JP4378517B2 - Robot arm control device for round handle valve operation - Google Patents

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本発明は器用さを要求される作業のひとつである丸型ハンドルを操作してバルブの開放、閉鎖を実現するのに必要な一連の動作を実現する機能を実装した丸型ハンドルバルブ操作装置に関するものである。 The present invention relates to a round handle valve operating device having a function for realizing a series of operations necessary for opening and closing a valve by operating a round handle, which is one of the tasks requiring dexterity. Is.

プラントなどでは、配管内を流れる液体や気体の制御に多くの丸型ハンドルバルブを利用しており、丸型ハンドルバルブ操作は、人の手により実行されている。   In plants and the like, many round handle valves are used to control liquids and gases flowing in the piping, and the round handle valve operations are performed by human hands.

しかし、プラントにおけるコスト削減を実現するには、バルブ操作員を削減する必要がある。また、原子力プラント、宇宙空間、深海などの極限環境下では、人が直接丸型ハンドルバルブを操作するには放射線の影響など危険性が極めて高い。   However, it is necessary to reduce the number of valve operators in order to realize cost reduction in the plant. Also, in extreme environments such as nuclear power plants, outer space, and deep sea, it is extremely dangerous for humans to directly operate a round handle valve, such as the effects of radiation.

この改善策として、バルブに駆動機構を付加する方法や、遠隔地からバルブを開閉する装置が開発されているが、既に使用されているバルブに適用するには、追加部品の設置などが必要となる（特許文献１、２参照）。さらに、ロボットなどによる丸型ハンドルバルブ操作の実現も考えられているが、ロボットのハンドと丸型ハンドルバルブの位置・姿勢誤差問題を解決することができていない。
特開平３−１９３６５号公報 特開２０００−５５２３５号公報 As measures to improve this, a method of adding a drive mechanism to the valve and a device for opening and closing the valve from a remote location have been developed. However, in order to apply to a valve already in use, it is necessary to install additional parts. (See Patent Documents 1 and 2). Further, although it is considered to realize a round handle valve operation by a robot or the like, the position / posture error problem between the robot hand and the round handle valve cannot be solved.
Japanese Patent Laid-Open No. 3-19365 JP 2000-55235 A

解決しようとする課題は、既に幅広く使用されている丸型ハンドルバルブを人の代わりに操作できる特性を有し、丸型ハンドルバルブを操作するハンドと丸型ハンドルバルブ間に位置・姿勢誤差があっても丸型ハンドルバルブ操作を実現できる特性を有するよう、丸型ハンドルバルブ操作に必要な一連の動作を実現する機能（以下、「タスクスキル」ともいう）を実装した丸型ハンドルバルブ操作装置の確立である。 The problem to be solved is that a round handle valve that is already widely used can be operated on behalf of a person, and there is a position / posture error between the hand that operates the round handle valve and the round handle valve. However, a round handle valve operating device equipped with a function (hereinafter also referred to as “task skill”) that implements a series of operations required for round handle valve operation so as to have a characteristic capable of realizing round handle valve operation. It is establishment.

本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用する。   The present invention employs the following means in order to solve the above problems.

本発明の丸型ハンドルバルブ操作用ロボットアーム制御装置は、力センサ及びカメラの映像情報に基づいて、多指ハンドを有する多関節ロボットアームを制御することにより、丸型ハンドルバルブの操作を行うロボットアーム制御装置において、前記カメラの映像情報に基づいて前記ロボットアームと前記丸形ハンドルバルブの軸方向をある程度一致させた上で、以後行う前記丸形ハンドルバルブの操作を、（ａ）接近・接触動作、（ｂ）挿入穴探索動作、（ｃ）挿入穴への挿入動作、（ｄ）押し付け動作、（ｅ）力解除動作、（ｆ）バルブ開閉動作及び（ｇ）離脱動作に分類する。The robot arm control device for operating a round handle valve according to the present invention is a robot that operates a round handle valve by controlling an articulated robot arm having a multi-fingered hand based on image information of a force sensor and a camera. In the arm control device, after the axial direction of the robot arm and the round handle valve is matched to some extent based on the video information of the camera, the subsequent operation of the round handle valve is performed as follows: It is classified into operation, (b) insertion hole search operation, (c) insertion operation into insertion hole, (d) pressing operation, (e) force release operation, (f) valve opening / closing operation, and (g) detachment operation.
そして、これらの動作（ａ）ないし（ｇ）のそれぞれを実現するために、ロボットアーム各軸の制御に、次のようにインピーダンス制御、力制御を割り当てた。And in order to implement | achieve each of these operation | movement (a) thru | or (g), impedance control and force control were allocated to the control of each axis | shaft of a robot arm as follows.
（ａ）接近・接触動作(A) Approach / contact operation
ロボットアームの全軸について、接近方向と逆向きに所定の力が生じるまでインピーダンス制御。Impedance control is performed on all axes of the robot arm until a predetermined force is generated in the direction opposite to the approaching direction.
（ｂ）挿入穴探索動作(B) Insertion hole search operation
丸形ハンドルバルブに接近する方向の軸については、接近方向に所定の力が生じるまで力制御、その他の軸についてはインピーダンス制御。For the shaft in the direction approaching the round handle valve, force control is performed until a predetermined force is generated in the approach direction, and impedance control is performed for the other shafts.
（ｃ）挿入穴への挿入動作(C) Insertion operation into the insertion hole
接近方向と逆向きに所定の力が生じるまで、全軸についてインピーダンス制御。Impedance control for all axes until a predetermined force is generated in the direction opposite to the approaching direction.
（ｄ）押し付け動作(D) Pushing operation
接近方向と逆向きに所定の力を維持したまま、丸形ハンドルバルブに接近する方向の軸については所定時間力制御、その他の軸についてはインピーダンス制御。While maintaining a predetermined force in the direction opposite to the approaching direction, force control is performed for a predetermined time for the axis in the direction approaching the round handle valve, and impedance control is performed for the other axes.
（ｅ）力解除動作(E) Force release operation
接近方向と逆向きの力が０となるまで、全軸について力制御。Force control is performed on all axes until the force in the direction opposite to the approaching direction becomes zero.
（ｆ）バルブ開閉動作(F) Valve opening / closing operation
回転方向と逆向きに所定の力が生じるまで、全軸についてインピーダンス制御Impedance control for all axes until a predetermined force is generated in the direction opposite to the rotation direction
（ｇ）離脱動作(G) Removal operation
丸形ハンドルバルブから所定の距離離脱方向に移動するまで、全軸について力制御。Force control is performed on all axes until it moves away from the round handle valve in a predetermined distance.

タスクスキルによる丸型ハンドルバルブ操作装置は、ロボットと、力センサと、ハンドと、カメラと、ロボットを制御する制御装置と、力センサ情報を取得する装置と、ハンドを制御する制御装置と、カメラを制御する制御装置と、インピーダンス制御を利用したタスクスキルを実装するタスクスキル実装装置と、を有する。   A round handle valve operating device based on task skills includes a robot, a force sensor, a hand, a camera, a control device that controls the robot, a device that acquires force sensor information, a control device that controls the hand, and a camera. And a task skill implementation device that implements task skills using impedance control.

ロボットは多関節方式であり、ロボットを駆動するモータの電流を利用して力センサの代わりに利用することができるようにした。   The robot is a multi-joint system and can be used in place of the force sensor by using the current of the motor that drives the robot.

本発明に係る、タスクスキルによる丸型ハンドルバルブ操作用ロボットアーム制御装置を備えた丸形ハンドルバルブ操作装置によれば、操作対象である丸型ハンドルの位置を位置誤差無しに正確に計測する必要が無くなり、既に使用されている丸型ハンドルバルブの操作を人に代わって実行することができるため、コスト削減に貢献するだけでなく、原子力プラントなど非常に危険な環境でも丸型ハンドルバルブ操作を実現できるという利点がある。 According to the round handle valve operating device provided with the robot arm control device for round handle valve operation by task skill according to the present invention, it is necessary to accurately measure the position of the round handle that is the operation target without a position error. Since the operation of the round handle valve that has already been used can be performed on behalf of a person, not only does this contribute to cost reduction, but also the operation of the round handle valve is possible in extremely dangerous environments such as nuclear power plants. There is an advantage that it can be realized.

本発明に係るタスクスキルによる丸型ハンドルバルブ操作装置を実施するための最良の形態を以下に説明する。まず、本発明の概念及び特徴を簡単に説明すると、本発明におけるタスクスキルは、ロボットがある基本動作を実行できるようにさせるだけでなく、丸型ハンドルバルブを閉める、ナットを組付けるなどの動作を表す上位言語のレベルから再利用可能なモジュールである。   BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out a round handle valve operating device with task skills according to the present invention will be described below. First, the concept and features of the present invention will be briefly described. The task skill in the present invention not only enables the robot to perform a certain basic operation, but also operations such as closing a round handle valve and attaching a nut. This is a module that can be reused from the level of a higher language that represents

該タスクスキルのモデルは、初期条件、タスクスキル動作、終了条件から構成され、該タスクスキルのモデルは、一連の状態遷移を実現するものであることを特徴とする。本発明では、丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルにおけるタスクスキル動作に、インピーダンスと力のハイブリッド制御、またはインピーダンス制御が実装（適用）される点を特徴とする。   The task skill model is composed of an initial condition, a task skill action, and an end condition, and the task skill model realizes a series of state transitions. The present invention is characterized in that hybrid control of impedance and force or impedance control is implemented (applied) in the task skill operation in the round handle valve operation task skill.

即ち、本発明における丸型ハンドルバルブ操作装置では、タスクスキル動作を、インピーダンスと力のハイブリッド制御、またはインピーダンス制御に基づいて行うプログラムが実装されたタスクスキル実装装置（具体的にはタスクスキルを実行するプログラムが実装されたコンピュータ）を備えている。   In other words, in the round handle valve operating device according to the present invention, a task skill implementation device (specifically, a task skill is executed) in which a program for performing task skill operation based on impedance / force hybrid control or impedance control is implemented. Computer).

タスクスキル動作にインピーダンスと力のハイブリッド制御を実装（適用）することにより、自由空間での軌道追従性を確保し、対象物や環境との位置誤差に対しても過大な力が発生することを防止できる点が主な特徴である。そして、位置と姿勢のそれぞれ軸に対し操作者の意図に合わせてインピーダンス制御と力制御を適用できる点も特徴である。   By implementing (applying) hybrid control of impedance and force for task skill operation, it is possible to ensure trajectory followability in free space and generate excessive force even with respect to position errors with objects and the environment. The main feature is that it can be prevented. Another feature is that impedance control and force control can be applied to the position and orientation axes in accordance with the intention of the operator.

さらに、タスクスキル動作にインピーダンスと力のハイブリッド制御を実装する場合、ひとつの軸においてインピーダンス制御から力制御、あるいは力制御からインピーダンス制御に切り替えるとき、制御の安定化問題が生じるが、タスクスキル動作にインピーダンス制御を実装すると、このような制御の切り替え問題がなくなることも本発明の特徴である。   Furthermore, when implementing hybrid control of impedance and force for task skill operation, when switching from impedance control to force control, or from force control to impedance control on one axis, control stabilization problems occur. It is also a feature of the present invention that implementation of impedance control eliminates such control switching problems.

ここで、本発明に係るタスクスキルによる丸型ハンドルバルブ操作装置を実施するための最良の形態を、より詳細に説明するために、タスクスキル動作にインピーダンスと力のハイブリッド制御を利用した実施例１及びタスクスキル動作にインピーダンス制御を利用した実施例２に基づいて、図面を参照して、以下説明する。   Here, in order to explain the best mode for carrying out the round handle valve operating device by the task skill according to the present invention in more detail, Example 1 using hybrid control of impedance and force for task skill operation And based on Example 2 which utilized impedance control for task skill operation | movement, it demonstrates below with reference to drawings.

なお、図４は実施例１を説明する図であり、図５は実施例２を説明する図であるが、図１〜３は、実施例１及び実施例２に共通な図である。   4 is a diagram for explaining the first embodiment and FIG. 5 is a diagram for explaining the second embodiment. FIGS. 1 to 3 are diagrams common to the first and second embodiments.

図１は、本発明に関わるタスクスキル動作にインピーダンスと力のハイブリッド制御を利用したタスクスキルによる丸型ハンドルバルブ操作装置１の全体構成図である。タスクスキル実行装置１０は、ロボット２（本実施例１ではロボットアーム）、力センサ３、ハンド４、カメラ５、ロボット制御装置６、ハンド制御装置７、力センサ情報取得装置８、カメラ制御装置９を有する。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of a round handle valve operating device 1 based on a task skill using hybrid control of impedance and force for task skill operation according to the present invention. The task skill execution device 10 includes a robot 2 (a robot arm in the first embodiment), a force sensor 3, a hand 4, a camera 5, a robot control device 6, a hand control device 7, a force sensor information acquisition device 8, and a camera control device 9. Have

ロボット２は、多関節方式であり、ロボット制御装置６による位置制御で動作する。さらに、ロボット２を駆動するモータの電流を利用して力センサ３の代わりに利用することもできる。これは、ハンドの手先で摘む場合に抗力（負荷）が大きいと、摘むためのハンドの手先を駆動するモータの電流が大きくなるので、それにより当該力の大きさが分かる、ということを利用するものである。また、ハンド４の手先位置は、ロボット２の関節に設置されている関節角度計測装置（例、ポテンショメータ）により計算できることは周知技術である。   The robot 2 is an articulated system and operates by position control by the robot control device 6. Further, the current of the motor that drives the robot 2 can be used instead of the force sensor 3. This uses the fact that if the drag (load) is large when picking with the hand of the hand, the current of the motor that drives the hand of the hand for picking will increase, so that the magnitude of the force can be understood. It is. It is a well-known technique that the hand position of the hand 4 can be calculated by a joint angle measuring device (eg, potentiometer) installed at the joint of the robot 2.

ハンド４は、多指ハンドであり、ハンド制御装置７により指先が位置制御で動作する。   The hand 4 is a multi-fingered hand, and the fingertip operates by position control by the hand control device 7.

タスクスキル実行装置１０は、ロボット制御装置６に送信するロボット２の目標手先位置指令値と、ハンド制御装置７に送信するハンド４の目標指位置指令値を、タスクスキル実装装置１１（具体的にはタスクスキルを実行するプログラムが実装されたコンピュータ）から受信する。   The task skill execution device 10 receives the target hand position command value of the robot 2 to be transmitted to the robot control device 6 and the target finger position command value of the hand 4 to be transmitted to the hand control device 7. Is received from a computer on which a program for executing task skills is implemented.

そして、タスクスキル実行装置１０は、ロボット制御装置６で計算されるロボット２の現在手先位置情報と、力センサ情報取得装置８で取得する力センサ３の情報と、ハンド制御装置７で計算されるハンド４の現在指位置情報と、カメラ制御装置９で取得するカメラ５の映像を、タスクスキル実装装置１１へ送信する。   Then, the task skill execution device 10 is calculated by the current hand position information of the robot 2 calculated by the robot control device 6, the information of the force sensor 3 acquired by the force sensor information acquisition device 8, and the hand control device 7. The current finger position information of the hand 4 and the video of the camera 5 acquired by the camera control device 9 are transmitted to the task skill mounting device 11.

タスクスキル実装装置１１は、丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルが実装されている。タスクスキルは、初期条件、タスクスキル動作、終了条件からなる一連の状態遷移を実現し、初期条件および終了条件はロボット２の位置、力センサ３の値、ハンド４の位置、カメラ５の映像情報で記述され、タスクスキル動作はインピーダンスと力のハイブリッド制御で記述される。   The task skill mounting apparatus 11 has a round handle valve operation task skill. The task skill realizes a series of state transitions including an initial condition, a task skill operation, and an end condition. The initial condition and the end condition are the position of the robot 2, the value of the force sensor 3, the position of the hand 4, and the video information of the camera 5. The task skill movement is described by hybrid control of impedance and force.

タスクスキル動作が記述されるインピーダンスと力のハイブリッド制御において、インピーダンス制御での慣性ゲインをすべて 0.5 [kg]、ダンピングゲインを並進軸 200.0 [Ns/m]、 回転軸10.0 [Nm/(rad/s)]、剛性ゲインを並進軸500.0 [N/m]、 回転軸5.0 [Nm/rad]とし、力制御でのゲインを並進軸 0.0005 [m/N]、回転軸 0.05 [rad/Nm]とする。   In the impedance and force hybrid control in which task skill movement is described, the inertia gain in the impedance control is 0.5 [kg], the damping gain is 200.0 [Ns / m], the rotation axis is 10.0 [Nm / (rad / s )], The stiffness gain is 500.0 [N / m] for the translation axis, 5.0 [Nm / rad] for the rotation axis, the translation control gain is 0.0005 [m / N], and the rotation axis is 0.05 [rad / Nm]. .

図２は、ハンド４による丸型ハンドルバルブ１２の開放、閉鎖作業の概要図である。丸型ハンドルバルブ１２は環境に固定される。Σhはハンド４に固定されたハンド座標系であり、点０が原点である。Σcは丸型ハンドルバルブ１２に固定された丸型ハンドルバルブ座標系であり、点Cが原点である。ロボット２の手先座標系は、ハンド４のハンド座標系Σhと一致する。   FIG. 2 is a schematic view of opening and closing operations of the round handle valve 12 by the hand 4. The round handle valve 12 is fixed to the environment. Σh is a hand coordinate system fixed to the hand 4, and the point 0 is the origin. Σc is a round handle valve coordinate system fixed to the round handle valve 12, and the point C is the origin. The hand coordinate system of the robot 2 matches the hand coordinate system Σh of the hand 4.

ハンド４を動かすタスクスキル動作は、タスクスキル動作座標系Σsで記述され、制御点はハンド４の点Oとするため、ハンド４に力、モーメントが作用しない場合には、ハンド４の点Oがハンド４のインピーダンス中心となる。Σsは、Σhを基準として決定され、原点も点Oと一致する。   The task skill movement that moves the hand 4 is described in the task skill movement coordinate system Σs, and the control point is the point O of the hand 4, so when no force or moment acts on the hand 4, the point O of the hand 4 is It becomes the impedance center of the hand 4. Σs is determined based on Σh, and the origin also coincides with the point O.

ここで、ハンド４が移動すると同時にΣhも移動するため、ある時点でのΣhをΣsと設定し、Σhが引き続き移動したとしてもΣsは設定された時点の位置に固定される。また、一度ΣsがΣhにより設定され、Σsを基準にしてΣhが移動したとしても、移動後のΣhを利用してΣsを新規に再設定できる。   Here, since Σh moves at the same time as the hand 4 moves, Σh at a certain time point is set as Σs, and even if Σh continues to move, Σs is fixed at the set position. Further, even if Σs is once set by Σh and Σh moves with respect to Σs, Σs can be newly reset using Σh after the movement.

タスクスキル動作に実装されるインピーダンスと力のハイブリッド制御では、個々の制御軸（x、y、z軸、roll、pitch、yaw軸）に対してインピーダンス制御と力制御のどちらかの制御を設定する必要がある。   In impedance / force hybrid control implemented in task skill motion, either impedance control or force control is set for each control axis (x, y, z axis, roll, pitch, yaw axis). There is a need.

丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルの動作手順と、これらの動作を行う個々の軸に対する制御手段（カッコ内に記載）は、次のとおりである。
（１）丸型ハンドルバルブ１２への接近・接触動作（全軸インピーダンス制御）
（２）丸型ハンドルバルブ１２への挿入穴探索動作（z軸力制御、その他の軸インピーダンス制御）
（３）丸型ハンドルバルブ１２への挿入動作動作（全軸インピーダンス制御）
（４）丸型ハンドルバルブ１２への押付け動作（z軸力制御、その他の軸インピーダンス制御）
（５）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作（全軸力制御）
（６）丸型ハンドルバルブ１２の開放・閉鎖動作（全軸インピーダンス制御）
（７）「丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作（全軸力制御）
（８）丸型ハンドルバルブ１２からの離脱動作（全軸インピーダンス制御）
（９）ハンド４の回転動作（全軸インピーダンス制御）
（１０）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作（全軸力制御）
（１１）丸型ハンドルバルブ１２からの離脱動作（全軸インピーダンス制御） The operation procedure of the round handle valve operation task skill and the control means (indicated in parentheses) for the individual axes that perform these operations are as follows.
(1) Approaching and contacting the round handle valve 12 (impedance control for all axes)
(2) Insert hole search operation to the round handle valve 12 (z-axis force control, other axis impedance control)
(3) Insertion operation into the round handle valve 12 (impedance control for all axes)
(4) Pushing operation to the round handle valve 12 (z-axis force control, other axis impedance control)
(5) Force release operation from the round handle valve 12 (all axial force control)
(6) Opening / closing operation of the round handle valve 12 (impedance control for all axes)
(7) “Force release operation from the round handle valve 12 (all axial force control)
(8) Removal operation from the round handle valve 12 (impedance control for all axes)
(9) Rotation of hand 4 (all-axis impedance control)
(10) Force release operation from the round handle valve 12 (all axial force control)
(11) Removal operation from the round handle valve 12 (impedance control for all axes)

以上の動作手順を、図３に丸型ハンドルバルブ操作作状況とともに、フローチャートで示す。以下、各動作手順毎に説明する。   The above operation procedure is shown in the flowchart in FIG. 3 together with the operation state of the round handle valve. Hereinafter, each operation procedure will be described.

（１）丸型ハンドルバルブ１２への接近・接触動作は、タスクスキルのモデル（初期条件、タスクスキル動作、終了条件の一連の状態遷移）を使って以下のように記述する。
・初期条件：カメラ５によりΣhのz軸とΣcのz軸をある程度一致させ、動作開始時ΣhをΣsとして設定する。z軸方向でのハンド４と丸型ハンドルバルブ１２の距離は 0.1 [m]以内とする。
・タスクスキル動作：全軸インピーダンス制御で、インピーダンス中心をz軸方向に0.013 [m/s] で 0.1[m]移動させる。
・終了条件：z軸方向に-4.0 [N] 発生した時点で終了する。この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (1) The approach / contact operation to the round handle valve 12 is described as follows using a model of task skills (a series of state transitions of initial conditions, task skill operations, and end conditions).
Initial condition: The camera 5 matches the z axis of Σh and the z axis of Σc to some extent, and sets Σh at the start of operation as Σs. The distance between the hand 4 and the round handle valve 12 in the z-axis direction is within 0.1 [m].
-Task skill operation: Move the impedance center by 0.13 [m] at 0.013 [m / s] in the z-axis direction with all-axis impedance control.
-End condition: End when -4.0 [N] occurs in the z-axis direction. Σh at this time is reset as Σs.

（２）丸型ハンドルバルブ１２への挿入穴探索動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：z軸方向に-4.0 [N] 発生状態とする。
・タスクスキル動作：z軸力制御、その他の軸インピーダンス制御とする。インピーダンス中心をyaw軸周りに0.08 [rad/s]で-3.14 [rad] 回転させる。
・終了条件：z軸方向の力が絶対値で1.0 [N] 以下になった時点で終了する。 (2) The insertion hole search operation to the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
-Initial condition: -4.0 [N] is generated in the z-axis direction.
-Task skill operation: z-axis force control, other axis impedance control. Rotate the impedance center around the yaw axis by -3.14 [rad] at 0.08 [rad / s].
-Termination condition: Terminate when the z-axis direction force is 1.0 [N] or less in absolute value.

（３）丸型ハンドルバルブ１２への挿入動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：z軸方向の力が絶対値で1.0 [N] 以下の状態とする。
・タスクスキル動作：全軸インピーダンス制御とする。インピーダンス中心をz軸方向に
0.01 [m/s] で0.1[m] 移動させると同時に、yaw軸周りに0.05 [rad/s]で-3.14 [rad] 回転させる。
・終了条件：z軸方向の力が-6.0 [N] 発生した時点で終了する。 (3) The insertion operation into the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: Force in the z-axis direction is 1.0 [N] or less in absolute value.
・ Task skill operation: All axes impedance control. Impedance center in z-axis direction
While moving 0.1 [m] at 0.01 [m / s], rotate -3.14 [rad] around 0.05 [rad / s] around the yaw axis.
-Termination condition: Terminates when -6.0 [N] force is generated in the z-axis direction.

（４）丸型ハンドルバルブ１２への押付け動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：z軸方向の力が-6.0 [N] 発生状態とする。
・タスクスキル動作：z軸力制御、その他の軸インピーダンス制御とする。インピーダンス中心を固定し、z軸方向に -6.0 [N] で押付ける。
・終了条件：1.5[s] 間押付けた時点で終了する。 (4) The pressing operation to the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
-Initial condition: Force in the z-axis direction is -6.0 [N].
-Task skill operation: z-axis force control, other axis impedance control. Fix the impedance center and press in the z-axis direction with -6.0 [N].
-End condition: Ends when pressed for 1.5 [s].

（５）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：全軸力制御とする。全軸1.0[s] 間に 0.0 [N]、0.0 [Nm]にする。
・終了条件：2.0 [s] 間経過した時点で終了する。この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (5) The force releasing operation from the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
・ Task skill operation: All axial force control. Set 0.0 [N] and 0.0 [Nm] between all axes 1.0 [s].
-End condition: End when 2.0 [s] passes. Σh at this time is reset as Σs.

（６）丸型ハンドルバルブ１２の開放・閉鎖動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：全軸インピーダンス制御とする。バルブ開放の場合、インピーダンス中心をyaw軸周りに0.24 [rad/s] で -1.57 [rad] 回転させる。バルブ閉鎖の場合、インピーダンス中心をyaw軸周りに0.24 [rad/s] で 1.57 [rad] 回転させる。
・終了条件：yaw軸周りのモーメントが絶対値で1.5 [Nm] 以上発生したまま2.0 [s] 間経過した状態を、バルブの開放・閉鎖完了評価条件とし、バルブの開放・閉鎖完了評価条件を満たした時点で終了し、（１０）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作へ移行する。バルブの開放・閉鎖完了評価条件を満たさない場合には、（７）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作へ移行する。 (6) The opening / closing operation of the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
・ Task skill operation: All axes impedance control. When the valve is open, rotate the impedance center around the yaw axis by -1.57 [rad] at 0.24 [rad / s]. When the valve is closed, the impedance center is rotated 1.57 [rad] around the yaw axis at 0.24 [rad / s].
End condition: The condition where the moment around the yaw axis is 1.5 [Nm] or more in absolute value and has passed for 2.0 [s] is the valve open / close completion evaluation condition, and the valve open / close completion evaluation condition is When it is satisfied, the process is terminated, and (10) the process proceeds to the force releasing operation from the round handle valve 12. When the valve opening / closing completion evaluation condition is not satisfied, the process proceeds to (7) force releasing operation from the round handle valve 12.

（７）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：全軸力制御とする。全軸1.0[s] 間に 0.0 [N]、0.0 [Nm]にする。
・終了条件：2.0 [s] 間経過した時点で終了する。この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (7) The force release operation from the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
・ Task skill operation: All axial force control. Set 0.0 [N] and 0.0 [Nm] between all axes 1.0 [s].
-End condition: End when 2.0 [s] passes. Σh at this time is reset as Σs.

（８）丸型ハンドルバルブ１２からの離脱動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：全軸インピーダンス制御とする。インピーダンス中心をz軸方向に
0.017 [m/s] で -0.05 [m] 移動させる。
・終了条件：インピーダンス中心がz軸方向に-0.05 [m] 移動した時点で終了する。この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (8) Detachment from the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
・ Task skill operation: All axes impedance control. Impedance center in z-axis direction
Move by -0.05 [m] at 0.017 [m / s].
End condition: End when the impedance center moves -0.05 [m] in the z-axis direction. Σh at this time is reset as Σs.

（９）ハンド４の回転動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：全軸インピーダンス制御とする。バルブ開放の場合、インピーダンス中心をyaw軸周りに0.40 [rad/s] で 1.6 [rad] 回転させる。バルブ閉鎖の場合、インピーダンス中心をyaw軸周りに 0.40 [rad/s] で-1.6 [rad] 回転させる。
・終了条件：バルブ開放の場合、インピーダンス中心がyaw軸周りに1.6 [rad] 移動した時点で終了とし、この時点でのΣhをΣsとして再設定する。バルブ閉鎖の場合、インピーダンス中心がyaw軸周りに -1.6 [rad] 移動した時点で終了とし、この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (9) The rotating motion of the hand 4 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
・ Task skill operation: All axes impedance control. When the valve is open, rotate the impedance center around the yaw axis at 1.6 [rad] at 0.40 [rad / s]. When the valve is closed, rotate the impedance center by -1.6 [rad] around the yaw axis at 0.40 [rad / s].
-Termination condition: When the valve is open, the termination is made when the impedance center moves 1.6 [rad] around the yaw axis, and Σh at this point is reset as Σs. When the valve is closed, the process ends when the impedance center moves about -1.6 [rad] around the yaw axis, and Σh at this point is reset as Σs.

（１０）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：全軸力制御とする。全軸1.0[s] 間に 0.0 [N]、0.0[Nm]にする。
・終了条件：2.0[s] 間経過した時点で終了する。この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (10) The force release operation from the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
・ Task skill operation: All axial force control. Set 0.0 [N] and 0.0 [Nm] between 1.0 [s] of all axes.
-End condition: End when 2.0 [s] has passed. Σh at this time is reset as Σs.

（１１）丸型ハンドルバルブ１２からの離脱動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：全軸インピーダンス制御とする。インピーダンス中心をz軸方向に
0.017 [m/s] で -0.05 [m] 移動させる。
・終了条件：インピーダンス中心がz軸方向に-0.05 [m] 移動した時点で終了する。 (11) The separation operation from the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
・ Task skill operation: All axes impedance control. Impedance center in z-axis direction
Move by -0.05 [m] at 0.017 [m / s].
End condition: End when the impedance center moves -0.05 [m] in the z-axis direction.

図４に丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルを実装した丸型ハンドルバルブ操作装置による丸型ハンドルバルブ閉鎖操作の実行結果を示す。使用した丸型ハンドルバルブはV40Aである。図４（ａ）はハンド４の点Ｏに作用する力、図４（ｂ）はハンド４の点Ｏに作用するモーメント、図４（ｃ）はハンド４の点Ｏの位置、図４（ｄ）はハンド４の点Ｏの姿勢、図４（ｅ）はインピーダンス中心の位置、図４（ｆ）はインピーダンス中心の姿勢である。   FIG. 4 shows an execution result of the round handle valve closing operation by the round handle valve operating device in which the round handle valve operating task skill is implemented. The round handle valve used is V40A. 4A shows the force acting on the point O of the hand 4, FIG. 4B shows the moment acting on the point O of the hand 4, FIG. 4C shows the position of the point O of the hand 4, and FIG. ) Is the posture of the point O of the hand 4, FIG. 4E is the position of the impedance center, and FIG. 4F is the posture of the impedance center.

動作手順は図３の（１）〜（６）、（７）〜（９）、（１）〜（６）、（７）〜（９）、（１）〜（６）、（１０）、（１１）となっている。位置誤差は、並進で10.0 [mm]、姿勢で10 [deg] 設定した。位置誤差がある状況で丸型ハンドルバルブ閉鎖操作は問題なく実行されている。また、V32A、V40A、V50Aにおいても、問題なく丸型ハンドルバルブ開放・閉鎖操作が実行できた。   The operation procedure is (1) to (6), (7) to (9), (1) to (6), (7) to (9), (1) to (6), (10), FIG. (11). The position error was set to 10.0 [mm] for translation and 10 [deg] for posture. In the situation where there is a position error, the round handle valve closing operation is executed without any problem. The V32A, V40A, and V50A were able to open and close the round handle valve without any problems.

図１は、本発明に関わるタスクスキル動作にインピーダンス制御を利用したタスクスキルによる丸型ハンドルバルブ操作装置１の全体構成図である。タスクスキル実行装置１０は、ロボット２（本実施例２ではロボットアーム）、力センサ３、ハンド４、カメラ５、ロボット制御装置６、ハンド制御装置７、力センサ情報取得装置８、カメラ制御装置９を有する。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of a round handle valve operating device 1 based on task skills using impedance control for task skill operations according to the present invention. The task skill execution device 10 includes a robot 2 (a robot arm in the second embodiment), a force sensor 3, a hand 4, a camera 5, a robot control device 6, a hand control device 7, a force sensor information acquisition device 8, and a camera control device 9. Have

ロボット２は、多関節方式であり、ロボット制御装置６により位置制御で動作する。さらに、ロボット２を駆動するモータの電流を利用して力センサ３の代わりに利用することもできる。ハンド４の手先位置は、ロボット２の関節に設置されている関節角度計測装置（例、ポテンショメータ）により計算できることは周知技術である。   The robot 2 is an articulated system, and is operated by position control by the robot control device 6. Further, the current of the motor that drives the robot 2 can be used instead of the force sensor 3. It is a well-known technique that the hand tip position of the hand 4 can be calculated by a joint angle measuring device (eg, potentiometer) installed at the joint of the robot 2.

ハンド４は、多指ハンドであり、ハンド制御装置７により指先が位置制御で動作する。   The hand 4 is a multi-fingered hand, and the fingertip operates by position control by the hand control device 7.

タスクスキル実行装置１０は、ロボット制御装置６に送信するロボット２の目標手先位置指令値とハンド制御装置７に送信するハンド４の目標指位置指令値をタスクスキル実装装置１１から受信し、ロボット制御装置６で計算されるロボット２の現在手先位置情報と力センサ情報取得装置８で取得する力センサ３の情報とハンド制御装置７で計算されるハンド４の現在指位置情報とカメラ制御装置９で取得するカメラ５の映像をタスクスキル実装装置１１へ送信する。   The task skill execution device 10 receives the target finger position command value of the robot 2 to be transmitted to the robot control device 6 and the target finger position command value of the hand 4 to be transmitted to the hand control device 7 from the task skill mounting device 11 and performs robot control. The current hand position information of the robot 2 calculated by the device 6, the information of the force sensor 3 acquired by the force sensor information acquisition device 8, the current finger position information of the hand 4 calculated by the hand control device 7, and the camera control device 9. The acquired video of the camera 5 is transmitted to the task skill mounting apparatus 11.

タスクスキル実装装置１１は、丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルが実装されている。タスクスキルは、初期条件、タスクスキル動作、終了条件からなる一連の状態遷移を実現し、初期条件および終了条件はロボット２の位置、力センサ３の値、ハンド４の位置、カメラ５の映像情報で記述され、タスクスキル動作はインピーダンス制御で記述される。   The task skill mounting apparatus 11 has a round handle valve operation task skill. The task skill realizes a series of state transitions including an initial condition, a task skill operation, and an end condition. The initial condition and the end condition are the position of the robot 2, the value of the force sensor 3, the position of the hand 4, and the video information of the camera 5. The task skill operation is described by impedance control.

タスクスキル動作が記述されるインピーダンス制御において、インピーダンス制御での慣性ゲインをすべて 0.5 [kg]、ダンピングゲインを並進軸 200.0 [Ns/m]、 回転軸10.0 [Nm/(rad/s)]、剛性ゲインを並進軸500.0 [N/m]、 回転軸5.0 [Nm/rad]とする。   In impedance control that describes task skill movement, all inertia gain in impedance control is 0.5 [kg], damping gain is translation axis 200.0 [Ns / m], rotation axis 10.0 [Nm / (rad / s)], rigidity The gain is a translation axis 500.0 [N / m] and a rotation axis 5.0 [Nm / rad].

図２は、ハンド４による丸型ハンドルバルブ１２の開放、閉鎖作業の概要図である。丸型ハンドルバルブ１２は環境に固定される。Σhはハンド４に固定されたハンド座標系であり、点０が原点である。Σcは丸型ハンドルバルブ１２に固定された丸型ハンドルバルブ座標系であり、点Cが原点である。ロボット２の手先座標系は、ハンド４のハンド座標系Σhと一致する。   FIG. 2 is a schematic view of opening and closing operations of the round handle valve 12 by the hand 4. The round handle valve 12 is fixed to the environment. Σh is a hand coordinate system fixed to the hand 4, and the point 0 is the origin. Σc is a round handle valve coordinate system fixed to the round handle valve 12, and the point C is the origin. The hand coordinate system of the robot 2 matches the hand coordinate system Σh of the hand 4.

ハンド４を動かすタスクスキル動作は、タスクスキル動作座標系Σsで記述され、制御点はハンド４の点Oとするため、ハンド４に力、モーメントが作用しない場合には、ハンド４の点Oがハンド４のインピーダンス中心となる。Σsは、Σhを基準として決定され、原点も点Oと一致する。ここで、ハンド４が移動すると同時にΣhも移動するため、ある時点でのΣhをΣsと設定し、Σhが引き続き移動したとしてもΣsは設定された時点の位置に固定される。また、一度ΣsがΣhにより設定され、Σsを基準にしてΣhが移動したとしても、移動後のΣhを利用してΣsを新規に再設定できる。   The task skill movement that moves the hand 4 is described in the task skill movement coordinate system Σs, and the control point is the point O of the hand 4, so when no force or moment acts on the hand 4, the point O of the hand 4 is It becomes the impedance center of the hand 4. Σs is determined based on Σh, and the origin also coincides with the point O. Here, since Σh moves at the same time as the hand 4 moves, Σh at a certain time point is set as Σs, and even if Σh continues to move, Σs is fixed at the set position. Further, even if Σs is once set by Σh and Σh moves with respect to Σs, Σs can be newly reset using Σh after the movement.

丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルの動作手順は、次のとおりである。
（１）丸型ハンドルバルブ１２への接近・接触動作
（２）丸型ハンドルバルブ１２への挿入穴探索動作
（３）丸型ハンドルバルブ１２への挿入動作動作
（４）丸型ハンドルバルブ１２への押付け動作
（５）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作
（６）丸型ハンドルバルブ１２の開放・閉鎖動作
（７）「丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作
（８）丸型ハンドルバルブ１２からの離脱動作
（９）ハンド４の回転動作
（１０）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作
（１１）丸型ハンドルバルブ１２からの離脱動作 The operation procedure of the round handle valve operation task skill is as follows.
(1) Approach / contact operation to the round handle valve 12 (2) Insert hole search operation to the round handle valve 12 (3) Insert operation operation to the round handle valve 12 (4) To the round handle valve 12 (5) Force release operation from the round handle valve 12 (6) Opening / closing operation of the round handle valve 12 (7) “Force release operation from the round handle valve 12 (8) Round handle valve (9) Force release operation from the round handle valve 12 (11) Release operation from the round handle valve 12

以上の動作手順を、図３に丸型ハンドルバルブ操作操作状況とともに、フローチャートで示す。以下、各動作手順毎に説明する。   The above operation procedure is shown in a flowchart in FIG. 3 together with the operation state of the round handle valve. Hereinafter, each operation procedure will be described.

（１）丸型ハンドルバルブ１２への接近・接触動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：カメラ５によりΣhのz軸とΣcのz軸をある程度一致させ、動作開始時ΣhをΣsとして設定する。z軸方向でのハンド４と丸型ハンドルバルブ１２の距離は 0.1 [m]以内とする。
・タスクスキル動作：インピーダンス中心をz軸方向に0.013 [m/s] で0.1 [m] 移動させる。
・終了条件：z軸方向に-4.0[N] 発生した時点で終了する。 (1) The approach / contact operation to the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
Initial condition: The camera 5 matches the z axis of Σh and the z axis of Σc to some extent, and sets Σh at the start of operation as Σs. The distance between the hand 4 and the round handle valve 12 in the z-axis direction is within 0.1 [m].
・ Task skill action: Move the impedance center by 0.13 [m] at 0.013 [m / s] in the z-axis direction.
-End condition: End when -4.0 [N] occurs in the z-axis direction.

（２）丸型ハンドルバルブ１２への挿入穴探索動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：z軸方向に-4.0 [N] 発生状態とする。
・タスクスキル動作：インピーダンス中心をyaw軸周りに0.08[rad/s]で-3.14 [rad] 回転させる。
・終了条件：z軸方向の力が絶対値で1.0 [N] 以下になった時点で終了する。 (2) The insertion hole search operation to the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
-Initial condition: -4.0 [N] is generated in the z-axis direction.
-Task skill action: Rotate the impedance center around the yaw axis by 0.08 [rad / s] to -3.14 [rad].
-Termination condition: Terminate when the z-axis direction force is 1.0 [N] or less in absolute value.

（３）丸型ハンドルバルブ１２への挿入動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：z軸方向の力が絶対値で1.0 [N] 以下の状態とする。
・タスクスキル動作：インピーダンス中心をz軸方向に0.01 [m/s] で0.1[m] 移動させると同時に、yaw軸周りに0.05[rad/s]で -3.14 [rad] 回転させる。
・終了条件：z軸方向の力が-6.0 [N] 発生した時点で終了する。 (3) The insertion operation into the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: Force in the z-axis direction is 1.0 [N] or less in absolute value.
・ Task skill movement: Move the impedance center by 0.1 [m] at 0.01 [m / s] in the z-axis direction, and rotate -3.14 [rad] at 0.05 [rad / s] around the yaw axis.
-Termination condition: Terminates when -6.0 [N] force is generated in the z-axis direction.

（４）丸型ハンドルバルブ１２への押付け動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：z軸方向の力が-6.0 [N] 発生状態とする。
・タスクスキル動作：インピーダンス中心を固定し -6.0 [N] 発生させる。
・終了条件：1.5[s] 間押付けた時点で終了する。 (4) The pressing operation to the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
-Initial condition: Force in the z-axis direction is -6.0 [N].
・ Task skill action: Fix the impedance center and generate -6.0 [N].
-End condition: Ends when pressed for 1.5 [s].

（５）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：インピーダンス中心を、1.0 [s] 間に発生力・トルクが0.0 [N]、0.0 [Nm] となるように移動させる。
・終了条件：2.0[s] 間経過した時点で終了する。この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (5) The force releasing operation from the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
-Task skill operation: Move the impedance center so that the generated force and torque are 0.0 [N] and 0.0 [Nm] during 1.0 [s].
-End condition: End when 2.0 [s] has passed. Σh at this time is reset as Σs.

（６）丸型ハンドルバルブ１２の開放・閉鎖動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：バルブ開放の場合、インピーダンス中心をyaw軸周りに0.24
[rad/s] で -1.57 [rad]回転させる。バルブ閉鎖の場合、インピーダンス中心をyaw軸周りに0.24[rad/s] で 1.57 [rad] 回転させる。
・終了条件：yaw軸周りのモーメントが絶対値で1.5 [Nm] 以上発生したまま2.0 [s] 間経過した状態を、バルブの開放・閉鎖完了評価条件とし、バルブの開放・閉鎖完了評価条件を満たした時点で終了し、（１０）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作へ移行する。バルブの開放・閉鎖完了評価条件を満たさない場合には、（７）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作へ移行する。 (6) The opening / closing operation of the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
・ Task skill operation: When the valve is opened, the impedance center is 0.24 around the yaw axis.
Rotate by [rad / s] -1.57 [rad]. When the valve is closed, the impedance center is rotated 1.57 [rad] around the yaw axis at 0.24 [rad / s].
End condition: The condition where the moment around the yaw axis is 1.5 [Nm] or more in absolute value and has passed for 2.0 [s] is the valve open / close completion evaluation condition, and the valve open / close completion evaluation condition is When it is satisfied, the process is terminated, and (10) the process proceeds to the force releasing operation from the round handle valve 12. When the valve opening / closing completion evaluation condition is not satisfied, the process proceeds to (7) force releasing operation from the round handle valve 12.

（７）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：インピーダンス中心を、1.0 [s] 間に発生力・トルクが0.0 [N]、0.0 [Nm] となるように移動させる。
・終了条件：2.0[s] 間経過した時点で終了する。この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (7) The force release operation from the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
-Task skill operation: Move the impedance center so that the generated force and torque are 0.0 [N] and 0.0 [Nm] during 1.0 [s].
-End condition: End when 2.0 [s] has passed. Σh at this time is reset as Σs.

（８）丸型ハンドルバルブ１２からの離脱動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：インピーダンス中心をz軸方向に0.017 [m/s] で -0.05 [m] 移動させる。
・終了条件：インピーダンス中心がz軸方向に-0.05 [m] 移動した時点で終了する。この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (8) Detachment from the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
-Task skill movement: Move the impedance center to -0.05 [m] in the z-axis direction by 0.017 [m / s].
End condition: End when the impedance center moves -0.05 [m] in the z-axis direction. Σh at this time is reset as Σs.

（９）ハンド４の回転動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：バルブ開放の場合、インピーダンス中心をyaw軸周りに0.40 [rad/s] で 1.6 [rad] 回転させる。バルブ閉鎖の場合、インピーダンス中心をyaw軸周りに 0.40 [rad/s] で-1.6 [rad] 回転させる。
・終了条件：バルブ開放の場合、インピーダンス中心がyaw軸周りに1.6 [rad] 移動した時点で終了とし、この時点でのΣhをΣsとして再設定する。バルブ閉鎖の場合、インピーダンス中心がyaw軸周りに -1.6 [rad] 移動した時点で終了とし、この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (9) The rotating motion of the hand 4 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
-Task skill operation: When the valve is open, rotate the impedance center around the yaw axis by 1.6 [rad] at 0.40 [rad / s]. When the valve is closed, rotate the impedance center by -1.6 [rad] around the yaw axis at 0.40 [rad / s].
-Termination condition: When the valve is open, the termination is made when the impedance center moves 1.6 [rad] around the yaw axis, and Σh at this point is reset as Σs. When the valve is closed, the process ends when the impedance center moves about -1.6 [rad] around the yaw axis, and Σh at this point is reset as Σs.

（１０）丸型ハンドルバルブ１２からの力解除動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：インピーダンス中心を、1.0 [s] 間に発生力・トルクが 0.0 [N]、0.0[Nm] となるように移動させる。
・終了条件：2.0[s] 間経過した時点で終了する。この時点でのΣhをΣsとして再設定する。 (10) The force release operation from the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
-Task skill operation: Move the impedance center so that the generated force and torque are 0.0 [N] and 0.0 [Nm] during 1.0 [s].
-End condition: End when 2.0 [s] has passed. Σh at this time is reset as Σs.

（１１）丸型ハンドルバルブ１２からの離脱動作は、タスクスキルのモデルを使って以下のように記述する。
・初期条件：初期条件無し。
・タスクスキル動作：インピーダンス中心をz軸方向に0.017 [m/s] で -0.05 [m] 移動させる。
・終了条件：インピーダンス中心がz軸方向に-0.05 [m] 移動した時点で終了する。 (11) The separation operation from the round handle valve 12 is described as follows using a task skill model.
・ Initial condition: No initial condition.
-Task skill movement: Move the impedance center to -0.05 [m] in the z-axis direction by 0.017 [m / s].
End condition: End when the impedance center moves -0.05 [m] in the z-axis direction.

図４に丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルを実装した丸型ハンドルバルブ操作装置による丸型ハンドルバルブ開放操作の実行結果を示す。使用した丸型ハンドルバルブはV40Aである。図４（a）はハンド４の点Oに作用する力、図４（b）はハンド４の点Oに作用するモーメント、図４（c）はハンド４の点Oの位置、図４（d）はハンド４の点Oの姿勢、図４（e）はインピーダンス中心の位置、図４（f）はインピーダンス中心の姿勢である。バルブを完全に開放するには、丸型ハンドルを62.8 [rad]以上回転させる必要があるが、本実験では9.42 [rad] のみ回転させたため、動作手順は図３の（１）〜（６）、（７）〜（９）、（１）〜（６）、（７）〜（９）、（１）〜（６）、（７）〜（９）となっている。   FIG. 4 shows the execution result of the round handle valve opening operation by the round handle valve operating device in which the round handle valve operating task skill is implemented. The round handle valve used is V40A. 4A is a force acting on the point O of the hand 4, FIG. 4B is a moment acting on the point O of the hand 4, FIG. 4C is a position of the point O of the hand 4, and FIG. ) Is the posture of the point O of the hand 4, FIG. 4E is the position of the impedance center, and FIG. 4F is the posture of the impedance center. To fully open the valve, it is necessary to rotate the round handle 62.8 [rad] or more, but in this experiment, only 9.42 [rad] was rotated, so the operation procedure is as shown in (1) to (6) of FIG. , (7) to (9), (1) to (6), (7) to (9), (1) to (6), and (7) to (9).

位置誤差は、並進で10.0[mm]、姿勢で 10 [deg] 設定した。位置誤差がある状況で丸型ハンドルバルブ開放操作は問題なく実行されている。また、V32A、V40A、V50Aにおいても、問題なく丸型ハンドルバルブ開放・閉鎖操作が実行できた。   The position error was set to 10.0 [mm] for translation and 10 [deg] for posture. In the situation where there is a position error, the round handle valve opening operation is executed without any problem. The V32A, V40A, and V50A were able to open and close the round handle valve without any problems.

以上、本発明に関わる丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルによる丸型ハンドルバルブ操作装置を実施するための最良の形態を実施例１、実施例２に基づいて説明した。既に本発明を利用し、実施例で示したタスクスキルによる丸型ハンドルバルブの開放・閉鎖操作を実行した。このタスクスキルによる丸型ハンドルバルブ装置は、異なるサイズの丸型ハンドルバルブ１２や位置・姿勢誤差を含んだ様々な環境下で丸型ハンドルバルブ操作を実現することができ、実際に使用できることが確認された。   The best mode for carrying out the round handle valve operating device based on the round handle valve operating task skill according to the present invention has been described based on the first and second embodiments. The present invention has already been used, and the opening / closing operation of the round handle valve by the task skill shown in the embodiment has been executed. The round handle valve device with this task skill can be operated in various environments including round handle valves 12 of different sizes and position / posture errors, and it is confirmed that they can be used in practice. It was done.

これまでは、既にプラント内に設置されている丸型ハンドルバルブの操作は、人に拠らなければならなかったり、新たに部品を設置したりする必要があった。さらに、ロボットにより、丸型ハンドルバルブの操作を実施するには、ハンド４と丸型ハンドルバルブ１２間に位置・姿勢誤差があると、丸型ハンドルバルブ操作が遂行できなかったが、本発明では前記のように新たに部品を設置する必要もなく、位置・姿勢誤差があっても問題なく丸型ハンドルバルブ操作を実現することができる。   Until now, the operation of the round handle valve already installed in the plant had to rely on humans or to install new parts. Further, in order to operate the round handle valve by the robot, if there is a position / posture error between the hand 4 and the round handle valve 12, the round handle valve operation cannot be performed. As described above, there is no need to newly install parts, and even if there is a position / posture error, the round handle valve operation can be realized without any problem.

したがって、プラント内だけでなく、様々な環境下で使用されている丸型ハンドルバルブの操作を本発明に関わる丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルによる丸型ハンドルバルブ操作装置で実現することができる。   Therefore, the operation of the round handle valve used not only in the plant but also in various environments can be realized by the round handle valve operating device using the round handle valve operating task skill according to the present invention.

本発明であるタスクスキルによる丸型ハンドルバルブ操作装置の全体構成図である（実施例１、２）。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an overall configuration diagram of a round handle valve operating device using task skills according to the present invention (Examples 1 and 2). 本発明での丸型ハンドルバルブとハンドの概要図である（実施例１、２）。It is a schematic diagram of a round handle valve and a hand in the present invention (examples 1 and 2). 本発明でのタスクスキル動作にインピーダンスと力のハイブリッド制御またはインピーダンス制御を使用した丸型ハンドルバルブ操作タスクスキル動作手順である（実施例１、２）。It is a round handle valve operation task skill operation procedure using hybrid control of impedance and force or impedance control for task skill operation in the present invention (Examples 1 and 2). 本発明でのタスクスキル動作にインピーダンスと力のハイブリッド制御を使用した丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルを実装した丸型ハンドルバルブ操作装置による実行結果である（実施例１）。FIG. 6 is a result of execution by a round handle valve operating device that implements a round handle valve operating task skill using hybrid control of impedance and force for task skill operation in the present invention (Example 1). 本発明でのタスクスキル動作にインピーダンス制御を使用した丸型ハンドルバルブ操作タスクスキルを実装した丸型ハンドルバルブ操作装置による実行結果である（実施例２）。(Example 2) which is the execution result by the round type handle valve operating device which implemented the round type handle valve operating task skill using impedance control for task skill operation in the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ タスクスキルによる丸型ハンドルバルブ操作装置
２ ロボット
３ 力センサ
４ ハンド
５ カメラ
６ ロボット制御装置
７ ハンド制御装置
８ 力センサ情報取得装置
９ カメラ制御装置
１０ タスクスキル実行装置
１１ タスクスキル実装装置
１２ 丸型ハンドルバルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Round handle valve operation device by task skill 2 Robot 3 Force sensor 4 Hand 5 Camera 6 Robot control device 7 Hand control device 8 Force sensor information acquisition device 9 Camera control device 10 Task skill execution device 11 Task skill implementation device 12 Round shape Handle valve

Claims (3)

力センサ及びカメラの映像情報に基づいて、多指ハンドを有する多関節ロボットアームを制御することにより、丸型ハンドルバルブの操作を行うロボットアーム制御装置において、In a robot arm control device that operates a round handle valve by controlling an articulated robot arm having a multi-finger hand based on image information of a force sensor and a camera,
前記カメラの映像情報に基づいて前記ロボットアームと前記丸形ハンドルバルブの軸方向をある程度一致させた上で、以後行う前記丸形ハンドルバルブの操作を、Based on the video information of the camera, the axial direction of the robot arm and the round handle valve are matched to some extent, and then the operation of the round handle valve is performed thereafter.
（ａ）接近・接触動作(A) Approach / contact operation
（ｂ）挿入穴探索動作(B) Insertion hole search operation
（ｃ）挿入穴への挿入動作(C) Insertion operation into the insertion hole
（ｄ）押し付け動作(D) Pushing operation
（ｅ）力解除動作(E) Force release operation
（ｆ）バルブ開閉動作及び(F) Valve opening / closing operation and
（ｇ）離脱動作(G) Removal operation
に分類し、これらの動作（ａ）ないし（ｇ）のそれぞれを実現するために、ロボットアーム各軸の制御に、次のようにインピーダンス制御、力制御を割り当てたことを特徴とする丸型ハンドルバルブ操作用ロボットアーム制御装置。In order to realize each of these operations (a) to (g), a round handle characterized by assigning impedance control and force control to the control of each axis of the robot arm as follows Robot arm control device for valve operation.
（ａ）接近・接触動作(A) Approach / contact operation
ロボットアームの全軸について、接近方向と逆向きに所定の力が生じるまでインピーダンス制御Impedance control for all axes of the robot arm until a predetermined force is generated in the direction opposite to the approaching direction
（ｂ）挿入穴探索動作(B) Insertion hole search operation
丸形ハンドルバルブに接近する方向の軸については、接近方向に作用する力が、前記動作（ａ）における所定の力より絶対値で小さくなるまで力制御、その他の軸についてはインピーダンス制御For the shaft in the direction approaching the round handle valve, force control is performed until the force acting in the approach direction is smaller than the predetermined force in the operation (a) by an absolute value, and impedance control is performed for the other shafts.
（ｃ）挿入穴への挿入動作(C) Insertion operation into the insertion hole
接近方向と逆向きに所定の力が生じるまで、全軸についてインピーダンス制御Impedance control for all axes until a predetermined force is generated in the direction opposite to the approaching direction
（ｄ）押し付け動作(D) Pushing operation
接近方向と逆向きに所定の力を維持したまま、丸形ハンドルバルブに接近する方向の軸については所定時間力制御、その他の軸についてはインピーダンス制御While maintaining a predetermined force in the direction opposite to the approaching direction, force control is performed for a predetermined time for the axis approaching the round handle valve, and impedance control is performed for the other axes.
（ｅ）力解除動作(E) Force release operation
接近方向と逆向きの力が０となるまで、全軸について力制御Force control for all axes until the force opposite to the approaching direction becomes zero
（ｆ）バルブ開閉動作(F) Valve opening / closing operation
回転方向と逆向きに所定の力が生じるまで、全軸についてインピーダンス制御Impedance control for all axes until a predetermined force is generated in the direction opposite to the rotation direction
（ｇ）離脱動作(G) Removal operation
丸形ハンドルバルブから離脱方向に所定の距離移動するまで、全軸について力制御Force control for all axes until a predetermined distance is moved in the direction of separation from the round handle valve 前記上記（ａ）ないし（ｇ）の動作に加え、In addition to the operations (a) to (g) above,
（ｈ）ロボットアームを所定角度回転させる回転動作を設定し、(H) Set a rotation operation to rotate the robot arm by a predetermined angle,
前記（ｆ）のバルブ開閉動作において、全軸インピーダンス制御により丸形ハンドルバルブを所定角度回転させたにもかかわらず、回転方向と逆向きに前記所定の力が生じないときは、前記（ｅ）の力解除動作、前記（ｇ）の離脱動作を行った上で、前記（ｈ）の回転動作を全軸インピーダンス制御により行わせ、前記動作（ａ）ないし（ｇ）を繰り返させる制御手段を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の丸型ハンドルバルブ操作用ロボットアーム制御装置。In the valve opening / closing operation of (f), when the predetermined force does not occur in the direction opposite to the rotation direction even though the round handle valve is rotated by a predetermined angle by all-axis impedance control, the (e) And a control means for repeating the operations (a) to (g) by causing the rotational operation of (h) to be performed by all-axis impedance control after performing the force releasing operation of (1) and the releasing operation of (g). The robot arm control device for operating a round handle valve according to claim 1, wherein 前記多関節ロボットアームを駆動するモータの電流を利用して力センサの代わりに利用したことを特徴とする請求項１または２に記載の丸型ハンドルバルブ操作用ロボットアーム制御装置。 The robot arm control device for operating a round handle valve according to claim 1 or 2, wherein a current of a motor for driving the articulated robot arm is used instead of a force sensor.
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