JP2015047684A - 操作性評価装置、方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】操作対象を目標まで移動させる場合において、目標から見た操作の無駄量（目標に対する操作対象の無駄移動量）が反映された操作性の評価値を、比較的少ない計算量により得られるようにする手段を提供する。【解決手段】人に操作される操作部５と、操作部５になされた操作に応じて操作対象を移動させる制御部９とを備える操作制御装置３の操作性を評価するための操作性評価装置１０。操作性評価装置１０は、評価値演算部１１を備える。評価開始時点から評価終了時点までの評価期間において、操作部５の操作により、操作対象を、移動開始位置から目標まで移動させようとする場合に、評価値演算部１１は、目標に対する操作対象の相対速度を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した値Ｉを求め、値Ｉを用いて操作性の評価値を生成して出力する。【選択図】図３

Description

本発明は、人に操作される操作部と、操作部になされた操作に応じて操作対象を移動させる制御部とを備える操作制御装置の操作性を評価するための装置、方法およびプログラムに関する。

上述の操作対象は、例えば、ロボットである。ロボットは、操作部になされた人の操作に従って動作して、物を把持して運ぶ作業、部品を他の部品に組み付ける作業、人を手術する作業などを行う装置である。人は、操作対象を直接見ながら操作部を操作してもよいし、あるいは、操作対象を含む領域の画像（動画）をディスプレイの画面に表示し、人は、この画面を見て操作部を操作してもよい。また、ロボットは、重い物を指定位置へ運ぶ作業を人が行う時に、当該重い物を支えて当該作業を補助するパワーアシスト装置（例えばロボットアーム）であってもよい。

人が、自分の意図通りに、操作部を介して操作対象を動作させることが難しい場合がある。例えば、操作部の形態の違いや、操作部になされる操作に対して生成される動作指令の違いや、操作部への操作度合いに対する操作対象の移動度合いの違いにより、操作者の意図通りに操作対象を動作させることが難しい場合がある。操作部の形態の違いについては、例えば、互いに異なる次の第１および第２の形態がある。第１の形態では、上述のパワーアシスト装置（ロボットアーム）に操作部が取り付けられており、操作部になされた操作に従って、パワーアシスト装置と一体で操作部も移動する。第２の形態では、操作部が、操作対象から分離して設けられている。動作指令の違いについては、例えば、動作指令が速度指令である場合と、動作指令が位置指令である場合がある。操作度合い（例えば操作力または操作量）に対する操作対象の移動度合いの違いについては、同じ操作度合いに対して、操作対象の移動量が大きかったり小さかったりする。

そこで、操作制御装置の操作性を評価することが、次のように提案されている。

特許文献１では、操作性の検証において、ディスプレイ上でポインタを往復させ、往復操作の時間と、最短軌道からのずれの積分値を求めている。

非特許文献１では、操作パターンにおけるばらつき度合いの移動平均を、操作性の評価指標としている。

非特許文献２では、操作者が加える力に基づいてインピーダンス制御されるロボットアームの操作性評価において、直線の操作目標軌道をあらかじめ設定し、操作目標軌道をなぞる操作を行い、操作目標軌道と実際の軌道との最大ずれ量を求めている。

特開２００５−１１０３７号公報

山田陽滋ら、「人間／ロボット共同搬送作業において作業者の意向を反映させるためのヒューマン・インターフェースの提案」、日本機械学會論文集、 Ｃ編 ６７（６５６）， １０６９−１０７６， ２００１−０４−２５ 武井直行ら、「操作力方向に依存して可変する手ぶれ補正アシスト」、第２６回日本ロボット学会学術講演会、２００８年９月９日〜１１日

しかし、操作対象（ロボット）を目標へ移動させる場合において、特許文献１によると、最短軌道からのずれの積分値には、目標の位置から見た操作の無駄量（目標に対する操作対象の無駄移動量）が反映されていない。例えば、操作対象を目標に位置決めするときに、操作対象が目標を行き過ぎてしまい、操作対象を、再び目標の側へ戻して目標に位置決めする場合に、操作対象が目標を行き過ぎた距離（無駄量）については、特許文献１では考慮されていない。

また、特許文献１では、上述の目標が動く場合が考慮されていない。

特許文献１において、仮に、操作対象が移動した軌跡と、最短軌道とにより挟まれた領域の面積を、最短軌道からのずれの積分として算出するとしても、図１（Ａ）の場合には、図１（Ｂ）の場合よりも、当該積分値が大きく（すなわち、操作性の評価値が悪く）なってしまう。図１（Ａ）では、操作対象が、最短軌道から一旦ずれてしまったが、ある理由や状況（例えば、障害物）により、図１（Ｂ）の場合と違って、すぐに、操作対象を最短軌道の近傍に戻さず、しばらくしてから、操作対象を最短軌道の近傍に戻している。この場合には、上記の理由や状況（例えば、障害物）を考慮すると、操作性の評価値を悪くするのは不適切である。すなわち、操作対象が移動した軌跡と、最短軌道とにより挟まれた領域の面積を、操作性の評価値とすることは好ましくない。

また、特許文献１において、仮に、操作対象が移動した軌跡と、最短軌道とにより挟まれた領域の面積を、最短軌道からのずれの積分として算出するとしても、この算出に要する計算量は、比較的多くなる。

非特許文献１、２においても、同様に、操作対象（ロボット）を目標へ移動させる場合において、目標の位置から見た操作の無駄量が考慮されてない。

そこで、本発明の目的は、操作対象を目標まで移動させる場合において、操作対象が移動した軌跡と、最短軌道とにより挟まれた領域の面積を評価値とせずに、目標から見た操作の無駄量（目標に対する操作対象の無駄移動量）が反映された操作性の評価値を、比較的少ない計算量で得るようにする手段を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、人に操作される操作部と、操作部になされた操作に応じて操作対象を移動させる制御部とを備える操作制御装置の操作性を評価するための操作性評価装置であって、
評価開始時点から評価終了時点までの評価期間において、操作部の操作により、操作対象を、移動開始位置から目標まで移動させようとする場合に、
目標に対する操作対象の相対速度を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した積分値Ｉを求め、該積分値Ｉを用いて操作性の評価値を生成して出力する評価値演算部を備える、ことを特徴とする。

以下に、具体例を述べる。

操作対象と目標が、設定座標系に対して移動する場合に、
設定座標系の座標軸の方向を設定方向として、
前記積分値Ｉは、設定方向に関する値Ｉ_ｉであり、設定方向における目標の移動速度をＶ_ｃｉとし、設定方向における操作対象の移動速度をＶ_ｒｉとし、
評価開始時点をｔ_ｓとし、評価終了時点をｔ_ｅとし、評価値演算部は、設定方向に関する前記評価値Ｍ_ｉを、

により算出し、
設定座標系において、操作対象から見た目標の位置ベクトルの前記設定方向の成分が正の値またはゼロである場合には、ｑは１であり、前記位置ベクトルの前記設定方向の成分が負の値である場合には、ｑは−１である。

代わりに、操作対象から見た目標の方向を設定方向として、
前記積分値Ｉは、設定方向に関する値であり、設定方向における目標の移動速度をＶ_ｃｉとし、設定方向における操作対象の移動速度をＶ_ｒｉとし、
前記積分値Ｉは、｜Ｖ_ｒｉ−Ｖ_ｃｉ｜を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した値であり、
前記評価値演算部は、前記積分値Ｉを前記評価値として出力してもよい。

評価値演算部は、複数の設定方向毎に、前記評価値を算出し、
前記複数の設定方向は、操作部になされる操作により操作対象が移動し得る複数の方向に含まれてよい。

本発明の他の実施形態によると、目標は静止しており、操作対象の移動速度の大きさを｜Ｖ_ｒ｜とし、前記積分値Ｉは、｜Ｖ_ｒ｜を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した値である。この場合、前記評価値は、積分値Ｉであってもよいが、好ましくは、次のように評価値が算出される。

すなわち、評価開始時点ｔ_ｓでの操作対象の位置と評価終了時点ｔ_ｅでの操作対象の位置との最短距離を｜Ｐ｜として、評価値演算部は、前記評価値Ｍを、

により算出する。

操作性評価装置は、目標からの距離が許容値以内にある許容範囲内へ、操作対象を位置決めできたかを判定し、当該判定の結果を出力する位置決め判定部を備えてよい。

評価終了時点は、目標に対して操作対象を位置決めした時点であり、
評価値演算部は、前記評価値と評価期間の長さとに基づいて、修正された評価値を算出してもよい。

上述の目的を達成するため、本発明は、人に操作される操作部と、操作部になされた操作に応じて操作対象を移動させる制御部とを備える操作制御装置の操作性を評価するための操作性評価方法であって、
評価開始時点から評価終了時点までの評価期間において、操作部の操作により、操作対象を、移動開始位置から目標まで移動させようとする場合に、
目標に対する操作対象の相対速度を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した積分値Ｉを求め、該積分値Ｉを用いて操作性の評価値を生成して出力する、ことを特徴とする。

また、上述の目的を達成するため、本発明は、人に操作される操作部と、操作部になされた操作に応じて操作対象を移動させる制御部とを備える操作制御装置の操作性を評価するための操作性評価プログラムであって、
評価開始時点から評価終了時点までの評価期間において、操作部の操作により、操作対象を、移動開始位置から目標まで移動させようとする場合に、
目標に対する操作対象の相対速度を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した積分値Ｉを求め、該積分値Ｉを用いて操作性の評価値を生成して出力する処理をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする。

上述した本発明によると、目標に対する操作対象の相対速度を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した積分値Ｉを求める。この積分値Ｉは、目標から見て操作対象が移動した距離を表わす。したがって、目標に対する操作部の積分値Ｉ（移動距離）が小さければ、無駄な移動が少ないことになるので、積分値Ｉを用いて評価値を生成することができる。
よって、操作対象を目標まで移動させようとする場合において、目標から見た操作の無駄量が反映された操作性の評価値を得ることができる。

例えば、操作対象を目標に位置決めする場合に、操作対象が目標を行き過ぎた場合に、操作対象を、再び目標の側へ戻して目標に位置決めしたときに、操作対象が目標を行き過ぎた距離も積分値Ｉに反映される。また、例えば、積分値Ｉは、操作対象が移動した軌跡と、最短軌道とにより挟まれた領域の面積ではないので、図１（Ａ）の場合に、操作性の評価が悪くなることを回避できる。

また、目標に対する操作対象の相対速度の時間積分に要する計算量は、比較的少なくなる。例えば、この計算量は、操作対象が移動した軌跡と最短軌道とにより挟まれた領域の面積を算出するのに要する計算量よりも少なくなる。

なお、目標の速度はゼロであってもよい。この場合においても、目標から見た操作対象の移動距離が上述の積分値Ｉとして得られる。

本発明の課題を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による操作性評価装置が適用可能な操作制御装置と操作対象を示す。 操作制御装置と操作性評価装置を示すブロック図である。 操作部の構成図である。 第２実施形態における評価値を説明するための図である。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

［第１実施形態］
図２は、本発明の第１実施形態による操作性評価装置１０（図３を参照）が適用可能な操作制御装置３と操作対象７を示す。図３は、操作制御装置３と操作性評価装置１０を示すブロック図である。

操作制御装置３は、人に操作される操作部５と、操作部５になされた操作に応じて操作対象７を移動させる制御部９とを備える。図２の例では、操作対象７は、作業対象（ここでは重量物）を指定位置へ運ぶ作業を人が行う時に、作業対象を支えて当該作業を補助するロボットアーム（すなわち、パワーアシスト装置）である。

操作部５は、図２の例では、ロボットアーム７の先端部に取り付けられている。したがって、ロボットアーム７が動作すると、操作部５も、ロボットアーム７と一体で動作する。
操作部５に操作がなされると、図３に示すように、この操作に応じた操作信号Ｅ_ｘ、Ｅ_ｙ、Ｅ_ｘが制御部９に入力される。

制御部９は、入力された操作信号Ｅ_ｘ、Ｅ_ｙ、Ｅ_ｘに従って制御信号を出力する。この制御信号は、操作対象７（ロボットアーム）の駆動装置（図示せず）に入力され、駆動装置は、入力された制御信号に従って操作対象７を駆動する。ここで、駆動量は、操作部５になされた操作の度合い（例えば操作部５に与えられた力の大きさ）に従って定まり、駆動の向きは、操作部５になされた操作の向き（例えば操作部５に与えられた力の向き）に従って定まる。

なお、図２に示すｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、それぞれ、第１水平方向、第１水平方向に直交する第２水平方向、鉛直方向を向いている。以下において、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸、または、ｘ座標軸、ｙ座標軸、およびｚ座標軸は、それぞれ、図２に示すｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸を意味する。

操作対象７の動作例を説明する。人が、操作部５を操作することにより、操作対象７を、移動する目標１へ移動させる。図２の例では、目標１は、組立ラインの方向（ｙ軸の正方向）に移動する自動車の車体４におけるインパネ取り付け部である。操作部５の操作により、操作対象７であるロボットアーム７は、インストルメンタルパネル（インパネ）２を把持して、インパネ取り付け部１へ移動して、インパネ２を組み付ける作業を行う。
ロボットアーム７は、インパネ取り付け部１に、次のように、インストルメンタルパネル（インパネ）２を組み付ける作業を行う。ロボットアーム７は、ロボットアーム７の先端部に設けられた把持部８でインパネ２を把持する。次いで、ロボットアーム７の把持部８（すなわち、インパネ２）を、ｘ軸方向、ｚ軸方向において、車体４におけるインパネ取り付け部１に位置させる。この状態で、ロボットアーム７は、インパネ２を、車体４に対してｙ軸方向に移動させて、車体４のインパネ取り付け部１に位置決めする。なお、把持部８は、ｘ軸方向に延びる細長い支持部８ａと、この支持部８ａに取り付けられる１対の爪８ｂを有する。１対の爪８ｂは、インパネ２をｘ軸方向に挟んで把持する。

操作性評価装置１０は、第１実施形態によると、評価期間において、操作制御装置３の操作性を評価する。以下において、評価開始時点から評価終了時点までの評価期間において、操作部５の操作により、操作対象７を、移動開始位置から目標１（図２の例では、インパネ取り付け部）まで移動させようとする場合を想定する。

操作性評価装置１０は、評価値演算部１１を備える。評価値演算部１１は、目標１に対する操作対象７の相対速度を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した積分値Ｉを算出し、積分値Ｉを用いて操作性の評価値Ｍを生成して出力する。ここで、積分値Ｉは、次の［数３］で表されてよい。

［数３］において、Ｖ_ｒは、操作対象７（図２では、ロボットアーム７の先端部）の移動速度を示し、Ｖ_ｃは、目標１の移動速度を示し、記号∫ｄｔは、｜Ｖ_ｒ−Ｖ_ｃ｜を、操作性の評価期間にわたって時間で積分することを示し、ｔ_ｓは、評価開始時点を示し、ｔ_ｅは、評価終了時点を示す。

なお、Ｖ_ｒは、速度センサ１３（図３を参照）により計測された値であってよい。代わりに、Ｖ_ｒは、後述の速度値生成部２５が出力した、操作対象７に対する指令速度値Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙ、Ｖ_ｚであってもよい。

Ｖ_ｃは、本発明では、ゼロまたはゼロ以外の値である。一例では、評価期間における少なくとも一部の区間で（例えば評価期間の全体にわたって）ゼロ以外の値をとる。Ｖ_ｃは、適宜のセンサにより計測された値であってもよいし、予め分かっている設定値であってもよい。前者の場合、Ｖ_ｃの計測は、例えば、下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）のいずれかの方法で行われてよい。
（ｉ）操作対象７を移動させる駆動モータに取り付けたエンコーダからの検出信号に基づいて、Ｖ_ｃを求める。
（ｉｉ）操作対象７の位置をレーザ距離センサで時々刻々と検出し、当該検出位置に基づいて、Ｖ_ｃを求める。
（ｉｉｉ）操作対象７をカメラで時々刻々と撮像し、当該各画像に基づいて、Ｖ_ｃを求める。

評価開始時点ｔ_ｓは、例えば、操作対象７の動作を開始させることを示す操作（動作開始操作という）が操作部５になされた時点であってよい。評価終了時点ｔ_ｅは、例えば、操作対象７の動作を終了させることを示す操作（動作終了操作という）が操作部５になされた時点であってよい。動作開始操作は、例えば、操作部５における開始ボタンを押す操作であってよく、動作終了操作は、例えば、操作部５における終了ボタンを押す操作であってよい。なお、終了ボタンは、図２の例では、インパネ２を爪８ｂから解放するために爪８ｂを開く動作を指令するボタンであってもよい。この場合、終了ボタンは、インパネ２がインパネ取り付け部１に位置決められた時に押される。

第１実施形態の一例では、操作対象７と目標１が、設定座標系に対して移動する。設定座標系は、例えば、地上に固定された静止座標系である。
操作性の評価値Ｍは、以下の算出方法１または算出方法２により算出される。

（算出方法１）
算出方法１では、設定座標系の座標軸の方向を設定方向として、評価値演算部１１は、複数の設定方向毎に、上述の積分値Ｉを用いた評価値を算出する。この例では、複数の設定方向は、設定座標系におけるｘ座標軸の方向（以下、単にｘ座標軸方向という）とｙ座標軸の方向（以下、単にｙ座標軸方向という）とｚ座標軸の方向（以下、単にｚ座標軸方向という）である。評価値演算部１１は、これらの設定方向について、それぞれ、次の［数４］により、評価値Ｍ_ｘ、Ｍ_ｙ、Ｍ_ｚを評価値Ｍとして算出する。

［数４］の各記号は、次の通りである。Ｍ_ｘは、ｘ座標軸方向に関する評価値であり、Ｍ_ｙは、ｙ座標軸方向に関する評価値であり、Ｍ_ｚは、ｚ座標軸方向に関する評価値である。Ｖ_ｒｘは、ｘ座標軸方向における操作対象７の移動速度成分を示し、Ｖ_ｒｙは、ｙ座標軸方向における操作対象７の移動速度成分を示し、Ｖ_ｒｚは、ｚ座標軸方向における操作対象７の移動速度成分を示す。Ｖ_ｃｘは、ｘ座標軸方向における目標１の移動速度成分を示し、Ｖ_ｃｙは、ｙ座標軸方向における目標１の移動速度成分を示し、Ｖ_ｃｚは、ｚ座標軸方向における目標１の移動速度成分を示す。第１実施形態において、Ｍは、Ｍ_ｘ、Ｍ_ｙまたはＭ_ｚのいずれかまたはすべてを意味し、Ｖ_ｒは、Ｖ_ｒｘ、Ｖ_ｒｙおよびＶ_ｒｚのいずれかまたはすべてを意味し、Ｖ_ｃは、Ｖ_ｃｘ、Ｖ_ｃｙおよびＶ_ｃｚのいずれかまたはすべてを意味する。なお、Ｖ_ｒは、ｘ座標軸、ｙ座標軸またはｚ座標軸の正方向に操作対象７が移動している時には、正の値をとり、ｘ座標軸、ｙ座標軸またはｚ座標軸の負方向に操作対象７が移動している時には、負の値をとる。Ｖ_ｃは、ｘ座標軸、ｙ座標軸またはｚ座標軸の正方向に目標１が移動している時には、正の値をとり、ｘ座標軸、ｙ座標軸またはｚ座標軸の負方向に目標１が移動している時には、負の値をとる。

［数４］のＭ_ｘについて、設定座標系において、操作対象７から見た目標１の位置ベクトルのｘ座標軸方向の成分が正の値またはゼロである場合には、ｑは１であり、この位置ベクトルのｘ座標軸方向の成分が負の値である場合には、ｑは−１である。
［数４］のＭ_ｙについて、設定座標系において、操作対象７から見た目標１の位置ベクトルのｙ座標軸方向の成分が正の値またはゼロである場合には、ｑは１であり、この位置ベクトルのｙ座標軸方向の成分が負の値である場合には、ｑは−１である。
［数４］のＭ_ｚについて、設定座標系において、操作対象７から見た目標１の位置ベクトルのｚ座標軸方向の成分が正の値またはゼロである場合には、ｑは１であり、この位置ベクトルのｚ座標軸方向の成分が負の値である場合には、ｑは−１である。

｜Ｖ_ｒｘ−Ｖ_ｃｘ｜、｜Ｖ_ｒｙ−Ｖ_ｃｙ｜および｜Ｖ_ｒｚ−Ｖ_ｃｚ｜は、それぞれ、Ｖ_ｒｘ−Ｖ_ｃｘ、Ｖ_ｒｙ−Ｖ_ｃｙおよびＶ_ｒｚ−Ｖ_ｃｚの絶対値を示す。
なお、操作対象７がｘ座標軸の正方向に移動している場合には、Ｖ_ｒｘは正の値となり、操作対象７がｘ座標軸の負方向に移動している場合には、Ｖ_ｒｘは負の値となる。Ｖ_ｒｙとＶ_ｒｚとＶ_ｃｘとＶ_ｃｙとＶ_ｃｚについても同様である。

なお、操作対象７が、目標１の前方もしくは後方に位置しているかは適宜のセンサにより検出される。

評価値演算部１１は、上述した評価値Ｍの計算を、評価期間中に行ってもよいし、評価終了時点ｔ_ｓ以降に行ってもよい。前者の場合、評価値Ｍの計算は、評価開始時点ｔ_ｓの直後から開始されてよく、後者の場合、評価値Ｍの計算は、評価終了時点ｔ_ｅの直後から開始されてよい。

第１実施形態の操作性評価装置１０によると、次のように、評価開始時点ｔ_ｓから、例えば、操作対象７が目標１に至る（または、目標１を追い越してしまう）時点までの間において、操作制御装置３の操作性を評価できる。
評価期間において、各座標軸方向について、操作対象７が、目標１に近づいている（時間の）区間では、評価値Ｍの増加に対する寄与はゼロになる（［数４］を参照）。すなわち、この区間では、操作が正確に行われているとして、評価値Ｍへの寄与はない。したがって、このような区間が長くなると、評価値Ｍは小さくなる。
一方、評価期間において、各座標軸方向について、操作対象７が目標１から遠ざかっている区間では、評価値Ｍの増加に対する寄与は、ゼロより大きくなる（［数４］を参照）。すなわち、この区間では、操作が正確に行われていないとして、評価値Ｍへの寄与が生じる。したがって、このような区間が長くなると、評価値Ｍは大きくなる。

なお、上述の［数４］により、操作対象７から見た目標１の方向と、操作性を評価する方向（すなわち、上述の設定方向）が一致しない場合であっても、操作性を評価できる。

（算出方法２）
操作対象７から見た目標１の方向と、操作性を評価する方向が一致する場合には、上述の［数４］の代わりに、次のように、評価値Ｍを求めてもよい。

この場合、操作対象７から見た目標１の方向を設定方向とする。また、上述の積分値Ｉは、設定方向に関する積分値Ｉ_ｉであり、設定方向における目標１の移動速度をＶ_ｃｉとし、設定方向における操作対象７の移動速度をＶ_ｒｉとする。Ｉ_ｉ、Ｖ_ｃｉ、およびＶ_ｒｉの添え字は、設定方向を示す。設定方向を正の方向として、操作対象７が設定方向に移動している場合には、Ｖ_ｒｉは正の値となり、操作対象７が設定方向と逆方向に移動している場合には、Ｖ_ｒｉは負の値となる。同様に、目標１が設定方向に移動している場合には、Ｖ_ｃｉは正の値となり、目標１が設定方向と逆方向に移動している場合には、Ｖ_ｃｉは負の値となる。

上述の積分値Ｉ_ｉは、｜Ｖ_ｒｉ−Ｖ_ｃｉ｜を、評価開始時点ｔ_ｓから評価終了時点ｔ_ｅにわたって時間積分した値であり、評価値演算部１１は、積分値Ｉ_ｉを評価値として出力する。
評価値演算部１１は、設定方向（例えば、設定座標系におけるｘ座標軸方向、ｙ座標軸方向、またはｚ座標軸方向）について、積分値Ｉを算出し、算出した積分値を評価値Ｍとして出力する。

このような算出方法２の場合、設定座標系に対して目標１は、移動してもよいし、静止していてもよい。

第１実施形態について、さらに詳しく述べる。

操作性評価装置１０は、位置決め判定部１５を有していてよい。位置決め判定部１５は、目標１からの距離が許容値以内にある許容範囲（目標１の近傍範囲）内へ、操作対象７を位置決めできたかを判定し、当該判定の結果（以下、位置決め判定結果という）を出力する。すなわち、位置決め判定部１５は、評価終了時点ｔ_ｅにおいて、操作対象７が前記許容範囲内に位置しているかを判定し、その結果を示す位置決め判定結果を出力する。位置決め判定部１５は、上述の許容範囲を記憶している。また、位置決め判定部１５には、評価終了時点ｔ_ｅにおける操作対象７の位置Ｐ_ｅが位置センサ１４（図３を参照）から入力される。位置センサ１４は、例えば、上述の動作終了操作がなされたことに反応して、評価終了時点ｔ_ｅにおける操作対象７の位置Ｐ_ｅを検出する。

操作性評価装置１０は、表示装置１７を有していてよい。表示装置１７には、評価値演算部１１により算出された評価値Ｍと、位置決め判定部１５による位置決め判定結果が入力される。入力された当該評価値Ｍと位置決め判定結果は、表示装置１７の画面に表示される。

次に、操作部５と制御部９の一例を詳しく述べる。

操作部５を図４にも示す。図４（Ａ）は、図２（Ａ）の部分拡大図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視図である。

操作部５は、操作かん（操作棒）１９と力覚センサ２１を有する。

操作かん１９は、人に操作される。すなわち、人が、手で操作かん１９をつかんで、操作かん１９に力を与える。操作かん１９は、操作制御装置３の操作台２２に設けられる。操作かん１９に力を与えても、操作かん１９は、操作台２２に対して変位しない（すなわち、その位置または姿勢を変えない）。

力覚センサ２１は、図４（Ａ）に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各方向について、操作かん１９に与えられた力Ｅ_ｘ、Ｅ_ｙ、Ｅ_ｚを動作指令として検出して出力する。図４（Ａ）において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有するセンサ座標系は、力覚センサ２１に固定されている。Ｅ_ｘは、操作かん１９に与えられた力のベクトルＥのＸ軸方向成分であり、Ｅ_ｙは、当該ベクトルＥのＹ軸方向成分であり、Ｅ_ｚは、当該ベクトルＥのＺ軸方向成分である。Ｘ軸の正方向に操作かん１９に力が与えられている場合には、Ｅ_ｘは正の値をとり、Ｘ軸の負方向に操作かん１９に力が与えられている場合には、Ｅ_ｘは負の値をとる。Ｅ_ｙとＥ_ｚについても同様である。

制御部９は、入力処理部２３と速度値生成部２５と速度制御部２７を有する。

入力処理部２３は、力覚センサ２１から出力されたＥ_ｘ、Ｅ_ｙ、Ｅ_ｚに基づいて、駆動指令値Ｆ_ｘ、Ｆ_ｙ、Ｆ_ｚを生成する。入力処理部２３は、センサ座標系で表されたＥ_ｘ、Ｅ_ｙ、Ｅ_ｚを、それぞれ、ロボットアーム７の先端部（把持部８）に固定されたハンド座標系でＦ_ｘ、Ｆ_ｙ、Ｆ_ｚとして表わす。すなわち、センサ座標系で表されたベクトルＥ（Ｅ_ｘ，Ｅ_ｙ，Ｅ_ｚ）を、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有するハンド座標系で表わすベクトルに変換する行列をＴとすると、入力処理部２３は、次の［数５］により、Ｆ_ｘ、Ｆ_ｙ、Ｆ_ｚを算出する。Ｆ_ｘ、Ｆ_ｙ、Ｆ_ｚは、それぞれ、操作制御装置３により入力された動作指令Ｅ_ｘ、Ｅ_ｙ、Ｅ_ｚに相当する。

なお、操作部５は、図２の例では、ロボットアーム７の先端部に取り付けられる。この取り付けにより、操作部５（図４の例では操作かん１９）に対してなされた操作の方向（与られた力の方向）が、この操作による制御方向と一致するようにしてもよい。ここで、制御方向とは、ロボットアーム７の先端部が制御される方向である。すなわち、図４の例では、図４（Ａ）のＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向が、それぞれ、図２のｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向に一致するように、ロボットアーム７の先端部の姿勢が一定に維持されるように、操作制御装置３が設定されてもよい。

速度制御部２７は、ロボットアーム７における先端部のｘ軸方向速度の計測値Ｖ_ｒｘと、入力された速度指令値Ｖ_ｘとの差を無くすように、ロボットアーム７の先端部のｘ軸方向速度を制御する。ｙ軸方向とｚ軸方向の制御も同様である。この制御は、例えば、速度制御部２７が、Ｖ_ｘ、Ｖ_ｙ、Ｖ_ｚに基づいて、ロボットアーム７を駆動する複数の駆動装置を制御することによりなされる。

（制御方法の比較）
上述した操作性評価装置１０により、複数の制御方法の操作性を比較することができる。これらの制御方法毎に、操作性評価装置１０により当該制御方法の評価値Ｍを算出する。

すなわち、次の（Ａ）と（Ｂ）を、複数の制御方法毎に行うことにより、各制御方法について、評価値Ｍと位置決め判定結果を得る。
（Ａ）制御部９が実行する制御方法を選択する。
（Ｂ）操作制御装置３の操作性を評価する。すなわち、評価期間にわたって、人が操作部５を操作する。この評価期間では、制御部９は、前記（Ａ）で選択された制御方法に従って操作対象７を制御する。これより、操作性評価装置１０は、当該評価期間について、上述した評価値Ｍと、位置決め判定結果を生成して出力する。

複数の制御方法について、それぞれ得た評価値Ｍと位置決め判定結果を比べることにより、複数の制御方法の操作性を比較することができる。

複数の制御方法は、例えば、それぞれ、以下のように、［数６］〜［数８］で表される制御方法１〜３であってよい。

（制御方法１）

（制御方法２）

（制御方法３）

上述の制御方法１〜３の式において、Ｆ_ｘとＦ_ｙとＦ_ｚは、それぞれ、入力処理部２３が出力した上述のＦ_ｘとＦ_ｙとＦ_ｚであり、ａ_ｘとａ_ｙとａ_ｚとａとｍ_ｘとｍ_ｙとｍ_ｚとｄ_ｘとｄ_ｙとｄ_ｚは、それぞれ予め設定した係数であり、記号「・」は乗算を表わす。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態による操作性評価装置１０について説明する。

第２実施形態による操作性評価装置１０では、評価値演算部１１は、上述の積分値Ｉを用いた評価値Ｍを算出する。第２実施形態では、目標１は、評価期間の全体において静止している。第２実施形態によると、評価値演算部１１は、次の［数９］により、評価値Ｍ算出する。

［数９］において、｜Ｖ_ｒ｜は、操作対象７の移動速度の大きさであり、記号∫ｄｔは、｜Ｖ_ｒ｜を、操作性の評価期間にわたって時間で積分することを示し、｜Ｐ｜は、評価開始時点ｔ_ｓでの操作対象７の位置Ｐ_ｓと、評価終了時点ｔ_ｅでの操作対象７の位置Ｐ_ｅとの最短距離である。すなわち、｜Ｐ｜は、後述の図５において、Ｐ_ｓとＰ_ｅとを結ぶ線分の長さである。なお、Ｐ_ｅは、目標１の位置であってもよく、目標１近傍（例えば、目標１からの距離が許容値以内にある前記許容範囲内）の位置であってよい。

位置Ｐ_ｓは、評価開始時点ｔ_ｓにおいて位置センサ１４により計測されて、評価値演算部１１に入力されてよい。同様に、位置Ｐ_ｅは、評価終了時点ｔ_ｅにおいて位置センサ１４により計測されて、評価値演算部１１に入力されてよい。

第２実施形態において説明しない点は、上述と同じである。

図５は、第２実施形態における評価値Ｍを説明するための図である。図５において、曲線Ｌ_１は、評価開始時点ｔ_ｓから評価終了時点ｔ_ｅまでの評価期間において、操作対象７が移動した軌跡を示す。ここで、操作対象７（すなわち、操作対象７における基準点）は、評価開始時点ｔ_ｓにおいて評価開始位置Ｐ_ｓにあり、評価終了時点ｔ_ｅにおいて評価終了位置Ｐ_ｅにある。図５において、線分Ｌ_０は、評価開始位置Ｐ_ｓと評価終了位置Ｐ_ｅとを結ぶ線分である。［数９］において、｜Ｖ_ｒ｜を時間積分した値は、評価期間において操作対象７が移動した距離であり、曲線Ｌ_１の長さに等しい。［数９］における｜Ｐ｜は、線分Ｌ_０の長さに等しい。

したがって、第２実施形態によると、Ｌ_１の長さが、最短距離｜Ｐ｜に近いほど、すなわち、Ｍの値が小さいほど、無駄な操作がないことになる。したがって、［数９］のＭにより、操作性を評価することができる。

［プログラム］
上述の第１実施形態と第２実施形態において、操作性評価装置１０（評価値演算部１１と位置決め判定部１５の各々）は、コンピュータと操作性評価プログラムとにより構成されてよい。すなわち、コンピュータが、操作性評価プログラムを実行することにより、評価値演算部１１は上述の評価値を算出し、コンピュータが、操作性評価プログラムを実行することにより、位置決め判定部１５は、上述の判定を行って位置決め判定結果を出力する。

本発明は上述した実施の形態（操作性評価装置と操作性評価方法の実施形態）に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１〜６のいずれかを採用してもよいし、変更例１〜６を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じであってよい。

（変更例１）
上述の第１実施形態の算出方法１では、複数の設定方向は、ｘ座標軸方向とｙ座標軸方向とｚ座標軸方向であったが、設定方向は、ｘ座標軸方向、ｙ座標軸方向またはｚ座標軸方向に限定されない。

すなわち、操作対象７と目標１が、設定座標系に対して移動する場合に、設定座標系の任意の座標軸の方向を設定方向とし、上述の積分値Ｉは、設定方向に関する積分値Ｉ_ｉであり、当該座標軸の方向における目標１の移動速度をＶ_ｃｉとし、当該座標軸の方向における操作対象７の移動速度をＶ_ｒｉとする。また、評価開始時点をｔ_ｓとし、評価終了時点をｔ_ｅとし、評価値演算部１１は、設定方向に関する評価値Ｍ_ｉを、［数４］の代わりに、次の［数１０］により、設定方向に関する前記評価値Ｍ_ｉを算出してよい。

ここで、[数１０]における各記号の添え字ｉは、設定方向を示す。また、[数１０]について、設定座標系において、操作対象７から見た目標１の位置ベクトルの設定方向の成分が正の値またはゼロである場合には、ｑは１であり、前記位置ベクトルの設定方向の成分が負の値である場合には、ｑは−１である。

この場合、評価値演算部１１は、複数の設定方向毎に、評価値Ｍを算出してもよいし、１つの設定方向について、評価値Ｍ_ｉを算出してもよい。前者の場合、複数の設定方向は、操作部５になされる操作により操作対象７が移動し得る複数の方向に含まれる。

（変更例２）
上述の第１実施形態または第２実施形態において、評価値演算部１１は、上述の評価値Ｍと評価期間の長さΔＴとに基づいて、修正された評価値Ｍ_ａを算出してもよい。ただし、Ｍ_ａは、Ｍが大きいほど大きくなり、ΔＴが大きいほど大きくなるようにする。
この場合、修正された評価値Ｍ_ａは、評価値Ｍと評価期間の長さΔＴとをそれぞれ独立変数とした関数であってよい。例えば、評価値Ｍ_ａは、次式（１）または（２）で表されてよい。

Ｍ_ａ＝ω_１×Ｍ＋ω_２×ΔＴ ・・・（１）

Ｍ_ａ＝ω_３×Ｍ×ΔＴ ・・・（２）

ここで、ω_１とω_２とω_１は、予め定められた係数である。

このように修正されたＭ_ａには、無駄な操作量を表わすＭと、操作完了までに必要な時間との両方が反映されているので、Ｍ_ａを総合的な評価値とすることができる。

なお、好ましくは、評価値演算部１１により算出されたＭ_ａは表示装置１７に入力される。入力されたＭ_ａは、表示装置１７の画面に表示される。

（変更例３）
操作対象７は、ロボットアームであったが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明によると、操作対象７は、ロボットアーム以外のものであってよい。この場合、操作制御装置３は、人に操作される操作部５と、操作部５になされた操作に応じて操作対象７を移動させる制御部９とを有しているものであればよい。

例えば、操作対象７と目標１は、ディスプレイの画面に表示されるものであってよい。この場合、操作部５になされた操作に応じて、制御部９は、前記画面において、操作対象７を移動させる。このような操作対象７は、画面に表示されるロボットアームであってよい。また、この場合、目標１は、画面に表示され、上述した目標１の移動速度Ｖ_ｃがゼロでない場合、目標１は前記画面において移動する。このように、画面にロボットアーム７と目標１を表示されて、ロボットアーム７の操作シミュレーションを行うことができる。

（変更例４）
操作部５は、操作かん１９の代わりに、他の構成を有していてもよい。例えば、操作部５は、与えられた力に応じて操作台２２に対して変位する（すなわち、その位置または姿勢を変える）レバーを有していてもよい。この場合、人が操作部５に与えた力の方向と当該力の大きさとに応じて、または、レバーの位置または姿勢に応じて、入力処理部２３は、上述のＦ_ｘ，Ｆ_ｙ，Ｆ_ｚを生成する。また、操作部５は、複数のボタンにより構成されていてもよい。この場合、例えば、どのボタンを押したかにより、操作対象７の駆動方向が定められ、ボタンを押した回数により、操作対象７の駆動量が定められてよい。

（変更例５）
操作部５は、操作対象７から分離して設けられてもよい。この場合、人は、操作対象７を直接見ながら操作部５を操作してもよいし、あるいは、操作対象７を含む領域の画像（動画）をディスプレイの画面に表示し、人は、この画面を見て操作部５を操作してもよい。

（変更例６）
上述の第２実施形態において、評価値演算部１１は、評価開始時点から評価終了時点にわたって｜Ｖ_ｒ｜を時間積分した値Ｉを、前記評価値Ｍとして算出してもよい。

１ 目標（インパネ取り付け部）、２ インパネ、３ 操作制御装置、４ 車体、５ 操作部、７ 操作対象（ロボットアーム）、８ 把持部、８ａ 支持部、８ｂ 爪、９ 制御部、１０ 操作性評価装置、１１ 評価値演算部、１３ 速度センサ、１４ 位置センサ、１５ 位置決め判定部、１７ 表示装置、１９ 操作かん（操作棒）、２１ 力覚センサ、２２ 操作台、２３ 入力処理部、２５ 速度値生成部、２７ 速度制御部

Claims (10)

1. 人に操作される操作部と、操作部になされた操作に応じて操作対象を移動させる制御部とを備える操作制御装置の操作性を評価するための操作性評価装置であって、
   評価開始時点から評価終了時点までの評価期間において、操作部の操作により、操作対象を、移動開始位置から目標まで移動させようとする場合に、
   目標に対する操作対象の相対速度を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した積分値Ｉを求め、該積分値Ｉを用いて操作性の評価値を生成して出力する評価値演算部を備える、ことを特徴とする操作性評価装置。
2. 操作対象と目標が、設定座標系に対して移動する場合に、
   設定座標系の座標軸の方向を設定方向として、
   前記積分値Ｉは、設定方向に関する値Ｉ_ｉであり、設定方向における目標の移動速度をＶ_ｃｉとし、設定方向における操作対象の移動速度をＶ_ｒｉとし、
   評価開始時点をｔ_ｓとし、評価終了時点をｔ_ｅとし、評価値演算部は、設定方向に関する前記評価値Ｍ_ｉを、
   

   

   
   により算出し、
   設定座標系において、操作対象から見た目標の位置ベクトルの前記設定方向の成分が正の値またはゼロである場合には、ｑは１であり、前記位置ベクトルの前記設定方向の成分が負の値である場合には、ｑは−１である、ことを特徴とする請求項１に記載の操作性評価装置。
3. 操作対象から見た目標の方向を設定方向として、
   前記積分値Ｉは、設定方向に関する値であり、設定方向における目標の移動速度をＶ_ｃｉとし、設定方向における操作対象の移動速度をＶ_ｒｉとし、
   前記積分値Ｉは、｜Ｖ_ｒｉ−Ｖ_ｃｉ｜を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した値であり、
   前記評価値演算部は、前記積分値Ｉを前記評価値として出力する、ことを特徴とする請求項１に記載の操作性評価装置。
4. 評価値演算部は、複数の設定方向毎に、前記評価値を算出し、
   前記複数の設定方向は、操作部になされる操作により操作対象が移動し得る複数の方向に含まれる、ことを特徴とする請求項２に記載の操作性評価装置。
5. 目標は静止しており、操作対象の移動速度の大きさを｜Ｖ_ｒ｜とし、前記積分値Ｉは、｜Ｖ_ｒ｜を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した値である、ことを特徴とする請求項１に記載の操作性評価装置。
6. 評価開始時点ｔ_ｓでの操作対象の位置と評価終了時点ｔ_ｅでの操作対象の位置との最短距離を｜Ｐ｜として、評価値演算部は、前記評価値Ｍを、
   

   

   
   により算出する、ことを特徴とする請求項５に記載の操作性評価装置。
7. 目標からの距離が許容値以内にある許容範囲内へ、操作対象を位置決めできたかを判定し、当該判定の結果を出力する位置決め判定部を備える、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の操作性評価装置。
8. 評価終了時点は、目標に対して操作対象を位置決めした時点であり、
   評価値演算部は、前記評価値と評価期間の長さとに基づいて、修正された評価値を算出する、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の操作性評価装置。
9. 人に操作される操作部と、操作部になされた操作に応じて操作対象を移動させる制御部とを備える操作制御装置の操作性を評価するための操作性評価方法であって、
   評価開始時点から評価終了時点までの評価期間において、操作部の操作により、操作対象を、移動開始位置から目標まで移動させようとする場合に、
   目標に対する操作対象の相対速度を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した積分値Ｉを求め、該積分値Ｉを用いて操作性の評価値を生成して出力する、ことを特徴とする操作性評価方法。
10. 人に操作される操作部と、操作部になされた操作に応じて操作対象を移動させる制御部とを備える操作制御装置の操作性を評価するための操作性評価プログラムであって、
    評価開始時点から評価終了時点までの評価期間において、操作部の操作により、操作対象を、移動開始位置から目標まで移動させようとする場合に、
    目標に対する操作対象の相対速度を、評価開始時点から評価終了時点にわたって時間積分した積分値Ｉを求め、該積分値Ｉを用いて操作性の評価値を生成して出力する処理をコンピュータに実行させる、ことを特徴とする操作性評価プログラム。

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