JP2008173757A - Five joints link type haptic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、五節リンク機構を有しかつ該五節リンク機構の指示する方向とは別の軸の指示を行うことが可能なハプティックデバイスに関する。 The present invention relates to a haptic device having a five-bar linkage mechanism and capable of indicating an axis different from the direction indicated by the five-bar link mechanism.
コンピュータグラフィック等の仮想空間或いはロボットの遠隔操作等において何か物を操作するための操作装置としてハプティックデバイスが従来から知られている。この従来型のハプティックデバイスとして、例えば2つの五節リンク機構を上下2段に配置し、これら上下2つの五節リンク機構の形成する平面(以下「XY平面」という)を全方向に変位(移動)自在な各1つの連結部をクランクシャフトで繋いでこれら上下2つの連結部を格別に変位可能としている。クランクシャフトの上端部に設けられたノブを操作して、位置指示を行う。例えば、前記XY平面上のX方向及びY方向の位置を指示する場合には、クランクシャフトを回転させずに、前記五節リンク機構を操作する。また、前記XY平面とは別な軸線方向(以下「Z軸方向」という)の位置を指示する場合には、ノブを操作してクランクシャフトが回転させ、上下二つの五節リンク機構の示す位置の差から、クランクシャフトの回転量を求め、Z軸方向の位置指示とする。(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記特許文献1に開示されているハプティックデバイスの構造では、一つのノブでXY平面の指示とZ軸方向の指示を行うため、XY平面上の所定の位置に操作しようとする際、操作者の手の姿勢が変化する。この変化によりクランクシャフトが回転し、Z軸の指示値も変化する、つまりXY平面の操作がZ軸の操作に干渉するという問題がある。
However, in the structure of the haptic device disclosed in
本発明の目的は、XY平面の操作とZ軸の操作が干渉せず独立に指示を行うことが可能な五節リンク型ハプティックデバイスを提供することである。 An object of the present invention is to provide a five-bar link haptic device capable of giving instructions independently without interference between the operation on the XY plane and the operation on the Z axis.
上述した課題を解決するために、本発明に係る五節リンク型ハプティックデバイスは、
五節リンク機構を有する五節リンク型ハプティックデバイスにおいて、
前記五節リンク機構の所定位置に設けられ当該五節リンク機構を操作する操作部と、前記操作部の姿勢を、前記五節リンク機構の変位に関わらず常に同じ姿勢に保持するための姿勢制御機構と、
前記五節リンク機構の指示する方向とは別の軸の指示を行うための回転型指示機構とを備え、
前記回転型指示機構が、前記操作部に設置され、
前記五節リンク機構の操作と、前期回転型指示機構の操作を独立に行えることを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, a five-bar link haptic device according to the present invention is:
In a five-bar link haptic device having a five-bar link mechanism,
Posture control for maintaining the posture of the operation unit provided at a predetermined position of the five-bar linkage mechanism and the posture of the operation unit at the same position regardless of the displacement of the five-bar link mechanism. Mechanism,
A rotation type indicating mechanism for indicating an axis different from the direction indicated by the five-bar linkage mechanism,
The rotary type instruction mechanism is installed in the operation unit,
It is characterized in that the operation of the five-bar linkage mechanism and the operation of the rotation-type instruction mechanism can be performed independently.
また、本発明の請求項2に記載の五節リンク型ハプティックデバイスは、請求項1に記載の五節リンク型ハプティックデバイスにおいて、
前記姿勢制御機構は前記五節リンク機構に対して平行に設けられた平行リンク機構から構成され、前記五節リンク機構の変位に関わらず前記操作部を常に同じ姿勢に保持することを特徴としている。
The five-barrel link haptic device according to
The posture control mechanism includes a parallel link mechanism provided in parallel to the five-bar link mechanism, and is characterized in that the operation unit is always held in the same posture regardless of the displacement of the five-bar link mechanism. .
五節リンク機構を操作して当該五節リンク機構の変位方向に平行な平面(XY平面)上の位置を指示すると共に、回転型指示機構を回転させることによりこの平面とは別の軸線方向(Z軸方向)を指示することができる。 The five-bar linkage mechanism is operated to indicate a position on a plane (XY plane) parallel to the displacement direction of the five-bar linkage mechanism, and by rotating the rotary type indication mechanism, an axis direction different from this plane ( Z-axis direction) can be specified.
また、本発明の請求項3に記載の五節リンク型ハプティックデバイスは、請求項1又は請求項2に記載の五節リンク型ハプティックデバイスにおいて、
前記回転型指示機構はローラとローラの回転角度を検出するセンサとローラにトルクを発生させるアクチュエータからなり、前記ローラの回転量をZ軸方向の位置指示量とする。
The five-barrel link haptic device according to claim 3 of the present invention is the five-barrel link haptic device according to
The rotation type instruction mechanism includes a roller, a sensor for detecting a rotation angle of the roller, and an actuator for generating torque on the roller, and the rotation amount of the roller is set as a position instruction amount in the Z-axis direction.
前記操作部を介して五節リンク機構を作動させてXY平面上の位置を指示する。また、前記操作部に取り付けられた前記ローラを回転操作することによりZ軸方向の指示を行う。このとき、前記操作部は前記姿勢制御機構により前記五節リンク機構の変位に関わらず常に同じ姿勢に保持されるため、操作者の手の姿勢も変わらず前記五節リンクの操作と前記ローラの操作を独立に行うことができる。 A five-bar linkage mechanism is operated via the operation unit to indicate a position on the XY plane. The Z-axis direction is instructed by rotating the roller attached to the operation unit. At this time, the operation unit is always held in the same posture by the posture control mechanism regardless of the displacement of the five-bar link mechanism, so that the posture of the operator's hand does not change and the operation of the five-bar link and the roller The operation can be performed independently.
本発明によると、五節リンク機構によりXY平面上の位置を指示し回転型指示機構を回転させてZ軸方向の指示を行う。このために五節リンク機構の操作と、回転型指示機構の操作は独立しておりXY平面上の位置指示とZ軸方向の位置指示を独立に行うことが可能である。 According to the present invention, the position on the XY plane is instructed by the five-bar linkage mechanism, and the rotation type instruction mechanism is rotated to instruct the Z-axis direction. For this reason, the operation of the five-bar linkage mechanism and the operation of the rotary type instruction mechanism are independent, and the position instruction on the XY plane and the position instruction in the Z-axis direction can be performed independently.
以下、本発明の一実施形態に係る五節リンク型ハプティックデバイスについて図面に基づいて説明する。図1に示すように五節リンク型ハプティックデバイス1は、五節リンク機構2と、五節リンク機構2を操作する操作部3と、五節リンク機構2に対して平行に設けられ五節リンク機構2の変位に係わらず操作部3を常に同じ姿勢に支持する平行リンク機構5と、操作部3に設置された五節リンク機構2の形成するXY平面とは別の軸線方向であるZ軸方向(例えば、ロボットであれば高さ方向)を指示する回転型指示機構としてのローラ4と、操作者側からスレーブ側例えばロボット側に位置を指示すると共にロボット側が何かに当たった場合にその力を操作者側に反力としてフィードバックするための駆動装置6,7,8等により構成されている。
Hereinafter, a five-bar link haptic device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a five-bar link
五節リンク機構2は、例えば水平方向に変位可能とされており、五節リンク機構2の内の1つのリンクを構成する2つの軸受ブロック21,21は、図示しないフレームに垂設された支柱11にブラケット12を介して水平かつ上下に間隔を存して対向して固定されている。そして、上下に対向する2つの軸受ブロック21,21の両端部間に第1リンク22、第4リンク25の各一端部が水平に収容され、下側の軸受ブロック21の両端部下面に垂設されたモータ14,15の回転軸14a,15aの先端部に固定されている。
The five-
モータ14,15の回転軸14a,15aは、上下の軸受ブロック21,21の両端部に垂直に回転自在に軸支され、本体部は、下側の軸受ブロック21の下面に固定されている。このようにして、第1リンク22、第4リンク25が軸受ブロック21の両端部に水平に回動自在に支持されている。また、これらのモータ14,15の下端部に位置検出機としてのエンコーダ(センサ)16,17が取り付けられており、各回転軸がそれぞれモータ14,15の回転軸14a,15aの下端部に連結されている。
The rotating
第2リンク23、第3リンク24は、各一端部がそれぞれ第1リンク22、第4リンク25の各他端部に連結ピン26,27により水平に回動自在に連結されており、第2リンク23の他端部に第3リンク24の他端部が連結ピン28により水平に回動自在に連結されている。そして、第2リンク23と第3リンク24との連結部、即ち連結ピン28の位置が五節リンク機構2の形成面(XY平面)を全方向に移動自在とされている。
One end of each of the
第1リンク22と第4リンク25は同じ長さとされ、回転軸14aと連結ピン26、回転軸15aと連結ピン27との間の距離が同一距離とされている。また、第2リンク23と第3リンク24は同じ長さとされ、連結ピン26と連結ピン28、連結ピン27と連結ピン28との間の距離が同一距離とされている。なお、第1リンク22乃至第4リンク25の4本のリンクを同じ長さとし、前記距離も同じ距離にしても良い。このようにして、五節リンク機構2が構成されている。
The
操作部3は、操作ステージ31、操作ステージ31の上板31aに固定された取手32、ローラ4等を有している。操作ステージ31は、五節リンク機構2の形成するXY平面と平行をなして配置され、上板31aと下板31bとの間に第2リンク23と第3リンク24との連結部が回動自在に収容されている。そして、上板31aと下板31bが連結ピン28の上下両端部に回動自在に軸支されている。上板31aと下板31bは連結板31cを介して連結されている。
The operation unit 3 includes an
ローラ4は、円板状をなし外周面に滑り止め用のローレット目が形成され、上板31aの先端近傍に固定された支持台33上に回転方向が五節リンク機構2の形成するXY平面と平行に配置されており、上板31aの下面に下方に向けて垂設されたモータ18の回転軸18aの上端部に固定されている。モータ18の回転軸18aは、操作ステージ31の上板31a及び支持台33の軸穴を遊貫し、本体部は、上板31aの下面に垂直に固定されている。
The
モータ18の下端部にはエンコーダ(センサ)19が取り付けられており、その回転軸がモータ18の回転軸18aの下端部に連結されている。ローラ4は、取手32の先端部近傍位置に配置されていることで、片手で取手32を掴んだ状態のまま何れかの指先で容易に回転操作することが可能とされている。
An encoder (sensor) 19 is attached to the lower end portion of the
モータ14,15及び18は、ロボットが何かに当たった場合にその力がロボットに設けられている圧力センサにより検出され、当該圧力センサからの信号によりトルクを発生して五節リンク機構2の操作者に反力としてフィードバックする。エンコーダ16,17は、五節リンク機構2の第1リンク22と第2リンク23との連結部、即ち連結ピン28の位置を指示する。また、エンコーダ19は、五節リンク機構2が形成するXY平面とは別の軸線方向であるZ軸方向の位置(例えば、ロボットであれば高さ方向)を指示するためのものである。エンコーダ19は、ローラ4により回転可能であり、従って、Z軸方向の指示範囲を指示することが可能である。
When the robot hits something, the
そして、モータ14とエンコーダ16により1組の駆動装置6が構成され、モータ15とエンコーダ17により1組の駆動装置7が構成され、モータ18とエンコーダ19により1組の駆動装置8が構成されている。このようにして、五節リンク型ハプティックデバイス1が構成されている。
The
平行リンク機構5は、丸棒状の2本のリンク35,36と、両端部37aと37bからなるプレート(以下「中継プレート」という)37及び4個の継手38等により構成されている。中継プレート37は、連結ピン26の下端部に回動自在に軸支されている。そして、これらのリンク35、リンク36は、五節リンク機構2の一側の第1リンク22、第2リンク23と平行に配置され、かつ、第1リンク22、第2リンク23と同じ長さである。
The parallel link mechanism 5 includes two round bar-shaped
リンク35は、第1リンク22と平行に配置され、一端部が継手38を介して軸受ブロック21に連結され、他端部が継手38を介して中継プレート37の端部37aに連結されている。また、リンク35の長さは第1リンク22の長さと同一である。リンク36は、第2リンク23と平行に配置され、一端部が継手38を介して中継プレート37の端部37bに連結され、他端部が継手38を介して操作ステージ31の下板31bに連結されている。また、リンク36の長さは第2リンク23の長さと同一である。
The
これにより、操作部3は、五節リンク機構2の連結ピン28の位置がXY平面内の何れの方向に変位(移動)した場合でも軸受ブロック21と対向した姿勢に保持される。即ち操作部3は、五節リンク機構2の変位に係わらず常に同じ姿勢に保持される。取手32は、操作ステージ31の上板31aに固定されており、従って、五節リンク機構2の変位に関わらず常に同じ姿勢に保持される。
Thereby, the operation unit 3 is held in a posture facing the bearing
以下に上記五節リンク型ハプティックデバイス1の作用を説明する。図1において取手32を掴み、五節リンク機構2を操作し、図2に示すように連結ピン28を指示位置に移動させる。五節リンク機構2は、前記操作に応じてXY平面内で第1リンク22、第2リンク23、第3リンク24、第4リンク25が変移し、これに伴いモータ14,15の回転軸14a,14a及びエンコーダ16,17の回転軸が回転して連結ピン28の位置(指示位置)を検出して図示しないスレーブ側のロボットに指示する。
The operation of the five-barrel
五節リンク機構2の指示に応じて前記ロボットが作動し、当該ロボットが何かに当たった場合にモータ14,15がトルクを発生して五節リンク機構2の操作者に反力としてフィードバックされる。これにより、操作者はロボットを停止させることができる。このようにして、操作者は、前記ロボットを五節リンク機構2が形成するXY平面と対応した平面(以下「X’Y’平面」という)の所定の位置に移動させる。
The robot operates in response to an instruction from the five-
そして、操作者は、前記ロボットをX’Y’平面の所定位置に移動させた後、取手32を掴んだままの状態で例えば人差し指でローラ4を回転させる。
Then, after moving the robot to a predetermined position on the X′Y ′ plane, the operator rotates the
ローラ4の回転に伴いモータ18の回転軸18a及びエンコーダ19の回転軸が回転して前記連結ピン28のXY平面とは別の軸線方向(以下「Z軸方向」という)の位置を検出して前記ロボットに指示する。本発明では、Z軸方向の指示値は前記ロボットにおいて前記X’Y’平面と垂直な軸線方向(以下「Z'軸方向」という)の指示値として取り扱う。
As the
ローラ4の指示に応じて前記ロボットがX’Y’平面に対してZ'軸方向に移動し、何かに当たった場合にモータ18がトルクを発生して操作者に反力としてフィードバックされる。これにより操作者は、ロボットを停止させることができる。このようにして、前記ロボットを所定のZ'軸方向位置に指示する。
When the robot moves in the Z′-axis direction with respect to the X′Y ′ plane in response to an instruction from the
なお、上記実施形態ではローラ4を五節リンク機構2の形成面(XY平面)に対して平行な面内で回転するように配置し、回転軸18aをXY平面と直交するように配置したが、これに限るものではなく、図3に示すようにローラ4をXY平面と直行する面内で回転するように配置し、その回転軸をXY平面と平行となるように配置することもできる。なお、図3において図1に示した部材と同一部材には同一の符号を付してある。
In the above embodiment, the
1 五節リンク型ハプティックデバイス
2 五節リンク機構
3 操作部
4 ローラ(回転型指示機構)
5 平行リンク機構
6,7,8 駆動装置
11 支柱
12 ブラケット
14,15,18 モータ
14a,15a,18a 回転軸
16,17,19 エンコーダ
21 軸受けブロック
22 第1リンク
23 第2リンク
24 第3リンク
25 第4リンク
26,27,28 連結ピン
31 操作ステージ
31a 上板
31b 下板
31c 連結板
32 取手
33 支持台
35,36 リンク
37 中継プレート
37a,37b 端部
38 継手
1 Five-bar link type
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5
Claims (3)
前記五節リンク機構の所定位置に設けられ当該五節リンク機構を操作する操作部と、
前記操作部の姿勢を、前記五節リンク機構の変位に関わらず常に同じ姿勢に保持するための姿勢制御機構と、
前記五節リンク機構の指示する方向とは別の軸の指示を行うための回転型指示機構とを備え、
前記回転型指示機構が、前記操作部に設置され、
前記五節リンク機構の操作と、前記回転型指示機構の操作を独立に行えることを特徴とする五節リンク型ハプティックデバイス。 In a five-bar link haptic device having a five-bar link mechanism,
An operation unit that is provided at a predetermined position of the five-bar link mechanism and operates the five-bar link mechanism;
A posture control mechanism for always maintaining the posture of the operation unit in the same posture regardless of the displacement of the five-bar linkage mechanism;
A rotation type indicating mechanism for indicating an axis different from the direction indicated by the five-bar linkage mechanism,
The rotary type instruction mechanism is installed in the operation unit,
The five-bar link haptic device, wherein the five-bar link mechanism and the rotary pointing mechanism can be operated independently.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007012065A JP2008173757A (en) | 2007-01-22 | 2007-01-22 | Five joints link type haptic device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2008173757A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103009377A (en) * | 2012-08-23 | 2013-04-03 | 杭州永创智能设备股份有限公司 | Mechanical hand |
US8692770B2 (en) | 2009-09-04 | 2014-04-08 | Denso Corporation | Operation apparatus having a unit movable on a two-dimensional operation surface |
CN106393082A (en) * | 2016-11-25 | 2017-02-15 | 江门市神川自动化设备有限公司 | Automatic feeding manipulator device |
-
2007
- 2007-01-22 JP JP2007012065A patent/JP2008173757A/en active Pending
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