(57)【要約】【課題】構造の簡略化を図るとともに汎用性の高い作業補助装置を提供する。【解決手段】本発明に係る作業補助装置Ａ１は、支持ベース１と、支持ベース１に対してＺ軸方向に伸縮するＺ軸駆動機構２と、Ｚ軸駆動機構２に対して基端部が接続され、この基端部に対して先端部がＸ軸，Ｙ軸方向に沿って揺動する揺動駆動機構３と、上記先端部に接続され、ＸＹＺ方向に操作可能な操作部材４と、操作部材４のＸＹＺ方向の操作力を個別に検出する操作力検出手段５と、操作力検出手段５からの情報に基づきＺ軸駆動機構２および揺動駆動機構３を操作部材４の操作方向への移動を支援するように制御する制御手段とを備える。また、揺動駆動機構３は、上記基端部に対して上記先端部がＸ軸に沿って揺動可能な第１のパンタグラフ機構と、上記基端部に対して上記先端部がＹ軸に沿って揺動可能な第２のパンタグラフ機構との複合パンタグラフ機構によって構成される。【選択図】図１
2008155338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持ベースと、
この支持ベースに対してＺ軸方向に伸縮可能なＺ軸駆動機構と、
このＺ軸駆動機構の伸縮端部に対して基端部が接続され、この基端部に対して先端部がＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って揺動可能な揺動駆動機構と、
この揺動駆動機構の先端部に接続され、作業者が把持してＸＹＺ方向に操作可能な操作部材と、
この操作部材に近接して配置され、この操作部材のＸＹＺ方向の操作力を個別に検出する操作力検出手段と、
上記操作力検出手段からの操作力検出情報に基づき、上記Ｚ軸駆動機構および／または上記揺動駆動機構を上記操作部材の操作方向への移動を支援するように制御する制御手段と、を備える作業補助装置であって、
上記揺動駆動機構は、上記基端部に対して上記先端部がＸ軸に沿って揺動可能な第１のパンタグラフ機構と、上記基端部に対して上記先端部がＹ軸に沿って揺動可能な第２のパンタグラフ機構との複合パンタグラフ機構によって構成されていることを特徴とする、作業補助装置。
【請求項２】
上記揺動駆動機構は、上記Ｚ軸駆動機構の上記伸縮端部に連結されるベース部材と、このベース部材に対してＹ軸方向に一定間隔隔てられ同長でＸ軸方向に延びるように設定された一対の揺動軸と、各揺動軸を一辺とし、各揺動軸の両端に対して回動可能に連結される各２つの同長の揺動アームと、各２つの揺動アームの先端に対して両端が回動可能に連結され、上記各揺動軸と平行かつ同長の可動軸と、からなる一対の平行四辺形リンクと、
上記一対の平行四辺形リンクの各可動軸が回動可能に連結され、各可動軸間の距離を上記一対の揺動軸間距離と同等に保持する可動部材と、を備え、
上記一対の平行四辺形リンクが上記第１のパンタグラフ機構を構成し、上記ベース部材と上記一対の平行四辺形リンクと上記可動部材とが上記第２のパンタグラフ機構を構成する、請求項１に記載の作業補助装置。
【請求項３】
支持ベースと、
この支持ベースに対してＺ軸方向に伸縮可能なＺ軸駆動機構と、
このＺ軸駆動機構の伸縮端部に対して基端部が接続され、この基端部に対して先端部がＸ軸方向に沿って揺動可能な揺動駆動機構と、
この揺動駆動機構の先端部に接続され、作業者が把持してＸＹＺ方向に操作可能な操作部材と、
この操作部材に近接して配置され、この操作部材のＸＺ方向の操作力を個別に検出する操作力検出手段と、
上記操作力検出手段からの操作力検出情報に基づき、上記Ｚ軸駆動機構および／または上記揺動駆動機構を上記操作部材の操作方向への移動を支援するように制御する制御手段と、を備える作業補助装置であって、
上記揺動駆動機構は、上記基端部に対して上記先端部がＸ軸に沿って揺動可能なパンタグラフ機構によって構成されており、
上記Ｚ軸駆動機構と上記揺動駆動機構とは、Ｚ軸回りに相対回転可能とされていることを特徴とする、作業補助装置。
【請求項４】
上記揺動駆動機構は、上記Ｚ軸駆動機構の上記伸縮端部に連結されるベース部材と、このベース部材に対してＹ軸方向に一定間隔隔てられ同長でＸ軸方向に延びるように固定された一対の固定アームと、各固定アームを一辺とし、各固定アームの両端に対して回動可能に連結される各２つの同長の揺動アームと、各２つの揺動アームの先端に対して両端が回動可能に連結され、上記各固定アームと平行かつ同長の可動アームと、からなる一対の平行四辺形リンクと、
上記一対の平行四辺形リンクの各可動アームが連結され、各可動アーム間の距離を上記一対の固定アーム間距離と同等に保持する可動部材と、を備え、
上記一対の平行四辺形リンクが上記パンタグラフ機構を構成する、請求項３に記載の作業補助装置。
【請求項５】
基端部に対して先端部がＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って揺動可能な揺動駆動機構と、
この揺動駆動機構の基端部と先端部との間の距離を伸縮させるための伸縮駆動機構と、
上記揺動駆動機構の上記先端部に接続され、作業者が把持してＸＹＺ方向に操作可能な操作部材と、
この操作部材に近接して配置され、この操作部材のＸＹＺ方向の操作力を個別に検出する操作力検出手段と、
上記操作力検出手段からの操作力検出情報に基づき、上記伸縮駆動機構および／または上記揺動駆動機構を上記操作部材の操作方向への移動を支援するように制御する制御手段と、を備える作業補助装置であって、
上記伸縮駆動機構は、一端部が上記揺動駆動機構の上記基端部に接続される一方、他端部が上記揺動駆動機構の上記先端部に接続されており、
上記揺動駆動機構は、上記基端部に対して上記先端部がＸ軸に沿って揺動可能な第１のパンタグラフ機構と、上記基端部に対して上記先端部がＹ軸に沿って揺動可能な第２のパンタグラフ機構との複合パンタグラフ機構によって構成されているとともに、
上記複合パンタグラフ機構は、上記基端部と上記先端部との間の距離が伸縮可能に構成されていることを特徴とする、作業補助装置。
【請求項６】
上記揺動駆動機構は、上記伸縮駆動機構の上記一端部が連結されるベース部材と、このベース部材に対してＹ軸方向に一定距離隔てられ同長でＸ軸方向に延びるように設定された一対の揺動軸と、各揺動軸を一辺とし、各揺動軸の両端に対して回動可能に連結される各２つの長手方向に伸縮可能な揺動アームと、各２つの揺動アームの先端に対して両端が回動可能に連結され、上記各揺動軸と平行かつ同長の可動軸と、からなる一対の平行四辺形リンクと、
上記一対の平行四辺形リンクの各可動軸が回動可能に連結され、各可動軸間の距離を上記一対の揺動軸間距離と同等に保持するとともに上記伸縮駆動機構の上記他端部が連結される可動部材と、を備え、
上記ベース部材と上記伸縮駆動機構の上記一端部、および上記可動部材と上記伸縮駆動機構の上記他端部は、それぞれ、相対揺動可能に連結されているとともに、
上記一対の平行四辺形リンクが上記第１のパンタグラフ機構を構成し、上記ベース部材と上記一対の平行四辺形リンクと上記可動部材とが上記第２のパンタグラフ機構を構成する、請求項５に記載の作業補助装置。
【請求項７】
支持ベースと、
この支持ベースに対して基端部が接続され、この基端部に対して先端部がＸ軸方向に沿って揺動可能な揺動駆動機構と、
この揺動駆動機構の基端部と先端部との間の距離を伸縮させるための伸縮駆動機構と、
上記揺動駆動機構の上記先端部に接続され、作業者が把持してＸＹＺ方向に操作可能な操作部材と、
この操作部材に近接して配置され、この操作部材のＸＺ方向の操作力を個別に検出する操作力検出手段と、
上記操作力検出手段からの操作力検出情報に基づき、上記伸縮駆動機構および／または上記揺動駆動機構を上記操作部材の操作方向への移動を支援するように制御する制御手段と、を備える作業補助装置であって、
上記伸縮駆動機構は、一端部が上記揺動駆動機構の上記基端部に接続される一方、他端部が上記揺動駆動機構の上記先端部に接続されており、
上記揺動駆動機構は、上記基端部に対して上記先端部がＸ軸に沿って揺動可能なパンタグラフ機構によって構成されているとともに、このパンタグラフ機構は、上記基端部と上記先端部との間の距離が伸縮可能に構成されており、
上記支持ベースと上記基端部とは、Ｚ軸回りに相対回転可能とされていることを特徴とする、作業補助装置。
【請求項８】
上記揺動駆動機構は、上記伸縮駆動機構の上記一端部が連結されるベース部材と、このベース部材に対してＹ軸方向に一定距離隔てられ同長でＸ軸方向に延びるように設定された一対の固定アームと、各固定アームを一辺とし、各固定アームの両端に対して回動可能に連結される各２つの長手方向に伸縮可能な揺動アームと、各２つの揺動アームの先端に対して両端が回動可能に連結され、上記各固定アームと平行かつ同長の可動アームと、からなる一対の平行四辺形リンクと、
上記一対の平行四辺形リンクの各可動アームが連結され、各可動アーム間の距離を上記一対の固定アーム間距離と同等に保持するとともに上記伸縮駆動機構の上記他端部が連結される可動部材と、を備え、
上記ベース部材と上記伸縮駆動機構の上記一端部、および上記可動部材と上記伸縮駆動機構の上記他端部は、それぞれ、相対揺動可能に連結されているとともに、
上記一対の平行四辺形リンクが上記パンタグラフ機構を構成する、請求項７に記載の作業補助装置。
【請求項９】
上記ベース部材と上記伸縮駆動機構の上記一端部、および上記可動部材と上記伸縮駆動機構の上記他端部は、それぞれ、ボールジョイントを介して連結されている、請求項６または８に記載の作業補助装置。
【請求項１０】
上記揺動駆動機構は、上記第１および第２のパンタグラフ機構を個別に駆動するための第１および第２の駆動源を備え、
上記第１のパンタグラフ機構は、上記第１の駆動源からの駆動力によって上記揺動アームの１つがその一端の連結部を支軸としてこの支軸回りに回動させられるように構成されているとともに、
上記第２のパンタグラフ機構は、上記第２の駆動源からの駆動力によって上記揺動軸の１つの両端に連結された揺動アームがこの揺動軸回りに回動させられるように構成されている、請求項２または６に記載の作業補助装置。
【請求項１１】
上記第１の駆動源から上記第１のパンタグラフ機構への駆動力の伝達は、上記支軸に一体的に設けられたプーリ、およびこのプーリに掛け回されたベルトを介して行われる、請求項１０に記載の作業補助装置。
【請求項１２】
上記揺動駆動機構は、上記パンタグラフ機構を駆動するための駆動源を備え、
上記パンタグラフ機構は、上記駆動源からの駆動力によって上記揺動アームの１つがその一端の連結部を支軸としてこの支軸回りに回動させられるように構成されている、請求項４または８に記載の作業補助装置。
【請求項１３】
上記操作部材は、上記揺動駆動機構の上記先端部に接続される結合部と、作業対象物を保持するための保持部とを備え、
上記保持部は、上記結合部に対して捻転可能に連結されている、請求項１、３、５、または７のいずれかに記載の作業補助装置。
【請求項１４】
上記保持部は、上記結合部に対してＺ軸回りおよびＸＹ平面内の任意の軸回りに回転動可能に連結されている、請求項１３に記載の作業補助装置。
【請求項１５】
上記Ｚ軸駆動機構は、Ｚ軸方向の一端寄りに設けられたボールねじ機構と、Ｚ軸方向の他端寄りに設けられ、上記ボールねじ機構を駆動するための駆動モータとを備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の作業補助装置。
【請求項１６】
上記伸縮駆動機構は、伸縮方向の一端寄りに設けられたボールねじ機構と、伸縮方向の他端寄りに設けられ、上記ボールねじ機構を駆動するための駆動モータとを備える、請求項５ないし８のいずれかに記載の作業補助装置。
【請求項１７】
上記揺動駆動機構は、上記各２つの揺動アームの中央部に対して両端が回動可能に連結される中間アームと、各中間アームが回動可能に連結され、各中間アーム間の距離を上記一対の揺動軸間距離と同等に保持する中間部材とをさらに備える、請求項２または６に記載の作業補助装置。
【請求項１８】
上記揺動駆動機構は、上記各２つの揺動アームの中央部に対して両端が回動可能に連結される中間アームと、各中間アームが連結され、各中間アーム間の距離を上記一対の固定アーム間距離と同等に保持する中間部材とをさらに備える、請求項４または８に記載の作業補助装置。
【請求項１９】
ベース部材と、このベース部材に対してＹ軸方向に一定間隔隔てられ同長でＸ軸方向に延びるように設定された一対の揺動軸と、各揺動軸を一辺とし、各揺動軸の両端に対して回動可能に連結される各２つの同長の揺動アームと、各２つの揺動アームの先端に対して両端が回動可能に連結され、上記各揺動軸と平行かつ同長の可動軸と、からなる一対の平行四辺形リンクと、
上記一対の平行四辺形リンクの各可動軸が回動可能に連結され、各可動軸間の距離を上記一対の揺動軸間距離と同等に保持する可動部材と、を備え、
上記一対の平行四辺形リンクによって構成され、上記ベース部材に対して上記可動部材がＸ軸に沿って揺動可能な第１のパンタグラフ機構と、
上記ベース部材と上記一対の平行四辺形リンクと上記可動部材とによって構成され、上記ベース部材に対して上記可動部材がＹ軸に沿って揺動可能な第２のパンタグラフ機構とを有することを特徴とする、複合パンタグラフ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業者の操作力に基づいて操作方向への移動を支援し、当該作業者を補助するのに利用することのできる作業補助装置および複合パンタグラフ機構に関する。
【０００２】
作業者の労働負担を軽減するために、作業対象物の重量を支えるとともに操作方向への移動支援を行って、作業者を補助する作業補助装置が知られている。このような作業補助装置としては、たとえば、作業者による操作力をフォースセンサで検出し、この検出情報に基づいてアシスト力を発生させて、所定の三次元空間内において作業対象物を所望の位置に移動させるように構成されたものがある（たとえば、特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１に示された作業補助装置においては、駆動機構としてサーボモータなどの駆動源を利用してＸＹＺの３軸方向に独立して摺動自在な移動ユニットを構成し、この移動ユニットに設けられた操作部材を所定の三次元空間内の所望の位置に移動させている。より具体的には、柱および梁として機能する複数の棒状部材が組み付けられた門型のフレームによって上記所定の三次元空間が形成されており、当該移動ユニットのＸ軸方向およびＹ軸方向への移動については、上記棒状部材に支持されたＸ方向ロッドおよびＹ方向ロッドが個別にＹ軸およびＸ軸に沿って移動可能なＸＹテーブル機構によってなされ、Ｚ軸方向への移動については、ボールねじ機構によってなされる。これら３軸方向への移動は、フォースセンサからの操作力検出情報に基づいて制御される。このような構成によれば、たとえば、上記所定の三次元空間内において比較的に重量の嵩む荷物（作業対象物）を操作部材で保持して運搬するといった作業を行うことができる。
【０００４】
しかしながら、このような作業補助装置では、重量物の運搬には適しているものの、フレームを含めた装置全体の構成が大掛かりであるので、当該装置の導入コストが嵩むとともに設置スペースも大きくなる。また、上記従来の作業補助装置では、大掛かりな装置構成であるために移設するのも容易ではなく、汎用性に欠けるものとなっていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５２６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、構造の簡略化を図ることで導入コストを抑制しつつ、作業対象物を迅速に移動させることができる汎用性の高い作業補助装置、および、そのような作業補助装置の一部を構成するのに適した複合パンタグラフ機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。
【０００８】
本発明の第１の側面によって提供される作業補助装置は、支持ベースと、この支持ベースに対してＺ軸方向に伸縮可能なＺ軸駆動機構と、このＺ軸駆動機構の伸縮端部に対して基端部が接続され、この基端部に対して先端部がＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って揺動可能な揺動駆動機構と、この揺動駆動機構の先端部に接続され、作業者が把持してＸＹＺ方向に操作可能な操作部材と、この操作部材に近接して配置され、この操作部材のＸＹＺ方向の操作力を個別に検出する操作力検出手段と、上記操作力検出手段からの操作力検出情報に基づき、上記Ｚ軸駆動機構および／または上記揺動駆動機構を上記操作部材の操作方向への移動を支援するように制御する制御手段と、を備える作業補助装置であって、上記揺動駆動機構は、上記基端部に対して上記先端部がＸ軸に沿って揺動可能な第１のパンタグラフ機構と、上記基端部に対して上記先端部がＹ軸に沿って揺動可能な第２のパンタグラフ機構との複合パンタグラフ機構によって構成されていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成の作業補助装置においては、操作部材の水平方向への移動を担う揺動駆動機構は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って揺動可能な複合パンタグラフ機構（第１および第２のパンタグラフ駆動機構）を採用している。このように複合パンタグラフ機構によって構成された揺動駆動機構によれば、操作部材の水平方向への移動についてＸＹテーブル機構を採用する従来の構成に比べて、門型のフレームを構成する必要がなく、作業補助装置全体の構造の簡略化を図ることができる。また、門型のフレームを組み付ける構成に比べて、装置を容易に移設することができるので、汎用性の高いものとなる。
【００１０】
本発明の第１の側面における好ましい実施の形態においては、上記揺動駆動機構は、上記Ｚ軸駆動機構の上記伸縮端部に連結されるベース部材と、このベース部材に対してＹ軸方向に一定間隔隔てられ同長でＸ軸方向に延びるように設定された一対の揺動軸と、各揺動軸を一辺とし、各揺動軸の両端に対して回動可能に連結される各２つの同長の揺動アームと、各２つの揺動アームの先端に対して両端が回動可能に連結され、上記各揺動軸と平行かつ同長の可動軸と、からなる一対の平行四辺形リンクと、上記一対の平行四辺形リンクの各可動軸が回動可能に連結され、各可動軸間の距離を上記一対の揺動軸間距離と同等に保持する可動部材と、を備え、上記一対の平行四辺形リンクが上記第１のパンタグラフ機構を構成し、上記ベース部材と上記一対の平行四辺形リンクと上記可動部材とが上記第２のパンタグラフ機構を構成する。
【００１１】
このような構成によれば、操作部材の水平方向への移動を担う複合パンタグラフ機構としては、連動するように構成された一対の平行四辺形リンクが、Ｘ軸に沿って揺動する第１のパンタグラフ機構およびＹ軸に沿って揺動する第２のパンタグラフ機構のいずれにおいても主要な構成要素となっている。すなわち、第１のパンタグラフ機構においては、Ｘ軸方向に沿って延びる揺動軸に対して、一対の平行四辺形リンクを構成するすべての揺動アームが可動部材を介してＸ軸に沿って同調して揺動することにより、揺動軸と平行をなす可動軸およびこの可動軸に対して両端部が回動可能に連結された可動部材は水平姿勢を保持したままＸ軸に沿って揺動する。一方、第２のパンタグラフ機構においては、すべての揺動アームが揺動軸回りに回動することにより、可動部材は水平姿勢を維持したままＹ軸に沿って揺動する。したがって、ベース部材に対する可動部材の動作に着目すると、可動部材は、第１のパンタグラフ機構によって生じるベース部材を中心としてＸ軸に沿う回動動作と、第２のパンタグラフ機構によって生じるベース部材を中心としてＹ軸に沿う回動動作とが合成されて、水平姿勢を維持したまま、ベース部材を中心とする球面上に沿って移動することとなる。このような第１および第２のパンタグラフ機構からなる複合パンタグラフ機構によれば、可動部材をＸＹ方向における所望の位置に配置することができる。このように、連動する一対の平行四辺形リンクを含む独自の構成を採用することにより、揺動駆動機構の先端部として機能する可動部材に接続される操作部材についても、平行四辺形リンクを構成する揺動アームを揺動させるといった簡単な動作により、ＸＹ方向における所望の位置に配置することができる。
【００１２】
本発明の第２の側面によって提供される作業補助装置は、支持ベースと、この支持ベースに対してＺ軸方向に伸縮可能なＺ軸駆動機構と、このＺ軸駆動機構の伸縮端部に対して基端部が接続され、この基端部に対して先端部がＸ軸方向に沿って揺動可能な揺動駆動機構と、この揺動駆動機構の先端部に接続され、作業者が把持してＸＹＺ方向に操作可能な操作部材と、この操作部材に近接して配置され、この操作部材のＸＺ方向の操作力を個別に検出する操作力検出手段と、上記操作力検出手段からの操作力検出情報に基づき、上記Ｚ軸駆動機構および／または上記揺動駆動機構を上記操作部材の操作方向への移動を支援するように制御する制御手段と、を備える作業補助装置であって、上記揺動駆動機構は、上記基端部に対して上記先端部がＸ軸に沿って揺動可能なパンタグラフ機構によって構成されており、上記Ｚ軸駆動機構と上記揺動駆動機構とは、相対回転可能とされていることを特徴としている。
【００１３】
このような構成の作業補助装置においては、操作部材の水平方向への移動を担う揺動駆動機構は、Ｘ軸に沿って揺動可能なパンタグラフ機構を採用している。また、この揺動駆動機構とＺ軸駆動機構とは、相対回転可能とされている。これにより、揺動駆動機構の先端部に接続された操作部材をＸＹ方向における所望の位置に配置することができる。このように、パンタグラフ機構によって構成されるとともにＺ軸駆動機構に対して回転可能な揺動駆動機構によれば、操作部材の水平方向への移動についてＸＹテーブル機構を採用する従来の構成に比べて、門型のフレームを構成する必要がなく、作業補助装置全体の構造の簡略化を図ることができる。また、門型のフレームを組み付ける構成に比べて、装置を容易に移設することができるので、汎用性の高いものとなる。
【００１４】
本発明の第２の側面における好ましい実施の形態においては、上記揺動駆動機構は、上記Ｚ軸駆動機構の上記伸縮端部に連結されるベース部材と、このベース部材に対してＹ軸方向に一定間隔隔てられ同長でＸ軸方向に延びるように固定された一対の固定アームと、各固定アームを一辺とし、各固定アームの両端に対して回動可能に連結される各２つの同長の揺動アームと、各２つの揺動アームの先端に対して両端が回動可能に連結され、上記各固定アームと平行かつ同長の可動アームと、からなる一対の平行四辺形リンクと、上記一対の平行四辺形リンクの各可動アームが連結され、各可動アーム間の距離を上記一対の固定アーム間距離と同等に保持する可動部材と、を備え、上記一対の平行四辺形リンクが上記パンタグラフ機構を構成する。
【００１５】
このような構成によれば、操作部材の水平方向への移動を担うパンタグラフ機構としては、連動するように構成された一対の平行四辺形リンクが主要な構成要素となっている。すなわち、パンタグラフ機構においては、Ｘ軸方向に沿って延びる固定アームに対して、一対の平行四辺形リンクを構成するすべての揺動アームが可動部材を介してＸ軸に沿って同調して揺動することにより、固定アームと平行をなす可動アームおよびこの可動アームに対して両端部が連結された可動部材は水平姿勢を維持したままＸ軸に沿って揺動する。一方、パンタグラフ機構とＺ軸駆動機構とは、相対回転可能に接続されていることから、可動部材は水平姿勢を維持したままＺ軸回りに回転する。したがって、ベース部材に対する可動部材の動作に着目すると、可動部材は、パンタグラフ機構によって生じるベース部材を中心としてＸ軸に沿う回動動作と、Ｚ軸駆動機構に対するパンタグラフ機構の相対回転によって生じるベース部材を通るＺ軸回りの回転動作とが合成されて、水平姿勢を維持したまま、ベース部材を中心とする球面上に沿って移動することとなる。このように、連動する一対の平行四辺形リンクを含む独自の構成を採用することにより、揺動駆動機構の先端部として機能する可動部材に接続される操作部材についても、平行四辺形リンクを構成する揺動アームを揺動させるといった簡単な動作により、ＸＹ方向における所望の位置に配置することができる。
【００１６】
本発明の第３の側面によって提供される作業補助装置は、基端部に対して先端部がＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って揺動可能な揺動駆動機構と、この揺動駆動機構の基端部と先端部との間の距離を伸縮させるための伸縮駆動機構と、上記揺動駆動機構の上記先端部に接続され、作業者が把持してＸＹＺ方向に操作可能な操作部材と、この操作部材に近接して配置され、この操作部材のＸＹＺ方向の操作力を個別に検出する操作力検出手段と、上記操作力検出手段からの操作力検出情報に基づき、上記伸縮駆動機構および／または上記揺動駆動機構を上記操作部材の操作方向への移動を支援するように制御する制御手段と、を備える作業補助装置であって、上記伸縮駆動機構は、一端部が上記揺動駆動機構の上記基端部に接続される一方、他端部が上記揺動駆動機構の上記先端部に接続されており、上記揺動駆動機構は、上記基端部に対して上記先端部がＸ軸に沿って揺動可能な第１のパンタグラフ機構と、上記基端部に対して上記先端部がＹ軸に沿って揺動可能な第２のパンタグラフ機構との複合パンタグラフ機構によって構成されているとともに、上記複合パンタグラフ機構は、上記基端部と上記先端部との間の距離が伸縮可能に構成されていることを特徴としている。
【００１７】
このような構成の作業補助装置においては、操作部材の水平方向への移動を担う揺動駆動機構は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って揺動可能な複合パンタグラフ機構（第１および第２のパンタグラフ駆動機構）を採用している。このように複合パンタグラフ機構によって構成された揺動駆動機構によれば、操作部材の水平方向への移動についてＸＹテーブル機構を採用する従来の構成に比べて、門型のフレームを構成する必要がなく、作業補助装置全体の構造の簡略化を図ることができる。また、門型のフレームを組み付ける構成に比べて、装置を容易に移設することができるので、汎用性の高いものとなる。
【００１８】
加えて、上記構成の作業補助装置では、伸縮駆動機構を揺動駆動機構の占有空間内に配置することができる。このため、上記構成によれば、操作部材のＸＹＺ方向への移動を担う部分（揺動駆動機構および伸縮駆動機構）の占有スペースを小さくすることが可能になり、作業補助装置全体のコンパクト化を図るうえで好適である。
【００１９】
本発明の第３の側面における好ましい実施の形態においては、上記揺動駆動機構は、上記伸縮駆動機構の上記一端部が連結されるベース部材と、このベース部材に対してＹ軸方向に一定距離隔てられ同長でＸ軸方向に延びるように設定された一対の揺動軸と、各揺動軸を一辺とし、各揺動軸の両端に対して回動可能に連結される各２つの長手方向に伸縮可能な揺動アームと、各２つの揺動アームの先端に対して両端が回動可能に連結され、上記各揺動軸と平行かつ同長の可動軸と、からなる一対の平行四辺形リンクと、上記一対の平行四辺形リンクの各可動軸が回動可能に連結され、各可動軸間の距離を上記一対の揺動軸間距離と同等に保持するとともに上記伸縮駆動機構の上記他端部が連結される可動部材と、を備え、上記ベース部材と上記伸縮駆動機構の上記一端部、および上記可動部材と上記伸縮駆動機構の上記他端部は、それぞれ、相対揺動可能に連結されているとともに、上記一対の平行四辺形リンクが上記第１のパンタグラフ機構を構成し、上記ベース部材と上記一対の平行四辺形リンクと上記可動部材とが上記第２のパンタグラフ機構を構成する。
【００２０】
このような構成によれば、操作部材の水平方向への移動を担う複合パンタグラフ機構としては、連動するように構成された一対の平行四辺形リンクが、Ｘ軸に沿って揺動する第１のパンタグラフ機構およびＹ軸に沿って揺動する第２のパンタグラフ機構のいずれにおいても主要な構成要素となっている。すなわち、第１のパンタグラフ機構においては、Ｘ軸方向に沿って延びる揺動軸に対して、一対の平行四辺形リンクを構成するすべての揺動アームが可動部材を介してＸ軸に沿って同調して揺動することにより、揺動軸と平行をなす可動軸およびこの可動軸に対して両端部が回動可能に連結された可動部材は水平姿勢を保持したままＸ軸に沿って揺動する。一方、第２のパンタグラフ機構においては、すべての揺動アームが揺動軸回りに回動することにより、可動部材は水平姿勢を維持したままＹ軸に沿って揺動する。したがって、ベース部材に対する可動部材の動作に着目すると、可動部材は、第１のパンタグラフ機構によって生じるベース部材を中心としてＸ軸に沿う回動動作と、第２のパンタグラフ機構によって生じるベース部材を中心としてＹ軸に沿う回動動作とが合成されて、水平姿勢を維持したまま、ベース部材を中心とする球面上に沿って移動することとなる。したがって、このような第１および第２のパンタグラフ機構からなる複合パンタグラフ機構によれば、平面視において、ＸＹ方向における所望の位置に配置することができる。このように連動する一対の平行四辺形リンクを含む独自の構成を採用することにより、揺動駆動機構の先端部として機能する可動部材に接続される操作部材についても、平行四辺形リンクを構成する揺動アームを揺動させるといった簡単な動作により、ＸＹ方向の所望の位置に配置することができる。
【００２１】
本発明の第４の側面によって提供される作業補助装置は、支持ベースと、この支持ベースに対して基端部が接続され、この基端部に対して先端部がＸ軸方向に沿って揺動可能な揺動駆動機構と、この揺動駆動機構の基端部と先端部との間の距離を伸縮させるための伸縮駆動機構と、上記揺動駆動機構の上記先端部に接続され、作業者が把持してＸＹＺ方向に操作可能な操作部材と、この操作部材に近接して配置され、この操作部材のＸＺ方向の操作力を個別に検出する操作力検出手段と、上記操作力検出手段からの操作力検出情報に基づき、上記伸縮駆動機構および／または上記揺動駆動機構を上記操作部材の操作方向への移動を支援するように制御する制御手段と、を備える作業補助装置であって、上記伸縮駆動機構は、一端部が上記揺動駆動機構の上記基端部に接続される一方、他端部が上記揺動駆動機構の上記先端部に接続されており、上記揺動駆動機構は、上記基端部に対して上記先端部がＸ軸に沿って揺動可能なパンタグラフ機構によって構成されているとともに、このパンタグラフ機構は、上記基端部と上記先端部との間の距離が伸縮可能に構成されており、上記支持ベースと上記基端部とは、Ｚ軸回りに相対回転可能とされていることを特徴としている。
【００２２】
このような構成の作業補助装置においては、操作部材の水平方向への移動を担う揺動駆動機構は、Ｘ軸に沿って揺動可能なパンタグラフ機構を採用している。また、この揺動駆動機構の基端部と支持ベースとは、相対回転可能とされている。これにより、揺動駆動機構の先端部に接続された操作部材をＸＹ方向における所望の位置に配置することができる。このように、パンタグラフ機構によって構成されるとともに支持ベースに対して回転可能な揺動駆動機構によれば、操作部材の水平方向への移動についてＸＹテーブル機構を採用する従来の構成に比べて、門型のフレームを構成する必要がなく、作業補助装置全体の構造の簡略化を図ることができる。また、門型のフレームを組み付ける構成に比べて、装置を容易に移設することができるので、汎用性の高いものとなる。
【００２３】
加えて、上記構成の作業補助装置では、伸縮駆動機構を揺動駆動機構の占有空間内に配置することができる。このため、上記構成によれば、操作部材のＸＹＺ方向への移動を担う部分（揺動駆動機構および伸縮駆動機構）の占有スペースを小さくすることが可能になり、作業補助装置全体のコンパクト化を図るうえで好適である。
【００２４】
本発明の第４の側面における好ましい実施の形態においては、上記揺動駆動機構は、上記伸縮駆動機構の上記一端部が連結されるベース部材と、このベース部材に対してＹ軸方向に一定距離隔てられ同長でＸ軸方向に延びるように設定された一対の固定アームと、各固定アームを一辺とし、各固定アームの両端に対して回動可能に連結される各２つの長手方向に伸縮可能な揺動アームと、各２つの揺動アームの先端に対して両端が回動可能に連結され、上記各固定アームと平行かつ同長の可動アームと、からなる一対の平行四辺形リンクと、上記一対の平行四辺形リンクの各可動アームが連結され、各可動アーム間の距離を上記一対の固定アーム間距離と同等に保持するとともに上記伸縮駆動機構の上記他端部が連結される可動部材と、を備え、上記ベース部材と上記伸縮駆動機構の上記一端部、および上記可動部材と上記伸縮駆動機構の上記他端部は、それぞれ、相対揺動可能に連結されているとともに、上記一対の平行四辺形リンクが上記パンタグラフ機構を構成する。
【００２５】
このような構成によれば、操作部材の水平方向への移動を担うパンタグラフ機構としては、連動するように構成された一対の平行四辺形リンクが主要な構成要素となっている。すなわち、パンタグラフ機構においては、Ｘ軸方向に沿って延びる固定アームに対して、一対の平行四辺形リンクを構成するすべての揺動アームが可動部材を介してＸ軸に沿って同調して揺動することにより、固定アームと平行をなす可動アームおよびこの可動アームに対して両端部が連結された可動部材は水平姿勢を維持したままＸ軸に沿って揺動する。一方、パンタグラフ機構と支持ベースとは、Ｚ軸回りに相対回転可能に接続されていることから、可動部材は水平姿勢を維持したままＺ軸回りに回転する。したがって、ベース部材に対する可動部材の動作に着目すると、可動部材は、パンタグラフ機構によって生じるベース部材を中心としてＸ軸に沿う回動動作と、支持ベースに対するパンタグラフ機構の相対回転によって生じるベース部材を通るＺ軸回りの回転動作とが合成されて、水平姿勢を維持したまま、ベース部材を中心とする球面上に沿って移動することとなる。このように、連動する一対の平行四辺形リンクを含む独自の構成を採用することにより、揺動駆動機構の先端部として機能する可動部材に接続される操作部材についても、平行四辺形リンクを構成する揺動アームを揺動させるといった簡単な動作により、ＸＹ方向における所望の位置に配置することができる。
【００２６】
本発明の第３または第４の側面における好ましい実施の形態においては、上記ベース部材と上記伸縮駆動機構の上記一端部、および上記可動部材と上記伸縮駆動機構の上記他端部は、それぞれ、ボールジョイントを介して連結されている。
【００２７】
このような構成によれば、上記ベース部材ないし上記可動部材と上記伸縮駆動機構との相対揺動可能な連結状態は、簡易な構造によって達成される。
【００２８】
本発明の第１または第３の側面における好ましい実施の形態においては、上記揺動駆動機構は、上記第１および第２のパンタグラフ機構を個別に駆動するための第１および第２の駆動源を備え、上記第１のパンタグラフ機構は、上記第１の駆動源からの駆動力によって上記揺動アームの１つがその一端の連結部を支軸としてこの支軸回りに回動させられるように構成されているとともに、上記第２のパンタグラフ機構は、上記第２の駆動源からの駆動力によって上記揺動軸の１つの両端に連結された揺動アームがこの揺動軸回りに回動させられるように構成されている。
【００２９】
このような構成によれば、構造の簡略化を図りつつ、第１および第２のパンタグラフ機構を適正に作動させることができる。
【００３０】
本発明の第１または第３の側面における好ましい実施の形態においては、上記第１の駆動源から上記第１のパンタグラフ機構への駆動力の伝達は、上記支軸に一体的に設けられたプーリ、およびこのプーリに掛け回されたベルトを介して行われる。
【００３１】
このような構成によれば、第２のパンタグラフ機構の作動によって一対の平行四辺形リンク全体が鉛直方向に対して傾斜し、これにともない支軸が水平方向に対して傾斜する場合においても、支軸に設けられたプーリに掛け回されたベルトが撓むことにより上記傾斜を吸収することができる。すなわち、このように支軸が傾斜する場合でも、第１の駆動源から支軸への駆動力の伝達がベルトを介して適正になされる。
【００３２】
本発明の第２または第４の側面における好ましい実施の形態においては、上記揺動駆動機構は、上記パンタグラフ機構を駆動するための駆動源を備え、上記パンタグラフ機構は、上記駆動源からの駆動力によって上記揺動アームの１つがその一端の連結部を支軸としてこの支軸回りに回動させられるように構成されている。
【００３３】
このような構成によれば、構造の簡略化を図りつつ、パンタグラフ機構を適正に作動させることができる。
【００３４】
好ましい実施の形態においては、上記操作部材は、上記揺動駆動機構の上記先端部に接続される結合部と、作業対象物を保持するための保持部とを備え、上記保持部は、上記結合部に対して捻転可能に連結されている。この場合、上記保持部は、上記結合部に対してＺ軸回りおよびＸＹ平面内の任意の軸回りに回転動可能に連結されているのが好ましい。
【００３５】
このような構成によれば、作業者が手元で操作部材の保持部の姿勢を適宜変更することができる。かかる構成は、本来作業者が持つべき作業対象物として溶接トーチや塗装スプレーガンなど姿勢変更が必要なものを操作部材に支持させる場合において、好適である。
【００３６】
本発明の第１または第３の側面における好ましい実施の形態においては、上記Ｚ軸駆動機構は、Ｚ軸方向の一端寄りに設けられたボールねじ機構と、Ｚ軸方向の他端寄りに設けられ、上記ボールねじ機構を駆動するための駆動モータとを備える。
【００３７】
本発明の第２または第４の側面における好ましい実施の形態においては、上記伸縮駆動機構は、伸縮方向の一端寄りに設けられたボールねじ機構と、伸縮方向の他端寄りに設けられ、上記ボールねじ機構を駆動するための駆動モータとを備える。
【００３８】
本発明の第１または第３の側面における好ましい実施の形態においては、上記揺動駆動機構は、上記各２つの揺動アームの中央部に対して両端が回動可能に連結される中間アームと、各中間アームが回動可能に連結され、各中間アーム間の距離を上記一対の揺動軸間距離と同等に保持する中間部材とをさらに備える。
【００３９】
本発明の第２または第４の側面における好ましい実施の形態においては、上記揺動駆動機構は、上記各２つの揺動アームの中央部に対して両端が回動可能に連結される中間アームと、各中間アームが連結され、各中間アーム間の距離を上記一対の固定アーム間距離と同等に保持する中間部材とをさらに備える。
【００４０】
このような構成によれば、一対の平行四辺形リンクが不当にねじれるといった不都合は防止され、パンタグラフ機構を適切に作動させるうえで好適である。
【００４１】
本発明の第５の側面によって提供される複合パンタグラフ機構は、ベース部材と、このベース部材に対してＹ軸方向に一定間隔隔てられ同長でＸ軸方向に延びるように設定された一対の揺動軸と、各揺動軸を一辺とし、各揺動軸の両端に対して回動可能に連結される各２つの同長の揺動アームと、各２つの揺動アームの先端に対して両端が回動可能に連結され、上記各揺動軸と平行かつ同長の可動軸と、からなる一対の平行四辺形リンクと、上記一対の平行四辺形リンクの各可動軸が回動可能に連結され、各可動軸間の距離を上記一対の揺動軸間距離と同等に保持する可動部材と、を備え、上記一対の平行四辺形リンクによって構成され、上記ベース部材に対して上記可動部材がＸ軸に沿って揺動可能な第１のパンタグラフ機構と、上記ベース部材と上記一対の平行四辺形リンクと上記可動部材とによって構成され、上記ベース部材に対して上記可動部材がＹ軸に沿って揺動可能な第２のパンタグラフ機構とを有することを特徴としている。このような構成の複合パンタグラフ機構は、本発明の第１または第３の側面の作業補助装置における複合パンタグラフ機構の機能をともに担うことができる。
【００４２】
本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明に係る作業補助装置の好ましい実施形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００４４】
図１ないし図４は、本発明の第１の実施形態に係る作業補助装置を表す。図１に表れているように、第１の実施形態に係る作業補助装置Ａ１は、支持ベース１と、この支持ベース１に接続されたＺ軸駆動機構２と、このＺ軸駆動機構２に接続された揺動駆動機構３と、この揺動駆動機構３に接続された操作部材４と、操作力検出手段としてのフォースセンサ５と、制御手段としてのコントローラ（図示略）とを備え、作業対象物の重量を支えるとともに作業者の操作力に基づいて移動方向への駆動支援を行って、当該作業者を補助する機能を有するものである。本実施形態の作業補助装置Ａ１は、溶接作業の補助に用いるのに適した例を示し、作業対象物としては、たとえば、溶接トーチおよびこの溶接トーチにつながる電気やガス供給用のケーブルが挙げられる。なお、以下の説明においては、水平方向のうち互いに直交する２方向をＸ軸およびＹ軸として規定し、鉛直方向をＺ軸として規定している。
【００４５】
支持ベース１は、建物の壁面等に固定する部分であり、本実施形態では、天井面に固定して作業補助装置Ａ１の他の要素を吊り下げ可能に構成されている。
【００４６】
図２に示すように、Ｚ軸駆動機構２は、ボールねじ機構を組み込んだテレスコピックパイプによって構成されており、その全長が所定の範囲内でＺ軸方向に伸縮可能とされている。具体的には、上記テレスコピックパイプは、支持ベース１に接続された外管２１と、この外管２１に内挿された内管２２とからなり、外管２１の内側上端にはモータ２３が固定されている。内管２２の外周および外管２１の内周には、それぞれ、軸方向に沿うキー溝２２ａ，２１ａが形成されており、これらのキー溝２２ａ，２１ａの双方に跨るキー２４が装着されている。キー２４は、キー溝２２ａに対して嵌合固定されているとともに、キー溝に２１ａ対して遊嵌されている。これにより、内管２２は、外管２１に対して、相対回転不能であるとともに軸方向に相対移動可能である。上記ボールねじ機構は、モータ２３の出力軸に連結されるとともに鉛直方向に配置されて回転する雄ねじ軸２５と、内管２２の内周に固定されたナット部材２６とからなる。雄ねじ軸２５は、モータ２３の駆動により正逆方向に回転させられ、このようにして雄ねじ軸２５を回転させることにより、内管２２が昇降させられる。
【００４７】
図３によく表れているように、揺動駆動機構３は、全体として鉛直方向に延びる形態を呈し、その基端部（図中上端部）に対して先端部（図中下端部）をＸ軸およびＹ軸に沿って揺動させるためのものである。揺動駆動機構３は、ベース部材３１と、可動部材３２と、中間部材３３と、これらの部材３１，３２，３３に支持された一対の平行四辺形リンク３４とを備える。ベース部材３１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向において所定の寸法を有する矩形状の平板部３１１と、この平板部３１１のＹ軸方向の両端においてＸ軸方向に沿って固定された一対の円筒部３１２とを有する。ベース部材３１はまた、本発明でいう基端部に相当し、内管２２の下端部に連結されている。可動部材３２および中間部材３３は、ベース部材３１と同様の構成とされており、それぞれ、平板部３２１，３３１および一対の円筒部３２２，３３２を有する。
【００４８】
各平行四辺形リンク３４は、Ｘ軸方向に延びる揺動軸３４１と、２つの揺動アーム３４２と、可動軸３４３と、中間アーム３４４とを有する。揺動軸３４１は、ベース部材３１の円筒部３１２に内挿されるとともに、少なくとも当該内挿された部分が円柱状とされており、当該円筒部３１２に対して、Ｘ軸方向への移動不能かつＸ軸回りに回動可能とされている。２つの揺動アーム３４２は、同長とされており、揺動軸３４１の両端に対して、それぞれの一端がＸ軸に沿って回動可能に連結されている。可動軸３４３は、２つの揺動アーム３４２の他端に対して、両端が回動可能に連結されている。可動軸３４３はまた、可動部材３２の円筒部３２２に内挿されるとともに、少なくとも当該内挿された部分が円柱状とされており、当該円筒部３２２に対して、Ｘ軸方向への移動不能かつＸ軸回りに回動可能とされている。中間アーム３４４は、２つの揺動アーム３４２の中央部に対して、両端が回動可能に連結されている。中間アーム３４４はまた、中間部材３３の円筒部３３２に内挿されるとともに、少なくとも当該内挿された部分が円柱状とされており、当該円筒部３３２に対して、Ｘ軸方向への移動不能かつＸ軸回りに回動可能とされている。
【００４９】
揺動軸３４１および揺動アーム３４２（図３における手前左側）の連結部には、駆動軸３４５が挿通されており、駆動軸３４５の一端には、プーリ３４６が一体的に設けられている。図４に示すように、揺動アーム３４２の連結部の内周には、回動軸方向に沿うキー溝３４２ａが形成されているとともに、駆動軸３４５の外周には軸方向に沿うキー溝３４５ａが形成されており、これらのキー溝３４２ａ，３４５ａの双方に嵌合するキー３４７が装着されている。また、揺動軸３４１と駆動軸３４５の間にはベアリング３４８が介装されている。これにより、駆動軸３４５と揺動アーム３４２とは相対回転不能である一方、駆動軸３４５と揺動軸３４１とは相対回転可能である。
【００５０】
図３における奥側の平行四辺形リンク３４を構成する揺動軸３４１の右端寄りの部位には、プーリ３４９が一体的に設けられている。
【００５１】
そして、上記構成の一対の平行四辺形リンク３４によって第１のパンタグラフ機構が構成されている。この第１のパンタグラフ機構は、駆動軸３４５が回転させられると、図３における手前左側の揺動アーム３４２がＸ軸に沿って駆動軸３４５回りに回動し、また、一対の平行四辺形リンク３４がベース部材３１、可動部材３２、および中間部材３３を介してつながっていることにより、上記駆動軸３４５の回動動作にともなって、すべての揺動アーム３４２が同調してＸ軸に沿って揺動することになる。このような一対の平行四辺形リンク３４の動作により、可動部材３２は、水平姿勢を維持したまま、Ｘ軸に沿って揺動する。ここで、可動部材３２の揺動動作における軌跡は、可動部材３２の中心がベース部材３１の中心回りの円弧上をたどることになる。
【００５２】
また、上記構成のベース部材３１、可動部材３２、中間部材３３、および一対の平行四辺形リンク３４によって第２のパンタグラフ機構が構成されている。この第２のパンタグラフ機構は、図３における奥側の揺動軸３４１が回動させられると、この揺動軸３４１の両端に連結された揺動アーム３４２は、揺動軸３４１回りに回動し、また、一対の平行四辺形リンク３４がベース部材３１、可動部材３２、および中間部材３３を介してつながっていることにより、上記揺動アーム３４２の回動動作にともなって、すべての揺動アーム３４２が同調してＹ軸に沿って揺動することになる。このような一対の平行四辺形リンク３４の動作により、可動部材３２は、水平姿勢を維持したまま、Ｙ軸に沿って揺動する。ここで、可動部材３２の揺動動作における軌跡は、可動部材３２の中心がベース部材３１の中心回りの円弧上をたどることになる。
【００５３】
ベース部材３１には、第１のパンタグラフ機構と第２のパンタグラフ機構とを個別に駆動させるためのモータ３５，３６が設けられている。モータ３５の出力軸には、プーリ３５１が設けられており、このプーリ３５１と駆動軸３４５のプーリ３４６との間にベルト３７が掛け回されている。また、モータ３６の出力軸には、プーリ３６１が設けられており、このプーリ３６１と揺動軸３４１のプーリ３４９との間にベルト３８が掛け回されている。なお、モータ３５およびモータ３６は、本発明でいう第１の駆動源および第２の駆動源の一例に相当する。
【００５４】
操作部材４は、作業者が把持して任意のＸＹＺ方向に操作するためのものであり、揺動駆動機構３の可動部材３２に連結されている。
【００５５】
操作部材４は、図１に表れているように、揺動駆動機構３の可動部材３２に接続される結合部４１と、作業対象物を保持するための保持部４２と、結合部４１および保持部４２をつなぐジョイント部４３とを備える。ジョイント部４３は結合部４１に対して図示しないベアリングなどを介して相対回転可能に連結され、保持部４２は、ジョイント部４３に対して水平方向軸回りに回動可能に連結されている。保持部４２はまた、作業者が直接把持するためのハンドルとして機能する部分でもある。これにより、保持部４２は、結合部４１に対して、ジョイント部４３を介してＺ軸回りおよびＸＹ平面内の任意の軸回りに回転動可能に連結されている。なお、結合部４１と保持部４２とは、たとえばユニバーサルジョイントなどを介して捻転可能に連結することもできる。
【００５６】
本実施形態において、保持部４２には、たとえば作業対象物としての溶接トーチＳがねじ手段などによって取り付けられている。なお、操作部材４の具体的構成は、操作部材４で保持する作業対象物が異なれば、それに応じて適宜変更することができ、たとえば保持部４２としては、開閉動可能な一対の挟み片によって作業対象物を挟持する構成を採用してもよい。
【００５７】
フォースセンサ５は、たとえば、ＸＹＺ軸の３軸方向に加えられた操作力の大きさを個別に検出することが可能な力覚センサによって構成されている。このフォースセンサ５は、たとえば操作部材４の結合部４１に内蔵されており、操作部材４のＸＹＺ軸方向の操作力を個別に検出することが可能となっている。
【００５８】
上記コントローラは、Ｚ軸駆動機構２および揺動駆動機構３の駆動を制御するためのものであり、具体的には、フォースセンサ５からの検出信号（操作力検出情報）に基づき、操作部材４の操作方向への移動を支援するように、Ｚ軸駆動機構２のモータ２３、および揺動駆動機構３のモータ３５，３６へ供給される駆動電力を制御する。
【００５９】
上記コントローラによるモータ２３、およびモータ３５，３６の駆動制御は、たとえば、図５を参照して以下のような手順によって行うことができる。まず、揺動駆動機構３のベース部材３１の中心を基準点Ｐ１、可動部材３２の中心を基準点Ｐ２として設定する。操作部材４に操作力が加わると、フォースセンサ５によって操作力が検出され、当該フォースセンサ５からの検出信号に基づいて所定の演算を実行することにより、単位時間経過後において、基準点Ｐ１が到達するべき位置を原点Ｏと規定するとともに、基準点Ｐ２が到達するべき座標Ｃ（ｘ，ｙ，ｚ）を決定する。座標Ｃが決定すると、可動部材３２のＸ軸方向に沿った揺動角度θ（ＸＺ平面内での振れ角度）については、ｔａｎθ＝ｘ／ｚが成立することから、θ＝ｔａｎ-1（ｘ／ｚ）で表すことができる。可動部材３２のＹ軸方向に沿った揺動角度φ（ＸＹ平面内での振れ角度）については、ｔａｎφ＝ｙ／ｚが成立することから、φ＝ｔａｎ-1（ｙ／ｚ）で表すことができる。また、原点Ｏと座標Ｃとの間の距離をＬとすると、この距離Ｌは、ベース部材３１の中心と可動部材３２の中心との間の距離に相当するので、常に一定である。したがって、座標ＣのＺ座標（ｚ）については、距離Ｌ、Ｘ座標（ｘ）、およびＹ座標（ｙ）を用いると、ｚ＝（Ｌ2−ｘ2−ｙ2）1/2で表すことができる。このｚを上記のθ、φについての関係式に代入すると、θ＝ｔａｎ-1｛ｘ／（Ｌ2−ｘ2−ｙ2）1/2｝、φ＝ｔａｎ-1｛ｙ／（Ｌ2−ｘ2−ｙ2）1/2｝により算出することができる。
【００６０】
一方、ベース部材３１のＺ軸に沿った移動量ζについては、移動前（図５において仮想線で表す）の基準点Ｐ１のＺ座標と移動後の基準点Ｐ２のＺ座標との差をｚ０とすると、ｚ０＝ｚ＋ζが成立することから、ｚに関してＬ、ｘ、およびｙで表した上記関係式を代入して整理し、ζ＝ｚ０−（Ｌ2−ｘ2−ｙ2）1/2により算出することができる。このように可動部材３２の揺動角度θ、φ、およびベース部材３１の移動量ζが決定すれば、これらの値に基づいて、対応するモータ３５，３６，２３の出力軸を、それぞれ、所定の角速度で回転駆動させる。
【００６１】
このような制御を単位時間経過ごとに実行することにより、可動部材３２は、操作部材４に加えられる操作力に応じた位置に移動させられる。そして、操作部材４は可動部材３２の直下に連結されているため、上記コントローラによるモータ２３，３５，３６の駆動制御によって、操作部材４の操作方向への移動が適切に支援される。
【００６２】
次に、上記構成の作業補助装置Ａ１の作用について説明する。
【００６３】
作業補助装置Ａ１を使用して溶接作業を行う際には、溶接トーチＳやこれにつながるケーブル類の重量が操作部材４によって支えられた状態のまま当該操作部材４に操作力を与えると、Ｚ軸駆動機構２および揺動駆動機構３が作動し、操作部材４が適所に移動させられる。このため、作業者においては、溶接トーチＳやケーブル類といった作業対象物を保持する必要がなくなり、また、当該作業対象物の操作方向への移動が支援されることとなって、溶接作業における労働負担が軽減される。
【００６４】
作業補助装置Ａ１においては、操作部材４の水平方向への移動を担う揺動駆動機構３は、Ｘ軸およびＹ軸に沿って揺動可能な複合パンタグラフ機構（第１および第２のパンタグラフ駆動機構）を採用している。このように複合パンタグラフ機構によって構成された揺動駆動機構３によれば、操作部材４の水平方向への移動について、ＸＹテーブル機構を採用する従来の構成に比べて門型のフレームを構成する必要がなく、作業補助装置Ａ１全体の構造の簡略化を図ることができる。また、上記構成の作業補助装置Ａ１は、門型のフレームを組み付ける従来の構成に比べて容易に移設することが可能であり、汎用性の高いものとなる。
【００６５】
また、揺動駆動機構３の第１のパンタグラフ機構においては、Ｘ軸方向に沿って延びる揺動軸３４１に対して、一対の平行四辺形リンク３４を構成するすべての揺動アーム３４２が可動部材３２を介してＸ軸に沿って同調して揺動することにより、揺動軸３４１と平行をなす可動軸３４３およびこの可動軸３４３に対して両端部が回動可能に連結された可動部材３２は水平姿勢を保持したままＸ軸に沿って揺動する。一方、第２のパンタグラフ機構においては、すべての揺動アーム３４２が揺動軸３４１回りに回動することにより、可動部材３２は水平姿勢を維持したままＹ軸に沿って揺動する。したがって、ベース部材３１に対する可動部材３２の動作に着目すると、可動部材３２は、第１のパンタグラフ機構によって生じるベース部材３１を中心としてＸ軸に沿う回動動作と、第２のパンタグラフ機構によって生じるベース部材３１を中心としてＹ軸に沿う回動動作とが合成されて、水平姿勢を維持したまま、ベース部材３１を中心とする球面上に沿って移動することとなる。このような第１および第２のパンタグラフ機構からなる複合パンタグラフ機構によれば、可動部材３２をＸＹ方向の所望の位置に配置することができる。このように、連動する一対の平行四辺形リンク３４を含む独自の構成を採用することにより、揺動駆動機構３の可動部材３２に接続される操作部材４についても、平行四辺形リンク３４を構成する揺動アーム３４２を揺動させるといった簡単な動作により、ＸＹ方向の所望の位置に配置することができる。
【００６６】
加えて、揺動駆動機構３において、上記第１のパンタグラフ機構は、モータ３５からの駆動力によって１つの揺動アーム３４２がその一端の連結部に挿通された駆動軸３４５回りに回動させられる一方、上記第２のパンタグラフ機構は、モータ３６からの駆動力によって１つの揺動軸３４１の両端に連結された揺動アーム３４２がこの揺動軸３４１回りに回動させられる。このような構成によれば、第１および第２のパンタグラフ機構のいずれにおいても、１つの回転軸の回転によって当該第１および第２のパンタグラフ機構を適正に作動させることが可能であり、揺動駆動機構３の構造の簡略化を図ることができる。
【００６７】
また、揺動駆動機構３においては、モータ３５から上記第１のパンタグラフ機構への駆動力の伝達は、駆動軸３４５に一体的に設けられたプーリ３４６、およびこのプーリ３４６に掛け回されたベルト３７を介して行われる。この構成によれば、上記第２のパンタグラフ機構の作動によって一対の平行四辺形リンク３４全体が鉛直方向に対して傾斜し、これにともない駆動軸３４５が水平方向に対して傾斜する場合においても、駆動軸３４５に設けられたプーリ３４６に掛け回されたベルト３７が撓むことにより上記傾斜を吸収することができる。すなわち、このように駆動軸３４５が傾斜する場合でも、モータ３５から駆動軸３４５への駆動力の伝達がベルト３７を介して適正になされる。
【００６８】
揺動駆動機構３を構成する一対の平行四辺形リンク３４においては、各２つの揺動アーム３４２の中央部をつなぐ中間アーム３４４と、これら中間アーム３４４が回動可能に連結された中間部材３３とを備えるため、一対の平行四辺形リンク３４が不当にねじれるといった不都合は防止される。かかる構成は、上記第１および第２のパンタグラフ機構を適切に作動させるうえで好適である。
【００６９】
また、操作部材４においては、揺動駆動機構３に接続される結合部４１と、作業対象物を保持するための保持部４２とが、相対的に捻転可能とされているため、作業者が手元で操作部材４の保持部４２の姿勢を適宜変更することができる。かかる構成は、本来作業者が持つべき作業対象物として溶接トーチＳなどの姿勢変更が必要なものを操作部材４に支持させる場合に好適である。
【００７０】
図６および図７は、本発明の第２の実施形態に係る作業補助装置を表す。第２の実施形態に係る作業補助装置Ａ２は、主に揺動駆動機構３’の構成が上述した第１の実施形態と異なっており、その他の構成は第１の実施形態と同様である。なお、図６以降の図面においては、上記第１の実施形態と同一または類似の要素には、同一の符号を付しており、適宜説明を省略する。
【００７１】
図６は、作業補助装置Ａ２の概略構成を示す斜視図であり、図７は、揺動駆動機構３’を示す斜視図である。本実施形態においては、揺動駆動機構３’はＸ軸に沿ってのみ揺動可能に構成されるとともに、Ｚ軸駆動機構２と揺動駆動機構３’とは、図示しないベアリングを介してＺ軸回りに相対回転可能に接続されている。具体的には、揺動駆動機構３’を構成する一対の平行四辺形リンク３４’においては、固定アーム３４１’、可動アーム３４３’、および中間アーム３４４’は、それぞれ、ベース部材３１、可動部材３２、および中間部材３３に対して固定状態で連結されている。すなわち、固定アーム３４１’、可動アーム３４３’、および中間アーム３４４’は、それぞれ第１の実施形態における揺動軸３４１、可動軸３４３、および中間アーム３４４に対応する部材であるが、これらの部材３４１’、３４３’、３４４’は、ベース部材３１、可動部材３２、および中間部材３３のそれぞれの筒部３１２’、３２２’、３３２’に対して、相対移動不能かつ相対回転不能に内挿されている。このため、一対の平行四辺形リンク３４’は、Ｘ軸に沿ってのみ揺動する。
【００７２】
揺動駆動機構３’においては、一対の平行四辺形リンク３４’が同調してＸ軸に沿ってのみ揺動する機構を備える一方、Ｙ軸に沿って揺動する機構を備えていない。すなわち、揺動機動機構３’は、上記第１の実施形態におけるモータ３６およびこのモータ３６の駆動力の伝達機構を備えていない。このような構成は、上記第１の実施形態に比べて、揺動駆動機構３’の構造の簡略化を図るうえで有利である。
【００７３】
このような構成の作業補助装置Ａ２においては、操作部材４の水平方向への移動を担う揺動駆動機構３’は、Ｘ軸に沿って揺動可能なパンタグラフ機構が採用されている。また、この揺動駆動機構３’とＺ軸駆動機構２とは、Ｚ軸回りに相対回転可能とされている。これにより、揺動駆動機構３’の先端部に接続された操作部材４をＸＹ方向における所望の位置に配置することができる。なお、本実施形態でいうＸ軸とは、Ｚ軸駆動機構２と揺動駆動機構３’とが相対回転しない場合における水平面内の一方向を規定するものであり、実際には、Ｚ軸駆動機構２と揺動駆動機構３’とが相対回転すると、当該回転にともなって一対の平行四辺形リンク３４’の揺動方向は変化する。
【００７４】
図８および図９は、本発明の第３の実施形態に係る作業補助装置を表す。第３の実施形態に係る作業補助装置Ａ３は、上述の第１の実施形態に比べて、Ｚ軸駆動機構２に代えて伸縮駆動機構２”を具備するとともに、揺動駆動機構３”の構成が異なっている。
【００７５】
作業補助装置Ａ３においては、伸縮駆動機構２”および揺動駆動機構３”は並列的に配置されており、かかる点において、上述の第１の実施形態のようなＺ軸駆動機機構２および揺動駆動機構３が直列的に配置された構成とは大きく相違する。
【００７６】
具体的には、図９に表れているように、揺動駆動機構３”を構成する一対の平行四辺形リンク３４”においては、揺動アーム３４２”がテレスコピックパイプによって構成され、長手方向に伸縮可能とされている。
【００７７】
伸縮駆動機構２”は、ボールねじ機構を組み込んだテレスコピックパイプを備えて長手方向に伸縮可能に構成されており、基本的構成において上述の第１の実施形態のＺ軸駆動機構２と同様である。その一方、伸縮駆動機構２”は、揺動駆動機構３”の中間部材３３に形成された貫通孔３３１ａに対して所定の隙間を有するように挿通されるとともに、外管２１の上端部がボールジョイント２７を介してベース部材３１の中央部に連結され、また、内管２２の下端部がボールジョイント２８を介して可動部材３２の中央部に連結されている。これにより、ベース部材３１と外管２１、および可動部材３２と内管２２は、それぞれ、相対揺動可能となっている。
【００７８】
このような構成の作業補助装置Ａ３においては、伸縮駆動機構２”および揺動駆動機構３”が並列的に配置されるとともに、伸縮駆動機構２”は、実質的に揺動駆動機構３”が占有する空間内に配置されている。このため、これらの機構２”，３”について、長手方向の全長寸法を小さくするとともに、その占有スペースをも小さくすることができる。かかる構成は、作業補助装置Ａ３全体のコンパクト化を図るうえで有利である。
【００７９】
作業補助装置Ａ３の稼動時には、揺動駆動機構３”の作動により、可動部材３２がＸＹ方向における所望の位置に配置させられる。それと同時に、伸縮駆動機構２”において、揺動駆動機構３”の可動部材３２の変位に追従しつつ伸縮動作を行うことにより、ベース部材３１と可動部材３２との間の距離を所望に変化させることができる。これにより、可動部材３２に接続された操作部材４は、ＸＹＺ方向の所望の位置に配置される。
【００８０】
図１０および図１１は、本発明の第４の実施形態に係る作業補助装置を表す。第４の実施形態に係る作業補助装置Ａ４は、上述の第２の実施形態に比べて、Ｚ軸駆動機構２に代えて伸縮駆動機構２”を具備するとともに、これにともなって揺動駆動機構３Ａの構成が適宜変更されている。
【００８１】
伸縮駆動機構２”は、ボールねじ機構を組み込んだテレスコピックパイプを備えて長手方向に伸縮可能に構成されており、上述の第３の実施形態の伸縮駆動機構２”と同様の構成を有する。また、伸縮駆動機構２”および揺動駆動機構３Ａの連結構造は、第３の実施形態における伸縮駆動機構２”および揺動駆動機構３’の連結構造と同様である。
【００８２】
揺動駆動機構３Ａは、Ｘ軸に沿ってのみ揺動可能なパンタグラフ機構を有する構成とされており、基本的構成において第２の実施形態の揺動駆動機構３’と同様である。その一方、揺動駆動機構３Ａを構成する一対の平行四辺形リンク３４Ａにおいては、第３の実施形態と同様に、揺動アーム３４２”がテレスコピックパイプによって構成され、長手方向に伸縮可能となっている。中間部材３３の平板部３３１には、伸縮駆動機構２”を挿通させるための貫通孔３３１ａが形成されている。また、揺動駆動機構３Ａの基端部と支持ベース１とは、図示しないベアリングによってＺ軸回りに相対回転可能に接続されている。
【００８３】
このような構成の作業補助装置Ａ４においては、伸縮駆動機構２”および揺動駆動機構３Ａが並列的に配置されるとともに、伸縮駆動機構２”は、実質的に揺動駆動機構３Ａが占有する空間内に配置されている。このため、これらの機構２”，３Ａについて、長手方向の全長寸法を小さくするとともに、その占有スペースをも小さくすることができる。かかる構成は、作業補助装置Ａ４全体のコンパクト化を図るうえで有利である。
【００８４】
作業補助装置Ａ４の稼動時には、揺動駆動機構３Ａの作動により可動部材３２がＸ軸に沿って揺動させられ、また、揺動駆動機構３Ａが支持ベース１に対してＺ軸回りに回転させられることにより、可動部材３２がＸＹ方向における所望の位置に配置させられる。それと同時に、伸縮駆動機構２”において、揺動駆動機構３Ａの可動部材３２の変位に追従しつつ伸縮動作を行うことにより、ベース部材３１と可動部材３２との間の距離を所望に変化させることができる。これにより、可動部材３２に接続された操作部材４は、ＸＹＺ方向の所望の位置に配置される。なお、本実施形態でいうＸ軸とは、揺動駆動機構３Ａが支持ベース１に対して回転しない場合における水平面内の一方向を規定するものであり、実際には、揺動駆動機構３Ａが支持ベース１に対して回転すると、当該回転にともなって一対の平行四辺形リンク３４Ａの揺動方向は変化する。
【００８５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る作業補助装置の各部の具体的な構成は、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。
【００８６】
上記実施形態では、本発明に係る作業補助装置を用いて操作力を支援するための作業対象物として溶接トーチを例に挙げたが、当該作業対象物として電動ドリルや塗装スプレーガンなど他のものを適用してもよい。また、本発明に係る作業補助装置の用途としては、労働作業の補助に限定されるものではなく、たとえば、負傷者、要介護者、筋力低下者などの介護支援装置として、食事、筆記、軽作業の補助などに利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る作業補助装置の概略構成を示す全体斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る作業補助装置におけるＺ軸駆動機構の構造を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る作業補助装置における揺動駆動機構を示す斜視図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】Ｚ軸駆動機構および揺動駆動機構の制御手順の一例を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る作業補助装置の概略構成を示す全体斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る作業補助装置における揺動駆動機構を示す斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る作業補助装置の概略構成を示す全体斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る作業補助装置における、伸縮駆動機構および揺動駆動機構を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る作業補助装置の概略構成を示す全体斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る作業補助装置における、伸縮駆動機構および揺動駆動機構を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８８】
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４      作業補助装置
１        支持ベース
２，２’      Ｚ軸駆動機構
２”      伸縮駆動機構
２３      モータ（駆動モータ）
３，３’，３”，３Ａ      揺動駆動機構
４        操作部材
５        フォースセンサ（操作力検出手段）
３１      ベース部材
３２      可動部材
３４，３４’，３４”，３４Ａ    平行四辺形リンク
３５      モータ（第１の駆動源、駆動源）
３６      モータ（第２の駆動源）
３４１    揺動軸
３４１’  固定アーム
３４２，３４２”    揺動アーム
３４３    可動軸
３４３’  可動アーム
３４５    駆動軸（支軸）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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