(57)【要約】【課題】マスタ・スレーブにおいて、高い操作性を実現する。【解決手段】本発明は、視覚・触覚の象徴的類似を操作器と作業ロボットへ与えることで、操作者の身体所有感の作業ロボットへの転移を促進し、直感的な操作を可能とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作器と、作業ロボットと、制御部とを備え、
前記操作器は、人体に装着可能であり、動作を検知する機能を有し、
前記作業ロボットは、人体動作に追従し、駆動するロボットであり、
制御部はこれら要素を制御するための機能を有しており、
前記作業ロボットを、前記操作器を装着した人体の一部として対比したときに、
前記操作部に備える拘束具と、前記作業ロボットに備える類似マーカを、それぞれ符合する箇所に配置した、操作装置。
【請求項２】
前記操作部に備える拘束具と、前記作業ロボットに備える類似マーカが視覚的類似性を生ずることにより、身体所有感の転移をさせることを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
【請求項３】
前記操作部に備える拘束具が、操作中に操作者へ生ずる締め付け、摩擦などの触覚の要因を、類似マーカとしてとらえるため、身体所有感を得ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視覚・触覚の象徴的類似を用いて、ロボットを直感的に操作する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マスタ・スレーブと呼ばれる、操作器による動作入力により、作業ロボットが動作を行う、ロボット・システムは、例えば、手術ロボットのように、高度に発達し、実用化されている。
【０００３】
このようなシステムでは、操作器と、作業ロボットが高度に連携することで、良好な操作性を実現可能である。高い操作性は、作業効率の向上に大きく寄与するため、重要である。この操作性を向上するため、過去には、操作入力から動作までの時間遅れ、操作者への触覚フィードバック、アイ・ハンド・コーディネーションと呼ばれるモニタ上の作業ロボットと操作者の動作方向等の幾何学的座標系の一致、などが研究されてきた。
手術ロボットのマスタ・スレーブ応用として、非特許文献１が知られている。
以下、それぞれのマスタ・スレーブにおける操作性に関する代表的研究成果として、時間遅れについて非特許文献２、触覚フィードバックについて非特許文献３、アイ・ハンド・コーディネーションについて非特許文献４、などがある。身体所有感の転移として広く知られるラバーハンドイリュージョンに関する研究として、非特許文献５がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】G. S. Guthart, J. K. Salisbury Jr., The intuitive Telesurgery System: Overview and Application, Proc. Int. Conf. on Robotics and Automation, pp.618-621, 2000.
【非特許文献２】R. J. Anderson, M. W. Spong, Bilateral Control of Teleoperators with Time Delay, IEEE Trans. on Automatic Control, vol.34, no.5, pp.494- 501, 1989.
【非特許文献３】B. Hannaford, L Wood, A. McAffee, H. Zak, Performance Evaluation of a Six-Axis Generalized Force-Reflecting Teleoperator, IEEE Trans. Systems, Man and Cybernetics, vol.21, no.3, pp.620-633, 1991.
【非特許文献４】M. Hou, S. H. Yeo, L. Wu, H. B. Zhang, Teleoperation Characteristics and Human Response Factor in Relation to A Robotic Welding System, Proc. Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, pp.1195- 1202, 1996.
【非特許文献５】M. Botvinick, J. Cohen, Rubber hands ‘feel’ touch that eyes see, Nature, vol.391, pp.756, 1998.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記非特許文献1においては、操作者の操作する装置が、あたかも視野内のロボット先端であるかのように動作するが、操作者自身の身体の一部を動作するような操作感覚を実現するには至っていない。
前記非特許文献２と、前記非特許文献３と、前記非特許文献４と、前記非特許文献５に示すように、操作性を向上するため、過去には、操作入力から動作までの時間遅れ、触覚の操作者へのフィードバック、アイ・ハンド・コーディネーションと呼ばれる、モニタ上の作業ロボットと操作者の動作方向等の幾何学的座標系の一致、などが研究されてきた。しかしながら、マスタ・スレーブの設計条件などにより、これらは制限を受ける場合がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、マスタ・スレーブにおいて、視覚・触覚の象徴的な類似を操作器と作業ロボットへ与えることで、操作者の作業ロボットに対する身体所有感転移を促進し、高い操作性を実現する装置を提供することである。
【０００７】
身体所有感とは、例えば、我々が自身の手を見たときに、ただちにそれらが自身の身体に帰属すると感じられる感覚を意味する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、操作器と、作業ロボットと、制御部とを備え、前記操作器は、人体に装着可能であり、動作を検知する機能を有し、前記作業ロボットは、人体動作に追従し、駆動するロボットであり、
制御部はこれら要素を制御するための機能を有しており、前記作業ロボットを、前記操作器を装着した人体の一部として対比したときに、前記操作部に備える拘束具と、前記作業ロボットに備える類似マーカを、それぞれ符合する箇所に配置した、操作装置にある。  当該操作装置は、操作器１と、作業ロボット２と、制御部３を備えている。
【０００９】
操作器１は、人体の手指部に装着可能であり、可動部１１は、人差し指に人差し指拘束具１２を、親指に親指拘束具１３と、によって、それぞれ固定されている。当該可動部１１は、回転部エンコーダ１４によって、自在に開閉方向へ動作可能であり、その動作角度は制御部３にて検知可能である。
【００１０】
作業ロボット２は、アクチュエータ２１により、上部作業端２２と、下部作業端２３を、開閉するように、回転運動することができる。上部作業端２２と、下部作業端２３には、それぞれ、上部類似マーカ２４、下部類似マーカ２５が施されている。
【００１１】
制御部３は、操作器１における回転部エンコーダ１４の角度をもとに、作業ロボット２におけるアクチュエータ２を制御する構成となっている。入出力部３２により、操作器１における回転部エンコーダ１４の角度と、作業ロボット２におけるアクチュエータ２１の角度と、を取得する。これらの差分量をＣＰＵ３１により演算を行い、駆動部３３により、作業ロボット２におけるアクチュエータ２１を制御する。
【００１２】
本構成により、操作者は、操作器１を装着し、自身の手指の人差し指と、親指を開閉動作することで、作業ロボット２の作業端２２、２３を開閉動作することができる。
【００１３】
拘束具１２、１３と、類似マーカ２４、２５と、はそれぞれ、操作器１と、作業ロボット２と、の動作と対比して、視覚的類似性を有しているため、身体所有感を促進し、直感的に装置を操作することができる。
【００１４】
拘束具１２と、１３と、から操作中に生ずる操作者への締め付け、摩擦による触覚は、その要因を類似マーカ２４、２５として操作者はとらえるため、身体所有感を促進し、直感的に装置を操作することができる。
【００１５】
よって、本構成により、あたかも自身の手指が作業ロボット２の先端になったかのような身体所有感が生起され、操作者は直感的に装置を操作することができる。
上記目的を達成するため、請求項２に記載の発明では、前記操作部に備える拘束具と、前記作業ロボットに備える類似マーカが視覚的類似性を生ずることにより、身体所有感の転移を促進することを特徴とする請求項１に記載の操作装置にある。
上記目的を達成するため、請求項３に記載の発明では、前記操作部に備える拘束具が、操作中に操作者へ生ずる締め付け、摩擦などの触覚の要因を、類似マーカとしてとらえるため、身体所有感を得ることを特徴とする請求項１に記載の操作装置にある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る操作装置示す図である。
【図２】本発明の効果を評価する実験構成を示す図である。
【００１７】
【図３】本発明の効果を示す実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の視覚・触覚の象徴的類似を用いた操作装置は、直感的に操作可能である。
【００１９】
以下、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態に係る視覚・触覚の象徴的類似を用いた操作装置を示している。
【００２１】
この操作装置は、操作器１と、作業ロボット２と、制御部３を備えている。
【００２２】
操作器１は、人体の手指部に装着可能であり、可動部１１とは、人差し指に人差し指拘束具１２を、親指に親指拘束具１３を、によって、それぞれ固定され、回転部エンコーダ１４によって、自在に開閉方向へ動作可能であり、その動作角度は制御部３にて検知可能である。ここでは、人差し指と、親指に操作器を装着しているが、身体のそのほかの部位へ装着しても良い。ここでは、回転部エンコーダ１４を用いて角度を検出しているが、類似の装置を用いて測定しても良い。
【００２３】
作業ロボット２は、アクチュエータ２１により、上部作業端２２と、下部作業端２３を、それぞれ開閉するように、回転運動することができる。上部作業端２２と、下部作業端２３には、それぞれ、上部類似マーカ２４、下部類似マーカ２５が施されている。ここでは、開閉装置として作業ロボットを実装する例を示しているが、他の運動でも良い。ここでは、上部類似マーカ２４、下部類似マーカ２５、のように二カ所にマーカが施されているが、操作器１の拘束具と類似した条件で自由に設定を変更可能である。類似マーカは、着色によるもの、または形状を変更するなど、象徴的な類似性を示す範囲で変更可能である。
【００２４】
制御部３は、操作器１における回転部エンコーダ１４の角度をもとに、作業ロボット２におけるアクチュエータ２を制御する構成となっている。入出力部３２により、操作器１における回転部エンコーダ１４の角度と、作業ロボット２におけるアクチュエータ２１の角度と、を取得する。これらの差分量をＣＰＵ３１により演算を行い、駆動部３３により作業ロボット２におけるアクチュエータ２１を制御する。
【００２５】
本構成により、操作者は、操作器１を装着し、自身の手指の人差し指と、親指を開閉運動することで、作業ロボット２の作業端２２、２３を開閉運動することができる。
【００２６】
拘束具１２、１３と、類似マーカ２４、２５と、はそれぞれ、操作器１と、作業ロボット２と、の動作と対比して、視覚的類似性を有しているため、身体所有感を促進し、直感的に装置を操作することができる。
【００２７】
拘束具１２と、１３と、から操作中に生ずる操作者への締め付け、摩擦による触覚は、その要因を類似マーカ２４、２５として操作者はとらえるため、身体所有感を促進し、直感的に装置を操作することができる。
【００２８】
よって、本構成により、あたかも自身の手指が作業ロボット２の先端になったかのような身体所有感が生起され、操作者は直感的に装置を操作することができる。
【００２９】
以上において、本発明を実施形態に則して説明したが、本発明は上記実施形態に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
（実験による効果評価）
ここで、本発明の効果について、実験結果を示す。
【００３０】
非特許文献５に示された方法と同様の手法により、ラバーハンドイリュージョンにおける身体所有感の強度指標となる、リーチ・ディスプレイスメントを測定した。
【００３１】
図２は、ラバーハンドイリュージョンの実施形態と、リーチ・ディスプレイスメントについて示している。
【００３２】
ラバーハンドイリュージョンとは、非特許文献５で示された、身体所有感の転移現象であり、この錯覚は図２に示すように、机上の見える位置にラバーハンドと、衝立により被験者の視野外に配置した被験者の手を並べて配置し、ラバーハンドと被験者の手の同位置に同期した触刺激を与えることで、ラバーハンドをあたかも自分の身体として錯覚する現象である。
リーチ・ディスプレイスメントは、前記触刺激の前後に、被験者へ机の下部から他方の手で錯覚の起こる手の位置を指示させた際の、差分距離を示している。錯覚強度が強いほど、リーチ・ディスプレイスメントは大きくなることが知られている。
【００３３】
本実験では、従来のラバーハンドイリュージョンとの比較を行うため、作業ロボットとして、ラバーハンドの人差し指の中手指節関節を駆動するロボットを用いた。類似マーカとして、操作器の拘束具を配置した人差し指と親指部と同様に、作業ロボットの人差し指と親指部に、ベルトを装着した。実験は、健常者９名（男性８名、女性１名、２２〜２５歳、右利き）に対して行った。
【００３４】
本実験では被験者へ、５分間、操作器を装備したまま、テーブルを周期１〜３秒間でタッピングするよう指示を行った。比較のため、類似マーカのある場合と、ない場合について順番をランダムにして実験を行った。
【００３５】
図３は、本発明の効果についての、実験結果を示している。
【００３６】
実験結果より、本操作装置の類似マーカによって、身体所有感を促進する効果を有することが、明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の視覚・触覚の象徴的類似を用いた操作装置は、直感的に操作可能であり、巧緻な作業が必要なマスタ・スレーブとして応用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  操作器
１１  可動部
１２  人差し指拘束具
１３  親指拘束具
１４  回転部エンコーダ
２  作業ロボット
２１  アクチュエータ
２２  上部作業端
２３  下部作業端
２４  上部類似マーカ
２５  下部類似マーカ
３  制御部
３１  ＣＰＵ
３２  入出力部
３３  駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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