(57)【要約】  ロボットシステム(100)は、触覚センサ(5)と、触覚センサを有するハンド(1c)と、を備えるロボット(1)と、ロボット操作情報に従ってロボットのハンドの動作を制御するロボット制御器(6)と、操作器(2)と、少なくとも触覚センサの複数の圧力センサがそれぞれ検知する圧力と複数の圧力センサのそれぞれの空間位置とに基づく圧力分布によって規定される触覚情報を生成し、当該触覚情報を操作者が知覚可能な知覚可能触覚情報に変換し、且つ当該知覚可能触覚情報を出力する触覚情報処理部(7)と、触覚情報処理部から出力される知覚可能触覚情報を操作者に提示する知覚可能触覚情報提示部(10)と、を備える。
2017033380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる空間位置に配置された複数の圧力センサを有する触覚センサと、当該触覚センサを有するハンドと、を備えるロボットと、
ロボット操作情報に従って前記ロボットのハンドの動作を制御するロボット制御器と、
操作者が前記ロボットの前記ハンドを操作すべく操作すると、当該操作に応じた前記ロボット操作情報を前記ロボット制御器に送信する操作器と、
少なくとも前記複数の圧力センサがそれぞれ検知する圧力と前記複数の圧力センサのそれぞれの空間位置とに基づく圧力分布によって規定される触覚情報を生成し、当該触覚情報を前記操作者が知覚可能な知覚可能触覚情報に変換し、且つ当該知覚可能触覚情報を出力する触覚情報処理部と、
前記触覚情報処理部から出力される知覚可能触覚情報を前記操作者に提示する知覚可能触覚情報提示部と、
を備えるロボットシステム。
【請求項２】
前記触覚センサは、基体と、前記基体の表面の所定位置にそれぞれ固定された複数の圧力センサとを備え、前記触覚情報処理部は、前記複数の圧力センサがそれぞれ検知する圧力と前記複数の圧力センサのそれぞれの前記基体の前記所定位置とに基づく圧力分布によって規定される触覚情報を生成する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記触覚センサは、基体と、前記基体の表面の所定位置にそれぞれ固定された複数の圧力センサと、前記基体に前記複数の圧力センサに対応して１以上固定された位置センサとを備え、前記触覚情報処理部は、記複数の圧力センサがそれぞれ検知する圧力と前記１以上の位置センサが検知する空間位置とに基づく圧力分布の時間変化によって規定される触覚情報を生成する、請求項１に記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記触覚情報が、平滑さの程度又は摩擦の程度である、請求項１乃至３のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項５】
前記知覚可能触覚情報が、前記操作者による知覚の程度が前記触覚情報における触覚の程度に対応して変化するよう規定される知覚情報である、請求項１乃至４のいずれかに記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記知覚情報が、視覚情報、聴覚情報、又は振動であり、前記知覚可能触覚情報提示部が、ディスプレイ、スピーカ、又はアクチュエータである、請求項５に記載のロボットシステム。
【請求項７】
前記操作器がマスターアームであり、前記ロボットの前記ハンドを含むアームがスレーブアームであり、
前記マスターアームにより前記スレーブアームが操作される、請求項１乃至６のいずれかに記載のロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から触覚を利用したロボットの制御システムが知られている。例えば、ジョイスティックとモバイルロボットとの間で力覚フィードバックを得ながらモバイルロボットを操作する操作装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、触覚センサシステムを備えるロボットハンドが知られている（例えば、特許文献２参照）。また、ロボットハンドに触覚センサを備え、この触覚センサが検知する圧力分布に基づいてロボットハンドを制御する圧力分布情報検知装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８２７２０号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４５７１７号公報
【特許文献３】特開２０１４−１４５７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これらの従来技術は、実用性という観点から未だ改善の余地があった。【０００５】
本発明は、圧力分布によって規定される触覚情報に基づいてロボットを遠隔操作するロボットシステムの実用性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決すべく発明者等は鋭意検討した。発明者等は、単なる力又は圧力である「力覚」ではなく、本来の「触覚」、すなわち、平滑さの程度（凸凹感）、摩擦の程度（ざらざら感又はつるつる感）等の感覚を利用して人間が行う作業に着目した。このような作業として、例えば、破損した部材をその破面を平滑にして修理する際に、破面の平滑さの程度を手の触覚で確認しながら破面を仕上げる作業、部材の表面の平滑さの程度を手の触覚で検査する作業等が挙げられる。また、平滑さの程度（凸凹感）、摩擦の程度（ざらざら感又はつるつる感）は、人間が感知する圧力分布によって規定される触覚である。【０００７】
一方、特許文献１に開示された操作装置は、「力覚」を用いて制御しており、そもそも、本来の「触覚」を用いていない。特許文献２に開示されたロボットハンドは、圧力分布によって規定される「触覚」を用いているが、触覚センサの検知出力に基づいて演算処理部がロボットハンドの動作を制御するため、ロボットハンドの動作を、人間が作業する如く的確に制御することは困難である。特許文献３に開示された圧力分布情報検知装置も、特許文献２に開示されたロボットハンドと同様に、触覚センサが検知する圧力分布に基づいて行動制御装置がロボットハンドの動作を制御するため、ロボットハンドの動作を、人間が作業する如く的確に制御することは困難である。【０００８】
そこで、発明者等は、ロボットハンドが備える触覚センサの検知出力に基づいてロボットハンドが行うべき動作を人間が判断し、的確な動作をロボットハンドに指示することを想到した。これにより、ロボットハンドの動作を、人間が作業する如く的確に制御することが可能になる。【０００９】
そこで、本発明のある態様に係るロボットシステムは、互いに異なる空間位置に配置された複数の圧力センサを有する触覚センサと、当該触覚センサを有するハンドと、を備えるロボットと、ロボット操作情報に従って前記ロボットのハンドの動作を制御するロボット制御器と、操作者が前記ロボットの前記ハンドを操作すべく操作すると、当該操作に応じた前記ロボット操作情報を前記ロボット制御器に送信する操作器と、少なくとも前記複数の圧力センサがそれぞれ検知する圧力と前記複数の圧力センサのそれぞれの空間位置とに基づく圧力分布によって規定される触覚情報を生成し、当該触覚情報を前記操作者が知覚可能な知覚可能触覚情報に変換し、且つ当該知覚可能触覚情報を出力する触覚情報処理部と、前記触覚情報処理部から出力される知覚可能触覚情報を前記操作者に提示する知覚可能触覚情報提示部と、を備える。【００１０】
この構成によれば、ロボットのハンドにおいて、互いに異なる空間位置に配置された複数の圧力センサを有する触覚センサが対象物を検知すると、触覚情報処理部が、少なくとも複数の圧力センサがそれぞれ検知する圧力と複数の圧力センサのそれぞれの空間位置とに基づく圧力分布によって規定される触覚情報を生成し、当該触覚情報を操作者が知覚可能な知覚可能触覚情報に変換し、且つ当該知覚可能触覚情報を出力する。すると、知覚可能触覚情報提示部が、触覚情報処理部から出力される知覚可能触覚情報を操作者に提示する。操作者は、知覚可能触覚情報から触覚センサが検知した触覚を把握し、この把握した触覚に基づいて、ロボットが適切な作業を行うようにロボットを操作すべく操作器を操作する。すると、操作器が当該操作に応じたロボット操作情報をロボット制御器に送信し、ロボット制御器が、このロボット操作情報に従ってロボットのハンドの動作を制御する。これにより、ロボットのハンドが有する触覚センサの検知出力に基づいてロボットのハンドが行うべき動作を操作者が判断し、的確な動作をロボットのハンドに指示することができるので、ロボットのハンドの動作を、人間が作業する如く的確に制御することが可能になる。その結果、圧力分布によって規定される触覚情報に基づいてロボットを遠隔操作するロボットシステムの実用性を向上させることができる。【００１１】
前記触覚センサは、基体と、前記基体の表面の所定位置にそれぞれ固定された複数の圧力センサとを備え、前記触覚情報処理部は、前記複数の圧力センサがそれぞれ検知する圧力と前記複数の圧力センサのそれぞれの前記基体の前記所定位置とに基づく圧力分布によって規定される触覚情報を生成してもよい。【００１２】
この構成によれば、触覚として平滑さの程度を検知することができる。【００１３】
前記触覚センサは、基体と、前記基体の表面の所定位置にそれぞれ固定された複数の圧力センサと、前記基体に前記複数の圧力センサに対応して１以上固定された位置センサとを備え、前記触覚情報処理部は、記複数の圧力センサがそれぞれ検知する圧力と前記１以上の位置センサが検知する空間位置とに基づく圧力分布の時間変化によって定義される触覚情報を生成してもよい。【００１４】
この構成によれば、触覚として、平滑さの程度又は摩擦の程度を検知することができる。【００１５】
前記触覚情報が、平滑さの程度又は摩擦の程度であってもよい。【００１６】
前記知覚可能触覚情報が、前記操作者による知覚の程度が前記触覚情報における触覚の程度に対応して変化するよう規定される知覚情報であってもよい。【００１７】
この構成によれば、操作者が、知覚情報の知覚の程度からハンドの触覚センサによって検知された触覚の程度を、簡易に把握することができる。【００１８】
前記知覚情報が、視覚情報、聴覚情報、又は振動であり、前記知覚可能触覚情報提示部が、ディスプレイ、スピーカ、又はアクチュエータであってもよい。【００１９】
この構成によれば、操作者が触覚センサによって検知された触覚の程度を好適に把握することができる。【００２０】
前記操作器がマスターアームであり、前記ロボットの前記ハンドを含むアームがスレーブアームであり、前記マスターアームにより前記スレーブアームが操作されてもよい。【００２１】
この構成によれば、操作者がロボットのハンドの動作を、好適に制御することができる。また、スレーブアームを自動モード、ハイブリッドモード、及び手動モードに切り替え可能に構成し、トラブルが発生した場合にハイブリッドモード又は手動モードに切り替えることにより止まらないロボットを実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、以上に説明したように構成され、圧力分布によって規定される触覚情報に基づいてロボットを遠隔操作するロボットシステムの実用性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るロボットシステムの構成例を示す模式図である。
【図２】図２は、図１のロボットシステムに用いられる触覚センサの構成例を示す図であり（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】図３は、破損した部材の修理状態を示す図であり、（ａ）は破損した状態を示す図、（ｂ）は修理中の状態を示す図、（ｃ）は修理が完了した状態を示す図である。
【図４】図４は、図３の破損した部材の破面の触覚センサの検知出力に基づく知覚可能触覚情報を模式的に示す図であり、（ａ）は図３（ａ）の状態に対応する図、（ｂ）は図３（ｂ）の状態に対応する図、（ｃ）は図３（ｃ）の状態に対応する図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係るロボットシステムにおける知覚可能触覚情報の生成原理を説明するための図であり、（ａ）は図４（ａ）の圧力レベル分布のヒストグラムを示す図、（ｂ）は図４（ｂ）の圧力レベル分布のヒストグラムを示す図、（ｃ）は図４（ｃ）の圧力レベル分布のヒストグラムを示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係るロボットシステムにおける知覚可能触覚情報における圧力レベル分布の標準偏差と知覚レベルとの関係を例示する図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３に係るロボットシステムに用いられる触覚センサの構成例を示す図であり（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態４に係るロボットシステムの構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、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じ参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２５】
（実施の形態１）
［構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るロボットシステムの構成例を示す模式図である。
【００２６】
図１を参照すると、実施の形態１のロボットシステム１００は、例えば、マスタースレーブ式のロボットシステムで構成される。
【００２７】
ロボットシステム１００は、第１のロボットで構成されるスレーブアーム１と、第２のロボットで構成されるマスターアーム２と、制御装置３と、触覚センサ５と、入力装置９と、カメラ１１と、モニタ１２と、を備える。スレーブアーム１は、任意のタイプのロボットで構成され得る。スレーブアーム１は、実施の形態１では、例えば、周知の多関節ロボットで構成され、基台１ａと、基台１ａに設けられた多関節のアーム１ｂと、アーム１ｂの先端に設けられた手首１ｃとを備える。手首１ｃには、エンドエフェクタ４が取り付けられる。手首１ｃとエンドエフェクタ４とがスレーブアーム１のハンドを構成する。エンドエフェクタ４には触覚センサ５が取り付けられる。
【００２８】
マスターアーム２は、任意のタイプのロボットで構成され得る。このロボットは、操作者が操作することによりスレーブアーム１を操作することができれば、例えば操縦桿のような簡易なものであってもよい。マスターアーム２は、操作者がスレーブアーム１のハンドを操作すべく操作すると、当該操作に応じた操作情報（ロボット操作情報）を後述するロボット制御器６に送信する。
【００２９】
制御装置３は、ロボット制御器６と、触覚情報処理部７と、モニタ制御部８と、を含む。制御装置３は、コンピュータ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ等の演算処理機能を有する装置で構成される。ロボット制御器６、触覚情報処理部７、及びモニタ制御部８は、制御装置３の記憶部（図示せず）に格納された所定のプログラムが制御装置３の演算処理部（図示せず）によって実行されることによって実現される。制御装置３のハードウェア上の構成は任意であり、制御装置３は、スレーブアーム１等の他の装置から独立して設けられてもよく、他の装置と一体的に設けられてもよい。
【００３０】
入力装置９は、タッチパネル、キーボード等のマン−マシンインターフェースで構成される。入力装置９は、主に、スレーブアーム１の自動モード、ハイブリッドモード、及び手動モードの３つのモードの切り替え、各種データ等を入力するために用いられる。入力装置９に入力された情報はロボット制御器６に送信される。
【００３１】
ロボット制御器６は、入力装置９に入力された情報及びマスターアーム２から送信された操作情報に基づいてスレーブアーム１の動作を制御する。この際、それらの情報を、適宜、制御装置３の記憶部に記憶する。
【００３２】
カメラ１１は、スレーブアーム１の可動範囲の全部又は一部における当該スレーブアーム１の動作を撮像可能なように設けられる。カメラ１１が撮像した画像情報はモニタ制御部８に送信される。モニタ制御部８は、この画像情報に対応する画像を表示するようモニタ１２を制御する。
【００３３】
以上の構成により、操作者が、モニタ１２を見ながらマスターアーム２を操作することにより、スレーブアーム１を操作者が意図するように操作することができる。
【００３４】
触覚センサ５は、互いに異なる空間位置に配置された複数の圧力センサを有していて、これらの複数の圧力センサがそれぞれ検知する圧力を触覚情報処理部７に送信する。触覚情報処理部７は、これらの複数の圧力センサがそれぞれ検知した圧力とこれらの複数の圧力センサのそれぞれの空間位置とに基づく圧力分布によって規定される触覚情報を生成し、当該触覚情報を操作者が知覚可能な知覚可能触覚情報に変換する。そして、この知覚可能触覚情報を知覚可能触覚情報提示部１０へ送信する（出力する）。知覚可能触覚情報提示部１０は、触覚情報処理部７から送信される知覚可能触覚情報を操作者に提示する。具体的には、知覚可能触覚情報は、操作者による知覚の程度が触覚情報における触覚の程度に対応して変化するよう規定される知覚情報である。この具体例は後述する。これにより、操作者が、知覚情報の知覚の程度からスレーブアーム１の触覚センサ５によって検知された触覚の程度を、簡易に把握することができる。知覚情報は、視覚情報、聴覚情報、又は触覚情報である。知覚可能触覚情報提示部１０は、例えば、ディスプレイ、スピーカ、又はアクチュエータである。この構成によれば、操作者が触覚センサ５によって検知された触覚の程度を好適に把握することができる。
【００３５】
なお、触覚センサ５の複数の圧力センサがそれぞれ検知する圧力はロボット制御器６にも送信される。ロボット制御器６は、マスターアーム２により触覚センサ５が降下するよう操作された際に、触覚センサ５の複数の圧力センサのいずれかが、所定の上限圧力Ｐｍａｘを検知すると、触覚センサ５の降下を停止させる。
【００３６】
図２は、触覚センサ５の構成例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００３７】
図２を参照すると、触覚センサ５は、基体２１と、複数の圧力センサ２２とを備える。圧力センサ２２の数は、例えば、１００個であるが、２以上であれば何個でもよい。基体２１の形状は任意であるが、例えば、基体２１は、四角形の板状の部材で構成される。基体２１の材料として、プラスティック樹脂、金属、ゴムが例示される。複数の圧力センサ２２は、例えば、基体２１の一方の主面にマトリクス状に配置される。但し、複数の圧力センサ２２の配置は任意である。基体２１の主面上における複数の圧力センサのそれぞれの位置は、制御装置３の記憶部（図示せず）に記憶される。上述の触覚情報処理部７は、このマトリクス状に配置された複数の圧力センサ２２がそれぞれ検知した圧力と、制御装置３の記憶部に記憶された、これらの複数の圧力センサのそれぞれの基体２１の主面上の位置と、に基づく圧力分布によって規定される触覚情報を生成する。
【００３８】
［動作］
次に、以上のように構成されたロボットシステムの動作を図１乃至４を用いて説明する。ここでは、破損した部材（以下、破損部材という）をその破面を平滑にして修理する際に、破面の平滑さの程度をスレーブアーム１のハンドの触覚センサ５で確認しながら破面を仕上げる作業を例に取って説明する。このような破損部材として、加工中に破損したワークの部品、ワーク以外の修理を必要とする破損した部材が例示される。また、破損部材の破面の凹凸の程度は、カメラ１１の解像度及び／又はカメラアングルに起因して、操作者が、モニタ１２を通じて判断することが困難であると仮定する。また、スレーブアーム１の動作モードは、自動モードであり、その最中にトラブルが発生して破損部材が発生し、それを修理することによって自動モードに戻すことができると仮定する。
【００３９】
図３は、破損部材３１の修理状態を示す図であり、（ａ）は破損した状態を示す図、（ｂ）は修理中の状態を示す図、（ｃ）は修理が完了した状態を示す図である。
【００４０】
図１乃至４を参照すると、スレーブアーム１の手首１ｃには、平面研磨機（図示せず）と触覚センサ５とが固定されたエンドエフェクタ４が取り付けられる。平面研磨機は、その回転軸線が鉛直方向に一致するように固定される。触覚センサ５は、基体２１の圧力センサ２２が設けられた主面が下方を向くように固定される。
【００４１】
破損部材３１は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、破面３２が上端に位置し且つ鉛直方向に延在するように適宜な治具に固定される。
【００４２】
操作者は、入力装置９によって、スレーブアーム１の動作モードを、手動モードに切り替える指令を入力する。すると、ロボット制御器６は、スレーブアーム１の動作モードを手動モードに切り替える。
【００４３】
次に、操作者は、モニタ１２を見ながら、スレーブアーム１のエンドエフェクタ４に固定された平面研磨機と触覚センサ５とを交互に破損部材３１の破面３２に上方から押し付けるようにマスターアーム２を操作する。具体的には、操作者は、まず、触覚センサ５を、破損部材３１の破面３２に上方から押し付ける。すると、触覚センサ５は、複数（ここでは１００個）の圧力センサ２２がそれぞれ検知する圧力を触覚情報処理部７に送信する。触覚情報処理部７は、触覚センサ５の複数の圧力センサ２２がそれぞれ検知する圧力と制御装置３の記憶部に記憶された複数の圧力センサ２２の基体２１の主面上の位置とに基づいて圧力分布によって定義される触覚情報を生成する。ここで、「圧力分布によって定義される触覚情報を生成する」とは、具体的には、触覚センサ５の複数の圧力センサ２２がそれぞれ検知する圧力と制御装置３の記憶部に記憶された複数の圧力センサ２２の基体２１の主面上の位置とを関連付ける（対応させる）ことを意味する。このような関連付け（対応）が行われた時点で、「圧力分布によって定義される触覚情報」が生成される。それから、触覚情報処理部７は、この「圧力分布によって定義される触覚情報」を操作者が知覚可能な知覚可能触覚情報に変換する。
【００４４】
図４（ａ）〜（ｃ）は、図３の破損部材３１の破面３２の触覚センサ５の検知出力に基づく知覚可能触覚情報を模式的に示す概念図であり、（ａ）は図３（ａ）の状態に対応する図、（ｂ）は図３（ｂ）の状態に対応する図、（ｃ）は図３（ｃ）の状態に対応する図である。
【００４５】
図４（ａ）〜（ｃ）の概念図において、四角形４１は、触覚センサ５の基体２１を表し、円形４２は触覚センサ５の圧力センサ２２を表す。円形４２のグラデーション(gradation)は、圧力レベルを表す。ロボット制御器６は、上述のように、触覚センサ５の複数の圧力センサ２２のいずれかが、所定の上限圧力Ｐｍａｘを検出すると、触覚センサ５の降下を停止させる。触覚情報処理部７は、触覚センサ５の複数の圧力センサ２２が検知する圧力Ｐを、例えば、３つの圧力レベルＰＬ１〜ＰＬ３にランク付けする。なお、圧力レベルの数は、３には限定されず、任意である。具体的には、例えば、圧力Ｐを、
０≦ＰＬ１＜Ｐｍａｘ／３
Ｐｍａｘ／３≦ＰＬ２＜２Ｐｍａｘ／３
２Ｐｍａｘ／３≦ＰＬ３＜Ｐｍａｘ
とランク付けする。
【００４６】
図４（ａ）〜（ｃ）において、円形４２の「白色（ブランク）」、「灰色（ハッチング）」、及び「黒色（塗りつぶし）」は、それぞれ、「圧力レベルＰＬ１」、「圧力レベルＰＬ２」、及び「圧力レベルＰＬ３」を表す。
【００４７】
触覚情報処理部７は、このような知覚可能触覚情報に基づいて、図４（ａ）〜（ｃ）に示す概念図のような画像（知覚情報）を生成し、これを知覚可能触覚情報提示部１０に提示させる。具体的には、知覚可能触覚情報提示部１０は、例えば、ディスプレイであり、このディスプレイに、図４（ａ）〜（ｃ）に示す概念図のような画像が表示される。この画像を見た操作者は、当該画像における円形４２のグラデーションに応じて異なる程度の知覚を覚え、触覚センサ５によって検知される触覚（圧力）の程度を知覚することができる。具体的には、この画像において、円形４２の色のバラツキが大きい程、破損部材３１の破面３２の凹凸の程度が大きいことが操作者に知覚される。さらに、この画像は、感圧点の位置情報を含んでいるので、この画像を見た操作者は、触覚センサ５における圧力分布を直感することができる。
【００４８】
次に、破損部材３１の修理作業の説明に戻る。上述のように、操作者が、触覚センサ５を破損部材３１の破面３２に上方から押しつけると、ディスプレイである知覚可能触覚情報提示部１０に、図４（ａ）示す概念図の画像が表示される。この画像は円形４２の色のバラツキが大きいので、操作者は、破損部材３１の破面の凹凸の程度が大きいと判断する。そして、操作者は、平面研磨機を、破損部材３１の破面３２に上方から押し付け、所定時間、それを継続した後、平面研磨機の押し付けを停止する。なお、この平面研磨機による研磨加工の時間及び降下距離をロボット制御器６が自動制御するように予め設定してもよい。図３（ｂ）は、この時の破損部材３１の破面３２の状態を示す。参照符号３３は、平面研磨機によって研磨された研磨面を示す。それから、操作者は、触覚センサ５を、破損部材３１の破面３２に上方から押し付ける。すると、知覚可能触覚情報提示部１０に、図４（ｂ）に示す概念図の画像が表示される。この画像も、未だ、円形４２の色のバラツキが大きいので、操作者は、破損部材３１の破面の凹凸の程度が、未だに大きいと判断する。そして、操作者は、平面研磨機を、破損部材３１の破面３２に上方から押し付け、所定時間、それを継続した後、平面研磨機の押し付けを停止する。図３（ｃ）は、この時の破損部材３１の上端面の状態を示す。この時の破損部材３１の上端面は、破面が全て研磨により除去されて、研磨面３３になっている。それから、操作者は、触覚センサ５を、破損部材３１の破面（上端面）に上方から押し付ける。すると、知覚可能触覚情報提示部１０に、図４（ｃ）に示す概念図の画像が表示される。この画像は、円形４２の色が全て黒色であるので、操作者は、破損部材３１の破面の凹凸がほぼ無くなったと判断し、修理作業を終了する。
【００４９】
それから、操作者は、入力装置９によって、スレーブアーム１の動作モードを、自動モードに切り替える指令を入力する。すると、ロボット制御器６は、スレーブアーム１の動作モードを自動モードに切り替える。これにより、トラブルが発生しても、スレーブアーム１の動作を止めることが回避される。
【００５０】
以上に説明したように、実施の形態１によれば、スレーブアーム１のハンドが有する触覚センサ５の検知出力に基づいてスレーブアーム１のハンドが行うべき動作を操作者が判断し、的確な動作をスレーブアーム１のハンドに指示することができるので、スレーブアーム１のハンドの動作を、人間が作業する如く的確に制御することが可能になる。その結果、圧力分布によって規定される触覚情報に基づいてロボットを遠隔操作するロボットシステムの実用性を向上させることができる。また、トラブルが発生しても、スレーブアーム１の動作を止めることが回避されるので、止まらないロボットを実現できる。
【００５１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、知覚可能触覚情報が実施の形態１と異なり、その他は、実施の形態１と同じである。
【００５２】
図５は、本発明の実施の形態２に係るロボットシステムにおける知覚可能触覚情報の生成原理を説明するための図であり、（ａ）は図４（ａ）の圧力レベル分布のヒストグラムを示す図、（ｂ）は図４（ｂ）の圧力レベル分布のヒストグラムを示す図、（ｃ）は図４（ｃ）の圧力レベル分布のヒストグラムを示す図である。図６は、本発明の実施の形態２に係るロボットシステムにおける知覚可能触覚情報における圧力レベル分布の標準偏差と知覚レベルとの関係を例示する図である。
【００５３】
実施の形態２においては、触覚情報処理部７は、上述の実施の形態１の知覚可能触覚情報から、感圧点の位置情報を含まない簡略化された知覚可能触覚情報を生成する。この原理を説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、正確には、複数の圧力センサ２２がそれぞれ検知する圧力Ｐの圧力レベルの分布を示している。圧力Ｐの圧力レベルのバラツキ（例えば標準偏差）は、触覚センサ５の検知対象である表面の凹凸の程度（大きさ）に応じた大きさになる。そこで、触覚情報処理部７は、実施の形態１の知覚可能触覚情報において、圧力レベルＰＬ１、ＰＬ２、及びＰＬ３に、それぞれ、「１」、「２」、及び「３」の数値を付与する。そうすると、図４（ａ）〜（ｃ）の圧力レベルの分布のヒストグラムは、それぞれ、図５（ａ）〜（ｃ）に示すヒストグラムになる。図５（ａ）〜（ｃ）のヒストグラムにおける標準偏差ｓｘは、それぞれ、「０．７５」、「０．８７」、及び「０」である。なお、標準偏差ｓｘは、ここでは、０≦ｓｘ≦１の値を取る。図５（ａ）〜（ｃ）に示すヒストグラム及び標準偏差ｓｘを、図３（ａ）〜（ｃ）示す破損部材３１の破面３２の凹凸の程度と対比すると、両者が好適に対応していることが理解されるであろう。
【００５４】
そして、触覚情報処理部７は、この標準偏差ｓｘを、操作者の知覚レベルに対応させる。具体的には、触覚情報処理部７は、操作者の知覚レベルを、例えば、図６に示すように、ＣＬ１〜ＣＬ５の５つのレベルにランク付けし、５つのレベルに、標準偏差ｓｘを対応させる。なお、知覚レベルのランク数は、５つに限定されず、任意である。触覚情報処理部７は、実際には、複数の圧力センサ２２がそれぞれ検知する圧力を用いて、直接、圧力レベルのランク付け及び標準偏差ｓｘを算出する（ヒストグラムは生成しない）。なお、圧力レベルのランク付けを省略して、複数の圧力センサ２２がそれぞれ検知する圧力から、直接、標準偏差ｓｘを算出してもよい。
【００５５】
そして、触覚情報処理部７は、この５つのレベルの知覚情報信号を知覚可能触覚情報提示部１０に送信する。知覚可能触覚情報提示部１０が、ディスプレイ、スピーカ、又は操作者が着座する椅子に設けられたアクチュエータである場合、知覚可能触覚情報提示部１０は、例えば、それぞれ、知覚情報信号のレベルに応じた明るさの画面、知覚情報信号のレベルに応じた音量の音、又は、知覚情報信号のレベルに応じた振幅の振動を操作者に提示する（出力する）。
【００５６】
このような実施の形態２によれば、操作者が、知覚情報の知覚の程度からスレーブアーム１のハンドの触覚センサ５によって検知された触覚の程度を、簡易に且つ好適に把握することができる。
【００５７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、触覚センサ５が、実施の形態１の触覚センサ５と異なり、その他は実施の形態１と同様である。
【００５８】
図７は、本発明の実施の形態３に係るロボットシステムに用いられる触覚センサの構成例を示す図であり（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００５９】
図７を参照すると、実施の形態３では、触覚センサ５は、基体７１と、基体７１の表面の所定位置にそれぞれ固定された複数の圧力センサ７２と、基体７１に複数の圧力センサ２２に対応して１以上固定された位置センサ７３とを備えている。具体的には、基体７１は、例えば、四角形の板状の部材によって構成される。なお、基体の形状は任意である。基体７１の材料として、プラスティック樹脂、金属、ゴムが例示される。
【００６０】
圧力センサ７２と位置センサ７３とは、例えば、一対の圧力センサ７２及び位置センサ７３が、基体７１の一方の主面上にマトリクス状に分布するように配置される。圧力センサ７２及び位置センサ７３のそれぞれの基体７１の主面上の標準位置は、制御装置３の記憶部に記憶される。ここで、「標準位置」は、基体７１が変形していない状態における位置を意味する。位置センサとして、例えば変位センサが例示される。変位センサとして、例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ等が例示される。
【００６１】
このように構成された触覚センサ５は、検知対象の表面に厚み方向に所定圧力に押し付けられた状態で主面に平行な方向に移動されることによって、検知対象の表面との摩擦力によって変形する。この際に、位置センサ７３により変形の程度が検知されるとともに触覚センサ５における圧力分布が検知される。触覚情報処理部７は、この変形の程度及び圧力分布の時間変化によって摩擦の程度である触覚情報を生成する。「変形の程度及び圧力分布の時間変化」と「摩擦の程度」との関係は、実験、シミュレーション等によって予め決定される。
【００６２】
この後の触覚情報の処理は、実施の形態１及び２と同様であるので、その説明を省略する。なお、触覚センサ５を主面に平行な方向に移動させない場合は、実施の形態１と同様に、検知対象の表面の凹凸の程度を検知することができる。
【００６３】
このような実施の形態３によれば、触覚として、平滑さの程度又は摩擦の程度を検知することができる。
【００６４】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、ロボットシステムが、通常のロボットとこのロボットとを遠隔操作する操作器とを備える点で実施の形態１と異なり、その他は実施の形態１と同様である。
【００６５】
図８は、本発明の実施の形態４に係るロボットシステムの構成例を示す模式図である。
【００６６】
図８を参照すると、実施の形態４では、実施の形態４のロボットシステム１００は、例えば、一般的なロボット８１とこのロボット８１を手動操作する操作器８２とを備えている。ロボット８１のタイプは、特に限定されない。ここでは、ロボット８１は、例えば、多関節ロボットである。参照符号８１ａ、８１ｂ、８１ｃは、それぞれ、基台、アーム、手首を示す。操作器８２は、例えば、周知のジョブスティックで構成される。なお、実施の形態１の入力装置９は省略される。
【００６７】
これ以外の点は、実施の形態１と同じであるので、その説明を省略する。
【００６８】
このような、実施の形態４によれば、本発明のロボットシステムを、ロボットを手動により遠隔操作する一般的なロボットシステムに適用することができる。
【００６９】
（その他の実施の形態）
実施の形態１において、破損部材３１の破面３２の修理作業に代えて、部材の表面の平滑さの程度をスレーブアーム１のハンドの触覚センサ５で検査する作業を行ってもよい。
【００７０】
実施の形態１乃至４において、操作者が、部材をロボット８１又はスレーブアーム１のハンドの触覚センサ５を介して間接的に知覚し、操作者がこの知覚に基づいてロボット８１又はスレーブアーム１を操作することにより、触覚センサ５の検知出力を利用した作業を行ってもよい。
【００７１】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明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。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明のロボットシステムは、実用性を向上させたロボットシステムとして有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１    スレーブアーム
２    マスターアーム
３    制御装置
４    エンドエフェクタ
５    触覚センサ
６    ロボット制御器
７    触覚情報処理部
８    モニタ制御部
９    入力装置
１０  知覚可能触覚情報提示部
１１  カメラ
１２  モニタ
２１  基体
２２  圧力センサ
３１  破損部材
３２  破面
３３  研磨面
４１  四角形
４２  円形
７１  基体
７２  圧力センサ
７３  位置センサ
８１  ロボット
８２  操作器
【図１】
2017033380.tif 000003
【図２】
2017033380.tif 000004
【図３】
2017033380.tif 000005
【図４】
2017033380.tif 000006
【図５】
2017033380.tif 000007
【図６】
2017033380.tif 000008
【図７】
2017033380.tif 000009
【図８】
2017033380.tif 000010
【国際調査報告】
2017033380.tif 000011
2017033380.tif 000012