JP2003300188A - Tactile interface and its control method - Google Patents

Tactile interface and its control method

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JP2003300188A
JP2003300188A JP2003030023A JP2003030023A JP2003300188A JP 2003300188 A JP2003300188 A JP 2003300188A JP 2003030023 A JP2003030023 A JP 2003030023A JP 2003030023 A JP2003030023 A JP 2003030023A JP 2003300188 A JP2003300188 A JP 2003300188A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tactile interface having a wide operation space, capable of presenting a heavy feeling of a virtual object, and making an operator feel no sense of oppression and heavy feeling of a device. <P>SOLUTION: A multi-finger tactile interface 10 is provided with an arm mechanism composed of an arm part 12, a first arm joint 16, a second arm joint 17, and a wrist joint. A tactile finger base 20 is provided with a plurality of tactile fingers 21 to 25, and a finger fixing member 30 is arranged on the tip for connecting a fingertip of the operator. A control device 40 is provided for opposing the tactile finger base 20 to a hand Ha of the operator H by controlling the first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint on the basis of detection of a position of the hand Ha of a three-dimensional position attitude sensor 42 and its attitude. A triaxial force sensor is arranged on the tactile fingers 21 to 25 for detecting a movement of a fingertip of the operator H. The control device 40 controls the tactile fingers 21 to 25 by interlocking with the movement of the fingertip on the basis of detection of the movement of the fingertip of the triaxial force sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、触覚インターフェ
イス及びその制御方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tactile interface and its control method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、触覚インターフェイスとして、仮
想空間における物体にぶつかるときの抵抗感覚や重量感
覚を手若しくは指先1点に表現するものとしては、非特
許文献1(従来技術1)のシリアルリンク型のPHANToM
がある。又、他に、日商エレクトロニクス社のパラレル
リンク型のHa ptic Masterがある(従来技術2)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a tactile interface, a serial link type disclosed in Non-Patent Document 1 (Prior Art 1) is used to express a feeling of resistance or weight when hitting an object in a virtual space with a single hand or fingertip. PHANToM
There is. In addition, there is a parallel link type haptic master manufactured by Nissho Electronics Co., Ltd. (prior art 2).

【0003】又、シリアルリンク型の触覚インターフェ
イスを2台設置して、2本の指先に力提示する研究(非
特許文献2)もある(従来技術3)。他の触覚インター
フェイスとして、多点の力の提示を可能とするために、
人間の手の甲や腕にフォースフィードバック機構を装着
するものがある。代表例としては、非特許文献3(従来
技術4)や、非特許文献4がある(従来技術5)。
There is also a study (Non-patent document 2) in which two serial link type tactile interfaces are installed and force is presented to two fingertips (prior art 3). As another tactile interface, to enable the presentation of multiple forces,
Some have a force feedback mechanism attached to the back or arm of a human hand. Representative examples include Non-Patent Document 3 (Prior Art 4) and Non-Patent Document 4 (Prior Art 5).

【0004】さらに、仮想物体の重量感覚を提示するた
めに、こうしたフォースフィードバック機構とアーム機
構を装着し、アーム機構を手に固定するシステムとし
て、米国Virtual Technology社の3D Interraction
(従来技術6)及び非特許文献5(従来技術7)があ
る。
Furthermore, in order to present the weight sensation of a virtual object, such a force feedback mechanism and an arm mechanism are attached, and as a system for fixing the arm mechanism to the hand, 3D Interaction of Virtual Technology Co., USA
(Prior Art 6) and Non-Patent Document 5 (Prior Art 7).

【0005】[0005]

【非特許文献1】米国 SensAble Technology社[平成
15年2月6日検索](インターネット<URL:htt
p://www.Sensable.com/>)
[Non-Patent Document 1] SensAble Technology, Inc. [searched on February 6, 2003] (Internet <URL: htt
p: //www.Sensable.com/ >)

【非特許文献2】吉川恒夫、名倉彰宏:3次元空間用無
負荷時非接触型力感覚提示装置,日本バーチャルリアリ
ティ学会論文誌,Vol.3,No.3,pp.75-82,1998
[Non-patent document 2] Tsuneo Yoshikawa, Akihiro Nagura: Non-contact non-contact force sensation presentation device for 3D space, Transactions of the Virtual Reality Society of Japan, Vol.3, No.3, pp.75-82, 1998.

【非特許文献3】Force Feedback Glove(H.Kawasak
i,and T.Hayashi:"Force Feedback Glove for Man
ipulation of Virtual Objects,Journal of Robot
ics andMechatronics",Vol.5,No.1,pp.79-84 1993
[Non-Patent Document 3] Force Feedback Glove (H. Kawasak
i, and T. Hayashi: "Force Feedback Glove for Man
ipulation of Virtual Objects, Journal of Robot
ics and Mechatronics ", Vol.5, No.1, pp.79-84 1993

【非特許文献4】米国Virtual Technology社、[平成1
5年2月6日検索](インターネット<URL:http:/
/www.virtex.com/>)のCyberGrasp
[Non-patent document 4] US Virtual Technology, [Heisei 1
Search February 6, 5] (Internet <URL: http: /
CyberGrasp from /www.virtex.com/ >)

【非特許文献5】Force Feedback装置(鈴木直樹、服
部麻木 他5名:触覚を伴った手術作業が可能なバーチ
ャル手術システムの開発,日本バーチャルリアリティ学
会論文誌Vol.3,No.4,pp.237-24,1998
[Non-patent document 5] Force feedback device (Naoki Suzuki, Asagi Hattori and 5 others: Development of virtual surgical system capable of surgical operation with tactile sensation, Journal of Virtual Reality Society of Japan Vol.3, No.4, pp. 237-24,1998

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来技術1及び従来技
術2は、これらは、一箇所での触覚の提示はできるが、
人間に対し、多点(複数)の指先への直角の提示は困難
である。
Although the prior art 1 and the prior art 2 are capable of presenting the tactile sense at one place,
It is difficult for human beings to present a right angle to multiple fingertips.

【0007】従来技術3は、その可動範囲は極めて狭い
問題がある。又、従来技術1〜3のようなこうした設置
型は、操作者が受ける違和感や負担感は少ないが、操作
空間が広く、多点の力感覚を提示する触覚インターフェ
イスは研究開発されていない。
Prior art 3 has a problem that its movable range is extremely narrow. Further, in such an installation type as in the related arts 1 to 3, the operator does not feel a sense of discomfort or a burden, but the operation space is wide, and no tactile interface has been researched and developed to present a multi-point force sensation.

【0008】又、従来技術4や従来技術5では、人間の
複数の指先に力を提示できるが、アームと連動していな
いため、仮想物体の重量感覚を提示することは困難であ
る。又、人間の手や腕に触覚インターフェイスを装着す
るため、圧迫感や触覚インターフェイスの重量感を人間
に与えている。
Further, in the prior art 4 and the prior art 5, the force can be presented to a plurality of human fingertips, but it is difficult to present the weight sensation of the virtual object because it is not interlocked with the arm. In addition, since the tactile interface is attached to a human hand or arm, a feeling of pressure and a heavy feeling of the tactile interface are given to the human.

【0009】又、従来技術6及び従来技術7は、アーム
機構や指先のフォースフィードバック機構を人間に装着
するため、圧迫感、違和感或いは負担感を人間に与えて
いる。
Further, in the prior art 6 and the prior art 7, since the arm mechanism and the force feedback mechanism of the fingertip are mounted on the human, the human feels a feeling of pressure, discomfort or burden.

【0010】本発明の目的は、人間の複数の指先に力感
覚を提示する触覚インターフェイスにおいて、操作空間
が広く、仮想物体の重量感覚を提示でき、操作者に圧迫
感や装置の重量感を感じさせることのない触覚インター
フェイスを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a tactile interface for presenting a force sensation to a plurality of human fingertips, which has a wide operation space and can present a weight sensation of a virtual object, so that the operator feels a feeling of pressure and a feeling of weight of the apparatus. It is to provide a tactile interface that does not let you do.

【0011】又、他の目的は、上記触覚インターフェイ
スに好適な制御方法を提供することを目的としている。
Another object is to provide a control method suitable for the tactile interface.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1の発明は、操作者の指先の運動に追従可
能な複数の触覚指を触覚指ベースに配置し、前記触覚指
ベースをアーム機構で空間運動を可能とする触覚インタ
ーフェイスにおいて、前記触覚指ベースを操作者の手に
対向させ、手の位置及び姿勢に連動させて前記触覚指ベ
ースを駆動制御し、操作者の指先の動きに連動させて前
記触覚指を駆動制御する制御手段を備えたことを特徴と
する触覚インターフェイスを要旨とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 arranges a plurality of tactile fingers capable of following the movement of the fingertips of an operator on a tactile finger base, In a tactile interface that enables a spatial movement of the base by an arm mechanism, the tactile finger base is opposed to the operator's hand, and the tactile finger base is drive-controlled in conjunction with the position and posture of the hand, and the operator's fingertip A gist of a tactile interface characterized by comprising control means for driving and controlling the tactile finger in association with the movement of the tactile finger.

【0013】請求項2の発明は、請求項1において、前
記制御手段は、各触覚指に作用している力(Fi)と、
目標力(Fdi)との力誤差を用いて、前記触覚指ベース
を駆動するアーム機構と前記触覚指を制御することを特
徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the control means includes a force (F i ) acting on each tactile finger,
A force error from the target force (F di ) is used to control the arm mechanism for driving the tactile finger base and the tactile finger.

【0014】請求項3の発明は、請求項2において、前
記アーム機構に設けられた能動関節のアーム関節角度を
検出するアーム関節角度検出手段と、前記触覚指に設け
られた能動関節の触覚指関節角度を検出する触覚指関節
角度検出手段と、前記触覚指の動きを検出する動き検出
手段とを備え、前記制御手段は、前記各触覚指の先端か
ら前記アーム機構のベースまでの運動学的ヤコビ行列
を、前記アーム関節角度、前記触覚指関節角度に基づい
て、演算する第1演算手段と、前記動き検出手段の検出
に基づいて得られた各触覚指の先端に作用している力
(Fi)と目標力(Fdi)との力誤差の力フィードバ
ック制御のために、前記アーム関節角度、前記触覚指関
節角度、前記運動学的ヤコビ行列、及び前記力誤差に基
づいて、前記触覚指の能動関節及び前記アーム機構の能
動関節への制御入力を演算する第2演算手段と、を備
え、前記制御入力に基づいて前記触覚指の能動関節及び
前記アーム機構の能動関節を制御することを特徴とす
る。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the arm joint angle detecting means for detecting the arm joint angle of the active joint provided in the arm mechanism, and the tactile finger of the active joint provided in the tactile finger. The control means includes a tactile finger joint angle detecting means for detecting a joint angle and a motion detecting means for detecting a movement of the tactile finger. First computing means for computing the Jacobian matrix based on the arm joint angle and the tactile finger joint angle, and the force acting on the tip of each tactile finger obtained based on the detection of the motion detecting means ( For force feedback control of the force error between Fi) and the target force (Fdi), based on the arm joint angle, the tactile finger joint angle, the kinematic Jacobian matrix, and the force error, Noh A second calculation means for calculating a control input to the dynamic joint and the active joint of the arm mechanism, and controlling the active joint of the tactile finger and the active joint of the arm mechanism based on the control input. And

【0015】請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3
のうちいずれか1項において、前記触覚指及び前記アー
ム機構は、それぞれ能動関節を備え、前記能動関節が可
動範囲限界内の所定の閾値から限界方向に位置している
場合、前記制御手段は、前記能動関節を現在位置に保持
する位置制御を行うことを特徴とする。 請求項5の発
明は、請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項におい
て、前記触覚指及び前記アーム機構に設けられた能動関
節が可動範囲限界内の所定の閾値から限界方向に位置し
ている場合、前記制御手段は、前記能動関節を現在位置
に保持する位置制御を行い、前記能動関節が可動範囲限
界内の所定の閾値の範囲内に位置している場合、前記制
御手段は、各触覚指に作用している力(Fi)と、目標
力(Fdi)との力誤差を用いて制御することを特徴とす
る。
The invention of claim 4 is the invention of claims 1 to 3.
In any one of the above items, the tactile finger and the arm mechanism each include an active joint, and when the active joint is located in a limit direction from a predetermined threshold value within a movable range limit, the control unit, It is characterized in that position control for holding the active joint at the current position is performed. According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the active joints provided on the tactile finger and the arm mechanism are located in a limit direction from a predetermined threshold value within a movable range limit. In the case of, the control means performs position control for holding the active joint at the current position, and when the active joint is located within a range of a predetermined threshold value within the movable range limit, the control means, It is characterized in that control is performed by using a force error between the force (F i ) acting on each tactile finger and the target force (F di ).

【0016】請求項6の発明は、請求項1乃至請求項3
のうちいずれか1項において、前記触覚指に設けられた
全ての能動関節が可動範囲にあるときは、前記制御手段
は、前記触覚指を前記触覚指に作用する力(Fi)と目
標力(Fdi)との力誤差を用いて制御するとともに、前
記アーム機構を現在位置に保持する位置制御することを
特徴とする。
[0016] The invention of claim 6 is from claim 1 to claim 3.
In any one of the above items, when all the active joints provided on the tactile finger are within the movable range, the control unit controls the force (F i ) acting on the tactile finger to the target force and the target force. It is characterized by performing control using a force error with (F di ), and performing position control for holding the arm mechanism at the current position.

【0017】請求項7の発明は、請求項1乃至請求項3
のうちいずれか1項において、前記制御手段は、前記触
覚指を、前記触覚指に作用する力(Fi)と目標力(F
di)との力誤差を用いて制御し、前記触覚指ベースを位
置制御し、前記触覚指ベースと前記触覚指とを含むハン
ドの可操作性を最大とするように前記触覚指ベースの目
標位置姿勢を設定することを特徴とする。
The invention according to claim 7 is any one of claims 1 to 3.
In any one of the above items, the control unit causes the tactile finger to exert a force (F i ) acting on the tactile finger and a target force (F i ).
di )) to control the position of the tactile finger base by using a force error between the tactile finger base and the target position of the tactile finger base so as to maximize manipulability of the hand including the tactile finger base and the tactile finger. It is characterized by setting the posture.

【0018】請求項8の発明は、アーム用能動関節を備
えたアーム機構と、前記アーム機構に設けられた触覚指
ベースと、前記触覚指ベースに設けられ、操作者の指先
を連結する指先連結部を備えるとともに、指用能動関節
を備えた複数の触覚指と、前記操作者の手の位置及びそ
の姿勢を検出する第1検出手段と、前記第1検出手段の
手の位置及びその姿勢の検出に基づいて前記アーム用能
動関節を制御して触覚指ベースを操作者の手に対向させ
る第1制御手段と、操作者の指先の動きを検出する第2
検出手段と、第2検出手段の指先の動き検出に基づい
て、同指先の動きに連動して指用能動関節を制御する第
2制御手段を備えた触覚インターフェイスを要旨とする
ものである。
According to an eighth aspect of the present invention, an arm mechanism having an active arm joint is provided, a tactile finger base provided on the arm mechanism, and a fingertip connection provided on the tactile finger base for connecting a fingertip of an operator. A plurality of tactile fingers having an active finger joint and a first detecting means for detecting the position and posture of the operator's hand, and the position and posture of the hand of the first detecting means. First control means for controlling the active joint for the arm based on the detection so that the tactile finger base faces the operator's hand; and second control means for detecting the movement of the operator's fingertip.
The gist of the invention is to provide a tactile interface that includes a detection unit and a second control unit that controls an active finger joint in association with the movement of the fingertip based on the movement of the fingertip detected by the second detection unit.

【0019】請求項9の発明は、請求項8において、前
記第2検出手段は、触覚指に設けた多軸の力センサであ
り、第2制御手段は、力フィードバック制御により、操
作者の指先に与える力を制御することを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect, the second detection means is a multi-axis force sensor provided on a tactile finger, and the second control means performs force feedback control to the operator's fingertip. It is characterized by controlling the force applied to.

【0020】請求項10の発明は、請求項9において、
前記第2制御手段は、操作者の指先に与える力がゼロと
なるように力フィードバック制御することを特徴とす
る。請求項11の発明は、請求項8乃至請求項10のう
ちいずれか1項において、前記アーム機構は、アーム用
能動関節により、6自由度以上の運動の自由度を有して
いることを特徴とする。
The invention of claim 10 is the same as that of claim 9
The second control means performs force feedback control so that the force applied to the fingertip of the operator becomes zero. According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the eighth to tenth aspects, the arm mechanism has six or more degrees of freedom of movement due to an arm active joint. And

【0021】請求項12の発明は、請求項8乃至請求項
11のうちいずれか1項において、前記触覚指は指用能
動関節により3自由度以上の運動の自由度を有すること
を特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the eighth to eleventh aspects, the tactile finger has three or more degrees of freedom of movement due to an active finger joint. .

【0022】請求項13の発明は、請求項8乃至請求項
12のうちいずれか1項において、前記指先連結部は、
触覚指の先端側に設けたことを特徴とする。請求項14
の発明は、請求項13において、前記指先連結部には、
触覚指の先端側に転動自在に設けた受動球関節と、同受
動球関節に設けた操作者の指先を連結する指取付部を備
えることを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the eighth to twelfth aspects, the fingertip connecting portion is
It is characterized in that it is provided on the tip side of the tactile finger. Claim 14
In the invention of claim 13, in the fingertip connection portion,
The present invention is characterized in that a passive ball joint provided rotatably on the tip side of the tactile finger and a finger attachment portion provided on the passive ball joint for connecting an operator's fingertip are provided.

【0023】請求項15の発明は、請求項14におい
て、前記指先連結部には、前記受動球関節を吸着保持す
る吸着手段を備えたことを特徴とする。請求項16の発
明は、請求項15において、前記吸着手段は、受動球関
節を磁力により吸着保持する磁力発生手段であることを
特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the fourteenth aspect, the fingertip connecting portion is provided with suction means for sucking and holding the passive ball joint. According to a sixteenth aspect of the present invention, in the fifteenth aspect, the attraction means is a magnetic force generation means for attracting and holding the passive ball joint by magnetic force.

【0024】請求項17の発明は、請求項16におい
て、前記磁力発生手段は、永久磁石であることを特徴と
する。請求項18の発明は、請求項16において、前記
磁力発生手段は、電磁石であり、さらに、外部信号によ
り、前記電磁石の磁力を可変する磁力制御手段を備えた
ことを特徴とする。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the sixteenth aspect, the magnetic force generating means is a permanent magnet. According to an eighteenth aspect of the present invention, in the sixteenth aspect, the magnetic force generating means is an electromagnet, and further comprises magnetic force control means for varying the magnetic force of the electromagnet by an external signal.

【0025】請求項19の発明は、請求項8乃至請求項
16のうちいずれか1項において、第1検出手段には、
前記触覚指ベースに設けられた操作者の手の位置を計測
するセンサを含むことを特徴とする。
According to a nineteenth aspect of the present invention, in any one of the eighth to sixteenth aspects, the first detecting means is
The tactile finger base further includes a sensor for measuring the position of the operator's hand.

【0026】請求項20の発明は、アーム用能動関節を
備えたアーム機構と、前記アーム機構に設けられた触覚
指ベースと、前記触覚指ベースに設けられ、操作者の指
先を連結する指先連結部を備えるとともに、指用能動関
節を備えた複数の触覚指とを備えた触覚インターフェイ
スの制御方法において、操作者の手の位置及びその姿勢
の検出結果に基づき、操作者の指先が構成する仮想平面
に対して操作者の手の位置と面対称となる位置に触覚指
ベースを位置させるように前記アーム用能動関節を制御
して、同触覚指ベースを操作者の手に対向させることを
特徴とする触覚インターフェイスの制御方法を要旨とす
るものである。
According to a twentieth aspect of the present invention, an arm mechanism having an active joint for an arm, a tactile finger base provided on the arm mechanism, and a fingertip connection provided on the tactile finger base for connecting a fingertip of an operator. In a method of controlling a tactile interface including a plurality of tactile fingers having an active finger joint, a virtual fingertip of an operator is configured based on a detection result of a position and a posture of an operator's hand. The tactile finger base is opposed to the operator's hand by controlling the active joint for the arm so that the tactile finger base is located at a position symmetrical with respect to the plane of the operator's hand. The gist is the control method of the tactile interface.

【0027】請求項21の発明は、請求項20におい
て、触覚インターフェイスは、さらに操作者の手の位置
及びその姿勢を検出する第1検出手段を備え、第1検出
手段による手の位置及びその姿勢の検出結果を用いて触
覚指ベースの位置を制御することを特徴とする。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the twenty-first aspect, the tactile interface further comprises first detecting means for detecting the position and posture of the operator's hand, and the position and posture of the hand by the first detecting means. It is characterized in that the position of the tactile finger base is controlled using the detection result of.

【0028】請求項22の発明は、請求項21におい
て、触覚インターフェイスは、さらに操作者の指先の動
きを検出する第2検出手段を備え、第2検出手段の指先
の動き検出に基づいて、同指先の動きに連動して指用能
動関節を制御することを特徴とする。
According to a twenty-second aspect of the present invention, in the tactile interface according to the twenty-first aspect, the tactile interface further comprises second detecting means for detecting the movement of the fingertip of the operator, and based on the movement detection of the fingertip of the second detecting means. It is characterized by controlling the active joint for the finger in conjunction with the movement of the fingertip.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)以下、本発明を
多指触覚インターフェイスに具体化した第1実施形態を
図1及び図2を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment in which the present invention is embodied in a multi-finger tactile interface will be described below with reference to FIGS.

【0030】図1は多指触覚インターフェイスの概略を
示す斜視図、図2は本実施形態の触覚指の斜視図であ
る。多指触覚インターフェイス10は、ベース11、ア
ーム部12、ハンド13を備えている。アーム部12
は、第1アーム14及び第2アーム15からなる。第1
アーム14は、ベース11に対して、3自由度を有する
第1腕関節16を介して連結されている。本実施形態で
は、第1腕関節16は図1に示すように第1腕関節16
の中心において互いに直交する軸x0, y0,z0の周り
でそれぞれ第1アーム14を回転する。この軸x0,y
0,z0は基準座標系の軸となる。
FIG. 1 is a perspective view showing the outline of the multi-finger tactile interface, and FIG. 2 is a perspective view of the tactile finger of this embodiment. The multi-finger tactile interface 10 includes a base 11, an arm portion 12, and a hand 13. Arm part 12
Consists of a first arm 14 and a second arm 15. First
The arm 14 is connected to the base 11 via a first arm joint 16 having three degrees of freedom. In the present embodiment, the first arm joint 16 is the first arm joint 16 as shown in FIG.
The first arm 14 is rotated about axes x0, y0, z0 which are orthogonal to each other at the center of the first arm 14, respectively. This axis x0, y
0 and z0 are axes of the reference coordinate system.

【0031】又、第2アーム15は第1アーム14に対
して1自由度を有する第2腕関節17(肘部)を介して
連結されている。本実施形態では、第2腕関節17は、
第2アーム15を図1に示すように第2腕関節17の中
心線である軸mの周りで能動回転する。
The second arm 15 is connected to the first arm 14 via a second arm joint 17 (elbow portion) having one degree of freedom. In the present embodiment, the second arm joint 17 is
As shown in FIG. 1, the second arm 15 actively rotates about an axis m which is the center line of the second arm joint 17.

【0032】ハンド13は触覚指ベース20と、触覚指
ベース20に設けられた5本の触覚指21〜25を備え
ている。5本の触覚指21〜25は、人間の拇指〜小指
の5本の指と相対可能に、列状に配置されている。すな
わち、第1触覚指21が人間の拇指、第2触覚指22が
人差し指、第3触覚指23が中指、第4触覚指24が薬
指、第5触覚指25が小指と向かい合うように触覚指ベ
ース20に配置されている。触覚指ベース20の基端側
に設けられた取付部は、第2アーム15の先端部に対し
て手首関節18(図3参照)を介して取付けされてい
る。本実施形態では、手首関節18は図1に示すように
手首関節18の中心において互いに直交する軸xm,y
m,zmの周りでそれぞれ触覚指ベース20を回転す
る。
The hand 13 includes a tactile finger base 20 and five tactile fingers 21 to 25 provided on the tactile finger base 20. The five tactile fingers 21 to 25 are arranged in rows so as to be able to face the five fingers of the human thumb to little finger. That is, the first tactile finger 21 is a thumb of a human, the second tactile finger 22 is an index finger, the third tactile finger 23 is a middle finger, the fourth tactile finger 24 is a ring finger, and the fifth tactile finger 25 is a little finger. It is located at 20. The attachment portion provided on the base end side of the tactile finger base 20 is attached to the tip end portion of the second arm 15 via the wrist joint 18 (see FIG. 3). In the present embodiment, the wrist joint 18 has axes xm, y orthogonal to each other at the center of the wrist joint 18 as shown in FIG.
The tactile finger base 20 is rotated around m and zm, respectively.

【0033】この軸xm,ym,zmは触覚指ベース座標
系の軸となる。第1腕関節16、第2腕関節17及び手
首関節18は、駆動源としての駆動モータをその自由度
の数に一致する個数分備えており、各駆動モータを制御
することにより、前述した軸の周りで回転する。
The axes xm, ym, zm are axes of the tactile finger base coordinate system. The first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint 18 are provided with drive motors as drive sources in the number corresponding to the number of degrees of freedom, and by controlling each drive motor, the above-mentioned axes are provided. Rotate around.

【0034】又、第1腕関節16、及び第2腕関節17
及び手首関節18において、前述した各軸の周りで回転
駆動する駆動モータには回転角度を検出する回転角度検
出手段としてのロータリエンコーダARE1〜ARE7
が設けられている(図3参照)。これらのロータリエンコ
ーダARE1〜ARE7により、前記各軸の周りの回転
角度が検出される。なお、図3では、説明の便宜上、ロ
ータリエンコーダARE1〜ARE7をまとめて図示し
ている。
Further, the first arm joint 16 and the second arm joint 17
In the wrist joint 18, the rotary motors ARE1 to ARE7 as the rotation angle detecting means for detecting the rotation angle are included in the drive motors that are rotationally driven around the respective axes described above.
Are provided (see FIG. 3). The rotary encoders ARE1 to ARE7 detect the rotation angles around the respective axes. Note that, in FIG. 3, the rotary encoders ARE1 to ARE7 are collectively shown for convenience of description.

【0035】前記ロータリエンコーダARE1〜ARE
7にて検出された回転角度は、本実施形態及び他の実施
形態において、以下、それぞれアーム関節角度q(i
=1,…7)という。アーム関節角度qのiは、アー
ム機構の自由度の数に対応している。
The rotary encoders ARE1 to ARE
In the present embodiment and the other embodiments, the rotation angles detected in 7 will be respectively referred to as arm joint angles q i (i
= 1, ... 7). I of the arm joint angle q i corresponds to the number of degrees of freedom of the arm mechanism.

【0036】なお、第1腕関節16、第2腕関節17及
び手首関節18はアーム機構に設けられた能動関節、す
なわち、アーム用能動関節及びアーム関節に相当する。
又、アーム部12、第1腕関節16、第2腕関節17及
び手首関節18はアーム機構を構成している。従って、
アーム機構は、7自由度を備えている。前記アーム機構
により、前記触覚指ベース20は空間運動が可能にされ
ている。
The first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint 18 correspond to active joints provided in the arm mechanism, that is, active arm joints and arm joints.
The arm portion 12, the first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint 18 form an arm mechanism. Therefore,
The arm mechanism has 7 degrees of freedom. The arm mechanism allows the tactile finger base 20 to move spatially.

【0037】図2には、第2触覚指22の詳細が示され
ている。第1触覚指〜第5触覚指21〜25は基本的に
同じ機能を有する部材にて構成されているため、以下で
は、第2触覚指22の構成について説明し、他の触覚指
については説明を省略する。
FIG. 2 shows the details of the second tactile finger 22. Since the first to fifth tactile fingers 21 to 25 are basically composed of members having the same function, the configuration of the second tactile finger 22 will be described below and other tactile fingers will be described. Is omitted.

【0038】第2触覚指22は第1リンク35、第2リ
ンク36、第1指関節27、第2指関節28、受動球関
節29、及び指固定部材30を備えている。第1リンク
35は第1指関節27を介して触覚指ベース20に取付
けされている。
The second tactile finger 22 includes a first link 35, a second link 36, a first finger joint 27, a second finger joint 28, a passive ball joint 29, and a finger fixing member 30. The first link 35 is attached to the tactile finger base 20 via the first finger joint 27.

【0039】第1指関節27は2軸の関節であって、図
2に示すように第1指関節27の中心において互いに直
交する第1軸27a及び第2軸27bの周りでそれぞれ
第1リンク35を能動回転する。
The first knuckle 27 is a biaxial joint, and as shown in FIG. 2, a first link 27a and a second shaft 27b, which are orthogonal to each other at the center of the first knuckle 27, respectively, have first links. 35 is actively rotated.

【0040】すなわち、第1軸27aの周りで第1指関
節27にて第1リンク35が回転する場合は、隣接する
他の触覚指に対し近接又は離間する方向(内外転方向)
に向かう回転(内外転)となる。第2軸27bの周りで
第1指関節27にて第1リンク35が回転する場合は、
前後屈回転となる。なお、ここで、前とは、触覚指22
が握り方向に屈曲する方向であり、後は、その180度
反対方向である。
That is, when the first link 35 rotates at the first finger joint 27 around the first axis 27a, the direction in which the first link 35 approaches or separates from another adjacent tactile finger (inward / outward rotation direction).
It becomes the rotation (inward and outward rotation) toward. When the first link 35 rotates at the first knuckle 27 around the second axis 27b,
It will rotate back and forth. Here, the term “front” means the tactile finger 22.
Is the direction in which it bends in the gripping direction, and the opposite direction is the 180 ° opposite direction.

【0041】又、第2リンク36は第1リンク35に対
して前後屈への1自由度を有する第2指関節28を介し
て連結されている。すなわち、第2指関節28は、第2
リンク36を図2に示すように第2指関節28の中心線
である第3軸28aの周りで能動回転する。
The second link 36 is connected to the first link 35 through a second knuckle 28 having one degree of freedom in flexion. That is, the second knuckle 28 is
As shown in FIG. 2, the link 36 is actively rotated around the third axis 28a which is the center line of the second finger joint 28.

【0042】第1指関節27及び第2指関節28は、駆
動源としての駆動モータ(図示しない)をその自由度の
数に一致する個数分備えており、各駆動モータを制御す
ることにより、前述した第1軸27a〜第3軸28aの
周りでそれぞれ回転する。
The first knuckle 27 and the second knuckle 28 are provided with drive motors (not shown) as drive sources, the number of which is equal to the number of degrees of freedom, and by controlling each drive motor, It rotates around the above-described first shaft 27a to third shaft 28a, respectively.

【0043】又、第1指関節27及び第2指関節28に
おいて、前述した第1軸27a〜第3軸28aを駆動す
る駆動モータには回転角度を検出する回転角度検出手段
としてのロータリエンコーダURE1〜URE3がそれ
ぞれ設けられている。これらのロータリエンコーダUR
E1〜URE3により、前記各軸の周りの回転角度が検
出される。
In the first finger joint 27 and the second finger joint 28, the drive motor for driving the first shaft 27a to the third shaft 28a described above has a rotary encoder URE1 as a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle. ~ URE3 are provided respectively. These rotary encoders UR
The rotation angles around the respective axes are detected by E1 to URE3.

【0044】前記ロータリエンコーダURE1〜URE
3にて検出された回転角度は、本実施形態及び他の実施
形態において、以下、それぞれ触覚指関節角度p
ij(i=1,…5,j=1,…3)という。なお、p
ijのiは、触覚指の数に対応する。pijのjは、触
覚指の自由度の数に対応し、すなわち、第1軸27a〜
第3軸28aという軸の数(軸数)に対応する。
The rotary encoders URE1 to URE
In the present embodiment and other embodiments, the rotation angle detected in 3 will be described below as the tactile finger joint angle p.
ij (i = 1, ... 5, j = 1, ... 3). Note that p
The i of ij corresponds to the number of tactile fingers. j of p ij corresponds to the number of degrees of freedom of the tactile finger, that is, the first axis 27a ...
This corresponds to the number of axes (number of axes) called the third axis 28a.

【0045】第1指関節27,第2指関節28は触覚指
に設けられた能動関節、すなわち、指用能動関節及び触
覚指関節に相当する。受動球関節29は、円球状をな
し、第2リンク36の先端に半球状に凹設された取付凹
部26aに対して着脱自在に、かつ360度のいずれの
範囲においても回転自在に嵌合されている。受動球関節
29は鉄等の強磁性体からなる。永久磁石31は、第2
リンク36の取付凹部26aに近接した部位において第
2リンク36に内装されている。永久磁石31の磁力
(吸着力)により、受動球関節29は常には取付凹部2
6a内に嵌合保持されている。しかし、受動球関節29
に、前記磁力を超える引っ張り力が加わった際には、受
動球関節29は、取付凹部26aから離脱可能である。
The first knuckle 27 and the second knuckle 28 correspond to active joints provided on the tactile finger, that is, active joints for fingers and tactile finger joints. The passive ball joint 29 has a spherical shape and is detachably attached to a mounting recess 26a formed in a hemispherical shape at the distal end of the second link 36 and rotatably fitted in any range of 360 degrees. ing. The passive ball joint 29 is made of a ferromagnetic material such as iron. The permanent magnet 31 is the second
The link 36 is internally mounted on the second link 36 at a portion close to the mounting recess 26 a. Due to the magnetic force (adsorption force) of the permanent magnet 31, the passive ball joint 29 is always attached to the mounting recess 2
Fitted and held in 6a. However, passive ball joint 29
Further, when a tensile force exceeding the magnetic force is applied, the passive ball joint 29 can be detached from the mounting recess 26a.

【0046】永久磁石31は、吸着手段及び磁力発生手
段に相当する。指固定部材30は受動球関節29の露出
した頂部に一体に固定されており、先端の周面は指取付
部32が凹設されている。指取付部32は、長さ方向の
先端側半分は断面半円状に凹設され、基端側半分は、指
の先端(指先)が、受動球関節29の頂部に近接する位
置まで挿入可能に断面円形状に形成されている。
The permanent magnet 31 corresponds to an attraction means and a magnetic force generation means. The finger fixing member 30 is integrally fixed to the exposed top portion of the passive ball joint 29, and the finger mounting portion 32 is provided on the peripheral surface at the tip end. The finger attachment part 32 is recessed in a semicircular cross section at the distal half in the longitudinal direction, and the proximal half can be inserted up to the position where the tip (fingertip) of the finger approaches the top of the passive ball joint 29. It has a circular cross section.

【0047】又、指取付部32に対応して、指固定部材
30の先端の周面には、リング状に形成された有弾性の
締付バンド33が固定されている。本実施形態では、締
付バンド33は合成ゴム等からなるバンドにて形成され
ている。締付バンド33と指取付部32との間には人の
人差し指が差し込み可能な空間が形成され、人差し指を
差し込みした際、締付バンド33が同指を安定して指取
付部32に対して添わせる。
A ring-shaped elastic tightening band 33 is fixed to the peripheral surface of the tip of the finger fixing member 30 corresponding to the finger mounting portion 32. In the present embodiment, the tightening band 33 is formed of a band made of synthetic rubber or the like. A space into which a person's index finger can be inserted is formed between the tightening band 33 and the finger mounting portion 32, and when the index finger is inserted, the tightening band 33 stably stabilizes the same with respect to the finger mounting portion 32. Accompany.

【0048】指固定部材30は、指先連結部に相当す
る。なお、第2触覚指22と同様に第1触覚指21、第
3触覚指23〜第5触覚指25の指取付部32及び締付
バンド33は、それぞれ人間の拇指、中指、薬指、小指
を接続可能である。
The finger fixing member 30 corresponds to a fingertip connecting portion. In addition, as with the second tactile finger 22, the finger attachment portions 32 and the fastening band 33 of the first tactile finger 21, the third tactile finger 23 to the fifth tactile finger 25 are the human thumb, middle finger, ring finger, and little finger, respectively. Can be connected.

【0049】第2リンク36の先端周部には3軸力セン
サK2が設けられている。3軸力センサK2は、第2触
覚指22に働く、互いに直交する3軸方向の並進力を検
出可能である。3軸力センサK2は、第2検出手段及び
多軸の力センサに相当する。
A triaxial force sensor K2 is provided around the distal end of the second link 36. The triaxial force sensor K2 can detect translational forces acting on the second tactile finger 22 in the triaxial directions orthogonal to each other. The triaxial force sensor K2 corresponds to the second detecting means and the multiaxial force sensor.

【0050】なお、他の触覚指の3軸力センサについて
は、第1触覚指〜第5触覚指21〜25の数え順の番号
に一致した符号を図3に示すようにKに付すものとす
る。なお、他の触覚指におけるロータリエンコーダUR
E1〜URE3は、図3では、説明の便宜上、それぞれ
触覚指毎にまとめて図示している。
Regarding the other three-axis force sensors of the tactile fingers, the reference numerals corresponding to the numbers in the counting order of the first to fifth tactile fingers 21 to 25 are attached to K as shown in FIG. To do. The rotary encoder UR for other tactile fingers
In FIG. 3, E1 to URE3 are collectively shown for each tactile finger for convenience of description.

【0051】次に多指触覚インターフェイス10に関す
る装置の電気的構成について説明する。3次元位置姿勢
計測装置41は、多指触覚インターフェイス10を扱う
人(以下、操作者Hという)の手首Rに装着された3次
元位置姿勢センサ42と無線で通信可能にされている。
3次元位置姿勢センサ42は、操作者Hの手Haの位置
(3次元的な空間位置)、及びその姿勢を検出し、その
検出信号を3次元位置姿勢計測装置41に無線で通信す
る。
Next, the electrical configuration of the device relating to the multi-finger tactile interface 10 will be described. The three-dimensional position / orientation measuring device 41 is capable of wirelessly communicating with a three-dimensional position / orientation sensor 42 attached to a wrist R of a person (hereinafter, referred to as an operator H) who handles the multi-finger tactile interface 10.
The three-dimensional position and orientation sensor 42 detects the position (three-dimensional spatial position) of the hand Ha of the operator H and its orientation, and wirelessly communicates the detection signal to the three-dimensional position and orientation measuring device 41.

【0052】なお、前記手Haの位置とは、操作者Hの
3次元位置姿勢センサ42を装着した手Haの座標系
(以下、ハンド座標系(xh,yh,zh)という)の
原点位置Ohを示す3つのパラメータである。又、手H
aの姿勢は、軸xh,yh,zhが軸x0,y0,z0
へそれぞれのなす角度からなる3つのオイラーパラメー
タで示され、ハンド座標系の姿勢と一致する。
The position of the hand Ha is the origin position Oh of the coordinate system of the hand Ha of the operator H wearing the three-dimensional position / orientation sensor 42 (hereinafter referred to as the hand coordinate system (xh, yh, zh)). Are three parameters that indicate Also, hand H
In the posture of a, the axes xh, yh, zh are the axes x0, y0, z0.
It is indicated by three Euler parameters, each of which is formed by the angle of each, and matches the posture of the hand coordinate system.

【0053】3次元位置姿勢センサ42は、第1検出手
段に相当する。3次元位置姿勢計測装置41は、3次元
位置姿勢センサ42から送信された検出信号を受信する
と、その信号を手Haの位置及びその姿勢に関するハン
ド座標系の位置データ及び姿勢データとして信号処理
し、制御装置40に出力する。
The three-dimensional position / orientation sensor 42 corresponds to the first detecting means. Upon receiving the detection signal transmitted from the three-dimensional position and orientation sensor 42, the three-dimensional position and orientation measuring device 41 performs signal processing on the signal as position data and orientation data of the hand coordinate system regarding the position and orientation of the hand Ha, Output to the control device 40.

【0054】制御装置40は、CPU40a(中央処理
装置)、ROM40b、RAM40cを備えている。R
OM40bには、多指触覚インターフェイス10を制御
するための制御プログラムを始め各種制御プログラムが
格納されている。RAM40cは、CPU40aが演算
処理する際の作業用メモリとなり、後述する制御プログ
ラムを実行したときの、各種演算結果や、検出値を格納
する。
The control device 40 comprises a CPU 40a (central processing unit), a ROM 40b and a RAM 40c. R
The OM 40b stores various control programs including a control program for controlling the multi-finger tactile interface 10. The RAM 40c serves as a work memory when the CPU 40a performs arithmetic processing, and stores various arithmetic results and detected values when a control program described later is executed.

【0055】CPU40aは、制御手段、第1制御手段
及び第2制御手段に相当する。第2触覚指駆動装置45
は、制御装置40に電気的に接続され、制御装置40か
らの第2触覚指制御信号に基づいて、第2触覚指22の
第1軸27a,第2軸27bを備えた第1指関節27、
及び第3軸28aを備えた第2指関節28を駆動する。
The CPU 40a corresponds to the control means, the first control means and the second control means. Second tactile finger drive device 45
Is electrically connected to the control device 40, and based on a second tactile finger control signal from the control device 40, the first finger joint 27 including the first shaft 27a and the second shaft 27b of the second tactile finger 22. ,
And driving the second knuckle 28 having the third shaft 28a.

【0056】第1触覚指21、第3触覚指23〜第5触
覚指25においても、第2触覚指22と同様に駆動装置
を備えており、制御装置40からの第1、第3〜第5触
覚指制御信号に基づいてそれぞれの第1指関節27及び
第2指関節28を同様に駆動する。なお、図3では、説
明の便宜上、第2触覚指22の第2触覚指駆動装置45
等についてのみ図示し、他の触覚指に関する、駆動装
置、第1指関節27及び第2指関節28については省略
している。
Similarly to the second tactile finger 22, the first tactile finger 21, the third tactile finger 23 to the fifth tactile finger 25 also have a driving device, and the first, third to third tactile fingers from the control device 40 are provided. 5 Based on the tactile finger control signal, the respective first finger joint 27 and second finger joint 28 are similarly driven. In FIG. 3, for convenience of description, the second tactile finger drive device 45 of the second tactile finger 22 is shown.
Etc. are illustrated, and the drive device, the first knuckle 27, and the second knuckle 28 relating to other tactile fingers are omitted.

【0057】アーム駆動装置46は制御装置40に電気
的に接続され、制御装置40からのアーム制御信号に基
づいて、第1腕関節16、第2腕関節17及び手首関節
18を駆動する。
The arm drive device 46 is electrically connected to the control device 40, and drives the first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint 18 based on the arm control signal from the control device 40.

【0058】ロボット制御装置100は、人間型ハンド
(以下、ロボットハンドという)を有するロボットを多
指触覚インターフェイス10にて遠隔制御するために設
けられており、制御装置40とは、無線又は、通信線を
介して、交信が行われる。前記ロボットハンドは、人間
の手と同様に5本の指及び腕を備えている。ロボット制
御装置100は、多指触覚インターフェイス10にて入
力された教示データに基づいてこのロボットハンドを駆
動制御する。
The robot controller 100 is provided to remotely control a robot having a humanoid hand (hereinafter referred to as a robot hand) by the multi-finger tactile interface 10, and communicates with the controller 40 wirelessly or by communication. Communication takes place via lines. The robot hand has five fingers and arms like a human hand. The robot controller 100 drives and controls the robot hand based on the teaching data input through the multi-finger tactile interface 10.

【0059】(制御フローチャートの説明)さて、上記
のように構成された多指触覚インターフェイス10の作
用について、図4に示す制御フローチャートを参照して
説明する。同フローチャートは教示制御プログラムであ
り、制御装置40のCPU40aが周期的に実行する。
(Description of Control Flowchart) The operation of the multi-finger tactile interface 10 configured as described above will now be described with reference to the control flow chart shown in FIG. The flowchart is a teaching control program, which is periodically executed by the CPU 40a of the control device 40.

【0060】この制御プログラムは、仮想空間でのロボ
ットの作業の制御プログラムである。この制御プログラ
ムは仮想空間にあるロボットハンドをもつロボットに、
操作者Hのデモンストレーションに基づいて、ロボット
ハンドの指先の位置と力を教示する。この制御プログラ
ム実行中、操作者Hの5本の指は、第1触覚指21〜第
5触覚指25の各指固定部材30の指取付部32に締付
バンド33にて保持されており、操作者Hが手Haを動
かすと、各触覚指に力が作用し、その力は、各3軸力セ
ンサK1〜K5にて検出される。
This control program is a control program for the work of the robot in the virtual space. This control program is for a robot with a robot hand in a virtual space,
Based on the demonstration of the operator H, the position and force of the fingertip of the robot hand are taught. During execution of this control program, the five fingers of the operator H are held by the tightening band 33 on the finger attachment portions 32 of the respective finger fixing members 30 of the first to fifth tactile fingers 21 to 25. When the operator H moves the hand Ha, a force acts on each tactile finger, and the force is detected by each of the three-axis force sensors K1 to K5.

【0061】又、操作者Hの手Haの位置及びその姿勢
は、3次元位置姿勢センサ42が検出し、3次元位置姿
勢計測装置41に検出信号を送信する。そして、3次元
位置姿勢計測装置41では、その信号をハンド座標系の
位置データ及び姿勢データとして信号処理し、制御装置
40に出力する。
The position and posture of the hand Ha of the operator H are detected by the three-dimensional position and posture sensor 42, and a detection signal is transmitted to the three-dimensional position and posture measuring device 41. Then, the three-dimensional position / orientation measuring device 41 performs signal processing on the signal as position data and attitude data of the hand coordinate system, and outputs the signal to the control device 40.

【0062】又、アーム機構のロータリエンコーダAR
E1〜ARE7は、アーム機構の各関節における各軸の
周りの回転角度を検出する。すなわち、ロータリエンコ
ーダARE1〜ARE7はアーム関節角度qiを検出
し、制御装置40に出力する。
Further, the rotary encoder AR of the arm mechanism
E1 to ARE7 detect a rotation angle around each axis in each joint of the arm mechanism. That is, the rotary encoders ARE1 to ARE7 detect the arm joint angles q i and output them to the control device 40.

【0063】なお、qi中、i=1,…,7は、アーム
機構の第1腕関節16、第2腕関節17及び手首関節1
8(アーム用能動関節)において、7自由度を付与する
各軸に対応させたものである。又、各触覚指21〜25
のロータリエンコーダURE1〜URE3は、各関節の
各軸の周りの触覚指関節角度pijを検出し、制御装置4
0に出力する。
In q i , i = 1, ..., 7 are the first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint 1 of the arm mechanism.
8 (active joints for arms) correspond to each axis to which 7 degrees of freedom are given. Also, each tactile finger 21-25
Rotary encoders URE1 to URE3 detect the tactile finger joint angles p ij around each axis of each joint, and control device 4
Output to 0.

【0064】なお、pij中、iは、i=1,…,5で、
それぞれ第1触覚指21〜第5触覚指25に対応する。
又、jは、j=1,…,3で、第1軸27a,第2軸2
7b,第3軸28aにそれぞれ対応する。
In p ij , i is i = 1, ..., 5,
Each corresponds to the first to fifth tactile fingers 21 to 25.
Also, j is j = 1, ..., 3, and the first shaft 27a and the second shaft 2
7b and the third shaft 28a, respectively.

【0065】(ステップ10(以下、ステップをSとい
う))さて、教示制御プログラムが開始されると、S1
0では操作者Hの手Haを自由に動かせるように、制御
装置40のCPU40a(以下、単にCPU40aとい
う)はアーム部12及び各触覚指を駆動制御する。
(Step 10 (hereinafter, step is referred to as S)) Now, when the teaching control program is started, S1
At 0, the CPU 40a (hereinafter simply referred to as CPU 40a) of the control device 40 drives and controls the arm 12 and each tactile finger so that the hand Ha of the operator H can be freely moved.

【0066】まず、CPU40aは、触覚指ベース20
の位置及びその姿勢を、操作者Hの手Haの位置、及び
その姿勢と対向するように制御する。又、同時に、CP
U40aは操作者Hの指先で作られる仮想平面αに対し
て面対称となるように、アーム駆動装置46にアーム制
御信号を出力してアーム部12を駆動制御する。
First, the CPU 40a uses the tactile finger base 20.
The position and the posture thereof are controlled so as to face the position and the posture of the hand Ha of the operator H. At the same time, CP
The U 40 a outputs an arm control signal to the arm drive device 46 to drive and control the arm unit 12 so as to be plane-symmetric with respect to the virtual plane α formed by the fingertip of the operator H.

【0067】すなわち、CPU40aは、3次元位置姿
勢計測装置41から、操作者Hの手Haの位置及びその
姿勢に関するハンド座標系の位置データ及び姿勢データ
を入力すると、これらのデータを基準座標系を介して触
覚指ベース座標系に変換する。
That is, when the CPU 40a inputs the position data and posture data of the hand coordinate system regarding the position and posture of the hand Ha of the operator H from the three-dimensional position and posture measuring device 41, these data are set in the reference coordinate system. Convert to the tactile finger-based coordinate system via.

【0068】そして、この触覚指ベース座標系におい
て、触覚指ベース20の位置及びその姿勢を手Haの位
置及びその姿勢と対向するように、操作者Hの指先で作
られる仮想平面αに対して面対称となるように、アーム
駆動装置46にアーム制御信号を出力してアーム部12
を駆動制御する。この後、S30に移行する。
Then, in this tactile finger base coordinate system, with respect to the virtual plane α made by the fingertip of the operator H, the position and the posture of the tactile finger base 20 are opposed to the position and the posture of the hand Ha. An arm control signal is output to the arm driving device 46 so as to be plane-symmetrical, and the arm unit 12
Drive control. Then, the process proceeds to S30.

【0069】前記アーム部12、第1腕関節16、第2
腕関節17及び手首関節18からなるアーム機構は7自
由度を有するため、この対向はアーム機構の動作可能範
囲であれば常に実現できる。
The arm portion 12, the first arm joint 16, the second
Since the arm mechanism including the arm joint 17 and the wrist joint 18 has seven degrees of freedom, this facing can always be realized within the operable range of the arm mechanism.

【0070】ここで、仮想平面αについて説明する。本
実施形態では、仮想平面αは、操作者Hの拇指、人差し
指、中指の3本の指先で作られる平面を基本としてい
る。なお、これら3本の指がほぼ直線状に並ぶときは、
他の指を含め、最小2乗法で指先を乗せる平面を決定し
ている。
Here, the virtual plane α will be described. In the present embodiment, the virtual plane α is basically a plane formed by the three fingertips of the operator H, that is, the thumb, the index finger, and the middle finger. When these three fingers line up in a substantially straight line,
The plane on which the fingertip is placed is determined by the least squares method including the other fingers.

【0071】又、本実施形態では、手Haの指先の位置
は、第1触覚指21〜第5触覚指25の各指固定部材3
0の指取付部32に保持されていることから、各触覚指
の先端位置(指取付部32の位置)と同じである。この
ため、CPU40aは仮想平面αを決定するために必要
な各触覚指の先端位置(3次元位置)を、触覚指の触覚
指関節角度pij、触覚指の長さ、アーム機構のアーム関
節角度qi、アーム機構の長さに基づいて演算する。
Further, in the present embodiment, the position of the fingertip of the hand Ha is determined by the finger fixing members 3 of the first to fifth tactile fingers 21 to 25.
Since it is held by the finger mounting portion 32 of 0, it is the same as the tip position (position of the finger mounting portion 32) of each tactile finger. Therefore, the CPU 40a determines the tip position (three-dimensional position) of each tactile finger required to determine the virtual plane α, the tactile finger joint angle p ij of the tactile finger, the length of the tactile finger, and the arm joint angle of the arm mechanism. It is calculated based on q i and the length of the arm mechanism.

【0072】なお、各触覚指の触覚指関節角度pij及び
アーム機構のアーム関節角度qiは、各触覚指のロータ
リエンコーダURE1〜URE3の検出値及びアーム機
構のロータリエンコーダARE1〜ARE7の検出値に
基づいてそれぞれ演算する。又、各触覚指の長さ及びア
ーム機構の長さは、触覚指及びアーム機構を構成してい
る各部材の長さであり、これらの値は予めROM40b
に格納されている。
The tactile finger joint angle p ij of each tactile finger and the arm joint angle q i of the arm mechanism are the detection values of the rotary encoders URE1 to URE3 of each tactile finger and the detection values of the rotary encoders ARE1 to ARE7 of the arm mechanism. Based on each. Further, the length of each tactile finger and the length of the arm mechanism are the length of each member constituting the tactile finger and the arm mechanism, and these values are stored in advance in the ROM 40b.
It is stored in.

【0073】(S20)次のS20では、仮想空間での
ロボットハンドと仮想物体との干渉があるか、否かを判
定する。
(S20) In next S20, it is determined whether or not there is interference between the robot hand and the virtual object in the virtual space.

【0074】なお、ロボット制御装置100は、仮想空
間でロボットハンドと仮想物体との接触があるときは、
干渉信号(ロボットハンドにおける各指についての干渉
力の大きさと、各指における干渉方向を示す信号)を制
御装置40に出力し、接触していない場合には、干渉信
号を出力しないようにされている。
The robot controller 100, when the robot hand and the virtual object are in contact with each other in the virtual space,
An interference signal (a signal indicating the magnitude of the interference force for each finger in the robot hand and the interference direction for each finger) is output to the control device 40, and if no contact is made, no interference signal is output. There is.

【0075】このため、仮想空間でのロボットハンドと
仮想物体との干渉がない場合、前記干渉信号を入力しな
いため、CPU40aはS20の判定を「NO」と判定
し、S30に移行する。反対に、仮想空間でのロボット
ハンドと仮想物体との干渉がある場合、前記干渉信号を
入力するため、CPU40aはS20の判定を「YE
S」と判定し、S40に移行する。
Therefore, when there is no interference between the robot hand and the virtual object in the virtual space, the interference signal is not input, so the CPU 40a determines "NO" in S20 and proceeds to S30. On the other hand, if there is interference between the robot hand and the virtual object in the virtual space, the CPU 40a inputs the interference signal, and therefore the CPU 40a makes a determination of "YE" in S20.
It is determined to be "S", and the process proceeds to S40.

【0076】(S30)S30では、CPU40aは、
各触覚指による指先での3軸方向(各3軸力センサK1
〜K5が検出可能な方向)の力がゼロになるように各触
覚指を力フィードバック制御する。すなわち、各3軸力
センサK1〜K5の検出値が0となるように各触覚指の
第1指関節27の第1軸27a及び第2軸27b、第3
軸28aの駆動モータをフィードバック制御する。
(S30) In S30, the CPU 40a
Three-axis directions (each three-axis force sensor K1
Force feedback control is performed on each tactile finger so that the force in the direction (K5 can be detected) becomes zero. That is, the first axis 27a and the second axis 27b of the first knuckle 27 of each tactile finger, and the third axis so that the detection values of the three-axis force sensors K1 to K5 become zero.
The drive motor of the shaft 28a is feedback-controlled.

【0077】この力フィードバック制御時においても、
CPU40aは、各触覚指の先端位置(3次元位置)を
触覚指の触覚指関節角度pij、触覚指の長さ、アーム機
構のアーム関節角度qi、アーム機構の長さに基づいて
演算する。
Even during this force feedback control,
The CPU 40a calculates the tip position (three-dimensional position) of each tactile finger based on the tactile finger joint angle p ij of the tactile finger, the tactile finger length, the arm joint angle q i of the arm mechanism, and the arm mechanism length. .

【0078】そして、このとき得られた、各触覚指の先
端位置(指取付部32の位置:3次元位置)が仮想空間
におけるロボットハンドに教示すべき目標空間位置とな
る。なお、CPU40aは、仮想空間でのロボットハン
ドと仮想物体との干渉がないため、仮想空間における力
の教示データはゼロとする。
The tip position of each tactile finger (the position of the finger mounting portion 32: three-dimensional position) obtained at this time is the target space position to be taught to the robot hand in the virtual space. Since there is no interference between the robot hand and the virtual object in the virtual space, the CPU 40a sets the force teaching data in the virtual space to zero.

【0079】このS30の処理後、S50に移行する。
(S40)S40は、ロボットハンドと仮想物体の間に
干渉力を生じさせる処理である。CPU40aは入力し
た干渉信号に基づいて、干渉方向に操作者Hに力感覚、
すなわち、干渉力を提示するため、各触覚指21〜25
をそれぞれ干渉方向に力フィードバック制御する。
After the processing of S30, the process proceeds to S50.
(S40) S40 is a process of generating an interference force between the robot hand and the virtual object. The CPU 40a senses a force on the operator H in the interference direction based on the input interference signal,
That is, in order to present the interference force, each tactile finger 21-25
Are subjected to force feedback control in the interference direction.

【0080】又、干渉方向と直交する平面に沿う運動
は、自由に触覚指が運動できるように、その方向におけ
る操作者Hの指先の力がゼロとなるように各触覚指を力
フィードバック制御する。この後、S50に移行する。
In addition, the movement along the plane orthogonal to the interference direction is force feedback controlled so that the tactile fingers can move freely and the force of the operator's H fingertip in that direction becomes zero. . Then, the process proceeds to S50.

【0081】なお、この力フィードバック制御時におい
ても、CPU40aは、各触覚指の先端位置(3次元位
置)を触覚指の触覚指関節角度pij、触覚指の長さ、ア
ーム機構のアーム関節角度qi、アーム機構の長さに基
づいて演算する。
Even during this force feedback control, the CPU 40a determines the tip position (three-dimensional position) of each tactile finger as the tactile finger joint angle p ij of the tactile finger, the length of the tactile finger, and the arm joint angle of the arm mechanism. It is calculated based on q i and the length of the arm mechanism.

【0082】そして、このとき得られた、各触覚指の先
端位置(指取付部32の位置:3次元位置)が仮想空間
におけるロボットハンドに教示すべき目標空間位置とな
る。又、前記力フィードバック制御時に、各触覚指の各
3軸力センサK1〜K5にて検出される干渉方向の力が
ロボットハンドに教示すべき力の教示データとなる。
Then, the tip position of each tactile finger (position of the finger mounting portion 32: three-dimensional position) obtained at this time becomes the target space position to be taught to the robot hand in the virtual space. Further, during the force feedback control, the force in the interference direction detected by each of the three-axis force sensors K1 to K5 of each tactile finger becomes teaching data of the force to be taught to the robot hand.

【0083】(S50)S50では、CPU40aは前
のS30又はS40で演算したロボットのロボットハン
ドの目標空間位置や、ロボットハンドに教示すべき力の
教示データをロボット制御装置100に出力し、このフ
ローチャートを一旦終了する。
(S50) In S50, the CPU 40a outputs the target space position of the robot hand of the robot calculated in the previous S30 or S40 and the teaching data of the force to be taught to the robot hand to the robot controller 100, and this flowchart Ends once.

【0084】従って、本実施形態において、仮想物体と
ロボットハンドとの干渉がない場合には、操作者Hの手
Haを自由に動かせるようにCPU40aにてアーム部
12及び、触覚指22が制御されることになる。
Therefore, in this embodiment, when there is no interference between the virtual object and the robot hand, the CPU 40a controls the arm portion 12 and the tactile finger 22 so that the hand Ha of the operator H can be freely moved. Will be.

【0085】又、仮想物体とロボットハンドとの干渉が
ある場合には、S40において、アーム部12の可動範
囲において、操作者Hの複数の指に干渉力を提示でき
る。次に、受動球関節29の作用について説明する。
If there is interference between the virtual object and the robot hand, the interference force can be presented to a plurality of fingers of the operator H in the movable range of the arm portion 12 in S40. Next, the operation of the passive ball joint 29 will be described.

【0086】操作者Hの指先は各触覚指において指固定
部材30の指取付部32に保持されているが、受動球関
節29により、同じ指先位置でその姿勢を変えることが
可能である。このことにより、各触覚指と操作者Hの連
結が円滑となっており、各触覚指インターフェイスのサ
イズと操作者Hの腕や手Haのサイズの差異が機構的に
吸収される。
The fingertip of the operator H is held by the finger attachment portion 32 of the finger fixing member 30 in each tactile finger, but the posture can be changed at the same fingertip position by the passive ball joint 29. This makes the connection between each tactile finger and the operator H smooth, and mechanically absorbs the difference between the size of each tactile finger interface and the size of the arm or hand Ha of the operator H.

【0087】又、受動球関節29は、永久磁石31によ
り、吸引されて各触覚指の取付凹部26aに保持されて
いる。このため、操作者Hの指先に過度の引っ張り力が
作用すると、自動的に受動球関節29は触覚指から離脱
し、操作者Hの指先に引っ張り力が生じない。
The passive ball joint 29 is attracted by the permanent magnet 31 and held in the mounting recess 26a of each tactile finger. Therefore, when an excessive pulling force acts on the fingertip of the operator H, the passive ball joint 29 is automatically separated from the tactile finger, and the pulling force is not generated on the fingertip of the operator H.

【0088】本実施形態によると、次のような作用効果
を奏する。 (1) 本実施形態の多指触覚インターフェイス10で
は、第1腕関節16、第2腕関節17及び手首関節18
(アーム用能動関節)を備えたアーム部12、第1腕関
節16、第2腕関節17及び手首関節18(アーム機
構)を設けた。又、触覚指ベース20と、触覚指ベース
20に設けられ、操作者の指先を連結する指固定部材3
0(指先連結部)を備えるとともに、指先の運動に連動
可能な第1指関節27,第2指関節28(指用能動関
節)を備えた複数の触覚指を設けた。
According to this embodiment, the following operational effects are obtained. (1) In the multi-finger tactile interface 10 of the present embodiment, the first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint 18
An arm section 12 (active arm joint), a first arm joint 16, a second arm joint 17, and a wrist joint 18 (arm mechanism) are provided. Further, the tactile finger base 20 and the finger fixing member 3 provided on the tactile finger base 20 and connecting the fingertips of the operator.
A plurality of tactile fingers including 0 (fingertip connection part) and a first finger joint 27 and a second finger joint 28 (active finger joint) that can be linked to the movement of the fingertip are provided.

【0089】そして、操作者Hの手Haの位置及びその
姿勢を検出する3次元位置姿勢センサ42(第1検出手
段)を備えた。さらに、3次元位置姿勢センサ42の手
Haの位置及びその姿勢の検出に基づき第1腕関節1
6、第2腕関節17及び手首関節18を制御して触覚指
ベース20を操作者Hの手Haに対向させるCPU40
a(第1制御手段)を備えた。
The three-dimensional position / orientation sensor 42 (first detecting means) for detecting the position and orientation of the hand Ha of the operator H is provided. Further, the first arm joint 1 is detected based on the detection of the position and the posture of the hand Ha of the three-dimensional position and posture sensor 42.
6, CPU40 which controls the 2nd arm joint 17 and the wrist joint 18, and makes the tactile finger base 20 oppose the hand Ha of the operator H.
a (first control means).

【0090】さらに、操作者Hの指先の動きを検出する
3軸力センサK1〜K5(第2検出手段)と、3軸力セ
ンサK1〜K5の指先の動き検出に基づいて、同指先の
動きに連動して第1指関節27,第2指関節28を制御
するCPU40a(第2制御手段)を設けた。
Further, based on the triaxial force sensors K1 to K5 (second detecting means) for detecting the movement of the fingertip of the operator H, and the movement detection of the fingertip of the triaxial force sensors K1 to K5, the movement of the fingertip is performed. A CPU 40a (second control means) for controlling the first knuckle 27 and the second knuckle 28 is provided in conjunction with.

【0091】この結果、本実施形態での多指触覚インタ
ーフェイス10は、人間の複数の指先に力感覚を提示で
き、その作業領域はほぼアーム機構の作業領域となり、
広い領域(操作空間)が確保できる。
As a result, the multi-finger tactile interface 10 according to the present embodiment can present force sensations to a plurality of human fingertips, and the work area thereof is almost the work area of the arm mechanism.
A wide area (operation space) can be secured.

【0092】又、操作者Hは多指触覚インターフェイス
10の重量感や、手Haが多指触覚インターフェイス1
0と接続されて負担感を感ずることもない。又、操作者
Hの指先への力の提示が人間の手自体に装着するもので
はないため、違和感も感じさせない効果がある。
Further, the operator H feels the weight of the multi-finger tactile interface 10 and the hand Ha has the multi-finger tactile interface 1.
There is no need to feel a burden when connected to 0. In addition, since the presentation of the force to the fingertip of the operator H is not to be worn on the human hand itself, there is an effect of not causing a feeling of strangeness.

【0093】(2) 本実施形態では、CPU40a
は、各触覚指に設けた各3軸力センサK1〜K5(多軸
の力センサ)とし、CPU40aは、力フィードバック
制御により、操作者の指先に与える力を制御するように
した(S30,S40)。
(2) In this embodiment, the CPU 40a
Are three-axis force sensors K1 to K5 (multi-axis force sensors) provided on each tactile finger, and the CPU 40a controls the force applied to the fingertips of the operator by force feedback control (S30, S40). ).

【0094】この結果、好適に操作者Hの指先に干渉力
を付与しなかったり、或いは、干渉力を付与することか
できる。 (3) 本実施形態では、CPU40aは、操作者Hの
指先に与える力がゼロとなるように力フィードバック制
御するようにした。
As a result, it is possible to preferably not give the interference force to the fingertip of the operator H, or to give the interference force. (3) In the present embodiment, the CPU 40a is configured to perform force feedback control so that the force applied to the fingertip of the operator H becomes zero.

【0095】この結果、ロボットハンドと仮想物体との
干渉がない場合には、操作者Hに対して操作者Hの手H
aの自由を束縛することがなくなる。 (4) 本実施形態では、アーム部12、触覚指ベース
20(すなわち、アーム機構)は、第1腕関節16、第
2腕関節17及び手首関節18(アーム用能動関節)に
より、7自由度の運動の自由度を有するようにした。
As a result, when there is no interference between the robot hand and the virtual object, the operator H's hand H
The freedom of a is no longer bound. (4) In this embodiment, the arm unit 12 and the tactile finger base 20 (that is, the arm mechanism) have seven degrees of freedom by the first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint 18 (active joints for arms). To have freedom of movement.

【0096】この結果、触覚指ベース20の位置及びそ
の姿勢を手Haの位置及びその姿勢と対向するように、
操作者Hの指先で作られる仮想平面αに対して面対称と
なるように、アーム部12を駆動制御する際、この対向
はアーム機構の動作可能範囲であれば常に実現できる。
As a result, the position and the posture of the tactile finger base 20 are set so as to oppose the position and the posture of the hand Ha.
When driving and controlling the arm portion 12 so as to be plane symmetric with respect to the virtual plane α formed by the fingertip of the operator H, this facing can be always realized within the operable range of the arm mechanism.

【0097】(5) 本実施形態では、各触覚指は第1
指関節27,第2指関節28(指用能動関節)により3
自由度の運動の自由度を有するようにした。この結果、
各触覚指に3自由を有する多指触覚インターフェイス1
0においても、上記(1)乃至(4)の作用効果を実現
できる。
(5) In this embodiment, each tactile finger has the first
3 by knuckle 27 and second knuckle 28 (active finger joint)
It has a degree of freedom of movement. As a result,
Multi-finger tactile interface with 3 freedoms for each tactile finger 1
Even with 0, the effects of the above (1) to (4) can be realized.

【0098】(6) 本実施形態では、指固定部材30
(指先連結部)を、触覚指の先端側に設けた。例えば、
指固定部材30を触覚指の基端側に設けた場合には、操
作者Hの指が触覚指の先端部と干渉する虞があるが、こ
の場合に比して、操作者Hの指の動きに干渉するものが
なく、容易に指先を指固定部材に連結することができ
る。
(6) In this embodiment, the finger fixing member 30
The (fingertip connection part) was provided on the tip side of the tactile finger. For example,
If the finger fixing member 30 is provided on the proximal end side of the tactile finger, the operator H's finger may interfere with the tip of the tactile finger. Since there is nothing that interferes with the movement, the fingertip can be easily connected to the finger fixing member.

【0099】(7) 本実施形態では、指固定部材30
には、触覚指の先端側に転動自在に設けた受動球関節2
9と、受動球関節29に設けた操作者Hの指先を連結す
る指取付部32を備える。
(7) In this embodiment, the finger fixing member 30
Is a passive ball joint 2 that is rotatably provided on the tip side of the tactile finger.
9 and a finger attachment part 32 provided on the passive ball joint 29 for connecting the fingertip of the operator H.

【0100】この結果、受動球関節29により、同じ指
先位置でその姿勢を変えることができ、各触覚指と操作
者Hの連結が円滑となり、触覚指インターフェイスのサ
イズと操作者Hの腕や手Haのサイズの差異が機構的に
吸収できる。
As a result, the passive ball joint 29 can change its posture at the same fingertip position, the connection between each tactile finger and the operator H becomes smooth, and the size of the tactile finger interface and the arm or hand of the operator H can be changed. Differences in Ha size can be absorbed mechanistically.

【0101】(8) 本実施形態では、指固定部材30
には、受動球関節29を吸着保持する永久磁石31(吸
着手段)を備えた。この結果、永久磁石31により、指
固定部材30に受動球関節29が吸着(吸引)されて保
持され、操作者Hの指先に過度の引っ張り力が作用する
と、自動的に受動球関節29は触覚指から離脱し、操作
者Hの指先に引っ張り力が生じない。
(8) In this embodiment, the finger fixing member 30.
Is equipped with a permanent magnet 31 (adsorption means) that adsorbs and holds the passive ball joint 29. As a result, when the passive ball joint 29 is attracted (sucked) to the finger fixing member 30 by the permanent magnet 31 and is held, and when an excessive pulling force acts on the fingertip of the operator H, the passive ball joint 29 is automatically tactilely sensed. The operator H separates from the finger, and no pulling force is generated on the fingertip of the operator H.

【0102】(9) 本実施形態では、永久磁石31
は、吸着手段として、受動球関節29を磁力により吸着
保持する磁力発生手段とした。この結果、受動球関節2
9を磁力により、上記(8)の作用効果を実現できる。
(9) In this embodiment, the permanent magnet 31
Is a magnetic force generating means for attracting and holding the passive ball joint 29 by magnetic force. As a result, passive ball joint 2
The action and effect of the above (8) can be realized by using 9 as a magnetic force.

【0103】(10) 本実施形態の制御方法では、操
作者Hの手Haの位置及びその姿勢の検出結果に基づき
操作者Hの指先が構成する仮想平面αに対して操作者H
の手Haの位置と面対称となる位置に触覚指ベース20
を位置させるように第1腕関節16、第2腕関節17及
び手首関節18(アーム用能動関節)を制御した。そし
て、触覚指ベース20を操作者Hの手Haに対向させる
ようにした。
(10) In the control method of the present embodiment, the operator H with respect to the virtual plane α formed by the fingertip of the operator H based on the detection result of the position and posture of the hand Ha of the operator H.
Of the tactile finger base 20 at a position symmetrical with the position of the hand Ha of the user
The first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint 18 (active arm joints) were controlled so as to position. Then, the tactile finger base 20 is made to face the hand Ha of the operator H.

【0104】この結果、操作者Hの指先が形成する仮想
平面αに対して、手Haの位置と面対称となる位置に触
覚指ベース20を好適に対向させることができる。 (11) 本実施形態での制御方法では、多指触覚イン
ターフェイス10は、操作者Hの手Haの位置及びその
姿勢を検出する3次元位置姿勢センサ42(第1検出手
段)を備え、3次元位置姿勢センサ42による手Haの
位置及びその姿勢の検出結果を用いて触覚指ベース20
の位置を制御するようにした。
As a result, the tactile finger base 20 can be suitably opposed to a position that is plane-symmetrical to the position of the hand Ha with respect to the virtual plane α formed by the fingertip of the operator H. (11) In the control method according to the present embodiment, the multi-finger tactile interface 10 includes a three-dimensional position / orientation sensor 42 (first detection unit) that detects the position and orientation of the hand Ha of the operator H. The tactile finger base 20 is detected by using the detection result of the position and the posture of the hand Ha by the position and posture sensor 42.
To control the position of.

【0105】この結果、3次元位置姿勢センサ42の検
出結果を使用することにより、上記(10)の作用効果
を実現できる。 (12) 本実施形態での制御方法では、多指触覚イン
ターフェイス10は、操作者Hの指先の動きを検出する
3軸力センサK1〜K5(第2検出手段)を備えた。
又、3軸力センサK1〜K5の指先の動き検出に基づい
て、同指先の動きに連動して第1指関節27,第2指関
節28(指用能動関節)を制御するようにした。
As a result, by using the detection result of the three-dimensional position and orientation sensor 42, the function and effect of (10) above can be realized. (12) In the control method according to the present embodiment, the multi-finger tactile interface 10 includes the triaxial force sensors K1 to K5 (second detection means) that detect movement of the fingertip of the operator H.
Further, the first finger joint 27 and the second finger joint 28 (active finger joints) are controlled in association with the movement of the fingertips based on the detection of the fingertip movements of the three-axis force sensors K1 to K5.

【0106】この結果、3軸力センサK1〜K5の検出
結果を使用することにより、上記(10)の作用効果を
実現できる。 (第2実施形態)次に図5を参照して、第2実施形態を
説明する。なお、本実施形態を始めとして、以下に記載
の実施形態では、第1実施形態と同一構成については、
同一符号を付して、説明を省略し、異なるところを中心
に説明する。
As a result, the action and effect of the above (10) can be realized by using the detection results of the triaxial force sensors K1 to K5. (Second Embodiment) Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In addition, in the embodiments described below including the present embodiment, the same configurations as those of the first embodiment will be described.
The same reference numerals are given, the description is omitted, and different points will be mainly described.

【0107】第2実施形態では、永久磁石31の代わり
に、電磁石50が設けられているところが異なってい
る。電磁石50は、吸着手段及び磁力発生手段に相当す
る。さらに、本実施形態では、CPU40aは電磁石5
0のコイルの励磁電流を供給する駆動回路を制御可能に
なっている。すなわち、外部の入力装置(図示しない)
の操作により入力する信号(外部信号)に基づいて、CP
U40aは、前記駆動回路を制御して電磁石50の磁力
調整を行い、受動球関節29の指固定部材30への吸着
保持力を可変できるようにした。
The second embodiment is different in that an electromagnet 50 is provided instead of the permanent magnet 31. The electromagnet 50 corresponds to an attraction means and a magnetic force generation means. Further, in the present embodiment, the CPU 40a uses the electromagnet 5
It is possible to control the drive circuit that supplies the exciting current of the coil of 0. That is, an external input device (not shown)
CP based on the signal (external signal) input by the operation of
The U 40a controls the drive circuit to adjust the magnetic force of the electromagnet 50 so that the suction holding force of the passive ball joint 29 to the finger fixing member 30 can be changed.

【0108】前記外部の入力装置からの入力信号は外部
信号に相当し、CPU40aは、磁力制御手段に相当す
る。本実施形態では、第1実施形態の(1)〜(12)
の効果の他に、操作者Hが男性又は女性、或いは、操作
者Hの年齢等に応じて、操作者Hの指先で生じる引っ張
り力の限界を調整できる。このため、より安全な多指触
覚インターフェイス10とすることができる。
The input signal from the external input device corresponds to the external signal, and the CPU 40a corresponds to the magnetic force control means. In this embodiment, (1) to (12) of the first embodiment.
In addition to the above effect, the operator H can adjust the limit of the pulling force generated at the fingertips of the operator H according to the age of the operator H such as male or female, or the operator H. Therefore, the safer multi-finger tactile interface 10 can be provided.

【0109】(第3実施形態)次に第3実施形態を図6
を参照して説明する。本実施形態では、第1実施形態の
構成中、3次元位置姿勢計測装置41及び3次元位置姿
勢センサ42が省略されている。この代わりに、操作者
Hの手Haにおいて、3つの超音波距離センサの発信部
55a〜55cがそれぞれ異なる位置である所定部位に
ターゲットとして装着されている。なお、前記発信部5
5a〜55cのハンド座標系の座標位置は予めROM4
0bに格納されている。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. In the present embodiment, the three-dimensional position and orientation measuring device 41 and the three-dimensional position and orientation sensor 42 are omitted in the configuration of the first embodiment. Instead of this, in the hand Ha of the operator H, the transmitters 55a to 55c of the three ultrasonic distance sensors are mounted as targets at different predetermined positions. The transmitter 5
The coordinate positions of the hand coordinate system of 5a to 55c are previously stored in the ROM4.
It is stored in 0b.

【0110】又、触覚指ベース20には、超音波距離セ
ンサの受信部56が設けられている。なお、受信部56
の触覚指ベース座標系の座標位置は予めROM40bに
格納されている。受信部56は、各発信部55a〜55
cから発信された超音波を受信し、触覚指ベース20と
各ターゲット(手Haの所定部位)間の距離を計測する
ためのものである。
Further, the tactile finger base 20 is provided with a receiving portion 56 of an ultrasonic distance sensor. The receiving unit 56
The coordinate position of the haptic finger-based coordinate system is stored in the ROM 40b in advance. The receiving unit 56 includes the transmitting units 55a to 55.
It is for receiving the ultrasonic wave transmitted from c and measuring the distance between the tactile finger base 20 and each target (predetermined part of the hand Ha).

【0111】制御装置40のCPU40aは、受信部5
6から各ターゲット間の3つの距離計測値、前記発信部
55a〜55c、及び受信部56の座標位置に基づいて
操作者Hの手Haの位置及びその姿勢を演算する。
The CPU 40a of the control device 40 has the receiving unit 5
The position and the posture of the hand Ha of the operator H are calculated based on three coordinate measurement values from 6 to each target, the coordinate positions of the transmitters 55a to 55c, and the receiver 56.

【0112】そして、以下、演算した手Haの位置及び
姿勢データに基づいて、第1実施形態と同様にCPU4
0aはアーム部12や、各触覚指を駆動制御するように
されている。
Then, based on the calculated position and posture data of the hand Ha, the CPU 4 is operated in the same manner as in the first embodiment.
0a is designed to drive and control the arm portion 12 and each tactile finger.

【0113】本実施形態では、超音波距離センサの受信
部56及びCPU40aが、第1検出手段に相当する。
すなわち、受信部56により、手Ha側の発信部55a
〜55cの距離計測値(手の位置を計測した値)が得ら
れる。
In this embodiment, the receiver 56 of the ultrasonic distance sensor and the CPU 40a correspond to the first detecting means.
That is, the receiving unit 56 causes the transmitting unit 55a on the hand Ha side.
A distance measurement value (a value obtained by measuring the position of the hand) of 55c is obtained.

【0114】本実施形態で使用した超音波距離センサ
は、3次元位置姿勢計測装置41及び3次元位置姿勢セ
ンサ42よりも低コストである。このため、第1実施形
態に比較して、多指触覚インターフェイス10単独でシ
ステムが構成できるとともに、簡便なシステムとするこ
とができ、コストがかからない効果を奏する。
The ultrasonic distance sensor used in this embodiment is lower in cost than the three-dimensional position and orientation measuring device 41 and the three-dimensional position and orientation sensor 42. Therefore, as compared with the first embodiment, the system can be configured by the multi-finger tactile interface 10 alone, and the system can be a simple system, which is advantageous in that it does not cost much.

【0115】(第4実施形態)次に第4実施形態を、図
7〜図9を参照して説明する。第4実施形態は、図7及
び図8に示すように、第1実施形態のハード構成中、3
次元位置姿勢計測装置41及び3次元位置姿勢センサ4
2が省略されているところが異なっている。このため、
第1実施形態と同一構成又は相当する構成については同
一符号を付す。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. In the fourth embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, in the hardware configuration of the first embodiment, 3
Dimensional position and orientation measuring device 41 and three-dimensional position and orientation sensor 4
The difference is that 2 is omitted. For this reason,
The same reference numerals are attached to the same or corresponding configurations as those of the first embodiment.

【0116】又、第4実施形態では、CPU40aが図
9に示す制御プログラムを所定制御周期毎に実行すると
ころが異なっている。CPU40aは、制御手段、第1
演算手段及び第2演算手段に相当する。
Further, the fourth embodiment is different in that the CPU 40a executes the control program shown in FIG. 9 at every predetermined control cycle. The CPU 40a is a control unit, the first
It corresponds to the calculating means and the second calculating means.

【0117】以下、この制御プログラムを図9を参照し
て説明する。なお、第4実施形態においても、第1実施
形態と同様に、仮想空間でのロボットハンドと仮想物体
との接触があるときは、ロボット制御装置100から干
渉信号(ロボットハンドにおける各指についての干渉力
の大きさと、各指における干渉方向を示す信号)が入力
される。又、仮想空間でロボットハンドと仮想物体とが
接触していない場合には、ロボット制御装置100から
干渉信号が入力されないようにされている。
The control program will be described below with reference to FIG. Also in the fourth embodiment, as in the first embodiment, when there is a contact between the robot hand and the virtual object in the virtual space, an interference signal (interference for each finger in the robot hand is generated from the robot controller 100. A signal indicating the magnitude of force and the interference direction of each finger is input. Further, when the robot hand and the virtual object are not in contact with each other in the virtual space, the interference signal is not input from the robot control device 100.

【0118】(S110)この制御プログラムが開始さ
れると、S110では、ロボット制御装置100から入
力した干渉信号に基づいて、仮想空間で生成された干渉
力を操作者Hの指先での目標力Fdi(i=1,…,5)
として演算する。ロボット制御装置100では干渉がな
いときは、前記目標力Fdi(i=1,…,5)を0と演
算する。なお、i=1,…,5は、それぞれ第1触覚指
21〜第5触覚指25に対応させたものである。
(S110) When this control program is started, in S110, based on the interference signal input from the robot controller 100, the interference force generated in the virtual space is applied to the target force F at the fingertip of the operator H. di (i = 1, ..., 5)
Calculate as. When there is no interference, the robot controller 100 calculates the target force F di (i = 1, ..., 5) as 0. Note that i = 1, ..., 5 correspond to the first tactile finger 21 to the fifth tactile finger 25, respectively.

【0119】(S120)S120では、CPU40a
は操作者Hの指先により各触覚指に作用している力Fi
(i=1,…,5)を、各3軸力センサK1〜K5から
の検出値(検出信号)に基づいて検出を行う。なお、i
=1,…,5は、それぞれ第1触覚指21〜第5触覚指
25に対応させたものである。
(S120) In S120, the CPU 40a
Is the force F i acting on each tactile finger by the fingertip of the operator H.
(I = 1, ..., 5) is detected based on the detection values (detection signals) from the three-axis force sensors K1 to K5. Note that i
= 1, ..., 5 correspond to the first to fifth tactile fingers 21 to 25, respectively.

【0120】(S130)S130では、各触覚指21
〜25のロータリエンコーダURE1〜URE3の検出
値(検出信号)に基づいて、CPU40aは各触覚指2
1〜25の第1指関節27及び第2指関節28におけ
る、第1軸27a〜第3軸28aの各軸の周りの触覚指
関節角度pij(i=1,…,5,j=1,…,3)を検
出する。
(S130) In S130, each tactile finger 21
.. to 25 rotary encoders URE1 to URE3, the CPU 40a detects each tactile finger 2
Tactile knuckle joint angles p ij (i = 1, ..., 5, j = 1) around the first axis 27a to the third axis 28a in the first to second knuckles 27 and 28 of Nos. 1 to 25. , ..., 3) are detected.

【0121】前記ロータリエンコーダURE1〜URE
3は触覚指関節角度検出手段に相当する。 (S140)S140では、アーム機構のロータリエン
コーダARE1〜ARE7の検出値(検出信号)に基づ
いて、CPU40aは各関節における各軸の周りの回転
角度、すなわち、アーム関節角度qi(i=1,…,
7)を検出する。
The rotary encoders URE1 to URE
Reference numeral 3 corresponds to a tactile finger joint angle detecting means. (S140) In S140, based on the detection values (detection signals) of the rotary encoders ARE1 to ARE7 of the arm mechanism, the CPU 40a causes the rotation angle of each joint about each axis, that is, the arm joint angle q i (i = 1, 1). … 、
7) is detected.

【0122】前記ロータリエンコーダARE1〜ARE
7はアーム関節角度検出手段に相当する。 (S150)S150では、CPU40aは、前記触覚
指関節角度pij及びアーム関節角度qiに基づいて、ヤ
コビ行列Ji(i=1,…,5)の演算をする。ヤコビ
行列は、いわゆる運動学的ヤコビ行列である。
The rotary encoders ARE1 to ARE
Reference numeral 7 corresponds to an arm joint angle detecting means. (S150) In S150, the CPU 40a calculates the Jacobian matrix J i (i = 1, ..., 5) based on the tactile finger joint angle p ij and the arm joint angle q i . The Jacobian matrix is a so-called kinematic Jacobian matrix.

【0123】ヤコビ行列Ji(i=1,…,5)は、第
i触覚指の先端からアーム機構のベース11までの運動
学の関係から導き出すヤコビ行列である。本実施形態で
は、ヤコビ行列Jiは、6×10の大きさの行列であ
る。前記「6」は触覚指の位置(3)と姿勢(3)のパ
ラメータ数の和であり、前記「10」は、アームの自由
度(7)と触覚指の自由度(3)の和である。なお、ア
ームの自由度とは、アーム機構における各関節の軸の数
(軸数)に一致し、触覚指の自由度は、触覚指における
指関節の軸の数(軸数)に一致する。
The Jacobian matrix J i (i = 1, ..., 5) is a Jacobian matrix derived from the kinematic relationship from the tip of the i-th tactile finger to the base 11 of the arm mechanism. In this embodiment, the Jacobian matrix J i has a size of 6 × 10. The “6” is the sum of the number of parameters of the position (3) of the tactile finger and the posture (3), and the “10” is the sum of the degree of freedom of the arm (7) and the degree of freedom of the tactile finger (3). is there. The degree of freedom of the arm corresponds to the number of axes of each joint in the arm mechanism (the number of axes), and the degree of freedom of the tactile finger corresponds to the number of axes of the finger joint in the tactile finger (the number of axes).

【0124】又、前記触覚指の位置は、触覚指の触覚指
ベース座標系の位置を示す3つのパラメータで示され
る。又、触覚指の姿勢は、軸xm,ym,zmが軸x
0,y0,z0へそれぞれなす角度からなる3つのオイ
ラーパラメータで示される。
The position of the tactile finger is indicated by three parameters indicating the position of the tactile finger in the tactile finger base coordinate system. In addition, the posture of the tactile finger has axes xm, ym, zm
It is represented by three Euler parameters each of which is an angle formed by 0, y0, and z0.

【0125】(S160)S160では、CPU40a
は、重力補償項gi(i=1,…,5)の演算を行う。
前記重力補償項giは、アーム機構及び触覚指全体の重
力分を、1つの触覚指に関して割り振ったものである。
なお、i=1,…,5は、それぞれ第1触覚指21〜第
5触覚指25に対応するものである。
(S160) In S160, the CPU 40a
Calculates the gravity compensation term g i (i = 1, ..., 5).
The gravity compensation term g i is obtained by allocating the gravity of the arm mechanism and the entire tactile finger with respect to one tactile finger.
Note that i = 1, ..., 5 correspond to the first to fifth tactile fingers 21 to 25, respectively.

【0126】(S170)S170では、前記S110
乃至S150にて、検出又は演算した値に基づいて力制
御(力フィードバック制御)による触覚指の制御入力c
iの演算を式(2)にて行う。
(S170) In S170, in S110
Through S150, control input c of the tactile finger by force control (force feedback control) based on the value detected or calculated
The calculation of i is performed by the equation (2).

【0127】第i番(i=1,…,5)の触覚指に作用
している力Fiと目標力Fdiに対して、第i番の触覚指
(第1指関節27の第1軸27a及び第2軸27bの駆
動モータ、及び第2指関節28の第3軸28aに係る駆
動モータ)の制御入力をaiとする。又、第i番の触覚
指の指先(触覚指の先端)に力を生ずるアーム関節(す
なわち、第1腕関節16,第2腕関節17,手首関節1
8に係る駆動モータ)の制御入力をbiとする。なお、
i及びbiはベクトルである。
For the force F i acting on the i-th (i = 1, ..., 5) tactile finger and the target force F di , the i-th tactile finger (first finger joint 27 of the first finger joint 27) The control inputs of the drive motors for the shaft 27a and the second shaft 27b, and the drive motor for the third shaft 28a of the second finger joint 28) are a i . Further, an arm joint (that is, a first arm joint 16, a second arm joint 17, a wrist joint 1) that produces a force at the fingertip of the i-th tactile finger (tip of the tactile finger).
The control input of the drive motor according to No. 8 is b i . In addition,
a i and b i are vectors.

【0128】ciは、第i番の触覚指に着目したとき
に、この触覚指の指先(触覚指の先端)での力誤差によ
る触覚指関節とアーム関節への比例積分制御入力とな
る。すなわち,ci=(ai T,bi TTとすると、
C i becomes a proportional-plus-integral control input to the tactile finger joint and the arm joint due to a force error at the fingertip of the tactile finger (tip of the tactile finger) when focusing on the i-th tactile finger. That is, when c i = (a i T , b i T ) T ,

【0129】[0129]

【数1】 である。[Equation 1] Is.

【0130】なお、Tは転置行列を表している。又、K
,Kはそれぞれ力誤差の比例と積分のフィードバッ
クゲイン行列であり、予めROM40bに記憶されてい
る。 (S180)S180では、力制御(力フィードバック
制御)によるアーム機構の制御入力bの演算を式(2)
にて行う。
Note that T represents a transposed matrix. Also, K
1 and K 2 are feedback gain matrices for proportional and integral force errors, respectively, which are stored in the ROM 40b in advance. (S180) In S180, the calculation of the control input b of the arm mechanism by the force control (force feedback control) is calculated by the equation (2).
Will be done at.

【0131】[0131]

【数2】 すなわち、式(2)に示すように、アームの制御入力b
は、各触覚指の指先(触覚指の先端)での力誤差の比例
積分制御の入力を加算することにより得られるのであ
る。
[Equation 2] That is, as shown in equation (2), the arm control input b
Is obtained by adding the inputs of the proportional-integral control of the force error at the fingertip of each tactile finger (tip of the tactile finger).

【0132】(S190)S190では、CPU40a
は、各触覚指の先端位置(3次元位置)を触覚指の触覚
指関節角度pij、触覚指の長さ、アーム機構のアーム関
節角度qi、アーム機構の長さに基づいて演算する。
(S190) In S190, the CPU 40a
Calculates the tip position (three-dimensional position) of each tactile finger based on the tactile finger joint angle p ij of the tactile finger, the length of the tactile finger, the arm joint angle q i of the arm mechanism, and the arm mechanism length.

【0133】そして、このとき得られた、各触覚指の先
端位置(指取付部32の位置:3次元位置)が仮想空間
におけるロボットハンドに教示すべき目標空間位置とな
る。又、制御時に、各触覚指の各3軸力センサK1〜K
5にて検出される干渉方向の力がロボットハンドに教示
すべき力の教示データとなる。
Then, the tip position of each tactile finger (position of the finger mounting portion 32: three-dimensional position) obtained at this time becomes the target space position to be taught to the robot hand in the virtual space. Further, at the time of control, the three-axis force sensors K1 to K of each tactile finger are
The force in the interference direction detected in 5 serves as teaching data of the force to be taught to the robot hand.

【0134】(S200)S200では、CPU40a
は、S170及びS180で演算した制御入力a i及び
制御入力bを、各触覚指における駆動装置(例えば、第
2触覚指22では第2触覚指駆動装置45)及びアーム
駆動装置46に出力する。又、CPU40aは仮想空間
におけるロボットハンドの前記目標空間位置や、ロボッ
トハンドに教示すべき力の教示データをロボット制御装
置100に出力し、この制御プログラムのフローチャー
トを一旦終了する。
(S200) In S200, the CPU 40a
Is the control input a calculated in S170 and S180. ias well as
The control input b is set to a driving device (for example, the first device) in each tactile finger.
The second tactile finger 22 has a second tactile finger drive device 45) and an arm.
Output to the drive device 46. Also, the CPU 40a is a virtual space
The target space position of the robot hand in
Data of the force to be taught to the robot hand
Output to the device 100 and the flow chart of this control program
To finish once.

【0135】各触覚指における駆動装置及びアーム駆動
装置46は、制御入力ai及び制御入力bに基づいて、
各触覚指の各駆動モータ及びアーム機構の関節の駆動モ
ータを駆動する。
The drive device and arm drive device 46 for each tactile finger, based on the control input a i and the control input b,
The drive motors of the tactile fingers and the drive motors of the joints of the arm mechanism are driven.

【0136】この結果、仮想空間での図示しないロボッ
トハンドと仮想物体との干渉がない場合、操作者Hは自
由に手を動かせるように、各触覚指と触覚指ベース20
が制御装置40によって運動制御される。このとき、触
覚指ベース20の位置姿勢と触覚指は、指先で生ずる力
(i=1,…,5)が零となるように、すなわち、
目標力Fdi(i=1,…,5)を0として、運動学的ヤ
コビ行列J(i=1,…,5)を用いて力誤差の比例
積分制御される。
As a result, when there is no interference between the robot hand (not shown) and the virtual object in the virtual space, the operator H can freely move his / her hand and each tactile finger and the tactile finger base 20.
Are controlled by the controller 40. At this time, in the position and orientation of the tactile finger base 20 and the tactile finger, the force F i (i = 1, ..., 5) generated at the fingertip becomes zero, that is,
With the target force F di (i = 1, ..., 5) set to 0, proportional-integral control of the force error is performed using the kinematic Jacobian matrix J i (i = 1, ..., 5).

【0137】一方、仮想空間での図示しないロボットハ
ンドと仮想物体との干渉がある場合には、仮想空間で生
成される干渉力を操作者Hの指先での目標力Fdiとし
て、運動学的ヤコビ行列J(i=1,…,5)を用い
て、各触覚指と触覚指ベース20が制御装置40によっ
て力誤差の比例積分制御がなされる。
On the other hand, when there is interference between the robot hand (not shown) and the virtual object in the virtual space, the interference force generated in the virtual space is set as the target force F di at the fingertip of the operator H, and the kinematics is set. Using the Jacobian matrix J i (i = 1, ..., 5), each tactile finger and the tactile finger base 20 are subjected to proportional-integral control of the force error by the control device 40.

【0138】このようにして、この制御入力により、目
標とする力が操作者の指先に提示される。第4実施形態
によると、次のような作用効果を奏する。
In this way, the target force is presented to the operator's fingertip by this control input. According to 4th Embodiment, there exists the following effects.

【0139】(1) 第4実施形態の多指触覚インター
フェイス10は、3次元位置姿勢計測装置41及び3次
元位置姿勢センサ42が省略したという第1実施形態と
異なる構成であるが、第1実施形態の(1)〜(3)、
(5)、(6)〜(9)と同様の効果を奏する。
(1) The multi-finger tactile interface 10 of the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the three-dimensional position and orientation measuring device 41 and the three-dimensional position and orientation sensor 42 are omitted. Form (1) ~ (3),
The same effects as (5) and (6) to (9) are achieved.

【0140】(2) さらに、3次元位置姿勢計測装置
41及び3次元位置姿勢センサ42が省略されているの
で、触覚インターフェイスの制御システムとして低価格
に構成できる。
(2) Furthermore, since the three-dimensional position / orientation measuring device 41 and the three-dimensional position / orientation sensor 42 are omitted, the tactile interface control system can be constructed at low cost.

【0141】(第5実施形態)次に、第5実施形態を図
10を参照して説明する。第5実施形態では、第4実施
形態のハード構成と同一であるが、CPU40aが実行
する制御プログラムが異なっているだけであるため、第
4実施形態と同一構成又は相当する構成については同一
符号を付す。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. Although the fifth embodiment has the same hardware configuration as that of the fourth embodiment, only the control program executed by the CPU 40a is different. Therefore, the same reference numerals are given to the same or corresponding configurations as the fourth embodiment. Attach.

【0142】図10は、第5実施形態の多指触覚インタ
ーフェイス10のCPU40aが所定の制御周期で実行
する制御プログラムのフローチャートである。なお、図
10中、S110〜S180は第4実施形態と同じ処理
であるため、説明を省略する。
FIG. 10 is a flow chart of a control program executed by the CPU 40a of the multi-finger tactile interface 10 of the fifth embodiment in a predetermined control cycle. Note that, in FIG. 10, S110 to S180 are the same processing as that of the fourth embodiment, and therefore description thereof will be omitted.

【0143】この制御プログラムが開始されると、S1
10〜S180の処理後、S300に移行する。S30
0〜S340はループ処理である。詳説すると、S30
0〜S340には、第1ループと第2ループとがある。
ループ名が第1ループのループ始端はS300であり、
ループ終端はS340である。又、ループ名が第2ルー
プのループ始端は、S310であり、ループ終端はS3
30である。
When this control program is started, S1
After the processes of 10 to S180, the process proceeds to S300. S30
0 to S340 are loop processing. In detail, S30
0 to S340 include a first loop and a second loop.
The loop starting point of the loop name is the first loop is S300,
The loop end is S340. Further, the loop start end of the second loop is S310, and the loop end is S3.
Thirty.

【0144】第1ループでは、触覚指関節角度pijに関
して、i=1,…,5となるまで、S300〜S340
の処理を反復繰り返す。すなわち、第1触覚指21〜第
5触覚指25について、それぞれS320の判定を繰り
返す。又、第2ループでは、触覚指関節角度pijに関し
て、j=1,…,3となるまで、S310〜S330の
処理を反復繰り返す。
In the first loop, with respect to the tactile finger joint angle p ij , S300 to S340 until i = 1, ...
The above process is repeated. That is, the determination of S320 is repeated for each of the first to fifth tactile fingers 21 to 25. In the second loop, the processes of S310 to S330 are repeated until j = 1, ..., 3 for the tactile knuckle joint angle p ij .

【0145】この結果、CPU40aは下記のS320
の処理を繰り返す。S320では、触覚指の触覚指関節
角度pijが、 (Lij)cw<pij<(Lij)ccw …(第1判定条
件) か否かを判定する。なお、iはi=1,…,5の数値を
とり、それぞれ、第1触覚指21〜第5触覚指25に対
応している。又、jはj=1,…,3の数値をとり、そ
れぞれ触覚指の指関節の第1軸27a,第2軸27b,
第3軸28aに対応したものである。
As a result, the CPU 40a executes the following S320.
The process of is repeated. In S320, it is determined whether or not the tactile knuckle joint angle p ij of the tactile finger is (L ij ) cw <p ij <(L ij ) ccw ... (First determination condition). Note that i takes a numerical value of i = 1, ..., 5 and corresponds to the first tactile finger 21 to the fifth tactile finger 25, respectively. Further, j takes a numerical value of j = 1, ..., 3 and represents the first axis 27a, second axis 27b, and
It corresponds to the third shaft 28a.

【0146】ここで、(Lij)cwは、各触覚指の第1軸
27a、第2軸27b、第3軸28aの周りで、時計回
り方向への回動が許容されている回転角度の閾値であ
る。この閾値は、時計回り方向への回動が許容されてい
る各指関節における各軸の周りの最大回転角度(Lij
cwmaxに対して、(Lij)cwmax<(Lij)cwとされてい
る。閾値(Lij)cwと最大回転角度(Lij)cwmaxの差
は数度の範囲が好ましい。
Here, (L ij ) cw is the rotation angle around the first axis 27a, the second axis 27b, and the third axis 28a of each tactile finger that is allowed to rotate in the clockwise direction. It is a threshold. This threshold is the maximum rotation angle (L ij ) around each axis in each knuckle that is allowed to rotate in the clockwise direction.
against cwmax, there is a (L ij) cwmax <(L ij) cw. The difference between the threshold (L ij ) cw and the maximum rotation angle (L ij ) cwmax is preferably in the range of several degrees.

【0147】又、(Lij)ccwは、各触覚指の第1軸2
7a、第2軸27b、第3軸28aの周りで、反時計回
り方向への回動が許容されている回転角度の閾値であ
る。この閾値は、反時計回り方向への回動が許容されて
いる各指関節における各軸の周りの最大回転角度(L
i j)ccwmaxに対して、(Lij)cw<(Lij)ccwmaxと
されている。閾値(Lij)ccwと最大回転角度(Lij)c
cwmaxとの差は数度の範囲が好ましい。
(L ij ) ccw is the first axis 2 of each tactile finger.
7a, the second shaft 27b, and the third shaft 28a is a threshold value of a rotation angle that allows rotation in the counterclockwise direction. This threshold is the maximum rotation angle (L) around each axis in each finger joint that is allowed to rotate in the counterclockwise direction.
against ij) ccwmax, there is a (L ij) cw <(L ij) ccwmax. Threshold (L ij ) ccw and maximum rotation angle (L ij ) c
The difference from cwmax is preferably in the range of several degrees.

【0148】又、前記第1ループ処理及び第2ループ処
理中に、S320の判定処理において、第1判定条件
を、全ての触覚指関節角度pijが満たすときは、S35
0に移行することなく、S400に移行する。
During the first loop process and the second loop process, when all the tactile finger joint angles p ij satisfy the first determination condition in the determination process of S320, S35
The process proceeds to S400 without shifting to 0.

【0149】前記第1ループ処理及び第2ループ処理中
に、S320の第1判定条件を満足しない触覚指関節角
度pijがある場合には、第1判定条件を満たさない触覚
指関節角度pijに関する当該の触覚指における指関節の
軸(第1軸27a、第2軸27b、第3軸28a)に関
して、S350の処理を行う。
[0149] The First the loop processing and the second loop process, if there is a tactile finger joint angle p ij does not satisfy the first judgment condition of S320 is tactile finger joint angle p ij which does not satisfy the first judgment condition The process of S350 is performed on the axes (first axis 27a, second axis 27b, third axis 28a) of the knuckle in the tactile finger concerned.

【0150】S350では、CPU40aは第1判定条
件を満たさない指関節の軸(第1軸27a、第2軸27
b、第3軸28a)周りの回転を停止保持、すなわち、
当該触覚指の触覚指関節角度pijに基づいて現在位置を
保持するように「位置の比例微分積分制御」の制御入力
ijの演算を行う。このとき演算した制御入力a
(位置制御用入力)は、RAM40cに格納する。ここ
で、制御入力aijは第i触覚指の制御入力の第j要素
であり、a=(ai1、i2、i3の関係が
ある。
In S350, the CPU 40a causes the knuckle axes (first axis 27a, second axis 27) that do not satisfy the first determination condition.
b, stop rotation about the third axis 28a), ie,
Based on the tactile knuckle joint angle p ij of the tactile finger, the control input a ij of "position proportional differential integral control" is calculated so as to hold the current position. Control input a i j calculated at this time
The (position control input) is stored in the RAM 40c. Here, the control input a ij is the j-th element of the control input of the i-th tactile finger, and has a relationship of a i = (a i1, a i2, a i3 ) T.

【0151】これは、現在位置からそれ以上、当該指関
節の可動範囲の限界方向に向かうように当該指関節を駆
動することは好ましくないからである。この結果、第1
判定条件を満たさない当該指関節の軸周りにおける可動
範囲の限界を超える制御入力が出力されることがなくな
る。
This is because it is not preferable to drive the knuckle so as to move further from the current position toward the limit direction of the movable range of the knuckle. As a result, the first
A control input exceeding the limit of the movable range around the axis of the finger joint that does not satisfy the determination condition will not be output.

【0152】第1ループ及び第2ループ処理が行われた
後、S400〜S430の第3のループ処理を行う。第
3ループのループ始端はS400であり、ループ終端は
S420である。
After the first loop and the second loop processing are performed, the third loop processing of S400 to S430 is performed. The loop start end of the third loop is S400, and the loop end is S420.

【0153】第3ループでは、アーム機構の各関節の各
軸におけるアーム関節角度qiについて、i=1,…,
7となるまで、S400〜S420の処理を反復繰り返
す。この結果、CPU40aは、S410の処理を繰り
返す。ここで、i=1,…,7は、アーム機構の第1腕
関節16、第2腕関節17及び手首関節18(アーム用
能動関節)において、7自由度を付与する各軸に対応さ
せたものである。
In the third loop, for the arm joint angles q i on each axis of each joint of the arm mechanism, i = 1, ...,
The processes of S400 to S420 are repeated until the number becomes 7. As a result, the CPU 40a repeats the process of S410. Here, i = 1, ..., 7 corresponds to each axis that gives 7 degrees of freedom in the first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint 18 (active arm joint) of the arm mechanism. It is a thing.

【0154】S410では、アーム機構のアーム関節角
度qiが、 (Mi)cw<qi<(Mi)ccw …(第2判定条件) か否かを判定する。
In S410, it is determined whether or not the arm joint angle q i of the arm mechanism is (M i ) cw <q i <(M i ) ccw (second determination condition).

【0155】ここで、(Mi)cwは、アーム機構の各関
節における各軸の周りで、時計回り方向への回動が許容
されている回転角度の閾値である。この閾値は、時計回
り方向への回動が許容されているアーム機構の各関節に
おける各軸の周りの最大回転角度(Mi)cwmaxに対し
て、(Mi)cwmax<(Mi)cwとされている。閾値
(Mi)cwと最大回転角度(Mi)cwmaxとの差は数度の
範囲が好ましい。
Here, (M i ) cw is a threshold value of a rotation angle around which each axis of each joint of the arm mechanism is allowed to rotate in the clockwise direction. This threshold value is (M i ) cwmax <(M i ) cw with respect to the maximum rotation angle (M i ) cwmax around each axis in each joint of the arm mechanism that is allowed to rotate in the clockwise direction. It is said that. The difference between the threshold (M i ) cw and the maximum rotation angle (M i ) cwmax is preferably in the range of several degrees.

【0156】又、(Mi)ccwは、アーム機構の各関節に
おける各軸の周りで、反時計回り方向への回動が許容さ
れている回転角度の閾値である。この閾値は、反時計回
り方向への回動が許容されている各関節における各軸の
周りの最大回転角度(Mi)ccwmaxに対して、(Mi)cw
<(Mi)ccwmaxとされている。閾値(Mi)ccwと最大
回転角度(Mi)ccwmaxとの差は数度の範囲が好まし
い。
Further, (M i ) ccw is a threshold value of the rotation angle around which each axis of each joint of the arm mechanism is allowed to rotate in the counterclockwise direction. This threshold value is (M i ) cw with respect to the maximum rotation angle (M i ) ccwmax around each axis in each joint that is allowed to rotate in the counterclockwise direction.
<(M i ) ccwmax. The difference between the threshold value (M i ) ccw and the maximum rotation angle (M i ) ccwmax is preferably in the range of several degrees.

【0157】又、第3ループ処理を行っている中で、S
410の判定処理において、第2判定条件を、全てのア
ーム関節角度qiが満たすときは、S430に移行する
ことなく、S190に移行する。
Also, while performing the third loop processing, S
In the determination processing of 410, when all the arm joint angles q i satisfy the second determination condition, the process proceeds to S190 without proceeding to S430.

【0158】前記第3ループ処理を行っている中で、S
410の第2判定条件を満足しないアーム関節角度qi
がある場合には、第2判定条件を満たさないアーム関節
角度qiに関する当該のアーム機構における関節の軸に
関して、S430の処理を行う。アーム機構における関
節の軸とは、第1腕関節16の軸x0,y0,z0、第2腕
関節17の軸m、手首関節18の軸xm,ym,zmであ
る。
During the execution of the third loop processing, S
An arm joint angle q i that does not satisfy the second determination condition of 410
If there is, the process of S430 is performed with respect to the axis of the joint in the relevant arm mechanism regarding the arm joint angle q i that does not satisfy the second determination condition. The axes of the joints in the arm mechanism are the axes x0, y0, z0 of the first arm joint 16, the axis m of the second arm joint 17, and the axes xm, ym, zm of the wrist joint 18.

【0159】そして、S430では、CPU40aは第
2判定条件を満たさない前記軸周りの回転を停止保持、
すなわち、当該アーム機構の各関節におけるアーム関節
角度qiに基づいて現在位置を保持するように「位置の
比例微分積分制御」の制御入力dの演算を行う。ここ
で、diはアームの第i関節の制御入力であり、b=
(d、d、…、dの関係がある。dの演算
により、制御入力bが演算されることになる。
Then, in S430, the CPU 40a stops and holds the rotation around the axis that does not satisfy the second determination condition,
That is, the control input d i of “proportional differential integration control of position” is calculated so as to hold the current position based on the arm joint angle q i at each joint of the arm mechanism. Here, d i is the control input of the i-th joint of the arm, and b =
There is a relationship of (d 1 , d 2 , ..., D 7 ) T. The control input b is calculated by the calculation of d i .

【0160】このとき演算した制御入力d,bは、R
AM40cに格納する。これは、現在位置からそれ以
上、当該関節の可動範囲の限界方向に向かうように当該
関節を駆動することは好ましくないからである。
The control inputs d i , b calculated at this time are R
Store in AM40c. This is because it is not preferable to drive the joint from the current position toward the limit direction of the movable range of the joint.

【0161】この結果、第2判定条件を満たさないアー
ム機構の当該関節の軸周りにおける可動範囲の限界を超
える制御入力が出力されることがなくなる。このループ
処理が終了すると、S190に移行する。
As a result, the control input exceeding the limit of the movable range around the axis of the joint of the arm mechanism that does not satisfy the second determination condition will not be output. When this loop process ends, the process moves to S190.

【0162】S190では、CPU40aは第4実施形
態と同様の処理を行う。又、S200では、CPU40
aは、S170,S180,S350,S430で演算
した制御入力ai及び制御入力bを、各触覚指における
駆動装置(例えば、第2触覚指22では第2触覚指駆動
装置45)及びアーム駆動装置46に出力する。
In S190, the CPU 40a performs the same processing as in the fourth embodiment. In S200, the CPU 40
a is a drive device for each tactile finger (for example, the second tactile finger drive device 45 is the second tactile finger drive device 45) and arm drive device for the control input a i and the control input b calculated in S170, S180, S350, and S430. Output to 46.

【0163】すなわち、各触覚指の触覚指関節角度pij
の全てがS320の第1判定条件を満足し、かつ、アー
ム機構のアーム関節角度qiの全てがS410の第2判
定条件を満足する場合、CPU40aはS170,S1
80で演算した制御入力ai及び制御入力bを各触覚指
の駆動装置及びアーム駆動装置46に出力する。
That is, the tactile knuckle joint angle p ij of each tactile finger
All satisfy the first determination condition of S320, and all the arm joint angles q i of the arm mechanism satisfy the second determination condition of S410, the CPU 40a determines that the CPU 40a is S170, S1.
The control input a i and the control input b calculated in 80 are output to the drive device for each tactile finger and the arm drive device 46.

【0164】一方、S320の第1判定条件を満足しな
い触覚指関節角度pijがある場合、CPU40aは当該
触覚指関節角度pijの指関節の軸に関してはS350で
演算した制御入力aを出力し、第1判定条件を満足し
た指関節の軸に関しては、S170で演算した制御入力
ijを出力する。
On the other hand, if there is a tactile knuckle joint angle p ij that does not satisfy the first determination condition of S320, the CPU 40a outputs the control input a i calculated in S350 for the knuckle joint axis of the tactile knuckle joint angle p ij. Then, for the axis of the knuckle that satisfies the first determination condition, the control input a ij calculated in S170 is output.

【0165】加えて、S410の第2判定条件を満たさ
ないアーム機構のアーム関節角度q iがある場合、CP
U40aはS430で演算した制御入力diを出力す
る。併せて、S200では、CPU40aは仮想空間に
おけるロボットハンドの前記目標空間位置や、ロボット
ハンドに教示すべき力の教示データをロボット制御装置
100に出力し、この制御プログラムのフローチャート
を一旦終了する。
In addition, the second judgment condition of S410 is satisfied.
No arm mechanism arm joint angle q iIf there is a CP
U40a is the control input d calculated in S430iOutput
It At the same time, in S200, the CPU 40a enters the virtual space.
The target space position of the robot hand and the robot
The robot controller uses the teaching data of the force to be taught to the hand.
Output to 100, flow chart of this control program
Ends once.

【0166】第5実施形態によると、第4実施形態の作
用効果に加え次のような作用効果を奏する。 (1) 第5実施形態の多指触覚インターフェイス10
は、触覚指に関して触覚指関節角度pijが、(Lij)cw
<pij<(Lij)ccwを満足しない場合、すなわち、触
覚指におけるいずれかの指関節(能動関節)が可動範囲
の限界近傍である場合、限界方向にその関節を駆動しな
い構成にした。すなわち、触覚指におけるいずれかの指
関節(能動関節)が可動範囲の限界内である閾値よりも
限界方向に位置している場合、限界方向にその関節を駆
動しない構成にした。
According to the fifth embodiment, the following operational effects are obtained in addition to the operational effects of the fourth embodiment. (1) Multi-finger tactile interface 10 of the fifth embodiment
Is the haptic knuckle angle pij for the haptic finger is (L ij ) cw
When <p ij <(L ij ) ccw is not satisfied, that is, when any finger joint (active joint) of the tactile finger is near the limit of the movable range, the joint is not driven in the limit direction. That is, when one of the finger joints (active joints) of the tactile finger is located in the limit direction beyond the threshold value within the limit of the movable range, the joint is not driven in the limit direction.

【0167】このように、触覚指における指関節の可動
範囲の限界を超えた制御入力が出力されることがない。
仮に可動範囲の限界を超えた制御入力があると、触覚指
の指関節の駆動モータに過負荷が加わり、同駆動モータ
の損傷等の虞があるが、本実施形態では、指関節の図示
しない駆動モータに過負荷が加わることがない。
As described above, the control input exceeding the limit of the movable range of the finger joint of the tactile finger is not output.
If there is a control input exceeding the limit of the movable range, an overload is applied to the drive motor of the finger joint of the tactile finger, which may damage the drive motor. However, in the present embodiment, the finger joint is not shown. The drive motor is not overloaded.

【0168】(2) 第5実施形態の多指触覚インター
フェイス10は、アーム機構のアーム関節角度qiが、
(Mi)cw<qi<(Mi)ccwを満足しない場合、すなわ
ち、アーム機構におけるいずれかの関節が可動範囲の限
界近傍である場合、限界方向にその関節を駆動しない構
成にした。すなわち、アーム機構におけるいずれかの関
節(能動関節)が可動範囲の限界内である閾値よりも限
界方向に位置している場合、限界方向にその関節を駆動
しない構成にした。
(2) In the multi-finger tactile interface 10 of the fifth embodiment, the arm joint angle q i of the arm mechanism is
(M i) cw <is not satisfied q i <(M i) ccw , i.e., if any of the joints in the arm mechanism is the limit vicinity of the movable range, and the structure that does not drive the joints to the limit direction. That is, when any joint (active joint) in the arm mechanism is located in the limit direction beyond a threshold value within the limit of the movable range, the joint is not driven in the limit direction.

【0169】このように、アーム機構の関節の可動範囲
の限界を超えた制御入力が出力されることがない。仮に
可動範囲の限界を超えた制御入力があると、アーム機構
の各関節の駆動モータに過負荷が加わり、同駆動モータ
の損傷等の虞があるが、本実施形態では、アーム機構の
関節の図示しない駆動モータに過負荷が加わることがな
い。
As described above, the control input exceeding the limit of the movable range of the joint of the arm mechanism is not output. If there is a control input exceeding the limit of the movable range, an overload is applied to the drive motors of the joints of the arm mechanism, which may damage the drive motors. The drive motor (not shown) is not overloaded.

【0170】(第6実施形態)次に、第6実施形態を図
11を参照して説明する。第6実施形態は、第5実施形
態とはハード構成と同一であるが、CPU40aが所定
周期毎に実行する制御プログラムが異なっている。この
ため、第5実施形態と同一構成又は相当する構成につい
ては同一符号を付す。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG. The sixth embodiment has the same hardware configuration as that of the fifth embodiment, but the control program executed by the CPU 40a at predetermined intervals is different. Therefore, the same components as those of the fifth embodiment or the corresponding components are designated by the same reference numerals.

【0171】図11は、第6実施形態の多指触覚インタ
ーフェイス10のCPU40aが所定の制御周期で実行
する制御プログラムのフローチャートである。なお、図
11に示す制御プログラムのフローチャート中、S11
0〜S180は第5実施形態のフローチャートと同じ処
理であるため、説明を省略し、フローチャートの異なる
ところを中心に説明する。
FIG. 11 is a flowchart of a control program executed by the CPU 40a of the multi-finger tactile interface 10 of the sixth embodiment in a predetermined control cycle. In the flowchart of the control program shown in FIG. 11, S11
Since 0 to S180 are the same processes as those in the flowchart of the fifth embodiment, description thereof will be omitted, and different points of the flowchart will be mainly described.

【0172】この制御プログラムが開始されると、S1
10〜S180の処理後、S300に移行する。第6実
施形態において、S300〜S340は、第5実施形態
と同様の第1ループ処理及び第2ループ処理である。S
320で、第1判定条件を満足しない触覚指関節角度p
ijがあると、S350で、CPU40aは第1判定条件
を満たさない指関節の軸周りの回転を停止保持すべく、
当該触覚指の触覚指関節角度pijに基づいて現在位置を
保持するように「位置の比例微分積分制御」の制御入力
の演算を行う。このとき演算した制御入力a
ij(位置制御用入力)は、RAM40cに格納する。
When this control program is started, S1
After the processes of 10 to S180, the process proceeds to S300. 6th real
In the embodiment, S300 to S340 are the fifth embodiment.
The first loop processing and the second loop processing are the same as the above. S
At 320, the haptic finger joint angle p that does not satisfy the first determination condition
ijIf there is, the CPU 40a determines the first determination condition in S350.
In order to stop the rotation around the axis of the knuckle that does not satisfy,
Tactile knuckle angle p of the tactile fingerijThe current position based on
Control input of "proportional differential integral control of position" to hold
a iIs calculated. Control input a calculated at this time
ijThe (position control input) is stored in the RAM 40c.

【0173】そして、前記第1ループ処理及び第2ルー
プ処理を抜けて、S190に移行する。又、前記第1ル
ープ処理及び第2ループ処理中に、S320の判定処理
において、第1判定条件を、全ての触覚指関節角度pij
が満たすときは、S350に移行することなく、S50
0に移行する。
Then, the process goes out of the first loop process and the second loop process and moves to S190. Further, during the first loop processing and the second loop processing, in the determination processing of S320, the first determination condition is that all tactile finger joint angles p ij
When is satisfied, S50 is performed without shifting to S350.
Move to 0.

【0174】(S500)S500では、位置制御によ
り、アーム機構の制御入力bを演算する。すなわち、C
PU40aは、アーム機構の各関節の現在位置を保持す
るための「位置の比例微分積分制御」によりアーム機構
の制御入力bを演算する。この後、S190に移行す
る。
(S500) In S500, the control input b of the arm mechanism is calculated by position control. That is, C
The PU 40a calculates the control input b of the arm mechanism by "proportional differential integration control of position" for holding the current position of each joint of the arm mechanism. Then, the process proceeds to S190.

【0175】このように、S300〜S340のループ
処理の中で、全触覚指の全ての触覚指関節角度pijがS
320の第1判定条件を満たすとき、すなわち、全ての
指関節が可動範囲にあるときは、CPU40aはS50
0で演算したアーム機構の各関節の現在位置を保持する
ための制御入力bをS200で出力する。又、同時に、
CPU40aは、S200において、S170で演算し
た制御入力aを各触覚指の駆動装置に出力する。
As described above, in the loop processing of S300 to S340, all tactile knuckle joint angles p ij of all tactile fingers are S.
When the first determination condition of 320 is satisfied, that is, when all the finger joints are within the movable range, the CPU 40a causes the CPU 40a to execute S50.
The control input b for holding the current position of each joint of the arm mechanism calculated by 0 is output in S200. At the same time,
In S200, the CPU 40a outputs the control input a i calculated in S170 to the drive device for each tactile finger.

【0176】この結果、アーム機構は現在位置を保持す
る「位置の比例微分積分制御」により、現在位置を保持
する。又、このとき、触覚指の各関節は、S170で演
算した制御入力aijにて力制御される。
As a result, the arm mechanism holds the current position by the "proportional differential integration control of position" for holding the current position. At this time, each joint of the tactile finger is force-controlled by the control input a ij calculated in S170.

【0177】又、上記制御プログラムによれば、S30
0〜S340のループ処理において、触覚指関節角度p
ijがS320の第1判定条件を満たさないもの(軸)が
あるときは、CPU40aはS180で演算した力制御
によるアーム機構の制御入力bをS200で出力する。
又、同時に、CPU40aは、S200においては、触
覚指関節角度pijがS320の第1判定条件を満たさな
い指関節の軸に関しては、S350で演算した制御入力
を出力する。又、触覚指関節角度pijがS320の
第1判定条件を満たす指関節の軸に関しては、S170
で演算した制御入力aijを各触覚指の駆動装置に出力
する。
According to the above control program, S30
In the loop processing of 0 to S340, the tactile finger joint angle p
If ij does not satisfy the first determination condition of S320 (axis), the CPU 40a outputs the control input b of the arm mechanism by the force control calculated in S180 in S200.
At the same time, in S200, the CPU 40a outputs the control input a i calculated in S350 for the axis of the knuckle whose tactile knuckle angle p ij does not satisfy the first determination condition of S320. Regarding the knuckle axis whose tactile knuckle angle p ij satisfies the first determination condition of S320, S170
The control input a ij calculated in step 1 is output to the drive device for each tactile finger.

【0178】この結果、アーム機構の各関節は力制御に
より駆動される。又、触覚指の指関節のうち、触覚指関
節角度pijがS320の第1判定条件を満たさないもの
(軸)に関しては、現在位置を保持する「位置の比例微
分積分制御」により、現在位置を保持する。触覚指の指
関節のうち、触覚指関節角度pijがS320の第1判定
条件を満たす(軸)に関しては、力制御により、駆動モ
ータが駆動される。
As a result, each joint of the arm mechanism is driven by force control. Further, of the finger joints of the tactile fingers, those for which the tactile finger joint angles p ij do not satisfy the first determination condition of S320 are subjected to the "position proportional-derivative integration control" for holding the current position by the current position. Hold. Among the knuckles of the tactile finger, the drive motor is driven by force control when the tactile knuckle angle p ij satisfies the first determination condition of S320.

【0179】従って、第6実施形態では、下記の作用効
果を奏する。 (1) 第6実施形態では、アーム機構の各関節は、全
ての触覚指関節角度p ijがS320の第1判定条件を満
たす場合と、少なくとも1つの触覚指関節角度pijがS
320の第1判定条件を満たさない場合に応じて、力誤
差の比例積分制御と、現在位置を保持する「位置の比例
微分積分制御」の切替がされる。
Therefore, in the sixth embodiment, the following operational effects are obtained.
Play the fruit. (1) In the sixth embodiment, all joints of the arm mechanism are
Tactile knuckle angle p ijSatisfies the first determination condition of S320
And at least one tactile knuckle angle pijIs S
If the first judgment condition of 320 is not satisfied,
Proportional and integral control of the difference
"Differential integration control" is switched.

【0180】このことにより、触覚指の微小な指先の位
置変化の場合、ほとんどアーム機構の関節は動かず、触
覚指の指関節のみが動き、操作者Hに対して安心感を与
え、多指触覚インターフェイス10のシステム全体の消
費電力も低減する。
As a result, in the case of a slight change in the position of the fingertip of the tactile finger, the joints of the arm mechanism hardly move, only the knuckles of the tactile finger move, giving the operator H a sense of security, The power consumption of the entire system of the haptic interface 10 is also reduced.

【0181】(2) 第6実施形態によれば、下記の作
用効果がある。すなわち、前記第4実施形態の力誤差の
比例積分制御では、操作者Hの微小な指先の力の変化で
あっても、触覚指とアーム機構の両者が同時に動く。触
覚指は3自由度あるため、空間的に任意の点に触覚指の
指先(触覚指の先端)を位置づけられる。
(2) According to the sixth embodiment, there are the following operational effects. That is, in the proportional-plus-integral control of the force error of the fourth embodiment, both the tactile finger and the arm mechanism move simultaneously even if the force of the operator's H fingertip is small. Since the tactile finger has three degrees of freedom, the fingertip of the tactile finger (tip of the tactile finger) can be spatially positioned at an arbitrary point.

【0182】それに対して、第6実施形態の制御プログ
ラムでは、触覚指の指関節の可動範囲であるならば、指
関節の動きのみにより、触覚指の指先(触覚指の先端)
のみで目標力Fdiが生成できる。
On the other hand, in the control program of the sixth embodiment, if it is within the movable range of the knuckle of the tactile finger, the fingertip of the tactile finger (the tip of the tactile finger) is moved only by the movement of the finger joint.
The target force F di can be generated only by using.

【0183】(第7実施形態)次に、第7実施形態を図
12及び図13を参照して説明する。第7実施形態は、
第4実施形態とはハード構成と同一であるが、CPU4
0aが所定周期毎に実行する制御プログラムが異なって
いる。このため、第4実施形態と同一構成又は相当する
構成については同一符号を付す。
(Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIGS. In the seventh embodiment,
The hardware configuration is the same as that of the fourth embodiment, but the CPU 4
0a differs in the control program executed every predetermined period. Therefore, the same reference numerals are given to the same or corresponding configurations as those of the fourth embodiment.

【0184】図12は、第7実施形態の多指触覚インタ
ーフェイス10のCPU40aが所定の制御周期で実行
する制御プログラムのフローチャートである。図12に
示す制御プログラムのフローチャート中、S110〜S
140は第5実施形態のフローチャートと同じ処理であ
るため、説明を省略し、フローチャートの異なるところ
を中心に説明する。
FIG. 12 is a flow chart of a control program executed by the CPU 40a of the multi-finger tactile interface 10 of the seventh embodiment in a predetermined control cycle. In the flowchart of the control program shown in FIG. 12, S110 to S
Since 140 is the same process as the flowchart of the fifth embodiment, the description thereof will be omitted, and different points of the flowchart will be mainly described.

【0185】この制御プログラムが開始されると、S1
10〜S140の処理後、S600に移行する。(S6
00)S600では、ハンド13の可操作性を最大とす
る目標アーム関節角度の演算を行う。図13は、S60
0の処理の詳細を示すフローチャートである。
When this control program is started, S1
After the processes of 10 to S140, the process proceeds to S600. (S6
00) In S600, the target arm joint angle that maximizes the operability of the hand 13 is calculated. FIG. 13 shows S60.
It is a flow chart which shows details of processing of 0.

【0186】(S610)S610では、触覚指のヤコ
ビ行列Jhi(i=1,…,5)の演算と、ハンド13の
可操作性を評価するために、可操作性評価関数PI(以
下、単に評価関数PIという)の演算を行う。
(S610) In S610, in order to calculate the Jacobian matrix J hi (i = 1, ..., 5) of the tactile finger and to evaluate the operability of the hand 13, the operability evaluation function PI (hereinafter, An evaluation function PI) is calculated.

【0187】なお、ヤコビ行列Jhi(i=1,…,5)
は、第i触覚指の先端から触覚指ベース20までの運動
学の関係から導き出すヤコビ行列である。本実施形態で
は、ヤコビ行列Jhiは、3×3の大きさの行列である。
前者の「3」は触覚指の位置のパラメータ数であり、後
者の「3」は、触覚指の関節数である。
The Jacobian matrix J hi (i = 1, ..., 5)
Is a Jacobian matrix derived from the kinematic relationship from the tip of the i-th tactile finger to the tactile finger base 20. In this embodiment, the Jacobian matrix J hi has a size of 3 × 3.
The former “3” is the number of parameters of the position of the tactile finger, and the latter “3” is the number of joints of the tactile finger.

【0188】この場合、ヤコビ行列Jhiは、アーム関節
角度の関数として求める。従って、その行列式|Jhi
は、アーム関節角度の関数となる。又、前記触覚指の位
置は、触覚指の触覚指ベース座標系の位置を示す3つの
パラメータで示される。又、触覚指の姿勢は、軸xm,
ym,zmの軸が軸x0,y0,z0へそれぞれのなす
角度からなる3つのオイラーパラメータで示される。
In this case, the Jacobian matrix J hi is obtained as a function of the arm joint angle. Therefore, its determinant | J hi |
Is a function of arm joint angle. The position of the tactile finger is indicated by three parameters indicating the position of the tactile finger in the tactile finger base coordinate system. Also, the posture of the tactile finger is the axis xm,
The axes of ym and zm are indicated by three Euler parameters, which are the angles formed by the axes x0, y0, and z0.

【0189】又、評価関数PIは、The evaluation function PI is

【0190】[0190]

【数3】 である。ここで、前記wは、重み係数である。[Equation 3] Is. Here, the w i is a weighting coefficient.

【0191】(S620)S610の処理後、S620
〜S650の第4ループ処理を行う。第4ループのルー
プ始端はS620であり、ループ終端はS650であ
る。第4ループでは、式(4)について、i=1,…,
Nとなるまで、S620〜S650の処理を反復繰り返
す。なお、Nは、予め定められた所定回数である。
(S620) After the processing of S610, S620
~ The fourth loop processing of S650 is performed. The loop start end of the fourth loop is S620, and the loop end is S650. In the fourth loop, for equation (4), i = 1, ...,
The processes of S620 to S650 are repeated until N is reached. Note that N is a predetermined number of times set in advance.

【0192】この結果、CPU40aはS630及びS
640の処理をN回繰り返す。(S630)S630で
は、評価関数PIを最大とする目標アーム関節角度を公
知の最急降下法を使用して探索する。なお、評価関数P
Iが最大となることは、可操作性が最大となることを意
味する。
As a result, the CPU 40a determines S630 and S630.
The process of 640 is repeated N times. (S630) In S630, a target arm joint angle that maximizes the evaluation function PI is searched for by using a known steepest descent method. The evaluation function P
Maximizing I means maximizing manipulability.

【0193】本実施形態での最急降下法は、最初は、目
標アーム関節角度としてある適当な初期値(初期パラメ
ータ)から始め、その値(パラメータ)を変化させて更
新を繰り返し、最適なパラメータ(目標アーム関節角
度)を求める方法である。
In the steepest descent method according to this embodiment, first, an appropriate initial value (initial parameter) as a target arm joint angle is started, and the value (parameter) is changed, and updating is repeated. This is a method of obtaining a target arm joint angle).

【0194】(S640)S640では、S630で更
新前の値(パラメータ)を評価関数PIに代入して得た
ときの評価関数PIの値(PIk)と、更新した後の値
(パラメータ)を評価関数PIに代入して得たときの評
価関数PIの値(PIk+1)との差(評価関数PIの変
化量)が、予め定めた閾値e以下か否かを判定する。な
お、閾値eは、ROM40bに予め格納されている。な
お、kは任意の回数を示す。
(S640) In S640, the value (PI k ) of the evaluation function PI obtained by substituting the value (parameter) before update into the evaluation function PI in S630 and the value (parameter) after update are set. It is determined whether or not the difference (the amount of change in the evaluation function PI) from the value (PI k + 1 ) of the evaluation function PI obtained by substituting the evaluation function PI is equal to or less than a predetermined threshold value e. The threshold value e is stored in the ROM 40b in advance. Note that k indicates any number of times.

【0195】S640で、評価関数PIの変化量が閾値
e以下のものを目標アーム関節角度の候補としてRAM
40cに格納する。(S700)前記ループ処理を終了
すると、S700では、S640で得られた目標アーム
角度の候補をローパスフィルタ処理する。
In step S640, the RAM in which the amount of change in the evaluation function PI is less than or equal to the threshold value e is set as the target arm joint angle candidate in the RAM
It stores in 40c. (S700) When the loop processing is finished, in S700, the candidate of the target arm angle obtained in S640 is low-pass filtered.

【0196】この処理が必要な理由は下記の通りであ
る。ハンド13の可操作性を最大とするように、触覚指
ベース20の位置、姿勢(アーム機構のアーム関節角
度)を求めた場合、触覚指の動きに応じてアーム機構が
大きく動くことがある。この場合、アーム機構を制御す
る制御系のエネルギー消費が大きくなり、さらには、操
作者Hに不安を与える可能性がある。そこで、ローパス
フィルタ処理を施すことにより、アーム機構が大きく動
かないようにすることを目的に、アーム関節角度の急激
な変化を抑制するために行うのである。
The reason why this processing is necessary is as follows. When the position and posture of the tactile finger base 20 (arm joint angle of the arm mechanism) are obtained so that the operability of the hand 13 is maximized, the arm mechanism may largely move according to the movement of the tactile finger. In this case, the energy consumption of the control system that controls the arm mechanism increases, and the operator H may be anxious. Therefore, a low-pass filter process is performed to suppress a rapid change in the arm joint angle for the purpose of preventing the arm mechanism from moving largely.

【0197】(S710)S710では、CPU40a
は、重力補償項ghi(i=1,…,5)の演算を行う。
前記重力補償項ghiは、触覚指全体の重力分を、1つの
触覚指に関して割り振ったものである。なお、i=1,
…,5は、それぞれ第1触覚指21〜第5触覚指25に
対応する。
(S710) In S710, the CPU 40a
Calculates the gravity compensation term g hi (i = 1, ..., 5).
The gravity compensation term g hi is obtained by allocating the gravity of the entire tactile finger with respect to one tactile finger. Note that i = 1,
, 5 correspond to the first tactile finger 21 to the fifth tactile finger 25, respectively.

【0198】(S720)S720では、S700でロ
ーパスフィルタ処理された目標アーム関節角度に対し
て、この目標アーム関節角度になるように、位置制御に
より、アーム機構の制御入力bを演算する。この後、S
730に移行する。
(S720) In S720, the control input b of the arm mechanism is calculated by position control so that this target arm joint angle becomes the target arm joint angle that has been low-pass filtered in S700. After this, S
Move to 730.

【0199】(S730)S730では、触覚指のヤコ
ビ行列Jhi(i=1,…,5)の演算を行う(ヤコビ行
列Jhi(i=1,…,5)については、前記S610を
参照)。
(S730) In S730, the Jacobian matrix J hi (i = 1, ..., 5) of the tactile finger is calculated (for the Jacobian matrix J hi (i = 1, ..., 5), refer to S610 above. ).

【0200】(S740)S740では、力制御による
触覚指の制御入力aiを下記の式(4)に基づいて演算
する。
(S740) In S740, the control input a i of the tactile finger by force control is calculated based on the following equation (4).

【0201】[0201]

【数4】 ここで、Tは転置行列を表している。又、K,K
それぞれ力誤差の比例と積分のフィードバックゲイン行
列であり、予めROM40bに記憶されている。ghi
重力補償項であり、当該触覚指の重力分を補償するため
のものである。CPU40aは、重力補償項ghi(i=
1,…,5)の演算も行う。前記重力補償項ghiは、触
覚指全体の重力分を、1つの触覚指に関して割り振った
ものである。なお、ここでのi=1,…,5は、それぞ
れ第1触覚指21〜第5触覚指25に対応する。
[Equation 4] Here, T represents a transposed matrix. Further, K 3 and K 4 are feedback gain matrices for proportional and integral force errors, respectively, which are stored in the ROM 40b in advance. g hi is a gravity compensation term for compensating for the gravity of the tactile finger. The CPU 40a uses the gravity compensation term g hi (i =
The calculation of 1, ..., 5) is also performed. The gravity compensation term g hi is obtained by allocating the gravity of the entire tactile finger with respect to one tactile finger. It should be noted that i = 1, ..., 5 here correspond to the first to fifth tactile fingers 21 to 25, respectively.

【0202】(S190及びS200)S190では、
CPU40aは第4実施形態と同様の処理を行う。又、
S200では、CPU40aは、S740及びS720
で演算した制御入力ai及び制御入力bを、各触覚指に
おける駆動装置(例えば、第2触覚指22では第2触覚
指駆動装置45)及びアーム駆動装置46に出力する。
(S190 and S200) In S190,
The CPU 40a performs the same processing as in the fourth embodiment. or,
In S200, the CPU 40a determines S740 and S720.
The control input a i and the control input b calculated in step 3 are output to the drive device for each tactile finger (for example, the second tactile finger drive device 45 for the second tactile finger 22) and the arm drive device 46.

【0203】この結果、アーム機構の各関節が位置制御
されて、触覚指ベース20の目標位置姿勢rdは、現在
の触覚指の先端位置を保持した状態で、ハンド13の可
操作性を最大となるように制御される。
As a result, the positions of the joints of the arm mechanism are controlled, and the target position / orientation rd of the tactile finger base 20 maximizes the operability of the hand 13 while maintaining the current tip position of the tactile finger. Controlled to be.

【0204】仮操作性が最大となることは、操作者の指
先の動きや操作力に対して、触覚指が最も追従しやすい
あるいは大きな操作力を出力できることを意味する。第
7実施形態によれば、下記の作用効果を奏する。
The maximum provisional operability means that the tactile finger can most easily follow the movement or the operation force of the operator's fingertip or output a large operation force. According to the seventh embodiment, the following operational effects are exhibited.

【0205】(1) 第7実施形態では、S720で位
置制御によるアーム機構の制御入力bが演算されるた
め、触覚指ベース20の位置姿勢は、位置制御される。
この位置制御では、ハンド13の可操作性を最大とする
目標アーム関節角度の演算(S600)が行われ、触覚
指ベース20は、この目標アーム関節角度に基づいて位
置制御される。
(1) In the seventh embodiment, since the control input b of the arm mechanism by position control is calculated in S720, the position and orientation of the tactile finger base 20 is position controlled.
In this position control, the target arm joint angle that maximizes the operability of the hand 13 is calculated (S600), and the position of the tactile finger base 20 is controlled based on this target arm joint angle.

【0206】又、触覚指は、S740において、触覚指
の指先(触覚指の先端)に作用している力Fi(i=
1,…,5)が目標力Fdiとなるように触覚指の運動学
的ヤコビ行列Jhi(i=1,…,5)を用いて力誤差の
比例積分制御される。
Further, in S740, the tactile finger applies the force F i (i = i = i ) acting on the tip of the tactile finger (tip of the tactile finger).
1, ..., 5) is controlled to be the target force F di by proportional-integral control of the force error using the kinematic Jacobian matrix J hi (i = 1, ..., 5) of the tactile finger.

【0207】この結果、アーム機構の各関節が位置制御
されて、触覚指ベース20の目標位置姿勢rdは、現在
の触覚指の先端位置を保持した状態で、ハンド13の可
操作性を最大となるように制御される。
As a result, the positions of the joints of the arm mechanism are controlled, and the target position / orientation rd of the tactile finger base 20 maximizes the operability of the hand 13 while maintaining the current tip position of the tactile finger. Controlled to be.

【0208】本発明の実施形態は、上記実施形態以外に
次のように変更することも可能である。 (1) 前記各実施形態では、アーム部12、第1腕関
節16、第2腕関節17及び手首関節18からなるアー
ム機構は7自由度を備えるようにしたが、いずれか一つ
の自由度を省略して6自由度としてもよい。すなわち、
座標系においては、直交する3軸の原点位置を示す3つ
のパラメータと、各軸の周りの回転角度を示す3つのパ
ラメータがあるため、各パラメータに対応した6自由度
があればよい。
The embodiment of the present invention can be modified as follows in addition to the above embodiment. (1) In each of the above embodiments, the arm mechanism including the arm portion 12, the first arm joint 16, the second arm joint 17, and the wrist joint 18 has seven degrees of freedom. It may be omitted to have 6 degrees of freedom. That is,
In the coordinate system, since there are three parameters indicating the origin position of three orthogonal axes and three parameters indicating the rotation angle around each axis, it is sufficient if there are six degrees of freedom corresponding to each parameter.

【0209】(2) 又、前記各実施形態のアーム機構
は、8自由度以上の自由度を備えるようにしても勿論よ
い。 (3) 前記第3実施形態では、ターゲットとして3つ
の各発信部55a〜55cを備えたが、発信部を1つと
し、受信部56を3つとしてもよい。
(2) Further, the arm mechanism of each of the above embodiments may of course have eight or more degrees of freedom. (3) In the third embodiment, the three transmitters 55a to 55c are provided as targets, but the transmitter may be one and the receiver 56 may be three.

【0210】各受信部56は距離センサに相当する。
又、前記第3実施形態では、各発信部55a〜55cを
手Ha側に設け、受信部56を触覚指ベース20に設け
たが、互いに反対に設けてもよい。
Each receiver 56 corresponds to a distance sensor.
Further, in the third embodiment, the transmitters 55a to 55c are provided on the hand Ha side and the receiver 56 is provided on the tactile finger base 20, but they may be provided opposite to each other.

【0211】この場合も受信部56が距離センサに相当
する。 (4) 前記各実施形態では、第1触覚指21〜第5触
覚指25は第1指関節27,第2指関節28(指用能動
関節)により3自由度の運動の自由度を有するようにし
た。しかし、これに限定するものではなく、4自由度等
の3自由度を超える構成にしてもよい。
In this case as well, the receiver 56 corresponds to the distance sensor. (4) In each of the above-described embodiments, the first to fifth tactile fingers 21 to 25 have three degrees of freedom of movement due to the first finger joint 27 and the second finger joint 28 (active finger joint). I chose However, the configuration is not limited to this, and a configuration having more than three degrees of freedom such as four degrees of freedom may be adopted.

【0212】(5) 前記各実施形態では、吸着手段と
して永久磁石31又は電磁石50を設けたが、取付凹部
26aに単数又は複数の吸引孔を設け、同吸引孔を介し
て空気を吸引して、受動球関節29を吸着するようにし
てもよい。この場合、吸着手段は、取付凹部26aに設
けた吸引孔、及び空気を吸引するための装置、例えば、
真空引き装置等が相当する。
(5) In each of the above-described embodiments, the permanent magnet 31 or the electromagnet 50 is provided as the attraction means. However, one or more suction holes are provided in the mounting recess 26a, and air is sucked through the suction hole. The passive ball joint 29 may be attracted. In this case, the suction means is a suction hole provided in the mounting recess 26a and a device for sucking air, for example,
A vacuum evacuation device or the like corresponds.

【0213】(6) 第2実施形態では、外部の入力装
置(図示しない)の操作により入力する信号に基づい
て、CPU40aは、駆動回路を制御して電磁石50の
磁力調整を行い、受動球関節29の指固定部材30への
吸着保持力を可変できるようにしたが、この構成を省略
してもよい。すなわち、単に電磁石50に一定の励磁電
流を供給するようにしてもよい。
(6) In the second embodiment, the CPU 40a controls the drive circuit to adjust the magnetic force of the electromagnet 50 based on the signal input by the operation of the external input device (not shown), and the passive ball joint. The suction holding force of the finger fixing member 29 on the finger fixing member 30 is made variable, but this configuration may be omitted. That is, a constant exciting current may be simply supplied to the electromagnet 50.

【0214】[0214]

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1乃至請求
項19の発明によれば、人間の複数の指先に力感覚を提
示でき、その作業領域はほぼアーム機構の作業領域とな
り、広い領域(操作空間)が確保できる。
As described in detail above, according to the inventions of claims 1 to 19, it is possible to present a force sensation to a plurality of human fingertips, and the work area thereof is almost the work area of the arm mechanism, which is wide. Area (operation space) can be secured.

【0215】又、操作者は触覚インターフェイスの重量
感や、手が触覚インターフェイスと接続されて負担感を
感ずることもない効果がある。又、操作者の指先への力
の提示が人間の手自体に装着するものではないため、違
和感も感じさせない効果がある。
[0215] Further, there is an effect that the operator does not feel the weight of the tactile interface and the sense of burden when the hand is connected to the tactile interface. In addition, the presentation of the force to the fingertip of the operator is not intended to be worn on the human hand itself, so that there is an effect of not causing a feeling of strangeness.

【0216】又、請求項20乃至請求項22は、請求項
8乃至請求項19の触覚インターフェイスが触覚指ベー
スを操作者の手に対して対向するように制御する際に、
好適に行わせることができる。
According to Claims 20 to 22, when the tactile interface of Claims 8 to 19 controls the tactile finger base so as to face the operator's hand,
It can be suitably performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 第1実施形態の多指触覚インターフェイスの
概略図。
FIG. 1 is a schematic diagram of a multi-finger tactile interface according to a first embodiment.

【図2】 第1実施形態の第2触覚指22の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of a second tactile finger 22 according to the first embodiment.

【図3】 多指触覚インターフェイスの電気ブロック
図。
FIG. 3 is an electrical block diagram of a multi-finger tactile interface.

【図4】 同じくCPU40aが実行する制御フローチ
ャート。
FIG. 4 is a control flowchart similarly executed by the CPU 40a.

【図5】 第2実施形態の第2触覚指22の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of a second tactile finger 22 according to the second embodiment.

【図6】 第3実施形態の多指触覚インターフェイスの
概略図。
FIG. 6 is a schematic diagram of a multi-finger tactile interface according to a third embodiment.

【図7】 第4実施形態の多指触覚インターフェイスの
概略図。
FIG. 7 is a schematic diagram of a multi-finger tactile interface according to a fourth embodiment.

【図8】 第4実施形態の多指触覚インターフェイスの
電気ブロック図。
FIG. 8 is an electrical block diagram of a multi-finger tactile interface according to a fourth embodiment.

【図9】 同じくCPU40aが実行する制御フローチ
ャート。
FIG. 9 is a control flowchart similarly executed by the CPU 40a.

【図10】第5実施形態のCPU40aが実行する制御
フローチャート。
FIG. 10 is a control flowchart executed by a CPU 40a according to a fifth embodiment.

【図11】第6実施形態のCPU40aが実行する制御
フローチャート。
FIG. 11 is a control flowchart executed by the CPU 40a of the sixth embodiment.

【図12】第7実施形態のCPU40aが実行する制御
フローチャート。
FIG. 12 is a control flowchart executed by a CPU 40a according to a seventh embodiment.

【図13】同じくCPU40aが実行する制御フローチ
ャート。
FIG. 13 is a control flowchart similarly executed by the CPU 40a.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…多指触覚インターフェイス 12…アーム部 13…ハンド 14…第1アーム(アーム機構の一部を構成する) 15…第2アーム(アーム機構の一部を構成する) 16…第1腕関節(アーム用能動関節) 17…第2腕関節(アーム用能動関節) 18…手首関節(アーム用能動関節) 20…触覚指ベース 21〜25…第1触覚指〜第5触覚指 27…第1指関節(指用能動関節) 28…第2指関節(指用能動関節) 29…受動球関節 30…指固定部材(指先連結部) 31…永久磁石(吸着手段、磁力発生手段) 32…指取付部 42…3次元位置姿勢センサ(第1検出手段) 40…制御装置 40a…CPU(制御手段、第1制御手段、第2制御手
段、磁力制御手段、第1演算手段、第2演算手段) 50…電磁石(吸着手段、磁力発生手段) K1〜K5…3軸力センサ(第2検出手段) 56…超音波距離センサの受信部56(CPU40aと
ともに、第1検出手段を構成する) α…仮想平面 H…操作者 Ha…手 ARE1〜ARE7…ロータリエンコーダ(アーム関節
角度検出手段) URE1〜URE3…ロータリエンコーダ(触覚指関節
角度検出手段)
10 ... Multi-finger tactile interface 12 ... Arm part 13 ... Hand 14 ... First arm (constituting a part of arm mechanism) 15 ... Second arm (constituting a part of arm mechanism) 16 ... First arm joint ( Active arm joint) 17 ... Second arm joint (active arm joint) 18 ... Wrist joint (active arm joint) 20 ... Tactile finger bases 21-25 ... First tactile finger-5th tactile finger 27 ... First finger Joint (active joint for fingers) 28 ... Second finger joint (active joint for fingers) 29 ... Passive ball joint 30 ... Finger fixing member (fingertip connection part) 31 ... Permanent magnet (adsorption means, magnetic force generation means) 32 ... Finger attachment Unit 42 ... Three-dimensional position / orientation sensor (first detection means) 40 ... Control device 40a ... CPU (control means, first control means, second control means, magnetic force control means, first calculation means, second calculation means) 50 ... Electromagnet (adsorption means, magnetic force generation means K1 to K5 ... Three-axis force sensor (second detection means) 56 ... Ultrasonic distance sensor receiver 56 (constitutes first detection means together with the CPU 40a) α ... Virtual plane H ... Operator Ha ... Hands ARE1 to ARE7 ... rotary encoder (arm joint angle detecting means) URE1 to URE3 ... rotary encoder (tactile finger joint angle detecting means)

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 操作者の指先の運動に追従可能な複数の
触覚指を触覚指ベースに配置し、前記触覚指ベースをア
ーム機構で空間運動を可能とする触覚インターフェイス
において、 前記触覚指ベースを操作者の手に対向させ、手の位置及
び姿勢に連動させて前記触覚指ベースを駆動制御し、操
作者の指先の動きに連動させて前記触覚指を駆動制御す
る制御手段を備えたことを特徴とする触覚インターフェ
イス。
1. A tactile interface in which a plurality of tactile fingers capable of following the movement of an operator's fingertip are arranged on a tactile finger base, and the tactile finger base enables spatial movement by an arm mechanism. The tactile finger base is drive-controlled in opposition to the operator's hand in conjunction with the position and posture of the hand, and the tactile finger is drive-controlled in conjunction with the movement of the operator's fingertip. Characteristic tactile interface.
【請求項2】 前記制御手段は、各触覚指に作用してい
る力(Fi)と、目標力(Fdi)との力誤差を用いて、
前記触覚指ベースを駆動するアーム機構と前記触覚指を
制御することを特徴とする請求項1に記載の触覚インタ
ーフェイス。
2. The control means uses a force error between a force (F i ) acting on each tactile finger and a target force (F di ),
The tactile interface according to claim 1, wherein an arm mechanism that drives the tactile finger base and the tactile finger are controlled.
【請求項3】 前記アーム機構に設けられた能動関節の
アーム関節角度を検出するアーム関節角度検出手段と、
前記触覚指に設けられた能動関節の触覚指関節角度を検
出する触覚指関節角度検出手段と、前記触覚指の動きを
検出する動き検出手段とを備え、 前記制御手段は、 前記各触覚指の先端から前記アーム機構のベースまでの
運動学的ヤコビ行列を、前記アーム関節角度、前記触覚
指関節角度に基づいて、演算する第1演算手段と、前記
動き検出手段の検出に基づいて得られた各触覚指の先端
に作用している力(Fi)と目標力(Fdi)との力誤
差の力フィードバック制御のために、前記アーム関節角
度、前記触覚指関節角度、前記運動学的ヤコビ行列、及
び前記力誤差に基づいて、前記触覚指の能動関節及び前
記アーム機構の能動関節への制御入力を演算する第2演
算手段と、を備え、前記制御入力に基づいて前記触覚指
の能動関節及び前記アーム機構の能動関節を制御するこ
とを特徴とする請求項2に記載の触覚インターフェイ
ス。
3. An arm joint angle detecting means for detecting an arm joint angle of an active joint provided in the arm mechanism,
The tactile finger joint angle detecting means for detecting a tactile finger joint angle of an active joint provided on the tactile finger, and a motion detecting means for detecting a movement of the tactile finger, the control means, A kinematic Jacobian matrix from the tip to the base of the arm mechanism was obtained based on the detection by the first calculation means and the movement detection means based on the arm joint angle and the tactile finger joint angle. For force feedback control of a force error between the force (Fi) acting on the tip of each tactile finger and the target force (Fdi), the arm joint angle, the tactile finger joint angle, the kinematic Jacobian matrix, And second computing means for computing control input to the active joint of the tactile finger and the active joint of the arm mechanism based on the force error, and the active joint of the tactile finger based on the control input. The a Tactile interface of claim 2, wherein the controlling the active joints of the arm mechanism.
【請求項4】 前記触覚指及び前記アーム機構に設けら
れた能動関節が可動範囲限界内の所定の閾値から限界方
向に位置している場合、前記制御手段は、前記能動関節
を現在位置に保持する位置制御を行うことを特徴とする
請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載の触覚
インターフェイス。
4. When the active joints provided on the tactile finger and the arm mechanism are located in a limit direction from a predetermined threshold value within a movable range limit, the control means holds the active joints at the current position. The haptic interface according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the position control is performed.
【請求項5】 前記触覚指及び前記アーム機構に設けら
れた能動関節が可動範囲限界内の所定の閾値から限界方
向に位置している場合、前記制御手段は、前記能動関節
を現在位置に保持する位置制御を行い、 前記能動関節が可動範囲限界内の所定の閾値の範囲内に
位置している場合、前記制御手段は、各触覚指に作用し
ている力(Fi)と、目標力(Fdi)との力誤差を用い
て制御することを特徴とする請求項1乃至請求項3のう
ちいずれか1項に記載の触覚インターフェイス。
5. The control means holds the active joint at the current position when an active joint provided on the tactile finger and the arm mechanism is located in a limit direction from a predetermined threshold value within a movable range limit. When the active joint is positioned within a range of a predetermined threshold value within the movable range limit, the control means controls the force (F i ) acting on each tactile finger and the target force. The tactile interface according to any one of claims 1 to 3, wherein the tactile interface is controlled by using a force error with (F di ).
【請求項6】 前記触覚指に設けられた全ての能動関節
が可動範囲にあるときは、前記制御手段は、前記触覚指
を前記触覚指に作用する力(Fi)と目標力(Fdi)と
の力誤差を用いて制御するとともに、前記アーム機構を
現在位置に保持する位置制御することを特徴とする請求
項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載の触覚イン
ターフェイス。
6. When all the active joints provided on the tactile finger are in the movable range, the control means causes the force (F i ) acting on the tactile finger to act on the tactile finger and the target force (F di). 4. The haptic interface according to claim 1, wherein the haptic interface is controlled by using a force error between the haptic interface and the arm mechanism.
【請求項7】 前記制御手段は、前記触覚指を、前記触
覚指に作用する力(Fi)と目標力(Fdi)との力誤差
を用いて制御し、前記触覚指ベースを位置制御し、前記
触覚指ベースと前記触覚指とを含むハンドの可操作性を
最大とするように前記触覚指ベースの目標位置姿勢を設
定することを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちい
ずれか1項に記載の触覚インターフェイス。
7. The control means controls the tactile finger by using a force error between a force (F i ) acting on the tactile finger and a target force (F di ) to control the position of the tactile finger base. 4. The target position / posture of the haptic finger base is set so as to maximize the operability of the hand including the haptic finger base and the haptic finger. The haptic interface according to item 1.
【請求項8】 アーム用能動関節を備えたアーム機構
と、 前記アーム機構に設けられた触覚指ベースと、 前記触覚指ベースに設けられ、操作者の指先を連結する
指先連結部を備えるとともに、指用能動関節を備えた複
数の触覚指と、 前記操作者の手の位置及びその姿勢を検出する第1検出
手段と、 前記第1検出手段の手の位置及びその姿勢の検出に基づ
いて前記アーム用能動関節を制御して触覚指ベースを操
作者の手に対向させる第1制御手段と、 操作者の指先の動きを検出する第2検出手段と、 第2検出手段の指先の動き検出に基づいて、同指先の動
きに連動して指用能動関節を制御する第2制御手段を備
えた触覚インターフェイス。
8. An arm mechanism having an active joint for arm, a tactile finger base provided on the arm mechanism, a fingertip connecting portion provided on the tactile finger base and connecting a fingertip of an operator, A plurality of tactile fingers having active finger joints; first detecting means for detecting the position and posture of the operator's hand; and the detection based on the position and posture of the hand detected by the first detecting means. First control means for controlling the active joint for the arm so that the tactile finger base faces the operator's hand, second detecting means for detecting the movement of the operator's fingertip, and second finger detecting means for detecting the movement of the fingertip. A tactile interface including second control means for controlling the active joint for the finger based on the movement of the fingertip.
【請求項9】 前記第2検出手段は、触覚指に設けた多
軸の力センサであり、第2制御手段は、力フィードバッ
ク制御により、操作者の指先に与える力を制御すること
を特徴とする請求項8に記載の触覚インターフェイス。
9. The second detection means is a multi-axis force sensor provided on a tactile finger, and the second control means controls the force applied to the fingertip of the operator by force feedback control. The haptic interface according to claim 8.
【請求項10】 前記第2制御手段は、操作者の指先に
与える力がゼロとなるように力フィードバック制御する
ことを特徴とする請求項9に記載の触覚インターフェイ
ス。
10. The tactile interface according to claim 9, wherein the second control means performs force feedback control so that the force applied to the fingertip of the operator becomes zero.
【請求項11】 前記アーム機構は、アーム用能動関節
により、6自由度以上の運動の自由度を有していること
を特徴とする請求項8乃至請求項10のうちいずれか1
項に記載の触覚インターフェイス。
11. The arm mechanism according to claim 8, wherein the arm mechanism has six or more degrees of freedom of movement due to an arm active joint.
Haptic interface described in Section.
【請求項12】 前記触覚指は指用能動関節により3自
由度以上の運動の自由度を有することを特徴とする請求
項8乃至請求項11のうちいずれか1項に記載の触覚イ
ンターフェイス。
12. The tactile interface according to claim 8, wherein the tactile finger has three or more degrees of freedom of movement by an active finger joint.
【請求項13】 前記指先連結部は、触覚指の先端側に
設けたことを特徴とする請求項8乃至請求項12のうち
いずれか1項に記載の触覚インターフェイス。
13. The tactile interface according to claim 8, wherein the fingertip connection portion is provided on a tip side of a tactile finger.
【請求項14】 前記指先連結部には、触覚指の先端側
に転動自在に設けた受動球関節と、同受動球関節に設け
た操作者の指先を連結する指取付部を備えることを特徴
とする請求項13に記載の触覚インターフェイス。
14. The fingertip connection part includes a passive ball joint rotatably provided on the tip side of a tactile finger and a finger attachment part provided on the passive ball joint for connecting an operator's fingertip. The haptic interface according to claim 13, characterized in that
【請求項15】 前記指先連結部には、前記受動球関節
を吸着保持する吸着手段を備えたことを特徴とする請求
項14に記載の触覚インターフェイス。
15. The tactile interface according to claim 14, wherein the fingertip connection portion is provided with suction means for suction-holding the passive ball joint.
【請求項16】 前記吸着手段は、受動球関節を磁力に
より吸着保持する磁力発生手段であることを特徴とする
請求項15に記載の触覚インターフェイス。
16. The tactile interface according to claim 15, wherein the attraction means is a magnetic force generation means for attracting and holding the passive ball joint by magnetic force.
【請求項17】 前記磁力発生手段は、永久磁石である
ことを特徴とする請求項16に記載の触覚インターフェ
イス。
17. The tactile interface according to claim 16, wherein the magnetic force generating means is a permanent magnet.
【請求項18】 前記磁力発生手段は、電磁石であり、
さらに、外部信号により、前記電磁石の磁力を可変する
磁力制御手段を備えたことを特徴とする請求項16に記
載の触覚インターフェイス。
18. The magnetic force generating means is an electromagnet,
The tactile interface according to claim 16, further comprising magnetic force control means for changing the magnetic force of the electromagnet according to an external signal.
【請求項19】 第1検出手段には、前記触覚指ベース
に設けられた操作者の手の位置を計測するセンサを含む
ことを特徴とする請求項8乃至請求項16のうちいずれ
か1項に記載の触覚インターフェイス。
19. The first detecting means includes a sensor provided on the tactile finger base for measuring the position of an operator's hand. Haptic interface described in.
【請求項20】 アーム用能動関節を備えたアーム機構
と、 前記アーム機構に設けられた触覚指ベースと、 前記触覚指ベースに設けられ、操作者の指先を連結する
指先連結部を備えるとともに、指用能動関節を備えた複
数の触覚指とを備えた触覚インターフェイスの制御方法
において、 操作者の手の位置及びその姿勢の検出結果に基づき、操
作者の指先が構成する仮想平面に対して操作者の手の位
置と面対称となる位置に触覚指ベースを位置させるよう
に前記アーム用能動関節を制御して、同触覚指ベースを
操作者の手に対向させることを特徴とする触覚インター
フェイスの制御方法。
20. An arm mechanism including an active joint for arm, a tactile finger base provided on the arm mechanism, a fingertip connecting portion provided on the tactile finger base and connecting a fingertip of an operator, In a method of controlling a tactile interface having a plurality of tactile fingers having active finger joints, an operation is performed on a virtual plane formed by the operator's fingertips based on the detection result of the position and posture of the operator's hand. The tactile interface is characterized in that the active joint for the arm is controlled so that the tactile finger base is located at a position that is plane-symmetrical to the position of the human hand, and the tactile finger base faces the operator's hand. Control method.
【請求項21】 触覚インターフェイスは、さらに操作
者の手の位置及びその姿勢を検出する第1検出手段を備
え、第1検出手段による手の位置及びその姿勢の検出結
果を用いて触覚指ベースの位置を制御することを特徴と
する請求項20に記載の触覚インターフェイスの制御方
法。
21. The tactile interface further comprises first detecting means for detecting the position and posture of the operator's hand, and the tactile finger base is detected by using the detection result of the position and posture of the hand by the first detecting means. The method of controlling a haptic interface according to claim 20, wherein the position is controlled.
【請求項22】 触覚インターフェイスは、さらに操作
者の指先の動きを検出する第2検出手段を備え、第2検
出手段の指先の動き検出に基づいて、同指先の動きに連
動して指用能動関節を制御することを特徴とする請求項
21に記載の触覚インターフェイスの制御方法。
22. The tactile interface further comprises second detecting means for detecting the movement of the fingertip of the operator, and based on the movement detection of the fingertip of the second detecting means, the finger active is linked with the movement of the fingertip. 22. The tactile interface control method according to claim 21, wherein the joint is controlled.
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