特開 2022-149332 遠隔作業装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022149332

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】遠隔作業装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 3/00 20060101AFI20220929BHJP

   G01N 29/07 20060101ALI20220929BHJP

   G01N 29/11 20060101ALI20220929BHJP

   G01N 29/48 20060101ALI20220929BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

B25J3/00 Z

G01N29/07

G01N29/11

G01N29/48

B25J13/08 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021051438

(22)【出願日】2021-03-25

(71)【出願人】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】長井 隆浩

(72)【発明者】

【氏名】三木 将裕

(72)【発明者】

【氏名】北澤 聡

(72)【発明者】

【氏名】大島 佑己

(72)【発明者】

【氏名】松井 祐二

(72)【発明者】

【氏名】小林 亮介

(72)【発明者】

【氏名】平野 克彦

(72)【発明者】

【氏名】上野 克宜

【テーマコード（参考）】

2G047

3C707

【Ｆターム（参考）】

2G047AA05

2G047BC02

2G047BC03

2G047BC18

2G047GA21

2G047GG20

2G047GG28

2G047GG30

2G047GG33

3C707CS08

3C707ES03

3C707ET02

3C707EV14

3C707JU12

3C707KS09

3C707KT01

3C707KT05

3C707LV10

3C707WA17

(57)【要約】

【課題】ロボットの動作によって対象物を破損することなく、ロボットの動作を行わせることができる遠隔作業装置を提供する。
【解決手段】遠隔作業装置は、把持部材１３Ａ，１３Ｂの間隔を可変して対象物１０１を把持する把持機構１１、柔軟材１５Ａ，１５Ｂ、超音波センサ１６Ａ，１６Ｂ、及び画像センサ１２を備えた作業ロボット１と、把持機構１１を制御する作業ロボット制御装置２及び支援制御装置８とを備える。支援制御装置８は、柔軟材１５Ａ，１５Ｂと対象物１０１との接触状態を検知したときに、超音波センサ１６Ａから送信され柔軟材１５Ａ、対象物１０１、及び柔軟材１５Ｂを透過し超音波センサ１６Ｂで受信された超音波の伝播時間と、画像センサ１２を用いて取得された対象物１０１の幅寸法とに基づいて、対象物１０１の音速を演算し、これに基づいて対象物１０１の材質を弁別し、これに基づいて把持機構１１の把持力の目標値を設定する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の把持部材と第２の把持部材の間隔を可変して対象物を把持する把持機構と、前記第１の把持部材及び前記第２の把持部材にそれぞれ設けられ、前記対象物と接触する第１の柔軟材及び第２の柔軟材と、前記第１の把持部材及び前記第２の把持部材にそれぞれ設けられた第１の超音波センサ及び第２の超音波センサとを備えたロボットと、
前記第１の超音波センサ及び前記第２の超音波センサを用いて取得された超音波の伝播情報に基づいて、前記ロボットの前記把持機構を制御する制御装置と、を備えた遠隔作業装置であって、
前記ロボットは、前記対象物の幅寸法を取得するための画像センサを更に備え、
前記制御装置は、
前記第１の超音波センサから送信され前記第１の柔軟材の対象物側表面で反射され前記第１の超音波センサで受信された超音波の受信強度に基づいて、前記第１の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知し、
前記第２の超音波センサから送信され前記第２の柔軟材の対象物側表面で反射され前記第２の超音波センサで受信された超音波の受信強度に基づいて、前記第２の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知し、
前記第１の柔軟材と前記対象物との接触状態並びに前記第２の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知したときに、前記第１の超音波センサから送信され前記第１の柔軟材、前記対象物、及び前記第２の柔軟材を透過し前記第２の超音波センサで受信された超音波の伝播時間と、前記画像センサを用いて取得された前記対象物の幅寸法とに基づいて、前記対象物の音速を演算し、
前記対象物の音速に基づいて、前記対象物の材質を弁別し、
前記対象物の材質に基づいて、前記把持機構の把持力の目標値を設定し、
前記把持機構の把持力が前記目標値となるように前記把持機構を制御することを特徴とする遠隔作業装置。

【請求項2】

請求項１に記載の遠隔作業装置において、
前記制御装置は、
前記第１の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知した場合の、前記第１の超音波センサから送信され前記第１の柔軟材の対象物側表面で反射され前記第１の超音波センサで受信された超音波の受信強度と、前記第１の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知しない場合の、前記第１の超音波センサから送信され前記第１の柔軟材の対象物側表面で反射され前記第１の超音波センサで受信された超音波の受信強度との比率により、前記対象物の表面の反射率を演算し、
前記対象物の音速と前記反射率に基づいて、前記対象物の材質を弁別することを特徴とする遠隔作業装置。

【請求項3】

請求項１に記載の遠隔作業装置において、
前記制御装置は、
前記第１の柔軟材と前記対象物との接触状態並びに前記第２の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知した後に、前記第１の超音波センサから送信され前記第１の柔軟材の対象物側表面で反射され前記第１の超音波センサで受信された超音波の伝播時間の変化に基づいて、前記第１の柔軟材の変形量を演算し、前記第２の超音波センサから送信され前記第２の柔軟材の対象物側表面で反射され前記第２の超音波センサで受信された超音波の伝播時間の変化に基づいて、前記第２の柔軟材の変形量を演算し、前記第１の柔軟材の変形量及び前記第２の柔軟材の変形量に基づいて、前記把持機構の把持力を演算することを特徴とする遠隔作業装置。

【請求項4】

請求項１に記載の遠隔作業装置において、
前記制御装置は、
前記第１の柔軟材と前記対象物との接触状態並びに前記第２の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知した後に、前記第１の超音波センサから送信され前記対象物内の空隙で反射され前記第１の超音波センサで受信された超音波の伝播情報に基づいて、前記対象物の空隙率を演算することを特徴とする遠隔作業装置。

【請求項5】

第１の把持部材と第２の把持部材の間隔を可変して対象物を把持する把持機構と、前記第１の把持部材及び前記第２の把持部材にそれぞれ設けられ、前記対象物と接触する第１の柔軟材及び第２の柔軟材と、前記第１の把持部材及び前記第２の把持部材にそれぞれ設けられた第１の超音波センサ及び第２の超音波センサとを備えたロボットと、
前記第１の超音波センサ及び前記第２の超音波センサを用いて取得された超音波の伝播情報に基づいて、前記ロボットの前記把持機構を制御する制御装置と、を備えた遠隔作業装置であって、
前記制御装置は、
前記第１の超音波センサから送信され前記第１の柔軟材の対象物側表面で反射され前記第１の超音波センサで受信された超音波の受信強度に基づいて、前記第１の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知し、
前記第１の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知したときに、前記超音波の受信強度に基づいて、前記対象物の表面の反射率を演算し、
前記反射率に基づいて、前記対象物の材質を弁別し、
前記対象物の材質に基づいて、前記把持機構の把持力の目標値を設定し、
前記把持機構の把持力が前記目標値となるように前記把持機構を制御することを特徴とする遠隔作業装置。

【請求項6】

複数の脚を駆動して対象物上を歩行する歩行機構と、前記複数の脚にそれぞれ設けられ、前記対象物と接触する複数の柔軟材と、前記複数の脚にそれぞれ設けられた複数の超音波センサとを備えたロボットと、
前記複数の超音波センサを用いて取得された超音波の伝播情報に基づいて、前記ロボットの前記歩行機構を制御する制御装置と、を備えた遠隔作業装置であって、
前記制御装置は、
前記超音波センサから送信され前記柔軟材の対象物側表面で反射され前記超音波センサで受信された超音波の受信強度に基づいて、前記柔軟材と前記対象物との接触状態を検知し、
前記柔軟材と前記対象物との接触状態を検知したときに、前記超音波の受信強度に基づいて、前記対象物の表面の反射率を演算し、
前記反射率に基づいて、前記対象物の材質を弁別し、
前記対象物の材質に基づいて、前記脚の踏込み力の目標値を演算し、
前記脚の踏込み力が前記目標値となるように前記歩行機構を制御することを特徴とする遠隔作業装置。

【請求項7】

請求項６に記載の遠隔作業装置において、
前記制御装置は、
前記柔軟材と前記対象物との接触状態を検知した後に、前記超音波センサから送信され前記柔軟材の対象物側表面で反射され前記超音波センサで受信された超音波の伝播時間の変化に基づいて、前記柔軟材の変形量を演算し、前記柔軟材の変形量に基づいて、前記脚の踏込力を演算することを特徴とする遠隔作業装置。

【請求項8】

請求項６に記載の遠隔作業装置において、
前記制御装置は、
前記柔軟材と前記対象物との接触状態を検知した後に、前記超音波センサから送信され前記対象物の底面で反射され前記超音波センサで受信された縦波の伝播時間と、前記超音波センサから送信され前記対象物の底面で反射され前記超音波センサで受信された横波の伝播時間との比に基づいて、前記対象物の弾性係数を演算することを特徴とする遠隔作業装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠隔作業装置に関する。

【背景技術】

【0002】

災害現場等の作業場は人間の立ち入りが困難である場合があり、このような場合に遠隔作業装置を用いて作業を行う。特許文献１の遠隔作業装置は、作業場に配置されたロボットと、作業場から離れた場所にいるオペレータが操作する操作装置と、操作装置の操作に応じてロボットを制御する制御系とを備える。ロボットは、例えば、ロボットが移動するための移動機構と、多関節型のアーム機構と、アーム機構の先端側に設けられ、対象物を把持する把持機構とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－２０２５４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したロボットの把持機構で把持される対象物は、不定形で且つ材質が未知である場合がある。対象物が不定形であるから、柔軟材を把持機構に設け、柔軟材が対象物と接触するように構成することが考えられる。しかし、対象物の材質が未知であるから、把持機構の把持力の適正範囲が未知である。そのため、把持機構の把持力が大きすぎて対象物を破損する可能性が生じる。

【0005】

本発明の目的は、ロボットの動作によって対象物を破損することなく、ロボットの動作を行わせることができる遠隔作業装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、代表的な本発明は、第１の把持部材と第２の把持部材の間隔を可変して対象物を把持する把持機構を備えたロボットと、前記第１の把持部材及び前記第２の把持部材にそれぞれ設けられ、前記対象物と接触する第１の柔軟材及び第２の柔軟材と、前記第１の把持部材及び前記第２の把持部材にそれぞれ設けられた第１の超音波センサ及び第２の超音波センサと、前記第１の超音波センサ及び前記第２の超音波センサを用いて取得された超音波の伝播情報に基づいて、前記把持機構を制御する制御装置とを備えた遠隔作業装置であって、前記対象物の幅寸法を取得する画像センサを更に備え、前記制御装置は、前記第１の超音波センサから送信され前記第１の柔軟材の対象物側表面で反射され前記第１の超音波センサで受信された超音波の受信強度に基づいて、前記第１の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知し、前記第２の超音波センサから送信され前記第２の柔軟材の対象物側表面で反射され前記第２の超音波センサで受信された超音波の受信強度に基づいて、前記第２の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知し、前記第１の柔軟材と前記対象物との接触状態並びに前記第２の柔軟材と前記対象物との接触状態を検知したときに、前記第１の超音波センサから送信され前記第１の柔軟材、前記対象物、及び前記第２の柔軟材を透過し前記第２の超音波センサで受信された超音波の伝播時間と、前記画像センサで取得された前記対象物の幅寸法とに基づいて、前記対象物の音速を演算し、前記対象物の音速に基づいて、前記対象物の材質を弁別し、前記対象物の材質に基づいて、前記把持機構の把持力の目標値を設定し、前記把持機構の把持力が前記目標値となるように前記把持機構を制御する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ロボットの動作によって対象物を破損することなく、ロボットの動作を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施形態における遠隔作業装置の構成を表すブロック図である。

【図2】本発明の第１の実施形態における遠隔作業装置の構成を表す概略図である。

【図3】本発明の第１の実施形態における作業ロボットの把持機構及び画像センサを表す部分拡大図であり、画像センサで対象物の画像を取得している状態を示す。

【図4】本発明の第１の実施形態における作業ロボットの画像センサで取得された対象物の画像を表す図である。

【図5】本発明の第１の実施形態における作業ロボットの把持機構及び画像センサを表す部分拡大図であり、把持機構で対象物を把持している状態を示す。

【図6】本発明の第１の実施形態における作業ロボットの把持機構の制御にわる処理手順を表すフローチャートである。

【図7】本発明の第１の実施形態における波形データの具体例を表す図である。

【図8】本発明の第１の実施形態における波形データの具体例を表す図である。

【図9】本発明の第１の実施形態における材質弁別マップの具体例を表す図である。

【図10】本発明の第１の実施形態における波形データの具体例を表す図である。

【図11】本発明の一変形例における作業ロボットの把持機構及び画像センサを表す部分拡大図であり、空隙を有する対象物を把持機構で把持している状態を示す。

【図12】本発明の一変形例における波形データの具体例を表す図である。

【図13】本発明の第２の実施形態における遠隔作業装置の構成を表すブロック図である。

【図14】本発明の第２の実施形態におけるロボットの構造を表す上面図である。

【図15】本発明の第２の実施形態におけるロボットの構造を表す側面図である。

【図16】本発明の第２の実施形態におけるロボットの脚の先端部を表す部分拡大図である。

【図17】本発明の第２の実施形態におけるロボットの歩行機構の制御にわる処理手順を表すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の第１の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

【0010】

図１は、本実施形態における遠隔作業装置の構成を表すブロック図である。図２は、本実施形態における遠隔作業装置の構成を表す概略図である。図３は、本実施形態における作業ロボットの把持機構及び画像センサを表す部分拡大図であり、画像センサで対象物の画像を取得している状態を示す。図４は、本実施形態における作業ロボットの画像センサで取得された対象物の画像を表す図である。図５は、本実施形態における作業ロボットの把持機構及び画像センサを表す部分拡大図であり、把持機構で対象物を把持している状態を示す。

【0011】

本実施形態の遠隔作業装置は、作業ロボット１と、作業ロボット１を制御する作業ロボット制御装置２と、運搬ロボット３と、運搬ロボット３を制御する運搬ロボット制御装置４と、オペレータが操作可能な操作装置５と、オペレータが目視可能な表示装置６（ディスプレイ）と、操作装置５及び表示装置６に接続された操作制御装置７と、作業ロボット制御装置２、運搬ロボット制御装置４、及び操作制御装置７の間に介在する支援制御装置８（データ処理装置）とを備える。なお、作業ロボット制御装置２、運搬ロボット制御装置４、操作制御装置７、及び支援制御装置８の各々は、例えば、プログラムやデータを記憶するメモリと、プログラムに従って処理を実行するプロセッサとを有するものである。

【0012】

作業ロボット１は、作業場１００内の対象物１０１を運搬ロボット３に積込むためのものである。作業ロボット１は、作業ロボット１が移動するための移動機構９（例えばクローラ式の走行装置）と、多関節型のアーム機構１０と、アーム機構１０の先端側に設けられ、対象物１０１を把持するための把持機構１１と、対象物１０１の画像を取得する画像センサ１２（カメラ）とを備える。

【0013】

把持機構１１は、把持部材１３Ａ，１３Ｂと、把持部材１３Ａ，１３Ｂの間隔を可変する関節部１４とを有し、把持部材１３Ａ，１３Ｂの間隔を可変して対象物１０１を把持する。柔軟材１５Ａが把持部材１３Ａの内側（図３及び図５の右側）に設けられ、柔軟材１５Ｂが把持部材１３Ｂの内側（図３及び図５の左側）に設けられている。これにより、把持機構１１で対象物１０１を把持する際に、柔軟材１５Ａ，１５Ｂが対象物１０１と接触するようになっている。柔軟材１５Ａ，１５Ｂは、例えばゴム又はゲルなどからなり、変形可能な部材である。超音波センサ１６Ａが把持部材１３Ａに埋込まれて柔軟材１５Ａと接触し、超音波センサ１６Ｂが把持部材１３Ｂに埋込まれて柔軟材１５Ｂと接触している。

【0014】

作業ロボット制御装置２は、機能的構成として、データ送受信部１７、移動制御部１８、アーム制御部１９、把持制御部２０、画像処理部２１、及び信号処理部２２を有する。作業ロボット制御装置２のデータ送受信部１７は、支援制御装置８を介し操作制御装置７からの作業ロボットの動作指令（詳細には、移動機構の駆動指令、アーム機構の駆動指令、把持機構の駆動指令、画像処理指令、及び信号処理指令）を受信する。

【0015】

作業ロボット制御装置２の移動制御部１８は、移動機構の駆動指令に応じて、作業ロボット１の移動機構９を制御する。作業ロボット制御装置２のアーム制御部１９は、アーム機構の駆動指令に応じて、作業ロボット１のアーム機構１０を制御する。作業ロボット制御装置２の把持制御部２０は、把持機構の駆動指令に応じて、作業ロボット１の把持機構１１を制御する。

【0016】

作業ロボット制御装置２の画像処理部２１は、画像処理指令に応じて、作業ロボット１の画像センサ１２で取得された対象物１０１の画像を処理して対象物１０１の幅寸法Ｌ１（図４参照）を取得し、データ送受信部１７を介し支援制御装置８へ送信する。

【0017】

作業ロボット制御装置２の信号処理部２２は、信号処理指令に応じて、作業ロボット１の超音波センサ１６Ａ，１６Ｂとの間で信号を送受信すると共に、受信した信号を処理する。超音波センサ１６Ａ，１６Ｂの各々は、例えば、圧電素子を有する。信号処理部２２は、例えば、圧電素子へパルス信号を送信するパルサと、圧電素子から波形信号を受信するレシーバとを有する。圧電素子は、パルサからのパルス信号によって発振し、柔軟材などへ向けて超音波を送信する。そして、反射した超音波又は透過した超音波を受信し、波形信号に変換してレシーバへ出力する。レシーバは、波形信号（アナログ信号）を波形データ（デジタル信号）へ変換し、データ送受信部１７を介し支援制御装置８へ送信する。

【0018】

運搬ロボット３は、作業ロボット１によって積込まれた対象物１０１を撤去場所１０２へ運搬するためのものである。運搬ロボット３は、運搬ロボット３が移動するための移動機構（例えばクローラ式の走行装置）と、対象物１０１を積載する荷台と、荷台を傾けて対象物１０１を放出させるチルト機構とを備える。

【0019】

運搬ロボット制御装置４は、支援制御装置８を介し操作制御装置７からの運搬ロボットの動作指令を受信する。運搬ロボット制御装置４は、運搬ロボットの動作指令に応じて、運搬ロボット３の移動機構及びチルト機構を制御する。

【0020】

操作装置５は、例えば、作業用の操作レバーと、作業用の操作レバーの操作方向及び操作量に応じて作業用の操作信号を出力するポテンションメータと、運搬用の操作レバーと、運搬用の操作レバーの操作方向及び操作量に応じて運搬用の操作信号を出力するポテンションメータとを有する。

【0021】

操作制御装置７は、機能的構成として、作業指令生成部２３、運搬指令生成部２４、及びデータ送受信部２５を有する。操作制御装置７の作業指令生成部２３は、操作装置５からの作業用の操作信号に基づき、上述した作業ロボットの動作指令を生成し、データ送受信部２５及び支援制御装置８を介し作業ロボット制御装置２へ送信する。操作制御装置７の運搬指令生成部２４は、操作装置５からの運搬用の操作信号に基づき、上述した運搬ロボットの動作指令を生成し、データ送受信部２５及び支援制御装置８を介し運搬ロボット制御装置４へ送信する。

【0022】

支援制御装置８は、機能的構成として、データ送受信部２６、対象物物性演算部２７、把持力目標値設定部２８、及び把持力演算部２９を有する。支援制御装置８のデータ送受信部２６は、作業ロボット制御装置２、運搬ロボット制御装置４、及び操作制御装置７との間でデータを送受信するためのものである。支援制御装置８のデータ送受信部２６は、作業ロボット制御装置２の信号処理部２２で処理された波形データ（言い換えれば、超音波センサ１６Ａ，１６Ｂを用いて取得された超音波の伝播情報）と、作業ロボット制御装置２の画像処理部２１で取得された対象物１０１の幅寸法Ｌを受信する。

【0023】

ここで、本実施形態の最も大きな特徴として、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、前述した波形データ（詳細は後述）と対象物１０１の幅寸法Ｌに基づいて、対象物１０１の音速を演算する。また、前述した波形データ（詳細は後述）に基づいて、対象物１０１の表面の反射率を演算する。そして、対象物１０１の音速及び反射率に基づいて、対象物１０１の材質を弁別する。支援制御装置８の把持力目標値設定部２８は、対象物１０１の材質に基づいて、作業ロボット１の把持機構１１の把持力の目標値を設定し、データ送受信部２６を介し作業ロボット制御装置２へ送信する。

【0024】

支援制御装置８の把持力演算部２９は、前述した波形データ（詳細は後述）に基づいて、柔軟材１５Ａ，１５Ｂの変形量を演算する。そして、柔軟材１５Ａ，１５Ｂの変形量に基づいて、作業ロボット１の把持機構１１の把持力を演算し、データ送受信部２６を介し作業ロボット制御装置２へ送信する。作業ロボット制御装置２の把持制御部２０は、把持機構１１の把持力が目標値となるように把持機構１１を制御する。

【0025】

次に、本実施形態の作業ロボット１の把持機構１１の制御に係わる処理手順を、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態における作業ロボットの把持機構の制御に係わる処理手順を表すフローチャートである。

【0026】

ステップＳ１にて、作業ロボット制御装置２の把持制御部２０は、把持機構の駆動指令に応じて、作業ロボット１の把持機構１１の把持部材１３Ａ，１３Ｂの間隔を短くする。また、作業ロボット制御装置２の信号処理部２２は、信号処理指令に応じて（但し、把持機構の駆動指令と連動してもよい）、作業ロボット１の超音波センサ１６Ａ，１６Ｂとの間で信号を送受信すると共に、受信した信号を処理する。これにより、超音波センサ１６Ａの波形データと超音波センサ１６Ｂの波形データを、支援制御装置８へ送信する。

【0027】

ステップＳ２に進み、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、超音波センサ１６Ａの波形データ（図７参照）のうち、時間ｔ１で受信された超音波（詳細には、超音波センサ１６Ａから送信され柔軟材１５Ａの対象物側表面で反射され超音波センサ１６Ａで受信された超音波）の受信強度が閾値Ｒ０より小さいか否かにより、柔軟材１５Ａと対象物１０１とが接触しているか否かを判定する。

【0028】

柔軟材１５Ａと対象物１０１の接触状態を検知しない場合に、超音波センサ１６Ａの波形データのうち、時間ｔ１で受信された超音波の受信強度Ｒ１ａを記憶すると共に、上述のステップＳ１に戻る。一方、柔軟材１５Ａと対象物１０１の接触状態を検知した場合に、超音波センサ１６Ａの波形データのうち、時間ｔ１で受信された超音波の受信強度Ｒ２ａを記憶すると共に、ステップＳ３に移る。

【0029】

ステップＳ３にて、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、超音波センサ１６Ｂの波形データのうち、時間ｔ１で受信された超音波（詳細には、超音波センサ１６Ｂから送信され柔軟材１５Ｂの対象物側表面で反射され超音波センサ１６Ｂで受信された超音波）の受信強度が閾値Ｒ０より小さいか否かにより、柔軟材１５Ｂと対象物１０１とが接触しているか否かを判定する。

【0030】

柔軟材１５Ｂと対象物１０１の接触状態を検知しない場合に、超音波センサ１６Ｂの波形データのうち、時間ｔ１で受信された超音波の受信強度Ｒ１ｂを記憶すると共に、上述のステップＳ１に戻る。一方、柔軟材１５Ｂと対象物１０１の接触状態を検知した場合に、超音波センサ１６Ｂの波形データのうち、時間ｔ１で受信された超音波の受信強度Ｒ２ｂを記憶すると共に、ステップＳ４及びＳ５に移る。同時に、把持機構１１を一時的に停止する指令を作業ロボット制御装置２へ送信する。作業ロボット制御装置２の把持制御部２０は、前述の停止指令に応じて、作業ロボット１の把持機構１１を一時的に停止する。

【0031】

ステップＳ４にて、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、超音波センサ１６Ｂの波形データ（図８参照）から、受信強度のピーク値（極大値）が閾値Ｒ３より大きくなっている超音波の受信時間ｔ２（但し、ｔ２＞（ｔ１×２））、すなわち、超音波センサ１６Ａから送信され柔軟材１５Ａ、対象物１０１、及び柔軟材１５Ｂを透過し超音波センサ１６Ｂで受信された超音波の伝播時間を取得する。そして、超音波の伝播時間、対象物１０１の幅寸法Ｌ１、柔軟材１５Ａ，１５Ｂの幅寸法Ｌ２、及び柔軟材１５Ａ，１５Ｂの音速に基づいて、対象物１０１の音速を演算する。

【0032】

ステップＳ５にて、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、柔軟材１５Ａと対象物１０１の接触状態を検知した場合の、超音波センサ１６Ａの波形データのうちの時間ｔ１で受信された超音波の受信強度Ｒ２ａと、柔軟材１５Ａと対象物１０１の接触状態を検知しない場合の、超音波センサ１６Ａの波形データのうちの時間ｔ１で受信された超音波の受信強度Ｒ１ａとの比率（Ｒ２ａ／Ｒ１ａ）により、対象物１０１の表面の反射率を演算する。

【0033】

ステップＳ６に進み、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、例えば材質弁別マップ（図９参照）を用いて、上述のステップＳ４及びＳ５で演算された対象物１０１の音速及び反射率から、対象物１０１の材質を弁別する。ステップＳ７に進み、支援制御装置８の把持力目標値設定部２８は、対象物１０１の材質に基づいて、把持機構１１の把持力の目標値を設定し、作業ロボット制御装置２へ送信する。

【0034】

ステップＳ８に進み、支援制御装置８の把持力目標値設定部２８は、把持機構１１の駆動を再開する指令を作業ロボット制御装置２へ送信する。作業ロボット制御装置２の把持制御部２０は、前述の再開指令に応じて、作業ロボット１の把持機構１１の把持部材１３Ａ，１３Ｂの間隔を短くする。これに伴い、柔軟材１５Ａ，１５Ｂは変形する。

【0035】

ステップＳ９に進み、支援制御装置８の把持力演算部２９は、超音波センサ１６Ａの波形データ（図１０参照）のうち、受信強度Ｒ２ａとなっている超音波の受信時間（すなわち、超音波センサ１６Ａから送信され柔軟材１５Ａの対象物側表面で反射され超音波センサ１６Ａで受信された超音波の伝播時間）のシフト量（ｔ１－ｔ３）に基づいて、柔軟材１５Ａの変形量を演算する。超音波センサ１６Ｂの波形データのうち、受信強度Ｒ２ｂとなっている超音波の受信時間（すなわち、超音波センサ１６Ｂから送信され柔軟材１５Ｂの対象物側表面で反射され超音波センサ１６Ｂで受信された超音波の伝播時間）のシフト量に基づいて、柔軟材１５Ｂの変形量を演算する。そして、柔軟材１５Ａ，１５Ｂの変形量及び弾性率に基づいて、把持機構１１の把持力を演算し、データ送受信部２６を介し作業ロボット制御装置２へ送信する。

【0036】

その後、作業ロボット制御装置２の把持制御部２０は、前述した把持機構１１の把持力が前述した目標値となるように、作業ロボット１の把持機構１１を制御する。すなわち、ステップＳ１０の判定が満たされるまで、上述のステップＳ８及びＳ９が繰り返される。

【0037】

以上のように本実施形態においては、対象物１０１の材質を弁別し、対象物１０１の材質に基づいて作業ロボット１の把持機構１１の把持力の目標値を設定する。したがって、作業ロボット１の把持動作によって対象物１０１を破損することなく、作業ロボット１の把持動作を行わせることができる。

【0038】

なお、第１の実施形態において、支援制御装置８は、対象物１０１の音速と対象物１０１の表面の反射率を演算し、これらに基づいて対象物１０１の材質を弁別する場合を例にとって説明したが、これに限られない。支援制御装置８は、対象物１０１の音速のみを演算し、これに基づいて対象物１０１の材質を弁別してもよい。あるいは、支援制御装置８は、対象物１０１の表面の反射率のみを演算し、これに基づいて対象物１０１の材質を弁別してもよい。この場合、画像センサ１２を不要としてもよい。

【0039】

また、第１の実施形態において、特に説明しなかったが、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、柔軟材１５Ａ，１５Ｂと対象物１０１との接触状態を検知した後に、例えば図１１で示す対象物１０１の空隙率を演算してもよい。すなわち、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、超音波センサ１６Ａの波形データ（図１２参照）のうち、時間ｔ１以降で受信され且つ受信強度がＲａ２より低くなっている超音波（詳細には、超音波センサ１６Ａから送信され対象物１０１内の空隙１０３で反射され超音波センサ１６Ａで受信された超音波）を抽出し、抽出した超音波の数又は受信強度の累積値に基づいて対象物１０１の空隙率を演算してもよい。そして、対象物１０１の空隙率を表示装置６に表示させてもよい。また、作業ロボット１は、例えば、対象物１０１を吸引して保持する吸引機構（図示せず）を有してもよい。オペレータは、対象物１０１の空隙率が小さい場合に作業ロボット１の把持機構１１を用いたほうがよいと判断し、対象物１０１の空隙率が大きい場合に作業ロボット１の吸引機構を用いたほうがよいと判断してもよい。

【0040】

また、第１の実施形態において、作業ロボット１に係わる制御系は３つの制御装置（詳細には、作業ロボット制御装置２、操作制御装置７、及び支援制御装置８）で構成されており、支援制御装置８が対象物物性演算部２７、把持力目標値設定部２８、及び把持力演算部２９を有する場合を例にとって説明したが、これに限られない。作業ロボット制御装置２又は操作制御装置７が対象物物性演算部２７、把持力目標値設定部２８、及び把持力演算部２９を有してもよい。また、作業ロボット１に係わる制御系は、１つの制御装置で構成されてもよい。

【0041】

本発明の第２の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

【0042】

図１３は、本実施形態における遠隔作業装置の構成を表すブロック図である。図１４は、本実施形態におけるロボットの構造を表す上面図である。図１５は、本実施形態におけるロボットの構造を表す側面図である。図１６は、本実施形態におけるロボットの脚の先端部を表す部分拡大図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

【0043】

本実施形態の遠隔作業装置は、ロボット３０と、ロボット３０を制御するロボット制御装置３１と、オペレータが操作可能な操作装置５と、オペレータが目視可能な表示装置６と、操作装置５及び表示装置６に接続された操作制御装置７と、ロボット制御装置３１と操作制御装置７の間に介在する支援制御装置８とを備える。なお、ロボット制御装置３１は、例えば、プログラムやデータを記憶するメモリと、プログラムに従って処理を実行するプロセッサとを有するものである。

【0044】

ロボット３０は、対象物１０４上を歩行するための歩行機構３２を備える。歩行機構３２は、複数の脚３３と、複数の脚３３を駆動する複数の駆動部（図示せず）とを有し、複数の脚３３を駆動して対象物１０４上を歩行する。複数の柔軟材１５が複数の脚３３の先端側（図１６の下側）にそれぞれ設けられている。これにより、歩行機構３２で対象物１０４上を歩行する際に、柔軟材１５が対象物１０４と接触するようになっている。柔軟材１５は、例えばゴム又はゲルなどからなり、変形可能な部材である。複数の超音波センサ１６が複数の脚３３の先端部にそれぞれ埋込まれて複数の柔軟材１５とそれぞれ接触している。

【0045】

ロボット制御装置３１は、機能的構成として、データ送受信部１７、歩行制御部３４、及び信号処理部２２を有する。ロボット制御装置３１のデータ送受信部１７は、支援制御装置８を介し操作制御装置７からのロボットの動作指令（詳細には、歩行機構の駆動指令及び信号処理指令）を受信する。

【0046】

ロボット制御装置３１の歩行制御部３４は、歩行機構の駆動指令に応じて、ロボット３０の歩行機構３２を制御する。ロボット制御装置３１の信号処理部２２は、信号処理指令に応じて、ロボット３０の超音波センサ１６との間で信号を送受信すると共に、受信した信号を処理する。これにより、波形データを、データ送受信部１７を介し支援制御装置８へ送信する。

【0047】

操作装置５は、例えば、操作レバーと、操作レバーの操作方向及び操作量に応じて作業用の操作信号を出力するポテンションメータとを有する。

【0048】

操作制御装置７は、機能的構成として、指令生成部３５及びデータ送受信部２５を有する。操作制御装置７の指令生成部３５は、操作装置５からの操作信号に基づき、上述したロボットの動作指令を生成し、データ送受信部２５及び支援制御装置８を介しロボット制御装置３１へ送信する。

【0049】

支援制御装置８は、機能的構成として、データ送受信部２６、対象物物性演算部２７、踏込み力目標値設定部３６、及び踏込み力演算部３７を有する。支援制御装置８のデータ送受信部２６は、ロボット制御装置３１及び操作制御装置７との間でデータを送受信するためのものである。支援制御装置８のデータ送受信部２６は、ロボット制御装置３１の信号処理部２２で処理された波形データ（言い換えれば、超音波センサ１６を用いて取得された超音波の伝播情報）を受信する。

【0050】

ここで、本実施形態の最も大きな特徴として、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、前述した波形データ（詳細は後述）に基づいて、対象物１０４の表面の反射率を演算する。そして、対象物１０４の反射率に基づいて、対象物１０４の材質を弁別する。支援制御装置８の踏込み力目標値設定部３６は、対象物１０４の材質に基づいて、ロボット３０の脚３３の踏込み力の目標値を設定し、データ送受信部２６を介しロボット制御装置３１へ送信する。

【0051】

支援制御装置８の踏込み力演算部３７は、前述した波形データ（詳細は後述）に基づいて、柔軟材１５の変形量を演算する。そして、柔軟材１５の変形量に基づいて、ロボット３０の脚３３の踏込み力を演算し、データ送受信部２６を介しロボット制御装置３１へ送信する。ロボット制御装置３１の歩行制御部３４は、脚３３の踏込み力が目標値となるように歩行機構３２を制御する。

【0052】

次に、本実施形態のロボット３０の歩行機構３２の制御に係わる処理手順を、図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態におけるロボットの歩行機構の制御に係わる処理手順を表すフローチャートである。

【0053】

ステップＳ１１にて、ロボット制御装置３１の歩行制御部３４は、歩行機構の駆動指令に応じて、ロボット３０の歩行機構３２の脚３３を駆動する。また、ロボット制御装置３１の信号処理部２２は、信号処理指令に応じて（但し、歩行機構の駆動指令と連動してもよい）、ロボット３０の超音波センサ１６との間で信号を送受信すると共に、受信した信号を処理する。これにより、超音波センサ１６の波形データを支援制御装置８へ送信する。

【0054】

ステップＳ１２に進み、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、超音波センサ１６の波形データのうち、時間ｔ１で受信された超音波（詳細には、超音波センサ１６から送信され柔軟材１５の対象物側表面で反射され超音波センサ１６で受信された超音波）の受信強度が閾値Ｒ０より小さいか否かにより、柔軟材１５と対象物１０４とが接触しているか否かを判定する。

【0055】

柔軟材１５と対象物１０４の接触状態を検知しない場合に、超音波センサ１６の波形データのうち、時間ｔ１で受信された超音波の受信強度Ｒ１を記憶すると共に、上述のステップＳ１１に戻る。一方、柔軟材１５と対象物１０４の接触状態を検知した場合に、超音波センサ１６の波形データのうち、時間ｔ１で受信された超音波の受信強度Ｒ２を記憶すると共に、ステップＳ１４に移る。同時に、歩行機構３２を一時的に停止する指令をロボット制御装置３１へ送信する。ロボット制御装置３１の歩行制御部３４は、前述の停止指令に応じて、ロボット３０の歩行機構３２を一時的に停止する。

【0056】

ステップＳ１４にて、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、柔軟材１５と対象物１０４の接触状態を検知した場合の時間ｔ１で受信された超音波の受信強度Ｒ２と、柔軟材１５と対象物１０４の接触状態を検知しない場合の時間ｔ１で受信された超音波の受信強度Ｒ１との比率（Ｒ２／Ｒ１）により、対象物１０４の表面の反射率を演算する。

【0057】

ステップＳ１５に進み、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、上述のステップＳ１４で演算された対象物１０４の表面の反射率から、対象物１０４の材質を弁別する。ステップＳ１６に進み、支援制御装置８の踏込み力目標値設定部３６は、対象物１０４の材質に基づいて、歩行機構３２の脚３３の踏込み力の目標値を設定し、ロボット制御装置３１へ送信する。

【0058】

ステップＳ１６に進み、支援制御装置８の踏込み力目標値設定部３６は、歩行機構３２の脚３３の駆動を再開する指令をロボット制御装置３１へ送信する。ロボット制御装置３１の歩行制御部３４は、前述の再開指令に応じて、ロボット３０の歩行機構３２の脚３３を駆動する。これに伴い、柔軟材１５は変形する。

【0059】

ステップＳ１７に進み、支援制御装置８の踏込み力演算部３７は、超音波センサ１６の波形データのうち、受信強度Ｒ２となっている超音波の受信時間（すなわち、超音波センサ１６から送信され柔軟材１５の対象物側表面で反射され超音波センサ１６で受信された超音波の伝播時間）のシフト量に基づいて、柔軟材１５の変形量を演算する。そして、柔軟材１５の変形量及び弾性率に基づいて、歩行機構３２の脚３３の踏込み力を演算し、データ送受信部２６を介し作業ロボット制御装置２へ送信する。

【0060】

その後、ロボット制御装置３１の歩行制御部３４は、前述した歩行機構３２の脚３３の踏込み力が前述した目標値となるように、ロボット３０の歩行機構３２を制御する。すなわち、ステップＳ１８の判定が満たされるまで、上述のステップＳ１６及びＳ１７が繰り返される。

【0061】

以上のように本実施形態においては、対象物１０４の材質を弁別し、対象物１０４の材質に基づいてロボット３０の歩行機構３２の脚３３の踏込み力の目標値を設定する。したがって、ロボット３０の歩行動作によって対象物１０４を破損することなく、ロボット３０の歩行動作を行わせることができる。

【0062】

なお、第２の実施形態において、特に説明しなかったが、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、柔軟材１５と対象物１０４との接触状態を検知した後に、対象物１０４の弾性係数を演算してもよい。すなわち、支援制御装置８の対象物物性演算部２７は、超音波センサ１６の波形データのうち、超音波センサ１６から送信され対象物１０４の底面で反射され超音波センサ１６で受信された縦波と、超音波センサ１６から送信され対象物１０４の底面で反射され超音波センサ１６で受信された横波とを抽出し、縦波の受信時間（伝播時間）と横波の受信時間（伝播時間）との比に基づいて、対象物１０４の弾性係数を演算してもよい。そして、対象物１０４の弾性係数を表示装置６に表示させてもよい。オペレータは、対象物１０４の弾性係数が高い場合に、ロボット３０の歩行場所を変更したほうがよいと判断してもよい。

【0063】

また、第２の実施形態において、ロボット３０に係わる制御系は３つの制御装置（詳細には、ロボット制御装置３１、操作制御装置７、及び支援制御装置８）で構成されており、支援制御装置８が対象物物性演算部２７、踏込み力目標値設定部３６、及び踏込み力演算部３７を有する場合を例にとって説明したが、これに限られない。ロボット制御装置３１又は操作制御装置７が対象物物性演算部２７、踏込み力目標値設定部３６、及び踏込み力演算部３７を有してもよい。また、ロボット３０に係わる制御系は、１つの制御装置で構成されてもよい。

【符号の説明】

【0064】

１ 作業ロボット
２ 作業ロボット制御装置
８ 支援制御装置
１１ 把持機構
１２ 画像センサ
１３Ａ，１３Ｂ 把持部材
１５，１５Ａ，１５Ｂ 柔軟材
１６，１６Ａ，１６Ｂ 超音波センサ
３０ ロボット
３１ ロボット制御装置
３２ 歩行機構
３３ 脚
１０１，１０４ 対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】