(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操縦者の身体に取付けてロボットをリモートコントロールするロボットのリモートコントロール装置において、
操縦者の背中の上部に体結され固定される第１の体結部と、
操縦者の肘の上部に体結され固定される第２の体結部と、
操縦者の肘の下部に体結され固定される第３の体結部と、
操縦者の手の甲に体結され固定される第４の体結部と、
前記第１の体結部に固定された第１，第２，第３の三つの円筒形回転軸部材からなる第１の回転軸部と、
一端は前記第１の回転軸部に結合され、さらに他端は前記第２の体結部と結合された複数の連結部材が、複数の回転リンク部材を介して直列に連結された第１の連結部と、
前記第２の体結部と前記第３の体結部との間にそれぞれ連結部材により結合された円筒形回転軸部材からなる第２の回転軸部と、
連結部材により前記第３の体結部に結合された第４，第５，第６の三つの円筒形回転軸部材からなる第３の回転軸部と、
一端は前記第４の体結部と結合され、さらに他端は前記第３の回転軸部に結合された複数の連結部材が、複数の回転リンク部材を介して直列に連結された第２の連結部とからなり、
前記第１の回転軸部は、操縦者の肩の関節の動きに応じて上腕の位置が組合せ的に決められるように前記第１，第２，第３の円筒形回転軸部材が三つの方向性を有するように結合され、前記第１，第２，第３の円筒形回転軸部材によって操縦者の肩の動きを感知し、
前記第２の回転軸部は、その前記円筒形回転軸部材によって操縦者の肘の動きを感知し、
前記第３の回転軸部は、操縦者の胴体側に位置づけられ、操縦者の手首の動きに応じて手の位置が組合せ的に決められるように前記第４，第５，第６の円筒形回転軸部が三つの方向性を有するように結合され、前記第４，第５，第６の円筒形回転軸部によって操縦者の手首の動きを感知する、
ことを特徴とするヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置。
【請求項２】
前記第１の連結部は、
一端は第１の回転軸部に結合され、さらに他端は第１の回転リンク部材に結合された第１の連結部材と、
前記第１の回転リンク部材と第２の回転リンク部材とを連結する第２の連結部材と、
前記第２の体結部材と連結部材とにより結合され、第３の回転リンク部材と第２の回転リンク部材とを連結する第３の連結部材と、
からなることを特徴とする請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置。
【請求項３】
前記第２の連結部は、
一端は第３の回転軸部に結合され、さらに他端は第４の回転リンク部材に結合された第４の連結部材と、
前記第４の回転リンク部材と第５の回転リンク部材とを連結する第５の連結部材と、
前記第４の体結部の下部に結合される第６の回転リンク部材と前記第５の回転リンク部材とを連結する第６の連結部材と、
からなることを特徴とする請求項１または２記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置。
【請求項４】
前記第１の回転リンク部材及び第４の回転リンク部材は、操縦者の腕の長さや手の大きさにより位置が補正できるよう、初期カリブレーション（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）の位置決め装置がさらに設けられることを特徴とする請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置。
【請求項５】
前記各円筒形回転軸の内部には、前記各連結部材に連結され、腕の動作方向を測定する方向決め装置部と、
トルクを調節するギヤ部と、
電気式ブレーキ若しくはサーボモータからなるトルク発生部と、
現在の腕の動きを回転角度により測定する位置決め装置部と、
が設けられていることを特徴とする請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置。
【請求項６】
前記方向決め装置部は、支持鉄心に連結される上下両側に長めのスルーホールがそれぞれ形成され、中央にスルーホールを有する第１の円板と、
前記第１の円板の各長めのスルーホール及びスルーホールに相応して嵌め込まれた複数の突出部を有する第２の円板と、
前記第１の円板及び第２の円板の間に位置し、一定のプリロードを有し、両円板を連結するトーションバーと、
前記各連結部材の回転負荷と前記トーションバーのプリロードの相対的な強さを感知するリミットスイッチと、
からなることを特徴とする請求項５記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置。
【請求項７】
前記第１，第２の連結部は、二つの平行するチューブが並んで設けられており、第６，第７の連結部材が前記各チューブに一つずつ連結され、上下に直線運動する受動体からなることを特徴とする請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置。
【請求項８】
前記マスター装置は、前記各円筒形回転軸の電気式ブレーキ若しくはサーボモータからなるトルク発生部を除去し、後側に設けられる位置決め装置のみで、力再現機能を有しない単純ティーチング装置としても用いられることを特徴とする請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置に関するものであり、特に操縦者の腕の動きを感知してスレーブロボットの動作命令を作り、スレーブロボットが感知する外部の力と運動学的関節制限などによる運動制限情報を、ブレーキやサーボモータなどを利用して再現する一連のマスター装置を、直列連鎖構造として単純化し、かつ、トルクを制御するトルク発生部を胴体の近くに集中化することによって、自重による身体の疲労感及び作動の複雑性などが改善できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ロボットは様々な産業分野に幅広く利用されているが、最初はダイカスト、鍛造、スポット溶接のようなヒトには難しく、危険な作業に応用されていた。
【０００３】
こうした産業用ロボットの発達に伴って、現在は、産業用ロボットの他にもヒトに代わって様々な作業が行えるほど自由度の高い多目的リモートコントロールロボットのニーズが増えつつあり、たゆまずそれの研究開発が進められている。
【０００４】
ロボットの様々な動作を行うためには、リモートコントロール装置が必要となり、今までこのようなリモートコントロール装置は多様な形態で、また多様な機能を行えるように開発されている。こうしたロボットリモートコントロール装置は、ロボットの動作を作業者が直接調整することにより、距離の遠い場合や危険な環境などの特殊な状況で必要な作業を行うことができる。
【０００５】
産業用ロボット若しくはヒト型ロボットマニピュレータ（ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）を効率的にリモートコントロールするため用いられる制御装置としては、一般に、制御の対象であるスレーブロボットのような形状を有するマスターコントロール装置が製作され用いられたり、または、ヒトの腕に直接取付けられる形態のヒト型マスター装置（Ａｎｔｈｒｏｐｏｍｏｒｐｈｉｃ  ｍａｓｔｅｒ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｄｅｖｉｃｅ）が用いられたりしている。
【０００６】
また、前記のヒト型マスターは、ヒトの自然な動きをそのままマスターの入力として用いるという利点があり、今まで多くの研究が進められ、様々な装置が開発されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、力再現（ｆｏｒｃｅ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）機能を有するヒト型マスターの殆んどは、用いられる電気式モータの絶対的な大きさ及び重さ、そして、ヒトの腕に取付けるための支持部の重量などによって、調節者にかなりの荷重を与えられているため、長時間の作動が不可能となるだけでなく、自重や慣性による制御の困難などが大きな欠点として指摘されている。
【０００８】
従って、ヒトの腕に取付けられるという利点を有しながら、軽量化できるマスターの開発が求められている。
【０００９】
本発明は、前記のような問題を解決しようとするものであって、操縦者の腕に取付けられ、スレーブロボットをリモートコントロールするマスター装置を直列連鎖構造として単純化し、ヒトの腕の回転トルクを制御するトルク発生部を胴体の近くに集中化することにより、自重による身体の疲労感や作動の複雑性などが改善できるようにしたヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置の発明は、操縦者の身体に取付けてロボットをリモートコントロールするロボットのリモートコントロール装置において、操縦者の背中の上部に体結され固定される第１の体結部と、操縦者の肘の上部に体結され固定される第２の体結部と、操縦者の肘の下部に体結され固定される第３の体結部と、操縦者の手の甲に体結され固定される第４の体結部と、前記第１の体結部に固定された第１，第２，第３の三つの円筒形回転軸部材からなる第１の回転軸部と、一端は前記第１の回転軸部に結合され、さらに他端は前記第２の体結部と結合された複数の連結部材が、複数の回転リンク部材を介して直列に連結された第１の連結部と、前記第２の体結部と前記第３の体結部との間にそれぞれ連結部材により結合された円筒形回転軸部材からなる第２の回転軸部と、連結部材により前記第３の体結部に結合された第４，第５，第６の三つの円筒形回転軸部材からなる第３の回転軸部と、一端は前記第４の体結部と結合され、さらに他端は前記第３の回転軸部に結合された複数の連結部材が、複数の回転リンク部材を介して直列に連結された第２の連結部とからなり、前記第１の回転軸部は、操縦者の肩の関節の動きに応じて上腕の位置が組合せ的に決められるように前記第１，第２，第３の円筒形回転軸部材が三つの方向性を有するように結合され、前記第１，第２，第３の円筒形回転軸部材によって操縦者の肩の動きを感知し、前記第２の回転軸部は、その前記円筒形回転軸部材によって操縦者の肘の動きを感知し、前記第３の回転軸部は、操縦者の胴体側に位置づけられ、操縦者の手首の動きに応じて手の位置が組合せ的に決められるように前記第４，第５，第６の円筒形回転軸部が三つの方向性を有するように結合され、前記第４，第５，第６の円筒形回転軸部によって操縦者の手首の動きを感知する、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置において、前記第１の連結部は、一端は第１の回転軸部に結合され、さらに他端は第１の回転リンク部材に結合された第１の連結部材と、前記第１の回転リンク部材と第２の回転リンク部材とを連結する第２の連結部材と、前記第２の体結部材と連結部材とにより結合され、第３の回転リンク部材と第２の回転リンク部材とを連結する第３の連結部材と、からなることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置において、前記第２の連結部は、一端は第３の回転軸部に結合され、さらに他端は第４の回転リンク部材に結合された第４の連結部材と、前記第４の回転リンク部材と第５の回転リンク部材とを連結する第５の連結部材と、前記第４の体結部の下部に結合される第６の回転リンク部材と前記第５の回転リンク部材とを連結する第６の連結部材と、からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置において、前記第１の回転リンク部材及び第４の回転リンク部材は、操縦者の腕の長さや手の大きさにより位置が補正できるよう、初期カリブレーション（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）の位置決め装置がさらに設けられることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置において、前記各円筒形回転軸の内部には、前記各連結部材に連結され、腕の動作方向を測定する方向決め装置部と、トルクを調節するギヤ部と、電気式ブレーキ若しくはサーボモータからなるトルク発生部と、現在の腕の動きを回転角度により測定する位置決め装置部と、が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置において、前記方向決め装置部は、支持鉄心に連結される上下両側に長めのスルーホールがそれぞれ形成され、中央にスルーホールを有する第１の円板と、前記第１の円板の各長めのスルーホール及びスルーホールに相応して嵌め込まれた複数の突出部を有する第２の円板と、前記第１の円板及び第２の円板の間に位置し、一定のプリロードを有し、両円板を連結するトーションバーと、前記各連結部材の回転負荷と前記トーションバーのプリロードの相対的な強さを感知するリミットスイッチと、からなることを特徴とする。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置において、前記第１，第２の連結部は、二つの平行するチューブが並んで設けられており、第６，第７の連結部材が前記各チューブに一つずつ連結され、上下に直線運動する受動体からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項１記載のヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置において、前記マスター装置は、前記各円筒形回転軸の電気式ブレーキ若しくはサーボモータからなるトルク発生部を除去し、後側に設けられる位置決め装置のみで、力再現機能を有しない単純ティーチング装置としても用いられることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施例の構成及び作用を図面を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すように、本発明は操縦者の身体に取付け、ロボットをリモートコントロールするロボットリモートコントロール装置において、操縦者の背中の上部に固定される第１の体結部１と、操縦者の肘の上部や下部に体結され固定される第２，第３の体結部２７，２８と、操縦者の手の甲に体結され固定される第４の体結部３０と、前記第１の体結部に固定される複数の円筒形回転軸部材からなる第１の回転軸部４４と、一端は前記第１の回転軸部４４に結合され、さらに他端は前記第２の体結部２７に結合される複数の連結部材が複数の回転リンク部材を介して直列に連結される第１の連結部２５と、連結部材により前記第２の体結部２７に結合される複数の円筒形回転軸部材からなる第３の回転軸部４５と、前記第２の体結部２７と前記第３の体結部２８との間にそれぞれ連結部材により結合される円筒形回転軸部材からなる第２の回転軸部２９と、一端は前記第４の体結部３０と結合され、さらに他端は前記第３の回転軸部４５に結合される複数の連結部材が複数の回転リンク部材を介して直列に連結された第２の連結部２６とからなる。
【００２０】
また、前記第２，第３，第４の体結部２７，２８，３０と前記回転リンク部材、第３の回転軸部４５を連結する連結部材は、前記回転リンク部材及び第３の回転軸部４５が操縦者の胴体側に密着する位置に位置づけられるよう所定長さを有する。
【００２１】
また、前記第１の回転軸部４４は、操縦者の肩の関節の動きによって現在の腕の長さが組合せ的に位置決められるよう、第１，第２，第３の円筒形回転軸部材２，３，４が三方向性を有するように結合されている。
【００２２】
また、前記第３の回転軸部４５は、操縦者の手首の動きによってそれぞれの回転角度により手の位置が組合せ的に位置決められるよう、第４，第５，第６の円筒形回転軸部５，６，７が三方向性を有するように結合されている。
【００２３】
また、前記第１の連結部２５は、一端は第１の回転軸部４４に結合され、さらに他端は第１の回転リンク部材８に結合される第１の連結部材１４と、前記第１の回転リンク部材８と第２の回転リンク部材９とを連結する第２の連結部材１５と、前記第２の体結部材２７と連結部材１７−１とにより結合され、第３の回転リンク部材１０と第２の回転リンク部材９とを連結する第３の連結部材１６とからなる。
【００２４】
また、前記第２の連結部２６は、一端は第３の回転軸４５に結合され、さらに他端は第４の回転リンク部材１１に結合される第４の連結部材２０と、前記第４の回転リンク部材１１と第５の回転リンク部材１２とを連結する第５の連結部材２１と、前記第４の体結部３０の下部に結合される第６の回転リンク部材１３と前記第５の回転リンク部材１２とを連結する第６の連結部材２２とからなる。
【００２５】
また、前記第１の回転リンク部材及び第４の回転リンク部材は、操縦者の腕の長さや手の大きさによって位置が補正できるように、初期カリブレーション（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）の位置決め装置がさらに設けられる。
【００２６】
また、前記各円筒形回転軸の内部には、前記各連結部材に連結されて腕の動作方向を測定する方向決め装置部３２と、トルクを調節するギヤ部３３と、電気式ブレーキ若しくはサーボモータからなるトルク発生部３４と、現在の腕の動きを回転角度により測定する位置決め装置部３５とが設けられる。
【００２７】
また、前記方向決め装置部３２は、支持鉄心に連結される上下両側に長めのスルーホール３６が形成され、中央にスルーホール３７を有する第１の円板３８と、前記第１の円板３８の各長めのスルーホール３６及びスルーホール３７に相応して嵌め込まれる複数の突出部を有する第２の円板４０と、前記第１の円板３８及び第２の円板４０の問に位置し、一定のプリロードを有し、両円板を連結するトーションバー４１と、前記各連結部材の回転負荷と前記トーションバーのプリロードの相対的な強さを感知するリミットスイッチ４２とからなる。
【００２８】
また、前記第１，第２の連結部２５，２６に代わって、二つの平行するチューブ４３が並んで設けられており、第６，第７の連結部材２３，２４が前記各チューブ４３に一つずつ連結され、上下に直線運動する受動体を用いることができる。
【００２９】
以下、前記のように構成された本発明の作用を説明する。
【００３０】
本発明は、図１に示すように、従来の装置が有する、操縦者の腕にロボットリモートコントロール装置を取付けることによって生じる、自重による人体の疲労感や作動の複雑性などの欠点を改善するために、単純な直列連鎖形式の機構を採用し、また、腕に加えられる装置による自重を最少とするために、トルクを制御する円筒形回転軸部４４，４５を一ヶ所に集中させており、このため、できるだけ胴体の近くに位置させた。
【００３１】
このため、本発明は、操縦者の背中の上部に固定される第１の体結部１の一方には、第１の円筒形回転軸部材２が固定され、操縦者の肩の関節の動きによって組合せ的に位置決められるよう、ロール（Ｒｏｌｌ）、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）、ヨー（Ｙａｗ）の三つの方向への回転運動をする第１，第２，第３の円筒形回転軸部材２，３，４が設けられる。
【００３２】
また、図２に示すように、前記第１，第２，第３の円筒形回転軸部材２、３、４は、第１の連結部２５の動きによって位置決められる。
【００３３】
なお、前記第１の連結部２５は、第３の円筒形回転軸部材４の一端と肘の上部に体結される第２の体結部２７との間に設けられ、操縦者の腕の動きによって回転される第１の回転リンク部材８と、前記第１の回転リンク部材８の各両側に連結され一緒に回転する第１，第２の連結部材１４，１５からなる。
【００３４】
また、前記第１の回転リンク部材８には、回転角度が測定できる初期カリブレーションの位置決め装置が体結されている。
【００３５】
この際、前記第１の連結部２５は、図８に示すように、二つの平行するチューブ４３が設けられ、また、第６，第７の連結部材２３，２４が前記各チューブ４３に一つずつ連結されて上下に直線運動する受動体で代えることができる。
【００３６】
また、図３に示すように、操縦者の肘の上部には、前記第１の連結部２５と第３の回転リンク部材１０及び連結部材１７−１により連結される第２の体結部２７が体結される。なお、前記第２の体結部２７には、一方は連結部材１８により第２の回転軸部２９に連結され、さらに他方は他の連結部材１９に連結される第３の体結部２８に連結される。
【００３７】
また、前記第３の体結部２８には、操縦者の手首の動きによって現在の腕の動きを、回転角度により組合せ的に感知する第４，第５，第６の円筒形回転軸部材５，６，７が連結されるようになる。
【００３８】
また、図４に示すように、前記第４，第５，第６の円筒形回転軸部材５，６，７は、操縦者の手首の動きによって、一緒に移動しながら回転する第２の連結部２６に連結される。なお、前記第２の連結部２６は、操縦者の手首の動きによって回転する第４の回転リンク部材１１と、前記第６の円筒形回転軸部材７に一方が連結され、さらに前記第４の回転リンク部材に他方が連結されて、前記第４の回転リンク部材１１と一緒に回転される第４の連結部材２０と、前記第４の同軸リンク部材１１及び第５の回転リンク部材１２とを連結する第５の連結部材２１からなる。
【００３９】
この際、前記第２の連結部２６は、図８に示すように、二つの平行するチューブ４３が設けられ、また、第６，第７の連結部材２３，２４が前記各チューブ４３に一つずつ連結されて上下に直線運動する受動体で代えることができる。
【００４０】
また、手の甲に固定される第４の体結部３０が、第６の回転リンク１３及び連結部材２２により前記第２の連結部２６に連結される。
【００４１】
また、図２及び図４に示すように、前記第１の回転リンク部材８及び第４の回転リンク部材１１には、操縦者の腕の長さや手の大きさによって位置が補正できるように、初期カリブレーションの位置決め装置が取付けられている。
【００４２】
一方、操縦者は、前記のような構成を有するロボットリモートコントロールのためのマスター装置の第１の体結部１を、背中の上部に取付けた後、第２の体結部２７を肘の上部に体結する。また、第３の体結部２８を肘の下部に体結したままで、所定作業をするために腕を動かすと、マスター装置の第１，第２，第３の連結部材１４，１５，１６、第４，第５の連結部材２０，２１及び複数の連結部材１７−１，１７−２，１８，１９，２２が一緒に動くようになる。従って、第１，第２，第３の回転リンク部材８，９，１０及び第４，第５，第６の回転リンク部材１１，１２，１３が回転するようになる。
【００４３】
また、前記第１，第２，第３の回転リンク部材８，９，１０及び第４，第５，第６の回転リンク部材１１，１２，１３が回転するようになる。
【００４４】
また、前記第１，第２，第３の回転リンク部材８，９，１０及び第４，第５，第６の回転リンク部材１１，１２，１３が回転すると共に、前記第１，第２，第３の連結部材１４，１５，１６も一緒に回転することになる。この際、前記第１の連結部材１４及び第４の連結部材２０に連結されている第３の円筒形回転軸部材４、及び第６の円筒形回転軸部材７の位置決め装置部３５が回転される。
【００４５】
これにより、前記第３の円筒形回転軸部材４及び第６の円筒形回転軸部材７にそれぞれ連結されている第１，第２の円筒形回転軸部材２，３、並びに、第４，第５の円筒形回転軸部材５，６が、前記第３の円筒形回転軸部材４及び第６の円筒形回転軸部材７と一緒に、操縦者の腕の動きによって全部回転するか、それともその中のいずれか一つ或いは二つの回転軸部材のみが組合せ的に回転するようになる。
【００４６】
この際、前記各円筒形回転軸部材の位置決め装置により感知された回転角度のデータが印加されたマスター装置制御機（図示せず）は、三つの方向への回転運動であるロール、ピッチ、及びヨーを計算することにより、現在の操縦者の腕の運動方向を判断し、また、こうした判断結果によってスレーブロボットの動作をリモートコントロールすることができるようになる。
【００４７】
一方、図５に示すように、前記第１，第２，第３の円筒形回転軸部材２，３，４、第２の回転軸部材２９及び第４，第５，第６の円筒形回転リンク部材５，６，７の回転軸には、大別して、操縦者の腕の動きによって前記第１，第２，第３の回転リンク部材８，９，１０及び第４，第５，第６の回転リンク部材１１，１２，１３と一緒に回転する回転負荷である前記各連結部材に連結され、回転角度を感知する位置決め装置部３５と、前記位置決め装置部３５の後段に位置し、スレーブロボットが円滑にコントロールされていて力の再現を必要としない場合には、空回転し、また、スレーブロボットが障害物などに引っ掛かって運動が制限されている場合には、電気式ブレーキ若しくはサーボモータを作動して力を再現するトルク発生部３４と、前記トルク発生部３４の後段に設けられ、前記トルク発生部３４から生じたトルクを増幅させるギヤ部３３と、前記ギヤ部３３の後段に設けられ、腕の動作方向を感知する方向決め装置部３２とが設けられる。
【００４８】
それにより、前記トルク発生部３４に、スレーブロボットの末端部に加えられる力に比例する電流が通されると、回転に抵抗するトルクが発生し、また、該トルクはギヤ部３３で増幅される。
【００４９】
また、図６に示すように、前記方向決め装置部３２には、前記連結部材のような回転負荷が連結されている。また、方向決め装置部３２は、上下両側に長めのスルーホール３６がそれぞれ形成されており、中央にスルーホール３７を有する第１の円板３８と、前記第１の円板３８の各長めのスルーホール及びスルーホール３７に相応して猷め込まれる複数の突出部３９を有する第２の円板４０と、前記第１の円板３８及び第２の円板４０の間に位置して、一定のフリーロードを持ち、両円板を連結するトーションバー４１と、前記回転負荷とトーションバー４１との相対的強さを感知するリミットスイッチ４２とからなる。
【００５０】
それにより、本発明によってリモートコントロールされるスレーブロボットが、作業中障害物に引っ掛かり、その方向には動けなくなると、力の再現機能によりマスター装置制御機は、操縦者の腕の運動方向を感知し、操縦者が力の再現機能のかかっている方向へと動くと、続けてブレーキの作動を行い、また、その反対の方向へと動くと、前記リミットスイッチ４２の感知によってブレーキの作動を中止することにより、腕を動かすことができるようになる。
【００５１】
つまり、図６は、ブレーキがトルク発生部３４の電気式駆動装置として用いられる場合に、操縦者の回転方向を判別するための方向決め装置部３２を示しており、前述のように、力の再現機能によってブレーキが作動されると、通された電流の量により回転軸の回転を妨げるトルクが発生するようになる。
【００５２】
この際、操縦者がその反対の方向へと動きたい場合には、ブレーキの作動を解除する必要がある。従って、ブレーキがかかっている状態でその反対の方向に回転しようとする動きが感知できる方向感知装置が必要となる。
【００５３】
このため、ブレーキに連結された回転軸部材に第２の円板４０が設けられ、また、対向する第１の円板３８には回転負荷が連結され、前記第１の円板３８と第２の円板４０との間には所定のプリロードを有するトーションバー４１が位置し、両円板を連結するようになる。
【００５４】
それにより、前記トーションバー４１のフリーロードされたトルクより弱い回転負荷によって、第１の円板３８と第２の円板４０とが一緒に回転するようになる。この際、もしブレーキが作動すると、第２の円板４０は停止し、第１の円板３８は回転方向によって停止するか、それともフリーロードされた方向と反対である場合には、長めのスルホール３６に沿って回転し、リミットスイッチ４２を作動すると共に停止する。
【００５５】
しかしながら、ブレーキが作動した方向の反対に回転負荷がかかると、該回転負荷がプリロードより強い場合は、長めのスルーホール３６に沿って回転することにより、リミットスイッチ４２がオン、またはオフになる。
【００５６】
前記のように発生される第１の円板３８と第２の円板４０との間の相対的運動をリミットスイッチ４２が感知し、こうした感知信号により回転負荷が一定の強さを超えていることが分かり、また、ブレーキの作動を解除する信号としても用いられる。
【００５７】
ちなみに、図７（ａ）は、ブレーキが作動しなくて、何の負荷もかかっていない場合の作動図である。なお、図７（ｂ）は、ブレーキが作動する場合であって、回転方向が時計回りで、さらに回転負荷がトーションバー４１のフリーロードのトルクより強い場合であり、この際、長めのスルーホール３６に沿って回転して前記リミットスイッチ４２が作動するようになる。
【００５８】
こうした状態で、前記マスター装置制御機は、前記リミットスイッチ４２の作動を感知することにより、現在の操縦者の動いている方向を判断する。すなわち、前述のように、操縦者がブレーキの作動方向（この場合、時計回り）とその反対の方向（時計回りの反対）に動くと、第２の円板は図７（ｂ）から図７（ａ）へ復帰されることにより、リミットスイッチ４２のスイッチング状態が反転され、また、前記ロボットリモートコントロール装置制御機は、その作動信号の印加を受けてブレーキの作動を解除する。
【００５９】
これにより、操縦者は自由にその反対の方向へ動くことができるようになる。
【００６０】
一方、本発明によるマスター装置は、前記各円筒形回転軸において、電気式ブレーキ若しくはサーボモータからなるトルク発生部３４を除去し、後側に設けられる位置決め装置部３５のみで、力の再現機能のない単純ティーチング装置として使用することができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかとなるように、本発明によれば、操縦者の腕に取付けられた状態で腕の動きを感知し、スレーブロボットの動作命令を作り出すと共に、スレーブロボットが感知する外部の力と運動学的関節制限などによる運動制限情報をブレーキやサーボモータなどを用いて再現するマスター装置を、直列連鎖構造として単純化することにより、自重による人体の疲労感、及び作動の複雑性を改善することができる。
【００６２】
また、トルクをコントロールする円筒形回転軸部を一ヶ所に集中させ、できるだけ胴体の近くに位置させることにより、腕に取付けられる装置による自重を最少とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置を示す概略斜視図である。
【図２】本発明によるヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置の肩部の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明によるヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置の肘の構造を示す斜視図である。
【図４】本発明によるヒト腕取付け型力再現機能を有するマスター装置の手首の構造を示す斜視図である。
【図５】本発明による力再現装置である各円筒形回転軸部材の構造を示す斜視図である。
【図６】本発明による方向決め装置部を示す分解斜視図である。
【図７】本発明による方向決め装置部に設けられるリミットスイッチの感知状態を示す参照図である。
【図８】本発明による直線駆動をするシリンダータイプの受動体を示す構造図である。
【符号の説明】
１：  第１の体結部
２：第１の円筒形回転軸部材
３：第２の円筒形回転軸部材
４：第３の円筒形回転軸部材
５：第４の円筒形回転軸部材
６：第５の円筒形回転軸部材
７：第６の円筒形回転軸部材
８：  第１の回転リンク部材
９：  第２の回転リンク部材
１０：第３の回転リンク部材
１１：第４の回転リンク部材
１２：第５の回転リンク部材
１３：第６の回転リンク部材
１４：第１の連結部材
１５：第２の連結部材
１６：第３の連結部材
１７−１：連結部材
２０：第４の連結部材
２１：第５の連結部材
２２：第６の連結部材
２５：第１の連結部
２６：第２の連結部
２７：第２の体結部
２８：第３の体結部
２９：第２の回転軸部
３０：第４の体結部
３１：位置決め装置
３２：方向決め装置部
３３：ギヤ部
３４：トルク発生部
３５：位置決め装置部
３６：長めのスルーホール
３７：スルーホール
３８：第１の円板
３９：突出部
４０：第２の円板
４１：トーションバー
４２：リミットスイッチ
４３：チューブ
４４：第１の回転軸部
４５：第３の回転軸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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