JPH08318479A - 遠隔操縦システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 双方間の通信事情が悪く通信遅れが発生する
場合でも制御系統の安定性を確保することができ、遠隔
操縦を円滑に行えるようにする。 【構成】 マスタアーム７のグリップが操作されると、
そのときの力覚センサ１９の力覚データが通信部４を介
してスレーブ６に伝達され、スレーブアーム７のハンド
がコントローラ８により駆動制御される。そして、スレ
ーブアーム７が受ける力は力覚センサ２３が検出してそ
の力覚データはマスタ１側に伝達されてマスタアーム２
のグリップに同じ力を発生させる。両者間で、力覚デー
タのみを伝達することで駆動制御を行うので、通信遅れ
が生ずる場合に制御系統の安定性を保持させることがで
きるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、操縦装置を操作してそ
の操作信号を送信して作業装置を駆動すると共に、その
作業装置からの動作状態を示す状態信号を受けて操縦装
置に再現させることにより遠隔操縦を行うようにしたバ
イラテラル・マスタスレーブ形式の遠隔操縦システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】操縦形ロボットにおいて、バイラテラル
方式のマスタスレーブロボットは、関節指令方式のロボ
ットに比べて操作が簡単であると共に、作業ロボットで
あるスレーブが受ける力を操作端であるマスタに帰還さ
せて作業対象の接触感覚を得ることができるようにして
いるので作業性も高い。

【０００３】また、コンピュータを利用することで、操
縦側のマスタと作業側のスレーブとの構成を異なる構成
としてもそれらの間の整合性を高めて自由な構成とする
ことができるようになってきている。さらには、危険な
作業場所あるいは作業等においても、作業現場に配置さ
れるスレーブに対して安全な場所に設けたマスタにより
スレーブを遠隔操作して作業を行なわせるなどの用途に
も適用することができるようになってきている。

【０００４】このようなマスタスレーブと呼ばれる遠隔
操縦システムにおいては、例えば、オペレータ（操作
者）が操縦に用いる操縦装置であるマスタを操作する
と、その操作に応じたハンドの位置や姿勢のデータがセ
ンサなどにより検出され、例えば遠隔地で作業を行うた
めの作業装置であるスレーブに検出されたデータが送信
され、マスタに応じた動作を行なわせるようになってい
るのである。

【０００５】そして、この場合に、オペレータは作業対
象となるスレーブの動作状態をカメラで撮影してモニタ
しながら操縦装置を操作するようになっていると共に、
スレーブが作業対象から受ける力を検出してマスタに帰
還させてスレーブと同じ力を受けながら操作をすること
ができるのである。これによって、オペレータによる操
作の能率を高いものとして安全且つ迅速な作業を行える
ようにしているのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来構成のバイラテラル・マスタスレーブ方式の
ものでは、マスタの位置姿勢のデータを短い周期で逐次
スレーブに送信することできめ細かな制御を行うことが
できるものであり、例えば、制御情報の伝達において
０．１〜０．２秒の遅れがあると、マスタやスレーブの
動作が不安定になるという問題点がある。つまり、スレ
ーブに急激な動作を行わせて作業対象に損傷を与えた
り、あるいはマスタに急激な力が作用して制御不能に陥
ったりするといった不具合がある。

【０００７】また、遠隔の地においてスレーブを操作す
る場合に、通信環境が劣悪である状況下においては、マ
スタからの制御データの送信が迅速且つ正確にスレーブ
に伝達できなくなる場合があり、通信遅れあるいは制御
遅れが発生してしまう虞があり、場合によっては、制御
不能に陥る場合が生ずる。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、操縦装置の操縦用機械の位置姿勢のデ
ータを用いることなく、少ないデータにより作業装置を
駆動制御することができ、しかも、劣悪な通信環境でデ
ータの授受が頻繁に行えない状況下にあっても安定した
動作を行わせて安全に作業を行うことができるようにし
た遠隔操縦システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、操縦装置を操
作してその操作信号を送信して作業装置を駆動すると共
に、その作業装置からの動作状態を示す状態信号を受け
て操縦装置に再現させることにより遠隔操縦を行うよう
にした遠隔操縦システムを対象としているものであり、
前記操縦装置を、（１）操作者によって操作可能な操作
部を有する操縦用機械と、（２）この操縦用機械の操作
部を駆動制御可能な駆動部と、（３）前記操縦用機械の
操作部が操作されたときにその操作部を支持している部
位が受ける力を力覚データとして検出する操縦側力覚検
出手段と、（４）前記作業装置との間で相互に力覚デー
タの授受を行う伝達手段と、（５）この伝達手段を介し
て前記作業装置から伝達された力覚データに基づいて前
記駆動部に制御信号を与えて前記作業装置が受けている
力に対応する状態を前記操縦用機械の操作部に再現させ
る操縦側制御手段とを備えた構成とし、前記作業装置
を、（６）前記操縦用機械の操作部に対応した動作が可
能な作用部を有する作業用機械と、（７）この作業用機
械の作用部を駆動制御可能な駆動部と、（８）前記作業
用機械の作用部が駆動されたときにその作用部を支持し
ている部位が受ける力を力覚データとして検出する作業
側力覚検出手段と、（９）この作業側力覚検出手段が検
出した力覚データと前記伝達手段を介して前記操縦装置
側から伝達される力覚データとを合成した力覚データに
基づいて前記作業用機械の駆動部に制御信号を与えて前
記作用部を駆動制御する作業側制御手段とを備えた構成
としたところに特徴を有する（請求項１の発明）。

【００１０】また、前記操縦装置側に設けられ前記伝達
手段により前記作業装置側との間で授受する力覚データ
を記憶する操縦側記憶手段と、前記操縦装置側に設けら
れ前記操縦側記憶手段に記憶された前記力覚データが読
み出されると、その時点で処理している力覚データの値
との偏差分に相当する変動を連続的に変化させるように
して前記操縦側制御手段に出力する操縦側フィルタ手段
と、前記作業装置側に設けられ前記力覚データを記憶す
る作業側記憶手段と、前記作業装置側に設けられ前記作
業側記憶手段に記憶された前記力覚データが読み出され
ると、その時点で処理している力覚データの値との偏差
分に相当する変動を連続的に変化させるようにして前記
操縦側制御手段に出力する作業側フィルタ手段とを設
け、前記伝達手段を、前記力覚データの授受をそれらの
サンプリング周期よりも長い設定伝達周期で授受するよ
うに構成することができる（請求項２の発明）。

【００１１】そして、前記操縦装置と作業装置との間で
授受される力覚データをあらかじめ設定された変換比率
で変換する力覚変換手段を設ける構成とすることが好ま
しい（請求項３の発明）。

【００１２】さらに、前記伝達手段を介して前記操縦装
置と作業装置との間で授受される力覚データを両者間の
設定座標系に対応させて座標変換を行う座標変換手段を
設けて構成することができる（請求項４の発明）。

【００１３】また、前記作業装置の作業用機械による作
業時に前記作業側力覚検出手段により検出される力覚デ
ータがあらかじめ設定されている判定値の範囲内にある
か否かを判定する判定手段を設けることが好ましい（請
求項５の発明）。

【００１４】そして、前記操縦装置に、前記操縦側力覚
検出手段から出力される前記操縦用機械の規模あるいは
形式などに対応した力覚データを前記制御手段で扱う所
定仕様の力覚データに補正して出力する補正手段を備え
る構成とすることができる（請求項６の発明）。

【００１５】また、前記作業装置に、前記作業側力覚検
出手段から出力される前記作業用機械の規模あるいは形
式などに対応した力覚データを前記制御手段で扱う所定
仕様の力覚データに補正して出力する補正手段を備える
構成とすることもできる（請求項７の発明）。

【００１６】さらに、前記伝達手段を、前記操縦装置と
前記作業装置との間で、前記力覚データを授受すると共
にいずれかの装置側から出力された非常停止用の通信信
号を授受するように構成することができる（請求項８の
発明）。

【００１７】そして、前記操縦装置を、前記操縦用機械
が操作されると前記力覚検出手段により検出される力覚
データに基き前記駆動部に制御信号を与えて補助力を発
生させてそのときの操作力を低下させる補助制御手段を
備えた構成とすることが好ましい（請求項９の発明）。

【００１８】

【作用および発明の効果】請求項１記載の遠隔操縦シス
テムによれば、操縦装置の操縦用機械を操作すると、そ
の操作による力が力覚検出手段により検出され、力覚デ
ータとして伝達手段を介して作業装置側に伝達されるよ
うになる。作業装置側では、伝達手段を介して力覚デー
タが送信されると、これに応じた力を駆動部を介して作
業用機械の作用部に発生させて駆動制御するようにな
る。これにより、作業用機械は、操縦用機械の操作部に
対応した動作を行うようになる。

【００１９】そして、この作業用機械の作用部の駆動に
より、例えば被作業対象などに接触して作用部が受ける
力は作業側力覚検出手段によって検出され、その力覚デ
ータが伝達手段を介して操縦装置側に伝達されるように
なる。すると、操縦側制御手段は、伝達された力覚デー
タに基づいて駆動部を介して操作部を駆動制御して操作
者の操作力に抗する力を与えるようになる。この結果、
操作者は、操縦装置の操縦用機械の操作部を操作するこ
とにより、作業装置の作業用機械の作用部を駆動制御す
ることができ、そのとき作用部が受ける力はあたかも操
作部で被作業対象に接触したかのように受けた状態で作
業をすることができるようになる。

【００２０】また、上述のように力覚データのみを双方
向で授受することにより、操縦装置の制御内容を作業装
置側に伝達すると共に作業装置側の受ける力の力覚デー
タを操縦装置側に伝達させるので、力覚データの伝達に
遅れが生ずる場合でも、位置制御を行う場合に比べて滑
らかな動作を行なわせることができるようになり、急激
な変動等による装置の破損や破壊を防止することができ
る。

【００２１】請求項２記載の遠隔操縦システムによれ
ば、伝達手段は、力覚データのサンプリング周期よりも
長く設定された通信周期で操縦装置と作業装置との間の
力覚データの授受を行う。操縦装置および作業装置のそ
れぞれにおいては、伝達手段を介して授受するための力
覚データは記憶手段に記憶される。そして、操縦装置お
よび作業装置の各制御手段においては、新たに与えられ
た力覚データが前回の力覚データと大きく異なる値とな
る場合でも、その偏差に相当する変化分をフィルタ手段
を介して徐々に変化させた値として入力されるようにな
る。これにより、力覚データに基づく作業用機械あるい
は操縦用機械の動作を滑らかに行なわせることができる
ようになる。

【００２２】この結果、通信の周期を力覚データのサン
プリング周期であるそれぞれの制御周期よりも長い設定
通信周期で力覚データの授受を行う構成としながら、作
業装置および操縦装置の双方を円滑に駆動制御させるこ
とができるようになり、これによって、例えば伝達手段
の力覚データの授受を行うための伝播媒体を、他のデー
タの授受も行われる伝播媒体を共用することにより行う
場合でも、他のデータの授受を阻害することなく実施で
きるようになる。

【００２３】請求項３記載の遠隔操縦システムによれ
ば、伝達手段を介して操縦装置から作業装置に伝達され
る操縦側力覚検出手段の力覚データおよび作業装置から
操縦装置に伝達される作業側力覚検出手段の力覚データ
は、双方間で授受を行う際に、力覚変換手段によってあ
らかじめ設定された変換比率で変換した状態で取り扱わ
れるようになる。

【００２４】これにより、操縦装置の操縦用機械を操作
したときに受ける力と作業装置の作業用機械を駆動制御
するときに及ぼす力とを、変換比率で変換した力覚デー
タで取り扱うことができるようになり、例えば、操作者
の及ぼす力よりも大きな力で作業装置を駆動させたい場
合や、逆に、小さい力で作業装置を駆動させたい場合な
どには、自動的に操縦用機械および作業用機械との間の
力の制御を適正な領域内で行うことができるようにな
り、操作性の向上を図ることができる。

【００２５】請求項４記載の遠隔操縦システムによれ
ば、操縦装置の操縦用機械と作業装置の作業用機械との
間の位置や姿勢が異なる場合でも、座標変換手段を介し
て双方の力覚データの座標変換処理を行うことにより、
整合性を持たせることができるようになる。これによ
り、操縦用機械の位置姿勢を操作し易い状態にして操作
することができるようになり、操作性が向上するように
なる。

【００２６】請求項５記載の遠隔操縦システムによれ
ば、例えば被作業対象を所定の場所に移動させるという
所定の作業を行なわせる場合に、操縦装置の操縦用機械
を操作したときに作業用機械側が被作業対象に接触して
受ける力を力覚データとして操作部側に反映していて
も、作業が適切に進行しているか否かを視覚的情報や操
作者が手に受ける反力だけではその作業が完遂できてい
るかを十分に認識できない場合でも、判定手段による判
定結果に基づいて作業を行うことにより、所定の作業の
進行状態を確実に把握することができるようになり、取
り扱いに慣れない操作者でも簡単に作業を行うことがで
きるようになり、作業性が向上するようになる。

【００２７】請求項６記載の遠隔操縦システムによれ
ば、操縦用機械が作業用機械と規模が異なる場合でも、
操縦用機械を操作したときの力覚データを補正手段が補
正して作業用機械に対応する力覚データに変換すること
ができるようになる。これによって、使用可能な操縦用
機械の自由度が高くなり、使い勝手に優れた操縦用装置
を使用して作業を行なわせることができるようになる。

【００２８】請求項７記載の遠隔操縦システムによれ
ば、作業用機械が操縦用機械と規模が異なったり、作業
用機械の規格が装置の標準的な座標系と異なる場合で
も、補正手段により力覚データを作業用機械に対応する
力覚データに変換するので、全体として取り扱う力覚デ
ータを作業用機械に合わせた形にする必要がなくなり、
汎用性に優れたものとすることができる。

【００２９】請求項８記載の遠隔操縦システムによれ
ば、伝達手段においては、通常時には力覚データのみを
伝達することで効率的な駆動制御を行うことができ、非
常時においては、この伝達手段により非常停止用の通信
信号が伝達可能な構成とされているので、操縦装置ある
いは作業装置のいずれかにおいて故障が生じるなどした
ときに力覚データによる制御に優先させて停止制御を行
うことができるようになる。

【００３０】請求項９記載の遠隔操縦システムによれ
ば、操縦装置の操縦用機械は、操作部を操作したとき
に、その操作力を減少させるように補助制御手段により
駆動部が駆動制御されるので、操縦用機械の操作性の向
上が図れるようになり、大きな力を必要とする作業にお
いても、軽い力を作用させることで簡単に達成すること
ができるようになる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明を無線ＬＡＮ回線を利用したバ
イラテラル形のマスタスレーブロボットに適用した場合
の第１の実施例について図１ないし図４を参照しながら
説明する。全体構成の概略的な外観を示す図２におい
て、操縦装置であるマスタ１は、操縦用機械であるマス
タアーム２，操縦側制御手段であるコントローラ３，通
信装置４およびモニタ５から構成されている。また、作
業装置であるスレーブ６は、作業用機械であるスレーブ
アーム７，作業側制御手段であるコントローラ８，通信
装置９およびカメラ１０から構成されている。

【００３２】上述した通信装置４および９は伝達手段を
構成するもので、これらの通信経路としては周知のイー
サネット（Ethernet）１１に接続される無線ＬＡＮアン
テナ１２および１３を介して行われるようになってい
る。また、カメラ１０により撮影された画像の映像信号
は、映像信号ケーブル１４に接続された送信アンテナ１
５および受信アンテナ１６を介してモニタ５に送信して
画面に表示させるようになっている。

【００３３】さて、マスタ１において、マスタアーム２
は、操作卓１７上に配設されており、先端部に設けられ
たグリップ１８は、３つの関節機構により回転可能に設
けられると共に、各関節機構部において軸回りにねじる
方向にも回転可能に設けられており、したがって操作卓
１７に対して並進３自由度で且つ回転３自由度で操作可
能に設けられている。これにより、グリップ１８は、所
定の可動範囲内において、後述するようにオペレータ
（操作者）Ａによって任意の位置姿勢をとることができ
るように構成されている。

【００３４】また、マスタアーム２には、グリップ１８
がオペレータＡによって操作されたときに受ける力を検
出する力覚検出手段としての力覚センサ１９が配設され
ている。この力覚センサ１９は、グリップ１８の移動に
よって受ける力をマスタアーム２の直交座標系のｘ，
ｙ，ｚ軸方向への並進力の力覚データと、各座標軸回り
の回転力の力覚データとして検出し、ケーブル２０を介
してコントローラ３に出力するようになっている。

【００３５】そして、マスタアーム２には、図示はしな
いが駆動部としてモータなどからなる駆動機構が配設さ
れており、コントローラ３から制御信号が与えられると
これに応じてグリップ１８を駆動させるようになってい
る。また、コントローラ３は、後述するように構成され
るもので、力覚データを演算処理して通信装置３を介し
てスレーブ６側に送信したり、力覚センサ１９からの力
覚データおよびスレーブ６側から伝達される力覚データ
に基づいてマスタアーム２を駆動制御するようになって
いる。さらに、マスタアーム２には、後述するスレーブ
アーム７のハンド２２による作業対象物の把持を行なわ
せるための指令を行うスイッチがグリップ１８あるいは
別途に設けられている。

【００３６】次に、スレーブ６において、スレーブアー
ム７は、基台２１に回転可能に設置されており、先端部
に設けられたハンド２２は３つの関節機構により回転可
能に設けられると共に、各関節機構部において軸回りに
ねじる方向にも回転可能に設けられており、したがって
並進３自由度で且つ回転３自由度とされている。これに
より、ハンド２２は、所定の可動範囲内において、任意
の位置姿勢をとることができるように構成されている。
また、ハンド２２は、作業対象となる物体を把持可能に
構成されており、後述するように操縦装置１側からの制
御内容に基づいて把持動作を行うようになっている。

【００３７】そして、スレーブアーム７には、ハンド２
２が駆動制御されたときに受ける力を検出する力覚検出
手段としての力覚センサ２３が配設されている。この力
覚センサ２３は、ハンド２２の移動によって受ける力を
スレーブアーム７の直交座標系のｘ，ｙ，ｚ軸方向への
並進力の力覚データと、各座標軸回りの回転力の力覚デ
ータとして検出し、ケーブル２４を介してコントローラ
８に出力するようになっている。

【００３８】そして、スレーブアーム７には、図示はし
ないが駆動部としてモータなどからなる駆動機構が配設
されており、コントローラ８から制御信号が与えられる
とこれに応じてハンド２２を駆動させるようになってい
る。また、コントローラ８は、後述するように構成され
るもので、力覚データを演算処理して通信装置９を介し
てマスタ１側に送信したり、力覚センサ２３からの力覚
データおよびマスタ１側から伝達される力覚データに基
づいてスレーブアーム７を駆動制御するようになってい
る。

【００３９】カメラ１０は、スレーブアーム７の基部７
ａと一体に回転可能となるように配設されており、ハン
ド２２の状態を撮影してその映像信号をアンテナ１０ａ
から送信アンテナ１５に送信するようになっている。な
お、この基部７ａは、基台２１の面の鉛直方向の軸の回
りに回動可能に配設されている。一方、送信アンテナ１
５から映像信号ケーブル１４を介して受信アンテナ１６
に伝達された映像信号は、モニタ５のアンテナ５ａによ
り受信され、モニタ５はその内容を画面に表示するよう
になっている。

【００４０】次に、図１を参照してコントローラ３，８
の内部のブロック構成について概略的に説明する。マス
タ１のコントローラ３は、座標変換部２５，加算部２
６，フィルタ演算部２７，逆変換演算部２８およびサー
ボ部２９から構成されている。座標変換部２５は、補正
手段としての機能を有するもので、マスタアーム２の力
覚センサ１９が検出する力覚データを内部で用いる標準
的な座標に変換するもので、これは、例えば作業装置６
側の規模やタイプが異なる場合に、両者の間で整合性を
持たせるためのもので、換言すると、この座標変換部２
５を設けていることにより、マスタアーム２とスレーブ
アーム７との規模やタイプの違いに対して柔軟に対応す
ることができるのである。この座標変換部２５は送受信
制御部３０を介して通信部４に変換した力覚データを与
えるようになっている。

【００４１】加算部２６は、座標変換部２５を介してマ
スタアーム２の力覚センサ１９が検出する力覚データを
与えられると共に、送受信制御部３０を介してスレーブ
６側から送信される力覚データが与えられるようになっ
ており、これらを加算した値をフィルタ演算部２７に出
力するようになっている。フィルタ手段としてのフィル
タ演算部２７は、現在出力中の力覚データ値に対して新
たに与えられた力覚データの値が異なる場合に、その偏
差に相当する力覚データの量を徐々に変化させて出力す
るいわばローパスフィルタのような機能を有するもので
ある。

【００４２】逆変換演算部２８は、フィルタ演算部２７
を介して与えられる合成された目標位置データに対して
マスタアーム２に実際に対応する関節角目標データに逆
変換してサーボ部２９に出力するもので、このサーボ部
２９を介してマスタアーム２のグリップ１８を駆動制御
するようになっている。また、送受信制御部３０は、力
覚データを記憶するための記憶手段であるメモリを内部
に備えており、座標変換部２５から与えられる力覚デー
タおよび通信部４から入力される力覚データをそれぞれ
所定のアドレスに格納記憶するように構成されている。

【００４３】次に、スレーブ６のコントローラ８は、座
標変換部３１，加算部３２，フィルタ演算部３３，逆変
換演算部３４およびサーボ部３５から構成されている。
座標変換部３１は、補正手段としての機能を有するもの
で、スレーブアーム７の力覚センサ２３が検出する力覚
データを内部で用いる標準的な座標に変換するもので、
マスタアーム２の座標変換部２５と同様の働きをするも
のである。この座標変換部３１は送受信制御部３６を介
して通信部９に変換した力覚データを与えるようになっ
ている。

【００４４】加算部３２は、座標変換部３１を介してス
レーブアーム７の力覚センサ２３が検出する力覚データ
を与えられると共に、送受信制御部３６を介してマスタ
１側から送信される力覚データが与えられるようになっ
ており、これらを加算した値をフィルタ演算部３３に出
力するようになっている。フィルタ手段としてのフィル
タ演算部３３は、現在出力中の力覚データ値に対して新
たに与えられた目標位置データの値が異なる場合に、そ
の偏差に相当する関節角目標データの量を徐々に変化さ
せて出力するようにしたいわばローパスフィルタのよう
な機能を有するものである。

【００４５】逆変換演算部３４は、フィルタ演算部３３
を介して与えられる合成された力覚データに対してスレ
ーブアーム７に実際に対応する力覚データに逆変換して
サーボ部３５に出力するもので、このサーボ部３５を介
してスレーブアーム７のハンド２２を駆動制御するよう
になっている。また、送受信制御部３６は、力覚データ
を記憶するための記憶手段であるメモリを内部に備えて
おり、座標変換部３１から与えられる力覚データおよび
通信部９から入力される力覚データをそれぞれ所定のア
ドレスに格納記憶するように構成されている。

【００４６】次に本実施例の作用について図３および図
４をも参照して説明する。まず、本実施例における力覚
データの授受に基づく駆動制御の原理について簡単に説
明する。なお、本実施例においては、システムの実施を
容易なものとするために、マスタ１とスレーブ６とが基
本的には同じ制御方法で且つ同じ構成の制御装置として
独立して制御されるように構成されており、以下の説明
においては、このような仮定のもとに、マスタ１および
スレーブ６に共通な制御方法について、スレーブ６を例
にとって説明する。

【００４７】初めに、図４に示すように、任意の位置を
原点とする仮想座標系Ｐを定義する。この場合に、この
仮想座標系Ｐは、原点Ｏｐをスレーブ６のスレーブアー
ム７に行なわせる作業の内容に応じて適宜に設定するこ
とができるもので、直交座標系であるものとする。そし
て、簡単のために、その初期状態においては、スレーブ
アーム７の位置制御のために基台２１を基準として設定
されているベース座標系Ｂと同じ方向を向いているもの
とされている。

【００４８】さて、仮想座標系Ｐとスレーブ６のスレー
ブアーム７のハンド２２部分とは、仮想的な剛体で一体
化されているものとして扱うこととし、仮想座標系Ｐの
位置姿勢はスレーブアーム７を動作させるために、ハン
ド２２の目標の位置姿勢として扱うことにする。すなわ
ち、仮想座標系Ｐが並進移動すればスレーブアーム７の
ハンド２２も並進移動するように制御し、仮想座標系Ｐ
が傾いた場合にはハンド２２も同様に傾くように制御す
るものとしているのである。

【００４９】次に、仮想座標系Ｐの運動については、こ
れが受ける外力を基にして、スレーブ６のコントローラ
８により演算を行って逐次その制御内容を求めるように
なっている。この場合、まず、力覚センサ２３により検
出された固有の力覚データは、座標系の各座標軸に沿っ
た方向への並進力を示す力覚データと、各座標軸の回り
に回転力（トルク）の力覚データとして得られるもの
で、これらの力覚データは、座標変換部３１にて初期状
態の仮想座標系Ｐの上で表現される力とトルクの力覚デ
ータに変換されるようになる。

【００５０】このように変換された力覚データは、送受
信制御部３６内のメモリに転送されると共に、加算部３
２に与えられるようになる。力覚データの通信について
は後述することにして、スレーブ６内部の動作について
続けて説明する。すなわち、加算部３２においては、座
標変換部３１から与えられる力覚データとマスタ１側か
ら送受信制御部３６を介して与えられた力覚データとを
加算してフィルタ演算部３３に与えるようになる。

【００５１】フィルタ演算部３３においては、与えられ
た力とトルクとの力覚データに基づいて、フィルタ演算
処理を行うことにより仮想座標系Ｐにおける並進変位と
回転角度との制御データに変換するようになる。この場
合、フィルタ演算部３３における演算処理においては、
前回の制御周期における制御データに対して今回の制御
データが大きく変動することがないように目標となる並
進変位と回転角度が設定されるようになっている。

【００５２】この後、逆変換演算部３４においては、仮
想座標系Ｐに対して設定された並進変位と回転角度とに
対応して、実際のスレーブアーム７のハンド２２が移動
すべき目標位置と姿勢とを演算し、この演算結果に基づ
いてスレーブアーム７の各関節部分の回転角度が算出さ
れ、サーボ部３５においては、それらの算出された回転
角度のデータに基づいて実際にスレーブアーム７の各関
節のモータを駆動してハンド２２を目標位置および姿勢
となるように駆動制御するのである。

【００５３】次に、マスタ１のマスタアーム２をオペレ
ータＡが操作したときのスレーブ６側の動作について、
図３に示す制御プログラムのフローチャートをも参照し
て説明する。なお、ここではスレーブ６の動作を中心と
して説明するが、マスタ１側のコントローラ３において
も略同様の制御を行うようになっているので、以下マス
タ１の動作についても簡単に説明する。

【００５４】すなわち、スレーブ６のコントローラ８
は、マスタ１側からの制御信号によって起動の命令を受
けて制御動作を開始すると、まず、制御周期ｔ（この場
合、例えば２ミリ秒）を計時する計時動作を開始させる
ようになり（ステップＳ１）、続いて力覚センサ２３の
検出出力を力覚データとしてサンプリングし、内部に取
り込むようになる（ステップＳ２）。

【００５５】次に、コントローラ８は、座標変換部３１
にて、前述したようにして力覚センサ２３から与えられ
た力覚データに対して座標変換処理を行ってこれを加算
部３２および送受信制御部３６に出力するようになる
（ステップＳ３）。この場合、送受信制御部３６におい
ては、入力された力覚データはメモリ内の所定のアドレ
スに格納記憶されるようになっている。

【００５６】続いて、コントローラ８は、加算部３２に
おいて、メモリ内の所定アドレスに書き込まれている力
覚データを読出してマスタ１側から通信部９を介して与
えられている力覚データを取り入れるようになる（ステ
ップＳ４）。そして、コントローラ８は、加算部３２に
おいて、仮想座標系Ｐ上の力覚データと通信部９から送
受信制御部３６を介して読出された力覚データとのベク
トル和の演算を行うようになる（ステップＳ５）。

【００５７】次に、コントローラ８は、フィルタ演算部
３３にて、上述した力覚データのベクトル和にフィルタ
処理を行って仮想座標系Ｐの位置と姿勢とを演算により
求めるようになり（ステップＳ６）、続いて、スレーブ
アーム７のハンド２２先端の目標位置および姿勢を計算
により求めるようになる（ステップＳ７）。この後、コ
ントローラ８は、逆変換演算部３４にて、いま求めた目
標位置および姿勢のデータからスレーブアーム７の６つ
の関節機構に対する目標角度を計算すると共に（ステッ
プＳ８）、スレーブアーム７の各関節機構の現在の角度
を示すエンコーダ出力の値をサンプリングするようにな
る（ステップＳ９）。

【００５８】そして、コントローラ８は、サーボ部３５
にて、スレーブアーム７の各関節機構に対して目標角度
に対するエンコーダ出力の偏差に相当する制御量をモー
タに与えて駆動制御することによりスレーブアーム７の
ハンド２２を目標位置および姿勢となるように制御ので
ある（ステップＳ１０）。コントローラ８は、この後、
マスタ１側から停止の命令要求の信号が入力されている
か否かを判定し（ステップＳ１１）、「ＮＯ」の場合に
は制御周期ｔ（２ミリ秒）が経過するまで待機して（ス
テップＳ１２）から、再びステップＳ１に戻って上述の
制御内容を繰り返し実行するようになる。

【００５９】また、停止の要求信号が入力されている場
合には、コントローラ８は、スレーブアーム７に対する
制御動作を停止すべく、各部のモータを停止させると共
に、ブレーキを動作させてハンド２２の移動を停止させ
（ステップＳ１３）、制御プログラムを終了するように
なる。

【００６０】さて、上述のようにスレーブ６が動作する
状態において、マスタ１のマスタアーム２に対してオペ
レータＡがグリップ１８を操作してこれを所望の位置姿
勢に変位させると、そのときグリップ１８の動作に応じ
てグリップ１８部分に働いている力を検出する力覚セン
サ１９によりそれらの値を力覚データとして検出するよ
うになる。これらの力覚データは、スレーブ６と同様に
して例えば制御周期２ミリ秒でサンプリングされてお
り、逐次送受信制御部３０のメモリ内に記憶保持される
ようになっている。

【００６１】そして、このようにマスタ１の送受信制御
部３０のメモリ内に記憶保持された力覚データは、通信
部４によって所定の通信周期Ｔでスレーブ６側の通信部
９との間で力覚データの伝達が行われるようになる。こ
の場合に、通信周期は、マスタ１，スレーブ６の各内部
で行われる制御周期ｔ（２ミリ秒）とは無関係でしかも
通常においてはそれよりも長い時間に設定されるように
なっている。

【００６２】したがって、スレーブ６においては、通信
部９がマスタ１の通信部４との通信により得られた力覚
データの値は、次に通信を行うまで同じ値の力覚データ
としてメモリ内に保持されていることになる。そして、
この間にスレーブ６内においては、所定の制御周期ｔで
スレーブアーム７の駆動制御を行うので、何回かはマス
タ１側からの同じ力覚データに基づいて制御動作を行う
ことになるが、フィルタ演算部３３にて力覚データが急
激に変動しても目標位置および姿勢が急激に変動せず、
徐々に変動するように演算して駆動制御するようになっ
ているので、通信周期Ｔが例えば１００ミリ秒程度の長
い値に設定された場合でも、それによる制御内容につい
ての不都合は実用上において問題がない程度となって実
質的に解消されるようになる。

【００６３】なお、マスタ１側においては、スレーブ６
側と略同様の駆動制御動作を行っており、前述したスレ
ーブ６の制御プログラムに準じた制御プログラムにてコ
ントローラ３によりマスタアーム２のグリップ１８の位
置姿勢を駆動制御するようになっている。なお、この場
合においては、オペレータＡがグリップ１８を操作した
ときに、その操作力を補助するようにコントローラ３に
より補助力を与えるように駆動制御され、少ない力でグ
リップ１８を操作させることができるようになる。

【００６４】このような本実施例によれば、基本的には
力覚データのみをマスタ１とスレーブ６との間で伝達さ
せる構成としているので、系を安定した動作で駆動制御
することができるようになり、この結果、マスタ１やス
レーブ６内での制御周期ｔよりも長い通信周期Ｔで力覚
データの授受を行ってもスレーブ６の制御状態に急激な
力を作用させたり動作状態が不安定に陥るという従来の
不具合を解消することができる。そして、このことは、
通信タイミングが遅れたりあるいは通信環境が劣悪な場
合でアクセスするまでの遅れ時間が発生する状況下にお
いてもスレーブ６の動作に悪影響を及ぼすのを防止する
ことができるようになることを示しているものである。

【００６５】また、本実施例によれば、コントローラ
３，８にはそれぞれ座標変換部２５，３１を設けてマス
タアーム２あるいはスレーブアーム７の規模やタイプが
異なる場合でも、それらの間での力覚データの変換を一
定の仮想座標系Ｐに一旦変換した状態で取り扱うことが
できるようになり、内部におけるデータの形式をその都
度対応させるという複雑な手間をかける必要がなくな
り、座標変換部２５，３１において対応できる構成とし
ておくだけで対応できるようになる。

【００６６】さらに、本実施例においては、通信部４，
９間で、基本的には力覚データのみの伝達を行う構成と
しながら、非常時に停止を行なわせるための信号の授受
を可能とし、この非常停止信号を受けたときには優先的
に停止制御を行う構成としたので、緊急に停止する必要
がある場合には迅速に対応することができ、これによっ
て万一の事故の発生にも的確に対応することができるよ
うになる。

【００６７】そして、本実施例においては、マスタ１側
において、マスタアーム２のグリップ１８が操作される
ことに対応して、コントローラ３によってグリップ１８
の動作を補助するように補助力を与える構成としている
ので、グリップ１８の操作性が高くなる。

【００６８】図５ないし図１０は本発明の第２の実施例
を示すもので、以下、第１の実施例と異なる部分につい
て説明する。すなわち、この実施例においては、マスタ
１およびスレーブ６にそれぞれ設けられている送受信制
御部３７，３８の構成が以下のように異なる構成とされ
ている。

【００６９】すなわち、マスタ１の送受信制御部３７
は、前述の送受信制御部３０に加えて、送信力覚増幅部
３９，受信力覚増幅部４０，送信力覚座標変換部４１，
受信力覚座標変換部４２を備えた構成とされ、スレーブ
６の送受信制御部３８は、送受信制御部３６に加えて、
送信力覚増幅部４３，受信力覚増幅部４４，送信力覚座
標変換部４５および受信力覚座標変換部４６を備えた構
成とされている。

【００７０】そして、マスタ１のコントローラ３におけ
る座標変換部２５から出力される力覚データは、送信力
覚増幅部３９および送信力覚座標変換部４１を介して送
受信制御部３０に与えられるようになっており、一方、
送受信制御部３０から出力される力覚データは、受信力
覚座標変換部４２および受信力覚増幅部４０を介して加
算部２６に与えられるようになっている。

【００７１】また、スレーブ６のコントローラ８におけ
る座標変換部３１から出力される力覚データは、送信力
覚増幅部４３および送信力覚座標変換部４５を介して送
受信制御部３６に与えられるようになっており、一方、
送受信制御部３６から出力される力覚データは、受信力
覚座標変換部４６および受信力覚増幅部４４を介して加
算部３２に与えられるようになっている。

【００７２】この場合、例えばマスタ１において、送信
力覚増幅部３９は、あらかじめ設定された増幅率Ｋ（例
えば５）で入力された力覚データの値を増幅して出力す
るもので、逆に受信力覚増幅部４０は増幅率Ｋの逆数の
増幅率１／Ｋで入力される力覚データの値を増幅（減
衰）して出力するものである。つまり、増幅部３９およ
び４０により、マスタ１からスレーブ６に送信する力覚
データをＫという力覚ダイナミックレンジで変換するも
のである。

【００７３】また、マスタ１の送信力覚座標変換部４
１，受信力覚座標変換部４２、あるいはスレーブ６の送
信力覚座標変換部４５，受信力覚座標変換部４６は、後
述するように、マスタ１のマスタアーム２の操作を行う
場合の座標系とスレーブ６のスレーブアーム７の駆動制
御を行う場合の座標系との間で互換性を持たせるための
もので、これによって、マスタアーム２の位置姿勢をオ
ペレータＡが操作しやすい配置状態として操作を行うこ
とができ、また、作業対象物Ｗに対してスレーブアーム
７の位置姿勢を適切に配置した状態とすることができる
ようになるものである。

【００７４】さて、この実施例においては、新たに付加
された機能として次に説明する内容の動作が行われる。
まず、増幅部を設ける構成については、例えば、次のよ
うな状況に対応しようというものである。すなわち、例
えば、遠隔操作によりスレーブアーム７のハンド２２に
ボールペンを用いて文字を書かせるといった作業を行な
わせる場合に、実際にスレーブアーム７による動作によ
ってボールペンが紙を押し付ける力が大き過ぎると、紙
を損傷してしまって好ましくないため、実際には、例え
ば、押し付け力を０〜２００グラム程度の範囲に制御す
ることが好ましい。

【００７５】ところが、遠隔操作を行うオペレータＡが
例えば０〜１０００グラムの範囲の力で操作を行うと仮
定すると、オペレータＡの操作力の望ましいダイナミッ
クレンジと作業を通じてスレーブアーム７が受ける力の
望ましいダイナミックレンジとが異なる範囲になる。こ
のような場合でも、オペレータＡがスレーブアーム７の
ダイナミックレンジに対応するように気をつけて操作を
行うといった煩わしいことを行うことなく、自由に操作
を行えるように、両者の間のダイナミックレンジの変換
を行うようにしたのが増幅部３９，４０，４３，４４の
働きである。

【００７６】つまり、ダイナミックレンジの変換比率Ｋ
を例えば「５」として設定しておくことにより、マスタ
１側の力覚データを送信する際にそれを５分の１にして
スレーブ６側に送信し、スレーブ６側から送信される力
覚データを５倍して伝達するように構成しているのであ
る。これにより、オペレータＡが１０００グラムの力で
操作した力覚データは５分の１の２００グラムの力の力
覚データとしてスレーブアーム７が駆動されるのであ
る。

【００７７】また、このようなダイナミックレンジの変
換を特に行う必要がない場合には、力覚ダイナミックレ
ンジＫの値を「１」として設定しておくことで、実質的
に変換を行わないようにすることができる。

【００７８】また、力覚座標変換部を設ける構成につい
ては、作業の内容をカメラ１０により撮影してモニタ５
によって確認しながら行うことに起因して発生する次の
ような状況に対応しようというものである。すなわち、
一般に、オペレータＡにとって、自分が操作するマスタ
アーム２のグリップ１８の運動の前後，左右あるいは上
下の方向に対して、モニタ５に映し出されるスレーブア
ーム７の前後，左右あるいは上下の動作方向が一致して
いない場合には、操作が非常に行いにくくなり不便であ
る。そこで、これら両者が任意の位置関係にある状態で
もオペレータＡに対するモニタ５の画面に整合性を持た
せるために座標変換の演算を行うものである。

【００７９】この場合、例えば、マスタアーム２，スレ
ーブアーム７の位置関係とオペレータＡの視線方向とカ
メラ１０の視線方向とが図８に示すような関係にある場
合を考える。いま、マスタアーム２の座標系ＭＡ（ｘ，
ｙ，ｚ）において、ｘ軸をオペレータＡの後方に，ｙ軸
を右方に，ｚ軸を上方にとり、スレーブアーム７の座標
系ＳＡ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｘ軸を基準位置の前方
に，Ｙ軸を左方に，Ｚ軸を上方にとる場合では、両者の
間の相関は、ＳＡ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とＭＡ（−ｘ，−ｙ，
ｚ）という関係として運動を対応させる必要がある。

【００８０】そこで、スレーブアーム７の初期状態の仮
想座標系Ｐで表現された力とトルクの力覚データ（Ｆ
ｘ，Ｆｙ，Ｆｚ，Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ）は、送信力覚座標
変換部４５にて次に示す式（１）の変換を行って通信部
９側からマスタ１の通信部４に送信するようにしてい
る。なお、ここで、Ｆｘ，Ｆｙ，ＦｚはそれぞれＸ軸，
Ｙ軸，Ｚ軸方向への力を示し、Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚはそれ
ぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸回りのトルクを示している。

【００８１】

【数１】

【００８２】また、逆に、マスタ１の通信部４から送信
された力覚データつまりマスタアーム２の初期状態の仮
想座標系Ｐで表現された力とトルクの力覚データ（ｆ
ｘ，ｆｙ，ｆｚ，ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）については、コン
トローラ８内に入力する際に受信力覚座標変換部４６に
て式（２）で示す変換を行ってから出力するようにして
いる。なお、ここで、ｆｘ，ｆｙ，ｆｚはそれぞれｘ
軸，ｙ軸，ｚ軸方向への力を示し、ｔｘ，ｔｙ，ｔｚは
それぞれｘ軸，ｙ軸，ｚ軸回りのトルクを示している。

【００８３】

【数２】

【００８４】また、一般的には、図９に示すように、ス
レーブアーム７の第１関節の初期状態の位置が前述した
ベース座標系Ｂから角度θだけ回転している場合には、
上述した式（１），（２）を用いて変換処理を行う代わ
りに、次に示す式（３）および式（４）の座標変換を行
えば良く、さらには、式（３），（４）中のθの値を
「０」に設定すれば式（１），（２）として得ることが
できるようになる。

【００８５】

【数３】

【数４】

【００８６】上述のようにして座標変換処理を行うこと
により、モニタ５の映像を見ながらマスタアーム２のグ
リップ１８の操作をする際に、スレーブアーム７のハン
ド２２の動作との間に整合性を持たせることができるの
で、円滑な操作を行うことができるようになる。なお、
上述のような座標変換処理を行う必要がない場合には、
座標変換行列に相当する式を単位行列に設定することに
より対処することができるようになっている。

【００８７】また、本実施例の構成においては、オペレ
ータＡによるマスタアーム２のグリップ１８の操作でス
レーブアーム７のハンド２２を駆動制御させる場合に、
所定の作業内容に対する作業の完遂度合いを判定する機
能を備えている。

【００８８】なお、このような機能を設ける理由として
は、例えば、図１０に示すように、スレーブアーム７の
ハンド２２によってワークＷを把持した状態で、そのワ
ークＷを載置すべきトレイ４７に対して図示の状態に駆
動制御させたときに、オペレータＡが作業に慣れていな
い場合にはマスタアーム２のグリップ１８に載置したと
きの力覚データによる力が再現されたときにその感覚を
的確に把握することが難しい場合がある。そして、この
ような状況においては、一般的にモニタ５を見ながら操
作を行うことになるが、認識したい部分が陰となってし
まって画面上で確認できなくなる場合があり、このた
め、ワークＷがトレイ４７に押さえ付けられて端部に損
傷を与えてしまうなどの不手際が生ずることになる。

【００８９】そこで、あらかじめコントロール３および
８内で力覚データの値が指定範囲にあるときにモニタ５
の画面上に表示したり、あるいはブザー音などを発して
オペレータＡにその状態にあることを促すように構成さ
れているのである。これによって、オペレータの作業効
率が向上すると共に、ワークＷへの損傷等の発生も極力
防止することができるようになるものである。

【００９０】さて、上述の構成においては、それぞれマ
スタ１およびスレーブ６の各コントローラ３，８におい
ては第１の実施例と同様の動作を行うようになっている
が、そのとき、双方の間で授受される力覚データが次の
ようにして処理されるようになっている。図６にはマス
タ１側の通信プログラムを示し、図７にはスレーブ６側
の通信プログラムを示しており、以下、これら図６，７
を参照すると共に、図８ないし図１０も参照しながら、
制御動作の内容について説明する。なお、以下の説明に
おいて、マスタ１の送受信制御部３７のことを単に「マ
スタ」と呼び、スレーブ６の送受信制御部３８のことを
単に「スレーブ」と呼んで制御内容について説明するこ
ととする。

【００９１】まず、「マスタ」は、図６の通信プログラ
ムのフローチャートにしたがって動作を開始すると、起
動開始の処理を行い（ステップＡ１）、続いて通信周期
Ｔを例えば１００ミリ秒として設定し（ステップＡ
２）、スレーブ６の通信部９に通信開始信号を送信する
ようになる（ステップＡ３，図中「イ」で示す破線の矢
印も参照）。

【００９２】これを受けて、「スレーブ」においては、
図７の通信プログラムのフローチャートにしたがって動
作を開始すると、マスタ１の通信部４から通信開始信号
を受信すると（ステップＢ１，図中「イ」で示す破線の
矢印も参照）、力覚ダイナミックレンジＫ（例えば
「５」）を設定し（ステップＢ２）、この後、マスタ１
の通信部４に通信開始受諾信号を送信するようになる
（ステップＢ３，破線矢印「ロ」参照）。この後、「ス
レーブ」は、コントローラ８に制御開始命令信号を出力
し（ステップＢ４）、双方向通信を開始させるようにな
り（ステップＢ５）、この状態でマスタ１の通信部４か
ら力覚データが送信されてくるのを待機するようになる
（ステップＢ６）。

【００９３】「マスタ」においては、通信部４にてスレ
ーブ６の通信部９から通信開始受諾信号を受信すると
（ステップＡ４）、コントローラ３に制御命令開始信号
を出力するようになり（ステップＡ５）、これによって
双方向通信を開始させるようになる（ステップＡ６）。
そして、次に、「マスタ」は、座標変換部２５から力覚
データをメモリ内の所定アドレスから読出し（ステップ
Ａ７）、続いて読出した力覚データをスレーブ６の通信
部９に送信すると（ステップＡ８）、送信動作を完了し
て（ステップＡ９）、この後、通信周期Ｔの半分の時間
Ｔ／２（半周期つまり５０ミリ秒）が経過するまで待機
するようになる（ステップＡ１０）。

【００９４】半周期の待機状態が終了すると、「マス
タ」は、スレーブ６の通信部９に対して力覚データ要求
信号を出力するようになる（ステップＡ１１）。なお、
上述の場合に、無線ＬＡＮ回線を用いたイーサネット１
１では、使用環境の空間における電波環境の影響によ
り、マスタ１の通信部４とスレーブ６の通信部９との間
での通信が可能となるまでの時間が未知であり、上述し
た半周期の待機を行う期間は場合によって変動するもの
となる。さらに、このような通信が可能となる時間が変
動する場合でも、前述したように、マスタ１およびスレ
ーブ６のそれぞれにおける駆動制御については支障を来
すものではない。

【００９５】なお、「マスタ」においては、各増幅部３
９，４０は力覚ダイナミックレンジＫの値が「１」に設
定されており、各力覚座標変換部４１，４２においては
座標変換を実質的に行わないでそのまま出力するように
設定されている。

【００９６】一方、「スレーブ」においては、マスタ１
の通信部４から送信された力覚データを受信すると（ス
テップＢ７）、これによって受信動作が完了し（ステッ
プＢ８）、この後、いま受信した力覚データに基づいて
受信力覚座標変換部４６にて式（２）あるいは式（４）
で示した座標変換の演算を実行し（ステップＢ９）、続
いて、座標変換された力覚データを受信力覚増幅部４４
にて１／Ｋ倍に増幅（Ｋ分の１に減衰）してメモリの所
定アドレスに記憶させるようになる（ステップＢ１０，
１１）。「スレーブ」は、マスタ１の通信部４からの通
信要求信号を受信するのを待機するようになる。

【００９７】そして、この後、「スレーブ」は、マスタ
１の通信部４から送信される通信要求信号を受信すると
（ステップＢ１２）、コントローラ８内の座標変換部３
１から出力された力覚データを記憶しているメモリの所
定アドレスから読出し（ステップＢ１３）、その力覚デ
ータを送信力覚増幅部４３にて力覚ダイナミックレンジ
Ｋ（＝５）で増幅演算すると共に（ステップＢ１４）、
送信力覚座標変換部４５にて前述の式（３）に示す座標
変換処理を行う（ステップＢ１５）。続いて、「スレー
ブ」は、こうして得られた力覚データを通信部９を介し
てマスタ１の通信部４に送信するようになり（ステップ
Ｂ１６）、これにて送信処理を完了する（ステップＢ１
７）。

【００９８】さて、「マスタ」においては、スレーブ６
の通信部９から力覚データを受信すると（ステップＡ１
２）、これにて受信動作を終了し（ステップＡ１３）、
この後、いま受信した力覚データをメモリ内の所定アド
レスに書き込み（ステップＡ１４）、半周期Ｔ／２（５
０ミリ秒）だけ制御を休止する（ステップＡ１５）。そ
して、「マスタ」は、この後、オペレータＡによる停止
要求がある場合にはこれを停止要求信号としてスレーブ
６の通信部９側に送信し（ステップＡ１６）、続いて、
そのような停止要求がなかった場合にはステップＡ７に
戻って再び上述の処理を繰り返すようになる（ステップ
Ａ１７）。

【００９９】そして、停止要求があった場合には、「マ
スタ」はコントローラ３に制御停止命令信号を出力して
（ステップＡ１８）、双方向通信の処理を停止し（ステ
ップＡ１９）、こののち通信制御プログラムを終了する
ようになる。

【０１００】また、「スレーブ」においても、マスタ１
の通信部４から停止要求の信号を受信しなかった場合に
はステップＢ６に戻って再び上述の処理を繰り返すよう
になり（ステップＢ１９）、停止要求信号を受信した場
合にはコントローラ８に制御停止命令信号を出力する
（ステップＢ２０）と共に、双方向通信の処理を停止し
（ステップＢ２１）、通信制御プログラムを終了するよ
うになる。

【０１０１】このような第２の実施例によれば、第１の
実施例の効果に加えて、次のような効果を得ることがで
きる。すなわち、力覚増幅部３９，４０，４３，４４を
設けてマスタ１とスレーブ６との間でダイナミックレン
ジが異なる場合でも増幅率Ｋで設定する力覚ダイナミッ
クレンジの値で変換処理を行うことにより、オペレータ
Ａによるマスタアーム２のグリップ１８に対する操作力
をオペレータＡに対応した設定状態としながら、スレー
ブアーム７によるハンド２２の動作を適切な操作力で駆
動制御することができるようになり、操作性の向上を図
ることができるようになる。

【０１０２】また、本実施例によれば、力覚座標変換部
４１，４２，４５，４６を設けることにより、作業の内
容をカメラ１０により撮影してモニタ５によって確認し
ながらマスタアーム２のグリップ１８を操作する際に発
生する視点の違いによる操作性の不具合を解消すること
ができるようになる。

【０１０３】本発明は、上記実施例にのみ限定されるも
のではなく、次のように変形また拡張できる。本発明
は、操縦装置および作業装置の双方に、マスタ１および
スレーブ６によるロボット・マニピュレータを用いる構
成としているが、一般的な機械全般に適用することがで
き、例えば、単純な関節構造を有するロボットや、エク
ソスケルトン形のマスタや、あるいはマイクロマシン，
遠隔操縦車などをスレーブとして用いることができる。

【０１０４】マスタ１とスレーブ６との間における通信
周期は適宜の時間に設定することができる。無線ＬＡＮ
回線以外の無線通信回線を用いたり、有線通信回線を用
いて伝達手段を構成するものにも適用することができ
る。ワークＷの所定作業に対する適正範囲内の報知をブ
ザーなどの専用の報知手段を設けても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す全体のブロック構
成図

【図２】全体構成の概略説明図

【図３】スレーブの制御プログラムのフローチャート

【図４】スレーブアームの座標系の作用説明図

【図５】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図６】マスタ側の通信部の制御プログラムのフローチ
ャート

【図７】スレーブ側の通信部の制御プログラムのフロー
チャート

【図８】マスタ側とスレーブ側との座標系が異なる場合
の位置関係の説明図（その１）

【図９】マスタ側とスレーブ側との座標系が異なる場合
の位置関係の説明図（その２）

【図１０】所定作業時の力覚データの許容範囲を説明す
るためのハンドの部分を示す図

【符号の説明】

１はマスタ（操縦装置）、２はマスタアーム（操縦用機
械）、３はコントローラ（操縦側制御手段）、４は送信
装置（伝達手段）、５はモニタ、６はスレーブ（作業装
置）、７はスレーブアーム（作業用機械）、８はコント
ローラ（作業側制御手段）、９は送信装置（伝達手
段）、１０はカメラ（撮像手段）、１１はイーサネット
（伝達経路）、１２，１３は無線ＬＡＮアンテナ、１４
は映像信号ライン、１５は送信アンテナ、１６は受信ア
ンテナ、１７は操作卓、１８はグリップ（操作部）、１
９は力覚センサ（操縦側力覚検出手段）、２０はケーブ
ル、２１は基台、２２はハンド（作用部）、２３は力覚
センサ（作業側力覚検出手段）、２４はケーブル、２５
は座標変換部（補正手段）、２６は加算部、２７はフィ
ルタ演算部（フィルタ手段）、２８は逆変換演算部、２
９はサーボ部、３０は送受信制御部、３１は座標変換部
（補正手段）、３２は加算部、３３はフィルタ演算部
（フィルタ手段）、３４は逆変換演算部、３５はサーボ
部、３６は送受信制御部、３７，３８は送受信制御部、
３９は送信力覚増幅部（操縦側変換手段）、４０は受信
力覚増幅部（操縦側変換手段）、４１，４５は送信力覚
座標変換部（座標変換手段）、４２，４６は受信力覚座
標変換部（座標変換手段）、４３は送信力覚増幅部（作
業側変換手段）、４４は受信力覚増幅部（作業側変換手
段）である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操縦装置を操作してその操作信号を送信
   して作業装置を駆動すると共に、その作業装置からの動
   作状態を示す状態信号を受けて操縦装置に再現させるこ
   とにより遠隔操縦を行うようにした遠隔操縦システムに
   おいて、 前記操縦装置は、以下の（１）〜（５）の要素を備える
   と共に、前記作業装置は以下の（６）〜（９）の要素を
   備える構成としたことを特徴とする遠隔操縦システム。
   前記操縦装置は、（１）操作者によって操作可能な操作
   部を有する操縦用機械と、（２）この操縦用機械の操作
   部を駆動制御可能な駆動部と、（３）前記操縦用機械の
   操作部が操作されたときにその操作部を支持している部
   位が受ける力を力覚データとして検出する操縦側力覚検
   出手段と、（４）前記作業装置との間で相互に力覚デー
   タの授受を行う伝達手段と、（５）この伝達手段を介し
   て前記作業装置から伝達された力覚データに基づいて前
   記駆動部に制御信号を与えて前記作業装置が受けている
   力に対応する状態を前記操縦用機械の操作部に再現させ
   る操縦側制御手段とを備え、 前記作業装置は、（６）前記操縦用機械の操作部に対応
   した動作が可能な作用部を有する作業用機械と、（７）
   この作業用機械の作用部を駆動制御可能な駆動部と、
   （８）前記作業用機械の作用部が駆動されたときにその
   作用部を支持している部位が受ける力を力覚データとし
   て検出する作業側力覚検出手段と、（９）この作業側力
   覚検出手段が検出した力覚データと前記伝達手段を介し
   て前記操縦装置側から伝達される力覚データとを合成し
   た力覚データに基づいて前記作業用機械の駆動部に制御
   信号を与えて前記作用部を駆動制御する作業側制御手段
   とを備えている。
2. 【請求項２】 前記操縦装置側に設けられ前記伝達手段
   により前記作業装置側との間で授受する力覚データを記
   憶する操縦側記憶手段と、 前記操縦装置側に設けられ前記操縦側記憶手段に記憶さ
   れた前記力覚データが読み出されると、その時点で処理
   している力覚データの値との偏差分に相当する変動を連
   続的に変化させるようにして前記操縦側制御手段に出力
   する操縦側フィルタ手段と、 前記作業装置側に設けられ前記力覚データを記憶する作
   業側記憶手段と、 前記作業装置側に設けられ前記作業側記憶手段に記憶さ
   れた前記力覚データが読み出されると、その時点で処理
   している力覚データの値との偏差分に相当する変動を連
   続的に変化させるようにして前記操縦側制御手段に出力
   する作業側フィルタ手段とを備え、 前記伝達手段は、前記力覚データの授受をそれらのサン
   プリング周期よりも長い設定伝達周期で授受するように
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の遠隔操
   縦システム。
3. 【請求項３】 前記操縦装置と作業装置との間で授受さ
   れる力覚データをあらかじめ設定された変換比率で変換
   する力覚変換手段を設けたことを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の遠隔操縦システム。
4. 【請求項４】 前記伝達手段を介して前記操縦装置と作
   業装置との間で授受される力覚データを両者間の設定座
   標系に対応させて座標変換を行う座標変換手段を設けた
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の
   遠隔操縦システム。
5. 【請求項５】 前記作業装置の作業用機械による作業時
   に前記作業側力覚検出手段により検出される力覚データ
   があらかじめ設定されている判定値の範囲内にあるか否
   かを判定する判定手段を設けたことを特徴とする請求項
   １ないし４のいずれかに記載の遠隔操縦システム。
6. 【請求項６】 前記操縦装置は、前記操縦側力覚検出手
   段から出力される前記操縦用機械の規模あるいは形式な
   どに対応した力覚データを前記制御手段で扱う所定仕様
   の力覚データに補正して出力する補正手段を備えたこと
   を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の遠隔
   操縦システム。
7. 【請求項７】 前記作業装置は、前記作業側力覚検出手
   段から出力される前記作業用機械の規模あるいは形式な
   どに対応した力覚データを前記制御手段で扱う所定仕様
   の力覚データに補正して出力する補正手段を備えたこと
   を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の遠隔
   操縦システム。
8. 【請求項８】 前記伝達手段は、前記操縦装置と前記作
   業装置との間で、前記力覚データを授受すると共にいず
   れかの装置側から出力された非常停止用の通信信号を授
   受するように構成されていることを特徴とする請求項１
   ないし７のいずれかに記載の遠隔操縦システム。
9. 【請求項９】 前記操縦装置は、前記操縦用機械が操作
   されると前記力覚検出手段により検出される力覚データ
   に基き前記駆動部に制御信号を与えて補助力を発生させ
   てそのときの操作力を低下させる補助制御手段を備えて
   いることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記
   載の遠隔操縦システム。