特許 7420543 遠隔操縦装置

(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】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】遠隔操縦装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/02 20060101AFI20240116BHJP

【ＦＩ】

B25J13/02

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019225694

(22)【出願日】2019-12-13

(65)【公開番号】P2021094615

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-12-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】掃部 雅幸

(72)【発明者】

【氏名】木谷 健二

(72)【発明者】

【氏名】岡 朋暉

【審査官】臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０９３５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４９１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１４５４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５２４４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００９５１０８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ ３／００－１７／０２

Ｇ０５Ｇ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース部に支持された第１アームと、
前記第１アームの先端部に接続された第２アームと、
前記第２アームの先端部に並設された２つの回転体と、
２つの前記回転体にそれぞれリンク部材が固定されたリンク機構と、
前記リンク機構に取り付けられた操作部と、を備え、
２つの前記回転体は、水平方向に配置された同軸状の駆動軸にそれぞれ独立して回転自在に支持されており、
前記操作部は、前記第２アームに対して前記リンク機構の中心点を通る直交する３軸の各軸周りで回転可能であり、
前記リンク機構は、２つの前記駆動軸の軸線上に前記中心点が位置するように前記回転体の側方に備えられており、
前記操作部は、
前記中心点を通る回動軸の軸線上で、前記リンク機構に関して前記中心点と反対側で前記リンク機構に取り付けられているオフセットアームであって、前記回動軸の軸線と交差し且つ前記回動軸の軸線から離れる方向に、延びるオフセットアームと、
前記回動軸の軸線から離れる方向に前記オフセットアームから延びるグリップとを含む、
ことを特徴とする遠隔操縦装置。

【請求項2】

平行に配置された２つのリンク部材を有し、ベース部に旋回軸周りで旋回可能に備えられた支持リンクに支持された第１アームと、
前記第１アームの先端部に接続された第２アームと、
前記第２アームの先端部に並設された２つの回転体であって、水平方向に配置された同軸状の駆動軸にそれぞれ独立して回転自在に支持されている２つの回転体と、
２つの前記回転体にそれぞれリンク部材が固定されたリンク機構と、
前記リンク機構に取り付けられた操作部であって、前記第２アームに対して前記リンク機構の中心点を通る直交する３軸の各軸周りで回転可能である操作部と、
前記操作部にピッチ軸周りとロール軸周りとヨー軸周りとにおけるそれぞれの力覚フィードバックを作用させるアクチュエータと、を備え、
前記リンク機構は、２つの前記駆動軸の軸線上に前記中心点が位置するように前記回転体の側方に備えられており、
前記操作部は、前記中心点を通る回動軸の軸線上で前記リンク機構に取り付けられており、
前記第２アームは、前記第１アームの先端部に、前記駆動軸と平行に配置された揺動軸で接続されており、
前記ピッチ軸周りと前記ロール軸周りの前記力覚フィードバックを前記回転体を介して前記操作部に作用させるそれぞれの前記アクチュエータは、前記第１アームの基部側に備えられている、
ことを特徴とする遠隔操縦装置。

【請求項3】

前記回転体は、プーリで構成され、
前記第１アームの先端部に中間プーリが備えられ、
前記アクチュエータと前記中間プーリの間と、前記中間プーリと前記プーリとの間は伝達ベルトで接続されている、
請求項２に記載の遠隔操縦装置。

【請求項4】

前記ヨー軸周りの前記力覚フィードバックを与える前記アクチュエータは、前記リンク機構に備えられている、
請求項２に記載の遠隔操縦装置。

【請求項5】

ベース部に支持された第１アームと、
前記第１アームの先端部に接続された第２アームと、
前記第２アームの先端部に並設された２つの回転体と、
２つの前記回転体にそれぞれリンク部材が固定されたリンク機構と、
前記リンク機構に取り付けられた操作部と、
前記ベース部を固定する架台と、
前記架台に沿って、前記第１アーム及び前記第２アームの自重を補償する自重補償部とを備え、
２つの前記回転体は、水平方向に配置された同軸状の駆動軸にそれぞれ独立して回転自在に支持されており、
前記操作部は、前記第２アームに対して前記リンク機構の中心点を通る直交する３軸の各軸周りで回転可能であり、
前記リンク機構は、２つの前記駆動軸の軸線上に前記中心点が位置するように前記回転体の側方に備えられており、
前記操作部は、前記中心点を通る回動軸の軸線上で前記リンク機構に取り付けられている、
ことを特徴とする遠隔操縦装置。

【請求項6】

前記自重補償部は、前記架台に沿って延びるように配置されたバネ部材を有している、請求項５に記載の遠隔操縦装置。

【請求項7】

前記リンク機構は、球面パラレルリンクで構成されている、
請求項１～６のいずれか一項に記載の遠隔操縦装置。

【請求項8】

前記球面パラレルリンクは、前記中心点を中心に回転する第１リンク部材及び第２リンク部材と、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材の先端にそれぞれ回転対偶で接続される第１支持部及び第２支持部がそれぞれ設けられたブラケットと、を有し、
前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材の基端は、２つの前記回転体のそれぞれに固定されている、
請求項７に記載の遠隔操縦装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多関節型ロボットなどを遠隔操縦する遠隔操縦装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、人の立ち入りが難しい場所なで使用されるロボットや機械を遠隔操縦することがある。ロボットや機械を遠隔操縦する操縦装置には、種々の形式があるが、近年、操縦装置（マスタ）とロボット（スレーブ）とがバイラテラル方式によって力覚制御されるものがある。以下、「バイラテラル方式による力覚制御」を、単に「バイラテラル制御」ともいう。

【0003】

バイラテラル制御が行われる操縦装置は、ロボットや機械に作用する力感覚を使用者に対して力覚フィードバックする必要があり、操縦装置に複数のアクチュエータを備えたものがある。アクチュエータとして、モータを用いたものがある。

【0004】

この種の先行技術として、例えば、長時間使用しても疲れないように、使用者の手首を含む肘をのせたまま操縦できる遠隔操縦装置がある（例えば、特許文献１参照）。この遠隔操縦装置では、操作部（グリップ）を持って肘掛部材に連結された連結部材を傾倒させることで遠隔操縦ができ、連結部材の中に備えられてモータで使用者に対して力覚フィードバックを行っている。

【0005】

また、他の先行技術として、マニピュレータを動作させるマニピュレータ駆動ユニットを球面パラレルリンクのブラケットに固定し、球面パラレルリンクをリンク駆動ユニットで駆動するものがある（例えば、特許文献２参照）。この先行技術では、球面パラレルリンクのリンク駆動ユニットにより、マニピュレータを動作させる遠隔中心を得るようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１３－８８８５２号公報

【文献】特開２０１７－６４８９２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、上記した特許文献１は、作業者が手首を含む肘を載せたまま操縦する遠隔操縦装置であるため、ロボットの動作範囲を大きくするために操作部の動作範囲を大きくするには構造が複雑になる。しかも、作業者が肘を置く場所が限られるため、遠隔操縦するロボットや機械が限られる。

【0008】

また、上記した特許文献２では、球面パラレルリンクのリンク駆動ユニットでマニピュレータを駆動する遠隔中心を得ることはできるが、操作部の動作範囲を大きくすることはできず、遠隔操縦するロボットや機械が限られる。その上、バイラテラル制御を行う場合の力覚フィードバックを操作部に作用させる構成を備えさせることは難しい。

【0009】

そこで、本発明は、操作部周辺の構成をコンパクトにでき、大きな動作範囲が得られる遠隔操縦装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明は、ベース部に支持された第１アームと、前記第１アームの先端部に接続された第２アームと、前記第２アームの先端部に並設された２つの回転体と、２つの前記回転体にそれぞれリンク部材が固定されたリンク機構と、前記リンク機構に取り付けられた操作部と、を備え、２つの前記回転体は、水平方向に配置された同軸状の駆動軸にそれぞれ独立して回転自在に支持されており、前記操作部は、前記第２アームに対して前記リンク機構の中心点を通る直交する３軸の各軸周りで回転可能であり、前記リンク機構は、２つの前記駆動軸の軸線上に前記中心点が位置するように前記回転体の側方に備えられており、前記操作部は、前記中心点を通る回動軸の軸線上で前記リンク機構に取り付けられている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「リンク機構」は、３軸の中心点に対してそれぞれ独立して動く複数のリンク部材を備えたものをいう。３軸は、ピッチ軸、ロール軸及びヨー軸の３軸をいう。

【0011】

この構成により、第２アームの先端部に並設された２つの回転体の駆動軸の軸線上であって、回転体の側方に備えられたリンク機構に取り付けられた操作部により、操作部を大きな動作範囲で操作することができる。しかも、回転体の側方に備えさせたリンク機構に操作部を設けているため、操作部周辺の構成をコンパクトにできる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、操作部周辺の構成をコンパクトにでき、大きな動作範囲が得られる遠隔操縦装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る遠隔操縦装置を示す斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す遠隔操縦装置の側面図である。

【図3】図３は、図１に示す遠隔操縦装置の操作部の部分を、図１と反対方向から見た拡大斜視図である。

【図4】図４は、図３に示す操作部の部分の平面図である。

【図5】図５（Ａ）、（Ｂ）は、図２に示す遠隔操縦装置の自重補償部を模式的に示す構成図である。

【図6】図６は、図３に示す操作部を前後方向に傾けた状態を示す図面であり、（Ａ）は前方向に傾けた状態の斜視図、（Ｂ）は後方向に傾けた状態の斜視図である。

【図7】図７は、図３に示す操作部を左右方向に傾けた状態を示す図面であり、（Ａ）は左方向に傾けた状態の斜視図、（Ｂ）は右方向に傾けた状態の斜視図である。

【図8】図８は、図３に示す操作部を水平方向に回動させた状態を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、片手で操作部３０を操作する遠隔操縦装置１を例に説明する。また、以下の説明では、遠隔操縦装置１で多関節型ロボット（図示略）を遠隔操縦する場合を例に説明する。遠隔操縦装置１と多関節型ロボット（以下、単に「ロボット」という）とは、バイラテラル方式によって力覚制御（バイラテラル制御）されている。バイラテラル制御は、公知の方式を利用することができるため、詳細な説明は省略する。また、この実施形態では、操作部３０に力覚フィードバックを作用させるアクチュエータとしてモータ（例えば、サーボモータ）を例に説明する。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における前後左右方向の概念は、図１に示す前後左右方向の概念と一致するものとする。

【0015】

（遠隔操縦装置の全体構成）
図１は、一実施形態に係る遠隔操縦装置１を示す斜視図である。図２は、図１に示す遠隔操縦装置１の構成を示す側面図である。以下の実施形態では、モータの動力を、ベルトを用いて伝達する例を説明する。モータの動力伝達は、ベルト以外の構成を採用できる。

【0016】

この実施形態の遠隔操縦装置１は、架台７０の上部にベース部１０が固定されている。ベース部１０の上部には、支持リンク１１が設けられている。支持リンク１１は、ベース部１０に対して縦方向の旋回軸Ｊ１の周りで旋回可能となっている。支持リンク１１の上部には、第１アーム１２の基部が支持されている。第１アーム１２は、支持リンク１１に設けられた横方向の第１揺動軸Ｊ２の周りで揺動可能となっている。第１アーム１２の先端部には、第２アーム１３が設けられている。第２アーム１３は、第１アーム１２に設けられた横方向の第２揺動軸Ｊ３の周りで揺動可能となっている。第２アーム１３の先端部には、水平方向に２つの駆動軸Ｊ４が同軸状に設けられている。それぞれの駆動軸Ｊ４には、２つの回転体たる第１プーリ２０と第２プーリ２１とがそれぞれ設けられている。第１プーリ２０及び第２プーリ２１の部分に、操作部３０が備えられている。第１プーリ２０、第２プーリ２１及び操作部３０の詳細は、後述する。

【0017】

また、第１アーム１２は、平行に配置された２つのリンク部材たる接続リンク１５を有しており、２つの接続リンク１５の基部側は、連結リンク１４で接続されている。連結リンク１４は、下方の接続リンク１５と第１揺動軸Ｊ２の部分で回動自在に接続され、上方の接続リンク１５と第３揺動軸Ｊ５の部分で回転自在に接続されている。２つの接続リンク１５の先端部は、第２アーム１３の第２揺動軸Ｊ３と、この第２揺動軸Ｊ３と所定間隔で設けられた第４揺動軸Ｊ６に接続されている。第１アーム１２は、これら第１揺動軸Ｊ２と第２揺動軸Ｊ３、及び第３揺動軸Ｊ５と第４揺動軸Ｊ６とによって接続された２つの接続リンク１５と、連結リンク１４及び第２アーム１３の一部により、平行リンク機構に形成されている。

【0018】

そして、後述するように、操作部３０に対して、ピッチ軸Ｌ１の周りの力覚フィードバックを作用させる第１モータ２２と、ロール軸Ｌ２の周りの力覚フィードバックを作用させる第２モータ２３とが、第１アーム１２の基部側である接続リンク１５の基部側に配置されている。２つの第１モータ２２及び第２モータ２３を第１アーム１２の基部側に配置することで、操作部３０に配置する場合と比較して操作部３０（後述する球面パラレルリンク３１を含む）側の重量を低減し、操作部３０を操作するときの慣性モーメントを低減させて、操作部３０の操作性を向上させている。

【0019】

第４揺動軸Ｊ６には、中間プーリ２４が設けられている。中間プーリ２４は、第４揺動軸Ｊ６の軸方向に４本のベルトを掛ける構成となっている。そして、中間プーリ２４と第１モータ２２と第２モータ２３のプーリ（図示略）との間が、２本の第１伝達ベルト２５でそれぞれ接続されている。また、中間プーリ２４と駆動軸Ｊ４に並設された第１プーリ２０及び第２プーリ２１との間が、２本の第２伝達ベルト２６でそれぞれ接続されている。これらの伝達ベルト２５，２６には、歯付ベルトを用いることができる。歯付ベルトを用いることで、２軸間の回転位相を正確に保つことができる。第１モータ２２は、操作部３０を操作したときのピッチ軸Ｌ１（図３）の周りの回転角の信号を出力するセンサを有している。また、第２モータ２３は、操作部３０を操作したときのロール軸Ｌ２（図３）の周りの回転角の信号を出力するセンサを有している。センサとしては、エンコーダを用いることができる。

【0020】

また、第１アーム１２の基部を支持する第１揺動軸Ｊ２の部分には、第４モータ２９が備えられている。第４モータ２９は、第１アーム１２の操作に応じて操作部３０に力覚フィードバックを作用させるとともに、第１アーム１２の揺動角度の信号を出力するセンサを有している。センサとしては、エンコーダを用いることができる。

【0021】

（操作部の部分の構成）
図３は、図１に示す遠隔操縦装置１の操作部３０の部分を、図１と反対方向から見た拡大斜視図である。図示する操作部３０は、操作部３０に対して外力が作用していない状態を示している。図４は、図３に示す操作部３０の部分の平面図である。これらの図に基づいて、第２アーム１３の先端部に備えられた操作部３０の部分の構成を説明する。

【0022】

第２アーム１３の先端部には、水平方向に２つの駆動軸Ｊ４が備えられ、それぞれの駆動軸Ｊ４に第１プーリ２０と第２プーリ２１とがそれぞれ独立して回転自在に支持されている。第１プーリ２０及び第２プーリ２１の近傍には、テンションローラ２７が設けられ、第２伝達ベルト２６の張力が保たれている。

【0023】

そして、この実施形態では、第２プーリ２１の側方にリンク機構としての球面パラレルリンク３１が設けられている。リンク機構は、球面パラレルリンク３１以外の構成でもよく、操作部３０を、第２アーム１３に対して中心点Ｐを通る直交する３軸の各軸周りで回転可能とする構成であればよい。球面パラレルリンク３１の構成である第１リンク部材３２及び第２リンク部材３３の基部は、上記第１プーリ２０及び第２プーリ２１にそれぞれ固定されている。一方、駆動軸Ｊ４と直行する回動軸Ｊ９の軸線上に、球面パラレルリンク３１を構成する第１ブラケット３６と第２ブラケット３７とが設けられており、第１リンク部材３２の先端部は、第１ブラケット３６の第１支持部３４と回転対偶で接続されている。また、第２リンク部材３３の先端部は、第２ブラケット３７の第２支持部３５と回転対偶で接続されている。この球面パラレルリンク３１は、操作部３０を、第２アーム１３に対して球面パラレルリンク３１の中心点Ｐを通る直交する３軸（ピッチ軸Ｌ１、ロール軸Ｌ２、ヨー軸Ｌ３）の各軸周りで回転可能としている。この球面パラレルリンク３１は、２つの駆動軸Ｊ４の軸線上に中心点Ｐが位置するように第２プーリ２１の側方に設けられている。

【0024】

図４に示すように、この実施形態の球面パラレルリンク３１は、円弧状に形成されたそれぞれの第１リンク部材３２と第２リンク部材３３の曲率中心が駆動軸Ｊ４の軸線上における中心点Ｐで一致している。中心点Ｐを中心に回転する第１リンク部材３２と第２リンク部材３３は、先端にそれぞれ回転対偶で接続された第１支持部３４と第２支持部３５との回動軸Ｊ７，Ｊ８も中心点Ｐで一致している。そして、第１リンク部材３２の基部が第１プーリ２０の側面に固定され、第２リンク部材３３の基端が第２プーリ２１の側面に固定されている。これにより、球面パラレルリンク３１の第１リンク部材３２と第２リンク部材３３は、中心点Ｐを中心として回動するようになっている。

【0025】

この球面パラレルリンク３１の中心点Ｐを通る回動軸Ｊ９の軸線上において、第２ブラケット３７に操作部３０が取り付けられている。操作部３０は、第２ブラケット３７から下方に延びる回動部３８と、この回動部３８から駆動軸Ｌ４の軸線と交差する後方に向けて湾曲して延びるオフセットアーム３９と、このオフセットアーム３９の端部に備えられたグリップ４０とを有している。このように、操作部３０のグリップ４０が、第２プーリ２１の側方から回動軸Ｊ９と交差する方向に延びるように、オフセットアーム３９の基部が球面パラレルリンク３１の第２ブラケット３７に取り付けられている。

【0026】

第１ブラケット３６の上面には、操作部３０に対してヨー軸Ｌ３の周りの力覚フィードバックを作用させる第３モータ２８が設けられている。第３モータ２８は、グリップ４０を水平方向に回転させたときの回転角の信号（回動部３８の回動角度）を出力するセンサを有している。

【0027】

このような操作部３０によれば、２つのプーリ２０，２１に第１リンク部材３２と第２リンク部材３３とがそれぞれ固定された球面パラレルリンク３１により、図示する矢印のように前後左右方向にグリップ４０を移動させることで、後述するように２つのプーリ２０，２１を同一方向又は反対方向に回転させることができる。また、グリップ４０を移動させることで、第２アーム１３は駆動軸Ｊ４と第２揺動軸Ｊ３の部分で角度を変化させることができ、第１アーム１２は第１揺動軸Ｊ２の部分で揺動角度を変化させることができる。さらに、グリップ４０を移動させることで、第２アーム１３及び第１アーム１２とともに支持リンク１１を旋回軸Ｊ１の周りで旋回させることができる。

【0028】

この遠隔操縦装置１によれば、操作部３０を操作（傾倒、回動を含む）させた時のピッチ軸Ｌ１、ロール軸Ｌ２、ヨー軸Ｌ３のそれぞれの軸周りの回転角の変化量は、第１モータ２２、第２モータ２３及び第３モータ２８によって検出される。操作部３０のグリップ４０を操作することで得られる電気信号は、制御装置６０（図１，２）を介してバイラテラル制御に応じた電気信号としてロボットの対応部分の動作部に出力される。一方、ロボットの動作部が受ける外力によって得られる電気信号が、バイラテラル制御に応じた電気信号として操作部３０に力覚フィードバックを与える各モータ２２，２３，２８に出力される。制御装置６０は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ及びＩ／Ｏインターフェース等を有する。制御装置６０は、入力された電気信号からバイラテラル制御に応じた電気信号を出力する。出力される電信号は、入力された電気信号に対してバイラテラル制御に応じた信号となるように、不揮発性メモリに保存されたプログラムに基づいてプロセッサが揮発性メモリを用いて演算処理することで得られる。

【0029】

しかも、この実施形態の遠隔操縦装置１によれば、操作部３０に対してピッチ軸Ｌ１の周りの力覚フィードバックを作用させる第１モータ２２と、ロール軸Ｌ２の周りの力覚フィードバックを作用させる第２モータ２３とが第１アーム１２の基部側に備えられている。これにより、重量物である第１モータ２２及び第２モータ２３を、操作部３０から離れた第１アーム１２の基部側に配置して操作部３０側の重量を軽減し、操作部３０の操縦性向上を図ることができる。

【0030】

その上、この実施形態の遠隔操縦装置１によれば、第２アーム１３の先端部分に備えられる操作部３０を、第２アーム１３の延びる方向の先端方向ではなく側方に備えさせた球面パラレルリンク３１で支持することにより、第２アーム１３の先端部からグリップ４０までの距離を短縮し、操作部３０の部分をコンパクトに形成しつつ、操作部３０の大きな動作範囲を確保することができる。すなわち、この実施形態の遠隔操縦装置１によれば、操作部３０を第２プーリ２１の側方に設けた球面パラレルリンク３１で支持し、第１プーリ２０及び第２プーリ２１からグリップ４０が所定距離離れるようにオフセットしている。これにより、グリップ４０の周辺の構成をコンパクトにし、ロボットの手首部を操作するヨー軸Ｌ３の周りの動作を、右方向に約１８０度、左方向に約９０度の大きな動作範囲として操作性を良くすることができる。

【0031】

なお、この実施形態の操作部３０は、片手で操縦するようにグリップ４０が設けられているが、両手で操縦するように構成されたものでもよく、操作部３０の形態はこの実施形態に限定されない。

【0032】

（自重補償部の構成）
図５（Ａ）、（Ｂ）は、図２に示す遠隔操縦装置１の自重補償部５０を模式的に示す構成図である。自重補償部５０は、重量バランスを図るための構成をいう。上記した図２に基づいて自重補償部５０の全体構成を説明し、図５（Ａ）、（Ｂ）に基づいて具体的な説明をする。なお、図５（Ａ）と図５（Ｂ）では、各自重補償部の構成のみを示している。

【0033】

図２に示すように、この実施形態の遠隔操縦装置１には、架台７０に沿って上下方向に延びるように自重補償部５０が備えられている。自重補償部５０は、支持リンク１１に対して第１アーム１２の延びる方向と反対方向に備えられている。自重補償部５０は、支持リンク１１に設けられた一対のフレーム材５１と、一対のフレーム材５１の間に設けられたバネ部材の第１コイルバネ５２と第２コイルバネ５３とを有している。フレーム材５１は、支持リンク１１に上端部が固定され、架台７０に沿って下方へ延びる一対の板材である。第１コイルバネ５２及び第２コイルバネ５３は、下端部がフレーム材５１の間に固定されたバネ支持軸５４に支持され、上端部には第１ワイヤ５５と第２ワイヤ５６がそれぞれ接続されている。第１ワイヤ５５と第２ワイヤ５６は、フレーム材５１の上部に設けられた２つの第１ローラ５７にそれぞれ掛けられた後、端部は第１アーム１２の基部方向へ延びている。

【0034】

図５（Ａ）に示すように、第１コイルバネ５２の上端部に接続された第１ワイヤ５５は、第１ローラ５７に掛けられた後、支持リンク１１の後方へと延びている。そして、支持リンク１１の後部に設けられた第２ローラ５８に掛けられて前方へと延び、連結リンク１４の前部に設けられた第１接続部材１６に接続されている。第１コイルバネ５２及び第１ワイヤ５５は、二点鎖線で示すように、第１アーム１２に対して第２アーム１３が傾いた場合など、第１揺動軸Ｊ２の周りに作用する矢印Ｒ１の方向の自重を、第１コイルバネ５２のバネ力によって補償している。

【0035】

図５（Ｂ）に示すように、第２コイルバネ５３の上端部に接続された第２ワイヤ５６は、第１ローラ５７に掛けられた後、第１アーム１２と一体的に揺動するように第１揺動軸Ｊ２を中心に前方に向けて設けられた第２接続部材１７に接続されている。第２コイルバネ５３及び第２ワイヤ５６は、二点鎖線で示すように、第１アーム１２と第２アーム１３が傾いた場合など、第１揺動軸Ｊ２の周りに作用する矢印Ｒ２の方向の自重を、第２コイルバネ５３のバネ力によって補償している。自重補償部５０は、第１コイルバネ５２及び第２コイルバネ５３による自重補償が常に働いた状態となっており、第１アーム１２と第２アーム１３とのそれぞれの傾きに応じて適切に自重補償している。

【0036】

この自重補償部５０では、第１コイルバネ５２と第２コイルバネ５３と架台７０に沿って延びるように配置し、それぞれのコイルバネ５２，５３のバネ力を、それぞれの重量と第１揺動軸Ｊ２からの距離に応じた力としている。

【0037】

このような自重補償部５０により、操作部３０に外力が作用しない状態で、第１アーム１２と第２アーム１３を図２に示す状態で保つことができる。また、このような自重補償部５０を第１アーム１２及び第２アーム１３の延びる方向と反対側で架台７０に沿って上下方向に延びるように配置しているため、旋回半径ならびに慣性モーメントを小さくすることができ、操作部３０のグリップ４０を軽快に操作することができる。

【0038】

この実施形態では、自重補償部５０においてアームの自重を補償する構成としてコイルバネを用いた例を説明したが、自重を補償する構成は流体圧ダンパなどを用いることができる。

【0039】

（遠隔操縦装置による操縦例）
図６は、図３に示す操作部３０を前後方向に傾けた状態を示す図面であり、（Ａ）は前方向に傾けた状態の斜視図、（Ｂ）は後方向に傾けた状態の斜視図である。図７は、図３に示す操作部３０を左右方向に傾けた状態を示す図面であり、（Ａ）は左方向に傾けた状態の斜視図、（Ｂ）は右方向に傾けた状態の斜視図である。図８は、図３に示す操作部３０を水平方向に回動させた状態を示す平面図である。以下の例では、図示しないロボットの手首部を動作させた場合を例に説明する。

【0040】

図６（Ａ）に示すように、操作部３０のグリップ４０を前方向に傾けると、球面パラレルリンク３１の第１ブラケット３６及び第２ブラケット３７とともに第１プーリ２０及び第２プーリ２１の後部が同一角度で下向きに回動させられる。これにより、遠隔操縦するロボットの手首部を、前部が上向きに回動するように傾けることができる。

【0041】

一方、図６（Ｂ）に示すように、操作部３０のグリップ４０を後方向に傾けると、球面パラレルリンク３１の第１ブラケット３６及び第２ブラケット３７とともに第１プーリ２０及び第２プーリ２１の後部が同一角度で上向きに回動させられる。これにより、遠隔操縦するロボットの手首部を、前部が下向きに回動するように傾けることができる。

【0042】

操作部３０のグリップ４０を前後方向に回動させる操作は、操作部３０が球面パラレルリンク３１によって第２プーリ２１の側方に設けられているため、第２プーリ２１、第１プーリ２０などに当接することなく大きな回動角度で操作することができる。よって、ロボットの手首部も前部を上下方向に大きく動作させることができる。

【0043】

また、この動作によってロボットの手首部が受ける力は、接続リンク１５の基部側に設けられた第１モータ２２と第２モータ２３とによって、伝達ベルト２５，２６と中間プーリ２４を介して第１プーリ２０と第２プーリ２１とに同一方向の力として力覚フィードバックされる。この力覚フィードバックは、第１プーリ２０と第２プーリ２１に連結されている球面パラレルリンク３１を介して操作部３０に伝えられる。

【0044】

図７（Ａ）に示すように、操作部３０のグリップ４０を左方向に傾けると、球面パラレルリンク３１の第２リンク部材３３と第２支持部３５との回動軸Ｊ８の部分が上方へ動き、第２リンク部材３３は基部が上方向に移動して第２プーリ２１の後部を上向きに回動させる。一方、球面パラレルリンク３１の第１リンク部材３２と第１支持部３４との回動軸Ｊ７（図４）の部分は下方へ動き、第１リンク部材３２は基部が下方向に移動して第１プーリ２０の後部を下向きに回動させる。これにより、遠隔操縦するロボットの手首部を左に傾けることができる。この動作によってロボットの手首部が受ける力は、接続リンク１５の基部側（第１アーム１２の基部側）に備えられた第１モータ２２と第２モータ２３とによって、伝達ベルト２５，２６と中間プーリ２４を介して第１プーリ２０と第２プーリ２１とに反力方向の力として力覚フィードバックされる。この力覚フィードバックは、第１プーリ２０と第２プーリ２１に連結されている球面パラレルリンク３１を介して操作部３０に伝えられる。

【0045】

一方、図７（Ｂ）に示すように、操作部３０のグリップ４０を右方向に傾けると、球面パラレルリンク３１の第２リンク部材３３と第２支持部３５との回動軸Ｊ８の部分が下方へ動き、第２リンク部材３３は基部が下方向に移動して第２プーリ２１の後部を下向きに回動させる。一方、球面パラレルリンク３１の第１リンク部材３２と第１支持部３４との回動軸Ｊ７（図４）の部分は上方へ動き、第１リンク部材３２は基部が上方向に移動して第１プーリ２０の後部を上向きに回動させる。これにより、遠隔操縦するロボットの手首部を右に傾けることができる。この動作によってロボットの手首部が受ける力は、接続リンク１５の基部側（第１アーム１２の基部側）に設けられた第１モータ２２と第２モータ２３とによって第１プーリ２０と第２プーリ２１とに反力方向の力として力覚フィードバックされる。この力覚フィードバックは、第１プーリ２０と第２プーリ２１に連結されている球面パラレルリンク３１を介して操作部３０に伝えられる。

【0046】

図８に示すように、操作部３０のグリップ４０を右方向へ水平に回動させると、回動軸Ｊ９の軸線上に設けられた回動部３８（図３）を中心に操作部３０を右方向に回動させることができる。また、操作部３０のグリップ４０を左方向へ水平に回動させると、回動軸Ｊ９の軸線上に設けられた回動部３８（図３）を中心に操作部３０を左方向に回動させることができる。グリップ４０の右方向への回動は、約１８０度の大きな範囲にできる。グリップ４０の左方向への回動は、操作部３０のグリップ４０を球面パラレルリンク３１の中心点Ｐから所定距離でオフセットしているため、プーリ２０，２１に当接することなく約９０度の大きな範囲にできる。操作部３０のグリップ４０を水平方向に回動させるときには、第１アーム１２及び第２アーム１３の位置と角度を保った状態で、操作部３０のみを回動させることができる。これにより、ロボットの手首部を水平方向に回動させることが適切にできる。この動作によってロボットの手首部が受ける力は、球面パラレルリンク３１の第１ブラケット３６に設けられた第３モータ２８によって、操作部３０に対して反力方向の力として力覚フィードバックされる。

【0047】

しかも、この実施形態では、図２に示すように、操作部３０に対して、ピッチ軸Ｌ１の方向とロール軸Ｌ２の方向とにおける力覚フィードバックを作用させる第１モータ２２と第２モータ２３とが、第１アーム１２の基部側（接続リンク１５の基部側）に備えられている。よって、操作部３０の部分における重量増加を抑えるとともに、第１アーム１２の基部側を支点にして揺動する第１アーム１２及び第２アーム１３の操作部３０側における重量を軽減できる。その上、自重補償部５０によって、第１アーム１２と第２アーム１３を所定角度に保つことができるので、操作部３０の状態を保つことができる。よって、操作部３０のグリップ４０を持って操縦する負担を軽減することができ、長時間の操作でも作業者の負担を軽減することができる。

【0048】

上記した実施形態では、操作部３０に力覚フィードバックを作用させるアクチュエータがモータ２２，２３，２８の例を説明したが、アクチュエータはモータ２２，２３，２８以外の構成でもよく、上記実施形態に限定されるものではない。

【0049】

（遠隔操縦装置の用途など）
上記した遠隔操縦装置１は、例えば、ノロ掻き作業を行う多関節型ロボットや、土砂を救う土木機械などを遠隔操縦することができる。ノロ掻き作業は、鋳造製品を製造する過程において、金属材料を溶かした溶湯表面からノロ（スラグ、酸化物などの不純物）を取り出して除去する作業であるため、高温での重労働になるため、ロボットによる作業が考えられている。上記した遠隔操縦装置１によれば、このようなノロ掻き作業も、ロボットから離れた場所で操作部３０を大きな動作範囲で操作して、ロボットでノロを掻き上げる作業などを遠隔操縦できる。しかも、操作部３０の周辺の構成がコンパクトであるため、長時間の作業も適切に行うことができる。

【0050】

また、上記した遠隔操縦装置１は、ショベルなどの土木機械において作業者が機械を直接操作できない場合などでも用いることができ、操作部３０を大きな動作範囲で操作して、土砂などを掻き上げる作業などを遠隔操縦できる。なお、遠隔操縦装置１の用途は、これらに限定されるものではない。

【0051】

さらに、上記した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲で種々の構成を変更することは可能であり、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

【0052】

また、前記リンク機構は、球面パラレルリンクで構成されていてもよい。このように構成すれば、操作部を、中心点を通るピッチ軸、ロール軸及びヨー軸の３軸周りで回転可能とすることが容易にできる。

【0053】

また、前記球面パラレルリンクは、前記中心点を中心に回転する第１リンク部材及び第２リンク部材と、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材の先端にそれぞれ回転対偶で接続される第１支持部及び第２支持部がそれぞれ設けられた前記ブラケットと、を有し、前記第１リンク部材及び前記第２リンク部材の基端は、２つの前記回転体のそれぞれに固定されていてもよい。このように構成すれば、２つの回転体にそれぞれ固定された第１リンク部材及び第２リンク部材を有する球面パラレルリンクにより、操作部の操作で２つの回転体を同一方向又は反対方向に回転させることが適切にできる。

【0054】

また、前記第１アームは、前記ベース部に旋回軸周りで旋回可能に備えられた支持リンクに支持されており、前記第２アームは、前記第１アームの先端部に、前記駆動軸と平行に配置された揺動軸で接続されていてもよい。このように構成すれば、駆動軸と平行に配置された揺動軸により、操作部の操作で第１アームに対して第２アームを揺動させることが適切にできる。

【0055】

また、前記第１アームは、平行に配置された２つのリンク部材を有し、前記操作部にピッチ軸周りとロール軸周りとヨー軸周りとにおけるそれぞれの力覚フィードバックを作用させるアクチュエータが備えられ、前記ピッチ軸周りと前記ロール軸周りの前記力覚フィードバックを前記回転体を介して前記操作部に作用させるそれぞれの前記アクチュエータは、前記第１アームの基部側に備えられていてもよい。このように構成すれば、第１アームの基部側に重量物であるアクチュエータを配置して、第１アームの先端側と第２アームの部分及び操作部における重量を軽減することができ、操作部の操作性向上を図ることができる。

【0056】

また、前記回転体は、プーリで構成され、前記第１アームの先端部に中間プーリが備えられ、前記アクチュエータと前記中間プーリの間と、前記中間プーリと前記プーリとの間は伝達ベルトで接続されていてもよい。このように構成すれば、第１アームの基部側に備えられたアクチュエータから操作部にロール軸周りとピッチ軸周りの力覚フィードバックを伝える構成をプーリとベルトを使った簡単な構成にできる。よって、遠隔操縦装置の構成簡略化とコスト削減を図ることができる。

【0057】

また、前記ヨー軸周りの前記力覚フィードバックを与える前記アクチュエータは、前記リンク機構に備えられていてもよい。このように構成すれば、操作部にヨー軸周りの力覚フィードバックを作用させるアクチュエータを、リンク機構に備えさせて適切に作用させることができる。

【0058】

また、前記ベース部を固定する架台を備え、前記架台に沿って、前記第１アーム及び前記第２アームの自重を補償する自重補償部が備えられていてもよい。このように構成すれば、ベース部から延びる第１アームの自重と第２アームの自重を補償する自重補償部を、架台に沿った小さな旋回半径とすることができ、慣性モーメントを小さくして操作部の操作性を向上させることができる。

【0059】

また、前記自重補償部は、前記架台に沿って延びるように配置されたバネ部材を有していてもよい。このように構成すれば、第１アーム及び第２アームの自重補償を、簡単な構造のバネ部材によって適切に行うことができる。

【符号の説明】

【0060】

１ 遠隔操縦装置
１１ 支持リンク
１２ 第１アーム
１３ 第２アーム
１４ 連結リンク
１５ 接続リンク（リンク部材）
２０ 第１プーリ（回転体）
２１ 第２プーリ（回転体）
２２ 第１モータ（アクチュエータ）
２３ 第２モータ（アクチュエータ）
２４ 中間プーリ
２５ 第１伝達ベルト
２６ 第２伝達ベルト
２８ 第３モータ（アクチュエータ）
３０ 操作部
３１ 球面パラレルリンク（リンク機構）
３２ 第１リンク部材
３３ 第２リンク部材
３４ 第１支持部材
３５ 第２支持部材
３６ 第１ブラケット
３７ 第２ブラケット
３９ オフセットアーム
４０ グリップ
５０ 自重補償部
５２ 第１コイルバネ
５３ 第２コイルバネ
５５ 第１ワイヤ
５６ 第２ワイヤ
６０ 制御装置
７０ 架台
Ｊ１ 旋回軸
Ｊ２ 第１揺動軸
Ｊ３ 第２揺動軸
Ｊ４ 駆動軸
Ｊ５ 第３揺動軸
Ｊ６ 第４揺動軸
Ｊ７ 回動軸
Ｊ８ 回動軸
Ｊ９ 回動軸
Ｌ１ ピッチ軸
Ｌ２ ロール軸
Ｌ３ ヨー軸
Ｐ 中心点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】