(57)【要約】【課題】あたかもピンセットを直接把持しているような力覚を提供することが可能なマスタースレーブ装置用マスター装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】ハンド機構４の開閉動作で対象物５を把持して被対象物６に作業をスレーブ機構４１で行うマスタースレーブ装置１００に備えられ、ハンド機構操作用のハンド操作機構３０を有して人１１が遠隔によりマスター機構２９でスレーブ機構を操作しハンド操作機構の操作によりハンド機構で作業を行わせるマスター装置８０であって、ハンド操作機構では、人が操作する一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂを有するハンド操作部１２がスライド部１３で進退し、一対の開閉操作部が開閉操作されて角度が変化してハンド機構を開閉動作させ、スライド部に対するハンド操作部の位置又は一対の開閉操作部での角度に基づいて、ハンド機構を操作する動作情報をマスターハンド制御装置２３でスレーブ機構に出力する。【選択図】図７Ａ
2015006722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉動作により対象物を把持するハンド機構と、前記ハンド機構を有しかつ前記ハンド機構で前記対象物を把持して被対象物に対して作業を行うスレーブ機構とを備えるマスタースレーブ装置に備えられ、前記ハンド機構を操作するハンド操作機構と、前記ハンド操作機構を有して前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とを有し、前記人が遠隔により前記マスター機構の前記ハンド操作機構を操作して、前記スレーブ機構の前記ハンド機構で前記対象物を把持して前記被対象物に対して作業を行わせるマスター装置であって、
前記ハンド操作機構は、前記人が操作する一対の開閉操作部を有するハンド操作部と、前記ハンド操作部が進退するスライド部とを有し、前記一対の開閉操作部が開位置と閉位置との間で開閉操作されて前記一対の開閉操作部の間の角度が変化して、前記ハンド機構の一対の開閉部材を開閉動作させるとともに、
前記スライド部に対する前記ハンド操作部の位置と前記一対の開閉操作部での前記角度とに基づいて、前記ハンド機構を操作する動作情報を前記スレーブ機構に出力するマスターハンド制御装置とを備える、
マスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項２】
前記ハンド機構を操作する前記動作情報は、前記ハンド機構の角度情報と前記スレーブ機構の位置とで構成されている、
請求項１に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項３】
開閉動作により対象物を把持するハンド機構と、前記ハンド機構を有しかつ前記ハンド機構で前記対象物を把持して被対象物に対して作業を行うスレーブ機構とを備えるマスタースレーブ装置に備えられ、前記ハンド機構を操作するハンド操作機構と、前記ハンド操作機構を有して前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とを有し、前記人が遠隔により前記マスター機構の前記ハンド操作機構を操作して、前記スレーブ機構の前記ハンド機構で前記対象物を把持して前記被対象物に対して作業を行わせるマスター装置であって、
前記ハンド操作機構は、前記人が操作する一対の開閉操作部を有するハンド操作部と、前記ハンド操作部が進退するスライド部とを有し、前記一対の開閉操作部が開位置と閉位置との間で開閉操作されて前記一対の開閉操作部の間の角度が変化して、前記ハンド機構の一対の開閉部材を開閉動作させるとともに、
前記スライド部に対する前記ハンド操作部の位置に基づいて、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が、前記マスター機構の前記端部の端縁から離れる方向へ前記スライド部が移動するほど前記生成力情報もしくは前記生成把持力情報が大きくなるように生成し、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が、前記マスター機構の前記端部の前記端縁に近づく方向へ移動するほど前記生成力情報もしくは前記生成把持力情報が小さくなるように生成する動作情報生成部と、
前記動作情報生成部で生成した動作情報を前記スレーブ機構に出力するマスターハンド制御部とを備える、マスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項４】
前記スライド部は、前記マスター機構の端部に連結されるとともに、
前記マスター機構の前記端部に対する前記ハンド操作部の位置を、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置として、取得するスライド位置取得部と、
前記ハンド操作部の前記一対の開閉操作部での前記角度を取得する開閉角度取得部とをさらに備える、
請求項１に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項５】
前記スライド部は、前記マスター機構の端部に連結されるとともに、
前記マスター機構の前記端部に対する前記ハンド操作部の位置を、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置として、取得するスライド位置取得部と、
前記ハンド操作部の前記一対の開閉操作部での前記角度を取得する開閉角度取得部と、
前記スレーブ機構に外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記ハンド機構により前記対象物を把持したときの把持力情報を取得する把持力情報取得部とをさらに備えるとともに、
前記マスターハンド制御装置は、
前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置と前記力情報取得部で取得した前記力情報もしくは前記把持力情報取得部で取得した前記把持力情報とに応じて、動作情報のための生成力情報もしくは生成把持力情報を生成する動作情報生成部と、
前記動作情報生成部で生成した生成力情報と生成把持力情報とを前記マスター機構に動作情報として伝達するマスターハンド制御部とを備える一方、
さらに、前記スレーブ機構と前記マスターハンド制御部とに接続され、前記マスターハンド制御部から送られる前記マスター機構の前記動作情報を、前記スレーブ機構に伝達する動作情報として出力するスレーブハンド制御部を備える、
請求項１に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項６】
前記動作情報生成部は、前記スレーブ機構と前記マスターハンド制御部とに接続されて、前記スライド位置検出部で検出した、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置に基づいて、前記マスターハンド制御装置から送られる前記マスター機構の動作情報を生成する、
請求項５に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項７】
前記ハンド機構を移動させる移動モードと、前記ハンド機構で前記作業を行う力モードとの間で制御モードを切り替える制御情報設定部をさらに備え、
前記マスターハンド制御装置は、前記制御情報設定部で設定された前記制御モードに基づいて、前記スレーブ機構を制御する動作情報を出力する、
請求項１〜６のいずれか１つに記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項８】
前記制御情報設定部で、前記移動モードと前記力モードとの間で前記制御モードを切り替えるとき、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置をリセットするために制御動作を一時的に停止させるリセットモードを設定するリセットモード設定部をさらに備える、
請求項７に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項９】
前記動作情報生成部は、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が、前記マスター機構の前記端部の端縁から離れる方向へ前記スライド部が移動するほど前記生成力情報もしくは前記生成把持力情報が大きくなるように生成し、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が、前記マスター機構の前記端部の前記端縁に近づく方向へ移動するほど前記生成力情報もしくは前記生成把持力情報が小さくなるように生成する、
請求項５記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項１０】
前記人が前記ハンド操作部を把持したときの前記人が加える力を取得する人力取得部をさらに備え、
前記制御情報設定部は、前記人力取得部で取得した前記人の力と前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置とに応じて、前記ハンド操作部の機械インピーダンス値を設定するとともに、
前記マスターハンド制御装置は、前記制御情報設定部で設定された前記機械インピーダンス値に基づいて、前記ハンド操作部を制御する、請求項１〜９のいずれか１つに記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項１１】
前記制御情報設定部は、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が、前記スライド部が、前記マスター機構の前記端部の端縁から遠ざかる方向へ移動するほど、前記機械インピーダンス値の慣性の値が小さくなるように設定する、請求項１０に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項１２】
前記制御情報設定部は、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が前記マスター機構の前記端部の端縁から遠ざかる方向へ移動するほど、前記機械インピーダンス値の剛性の値が小さくなるように設定する、請求項１０に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項１３】
前記制御情報設定部は、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が前記マスター機構の前記端部の端縁から遠ざかる方向へ移動するほど、前記機械インピーダンス値の粘性の値が小さくなるように設定する、請求項１０に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つに記載のマスタースレーブ装置用マスター装置と、
前記ハンド機構と、
前記スレーブ機構とを備える、マスタースレーブ装置。
【請求項１５】
開閉動作により対象物を把持するハンド機構と、前記ハンド機構を有しかつ前記ハンド機構で前記対象物を把持して被対象物に対して作業を行うスレーブ機構とを備えるマスタースレーブ装置に備えられ、前記ハンド機構を操作するハンド操作機構と、前記ハンド操作機構を有して前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とを有し、前記人が遠隔により前記マスター機構の前記ハンド操作機構を操作して、前記スレーブ機構の前記ハンド機構で前記対象物を把持して前記被対象物に対して作業を行わせるマスター装置の制御方法であって、
前記ハンド操作機構は、前記人が操作する一対の開閉操作部を有するハンド操作部と、前記ハンド操作部が進退するスライド部とを有し、前記一対の開閉操作部が開位置と閉位置との間で開閉操作されて前記一対の開閉操作部の間の角度が変化して、前記ハンド機構の一対の開閉部材を開閉動作させる、マスタースレーブ装置用マスター装置の制御方法であって、
前記マスター機構の前記端部に対する前記ハンド操作部の位置を、前記マスター機構の端部に連結された前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置として、スライド位置取得部で取得し、
前記ハンド操作部の前記一対の開閉操作部での前記角度を開閉角度取得部で取得し、
前記スライド部に対する前記ハンド操作部の位置又は前記一対の開閉操作部での前記角度に基づいて、前記ハンド機構を操作する動作情報を前記スレーブ機構にマスターハンド制御装置から出力する、マスタースレーブ装置用マスター装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばロボットの動作を生成して出力するためのマスタースレーブロボットのマスタースレーブ装置用マスター装置及びその制御方法、及び、マスタースレーブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、手術ロボットのアーム部及び手術器具に力センサを配置して、力センサで鉗子先端にかかる力、あるいはロボットアームに加わる力を検出して、術者にフィードバックする技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１１−５１７４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
人がピンセットを実際に把持して操作する場合には、ピンセットの把持位置によって、力の感じ方が異なる。例えば、人がピンセットの先端に近い位置を把持した場合には、人は把持力の細かな変化を感じることができる。しかしながら、人がピンセットの先端から離れた位置を把持する場合には、人は、先端で把持するときに比べて、人は細かな力の変化を感じることができない。
【０００５】
特許文献１では、スレーブにかかる力を補正してマスター機にフィードバックしているが、ピンセットの把持の仕方をマスターで切り替えたり、把持位置に応じた、きめ細かなフィードバック力の補正は行っていない。
【０００６】
本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたものであり、あたかも人が直接ピンセット又はグリッパの把持位置を変えながら操作した際に人の手に感じる力に近い値をフィードバック可能な、マスタースレーブ装置用マスター装置及びその制御方法、及び、マスタースレーブロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【０００８】
本発明の１つの態様によれば、開閉動作により対象物を把持するハンド機構と、前記ハンド機構を有しかつ前記ハンド機構で前記対象物を把持して被対象物に対して作業を行うスレーブ機構とを備えるマスタースレーブ装置に備えられ、前記ハンド機構を操作するハンド操作機構と、前記ハンド操作機構を有して前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とを有し、前記人が遠隔により前記マスター機構の前記ハンド操作機構を操作して、前記スレーブ機構の前記ハンド機構で前記対象物を把持して前記被対象物に対して作業を行わせるマスター装置であって、
前記ハンド操作機構は、前記人が操作する一対の開閉操作部を有するハンド操作部と、前記ハンド操作部が進退するスライド部とを有し、前記一対の開閉操作部が開位置と閉位置との間で開閉操作されて前記一対の開閉操作部の間の角度が変化して、前記ハンド機構の一対の開閉部材を開閉動作させるとともに、
前記スライド部に対する前記ハンド操作部の位置と前記一対の開閉操作部での前記角度とに基づいて、前記ハンド機構を操作する動作情報を前記スレーブ機構に出力するマスターハンド制御装置とを備える、
マスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【０００９】
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の前記態様によれば、スレーブ機構に把持したピンセット又はグリッパの把持位置を変更しながら操作した際に人の手に感じる力に近い値を、マスター機構から人の手にフィードバック可能として、あたかもピンセット又はグリッパの把持位置を変更したかのような力覚を感じることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態におけるマスタースレーブ装置の構成の概要を示す図
【図２Ａ】第１実施形態において、マスター側のハンド操作機構を上方向から見た平面図
【図２Ｂ】第１実施形態において、ハンド操作機構を斜め横方向から見た斜視図
【図２Ｃ】第１実施形態において、ハンド操作機構のスライドレールと操作部支持部とが係合している状態を点線で示す拡大平面図
【図２Ｄ】第１実施形態において、スライドラチェット部とスライド軸受ラチェット部とが係合した状態での図２ＣのＤ−Ｄ線断面図
【図２Ｅ】第１実施形態において、スライドラチェット部とスライド軸受ラチェット部とが係合解除した状態での図２ＣのＤ−Ｄ線断面図
【図３】第１実施形態において、作業者が把持した状態のハンド操作機構の平面図
【図４Ａ】第１実施形態において、スレーブ側のハンド機構を上方向から見た平面図
【図４Ｂ】第１実施形態において、スレーブ側のハンド機構を斜め横方向から見た斜視図
【図５Ａ】本発明の第１実施形態の移動モードにおけるスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図５Ｂ】本発明の第１実施形態の移動モードにおけるスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図５Ｃ】本発明の第１実施形態の移動モードにおけるスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図５Ｄ】本発明の第１実施形態の移動モードにおけるスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図５Ｅ】本発明の第１実施形態のリセットモードにおけるスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図５Ｆ】本発明の第１実施形態の力モードにおけるスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図５Ｇ】本発明の第１実施形態の力モードにおけるスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図５Ｈ】本発明の第１実施形態の力モードにおけるスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図６Ａ】本発明の第１実施形態の移動モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図６Ｂ】本発明の第１実施形態の移動モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図６Ｃ】本発明の第１実施形態の移動モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図６Ｄ】本発明の第１実施形態の移動モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図６Ｅ】本発明の第１実施形態のリセットモードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図６Ｆ】本発明の第１実施形態の力モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図６Ｇ】本発明の第１実施形態の力モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図６Ｈ】本発明の第１実施形態の力モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図７Ａ】本発明の第１実施形態におけるマスタースレーブ装置の詳細構成を示すブロック図
【図７Ｂ】本発明の第１実施形態におけるマスタースレーブ装置のハンド操作機構の詳細構成を示すブロック図
【図８】本発明の第１実施形態における力計測装置の詳細構成を示すブロック図
【図９】本発明の第１実施形態における把持力検出部を説明する図
【図１０Ａ】本発明の第１実施形態における判定結果通知部の一例を説明する図
【図１０Ｂ】本発明の第１実施形態における判定結果通知部の一例を説明する図
【図１１Ａ】本発明の第１実施形態における動作情報データベースに関する図
【図１１Ｂ】本発明の第１実施形態における制御情報データベースに関する図
【図１２】本発明の第１実施形態におけるハンド操作部の角度を説明する図
【図１３】本発明の第１実施形態におけるハンドの角度を説明する図
【図１４Ａ】本発明の第１実施形態におけるハンド操作機構の操作を説明する図
【図１４Ｂ】本発明の第１実施形態におけるハンド操作機構の操作を説明する図
【図１４Ｃ】本発明の第１実施形態におけるハンド操作機構の操作を説明する図
【図１５Ａ】本発明の第１実施形態におけるピンセットの操作を説明する図
【図１５Ｂ】本発明の第１実施形態におけるピンセットの操作を説明する図
【図１５Ｃ】本発明の第１実施形態におけるピンセットの操作を説明する図
【図１６】本発明の第１実施形態におけるマスタースレーブ装置のフローチャート
【図１７】本発明の第２実施形態におけるマスタースレーブ装置の詳細構成を示すブロック図
【図１８】本発明の第２実施形態における制御情報データベースに関する図
【図１９Ａ】本発明の第２実施形態におけるハンド操作機構の操作を説明する図
【図１９Ｂ】本発明の第２実施形態におけるハンド操作機構の操作を説明する図
【図２０】本発明の第２実施形態におけるマスタースレーブ装置のフローチャート
【図２１Ａ】本発明の第１実施形態の変形例の移動モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図２１Ｂ】本発明の第１実施形態の変形例の移動モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図２１Ｃ】本発明の第１実施形態の変形例の移動モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図２１Ｄ】本発明の第１実施形態の変形例の移動モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図２１Ｅ】本発明の第１実施形態の変形例のリセットモードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図２１Ｆ】本発明の第１実施形態の変形例の力モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図２１Ｇ】本発明の第１実施形態の変形例の力モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図２１Ｈ】本発明の第１実施形態の変形例の力モードにおけるマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図
【図２２Ａ】本発明の第１実施形態の変形例におけるハンド操作部の構成を説明する図
【図２２Ｂ】本発明の第１実施形態の別の変形例に別のおけるハンド操作部の構成を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１４】
本発明の第１態様によれば、開閉動作により対象物を把持するハンド機構と、前記ハンド機構を有しかつ前記ハンド機構で前記対象物を把持して被対象物に対して作業を行うスレーブ機構とを備えるマスタースレーブ装置に備えられ、前記ハンド機構を操作するハンド操作機構と、前記ハンド操作機構を有して前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とを有し、前記人が遠隔により前記マスター機構の前記ハンド操作機構を操作して、前記スレーブ機構の前記ハンド機構で前記対象物を把持して前記被対象物に対して作業を行わせるマスター装置であって、
前記ハンド操作機構は、前記人が操作する一対の開閉操作部を有するハンド操作部と、前記ハンド操作部が進退するスライド部とを有し、前記一対の開閉操作部が開位置と閉位置との間で開閉操作されて前記一対の開閉操作部の間の角度が変化して、前記ハンド機構の一対の開閉部材を開閉動作させるとともに、
前記スライド部に対する前記ハンド操作部の位置と前記一対の開閉操作部での前記角度とに基づいて、前記ハンド機構を操作する動作情報を前記スレーブ機構に出力するマスターハンド制御装置とを備える、
マスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００１５】
本構成によって、ハンド操作部のスライド位置に応じてマスター機構へフィードバックする力の情報を生成するようにしている。この結果、スレーブ機構に把持したピンセット又はグリッパの把持位置を変更しながら操作した際に人の手に感じる力に近い値を、マスター機構から人の手にフィードバック可能として、あたかもピンセット又はグリッパの把持位置を変更したかのような力覚を感じることが可能となる。
【００１６】
本発明の第２態様によれば、前記ハンド機構を操作する前記動作情報は、前記ハンド機構の角度情報と前記スレーブ機構の位置とで構成されている、
第１の態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
本構成によって、ハンド操作部の位置と開閉操作部の角度に応じて、スレーブ機構に把持したピンセット又はグリッパの把持角度とスレーブ機構の位置を生成するようにしている。この結果、スレーブ機構に把持したピンセット又はグリッパの角度やスレーブ機構の位置を変更しながら、操作した際に人の手に感じる力に近い値を、マスター機構から人の手にフィードバック可能として、あたかもピンセット又はグリッパの把持位置を変更したかのような力覚を感じることが可能となる。
本発明の第３態様によれば、開閉動作により対象物を把持するハンド機構と、前記ハンド機構を有しかつ前記ハンド機構で前記対象物を把持して被対象物に対して作業を行うスレーブ機構とを備えるマスタースレーブ装置に備えられ、前記ハンド機構を操作するハンド操作機構と、前記ハンド操作機構を有して前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とを有し、前記人が遠隔により前記マスター機構の前記ハンド操作機構を操作して、前記スレーブ機構の前記ハンド機構で前記対象物を把持して前記被対象物に対して作業を行わせるマスター装置であって、
前記ハンド操作機構は、前記人が操作する一対の開閉操作部を有するハンド操作部と、前記ハンド操作部が進退するスライド部とを有し、前記一対の開閉操作部が開位置と閉位置との間で開閉操作されて前記一対の開閉操作部の間の角度が変化して、前記ハンド機構の一対の開閉部材を開閉動作させるとともに、
前記スライド部に対する前記ハンド操作部の位置に基づいて、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が、前記マスター機構の前記端部の端縁から離れる方向へ前記スライド部が移動するほど前記生成力情報もしくは前記生成把持力情報が大きくなるように生成し、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が、前記マスター機構の前記端部の前記端縁に近づく方向へ移動するほど前記生成力情報もしくは前記生成把持力情報が小さくなるように生成する動作情報生成部と、
前記動作情報生成部で生成した動作情報を前記スレーブ機構に出力するマスターハンド制御部とを備える、マスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
本構成によって、ハンド操作部のスライド位置がスライド部に対して前方（マスター機構の前記端部の端縁から離れる方向）に移動するほど、マスター機構にフィードバックされる力を強くすることで、あたかもピンセットを直接把持しているような感覚を提供することができる。
本発明の第４態様によれば、前記スライド部は、前記マスター機構の端部に連結されるとともに、
前記マスター機構の前記端部に対する前記ハンド操作部の位置を、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置として、取得するスライド位置取得部と、
前記ハンド操作部の前記一対の開閉操作部での前記角度を取得する開閉角度取得部とをさらに備える、
第１の態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００１７】
本構成によって、ハンド操作部のスライド位置に応じてスレーブ機構による対象物の作業の方向（例えば挿入方向）などのアプローチ方向の位置を微調整をすることができる。
【００１８】
本発明の第５態様によれば、前記スライド部は、前記マスター機構の端部に連結されるとともに、
前記マスター機構の前記端部に対する前記ハンド操作部の位置を、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置として、取得するスライド位置取得部と、
前記ハンド操作部の前記一対の開閉操作部での前記角度を取得する開閉角度取得部と、
前記スレーブ機構に外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部と、
前記ハンド機構により前記対象物を把持したときの把持力情報を取得する把持力情報取得部とをさらに備えるとともに、
前記マスターハンド制御装置は、
前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置と前記力情報取得部で取得した前記力情報もしくは前記把持力情報取得部で取得した前記把持力情報とに応じて、動作情報のための生成力情報もしくは生成把持力情報を生成する動作情報生成部と、
前記動作情報生成部で生成した生成力情報と生成把持力情報とを前記マスター機構に動作情報として伝達するマスターハンド制御部とを備える一方、
さらに、前記スレーブ機構と前記マスターハンド制御部とに接続され、前記マスターハンド制御部から送られる前記マスター機構の前記動作情報を、前記スレーブ機構に伝達する動作情報として出力するスレーブハンド制御部を備える、
第１の態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００１９】
本構成によれば、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置と前記力情報取得部で取得した前記力情報もしくは前記把持力情報取得部で取得した前記把持力情報に応じて、マスター機構から人の手にフィードバック可能として、あたかもピンセット又はグリッパの把持位置を変更したかのような力覚を感じることが可能となる。
【００２０】
本発明の第６態様によれば、前記動作情報生成部は、前記スレーブ機構と前記マスターハンド制御部とに接続されて、前記スライド位置検出部で検出した、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置に基づいて、前記マスターハンド制御装置から送られる前記マスター機構の動作情報を生成する、
第５の態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００２１】
本構成によれば、前記スライド位置検出部で検出した、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置に応じて、マスター機構から人の手にフィードバック可能として、あたかもピンセット又はグリッパの把持位置を変更したかのような力覚を感じることが可能となる。
【００２２】
本発明の第７態様によれば、前記ハンド機構を移動させる移動モードと、前記ハンド機構で前記作業を行う力モードとの間で制御モードを切り替える制御情報設定部をさらに備え、
前記マスターハンド制御装置は、前記制御情報設定部で設定された前記制御モードに基づいて、前記スレーブ機構を制御する動作情報を出力する、
第１〜６のいずれか１つの態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００２３】
本構成によれば、前記ハンド機構を移動させる移動モードと、前記ハンド機構で前記作業を行う力モードとの間で制御モードを切り替える制御情報設定部により、前記ハンド機構の位置を微調整するモードとあたかもピンセットの把持位置を変えかのような力覚をフィードバックするモードを切り替えることが可能となる。
【００２４】
本発明の第８態様によれば、前記制御情報設定部で、前記移動モードと前記力モードとの間で前記制御モードを切り替えるとき、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置をリセットするために制御動作を一時的に停止させるリセットモードを設定するリセットモード設定部をさらに備える、
第７の態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００２５】
本構成によれば、前記リセットモードにより、制御動作を一時的に停止させることができるため、作業者はハンド操作部を使いやすい位置（例えば、スライド部の後方側の初期位置）に移動させることが可能となる。
【００２６】
本発明の第９態様によれば、前記動作情報生成部は、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が、前記マスター機構の前記端部の端縁から離れる方向へ前記スライド部が移動するほど前記生成力情報もしくは前記生成把持力情報が大きくなるように生成し、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が、前記マスター機構の前記端部の前記端縁に近づく方向へ移動するほど前記生成力情報もしくは前記生成把持力情報が小さくなるように生成する、
第５の態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００２７】
本構成によって、ハンド操作部のスライド位置がスライド部に対して前方（マスター機構の前記端部の端縁から離れる方向）に移動するほど、マスター機構にフィードバックされる力を強くすることで、あたかもピンセットを直接把持しているような感覚を提供することができる。
【００２８】
本発明の第１０態様によれば、前記人が前記ハンド操作部を把持したときの前記人が前記加える力を取得する人力取得部をさらに備え、
前記制御情報設定部は、前記人力取得部で取得した前記人の力と前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置とに応じて、前記ハンド操作部の機械インピーダンス値を設定するとともに、
前記マスターハンド制御装置は、前記制御情報設定部で設定された前記機械インピーダンス値に基づいて、前記ハンド操作部を制御する、第１〜９のいずれか１つの態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００２９】
本構成によって、ハンド操作部の機械インピーダンス値を設定することで、ピンセットの操作性をきめ細かく制御することができる。
【００３０】
本発明の第１１態様によれば、前記制御情報設定部は、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が、前記スライド部が、前記マスター機構の前記端部の端縁から遠ざかる方向へ移動するほど、前記機械インピーダンス値の慣性の値が小さくなるように設定する、第１０の態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００３１】
本構成によって、ハンド操作部のスライド位置がスライド部の前方（マスター機構の前記端部の端縁から離れる方向）へ移動するほど、機械インピーダンス値の慣性の値が小さくなるように設定することで、あたかもピンセットの先端を直接把持しているような慣性を提供することができる。
【００３２】
本発明の第１２態様によれば、前記制御情報設定部は、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が前記マスター機構の前記端部の端縁から遠ざかる方向へ移動するほど、前記機械インピーダンス値の剛性の値が小さくなるように設定する、第１０の態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００３３】
本構成によって、ハンド操作部のスライド位置がスライド部の前方（マスター機構の前記端部の端縁から離れる方向）へ移動するほど、機械インピーダンス値の剛性の値が小さくなるように設定することで、あたかもピンセットの先端を直接把持しているような剛性を提供することができる。
【００３４】
本発明の第１３態様によれば、前記制御情報設定部は、前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置が前記マスター機構の前記端部の端縁から遠ざかる方向へ移動するほど、前記機械インピーダンス値の粘性の値が小さくなるように設定する、第１０の態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
【００３５】
本構成によって、ハンド操作部のスライド位置がスライド部の前方（マスター機構の前記端部の端縁から離れる方向）へ移動するほど、機械インピーダンス値の粘性の値が小さくなるように設定することで、あたかもピンセットの先端を直接把持しているような粘性を提供することができる。
【００３６】
本発明の第１４態様によれば、第１〜１３のいずれか１つの態様に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置と、
前記ハンド機構と、
前記スレーブ機構とを備える、マスタースレーブ装置を提供する。
【００３７】
本構成によって、ハンド操作部のスライド位置に応じてマスター機構へフィードバックする力の情報を生成するようにしている。この結果、スレーブ機構に把持したピンセット又はグリッパの把持位置を変更しながら操作した際に人の手に感じる力に近い値を、マスター機構から人の手にフィードバック可能として、あたかもピンセット又はグリッパの把持位置を変更したかのような力覚を感じることが可能となる。
【００３８】
本発明の第１５態様によれば、開閉動作により対象物を把持するハンド機構と、前記ハンド機構を有しかつ前記ハンド機構で前記対象物を把持して被対象物に対して作業を行うスレーブ機構とを備えるマスタースレーブ装置に備えられ、前記ハンド機構を操作するハンド操作機構と、前記ハンド操作機構を有して前記スレーブ機構を人が遠隔により操作するマスター機構とを有し、前記人が遠隔により前記マスター機構の前記ハンド操作機構を操作して、前記スレーブ機構の前記ハンド機構で前記対象物を把持して前記被対象物に対して作業を行わせるマスター装置の制御方法であって、
前記ハンド操作機構は、前記人が操作する一対の開閉操作部を有するハンド操作部と、前記ハンド操作部が進退するスライド部とを有し、前記一対の開閉操作部が開位置と閉位置との間で開閉操作されて前記一対の開閉操作部の間の角度が変化して、前記ハンド機構の一対の開閉部材を開閉動作させる、マスタースレーブ装置用マスター装置の制御方法であって、
前記マスター機構の前記端部に対する前記ハンド操作部の位置を、前記マスター機構の端部に連結された前記スライド部に対する前記ハンド操作部の前記位置として、スライド位置取得部で取得し、
前記ハンド操作部の前記一対の開閉操作部での前記角度を開閉角度取得部で取得し、
前記スライド部に対する前記ハンド操作部の位置又は前記一対の開閉操作部での前記角度に基づいて、前記ハンド機構を操作する動作情報を前記スレーブ機構にマスターハンド制御装置から出力する、マスタースレーブ装置用マスター装置の制御方法を提供する。
【００３９】
本構成によって、ハンド操作部のスライド位置に応じてマスター機構へフィードバックする力の情報を生成するようにしている。この結果、スレーブ機構に把持したピンセット又はグリッパの把持位置を変更しながら操作した際に人の手に感じる力に近い値を、マスター機構から人の手にフィードバック可能として、あたかもピンセット又はグリッパの把持位置を変更したかのような力覚を感じることが可能となる。
【００４０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態におけるマスタースレーブ装置用マスター装置８０を有するマスタースレーブ装置１００の概要について説明する。
【００４１】
図１は、マスタースレーブ装置１００を使った部品の挿入作業の様子を示す。
【００４２】
図１に示すように、例えば、工場内のセル生産で、テレビ、ＤＶＤレコーダ、又は、携帯電話のなどの機器７用のプリント基板の挿入口（被対象物の一例）６に、部品（対象物の一例）５を取り付ける作業を例にとって説明する。
【００４３】
《マスタースレーブ装置１００、マスター装置８０、スレーブ装置８１》
マスタースレーブ装置１００は、スレーブ機構４１とスレーブ機構４１に備えたハンド機構４とを備えるスレーブ装置８１と、マスター機構２９とマスター機構２９に備えたハンド操作機構３０とを備えるマスター装置８０とを備える。マスタースレーブ装置１００によれば、マスター装置８０において、人、例えば、作業者１１が遠隔によりマスター機構２９のハンド操作機構３０を操作する。その結果、マスター装置８０からスレーブ装置８１に動作情報（後述する生成情報）が出力されて、スレーブ機構４１のハンド機構４を動作させて、対象物５をハンド機構４で把持して被対象物６に対して作業を行わせる。
【００４４】
より詳しくは、マスタースレーブ装置１００は、少なくとも、マスターロボット３と、スレーブロボット２と、データベース入出力部４５と、力計測装置１とを備えて、データベース入出力部４５からの入力などを基にマスターロボット３を作業者１１が操作することにより、マスターロボット３を動作させることができる。マスターロボット３とデータベース入出力部４５とで、マスター装置８０の一例を構成する。スレーブロボット２はスレーブ装置８１の一例を構成している。さらに、マスタースレーブ装置１００は、必要に応じて、データベース入出力部４５とそれぞれ接続された制御情報データベース４２と動作情報データベース４４とを備える。
【００４５】
マスターロボット３は、一例としてロボットアームで構成されかつ作業者１１が直接触ってマスター操作を入力するマスター機構２９と、マスター機構２９の先端部に備えてハンド機構４を操作するハンド操作機構３０と、マスターハンド制御装置２３とを備える。マスターハンド制御装置２３は、詳細は後述するが、ハンド操作機構３０で取得した操作情報（スライド部１３に対するハンド操作部１２の位置又はハンド操作部１２の一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂでの角度）に基づいて、ハンド機構４を操作する動作情報（後述する生成情報）をスレーブハンド制御部３２を介してスレーブ機構４１に出力する。
【００４６】
スレーブロボット２は、マスターロボット３とは別に配置され、一例としてロボットアームで構成されかつスレーブ動作を行うスレーブ機構４１と、スレーブ機構４１の先端部に備えて開閉動作により対象物５を把持するハンド機構４とを少なくとも備えて、実際に所定の作業を行うロボットシステムである。スレーブロボット２は、さらにスレーブハンド制御装置３１を備えている。スレーブハンド制御装置３１は、マスターハンド制御装置２３から、ハンド機構４を操作する動作情報（後述する生成情報）を受け取って、スレーブ機構４１とハンド機構４とを動作制御する。
【００４７】
一例として、マスタースレーブ装置１００のスレーブロボット２は、機器７が設置された作業台９の上部もしくは壁面に設置され、機器７の挿入口６に部品５を挿入する作業を行うロボットである。
【００４８】
作業台９の側面には、ボタンなどが配置された操作盤などの入力ＩＦ８を配置する。入力ＩＦ８は、ユーザ入出力部８３の一例として機能し、後述するリセットボタン８２も、そのユーザ入出力部８３の一例として機能し、入力された情報は、制御情報データベース４２などへ記憶する。
【００４９】
《ハンド機構４》
スレーブロボット２の先端部には、部品５を把持するハンド機構４が取り付けられる。
【００５０】
ハンド機構４は、ハンド、例えばピンセットで構成され、ピンセットは、後端の回動支点周りに開閉可能な一対の開閉部材４ａ，４ｂで構成され、一対の開閉部材４ａ，４ｂの先端に対象物を把持可能とする。すなわち、一対の開閉部材４ａ，４ｂの先端を閉じることにより対象物を把持し、一対の開閉部材４ａ，４ｂの先端を開けることにより対象物を解放することができる。
【００５１】
《ハンド操作機構３０》
ハンド操作機構３０は、ハンド機構４を操作する機構であって、作業者１１が開閉操作する一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂを有するハンド操作部１２と、一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂが進退するスライド部（ハンド支持部）１３とを有して、ハンド機構４のハンド例えばピンセットを開閉操作する。作業者１１は、手でハンド操作部１２を把持し、ハンド操作部１２の開閉操作と、ハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド操作とをそれぞれ独立して行うことができる。
【００５２】
スライド部１３は、マスター機構２９の一例としてのロボットアームの先端部に一端が連結され、直線的なスライドレール１３ａと、スライドレール１３ａに係合されてスライドレール１３ａを手動でスライドする操作部支持部１３ｂとで構成される。操作部支持部１３ｂには、一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂが回動支点を中心にＶ字状に配置される。
【００５３】
一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂは可動操作部１２ａと固定操作部１２ｂで構成され、可動操作部１２ａは、作業者１１の指で固定操作部１２ｂに対して所定角度範囲内で開閉回動可能となっている。例えば、作業者１１の親指を可動操作部１２ａに接触させ、人差し指を固定操作部１２ｂに接触させた状態で、親指を人差し指に近づけるように可動操作部１２ａを固定操作部１２ｂに向けて回動支点周りに回動させたり、逆方向に回転させることにより、ピンセットの一対の開閉部材４ａ，４ｂの閉じ動作と開き動作を行わせることができる。可動操作部１２ａと固定操作部１２ｂとが開いた状態でも閉じた状態でも、操作部支持部１３ｂをスライドレール１３ａ沿いに進退させることができ、これにより、ピンセットの一対の開閉部材４ａ，４ｂにおいて、後述するようにモードを切り換えで、ピンセットに加圧する把持位置をピンセットの先端側と後端側との間で移動させたり（力モード）、ピンセット自体を微小量だけ移動させたりする（移動モード）ことができる。
【００５４】
以下に、ハンド操作機構３０とハンド機構４との具体的な例を説明する。
【００５５】
図２Ａは、マスター側のハンド操作機構３０を上方向から見た平面図であり、図２Ｂは、ハンド操作機構３０を斜め横方向から見た斜視図であり、図２Ｃは、ハンド操作機構３０のスライドレール１３ａと操作部支持部１３ｂとが係合している状態を点線で示す拡大平面図である。図２Ｄは、スライドラチェット部６８とスライド軸受ラチェット部６９とが係合した状態での図２ＣのＤ−Ｄ線断面図である。図２Ｅは、スライドラチェット部６８とスライド軸受ラチェット部６９とが係合解除した状態での図２ＣのＤ−Ｄ線断面図である。図３は、作業者１１が把持した状態のハンド操作機構３０の平面図である。図４Ａは、スレーブ側のハンド機構４を上方向から見た平面図であり、図４Ｂは、スレーブ側のハンド機構４を斜め横方向から見た斜視図である。
【００５６】
この例では、ハンド操作部１２は、一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂ、例えば、棒状ハンド可動操作部１２ａと、棒状ハンド固定操作部１２ｂとで構成される。ハンド可動操作部１２ａは、一端が後述するモータ軸受部６４と連結し、作業者１１が指で操作することで回転する部材である。ハンド固定操作部１２ｂは、モータ上部固定部６６に連結し、作業者１１が指で操作する際の指を固定する部材である。
【００５７】
スライドレール１３ａは、筒状の操作部支持部１３ｂの中をスライドする部材であり、一側面に、山形の歯部で形成されたスライドラチェット部６８を有する。なお、この第１実施形態のハンド操作部１２のスライド部１３に対する位置を、前方方向は段階的に設定可能であり、且つ、後方方向にはスムーズに移動可能に設定可能なラチェット構造としても良い。
【００５８】
操作部支持部１３ｂは、内部の一側面に、山形の歯部で形成されたスライド軸受ラチェット部６９を有する筒状部材で構成され、スライド軸受部として機能し、モータ上部固定部６６の一側面に固定されている。操作部支持部１３ｂ内をスライドレール１３ａがスライド可能とするとともに、スライドラチェット部６８がスライド軸受ラチェット部６９と係合させることで、スライドレール１３ａを操作部支持部１３ｂにスライド軸方向に対して移動不可に固定する。スライドラチェット部６８がスライド軸受ラチェット部６９と係合解除されれば、スライドレール１３ａを操作部支持部１３ｂに対してスライド軸方向に対して自在に移動可能となる。スライドラチェット部６８がスライド軸受ラチェット部６９と係合及び係合解除は、例えば、図２Ｄに示すように、スライドレール１３ａに対して操作部支持部１３ｂを上方向に移動させてスライド軸受ラチェット部６９をスライドラチェット部６８に対向さするように移動させることにより、両者が係合する一方、図２Ｅに示すように、図２Ｄの状態からスライドレール１３ａに対して操作部支持部１３ｂを下方向に移動させてスライド軸受ラチェット部６９をスライドラチェット部６８に対して移動させて両者が対向しないようにすることにより、両者の係合が解除されるようにしてもよい。
【００５９】
スライドレール１３ａの両端部にはストッパ部１５が固定され、スライドレール１３ａ沿いの操作部支持部１３ｂのスライドをストッパ部１５で停止させることにより、操作部支持部１３ｂの移動範囲を規制する。
【００６０】
スライド位置取得センサ７０は、スライド位置取得部の一例として機能し、スライドレール１３ａ近くの操作部支持部１３ｂに固定され、スライドレール１３ａに対する操作部支持部１３ｂのスライド位置（マスター機構２９の端部に対するハンド操作部１２の位置、言い換えれば、ハンド操作部１２のスライド部１３のスライドレール１３ａ（のマスター機構連結端部）に対するスライド位置）を取得するセンサであり、磁気センサなどが例示される。作業者１１がハンド操作部１２とスライド部１３とを動かす際のタイマー４３Ｂからのサンプル時間毎のハンド操作部１２のスライド部１３に対するハンド操作部１２の位置（スライド位置）をスライド位置取得センサ７０で取得し、スライド位置取得センサ７０からマスターハンド制御部２２に出力する。
【００６１】
ハンド可動操作部１２ａには、モータ軸受部６４を介してマスターモータ部１６と連結されている。このマスターモータ部１６は、ハンド可動操作部１２ａを正逆回転又は回転動作に対する抵抗を負荷させるためのモータ１８と、モータ１８の回転軸に連結されたギヤ１７と、モータ１８の回転角度を計測するエンコーダ１９とで構成される。エンコーダ１９は、開閉角度取得部の一例として機能する。モータ１８の回転軸に固定されたギヤとギヤ１７とのギヤ比を大きくなるように調整すれば、モータ１８が駆動されていなくても、ハンド可動操作部１２ａを回動させることにより、モータ１８の回転軸を回転させることが可能となる。なお、モータ上部固定部６６は、モータ１８の上部を固定する部材であり、モータ中部固定部６７は、モータ１８の中部を固定する部材である。
【００６２】
このような構成によれば、例えば、ハンド可動操作部１２ａを作業者１１が回動させるために指で接触しているときは、ハンド可動操作部１２ａを介してモータ１８に負荷が作用するため、作業者１１が回動させるために指で接触していることを検出することができる。ハンド可動操作部１２ａを作業者１１が回動させるときは、その力と回転角度とを計測することができる。ハンド可動操作部１２ａから作業者１１が指を離したときは、ハンド可動操作部１２ａを介してモータ１８に負荷が作用しなくなるため、ハンド可動操作部１２ａの初期位置まで開くようにモータ１８を回転制御することができる。よって、作業者１１がハンド操作部１２とスライド部１３とを動かす際のタイマー４３Ｂからのサンプル時間毎のハンド操作部１２の一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂ間の開き角度（角度情報）をエンコーダ１９で取得し、エンコーダ１９からマスターハンド制御部２２に出力する。なお、ハンド可動操作部１２ａをバネなどで開き側の初期位置まで常時付勢することも可能である。
【００６３】
一方、ハンド機構４は、以下のように構成する。
【００６４】
ハンド機構４は、スレーブ機構４１の一例としてのロボットアームの端部に連結し、ハンド操作部１２のハンド可動操作部１２ａとハンド固定操作部１２ｂの開閉に追従してハンド機構４の一対の開閉部材４ａ，４ｂを開閉させることで、部品５などを把持する。
【００６５】
ハンド機構４の一対の開閉部材４ａ，４ｂは、スレーブモータ部７１により開閉動作される。スレーブモータ部７１は、一方の開閉部材４ａを回転させるためのモータ７１ａと、モータ７１ａの回転軸に連結されたギヤ７１ｂと、モータ７１ａの回転角度を計測するエンコーダ７１ｃとで構成される。ピンセットを構成する一対の開閉部材４ａ，４ｂの基端部にはそれぞれ歯車部７２ａと歯車部７２ｂとが固定されており、ギヤ７１ｂの回転軸には歯車部７２ａ及び開閉部材４ａが固定され、歯車部７２ａは歯車部７２ｂと噛み合うように配置される。よって、モータ７１ａの正逆回転駆動により、ギヤ７１ｂを介して歯車部７２ａ及び開閉部材４ａが正逆回転し、歯車部７２ａと噛み合った歯車部７２ｂ及び開閉部材４ｂが正逆回転する。この結果、モータ７１ａの正逆回転駆動により、一対の開閉部材４ａ，４ｂが開閉動作することになる。
【００６６】
ハンド機構４は、力計測装置１を有する。力計測装置１は、スレーブロボット２に関する力を計測する装置であって、力検出部５０と、把持力検出部５５と、を備えて構成する。
【００６７】
力計測装置１の力検出部５０は、スレーブ機構４１に外部から加えられた力情報を取得する力情報取得部の一例として機能し、ハンド機構４の手首部に設置され、部品５から基板７又は挿入口６に作用する力を測定する。力検出部５０の詳細については後述する。
力計測装置１の把持力検出部５５は、ハンド機構４により対象物５を把持したときの把持力情報を取得する把持力情報取得部の一例として機能し、ハンド機構４に設置され、ハンド機構４により部品５を把持したときの把持力を測定する。把持力検出部５５の詳細については後述する。
【００６８】
作業台９の側面には、カメラなどの撮像装置１４が配置され、部品５あるいは挿入口６を撮像し、モニタ１０ａに撮像した映像を映す。
【００６９】
作業者１１は、撮像装置１４で撮像された映像をモニタ１０ａで確認しながらマスターロボット３を操作すると、スレーブロボット２が動作する。さらに、マスターロボット３の先端に配置されたハンド操作部１２の開閉を操作することで、スレーブロボット２の先端に配置されたハンド機構４の開閉を動作させる。
【００７０】
さらに、力計測装置１の力検出部５０で計測した力を、力検出部５０からデータベース入出力部４５を介して、マスターハンド制御装置２３により、スレーブロボット２からマスターロボット３へフィードバックすることで、作業者１１は、直接、部品５を操作している感覚で、スレーブハンド制御装置３１によりスレーブロボット２を動作させることができる。また、ハンド機構４を開閉させて部品５を把持したときの把持力を、スレーブハンド制御装置３１とマスターハンド制御装置２３とを介して、マスターロボット３のハンド操作部１２へフィードバックすることで、把持したときの力を感じながら作業をすることができる。
【００７１】
マスタースレーブ装置１００の操作手順の概要を図５Ａ〜図５Ｇ及び図６Ａ〜図６Ｇを用いて説明する。
【００７２】
作業者１１がマスターロボット３及びハンド操作部１２を操作すると、作業者１１が加えた力に基づいてスレーブロボット２が移動し、部品５を挿入口６に挿入する。なお、制御情報設定部２０により、ハンド操作部１２のモードは初期設定で移動モードとなっていると仮定する。この移動モードの状態では、ハンド操作部１２をスライド部１３に対して操作すると、スレーブ機構４１の先端の位置（言い換えれば、ハンド機構４、すなわち、ピンセット自体）を微小量だけ移動させるモードである。
【００７３】
具体的には、図６Ａのように、作業者１１はマスターロボット３とハンド操作部１２とを把持し、マスターロボット３を大きく移動させると、図５Ａのようにスレーブロボット２が動作し、部品５に向かってスレーブロボット２が大きく移動する。このとき、ハンド操作部１２では、一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂに作業者１１が指をかけているだけで開閉操作及びスライド部１３に対するスライド動作はしていない。
【００７４】
次に、図６Ｂ及び図６Ｃのように、作業者１１が指でハンド可動操作部１２ａをハンド固定操作部１２ｂに向けて閉じ動作してハンド操作部１２を閉じると、図５Ｂ及び図５Ｃのようにスレーブロボット２のハンド機構４が閉じて一対の開閉部材４ａ，４ｂで部品５を把持する。把持した際に部品５にかかる把持力を把持力検出部５５で計測してマスターハンド制御装置２３を介してハンド操作部１２にフィードバックする。マスターハンド制御装置２３での制御の下に、作業者１１は、ハンド操作部１２で把持力を感じながら、ハンド操作部１２に対する把持する力加減を調整できる。
【００７５】
次に、スレーブロボット２で把持した部品５を挿入口６に向かって大きく移動するように、作業者１１はマスターロボット３を大きく移動させるよう操作する。さらに、挿入口６と部品５の位置又は方向などを微調整するために、図６Ｄに示すように、ハンド操作部１２をスライド部１３上でスライド部１３に対して前方（先端側）（マスター機構２９の端部の端縁から離れる方向）にスライドさせる。すると、移動モードであるため、マスターハンド制御装置２３及びスレーブハンド制御装置３１の制御の下に、ハンド操作部１２でのスライド量のみ、スレーブロボット２を移動させて(図５Ｆ)、スレーブロボット２の微調整を可能とする。
【００７６】
次に、後述するハンド操作部１２のモードを移動モードから力モードに制御情報設定部２０で切り替える。ここで、力モードは、ピンセットの把持位置を変えるモードである。ピンセットの先端側の位置で把持する場合には細かい操作を作業者１１が行いたいときである。ピンセットの後端側の位置で把持する場合には大雑把な操作を作業者１１が行いたいときである。移動モードは、ハンド操作部１２とスライド部１３とは一体的に移動させるときの移動量よりも小さい移動量でスレーブロボット２の先端のハンド機構４を移動させることができる。例えば、ハンド操作部１２とスライド部１３とを一体的にマスターロボット３と共に移動させるときは、例えば、マスターロボット３を１０ｍｍ移動させたときに、通常はスレーブロボット２の先端のハンド機構４を１ｍｍで移動させることが可能であるのに対して、ハンド操作部１２をスライド部１３に対して相対的に移動させるときは、スレーブロボット２の先端のハンド機構４を０．５ｍｍで微調整のために移動させることが可能となる。なお、一例としては、マスターロボット３を１０ｍｍ移動させるとスレーブロボット２が１ｍｍ移動するように、マスターロボット３とスレーブロボット２との間に移動スケールを設定する。
【００７７】
移動モードと力モードとの間で制御モードを切り替えるとき、スライド位置をリセットする必要がある。このため、作業者１１は、マスターロボット３のロボットアームに付いているリセットボタン８２を押すことにより、例えば、図６Ｄの状態から図６Ｅの状態（一例として図６Ｃと同じ状態）まで、スライド部１３上の先端位置に位置していたハンド操作部１２を、スライド部１３上で後端側の初期位置まで手動で戻す。この戻す動作は制御対象の動作とみなされず、制御動作を一時的に停止させるリセットモードを設定する必要がある。よって、このリセットモードを設定するために、リセットボタン８２が配置され、リセットボタン８２は、リセットモード設定部の一例として機能する。
【００７８】
ここで、初期位置とは、ハンド操作部１２をスライド部１３に対して先端側の位置から後端側に向けて、ある程度の寸法だけ戻して、先端側へ移動する移動量が確保できる位置ならば、任意の位置でもよい。
【００７９】
リセットボタン８２が押されてオンになった状態の情報がデータベース入出力部４５を介して制御情報設定部２０に入ると、移動モードと力モードとの間で制御モードを切り替えるときにスライド位置をリセットするため制御動作を一時的に停止させるリセットモードを設定する。すなわち、例えば、リセットボタン８２を押したのちのある一定時間の間でのハンド操作部１２をスライド部１３に対して初期位置まで戻る動作については、何も動作制御しないようにしている。よって、図５Ｄと図５Ｅは、全く同じ状態である。
【００８０】
力モードでは、図５Ｆから図５Ｇ及び図６Ｆから図６Ｇに示すように、部品５を挿入口６に押し込む際に、あたかもピンセットの先端又は後方などを持った感覚で操作することができる。具体的には、マスターハンド制御装置２３の制御の下に、ハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド位置によって、部品５にかかる力のフィードバック力を変更してフィードバックする。挿入が終われば、図６Ｈに示すように、ハンド操作部１２を開いて、図５Ｈに示すように、ハンド機構４を開き、部品５を解放するように動作する。
【００８１】
次に、第１実施形態にかかるマスタースレーブ装置１００のマスターロボット３、スレーブロボット２及び力計測装置１の詳細を説明する。図７Ａは、マスターロボット３と、スレーブロボット２と、力計測装置１と、動作情報データベース４４と、制御情報データベース４２と、タイマー４３Ａと、データベース入出力部４５との構成図である。図８は、力計測装置１の詳細な構成図を示す。図７Ｂは、ハンド操作機構３０の詳細構成を示すブロック図である。
【００８２】
《力計測装置１》
第１実施形態の力計測装置１は、スレーブロボット２とハンド機構４とに関する力の情報を取得する装置であって、力検出部５０と、把持力検出部５５とを備える。力計測装置１とは別に、マスター装置８０は、力判定部５１と、判定結果通知部５２とを備える。ただし、力計測装置１が、力判定部５１と、判定結果通知部５２とを備えるようにしてもよい。
【００８３】
《力検出部５０》
図１に示すように、力検出部５０は、スレーブロボット２とハンド機構４の間のハンド機構４の手首部に相当する位置に配置し、スレーブロボット２が外部に接触したときの力（例えば、前記作業では、部品５から基板７又は挿入口６に作用する力）（力情報）を計測する。具体的には、力検出部５０は、６軸計測可能な力センサなどであるが、位置方向のみ計測可能な３軸力センサでも良い。力検出部５０で計測した力は、力検出部５０からデータベース入出力部４５を介して、動作情報データベース４４へ出力する。
【００８４】
《把持力検出部５５》
把持力検出部５５は、図９に示すように、ハンド機構４の一方の開閉部材（例えば４ａ）に配置し、ハンド機構４が対象物例えば部品５を把持したときの把持力（例えば、前記作業では、ハンド機構４が一対の開閉部材４ａ，４ｂで部品５を把持したときの把持力）（把持力情報）を計測する。具体的には、把持力検出部５５は、１軸のひずみセンサなどである。把持力検出部５５で計測した把持力は、把持力検出部５５からデータベース入出力部４５を介して、動作情報データベース４４へ出力する。
【００８５】
《タイマー４３Ａ》
タイマー４３Ａは、ある一定時間（例えば、１ｍｓｅｃ毎）の経過後に、データベース入出力部４５及びスレーブハンド制御部３２及びマスターハンド制御部２２を実行させるための指令をデータベース入出力部４５に出力する。
【００８６】
《力判定部５１》
力判定部５１は、力検出部５０又は把持力検出部５５により検出した力が所定の閾値（例えば、５Ｎ）以上の場合、部品５などに負荷がかかっていると判断する。判定結果は、判定に使用した力の情報と共に、力判定部５１から判定結果通知部５２に出力される。また、データベース入出力部４５を介して、力判定部５１から動作情報データベース４４へ出力する。
【００８７】
《判定結果通知部５２》
判定結果通知部５２は、力判定部５１により判定された結果を作業者１１に通知する装置であり、モニタ又はスピーカーなどで構成される。具体的には、図１０Ａのモニタ１０ａに示すように、検出された力Ｐ［Ｎ］をスレーブロボット２付近の映像と共に判定結果通知部５２で表示する。その際に、力判定部５１で負荷がかかっていると判定された場合は、図１０Ｂに示すように、「ＡＬＥＲＴ」などのように警告を判定結果通知部５２で表示する。
【００８８】
また、力判定部５１により負荷がかかっていると判定された場合、図１のスピーカー１０ｂにより警告音を鳴らして、作業者１１に警告を判定結果通知部５２で行う。
【００８９】
《マスター機構２９、スレーブ機構４１》
マスター機構２９は、作業者１１が直接触って操作するロボットであり、作業者１１が動かす際のサンプル時間毎の位置情報を取得してマスターハンド制御部２２に出力する。さらに、力計測装置１で計測した力情報と把持力情報とに追従するようにマスターハンド制御部２２でマスター機構２９を動作制御する。
【００９０】
スレーブ機構４１は、部品５を挿入口６へ挿入する作業を行うロボットであり、スレーブ機構４１の時間毎の位置情報を取得してマスターハンド制御部２２に出力する。さらに、マスター機構２９で取得した位置情報に基づいて動作情報生成部５３で生成される生成位置情報に追従するようにマスターハンド制御部２２でスレーブ機構４１を動作制御する。
【００９１】
《制御情報設定部２０》
制御情報設定部２０は、ハンド操作部１２をスライド部１３に対してスライド操作した際のスレーブロボット２とマスターロボット３との動作を切り替える。ハンド操作部１２をスライド部１３に対してスライド操作した際に、スレーブロボット２の挿入方向などのアプローチ方向の位置を制御する移動モードの場合は、ハンド操作部１２の制御モードとして「０」を制御情報設定部２０で設定する。ハンド操作部１２をスライド部１３に対してスライド操作した際に、マスターロボット３へのフィードバック力などを変更する力モードの場合は、ハンド操作部１２の制御モードとして「１」を制御情報設定部２０で設定する。そして、制御情報設定部２０でそれぞれ設定した情報は、データベース入出力部４５を介して、制御情報データベース４２に出力する。
【００９２】
さらに、マスターロボット３の位置及び姿勢に基づいてスレーブロボット２を制御する場合の移動ゲインを制御情報設定部２０で設定し、データベース入出力部４５を介して、制御情報データベース４２に出力する。スレーブロボット２が６軸アームの場合に、位置３軸及び姿勢３軸の合計６軸分の移動ゲインを制御情報設定部２０で設定する。
【００９３】
また、「ハンド角度ゲイン」は、ハンド操作部１２の一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂを開閉させたときの角度に基づいて、ハンド機構４の開閉部材４ａ，４ｂを開閉させるときのゲインであり、この「ハンド角度ゲイン」を制御情報設定部２０で設定する。
【００９４】
また、力検出部５０１で検出した力をマスター機構２９に伝達する場合の力ゲインを制御情報設定部２０で設定する。力検出部５０が６軸力センサの場合は、位置方向３軸と姿勢方向３軸との合計６軸分の力ゲインを制御情報設定部２０で設定する。なお、第１実施形態では、力ゲインを制御情報設定部２０で設定するようにしたが、移動ゲインから制御情報設定部２０で算出しても良い。具体的には、各軸の力ゲイン＝Ｊ×１／（各軸の移動ゲイン）として制御情報設定部２０で算出して設定する。ただし、Ｊは定数であり、例えば、スレーブ機構４１とマスター機構２９との重量をそれぞれＭｓ、Ｍｍとすると、Ｊ＝Ｍｍ／Ｍｓのように、それぞれの重量に基づいて制御情報設定部２０で決定しても良いし、又は、スレーブ機構４１の慣性の影響を受けないように制御情報設定部２０で適宜決定しても良い。
【００９５】
また、制御情報データベース４２の「把持力ゲイン」は、ハンド操作部１２を開閉させたときの把持力をハンド操作部１３へフィードバックする際の把持力ゲインであり、この「把持力ゲイン」を制御情報設定部２０により制御情報データベース４２に記憶する。
【００９６】
なお、第１実施形態では、把持力ゲインを制御情報設定部２０で設定するようにしたが、ハンド角度ゲインから制御情報設定部２０で算出しても良い。具体的には、各軸の把持力ゲイン＝ｌ×１／（ハンド角度ゲイン）として制御情報設定部２０で算出して設定する。ただし、ｌは定数である。
【００９７】
さらに、制御情報データベース４２の「ハンド操作部の制御モード」が移動モードの際のスレーブロボット２の挿入方向などのアプローチ方向の移動ゲインを制御情報設定部２０で設定する。「力モード」の場合は使用しない。
【００９８】
なお、各種設定は、制御情報データベース４２に予め記憶させておくか、作業台９の側面に配置されている入力ＩＦ８により制御情報データベース４２に入力しても良い。
【００９９】
《データベース入出力部４５》
データベース入出力部４５は、動作情報データベース４４と、制御情報データベース４２と、力検出部５０と、把持力検出部５５と、力判定部５１と、制御情報設定部２０と、マスターハンド制御部２２と、スレーブハンド制御部３２と、動作情報生成部５３との間で、データ（情報）の入出力を行う。
【０１００】
−動作情報データベース４４−
力検出部５０により検出した力に関する情報と、把持力検出部５５により検出した把持力に関する情報と、マスター機構２９の位置情報とハンド操作部１２の角度情報とハンド操作部１２のスライド位置と、動作情報生成部５３により生成したスレーブロボット２の生成位置情報とハンド機構４の生成角度情報と、動作情報生成部５３により生成した力に関する力情報（生成力情報）と、動作情報生成部５３で生成した把持力に関する把持力情報（生成把持力情報）と、力判定部５１の判定結果とが、タイマー４３Ａを利用してある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）にそれぞれ生成され、これらの生成された情報（生成情報）が、時刻と共に、データベース入出力部４５を介して動作情報データベース４４に出力されて動作情報として記憶される。
【０１０１】
図１１Ａは、動作情報データベース４４の情報内容の一例を示す。
（１）「時刻」の欄は、マスタースレーブシステム１００が動作している際の時刻に関する情報を示す。第１実施形態では、ミリ秒(ｍｓｅｃ)単位系で示す。
（２）「力」の欄は、力検出部５０により検出した力の情報を示す。なお、第１実施形態では、挿入及び並進方向の力はニュートン（Ｎ）単位系で示し、回転方向の力はニュートンメートル（Ｎｍ）単位系で示す。
（３）「把持力」の欄は、把持力検出部５５により検出した力の情報を示す。なお、第１実施形態ではニュートン（Ｎ）単位系で示す。
（４）「マスター位置」の欄は、マスター機構２９の図示しないエンコーダなどで検出されるマスター機構２９の位置及び姿勢を示す。なお、第１実施形態では、位置についてはメートル（ｍ）単位系で示し、姿勢についてはラジアン（ｒａｄ）単位系で示す。
（５）「ハンド操作部の角度」の欄は、ハンド操作部１２の角度を示す。具体的には、図１２に示すハンド操作部１２の一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂ間の開き角度Ｒｍである。なお、第１実施形態では、角度についてはラジアン（ｒａｄ）単位系で示す。
（６）「ハンド操作部の位置」の欄は、ハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド軸方向のスライド位置を示す。なお、第１実施形態では、位置についてはメートル（ｍ）単位系で示す。
（７）「スレーブ位置」の欄は、スレーブ機構４１の図示しないエンコーダなどで検出されるスレーブ機構４１の位置及び姿勢を示す。なお、第１実施形態では、位置についてはメートル（ｍ）単位系で示し、姿勢についてはラジアン（ｒａｄ）単位系で示す。
（８）「ハンドの角度」の欄は、ハンド機構４の一対の開閉部材４ａ，４ｂの開き角度を示す。具体的には、図１３の一対の開閉部材４ａ，４ｂの開き角度Ｒｓである。なお、第１実施形態では、角度についてはラジアン（ｒａｄ）単位系で示す。
（９）「生成後の力」の欄は、動作情報生成部５３で生成した力の情報（生成力情報）を示す。なお、第１実施形態では、挿入及び並進方向の力はニュートン（Ｎ）単位系で示し、回転方向の力はニュートンメートル（Ｎｍ）単位系で示す。
（１０）「生成後の把持力」の欄は、動作情報生成部５３で生成した把持力の情報（生成把持力情報）を示す。なお、第１実施形態ではニュートン（Ｎ）単位系で示す。
（１１）「判定結果」の欄は、力判定部５１の判定結果を示す。「０」は負荷がかかってないことを示し、「１」は負荷がかかっていることを示す。
【０１０２】
−制御情報データベース４２−
制御情報データベース４２は、制御情報設定部２０により設定するとともに移動モードと力モードとの間で切り替えたモードに関する情報を、制御情報設定部２０により、データベース入出力部４５を介して記憶する。
【０１０３】
また、制御情報データベース４２には、マスターロボット３を操作したときのスレーブロボット２での「移動ゲイン」と、ハンド操作部１２を操作したときのハンド機構４の「ハンド角度ゲイン」と、力検出部５０で検出した力に基づく生成力情報を生成する際の「力ゲイン」と、把持力検出部５５で検出した把持力に基づく生成把持力情報を生成する際の「把持力ゲイン」と、ハンド操作部１２をスライド部１３に対してスライドさせるときのスレーブロボット２の挿入方向などのアプローチ方向の位置移動のゲインの「スライド位置ゲイン」を、それぞれ、記憶する。
【０１０４】
図１１Ｂは、制御情報データベース４２の情報内容の一例を示す。
【０１０５】
（１）「ハンド操作部の制御モード」の欄は、ハンド操作部１２のスライド部１３に対してスライド操作した際に、移動モードの場合は「０」を記憶し、力モードの場合は「１」を記憶する。
【０１０６】
（２）「移動ゲイン」の欄は、マスターロボット３のマスター機構２９の位置及び姿勢に基づいてスレーブロボット２のスレーブ機構４１を制御する場合の移動ゲインを記憶する。スレーブロボット２のスレーブ機構４１が６軸アームの場合は、位置３軸と姿勢３軸との合計６軸分の移動ゲインを記憶する。
【０１０７】
（３）「ハンド角度ゲイン」の欄は、ハンド操作部１２の一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂを開閉させたときの角度に基づいて、ハンド機構４の一対の開閉部材４ａ，４ｂを開閉させるときのゲインを記憶する。
【０１０８】
（４）「力ゲイン」の欄は、力計測装置１で測定した力をマスター機構２９に伝達する場合の力ゲインを記憶する。力計測装置１が６軸力センサの場合は、位置方向３軸と姿勢方向３軸との合計６軸分の力ゲインを記憶する。
【０１０９】
（５）「把持力ゲイン」の欄は、ハンド操作部１２の一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂを開閉させたときの把持力をハンド操作部１２へフィードバックする際の把持力ゲインを記憶する。
【０１１０】
（６）「スライド位置ゲイン」の欄は、「ハンド操作部の制御モード」が移動モードの際のスレーブロボット２の挿入方向などのアプローチ方向の移動ゲインを記憶する。「力モード」の場合は使用しない。
【０１１１】
《マスターハンド制御装置２３》
マスターハンド制御装置２３は、マスター機構２９とハンド操作機構３０とを制御するマスターハンド制御部２２と、制御情報を設定する制御情報設定部２０と、時間情報をマスターハンド制御部２２に入力するタイマー４３Ｂと、スレーブロボット２の動作情報（生成位置情報及び生成角度情報）を生成する動作情報生成部５３とを備えて、スライド部１３に対する一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂのスライド位置又は一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂでの角度に基づいて、ハンド機構４を操作する動作情報（生成位置情報及び生成角度情報）をスレーブ機構側のスレーブハンド制御装置３１に出力する。
【０１１２】
マスター機構２９とマスターハンド制御装置２３との間で情報を伝達する。具体的には、マスター機構２９からの位置情報を、マスター機構２９からマスターハンド制御部２２に出力する。また、マスターハンド制御部２２からの位置情報を、タイマー４３Ｂを利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、マスターハンド制御部２２からマスター機構２９に出力して、マスター機構２９を動作制御する。マスターハンド制御部２２では、マスターハンド制御部２２からの位置情報に追従するようにマスター機構２９内の図示しないモータを動かす。マスター機構２９内の図示しないモータの回転角度は、図示しないエンコーダなどで検出してマスターハンド制御部２２でフィードバック制御している。
【０１１３】
また、ハンド操作機構３０とマスターハンド制御装置２３との間でも情報を伝達する。具体的には、ハンド操作機構３０のハンド操作部１２の一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂの角度の情報とハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド位置の情報とを、ハンド操作機構３０からマスターハンド制御部２２に出力する。また、マスターハンド制御部２２からの角度情報及び把持力情報を、タイマー４３Ｂを利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、ハンド操作機構３０に出力して、ハンド操作機構３０を動作制御する。マスターハンド制御部２２は、マスターハンド制御部２２からの角度情報及び把持力情報に追従するように、ハンド操作機構３０のモータ１８（図２Ｂ参照）を動かす。
【０１１４】
すなわち、マスターハンド制御装置２３は、（ｉ）マスター機構２９の位置情報、（ｉｉ）ハンド操作部１２の角度情報、（ｉｉｉ）ハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド位置を、所定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、スレーブハンド制御装置３１に出力する。
【０１１５】
また、スレーブハンド制御装置３１から、入力される力情報あるいは把持力の情報と制御情報データベース４２のモードとに基づいて、作業者１１に力を伝達する。作業者１１に力を伝達する例としては、例えば、
ハンド操作機構３０のモータ１８を駆動してハンド可動操作部１２ａを正逆回転させて、作業者１１の指に対する負荷を増減させることなどにより行うことができる。
【０１１６】
タイマー４３Ｂは、ある一定時間（例えば、１ｍｓｅｃ毎）の経過後に、マスターハンド制御部２２を実行させるための指令をマスターハンド制御部２２に出力する。
【０１１７】
《スレーブハンド制御装置３１》
スレーブハンド制御装置３１は、ハンド機構４とスレーブ機構４１との動作を制御するスレーブハンド制御部３２と、時間情報をスレーブハンド制御部３２に入力するタイマー４３Ｃとを備える。スレーブハンド制御部３２は、マスターハンド制御部２２から、ハンド機構４を操作する動作情報（生成情報）を受け取って、動作情報（生成情報）に基づきスレーブ機構４１とハンド機構４とを動作制御する。
【０１１８】
スレーブ機構４１とスレーブハンド制御装置３１との間で情報を伝達する。具体的には、スレーブハンド制御部３２からの位置情報を、スレーブハンド制御部３２からスレーブ機構４１に出力する。また、スレーブ機構４１からの位置情報を、タイマー４３Ｃを利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、スレーブ機構４１からスレーブハンド制御部３２に、スレーブ機構４１を制御する動作情報として出力して、スレーブ機構４１を動作制御する。スレーブハンド制御部３２は、スレーブハンド制御部３２から入力された位置情報に追従するようにスレーブ機構４１の図示しないモータを動かす。スレーブ機構４１内の図示しないモータの回転角度は、図示しないエンコーダなどで検出してスレーブハンド制御部３２でフィードバック制御している。
【０１１９】
ハンド機構４とスレーブハンド制御装置３１との間でも情報を伝達する。具体的には、スレーブハンド制御部３２からの角度情報を、スレーブハンド制御部３２からハンド機構４に出力する。また、ハンド機構４からの角度情報を、タイマー４３Ｃを利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、ハンド機構４からスレーブハンド制御部３２に、ハンド機構４を制御する動作情報として出力して、ハンド機構４を動作制御する。スレーブハンド制御装置３１は、スレーブハンド制御部３２からの角度情報に追従するように、ハンド機構４のモータ７１ａ（図４Ｂ参照）を動作制御する。
【０１２０】
すなわち、スレーブハンド制御装置３１は、動作情報データベース４４に記憶したマスター機構２９の位置情報及びハンド操作部１２の角度情報及びハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド位置と制御情報データベース４２の情報に基づいて、動作情報生成部５３により、スレーブ機構４１及びハンド機構４の位置の生成位置情報及び角度の生成角度情報を生成する。さらに、動作情報生成部５３で生成した生成位置情報及び生成角度情報に基づき、スレーブ機構４１及びハンド機構４を追従させる。加えて力計測装置１で取得した力情報と把持力情報と制御情報データベース４２の情報に基づいて、動作情報生成部５３で生成力情報と生成把持力情報を生成し、スレーブハンド制御部３２を介して、生成した生成力情報と生成把持力情報とをマスターハンド制御装置２３に出力する。
【０１２１】
タイマー４３Ｃは、ある一定時間（例えば、１ｍｓｅｃ毎）の経過後に、スレーブハンド制御装置３１を実行させるための指令をスレーブハンド制御装置３１に出力する。
【０１２２】
《動作情報生成部５３》
動作情報生成部５３は、動作情報データベース４４に記憶したマスター機構２９の位置情報と、ハンド操作部１２の角度情報と、ハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド位置の情報と、制御情報データベース４２の情報とに基づいて、スレーブ機構４１及びハンド機構４の位置及び角度に関する情報（生成位置情報と生成角度情報）を生成する。加えて、力計測装置１で測定した力及び把持力に関する生成力情報と生成把持力情報とを、動作情報データベース４４の情報と制御情報データベース４２の情報とに基づき、生成する。
【０１２３】
動作情報生成部５３で生成した生成位置情報及び生成角度情報及び生成力情報及び生成把持力情報は、データベース入出力部４５を介して、動作情報生成部５３により動作情報データベース４４に記憶する。
【０１２４】
制御情報データベース４２の制御モードが「移動モード」の場合には、マスター機構２９の位置情報に制御情報データベース４２の移動ゲインを乗じた値を、スレーブ機構４１の位置に関する生成位置情報として動作情報生成部５３で生成する。具体的には、ｔ１時刻のマスター機構２９の位置が（ｐｍｘ１，ｐｍｙ１，ｐｍｚ１，ｐｍφ１，ｐｍθ１，ｐｍψ１）であり、移動ゲインが（ｇｍｘ，ｇｍｙ，ｇｍｚ，ｇｍφ，ｇｍθ，ｇｍψ）である場合に、スレーブロボット２の目標位置（生成位置情報）は、（ｇｍｘ×ｐｍｘ１，ｇｍｙ×ｐｍｙ１，ｇｍｚ×ｐｍｚ１，ｇｍφ×ｐｍφ１，ｇｍθ×ｐｍθ１，ｇｍψ×ｐｍψ１）として動作情報生成部５３で生成する。
【０１２５】
ハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド操作については、まず、ｔ０、ｔ１時刻のハンド操作部１２の各スライド位置をｌｍ０、ｌｍ１とすると、ｔ０時刻からｔ１時刻までのハンド操作部１２の移動量Δｌｍ＝ｌｍ１−ｌｍ０を動作情報生成部５３で算出する。次に、移動量Δｌｍにスライド位置ゲインｓｇを乗じたｓｇ×Δｌｍを動作情報生成部５３で算出する。次に、算出したｓｇ×Δｌｍを現在のスレーブロボット２の挿入方向などのアプローチ方向に加算した値を、スレーブロボット２の挿入位置の目標位置（生成位置情報）として動作情報生成部５３で生成する。
【０１２６】
ハンド機構４の生成角度情報は、マスター機構２９のハンド操作部１２の角度情報に制御情報データベース４２のハンド角度ゲインを乗じた値として、動作情報生成部５３で生成する。具体的には、ｔ１時刻のハンド操作部１２の角度がｒｍ１であり、ハンド角度ゲインがｇｍｒである場合に、ハンド機構４の目標角度は（ｒｍ１×ｇｍｒ）として動作情報生成部５３で生成する。
【０１２７】
力検出部５０で検出した生成力情報は、制御情報データベース４２の力ゲインを乗じた値を、生成後の力情報として動作情報生成部５３で生成する。具体的には、ｔ１時刻の力がｆｓ１＝（ｆｓｘ１，ｆｓｙ１，ｆｓｚ１，ｆｓφ１，ｆｓθ１，ｆｓψ１）であり、力ゲインが（ｇｆｓｘ，ｇｆｓｙ，ｇｆｓｚ，ｇｆｓφ，ｇｆｓθ，ｇｆｓψ）である場合に、生成後の力情報はｇｆｓ×ｆｓ１であるので、（ｇｆｓｘ×ｆｓｘ１，ｇｆｓｙ×ｆｓｙ１，ｇｆｓｚ×ｆｓｚ１，ｇｆｓφ×ｆｓφ１，ｇｆｓθ×ｆｓθ１，ｇｆｓψ×ｆｓψ１）として動作情報生成部５３で生成する。
【０１２８】
把持力検出部５５で検出した把持力に制御情報データベース４２の把持力ゲインを乗じた値を、生成把持力情報として動作情報生成部５３で生成する。具体的には、ｔ１時刻の把持力がｆｈ１であり、把持力ゲインがｇｆｈである場合、生成後の把持力をｇｆｈ×ｆｈ１として動作情報生成部５３で生成把持力情報として生成する。
【０１２９】
第１実施形態のスタースレーブ装置用マスター装置８０においては、以下のような操作感を作業者１１に与えることができる。すなわち、制御情報データベース４２の制御モードが「力モード」の場合、スレーブ１３の動作としては、ピンセットの把持位置を変更したような操作感を作業者１１に提供する。具体的には、図１４Ａのように、ハンド操作部１２をスライド部１３に対して後方（マスター機構２９の端部の端縁に近づく方向）の位置までスライドさせた状態でハンド操作部１２を把持した場合には、図１５Ａのように、作業者１１には、ピンセット５４の後方を指で把持したような操作感を提供する。同様に、図１４Ｂのように、ハンド操作部１２をスライド部１３に対して図１４Ａよりは前方の位置までスライドさせた状態でハンド操作部１２を把持した場合には、図１５Ｂのように、作業者１１には、図１５Ａよりピンセット５４の前方を指で把持したような操作感を提供する。ハンド操作部１２をスライド部１３に対して図１４Ｃのようにさらに前方の位置までスライドさせた状態でハンド操作部１２を把持した場合には、図１５Ｃに示すように、ピンセット５４の先端を指で把持したような操作感を提供する。
【０１３０】
上述したような操作感を提供するために、ハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド位置に応じて、制御情報データベース４２の移動ゲインとハンド角度ゲインと力ゲインと把持力ゲインとのゲインのうちのいずれか１つ以上のゲインを、動作情報生成部５３で修正する。
【０１３１】
具体的には、図１４Ａのスライド位置から、図１４Ｂ又は図１４Ｃのようにスライド位置を前方へ移動させた場合（スライド位置をそのときの位置から前方へ移動させた場合）には、制御情報データベース４２の移動ゲインとハンド角度ゲインとが小さくなるように動作情報生成部５３で設定する。すなわち、スライド位置をスライドレール１３ａの前方へ移動させた際には、ピンセット５４の先端を把持して操作していることになるため、動作情報生成部５３で移動ゲインとハンド角度ゲインとを小さく設定することで、より細かな作業がしやすくなる。一例として、デフォルトの移動ゲインを予め決められておき、前方へ移動した場合には、動作情報生成部５３でデフォルトの移動ゲインより小さく設定し、後方へ移動させる場合は、動作情報生成部５３でデフォルトの移動ゲインより大きく設定する。別の例としては、動作情報生成部５３で設定するときに既に使用している移動ゲインと比較して、動作情報生成部５３で設定する移動ゲインを小さく設定する場合もある。なお、ハンド操作部１２のスライド位置がスライド部１３上の前端まで移動しているときには、リセットモードにして制御動作を一時的に停止させた状態で、ハンド操作部１２のスライド位置をスライド部１３上で後方へ移動させ、その後、力モードに設定してハンド操作部１２のスライド位置をスライド部１３上で前方へ移動させる必要がある。逆に、力ゲインと把持力ゲインとについては、スライド位置を前方へ移動させた際には、より力を伝えやすくするため、動作情報生成部５３で力ゲインと把持力ゲインとを大きく設定する。一例として、デフォルトの移動ゲインを予め決められておき、前方へ移動した場合には、動作情報生成部５３でデフォルトの移動ゲインより大きく設定し、後方へ移動させる場合は、動作情報生成部５３でデフォルトの移動ゲインより小さく設定する。別の例としては、動作情報生成部５３で設定するときに既に使用している移動ゲインと比較して、動作情報生成部５３で設定する移動ゲインを大きく設定する場合もある。具体的には、図１４Ａのスライド位置を０とし、前方へ移動したときの図１４Ａからのスライド位置の変化量をΔｌｍとすると、修正後の移動ゲインｇｍｎｅｗは、修正後の移動ゲインｇｍｎｅｗ＝修正前の移動ゲインｇｍｏｌｄ−αΔｌｍとして動作情報生成部５３で算出する。ただし、αは定数で、α×Δｌｍが修正前の移動ゲインｇｍｏｌｄを超えないように動作情報生成部５３で設定する。修正後のハンド角度ゲインｇｒｍｎｅｗは、修正後のハンド角度ゲインｇｒｍｎｅｗ＝修正前のハンド角度ゲインｇｒｍｏｌｄ−β×Δｌｍとして動作情報生成部５３で算出する。ただし、βは定数で、β×Δｌｍがｇｒｍｏｌｄを超えないように動作情報生成部５３で設定する。修正後の力ゲインｇｆｓｎｅｗは、修正後の力ゲインｇｆｓｎｅｗ＝修正前の力ゲインｇｆｓｏｌｄ＋γ×Δｌｍとして動作情報生成部５３で算出する。ただし、γは定数で、γ×Δｌｍが修正後の力ゲインｇｆｓｎｅｗを超えないように動作情報生成部５３で設定する。修正後の把持力ゲインｇｆｈｎｅｗは、修正後の把持力ゲインｇｆｈｎｅｗ＝修正前の把持力ゲインｇｆｈｏｌｄ＋ω×Δｌｍとして動作情報生成部５３で算出する。ただし、ωは定数で、ω×Δｌｍが修正後の力ゲインｇｆｈｎｅｗを超えないように動作情報生成部５３で設定する。このようにして算出した移動ゲインとハンド角度ゲインと力ゲインと把持力ゲインとにより、制御情報データベース４２の制御モードが移動モードの場合と同様の方法で、スレーブ機構４１の生成位置情報と、ハンド機構４の生成角度情報と、生成力情報と、生成把持力情報とを動作情報生成部５３で生成し、データベース入出力部４５を介して、動作情報データベース４４に記憶する。
【０１３２】
以下、第１実施形態におけるマスタースレーブ装置１００の操作手順を図１６のフローチャートを用いて説明する。図１６において、作業者１１がマスターロボット３を操作してスレーブロボット２を動作させて、ハンド機構４で把持した部品５を挿入口６に挿入する際に、部品５にかかる力及び部品５を把持するときの把持力をマスターロボット３へ伝達する手順を説明する。
【０１３３】
まず、ステップＳ１０１では、データベース入出力部４５により、マスターハンド制御装置２３により、マスター機構２９が動いた際のマスター機構２９の位置情報及びハンド操作機構３０のハンド操作部１２の角度情報及びハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド位置の情報を取得して動作情報データベース４４に記憶する。
【０１３４】
次いで、ステップＳ１０２では、動作情報データベース４４に記憶したマスター機構２９の位置情報と、ハンド操作部１２の角度情報と、ハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド位置の情報と、制御情報データベース４２の情報とに基づき、動作情報生成部５３により、スレーブ機構４１及びハンド機構４の位置及び角度に関する生成位置情報及び生成角度情報を生成する。
【０１３５】
次いで、ステップＳ１０３では、動作情報生成部５３で生成された前記生成位置情報及び生成角度情報に基づき、スレーブハンド制御装置３１のスレーブハンド制御部３２により、スレーブ機構４１及びハンド機構４を追従させるように制御する。
【０１３６】
次いで、ステップＳ１０４では、力計測装置１により、スレーブロボット２が外部に接触したときの力情報とハンド機構４が部品５を把持したときの把持力の情報とをそれぞれ取得する。
【０１３７】
次いで、ステップＳ１０５では、動作情報生成部５３により制御情報データベース４２を参照して、制御情報データベース４２の制御モードが力モードの場合には、ステップＳ１０６へ進み、制御モードが移動モードの場合にはステップＳ１０７へ進む。
【０１３８】
ステップＳ１０６では、動作情報生成部５３により、ハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド位置に応じて、制御情報データベース４２の移動ゲインとハンド角度ゲインと力ゲインと把持力ゲインとのうちのいずれか１つ以上のゲインを修正する。修正したゲインに基づき、スレーブ機構４１の生成位置情報と、ハンド機構２９の生成角度情報と、生成力情報と、生成把持力情報とを動作情報生成部５３で生成する。その後、ステップＳ１０８に進む。なお、このステップＳ１０６で生成されたスレーブ機構４１の生成位置情報と、ハンド機構２９の生成角度情報とは、図１６のフローを一旦終了したのち、再度、ステップＳ１０１とＳ１０２を行い、ステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０３で、スレーブハンド制御装置３１のスレーブハンド制御部３２により、スレーブ機構４１及びハンド機構４を追従させるように制御するときに使用される。
【０１３９】
一方、ステップＳ１０７では、動作情報生成部５３により、ハンド操作部１２のスライド位置に応じて、マスター機構２９の位置情報に、制御情報データベース４２の移動ゲインをスライド位置の変位に乗じた値を乗じて、スレーブ機構４１の生成位置情報として生成する。その後、このフローを終了する。なお、生成されたスレーブ機構４１の生成位置情報は、図１６のフローを一旦終了したのち、再度、ステップＳ１０１とＳ１０２を行い、ステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０３で、スレーブハンド制御装置３１のスレーブハンド制御部３２により、スレーブ機構４１及びハンド機構４を追従させるように制御するときに使用される。
【０１４０】
次いで、ステップＳ１０８では、マスターハンド制御部２２によるハンド操作機構３０の動作制御により、動作情報生成部５３からマスターハンド制御部２２を介してハンド操作機構３０に入力された生成力情報及び生成把持力情報を作業者１１の手に伝達する。すなわち、生成力情報に基づきマスターハンド制御部２２によりマスター機構２９を制御して、生成力情報を人の手に伝達する一方、生成把持力情報に基づきマスターハンド制御部２２によりハンド操作機構３０を制御して、生成把持力情報を人の手に伝達する。
【０１４１】
その後、作業が終了している場合には、そのままステップを終了する。作業が終了していない場合には、ステップＳ１０１に戻る。
【０１４２】
《第１実施形態の効果》
以上のように、マスターロボット３にハンド操作機構３０としてハンド操作部１２とスライド部１３とを備えて、移動モードと力モードとの間で制御モードを切り換えつつハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド操作を行うことで、スレーブロボット２の挿入方向などのアプローチ方向の微調整と、ピンセット５４の把持位置を変更したような操作感とを作業者１１に提供することができる。すなわち、スレーブ機構４１に把持したピンセット又はグリッパなどのハンド機構４の把持位置を変更しながら操作した際に作業者１１の手に感じる力に近い値を、マスター機構２９から作業者１１の手にフィードバック可能として、あたかもピンセット又はグリッパの把持位置を変更したかのような力覚を感じることが可能となる。
【０１４３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態では、ハンド機構４、例えば、ピンセットの前方を指で把持しているときには、慣性Ｍを小さくして、軽く操作（弱い力で操作）できる一方、ピンセットの後方を指で把持しているときには、慣性Ｍを大きくして、重く操作（強い力で操作）することができるようにするものである。すなわち、ピンセットのバネ感を出すため、ハンド操作部１２のスライド位置により、バネ感を変えるように構成するものである。具体的には、ピンセットの前方を指で把持しているときには、粘性Ｄを小さくして、バネ感をあまり感じないように操作できる一方、ピンセットの後方を指で把持しているときには、粘性Ｄを大きくして、バネ感を大きく感じるように操作できるように構成する。
【０１４４】
以下、詳細に説明する。
【０１４５】
図１７は、第２実施形態にかかるマスタースレーブ装置用マスター装置のマスターロボット３と、スレーブロボット２と、力計測装置１と、人力取得部の一例として機能する人力検出部５６と、動作情報データベース４４と、制御情報データベース４２と、タイマー４３Ａと、データベース入出力部４５との構成図である。以下の第２実施形態では、第１実施形態との共通部分の説明は省略し、異なる部分のみ以下で説明する。
【０１４６】
−制御情報データベース４２−
制御情報データベース４２は、第１実施形態の制御情報に加えて、ハンド操作部１２の機械インピーダンス設定値の設定パラメータとしての、慣性Ｍと、粘性Ｄと、剛性Ｋとを記憶する。制御情報データベース４２の情報を、一例として、図１８に示す。
【０１４７】
《人力検出部５６》
人力検出部５６は、ハンド操作部１２を操作する際の作業者１１が加えた力を検出する。具体的には、図１９Ａに示すように、ハンド操作部１２を、可動操作部１２ａと固定操作部１２ｂで構成される一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂに代えて、一対の可動操作部１２ａ，１２ａで構成されるようにしてもよい。すなわち、スライドレール１３ａの中心軸に対して一対の可動操作部１２ａ，１２ａが対称に開閉するようにしてもよい。そのような一対の可動操作部１２ａ，１２ａの少なくとも一方の可動操作部１２ａに、人力検出部５６の一例としてのひずみセンサを備える。なお、ハンド操作部１２の可動操作部１２ａを開く操作をする際に、作業者１１の指がハンド操作部１２の可動操作部１２ａから離れると操作ができないことから、図１９Ｂに示すように、ハンド操作部１２の可動に作業者１１の指をテープなどの固定部５７で固定して、指と可動操作部１２ａとが一体的に移動するようにする。
【０１４８】
《制御情報設定部２０》
制御情報設定部２０は、第１実施形態の制御情報に加えて、ハンド操作部１２のスライド位置に応じて、ハンド操作部１２の機械インピーダンス設定値の設定を行う。機械インピーダンス設定値の設定パラメータとしては、慣性Ｍと、粘性Ｄと、剛性Ｋとがある。ここでは、制御情報設定部２０で、どういう感性を持たせたいかを設定できるようにしている。
【０１４９】
スライドレール１３ａの前方の位置でハンド操作部１２を把持した場合には、ピンセットの先端を把持している操作感を作業者１１に提供するために、制御情報設定部２０で慣性Ｍが小さくなるように設定する。これにより、作業者１１は、弱い力でハンド操作部１２を容易に操作することができ、実際のピンセットと同じような力加減を実現できる。逆に、ピンセットの後方を把持している操作感を作業者１１に提供するために、制御情報設定部２０で慣性Ｍが大きくなるように設定する。これにより、作業者１１は、ピンセットが動かしにくくなる。
【０１５０】
スライドレール１３ａの前方の位置でハンド操作部１２を把持した場合には、ピンセットの先端を把持している操作感を作業者１１に提供するために、制御情報設定部２０で粘性を小さく設定することで、粘りにくくなる。逆に、レール１３ａの後方の位置でハンド操作部１２を把持した場合には、制御情報設定部２０で粘性を大きく設定することで、粘りやすくなる。
【０１５１】
さらに、ピンセットの先端の位置でピンセットを把持すればする場合には、制御情報設定部２０で剛性を小さくすることで、柔らかめのバネ感覚を作業者１１に提示することができる。逆に、ピンセットの後方の位置でピンセットを把持する場合には、制御情報設定部２０で剛性を大きく設定することで、硬めのバネ感覚を作業者１１に提供することが可能となる。
【０１５２】
《マスターハンド制御装置２３、スレーブハンド制御装置３１》
第１実施形態の動作に加えて、マスターハンド制御装置２３は、作業者１１が加えた力を人力検出部５６で検出し、作業者１１が加えた方向に、インピーダンス制御によりハンド操作部１２を制御する。
【０１５３】
ハンド操作部１２の機械インピーダンスの値のインピーダンス制御をマスターハンド制御装置２３で実現するために、ハンド操作部１２の角度の目標生成出力ｒｄΔを、以下の式（１）により、マスターハンド制御装置２３で計算する。目標生成出力ｒｄΔは、現在のハンド操作部１２の角度ｒｄに加算されて、生成後の目標角度ｒｄｍが生成角度情報としてマスターハンド制御装置２３で生成される。
【０１５４】
【数１】
2015006722.tif 000003
【０１５５】
ただし、sはラプラス演算子であり、Ｆは人力検出部５６で検出した力（作業者１１の力）である。
【０１５６】
マスターハンド制御装置２３は、ハンド操作部１２の目標角度ｒｄｍに追従するようにハンド操作部１２のハンド可動操作部１２ａとハンド固定操作部１２ｂとを開閉動作制御する。
【０１５７】
マスターハンド制御装置２３は、マスター機構２９が動いた際のマスター機構２９の位置情報及びハンド操作機構３０のハンド操作部１２の角度情報及びハンド操作部１２のスライド位置を、タイマー４３Ｂを利用して、ある一定時間毎（例えば、１ｍｓｅｃ毎）に、スレーブハンド制御装置３１に出力する。さらに、スレーブハンド制御装置３１からデータベース入出力部４５を介して、入力される力情報又は把持力の情報と制御情報データベース４２のモードとに基づいて、作業者１１に力を伝達する。なお、マスターハンド制御装置２３においては、インピーダンス制御と力フィードバックとの両方の効果を出すために、先ほど求めた目標角度ｒｄｍにフィードバックする力に相当する位置Δｐｆを足した値を目標座標として制御する。
【０１５８】
スレーブハンド制御装置３１は、第１実施形態と同様なので、説明は省略する。
【０１５９】
第２実施形態におけるマスタースレーブ装置１００の操作手順を図２０のフローチャートを用いて説明する。図１８において、作業者１１のハンド操作部１２のスライド位置に応じて、マスターロボット３のハンド操作部１２の操作感をインピーダンス制御で制御して操作し、スレーブロボット２を動作させて、ハンド機構４で把持した部品５を挿入口６に挿入する際に、部品５にかかる力又は部品５を把持するときの把持力をマスターロボット３へ伝達する手順を説明する。
【０１６０】
ステップＳ２０１では、ハンド操作部１２のスライド位置に応じて、制御情報設定部２０により、ハンド操作部１２の機械インピーダンス値を設定する。
【０１６１】
次いで、ステップＳ２０２では、マスターハンド制御装置２３で、制御情報設定部２０で設定した機械インピーダンス値に基づいて、ハンド操作部１２を制御する。
【０１６２】
次いで、ステップＳ２０３では、マスターハンド制御装置２３の動作情報生成部５３により、マスター機構２９が動いた際の位置情報及びハンド操作機構３０のハンド操作部１２の角度情報及びハンド操作部１２のスライド位置の情報を取得する。
【０１６３】
次いで、ステップＳ２０４では、動作情報生成部５３により、ステップＳ２０３で取得したマスター機構２９が動いた際の位置情報及びハンド操作機構３０のハンド操作部１２の角度情報及びハンド操作部１２のスライド位置の情報に基づき、スレーブ機構４１及びハンド機構４の位置及び角度に関する生成位置情報及び生成角度情報を生成する。
【０１６４】
次いで、ステップＳ２０５では、動作情報生成部５３からの生成位置情報及び生成角度情報に基づき、マスターハンド制御装置２３を介して、スレーブハンド制御装置３１により、スレーブ機構４１及びハンド機構４を追従させるように制御する。
【０１６５】
次いで、ステップＳ２０６では、力計測装置１により、スレーブロボット２が外部に接触したときの力情報とハンド機構４が部品５を把持したときの把持力の情報とを取得する。
【０１６６】
次いで、ステップＳ２０７では、動作情報生成部５３により、制御情報データベース４２の制御モードが力モードの場合には、ステップＳ２０８へ進み、制御モードが移動モードの場合にはステップＳ２０９へ進む。
【０１６７】
ステップＳ２０８では、動作情報生成部５３により、ハンド操作部１２のスライド位置に応じて、制御情報データベース４２の移動ゲイン又はハンド角度ゲイン又は力ゲイン又は把持力ゲイン又はいずれか１つ以上のゲインを修正する。修正したゲインに基づき、スレーブ機構４１の生成位置情報と、ハンド機構４の生成角度情報と、生成力情報と、生成把持力情報とをそれぞれ生成する。その後、ステップＳ２１０に進む。
【０１６８】
ステップＳ２０９では、動作情報生成部５３により、ハンド操作部１２のスライド部１３に対するスライド位置に応じて、マスター機構２９の位置情報に、制御情報データベース４２の移動ゲインをスライド位置の変位に乗じた値を乗じて、スレーブ機構４１の生成位置情報として生成する。その後、ステップＳ２１０に進む。
【０１６９】
次いで、ステップＳ２１０では、マスターハンド制御部２２によるハンド操作機構３０の動作制御により、動作情報生成部５３からマスターハンド制御部２２を介してハンド操作機構３０に入力された生成力情報及び生成把持力情報に基づき、ハンド操作機構３０を動作させて生成力情報及び生成把持力情報を作業者１１の手に伝達する。
【０１７０】
その後、作業が終了している場合には、そのままステップを終了する。作業が終了していない場合には、ステップＳ２０１に戻る。
【０１７１】
《第２実施形態の効果》
以上のように、マスターロボット３のスライド部１３に対するハンド操作部１２の位置に応じて、ハンド操作部１２の機械インピーダンス値を制御情報設定部２０で変更することで、ピンセットの把持位置を変更したような操作感を作業者１１に提供することができる。
【０１７２】
なお、第１実施形態にて、力モードと移動モードとを切り替えた際に、マスターロボット３のロボット座標を固定するのではなく、移動モードでハンド操作部１２をスライドさせるときは、スライドさせた分だけロボット座標を変更するようにしても良い。この事により、移動モードの際にスライド位置を変えても、変えていないときと同じ操作感を得ることができる。
【０１７３】
また、第１実施形態の力フィードバックは、スレーブ機構４１に力検出部５０と把持力検出部５５をと備えた構成としているが、力検出部５０又は把持力検出部５５を備えない構成として、スレーブ機構４１の位置又はハンド機構４の角度に基づいて、マスター機構２９及びハンド操作部１２に位置をフィードバックするようにしても良い。
【０１７４】
さらに、第１実施形態では動作情報生成部をスレーブロボット２に、制御情報設定部２０をマスターロボット３に搭載するようにしたが、これらの機能は、いずれのロボット２又は３に搭載しても良い。
【０１７５】
また、第２実施形態で、人力検出部５６の力が所定の閾値以下である場合は、ハンド操作部１２を開くようにマスターハンド制御部２２で制御するようにしても良い。これにより、ピンセットを把持していないときはピンセットを開いている状態を再現することができる。また、バネを制御で実現するのではなく、ハンド操作部１２にバネ機構を備える方式としても良い。
【０１７６】
また、図２1Ａ〜図２1Ｈに示すように、ハンド操作部１２は、可動操作部１２ａと固定操作部１２ｂで構成される一対の開閉操作部１２ａ，１２ｂに代えて、一対の可動操作部１２ａ，１２ａで構成されるようにしてもよい。すなわち、スライドレール１３ａの中心軸に対して一対の可動操作部１２ａ，１２ａが対称に開閉するようにしてもよい。図２1Ａ〜図２1Ｈは、それぞれ、図６Ａ〜図６Ｈに対応する。
【０１７７】
さらに、第１実施形態におけるハンド操作部１２は、図２２Ａに示すように、操作するハンド操作部１２を、スライド部１３ａの軸方向に対して逆に備える構成でも良い。また、図２２Ｂに示すように、ボタン式の構成でも良い。
【０１７８】
また、第１実施形態における制御情報設定部２０にて、「移動モード」と「力モード」とを設けたが、さらに「把持力モード」を備える構成でも良い。具体的には、「把持力モード」では、スライド部１３に対してハンド操作部１２が前方の位置にスライドした際に、ハンド機構４が強めに把持するように制御を行なう。
【０１７９】
また、第２実施形態における制御情報設定部２０にて、慣性Ｍと、粘性Ｄと、剛性Ｋとの３つのインピーダンス値を設定するようにしたが、ハンド機構４がピンセットの場合には、最も効果的なパラメータである剛性のみを備える構成でも良い。
【０１８０】
さらに、第２実施形態で、スライド位置に応じて、機械インピーダンス値を設定したが、スライド位置に加えて、ピンセットの形状又は材質などに合わせて決定しても良い。
【０１８１】
また、マスター機構及びスレーブ機構はそれぞれ６軸としたが、これに限定しない。
【０１８２】
なお、本発明を第１〜第２実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の第１〜第２実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
【０１８３】
前記各制御装置の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【０１８４】
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。
【０１８５】
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
【０１８６】
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
【０１８７】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
本発明にかかるマスタースレーブ装置用マスター装置及びその制御方法、及び、マスタースレーブロボットは、対象物を把持し、非対象物に対して接触しながら作業を行うとき、スレーブに把持したピンセット又はグリッパの把持位置を変更したかのような力覚を感じることが可能で、例えば、工場内のセル生産で、テレビ、ＤＶＤレコーダ、又は、携帯電話のなどの機器用のプリント基板の挿入口（被対象物の一例）に、部品（対象物の一例）を取り付ける作業を行うときに有用である。
【符号の説明】
【０１８９】
１  力計測装置
２  マスターロボット
３  スレーブロボット
４  ハンド（ピンセット）、ハンド機構
４ａ，４ｂ  開閉部材
５  部品（部品）
６  挿入口（コネクタ）
７  機器
８  入力ＩＦ
９  作業台
１０  判定結果通知部
１０ａ  モニタ
１０ｂ  スピーカー
１１  作業者
１２  ハンド操作部
１２ａ  開閉操作部（ハンド可動操作部）
１２ｂ  開閉操作部（ハンド固定操作部）
１３  ハンド支持部、スライド部
１３ａ  スライドレール
１３ｂ  操作部支持部
１４  撮像装置
１５  ストッパ部
１６  マスターモータ部
１７  ギヤ
１８  モータ
１９  エンコーダ
２０  制御情報設定部
２２  マスターハンド制御部
２３  マスターハンド制御装置
２９  マスター機構
３０  ハンド操作機構
３１  スレーブハンド制御装置
３２  スレーブハンド制御部
４１  スレーブ機構
４２  制御情報データベース
４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ  タイマー
４４  動作情報データベース
４５  データベース入出力部
５０  力検出部
５１  力判定部
５２  判定結果通知部
５３  動作情報生成部
５４  ピンセット
５５  把持力検出部
５６  人力検出部
５７  固定部
６４  モータ軸受部
６６  モータ上部固定部
６７  モータ中部固定部
６８  スライドラチェット部
６９  スライド軸受ラチェット部
７０  スライド位置取得センサ
７１  スレーブモータ部
７２ａ  歯車部
７２ｂ  歯車部
８０  マスタースレーブ装置用マスター装置
８１  マスタースレーブ装置用スレーブ装置
８２  リセットボタン
８３  ユーザ入出力部
１００  マスタースレーブ装置
【図１】
2015006722.tif 000004
【図２Ａ】
2015006722.tif 000005
【図２Ｂ】
2015006722.tif 000006
【図２Ｃ】
2015006722.tif 000007
【図２Ｄ】
2015006722.tif 000008
【図２Ｅ】
2015006722.tif 000009
【図３】
2015006722.tif 000010
【図４Ａ】
2015006722.tif 000011
【図４Ｂ】
2015006722.tif 000012
【図５Ａ】
2015006722.tif 000013
【図５Ｂ】
2015006722.tif 000014
【図５Ｃ】
2015006722.tif 000015
【図５Ｄ】
2015006722.tif 000016
【図５Ｅ】
2015006722.tif 000017
【図５Ｆ】
2015006722.tif 000018
【図５Ｇ】
2015006722.tif 000019
【図５Ｈ】
2015006722.tif 000020
【図６Ａ】
2015006722.tif 000021
【図６Ｂ】
2015006722.tif 000022
【図６Ｃ】
2015006722.tif 000023
【図６Ｄ】
2015006722.tif 000024
【図６Ｅ】
2015006722.tif 000025
【図６Ｆ】
2015006722.tif 000026
【図６Ｇ】
2015006722.tif 000027
【図６Ｈ】
2015006722.tif 000028
【図７Ａ】
2015006722.tif 000029
【図７Ｂ】
2015006722.tif 000030
【図８】
2015006722.tif 000031
【図９】
2015006722.tif 000032
【図１０Ａ】
2015006722.tif 000033
【図１０Ｂ】
2015006722.tif 000034
【図１１Ａ】
2015006722.tif 000035
【図１１Ｂ】
2015006722.tif 000036
【図１２】
2015006722.tif 000037
【図１３】
2015006722.tif 000038
【図１４Ａ】
2015006722.tif 000039
【図１４Ｂ】
2015006722.tif 000040
【図１４Ｃ】
2015006722.tif 000041
【図１５Ａ】
2015006722.tif 000042
【図１５Ｂ】
2015006722.tif 000043
【図１５Ｃ】
2015006722.tif 000044
【図１６】
2015006722.tif 000045
【図１７】
2015006722.tif 000046
【図１８】
2015006722.tif 000047
【図１９Ａ】
2015006722.tif 000048
【図１９Ｂ】
2015006722.tif 000049
【図２０】
2015006722.tif 000050
【図２１Ａ】
2015006722.tif 000051
【図２１Ｂ】
2015006722.tif 000052
【図２１Ｃ】
2015006722.tif 000053
【図２１Ｄ】
2015006722.tif 000054
【図２１Ｅ】
2015006722.tif 000055
【図２１Ｆ】
2015006722.tif 000056
【図２１Ｇ】
2015006722.tif 000057
【図２１Ｈ】
2015006722.tif 000058
【図２２Ａ】
2015006722.tif 000059
【図２２Ｂ】
2015006722.tif 000060