JP6410022B2 - マスタスレーブロボットの制御装置及び制御方法、ロボット、マスタスレーブロボットの制御プログラム、並びに、マスタスレーブロボットの制御用集積電子回路 - Google Patents
マスタスレーブロボットの制御装置及び制御方法、ロボット、マスタスレーブロボットの制御プログラム、並びに、マスタスレーブロボットの制御用集積電子回路 Download PDFInfo
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Description
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
前記表示情報取得部から取得した撮像画像情報を基に、前記表示部の画面上での前記剛体対象物の長さ情報又は面積情報を算出し、測定された前記剛体対象物の前記長さ情報又は前記面積情報を、前記表示部上における前記剛体対象物の大きさ情報として出力する大きさ情報算出部と、
前記大きさ情報算出部より入力された大きさ情報と、前記剛体対象物の実際の大きさ情報とを基に拡大率情報を算出して、算出した拡大率情報を前記力情報補正部に出力する拡大率情報算出部と、
を備える。
図1に示すように、スレーブアーム3は、作業台11上の機器10の挿入口9に、ハンド4で把持された微細部品8を挿入する作業を行うロボットである。この作業をカメラなどの撮像装置6で撮像してディスプレイ7に映し出している。このような状況において、作業者(人)1がディスプレイ7に映し出された映像を見ながらマスタアーム2を操作するマスタスレーブロボット100を示している。このマスタスレーブロボット100において、映像の拡大率に対するスレーブアーム3の動作比率を変更すると、それまで見ていた映像とマスタアーム2の操作又は力の感じ方が変わり、作業効率が低下する。
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
を備えるマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
第1の態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記大きさ情報算出部より入力された大きさ情報と、前記剛体対象物の実際の大きさ情報とを基に拡大率情報を算出して、算出した拡大率情報を前記力情報補正部に出力する拡大率情報算出部とをさらに備える、
第1又は2の態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
第3の態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
第3の態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記大きさ情報算出部から取得した前記大きさ情報Sdに対して、前記対象物情報記憶部から取得しかつ前記大きさ情報に対応する前記剛体対象物の実際の大きさ情報Srを除算して、除算した結果(Sd/Sr)を前記拡大率情報として前記力情報補正部に出力し、
前記力情報補正部は、前記大きさ情報算出部から取得した前記拡大率情報に補正係数を乗算することにより、前記補正力情報を生成する、
第3〜5のいずれか1つの態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
第1又は2の態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
第1の態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記表示情報取得部で取得した前記画像の拡大率情報と前記視野角情報取得部で取得した前記視野角情報とのいずれか一方を選択する選択部とをさらに備え、
前記力情報補正部は、前記選択部で選択された情報を基に、前記選択された情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成する、
第1〜8の態様のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記人の位置情報、及び、視線情報を取得する人位置情報取得部と、
前記表示部位置情報取得部から取得した前記表示部の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報と前記人位置情報取得部から取得した前記人の位置情報、及び、視線情報とから前記視野角情報を算出する視野角情報算出部とを備えて、
前記視野角情報取得部は、前記視野角情報算出部で算出した前記視野角情報を取得する、
第9態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記表示部の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報を取得する表示部位置情報取得部と、
前記人の位置情報、及び、視線情報を取得する人位置情報取得部と、
前記表示部位置情報取得部から取得した前記表示部の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報と、前記人位置情報取得部から取得した前記人の位置情報、及び、視線情報と、前記対象物大きさ情報算出部から取得した前記剛体対象物の大きさ情報とから前記表示部に映る前記剛体対象物に対する前記視野角情報を算出する対象物視野角情報算出部を備えて、
前記視野角情報取得部は、前記対象物視野角情報算出部で算出した前記視野角情報を取得する、
第9態様に記載のマスタスレーブロボットの制御装置を提供する。
前記マスタスレーブロボットの制御装置で動作制御される前記スレーブアームと前記マスタアームと、
を備えるロボットを提供する。
力情報取得部で、前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得し、
表示情報取得部で、前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得し、
力情報補正部で、前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成し、
力情報提示部で、前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示する、
マスタスレーブロボットの制御方法を提供する。
力情報取得部で、前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得するステップと、
表示情報取得部で、前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得するステップと、
力情報補正部で、前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成するステップと、
力情報提示部で、前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示するステップと、
をコンピュータに実行させるための、マスタスレーブロボットの制御プログラムを提供する。
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成する力情報補正部と、 前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
を備えるマスタスレーブロボットの制御用集積電子回路を提供する。
本発明の第1実施形態における、マスタスレーブロボット100の制御装置101を含むマスタスレーブロボット100の概要について説明する。
マスタアーム2の制御装置104は、マスタ制御装置本体部106と、マスタ周辺装置108とで構成されている。
スレーブアーム3の制御装置105は、スレーブ制御装置本体部107と、スレーブ周辺装置109とで構成されている。
マスタ制御装置本体部106は、マスタ動作情報取得部110と、表示情報取得部111と、マスタ動作情報補正部112と、力情報補正部113と、力情報提示部114とで構成されている。なお、スレーブ制御装置本体部107と、マスタ制御装置本体部106とでマスタスレーブロボット100の制御装置101を構成して、スレーブアーム3とマスタアーム2とを動作制御している。
マスタ動作情報取得部110は、マスタ入出力IF117からマスタアーム2の位置情報及び姿勢情報と、マスタ入出力IF117に内蔵されたタイマからの時間情報とが入力される。また、マスタ動作情報取得部110は、マスタ入出力IF117から取得した位置情報を時間情報で微分することによって、速度情報を取得する。また、マスタ動作情報取得部110は、姿勢情報を時間情報で微分することによって、角速度情報を取得する。図3に、マスタ動作情報取得部110で取得する時間情報と、位置情報と、姿勢情報と、速度情報と、角速度情報とを示す。これらの位置情報と、姿勢情報と、速度情報と、角速度情報とでマスタアーム2の動作情報(マスタ動作情報)を構成する。
撮像装置6は、スレーブアーム3が行う作業を撮像し、主に、ハンド4と、微細部品8と、挿入口9との付近を撮像する。撮像装置6は、撮像時の拡大率を変更することができる。また、撮像装置6を設置する位置又は姿勢を変更することができる。撮像装置6を設置する場合は、いかなる位置又は姿勢で設置することも可能であるが、被写体(特にハンド4と、微細部品8と、挿入口9と)が重ならずに写る位置、姿勢、被写体の移動、及び、大きさが捉えられる位置及び姿勢が必要である。図4A及び図4Bに示す例では、図4Aの位置及び姿勢の方が、図4Bの位置及び姿勢よりも被写体が重ならずに写り、移動する変化も捉えることができる。ディスプレイ7に映し出された映像をそれぞれ図4C及び図4Dに示す。図4Aの位置及び姿勢の方が、画面上のスレーブアーム3の移動及び微細部品8の大きさがよく見えることわかる。
表示情報取得部111には、撮像装置6から、撮像画像情報と、拡大率情報と、撮像装置位置情報と、マスタ入出力IF117に内蔵されたタイマより時間情報とが入力される。表示情報取得部111から出力された撮像画像情報がディスプレイ7に画像として表示される。
マスタ動作情報補正部112は、マスタ動作情報取得部110よりマスタアーム2の動作情報(マスタ動作情報)と時間情報とが入力される。取得したマスタアーム2の動作情報を基にサンプリング周期毎のマスタアーム2のハンド4の移動量を算出し、算出した移動量にゲインを掛け、補正マスタ動作情報(移動量指令値)としてスレーブ制御部116に出力する。
力情報補正部113は、表示情報取得部111から拡大率情報と時間情報とが入力され、力情報取得部115より力情報と時間情報とが入力される。取得した拡大率情報を基に力情報を補正する。力情報の補正方法については、取得した拡大率情報にゲインを力情報補正部113で掛け、このようにして得られた値を、前記取得した力情報に力情報補正部113で掛けることによって、力情報を力情報補正部113で補正する。
画像を拡大して作業を行う場合について、図11を用いて説明する。図11は、撮像装置6である拡大率で拡大して撮像した画像をディスプレイ7に映しており、作業者1はその画像を見ながらマスタアーム2を操作して作業を行う。このように作業をしているときに問題となるのが、作業者1は拡大されたハンド7及び微細部品8の映像を見ながら作業を行っているので、作業者1には微細部品8及びコネクタ9が実物よりも大きく見え、重い対象物とイメージしてしまう傾向がある。そのため、微細部品8とコネクタ9とが接触する際に、作業者1がマスタアーム2に対して大きな力を加えて大きな負荷を加えてしまうことがある。このような問題に対して、拡大率情報を力情報に掛けて力情報補正部113で補正し、補正された情報に基づき、後述する力情報提示部114でマスタアーム2及びディスプレイ7を介して作業者1に力を提示するようにする。このように構成することによって、作業者1が作業を行う(図11中の矢印Aの方向に押し下げる)際に、力センサ5で取得した力情報(図11中のF0)より大きい力(図11中のF1)をマスタアーム2及びディスプレイ7を介して作業者1に提示することとなる。そのため、作業者1は、接触度合が大きいと判断し、より小さな力で接触させようとするため、過負荷の生じない力をマスタアーム2に加えることができる。この例のように、作業を行うときに、負荷を加えてはいけない作業の場合において、力情報補正部113で拡大率情報を力情報に乗算することによって、作業者1は、拡大率情報に応じた適切な力を印加することができるように誘導される。
画像を縮小して作業を行う場合について、図12を用いて説明する。図12は、撮像装置6で縮小して撮像した画像をディスプレイ7に映しており、作業者1はその画像を見ながらマスタアーム2を操作して作業を行う。このように作業をしているときに問題となるのが、作業者1は縮小されたハンド7及び微細部品8を見ながら作業を行っているので、作業者1には微細部品8及びコネクタ9が実物よりも小さく見え、軽い対象物とイメージしてしまう傾向がある。そのため、微細部品8とコネクタ9とが接触する際に、作業者1がマスタアーム2に対して、微細部品8をコネクタ9に挿入するのに必要な力を加えることができず、微細部品8をコネクタ9にしっかり挿入できないことがある。このような問題に対して、拡大率情報を力情報に掛けて力情報補正部113で補正し、補正された情報に基づき、後述する力情報提示部114でマスタアーム2及びディスプレイ7を介して作業者1に力を提示するようにする。このように構成することによって、作業者1が作業を行う(図11中の矢印Aの方向に押し下げる)際に、力センサ5で取得した力情報(図12中のF0)より小さい力(図12中のF1)をマスタアーム2及びディスプレイ7を介して作業者1に提示することとなる。そのため、作業者1は、接触度合が小さいと判断し、より大きな力で接触させようとするため、挿入に必要な力をマスタアーム2に加えることができる。この例のように、作業を行うときに、適切な力を印加することが必要な作業の場合において、力情報補正部113で拡大率情報を力情報に乗算することによって、作業者1は、拡大率情報に応じた適切な力を印加することができるように誘導される。
力情報提示部114は、力情報補正部113より補正力情報と時間情報とが入力される。力情報提示部114は、取得した補正力情報を、マスタ入出力IF117及びマスタモータドライバ118を介し、さらにマスタアーム2を介して作業者1に提示するために、補正力情報をマスタアーム2が出力できるように指令値を生成する。このとき、マスタアーム2を介して作業者1に提示すると同時に、提示する情報などをディスプレイ7に表示するようにしてもよい。
スレーブ制御装置本体部107は、力情報取得部115と、スレーブ制御部116とで構成されている。
力センサ5は、図1に示すように、スレーブアーム3のハンド4の手首部に設置され、対象物が被対象物に接触した際に生じる反力を測定する。ここでは、力3軸トルク3軸の計6軸計測することができる力センサを使用する。なお、1軸以上計測可能な力センサなら任意の力センサを使用することができる。また、力センサ5は、例えば、ひずみゲージ式の力覚センサを用いることによって実現する。
力情報取得部115は、力センサ5から力情報と、スレーブ入出力IF119に内蔵されたタイマからの時間情報とが入力される。図14に、力情報と、時間情報とを示す。
スレーブ制御部116は、マスタ動作情報補正部112から、補正マスタ動作情報と、時間情報とが入力される。スレーブ制御部116は、取得した補正マスタ動作情報に従い、スレーブアーム3が移動できるように、指令値を生成する。
マスタ周辺装置108は、マスタ入出力IF117と、マスタモータドライバ118とで構成されている。
マスタ入出力IF117は、力情報提示部114から入力された指令値をマスタモータドライバ118に出力する。また、マスタ入出力IF117は、マスタアーム2の各関節軸のエンコーダから入力された値から、マスタアーム2の位置情報及び姿勢情報をエンコーダ内部の演算部(図示せず)で求め、位置情報及び姿勢情報とマスタ入出力IF117に内蔵されたタイマからの時間情報とを、マスタ入出力IF117からマスタ動作情報取得部110に出力する。マスタ入出力IF117に内蔵されたタイマからの時間情報を表示情報取得部111に出力する。また、マスタ入出力IF117は、図15に示すように、入力部117Aと出力部117Bとによって構成される。入力部117Aは、入力IFとなっており、キーボード又はマウス又はタッチパネル又は音声入力などにより作業者1が項目を選択する場合、又は、キーボード又はマウス又はタッチパネル又は音声入力などにより作業者1が数字を入力する場合などに用いられる。出力部117Bは、出力IFとなっており、取得した情報などを外部に出力する場合又はディスプレイ7などに表示する場合などに用いられる。
マスタモータドライバ118は、マスタ入出力IF117から取得した指令値を基に、マスタアーム2を制御するために、マスタアーム2の各関節軸のモータへの指令値をマスタアーム2に出力する。
スレーブ周辺装置109は、スレーブ入出力IF119と、スレーブモータドライバ120とで構成されている。
スレーブ入出力IF119は、スレーブ制御部116から入力された指令値をスレーブモータドライバ120に出力する。スレーブ入出力IF119に内蔵されたタイマからの時間情報を、力情報取得部115に出力する。また、スレーブ入出力IF119は、マスタ入出力IF117と同様に、図15に示す構成の入力部119Aと出力部119Bとによって構成される。入力部119Aは、入力IFとなっており、キーボード又はマウス又はタッチパネル又は音声入力などにより作業者1が項目を選択する場合、又は、キーボード又はマウス又はタッチパネル又は音声入力などにより作業者1が数字を入力する場合などに用いられる。出力部119Bは、出力IFとなっており、取得した情報などを外部に出力する場合又はディスプレイ7などに表示する場合などに用いられる。
スレーブモータドライバ120は、スレーブ入出力IF119から取得した指令値を基に、スレーブアーム3を制御するために、スレーブアーム3の各関節軸のモータへの指令値をスレーブアーム3に出力する。
マスタアーム2において、マスタ入出力IF117に内蔵されたタイマを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、マスタアーム2の動作情報をマスタアーム2の各エンコーダを用いてエンコーダ内部の演算部で求めて、マスタ入出力IF117に出力する。また、マスタアーム2は、マスタモータドライバ118からの指令値に従って制御される。
スレーブアーム3において、スレーブ入出力IF119に内蔵されたタイマを利用して、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に、スレーブアーム3の動作情報をスレーブアーム3の各エンコーダを用いてエンコーダ内部の演算部で求めてスレーブ入出力IF119に出力する。また、スレーブアーム3は、スレーブモータドライバ120からの指令値に従って制御される。
第1実施形態のマスタスレーブロボット100の操作手順を、図16及び図17のフローチャートを用いて説明する。
図18は本発明の第1実施形態の変形例のブロック図である。第1実施形態の変形例として、マスタスレーブロボット100のマスタ制御装置106において、表示制御部121と表示部122とを追加して備えるように構成することもできる。
表示制御部121は、表示情報取得部111から撮像画像情報と、拡大率情報と、撮像装置位置情報と、マスタ入出力IF117に内蔵されたタイマより時間情報とが入力される。
表示部122は、表示制御部121から撮像画像情報が入力される。入力された撮像画像情報をディスプレイ(表示部122の画面)7に表示する。
画面上の対象物の大きさに起因する作業者1の現実とは異なる先入観が生じた場合においても、撮像装置6の拡大率情報に対応して力情報を力情報補正部113で補正し、力情報提示部114で力提示を行うことによって、作業者1が作業を正確に行うことができる。すなわち、作業者1が映像を見ながら操作するマスタスレーブロボット100において、拡大率などが変化した場合においても、見ている映像に対応した力提示を行うことができ、作業者1は正確にかつ効率良く作業ができる。
本発明の第2実施形態における、マスタスレーブロボット100Bの制御装置101Bを含むマスタスレーブロボット100Bの概要について説明する。図19Aは、本発明の第2実施形態における、マスタスレーブロボット100Bのブロック図を示す。本発明の第2実施形態のマスタロボット102Bにおけるマスタアーム2と、マスタ周辺装置108と、マスタ制御装置106Bのうちのマスタ動作情報取得部110と表示情報取得部111とマスタ動作情報補正部112と力情報補正部113と力情報提示部114と、スレーブロボット103とは第1実施形態と同様であるので、共通の参照符号を付して共通部分の説明は省略し、異なる部分(大きさ情報算出部123と、対象物情報記憶部124と、拡大率情報算出部125と)についてのみ、以下、詳細に説明する。なお、スレーブ制御装置本体部107と、マスタ制御装置本体部106Bとでマスタスレーブロボット100Bの制御装置101Bを構成して、スレーブアーム3とマスタアーム2とを動作制御している。マスタロボット102Bは、マスタアーム2と、マスタアーム2の制御装置104Bとで構成されている。
大きさ情報算出部123は、表示情報取得部111より撮像画像情報と、時間情報とが入力される。大きさ情報算出部123は、取得した表示情報を基に、ディスプレイ7の画面上での微細部品8及び挿入口9の大きさ情報を算出する。
対象物情報記憶部124は、微細部品8及び挿入口9の実際の大きさ情報を、対象物情報として記憶する。実際の大きさ情報は、作業者1がマスタ入出力IF117を用いて対象物情報記憶部124に入力する。図22Aに対象物情報の一例を示す。対象物情報記憶部124は、対象物情報を拡大率情報算出部125に出力する。
拡大率情報算出部125は、大きさ情報算出部123より大きさ情報と時間情報とが入力され、対象物情報記憶部124より対象物情報の長さ情報又は面積情報が入力される。拡大率情報算出部125は、取得した大きさ情報と対象物情報の長さ情報又は面積情報とを基に、拡大率情報を算出する。拡大率情報の算出方法は、大きさ情報算出部123から取得した大きさ情報に対して、大きさ情報に対応する対象物情報の長さ情報又は面積情報を除算することによって、拡大率情報を拡大率情報算出部125で算出する。図21の大きさ情報と図22Aの対象物情報の長さ情報又は面積情報の例を用いると、図21の大きさ情報である微細部品面積125mm2に対して、図22Aの対象物情報の面積情報の一例としての微細部品面積20mm2を除算し、拡大率情報6.25を拡大率情報算出部125で算出する。
第2実施形態のマスタスレーブロボット100Bの操作手順を、図24のフローチャートを用いて説明する。
撮像装置6の拡大率情報を直接用いず、画面上の対象物の大きさ情報と実際の対象物の大きさ情報とを用いて拡大率情報を拡大率情報算出部125で算出することによって、撮像装置6の位置及び姿勢によって対象物の映り方が異なる場合にも対応でき、作業者1が作業を正確に行うことができる。
第1実施形態及び第2実施形態では、力情報を補正することによって、拡大率に応じた操作を可能としている。第3実施形態では、力フィードバックにおける力情報の補正に加えて、動作情報を補正することによって、拡大率に応じた操作を可能とする。
表示情報取得部126は、第1実施形態の表示情報取得部111に代えて、制御装置104Cに備えられ、第1実施形態における表示情報取得部111では、取得した拡大率情報と時間情報とを力情報補正部113に出力していたが、表示情報取得部126では、取得した拡大率情報と時間情報とをマスタ動作情報補正部127に出力する。
マスタ動作情報補正部127は、第1実施形態のマスタ動作情報補正部112に代えて制御装置104Cに備えられ、第1実施形態におけるマスタ動作情報補正部112の機能に加えて、拡大率情報を基にマスタ動作情報を補正する機能を有する。
第3実施形態のマスタスレーブロボット100Cの操作手順を、図26のフローチャートを用いて説明する。
第3実施形態の変形例として、対象物が柔軟物の場合について説明する。この変形例の場合、マスタ動作情報補正部127の補正方法が先の実施形態とは異なっている。上述した第3実施形態においては、拡大率情報が大きければ大きいほど、マスタ動作情報を小さく補正している。具体的には、マスタ動作情報に対して拡大率情報を除算することによって、マスタ動作情報を補正している。
力フィードバックにおける力情報の補正に加えて、マスタ動作情報をマスタ動作情報補正部127で補正するので、力情報を補正できないシステムでも使用することができる。また、スレーブの動作を制御するので、所望の操作を行いやすい。
第1実施形態では、剛体の対象物に対して力情報を補正することによって、拡大率に応じた操作を可能としている。第4実施形態では、剛体の対象物ではなく、柔軟物の対象物に対して力情報を補正することによって、拡大率に応じた操作を可能とする。
変形情報算出部129には、表示情報取得部111より撮像画像情報と、拡大率情報と、撮像装置位置情報と、時間情報とが入力される。変形情報算出部129は、入力された撮像画像情報を基に対象物が変形しているか、変形していないかを検出し、変形している場合は力情報を補正しないよう力情報補正部113に指令し、変形していない場合は拡大率情報に基づいて力情報を補正するよう力情報補正部113に指令する。
第4実施形態のマスタスレーブロボット100Dの操作手順を、図32のフローチャートを用いて説明する。
対象物が柔軟物の場合においても、画面上で柔軟物の変形が見えない場合は、拡大率情報が大きければ大きいほど力情報を大きくなるように力情報補正部113で補正することによって、作業者1は作業を正確に行うことができる。
第1実施形態においては、表示情報取得部111から取得した撮像装置6の拡大率情報に基づいて、力情報補正部113で力情報を補正している。第5実施形態では、拡大率情報ではなく、ディスプレイ7に対する作業者1の視野角情報に基づいて、力情報を補正する。なお、作業者1は、拡大率情報と視野角情報とのいずれか一方を選択して、選択された情報を基に力情報を補正することができるようにしている。このため、拡大率情報と視野角情報とのいずれか一方を選択するための選択部117aをマスタ入出力IF117の一例として設けている。よって、マスタ入出力IF117を用いて選択情報を力情報補正部132に入力できるようにしている。なお、以下の視野角情報を使用する実施形態では、作業者1は、ディスプレイ7で推奨されている位置(推奨位置)に固定された椅子に座って作業を行うことを前提としている。
視野角情報取得部131は、ディスプレイ7から、作業者1の視野角情報を取得する。視野角情報取得部131は、取得した視野角情報を力情報補正部132に出力する。視野角情報について、図36を用いて説明する。視野角情報は、作業時に作業者1がディスプレイ7を見ている場合におけるディスプレイ7に対する作業者1の視野角のことを表す。左右の視野角は、図36の角度aで示す実線部分であり、上下の視野角は、図36の角度bで示す点線部分である。視野角情報取得部131は、ディスプレイ7から、ディスプレイ7で推奨されている位置(推奨位置)からの視野角を、視野角情報として取得する。また、作業者1が、マスタ入出力IF117を用いて、ディスプレイ7の推奨位置からの視野角を視野角情報取得部131に入力することも可能である。視野角情報のデータ図の一例を図37に示す。視野角情報取得部131は、取得した視野角情報を力情報補正部132に出力する。
力情報補正部132は、力情報補正部113の機能を有するとともに、さらに、視野角情報取得部131から取得した視野角情報を基に、力情報取得部115で取得した力情報を補正し、補正した力情報(補正力情報)を力情報提示部114に出力する機能も有している。視野角情報を基にした力情報の補正方法は、取得した視野角情報が大きければ大きいほど、力情報を大きく補正する。これは、以下の理由による。すなわち、対象物が大きく見えると、作業者1は対象物が重く硬いものであると判断してしまう。この現象は、シャルパンティエ効果という現象に起因し、作業者1は大きなものを重いものと認識する。その結果、対象物に大きな力を加え、必要以上の力を対象物に加えてしまう。よって、作業者1にマスタアーム2を小さく移動させ作業に必要な力のみを加えることを誘導するために、力情報を大きく補正する。
第5実施形態のマスタスレーブロボット100Eの操作手順を、図39のフローチャートを用いて説明する。以下は、力情報補正部132において、マスタ入出力IF117を用いて選択された選択情報が視野角情報である場合についてのみ説明する。力情報補正部132において、マスタ入出力IF117を用いて選択された選択情報が拡大率情報である場合については、既に第1実施形態で説明したとおりである。
視野角情報取得部131と力情報補正部132とにより視野角情報を基に力情報を補正するので、作業者1又はディスプレイ7の位置が変わった場合においても、力情報を適切に補正することができ、正確な力を印加するように作業を行うことができる。
第5実施形態においては、ディスプレイ7の推奨位置からの視野角を視野角情報取得部131で取得し、視野角情報取得部131で取得した視野角を基に、力情報補正部132で力情報を補正している。第6実施形態では、ディスプレイ7の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報と、作業者1の位置情報と視線情報とを基に視野角情報を算出し、力情報を補正する。
表示部位置情報取得部133は、ディスプレイ7(表示部の一例)の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報を取得する。ディスプレイ7の位置情報及び姿勢情報は、ディスプレイ7に取り付けた位置センサ7a及び姿勢センサ7bから取得する。また、ディスプレイ7を撮像カメラなどで撮像した画像の画像処理などを表示部位置情報取得部133で行い、ディスプレイ7の位置情報及び姿勢情報を検出する方法も可能である。位置情報は、図41にx軸(左右)、y軸(上下)、z軸(前後)で表される座標での位置を表す。位置情報は、例えば、mmの単位で表される。また、姿勢情報は、図41にx軸回転角度rx、y軸回転角度ry、z軸回転角度rzで表される回転での姿勢を表す。各姿勢情報は、例えば、度の単位で表される。また、ディスプレイ7の大きさは、ディスプレイ7のサイズをディスプレイ7から表示部位置情報取得部133で取得する。大きさ情報は、横の長さと縦の長さとで表される。これらの大きさ情報は、例えば、mmの単位で表される。また、作業者1がマスタ入出力IF117を用いて表示部位置情報取得部133に入力することができる。また、時間情報をマスタ入出力IF117より表示部位置情報取得部133で取得する。表示部位置情報取得部133で取得する時間情報、位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報の例を図42に示す。表示部位置情報取得部133は、取得した時間情報、位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報を視野角情報算出部135に出力する。
人位置情報取得部134は、作業者1の位置情報及び視線情報を取得する。作業者1の位置情報は、作業者1に取り付けられた位置センサ1aからマスタ入出力IF117を介して取得する。また、作業者1を撮像カメラなどで撮像した画像の画像処理などを人位置情報取得部134で行い、作業者1の位置を検出する方法も可能である。位置情報は、図41に示したx軸(左右)、y軸(上下)、z軸(前後)で表される座標での位置を表す。位置情報は、例えば、mmの単位で表される。また、視線情報は、視線トラッカなどを用いて算出する。作業者1の頭に姿勢センサ1bなどを取り付け、姿勢センサ1bからの情報をマスタ入出力IF117を介して人位置情報取得部134で取得し、その情報を基に視線を推定して視線情報を人位置情報取得部134で取得することも可能である。視線情報は、図41にx軸回転rx、y軸回転ry、z軸回転rzで表される回転での視線を表す。視線情報は、例えば、度の単位で表される。また、時間情報をマスタ入出力IF117より人位置情報取得部134で取得する。人位置情報取得部134で取得する時間情報、位置情報、及び、視線情報を図43に示す。人位置情報取得部134は、取得した時間情報、位置情報、及び、視線情報を視野角情報算出部135に出力する。
視野角情報算出部135は、表示部位置情報取得部133から時間情報、ディスプレイ7の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報を取得し、人位置情報取得部134から時間情報、作業者1の位置情報、及び、視線情報を取得する。取得した情報から視野角情報を視野角情報算出部135で算出し、算出した視野角情報を視野角情報算出部135から視野角情報取得部131に出力する。
第6実施形態のマスタスレーブロボット100Fの操作手順を、図44のフローチャートを用いて説明する。
ディスプレイ7の推奨位置でなく実際のディスプレイ7及び作業者1の位置から視野角情報を視野角情報算出部135で算出するので、ディスプレイ7又は作業者1の位置が変わった場合においても、力情報を適切に補正することができ、正確な力を印加するように作業を行うことができる。
第6実施形態においては、ディスプレイ7の大きさと位置関係とから視野角情報算出部135において、視野角情報を算出している。第7実施形態では、ディスプレイ7に映し出される対象物大きさから視野角情報を算出し、力情報を補正する。
対象物大きさ情報算出部136は、ディスプレイ7に映し出された映像から対象物を検出し、検出した対象物の大きさ情報を対象物視野角情報算出部137に出力する。検出方法は、画像処理などを用いてディスプレイ7に映し出された対象物を検出し、大きさ情報(横、縦)を対象物大きさ情報算出部136で算出する。このとき、一例として、マスタ入出力IF117から対象物大きさ情報算出部137に、対象物情報(対象物の特徴、例えば、色、形状、実際の大きさなど)を入力して、対象物を検出しやすくする。算出する大きさ情報の単位は、例えばmmとする。時間情報と対象物大きさ情報とのデータ図の例を図46に示す。対象物大きさ情報算出部136は、算出した対象物大きさ情報を対象物視野角情報算出部137に出力する。
対象物視野角情報算出部137は、表示部位置情報取得部133から時間情報、ディスプレイ7の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報を取得し、人位置情報取得部134から時間情報、作業者1の位置情報、及び、視線情報を取得し、対象物大きさ情報算出部136から時間情報及び対象物大きさ情報を取得する。対象物視野角情報算出部137は、取得した情報から視野角情報を算出し、視野角情報取得部131に出力する。
第7実施形態のマスタスレーブロボット100Gの操作手順を、図47のフローチャートを用いて説明する。
ディスプレイ7の大きさでなく、ディスプレイ7に映し出された対象物の大きさから視野角情報を対象物視野角情報算出部137で算出するので、実際に作業を行う対象物に対して力情報を適切に補正することができ、正確な力を印加するように作業を行うことができる。
力情報取得部で、前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得するステップと、
表示情報取得部で、前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得するステップと、
力情報補正部で、前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成するステップと、
力情報提示部で、前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示するステップと、
をコンピュータに実行させるための、マスタスレーブロボットの制御プログラムである。
1a 位置センサ
1b 姿勢センサ
2 マスタアーム
3 スレーブアーム
4 ハンド
5 力センサ
6 撮像装置
7 ディスプレイ
7a 位置センサ
7b 姿勢センサ
8 微細部品
9 挿入口(コネクタ)
10 機器
11 作業台
12 剛体対象物
13 柔軟被対象物
100、100B、100C、100D、100E、100F、100G マスタスレーブロボット
101、101B、101C、101D、101E、101F、101G マスタスレーブロボットの制御装置
102、102B、102C、102D、102E、102F、102G マスタロボット
103 スレーブロボット
104、104B、104C、104D、104E、104F、104G マスタアームの制御装置
105 スレーブアームの制御装置
106、106B、106C、106D、106E、106F、106G マスタ制御装置
107 スレーブ制御装置
108 マスタ周辺装置
109 スレーブ周辺装置
110 マスタ動作情報取得部
111、126 表示情報取得部
112、127 マスタ動作情報補正部
113 力情報補正部
114 力情報提示部
115 力情報取得部
116 スレーブ制御部
117 マスタ入出力IF
117a 選択部
118 マスタモータドライバ
119 スレーブ入出力IF
120 スレーブモータドライバ
121 表示制御部
122 表示部
123 大きさ情報算出部
124 対象物情報記憶部
125 拡大率情報算出部
128 対象物情報識別部
129 変形情報算出部
131 視野角情報取得部
132 力情報補正部
133 表示部位置情報取得部
134 人位置情報取得部
135 視野角情報算出部
136 対象物大きさ情報算出部
137 対象物視野角情報算出部
Claims (13)
- 剛体対象物に対して組立作業を行うスレーブアームと、前記スレーブアームを人が遠隔により操作するマスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを使用して、撮像装置で撮像されて表示部に表示された前記組立作業の状態を前記人が見ながら、前記組立作業を行う、マスタスレーブロボットの制御装置であって、
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
前記表示情報取得部から取得した撮像画像情報を基に、前記表示部の画面上での前記剛体対象物の長さ情報又は面積情報を算出し、測定された前記剛体対象物の前記長さ情報又は前記面積情報を、前記表示部上における前記剛体対象物の大きさ情報として出力する大きさ情報算出部と、
前記大きさ情報算出部より入力された大きさ情報と、前記剛体対象物の実際の大きさ情報とを基に拡大率情報を算出して、算出した拡大率情報を前記力情報補正部に出力する拡大率情報算出部と、
を備えるマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記力情報補正部は、前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報に基づいて、拡大率と前記力情報取得部から取得した前記力情報とを乗算することにより前記補正力情報を生成する、
請求項1に記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記大きさ情報算出部において、前記表示部上における前記剛体対象物の大きさ情報として、前記剛体対象物の長さを算出して使用する、
請求項1に記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記大きさ情報算出部において、前記表示部上における前記剛体対象物の大きさ情報として、前記剛体対象物の面積を算出して使用する、
請求項1に記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記剛体対象物の前記実際の大きさ情報を記憶し、記憶した前記剛体対象物の実際の大きさ情報を前記拡大率情報算出部に出力する対象物情報記憶部をさらに備え、
前記大きさ情報算出部から取得した前記大きさ情報Sdに対して、前記対象物情報記憶部から取得しかつ前記大きさ情報に対応する前記剛体対象物の実際の大きさ情報Srを除算して、除算した結果(Sd/Sr)を前記拡大率情報として前記力情報補正部に出力し、
前記力情報補正部は、前記大きさ情報算出部から取得した前記拡大率情報に補正係数を乗算することにより、前記補正力情報を生成する、
請求項1〜4のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 剛体対象物に対して組立作業を行うスレーブアームと、前記スレーブアームを人が遠隔により操作するマスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを使用して、撮像装置で撮像されて表示部に表示された前記組立作業の状態を前記人が見ながら、前記組立作業を行う、マスタスレーブロボットの制御装置であって、
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
前記力情報補正部において、前記力情報を補正する際に予め決められた周期で前記力情報を更新するとき、前記力情報の更新の周期を前記予め決められた周期よりも大きくするように補正する、
マスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記組立作業を表示する前記表示部を見る前記人の前記表示部に対する視野角情報を取得する視野角情報取得部と、
前記表示情報取得部で取得した前記画像の拡大率情報と前記視野角情報取得部で取得した前記視野角情報とのいずれか一方を選択する選択部とをさらに備え、
前記力情報補正部は、前記選択部で選択された情報を基に、前記選択された情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成する、
請求項1〜6のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記表示部の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報を取得する表示部位置情報取得部と、
前記人の位置情報、及び、視線情報を取得する人位置情報取得部と、
前記表示部位置情報取得部から取得した前記表示部の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報と前記人位置情報取得部から取得した前記人の位置情報、及び、視線情報とから前記視野角情報を算出する視野角情報算出部とを備えて、
前記視野角情報取得部は、前記視野角情報算出部で算出した前記視野角情報を取得する、
請求項7に記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 前記表示部に映る前記剛体対象物の大きさ情報を算出する対象物大きさ情報算出部と、
前記表示部の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報を取得する表示部位置情報取得部と、
前記人の位置情報、及び、視線情報を取得する人位置情報取得部と、
前記表示部位置情報取得部から取得した前記表示部の位置情報、姿勢情報、及び、大きさ情報と、前記人位置情報取得部から取得した前記人の位置情報、及び、視線情報と、前記対象物大きさ情報算出部から取得した前記剛体対象物の大きさ情報とから前記表示部に映る前記剛体対象物に対する前記視野角情報を算出する対象物視野角情報算出部を備えて、
前記視野角情報取得部は、前記対象物視野角情報算出部で算出した前記視野角情報を取得する、
請求項7に記載のマスタスレーブロボットの制御装置。 - 請求項1〜9のいずれか1つに記載のマスタスレーブロボットの制御装置と、
前記マスタスレーブロボットの制御装置で動作制御される前記スレーブアームと前記マスタアームと、
を備えるロボット。 - 剛体対象物に対して組立作業を行うスレーブアームと、前記スレーブアームを人が遠隔により操作するマスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを使用して、撮像装置で撮像されて表示部に表示された前記組立作業の状態を前記人が見ながら、前記組立作業を行う、マスタスレーブロボットの制御方法であって、
力情報取得部で、前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得し、
表示情報取得部で、前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得し、
力情報補正部で、前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成し、
力情報提示部で、前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示するとともに、
大きさ情報算出部で、前記表示情報取得部から取得した撮像画像情報を基に、前記表示部の画面上での前記剛体対象物の長さ情報又は面積情報を算出し、測定された前記剛体対象物の前記長さ情報又は前記面積情報を、前記表示部上における前記剛体対象物の大きさ情報として出力し、
拡大率情報算出部で、前記大きさ情報算出部より入力された大きさ情報と、前記剛体対象物の実際の大きさ情報とを基に拡大率情報を算出して、算出した拡大率情報を前記力情報補正部に出力する、
マスタスレーブロボットの制御方法。 - 剛体対象物に対して組立作業を行うスレーブアームと、前記スレーブアームを人が遠隔により操作するマスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを使用して、撮像装置で撮像されて表示部に表示された前記組立作業の状態を前記人が見ながら、前記組立作業を行う、マスタスレーブロボットの制御プログラムであって、
力情報取得部で、前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得するステップと、
表示情報取得部で、前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得するステップと、
力情報補正部で、前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成するステップと、
力情報提示部で、前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示するステップと、
大きさ情報算出部で、前記表示情報取得部から取得した撮像画像情報を基に、前記表示部の画面上での前記剛体対象物の長さ情報又は面積情報を算出し、測定された前記剛体対象物の前記長さ情報又は前記面積情報を、前記表示部上における前記剛体対象物の大きさ情報として出力するステップと、
拡大率情報算出部で、前記大きさ情報算出部より入力された大きさ情報と、前記剛体対象物の実際の大きさ情報とを基に拡大率情報を算出して、算出した拡大率情報を前記力情報補正部に出力するステップと、
をコンピュータに実行させるための、マスタスレーブロボットの制御プログラム。 - 剛体対象物に対して組立作業を行うスレーブアームと、前記スレーブアームを人が遠隔により操作するマスタアームとを備えるマスタスレーブロボットを使用して、撮像装置で撮像されて表示部に表示された前記組立作業の状態を前記人が見ながら、前記組立作業を行う、マスタスレーブロボットの制御用集積電子回路であって、
前記スレーブアームに外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記組立作業を表示する前記表示部での画像の拡大率情報を取得する表示情報取得部と、
前記表示情報取得部から取得した前記拡大率情報が大きければ大きいほど、前記力情報取得部から取得した前記力情報を大きく補正する補正力情報を生成する力情報補正部と、
前記力情報補正部で生成した前記補正力情報を前記マスタアームに提示する力情報提示部と、
前記表示情報取得部から取得した撮像画像情報を基に、前記表示部の画面上での前記剛体対象物の長さ情報又は面積情報を算出し、測定された前記剛体対象物の前記長さ情報又は前記面積情報を、前記表示部上における前記剛体対象物の大きさ情報として出力する大きさ情報算出部と、
前記大きさ情報算出部より入力された大きさ情報と、前記剛体対象物の実際の大きさ情報とを基に拡大率情報を算出して、算出した拡大率情報を前記力情報補正部に出力する拡大率情報算出部と、
を備えるマスタスレーブロボットの制御用集積電子回路。
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