JP6046244B2 - ジョイスティックを用いた位置制御装置 - Google Patents

Description

本発明はジョイスティックを用いて物体の位置を制御できる位置制御装置に関し、更に詳しくは、物体に作用する圧力を検知して圧力が作用する場合、物体の動きを制限できるジョイスティックを用いた位置制御装置に関する。

通常、ロボットアームなどを制御したり、物体の位置を制御する際にもジョイスティックが利用される。即ち、ジョイスティックを動かして物体やロボットアームなどの位置を制御する。操作者がジョイスティックを回転させれば、ジョイスティックが回転された位置を検出してジョイスティックが移動した距離に比例してロボットアームなどを動かしてロボットアームなどを制御する。

下記の特許文献１はこのようなジョイスティック及びこれを用いた位置検出方法に関するものであり、下記の特許文献２はジョイスティックの操作による物体駆動方法に関するものである。

ところが、従来の場合、ジョイスティックを動かして物体やロボットアームなどを制御するとき、物体が他の物体に接触して圧力が加えられれば、操作者が視覚的に確認できるだけであって、感覚的に感じることができない。そのため、操作者が視覚的に確認できず、ジョイスティックを継続して動作させる場合、ロボットアームなどに過度な圧力が作用するおそれがある。この場合、ロボットアームなどが過度な荷重によって損傷し得るという問題がある。

韓国公開特許第１０-１９９４-００００９５５号 韓国公開特許第１０-１９９９-００６１７８３号

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、物体に圧力が加えられた場合、圧力の伝達を受けて操作者がジョイスティックを操作するとき、圧力を感覚的に感じることができるジョイスティックを用いた位置制御装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、物体に圧力が加えられた場合、圧力の伝達を受けてジョイスティックの動きを物理的に制限できるジョイスティックを用いた位置制御装置を提供することにある。

本発明に係るジョイスティックを用いた位置制御装置は、スティック手段と、検知手段と、モータと、加圧手段とを含む。前記スティック手段は、一端に荷重が作用すれば、前記一端と他端との間の一地点を中心に回転できるスティックバーを備える。前記検知手段は、前記スティック手段の回転の位置を検知する。前記モータは、圧力センサから圧力が測定されれば駆動される。前記加圧手段は、前記圧力が増加する方向に前記スティックバーが回転するのを妨げるように前記圧力センサで測定される圧力に比例して前記モータの駆動により圧力を加える。
また、前記位置制御装置において、前記加圧手段は、前記圧力センサで測定される圧力に比例して前記スティックバーの回転角度を制限することが好ましい。

更に、前記位置制御装置において、前記スティック手段の前記スティックバーは、前記一地点にボールが形成されることが好ましい。この場合、前記スティック手段は、前記スティックバーの前記一端が挿入され、前記他端が露出し、前記スティックバーが前記ボールを中心に回転できるように前記ボールが結合されるハウジングを更に備える。

また、前記位置制御装置において、前記ハウジングは、上部に前記スティックバーが前記ボールを中心に回転できるように前記スティックバーを覆う突起が形成されることが好ましい。この場合、前記加圧手段は、前記突起を覆って前記突起とネジ結合する第１ギアと、前記モータによって回転し、前記第１ギアを前記突起に沿って移動させて前記第１ギアと前記スティックバーの一端との距離が調節されるように前記第１ギアと歯合する第２ギアと、一端は前記スティックバーに支持され、前記第１ギアが前記スティックバーの一端に移動すれば、前記スティックバーに力を加えることができるように前記第１ギアによって圧縮されるバネとを備える。

更に、前記位置制御装置において、前記加圧手段は、前記第１ギアの上部でスライドできるように前記バネの他端を支持して前記スティックバーを覆う環状リングを更に備えることが好ましい。

また、前記位置制御装置において、前記検知手段は、前記スティックバーの他端に結合されている磁石と、前記磁石の位置を検知できるように前記ハウジングに取り付けられている複数のマグネチックセンサとを備えることが好ましい。

本発明によれば、スティックバーの回転により圧力が検知されれば、モータが作用して第１ギア及び第２ギアを回転させる。すると、バネが収縮してスティックバーに圧力を加える。これによって、スティックバーを作動させる操作者に圧力が伝達されて操作者がその圧力を検知できる。また、この場合、物体を動かすためにスティックバーを動かすのに、より大きな荷重がかかるため、操作者の誤動作を防止できるという効果を奏する。

また、圧力が検知されれば、第１ギアが移動してスティックバーの回転角度を物理的に制限する。即ち、スティックバーが過度に回転するのを防止させることができる。

本発明に係るジョイスティックを用いた位置制御装置の一実施形態の斜視図である 図１に示す実施形態の背面図である。 図１に示す実施形態の一部を切り欠いた斜視図である。 図１に示す実施形態の分離斜視図である。 図１に示す実施形態の分離正面図である。 図１に示す実施形態の断面図である。 図１に示す実施形態が動作した断面図である。

図１〜図７を参照して本発明に係るジョイスティックを用いた位置制御装置の一実施形態を説明する。
本発明に係るジョイスティックを用いた位置制御装置は、スティック手段１０と、検知手段２０と、モータ２５と、加圧手段３０とを含む。
スティック手段１０は、スティックバー１１と、ハウジング１７とを備える。
ティックバー１１は、一端１２と他端１３との間にボール１４が形成されている。そして、ボール１４と一端１２との間には突起した支持片１５を備える。

ハウジング１７は、スティックバー１１の一端１２が外部に露出し、他端１３が内部に挿入され得るように貫通孔が形成される。また、ハウジング１７は、貫通孔でスティックバー１１を覆うことができるように突起１８が外部に突出する。スティックバー１１は、ボール１４を中心に回転できるようにボール１４が貫通孔に結合される。スティックバー１１が回転できなければならないので、突起１８とスティックバー１１との間には一定の間隔がなくてはならない。それにより、操作者がスティックバー１１の一端１２を取って移動させれば、スティックバー１１がボール１４を中心に回転し、他端１３が移動する。

検知手段２０は、スティックバー１１がボール１４を中心に回転すれば、その回転角度を測定する機能をする。このために、検知手段２０は磁石２１と複数のマグネチックセンサ２３とを備える。磁石２１は、スティックバー１１の他端１３に結合される。

マグネチックセンサ２３は、磁石２１の位置を検知できるように、ハウジング１７の底面に設けられる。本実施形態の場合、４つのマグネチックセンサ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄが設けられ、磁石２１の位置を検知する。即ち、スティックバー１１が回転すれば、磁石２１の位置が変化するので、磁場が変わる。４つのマグネチックセンサ２３ａ〜２３ｄは、磁場を測定して磁石２１の位置を検知できる。それにより、スティックバー１１の他端１３の移動距離及びスティックバー１１の回転角度を計算できる。検知手段２０でスティックバー１１の他端１３の移動距離が計算されれば、スティックバー１１の移動距離に比例して物体やロボットアームなどを移動させることができる。このとき、仮りに物体やロボットアームなどが移動して他の物体に接触すれば、圧力センサ（図示せず）によってその圧力が測定される。それにより、スティックバー１１が継続して回転すれば、その圧力は増加し続ける。
モータ２５は、前記圧力センサによって圧力が測定されれば駆動される。即ち、モータ２５は圧力センサから圧力が伝達されれば駆動される。

加圧手段３０は、圧力が増加する方向にスティックバー１１が回転するのを妨げるように前記圧力センサで測定される圧力に比例してモータ２５の駆動によりスティックバー１１に圧力を加えるだけでなく、前記圧力センサで測定される圧力に比例してスティックバー１１の回転角度を制限する機能をする。
このために、加圧手段３０は第１ギア３１と、第２ギア３３と、バネ３５と、環状リング３７とを備える。

第１ギア３１は、突起１８を覆い、突起１８とネジ結合する。それにより、第１ギア３１を回転させれば、第１ギア３１は突起１８に沿って矢印１又は矢印３の方向に移動できる。

第２ギア３３は、モータ２５によって回転するように結合され、第１ギア３１と歯合する。それにより、第２ギア３３が回転すれば、第１ギア３１が回転して突起１８に沿って移動する。
バネ３５は、一端がスティックバー１１の支持片１５に支持されるように支持片１５と第１ギア３１との間に取り付けられる。

環状リング３７は、第１ギア３１の上部でスライドできるように第１ギア３１の上部に位置してバネ３５の他端を支持する。それにより、第１ギア３１が上昇すれば、環状リング３７が上昇してバネ３５が収縮する。そして、第１ギア３１が下降すれば、環状リング３７が下降してバネ３５が元の形状に戻る。

以下では、図６及び図７を参照して本実施形態の動作を説明する。第１ギア３３が上昇しない場合には、スティックバー１１は、図６の角度ａだけ回転できる。スティックバー１１を回転させたとき、圧力センサで圧力が検知され、モータ２５が動作すれば、第２ギア３３が回転し、これによって第１ギア３１が矢印１の方向に上昇する。すると、図７に示すように、バネ３５が収縮する。バネ３５が収縮すれば、バネ３５は支持片１５で圧力を加えるので、圧力はスティックバー１１に伝達されて操作者に検知される。操作者は物体を移動させるようにスティックバー１１を回転させるためには、より大きな力を与えなければ、スティックバー１１を回転させることができない。従って、スティックバー１１の回転が更に難しくなる。一方、この場合、第１ギア３１が上昇するので、スティックバー１１は角度ｂだけ回転させることができる。従って、回転させられる角度が減少する。それにより、第１ギア３１が上昇すれば、スティックバー１１の回転角度が制限されるだけでなく、バネ３５が収縮してスティックバー１１に圧力を加えるので、スティックバー１１を回転させることが難しくなる。

スティックバー１１を復帰させるように移動させれば、圧力センサで測定される圧力は小さくなるので、モータ２５が反対に回転して第１ギア３１が矢印３の方向に移動する。すると、バネ１１は元の長さに戻るので、スティックバー１１に作用する圧力は減少し、スティックバー１１を回転させることができる角度は図６に示すように広がる。

従って、本実施形態によれば、圧力センサに圧力が作用すれば、スティックバー１１の回転角度を拘束するだけでなく、スティックバー１１に圧力を加えてその回転を難しくするおそれがある。

１０ スティック手段
１１ スティックバー
１２ 一端
１３ 他端
１４ ボール
１５ 支持片
１７ ハウジング
１８ 突起
２０ 検知手段
２１ 磁石
２３ マグネチックセンサ
２５ モータ
３０ 加圧手段
３１ 第１ギア
３３ 第２ギア
３５ バネ
３７ 環状リング

Claims (3)

1. 一端に荷重が作用すれば、前記一端と他端との間の一地点を中心に回転できるスティックバーを備えたスティック手段と、
   前記スティック手段の回転の位置を検知する検知手段と、
   圧力センサから圧力が測定されれば駆動されるモータと、
   前記圧力が増加する方向に前記スティックバーが回転するのを妨げるように前記圧力センサで測定される圧力に比例して前記モータの駆動により圧力を加える加圧手段と
   を備える構成において、
   前記スティック手段は、
   前記スティックバーは前記一地点にボールが形成され、
   前記スティックバーの前記一端が挿入され、前記他端が露出し、前記スティックバーが前記ボールを中心に回転できるように前記ボールが結合されるハウジングを備え、
   前記ハウジングは、上部に前記スティックバーが前記ボールを中心に回転できるように前記スティックバーを覆う突起が形成され、
   前記加圧手段は、
   前記圧力センサで測定される圧力に比例して前記スティックバーの回転角度を制限すると共に、前記突起を覆って前記突起とネジ結合する第１ギアと、前記モータによって回転し、前記第１ギアを前記突起に沿って移動させて前記第１ギアと前記スティックバーの一端との距離が調節されるように前記第１ギアと歯合する第２ギアと、一端は前記スティックバーに支持され、前記第１ギアが前記スティックバーの一端に移動すれば、前記スティックバーに力を加えることができるように前記第１ギアによって圧縮されるバネとを備える
   ことを特徴とするジョイスティックを用いた位置制御装置。
2. 前記加圧手段は、
   前記第１ギアの上部でスライドできるように前記バネの他端を支持して前記スティックバーを覆う環状リングを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のジョイスティックを用いた位置制御装置。
3. 前記検知手段は、
   前記スティックバーの他端に結合されている磁石と、
   前記磁石の位置を検知できるように前記ハウジングに取り付けられている複数のマグネチックセンサと
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のジョイスティックを用いた位置制御装置。

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