| 【発明の名称】 |
力覚提示装置、および、それを備えたパワーアシストアームおよびパワーアシスト装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】足立 修一
【氏名】山岡 由広
【氏名】加藤 淳志
【氏名】高橋 正幸
【氏名】亀井 均
【氏名】細谷 ▲高▼司
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| 【要約】 |
【課題】動作部における力覚を操作者に提示する力覚提示装置、および、それを備えたパワーアシストアームおよびパワーアシスト装置を提供する。
【構成】パワーアシストアーム１のアーム部４と操作部２との間には、アーム部力覚提示装置２１が設けられている。アーム部力覚提示装置２１は、第１および第２の油圧シリンダ３１，４１を備えている。第１の油圧シリンダ３１のシリンダ３３は、ピストン３６により第１空間３４と第２空間３５とに仕切られている。また、第２の油圧シリンダ４１のシリンダ４３は、ピストン４６により第３空間４４と第４空間４５とに仕切られている。第１空間３４と第３空間４４とは第１配管３８を介して接続され、第２空間３５と第４空間４５とは第２配管３９を介して接続されている。アーム部４が伸びると、第１空間３４から第３空間４４へ作動油が圧送され、操作ハンドル１１はピストンロッド４７の移動に伴いスライド移動する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者によって操作される操作部と前記操作部の動作に従動する動作部との間に設けられ、前記動作部における力覚を前記操作部に伝達する力覚提示装置であって、
前記動作部と連動可能に接続された第１の液圧アクチュエータと、
前記操作部と連動可能に接続された第２の液圧アクチュエータと、を少なくとも備え、
前記第１の液圧アクチュエータと前記第２の液圧アクチュエータとは、前記第１の液圧アクチュエータと前記第２の液圧アクチュエータとの間において作動液が流通可能となるように接続されており、
前記第１の液圧アクチュエータは前記動作部に駆動され、
前記第２の液圧アクチュエータは、前記第1の液圧アクチュエータから圧送される作動液により駆動され、
前記操作部は、前記第２の液圧アクチュエータによって駆動される、力覚提示装置。
【請求項２】
前記第１の液圧アクチュエータは、
作動液を封入するための第１の密閉容器と、
前記第１の密閉容器内を第１空間と第２空間とに仕切る第１仕切部材と、を有し、
前記第２の液圧アクチュエータは、
作動液を封入するための第２の密閉容器と、
前記第２の密閉容器内を第３空間と第４空間とに仕切る第２仕切部材と、を有し、
前記第１空間と前記第３空間とは第１配管を介して接続され、
前記第２空間と前記第４空間とは第２配管を介して接続され、
前記第１仕切部材は、前記動作部の動作に従動して前記第１空間側または前記第２空間側に移動し、
前記第２仕切部材は、前記操作部を駆動する、請求項１に記載の力覚提示装置。
【請求項３】
前記第１および第２の液圧アクチュエータは、油圧シリンダにより構成されている、請求項１または２に記載の力覚提示装置。
【請求項４】
前記第１および第２の液圧アクチュエータは、油圧ロータリアクチュエータにより構成されている、請求項１または２に記載の力覚提示装置。
【請求項５】
開閉自在に構成され、対象物を把持する把持部と、
操作者によって操作される操作部と、
前記操作部と前記把持部との間に設けられ、前記操作部の操作に応じて前記把持部を開閉駆動する把持部駆動装置と、
前記動作部を前記把持部とする請求項３に記載の力覚提示装置と、
を備えたパワーアシストアーム。
【請求項６】
先端部に前記把持部が接続され、伸縮自在に構成されたアーム部と、
前記操作部と前記アーム部との間に接続され、前記操作部の操作に応じて前記アーム部を伸縮させるアーム部駆動装置と、
前記動作部を前記アーム部とする請求項３に記載の力覚提示装置と、
を備えた、請求項５に記載のパワーアシストアーム。
【請求項７】
前記アーム部と前記把持部との間に設けられ、前記把持部と前記アーム部とを回転自在に接続する関節部と、
前記操作部と前記関節部との間に接続され、前記操作部の操作に応じて前記関節部を回転させる関節部駆動装置と、
前記動作部を前記関節部とする請求項４に記載の力覚提示装置と、
を備えた、請求項６に記載のパワーアシストアーム。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一つに記載のパワーアシストアームを２つ備えた、パワーアシスト装置。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作部における力覚を操作者に提示する力覚提示装置、および、それを備えたパワーアシストアームおよびパワーアシスト装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、人の力では行うことができない作業や危険な作業を行う作業装置として、パワーアシスト装置やマニピュレータが用いられている。これらの装置は、人が操作する操作部と、人の操作に応じて動作を行う動作部と、操作部の操作量に基づき動作部を駆動する駆動機構と、動作部の動作量を操作部に伝達する力覚提示装置とを備えている。上記装置の操作者は、上記力覚提示装置により、動作部における力覚を享受することができ、精度のよい操作を行うことが可能となる。
【０００３】
ところで、力覚提示装置には、マニピュレータのように、電気的な機構により構成されたもの（例えば、特許文献１参照）と、機械的な機構により構成されたものとがある。電気的な機構による場合、動作部には種々のセンサが設けられ、各センサは制御装置に接続されている。また、制御装置は操作部を駆動するアクチュエータに接続されている。これにより、各センサによって検知された動作部にかかる負荷に基づき、制御装置が操作部に与える負荷量を演算し、アクチュエータを運転させる。このようにして、動作部における力覚が操作部に精度よく提供される。一方、機械的な機構による場合、操作部と動作部とはリンク機構等により接続されている。これにより、動作部の動作が操作部に円滑に伝達され、操作者はあたかも直接動作しているかのような操作感を得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２４２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように、特許文献１に記載された電気的な機構により構成された力覚提示装置では、センサや制御装置等を設けなければならない。そのため、装置全体が高価かつ複雑となる。また、上記力覚提示装置では、センサによって検出された負荷は、一旦、制御装置において演算され、操作部に伝達される。そのため、機械的な要素により構成された力覚提示装置に比べ、円滑性に欠ける。一方、リンク機構による力覚提示装置では、動作部と操作部とを直接リンクさせるため、配置の自由度が低くなる。そのため、伸縮や曲げ等の種々の動作部を備え、他種類の動作を行う多段式のパワーアシストアームに用いることは難しく、好ましくない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、精度の高い力覚提示装置を簡単な構成により安価に提供すること、および、それを備えた多段式のパワーアシストアームおよびパワーアシスト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る力覚提示装置は、操作者によって操作される操作部と前記操作部の動作に従動する動作部との間に設けられ、前記動作部における力覚を前記操作部に伝達する力覚提示装置であって、前記動作部と連動可能に接続された第１の液圧アクチュエータと、前記操作部と連動可能に接続された第２の液圧アクチュエータと、を少なくとも備え、前記第１の液圧アクチュエータと前記第２の液圧アクチュエータとは、前記第１の液圧アクチュエータと前記第２の液圧アクチュエータとの間において作動液が流通可能となるように接続されており、前記第１の液圧アクチュエータは前記動作部に駆動され、前記第２の液圧アクチュエータは、前記第1の液圧アクチュエータから圧送される作動液により駆動され、前記操作部は、前記第２の液圧アクチュエータによって駆動されるものである。
【０００８】
ここで力覚とは、動作部の動作感覚をいい、力覚提示とは、例えば、動作部の動作方向や動作長さや反力等を操作部において再現することをいう。
【０００９】
上記力覚提示装置では、力覚の提示に際し、液圧アクチュエータを用いて、作動液を流動させることにより、動作部の動作を操作部に伝達する。そのため、動作部の動作を操作部に円滑に伝達することができ、操作者は、動作部における力覚を精度よく享受することができる。したがって、上記力覚提示装置を用いることにより、動作部を精度よく操作することができる。
【００１０】
また、液圧アクチュエータを用いることにより、マニピュレータのようにセンサや制御装置等を設けることなく力覚を提示することができる。そのため、装置全体のコストを削減することができる。また、液圧アクチュエータは、作動液を封入するだけで使用可能であり、微妙な調整等が不要となる。そのため、保守管理における負担を軽減することもできる。
【００１１】
さらに、液圧アクチュエータを用いたことにより、設計の自由度が向上する。したがって、本力覚提示装置であれば、伸縮や曲げ等の種々の動作部を備え、他種類の動作を行う多段式のパワーアシストアームにも好適に用いることができる。
【００１２】
前記第１の液圧アクチュエータは、作動液を封入するための第１の密閉容器と、前記第１の密閉容器内を第１空間と第２空間とに仕切る第1仕切部材と、を有し、前記第２の液圧アクチュエータは、作動液を封入するための第２の密閉容器と、前記第２の密閉容器内を第３空間と第４空間とに仕切る第２仕切部材と、を有し、前記第１空間と前記第３空間とは第１配管を介して接続され、前記第２空間と前記第４空間とは第２配管を介して接続され、前記第1仕切部材は、前記動作部の動作に従動して前記第１空間側または前記第２空間側に移動し、前記第２仕切部材は、前記操作部を駆動することが好ましい。
【００１３】
このことにより、精度の高い力覚提示装置を簡単な構成により安価に提供することができる。
【００１４】
前記第１および第２の液圧アクチュエータは、油圧シリンダにより構成されていることが好ましい。
【００１５】
このことにより、精度の高い力覚提示装置を簡単な構成により安価に提供することができる。
【００１６】
前記第１および第２の液圧アクチュエータは、油圧ロータリアクチュエータにより構成されていることが好ましい。
【００１７】
このことにより、精度の高い力覚提示装置を簡単な構成により安価に提供することができる。
【００１８】
本発明に係るパワーアシストアームは、開閉自在に構成され、対象物を把持する把持部と、操作者によって操作される操作部と、前記操作部と前記把持部との間に設けられ、前記操作部の操作に応じて前記把持部を開閉駆動する把持部駆動装置と、前記動作部を前記把持部とする前記力覚提示装置と、を備えたものである。
【００１９】
上記パワーアシスト装置によれば、把持部の開閉動作を操作部に円滑に伝達することが出来る。そのため、操作者は、把持部における力覚を精度よく享受することができる。したがって、上記パワーアシスト装置によれば、操作者は、把持部を精度よく開閉操作することができ、把持部に対象物を好適に把持させることができる。
【００２０】
前記パワーアシスト装置は、先端部に前記把持部が接続され、伸縮自在に構成されたアーム部と、前記操作部と前記アーム部との間に接続され、前記操作部の操作に応じて前記アーム部を伸縮させるアーム部駆動装置と、前記動作部を前記アーム部とする前記力覚提示装置と、を備えていることが好ましい。
【００２１】
上記パワーアシスト装置によれば、アーム部の伸縮動作を操作部に円滑に伝達することが出来る。そのため、操作者は、アーム部における力覚を精度よく享受することができる。したがって、上記パワーアシスト装置によれば、操作者は、アーム部を精度よく伸縮操作することができる。
【００２２】
前記パワーアシストアームは、前記アーム部と前記把持部との間に設けられ、前記把持部と前記アーム部とを回転自在に接続する関節部と、前記操作部と前記関節部との間に接続され、前記操作部の操作に応じて前記関節部を回転させる関節部駆動装置と、前記動作部を前記関節部とする前記力覚提示装置と、を備えていることが好ましい。
【００２３】
上記パワーアシスト装置によれば、関節部の回転動作を操作部に円滑に伝達することが出来る。そのため、操作者は、関節部における力覚を精度よく享受することができる。したがって、上記パワーアシスト装置によれば、操作者は、関節部を精度よく回転操作することができる。
【００２４】
本発明に係るパワーアシスト装置は、前記パワーアシストアームを２つ備えたものである。
【００２５】
このことにより、双腕の力覚提示型パワーアシストアームを備えたパワーアシスト装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、精度の高い力覚提示装置を簡単な構成により安価に提供すること、および、それを備えた多段式のパワーアシストアームおよびパワーアシストロボットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図１に示すように、パワーアシストアーム１は、操作者によって操作される操作部２と、操作部２の動作に従動する動作部３と、操作部２および動作部３を支持する支持部７とを備えている。なお、以下の説明では、図１の左側を前側、右側を後側と称する。
【００２９】
動作部３は、支持部７に支持される伸縮自在なアーム部４と、アーム部４の先端部に取り付けられた関節部５と、関節部５に回転自在に取り付けられたハンド部６とを備えている。アーム部４は、後端部が支持部７に固定された固定部４ａと、前端部が関節部５に取り付けられている可動部４ｂとにより構成されている。可動部４ｂの後端部は固定部４ａにスライド自在に支持されている。可動部４ｂが固定部４ａに対して前後方向にスライドすることにより、アーム部４は伸縮する。
【００３０】
ハンド部６は、基端部が関節部５に回転自在に取り付けられたハンド６ａと、ハンド６ａの先端部に取り付けられた把持部６ｂとからなる。また、把持部６ｂは、ハンド６ａの先端部に固定された断面略Ｌ字状の板状体からなる固定部６ｄと、固定部６ｄの一方の面と対峙し、固定部６ｄにスライド自在に接続された可動部６ｃとにより構成されている。把持部６ｂは、可動部６ｃが固定部６ｄに対してスライドすることにより、開閉する。このような動作により、把持部６ｂは対象物を把持することとなる。なお、固定部６ｄの形状は上記のものに限定されず、固定部６ｄと可動部６ｃとにより対象物を把持可能な形状であれば、いかなるものであってもよい。
【００３１】
操作部２は、操作ハンドル１１を備えている。操作ハンドル１１は、固定プレート１３にスライド自在かつ回転自在に取り付けられている。固定プレート１３は、アーム部４に固定されている。操作ハンドル１１の周囲には、６軸センサ１２が取り付けられている。６軸センサ１２は、操作者によって操作ハンドル１１に前後方向または回転方向の力が加えられると、その負荷された力の大きさおよび方向を検知する。
【００３２】
また、操作部２は、把持操作部１４を備えている。把持操作部１４は、水平方向に延びる板状体１４ｂと、板状体１４ｂの後端部の上面に設けられた筒状体からなる指入れ１４ａとにより構成されている。板状体１４ｂは、回転プレート１５に所定方向（図１中の矢印Ｂの方向）にスライド自在に取り付けられている。回転プレート１５は、操作ハンドル１１に取り付けられており、操作ハンドル１１の回転に伴って回転する。また、板状体１４ｂの指入れ１４ａよりも前側には歪みゲージ１６が取り付けられている。歪みゲージ１６は、操作者により把持操作部１４に所定のＢ方向の力が加えられると、その力と方向とを検知する。
【００３３】
支持部７は、鉛直方向に延びる支柱７ａと、水平方向に延び、支柱７ａの下端部が固定された支持台７ｂとを備えている。支柱７ａにはアーム部４の固定部４ａが取り付けられている。なお、本実施形態ではアーム部４の固定部４ａは支柱７ａに固定されているが、アーム部４は関節部を介して支柱７ａに回転自在に接続されていてもよい。
【００３４】
アーム部４と操作部２との間には、操作部２の操作（操作ハンドル１１に対し、Ａ方向に力を負荷する操作）に応じてアーム部４を伸縮させるアーム部駆動装置２２と、アーム部４の伸縮動作に応じた力覚（伸縮速度、伸縮長さ、反力等）を操作部２に伝達するアーム部力覚提示装置２１とが設けられている。アーム部力覚提示装置２１は、操作ハンドル１１を、アーム部４の伸縮速度および反力に応じた速度および力で、アーム部４の伸縮長さに応じた長さ分だけＡ方向にスライドさせることにより、操作部２に力覚を提示する。
【００３５】
関節部５と操作部２との間には、操作部２の操作（操作ハンドル１１に対し、Ｃ方向に力を負荷する操作）に応じて関節部５を回転させる関節部駆動装置２４と、関節部５の回転動作に応じた力覚（回転速度、回転角度、反力等）を操作部２に伝達する関節部力覚提示装置２３とが設けられている。関節部力覚提示装置２３は、操作ハンドル１１を、関節部５の回転速度および反力に応じた回転速度および力で、関節部５の回転角度に応じた回転角度分だけＣ方向に回転させることにより、操作部２に力覚を提示する。
【００３６】
ハンド部６の把持部６ｂと操作部２との間には、操作部２の操作（把持操作部１４に対し、Ｂ方向に力を負荷する操作）に応じて把持部６ｂを開閉させる把持部駆動装置２６と、把持部６ｂの開閉動作に応じた力覚（開閉速度、開閉度合い、反力等）を操作部２に伝達する把持部力覚提示装置２５とが設けられている。把持部力覚提示装置２５は、把持操作部１４を、把持部６ｂの開閉速度および反力に応じた速度および力で、把持部６ｂの開閉度合いに応じた分だけＢ方向にスライドさせることにより、操作部２に力覚を提示する。
【００３７】
以上がパワーアシストアーム１の全体構成である。次に、各力覚提示装置２１，２３、２５について詳述する。
【００３８】
図２に示すように、アーム部力覚提示装置２１は、第１の油圧シリンダ３１および第２の油圧シリンダ４１を備えている。第１の油圧シリンダ３１は、シリンダ３３と、シリンダ３３内部を第１空間３４と第２空間３５とに仕切るピストン３６と、ピストン３６に取り付けられたピストンロッド３７により構成されている。第２の油圧シリンダ４１も第１の油圧シリンダと同様に、シリンダ４３と、シリンダ４３内部を第３空間４４と第４空間４５とに仕切るピストン４６と、ピストン４６に取り付けられたピストンロッド４７により構成されている。第１および第２の油圧シリンダ３１，４１のシリンダ３３，４３内には作動油が封入されている。
【００３９】
また、第１の油圧シリンダ３１の第１空間３４と第２の油圧シリンダ４１の第３空間４４とには第１配管３８が接続されており、第１空間３４と第３空間４４とは連通している。一方、第１の油圧シリンダ３１の第２空間３５と第２の油圧シリンダ４１の第４空間４５とには第２配管３９が接続されており、第２空間３５と第４空間４５とは連通している。また、ピストンロッド３７とアーム部４の可動部４ｂとは、図示しないリンク機構等を介して接続されている。また、ピストンロッド４７と操作ハンドル１１とは、図示しないリンク機構等を介して接続されている。
【００４０】
図３に示すように、関節部力覚提示装置２３は、第１の油圧ロータリアクチュエータ５１および第２の油圧ロータリアクチュエータ６１を備えている。第１および第２の油圧ロータリアクチュエータ５１，６１は、いわゆるラックピニオンタイプのピストン形油圧ロータリアクチュエータである。第１および第２の油圧ロータリアクチュエータ５１，６１は、第１配管５０および第２配管６０により、作動油が両油圧ロータリアクチュエータ５１，６１間を流通可能に接続されている。
【００４１】
図４に示すように、第１の油圧ロータリアクチュエータ５１は、シリンダ５３と、シリンダ５３内を摺動するピストン５４，５５と、ピストン５４，５５に挟まれたラック５６と、ラック５６と噛み合うピニオン５７とにより構成されている。ピニオン５７は関節部５（図３参照）のシャフト５ａと係合している。また、シリンダ５３内は、ピストン５４，５５およびラック５６により第１空間５８と第２空間５９とに仕切られている。シリンダ５３の第１空間５８側には第１ポート５８ａが設けられ、第２空間５９には第２ポート５９ａが設けられている。また、第１の油圧ロータリアクチュエータ５１のシリンダ５３内には作動油が封入されている。
【００４２】
一方、第２の油圧ロータリアクチュエータ６１も、第１の油圧ロータリアクチュエータ５１と同様に、シリンダ６３と、シリンダ６３内を摺動するピストン６４，６５と、ピストン６４，６５に挟まれたラック６６と、ラック６６と噛み合うピニオン６７とにより構成されている。ピニオン６７は操作ハンドル１１の回転軸１１ａと係合している。また、シリンダ６３内は、ピストン６４，６５およびラック６６により第３空間６８と第４空間６９とに仕切られている。シリンダ６３の第３空間６８側には第３ポート６８ａが設けられ、第４空間６９には第４ポート６９ａが設けられている。また、第２の油圧ロータリアクチュエータ６１のシリンダ６３内には作動油が封入されている。
【００４３】
前述した第１配管５０は、第１ポート５８ａおよび第３ポート６８ａに接続されており、第１空間５８と第３空間６８とは連通している。一方、第２配管６０は、第２ポート５９ａおよび第４ポート６９ａに接続されており、第２空間５９と第４空間６９とは連通している。
【００４４】
図５に示すように、把持部力覚提示装置２５は、第１の油圧シリンダ７１および第２の油圧シリンダ８１を備えている。第１の油圧シリンダ７１は、シリンダ７３と、シリンダ７３内部を第１空間７４と第２空間７５とに仕切るピストン７６と、ピストン７６に取り付けられたピストンロッド７７とにより構成されている。第２の油圧シリンダ８１も第１の油圧シリンダ７１と同様に、シリンダ８３と、シリンダ８３内部を第３空間８４と第４空間８５とに仕切るピストン８６と、ピストン８６に取り付けられたピストンロッド８７とにより構成されている。
【００４５】
また、第１の油圧シリンダ７１の第１空間７４と第２の油圧シリンダ８１の第３空間８４とは第１配管７８を介して接続されている。第１の油圧シリンダ７１の第２空間７５と第２の油圧シリンダ８１の第４空間８５とは第２配管７９を介して接続されている。ピストンロッド７７と把持部６ｂの可動部６ｃとは、図示しないリンク機構等を介して接続されている。また、ピストンロッド８７は操作部２の把持操作部１４の板状体１４ｂに接続されている。
【００４６】
以上が各力覚提示装置２１，２３、２５の構成である。次に、パワーアシストアーム１の動作について説明する。
【００４７】
パワーアシストアーム１は、重量物の運搬等に用いられる。そのため、まず、アーム４を伸縮させ、関節部５を回転させることにより、把持部６ｂを重量物に近接させる。その後、把持部６ｂを開閉させて重量物を把持し、再度、アーム４を伸縮させ、関節部５を回転させることにより、把持部６ｂを所定の位置まで移動させる。そして、所定の位置において把持部６ｂを開くと、重量物は把持部６ｂから離れ、所定の位置に載置される。このような動作により、重量物は所定の位置まで運搬される。
【００４８】
次に、動作部３のアーム部４、関節部５、ハンド部６と、操作部２との間における動作について具体的に説明する。
【００４９】
まず、アーム部４と操作部２との動作について説明する。まず、操作者により操作ハンドル１１に対してＡ方向（前方または後方）に力が負荷されると、操作ハンドル１１に取り付けられた６軸センサ１２によりその力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータはアーム部駆動装置２２に伝達される。アーム部駆動装置２２は、このデータに基づき、アーム４の伸縮速度および伸縮長さを決定し、アーム４の可動部４ｂを前方または後方に移動させる。これにより、アーム部４は伸縮することとなる。
【００５０】
一方、アーム部４が伸縮すると、アーム部力覚提示装置２１が駆動され、操作ハンドル１１がＡ方向（前方または後方）にスライド移動する。これにより、操作者にアーム部４における力覚（伸縮の速度、伸縮長さ、反力等）を提示することができる。具体的には、アーム部４が伸縮すると、第１の油圧シリンダ３１のピストンロッド３７がアーム部４の可動部４ｂにリンクしてシリンダ３３の一方側または他方側に移動する。これにより、第１の油圧シリンダ３１が伸縮する。第１の油圧シリンダ３１が伸縮すると、第１配管３８または第２配管３９を介して第１の油圧シリンダ３１の一方の空間から第２の油圧シリンダ４１の一方の空間に作動油が圧送される。そして、ピストン４６およびピストンロッド４７が油圧により第２の油圧シリンダ４１の他方の空間側へ押圧される。ここで、ピストンロッド４７は、操作ハンドル１１とリンク機構等を介して接続されている。そのため、操作ハンドル１１は、ピストンロッド４７の移動にリンクしてＡ方向（前方または後方）にスライド移動することとなる。
【００５１】
次に、関節部５と操作部２との動作について説明する。まず、操作者により操作ハンドル１１に対してＣ方向（周方向）に力が負荷されると、操作ハンドル１１に取り付けられた６軸センサ１２により力の向および大きさ等が検知される。これらのデータは関節部駆動装置２４に伝達される。関節部駆動装置２４は、このデータに基づき、関節部５の回転速度および回転角度等を決定し、関節部５を回転駆動する。これにより、関節部５に接続されたハンド部６が旋回することとなる。
【００５２】
一方、関節部５が回転すると、関節部力覚提示装置２３が駆動され、操作ハンドル１１がＣ方向（周方向）に回転する。これにより、操作者に関節部５における力覚（回転の速度、回転角度、反力等）を提示することができる。具体的には、関節部５が回転すると、第１の油圧ロータリアクチュエータ５１のピニオン５７が関節部５のシャフト５ａと共に回転する。これに伴い、ラック５６およびピストン５４，５５がシリンダ５３の一方の空間側へ移動する。これにより、一方の空間内にあった作動油は第１の油圧ロータリアクチュエータから排出され、第２の油圧ロータリアクチュエータ６１の一方の空間に圧送される。第１の油圧ロータリアクチュエータ５１から第２の油圧ロータリアクチュエータ６１の一方の空間へ作動油が圧送されると、第２の油圧ロータリアクチュエータ６１のラック６６およびピストン６４，６５はシリンダ６３の他方の空間側へ押圧される。これにより、ラック６６が他方の空間側へ移動し、これに伴いピニオン６７が操作ハンドル１１の回転軸１１ａと共に回転駆動されることとなる。
【００５３】
次に、把持部６ｂと操作部２との動作について説明する。まず、操作者により把持操作部１４の板状体１４ｂに対してＢ方向（上方または下方）に力が負荷されると、板状体１４ｂに取り付けられた歪みゲージ１６により力の向きおよび大きさ等が検知される。これらのデータは、把持部駆動装置２６に伝達される。把持部駆動装置２６は、このデータに基づき、把持部６ｂの開閉速度および開閉度合いを決定し、把持部６ｂの可動部６ｃをスライド移動させる。これにより、把持部６ｂは開閉することとなる。
【００５４】
一方、把持部６ｂが開閉すると、把持部力覚提示装置２５が駆動され、把持操作部１４の板状体１４ｂがＢ方向（上方または下方）にスライド移動する。これにより、操作者に把持部６ｂにおける力覚（開閉の速度、開閉度合い、反力等）を提示することができる。具体的には、把持部６ｂが開閉すると、第１の油圧シリンダ７１のピストンロッド７７が把持部６ｂの可動部６ｃにリンクしてシリンダ７３の一方側または他方側に移動する。これにより、第１の油圧シリンダ７１が伸縮する。第１の油圧シリンダ７１が伸縮すると、第１配管７８または第２配管７９を介して第１の油圧シリンダ７１の一方の空間から第２の油圧シリンダ８１の一方の空間に作動油が圧送される。これにより、ピストン８６およびピストンロッド８７が油圧により第２の油圧シリンダ８１の他方の空間側へ押圧される。ここで、ピストンロッド８７は、把持操作部１４の板状体１４ｂに接続されている。そのため、把持操作部１４は、ピストンロッド８７の移動によりＢ方向（上方または下方）にスライド移動することとなる。
【００５５】
以上のように、本実施形態に係るパワーアシストアーム１によれば、把持部力覚提示装置２５により、把持部６ｂの開閉動作を操作部２の把持操作部１４に円滑に伝達することが出来る。そのため、操作者は、把持部６ｂにおける力覚（開閉の速度、開閉度合い、反力等）を精度よく享受することができる。したがって、本パワーアシストアーム１によれば、操作者は、把持部６ｂを好適に開閉操作することができ、把持部６ｂに対象物を好適に把持させることができる。
【００５６】
また、本パワーアシストアーム１によれば、アーム部力覚提示装置２１により、アーム部４の伸縮動作を操作部２の操作ハンドル１１に円滑に伝達することが出来る。そのため、操作者は、アーム部４における力覚（伸縮の速度、伸縮の長さ、反力等）を精度よく享受することができる。したがって、本パワーアシストアーム１によれば、操作者は、アーム部４を好適に伸縮操作することができる。
【００５７】
本パワーアシストアーム１によれば、関節部力覚提示装置２３により、関節部５の回転動作を操作部２の操作ハンドル１１に円滑に伝達することが出来る。そのため、操作者は、関節部５における力覚（回転速度、回転角度、反力等）を精度よく享受することができる。したがって、本パワーアシストアーム１によれば、操作者は、関節部５を好適に回転操作することができる。
【００５８】
また、各力覚提示装置２１，２３，２５では、力覚の提示に際し、油圧アクチュエータ（油圧シリンダまたは油圧ロータリアクチュエータ）を用いて、作動液を流動させることにより、各動作部（アーム部４、関節部５、把持部６ｂ）の動作を操作部２に伝達することとしている。そのため、マニピュレータのようにセンサや制御装置等を設けることなく力覚を提示することができ、コストを削減することができる。なお、本実施形態では、力覚の提示に際し、作動液として油を用いる油圧アクチュエータを用いているが、作動液は油に限定されず、他の液体を用いてもよい。
【００５９】
さらに、各力覚提示装置２１，２３，２５では、１対の油圧アクチュエータにより構成されている。そのため、作動油を封入するだけで使用可能であり、微妙な調整等が不要となる。したがって、本パワーアシストアーム１によれば、保守管理における負担を軽減することもできる。
【００６０】
本パワーアシストアーム１では、各力覚提示装置２１，２３，２５として油圧アクチュエータを用いたことにより、設計の自由度が向上する。そのため、動作部３から操作部２までの配管経路を自由に設定することができる。したがって、本パワーアシストアーム１によれば、他種類の動作（伸縮や曲げ等）を行う種々の動作部３を備えた多段式のパワーアシストアーム１を簡単な構成かつ安価に提供することができる。
【００６１】
なお、本実施形態に係るパワーアシストアーム１は、動作部３としてアーム部４、関節部５、把持部６ｂを備えていた。しかし、動作部３はこれらに限定されない。例えば、図６に示すように、動作部３としてアーム部４を捻るための捻り機構９１や、アーム部４を上下方向に回動してアーム部４を起伏させるための関節部９２や、アーム部４を水平方向に旋回させるための旋回機構９３を加え、これらの動作部３と操作部２との間に駆動装置および油圧アクチュエータを用いた力覚提示装置を備えていてもよい。このようなパワーアシストアーム１によれば、把持部６ｂの可動範囲が広がるため、重量物の運搬等だけでなく、組み立て作業、除去・撤去作業等、他目的に使用可能となる。
【００６２】
また、本実施形態に係るパワーアシストアーム１では、支持部７は地面に固定されていた。しかし、支持部７は可動式の支持台であってもよい。また、駆動装置を設け、支持部７を自走可能としてもよい。このようなパワーアシストアーム１によれば、決まった現場だけでなく、事故現場や災害現場等の外部の任意の現場において使用することが可能となる。
【００６３】
さらに、図７に示すように、本発明によれば、本パワーアシストアーム１を２つ用いることにより、双腕のパワーアシストアーム１を備えたパワーアシスト装置１００を提供することができる。当該パワーアシスト装置１００によれば、両アーム１を用いることにより、より人間の動作に近い動作を行うことが可能となる。したがって、当該パワーアシスト装置１００は、幅広い用途に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上説明したように、本発明は、力覚提示装置、および、それを備えた多段式のパワーアシストアームおよびパワーアシスト装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施形態に係るパワーアシストアームの構成図である。
【図２】図１のアーム部力覚提示装置の詳細を示す図である。
【図３】図１の関節部力覚提示装置の詳細を示す図である。
【図４】関節部力覚提示装置の詳細図である。
【図５】図１の把持部力覚提示装置の詳細を示す図である。
【図６】変形例に係るパワーアシストアームの構成図である。
【図７】実施形態に係るパワーアシスト装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ パワーアシストアーム
２ 操作部
３ 動作部
４ アーム部
５ 関節部
６ ハンド部
６ｂ 把持部
２１ アーム部力覚提示装置
２２ アーム部駆動装置
２３ 関節部力覚提示装置
２４ 関節部駆動装置
２５ 把持部力覚提示装置
２６ 把持部駆動装置
３１ 第１の油圧シリンダ（第１の液圧アクチュエータ）
４１ 第２の油圧シリンダ（第２の液圧アクチュエータ）
５１ 第１の油圧ロータリアクチュエータ（第１の液圧アクチュエータ）
６１ 第２の油圧ロータリアクチュエータ（第２の液圧アクチュエータ）
７１ 第１の油圧シリンダ（第１の液圧アクチュエータ）
８１ 第２の油圧シリンダ（第２の液圧アクチュエータ）
１００ パワーアシスト装置
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２３５８
【氏名又は名称】新明和工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１８年７月２４日（２００６．７．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１２１５００
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 高志
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| 【公開番号】 |
特開２００８−２３６８１（Ｐ２００８−２３６８１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成２０年２月７日（２００８．２．７） |
| 【出願番号】 |
特願２００６−２０１３１３（Ｐ２００６−２０１３１３） |
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