JP2005169561A - Remote control device - Google Patents

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Taiichi Nobemoto
泰一 延本
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Subaru Corp
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Fuji Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a remote control device capable of presenting an appropriate inner force sense to an operator while dispensing with the adjustment of hardware and software even if the operator changes. <P>SOLUTION: This remote control device is provided with a master hand 3 directly operated by the operator; a stimulation generating means 9 provided at the master hand 3 to generate stimulation given to the operator; a force sensor 7 provided at a slave hand 2 to detect the grip force of the slave hand 2; and a stimulation intensity setting means 11 for setting a stimulation intensity signal fed back to the operator. The stimulation generating means 11 generates stimulation with intensity based on the stimulation intensity signal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば、物体を把持するスレーブハンドを遠隔操作により操作するマスタ・スレーブハンド装置に適用可能な遠隔操作装置に関する。   The present invention relates to a remote control device applicable to, for example, a master / slave hand device that operates a slave hand that grips an object by remote control.

地雷除去作業においては、しばしば除去作業員による手作業により地雷の検知および除去が行なわれている。しかしながら、手作業による地雷除去は作業員に対して危険を伴うため、作業員の安全を確保する手段として、遠隔地から地雷除去ロボット等を用いる方法が注目されている。このようなロボットにおいて手作業に近い形態とするには、ロボットハンドにより地雷を把持し除去する必要があり、このロボットハンドにマスタ・スレーブハンドが用いられている。   In landmine removal work, landmines are often detected and removed manually by removal workers. However, since manual landmine removal involves danger to workers, a method using a landmine removal robot or the like from a remote location has attracted attention as means for ensuring the safety of workers. In order to obtain a form close to manual work in such a robot, it is necessary to grasp and remove landmines with a robot hand, and a master / slave hand is used for this robot hand.

このマスタ・スレーブハンドは、一般的に宇宙空間や海洋などの人間が自由に動けない環境下、あるいは遠隔手術等において作業を代行するために用いられている。マスタ・スレーブハンドは、マスタハンド(操作手段)の動きがスレーブハンド(作業手段)に伝えられ、且つ、スレーブハンドの力覚がマスタハンドに呈示される機能を有する。すなわち、マスタ側の操作者は、作業対象に対して直接的に作業をしているような感覚を得ることができる。   This master / slave hand is generally used to perform work in an environment where humans cannot move freely, such as outer space or the ocean, or in remote surgery. The master / slave hand has a function in which the movement of the master hand (operation means) is transmitted to the slave hand (working means), and the force sense of the slave hand is presented to the master hand. That is, the master-side operator can obtain a feeling that the operator is directly working on the work target.

このようなマスタハンドへの力覚呈示については、例えば、特許文献1(特開平11−167419号公報)において、操作者の自由な動作を妨げることなく、細かい作業が可能な力覚呈示装置が開示されている。
図5に特許文献1に示される力覚呈示装置の概略構成図を示す。図中の力覚呈示装置51は、マスタハンドに相当し、操作者の手に装着されるグローブ52と、グローブ52の表面に形成された空室53へ圧縮性流体54を注入するポンプ57と、ポンプ57を制御するコントローラ58とを備えている。前記コントローラ58は、手の各関節部の動きに応じて各ポンプ57を制御するよう構成されている。
With regard to force sense presentation to such a master hand, for example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-167419), a force sense presentation device capable of performing fine work without hindering the free movement of an operator is disclosed. It is disclosed.
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the force sense presentation device disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. A force sense presentation device 51 in the figure corresponds to a master hand, a glove 52 attached to an operator's hand, and a pump 57 for injecting a compressive fluid 54 into an empty space 53 formed on the surface of the glove 52. And a controller 58 for controlling the pump 57. The controller 58 is configured to control each pump 57 in accordance with the movement of each joint portion of the hand.

また、前記グローブ52は、伸縮性の高い素材で形成されると共に、前記空室53がグローブ52上の手の関節部に対応する部分に形成されている。それら空室53に前記圧縮性流体54が注入されていない状態であれば、操作者は抵抗なく関節を曲げることができる。しかしながら、この空室にポンプ57により圧縮性流体54が注入されると、空室が徐々に満たされ、その部位において操作者の手に圧力が加えられる。このため、操作者が関節を曲げようとすると、この部位において大きな反力を受けるように構成されている。   The globe 52 is formed of a highly stretchable material, and the vacant space 53 is formed in a portion corresponding to the joint portion of the hand on the globe 52. If the compressive fluid 54 is not injected into the vacant chambers 53, the operator can bend the joint without resistance. However, when the compressible fluid 54 is injected into the vacant chamber by the pump 57, the vacant chamber is gradually filled, and pressure is applied to the operator's hand at that site. For this reason, when an operator tries to bend a joint, it is configured to receive a large reaction force at this portion.

このような構成の力覚呈示装置51によれば、前記コントローラ58がスレーブハンドによる作業対象に対する荷重と同期して前記ポンプ57を制御し、グローブ52に圧縮性流体54を注入することにより指に擬似的に触覚(力覚)を感じさせることができる。
また、スレーブハンドを遠隔操作する際に、グローブ52は伸縮性の高い素材で形成されているため、細かな作業が可能となる。
According to the force sense presentation device 51 configured as described above, the controller 58 controls the pump 57 in synchronization with the load applied to the work target by the slave hand, and injects the compressible fluid 54 into the glove 52 so as to be applied to the finger. A tactile sensation (force sensation) can be felt.
Further, when the slave hand is remotely operated, the glove 52 is formed of a highly stretchable material, so that fine work can be performed.

特開平11−167419号公報(第3頁左欄第43行乃至右欄第46行、第1図、第2図、第3図)JP-A-11-167419 (page 3, left column, line 43 to right column, line 46, FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3)

このように特許文献1に示される力覚呈示装置51を用いれば、実際の触覚に近い触覚を手に感じることができ、また、細かな作業が可能となる。
ところで、特許文献1に開示された力覚呈示装置51では、マスタハンドとして操作者の手の形状に合わせたグローブ(力覚呈示手段)が用いられている。しかしながら、このような力覚呈示方法にあっては、操作者が変わると、手の大きさも変わることが予想され、それにより関節の位置が操作者によってずれる虞があった。そのため、グローブ52等のハードウエアの大きさ、および、コントローラ13のソフトウエア設定を操作者毎に調整する必要があり、効率的な作業ができないという課題があった。
As described above, when the force sense presentation device 51 disclosed in Patent Document 1 is used, a tactile sensation close to an actual tactile sensation can be felt by the hand, and fine work can be performed.
By the way, in the force sense presentation device 51 disclosed in Patent Document 1, a glove (force sense presentation means) matching the shape of the operator's hand is used as the master hand. However, in such a force sense presentation method, when the operator changes, the size of the hand is expected to change, and there is a possibility that the position of the joint may be shifted by the operator. Therefore, it is necessary to adjust the size of hardware such as the globe 52 and the software setting of the controller 13 for each operator, and there is a problem that efficient work cannot be performed.

本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、操作者が変わっても、ハードウエアおよびソフトウエアの調整を不要とし、操作者に適切な力覚を呈示することのできる遠隔操作装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made under the circumstances as described above. Even if the operator changes, the present invention eliminates the need for hardware and software adjustment, and can provide an appropriate force sense to the operator. An object is to provide an operating device.

上記課題を解決するために、本発明にかかる遠隔操作装置は、操作者が操作手段を介して作業手段を遠隔操作する遠隔操作装置であって、前記操作手段に設けられ、操作者に与える刺激を発生する刺激発生手段と、前記作業手段に設けられ、前記作業手段による作業対象に対する荷重を検出する力センサと、前記力センサが検出した荷重に基づき、操作者にフィードバックする刺激強度信号を設定する刺激強度設定手段とを備え、前記刺激発生手段は、前記刺激強度信号に基づいた強度の刺激を発生する遠隔操作装置において、前記操作手段は、操作者の指に夫々装着されると共に前記刺激発生手段を有する複数の操作部を有し、各操作部の動作に連動して前記作業手段が動作すると共に、各操作部が有する刺激発生手段により発生した刺激が、夫々の操作部を装着した指に与えられることに特徴を有する。
このように構成することによって、操作者の触覚に対して力覚を刺激として与えることができる。すなわち操作者の指に前記荷重に応じた強度の刺激を与えるだけで、操作者は刺激の強度により力覚の大きさを擬似的に感じることができる。
このため、操作者の手の大きさや、形状に拘らず、共通の操作手段を用いることができ、操作者が変わっても、操作手段においてはハードウエアおよびソフトウエア設定等の複雑なキャリブレーションを必要としない。また、比較的単純な構成により操作者に力覚を呈示することができる。
In order to solve the above-mentioned problems, a remote operation device according to the present invention is a remote operation device in which an operator remotely operates a work means via an operation means, and is provided in the operation means and is a stimulus given to the operator A stimulus generating means for generating a force, a force sensor provided in the working means for detecting a load on a work target by the working means, and a stimulus intensity signal to be fed back to an operator based on the load detected by the force sensor And a stimulus intensity setting unit that generates a stimulus having an intensity based on the stimulus intensity signal, wherein the operation unit is respectively attached to an operator's finger and the stimulus Stimulus generated by the stimulus generating means included in each operation unit as well as having a plurality of operation units having generation means, the working means operating in conjunction with the operation of each operation unit , Characterized in that given to wearing the operating portion of the respective fingers.
By comprising in this way, a force sense can be given as a stimulus with respect to an operator's tactile sense. That is, the operator can feel the magnitude of the force sense in a pseudo manner by the intensity of the stimulus only by giving the operator's finger a stimulus having an intensity corresponding to the load.
For this reason, a common operation means can be used regardless of the size and shape of the operator's hand. Even if the operator changes, the operation means can perform complicated calibration such as hardware and software settings. do not need. Further, a force sense can be presented to the operator with a relatively simple configuration.

また、本発明にかかる遠隔操作装置は、操作者が操作手段を介して作業手段を遠隔操作する遠隔操作装置であって、前記操作手段に設けられ、操作者に与える刺激を発生する刺激発生手段と、前記作業手段に設けられ、前記作業手段による作業対象に対する荷重を検出する力センサと、前記力センサが検出した荷重に基づき、操作者にフィードバックする刺激強度信号を設定する刺激強度設定手段とを備え、前記刺激発生手段は、前記刺激強度信号に基づいた強度の刺激を発生する遠隔操作装置において、前記操作手段は、弾性を有する略ドーム形状の操作部を有し、操作者が前記操作部に荷重を与えることにより生じる該操作部の変形に連動して前記作業手段が動作すると共に、前記刺激発生手段により発生した刺激が、前記操作部を操作する操作者の手に与えられるようにしてもよい。
このように構成することによっても、同様に操作者が変わった際に、一様に操作者に対して力覚を刺激の強度として触覚に呈示することができる。
The remote operation device according to the present invention is a remote operation device in which an operator remotely operates a work unit via an operation unit, and is provided in the operation unit and generates a stimulus to be given to the operator. A force sensor that is provided in the working means and detects a load on the work target by the working means, and a stimulus intensity setting means that sets a stimulus intensity signal to be fed back to the operator based on the load detected by the force sensor; And the stimulus generating means generates a stimulus having an intensity based on the stimulus intensity signal, wherein the operation means has a substantially dome-shaped operation part having elasticity, and an operator operates the operation. The working means operates in conjunction with the deformation of the operation part caused by applying a load to the part, and the stimulus generated by the stimulus generation means operates the operation part. That the operator of may be given to the hand.
With this configuration as well, when the operator changes in the same manner, a force sense can be uniformly presented to the operator as a stimulus intensity.

また、前記刺激強度設定手段は、操作者に前記作業手段による荷重が過大である旨を警告する刺激を前記刺激発生手段が発生するよう刺激強度信号を設定する警告刺激強度設定モードを有し、前記力センサが検出した荷重が所定の閾値以上である場合に、前記警告刺激強度設定モードとし、設定した一定の前記刺激強度信号を前記刺激発生手段に出力することが望ましい。
このようにすれば、操作者は作業手段による荷重、例えば把持力が過大であることを認識することができるため、操作者は慎重を要する物の取り扱い等において、効率的に作業を行うことが可能となる。
Further, the stimulus intensity setting means has a warning stimulus intensity setting mode for setting a stimulus intensity signal so that the stimulus generating means generates a stimulus that warns the operator that the load by the working means is excessive, When the load detected by the force sensor is equal to or greater than a predetermined threshold value, it is desirable to set the warning stimulus intensity setting mode and output the set constant stimulus intensity signal to the stimulus generating means.
In this way, the operator can recognize that the load by the working means, for example, the gripping force is excessive, so that the operator can work efficiently in handling sensitive items. It becomes possible.

また、前記刺激強度設定手段は、前記作業手段による荷重が許容範囲である場合の通常刺激強度設定モードをさらに有し、前記通常刺激強度設定モードにおいては、前記警告刺激強度設定モード時よりも低い一定強度の刺激強度信号を設定し、前記刺激発生手段に出力することが望ましい。
このようにすれば、2つの刺激強度に大別されるため、操作者は、作業手段による荷重、例えば把持力が過大か否かを容易に知覚することができる。
あるいは、前記刺激強度設定手段は、前記作業手段による荷重が許容範囲である場合の通常刺激強度設定モードをさらに有し、前記通常刺激強度設定モードにおいては、前記力センサが検出した荷重に比例した強度の刺激強度信号を設定し、前記刺激発生手段に出力するようにしてもよい。
このようにすれば、例えば把持力に応じた強度の刺激を力覚として操作者の触覚に与えることができる。
The stimulation intensity setting unit further includes a normal stimulation intensity setting mode when the load applied by the working unit is within an allowable range, and the normal stimulation intensity setting mode is lower than that in the warning stimulation intensity setting mode. It is desirable to set a stimulus intensity signal having a constant intensity and output it to the stimulus generator.
In this way, since it is roughly divided into two stimulus intensities, the operator can easily perceive whether the load by the working means, for example, the gripping force is excessive.
Alternatively, the stimulus intensity setting means further has a normal stimulus intensity setting mode when the load by the working means is within an allowable range, and in the normal stimulus intensity setting mode, the stimulus intensity setting means is proportional to the load detected by the force sensor. A strong stimulus intensity signal may be set and output to the stimulus generating means.
In this way, for example, a stimulus having an intensity corresponding to the gripping force can be given to the operator's tactile sense as a force sense.

また、前記刺激発生手段は、低周波振動を発生する手段、熱を発生する手段、気体または液体による圧力を発生する手段のいずれか、あるいは、気体または液体による圧力を発生する手段と熱を発生する手段であることが望ましい。   The stimulus generating means generates heat with either a means for generating low frequency vibration, a means for generating heat, a means for generating pressure by gas or liquid, or a means for generating pressure by gas or liquid. It is desirable that it is a means to do.

本発明によれば、操作者が変わっても、ハードウエアおよびソフトウエアの調整を不要とし、操作者に適切な力覚を呈示することのできる遠隔操作装置を提供することができる。
また、操作者の指に、特に指先に対して刺激を力覚として与えるため、感覚が敏感な箇所に対して与えることになり、より効果的な力覚の呈示が可能となる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if an operator changes, the adjustment of hardware and software is unnecessary, and the remote control apparatus which can show an appropriate force sense to an operator can be provided.
In addition, since a stimulus is applied to the operator's finger as a force sensation, particularly to the fingertip, the sensation is applied to a sensitive part, and a more effective force sensation can be presented.

以下、本発明にかかる実施の形態につき、図に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る遠隔操作装置の一実施形態であるマスタ・スレーブハンド装置の全体構成を示す概略図である。図1に示すように、マスタ・スレーブハンド装置1は、遠隔操作による把持対象Bを把持する作業手段であるスレーブハンド2と、操作者Mの手に装着された操作手段であるマスタハンド3と、それらハンドの制御を行うコントローラ4とで構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a master / slave hand device which is an embodiment of a remote control device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the master / slave hand device 1 includes a slave hand 2 that is a working means for gripping a gripping target B by remote operation, and a master hand 3 that is an operating means attached to the hand of an operator M. And a controller 4 for controlling these hands.

前記スレーブハンド2は、ハンド本体6と、ハンド本体6の指の先端部に夫々取り付けられた力センサ7と、ハンド本体6の油圧を制御する油圧バルブ5とで構成される。なお、図示しないが、ハンド本体6に油を供給する油圧ポンプが設けられ、前記油圧ポンプとハンド本体6との間の油供給路中に前記油圧バルブ6が設けられている。
ハンド本体6は、関節部6aを介して指部6bが油圧により回動自在に構成されており、前記油圧バルブ5の油圧制御により、把持対象Bに対する荷重が決定される。また、力センサ7は、把持対象Bを把持した際の荷重を把持力(例えばN(ニュートン)単位)として出力するようになされている。
The slave hand 2 includes a hand main body 6, a force sensor 7 attached to the tip of each finger of the hand main body 6, and a hydraulic valve 5 that controls the hydraulic pressure of the hand main body 6. Although not shown, a hydraulic pump that supplies oil to the hand main body 6 is provided, and the hydraulic valve 6 is provided in an oil supply path between the hydraulic pump and the hand main body 6.
The hand main body 6 is configured such that a finger portion 6b is rotatable by hydraulic pressure via a joint portion 6a, and a load on the gripping target B is determined by hydraulic control of the hydraulic valve 5. The force sensor 7 is configured to output a load when gripping the gripping object B as a gripping force (for example, N (Newton) unit).

また、前記マスタハンド3は、操作者Mの各指に装着する操作部としての指グローブ8と、各指グローブ8内において、操作者Mの指に密着するよう設けられた刺激発生手段9とで構成される。前記指グローブ8は、操作者Mの指に装着された状態で、操作者Mが指を動かすことによって、夫々の動きベクトルの情報を出力するようになされている。   The master hand 3 includes a finger glove 8 as an operation unit to be attached to each finger of the operator M, and stimulus generation means 9 provided in close contact with the finger of the operator M in each finger glove 8. Consists of. The finger glove 8 is configured to output information on each motion vector when the operator M moves his / her finger while the finger glove 8 is attached to the finger of the operator M.

また、コントローラ4は、スレーブハンド2の油圧バルブ5の動作制御を行う油圧バルブ制御量算出手段10と、マスタハンド3の刺激発生手段9の刺激強度を設定する刺激強度設定手段11を有している。前記油圧バルブ制御量算出手段10は、指グローブ8が出力したベクトル量に基づき油圧バルブ5の制御を行うようになされ、また、前記刺激強度設定手段11は、力センサ7が出力した把持力に基づき刺激発生手段9が発生する刺激の強度を設定するようになされている。   Further, the controller 4 has a hydraulic valve control amount calculating means 10 for controlling the operation of the hydraulic valve 5 of the slave hand 2 and a stimulus intensity setting means 11 for setting the stimulus intensity of the stimulus generating means 9 of the master hand 3. Yes. The hydraulic valve control amount calculation means 10 controls the hydraulic valve 5 based on the vector amount output by the finger glove 8, and the stimulation intensity setting means 11 determines the gripping force output by the force sensor 7. Based on this, the intensity of the stimulus generated by the stimulus generating means 9 is set.

前記したように、刺激強度設定手段11は、力センサ7が出力した把持力に基づき、刺激強度を設定する。図2に、力センサ7の出力信号である把持力と、刺激強度設定手段11が設定する刺激強度との関係の一例をグラフに示す。
図2の横軸に示すように、把持力が閾値Tに達するまで(許容把持力)は、刺激強度設定手段11による刺激強度信号は把持力に比例してリニアに設定され、スレーブハンド2が把持する把持力に応じた強度の刺激を操作者Mの指に与えるようになされている。すなわち、安全に作業を行うことができる通常時においては、把持力と刺激強度との間に、この関係が成立するようになされる(通常刺激強度設定モード)。
As described above, the stimulation intensity setting unit 11 sets the stimulation intensity based on the gripping force output from the force sensor 7. FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the gripping force that is the output signal of the force sensor 7 and the stimulus intensity set by the stimulus intensity setting means 11.
As shown on the horizontal axis of FIG. 2, until the gripping force reaches the threshold T (allowable gripping force), the stimulus intensity signal from the stimulus intensity setting means 11 is set linearly in proportion to the gripping force, and the slave hand 2 A stimulus having a strength corresponding to the gripping force to be gripped is applied to the finger of the operator M. That is, in normal times when work can be performed safely, this relationship is established between the gripping force and the stimulus intensity (normal stimulus intensity setting mode).

一方、把持力が閾値T以上である場合(危険把持力)には、刺激強度設定手段11による刺激強度信号の設定は、刺激発生手段9において、操作者Mに反射反応が出る程度の一定の高強度刺激を発生するようになされる(警告刺激強度設定モード)。すなわち、スレーブハンド2の把持力が許容把持力の間は、作業を普通に行うことができるが、把持力が危険把持力のときには、操作者Mにスレーブハンド2による把持力が過大である旨を警告するよう、刺激発生手段9から高強度の刺激を操作者Mに与えるようになされている。なお、危険把持力のみを注意する必要がある場合等には、図3に示すように、許容把持力の間において、設定する刺激強度信号を前記警告刺激強度設定モード時よりも低い一定強度の設定としてもよい。   On the other hand, when the gripping force is equal to or greater than the threshold T (dangerous gripping force), the stimulus intensity signal is set by the stimulus intensity setting unit 11 so that the stimulus generation unit 9 causes a reflex response to the operator M. A high-intensity stimulus is generated (warning stimulus intensity setting mode). In other words, while the gripping force of the slave hand 2 is within the allowable gripping force, the work can be performed normally. However, when the gripping force is a dangerous gripping force, the operator M indicates that the gripping force by the slave hand 2 is excessive. The stimulus generator 9 gives a high-intensity stimulus to the operator M. When it is necessary to pay attention only to the dangerous gripping force, as shown in FIG. 3, the stimulus strength signal to be set is a constant strength lower than that in the warning stimulus strength setting mode between the allowable gripping forces. It is good also as a setting.

なお、刺激発生手段9としては、電気による低周波振動発生手段、ヒータ等の熱を発生する手段、気体または液体による圧力発生手段、または、それらを組み合わせた手段であることが望ましい。   The stimulus generating means 9 is preferably a low frequency vibration generating means using electricity, a means for generating heat such as a heater, a pressure generating means using gas or liquid, or a combination of them.

続いて、全体動作の説明をする。操作者Mが、前記構成のマスタ・スレーブハンド装置1を用いて把持対象Bをスレーブハンド2によって把持する際には、マスタハンド3を指に装着し、指を動かすことによって把持する動作を行う。これにより、指グローブ8から動きベクトル量が油圧バルブ制御量算出手段10に出力される。油圧バルブ制御量算出手段10では、前記ベクトル量に基づき油圧バルブ5の制御を行ない、油圧バルブ5の動作によってスレーブハンド2が指部6bを動かし、把持対象Bを把持するよう動作する。   Next, the overall operation will be described. When the operator M grips the gripping target B with the slave hand 2 using the master / slave hand device 1 having the above-described configuration, the operator M performs the gripping operation by attaching the master hand 3 to the finger and moving the finger. . As a result, the motion vector amount is output from the finger glove 8 to the hydraulic valve control amount calculation means 10. The hydraulic valve control amount calculation means 10 controls the hydraulic valve 5 based on the vector amount, and the slave hand 2 moves the finger portion 6b by the operation of the hydraulic valve 5 so as to grip the gripping target B.

一方、指部6bの先端に設けられた力センサ7は、把持対象Bと接触する際に把持力を検出し、検出した把持力を刺激強度設定手段11に出力する。刺激強度設定手段11では、受け取った把持力に基づき、マスタハンド3にフィードバックする刺激強度を設定し、設定した刺激強度信号をマスタハンド3の刺激発生手段9に出力する。
刺激発生手段9では、受け取った刺激強度信号に基づいた刺激を発生する。これにより、操作者Mは、刺激発生手段9により発生した刺激を触覚で感じ、刺激の強度を力覚の大きさとして感じる。
On the other hand, the force sensor 7 provided at the tip of the finger portion 6 b detects the gripping force when contacting the gripping target B, and outputs the detected gripping force to the stimulus intensity setting unit 11. The stimulus intensity setting means 11 sets the stimulus intensity to be fed back to the master hand 3 based on the received gripping force, and outputs the set stimulus intensity signal to the stimulus generating means 9 of the master hand 3.
The stimulus generator 9 generates a stimulus based on the received stimulus intensity signal. As a result, the operator M feels the stimulus generated by the stimulus generating means 9 by touch and feels the strength of the stimulus as the magnitude of the force sense.

以上説明した一実施の形態によれば、操作者によるマスタハンド3の操作は指先端における指グローブ8の動作により行われ、また、操作者に擬似的に力覚を刺激として触覚に伝える刺激発生手段は指グローブ8内に設けられる。このため、操作者が変わっても、指先端への指グローブ8の取り付けのみで対応でき、ハードウエアおよびソフトウエアの調整を不要とすることができる。
また、スレーブハンドによる把持力が危険把持力に達すると、高強度の刺激が操作者に呈示されるため、即座に操作者は警告として認識することができる。これにより、操作者は慎重を要する物の取り扱い等において、効率的に作業を行うことが可能となる。
なお、前記実施の形態における図1、図4においては、スレーブハンド2およびマスタハンド3における指の数は片手で夫々2本を一例として図示したが、これに限らず、例えば、片手で5本の指に対応するよう指グローブ8および指部6bを構成してもよい。
According to the embodiment described above, the operation of the master hand 3 by the operator is performed by the operation of the finger glove 8 at the tip of the finger, and the generation of the stimulus that conveys the force sense to the operator as a stimulus is simulated. Means are provided in the finger glove 8. For this reason, even if an operator changes, it can respond only by attaching the finger glove 8 to a finger tip, and adjustment of hardware and software can be made unnecessary.
Further, when the gripping force by the slave hand reaches the dangerous gripping force, a high-intensity stimulus is presented to the operator, so that the operator can immediately recognize it as a warning. As a result, the operator can efficiently perform work in the handling of an object that requires caution.
In FIG. 1 and FIG. 4 in the above embodiment, the number of fingers in the slave hand 2 and the master hand 3 is shown as two examples with one hand, but is not limited to this. For example, five fingers with one hand You may comprise the finger glove 8 and the finger part 6b so that it may respond | correspond.

また、前記した一実施の形態においては、マスタハンド3の構成を、指グローブ8と刺激発生手段9による構成としたが、これに限らず、例えば図4に示すように弾性を有するドーム形状の操作部であるエアチャンバ12と、これに接続された刺激発生手段13とで構成してもよい。この場合、エアチャンバ12の上に操作者Mの手が載せられ、操作者Mが把持する動作を行うことにより、エアチャンバ12が変形する。このとき、エアチャンバ12の変形がベクトル量の情報として油圧バルブ制御量算出手段10に出力される。   In the above-described embodiment, the master hand 3 is configured by the finger glove 8 and the stimulus generating means 9. However, the configuration is not limited to this. For example, as shown in FIG. You may comprise with the air chamber 12 which is an operation part, and the stimulus generation means 13 connected to this. In this case, when the operator M's hand is placed on the air chamber 12 and the operator M performs an operation of gripping, the air chamber 12 is deformed. At this time, the deformation of the air chamber 12 is output to the hydraulic valve control amount calculation means 10 as vector amount information.

また、刺激発生手段13は、刺激強度をエアチャンバ12の硬さに変換することによって、操作者Mに刺激強度を呈示するようになされている。なお、このとき、力センサ7が検出した把持力が危険把持力である場合には、エアチャンバ12の硬さを変形が困難となる程度にまで硬化させるように構成してもよい。あるいは、刺激発生手段13にヒータ(図示せず)を備え、刺激強度をエアチャンバ12の硬さに変換すると共に、刺激強度を熱に変換するようにしてもよい。   Further, the stimulus generating means 13 is configured to present the stimulus intensity to the operator M by converting the stimulus intensity into the hardness of the air chamber 12. At this time, if the gripping force detected by the force sensor 7 is a dangerous gripping force, the air chamber 12 may be hardened to such an extent that it is difficult to deform. Alternatively, the stimulus generation means 13 may be provided with a heater (not shown) so that the stimulus intensity is converted into the hardness of the air chamber 12 and the stimulus intensity is converted into heat.

なお、前記の実施形態においては、作業対象を把持する作業について例を示したが、これに限らず、本発明の遠隔操作装置は、作業手段が作業対象を押す作業、あるいは引く作業においても適用することができる。   In the above-described embodiment, an example of a work for gripping a work target has been described. However, the present invention is not limited to this, and the remote control device of the present invention is also applied to a work that pushes or pulls a work target. can do.

本発明は、例えば、物体を把持するスレーブハンドを遠隔操作により操作するマスタ・スレーブハンド装置に好適に用いることができる。   The present invention can be suitably used for, for example, a master / slave hand device that operates a slave hand that grips an object by remote control.

図1は、本発明に係る遠隔操作装置の一実施形態であるマスタ・スレーブハンド装置の全体構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a master / slave hand device which is an embodiment of a remote control device according to the present invention. 図2は、図1のマスタ・スレーブハンド装置の力センサの出力信号と刺激強度との関係の一例を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the output signal of the force sensor and the stimulus intensity of the master / slave hand device of FIG. 図3は、図1のマスタ・スレーブハンド装置の力センサの出力信号と刺激強度との関係の別の一例を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing another example of the relationship between the output signal of the force sensor of the master / slave hand device of FIG. 1 and the stimulus intensity. 図4は、本発明に係る遠隔操作装置の他の実施形態であるマスタ・スレーブハンド装置の全体構成を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing an overall configuration of a master / slave hand device which is another embodiment of the remote control device according to the present invention. 図5は、従来の力覚呈示装置の全体概略図である。FIG. 5 is an overall schematic diagram of a conventional force sense presentation device.

符号の説明Explanation of symbols

1 マスタ・スレーブハンド装置
2 スレーブハンド
3 マスタハンド
4 コントローラ
5 油圧バルブ
7 力センサ
9 刺激発生手段
10 油圧バルブ制御量算出手段
11 刺激強度設定手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Master / slave hand apparatus 2 Slave hand 3 Master hand 4 Controller 5 Hydraulic valve 7 Force sensor 9 Stimulus generation means 10 Hydraulic valve control amount calculation means 11 Stimulus intensity setting means

Claims (9)

操作者が操作手段を介して作業手段を遠隔操作する遠隔操作装置であって、
前記操作手段に設けられ、操作者に与える刺激を発生する刺激発生手段と、前記作業手段に設けられ、前記作業手段による作業対象に対する荷重を検出する力センサと、前記力センサが検出した荷重に基づき、操作者にフィードバックする刺激強度信号を設定する刺激強度設定手段とを備え、前記刺激発生手段は、前記刺激強度信号に基づいた強度の刺激を発生する遠隔操作装置において、
前記操作手段は、操作者の指に夫々装着されると共に前記刺激発生手段を有する複数の操作部を有し、
各操作部の動作に連動して前記作業手段が動作すると共に、各操作部が有する刺激発生手段により発生した刺激が、夫々の操作部を装着した指に与えられることを特徴とする遠隔操作装置。
A remote operation device in which an operator remotely operates the working means via the operating means,
A stimulus generating means for generating a stimulus to be given to an operator, provided in the operating means, a force sensor for detecting a load on a work target by the working means, and a load detected by the force sensor. A stimulus intensity setting means for setting a stimulus intensity signal to be fed back to the operator, and the stimulus generating means is a remote control device for generating a stimulus having an intensity based on the stimulus intensity signal.
The operation means includes a plurality of operation units that are respectively attached to an operator's finger and have the stimulus generation means.
The remote control device characterized in that the working means operate in conjunction with the operation of each operation section, and the stimulus generated by the stimulus generation means included in each operation section is given to a finger equipped with each operation section. .
操作者が操作手段を介して作業手段を遠隔操作する遠隔操作装置であって、
前記操作手段に設けられ、操作者に与える刺激を発生する刺激発生手段と、前記作業手段に設けられ、前記作業手段による作業対象に対する荷重を検出する力センサと、前記力センサが検出した荷重に基づき、操作者にフィードバックする刺激強度信号を設定する刺激強度設定手段とを備え、前記刺激発生手段は、前記刺激強度信号に基づいた強度の刺激を発生する遠隔操作装置において、
前記操作手段は、弾性を有する略ドーム形状の操作部を有し、
操作者が前記操作部に荷重を与えることにより生じる該操作部の変形に連動して前記作業手段が動作すると共に、前記刺激発生手段により発生した刺激が、前記操作部を操作する操作者の手に与えられることを特徴とする遠隔操作装置。
A remote operation device in which an operator remotely operates the working means via the operating means,
A stimulus generating means for generating a stimulus to be given to an operator, provided in the operating means, a force sensor for detecting a load on a work target by the working means, and a load detected by the force sensor. A stimulus intensity setting means for setting a stimulus intensity signal to be fed back to the operator, and the stimulus generating means is a remote control device for generating a stimulus having an intensity based on the stimulus intensity signal.
The operation means has a substantially dome-shaped operation portion having elasticity,
The working means operates in conjunction with the deformation of the operation part caused by the operator applying a load to the operation part, and the stimulus generated by the stimulus generation means is a hand of the operator who operates the operation part. Remote control device characterized by being given to.
前記刺激強度設定手段は、前記作業手段による荷重が過大である旨を操作者に警告する刺激を前記刺激発生手段が発生するよう刺激強度信号を設定する警告刺激強度設定モードを有し、
前記力センサが検出した荷重が所定の閾値以上である場合に、前記警告刺激強度設定モードとし、設定した一定の前記刺激強度信号を前記刺激発生手段に出力することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかの請求項に記載された遠隔操作装置。
The stimulus intensity setting means has a warning stimulus intensity setting mode for setting a stimulus intensity signal so that the stimulus generating means generates a stimulus for warning an operator that the load by the working means is excessive,
2. The apparatus according to claim 1, wherein when the load detected by the force sensor is equal to or greater than a predetermined threshold, the warning stimulus intensity setting mode is set and the set constant stimulus intensity signal is output to the stimulus generating means. The remote control device according to claim 2.
前記刺激強度設定手段は、前記作業手段による荷重が許容範囲である場合の通常刺激強度設定モードをさらに有し、
前記通常刺激強度設定モードにおいては、前記警告刺激強度設定モード時よりも低い一定強度の刺激強度信号を設定し、前記刺激発生手段に出力することを特徴とする請求項3に記載された遠隔操作装置。
The stimulus intensity setting means further has a normal stimulus intensity setting mode when the load by the working means is within an allowable range,
4. The remote operation according to claim 3, wherein in the normal stimulus intensity setting mode, a stimulus intensity signal having a constant intensity lower than that in the warning stimulus intensity setting mode is set and output to the stimulus generating means. apparatus.
前記刺激強度設定手段は、前記作業手段による荷重が許容範囲である場合の通常刺激強度設定モードをさらに有し、
前記通常刺激強度設定モードにおいては、前記力センサが検出した荷重に比例した強度の刺激強度信号を設定し、前記刺激発生手段に出力することを特徴とする請求項3に記載された遠隔操作装置。
The stimulus intensity setting means further has a normal stimulus intensity setting mode when the load by the working means is within an allowable range,
4. The remote control device according to claim 3, wherein in the normal stimulus intensity setting mode, a stimulus intensity signal having an intensity proportional to the load detected by the force sensor is set and output to the stimulus generating means. .
前記刺激発生手段は、低周波振動を発生する手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかの請求項に記載された遠隔操作装置。   The remote control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the stimulus generation means is means for generating low-frequency vibrations. 前記刺激発生手段は、熱を発生する手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかの請求項に記載された遠隔操作装置。   The remote control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the stimulus generating means is means for generating heat. 前記刺激発生手段は、気体または液体による圧力を発生する手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかの請求項に記載された遠隔操作装置。   The remote control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the stimulus generating means is means for generating pressure by gas or liquid. 前記刺激発生手段は、気体または液体による圧力を発生する手段と熱を発生する手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかの請求項に記載された遠隔操作装置。   The remote control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the stimulus generation means is a means for generating pressure by gas or liquid and a means for generating heat.
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