(57)【要約】【課題】人間の認知及び安全性を完全に保ちながら、人間の動きの正確さを拡張することができるロボット支援装置及びロボット支援システムを提供すること。【解決手段】本発明の一態様によれば、ロボット支援装置であって、互いに非電気的に接続された操作部と被操作箇所とを備え、ユーザが前記操作部を操作することによって、前記ユーザが自己認知を有しつつ前記被操作箇所によって規定される目標位置を変位可能に構成されるものであり、センサ部と、駆動部とを更に備え、前記センサ部は、前記駆動部上に設けられ、前記目標位置の変位についての所定軌道に関する特徴情報を取得可能に構成され、前記駆動部は、前記被操作箇所に設けられ、前記特徴情報に基づいて定まる制御信号に基づいて、前記目標位置の前記所定軌道からのずれを補正するように駆動される、装置が提供される。
2020040015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット支援装置であって、
互いに非電気的に接続された操作部と被操作箇所とを備え、ユーザが前記操作部を操作することによって、前記ユーザが自己認知を有しつつ前記被操作箇所によって規定される目標位置を変位可能に構成されるものであり、
センサ部と、駆動部とを更に備え、
前記センサ部は、
前記駆動部上に設けられ、
前記目標位置の変位についての所定軌道に関する特徴情報を取得可能に構成され、
前記駆動部は、
前記被操作箇所に設けられ、
前記特徴情報に基づいて定まる制御信号に基づいて、前記目標位置の前記所定軌道からのずれを補正するように駆動される、
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
誘導情報提示部を更に備え、
前記誘導情報提示部は、前記目標位置に関する情報を前記ユーザに提示可能に構成される、
装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記誘導情報提示部は、前記センサ部と同軸又は相対的位置が固定されたプロジェクタを含み、前記目標位置に関する情報を投影光として照射可能に構成される、
装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の装置において、
前記誘導情報提示部は、前記操作部に設けられた圧力提供装置を含み、前記目標位置に関する情報を圧力として前記ユーザに提示可能に構成される、
装置。
【請求項５】
請求項２〜請求項４の何れか１つに記載の装置において、
前記誘導情報提示部は、前記ユーザに装着可能に構成される電極を含み、前記ユーザの筋肉を電気的に刺激することで前記目標位置に関する情報を前記ユーザに提示可能に構成される、
装置。
【請求項６】
請求項２〜請求項５の何れか１つに記載の装置において、
前記誘導情報提示部は、前記目標位置に関する情報を力覚として前記ユーザに提示可能に構成される、
装置。
【請求項７】
請求項４〜請求項６に記載の装置において、
前記目標位置に関する情報は、前記目標位置の前記所定軌道からのずれを補正するための情報である、
装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか１つに記載の装置において、
不動部と、受動関節とを更に備え、
前記不動部は、前記受動関節を介して前記操作部又は前記被操作箇所と接続され、これにより前記不動部を不動としたまま前記被操作箇所の位置を可変に構成される、
装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか１つに記載の装置において、
前記センサ部は、外界の情報を撮像可能に構成される撮像部である、
装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、
前記目標位置は、前記撮像部によって撮像される画像の中心である、
装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０の何れか１つに記載の装置において、
前記駆動部上に切削具、塗布具、又はレーザ射出部が設けられ、
前記目標位置は、前記切削具若しくは前記塗布具の先端位置、又は前記レーザ射出部から照射されるレーザの照射位置である、
装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１の何れか１つに記載の装置において、
前記センサ部の取得レート及び前記駆動部の駆動レートは、２５０ヘルツ以上である、
装置。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２の何れか１つに記載の装置において、
制御部を更に備え、
前記制御部は、前記センサ部より取得された前記特徴情報に基づいて前記駆動部に対する前記制御信号の値を決定し、この値に基づいて前記駆動部を駆動可能に構成される、
装置。
【請求項１４】
ロボット支援システムであって、
請求項１〜請求項１３の何れか１つに記載のロボット支援装置と、情報処理装置とを備え、
前記情報処理装置は、
前記ロボット支援装置における前記センサ部及び前記駆動部と電気的に接続され、
前記センサ部より取得された前記特徴情報に基づいて前記駆動部に対する前記制御信号の値を決定し、この値に基づいて前記駆動部を駆動可能に構成される、
システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット支援装置及びロボット支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業界や医療業界において、人間が自己の認知に基づいて手等を使って所定の動作を伴うタスクを実行する場面は多々存在する。しかしながら、人間の動きの正確さには、例えば手の振戦や身体の動作周波数等を原因として限界がある。一方で、特に人間の認知や経験を重視する場面においては、ロボットによる完全なオートメーション化はもちろんのこと、人間の認知を度外視したマスター・スレーブ形式のロボット（特許文献１）等も採用したくない事情が存在する。また、ロボットの暴走等により意図しない動作をすることや、場合によってはこのような意図しない動作によって操作しているユーザに物理的な危険が及ぶことも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０３２７１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、人間の認知及び安全性を完全に保ちながら、人間の動きの正確さを拡張することができるロボット支援装置及びロボット支援システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、ロボット支援装置であって、互いに非電気的に接続された操作部と被操作箇所とを備え、ユーザが前記操作部を操作することによって、前記ユーザが自己認知を有しつつ前記被操作箇所によって規定される目標位置を変位可能に構成されるものであり、センサ部と、駆動部とを更に備え、前記センサ部は、前記駆動部上に設けられ、前記目標位置の変位についての所定軌道に関する特徴情報を取得可能に構成され、前記駆動部は、前記被操作箇所に設けられ、前記特徴情報に基づいて定まる制御信号に基づいて、前記目標位置の前記所定軌道からのずれを補正するように駆動される、装置が提供される。【０００６】
本発明に係るロボット支援装置は、互いに非電気的に接続された操作部と被操作箇所とを備え、ユーザが操作部を操作することによって被操作箇所によって規定される目標位置を変位可能に構成されるものであり、且つ被操作箇所内においてセンサ部の相対位置を変化させることにより、目標位置の所定軌道からのずれを補正するように構成されることに留意されたい。つまり、おおよその位置決め制御をユーザが操作部を介して行い（低周波）、人間の正確さの限界を超える詳細な位置決め制御についてはロボットが行うこととなる（高周波）。このような構成を有するロボット支援装置により、人間の認知を完全に保ちながら、人間の動きの正確さを拡張することができるという第１の効果を奏する。また、操作部と被操作箇所とが非電気的に接続されていて（例えば物理的に一体化している）、且つ駆動部のストロークを、ずれを補正するのに十分な程度にまで小さくすることができるので、ユーザへの物理的接触が回避できる。換言すると、ユーザへの物理的な危険性を限りなく小さくすることができるという第２の効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１〜第４実施形態に係るロボット支援システムの構成概要図。
【図２】第１〜第４実施形態に係るロボット支援システムの被操作箇所内において、駆動部によって撮像部の相対的位置を変化させる態様を示す図。
【図３】撮像部によって撮像される画像の概要図。
【図４】第１〜第４実施形態に係るロボット支援システムの動作フロー。
【図５】第１実施形態に係るロボット支援システムの一例を示す写真。
【図６】第２実施形態に係るロボット支援システムの一例を示す写真。
【図７】第３実施形態に係るロボット支援システムの一例を示す概要図。
【図８】第４実施形態に係るロボット支援システムの一例を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。特に、本明細書において「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる（例えば、図２における画像処理部３１及び制御信号生成部３２等）。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、０又は１で構成される２進数のビット集合体として信号値の高低によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。
【０００９】
また、広義の回路とは、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及びメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＬＰＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等を含むものである。
【００１０】
１．全体構成
図１は、本実施形態（第１〜第４実施形態）に係るロボット支援システム１の構成概要を示す図である。ロボット支援システム１は、人間の認知及び安全性を完全に保ちながら、人間の動きの正確さを拡張することができるロボット支援装置２と情報処理装置３とからなり、これらが電気的に接続されたシステムである。
【００１１】
１．１  ロボット支援装置２
ロボット支援装置２は、操作部２１と、被操作箇所２２と、受動関節２３（ここでは一例として受動関節２３ａ〜２３ｃ）と、不動部２４とを有し、これらの構成要素が機構的且つ非電気的に接続されている。以下、各構成要素について更に説明する。
【００１２】
＜操作部２１＞
操作部２１は、ユーザが被操作箇所２２の位置を変位させるために用いられる。例えば、操作部２１は、ユーザが手で握ることができるように構成される。或いは、グローブのようにユーザが操作部２１を装着可能に構成されてもよい。特に操作部２１は、被操作箇所２２と機構的且つ非電気的に接続されており、ユーザの自己認知を保ったまま被操作箇所２２の位置を変位させることができる点に留意されたい。なお、本実施形態において「自己認知を保つ」とは、ユーザが自身の手で被操作箇所２２を動かしている感覚が保たれていることと考えてよい。
【００１３】
＜被操作箇所２２＞
被操作箇所２２は、前述の通りユーザが操作部２１を操作することでその位置が変位されるように構成される。後に更に詳述するが、ユーザは、ロボット支援装置２を使用するにあたり、操作部２１を操作することによって被操作箇所２２における目標位置Ｔ（図２Ａ及び図２Ｂ参照）を所定軌道に沿うように変位させるタスクを実行するものとする。また、被操作箇所２２の詳細については、第１．２節において説明する。
【００１４】
＜受動関節２３ａ〜２３ｃ＞
受動関節２３ａ〜２３ｃは、操作部２１と不動部２４との間に設けられ、不動部２４（後述の通り固定されていて原則的に不動な部位）に対して操作部２１に自由度を与えるための関節機構であり、モータによって能動的に駆動されるものではない。このような構成により、前述の通りユーザが手動で操作部２１を操作することを可能にしている。なお、受動関節の個数についてはあくまでも例示でありこの限りではない。
【００１５】
＜不動部２４＞
不動部２４は、ロボット支援装置２の一部であって設置場所に載置又は固定される部位である。固定にあたってその方法は特に限定されず、ねじ等で固定してもよいし磁石による引力を用いて固定してもよい。何れにしても、操作部２１及び被操作箇所２２は、不動部２４に対して相対的に位置を変位させることができることに留意されたい。
【００１６】
１．２  被操作箇所２２
図２Ａ及び図２Ｂは、ロボット支援システム１におけるロボット支援装置２の被操作箇所２２内において、駆動部２２１によって撮像部２２２の相対的位置を変化させる態様を示している。かかる図を用いて、被操作箇所２２の構成要素を詳述する。
【００１７】
＜駆動部２２１＞
駆動部２２１は、被操作箇所２２に設けられ、例えば平行移動可能な２軸のアクチュエータ機構である。図２Ａ及び図２Ｂにおいては、駆動部２２１を左右方向に変位させた態様が示されているが、２軸であるためもちろん紙面に対する表裏方向に変位させることも可能である。更に不図示ではあるが、回転の自由度を与えてもよい。また、被操作箇所２２によって規定される所定の位置、より正確には駆動部２２１の変位に伴って規定される所定の位置を「目標位置Ｔ」として定義することに留意されたい。図２Ａ及び図２Ｂでは、撮像部２２２が駆動部２２１に設けられているが、例えばかかる撮像部２２２の視線（換言すると、撮像部２２２によって撮像される画像の中心）と規定面Ｐとの交点が目標位置Ｔとして定義されている。図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、駆動部２２１を変位させることで目標位置Ｔを変位させることができる。
【００１８】
＜撮像部２２２＞
撮像部２２２（特許請求の範囲における「センサ部」の一例）は、外界の情報を画像として取得可能に構成される、いわゆるビジョンセンサ（カメラ）である。特に撮像部２２２によって取得される画像ＩＭには、図３に示されるように、規定面Ｐ上に描かれたラインＬが含まれることが好ましい。ラインＬは前述の目標位置Ｔに係る所定軌道を可視化するためのものである。撮像部２２２は、いわゆる高速ビジョンと称する撮像レート（フレームレート）が高いものを採用する。フレームレートは、例えば、１００ｆｐｓ以上であり、好ましくは、２５０ｆｐｓ以上であり、更に好ましくは５００ｆｐｓ又は１０００ｆｐｓである。具体的には例えば、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００ｆｐｓであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。後に更に詳述することとなるが、予測を全く用いずにフィードバック制御だけで目標位置Ｔと前述の所定軌道とのずれ（誤差）を補正するためには、撮像部２２２の高いフレームレートが重要となる。なお、撮像部２２２は、センサ部の一例に過ぎず、他のセンサを用いてもよいことに留意されたい。しかしながら、本実施形態では撮像部２２２を前提として、他の構成要素（例えば、後述の画像処理部３１等）を説明するものとする。
【００１９】
１．３  情報処理装置３
情報処理装置３は、不図示の記憶部や制御部を備えている。記憶部は、例えばソリッドステートドライブ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ：ＳＳＤ）等のストレージデバイスとして、或いは、プログラムの演算に係る一時的に必要な情報（引数、配列等）を記憶するランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ：ＲＡＭ）等のメモリとして実施されうる。また、これらの組合せであってもよい。制御部は、例えば中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）として実施されうる。制御部は、記憶部に記憶された所定のプログラムを読み出すことによって、ロボット支援システム１に関連する種々の機能を実現する。
【００２０】
また、情報処理装置３は、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、Ｔｈｕｎｄｅｒｂｏｌｔ、有線ＬＡＮネットワーク通信等といった有線型の通信手段又は、無線ＬＡＮネットワーク通信、ＬＴＥ／３Ｇ等のモバイル通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信等の無線通信手段を必要に応じて有することで、外部機器と接続可能に構成されるとよい。特に、前述のロボット支援装置２とは、専用通信規格（例えば撮像部２２２との間であれば、カメラリンク等）において通信可能に構成されることが好ましい。
【００２１】
ここで、情報処理装置３における不図示の制御部は、機能的に考えると、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように画像処理部３１と制御信号生成部３２とを含むものである。以下、各構成要素について更に説明する。
【００２２】
＜画像処理部３１＞
画像処理部３１は、ロボット支援装置２における撮像部２２２より受信した画像ＩＭを画像処理して、ラインＬと、ラインＬ以外の領域とを区別する。これは例えば、撮像された画像ＩＭを、画像に関する所定のパラメータ（明度等）にしきい値を決めてバイナリ化することで実施される。そして、画像ＩＭからラインＬの重心位置（特許請求の範囲における「特徴情報」の一例）を算出することで目標位置Ｔの所定軌道（ラインＬ）からのずれを計測することができる。例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、目標位置Ｔが撮像部２２２の視線と規定面Ｐとの交点（画像中心ＣＴ）である場合は、画像ＩＭにおけるラインＬの重心位置と画像ＩＭの中心とのずれを計測すればよい。なお、画像中心ＣＴを目標位置Ｔとすることで、ずれを補正することで正確な軌道に沿って撮像を行うことができるので、例えば工場の部品検査等への応用が期待されうる。
【００２３】
なお、図３に示されるように、画像ＩＭの一部の所定領域ＲＯＩに対して前述の画像処理を行うように実施してもよい。特に、ずれの補正を高い制御レートにて行うため、ラインＬは、画像ＩＭの決まった位置（例えば画像中心ＣＴ）の近傍にあることとなり、この決まった位置の近傍領域を所定領域ＲＯＩとすることで、画像処理をするピクセル数を削減することができる。これにより、情報処理装置３における画像処理演算の負荷を小さくすることができ、高い制御レートでのずれ補正を維持又は実施することができる。
【００２４】
＜制御信号生成部３２＞
制御信号生成部３２は、ロボット支援装置２における駆動部２２１を駆動させる（すなわち所望に変位させる）制御信号ＣＳを生成し、かかる制御信号を不図示の通信インターフェースを介して駆動部２２１に送信する。ここで、かかる制御信号ＣＳは、目標位置Ｔの所定軌道（ラインＬ）からのずれ（前述の画像処理部３１において計測されたもの）に基づいて決定される。この場合の制御手法は特に限定されないが、例えば、Ｐ制御、ＰＤ制御、ＰＩＤ制御等が適宜採用されうる。制御に係る各係数は、必要に応じて好ましい値を設定すればよい。また制御信号ＣＳの値は電圧で規定されるとよい。
【００２５】
なお駆動部２２１を駆動させる駆動レート（制御信号生成部３２の制御信号生成レート）は、撮像部２２２における撮像レート同様、高いことが好ましい。例えば、１００ヘルツ以上であり、好ましくは、２５０ヘルツ以上であり、更に好ましくは５００ヘルツ又は１０００ヘルツである。具体的には例えば、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００ヘルツであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。
【００２６】
より詳細には、ロボット支援システム１全体としては、撮像部２２２の撮像レート及び駆動部２２１の駆動レートの低い方が、ずれの補正に係る制御レートとして働く。換言すると、撮像レート及び駆動レートを同程度に高くすることで、予測を全く用いずにフィードバック制御だけで目標位置Ｔと前述の所定軌道とのずれを補正することが可能となる。
【００２７】
２．ロボット支援システム１の動作フロー
第２節では、前述のような構成を有するロボット支援システム１の動作フローを説明する。以下、図４におけるステップＳ１〜Ｓ４に沿って説明する。
【００２８】
［開始］
（ステップＳ１）
ユーザは、操作部２１を掴み、自己認知を有しつつ被操作箇所２２に係る目標位置Ｔが所定軌道（規定面Ｐに描かれたラインＬ）に沿うように、被操作箇所２２を変位させる。つまり、手動という低周波な制御によってこのような動作が行われる（ステップＳ２へ続く）。
【００２９】
（ステップＳ２）
人間であるユーザには正確さの限界があり、目標位置Ｔを所定軌道にほとんどずれ無く沿わせることは事実上不可能であり、目標位置Ｔと所定軌道との間にずれが生じる（ステップＳ３へ続く）。
【００３０】
（ステップＳ３）
撮像部２２２がラインＬを含むように規定面Ｐを撮像する。撮像された画像ＩＭは、情報処理装置３に送信され、画像処理部３１によって画像処理が実行される。これにより、目標位置Ｔと所定軌道とのずれが計測される（ステップＳ３へ続く）。
【００３１】
（ステップＳ４）
ステップＳ３によって計測されたずれに基づいて、制御信号生成部３２は、駆動部２２１を駆動させるための制御信号ＣＳの値を決定する。これによってずれを補正するように駆動部２２１が変位される。より詳細には、ステップＳ３及びステップＳ４において、撮像部２２２を用いた高速ビジュアルフィードバックにより、ユーザが意識することのないごく短時間（例えば数百マイクロ秒〜数十ミリ秒オーダの遅延）でずれが補正される。
［終了］
【００３２】
ステップＳ１〜Ｓ４が繰り返されることで、ユーザが自己認知を有しつつ、目標位置Ｔを所定軌道に沿わせるというタスクが正確に実施されうる。つまり、ユーザとしては、補正を意識せずにむしろ自身が正確なタスクを実施しているという感覚を有することとなる。また、操作部２１と被操作箇所２２とは非電気的に互いに接続されたものであるため、操作部２１の操作に反して被操作箇所２２が意図しない動作をすることや、場合によってはこのような意図しない動作によって操作しているユーザに物理的な危険が及ぶこともない。また、駆動部２２１のストロークを、ずれを補正するのに十分な程度にまで小さくすることができるので、こちらについてもユーザへの物理的接触が回避でき、安全性が担保されている。
【００３３】
もちろん、画像ＩＭ（又はその一部である所定領域ＲＯＩ）にラインＬが含まれる程度に、手動による動作がなされる必要があること、及びずれを補正できる程度には駆動部２２１の変位のストロークが必要であることには留意されたい。
【００３４】
３．ユーザへの目標位置Ｔに係る情報提示
ユーザが自己認知をより高く有しつつ目標位置Ｔを所定軌道に沿わせるタスクを実施するには、現在の目標位置Ｔに係る情報をユーザ自身が取得できるとよい。そこで、ロボット支援システム１は、以下のような構成要素を更に有することが好ましい。以下、第１〜第４実施形態として詳述する。もちろん、各実施形態に係る構成要素を組み合わせて実施してもよい。
【００３５】
３．１  第１実施形態
図５は、第１実施形態に係るロボット支援システム１の写真である。第１実施形態に係るロボット支援システム１では、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、目標位置Ｔが撮像部２２２の視線と規定面Ｐとの交点（画像ＩＭの中心）として実施される。そして、被操作箇所２２にプロジェクタ２２３（特許請求の範囲における「誘導情報提示部」の一例）が設けられていることに留意されたい。
【００３６】
ここで、プロジェクタ２２３と撮像部２２２との相対的位置は、設計の際に既知であるから、プロジェクタ２２３から目標位置Ｔに関する情報を含む投影光を照射することができる。好ましくは、ビームスプリッタ等を用いて撮像部２２２とプロジェクタ２２３とを同軸光学系として実施するとよい。何れにしても、ロボット支援システム１を使用するユーザが目標位置Ｔ（すなわち撮像部２２２の画像中心ＣＴ）の現在位置を把握できるように、プロジェクタ２２３から目標位置Ｔに関する情報を含む投影光が照射される。図５においては、プロジェクタ２２３によって規定面Ｐ上に矩形の枠２２３ｐが投影される。枠２２３ｐの略中心が目標位置Ｔとして表されるので、ユーザは、目標位置Ｔを所定軌道に沿って変位させるために操作部２１をどのように動かすべきかを直感的に把握することができる。
【００３７】
３．２  第２実施形態
図６は、第２実施形態に係るロボット支援システム１の写真である。第２実施形態に係るロボット支援システム１では、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、目標位置Ｔが撮像部２２２の視線と規定面Ｐとの交点（画像ＩＭの中心）として実施される。そして、操作部２１をユーザが握る際に手の両側に空気圧を提供可能な圧力提供装置２１１ａ、２１１ｂ（特許請求の範囲における「誘導情報提示部」の一例）が設けられていることに留意されたい。また、撮像部２２２によって撮像される範囲は、駆動部２２１の変位できるストロークよりも広いものとする。
【００３８】
前述の通り、撮像部２２２によって撮像された画像ＩＭから目標位置Ｔと所定軌道とのずれを計測し、そのずれを補正するように駆動部２２１を駆動させる。一方で、駆動部２２１のストロークを超えるほどにずれが生じることも考えられる。第２実施形態に係るロボット支援システム１では、このような場合に、ずれを補正する方向にユーザを誘導するように、圧力提供装置２１１ａ又は２１１ｂの何れかより空気圧がユーザの手に提供される。
【００３９】
例えば、ユーザが操作部２１を握った状態でその手を右方向に誘導したい場合は、ユーザの手の左側に位置する圧力提供装置２１１ａから空気圧が提供される。一方、ユーザが操作部２１を握った状態でその手を左方向に誘導したい場合は、ユーザの手の右側に位置する圧力提供装置２１１ｂから空気圧が提供される。このように、目標位置Ｔに関する情報（ずれを補正するための情報）として空気圧がユーザに提供されている。
【００４０】
３．３  第３実施形態
図７は、第３実施形態に係るロボット支援システム１の概要図である。第３実施形態に係るロボット支援システム１では、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、目標位置Ｔが撮像部２２２の視線と規定面Ｐとの交点（画像ＩＭの中心）として実施される。第３実施形態に係るロボット支援システム１では、第２実施形態にロボット支援システム１のように、ずれを補正する方向にユーザを誘導（ずれを補正するための情報をユーザに提供）するように構成されるものである。具体的には、ユーザの腕に装着可能な電極４（特許請求の範囲における「誘導情報提示部」の一例）を更に備えるもので、電極４よりユーザの腕に直接電気信号を付与して筋肉を電気的に刺激することで、ずれを補正する方向にユーザを誘導可能に構成される（いわゆる筋電制御）。
【００４１】
３．４  第４実施形態
図８は、第４実施形態に係るロボット支援システム１の概要図である。第４実施形態に係るロボット支援システム１では、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、目標位置Ｔが撮像部２２２の視線と規定面Ｐとの交点（画像ＩＭの中心）として実施される。第４実施形態に係るロボット支援システム１では、第２実施形態にロボット支援システム１のように、ずれを補正する方向にユーザを誘導（ずれを補正するための情報をユーザに提供）するように構成されるものである。具体的には、ユーザの指に装着可能な力覚提示デバイス８１（特許請求の範囲における「誘導情報提示部」の一例）及び力覚提示デバイス８２（特許請求の範囲における「誘導情報提示部」の一例）を更に備える。力覚提示デバイス８１及び力覚提示デバイス８２は、情報処理装置３と無線通信を行う。力覚提示デバイス８１及び力覚提示デバイス８２は、情報処理装置３よりずれを補正するための力覚値を受け取ると、力覚値に応じた力覚（例えば、振動）をユーザに対して与える。
【００４２】
例えば、ユーザが操作部２１を右手で持った場合、力覚提示デバイス８１は右手の小指に装着され、力覚提示デバイス８２は右手の親指に装着される。情報処理装置３は、ずれを補正する方向が左であった場合、力覚提示デバイス８１を振動させ、ずれを補正する方向が右であった場合、力覚提示デバイス８２を振動させる。
なお、第４実施形態では、力覚提示デバイス８１をユーザの指に装着する構成としたが、これに限定されるものではなく、ユーザに力覚を与えることができれば何処に装着されてもよい。また、第４実施形態では、力覚の一例として振動を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ずれを補正するための力覚を与えられるものならどのようなものであってもよい。
【００４３】
４．変形例
なお、次のような態様によって、第１〜第４実施形態に係るロボット支援システム１を更に創意工夫してもよい。
【００４４】
第一に、前述の実施形態では、目標位置Ｔを撮像部２２２の視線と規定面Ｐとの交点（画像ＩＭの中心）として実施しているがあくまでも一例でありこの限りではない。例えば、被操作箇所２２における駆動部２２１に切削具（例えばエンドミルや医療用メス）を取り付けて、かかる切削具の先端位置を目標位置Ｔに設定することができる。この際、撮像部２２２及び切削具の相対的位置は設計の際に既知である。このような変形例によれば、ユーザが自己認知を有しつつ、切削加工や医療施術を施すことができる。
【００４５】
第二に、前述の実施形態では、目標位置Ｔを撮像部２２２の視線と規定面Ｐとの交点（画像ＩＭの中心）として実施しているがあくまでも一例でありこの限りではない。例えば、被操作箇所２２における駆動部２２１にレーザ射出部（加工用）を取り付けて、かかるレーザ射出部から射出されたレーザの照射位置（規定面Ｐ上）を目標位置Ｔに設定することができる。この際、撮像部２２２及びレーザ射出部の相対的位置は設計の際に既知である。このような変形例によれば、ユーザが自己認知を有しつつ、所望の物体が規定された形状となるようにレーザ加工を施すことができる。
【００４６】
第三に、前述の実施形態では、目標位置Ｔを撮像部２２２の視線と規定面Ｐとの交点（画像ＩＭの中心）として実施しているがあくまでも一例でありこの限りではない。例えば、被操作箇所２２における駆動部２２１に塗料等を塗布可能に構成される塗布部を取り付けて、かかる塗布部の先端位置を目標位置Ｔに設定することができる。この際、撮像部２２２及び塗布具の相対的位置は設計の際に既知である。このような変形例によれば、ユーザが自己認知を有しつつ、塗布工程を実施することができる。
【００４７】
第四に、既述の切削具、レーザ射出部、塗布具等も含めて、目標位置Ｔを決定する対象として様々なものが考えられ、これらを自由に取り付け取り外しができるように実施することができる。
【００４８】
第五に、情報処理装置３に代えてロボット支援装置２が単独で制御部を有するように実施してもよい。すなわち、ロボット支援装置２における制御部が、前述の実施形態において説明した情報処理装置３における画像処理部３１及び制御信号生成部３２に相当する。このような変形例によれば、ロボット支援装置２単体であっても、人間の認知及び安全性を完全に保ちながら人間の動きの正確さを拡張するという効果を奏する。
【００４９】
第六に、フィードバック制御に用いる撮像部２２２を異なるセンサにしてもよい。例えば、力覚センサが有効であると考えられる。力覚センサによって例えば接触力等の情報（特許請求の範囲における「特徴情報」の一例）を取得し、これに基づいて制御信号生成部３２が制御信号ＣＳを決定するように実施することでも、人間の認知及び安全性を完全に保ちながら人間の動きの正確さを拡張するという効果を奏する。
【００５０】
５．結言
以上のように、本実施形態によれば、人間の認知及び安全性を完全に保ちながら、人間の動きの正確さを拡張することができるロボット支援装置２を実施することができる。
【００５１】
かかるロボット支援装置２は、互いに非電気的に接続された操作部２１と被操作箇所２２とを備え、ユーザが操作部２１を操作することによって、ユーザが自己認知を有しつつ被操作箇所２２によって規定される目標位置Ｔを変位可能に構成されるものであり、センサ部（撮像部２２２等）と、駆動部２２１とを更に備え、センサ部は、駆動部２２１上に設けられ、目標位置Ｔの変位についての所定軌道（ラインＬ）に関する特徴情報を撮像により取得可能に構成され、駆動部２２１は、被操作箇所２２に設けられ、特徴情報に基づいて定まる制御信号に基づいて、目標位置Ｔの所定軌道からのずれを補正するように駆動される。
【００５２】
また、人間の認知及び安全性を完全に保ちながら、人間の動きの正確さを拡張することができるロボット支援システム１を実施することができる。
【００５３】
かかるロボット支援システム１は、前述のロボット支援装置２と、情報処理装置３とを備え、情報処理装置３は、ロボット支援装置２における撮像部２２２及び駆動部２２１と電気的に接続され、撮像部２２２より取得された特徴情報に基づいて駆動部２２１に対する制御信号の値を決定し、この値に基づいて駆動部２２１を駆動可能に構成される。
【００５４】
次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記装置において、誘導情報提示部を更に備え、前記誘導情報提示部は、前記目標位置に関する情報を前記ユーザに提示可能に構成される、装置。
前記装置において、前記誘導情報提示部は、前記センサ部と同軸又は相対的位置が固定されたプロジェクタを含み、前記目標位置に関する情報を投影光として照射可能に構成される、装置。
前記装置において、前記誘導情報提示部は、前記操作部に設けられた圧力提供装置を含み、前記目標位置に関する情報を圧力として前記ユーザに提示可能に構成される、装置。
前記装置において、前記誘導情報提示部は、前記ユーザに装着可能に構成される電極を含み、前記ユーザの筋肉を電気的に刺激することで前記目標位置に関する情報を前記ユーザに提示可能に構成される、装置。
前記装置において、前記誘導情報提示部は、前記目標位置に関する情報を力覚として前記ユーザに提示可能に構成される、装置。
前記装置において、前記目標位置に関する情報は、前記目標位置の前記所定軌道からのずれを補正するための情報である、装置。
前記装置において、不動部と、受動関節とを更に備え、前記不動部は、前記受動関節を介して前記操作部又は前記被操作箇所と接続され、これにより前記不動部を不動としたまま前記被操作箇所の位置を可変に構成される、装置。
前記装置において、前記センサ部は、外界の情報を撮像可能に構成される撮像部である、装置。
前記装置において、前記目標位置は、前記撮像部によって撮像される画像の中心である、装置。
前記装置において、前記駆動部上に切削具、塗布具、又はレーザ射出部が設けられ、前記目標位置は、前記切削具若しくは前記塗布具の先端位置、又は前記レーザ射出部から照射されるレーザの照射位置である、装置。
前記装置において、前記センサ部の取得レート及び前記駆動部の駆動レートは、２５０ヘルツ以上である、装置。
前記装置において、制御部を更に備え、前記制御部は、前記センサ部より取得された前記特徴情報に基づいて前記駆動部に対する前記制御信号の値を決定し、この値に基づいて前記駆動部を駆動可能に構成される、装置。
ロボット支援システムであって、前記ロボット支援装置と、情報処理装置とを備え、前記情報処理装置は、前記ロボット支援装置における前記センサ部及び前記駆動部と電気的に接続され、前記センサ部より取得された前記特徴情報に基づいて前記駆動部に対する前記制御信号の値を決定し、この値に基づいて前記駆動部を駆動可能に構成される、システム。
もちろん、この限りではない。
【００５５】
最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
上述した実施形態及び変形例は、任意に組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１        ：ロボット支援システム
２        ：ロボット支援装置
２１      ：操作部
２１１ａ  ：圧力提供装置
２１１ｂ  ：圧力提供装置
２２      ：被操作箇所
２２１    ：駆動部
２２２    ：撮像部
２２３    ：プロジェクタ
２２３ｐ  ：枠
２３      ：受動関節
２３ａ    ：受動関節
２３ｂ    ：受動関節
２３ｃ    ：受動関節
２４      ：不動部
３        ：情報処理装置
３１      ：画像処理部
３２      ：制御信号生成部
４        ：電極
ＣＳ      ：制御信号
ＩＭ      ：画像
Ｌ        ：ライン
Ｐ        ：規定面
ＲＯＩ    ：所定領域
Ｔ        ：目標位置
【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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【国際調査報告】
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