WO2020130091A1

WO2020130091A1 - ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法

Info

Publication number: WO2020130091A1
Application number: PCT/JP2019/049916
Authority: WO
Inventors: 掃部　雅幸; 秀行笠; 藤森　潤; 博貴木下; 大樹 ▲高▼橋; 拓哉志鷹; 開清水
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: CN113165161B; CN113165161A; US20220063095A1

Abstract

ロボットシステム（１００）は、作業端（１１ａ）を有するスレーブアーム（１１）と、前記スレーブアームを駆動するスレーブアーム駆動部（１３）と、前記作業端の目標位置を規定するスレーブ動作指令に基づき前記スレーブアーム駆動部を制御するスレーブ側制御部（１４）と、を含むスレーブユニット（１）と、操作者によって操作内容が入力される操作端（２１ａ）を有するマスタアーム（２１）を含むマスタユニット（２）と、前記操作端に入力された前記操作内容に基づいて、前記スレーブ動作指令を生成するシステム制御部（３）とを有し、前記システム制御部は、前記操作内容に対応する指令が、前記スレーブアーム及び前記マスタアームの少なくとも一方の動作の限界に対応する限界相当領域に対応する指令である場合、前記操作者に知覚を与えるための処理を行う。

Description

ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法

　本発明は、ロボットシステム及びロボットシステムの制御方法に関する。

　従来からマスタスレーブ型マニピュレータとその制御方法が知られている。

　例えば、特許文献１は、マスタスレーブ型マニピュレータが、力センサによって測定された反力があらかじめ設定された力目標値を超えると、あらかじめ設定しておいた力制御方向に関して、スレーブアームをマスタアームの動作に追従するように動作させないように構成されることを開示している。力制御方向は、作業対象物の法線方向にほぼ一致するように設定された方向であり、作業対象物に向かう方向及び作業対象物から離れる方向である。スレーブアームは、あらかじめ設定された力目標値と、力センサによって測定された反力とが一致するように力制御によって動作させられる。

　また、特許文献２は、マスタスレーブ型マニプレータが、マスタアームを操作することにより、これと相似形となるようにマスタアームの形状に追従するスレーブアームを有することを開示している。マスタアームには接触子が設けられており、この接触子が位置規制部材に当接してマスタアームの動作範囲を規制する。

特開平８－２８１５７３号公報特開平７－１２４８７６号公報

　しかし、特許文献１に記載のマスタスレーブ型マニピュレータでは、例えば硬い作業対象物に接触しているとき等では、操作者が、スレーブアームを作業対象物に向かう方向に対応する方向にマスタアームを無理に動かそうとして、マスタアームに過大な負荷をかけてしまうと、力センサ又はマスタアームが破損するおそれがある。

　また、特許文献２に記載のマスタスレーブ型マニプレータは、スレーブアームがワークに接触したときに、そのことを操作者に伝達することができない。操作者はスレーブアームがワークに接触して動作が規制されているのか、それとも接触子が位置規制部材に当接してマスタアームの動作範囲が規制されているのかを判別することが困難な場合がある。

　本開示は、マスタアーム及びスレーブアームの少なくとも一方の動作限界を操作者に知覚させることを可能にするロボットシステム及びロボットシステムの制御方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本開示の一態様に係るロボットシステムは、作業端を有するスレーブアームと、前記スレーブアームを駆動するスレーブアーム駆動部と、前記作業端の目標位置を規定するスレーブ動作指令に基づき前記スレーブアーム駆動部を制御するスレーブ側制御部と、を含むスレーブユニットと、操作者によって操作内容が入力される操作端を有するマスタアームを含むマスタユニットと、前記操作端に入力された前記操作内容に基づいて、前記スレーブ動作指令を生成するスレーブ動作指令生成部を含むシステム制御部と、を有するロボットシステムであって、前記システム制御部は、前記操作内容に対応する指令が、前記スレーブアーム及び前記マスタアームの少なくとも一方の動作の限界に対応する限界相当領域に対応する指令である場合、前記操作者に知覚を与えるための処理を行う。

　本開示によれば、マスタアーム及びスレーブアームの少なくとも一方の動作限界を操作者に知覚させることが可能になる。

図１は、実施の形態１に係るロボットシステムの構成例を概略的に示す図である。図２は、図１のロボットシステムの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。図３は、図１のロボットシステムの動作例を示すフローチャートである。図４は、実施の形態１の変形例１に係るロボットシステムの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。図５は、実施の形態２に係るロボットシステムの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。図６は、実施の形態２に係るロボットシステムの通知領域設定部が設定する動作領域、進入禁止領域及び通知領域の設定例を示す図である。図７は、実施の形態２に係るロボットシステムの動作例を示す図である。図８は、実施の形態２に係るロボットシステムの動作例を示す図である。図９は、実施の形態２の変形例２に係るロボットシステムの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。

　まず、本開示の各態様例を説明する。本開示の一態様に係るロボットシステムは、作業端を有するスレーブアームと、前記スレーブアームを駆動するスレーブアーム駆動部と、前記作業端の目標位置を規定するスレーブ動作指令に基づき前記スレーブアーム駆動部を制御するスレーブ側制御部と、を含むスレーブユニットと、操作者によって操作内容が入力される操作端を有するマスタアームを含むマスタユニットと、前記操作端に入力された前記操作内容に基づいて、前記スレーブ動作指令を生成するスレーブ動作指令生成部を含むシステム制御部と、を有するロボットシステムであって、前記システム制御部は、前記操作内容に対応する指令が、前記スレーブアーム及び前記マスタアームの少なくとも一方の動作の限界に対応する限界相当領域に対応する指令である場合、前記操作者に知覚を与えるための処理を行う。

　上記態様によると、ロボットシステムは、操作内容に対応する指令が限界相当領域に対応する指令であることを、知覚の付与を介して操作者へ報知することができる。よって、ロボットシステムは、マスタアーム及びスレーブアームの少なくとも一方の動作の限界を操作者に知覚させることができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記スレーブユニットは、前記作業端又は前記作業端に保持したワークに作用する反力の方向及び大きさを検出するスレーブ側力検出部を更に含み、前記マスタユニットは、前記操作内容として前記操作端に前記操作者が加えた操作力の方向及び大きさを検出するマスタ側力検出部と、前記マスタアームを駆動するマスタアーム駆動部と、前記操作端の目標位置を規定するマスタ動作指令に基づき前記マスタアーム駆動部を制御するマスタ側制御部と、を更に含み、前記システム制御部は、前記操作力及び前記反力に基づいて前記スレーブ動作指令及び該スレーブ動作指令の前記作業端の移動方向に対応する移動方向に前記操作端を移動させる前記マスタ動作指令を生成し、前記システム制御部は、前記操作力の大きさが前記限界相当領域としての第１閾値を超える領域に含まれると判定すると、前記操作端を前記操作力の方向に移動させるような前記マスタ動作指令を生成してもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、操作力の大きさが所定の第１閾値を超えたことをマスタアームを介して操作者に報知することができ、マスタアームに過負荷がかかっていることを操作者に報知することができる。また、ロボットシステムは、操作者が力をかけた方向に操作端を移動させることによって、マスタアーム及びマスタ側力検出部にかかる負荷を軽減することができ、マスタアーム及びマスタ側力検出部の破損を防止することができる。その結果、操作者がマスタアームを破損させてしまうことを防止することが可能になる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記システム制御部は、前記操作力が大きくなるにしたがって、前記操作端の移動速度の変化を大きくするような前記マスタ動作指令を生成してもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、操作者に対し、操作力をどの程度弱めたらよいのかを案内することができ、その結果、操作者が操作力を適切に弱めるように誘導することができる。また、操作力の大きさが大きくなればより早く操作端が操作者が力をかけた方向に移動するので、マスタアーム及びマスタ側力検出部にかかる負荷がより適切に軽減されることができ、マスタアーム及びマスタ側力検出部の破損がより適切に防止されることができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記システム制御部は、通常動作モード及び報知動作モードを含む複数の動作モードのうちの１の該動作モードに設定する動作モード設定部と、前記操作力及び前記反力に基づいて前記スレーブ動作指令を生成するスレーブ動作指令生成部と、前記操作力及び前記反力に基づいて該スレーブ動作指令の前記作業端の移動方向に対応する移動方向に前記操作端を移動させる第１仮マスタ動作指令を生成する第１仮マスタ動作指令生成部と、前記操作力に基づいて第２仮マスタ動作指令を生成する第２仮マスタ動作指令生成部と、前記通常動作モードにおいて第１仮マスタ動作指令を前記マスタ動作指令に設定し、前記報知動作モードにおいて第２仮マスタ動作指令を前記マスタ動作指令に設定するマスタ動作指令設定部と、を含み、前記動作モード設定部は、前記操作力の大きさが前記第１閾値を超える領域に含まれると判定すると、前記動作モードを前記報知動作モードに設定してもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、通常動作モードから報知動作モードに動作モードを切り替えることによって、操作者への報知をマスタアームを介して適切に行うことができる。また、ロボットシステムは、設定されている動作モードにかかわらず、スレーブアームを停止させること、及び、検出部が検出した操作力及び反力に基づきスレーブアームの動作を適切に変化させることができる。よって、ロボットシステムは、操作者に報知する際のマスタアームの動作がスレーブアームの動作に影響することを防止することができ、操作者への報知を適切に行うことができる。また、ロボットシステムは、動作モードの切り替えを自動で行うことができるので、システムを保護するための非常停止を避けることができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、複数の前記動作モードは、更に復帰動作モードを含み、前記システム制御部は、前記第１仮マスタ動作指令が規定する前記操作端の前記目標位置に向けて前記操作端を移動させる第３仮マスタ動作指令を生成する第３仮マスタ動作指令生成部を更に備え、前記マスタ動作指令設定部は、更に前記復帰動作モードにおいて前記第３仮マスタ動作指令を前記マスタ動作指令に設定し、前記動作モード設定部は、前記動作モードを前記報知動作モードに設定している状態において前記操作力の大きさが所定の第２閾値以下の領域に含まれると判定すると前記動作モードを前記復帰動作モードに設定してもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、操作者への報知を行った後、操作端と作業端とが所定の対応関係をとる位置に向けて操作端を移動させることができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記動作モード設定部は、前記動作モードを前記復帰動作モードに設定している状態において、前記操作端が前記第１仮マスタ動作指令の前記目標位置に位置したと判定すると、前記動作モードを前記通常動作モードに設定してもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、操作端と作業端とが所定の対応関係をとって同期して動作する状態に復帰させることができる。また、自動で通常動作モードに復帰させることができ、作業の中断を避けることができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記システム制御部は、前記操作力及び前記反力に基づいて目標速度ベクトルを算出する換算部と、前記操作力に基づいて仮目標速度ベクトルを算出する副換算部と、を含み、前記スレーブ動作指令生成部は、前記目標速度ベクトルに基づいて前記スレーブ動作指令を生成し、前記第１仮マスタ動作指令生成部は、前記目標速度ベクトルに基づいて前記第１仮マスタ動作指令を生成し、前記第２仮マスタ動作指令生成部は、前記仮目標速度ベクトルに基づいて前記第２仮マスタ動作指令を生成してもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、バイラテラル制御方式のロボットシステムにおいて、操作者への報知を適切に行うことができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムは、前記操作者の知覚によって感知可能な感覚情報を用いて報知を行う報知部を更に有し、前記マスタユニットは、前記操作内容として前記操作端に前記操作者が加えた操作力の方向及び大きさを検出するマスタ側力検出部を更に含み、前記システム制御部は、前記操作力の大きさが前記限界相当領域としての第３閾値を超える領域に含まれると判定すると前記報知部を制御して前記操作者に対する報知を行ってもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、操作力の大きさが所定の第１閾値を超えたことを操作者に報知することができ、マスタアームに過負荷がかかっていることを操作者に報知することができる。その結果、操作者がマスタアームを破損させてしまうことを防止することが可能になる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記システム制御部は、前記操作力が大きくなるにしたがって、前記感覚情報の強度が強くなるように前記報知部を制御してもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、操作者に対し、操作力をどの程度弱めたらよいのかを案内することができ、その結果、操作者が操作力を適切に弱めるように誘導することができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムは、前記操作者の知覚によって感知可能な感覚情報を用いて報知を行う報知部を更に有し、前記システム制御部は、所定の動作領域の限界から該動作領域側に拡がる領域である、前記限界相当領域としての通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記報知部を制御して前記操作者に対する報知を行ってもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、操作者の知覚を通じて作業端の動作領域の限界への接近を通知することができる。これによって、操作者は、作業端がワークに接触しているのか、それとも作業端が動作領域の限界又は当該限界の近傍に位置しているのかを容易に判別することができ、作業効率を向上させることができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記システム制御部は、前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置と前記動作領域の限界との距離が小さくなるにしたがって前記感覚情報の強度が強くなるように前記報知部を制御してもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、操作者に動作領域の限界との距離を案内することができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記スレーブユニットは、前記作業端又は前記作業端に保持したワークに作用する反力の方向及び大きさを検出するスレーブ側力検出部を更に含み、前記マスタユニットは、前記操作内容として前記操作端に前記操作者が加えた操作力の方向及び大きさを検出するマスタ側力検出部と、前記マスタアームを駆動するマスタアーム駆動部と、マスタ動作指令に基づき前記マスタアーム駆動部を制御するマスタ側制御部と、を更に含み、前記システム制御部は、所定の制御周期毎に前記作業端の目標位置を規定する前記スレーブ動作指令と前記操作端の目標位置を規定する前記マスタ動作指令とを前記スレーブ動作指令の目標位置と前記マスタ動作指令の目標位置とが所定の対応関係を有するように生成し、前記システム制御部は、所定の動作領域の限界から該動作領域側に拡がる領域である、前記限界相当領域としての通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記操作端の動作を変化させるような前記マスタ動作指令を生成してもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、操作者の力覚を通じて作業端の動作領域の限界への接近を通知することができる。これによって、操作者は、作業端がワークに接触しているのか、それとも、作業端が動作領域の限界又は当該限界の近傍に位置しているのかを容易に判別することができ、作業効率を向上させることができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記システム制御部は、前記通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記作業端に作用する前記動作領域の限界から離れる向きを有する反発力を設定し、続く制御周期において前記操作力、前記反力及び前記反発力の合成力に基づいて前記マスタ動作指令を生成してもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、反発力によって操作者に動作領域の限界への接近を通知することができる。また、ロボットシステムは、反発力の向きに基づいて、操作者に前記境界から離れる方向を適切に案内することができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記システム制御部は、前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置と前記動作領域の限界との距離が小さくなるにしたがって前記反発力の大きさが大きくなるように前記反発力を設定してもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムにおいて、前記システム制御部は、前記通知領域を設定する通知領域設定部と、前記通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記反発力を設定する反発力設定部と、前記操作力、前記反力及び前記反発力の合成力に基づいて目標速度ベクトルを算出する換算部と、前記目標速度ベクトルに基づいて前記スレーブ動作指令を生成するスレーブ動作指令生成部と、前記目標速度ベクトルに基づいて前記マスタ動作指令を生成するマスタ動作指令生成部と、を更に含んでいてもよい。

　上記態様によれば、ロボットシステムは、バイラテラル制御方式のロボットシステムにおいて、操作者に動作領域の限界への接近を適切に通知することができる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法は、スレーブアームとマスタアームとを備えるロボットシステムの制御方法であって、前記マスタアームの操作端に入力された操作内容に基づいて、前記スレーブアームの作業端の目標位置を規定するスレーブ動作指令を、前記スレーブ動作指令に基づき前記スレーブアームの駆動部を制御するスレーブ側制御部に出力することと、前記操作内容に対応して生成される指令が、前記スレーブアーム及び前記マスタアームの少なくとも一方の動作の限界に対応する限界相当領域に対応する指令である場合、前記操作端へ前記操作内容を入力する操作者に知覚を与えるための処理を行うことと、を含む。上記態様によれば、本開示の一態様に係るロボットシステムと同様の効果が得られる。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法は、前記作業端又は前記作業端に保持されたワークに作用する反力の方向及び大きさの検出結果を受け取ることと、前記操作内容として、前記操作者によって前記操作端に加えられた操作力の方向及び大きさの検出結果を受け取ることと、検出された前記操作力及び前記反力に基づいて前記作業端の目標位置を決定することと、検出された前記操作力及び前記反力に基づいて前記操作端の目標位置を決定することと、前記操作端の目標位置を規定するマスタ動作指令を、前記マスタ動作指令に基づき前記マスタアームの駆動部を制御するマスタ側制御部に出力することと、を更に含み、前記操作力の大きさが前記限界相当領域としての第１閾値を超える領域に含まれていないと判定すると、前記操作端の目標位置を、前記作業端の位置に対応する位置に決定し、前記操作力の大きさが前記第１閾値を超える領域に含まれると判定すると、前記操作端の目標位置を、前記作業端の位置に対応する位置から前記操作力の方向に移動させた位置に決定してもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法において、前記操作力が大きくなるにしたがって、前記操作端の移動速度の変化を大きくするような前記マスタ動作指令を生成してもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法は、通常動作モード及び報知動作モードを含む複数の動作モードのうちの１の該動作モードに設定することと、前記操作力及び前記反力に基づいて前記スレーブ動作指令を生成することと、前記操作力及び前記反力に基づいて該スレーブ動作指令の前記作業端の移動方向に対応する移動方向に前記操作端を移動させる第１仮マスタ動作指令を生成することと、前記操作力に基づいて第２仮マスタ動作指令を生成することと、前記通常動作モードにおいて第１仮マスタ動作指令を前記マスタ動作指令に設定することと、前記報知動作モードにおいて第２仮マスタ動作指令を前記マスタ動作指令に設定することと、前記操作力の大きさが前記第１閾値を超える領域に含まれると判定すると、前記動作モードを前記報知動作モードに設定することと、を更に含んでもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法は、前記通常動作モード、前記報知動作モード及び復帰動作モードを含む複数の動作モードのうちの１の該動作モードに設定することと、前記第１仮マスタ動作指令が規定する前記操作端の前記目標位置に向けて前記操作端を移動させる第３仮マスタ動作指令を生成することと、前記復帰動作モードにおいて前記第３仮マスタ動作指令を前記マスタ動作指令に設定することと、前記動作モードを前記報知動作モードに設定している状態において前記操作力の大きさが第２閾値以下の領域に含まれると判定すると、前記動作モードを前記復帰動作モードに設定することと、を更に含んでもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法は、前記動作モードを前記復帰動作モードに設定している状態において、前記操作端が前記第１仮マスタ動作指令の前記目標位置に位置したと判定すると、前記動作モードを前記通常動作モードに設定することを更に含んでもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法は、前記操作力及び前記反力に基づいて目標速度ベクトルを算出することと、前記操作力に基づいて仮目標速度ベクトルを算出することと、前記目標速度ベクトルに基づいて前記スレーブ動作指令を生成することと、前記目標速度ベクトルに基づいて前記第１仮マスタ動作指令を生成することと、前記仮目標速度ベクトルに基づいて前記第２仮マスタ動作指令を生成することと、を更に含んでもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法は、前記操作内容として前記操作端に前記操作者が加えた操作力の方向及び大きさの検出結果を受け取ることを更に含み、検出された前記操作力の大きさが前記限界相当領域としての第３閾値を超える領域に含まれると判定すると、前記操作者の知覚によって感知可能な感覚情報を用いた報知を行わせる指令を出力してもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法において、前記操作力が大きくなるにしたがって、前記感覚情報の強度が強くなるような報知を行わせる指令を出力してもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法は、所定の動作領域の限界から該動作領域側に拡がる通知領域を前記限界相当領域として設定することを更に含み、前記通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記操作者の知覚によって感知可能な感覚情報を用いた報知を行わせる指令を出力してもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法において、前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置と前記動作領域の限界との距離が小さくなるにしたがって前記感覚情報の強度が強くなるような報知を行わせる指令を出力してもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法は、前記作業端又は前記作業端に保持されたワークに作用する反力の方向及び大きさの検出結果を受け取ることと、前記操作内容として、前記操作者によって前記操作端に加えられた操作力の方向及び大きさの検出結果を受け取ることと、検出された前記操作力及び前記反力に基づいて前記作業端の目標位置を決定することと、検出された前記操作力及び前記反力に基づいて前記操作端の目標位置を決定することと、前記操作端の目標位置を規定するマスタ動作指令を、前記マスタ動作指令に基づき前記マスタアームの駆動部を制御するマスタ側制御部に出力することと、所定の動作領域の限界から該動作領域側に拡がる通知領域を前記限界相当領域として設定することと、を更に含み、所定の制御周期毎に検出された前記操作力及び前記反力の合成力に基づいて前記作業端の目標位置を決定し、前記通知領域に前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記動作領域の限界から離れる向きに前記作業端に作用する反発力を設定し、前記操作力、前記反力及び前記反発力の合成力に基づいて前記操作端の次期目標位置を決定し、続く制御周期において前記マスタアームの駆動部に前記操作端を前記次期目標位置に位置させる前記マスタ動作指令を出力してもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法において、前記通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記作業端に作用する前記動作領域の限界から離れる向きを有する反発力を設定し、続く制御周期において前記操作力、前記反力及び前記反発力の合成力に基づいて前記マスタ動作指令を生成してもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法において、前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置と前記動作領域の限界との距離が小さくなるにしたがって前記反発力の大きさが大きくなるように前記反発力を設定してもよい。

　本開示の一態様に係るロボットシステムの制御方法は、前記通知領域を設定することと、前記通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記反発力を設定することと、前記操作力、前記反力及び前記反発力の合成力に基づいて目標速度ベクトルを算出することと、前記目標速度ベクトルに基づいて前記スレーブ動作指令を生成することと、前記目標速度ベクトルに基づいて前記マスタ動作指令を生成することと、を更に含んでもよい。

　以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本開示が限定されるものではない。また、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係るロボットシステム１００の構成例を概略的に示す図である。図２は、ロボットシステム１００の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。

　図１及び図２に示すように、ロボットシステム１００は、スレーブアーム１１がマスタアーム２１の動きをなぞるように動作するマスタスレーブ方式のロボットを含むシステムである。ロボットシステム１００では、スレーブアーム１１の作業領域から離れた位置（作業領域外）にいる操作者Ｐがマスタアーム２１を動かして動作指令をロボットシステム１００に入力することで、スレーブアーム１１が該動作指令に対応した動作を行い、部品の組み付け作業などの特定の作業を行うことができるように構成されている。

　更に、ロボットシステム１００は、バイラテラル制御方式のロボットシステムであり、制御部がスレーブアーム１１に加えてマスタアーム２１の動作を同期して制御することで、スレーブアーム１１に作用する力をマスタアーム２１を介して操作者Ｐに提示するように構成されている。ロボットシステム１００は、スレーブアーム１１を含むスレーブユニット１と、マスタアーム２１を含むマスタユニット２と、システム制御部３とを備える。

　［スレーブユニットの構成例］
　図１及び図２に示すように、スレーブユニット１は、例えば産業用ロボットである。スレーブユニット１は、基部１０と、スレーブアーム１１と、スレーブ側力検出部１２と、スレーブアーム駆動部１３と、スレーブ側制御部１４とを含む。

　スレーブアーム１１は、例えば、垂直多関節型のロボットアームである。すなわち、スレーブアーム１１は、基端部から先端部に向かう方向に順次連結される複数のリンクと、隣り合うリンクの一方に対して他方を回動可能に連結する一以上の関節を備える。そして、スレーブアーム１１の先端部が作業端１１ａであり、作業端１１ａにはハンド（「エンドエフェクタ」とも呼ぶ）１６が設けられている。基部１０は、例えば床に固定され、スレーブアーム１１を支えている。スレーブアーム１１は、例えば６自由度を有し、作業端１１ａを３次元空間内の動作範囲内の任意の位置で任意の姿勢を取らせることができる。

　ハンド１６は、例えば、ワークＷを保持する保持動作とワークＷの保持を解放する解放動作とを行うことができるように構成され、例えば部品の組み付け作業を実施する。ハンド１６は、保持動作及び解放動作を行うための図示しないハンド駆動部を含む。なお、ハンド１６の構造は、溶接作業、塗装作業を行うことができるように、当該作業目的に応じた構造であってもよい。

　スレーブ側力検出部１２は、互いに直交する３つの軸方向に作用する力の大きさとこれら３つの軸周りに作用する力のモーメントとを検出するセンサであり、スレーブアーム１１の作業端１１ａに配設されている。スレーブ側力検出部１２は互いに直交する３つの軸方向及び当該軸周りに作用する分力の検出が可能な６軸力覚センサで構成される。これによって、スレーブ側力検出部１２は、スレーブアーム１１の作業端１１ａに保持されたワークＷが組み付けられる対象物Ｔに接触したときに、作業端１１ａ又は作業端１１ａに保持されたワークＷに作用する反力ｆｓの方向及び大きさを検出する。検出された反力ｆｓは、システム制御部３に出力される。

　スレーブアーム駆動部１３は、スレーブアーム１１を駆動する。すなわち、スレーブアーム駆動部１３は、スレーブアーム１１の各関節に設けられたアクチュエータを含み、アクチュエータの駆動によって各関節を動作させることにより、スレーブアーム１１の基端部に対して先端部（作業端１１ａ）及びハンド１６を所定の動作領域内で移動させる。本実施の形態において、例えば、スレーブアーム１１の各関節は回動関節であり、アクチュエータは減速機を備えるサーボモータである。

　スレーブ側制御部１４は、作業端１１ａの目標位置を規定する位置指令であるスレーブ動作指令ｘｓに基づきスレーブアーム駆動部１３を制御し、スレーブアーム１１を動作させる。スレーブ動作指令ｘｓは、スレーブ座標系における位置指令である。スレーブ側制御部１４は、スレーブ動作指令ｘｓに基づき、各関節のサーボモータの出力軸の回転角を算出し、スレーブアーム１１の各関節のサーボモータに供給する電流を制御してサーボモータの動作を制御し、スレーブアーム１１の姿勢を変更し、これによって、作業端１１ａを目標位置に位置させる。スレーブアーム１１の姿勢の制御は、スレーブアーム１１に設けられた図示しないエンコーダから出力される関節角度に基づいたフィードバック制御によって行われる。

　［マスタユニットの構成例］
　図１及び図２に示すように、マスタユニット２は、作業領域外に配置され、スレーブアーム１１の動作を遠隔的に制御する。マスタユニット２は、マスタアーム２１と、マスタ側力検出部２２と、マスタアーム駆動部２３と、マスタ側制御部２４とを含む。

　マスタアーム２１は、操作者Ｐが触れて操作して操作者Ｐからスレーブアーム１１に対する動作指令を入力する装置である。マスタアーム２１は、例えば６自由度を有し、操作端２１ａを３次元空間内の動作範囲内の任意の位置で任意の姿勢を取らせることができる。操作者Ｐが触れて操作する部位が操作端２１ａを構成し、操作者Ｐは操作端２１ａに力を加えて、スレーブアーム１１に対する動作指令を入力する。

　マスタ側力検出部２２は、互いに直交する３つの軸方向に作用する力の大きさとこれら３つの軸周りに作用する力のモーメントとを検出するセンサであり、マスタアーム２１の操作端２１ａに配設されている。マスタ側力検出部２２は互いに直交する３つの軸方向及び当該軸周りに作用する分力の検出が可能な６軸力覚センサで構成される。これによって、マスタ側力検出部２２は、操作者Ｐの操作端２１ａへの操作入力を検知し、操作者Ｐからスレーブアーム１１に対する動作指令、すなわちマスタアーム２１の操作端２１ａに操作者Ｐが加えた操作力ｆｍの方向及び大きさを検出する。検出された操作力ｆｍは、システム制御部３に出力される。

　マスタアーム駆動部２３は、マスタアーム２１を駆動する。すなわち、マスタアーム駆動部２３は、マスタアーム２１の各関節に設けられたアクチュエータを含み、アクチュエータの駆動によって各関節を動作させることにより、マスタアーム２１の操作端２１ａを移動させる。本実施の形態において、例えば、アクチュエータは減速機を備えるサーボモータである。

　マスタ側制御部２４は、操作端２１ａの目標位置を規定する位置指令であるマスタ動作指令ｘｍに基づきマスタアーム駆動部２３を制御し、マスタアーム２１を動作させる。マスタ動作指令ｘｍは、マスタ座標系における位置指令である。マスタ座標系とスレーブ座標系とは対応関係を有しており、座標変換によって、一方の位置指令値に基づいて他方の位置指令値を算出することが可能となっている。マスタ側制御部２４は、マスタ動作指令ｘｍに基づき、マスタアーム２１の各関節のサーボモータの出力軸の回転角を算出し、マスタアーム２１の各関節のサーボモータに供給する電流を制御して各関節のサーボモータの動作を制御し、マスタアーム２１の姿勢を変更し、これによって、操作端２１ａを目標位置に位置させる。マスタアーム２１の姿勢の制御は、マスタアーム２１に設けられた図示しないエンコーダから出力される関節角度に基づいたフィードバック制御によって行われる。

　［システム制御部の構成例］
　システム制御部３は、並列型バイラテラル制御方式によって、スレーブユニット１及びマスタユニット２を制御する。すなわち、システム制御部３は、マスタ側力検出部２２によって検出された操作力ｆｍとスレーブ側力検出部１２によって検出された反力ｆｓとに基づいて、位置指令であるスレーブ動作指令ｘｓと位置指令であるマスタ動作指令ｘｍとを生成する。

　システム制御部３は、換算部３１と、副換算部３２と、スレーブ動作指令生成部５１と、第１仮マスタ動作指令生成部５２と、第２仮マスタ動作指令生成部５３と、第３仮マスタ動作指令生成部５４と、マスタ動作指令設定部３６と、動作モード設定部３７とを含む。これら換算部３１、副換算部３２、スレーブ動作指令生成部５１、第１仮マスタ動作指令生成部５２、第２仮マスタ動作指令生成部５３、第３仮マスタ動作指令生成部５４、マスタ動作指令設定部３６、及び動作モード設定部３７は、所定の制御プログラムを図示しない演算部が実行することにより実現される機能ブロックである。なお、スレーブ側制御部１４及びマスタ側制御部２４の機能も、所定の制御プログラムを図示しない演算部が実行することにより実現される。

　スレーブ側制御部１４、マスタ側制御部２４及びシステム制御部３に係る上記の演算部は、例えばマイクロコントローラ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）などの演算器で構成される。演算部は、集中制御する単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御器で構成されてもよい。なお、演算器の機能の一部又は全部は、ＣＰＵなどのプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性メモリ及びＲＯＭ（Read-Only Memory）などの不揮発性メモリ等からなるコンピュータシステムにより実現されてもよく、電子回路又は集積回路等の専用のハードウェア回路により実現されてもよく、上記コンピュータシステム及びハードウェア回路の組み合わせにより実現されてもよい。

　また、システム制御部３は、各種プログラム及びデータを記憶する記憶装置（図示せず）を備えている。記憶装置の例は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリなどの半導体メモリ、ハードディスク及びＳＳＤ（Solid State Drive）等である。また、システム制御部３は、スレーブ側制御部１４及びマスタ側制御部２４を含む単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御器で構成されてもよい。

　換算部３１は、マスタ側力検出部２２によって検出された操作力ｆｍとスレーブ側力検出部１２によって検出された反力ｆｓとの合成力に基づいて、目標速度ベクトルｖｄを算出する。この目標速度ベクトルｖｄは、後述する通り、作業端１１ａ及び操作端２１ａの移動方向及び移動量の大きさを算出するために用いられる。より具体的には、換算部３１は、操作力ｆｍと反力ｆｓとの差分に基づいて、作業端１１ａ及び操作端２１ａの移動方向及び移動速度を規定する目標速度ベクトルｖｄを例えば以下の式（１）に基づいて算出する。

　式（１）に示すように、換算部３１は、操作力ｆｍと反力ｆｓとの差分を算出することによって、操作力ｆｍと反力ｆｓとを関係づけ、反力ｆｓを操作力ｆｍに対する反力として取り扱う。そして、目標速度ベクトルｖｄは、操作力ｆｍと反力ｆｓとの差分に応じた値であり、対象物Ｔへの接触により反力ｆｓがゼロでない場合、通常、目標速度ベクトルｖｄは操作力ｆｍの方向と異なる方向に向かうベクトルとなる。

　副換算部３２は、マスタ側力検出部２２によって検出された操作力ｆｍに基づいて操作端２１ａの移動方向及び移動量の大きさを算出するために用いられる仮目標速度ベクトルｖｄｔを算出する。より具体的には、副換算部３２は、操作力ｆｍに基づいて、操作端２１ａの移動方向及び移動速度を規定する仮目標速度ベクトルｖｄｔを例えば以下の式（２）に基づいて算出する。

　式（２）に示すように、仮目標速度ベクトルｖｄｔは、操作力ｆｍに応じた値であり、仮目標速度ベクトルｖｄｔは実質的に操作力ｆｍと同じ方向に向かうベクトルとなる。また、副換算部３２は、反力ｆｓに所定の係数を乗じて反力ｆｓよりも小さい仮反力を設定し、この仮反力と操作力ｆｍとに基づいて仮目標速度ベクトルｖｄｔを算出してもよい。

　スレーブ動作指令生成部５１は、目標速度ベクトルｖｄの値に応じた速度で作業端１１ａを移動させるように、目標速度ベクトルｖｄに基づいて、スレーブ動作指令ｘｓを生成する。スレーブ動作指令ｘｓは、上述の通り、作業端１１ａの目標位置を規定する位置指令である。この目標位置は、目標速度ベクトルｖｄに関して述べた通り、反力ｆｓが実質的にゼロでない場合、通常、操作力ｆｍの方向と異なる方向に設定される。スレーブ動作指令ｘｓはスレーブ側制御部１４に出力され、スレーブ側制御部１４は、このスレーブ動作指令ｘｓに基づきスレーブアーム駆動部１３を制御し、スレーブアーム１１の作業端１１ａはマスタアーム２１の操作端２１ａの動きをなぞるように同期して移動する。

　第１仮マスタ動作指令生成部５２は、目標速度ベクトルｖｄの値に応じた速度で操作端２１ａを移動させるように、目標速度ベクトルｖｄに基づいて、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１を生成する。第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１は、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの移動方向に対応する移動方向に操作端２１ａを移動させる動作指令であり、操作端２１ａの目標位置を規定する位置指令である。この目標位置は、スレーブ動作指令ｘｓと同様に、反力ｆｓが実質的にゼロでない場合、通常、操作力ｆｍの方向と異なる方向に設定される。

　本実施の形態においては、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１をスレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの移動方向に対応する移動方向に操作端２１ａを移動させる動作指令とするために、スレーブ動作指令ｘｓと同様に、目標速度ベクトルｖｄに基づいて、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１が生成される。そして、操作者Ｐから見て、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの移動方向と、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１の操作端２１ａの移動方向とが同じ方向となる（互いに一致する）ように第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１が生成される。

　第２仮マスタ動作指令生成部５３は、仮目標速度ベクトルｖｄｔの値に応じた速度で操作端２１ａを移動させるように、仮目標速度ベクトルｖｄｔに基づいて第２仮マスタ動作指令ｘｍｔ２を生成する。第２仮マスタ動作指令ｘｍｔ２は、操作端２１ａの目標位置を規定する位置指令である。この目標位置は、仮目標速度ベクトルｖｄｔに関して述べた通り、操作力ｆｍと同じ方向に設定される。

　第３仮マスタ動作指令生成部５４は、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１が規定する操作端２１ａの目標位置に向けて操作端２１ａを移動させる第３仮マスタ動作指令ｘｍｔ３を生成する。第３仮マスタ動作指令ｘｍｔ３は、操作端２１ａの目標位置を規定する位置指令である。この目標位置は、仮目標速度ベクトルｖｄｔに関して述べた通り、操作力ｆｍと同じ方向に設定される。

　マスタ動作指令設定部３６は、通常動作モードにおいて第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１をマスタ動作指令ｘｍに設定し、報知動作モードにおいて第２仮マスタ動作指令ｘｍｔ２をマスタ動作指令ｘｍに設定し、復帰動作モードにおいて第３仮マスタ動作指令ｘｍｔ３をマスタ動作指令ｘｍに設定する。マスタ動作指令ｘｍはマスタ側制御部２４に出力される。

　動作モード設定部３７は、通常動作モード、報知動作モード、及び復帰動作モードを含む複数の動作モードのうちの１の動作モードに設定する。

　したがって、マスタ動作指令設定部３６は、通常動作モードにおいて、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１をマスタ動作指令ｘｍに設定し、マスタ側制御部２４は、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１に基づきマスタアーム駆動部２３を制御し、マスタアーム２１の操作端２１ａにおいて操作力ｆｍに抗するように操作端２１ａを動作させることにより、スレーブアーム１１の作業端１１ａに作用する力を操作端２１ａを介して操作者Ｐに提示する。したがって、操作者Ｐは、作業端１１ａが環境に接触した際の力覚を認識して作業を行うことができる。

　また、マスタ動作指令設定部３６は、報知動作モードにおいて、第２仮マスタ動作指令ｘｍｔ２をマスタ動作指令ｘｍに設定し、マスタ側制御部２４は、第２仮マスタ動作指令ｘｍｔ２に基づきマスタアーム駆動部２３を制御し、操作端２１ａを操作者Ｐが加えた操作力ｆｍの方向に移動させる。

　更に、マスタ動作指令設定部３６は、復帰動作モードにおいて、第３仮マスタ動作指令ｘｍｔ３をマスタ動作指令ｘｍに設定し、マスタ側制御部２４は、第３仮マスタ動作指令ｘｍｔ３に基づきマスタアーム駆動部２３を制御し、作業端１１ａとの対応関係を回復するように、操作端２１ａを移動させる。

　なお、スレーブ動作指令生成部５１、第１仮マスタ動作指令生成部５２、第２仮マスタ動作指令生成部５３、及び第３仮マスタ動作指令生成部５４は、現在動作設定されている動作モードに関わらず、動作指令を生成する。

　［動作例］
　次に、ロボットシステム１００の動作例を説明する。図３は、ロボットシステム１００の動作例を示すフローチャートである。本動作例においては、図１に示すように、操作者Ｐは、円筒形に形成され貫通孔Ｗａを有するワークＷと、上下方向に伸延する円柱状のピンであり且つ貫通孔Ｗａと嵌合可能に形成されている対象物Ｔとを嵌合させて、ワークＷを対象物Ｔに組み付ける作業をロボットシステム１００を用いて行う。ワークＷはスレーブアーム１１のハンド１６に把持されており、対象物Ｔは例えば生産ライン上に位置している。

　まず、動作モード設定部３７は、操作力ｆｍの大きさが所定の第１閾値ｆｌｉｍ１を超える領域に含まれるか否かを判定する（ステップＳ１）。第１閾値ｆｌｉｍ１を超える領域は、限界相当領域の一例である。第１閾値ｆｌｉｍ１は、マスタアーム２１が許容する負荷に基づいて予め設定される値であり、例えばマスタ側力検出部２２が検出可能な最大負荷、マスタ側力検出部２２が破損しない負荷、マスタアーム２１の関節が損傷しない負荷、及びマスタアーム２１のリンクが曲がらない負荷等に基づいて設定される値である。マスタアーム２１に操作力ｆｍが加えられていない初期状態においては、操作力ｆｍはゼロであるので、動作モード設定部３７は、操作力ｆｍの大きさが第１閾値ｆｌｉｍ１を超える領域に含まれていない、つまり第１閾値ｆｌｉｍ１を超えていないと判定し（ステップＳ１においてＮｏ）、動作モードを通常動作モードに設定する（ステップＳ２）。

　そして、この初期状態において、スレーブアーム１１が対象物Ｔ等の環境に接触していないのであれば反力ｆｓもゼロとなり、操作力ｆｍと反力ｆｓとの差分もゼロとなる。したがって、換算部３１によって算出される目標速度ベクトルｖｄはゼロベクトルとなり、目標速度ベクトルｖｄに基づいてスレーブ動作指令生成部５１によって生成されるスレーブ動作指令ｘｓに係る位置指令値は変化しない。よって、スレーブ側制御部１４は、スレーブアーム１１の現在の姿勢を維持する。また、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１に係る位置指令値も変化せず、通常動作モードにおいて、マスタ側制御部２４は、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１に基づいてマスタアーム２１の現在の姿勢を維持する。そして、動作モード設定部３７は、再度ステップＳ１に係る判定を実行する。

　次に、操作者ＰがワークＷを対象物Ｔに近づける方向、すなわちマスタアーム２１の操作端２１ａに下方に向かう操作力ｆｍを加えると、換算部３１は、式（１）に基づき、操作力ｆｍに応じた大きさを有する下方向の目標速度ベクトルｖｄを算出する。なお、ワークＷが対象物Ｔに接触していない状態においては、反力ｆｓはゼロである。

　次に、スレーブ動作指令生成部５１は、目標速度ベクトルｖｄに基づいてスレーブ動作指令ｘｓを生成し、スレーブアーム１１の作業端１１ａの目標位置を現在位置の下方に設定する。スレーブ側制御部１４は、スレーブ動作指令ｘｓに基づき、作業端１１ａが下方に移動するようにスレーブアーム１１の姿勢を変化させる。

　また、第１仮マスタ動作指令生成部５２は、目標速度ベクトルｖｄに基づいて第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１を生成し、マスタアーム２１の操作端２１ａの目標位置を現在位置の下方の位置に更新する。操作力ｆｍの大きさが第１閾値ｆｌｉｍ１を超える領域に含まれないときは、動作モードが通常動作モードに設定された状態が維持され、マスタ側制御部２４は、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１に基づき、操作端２１ａが目標位置に向かって下方に移動するようにマスタアーム２１の姿勢を変化させる。

　このように、操作力ｆｍの大きさが所定の第１閾値ｆｌｉｍ１を超える領域に含まれないとき、スレーブアーム１１の作業端１１ａ及びマスタアーム２１の操作端２１ａは、同時に同じ方向に移動するように構成されている。これによって、操作者Ｐは、操作者Ｐがマスタアーム２１の操作端２１ａを動かすことによって、スレーブアーム１１の作業端１１ａがマスタアーム２１の操作端２１ａの動きをなぞるように動作するような感覚を得られる。

　そして、スレーブアーム１１の作業端１１ａが下方に移動することにより、ワークＷが対象物Ｔの上端に接触し、ワークＷが対象物Ｔに押し付けられると、押し付ける力の大きさに応じた反力ｆｓがスレーブ側力検出部１２により検出される。そして、この状態から操作者Ｐが操作端２１ａに下方に強い操作力ｆｍを加えても操作力ｆｍに比例して反力ｆｓが増大し、操作力ｆｍと反力ｆｓとの差分が実質的に０となり、換算部３１が算出する目標速度ベクトルｖｄはゼロベクトルとなる。

　このとき、スレーブ動作指令生成部５１は、設定されている動作モードに関わらず、ゼロベクトルである目標速度ベクトルｖｄに基づいてスレーブ動作指令ｘｓを生成し、スレーブアーム１１の作業端１１ａの目標位置を現在位置と実質的に同じ位置に設定する。スレーブ側制御部１４は、スレーブ動作指令ｘｓに基づき、スレーブアーム１１の現在の姿勢を維持する。

　また、第１仮マスタ動作指令生成部５２も、ゼロベクトルである目標速度ベクトルｖｄに基づいて第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１を生成し、マスタアーム２１の操作端２１ａの目標位置を現在位置と実質的に同じ位置に設定する。そして、通常動作モードにおいて、マスタ側制御部２４は、第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１に基づいてマスタアーム２１の現在の姿勢を維持し、マスタアーム２１の操作端２１ａにおいて操作力ｆｍに抗するように操作端２１ａを動作させる。これによって、スレーブアーム１１の作業端１１ａに作用する反力ｆｓを、操作端２１ａを介して操作者Ｐに提示することができる。したがって、操作者Ｐは、作業端１１ａが環境に接触した際には反力ｆｓを操作者Ｐの力覚を通じて認識しつつ作業を行うことができるように構成されている。この作業は、例えば、ワークＷを対象物Ｔに押し付けながら反力が働く方向と直行する方向に移動させ、貫通孔Ｗａと対象物Ｔとが嵌合する位置を探る作業である。操作者Ｐは反力ｆｓが働く方向を認識することによって対象物Ｔが嵌合する位置を探る方向、すなわち反力ｆｓと直交する方向を認識することができ、作業を効率よく行うことができる。

　このとき、操作者Ｐがマスタアーム２１の操作端２１ａに下方に向かう操作力ｆｍを無理に加える等の操作によって、動作モード設定部３７は、操作力ｆｍの大きさが第１閾値ｆｌｉｍ１を超える領域に含まれる、つまり第１閾値ｆｌｉｍ１を超えると判定すると（ステップＳ１においてＹｅｓ）、動作モードを報知動作モードに設定する（ステップＳ３）。これによって、マスタ動作指令設定部３６が、第２仮マスタ動作指令ｘｍｔ２をマスタ動作指令ｘｍに設定し、操作端２１ａを操作力ｆｍの方向に移動させるようなマスタ動作指令ｘｍを生成する。

　上述の通り、第２仮マスタ動作指令生成部５３は、副換算部３２によって算出された仮目標速度ベクトルｖｄｔに基づいて第２仮マスタ動作指令ｘｍｔ２を生成する。したがって、動作モードが報知動作モードに設定された状態において、マスタ側制御部２４は、第２仮マスタ動作指令ｘｍｔ２に基づいてマスタアーム２１の操作端２１ａが目標位置に向かって下方に移動するようにマスタアーム２１の姿勢を変化させる。

　また、上述の通り、仮目標速度ベクトルｖｄｔは、マスタ側力検出部２２によって検出された操作力ｆｍに応じた大きさと向きとを有する速度ベクトルである。このため、操作者Ｐが操作端２１ａに下方に強い操作力ｆｍを加えている状態において、仮目標速度ベクトルｖｄｔは、大きさが大きい下向きのベクトルとなる。よって、第２仮マスタ動作指令ｘｍｔ２の目標位置は、現在位置の下方に大きく離れた位置となる。したがって、マスタ側制御部２４は、操作力ｆｍの大きさが第１閾値ｆｌｉｍ１を超えるまでは操作端２１ａを移動させず、その後、操作力ｆｍの大きさが第１閾値ｆｌｉｍ１を超える領域に含まれると、急に操作端２１ａを下方に移動させるように構成されている。すなわち、操作端２１ａの動作が急に変化するように構成されている。これによって、操作力ｆｍの大きさが第１閾値ｆｌｉｍ１を超えたことを操作者Ｐに報知することができる。また、操作者Ｐが力をかけた方向に操作端２１ａが移動することによって、マスタアーム２１及びマスタ側力検出部２２にかかる負荷を軽減することができ、マスタアーム２１及びマスタ側力検出部２２の破損を防止することができる。

　そして、操作者Ｐが力をかけた方向に操作端２１ａが急に移動し、操作端２１ａの動作が急に変化するように構成されているため、操作者Ｐに驚きを与えることができ、その結果、操作者Ｐが操作力ｆｍを弱めるように誘導することができる。

　また、操作力ｆｍの大きさ（又は操作力ｆｍの第１閾値ｆｌｉｍ１からの超過量）が大きくなるにしたがって、仮目標速度ベクトルｖｄｔの大きさは大きくなり、その結果、操作端２１ａの移動速度の変化が大きくなるようにマスタ動作指令ｘｍが生成される。このため、操作者Ｐに対し、操作力ｆｍをどの程度弱めたらよいのかを案内することができる。また、過大な操作力ｆｍの大きさに応じた驚きを操作者Ｐに与えることができる。その結果、操作者Ｐが操作力ｆｍを適切に弱めるように誘導することができる。また、操作力ｆｍの大きさが大きくなればより早く操作者Ｐが力をかけた方向に操作端２１ａが移動する。したがって、マスタアーム２１及びマスタ側力検出部２２にかかる負荷をより適切に軽減することができ、マスタアーム２１及びマスタ側力検出部２２の破損をより適切に防止することができる。更に、通常動作モードから報知動作モードへの切り替えを自動で行うことができるので、ロボットシステム１００を保護するための非常停止の実施を避けることができる。

　なお、本実施の形態においては、操作力ｆｍの大きさが大きくなるにしたがって、操作端２１ａの移動速度を大きくするようにマスタ動作指令ｘｍが生成されるように構成されたが、これに限られるものではない。これに代えて、操作力大きさの単位時間あたりの変化量が大きくなるにしたがって、操作端２１ａの移動速度を大きくするようにマスタ動作指令ｘｍが生成されるように構成されてもよい。

　なお、スレーブ側制御部１４は、設定されている動作モードに関わらず、操作力ｆｍ及び反力ｆｓに基づいてスレーブアーム１１を制御するよう構成されている。例えば、操作者Ｐが操作力ｆｍを弱めると、式（１）に基づき目標速度ベクトルｖｄは上方向のベクトルとなり、スレーブ側制御部１４はスレーブアーム１１を対象物Ｔへの押し付け力を緩和するように制御する。なお、動作モードが通常動作モード以外の動作モードに設定されているときは、スレーブ側制御部１４はスレーブアーム１１の動作を停止させてもよい。

　そして、動作モード設定部３７は、ステップＳ３において報知動作モードに設定すると、次に、操作力ｆｍの大きさが第２閾値ｆｌｉｍ２以下の領域に含まれるか否かを判定する（ステップＳ４）。第２閾値ｆｌｉｍ２は、第１閾値ｆｌｉｍ１以下の値をとるように予め設定された値である。

　そして、動作モード設定部３７は、操作力ｆｍの大きさが第２閾値ｆｌｉｍ２以下の領域に含まれない、つまり第２閾値ｆｌｉｍ２を超えていると判定している間（ステップＳ４においてＮｏ）、繰り返し操作力ｆｍの大きさが第２閾値ｆｌｉｍ２以下の領域に含まれるか否かを判定する。

　そして、操作者Ｐが操作力ｆｍを弱めることによって操作力ｆｍの大きさが第２閾値ｆｌｉｍ２以下になると、動作モード設定部３７は、操作力ｆｍの大きさが第２閾値ｆｌｉｍ２以下の領域に含まれると判定し（ステップＳ４においてＹｅｓ）、動作モードを復帰動作モードに設定する（ステップＳ５）。

　上述の通り、第３仮マスタ動作指令生成部５４は、操作端２１ａの現在位置と第１仮マスタ動作指令生成部５２によって生成された第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１とに基づいて、第３仮マスタ動作指令ｘｍｔ３を生成する。したがって、動作モードが復帰動作モードに設定された状態において、マスタ側制御部２４は、第３仮マスタ動作指令ｘｍｔ３に基づいてマスタアーム２１の操作端２１ａを第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１の目標位置に向けて移動させる。

　次に、動作モード設定部３７は、操作端２１ａが、第１仮マスタ動作指令生成部５２によって生成された第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１に係る目標位置に位置した、つまり到達したか否かを判定する（ステップＳ６）。この判定は、操作端２１ａの現在位置と第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１の目標位置とが等しいか否かによって行われる。そして、動作モード設定部３７は、操作端２１ａが第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１に係る目標位置に位置していないと判定すると（ステップＳ６においてＮｏ）、再びステップＳ５を実行し、復帰動作モードに設定された状態を維持する。

　そして、動作モード設定部３７は、操作端２１ａが第１仮マスタ動作指令ｘｍｔ１に係る目標位置に位置したと判定すると、ステップＳ２を実行し、動作モードを通常動作モードに設定し、復帰させる。これによって、再びスレーブアーム１１の作業端１１ａ及びマスタアーム２１の操作端２１ａが同時に同じ方向に移動するように構成される。また、自動で通常動作モードに復帰させることができ、作業の中断を避けることができる。

　以上に説明したように、ロボットシステム１００は、動作モード設定部３７によって操作力ｆｍの大きさが第１閾値ｆｌｉｍ１を超える領域に含まれると判定されると、動作モードを報知動作モードに設定し、操作端２１ａを操作力ｆｍの方向に移動させるようにマスタ動作指令ｘｍを生成する。このため、ロボットシステム１００は、マスタアーム２１に過負荷がかかっていることを操作者Ｐに報知することができる。また、ロボットシステム１００は、マスタアーム２１にかかる負荷を逃がすようにマスタアーム２１を動作させることができる。これによって、マスタアーム２１の破損を防止することができる。

　（実施の形態１の変形例１）
　以下では実施の形態の変形例１の構成及び動作について、実施の形態１との相違点を中心に述べる。図４は、実施の形態１の変形例１にかかるロボットシステム２００の制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。

　本変形例において、ロボットシステム２００は、操作者Ｐの知覚によって感知可能な感覚情報を用いて報知を行う報知部２０４を更に備える。操作者Ｐの知覚とは、例えば、触覚、力覚、聴覚、嗅覚、及び視覚の少なくとも何れか１の感覚である。また、報知部２０４として、バイブレータ、スピーカー、ディスプレイ、又は信号灯が例示される。また、本変形例において、システム制御部３は、報知部制御部２３１を更に含む。報知部制御部２３１は、所定の制御プログラムを図示しない演算部が実行することにより実現される機能ブロックである。なお、図４においては、副換算部３２、第２仮マスタ動作指令生成部５３、及び第３仮マスタ動作指令生成部５４が図示されていないが、これらの機能ブロックが含まれてもよい。

　報知部制御部２３１は、報知動作モードにおいて、報知部２０４を制御して操作者Ｐに対する報知を行う。これによって、操作力ｆｍの大きさが第１閾値ｆｌｉｍ１を超えたことを操作者Ｐに報知することができる。

　また、報知部制御部２３１は、操作力ｆｍが大きくなるにしたがって、感覚情報の強度が強くなるように報知部２０４を制御する。感覚情報の強度が強くなるように報知部２０４を制御するとは、例えば、音量を大きくする、音の高さを変化させる、音色を変化させる、操作端２１ａ与える振動を大きくする、輝度を大きくする、表示部における表示領域を大きくすること等である。これによって、過大な操作力ｆｍの大きさに応じた驚きを操作者Ｐに与え、その結果、操作者Ｐが操作力ｆｍを適切に弱めるように誘導することができる。

　（実施の形態２）
　実施の形態２に係るロボットシステム１００Ａを説明する。以下、実施の形態２について、実施の形態１及び変形例１と異なる点を中心に説明し、実施の形態１及び変形例１と同様の点の説明を適宜省略する。

　図５は、実施の形態２に係るロボットシステム１００Ａの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。図５に示すように、ロボットシステム１００Ａは、スレーブユニット１と、マスタユニット２と、システム制御部３Ａとを備える。

　システム制御部３Ａは、所定の制御周期毎にマスタ側力検出部２２によって検出された操作力ｆｍとスレーブ側力検出部１２によって検出された反力ｆｓとに基づいて、スレーブ動作指令ｘｓ及びマスタ動作指令ｘｍを生成する。また、システム制御部３Ａは、スレーブ動作指令ｘｓの目標位置とマスタ動作指令ｘｍの目標位置とが所定の対応関係を有するように各指令を生成する。

　システム制御部３は、換算部３１０と、スレーブ動作指令生成部３２０と、マスタ動作指令生成部３３０と、通知領域設定部３４０と、反発力設定部３５０とを含む。これら、換算部３１０、スレーブ動作指令生成部３２０、マスタ動作指令生成部３３０、通知領域設定部３４０、及び反発力設定部３５０は、所定の制御プログラムを図示しない演算部が実行することにより実現される機能ブロックである。

　換算部３１０は、マスタ側力検出部２２によって検出された操作力ｆｍと、スレーブ側力検出部１２によって検出された反力ｆｓと、反発力設定部３５０によって設定された反発力ｆｒとの合成力に基づいて、目標速度ベクトルｖｄを算出する。より具体的には、換算部３１０は、操作力ｆｍと反力ｆｓとの差分に反発力ｆｒを加算した合成力に基づいて、作業端１１ａ及び操作端２１ａの移動方向及び移動速度を規定する目標速度ベクトルｖｄを例えば以下の式（３）に基づいて算出する。

　式（３）に示すように、換算部３１０は、操作力ｆｍと反力ｆｓとの差分を算出することによって、操作力ｆｍと反力ｆｓとを関係づけ、反力ｆｓを操作力ｆｍに対する反力として取り扱う。

　スレーブ動作指令生成部３２０の機能は、実施の形態１におけるスレーブ動作指令生成部５１の機能と同様である。

　マスタ動作指令生成部３３０は、目標速度ベクトルｖｄの値に応じた速度で操作端２１ａを移動させるように、目標速度ベクトルｖｄに基づいてマスタ動作指令ｘｍを生成し、マスタ側制御部２４に出力する。マスタ側制御部２４は、マスタ動作指令ｘｍに基づきマスタアーム駆動部２３を制御し、マスタアーム２１の操作端２１ａにおいて操作力ｆｍに抗するように操作端２１ａを動作させることにより、スレーブアーム１１の作業端１１ａに作用する反力ｆｓと反発力設定部３５０によって設定された反発力ｆｒとを、操作者Ｐに提示する。したがって、操作者Ｐは、作業端１１ａが環境に接触した際には反力ｆｓを操作者Ｐの力覚を通じて認識して作業を行うことができる。また、操作者Ｐは、作業端１１ａが通知領域Ａ３に進入した際には反発力ｆｒを操作者Ｐの力覚を通じて認識して作業を行うことができる。通知領域Ａ３は、限界相当領域の一例である。

　図６は、実施の形態２に係るロボットシステム１００Ａの通知領域設定部３４０が設定する動作領域Ａ１、進入禁止領域Ａ２及び通知領域Ａ３の設定例を示す図である。

　図６に示すように、通知領域設定部３４０は、所定の動作領域Ａ１の限界、すなわち境界Ｂ（図６で一点鎖線表示）から動作領域Ａ１側に、つまり動作領域Ａ１の内方へ向かって拡がる通知領域Ａ３を設定する。具体的には、通知領域設定部３４０は、所定の動作領域Ａ１と、動作領域Ａ１以外の進入禁止領域Ａ２と、所定の動作領域Ａ１の限界、すなわち動作領域Ａ１と進入禁止領域Ａ２との境界Ｂから動作領域Ａ１側に所定距離拡がる通知領域Ａ３を設定する。すなわち、通知領域Ａ３は動作領域Ａ１に含まれる領域であり、動作領域Ａ１上に重畳して設定される。これら動作領域Ａ１、進入禁止領域Ａ２、及び通知領域Ａ３の設定内容は、図示しない記憶部に予め格納されている。通知領域設定部３４０が、記憶部からこれらの領域Ａ１～Ａ３の内容を読み出すことにより、これらの領域Ａ１～Ａ３を設定する。記憶部の機能は、上記した記憶装置によって実現される。動作領域Ａ１は、例えば障害物が存在する空間、及び対象物Ｔから離れた空間等の作業が実施されない空間を除くように設定される。

　図５に示すように、反発力設定部３５０は、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの目標位置が通知領域Ａ３に位置すると判定すると、動作領域Ａ１の限界から離れる向きを有し且つ作業端１１ａに作用する反発力ｆｒを設定する。本実施の形態においては、反発力設定部３５０は、まず、スレーブ動作指令ｘｓの目標位置と境界Ｂとの間において、境界Ｂの法線方向における距離ｄを算出する。そして、反発力設定部３５０は、反発力ｆｒを例えば以下の式（４）に基づいて算出する。

　この式（４）に示すように、反発力設定部３５０は、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの目標位置と動作領域Ａ１の限界との距離が小さくなるにしたがって反発力ｆｒの大きさが大きくなるように反発力ｆｒを算出する。なお、式（４）の係数ｋは、操作者Ｐの好みの反発力ｆｒとなるように設定される値である。

　［動作例］
　次に、ロボットシステム１００Ａの動作例を説明する。図７及び図８は、実施の形態２に係るロボットシステム１００Ａの動作例を示す図である。例えば、図７及び図８に示すように、本動作例においては、操作者Ｐは、ロボットシステム１００Ａを用いてワークＷを対象物Ｔに組み付ける作業を行う。

　まず、図６に示すように、通知領域設定部３４０は、通知領域Ａ３を設定する。

　次に、換算部３１０は、所定の制御周期毎に目標速度ベクトルｖｄを算出する。作業端１１ａが通知領域Ａ３以外の動作領域Ａ１内に位置し、マスタアーム２１が操作されておらず、且つスレーブアーム１１が対象物Ｔ等の環境に接触していない状態においては、操作力ｆｍ、反力ｆｓ、及び反発力ｆｒのいずれもゼロとなり、操作力ｆｍ、反力ｆｓ、及び反発力ｆｒの合成力はゼロとなる。したがって、換算部３１０によって算出される目標速度ベクトルｖｄは、ゼロベクトルとなり、スレーブ動作指令生成部３２０は、当該目標速度ベクトルｖｄに基づいて、スレーブ動作指令ｘｓに係る次期目標位置を現在位置と同じ位置に設定する。そして、続く制御周期においてスレーブ側制御部１４は、スレーブ動作指令ｘｓに基づき、スレーブアーム１１の現在の姿勢を維持する。また、スレーブ動作指令生成部３２０と同様にマスタ動作指令生成部３３０は次期目標位置を設定し、スレーブ側制御部１４と同様にマスタ側制御部２４は、マスタアーム２１の現在の姿勢を維持する。

　次に、図７に示すように、操作者ＰがワークＷを対象物Ｔに近づける方向、すなわちマスタアーム２１の操作端２１ａに下方に向かう操作力ｆｍを加えると、換算部３１０は、式（３）に基づき、操作力ｆｍに応じた大きさを有する下向きの目標速度ベクトルｖｄを算出する。なお、ワークＷが対象物Ｔに接触していない状態においては、反力ｆｓはゼロである。そして、スレーブ動作指令生成部３２０は、この下方向の目標速度ベクトルｖｄに応じた速度で下方に作業端１１ａを移動させるように、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの次期目標位置を現在位置の下方に設定する。そして、続く制御周期においてスレーブ側制御部１４は、スレーブ動作指令ｘｓに基づき、作業端１１ａを下方に移動させるようにスレーブアーム１１の姿勢を変化させる。同様に、マスタ側制御部２４は、マスタ動作指令ｘｍに基づき、操作端２１ａを下方に移動させるようにマスタアーム２１の姿勢を変化させる。

　このように、スレーブアーム１１の作業端１１ａ及びマスタアーム２１の操作端２１ａは、同時に同じ方向に移動するように構成されている。これによって、操作者Ｐは、操作者Ｐがマスタアーム２１の操作端２１ａを動かすことによって、スレーブアーム１１の作業端１１ａがマスタアーム２１の操作端２１ａの動きをなぞるように動作するような感覚を得られる。

　そして、スレーブアーム１１の作業端１１ａが下方に移動することにより、ワークＷが対象物Ｔの上端に接触し、ワークＷが対象物Ｔに押し付けられると、押し付ける力の大きさに応じた反力ｆｓがスレーブ側力検出部１２により検出される。そして、この状態から操作者Ｐが操作端２１ａに下方に強い操作力ｆｍを加えても、操作力ｆｍに比例して反力ｆｓが増大し、操作力ｆｍと反力ｆｓとの差分が実質的にゼロとなり、換算部３１０によって算出される目標速度ベクトルｖｄはゼロベクトルとなる。したがって、スレーブ動作指令生成部３２０は、当該目標速度ベクトルｖｄに基づいて、スレーブ動作指令ｘｓに係る次期目標位置を現在位置と同じ位置に設定する。そして、続く制御周期においてスレーブ側制御部１４は、スレーブ動作指令ｘｓに基づき、スレーブアーム１１の現在の姿勢を維持する。スレーブ動作指令生成部３２０と同様に、マスタ動作指令生成部３３０は次期目標位置を設定し、スレーブ側制御部１４と同様にマスタ側制御部２４は、マスタアーム２１の現在の姿勢を維持する。

　このように、ワークＷが対象物Ｔに押し付けられると、マスタ側制御部２４は、マスタ動作指令ｘｍに基づいてマスタアーム２１の現在の姿勢を維持し、マスタアーム２１の操作端２１ａにおいて操作力ｆｍに抗するように操作端２１ａを動作させ、操作端２１ａの動作を変化させる。これによって、スレーブアーム１１の作業端１１ａに作用する反力ｆｓを、マスタアーム２１の操作端２１ａを介して操作者Ｐに提示することができる。したがって、操作者Ｐは、作業端１１ａが環境に接触した際には反力ｆｓを操作者Ｐの力覚を通じて認識して作業を行うことができる。この作業は、例えば、図７に示す状態において、ワークＷを対象物Ｔに押し付けながら反力が働く方向と直行する方向に移動させ、貫通孔Ｗａと対象物Ｔが嵌合する位置を探る作業であり、操作者Ｐは反力ｆｓが働く方向を認識することによって対象物Ｔが嵌合する位置を探る方向、すなわち反力ｆｓと直交する方向を認識することができ、作業を効率よく行うことができる。

　ところで、図８に示すように、操作者Ｐがスレーブアーム１１の作業端１１ａを、平面視において対象物Ｔが存在しない場所において下方に移動させ、ワークＷが対象物Ｔに押し付けられることなく通知領域Ａ３に進入すると、反発力設定部３５０は、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの目標位置が通知領域Ａ３内に位置すると判定し、式（４）に基づき、反発力ｆｒを算出する。そして、換算部３１０は、式（３）に基づき、操作力ｆｍ及び反発力ｆｒの合成力に応じた大きさを有する目標速度ベクトルｖｄを算出する。なお、ワークＷが対象物Ｔに接触していない図８に示す状態においては、反力ｆｓはゼロである。

　このとき、図８において、反発力ｆｒ及び操作力ｆｍの境界Ｂの法線方向成分について、反発力ｆｒの法線方向成分は操作力ｆｍの法線方向成分の向きと反対側を向く（符号が反対）。このため、反発力ｆｒを操作力ｆｍに合成することによって得られる合成力について、当該合成力の境界Ｂに向かう成分は小さくなり、目標速度ベクトルｖｄ（境界Ｂに対して法線方向の目標速度ベクトルｖｄの成分）の境界Ｂに向かう成分も小さくなる。

　そして、スレーブ動作指令生成部３２０は、この目標速度ベクトルｖｄに基づいて、通知領域Ａ３に進入する前よりも低い速度で作業端１１ａを下方に移動させるように、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの次期目標位置を現在位置の下方の位置に設定する。そして、続く制御周期においてスレーブ側制御部１４は、スレーブ動作指令ｘｓに基づき、作業端１１ａを下方に移動させるようにスレーブアーム１１の姿勢を変化させる。スレーブ動作指令生成部３２０と同様に、マスタ動作指令生成部３３０は次期目標位置を設定し、スレーブ側制御部１４と同様にマスタ側制御部２４は、マスタ動作指令ｘｍに基づき、操作端２１ａを下方に移動させるようにマスタアーム２１の姿勢を変化させる。これによって、システム制御部３Ａは操作者Ｐに作業端１１ａ及び操作端２１ａの動作が重くなったような感覚を与えることができ、操作者Ｐに動作領域Ａ１の限界への接近を通知することができる。

　なお、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの目標位置と動作領域Ａ１の限界との距離が小さくなるにしたがって、反発力設定部３５０によって設定される反発力ｆｒの大きさは大きくなり、目標速度ベクトルｖｄは小さくなり、作業端１１ａ及び操作端２１ａの速度は低くなる。更に、反発力ｆｒが操作力ｆｍを上回ると、目標速度ベクトルｖｄの符号は逆転し、作業端１１ａ及び操作端２１ａは押し戻されるように移動する。このように、反発力ｆｒの向きは、動作領域Ａ１の限界から離れる方向を向き、また、反発力ｆｒの大きさは、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの目標位置と動作領域Ａ１の限界との距離が小さくなるにしたがって大きくなるので、操作者Ｐに境界Ｂから離れる方向を分かりやすく案内することができる。

　そして、スレーブ動作指令生成部３２０は、作業端１１ａの次期目標位置が境界Ｂに到達すると、作業端１１ａの進入禁止領域Ａ２へ進入を規制する。

　このように、操作者Ｐは、ワークＷが対象物Ｔに接触したときは、ワークＷを対象物Ｔに押し付ける方向に対応する方向に操作端２１ａを急に動かせなくなる。これに対し、作業端１１ａが通知領域Ａ３に進入したときは、操作者Ｐは、動作領域Ａ１の限界に接近するにしたがって操作端２１ａの動作を徐々に重く知覚する。これにより、操作者Ｐは作業端１１ａがワークＷに接触しているのか、それとも作業端１１ａが動作領域Ａ１の限界に接近しているのかを容易に判別することができる。よって、例えば、作業端１１ａが動作領域Ａ１の限界に到達し、作業端１１ａ及び操作端２１ａの動作が規制されている状態であるにもかかわらず、操作者Ｐが、作業端１１ａがワークＷに接触していると誤認し、誤った作業（誤った場所での組み付け作業）を行うことを防止することができ、作業効率を向上させることができる。

　（実施の形態２の変形例２）
　以下では実施の形態２の変形例２の構成及び動作について、実施の形態２との相違点を中心に述べる。図９は、実施の形態２の変形例２にかかるロボットシステム２００Ａの制御系統の構成例を概略的に示すブロック図である。

　本変形例において、ロボットシステム２００Ａは、実施の形態１の変形例１と同様に、報知部２０４を更に備える。また、本変形例において、システム制御部３Ａは、実施の形態１の変形例１と同様に、報知部制御部２３１０を更に含む。なお、図９においては、反発力設定部３５０が図示されていないが、機能ブロックとして含まれていてもよい。

　報知部制御部２３１０は、通知領域Ａ３にスレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの目標位置が位置すると判定すると、報知部２０４を制御して操作者Ｐに対する報知を行う。これによって、操作者Ｐに動作領域Ａ１の限界、すなわち境界Ｂへの接近を通知することができる。

　また、報知部制御部２３１０は、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの目標位置と境界Ｂとの距離が小さくなるにしたがって、感覚情報の強度が強くなるように報知部２０４を制御する。これによって、操作者Ｐに境界Ｂから離れる方向を分かりやすく案内することができる。

　なお、実施の形態２及び変形例２においては、動作領域Ａ１は、作業端１１ａに対して設定され、当該領域内における作業端１１ａの動作を許容する範囲として設定されている。しかし、これに限られるものではなく、これに代えて、動作領域Ａ１は、操作端２１ａに対して設定され、当該領域内における操作端２１ａの動作を許容する範囲として設定されてもよい。この場合、システム制御部３Ａは、操作端２１ａが動作領域Ａ１の限界に近づいていることを操作者Ｐに報知するようにシステムを制御する。

　また、動作領域は、作業端１１ａ及び操作端２１ａのそれぞれに設定されてもよい。この場合、システム制御部３Ａは、作業端１１ａがその動作領域の限界に近づいていること、及び、操作端２１ａが動作領域の限界に近づいていることの少なくとも一方を操作者Ｐに報知するようにシステムを制御してもよい。

　また、実施の形態２及び変形例２においては、換算部３１０は、操作力ｆｍ、反力ｆｓ、及び反発力ｆｒの合成力に基づいて、式（３）に基づいて目標速度ベクトルｖｄを算出した。しかし、これに限られるものではなく、これに代えて、換算部３１０は、反発力ｆｒを合成力に含めずに、スレーブ動作指令ｘｓの作業端１１ａの目標位置と動作領域Ａ１の限界との距離が小さくなるにしたがって、式（３）の粘性係数ｃｖの大きさが大きくなるように変化させてもよい。

　上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

　Ｗ　ワーク
　Ｔ　対象物
　Ｐ　操作者
　１　スレーブユニット
　２　マスタユニット
　３，３Ａ　システム制御部
　１１ａ　作業端
　１１　スレーブアーム
　１２　スレーブ側力検出部
　１３　スレーブアーム駆動部
　１４　スレーブ側制御部
　２１　マスタアーム
　２１ａ　操作端
　２２　マスタ側力検出部
　２３　マスタアーム駆動部
　２４　マスタ側制御部
　１００，１００Ａ，２００，２００Ａ　ロボットシステム

Claims

　作業端を有するスレーブアームと、前記スレーブアームを駆動するスレーブアーム駆動部と、前記作業端の目標位置を規定するスレーブ動作指令に基づき前記スレーブアーム駆動部を制御するスレーブ側制御部と、を含むスレーブユニットと、
　操作者によって操作内容が入力される操作端を有するマスタアームを含むマスタユニットと、
　前記操作端に入力された前記操作内容に基づいて、前記スレーブ動作指令を生成するスレーブ動作指令生成部を含むシステム制御部と、を有するロボットシステムであって、
　前記システム制御部は、前記操作内容に対応する指令が、前記スレーブアーム及び前記マスタアームの少なくとも一方の動作の限界に対応する限界相当領域に対応する指令である場合、前記操作者に知覚を与えるための処理を行う、ロボットシステム。
　前記スレーブユニットは、前記作業端又は前記作業端に保持したワークに作用する反力の方向及び大きさを検出するスレーブ側力検出部を更に含み、
　前記マスタユニットは、前記操作内容として前記操作端に前記操作者が加えた操作力の方向及び大きさを検出するマスタ側力検出部と、前記マスタアームを駆動するマスタアーム駆動部と、前記操作端の目標位置を規定するマスタ動作指令に基づき前記マスタアーム駆動部を制御するマスタ側制御部と、を更に含み、
　前記システム制御部は、前記操作力及び前記反力に基づいて前記スレーブ動作指令及び該スレーブ動作指令の前記作業端の移動方向に対応する移動方向に前記操作端を移動させる前記マスタ動作指令を生成し、
　前記システム制御部は、前記操作力の大きさが前記限界相当領域としての第１閾値を超える領域に含まれると判定すると、前記操作端を前記操作力の方向に移動させるような前記マスタ動作指令を生成する、請求項１に記載のロボットシステム。
　前記システム制御部は、前記操作力が大きくなるにしたがって、前記操作端の移動速度の変化を大きくするような前記マスタ動作指令を生成する、請求項２に記載のロボットシステム。
　前記システム制御部は、通常動作モード及び報知動作モードを含む複数の動作モードのうちの１の該動作モードに設定する動作モード設定部と、前記操作力及び前記反力に基づいて前記スレーブ動作指令を生成するスレーブ動作指令生成部と、前記操作力及び前記反力に基づいて該スレーブ動作指令の前記作業端の移動方向に対応する移動方向に前記操作端を移動させる第１仮マスタ動作指令を生成する第１仮マスタ動作指令生成部と、前記操作力に基づいて第２仮マスタ動作指令を生成する第２仮マスタ動作指令生成部と、前記通常動作モードにおいて第１仮マスタ動作指令を前記マスタ動作指令に設定し、前記報知動作モードにおいて第２仮マスタ動作指令を前記マスタ動作指令に設定するマスタ動作指令設定部と、を含み、
　前記動作モード設定部は、前記操作力の大きさが前記第１閾値を超える領域に含まれると判定すると、前記動作モードを前記報知動作モードに設定する、請求項２又は３に記載のロボットシステム。
　複数の前記動作モードは、更に復帰動作モードを含み、
　前記システム制御部は、前記第１仮マスタ動作指令が規定する前記操作端の前記目標位置に向けて前記操作端を移動させる第３仮マスタ動作指令を生成する第３仮マスタ動作指令生成部を更に備え、
　前記マスタ動作指令設定部は、更に前記復帰動作モードにおいて前記第３仮マスタ動作指令を前記マスタ動作指令に設定し、
　前記動作モード設定部は、前記動作モードを前記報知動作モードに設定している状態において前記操作力の大きさが第２閾値以下の領域に含まれると判定すると、前記動作モードを前記復帰動作モードに設定する、請求項４に記載のロボットシステム。
　前記動作モード設定部は、前記動作モードを前記復帰動作モードに設定している状態において、前記操作端が前記第１仮マスタ動作指令の前記目標位置に位置したと判定すると、前記動作モードを前記通常動作モードに設定する、請求項５に記載のロボットシステム。
　前記システム制御部は、前記操作力及び前記反力に基づいて目標速度ベクトルを算出する換算部と、前記操作力に基づいて仮目標速度ベクトルを算出する副換算部と、を含み、
　前記スレーブ動作指令生成部は、前記目標速度ベクトルに基づいて前記スレーブ動作指令を生成し、
　前記第１仮マスタ動作指令生成部は、前記目標速度ベクトルに基づいて前記第１仮マスタ動作指令を生成し、
　前記第２仮マスタ動作指令生成部は、前記仮目標速度ベクトルに基づいて前記第２仮マスタ動作指令を生成する、請求項４乃至６の何れか１に記載のロボットシステム。
　前記操作者の知覚によって感知可能な感覚情報を用いて報知を行う報知部を更に有し、
　前記マスタユニットは、前記操作内容として前記操作端に前記操作者が加えた操作力の方向及び大きさを検出するマスタ側力検出部を更に含み、
　前記システム制御部は、前記操作力の大きさが前記限界相当領域としての第３閾値を超える領域に含まれると判定すると、前記報知部を制御して前記操作者に対する報知を行う、請求項１に記載のロボットシステム。
　前記システム制御部は、前記操作力が大きくなるにしたがって、前記感覚情報の強度が強くなるように前記報知部を制御する、請求項８に記載のロボットシステム。
　前記操作者の知覚によって感知可能な感覚情報を用いて報知を行う報知部を更に有し、
　前記システム制御部は、所定の動作領域の限界から該動作領域側に拡がる領域である、前記限界相当領域としての通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記報知部を制御して前記操作者に対する報知を行う、請求項１に記載のロボットシステム。
　前記システム制御部は、前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置と前記動作領域の限界との距離が小さくなるにしたがって前記感覚情報の強度が強くなるように前記報知部を制御する、請求項１０に記載のロボットシステム。
　前記スレーブユニットは、前記作業端又は前記作業端に保持したワークに作用する反力の方向及び大きさを検出するスレーブ側力検出部を更に含み、
　前記マスタユニットは、前記操作内容として前記操作端に前記操作者が加えた操作力の方向及び大きさを検出するマスタ側力検出部と、前記マスタアームを駆動するマスタアーム駆動部と、マスタ動作指令に基づき前記マスタアーム駆動部を制御するマスタ側制御部と、を更に含み、
　前記システム制御部は、所定の制御周期毎に前記作業端の目標位置を規定する前記スレーブ動作指令と前記操作端の目標位置を規定する前記マスタ動作指令とを前記スレーブ動作指令の目標位置と前記マスタ動作指令の目標位置とが所定の対応関係を有するように生成し、
　前記システム制御部は、所定の動作領域の限界から該動作領域側に拡がる領域である、前記限界相当領域としての通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記操作端の動作を変化させるような前記マスタ動作指令を生成する、請求項１に記載のロボットシステム。
　前記システム制御部は、前記通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記作業端に作用する前記動作領域の限界から離れる向きを有する反発力を設定し、続く制御周期において前記操作力、前記反力及び前記反発力の合成力に基づいて前記マスタ動作指令を生成する、請求項１２に記載のロボットシステム。
　前記システム制御部は、前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置と前記動作領域の限界との距離が小さくなるにしたがって前記反発力の大きさが大きくなるように前記反発力を設定する、請求項１３に記載のロボットシステム。
　前記システム制御部は、
　前記通知領域を設定する通知領域設定部と、
　前記通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記反発力を設定する反発力設定部と、
　前記操作力、前記反力及び前記反発力の合成力に基づいて目標速度ベクトルを算出する換算部と、
　前記目標速度ベクトルに基づいて前記スレーブ動作指令を生成するスレーブ動作指令生成部と、
　前記目標速度ベクトルに基づいて前記マスタ動作指令を生成するマスタ動作指令生成部と、を更に含む請求項１３又は１４に記載のロボットシステム。
　スレーブアームとマスタアームとを備えるロボットシステムの制御方法であって、
　前記マスタアームの操作端に入力された操作内容に基づいて、前記スレーブアームの作業端の目標位置を規定するスレーブ動作指令を、前記スレーブ動作指令に基づき前記スレーブアームの駆動部を制御するスレーブ側制御部に出力することと、
　前記操作内容に対応して生成される指令が、前記スレーブアーム及び前記マスタアームの少なくとも一方の動作の限界に対応する限界相当領域に対応する指令である場合、前記操作端へ前記操作内容を入力する操作者に知覚を与えるための処理を行うことと、を含む、ロボットシステムの制御方法。
　前記作業端又は前記作業端に保持されたワークに作用する反力の方向及び大きさの検出結果を受け取ることと、
　前記操作内容として、前記操作者によって前記操作端に加えられた操作力の方向及び大きさの検出結果を受け取ることと、
　検出された前記操作力及び前記反力に基づいて前記作業端の目標位置を決定することと、
　検出された前記操作力及び前記反力に基づいて前記操作端の目標位置を決定することと、
　前記操作端の目標位置を規定するマスタ動作指令を、前記マスタ動作指令に基づき前記マスタアームの駆動部を制御するマスタ側制御部に出力することと、を更に含み、
　前記操作力の大きさが前記限界相当領域としての第１閾値を超える領域に含まれていないと判定すると、前記操作端の目標位置を、前記作業端の位置に対応する位置に決定し、
　前記操作力の大きさが前記第１閾値を超える領域に含まれると判定すると、前記操作端の目標位置を、前記作業端の位置に対応する位置から前記操作力の方向に移動させた位置に決定する、請求項１６に記載のロボットシステムの制御方法。
　所定の動作領域の限界から該動作領域側に拡がる通知領域を前記限界相当領域として設定することを更に含み、
　前記通知領域に前記スレーブ動作指令の前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記操作者の知覚によって感知可能な感覚情報を用いた報知を行わせる指令を出力する、請求項１６に記載のロボットシステムの制御方法。
　前記作業端又は前記作業端に保持されたワークに作用する反力の方向及び大きさの検出結果を受け取ることと、
　前記操作内容として、前記操作者によって前記操作端に加えられた操作力の方向及び大きさの検出結果を受け取ることと、
　検出された前記操作力及び前記反力に基づいて前記作業端の目標位置を決定することと、
　検出された前記操作力及び前記反力に基づいて前記操作端の目標位置を決定することと、
　前記操作端の目標位置を規定するマスタ動作指令を、前記マスタ動作指令に基づき前記マスタアームの駆動部を制御するマスタ側制御部に出力することと、
　所定の動作領域の限界から該動作領域側に拡がる通知領域を前記限界相当領域として設定することと、を更に含み、
　所定の制御周期毎に検出された前記操作力及び前記反力の合成力に基づいて前記作業端の目標位置を決定し、
　前記通知領域に前記作業端の目標位置が位置すると判定すると、前記動作領域の限界から離れる向きに前記作業端に作用する反発力を設定し、
　前記操作力、前記反力及び前記反発力の合成力に基づいて前記操作端の次期目標位置を決定し、
　続く制御周期において前記マスタアームの駆動部に前記操作端を前記次期目標位置に位置させる前記マスタ動作指令を出力する、請求項１６に記載のロボットシステムの制御方法。