JPH10207617A - ３次元入力用マニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作時に操作グリップに生じる慣性力の除去
を課題とする。 【解決手段】 複数自由度方向に移動自在の操作グリッ
プ２１を有する操作入力手段２と、操作グリップ２１の
移動変位量を検出するグリップ変位量検出手段と、操作
入力手段２を所定の動作指令信号に基づいて複数自由度
方向に移動させる入力手段移動付勢機構４と、操作入力
手段２の移動変位量を検出する入力手段変位量検出手段
と、各部の動作制御を行う制御手段３とを備え、この制
御手段３が、各検出手段による移動変位量に基づいて操
作グリップ２１の入力位置座標データを算出して上位装
置に出力する入力座標算出部３１と、この入力位置座標
データに基づく動作指令信号を入力手段移動付勢機構４
に出力する動作制御部３２とを備えるという構成を採っ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元入力用マニ
ピュレータに係り、特に、工業製品等の意匠設計又はリ
ハビリテーションのトレーニング装置等に使用する場合
に好適な３次元入力用マニピュレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の３次元入力用マニピュレータ１１
００を図２３に示す。かかる３次元入力用マニピュレー
タ１１００は、例えば、ディスプレイに表示された仮想
空間内において、仮想の人間の手の先端を示す仮想ポイ
ンタを３次元方向に移動させる場合に、この仮想ポイン
タの位置情報を入力するのに使用される。

【０００３】この３次元入力用マニピュレータ１１００
は、基台１１０１に対して垂直方向を軸として回転自在
に装備されたリンク部材１１１１と、このリンク部材１
１１１に対して水平方向を軸として回動自在に連結され
たリンク部材１１２１と、このリンク部材１１２１に対
して水平方向を軸として一方の端部を回動自在に連結さ
れると共に他方の端部に操作グリップ１１３３を装備し
たリンク部材１１３１とを備えており、これらの構成に
よって操作グリップ１１３３に、３自由度方向の移動操
作を加えることを可能としている。

【０００４】各リンク部材の連結部及びリンク部材１１
１１と基台１１０１との連結部には、回動を自在とする
軸受け及び回動変位を検出するエンコーダ１１１２，１
１２２，１１３２が装備されており、操作グリップ１１
３３にオペレータが移動動作を加えると、これらの各エ
ンコーダ１１１２，１１２２，１１３２に生じる各角度
変位が検出される。

【０００５】これらは、検出角度信号として制御手段
（図示略）に出力され、制御手段では、各検出角度変位
から操作グリップ１１３３の３次元空間における位置座
標（ある特定点を原点とする座標系における位置座標）
を算出し、これを入力位置データとして上位装置等に出
力する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、入力の為の操作グリップ１１３３の可動範囲
狭かった。これを広げようとする場合、各リンク部材を
長目に設計する必要が生じ、これにより各リンク部材の
質量が大きくなることが不可避であった。そして、かか
る構成で操作グリップ１１３３に大きく移動操作を加え
ると、図２４に示すように、各リンク部材及びエンコー
ダ等の重量により大きな慣性力が作用し、かかる慣性力
の影響で、操作性が低下し、微細な位置決め等を行う場
合にズレが生じ易く、また、オペレータに対しても操作
による負担が生じ易いという不都合があった。

【０００７】

【発明の目的】本発明の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、特に、入力する動作範囲が大きく，且
つその入力動作が大きい場合でも慣性力の発生を有効に
抑制し、操作性の良い３次元入力用マニピュレータを提
供することを、その目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、上位装置に接続され，３次元上の座標入力を行う３
次元入力用マニピュレータにおいて、複数自由度方向に
移動が自在である操作グリップを有する操作入力手段
と、この操作入力手段に装備され，操作グリップの移動
変位量を検出するグリップ変位量検出手段と、操作入力
手段を所定の動作指令信号に基づいて複数自由度方向に
移動させる入力手段移動付勢機構と、入力手段移動付勢
機構に装備され，当該入力手段移動付勢機構による操作
入力手段の移動変位量を検出する入力手段変位量検出手
段と、入力手段移動付勢機構の動作制御を行う制御手段
を備えている。

【０００９】そして、この制御手段が、各変位量検出手
段に検出される移動変位量に基づいて操作グリップの入
力位置座標データを算出し上位装置に出力する入力座標
算出部と、この入力位置座標データに基づく動作指令信
号を入力手段移動付勢機構に出力する動作制御部とを備
えている。

【００１０】上記の構成では、オペレータが操作グリッ
プを手にして当該操作グリップを任意の複数自由度方向
に移動させる。これに伴い、移動変位量がグリップ変位
量検出手段により検出される。そして、グリップ変位量
検出手段から入力座標算出部に移動変位量に応じた検出
信号が出力され、当該入力座標算出部ではこの検出信号
に基づいて操作グリップの３次元上の位置座標を入力位
置座標データとして算出して上位装置に出力する。

【００１１】また、同時に入力位置座標データは動作制
御部にも出力され、これにより入力手段移動付勢機構の
動作制御が行われる。即ち、操作グリップの移動動作に
追従して、入力手段移動付勢機構は、操作グリップの現
在位置に応じて操作入力手段を移動させる動作制御を行
う。

【００１２】さらに、入力手段移動付勢機構の動作時に
は、入力手段変位量検出手段で検出した操作入力手段の
移動変位量と，前述した操作グリップの移動変位量とに
基づいて入力位置座標データが算出され、上位装置に出
力される。

【００１３】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明と同様の構成を備えると共に、動作制御部は、操作
グリップがその操作により予め設定された入力範囲を越
える場合に、入力手段移動付勢機構に動作指令信号を出
力する特定範囲制御機能を備えるという構成を採ってい
る。

【００１４】上記の構成では、操作グリップの入力範囲
が当該操作グリップ位置を基準として設定され、オペレ
ータの操作により操作グリップがこの入力範囲外となる
場合に、特定範囲制御機能により、入力手段移動付勢機
構がその際の操作グリップの現在位置に対応した所定位
置に操作入力手段を移動させる動作制御が行われる。そ
して、その他の動作については、請求項１記載の発明と
同様である。

【００１５】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の発明と同様の構成を備えると共に、操作入力手段
に，操作グリップの複数自由度方向に駆動力を付勢する
駆動力発生手段を装備し、制御手段に、上位装置からの
入力位置座標データに対応する反力データの入力を受け
て，この反力データに基づく駆動指令信号を駆動力発生
手段に出力する反力発生制御部を設けるという構成を採
っている。

【００１６】上記の構成では、オペレータにより移動さ
れる操作グリップの現在位置が、入力座標算出部によ
り、３次元上の入力位置座標データとして上位装置に出
力される。これを受けて上位装置では、入力位置座標デ
ータに対応する反力データを算出すると共に，３次元入
力用マニピュレータ側に出力する。反力発生制御部は、
この反力データを受けてこれに対応する反力（例えば、
オペレータにより操作グリップに加えられた移動力と異
なる方向に向けられた力）が発生するように駆動力発生
手段を駆動させる。これにより、オペレータには、操作
グリップの操作に対する反動或いは抵抗力が生じたよう
な感触が伝達される。

【００１７】また、その他の動作については、請求項１
又は２記載の発明と同様に行われる。

【００１８】本発明は、上記各構成により、前述した不
都合を改善しようとするものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）本発明の第１の実施形態を図１乃至
図６に基づいて説明する。この第１の実施形態は、３次
元上の座標入力を行う３次元入力用マニピュレータ１０
を、３次元入力システム１０００に装備した場合を示し
ている。

【００２０】この３次元入力システム１０００は、３次
元入力用マニピュレータ１０と、この３次元入力用マニ
ピュレータ１０の上位装置である演算処理装置１０１０
と、この演算処理装置１０１０の出力データに基づく映
像を表示するディスプレイ１００１とから主に構成され
る。

【００２１】上記の３次元入力用マニピュレータ１０
は、複数自由度方向に移動が自在である操作グリップ２
１と，操作グリップ２１の移動変位量を検出するグリッ
プ変位量検出手段と，操作グリップ２１を複数自由度方
向に駆動させる駆動力発生手段等を有する操作入力手段
２と、この操作入力手段２を所定の動作指令信号に基づ
いて複数自由度方向に移動させる入力手段移動付勢機構
４と、この入力手段移動付勢機構４に装備され，当該入
力手段移動付勢機構４による操作入力手段２の移動変位
量を検出する入力手段変位量検出手段と、上記各部の動
作制御を行う制御手段３（図１では図示略）とを備えて
いる。

【００２２】以下各部を説明する。まず、操作入力手段
２は、複数のリンク部材が回動自在の回転間接を介して
連結され、最端部のリンク部材の回動端部に操作グリッ
プ２１が装備されることにより、当該操作グリップ２１
の複数自由度方向の移動を実現している。

【００２３】これを詳述すると、操作入力手段２は、入
力手段移動付勢機構４に水平状態で支持された板状の基
台２２と、この基台２２に対して垂直方向を軸として回
転自在である第１の回転間接２６を介して装備されたリ
ンク部材２３と、このリンク部材２３の上端部に，水平
方向を軸として回動自在である第２の回転間接２７を介
してその一端部を連結されたリンク部材２４と、このリ
ンク部材２４の他端部に，水平方向を軸として回動自在
である第３の回転間接２８を介して一端部を連結される
と共に他端部に操作グリップ２１が装備されたリンク部
材２５とを有している。

【００２４】そして、第１の回転間接２６には、リンク
部材２３の基台２２に対する回転角度を検出するグリッ
プ変位量検出手段としてのエンコーダ２２１と、リンク
部材２３に回転を付勢する駆動力発生手段としての駆動
モータ２２２とが装備され、第２の回転間接２７には、
リンク部材２３に対するリンク部材２４の回動角度を検
出するグリップ変位量検出手段としてのエンコーダ２３
１と、リンク部材２４に回動を付勢する駆動力発生手段
としての駆動モータ２３２とが装備され、第３の回転間
接２８には、リンク部材２４に対するリンク部材２５の
回転角度を検出するグリップ変位量検出手段としてのエ
ンコーダ２４１と、リンク部材２５に回動を付勢する駆
動力発生手段としての駆動モータ２４２とが装備されて
いる。

【００２５】かかる構成により、オペレータは、操作グ
リップ２１を手にして、リンク部材２４，２５の合計長
さを半径とし，第２の回転間接２７を中心とする半球体
の内部空間におけるほぼ全域（可動範囲）に当該操作グ
リップ２１を３自由度移動方向について移動させること
が可能である。

【００２６】一方、入力手段移動付勢機構４も、操作入
力手段２と同様にして複数のリンク部材が回転自在の回
転間接を介して連結され、その連結端部に操作入力手段
２が装備されることにより、当該操作入力手段２の複数
自由度方向の移動を実現している。

【００２７】これを詳述すると、入力手段移動付勢機構
４は、水平面上に置かれ，全体を支持する板状の基台４
２と、この基台４２に対して垂直方向を軸として回転自
在である第４の回転間接４６及び水平方向を軸として回
動自在である第５の回転間接４７を介して装備されたリ
ンク部材４３と、このリンク部材４３の上端部に，水平
方向を軸として回動自在である第６の回転間接４８を介
してその一端部を連結されたリンク部材４４と、このリ
ンク部材４４の他端部に，水平方向を軸として回動自在
である第７の回転間接４９を介してその一端部を連結さ
れると共に他端部で操作入力手段２の基台２２を支持す
るリンク部材４５とを有している。

【００２８】そして、第４の回転間接４６には、リンク
部材４３の基台４２に対する垂直方向を軸とする回転角
度を検出する入力手段変位量検出手段としてのエンコー
ダ４２１と，リンク部材４３に垂直方向を軸とする回転
を付勢する駆動モータ４２２とが，また、第５の回転間
接４７には、リンク部材４３の基台４２に対する水平方
向を軸とする回転角度を検出する入力手段変位量検出手
段としてのエンコーダ４２３と，リンク部材４３に水平
方向を軸とする回転を付勢する駆動モータ４２４とが装
備されている。

【００２９】また、第６の回転間接４８には、リンク部
材４３に対するリンク部材４４の回動角度を検出する入
力手段変位量検出手段としてのエンコーダ４３１と、リ
ンク部材４４に回動を付勢する駆動モータ４３２とが装
備され、第７の回転間接４９には、リンク部材４４に対
するリンク部材４５の回転角度を検出する入力手段変位
量検出手段としてのエンコーダ４４１と、リンク部材４
５に回転を付勢する駆動モータ４４２とが装備されてい
る。

【００３０】かかる構成において、各駆動モータ４２
２，４２４，４３２の駆動により、この入力手段移動付
勢機構４は、リンク部材４３，４４の合計長さを半径と
し，第５の回転間接４７を中心とする半球体の内部空間
におけるほぼ全域に操作入力手段２を３自由度移動方向
について移動させることが可能である。

【００３１】なお、回転間接４９は、基台２２を水平状
態に保持するために設けられており、その回動角度は回
転間接４７，４８の回動角度により一定の値に決定され
るため、この入力手段移動付勢機構４は実質３自由度と
なる。

【００３２】ここで、入力手段移動付勢機構４及び前述
した操作入力手段２の各回転間接に装備された各エンコ
ーダは、各リンク部材間の回転又は回動の角度に比例し
た回数だけパルスを発信するものであり、これら各エン
コーダにはパルスを計数し出力する図示しないカウンタ
が併設されているものとする。

【００３３】また、入力手段移動付勢機構４及び前述し
た操作入力手段２の各回転間接に装備された各駆動モー
タは、それぞれ、制御手段３からの動作指令信号又は駆
動指令信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、
このＤ／Ａ変換器からの信号を増幅する電流増幅アンプ
と、駆動モータの回転数調整用の減速機（いずれも図示
略）とを備えているものとする。

【００３４】次に、制御手段３について説明する。この
制御手段３は、図２に示すように、操作入力手段２のエ
ンコーダ２２１，２３１，２４１及び入力手段移動付勢
機構４のエンコーダ４２１，４２３，４３１，４４１の
検出する検出角度信号（移動変位量）に基づいて操作グ
リップ２１の入力位置座標データを算出して演算処理装
置１０１０に出力する入力座標算出部３１と、この入力
位置座標データに基づく動作指令信号を入力手段移動付
勢機構４の各駆動モータ４２２，４２４，４３２に出力
する動作制御部３２と、演算処理装置１０１０から出力
された入力位置座標データに対応する反力データを受け
て，この反力データに基づく駆動指令信号を操作入力手
段２の各駆動モータ２２２，２３２，２４２に出力する
反力発生制御部３３とを備えている。

【００３５】また、動作制御部３２は、操作グリップ２
１がオペレータの操作により予め設定された当該操作グ
リップ２１の入力範囲を越える場合に、操作グリップ２
１の現在位置を保持しつつ当該現在位置の入力位置座標
データに応じて操作入力手段２を移動させるように動作
指令信号を，操作入力手段２の駆動モータ２２２，２３
２，２４２と入力手段移動付勢機構４の駆動モータ４２
２，４２４，４３２，４４２に出力する特定範囲制御機
能３４を有している。

【００３６】即ち、この特定範囲制御機能３４によっ
て、操作グリップ２１の初期位置を基準とする一定の入
力範囲（操作入力手段２における操作グリップ２１の可
動範囲を越えない範囲）から外にオペレータの操作によ
り操作グリップ２１が移動すると、当該操作グリップ２
１の現在位置を基準とする新たな入力範囲を設定すると
共に、この新たな入力範囲が当該現在位置における操作
グリップ２１の可動範囲内となるように、即座に入力手
段移動付勢機構４による操作入力手段２の移動動作制御
が行われる。

【００３７】また、このとき、操作グリップ２１の現在
位置が操作入力手段２の移動により変わることのないよ
うに、当該操作入力手段２の各駆動モータ２２２，２３
２，２４２の動作制御が行われる。即ち、入力手段移動
付勢機構４により操作入力手段２が移動すると同時に，
同変位量で正反対の方向に操作グリップ２１が移動する
動作制御が行われる。

【００３８】一方、演算処理装置１０１０は、同図２に
示すように、予め定義された仮想物体１０５１及び仮想
ポインタ１０５０の形状データを記憶する形状データ記
憶部１０１１と、仮想空間を設定し，当該仮想空間に前
述した形状データに基づく仮想物体１０５１及び仮想ポ
インタ１０５０を配置すると共にディスプレイ１００１
に出力制御する表示制御部１０１２を備えている。

【００３９】形状データ記憶部１０１１に記憶された形
状データについては、予め定義されている仮想物体の接
平面を算出できる形式であればどのようなものであって
も良い。ここでは、パラメトリック関数による形状定義
や、分布関数による定義形状を用いている。

【００４０】表示制御部１０１２は、３次元入力用マニ
ピュレータ１０の入力座標算出部３１から出力された入
力位置座標データに基づいて仮想空間内における仮想ポ
インタ１０５０の位置決めを行い，仮想物体１０５１と
仮想ポインタ１０５０とが接触したときに物体から受け
る仮想の反力の大きさと方向を算出する反力算出機能１
０１３を備えている。この反力算出機能１０１３により
算出された反力データは、前述したように、３次元入力
用マニピュレータ１０の反力発生制御部３３に出力され
る。

【００４１】反力発生制御部３３では、反力データから
操作入力手段２の各駆動モータ２２２，２３２，２４２
の出力トルクを算出すると共にこれに基づく駆動指令信
号を出力する。

【００４２】ここで、前述した３次元入力用マニピュレ
ータ１０の制御手段２及び演算処理装置１０１０におけ
る各演算処理の手法について説明する。

【００４３】まず、入力座標算出部３１における操作入
力手段２の各エンコーダ２２１，２３１，２４１の検出
角度信号に基づいて操作グリップ２１の現在位置の入力
位置座標データを算出する方法について説明する。

【００４４】操作入力手段２は、図３（Ａ）に示す姿勢
を基準に考えると、図３（Ｂ）に示す基準座標系Ｘ₀−
Ｚ₀に対して各回転間接に対応する複数の座標系から構
成される。即ち、第１の回転間接２６に対応する第１の
座標系Ｘ₁−Ｚ₁，第２の回転間接２７に対応する第２の
座標系Ｘ₂−Ｚ₂，第３の回転間接２８に対応する第３の
座標系Ｘ₃−Ｚ₃を有している（各リンク部材は一平面内
の動きであるため、Ｙ座標の記載を省略する）。なお、
各座標系は回転又は回動軸にＺ軸を合わせている。ま
た、基準座標系は、便宜上第１の回転間接２６の回転軸
と第２の回転間接２７の回動軸との交点に原点を置いて
いる。

【００４５】そして、第１の座標系のベクトル表現を基
準座標系のベクトル表現に変換する同次変換行列⁰Ｔ₁は
式（１）に示され、第２の座標系のベクトル表現を第１
の座標系のベクトル表現に変換する同次変換行列¹Ｔ₂は
式（２）に示され、第３の座標系のベクトル表現を第２
の座標系のベクトル表現に変換する同次変換行列²Ｔ₃は
式（３）に示される。

【００４６】

【数１】

【００４７】ここで、Ｓ₁＝ｓｉｎθ₁，Ｓ₂＝ｓｉｎ
θ₂，Ｓ₃＝ｓｉｎθ₃，Ｃ₁＝ｃｏｓθ₁，Ｃ₂＝ｃｏｓθ
₂，Ｃ₃＝ｃｏｓθ₃とし、θ₁は図３（Ａ）の姿勢からの
第１の回転間接２６の回転角度（エンコーダ２２１によ
る検出角度），θ₂は図３（Ａ）の姿勢からのリンク部
材２４の回動角度（エンコーダ２３１による検出角
度），θ₃はリンク部材２４に対するリンク部材２５の
回動角度（エンコーダ２４１による検出角度）を示す。
また、ｌ_aをリンク部材２４の長さとし、ｌ_bをリンク部
材２５の長さとする。

【００４８】各同次変換行列から第３の座標系から基準
座標系に変換する同次変換行列は、式（４）のようにな
る。

【００４９】

【数２】

【００５０】操作グリップ２１の基準座標系における現
在位置座標⁰ｒを式（５）とすると、第３の座標系にお
ける現在位置座標³ｒは式（６）のように表され、これ
らの関係は同次変換行列⁰Ｔ₃により、式（７）のように
表される。

【００５１】

【数３】

【００５２】従って、基準座標系における現在位置座標
⁰ｒのＸ成分は式（８）に示され、Ｙ成分は式（９）に
示され、Ｚ成分は式（１０）に示される。

【００５３】

【数４】

【００５４】ここで、操作入力手段２は、入力手段移動
付勢機構４により支持され且つ移動させられるため、こ
の入力手段移動付勢機構４によるオフセット位置^ofｒ
（入力手段移動付勢機構４により操作入力手段２の位置
決めされる位置座標）を式（１１）とすると、操作グリ
ップ２１の現在位置座標Ｐのベクトル表示は、式（１
２）に示される通りである。

【００５５】

【数５】

【００５６】この現在位置座標が算出されると、これに
基づく入力位置座標データが作成されて演算処理装置１
０１０の表示制御部１０１２に出力される。

【００５７】次に、演算処理装置１０１０による入力位
置座標データに基づく反力データの算出方法を説明す
る。演算処理装置１０１０の表示制御部１０１２では、
入力位置座標データに基づく操作グリップ２１の現在位
置座標を仮想空間上の座標系に写像変換し、この変換さ
れた新たな現在位置座標を仮想ポインタ１０５０の先端
位置座標として当該仮想ポインタ１０５０を仮想空間内
に配置すると共にディスプレイ１００１に表示する。

【００５８】そして、表示制御部１０１２では、反力算
出機能１０１３により、仮想ポインタ１０５０の先端位
置座標に最も近い仮想物体１０５１の表面上の点（最近
点）を求める。これは、仮想ポインタ１０５０の先端位
置座標と仮想物体１０５１の形状データを形成する関数
の関係によって定まる。

【００５９】さらに、この最近点を含む接平面を求め
る。接平面は、仮想物体表面上の２方向への接線ベクト
ルによって張られる平面と定義する。この接平面を接触
空間（触覚空間）に写像し、接触平面を定義する。接触
平面は次式（１３）の平面方程式で表される。

【００６０】 ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｈ＝０ ……（１３）

【００６１】この式（１３）を満たす点（ｘ，ｙ，ｚ）
により形成される平面が接触平面となる。ここで、ａ，
ｂ，ｃ，ｈは係数であり、各値が定まることによって３
次元空間内の平面の傾きと原点からの距離が与えられ
る。この各係数は、接平面の法線ベクトルより求めてい
る。

【００６２】接触空間は、接触平面を境にして空間を反
力が発生しない領域と、反力が発生する領域とに分割さ
れる。接触空間内のある１点がどちらの領域に属するか
は、上記平面方程式の左辺の（ｘ，ｙ，ｚ）にこの接触
空間座標に写像変換された仮想ポインタ１０５０の先端
位置座標の値を代入し、その際の解の正負により判定さ
れる。即ち、解が正の値の場合は、接触平面に対しその
法線ベクトルの方向に当該座標が位置しており、解が負
の場合は接触平面に対しその法線ベクトルの反対方向に
位置していることが判明する。

【００６３】当該座標が法線ベクトルの方向にある場合
には、仮想ポインタ１０５０と仮想物体１０５１は干渉
を発生していないと判定される。この場合、干渉による
反力Ｆｖはゼロである。また、当該座標が法線ベクトル
の反対方向に位置している場合には、干渉を発生してい
ると判定され、仮想ポインタ１０５０と仮想物体１０５
１の干渉による反力Ｆｖの算出を行う。

【００６４】反力Ｆｖの大きさの定義方法を説明する。
仮想ポインタ１０５０の先端位置座標の変換座標Ｐを式
（１４）に示す。そして、このときの接触平面との干渉
量ｄｒを次式（１５）に示す。

【００６５】

【数６】

【００６６】これは、接触平面から当該変換座標までの
垂直方向の距離を示す。この干渉量ｄｒに基づいて、接
触平面上の法線ベクトル方向の反力Ｆｖの大きさを次式
（１６）で定義する。

【００６７】 Ｆｖ＝Ｋｄｒ＋Ｂｑ ……（１６）

【００６８】ここで、Ｋは弾性係数，Ｂは減衰係数，ｑ
は手先位置の時間微分である。減衰係数Ｂを用いること
によって、仮想物体１０５１に仮想ポインタ１０５０が
当たった瞬間の反力による感覚を良好にすることができ
る。即ち、仮想物体１０５１の表面の感じを良好に反力
として反映することができる。また、この反力Ｆｖを式
（１７）に示す各成分ごとのベクトル表示とし、これか
ら求められる手先位置における各軸方向の回転モーメン
トＮを式（１８）に示す。この各軸方向の回転モーメン
トＮは、手先位置座標のベクトルと反力Ｆｖのベクトル
の外積により求められる。

【００６９】

【数７】

【００７０】これら反力Ｆｖ及び回転のモーメントＮと
は、反力データとして３次元入力用マニピュレータ１０
に出力される。

【００７１】次に、反力発生制御部３３における反力デ
ータに基づく操作入力手段２の各駆動モータ２２２，２
３２，２４２の駆動指令信号を算出する方法を説明す
る。

【００７２】反力データＦは、前述の反力Ｆｖ及び回転
のモーメントＮを同時に併記したものであり、式（１
９）に示される。この式（１９）におけるＮ_x，Ｎ_y，Ｎ
_zは、式（１８）により算出された各軸回りのモーメン
トである。この反力データＦをヤコビ行列Ｊの転値行列
により変換することにより、各駆動モータ２２２，２３
２，２４２の出力値Ｈが算出される（式（２０））。

【００７３】

【数８】

【００７４】ここで、ヤコビ行列Ｊの算出方法を記す。
前述した反力データＦは、反力Ｆｖ及びモーメントＮの
６成分からなり、この６成分から操作入力手段２の三つ
の回転間接の出力Ｈ，即ち各トルクτ₁，τ₂，τ₃を算
出するため、３行６列の行列となる（間接がｎ個あれば
ｎ行６列となる）。このヤコビ行列Ｊを式（２１）に示
す。

【００７５】

【数９】

【００７６】ここで、式（２１）に示す^Tｄ_ix，^Tｄ_iy，
^Tｄ_izは、^Tｄ_iの各ｘ，ｙ，ｚ成分であり、符号ｉは、
各間接ごとに付された番号を示す（^Tδ_iについても同
様）。これら各^Tｄ_i，^Tδ_iは、各間接ごとに生じる微小
変化を示している。これらは、各間接ごとの各駆動モー
タにおける座標系の変換行列^i-1Ｔ₃から求めることがで
きる。

【００７７】即ち、変換行列^i-1Ｔ₃は、式（２２）に示
される。この変換行列^i-1Ｔ₃の中の（ｎ_x，ｎ_y，
ｎ_z），（ｏ_x，ｏ_y，ｏ_z），（ｅ_x，ｅ_y，ｅ_z）は、基
準座標系の所定の座標系における３軸方向成分であり、
（ｐ_x，ｐ_y，ｐ_z）は基準座標系の所定の座標系におけ
る原点の位置座標を示す。

【００７８】

【数１０】

【００７９】前述の^Tｄ_i，^Tδ_iは、それぞれｉの対応す
る変換行列の各成分から以下のように求めることができ
る。なお、式（２３），（２４）は間接が回転間接の場
合であり、式（２５），（２６）は間接が直動間接の場
合を示している（第１の実施形態では、間接は全て回転
間接であるが、後述する各実施形態では直動間接を使用
した例がある）。また、式（２３）〜（２６）のｕ，
ｖ，ｗは、基準座標系の単位ベクトルを示す。

【００８０】

【数１１】

【００８１】以上のようにしてヤコビ行列Ｊが求められ
ると、前述した式（２０）に代入することにより各駆動
モータの駆動トルクτ₁，τ₂，τ₃が算出され（式（２
７））、反力発生制御部３３では、これら各駆動トルク
に応じた駆動指令信号を各駆動モータに出力する。

【００８２】

【数１２】

【００８３】次に、入力手段移動付勢機構４の駆動によ
る操作入力手段２の目標位置の算出方法を説明する。動
作制御手段３２では、操作グリップ２１が入力範囲外と
なったときの入力座標算出部３１で算出された操作グリ
ップ２１の現在位置座標Ｐに基づいて、当該座標の各成
分から一定値を減じたものを目標点ｑ_dとする。かかる
目標点ｑ_d＝（ｑ_x，ｑ_y，ｑ_z）とすると、次式（２８）
により入力手段移動付勢機構４の各駆動モータのトルク
Ｇ_iが算出される。

【００８４】

【数１３】

【００８５】上式において、ｊは各成分，Ｋ_piはフィー
ドバックゲイン，Ｋ_vは速度フィードバックゲインであ
る。

【００８６】以上の各手法に基づいて、制御手段３及び
演算処理装置１０１０では、動作制御が行われる。

【００８７】次に、上記構成からなる３次元入力システ
ム１０００の動作について図１及び図４乃至図６に基づ
いて説明する。図４は、３次元入力システム１０００の
動作の流れを示す流れ図である。

【００８８】オペレータによる操作入力開始前において
は、３次元入力用マニピュレータ１０は、操作入力手段
２及び入力手段移動付勢機構４が図５（Ａ）に示すよう
に、予めそれぞれ設定された基本姿勢が採られる。この
基本姿勢については図示の如く限定するものではない
が、操作グリップ２１及び操作入力手段２がそれぞれ周
囲の全ての方向に移動させることが可能な姿勢を基本姿
勢とすることが望ましい。

【００８９】各基本姿勢により、操作グリップ２１が予
め決められた基準座標系における初期位置に配置されて
いる。また、このとき、３次元入力用マニピュレータ１
０の入力座標算出部３１では、特定範囲制御機能３４に
より、操作グリップ２１の初期位置の座標を中心とする
入力範囲Ａを設定する。

【００９０】そして、この状態からオペレータは、操作
グリップ２１を手にして移動操作を開始する。この操作
グリップ２１の移動操作により、操作入力手段２の各エ
ンコーダ２２１，２３１，２４１から検出角度信号が出
力され、入力座標算出部３１では、これらに基づいて入
力位置座標データを算出する（ステップＳ１）。

【００９１】そして、特定範囲制御機能３４により、算
出された入力位置座標データに基づいて操作グリップ２
１が入力範囲内にあるかを判定する（ステップＳ２）。
入力範囲内であれば、入力位置座標データが演算処理装
置１０１０の表示制御部１０１２に出力される（ステッ
プＳ４）。

【００９２】また、操作グリップ２１が入力範囲外と判
定されると、特定範囲制御機能３４によって、入力手段
移動付勢機構４及び操作入力手段２の各駆動モータ２２
２，２３２，２４２が駆動される。このときの動作を図
５及び図６に示す。

【００９３】図５の（Ａ）は、前述したように操作グリ
ップ２１の操作前の状態を示している。かかる状態で
は、操作入力手段２及び入力手段移動付勢機構４の双方
とも基本姿勢が採られており、この基本姿勢において操
作グリップ２１の垂直下方に一定の間隔で入力手段移動
付勢機構のリンク部材４５の先端部が来るようになって
いる。

【００９４】かかる状態からオペレータの操作により操
作グリップ２１が入力範囲Ａの外に移動してしまうと
（図５（Ｂ））、そのときの操作グリップ２１の現在位
置座標に基づいて入力手段移動付勢機構４の各駆動モー
タ４２２，４２４，４３２，４４２が駆動し、操作入力
手段２を移動させる。

【００９５】即ち、入力手段移動付勢機構４では、操作
グリップ２１の現在位置を保持し且つ操作入力手段２が
基本姿勢に戻るように、当該操作グリップ２１の垂直下
方における一定の距離となる位置をリンク部材４５の先
端部の移動目標位置として各駆動モータ４２２，４２
４，４３２，４４２の駆動制御が行われる（図６参
照）。また、このとき、同時に、操作入力手段２の駆動
モータ２２２，２３２，２４２について、操作入力手段
２が基本姿勢を採るべく駆動制御が行われる。

【００９６】これにより、図５（Ｃ）に示すように、操
作入力手段２は、操作グリップ２１の現在位置を変える
ことなく再び基本姿勢を採り、この操作グリップ２１の
現在位置を中心とする入力範囲が特定範囲制御機能３４
により新たに設定される（ステップＳ３）。そしてその
後、操作グリップ２１の現在位置における入力位置座標
データが演算処理装置１０１０の表示制御部１０１２に
出力される（ステップＳ４）。

【００９７】表示制御部１０１２では、ディスプレイ１
００１に表示された仮想空間上の入力位置座標データに
対応する位置に仮想ポインタ１０５０を配置する（ステ
ップＳ５）。そして、反力算出機能１０１３により、仮
想物体１０５１と仮想ポインタ１０５０の相対位置から
これらが干渉しているかを判定する（ステップＳ６）。

【００９８】上記判定において、干渉がないと判断され
た場合には、再び継続される操作グリップ２１の移動動
作について、入力位置座標の検出が行われ、同様の動作
が繰り返される。

【００９９】一方、上記判定において、干渉すると判断
された場合には、反力計算が行われる。そして、算出さ
れた反力データが３次元入力用マニピュレータ１０の反
力発生制御部３３に出力される（ステップＳ７）。

【０１００】反力発生制御部３３では、反力データに基
づいて操作入力手段２の各駆動モータ２２２，２３２，
２４２の駆動トルクを算出し且つ当該各駆動トルクに基
づく出力が生じるように各駆動モータ２２２，２３２，
２４２の駆動制御を行う（ステップＳ８）。これによ
り、オペレータは、ディスプレイ１００１を見ながら、
これに表示される仮想ポインタ１０５０と仮想物体１０
５１とが接触する場合に、仮想物体からの反力を受ける
感触を仮想的に体感することとなる。

【０１０１】そして、再び継続される操作グリップ２１
の移動動作について、入力位置座標の検出が行われ、同
様の動作が繰り返される。

【０１０２】この第１の実施形態では、入力手段移動付
勢機構４により操作グリップ２１の位置に応じて操作入
力手段２を移動させる構成のため、その操作範囲が大き
くなっても、操作入力手段２自体を操作方向に追従させ
ることができ、これがため、操作時に生じる装置全体の
慣性力を有効に低減させることが可能である。

【０１０３】そして、慣性力の低減により、操作グリッ
プ２１の操作性を向上させることが可能となり、また、
例えば、操作における微細な目標位置にも精度良く位置
決めを行うことが可能となり、同時に、操作による腕の
負担を軽減することが可能となり、オペレータによる長
時間の入力作業にも有効に対応するという効果をも有し
ている。

【０１０４】また、特定範囲制御機能３４により、予め
設定された操作グリップ２１の入力範囲を越える場合に
入力手段移動付勢機構４により操作入力手段２を移動さ
せる構成のため、操作グリップ２１の操作範囲が大きい
場合にのみ入力手段移動付勢機構４が駆動し、常時入力
手段移動付勢機構４を駆動させる必要がない。このた
め、入力手段移動付勢機構４の駆動動作を簡略化し、３
次元入力用マニピュレータ１０全体の電力化が図れると
共に、操作入力手段２の目標位置の算出等の演算処理を
簡略化を図ることが可能となる。

【０１０５】さらに、操作入力手段２の各駆動モータ２
２２，２３２，２４２により反力データに基づく反力を
オペレータに体感させる構成のため、操作時に生じる３
次元入力用マニピュレータ１０全体の慣性力を有効に低
減させる効果と相まって、かかる反力データに基づく反
力を慣性力に干渉されることなく、正確にオペレータに
伝達させることが可能となる。

【０１０６】従って、３次元入力用マニピュレータ１０
を３次元入力システム１０００に装備し、疑似的な反力
フィードバックを受ける作業環境下での使用において、
オペレータはより正確な反力を受けることができ、即
ち、これにより、よりリアルな疑似感覚を体感すること
ができる。また同様に、より精度が高く且つ操作性の良
い入力作業を行うことが可能となる。

【０１０７】なお、上記第１の実施形態では、３次元入
力用マニピュレータ１０の制御手段３を、上位装置であ
る演算処理装置１０１０が兼ねる構成としても良い。ま
た、或いは、３次元入力用マニピュレータ１０にの制御
手段２が、演算処理装置２１０の機能を表示制御部２１
１が全て行う構成としても良い。以下に述べる他の実施
形態についても同様である。

【０１０８】（第２の実施形態）本発明の第２の実施形
態を図７及び図８に基づいて説明する。この第２の実施
形態は、３次元上の座標入力を行う３次元入力用マニピ
ュレータ１０Ａを、前述した第１の実施形態と同様の構
成を有する３次元入力システム１０００Ａに装備した場
合を示している。なお、前述の第１の実施形態と同一の
構成については、同一の符号を付して重複する説明は省
略するものとする。

【０１０９】図７に示す３次元入力用マニピュレータ１
０Ａは、３自由度方向に移動が自在である操作グリップ
２１Ａを有する３基の操作入力手段２Ａと、各操作入力
手段２Ａを所定の動作指令信号に基づいて同時に複数自
由度方向に移動させる入力手段移動付勢機構４と、この
入力手段移動付勢機構４に装備され，当該入力手段移動
付勢機構４による操作入力手段２Ａの移動変位量を検出
する入力手段変位量検出手段と、各部の動作制御を行う
制御手段３（図７では図示略）とを備えている。

【０１１０】即ち、かかる３次元入力用マニピュレータ
１０Ａは、オペレータの親指，人差し指及び中指に個別
に対応し且つ個別に入力し得る３基の操作入力手段２Ａ
を有する点を除き、３次元入力用マニピュレータ１０と
同一の構成となっている。

【０１１１】以下、操作入力手段２Ａについて詳述す
る。この操作入力手段２Ａは、入力手段移動付勢機構４
に水平状態で支持された板状の基台２２Ａと、この基台
２２Ａに対して垂直方向を軸として回転自在である第１
の回転間接２６Ａ及び水平方向を軸として回動自在であ
る第２の回転間接２７Ａを介してその一端部を連結され
たリンク部材２４Ａと、このリンク部材２４Ａの他端部
に，水平方向を軸として回動自在である第３の回転間接
２８Ａを介して一端部を連結されると共にその他端部に
操作グリップ２１Ａが装備されたリンク部材２５とを有
している。各回転間接には、それぞれグリップ変位量検
出手段としてのエンコーダと隣接するリンク部材に回転
を付勢する駆動力発生手段としての駆動モータとが装備
されている（図示略）。

【０１１２】また、操作グリップ２１Ａは、図８に示す
ように、指の先端部が挿入されるキャップ部材２１１
と、いわゆるジンバル機構を形成する角度９０度の略円
弧上に形成された二つのアーム部材２１２，２１３とか
ら構成されている。そして、アーム部材２１２は、一端
部が垂直方向を軸としてキャップ部材２１１に回動自在
に係合し，他端部が水平方向を軸としてアーム部材２１
３の一端部と回動自在に係合している。一方、アーム部
材２１３は、アーム部材２１２との係合端部と反対側の
端部が、アーム部材２１２との回動軸に直交し且つ垂直
な方向を軸として回動自在にリンク部材２５Ａの先端部
に連結されている。

【０１１３】かかる構成により、キャップ部材２１１
は、リンク部材２５Ａに対していずれも直交する３方向
を軸として回動自在となり、リンク部材２５Ａの傾斜角
度に拘らずオペレータの指先を任意の方向に向けた状態
で保持することが可能となっている。ここで、キャップ
部材２１１については、特にこの構造に限定するもので
はなく指先を保持し得る構造を有していれば良く、例え
ば、指先を挿入するリング状のものでも良い。

【０１１４】上記の３基の操作入力手段２Ａは、一つの
基台２２Ａを共有し、同時にこの基台２２Ａ上に装備さ
れている。そして、これらの構成により、各操作入力手
段２Ａ毎に、オペレータは、操作グリップ２１Ａを介し
て、各指毎にリンク部材２４Ａ，２５Ａの合計長さを半
径とし，第２の回転間接２７Ａを中心とする半球体の内
部空間におけるほぼ全域に当該操作グリップ２１Ａを３
自由度移動方向について移動させることが可能である。

【０１１５】上記の３次元入力用マニピュレータ１０Ａ
においては、操作入力手段２Ａが３基装備されているた
め、制御手段３の入力座標算出部３１では各操作入力手
段２Ａごとに入力位置座標データが算出される。そし
て、かかる各入力位置座標データに基づいて演算処理装
置１０１０の表示制御部１０１２では、三つの仮想ポイ
ンタをディスプレイ１００１に表示する（例えば、人間
の手を形取った仮想ポインタの３本の指がそれぞれ動く
ように表示しても良い）。

【０１１６】また、表示制御部１０１２では、反力算出
機能１０１３によりそれぞれ個別に反力データを算出
し、これに基づいて反力発生制御部３３では各操作入力
手段２Ａごとに駆動モータを駆動させて、それぞれに反
力を発生させる。

【０１１７】一方、動作制御部３２では、入力位置座標
データが出力されると、特定範囲制御機能３４により、
３基の操作入力手段２Ａの内の予め定められたいずれか
１基について操作グリップ２１Ａが予め設定された入力
範囲を越えた場合に、当該この入力位置座標データに基
づいて入力手段移動付勢機構４が駆動するようになって
いる。

【０１１８】以上のように、この第２の実施形態では、
前述した第１の実施形態と同様の効果を有すると共に同
時に３つのポイントについて座標入力を行うことが可能
となっている。

【０１１９】（第３の実施形態）本発明の第３の実施形
態を図９及び図１０に基づいて説明する。この第３の実
施形態は、３次元上の座標入力を行う３次元入力用マニ
ピュレータ１０Ｂを、前述した第１の実施形態と同様の
構成を有する３次元入力システム１０００Ｂに装備した
場合を示している。なお、前述の第１又は第２の実施形
態と同一の構成については、同一の符号を付して重複す
る説明は省略するものとする。

【０１２０】図９に示す３次元入力用マニピュレータ１
０Ｂは、３自由度方向に移動が自在である操作グリップ
２１Ａを有する３基の操作入力手段２Ａと、これら操作
入力手段２Ａを所定の動作指令信号に基づいて複数自由
度方向に移動させる入力手段移動付勢機構４Ｂと、この
入力手段移動付勢機構４Ｂに装備され，当該入力手段移
動付勢機構４Ｂによる操作入力手段２Ａの移動変位量を
検出する入力手段変位量検出手段と、各部の動作制御を
行う制御手段３Ｂ（図９では図示略）とを備えている。

【０１２１】即ち、かかる３次元入力用マニピュレータ
１０Ｂは、入力手段移動付勢機構４Ｂに新たに直動間接
を装備した点を除き、３次元入力用マニピュレータ１０
Ａと同一の構成となっている。

【０１２２】以下、入力手段移動付勢機構４Ｂについて
詳述する。この入力手段移動付勢機構４Ｂは、水平面上
に置かれ，全体を支持する板状の基台４２と、この基台
４２に対して垂直方向を軸として回転自在である第４の
回転間接４６及び水平方向を軸として回動自在である第
５の回転間接４７を介して装備されたリンク部材４３
と、このリンク部材４３の上端部に，水平方向を軸とし
て回動自在である第６の回転間接４８を介してその一端
部を連結されたリンク部材４４と、このリンク部材４４
の他端部に当該リンク部材４４に沿ってその一端部が摺
動自在に係合する直動リンク部材４４Ｂと、この直動リ
ンク部材４４Ｂの他端部に，水平方向を軸として回動自
在である第７の回転間接４９（図示略）を介してその一
端部を連結されると共にその他端部で操作入力手段２の
基台２２を支持するリンク部材４５（図示略）とを有し
ている。

【０１２３】そして、リンク部材４４と直動リンク部材
４４Ｂとの間には、直動間接が設けられている。この直
動間接は、直動リンク部材４４Ｂ内部に，当該直動リン
ク部材４４Ｂの長手方向に沿って設けられたリンク部材
４４挿入用の係合穴と、この係合穴に挿入されたリンク
部材４４に対して直動リンク部材４４Ｂに往復移動を付
勢する図示しないリニアアクチュエータと、往復移動方
向の変位を検出する入力手段変位量検出手段としての図
示しない直線型ポテンショメータとから主に構成されて
いる。

【０１２４】なお、往復移動を付勢する手段としては、
リニアアクチュエータに限らず例えば駆動モータとピニ
オン−ラック機構等から構成しても良い。かかる場合、
入力手段変位量検出手段としてはエンコーダ等が使用さ
れる。

【０１２５】かかる構成において、この入力手段移動付
勢機構４Ｂは、リンク部材４４と直動リンク部材４４Ｂ
と間の最大伸張長さとリンク部材４３との合計長さを半
径とし，第５の回転間接４７を中心とする半球体の内部
空間におけるほぼ全域に操作入力手段２Ａを３自由度移
動方向について移動させることが可能である。

【０１２６】この入力手段移動付勢機構４Ｂでは、通常
時には、リンク部材４４が直動リンク部材４４Ｂの係合
穴にほぼ完全に挿入された状態（最小伸張長さ状態）で
使用され、かかる状態において、操作入力手段２Ａの操
作グリップ２１Ａに対するオペレータによる操作範囲が
広くなるにつれて直動間接のリニアアクチュエータが駆
動され、直動リンク部材４４Ｂがリンク部材４４に沿っ
て往動して伸張する動作制御が行われる。

【０１２７】ここで、上記の３次元入力用マニピュレー
タ１０Ｂの制御系を図１０に示す。制御手段３Ｂは、図
１０に示すように、操作入力手段２の各エンコーダ，入
力手段移動付勢機構４の各エンコーダ及び直動型ポテン
ショメータの検出する検出角度信号及び検出直動変位信
号（移動変位量）に基づいて各操作グリップ２１Ａごと
の入力位置座標データを算出して演算処理装置１０１０
に出力する入力座標算出部３１と、この入力位置座標デ
ータに基づく動作指令信号を入力手段移動付勢機構４Ｂ
の各駆動モータ及びリニアアクチュエータに出力する動
作制御部３２と、演算処理装置１０１０から出力された
入力位置座標データに対応する反力データを受けて，こ
の反力データに基づく駆動指令信号を操作入力手段２の
各駆動モータに出力する反力発生制御部３３とを備えて
いる。

【０１２８】また、動作制御部３２Ｂは、入力位置座標
データに基づいて，予め定められたいずれか一つの操作
入力手段２Ａの操作グリップ２１Ａが，予め定められた
入力手段移動付勢機構４Ｂによる操作入力手段２Ａの可
動範囲を越えると判断した場合に、操作グリップ２１Ａ
の現在位置を保持しつつ直動リンク部材４４Ｂの伸張動
作を付勢する動作指令信号を直動間接のリニアアクチュ
エータに出力する伸縮動作制御機能３５Ｂを有してい
る。

【０１２９】即ち、この伸縮動作制御機能３５Ｂによっ
て、例えば、入力手段移動付勢機構４Ｂの第５の回転間
接４７を原点とする一定範囲（ここでは、操作入力手段
２Ａのリンク部材２４Ａ，２５Ａと入力手段移動付勢機
構４Ｂのリンク部材４３及びリンク部材４４の全ての合
計より幾分短い長さを半径とする半球領域とする）の外
部にオペレータの操作により操作グリップ２１Ａが移動
された場合に、動作指令信号がリニアアクチュエータに
出力され、これにより当該リニアアクチュエータが直動
リンク部材４４Ｂに往動（伸張動作）を付勢するように
なっている。

【０１３０】上述のように、この第３の実施形態では、
第２の実施形態と同様の効果を有する共に、必要に応じ
て、入力手段移動付勢機構４Ｂによる操作入力手段２Ａ
の移動範囲が拡大され、同時に、操作グリップ２１Ａの
全体的な移動範囲を拡大することが可能となっている。

【０１３１】（第４の実施形態）本発明の第４の実施形
態を図１１に基づいて説明する。この第４の実施形態
は、３次元上の座標入力を行う３次元入力用マニピュレ
ータ１０Ｃを、前述した第１の実施形態と同様の構成を
有する３次元入力システム１０００Ｃに装備した場合を
示している。なお、前述の第１又は第２の実施形態と同
一の構成については、同一の符号を付して重複する説明
は省略するものとする。

【０１３２】図１１に示す３次元入力用マニピュレータ
１０Ｃは、３自由度方向に移動が自在である操作グリッ
プ２１Ａを有する３基の操作入力手段２Ａと、これら操
作入力手段２Ａを所定の動作指令信号に基づいて複数自
由度方向に移動させる入力手段移動付勢機構４Ｃと、こ
の入力手段移動付勢機構４Ｃに装備され，当該入力手段
移動付勢機構４Ｃによる操作入力手段２Ａの移動変位量
を検出する入力手段変位量検出手段と、各部の動作制御
を行う制御手段３（図１１では図示略）とを備えてい
る。

【０１３３】即ち、かかる３次元入力用マニピュレータ
１０Ｃは、入力手段移動付勢機構４Ｃが回転間接ではな
く全て直動間接により各リンク部材を連結している点を
除き、３次元入力用マニピュレータ１０Ａと同一の構成
となっている。

【０１３４】以下、入力手段移動付勢機構４Ｃについて
詳述する。この入力手段移動付勢機構４Ｃは、水平面上
に置かれ，全体を支持する板状の基台４２と、この基台
４２に対して直動間接を介して当該基台４２上を一定方
向に往動自在であるリンク部材４３Ｃと、このリンク部
材４３Ｃに直動間接を介して連結され，水平面上におい
て上記一定方向と垂直方向に往動自在であるリンク部材
４４Ｃと、このリンク部材４４Ｃに直動間接を介して連
結され，垂直方向に往動自在であると共にその上端部で
操作入力手段２の基台２２を支持するリンク部材４５Ｃ
とを有している。

【０１３５】さらに詳述すると、リンク部材４３Ｃと基
台４２との間の直動間接は、基台４２の上面に装備さ
れ，リンク部材４３Ｃを一定方向に案内する二本のガイ
ドレール４６Ｃと、このガイドレール４６Ｃに沿った移
動を付勢する付勢機構（図示略：例えば、駆動モータと
ピニオン−ラック機構，又はリニアアクチュエータ等の
構成）と、ガイドレール方向の移動変位を検出する入力
手段変位量検出手段（図示略：例えば、直動型ポテンシ
ョメータ）とから主に構成されている。

【０１３６】同様にして、リンク部材４３Ｃとリンク部
材４４Ｃとの間の直動間接は、リンク部材４３Ｃの上面
に凸状に形成され，リンク部材４４Ｃを水平面上におけ
る上記一定方向に直交する方向に案内するガイドレール
部４３ｃと、このガイドレール部４３ｃに沿った移動を
付勢する付勢機構と、ガイドレール部４３ｃ方向の移動
変位を検出する入力手段変位量検出手段とから主に構成
されている。

【０１３７】また、リンク部材４４Ｃとリンク部材４５
Ｃとの間の直動間接は、リンク部材４４Ｃ内部に，当該
リンク部材４４Ｃの長手方向に沿って設けられたリンク
部材４５Ｃ挿入用の係合穴と、この係合穴に挿入された
リンク部材４５Ｃに対して垂直方向の往復移動を付勢す
る付勢機構と、垂直方向のリンク部材４５Ｃの移動変位
を検出する入力手段変位量検出手段とから主に構成され
ている。

【０１３８】かかる構成により、この入力手段移動付勢
機構４Ｃは、操作入力手段２Ａを各リンク部材４３Ｃ，
４４Ｃ，４５Ｃの可動距離を各辺とする直方体の領域内
で３自由度方向について自在に移動させることが可能で
ある。

【０１３９】この第４の実施形態は、第１の実施形態と
ほぼ同様の動作が行われ、又同様の効果を有している。
そして、第１の実施形態の効果に加えて、入力手段移動
付勢機構４が直動間接を有する構成のため、駆動の際の
入力位置座標データの算出及び各付勢機構の動作指令信
号の算出工程を簡易化することが可能である。

【０１４０】（第５の実施形態）本発明の第５の実施形
態を図１２に基づいて説明する。この第５の実施形態
は、３次元上の座標入力を行う３次元入力用マニピュレ
ータ１０Ｄを、前述した第１の実施形態と同様の構成を
有する３次元入力システム１０００Ｄに装備した場合を
示している。なお、前述した各実施形態と同一の構成に
ついては、同一の符号を付して重複する説明は省略する
ものとする。

【０１４１】図１２に示す３次元入力用マニピュレータ
１０Ｄは、複数自由度方向に移動が自在である操作グリ
ップ２１Ｄを有する操作入力手段２Ｄと、この操作入力
手段２Ｄを所定の動作指令信号に基づいて複数自由度方
向に移動させる入力手段移動付勢機構４Ｃと、この入力
手段移動付勢機構４Ｃに装備され，当該入力手段移動付
勢機構４Ｃによる操作入力手段２Ｄの移動変位量を検出
する入力手段変位量検出手段と、各部の動作制御を行う
制御手段３（図１２では図示略）とを備えている。

【０１４２】以下、操作入力手段２Ｄについて詳述す
る。この操作入力手段２Ｄは、入力手段移動付勢機構４
Ｃに水平状態（幾分傾斜させても良い）で支持された板
状の基台２２Ｄを有し、この基台２２Ｄの上面の二箇所
にそれぞれ垂直方向を軸として回転自在である第１の回
転間接２６１Ｄ，２６２Ｄ及び水平方向を軸として回動
自在である第２の回転間接２７１Ｄ，２７２Ｄを介して
その一端部を連結されたリンク部材２４３Ｄ，２４４Ｄ
が装備されている。

【０１４３】そして、各リンク部材２４３Ｄ，２４４Ｄ
の他端部には、水平方向を軸として回動自在である第３
の回転間接２８１Ｄ，２８２Ｄを介して，リンク部材２
５３Ｄ，２５４Ｄの一端部が連結されている。

【０１４４】さらに、これらリンク部材２５３Ｄ，２５
４Ｄの各他端部（自由端）は、一本の棒状の操作グリッ
プ２１Ｄにより連結されている。即ち、リンク部材２５
３Ｄ，２５４Ｄの各自由端は、それぞれユニバーサルジ
ョイント２１１Ｄ，２１２Ｄを介して操作グリップ２１
Ｄの一端部と他端部に連結されている。

【０１４５】なお、各回転間接には、それぞれグリップ
変位量検出手段としてのエンコーダと隣接するリンク部
材に回転を付勢する駆動力発生手段としての駆動モータ
とが装備されている（図示略）。

【０１４６】かかる構成により、操作グリップ２１Ｄ
は、両端部をそれぞれ３自由度の連結リンク構成に支持
された状態となる。この操作グリップ２１Ｄの操作入力
範囲を図１３及び図１４に基づいて説明する。これら図
中の符号Ｕ，Ｖはそれぞれリンク部材２５３Ｄ，２５４
Ｄの自由端の可動領域を示している。即ち、可動領域Ｕ
は、第２の回転間接２７１Ｄを中心とするリンク部材２
４３Ｄ，２５３Ｄの合計長さを半径とする半球体であ
り、可動領域Ｖは、第２の回転間接２７２Ｄを中心とす
るリンク部材２４４Ｄ，２５４Ｄの合計長さを半径とす
る半球体である。

【０１４７】操作グリップ２１Ｄの一方の端部に装備さ
れるユニバーサルジョイント２１１Ｄは、可動領域Ｕの
表面部乃至内部の一部（操作グリップ２１Ｄが充分な長
さを有していれば全体）について移動可能であり、これ
らの内の任意の一点に位置決めすると、他方のユニバー
サルジョイント２１２Ｄは、ユニバーサルジョイント２
１１Ｄを中心として操作グリップ２１Ｄの長さを半径と
する球面を，可動領域Ｖの表面との接触部分でカットし
た球殻面Ｗの範囲で位置決めすることが可能となる。

【０１４８】このため、この操作グリップ２１Ｄは、一
端部が３自由度で支持されると共に他端部が球殻面Ｗの
範囲で移動が自在となるため、実質上５自由度方向の入
力が自在となっている。

【０１４９】この３次元入力システム１０００Ｄでは、
３次元入力用マニピュレータ１０Ｄにより、操作グリッ
プ２１Ｄの一端部と他端部の各入力位置座標データを当
該各端部側の各回転間接内のエンコーダの検出角度信号
により算出し、かかる一方の入力位置座標データに基づ
いて仮想空間内における仮想ポインタ１０５０の先端位
置の位置決めを行い、他方の入力位置座標データ（及び
一方の入力位置座標データとの方向ベクトル）に基づい
て仮想ポインタ１０５０の向きを決め、ディスプレイ１
００１に表示する。反力データは、仮想ポインタ１０５
０の先端位置及び向きにより算出することが可能であ
る。

【０１５０】この第５の実施形態では、第１の実施形態
と同様効果を有すると共に、操作入力手段２Ｄを備える
ことにより、より多くの自由度の入力が可能となってい
る。このため、３次元入力システム１０００Ｄでは、仮
想ポインタ１０５０に方向性を持たせることができ、こ
れにより、仮想の反力をより正確に再現することが可能
となり、操作グリップ２１Ｄを操作するオペレータは、
より現実に近い反力を体感することが可能となる。

【０１５１】また、３次元入力用マニピュレータは、図
１５の如く操作入力手段２Ｄと入力手段移動付勢機構４
とを有する構成としても良い。かかる構成により上記３
次元入力用マニピュレータ１０Ｄと同様の効果を発揮す
ることが可能である。同様にして、３次元入力用マニピ
ュレータを図１６の如く操作入力手段２Ｄと入力手段移
動付勢機構４Ｂとを有する構成としても良い。かかる構
成により、上記３次元入力用マニピュレータ１０Ｄと同
様の効果を有すると共に入力手段移動付勢機構４Ｂによ
る移動範囲拡大効果を発揮することが可能である。

【０１５２】（第６の実施形態）本発明の第６の実施形
態を図１７に基づいて説明する。この第６の実施形態
は、３次元上の座標入力を行う３次元入力用マニピュレ
ータ１０Ｅを、前述した第１の実施形態と同様の構成を
有する３次元入力システム１０００Ｅに装備した場合を
示している。なお、前述した各実施形態と同一の構成に
ついては、同一の符号を付して重複する説明は省略する
ものとする。

【０１５３】図１７に示す３次元入力用マニピュレータ
１０Ｅは、３自由度方向に移動が自在である操作グリッ
プ２１Ｅを有する操作入力手段２Ｅと、これら操作入力
手段２Ｅを所定の動作指令信号に基づいて複数自由度方
向に移動させる入力手段移動付勢機構４と、この入力手
段移動付勢機構４に装備され，当該入力手段移動付勢機
構４による操作入力手段２Ｅの移動変位量を検出する入
力手段変位量検出手段と、各部の動作制御を行う制御手
段３（図１７では図示略）とを備えている。

【０１５４】以下、操作入力手段２Ｅについて詳述す
る。この操作入力手段２Ｅは、入力手段移動付勢機構４
に水平状態で支持された板状の基台２２と、この基台２
２に対して垂直方向を軸として回転自在である第１の回
転間接２６を介してその一端部を連結されたリンク部材
２３と、このリンク部材２３の他端部に，水平方向を軸
として回動自在である第２の回転間接２７を介してその
一端部を連結されたリンク部材２４と、このリンク部材
２４の他端部に直動間接２８Ｅを介して連結された操作
グリップ２１Ｅとを有している。

【０１５５】各回転間接には、それぞれグリップ変位量
検出手段としてのエンコーダと隣接するリンク部材に回
転を付勢する駆動力発生手段としての駆動モータとが装
備されている（図示略）。又、操作グリップ２１Ｅは、
オペレータが握り易いように細い棒状に形成されてい
る。

【０１５６】そして、リンク部材２４と操作グリップ２
１Ｅとの間に設けられた直動間接２８Ｅは、操作グリッ
プ２１Ｅを固定装備すると共にリンク部材２４を挿通さ
せる貫通した係合穴が形成されており、この係合穴に挿
通されたリンク部材２４に沿って当該直動間接２８Ｅに
往復移動を付勢する図示しない駆動手段（リニアアクチ
ュエータ，駆動モータ及びピニオン−ラック機構等）
と、往復移動方向の変位を検出する図示しない入力手段
変位量検出手段（直線型ポテンショメータ，エンコーダ
等）とから主に構成されている。

【０１５７】かかる構成において、この操作入力手段２
Ｅは、リンク部材２４の長さを半径とし，第２の回転間
接２７を中心とする球体の内部空間におけるほぼ全域に
操作グリップ２１Ｅを３自由度移動方向について移動さ
せることが可能である。

【０１５８】上記の操作入力手段を３次元入力用マニピ
ュレータ１０Ｅに装備することにより、この第６の実施
形態では、第１の実施形態と同様の効果を発揮すること
が可能となっている。

【０１５９】また、３次元入力用マニピュレータは、図
１８の如く操作入力手段２Ｅと入力手段移動付勢機構４
Ｂとを有する構成としても良い。かかる構成により上記
３次元入力用マニピュレータ１０Ｅと同様の効果を有す
ると共に入力手段移動付勢機構４Ｂによる移動範囲拡大
効果を発揮することが可能である。同様にして、３次元
入力用マニピュレータを図１９の如く操作入力手段２と
入力手段移動付勢機構４Ｃとを有する構成としても良
い。かかる構成により、上記３次元入力用マニピュレー
タ１０Ｅと同様の効果を発揮することが可能である。

【０１６０】（第７の実施形態）本発明の第７の実施形
態を図２０に基づいて説明する。この第７の実施形態
は、３次元上の座標入力を行う３次元入力用マニピュレ
ータ１０Ｆを、前述した第１の実施形態と同様の構成を
有する３次元入力システム１０００Ｆに装備した場合を
示している。なお、前述した各実施形態と同一の構成に
ついては、同一の符号を付して重複する説明は省略する
ものとする。

【０１６１】図２０に示す３次元入力用マニピュレータ
１０Ｆは、３自由度方向に移動が自在である操作グリッ
プ２１Ｆを有する２基の操作入力手段２Ｆと、各操作入
力手段２Ｆを所定の動作指令信号に基づいて同時に複数
自由度方向に移動させる入力手段移動付勢機構４Ｃと、
この入力手段移動付勢機構４Ｃに装備され，当該入力手
段移動付勢機構４Ｃによる操作入力手段２Ｆの移動変位
量を検出する入力手段変位量検出手段と、各部の動作制
御を行う制御手段３（図２０では図示略）とを備えてい
る。

【０１６２】以下、操作入力手段２Ｆについて詳述す
る。この操作入力手段２Ｆは、入力手段移動付勢機構４
Ｃに水平状態で支持された板状の基台２２Ｆと、この基
台２２Ｆ上に架設され，水平方向の摺動部分を有するコ
字状のガイドレール２３Ｆと、このガイドレール２３Ｆ
の摺動部分に沿って直動自在の直動間接２７Ｆを介して
連結され，水平面内において当該ガイドレール２３Ｆの
摺動部分と直交する方向に沿って配設されたリンク部材
２４Ｆと、このリンク部材２４Ｆにおける直動間接２７
Ｆとの係合端部と反対側の端部に装備された直動間接２
８Ｆと、この直動間接２８Ｆにより垂直方向に沿って移
動自在なリンク部材２５Ｆと、このリンク部材２５Ｆの
一端部に装備された操作グリップ２１Ｆとから主に構成
される。

【０１６３】また、直動間接２７は、リンク部材２４Ｆ
をその配設方向に沿って往動自在に支持すると共にその
往動を付勢する構成となっている。

【０１６４】そして、各直動間接２７Ｆは、ガイドレー
ル２３Ｆの摺動部及びリンク部材２４Ｆを挿通させる貫
通穴がそれぞれ形成されており、一方の貫通穴に挿通さ
れたガイドレール２３Ｆの摺動部に沿って当該直動間接
２７Ｆに往復移動を付勢する図示しない駆動手段（リニ
アアクチュエータ，駆動モータ及びピニオン−ラック機
構等）と、往復移動方向の変位を検出する図示しない入
力手段変位量検出手段（直線型ポテンショメータ，エン
コーダ等）と、他方の貫通穴に挿通されたリンク部材２
４Ｆをその配設方向に沿って往復移動を付勢する図示し
ない駆動手段と、往復移動方向の変位を検出する図示し
ない入力手段変位量検出手段とから主に構成されてい
る。

【０１６５】一方、直動間接２８Ｆは、リンク部材２５
Ｆを挿通させる貫通穴が形成されており、この貫通穴に
挿通されたリンク部材２５Ｆに沿って当該リンク部材２
５Ｆの往復移動を付勢する図示しない駆動手段（リニア
アクチュエータ，駆動モータ及びピニオン−ラック機構
等）と、往復移動方向の変位を検出する図示しない入力
手段変位量検出手段（直線型ポテンショメータ，エンコ
ーダ等）とから主に構成されている。

【０１６６】また、操作グリップ２１Ｆは、内部が中空
で四角形状の略リング状に形成され、この内部にオペレ
ータが指を挿入して操作を行うようになっている。

【０１６７】かかる構成からなる２基の操作入力手段２
Ｆは、一つの基台２２Ｆを共有し、同時にこの基台２２
Ｆ上に装備されている。そして、これらの構成により、
各操作入力手段２Ｆ毎に、オペレータは、操作グリップ
２１Ｆを介して、ガイドレール２３Ｆの摺動部，リンク
部材２４Ｆ及びリンク部材２５Ｆのそれぞれの長さを各
辺とする直方体状の領域内を３自由度方向で自在に移動
させることが可能となっている。

【０１６８】上記の３次元入力用マニピュレータ１０Ｆ
においては、操作入力手段２Ｆが２基装備されているた
め、制御手段３の入力座標算出部３１では各操作入力手
段２Ｆごとに入力位置座標データが算出される。そし
て、かかる各入力位置座標データに基づいて演算処理装
置１０１０の表示制御部１０１２では、二つの仮想ポイ
ンタをディスプレイ１００１に表示する（例えば、人間
の手を形取った仮想ポインタの２本の指がそれぞれ動く
ように表示しても良い）。

【０１６９】また、３次元入力用マニピュレータ１０Ｆ
は、図２１の如く操作入力手段２Ｆと入力手段移動付勢
機構４とを有する構成としても良い。かかる構成により
上記３次元入力用マニピュレータ１０Ｆと同様の効果を
発揮することが可能である。同様にして、３次元入力用
マニピュレータ１０Ｆを図２２の如く操作入力手段２Ｆ
と入力手段移動付勢機構４Ｂとを有する構成としても良
い。かかる構成により、上記３次元入力用マニピュレー
タ１０Ｆと同様の効果を有すると共に入力手段移動付勢
機構４Ｂによる移動範囲拡大効果を発揮することが可能
である。

【０１７０】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、入力手段移動付
勢機構により操作グリップの位置に応じて操作入力手段
を移動させる構成のため、その操作範囲を従来よりも飛
躍的に拡大させることが可能となる。そして、かかる操
作範囲において、入力動作が大きい場合にも、操作入力
手段自体を操作方向に追従させることができ、これがた
め、操作時に生じる装置全体の慣性力を有効に低減させ
ることが可能である。

【０１７１】またこれにより、操作入力手段の自重に振
り回されることがなくなり、操作グリップの操作性を向
上させることが可能であるため、例えば、操作における
微細な目標位置にも精度良く位置決めを行うことが可能
となり、同時に、操作による腕の負担を軽減することが
可能となり、オペレータによる長時間の入力作業にも有
効に対応するという効果をも有している。

【０１７２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明と同様の効果を有すると共に、特定範囲制御機能によ
り、予め設定された操作グリップの入力範囲を越える場
合に入力手段移動付勢機構が操作入力手段を移動させる
構成のため、操作グリップの操作範囲が大きい場合にの
み入力手段移動付勢機構が駆動し、常時入力手段移動付
勢機構を駆動させる必要がない。このため、入力手段移
動付勢機構の駆動動作を簡略化し、装置全体の電力化が
図れると共に、操作入力手段の目標位置の算出等の演算
処理を簡略化を図ることが可能となる。

【０１７３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明と同様の効果を有すると共に、駆動力発生手段
により反力データに基づく反力をオペレータに体感させ
る構成のため、操作時に生じる装置全体の慣性力を有効
に低減させる効果と相まって、かかる反力データに基づ
く反力を慣性力に干渉されることなく、正確にオペレー
タに伝達させることが可能となる。

【０１７４】従って、本発明による３次元入力用マニピ
ュレータを３次元入力システム等に接続し、疑似的な反
力フィードバックを受ける作業環境下での使用におい
て、オペレータはより正確な反力を受けることができ、
即ち、これにより、よりリアルな疑似感覚を体感するこ
とができる。また同様に、より精度が高く且つ操作性の
良い入力作業を行うことが可能となる。

【０１７５】本発明は以上のように構成され機能するの
で、これにより、従来にない優れた３次元入力システム
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図２】図１の３次元入力システムを示すブロック図で
ある。

【図３】図１の操作入力手段の各座標系を説明するため
説明図であり、図３（Ａ）は操作入力手段の基本姿勢を
示し、図３（Ｂ）はこれに対応する各座標系を示してい
る。

【図４】第１の実施形態の動作を示すフローチャートで
ある。

【図５】操作入力手段の入力範囲と入力手段移動付勢機
構の動作の関連を示す動作説明図であり、図５（Ａ）は
操作グリップが入力範囲内にある状態を示し、図５
（Ｂ）は操作グリップが入力範囲外に移動した瞬間を示
し、図５（Ｃ）は入力手段移動付勢機構が操作入力手段
を移動させ，操作グリップを中心とする新たな入力範囲
が設定された状態を示す。

【図６】入力手段移動付勢機構の動作による姿勢の変化
を示す説明である。

【図７】本発明の第２の実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図８】図７の操作入力手段に装備された操作グリップ
を示す斜視図である。

【図９】本発明の第３の実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図１０】図９の３次元入力システムを示すブロック図
である。

【図１１】本発明の第４の実施形態を示す概略構成図で
ある。

【図１２】本発明の第５の実施形態を示す概略構成図で
ある。

【図１３】図１２に示す操作入力手段の可動範囲を示す
説明図である。

【図１４】図１２に示す操作入力手段の可動範囲を示す
説明図である。

【図１５】第５の実施形態の変形例を示す概略構成図で
ある。

【図１６】第５の実施形態の他の変形例を示す概略構成
図である。

【図１７】本発明の第６の実施形態を示す概略構成図で
ある。

【図１８】第６の実施形態の変形例を示す概略構成図で
ある。

【図１９】第６の実施形態の他の変形例を示す概略構成
図である。

【図２０】本発明の第７の実施形態を示す概略構成図で
ある。

【図２１】第７の実施形態の変形例を示す概略構成図で
ある。

【図２２】第７の実施形態の他の変形例を示す概略構成
図である。

【図２３】従来例を示す概略構成図である。

【図２４】従来例の問題点を示す説明図である。

【符号の説明】

２，２Ａ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ 操作入力手段 ３，３Ｂ 制御手段 ４，４Ｂ，４Ｃ 入力手段移動付勢機構 １０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０
Ｆ ３次元入力用マニピュレータ ２１，２１Ａ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ 操作グリップ ３１ 入力座標算出部 ３２，３２Ｂ 動作制御部 ３３ 反力発生制御部 ３４ 特定範囲制御機能 ２２１，２３１，２４１ エンコーダ（グリップ変位量
検出手段） ２２２，２３２，２４２ 駆動モータ（駆動力発生手
段） ４２１，４２３，４３１，４４１ エンコーダ（入力手
段変位量検出手段） １０１０ 演算処理装置（上位装置） Ａ 入力範囲

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上位装置に接続され，３次元上の座標入
   力を行う３次元入力用マニピュレータにおいて、 複数自由度方向に移動が自在である操作グリップを有す
   る操作入力手段と、 この操作入力手段に装備され，前記操作グリップの移動
   変位量を検出するグリップ変位量検出手段と、 前記操作入力手段を所定の動作指令信号に基づいて複数
   自由度方向に移動させる入力手段移動付勢機構と、 この入力手段移動付勢機構に装備され，当該入力手段移
   動付勢機構による前記操作入力手段の移動変位量を検出
   する入力手段変位量検出手段と、 前記入力手段移動付勢機構の動作制御を行う制御手段と
   を備え、 この制御手段が、前記各変位量検出手段に検出される移
   動変位量に基づいて前記操作グリップの入力位置座標デ
   ータを算出し前記上位装置に出力する入力座標算出部
   と、この入力位置座標データに基づく前記動作指令信号
   を前記入力手段移動付勢機構に出力する動作制御部とを
   備えることを特徴とする３次元入力用マニピュレータ。
2. 【請求項２】 前記動作制御部は、前記操作グリップが
   その操作により予め設定された入力範囲を越える場合に
   前記入力手段移動付勢機構に前記動作指令信号を出力す
   る特定範囲制御機能を備えていることを特徴とする請求
   項１記載の３次元入力用マニピュレータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の前記３次元入力用
   マニピュレータにおいて、 前記操作入力手段に，前記操作グリップの前記複数自由
   度方向に駆動力を付勢する駆動力発生手段を装備し、 前記制御手段に、前記上位装置からの前記入力位置座標
   データに対応する反力データの入力を受けて，この反力
   データに基づく駆動指令信号を前記駆動力発生手段に出
   力する反力発生制御部を設けることを特徴とする３次元
   入力用マニピュレータ。