JP2016020024A - マスタスレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタスレーブロボット、マスタスレーブロボットの制御プログラム、並びに、マスタスレーブロボットの制御用集積電子回路 - Google Patents
マスタスレーブロボットの制御装置及び制御方法、マスタスレーブロボット、マスタスレーブロボットの制御プログラム、並びに、マスタスレーブロボットの制御用集積電子回路 Download PDFInfo
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Abstract
Description
スレーブアーム機構で作業を行うスレーブアーム、
前記スレーブアーム機構を動作させるように作業者が遠隔により操作するマスタアーム機構を有するマスタアーム、および
制御回路、
を備えるマスタスレーブロボットであって、以下を具備する:
前記マスタアーム機構の位置、姿勢、速度、および角速度からなる群から選択される少なくとも1つを含むマスタ動作情報を取得するマスタ動作情報取得部、
前記作業者の腕の重さを含む身体情報を取得する身体情報取得部、
前記身体情報に含まれる前記作業者の腕の重さが重ければ重いほど、前記スレーブアームが大きく移動するように、前記身体情報に基づいて前記マスタ動作情報を補正するマスタ動作情報補正部、および
前記マスタ動作情報補正部によって補正されたマスタ動作情報に従い、前記スレーブアーム機構を制御するスレーブ制御部。
図1に示すように、スレーブアーム3は、作業台11上の機器10の挿入口9に、ハンド4で把持された微細部品8を挿入する作業を行うロボットである。この作業をカメラなどの撮像装置6で撮像してディスプレイ7に映し出している。このような状況において、作業者(人)1がディスプレイ7に映し出された映像を見ながらマスタアーム2を操作するマスタスレーブロボット100を示している。このマスタスレーブロボット100において、映像の拡大率又はマスタアーム2に対するスレーブアーム3の動作比率を変更すると、それまで見ていた映像とマスタアーム2の操作又は力の感じ方との対応関係が変わり、作業効率又は品質が変わる。
前記マスタアーム機構の位置と、姿勢と、速度と、角速度との少なくとも1つ以上のマスタ動作情報を取得するマスタ動作情報取得部と、
少なくとも前記人の腕の重さを含む前記人の身体情報を取得する身体情報取得部と、
前記身体情報取得部から取得した前記身体情報の前記人の前記腕の重さが重ければ重いほど、前記マスタ動作情報取得部から取得した前記マスタ動作情報の補正量を、前記スレーブアームが大きく移動するように補正することにより補正マスタ動作情報を生成するマスタ動作情報補正部と、
前記マスタ動作情報補正部から取得した前記補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御するスレーブ制御部と、
を備える、マスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記マスタアーム機構の位置と、姿勢と、速度と、角速度との少なくとも1つ以上のマスタ動作情報を取得するマスタ動作情報取得部と、
少なくとも前記人の腕の重さを含む前記人の身体情報を取得する身体情報取得部と、
前記身体情報取得部から取得した前記身体情報の前記人の前記腕の重さが重ければ重いほど、前記マスタ動作情報取得部から取得した前記マスタ動作情報の補正量を、前記スレーブアームが大きく移動するように補正することにより補正マスタ動作情報を生成するマスタ動作情報補正部と、
前記マスタ動作情報補正部から取得した前記補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御するスレーブ制御部と、
前記スレーブ制御部による制御の下に前記スレーブアーム機構が動作するとき、前記スレーブアーム機構に外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記身体情報取得部から取得した前記身体情報の前記人の前記腕の重さが重ければ重いほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きくするように補正することにより補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成された前記補正力情報を前記マスタアーム機構に提示する力情報提示部と、
を備える、マスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記力情報補正部から取得した前記補正力情報を、前記力範囲情報生成部から取得した前記力範囲情報の範囲に収まるように補正することにより範囲補正力情報を生成して、力情報提示部に出力する力情報範囲補正部と、
をさらに備え、
前記力情報提示部は、前記力情報範囲補正部から取得した前記範囲補正力情報を前記スレーブアーム機構に提示する、第2態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記支持情報取得部から取得した前記支持情報を基に、前記支持部分の位置が前記マスタアームを操作している前記人の手に近ければ近いほど前記マスタ動作情報の前記補正量を小さくするように、前記マスタ動作情報補正部から取得した前記マスタ動作情報と前記補正マスタ動作情報に基づいて前記補正量を変更し、支持部補正マスタ動作情報を生成して、前記スレーブ制御部に出力する支持部補正部と、
をさらに備え、
前記スレーブ制御部は、前記支持部補正部から取得した前記支持部補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御する、第1態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記支持情報取得部から取得した前記支持情報を基に、前記支持部分の位置が前記マスタアームを操作している前記人の手に近ければ近いほど前記マスタ動作情報の前記補正量を小さくするように、前記マスタ動作情報補正部から取得した前記マスタ動作情報と前記補正マスタ動作情報、又は、前記力情報補正部から取得した前記力情報と前記補正力情報、に基づいて前記補正量を変更し、支持部補正マスタ動作情報又は支持部補正力情報を生成して、前記スレーブ制御部又は前記力情報提示部に出力する支持部補正部と、
をさらに備え、
前記支持部補正部で前記支持部情報に基づいて前記支持部補正マスタ動作情報を生成して前記スレーブ制御部に出力したときは、前記スレーブ制御部は、前記支持部補正部から取得した前記支持部補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御し、
前記支持部補正部で前記支持部情報に基づいて前記支持部補正力情報を生成して
前記力情報提示部に出力したときは、前記力情報提示部は、前記支持部補正部から取得した前記支持部補正力情報を前記スレーブアーム機構に提示する、第2態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記身体情報取得部から取得した前記身体情報から前記人の腕重さ情報を取得する腕重さ情報取得部と、
前記マスタアーム重さ情報取得部から取得した前記マスタアーム重さ情報と前記腕重さ情報取得部から取得した前記腕重さ情報とを基に、前記マスタアーム重さ情報に対する前記腕重さ情報の割合を算出し、その割合が大きければ大きいほど補正量を大きくするように、前記マスタ動作情報補正部から取得した前記マスタ動作情報と前記補正マスタ動作情報に基づいて前記補正量を変更し、重さ割合補正マスタ動作情報を生成して、前記スレーブ制御部に出力する重さ割合補正部と、
をさらに備え、
前記スレーブ制御部は、前記重さ割合補正部から取得した前記重さ割合補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御する、第1態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記身体情報取得部から取得した前記身体情報から前記人の腕重さ情報を取得する腕重さ情報取得部と、
前記マスタアーム重さ情報取得部から取得した前記マスタアーム重さ情報と前記腕重さ情報取得部から取得した前記腕重さ情報とを基に、前記マスタアーム重さ情報に対する前記腕重さ情報の割合を算出し、その割合が大きければ大きいほど補正量を大きくするように、前記マスタ動作情報補正部から取得した前記マスタ動作情報と前記補正マスタ動作情報、又は、前記力情報補正部から取得した前記力情報と前記補正力情報、に基づいて前記補正量を変更し、重さ割合補正マスタ動作情報又は重さ割合補正力情報を生成して、前記スレーブ制御部又は前記力情報提示部に出力する重さ割合補正部と、
をさらに備え、
前記重さ割合補正部で前記マスタアーム重さ情報と前記腕重さ情報とに基づいて前記重さ割合補正マスタ動作情報を生成して前記スレーブ制御部に出力したときは、前記スレーブ制御部は、前記重さ割合補正部から取得した前記重さ割合補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御し、
前記重さ割合補正部で前記マスタアーム重さ情報と前記腕重さ情報とに基づいて前記重さ割合補正力情報を生成して前記力情報提示部に出力したときは、前記力情報提示部は、前記重さ割合補正部から取得した前記重さ割合補正力情報を前記スレーブアーム機構に提示する、第2態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記利き腕情報が大きいとは、前記人が利き腕で前記マスタアーム機構を操作することを表す、第1〜7態様のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記スレーブアームが大きく移動するように補正することが、移動ゲインを大きくすることと、ローパスフィルタのカットオフ周波数を大きくすることとのうち、いずれか1つ以上の補正を行うことである、第1態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記作業特性情報取得部で取得した前記作業特性情報に基づいて、前記マスタ動作情報補正部から取得した前記補正マスタ動作情報をさらに補正して、作業特性補正マスタ動作情報を生成して、前記スレーブ制御部に出力する作業特性補正部と、
を備え、
前記スレーブ制御部は、前記作業特性補正部から取得した前記作業特性補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御する第1態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記作業特性情報取得部で取得した前記作業特性情報に基づいて、前記マスタ動作情報補正部から取得した前記補正マスタ動作情報、又は、前記力情報補正部から取得した前記補正力情報をさらに補正し、作業特性補正マスタ動作情報又は作業特性補正力情報を生成して、前記スレーブ制御部又は前記力情報提示部に出力する作業特性補正部と、
を備え、
前記作業特性補正部で前記作業特性情報に基づいて前記作業特性補正マスタ動作情報を生成して前記スレーブ制御部に出力したときは、前記スレーブ制御部は、前記作業特性補正部から取得した前記作業特性補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御し、
前記作業特性補正部で前記作業特性情報に基づいて前記作業特性補正力情報を生成して前記力情報提示部に出力したときは、前記力情報提示部は、前記作業特性補正部から取得した前記作業特性補正力情報を前記スレーブアーム機構に提示する第2態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記作業特性補正部において、前記マスタアーム機構が大きく移動する方向ほど前記作業特性補正マスタ動作情報又は前記作業特性補正力情報の補正量を大きくするように補正する、第10又は11態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。これにより、方向情報を基にマスタ動作情報又は力情報を補正し、作業、力提示を行うことによって、作業を行う方向が異なる場合においても、品質及び効率のバラつきを解消することができる。
前記作業特性補正部において、前記作業の対象物が柔軟物の場合、前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記補正マスタ動作情報の補正量を大きくするように補正し、前記対象物が剛体の場合、前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記補正マスタ動作情報の補正量を小さくするように補正する、第10態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記作業特性補正部において、前記作業の対象物が柔軟物の場合、前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記補正マスタ動作情報の補正量を大きく又は前記補正力情報の補正量を小さくするように補正し、前記対象物が剛体の場合、前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記補正マスタ動作情報の補正量を小さく又は前記補正力情報の補正量を大きくするように補正する、第11態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
第1〜14態様のいずれか1つに記載の前記マスタスレーブロボットの制御装置と、
前記スレーブアーム機構を有する前記スレーブアームと、
前記スレーブアーム機構を動作させる前記マスタアーム機構を有する前記マスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを提供する。
前記マスタアーム機構の位置と、姿勢と、速度と、角速度との少なくとも1つ以上のマスタ動作情報をマスタ動作情報取得部で取得し、
少なくとも前記人の腕の重さを含む前記人の身体情報を身体情報取得部で取得し、
前記身体情報取得部から取得した前記身体情報の前記人の前記腕の重さが重ければ重いほど、前記マスタ動作情報取得部から取得した前記マスタ動作情報の補正量を、前記スレーブアームが大きく移動するように補正することにより補正マスタ動作情報をマスタ動作情報補正部で生成し、
前記マスタ動作情報補正部から取得した前記補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構をスレーブ制御部で制御する、
マスタスレーブロボットの制御方法を提供する。
コンピュータを、
前記マスタアーム機構の位置と、姿勢と、速度と、角速度との少なくとも1つ以上のマスタ動作情報を取得するマスタ動作情報取得部と、
少なくとも前記人の腕の重さを含む前記人の身体情報を取得する身体情報取得部と、
前記身体情報取得部から取得した前記身体情報の前記人の前記腕の重さが重ければ重いほど、前記マスタ動作情報取得部から取得した前記マスタ動作情報の補正量を、前記スレーブアームが大きく移動するように補正することにより補正マスタ動作情報を生成するマスタ動作情報補正部と、
前記マスタ動作情報補正部から取得した前記補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御するスレーブ制御部と、
として機能させるための、マスタスレーブロボットの制御プログラムを提供する。
前記マスタアーム機構の位置と、姿勢と、速度と、角速度との少なくとも1つ以上のマスタ動作情報を取得するマスタ動作情報取得部と、
少なくとも前記人の腕の重さを含む前記人の身体情報を取得する身体情報取得部と、
前記身体情報取得部から取得した前記身体情報の前記人の前記腕の重さが重ければ重いほど、前記マスタ動作情報取得部から取得した前記マスタ動作情報の補正量を、前記スレーブアームが大きく移動するように補正することにより補正マスタ動作情報を生成するマスタ動作情報補正部と、
前記マスタ動作情報補正部から取得した前記補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御するスレーブ制御部と、
を備える、マスタスレーブロボットの制御用集積電子回路を提供する。
本発明の第1実施形態における、マスタスレーブロボット100の制御装置101を含むマスタスレーブロボット100の概要について説明する。
マスタアーム2の制御装置102は、マスタ動作情報取得部110と、身体情報取得部111と、マスタ動作情報補正部112と、マスタ入力IF117とで構成されている。
マスタ動作情報取得部110は、マスタアーム機構104の各回転(駆動)軸のエンコーダから入力された値からマスタアーム機構104の位置情報及び姿勢情報をエンコーダ内部の演算部で求め、位置情報及び姿勢情報と内部に内蔵されたタイマからの時間情報をマスタ動作情報として取得する。また、マスタ動作情報取得部110は、取得した位置情報を時間情報で微分することによって、速度情報を取得する。また、マスタ動作情報取得部110は、姿勢情報を時間情報で微分することによって、角速度情報を取得する。図4に、マスタ動作情報取得部110で取得する時間情報と、位置情報と、姿勢情報と、速度情報と、角速度情報とを示す。これらの位置情報と、姿勢情報と、速度情報と、角速度情報とを、マスタアーム機構104の動作情報(マスタ動作情報)は含む。
身体情報取得部111は、マスタ入力IF117から身体情報が入力される。
マスタ動作情報補正部112には、マスタ動作情報取得部110よりマスタアーム機構104の動作情報(マスタ動作情報)と時間情報とが入力され、身体情報取得部111より身体情報が入力される。取得したマスタアーム機構104の動作情報を基に、サンプリング周期毎のマスタアーム機構104のハンド4の移動量を算出する。マスタ動作情報補正部112は、算出した移動量に身体情報から算出したゲイン又はフィルタを掛け、補正マスタ動作情報(移動量指令値)としてスレーブ制御部116に出力する。
また、マスタ入力IF117は、キーボード又はマウス又はタッチパネル又は音声入力などにより作業者1が項目を選択する場合、又は、キーボード又はマウス又はタッチパネル又は音声入力などにより作業者1が数字を入力する場合などに用いられる。
スレーブアーム3の制御装置103は、スレーブ制御部116を含む。
スレーブ制御部116には、マスタ動作情報補正部112から、補正マスタ動作情報と、時間情報とが入力される。スレーブ制御部116は、取得した補正マスタ動作情報に従い、スレーブアーム機構105が移動できるように、指令値を生成する。
マスタアーム機構104において、マスタ動作情報取得部110に内蔵されたタイマを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、マスタアーム機構104の動作情報をマスタアーム機構104の各エンコーダを用いてエンコーダ内部の演算部で求めて、マスタ動作情報取得部110に出力する。
スレーブアーム機構105は、スレーブ制御部116からの指令値に従って制御される。
第1実施形態のマスタスレーブロボット100の操作手順を図12及び図13のフローチャートを用いて説明する。
作業者1の身体特性である腕の重さ情報、握力情報、又は、利き腕情報を基に、マスタ動作情報をマスタ動作情報補正部112で補正し、スレーブ制御部116による制御の下にスレーブアーム機構105で作業を行うことによって、作業者1が異なる場合においても、品質及び効率のバラつきを解消することができる。
本発明の第2実施形態における、マスタスレーブロボット100Bの制御装置101Bを含むマスタスレーブロボット100Bの概要について説明する。
力情報補正部113には、身体情報取得部111より身体情報が入力され、力情報取得部115より力情報と時間情報とが入力される。力情報補正部113は、取得した力情報に身体情報から算出したゲインを掛け、補正力情報として力情報提示部114に出力する。
力情報提示部114は、力情報補正部113より補正力情報と時間情報とが入力される。力情報提示部114では、取得した補正力情報を、マスタアーム機構104Bを介して作業者1に提示するために、補正力情報をマスタアーム機構104Bが出力できるように指令値を生成する。
力センサ5は、スレーブアーム機構105のハンド4の手首部に設置され、対象物が被対象物に接触した際に生じる反力を測定する。ここでは、力3軸トルク3軸の計6軸計測することができる力センサを使用する。なお、1軸以上計測可能な力センサなら任意の力センサを使用することができる。また、力センサ5は、例えば、ひずみゲージ式の力覚センサを用いることによって実現する。
力情報取得部115は、力センサ5から力情報が入力される。図21に、力情報と、時間情報とを示す。時間情報は、力情報取得部115に内蔵されたタイマから取得する。
マスタアーム機構104Bにおいて、マスタ動作情報取得部110に内蔵されたタイマを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、マスタアーム機構104Bの動作情報をマスタアーム機構104Bの各エンコーダを用いてエンコーダ内部の演算部で求めて、マスタ動作情報取得部110に出力する。また、マスタアーム機構104Bは、力情報提示部114からの指令値に従って制御される。
第2実施形態のマスタスレーブロボット100Bの操作手順を図22及び図23のフローチャートを用いて説明する。
作業者1の身体特性である腕の重さ情報、握力情報、又は、利き腕情報を基に、力情報を力情報補正部113で補正し、力情報提示部114でマスタアーム機構104Bを介して作業者1に力提示を行うことによって、作業者1が異なる場合においても、品質及び効率のバラつきを解消することができる。
本発明の第3実施形態における、マスタスレーブロボット100Cの制御装置101Cを含むマスタスレーブロボット100Cの概要について説明する。図24は、本発明の第3実施形態における、マスタスレーブロボット100Cのブロック図を示す。本発明の第3実施形態のマスタアーム2Cにおけるマスタアーム機構104Bと、マスタアーム2Cの制御装置102Cのうちのマスタ動作情報取得部110と、身体情報取得部111と、マスタ動作情報補正部112と、力情報補正部113と、力情報提示部114と、マスタ入力IF117と、スレーブアーム3Bとは、第2実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、第2実施形態と異なる部分(マスタアームの制御装置102Cのうちの力範囲情報生成部121と力情報範囲補正部122)についてのみ、以下、詳細に説明する。
力範囲情報生成部121は、身体情報取得部111から身体情報が入力される。力範囲情報生成部121は、身体情報取得部111から入力された身体情報から、身体情報に応じた力情報の上限値と下限値とで構成される力範囲情報を算出する。
力情報提示部114で小さな力から提示を行い始め、作業者1が始めに感じることができる力の大きさを、下限値とする。その後、力情報提示部114で提示する力を大きくし、作業者1が動かずに耐えられなくなる力の大きさを、上限値とする。このように計測した下限値及び上限値と作業者1の腕の重さ情報とを、記憶部に記憶する。力範囲情報生成部121において、2つ以上の力範囲情報が記憶部に記憶されると、線形近似することによって、他の腕の重さ情報においても力情報提示部114で算出することができる。なお、線形近似に限らず、いかなる近似方法でも可能である。
力情報範囲補正部122は、力情報補正部113から補正力情報と時間情報とが入力され、力範囲情報生成部121から力範囲情報が入力される。力情報範囲補正部122は、入力された補正力情報を、力範囲情報の範囲に収まるように補正することによって、範囲補正力情報を生成する。
第3実施形態のマスタスレーブロボット100Cの補正手順を図28のフローチャートを用いて説明する。
作業者の身体情報毎の上限値及び下限値を用いた力補正を行ない、力提示を行うことによって、作業者1の作業しやすい範囲の力提示で作業を行うことができる。その結果、作業者1が異なる場合においても、効率の良い作業を行うことができる。
本発明の第4実施形態における、マスタスレーブロボット100Dの制御装置101Dを含むマスタスレーブロボット100Dの概要について説明する。図29は、本発明の第4実施形態における、マスタスレーブロボット100Dのブロック図を示す。本発明の第4実施形態のマスタアーム2Dにおけるマスタアーム機構104Bと、マスタアームの制御装置102Dのうちのマスタ動作情報取得部110と、身体情報取得部111と、マスタ動作情報補正部112と、力情報補正部113と、力情報提示部114と、スレーブアーム3Bとは、第2実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、異なる部分(マスタアーム2Dの制御装置102Dのうちの支持情報取得部123と支持部補正部124)についてのみ、以下、詳細に説明する。
支持情報取得部123は、マスタ入力IF117から入力された、作業者1の腕の支持方法である支持情報を取得する。ここで、支持情報とは、作業者1がマスタアーム機構104Bを把持し操作する際の、作業者1の腕を支持部分で支持する支持(固定)方法についての情報を表す。図30A〜図30Cに腕の固定方法の説明図を示す。図30Aは、作業者1の腕の固定無しの場合を示す。図30Bは、作業者1の腕の肘で固定有りの場合(肘が支持部分の一例としての支持台80で支持されている場合)を示す。図30Cは、作業者1の腕の手首で固定有りの場合(手首が支持部分の別の例としての支持台81で支持されている場合)を示す。支持情報の一例として、固定無しが「1」と表し、肘での固定有りが「2」と表し、手首での固定有りが「3」と表す。なお、他の変形例として、さらに、作業者1の腕の支持部分を細かく分けることも可能である。
支持部補正部124は、マスタ動作情報補正部112からマスタ動作情報と補正マスタ動作情報と時間情報とが入力され、力情報補正部113から力情報と補正力情報と時間情報とが入力され、支持情報取得部123から支持情報が入力される。支持部補正部124は、入力された補正マスタ動作情報と、補正力情報とを基に、それぞれ、支持情報に応じて、支持部補正マスタ動作情報と、支持部補正力情報とを生成する。
第4実施形態のマスタスレーブロボット100Dの補正手順を、図33のフローチャートを用いて説明する。
マスタ動作情報補正部112及び力情報補正部113の判定は、それぞれ独立して行われる。
作業者1の腕の固定方法の情報を基に、マスタ動作情報及び力情報を補正し、作業及び力提示を行うことによって、作業者1の操作時の姿勢が異なる場合においても、品質及び効率のバラつきを解消することができる。
本発明の第5実施形態における、マスタスレーブロボット100Eの制御装置101Eを含むマスタスレーブロボット100Eの概要について説明する。図34は、本発明の第5実施形態における、マスタスレーブロボット100Eのブロック図を示す。本発明の第5実施形態のマスタアーム2Eにおけるマスタアーム機構104Bと、マスタアームの制御装置102Eのうちのマスタ動作情報取得部110と、身体情報取得部111と、マスタ動作情報補正部112と、力情報補正部113と、力情報提示部114と、マスタ入力IF117と、スレーブアーム3Bとは、第2実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、第2実施形態と異なる部分(マスタアーム2Eの制御装置102Eのうちのマスタ重さ情報取得部125と腕重さ情報取得部126と重さ割合補正部127)についてのみ、以下、詳細に説明する。
マスタ重さ情報取得部125は、マスタ入力IF117から入力された、マスタアーム機構104Bの重さ情報であるマスタ重さ情報を取得する。マスタ重さ情報として、マスタアーム機構104Bの重さを計測した値を、マスタ入力IF117でマスタ重さ情報取得部125に入力して取得する。例えば、0.3kgのような値となる。また、慣性を計測することによって、マスタアーム機構104Bの重さを算出する方法もある。マスタ重さ情報取得部125は、取得したマスタ重さ情報を重さ割合補正部127に出力する。
腕重さ情報取得部126は、身体情報取得部111から身体情報が入力され、その中から作業者1の腕重さ情報を取得する。例えば、4.5kgのような値となる。腕重さ情報取得部126は、取得した腕重さ情報を重さ割合補正部127に出力する。
重さ割合補正部127は、マスタ動作情報補正部112からマスタ動作情報と補正マスタ動作情報と時間情報とが入力され、力情報補正部113から力情報と補正力情報と時間情報とが入力され、マスタ重さ情報取得部125からマスタ重さ情報が入力され、腕重さ情報取得部126から腕重さ情報が入力される。重さ割合補正部127は、入力された補正マスタ動作情報と、補正力情報とを、それぞれ、マスタ重さ情報と腕重さ情報との割合に応じて、重さ割合補正マスタ動作情報と、重さ割合補正力情報とを生成する。
第5実施形態のマスタスレーブロボット100Eの補正手順を、図36のフローチャートを用いて説明する。
作業者1の腕と、さらにマスタアーム機構104Bの重さを基にマスタ動作情報及び力情報を補正し、作業及び力提示を行うことによって、作業者1の操作するマスタアーム機構104Bが異なる場合においても、品質及び効率のバラつきを解消することができる。
本発明の第6実施形態における、マスタスレーブロボット100Fの制御装置101Fを含むマスタスレーブロボット100Fの概要について説明する。図37は、本発明の第6実施形態における、マスタスレーブロボット100Fのブロック図を示す。本発明の第6実施形態のマスタアーム2Fにおけるマスタアーム機構104Bと、マスタアームの制御装置102Fのうちのマスタ動作情報取得部110と、身体情報取得部111と、マスタ動作情報補正部112と、力情報補正部113と、力情報提示部114と、マスタ入力IF117と、スレーブアーム3Bとは第2実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、第2実施形態と異なる部分(マスタアーム2Fの制御装置102Fのうちの作業特性情報取得部128と作業特性補正部129)についてのみ、以下、詳細に説明する。
作業特性情報取得部128は、マスタ入力IF117から入力された、作業の特性の情報である作業特性情報を取得する。ここで、作業特性情報としては、2種類あり、マスタアーム機構104Bの移動する方向を表す方向情報と、撮像装置6で作業対象物等を拡大して撮像するときの撮像装置6の拡大率を表す拡大率情報とのうち、少なくとも1つ以上の情報である。拡大率は、以下の数式により表される。
(拡大率)=(前記ディスプレイに表示された前記対象物の大きさ)/(前記対象物の実際の大きさ)
作業特性補正部129は、マスタ動作情報補正部112から補正マスタ動作情報と時間情報とが入力され、力情報補正部113から補正力情報と時間情報とが入力され、作業特性情報取得部128から作業特性情報が入力される。作業特性補正部129は、入力された補正マスタ動作情報と、補正力情報とから、作業特性情報に応じて、それぞれ、作業特性補正マスタ動作情報と、作業特性補正力情報とを生成する。
第6実施形態のマスタスレーブロボット100Fの補正手順を、図43のフローチャートを用いて説明する。
作業の方向又は撮像装置の拡大率を基に、マスタ動作情報及び力情報を補正し、作業及び力提示を行うことによって、作業を行う状況が異なる場合においても、品質及び効率のバラつきを解消することができる。
コンピュータを、
前記マスタアーム機構の位置と、姿勢と、速度と、角速度との少なくとも1つ以上のマスタ動作情報を取得するマスタ動作情報取得部と、
少なくとも前記人の腕の重さを含む前記人の身体情報を取得する身体情報取得部と、
前記身体情報取得部から取得した前記身体情報の前記人の前記腕の重さが重ければ重いほど、前記マスタ動作情報取得部から取得した前記マスタ動作情報の補正量を、前記スレーブアームが大きく移動するように補正することにより補正マスタ動作情報を生成するマスタ動作情報補正部と、
前記マスタ動作情報補正部から取得した前記補正マスタ動作情報に従い前記スレーブアーム機構を制御するスレーブ制御部と、
として機能させるための、マスタスレーブロボットの制御プログラムである。
2、2B、2C、2D、2E、2F マスタアーム
3、3B スレーブアーム
4 ハンド
5 力センサ
6 撮像装置
7 ディスプレイ
8 微細部品
80 支持台
81 支持台
9 挿入口(コネクタ)
10 機器
11 作業台
12 対象物
100、100B、100C、100D、100E、100F マスタスレーブロボット101、101B、101C、101D、101E、101F マスタスレーブロボットの制御装置
102、102B、102C、102D、102E、102F マスタアームの制御装置103、103B スレーブアームの制御装置
104、104B マスタアーム機構
105 スレーブアーム機構
110 マスタ動作情報取得部
111 身体情報取得部
112 マスタ動作情報補正部
113 力情報補正部
114 力情報提示部
115 力情報取得部
116 スレーブ制御部
117 マスタ入力IF
121 力範囲情報生成部
122 力情報範囲補正部
123 支持情報取得部
124 支持部補正部
125 マスタ重さ情報取得部
126 腕重さ情報取得部
127 重さ割合補正部
128 作業特性情報取得部
129 作業特性補正部
Claims (13)
- スレーブアーム機構で作業を行うスレーブアーム、
前記スレーブアーム機構を動作させるように作業者が遠隔により操作するマスタアーム機構を有するマスタアーム、および
制御回路、
を備えるマスタスレーブロボットであって、以下を具備する:
前記マスタアーム機構の位置、姿勢、速度、および角速度からなる群から選択される少なくとも1つを含むマスタ動作情報を取得するマスタ動作情報取得部、
前記作業者の腕の重さを含む身体情報を取得する身体情報取得部、
前記身体情報に含まれる前記作業者の腕の重さが重ければ重いほど、前記スレーブアームが大きく移動するように、前記身体情報に基づいて前記マスタ動作情報を補正するマスタ動作情報補正部、および
前記マスタ動作情報補正部によって補正されたマスタ動作情報に従い、前記スレーブアーム機構を制御するスレーブ制御部。 - 請求項1に記載のマスタスレーブロボットであって、さらに以下を具備する:
前記スレーブアーム機構に外部から加えられた力の大きさを含む力情報を取得する力情報取得部、
前記作業者の腕の重さが重ければ重いほど、前記力の大きさを大きくするように前記力情報を補正する力情報補正部、および
前記力情報補正部によって補正された前記力情報に基づいて、前記マスタアームを介して前記作業者の腕に力を提示する力情報提示部。 - 請求項2に記載のマスタスレーブロボットであって、
前記身体情報は、前記作業者の腕が耐えることができる最大の力の大きさを上限値として含んでおり、かつ
前記身体情報は、前記作業者の腕が感じることができる最小の力の大きさを下限値として含んでおり、
前記マスタスレーブロボットは、
前記マスタアームを介して前記作業者の腕に提示される力の大きさが前記上限値および前記下限値の間の範囲に収まるように、前記力情報補正部によって補正された前記力情報をさらに補正する力情報範囲補正部
をさらに具備する。 - 請求項1に記載のマスタスレーブロボットであって、さらに以下を具備する:
前記マスタアームを操作する前記作業者の腕を支持する支持部分の情報を含む支持情報を元に、前記支持部分の位置が前記マスタアームを操作する前記作業者の手に近ければ近いほど前記スレーブアームが小さく移動するように前記マスタ動作情報を補正する支持部補正部、ここで、
前記スレーブ制御部は、前記支持部補正部によって補正されたマスタ動作情報に従い、前記スレーブアーム機構を制御する。 - 請求項1に記載のマスタスレーブロボットであって、さらに以下を具備する:
前記スレーブアーム機構に外部から加えられた力の大きさを含む力情報を取得する力情報取得部、
前記作業者の腕の重さが重ければ重いほど、前記力の大きさを大きくするように前記力情報を補正する力情報補正部、
前記力情報補正部によって補正された前記力情報に基づいて、前記マスタアームを介して前記作業者の腕に力を提示する力情報提示部、および
前記マスタアームを操作する前記作業者の腕を支持する支持部分の情報を含む支持情報を元に、前記支持部分の位置が前記マスタアームを操作する前記作業者の手に近ければ近いほど前記力の大きさを小さくするように前記力情報を補正する支持部補正部、ここで、 前記力情報提示部は、前記支持部補正部によって補正された前記力情報に基づいて、前記マスタアームを介して前記作業者の腕に力を提示する。 - 請求項1に記載のマスタスレーブロボットであって、ここで、
前記マスタアームは取替え可能であって、かつ
前記マスタスレーブロボットの制御装置は、前記マスタアームが重ければ重いほど、前記スレーブアームは小さく移動するように前記マスタ動作情報を補正する重さ割合補正部をさらに具備する。 - 請求項2に記載のマスタスレーブロボットであって、ここで、
前記力情報は、前記マスタアームの移動方向に沿ったマスタアーム移動方向成分量、前記マスタアームの移動方向に直交する第1方向に沿ったマスタアーム第1直交方向成分量、および前記マスタアームの移動方向に直交する第2方向に沿ったマスタアーム第2直交方向成分量から構成され、
前記第1方向および前記第2方向は互いに直交し、
前記マスタスレーブロボットの制御装置は、前記マスタアーム第1直交方向成分量およびマスタアーム第2直交方向成分量を変化させずに前記マスタアーム移動方向成分量が大きくなるように前記力情報を補正する作業特性補正部をさらに具備し、
前記力情報提示部は、前記作業特性補正部によって補正された前記力情報に基づいて、前記マスタアームを介して前記作業者の腕に力を提示する。 - 請求項1に記載のマスタスレーブロボットであって、さらに以下を具備する:
前記スレーブアーム機構によってなされる作業の対象物の映像を撮像する撮像素子、
前記映像を前記作業者に映し出すディスプレイ、
前記作業者の作業特性情報を取得する作業特性情報取得部、および
前記作業特性情報に基づいて、前記マスタ動作情報補正部によって補正されたマスタ動作情報をさらに補正する作業特性補正部、ここで
前記作業特性情報が、前記映像の拡大率を含み、
前記拡大率は、以下の式により定義され、
(拡大率)=(前記ディスプレイに表示された前記対象物の大きさ)/(前記対象物の実際の大きさ)
前記作業特性補正部は、前記対象物が柔軟物である場合には、前記拡大率が大きいほど前記スレーブアームが大きく移動するように前記マスタ動作情報を補正し、
前記作業特性補正部は、前記対象物が剛体である場合には、前記拡大率が大きいほど前記スレーブアームが小さく移動するように前記マスタ動作情報を補正し、かつ
前記スレーブ制御部は、前記作業特性補正部によって補正されたマスタ動作情報に従い、前記スレーブアーム機構を制御する。 - 請求項1に記載のマスタスレーブロボットであって、
前記身体情報は、前記作業者の腕の握力を含んでおり、かつ
マスタ動作情報補正部は、前記身体情報に含まれる前記作業者の腕の握力が大きければ大きいほど、前記スレーブアームが大きく移動するように、前記身体情報に基づいて前記マスタ動作情報を補正する。 - 請求項1に記載のマスタスレーブロボットであって、
前記身体情報は、前記作業者の利き腕の情報を含んでおり、かつ
マスタ動作情報補正部は、前記マスタアームが前記作業者の利き腕によって作業されている場合には前記スレーブアームが大きく移動するように、前記身体情報に基づいて前記マスタ動作情報を補正し、かつ
マスタ動作情報補正部は、前記マスタアームが前記作業者の利き腕とは反対の腕によって作業されている場合には前記スレーブアームが小さく移動するように、前記身体情報に基づいて前記マスタ動作情報を補正する。 - スレーブアーム機構で作業を行うスレーブアーム、
前記スレーブアーム機構を動作させるように作業者が遠隔により操作するマスタアーム機構を有するマスタアーム、および
制御回路、
を備えるマスタスレーブロボットを制御する方法であって、以下を具備する:
前記マスタアーム機構の位置、姿勢、速度、および角速度からなる群から選択される少なくとも1つを含むマスタ動作情報を取得する工程、
前記作業者の腕の重さを含む身体情報を取得する工程、
前記身体情報に含まれる前記作業者の腕の重さが重ければ重いほど、前記スレーブアームが大きく移動するように、前記身体情報に基づいて前記マスタ動作情報を補正する工程、および
前記マスタ動作情報補正部によって補正されたマスタ動作情報に従い、前記スレーブアーム機構を制御する工程。 - スレーブアーム機構で作業を行うスレーブアーム、
前記スレーブアーム機構を動作させるように作業者が遠隔により操作するマスタアーム機構を有するマスタアーム、および
制御回路、
を備えるマスタスレーブロボットを制御するためのプログラムであって、
コンピュータを、
前記マスタアーム機構の位置、姿勢、速度、および角速度からなる群から選択される少なくとも1つを含むマスタ動作情報を取得するマスタ動作情報取得部、
前記作業者の腕の重さを含む身体情報を取得する身体情報取得部、
前記身体情報に含まれる前記作業者の腕の重さが重ければ重いほど、前記スレーブアームが大きく移動するように、前記身体情報に基づいて前記マスタ動作情報を補正するマスタ動作情報補正部、および
前記マスタ動作情報補正部によって補正されたマスタ動作情報に従い、前記スレーブアーム機構を制御するスレーブ制御部
として機能させるための、プログラム。 - スレーブアーム機構で作業を行うスレーブアーム、および
前記スレーブアーム機構を動作させるように作業者が遠隔により操作するマスタアーム機構を有するマスタアーム、
を備えるマスタスレーブロボットの制御回路であって、以下を具備する:
前記マスタアーム機構の位置、姿勢、速度、および角速度からなる群から選択される少なくとも1つを含むマスタ動作情報を取得するマスタ動作情報取得部、
前記作業者の腕の重さを含む身体情報を取得する身体情報取得部、
前記身体情報に含まれる前記作業者の腕の重さが重ければ重いほど、前記スレーブアームが大きく移動するように、前記身体情報に基づいて前記マスタ動作情報を補正するマスタ動作情報補正部、および
前記マスタ動作情報補正部によって補正されたマスタ動作情報に従い、前記スレーブアーム機構を制御するスレーブ制御部。
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