日本バーチャルリアリティ学会第 13 回大会論文集(2008 年 9 月)

テレイグジスタンスの研究（第 58 報）―MeisterGRIP におけるアーム操作系
Study on Telexistence (LVIII) -Arm control system for MeisterGRIP
立薗真理，古明地秀治，佐藤克成，南澤孝太，新居英明，川上直樹，舘暲Mari TATEZONO, Shuji KOMEIJI, Katsunari SATO, Kouta MINAMIZAWA, Hideaki NII, Naoki KAWAKAMI andSusumu TACHI東京大学大学院

情報理工学系研究科(〒113-0033 東京都文京区本郷 7-3-1, {Mari_Tatezono, Shuji_Komeiji, Katsunari_Sato, Kouta_Minamizawa, Hideaki_Nii}@ipc.i.u-tokyo.ac.jp, {kawakami, tachi}@star.t.u-tokyo.ac.jp)
Abstract: In this paper, we propose a simplified force-based master arm system using MeisterGRIP. We use
vision-based tactile sensing method for the master arm system. The master arm system acquires six-axis force
information of operator’s hands. We control the position and posture of the robotic arm using force
information.
Key Words: Telexistence, Master system, Robotic arm.

1. はじめに従来のマスタシステムとしてよく用いられるものには、近年、あたかも自分が遠隔地にいるかのような感覚を得位置姿勢ベースの方法がある。これは、操作者の腕の姿勢ながらロボットを操作する、テレイグジスタンスに関するをロボットアームの姿勢に反映させる方法であり、機械式、研究が進められている[1]。テレイグジスタンスの実現例

光学式、磁気式などがある。それぞれ位置・姿勢の計測精として遠隔作業が挙げられるが、これは極地作業や遠隔手度が高いものの、デバイスを配置するために広いスペース術等、特定の使用者に特化した技術としての開発が進めらが必要なことや、デバイス装着の煩わしさなどが問題であれている。そのため、現状では限られた人のための技術とり、目標とする簡易型マスタシステムとしては適さない。

なっているが、将来的には遠隔コミュニケーションやエン位置姿勢ベース以外の方法としては、力ベースの方法がターテイメントのように、誰にでも身近に扱えるシステムある。これは、操作者の動作に伴い生じる力を計測し、そとなることが期待される。誰もが楽しめるテレイグジスタれに応じたトルクをロボットアームに与える方法である。

ンスシステムの実現には、様々な体格の人が手軽に使える、 力ベースの手法として、筋電信号を測定して腕の運動を推簡易なマスタシステムが求められると考えられる。また、定する方法がある0。しかし、筋電信号は計測される信号家庭に置くことなどを考えると、場所を取らないコンパクが単一の動作に対応しているとは限らない、計測場所がずトなシステムであることも望ましい。

れると信号が変化するなど、安定した情報が得られないという欠点がある。また、筋電信号の測定のために電極を取我々は、簡易で場所をとらない簡易型マスタシステムり付けるなど、装着の煩わしさが欠点となる。

“MeisterGRIP”を開発している[2]。MeisterGRIP では、操作者の握り具合を力情報として取得し、ロボットハンドやアームを操作できる。本稿では、MeisterGRIP を用いた力の実計測によるアーム操作について述べる(図 1)。

2. 力の実計測によるロボットアーム操作
マスタスレーブシステムによってロボットアームを操作する場合、目標とする簡易なマスタシステムが満たすべき条件としては、広い場所を必要としないこと、装着が楽であること、誰にでも使えることの 3 つが挙げられる。また、技術が必要な細かい作業を対象としなければ、計測精図 1度の高さは必要ないと考えられる。
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力ベースの制御そこで、筋電信号以外の力ベースの方法として、の空気圧アームを用いた。構築したアーム操作システムでMeisterGRIP を用いて操作者の手先に生じる力を直接計測

は、MeisterGRIP は上下と左右の並進自由度を持ったジョし、それによってロボットアームの操作を行うことを考えイスティックに固定された。そして、6 軸全ての情報をた。これは、操作者の手先 6 軸の力をロボットアーム先端

MeisterGRIP から算出するのではなく、前後 1 軸周りの回の位置姿勢の変化分に対応させることによって、ロボット転と前後 1 方向の並進について算出した。上下と左右の 2アームの制御を行う方法である。この方法では、高精度に方向の並進については、ジョイスティックに取り付けたポ情報の取得をすることは出来ない。しかし、省スペース、テンショを用いて情報の取得を行った。上下軸と左右軸周装着の必要がない、身体的な使用制限が少ないなど、本稿りの回転については計測を行わず、空気圧アーム先端の姿で目標とするマスタシステムとしての要件を満たすと考勢も固定した。MeisterGRIP とポテンショのデータを、空えられる。

気圧アーム先端の位置姿勢に反映することで、空気圧アームの操作を実現した。

3. MeisterGRIP

また、今回のシステムでは、MeisterGRIP の情報は空気MeisterGRIP は、光学式力ベクトル分布センサの技術を圧アームだけでなくロボットハンドの指の操作にも用い応用した、力ベースの簡易型マスタシステムである。ている。そのため、空気圧アームを動かすつもりがロボッ

MesiterGRIP は、異なる色のついた 2 層のマーカマトリクトハンドの指まで一緒に動くなど、操作が混同することがスが敷かれた透明弾性体と CCD カメラにより構成されるあった。

(図 2)。表面に力が加わった時の弾性体の変形情報は、弾性体内部のマーカの変位としてカメラによって計測される。このマーカの変位情報から、センサ表面に加わる力ベクトルの分布情報を算出する。

図 2

MeisterGRIP

左：外観、右：構成[2]
図 4

ロボットハンドとアームの操作システム

MesiterGRIP 本体を固定することにより、計測された力
5. おわりにベクトル分布情報から 6 軸の並進と回転の力情報を算出できる。まず、力ベクトルの xyz 各軸方向の力の総和から 3

本稿では、簡易型マスタシステム“MeisterGRIP”を用軸の並進の情報が得られる。また、中心点周りのモーメンいて、力ベースのロボットアーム操作システムを構築した。

トを求めることによって、3 軸の回転の情報を得ることが今後の課題としては、6 軸全ての情報を MeisterGRIP かできる(図 3)。算出した 6 軸の並進と回転の力を、ロボッら取得してアームを制御することや、アームとハンドを制トアーム先端の位置姿勢の変化分に対応させる。

御する情報を独立させることが挙げられる。

参考文献[1]S. Tachi and K. Yasuda：Evaluation Experiments ofa Telexistence Manipulation System，Presence，Vol.
3, No.1, pp. 35-44, 1994.
[2]古明地秀治，佐藤克成，南澤孝太，新居英明，川上直樹，舘暲：テレイグジスタンスの研究(第 57 報)

図 3－簡易型マスタシステム “MeisterGRIP” の設計，日本バーチャルリアリティ学会第 13 回大会
予稿集，2008

並進・回転情報の取得辻内 伸好, 小泉 孝之, 北村 徹, 米田 光宏：筋電信号に

4. MeisterGRIP によるアーム操作

よる動作推定を用いたロボットアームのマニピュレーシ

MeisterGRIP を用いて、ロボットハンドとアームの操作ョン，日本機械学會論文集. C 編，Vol. 72, No.719, pp.

システムを構築した。ロボットアームとしては、7 自由度

2169-2176, 2006.
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