CN110650824B - 远程操作机器人系统 - Google Patents

Abstract

远程操作机器人系统具备：从动臂，其进行规定的作业；主控臂，其具有驱动关节的马达，从操作人员受理用于使从动臂进行动作的操作；指令生成部，其生成沿规定方向对主控臂施加与从动臂从外部受到的力独立的假想的外力的指令；以及马达控制部，其对马达赋予与从指令生成部发送来的指令对应的驱动电流。

Description

远程操作机器人系统

技术领域

本发明涉及具备主控臂和从动臂的远程操作机器人系统。

背景技术

以往，公知有一种远程操作机器人系统，具备：由操作人员操作的主控臂；以及与针对主控臂的操作对应地进行动作的从动臂。操作人员通过对主控臂进行操作而使从动臂进行设备的组装、维护等作业。在这样的远程操作机器人系统中存在如下的结构：使操作人员经由主控臂而感知例如从动臂所保持的物体的重力、由于从动臂或者其所保持的物体与其他的物体接触而受到的反作用力(接触力)等。在专利文献1中公开了这种技术。

在这种远程操作机器人系统中，例如在从动臂所保持的物体的重量大的情况下，由于操作人员一边感知该重量一边对主控臂进行操作，因此会对操作人员造成负担。在专利文献1所公开的系统中，构成为能够利用开关来切换是使操作主控臂的操作人员仅感知作用于从动臂的反作用力，还是一同感知反作用力和物体的重力。具体而言，在专利文献1所公开的系统中，在设定时刻对从动臂所保持的物体的重量进行运算。而且，在使操作人员仅感知作用于从动臂的反作用力的情况下，在设定时刻以外的期间，基于从从动臂受到的力减去与物体的重力对应的力而得到的驱动信号，对主控臂进行驱动。

专利文献1：特公平8－29508号公报

但是，像专利文献1所公开的系统那样，若完全取消从动臂所保持的物体的重力等规定的外力，则在操作人员想到的感觉与经由主控臂受到的感觉之间产生偏差。这样的操作感觉的偏差有可能给作业性带来负面影响。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种远程操作机器人系统，改善经由主控臂而受到的操作人员的操作感。

为了解决上述课题，本发明的远程操作机器人系统具备：从动臂，其进行规定的作业；主控臂，其具有驱动关节的马达，从操作人员受理用于使上述从动臂进行动作的操作；指令生成部，其生成沿规定的方向对上述主控臂施加与上述从动臂从外部受到的力独立的假想的外力的指令；以及马达控制部，其对上述马达赋予与从上述指令生成部发送来的指令对应的驱动电流。

根据上述的结构，经由主控臂而对操作人员提示与从动臂从外部受到的力独立的、在规定的方向上作用的假想的外力。因此，如果例如在想到的操作人员会受到力的方向上对主控臂作用不成为负担的程度的外力，则能够减少操作人员想到的感觉与经由主控臂受到的感觉之间的偏差。由此，能够改善经由主控臂受到的操作人员的操作感。

也可以是，上述的远程操作机器人系统还具备：设定值输入部，其受理用于规定上述假想的外力的大小和方向的设定值的输入；以及设定值存储部，其存储从上述设定值输入部输入的上述设定值，上述指令生成部基于存储于上述设定值存储部的上述设定值而生成上述指令。根据该结构，能够从设定值输入部设定假想的外力的大小和方向，因此能够将施加给主控臂的假想的外力适当地调整成对于操作人员来说容易操作的大小和方向。

例如，也可以是，上述的远程操作机器人系统还具备：保持操作手，其设置于上述从动臂的末端，保持工件；以及重力补偿部，其补偿上述保持操作手所保持的工件的重力，在上述保持操作手保持有工件的情况下，上述指令生成部生成沿重力方向对上述主控臂施加与上述保持操作手所保持的工件的重力独立的假想的外力的指令。根据该结构，通过重力补偿部而使从动臂借助保持操作手所保持的物体的重力不反映给主控臂，而是能够对主控臂作用沿重力方向作用的不会成为负担的程度的假想的外力。由此，能够减少主控臂的操作负担，并且能够对操作人员提示保持住物体的感觉。

也可以是，上述的远程操作机器人系统还具备：把持部，其设置于上述主控臂的末端，能够由上述操作人员把持；以及把持传感器，其检测上述把持部是否被把持，在上述把持传感器检测为上述把持部被把持的情况下，上述指令生成部生成对上述主控臂施加上述假想的外力的指令，在上述把持传感器检测为上述把持部未被把持的情况下，上述指令生成部生成不对上述主控臂施加上述假想的外力的指令。根据该结构，仅在操作人员把持着把持部的期间，沿规定的方向对上述主控臂的末端作用假想的外力，在操作人员离开把持部的情况下，不作用假想的外力。因此，防止在操作人员离开把持部时，主控臂由于假想的外力而进行动作。

根据本发明的远程操作机器人系统，能够改善经由主控臂而受到的操作人员的操作感。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的远程操作机器人系统的概略结构图。

图2是示出图1所示的指令生成部生成指令的概况的控制框图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。

〔远程操作机器人系统100〕

图1是远程操作机器人系统100的概略结构图。如图1所示，远程操作机器人系统100是主从方式的机器人系统，具备从动臂1和主控臂2。另外，远程操作机器人系统100具备输入装置4、输出装置5、状况取得装置6、存储装置7、以及对系统100进行总控制的控制单元8。

在远程操作机器人系统100中，通过由操作人员操作主控臂2，位于离开主控臂2的部位的从动臂1追随主控臂2的动作而进行规定的作业。在本实施方式中，作为远程操作机器人系统100，例示出构建于汽车组装线的、进行将座椅安装于汽车的车身的作业的系统。

具体而言，如图1所示，座椅(以下，组装物)W1是被从动臂1保持并移动的对象(工件)，在组装物W1的底部设置有孔h。另外，在图1中示出其一部分的汽车的车身(以下，被组装物)W2被支承台(省略图示)支承，在被组装物W2的规定的部位设置有向上方突出的销p。操作人员通过操作主控臂2而使从动臂1进行动作，像虚线所示那样，以使被组装物W2的销p插通组装物W1的孔h的方式使组装物W1向下方移动，而组装在被组装物W2上。

另外，本实施方式的远程操作机器人系统100构成为切换操作人员经由主控臂2而使从动臂1进行动作的控制模式(以下，手动模式)、以及根据预先设定的任务程序而使从动臂1进行动作的控制模式(以下，自动模式)。

以下，关于远程操作机器人系统100的各构成要素，详细地进行说明。

〔从动臂1〕

从动臂1是由多个连杆11a～11f的连接体和支承该连接体的基台15构成的、具有多个关节JT1～JT6的多关节机器人臂。更详细地说，在第1关节JT1处，基台15与第1连杆11a的基端部被连结为能够绕沿垂直方向延伸的轴旋转。在第2关节JT2处，第1连杆11a的末端部与第2连杆11b的基端部被连结为能够绕沿水平方向延伸的轴旋转。在第3关节JT3处，第2连杆11b的末端部与第3连杆11c的基端部被连结为能够绕沿水平方向延伸的轴旋转。在第4关节JT4处，第3连杆11c的末端部与第4连杆11d的基端部被连结为能够绕沿第4连杆11d的长度方向延伸的轴旋转。在第5关节JT5处，第4连杆11d的末端部与第5连杆11e的基端部被连结为能够绕与第4连杆11d的长度方向正交的轴旋转。在第6关节JT6处，第5连杆11e的末端部与第6连杆11f的基端部被连结为能够扭转旋转。

而且，在第6连杆11f的末端部可装卸地安装有与作业内容对应的末端执行器。在本实施方式中，末端执行器为保持组装物W1的保持操作手12。

在从动臂1的各关节JT1～JT6设置有作为促动器的一例的驱动马达(省略图示)，该驱动马达使与该驱动马达连结的2个部件相对地旋转。这些驱动马达例如为由马达控制部16进行伺服控制的伺服马达。本实施方式的马达控制部16能够用1台对多个驱动马达进行伺服控制，但也可以设置与各驱动马达对应的马达控制部。另外，在各驱动马达设置有用于检测其旋转位置的位置传感器(省略图示)以及用于检测控制其旋转的电流的电流传感器(省略图示)。位置传感器例如为编码器。驱动马达、位置传感器和电流传感器与马达控制部16电连接。

马达控制部16基于控制单元8(更详细地说，后述的指令生成部83)所取得的指令值而生成转矩指令值(电流指令值)，将与转矩指令值对应的驱动电流向各关节JT1～JT6的驱动马达供给。驱动马达的输出旋转角由位置传感器检测，反馈给马达控制部16。其中，马达控制部16和控制单元8的功能也可以作为单一的电路或者单一的运算装置来实现。

另外，从动臂1具有检测从外部受到的力的力传感器17。在本实施方式中，力传感器17用于取得由于从动臂1与其他的物体(例如被组装物W2)接触而施加给从动臂1的力(以下，称为“接触力”。)fs的大小和方向。在本实施方式中，接触力fs为在保持操作手12或者其所保持的组装物W1与被组装物W2接触的情况下施加给从动臂1的反作用力。力传感器17由3轴力传感器构成，该3轴力传感器能够对在相互正交的3个轴向上作用的分力进行检测。

在本实施方式中，力传感器17被设置为将第6连杆11f的末端部和保持操作手12连接。因此，由力传感器17检测出的力信息还包含保持操作手12的重力和由其保持的组装物W1的重力。由力传感器17检测出的力信息被送至控制单元8。在控制单元8中，通过后述的重力补偿部82从力传感器17所检测出的外力去掉上述的重力部分而取得接触力fs。即，在本实施方式中，通过力传感器17和后述的重力补偿部82而构成取得接触力fs的接触力取得部18(参照图2)。

其中，接触力取得部18不限于通过力传感器17和重力补偿部82取得，例如也可以利用从动臂1的驱动马达的驱动电流而取得接触力fs。

〔主控臂2〕

主控臂2是受理操作人员的操作的单元。在本实施方式的远程操作机器人系统100中，以使从动臂1的手指部追随主控臂2的手指部的运动而运动的方式从动臂1进行动作。换句话说，主控臂2构成为能够直观地操作从动臂1的位置和姿势。另外，在本实施方式所涉及的远程操作机器人系统100中，采用使主控臂2的手指部追随从动臂1的手指部、并且经由主控臂2而向操作人员提示从动臂1从外部受到的力的双向控制。

在本实施方式中，主控臂2为具有与从动臂1相同数量的多个关节JTm1～JTm6的多关节机器人臂，通过依次连结基台25和多个连杆21a～21f而构成。主控臂2的连杆21a～21f的连接结构与从动臂1的连杆11a～11f实际上相同，省略详细的说明。

另外，在本实施方式中，主控臂2呈与从动臂1相似的构造，但主控臂2也可以呈与从动臂1不相似的构造。例如，在操作人员经由主控臂2而使从动臂1进行的动作仅为向上下方向的移动的情况下，主控臂2也可以是具有比从动臂1少的数量(例如，仅为JTm2、JTm3、JTm5)的关节的多关节机器人臂。

在主控臂2的各关节JTm1～JTm6设置有作为促动器的一例的驱动马达(省略图示)，该驱动马达使与该驱动马达连结的2个部件相对地旋转。这些驱动马达例如为由马达控制部26进行伺服控制的伺服马达。本实施方式所涉及的马达控制部26能够用1台对多个驱动马达进行伺服控制，但也可以设置与各驱动马达对应的马达控制部。另外，在各驱动马达设置有用于检测其旋转位置的位置传感器(省略图示)、和用于检测控制其旋转的电流的电流传感器(省略图示)。位置传感器例如为编码器。驱动马达、位置传感器和电流传感器与马达控制部26电连接。

马达控制部26基于控制单元8(更详细地说，后述的指令生成部83)所取得的指令值而生成转矩指令值(电流指令值)，将与转矩指令值对应的驱动电流向各关节JTm1～JTm6的驱动马达供给。驱动马达的输出旋转角由位置传感器检测，反馈给马达控制部26。其中，马达控制部26和控制单元8的功能也可以作为单一的电路或者单一的运算装置来实现。

在主控臂2的第6连杆21f的末端部，经由力传感器28而设置有操作人员能够把持的夹具(本发明的“把持部”)29。在本实施方式中，通过把持着夹具29的操作人员的操作而施加给主控臂2的力(以下，称为“操作力”。)fm的大小和方向，由力传感器28检测出。即，在本实施方式中，力传感器17作为取得操作力fm的操作力取得部发挥功能。力传感器28由3轴力传感器构成，该3轴力传感器能够对在相互正交的3个轴向上作用的分力进行检测。由力传感器28检测出的操作力fm被送至控制单元8。

另外，在夹具29设置有检测该夹具29是否被把持的把持传感器30。把持传感器30所生成的检测信号被送至控制单元8。

〔输入装置4〕

输入装置4与主控臂2一同设置在作业空间之外，是将从操作人员受理的指示向控制单元8输入的输入单元。在输入装置4中，输入从动臂1的位置、姿势的操作以外的操作。在输入装置4设置有用于选择从动臂1的控制模式的操作输入工具、紧急停止开关等输入除了从动臂1的位置、姿势之外的操作指令的1个以上的操作输入工具。1个以上的操作输入工具可以包含例如触摸面板、键、杆、按钮、开关、刻度盘等已知的操作输入工具。另外，作为输入装置4，也可以使用悬垂(pendant)、输入板(tablet)等移动终端。

在本实施方式中，输入装置4包含设定值输入部41，该设定值输入部41受理用于规定后述的假想的外力的大小和方向的设定值的输入。设定值输入部41为能够输入例如数值的触摸面板、键等。关于从设定值输入部41输入的设定值，在后面详细描述。

〔输出装置5〕

输出装置5输出从控制单元8发送的信息。输出装置5设置在操作主控臂2的操作人员容易视觉确认的位置。输出装置5至少包含显示器装置，还可以包含打印机、扬声器、警报灯等。在显示器装置中，显示输出从控制单元8发送的信息。例如，在扬声器中，从控制单元8发送的信息作为声音输出。另外，例如，在打印机中，将从控制单元8发送的信息打印输出到纸等记录介质。

〔状况取得装置6〕

状况取得装置6为取得表示从动臂1在作业空间内的状况的状况信息的单元。状况信息包含为了识别作业空间内的从动臂1的位置和姿势等、或者包围从动臂1的周围的状况而利用的信息。更具体而言，状况信息例如包含为了能够识别作业空间内的从动臂1的位置和姿势、从动臂1所保持的组装物W1与被组装物W2的位置关系等、在作业空间内从动臂1的状况和从动臂1的周围的状况所需要的信息。状况取得装置6例如为拍摄从动臂1的作业状况的一个以上的照相机装置、或者为对组装物W1的位置、被组装物W2的位置、组装物W1与被组装物W2之间的距离等进行测量的传感器。

〔存储装置7〕

在存储装置7存储有从动臂1的控制所使用的各种任务程序。任务程序可以作为每个作业的动作流程而制成。任务程序例如通过示教制成，与从动臂1的识别信息和任务建立对应并储存于存储装置7。另外，存储装置7与控制单元8独立地记载，但控制单元8所具备的存储装置也可以承担作为存储装置7的功能。

另外，在存储装置7存储有预先制成的动作顺序信息。动作顺序信息是指与规定在作业空间内由从动臂1实施的一系列的作业工序的动作顺序相关的信息。在该动作顺序信息中，作业工序的动作顺序与从动臂1的控制模式建立对应。另外，在该动作顺序信息中，用于对各作业工序使从动臂1自动地执行其作业的任务程序建立了对应。其中，动作顺序信息也可以包含对各作业工序用于使从动臂1自动地执行其作业的程序。

〔控制单元8〕

如图1所示，从动臂1、主控臂2、输入装置4、输出装置5、状况取得装置6和存储装置7能够通过有线或者无线而与控制单元8连接。

控制单元8为所谓的计算机，具有CPU等运算处理部、ROM、RAM等存储部(都未图示)。在存储部存储有控制单元8所执行的控制程序、各种固定数据等。运算处理部例如与输入装置4、输出装置5、状况取得装置6和存储装置7等外部装置进行数据的发送接收。另外，运算处理部进行来自各种传感器的检测信号的输入和向各控制对象的控制信号的输出。在控制单元8中，通过由运算处理部读出并执行存储于存储部的程序等软件，而进行用于控制系统100的各种动作的处理。另外，控制单元8可以通过单一的计算机的集中控制来执行各处理，也可以通过多个计算机的协作的分散控制来执行各处理。另外，控制单元8也可以由微控制器、可编程逻辑控制器(PLC)等构成。

控制单元8作为功能模块，具备模式切换部81、重力补偿部82、指令生成部83、设定值存储部84、和外力施加切换部85。在图1中，这些功能模块集中表示为一个控制单元8，但各功能模块或者多个功能模块的组合也可以通过独立的1个以上的计算机来实现。在该情况下，也可以将这些功能模块中的一部分配置在作业空间，将剩余部分配置在作业外空间。

模式切换部81在上述的手动模式与自动模式之间切换使从动臂1进行动作的控制模式。模式切换部81对从动臂1的控制模式的切换是基于存储于存储装置7的上述的动作顺序信息来进行的。在本实施方式中，在使从动臂1进行动作的控制模式为手动模式的情况下执行重力补偿部82的重力补偿和指令生成部83的指令的生成。

重力补偿部82对组装物W1的重力进行补偿，以使得从动臂1所保持的组装物W1的重力不会经由主控臂2而向操作人员提示。具体而言，力传感器17检测出的力包含例如从动臂1所保持的组装物W1的重力等。在双向控制中，从动臂受到的外力经由主控臂而向操作人员提示，因此，例如在从动臂保持的物体的重量大的情况下，操作人员一边感知其重量一边操作主控臂，会对操作人员造成负担。因此，在本实施方式中，在保持操作手12保持组装物W1的情况下，重力补偿部82进行从由从动臂1的力传感器17检测出的值去掉保持操作手12的重力部分和该保持操作手12所保持的组装物W1的重力部分的修正。通过像这样进行修正，而取得接触力f_s，并被送至后述的指令生成部83。

指令生成部83生成送至马达控制部16、26的指令值。在本实施方式所涉及的远程操作机器人系统100中，采用并列型双向控制。即，本实施方式的指令生成部83为根据与接触力f_s相关的信息和与操作力f_m相关的信息来生成送至从动臂1侧的马达控制部16的位置指令值X_d,s和送至主控臂2侧的马达控制部26的位置指令值X_d,m的位置指令生成部。从动臂1的从属坐标系与主控臂2的主坐标系建立对应。

图2是示出指令生成部83的指令生成的概况的控制框图。在本实施方式中，指令生成部83具有力速度换算部86以及速度位置换算部87a、87b的各功能部。

力速度换算部86根据基于接触力f_s与操作力f_m的力指令值对规定从动臂1的手指部的移动方向和移动速度的速度指令值v_d进行计算。速度指令值v_d为速度矢量，作为在规定的水平方向上延伸的x轴方向的速度指令值v_dx、与x轴正交且在水平方向上延伸的y轴方向的速度指令值v_dy、以及在重力方向上延伸的z轴方向的速度指令值v_dz进行计算。

在本实施方式中，力速度换算部86生成沿重力方向(z方向)对主控臂2施加假想的外力、即假想重力的速度指令值v_d。这里，“假想的外力”是指与实际作用于从动臂1的外力、即力传感器28所检测出的外力独立的外力。

具体而言，力速度换算部86为了对主控臂2施加假想的重力而根据基于操作力f_m和接触力f_s的力指令值，通过以下的换算式(1)来计算速度指令值v_d。

[数学式1]

M×v’_d+C_v×v_d+m×g＝f_m-f_s…(1)

其中，

M为规定的质量值

C_v为规定的粘性系数

m为规定的质量值

v_d为速度矢量、[v_dx，v_dy，v_dz]^T

v’_d为加速度矢量、v_d的时间微分

g为重力矢量、[0，0，g₀]^T(g₀为重力加速度)

f_m为操作力矢量、[f_mx，f_my，f_mz]^T

f_s为接触力矢量、[f_sx，f_sy，f_sz]^T

这里，在上述的式子(1)的左边，“m×g”的项为用于对主控臂2的手指部施加上述的假想重力的项，“m”为预先设定的假想质量。

对上述换算式(1)中的“m×g”项的意义进行说明。像上述那样，为了通过重力补偿部82来补偿由保持操作手12保持的物体的重力，若按照以往的并列型双向控制仅根据接触力f_s和操作力f_m生成指令值，则不会向操作人员提示保持物体的感觉。因此，在本实施方式的力速度换算部86中，为了将在重力方向上不会成为负担的程度的力作用于主控臂2，而像上述的换算式(1)那样添加“m×g”项而生成速度指令值v_d。

力速度换算部86所得到的速度指令值v_d被送至从动臂1侧的速度位置换算部87a和主控臂2侧的速度位置换算部87b。速度位置换算部87a、87b分别使用速度指令值v_d，实时地随时生成从动臂1的位置指令值X_d,s和主控臂2的位置指令值X_d,m。速度位置换算部87a所生成的位置指令值X_d,s被送至从动臂1侧的马达控制部16，马达控制部16基于位置指令值X_d,s而控制从动臂1的动作。速度位置换算部87b所生成的位置指令值X_d,m被送至主控臂2侧的马达控制部26，马达控制部26基于位置指令值X_d,m而控制主控臂2的动作。这样，基于使假想的重力作用于主控臂2的位置指令值X_d,m来控制主控臂2的动作，因此向操作人员提示经由主控臂2而保持着物体的感觉。

设定值存储部84存储从设定值输入部41输入的设定值。存储于设定值存储部84的设定值用于指令生成部83的指令值的生成。存储于设定值存储部84的设定值包含上述的式子(1)的“m”的值(假想质量m)。与存储于设定值存储部84的假想质量m对应地，变更作用于主控臂2的重力方向的力的大小。例如，从设定值输入部41将假想质量m设定成不会对操作主控臂2的操作人员造成负担的程度(例如1.5kg)。另外，存储于设定值存储部84的设定值也可以包含上述的式子(1)的“M”、“C_v”的值。

外力施加切换部85将指令生成部83中的指令值的生成方法切换为仅在操作人员把持夹具29的情况下生成对上述的主控臂2施加假想的外力的指令。具体而言，外力施加切换部85与从把持传感器30送至控制单元8的检测信号对应地，切换力速度换算部86中的将基于操作力f_m和接触力f_s的力指令值换算成速度指令值v_d的换算式。

即，在把持传感器30检测到夹具29被把持的情况下，外力施加切换部85将力速度换算部86所使用的换算式设定成上述换算式(1)。因此，指令生成部83生成对主控臂2的末端施加假想的重力的指令。

在把持传感器30检测到未把持夹具29的情况下，外力施加切换部85将力速度换算部86所使用的换算式设定成以下的换算式(2)，以使得不会对主控臂2施加假想的重力。

[数学式2]

M×v’_d+C_v×v_d＝f_m-f_s…(2)

上述的换算式(2)是从上述的换算式(1)的左边去掉作用于主控臂2的假想重力的项“m×g”而得的。这样，基于接触力f_s和操作力f_m而得到速度指令值v_d，利用速度位置换算部87a、87b生成位置指令值X_d,s、X_d,m。其结果为，仅在操作人员把持夹具29的期间，对主控臂2的末端作用假想的重力，在操作人员离开夹具29的情况下，不作用假想的重力。因此，在操作人员离开夹具29时，防止从动臂1和主控臂2由于在设定值输入部41中预先设定的假想的重力而进行动作。

另外，在把持传感器30检测到未把持夹具29的情况下，外力施加切换部85也可以取代上述换算式(2)而切换成以下的式子(3)和(4)。

[数学式3]

M×v’_d+C_v×v_d+m×g＝f_m-f_s+f_v…(3)

f_v＝k×(X_v-X_d，s)+m×g…(4)

其中，k为规定的系数。

上述的式子(3)是在上述的换算式(1)的右边添加用于使从动臂1的手指部向规定的位置移动的假想外力f_v而得的。在上述的式子(4)的右边，“X_v”为预先设定的从动臂1的手指部的目标位置，“X_d,s”为从动臂1的手指部的当前位置。在由于操作人员离开夹具29，而切换到上述的式子(3)和(4)的情况下，预先设定的从动臂1的手指部朝向目标位置X_v移动。然后，只要从动臂1从外部不受到外力(f_s＝0)，则从动臂1的手指部停止在目标位置X_v。这里，目标位置X_v设定在即使从动臂1的手指部移动到其位置也不会与其他的物体接触的安全的位置。这样，由于在操作人员离开夹具29之后从动臂1的手指部移动到规定的位置，因此防止由于假想重力而使保持操作手12所保持的组装物W1向下方移动而碰撞到地面等。

上述的式子(4)的“k”的值、“X_v”(即，从属坐标系中的位置坐标)的值也可以包含在存储于设定值存储部84的设定值中。

〔远程操作机器人系统100的动作〕

接着，对上述结构的远程操作机器人系统100的动作的一例进行说明。

存储于存储装置7的向被组装物(汽车的车身)W2组装的组装物(座椅)W1的安装作业的动作顺序信息，由从集装箱取出组装物W1的取出任务T1、将组装物W1搬运到被组装物W2的安装位置附近的搬运任务T2、以及将位于安装位置附近的组装物W1安装到安装位置的安装任务T3构成，依次重复执行这些任务T1～T3。

最初，控制单元8读出存储于存储装置7的规定的动作顺序信息，沿着该动作顺序信息而开始系统100的控制。首先，控制单元8从存储装置7读出取出任务T1的任务程序而执行。接着，控制单元8读出搬运任务T2的任务程序而执行。在取出任务T1和搬运任务T2中，控制单元8以自动模式控制从动臂1的动作。

若搬运任务T2结束，则控制单元8使显示器装置显示用于催促操作人员进行下一安装任务T3的控制模式的选择的选择画面。一并地，控制单元8使显示器装置输出用于选择控制模式的从动臂1的状况信息。这里，在显示器装置上显示输出的状况信息，也可以包含所显示的从动臂1的识别信息、接下来进行的工序的内容等。

操作人员视觉确认在显示器装置上显示的从动臂1的状况信息，通过例如主控臂2或者输入装置4而选择手动模式或自动模式。这里，若选择手动模式，则控制单元8通过模式切换部81而将从动臂1的控制模式从自动模式切换成手动模式。

在切换到手动模式的时刻，在从动臂1的保持操作手12保持着组装物W1，但通过重力补偿部82而去掉力传感器28检测到的力的重力部分，因此不会对主控臂2作用组装物W1的重力。另外，在操作人员未把持夹具29的情况下，不会对主控臂2作用假想的重力。即，基于上述的换算式(2)，通过指令生成部83生成位置指令值。

若操作人员把持夹具29，则通过外力施加切换部85而从换算式(2)切换成用于使假想重力作用于主控臂2的换算式(1)。因此，操作人员一边经由主控臂2接受重力方向的力，一边操作主控臂2而使从动臂1进行动作。这样，操作人员为了操作主控臂2而使被组装物W2的销p插通于组装物W1的孔h，而使组装物W1接近被组装物W2。

在使组装物W1接近被组装物W2时，若孔h与销p的位置错开，销p与组装物W1的底部(即，孔h的周围的面)接触，则垂直朝上的接触力f_s变大，经由主控臂2而提示给操作人员的重力方向(垂直向下)的力减少。例如，若接触力f_s与假想的重力m×g相互平衡，则经由主控臂2而提示给操作人员的重力方向的力变成零。因此，操作人员能够经由主控臂2而识别出组装物W1的底部搭在被组装物W2的销p上。

然后，在将组装物W1横向错开而使孔h的位置与销p的位置一致的情况下，垂直朝上的接触力f_s变成零，再次经由主控臂2对操作人员提示假想的重力。因此，操作人员能够经由主控臂2而识别出被组装物W2的销p进入到组装物W1的孔h。

若像这样结束组装物W1相对于被组装物W2的组装，则返回到取出任务T1。像以上说明的那样，控制单元8沿着动作顺序依次进行作业工序。

在本实施方式所涉及的远程操作机器人系统100中，经由主控臂2而对操作人员提示与从动臂1从外部受到的力独立的、以在重力方向上不会成为负担的程度进行作用的假想的重力。即，通过重力补偿部82而使从动臂1借助保持操作手12所保持的组装物W1的重力等不会反映给主控臂2，而是使设定值输入部41所设定的假想的重力作用于主控臂2。因此，能够减少操作人员所想到的感觉(保持物体的感觉)与经由主控臂2而实际受到的感觉之间的偏差。由此，能够改善经由主控臂2而受到的操作人员的操作感。

另外，在本实施方式中，能够从设定值输入部41设定假想的外力的大小和方向，因此能够将施加给主控臂2的假想的外力适当地调整成对于操作人员来说容易操作的大小和方向。因此，能够减少主控臂2的操作负担，并且能够对操作人员提示保持物体的感觉。此外，施加给主控臂2的假想的外力是由设定值输入部41预先设定的，与力传感器17所检测出的力独立。因此，与保持操作手12所保持的物体的重量没有关系，能够使施加给主控臂2的假想的重力恒定。

本发明不限于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形。

例如，在上述实施方式中，通过并列型双向控制来控制主控臂2和从动臂1，但用于本发明的双向控制不限于并列型。例如，对称型、力反送型和力反馈型中的任意的双向控制都能够用于本发明。另外，用于本发明的控制方式也可以不是双向控制方式。即，可以使从动臂1从外部受到的力不作用于主控臂2，也可以仅作用假想的重力。

另外，在上述实施方式中，指令生成部83生成在重力方向上对主控臂2施加假想的外力的指令值，但该假想的外力的大小和方向能够与从动臂1进行的作业对应地适当地变更。例如，在进行利用从动臂1保持的棒状体等搅拌具有粘性的液体的作业的情况下，指令生成部83也可以生成使从液体受到的粘性阻力作用于主控臂2的指令。在该情况下，也可以使假想的外力作用于与操作主控臂2的方向(棒状体的移动方向)相反的方向。

另外，在上述实施方式中，能够从设定值输入部41适当地设定假想的外力的大小和方向，但本发明所涉及的远程操作机器人系统也可以不具备设定值输入部41，以使得假想的外力的大小和方向不因操作人员而从预先设定的内容变更。

附图标记的说明

100...远程操作机器人系统；1...从动臂；2...主控臂；12...保持操作手；16...马达控制部；26...马达控制部；29...夹具；30...把持传感器；41...设定值输入部；82...重力补偿部；83...指令生成部；84...设定值存储部；W1...组装物；W2...被组装物；fm...操作力；fs...接触力。

Claims (4)

1.一种远程操作机器人系统，其中，具备：

从动臂，其进行规定的作业；

主控臂，其具有驱动关节的马达，从操作人员受理用于使所述从动臂进行动作的操作；

指令生成部，其生成沿所述从动臂从外部受到的力的方向即规定方向对所述主控臂施加与所述从动臂从外部受到的力独立的假想的外力的指令；以及

马达控制部，其对所述马达赋予与从所述指令生成部发送来的所述指令对应的驱动电流。

2.根据权利要求1所述的远程操作机器人系统，其中，

还具备：

设定值输入部，其受理用于规定所述假想的外力的大小和方向的设定值的输入；以及

设定值存储部，其存储从所述设定值输入部输入的所述设定值，

所述指令生成部基于存储于所述设定值存储部的所述设定值而生成所述指令。

3.根据权利要求1或2所述的远程操作机器人系统，其中，

还具备：

保持操作手，其设置于所述从动臂的末端，保持工件；以及

重力补偿部，其补偿所述保持操作手所保持的工件的重力，

在所述保持操作手保持有工件的情况下，所述指令生成部生成沿所述规定方向即重力方向对所述主控臂施加与所述从动臂从外部受到的力即所述保持操作手所保持的工件的重力独立的所述假想的外力的所述指令。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的远程操作机器人系统，其中，

还具备：

把持部，其设置于所述主控臂的末端，能够由所述操作人员把持；以及

把持传感器，其检测所述把持部是否被把持，

在所述把持传感器检测为所述把持部被把持的情况下，所述指令生成部生成对所述主控臂施加所述假想的外力的所述指令，

在所述把持传感器检测为所述把持部未被把持的情况下，所述指令生成部生成不对所述主控臂施加所述假想的外力以使得所述假想的外力不作用于所述主控臂的指令。

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