2B24 高齢者の手作業を支援する操縦型ロボットシステムの開発 ― 力制御ベースの手作業への応用 ― 正正中嶋大金新一(新潟工科大) 一二(新潟工科大) 正 ○学寺島大宮正二郎(新潟工科大) 浩一(新潟工科大院) Manually operated robot system for supporting handworks of aged workers ― Application to force control based handworks ― Shin-ichi NAKAJIMA, Shojiro TERASHIMA, Katsuji OOGANE, *Kouichi OOMIYA, Niigata Institute of Technology, Kashiwazaki, Niigata In order to support handworks of aged workers in machine industries, we have developed a manually operated robot system. The system consists of a commercial industrial robot and an active joystick. The operator handles the joystick and manipulates the robot remotely. The control system based on the force feedback controller enables the interactive manipulation of the tool. The developed robot system was applied to the buff-finishing task, and several experiments verified the practical effectiveness of the system. Abstract Key Words : Aged worker, Master slave system, Active joystick れており，３軸の並進力と３軸周りのモーメントが測緒論労働者人口の減少に伴い高齢者を産業現場で活用定できる．一方，ロボット手先にも６軸力覚センサがすることが求められている．高齢者の就労においては，取り付けられており，任意方向の作業反力を測定でき高齢化による身体機能の衰えによる作業遂行能力のる．低下が問題となる．高齢者を雇用し，産業現場で積極的に活用するためには，これらの低下した機能を補完 3. 操縦型ロボットの制御する支援機器が必要となる．このための装置として， Fig.３に工具を遠隔操作して力制御作業を行うた本研究では市販の産業用ロボットを操縦操作する支めの制御系を示す．援システムを提案する．この制御系は，作業反力 fr のフィードバック制御ロボットを操縦操作して作業を遂行するためには，とジョイスティック操作力 fj のフィードバック制御人からロボット，ロボットから人への双方向の情報を組み合わせている．伝達が必要になる．この機能を実現するために、イ force sensor ンタラクティブにロボットを操縦操作できる能動ジョイスティックを開発し，これと市販の産業用ロボ fj ットを組み合わせて手作業支援システムを構築した． PC 開発した支援システムは力制御ベースの作業としてバフ研磨仕上げ作業に適用して，実用上の有効性 fr active joystick を検証した． 1. operator ２. 遠隔操縦型ロボットシステムとその制御 Fig.1 に提案する手作業支援システムの概念図を示す．システムは実際に作業を実行する産業用ロボット，これを操縦操作するジョイスティックおよび，これらを制御する計算機により構成されている．このジョイスティックを操作することにより，ロボット手先に取り付けた工具を遠隔操作する． Fig.2 に試作した支援システムを示す．ロボットを操縦操作する装置としては，作業反力などの感覚を仮想的に呈示するハプティックインターフェースも開発されているが 1），ここでは簡単な力操作を目的として，モータ駆動の能動ジョイスティック (active joystick 以下 AJS と呼ぶ)を開発した 2）． AJS は２軸ジンバル機構と並進リンク機構による３軸機構となっている．このジョイスティックの球形のグリップ内には超小型６軸力覚センサが組み込ま第１９回日本ロボット学会学術講演会（２００１年９月１８-２０日） -653- computer Fig.1 Concept of the system robot force sensor grip (force sensor) tool (buff wheel) active joystick Fig.2 Experimental setup まず，ロボット手先が拘束されていない状態では， fr=0 となるため，AJS の操作量がロボットの速度指令 fc Kc となる．これに対し，ロボット手先が対象物に接触し fr − ＋ fj た状態では，ロボットは力フィードバック制御で動か Kj Kr されることになり，AJS の操作量が工具押し付け力の＋目標値となる．一方，AJS は操作力 fj と工具押し付け力 fr の差に Ki force force AJS robot より駆動されている．これにより，作業者はロボット sensor sensor S に押し付け力を与えるだけでなく，接触感覚を得なが position control velocity control ら工具を操作できる．ここで，ゲイン Kj，Kr を変える tool ことで，操作力と作業反力の関係を任意に変えること operator ができる． Fig.3 Control system for force control based さらに破線で示すように，目標押し付け力 fc を加 manual operation え，Kj＝０とすれば，目標操作力で動かす自律的な力制御も可能となる． (a) Ｋｒ＝0.3 deg/N 4. バフ研磨作業への応用開発したシステムの実作業への応用として，半径約 10ｃｍの円形の対象面でバフ研磨の作業実験を行ってみた． Kj=0.6 deg/N として，Kr を 0.3，0.6，1.2 deg/N と変えた場合のジョイスティックの操作力とロボットによる工具押し付け力の測定例を Fig.４に示す． (b)に示すように Kj=Kr の場合，工具押し付け力はほぼ操作力に一致しており，遠隔操作で任意の工具押し付け力を制御できることが確認された．また，(a)に示すように Kr を小さくした場合，小さな操作力で大きな力の作業を遂行することができる．逆に(c)のように Kr を大きくするれば，操作力をスケールダウンすることができ，細かい力制御が実現できる．このように、力の伝達率を変えることで，作業目的、作業者の能力に応じた力操作が可能となる． Fig.５は自律的な力制御の例である．このように，ロボットの自律動作を加えることで精度のよい力制御が実現できる．ここで，手動操作と自動作業はゲイン Kｃ，Kj を変えることで，任意かつ連続的に切り換えることができる． operator robot (b) Ｋｒ＝0.6 deg/N operator（green） robot（red） (c) Ｋｒ＝1.2 deg/N 5. 結論以上，力制御作業を支援するシステムとして，市販の産業用ロボットをインタラクティブに操縦操作するシステムを提案した．開発した支援システムは力制御ベースの作業としてバフ研磨作業に適用して，実用上の有用性を確認した．本研究は NEDO ウェルフェアテクノシステム研究開発の一環として行われたものである．また，本研究の一部は（株）セコム科学技術振興財団の助成を受けたものである． robot operator Fig.4 Experimental results of manual operation Ｋｒ＝0.6 deg/N 参考文献 1) 岩田洋夫，ハプティックインターフェース，計測と制御，第３８巻，第６号，p391∼p396，1999 2) 大宮他，産業用ロボットをインタラクティブに操縦操作するための能動ジョイスティック，北陸信越学生会第 30 回学生員卒業研究発表講演会論文集，2001 -654- Fig.5 Autonomous force control