JPH0573150A - ６自由度仮想ピボツトコントローラ - Google Patents

６自由度仮想ピボツトコントローラ

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JPH0573150A
JPH0573150A JP3358329A JP35832991A JPH0573150A JP H0573150 A JPH0573150 A JP H0573150A JP 3358329 A JP3358329 A JP 3358329A JP 35832991 A JP35832991 A JP 35832991A JP H0573150 A JPH0573150 A JP H0573150A
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controller
sensor
torque
linear
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Kathleen M Radke
キヤスリーン・エム・ラドケ
Jon M Blomberg
ジヨン・エム・ブロンベルク
C Marshall William Jr
ウイリアム・シイ・マーシヤル，ジユニア
E Demers Robert
ロバート・イー・ドウメイア
J Lowry David
デビツド・ジエイ・ローリイ
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Original Assignee
Honeywell Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 手コントローラの操作性を改善することであ
る。 【構成】 反射する力およびトルクを制御するのにモー
タを使用する能動仮想ピボット手コントローラ。自由度
パラメータ、停止、および反射力の速さをハードウェア
を変えずに容易に修正することができる。手コントロー
ラの仮想ピボットの位置を同様に容易に変更することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、手コントロ−ラに関
し、特に航空機用手コントロ−ラに関する。更に詳細に
述べれば、本発明は、航空機または宇宙船の変位手コン
トロ−ラに関する。
【０００２】
【従来の技術】関連技術には、基台の固定軸の周りに回
転し、腕と手首との双方の動きを必要とし、大きな力変
位勾配を有し、しかも自己刺激感応性フィ−ドバックが
無いかまたは有っても複雑な、伝統的な手コントロ−ラ
がある。最近、近代航空機における空間および重量の制
約からコンパクトなフライ・バイ・ワイヤ(fly-by-wir
e) 制御システムまたはフライバイライト(fly-by-ligh
t)制御システムが生まれた。このようなシステムは、操
縦室内の飛行制御ハ−ドウェアの大きさおよび重量を小
さくする。 その他に、これらのシステムでは操縦士の
直前の計器盤の障害物を少なくする側腕(side-arm)コン
トロ−ラ構成が可能となる。これらコンパクトなコント
ロ−ラの二つの一般的構成−剛性および可動変位−が開
発されている。剛性コントロ−ラは、制御入力の大きさ
に関する動きを持っていない。可動コントロ−ラは、制
御入力に関連する約±５センチ（２インチ）から±１０
センチ（４インチ）の運動の範囲を持っている。可動コ
ントロ−ラを完全に変位させるのに必要な力は極めて小
さいことがあるが、力−変位勾配を取り入れれば制御性
能が向上する事が分かっている。
【０００３】困難はどちらの形成の手コントロ−ラにも
関連している。剛性コントロ−ラは、操縦士にどれ程の
力がかかっているかを知らせる固有受容性フィ−ドバッ
クが無いため操縦者に激しい疲労を生じさせることがあ
る。この困難は、力出力機能に無関係の少量の（即ち、
±0.64センチ（１／４インチ））の変位即ちウォ−ブル
(wobble)を与えることにより減らすことができる。更
に、剛性コントロ−ラは、再び操縦者に与えられる固有
受容性フィ−ドバックが良くないため、制御がかなり不
精密であり、入力軸相互結合を生じる。可動コントロ−
ラは、かなりな高力の出力勾配（即ち、全変位で± 6.8
Kg（１５ポンド）以上）を使用するときは妥当な制御を
行うことができるが、このような力の要件は操縦者に疲
労を生じさせる。力の要件を下げると、制御の不精密や
軸相互結合という問題が生ずる。
【０００４】これらの問題の幾つかは、必要な力変位勾
配を比較的低くして正確な制御を可能とする可動手コン
トロ−ラという着想と発展により解決された。また、こ
のような手コントロ−ラは、制御入力を手首の支点の周
りで行いながら操縦者の腕を肘掛けに置いて実質上不動
にしておくことができる点で側腕構成に有用である。操
縦士が入力を与えると、このような手コントロ−ラアセ
ンブリは、その中心が操縦者の手首にあるかまたは中心
が並進運動する円弧を描いて回転する。手コントロ−ラ
は、操縦者の手首の関節の周りに回転し、従って手首の
運動しか必要としないという長所も持っている。換言す
れば、この手コントロ−ラは、空間内のどんな点の周り
でも入力を行うことができる「仮想ピボット」を備えて
おり、このコントロ−ラは、空間内の一点（操縦者の手
首の関節のような）の周りのコントロ−ラグリップの動
きを内部基準点の周りのセンサの動きに変換し、これに
より一つの手コントロ−ラを、あらゆる手の大きさに対
して最適に動作する事ができるようにしている。このコ
ントロ−ラにはグリップと、小変位のセンサプラットフ
ォ−ムと、柔軟性のためのばね負荷脚を有する運動基台
とがある。このような手コントロ−ラは、１９９０年１
０月９日に発行された、デマイオ(DeMaio)他による、
「仮想ピボット手コントロ−ラ」という名称の米国特許
第4,962,448号に開示されており、これをここに引用に
より取り入れてある。
【０００５】
【発明により解決しようとする課題】本発明は上述した
技術を改良することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、操縦者の動作
の変化に適応する仮想ピボットを備え、六つの自由度を
備え、且つピボットの位置が可変であるばかりでなく、
本発明は、種々な力およびトルク、および変位および回
転を発生するようになっており、ばね式フィ−ドバック
を模擬する力フィ−ドバックを行う他、種々な速さ、各
種停止位置、可変減衰、および衝撃、近接、限界などを
含む操縦者環境に対する多様な反射状態を備えている。
本発明の装置は、装置アクチュエ−タ、装置センサ、及
び装置制御器に接続されたフィ−ドバックアクチュエ−
タを組み込んだ手コントロ−ラと、可変制御アルゴリズ
ムを実施する力フィ−ドバック制御機構とを備えてい
る。このコントロ−ラは、伸縮自在の脚で支えられてい
る手グリッププラットフォ−ムを備えている。直動アク
チュエ−タが脚の伸縮自在運動を駆動する。モータが脚
を基台プレートに取り付けている自在継手を駆動する。
力／トルクセンサは、手グリッププラットフォ−ムに取
り付けられ、手コントロ−ラの操縦者からの制御入力を
監視する。角度ポテンショメ−タ、直線ポテンショメ−
タ、および伸縮自在脚に関連するモ−タ回転速度計があ
る。ポテンショメ−タは、基台に対するプラットフォ−
ムの位置および姿勢を測定する。力／トルクセンサ、角
度ポテンショメ−タ、直線ポテンショメ−タ、およびモ
−タ回転速度計からの信号は、制御装置に入力される。
制御装置は、手グリップの位置で適切な力および感覚特
性を有する指令姿勢にてコントローラを駆動する信号を
モ−タに送る。
【０００７】手コントロ−ラ装置の仮想ピボットは、
「浮動」ピボット点により広範多様な操縦者の大きさに
適応する。モ−タおよびコントロ−ラは、従来技術の手
コントロ−ラのばねに代わるものであるが、しかもなお
力フィ−ドバック即ち「感覚」を発生する。ばね常数、
ばね張力、減衰割合、停止位置、制御軸の数、制御軸の
寸法および範囲、および力反射特性は、特定の要求事項
に基ずく各種の値で制御装置内にプログラムすることが
できる。手コントロ−ラのプログラム可能性および柔軟
性のため一つの手コントロ−ラで装置の大きい、変動す
る範囲を制御することができる。手動制御装置は、種々
な、重力、種々な重力および慣性の効果、または無重力
環境を補償するようにプログラムすることができる。手
コントロ−ラの用途には、宇宙ステ−ション、宇宙船、
ヘリコプタ−、固定翼航空機、水中船、ロボット運搬
車、ロボット腕制御器、およびその他の用途での用法が
ある。
【０００８】
【実施例】図１は、適応可能６自由度仮想ピボット手コ
ントロ−ラ１０を示す。仮想ピボット手コントロ−ラ１
０は、操縦者入力用グリップ２８を備えている。手グリ
ップ２８はグリッププラットフォ−ム３０を介して６自
由度の力およびトルクセンサ３４に接続されている。力
およびトルクセンサ３４は、NC27529,ガーナ(Garner)の
アシュランス・テクノロジー社(Assurance Technologie
s, Inc.)から販売されているF/Tシリ−ズ、 75/250型セ
ンサである。グリッププラットフォ−ム３０は、玉継手
３２を経由して回転軸６２に接続されている。３本の回
転軸はそれぞれ３つの直動アクチュエ−タ３６まで延び
ている。直動アクチュエ−タ３６は、回転軸６２をアク
チュエ−タ３６から突出させ、またはアクチュエ−タ３
６に引き込ませる。直動アクチュエ−タ３６から突出す
る回転軸６２の量は直線ポテンショメ−タ３８により測
定される。直動アクチュエ−タ３６は、モ−タ４０によ
り駆動され、回転軸６２を突出させ、あるいは引き込ま
せる。玉軸受３２を介して回転軸６２が引き込みまたは
突出することにより、グリッププラットフォ−ム３０お
よび手グリップ２８を持ち上げ、下ろし、傾け、回転さ
せ、および／または横方向に移動させる。直動アクチュ
エ−タ３６を駆動するモ−タの駆動は、回転速度計４２
により監視される。直動アクチュエ−タ３６は、それぞ
れ、自在継手６０に取り付けられている。直動アクチュ
エ−タ３６の反対側の自在継手６０の他端は、基底板４
８に有効に取り付けられている。６個のポテンショメ−
タ４４は、それぞれ、自在継手６０に取り付けられて基
底板４８に対する自動アクチュエ−タ３６の角度を測定
する。直動アクチュエ−タ３６の基底板４８に対する角
度は、ギアヘッド５０およびウォ−ム歯車アセンブリ４
６を介してモ−タ５２により駆動され設定される。ギア
ヘッド５０は、モ−タ５２に、基底板４８を通してウォ
−ム４６に取り付けられている。ウォ−ム４６は、直動
アクチュエ−タ３６にそれぞれ固く取り付けられている
自在継手６０の部分に取り付けられたウォ−ム歯車４６
を駆動する。ウオ−ム歯車４６を駆動するウォ−ム４６
は直動アクチュエ−タ３６および回転軸６２を特定の傾
斜角に設定する。モ−タ５２は回転速度計５４により監
視される。基底板４８は、構造支持体５６を用いて表面
５８により支持されている。表面５８は、手コントロ−
ラ１０が置かれ取り付けられている場所または区域を表
す。
【０００９】図２は、適応可能６自由度仮想ピボット手
コントロ−ラ装置１０の全体図を示す。手コントロ−ラ
１０は、６自由度力およびトルクセンサ３４、直線ポテ
ンショメ−タ３８、角度ポテンショメ−タ４４、モ−タ
回転速度計４２、およびモ−タ回転速度計５４からのセ
ンサ信号２０を出力する。センサ信号２０は、装置制御
器１４および力フィ−ドバック制御器１６を備えている
処理装置（特にモトロ−ラの VMEbus68020単盤マイクロ
コンピュ−タ）であり、制御装置１２に入力される。手
グリッププラットフォ−ムおよび手グリップに取り付け
られている力およびトルクセンサ３４は、操縦者からの
制御入力を監視する。制御装置１２には、センサ信号２
０に応じて、フィ−ドバック信号をモ−タ４０および５
２に送り、適切な力および感覚特性を有する命令構成に
従って手コントロ−ラ１０を駆動する。力および感覚特
性は、力フィ−ドバック制御器１６、および力、トル
ク、位置および速さを示すセンサ信号２０、およびモ−
タ、推進器などのような装置アクチュエ−タへの駆動信
号に応じて、近接、フィ−ルドダイナミックスなどを示
す被制御装置１８のセンサからの信号に対する応答によ
って決まる。手コントロ−ラ１６は、図３に示すよう
に、ばねの感覚、減衰、および機械的不感体の感覚を発
生するのにモ−タ偏荷を利用している。図３は、手グリ
ップに加えられる力およびトルク対手グリップ１０の変
位プロフィ−ルの図である。
【００１０】手コントロ−ラ１０の向きおよび並進を６
自由度で決定するのに必要な制御インタ−フェ−ス２２
は、固定軸６２の端にある三つの基底脚ピボット点に対
して、三つの固定玉継手３２に対応する、グリッププラ
ットフォ−ム１０の三つの位置ベクトルを規定する９個
の（１脚あたり３個の）ポテンショメ−タ測定点を備え
ている。装置校正中、操縦者の手首関節の（プラットフ
ォ−ム３０の座標系の原点からの）固定変位ベクトルを
推定する。図４は、基台４８とプラットフォ−ム３０の
座標系との間のベクトル関係をしめす。処理装置または
制御装置１２は、力フィ−ドバック制御器１６を通し
て、三つのオイラ−角およびプラットフォ−ム３０の公
称原点からの三つの直線並進量を返す。他に、力および
トルクセンサ３４の入力は、位置モ−ドまたは速度モ−
ドで、電動脚３６および回転軸ドライブ４６が伝えられ
るべき６自由度の速度を命令するのに使用される。この
ようにして、処理装置または制御装置１２は先ず、向き
および並進運動を計算するという幾何学的任務を解決
し、次いで命令およびコントロ−ラ状態を生ずる、必要
な脚又は回転軸の回転速度及び直線速度を計算しなけれ
ばならない。
【００１１】（姿勢角を規定する）手グリッププラット
フォ−ムのオイラ−角および座標系の中心からの直線変
位の運動学的解は、９個のポテンショメ−タ３８及び４
４を用いてえられる。これにより少ないポテンショメ−
タも９個のポテンショメ−タと同じ監視任務を行う事が
できる。伸縮自在の脚または回転軸６２（そのリンクは
アクチュエータ３６で駆動される）は、玉継手３２によ
りプラットフォーム３０に、２重ジンバル電動継手６０
により基台４８に、取付けられている。外側ジンバル６
０は基台４８に固く取付けられ、モータ５２で駆動さ
れ、脚または回転軸６２のモータの回転の軸の周りにこ
ろがり運動を生ずる。他のジンバル６２の軸は、三つの
脚または回転軸６２の各々について脚または回転軸６２
の座標系のＸ軸を規定する。これら三つの軸は各々基台
４８の中心に対して半径方向に沿う向きになっている。
その結果基台４８の前部の点はそのモータ軸が基台４８
の座標系のＸ軸に沿うことになる。基台４８の他の二つ
の点に対する方位角φiは、それぞれ120°および240°
の一定値を備えている。 内側ジンバル６０は、それぞ
れの脚または回転軸６２ のピッチ軸の周りの回転がで
きる。三つの脚の長さをｄiとすると、ただしｉを１、
２、３とする、０＜ｄimin＜ｄi＜ｄimaxと規定する。
かくすれば、 プラットフォーム３０の玉継手３２の基
台４８の座標系に対する位置ベクトルＳB は下記の式で
表される。
【００１２】
【数１】
【００１３】制御装置１２の処理装置は、数枚のアナロ
グ・ディジタルインターフェースカードを備えた座標の
モトローラシャーシに収納されたモトローラＶＭＥbus6
8020盤マイクロコンピュータである。３本の脚６２に載
っている６個の回転速度計４２及び５４は、脚伸長用ま
たは脚縮小用モータ４０および脚角回転用モータ５２の
モータ速度を測定する。脚６２につき２個のモータ、４
０および５２、がある。直線ポテンショメータ３８は脚
６２の伸縮を測定し、脚６２あたり２個の角度ポテンシ
ョメータ４４は基台４８に対する角度を測定する。全部
で９個のポテンショメータ３８および４４が存在する。
【００１４】手コントローラ１０の速さ制御モードと位
置制御モードとは異なる。位置モードでは、グリップの
除去、操縦者からの力およびトルクの命令により手コン
トローラ１０は、この最後に到達した姿勢および直線変
位を保持する。速さモードで入力を除去すると手コント
ローラ１０は、最初の変位原点に戻る。手コントローラ
１０の６自由度のどれをも必要に応じてロックしてしま
うことができる。手コントローラ１０が損傷を生ずる可
能性のあるハードウェアのストップに入らないようにソ
フトウエアストップが設けられている。
【００１５】図５、図６は手コントローラ１０の入力お
よびモータ制御チャンネルの概観信号流れ図を構成して
いる。この図は、この説明の終わりに掲げたプログラム
リストと関係を持っている。力／トルクセンサ３４は、
コントローラ１０の手グリップ２８に加えられた力およ
びトルクを検出するひずみゲージ式のセンサである。イ
ンターフェース１３は、キーボードまたは入力命令処理
６８およびモータ命令７０を含む処理装置への他の形式
の入力を準備している。インターフェース１３は、コン
トローラ１０の処理装置の操縦者入力に対するＲＳ-２
３２ 端末インターフェースである。制御装置６６は、
力およびトルクセンサ３４、入力命令処理６８、および
インターフェース１３の間の必要な相互作用を行う。制
御装置６６は、センサ３４の電子装置および制御器を備
えており、ＮＣ27529、Garnerの、Assurance Technolog
ies, Inc. から市販されている、Lordプリプロセッサお
よびセンサ３４用Lordコントローラを組込むことができ
る。コントローラ機能７２は、必要なモータ速度の計算
を、運動系の方程式を取入れることにより並進および回
転の命令入力速度に等しくなるまで行うソフトウェアを
組込んでいる。方位機能７４は、基台の座標系に対する
プラットフォームおよび／または仮想ピボットの並進お
よび回転の計算を行うソフトウェアを組込んでいる。入
力は回転軸または脚の長さ、９個のポテンショメータ３
２および４４（回転軸または脚あたり３個）から得られ
た仰角および方位角を表わす。機能７４は、その計算時
に逆運動系方程式を取入れている。外部の物体または装
置１８は、外部制御用入力を受取り、力またはトルクを
反射する信号を出力する（すなわち、「感覚」動力学）
か、または警報を発する。
【００１６】以下に幾何学的関係を説明する。ピボット
の位置ベクトルは、二つの別々の座標系ＳB（基台４８
の座標系）およびＳP（プラットフォーム３０の座標
系）でＲBi（上バー）およびＲPi（上バー）により規定
され（ただしｉ＝１、２、３）、以下の式で表される。
【００１７】
【数２】
【００１８】上式のドット（・）はマトリックスの積を
表わす。図４を参照して、プラットフォーム３０の
【００１９】
【数３】
【００２０】単位ベクトルは中心からＰiに向かってい
る。
【００２１】
【数４】
【００２２】単位ベクトルはＰ3からＰ2までの線に平行
である。それで、
【００２３】
【数５】
【００２４】
【数６】
【００２５】および
【００２６】
【数７】
【００２７】の各単位ベクトルの方向余弦は、先行する
ベクトル方程式の構成要素である。ＳBからＳPへのオイ
ラーの回転マトリックスはそれ故
【００２８】
【数８】
【００２９】上式のドットはベクトル内積を表す。
【００３０】基台４８の座標系とプラットフォーム３０
の座標系との間の相対的姿勢の向きに関する情報はすべ
てオイラーマトリックスＥP/B に含まれている。オイラ
ー角は（３軸の各々の周りの正の方向の）回転の順序に
より２４種の異なる方法で規定することができる。座標
系ＳPまたはＳBのいずれかから出発して１２の、全部で
２４の、順列がある。三つの角から成る各組は互いに交
換できない（非常に小さい回転の場合を除く）。しか
し、各組はその特定の順序で適用したときは一つの座標
系から他の座標系への同じ回転を生ずる。下記組合せ
は、ＳB のＺ軸の周りのヨー回転に続いてｙ軸の周りの
ピッチ回転、最後にｘ軸の周りのロールが行われたとき
生ずる。
【００３１】
【数９】
【００３２】各回転は正の方向に対して右手の法則を取
る。逆変換は航空機業界では一般的でないロール−ピッ
チ−ヨーの変換（その順序で）を行う。次にプラットフ
ォームの速度方程式を説明する。手動コントローラ１０
の脚に取付けた回転速度計４２および５４、およびロー
ル軸回転軸を、各電動脚６２を別々の命令速度を無効に
するよう駆動するのに使用する。これら六つの速度は、
力／トルクセンサ３４から六つの信号（操縦者に対して
力およびトルクを反射するように偏荷させてから）に従
って計算される。
【００３３】現在では、手グリップ２８の力信号は、直
線速度命令として基台４８の座標系を参照したとおりに
解釈される。座標系は任意に使用され、処理装置のコー
ドで容易に規定しなおすことができ、必要なら後刻手動
コントローラ１０の随意選択の動作モードとして供給す
ることができる。各脚６２の内部速度Ｖi は、プラット
フォーム３０の中心の直線速度にその中心の周りの回転
速度を加えたものから構成される。すなわち、
【００３４】
【数１０】
【００３５】ここでθi、φi、およびｄi （ここのθ、
φ、ｄはそれぞれに上にドットが付く）は各脚について
角θi、φi、および脚の長さｄiの時間的変化速さであ
る。したがって、
【００３６】
【数１１】
【００３７】上の方程式において、手動コントローラ１
０の脚６２のピッチ速さは機械的制約により自動的に送
り込まれるので、脚のロールおよび長さの速さの式だけ
が重要である。この解法には下記の３×３マトリックス
の逆マトリックスが必要である。
【００３８】
【数１２】 上のプラットフォーム３０の角速度ベクトル入力命令、
ωP、はＳBに関係している。もしそれらがＳP に関係し
ていれば、それらは次のように逆オイラー変換により簡
単に変換される。
【００３９】
【数１３】
【００４０】逆オイラーマトリックスは、座標系が直交
しておりデカルト座標であるからそのマトリックスの転
置である。要約すれば、手動コントローラ１０の一つの
特徴は、ピボット点の検知位置を任意に設定することが
できるということである。それはグリップ２８の中心を
通ってその上または下に設定することができ、またはそ
の中心を操作者の手首の内側にすることができる。たと
えば、ピボット点をグリップ２８の下にした状態では、
ピボット点は、操縦棒が航空機の床すなわちデッキに取
付けられる点にピボット点を有する従来の軍用航空機の
手コントローラのように動作する。しかし、ピボット点
がグリップ２８の上にある状態では、グリップの最上部
がそれより上の点に取付けられているように思われ、グ
リップはその下を自由に振動する。ピボット点のプログ
ラム可能性により手動コントローラ１０の柔軟性および
適応性が最大になる。これらピボット点の位置の変更は
適切なソフトウェア命令を制御装置１２に入れることに
より行うことができる。最初の設定は操縦者がその手首
の動きを通して、手首の動きに従って、且つ手首の動き
に同調するように仮想ピボットおよび制御振動および制
御回転の寸法を設定するようにして行うことができる。
他の動作特性は、ソフトウェアを変えることにより簡単
に変更することができる。ブレイク力、利用可能な自由
度、減衰率、ばね張力、および速度割合のような事項
は、制御装置１２または手コントローラ１０の、ハード
ウェアを変えずに修正することができる。制御されてい
る船体または対象物からの情報に基き、操縦者はグリッ
プ２８を通してフィードバックを与えられる。この能力
は力の反射であり、通常は、制御対象１８（たとえば、
ロボットの腕または船）が目標または他の対象に接触す
るとき、グリップ２０を通して触覚フィードバックを発
生することを意味する。能動手コントローラ１０を備え
たプログラム可能仮想ピボット点の組合せにより操縦者
またはユーザは、手コントローラ１０を、特定の任務ま
たはユーザの要求または必要性に同調し、またはそれを
満たすことができる。
【００４１】モータ駆動の力フィードバック（マイクロ
プロセッサ１２の制御）はばね中心合せに置き換わる。
力またはトルク対変位（６軸の各々における）の勾配
は、図２に示すように、キーボード１３の入力により修
正することができるパラメータとして格納される。この
ような修正により、検知（仮想）ピボット軸の位置およ
び各軸での運動の範囲、検知ばね力の反射すなわちグリ
ップ２８の感覚（すなわち、力／変位勾配）、必要に応
じて、制御されている装置１８から人間の操縦者への
（モータ制御フィードバックを経由しての）バイラテラ
ルフィードバックを実現する能力、およびメニュー駆動
命令を（ＶＭＥbus 単盤コンピュータを経由して）導入
する操縦者モード制御の能力、を含むキー手動コントロ
ーラ１０の動作特性の適応性またはプログラム可能性が
提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】手コントローラの図面である。
【図２】手コントローラ、制御装置、および被制御装置
の概観図である。
【図３】手グリップに加えられる力／トルク対手コント
ローラの動き変位プロフィルの関係を示す図である。
【図４】仮想ピボット手コントローラの基台座標系と、
プラットフォーム座標系との間のベクトル関係を示す。
【図５】、
【図６】制御装置およびモータチャンネルの単一流れ図
を示す。
【符号の説明】
１０ 手コントローラ ２８ グリップ ３０ プラットフォーム ３２ 玉継手 ３４ 力およびトルクセンサ ３６ 直動アンチュエータ ３８ 直線ポテンショメータ ４０,５２ モータ ４４ 角度ポテンショメータ ４８ 基台板 ６０ 自在継手 ６２ 回転軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・シイ・マーシヤル，ジユニア アメリカ合衆国 55421 ミネソタ州・コ ロンビア ハイツ・インスブルツク パー クウエイ・1600 (72)発明者 ロバート・イー・ドウメイア アメリカ合衆国 55113 ミネソタ州・ロ ーズヴイル・オールド ハイウエイ ８ ナンバー10・3050 (72)発明者 デビツド・ジエイ・ローリイ アメリカ合衆国 55419 ミネソタ州・ミ ネアポリス・モルガン アヴエニユ サウ ス・6053

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外部から加えられる力およびトルクを受
    けるグリップ手段と、 前記グリップ手段に接続され、該グリップ手段に加えら
    れる力及びトルクを、最大６自由度まで、検知する力お
    よびトルク検知手段と、 前記検知手段に接続され、該検知手段を支持する第１の
    支持手段と、 手動コントロ−ラを支持する第２の支持手段と、 前記第１の支持手段に取り付けられた第１の可撓性コネ
    クタと、前記第２の支持手段に取り付けられた第２の可
    撓コネクタを備え、前記第１の支持手段を可変に支持す
    る可変長部材手段であって、 前記可変長部材手段に接続されてその長さを変化させる
    平行移動手段と、 前記可変長部材手段に接続されてその長さを検知する平
    行移動検知手段と、 前記可変長部材手段に接続されてそれを前記第２の支持
    手段に対して角度的に移動させる角移動手段と、 前記可変長部材手段に接続されてその前記第１の支持手
    段に対する角位置を検知する角度検知手段と、 を備えている少なくとも一つの可変長部材手段と、 から構成されていることを特徴とする６自由度仮想ピボ
    ットコントロ−ラ。
  2. 【請求項２】 ハンドルと、 前記ハンドルに接続された６自由度の力およびトルクセ
    ンサと、 前記力およびトルクセンサに接続されて該力およびトル
    クセンサを支持する第１の支持手段と、 可変長部材アセンブリであって、 可変性長部材と、 前記部材および前記第１の支持手段に接続されている第
    １のコネクタと、 前記部材に接続されている第２のコネクタと、 前記部材に接続されている直動アクチュエ−タと、 前記直動アクチュエ−タに接続されている線状センサ
    と、 前記第２のコネクタに接続されている角アクチュエ−タ
    と、 前記角アクチュエ−タに接続されている角度センサと、 からなる少なくとも一つの可変長部材アセンブリと、 前記第２のコネクタに接続され、前記手コントロ−ラを
    支持する第２の支持手段と、 から構成されていることを特徴とする６自由度仮想ピボ
    ット手コントロ−ラ。
  3. 【請求項３】 ハンドルと、 前記ハンドルに接続されている６自由度の力及びトルク
    センサと、 基底板と、 前記力およびトルクセンサおよび前板基底板に接続され
    ている伸長可能な脚であって、 前記伸長可能な脚を伸縮させる直動アクチュエ−タと、 前記直動アクチュエ−タを前記力およびトルクセンサに
    取り付ける第１の可撓継手と、 前記直動アクチュエ−タを前記基底板に接続する第２の
    可撓継手と、 前記直動アルチュエ−タに取り付けられて前記伸長可能
    な脚の長さを決定する線状センサと、 前記第２の可撓継手に取り付けられて前記基底板に対す
    る前記伸長可能な脚の傾斜の角度を変化させる角アクチ
    ュエ−タと、前記第２の可撓継手に取り付けられて前記
    基底板に対する前記伸長可能な脚の傾斜の変化角を測定
    する角度センサと、 前記トルクおよび力センサ、前記線状センサおよび角セ
    ンサ、および前記直動アクチュエ−タおよび角アクチュ
    エ−タに接続されて、前記トルクおよび力センサからの
    および前記線状センサおよび角センサからの信号を受
    け、該信号をコントロ−タにより制御されている装置に
    関連して処理し、その信号を前記直動アクチュエ−タお
    よび角アクチュエ−タに送って、力およびトルクの入力
    に応じてコントロ−ラを作動させる処理および制御手段
    と、を備えた複数の伸長可能な脚と、 から成ることを特徴とする６自由度仮想ピボット手コン
    トロ−ラ。
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