JP3667914B2 - 脚式移動ロボットの遠隔制御システム - Google Patents
脚式移動ロボットの遠隔制御システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP3667914B2 JP3667914B2 JP01846897A JP1846897A JP3667914B2 JP 3667914 B2 JP3667914 B2 JP 3667914B2 JP 01846897 A JP01846897 A JP 01846897A JP 1846897 A JP1846897 A JP 1846897A JP 3667914 B2 JP3667914 B2 JP 3667914B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- foot
- robot
- posture
- master
- operator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 93
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 26
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 25
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 6
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 description 419
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 135
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 96
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 12
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 210000000544 articulatio talocruralis Anatomy 0.000 description 5
- 125000002066 L-histidyl group Chemical group [H]N1C([H])=NC(C([H])([H])[C@](C(=O)[*])([H])N([H])[H])=C1[H] 0.000 description 4
- 210000002310 elbow joint Anatomy 0.000 description 4
- 210000004394 hip joint Anatomy 0.000 description 4
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 description 4
- 210000003857 wrist joint Anatomy 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 210000001624 hip Anatomy 0.000 description 2
- 210000000323 shoulder joint Anatomy 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
- B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脚式移動ロボットの遠隔制御システムに関し、詳しくはマスタースレーブ方式での遠隔制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシステムとしては、例えば特開平８−２１６０６６号公報に開示されているように、ロボットと同一の関節構成を備えた全身装着型のマスター装置をオペレータが装着し、オペレータによるマスター装置の各関節動作に合わせてロボットの各関節動作を行わしめると同時に、ロボットの各関節動作に合わせてマスター装置の各関節動作を行わしめ、所謂対称型バイラテラルマスタースレーブ方式によって、マスター装置とロボットとが同じような姿勢で同じような動作を行うようにしたものが知られている。すなわち、この方式は、マスター装置の各関節の動作角及び駆動トルクと、ロボットの各関節の動作角及び駆動トルクとが互いに比例関係になるように制御するものである。
【０００３】
一方、このようなシステムによって、ロボットの操縦を行う場合、オペレータは自己の動作によって、ロボットの転倒等を防止しつつ該ロボットの安定な動作を行わしめる必要があるが、このためには、オペレータがロボットの安定性あるいは不安定さを自己の安定性あるいは不安定さとして的確に認識して、ロボットの安定性を保つような動作を的確に行うことができることが望まれる。そして、このような要望を満たすためには、特に、ロボットの操縦時にロボットの足平部とオペレータの足平部とが互いに同じように作用力を受けることができるようにすることが好ましいと考えられる。
【０００４】
すなわち、本願発明者等の知見によれば、人間が歩行時等に自己の安定性あるいは不安定さを認識して、自己の安定性を保つために特に意識するのは、自己の脚等の関節の曲がり具合や関節に作用する力の感覚よりも、むしろ自己の足平に床から受ける作用力の感覚（足平のどの部分に最も力を受けているか等の感覚）であると考えられる。
【０００５】
例えば自己の上体が何らかの外力により傾いた場合には、その傾き側の足平の部位に受ける作用力が大きくなることで自己の不安定さを認識し、その足平の部位に受ける作用力をさらに強くするように意識を集中することで自己の安定性を保つ。
【０００６】
また、例えば歩行時に突起物を踏んだ場合には、足平が受ける作用力が突起物との接触部位に集中することで、該突起物の存在を認識し、その突起物による自己の不安定さを解消し得る足平の部位に強い作用力を受けるように意識を集中する。
【０００７】
従って、前述のようなロボットの操縦を行う場合にオペレータがロボットの安定性を保つような動作を的確に行うことができるようにするためには、ロボットの操縦時にロボットの足平部とオペレータの足平部とが互いに同じように作用力を受けることができるようにすることが好ましいと考えられる。
【０００８】
しかるに、前記特開平８−２１６０６６号公報に開示されているような対称型バイラテラルマスタースレーブ方式のものでは、単に、マスター装置の各関節の動作角及び駆動トルクと、ロボットの各関節の動作角及び駆動トルクとが互いに比例関係になるように制御するものに過ぎないため、ロボットとマスター装置との各関節を駆動する際のアクチュエータの慣性力や摩擦力、さらにはロボットとマスター装置との各関節間のリンク機構の慣性力までもオペレータに伝わってしまうため、オペレータにロボットの足平が受ける作用力と同じような作用力感覚を与え、また、オペレータが意図した足平への作用力と同じような作用力をロボットの足平に与えるようにすることは困難なものとなっていた。
【０００９】
また、オペレータの胴体を支持する機構を持たない全身装着型の対称型バイラテラルマスタースレーブ方式のものでは、ロボットを種々様々の床形状の環境下で動作させることが困難であるという不都合もあった。すなわち、例えばロボットに階段を昇降させる場合には、マスター装置を装着したオペレータも階段の昇降を行わなければならず、このためには、マスター装置側にロボットの動作環境と同じような階段を設けなければならない。しかしながら、このようにマスター装置側に、ロボット側と同じような床形状の環境設備を備えることは、ロボットを種々様々の床形状の環境下で動作させようとした場合に、膨大な設備投資とスペースを要することとなり、このため、ロボットを種々様々の床形状の環境下で動作させることが困難なものとなっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる不都合を解消し、オペレータの足平部の上体に対する位置及び／又は姿勢とロボットの足平部の上体に対する位置及び／又は姿勢とを所要の関係に保ちつつ、ロボットの足平部とオペレータの足平部とが互いに同じように作用力を受けることができ、ひいてはオペレータがロボットの安定性を保つための操縦を的確に行うことができ、さらにはロボットを種々様々の床形状の環境下で動作させることができる脚式移動ロボットの遠隔制御システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の脚式移動ロボットの遠隔制御システムはかかる目的を達成するために、脚式移動ロボットをマスタースレーブ方式で操縦するためのマスター装置を備えた脚式移動ロボットの遠隔制御システムにおいて、前記マスター装置に、少なくともオペレータの足平部を載せて該足平部が固定される足平架台を有し、該足平架台に固定された足平部を該足平架台と共に可動に支持する足平支持機構と、該足平支持機構を駆動する足平支持機構駆動装置と、前記オペレータの上体を支持する上体支持機構と、前記足平支持機構に支持された前記オペレータの足平部への前記足平架台からの作用力を検出するマスター側足平作用力検出手段とを設けると共に、前記脚式移動ロボットに、該ロボットの足平部への床からの作用力を検出するロボット側足平作用力検出手段を設け、前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボットの足平部への作用力とが互いに所要の対応関係になるように前記マスター側足平作用力検出手段及びロボット側足平作用力検出手段によりそれぞれ検出された作用力に基づき、前記オペレータの上体に対する足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方と、前記ロボットの上体に対する足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方とを決定し、その決定した目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に従って前記足平支持機構を前記足平支持機構駆動装置を介して制御すると共に、前記ロボットに備えた脚部駆動装置を制御する足平位置姿勢制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、前記脚式移動ロボットの操縦の際には、上体と足平をそれぞれ前記上体支持機構及び足平支持機構に支持したオペレータの足平部への前記足平架台からの作用力と、ロボットの足平部への床からの作用力とがそれぞれ前記マスター側足平作用力検出手段及びロボット側足平作用力検出手段により検出される。そして、それぞれの作用力が互いに対応するように、それぞれの検出値に基づき、前記足平位置姿勢制御手段によって、オペレータとロボットとの両者の上体に対する足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方が決定され、この目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に従って、マスター装置の足平支持機構とロボットの足平部とがそれぞれ足平支持機構駆動装置及び脚部駆動装置を介して駆動・制御されるので、オペレータとロボットとは互いに同じような作用力を足平部に受けるように制御される。
【００１３】
また、オペレータとロボットとの両者の上体に対する足平部の相対的な目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方も互いに対応するように決定されるので、ロボットの動作環境下の床形状がオペレータの上体に対する足平部の相対的な位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方として反映される。
【００１４】
従って、本発明の脚式移動ロボットの遠隔制御システムによれば、ロボットの足平部とオペレータの足平部とが互いに上体に対して同じような位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方になりながら、同じような作用力を受けることができ、ひいてはオペレータがロボットの安定性を保つための操縦を的確に行うことができ、さらには、ロボットを種々様々の床形状の環境下で動作させることができる。
【００１５】
かかる本発明では、前記上体支持機構を前記オペレータの上体と共に可動に設けると共に、前記マスター装置に、該上体支持機構を駆動する上体支持機構駆動装置を設け、前記脚式移動ロボットに、該ロボットの上体の姿勢傾斜状態を検出する姿勢傾斜状態検出手段を設け、前記ロボットの上体の姿勢傾斜状態に応じた前記オペレータの上体の姿勢傾斜状態が得られるように前記姿勢傾斜状態検出手段により検出されたロボットの上体の姿勢傾斜状態に基づき、前記上体支持機構に支持された前記オペレータの上体の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定し、その決定した目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に従って前記上体支持機構を前記上体支持機構駆動装置を介して制御するマスター側上体位置姿勢制御手段を備えることが好ましい。
【００１６】
これによれば、ロボットの上体の姿勢傾斜状態が前記姿勢傾斜状態検出手段により検出され、これに応じたオペレータの上体の姿勢傾斜状態が得られるように、前記マスター側上体位置姿勢制御手段によって、オペレータの上体の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方が決定され、この目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に従って、マスター装置の上体支持機構が前記上体支持機構駆動装置を介して駆動・制御されるので、オペレータの上体の姿勢傾斜状態は、ロボットと同じような姿勢傾斜状態に制御される。このため、オペレータは、ロボットと同じような姿勢傾斜状態で、ロボットと同じような足平部への作用力を受けることとなって、ロボットと一体感をもってロボットの安定性や不安定さをより的確に認識しつつ、ロボットの安定性を保つように自己の足平部の姿勢や位置を調整することができ、ロボットの安定性を保つための操縦をより確実に行うことができる。
【００１７】
また、本発明では、前記足平位置姿勢制御手段は、より具体的には、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記ロボットの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方を決定しつつ、該並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づき該ロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定し、その決定したロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に対応した前記オペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定する。
【００１８】
あるいは、前記足平位置姿勢制御手段は、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記オペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方を決定しつつ、該並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づき該オペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定し、その決定したオペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に対応した前記ロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定する。
【００１９】
あるいは、前記足平位置姿勢制御手段は、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記ロボットの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方と前記オペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方とを決定しつつ、該ロボットの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方とオペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方とに基づきそれぞれ該ロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方と該オペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定する。
【００２０】
このように前記各足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボットの足平部への作用力との相互の所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記ロボットやオペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方を決定しつつ、その並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づきロボットやオペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定することで、オペレータ及びロボットの両者の足平部への作用力と足平部の位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方とを互いに対応させる制御を的確に行うことができる。
【００２１】
さらに本発明では、より好ましくは、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて、両作用力が該所要の対応関係になるようにコンプライアンス制御により前記ロボットの足平部の位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を修正する手段を前記ロボットに備える。
【００２２】
このようにオペレータの足平部とロボットの足平部とへの両作用力が所要の対応関係になるようにコンプライアンス制御によって、ロボットの足平部の位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を修正する手段をロボットに備えることで、ロボットはある程度自律的に自身の足平部への作用力がオペレータの足平部への作用力と対応するように自身の足平部の位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を制御することとなり、オペレータ及びロボットの両者の足平部への作用力を互いに対応させる制御をより迅速に的確に行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態を図１乃至図８を参照して説明する。
【００２４】
まず、図１及び図２はそれぞれ本実施形態のシステムにおけるロボットと、このロボットをスレーブとするマスター装置とを示している。
【００２５】
図１を参照して、本実施形態でのロボットＲは二足歩行型の脚式移動ロボットであり、頭部１を上端部に支持する胴体２下部から一対の脚体３（図では便宜上、一本の脚体３のみを示す）が下方に延設され、また、胴体２上部の左右両側部から一対の腕体４（図では便宜上、一本の腕体４のみを示す）が延設されている。
【００２６】
各脚体３は、その胴体２との連結箇所（股関節部分）と膝関節部分と足首関節部分とにそれぞれ股関節アクチュエータ５ａ、膝関節アクチュエータ５ｂ及び足首関節アクチュエータ５ｃを備え、さらに、足首関節アクチュエータ５ｃの下側には、６軸力センサ６（ロボット側足平作用力検出手段）を介して脚体３の接地部分である足平部７が取着されている。この場合、本実施形態では、股関節アクチュエータ５ａはロボットＲの前後、左右及び上下方向の３軸回りの回転動作、膝関節アクチュエータ５ｂは、ロボットＲの左右方向の１軸回りの回転動作、足首関節アクチュエータ５ｃはロボットＲの前後及び左右方向の２軸回りの回転動作を行うものであり、これらの各アクチュエータ５ａ〜５ｃを駆動することで、足平部７の６自由度の動作を行うことができるようになっている。尚、前記６軸力センサ６は、足平部７が床から受ける作用力の前後、左右及び上下の３軸方向の各力成分及び各モーメント成分を検出するものである。また、各アクチュエータ５ａ〜５ｃは、本発明の構成に対応して脚部駆動装置を構成するものである。
【００２７】
同様に、各腕体４は、胴体２との連結箇所（型関節部分）と肘関節部分と手首関節部分とにそれぞれ肩関節アクチュエータ８ａ、肘関節アクチュエータ８ｂ及び手首関節アクチュエータ８ｃを備え、該手首関節アクチュエータ８ｃに６軸力センサ９を介してハンド１０が取着されている。この場合、肩関節アクチュエータ８ａは３軸回りの回転動作、肘関節アクチュエータ８ｂは１軸回りの回転動作、手首関節アクチュエータ８ｃは３軸回りの回転動作を行うものである。
【００２８】
また、胴体２には、前述の各アクチュエータ５ａ〜５ｃ及び８ａ〜８ｃを駆動・制御する制御ユニット１１や、ロボットＲの上体（胴体２）の姿勢傾斜状態を検出する傾斜検出器１２（姿勢傾斜状態検出手段）が備えられている（これらの詳細は後述する）。さらに、各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃの箇所にはそれらの変位（各軸回りの回転角）を検出するアクチュエータ変位検出器１３ａ〜１３ｃが備えられ、同様に、各腕体４の各アクチュエータ８ａ〜８ｃの箇所にもアクチュエータ変位検出器（図示を省略する）が備えられている。以下、各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃを脚用アクチュエータ５と総称し、また、これらに対応する各アクチュエータ変位検出器１３ａ〜１３ｃをアクチュエータ変位検出器１３と総称する。
【００２９】
図２を参照して、マスター装置Ｍは、図示しないオペレータの上体（胴体）を可動に支持する上体支持機構１４と、オペレータの足平部を可動に支持する足平支持機構１５とを具備する。
【００３０】
上体支持機構１４は、ロボットＲの操縦に際して後述の制御によりロボットＲの上体の姿勢傾斜状態と同様の姿勢傾斜状態をオペレータの上体に与えるためのものであり、固定基台１６上から延設されたリンクアーム１７と、このリンクアーム１７の先端部に３軸回転機構１８を介して取着された背もたれ部１９と、背もたれ部１９の下端部から下方に延設された支柱２０の下端部に取着されたサドル２１とにより構成されている。ここで、サドル２１はオペレータが腰かけるものであり、背もたれ部１９はサドル２１に腰かけたオペレータがその背中を当接させるものである。尚、オペレータの胴体は背もたれ部１９に図示しないベルトにより固定し得るようにされている。
【００３１】
そして、リンクアーム１７は、三つの関節部２２ａ，２２ｂ，２２ｃを具備し、それらの各関節部２２ａ〜２２ｃに設けられたアクチュエータ２３ａ〜２３ｃにより、それぞれ回転軸心２４ａ〜２４ｃ（図示の状態では回転軸心２４ａは上下方向、回転軸心２４ｂ，２４ｃは左右方向）の回りの回転動作が行われるようになっている。
【００３２】
また、このリンクアーム１７の先端部に背もたれ部１９を支持せしめる３軸回転機構１８は、三つのアクチュエータ２３ｄ，２３ｅ，２３ｆを備え、これらのアクチュエータ２３ｄ〜２３ｆにより、それぞれ回転軸心２４ｄ〜２４ｆ（図示の状態では回転軸心２４ｄ〜２４ｆはそれぞれ上下、左右及び前後方向）の回りの回転動作が行われるようになっている。
【００３３】
このような上体支持機構１４の構成により、オペレータがサドル２１に腰かけて背中を背もたれ部１９に当接させ、さらに図示しないベルトによりオペレータの胴体を背もたれ部１９に固定することで、該オペレータの上体が支持される。そして、このとき、前記各アクチュエータ２３ａ〜２３ｆ（以下、これらのアクチュエータ２３ａ〜２３ｆをマスター上体用アクチュエータ２３と総称する）を動作させることでオペレータの上体が任意の位置／姿勢に背もたれ部１９及びサドル２１と共に可動とされる。なお、本明細書の実施形態では、「位置／姿勢」は位置と姿勢との組の意味で使用する。
【００３４】
尚、各マスター上体用アクチュエータ２３は本発明の構成に対応して上体支持機構駆動装置を構成するものである。そして、各マスター上体用アクチュエータ２３には、それぞれその変位（回転角）を検出するアクチュエータ変位検出器２３ｘ（図２では図示を省略する）が設けられている。
【００３５】
前記足平支持機構１５は、ロボットＲの操縦に際して、後述の制御により基本的にはロボットＲの足平部７とオペレータの足平部との同様の動作が行われるようにするためのものであり、上体支持機構１４のサドル２１の略下方でオペレータの一対の脚に対応して設けられた一対の３軸移動テーブル２５，２５（所謂ＸＹＺ移動テーブル）と、この各３軸移動テーブル２５の３軸移動部２６に３軸回転機構２７を介して取着された足平架台２８とにより構成されている。ここで、足平架台２８は前記上体支持機構１４に上体を支持したオペレータの各脚の足平部を載せる架台であり、この足平架台２８には、これに載せられたオペレータの足平部が足平架台２８から受ける作用力（前後、左右及び上下の３軸方向の力成分及び各軸回りのモーメント）を検出する６軸力センサ２９（マスター側足平荷重検出手段）が内蔵されている。尚、足平架台２８に載せたオペレータの足平部は図示しないベルトにより足平架台２８に固定し得るようにされている。
【００３６】
そして、各３軸移動テーブル２５の３軸移動部２６は、該テーブル２５に備えた三つのアクチュエータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃによりそれぞれ前後、左右及び上下方向の移動動作が行われるようになっている。
【００３７】
また、この３軸移動部２６に足平架台２８を支持せしめる３軸回転機構２７は、前述の上体支持機構１４の３軸回転機構１８と同様に三つのアクチュエータ３０ｄ，３０ｅ，３０ｆを備え、これらのアクチュエータ３０ｄ〜３０ｆにより、それぞれ前後、左右及び上下方向の各回転軸心３１ｄ〜３１ｆの回りの回転動作が行われるようになっている。
【００３８】
このような足平支持機構１５の構成により、上体支持機構１４に上体を支持したオペレータの各脚の足平部を足平架台２８に載せ、さらに図示しないベルトにより足平部を足平架台２８に固定することで、オペレータの各足平部が支持される。そして、このとき、前記各アクチュエータ３０ａ〜３０ｆ（以下、これらのアクチュエータ３０ａ〜３０ｆをマスター足平用アクチュエータ３０と総称する）を動作させることでオペレータの各足平部が任意の位置／姿勢（６自由度）に足平架台２８と共に可動とされ、また、オペレータの各足平部が受ける作用力（足平部から足平架台２８への作用力の反力）が前記６軸力センサ２９により検出される。
【００３９】
尚、各マスター足平用アクチュエータ３０は本発明の構成に対応して足平支持機構駆動装置を構成するものである。そして、各マスター足平用アクチュエータ３０には、それぞれその変位（回転角）を検出するアクチュエータ変位検出器３０ｘ（図２では図示を省略する）が設けられている。
【００４０】
さらに、本実施形態におけるマスター装置Ｍでは、ロボットＲの操縦に際して、ロボットＲの各腕体４とオペレータの腕との同様の動作が行われるようにするためのマスター腕機構３２が備えられている。
【００４１】
このマスター腕機構３２では、前記背もたれ部１９の両側上端部（オペレータの肩位置に対応する部分）から、それぞれ３軸回転機構３３を介してリンク機構状の腕体３４が延設されている（図では便宜上、オペレータの右腕に対応する腕体３４のみを図示している）。そして、この腕体３４の先端部には、オペレータの手首部を挿入して支持する手首支持器３５が３軸回転機構３６を介して取着され、また、腕体３４の中間部に形成された関節部３７には、オペレータの肘を挿入して支持する肘支持器３８が取着されている。さらに手首支持器３５の箇所にはオペレータの手首部から手首支持器３５に加わる作用力を検出する６軸力センサ３５ａが設けられ、また、肘支持器３８には、オペレータの肘から該肘支持器３８に加わる作用力を検出する圧力センサ（図示せず）が内蔵されている。
【００４２】
この場合、オペレータの肩位置に対応する３軸回転機構３３は、三つのアクチュエータ３９ａ，３９ｂ，３９ｃによりロボットＲの肩関節と同様に３軸回りの回転動作（図では上下、左右、前後方向の軸心（図示せず）回りの回転動作）が行われ、関節部３７はこれに設けたアクチュエータ３９ｄによりロボットＲの肘関節を同様に１軸回りの回転動作（図では上下方向の軸心（図示せず）回りの回転動作）が行われ、オペレータの手首部の３軸回転機構３６は、三つのアクチュエータ３９ｅ，３９ｆ，３９ｇによりロボットＲの手首関節と同様に３軸回りの回転動作（図では上下、左右、前後方向の軸心（図示せず）回りの回転動作）が行われるようになっている。
【００４３】
尚、本実施形態では、前記足平支持機構１５は３軸移動テーブル２５や３軸回転機構２７を用いて構成したが、例えば６軸マニピュレータ等のリンク機構を用いて構成してもよい。同様に、上体支持機構１４はリンク機構（リンクアーム１７）や３軸回転機構１８を用いて構成したが、リンク機構のみで構成したり、あるいは３軸移動テーブル等を用いて構成するようにしてもよい。
【００４４】
一方、本実施形態では、前述のロボットＲやマスター装置Ｍの動作制御を行うために、図３及び図４のブロック図に示す制御システムを備えている。
【００４５】
この制御システムは、その構成を大別すると、マスター装置Ｍ側に設けた制御ユニット４０（図３）と、ロボットＲに設けた前記制御ユニット１１（図４）と、これらの制御ユニット４０，１１間での通信を行うための通信装置４１とから構成されている。以下、制御ユニット４０をマスター側制御ユニット４０と称し、制御ユニット１１をロボット側制御ユニット１１と称する。尚、通信装置４１の通信方式は有線及び無線のいずれの方式を使用してもよい。
【００４６】
図３に示したマスター側制御ユニット４０は、前記上体支持機構１４の動作に関する制御を行うマスター側上体制御部４２（マスター側上体位置姿勢制御手段）と、足平支持機構１５の動作並びにロボットＲの足平部７の動作に関する制御を行うマスター側足平制御部４３とを具備する。尚、マスター側制御ユニット４０は、これらの制御部４２，４３の他、前記マスター腕機構３２の動作並びにロボットＲの腕体４の動作に関する制御を行う制御部も備えられているのであるが、これについては図示及び説明を省略する。
【００４７】
マスター側上体制御部４２は、マスター装置Ｍでのオペレータの上体の目標位置／姿勢（背もたれ部１９の目標位置／姿勢。以下、目標マスター上体位置／姿勢という）を決定する目標マスター上体位置／姿勢決定部４４と、その決定された目標マスター上体位置／姿勢から前記各マスター上体用アクチュエータ２３の目標変位（目標回転角）を算出する目標アクチュエータ変位算出部４５と、この算出された目標変位に前記各マスター上体用アクチュエータ２３の変位を制御するマスター上体用アクチュエータ変位制御部４６とから構成されている。
【００４８】
この場合、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、ロボット側制御ユニット１１から通信装置４１を介して後述の如く与えられるロボットＲの上体の姿勢傾斜状態情報とマスター側足平制御部４３の後述の脚バイラテラル主制御部４７から与えられるマスター装置Ｍでのオペレータの足平部の目標足平位置／姿勢（足平架台２８の目標位置／姿勢。以下、マスター目標足平位置／姿勢という）とに基づき目標マスター上体位置／姿勢を決定する。
【００４９】
また、マスター上体用アクチュエータ変位制御部４６は、前記目標変位と各マスター上体用アクチュエータ２３に設けた前記各アクチュエータ変位検出器２３ｘにより検出される各マスター上体用アクチュエータ２３の変位の検出値とから該マスター上体用アクチュエータ２３の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００５０】
尚、本実施形態では、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４により決定された目標マスター上体位置／姿勢は、マスター側足平制御部４３の後述のマスター脚主制御部４８に与えられる。
【００５１】
マスター側足平制御部４３は、前記マスター目標足平位置／姿勢とロボットＲの目標足平位置／姿勢とを決定する脚バイラテラル主制御部４７と、その決定されたマスター目標足平位置／姿勢と前記目標マスター上体位置／姿勢決定部４４により決定された目標マスター上体位置／姿勢とから前記各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位（目標回転角）を算出するマスター脚主制御部４８と、この算出された目標変位に前記各マスター足平用アクチュエータ３０の変位を制御するマスター足平用アクチュエータ変位制御部４９とから構成されている。
【００５２】
この場合、脚バイラテラル主制御部４７が決定するマスター目標足平位置／姿勢は、マスター装置Ｍでのオペレータの上体に対する相対的なマスター目標足平位置／姿勢であり、同様に、ロボットＲの目標足平位置／姿勢もロボットＲの上体に対する相対的な目標足平位置／姿勢である。すなわち、本実施形態では、例えば図１に示すようにロボットＲの腰部分（脚体３と胴体２との連結箇所）の中央に原点を有するＸＹＺ直交座標系が胴体２の上下方向をＺ軸、前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸として該胴体２側に固定して設定されており（胴体２の傾斜と共に座標系が傾く）、脚バイラテラル主制御部４７が決定するロボットＲの目標足平位置／姿勢は、この座標系（以下、ロボット側上体座標系という）での目標足平位置／姿勢である。同様に、マスター装置Ｍ側では、例えば図２に示すようにオペレータの腰部分の中央に相当する位置（概ねサドル２１の中央部分）に原点を有するＸＹＺ直交座標系が上体支持機構１４側に固定して設定されており（上体支持機構１４の傾斜と共に座標系が傾く）、脚バイラテラル主制御部４７が決定するマスター目標足平位置／姿勢は、この座標系（以下、マスター側上体座標系という）での目標足平位置／姿勢である。
【００５３】
そして、マスター脚主制御部４８は、各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位を算出する他、前記足平架台２８の６軸力センサ２９によるオペレータの足平作用力の検出値（これは６軸力センサ２９に対して固定的な座標系での検出値である）を、各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位や前記目標マスター上体位置／姿勢に基づきマスター側上体座標系に変換して脚バイラテラル主制御部４７に与える。
【００５４】
また、同様にロボット側制御ユニット１１でロボットＲの脚体３の６軸力センサ６によるロボットＲの足平作用力の検出値をロボット側上体座標系に変換したものが通信装置４１を介して脚バイラテラル主制御部４７に与えられるようになっている。そして、該脚バイラテラル主制御部４７は、マスター脚主制御部４８から与えられたマスター側上体座標系でのオペレータの足平作用力の検出値と、ロボット側制御ユニット１１から与えられたロボット側上体座標系でのロボットＲの足平作用力の検出値とから所定の演算処理によりマスター目標足平位置／姿勢とロボットＲの目標足平位置／姿勢を決定する。この時、上体座標系でのマスター目標足平位置／姿勢とロボットＲの目標足平位置／姿勢とは所要の対応関係を保つように決定される。
【００５５】
尚、脚バイラテラル主制御部４７は、決定したマスター目標足平位置／姿勢をマスター脚主制御部４８の他に前記目標マスター上体位置／姿勢決定部４４に与えると共に、決定したロボットＲの目標足平位置／姿勢を通信装置４１を介してロボット側制御ユニット１１に与える。
【００５６】
また、マスター足平用アクチュエータ変位制御部４９は、マスター脚主制御部４８から与えられた前記目標変位と各マスター足平用アクチュエータ３０に設けた前記各アクチュエータ変位検出器３０ｘにより検出される各マスター足平用アクチュエータ３０の変位の検出値とから該マスター足平用アクチュエータ３０の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００５７】
次に図４に示したロボット側制御ユニット１１は、前記脚バイラテラル主制御部４７から与えられるロボットＲの目標足平位置／姿勢から前記各脚用アクチュエータ５の目標変位（目標回転角）を決定すると共に、脚体３の６軸力センサ６によるロボットＲの足平作用力の検出値を各脚用アクチュエータ５の目標変位等に基づきロボット側上体座標系に変換して脚バイラテラル主制御部４７に与えるロボット脚主制御部５０と、その決定された目標変位に各脚用アクチュエータ５の変位を制御するロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１とをロボットＲの脚体３に関する動作を制御する手段として具備している。
【００５８】
この場合、ロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１は、ロボット脚主制御部５０から与えられた前記目標変位と各脚用アクチュエータ５に設けた前記各アクチュエータ変位検出器１３により検出される各脚用アクチュエータ５の変位の検出値とから該脚用アクチュエータ５の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００５９】
尚、本発明の構成に対応して、マスター側制御ユニット４０のマスター側足平制御部４３並びに、ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部５０及びロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１は、足平位置姿勢制御手段５２を構成するものである。また、ロボット側制御ユニット１１は、上記の構成の他、ロボットＲの腕体４の動作に関する制御を行う制御部も備えられているのであるが、これについては図示及び説明を省略する。
【００６０】
また図４を参照して、前記傾斜検出器１２は、ロボットＲの上体の３軸方向の加速度を検出する加速度センサ５３ａと、ロボットＲの上体の３軸方向の角速度を検出するレートジャイロ５３ｂと、これらの加速度センサ５３ａ及びレートジャイロ５３ｂの検出値からロボットＲの上体の傾斜角を算出・推定する傾斜推定部５４とから構成され、該傾斜推定部５４により推定されたロボットＲの上体の傾斜角や加速度センサ５３ａにより検出されたロボットＲの上体の加速度を姿勢傾斜状態情報として、通信装置４１を介して目標マスター上体位置／姿勢決定部４４に与える。
【００６１】
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。
【００６２】
まず、マスター側制御ユニット４０及びロボット側制御ユニット１１による制御処理を説明する。
【００６３】
本実施形態のシステムでは、前述の如くマスター装置Ｍの上体支持機構１４に上体を支持し、且つ足平支持機構１５に足平部を支持したオペレータが自身の足平部を動かす等してロボットＲの操縦を開始すると、マスター側制御ユニット１１の脚バイラテラル主制御部４７は、図５のフローチャートに示す処理を所定の制御サイクルで行う。
すなわち、脚バイラテラル主制御部４７は、まず、ロボット側上体座標系におけるロボットＲの足平部７の目標並進速度（ロボット側上体座標系の各軸方向の目標移動速度）と目標回転速度（ロボット側上体座標系の各軸方向回りの目標回転速度）とを決定する（ＳＴＥＰ５−１）。ここで、本実施形態のシステムは、マスター装置Ｍ側のオペレータの足平部及びロボットＲの足平部７のそれぞれの上体に対する相対的な位置／姿勢を所要の対応関係に保ちつつ、オペレータの足平作用力（以下、マスター側足平作用力という）とロボットＲの足平作用力（以下、ロボット側足平作用力という）とが互いに所要の対応関係、例えば互いに比例関係になるように制御するものである。このため、脚バイラテラル主制御部４７は、ＳＴＥＰ５−１では、例えば前記マスター脚主制御部４８から与えられる今現在の前記マスター側上体座標系でのマスター側足平作用力の検出値と、前記ロボット脚主制御部５０から通信装置４１を介して与えられる今現在の前記ロボット側上体座標系でのロボット側足平作用力の検出値に所定の力帰還率を乗算したものとの偏差（マスター側足平作用力の検出値−力帰還率×ロボット側足平作用力の検出値）に比例させてロボットＲの足平部７の前記目標並進速度及び目標回転速度を決定する。この場合、各検出値の力成分によって目標並進速度を決定し、モーメント成分によって目標回転速度を決定する。尚、上記偏差は、マスター足平作用力とロボット足平作用力との所要の対応関係（この場合、比例関係）からの偏差に相当するものである。そして、例えばマスター側足平作用力の検出値とロボット側足平作用力の検出値とのいずれか一方に所定のオフセットを加えたものが、他方と比例関係になるように前記目標並進速度及び目標回転速度を決定するようにしてもよい。
【００６４】
次いで、脚バイラテラル主制御部４７は、ＳＴＥＰ５−１で決定した目標並進速度及び目標回転速度と、前回の制御サイクルで求めたロボット側上体座標系でのロボットＲの足平部７の目標足平位置／姿勢とから、今回の制御サイクルにおけるロボット側上体座標系でのロボットＲの足平部７の目標足平位置／姿勢を求める（ＳＴＥＰ５−２）。この場合、この算出は、前記目標並進速度及び目標回転速度から制御サイクル分の時間内でのロボットＲの足平部７の足平位置／姿勢の変化量（変化の方向を含む）を求め、これをロボットＲの前回の目標足平位置／姿勢に加えることで、今回の目標足平位置／姿勢を求める。
【００６５】
さらに脚バイラテラル主制御部４７は、ＳＴＥＰ５−２で求めたロボットＲの足平部７の目標足平位置／姿勢に応じてマスター側上体座標系での今回のマスター目標足平位置／姿勢を求める（ＳＴＥＰ５−３）。この場合、各上体座標系でのロボットＲの目標足平位置／姿勢とマスター目標足平位置／姿勢とを原則的には一致させることが好ましいが、オペレータの負荷等を考慮して、マスター目標足平位置／姿勢をロボットＲの目標足平位置／姿勢に対して所定のオフセットを与えたり、あるいは、両者の比率（スケール）を適宜調整してもよい。
【００６６】
次いで、脚バイラテラル主制御部４７は、前記ＳＴＥＰ５−２で求めたロボットＲの目標足平位置／姿勢を図示しないメモリに記憶した後（ＳＴＥＰ５−４）、ロボット側上体座標でのロボットＲの目標足平位置／姿勢を通信装置４１を介してロボット側制御ユニット１１に出力すると共に、ＳＴＥＰ５−３で求めたマスター側上体座標系でのマスター目標足平位置／姿勢を前記マスター脚主制御部４８や目標マスター上体位置／姿勢決定部４４に出力し（ＳＴＥＰ５−５）、今回の処理を終了する。
【００６７】
尚、かかる脚バイラテラル主制御部４７の処理では、前記の偏差からロボットＲの足平部７の目標並進速度及び目標回転速度を決定しつつ、それらの速度からロボットＲの目標足平位置／姿勢を決定し、さらにそのロボットＲの目標足平位置／姿勢に対応させてマスター目標足平位置／姿勢を決定するようにしたが、これと逆に、マスター装置Ｍ側のオペレータの足平部の目標並進速度及び目標回転速度を前記の偏差から決定しつつ、それらの速度からマスター目標足平位置／姿勢を決定し、さらにそのマスター目標足平位置／姿勢に対応させてロボットＲの目標足平位置／姿勢を決定するようにしてもよい。あるいは、前記偏差から、ロボットＲの足平部７とオペレータの足平部との両者の目標並進速度及び目標回転速度を決定しつつ、それらの速度から各別にロボットＲの目標足平位置／姿勢及びマスター目標足平位置／姿勢を決定するようにしてもよい。
【００６８】
このような脚バイラテラル主制御部４７の処理と並行して、マスター側制御ユニット４０のマスター脚主制御部４８と、ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部５０とは、それぞれ図６及び図７のフローチャートに示す処理を前記制御サイクルで行う。
【００６９】
すなわち、図６を参照して、マスター脚主制御部４８は、まず、前記足平架台２８に備えた６軸力センサ２９によるマスター側足平作用力の検出値を前記マスター側上体座標系での値に変換する（ＳＴＥＰ６−１）。この場合、脚バイラテラル主制御部４７から与えられるマスター側上体座標系での現在のマスター目標足平位置／姿勢から６軸力センサ２９のマスター側上体座標系での位置／姿勢を求め、これを用いて６軸力センサ２９によるマスター側足平作用力の検出値（６軸力センサ２９に対して固定的な座標系での検出値）をマスター上体座標系に変換する。尚、６軸力センサ２９のマスター側上体座標系での位置／姿勢を求めるに際しては、前記アクチュエータ変位検出器３０ｘによる各マスター足平用アクチュエータ３０の変位検出値と、前記アクチュエータ変位検出器２３ｘによる各マスター上体用アクチュエータ３０の変位検出値もしくは目標マスター上体位置／姿勢決定部４４により後述の如く決定される目標マスター上体位置／姿勢とを用いて６軸力センサ２９のマスター側上体座標系での位置／姿勢を求めるようにしてもよい。
【００７０】
次いで、マスター脚主制御部４８は、脚バイラテラル主制御部４７から与えられたマスター側上体座標系での今回のマスター目標足平位置／姿勢と目標マスター上体位置／姿勢決定部４４により後述の如く決定される目標マスター上体位置／姿勢とから各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位を算出する（ＳＴＥＰ６−２）。この場合、マスター装置Ｍ側での足平位置／姿勢を上体位置／姿勢の変化に追従させるため、マスター側上体座標系での今回のマスター目標足平位置／姿勢に、目標マスター上体位置／姿勢の前回の制御サイクルからの変化分を加味することで、各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位を算出する。尚、目標マスター上体位置／姿勢の代わりに、前記アクチュエータ変位検出器２３ｘによる各マスター上体用アクチュエータ３０の変位検出値を用いてもよい。
【００７１】
さらに、マスター脚主制御部４８は、ＳＴＥＰ６−１で求めたマスター側上体座標系でのマスター側足平作用力の検出値を脚バイラテラル主制御部４７に出力すると共に、ＳＴＥＰ６−２で求めた各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位をマスター足平用アクチュエータ変位制御部４９に出力した後（ＳＴＥＰ６−３）、今回の処理を終了する。
【００７２】
尚、マスター脚主制御部４８から各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位が与えられたマスター足平用アクチュエータ変位制御部４９は、前述の如く、マスター足平用アクチュエータ３０の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００７３】
また、図７を参照して、ロボット脚主制御部５０は、まず、前記脚体３の６軸力センサ６によるロボット側足平作用力の検出値を、前記マスター脚主制御部４８と同様の手法で、前記ロボット側上体座標系での値に変換する（ＳＴＥＰ７−１）。
【００７４】
次いで、ロボット脚主制御部５０は、脚バイラテラル主制御部４７から通信装置４１を介して与えられたロボット側上体座標系でのロボットＲの今回の目標足平位置／姿勢から前記各脚用アクチュエータ５の目標変位を算出する（ＳＴＥＰ７−２）。尚、この場合、ロボットＲの脚体３はロボットＲの上体（胴体２）に連結されているため、各脚用アクチュエータ５の目標変位は、ロボットＲの今回の目標足平位置／姿勢だけで定まる。
【００７５】
そして、ロボット脚主制御部５０は、ＳＴＥＰ７−１で求めたロボット側上体座標系でのロボット側足平作用力の検出値を脚バイラテラル主制御部４７に出力すると共に、ＳＴＥＰ７−２で求めた各脚用アクチュエータ５の目標変位をロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１に出力した後（ＳＴＥＰ７−３）、今回の処理を終了する。
【００７６】
尚、ロボット脚主制御部５０から各脚用アクチュエータ５の目標変位が与えられたロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１は、前述の如く、脚用アクチュエータ５の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００７７】
また、前記マスター脚主制御部４８による前記ＳＴＥＰ６−１及びＳＴＥＰ６−２の処理はその順番を逆にしてもよく、同様に、ロボット脚主制御部５０による前記ＳＴＥＰ７−１及びＳＴＥＰ７−２の処理もその順番を逆にしてもよい。
【００７８】
一方、マスター側制御ユニット４０の目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、図８のフローチャートで示す処理を前記制御サイクルで行う。
【００７９】
すなわち、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、まず、ロボットＲの傾斜検出器１２から通信装置４１を介して与えられるロボットＲの上体傾斜角（前後、左右方向の傾斜角）から目標マスター上体姿勢（マスター装置Ｍの背もたれ部１９（オペレータの胴体）の前後、左右方向の目標傾斜角）を決定する（ＳＴＥＰ８−１）。この場合、ロボットＲの上体傾斜角にオペレータに合わせた所定の帰還率を乗算することで目標マスター上体姿勢を決定する。尚、該目標マスター上体姿勢を決定するに際しては、上述のようにロボットＲの上体傾斜角に比例させて目標マスター上体姿勢を決定することが基本的には好ましいが、さらに、これに所定のオフセット値（ロボットＲの上体傾斜角が「０」である場合のマスター装置Ｍの背もたれ部１９の傾斜角）を加算して目標マスター上体姿勢を決定するようにしてもよい。さらには、ロボットＲの傾斜検出器１２から与えられるロボットＲの上体加速度に応じた値を加味して目標マスター上体姿勢を決定するようにしてもよい。
【００８０】
次いで、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、目標マスター上体速度（マスター装置Ｍの背もたれ部１９の速度）を傾斜検出器１２から与えられたロボットＲの上体加速度と脚バイラテラル主制御部４７から与えられたマスター側上体座標系でのマスター目標足平位置姿勢とに基づき決定する（ＳＴＥＰ８−２）。この場合、目標マスター上体速度は、例えば次式（１）の演算により算出する。
【００８１】
ここで、Δｔは制御サイクルの周期、ＫはロボットＲの上体加速度に応じた背もたれ部１９の加速度（オペレータの上体加速度）を規定する所定の帰還率である。また、「マスター上体収束目標位置」は、ロボットＲの上体加速度が大きい場合に、マスター装置Ｍの背もたれ部１９等が慣性力により前記マスター上体用アクチュエータ２３の可動範囲を超えてしまうような事態を防止するために、マスター装置Ｍでの足平位置／姿勢との兼ね合いで背もたれ部１９の可動限界を規制すべく定めたオペレータの上体（背もたれ部１９）の収束目標位置であり、前記脚バイラテラル主制御部４７から与えられるマスター目標上体足平位置／姿勢に応じて決定される。そして、この「マスター上体収束目標位置」を含む式（１）の大括弧内の第２項が背もたれ部１９の位置を該マスター上体収束目標位置に戻す復元力を担う効果をもつものであり、この大括弧内の第２項に含まれる「Ｋf 」が上記復元力の程度を規定する所定のゲイン値である。
【００８２】
このような式（１）により目標マスター上体速度を算出することで、前記マスター上体用アクチュエータ２３の可動範囲を超えないようにしつつ、ロボットＲの上体加速度に応じた速度変化で背もたれ部１９の速度が変化するように今回の制御サイクルにおける目標マスター上体速度が決定される。
【００８３】
次いで、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、上記のように決定した目標マスター上体速度と、前回の制御サイクルにおける目標マスター上体位置とから今回の目標マスター上体位置を決定する（ＳＴＥＰ８−３）。この場合、前記目標マスター上体速度から制御サイクル分の時間内での背もたれ部１９の位置の変化量（変化の方向を含む）を求め、これを前回の目標マスター上体位置に加えることで、今回の目標マスター上体位置を求める。
【００８４】
さらに、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、ＳＴＥＰ８−１で決定した目標マスター上体姿勢とＳＴＥＰ８−３で決定した目標マスター上体位置とを前記目標アクチュエータ変位算出部４５及びマスター脚主制御部４８に出力した後（ＳＴＥＰ８−４）、今回の処理を終了する。
【００８５】
尚、前記ＳＴＥＰ８−１の処理と、ＳＴＥＰ８−２及び８ー３の処理とは、その順番を逆にしてもよい。
【００８６】
また、前記目標アクチュエータ変位算出部４５は、与えられた目標マスター上体位置／姿勢から前記マスター上体用アクチュエータ２３の目標変位を算出して、これをマスター上体用アクチュエータ変位制御部４６に指示し、このとき、該マスター上体用アクチュエータ変位制御部４６は、前述の如く、各マスタ上体用アクチュエータ２３の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００８７】
尚、詳細な説明は省略するが、本システムでは、ロボットＲの腕体４は、オペレータによる前記マスター腕機構３２の操作によって、ロボットＲの脚体３と同様に、ロボットＲとオペレータとの手首部分等への作用力が互いに対応するようにバイラテラルマスタースレーブ方式によって制御される。但し、この場合、ロボットＲの腕体４の制御は、対称型バイラテラルマスタースレーブ方式によって行うようにしてもよく、さらには、ジョイスティック等を用いたリモコン装置によってロボットＲの腕体４の制御を行うようにしてもよい。
【００８８】
以上説明した制御処理によって、例えばロボットＲの直立停止状態（このときマスタ装置Ｍの足平架台２８に載せたオペレータの足平部はロボットＲの足平部７の位置／姿勢に対応した位置／姿勢となっている）において、マスター側足平作用力の検出値とロボット側足平作用力の検出値とが所要の対応関係にある（本実施形態では比例関係）にあるときには、前記脚バイラテラル主制御部４７により前記ＳＴＥＰ５−１で決定されるロボットＲの足平部７の前記目標並進速度及び目標回転速度が「０」となるため、ロボットＲの目標足平位置／姿勢とマスター目標足平位置／姿勢とは現状のままに維持される。そして、ロボットＲの目標足平位置／姿勢に基づき、ロボット脚主制御部５０及びロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１による前述の制御処理を行うと共に、マスター目標足平位置／姿勢に基づき、マスター脚主制御部４８及びマスター足平用アクチュエータ変位制御部４９による前述の制御処理を行うことで、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力との所要の対応関係が維持される。
【００８９】
また、例えば上記の状態からロボットＲの歩行を行わしめようとするときには、オペレータは、ロボットＲに行わせようとする歩行形態で、各足平架台２８に載せて固定した自身の足平を動かす。すなわち、オペレータは踏み込み側の足平を持ち上げ、次いで、該足平を着床を行おうとする位置及び姿勢に向かって下降させる動作を各脚について繰り返す。
【００９０】
このとき、オペレータがロボットＲの歩行を行わしめるべく、踏み込み側の自身の足平部を持ち上げて動かすと、その足平部の動き方向でオペレータの足平部が前記足平支持機構１５の足平架台２８から受けるマスター側足平作用力の検出値が変化して、ロボットＲの足平作用力との所要の対応関係がくずれるため、前述の如く脚バイラテラル主制御部４７によりロボットＲの足平部７の前記目標並進速度及び目標回転速度を決定することで、該目標並進速度及び目標回転速度は、ロボットＲの足平部７がオペレータの足平部の動作に追従した動作を行うように決定される。従って、この目標並進速度及び目標回転速度で、前述の如く、ロボットＲの目標足平位置／姿勢を変化させ、さらにこれに対応させてマスター目標足平位置／姿勢を決定することで、オペレータの踏み込み側の足平部と、これに対応したロボットＲの踏み込み側の足平部７とが同じような形態で動く。
【００９１】
そして、ロボットＲの踏み込み側の足平部７が着床すると、該足平部７が床から受けるロボット側足平作用力の検出値が、オペレータの足平部が足平架台２８から受けるマスター側足平作用力の検出値に対して急増することで、ロボットＲの目標並進速度や目標回転速度がロボットＲの目標足平位置／姿勢の変化を抑制する方向に決定され、これに伴いマスター目標足平位置／姿勢もその変化が抑制されるように決定される。従って、オペレータの足平部を載せた足平架台２８の動きが抑制されて、マスター側足平作用力が、ロボット側足平作用力に対応するように増加し、これによりオペレータはロボットＲと同じような着床感覚を認識する。
【００９２】
このようにして、ロボットＲの足平部７とオペレータの足平部とは、互いに同じような足平作用力を受けるようにして、同じような形態で動くこととなる。
【００９３】
また、上記のような作動に際して、ロボットＲの上体が外力等により傾くと、前記マスター側上体制御部４２の前述のような制御処理によって、オペレータの胴体を固定したマスター装置Ｍの背もたれ部１９がロボットＲの上体と同じように傾く。また、このとき、ロボットＲの上体の傾き側でロボットＲの足平部７の足平作用力の検出値が増加するため、それに対応するようにして、マスター側足平作用力がオペレータの上体の傾き側に増加するようにマスター目標足平位置／姿勢が決定される。
【００９４】
このため、オペレータは、その足平部が受けるマスター側足平作用力の変化と、ロボットＲの上体の傾きに応じたオペレータ自身の上体の傾きとによって、ロボットＲの不安定さを認識し、これに応じて自身の上体の傾き側の足平部に荷重を加えるように踏ん張る処置を採る。そして、オペレータがこのような処置を採ると、これに呼応してロボットＲの脚体３がロボットＲの上体の傾き側に踏ん張るように動作し、これによりロボットＲの安定性が保たれる。
【００９５】
このように本実施形態のシステムによれば、マスター装置Ｍ側のオペレータが受けるマスター側足平作用力と、ロボットＲが受けるロボット側足平作用力とが互いに対応関係になるようにマスター目標足平位置／姿勢及びロボットＲの目標足平位置／姿勢を決定してやることで、オペレータは、自身が受ける足平作用力によって、ロボットＲの安定性や不安定さを的確に認識しつつ、ロボットＲの安定性を保つようにロボットＲを操縦することができる。
【００９６】
そして、この場合、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力とをそれぞれ検出して前述の制御を行うことで、マスター装置Ｍの各マスター足平用アクチュエータ３０やロボットＲの各脚用アクチュエータ５等の慣性力や摩擦力の影響を排除することができ、オペレータはロボットＲが受けるロボット側足平作用力を、これに対応したマスター側足平作用力によって確実に認識することができる。
【００９７】
また、ロボットＲの上体が外力等により傾くと、それに呼応するようにしてオペレータの上体も傾くので、オペレータはロボットＲと一体感をもって、ロボットＲの安定性や不安定さをより的確に認識しつつ、ロボットＲの適切な操縦をすることができる。
【００９８】
さらに、マスター装置Ｍの上体支持機構１４によりオペレータの上体を支持した状態で、オペレータの足平位置／姿勢とロボットＲの足平位置／姿勢との所要の対応関係を保ちつつ、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力とが所要の対応関係になるようにオペレータの上体に対する相対的なマスター目標足平位置／姿勢と、ロボットＲの上体に対する相対的な目標足平位置／姿勢を決定するようにしているので、ロボットＲを種々様々の床形状の環境下で操縦することができる。例えば、ロボットＲに階段を昇らせる場合には、オペレータはあたかも下りのエスカレータをその速さと同じ速さで昇り側に歩行するようにして、足平架台２８に支持した足平部を動かせばよい。
【００９９】
次に、本発明の第２の実施形態を図９及び図１０並びに、前記図１、図３、図４を参照して説明する。尚、本実施形態の説明に際して、前記第１の実施形態と同一構成部分もしくは同一機能部分については該第１の実施形態と同一の参照符号を用いて適宜説明を省略する。
【０１００】
本実施形態のシステムでは、ロボットＲは第１の実施形態と同一構成である（図１参照）。そして、マスター装置Ｍは、図９に示すような構成となっている。すなわち、このマスター装置Ｍは、前記第１の実施形態と同一構成の上体支持機構１４及びマスター腕機構３２を備える一方、第１の実施形態と異なる構成の足平支持機構５５を具備している。
【０１０１】
この足平支持機構５５は、上体支持機構１４の背もたれ部１９の下端部の両側部からそれぞれ３軸回転機構５６を介して下方に延設された一対のリンク機構状のマスター脚機構５７，５７を具備し、この各マスター脚機構５７の下端部に、前記第１の実施形態のものと同様の６軸力センサ２９を内蔵した足平架台２８が２軸回転機構５８を介して取着されている。
【０１０２】
ここで、上記３軸回転機構５６はロボットＲの股関節部分の脚用アクチュエータ５ａ（図１参照）に対応するものであり、三つのアクチュエータ５９ａ，５９ｂ，５９ｃによりそれぞれ前後、左右及び上下方向の三つの軸心６０ａ，６０ｂ，６０ｃ回りに回転動作が行われるようになっている。また、２軸回転機構５８はロボットＲの足首関節部分の脚用アクチュエータ５ｃ（図１参照）に対応するものであり、二つのアクチュエータ５９ｄ，５９ｅによりそれぞれ前後及び左右の軸心６０ｄ，６０ｅ回りに回転動作が行われるようになっている。
【０１０３】
さらに各マスター脚機構５７の中間部６１は関節部となっており、該中間部６１には、ロボットＲの膝関節部分の脚用アクチュエータ５ｂ（図１参照）に対応して左右方向の軸心６０ｆ回りの回転動作を行うアクチュエータ５９ｆが設けられている。
【０１０４】
このようなマスター脚機構５７の構成により、その下端部の足平架台２８は、ロボットＲの足平部７と同様に、前記各アクチュエータ５９ａ〜５９ｆの作動により６自由度の動作が行われる。以下、前記各アクチュエータ５９ａ〜５９ｆを説明の便宜上、第１の実施形態と同様にマスター足平用アクチュエータ３０と総称する。
【０１０５】
以上のように構成された本実施形態のシステムにおけるマスター装置Ｍでは、図示しないオペレータは、ロボットＲの操縦を行う際には、上体を背もたれ部１９に当接させてサドル２１に腰掛けると共に、足平部を足平架台２８に載せる。そして、上体及び足平部を図示しないベルトによりそれぞれ背もたれ部１９及び足平架台２８に固定する。
【０１０６】
尚、本実施形態では、マスター装置Ｍ及びロボットＲの制御システムは第１の実施形態で説明したもの（図３及び図４参照）と基本的には同一である。この場合、図３を参照して、本実施形態では、前記マスター脚主制御部４８には、前記目標マスター上体位置／姿勢決定部４４から目標マスター上体位置／姿勢のデータは与えられず、この点でのみ、第１の実施形態の制御システムと相違し、他のシステム構成は同一である。
【０１０７】
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。
【０１０８】
本実施形態では、前記マスター脚主制御部４８（図３参照）のみの処理が前記第１の実施形態と一部相違しており、該マスター脚主制御部４８は、図１０のフローチャートに示す処理を前記所定の制御サイクルで行う。
【０１０９】
すなわち、マスター脚主制御部４８は、まず、前記第１の実施形態と全く同様に、足平架台２８の６軸力センサ２９による前記マスター側足平作用力の検出値を前記マスター側上体座標系に変換した後（ＳＴＥＰ１０−１）、前記脚バイラテラル主制御部４７から与えられるマスター側上体座標系での今回のマスター目標足平位置／姿勢から前記マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位を算出する（ＳＴＥＰ１０−２）。この場合、この算出に際しては、前記第１の実施形態と異なり、目標マスター上体位置／姿勢は使用しない。すなわち、本実施形態では、オペレータの足平部を支持する足平支持機構５５が上体支持機構１４の背もたれ部１９に連結されているため、背もたれ部１９の位置／姿勢に追従して足平支持機構５５が動く。このため、マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位は、マスター目標足平位置／姿勢のみによって定まり、該マスター目標足平位置／姿勢のみからマスター足平用アクチュエータ３０の目標変位を算出することができる。
【０１１０】
その後は、マスター脚主制御部４８は、前記第１の実施形態と全く同様に、マスター側上体座標系でのマスター側足平作用力の検出値と、マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位とをそれぞれ脚バイラテラル主制御部４７及びマスター足平用アクチュエータ変位制御部４９に出力して（ＳＴＥＰ１０−３）、今回の処理を終了する。
【０１１１】
以上説明したマスター脚主制御部４８の制御処理以外の他の制御処理は前記第１の実施形態と全く同一である（図５、図７、図８参照）。
【０１１２】
このような本実施形態のシステムの作動によって、前記第１の実施形態と同様に、オペレータの足平位置／姿勢とロボットＲの足平位置／姿勢との所要の対応関係を保ちつつ、マスター装置Ｍ側のオペレータが受けるマスター側足平作用力と、ロボットＲが受けるロボット側足平作用力とが互いに対応関係になるようにマスター目標足平位置／姿勢及びロボットＲの目標足平位置／姿勢を決定してやることで、オペレータは、自身が受ける足平作用力によって、ロボットＲの安定性や不安定さを的確に認識しつつ、ロボットＲの安定性を保つようにロボットＲを操縦することができる。
【０１１３】
そして、この場合、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力とをそれぞれ検出して前述の制御を行うことで、マスター装置Ｍの各マスター足平用アクチュエータ３０やロボットＲの各脚用アクチュエータ５等の慣性力や摩擦力の影響を排除することができ、オペレータはロボットＲが受けるロボット側足平作用力を、これに対応したマスター側足平作用力によって確実に認識することができる。
【０１１４】
また、ロボットＲの上体が外力等により傾くと、それに呼応するようにしてオペレータの上体も傾くので、オペレータはロボットＲと一体感をもって、ロボットＲの安定性や不安定さをより的確に認識しつつ、ロボットＲの適切な操縦をすることができる。
【０１１５】
さらに、マスター装置Ｍの上体支持機構１４によりオペレータの上体を支持した状態で、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力とが所要の対応関係になるようにオペレータの上体に対する相対的なマスター目標足平位置／姿勢と、ロボットＲの上体に対する相対的な目標足平位置／姿勢を決定するようにしているので、ロボットＲを種々様々の床形状の環境下で操縦することができる。
【０１１６】
次に本発明の第３の実施形態を図１１を参照して説明する。尚、本実施形態の説明に際して、前記第１又は第２の実施形態と同一構成部分もしくは同一機能部分については該第１の実施形態と同一の参照符号を用いる。
【０１１７】
本実施形態は、前記第１又は第２の実施形態のシステムにおいて、例えばロボットＲ（図１参照）の足首関節部分を前後及び左右方向の軸回りだけでなく、さらに上下方向の軸回りに回動し得るようにした場合等、足平部７の自由度を７自由度以上の自由度に設定した場合に（この場合、ロボットＲの目標足平位置／姿勢だけでは、脚体３の各アクチュエータの動作量が一義的に定まらない）、ロボットＲの足平位置／姿勢とマスター装置Ｍ側の足平位置／姿勢とをロボット側足平作用力及びマスター側足平作用力が互いに所要の対応関係になるように制御する手法を示すものである。
【０１１８】
本実施形態では、脚バイラテラル主制御部４７により、図１１のフローチャートに示す処理を行う。
【０１１９】
すなわち、まず、前記第１又は第２の実施形態と同様に、マスター側上体座標系におけるマスター側足平作用力の検出値とロボット側上体座標系におけるロボット側足平作用力の検出値とからロボット側上体座標系におけるロボットＲの足平部７の目標並進速度及び目標回転速度を決定する（ＳＴＥＰ１１−１）。
【０１２０】
次いで、ロボットＲの脚体３の前回の目標関節変位（各関節に備えた各アクチュエータの目標回転角）から、ロボットＲの上体座標系における目標足平位置／姿勢（足平部７の３軸方向の各位置成分（座標成分）及び各軸回りの回転角成分）の微小摂動量（足平位置／姿勢の微小変化量）に対する脚体３の関節変位の摂動量を表す、所謂疑似ヤコビアン逆行列を求める（ＳＴＥＰ１１−２）。ここで、疑似ヤコビアン逆行列は、足平部７の自由度を例えば７自由度とした場合、７行６列の行列である。
【０１２１】
次いで、ＳＴＥＰ１１−１で求めた目標並進速度及び目標回転速度と、ＳＴＥＰ１１−２で求めた疑似ヤコビアン逆行列とからロボットＲの脚体３の今回の目標関節速度（各関節に備えた各アクチュエータの目標速度）を算出する（ＳＴＥＰ１１−３）。この算出は、目標並進速度の３軸方向の各成分及び目標回転速度の３軸回りの各成分を要素とするベクトルに疑似ヤコビアン逆行列を乗算することにより行われる。
【０１２２】
さらに、ＳＴＥＰ１１−３で求めたロボットＲの脚体３の今回の目標関節速度と脚体３の前回の目標関節変位とから今回の目標関節変位を求める（ＳＴＥＰ１１−４）。すなわち、今回の目標関節速度に制御サイクル分の時間を乗算した値を、前回の目標関節変位に加算することで今回の目標関節変位を求める。
【０１２３】
次いで、ＳＴＥＰ１１−４で求めたロボットＲの脚体３の目標関節変位から所謂キネマティクス演算によって、ロボット側上体座標系におけるロボットＲの足平部７の目標足平位置／姿勢を求め（ＳＴＥＰ１１−５）、さらに、前記第１又は第２の実施形態の場合と同様に、ロボットＲの足平部７の目標足平位置／姿勢に応じてマスター側上体座標系での今回のマスター目標足平位置／姿勢を求める（ＳＴＥＰ１１−６）。
【０１２４】
その後は、前記ＳＴＥＰ１１−４で求めたロボットＲの脚体３の目標関節変位を図示しないメモリに記憶した後（ＳＴＥＰ１１−７）、ＳＴＥＰ１１−４で求めた脚体３の今回の目標関節変位をロボット側制御ユニット１１に出力すると共に、ＳＴＥＰ１１−６で求めたマスター側上体座標系でのマスター目標足平位置／姿勢を前記マスター脚主制御部４８や目標マスター上体位置／姿勢決定部４４に出力し（ＳＴＥＰ１１−８）、今回の処理を終了する。
【０１２５】
尚、この場合、ロボット側制御ユニット１１では、与えられた目標関節変位に従って脚体３の各関節の各アクチュエータを制御する。
【０１２６】
このようにして、ロボットＲの脚体３の目標関節変位を求めると共に、マスター側上体座標系におけるマスター目標足平位置／姿勢を求めて、これらに従ってロボットＲの脚体３の動作とマスター装置Ｍの動作とを行うことで、ロボットＲの脚体３の自由度が７自由度以上の場合でも、前記第１又は第２の実施形態と同様にロボットＲの足平位置／姿勢とマスター装置Ｍ側の足平位置／姿勢とを互いに所要の対応関係に保ちつつ、ロボット側足平作用力及びマスター側足平作用力が互いに所要の対応関係になるように制御する。
【０１２７】
次に、本発明の第４の実施形態を図１２を参照して説明する。尚、本実施形態の説明に際して、前記第１又第２の実施形態と同一構成部分もしくは同一機能部分については該第１の実施形態と同一の参照符号を用いる。
【０１２８】
前述の各実施形態では、ロボットＲの足平作用力が変化すると、それが通信装置４１を介してマスター側制御ユニット４０に送信されて、該マスター側制御ユニット４０でロボットＲの目標足平位置／姿勢が変更され、それを通信装置４１を介してロボット側制御ユニット１１に送信して、ロボットＲの足平位置／姿勢を制御している。このため、上記の通信による遅れによって、例えばロボットＲの歩行時にその足平部７が着床してから床になじむまでに応答遅れを生じやすい。
【０１２９】
そこで、本実施形態は、ロボット側制御ユニット１１で所謂コンプライアンス制御を行うことで、ロボットＲがある程度自律的に自身の足平作用力がマスター側足平作用力と所要の対応関係になるようにしたものである。
【０１３０】
本実施形態ではロボット側制御ユニット１１に、マスター側制御ユニット４０で求めるマスター側上体座標系におけるマスター側足平作用力の検出値を逐次送信するようにしておき、ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部５０において図１２のフローチャートに示す処理を行う。
【０１３１】
すなわち、まず、ロボットＲの脚体３の６軸力センサ６によるロボット側足平作用力の検出値をロボット側上体座標系に変換する（ＳＴＥＰ１２−１）。次いで、前述の各実施形態でロボットＲの足平部７の目標並進速度及び目標回転速度を求めた場合に使用した偏差（ここでは力制御偏差と称する）をマスター側制御ユニット４０から与えられる前記マスター側上体座標系におけるマスター側足平作用力の検出値とＳＴＥＰ１２−１で求めたロボット側上体座標系におけるロボット側足平作用力の検出値とから求める（ＳＴＥＰ１２−２）。すなわち、該力制御偏差は、次式（２）により求める。
【０１３２】
次いで、この力制御偏差をフィルタ（図示せず）によりなまらせた値にコンプライアンス制御におけるコンプライアンス定数を乗算することにより、ロボット側足平位置／姿勢の変更量を求める（ＳＴＥＰ１２−３）。詳しくは、力制御偏差をフィルタ（図示せず）によりなまらせた値の力成分及びモーメント成分にコンプライアンス定数を乗算することでそれぞれ足平部７の目標並進速度及び目標回転速度を決定し、その目標並進速度及び目標回転速度に制御サイクル分の時間を乗算することで、ロボットＲの足平位置／姿勢の目標変更量を求める。
【０１３３】
次いで、マスター側制御ユニット４０から与えられるロボット側上体座標系におけるロボットＲの今回の目標足平位置／姿勢にＳＴＥＰ１２−３で求めた目標変更量を加算することでロボットＲの目標足平位置／姿勢を修正し（ＳＴＥＰ１２−４）、その修正した目標足平位置／姿勢からロボットＲの脚用アクチュエータ５の目標変位を算出する（ＳＴＥＰ１２−５）。そして、算出した脚用アクチュエータ５の目標変位をロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１に出力すると共に、前記ＳＴＥＰ１２−１で求めたロボット側上体座標系でのロボット側足平作用力の検出値をマスター側制御ユニット４０に出力して（ＳＴＥＰ１２−６）、今回の処理を終了する。
【０１３４】
尚、ロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１は与えられた目標変位に従って脚用アクチュエータ５をフィードバック制御する。
【０１３５】
このような制御により、本実施形態では、ロボット側足平作用力が、ロボットＲ自身の制御ユニット１１によりマスター側足平作用力／力帰還率を目標値としてコンプライアンス制御されるので、ロボット側足平作用力とマスター側足平作用力との所要の対応関係への制御をより的確に行うことができる。
【０１３６】
尚、ロボットＲの足平部７の自由度を７自由度以上とした場合には、上記のようなコンプライアンス制御を前記第３の実施形態で説明したヤコビアンを用いる手法と併用してもよい。
【０１３７】
以上説明した各実施形態では、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力とをそれぞれ６軸力センサ２９及び６により検出するようにしたが、例えば前記足平支持機構１５に備えた各マスター足平用アクチュエータ３０と、ロボットＲの各脚用アクチュエータ５との駆動力を検出するセンサを設けて、それらの駆動力によりマスター側足平作用力やロボット側足平作用力を検出するようにしてもよい。あるいはマスター装置Ｍの足平架台２８やロボットＲの足平部７の足底に圧力センサをマトリクス状に配置して、それらの圧力センサの出力によりマスター側足平作用力やロボット側足平作用力を検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における脚式移動ロボットの模式的側面図。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるマスター装置の斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態における制御システムの構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第１の実施形態における制御システムの構成を示すブロック図。
【図５】図３の制御システムの作動を説明するためのフローチャート。
【図６】図３の制御システムの作動を説明するためのフローチャート。
【図７】図４の制御システムの作動を説明するためのフローチャート。
【図８】図３の制御システムの作動を説明するためのフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるマスター装置の斜視図。
【図１０】本発明の第２の実施形態を説明するためのフローチャート。
【図１１】本発明の第３の実施形態を説明するためのフローチャート。
【図１２】本発明の第４の実施形態を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
Ｒ…ロボット、Ｍ…マスター装置、５…脚部駆動装置、７…ロボットの足平部、１２…姿勢傾斜状態検出手段、１４…上体支持機構、１５，５５…足平支持機構、６，２９…足平作用力検出手段、２３（２３ａ〜２３ｆ）…上体支持機構駆動装置、２８…足平架台、３０（３０ａ〜３０ｆ，５９ａ〜５９ｆ）…足平支持機構駆動装置、４２…マスター側上体位置姿勢制御手段、５２…足平位置姿勢制御手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、脚式移動ロボットの遠隔制御システムに関し、詳しくはマスタースレーブ方式での遠隔制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のシステムとしては、例えば特開平８−２１６０６６号公報に開示されているように、ロボットと同一の関節構成を備えた全身装着型のマスター装置をオペレータが装着し、オペレータによるマスター装置の各関節動作に合わせてロボットの各関節動作を行わしめると同時に、ロボットの各関節動作に合わせてマスター装置の各関節動作を行わしめ、所謂対称型バイラテラルマスタースレーブ方式によって、マスター装置とロボットとが同じような姿勢で同じような動作を行うようにしたものが知られている。すなわち、この方式は、マスター装置の各関節の動作角及び駆動トルクと、ロボットの各関節の動作角及び駆動トルクとが互いに比例関係になるように制御するものである。
【０００３】
一方、このようなシステムによって、ロボットの操縦を行う場合、オペレータは自己の動作によって、ロボットの転倒等を防止しつつ該ロボットの安定な動作を行わしめる必要があるが、このためには、オペレータがロボットの安定性あるいは不安定さを自己の安定性あるいは不安定さとして的確に認識して、ロボットの安定性を保つような動作を的確に行うことができることが望まれる。そして、このような要望を満たすためには、特に、ロボットの操縦時にロボットの足平部とオペレータの足平部とが互いに同じように作用力を受けることができるようにすることが好ましいと考えられる。
【０００４】
すなわち、本願発明者等の知見によれば、人間が歩行時等に自己の安定性あるいは不安定さを認識して、自己の安定性を保つために特に意識するのは、自己の脚等の関節の曲がり具合や関節に作用する力の感覚よりも、むしろ自己の足平に床から受ける作用力の感覚（足平のどの部分に最も力を受けているか等の感覚）であると考えられる。
【０００５】
例えば自己の上体が何らかの外力により傾いた場合には、その傾き側の足平の部位に受ける作用力が大きくなることで自己の不安定さを認識し、その足平の部位に受ける作用力をさらに強くするように意識を集中することで自己の安定性を保つ。
【０００６】
また、例えば歩行時に突起物を踏んだ場合には、足平が受ける作用力が突起物との接触部位に集中することで、該突起物の存在を認識し、その突起物による自己の不安定さを解消し得る足平の部位に強い作用力を受けるように意識を集中する。
【０００７】
従って、前述のようなロボットの操縦を行う場合にオペレータがロボットの安定性を保つような動作を的確に行うことができるようにするためには、ロボットの操縦時にロボットの足平部とオペレータの足平部とが互いに同じように作用力を受けることができるようにすることが好ましいと考えられる。
【０００８】
しかるに、前記特開平８−２１６０６６号公報に開示されているような対称型バイラテラルマスタースレーブ方式のものでは、単に、マスター装置の各関節の動作角及び駆動トルクと、ロボットの各関節の動作角及び駆動トルクとが互いに比例関係になるように制御するものに過ぎないため、ロボットとマスター装置との各関節を駆動する際のアクチュエータの慣性力や摩擦力、さらにはロボットとマスター装置との各関節間のリンク機構の慣性力までもオペレータに伝わってしまうため、オペレータにロボットの足平が受ける作用力と同じような作用力感覚を与え、また、オペレータが意図した足平への作用力と同じような作用力をロボットの足平に与えるようにすることは困難なものとなっていた。
【０００９】
また、オペレータの胴体を支持する機構を持たない全身装着型の対称型バイラテラルマスタースレーブ方式のものでは、ロボットを種々様々の床形状の環境下で動作させることが困難であるという不都合もあった。すなわち、例えばロボットに階段を昇降させる場合には、マスター装置を装着したオペレータも階段の昇降を行わなければならず、このためには、マスター装置側にロボットの動作環境と同じような階段を設けなければならない。しかしながら、このようにマスター装置側に、ロボット側と同じような床形状の環境設備を備えることは、ロボットを種々様々の床形状の環境下で動作させようとした場合に、膨大な設備投資とスペースを要することとなり、このため、ロボットを種々様々の床形状の環境下で動作させることが困難なものとなっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる不都合を解消し、オペレータの足平部の上体に対する位置及び／又は姿勢とロボットの足平部の上体に対する位置及び／又は姿勢とを所要の関係に保ちつつ、ロボットの足平部とオペレータの足平部とが互いに同じように作用力を受けることができ、ひいてはオペレータがロボットの安定性を保つための操縦を的確に行うことができ、さらにはロボットを種々様々の床形状の環境下で動作させることができる脚式移動ロボットの遠隔制御システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の脚式移動ロボットの遠隔制御システムはかかる目的を達成するために、脚式移動ロボットをマスタースレーブ方式で操縦するためのマスター装置を備えた脚式移動ロボットの遠隔制御システムにおいて、前記マスター装置に、少なくともオペレータの足平部を載せて該足平部が固定される足平架台を有し、該足平架台に固定された足平部を該足平架台と共に可動に支持する足平支持機構と、該足平支持機構を駆動する足平支持機構駆動装置と、前記オペレータの上体を支持する上体支持機構と、前記足平支持機構に支持された前記オペレータの足平部への前記足平架台からの作用力を検出するマスター側足平作用力検出手段とを設けると共に、前記脚式移動ロボットに、該ロボットの足平部への床からの作用力を検出するロボット側足平作用力検出手段を設け、前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボットの足平部への作用力とが互いに所要の対応関係になるように前記マスター側足平作用力検出手段及びロボット側足平作用力検出手段によりそれぞれ検出された作用力に基づき、前記オペレータの上体に対する足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方と、前記ロボットの上体に対する足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方とを決定し、その決定した目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に従って前記足平支持機構を前記足平支持機構駆動装置を介して制御すると共に、前記ロボットに備えた脚部駆動装置を制御する足平位置姿勢制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、前記脚式移動ロボットの操縦の際には、上体と足平をそれぞれ前記上体支持機構及び足平支持機構に支持したオペレータの足平部への前記足平架台からの作用力と、ロボットの足平部への床からの作用力とがそれぞれ前記マスター側足平作用力検出手段及びロボット側足平作用力検出手段により検出される。そして、それぞれの作用力が互いに対応するように、それぞれの検出値に基づき、前記足平位置姿勢制御手段によって、オペレータとロボットとの両者の上体に対する足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方が決定され、この目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に従って、マスター装置の足平支持機構とロボットの足平部とがそれぞれ足平支持機構駆動装置及び脚部駆動装置を介して駆動・制御されるので、オペレータとロボットとは互いに同じような作用力を足平部に受けるように制御される。
【００１３】
また、オペレータとロボットとの両者の上体に対する足平部の相対的な目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方も互いに対応するように決定されるので、ロボットの動作環境下の床形状がオペレータの上体に対する足平部の相対的な位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方として反映される。
【００１４】
従って、本発明の脚式移動ロボットの遠隔制御システムによれば、ロボットの足平部とオペレータの足平部とが互いに上体に対して同じような位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方になりながら、同じような作用力を受けることができ、ひいてはオペレータがロボットの安定性を保つための操縦を的確に行うことができ、さらには、ロボットを種々様々の床形状の環境下で動作させることができる。
【００１５】
かかる本発明では、前記上体支持機構を前記オペレータの上体と共に可動に設けると共に、前記マスター装置に、該上体支持機構を駆動する上体支持機構駆動装置を設け、前記脚式移動ロボットに、該ロボットの上体の姿勢傾斜状態を検出する姿勢傾斜状態検出手段を設け、前記ロボットの上体の姿勢傾斜状態に応じた前記オペレータの上体の姿勢傾斜状態が得られるように前記姿勢傾斜状態検出手段により検出されたロボットの上体の姿勢傾斜状態に基づき、前記上体支持機構に支持された前記オペレータの上体の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定し、その決定した目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に従って前記上体支持機構を前記上体支持機構駆動装置を介して制御するマスター側上体位置姿勢制御手段を備えることが好ましい。
【００１６】
これによれば、ロボットの上体の姿勢傾斜状態が前記姿勢傾斜状態検出手段により検出され、これに応じたオペレータの上体の姿勢傾斜状態が得られるように、前記マスター側上体位置姿勢制御手段によって、オペレータの上体の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方が決定され、この目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に従って、マスター装置の上体支持機構が前記上体支持機構駆動装置を介して駆動・制御されるので、オペレータの上体の姿勢傾斜状態は、ロボットと同じような姿勢傾斜状態に制御される。このため、オペレータは、ロボットと同じような姿勢傾斜状態で、ロボットと同じような足平部への作用力を受けることとなって、ロボットと一体感をもってロボットの安定性や不安定さをより的確に認識しつつ、ロボットの安定性を保つように自己の足平部の姿勢や位置を調整することができ、ロボットの安定性を保つための操縦をより確実に行うことができる。
【００１７】
また、本発明では、前記足平位置姿勢制御手段は、より具体的には、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記ロボットの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方を決定しつつ、該並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づき該ロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定し、その決定したロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に対応した前記オペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定する。
【００１８】
あるいは、前記足平位置姿勢制御手段は、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記オペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方を決定しつつ、該並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づき該オペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定し、その決定したオペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に対応した前記ロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定する。
【００１９】
あるいは、前記足平位置姿勢制御手段は、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記ロボットの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方と前記オペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方とを決定しつつ、該ロボットの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方とオペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方とに基づきそれぞれ該ロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方と該オペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定する。
【００２０】
このように前記各足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボットの足平部への作用力との相互の所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記ロボットやオペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方を決定しつつ、その並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づきロボットやオペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定することで、オペレータ及びロボットの両者の足平部への作用力と足平部の位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方とを互いに対応させる制御を的確に行うことができる。
【００２１】
さらに本発明では、より好ましくは、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて、両作用力が該所要の対応関係になるようにコンプライアンス制御により前記ロボットの足平部の位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を修正する手段を前記ロボットに備える。
【００２２】
このようにオペレータの足平部とロボットの足平部とへの両作用力が所要の対応関係になるようにコンプライアンス制御によって、ロボットの足平部の位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を修正する手段をロボットに備えることで、ロボットはある程度自律的に自身の足平部への作用力がオペレータの足平部への作用力と対応するように自身の足平部の位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を制御することとなり、オペレータ及びロボットの両者の足平部への作用力を互いに対応させる制御をより迅速に的確に行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態を図１乃至図８を参照して説明する。
【００２４】
まず、図１及び図２はそれぞれ本実施形態のシステムにおけるロボットと、このロボットをスレーブとするマスター装置とを示している。
【００２５】
図１を参照して、本実施形態でのロボットＲは二足歩行型の脚式移動ロボットであり、頭部１を上端部に支持する胴体２下部から一対の脚体３（図では便宜上、一本の脚体３のみを示す）が下方に延設され、また、胴体２上部の左右両側部から一対の腕体４（図では便宜上、一本の腕体４のみを示す）が延設されている。
【００２６】
各脚体３は、その胴体２との連結箇所（股関節部分）と膝関節部分と足首関節部分とにそれぞれ股関節アクチュエータ５ａ、膝関節アクチュエータ５ｂ及び足首関節アクチュエータ５ｃを備え、さらに、足首関節アクチュエータ５ｃの下側には、６軸力センサ６（ロボット側足平作用力検出手段）を介して脚体３の接地部分である足平部７が取着されている。この場合、本実施形態では、股関節アクチュエータ５ａはロボットＲの前後、左右及び上下方向の３軸回りの回転動作、膝関節アクチュエータ５ｂは、ロボットＲの左右方向の１軸回りの回転動作、足首関節アクチュエータ５ｃはロボットＲの前後及び左右方向の２軸回りの回転動作を行うものであり、これらの各アクチュエータ５ａ〜５ｃを駆動することで、足平部７の６自由度の動作を行うことができるようになっている。尚、前記６軸力センサ６は、足平部７が床から受ける作用力の前後、左右及び上下の３軸方向の各力成分及び各モーメント成分を検出するものである。また、各アクチュエータ５ａ〜５ｃは、本発明の構成に対応して脚部駆動装置を構成するものである。
【００２７】
同様に、各腕体４は、胴体２との連結箇所（型関節部分）と肘関節部分と手首関節部分とにそれぞれ肩関節アクチュエータ８ａ、肘関節アクチュエータ８ｂ及び手首関節アクチュエータ８ｃを備え、該手首関節アクチュエータ８ｃに６軸力センサ９を介してハンド１０が取着されている。この場合、肩関節アクチュエータ８ａは３軸回りの回転動作、肘関節アクチュエータ８ｂは１軸回りの回転動作、手首関節アクチュエータ８ｃは３軸回りの回転動作を行うものである。
【００２８】
また、胴体２には、前述の各アクチュエータ５ａ〜５ｃ及び８ａ〜８ｃを駆動・制御する制御ユニット１１や、ロボットＲの上体（胴体２）の姿勢傾斜状態を検出する傾斜検出器１２（姿勢傾斜状態検出手段）が備えられている（これらの詳細は後述する）。さらに、各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃの箇所にはそれらの変位（各軸回りの回転角）を検出するアクチュエータ変位検出器１３ａ〜１３ｃが備えられ、同様に、各腕体４の各アクチュエータ８ａ〜８ｃの箇所にもアクチュエータ変位検出器（図示を省略する）が備えられている。以下、各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃを脚用アクチュエータ５と総称し、また、これらに対応する各アクチュエータ変位検出器１３ａ〜１３ｃをアクチュエータ変位検出器１３と総称する。
【００２９】
図２を参照して、マスター装置Ｍは、図示しないオペレータの上体（胴体）を可動に支持する上体支持機構１４と、オペレータの足平部を可動に支持する足平支持機構１５とを具備する。
【００３０】
上体支持機構１４は、ロボットＲの操縦に際して後述の制御によりロボットＲの上体の姿勢傾斜状態と同様の姿勢傾斜状態をオペレータの上体に与えるためのものであり、固定基台１６上から延設されたリンクアーム１７と、このリンクアーム１７の先端部に３軸回転機構１８を介して取着された背もたれ部１９と、背もたれ部１９の下端部から下方に延設された支柱２０の下端部に取着されたサドル２１とにより構成されている。ここで、サドル２１はオペレータが腰かけるものであり、背もたれ部１９はサドル２１に腰かけたオペレータがその背中を当接させるものである。尚、オペレータの胴体は背もたれ部１９に図示しないベルトにより固定し得るようにされている。
【００３１】
そして、リンクアーム１７は、三つの関節部２２ａ，２２ｂ，２２ｃを具備し、それらの各関節部２２ａ〜２２ｃに設けられたアクチュエータ２３ａ〜２３ｃにより、それぞれ回転軸心２４ａ〜２４ｃ（図示の状態では回転軸心２４ａは上下方向、回転軸心２４ｂ，２４ｃは左右方向）の回りの回転動作が行われるようになっている。
【００３２】
また、このリンクアーム１７の先端部に背もたれ部１９を支持せしめる３軸回転機構１８は、三つのアクチュエータ２３ｄ，２３ｅ，２３ｆを備え、これらのアクチュエータ２３ｄ〜２３ｆにより、それぞれ回転軸心２４ｄ〜２４ｆ（図示の状態では回転軸心２４ｄ〜２４ｆはそれぞれ上下、左右及び前後方向）の回りの回転動作が行われるようになっている。
【００３３】
このような上体支持機構１４の構成により、オペレータがサドル２１に腰かけて背中を背もたれ部１９に当接させ、さらに図示しないベルトによりオペレータの胴体を背もたれ部１９に固定することで、該オペレータの上体が支持される。そして、このとき、前記各アクチュエータ２３ａ〜２３ｆ（以下、これらのアクチュエータ２３ａ〜２３ｆをマスター上体用アクチュエータ２３と総称する）を動作させることでオペレータの上体が任意の位置／姿勢に背もたれ部１９及びサドル２１と共に可動とされる。なお、本明細書の実施形態では、「位置／姿勢」は位置と姿勢との組の意味で使用する。
【００３４】
尚、各マスター上体用アクチュエータ２３は本発明の構成に対応して上体支持機構駆動装置を構成するものである。そして、各マスター上体用アクチュエータ２３には、それぞれその変位（回転角）を検出するアクチュエータ変位検出器２３ｘ（図２では図示を省略する）が設けられている。
【００３５】
前記足平支持機構１５は、ロボットＲの操縦に際して、後述の制御により基本的にはロボットＲの足平部７とオペレータの足平部との同様の動作が行われるようにするためのものであり、上体支持機構１４のサドル２１の略下方でオペレータの一対の脚に対応して設けられた一対の３軸移動テーブル２５，２５（所謂ＸＹＺ移動テーブル）と、この各３軸移動テーブル２５の３軸移動部２６に３軸回転機構２７を介して取着された足平架台２８とにより構成されている。ここで、足平架台２８は前記上体支持機構１４に上体を支持したオペレータの各脚の足平部を載せる架台であり、この足平架台２８には、これに載せられたオペレータの足平部が足平架台２８から受ける作用力（前後、左右及び上下の３軸方向の力成分及び各軸回りのモーメント）を検出する６軸力センサ２９（マスター側足平荷重検出手段）が内蔵されている。尚、足平架台２８に載せたオペレータの足平部は図示しないベルトにより足平架台２８に固定し得るようにされている。
【００３６】
そして、各３軸移動テーブル２５の３軸移動部２６は、該テーブル２５に備えた三つのアクチュエータ３０ａ，３０ｂ，３０ｃによりそれぞれ前後、左右及び上下方向の移動動作が行われるようになっている。
【００３７】
また、この３軸移動部２６に足平架台２８を支持せしめる３軸回転機構２７は、前述の上体支持機構１４の３軸回転機構１８と同様に三つのアクチュエータ３０ｄ，３０ｅ，３０ｆを備え、これらのアクチュエータ３０ｄ〜３０ｆにより、それぞれ前後、左右及び上下方向の各回転軸心３１ｄ〜３１ｆの回りの回転動作が行われるようになっている。
【００３８】
このような足平支持機構１５の構成により、上体支持機構１４に上体を支持したオペレータの各脚の足平部を足平架台２８に載せ、さらに図示しないベルトにより足平部を足平架台２８に固定することで、オペレータの各足平部が支持される。そして、このとき、前記各アクチュエータ３０ａ〜３０ｆ（以下、これらのアクチュエータ３０ａ〜３０ｆをマスター足平用アクチュエータ３０と総称する）を動作させることでオペレータの各足平部が任意の位置／姿勢（６自由度）に足平架台２８と共に可動とされ、また、オペレータの各足平部が受ける作用力（足平部から足平架台２８への作用力の反力）が前記６軸力センサ２９により検出される。
【００３９】
尚、各マスター足平用アクチュエータ３０は本発明の構成に対応して足平支持機構駆動装置を構成するものである。そして、各マスター足平用アクチュエータ３０には、それぞれその変位（回転角）を検出するアクチュエータ変位検出器３０ｘ（図２では図示を省略する）が設けられている。
【００４０】
さらに、本実施形態におけるマスター装置Ｍでは、ロボットＲの操縦に際して、ロボットＲの各腕体４とオペレータの腕との同様の動作が行われるようにするためのマスター腕機構３２が備えられている。
【００４１】
このマスター腕機構３２では、前記背もたれ部１９の両側上端部（オペレータの肩位置に対応する部分）から、それぞれ３軸回転機構３３を介してリンク機構状の腕体３４が延設されている（図では便宜上、オペレータの右腕に対応する腕体３４のみを図示している）。そして、この腕体３４の先端部には、オペレータの手首部を挿入して支持する手首支持器３５が３軸回転機構３６を介して取着され、また、腕体３４の中間部に形成された関節部３７には、オペレータの肘を挿入して支持する肘支持器３８が取着されている。さらに手首支持器３５の箇所にはオペレータの手首部から手首支持器３５に加わる作用力を検出する６軸力センサ３５ａが設けられ、また、肘支持器３８には、オペレータの肘から該肘支持器３８に加わる作用力を検出する圧力センサ（図示せず）が内蔵されている。
【００４２】
この場合、オペレータの肩位置に対応する３軸回転機構３３は、三つのアクチュエータ３９ａ，３９ｂ，３９ｃによりロボットＲの肩関節と同様に３軸回りの回転動作（図では上下、左右、前後方向の軸心（図示せず）回りの回転動作）が行われ、関節部３７はこれに設けたアクチュエータ３９ｄによりロボットＲの肘関節を同様に１軸回りの回転動作（図では上下方向の軸心（図示せず）回りの回転動作）が行われ、オペレータの手首部の３軸回転機構３６は、三つのアクチュエータ３９ｅ，３９ｆ，３９ｇによりロボットＲの手首関節と同様に３軸回りの回転動作（図では上下、左右、前後方向の軸心（図示せず）回りの回転動作）が行われるようになっている。
【００４３】
尚、本実施形態では、前記足平支持機構１５は３軸移動テーブル２５や３軸回転機構２７を用いて構成したが、例えば６軸マニピュレータ等のリンク機構を用いて構成してもよい。同様に、上体支持機構１４はリンク機構（リンクアーム１７）や３軸回転機構１８を用いて構成したが、リンク機構のみで構成したり、あるいは３軸移動テーブル等を用いて構成するようにしてもよい。
【００４４】
一方、本実施形態では、前述のロボットＲやマスター装置Ｍの動作制御を行うために、図３及び図４のブロック図に示す制御システムを備えている。
【００４５】
この制御システムは、その構成を大別すると、マスター装置Ｍ側に設けた制御ユニット４０（図３）と、ロボットＲに設けた前記制御ユニット１１（図４）と、これらの制御ユニット４０，１１間での通信を行うための通信装置４１とから構成されている。以下、制御ユニット４０をマスター側制御ユニット４０と称し、制御ユニット１１をロボット側制御ユニット１１と称する。尚、通信装置４１の通信方式は有線及び無線のいずれの方式を使用してもよい。
【００４６】
図３に示したマスター側制御ユニット４０は、前記上体支持機構１４の動作に関する制御を行うマスター側上体制御部４２（マスター側上体位置姿勢制御手段）と、足平支持機構１５の動作並びにロボットＲの足平部７の動作に関する制御を行うマスター側足平制御部４３とを具備する。尚、マスター側制御ユニット４０は、これらの制御部４２，４３の他、前記マスター腕機構３２の動作並びにロボットＲの腕体４の動作に関する制御を行う制御部も備えられているのであるが、これについては図示及び説明を省略する。
【００４７】
マスター側上体制御部４２は、マスター装置Ｍでのオペレータの上体の目標位置／姿勢（背もたれ部１９の目標位置／姿勢。以下、目標マスター上体位置／姿勢という）を決定する目標マスター上体位置／姿勢決定部４４と、その決定された目標マスター上体位置／姿勢から前記各マスター上体用アクチュエータ２３の目標変位（目標回転角）を算出する目標アクチュエータ変位算出部４５と、この算出された目標変位に前記各マスター上体用アクチュエータ２３の変位を制御するマスター上体用アクチュエータ変位制御部４６とから構成されている。
【００４８】
この場合、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、ロボット側制御ユニット１１から通信装置４１を介して後述の如く与えられるロボットＲの上体の姿勢傾斜状態情報とマスター側足平制御部４３の後述の脚バイラテラル主制御部４７から与えられるマスター装置Ｍでのオペレータの足平部の目標足平位置／姿勢（足平架台２８の目標位置／姿勢。以下、マスター目標足平位置／姿勢という）とに基づき目標マスター上体位置／姿勢を決定する。
【００４９】
また、マスター上体用アクチュエータ変位制御部４６は、前記目標変位と各マスター上体用アクチュエータ２３に設けた前記各アクチュエータ変位検出器２３ｘにより検出される各マスター上体用アクチュエータ２３の変位の検出値とから該マスター上体用アクチュエータ２３の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００５０】
尚、本実施形態では、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４により決定された目標マスター上体位置／姿勢は、マスター側足平制御部４３の後述のマスター脚主制御部４８に与えられる。
【００５１】
マスター側足平制御部４３は、前記マスター目標足平位置／姿勢とロボットＲの目標足平位置／姿勢とを決定する脚バイラテラル主制御部４７と、その決定されたマスター目標足平位置／姿勢と前記目標マスター上体位置／姿勢決定部４４により決定された目標マスター上体位置／姿勢とから前記各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位（目標回転角）を算出するマスター脚主制御部４８と、この算出された目標変位に前記各マスター足平用アクチュエータ３０の変位を制御するマスター足平用アクチュエータ変位制御部４９とから構成されている。
【００５２】
この場合、脚バイラテラル主制御部４７が決定するマスター目標足平位置／姿勢は、マスター装置Ｍでのオペレータの上体に対する相対的なマスター目標足平位置／姿勢であり、同様に、ロボットＲの目標足平位置／姿勢もロボットＲの上体に対する相対的な目標足平位置／姿勢である。すなわち、本実施形態では、例えば図１に示すようにロボットＲの腰部分（脚体３と胴体２との連結箇所）の中央に原点を有するＸＹＺ直交座標系が胴体２の上下方向をＺ軸、前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸として該胴体２側に固定して設定されており（胴体２の傾斜と共に座標系が傾く）、脚バイラテラル主制御部４７が決定するロボットＲの目標足平位置／姿勢は、この座標系（以下、ロボット側上体座標系という）での目標足平位置／姿勢である。同様に、マスター装置Ｍ側では、例えば図２に示すようにオペレータの腰部分の中央に相当する位置（概ねサドル２１の中央部分）に原点を有するＸＹＺ直交座標系が上体支持機構１４側に固定して設定されており（上体支持機構１４の傾斜と共に座標系が傾く）、脚バイラテラル主制御部４７が決定するマスター目標足平位置／姿勢は、この座標系（以下、マスター側上体座標系という）での目標足平位置／姿勢である。
【００５３】
そして、マスター脚主制御部４８は、各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位を算出する他、前記足平架台２８の６軸力センサ２９によるオペレータの足平作用力の検出値（これは６軸力センサ２９に対して固定的な座標系での検出値である）を、各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位や前記目標マスター上体位置／姿勢に基づきマスター側上体座標系に変換して脚バイラテラル主制御部４７に与える。
【００５４】
また、同様にロボット側制御ユニット１１でロボットＲの脚体３の６軸力センサ６によるロボットＲの足平作用力の検出値をロボット側上体座標系に変換したものが通信装置４１を介して脚バイラテラル主制御部４７に与えられるようになっている。そして、該脚バイラテラル主制御部４７は、マスター脚主制御部４８から与えられたマスター側上体座標系でのオペレータの足平作用力の検出値と、ロボット側制御ユニット１１から与えられたロボット側上体座標系でのロボットＲの足平作用力の検出値とから所定の演算処理によりマスター目標足平位置／姿勢とロボットＲの目標足平位置／姿勢を決定する。この時、上体座標系でのマスター目標足平位置／姿勢とロボットＲの目標足平位置／姿勢とは所要の対応関係を保つように決定される。
【００５５】
尚、脚バイラテラル主制御部４７は、決定したマスター目標足平位置／姿勢をマスター脚主制御部４８の他に前記目標マスター上体位置／姿勢決定部４４に与えると共に、決定したロボットＲの目標足平位置／姿勢を通信装置４１を介してロボット側制御ユニット１１に与える。
【００５６】
また、マスター足平用アクチュエータ変位制御部４９は、マスター脚主制御部４８から与えられた前記目標変位と各マスター足平用アクチュエータ３０に設けた前記各アクチュエータ変位検出器３０ｘにより検出される各マスター足平用アクチュエータ３０の変位の検出値とから該マスター足平用アクチュエータ３０の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００５７】
次に図４に示したロボット側制御ユニット１１は、前記脚バイラテラル主制御部４７から与えられるロボットＲの目標足平位置／姿勢から前記各脚用アクチュエータ５の目標変位（目標回転角）を決定すると共に、脚体３の６軸力センサ６によるロボットＲの足平作用力の検出値を各脚用アクチュエータ５の目標変位等に基づきロボット側上体座標系に変換して脚バイラテラル主制御部４７に与えるロボット脚主制御部５０と、その決定された目標変位に各脚用アクチュエータ５の変位を制御するロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１とをロボットＲの脚体３に関する動作を制御する手段として具備している。
【００５８】
この場合、ロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１は、ロボット脚主制御部５０から与えられた前記目標変位と各脚用アクチュエータ５に設けた前記各アクチュエータ変位検出器１３により検出される各脚用アクチュエータ５の変位の検出値とから該脚用アクチュエータ５の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００５９】
尚、本発明の構成に対応して、マスター側制御ユニット４０のマスター側足平制御部４３並びに、ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部５０及びロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１は、足平位置姿勢制御手段５２を構成するものである。また、ロボット側制御ユニット１１は、上記の構成の他、ロボットＲの腕体４の動作に関する制御を行う制御部も備えられているのであるが、これについては図示及び説明を省略する。
【００６０】
また図４を参照して、前記傾斜検出器１２は、ロボットＲの上体の３軸方向の加速度を検出する加速度センサ５３ａと、ロボットＲの上体の３軸方向の角速度を検出するレートジャイロ５３ｂと、これらの加速度センサ５３ａ及びレートジャイロ５３ｂの検出値からロボットＲの上体の傾斜角を算出・推定する傾斜推定部５４とから構成され、該傾斜推定部５４により推定されたロボットＲの上体の傾斜角や加速度センサ５３ａにより検出されたロボットＲの上体の加速度を姿勢傾斜状態情報として、通信装置４１を介して目標マスター上体位置／姿勢決定部４４に与える。
【００６１】
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。
【００６２】
まず、マスター側制御ユニット４０及びロボット側制御ユニット１１による制御処理を説明する。
【００６３】
本実施形態のシステムでは、前述の如くマスター装置Ｍの上体支持機構１４に上体を支持し、且つ足平支持機構１５に足平部を支持したオペレータが自身の足平部を動かす等してロボットＲの操縦を開始すると、マスター側制御ユニット１１の脚バイラテラル主制御部４７は、図５のフローチャートに示す処理を所定の制御サイクルで行う。
すなわち、脚バイラテラル主制御部４７は、まず、ロボット側上体座標系におけるロボットＲの足平部７の目標並進速度（ロボット側上体座標系の各軸方向の目標移動速度）と目標回転速度（ロボット側上体座標系の各軸方向回りの目標回転速度）とを決定する（ＳＴＥＰ５−１）。ここで、本実施形態のシステムは、マスター装置Ｍ側のオペレータの足平部及びロボットＲの足平部７のそれぞれの上体に対する相対的な位置／姿勢を所要の対応関係に保ちつつ、オペレータの足平作用力（以下、マスター側足平作用力という）とロボットＲの足平作用力（以下、ロボット側足平作用力という）とが互いに所要の対応関係、例えば互いに比例関係になるように制御するものである。このため、脚バイラテラル主制御部４７は、ＳＴＥＰ５−１では、例えば前記マスター脚主制御部４８から与えられる今現在の前記マスター側上体座標系でのマスター側足平作用力の検出値と、前記ロボット脚主制御部５０から通信装置４１を介して与えられる今現在の前記ロボット側上体座標系でのロボット側足平作用力の検出値に所定の力帰還率を乗算したものとの偏差（マスター側足平作用力の検出値−力帰還率×ロボット側足平作用力の検出値）に比例させてロボットＲの足平部７の前記目標並進速度及び目標回転速度を決定する。この場合、各検出値の力成分によって目標並進速度を決定し、モーメント成分によって目標回転速度を決定する。尚、上記偏差は、マスター足平作用力とロボット足平作用力との所要の対応関係（この場合、比例関係）からの偏差に相当するものである。そして、例えばマスター側足平作用力の検出値とロボット側足平作用力の検出値とのいずれか一方に所定のオフセットを加えたものが、他方と比例関係になるように前記目標並進速度及び目標回転速度を決定するようにしてもよい。
【００６４】
次いで、脚バイラテラル主制御部４７は、ＳＴＥＰ５−１で決定した目標並進速度及び目標回転速度と、前回の制御サイクルで求めたロボット側上体座標系でのロボットＲの足平部７の目標足平位置／姿勢とから、今回の制御サイクルにおけるロボット側上体座標系でのロボットＲの足平部７の目標足平位置／姿勢を求める（ＳＴＥＰ５−２）。この場合、この算出は、前記目標並進速度及び目標回転速度から制御サイクル分の時間内でのロボットＲの足平部７の足平位置／姿勢の変化量（変化の方向を含む）を求め、これをロボットＲの前回の目標足平位置／姿勢に加えることで、今回の目標足平位置／姿勢を求める。
【００６５】
さらに脚バイラテラル主制御部４７は、ＳＴＥＰ５−２で求めたロボットＲの足平部７の目標足平位置／姿勢に応じてマスター側上体座標系での今回のマスター目標足平位置／姿勢を求める（ＳＴＥＰ５−３）。この場合、各上体座標系でのロボットＲの目標足平位置／姿勢とマスター目標足平位置／姿勢とを原則的には一致させることが好ましいが、オペレータの負荷等を考慮して、マスター目標足平位置／姿勢をロボットＲの目標足平位置／姿勢に対して所定のオフセットを与えたり、あるいは、両者の比率（スケール）を適宜調整してもよい。
【００６６】
次いで、脚バイラテラル主制御部４７は、前記ＳＴＥＰ５−２で求めたロボットＲの目標足平位置／姿勢を図示しないメモリに記憶した後（ＳＴＥＰ５−４）、ロボット側上体座標でのロボットＲの目標足平位置／姿勢を通信装置４１を介してロボット側制御ユニット１１に出力すると共に、ＳＴＥＰ５−３で求めたマスター側上体座標系でのマスター目標足平位置／姿勢を前記マスター脚主制御部４８や目標マスター上体位置／姿勢決定部４４に出力し（ＳＴＥＰ５−５）、今回の処理を終了する。
【００６７】
尚、かかる脚バイラテラル主制御部４７の処理では、前記の偏差からロボットＲの足平部７の目標並進速度及び目標回転速度を決定しつつ、それらの速度からロボットＲの目標足平位置／姿勢を決定し、さらにそのロボットＲの目標足平位置／姿勢に対応させてマスター目標足平位置／姿勢を決定するようにしたが、これと逆に、マスター装置Ｍ側のオペレータの足平部の目標並進速度及び目標回転速度を前記の偏差から決定しつつ、それらの速度からマスター目標足平位置／姿勢を決定し、さらにそのマスター目標足平位置／姿勢に対応させてロボットＲの目標足平位置／姿勢を決定するようにしてもよい。あるいは、前記偏差から、ロボットＲの足平部７とオペレータの足平部との両者の目標並進速度及び目標回転速度を決定しつつ、それらの速度から各別にロボットＲの目標足平位置／姿勢及びマスター目標足平位置／姿勢を決定するようにしてもよい。
【００６８】
このような脚バイラテラル主制御部４７の処理と並行して、マスター側制御ユニット４０のマスター脚主制御部４８と、ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部５０とは、それぞれ図６及び図７のフローチャートに示す処理を前記制御サイクルで行う。
【００６９】
すなわち、図６を参照して、マスター脚主制御部４８は、まず、前記足平架台２８に備えた６軸力センサ２９によるマスター側足平作用力の検出値を前記マスター側上体座標系での値に変換する（ＳＴＥＰ６−１）。この場合、脚バイラテラル主制御部４７から与えられるマスター側上体座標系での現在のマスター目標足平位置／姿勢から６軸力センサ２９のマスター側上体座標系での位置／姿勢を求め、これを用いて６軸力センサ２９によるマスター側足平作用力の検出値（６軸力センサ２９に対して固定的な座標系での検出値）をマスター上体座標系に変換する。尚、６軸力センサ２９のマスター側上体座標系での位置／姿勢を求めるに際しては、前記アクチュエータ変位検出器３０ｘによる各マスター足平用アクチュエータ３０の変位検出値と、前記アクチュエータ変位検出器２３ｘによる各マスター上体用アクチュエータ３０の変位検出値もしくは目標マスター上体位置／姿勢決定部４４により後述の如く決定される目標マスター上体位置／姿勢とを用いて６軸力センサ２９のマスター側上体座標系での位置／姿勢を求めるようにしてもよい。
【００７０】
次いで、マスター脚主制御部４８は、脚バイラテラル主制御部４７から与えられたマスター側上体座標系での今回のマスター目標足平位置／姿勢と目標マスター上体位置／姿勢決定部４４により後述の如く決定される目標マスター上体位置／姿勢とから各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位を算出する（ＳＴＥＰ６−２）。この場合、マスター装置Ｍ側での足平位置／姿勢を上体位置／姿勢の変化に追従させるため、マスター側上体座標系での今回のマスター目標足平位置／姿勢に、目標マスター上体位置／姿勢の前回の制御サイクルからの変化分を加味することで、各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位を算出する。尚、目標マスター上体位置／姿勢の代わりに、前記アクチュエータ変位検出器２３ｘによる各マスター上体用アクチュエータ３０の変位検出値を用いてもよい。
【００７１】
さらに、マスター脚主制御部４８は、ＳＴＥＰ６−１で求めたマスター側上体座標系でのマスター側足平作用力の検出値を脚バイラテラル主制御部４７に出力すると共に、ＳＴＥＰ６−２で求めた各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位をマスター足平用アクチュエータ変位制御部４９に出力した後（ＳＴＥＰ６−３）、今回の処理を終了する。
【００７２】
尚、マスター脚主制御部４８から各マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位が与えられたマスター足平用アクチュエータ変位制御部４９は、前述の如く、マスター足平用アクチュエータ３０の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００７３】
また、図７を参照して、ロボット脚主制御部５０は、まず、前記脚体３の６軸力センサ６によるロボット側足平作用力の検出値を、前記マスター脚主制御部４８と同様の手法で、前記ロボット側上体座標系での値に変換する（ＳＴＥＰ７−１）。
【００７４】
次いで、ロボット脚主制御部５０は、脚バイラテラル主制御部４７から通信装置４１を介して与えられたロボット側上体座標系でのロボットＲの今回の目標足平位置／姿勢から前記各脚用アクチュエータ５の目標変位を算出する（ＳＴＥＰ７−２）。尚、この場合、ロボットＲの脚体３はロボットＲの上体（胴体２）に連結されているため、各脚用アクチュエータ５の目標変位は、ロボットＲの今回の目標足平位置／姿勢だけで定まる。
【００７５】
そして、ロボット脚主制御部５０は、ＳＴＥＰ７−１で求めたロボット側上体座標系でのロボット側足平作用力の検出値を脚バイラテラル主制御部４７に出力すると共に、ＳＴＥＰ７−２で求めた各脚用アクチュエータ５の目標変位をロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１に出力した後（ＳＴＥＰ７−３）、今回の処理を終了する。
【００７６】
尚、ロボット脚主制御部５０から各脚用アクチュエータ５の目標変位が与えられたロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１は、前述の如く、脚用アクチュエータ５の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００７７】
また、前記マスター脚主制御部４８による前記ＳＴＥＰ６−１及びＳＴＥＰ６−２の処理はその順番を逆にしてもよく、同様に、ロボット脚主制御部５０による前記ＳＴＥＰ７−１及びＳＴＥＰ７−２の処理もその順番を逆にしてもよい。
【００７８】
一方、マスター側制御ユニット４０の目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、図８のフローチャートで示す処理を前記制御サイクルで行う。
【００７９】
すなわち、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、まず、ロボットＲの傾斜検出器１２から通信装置４１を介して与えられるロボットＲの上体傾斜角（前後、左右方向の傾斜角）から目標マスター上体姿勢（マスター装置Ｍの背もたれ部１９（オペレータの胴体）の前後、左右方向の目標傾斜角）を決定する（ＳＴＥＰ８−１）。この場合、ロボットＲの上体傾斜角にオペレータに合わせた所定の帰還率を乗算することで目標マスター上体姿勢を決定する。尚、該目標マスター上体姿勢を決定するに際しては、上述のようにロボットＲの上体傾斜角に比例させて目標マスター上体姿勢を決定することが基本的には好ましいが、さらに、これに所定のオフセット値（ロボットＲの上体傾斜角が「０」である場合のマスター装置Ｍの背もたれ部１９の傾斜角）を加算して目標マスター上体姿勢を決定するようにしてもよい。さらには、ロボットＲの傾斜検出器１２から与えられるロボットＲの上体加速度に応じた値を加味して目標マスター上体姿勢を決定するようにしてもよい。
【００８０】
次いで、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、目標マスター上体速度（マスター装置Ｍの背もたれ部１９の速度）を傾斜検出器１２から与えられたロボットＲの上体加速度と脚バイラテラル主制御部４７から与えられたマスター側上体座標系でのマスター目標足平位置姿勢とに基づき決定する（ＳＴＥＰ８−２）。この場合、目標マスター上体速度は、例えば次式（１）の演算により算出する。
【００８１】
【００８２】
このような式（１）により目標マスター上体速度を算出することで、前記マスター上体用アクチュエータ２３の可動範囲を超えないようにしつつ、ロボットＲの上体加速度に応じた速度変化で背もたれ部１９の速度が変化するように今回の制御サイクルにおける目標マスター上体速度が決定される。
【００８３】
次いで、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、上記のように決定した目標マスター上体速度と、前回の制御サイクルにおける目標マスター上体位置とから今回の目標マスター上体位置を決定する（ＳＴＥＰ８−３）。この場合、前記目標マスター上体速度から制御サイクル分の時間内での背もたれ部１９の位置の変化量（変化の方向を含む）を求め、これを前回の目標マスター上体位置に加えることで、今回の目標マスター上体位置を求める。
【００８４】
さらに、目標マスター上体位置／姿勢決定部４４は、ＳＴＥＰ８−１で決定した目標マスター上体姿勢とＳＴＥＰ８−３で決定した目標マスター上体位置とを前記目標アクチュエータ変位算出部４５及びマスター脚主制御部４８に出力した後（ＳＴＥＰ８−４）、今回の処理を終了する。
【００８５】
尚、前記ＳＴＥＰ８−１の処理と、ＳＴＥＰ８−２及び８ー３の処理とは、その順番を逆にしてもよい。
【００８６】
また、前記目標アクチュエータ変位算出部４５は、与えられた目標マスター上体位置／姿勢から前記マスター上体用アクチュエータ２３の目標変位を算出して、これをマスター上体用アクチュエータ変位制御部４６に指示し、このとき、該マスター上体用アクチュエータ変位制御部４６は、前述の如く、各マスタ上体用アクチュエータ２３の変位を目標変位にフィードバック制御する。
【００８７】
尚、詳細な説明は省略するが、本システムでは、ロボットＲの腕体４は、オペレータによる前記マスター腕機構３２の操作によって、ロボットＲの脚体３と同様に、ロボットＲとオペレータとの手首部分等への作用力が互いに対応するようにバイラテラルマスタースレーブ方式によって制御される。但し、この場合、ロボットＲの腕体４の制御は、対称型バイラテラルマスタースレーブ方式によって行うようにしてもよく、さらには、ジョイスティック等を用いたリモコン装置によってロボットＲの腕体４の制御を行うようにしてもよい。
【００８８】
以上説明した制御処理によって、例えばロボットＲの直立停止状態（このときマスタ装置Ｍの足平架台２８に載せたオペレータの足平部はロボットＲの足平部７の位置／姿勢に対応した位置／姿勢となっている）において、マスター側足平作用力の検出値とロボット側足平作用力の検出値とが所要の対応関係にある（本実施形態では比例関係）にあるときには、前記脚バイラテラル主制御部４７により前記ＳＴＥＰ５−１で決定されるロボットＲの足平部７の前記目標並進速度及び目標回転速度が「０」となるため、ロボットＲの目標足平位置／姿勢とマスター目標足平位置／姿勢とは現状のままに維持される。そして、ロボットＲの目標足平位置／姿勢に基づき、ロボット脚主制御部５０及びロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１による前述の制御処理を行うと共に、マスター目標足平位置／姿勢に基づき、マスター脚主制御部４８及びマスター足平用アクチュエータ変位制御部４９による前述の制御処理を行うことで、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力との所要の対応関係が維持される。
【００８９】
また、例えば上記の状態からロボットＲの歩行を行わしめようとするときには、オペレータは、ロボットＲに行わせようとする歩行形態で、各足平架台２８に載せて固定した自身の足平を動かす。すなわち、オペレータは踏み込み側の足平を持ち上げ、次いで、該足平を着床を行おうとする位置及び姿勢に向かって下降させる動作を各脚について繰り返す。
【００９０】
このとき、オペレータがロボットＲの歩行を行わしめるべく、踏み込み側の自身の足平部を持ち上げて動かすと、その足平部の動き方向でオペレータの足平部が前記足平支持機構１５の足平架台２８から受けるマスター側足平作用力の検出値が変化して、ロボットＲの足平作用力との所要の対応関係がくずれるため、前述の如く脚バイラテラル主制御部４７によりロボットＲの足平部７の前記目標並進速度及び目標回転速度を決定することで、該目標並進速度及び目標回転速度は、ロボットＲの足平部７がオペレータの足平部の動作に追従した動作を行うように決定される。従って、この目標並進速度及び目標回転速度で、前述の如く、ロボットＲの目標足平位置／姿勢を変化させ、さらにこれに対応させてマスター目標足平位置／姿勢を決定することで、オペレータの踏み込み側の足平部と、これに対応したロボットＲの踏み込み側の足平部７とが同じような形態で動く。
【００９１】
そして、ロボットＲの踏み込み側の足平部７が着床すると、該足平部７が床から受けるロボット側足平作用力の検出値が、オペレータの足平部が足平架台２８から受けるマスター側足平作用力の検出値に対して急増することで、ロボットＲの目標並進速度や目標回転速度がロボットＲの目標足平位置／姿勢の変化を抑制する方向に決定され、これに伴いマスター目標足平位置／姿勢もその変化が抑制されるように決定される。従って、オペレータの足平部を載せた足平架台２８の動きが抑制されて、マスター側足平作用力が、ロボット側足平作用力に対応するように増加し、これによりオペレータはロボットＲと同じような着床感覚を認識する。
【００９２】
このようにして、ロボットＲの足平部７とオペレータの足平部とは、互いに同じような足平作用力を受けるようにして、同じような形態で動くこととなる。
【００９３】
また、上記のような作動に際して、ロボットＲの上体が外力等により傾くと、前記マスター側上体制御部４２の前述のような制御処理によって、オペレータの胴体を固定したマスター装置Ｍの背もたれ部１９がロボットＲの上体と同じように傾く。また、このとき、ロボットＲの上体の傾き側でロボットＲの足平部７の足平作用力の検出値が増加するため、それに対応するようにして、マスター側足平作用力がオペレータの上体の傾き側に増加するようにマスター目標足平位置／姿勢が決定される。
【００９４】
このため、オペレータは、その足平部が受けるマスター側足平作用力の変化と、ロボットＲの上体の傾きに応じたオペレータ自身の上体の傾きとによって、ロボットＲの不安定さを認識し、これに応じて自身の上体の傾き側の足平部に荷重を加えるように踏ん張る処置を採る。そして、オペレータがこのような処置を採ると、これに呼応してロボットＲの脚体３がロボットＲの上体の傾き側に踏ん張るように動作し、これによりロボットＲの安定性が保たれる。
【００９５】
このように本実施形態のシステムによれば、マスター装置Ｍ側のオペレータが受けるマスター側足平作用力と、ロボットＲが受けるロボット側足平作用力とが互いに対応関係になるようにマスター目標足平位置／姿勢及びロボットＲの目標足平位置／姿勢を決定してやることで、オペレータは、自身が受ける足平作用力によって、ロボットＲの安定性や不安定さを的確に認識しつつ、ロボットＲの安定性を保つようにロボットＲを操縦することができる。
【００９６】
そして、この場合、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力とをそれぞれ検出して前述の制御を行うことで、マスター装置Ｍの各マスター足平用アクチュエータ３０やロボットＲの各脚用アクチュエータ５等の慣性力や摩擦力の影響を排除することができ、オペレータはロボットＲが受けるロボット側足平作用力を、これに対応したマスター側足平作用力によって確実に認識することができる。
【００９７】
また、ロボットＲの上体が外力等により傾くと、それに呼応するようにしてオペレータの上体も傾くので、オペレータはロボットＲと一体感をもって、ロボットＲの安定性や不安定さをより的確に認識しつつ、ロボットＲの適切な操縦をすることができる。
【００９８】
さらに、マスター装置Ｍの上体支持機構１４によりオペレータの上体を支持した状態で、オペレータの足平位置／姿勢とロボットＲの足平位置／姿勢との所要の対応関係を保ちつつ、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力とが所要の対応関係になるようにオペレータの上体に対する相対的なマスター目標足平位置／姿勢と、ロボットＲの上体に対する相対的な目標足平位置／姿勢を決定するようにしているので、ロボットＲを種々様々の床形状の環境下で操縦することができる。例えば、ロボットＲに階段を昇らせる場合には、オペレータはあたかも下りのエスカレータをその速さと同じ速さで昇り側に歩行するようにして、足平架台２８に支持した足平部を動かせばよい。
【００９９】
次に、本発明の第２の実施形態を図９及び図１０並びに、前記図１、図３、図４を参照して説明する。尚、本実施形態の説明に際して、前記第１の実施形態と同一構成部分もしくは同一機能部分については該第１の実施形態と同一の参照符号を用いて適宜説明を省略する。
【０１００】
本実施形態のシステムでは、ロボットＲは第１の実施形態と同一構成である（図１参照）。そして、マスター装置Ｍは、図９に示すような構成となっている。すなわち、このマスター装置Ｍは、前記第１の実施形態と同一構成の上体支持機構１４及びマスター腕機構３２を備える一方、第１の実施形態と異なる構成の足平支持機構５５を具備している。
【０１０１】
この足平支持機構５５は、上体支持機構１４の背もたれ部１９の下端部の両側部からそれぞれ３軸回転機構５６を介して下方に延設された一対のリンク機構状のマスター脚機構５７，５７を具備し、この各マスター脚機構５７の下端部に、前記第１の実施形態のものと同様の６軸力センサ２９を内蔵した足平架台２８が２軸回転機構５８を介して取着されている。
【０１０２】
ここで、上記３軸回転機構５６はロボットＲの股関節部分の脚用アクチュエータ５ａ（図１参照）に対応するものであり、三つのアクチュエータ５９ａ，５９ｂ，５９ｃによりそれぞれ前後、左右及び上下方向の三つの軸心６０ａ，６０ｂ，６０ｃ回りに回転動作が行われるようになっている。また、２軸回転機構５８はロボットＲの足首関節部分の脚用アクチュエータ５ｃ（図１参照）に対応するものであり、二つのアクチュエータ５９ｄ，５９ｅによりそれぞれ前後及び左右の軸心６０ｄ，６０ｅ回りに回転動作が行われるようになっている。
【０１０３】
さらに各マスター脚機構５７の中間部６１は関節部となっており、該中間部６１には、ロボットＲの膝関節部分の脚用アクチュエータ５ｂ（図１参照）に対応して左右方向の軸心６０ｆ回りの回転動作を行うアクチュエータ５９ｆが設けられている。
【０１０４】
このようなマスター脚機構５７の構成により、その下端部の足平架台２８は、ロボットＲの足平部７と同様に、前記各アクチュエータ５９ａ〜５９ｆの作動により６自由度の動作が行われる。以下、前記各アクチュエータ５９ａ〜５９ｆを説明の便宜上、第１の実施形態と同様にマスター足平用アクチュエータ３０と総称する。
【０１０５】
以上のように構成された本実施形態のシステムにおけるマスター装置Ｍでは、図示しないオペレータは、ロボットＲの操縦を行う際には、上体を背もたれ部１９に当接させてサドル２１に腰掛けると共に、足平部を足平架台２８に載せる。そして、上体及び足平部を図示しないベルトによりそれぞれ背もたれ部１９及び足平架台２８に固定する。
【０１０６】
尚、本実施形態では、マスター装置Ｍ及びロボットＲの制御システムは第１の実施形態で説明したもの（図３及び図４参照）と基本的には同一である。この場合、図３を参照して、本実施形態では、前記マスター脚主制御部４８には、前記目標マスター上体位置／姿勢決定部４４から目標マスター上体位置／姿勢のデータは与えられず、この点でのみ、第１の実施形態の制御システムと相違し、他のシステム構成は同一である。
【０１０７】
次に、本実施形態のシステムの作動を説明する。
【０１０８】
本実施形態では、前記マスター脚主制御部４８（図３参照）のみの処理が前記第１の実施形態と一部相違しており、該マスター脚主制御部４８は、図１０のフローチャートに示す処理を前記所定の制御サイクルで行う。
【０１０９】
すなわち、マスター脚主制御部４８は、まず、前記第１の実施形態と全く同様に、足平架台２８の６軸力センサ２９による前記マスター側足平作用力の検出値を前記マスター側上体座標系に変換した後（ＳＴＥＰ１０−１）、前記脚バイラテラル主制御部４７から与えられるマスター側上体座標系での今回のマスター目標足平位置／姿勢から前記マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位を算出する（ＳＴＥＰ１０−２）。この場合、この算出に際しては、前記第１の実施形態と異なり、目標マスター上体位置／姿勢は使用しない。すなわち、本実施形態では、オペレータの足平部を支持する足平支持機構５５が上体支持機構１４の背もたれ部１９に連結されているため、背もたれ部１９の位置／姿勢に追従して足平支持機構５５が動く。このため、マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位は、マスター目標足平位置／姿勢のみによって定まり、該マスター目標足平位置／姿勢のみからマスター足平用アクチュエータ３０の目標変位を算出することができる。
【０１１０】
その後は、マスター脚主制御部４８は、前記第１の実施形態と全く同様に、マスター側上体座標系でのマスター側足平作用力の検出値と、マスター足平用アクチュエータ３０の目標変位とをそれぞれ脚バイラテラル主制御部４７及びマスター足平用アクチュエータ変位制御部４９に出力して（ＳＴＥＰ１０−３）、今回の処理を終了する。
【０１１１】
以上説明したマスター脚主制御部４８の制御処理以外の他の制御処理は前記第１の実施形態と全く同一である（図５、図７、図８参照）。
【０１１２】
このような本実施形態のシステムの作動によって、前記第１の実施形態と同様に、オペレータの足平位置／姿勢とロボットＲの足平位置／姿勢との所要の対応関係を保ちつつ、マスター装置Ｍ側のオペレータが受けるマスター側足平作用力と、ロボットＲが受けるロボット側足平作用力とが互いに対応関係になるようにマスター目標足平位置／姿勢及びロボットＲの目標足平位置／姿勢を決定してやることで、オペレータは、自身が受ける足平作用力によって、ロボットＲの安定性や不安定さを的確に認識しつつ、ロボットＲの安定性を保つようにロボットＲを操縦することができる。
【０１１３】
そして、この場合、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力とをそれぞれ検出して前述の制御を行うことで、マスター装置Ｍの各マスター足平用アクチュエータ３０やロボットＲの各脚用アクチュエータ５等の慣性力や摩擦力の影響を排除することができ、オペレータはロボットＲが受けるロボット側足平作用力を、これに対応したマスター側足平作用力によって確実に認識することができる。
【０１１４】
また、ロボットＲの上体が外力等により傾くと、それに呼応するようにしてオペレータの上体も傾くので、オペレータはロボットＲと一体感をもって、ロボットＲの安定性や不安定さをより的確に認識しつつ、ロボットＲの適切な操縦をすることができる。
【０１１５】
さらに、マスター装置Ｍの上体支持機構１４によりオペレータの上体を支持した状態で、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力とが所要の対応関係になるようにオペレータの上体に対する相対的なマスター目標足平位置／姿勢と、ロボットＲの上体に対する相対的な目標足平位置／姿勢を決定するようにしているので、ロボットＲを種々様々の床形状の環境下で操縦することができる。
【０１１６】
次に本発明の第３の実施形態を図１１を参照して説明する。尚、本実施形態の説明に際して、前記第１又は第２の実施形態と同一構成部分もしくは同一機能部分については該第１の実施形態と同一の参照符号を用いる。
【０１１７】
本実施形態は、前記第１又は第２の実施形態のシステムにおいて、例えばロボットＲ（図１参照）の足首関節部分を前後及び左右方向の軸回りだけでなく、さらに上下方向の軸回りに回動し得るようにした場合等、足平部７の自由度を７自由度以上の自由度に設定した場合に（この場合、ロボットＲの目標足平位置／姿勢だけでは、脚体３の各アクチュエータの動作量が一義的に定まらない）、ロボットＲの足平位置／姿勢とマスター装置Ｍ側の足平位置／姿勢とをロボット側足平作用力及びマスター側足平作用力が互いに所要の対応関係になるように制御する手法を示すものである。
【０１１８】
本実施形態では、脚バイラテラル主制御部４７により、図１１のフローチャートに示す処理を行う。
【０１１９】
すなわち、まず、前記第１又は第２の実施形態と同様に、マスター側上体座標系におけるマスター側足平作用力の検出値とロボット側上体座標系におけるロボット側足平作用力の検出値とからロボット側上体座標系におけるロボットＲの足平部７の目標並進速度及び目標回転速度を決定する（ＳＴＥＰ１１−１）。
【０１２０】
次いで、ロボットＲの脚体３の前回の目標関節変位（各関節に備えた各アクチュエータの目標回転角）から、ロボットＲの上体座標系における目標足平位置／姿勢（足平部７の３軸方向の各位置成分（座標成分）及び各軸回りの回転角成分）の微小摂動量（足平位置／姿勢の微小変化量）に対する脚体３の関節変位の摂動量を表す、所謂疑似ヤコビアン逆行列を求める（ＳＴＥＰ１１−２）。ここで、疑似ヤコビアン逆行列は、足平部７の自由度を例えば７自由度とした場合、７行６列の行列である。
【０１２１】
次いで、ＳＴＥＰ１１−１で求めた目標並進速度及び目標回転速度と、ＳＴＥＰ１１−２で求めた疑似ヤコビアン逆行列とからロボットＲの脚体３の今回の目標関節速度（各関節に備えた各アクチュエータの目標速度）を算出する（ＳＴＥＰ１１−３）。この算出は、目標並進速度の３軸方向の各成分及び目標回転速度の３軸回りの各成分を要素とするベクトルに疑似ヤコビアン逆行列を乗算することにより行われる。
【０１２２】
さらに、ＳＴＥＰ１１−３で求めたロボットＲの脚体３の今回の目標関節速度と脚体３の前回の目標関節変位とから今回の目標関節変位を求める（ＳＴＥＰ１１−４）。すなわち、今回の目標関節速度に制御サイクル分の時間を乗算した値を、前回の目標関節変位に加算することで今回の目標関節変位を求める。
【０１２３】
次いで、ＳＴＥＰ１１−４で求めたロボットＲの脚体３の目標関節変位から所謂キネマティクス演算によって、ロボット側上体座標系におけるロボットＲの足平部７の目標足平位置／姿勢を求め（ＳＴＥＰ１１−５）、さらに、前記第１又は第２の実施形態の場合と同様に、ロボットＲの足平部７の目標足平位置／姿勢に応じてマスター側上体座標系での今回のマスター目標足平位置／姿勢を求める（ＳＴＥＰ１１−６）。
【０１２４】
その後は、前記ＳＴＥＰ１１−４で求めたロボットＲの脚体３の目標関節変位を図示しないメモリに記憶した後（ＳＴＥＰ１１−７）、ＳＴＥＰ１１−４で求めた脚体３の今回の目標関節変位をロボット側制御ユニット１１に出力すると共に、ＳＴＥＰ１１−６で求めたマスター側上体座標系でのマスター目標足平位置／姿勢を前記マスター脚主制御部４８や目標マスター上体位置／姿勢決定部４４に出力し（ＳＴＥＰ１１−８）、今回の処理を終了する。
【０１２５】
尚、この場合、ロボット側制御ユニット１１では、与えられた目標関節変位に従って脚体３の各関節の各アクチュエータを制御する。
【０１２６】
このようにして、ロボットＲの脚体３の目標関節変位を求めると共に、マスター側上体座標系におけるマスター目標足平位置／姿勢を求めて、これらに従ってロボットＲの脚体３の動作とマスター装置Ｍの動作とを行うことで、ロボットＲの脚体３の自由度が７自由度以上の場合でも、前記第１又は第２の実施形態と同様にロボットＲの足平位置／姿勢とマスター装置Ｍ側の足平位置／姿勢とを互いに所要の対応関係に保ちつつ、ロボット側足平作用力及びマスター側足平作用力が互いに所要の対応関係になるように制御する。
【０１２７】
次に、本発明の第４の実施形態を図１２を参照して説明する。尚、本実施形態の説明に際して、前記第１又第２の実施形態と同一構成部分もしくは同一機能部分については該第１の実施形態と同一の参照符号を用いる。
【０１２８】
前述の各実施形態では、ロボットＲの足平作用力が変化すると、それが通信装置４１を介してマスター側制御ユニット４０に送信されて、該マスター側制御ユニット４０でロボットＲの目標足平位置／姿勢が変更され、それを通信装置４１を介してロボット側制御ユニット１１に送信して、ロボットＲの足平位置／姿勢を制御している。このため、上記の通信による遅れによって、例えばロボットＲの歩行時にその足平部７が着床してから床になじむまでに応答遅れを生じやすい。
【０１２９】
そこで、本実施形態は、ロボット側制御ユニット１１で所謂コンプライアンス制御を行うことで、ロボットＲがある程度自律的に自身の足平作用力がマスター側足平作用力と所要の対応関係になるようにしたものである。
【０１３０】
本実施形態ではロボット側制御ユニット１１に、マスター側制御ユニット４０で求めるマスター側上体座標系におけるマスター側足平作用力の検出値を逐次送信するようにしておき、ロボット側制御ユニット１１のロボット脚主制御部５０において図１２のフローチャートに示す処理を行う。
【０１３１】
すなわち、まず、ロボットＲの脚体３の６軸力センサ６によるロボット側足平作用力の検出値をロボット側上体座標系に変換する（ＳＴＥＰ１２−１）。次いで、前述の各実施形態でロボットＲの足平部７の目標並進速度及び目標回転速度を求めた場合に使用した偏差（ここでは力制御偏差と称する）をマスター側制御ユニット４０から与えられる前記マスター側上体座標系におけるマスター側足平作用力の検出値とＳＴＥＰ１２−１で求めたロボット側上体座標系におけるロボット側足平作用力の検出値とから求める（ＳＴＥＰ１２−２）。すなわち、該力制御偏差は、次式（２）により求める。
【０１３２】
【０１３３】
次いで、マスター側制御ユニット４０から与えられるロボット側上体座標系におけるロボットＲの今回の目標足平位置／姿勢にＳＴＥＰ１２−３で求めた目標変更量を加算することでロボットＲの目標足平位置／姿勢を修正し（ＳＴＥＰ１２−４）、その修正した目標足平位置／姿勢からロボットＲの脚用アクチュエータ５の目標変位を算出する（ＳＴＥＰ１２−５）。そして、算出した脚用アクチュエータ５の目標変位をロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１に出力すると共に、前記ＳＴＥＰ１２−１で求めたロボット側上体座標系でのロボット側足平作用力の検出値をマスター側制御ユニット４０に出力して（ＳＴＥＰ１２−６）、今回の処理を終了する。
【０１３４】
尚、ロボット脚用アクチュエータ変位制御部５１は与えられた目標変位に従って脚用アクチュエータ５をフィードバック制御する。
【０１３５】
このような制御により、本実施形態では、ロボット側足平作用力が、ロボットＲ自身の制御ユニット１１によりマスター側足平作用力／力帰還率を目標値としてコンプライアンス制御されるので、ロボット側足平作用力とマスター側足平作用力との所要の対応関係への制御をより的確に行うことができる。
【０１３６】
尚、ロボットＲの足平部７の自由度を７自由度以上とした場合には、上記のようなコンプライアンス制御を前記第３の実施形態で説明したヤコビアンを用いる手法と併用してもよい。
【０１３７】
以上説明した各実施形態では、マスター側足平作用力とロボット側足平作用力とをそれぞれ６軸力センサ２９及び６により検出するようにしたが、例えば前記足平支持機構１５に備えた各マスター足平用アクチュエータ３０と、ロボットＲの各脚用アクチュエータ５との駆動力を検出するセンサを設けて、それらの駆動力によりマスター側足平作用力やロボット側足平作用力を検出するようにしてもよい。あるいはマスター装置Ｍの足平架台２８やロボットＲの足平部７の足底に圧力センサをマトリクス状に配置して、それらの圧力センサの出力によりマスター側足平作用力やロボット側足平作用力を検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における脚式移動ロボットの模式的側面図。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるマスター装置の斜視図。
【図３】本発明の第１の実施形態における制御システムの構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第１の実施形態における制御システムの構成を示すブロック図。
【図５】図３の制御システムの作動を説明するためのフローチャート。
【図６】図３の制御システムの作動を説明するためのフローチャート。
【図７】図４の制御システムの作動を説明するためのフローチャート。
【図８】図３の制御システムの作動を説明するためのフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態におけるマスター装置の斜視図。
【図１０】本発明の第２の実施形態を説明するためのフローチャート。
【図１１】本発明の第３の実施形態を説明するためのフローチャート。
【図１２】本発明の第４の実施形態を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
Ｒ…ロボット、Ｍ…マスター装置、５…脚部駆動装置、７…ロボットの足平部、１２…姿勢傾斜状態検出手段、１４…上体支持機構、１５，５５…足平支持機構、６，２９…足平作用力検出手段、２３（２３ａ〜２３ｆ）…上体支持機構駆動装置、２８…足平架台、３０（３０ａ〜３０ｆ，５９ａ〜５９ｆ）…足平支持機構駆動装置、４２…マスター側上体位置姿勢制御手段、５２…足平位置姿勢制御手段。
Claims (6)
- 脚式移動ロボットをマスタースレーブ方式で操縦するためのマスター装置を備えた脚式移動ロボットの遠隔制御システムにおいて、前記マスター装置に、少なくともオペレータの足平部を載せて該足平部が固定される足平架台を有し、該足平架台に固定された足平部を該足平架台と共に可動に支持する足平支持機構と、該足平支持機構を駆動する足平支持機構駆動装置と、前記オペレータの上体を支持する上体支持機構と、前記足平支持機構に支持された前記オペレータの足平部への前記足平架台からの作用力を検出するマスター側足平作用力検出手段とを設けると共に、前記脚式移動ロボットに、該ロボットの足平部への床からの作用力を検出するロボット側足平作用力検出手段を設け、前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボットの足平部への作用力とが互いに所要の対応関係になるように前記マスター側足平作用力検出手段及びロボット側足平作用力検出手段によりそれぞれ検出された作用力に基づき、前記オペレータの上体に対する足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方と、前記ロボットの上体に対する足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方とを決定し、その決定した目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に従って前記足平支持機構を前記足平支持機構駆動装置を介して制御すると共に、前記ロボットに備えた脚部駆動装置を制御する足平位置姿勢制御手段を備えたことを特徴とする脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記上体支持機構を前記オペレータの上体と共に可動に設けると共に、前記マスター装置に、該上体支持機構を駆動する上体支持機構駆動装置を設け、前記脚式移動ロボットに、該ロボットの上体の姿勢傾斜状態を検出する姿勢傾斜状態検出手段を設け、前記ロボットの上体の姿勢傾斜状態に応じた前記オペレータの上体の姿勢傾斜状態が得られるように前記姿勢傾斜状態検出手段により検出されたロボットの上体の姿勢傾斜状態に基づき、前記上体支持機構に支持された前記オペレータの上体の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定し、その決定した目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に従って前記上体支持機構を前記上体支持機構駆動装置を介して制御するマスター側上体位置姿勢制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記足平位置姿勢制御手段は、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記ロボットの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方を決定しつつ、該並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づき該ロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定し、その決定したロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に対応した前記オペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記足平位置姿勢制御手段は、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記オペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方を決定しつつ、該並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づき該オペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定し、その決定したオペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方に対応した前記ロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記足平位置姿勢制御手段は、前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて逐次前記ロボットの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方と前記オペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方とを決定しつつ、該ロボットの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方とオペレータの足平部の並進速度及び回転速度のうちの少なくともいずれか一方とに基づきそれぞれ該ロボットの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方と該オペレータの足平部の目標位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
- 前記マスター側足平作用力検出手段により検出される前記オペレータの足平部への作用力と前記ロボット側足平作用力検出手段により検出される前記ロボットの足平部への作用力との相互の前記所要の対応関係からの偏差に応じて、両作用力が該所要の対応関係になるようにコンプライアンス制御により前記ロボットの足平部の位置及び姿勢のうちの少なくともいずれか一方を修正する手段を前記ロボットに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の脚式移動ロボットの遠隔制御システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01846897A JP3667914B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 脚式移動ロボットの遠隔制御システム |
| US09/017,373 US5841258A (en) | 1997-01-31 | 1998-02-02 | Remote control system for legged moving robot |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01846897A JP3667914B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 脚式移動ロボットの遠隔制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10217159A JPH10217159A (ja) | 1998-08-18 |
| JP3667914B2 true JP3667914B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=11972480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01846897A Expired - Fee Related JP3667914B2 (ja) | 1997-01-31 | 1997-01-31 | 脚式移動ロボットの遠隔制御システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5841258A (ja) |
| JP (1) | JP3667914B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016215335A (ja) * | 2015-05-22 | 2016-12-22 | トヨタ自動車株式会社 | 遠隔制御システム |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3628826B2 (ja) * | 1996-12-24 | 2005-03-16 | 本田技研工業株式会社 | 脚式移動ロボットの遠隔制御システム |
| US6353773B1 (en) * | 1997-04-21 | 2002-03-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaissha | Remote control system for biped locomotion robot |
| JP3621808B2 (ja) * | 1997-06-20 | 2005-02-16 | 本田技研工業株式会社 | 脚式移動ロボットの足平接地状態把握装置 |
| GB2336890A (en) * | 1998-01-14 | 1999-11-03 | Ian Coker | Remotely controlled robotic toy |
| US6232735B1 (en) * | 1998-11-24 | 2001-05-15 | Thames Co., Ltd. | Robot remote control system and robot image remote control processing system |
| JP3435666B2 (ja) * | 1999-09-07 | 2003-08-11 | ソニー株式会社 | ロボット |
| JP2001191284A (ja) * | 1999-10-25 | 2001-07-17 | Sony Corp | ロボット装置及びロボット装置の学習方法 |
| US20010033145A1 (en) * | 2000-02-14 | 2001-10-25 | Filo Andrew S. | Walking platforms with automatic self-stabilization |
| CA2426991C (en) * | 2000-11-17 | 2008-04-08 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Biped robot |
| JP2002301674A (ja) * | 2001-04-03 | 2002-10-15 | Sony Corp | 脚式移動ロボット及びその運動教示方法、並びに記憶媒体 |
| JP4733317B2 (ja) * | 2001-08-28 | 2011-07-27 | 本田技研工業株式会社 | 脚式歩行ロボットの床反力検出器 |
| JP3646169B2 (ja) * | 2002-05-07 | 2005-05-11 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 脚式ロボットの歩行制御装置 |
| JP4127043B2 (ja) * | 2002-12-11 | 2008-07-30 | ソニー株式会社 | 脚式移動ロボット並びに脚式移動ロボットの関節軸として適用されるアクチュエータ装置 |
| WO2004114037A2 (en) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Fanuc Robotics America, Inc. | Multiple robot arm tracking and mirror jog |
| US7756322B2 (en) * | 2003-08-18 | 2010-07-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Picture taking mobile robot |
| JP4168943B2 (ja) * | 2004-01-28 | 2008-10-22 | トヨタ自動車株式会社 | 脚式ロボットと脚式ロボットの歩行制御方法 |
| KR100590549B1 (ko) * | 2004-03-12 | 2006-06-19 | 삼성전자주식회사 | 3차원 포인팅 방법을 이용한 로봇의 원격 제어 방법 및이를 구현한 로봇 제어 시스템 |
| ITTO20040266A1 (it) * | 2004-04-29 | 2004-07-29 | Comau Spa | Robot industriale |
| US8000837B2 (en) | 2004-10-05 | 2011-08-16 | J&L Group International, Llc | Programmable load forming system, components thereof, and methods of use |
| JP2006334695A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Kyoto Univ | 遠隔操縦装置 |
| US20120041599A1 (en) * | 2010-08-11 | 2012-02-16 | Townsend William T | Teleoperator system with master controller device and multiple remote slave devices |
| US20130278398A1 (en) * | 2010-09-14 | 2013-10-24 | Evgeny Nikolayevich Smetanin | Apparatus and method for remotely setting motion vector for self-propelled toy vehicles |
| JP5949477B2 (ja) * | 2012-11-13 | 2016-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | 移動体の遠隔操作方法および遠隔操作装置 |
| US9782005B2 (en) * | 2014-07-25 | 2017-10-10 | Stryker Corporation | Medical support apparatus |
| JP5962679B2 (ja) | 2014-01-20 | 2016-08-03 | トヨタ自動車株式会社 | ２足歩行ロボット制御方法及び２足歩行ロボット制御システム |
| US10926409B1 (en) | 2014-10-21 | 2021-02-23 | University Of South Florida | Systems and methods for controlling walking robots |
| US10427305B2 (en) * | 2016-07-21 | 2019-10-01 | Autodesk, Inc. | Robotic camera control via motion capture |
| JP6476358B1 (ja) * | 2017-05-17 | 2019-02-27 | Ｔｅｌｅｘｉｓｔｅｎｃｅ株式会社 | 制御装置、ロボット制御方法及びロボット制御システム |
| CN112674882B (zh) * | 2019-03-16 | 2022-05-06 | 济南康铭生物技术有限公司 | 面向微创手术体表投影轴调整的偏移方向判断方法 |
| WO2020217794A1 (ja) | 2019-04-26 | 2020-10-29 | 本田技研工業株式会社 | 移動体の操縦装置及び操縦システム |
| WO2021024593A1 (ja) * | 2019-08-02 | 2021-02-11 | 本田技研工業株式会社 | 移動体の操縦システム |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4046262A (en) * | 1974-01-24 | 1977-09-06 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Anthropomorphic master/slave manipulator system |
| US5038089A (en) * | 1988-03-23 | 1991-08-06 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Synchronized computational architecture for generalized bilateral control of robot arms |
| CA2103626A1 (en) * | 1993-08-09 | 1995-02-10 | Septimiu Edmund Salcudean | Motion scaling tele-operating system with force feedback suitable for microsurgery |
| JPH08216066A (ja) * | 1995-02-17 | 1996-08-27 | Seiichiro Hasegawa | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 |
-
1997
- 1997-01-31 JP JP01846897A patent/JP3667914B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-02-02 US US09/017,373 patent/US5841258A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016215335A (ja) * | 2015-05-22 | 2016-12-22 | トヨタ自動車株式会社 | 遠隔制御システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5841258A (en) | 1998-11-24 |
| JPH10217159A (ja) | 1998-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3667914B2 (ja) | 脚式移動ロボットの遠隔制御システム | |
| JP5975735B2 (ja) | ロボット及びその制御方法 | |
| JP5991857B2 (ja) | ロボットの均衡制御装置及びその制御方法 | |
| US6505096B2 (en) | Posture control system of legged mobile robot | |
| KR101778027B1 (ko) | 보행 로봇 및 그 자세 제어 방법 | |
| JP4126064B2 (ja) | 移動体の制御装置 | |
| JP4998506B2 (ja) | ロボット制御装置、ロボット制御方法、及び脚式ロボット | |
| KR101549817B1 (ko) | 로봇의 보행 제어장치 및 그 방법 | |
| WO2003092968A1 (fr) | Dispositif de commande d'attitude d'un robot mobile | |
| KR20120060578A (ko) | 보행 로봇 및 그 자세 제어 방법 | |
| JP3901694B2 (ja) | 歩行式ロボット及びその位置移動方法 | |
| JP3628826B2 (ja) | 脚式移動ロボットの遠隔制御システム | |
| WO2007139135A1 (ja) | ロボット及び制御装置 | |
| KR20130049029A (ko) | 보행 로봇 및 그 제어 방법 | |
| WO2004033160A1 (ja) | ロボット装置の動作制御装置及び動作制御方法 | |
| JP3528171B2 (ja) | 移動ロボット装置及び移動ロボット装置の転倒制御方法 | |
| JP3649861B2 (ja) | 二足歩行型ロボットの遠隔制御システム | |
| KR102494387B1 (ko) | 엑소스켈레톤을 움직이는 방법 | |
| JP3649852B2 (ja) | 二足歩行型ロボットの遠隔制御システム | |
| KR20180004397A (ko) | 보행 로봇 및 그 자세 제어 방법 | |
| JP2005186650A (ja) | 搭乗型ロボット | |
| JP3936991B2 (ja) | 人間型ロボットの遠隔制御装置 | |
| JPH07205070A (ja) | 脚式移動ロボットの歩行制御装置 | |
| JP4352774B2 (ja) | 脚式歩行ロボットの運動制御装置及び運動制御方法 | |
| JP5306959B2 (ja) | 脚式移動ロボットの制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041124 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050117 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050405 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050407 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080415 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090415 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090415 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100415 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110415 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110415 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120415 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130415 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |