JP3936991B2 - 人間型ロボットの遠隔制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間型ロボットの遠隔制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置としては、ロボットと同一の関節構成を備えた全身装着型の操縦装置をオペレータが装着し、オペレータによる操縦装置の各関節動作に合わせてロボットの各関節運動を行わしめるロボットの遠隔制御装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２１６０６６号公報
【特許文献２】
特開平１０−２１７１５９号公報
【０００４】
このような遠隔制御装置では、ロボットの各関節と同等個数の関節を操縦装置に備えることが必要となる。このため、装置が大掛かりになり、広い設置スペースが必要となっていた。また、操縦装置を装着することはオペレータにとって重量的な負担になり、長時間作業を行うことは困難なものとなっていた。
【０００５】
一方、二足歩行型ロボット等、脚式移動ロボットにあっては、オペレータがジョイスティック等の入力装置を備えたロボット操縦装置を操作することでロボットに所望の動作指令（歩く、止まる、かがむ等の動作指令）を与え、その動作指令によって、該ロボットの動作を遠隔制御するようにした装置が一般に知られている。
【０００６】
これらの装置では、オペレータが遠隔操作できるロボットの部位または運動が前記入力装置と一対一に対応しているため、ロボットに指令できる動作の汎用性が乏しい。
【０００７】
一方、前記脚式移動ロボットにあっては、オペレータがロボット操縦装置に備えられたスイッチを操作することでロボットに所望の動作指令（お辞儀をする、手を振る等の動作指令）を与え、その動作指令によって、該ロボットの動作を遠隔制御するようにした装置も一般に知られている。
【０００８】
このような装置では、オペレータが指令できる動作が、予めロボットの記憶装置等に記録された動作の再現に限定されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
要するに、従来の人間型ロボットの遠隔制御装置にあたっては、オペレータが該ロボットの全身動作を指令できるものは、該制御装置が重厚長大であり、該制御装置が簡便なものは前記ロボットに指令できる動作が限定されており、両者の利点を兼ね備えた制御装置の実現が望まれていた。
【００１０】
本発明は、ロボット自身が自己の姿勢を安定化しつつオペレータのロボット操縦装置の操作による動作指令によって動作する人間型ロボットの全身動作をオペレータが簡便に指令できる遠隔操作装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、オペレータの操作により人間型ロボットに該操作に応じた動作指令を与えるロボット操縦装置を備えると共に、前記人間型ロボットに、自己の姿勢を前記動作指令に応じた目標姿勢に自律的に安定化しつつ制御する手段を設けた人間型ロボットの遠隔制御装置において、前記ロボット操縦装置に、オペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を切り替えるスイッチと、該目標位置及び／又は姿勢変位の値を入力する入力装置を備え、該スイッチと該入力装置の操作指令によって前記人間型ロボットの動作を制御することを特徴とする人間型ロボットの遠隔制御装置を提供する。
【００１２】
前記スイッチを前記入力装置に一体化して備え、オペレータが該入力装置から手を離すことなく該スイッチの操作を行わしめる構成としてもよい。
【００１３】
前記スイッチを前記入力装置とは独立して備え、オペレータが該入力装置から手を離すことなく該スイッチの操作をオペレータの足にて行わしめる構成としてもよい。
【００１４】
前記スイッチを複数のスイッチの集合により構成し、該スイッチ個々にオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの部位に対応させる構成としてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１乃至図１５を参照して説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
まず、図１及び図２はそれぞれ第１の実施の形態の装置におけるロボットと、このロボットの操縦装置とを示している。
【００１７】
図１を参照して、第１の実施の形態でのロボットRは二足歩行型の人間型ロボットであり、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。
【００１８】
各脚体３は、その胴体２との連結個所（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、足首アクチュエータ５ｃの下側には、６軸力センサ６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。
【００１９】
この場合、第１の実施の形態では、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、人間の脚とほぼ同様の足平部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。
【００２０】
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（ロボットＲの前後、左右及び上下の３軸方向の力成分及びモーメント成分）を検出するものである。
【００２１】
同様に、各腕体４は、胴体２との連結個所（肩関節部分）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とする。
【００２２】
また、胴体２には、前述の各アクチュエータ５ａ〜５ｃ及び８ａ〜８ｃを駆動し、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。さらに、各脚体３の各アクチュエータ５ａ〜５ｃの個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の個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。
【００２３】
図２を参照して、ロボットの操縦装置Ｓはスイッチ１４（図では便宜上、１個のスイッチのみを示す）と入力装置１５を具備している。尚、ロボットの操縦装置Ｓには、スイッチ１４と入力装置１５の他、ロボットRの視覚情報並びに動作情報を表示するディスプレイ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。
【００２４】
スイッチ１４は、ロボットＲの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を切り替えるためのものであり、図示しない操作卓の上に設置された基台１６に取りつけられている。
【００２５】
入力装置１５は、ロボットＲの操縦に際して、スイッチ１４の操作により切り替えられたオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系において、オペレータがロボットの該部位の該座標系で記述された目標位置及び／又は姿勢変位の値を入力するためのものであり、前記基台１６から延長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レバー１９とにより構成されている。ここでレバー１９は、オペレータが握るものである。
【００２６】
そして、リンクアーム１７は、三つの関節部２０ａ、２０ｂ、２０ｃを具備し、それぞれの回転軸心２１ａ〜２１ｃ（図示の状態では回転軸心２１ａは上下方向、回転軸心２１ｂ、２１ｃ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。さらに、各関節部２０ａ〜２０ｃには、それぞれの回転軸心２１ａ〜２１ｃの回りの変位（回転角）を検出する変位検出器２２ａ、２２ｂ、２２ｃが設けられている。
【００２７】
また、このリンクアーム１７の先端部にレバー１９を支持せしめる3軸回転機構１８は、三つの関節部２３ａ、２３ｂ、２３ｃを具備し、それぞれの回転軸心２４ａ〜２４ｃ（図示の状態では回転軸心２４ａは左右方向、回転軸心２４ｂは前後方向、回転軸心２４ｃは上下方向）の回りの回転動作が行われるようになっている。さらに、各関節部２３ａ〜２３ｃには、それぞれの回転軸心２４ａ〜２４ｃの回りの変位（回転角）を検出する変位検出器２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設けられている。
【００２８】
このような入力装置１５の構成により、オペレータがレバー１９を握り動かすことで、オペレータの手部が任意の位置及び／又は姿勢（6自由度）にレバー１９と共に可動とされ、オペレータの手部の位置及び／又は姿勢（6自由度）が、前記変位検出器２２ａ〜２２ｃ並びに２５ａ〜２５ｃにより検出される。
【００２９】
尚、第１の実施の形態では、前記入力装置１５はリンクアーム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。
【００３０】
一方、第１の実施の形態では、前述のロボットＲの動作制御やロボット操縦装置Ｓの入力処理を行うために、図３及び図４のブロック図に示す制御装置を備えている。
【００３１】
この制御装置は、その構成を大別すると、ロボット操縦装置Ｓ側に設けた制御ユニット２６（図３）と、ロボットR側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２６、１１間での通信を行うための通信装置２７とから構成されている。以下、制御ユニット２６をマスター側制御ユニット２６、制御ユニット１１をロボット側制御ユニットと称する。尚、通信装置２７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。
【００３２】
図３に示したマスター側制御ユニット２６は、スイッチ１４からの切替信号に関する処理を行う目標部位及び目標座標決定部２８と、入力装置変位検出器２２ａ〜ｃ並びに２５ａ〜ｃからの変位検出値に関する処理を行う目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９とを具備する。
【００３３】
目標部位及び目標座標系決定部２８は、スイッチ１４からの切替信号に基づき、ロボットＲの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの目標部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される目標座標系を決定する。
【００３４】
尚、目標部位及び目標座標系決定部２８は、決定したロボットＲの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの目標部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される目標座標系を、通信装置２７を介してロボット側制御ユニット１１に与える。
【００３５】
また、目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９は、入力装置変位検出器２２ａ〜ｃ並びに２５ａ〜ｃからの変位検出値に基づき、前記目標部位及び目標座標決定部２８によって決定されたロボットRの該部位の該座標系で記述された目標位置及び／又は姿勢変位を決定する。
【００３６】
尚、目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９は、決定した前記目標部位及び目標座標決定部２８によって決定されたロボットRの該部位の該座標系で記述された目標位置及び／又は姿勢変位を、通信装置２７を介してロボット側制御ユニット１１に与える。
【００３７】
次に図４に示したロボット側制御ユニット１１は、前記脚体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より、床反力中心位置を決定する床反力中心算出部、前記目標部位及び目標座標系決定部２８から与えられるロボットRの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの目標部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される目標座標系並びに、前記目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９から与えられる前記目標部位及び目標座標決定部２８によって決定されたロボットRの該部位の該座標系で記述された目標位置及び／又は姿勢変位から、ロボットの目標動作指令、より具体的には目標全関節角度、目標上体姿勢、目標床反力中心位置を決定する目標動作生成部３１、その決定されたロボットの目標動作指令、ロボットRに備えた前記傾斜検出器１２によるロボットRの上体（胴体２）の傾斜状態の検出値、前記床反力算出部により決定された床反力中心位置等に基づき、ロボットRの姿勢の安定化を図りつつ各脚体３の各脚用アクチュエータ５及び各腕体４の各腕用アクチュエータ８の目標変位を決定するロボット主制御部３２と、その決定された目標変位と前記各脚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の変位並びに各腕アクチュエータ変位検出器（図示せず）により検出される各腕用アクチュエータ８の変位を目標変位にフィードバック制御するアクチュエータ変位制御部３３とを備えている。
【００３８】
また前記傾斜検出器１２は、ロボットRの上体加速度を検出する加速度センサ３４と、ロボットRの上体ヨーレートを検出するレートジャイロ３５と、これらの加速度センサ３４及びレートジャイロ３５の検出値からロボットRの上体の傾斜状態（胴体２の傾斜角）を算出・推定する傾斜状態推定部３６とから構成され、該傾斜状態推定部３６により推定されたロボットRの上体の傾斜状態を上体姿勢の検出値としてロボット側制御ユニット１１に与える。
【００３９】
尚、ロボット側制御ユニット１１には、ロボットRの動作情報、より具体的には全関節角度、上体姿勢、床反力中心位置等を、通信装置２７を介して、マスター側制御ユニット２６に与えるための構成も備えられているのであるが、ここでは図示及び説明を省略する。
【００４０】
次に、第１の実施の形態の装置の作動を説明する。
【００４１】
まず、ロボット操縦装置Sの操作による該ロボット操縦装置Sの基本動作とそれに応じたロボットRの基本的動作を説明する。
【００４２】
第１の実施の形態の装置では、前述の如くオペレータがロボット操縦装置Sのスイッチ１４を押すと、マスター側制御ユニット２６の目標部位及び目標座標系決定部２８に切替信号が与えられ、目標部位及び目標座標系決定部２８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、目標部位及び目標座標系決定部２８は、まず、スイッチ１４から与えられる切替信号に基づきロボット操縦装置Sの前記入力装置１５を用いて目標位置及び／又は姿勢変位を指令するロボットRの目標部位を決定する（STEP5-1）。
【００４３】
次いで、目標部位及び目標座標系決定部２８は、スイッチ１４から与えられる切替信号に基づきロボット操縦装置Sの前記入力装置１５を用いて指令された目標位置及び／又は姿勢変位が表現される目標座標系を決定する（STEP5-２）。
【００４４】
さらに、目標部位及び目標座標系決定部２８は、STEP5-1で求めた目標部位並びにSTEP5-2で求めた目標座標を通信装置２７を介してロボット側制御ユニット１１に出力し（STEP5-3）、今回の処理を終了する。
【００４５】
尚、かかる目標部位及び目標座標系決定部２８の処理では、スイッチ１４から与えられる切替信号に基づきロボット操縦装置Sの前記入力装置１５を用いて目標位置及び／又は姿勢変位を指令するロボットRの目標部位を決定し、さらにスイッチ１４から与えられる切替信号に基づきロボット操縦装置Sの前記入力装置１５を用いて指令された目標位置及び／又は姿勢変位が表現される目標座標系を決定するようにしたが、これと逆に、スイッチ１４から与えられる切替信号に基づきロボット操縦装置Sの前記入力装置１５を用いて指令された目標位置及び／又は姿勢変位が表現される目標座標系を決定しつつ、スイッチ１４から与えられる切替信号に基づきロボット操縦装置Sの前記入力装置１５を用いて目標位置及び／又は姿勢変位を指令するロボットRの目標部位を決定してもよい。
【００４６】
このような目標部位及び目標座標系決定部２８の処理と並行して、前述の如くオペレータがロボット操縦装置Sの入力装置１５のレバー１９を握り動かすことで、前記入力装置１５の変位検出器２２ａ〜ｃ及び変位検出器２５ａ〜ｃより検出された変位検出値が与えられ、目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９は、図６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。
【００４７】
すなわち、図６を参照して、目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９は、入力装置１５の変位検出器２２ａ〜ｃ及び変位検出器２５ａ〜ｃから与えられた変位検出値より、操縦装置Sの基台１６の上面に原点を有するXYZ直交座標系が入力装置１５の上下方向をZ軸、前後方向をX軸、左右方向をY軸として該基台に固定して設定された座標系（以下、操縦装置座標系という）で表された入力装置１５のレバー１９の位置及び／又は姿勢に変換する（STEP6-1）。この場合、入力装置１５の変位検出器２２ａ〜ｃ及び変位検出器２５ａ〜ｃから与えられた変位検出値を用いて、前記リンクアーム１７及び前記3軸回転機構１８の順運動学方程式を計算することにより、レバー１９の位置及び／又は姿勢が決定される。
【００４８】
次いで、目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９は、前記位置及び／又は姿勢と、前回記憶された前回のレバー１９の位置及び／又は姿勢との差を計算することにより、前記目標部位及び目標座標系決定部２８によって決定されたロボットRの目標部位の、目標部位及び目標座標系決定部２８によって決定された目標座標系で表された目標位置及び／又は姿勢変位を決定する（STEP6-2）。
【００４９】
さらに、目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９は、STEP6-1で変換されたレバー１９の今回の位置及び／又は姿勢を図示しないメモリに記憶した後（STEP6-3）、目標位置及び／又は姿勢変位を通信装置２７を介してロボット側制御ユニット１１に出力し（STEP6-4）、今回の処理を終了する。
【００５０】
一方、前述のような操縦装置S側での動作が行われたとき、ロボットR側では、前記ロボット側制御装置１１の目標動作生成部３１は、図７のフローチャートで示す処理を所定の制御サイクルで行う。
【００５１】
すなわち、目標動作生成部３１は、ロボットRのアクチュエータ変位検出器１３ａ〜ｃから得られた変位検出値から、マスター側制御装置２６から通信装置２７を介して与えられた目標部位の目標座標系で表されたロボットRの該部位の該座標系で表された現在の位置及び／又は姿勢を算出する（STEP7-1）。
【００５２】
次いで、目標動作生成部３１は、マスター側制御装置２６から通信装置２７を介して与えられた目標部位の目標座標系で表された目標位置及び／又は姿勢変位を、STEP7-1で算出されたロボットRの現在の位置及び／又は姿勢に加算して、ロボットRの該部位の該座標系で表された今回の目標位置及び／又は姿勢を算出する(STEP7-2)。
【００５３】
そして、目標動作生成部３１は、STEP7-2で算出した目標位置及び／又は姿勢を満足する目標動作指令（具体的には目標全関節角度、目標上体姿勢、目標床反力中心位置等）を生成する（STEP7-3）。ここで、目標全関節角度は、前述の目標位置及び／又は姿勢から逆運動学計算を行うこと等により、目標上体姿勢は前述の目標位置及び／又は姿勢から直接あるいは前述の目標全関節角度から順運動学計算を行うこと等により決定する。また、目標床反力中心位置は、ロボットRの足平部７の接地面、あるいは両足平部７の設置面を含む最小面積の多角形（これは一般に支持多角形と言われる）内に存するように生成する。
【００５４】
尚、このような目標指令の生成は、例えば特開平５−３１８３４０号公報に詳細に説明されている手法等を用いて行うことができるため、ここでは、さらなる説明を省略する。
【００５５】
さらに、目標動作生成部３１は、目標動作指令をロボット主制御部に出力し（STEP7-4）、今回の処理を終了する。
【００５６】
また、前記ロボット側制御装置１１のロボット主制御部３２は、図８のフローチャートで示す処理を所定の制御サイクルで行う。
【００５７】
すなわち、ロボット主制御部３２は、 ロボットRに備えられた前記傾斜検出器１２や床反力中心算出部３０並びにアクチュエータ変位検出器１３の出力を読み込み(STEP8-1)、さらに目標動作生成部３１から与えられる前述の目標動作指令を受信する(STEP8-2)。
【００５８】
次いで、ロボット主制御部３２は、ロボットRの姿勢が転倒しやすい不安定な姿勢となるのを排除するために、該ロボットRの姿勢を安定化する制御を行って、目標動作生成部３１から与えられる前述の目標全関節角度を修正する（STEP8-3）。
【００５９】
この姿勢安定化制御では、ロボット主制御部３２は、ロボットRの上体姿勢の復元方向に足平部７に床反力が作用するように前述の目標動作生成部３１から与えられたロボットRの目標上体姿勢と前記傾斜検出器１２の検出値との偏差に応じて前述の目標動作生成部３１から与えられたロボットRの目標全関節角度を修正する等を行う。
【００６０】
尚、このような姿勢安定化制御は、例えば特開平５−３３７８４９号公報に詳細に開示された手法等を用いて行うことができるため、ここでは、さらなる説明を省略する。
【００６１】
次いで、ロボット主制御部３２は、上記のように修正したロボットRの目標全関節角度から、今回の制御サイクルにおける各アクチュエータ５の目標変位を算出し（STEP8-4）、それをアクチュエータ変位制御部３３に指令して（STEP8-5）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【００６２】
さらに、アクチュエータ変位制御部３３は、ロボット主制御部３２から指令された目標変位に従って各アクチュエータ５の変位を該目標変位にフィードバック制御する。
【００６３】
以上のようなロボットR側での作動により、ロボットRは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつつ、概ね、オペレータの操作によるロボット操縦装置Sの作動に応じた操作指令に従って動作する。
【００６４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第2の実施形態を図９並びに、前記図１、図３、図４を参照して説明する。尚、第２の実施の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。
【００６５】
第２の実施の形態の装置では、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、操縦装置Sは、図９に示すような構成となっている。すなわち、この操縦装置Sは、前記第1の実施形態と同一構成のスイッチ１４、入力装置１５及び基台１６を備える一方、第1の実施形態と異なり、スイッチ１４は入力装置１５のレバー19に取着されている。
【００６６】
以上のように構成された第２の実施の形態の装置における操縦装置Sでは、図示しないオペレータが該入力装置１５から手を離すことなく該スイッチ１４の操作を行わしめる。
【００６７】
尚、第２の実施の形態では、操縦装置S及びロボットRの制御装置は第1の実施形態で説明したもの（図３及び図4）と全く同一である。
【００６８】
さらに、第２の実施の形態の装置の作動も第１の実施形態で説明したもの（図５、図６、図７及び図８）と全く同一である。
【００６９】
このような第２の実施の形態の作動によって、オペレータはスイッチ１４を操作することにより、入力装置１５から手を離すことなく目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットRの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を切り替えかつ、入力装置１５を使用し該ロボットの部位に目標位置及び／又は姿勢変位の値を入力することにより、人間型ロボットRの全身動作をオペレータが簡便に指令できる。
【００７０】
さらに、前記第1の実施形態と同様に、ロボットRは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつつ、概ね、オペレータの操作によるロボット操縦装置Sの作動に応じた操作指令に従って動作する。
【００７１】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第3の実施形態を図１０及び図１１並びに、前記図１、図３、図４を参照して説明する。尚、第３の実施の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。
【００７２】
第３の実施の形態の装置では、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、操縦装置Sは、図１０に示すような構成となっている。すなわち、この操縦装置Sは、前記第1の実施形態と同一構成の入力装置１５及び基台１６を備える一方、第1の実施形態と異なり、スイッチ１４を有していない。
【００７３】
さらに、第３の実施の形態では、図１１を参照して、オペレータが前記入力装置１５から手を離すことなくスイッチ１４の操作をオペレータの足にて行わしめる足側操縦装置Fを備える。
【００７４】
スイッチ１４は、第1の実施形態と同じく、ロボットＲの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を切り替えるためのものであり、床に設置された基台３３に取りつけられている。このようにすることで、オペレータが前記入力装置１５から手を離すことなく該スイッチ１４の操作を行えることとなるため、スイッチ１４を操作し目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットRの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を切り替えることと、該入力装置を操作し該目標位置及び／又は姿勢変位の値を入力することを同時に行うことができる。
【００７５】
尚、第３の実施の形態では、操縦装置S及びロボットRの制御装置は第1の実施形態で説明したもの（図３及び図4）と全く同一である。
【００７６】
さらに、第３の実施の形態の装置の作動も第１、第2の実施形態で説明したもの（図５、図６、図７及び図８）と全く同一である。
【００７７】
このような第３の実施の形態の作動によって、オペレータは足にてスイッチ１４を操作することにより、入力装置１５から手を離すことなく目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットRの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を切り替えかつ、入力装置１５を使用し該ロボットの部位に目標位置及び／又は姿勢変位の値を入力することにより、人間型ロボットRの全身動作をオペレータが簡便に指令できる。
【００７８】
さらに、前記第1、第2の実施形態と同様に、ロボットRは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつつ、概ね、オペレータの操作によるロボット操縦装置Sの作動に応じた操作指令に従って動作する。
【００７９】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図１２、図１３並びに、前記図１、図４、図１０を参照して説明する。尚、第４の実施の形態の説明に際して、前記第1、第3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、第3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。
【００８０】
第４の実施の形態の装置では、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、操縦装置Sは、第3の実施形態と同一構成である（図１０参照）。
【００８１】
さらに、第４の実施の形態では、第3の実施形態と同じく、オペレータが前記入力装置１５から手を離すことなくスイッチ１４の操作をオペレータの足にて行わしめる足側操縦装置Fを備える。そして、足側操縦装置Fは、図１３に示すような構成となっている。すなわち、この足側操縦装置Fは、前記第３の実施形態と同一構成の基台３３を備える一方、第３の実施形態と異なり、複数のスイッチ１４ａ〜１４ｇを有する。ここで第４の実施の形態では7個のスイッチ１４ａ〜１４ｇを用いて構成したが、より多くの数のスイッチあるいは、より少ない数のスイッチを用いて構成するようにしてもよい。
【００８２】
第４の実施の形態の構成では、スイッチ１４ａ〜１４ｅは、ロボットＲの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの部位を切り替えるためのものである。図示の構成では、スイッチ１４ａはロボットＲの頭部１に、スイッチ１４ｂはロボットＲの右ハンド１０に、スイッチ１４ｃはロボットＲの左ハンド１０に、スイッチ１４ｄはロボットＲの右足平部７に、スイッチ１４ｅはロボットＲの左足平部７にそれぞれ対応する。
【００８３】
また、第４の実施の形態の構成では、スイッチ１４ｆ、１４ｇは、ロボットＲの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を記述せしめたい目標座標系を切り替えるためのものである。図示の構成では、スイッチ１４ｆは、図１を参照して、ロボットRの腰部分（脚体３と胴体２との連結個所）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軸として該胴体に固定して設定された座標系（以下、ロボット上体座標系という）に、スイッチ１４ｇは、図１を参照して、ロボットRの両足平部７の中央に原点を有するXYZ直交座標系が重力方向をZ軸、前後方向をX軸、左右方向をY軸として床面に固定して設定された座標系（以下、ロボット足平部座標系という）にそれぞれ対応する。
【００８４】
これにより、オペレータはスイッチを操作し目標位置及び／又は姿勢変位を指令したい該ロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を直接的に切り替えることができる。
【００８５】
第４の実施の形態では、ロボットRの制御装置及び通信装置は第1の実施形態で説明したもの（図4）と全く同一である。
【００８６】
また、第４の実施の形態では、操縦装置Ｓや足側操縦装置Fの入力処理を行うために、第1の実施形態と類似の図１３のブロック図に示すマスター側制御ユニット２６を備えている。
【００８７】
図１３に示したマスター側制御ユニット２６は、スイッチ１４ａ〜１４ｅからの目標部位切替信号に関する処理を行う目標部位決定部３７と、スイッチ１４ｆ、１４ｇからの目標座標系切替信号に関する処理を行う目標座標系決定部３８と、入力装置変位検出器２２ａ〜ｃ並びに２５ａ〜ｃからの変位検出値に関する処理を行う目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９とを具備する。
【００８８】
目標部位決定部３７は、スイッチ１４ａ〜１４ｅからの切替信号に基づき、ロボットＲの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの目標部位を決定する。さらに、目標部位決定部３７は、決定したロボットＲの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの目標部位を、通信装置２７を介してロボット側制御ユニット１１に与える。
【００８９】
また、目標座標系決定部３８は、スイッチ１４ｆ、１４ｇからの切替信号に基づき、ロボットＲの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を記述したい目標座標系を決定する。さらに、目標座標系決定部３８は、決定したロボットＲの操縦に際してオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を記述したい目標座標系を、通信装置２７を介してロボット側制御ユニット１１に与える。
【００９０】
尚、目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９は、第1の実施形態と同様に、入力装置変位検出器２２ａ〜ｃ並びに２５ａ〜ｃからの変位検出値に基づき、前記目標部位及び目標座標決定部２８によって決定されたロボットRの該部位の該座標系で記述された目標位置及び／又は姿勢変位を決定する。さらに、目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９は、決定した前記目標部位及び目標座標決定部によって決定されたロボットRの該部位の該座標系で記述された目標位置及び／又は姿勢変位を、通信装置２７を介してロボット側制御ユニット１１に与える。
【００９１】
次に、第４の実施の形態の装置の作動を説明する。
【００９２】
第４の実施の形態の装置では、オペレータがロボット操縦装置Sのスイッチ１４ａ〜１４ｅを押すと、マスター側制御ユニット２６の目標部位決定部３７に切替信号が与えられ、目標部位決定部３７は、図１４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、目標部位決定部３７は、まず、スイッチ１４ａ〜１４ｅから与えられる切替信号に基づきロボット操縦装置Sの入力装置１５を用いて目標位置及び／又は姿勢変位を指令するロボットRの目標部位を決定する（STEP14-1）。
【００９３】
次いで、目標部位決定部３７は、STEP14-1で求めた目標部位を通信装置２７を介してロボット側制御ユニット１１に出力し（STEP14-2）、今回の処理を終了する。
【００９４】
このような目標部位決定部３７の処理と並行して、オペレータがロボット操縦装置Sのスイッチ１４ｆ〜１４ｇを押すと、マスター側制御ユニット２６の目標座標系決定部３８に切替信号が与えられ、目標座標系決定部３８は、図１５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、目標座標系決定部３８は、まず、スイッチ１４ｆ〜１４ｇから与えられる切替信号に基づきロボット操縦装置Sの入力装置１５を用いて指令された目標位置及び／又は姿勢変位が表現される目標座標系を決定する（STEP15-1）。
【００９５】
次いで、目標座標系決定部３８は、STEP15-1で求めた目標座標系を通信装置２７を介してロボット側制御ユニット１１に出力し（STEP15-2）、今回の処理を終了する。
【００９６】
このような目標部位決定部３７及び目標座標系決定部３８の処理と並行して、前述の如くオペレータがロボット操縦装置Sの入力装置１５のレバー１９を握り動かすことで、前記入力装置１５の変位検出器２２ａ〜ｃ及び変位検出器２５ａ〜ｃより検出された変位検出値が与えられ、目標位置及び／又は姿勢変位決定部２９は、第1の実施形態と全く同一の図６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。
【００９７】
一方、前述のような操縦装置S側での動作が行われたとき、ロボットR側では、前記ロボット側制御装置１１の作動は、第１の実施形態と全く同一の、図７、図8のフローチャートで示す処理を所定の制御サイクルで行う。
【００９８】
このような第４の実施の形態の作動によって、オペレータはスイッチを操作し目標位置及び／又は姿勢変位を指令したい該ロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を直接的に切り替えることができる。
【００９９】
さらに、前記第1、第2、第3の実施形態と同様に、ロボットRは自己の姿勢の安定化を自律的に図りつつ、概ね、オペレータの操作によるロボット操縦装置Sの作動に応じた操作指令に従って動作する。
【０１００】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、このような実施の形態に限定されるされることなく、特許請求の範囲記載の技術事項の範囲内でいろいろ実施例があることは言うまでもない。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明に係る人間型ロボットの遠隔制御装置は、以上のような構成であるから、次のような効果を奏する。
【０１０２】
（１）本発明の人間型ロボットの操縦の際には、オペレータは目標位置及び／又は姿勢変位を指令したい該ロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を前記スイッチを操作することにより切り替えることができる。
【０１０３】
（２）本発明人間型ロボットの操縦の際には、オペレータは前記入力装置を使用し目標位置及び／又は姿勢変位を指令したい該ロボットの部位に目標位置及び／又は姿勢変位の値を入力することができる。
【０１０４】
（３）本発明の人間型ロボットの遠隔制御装置によれば、オペレータは前記スイッチを操作することにより目標位置及び／又は姿勢変位を指令したい該ロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を切り替えかつ、前記入力装置を使用し該ロボットの部位に目標位置及び／又は姿勢変位の値を入力することにより、人間型ロボットの全身動作をオペレータが簡便に指令できる。
【０１０５】
（４）本発明の人間型ロボットでは、前記スイッチを前記入力装置に一体化して備えているから、オペレータが該入力装置から手を離すことなく該スイッチの操作を行えることとなるため、目標位置及び／又は姿勢変位を指令したい該ロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を切り替える時間を短縮することができる。
【０１０６】
（５）本発明の人間型ロボットでは、前記スイッチを前記入力装置とは独立して備え、オペレータが該入力装置から手を離すことなく該スイッチの操作をオペレータの足にて行わしめことができ、オペレータが該入力装置から手を離すことなく該スイッチの操作を行えることとなるため、スイッチを操作し目標位置及び／又は姿勢変位を指令したい該ロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を切り替えることと、該入力装置を操作し該目標位置及び／又は姿勢変位の値を入力することを同時に行うことができる。
【０１０７】
（６）本発明の人間型ロボットでは、前記スイッチを複数のスイッチの集合により構成し、該スイッチ個々にオペレータが目標位置及び／又は姿勢変位を指令したいロボットの部位に対応させる構成であるから、スイッチを操作し目標位置及び／又は姿勢変位を指令したい該ロボットの部位及び該目標位置及び／又は姿勢変位が記述される座標系を直接的に切り替えることができる。
【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人間型ロボットの模式的側面図である。
【図２】本発明の第1の実施形態における操縦装置の斜視図である。
【図３】本発明の第1の実施形態における制御装置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装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図3の制御装置の作動を制御するためのフローチャートである。
【図６】図3の制御装置の作動を制御するためのフローチャートである。
【図７】図3の制御装置の作動を制御するためのフローチャートである。
【図８】図3の制御装置の作動を制御するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態における操縦装置の斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態における操縦装置の斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における操縦装置の斜視図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態における操縦装置の斜視図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態における制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１3の制御装置の作動を制御するためのフローチャートである。
【図１５】図１3の制御装置の作動を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
R ロボット
１ 頭部
２ 胴体
３ 脚体
４ 腕体
５ａ〜ｃ 脚アクチュエータ
６ ６軸力センサ
７ 足平部
８ａ〜ｃ 腕アクチュエータ
９ 6軸力センサ
１０ ハンド
１１ ロボット側制御ユニット
１２ 傾斜検出器
１３ａ〜ｃ 脚アクチュエータ変位検出器
S 操縦装置
１４ａ〜ｇ スイッチ
１５ 入力装置
１６ 基台
１７ リンクアーム
１８ 3軸回転機構
１９ レバー
２０ａ〜ｃ 関節
２１ａ〜ｃ 回転軸中心
２２ａ〜ｃ 変位検出器
２３ａ〜ｃ 関節
２４ａ〜ｃ 回転軸中心
２５ａ〜ｃ 変位検出器
２６ マスター側制御ユニット
２７ 通信装置
２８ 目標部位及び目標座標系決定部
２９ 目標位置及び／又は姿勢決定部
３０ 床反力中心算出部
３１ 目標動作生成部
３２ ロボット主制御部
３３ アクチュエータ変位制御部
３４ 加速度センサ
３５ レートジャイロ
３６ 傾斜状態推定部
３７ 目標部位決定部
３８ 目標座標系決定部

Claims (4)

1. オペレータの操作により人間型ロボットに該操作に応じた動作指令を与えるロボット操縦装置を備えると共に、前記人間型ロボットに、自己の姿勢を前記動作指令に応じた目標姿勢に自律的に安定化しつつ制御する手段を設けた人間型ロボットの遠隔制御装置において、
   前記ロボット操縦装置は、スイッチと入力装置を備えており、
   前記スイッチは、オペレータが目標位置変位及び目標姿勢変位の両方又は一方を指令したいロボットの部位、並びに該目標位置変位及び目標姿勢変位の両方又は一方が記述され動きの基準となる座標系を、独立に切り替えるスイッチであり、
   前記入力装置は、前記目標位置変位及び目標姿勢変位の両方又は一方の値を入力する入力装置であり、
   該スイッチと該入力装置の操作指令によって、前記人間型ロボットの動作を指令する部位と動きの基準となる座標系の組み合わせを自在に切り替え、前記人間型ロボットの動作を制御することを特徴とする人間型ロボットの遠隔制御装置。
2. 前記スイッチを前記入力装置に一体化して備え、オペレータが該入力装置から手を離すことなく該スイッチの操作を行わしめることを特徴とする請求項１記載の人間型ロボットの遠隔制御装置。
3. 前記スイッチを前記入力装置とは独立して備え、オペレータが該入力装置から手を離すことなく該スイッチの操作をオペレータの足にて行わしめることを特徴とする請求項１記載の人間型ロボットの遠隔制御装置。
4. 前記スイッチを複数のスイッチの集合により構成し、該スイッチ個々が、オペレータが目標位置変位及び目標姿勢変位の両方又は一方を指令したいロボットの部位に対応させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の人間型ロボットの遠隔制御装置

Images