JP2002254362A - 遠隔操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マニピュレータ等種々の作動部材を操作する
操作装置は、作動部材の移動方向や把持の駆動制御を行
うことができるが、１つの操作装置で作動部材の剛性を
操作性良く調整することができなかった。 【解決手段】 遠隔地のマニピュレータ８や把持部９等
の作動部材の操作を、利用者の操作によって行う操作部
材１は、下端の支持部５に支持された操作部材の各移動
方向、移動量等を検出する６軸の力・トルクセンサ６を
備える。また、操作部３の表面に圧力センサ７を貼り、
操縦者が操作する際に利用者が例えばマニピュレータの
アームの剛性を強くしたいとき、あるいは機械加工部の
力を大きくしたいとき時のように作動部材の剛性を高く
したいときは、このとき操縦者が自然に行う操作部材を
握る手に力が入ること、及び握り方が変わることを操作
部の圧力センサ７で検出し、その圧力信号により作動部
材の剛性を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マニピュレータの
ような作動部材を、操縦者が遠隔地に設けた操作部材に
より操作することができるようにした遠隔操作装置に関
し、特に操縦者が操作部に加えた外力を検出することに
より作動部材の目標位置や速度を指令すると共に、操作
部の握り方やそのときの握る力によって作動部の剛性を
制御することができるようにした遠隔操作装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば人間が近づくことが好ましくない
放射性物質等の危険物を取り扱う作業、原子力プラント
内での作業、火山活動が活発な場所での各種作業、水中
での作業、宇宙での作業等、人間が直接作業をすること
が困難な場所では、ロボットマニピュレータを使用し、
操作を行う人がこのマニピュレータの動きをビデオカメ
ラの映像を観察しながら、意図したとおりに作業が遂行
しているかを確認し、予期しない事態に対して修正動作
行う操作をする等により遠隔作業を行うことがある。そ
の際、このマニピュレータは基部が固定されて移動しな
いもの、あるいは移動装置に搭載されているもの等が存
在し、更にその先端に位置する作動部によって物体を把
持する手段を備えたもの、あるいはその用途に応じて例
えば溶接装置、機械加工装置、検査装置等の特定の作動
部材を固定しこれを操作するだけのもの等、種々の態様
のものが存在する。

【０００３】このような作動部材を遠隔操作する技術
は、通常は専用回線としての有線、あるいは無線により
行われることが多いが、近年はインターネットの爆発的
な普及により、情報ネットワークを介してマニピュレー
タ、あるいは移動機構も含めたロボット全体を遠隔操作
することにより各種サービスを提供する遠隔操作システ
ムの実用化の研究もなされている。

【０００４】このようなシステムとしては、例えば医療
機関において眼底検査機に座った患者に対して、遠隔地
にいるこの分野の専門医がインターネットの情報ネット
ワークを利用して操作信号を眼底検査機に送り、眼底の
任意の位置に光を当てて映像信号を入手する操作を行
い、その映像信号を同じインターネットを介して専門医
のモニターに映し出し、正確な検査を行うことも実用化
されようとしている。また、無人のオフィスにロボット
のみを置き、これを家のパソコンから、更には他の国に
いる人が自分のパソコンからインターネットの情報ネッ
トワークを介して操作を行うことにより、例えば事務室
内のパソコンの操作を行い、あるいは各種事務機器を操
作することも考えられている。このようにインターネッ
ト等の情報ネットワークを介してロボットアーム等を遠
隔制御することは、今後機械加工の分野等においても広
く用いられることが期待されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特に上記のような情報
ネットワークを介在させた遠隔操作システムでは、ある
程度の通信時間遅れが避けられないため、遠隔地のマニ
ピュレータ等の作動部分に自立性をもたせて周囲のもの
との接触時の衝撃を吸収するようなコンプライアンス制
御が採用されている。しかしながら、作業内容によって
コンプライアンス制御の剛性を調整する必要があり、そ
の調整は困難な作業となっている。

【０００６】このような問題点を解決するため、例えば
マスタ・スレーブ型の操作装置を用いることがある。即
ち、放射性物質等の危険物を扱うためにガラス越しに行
っていた遠隔操作マニピュレータ等においては、操作者
の手元に大型のマスタアームを用意してマスタアームと
スレーブアームの位置と姿勢とを一対一に対応させる制
御を行い、操作者が直感的に操作ができるようなシステ
ムが構築されている。このようなマスタとスレーブの位
置と外力を同時に対応させる操作装置では、操作者自身
がコンプライアンスを調整して、柔らかく操作して作業
環境の拘束に沿った動作を生成したり、硬く操作して作
業環境に対して力を加えたりすることが可能である。

【０００７】一般に３次元空間の運動を指令するために
は最低でも位置の３自由度と姿勢の３自由度とを合わせ
た６自由度の装置が必要となるために装置が複雑で高価
なものとなる。また、ロボットアーム等の作動部に作用
する負荷を検出するセンサ情報をフィードバックするバ
イラテラル型装置を用いることもあるが、このシステム
においては予期しない故障の発生時には非常に危険であ
り、特殊用途には向いているが汎用的ではない欠点があ
る。

【０００８】更に他の手段としては、剛性の設定パラメ
ータをスイッチ等により変更する手段がある。即ち、コ
ンプライアンス制御型の遠隔操作装置では、作業に応じ
て予め剛性パラメータを設定しておいて、マニピュレー
タの位置や速度の指令を伝える制御が行われている。ま
た、剛性パラメータを切り換える際には予め用意してあ
るいくつかの決められたパラメータをスイッチを用いて
選択したり、制御コンピュータを操作してパラメータを
変更することになる。これらの方法では、意識して一連
の作業を止めてパラメータを切り換える必要があり、必
ずしも操作性が高いシステムではなかった。

【０００９】したがって、本発明は操作部材を遠隔操作
する際に、簡単な装置により操縦者が操作部材に加えた
外力を検出してマニピュレータ等の作動部の位置調節を
行うと共に、操縦者が操作部材を操作する状態や握る力
を検出して操作の剛性に関する情報を検出し、操作部材
に任意の剛性を付与することができるようにした遠隔操
作装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、請求項１に係る発明は、遠隔地の作動部材
に対して少なくとも作動部材の位置を操作する操作信号
を出力する操作部材を備えた遠隔操作装置において、前
記操作部材の操縦者が握る操作部に、操縦者の握りの状
態を検出するセンサを設け、前記センサにより作動部材
の剛性を制御する信号を調整する信号調整手段を備えた
ことを特徴とする遠隔操作装置としたものである。

【００１１】また、請求項２に係る発明は、前記操縦者
の握りの状態を検出するセンサは、圧力センサであるこ
とを特徴とする請求項１記載の遠隔操作装置としたもの
である。

【００１２】また、請求項３に係る発明は、前記操縦者
の握りの状態を検出するセンサは、握りの状態によって
変化する抵抗値を検出するセンサであることを特徴とす
る請求項１記載の遠隔操作装置としたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に沿って説
明する。図１は本発明による遠隔操作装置としての操作
部材１と、これをモニター２に接続して使用する態様を
示す図である。操作部材１はジョイスティック状に構成
され、上端に操縦者が指先で、あるいはこれを握ること
により操作を行う操作部３を備え、中間のレバー４、下
端の支持部５からなっている。支持部５には操作者が加
えた外力を検出する６軸の力・トルクセンサ６を備え、
操縦者による操作部の操作状態を検出することができる
ようにしている。なお、この位置調節を行うための６軸
の力・トルクセンサ６の代わりにジョイスティックを用
いることができる。

【００１４】図中球形に形成された操作部３の表面には
シート状の圧力センサ７を適宜分割して貼り付けてお
り、このセンサに加えられる握る力を検出する。それに
より、操縦者が操作部３を指先で操作をしているか、ほ
ぼ全体を握っているかを検出すると共に、操縦者が操作
部に加える握る力をそれぞれの圧力センサで検出しする
ようにしている。なお、この操作部の形状は図示するよ
うな球形の他任意の形状に形成することができ、その表
面に前記と同様の圧力センサ７を貼る。

【００１５】前記６軸の力・トルクセンサ６からの操作
信号は、各種作業を行うマニピュレータ等の作動部材に
送信され、その作動部材の先端の効果器としての作動部
が前記操縦者の操作に応じて移動し、作業を行うことが
できる。また、前記圧力センサ７からの信号は、例えば
マニピュレータのアームの制御剛性、把持部で物を把持
するときの制御剛性等、作動部材が各種作動を行う際の
剛性を制御する。

【００１６】図示実施例においては、モニター２に表示
されたマニピュレータ８の把持部９により物品１０を把
持する作動を行う状態を示しており、操縦者はこのモニ
ター画面を観察することにより、表示されているマニピ
ュレータ８のアームを操作して把持部９の位置と姿勢を
調節しながら物品１０に近づけ、また把持部９により物
品１０を把持し搬送を行う。

【００１７】このとき、例えばマニピュレータ８のアー
ムを物品１０に対して遠い位置からこの物品１０の近傍
まで移動させるときには、操縦者は操作部３を移動方向
に大きく、且つ強く操作すると共に、例えば図２（ｂ）
に示すように操縦者はほとんど直感的に無意識であるい
はまた意識的に操作部３を手のひら１１で強く握って前
記操作を行う。この操作における移動方向及びその外力
は６軸の力・トルクセンサ６で検出し、また、操作部３
を握る状態は操作部３の表面に貼り付けている図１に示
すような圧力センサ７により、接触面積、及びそのとき
の全体の圧力を検出する。なお、接触面積は操作部３に
貼り付けた複数の圧力センサに手のひらが接触した数に
よって、またそのときの全体の圧力は、前記接触した圧
力センサの圧力を積算することにより求めることが可能
である。

【００１８】このような操縦者が無意識で、あるいは意
識的に行う操作部３の操作のし方、及びそのときの全体
の握る力を検出し、マニピュレータのコンプライアンス
調整部分を調整し、作動時の剛性を調節する。それによ
り、前記のようにマニピュレータを大きく移動するとき
には、移動速度が大きくなると共に、その移動時の剛性
も高くなり、所定の位置に高速で移動することができる
ようになる。

【００１９】次いでマニピュレータ８の把持部９が物品
１０を把持するときには、特にこの物品１０が壊れやす
い物品である場合には、操縦者はマニピュレータ８の把
持部９を慎重に物品１０に近づけると共に、把持部の開
閉を慎重に行って把持する操作を行うと共に、把持した
時に徐々にこれを持ち上げ、確実に把持されたと思われ
るときマニピュレータ８のアームの移動速度を上げてこ
の物品１０の搬送を行うこととなる。

【００２０】上記のようなマニピュレータ８で壊れやす
い物品を把持し運搬する操作を行う状態の時には、操縦
者はこれを慎重に作業を行わなければならないと思うた
め、前記のようにマニピュレータ８のアームを高速で移
動するときとは異なり、操作部３を操作する手は例えば
図２（ａ）に示すように通常細かな作業を行うときと同
様に指先で操作を行うこととなり、しかもそのときに操
作部を握る力は小さなものとなる。操作部３に貼り付け
た圧力センサ７は操作部３に対する接触面積が減少する
と共に、その全体の圧力も減少する。それによりマニピ
ュレータはコンプライアンス調整部分が調整され、比較
的柔らかな動きを行い、物品に対する把持部の微妙な動
き、把持操作、物品の持ち上げ作動等が行われると共に
作動部で自動的な位置調整も可能となる。

【００２１】操作部３に設けた圧力センサ７としては種
々の物を用いることができ、例えば前記実施例のように
複数の圧力センサ７を設けるほか、１枚の圧力センサに
複数の圧力検出素子を分散配置したものも用いることが
でき、また、操作部のほぼ全体を一つの圧力センサと
し、手のひらの接触面積の検出は行うことなく、ここに
加えられた握る力のみによってマニピュレータ等の剛性
の調整を行うこともできる。更に、前記のように複数の
圧力センサ７を貼り付けたものにおいては、各圧力セン
サを操作方向毎に累積することにより、操縦者がレバー
を操作しようとする方向と外力を検出することができ、
この信号によりマニピュレータのアーム等の操作も可能
となる等の副次的な効果も生じる。

【００２２】上記のような遠隔操作装置を用いることに
より簡単な手段により剛性の調節も可能となるため、例
えば図３に示すようなインターネット網１５を用いて各
種の操作を行うことができ、前記図１に示すような作業
も行うことができる。即ち、図３の例においては、Ａ地
点には前記のような本発明による遠隔操作装置１５を備
えると共にインターネット網１５と接続しているパソコ
ン１６が設置され、Ｂ地点にはマニピュレータ８と有線
または無線により通信を行うことができるパソコン１７
等の通信手段が設置されている。

【００２３】このようなシステムを用いることにより、
本来はＢ地点のパソコン１７により操作を行えば良いと
ころであるが、例えばその地点にはこのマニピュレータ
を取り扱うことができる適切な人がいない等のために操
作することができないときでも、この操作に熟練したＡ
地点の人が遠隔操作装置１を用いてこれを操縦すること
ができる。

【００２４】このとき、通信システムの信号伝達の遅れ
により、Ｂ地点でマニピュレータを操作するときのよう
に操縦者の意志の通りの操縦を行うことができない。そ
のためこのような通信システムを介して遠隔操縦を行う
ときには間違いのない操縦を行うために、特にマニピュ
レータの剛性を低くする必要がある。しかしながら、重
いマニピュレータのアーム全体を速く移動するときのよ
うに、また、強い力で物品に加工を施すときのように明
らかに剛性を高くした方がよいときには当然剛性を高め
ておかなければならない。

【００２５】このように剛性の調整が特に必要な上記通
信システムを用いた遠隔操縦においては、本発明のよう
に任意に剛性の調整を行うことができる調整手段を用い
ることは極めて有効である。特に本発明の剛性調整手段
は、操縦を行う操作部材を握る力を検出しているので、
利用者がほとんど無意識で行う操作部分に対する剛性の
感覚を検出することができ、操作しやすい遠隔操作装置
とすることができる。

【００２６】本発明は前記のようなマニピュレータの操
作のほか、各種加工、検査装置の操作、事務用機器の操
作等、種々の操作に適用することができる。また、イン
ターネット網を用いた遠隔操作に限らず各種有線、ある
いは無線による遠隔操作にも適用することができる。な
お、本発明における「遠隔操作装置」は、単に操作部材
そのものを意味するものではなく、例えば圧力センサの
信号から剛性の調整信号を形成する部分も含めた意味で
使用している。なお、操作部材としては、従来から広く
用いられているジョイスティック等、各種の部材を用い
ることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、マ
ニピュレータ等の操作部材を遠隔操作する際に、簡単な
装置により操縦者が操作部材に加えた外力を検出してマ
ニピュレータ等の作動部の位置調節を行うと共に、一般
の作業者がその作業を手で行うときの感覚で操縦者が操
作部材を操作するとき、操作部に加える握る力の変化や
操作部材の操作の仕方を検出し、操作部材に任意の剛性
を付与することができる。そのため、操作者の自然な行
動によって自動的に適切な操作部材に対する剛性を制御
することができる。また、上記のように構成することに
より変形部分等の駆動部分が無くなるため安全な操作装
置とすることができると共に、通常の遠隔操縦を行う操
作部材に一体的に組み込むことができ、１つの操作部材
によって種々の制御信号を出力することができるように
なり、操作しやすく、且つ簡素な構成の遠隔操作装置と
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による遠隔操作装置の実施例の側面図、
及びこの遠隔操作装置を適用したシステムの概要を示す
システム模式図である。

【図２】本発明による遠隔操作装置を操作している状態
を示す斜視図であり、（ａ）は指先で操作している状態
を示し、（ｂ）は握って操作している状態を示す。

【図３】本発明による遠隔操作装置をインターネットを
用いた通信システムを用いて操作を行うときの概要を示
すシステム模式図である。

【符号の説明】

１ 操作部材 ２ モニター ３ 操作部 ４ レバー ５ 支持部 ６ ６軸の力・トルクセンサ ７ 圧力センサ ８ マニピュレータ ９ 把持部 １０ 部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｍ 11/00 ３０１ Ｈ０４Ｍ 11/00 ３０１ Ｈ０４Ｑ 9/00 ３０１ Ｈ０４Ｑ 9/00 ３０１Ｂ ３７１ ３７１Ｂ Ｆターム(参考） 3C007 AS00 AS27 AS28 AS29 AS32 AS35 CY02 CY32 CY40 JS03 JT04 KS03 KS04 KS30 KS34 KV06 KW03 LU06 LU10 LV10 LV15 MS30 MT01 MT02 MT10 MT15 3J070 AA03 BA11 BA51 CA01 CC71 CE01 DA70 5K048 AA04 AA05 BA21 DC07 EB02 EB10 FB05 HA01 HA02 HA04 HA11 HA21 5K101 KK11 LL01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠隔地の作動部材に対して少なくとも作
   動部材の位置を操作する操作信号を出力する操作部材を
   備えた遠隔操作装置において、 前記操作部材の操縦者が握る操作部に、操縦者の握りの
   状態を検出するセンサを設け、 前記センサにより作動部材の制御剛性を調整する手段を
   備えたことを特徴とする遠隔操作装置。
2. 【請求項２】 前記操縦者の握りの状態を検出するセン
   サは、圧力センサであることを特徴とする請求項１記載
   の遠隔操作装置。
3. 【請求項３】 前記操縦者の握りの状態を検出するセン
   サは、握りの状態によって変化する操作者の手と操作部
   の間の抵抗値を検出するセンサであることを特徴とする
   請求項１記載の遠隔操作装置。