JP6358463B2 - 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 - Google Patents

Description

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。

特許文献１は、術者が画面に表示される画像を確認しながら、マスターロボットを操作して、スレーブアーム部を制御させて手術を行う技術を開示している。

特表２０１２−５５７５２号公報

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、操作の仕方が異なる。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、人は、把持力の微小な変化を感じながら細かな作業を行うことができる。一方、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、大雑把な作業を行うために、微小な力の変化を感じる必要はない。

特許文献１では、画像を確認しながらマスターロボットによりスレーブロボットを操作することは可能だが、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、きめ細かなスレーブでのピンセット制御は行っていない。

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、スレーブのピンセット又はグリッパを制御したり、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、マスタースレーブ装置を提供することにある。

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。

本発明の１つの態様によれば、一対の開閉部材を有するハンド機構により作業を行うスレーブ機構を備えるマスタースレーブ装置を遠隔から制御するマスター装置であって、
前記マスター装置は、
前記ハンド機構の開閉動作の操作指示を行うハンド操作機構と、
前記ハンド操作機構を有するとともに前記スレーブ機構を遠隔により操作するマスター機構と、
マスターハンド制御装置と、
出力部とを有し、
前記ハンド操作機構は、
固定部と、開閉操作部と、スライド部とを有し、
前記スライド部は、前記固定部に対して往復移動可能に取付けられ、
前記開閉操作部は、前記スライド部に連結されて前記固定部に対して往復移動可能であるとともに、前記固定部に対して開閉可能であり、
前記マスターハンド制御装置は、前記開閉操作部の開閉量に基づいて、前記ハンド機構の前記一対の開閉部材を開閉動作制御させ、
前記出力部は、前記固定部に対する前記開閉操作部の位置と前記開閉操作部での前記開閉量とに基づいて、前記ハンド機構の前記開閉部材の角度を含む動作情報を前記スレーブ機構に出力するマスタースレーブ装置用マスター装置を提供する。
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。

本発明の前記態様によれば、ハンド機構の一例としてピンセット又はグリッパをスレーブ機構に取り付ける場合、スレーブ機構に取り付けたピンセット又はグリッパの把持又は支持位置を変更しながら操作した際に、スレーブのピンセット又はグリッパを制御したり、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又は支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説明図 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模式図 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模式的な斜視図 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模式図 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線断面模式図 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線断面模式図 第１実施形態において、マスター側のハンド操作機構の実例の斜視図 第１実施形態において、マスター側のハンド操作機構の実例の正面図 第１実施形態において、マスター側のハンド操作機構の実例の平面図 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 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斜視図 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 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 本発明の第１実施形態のスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のスレーブ機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図 本発明の第１実施形態のマスター機構側での部品挿入の操作を説明する図 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 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 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 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 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 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 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 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 本発明の第１実施形態における開閉操作部の角度を説明する図 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 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 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 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 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 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 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 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 第２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 第２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 第２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 第２実施形態において、回転機構の断面図 第２実施形態において、回転機構の断面図 第２実施形態のマスター機構側での操作を説明する図 第２実施形態のマスター機構側での操作を説明する図 第２実施形態のマスター機構側での操作を説明する図 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

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。

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。

本発明の第１態様によれば、一対の開閉部材を有するハンド機構により作業を行うスレーブ機構を備えるマスタースレーブ装置を遠隔から制御するマスター装置であって、
前記マスター装置は、
前記ハンド機構の開閉動作の操作指示を行うハンド操作機構と、
前記ハンド操作機構を有するスレーブ機構を遠隔により操作するマスター機構と、
マスターハンド制御装置と、
出力部とを有し、
前記ハンド操作機構は、
固定部と、開閉操作部と、スライド部とを有し、
前記スライド部は、前記固定部に対して往復移動可能に取付けられ、
前記開閉操作部は、前記スライド部に連結されて前記固定部に対して往復移動可能であるとともに、前記固定部に対して開閉可能であり、
前記マスターハンド制御装置は、前記開閉操作部の開閉量に基づいて、前記ハンド機構の前記一対の開閉部材を開閉動作制御させ、
前記出力部は、前記固定部に対する前記開閉操作部の位置と前記開閉操作部での前記開閉量とに基づいて、前記ハンド機構の前記開閉部材の角度を含む動作情報を前記スレーブ機構に出力するマスタースレーブ装置用マスター装置マスター装置を提供する。

本構成によって、開閉操作部の開閉操作部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、ハンド機構の一例としてピンセット又はグリッパをスレーブ機構に取り付ける場合、スレーブ機構に取り付けたピンセット又はグリッパの把持又は支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又は支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２態様によれば、前記開閉操作部は、人の親指もしくは人差し指により操作可能であり、
前記固定部は、前記開閉操作部の操作中は、前記人が前記開閉操作部を操作している指以外で支持可能である、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、
本発明の第３態様によれば、前記スライド部は、前記固定部の一側面に連結されるとともに、
前記マスター機構の前記固定部に対する前記開閉操作部の位置を、前記スライド部に対する前記開閉操作部の前記位置として取得する開閉操作部位置取得部と、
前記開閉操作部での前記開閉量を取得する開閉量取得部とをさらに備える、第１又は第２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、開閉操作部位置に応じてハンド機構の角度の微調整をすることができる。

本発明の第４態様によれば、前記スライド部は、前記固定部に連結されるとともに、
前記マスター機構の前記固定部に対する前記開閉操作部の位置を、前記スライド部に対する前記開閉操作部の前記位置として取得する開閉操作部位置取得部と、
前記開閉操作部での前記開閉量を取得する開閉量取得部と、
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、
前記ハンド機構の開閉により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開閉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もしくは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、前記マスタースレーブ装置用マスター装置は、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、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又は第２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。

本構成によれば、前記スライド部に対する前記開閉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。

本発明の第５態様によれば、前記開閉操作部に連結する部材が前記固定部に対して交差する方向に突出して配置されている、第１〜４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。

本構成によれば、前記開閉操作部に連結する部材を手の甲に接触させて支持することにより、前記開閉操作部で操作する際に、マスター機構が意図せずに回転してしまうことを防ぐことができる。

本発明の第６態様によれば、前記スライド部に対する前記開閉操作部の前記位置又は前記マスター機構の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と、前記ハンド機構で前記作業を行う移動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１〜５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。

本構成によれば、マスター機構の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と、前記ハンド機構で前記作業を行う移動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、作業者は開閉操作部を使いやすい位置に移動させることが可能となり、さらに、移動モードに設定することで、前記ハンド機構の位置を微調整するモードに切り替えることが可能となる。

本発明の第７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開閉操作部の前記位置が、後方へ前記スライド部に対して前記開閉操作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開閉操作部の前記位置が、前方へ前記スライド部に対して前記開閉操作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小さくなるように生成する、
第４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、開閉操作部の開閉操作部位置がスライド部に対して後方に移動するほど、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の先端を直接把持しているような感覚を提供でき、さらに、開閉操作部の開閉操作部位置がスライド部に対して前方へ移動するほど、マスター機構にフィードバックされる力を弱くすることで、あたかもピンセットの後方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８態様によれば、前記スライド部及び前記開閉操作部とが連結されて、前記固定部に対して前記固定部回りに回転可能な回転機構をさらに備えて、
前記回転機構を前記固定部に対して回転させることにより、前記固定部の上側に前記開閉操作部が配置される位置と、前記固定部の下側に前記開閉操作部が配置される位置との間で変更可能とする、
第１〜７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。

本構成によって、前記ハンド操作機構の前記開閉操作部の操作を人差し指もしくは親指での操作に切り替えることができる。

本発明の第９態様によれば、前記固定部の上側に前記開閉操作部が配置される位置か、前記固定部の下側に前記開閉操作部が配置される位置かを検出して、検出結果を前記動作情報生成部に出力する回転機構位置検出部をさらに備え、
前記動作情報生成部は、前記ハンド機構で前記作業を行う移動モードであり、且つ、前記回転機構位置検出部で前記固定部の下側に前記開閉操作部が配置される位置であると検出された場合は、リセットモードを設定する、
第８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、前記固定部の下側に前記開閉操作部が配置される位置であって親指で操作する際に、可動域がせまくなり、操作がしにくくなるため、自動的にリセットモードに変更して、一時的に操作ができないようにすることが可能となる。

本発明の第１０態様によれば、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。

本構成によって、開閉操作部の開閉操作部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、ハンド機構の一例としてピンセット又はグリッパをスレーブ機構に取り付ける場合、スレーブ機構に取り付けたピンセット又はグリッパの把持又は支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又は支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１１態様によれば、一対の開閉部材を有するハンド機構により作業を行うスレーブ機構を備えるマスタースレーブ装置を遠隔から制御するマスター装置の制御方法であって、
前記マスター装置は、
前記ハンド機構の開閉動作の操作指示を行うハンド操作機構と、
前記ハンド操作機構を有するスレーブ機構を遠隔により操作するマスター機構と、
マスターハンド制御装置と、
出力部とを有し、
前記ハンド操作機構は、固定部と、開閉操作部と、スライド部とを有し、
前記スライド部は、前記固定部に対して往復移動可能に取付けられ、
前記開閉操作部は、前記スライド部に連結されて前記固定部に対して往復移動可能であるとともに、前記固定部に対して開閉可能である状態で、
前記開閉操作部の開閉量に基づいて、前記ハンド機構の前記一対の開閉部材を前記マスターハンド制御装置で開閉動作制御させ、
前記固定部に対する前記開閉操作部の位置と前記開閉操作部での前記開閉量とに基づいて、前記ハンド機構の前記開閉部材の角度を含む動作情報を前記スレーブ機構に前記出力部で出力する、マスター装置の制御方法を提供する。

本構成によって、開閉操作部の開閉操作部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、ハンド機構の一例としてピンセット又はグリッパをスレーブ機構に取り付ける場合、スレーブ機構に取り付けたピンセット又はグリッパの把持又は支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又は支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。

（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。

図１は、マスタースレーブ装置１００を使った作業の一例としての部品の挿入作業の様子を示す。図９Ａは第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である。

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。

《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、スレーブ装置８１と、マスター装置８０とを備える。

スレーブ装置８１は、少なくとも、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としては、さらに、スレーブハンド制御装置３１と、力計測装置１とを備えている。

マスター装置８０は、少なくとも、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としては、さらに、データベース入出力部４５と、マスターハンド制御装置２３とを備えている。

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がスレーブ装置８１から離れて、遠隔によりマスター装置８０のマスター機構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。なお、この明細書では、一例として、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作業について説明しているが、本発明は、この作業に限定されるものではない。例えば、把持する作業を行うためのハンド機構４の代わりに、所定の作業を行うための道具をスレーブ機構４１に取り付けることにより、当該所定の作業、例えば、対象物５を切断したり又は対象物５を拡げたりするような作業にも適用可能である。

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、後述する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が遠隔操作することにより、スレーブロボット２を動作させることができる。さらに、マスタースレーブ装置１００は、必要に応じて、図１０に示すように、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。

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（の出力部９７）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に対する開閉操作部１２の位置又は開閉操作部１２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）を下記するスレーブハンド制御装置３１の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。

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を把持及び把持解放するハンド機構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（の出力部９７）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とをそれぞれ独立して動作制御する。

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。

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（図９Ａ参照）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。

《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。ハンド機構４は、ハンド、例えばピンセット（もしくはグリッパ）で構成されている。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（図４Ａ参照）、一対の開閉部材４ａ，４ｂの先端に対象物５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５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５を解放することができる。

《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る。ハンド操作機構３０は、図２Ａ及び図２Ｂに模式的に示すように、
作業者１１が開閉操作する棒状（レバー状）開閉操作部１２と、開閉操作部１２と連結されて、作業者１１が開閉操作部１２を開閉操作する際に把持する、固定部の一例として機能する棒状グリップ部２１と、グリップ部２１と開閉操作部１２との間に連結されて、グリップ部２１に対してグリップ部２１の長手方向沿いに開閉操作部１２が進退する（往復移動可能な）スライド部（ハンド支持部）１３とを有して、作業者１１がハンド機構４のハンド例えばピンセットの開閉部材４ａ，４ｂを開閉操作する。作業者１１は、手の指（例えば親指１１ａ）と手の甲１１ｆとなどで又は開閉操作部１２を操作している指（親指若しくは人差し指）以外の指でグリップ部２１を把持し、開閉操作部１２の開閉操作と、開閉操作部１２のスライド部１３に対するスライド操作とを別の指（例えば人差し指１１ｂ及び中指１１ｃなど）でそれぞれ独立して行うことができる（後述する図３Ａ及び図３Ｂ参照）。

スライド部１３は、マスター機構２９の先端に連結されたグリップ部２１に連結されている。スライド部１３は、グリップ部２１の長手方向沿いにグリップ部２１に固定された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に沿って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、開閉操作部１２が回動支点を中心に回動可能に配置される。

グリップ部２１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固定的に連結されて配置される。よって、グリップ部２１を上下左右又は前後方向などに移動するように操作すれば、ロボットアームが上下左右又は前後方向などに移動することになる。

開閉操作部１２は、作業者１１の指で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の人差し指１１ｂを開閉操作部１２に接触させて回動支点周り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とを行わせることができる。開閉操作部１２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（往復移動させる）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、後述するように制御モードを移動モードを切り換えて、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、ピンセット自体を微小量だけ移動させたりすることができる。

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、図２Ａ〜図４Ｂを基に説明する。

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る。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る。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。なお、図２Ｆ〜図２Ｈには、第１実施形態において、マスター側のハンド操作機構３０の実例の斜視図、正面図、及び平面図を示す。

図３Ａは、作業者１１が把持した状態のハンド操作機構３０の平面図であり、図３Ｂは斜視図である。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。

この例では、開閉操作部１２は、一端が後述するモータ軸受部６４と連結し、他端が自由端となっており、作業者１１が指で先端側を押圧又は押圧解除操作することで一端のモータ軸受部６４の軸心周りに回転する棒状（レバー状）部材である。

スライドレール１３ａは、大略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実施形態の開閉操作部１２のスライド部１３に対する位置を、前方方向に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するように設定可能なラチェット構造としても良い。

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、グリップ部２１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が移動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、次のように行う。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に対向させ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。

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。

また、ハンド操作機構３０は、図９Ｂに示すように、センサとして、開閉操作部位置取得センサ７０とエンコーダ１９とを有している。

図２Ｃに示すように、開閉操作部位置取得センサ７０は、開閉操作部位置取得部（図９Ｂ参照）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に固定されている。開閉操作部位置取得センサ７０は、スライドレール１３ａに対する操作部支持部１３ｂの開閉操作部位置（マスター機構２９の端部に対する開閉操作部１２の位置、言い換えれば、開閉操作部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）に対する開閉操作部位置）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が開閉操作部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開閉操作部１２のスライド部１３に対する開閉操作部１２の位置（開閉操作部位置）を開閉操作部位置取得センサ７０で取得し、開閉操作部位置取得センサ７０からマスターハンド制御部２２に出力する。

開閉操作部１２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、開閉操作部１２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（図２Ｂ参照）。エンコーダ１９は、開閉量取得部（図９Ｂ参照）の一例として機能し、開閉量の一例としてはモータの回転角度である。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。さらに、開閉操作部１２を一対のピンセットではなく、片方のみのピンセットとすることで、図３Ａに示すように人差し指１１ｂのみで操作でき、他の指例えば親指１１ａと手の甲１１ｆなどでグリップ部２１をしっかり把持できることから、マスターロボット３の移動とピンセット開閉との両方を安定的に操作することが可能となる。さらに、図３Ｂに示すように、開閉操作部１２に連結する部材の一例としてのマスターモータ部１６を作業者１１の手の甲１１ｆに沿う形で配置することで、マスターモータ部１６の重みなどでグリップ部２１がマスターモータ部１６側（又は作業者１１の小指側）に意図せずに回転してしまうことを防ぐことができる。なお、マスターモータ部１６が小型モータの場合には、手の甲に載る大きさのカバーでマスターモータ部１６を覆い、手の甲に載るサイズとしても良い。また、グリップ部２１に自転車のグリップ部分などに使われるスポンジ素材を巻くことで、親指でグリップ部２１をしっかり把持することができ、さらに回転を防ぐことができる。この開閉操作部１２に連結する部材としては、この第１実施形態では、マスターモータ部１６としているが、これに限られるものではなく、グリップ部２１に、グリップ部２１の長手方向と交差する方向に直接的又は間接的に連結された棒状の補助支持部材で構成し、補助支持部材が手の甲に接触することにより回転防止機能を達成するようにしてもよい。

なお、開閉操作部１２を閉じるときは人差し指１１ｂで開閉操作部１２を押さえればよいが、開閉操作部１２を開くときは人差し指１１ｂで開閉操作部１２を開けるのが困難な場合がある。そのようなときには図３Ａに一点鎖線で参照符号８８で示すように、指バンド８８を開閉操作部１２に設けて、指バンド８８内に人差し指１１ｂを挿入しておけば、人差し指１１ｂの開き動作により、人差し指１１ｂに開閉操作部１２が容易に
追随して簡単にかつ確実に開閉操作部１２を開けることができる。

グリップ部２１は、一端がマスター機構２９の一例であるロボットアームの先端部に連結されて配置される。作業者１１は、一例として、図３Ａに示すように親指１１ａと手の甲１１ｆの一部とでグリップ部２１を把持し、中指１１ｃで下方向からグリップ部２１を支えるように把持する。人差し指１１ｂで開閉操作部１２を開閉操作する。グリップ部２１の上部にスライド部１３を位置させる。ハンド操作機構３０を下方向から手で把持するために、マスターロボット３を操作する際に、作業者１１は肘を机などに置くことで、安定的に操作することができるようになる。

一方、ハンド機構４は、以下のように構成する。

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、開閉操作部１２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などを把持及び把持解放する。

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。

ハンド機構４は、力計測装置１を有する。力計測装置１は、図１０に示すように、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。力計測装置１は、スレーブロボット２の一部でかつスレーブ装置８１の一部として構成されている。

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の周囲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。

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、撮像装置１４で撮像した映像をモニタ１０ａに映す。

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開閉操作部１２の開閉を支点周りに回転操作することで、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。

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把持力検出部５５で検出し、検出した把持力を、把持力検出部５５からデータベース入出力部４５を介して、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の開閉操作部１２へフィードバックすることで、把持したときの力を作業者１１が感じながら作業をすることができる。

マスタースレーブ装置１００の操作手順の概要を、図５Ａ〜図５Ｅ及び図６Ａ〜図６Ｅ及び図７Ａ〜図７Ｅ及び図８Ａ〜図８Ｅを用いて説明する。

制御情報設定部２０により、開閉操作部１２のモードは初期設定でリセットモードとなっていると仮定する。このリセットモードの状態では、開閉操作部１２又はマスターロボット３を操作しても、ハンド機構４又はスレーブロボット２は一時的に動作しない状態である。

リセットモードで、マスターロボット３や開閉操作部１２の位置及び姿勢を作業者１１が手動で決めた後、作業者１１は、リセットボタン８２を押すことにより、制御モードをリセットモードから移動モードに変更することができる。

移動モードでは、作業者１１がマスターロボット３及び開閉操作部１２を操作すると、作業者１１が移動させたマスターロボットの位置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。

具体的には、図６Ａのように、スライド部１３の操作部支持部１３ｂをスライドレール１３ａの前端に近い位置に位置させた状態で、作業者１１はマスターロボット３と開閉操作部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。

次に、図６Ｂ及び図６Ｃのように、作業者１１が人差し指１１ｂで開閉操作部１２をグリップ部２１に向けて回転させて閉じ動作して開閉操作部１２の先端を閉じると、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及びモータ１８の駆動制御を介して開閉操作部１２にフィードバックする。マスターハンド制御装置２３でのモータ１８の駆動制御の下に、作業者１１は、開閉操作部１２で把持力を感じながら、開閉操作部１２に対する把持する力加減を調整できる。

次に、図６Ｄ及び図６Ｅのように、マスターハンド制御装置２３でのモータ１８の駆動制御の下に、作業者１１が人差し指１１ｂで開閉操作部１２に加える力を徐々に小さくしていくと、開閉操作部１２が開くようにモータ１８が駆動制御され、それに応じて、図５Ｄ及び図５Ｅのように、スレーブロボット２のハンド機構４が開く。

一方、図７Ａでは、図５Ａに比べて小さな部品を操作するため、開閉操作部１２をスライド部１３上でスライド部１３に対して後方にスライドさせる。すなわち、スライド部１３の操作部支持部１３ｂをスライドレール１３ａの後端に近い位置に位置させる。すると、作業者１１が人差し指１１ｂで開閉操作部１２を操作して、ハンド機構４を開閉させる場合に、開閉操作部１２の開閉量より小さな開閉量でハンド機構４を開閉させることができる。すなわち、細かなピンセット操作が可能となる。一例としては、開閉操作部１２の開閉量の半分の開閉量でハンド機構４を開閉させるように後述するマスターハンド制御装置２３の制御情報設定部２０で移動ゲインを設定する。

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と、スレーブロボット２と、力計測装置１との詳細を説明する。図９Ａ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１０は、力計測装置１の詳細な構成図を示す。図９Ｂ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。

《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、図１０に示すように、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。

《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との間のハンド機構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の周囲に作用する力）（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へ出力して記憶する。

《把持力検出部５５》
把持力検出部５５は、図１１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へ出力して記憶する。

《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。

《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定する。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へ出力して記憶する。

《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１２Ａ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１２Ｂ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。

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。

《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が直接的に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。作業者１１が直接的に触ってマスター機構２９を操作するとき、マスター機構２９の先端に連結されたグリップ部２１を手で支持しつつグリップ部２１を手で上下左右又は前後などの所望の方向に動かすことにより、マスター機構２９の一例であるロボットアームを直接的に操作する。

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スレーブハンド制御部３２を介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でスレーブハンド制御部３２を介してスレーブ機構４１を動作制御する。

《制御情報設定部２０》
制御情報設定部２０は、データベース入出力部４５を介してリセットボタン８２からの入力の有無に基づき、マスターロボット３においてマスター機構２９とハンド操作機構３０の開閉操作部１２とスライド部１３とを操作した際に、リセットモードか移動モードかの制御モードを切り替える。リセットボタン８２が押されてリセットモードが設定されている場合は、制御モードとして「０」を制御情報設定部２０で設定する。リセットボタン８２が押されずに移動モードの場合は、開閉操作部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に出力して記憶する。

さらに、「ハンド角度ゲイン」を制御情報設定部２０で設定する。「ハンド角度ゲイン」は、開閉操作部１２を開閉させたときの開閉角度の変化量に基づいて、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る。「ハンド角度ゲイン」は制御情報設定部２０により制御情報データベース４２に記憶する。

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、移動ゲインから力ゲインを制御情報設定部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、力ゲインを設定する。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。「力ゲイン」は制御情報設定部２０により制御情報データベース４２に記憶する。

また、制御情報データベース４２の「把持力ゲイン」は制御情報設定部２０で設定する。「把持力ゲイン」は、開閉操作部１２を開閉させたときの把持力を開閉操作部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。

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で把持力ゲインを算出しても良い。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。

なお、各種設定の情報は、制御情報データベース４２に予め記憶させておくか、又は、作業台９の側面に配置されている入力ＩＦ８により、作業者１１が制御情報データベース４２に各種設定の情報を入力しても良い。

一方、リセットモードは、マスターロボット３又は開閉操作部１２を操作してもスレーブロボット２及びハンド機構４を一時的に動作させないモードである。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がユーザ入出力部８３（図９Ａ参照）の一例として入力ＩＦ８に配置される。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。

《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。

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の位置情報と開閉操作部１２の開閉量情報（角度情報）と開閉操作部１２の開閉操作部位置情報と、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。

−動作情報データベース４４−
図１３Ａ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により検出した把持力の情報を示す。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）「開閉操作部の角度」の欄は、開閉操作部１２の操作角度（開閉量）を示す。具体的には、図１４に示す開閉操作部１２の操作開始の角度（図１４の実線の開閉操作部１２）から現在の角度（図１４の点線の開閉操作部１２）との差分（相対角度）の開閉量（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）「開閉操作部の位置」の欄は、開閉操作部１２のスライド部１３に対するスライド軸方向の開閉操作部位置を示す。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が閉じた状態からの開き角度を示す。具体的には、図１５の閉じた状態（図１５の点線）からの開閉部材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。

−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リセット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。

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、開閉操作部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」とを、それぞれ、制御情報設定部２０により記憶する。

図１３Ｂは、制御情報データベース４２の情報内容の一例を示す。

（１）「開閉操作部の制御モード」の欄は、開閉操作部１２のスライド部１３に対してスライド（移動）操作した際に、リセットモードの場合は「０」を記憶し、移動モードの場合は「１」を記憶する。

（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。

（３）「ハンド角度ゲイン」の欄は、開閉操作部１２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。

（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。

（５）「把持力ゲイン」の欄は、開閉操作部１２を開閉させたときの把持力を開閉操作部１２へフィードバックする際の把持力ゲインを記憶する。

《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、ハンド機構４の開閉部材４ａ，４ｂの角度を含む動作情報をスレーブ機構４１に出力する出力部９７とを備える。マスターハンド制御装置２３は、マスターハンド制御部２２での制御の下に、出力部９７から、スライド部１３の開閉操作部位置又は一対の開閉操作部１２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。

マスター機構２９とマスターハンド制御装置２３との間では、情報を互いに伝達する。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、マスター機構２９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。

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、情報を互いに伝達する。具体的には、ハンド操作機構３０の開閉操作部１２の操作角度の情報（開閉量の情報）と開閉操作部１２のスライド部１３に対する開閉操作部位置の情報とを、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。

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）開閉操作部１２の角度情報、（ｉｉｉ）開閉操作部１２のスライド部１３に対する開閉操作部位置を、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。

また、スレーブハンド制御装置３１は、動作情報データベース４４からスレーブハンド制御装置３１に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に記憶されている制御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を駆動して開閉操作部１２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。

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。

《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、出力部９７を介して、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とをそれぞれ別々に動作制御する。

スレーブ機構４１とスレーブハンド制御装置３１との間でも、情報を互いに伝達する。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。

ハンド機構４とスレーブハンド制御装置３１との間でも、情報を互いに伝達する。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。

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の位置情報及び開閉操作部１２の角度情報及び開閉操作部１２のスライド部１３に対する開閉操作部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、スレーブハンド制御装置３１は、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の情報とに基づいて、スレーブハンド制御装置３１は、動作情報生成部５３で生成力情報と生成把持力情報とを生成し、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。

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。

《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、開閉操作部１２の角度情報と、開閉操作部１２のスライド部１３に対する開閉操作部位置の情報と、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、動作情報生成部５３は、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。

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。

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、ｔ_１時刻のマスター機構２９の位置の変化量が（Δｐｍ_ｘ１，Δｐｍ_ｙ１，Δｐｍ_ｚ１，Δｐｍ_φ１，Δｐｍ_θ１，Δｐｍ_ψ１）であり、移動ゲインが（ｇｍ_ｘ，ｇｍ_ｙ，ｇｍ_ｚ，ｇｍ_φ，ｇｍ_θ，ｇｍ_ψ）である場合に、スレーブロボット２の現在の位置から移動後の目標位置（生成位置情報）として、（ｇｍ_ｘ×Δｐｍ_ｘ１，ｇｍ_ｙ×Δｐｍ_ｙ１，ｇｍ_ｚ×Δｐｍ_ｚ１，ｇｍ_φ×Δｐｍ_φ１，ｇｍ_θ×Δｐｍ_θ１，ｇｍ_ψ×Δｐｍ_ψ１）の値を動作情報生成部５３で生成する。

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、ｔ_１時刻の力がｆｓ_１＝（ｆｓ_ｘ１，ｆｓ_ｙ１，ｆｓ_ｚ１，ｆｓ_φ１，ｆｓ_θ１，ｆｓ_ψ１）であり、力ゲインがｇｆｓ＝（ｇｆｓ_ｘ，ｇｆｓ_ｙ，ｇｆｓ_ｚ，ｇｆｓ_φ，ｇｆｓ_θ，ｇｆｓ_ψ）である場合に、生成後の力情報はｇｆｓ×ｆｓ_１であるので、（ｇｆｓ_ｘ×ｆｓ_ｘ１，ｇｆｓ_ｙ×ｆｓ_ｙ１，ｇｆｓ_ｚ×ｆｓ_ｚ１，ｇｆｓ_φ×ｆｓ_φ１，ｇｆｓ_θ×ｆｓ_θ１，ｇｆｓ_ψ×ｆｓ_ψ１）の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。

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、ｔ_１時刻の把持力がｆｈ_１であり、把持力ゲインがｇｆｈである場合、生成後の把持力情報（生成把持力情報）をｇｆｈ×ｆｈ_１の値として動作情報生成部５３で生成する。

第１実施形態のマ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、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１６Ａのように、開閉操作部１２をスライド部１３に対して前方の位置までスライドさせた状態で開閉操作部１２を把持した場合には、図１７Ａ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１６Ｂのように、開閉操作部１２をスライド部１３に対して図１６Ａよりは後方の位置までスライドさせた状態で開閉操作部１２を把持した場合には、図１７Ｂのように、作業者１１には、図１７Ａ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。開閉操作部１２をスライド部１３に対して図１６Ｃのようにさらに後方の位置までスライドさせた状態で開閉操作部１２を把持した場合には、図１７Ｃ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。

上述したような操作感を提供するために、開閉操作部１２のスライド部１３に対する開閉操作部位置に応じて、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。

具体的には、図１６Ａの開閉操作部位置から、図１６Ｂ又は図１６Ｃのように開閉操作部位置を後方へ移動させた場合（開閉操作部位置をそのときの位置から後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、開閉操作部位置をスライドレール１３ａの後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、後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、前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、開閉操作部１２の開閉操作部位置がスライド部１３上の後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、開閉操作部１２の開閉操作部位置をスライド部１３上で前方へ移動させ、その後、移動モードに設定して開閉操作部１２の開閉操作部位置をスライド部１３上で後方へ移動させる必要がある。

また、力ゲインと把持力ゲインとについては、開閉操作部１２の開閉操作部位置を後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。逆に、開閉操作部１２の開閉操作部位置を前方へ移動させた際には、より力を伝えにくくするために、動作情報生成部５３で力ゲインと把持力ゲインとを小さく設定する。

一例として、デフォルトの力ゲインと把持力ゲインとを予め決めておき、開閉操作部１２の開閉操作部位置が後方へ移動させる場合には、動作情報生成部５３でデフォルトの力ゲインと把持力ゲインをより大きく設定し、開閉操作部１２の開閉操作部位置が前方へ移動させる場合は、動作情報生成部５３でデフォルトの力ゲインと把持力ゲインを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力ゲインと把持力ゲインと比較して、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１６Ａの開閉操作部１２の開閉操作部位置を０とし、後方へ移動したときの図１６Ａからの開閉操作部１２の開閉操作部位置の変化量の絶対値をΔｌｍとすると、修正後の移動ゲインｇｍ_ｎｅｗは、修正後の移動ゲインｇｍ_ｎｅｗ＝修正前の移動ゲインｇｍ_ｏｌｄ−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ｇｍ_ｏｌｄ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ｇｒｍ_ｎｅｗは、修正後のハンド角度ゲインｇｒｍ_ｎｅｗ＝修正前のハンド角度ゲインｇｒｍ_ｏｌｄ−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ｇｒｍ_ｏｌｄ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ｇｆｓ_ｎｅｗは、修正後の力ゲインｇｆｓ_ｎｅｗ＝修正前の力ゲインｇｆｓ_ｏｌｄ＋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ｇｆｓ_ｎｅｗ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ｇｆｈ_ｎｅｗは、修正後の把持力ゲインｇｆｈ_ｎｅｗ＝修正前の把持力ゲインｇｆｈ_ｏｌｄ＋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ｇｆｈ_ｎｅｗ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。

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１８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。

まず、ステップＳ１０１では、動作情報生成部５３により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を参照して、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、ステップＳ１０２へ進み、制御モードがリセットモードの場合には、再度、ステップＳ１０１へ戻る。

次に、ステップＳ１０２では、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、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の開閉操作部１２の角度情報及び開閉操作部１２のスライド部１３に対する開閉操作部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。

次いで、ステップＳ１０３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、開閉操作部１２の角度情報と、開閉操作部１２のスライド部１３に対する開閉操作部位置の情報と、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（目標値）を生成する。

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。

次に、ステップＳ１０５では、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、ハンド角度ゲインと、力ゲインと、把持力ゲインとを修正して、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生成する。

次に、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で生成した生成位置情報と生成角度情報とに基づき、スレーブ機構４１とハンド機構４とをそれぞれ別々に制御する。

次に、ステップＳ１０７では、ステップＳ１０５で生成した生成力情報と生成把持力情報とに基づき、マスター機構２９とハンド操作機構３０とに力をそれぞれ別々にフィードバックして、ステップを終了する。

なお、ステップＳ１０２の取得動作とステップＳ１０３の生成動作とは、同時的に行ってもよいし、逆の順番に行ってもよい。また、ステップＳ１０４の取得動作とステップＳ１０５の生成動作とは、同時的に行ってもよいし、逆の順番に行ってもよい。

《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として開閉操作部１２とスライド部１３とを備えて、開閉操作部１２のスライド部１３に対するスライド（移動）操作を行うことで、ピンセット５４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。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プ部２１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プ部２１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。さらに、グリップ部２１と開閉操作部１２とを下方向から把持することで、安定的な操作を可能とする。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、グリップ部２１に対して、ハンド操作機構３０を回転させる回転機構２４を備えることで、人差し指１１ｂでの開閉操作部１２の開閉操作のモード（以下、Ｔモードと呼ぶ。）から親指１１ａでの開閉操作部１２の開閉操作のモード（以下、Ｂモードと呼ぶ。）に変更できるようにするものである。

以下、詳細に説明する。

図１９Ａ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１９Ｂは、ハンド操作機構３０を斜め横方向から見た斜視図である。

スライドレール１３ａとストッパ部１５とモータ軸受部６４とマスターモータ部１６と開閉操作部１２は第１実施例と同様であるので、説明を省略する。

図２０Ａ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２０Ｂと図２０Ｃとは、回転機構２４の断面図である。

回転機構２４は、グリップ部２１に対してスライド部１３及び開閉操作部１２をグリップ部２１の長手方向沿いの軸心周りに回転する機構である。具体的には、回転機構２４は、グリップ部２１の外周面に回転自在に嵌合された筒体で構成される。図２０Ｂ及び図２０Ｃに示すように、筒体の内面には、１８０度の回転位相位置に第１溝２５Ａと第２溝２５Ｂとを有しているとともに、それぞれの溝内面には第１固定側電極２５Ｃと第２固定側電極２５Ｄとが配置されている。一方、第１溝２５Ａと第２溝２５Ｂと対向可能なグリップ部２１の外周面の一カ所に可撓性の突起状のストッパ部２６が固定されている。ストッパ部２６は、第１溝２５Ａと第２溝２５Ｂとに対して選択的に嵌合可能となっている。ストッパ部２６の表面には可動側電極２５Ｅが配置されている。よって、ストッパ部２６が第１溝２５Ａに嵌合したときに可動側電極２５Ｅが第１固定側電極２５Ｃと接触して、Ｔモードを検出可能とする。一方、ストッパ部２６が第２溝２５Ｂに嵌合したときに可動側電極２５Ｅが第２固定側電極２５Ｄと接触して、Ｂモードを検出可能とする。従って、可動側電極２５Ｅと第１固定側電極２５Ｃと第２固定側電極２５Ｄとで、回転機構位置検出部２５Ｆを構成している。

なお、可撓性の突起状のストッパ部２６の代わりに、バネなどの付勢部材で常時突出する方向に付勢された突起状のストッパ部２６として、第１溝２５Ａ又は第２溝２５Ｂに対向しない位置では付勢部材の付勢力でストッパ部２６の表面がグリップ部２１の外周面に接触可能な状態となり、第１溝２５Ａ又は第２溝２５Ｂに対向した位置では、付勢部材の付勢力で第１溝２５Ａ又は第２溝２５Ｂに嵌合するような構成としてもよい。

よって、作業者１１がグリップ部２１の周りにスライド部１３及び開閉操作部１２を回転機構２４と共にを回転させた後、図３のＴモードの位置、又は、図２０ＡのＢモードの位置に、グリップ部２１に対してスライド部１３及び開閉操作部１２及び回転機構２４を固定することができる。

なお、回転機構２５の別の構成例としてネジなどを使っても良いし、又は、ラチェットを有する部材とし、第１溝２５Ａ又は第２溝２５Ｂ以外の部位でも固定できるようにして、モード変更の程度を多段階に行えるようにしても良い。

スライドレール１３ａ及び操作部支持部１３ｂは、第１実施形態と同様な構成である。よって、操作部支持部１３ｂ内をスライドレール１３ａが移動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のは、第１実施形態と同様である。

グリップ部２１は、一端がマスター機構２９の一例であるロボットアームの先端部に連結されて配置される。一例として、図２０Ａに示すように作業者１１が回転機構２４を図２０Ａに示すように回転させてＢモードで固定させた場合には、人差し指１１ｂでグリップ部２１を押さえて、中指１１ｃで下方向からグリップ部２１を支えるように把持し、親指１１ａで開閉操作部１２の開閉を操作する。

一方、親指１１ａは人差し指１１ｂに比べて可動域が狭いため、図２１Ｃのようにスライド部１３に対して開閉操作部１２を後方に移動させた場合には、親指１１ａで開閉操作部１２の開閉操作がやりにくい。そこで、親指１１ａで開閉操作部１２を開閉操作する場合は、図２１Ａ又は図２１Ｂのように開閉操作部１２をスライド部１３に対して前方へスライドさせて、開閉操作することで、親指１１ａの可動域内で開閉操作部１２を開閉操作することが可能になる。

制御情報設定部２０においては、第１実施形態のリセットモードと移動モードとの切換え動作に加えて、ＴモードとＢモードとを設定可能とする。図２０Ｂに示すように、ストッパ部２６が第１溝２５Ａに固定されて可動側電極２５Ｅが第１固定側電極２５Ｃと接触した場合はＴモードであると回転機構位置検出部２５Ｆで検出して、検出結果を制御情報設定部２０に出力する（図９Ａの一点鎖線の回転機構位置検出部２５Ｆを参照）。一方、ストッパ部２６が第２溝２５Ｂに固定されて可動側電極２５Ｅが第２固定側電極２５Ｄと接触した場合はＢモードであると回転機構位置検出部２５Ｆで検出して、検出結果を制御情報設定部２０に出力する。リセットモードは、第１実施形態と同様、リセットボタン８２を押すことにより制御情報設定部２０でリセットモードになり、開閉操作部１２又はマスターロボット３を操作しても、ハンド機構４及びスレーブロボット２は一時的に動作しないモードである。制御情報設定部２０においては、移動モードは、Ｔモードが設定されていた場合には、第１実施形態の移動モードと同様に動作する。また、制御情報設定部２０においては、Ｂモードが設定されていた場合には、図２１Ｃに示す位置にスライド部１３を後方に移動させた場合には、移動モードが設定されている場合においてもリセットモードに設定し、リセットモードと同様の動作をする。すなわち、図２１Ｃのようにスライド部１３に対して開閉操作部１２を後方に移動させた場合には、親指１１ａでの開閉操作部１２の開閉操作がやりにくくなる。そのため、制御情報設定部２０によりＢモードが設定されており、且つ、図２１Ｃに示す位置にスライド部１３に対して開閉操作部１２を後方に移動させた場合には、制御情報設定部２０により開閉操作部１２が動作しないようにする。なお、図２１Ｃに示す位置にスライド部１３に対して開閉操作部１２を後方に移動させる場合には、制御情報設定部２０により開閉操作部１２が動作しないようにしている。しかしながら、第１実施形態と同様に、後方へ移動させる場合には、動作情報生成部５３でデフォルトの力ゲインと把持力ゲインとをより大きく設定すれば、開閉操作部１２を少し動かしただけで、ハンド４を大きく動作させることができる。

以下、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２２のフローチャートを用いて説明する。図２２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。

まず、ステップＳ２０１では、動作情報生成部５３により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を参照して、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、ステップＳ２０２へ進み、制御モードがリセットモードの場合には再度ステップＳ２０１へ戻る。

次に、ステップＳ２０２では、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、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の開閉操作部１２の角度情報及び開閉操作部１２のスライド部１３に対する開閉操作部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。

次いで、ステップＳ２０３では、制御モードがＴモードの場合には、ステップＳ２０４へ進み、制御モードがＢモードの場合はステップＳ２０９へ進む。

次いで、ステップＳ２０４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、開閉操作部１２の角度情報と、開閉操作部１２のスライド部１３に対する開閉操作部位置の情報と、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（目標値）を生成する。

次いで、ステップＳ２０５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。

次に、ステップＳ２０６では、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、ハンド角度ゲインと、力ゲインと、把持力ゲインとを修正して、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生成する。

次に、ステップＳ２０７では、ステップＳ１０５で生成した生成位置情報と生成角度情報とに基づき、スレーブ機構４１とハンド機構４とをそれぞれ別々に制御する。

次に、ステップＳ２０８では、ステップＳ１０５で生成した生成力情報と生成把持力情報とに基づき、マスター機構２９とハンド操作機構３０とに力をそれぞれ別々にフィードバックして、ステップを終了する。

一方、ステップＳ２０３にて制御モードがＢモードの場合、ステップＳ２０９に進み、ステップＳ２０９で開閉操作部１２の開閉操作部位置がスライド部１３の後方にある場合は、ステップＳ２１０へ進み、開閉操作部１２の開閉操作部位置がスライド部１３の後方以外の位置にある場合は、ステップＳ２０４へ進む。ステップＳ２１０では、制御情報設定部２０により移動モードからリセットモードに設定して、ステップＳ２０１へ戻る。

なお、ステップＳ２０５の取得動作とステップＳ２０６の生成動作とは、同時的に行ってもよいし、逆の順番に行ってもよい。

《第２実施形態の効果》
以上のように、回転機構２４を備えることで、開閉操作部１２を親指１１ａもしくは人差し指１１ｂで開閉操作することが可能となる。

《第１及び第２実施形態の変形例》
なお、第１実施形態にて、スライド部１３を前方方向は段階的に設定可能であり且つ後方にはスムーズに移動可能なラチェット構造としても良い。

また、第１実施形態の力フィードバックは、スレーブに力検出部と把持力検出部をと備える構成としているが、力検出部及び把持力検出部を備えない構成として、スレーブ機構の位置又はハンド機構４の角度に基づいて、マスター機構及び開閉操作部に位置をフィードバックするようにしても良い。

さらに、第１実施形態では動作情報生成部５３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に搭載しても良い。

また、マスター機構およびスレーブ機構は６軸としたが、これに限定しない。

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。

前記各制御装置又は制御部の一部又は全部は、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。

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。なお、前記実施形態又は変形例における制御装置を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、一対の開閉部材を有するハンド機構により作業を行うスレーブ機構を備えるマスタースレーブ装置を遠隔から制御するマスター装置の制御プログラムであって、
前記マスター装置は、
前記ハンド機構の開閉動作の操作指示を行うハンド操作機構と、
前記ハンド操作機構を有するスレーブ機構を遠隔により操作するマスター機構と、
マスターハンド制御装置と、
出力部とを有し、
前記ハンド操作機構は、固定部と、開閉操作部と、スライド部とを有し、
前記スライド部は、前記固定部に対して往復移動可能に取付けられ、
前記開閉操作部は、前記スライド部に連結されて前記固定部に対して往復移動可能であるとともに、前記固定部に対して開閉可能である状態で、
コンピュータに、
前記開閉操作部の開閉量に基づいて、前記ハンド機構の前記一対の開閉部材を前記マスターハンド制御装置で開閉動作制御させ、
前記固定部に対する前記開閉操作部の位置と前記開閉操作部での前記開閉量とに基づいて、前記ハンド機構の前記開閉部材の角度を含む動作情報を前記スレーブ機構に前記出力部で出力するように機能させるためのマスター装置の制御プログラムである。

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。

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。

なお、上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。

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、マスタースレーブ装置は、例えば被対象物に対して接触しながら作業を行うとき、スレーブに取り付けたピンセット又はグリップ部の把持又は支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。

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 ハンド機構（ハンド、ピンセット）
４ａ、４ｂ 開閉部材
５ 部品（微細部品）（対象物の一例）
６ 挿入口（コネクタ）（被対象物の一例）
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（手）
１１ａ 親指
１１ｂ 人差し指
１１ｃ 中指
１１ｆ 手の甲
１２ 開閉操作部
１３ スライド部（ハンド支持部）
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
２１ グリップ部
２２ マスターハンド制御部
２３ マスターハンド制御装置
２４ 回転機構
２５Ａ、２５Ｂ 第１溝、第２溝
２５Ｃ 第１固定側電極
２５Ｄ 第２固定側電極
２５Ｅ 可動側電極
２５Ｆ 回転機構位置検出部
２６ ストッパ部
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
５３ 動作情報生成部
５４ ピンセット
５５ 把持力検出部
６４ モータ軸受部
６６ モータ上部固定部
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 開閉操作部位置取得センサ
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
８８ 指バンド
９７ 出力部
１００ マスタースレーブ装置

Claims (11)

1. 一対の開閉部材を有するハンド機構により作業を行うスレーブ機構を備えるマスタースレーブ装置を遠隔から制御するマスター装置であって、
   前記マスター装置は、
   前記ハンド機構の開閉動作の操作指示を行うハンド操作機構と、
   前記ハンド操作機構を有するとともに前記スレーブ機構を遠隔により操作するマスター機構と、
   マスターハンド制御装置と、
   出力部とを有し、
   前記ハンド操作機構は、
   固定部と、開閉操作部と、スライド部とを有し、
   前記スライド部は、前記固定部に対して往復移動可能に取付けられ、
   前記開閉操作部は、前記スライド部に連結されて前記固定部に対して往復移動可能であるとともに、前記固定部に対して開閉可能であり、
   前記マスターハンド制御装置は、前記開閉操作部の開閉量に基づいて、前記ハンド機構の前記一対の開閉部材を開閉動作制御させ、
   前記出力部は、前記固定部に対する前記開閉操作部の位置と前記開閉操作部での前記開閉量とに基づいて、前記ハンド機構の前記開閉部材の角度を含む動作情報を前記スレーブ機構に出力するマスタースレーブ装置用マスター装置。
2. 前記開閉操作部は、人の親指もしくは人差し指により操作可能であり、
   前記固定部は、前記開閉操作部の操作中は、前記人が前記開閉操作部を操作している指以外で支持可能である、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。
3. 前記スライド部は、前記固定部の一側面に連結されるスライドレールと、前記スライドレールに係合されて前記スライドレールに沿って手動でスライド可能でかつ前記開閉操作部を回動支点を中心に回動可能に支持する操作部支持部とで構成され、
   前記マスター機構の前記固定部に対する前記開閉操作部の位置を、前記スライドレールに対する前記操作部支持部の位置として取得する開閉操作部位置取得部と、
   前記開閉操作部での前記開閉量を取得する開閉量取得部とをさらに備える、
   請求項１又は２に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
4. 前記スライド部は、前記固定部に連結されるスライドレールと、前記スライドレールに係合されて前記スライドレールに沿って手動でスライド可能でかつ前記開閉操作部を回動支点を中心に回動可能に支持する操作部支持部とで構成され、
   前記マスター機構の前記固定部に対する前記開閉操作部の位置を、前記スライドレールに対する前記操作部支持部の位置として取得する開閉操作部位置取得部と、
   前記開閉操作部での前記開閉量を取得する開閉量取得部と、
   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、
   前記ハンド機構の開閉により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、
   前記力情報取得部で取得した前記力情報に応じて生成された生成力情報、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生成された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前記生成力情報もしくは前記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、前記マスタースレーブ装置用マスター装置は、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、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又は２に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
5. 前記開閉操作部に連結する部材が前記固定部に対して交差する方向に突出して配置されている、
   請求項１〜４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。
6. 前記スライド部に対する前記開閉操作部の前記位置又は前記マスター機構の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と、前記ハンド機構で前記作業を行う移動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１〜５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。
7. 前記動作情報生成部は、前記スライド部に対する前記開閉操作部の前記位置が、後方へ前記スライド部に対して前記開閉操作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開閉操作部の前記位置が、前方へ前記スライド部に対して前記開閉操作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小さくなるように生成する、
   請求項４に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
8. 前記スライド部及び前記開閉操作部とが連結されて、前記固定部に対して前記固定部回りに回転可能な回転機構をさらに備えて、
   前記回転機構を前記固定部に対して回転させることにより、前記固定部の上側に前記開閉操作部が配置される位置と、前記固定部の下側に前記開閉操作部が配置される位置との間で変更可能とする、
   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。
9. 前記固定部の上側に前記開閉操作部が配置される位置か、前記固定部の下側に前記開閉操作部が配置される位置かを検出して、検出結果を前記動作情報生成部に出力する回転機構位置検出部をさらに備え、
   前記動作情報生成部は、前記ハンド機構で前記作業を行う移動モードであり、且つ、前記回転機構位置検出部で前記固定部の下側に前記開閉操作部が配置される位置であると検出された場合は、リセットモードを設定する、
   請求項８に記載のマスタースレーブ装置用マスター装置。
10. 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。
11. 一対の開閉部材を有するハンド機構により作業を行うスレーブ機構を備えるマスタースレーブ装置を遠隔から制御するマスター装置の制御方法であって、
    前記マスター装置は、
    前記ハンド機構の開閉動作の操作指示を行うハンド操作機構と、
    前記ハンド操作機構を有するとともに前記スレーブ機構を遠隔により操作するマスター機構と、
    マスターハンド制御装置と、
    出力部とを有し、
    前記ハンド操作機構は、固定部と、開閉操作部と、スライド部とを有し、
    前記スライド部は、前記固定部に対して往復移動可能に取付けられ、
    前記開閉操作部は、前記スライド部に連結されて前記固定部に対して往復移動可能であるとともに、前記固定部に対して開閉可能である状態で、
    前記開閉操作部の開閉量に基づいて、前記ハンド機構の前記一対の開閉部材を前記マスターハンド制御装置で開閉動作制御させ、
    前記固定部に対する前記開閉操作部の位置と前記開閉操作部での前記開閉量とに基づいて、前記ハンド機構の前記開閉部材の角度を含む動作情報を前記スレーブ機構に前記出力部で出力する、マスター装置の制御方法。

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