じるか、という対応関係を概念的に示すものである。

【0088】

まず、図５Ａを参照すると、従来の６軸ジョイスティックにおいては、並進変位検出機構、傾き角度検出機構が、それぞれ、操作者の手の動きに伴って生じる操作部（操作者の手によって把持された操作部）の並進変位及び傾き角度を検出する。つまり、従来の６軸ジョイスティックにおいては、操作者の手の動き（操作部の動き）が、並進変位検出機構における座標軸（例えば、図示したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）と、傾き角度検出機構における座標軸（Ｒ軸、Ｓ軸、Ｔ軸）との両方の座標軸上の動きとして検出される。従って、当該６軸ジョイスティックに代表される従来の操作入力装置においては、例えば、本来は操作部の傾き角度のみを検出したい場合であっても、回転操作によって生じる意図せぬ並進操作まで検出されてしまい、遠隔操作装置における位置入力及び姿勢入力に不具合が生じていた。

【0089】

一方、図５Ｂを参照すると、本実施形態に係る多軸ジョイスティックにおいては、操作者の手首関節部にキャンセル機構の手首ホールダー部が連結され、当該手首ホールダー部の並進位置の変位に基づいて、操作部の並進変位が検出される。つまり、本実施形態に係る多軸ジョイスティックにおいては、並進変位検出機構は、操作者の前腕部の動きに伴って生じる操作部の並進変位を検出する。また、傾き角度検出機構は、操作者の手の動きに伴って生じる、操作部（操作者の手によって把持された操作部）の傾き角度を検出する。つまり、本実施形態に係る多軸ジョイスティックにおいては、並進変位検出機構における座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）上で検出される操作部の並進変位と、傾き角度検出機構における座標軸（ｒ軸、ｓ軸、ｔ軸）上で検出される操作部の傾き角度とが、それぞれ、操作者の上肢の別個の部位の動きに基づいて検出される。

【0090】

更に、本実施形態に係る多軸ジョイスティックにおいては、操作者の手首関節部にキャンセル機構が連結されることにより、図４を参照して上記説明したように、操作者の手による操作部を傾ける動作が、操作者の前腕部による操作部を並進移動させる動作に与える影響がキャンセルされる。すなわち、回転操作に伴う意図せぬ並進操作が生じない。従って、本実施形態に係る多軸ジョイスティックにおいては、操作者の前腕部の動きに伴って生じる操作部の並進変位と、操作者の手の動きに伴って生じる操作部の傾き角度とが、それぞれ別個の座標軸上で検出されるため、より精度の高い位置入力及び姿勢入力が実現される。

【0091】

以上説明したように、本実施形態に係る多軸ジョイスティック１においては、傾き角度検出機構２０と並進変位検出機構３０との間にキャンセル機構４０が設けられる。従って、回転操作に伴い生じ得る意図せぬ並進操作による影響を防止することができ、より正確な入力操作を行うことができる。

【0092】

＜２．多軸ジョイスティックの適用例＞
次に、図６Ａ、Ｂを参照して、本実施形態に係る多軸ジョイスティック１の、遠隔操作装置への適用例について説明する。図６Ａは、本実施形態に係る多軸ジョイスティック１により操作される遠隔操作装置の一構成例を示す概略図である。また、図６Ｂは、図６Ａにおける遠隔操作装置のノズル部の拡大図である。

【0093】

図６Ａを参照すると、遠隔操作装置９００は、例えば塗料噴霧用のマニピュレータである。遠隔操作装置９００は、本実施形態に係る多軸ジョイスティック１と相互に通信可能であり、操作者が多軸ジョイスティック１を用いて行った位置入力及び姿勢入力に基づいて、その駆動が制御される。

【0094】

遠隔操作装置９００は、基台９１０、アーム部９２０及びノズル部９３０を備える。ここで、以下の説明においては、基台９１０から見て、アーム部９２０が延伸し、ノズル部９３０が存在する方向を「前」と呼ぶこととする。また、それに対応して、「前」の逆方向を「後ろ」、「前」を向いた状態での左右方向を「左」、「右」と定義する。更に、遠隔操作装置９００が設置される床面と垂直な方向において、床面に対して遠隔操作装置９００が設置される方向を「上」、その逆方向を「下」と呼ぶこととする。すなわち、図６Ａに示すｕ軸方向、ｖ軸方向、ｗ軸方向は、それぞれ、前後方向、左右方向及び上下方向に対応している。

【0095】

基台９１０は、遠隔操作装置９００を床面（設置面）に固定するための台座である。また、遠隔操作装置９００は、例えば、基台９１０を通して、別に設けられる制御装置（図示せず。）と接続されてよい。当該制御装置は、遠隔操作装置９００の駆動を統合的に制御するものであり、例えば、多軸ジョイスティック１からの入力に基づいて、アーム部９２０及びノズル部９３０を駆動する制御を行う。

【0096】

アーム部９２０は、例えば、棒状のアーム部材９２１ａ、９２１ｂ、９２１ｃ及びこれらアーム部材同士を回転可能に接続するアーム関節部９２２ａ、９２２ｂ、９２２ｃを有する。アーム部材９２１ａの一端は、アーム関節部９２２ａを介して、基台９１０に対して回転可能に接続される。また、アーム部材９２１ａの他端は、アーム関節部９２２ｂを介して、アーム部材９２１ｂの一端に回転可能に接続される。ここで、アーム関節部９２２ａとアーム関節部９２２ｂの回転軸は、互いに直交する方向であってよい。例えば、図６Ａに示すように、アーム関節部９２２ａの回転軸は、ｖ軸方向であり、アーム関節部９２２ｂの回転軸は、ｗ軸方向である。

【0097】

アーム部材９２１ｂの他端は、アーム関節部９２２ｃを介して、アーム部材９２１ｃの一端に回転可能に接続される。ここで、アーム関節部９２２ｃの回転軸は、例えばｖ軸方向であってよい。また、アーム部材９２１ｃの他端には、ノズル部９３０が接続される。

【0098】

図６Ｂを参照すると、遠隔操作装置９００のノズル部９３０は、棒状のノズル部アーム部材９３１ａ、９３１ｂ及びこれらノズル部アーム部材同士を回転可能に接続する、ノズル部関節部９３２ａ、９３２ｂを有する。ノズル部アーム部材９３１ａの一端は、ノズル部関節部９３２ａを介して、アーム部材９２１ｃに回転可能に接続される。また、ノズル部アーム部材９３１ａの他端は、ノズル部関節部９３２ｂを介して、ノズル部アーム部材９３１ｂの一端に回転可能に接続される。ここで、ノズル部関節部９３２ａとノズル部関節部９３２ｂの回転軸は、互いに直交する方向であってよい。例えば、図６Ｂに示すように、ノズル部関節部９３２ａの回転軸は、ｍ軸方向であり、ノズル部関節部９３２ｂの回転軸は、ｎ軸方向である。ここで、図６Ｂに示すように、ｍ軸方向は、アーム部材９２１ｃの延伸方向であり、ｎ軸方向は、紙面と水平な面内で、ｍ軸と直交する方向を示す。また、ｍ軸及びｎ軸の両方と直交する方向をｋ軸と呼ぶこととする。

【0099】

ノズル部アーム部材９３１ｂの、ｍ軸とｋ軸とで規定される面上には、支持部材９３５を介してノズル９３３が接続される。ノズル９３３からは、配管９３４が延設されており、配管９３４によって、例えば、塗料等の溶液がノズル９３３に供給される。

【0100】

ここで、操作者が、多軸ジョイスティック１を用いて、位置入力及び／又は姿勢入力を行うと、当該位置入力及び／又は当該姿勢入力に応じた信号が、上述した制御装置に入力される。当該制御装置は、入力された信号に応じて、遠隔操作装置９００を駆動する。

【0101】

例えば、当該制御装置は、多軸ジョイスティック１による位置入力に対応して、ノズル部９３０が並進移動するように、アーム部９２０を駆動してもよい。具体的には、例えば、操作者が操作部１０を右方向に並進移動させると、その変位量に応じてノズル部９３０も右方向に並進移動するように、当該制御装置は、アーム部９２０を駆動してもよい。また、例えば、操作者が操作部１０を右方向に並進移動させると、その変位量に応じてノズル部９３０に右方向への並進移動速度が与えられるように、当該制御装置は、アーム部９２０を駆動してもよい。ここで、操作部１０の並進位置の変位量とノズル部９３０の並進位置の変位量との関係、及び操作部１０の並進位置の変位量とノズル部９３０の並進移動速度との関係は、線形な関係でもよく、非線形な関係でもよく、特定の関係に限定されない。操作者が、操作部１０を介して、直感的にノズル部９３０の並進位置を変化させることができるように、当該制御装置は、操作部１０の並進位置の変位量に対して、座標変換やスケール変換等の処理を適宜施すことで、ノズル部９３０の並進位置の変位量や並進移動速度を調整することができる。

【0102】

また、例えば、当該制御装置は、多軸ジョイスティック１による姿勢入力に対応して、ノズル部９３０の向き（姿勢）が変化するように、ノズル部９３０を駆動してもよい。具体的には、例えば、操作者が操作部１０を手前方向に傾けたら、その傾き角度の変化量に応じてノズル部９３０のノズル９３３の先端が上方を向くように、当該制御装置は、ノズル部９３０を駆動してもよい。また、例えば、操作者が操作部１０を手前方向に傾けたら、その傾き角度の変化量に応じてノズル部９３０のノズル９３３の先端に上方への回転角速度が与えられるように、当該制御装置は、ノズル部９３０を駆動してもよい。ここで、操作部１０の傾き角度の変化量とノズル９３３の先端の方向変化量との関係、及び操作部１０の傾き角度の変化量とノズル９３３の回転角速度との関係は、線形な関係でもよく、非線形な関係でもよく、特定の関係に限定されない。操作者が、操作部１０を介して、直感的にノズル９３３の先端の方向を変化させることができるように、当該制御装置は、操作部１０の傾き角度の変化量に対して、座標変換やスケール変換等の処理を適宜施すことで、ノズル９３３の先端の方向変化量や回転角速度を調整することができる。

【0103】

ここで、多軸ジョイスティック１におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、ｒ軸、ｓ軸、ｔ軸と、遠隔操作装置９００におけるｕ軸、ｖ軸、ｗ軸、ｍ軸、ｎ軸、ｋ軸とは、１対１に対応していなくてもよい。多軸ジョイスティック１において検出された各軸に関する並進操作及び／又は回転操作は、操作者が遠隔操作装置９００を直感的に操作できるように、当該制御装置によって適宜座標変換やスケール変換等の処理が施され、遠隔操作装置９００の駆動に反映されてよい。

【0104】

＜３．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態に係る多軸ジョイスティックは、操作者によって把持される操作部と、操作部の並進位置の変位を検出する並進変位検出機構と、操作部の傾き角度を検出する傾き角度検出機構とを備える。従って、操作者による操作部の操作に応じて、遠隔操作装置に対して、位置入力及び姿勢入力を行うことができる。

【0105】

また、本実施形態に係る多軸ジョイスティックは、並進変位検出機構と傾き角度検出機構との間に、操作部を傾ける動作が操作部の並進位置の変位に与える影響をキャンセルするキャンセル機構を備える。当該キャンセル機構は、例えば、操作者が操作部を把持する際に、操作者の手首を保持する手首ホールダーである。当該手首ホールダーは、例えば、いわゆる球面軸受であってよく、球面軸受を構成するハウジングと球体とに、手首を保持するための溝が設けられる。従って、操作者が操作部を傾ける動きに伴い、操作者の手首が回転しても、球体だけが回転し、並進変位検出機構に影響を及ぼさない。よって、操作部を傾ける動作が行われても操作部の並進位置が不変に保たれるため、位置入力と姿勢入力とを個別分離して行うことができ、より正確な入力操作が可能となる。

【0106】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0107】

例えば、上記実施形態では、キャンセル機構は、いわゆる球面軸受によって構成される手首ホールダーを有していたが、本発明はかかる例に限定されない。本実施形態に係るキャンセル機構と同様の機能を有する構造であれば、他の構造であってもよい。例えば、手首ホールダー部はジンバル構造によって構成されてもよい。また、本実施形態に係る手首ホールダーは、操作者の手首を保持する機能を有するが、操作者の手首は、固定的に保持されなくてもよい。つまり、本実施形態に係る手首ホールダーは、操作者の手首を支持するだけでもよい。

【0108】

また、例えば、上記実施形態では、並進変位検出機構は検出軸を３軸有し、傾き角度検出機構は検出軸を３軸有していたが、本発明はかかる例に限定されない。対象とする遠隔操作装置の用途や構造に応じて、検出軸の数は適宜設定されてよい。また、並進変位検出機構及び傾き角度検出機構の具体的な構成も、上記実施形態で説明した構成に限定されるものではなく、設定される検出軸の数や方向等に応じて、適宜変更されてよい。例えば、並進変位検出機構は、検出軸方向への並進位置の変位を直接検出する直動機構でなくてもよく、操作部の所定の方向への移動や所定の回転軸周りの回転が、所望の方向への並進位置の変位に変換される平行リンク機構であってもよい。

【符号の説明】

【0109】

１ 多軸ジョイスティック
１０ 操作部
２０ 傾き角度検出機構
３０ 並進変位検出機構
４０ キャンセル機構
２１０ 第１回転角度検出部
２２０ 第２回転角度検出部
２３０ 第３回転角度検出部
３１０ 基台
３２０ 第１並進位置検出部
３３０ 第２並進位置検出部
３４０ 第３並進位置検出部
４１０ 接続基台
４２０ 手首ホールダー
４２１ ハウジング
４２２ 球体

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】