JPH11138468A - 機械の安定制御装置及びマスタ・スレーブ型ロボットの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、マンインザループの機械系を、操
作者が意図する任意の動作に対して、追従性良く駆動制
御することができるとともに、機械と干渉物との接触情
報を操作者に伝達することができる機械の安定制御装置
及びマスタ・スレーブ型ロボットの制御装置を提供する
ことを課題とする。 【解決手段】 安定制御装置は、所定の自由度を有する
機械系ａと、操作者が機械系ａに任意の動作をさせる操
作手段ｂと、操作手段ｂと一体的に設けられた検出手段
ｃと、操作手段ｂに印加される力と機械系ａの駆動制御
との相関関係を学習する学習手段ｄと、検出手段ｃから
出力される電気信号に基づき、学習手段ｄの相関関係を
参照して、操作手段ｂに印加される力に追従するように
機械系ａを駆動制御する駆動制御手段ｅと、学習手段ｄ
及び駆動制御手段ｅとを包含する演算制御系ｆとを有し
て構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械の安定制御装
置及びマスタ・スレーブ型ロボットの制御装置に関し、
特に、人間が介在する機械系における円滑な動作制御
と、機械系と干渉物との相互作用の伝達が可能な機械の
安定制御装置及びマスタ・スレーブ型ロボットの制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、宇宙空間や深海、原子炉内等の
特殊な環境下においては、人命保護や、人間の作業力の
増幅（パワーアシスト）という観点から、人間の操作に
従って機械が種々の作業を行うのが望ましい。例えば、
スペースシャトルや深海探査船に搭載されるマニピュレ
ータ等においては、現実にこうした作業が行われてい
る。

【０００３】このような人間の動作意志を機械の動作に
反映させる方法としては、人間が操作するマスタ側のロ
ボットと同じ動作をスレーブ側のロボットにも行わせる
マスタ・スレーブシステムが知られている。マスタ・ス
レーブシステムは、上述した悪環境下での作業のみなら
ず、微細加工や微細手術（マイクロサージャリー）の分
野において、数μｍの単位で工具やメス等を制御するこ
とができるため、人間によっては実現不可能な作業を容
易に実現することができる。

【０００４】また、近年では、福祉の分野において、非
健常者の精神面のケアの観点から、非健常者に代わっ
て、スレーブ側のロボットが山や海等の所望の場所に出
向き、その景色を視覚的に捉えるとともに、景色内の任
意の物体との接触を触覚的に捉えて非健常者にフィード
バックするといった試みも行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したマスタ・スレ
ーブシステムのように人間が内在（或いは、介在）す
る、いわゆるマンインザループの機械系においては、操
作者が機械系に印加する力や動作に対する機械系の追従
性の低さ等（いわゆる、インピーダンス不整合）により
機械の動作に異常振動が発生するという問題を有してい
る。

【０００６】従来、このような異常振動を抑制するため
にインピーダンスマッチングと呼ばれる安定制御方法が
採用されている。インピーダンスマッチング手法は、一
般に、機械系の動作特性に関する種々のパラメータを予
め同定し、機械系を動作させる操作部に設けられたセン
サからの検出情報に基づいて、駆動制御部のパラメータ
を実時間で変化させている。ここで、駆動制御部により
制御される機械系を単純な理想系と仮定して動作制御が
行われている。

【０００７】そのため、従来のインピーダンスマッチン
グ手法によれば、機械系の動作特性に関するパラメータ
の全てを高精度で同定する作業を必要とする上、駆動制
御部におけるパラメータの設定においても複雑な演算処
理を必要とする問題を有していた。したがって、操作者
の動作意志を的確に機械に伝達し、所望の動作を実現す
ることができず、上述した種々の分野への良好な適用が
促進され得なかった。

【０００８】そこで、本発明は、上記問題点を解決し
て、マンインザループの機械系を、操作者が意図する任
意の動作に対して、異常振動を生じることなく追従性良
く駆動制御することができるとともに、機械と干渉物と
の接触情報（相互作用）を的確に操作者に伝達すること
ができる機械の安定制御装置及びマスタ・スレーブ型ロ
ボットの制御装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、所定の自由度を有する機械
系と、該機械系を任意の状態に動作させる操作手段と、
前記機械系を任意の状態に動作させる際に、前記操作手
段に印加される力を電気信号として検出する検出手段
と、該検出された電気信号と前記機械系の動作との相関
関係を学習する学習手段と、該学習手段が有する相関関
係に基づいて、前記操作手段に印加される力に応答して
前記機械系を前記任意の状態に動作させるように駆動制
御する駆動制御手段と、を具備することを特徴としてい
る。

【００１０】請求項１記載の機械の安定制御装置によれ
ば、操作手段を介して機械系に印加される力を、検出手
段が電気信号として検出し、この電気信号と機械系の動
作との相関関係を、学習手段が学習、蓄積することによ
り、駆動制御手段が操作手段に印加される力に応答して
機械系の動作を追従させるように制御することができる
ため、従来技術として示した、機械系の全パラメータを
同定し、操作部のセンサ情報に基づいてパラメータを設
定するという複雑かつ時間を要するインピーダンスマッ
チング手法を用いることなく、簡易かつ的確に、操作者
の動作意志を把握し、異常振動を生じることなく機械系
を動作させることができる。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の機械の安定制御装置において、前記検出手段は、前
記操作手段に印加される力を、歪信号として検出する歪
検出部を有していることを特徴としている。請求項２記
載の機械の安定制御装置によれば、検出手段が歪ゲージ
等の歪検出部を有することにより、操作手段に印加され
る力を力の位置、大きさ、方向等の種々の要素として検
出することができるため、操作者の動作意志と操作手段
へに印加される力との相関関係を多面的かつ的確に捉
え、学習手段に蓄積することができる。

【００１２】また、請求項３記載の発明は、請求項１又
は２記載の機械の安定制御装置において、前記機械系
が、マスタ・スレーブ型ロボットのマスタ側ロボットで
あることを特徴としている。請求項３記載の機械の安定
制御装置によれば、マスタ・スレーブ型ロボットのマス
タ側ロボットに上記請求項１又は２記載の安定制御装置
を備えることにより、マスタ側ロボットを操作する操作
者の動作意志に追従性良く動作させることができるた
め、連動するスレーブ側ロボットを円滑に動作制御する
ことができる。

【００１３】また、請求項４記載の発明は、マスタ側ロ
ボットに作用する任意の動作を制御信号として伝達し、
スレーブ側ロボットに前記任意の動作に対応する動作を
させるように駆動制御するマスタ・スレーブ型ロボット
の制御装置において、前記スレーブ側ロボットは、干渉
物との接触状態を触情報として検出する触情報検出手段
を具備するとともに、前記マスタ側ロボットは、請求項
１又は２記載の機械の安定制御装置を具備し、前記マス
タ側ロボットに設けられた前記操作手段は、前記スレー
ブ側ロボットからの触情報に基づいて、前記操作手段に
印加される力に対する反力を変化させる反力生成部を有
していることを特徴としている。

【００１４】請求項４記載のマスタ・スレーブ型ロボッ
トの制御装置によれば、スレーブ側ロボットの触情報検
出手段が検出した触情報に基づいて、反力生成部が操作
者により操作手段に印加される力に対する反力を発生す
ることにより、スレーブ側ロボットの触情報をマスタ側
ロボットの操作者に良好に伝達することができる。ここ
で、本発明の機械の安定制御装置及びマスタ・スレーブ
型ロボットの制御装置に適用される基本原理を説明す
る。

【００１５】本発明の基本原理は、マンインザループの
機械系を異常振動なく、高速かつ柔軟に移動させるため
には、操作者である人間の意志に基づいて機械系を駆動
させる駆動制御手段のゲインを動的に調整できることが
必要であるという観点に基づいている。すなわち、人間
と機械系のインピーダンス整合を図るためには、人間が
行う動作の方向や速度等を検知して、機械系の動作を追
従させるように駆動制御する必要がある。

【００１６】一般に、人間が物を動かすときの動作意志
と、人間が対象物を把持する力との間には密接な関係が
あることが知られている。そこで、本発明は、機械系の
操作者の動作意志、すなわち、操作手段を介して機械系
に印加される力の大きさや方向等を電気信号として検出
し、この電気信号と機械系に要求される動作との相関関
係を学習、蓄積し、操作者の動作意志に対応して機械系
を追従させるように駆動制御手段のゲインを調整するこ
とを特徴としている。

【００１７】具体的には、駆動制御手段により制御され
る時刻ｔ＋Δｔのロボットの動作速度は、一般に、 ＶＲ（ｔ＋Δｔ）＝Ｃ×ＶＲ（ｔ）＋Ｄ×Ｆ（ｔ） ・・・（１） で表現される。ここで、Ｃは粘性項、Ｄは調整項、Ｆは
検出手段からの出力であって、Ｃ、Ｄ、Ｆは各々、操作
者の把持力ｇの関数として記述されるため、操作手段を
介して機械系に印加された力によるロボットの変位ＸＲ
は、 ＸＲ＝｛Ｃ（ｇ）×ＶＲ＋Ｄ（ｇ）×Ｆ（ｇ）｝×Δｔ ・・・（２） で表現される。操作者の手の変位をＸＨとし、操作者の
手がロボットにバネ剛性γで結合されていると仮定する
と、両者間の力の差、すなわち、検出手段からの出力Ｆ
（ｇ）は、 Ｆ（ｇ）＝γ（ＸＨーＸＲ） ・・・（３） で表現される。この力の差Ｆ（ｇ）を２乗して積分した
ものを目的関数Ｅとし、この目的関数Ｅを最小とする把
持力ｇと粘性項Ｃ及び調整項Ｄとの関係を数値解析的に
求め、その結果を駆動制御手段のゲイン調整に使用す
る。

【００１８】この一連の処理は、検出手段からの出力
（電気信号）が”０”（印加力なし）の状態となる方向
に、機械系を追従動作させる駆動制御信号を生成するこ
とに相当する。なお、上記相関関係の解析について、複
数の実験とバックプロパゲーション等の学習アルゴリズ
ムを利用することにより、操作者の把持力と機械系の動
作との相関関係が確立され、機械系が操作者の動作に追
従性良く駆動制御される。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、本発明に係る機械の安定制
御装置の基本構成について、図１を参照して説明する。
図１に示すように、安定制御装置は、機械系ａ、操作手
段ｂ、検出手段ｃ、学習手段ｄ、駆動制御手段ｅ及び演
算制御系ｆとを有して構成されている。

【００２０】機械系ａは、任意の動作を実現するための
自由度、例えば、６自由度を有するロボットであって、
後述する操作手段ｂ及び検出手段ｃをその先端部分に有
している。操作手段ｂは、操作者が機械系ａに任意の動
作をさせるために把持する操作子であって、後述するよ
うな球形状、或いは、棒形状等の種々の形状のものが適
宜採用される。

【００２１】検出手段ｃは、操作手段ｂと一体的に設け
られた力検出センサであって、操作者により操作手段ｂ
に印加された力を電気信号として検出する。詳しくは後
述する。学習手段ｄは、上述した基本原理に示したよう
に、操作手段ｂに印加される力と機械系ａの駆動制御信
号との相関関係を解析して学習し、蓄積する。

【００２２】駆動制御手段ｅは、検出手段ｃから出力さ
れる電気信号に基づいて、学習手段ｄに蓄積された相関
関係を参照し、機械系ａを操作手段ｂに印加される力に
追従するように駆動させる駆動制御信号を抽出して、機
械系ａに出力する。演算制御系ｆは、学習手段ｄと駆動
制御手段ｅとを包含する機械系ａ全体の制御手段であっ
て、機械系ａに対峙する構成として示した。

【００２３】このような構成によれば、学習手段ｄによ
る相関関係の学習処理において、図２に示すように、操
作者により操作手段ｂに印加された力（操作力）が電気
信号として検出され（Ｓ１１）、操作者が印加する力と
機械系ａの駆動制御信号との相関関係が解析されて学
習、蓄積される（Ｓ１２、Ｓ１３）。そして、相関関係
の学習後、操作手段ｂを介して印加される力に基づい
て、学習手段ｄに蓄積された相関関係を参照して、最適
な追従動作を行う機械系ａへの駆動制御信号を抽出して
出力する。

【００２４】このように、学習手段ｄに蓄積された操作
者が印加する力と機械系ａの駆動信号との相関関係を参
照するという方法を用いることにより、従来技術として
示したインピーダンスマッチング手法における複雑かつ
時間を要するパラメータ同定作業を用いることなく、ま
た、異常振動を生じることなく、機械系ａを追従性良く
駆動動作させることができる。

【００２５】次に、本発明に係る機械の安定制御装置を
適用した第１の実施例について、図３を参照して説明す
る。ここで、図３は、操作者の力を倍増するパワーアシ
ストデバイスへの適用例を示すものである。図３におい
て、ロボット１０は、関節部１１ａ〜１１ｃ、アーム部
１２ａ〜１２ｃと、ロボットハンド１３、操作子１４を
有して構成されている。

【００２６】一方、サーボ演算制御部３０は、操作信号
処理部３１、ロボットハンド信号処理部３２、学習部３
３、機構駆動制御部３４を有して構成されている。ロボ
ット１０は、周知の関節部１１ａ〜１１ｃ及びアーム部
１２ａ〜１２ｃから構成され、並進３自由度と回転３自
由度の計６自由度を有している。ロボットハンド１３
は、所定の作業内容を実現するためのものであって、ア
ーム部１２ｃのヘッド部に力トルクセンサ１３ａを介し
て設けられている。ここで、力トルクセンサ１３ａは、
ロボットハンド１３に印加される力の大きさ、方向、位
置等を検出するセンサであって、歪ゲージを配した構成
が一般的に用いられている。

【００２７】操作子１４は、操作者が把持して力を印加
し、ロボット１０に任意の動作をさせるものであって、
アーム部１２ｃに設けられている。後述するように、操
作者がロボット１０に印加する力を電気信号として検出
する。ここで、ロボット１０は機械系ａを構成し、操作
子１４は操作手段ｂ及び検出手段ｃを構成する。

【００２８】また、サーボ演算制御部３０は、ロボット
１０全体の駆動制御を行う。操作信号処理部３１は、操
作子１４により検出された操作者が印加した力に対応す
る電気信号を増幅等信号処理する。ロボットハンド信号
処理部３２は、ロボットハンド１３に印加される力に対
応する電気信号を増幅等信号処理する。

【００２９】学習部３３は、操作信号処理部３１により
処理された信号に基づいて、ロボット１０に印加される
力、すなわち、ロボット１０に要求される動作を解析
し、操作子１４に印加される力をなくす方向にロボット
１０を動作させる駆動制御信号を生成する。機構駆動制
御部３４は、学習部３３により生成された駆動制御信号
に基づいて、駆動制御に係るゲインを調整してロボット
１０の動作を制御する。

【００３０】ここで、学習部３３は学習手段ｄを構成
し、機構駆動制御部３４は、駆動制御手段ｅを構成す
る。また、サーボ演算制御部３０は、演算制御系ｆを構
成する。次に、本実施例に適用される操作子１４の一実
施例（その１）について、図４を参照して説明する。図
４において、操作子１４は、例えば、スリットにより分
離した操作片１４ａ〜１４ｄと、操作片１４ａ〜１４ｄ
を剛性的に支持する基部１４ｅと、基部１４ｅとアーム
部１２ｃから延在するステーとの間に設けられた力トル
クセンサ１４ｆとを有して構成されている。

【００３１】操作片１４ａ〜１４ｄの内部、或いは、基
部１４ｅとの接合部には、図示を省略した歪ゲージが複
数箇所設けられ、操作者の把持力Ｆａ〜Ｆｄを電気信号
として検出する。力トルクセンサ１４ｆは、操作片１４
ａ〜１４ｄ全体を押圧、或いは、ひねるように変位させ
る力Ｆｅ、Ｆｆを電気信号として検出する。

【００３２】このようにして、操作者がロボット１０に
印加する力が電気信号として検出され、基本原理に示し
たように、操作者の動作に追従するようにロボット１０
の動作制御が行われる。次に、第１の実施例におけるロ
ボット１０の駆動制御について、図５を参照して説明す
る。

【００３３】まず、図２に示した学習処理より、学習部
３３には、操作者が印加する力に対するロボット１０の
駆動制御のパターンが学習され、異常振動を生じず、高
速で柔軟な動作を実行することができるように、これら
の相関関係が蓄積されているものとする。そして、操作
者が操作子１４に任意の力を印加してロボット１０に動
作を伝達する。このとき、操作子１４に設けられた歪ゲ
ージを介して操作者が所望する動作が電気信号として検
出される（Ｓ２１）。操作信号処理部３１により所定の
信号処理を施した後、学習部３３に蓄積された相関関係
を参照し（Ｓ２２）、機構駆動制御部に所定のゲインを
与える駆動制御信号を出力する。これにより、ロボット
１０の駆動制御に係るゲインが調整され（Ｓ２３）、印
加された力の大きさ、方向等に追従するようにロボット
１０が駆動制御される（Ｓ２４）。

【００３４】次に、本発明に係る機械の安定制御装置を
適用した第２の実施例について、図６を参照して説明す
る。なお、図３と同等の構成には、同一の符号を付し
て、その説明を省略する。ここで、図６は、操作者の力
を離間して設けられたロボットに伝達するマスタ・スレ
ーブ型ロボットへの適用例を示すものである。図６にお
いて、ロボット１０ａは、図３に示した構成と同様に、
並進３自由度と回転３自由度の計６自由度を有する機械
系であって、アームのヘッド部分には操作子１５を有し
て構成されている。

【００３５】また、ロボット２０は、ロボット１０ａと
同様に、６自由度を有する機械系であって、アームのヘ
ッド部分には干渉物との接触情報を検出する触覚センサ
２１を有して構成されている。一方、サーボ演算制御部
３０ｂは、操作子１５に印加された力に対応して検出さ
れた電気信号に基づいて、ロボット２０に同等の動作制
御をするものであって、少なくとも図３に示した操作信
号処理部３１、機構駆動制御部３４に相当する構成を有
している。

【００３６】また、サーボ演算制御部３０ａは、図３に
示したサーボ演算制御部３０と同様に、操作子１４を介
して印加された力に追従するようにロボット１０ａを駆
動制御する構成に加え、ロボット２０の触覚センサによ
り検出された接触情報に応じて、操作者が印加する力に
対して抵抗となる反力を操作子１５に発生させる反力制
御部３５を有している。

【００３７】ここで、ロボット１０ａはマスタ側ロボッ
トを構成し、ロボット２０はスレーブ側ロボットを構成
する。また、触覚センサ２１は触情報検出手段を構成
し、反力制御部３５は反力生成部を構成する。次に、本
実施例に適用される操作子１５の一実施例（その２）に
ついて、図７を参照して説明する。

【００３８】図７において、操作子１５は、例えば、ス
リットにより分離した操作片１５ａ、１５ｂと、操作片
１５ａ、１５ｂに接合されたリンク部１６ａ、１６ｂ
と、リンク部１６ａ、１６ｂの回動を制御するリンク回
転制御部１７と、リンク回転制御部１７を包含して操作
子１５全体を支持する基部１８と、基部から操作片１５
ａ、１５ｂ間に延伸する支持部１９と、リンク部１６
ａ、１６ｂの各々と支持部１９との間に設けられた形状
記憶部材２０ａ、２０ｂと、リンク部１６ａ、１６ｂの
各々と基部１８との間に設けられた形状記憶部材２１
ａ、２１ｂと、リンク部１６ａ、１６ｂの回動支点１７
ａ、１７ｂ近傍に設けられた歪ゲージ２２ａ、２２ｂと
を有して構成されている。ここで、形状記憶部材２０
ａ、２０ｂ及び２１ａ、２１ｂとしては、通電、或い
は、加熱作用により形状記憶動作を生じる周知の形状記
憶合金を良好に適用することができる。

【００３９】このような構成の操作子１５において、操
作者が印加する力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを検出する際には、
リンク回転制御部１７によりリンク部１６ａ、１６ｂの
回動を規制して、基部、リンク回転制御部１７、リンク
部及び操作片１５ａ、１５ｂを一体的な剛性状態とし
て、リンク部１６ａ、１６ｂに設けられた歪ゲージ２２
ａ、２２ｂにより、電気信号を検出する。

【００４０】一方、ロボット２０の触覚センサ２１によ
り検出された接触情報を操作子１５に伝達する際には、
リンク回転制御部１７によりリンク１６ａ、１６ｂの回
動を可能な状態として、形状記憶部材２０ａ、２０ｂ及
び２１ａ、２１ｂに接触情報に対応する制御信号を印加
して、変形状態から原形状態に回復動作させる。すなわ
ち、反力制御部３５は、ロボット２０の触覚センサ２１
により検出された接触情報に基づいて、リンク回転制御
部１７を駆動して、基部１８に対する操作片１５ａ、１
５ｂの変位を自由な状態とするとともに、接触情報に対
応して形状記憶部材２０ａ、２０ｂ及び２１ａ、２１ｂ
が回復動作するように制御信号を生成、出力する。

【００４１】これにより、操作者は、操作子１５を介し
て印加している力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚに対して、抵抗とな
る反力Ｆｘ´、Ｆｙ´、Ｆｚ´を認識することができ
る。次に、第２の実施例におけるマスタ・スレーブ型ロ
ボットの駆動制御について、図８を参照して説明する。
まず、図２に示した学習処理より、サーボ演算制御部３
０ａには、操作者が印加する力に対するロボット１０ａ
の駆動制御のパターンが学習され、異常振動を生じず、
高速で柔軟な動作を実行することができるように、これ
らの相関関係が蓄積されているものとする。

【００４２】そして、操作者が操作子１５に任意の力を
印加してロボット１０ａに動作を伝達する（Ｓ３１）。
このロボット１０ａの動作状態が電気信号として抽出さ
れ（Ｓ３２）、サーボ演算制御部３０ｂを介して、ロボ
ット２０が同等の動作状態を実現するように駆動制御さ
れる（Ｓ３３）。このとき、ロボット２０の動作状態は
サーボ演算制御部３０ａにより常時監視される。ロボッ
ト２０が周囲の干渉物と接触することなく、ロボット１
０ａに同調して動作している場合には、ロボット１０ａ
からロボット２０へ電気信号が継続的に伝達される。

【００４３】そして、ロボット２０が周囲の干渉物に接
触した場合には、触覚センサ２１により接触情報が検出
される（Ｓ３４）。接触情報としては、例えば、干渉物
に対するロボット２０の接触方向ｆや、接触圧力等が検
出され、電気信号としてサーボ演算制御部３０ａに伝達
される（Ｓ３５）。サーボ演算制御部３０ａは、ロボッ
ト２０から伝達された接触情報に基づいて、干渉物への
接触方向ｆに対応する操作方向ｆ´へのロボット１０ａ
の動作を規制する。同時に、サーボ演算制御部３０ａ内
に設けられた反力制御部３５が、接触情報に基づいて、
操作子１５に印加された力により変形状態となっている
形状記憶部材を原形状態に回復させる制御信号を生成す
る。この制御信号に基づいて、形状記憶部材を回復動作
させることにより、操作子１５に印加される力に対して
抵抗となる反力が発生し（Ｓ３６）、操作者にロボット
２０と干渉物との接触情報が伝達される。

【００４４】なお、上述した実施例においては、操作子
１４、１５の形状として略円形状の外観を有するものを
示して説明したが、本発明に適用される操作子はこの形
状に限定されるものではなく、また、操作者により印加
される力を検出する機構についても、これに限定される
ものではない。要するに、操作者の動作意志、すなわち
操作力を電気信号として良好に検出することができるも
のであれば他の構成を有していてもよい。

【００４５】また、マスタ・スレーブ型ロボットにおけ
る接触情報の伝達機構についても、形状記憶部材による
ものに限定されるものではなく、操作者が印加する力に
対して反発する方向、或いは、大きさを有する力（反
力）を発生させる機構、例えば空気圧を利用した膨張作
用等を利用するものであってもよいことは言うまでもな
い。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の機
械の安定制御装置によれば、操作手段を介して機械系に
印加される力を、検出手段が電気信号として検出し、こ
の電気信号と機械系の動作との相関関係を、学習手段が
学習、蓄積することにより、駆動制御手段が操作手段に
印加される力に応答して機械系の動作を追従させるよう
に制御することができるため、従来技術として示した、
機械系の全パラメータを同定し、操作部のセンサ情報に
基づいてパラメータを設定するという複雑かつ時間を要
するインピーダンスマッチング手法を用いることなく、
簡易かつ的確に、操作者の動作意志を把握し、異常振動
を生じることなく機械系を動作させることができる。

【００４７】また、請求項２記載の機械の安定制御装置
によれば、検出手段が歪ゲージ等の歪検出部を有するこ
とにより、操作手段に印加される力を力の位置、大き
さ、方向等の種々の要素として検出することができるた
め、操作者の動作意志と操作手段へに印加される力との
相関関係を多面的かつ的確に捉え、学習手段に蓄積する
ことができる。

【００４８】また、請求項３記載の機械の安定制御装置
によれば、マスタ・スレーブ型ロボットのマスタ側ロボ
ットに上記請求項１又は２記載の安定制御装置を備える
ことにより、マスタ側ロボットを操作する操作者の動作
意志に追従性良く動作させることができるため、連動す
るスレーブ側ロボットを円滑に動作制御することができ
る。

【００４９】また、請求項４記載のマスタ・スレーブ型
ロボットの制御装置によれば、スレーブ側ロボットの触
情報検出手段が検出した触情報に基づいて、反力生成部
が操作者により操作手段に印加される力に対する反力を
発生することにより、スレーブ側ロボットの触情報をマ
スタ側ロボットの操作者に良好に伝達することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る機械の安定制御装置の基本構成を
示す概念図である。

【図２】本発明に係る相関関係の学習処理を示すフロー
チャートである。

【図３】第１の実施例の装置構成を示す図である。

【図４】本発明に適用される操作子の実施例（その１）
を示す外観構成図である。

【図５】第１の実施例の駆動処理を示すフローチャート
である。

【図６】第２の実施例の装置構成を示す図である。

【図７】本発明に適用される操作子の実施例（その２）
を示す断面構成図である。

【図８】第２の実施例の触情報伝達処理を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

ａ 機械系 ｂ 操作手段 ｃ 検出手段 ｄ 学習手段 ｅ 駆動制御手段 ｆ 演算制御系 １０ ロボット １０ａ マスタ側ロボット １１ａ〜１１ｃ 関節部 １２ａ〜１２ｃ アーム部 １３ ロボットハンド １３ａ、１４ｆ 力トルクセンサ １４、１５ 操作子 １４ａ〜１４ｄ、１５ａ、１５ｂ 操作片 １４ｅ、１８ 基部 １６ａ、１６ｂ リンク部 １７ リンク回転制御部 １７ａ、１７ｂ 回動支点 １９ 支持部 ２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ 形状記憶部材 ２０ スレーブ側ロボット ２１ 触覚センサ ３０、３０ａ、３０ｂ サーボ演算制御部 ３１ 操作信号処理部 ３２ ロボットハンド信号処理部 ３３ 学習部 ３４ 機構駆動制御部 ３５ 反力制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嘉数 侑昇 北海道江別市文京台２−18

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】所定の自由度を有する機械系と、 該機械系を任意の状態に動作させる操作手段と、 前記機械系を任意の状態に動作させる際に、前記操作手
   段に印加される力を電気信号として検出する検出手段
   と、 該検出された電気信号と前記機械系の動作との相関関係
   を学習する学習手段と、 該学習手段が有する相関関係に基づいて、前記操作手段
   に印加される力に応答して前記機械系を前記任意の状態
   に動作させるように駆動制御する駆動制御手段と、を具
   備することを特徴とする機械の安定制御装置。
2. 【請求項２】前記検出手段は、前記操作手段に印加され
   る力を、歪信号として検出する歪検出部を有しているこ
   とを特徴とする請求項１記載の機械の安定制御装置。
3. 【請求項３】 前記機械系が、マスタ・スレーブ型ロボ
   ットのマスタ側ロボットであることを特徴とする請求項
   １又は２記載の機械の安定制御装置。
4. 【請求項４】マスタ側ロボットに作用する任意の動作を
   制御信号として伝達し、スレーブ側ロボットに前記任意
   の動作に対応する動作をさせるように駆動制御するマス
   タ・スレーブ型ロボットの制御装置において、 前記スレーブ側ロボットは、干渉物との接触状態を触情
   報として検出する触情報検出手段を具備するとともに、 前記マスタ側ロボットは、請求項１又は２記載の機械の
   安定制御装置を具備し、 前記マスタ側ロボットに設けられた前記操作手段は、前
   記スレーブ側ロボットからの触情報に基づいて、前記操
   作手段に印加される力に対する反力を変化させる反力生
   成部を有していることを特徴とするマスタ・スレーブ型
   ロボットの制御装置。