JP2021137899A - 位置・力制御システム、位置・力制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】機械を用いて、人による手作業と同等の作業を行うこと。【解決手段】位置・力制御システム１において、作業装置２の作業具２９６ａは、作業面に対する作業に用いられる。ジンバル部２９は、作業具２９６ａを姿勢変化可能に保持する。第１アーム２２及び第２アーム２５は、ジンバル部２９を作業面に対して位置変化可能に保持する。作業装置２の関節を駆動する複数のアクチュエータは、ジンバル部２９、第１アーム２２及び第２アーム２５の関節を駆動する。制御装置６は、作業装置２の関節を駆動する複数のアクチュエータを制御する。また、制御装置６は、作業具２９６ａに対して、作業者が作業を行った場合の第１アーム２２、第２アーム２５及びジンバル部２９の動作における関節の位置に関する情報に基づいて、作業装置２の関節を駆動する複数のアクチュエータを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、位置・力制御システム、位置・力制御方法及びプログラムに関する。

建設現場において、各種建設機械を用いた作業は積極的に自動化が進められ、生産効率は徐々に上昇している。
例えば、特許文献１には、ダンプトラックやクラッシャ等の作業機械へ自動積み込み作業を行う自動運転建設機械に関する技術が開示されている。

特開２００１−０５５７６２号公報

しかしながら、ビルの内装工事等、人が手作業で行って来た部分の機械化については、数十年にわたり様々な取り組みが行われてきたが、事実上、ほとんど開発が進んでいない。これは、人による手作業が、技能やこれに類する感覚的な要素に大きく依存するものであるためと考えられる。
また、人による手作業の機械化が実現されていないために、原子力発電所の解体等、作業員が立ち入ることが困難な危険な場所において、複雑な遠隔操作を行うこと等も、現状では困難である。
即ち、従来の技術においては、機械を用いて、人による手作業と同等の作業を行うことが困難であった。

本発明は、機械を用いて、人による手作業と同等の作業を行うことを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様の位置・力制御システムは、
作業面に対する作業に用いられる作業具と、
前記作業具を姿勢変化可能に保持する作業側保持具と、
前記作業側保持具を前記作業面に対して位置変化可能に保持する作業側アーム部と、
前記作業側アーム部及び前記作業側保持具の関節を駆動する複数の作業側アクチュエータと、
を有する作業装置と、
前記複数の作業側アクチュエータを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記作業具に対して、作業者が作業を行った場合の前記作業側アーム部及び前記作業側保持具の動作における前記関節の位置に関する情報に基づいて、前記複数の作業装置側アクチュエータを制御することを特徴とする。

本発明によれば、機械を用いて、人による手作業と同等の作業を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係る位置・力制御システム１の構成例を示す模式図である。 作業装置２の具体的構成例を示す模式図（斜視図）である。 作業装置２の具体的構成例を示す模式図（正面図）である。 作業装置２の具体的構成例を示す模式図（側面図）である。 作業装置２の具体的構成例を示す模式図（上面図）である。 ジンバル部２９の構成例を示す模式図（斜視図）である。 ジンバル部２９の構成例を示す模式図（正面図）である。 ジンバル部２９の構成例を示す模式図（側面図）である。 ジンバル部２９の構成例を示す模式図（上面図）である。 操作装置３の具体的構成例を示す模式図（斜視図）である。 操作装置３の具体的構成例を示す模式図（正面図）である。 操作装置３の具体的構成例を示す模式図（側面図）である。 操作装置３の具体的構成例を示す模式図（上面図）である。 ジンバル部３９の構成例を示す模式図（斜視図）である。 位置・力制御システム１の制御系統の機能的構成を示すブロック図である。 位置・力制御部６１ｂに実装される制御アルゴリズムを示す模式図である。 制御装置６が実行する位置・力制御処理の流れを説明するフローチャートである。 制御装置６が実行する再現処理の流れを説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
［システム構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る位置・力制御システム１の構成例を示す模式図である。
図１に示すように、位置・力制御システム１は、作業装置２と、操作装置３と、カメラ４と、ディスプレイ５と、制御装置６とを備え、作業装置２、操作装置３、カメラ４、ディスプレイ５及び制御装置６は、インターネットあるいは通信ケーブル等の通信路７を介して電気的に接続されている。

作業装置２は、作業面に対する作業を行う装置であり、作業面に対して固定的な位置に、作業装置２を支持する支持部２Ａが設置される。また、作業装置２は、支持部２Ａを基端として設置された多関節機構を備え、多関節機構の各関節にはアクチュエータが備えられている。さらに、作業装置２の多関節機構の先端には、作業面に対して作業を行うための作業具（ここでは「左官作業用のこて」とする）が姿勢変化自在に設置されている。作業装置２の作業対象となる作業面は、後述するようにカメラ４によって撮像される。なお、作業装置２の具体的構成については後述する。

操作装置３は、作業者によって操作が行われる装置であり、作業面から遠隔的な位置（ただし、距離は問わない）に、操作装置３を支持する支持部３Ａが設置される。また、操作装置３は、支持部３Ａを基端として設置された多関節機構を備え、多関節機構の各関節にはアクチュエータが備えられている。さらに、操作装置３の多関節機構の先端には、作業具（左官作業用のこて）のハンドルと同形態の操作部材が姿勢変化自在に設置されている。

カメラ４は、作業装置２の作業面を撮像する撮像装置であり、カメラ４が撮像する画角内には、作業具が作業面に対して操作を行っている部分が含まれる。カメラ４によって撮像された画像の撮像データは、通信路７を介して、ディスプレイ５に送信される。
ディスプレイ５は、操作装置３を操作する作業者に向けて画面を表示する表示装置であり、カメラ４から送信された撮像データに基づいて、作業具が作業面に対して操作を行っている部分の画像を表示する。

制御装置６は、作業装置２、操作装置３、カメラ４及びディスプレイ５を制御する。例えば、制御装置６は、作業装置２及び操作装置３に備えられた各アクチュエータの可動部の位置（ロータリーエンコーダによって検出される回転角度）を取得し、操作装置３をマスタ、作業装置２をスレーブとして動作させるための制御を実行する。

本実施形態における制御装置６は、作業装置２と操作装置３とをマスタ・スレーブシステムとして動作させる際に、アクチュエータの位置に関する情報（アクチュエータの可動部の位置あるいは可動部と連動して移動する部材の位置等）を基に算出した実空間のパラメータ（入力ベクトル）を、位置と力とを独立して取り扱うことが可能な仮想空間に座標変換（変換行列によって変換）する。座標変換によって算出されたパラメータは、仮想空間において、入力ベクトルに対応する位置及び力の状態値を表すものとなる。そして、制御装置６は、座標変換後の空間において、入力ベクトルから算出された位置及び力の状態値を、位置及び力の制御（ここでは力触覚の伝達）を行うための位置及び力それぞれの目標値に追従させるための演算を行い、演算結果を実空間に戻すための逆変換（変換行列の逆行列による変換）を行う。さらに、制御装置６は、逆変換によって取得された実空間のパラメータ（電流指令値等）に基づいて、各アクチュエータを駆動することにより、作業装置２と操作装置３との間で、力触覚をより正確に伝達可能なマスタ・スレーブシステムを実現する。

なお、位置と速度（または加速度）あるいは角度と角速度（または角加速度）は、微積分演算により置換可能なパラメータであるため、位置あるいは角度に関する処理を行う場合、適宜、速度あるいは角速度等に置換することが可能である。
また、本実施形態に係る位置・力制御システム１は、人手による各種作業（職人の技術を用いた作業等）を対象として適用することが可能であり、例えば、左官作業、塗装作業あるいは内装作業等、作業面に対して行われる各種作業に適用することができる。

［具体的構成例］
次に、作業装置２及び操作装置３の具体的な構成例について説明する。
［作業装置２の構成例］
図２〜５は、作業装置２の具体的構成例を示す模式図であり、図２は作業装置２の斜視図、図３は作業装置２の正面図、図４は作業装置２の側面図、図５は作業装置２の上面図である。

図２〜５に示すように、作業装置２は、支持部２Ａと、第１ヒンジ部２１と、第１アーム２２と、第１アクチュエータ２３と、第２ヒンジ部２４と、第２アーム２５と、第２アクチュエータ２６と、ラックアンドピニオン機構２７と、第３アクチュエータ２８と、ジンバル部２９と、を備えている。なお、第１アクチュエータ２３、第２アクチュエータ２６及び第３アクチュエータ２８には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ２３ａ，２６ａ，２８ａがそれぞれ内蔵されている。

支持部２Ａは、構造物あるいは重量物等、作業装置２が動作を行う際の基部となる部分に設置され、作業装置２を支持する。
第１ヒンジ部２１は、支持部２Ａに対し、第１アーム２２を鉛直軸周りに回動可能に支持する。また、第１ヒンジ部２１には、第１アクチュエータ２３が設置される。
第１アーム２２は、第１ヒンジ部２１を介して支持部２Ａに回動可能に支持されると共に、第２ヒンジ部２４を介して、第２アーム２５を回動可能に支持する。

第１アクチュエータ２３は、第１ヒンジ部２１の回転軸周りに回転トルクを発生させ、支持部２Ａに対して、第１アーム２２を回転させる。第１アクチュエータ２３の出力により、支持部２Ａに対する第１アーム２２の回転角度及び回転トルクが制御される。また、第１アクチュエータ２３には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ２３ａが設置されており、ロータリーエンコーダ２３ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

第２ヒンジ部２４は、第１アーム２２に対し、第２アーム２５を鉛直軸周りに回動可能に支持する。また、第２ヒンジ部２４には、第２アクチュエータ２６が設置される。
第２アーム２５は、第２ヒンジ部２４を介して第１アーム２２に回動可能に支持されると共に、ラックアンドピニオン機構２７のピニオン部材２７ｂに連結されている。

第２アクチュエータ２６は、第２ヒンジ部２４の回転軸周りに回転トルクを発生させ、第１アーム２２に対して、第２アーム２５を回転させる。第２アクチュエータ２６の出力により、第１アーム２２に対する第２アーム２５の回転角度及び回転トルクが制御される。また、第２アクチュエータ２６には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ２６ａが設置されており、ロータリーエンコーダ２６ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

ラックアンドピニオン機構２７は、平歯車を有するラック部材２７ａと、ピニオンギアを有するピニオン部材２７ｂとを備え、ピニオン部材２７ｂのピニオンギアは、ラック部材２７ａの平歯車と噛み合っている。ピニオン部材２７ｂは、第２アーム２５の一端に連結されていると共に、ピニオン部材２７ｂのピニオンギアには、第３アクチュエータ２８が設置される。ピニオン部材２７ｂにおいて、ピニオンギアのラックギアに対する回転は、第３アクチュエータ２８によって制御される。また、ラック部材２７ａの一端（下端）には、ジンバル部２９が鉛直軸周りに回転可能に連結されている。ラックアンドピニオン機構２７は、第１ヒンジ部２１、第１アーム２２、第２ヒンジ部２４及び第２アーム２５の相対位置が変化することにより、水平方向及び作業面に対して垂直な方向に移動することが可能となっている。

第３アクチュエータ２８は、ピニオン部材２７ｂに備えられたピニオンギアの回転軸周りに回転トルクを発生させ、ピニオン部材２７ｂに対して、ラック部材２７ａを直動運動させる。また、第３アクチュエータ２８には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ２８ａが設置されており、ロータリーエンコーダ２８ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

ジンバル部２９は、ラックアンドピニオン機構２７におけるラック部材２７ａの一端（下端）に鉛直軸周りに回転可能に連結されている。また、ジンバル部２９は、作業具（左官作業用のこて）を姿勢変化自在に保持すると共に、アクチュエータによって、作業具の姿勢を制御可能に構成されている。ラックアンドピニオン機構２７は、水平方向及び作業面に対して垂直な方向に移動することが可能であり、ラック部材２７ａは、ピニオン部材２７ｂに対して鉛直方向に移動可能であるため、ジンバル部２９は、作業面に対して３次元的に位置を変化させることができ、さらに、作業具の姿勢を自在に変化（鉛直方向、奥行方向及び水平方向の３軸周りに回転）させることが可能となっている。

図６〜９は、ジンバル部２９の構成例を示す模式図であり、図６はジンバル部２９の斜視図、図７はジンバル部２９の正面図、図８はジンバル部２９の側面図、図９はジンバル部２９の上面図である。

図６〜９に示すように、ジンバル部２９は、ブラケット２９１と、第４アクチュエータ２９２と、外環部２９３と、第３ヒンジ部２９４ａ，２９４ｂと、第５アクチュエータ２９５と、内環部２９６と、ベアリング部２９７と、第６アクチュエータ２９８と、を備えている。なお、第４アクチュエータ２９２、第５アクチュエータ２９５及び第６アクチュエータ２９８には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ２９２ａ，２９５ａ，２９８ａがそれぞれ内蔵されている。

ブラケット２９１は、ジンバル部２９全体を支持する枠体であり、上辺部２９１ａ及び側辺部２９１ｂ，２９１ｃを有している。上辺部２９１ａの中央部は、ラック部材２７ａに鉛直軸周りに回転可能に連結されている。側辺部２９１ｂ，２９１ｃには、第３ヒンジ部２９４ａ，２９４ｂがそれぞれ設置されている。

第４アクチュエータ２９２は、ブラケット２９１がラック部材２７ａに連結されている回転軸周りに回転トルクを発生させ、ラック部材２７ａに対して、ブラケット２９１を回転させる。第４アクチュエータ２９２の出力により、ラック部材２７ａに対するブラケット２９１の回転角度及び回転トルクが制御される。また、第４アクチュエータ２９２には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ２９２ａが設置されており、ロータリーエンコーダ２９２ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

外環部２９３は、側辺部２９１ｂ，２９１ｃの第３ヒンジ部２９４ａ，２９４ｂを介してブラケット２９１内に設置された環状の部材であり、第３ヒンジ部２９４ａ，２９４ｂによって水平方向の回転軸周りに回転可能に保持されている。
第３ヒンジ部２９４ａ，２９４ｂは、ブラケット２９１の側辺部２９１ｂ，２９１ｃにそれぞれ設置され、外環部２９３をブラケット２９１に対して水平方向の回転軸周りに回転可能に支持する。

第５アクチュエータ２９５は、第３ヒンジ部２９４ａ，２９４ｂの回転軸周りに回転トルクを発生させ、ブラケット２９１に対して、外環部２９３を回転させる。第５アクチュエータ２９５の出力により、ブラケット２９１に対する外環部２９３の回転角度及び回転トルクが制御される。また、第５アクチュエータ２９５には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ２９５ａが設置されており、ロータリーエンコーダ２９５ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

内環部２９６は、外環部２９３の内周に嵌め込まれた環状の部材であり、外環部２９３に対して、ベアリング部２９７を介して回転可能に設置されている。また、内環部２９６の内部には、作業具２９６ａが設置されている。
ベアリング部２９７は、外環部２９３と内環部２９６との間に設置された軸受け部材によって構成され、外環部２９３と内環部２９６との相対回転（同心回転）を可能とさせる。

第６アクチュエータ２９８は、外環部２９３に対して内環部２９６が同心回転する際の回転トルクを発生させ、外環部２９３に対して、内環部２９６を回転させる。第６アクチュエータ２９８の出力により、外環部２９３に対する内環部２９６の回転角度及び回転トルクが制御される。また、第６アクチュエータ２９８には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ２９８ａが設置されており、ロータリーエンコーダ２９８ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

［操作装置３の構成例］
操作装置３は、作業装置２と同様の多関節機構を有し、各関節には作業装置２と同様にアクチュエータを備えている。
図１０〜１３は、操作装置３の具体的構成例を示す模式図であり、図１０は操作装置３の斜視図、図１１は操作装置３の正面図、図１２は操作装置３の側面図、図１３は操作装置３の上面図である。

図１０〜１３に示すように、操作装置３は、支持部３Ａと、第１ヒンジ部３１と、第１アーム３２と、第１アクチュエータ３３と、第２ヒンジ部３４と、第２アーム３５と、第２アクチュエータ３６と、ラックアンドピニオン機構３７と、第３アクチュエータ３８と、ジンバル部３９と、を備えている。なお、第１アクチュエータ３３、第２アクチュエータ３６及び第３アクチュエータ３８には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ３３ａ，３６ａ，３８ａがそれぞれ内蔵されている。

支持部３Ａは、構造物あるいは重量物等、操作装置３に操作が入力される際の基部となる部分に設置され、操作装置３を支持する。
第１ヒンジ部３１は、支持部３Ａに対し、第１アーム３２を鉛直軸周りに回動可能に支持する。また、第１ヒンジ部３１には、第１アクチュエータ３３が設置される。
第１アーム３２は、第１ヒンジ部３１を介して支持部３Ａに回動可能に支持されると共に、第２ヒンジ部３４を介して、第２アーム３５を回動可能に支持する。

第１アクチュエータ３３は、第１ヒンジ部３１の回転軸周りに回転トルクを発生させ、支持部３Ａに対して、第１アーム３２を回転させる。第１アクチュエータ３３の出力により、支持部３Ａに対する第１アーム３２の回転角度及び回転トルクが制御される。また、第１アクチュエータ３３には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ３３ａが設置されており、ロータリーエンコーダ３３ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

第２ヒンジ部３４は、第１アーム３２に対し、第２アーム３５を鉛直軸周りに回動可能に支持する。また、第２ヒンジ部３４には、第２アクチュエータ３６が設置される。
第２アーム３５は、第２ヒンジ部３４を介して第１アーム３２に回動可能に支持されると共に、ラックアンドピニオン機構３７のピニオン部材３７ｂに連結されている。

第２アクチュエータ３６は、第２ヒンジ部３４の回転軸周りに回転トルクを発生させ、第１アーム３２に対して、第２アーム３５を回転させる。第２アクチュエータ３６の出力により、第１アーム３２に対する第２アーム３５の回転角度及び回転トルクが制御される。また、第２アクチュエータ３６には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ３６ａが設置されており、ロータリーエンコーダ３６ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

ラックアンドピニオン機構３７は、平歯車を有するラック部材３７ａと、ピニオンギアを有するピニオン部材３７ｂとを備え、ピニオン部材３７ｂのピニオンギアは、ラック部材３７ａの平歯車と噛み合っている。ピニオン部材３７ｂは、第２アーム３５の一端に連結されていると共に、ピニオン部材３７ｂのピニオンギアには、第３アクチュエータ３８が設置される。ピニオン部材３７ｂにおいて、ピニオンギアのラックギアに対する回転は、第３アクチュエータ３８によって制御される。また、ラック部材３７ａの一端（下端）には、ジンバル部３９が鉛直軸周りに回転可能に連結されている。ラックアンドピニオン機構３７は、第１ヒンジ部３１、第１アーム３２、第２ヒンジ部３４及び第２アーム３５の相対位置が変化することにより、水平方向及び作業面に対して垂直な方向に移動することが可能となっている。

第３アクチュエータ３８は、ピニオン部材３７ｂに備えられたピニオンギアの回転軸周りに回転トルクを発生させ、ピニオン部材３７ｂに対して、ラック部材３７ａを直動運動させる。また、第３アクチュエータ３８には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ３８ａが設置されており、ロータリーエンコーダ３８ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

ジンバル部３９は、ラックアンドピニオン機構３７におけるラック部材３７ａの一端（下端）に鉛直軸周りに回転可能に連結されている。また、ジンバル部３９は、作業具（左官作業用のこて）を姿勢変化自在に保持すると共に、アクチュエータによって、作業具の姿勢を制御可能に構成されている。ラックアンドピニオン機構３７は、水平方向及び作業面に対して垂直な方向に移動することが可能であり、ラック部材３７ａは、ピニオン部材３７ｂに対して鉛直方向に移動可能であるため、ジンバル部３９は、作業面に対して３次元的に位置を変化させることができ、さらに、作業具の姿勢を自在に変化（鉛直方向、奥行方向及び水平方向の３軸周りに回転）させることが可能となっている。

図１４は、ジンバル部３９の構成例を示す模式図（斜視図）である。
ジンバル部３９は、図６〜９に示すジンバル部２９の構成に対し、作業具２９６ａに代えて作業具のハンドル（操作部材３９６ａ）が設置されている点が異なっている。

図１４に示すように、ジンバル部３９は、ブラケット３９１と、第４アクチュエータ３９２と、外環部３９３と、第３ヒンジ部３９４ａ，３９４ｂと、第５アクチュエータ３９５と、内環部３９６と、ベアリング部３９７と、第６アクチュエータ３９８と、を備えている。なお、第４アクチュエータ３９２、第５アクチュエータ３９５及び第６アクチュエータ３９８には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ３９２ａ，３９５ａ，３９８ａがそれぞれ内蔵されている。

ブラケット３９１は、ジンバル部３９全体を支持する枠体であり、上辺部３９１ａ及び側辺部３９１ｂ，３９１ｃを有している。上辺部３９１ａの中央部は、ラック部材３７ａに鉛直軸周りに回転可能に連結されている。側辺部３９１ｂ，３９１ｃには、第３ヒンジ部３９４ａ，３９４ｂがそれぞれ設置されている。

第４アクチュエータ３９２は、ブラケット３９１がラック部材３７ａに連結されている回転軸周りに回転トルクを発生させ、ラック部材３７ａに対して、ブラケット３９１を回転させる。第４アクチュエータ３９２の出力により、ラック部材３７ａに対するブラケット３９１の回転角度及び回転トルクが制御される。また、第４アクチュエータ３９２には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ３９２ａが設置されており、ロータリーエンコーダ３９２ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

外環部３９３は、側辺部３９１ｂ，３９１ｃの第３ヒンジ部３９４ａ，３９４ｂを介してブラケット３９１内に設置された環状の部材であり、第３ヒンジ部３９４ａ，３９４ｂによって水平方向の回転軸周りに回転可能に保持されている。
第３ヒンジ部３９４ａ，３９４ｂは、ブラケット３９１の側辺部３９１ｂ，３９１ｃにそれぞれ設置され、外環部３９３をブラケット３９１に対して水平方向の回転軸周りに回転可能に支持する。

第５アクチュエータ３９５は、第３ヒンジ部３９４ａ，３９４ｂの回転軸周りに回転トルクを発生させ、ブラケット３９１に対して、外環部３９３を回転させる。第５アクチュエータ３９５の出力により、ブラケット３９１に対する外環部３９３の回転角度及び回転トルクが制御される。また、第５アクチュエータ３９５には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ３９５ａが設置されており、ロータリーエンコーダ３９５ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

内環部３９６は、外環部３９３の内周に嵌め込まれた環状の部材であり、外環部３９３に対して、ベアリング部３９７を介して回転可能に設置されている。また、内環部３９６の内部には、作業具（左官作業用のこて）のハンドルと同形態の操作部材３９６ａが設置されている。
ベアリング部３９７は、外環部３９３と内環部３９６との間に設置された軸受け部材によって構成され、外環部３９３と内環部３９６との相対回転（同心回転）を可能とさせる。

第６アクチュエータ３９８は、外環部３９３に対して内環部３９６が同心回転する際の回転トルクを発生させ、外環部３９３に対して、内環部３９６を回転させる。第６アクチュエータ３９８の出力により、外環部３９３に対する内環部３９６の回転角度及び回転トルクが制御される。また、第６アクチュエータ３９８には、出力軸の回転角度を検出するロータリーエンコーダ３９８ａが設置されており、ロータリーエンコーダ３９８ａによって検出された回転角度は、制御装置６に送信される。

［制御系統の構成］
次に、位置・力制御システム１の制御系統について説明する。
図１５は、位置・力制御システム１の制御系統の機能的構成を示すブロック図である。

図１５に示すように、位置・力制御システム１の制御系統は、主として、制御装置６と、作業装置２の第１アクチュエータ２３、第２アクチュエータ２６、第３アクチュエータ２８、第４アクチュエータ２９２、第５アクチュエータ２９５及び第６アクチュエータ２９８と、操作装置３の第１アクチュエータ３３、第２アクチュエータ３６、第３アクチュエータ３８、第４アクチュエータ３９２、第５アクチュエータ３９５及び第６アクチュエータ３９８と、カメラ４と、ディスプレイ５とによって構成される。また、上述したように、作業装置２の第１アクチュエータ２３、第２アクチュエータ２６、第３アクチュエータ２８、第４アクチュエータ２９２、第５アクチュエータ２９５及び第６アクチュエータ２９８、操作装置３の第１アクチュエータ３３、第２アクチュエータ３６、第３アクチュエータ３８、第４アクチュエータ３９２、第５アクチュエータ３９５及び第６アクチュエータ３９８には、ロータリーエンコーダ２３ａ，２６ａ，２８ａ，２９２ａ，２９５ａ，２９８ａ，３３ａ，３６ａ，３８ａ，３９２ａ，３９５ａ，３９８ａがそれぞれ備えられている。

制御装置６は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）あるいはサーバコンピュータ等の情報処理装置によって構成され、プロセッサ６１と、メモリ６２と、記憶部６３と、通信部６４と、入力部６５と、表示部６６と、を備えている。
プロセッサ６１は、制御装置６全体を制御するものであり、記憶部６３に記憶されたプログラムに従って、各種処理を実行する。
メモリ６２は、プロセッサ６１が各種処理を実行する際に生成される各種データを記憶する。

記憶部６３は、ハードディスクあるいは半導体メモリ等の不揮発性の記憶装置によって構成され、プロセッサ６１が実行するプログラムや位置・力制御システム１で用いられる各種データ及び位置・力制御システム１が動作することによって生成された各種データを記憶する。
通信部６４は、制御装置６が他の装置と通信を行うための通信インターフェースを構成する。
入力部６５は、キーボードあるいはマウス等の入力装置によって構成され、制御装置６に対する各種情報の入力を受け付ける。
表示部６６は、制御装置６において処理される各種情報や、制御装置６に各種情報を入力するためのユーザインターフェース画面を表示する。

このような構成において、プロセッサ６１が位置・力制御処理及び再現処理のためのプログラムを実行することにより、機能的構成として、位置情報取得部６１ａと、位置・力制御部６１ｂと、制御情報送信部６１ｃと、が形成される。また、記憶部６３には、パラメータ記憶部６３ａが形成される。

パラメータ記憶部６３ａには、位置・力制御処理が実行されることにより生成された位置・力制御システム１の動作の履歴を表す各種パラメータが記憶される。例えば、パラメータ記憶部６３ａには、各アクチュエータの位置に関する情報（ここでは、各ロータリーエンコーダから出力された回転角度とする）、制御装置６において算出された仮想空間における位置及び力の状態値、あるいは、位置及び力の制御のために算出された各アクチュエータへの指令値（電流指令値等）が時系列に記憶される。また、再現処理が実行された場合、パラメータ記憶部６３ａに記憶されたパラメータを読み出して、時系列に実行することにより、位置・力制御システム１においては、履歴として記録された動作を作業装置２によって再現することができる。

位置情報取得部６１ａは、各アクチュエータのロータリーエンコーダから出力されるアクチュエータの位置に関する情報（各ロータリーエンコーダから出力された回転角度）を逐次取得する。
位置・力制御部６１ｂは、位置情報取得部６１ａによって取得されたアクチュエータの位置に関する情報に基づいて、作業装置２及び操作装置３の構成において対応するアクチュエータ間で力触覚を伝達するための位置及び力の制御を実行する。

図１６は、位置・力制御部６１ｂに実装される制御アルゴリズムを示す模式図である。
図１６に示すように、位置・力制御部６１ｂに実装されるアルゴリズムは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴと、理想力源ブロックＦＣあるいは理想速度（位置）源ブロックＰＣの少なくとも一つと、逆変換ブロックＩＦＴとを含む制御則として表される。なお、本実施形態において、制御対象システムＳは、作業装置２及び操作装置３（具体的には、これらに備えられる各アクチュエータ）によって構成される。

機能別力・速度割当変換ブロックＦＴは、制御対象システムＳの機能に応じて設定される速度（位置）及び力の領域への制御エネルギーの変換を定義するブロックである。具体的には、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴでは、制御対象システムＳの機能の基準となる値（基準値）と、アクチュエータの現在位置とを入力とする座標変換が定義されている。この座標変換は、一般に、基準値及び現在速度（位置）を要素とする入力ベクトルを速度（位置）の制御目標値を算出するための速度（位置）からなる出力ベクトルに変換すると共に、基準値及び現在の力を要素とする入力ベクトルを力の制御目標値を算出するための力からなる出力ベクトルに変換するものである。

機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおける座標変換を、実現する機能に応じて設定することにより、各種行為を実現したり、スケーリングを伴う行為の再現を行ったりすることができる。
即ち、本発明の基本的原理では、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおいて、アクチュエータ単体の変数（実空間上の変数）を、実現する機能を表現するシステム全体の変数群（座標変換後の仮想空間上の変数）に“変換”し、速度（位置）の制御エネルギーと力の制御エネルギーとに制御エネルギーを割り当てる。そのため、アクチュエータ単体の変数（実空間上の変数）のまま制御を行う場合と比較して、速度（位置）の制御エネルギーと力の制御エネルギーとを独立に与えることが可能となっている。
本実施形態においては、各アクチュエータの位置（回転角度）から算出される位置及び力の入力と基準値とにおいて、位置の差がゼロ、力の和がゼロ（逆向きに等しい力が出力される）となることを条件として、座標変換後の仮想空間における状態値の演算を行うことができる。

理想力源ブロックＦＣは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に従って、力の領域における演算を行うブロックである。理想力源ブロックＦＣにおいては、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に基づく演算を行う際の力に関する目標値が設定されている。この目標値は、実現される機能に応じて固定値または可変値として設定される。例えば、基準値が示す機能と同様の機能を実現する場合には、目標値としてゼロを設定したり、スケーリングを行う場合には、再現する機能を示す情報を拡大・縮小した値を設定したりできる。

理想速度（位置）源ブロックＰＣは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に従って、速度（位置）の領域における演算を行うブロックである。理想速度（位置）源ブロックＰＣにおいては、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に基づく演算を行う際の速度（位置）に関する目標値が設定されている。この目標値は、実現される機能に応じて固定値または可変値として設定される。例えば、基準値が示す機能と同様の機能を実現する場合には、目標値としてゼロを設定したり、スケーリングを行う場合には、再現する機能を示す情報を拡大・縮小した値を設定したりできる。

逆変換ブロックＩＦＴは、速度（位置）及び力の領域の値を制御対象システムＳへの入力の領域の値（例えば指令電流値等）に変換するブロックである。
このような制御アルゴリズムの下、位置・力制御部６１ｂには、位置情報取得部６１ａによって取得された時系列の位置の検出値（アクチュエータの回転角度）が入力される。この時系列の位置の検出値は、各アクチュエータの動作を表すものであり、位置・力制御部６１ｂは、入力された検出値（位置）から導出された速度（位置）及び力の情報に対して、機能に応じて設定されている座標変換を適用する。

本実施形態において、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義される機能として、操作装置３の動作を作業装置２に伝達すると共に、作業装置２に対する作業面からの反力の入力を操作装置３にフィードバックする機能（バイラテラル制御機能）を実現することができる。
この場合、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおける座標変換は、次式（１）及び（２）として表される。

ただし、式（１）において、ｘ’_pは速度（位置）の状態値を導出するための速度、ｘ’_fは力の状態値に関する速度である。また、ｘ’_mは基準値（操作装置３からの入力）の速度（操作装置３の現在位置の微分値）、ｘ’_sは作業装置２の現在の速度（現在位置の微分値）である。また、式（２）において、ｆ_pは速度（位置）の状態値に関する力、ｆ_fは力の状態値を導出するための力である。また、ｆ_mは基準値（操作装置３からの入力）の力、ｆ_sは作業装置２の現在の力である。
なお、式（１）及び（２）は、作業装置２及び操作装置３において対応する関節に備えられた一組のアクチュエータにおける座標変換を表している。本実施形態の位置・力制御システム１においては、作業装置２及び操作装置３において対応する関節に備えられた各組のアクチュエータを対象として、式（１）及び（２）による座標変換が行われることにより、作業装置２と操作装置３との間でバイラテラル制御が実現される。

［動作］
次に、位置・力制御システム１の動作を説明する。
［位置・力制御処理］
初めに、作業者が操作装置３に入力した作業のための動作を作業装置２においてリアルタイムに再現する位置・力制御処理について説明する。
図１７は、制御装置６が実行する位置・力制御処理の流れを説明するフローチャートである。
位置・力制御処理は、入力部６５または通信部６４を介して、位置・力制御処理の実行が指示されることに対応して開始される。

位置・力制御処理が開始されると、ステップＳ１において、位置情報取得部６１ａは、各アクチュエータのロータリーエンコーダから出力されるアクチュエータの位置に関する情報（各ロータリーエンコーダから出力された回転角度）を逐次取得する。
ステップＳ２において、位置・力制御部６１ｂは、位置情報取得部６１ａによって取得されたアクチュエータの位置に関する情報に基づいて、実空間から仮想空間への座標変換（式（１）及び（２）参照）を実行する。これにより、実空間のパラメータ（入力ベクトル）が、位置と力とを独立して取り扱うことが可能な仮想空間のパラメータ（位置及び力の状態値）に変換される。なお、このとき、作業装置２における基準値は操作装置３において検出されたアクチュエータの位置に関する情報とされ、操作装置３における基準値は作業装置２において検出されたアクチュエータの位置に関する情報とされる。

ステップＳ３において、位置・力制御部６１ｂは、仮想空間において、算出された位置及び力の状態値を、位置及び力の制御（ここでは力触覚の伝達）を行うための位置及び力それぞれの目標値に追従させるための演算を実行する。
ステップＳ４において、位置・力制御部６１ｂは、演算結果を実空間に戻すための逆変換（変換行列の逆行列による変換）を行う。
ステップＳ５において、制御情報送信部６１ｃは、逆変換によって取得された実空間のパラメータ（ここでは電流指令値）を作業装置２及び操作装置３の各アクチュエータに出力する。

ステップＳ６において、位置・力制御部６１ｂは、位置・力制御処理が実行されることにより生成された位置・力制御システム１の動作の履歴を表す各種パラメータをパラメータ記憶部６３ａに記憶する。
ステップＳ６の後、位置・力制御処理が繰り返される。
なお、作業者の作業が終了した場合、位置・力制御処理は終了される。

このような処理により、ディスプレイ５に映し出された作業面及び作業具の画像を見ながら、操作装置３において作業者が作業（操作）を行うと、作業者が入力した操作に対応する動作が、制御装置６のバイラテラル制御によって、作業装置２において再現される。
そのため、作業面から遠隔的な位置にいる作業者が行った動作が、作業装置２においてリアルタイムに再現され、作業具によって作業面への作業を行うことが可能となる。
したがって、位置・力制御システム１によれば、機械を用いて、人による手作業と同等の作業を行うことが可能となる。

［再現処理］
次に、作業者が過去に操作装置３に入力した作業のための動作を作業装置２において事後的に再現する再現処理について説明する。
図１８は、制御装置６が実行する再現処理の流れを説明するフローチャートである。
再現処理は、入力部６５または通信部６４を介して、再現処理の実行が指示されることに対応して開始される。

再現処理が開始されると、ステップＳ１１において、位置・力制御部６１ｂは、パラメータ記憶部６３ａに記憶された動作履歴を表す一連のパラメータを読み出す。
ステップＳ１２において、位置情報取得部６１ａは、作業装置２における各アクチュエータのロータリーエンコーダから出力されるアクチュエータの位置に関する情報（各ロータリーエンコーダから出力された回転角度）を逐次取得する。

ステップＳ１３において、位置・力制御部６１ｂは、パラメータ記憶部６３ａから読み出された動作履歴を表すパラメータ（操作装置３の各アクチュエータの動作履歴を表すパラメータ）を基準値とし、位置情報取得部６１ａによって取得された作業装置２の各アクチュエータの位置に関する情報と共に、実空間から仮想空間への座標変換を行う変換行列に入力する。

ステップＳ１４において、位置・力制御部６１ｂは、基準値及び作業装置２の各アクチュエータの位置に関する情報に基づいて、実空間から仮想空間への座標変換（式（１）及び（２）参照）を実行する。これにより、実空間のパラメータ（入力ベクトル）が、位置と力とを独立して取り扱うことが可能な仮想空間のパラメータ（位置及び力の状態値）に変換される。

ステップＳ１５において、位置・力制御部６１ｂは、仮想空間において、算出された位置及び力の状態値を、位置及び力の制御（ここでは力触覚の伝達）を行うための位置及び力それぞれの目標値に追従させるための演算を実行する。
ステップＳ１６において、位置・力制御部６１ｂは、演算結果を実空間に戻すための逆変換（変換行列の逆行列による変換）を行う。
ステップＳ１７において、制御情報送信部６１ｃは、逆変換によって取得された実空間のパラメータ（ここでは電流指令値）を作業装置２の各アクチュエータに出力する。

ステップＳ１８において、位置・力制御部６１ｂは、再現処理を終了する条件が充足されたか否かの判定を行う。再現処理を終了する条件が充足されたか否かは、例えば、パラメータ記憶部６３ａから読み出された動作履歴を表すパラメータが時系列の末尾まで再現されたか否か、及び、入力部６５または通信部６４を介して、再現処理の終了が指示されたか否かによって判定することができる。
再現処理を終了する条件が充足されていない場合、ステップＳ１８においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ１２に移行する。
一方、再現処理を終了する条件が充足された場合、ステップＳ１８においてＹＥＳと判定されて、再現処理は終了する。

このような処理により、作業者が過去に操作装置３に入力した作業のための動作の履歴に基づいて、作業装置２を動作させることができるため、作業者が存在しない状態においても、作業者による作業を擬似的に行うことが可能となる。
また、制御装置６に実装される制御アルゴリズムにおいては、作業に用いられる材料の特性（塗装作業における塗料の粘度等）が異なっても、基準値が表す動作に適応的に追従して作業装置２を動作させることができる。
そのため、作業者が行った作業を作業対象に応じて柔軟に変化させながら再現することができる。

［変形例１］
上述の実施形態において、作業者が操作装置３に入力した作業のための動作を作業装置２においてリアルタイムに再現する動作形態、及び、作業者が過去に操作装置３に入力した作業のための動作を作業装置２において事後的に再現する動作形態について説明した。
これに対し、作業の訓練を行う学習者が操作装置３に作業のための動作を入力すると共に、作業者が過去に操作装置３に入力した作業のための動作が作業装置２において実現されるよう作業装置２を制御することとしてもよい。この場合、訓練者に対し、熟練の作業者の動作を教示するティーチングシステムとして、位置・力制御システム１を動作させることができる。

ティーチングシステムとして位置・力制御システム１を動作させる場合、１つの方法として、例えば、パラメータ記憶部６３ａから読み出された動作履歴を表すパラメータ（作業装置２及び操作装置３の各アクチュエータの動作履歴を表すパラメータ）を基準値とし、位置情報取得部６１ａによって取得された作業装置２及び操作装置３の各アクチュエータの位置に関する情報を入力として、式（１）及び（２）を用いたバイラテラル制御を行うことができる。このとき、訓練者が操作装置３のハンドルを把持した状態で、操作装置３を動作させることで、訓練者に熟練の作業者の動作をお手本として体感させるティーチングシステムとすることができる。
このような方法によれば、訓練者は、操作装置３のハンドルを軽く把持しておくことで、熟練の作業者がどのような作業を行ったかを体感することができる。

また、他の方法として、例えば、パラメータ記憶部６３ａから読み出された動作履歴を表すパラメータ（操作装置３の各アクチュエータの動作履歴を表すパラメータ）を作業者の動作を誘導する動作目標値として保持しておき、図１４に示す位置・力制御処理の実行時に、作業者の動作が動作目標値から許容範囲以上逸脱した場合に、制御装置６によって、作業者による入力に対し、動作目標値側に位置あるいは力を近づける制御を介入させることができる。
なお、このとき用いられる許容範囲は、訓練者独自の動作をどの程度許容するかに応じて、即ち、パラメータ記憶部６３ａに記憶された熟練の作業者の動作にどの程度厳密に従わせるかに応じて設定することができる。
このような方法によれば、訓練者自身が行った操作が、熟練の作業者とどのように相違するかを位置・力制御システム１から力触覚として訓練者に教示することができる。

また、パラメータ記憶部６３ａに記憶された動作の履歴を表すパラメータを用いて、位置・力制御システム１よりも簡易な構成のシステムによって、学習者に対するティーチングを行うこともできる。
例えば、作業装置２と同様の多関節機構を備えると共に、アクチュエータを備えることなく、各関節にはロータリーエンコーダ及び力センサ（トルクセンサ）を備えた訓練装置を用いて、訓練者にティーチングを行うことができる。

即ち、パラメータ記憶部６３ａに記憶された動作の履歴を表すパラメータから、熟練の作業者が行った動作における位置（関節の回転角度）及び力（関節の回転トルク）の値を算出することができる。
そして、訓練者が訓練装置を用いて作業を行う際に、各関節のロータリーエンコーダ及び力センサによって訓練者の動作における位置及び力の情報をディスプレイに表示すると共に、熟練の作業者が対応する動作を行った際の位置及び力の値を併せてディスプレイに表示することで、訓練者に対し、ベテランの作業者の動作を数値によって教示することができる。
また、数値によって教示することの他、訓練者の動作と熟練の作業者の動作とを比較した結果を表す記号、メッセージ、光による信号（赤、青、黄色のランプの点灯等）あるいは音を出力すること等により、訓練者にティーチングを行うこととしてもよい。

なお、本発明は、本発明の効果を奏する範囲で変形、改良等を適宜行うことができ、上述の実施形態に限定されない。
例えば、上述の実施形態において、作業装置２及び操作装置３は、図２〜図１１に示す構成を有するものとして説明したが、これに限られない。即ち、作業具が作業面に対して移動可能であり、姿勢変化可能な構成であれば、作業装置２の多関節機構は種々の形態とすることができる。また、操作装置３の多関節機構も、作業装置２の形態と同様に、種々変更することが可能である。さらに、作業装置２の多関節機構の構成と操作装置３の多関節機構の構成とは、必ずしも同一である必要はなく、リンク構造が置換可能であれば、異なる構成とすることとしてもよい。

また、上述の実施形態において、作業者が操作部材３９６ａを操作する際の操作性をより高めるための制御を行うこととしてもよい。
例えば、作業装置２及び操作装置３のラックアンドピニオン機構２７，３７に設置された第３アクチュエータ２８，３８によって、ラック部材２７ａ，３７ａの自重を補償する制御を行ったり、ラック部材２７ａ，３７ａが移動した場合の慣性を打ち消す制御を行ったりすることができる。
また、上述の実施形態において、左官作業用のこてを作業具として用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、ローラや刷毛等、作業面に対する作業に用いられる各種作業具を位置・力制御システム１において用いることが可能である。

また、上述の実施形態及び変形例を適宜組み合わせて、本発明を実施することが可能である。
上述の実施形態における制御のための処理は、ハードウェア及びソフトウェアのいずれにより実行させることも可能である。
即ち、上述の処理を実行できる機能が制御装置６に備えられていればよく、この機能を実現するためにどのような機能構成及びハードウェア構成とするかは上述の例に限定されない。

なお、上記実施形態は、本発明を適用した一例を示しており、本発明の技術的範囲を限定するものではない。即ち、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができ、上記実施形態以外の各種実施形態を取ることが可能である。本発明が取ることができる各種実施形態及びその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以上のように構成される位置・力制御システム１は、作業装置２と、制御装置６と、を備えている。作業装置２は、作業具２９６ａと、ジンバル部２９と、第１アーム２２及び第２アーム２５と、第１アクチュエータ２３、第２アクチュエータ２６、第３アクチュエータ２８、第４アクチュエータ２９２、第５アクチュエータ２９５及び第６アクチュエータ２９８と、を備えている。
作業具２９６ａは、作業面に対する作業に用いられる。
ジンバル部２９は、作業具２９６ａを姿勢変化可能に保持する。
第１アーム２２及び第２アーム２５は、ジンバル部２９を作業面に対して位置変化可能に保持する。
第１アクチュエータ２３、第２アクチュエータ２６、第３アクチュエータ２８、第４アクチュエータ２９２、第５アクチュエータ２９５及び第６アクチュエータ２９８は、ジンバル部２９、第１アーム２２及び第２アーム２５の関節を駆動する。
制御装置６は、第１アクチュエータ２３、第２アクチュエータ２６、第３アクチュエータ２８、第４アクチュエータ２９２、第５アクチュエータ２９５及び第６アクチュエータ２９８を制御する。
また、制御装置６は、作業具２９６ａに対して、作業者が作業を行った場合の第１アーム２２、第２アーム２５及びジンバル部２９の動作における関節の位置に関する情報に基づいて、第１アクチュエータ２３、第２アクチュエータ２６、第３アクチュエータ２８、第４アクチュエータ２９２、第５アクチュエータ２９５及び第６アクチュエータ２９８を制御する。
これにより、作業者が行った動作が、作業装置２において再現され、作業具２９６ａによって作業面への作業を行うことが可能となる。
したがって、位置・力制御システム１によれば、機械を用いて、人による手作業と同等の作業を行うことが可能となる。

制御装置６は、作業者が現在または過去に行った作業で取得された関節の位置に関する情報に基づいて、第１アクチュエータ２３、第２アクチュエータ２６、第３アクチュエータ２８、第４アクチュエータ２９２、第５アクチュエータ２９５及び第６アクチュエータ２９８を制御する。
これにより、作業者が現在または過去に行った作業を作業装置２において再現することができる。

また、位置・力制御システム１は、作業者による作業のための動作を操作として受け付ける操作装置３を備える。
操作装置３は、操作部材３９６ａ、ジンバル部３９、第１アーム３２及び第２アーム３５と、第１アクチュエータ３３、第２アクチュエータ３６、第３アクチュエータ３８、第４アクチュエータ３９２、第５アクチュエータ３９５及び第６アクチュエータ３９８と、を備えている。
操作部材３９６ａは、作業具２９６ａの把持部の形態を有する。
ジンバル部３９は、操作部材３９６ａを姿勢変化可能に保持する。
第１アーム３２及び第２アーム３５は、ジンバル部３９を位置変化可能に保持する。
第１アクチュエータ３３、第２アクチュエータ３６、第３アクチュエータ３８、第４アクチュエータ３９２、第５アクチュエータ３９５及び第６アクチュエータ３９８は、ジンバル部３９、第１アーム３２及び第２アーム３５の関節を駆動する。
制御装置６は、操作装置３に対する操作として作業者が行った作業におけるジンバル部３９、第１アーム３２及び第２アーム３５の関節の位置に関する情報に基づいて、第１アクチュエータ３３、第２アクチュエータ３６、第３アクチュエータ３８、第４アクチュエータ３９２、第５アクチュエータ３９５及び第６アクチュエータ３９８を制御する。
これにより、作業者が操作装置３に対して行った操作を作業装置２においてリアルタイムに再現することができる。

制御装置６は、第１アーム２２、第２アーム２５及びジンバル部２９の動作における関節の位置に関する情報に基づいて、操作部材３９６ａの位置変化及び姿勢変化に対して、作業具２９６ａに作業面から入力される反力に相当する力を付与する。
これにより、操作装置３の操作部材３９６ａを操作する作業者に対して、作業具２９６ａを実際に操作しているのと同様の力触覚を与えることが可能となる。

作業装置２は、操作装置３に対する操作として作業者が過去に行った作業の履歴情報を記憶するパラメータ記憶部６３ａから履歴情報を読み出し、当該履歴情報に基づいて、第１アクチュエータ２３、第２アクチュエータ２６、第３アクチュエータ２８、第４アクチュエータ２９２、第５アクチュエータ２９５及び第６アクチュエータ２９８を制御する。
これにより、作業者（例えば、熟練の作業者等）が行った操作を記憶しておき、作業者がいない状態において、作業者による作業を作業装置２で再現することができる。

１ 位置・力制御システム、２ 作業装置、２Ａ，３Ａ 支持部、２１，３１ 第１ヒンジ部、２２，３２ 第１アーム部、２３，３３ 第１アクチュエータ、２３ａ，２６ａ，２８ａ，３３ａ，３６ａ，３８ａ，２９２ａ，２９５ａ，２９８ａ，３９２ａ，３９５ａ，３９８ａ ロータリーエンコーダ、２４，３４ 第２ヒンジ部、２５，３５ 第２アーム、２６，３６ 第２アクチュエータ、２７，３７ ラックアンドピニオン機構、２７ａ，３７ａ ラック部材、２７ｂ，３７ｂ ピニオン部材、２８，３８ 第３アクチュエータ、２９，３９ ジンバル部、２９１，３９１ ブラケット、２９１ａ，３９１ａ 上辺部、２９１ｂ，２９１ｃ，３９１ｃ，３９１ｂ 側辺部、２９２，３９２ 第４アクチュエータ、２９３，３９３ 外環部、２９４ａ，２９４ｂ，３９４ａ，３９４ｂ 第３ヒンジ部、２９５，３９５ 第５アクチュエータ、２９６，３９６ 内環部、２９６ａ 作業具、３９６ａ 操作部材、２９７，３９７ ベアリング部、２９８，３９８ 第６アクチュエータ、３ 操作装置、４ カメラ、５ ディスプレイ、６ 制御装置、６１ プロセッサ、６１ａ 位置情報取得部、６１ｂ 位置・力制御部、６１ｃ 制御情報送信部、６２ メモリ、６３ 記憶部、６３ａ パラメータ記憶部、６４ 通信部、６５ 入力部、６６ 表示部、７ 通信路、Ｓ 制御対象システム、ＦＴ 機能別力・速度割当変換ブロック、ＦＣ 理想力源ブロック、ＰＣ 理想速度（位置）源ブロック、ＩＦＴ 逆変換ブロック

Claims (7)

1. 作業面に対する作業に用いられる作業具と、
   前記作業具を姿勢変化可能に保持する作業側保持具と、
   前記作業側保持具を前記作業面に対して位置変化可能に保持する作業側アーム部と、
   前記作業側アーム部及び前記作業側保持具の関節を駆動する複数の作業側アクチュエータと、
   を有する作業装置と、
   前記複数の作業側アクチュエータを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記作業具に対して、作業者が作業を行った場合の前記作業側アーム部及び前記作業側保持具の動作における前記関節の位置に関する情報に基づいて、前記複数の作業装置側アクチュエータを制御することを特徴とする位置・力制御システム。
2. 前記制御装置は、作業者が現在または過去に行った作業で取得された前記関節の位置に関する情報に基づいて、前記複数の作業装置側アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１に記載の位置・力制御システム。
3. 前記作業具の把持部の形態を有する操作部材と、
   前記操作部材を姿勢変化可能に保持する操作側保持具と、
   前記操作側保持具を位置変化可能に保持する操作側アーム部と、
   前記操作側保持具及び前記操作側アーム部の関節を駆動する複数の操作側アクチュエータと、
   を有し、作業者による作業のための動作を操作として受け付ける操作装置を備え、
   前記制御装置は、前記操作装置に対する操作として作業者が行った作業における前記操作側保持具及び前記操作側アーム部の関節の位置に関する情報に基づいて、前記複数の作業装置側アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の位置・力制御システム。
4. 前記制御装置は、前記作業側アーム部及び前記作業側保持具の動作における前記関節の位置に関する情報に基づいて、前記操作部材の位置変化及び姿勢変化に対して、前記作業具に作業面から入力される反力に相当する力を付与することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置・力制御システム。
5. 前記作業装置は、前記操作装置に対する操作として作業者が過去に行った作業の履歴情報を記憶する記憶部から前記履歴情報を読み出し、当該履歴情報に基づいて、前記複数の作業装置側アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の位置・力制御システム。
6. 作業面に対する作業に用いられる作業具と、
   前記作業具を姿勢変化可能に保持する作業側保持具と、
   前記作業側保持具を前記作業面に対して位置変化可能に保持する作業側アーム部と、
   前記作業側アーム部及び前記作業側保持具の関節を駆動する複数の作業側アクチュエータと、
   を有する作業装置と、
   前記複数の作業側アクチュエータを制御する制御装置と、
   を備える位置・力制御システムで実行される位置・力制御方法であって、
   前記制御装置が、前記作業具に対して、作業者が作業を行った場合の前記作業側アーム部及び前記作業側保持具の動作における前記関節の位置に関する情報に基づいて、前記複数の作業装置側アクチュエータを制御する制御ステップを含むことを特徴とする位置・力制御方法。
7. 作業面に対する作業に用いられる作業具と、
   前記作業具を姿勢変化可能に保持する作業側保持具と、
   前記作業側保持具を前記作業面に対して位置変化可能に保持する作業側アーム部と、
   前記作業側アーム部及び前記作業側保持具の関節を駆動する複数の作業側アクチュエータと、
   を有する作業装置と、
   前記複数の作業側アクチュエータを制御する制御装置と、
   を備える位置・力制御システムにおける制御装置を構成するコンピュータに、
   前記作業具に対して、作業者が作業を行った場合の前記作業側アーム部及び前記作業側保持具の動作における前記関節の位置に関する情報に基づいて、前記複数の作業装置側アクチュエータを制御する制御機能を実現させることを特徴とするプログラム。

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