JP2006252210A

JP2006252210A - 操作部の変位検出機構

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Publication number: JP2006252210A
Application number: JP2005068299A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Yokogawa; 隆一横川; Kotaro Kawamura; 幸太郎川村
Original assignee: Doshisha Co Ltd
Current assignee: Doshisha Co Ltd
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】操作レバーなどの操作部の数を減らし、感覚的に操作を行えるようにすることで、高齢者や弱者、もしくは、初心者などにも操作のしやすい操作部の機構を提供する。
【解決手段】操作者の手によって操作される操作部４の変位量を検出するため変位検出機構３において、前記操作部４を前後左右方向に変位させる第一の変位機構４１と、当該第一の変位機構４１によって前後左右方向に変位する操作部４の変位量を検出する第一の変位検出センサ４２と、前記操作部４と第一の変位機構４１とを一体的に上下方向に変位させる第二の変位機構４３と、当該第二の変位機構４３によって上下方向へのみ変位する操作部４の変位量を検出する第二の変位検出センサ４４とを備えるようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、アームを有する移動式のロボットなどのように、操作が複雑な機械に用いられる操作部の変位検出機構に関するものである。

一般に、アームを有する操縦式の移動式ロボットには、そのアームを駆動させるための機構や、ロボット本体を移動させるための機構が設けられ、また、これらの機構に対応して、アームを操作するための操作レバーや、ロボット本体を移動させるための操作レバーが設けられている（非特許文献１）。そして、これらの操作レバーを人間に操作させることによってロボットの各部を操作させるようにしている。

また、このようなアームを有する移動式ロボットに限らず、農業機械や産業機械などにおいても同様に、そのような機械には複数の操作レバーが設けられており、これらの操作レバーを操作することによって所定の機能を動作させるようにしている。例えば、フォークリフトを例に挙げて説明すると（特許文献１）、フォークリフトには、二本のフォークを昇降させるための昇降レバーや、そのフォークを傾斜させるためのチルトレバーや、車体を回転させるためのハンドルなどが設けられている。
独立行政法人産業技術総合研究所>研究紹介・成果>主な研究成果>プレス・リリース（２００２年）>働く人間型ロボット>（４）人間型ロボットによる建設機械の代行運転の実現（http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2002/pr20020410/hrp/pr20020410_4.html）特開２００２−３０８５９５号公報

しかしながら、このように操作レバーの数を多くすると、それだけ細かな作業を行うことができるようになるが、その反面、操作が複雑なものとなってしまい、初心者にとっては操作のしにくいものとなってしまう。特に、今後の高齢化社会に向けて介護用のロボットを高齢者に使用させるということを想定した場合、操作の複雑な機械は敬遠される可能性が高い。

そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、操作レバーなどの操作部の数を減らし、感覚的に操作を行えるようにすることで、高齢者や弱者、もしくは、初心者などにも操作のしやすい操作部の機構を提供することを目的とするものである。

すなわち、本発明は上記課題を解決するために、操作者の手によって操作される操作部と、当該操作部の変位量を検出するための変位検出センサを備えてなる操作部の変位検出機構において、前記操作部を前後左右方向に変位させる第一の変位機構と、当該第一の変位機構によって前後左右方向に変位する操作部の変位量を検出する第一の変位検出センサと、前記操作部と第一の変位機構とを一体的に上下方向に変位させる第二の変位機構と、当該第二の変位機構によって上下方向へのみ変位する操作部の変位量を検出する第二の変位検出センサとを備えるようにしたものである。

このようにすれば、単一の操作部を前後左右に動かすだけで動作対象物（例えば、アームやロボット本体など）を前後左右に動かすことができ、しかも、その操作部を上下方向に動かすだけで動作対象物を上下方向に動かすことができるので、感覚的に動作対象物を移動、もしくは、駆動させることができるようになる。これにより、高齢者や弱者、初心者などにとっても操作のしやすい機構にすることができる。

また、このような発明において、好ましくは、操作部を同一平面内に保持した状態で水平方向へのみ変位させる。

通常、人間が手を前後左右に動かして何らかの動作を行う場合、手をほぼ同一の高さ位置に保持して動作を行うことが多いが、上述のように、操作部を同一平面内に保持して変位させるようにすれば、手の自然な動きに合わせて操作させることができるようになる。

また、第二の変位機構として、操作部と第一の変位機構と第一の変位検出センサとを一体的に上下動させる機構を用いる。

このようにすれば、操作部と第一の変位検出センサが一体的に上下動するので、操作部と第一の変位検出センサの相対位置が変わらず、簡単な機構で正確に水平方向の変位を検出することができるようになる。

更に、操作部に操作者の手が接触したことを検出するための接触検出スイッチを設けるようにする。

このようにすれば、例えば、この接触検出スイッチがオンになった場合にのみ駆動を開始させることとすれば、操作部に軽く接触するのみでその機械の動作を開始させることができので、更に操作性を向上させることができるようになる。

本発明では、操作者の手によって操作される操作部と、当該操作部の変位量を検出するための変位検出センサを備えてなる操作部の変位検出機構において、前記操作部を前後左右方向に変位させる第一の変位機構と、当該第一の変位機構によって前後左右方向に変位する操作部の変位量を検出する第一の変位検出センサと、前記操作部と第一の変位機構とを一体的に上下方向に変位させる第二の変位機構と、当該第二の変位機構によって上下方向へのみ変位する操作部の変位量を検出する第二の変位検出センサとを備えるようにしたので、単一の操作部を前後左右に動かすだけで動作対象物を前後左右に動かすことができ、また、その操作部を上下方向に動かすだけで動作対象物を上下方向に動かすことができるため、感覚的に動作対象物を移動、もしくは、駆動させることができるようになる。これにより、高齢者や弱者、初心者などにとっても操作のしやすい機構にすることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の操作部の変位検出機構は、ロボット１や農業機械、運搬機械などのような操作の複雑な機械に取り付けられるものであるが、本実施の形態では、その代表的な例としてアーム２０を有する移動式のロボット１を用いて説明する。図１は、ロボット１の全体図を示したものであり、図２は、ロボット１の上端部に取り付けられる操作部４の変位検出機構３の全体図を示したものである。また、図３は、図２における切欠断面図を示したものであり、図４および図５は、操作部４の水平方向の変位状態図、および、上下方向の変位状態図を示したものであり、図６は、操作部４を下方へ移動させることによってアーム２０を下方へ駆動させたロボット１の状態を示したものである。

このロボット１は、ロボット本体２とコンピュータ制御装置とによって構成されるもので、上端部に操作部４を有し、この操作部４に手の平を置いて操作部４を変位させてアーム２０や駆動輪２２を駆動させるようにしている。このアーム２０の駆動は、ロボット本体２内に設けられた図示しないモータなどのアーム駆動機構によって行われ、また、駆動輪２２の駆動はロボット本体２内に設けられた図示しないモータなどの駆動輪回転機構によって行われる。

このアーム２０は、ロボット本体２の縦フレーム２３に対して上下方向にスライド可能に取り付けられるもので、アーム駆動機構を介してアーム２０全体を上下方向に移動させる。このアーム２０の先端には、運搬対象物を保持するための保持部２１が設けられ、その保持部２１を図示しないモータで動かして運搬対象物を挟み込めるようにしている。

ロボット本体２の上端部に設けられる変位検出機構３は、人間の手の平が収まるような湾曲したカップ状の操作部４と、この操作部４を水平方向へのみ変位させるための第一の変位機構４１と、前記操作部４を上下方向へのみ変位させるための第二の変位機構４３とを備えている。そして、図３に示すように、操作部４の水平方向の変位を検出するための第一の変位検出センサ４２を設けて水平方向の変位を検出し、また、上下方向の変位を検出するための第二の変位検出センサ４４を設けて操作部４の上下方向の変位を検出できるようにしている。この変位検出機構３は、操作の利便性を考慮して、一般的な操作者の腰の高さ位置に操作部４がくるように設けられるが、必ずしもこのような位置に設けなければならないわけではなく、適宜、操作者にとって操作しやすい場所に設けるようにすれば良い。

この操作部４の下方には、接触検出スイッチ４５を挟んで水平な下面を有するスライド部材４０が設けられる。この操作部４とスライド部材４０とは、わずかの隙間を除いてほぼ一体的に構成されており、一体的に前後左右および上下に変位するようになっている。接触検出スイッチ４５は、操作者の手が軽く置かれる程度の小さなストロークによってＯＮとなるものが用いられる。そして、この接触検出スイッチ４５が押下されることによって、ロボット１への電源が供給され、駆動輪２２の回転やアーム２０の駆動などが可能となる。

また、その接触検出スイッチ４５が設けられるスライド部材４０の外周部分には外周スイッチ４６が設けられている。この外周スイッチ４６は、リミットスイッチなどで構成されるもので、操作部４に手の平が置かれた状態で、その指の先で押下できるようになっている。この外周スイッチ４６が押下（ＯＮ状態）されると、ロボット本体２の床上の移動が停止され、アーム２０のみを駆動できるようになっている。このようにロボット本体２の移動を停止した状態でアーム２０のみを駆動させるのは、通常、アーム２０によって運搬対象物を保持しようとする場合、ロボット本体２を停止させて作業を行う場合が多いためであり、また、操作部４を押し下げる途中に操作部４を水平変位させてしまうとロボット１が不意に動いて、運搬対象物を落下させてしまう可能性があるからである。このため、外周スイッチ４６を押下させることによって、ロボット本体２の移動を停止させ、アーム２０の駆動のみを許可できるようにしている。

そして、このように構成された操作部４は、第一の変位機構４１によって水平方向のみに変位が許容される。この第一の変位機構４１は、円筒状の内側ケーシング５と、前記操作部４を取り付けたスライド部材４０とによって構成される。そして、内側ケーシング５の水平な上面５０上でスライド部材４０を水平方向にスライドさせることによって、操作部４を水平方向へのみ変位させられるようにしている。

この第一の変位機構４１を構成する内側ケーシング５の内部には、スティック４２ａの傾動に伴うｘ軸回転量とｙ軸回転量を検出する第二の変位検出センサ４４であるポテンショメータが設けられる。このスティック４２ａは、内側ケーシング５の中央に設けられる第二の窓部５１と、スライド部材４０の中央に設けられた第一の窓部４０ａとを貫通するように設けられる。そして、その先端には、十文字状の切欠溝４２ｂが設けられ、これに、スライド部材４０の第一の窓部４０ａ内に設けられた十文字状の線材５２を通し込むことによって、操作部４の水平方向の変位に伴うスティック４２ａの傾動を許容している。なお、このようにスライド部材４０が水平方向に変位する際、スティック４２ａの十文字状の切欠溝４２ｂと第一の窓部４０ａにおける十文字状の線材５２とが摺動可能な状態となっているので、スティック４２ａの軸方向に荷重が加わることはない。

一方、第二の変位機構４３は、円筒状の外側ケーシング６の内部に内側ケーシング５を収納し、上下方向（ｚ軸方向）へのみ変位させられるようにしている。この内側ケーシング５が上下方向に変位する際、操作部４や第一の変位機構４１、第一の変位検出センサ４２がその内側ケーシング５に取り付けられているため、これらは一体的に上下方向に移動する。この外側ケーシング６の内側壁面には、可変抵抗器などで構成される第二の変位検出センサ４４が設けられる。この可変抵抗器には、スライド可能な突出片４４ａを設けており、その突出片４４ａに内側ケーシング５の下端部近傍を固定した状態でスライドさせることによって内側ケーシング５の上下方向の変位を検出できるようにしている。この突出片４４ａは、常にバネ４４ｂによって上方への力が付与されており、内側ケーシング５を常に上方に位置させるようにしている。

次に、このように構成された変位検出機構３を用いてロボット１を動作させる場合の操作例について説明する。

まず、ロボット１を用いて運搬対象物を移動させる場合、操作者がその運搬対象物の置かれている場所までロボット本体２を移動させるべく、まず、手の平を操作部４の上に載せる。このとき、その手の平を置いたときの荷重によって操作部４とスライド部材４０との間に設けられた接触検出スイッチ４５が押下され、ロボット１に電源が供給される。これによって、駆動輪２２の回転やアーム２０の駆動が可能となる。なお、このように接触検出スイッチ４５を押下させる際、外側ケーシング６内に設けられているバネ４４ｂのバネ定数が大きく設定されているので、軽く手の平を置いただけではバネ４４ｂは伸びず、第二の変位検出センサ４４によって上下方向の変位が検出されることはない。

そして、このように接触検出スイッチ４５をＯＮにした状態でロボット１の移動やアーム２０の駆動を可能にして、操作者が目的の方向に向かって操作部４を水平方向に変位させると、スティック４２ａが傾動して、第一の変位検出センサ４２がｘ軸方向の変位とｙ軸方向の変位を検出する。これにより、駆動輪２２の進行方向が決定される。また、ｘ軸方向の変位量とｙ軸方向の変位量によってロボット本体２の移動速度が決定される。すなわち、操作部４を大きく変位させた場合はロボット本体２の移動速度が早くなり、また、操作部４を小さく変位させた場合はロボット本体２の移動速度が遅くなる。もちろん、操作部４をまったく変位させない場合は、ロボット本体２は停止した状態となる。

そして、このように操作部４を水平方向に変位させて、ロボット本体２を運搬対象物の場所まで移動させた後は、今度は、アーム２０を駆動して運搬対象物を保持するための作業を行う。この運搬対象物を保持する作業においては、まず、操作部４の外周部分に設けられた外周スイッチ４６を指で押下し、ロボット本体２を完全に停止させる。すなわち、操作部４を水平方向に変位させても、ロボット本体２を床上で移動させないようにする。このようにロボット本体２を完全に停止させた状態で操作部４をｚ方向に大きく押し下げると、第二の変位検出センサ４４がその上下方向の変位を検出し、これに伴って、アーム２０が上下方向に移動する。そして、アーム２０を運搬対象物の水平位置まで移動させた後、操作者がその運搬対象物を水平移動させるなどして保持部２１にその運搬対象物を把持させ、もしくは、外周スイッチ４６の押下を解除してロボット本体２を前進させて保持部２１に運搬対象物を把持させる。

そして、このように運搬対象物を把持させた後、操作部４へ押し下げ力を取り除くと、第二の変位機構４３に設けられたバネ４４ｂの力によって操作部４が上方へ戻り、この復帰による変位を第二の変位検出センサ４４が検出する。この変位に伴って、運搬対象物を保持した状態でアーム２０が上方へ移動する。このようにアーム２０を初期位置まで戻した後に、操作部４の外周部分に設けられた外周スイッチ４６の押下を解除し、前述と同様に、操作部４を水平方向に変位させることによってロボット本体２を目的の位置まで移動させる。

このように上記実施の形態によれば、操作者の手によって操作される操作部４の変位量を検出するため変位検出機構３において、前記操作部４を前後左右方向に変位させる第一の変位機構４１と、当該第一の変位機構４１によって前後左右方向に変位する操作部４の変位量を検出する第一の変位検出センサ４２と、前記操作部４と第一の変位機構４１とを一体的に上下方向に変位させる第二の変位機構４３と、当該第二の変位機構４３によって上下方向へのみ変位する操作部４の変位量を検出する第二の変位検出センサ４４とを備えるようにしたので、単一の操作部４を前後左右に動かすだけでアーム２０やロボット本体２を前後左右に動かすことができ、しかも、その操作部４を上下方向に動かすだけでアーム２０を上下方向に動かすことができる。このため、感覚的にロボット本体２を移動させたり、アーム２０を駆動させたりすることができ、高齢者や弱者、初心者などにも簡単に操作させることができる。

そして、このように操作部４を左右方向に変位させる場合に、内側ケーシング５の水平な上面５０上で前後左右方向に変位させるようにしたので、操作者の手の自然な動きに合わせて操作部４を操作させることができ、しかも、水平方向の変位量を感覚的に知ることができるようになる。

また、内側ケーシング５に操作部４と第一の変位機構４１と第一の変位検出センサ４２とを取り付け、これらを一体的に上下動させるようにしたので、操作部４と第一の変位検出センサ４２との相対位置が変化することなく、簡単な構成で正確に水平方向の変位を検出することができるようになる。

更に、操作部４の下方に接触検出スイッチ４５を設けるようにしたので、異なる場所に設けられた主電源スイッチを操作する必要がなく、操作部４に接触するだけでロボット本体２を移動させ、もしくは、アーム２０を駆動させることができるようになる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施の形態においては、移動式のロボット１を例に挙げて説明したが、これに限らず、農業用機械、運搬用機械、建設用機械などのように操作の複雑な機械に適用することもできる。

また、上記実施の形態では、操作部４の水平方向と上下方向の変位を検出するようにしているが、これに回転方向を検出するような構成を付加するようにしても良い。この場合、例えば、上記実施の形態におけるスティック４２ａの先端部分を上下に分離し、その分離された先端側のスティックの回転を回転検出センサで検出できるようにすることもできる。もちろん、これ以外の方法で操作部４の回転を検出するようにしても良い。

更に、上記実施の形態では、操作部４として、湾曲したカップ状の操作部４を用いているが、このような形状に限られるものではなく、使用環境に応じた使い易い形状にすることができる。例えば、操作部を棒状の操作レバーで構成したり、もしくは、ボール状としたりすることもできる。

また、上記実施の形態では、内側ケーシング５の上面５０上でスライド部材４０をスライドさせるように構成しているが、例えば、内側ケーシング５上にスペーサなどを設けて、この上面上で水平方向にスライドさせるようにしても良い。この場合、スペーサの上面などにテフロン（登録商標）やボールベアリングなどのように摩擦を低減させるための摩擦低減手段を設けるようにすると、より滑らかに操作部４をスライドさせることができるようになる。

本発明の実施の形態における移動式のロボットの外観図同形態におけるロボットの上端部分に取り付けられる操作部の変位検出機構の外観図図２における切欠断面図同形態における操作部を水平方向にスライドさせた状態の切欠断面図同形態における操作部を押し下げた状態の切欠断面図同形態における操作部を押し下げた状態のロボットの動作状態図

符号の説明

１・・・ロボット
２・・・ロボット本体
２０・・・アーム
２１・・・保持部
２２・・・駆動輪
２３・・・縦フレーム
３・・・変位検出機構
４・・・操作部
４０・・・スライド部材
４０ａ・・・第一の窓部
４１・・・第一の変位機構
４２・・・第一の変位検出センサ
４２ａ・・・スティック
４２ｂ・・・切欠溝
４３・・・第二の変位機構
４４・・・第二の変位検出センサ
４４ａ・・・突出片
４４ｂ・・・バネ
４５・・・接触検出スイッチ
４６・・・外周スイッチ
５・・・内側ケーシング
５０・・・上面
５１・・・第二の窓部
５２・・・線材
６・・・外側ケーシング

Claims

操作者の手によって操作される操作部と、当該操作部の変位量を検出するための変位検出センサを備えてなる操作部の変位検出機構において、
前記操作部を前後左右方向に変位させる第一の変位機構と、当該第一の変位機構によって前後左右方向に変位する操作部の変位量を検出する第一の変位検出センサと、前記操作部と第一の変位機構とを一体的に上下方向に変位させる第二の変位機構と、当該第二の変位機構によって上下方向へのみ変位する操作部の変位量を検出する第二の変位検出センサとを備えたことを特徴とする操作部の変位検出機構。
操作者の手によって操作される操作部と、当該操作部の変位量を検出するための変位検出センサを備えてなる操作部の変位検出機構において、
前記操作部を同一平面内に保持した状態で操作部を水平方向へのみ変位させる第一の変位機構と、当該第一の変位機構によって水平方向に変位する操作部の変位量を検出する第一の変位検出センサと、前記操作部と第一の変位機構とを一体的に上下方向に変位させる第二の変位機構と、当該第二の変位機構によって上下方向へのみ変位する操作部の変位量を検出する第二の変位検出センサとを備えたことを特徴とする操作部の変位検出機構。
前記第二の変位機構が、操作部と第一の変位機構と第一の変位検出センサとを一体的に上下方向に変位させる機構である請求項１又は２に記載の操作部の変位検出機構。
前記操作部に手が接触したことを検出する接触検出スイッチを設けた請求項１又は２に記載の操作部の変位検出機構。