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(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】P2024122887
(43)【公開日】2024-09-09
(54)【発明の名称】半自動遠隔操作システム及び半自動遠隔操作方法
(51)【国際特許分類】
B25J 3/00 20060101AFI20240902BHJP
【ＦＩ】
B25J3/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024016626
(22)【出願日】2024-02-06
(31)【優先権主張番号】P 2023030409
(32)【優先日】2023-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】100165696
【弁理士】
【氏名又は名称】川原 敬祐
(74)【代理人】
【識別番号】100195534
【弁理士】
【氏名又は名称】内海 一成
(72)【発明者】
【氏名】徳元 勇太
(72)【発明者】
【氏名】山下 浩二
【テーマコード（参考）】
3C707
【Ｆターム（参考）】
3C707AS12
3C707AS13
3C707BS12
3C707JT05
3C707JU12
3C707JU15
3C707LV15
(57)【要約】
【課題】自動運転時の作業ツールの作業軌跡を精度よく生成できる半自動遠隔操作システム及び半自動遠隔操作方法を提供する。
【解決手段】半自動遠隔操作システム１は、ワーク７に対して所定の作業を実施する作業ツール５を動かす駆動装置２０と、駆動装置２０を制御する制御装置３０と、作業者が作業ツール５を手動で遠隔操作する入力を受け付ける操作装置１０とを備える。制御装置３０は、操作装置１０に入力された作業者の手動による作業ツール５の遠隔操作に応じて駆動装置２０を制御する手動運転モードと、作業軌跡８に沿って作業ツール５を移動させるように駆動装置２０を制御する自動運転モードとを切り替え可能であり、駆動装置２０の一部又は作業ツール５の一部がワーク７に対して当接したときの駆動装置２０の当接情報を取得し、駆動装置２０の当接情報に基づいて作業軌跡８を生成する。
【選択図】図４
【解決手段】半自動遠隔操作システム１は、ワーク７に対して所定の作業を実施する作業ツール５を動かす駆動装置２０と、駆動装置２０を制御する制御装置３０と、作業者が作業ツール５を手動で遠隔操作する入力を受け付ける操作装置１０とを備える。制御装置３０は、操作装置１０に入力された作業者の手動による作業ツール５の遠隔操作に応じて駆動装置２０を制御する手動運転モードと、作業軌跡８に沿って作業ツール５を移動させるように駆動装置２０を制御する自動運転モードとを切り替え可能であり、駆動装置２０の一部又は作業ツール５の一部がワーク７に対して当接したときの駆動装置２０の当接情報を取得し、駆動装置２０の当接情報に基づいて作業軌跡８を生成する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークに対して所定の作業を実施する作業ツールを動かす駆動装置と、
前記駆動装置を制御する制御装置と、
作業者が前記作業ツールを手動で遠隔操作する入力を受け付ける操作装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記操作装置に入力された前記作業者の手動による前記作業ツールの遠隔操作に応じて前記駆動装置を制御する手動運転モードと、作業軌跡に沿って前記作業ツールを移動させるように前記駆動装置を制御する自動運転モードとを切り替え可能であり、
前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークに対して当接したときの前記駆動装置の当接情報を取得し、
前記駆動装置の当接情報に基づいて前記作業軌跡を生成する、
半自動遠隔操作システム。
前記駆動装置を制御する制御装置と、
作業者が前記作業ツールを手動で遠隔操作する入力を受け付ける操作装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記操作装置に入力された前記作業者の手動による前記作業ツールの遠隔操作に応じて前記駆動装置を制御する手動運転モードと、作業軌跡に沿って前記作業ツールを移動させるように前記駆動装置を制御する自動運転モードとを切り替え可能であり、
前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークに対して当接したときの前記駆動装置の当接情報を取得し、
前記駆動装置の当接情報に基づいて前記作業軌跡を生成する、
半自動遠隔操作システム。
【請求項2】
前記操作装置は、スレーブとしての前記駆動装置の動作と連動する操作部を有するマスタであり、
前記制御装置は、
前記手動運転モードにおいて、前記操作部の動作と前記駆動装置の動作とが連動するように前記操作装置を制御し、
前記自動運転モードにおいて、前記操作部の動作と前記駆動装置の動作とが連動しないように前記操作装置を制御する、
請求項１に記載の半自動遠隔操作システム。
前記制御装置は、
前記手動運転モードにおいて、前記操作部の動作と前記駆動装置の動作とが連動するように前記操作装置を制御し、
前記自動運転モードにおいて、前記操作部の動作と前記駆動装置の動作とが連動しないように前記操作装置を制御する、
請求項１に記載の半自動遠隔操作システム。
【請求項3】
前記ワークは平面部を含み、
前記制御装置は、前記手動運転モードにおいて前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面における前記平面部の上の異なる３箇所以上に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、前記駆動装置の当接情報として検出する、請求項１又は２に記載の半自動遠隔操作システム。
前記制御装置は、前記手動運転モードにおいて前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面における前記平面部の上の異なる３箇所以上に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、前記駆動装置の当接情報として検出する、請求項１又は２に記載の半自動遠隔操作システム。
【請求項4】
前記ワークは曲面部を含み、
前記制御装置は、前記手動運転モードにおいて前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面における前記曲面部の上の異なる２箇所に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、前記駆動装置の当接情報として検出するとともに、前記自動運転モードにおいて前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面における前記２箇所の周囲の複数の箇所に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、前記駆動装置の当接情報として検出する、請求項１又は２に記載の半自動遠隔操作システム。
前記制御装置は、前記手動運転モードにおいて前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面における前記曲面部の上の異なる２箇所に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、前記駆動装置の当接情報として検出するとともに、前記自動運転モードにおいて前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面における前記２箇所の周囲の複数の箇所に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、前記駆動装置の当接情報として検出する、請求項１又は２に記載の半自動遠隔操作システム。
【請求項5】
前記制御装置は、前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面に当接したことを、前記駆動装置からフィードバックされる情報に基づいて判定する、請求項１又は２に記載の半自動遠隔操作システム。
【請求項6】
前記制御装置は、前記自動運転モードにおいて、前記駆動装置のオフセット量、ピッチ長さ若しくは退避長さ、又は、前記作業ツールの傾き補正値のうち少なくとも１つを設定して前記作業軌跡を生成する、請求項１又は２に記載の半自動遠隔操作システム。
【請求項7】
前記制御装置は、前記自動運転モードにおいて、前記作業ツールの押し付け力を制御するように前記作業軌跡を生成する、請求項１又は２に記載の半自動遠隔操作システム。
【請求項8】
ワークに対して所定の作業を実施する作業ツールを動かす駆動装置を、作業者の手動による前記作業ツールの遠隔操作に応じて前記ワークの表面に前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が当接するように制御する手動運転工程と、
前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークに対して当接したときの前記駆動装置の当接情報を取得し、前記駆動装置の当接情報に基づいて前記作業ツールの作業軌跡を生成する生成工程と、
生成した前記作業軌跡に沿って前記作業ツールを移動させるように前記駆動装置を制御する自動運転工程と
を含む、半自動遠隔操作方法。
前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークに対して当接したときの前記駆動装置の当接情報を取得し、前記駆動装置の当接情報に基づいて前記作業ツールの作業軌跡を生成する生成工程と、
生成した前記作業軌跡に沿って前記作業ツールを移動させるように前記駆動装置を制御する自動運転工程と
を含む、半自動遠隔操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半自動遠隔操作システム及び半自動遠隔操作方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、産業用ロボットのようなアームロボットを用いた保全作業は、高所でオペレータが近づけないため、直接教示してアームロボットを動作させるようなことはできない。また、作業対象物であるワークの形状又は距離が一定でないため、毎回教示し直す必要があり効率が悪い。そのため、例えば特許文献１に示すように、３Ｄカメラでワークをスキャニングしてワークの形状を認識し、認識したワークの形状に基づいてアームロボットの動作の軌跡を生成するシステムが提案されている。また、特許文献２に示すように、マスタスレーブ遠隔操作により、マスタ操作装置を直接手動操作してスレーブアームを遠隔操作する手動運転モードと、教示データまたは動作データによってスレーブアームを自動で操作する自動運転モードとを切り替え可能に構成された半自動遠隔操作装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０１９－５１３０７６号公報
【特許文献2】特開昭６３－２８３８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら，特許文献１のシステムにおいて、異なる姿勢で何点かの位置を３Ｄカメラでスキャニングしてワークの形状を認識する必要がある。この場合、３Ｄカメラの影となる部分をスキャニングできないため軌跡を生成することができない。また、ワークの位置が多少ずれるため、ワークとツールとを接触させる作業において、ワークに接触させすぎてツールが破損したり、離れすぎてしまって作業できなかったりすることが発生する。
【0005】
また、特許文献２の装置において、半自動遠隔操作を概念化しているものの、自動運転モード時にあらかじめ記憶された教示データまたは動作データに基づいてスレーブアームを常に一定の対応で動作させる構成であるため、ワークの表面形状に沿った作業軌跡を生成することができない。
【0006】
本開示は、上記課題を解決するため、手動運転から自動運転に切り替えるにあたって、自動運転時の作業ツールの作業軌跡を精度よく生成することができる半自動遠隔操作システム及び半自動遠隔操作方法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】
【0007】
（１）本開示の一実施形態に係る半自動遠隔操作システムは、ワークに対して所定の作業を実施する作業ツールを動かす駆動装置と、前記駆動装置を制御する制御装置と、作業者が前記作業ツールを手動で遠隔操作する入力を受け付ける操作装置とを備える。前記制御装置は、前記操作装置に入力された前記作業者の手動による前記作業ツールの遠隔操作に応じて前記駆動装置を制御する手動運転モードと、作業軌跡に沿って前記作業ツールを移動させるように前記駆動装置を制御する自動運転モードとを切り替え可能であり、前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークに対して当接したときの前記駆動装置の当接情報を取得し、前記駆動装置の当接情報に基づいて前記作業軌跡を生成する。
【0008】
（２）上記（１）に記載の半自動遠隔操作システムにおいて、前記操作装置は、スレーブとしての前記駆動装置の動作と連動する操作部を有するマスタであってよい。前記制御装置は、前記手動運転モードにおいて、前記操作部の動作と前記駆動装置の動作とが連動するように前記操作装置を制御し、前記自動運転モードにおいて、前記操作部の動作と前記駆動装置の動作とが連動しないように前記操作装置を制御してよい。
【0009】
（３）上記（１）又は（２）に記載の半自動遠隔操作システムにおいて、前記ワークは平面部を含んでよい。前記制御装置は、前記手動運転モードにおいて前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面における前記平面部の上の異なる３箇所以上に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、前記駆動装置の当接情報として検出してよい。
【0010】
（４）上記（１）又は（２）に記載の半自動遠隔操作システムにおいて、前記ワークは曲面部を含んでよい。前記制御装置は、前記手動運転モードにおいて前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面における前記曲面部の上の異なる２箇所に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、前記駆動装置の当接情報として検出するとともに、前記自動運転モードにおいて前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面における前記２箇所の周囲の複数の箇所に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、前記駆動装置の当接情報として検出してよい。
【0011】
（５）上記（１）から（４）までのいずれか１つに記載の半自動遠隔操作システムにおいて、前記制御装置は、前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークの表面に当接したことを、前記駆動装置からフィードバックされる情報に基づいて判定してよい。
【0012】
（６）上記（１）から（５）までのいずれか１つに記載の半自動遠隔操作システムにおいて、前記制御装置は、前記自動運転モードにおいて、前記駆動装置のオフセット量、ピッチ長さ若しくは退避長さ、又は、前記作業ツールの傾き補正値のうち少なくとも１つを設定して前記作業軌跡を生成してよい。
【0013】
（７）上記（１）から（６）までのいずれか１つに記載の半自動遠隔操作システムにおいて、前記制御装置は、前記自動運転モードにおいて、前記作業ツールの押し付け力を制御するように前記作業軌跡を生成してよい。
【0014】
（８）本開示の一実施形態に係る半自動遠隔操作方法は、ワークに対して所定の作業を実施する作業ツールを動かす駆動装置を、作業者の手動による前記作業ツールの遠隔操作に応じて前記ワークの表面に前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が当接するように制御する手動運転工程と、前記駆動装置の一部又は前記作業ツールの一部が前記ワークに対して当接したときの前記駆動装置の当接情報を取得し、前記駆動装置の当接情報に基づいて前記作業ツールの作業軌跡を生成する生成工程と、生成した前記作業軌跡に沿って前記作業ツールを移動させるように前記駆動装置を制御する自動運転工程とを含む。
【発明の効果】
【0015】
本開示に係る半自動遠隔操作システム及び半自動遠隔操作方法によれば、正確に作業面を特定して作業軌跡が生成される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本開示の第１実施形態に係る半自動遠隔操作システムの構成例を示す図である。
【図2】本開示の第１実施形態に係る半自動遠隔操作方法の手順例を示すフローチャートである。
【図3】駆動装置の土台座標系の原点とワークの作業平面との関係を示す図である。
【図4】仮想作業平面において生成した作業軌跡の一例を示す図である。
【図5】作業平面上の当接位置の座標の算出方法を説明する図である。
【図6】作業軌跡に含まれる各点の座標の算出方法を説明する図である。
【図7】本開示の第２実施形態に係る半自動遠隔操作システムの構成例を示す図である。
【図8】本開示の第２実施形態に係る半自動遠隔操作方法の手順例を示すフローチャートである。
【図9A】ワークの円筒座標系の算出方法を説明する図である。
【図10A】円筒座標系から作業曲面を特定する方法を説明する斜視図である。
【図11A】作業曲面において生成した作業軌跡の一例を示す図である。
【図12A】押し付け力を設定した作業で作業平面上に描いた線の一例を示す図である。
【図12B】押し付け力を設定しない作業で作業平面上に描いた線の一例を示す図である。
【図13A】押し付け力を設定した作業で作業曲面上に描いた線の一例を示す図である。
【図13B】押し付け力を設定しない作業で作業曲面上に描いた線の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
（第１実施形態）
以下、本開示の第１実施形態が説明される。本開示は、高所若しくは難所、又は、高温環境若しくは粉塵環境等の、アクセスが困難な建築物又は構造物のエリアで保全作業を行うために、手動運転での遠隔操作と自動運転とを組み合わせることで、作業能率向上及び正確な作業の実施を可能にする。すなわち、上記のようなエリアの場合、作業対象物であるワークの形状又は距離が一定でないため、作業の全てを自動運転で行うことは困難である。一方で、手動運転で遠隔作業する場合、ワークの形状又は距離に合わせて作業を行うことができるが、カメラワーク又は通信遅延により手作業の感覚とは異なるため、相当な習熟が必要であるとともに細かい作業は難しい。このため、本開示は、必要に応じて手動運転と自動運転とを切り替え可能にする。なお、本開示において、「半自動」は、手動運転（手動運転モード）と自動運転（自動運転モード）とが切り替え可能となっていることを意味する。
以下、本開示の第１実施形態が説明される。本開示は、高所若しくは難所、又は、高温環境若しくは粉塵環境等の、アクセスが困難な建築物又は構造物のエリアで保全作業を行うために、手動運転での遠隔操作と自動運転とを組み合わせることで、作業能率向上及び正確な作業の実施を可能にする。すなわち、上記のようなエリアの場合、作業対象物であるワークの形状又は距離が一定でないため、作業の全てを自動運転で行うことは困難である。一方で、手動運転で遠隔作業する場合、ワークの形状又は距離に合わせて作業を行うことができるが、カメラワーク又は通信遅延により手作業の感覚とは異なるため、相当な習熟が必要であるとともに細かい作業は難しい。このため、本開示は、必要に応じて手動運転と自動運転とを切り替え可能にする。なお、本開示において、「半自動」は、手動運転（手動運転モード）と自動運転（自動運転モード）とが切り替え可能となっていることを意味する。
【0018】
以下、本開示の第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１（図１等参照）及び半自動遠隔操作方法が図面に基づいて説明される。各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の第１実施形態は、本開示の技術的思想を具体化するための装置又は方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本開示の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【0019】
＜半自動遠隔操作システム１の構成例＞
図１に示されるように、本開示の第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１は、操作装置１０と、駆動装置２０と、制御装置３０とを備える。駆動装置２０は、作業ツール５を取付可能に構成される。半自動遠隔操作システム１は、駆動装置２０を遠隔操作して、ワーク７に対して作業ツール５を用いた所定の作業を実行できるように構成される。ワーク７は、例えば作業対象物としての構造物であってよい。第１実施形態において、ワーク７は平面部を含む。
図１に示されるように、本開示の第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１は、操作装置１０と、駆動装置２０と、制御装置３０とを備える。駆動装置２０は、作業ツール５を取付可能に構成される。半自動遠隔操作システム１は、駆動装置２０を遠隔操作して、ワーク７に対して作業ツール５を用いた所定の作業を実行できるように構成される。ワーク７は、例えば作業対象物としての構造物であってよい。第１実施形態において、ワーク７は平面部を含む。
【0020】
本開示に係る半自動遠隔操作システム１において、駆動装置２０は、多軸ロボットとして構成される。駆動装置２０としての多軸ロボットは、いわゆるバイラテラル制御によるマスタスレーブシステムとして構成されるとする。多軸ロボットは、マスタ操作装置としての操作装置１０に入力された操作に応じて、操作装置１０から離れて位置するスレーブ操作装置としての駆動装置２０の動作を制御するように構成されることによって作業ツール５の遠隔操作を実現する。
【0021】
半自動遠隔操作システム１は、駆動装置２０若しくは作業ツール５又はワーク７の位置を作業者が遠隔で監視するための遠隔カメラ等を更に備えてもよい。
【0022】
以下、半自動遠隔操作システム１の構成例及び動作例が説明される。
【0023】
駆動装置２０は、ロボットアーム２２を備える。ロボットアーム２２は、多軸ロボットの少なくとも一部のアームであってよい。多軸ロボットは、一例として６つの軸（回転軸）を備え、６軸方向に自由度を有する垂直多関節型のアームロボットであってよい。回転軸は、多軸ロボットの先端から順番に、Ｔ軸、Ｂ軸、Ｒ軸、Ｕ軸、Ｌ軸及びＳ軸と称されてよい。多軸ロボットは、少なくとも３軸方向の移動自由度を有するように構成されてよい。多軸ロボットは、操作装置１０によって遠隔操作されるように構成される装置である限り、アームに限られず、種々の構造又は形状を有する装置に置き換えられてよい。多軸ロボットは、垂直多関節型のアームロボットに限らず、任意の構造・形状であってよい。駆動装置２０は、高所作業車のブームの先端にある移動台に搭載されていてもよい。
【0024】
駆動装置２０に取り付けられている作業ツール５は、例えば高所作業で使われる加工用グラインダー、塗装用ノズル、塗装用ローラー、塗装用刷毛、洗浄用ノズル、又は検査用プローブ等を含んでよい。作業ツール５で実行する所定の作業は、加工、塗装、洗浄、又は検査等を含んでよい。ワーク７は、橋梁の桁下構造等の鋼構造物を含んでよい。
【0025】
操作装置１０は、操作部１２を備える。操作装置１０がマスタ操作装置としての機能を有する場合、操作部１２は、駆動装置２０としての多軸ロボットのロボットアーム２２を動かす軸と同じ軸で操作を入力できる操作軸として構成される。操作装置１０は、一例として、駆動装置２０と同じ垂直多関節型のアームロボットであってよい。操作軸は、一例として、駆動装置２０のロボットアーム２２と同じロボットアームであってよい。操作装置１０の操作軸と駆動装置２０のロボットアーム２２とを同一形状とすることで、マスタスレーブシステムが比較的容易に構成される。しかし、操作装置１０の操作軸と駆動装置２０のロボットアーム２２とは、必ずしも相似形でなくてもよいし、同じ自由度を有しなくてもよい。操作部１２は、操作軸に限られず、ジョグシャトルのような回転型コントローラとして構成されてもよいし、他の種々の形態のコントローラとして構成されてもよい。操作部１２は、これらの例に限られず種々の態様で構成されてよい。操作装置１０は、駆動装置２０から離れた高所作業車の操作室等に配置されてよい。操作装置１０と駆動装置２０とは、ケーブル又は無線で繋がっている。
【0026】
制御装置３０は、手動運転モードと自動運転モードとを切り替え可能に構成される。手動運転モードは、操作装置１０の操作部１２に入力された操作に応じて駆動装置２０を動作させるモードである。自動運転モードは、操作装置１０に操作が入力されたかにかかわらず、所定の軌跡に沿って作業ツール５を移動させるように駆動装置２０の動作を自動で制御するモードである。言い換えれば、制御装置３０は、手動運転モードにおいて、操作装置１０の操作部１２の動作と駆動装置２０の動作とが連動するように操作装置１０及び駆動装置２０を制御する。制御装置３０は、自動運転モードにおいて、操作装置１０の操作部１２の動作と駆動装置２０の動作とが連動しないように操作装置１０及び駆動装置２０を制御する。作業ツール５に作業を実施させるために動かす所定の軌跡は、作業軌跡とも称される。
【0027】
制御装置３０は、手動運転モードにおいて、操作部１２における操作入力に応じて駆動装置２０のロボットアーム２２を動作させる。制御装置３０は、操作装置１０及び駆動装置２０と通信可能に接続される。制御装置３０と、操作装置１０又は駆動装置２０とは、無線で通信可能に接続されてもよい。制御装置３０は、操作部１２に入力された操作に応じて駆動装置２０の動作を制御するとともに、駆動装置２０が受ける反力を操作部１２にフィードバックする。言い換えれば、制御装置３０は、操作装置１０を制御するとともに、駆動装置２０のロボットアーム２２の位置又は角度とロボットアーム２２に加わる反力とを操作装置１０の操作軸へフィードバックする。具体的に、ロボットアーム２２の角度から軌道計算されるロボットアーム２２の各部の位置と、ロボットアーム２２に作用する反力とを、バイラテラル制御で双方向に伝達可能となっている。ロボットアーム２２の形式が多関節ロボットである場合、各関節に設けられた駆動モータのトルクが反力として操作装置１０の操作軸に伝達されるように構成されてよい。
【0028】
制御装置３０は、半自動遠隔操作システム１の各部を制御及び管理できるように、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の少なくとも１つのプロセッサを含んで構成されてよい。制御装置３０は、１つのプロセッサで構成されてよいし、複数のプロセッサで構成されてよい。制御装置３０を構成するプロセッサは、後述する記憶部に格納されたプログラムを読み込んで実行することによって、半自動遠隔操作システム１の各構成部を制御及び管理してよい。
【0029】
制御装置３０は、記憶部を備えてよい。記憶部は、各種の情報又はデータ等を格納する。記憶部は、例えば制御装置３０において実行されるプログラム、又は、制御装置３０において実行される処理で用いられるデータ若しくは処理の結果等を格納してよい。また、記憶部は、制御装置３０のワークメモリとして機能してよい。記憶部は、例えば半導体メモリ等を含んで構成されてよいがこれに限定されない。例えば、記憶部は、制御装置３０として用いられるプロセッサの内部メモリとして構成されてもよいし、制御装置３０からアクセス可能なハードディスクドライブ（ＨＤＤ）として構成されてもよい。記憶部は、非一時的な読み取り可能媒体として構成されてもよい。記憶部は、制御装置３０と一体に構成されてもよいし、制御装置３０と別体として構成されてもよい。
【0030】
制御装置３０は、通信部を備えてよい。通信部は、有線又は無線によって半自動遠隔操作システム１の操作装置１０又は駆動装置２０等の各構成部と通信するための通信インタフェースを含んで構成されてよい。通信インタフェースは、ネットワークを介して他の装置と通信可能に構成されてよい。通信部は、半自動遠隔操作システム１の各構成部との間でデータを入出力する入出力ポートを含んで構成されてよい。通信部は、半自動遠隔操作システム１の各構成部との間で必要なデータ及び信号を送受信する。通信部は、有線通信規格に基づいて通信してよいし、無線通信規格に基づいて通信してもよい。例えば無線通信規格は３Ｇ、４Ｇ又は５Ｇ等のセルラーフォンの通信規格を含んでよい。また、例えば無線通信規格は、ＩＥＥＥ８０２．１１及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等を含んでよい。通信部は、これらの通信規格の１つ又は複数をサポートしてよい。通信部は、これらの例に限られず、種々の規格に基づいて他の装置と通信したりデータを入出力したりしてよい。
【0031】
＜半自動遠隔操作システム１の動作例＞
第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１において、制御装置３０は、手動運転モードと自動運転モードとを切り替える半自動遠隔操作方法を実行することによって、駆動装置２０に取り付けた作業ツール５を用いた所定の作業を自動で実施できる。制御装置３０は、図２に例示されるフローチャートの手順を含む半自動遠隔操作方法を実行してよい。半自動遠隔操作方法は、制御装置３０等に含まれるプロセッサに実行させる半自動遠隔操作プログラムとして実現されてもよい。半自動遠隔操作プログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されてよい。
第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１において、制御装置３０は、手動運転モードと自動運転モードとを切り替える半自動遠隔操作方法を実行することによって、駆動装置２０に取り付けた作業ツール５を用いた所定の作業を自動で実施できる。制御装置３０は、図２に例示されるフローチャートの手順を含む半自動遠隔操作方法を実行してよい。半自動遠隔操作方法は、制御装置３０等に含まれるプロセッサに実行させる半自動遠隔操作プログラムとして実現されてもよい。半自動遠隔操作プログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されてよい。
【0032】
制御装置３０は、手動運転モードとして、操作装置１０の操作部１２に対して作業者が入力した手動の遠隔操作に応じて駆動装置２０を制御し、作業ツール５を移動させる（ステップＳ１）。具体的に、作業者は、操作装置１０の操作軸の先端を操作する。制御装置３０は、操作軸の先端の動きに応じて、駆動装置２０のロボットアーム２２の先端に取り付けられた作業ツール５を移動させる。
【0033】
制御装置３０は、作業者による手動の遠隔操作に応じて、作業ツール５の一部又は駆動装置２０のロボットアーム２２の一部をワーク７の任意の位置に当接させる（ステップＳ２）。制御装置３０は、作業ツール５の一部又は駆動装置２０のロボットアーム２２の一部がワーク７に当接した位置を、ワーク７の表面位置として記録する（ステップＳ３）。制御装置３０は、作業ツール５の一部又はロボットアーム２２の一部がワーク７の表面に当接したかを、駆動装置２０から操作装置１０へフィードバックされる反力に基づいて判定する。例えば、制御装置３０は、駆動装置２０の反力を操作装置１０の操作軸で検知した作業者が手動にてスイッチを押したときの、ワークに当接した作業ツール５又はロボットアーム２２の一部の位置をワーク７の表面位置として記録してよい。制御装置３０は、駆動装置２０からの反力に閾値を設け、反力が閾値以上になった場合にワークに当接した作業ツール５又はロボットアーム２２の一部の位置をワーク７の表面位置として自動で記録してよい。制御装置３０は、作業ツール５又はロボットアーム２２の一部がワーク７に当接したときの位置を当接情報として記録してよい。つまり、当接情報は、作業ツール５又はロボットアーム２２の一部がワーク７に当接した時の当接位置の情報を含んでよい。
【0034】
制御装置３０は、記録したワーク７の表面位置によってワーク７の作業平面を特定可能であるか判定する（ステップＳ４）。具体的に、制御装置３０は、ワーク７の表面位置を１箇所又は２箇所で記録し、かつ、その位置におけるワーク７の表面の法線方向を特定できる情報を取得した場合に、ワーク７の作業平面を特定できる。ワーク７の表面の法線方向を特定できる情報は、例えば、ワーク７に作業ツール５等が当接したときに受けた反力の方向を含んでよい。制御装置３０は、ワーク７の表面位置を３箇所以上で記録した場合にワーク７の作業平面を特定できる。当接情報は、ワーク７の表面位置における法線方向を特定できる情報を含んでよい。
【0035】
制御装置３０は、ワーク７の作業平面を特定できない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ１の手順に戻って、ワーク７の他の位置に作業ツール５の一部又はロボットアーム２２の一部を当接させてワーク７の表面位置を記録する動作を繰り返す。第１実施形態において、制御装置３０は、図３に例示されるように、ワーク７の表面に位置する、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃの３か所の位置を、ワーク７の表面位置として記録する。図３において、点Ｐはワーク７の表面上の点ではなく、ワーク７の表面以外の任意の点である。点Ｐは、作業ツール５又はロボットアーム２２が退避する位置に対応する。点Ｏは、駆動装置２０がロボットアーム２２を制御するときの土台座標系の原点を表す。
【0036】
制御装置３０は、ワーク７の作業平面を特定可能である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ワーク７の作業平面を特定し、作業平面上の作業軌跡を生成する（ステップＳ５）。制御装置３０は、図４に例示されるように、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃを通るワーク７の作業平面を特定し、ワーク７の作業平面に対してＯＦで表されるオフセット量だけ離れて位置する仮想作業平面７Ｖを算出してよい。制御装置３０は、仮想作業平面７Ｖの上に、作業軌跡８を生成してよい。具体的に、制御装置３０は、以下の手順で作業軌跡８を生成してよい。
【0037】
（０）制御装置３０は、図３に示されるように、駆動装置２０の土台座標系の原点Ｏと点Ａとの間の任意の点を、点Ｐとして作成する。
【0038】
（１）制御装置３０は、作業ツール５又はロボットアーム２２の一部とワーク７との当接位置である点Ａ、点Ｂ及び点Ｃの位置に基づいてワーク７の作業平面を算出する。
【0039】
（２）制御装置３０は、算出した作業平面からオフセット量（ＯＦ）だけオフセットした仮想作業平面７Ｖを生成する。制御装置３０は、点Ｐ、点Ａ、点Ｂ及び点Ｃをそれぞれオフセット量（ＯＦ）だけオフセットした点Ｐ’、点Ａ’、点Ｂ’及び点Ｃ’を生成する。制御装置３０は、仮想作業平面７Ｖの中で点Ａ’と点Ｂ’とを結ぶ線をＸ軸に設定し、仮想作業平面７Ｖの法線をＺ軸に設定し、Ｘ軸及びＺ軸に直交する線をＹ軸に設定する。
【0040】
（３）制御装置３０は、点Ｐ’から点Ａ’に移動する線を作業軌跡８の一部として生成する。
【0041】
（４）制御装置３０は、点Ａ’からＸ軸に沿って点Ｃ’のＸ座標まで延びる線を作業軌跡８の一部として生成する。
【0042】
（５）制御装置３０は、Ｚ軸に沿って退避長さ（Ｈ）だけ点Ｐ’側へ延びる線を作業軌跡８の一部として生成する。退避長さ（Ｈ）は、あらかじめ指定されている値であるとする。
【0043】
（６）制御装置３０は、Ｙ軸に沿ってピッチ長さ（Ｌ）だけ点Ｃ’側へ延びる線を作業軌跡８の一部として生成する。ピッチ長さ（Ｌ）は、あらかじめ指定されている値であるとする。
【0044】
（７）制御装置３０は、Ｚ軸に沿って退避長さ（Ｈ）だけ点Ａ’側へ延びる線を作業軌跡８の一部として生成する。
【0045】
（８）制御装置３０は、Ｘ軸に沿って点Ａ’のＸ座標まで延びる線を作業軌跡８の一部として生成する。
【0046】
（９）制御装置３０は、作業軌跡８のＹ座標が点Ｃ’のＹ座標を超えるまで、上述の（４）から（８）までの作業軌跡８の生成手順を繰り返し、作業軌跡８を生成する。
【0047】
（１０）制御装置３０は、点Ｃ’のＹ座標かつ点Ｃ’のＸ座標に作業軌跡８が到達したときに、点Ｃ’（到達点）から点Ｅへ延びる線を作業軌跡８の一部として生成する。点Ｅは、作業者が指定する任意の安全な退避位置であるとする。制御装置３０は、作業軌跡８が点Ｃ’のＹ座標かつ点Ａ’等の他点のＸ座標（点Ｃ’のＸ座標と異なるＸ座標）で終了した場合、作業軌跡８の到達点から点Ｅへ延びる線を作業軌跡８の一部として生成する。
【0048】
制御装置３０は、以上述べてきた（０）から（１０）までの手順例を実行することによって、作業軌跡８を生成できる。
【0049】
制御装置３０は、上述した手順（１）においてワーク７の作業平面を算出する際に、具体的に以下の演算を行ってよい。制御装置３０は、駆動装置２０の土台座標系の原点Ｏから点Ａ、点Ｂ及び点ＣのそれぞれのベクトルＯＡ→、ＯＢ→、ＯＣ→を算出してよい。ここで、記号の後ろに付した「→」は、各記号がベクトルであることを表す。制御装置３０は、ＯＡ→とＯＢ→とに基づいて、ＡＢ→を算出する。制御装置３０は、ＯＡ→とＯＣ→とに基づいて、ＡＣ→を算出する。制御装置３０は、点Ａと点Ｂとを結ぶ線に沿ってＸ軸を設定し、Ｘ軸方向を示す単位ベクトルｅｘ→を、ＡＢ→を正規化した（ＡＢ→）／｜ＡＢ→｜として算出する。制御装置３０は、ＡＢ→及びＡＣ→の両方に直交する線に沿ってＺ軸を設定し、Ｚ軸方向を示す単位ベクトルｅｚ→を、ＡＢ→とＡＣ→との外積を正規化した｛（ＡＢ→）×（ＡＣ→）｝／｜（ＡＢ→）×（ＡＣ→）｜として算出する。制御装置３０は、Ｘ軸及びＺ軸の両方に直交する線に沿ってＹ軸を設定し、Ｙ軸方向を示す単位ベクトルｅｙ→を、ｅｘ→とｅｚ→との外積を正規化した｛（ｅｘ→）×（ｅｚ→）｝／｜（ｅｘ→）×（ｅｚ→）｜として算出する。
【0050】
ワーク７の作業平面において、図５に例示されるように、点Ａを原点として、点Ｂ及び点Ｃの座標が算出される。点Ａ、点Ｂ及び点Ｃはワーク７の作業平面の上に位置する。したがって、点Ａ、点Ｂ及び点ＣのＺ座標は０である。直線ＡＣとＸ軸との角度がθで表される場合、点ＣのＸ座標Ｃｘは、｜ＡＣ｜×ｃｏｓθで算出される。点ＣのＹ座標Ｃｙは、｜ＡＣ｜×ｓｉｎθで算出される。点ＢがＸ軸の上に位置する場合、点ＢのＹ座標Ｂｙは０である。点ＢのＸ座標Ｂｘは、｜ＡＢ｜で算出される。制御装置３０は、点Ａと点Ｃとを対角線とする矩形の範囲で作業軌跡８を生成する。つまり、作業軌跡８が生成される範囲は、０≦Ｘ≦Ｃｘかつ０≦Ｙ≦Ｃｙで特定される。
【0051】
上述した手順（４）から（８）までの動作で作業軌跡８を生成する動作が、図６を参照して、点Ａから見た座標系で説明される。制御装置３０は、仮想作業平面７Ｖに生成する作業軌跡８のうち、点Ａ’側の始点となる点Ｌ１ｎを設定し、その座標を（０、Ｌ×（ｎ－１）、ＯＦ）で算出する。ｎは自然数であり、作業軌跡８のうち点Ａ’からＸ軸に沿って往復する線の組み合わせに対して付与される値であり、点Ａ’に近い組み合わせから順番に点Ｃ’に近づくにつれて増加するように設定される。ｎ＝１のときに点Ｌ１ｎは点Ａ’に一致する。
【0052】
制御装置３０は、点Ｌ１ｎからＸ軸に沿って点Ｃ’のＸ座標に近づく方に延びる線の終点となる点Ｌ２ｎを設定し、その座標を（Ｃｘ、Ｌ×（ｎ－１）、ＯＦ）で算出する。制御装置３０は、点Ｌ２ｎからＺ軸に沿って退避する線の終点となる点Ｌ３ｎを設定し、その座標を（Ｃｘ、Ｌ×（ｎ－１）、ＯＦ＋Ｈ）で算出する。制御装置３０は、点Ｌ３ｎからＹ軸に沿って点Ｃ’のＹ座標に近づく方に延びる線の終点となる点Ｌ４ｎを設定し、その座標を（Ｃｘ、Ｌ×ｎ、ＯＦ＋Ｈ）で算出する。制御装置３０は、点Ｌ４ｎからＺ軸に沿って仮想作業平面７Ｖに戻る線の終点となる点Ｌ５ｎを設定し、その座標を（Ｃｘ、Ｌ×ｎ、ＯＦ）で算出する。制御装置３０は、点Ｌ５ｎからＸ軸に沿って点Ａ’のＸ座標に近づく方に延びる線の終点となる点Ｌ６ｎを設定し、その座標を（０、Ｌ×ｎ、ＯＦ）で算出する。制御装置３０は、点Ｌ６ｎからＺ軸に沿って退避する線の終点となる点Ｌ７ｎを設定し、その座標を（０、Ｌ×ｎ、ＯＦ＋Ｈ）で算出する。制御装置３０は、点Ｌ７ｎからＹ軸に沿って点Ｃ’のＹ座標に近づく方に延びる線の終点となる点Ｌ８ｎを設定し、その座標を（０、Ｌ×（ｎ＋１）、ＯＦ＋Ｈ）で算出する。
【0053】
図６を参照して説明したように、制御装置３０は、ワーク７の作業平面から仮想作業平面７Ｖへのオフセット量（ＯＦ）と、ピッチ長さ（Ｌ）と、退避長さ（Ｈ）とを設定することによって、作業軌跡８に含まれる点Ｌ１ｎ～Ｌ８ｎの座標を算出できる。このとき、作業平面のオフセット量（ＯＦ）と退避長さ（Ｈ）とによって点を移動させる方向は、点Ａから点Ｐに向かう方向になるように設定される。具体的に、作業平面の法線ベクトルをＮ→で表した場合に、Ｎ→が点Ａから点Ｐに向かう方向に設定される。オフセット量（ＯＦ）と退避長さ（Ｈ）の値は、移動する方向がＮ→の方向に一致する場合に正の値になり、移動する方向がＮ→の逆方向に一致する場合に負の値になる。
【0054】
制御装置３０は、図５及び図６を参照して説明してきたように点Ａから見た座標系において作業軌跡８を生成した後で、作業軌跡８に含まれる各点の座標を駆動装置２０の土台座標系の座標で表した作業軌跡８に変換してよい。
【0055】
図２のフローチャートに戻り、制御装置３０は、手動運転モードにおいて、作業者による手動の遠隔操作で作業ツール５を退避させる（ステップＳ６）。具体的に、制御装置３０は、駆動装置２０の自動運転を開始する前に、作業ツール５又はロボットアーム２２を安全な位置まで退避させる。
【0056】
制御装置３０は、作業ツール５が退避した状態で自動運転モードに切り替え、駆動装置２０の自動運転を開始する（ステップＳ７）。具体的に、制御装置３０は、ステップＳ５の手順で生成した作業軌跡８に沿って作業ツール５を動かすように駆動装置２０を制御する。制御装置３０は、駆動装置２０の自動運転中において、作業ツール５の姿勢を、点Ａに当接したときの姿勢のまま維持して、作業ツール５を作業軌跡８に沿って動かしてよい。
【0057】
制御装置３０は、自動運転を終了したか判定する（ステップＳ８）。具体的に、制御装置３０は、作業ツール５が作業軌跡８に沿って点Ｅまで動いたときに自動運転を終了したと判定する。制御装置３０は、自動運転を終了していない場合（ステップＳ８：ＮＯ）、自動運転を継続する。制御装置３０は、自動運転を終了した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、手動運転モードに切り替え、作業者による手動の遠隔操作で作業ツール５を退避させる（ステップＳ９）。具体的に、制御装置３０は、駆動装置２０の自動運転の終了後に、作業ツール５又はロボットアーム２２を安全な位置まで退避させる。制御装置３０は、ステップＳ９の手順の終了後、図２のフローチャートの手順の実行を終了する。
【0058】
＜第１実施形態のまとめ＞
以上述べてきたように、第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１は、駆動装置２０を自動運転する際に、駆動装置２０を手動で遠隔操作して作業ツール５又はロボットアーム２２の一部をワーク７に当接させることによってワーク７の表面位置を検出し、ワーク７の表面上における作業軌跡８を作成できる。このようにすることで、正確に作業平面を特定して作業軌跡を生成することができる。また、作業ツール５又はロボットアーム２２の一部をワーク７に当接させる際に作業者が遠隔カメラを通して操作している駆動装置２０の作業ツール５の先端とワーク７の位置とを監視することによって、ワーク７の作業平面の幅方向又は高さ方向が正確に特定される。
以上述べてきたように、第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１は、駆動装置２０を自動運転する際に、駆動装置２０を手動で遠隔操作して作業ツール５又はロボットアーム２２の一部をワーク７に当接させることによってワーク７の表面位置を検出し、ワーク７の表面上における作業軌跡８を作成できる。このようにすることで、正確に作業平面を特定して作業軌跡を生成することができる。また、作業ツール５又はロボットアーム２２の一部をワーク７に当接させる際に作業者が遠隔カメラを通して操作している駆動装置２０の作業ツール５の先端とワーク７の位置とを監視することによって、ワーク７の作業平面の幅方向又は高さ方向が正確に特定される。
【0059】
また、第１実施形態において、バイラテラル制御によるマスタスレーブシステムが利用される場合、手動操作時に作業ツール５の先端がワーク７に接触したときの反力を操作装置１０で検知できる。反力を検知することによって、駆動装置２０の作業ツール５又はロボットアーム２２の一部がワーク７に当接したかを正確に判定できる。
【0060】
さらに、特定したワーク７の作業平面に対する作業を、手動運転ではなく、指定の作業軌跡に沿った自動運転によって実施することで、作業ツール５による自動作業を実施できる。自動作業によって、作業者が遠隔操作に習熟しているかにかかわらず誰でも作業を実施できる。特に第１実施形態において、自動運転中に操作装置１０と駆動装置２０が連動しないように制御されていることによって、自動運転中に操作装置１０が動かない。したがって、自動運転中に作業者は駆動装置２０の自動運転による作業の監視だけを行えばよい。その結果、安全に作業が実施される。
【0061】
（第２実施形態）
以下、本開示の第２実施形態が説明される。図７に示されるように、第２実施形態の半自動遠隔操作システム５１は、作業対象物であるワーク５７に対して所定の作業を行う際に用いられるものである。ここで、第２実施形態において、作業対象物であるワーク５７は、曲面部を含む構造物である。すなわち、ワーク５７は、表面の少なくとも一部が曲面形状となっている。図７に示す例では、ワーク５７は円筒状の構造物である。
以下、本開示の第２実施形態が説明される。図７に示されるように、第２実施形態の半自動遠隔操作システム５１は、作業対象物であるワーク５７に対して所定の作業を行う際に用いられるものである。ここで、第２実施形態において、作業対象物であるワーク５７は、曲面部を含む構造物である。すなわち、ワーク５７は、表面の少なくとも一部が曲面形状となっている。図７に示す例では、ワーク５７は円筒状の構造物である。
【0062】
＜半自動遠隔操作システム５１の構成例＞
第２実施形態に係る半自動遠隔操作システム５１の構成は、第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１と同様であり、操作装置１０と、駆動装置２０と、制御装置３０とを備える。
第２実施形態に係る半自動遠隔操作システム５１の構成は、第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１と同様であり、操作装置１０と、駆動装置２０と、制御装置３０とを備える。
【0063】
＜半自動遠隔操作システム５１の動作例＞
第２実施形態に係る半自動遠隔操作システム５１は、手動運転モードと自動運転モードとを切り替える。半自動遠隔操作システム５１は、手動運転モードにおいて、マスタスレーブ遠隔操作にて、マスタ操作装置（操作装置１０）の先端を操作してスレーブ操作装置（駆動装置２０）を操作する。半自動遠隔操作システム５１は、自動運転モードにおいて、手動運転モードで生成した作業軌跡に沿ってスレーブ操作装置を自動で移動させる。
第２実施形態に係る半自動遠隔操作システム５１は、手動運転モードと自動運転モードとを切り替える。半自動遠隔操作システム５１は、手動運転モードにおいて、マスタスレーブ遠隔操作にて、マスタ操作装置（操作装置１０）の先端を操作してスレーブ操作装置（駆動装置２０）を操作する。半自動遠隔操作システム５１は、自動運転モードにおいて、手動運転モードで生成した作業軌跡に沿ってスレーブ操作装置を自動で移動させる。
【0064】
具体的な半自動遠隔操作フローが図８に示される。まず、半自動遠隔操作システム５１は、作業者による手動の遠隔操作で作業ツール５を移動させる（ステップＳ１１）。言い換えれば、半自動遠隔操作システム５１は、手動運転モードにおいて、マスタ操作装置の操作軸（操作部１２）によってスレーブ操作装置を遠隔操作する。
【0065】
次に、半自動遠隔操作システム５１は、作業ツール５をワーク５７の任意の位置に当接させる（ステップＳ１２）。言い換えれば、半自動遠隔操作システム５１は、スレーブ操作装置（作業ツール５）を任意の位置へと移動させ、ワーク５７の表面における曲面部上の異なる２箇所にスレーブ操作装置を当接させる。
【0066】
そして、半自動遠隔操作システム５１は、当接位置をワーク５７の表面位置として記録する（ステップＳ１３）。つまり、半自動遠隔操作システム５１は、作業ツール５又はロボットアーム２２の一部がワーク５７に当接したときの位置を駆動装置２０の当接情報として記録してよい。当接情報は、作業ツール５又はロボットアーム２２の一部がワーク５７に当接した時の当接位置の情報を含んでよい。具体的には、図９Ａ及び図９Ｂに示されるように、半自動遠隔操作システム５１は、まず、ワーク５７の曲面部の任意の箇所（点Ａ）にスレーブ操作装置（作業ツール５）の先端を当接させることによって、当接点（点Ａ）の座標を記録する。半自動遠隔操作システム５１は、次に、スレーブ操作装置（作業ツール５）を点Ａとは高さが異なる任意の箇所に当接させ、当接点（点Ｂ）の座標を記録する。このように、第２実施形態において、半自動遠隔操作システム５１は、高さの異なる２箇所の点（点Ａ及び点Ｂ）からワーク５７の作業曲面を特定する。半自動遠隔操作システム５１は、当接位置を記録できたか判定する（ステップＳ１４）。半自動遠隔操作システム５１は、当接位置を記録できなかった場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ１１の手順に戻って当接位置の記録を繰り返す。
【0067】
半自動遠隔操作システム５１は、当接位置を記録できた場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、自動運転によって指定位置にスレーブ操作装置を当接させる（ステップＳ１５）。具体的には、半自動遠隔操作システム５１は、２箇所の点（点Ａ及び点Ｂ）の座標の記録が完了した後で、安全な位置までスレーブ操作装置を退避させ、自動運転モードに切り替える。半自動遠隔操作システム５１は、自動運転モードにおいて、スレーブ操作装置を指定位置（点Ａ及び点Ｂの周囲の複数の箇所）に当接させる。
【0068】
そして、半自動遠隔操作システム５１は、当接位置をワーク５７の表面位置として記録する（ステップＳ１６）。具体的には、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、半自動遠隔操作システム５１は、まず、点Ａと同じ高さで、かつ点Ａから指定の水平方向距離（幅方向）だけ離れた位置にスレーブ操作装置を移動させ、その位置から水平方向（奥行方向）にスレーブ操作装置を移動させてワーク面に当接させ、当接点の座標を記録する。指定の水平方向距離は、図９ＢにおいてＤで表されている。点Ａから指定の水平方向距離だけ離れた位置は、図９Ａ及び図９Ｂにおいて白抜きの円で表されている。半自動遠隔操作システム５１は、次に、点Ａと同じ高さで、かつ先ほどの当接点からさらに指定の水平方向距離（幅方向）だけ離れた位置にスレーブ操作装置を移動させ、その位置から水平方向（奥行方向）にスレーブ操作装置を移動させてワーク面に当接させ、当接点の座標を記録する。点Ａから、さらに指定の水平方向距離だけ離れた位置は、白抜きの円で表されている。半自動遠隔操作システム５１は、この作業を点Ａから見て正の方向及び負の方向のそれぞれで実施し、白抜きの円で表されている合計４点の座標を記録する。
【0069】
半自動遠隔操作システム５１は、上述の作業を点Ｂについても実施し、点Ｂと同じ高さで、白抜きの円で表されている４点のワーク曲面の座標系を追加で記録する。
【0070】
言い換えれば、半自動遠隔操作システム５１は、ワーク５７の表面における曲面部の上の異なる２箇所に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、駆動装置２０の当接情報として検出するとともに、自動運転モードにおいて駆動装置２０の一部又は作業ツール５の一部がワーク５７の表面における曲面部の上の異なる２箇所のそれぞれの周囲の複数の箇所（第２実施形態においては４箇所）に当接したときのそれぞれの箇所の表面位置を、駆動装置２０の当接情報として検出してよい。
【0071】
半自動遠隔操作システム５１は、点Ａ及び点Ｂを含めた計１０点の座標系の記録が完了した後で、作業曲面を特定可能であるか判定する（ステップＳ１７）。半自動遠隔操作システム５１は、作業曲面を特定できない場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、ステップＳ１５の手順に戻って当接位置の記録を繰り返す。
【0072】
半自動遠隔操作システム５１は、作業曲面を特定可能である場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、作業曲面上の作業軌跡を生成する（ステップＳ１８）。具体的には、半自動遠隔操作システム５１は、ステップＳ１５及びＳ１６の手順で記録した、点Ａ及び点Ｂを含む１０点からスレーブ操作装置の作業軌跡を生成する。作業軌跡の生成方法については後述する。
【0073】
半自動遠隔操作システム５１は、手動運転モードにおいて、作業者による手動の遠隔操作で作業ツール５を退避させる（ステップＳ１９）。具体的に、半自動遠隔操作システム５１は、駆動装置２０の自動運転を開始する前に、作業ツール５を安全な位置まで退避させる。
【0074】
半自動遠隔操作システム５１は、作業ツール５が退避した状態で自動運転モードに切り替え、駆動装置２０の自動運転を開始する（ステップＳ２０）。
【0075】
そして、半自動遠隔操作システム５１は、作業軌跡に沿って自動で作業ツール５を移動させ、ワーク５７に対して所定の作業を行い、自動運転を終了したか判定する（ステップＳ２１）。半自動遠隔操作システム５１は、ワーク５７に対する所定の作業が完了した場合に自動運転を終了したと判定する。半自動遠隔操作システム５１は、ワーク５７に対する所定の作業が完了していない場合に自動運転を終了していないと判定する。
【0076】
半自動遠隔操作システム５１は、自動運転を終了していない場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、自動運転を継続する。
【0077】
半自動遠隔操作システム５１は、自動運転を終了した場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、作業者による手動の遠隔操作で作業ツール５を退避させる（ステップＳ２２）。具体的には、半自動遠隔操作システム５１は、所定の作業が完了した後で（作業軌跡に沿った移動が終了した後で）、手動運転モードに切り替え、マスタ操作装置を用いて作業者が手動の遠隔操作を実行することによってスレーブ操作装置（作業ツール５）を安全な位置まで退避させる。半自動遠隔操作システム５１は、ステップＳ２２の手順の実行後、図８の手順の実行を終了する。
【0078】
＜作業軌跡の生成方法例＞
以下、図９Ａ及び図９Ｂを参照して、記録した座標からの円筒座標系の算出方法が詳細に説明される。円筒状構造物に対して所定の作業（例えばケレン）を行うための作業軌跡を生成するためには、円筒座標系である円筒の軸及び外径の２つの情報が必要である。作業軌跡は、斜めに延びる円筒状構造物の地面と垂直な断面は楕円になるといった特徴から以下の方法で算出可能である。
以下、図９Ａ及び図９Ｂを参照して、記録した座標からの円筒座標系の算出方法が詳細に説明される。円筒状構造物に対して所定の作業（例えばケレン）を行うための作業軌跡を生成するためには、円筒座標系である円筒の軸及び外径の２つの情報が必要である。作業軌跡は、斜めに延びる円筒状構造物の地面と垂直な断面は楕円になるといった特徴から以下の方法で算出可能である。
【0079】
（１）：地面から同じ高さの指定の距離の５点の座標を取得する。５点は、中実の円で表されている点Ａと、白抜きの円で表されている４点とを含む。５点の高さは、点Ａと同じ高さである。
（２）：上記（１）で算出した５点から作業対象である円筒の断面の楕円ＥＬ１の式を計算する。楕円ＥＬ１の中心は円筒の中心軸ＣＡの上に位置する。楕円ＥＬ１の長軸ＬＡ１は円筒面を両端とする線分である。
（３）：再度地面から同じ高さの任意の５点の座標を取得する。５点は、中実の円で表されている点Ｂと、白抜きの円で表されている４点とを含む。５点の高さは、点Ｂと同じ高さである。
（４）：上記（３）で算出した５点から作業対象である円筒の断面の楕円ＥＬ２の式を計算する。楕円ＥＬ２の中心は円筒の中心軸ＣＡの上に位置する。楕円ＥＬ２の長軸ＬＡ２は円筒面を両端とする線分である。
（５）：楕円ＥＬ１の中心と楕円ＥＬ２の中心とから円筒の中心軸ＣＡの式を算出し、楕円ＥＬ１の端と楕円ＥＬ２の端とから円筒の母線ＢＬの式を算出する。
（６）：円筒の中心軸と円筒の母線との距離から円筒の半径Ｒを算出する。
（２）：上記（１）で算出した５点から作業対象である円筒の断面の楕円ＥＬ１の式を計算する。楕円ＥＬ１の中心は円筒の中心軸ＣＡの上に位置する。楕円ＥＬ１の長軸ＬＡ１は円筒面を両端とする線分である。
（３）：再度地面から同じ高さの任意の５点の座標を取得する。５点は、中実の円で表されている点Ｂと、白抜きの円で表されている４点とを含む。５点の高さは、点Ｂと同じ高さである。
（４）：上記（３）で算出した５点から作業対象である円筒の断面の楕円ＥＬ２の式を計算する。楕円ＥＬ２の中心は円筒の中心軸ＣＡの上に位置する。楕円ＥＬ２の長軸ＬＡ２は円筒面を両端とする線分である。
（５）：楕円ＥＬ１の中心と楕円ＥＬ２の中心とから円筒の中心軸ＣＡの式を算出し、楕円ＥＬ１の端と楕円ＥＬ２の端とから円筒の母線ＢＬの式を算出する。
（６）：円筒の中心軸と円筒の母線との距離から円筒の半径Ｒを算出する。
【0080】
上記（１）から（６）までの手順が実行されることによって、ワーク５７の円筒座標系が算出できる。
【0081】
次に、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃを参照して、算出した円筒座標系から作業曲面（半径方向、周方向、高さ方向）を特定する方法が説明される。図１０Ａに示されるように、原点Ｏからの作業曲面の高さ方向の最大高さＺ１は点Ａの位置であるとする。原点Ｏからの作業曲面の最小高さＺ２は点Ｂの位置であるとする。図１０Ｂに示されるように、作業曲面の周方向の最大角度θ１は、点Ａの位置の角度を原点として、点Ａの高さの接点で負の方向（時計回り方向）に点Ａから最も離れた位置にある接点までの角度であるとする。作業曲面の周方向の最小角度θ２は、点Ａの位置の角度を原点として、点Ａの高さの接点で正の方向（反時計回り方向）に点Ａから最も離れた位置にある接点までの角度であるとする。作業曲面の半径方向の距離は、前述したように円筒の半径Ｒとして算出したワーク５７の外径に、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃにおいて作業曲面オフセット量として示されている指定のオフセット量を加算したものである。ワーク５７の外面から指定のオフセット量だけ離れた曲面は、仮想作業曲面５７Ｖとして算出されてもよい。作業曲面は、仮想作業曲面５７Ｖの上に設定されてよい。以上のように、ワーク５７の円筒座標系から作業曲面を定義できる。
【0082】
最後に、図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃを参照して、作業曲面から作業曲面上の作業軌跡５８を生成する方法及び軌跡５８に沿ったアームの動作方法が説明される。
（１）ワーク５７から離れた任意の位置に点Ｐを作成する。例えば原点Ｏが設定されている場合、原点Ｏとワーク５７との間に点Ｐを作成する。
（２）点Ｐから開始位置（作業曲面における最大高さかつ周方向の最大角度の位置）にスレーブ操作装置を移動させる。
（３）開始位置から円筒の中心軸ＣＡに平行に１パス終了位置（作業曲面における最小高さかつ周方向の最大角度の位置）まで直線でスレーブ操作装置を移動させる。
（４）指定した退避長さ分だけ半径方向に平行にスレーブ操作装置を移動させる。
（５）ピッチ長さ分だけ周方向に終了位置側（作業曲面における最大高さもしくは最小高さかつ周方向の最小角度の位置）へスレーブ操作装置を移動させる。
（６）退避長さ分だけ半径方向に平行に開始位置側へスレーブ操作装置を移動させる。
（７）円筒の中心軸ＣＡに平行に開始位置の高さまで直線でスレーブ操作装置を移動させる。
（８）総ピッチ長さが終了位置の角度を超えるまでスレーブ操作装置の移動を繰り返す。
（９）終了位置（作業曲面における最大高さ又は最小高さ、かつ周方向の最小角度の位置）にスレーブ操作装置を移動した後、点Ｅへスレーブ操作装置を移動させる。点Ｅは作業者が指定する任意の安全な退避位置であるとする。
（１）ワーク５７から離れた任意の位置に点Ｐを作成する。例えば原点Ｏが設定されている場合、原点Ｏとワーク５７との間に点Ｐを作成する。
（２）点Ｐから開始位置（作業曲面における最大高さかつ周方向の最大角度の位置）にスレーブ操作装置を移動させる。
（３）開始位置から円筒の中心軸ＣＡに平行に１パス終了位置（作業曲面における最小高さかつ周方向の最大角度の位置）まで直線でスレーブ操作装置を移動させる。
（４）指定した退避長さ分だけ半径方向に平行にスレーブ操作装置を移動させる。
（５）ピッチ長さ分だけ周方向に終了位置側（作業曲面における最大高さもしくは最小高さかつ周方向の最小角度の位置）へスレーブ操作装置を移動させる。
（６）退避長さ分だけ半径方向に平行に開始位置側へスレーブ操作装置を移動させる。
（７）円筒の中心軸ＣＡに平行に開始位置の高さまで直線でスレーブ操作装置を移動させる。
（８）総ピッチ長さが終了位置の角度を超えるまでスレーブ操作装置の移動を繰り返す。
（９）終了位置（作業曲面における最大高さ又は最小高さ、かつ周方向の最小角度の位置）にスレーブ操作装置を移動した後、点Ｅへスレーブ操作装置を移動させる。点Ｅは作業者が指定する任意の安全な退避位置であるとする。
【0083】
＜第２実施形態のまとめ＞
以上述べてきた第２実施形態に係る半自動遠隔操作システム５１は、手動運転モードにおいて、作業者が実際に遠隔カメラを通して操作しているスレーブ操作装置の作業ツール５の先端とワーク５７の位置をモニタリングするため、正確に作業曲面（半径方向、周方向、高さ方向）を指定することができる。また、半自動遠隔操作システム５１は、バイラテラル制御によるマスタスレーブシステムを利用することで、作業ツール５の先端が接触したときの反力もしくは電気信号を遠隔操作時に感じることができ、正確に作業曲面（半径方向）を指定することができる。
以上述べてきた第２実施形態に係る半自動遠隔操作システム５１は、手動運転モードにおいて、作業者が実際に遠隔カメラを通して操作しているスレーブ操作装置の作業ツール５の先端とワーク５７の位置をモニタリングするため、正確に作業曲面（半径方向、周方向、高さ方向）を指定することができる。また、半自動遠隔操作システム５１は、バイラテラル制御によるマスタスレーブシステムを利用することで、作業ツール５の先端が接触したときの反力もしくは電気信号を遠隔操作時に感じることができ、正確に作業曲面（半径方向）を指定することができる。
【0084】
さらに、半自動遠隔操作システム５１は、作成した作業曲面を用いることによって、手動運転モードによる遠隔操作ではなく、自動運転モードによって指定の作業軌跡で自動動作させることができる。このようにできることによって、自動で作業ツール５による作業をすることができ、遠隔操作の習熟なしで誰でも作業が可能である。半自動遠隔操作システム５１の自動動作中において、マスタ操作装置とスレーブ操作装置の位置関係の同一性が切れている。したがって、マスタ操作装置は動くことはなく、作業者はスレーブアームによる作業のモニタリングのみの作業となり、安全に作業ができる。
【0085】
（他の実施形態）
以下、他の実施形態が説明される。
以下、他の実施形態が説明される。
【0086】
上述してきた第１実施形態又は第２実施形態において、半自動遠隔操作システム１、５１は、スレーブとしての駆動装置２０がマスタとしての操作装置１０によって制御されるマスタスレーブシステムとして構成された。しかし、駆動装置２０の制御方式はマスタスレーブ方式に限られない。例えば駆動装置２０は、操作装置１０として機能するＰＣ（Personal Computer）に駆動装置２０の動作を入力することによって駆動装置２０を遠隔操作するように構成されてもよい。この場合、操作装置１０の操作部１２は、操作軸でなくてもよい。操作部１２は、作業ツール５の移動方向の入力を受け付けるカーソル又はジョイスティック等を備えてもよい。
【0087】
また、操作装置１０に駆動装置２０が受ける反力をフィードバックしない場合、作業者は、操作装置１０で反力を検知できない。半自動遠隔操作システム１、５１は、操作装置１０に反力をフィードバックする代わりに、駆動装置２０に力覚センサ又は接触センサ等を設置し、センサの検出結果を電気信号として操作装置１０に出力してよい。作業者は、操作装置１０が取得した検出結果に基づいて反力を認識し、作業ツール５又はロボットアーム２２の一部がワーク７、５７に当接したかを判定してよい。
【0088】
また、上述してきた第１実施形態において、制御装置３０は、ワーク７の表面上の異なる３箇所に駆動装置２０の作業ツール５又はロボットアーム２２の一部を当接させてワーク７の表面位置を検出していた。制御装置３０は、１箇所のみに作業ツール５又はロボットアーム２２の一部を当接させ、１箇所の当接位置の座標と、その１箇所に当接したときの作業ツール５又はロボットアーム２２の一部の角度等からワーク７の作業平面を算出したり推定したりしてもよい。制御装置３０は、４か所以上に作業ツール５又はロボットアーム２２の一部を当接させてもよい。当接位置として記録する点の数が多いほど、ワーク７の表面位置の検出精度が高められる。また、制御装置３０は、作業軌跡８を生成する際に作業者に設定させるパラメータの数を少なくできる。
【0089】
また、制御装置３０は、作業軌跡８を生成する際に、ワーク７の作業平面からのオフセット量（ＯＦ）、ピッチ長さ（Ｌ）、作業平面からの退避長さ（Ｈ）、又は作業ツールの傾き補正値をパラメータとして作業者に設定させ、これらのパラメータを考慮して作業軌跡８を生成してよい。作業ツールの傾き補正値は、ワーク７の作業平面のＸ軸、Ｙ軸又はＺ軸に対して、作業ツール５をＸ軸周り、Ｙ軸周り又はＺ軸周りに任意に回転させる補正を行う際の補正値である。
【0090】
また、制御装置３０は、作業軌跡８を生成する際に、ワーク７に対する作業ツール５の押し付け力をパラメータとして設定してよい。制御装置３０は、作業ツール５又はロボットアーム２２の一部がワーク７に当接したときに当接位置を変化させずにロボットアーム２２のトルク等を変化させることによって、作業ツール５の押し付け力を制御できる。したがって、制御装置３０は、作業軌跡８の情報として、作業ツール５の先端等の駆動装置２０の一部の座標に加えて、作業ツール５又はロボットアーム２２の一部がワーク７に当接したときのロボットアーム２２のトルク等の制御情報を生成してよい。
【0091】
作業軌跡８が各種のパラメータを考慮して生成されることによって、作業ツール５が様々なツールに置き換えられた場合であっても、作業が適切に実施されるように、駆動装置２０が制御される。
【0092】
（実施例）
第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１の実施例として、作業ツール５としてペンを取り付けた駆動装置２０を制御して、ポリカーボネート板をワーク７としてワーク７に線を描く作業が実施された。制御装置３０は、作業ツール５の押し付け力をパラメータとして設定して作業軌跡を生成して駆動装置２０を制御した場合、図１２Ａに示されるように、作業軌跡に沿った線８１をかすれずにワーク７に描くことができた。一方で、制御装置３０が作業ツール５の押し付け力をパラメータとして設定せずに作業軌跡を生成して駆動装置２０を制御した場合、図１２Ｂに示されるように、作業ツール５によって作業軌跡に沿って描いた線は、かすれずに描かれた線８１とかすれながら描かれた線８２とを含む。
第１実施形態に係る半自動遠隔操作システム１の実施例として、作業ツール５としてペンを取り付けた駆動装置２０を制御して、ポリカーボネート板をワーク７としてワーク７に線を描く作業が実施された。制御装置３０は、作業ツール５の押し付け力をパラメータとして設定して作業軌跡を生成して駆動装置２０を制御した場合、図１２Ａに示されるように、作業軌跡に沿った線８１をかすれずにワーク７に描くことができた。一方で、制御装置３０が作業ツール５の押し付け力をパラメータとして設定せずに作業軌跡を生成して駆動装置２０を制御した場合、図１２Ｂに示されるように、作業ツール５によって作業軌跡に沿って描いた線は、かすれずに描かれた線８１とかすれながら描かれた線８２とを含む。
【0093】
また、第２実施形態に係る半自動遠隔操作システム５１の実施例として、作業ツール５としてペンを取り付けた駆動装置２０を制御して、円筒のポリカーボネート板をワーク５７としてワーク５７に線を描く作業が実施された。制御装置３０は、作業ツール５の押し付け力をパラメータとして設定して作業軌跡を生成して駆動装置２０を制御した場合、図１３Ａに示されるように、作業軌跡に沿った線８１をかすれずにワーク５７に描くことができた。一方で、制御装置３０が作業ツール５の押し付け力をパラメータとして設定せずに作業軌跡を生成して駆動装置２０を制御した場合、図１３Ｂに示されるように、作業ツール５によって作業軌跡に沿って描いた線は、かすれずに描かれた線８１とかすれながら描かれた線８２とを含む。
【0094】
以上の実施例によれば、作業ツール５を押し付けて実施する作業において、押し付け力をパラメータとして設定することが、作業の精度を向上するために有効である。
【0095】
本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行されるプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【符号の説明】
【0096】
１ 半自動遠隔操作システム
５ 作業ツール
７ ワーク
７Ｖ 仮想作業平面
８ 作業軌跡
１０ 操作装置（１２：操作部）
２０ 駆動装置（２２：ロボットアーム）
３０ 制御装置
５１ 半自動遠隔操作システム
５７ ワーク
５７Ｖ 仮想作業曲面
５８ 作業軌跡
８１、８２ 線
５ 作業ツール
７ ワーク
７Ｖ 仮想作業平面
８ 作業軌跡
１０ 操作装置（１２：操作部）
２０ 駆動装置（２２：ロボットアーム）
３０ 制御装置
５１ 半自動遠隔操作システム
５７ ワーク
５７Ｖ 仮想作業曲面
５８ 作業軌跡
８１、８２ 線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】