(57)【要約】【課題】製造コストの低減と機動性の向上とを図り得る、遠隔操縦装置、遠隔操縦システム、遠隔操縦方法及びプログラムを提供する。【解決手段】遠隔操縦装置１０は、移動装置６０のカメラ６１の映像を画面上に表示させる表示部２０と、装着部材１３と、装着部材の実空間の位置を検出する位置検出部３０と、引張力を伝達する伝達部材１２と、引張力を発生させる駆動部１１と、仮想空間に操縦用オブジェクト１０１とユーザオブジェクト１０２とを作成し、ユーザオブジェクトによって操縦用オブジェクト１０１に外力が与えられると、それを算出して、操縦用オブジェクトの変化を特定する、情報処理部４０と、同様の変化が移動装置に生じるように動作を指示する、遠隔操縦部４１と、駆動部１１に初期力を発生させ、外力に対する反力が力覚として操縦者に伝達されるように初期力を増加又は減少させる、制御部１４とを備える。【選択図】図３
2015157323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動装置を遠隔から操縦するための遠隔操縦装置であって、
前記移動装置に取り付けられたカメラからの映像を、画面上に表示させる、表示部と、
操縦者に装着される装着部材と、
前記装着部材の実空間での位置を検出する、位置検出部と、
当該遠隔操縦装置から、前記装着部材へと伸びて、前記装着部材に引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、
前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、
仮想空間に、前記移動装置に対応する第１のオブジェクトと、前記装着部材に相当する第２のオブジェクトとを作成し、これらを、前記カメラからの映像に重ね合わせ、更に、検出された前記装着部材の位置に応じて、前記第２のオブジェクトを移動させ、前記第２のオブジェクトが前記第１のオブジェクトに外力を与えた場合は、前記外力を算出し、そして、算出した前記外力によって前記第１のオブジェクトに生じる変化を特定する、情報処理部と、
前記情報処理部によって特定された変化と同様の変化が、前記移動装置に生じるように、前記移動装置に対して動作を指示する、遠隔操縦部と、
予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記情報処理部によって算出された前記外力に対する反力が、前記操縦者に提示される力覚として、前記装着部材を介して前記操縦者に伝達されるように、前記駆動部における前記初期力を増加又は減少させる、制御部と、
を備えている、ことを特徴とする遠隔操縦装置。
【請求項２】
前記装着部材が、前記操縦者の一の指に装着されており、
当該遠隔操縦装置は、前記一の指とは別の指に装着される第２の装着部材と、当該遠隔操縦装置から、前記第２の装着部材へと伸びて、前記第２の装着部材に引っ張り方向の力を伝達する第２の伝達部材と、引っ張り方向の力を発生させて、それを前記第２の伝達部材に与える第２の駆動部と、を更に備え、
前記情報処理部は、前記仮想空間に、前記第２の装着部材に相当する第３のオブジェクトを作成し、これを前記第１のオブジェクト及び前記第２のオブジェクトと共に、前記カメラからの映像に重ね合わせ、更に、検出された前記第２の装着部材の位置に応じて、前記第３のオブジェクトを移動させ、前記第２のオブジェクト及び前記第３のオブジェクトの一方又は両方が前記第１のオブジェクトに外力を与えた場合は、前記外力を算出し、そして、算出した前記外力によって前記第１のオブジェクトに生じた変化を特定し、
前記制御部は、予め、前記第２の駆動部にも、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記情報処理部によって算出された前記外力に対する反力が、前記力覚として、前記装着部材及び前記第２の装着部材の一方又は両方を介して前記操縦者に伝達されるように、前記駆動部及び前記第２の駆動部の一方又は両方における前記初期力を増加又は減少させる、請求項１に記載の遠隔操縦装置。
【請求項３】
前記操縦者が、前記装着部材と前記第２の装着部材とを操作して、前記第２のオブジェクトと前記第３のオブジェクトとによって、前記第１のオブジェクトを挟み込み、その状態で、前記第１のオブジェクトを動かした場合に、
前記情報処理部が、前記第１のオブジェクトに生じる変化として、前記第１のオブジェクトの移動方向と前記移動方向への加速度とを特定し、
前記遠隔操縦部が、前記移動装置が、特定された加速度で、特定された移動方向へと移動するように、前記移動装置に対して動作を指示する、
請求項２に記載の遠隔操縦装置。
【請求項４】
前記移動装置が、複数の関節を有する作業用アームを備えたロボットであり、
前記情報処理部が、更に、前記作業用アームに対応する、第４のオブジェクトを作成し、これを前記カメラからの映像に重ね合わせ、そして、前記操縦者が、前記装着部材と前記第２の装着部材とを操作して、前記第２のオブジェクトと前記第３のオブジェクトとによって、前記第４のオブジェクトを動かした場合に、前記第４のオブジェクトに生じた変化を特定し、
前記遠隔操縦部が、前記作業用アームに、特定された変化と同様の変化が生じるように、前記移動装置に対して動作を指示する、
請求項２または３に記載の遠隔操縦装置。
【請求項５】
当該遠隔操縦装置が、タブレット状の筐体を更に備え、
前記伝達部材及び前記第２の伝達部材は、それぞれ、前記筐体の背面側における異なる位置から前記接続部材へと伸びる複数の紐状の部材で構成され、
前記駆動部は、前記伝達部材を構成する前記複数の紐状の部材それぞれを巻き取ることによって、これらに前記引っ張り方向の力を与え、
前記第２の駆動部は、前記第２の伝達部材を構成する前記複数の紐状の部材それぞれを巻き取ることによって、これらに前記引っ張り方向の力を与え、
前記制御部は、前記駆動部が前記複数の紐状の部材に与える前記引っ張り方向の力の合力と、前記第２の駆動部が前記複数の紐状の部材に与える前記引っ張り方向の力の合力とを、前記力覚として、前記操縦者に伝達する、
請求項２〜４のいずれかに記載の遠隔操縦装置。
【請求項６】
移動装置と、それを遠隔から操縦するための遠隔操縦装置とを備え、
前記移動装置は、前方を撮影するカメラを備え、
前記遠隔操縦装置は、
前記移動装置に取り付けられた前記カメラからの映像を、画面上に表示させる、表示部と、
操縦者に装着される装着部材と、
前記装着部材の実空間での位置を検出する、位置検出部と、
当該遠隔操縦装置から、前記装着部材へと伸びて、前記装着部材に引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、
前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、
仮想空間に、前記移動装置に対応する第１のオブジェクトと、前記装着部材に相当する第２のオブジェクトとを作成し、これらを、前記カメラからの映像に重ね合わせ、更に、検出された前記装着部材の位置に応じて、前記第２のオブジェクトを移動させ、前記第２のオブジェクトが前記第１のオブジェクトに外力を与えた場合は、前記外力を算出し、そして、算出した前記外力によって前記第１のオブジェクトに生じる変化を特定する、情報処理部と、
前記情報処理部によって特定された変化と同様の変化が、前記移動装置に生じるように、前記移動装置に対して動作を指示する、遠隔操縦部と、
予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記情報処理部によって算出された前記外力に対する反力が、前記操縦者に提示される力覚として、前記装着部材を介して前記操縦者に伝達されるように、前記駆動部における前記初期力を増加又は減少させる、制御部と、
を備えている、ことを特徴とする遠隔操縦システム。
【請求項７】
前記装着部材が、前記操縦者の一の指に装着されており、
前記遠隔操縦装置は、前記一の指とは別の指に装着される第２の装着部材と、当該遠隔操縦装置から、前記第２の装着部材へと伸びて、前記第２の装着部材に引っ張り方向の力を伝達する第２の伝達部材と、引っ張り方向の力を発生させて、それを前記第２の伝達部材に与える第２の駆動部と、を更に備え、
前記情報処理部は、前記仮想空間に、前記第２の装着部材に相当する第３のオブジェクトを作成し、これを前記第１のオブジェクト及び前記第２のオブジェクトと共に、前記カメラからの映像に重ね合わせ、更に、検出された前記第２の装着部材の位置に応じて、前記第３のオブジェクトを移動させ、前記第２のオブジェクト及び前記第３のオブジェクトの一方又は両方が前記第１のオブジェクトに外力を与えた場合は、前記外力を算出し、そして、算出した前記外力によって前記第１のオブジェクトに生じた変化を特定し、
前記制御部は、予め、前記第２の駆動部にも、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記情報処理部によって算出された前記外力に対する反力が、前記力覚として、前記装着部材及び前記第２の装着部材の一方又は両方を介して前記操縦者に伝達されるように、前記駆動部及び前記第２の駆動部の一方又は両方における前記初期力を増加又は減少させる、請求項６に記載の遠隔操縦システム。
【請求項８】
前記操縦者が、前記装着部材と前記第２の装着部材とを操作して、前記第２のオブジェクトと前記第３のオブジェクトとによって、前記第１のオブジェクトを挟み込み、その状態で、前記第１のオブジェクトを動かした場合に、
前記情報処理部が、前記第１のオブジェクトに生じる変化として、前記第１のオブジェクトの移動方向と前記移動方向への加速度とを特定し、
前記遠隔操縦部が、前記移動装置が、特定された加速度で、特定された移動方向へと移動するように、前記移動装置に対して動作を指示する、
請求項７に記載の遠隔操縦システム。
【請求項９】
前記移動装置が、複数の関節を有する作業用アームを備え、
前記情報処理部が、更に、前記作業用アームに対応する、第４のオブジェクトを作成し、これを前記カメラからの映像に重ね合わせ、そして、前記操縦者が、前記装着部材と前記第２の装着部材とを操作して、前記第２のオブジェクトと前記第３のオブジェクトとによって、前記第４のオブジェクトを動かした場合に、前記第４のオブジェクトに生じた変化を特定し、
前記遠隔操縦部が、前記作業用アームに、特定された変化と同様の変化が生じるように、前記移動装置に対して動作を指示する、
請求項７または８に記載の遠隔操縦システム。
【請求項１０】
前記遠隔操縦装置が、タブレット状の筐体を更に備え、
前記伝達部材及び前記第２の伝達部材は、それぞれ、前記筐体の背面側における異なる位置から前記接続部材へと伸びる複数の紐状の部材で構成され、
前記駆動部は、前記伝達部材を構成する前記複数の紐状の部材それぞれを巻き取ることによって、これらに前記引っ張り方向の力を与え、
前記第２の駆動部は、前記第２の伝達部材を構成する前記複数の紐状の部材それぞれを巻き取ることによって、これらに前記引っ張り方向の力を与え、
前記制御部は、前記駆動部が前記複数の紐状の部材に与える前記引っ張り方向の力の合力と、前記第２の駆動部が前記複数の紐状の部材に与える前記引っ張り方向の力の合力とを、前記力覚として、前記操縦者に伝達する、
請求項７〜９のいずれかに記載の遠隔操縦システム。
【請求項１１】
遠隔操縦の対象となる移動装置に取り付けられたカメラからの映像を、画面上に表示させる、表示部と、操縦者に装着される装着部材と、前記装着部材の実空間での位置を検出する、位置検出部と、前記装着部材へと伸びて、前記装着部材に引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、コンピュータと、を備える遠隔操縦装置を用いた、遠隔操縦方法であって、
前記コンピュータによって実行される、
（ａ）仮想空間に、前記移動装置に対応する第１のオブジェクトと、前記装着部材に相当する第２のオブジェクトとを作成し、これらを、前記カメラからの映像に重ね合わせる、ステップと、
（ｂ）検出された前記装着部材の位置に応じて、前記第２のオブジェクトを移動させ、前記第２のオブジェクトが前記第１のオブジェクトに外力を与えた場合は、前記外力を算出する、ステップと、
（ｃ）算出した前記外力によって前記第１のオブジェクトに生じる変化を特定する、ステップと、
（ｄ）前記（ｃ）のステップで特定された変化と同様の変化が、前記移動装置に生じるように、前記移動装置に対して動作を指示する、ステップと、
（ｅ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記（ｂ）のステップで算出された前記外力に対する反力が、前記操縦者に提示される力覚として、前記装着部材を介して前記操縦者に伝達されるように、前記駆動部における前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を有する、ことを特徴とする遠隔操縦方法。
【請求項１２】
前記遠隔操縦装置は、遠隔操縦の対象となる移動装置に取り付けられたカメラからの映像を、画面上に表示させる、表示部と、操縦者に装着される装着部材と、前記装着部材の実空間での位置を検出する、位置検出部と、前記装着部材へと伸びて、前記装着部材に引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、コンピュータと、を備える遠隔操縦装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）仮想空間に、前記移動装置に対応する第１のオブジェクトと、前記装着部材に相当する第２のオブジェクトとを作成し、これらを、前記カメラからの映像に重ね合わせる、ステップと、
（ｂ）検出された前記装着部材の位置に応じて、前記第２のオブジェクトを移動させ、前記第２のオブジェクトが前記第１のオブジェクトに外力を与えた場合は、前記外力を算出する、ステップと、
（ｃ）算出した前記外力によって前記第１のオブジェクトに生じる変化を特定する、ステップと、
（ｄ）前記（ｃ）のステップで特定された変化と同様の変化が、前記移動装置に生じるように、前記移動装置に対して動作を指示する、ステップと、
（ｅ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記（ｂ）のステップで算出された前記外力に対する反力が、前記操縦者に提示される力覚として、前記装着部材を介して前記操縦者に伝達されるように、前記駆動部における前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動装置を遠隔操縦するための遠隔操縦装置、これを用いた遠隔操縦システム、遠隔操縦方法、及びこれらを実現するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、危険な環境下において、人の代わりに作業を行う、作業ロボットが注目を集めている。通常、このような作業ロボットは、遠隔からの操縦を可能とするため、テレビカメラを備えている。このため、操縦者は、モニターに映ったテレビカメラの映像を見ながら、作業ロボットを遠隔操縦することになる。
【０００３】
また、この場合において、操縦者に現場の臨場感をフィードバックできれば、操縦者における操作精度を高めることが可能となる。このため、例えば、特許文献１は、操縦者が使用するコントロールレバーに、ロボットの受ける反力をフィードバックすることが可能な、遠隔操縦システムを提案している。
【０００４】
また、この特許文献１に開示された遠隔操縦システムでは、ロボットには、２つのテレビカメラが左右に並べて搭載され、操縦室では、２つのカメラの映像を合成することで得られた三次元画像が表示される。このため、操縦者は、視覚的な臨場感も感じることができるので、操作精度のいっそうの向上が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−６５９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に開示された遠隔操縦システムを用いれば、操作者は現場の臨場感を感じることができ、精度の高い操作を行うことができると考えられるが、操縦のための装置が大掛かりとなる。このため、上記特許文献１に開示された遠隔操縦システムには、製造コストが非常に高いという問題がある。また、操縦のための装置を移動させることが難しいため、装置とロボットとの通信を確保することができない現場では、作業ロボットを利用できないという問題もある。
【０００７】
［発明の目的］
本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、製造コストの低減と機動性の向上とを図り得る、遠隔操縦装置、遠隔操縦システム、遠隔操縦方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一側面における遠隔操縦装置は移動装置を遠隔から操縦するための遠隔操縦装置であって、
前記移動装置に取り付けられたカメラからの映像を、画面上に表示させる、表示部と、
操縦者に装着される装着部材と、
前記装着部材の実空間での位置を検出する、位置検出部と、
当該遠隔操縦装置から、前記装着部材へと伸びて、前記装着部材に引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、
前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、
仮想空間に、前記移動装置に対応する第１のオブジェクトと、前記装着部材に相当する第２のオブジェクトとを作成し、これらを、前記カメラからの映像に重ね合わせ、更に、検出された前記装着部材の位置に応じて、前記第２のオブジェクトを移動させ、前記第２のオブジェクトが前記第１のオブジェクトに外力を与えた場合は、前記外力を算出し、そして、算出した前記外力によって前記第１のオブジェクトに生じる変化を特定する、情報処理部と、
前記情報処理部によって特定された変化と同様の変化が、前記移動装置に生じるように、前記移動装置に対して動作を指示する、遠隔操縦部と、
予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記情報処理部によって算出された前記外力に対する反力が、前記操縦者に提示される力覚として、前記装着部材を介して前記操縦者に伝達されるように、前記駆動部における前記初期力を増加又は減少させる、制御部と、
を備えている、ことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一側面における遠隔操縦システムは、移動装置と、それを遠隔から操縦するための遠隔操縦装置とを備え、
前記移動装置は、前方を撮影するカメラを備え、
前記遠隔操縦装置は、
前記移動装置に取り付けられた前記カメラからの映像を、画面上に表示させる、表示部と、
操縦者に装着される装着部材と、
前記装着部材の実空間での位置を検出する、位置検出部と、
当該遠隔操縦装置から、前記装着部材へと伸びて、前記装着部材に引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、
前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、
仮想空間に、前記移動装置に対応する第１のオブジェクトと、前記装着部材に相当する第２のオブジェクトとを作成し、これらを、前記カメラからの映像に重ね合わせ、更に、検出された前記装着部材の位置に応じて、前記第２のオブジェクトを移動させ、前記第２のオブジェクトが前記第１のオブジェクトに外力を与えた場合は、前記外力を算出し、そして、算出した前記外力によって前記第１のオブジェクトに生じる変化を特定する、情報処理部と、
前記情報処理部によって特定された変化と同様の変化が、前記移動装置に生じるように、前記移動装置に対して動作を指示する、遠隔操縦部と、
予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記情報処理部によって算出された前記外力に対する反力が、前記操縦者に提示される力覚として、前記装着部材を介して前記操縦者に伝達されるように、前記駆動部における前記初期力を増加又は減少させる、制御部と、
を備えている、ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における遠隔操縦方法は、遠隔操縦の対象となる移動装置に取り付けられたカメラからの映像を、画面上に表示させる、表示部と、操縦者に装着される装着部材と、前記装着部材の実空間での位置を検出する、位置検出部と、前記装着部材へと伸びて、前記装着部材に引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、コンピュータと、を備える遠隔操縦装置を用いた、遠隔操縦方法であって、
前記コンピュータによって実行される、
（ａ）仮想空間に、前記移動装置に対応する第１のオブジェクトと、前記装着部材に相当する第２のオブジェクトとを作成し、これらを、前記カメラからの映像に重ね合わせる、ステップと、
（ｂ）検出された前記装着部材の位置に応じて、前記第２のオブジェクトを移動させ、前記第２のオブジェクトが前記第１のオブジェクトに外力を与えた場合は、前記外力を算出する、ステップと、
（ｃ）算出した前記外力によって前記第１のオブジェクトに生じる変化を特定する、ステップと、
（ｄ）前記（ｃ）のステップで特定された変化と同様の変化が、前記移動装置に生じるように、前記移動装置に対して動作を指示する、ステップと、
（ｅ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記（ｂ）のステップで算出された前記外力に対する反力が、前記操縦者に提示される力覚として、前記装着部材を介して前記操縦者に伝達されるように、前記駆動部における前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を有する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、遠隔操縦の対象となる移動装置に取り付けられたカメラからの映像を、画面上に表示させる、表示部と、操縦者に装着される装着部材と、前記装着部材の実空間での位置を検出する、位置検出部と、前記装着部材へと伸びて、前記装着部材に引っ張り方向の力を伝達する伝達部材と、前記引っ張り方向の力を発生させ、それを前記伝達部材に与える駆動部と、コンピュータと、を備える遠隔操縦装置において、
前記コンピュータに、
（ａ）仮想空間に、前記移動装置に対応する第１のオブジェクトと、前記装着部材に相当する第２のオブジェクトとを作成し、これらを、前記カメラからの映像に重ね合わせる、ステップと、
（ｂ）検出された前記装着部材の位置に応じて、前記第２のオブジェクトを移動させ、前記第２のオブジェクトが前記第１のオブジェクトに外力を与えた場合は、前記外力を算出する、ステップと、
（ｃ）算出した前記外力によって前記第１のオブジェクトに生じる変化を特定する、ステップと、
（ｄ）前記（ｃ）のステップで特定された変化と同様の変化が、前記移動装置に生じるように、前記移動装置に対して動作を指示する、ステップと、
（ｅ）予め、前記駆動部に、設定された大きさの前記引っ張り方向の力を初期力として発生させておき、前記（ｂ）のステップで算出された前記外力に対する反力が、前記操縦者に提示される力覚として、前記装着部材を介して前記操縦者に伝達されるように、前記駆動部における前記初期力を増加又は減少させる、ステップと、
を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、製造コストの低減と機動性の向上とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における遠隔操縦システムの概略構成を俯瞰的に示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における遠隔操縦装置の各構成部品を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における遠隔操縦システム及び遠隔操縦装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における遠隔操縦装置の動作を示すフロー図である。
【図５】図５は、図４に示したステップＳ１０１を説明するための図である。
【図６】図６は、図４に示したステップＳ１０７を説明するための図である。
【図７】図７（ａ）は、引張力の算出処理を説明するための図であり、図７（ｂ）は、引張力の算出処理に用いられる座標軸を示す図である。
【図８】図８は、提示力の再設定処理を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１における遠隔操縦装置の他の例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２における遠隔操縦システムの概略構成を俯瞰的に示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２における遠隔操縦装置の各構成部品を示す分解斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２における遠隔操縦システム及び遠隔操縦装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２における遠隔操縦装置の動作を示すフロー図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態３における遠隔操縦システムの概略構成を俯瞰的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における、遠隔操縦装置、遠隔操縦システム、遠隔操縦方法、及びプログラムについて、図１〜図９を参照しながら説明する。
【００１５】
［システム構成、装置構成］
最初に、図１及び図２を用いて、本実施の形態１における遠隔操縦装置及び遠隔操縦システムの構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における遠隔操縦システムの概略構成を俯瞰的に示す図である。図２は、本発明の実施の形態１における遠隔操縦装置の各構成部品を示す分解斜視図である。
【００１６】
まず、図１を用いて、本実施の形態１における遠隔操縦システムの概略構成について説明する。図１に示すように、本実施の形態１における遠隔操縦システム１００は、移動装置６０と、それを遠隔から操縦するための遠隔操縦装置１０とを備えている。
【００１７】
本実施の形態１では、移動装置６０は、作業用のロボットであり、複数の関節を有する作業用アーム６４と、その後方から、自身と前方の状況とを撮影するカメラ６１とを備えている。また、移動装置６０は、カメラ６１が出力する映像データを遠隔操縦装置１０へと送信する。
【００１８】
遠隔操縦装置１０は、移動装置６０のコントローラとしての機能に加え、操縦者２００に対して力覚を提示する機能も有している。従って、操縦者２００は、遠隔操縦装置１０を用いることで、移動装置６０の状態を表す力覚を感じながら、移動装置６０を操縦することができる。
【００１９】
具体的には、遠隔操縦装置１０は、操縦者２００に装着される装着部材１３を備えている。また、遠隔操縦装置１０は、移動装置６０に取り付けられたカメラ６１からの映像を表示画面２１上に表示させる。更に、遠隔操縦装置１０は、仮想空間内に、移動装置６０に対応するオブジェクト（以下「操縦用オブジェクト」と表記する。）１０１と、操縦者２００に装着される装着部材１３に相当するオブジェクト（以下「ユーザオブジェクト」と表記する。）１０２と、を作成する。
【００２０】
そして、遠隔操縦装置１０は、操縦用オブジェクト１０１とユーザオブジェクト１０２とを、カメラ６１からの映像に重ね合わせる。図１において、７０は、実空間に存在する物体である。また、本実施の形態では、操縦用オブジェクト１０１はリング状に形成され、画面上の移動装置６０を囲むように配置されている。ユーザオブジェクト１０２は、球状に形成されている。なお、操縦用オブジェクト１０１及びユーザオブジェクト１０２の形状は特に限定されるものではない。
【００２１】
また、遠隔操縦装置１０は、装着部材１３の位置を検出し、検出した位置に応じて、仮想空間内で、ユーザオブジェクト１０２を移動させる。このとき、ユーザオブジェクト１０２が、移動体オブジェクト１０１に接触等して外力を与えると、遠隔操縦装置１０は、この外力を算出し、算出した外力によって操縦用オブジェクト１０１に生じた変化を特定する。
【００２２】
そして、遠隔操縦装置１０は、操縦用オブジェクト１０１に生じた変化を特定すると、この変化と同様の変化が、移動装置６０に生じるように、移動装置６０に対して動作を指示する。例えば、ユーザオブジェクト１０２によって、操縦用オブジェクト１０１が前方に押し出された場合は、遠隔操縦装置１０は、移動装置６０を前進させる。また、ユーザオブジェクト１０２によって、操縦用オブジェクト１０１が右又は左へと回転させられた場合は、遠隔操縦装置１０は、移動装置６０を右又は左に旋回させる。加えて、遠隔操縦装置１０は、算出した外力に対する反力がユーザに伝達されるように、装着部材１３を介して、操縦者２００に力覚を提示する。
【００２３】
つまり、操縦者２００は、装着部材１３を装着し、これを装着した指によって、表示画面２１上の操縦用オブジェクト１０１を動かすだけで、移動装置６０を遠隔操縦することができる。また、このとき、操縦者２００には、操縦用オブジェクト１０１からの反力が力覚として提示されるため、操縦者２００は、移動装置６０がどちらに進もうとしているのかを感覚で知ることができる。従って、遠隔操縦装置１０によれば、ジョイスティック等の従来からの遠隔操縦装置を用いる場合に比べて、操作性の向上が図られることになる。なお、具体的な構成及び処理については、後述する。
【００２４】
続いて、図２を用いて、遠隔操縦装置１０の内部構成について説明する。図２に示すように、遠隔操縦装置１０は、まず、装着部材１３と、表示部２０と、位置検出部３０と、情報処理部４０と、遠隔操縦部４１とを備えている。
【００２５】
このうち、位置検出部３０は、操縦者２００（図１参照）に装着されている装着部材１３の位置を検出する。表示部２０は、液晶表示パネル、有機ＥＬパネルといった薄型の表示パネルであり、移動装置６０のカメラ６１（図１参照）からの映像を表示画面２１に表示する。
【００２６】
情報処理部４０は、仮想空間を構築し、構築した仮想空間内に、操縦用オブジェクト１０１（図１参照）と、ユーザオブジェクト１０２（図１参照）とを作成し、これらをカメラ６１からの映像に重ね合わせる。更に、情報処理部４０は、装着部材１３の位置に応じて、ユーザオブジェクト１０２を移動させる。そして、ユーザオブジェクト１０２が操縦用オブジェクト１０１に外力を与えた場合は、その外力を算出し、算出した外力によって移動用オブジェクト１０１に生じた変化を特定する。
【００２７】
遠隔操縦部４１は、情報処理部４０によって移動装置オブジェクトに生じた変化が特定されると、この特定された変化と同様の変化が、移動装置６０（図１参照）に生じるように、移動装置６０に対して動作を指示する。
【００２８】
また、図２に示すように、遠隔操縦装置１０は、更に、伝達部材１２と、駆動部１１と、制御部１４も備えている。伝達部材１２は、遠隔操縦装置１０から装着部材１３へと伸びて、装着部材１３に引っ張り方向の力（以下、「引張力」と表記する。）を伝達する部材である。また、駆動部１１は、引張力を発生させ、それを伝達部材１２に与えている。
【００２９】
制御部１４は、駆動部１１に、予め、設定された大きさの引張力を初期力として発生させる。そして、制御部１４は、情報処理部４０によって特定された外力に対する反力が、力覚として、装着部材１３を介して操縦者２００に伝達されるように、駆動部１１における初期力を増加又は減少させる。つまり、遠隔操縦装置１０は、装着部材１３を装着している操縦者２００の指に、伝達部材１２を介して引っ張り方向の力を伝達することによって力覚を提示する。
【００３０】
このように、遠隔操縦装置１０によれば、従来のような大掛かりな構成とすることなく、操縦者２００に力覚を提示することが可能となるため、製造コストの低減と機動性の向上とを図ることが可能となる。なお、本発明でいう「力覚」とは、操縦者が感じる、反発力、抵抗力、外力、感触、等を意味する。
【００３１】
ここで、本実施の形態１における遠隔操縦装置１０の構成について更に具体的に説明する。図２に示すように、遠隔操縦装置１０は、更に、操縦者側から順に、枠状に形成されたカバー５０と、表示部２０と、箱状の筐体５１とを備えている。加えて、遠隔操縦装置１０は、移動装置６０との間で無線での通信を行うための通信部４２も備えている。
【００３２】
カバー５０は、表示部２０の表示画面２１が露出するように、筐体５１の開口部分に取り付けられる。上述した、駆動部１１、制御部１４、位置検出部３０、情報処理部４０、遠隔操縦部４１、及び通信部４２は、表示部２０の背面側となる筐体５１の内部に配置されている。また、図２に示すように、本実施の形態１では、３本の伝達部材１２が用いられており、これに対応して３つの駆動部１１が配置されている。
【００３３】
本実施の形態１では、伝達部材１２それぞれは、遠隔操縦装置１０の背面側の異なる位置から、操縦者２００に装着される装着部材１３へと伸びる紐状の部材、例えば、ワイヤーである。また、各伝達部材１２の先端は、装着部材１３に固定されている。更に、装着部材１３は、本実施の形態１では、操縦者２００の指に装着可能なリング状に形成されている。
【００３４】
また、本実施の形態１では、各駆動部１１は、プーリ１５が軸に取り付けられたモータであり、対応する伝達部材１２をプーリ１５で巻き取ることによって、対応する伝達部材１２に、引っ張り方向の力を与えている。伝達部材１２の一端はプーリ１５に固定されている。
【００３５】
更に、筐体５１の底面には、伝達部材１２毎に、通し穴１６が設けられており、各伝達部材１２は、通し穴１６を経由して、遠隔操縦装置１０の背面側へと伸びる。なお、各通し穴１６の位置は、特に限定されないが、後述するように、力覚の提示範囲は各通し穴１６の位置によって決定される（図８の領域Ｘ参照）。よって、各通し穴１６の位置は、求められる提示範囲を考慮した上で決定される。
【００３６】
このように、本実施の形態１においては、３本の伝達部材１２によって、装着部材１３が引っ張られることによって、操縦者２００の指に力覚が提示される（図１参照）。つまり、各駆動部１１が伝達部材１３に与える引張力の合力によって、力覚が提示される。
【００３７】
また、本実施の形態１では、駆動部材１２による引張力の伝達方向は、プーリ１５及び通し穴１６の位置によって、自由に設定できる。更に、伝達部材１２の通し穴１６から装着部材１３までの距離は、プーリ１５での巻き取り量によって、自由に設定できる。従って、操縦者が指を動かすことのできる範囲を大きくできるので、広い範囲での３次元的な力覚の提示が可能となる。更に、伝達部材１２として、軽量な紐状の部材が用いられているので、操縦者は、指を動かす際に、機械的な抵抗などを感じ難いといえる。
【００３８】
また、本実施の形態１では、位置検出部３０は、駆動部１１毎に、その軸に設けられたエンコーダである。このため、位置検出部３０は、装着部材１３の位置を検出するためのデータ（以下、「位置検出データ」と表記する。）として、モータの軸の回転数を特定するデータを、情報処理部４０に出力する。
【００３９】
また、本実施の形態１では、制御部１４、情報処理部４０、及び遠隔操縦部４１は、それぞれ、マイコン等のコンピュータによって実現されている。また、それぞれは、別々のコンピュータによって実現されていても良いし、同一のコンピュータによって実現されていても良い。
【００４０】
続いて、図３を用いて、遠隔操縦システム１００及び遠隔操縦装置１０でやり取りされるデータについて説明する。図３は、本発明の実施の形態１における遠隔操縦システム及び遠隔操縦装置の構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、適宜図１及び図２を参酌する。
【００４１】
図３に示すように、遠隔操縦装置１０は、駆動部１１と、伝達部材１２と、装着部材１３と、制御部１４と、表示部２０と、位置検出部３０と、情報処理部４０と、遠隔操縦部４１と、通信部４２とを備えている。このうち、表示部２０、遠隔操縦部４１、通信部４２及び制御部１４は、情報処理部４０に接続されている。また、制御部１４は、駆動部（モータ）１１に接続されている。
【００４２】
通信部４２は、移動装置６０から送信されてくる映像データを受信し、これを表示部２０に出力する。これにより、表示部２０の表示画面２１上には、移動装置６０のカメラ６１で撮影された映像、即ち、移動装置６０の前面の映像が表示される（図１参照）。
【００４３】
操縦者２００（図１参照）が、装着部材１３を装着した指を動かすと、各位置検出部３０が、位置検出データを情報処理部４０に出力する。情報処理部４０は、位置検出データが出力されてくると、まず、予め登録されている、伝達部材１２の全長、プーリ１５の直径、プーリ１５から通し穴１６までの距離等に基づいて、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材１３までの長さを算出する。次に、情報処理部４０は、後述するように、算出された各伝達部材１２の長さに基づいて、装着部材１３の位置、即ち、予め設定された原点（以下「操作原点」と表記する。）を基準とした座標を算出する。
【００４４】
また、情報処理部４０は、メモリ空間に仮想空間を構築すると共に、仮想空間内に、操縦用オブジェクト１０１とユーザオブジェクト１０２とを作成する。図１に示したように、操縦用オブジェクト１０１はリング状に形成されている。また、本実施の形態１では、この操縦用オブジェクト１０１及びユーザオブジェクト１０２それぞれには、仮想の質量に加え、表面における仮想の摩擦係数も設定される。よって、操縦者２００は、ユーザオブジェクト１０２を操縦用オブジェクト１０１に接触させることによって、操縦用オブジェクト１０１を動かすことができ、これを操作することができる。
【００４５】
また、情報処理部４０は、装着部材１３の位置に応じて、ユーザオブジェクト１０２を仮想空間に配置するため、仮想空間内に、上述の操作原点に対応する点（以下「対応原点」と表記する。）を設定している。従って、情報処理部４０は、装着部材１３の座標を算出すると、これを、設定した対応原点に適用して、ユーザオブジェクト１０２の位置（座標）を算出し、算出した位置に、ユーザオブジェクト１０２を配置する。
【００４６】
更に、情報処理部４０は、カメラの映像と重ね合わされたときに、移動装置６０が、リング状の操縦用オブジェクト１０１に囲まれるように（図１参照）、操縦用オブジェクト１０１を、仮想空間に配置する。
【００４７】
また、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１とユーザオブジェクト１０２とを、カメラ６１の映像に重ね合わせるため、仮想空間の内部を、予め設定された投影面に投影して、各オブジェクトを表示するための表示データを作成し、これを表示部２０に出力する。
【００４８】
更に、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１の位置と、ユーザオブジェクト１０２の位置とを比較し、両者が接触しているかどうかを判定する。そして、判定の結果、接触している場合は、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２の現在の位置とそれ以前に算出した位置とから、ユーザオブジェクト１０２の動きを特定し、特定した動きから、操縦用オブジェクト１０１に加えられた外力を算出する。
【００４９】
また、本実施の形態１では、操縦用オブジェクト１０１に対しては、予め、基準となる位置（初期位置）と向き（初期状態）とが設定されているのが良い。この場合、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２によって、操縦用オブジェクト１０１の位置及び向きの一方又は両方が大きく変化する程、外力の値を大きく算出する。なお、操縦用オブジェクト１０１とユーザオブジェクト１０２との接触が解除された場合は、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１の位置と向きとを初期位置及び初期状態とする。
【００５０】
例えば、情報処理部４０が、ユーザオブジェクト１０２が操縦用オブジェクト１０１に接触していると判定し、その動きが、操縦用オブジェクト１０１を右又は左に回転させる動きであると特定したとする。この場合、情報処理部４０は、回転角度が大きい程、値が大きくなるように外力を算出する。
【００５１】
また、情報処理部４０は、算出した外力によって操縦用オブジェクト１０１に生じる変化を特定し、操縦用オブジェクト１０１において、特定した変化を反映させる。具体的には、情報処理部４０は、変化として、外力によって動いた操縦用オブジェクト１０１の移動方向と、この移動方向への加速度とを特定する。そして、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１を、特定した移動方向に、特定した加速度で動かして、変化を反映させる。また、情報処理部４０は、反映後の操縦用オブジェクト１０１を表示する表示データを作成し、これを表示部２０に出力する。
【００５２】
例えば、上述したように、ユーザオブジェクト１０２の動きが、操縦用オブジェクト１０１を右又は左に回転させる動きであるとする。この場合、情報処理部４０は、仮想空間内で操縦用オブジェクト１０１を回転させ、更に、回転後の操縦用オブジェクト１０１を表示するための表示データを表示部２０に出力する。
【００５３】
加えて、情報処理部４０は、特定した変化が移動装置６０においても反映されるようにするため、特定した変化を通知するための操縦用データを作成し、これを遠隔操縦部４１に出力する。具体的には、情報処理部４０は、移動装置６０を、特定した移動方向に、特定した加速度で移動させるため、そのことを指示する操縦用データを作成する。
【００５４】
続いて、情報処理部４０は、算出された外力に対する反力を求め、求めた反力を特定するデータを制御部１４に出力する。この反力が、操縦者２００に提示すべき力覚に相当することから、反力を以下において「提示力」と表記し、提示力を特定するデータを「提示力データ」と表記する。
【００５５】
遠隔操縦部４１は、情報処理部４０から操縦用データが出力されてくると、操縦用データが通知する内容に応じて、移動装置６０に実行させる命令を作成する。例えば、上述のように、右又は左への回転が通知されている場合は、遠隔操縦部４１は、移動装置６０を右又は左へと旋回させるための命令を作成する。
【００５６】
通信部４２は、遠隔操縦部４１が作成した命令を、無線通信によって移動装置６０に送信する。また、通信部４２としては、例えば、既存の無線通信用の通信デバイスを用いることができる。本実施の形態１において利用可能な通信規格としては、例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）で規格されている通信規格、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）で規格されている通信規格等が挙げられる。
【００５７】
制御部１４は、情報処理部４０から提示データが出力されてくると、提示データによって特定される反力が、力覚として、操縦者２００に伝達されるように、駆動部１１における初期力を増加又は減少させる。
【００５８】
具体的には、制御部１４は、力覚を伝達するため、各駆動部１１が出力すべき引張力を算出する。そして、制御部１４は、各駆動部１１に目的の引張力を発揮させる制御データ、例えば、駆動部１１として機能するモータを駆動するためのパルス信号を、電源回路（図示せず）を用いて生成し、これを制御データとして各駆動部１１に出力する。これにより、各駆動部（モータ）１１は、計算された引張力で伝達部材１２を引っ張り、操縦者２００の指先には、目的の力覚が提示される。
【００５９】
図３に示すように、本実施の形態１では、移動装置６０は、図１に示したカメラ６１に加えて、動力部６２と、通信部６３を備えている。このうち、通信部６３は、カメラ６１の映像データを、遠隔制御装置１０へと送信すると共に、遠隔制御装置１０から送信されてきた命令を受信し、これを動力部６２に出力する。通信部６３としても、上述した通信部４２と同様に、既存の無線通信用の通信デバイスを用いることができ、更に、上述した通信規格が用いられる。
【００６０】
動力部６２は、例えば、動力源と、その制御ユニットとで構成される。また、動力源としては、車輪又はクローラを駆動するための電動機が挙げられる。なお、本実施の形態１において、動力部６２の構成は上述の例に限定されず、移動装置の態様に応じて決定される。
【００６１】
［装置動作］
次に、本発明の実施の形態１における遠隔操縦装置１０の動作について図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１における遠隔操縦装置の動作を示すフロー図である。なお、以下の説明においては、適宜図１〜図３を参酌する。
【００６２】
まず、前提として、移動装置６０から、カメラ６１で撮影された映像の映像データが遠隔操縦装置１０へと送信されており、遠隔操縦装置１０の表示画面２１には、カメラ６１で撮影された映像が表示されているとする。また、遠隔操縦装置１０において、情報処理部４０は、操縦オブジェクト１０１とユーザオブジェクト１０２とを構築し、これらを仮想空間内に配置すると共に、表示画面２１に、これらの映像も重ねて表示させているとする。
【００６３】
最初に、操縦者２００が、遠隔操縦装置１０の背面の空間において、移動装置６０を操縦するため、装着部材１３が装着された指を動かすと、これにより、図３に示したように、位置検出部３０それぞれは、位置検出データを、情報処理部４０に出力する。
【００６４】
次に、図４に示すように、情報処理部４０は、出力されてきた位置検出データに基づいて、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材１３までの長さを算出し、更に、算出された各伝達部材１２の長さに基づいて、装着部材１３の位置（座標）を算出する（Ｓ１０１）。
【００６５】
また、ステップＳ１０１では、情報処理部４０は、装着部材１３の位置と仮想空間に設定された対応原点とから、ユーザオブジェクト１０２の仮想空間での位置（座標）を算出し、算出した位置に、ユーザオブジェクト１０２を配置する。
【００６６】
次に、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１の位置と、ステップＳ１０１で算出したユーザオブジェクト１０２の位置とを比較し、両者が接触しているかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。
【００６７】
ステップＳ１０２の判定の結果、両者が接触していない場合は、情報処理部４０は、次に装着部材１３の位置が変わるまで待機状態となり、装着部材１３の位置が変わると、再度ステップＳ１０１を実行する。
【００６８】
一方、ステップＳ１０２の判定の結果、両者が接触している場合は、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２の現在の位置とそれ以前に算出した位置とから、ユーザオブジェクト１０２の動きを特定する。更に、情報処理部４０は、特定した動きから、操縦用オブジェクト１０１に加えられた外力を算出すると共に、この外力によって操縦用オブジェクト１０１に生じる変化を特定する（ステップＳ１０３）。
【００６９】
次に、情報処理部４０は、ステップＳ１０３で算出された外力に対する反力を求め、求めた反力を特定する提示力データを作成する（ステップＳ１０４）。また、ステップＳ１０４では、情報処理部４０は、提示力データを制御部１４に出力する。
【００７０】
次に、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１において、特定した変化を反映させ、更に、反映後の操縦用オブジェクト１０１を表示する表示データを作成し、これを表示部２０に出力する（ステップＳ１０５）。
【００７１】
次に、情報処理部４０は、ステップＳ１０３で特定した変化を通知する操縦用データを作成し、これを遠隔操縦部４１に出力する。これにより、遠隔操縦部４１は、操縦用データが通知する内容に応じて、移動装置６０に実行させる命令を作成し、通信部４２に、作成した命令を送信させる（ステップＳ１０６）。そして、ステップＳ１０６が実行されると、移動装置６０は、受信した命令に応じた動作を実行する。
【００７２】
次に、制御部１４は、ステップＳ１０４で作成された提示力データを受け取ると、提示力データで特定される提示力を提示する上で各駆動部１１が出力すべき引張力を算出する（ステップＳ１０７）。また、ステップＳ１０７では、制御部１４は、更に、各駆動部１１によって、算出された引張力が発生するように制御データを生成し、これを各駆動部１１に出力する。
【００７３】
ステップＳ１０７が実行されると、遠隔操縦装置１０において、各駆動部１１を構成するモータは、出力されてきた制御データに応じて回転して伝達部材１２を引っ張り、操縦者２００の指先に、装着部材１３を介して力覚を提示する（ステップＳ１０８）。
【００７４】
そして、ステップＳ１０１〜Ｓ１０８は、繰り返し実行されるので、操縦者２００は、ある位置から別の位置まで指を動かして、操縦用オブジェクト１０１を操作すると、その間、連続して、反力に応じた力覚の提示を受けることができる。
【００７５】
また、本実施の形態１では、上述したように、ステップＳ１０３において、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１の位置及び向きの一方又は両方が大きく変化する程、外力の値を大きく算出することができる。この場合、操縦者２００は、現在行っている操作を力覚によって認識することができるので、操作性がいっそう向上することになる。
【００７６】
ここで、図４に示したステップＳ１０１及びステップＳ１０７それぞれについて、図５〜図８を用いて更に詳細に説明する。
【００７７】
［ステップＳ１０１］
まず、図５を用いて、図４に示したステップＳ１０１における装着部材の位置の算出処理について説明する。図５は、図４に示したステップＳ１０１を説明するための図である。ステップＳ１０１の算出処理では、上述したように、遠隔操縦装置１０の背面側において、伝達部材１２の先端が接続されている装着部材１３の位置が、伝達部材１２の長さによって特定される。伝達部材１２の長さは、位置検出部３０によって特定される。
【００７８】
具体的には、図５に示すように、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材１３までの長さを、それぞれ、ｌ１、ｌ２、ｌ３とし、表示画面の水平方向において隣り合う通し穴間の間隔をｗとし、表示画面の垂直方向において隣り合う通し穴間の間隔をｈとする。この場合、情報処理部４０は、ｌ１、ｌ２、ｌ３、ｗ、及びｈを用いて、装着部材１３の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を幾何的に算出する。
【００７９】
［ステップＳ１０７］
次に、図６及び図７を用いて、図４に示したステップＳ１０７における引張力の算出処理及び制御データの生成処理について説明する。
【００８０】
図６は、図４に示したステップＳ１０７を説明するための図である。図６に示すように、目的の提示力Ｆを提示するために必要となる各伝達部材１２の引張力を、それぞれ、τ１、τ２、τ３とすると、提示力Ｆは、基本的には、引張力τ１、τ２、及びτ３の合力に相当する。
【００８１】
そして、提示力Ｆが、外部から遠隔操縦装置１０に向かう方向の力である場合には、提示力Ｆの方向は、引張力τ１〜τ３の合力の方向と一致する。しかし、図６に示すように、提示力Ｆが遠隔操縦装置１０から離れる方向の力である場合には、伝達部材１２は、紐状の部材であり、遠隔操縦装置１０側へと引っ張る方向の力しか伝達できないため、力覚の提示ができなくなる可能性がある。
【００８２】
そのため、本実施の形態１では、制御部１４は、上述したように、力覚を提示しない場合において、予め、操縦者２００の指（装着部材１３）に一定の力を常に初期力Ｆ０として提示する。そして、制御部１４は、提示力Ｆが、遠隔操縦装置１０から離れる方向の力である場合は、初期力Ｆ０を緩めることにより、遠隔操縦装置１０から離れる方向への力覚を提示している。
【００８３】
一般に、ヒトの触感覚には、その時間特性として、順応と呼ばれる現象がある。順応は、ヒトに一定の刺激を提示し続けると、刺激に対する感度が低下する現象である。つまり、ヒトの皮膚は、圧力に対してきわめて順応しやすく、指輪及び腕時計を装着した場合、その装着感は失われやすい。
【００８４】
また、重力に対しても同様であり、ヒトは、普段、その力を意識することはない。例えば、電車に乗っている際の加速時又は減速時において、ヒトには、その慣性力と重力との合力が力として加わっているが、電車に乗っているヒトは、合力を感じず、移動方向への慣性力のみを感じる。
【００８５】
このように、本実施の形態１では、ヒトの順応性が利用され、初期力Ｆ０を増加又は減少させることによって、遠隔操縦装置１０に向かう方向の力覚と離れる方向の力覚との提示が可能となっている。
【００８６】
続いて、図７を用いて、伝達部材１２に与える引張力τ１〜τ３の算出処理について具体的に説明する。図７（ａ）は、引張力の算出処理を説明するための図であり、図７（ｂ）は、引張力の算出処理に用いられる座標軸を示す図である。
【００８７】
図７（ａ）及び図７（ｂ）において、引張力τ１〜τ３は、初期力Ｆ０を発生させるために必要となる引張力を除いた引張力であり、初期力Ｆ０に対して加算又は減算させる引張力である。また、図７（ａ）及び図７（ｂ）において、座標軸の原点は、各伝達部材１２の先端の位置とする。更に、ｘ軸は表示画面の水平方向に平行な軸、ｙ軸は表示画面の垂直方向に平行な軸、ｚ軸は表示画面の法線に平行な軸とする。図７（ｂ）において、単位ベクトルｒの座標を、（ｒ，ψｉ，θｉ）とする。この場合、引張力τ１〜τ３は、目的の提示力を発揮するためには、下記の数１の関係を満たす必要がある。
【００８８】
【数１】
2015157323.tif 000003
【００８９】
また、上記数１において、伝達部材１２の引張力τ１〜τ３はスカラー量であり、引張力τ１〜τ３の方向ベクトルΦｉは、数２によって表わされる。
【００９０】
【数２】
2015157323.tif 000004
【００９１】
制御部１４は、上記数１及び数２を用いることで、引張力τ１〜τ３を算出することができる。また、上記数１に示すように、目的の提示力Ｆは、各伝達部材１２の引張力から初期力Ｆ０を減算することによって得られている。このため、提示力Ｆが、遠隔操縦装置１０から離れる方向（−ｚ方向）の、初期力Ｆ０を超える力でない限りは、遠隔操縦装置１０から離れる方向（−ｚ方向）においても力覚の提示が可能となる。
【００９２】
なお、各伝達部材１２の引張力の条件として、引張力τ１、τ２、τ３は、引っ張る方向にしか力を提示できないため、これらは必ず正の値をとる。また、各引張力の最低値をτｍｉｎとした場合は、下記の数３が成立する。
【００９３】
【数３】
2015157323.tif 000005
【００９４】
ところで、伝達部材１２は、引っ張り方向の力しか伝達できないため、引張力τ１、τ２、τ３の合力によって、提示すべき力覚を提示できない状況が発生することがある（図８参照）。具体的には、装着部材１３が、表示画面の法線に平行な方向（ｚ軸方向）において、隣接する通し穴１６を直線で結んで得られる領域（図８の領域Ｘ参照）と重ならない位置にある場合は、上記数１では、目的の提示力Ｆを算出できなくなる可能性がある。このような場合、本実施の形態１では、制御部１４は、提示すべき力覚（提示力Ｆ）を設定し直し、設定し直した提示力Ｆｒが提示されるように、初期力Ｆ０を増加又は減少させる。以下に、上記再設定処理について具体的に説明する。
【００９５】
図８は、提示力の再設定処理を説明するための図である。図８に示すように、例えば、装着部材１３の位置（ｘ、ｙ、ｚ）が、隣接する通し穴１６を直線で結んで得られる領域Ｘとｚ軸方向において重ならない位置にある場合を想定する。
【００９６】
図８に示す場合において、提示力Ｆのｘ軸方向の成分が正でない限り、各伝達部材１２の張力をどのように設定しても、上記数１及び数２によって提示力Ｆを算出することは不可能である。一方、このような状況であっても、操縦者は、指を領域Ｘとｚ軸方向において重なる位置に移動させることはできる。従って、制御部１４は、このような場合において、上記数１及び数２によって、引張力τ１、τ２、τ３を算出できるように、提示力Ｆｒを再設定する。
【００９７】
図８の例では、実際に、引張力τ１、τ２、及びτ３によって引っ張りたい方向は、提示力Ｆと初期力Ｆ０との合力の方向である。しかし、この方向は、各伝達部材１２の合力によって引っ張ることができる方向ではない。このため、制御部１４は、提示力Ｆと初期力Ｆ０との合力に最も近い力を、新たな提示力Ｆｒとして再設定する。
【００９８】
図８の例では、引張力τ１と引張力τ２とで発生させる提示力Ｆｒが、元の提示力Ｆと初期力Ｆ０との合力に近くなる。そこで、制御部１４は、引張力τ１と引張力τ２とを発生させる２本の伝達部材１２によって作られる面に、元の提示力Ｆと初期力Ｆ０との合力を回転射影することで、新しい提示力Ｆｒを再設定する。
【００９９】
具体的には、引張力τ１と引張力τ２とを発生させる２本の伝達部材１２によって作られる面への射影ベクトルＶは、下記の数４によって表すことができる。下記の数４において変数「ａ」は、図８に示すように、回転射影を行なった場合の回転角度ωを最も小さくする位置、即ち、領域Ｘの表示画面の垂直方向における辺上の位置を割合で表わしている（０＜ａ＜１）。また、Φ１は通し穴１６を基準にしたτ１の方向ベクトルである。Φ２は通し穴１６を基準にしたτ２の方向ベクトルである。Φ１及びΦ２は、上述の数２から求められる。
【０１００】
【数４】
2015157323.tif 000006
【０１０１】
従って、制御部１４は、下記数５を用いて、射影ベクトルＶと元の提示力Ｆ及び初期力Ｆ０の合力との内積を、最も小さくする射影ベクトルを算出する。そして、制御部１４は、算出した射影ベクトルを、下記の数６に適用して、新たな提示力Ｆｒを算出する。その後、制御部１４は、新たな提示力Ｆｒを用いて、各伝達部材１２の引張力τ１、τ２、τ３を算出し、これらが発生するように制御データを生成し、各駆動部１１に出力する。
【０１０２】
【数５】
2015157323.tif 000007
【０１０３】
【数６】
2015157323.tif 000008
【０１０４】
［実施の形態１における変形例］
上述した例では、伝達部材１２は三本であるが、本実施の形態１では、伝達部材１２の数は特に限定されるものではない。伝達部材１２の数は、遠隔操縦装置１０を大型化させない範囲で設定されていれば良い。
【０１０５】
上述した例では、駆動部１１としてモータが用いられているが、本実施の形態１では、駆動部はモータに限定されない。駆動部１１は、駆動部材を引っ張ることが可能なアクチュエータであれば良く、駆動部１１としては、他に、伸張動作を行なう人工筋肉アクチュエータ、繊維状の形状記憶合金アクチュエータ、などが挙げられる。
【０１０６】
また、上述した例では、位置検出部３０として、伝達部材の長さを特定するエンコーダが用いられているが、本実施の形態１では、位置検出部３０は、エンコーダ以外であっても良い。例えば、位置検出部３０としては、遠隔操縦装置の背面に設置されたカメラを用いることができる。この場合は、装着部材１３の位置が光学的に検出される。また、位置検出部３０として、遠隔操縦装置の背面に設置された磁気センサを用いることができる。この場合は、磁気を発する材料で装着部材１３を形成することによって、装着部材１３の位置検出が可能となる。
【０１０７】
また、上述した例では、図５に示したように、伝達部材１２を引張し始める位置である通し穴１６の位置は、縦方向をｈ、横方向をｗとした直角三角形の頂点位置に設定されているが、本実施の形態１において、通し穴１６の位置は特に限定されるものではない。また、全ての通し穴は、同一平面内に配置されていなくても良い。通し穴１６の位置は、遠隔操縦装置１０の厚みが許す範囲で適宜設定される。
【０１０８】
また、上述した例では、遠隔操縦装置１０の背面側を操作空間にして、力覚が提示されているが、本実施の形態１では、遠隔操縦装置１０の表示画面側の空間が操作空間となっていても良い。但し、この場合は、初期力Ｆ０の方向は、ｚ軸において負の方向となる（図６及び７（ａ）参照）。
【０１０９】
上述した例では、遠隔操縦装置は、タブレット状に形成されているが、本実施の形態１は、これに限定されるものではない。遠隔操縦装置は、例えば、操縦者の顔面に装着されるヘッドマウントディスプレイに組み込まれていても良い。この場合、操縦者は、ヘッドマウントディスプレイ内側の表示パネルに映し出されているコンテンツを見ながら、ヘッドマウントディスプレイの前方で、装着部材を装着した指を動かすことで、触った感覚を感じることができる。
【０１１０】
また、図９は、本発明の実施の形態１における遠隔操縦装置の他の例を示す斜視図である。図９に示すように、本実施の形態１では、遠隔操縦装置１０を構成している筐体５１には、装着部材１３を収容するための凹部１８と、伝達部材１２を収容するための溝１９とが形成されているのが好ましい。図９に示す態様とした場合は、操縦者において、遠隔操縦装置１０の持ち運びが容易なものとなる。
【０１１１】
また、図１に示したように、上述の例では、移動装置６０の具体例として、作業用のロボットが例示されているが、本実施の形態１では、移動装置６０は特に限定されることはない。移動装置６０は、ロボット以外、例えば、車両、飛行機、ヘリコプター、船舶、又はこれらの模型であっても良い。
【０１１２】
更に、本実施の形態１は、移動装置６０が、外部との接触を検知する接触センサを搭載し、検出された接触を特定するデータを遠隔操縦装置１０に送信する、態様であっても良い。この場合、情報処理部４０は、送信されてきたデータに基づいて、移動装置６０が外部から受けた力を算出し、更に、この算出した力に対応する力を、操縦用オブジェクト１０１に与える。この場合、操縦用オブジェクト１０１に与えられた力は、ユーザオブジェクト１０２が受ける反力に加味されるので、操縦者２００は、移動装置６０が外部から受けた力も力覚として感じることができる。
【０１１３】
［プログラム］
ここで、遠隔操縦装置１０を実現するためのプログラムについて説明する。本実施の形態１においては、プログラムは、コンピュータに、図４に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０７を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態１における遠隔操縦装置１０を実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、遠隔操縦部４１、情報処理部４０、及び制御部１４として機能し、処理を行なう。
【０１１４】
また、遠隔操縦装置１０を実現可能なコンピュータは、特に限定されず、上述したマイコンであっても良いし、汎用のパーソナルコンピュータであっても良い。更に、遠隔操縦装置１０を実現可能なコンピュータは、携帯電話、スマートフォン、又はタブレット型の遠隔操縦装置に備えられているコンピュータであっても良い。
【０１１５】
また、本実施の形態１におけるプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録された状態で提供されても良いし、インターネットを介して送信されても良い。なお、記録媒体の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash）及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記憶媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記憶媒体が挙げられる。
【０１１６】
［実施の形態１における効果］
以上のように、本実施の形態１では、操縦者は、遠隔操縦装置の表示画面に映し出される映像を見ながら、装着部材１３を装着した指で、表示画面上の操縦用オブジェクトを動かすことで、移動装置を遠隔操縦することができる。また、このとき、操縦者には、操縦用オブジェクトからの反力が力覚として伝達されるので、操縦者は、移動装置がどちらに進もうとしているのかを感覚で知ることができる。従って、遠隔操縦装置１０によれば、ジョイスティック等の従来からの遠隔操縦装置を用いる場合に比べて、操作性の向上が図られることになる。
【０１１７】
例えば、ジョイスティックによって作業用のロボットを操縦する場合は、車両を操縦する場合と異なり、前後方向、左右方向、及び上下方向に動かすために、２本のジョイスティックが必要となり、思い通りに動かすためには、慣れが必要となる。しかし、本実施の形態１では、操縦者は指一本で簡単に操縦できるので、思い通り動かすために慣れは必要なく、操作性の向上が図られる。
【０１１８】
また、本実施の形態１では、操縦者は、力覚によって、操縦用オブジェクトの元の位置及び状態を知ることができるので、この点からも操作性の向上が図られる。更に、本実施の形態１では、十分に大きな操作範囲が確保でき、二次元的に広いだけでなく、奥行き方向も含めた広い範囲での三次元的な力覚の提示が可能となる。
【０１１９】
また、本実施の形態１では、力覚の発生は、ヒトの知覚特性を考慮して行なわれているため、発生した力覚は、操縦者にとって違和感のないものとなる。更に、伝達部材の長さを確保することで、操縦者は指を大きく動かすことができ、この点からも、力覚は、操縦者にとって違和感のないものとなる。
【０１２０】
また、伝達部材として紐状の部材等を用いることができるので、操縦装置及び操縦システムの複雑化を抑制できる。更に、モータ等を空間的に配置する必要がないので、遠隔操縦装置の大型化も抑制される。このため、本実施の形態１によれば、製造コストの低減と機動性の向上とを図ることが可能となる。
【０１２１】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における、遠隔操縦装置、及び遠隔操縦システムについて、図１０〜図１３を参照しながら説明する。
【０１２２】
［システム構成、装置構成］
最初に、図１０及び図１１を用いて、本実施の形態２における遠隔操縦装置及び遠隔操縦システムの構成を説明する。図１０は、本発明の実施の形態２における遠隔操縦システムの概略構成を俯瞰的に示す図である。図１１は、本発明の実施の形態２における遠隔操縦装置の各構成部品を示す分解斜視図である。
【０１２３】
図１０に示すように、本実施の形態２における遠隔操縦システム１１０は、実施の形態１と同様に、移動装置６０と、それを遠隔から操縦するための遠隔操縦装置８０とを備えている。但し、本実施の形態２では、遠隔操縦装置８０は、実施の形態１と異なり、装着部材１３に加え、別の装着部材８１も備えている。また、装着部材１３と装着部材８１は、それぞれ、操縦者２００の別々の指に装着される。更に、遠隔操縦装置８０は、装着部材１３に相当するユーザオブジェクト１０２に加え、装着部材８１に相当するユーザオブジェクト１０３も作成し、これについても仮想空間内に配置し、カメラ６１からの映像に重ね合わせる。
【０１２４】
また、遠隔操縦装置８０は、装着部材１３と同様に、装着部材８１の位置も検出し、検出した位置に応じて、仮想空間内で、ユーザオブジェクト１０３を移動させることもできる。このため、本実施の形態２では、操縦者２００は、２本の指によるユーザオブジェクト１０２及び１０３の操作によって、操縦用オブジェクト１０１を掴むことができ、その状態で、操縦用オブジェクト１０１を回転させたり、前後に動かしたりすることができる。
【０１２５】
そして、遠隔操縦装置８０は、このときに操縦用オブジェクト１０１に与えられた外力を算出し、この外力によって操縦用オブジェクト１０１に生じた変化を特定する。また、遠隔操縦装置８０は、特定した変化と同様の変化が、移動装置６０に生じるように、移動装置６０に対して動作を指示すると共に、操縦者２００に、外力の反力を力覚として提示する。
【０１２６】
このように、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、操縦用オブジェクト１０１を動かすことで、移動装置６０を遠隔操縦することができるが、本実施の形態２では、更に、これを掴むことができるので、よりいっそう操作性が向上することになる。
【０１２７】
続いて、図１１を用いて、遠隔操縦装置８０の内部構成について説明する。なお、本実施の形態２は、装着部材８１が備えられている点と、これに伴う機構及び処理の増加の点とで、実施の形態１と相違しているが、他の点は、実施の形態１と同様である。よって、以降においては、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【０１２８】
図１１に示すように、遠隔操縦装置８０は、図２に示した遠隔操縦装置１０の構成に加えて、装着部材８１と、伝達部材８２と、駆動部８３とを更に備えている。このうち、伝達部材８２は、遠隔操縦装置８０から、装着部材８１へと伸びて、装着部材８１に引張力を伝達する。駆動部８３は、引張力を発生させて、それを伝達部材８２に与える。このように、本実施の形態２では、装着部材８１には、装着部材１３とは別のルートで引張力が与えられる。
【０１２９】
但し、本実施の形態２においても、伝達部材８２としては、操縦者２００に装着される装着部材８１へと伸びる紐状の部材、例えば、ワイヤーが用いられる。また、駆動部８３も、駆動部１１と同様に、プーリ１５が軸に取り付けられたモータであり、対応する伝達部材８２をプーリ１５で巻き取ることによって、対応する伝達部材８２に、引張力を与えている。更に、伝達部材８２の一端はプーリ１５に固定されている。
【０１３０】
更に、筐体５１の底面には、各伝達部材８２毎にも、通し穴１６が設けられている。よって、各伝達部材８２も、伝達部材１２と同様に、通し穴１６を経由して、遠隔操縦装置８０の背面側へと伸びる。なお、各通し穴１６の位置も、特に限定されないが、後述するように、装着部材８１による力覚の提示範囲も、対応する通し穴１６の位置によって決定される（図８の領域Ｘ参照）。よって、伝達部材８２を通すための各通し穴１６の位置も、求められる提示範囲を考慮した上で決定される。
【０１３１】
また、本実施の形態２においては、位置検出部３０は、各駆動部８３にも設けられている。駆動部８３に設けられた位置検出部３０は、装着部材８１の位置を検出するための位置検出データを、情報処理部４０に出力する。
【０１３２】
続いて、図１２を用いて、本実施の形態２における遠隔操縦システム１１０及び遠隔操縦装置８０でやり取りされるデータについて説明する。図１２は、本発明の実施の形態２における遠隔操縦システム及び遠隔操縦装置の構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、適宜図１０及び図１１を参酌する。
【０１３３】
図１１に示すように、遠隔操縦装置８０は、図３に示された構成に加え、装着部材８１と、伝達部材８２と、駆動部８３とを備えている。また、駆動部８３も、駆動部１１と同様に、制御部１４に接続されている。
【０１３４】
情報処理部４０は、実施の形態１と同様の処理を実行するが、これに加えて、装着部材８１の増設に伴う新たな処理も実行する。以下に具体的に説明する。
【０１３５】
例えば、操縦者２００（図１０参照）が、装着部材８１を装着した指を動かしたとする。この場合、対応する位置検出部３０が、位置検出データを情報処理部４０に出力するので、情報処理部４０は、装着部材８１の位置を算出する。具体的には、情報処理部４０は、まず、予め登録されている、伝達部材８２の全長、プーリ１５の直径、プーリ１５から通し穴１６までの距離等に基づいて、各伝達部材８２の通し穴１６から装着部材８１までの長さを算出する。次に、情報処理部４０は、算出された各伝達部材８２の長さに基づいて、装着部材８１の位置、即ち、操作原点を基準とした座標を算出する。
【０１３６】
また、情報処理部４０は、メモリ空間に構築された仮想空間内に、装着部材８１に相当するユーザオブジェクト１０３（図１０参照）を作成する。そして、情報処理部４０は、算出した装着部材８１の座標を、仮想空間内に設定された対応原点に適用して、ユーザオブジェクト１０３の位置（座標）を算出し、算出した位置に、ユーザオブジェクト１０３を配置する。更に、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１及びユーザオブジェクト１０２と共に、ユーザオブジェクト１０３も、カメラ６１からの映像に重ね合わせる。
【０１３７】
また、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０３が操縦用オブジェクト１０１に外力を与えた場合も、その外力を算出し、そして、算出した外力によって操縦用オブジェクト１０１に生じた変化を特定する。
【０１３８】
具体的には、本実施の形態２では、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１の位置、ユーザオブジェクト１０２の位置、ユーザオブジェクト１０３の位置、それぞれを互いに比較する。そして、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１がユーザオブジェクト１０２及び１０３によって掴まれた状態にあるかどうかを判定する。
【０１３９】
そして、判定の結果、掴まれた状態にある場合は、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２及び１０３の現在の位置とそれ以前に算出した位置とから、ユーザオブジェクト１０２及び１０３の動きを特定する。更に、情報処理部４０は、特定した両者の動きから、操縦用オブジェクト１０１に加えられた外力を算出し、それに生じた変化として、移動方向とこの移動方向への加速度とを特定する。
【０１４０】
また、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１を、特定した移動方向に、特定した加速度で動かして、変化を反映させて、反映後の操縦用オブジェクト１０１を表示する表示データを作成し、これを表示部２０に出力する。
【０１４１】
更に、情報処理部４０は、移動装置６０を、特定した移動方向に、特定した加速度で移動させるため、そのことを指示する操縦用データを作成し、これを遠隔操縦部４１に出力する。また、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２及び１０３それぞれ毎に、反力を求め、各反力を特定する提示力データを制御部１４に出力する。
【０１４２】
制御部１４は、本実施の形態では、駆動部１１だけでなく、駆動部８３にも、予め初期力を発生させておき、ユーザオブジェクト１０３における反力が、力覚として、装着部材８１を介して操縦者２００に伝達されるように、駆動部８３初期力を増加又は減少させる。よって、本実施の形態２では、操縦者２００には、装着部材１３及び装着部材８１のいずれか又は両方を介して力覚が提示される。
【０１４３】
遠隔操縦部４１は、実施の形態１と同様に、情報処理部４０から操縦用データが出力されてくると、操縦用データが通知する内容に応じて、移動装置６０に実行させる命令を作成する。また、通信部４２は、実施の形態１と同様に、移動装置６０から送信されてくる映像データの受信と、遠隔操縦部４１が作成した命令の送信とを実行する。
【０１４４】
［装置動作］
次に、本発明の実施の形態２における遠隔操縦装置８０の動作について図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の実施の形態２における遠隔操縦装置の動作を示すフロー図である。なお、以下の説明においては、適宜図１０〜図１２を参酌する。
【０１４５】
まず、本実施の形態２においても、前提として、移動装置６０から、カメラ６１で撮影された映像の映像データが遠隔操縦装置８０へと送信されており、遠隔操縦装置８０の表示画面２１には、カメラ６１で撮影された映像が表示されているとする。また、遠隔操縦装置８０において、情報処理部４０は、操縦オブジェクト１０１、ユーザオブジェクト１０２、及びユーザオブジェクト１０３を構築し、これらを仮想空間内に配置すると共に、表示画面２１に、これらの映像も重ねて表示させているとする。
【０１４６】
最初に、操縦者２００が、遠隔操縦装置８０の背面の空間において、移動装置６０を操縦するため、装着部材１３が装着された指と装着部材８１が装着された指とを動かす。これにより、図１２に示したように、位置検出部３０それぞれは、位置検出データを、情報処理部４０に出力する。
【０１４７】
次に、図１３に示すように、情報処理部４０は、出力されてきた位置検出データに基づいて、各伝達部材１２の通し穴１６から装着部材１３までの長さを算出し、更に、算出された各伝達部材１２の長さに基づいて、装着部材１３の位置（座標）を算出する（Ｓ２０１）。また、ステップＳ２０１では、情報処理部４０は、装着部材１３と同様に、装置着部材８１の位置（座標）も算出する。
【０１４８】
更に、ステップＳ２０１では、情報処理部４０は、装着部材１３及び８１の位置と仮想空間に設定された対応原点とから、ユーザオブジェクト１０２及び１０３の仮想空間での位置（座標）を算出し、算出した位置に、ユーザオブジェクト１０２及び１０３を配置する。
【０１４９】
次に、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１の位置と、ステップＳ２０１で算出したユーザオブジェクト１０２及び１０３の位置とを比較し、操縦用オブジェクト１０１がユーザオブジェクト１０２及び１０３によって掴まれた状態にあるかどうかを判定する（ステップＳ２０２）。
【０１５０】
ステップＳ２０２の判定の結果、操縦用オブジェクト１０１が掴まれた状態にない場合は、情報処理部４０は、次に装着部材１３及び８１の位置が変わるまで待機状態となり、装着部材１３及び８１の位置が変わると、再度ステップＳ２０１を実行する。
【０１５１】
一方、ステップＳ２０２の判定の結果、操縦用オブジェクト１０１が掴まれた状態にある場合は、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２の現在の位置とそれ以前に算出した位置とから、ユーザオブジェクト１０２及び１０３の動きを特定する。更に、情報処理部４０は、特定した動きから、操縦用オブジェクト１０１に加えられた外力を算出すると共に、この外力によって操縦用オブジェクト１０１に生じる変化を特定する（ステップＳ２０３）。
【０１５２】
次に、情報処理部４０は、ユーザオブジェクト１０２及び１０３それぞれについて、ステップＳ２０３で算出された外力に対する反力を求め、求めた各反力を特定する提示力データを作成する（ステップ２０４）。また、ステップＳ２０４では、情報処理部４０は、提示力データを制御部１４に出力する。
【０１５３】
次に、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１において、特定した変化を反映させ、更に、反映後の操縦用オブジェクト１０１を表示する表示データを作成し、これを表示部２０に出力する（ステップＳ２０５）。
【０１５４】
次に、情報処理部４０は、ステップＳ２０３で特定した変化を通知する操縦用データを作成し、これを遠隔操縦部４１に出力する。これにより、遠隔操縦部４１は、操縦用データが通知する内容に応じて、移動装置６０に実行させる命令を作成し、通信部４２に、作成した命令を送信させる（ステップＳ２０６）。そして、ステップＳ２０６が実行されると、移動装置６０は、受信した命令に応じた動作を実行する。
【０１５５】
次に、制御部１４は、ステップＳ２０４で作成された提示力データを受け取ると、駆動部１１それぞれが出力すべき引張力と、駆動部８３それぞれが出力すべき引張力とを算出する（ステップＳ２０７）。また、ステップＳ２０７では、制御部１４は、更に、各駆動部１１に引張力を発生させる制御データと、各駆動部８３に引張力を発生させる制御データとを生成し、これらを各駆動部に出力する。
【０１５６】
ステップＳ２０７が実行されると、遠隔操縦装置１０において、各駆動部１１及び８３を構成する各モータは、制御データに応じて回転して、対応する伝達部材を引っ張り、操縦者２００の指先に、装着部材１３及び８１を介して力覚を提示する（ステップＳ２０８）。
【０１５７】
そして、ステップＳ２０１〜Ｓ２０８は、繰り返し実行されるので、操縦者２００は、２本の指を動かして、ユーザオブジェクト１０２及び１０３によって操縦用オブジェクト１０１を掴んで、これを動かすことで、移動装置６０を操作することができる。その間、操縦者２００は、連続して、２本の指において力覚の提示を受けることができる。
【０１５８】
また、本実施の形態２でも、実施の形態１と同様に、情報処理部４０は、操縦用オブジェクト１０１の位置及び向きの一方又は両方が大きく変化する程、外力の値を大きく算出することができる。この場合、操縦者２００は、現在行っている操作を力覚によって認識することができるので、操作性がいっそう向上することになる。
【０１５９】
［プログラム］
ここで、遠隔操縦装置８０を実現するためのプログラムについて説明する。本実施の形態２においては、プログラムは、コンピュータに、図１３に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０７を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態２における遠隔操縦装置８０を実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、遠隔操縦部４１、情報処理部４０、及び制御部１４として機能し、処理を行なう。
【０１６０】
また、本実施の形態２においても、遠隔操縦装置８０を実現可能なコンピュータは、実施の形態１と同様に、特に限定されず、上述したマイコンであっても良いし、汎用のパーソナルコンピュータであっても良い。遠隔操縦装置８０を実現可能なコンピュータも、携帯電話、スマートフォン、又はタブレット型の遠隔操縦装置に備えられているコンピュータであっても良い。
【０１６１】
また、本実施の形態２におけるプログラムも、実施の形態１と同様に、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録された状態で提供されても良いし、インターネットを介して送信されても良い。
【０１６２】
［実施の形態２における効果］
以上のように本実施の形態２では、移動装置の操縦は、２本の指で移動装置を掴み、その状態で移動装置を種々の方向に動かすような感覚で行うことができる。たとえて言うならば、子供が車のおもちゃを手で掴んで遊ぶときのような感覚である。このため、実施の形態２によれば、実施の形態１に比べていっそうの操作性の向上が図られる。また、本実施の形態２においても、実施の形態１で述べた効果は全て得ることが可能である。更に、本実施の形態２に対しても、実施の形態１で述べた変形例を適用することができる。
【０１６３】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３における、遠隔操縦装置、及び遠隔操縦システムについて、図１４を参照しながら説明する。図１４は、本発明の実施の形態３における遠隔操縦システムの概略構成を俯瞰的に示す図である。
【０１６４】
図１４に示すように、本実施の形態３における遠隔操縦システム１２０は、実施の形態１及び２と同様に、移動装置６０と、それを遠隔から操縦するための遠隔操縦装置９０とを備えている。
【０１６５】
但し、本実施の形態３では、移動装置６０は、作業用アーム６４の先端付近にもカメラ６５を備えている。また、遠隔操縦装置９０は、実施の形態２において図１０〜図１３に示した遠隔操縦装置８０と同様の機能及び構成を備えているが、以下に示すように、遠隔操縦装置８０に備えられていない新たな機能を備えている。
【０１６６】
具体的には、遠隔操縦装置９０は、カメラ６１からの映像と、カメラ６５からの映像とを切替えて、表示画面２１に表示することができる。カメラ６１からの映像が表示される場合は、図１０に示したように、遠隔操縦装置９０の前方の景色と移動装置６０の一部とが表示される。一方、カメラ６５からの映像が表示される場合は、図１４に示すように、作業用アーム６４の前方の景色と作業アーム６４の一部とが表示される。
【０１６７】
また、本実施の形態３では、図１４に示すように、遠隔操縦装置９０の情報処理部（図１２参照）は、カメラ６５からの映像が表示される場合に、作業用アーム６４に対応するオブジェクト（以下「アーム操縦用オブジェクト」）１０４を作成する。そして、情報処理部は、操縦用オブジェクト１０１の代わりに、リング状のアーム操縦用オブジェクト１０４を仮想空間内に配置し、これをユーザオブジェクト１０２及び１０３と共に、カメラ６５からの映像に重ね合わせる。また、このとき、情報処理部は、表示画面２１において、作業用アーム６４がアーム操縦用オブジェクト１０４に囲まれるように、アーム操縦用オブジェクト１０４を配置する。
【０１６８】
また、情報処理部は、アーム操縦用オブジェクト１０４の位置についても、ユーザオブジェクト１０２及び１０３によって掴まれた状態にあるかどうかを判定する。そして、判定の結果、掴まれた状態にある場合は、情報処理部は、実施の形態２で述べたように、ユーザオブジェクト１０２及び１０３の動きを特定し、特定した両者の動きから、アーム操縦用オブジェクト１０４に加えられた外力を算出する。更に、情報処理部は、外力によって生じた変化として、アーム操縦用オブジェクト１０４における移動方向とこの移動方向への加速度とを特定する。
【０１６９】
また、情報処理部は、アーム操縦用オブジェクト１０４を、特定した移動方向に、特定した加速度で動かして、変化を反映させて、反映後のアーム操縦用オブジェクト１０４を表示する表示データを作成し、これを表示部２０に出力する。
【０１７０】
更に、情報処理部は、作業用アーム６４を、特定した移動方向に、特定した加速度で移動させるため、そのことを指示する操縦用データを作成し、これを遠隔操縦部（図１２参照）に出力する。また、情報処理部は、ユーザオブジェクト１０２及び１０３それぞれ毎に、反力を求め、各反力を特定する提示力データを制御部（図１２参照）に出力する。
【０１７１】
制御部は、実施の形態２と同様に、駆動部１１及び８３に予め初期力を発生させ、ユーザオブジェクト１０２及び１０３における反力が、力覚として、操縦者２００に伝達されるように、初期力を増加又は減少させる。
【０１７２】
遠隔操縦部（図１２参照）は、情報処理部から操縦用データが出力されてくると、作業用アーム６４に、情報処理部が特定した変化と同様の変化が生じるように、移動装置６０に対して動作を指示する。具体的には、遠隔操縦部は、操縦用データが通知する内容に応じて、作業用アームに実行させる命令を作成する。
【０１７３】
例えば、操縦者２００が、アーム操縦用オブジェクト１０４が前後方向又は左右方向に動かしたとすると、遠隔操縦部は、作業用アーム６４の先端部分が、指示された方向へと動くように、関節毎に、最適な回転角度を算出する。そして、遠隔操縦部は、算出された各関節の回転角度を指示する命令を作成する。なお、回転角度の算出は、逆運動学問題を解くことによって可能となる。
【０１７４】
以上のように、本実施の形態３によれば、操縦者２００は、作業用アーム６４の操縦も、２本の指で作業用アーム６４を掴み、その状態で作業用アーム６４を種々の方向に動かすような感覚で行うことができ、作業用アーム６４の操作性も向上することになる。また、本実施の形態２においても、実施の形態１で述べた効果は全て得ることが可能である。更に、本実施の形態２に対しても、実施の形態１で述べた変形例を適用することができる。
【０１７５】
また、本実施の形態３における遠隔操縦装置９０の動作も、実施の形態２において図１３に示した各ステップに沿って行われる。従って、本実施の形態３におけるプログラムも、コンピュータに、図１３に示すステップＳ２０１〜Ｓ２０７を実行させるプログラムであれば良い。但し、作業アーム６４のカメラ６５からの映像が表示画面２１に表示される場合は、処理対象が、操縦オブジェクト１０１（図１０）ではなく、アーム操縦用オブジェクト１０４（図１４参照）となる。
【０１７６】
また、図１４に示した例では、カメラ６１からの映像と、カメラ６５からの映像とは、切替によって別々に表示画面２１に表示されているが、本実施の形態３はこの例に限定されない。本実施の形態３は、カメラ６１からの映像と、カメラ６５からの映像とが、表示画面２１上に一緒に表示される態様であっても良い。この場合、操縦者２００は、画面を切替えることなく、移動装置６０自体と作業用アーム６４とを操縦することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
以上のように、本発明によれば、遠隔操縦装置及び遠隔システムにおいて、製造コストの低減と機動性の向上とを図ることができる。よって、本発明は、遠隔操縦が求められる各種分野、例えば、作業用ロボット、レスキューロボット等に有用である。
【符号の説明】
【０１７８】
１０  遠隔操縦装置（実施の形態１）
１１  駆動部
１２  伝達部材
１３  装着部材
１４  制御部
１５  プーリ
１６  通し穴
１８  装着部材収納用の凹部
１９  伝達部材収納用の凹部
２０  表示部
２１  表示画面
３０  位置検出部
４０  情報処理部
４１  遠隔操縦部
４２  通信部
５０  カバー
５１  筐体
６０  移動装置
６１  カメラ
６２  動力部
６３  通信部
６４  作業用アーム
６５  カメラ
７０  実空間に存在する物体
８０  遠隔操縦装置（実施の形態２）
８１  装着部材
８２  伝達部材
８３  駆動部
９０  遠隔操縦装置（実施の形態３）
１００  遠隔操縦システム（実施の形態１）
１０１  操縦用オブジェクト
１０２、１０３  ユーザオブジェクト
１０４  アーム操縦用オブジェクト
１１０  遠隔操縦システム（実施の形態２）
１２０  遠隔操縦システム（実施の形態３）
２００  操縦者
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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