JP7244985B2

JP7244985B2 - 操作装置及び操作システム

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Publication number: JP7244985B2
Application number: JP2017100379A
Authority: JP
Inventors: 信恭下村; 雅幸掃部; 秀行笠
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2037-05-19
Also published as: US20210162603A1; JP2018192597A; WO2018212235A1; CN110612182A; US11826900B2

Description

本発明は、操作対象に作用した振動を操作者に伝達する操作装置及び操作システムに関する。

従来、ロボットに作用した振動に基づいて、操作者側の入力装置で振動を発生させることにより、操作者に対しロボットに作用した振動を伝えるシステムが提案されている。このように、操作者側で振動を発生させることによってロボットに作用した振動をロボットの操作者に対し伝達するシステムが特許文献１に開示されている。特許文献１では、振動提示部としてスピーカ、振動素子が挙げられている。スピーカによって操作者に対しロボットに作用した振動が音で伝えられているケースと、振動素子によって操作者に対しロボットに作用した振動がそのまま振動で伝えられているケースとが開示されている。

特開２０１６－２１４７１５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたシステムでは、ロボットの操作を行う部分とは別の構成のスピーカあるいは振動素子を用いて操作者に対しロボットに作用した振動が伝えられていると考えられる。従って、音、振動を操作者に対し伝えるための構成が操作を行う部分とは別に必要となる。そのため、装置の構成が複雑になり、操作装置が大型化してしまう可能性がある。

そこで、本発明は上記の事情に鑑み、より簡易な構成の操作装置及び操作システムを提供することを目的としている。

本発明の操作装置は、操作対象を操作するために、操作者によって操作指令が入力される入力部と、前記操作対象で検出された振動に基づいた信号を受信し、受信した前記信号に基づいた振動を発生させる振動素子とを備え、前記振動素子によって発生された振動が、前記入力部の少なくとも一部を介して前記操作者に伝達されることを特徴とする。

上記構成の操作装置では、振動素子によって発生された振動が、入力部を介して操作者に伝達されるので、入力部が振動を操作者に伝達するための構成を兼ねることができ、構成を簡易にすることができる。

また、前記入力部は、前記操作指令が入力される際に前記操作者によって把持される把持部と、前記把持部を移動可能に支持するアーム部とを備え、前記アーム部は、前記把持部と前記振動素子との間の位置に設けられ、前記振動素子によって発生された振動が、前記アーム部及び前記把持部を介して前記操作者に伝達されることとされてもよい。

振動素子によって発生された振動が、アーム部及び把持部を介して操作者に伝達されるので、アーム部によって受け止められた振動を操作者に確実に伝達することができる。

また、前記入力部は、前記操作指令が入力される際に前記操作者によって把持される把持部を備え、前記振動素子は、前記把持部に取り付けられていてもよい。

振動素子が把持部に取り付けられているので、振動素子によって発生された振動が把持部に直接的に伝達される。従って、振動を操作者に確実に伝達することができる。

また、前記入力部は、前記把持部を２つ有する把持体を備えていてもよい。

また、前記振動素子は、スピーカであってもよい。

また、前記振動素子は、トランスデューサであってもよい。

また、前記振動素子は、第１のモータであってもよい。

また、前記振動素子は、前記把持部を移動させた後に、前記把持部を所定位置に復帰させるように前記アーム部を移動させるためのトルクを前記アーム部に作用させる、または前記操作者に力覚を提示する、または前記把持部及び前記アーム部を支持する第２のモータであってもよい。

また、本発明の操作システムは、振動を検出し、検出された振動に基づいた信号を発信するセンサ部を有する操作対象と、前記操作対象を操作するために操作者が操作指令を入力する入力部と、前記センサ部からの信号を受信し受信された信号に基づいた振動を発生させる振動素子とを有する操作装置とを備え、前記振動素子によって発生された振動が、前記入力部の少なくとも一部を介して前記操作者に伝達されることを特徴とする。

上記構成の操作システムでは、振動素子によって発生された振動が、入力部を介して操作者に伝達されるので、入力部が振動を操作者に伝達するための構成を兼ねることができ、構成を簡易にすることができる。

また、前記センサ部からの信号を受け取り、受け取った信号を前記振動素子へ送る制御部を備え、前記制御部は、前記センサ部によって発信された信号における特定の周波数帯域のみを通過させるフィルタを有していてもよい。

フィルタが、センサ部によって発信された信号における特定の周波数帯域のみを通過させるので、信号において必要ない部分については除去することができ、信号の必要な部分だけを操作者に伝達することができる。従って、操作者に操作対象についての情報を確実に伝達することができる。

また、前記特定の周波数帯域は、音圧レベルについての閾値を超える周波数帯域であってもよい。

本発明によれば、操作対象に作用した振動を操作者に対し伝達する操作装置を、より簡易な構成にすることができるので、操作装置を小型化することができる。

本発明の第１実施形態に係る操作装置の斜視図である。図１の操作装置を用いて操作者がロボットを操作している状態について示した斜視図である。図１の操作装置を斜め下方から見て示した斜視図である。図１の操作装置におけるスピーカの取り付けられている部分について下方から見て示した平面図である。図２のロボットの制御系統の構成について示したブロック図である。図２の操作装置を用いてロボットを操作する操作システムの制御系統の構成について示したブロック図である。本発明の第２実施形態に係る操作装置の斜視図である。（ａ）は図７のトランスデューサの斜視図であり、（ｂ）は図７のトランスデューサの断面図である。本発明の第３実施形態に係る操作装置の斜視図である。本発明の第６実施形態に係る操作装置の振動素子に伝達される振動についての信号において、抽出する振動についての信号について示したグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る操作装置及び操作システムについて、添付図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る操作装置１００について示した斜視図である。操作装置１００は、操作対象を操作するために、操作者によって操作指令が入力される入力部１０と、操作対象で検出された振動に基づいた信号を受信し、受信した信号に基づいた振動を発生させるスピーカ（振動素子）２０と、入力部１０及びスピーカ２０を支持する支持台３０とを備えている。

本実施形態では、操作装置１００によって操作される操作対象はロボットである。操作対象のロボット２００について示した構成図を図２に示す。ここでは、例えば、ロボット２００がシート３００を保持し、ロボット２００がカート４００にシート３００を取り付ける構成について説明する。

操作対象としてのロボット２００は、ロボットアームを有している。ロボットアームは、複数のリンクが接続されて形成されている。ロボットアームでは、リンク同士の間に関節が形成されている。また、ロボットアームには、それぞれの関節に対応してサーボモータが設けられている。

ロボット２００は、シート３００を保持することが可能に構成されている。ロボット２００は、シート３００を保持し、ロボット２００のアームを移動させることによりシート３００をカート４００に近接させ、保持したシート３００をカート４００に取り付ける。その際、操作者が操作装置１００を操作することによってロボット２００を操作し、シート３００をカート４００に取り付ける。

また、図２に示されるように、ロボット２００は、ロボットアームを移動させることにより、ロボット２００が保持したシート３００を移動させている。これにより、シート３００をカート４００に近接させ、結果的にシート３００をカート４００の取り付け位置に当接させる。こうすることにより、シート３００をカート４００に取り付けている。

図２では、ロボット２００がシート３００を保持し、保持したシート３００をカート４００に取り付けるので、シート３００の取り付け作業を行い易いように、操作装置１００には、シート３００の形状を有するアダプタ５００が取り付けられている。操作装置１００にシート３００の形状を有するアダプタ５００が取り付けられているので、操作者はシート３００の形状を有するアダプタ５００を操作することによって、ロボット２００を操作することができる。従って、操作者は、実際にシート３００をカート４００に取り付けるような動作を行うことによってロボット２００を操作することができ、操作者がロボット２００の操作を違和感なく容易に行うことができる。

また、図２に示されるように、ロボット２００の動作範囲の上方には、カメラ６００が取り付けられている。ロボット２００が作業を行う間に、カメラ６００によってロボット２００の周囲を撮影することができる。これにより、操作者が、カメラ６００によって撮影された画像を通してロボット２００の周囲を見ながら操作することができる。ロボット２００を操作する際には、ロボット２００の動作を肉眼で確認することなく遠隔操作によってロボット２００を操作する場合がある。このように、ロボット２００を遠隔操作によって操作する場合には、カメラによって撮影された画像を操作者が見て、操作者がロボット２００の周囲を確認しながら、ロボット２００による作業が行われる場合がある。

次に、操作装置１００の構成について説明する。

入力部１０は、操作指令が入力される際に操作者によって把持される把持部１１と、把持部１１を移動可能に支持するアーム部１２と、モータ１４とを備えている。

把持部１１は、操作者が把持し易いように、操作者が把持部１１を握って把持することが可能に形成されている。操作者が把持部１１を握って把持した状態で、操作者が、把持部１１を移動させることによりロボット２００を移動させ、ロボット２００を操作する。

把持部１１は、支持部１３によって支持されている。また、把持部１１は、円筒状の接続部１３ｃを介して、支持部１３に接続されている。支持部１３は、アーム部１２によって移動可能に支持されている。アーム部１２は、モータ１４に接続されている。また、アーム部１２は、把持部１１とスピーカ２０との間の位置に設けられている。

アーム部１２は、それぞれ関節１２ａを有し、関節１２ａを中心に屈曲することが可能に形成されている。従って、アーム部１２は、把持部側アーム部１２ｂと、モータ側アーム部１２ｃとが、関節１２ａによって屈曲可能に接続されている。

また、入力部１０は、モータ１４を備えている。モータ１４は、支持台３０によって支持されている。モータ１４は、把持部１１を移動させた後に、把持部１１を所定位置に復帰させるようにアーム部１２を移動させるためのトルクをアーム部１２に作用させる。本実施形態では、モータ１４は、６つ設けられている。６つのモータ１４は、２つのモータ１４によって１つの辺が構成され、支持台３０上に三角形状に並べられて配置されている。また、モータと同軸の位置に、エンコーダが配置されている。エンコーダは、それぞれのアーム部１２における回転軸の変位を検知することが可能なように、６つのアーム部１２に対応して、６つのエンコーダが配置されている。

また、１つのモータ１４につき、１つのアーム部１２が設けられている。本実施形態では、操作装置１００に６つのモータ１４が設けられているので、操作装置１００に６つのアーム部１２が設けられている。

本実施形態では、６つのモータ１４は、２つのモータ１４が１辺を構成し、支持台３０上に三角形状に配置されている。三角形状に並べられた６つのモータ１４のうち、１辺を構成する２つのモータ１４には、それぞれ１つずつ計２つのアーム部１２が設けられている。従って、三角形を形成する６つのモータ１４のうち、１辺を構成する２つのモータ１４には、２つのアーム部１２が設けられている。

６つのモータ１４によって形成された三角形のうちの１辺を構成する２つのモータ１４のそれぞれが有するアーム部１２によって、支持部１３を囲む３つの辺のうちの１つの辺１３ａが挟まれている。支持部１３の辺１３ａには、軸１３ｂが支持部１３の内部を通って配置されている。軸１３ｂが、辺１３ａを挟む２つの把持部側アーム部１２ｂによって両端部を回転可能に保持されている。これにより、支持部１３が、軸１３ｂを中心に回転可能に軸支されている。

加えて、軸１３ｂは、２つの把持部側アーム部１２ｂによって両端部が保持されている。把持部側アーム部１２ｂは、軸１３ｂの中心軸を含む互いに直交する３軸の周りに回転可能に軸１３ｂを保持している。これにより、支持部１３が、軸１３ｂの中心軸を含む互いに直交する３軸の周りに回転可能に支持されている。このように、支持部１３は、２つの把持部側アーム部１２ｂによって、軸１３ｂの中心軸を含む互いに直交する３軸の周りに回転可能に支持されている。

支持部１３における辺１３ａと軸１３ｂの構成については、支持部１３の３つの辺について同様である。

スピーカ２０は、支持台３０の支持板３１における、入力部１０が取り付けられた側とは逆側の位置に取り付けられている。図３に、操作装置１００について斜め下方の位置から見た斜視図を示す。また、図４に、操作装置１００について下方から見た平面図を示す。

スピーカ２０が振動を発生させることによって、操作装置１００内で振動を発生させることができる。本実施形態では、スピーカ２０が、振動を発生させる振動素子として機能する。

次に、ロボット２００の動作を制御する制御部２１０について説明する。図５は、ロボット２００の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。

図５に示されるように、制御部２１０は、演算部２１０ａと、記憶部２１０ｂと、サーボ制御部２１０ｃとを含む。

制御部２１０は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータを備えたロボットコントローラである。なお、制御部２１０は、集中制御する単独の制御部２１０によって構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御する複数の制御部２１０によって構成されていてもよい。

記憶部２１０ｂには、ロボットコントローラとしての基本プログラム、各種固定データ等の情報が記憶されている。演算部２１０ａは、記憶部２１０ｂに記憶された基本プログラム等のソフトウェアを読み出して実行することにより、ロボット２００の各種動作を制御する。すなわち、演算部２１０ａは、ロボット２００の制御指令を生成し、これをサーボ制御部２１０ｃに出力する。

サーボ制御部２１０ｃは、演算部２１０ａにより生成された制御指令に基づいて、ロボット２００のロボットアームのそれぞれの関節に対応するサーボモータの駆動を制御するように構成されている。

次に、操作装置１００によってロボット２００を操作するロボットシステムの制御系統について説明する。図６は、操作装置１００によってロボット２００を操作するロボットシステムの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。

制御部２１０は、操作装置１００から入力されるロボット２００を操作するための操作指令の信号を受信する。

制御部２１０は、操作装置１００から受信した入力信号に基づいて動作するようにロボットアーム２２０を制御する。

制御部２１０は、センサ部２３０から送信された入力信号を受信する。センサ部２３０が振動を検出し、検出された振動に基づいた信号を制御部２１０へ送信する。制御部２１０は、センサ部２３０から送信された信号を受信する。

また、制御部２１０は、センサ部２３０から受け取った信号に基づき、スピーカ２０に信号を送信する。スピーカ２０は、受け取った信号に基づいて、スピーカ２０で振動を発生させる。これにより、センサ部２３０で検出された振動に基づいた振動を操作装置１００の操作者に伝達する。

また、制御部２１０は、その他の信号を受信することとしてもよい。例えば、ロボット２００には図示しない他のセンサが設けられ、他のセンサからの信号を受信することとしてもよい。また、制御部２１０は、他の信号を送信することとしてもよい。

次に、操作装置１００によってロボット２００を操作する際の動作について説明する。操作装置１００によってロボット２００を操作する際には、操作装置１００の入力部１０における把持部１１を操作者が把持する。操作者が把持部１１を把持した状態で、ロボットを移動させたい方向に合わせて把持部１１を移動させる。

操作者が把持部１１を移動させると、把持部１１を支持する支持部１３が、把持部１１の移動に伴って移動する。また、支持部１３の移動により、支持部１３に接続されている把持部側アーム部１２ｂが移動し、アーム部１２が移動する。

アーム部１２が移動すると、それに応じてエンコーダの回転軸が回転する。このとき、それぞれのエンコーダにおいて、回転軸の変位が検知される。そのため、回転軸の変位に応じた信号を生成することができる。把持部１１を介した操作者からの入力に応じた信号を生成し、制御部２１０に向けて送信することができる。このように、入力部１０は、把持部１１の位置、姿勢に応じた回転軸の変位を検出するエンコーダを備えている。

把持部１１を移動させることによりロボット２００におけるロボットアームの移動を入力した後には、把持部１１が所定の原点位置に復帰する。本実施形態では、モータ１４によりトルクをアーム部１２に作用させることでアーム部１２を所定の原点位置に移動させる。このように、モータ１４は、把持部１１を移動させた後に、把持部１１を原点位置に復帰させるようにアーム部１２を移動させるためのトルクをアーム部１２に作用させる。

また、モータ１４は、操作者が操作対象について操作する際に、操作者に力覚を提示する機能を有している。操作者が操作対象について操作しているときに、操作対象が物と接触した場合、モータ１４によって操作者に対し抵抗を与えることにより、操作者が力覚を感知することができる。これにより、操作対象についての情報をより確実に検知することができる。また、モータ１４は、操作対象に負荷がかけられたときに、操作者にその負荷についての力覚を提示することができる。また、モータ１４は、把持部１１及びアーム部１２を支持する機能を有している。モータ１４が把持部１１及びアーム部１２を支持することにより、把持部１１及びアーム部１２が所定位置に位置することができる。

特に、本実施形態では、支持部１３は、３つの辺に設けられたそれぞれの軸１３ｂを中心に回転することが可能に構成されていると共に、２つの把持部側アーム部１２ｂによって、軸１３ｂの中心軸を含む互いに直交する３軸の周りに回転可能に支持されている。従って、把持部１１を傾けることによって、支持部１３を傾けることが可能に構成されている。このように、把持部１１が傾くことで姿勢を変えることができるので、ロボット２００の姿勢が変化するようにロボット２００を操作することができる。

次に、ロボット２００側で振動が生じたときのロボット２００及び操作装置１００の動作について説明する。

ロボット２００側で振動が生じると、ロボット２００に取り付けられたセンサ部２３０によってその振動が検出される。センサ部２３０は、例えば、図２に示されるロボット２００におけるロボットアームの先端部に取り付けられる。本実施形態では、センサ部２３０として集音マイクが用いられる。また、センサ部として、集音マイクにアンプが取り付けられたアンプ付き集音マイクが用いられてもよい。

なお、センサ部２３０は、ロボットアームの先端部に取り付けられる構成に限定されない。センサ部は、ロボット２００の他の位置に取り付けられてもよい。ロボット２００に振動が作用したときに、その振動について検出することができるのであれば、センサ部２３０はどのような位置に取り付けられてもよい。

ロボット２００に取り付けられたセンサ部２３０によって、ロボット２００に作用した振動が検出されると、センサ部２３０で検出された振動に基づいた信号が生成され、生成された信号が制御部２１０に送信される。制御部２１０がセンサ部２３０からの信号を受け取ると、制御部２１０で、信号の増幅、フィルタリング等が行われ、信号がスピーカ２０に向けて発信される。スピーカ２０に信号が送信されると、スピーカ２０が信号に応じた振動を発生させる。このとき、スピーカ２０が振動を発生させる振動素子として機能する。

このとき、スピーカ２０は、支持台３０の支持板３１における、入力部１０の取り付けられた側とは逆側の位置に取り付けられているので、スピーカ２０で発生した振動は、入力部１０を介して、ロボット２００の操作者の把持部１１を把持した手に直接的に伝えられる。つまり、スピーカ２０で発生した振動が、支持台３０、モータ１４、アーム部１２、支持部１３及び把持部１１を介して、把持部１１を把持した操作者に振動が直接的に伝えられる。

スピーカ２０で発生した振動が、把持部１１を把持した操作者に直接的に伝えられるので、ロボット２００に振動が作用したときに、ロボット２００で振動が生じたことを操作者が確実に認識することができる。例えば、操作者に伝達された振動が操作装置１００以外の多くの構成を介して伝達されることで振動のエネルギーが他の位置に拡散され操作者へ伝達されるべき振動が小さくなってしまうことを抑えることができる。これにより、操作者が振動に気づかないまま作業を続行してしまうことを抑えることができる。本実施形態では、スピーカ２０で発生した振動が操作装置１００の構成を介して操作者に直接的に伝達されることにより、操作者が確実に振動を感知することができる。このように、ロボット２００で生じた振動をより確実に認識することができるので、ロボット２００に関する情報をより確実に認識することができる。

例えば、ロボット２００がカート４００と接触したときに、ロボット２００とカート４００との間の接触によって生じる振動が、操作装置１００の把持部１１を把持した操作者に伝達される。従って、操作装置１００の把持部１１を把持した操作者は、ロボット２００がカート４００に接触したことを確実に認識することができる。

操作者に伝えられる振動としては、操作者の触覚によって感知されるものであってもよいし、操作者の聴覚によって感知されるものであってもよい。つまり、操作者に対し、振動が操作者の感覚を通して伝達されるものであってもよく、また、振動が音声を通して伝達されるものであってもよい。

また、本実施形態では、スピーカ２０と操作者が把持する把持部１１との間に、入力部１０の一部が配置されている。従って、スピーカ２０によって発生された振動が、入力部１０の少なくとも一部を介して操作者に伝達される。操作装置１００の入力部１０の一部を介して把持部１１を把持する操作者に対し振動が伝えられるので、操作者に対し振動を伝達するための構成を新たに設ける必要がない。そのため、操作装置１００の構成を簡易にすることができる。操作装置１００の構成を簡易にすることにより、操作装置１００を小型化することができる。また、操作装置１００の製造コストを少なく抑えることができる。

本実施形態では、操作装置１００の入力部１０には、把持部１１を移動可能に支持するアーム部１２が設けられている。アーム部１２は、把持部１１とスピーカ２０との間の位置に設けられているので、スピーカ２０によって発生された振動が、アーム部１２及び把持部１１を介して操作者に伝達される。

本実施形態では、アーム部１２は、細長い管状に形成されている。また、アーム部１２は、中央に配置された把持部１１の直下の位置でモータ１４に接続されたモータ側アーム部１２ｃが、モータ１４から外側へ放射状に配置され、関節１２ａを挟んで把持部側アーム部１２ｂが、把持部１１に向けて延びるように配置されている。そのため、スピーカ２０で振動が生じたときに、アーム部１２が振動を拾い易い形状を有している。これにより、アーム部１２を介して振動が把持部１１に伝えられ易い。従って、スピーカ２０で発生した振動をより確実に操作者に伝達することができる。

また、本実施形態では、６つのモータ１４が支持台３０上に配置され、それぞれのモータ１４に対応して６つのアーム部１２がモータ１４に取り付けられている。本実施形態では、６つのアーム部１２は、２つのアーム部１２ごとに３つに分けられて配置されている。３組のアーム部１２は、支持台３０上で、およそ１２０度ごとに並べられて配置されている。そのため、３組のアーム部１２が、把持部１１の周囲を均等に囲むように配置されている。アーム部１２がこのように配置されていることにより、アーム部１２が、スピーカ２０で発せられた振動を、より拾い易い形状を有している。従って、スピーカ２０によって発生された振動を操作者に対しより確実に伝達することができる。

なお、スピーカ２０には、スピーカ２０に送信された信号を増幅させるアンプが設けられていてもよい。制御部２１０からスピーカ２０に伝達された信号がスピーカ２０に設けられたスピーカ２０側のアンプによって信号が増幅されてもよい。

また、上記実施形態では、ロボット２００に振動が作用すると、センサ部２３０によって検出された振動に基づいた信号が制御部２１０に送信されることとしたが、本発明は上記実施形態に限定されない。検出された振動に基づいた信号が、制御部を経由せずに、振動素子に伝達されてもよい。つまり、センサ部２３０によって検出された振動に基づいた信号が、制御部２１０に送信されずに、スピーカ２０に直接送信されてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る操作装置１００ａについて説明する。なお、上記第１実施形態と同様に構成される部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

第１実施形態では、操作装置１００側で操作者に伝達する振動を発生させる振動素子として、スピーカ２０を用いる構成について説明した。第２実施形態では、操作装置１００ａ側で操作者に伝達する振動を発生させる振動素子として、トランスデューサ２１が用いられる。第２実施形態で用いられるトランスデューサ２１は、電気信号を振動に変換する形式のトランスデューサである。

図７に、第２実施形態における操作装置１００ａの斜視図を示す。第２実施形態では、トランスデューサ２１が、支持台３０における入力部１０の取り付けられた側に配置されている。

トランスデューサ２１の構成について説明する。図８（ａ）に、トランスデューサ２１についての斜視図を示し、図８（ｂ）に、トランスデューサ２１についての断面図を示す。

トランスデューサ２１は、磁気回路２１１と、ボビン２１２と、ボイスコイル２１３と、サスペンション２１４とを有する。磁気回路２１１は、主に、磁石（磁界発生手段）２１５とインナーヨーク２１６とアウターヨーク２１７とで構成される。ボビン２１２は、円筒状である。サスペンション２１４は、アウターヨーク２１７がトランスデューサ２１における所定位置に配置されるように、ボビン２１２とアウターヨーク２１７との間を接続している。サスペンション２１４によってボビン２１２とアウターヨーク２１７とが接続された状態で、ボビン２１２に対しアウターヨーク２１７が近接、離間する方向に移動可能に構成されている。ボビン２１２の先端には、円環部材２１８が設けられている。トランスデューサ２１が操作装置１００ａに取り付けられる際には、円環部材２１８の先端部が操作装置１００ａの支持台３０における入力部１０の取り付けられた側に取り付けられる。トランスデューサ２１は、磁石２１５による磁界の内部でボイスコイル２１３に電流を流すことによって、ボイスコイル２１３が振動を発生させることが可能に構成されている。

このような構造を有するトランスデューサ２１において、ボイスコイル２１３に電流が流れると、ボイスコイル２１３が振動を発生させることによってアウターヨーク２１７が振動する。このとき、アウターヨーク２１７は、ボビン２１２に対し近接、離間する方向に振動する。アウターヨーク２１７の振動は、円環部材２１８を介して操作装置１００ａに伝達される。従って、ボイスコイル２１３による振動が、ボビン２１２及び円環部材２１８を介して操作装置１００ａの入力部１０に伝達される。このようなトランスデューサ２１を例えば図１に示すスピーカ２０と同じ態様で操作装置１００ａに取り付けて用いることにより、操作装置１００ａを介して操作者に振動を伝達することが可能になる。

トランスデューサは、一般に、スピーカよりも小型の構成を有している。そのため、第２実施形態では、トランスデューサ２１が、支持台３０上におけるモータ１４同士の隙間のスペースに配置されている。第１実施形態で図３、４に示されるスピーカ２０の大きさだとモータ１４同士の隙間のスペースに配置することは難しいが、小型のトランスデューサ２１を用いれば、モータ１４同士の隙間のスペースに配置することができる。そのため、トランスデューサ２１が、支持台３０における入力部１０の取り付けられた側の位置に取り付けられることが可能である。

この構成を有する操作装置１００ａを使用して操作者がロボット２００を操作しているときにロボット２００に対し振動が作用すると、センサ部２３０によって振動が検出され、検出された振動に基づいた信号が生成されて信号が制御部２１０に送信される。制御部２１０がセンサ部２３０からの信号を受け取ると、操作装置１００ａ側のトランスデューサ２１に向けて信号が発信される。トランスデューサ２１が信号を受信すると、トランスデューサ２１が信号に応じた振動を発生させる。このとき、トランスデューサ２１が振動を発生させる振動素子として機能する。

トランスデューサ２１が支持台３０における入力部１０の取り付けられた側に取り付けられているので、トランスデューサ２１が把持部１１により近い位置で振動を発生させることができる。従って、トランスデューサ２１によって発生された振動が、把持部１１を把持した操作者によって、より確実に認識される。

また、トランスデューサ２１が支持台３０における入力部１０の取り付けられた側に取り付けられているので、トランスデューサ２１の後ろ側に発せられる振動は、支持台３０、アーム部１２を通じて把持部１１に向けて伝達される。また、トランスデューサ２１の前方に向けて発せられた振動は、アーム部１２を通じて把持部１１に向けて伝達される、あるいは、把持部１１に向けて直接伝達される。従って、トランスデューサ２１で発せられた振動をより効率的に操作者に伝達することができる。

ロボット２００側に作用した振動をより確実に認識することができるので、ロボット２００に関する情報をより確実に取得することができる。また、振動素子の構成を小さくすることができるので、操作装置１００ａの構成を小型化することができる。また、モータ１４同士の隙間のスペースを有効に用いることができるので、操作装置１００ａの構成をさらに小型化することができる。

なお、上記第２実施形態では、トランスデューサ２１が支持台３０における入力部１０の取り付けられた側に配置されている形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。トランスデューサ２１は、第１実施形態のスピーカ２０と同様に、支持台３０の支持板３１における入力部１０の取り付けられた側とは反対側の面に取り付けられてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る操作装置１００ｂについて説明する。なお、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様に構成される部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

第３実施形態では、操作装置１００ｂ側で操作者に伝達する振動を発生させる振動素子として、モータが用いられる。

図９に、第３実施形態における操作装置１００ｂの斜視図を示す。第３実施形態における入力部１０ａでは、支持部１３上に、ロボット２００に操作指令を入力するために操作者が把持する把持体１５が設けられている。

把持体１５は、操作者が手によって把持する把持部（把握部）１５ａを備えている。本実施形態では、操作者が両手で操作装置１００ｂを操作し、それぞれの手で把持部１５ａを把持できるように、２つの把持部１５ａが設けられている。把持体１５は、２つの把持部１５ａ同士の間で高さを変えることにより傾けることが可能である。従って、把持体１５を容易に傾けることができ、操作対象を傾ける操作を容易に行うことができる。そのため、把持体１５を用いることで、操作対象についての操作をより容易に行うことができる。これにより、操作装置１００ｂの操作性を向上させることができる。把持部１５ａは、それぞれ円筒状に形成されている。本実施形態では、把持部１５ａは、把持体１５の両端部に取り付けられている。

把持部１５ａにおける中心軸の延びる方向についての中央部付近には、径が他の部分よりも大きく形成された拡径部１５ｂが設けられている。拡径部１５ｂは、把持部１５ａにおける他の部分よりも径の大きい円筒状に形成されている。本実施形態では、操作者が把持部１５ａを把持する際に、手によって把持し易いように、把持部１５ａに拡径部１５ｂが設けられている。

両端部に設けられた把持部１５ａ同士の間には、把持部１５ａを互いに接続する接続部材１５ｃが設けられている。接続部材１５ｃは、把持部１５ａにおける両方の端部同士を接続するように、２つ設けられている。接続部材１５ｃにおける、把持部１５ａの間の中央付近には、接続部材１５ｃ同士を接続する梁部材１５ｄが設けられている。梁部材１５ｄは、接続部１３ｃに取り付けられ、これによって把持体１５が支持部１３によって支持される。把持体１５は、梁部材１５ｄを中心に回転移動することにより、２つの把持部１５ａ同士の間で高さを変えることができる。

本実施形態では、把持部１５ａの内部には、モータ（第１のモータ）２２が配置されている。

このように構成された操作装置１００ｂを使用して操作者がロボット２００を操作しているときにロボット２００に対し振動が作用すると、ロボット２００に取り付けられたセンサ部２３０によってその振動が検出される。センサ部２３０によって振動が検出され、検出された振動に基づいた信号が生成されて制御部２１０に送信される。制御部２１０がセンサ部２３０からの信号を受け取ると、信号がレベル変換回路を通る。

信号がレベル変換回路で調整されると、操作装置１００ｂ側のモータ２２に向けて発生させる振動に応じた信号が発信される。モータ２２が信号を受信すると、モータ２２が信号に応じて振動を発生させる。

本実施形態では、把持部１５ａにおける拡径部１５ｂの内部にモータ２２が配置されているので、操作者の手に近い位置でモータ２２がロボット２００に作用した振動に応じた振動を発生させる。操作者の手に近い位置でモータ２２が振動を発生させるので、操作者は振動を確実に感知することができる。従って、ロボット２００に作用した振動についての情報を操作者に確実に伝達することができる。

また、モータ２２が把持部１５ａの内部に設けられているので、操作装置１００ｂを小型化することができる。

また、本実施形態では、２つの把持部１５ａを備えた把持体１５にモータ２２が配置される形態について説明した。しかしながら本発明は上記実施形態に限定されず、モータ２２は、第１実施形態及び第２実施形態で説明した操作装置に設置されてもよい。その際、モータ２２は、把持部１１に設けられてもよいし、その他の位置に設けられてもよい。例えば、スピーカ２０と同様に、支持台３０の支持板３１における入力部１０の配置されている側とは逆側の位置に設けられてもよいし、トランスデューサ２１と同様に、支持台３０における入力部１０の配置されている側と同じ側の位置に設けられてもよい。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る操作装置について説明する。なお、上記第１実施形態ないし第３実施形態と同様に構成される部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

第４実施形態では、第３実施形態と同様に、把持部１５ａの内部にモータ（回転駆動部）２２が配置されている。また、第４実施形態では、モータ２２の回転軸（出力軸）に、偏心した状態のおもり（偏心部材）が取り付けられる。おもりは、把持部１５ａの内部に設けられており、把持部１５ａの内部で回転可能なように、モータ２２の回転軸に取り付けられている。本実施形態では、把持部１５ａにおける拡径部１５ｂの内部に、おもりが収容されている。おもりは、拡径部１５ｂの内部で回転可能に、モータ２２の回転軸に取り付けられている。

この構成を有する操作装置を使用して操作者がロボット２００を操作しているときに、センサ部２３０によって振動が検出されると、検出された振動に基づいた信号が生成されて制御部２１０に送信される。制御部２１０がセンサ部２３０からの信号を受け取ると、信号が操作装置側のモータ２２に向けて発信される。モータ２２が信号を受信すると、モータ２２が信号に応じた振動を発生させる。このとき、モータ２２及び偏心したおもりが振動を発生させる振動素子として機能する。

モータ２２の回転軸に偏心したおもりが取り付けられているので、モータ２２の回転によってロボット２００に作用した振動に応じた振動を発生させる際に、より大きな振動を発生させることができる。従って、モータ２２によって振動が発生されたときに、操作者が発生した振動をより確実に感知することができる。

また、第４実施形態では、振動は、把持部１５ａにおける拡径部１５ｂで発生する。操作者は、把持部１５ａにおける拡径部１５ｂを把持した手のひらで振動を感知する。従って、発生した振動を、より直接的に感知することができる。従って、ロボット２００に作用した振動についての情報を操作者により確実に伝達することができる。

なお、本実施形態では、把持体１５にモータ２２及びおもりが配置される形態について説明した。しかしながら本発明は上記実施形態に限定されず、モータ２２及びおもりは、第１実施形態及び第２実施形態で説明した操作装置に設置されてもよい。その際、モータ２２及びおもりは、把持部１１に設けられてもよいし、その他の位置に設けられてもよい。例えば、スピーカ２０と同様に、支持台３０の支持板３１における入力部１０の配置されている側とは逆側の位置に設けられてもよいし、トランスデューサ２１と同様に、支持台３０における入力部１０の配置されている側と同じ側の位置に設けられてもよい。

また、上記実施形態では、モータに偏心したおもりが取り付けられる構成について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。交流モータに偏心したおもりが取り付けられる構成が用いられてもよい。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る操作装置について説明する。なお、上記第１実施形態ないし第４実施形態と同様に構成される部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記第３実施形態及び第４実施形態では、操作装置側で振動を発生させる振動素子として用いられるモータ２２が、把持体１５における把持部１５ａの内部に取り付けられた構成について説明した。第５実施形態では、第１実施形態ないし第４実施形態における操作装置の入力部１０において、支持台３０上に配置されているモータ１４が、操作装置側で振動を発生させるように構成されている。モータ１４の回転により、ロボット２００に作用した振動に応じた振動が、操作装置側で発生される。このとき、モータ（第２のモータ）１４が、振動を発生させる振動素子として機能する。

本実施形態では、モータ１４は、把持体１５を移動させた後に、把持体１５を所定位置に復帰させるようにアーム部１２を移動させるためのトルクをアーム部１２に作用させている。従って、アーム部１２を移動させるためのトルクをアーム部１２に作用させるモータ１４が、振動を発生させる振動素子として機能する。

このように、入力部１０を構成するモータ１４が、操作装置側で振動を発生させる振動素子として機能する。モータ１４が操作装置側で振動を発生させる振動素子として機能するので、操作装置側で振動を発生させるために新たな構成を設ける必要がない。従って、操作装置の構成を簡易にすることができる。操作装置１００ｄの構成を簡易にすることができるので、操作装置の製造コストを少なく抑えることができる。また、操作装置を小型化することができる。

なお、上記実施形態では、モータ１４は、把持体１５を所定位置に復帰させるようにアーム部１２を移動させるためのトルクをアーム部１２に作用させている形態について説明した。しかしながら、本発明は上記実施形態に限定されず、モータ１４は、操作対象に負荷がかけられたときに、操作者にその負荷についての力覚を提示するためのものであってもよい。また、モータ１４は、把持部１１及びアーム部１２を支持するためのものであってもよい。また、モータ１４は、上記の機能のうち複数の機能を有していてもよい。

また、本実施形態では、把持体１５を用いた操作装置でモータ１４が振動を発生させる振動素子として機能する形態について説明した。しかしながら本発明は上記実施形態に限定されず、振動素子として機能するモータ１４は、第１実施形態及び第２実施形態で説明した操作装置に設置されてもよい。つまり、把持部１１を移動させた後に、把持部１１を所定の原点位置に復帰させるようにアーム部１２を移動させるためのトルクをアーム部１２に作用させるモータ１４が、振動素子として機能するように構成されてもよい。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る操作装置について説明する。なお、上記第１実施形態ないし第５実施形態と同様に構成される部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

第６実施形態では、制御部２１０が、センサ部２３０によって発信された信号における特定の周波数帯域のみを通過させるフィルタを有している。本実施形態では、フィルタは、信号における音圧レベルについての閾値を超える周波数帯域のみを通過させている。

第６実施形態の操作装置を用いてロボット２００の操作を行う操作システムについて説明する。

ロボット２００に振動が作用すると、振動がロボット２００のセンサ部２３０によって検出される。センサ部２３０によって検出された振動の信号が制御部２１０に伝達される。すなわち、センサ部２３０は、振動を検出し、検出された振動に基づいた信号を制御部２１０へ送信する。制御部２１０は、センサ部２３０から送信された信号を受信する。

制御部２１０は、ロボット２００側のセンサ部２３０からの信号を受け取り、受け取った信号を操作装置側の振動素子へ送る。その際、制御部２１０は、センサ部２３０から受け取った信号をフィルタに通す。ここでは、操作装置側で振動を発生させる振動素子に信号を伝達する前に、フィルタに信号を通す。

制御部２１０がセンサ部２３０から受け取った信号をフィルタに通すと、フィルタが、センサ部２３０によって発信された信号における操作者に感知させたい特定の周波数帯域のみを通過させることができる。さらに、フィルタは、センサ部２３０によって発信された信号における音圧レベルについての閾値を超える周波数帯域のみを通過させる。これにより、ロボット２００側のセンサ部２３０から受け取った信号のうち、必要な信号のみが抽出される。すなわち、操作に関係ない周囲のノイズなどを除去することができる。このように、制御部２１０は、センサ部２３０によって発信された信号における所定の部分のみを抽出するためのフィルタを有している。

フィルタを通された信号は、操作装置側で振動を発生させる振動素子に伝達される。これにより、センサ部２３０によって発信された信号のうち、音圧レベルについての閾値を超える周波数帯域のみが振動素子に伝達される。振動素子は、抽出された信号によって振動される。こうすることにより、ロボット２００側で発生した振動のうち、抽出された成分の振動のみ操作装置側に伝達することができる。

振動素子は、受け取った信号に基づいて振動を発生させ、センサ部２３０で検出された振動に基づいた振動を操作装置の操作者に伝達する。

図１０（ａ）、（ｂ）に、ロボット２００側で発生した振動に基づいた信号のうち、フィルタを用いて抽出し、振動素子に向けて送信する信号の周波数部分についてのグラフを示す。図１０（ａ）、（ｂ）に示されるグラフでは、縦軸が音圧レベル（ｄＢ）を示し、横軸が周波数（Ｈｚ）を示している。

図１０（ａ）、（ｂ）に示されるグラフでは、抽出される周波数部分の振動について、黒塗りにされている。図１０（ａ）に示されるグラフでは、音圧レベルが０以上となっている部分を有する部分のみ抽出されている。また、図１０（ｂ）に示されるグラフも同様に、音圧レベルが０以上となっている成分を有する周波数帯域のみ抽出されている。

図１０（ａ）、（ｂ）に示されるように、音圧レベルが０以上となった、一定以上の音圧レベルを有する周波数成分のみ抽出され、抽出された周波数成分のみ振動素子に伝達される。振動素子には、抽出された周波数成分のみの信号が伝達され、抽出された周波数成分のみの信号によって振動される。

本実施形態では、抽出された振動のみを操作者に伝達することができるので、例えば、ロボット２００に作用した振動のうち、閾値を超える音圧レベルを有する振動のみを強調して操作者に伝達することができる。これにより、操作者にロボット２００についての情報をより確実に伝達することができる。

例えば、ロボット２００が工場内に配置されている場合には、工場内に様々な音が生じている。従って、ロボット２００に取り付けられたセンサ部２３０が、ロボット２００に作用した振動以外の振動についても拾ってしまう可能性がある。これが操作者に伝達されることにより、操作者に対しロボット２００に関係ない音についても伝達してしまい、操作者がロボット２００の周囲の環境について情報を正確に把握できない可能性がある。

そのため、本実施形態では、フィルタを用い、抽出された信号のみを振動素子に伝達している。これにより、操作者は、ロボット２００の周囲の環境についての情報をより正確に把握することができる。

なお、上記実施形態では、フィルタを用いて、センサ部２３０によって発信された信号における音圧レベルについての閾値を超える周波数帯域のみが操作者に伝達される。これにより、ロボット２００側のセンサ部２３０から受け取った信号のうち、抽出された信号のみが操作者に伝達される。しかしながら、本発明はこれに限定されず、他の方法を用いてロボット２００側のセンサ部２３０から受け取った信号のうち、必要な信号のみを抽出することとしてもよい。

例えば、ロボット２００の周囲に、センサ部２３０とは別に集音マイクを設置してもよい。これにより、センサ部２３０とは別に設けられた集音マイクによって検出された、ロボット２００の周囲の音についての信号が生成される。センサ部２３０からの信号と別の集音マイクからの信号とが比較され、センサ部２３０から受け取った信号のうち、センサ部２３０とは別に設けられた集音マイクによって検出された音による信号と同じ成分の信号が除去される。従って、ロボット２００の周囲で生じた音が打ち消される。こうすることにより、制御部２１０がロボット２００の周囲で生じた音を打消し、必要な音のみを抽出することができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、操作装置側で振動を発生させる振動素子として、スピーカ、直流モータ、電気信号を発生させるためのモータ等が用いられているが、本発明は上記実施形態に限定されない。操作装置の操作対象に振動が作用したときに、操作装置側でその振動に基づいた振動を発生させることができるのであれば、振動素子は、他のものであってもよい。

また、上記実施形態では、操作装置による操作対象をロボットとしたが、本発明は上記実施形態に限定されない。操作対象はロボット以外のものであってもよい。操作装置を用いて操作対象を操作するものであれば、操作対象は他のものでもよい。

１０入力部
２０スピーカ
１００操作装置

Claims

振動を検出し、検出された振動に基づいた信号を発信するセンサ部を有する操作対象と、
前記操作対象を操作するために操作者が操作指令を入力する入力部と、前記操作対象側で検出された振動に基づいた前記センサ部からの信号を受信し受信された信号に基づいた振動を発生させる振動素子とを有する操作装置とを備え、
前記振動素子によって発生された振動が、前記入力部の少なくとも一部を介して前記操作者に伝達され、
前記センサ部からの信号を受け取り、受け取った信号を前記振動素子へ送ると共に、前記入力部からの前記操作指令に基づいた入力信号を受信して前記操作対象を制御する制御部をさらに備え、
前記操作対象は、ロボットであり、
前記ロボットは、ロボットアームを有し、
前記センサ部は、前記ロボットアームの先端部に取り付けられ、
前記入力部は、把持体を備え、
前記把持体には、前記操作指令が入力される際に前記操作者の手で把持するための箇所が２箇所あり、
前記振動素子は、前記把持体に取り付けられ、
前記入力部は、前記操作者が両手で２箇所の前記把持するための箇所を把持して１つの前記操作指令を入力するように構成されることを特徴とする操作システム。
前記制御部は、前記センサ部によって発信された信号における特定の周波数帯域のみを通過させるフィルタを有していることを特徴とする請求項１に記載の操作システム。
前記特定の周波数帯域は、音圧レベルについての閾値を超える周波数帯域であることを特徴とする請求項２に記載の操作システム。