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特開2024-79428遠隔装填システム、制御装置、遠隔装填方法、及びプログラム
(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】P2024079428
(43)【公開日】2024-06-11
(54)【発明の名称】遠隔装填システム、制御装置、遠隔装填方法、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
F42D 1/08 20060101AFI20240604BHJP
【ＦＩ】
F42D1/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022192381
(22)【出願日】2022-11-30
(71)【出願人】
【識別番号】000000549
【氏名又は名称】株式会社大林組
(71)【出願人】
【識別番号】598121341
【氏名又は名称】慶應義塾
(74)【代理人】
【識別番号】100127384
【弁理士】
【氏名又は名称】坊野 康博
(74)【代理人】
【識別番号】100152054
【弁理士】
【氏名又は名称】仲野 孝雅
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 淳
(72)【発明者】
【氏名】西浦 秀明
(72)【発明者】
【氏名】山本 信吾
(72)【発明者】
【氏名】谷口 信博
(72)【発明者】
【氏名】江沢 迪和
(72)【発明者】
【氏名】野崎 貴裕
(72)【発明者】
【氏名】大西 公平
(72)【発明者】
【氏名】斉藤 佑貴
(57)【要約】 （修正有）
【課題】作業者の安全を確保しつつ、より適切に爆薬等の装填を行う。
【解決手段】遠隔装填システムは、ガイド部材２７と、親ダイ５１、増ダイ、及び餡子の少なくとも何れかである挿入対象物を、装薬孔Ｈに向かって案内する。挿入機構２６及び位置合わせ機構は、挿入対象物を、ガイド部材２７を介して装薬孔Ｈに装填するために駆動する。第１操作機構及び第２操作機構は、ユーザからの挿入機構２６及び位置合わせ機構に対する遠隔操作を受け付ける。動作制御部は、第１操作機構及び第２操作機構に入力されたユーザからの挿入機構２６及び位置合わせ機構に対する遠隔操作に応じて、挿入機構２６の動作を制御すると共に、挿入機構２６及び位置合わせ機構に加わる力を、第１操作機構及び第２操作機構がユーザに対して伝達する動作を制御する。
【選択図】図３
【解決手段】遠隔装填システムは、ガイド部材２７と、親ダイ５１、増ダイ、及び餡子の少なくとも何れかである挿入対象物を、装薬孔Ｈに向かって案内する。挿入機構２６及び位置合わせ機構は、挿入対象物を、ガイド部材２７を介して装薬孔Ｈに装填するために駆動する。第１操作機構及び第２操作機構は、ユーザからの挿入機構２６及び位置合わせ機構に対する遠隔操作を受け付ける。動作制御部は、第１操作機構及び第２操作機構に入力されたユーザからの挿入機構２６及び位置合わせ機構に対する遠隔操作に応じて、挿入機構２６の動作を制御すると共に、挿入機構２６及び位置合わせ機構に加わる力を、第１操作機構及び第２操作機構がユーザに対して伝達する動作を制御する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
爆薬及び込め物の少なくとも何れかである挿入対象物を、装薬孔に向かって案内するガイド部材と、
前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に装填するために駆動する駆動機構と、
ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作を受け付ける操作機構と、
前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作に応じて、前記駆動機構の動作を制御すると共に、前記駆動機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する動作制御手段と、
を備えることを特徴とする遠隔装填システム。
前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に装填するために駆動する駆動機構と、
ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作を受け付ける操作機構と、
前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作に応じて、前記駆動機構の動作を制御すると共に、前記駆動機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する動作制御手段と、
を備えることを特徴とする遠隔装填システム。
【請求項2】
前記駆動機構として、前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に挿入する挿入機構を少なくとも備え、
前記操作機構は、ユーザからの前記挿入機構に対する遠隔操作を受け付け、
前記動作制御手段は、前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記挿入機構に対する遠隔操作に応じて、前記挿入機構が前記挿入対象物を前記装薬孔に挿入する動作を制御すると共に、前記挿入機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の遠隔装填システム。
前記操作機構は、ユーザからの前記挿入機構に対する遠隔操作を受け付け、
前記動作制御手段は、前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記挿入機構に対する遠隔操作に応じて、前記挿入機構が前記挿入対象物を前記装薬孔に挿入する動作を制御すると共に、前記挿入機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の遠隔装填システム。
【請求項3】
前記駆動機構として、前記ガイド部材における前記挿入対象物の排出部分と、前記装薬孔との位置を合わせる位置合わせ機構を少なくとも備え、
前記操作機構は、前記ユーザからの前記位置合わせ機構に対する遠隔操作を受け付け、
前記動作制御手段は、前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記位置合わせ機構に対する遠隔操作に応じて、前記位置合わせ機構が位置を合わせる動作を制御すると共に、前記位置合わせ機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作をさらに制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔装填システム。
前記操作機構は、前記ユーザからの前記位置合わせ機構に対する遠隔操作を受け付け、
前記動作制御手段は、前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記位置合わせ機構に対する遠隔操作に応じて、前記位置合わせ機構が位置を合わせる動作を制御すると共に、前記位置合わせ機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作をさらに制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔装填システム。
【請求項4】
前記ガイド部材は、長手方向の両端が開口すると共に、長手方向に対し垂直な断面である横断面の形状が円形状又は円弧形状であり、
前記挿入機構は、前記ガイド部材の長手方向の一端の開口から、前記装薬孔に挿入又は接触している他端の開口に向かって、前記挿入対象物を棒状の部材もしくは筒状の部材で押し出すことで前記挿入対象物を前記装薬孔に挿入する、
ことを特徴とする請求項２に記載の遠隔装填システム。
前記挿入機構は、前記ガイド部材の長手方向の一端の開口から、前記装薬孔に挿入又は接触している他端の開口に向かって、前記挿入対象物を棒状の部材もしくは筒状の部材で押し出すことで前記挿入対象物を前記装薬孔に挿入する、
ことを特徴とする請求項２に記載の遠隔装填システム。
【請求項5】
前記動作制御手段は、前記挿入機構に加わる力として、前記挿入機構及び前記挿入対象物と、前記装薬孔との摩擦により生じる反力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する、
ことを特徴とする請求項２又は４に記載の遠隔装填システム。
ことを特徴とする請求項２又は４に記載の遠隔装填システム。
【請求項6】
前記動作制御手段は、前記挿入機構に加わる力として、前記挿入対象物と、前記装薬孔の内部における前記挿入対象物が挿入される端部とは逆の奥側の端部との接触により生じる反力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する、
ことを特徴とする請求項２又は４に記載の遠隔装填システム。
ことを特徴とする請求項２又は４に記載の遠隔装填システム。
【請求項7】
前記挿入機構が第１挿入対象物を前記装薬孔に挿入する動作を行った後に、前記ガイド部材に第２挿入対象物を新たに配置する配置機構をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記挿入機構が前記第２挿入対象物を、前記第１挿入対象物を挿入した装薬孔に挿入した後に、さらに連続して挿入する動作を制御する、
ことを特徴とする請求項２又は４に記載の遠隔装填システム。
前記動作制御手段は、前記挿入機構が前記第２挿入対象物を、前記第１挿入対象物を挿入した装薬孔に挿入した後に、さらに連続して挿入する動作を制御する、
ことを特徴とする請求項２又は４に記載の遠隔装填システム。
【請求項8】
前記挿入対象物である爆薬を起爆するための脚線を結束した状態で保持する脚線機構をさらに備え、
前記脚線機構は、前記挿入機構が挿入対象物である前記爆薬を前記装薬孔に挿入することに伴い、前記脚線の結束を解放しながら脚線を送り出すことで、結束から解放された脚線の少なくとも一部が前記装薬孔の外部に露出するようにする、
ことを特徴とする請求項２又は４に記載の遠隔装填システム。
前記脚線機構は、前記挿入機構が挿入対象物である前記爆薬を前記装薬孔に挿入することに伴い、前記脚線の結束を解放しながら脚線を送り出すことで、結束から解放された脚線の少なくとも一部が前記装薬孔の外部に露出するようにする、
ことを特徴とする請求項２又は４に記載の遠隔装填システム。
【請求項9】
前記駆動の位置に関する第１位置データと、前記操作機構の位置に関する第２位置データと、を取得するデータ取得手段をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記第１位置データと、前記駆動機構の基準となる前記第２位置データとに基づいて、前記第２位置データが表す動作に対応する位置及び力を出力するように前記駆動機構を制御する一方で、前記第２位置データと、前記操作機構の動作の基準となる前記第１位置データとに基づいて、前記第１位置データが表す動作に対応する位置及び力を出力するように前記操作機構を制御することで、前記動作の制御を実現する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔装填システム。
前記動作制御手段は、前記第１位置データと、前記駆動機構の基準となる前記第２位置データとに基づいて、前記第２位置データが表す動作に対応する位置及び力を出力するように前記駆動機構を制御する一方で、前記第２位置データと、前記操作機構の動作の基準となる前記第１位置データとに基づいて、前記第１位置データが表す動作に対応する位置及び力を出力するように前記操作機構を制御することで、前記動作の制御を実現する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔装填システム。
【請求項10】
前記駆動機構の動作を表す物理量のデータと、前記操作機構の可動部の動作を表す物理量のデータと、を取得するデータ取得手段をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記駆動機構と前記操作機構とを含む仮想物体を仮想し、前記データ取得手段によって取得された前記物理量のデータに基づいて、前記駆動機構及び前記操作機構への入力によって前記仮想物体に表れる挙動に、前記前記駆動機構及び前記操作機構とを追従させるための指令値を算出し、該算出した指令値に基づいて、前記動作の制御を実現する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔装填システム。
前記動作制御手段は、前記駆動機構と前記操作機構とを含む仮想物体を仮想し、前記データ取得手段によって取得された前記物理量のデータに基づいて、前記駆動機構及び前記操作機構への入力によって前記仮想物体に表れる挙動に、前記前記駆動機構及び前記操作機構とを追従させるための指令値を算出し、該算出した指令値に基づいて、前記動作の制御を実現する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の遠隔装填システム。
【請求項11】
爆薬及び込め物の少なくとも何れかである挿入対象物を、装薬孔に向かって案内するガイド部材と、
前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に装填するために駆動する駆動する駆動機構と、
ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作を受け付ける操作機構と、
を備える遠隔装填システムの動作を制御する動作制御装置であって、
前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作に応じて、前記駆動機構の動作を制御すると共に、前記駆動機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する動作制御手段、
を備えることを特徴とする動作制御装置。
前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に装填するために駆動する駆動する駆動機構と、
ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作を受け付ける操作機構と、
を備える遠隔装填システムの動作を制御する動作制御装置であって、
前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作に応じて、前記駆動機構の動作を制御すると共に、前記駆動機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する動作制御手段、
を備えることを特徴とする動作制御装置。
【請求項12】
爆薬及び込め物の少なくとも何れかである挿入対象物を、装薬孔に向かって案内するガイド部材と、
前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に装填するために駆動する駆動機構と、
ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作を受け付ける操作機構と、
を備える遠隔装填システムが行う遠隔装填方法であって、
前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作に応じて、前記駆動機構の動作を制御すると共に、前記駆動機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する動作制御ステップ、
を含むことを特徴とする遠隔装填方法。
前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に装填するために駆動する駆動機構と、
ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作を受け付ける操作機構と、
を備える遠隔装填システムが行う遠隔装填方法であって、
前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作に応じて、前記駆動機構の動作を制御すると共に、前記駆動機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する動作制御ステップ、
を含むことを特徴とする遠隔装填方法。
【請求項13】
爆薬及び込め物の少なくとも何れかである挿入対象物を、装薬孔に向かって案内するガイド部材と、
前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に装填するために駆動する駆動機構と、
ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作を受け付ける操作機構と、
を備える遠隔装填システムの動作を制御する動作制御機能をコンピュータに実現させるプログラムであって、
前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作に応じて、前記駆動機構の動作を制御すると共に、前記駆動機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する動作制御機能、
を前記コンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に装填するために駆動する駆動機構と、
ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作を受け付ける操作機構と、
を備える遠隔装填システムの動作を制御する動作制御機能をコンピュータに実現させるプログラムであって、
前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作に応じて、前記駆動機構の動作を制御すると共に、前記駆動機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する動作制御機能、
を前記コンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、遠隔装填システム、制御装置、遠隔装填方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、トンネル等の掘削工事において、爆薬を用いた発破工法が広く利用されている。発破工法では、一般的に、含水爆薬（スラリー爆薬）や、硝安油剤爆薬（アンホ爆薬）等の爆薬と、装薬孔の孔口を塞ぐための込め物を、例えば、込め棒と呼ばれる工具を用いて人手によって装填をする。このように人手による装填を行う場合、切羽に近接して作業を行う必要がある。
しかしながら、切羽では土砂や岩石が自然的ないし人的要因によって剥離や脱落するという、いわゆる肌落ちが発生するおそれがある。そのため、発破工法による掘削工事は、作業者への危険を伴う作業という側面もある。
しかしながら、切羽では土砂や岩石が自然的ないし人的要因によって剥離や脱落するという、いわゆる肌落ちが発生するおそれがある。そのため、発破工法による掘削工事は、作業者への危険を伴う作業という側面もある。
【0003】
このような状況を考慮し、装填作業を遠隔操作により実現することが試みられている。例えば、特許文献１に開示の技術では、ロボットアームが、装薬孔の近傍で圧送ホースを把持する。また、ロボットアームにカメラを設置し、このカメラの撮影画像をリアルタイムに表示することで、作業者による遠隔操作を支援する。
そして、作業者からの遠隔操作に基づいて、このロボットアームが、圧送ホースの先端を装薬孔に挿入する。これにより、作業者は、切羽に近づくことなく装填作業を行うことができるとされている。
そして、作業者からの遠隔操作に基づいて、このロボットアームが、圧送ホースの先端を装薬孔に挿入する。これにより、作業者は、切羽に近づくことなく装填作業を行うことができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－００３１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、装填作業は、高い作業精度が要求される作業である。そのため、上述の特許文献１のように、単に撮像画像を参照して遠隔操作を行うだけでは、要求される作業精度を満たすことは現実的には困難である。そこで、作業者が切羽に近づいて、目視をしながら操作を行うことも考えられるが、これでは作業者の安全を確保することができない。
【0006】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。そして、本発明の課題は、作業者の安全を確保しつつ、より適切に爆薬等の装填を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る遠隔装填システムは、
爆薬及び込め物の少なくとも何れかである挿入対象物を、装薬孔に向かって案内するガイド部材と、
前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に装填するために駆動する駆動機構と、
ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作を受け付ける操作機構と、
前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作に応じて、前記駆動機構の動作を制御すると共に、前記駆動機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する動作制御手段と、
を備えることを特徴とする。
爆薬及び込め物の少なくとも何れかである挿入対象物を、装薬孔に向かって案内するガイド部材と、
前記挿入対象物を、前記ガイド部材を介して前記装薬孔に装填するために駆動する駆動機構と、
ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作を受け付ける操作機構と、
前記操作機構に入力された前記ユーザからの前記駆動機構に対する遠隔操作に応じて、前記駆動機構の動作を制御すると共に、前記駆動機構に加わる力を、前記操作機構が前記ユーザに対して伝達する動作を制御する動作制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、作業者の安全を確保しつつ、より適切に爆薬等の装填を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本実施形態に係る遠隔装填システム１の全体構成を示す模式図である。
【図2】操作装置１０と、装填装置２０のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図3】装填装置２０の構成例について示す斜視図である。
【図4】位置合わせ機構２５による、位置合わせについて示す模式図である。
【図5】挿入機構２６による、親ダイ５１等の、装薬孔Ｈへの挿入について示す第１の模式図である。
【図6】挿入機構２６による、親ダイ５１等の、装薬孔Ｈへの挿入について示す第２の模式図である。
【図7】親ダイ５１の構造及び脚線機構２８による動作について示す模式図である。
【図8】制御装置３０のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図9】制御装置３０の機能的構成を示すブロック図である。
【図10】動作制御部３１２の制御アルゴリズムを示すブロック図である。
【図11】遠隔装填システム１が実行する動作制御処理の流れを説明するフローチャートである。
【図12】遠隔装填システム１が実行する遠隔装填処理の流れを説明するフローチャートである。
【図13】変形例１における制御アルゴリズムの概念を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。
【0011】
［システム構成］
図１は、本実施形態に係る遠隔装填システム１の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、遠隔装填システム１は、操作装置１０、装填装置２０、及び制御装置３０を含む。また、図１には、遠隔装填システム１を操作するユーザＵ、ユーザＵの操作を補助するための画像を撮影するカメラＣ、装填装置２０やカメラＣを移動させる高所作業車Ａ、切羽Ｆ、及び切羽Ｆに設けられた複数の装薬孔Ｈも図示する。
このうち、操作装置１０、及び制御装置３０はユーザＵの近傍に配置され、装填装置２０、及びカメラＣは、高所作業車Ａにより装薬孔Ｈの近傍に配置される。なお、高所作業車Ａに代えて、例えば、油圧ジャンボ（例えば、ドリルジャンボ）や移動式クレーン等の他の移動用機械を用いるようにしてもよい。
図１は、本実施形態に係る遠隔装填システム１の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、遠隔装填システム１は、操作装置１０、装填装置２０、及び制御装置３０を含む。また、図１には、遠隔装填システム１を操作するユーザＵ、ユーザＵの操作を補助するための画像を撮影するカメラＣ、装填装置２０やカメラＣを移動させる高所作業車Ａ、切羽Ｆ、及び切羽Ｆに設けられた複数の装薬孔Ｈも図示する。
このうち、操作装置１０、及び制御装置３０はユーザＵの近傍に配置され、装填装置２０、及びカメラＣは、高所作業車Ａにより装薬孔Ｈの近傍に配置される。なお、高所作業車Ａに代えて、例えば、油圧ジャンボ（例えば、ドリルジャンボ）や移動式クレーン等の他の移動用機械を用いるようにしてもよい。
【0012】
また、制御装置３０は、操作装置１０、装填装置２０、及びカメラＣのそれぞれと通信可能に接続される。この通信は、有線あるいは無線の何れであってもよいし、通信方式についても限定されない。また、この通信は、装置間で直接行われてもよいし、インターネット等のネットワークを介して行われてもよい。
【0013】
このような遠隔装填システム１において、操作装置１０は、リーダ装置（マスタ装置等と称される場合もある）として動作することにより、ユーザＵからの操作を受け付ける機構を駆動する。一方で、装填装置２０は、フォロワー装置（スレーブ装置等と称される場合もある）として動作することにより、物体（ここでは、装薬孔Ｈや切羽Ｆ）への接触を伴う装填作業を実行する機構を駆動する。
この場合に、制御装置３０は、操作装置１０が駆動する機構と、装填装置２０が駆動する機構との間で、力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を行う。これにより、操作装置１０に対するユーザの操作（位置と力の入力）が、装填装置２０が駆動する機構に伝達されると共に、装填装置２０からの反力（位置と力の応答）が、操作装置１０が駆動する機構に伝達される。
この場合に、制御装置３０は、操作装置１０が駆動する機構と、装填装置２０が駆動する機構との間で、力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を行う。これにより、操作装置１０に対するユーザの操作（位置と力の入力）が、装填装置２０が駆動する機構に伝達されると共に、装填装置２０からの反力（位置と力の応答）が、操作装置１０が駆動する機構に伝達される。
【0014】
このように、本実施形態では、ユーザＵによる遠隔操作によって、装填作業を実現する。そのため、本実施形態では、少なくとも装填作業の一部において、ユーザＵが切羽Ｆに設けられた装薬孔Ｈに近接して作業を行う必要がなく、仮に肌落ち等が発生したとしても、ユーザＵの安全を確保することができる。
また、本実施形態では、力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を行う。そのため、ユーザＵは、装填装置２０からの反力を感じながら、遠隔操作でありながら、あたかも装薬孔Ｈに近接して作業を行う場合と同様にして、より適切に装填作業を行うことができる。
従って、本実施形態によれば、作業者の安全を確保しつつ、より適切に爆薬等の装填を行う、という課題を解決することができる。
以上が、本実施形態の概略である。
また、本実施形態では、力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を行う。そのため、ユーザＵは、装填装置２０からの反力を感じながら、遠隔操作でありながら、あたかも装薬孔Ｈに近接して作業を行う場合と同様にして、より適切に装填作業を行うことができる。
従って、本実施形態によれば、作業者の安全を確保しつつ、より適切に爆薬等の装填を行う、という課題を解決することができる。
以上が、本実施形態の概略である。
【0015】
［装置構成］
次に、遠隔装填システム１に含まれる各装置の構成について説明する。
図２は、操作装置１０と、装填装置２０のハードウェア構成を示すブロック図である。
図２において符号で示すように、操作装置１０は、二系統のドライバ、アクチュエータ、及び位置センサを備える。具体的には、操作装置１０は、第１系統として、第１操作機構１５を駆動するためのアクチュエータ１２ａと、アクチュエータ１２ａを駆動するドライバ１１ａと、アクチュエータ１２ａによる駆動で移動される第１操作機構１５の可動部の位置を検出する位置センサ１３ａと、を備えている。また、操作装置１０は、第２系統として、第２操作機構１６を駆動するためのアクチュエータ１２ｂと、アクチュエータ１２ｂを駆動するドライバ１１ｂと、アクチュエータ１２ｂによる駆動で移動される第２操作機構１６の可動部の位置を検出する位置センサ１３ｂと、を備えている。
また、操作装置１０は、これら二系統のドライバ１１ａ,１１ｂや、位置センサ１３ａ,１３ｂが、制御装置３０との間で通信を行うための通信部１４と、第１操作機構１５、及び第２操作機構１６も備えている。
次に、遠隔装填システム１に含まれる各装置の構成について説明する。
図２は、操作装置１０と、装填装置２０のハードウェア構成を示すブロック図である。
図２において符号で示すように、操作装置１０は、二系統のドライバ、アクチュエータ、及び位置センサを備える。具体的には、操作装置１０は、第１系統として、第１操作機構１５を駆動するためのアクチュエータ１２ａと、アクチュエータ１２ａを駆動するドライバ１１ａと、アクチュエータ１２ａによる駆動で移動される第１操作機構１５の可動部の位置を検出する位置センサ１３ａと、を備えている。また、操作装置１０は、第２系統として、第２操作機構１６を駆動するためのアクチュエータ１２ｂと、アクチュエータ１２ｂを駆動するドライバ１１ｂと、アクチュエータ１２ｂによる駆動で移動される第２操作機構１６の可動部の位置を検出する位置センサ１３ｂと、を備えている。
また、操作装置１０は、これら二系統のドライバ１１ａ,１１ｂや、位置センサ１３ａ,１３ｂが、制御装置３０との間で通信を行うための通信部１４と、第１操作機構１５、及び第２操作機構１６も備えている。
【0016】
一方で、装填装置２０も同様に二系統のドライバ、アクチュエータ、及び位置センサを備える。具体的には、装填装置２０は、第１系統として、位置合わせ機構２５を駆動するためのアクチュエータ２２ａと、アクチュエータ２２ａを駆動するドライバ２１ａと、アクチュエータ２２ａによる駆動で移動される位置合わせ機構２５の可動部の位置を検出する位置センサ２３ａと、を備えている。また、装填装置２０は、第２系統として、挿入機構２６を駆動するためのアクチュエータ２２ｂと、アクチュエータ２２ｂを駆動するドライバ２１ｂと、アクチュエータ２２ｂによる駆動で移動される挿入機構２６の可動部の位置を検出する位置センサ２３ｂと、を備えている。
また、装填装置２０は、これら二系統のドライバ２１ａ,２１ｂや、位置センサ２３ａ,２３ｂが、制御装置３０との間で通信を行うための通信部２４と、位置合わせ機構２５、及び挿入機構２６も備えている。
また、装填装置２０は、これら二系統のドライバ２１ａ,２１ｂや、位置センサ２３ａ,２３ｂが、制御装置３０との間で通信を行うための通信部２４と、位置合わせ機構２５、及び挿入機構２６も備えている。
【0017】
この場合に、位置センサ１３ａ,１３ｂが検出する第１操作機構１５や第２操作機構１６の可動部の位置とは、例えば、第１操作機構１５や第２操作機構１６の可動部の所定の部位の位置である。ただし、第１操作機構１５や第２操作機構１６の可動部の位置に代えて、第１操作機構１５や第２操作機構１６を操作するユーザの所定の部位の位置を用いることとしてもよい。
また、位置センサ２３ａ,２３ｂが検出する位置合わせ機構２５や挿入機構２６の可動部の位置とは、例えば、位置合わせ機構２５や挿入機構２６の可動部の所定の部位の位置である。ただし、位置合わせ機構２５や挿入機構２６の可動部の位置に代えて、位置合わせ機構２５や挿入機構２６が間接的に物体に接触する所定の部位の位置（例えば、後述するガイド部材２７の先端部の位置）を用いることとしてもよい。
また、位置センサ２３ａ,２３ｂが検出する位置合わせ機構２５や挿入機構２６の可動部の位置とは、例えば、位置合わせ機構２５や挿入機構２６の可動部の所定の部位の位置である。ただし、位置合わせ機構２５や挿入機構２６の可動部の位置に代えて、位置合わせ機構２５や挿入機構２６が間接的に物体に接触する所定の部位の位置（例えば、後述するガイド部材２７の先端部の位置）を用いることとしてもよい。
【0018】
また、本実施形態では、これら第１操作機構１５や第２操作機構１６の可動部の位置や、位置合わせ機構２５や挿入機構２６の可動部の位置に代えて、各アクチュエータの出力軸の回転角度を各アクチュエータに内蔵されたロータリーエンコーダによって検出することとしてもよい。すなわち、本実施形態において、位置の概念には角度（例えば、アクチュエータの出力軸の回転角度等）が含まれるものとし、位置に関する情報には、位置、角度、速度、角速度、加速度及び角加速度が含まれるものとする。また、位置と速度（又は加速度）あるいは角度と角速度（又は角加速度）は、微積分演算により置換可能なパラメータであるため、位置あるいは角度に関する処理を行う場合、適宜、速度あるいは角速度等に置換してから処理を行うことが可能である。
【0019】
第１操作機構１５や第２操作機構１６は、ユーザの操作を受け付けるための機構であり、その形状や構造は特に限定されない。例えば、第１操作機構１５や第２操作機構１６は、ユーザの操作を受け付ける可動部を備えたコントローラや、ユーザが装着する手指等の形状のデバイスにより実現される。より具体的には、第１操作機構１５や第２操作機構１６は、例えば、棒状の操作具を傾けることで方向入力が行えるジョイスティック（操縦桿）のように、産業機械において広く用いられている操作機構で実現することができる。他にも、第２操作機構１６は、例えば、込め棒を挿入する際の動きを模したような、所定の方向（例えば、ユーザＵにとって前後方向）に進退可能な棒状の可動部を備えた操作機構で実現するようにしてもよい。なお、操作機構としての用途をスイッチ等で切り替えることで、単一の操作機構で、第１操作機構１５及び第２操作機構１６の双方の機能を実現するようにしてもよい。
【0020】
一方で、位置合わせ機構２５や挿入機構２６は、物体に接触して移動を行う機構であり、これについても、その形状や構造は特に限定されない。例えば、位置合わせ機構２５や挿入機構２６は、物体に接触して移動を行うロボットマニュピレータや、物体を移動させる込め棒のような工具を備えた（あるいは、工具が装着された）ロボットアーム、あるいは、アクチュエータ２２ｂに接続された込め棒のような工具により実現される。
【0021】
このような構成において、制御装置３０は、位置センサ１３ａ,１３ｂや位置センサ２３ａ,２３ｂが検出した位置に基づいて、ドライバ１１ａ,１１ｂやドライバ２１ａ,２１ｂに対して制御指令を出力することにより、リーダ装置である操作装置１０と、フォロワー装置である装填装置２０との間で力触覚を伝達するバイラテラル制御を実現する。より詳細には、制御装置３０は、操作装置１０の第１系統に対応する第１操作機構１５と、装填装置２０の第１系統に対応する位置合わせ機構２５との間で力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を行う。また、制御装置３０は、操作装置１０の第２系統に対応する第２操作機構１６と、装填装置２０の第２系統に対応する挿入機構２６との間で力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を行う。
なお、この力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を実現するための具体的なアルゴリズムについては、図１０を参照して後述する。
なお、この力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を実現するための具体的なアルゴリズムについては、図１０を参照して後述する。
【0022】
図３は、装填装置２０の構成例について示す斜視図である。なお、図３では、図２に示した一部のハードウェア構成（ここでは、ドライバ２１ａ,２１ｂ、アクチュエータ２２ａ,２２ｂ、位置センサ２３ａ,２３ｂ、及び通信部２４）については図示を省略する。
図３に示すように、装填装置２０は、上記の図示を省略したハードウェアに加えて、位置合わせ機構２５、挿入機構２６、ガイド部材２７、脚線機構２８、及び配置機構２９をさらに備える。ここで、説明の便宜上これらハードウェアが露出した状態を図示しているが、図２に示したハードウェアを含め、これらハードウェアの一部又は全部を、任意の形状の筐体に格納して使用することが可能である。また、図３には、親ダイ５１、増ダイ５２、餡子５３、切羽Ｆ、及び装薬孔Ｈも図示する。
図３に示すように、装填装置２０は、上記の図示を省略したハードウェアに加えて、位置合わせ機構２５、挿入機構２６、ガイド部材２７、脚線機構２８、及び配置機構２９をさらに備える。ここで、説明の便宜上これらハードウェアが露出した状態を図示しているが、図２に示したハードウェアを含め、これらハードウェアの一部又は全部を、任意の形状の筐体に格納して使用することが可能である。また、図３には、親ダイ５１、増ダイ５２、餡子５３、切羽Ｆ、及び装薬孔Ｈも図示する。
【0023】
ここで、図３においてガイド部材２７の長手方向をｘ方向（前後方向）と定義する。また、水平面においてｘ方向と直交する方向をｙ方向（左右方向）と定義する。さらに、ｘ方向及びｙ方向の双方に直交する方向をｚ方向（上下方向）と定義する。
また、ｘ方向（前後方向）において、ガイド部材２７を介して親ダイ５１等の挿入をする方向を挿入方向とさらに定義する。さらに、ｘ方向（前後方向）において、挿入方向の反対方向を引抜方向とさらに定義する。
また、ｘ方向（前後方向）において、ガイド部材２７を介して親ダイ５１等の挿入をする方向を挿入方向とさらに定義する。さらに、ｘ方向（前後方向）において、挿入方向の反対方向を引抜方向とさらに定義する。
【0024】
装填装置２０は、ガイド部材２７の挿入方向側の先端部が装薬孔Ｈの孔口と正対する姿勢を維持すると共に、ｘｙ平面が略水平の姿勢を維持するように（すなわち、ｚ方向が略鉛直方向の姿勢を維持するように）して用いられる。
【0025】
位置合わせ機構２５は、ユーザＵからの位置合わせ機構２５に対する遠隔操作に応じて装填装置２０全体（又は少なくともガイド部材２７）を移動させることで、ガイド部材２７の挿入方向側の先端部（すなわち、親ダイ５１等の排出部分）と、装薬孔Ｈの孔口との位置を合わせる。位置合わせ機構２５は、例えば、高所作業車Ａのクレーン先端に設置されたロボットアームにより実現される。この場合、様々な方向への移動により位置合わせを実現できるように、例えば、６自由度のロボットアームとするとよい。
【0026】
挿入機構２６は、ユーザＵからの挿入機構２６に対する遠隔操作に応じてガイド部材２７上を、ｘ方向（前後方向）に進退することで、親ダイ５１等を装薬孔Ｈに挿入する。挿入機構２６は、例えば、人手による装填作業において用いられる込め棒のような棒状の形状をした部材により実現される。このように、人手による装填作業と同様の形状の部材とすることで、ユーザＵは、遠隔操作でありながら、あたかも装薬孔Ｈに近接して作業を行う場合と同様にして、より適切に装填作業を行うことができる。
なお、変形例３として後述するが、硝安油剤爆薬（アンホ爆薬）や、粒状の爆薬を挿入対象物として、これらに空圧を加えることで圧送する手法を、本実施形態を適用することも可能である。この場合、挿入機構２６は、これらの挿入対象物を装填するための装填機の中空パイプや、中空ホースのような筒状の形状をした部材より実現される。また、上述した込め棒のような棒状の形状をした部材により実現される挿入機構２６と、このような中空パイプ等の筒状の形状をした部材により実現される挿入機構２６との双方を設け、これらを併用するようにしてもよい。あるいは、このような２つの挿入機構２６の双方を設け、運用場面に応じて（例えば、掘削工事を行う現場に応じて）２つの挿入機構２６を使い分けるようにしてもよい。
なお、変形例３として後述するが、硝安油剤爆薬（アンホ爆薬）や、粒状の爆薬を挿入対象物として、これらに空圧を加えることで圧送する手法を、本実施形態を適用することも可能である。この場合、挿入機構２６は、これらの挿入対象物を装填するための装填機の中空パイプや、中空ホースのような筒状の形状をした部材より実現される。また、上述した込め棒のような棒状の形状をした部材により実現される挿入機構２６と、このような中空パイプ等の筒状の形状をした部材により実現される挿入機構２６との双方を設け、これらを併用するようにしてもよい。あるいは、このような２つの挿入機構２６の双方を設け、運用場面に応じて（例えば、掘削工事を行う現場に応じて）２つの挿入機構２６を使い分けるようにしてもよい。
【0027】
ガイド部材２７は、挿入機構２６や親ダイ５１等を、装薬孔Ｈに向かって案内する。ガイド部材２７は、例えば、親ダイ５１等の円筒状の形状を案内しやすいように、長手方向の両端が開口すると共に、長手方向に対し垂直な断面である横断面（すなわち、ｙｚ平面）の形状が円形状又は円弧形状の部材により実現される。
【0028】
なお、これら挿入機構２６やガイド部材２７の形状はあくまで例示であり、任意の形状により実現することができる。例えば、挿入機構２６をバネ形状の部材により実現してもよい。ただし、親ダイ５１を爆発させるために電気雷管を用いる場合には、静電気により電気雷管が暴発しないように、静電気が発生しない木材やＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等により、挿入機構２６やガイド部材２７を形成することが望ましい。
【0029】
脚線機構２８は、親ダイ５１に封入された電気雷管を起爆するための脚線を結束した状態で保持する。そして、脚線機構２８は、挿入機構２６が親ダイ５１を装薬孔Ｈに挿入することに伴い、脚線の結束を解放しながら脚線を送り出す。これにより、結束から解放された脚線の少なくとも一部が装薬孔Ｈの外部に露出する。
【0030】
配置機構２９は、挿入機構２６が挿入対象物（例えば、親ダイ５１）を装薬孔Ｈに挿入する動作を行った後に、ガイド部材２７に挿入対象物（例えば、増ダイ５２）を新たに配置する。これにより、親ダイ５１、増ダイ５２、及び餡子５３といった様々な挿入対象物を、ガイド部材２７の位置を合わせた状態のまま、連続して挿入することができる。
【0031】
配置機構２９は、例えば、ｙ方向（左右方向）に所定の角度だけ回転可能な機構により実現される。この場合、親ダイ５１、増ダイ５２、及び餡子５３のそれぞれを格納する配置機構２９をガイド部材２７と平行して複数列設ける。この配置機構２９の形状は、例えば、長手方向に対し垂直な断面である横断面（すなわち、ｙｚ平面）の形状が円弧形状とする。
【0032】
そして、配置機構２９は、配置機構２９とガイド部材２７（又は、他の配置機構２９）がｘ方向（前後方向）において隣接している部分を回転軸として、ｙ方向（左右方向）に所定の角度だけ回転する。これにより、回転した配置機構２９に格納されていた親ダイ５１等を、隣接したガイド部材２７（又は、他の配置機構２９）に移動させることができる。なお、他の配置機構２９に移動させた場合、この他の配置機構２９から、さらにガイド部材２７に移動させることで、最終的にガイド部材２７に移動させることができる。
このようにして、配置機構２９は、任意の親ダイ５１等をガイド部材２７に配置することが可能となる。
このようにして、配置機構２９は、任意の親ダイ５１等をガイド部材２７に配置することが可能となる。
【0033】
なお、配置機構２９の構成はこれに限られず、例えば、高所作業車Ａに把持及び移送が可能なロボットマニュピレータを配置し、このロボットマニュピレータが親ダイ５１等を把持してガイド部材２７に移送することで、配置機構２９としての機能を実現するようにしてもよい。
あるいは、例えば、配置機構２９とガイド部材２７（又は、他の配置機構２９）がｘ方向（前後方向）において隣接している部分の一部を開閉可能な機構と、ｙ方向（左右方向）に親ダイ５１等を押し込む機構とを組み合わせた機構としてもよい。この場合、配置機構２９は、挿入等が行われる際はこの隣接部分を閉状態とし、親ダイ５１等を移動させる際にはこの隣接部分を開状態とする。また、この開状態の隣接部分から、ｙ方向（左右方向）に親ダイ５１等を押し込む。このようにしても、配置機構２９は、任意の親ダイ５１等をガイド部材２７に配置することが可能となる。
あるいは、例えば、配置機構２９とガイド部材２７（又は、他の配置機構２９）がｘ方向（前後方向）において隣接している部分の一部を開閉可能な機構と、ｙ方向（左右方向）に親ダイ５１等を押し込む機構とを組み合わせた機構としてもよい。この場合、配置機構２９は、挿入等が行われる際はこの隣接部分を閉状態とし、親ダイ５１等を移動させる際にはこの隣接部分を開状態とする。また、この開状態の隣接部分から、ｙ方向（左右方向）に親ダイ５１等を押し込む。このようにしても、配置機構２９は、任意の親ダイ５１等をガイド部材２７に配置することが可能となる。
【0034】
親ダイ５１は、含水爆薬と、この含水爆薬を爆発させるための一般的な電気雷管や、電子遅延式の電気雷管や、導火管付き雷管等の雷管を含んだ薬包状爆薬である。なお、雷管として、脚線を使用することなく、遠隔からの無線指示に基づいて、含水爆薬を爆発させることが可能な無線雷管を用いることも可能である。この場合、脚線機構２８を省略した構成とすることができる。また、増ダイ５２は、親ダイ５１の爆轟により爆発する、電気雷管を含んでおらず、紙筒に封入された筒状、又は粒状の含水爆薬や、粒状のアンホ爆薬や、あるいは、液状又はゲル状の爆薬（例えば、バルクエマルション爆薬）といった、爆薬のみを含んだ薬包状爆薬である。餡子５３は、装薬孔Ｈの孔口を塞ぐために粘土等で形成された込め物である。装薬孔Ｈには、親ダイ５１、増ダイ５２、餡子５３の順に装填される。この場合に、増ダイ５２は、切羽Ｆの地質（硬さ等）や、一度に掘削する距離等に応じて、挿入する数をゼロから任意の個数まで適宜増減させることが可能である。なお、「親ダイ、増ダイ、餡子」等の用語は、当業者において慣用的に用いられているため、本明細書でもこれらの用語をそのまま用いることとする。
【0035】
【0036】
図４（Ａ）に示すように、位置合わせ機構２５は、ユーザＵからの位置合わせ機構２５に対する遠隔操作に応じて装填装置２０を移動させることで、ガイド部材２７の挿入方向側の先端部と、装薬孔Ｈの孔口との位置合わせを試みる。この場合、位置合わせ機構２５は、遠隔操作に応じて各方向に装填装置２０を移動させる。この移動の過程において、ガイド部材２７と、切羽Ｆ及び装薬孔Ｈとの接触により生じた反力は、第１操作機構１５を介してユーザＵに対して伝達される。ユーザＵは、この伝達された反力に基づいて、ガイド部材２７と、切羽Ｆ及び装薬孔Ｈとの接触の有無等を把握することができる。そのため、ユーザＵは、カメラＣにより撮影された装薬孔Ｈ近傍の画像を参照するだけの場合に比べて、より効率的に位置合わせを行うことができる。
なお、従来の人手による位置合わせでは、長手方向の丈が長いガイド部材２７を使用するため、位置合わせが困難であり、作業に時間を要してしまう。そして、このように作業が長時間化することに伴い、作業者が肌落ち等の被害を受けるリスクが高くなってしまっていた。しかしながら、本実施形態によれば、上述のように、遠隔操作により位置合わせを実現することから、このようなリスクを回避して、作業者の安全を確保することができる。
なお、従来の人手による位置合わせでは、長手方向の丈が長いガイド部材２７を使用するため、位置合わせが困難であり、作業に時間を要してしまう。そして、このように作業が長時間化することに伴い、作業者が肌落ち等の被害を受けるリスクが高くなってしまっていた。しかしながら、本実施形態によれば、上述のように、遠隔操作により位置合わせを実現することから、このようなリスクを回避して、作業者の安全を確保することができる。
【0037】
図４（Ｂ）に示すように、位置合わせ機構２５は、位置合わせを完了したユーザＵからの遠隔操作に応じて、ガイド部材２７の挿入方向側の先端部の一部を装薬孔Ｈに挿入する。これにより、ガイド部材２７は装薬孔Ｈに配置され、以下の挿入作業において、挿入機構２６や親ダイ５１等を、装薬孔Ｈに向かって案内することができる。
【0038】
図５及び図６は、挿入機構２６による、親ダイ５１等の、装薬孔Ｈへの挿入について示す模式図である。なお、図５及び図６では、一例として親ダイ５１を挿入する場合を図示するが、増ダイ５２及び餡子５３も同様の手順により、装薬孔Ｈに挿入される。また、図５及び図６では、挿入機構２６及び親ダイ５１の動きが明確となるように、ガイド部材２７を破線にして示す。
【0039】
図５（Ｃ）に示すように、挿入機構２６は、ユーザＵからの挿入機構２６に対する遠隔操作に応じて、配置機構２９によりガイド部材２７に配置された親ダイ５１を装薬孔Ｈに挿入する。すなわち、親ダイ５１を、挿入機構２６により挿入方向側に押し出す。
図５（Ｄ）に示すように、挿入機構２６が、挿入方向側に押し出す動作を継続することにより、親ダイ５１は、装薬孔Ｈに挿入されていく。
図５（Ｄ）に示すように、挿入機構２６が、挿入方向側に押し出す動作を継続することにより、親ダイ５１は、装薬孔Ｈに挿入されていく。
【0040】
図６（Ｅ）に示すように、挿入が継続した結果、最終的に親ダイ５１は、装薬孔Ｈの奥側（親ダイ５１が挿入される側とは逆側）の壁面に接触する。これにより、装填作業における、親ダイ５１の挿入は完了する。
図６（Ｆ）に示すように、挿入機構２６は、ユーザＵからの挿入機構２６に対する遠隔操作に応じて、挿入機構２６を引抜方向側に移動させる。そして、再度図５（Ｃ）の状態に戻り、増ダイ５２や餡子５３が同様の手順で挿入される。
図６（Ｆ）に示すように、挿入機構２６は、ユーザＵからの挿入機構２６に対する遠隔操作に応じて、挿入機構２６を引抜方向側に移動させる。そして、再度図５（Ｃ）の状態に戻り、増ダイ５２や餡子５３が同様の手順で挿入される。
【0041】
このような挿入の過程において、親ダイ５１等や挿入機構２６と、装薬孔Ｈとの接触により生じた反力は、第２操作機構１６を介してユーザＵに対して伝達される。ユーザＵは、この伝達された反力に基づいて、親ダイ５１等や挿入機構２６と、装薬孔Ｈとの接触の有無や、接触による摩擦の程度を把握することができる。そのため、ユーザＵは、遠隔操作でありながら、あたかも装薬孔Ｈに近接して作業を行う場合と同様にして、より適切に装填作業を行うことができる。
【0042】
この場合、ユーザＵは、例えば、伝達された反力に基づいて、親ダイ５１等や挿入機構２６が、装薬孔Ｈに引っ掛かっているか否かを把握することができる。そのため、ユーザＵは、例えば、挿入機構２６を一度引抜方向に戻し、再度挿入方向側に押し込むような試行を繰り返すことができる。この場合に、ユーザＵに伝達される反力は、挿入方向からの反力のみならず、左右方向や上下方向も含んだ各方向からの反力である。そのため、ユーザＵは、例えば、親ダイ５１等や挿入機構２６が挿入方向に進まないということだけでなく、親ダイ５１等や挿入機構２６が装薬孔Ｈの内壁面に接触して進まないということも把握することができる。
【0043】
また、ユーザＵは、例えば、伝達された反力に基づいて、親ダイ５１が装薬孔Ｈの奥側の壁面に接触したか否かを把握することができる。そのため、ユーザＵは、例えば、挿入途中であるので、挿入が完了したと誤認したりすることなく、挿入が完了したことを正確に把握することができる。同様に、増ダイ５２や餡子５３を挿入する場合には、先に挿入した親ダイ５１や増ダイ５２に密着するまで挿入したか否かを把握することができる。そして、ユーザＵは、このようにして、親ダイ５１等の挿入が完了したことを把握できるので、親ダイ５１等を装薬孔Ｈに適切に挿入できた後、すぐに、挿入機構２６を引抜方向に戻すための遠隔操作を開始することができる。これにより、装填装置２０は、挿入機構２６を迅速かつ容易に回収することができる。そのため、増ダイ５２や餡子５３を、順次挿入機構２６にて挿入していくことができる。
このように、本実施形態によれば、挿入機構２６に加わる力（例えば、装薬孔Ｈや切羽Ｆといった環境からの反力）を、ユーザＵに伝達することにより、ユーザＵからの位置合わせ機構２５や挿入機構２６に対する遠隔操作を支援し、より適切な装填作業を実現することが可能となる。
このように、本実施形態によれば、挿入機構２６に加わる力（例えば、装薬孔Ｈや切羽Ｆといった環境からの反力）を、ユーザＵに伝達することにより、ユーザＵからの位置合わせ機構２５や挿入機構２６に対する遠隔操作を支援し、より適切な装填作業を実現することが可能となる。
【0044】
図７は、親ダイ５１の構造及び脚線機構２８による動作について示す模式図である。図７（ａ）に示すように、親ダイ５１は、含水爆薬５１１と、含水爆薬５１１を爆発させるための電気雷管５１２と、電気雷管５１２を起爆するための脚線５１３を含む。また、図７（ａ）には、脚線５１３を結束する結束バンド５１４も図示する。
電気雷管５１２は、本実施形態における装填作業に先立って、予め含水爆薬５１１に封入される。脚線５１３は、通電するためのプラス線と、マイナス線の組からなる。しかし電気雷管５１２によっては、これらプラス線とマイナス線の組は、１本によられていたりして、プラス線とマイナス線が区別することなく、結束バンド５１４により結束されている場合がある。
電気雷管５１２は、本実施形態における装填作業に先立って、予め含水爆薬５１１に封入される。脚線５１３は、通電するためのプラス線と、マイナス線の組からなる。しかし電気雷管５１２によっては、これらプラス線とマイナス線の組は、１本によられていたりして、プラス線とマイナス線が区別することなく、結束バンド５１４により結束されている場合がある。
【0045】
そこで、親ダイ５１から出ている脚線５１３を、予めプラス線とマイナス線を区別して、別々に脚線機構２８に保持させる。また、親ダイ５１の電気雷管５１２が封入されている側（脚線５１３が出ている側）を、挿入方向側に配置する。そして、図７（ｂ）に示すように、挿入機構２６が親ダイ５１を装薬孔Ｈに挿入することに伴い、脚線５１３の結束を解放しながら脚線５１３を内部のアクチュエータ等（図示を省略する）で送り出す。これにより、脚線機構２８より上流側において、脚線５１３が、仮にプラス線とマイナス線が区別することなく結束バンド５１４により結束されていたとしても、脚線機構２８より下流側においてプラス線とマイナス線が区別して送りだされることとなる。また、結束バンド５１４は、脚線機構２８に引っ掛かることから、脚線機構２８よりも上流に留まることとなる。これによる、親ダイ５１による挿入完了後、結束から解放された脚線の少なくとも一部がプラス線とマイナス線とに区別された状態で装薬孔Ｈの外部に露出する。
このように、脚線機構２８によれば、装填作業後の結線作業を容易に実行可能な状態とすることができる。
このように、脚線機構２８によれば、装填作業後の結線作業を容易に実行可能な状態とすることができる。
【0046】
図８は、制御装置３０のハードウェア構成を示すブロック図である。
図８に示すように、制御装置３０は、プロセッサ３１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３３と、バス３４と、入力部３５と、出力部３６と、記憶部３７と、通信部３８と、ドライブ３９と、を備えている。
図８に示すように、制御装置３０は、プロセッサ３１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３３と、バス３４と、入力部３５と、出力部３６と、記憶部３７と、通信部３８と、ドライブ３９と、を備えている。
【0047】
プロセッサ３１は、ＲＯＭ３２に記録されているプログラム、又は、記憶部３７からＲＡＭ３３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。
ＲＡＭ３３には、プロセッサ３１が各種の処理を実行する上において必要なデータ等も適宜記憶される。
ＲＡＭ３３には、プロセッサ３１が各種の処理を実行する上において必要なデータ等も適宜記憶される。
【0048】
プロセッサ３１、ＲＯＭ３２及びＲＡＭ３３は、バス３４を介して相互に接続されている。バス３４には、入力部３５、出力部３６、記憶部３７、通信部３８及びドライブ３９が接続されている。
【0049】
入力部３５は、マウスやキーボード等の入力装置を備え、制御装置３０に対する各種情報の入力を受け付ける。なお、入力部３５としてマイクを備え、作業者の音声入力によって各種情報の入力を受け付けることとしてもよい。
出力部３６は、ディスプレイやスピーカ等で構成され、画像や音声を出力する。
記憶部３７は、ハードディスクあるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成され、各サーバで管理される各種データを記憶する。
通信部３８は、ネットワークを介して他の装置との間で行う通信を制御する。
出力部３６は、ディスプレイやスピーカ等で構成され、画像や音声を出力する。
記憶部３７は、ハードディスクあるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成され、各サーバで管理される各種データを記憶する。
通信部３８は、ネットワークを介して他の装置との間で行う通信を制御する。
【0050】
ドライブ３９には、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、あるいは半導体メモリ等よりなる、リムーバブルメディア４０が適宜装着される。ドライブ３９によってリムーバブルメディア４０から読み出されたプログラムは、必要に応じて記憶部３７にインストールされる。
なお、上記ハードウェア構成は、制御装置３０の基本的構成であり、一部のハードウェアを備えない構成としたり、付加的なハードウェアを備えたり、ハードウェアの実装形態を変更したりすることができる。
なお、上記ハードウェア構成は、制御装置３０の基本的構成であり、一部のハードウェアを備えない構成としたり、付加的なハードウェアを備えたり、ハードウェアの実装形態を変更したりすることができる。
【0051】
このようなハードウェア構成を有する制御装置３０は、「動作制御処理」や、「遠隔装填処理」を行う。
ここで、動作制御処理は、操作装置１０が駆動する各機構と、装填装置２０が駆動する各機構との間で、力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を行うことで、各機構の動作を制御する一連の処理である。
また、遠隔装填処理は、動作制御処理を利用して、ユーザＵの遠隔装填作業における遠隔操作を支援する一連の処理である。なお、動作制御処理は、遠隔装填処理のサブルーチンとして実現される。
ここで、動作制御処理は、操作装置１０が駆動する各機構と、装填装置２０が駆動する各機構との間で、力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を行うことで、各機構の動作を制御する一連の処理である。
また、遠隔装填処理は、動作制御処理を利用して、ユーザＵの遠隔装填作業における遠隔操作を支援する一連の処理である。なお、動作制御処理は、遠隔装填処理のサブルーチンとして実現される。
【0052】
図９は、制御装置３０の機能的構成を示すブロック図である。
上記の動作制御処理や遠隔装填処理が行われる場合、図９に示すように、プロセッサ３１において、物理量データ取得部３１１と、動作制御部３１２と、配置指示部３１３と、画像データ取得部３１４と、画像提示部３１５と、が機能する。また、記憶部３７には、物理量データ記憶部３７１と、画像データ記憶部３７２と、が形成される。
以下で特に言及しない場合も含め、これら機能ブロック間では、処理を実現するために必要なデータを、適切なタイミングで適宜送受信する。
上記の動作制御処理や遠隔装填処理が行われる場合、図９に示すように、プロセッサ３１において、物理量データ取得部３１１と、動作制御部３１２と、配置指示部３１３と、画像データ取得部３１４と、画像提示部３１５と、が機能する。また、記憶部３７には、物理量データ記憶部３７１と、画像データ記憶部３７２と、が形成される。
以下で特に言及しない場合も含め、これら機能ブロック間では、処理を実現するために必要なデータを、適切なタイミングで適宜送受信する。
【0053】
物理量データ取得部３１１は、動作制御処理を実現するための物理量データを取得する。例えば、物理量データ取得部３１１は、位置センサ１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂからアクチュエータ１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂによる駆動で移動される各機構の可動部の位置（具体的には、位置又は角度）を取得する。物理量データ取得部３１１によって取得された位置等の物理量データは、後述する力触覚伝達のアルゴリズムにおいて、操作装置１０や装填装置２０が駆動する各機構の動作の基準値として用いられる。
【0054】
動作制御部３１２は、操作装置１０が駆動する各機構と、装填装置２０が駆動する各機構との間で力触覚を伝達する制御を行うことで、各機構の動作を制御する。
図１０は、動作制御部３１２の制御アルゴリズムを示すブロック図である。
図１０に示すように、動作制御部３１２に実装されるアルゴリズムは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴと、理想力源ブロックＦＣと、理想速度（位置）源ブロックＰＣと、逆変換ブロックＩＦＴとを含む制御則として表される。なお、本実施形態において、制御対象システムＣＳにおける、リーダ装置は操作装置１０によって構成され、フォロワー装置は装填装置２０によって構成される。
図１０は、動作制御部３１２の制御アルゴリズムを示すブロック図である。
図１０に示すように、動作制御部３１２に実装されるアルゴリズムは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴと、理想力源ブロックＦＣと、理想速度（位置）源ブロックＰＣと、逆変換ブロックＩＦＴとを含む制御則として表される。なお、本実施形態において、制御対象システムＣＳにおける、リーダ装置は操作装置１０によって構成され、フォロワー装置は装填装置２０によって構成される。
【0055】
機能別力・速度割当変換ブロックＦＴは、制御対象システムＣＳの機能に応じて設定される速度（位置）及び力の領域への制御エネルギーの変換を定義するブロックである。具体的には、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴでは、制御対象システムＣＳの機能の基準となる値（基準値）と、アクチュエータ１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂによる駆動で移動される各機構の可動部の現在位置（又は現在角度）とを入力とする座標変換が定義されている。この座標変換は、一般に、基準値及び現在位置（現在角度）を要素とする入力ベクトルを位置（角度）の制御目標値を算出するための位置（角度）からなる出力ベクトルに変換すると共に、基準値及び現在の力を要素とする入力ベクトルを力の制御目標値を算出するための力からなる出力ベクトルに変換するものである。
【0056】
機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおける座標変換を、力触覚の伝達機能を表す内容に設定することにより、操作装置１０と装填装置２０との間における力触覚の伝達機能を実現したり、力触覚を伝達する動作を、操作装置１０を用いることなく装填装置２０で再現したりすることができる。また、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおける座標変換において、変換行列の要素に係数を設定することにより、位置（角度）あるいは力のスケーリングを行ったりすることができる。
【0057】
すなわち、本実施形態においては、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴにおいて、アクチュエータ１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂによる駆動で移動される各機構の可動部の単体の変数（実空間上の変数）を、力触覚伝達機能を表現するシステム全体の変数群（座標変換後の空間上の変数）に“変換”し、位置（角度）の制御エネルギーと力の制御エネルギーとに制御エネルギーを割り当てる。すなわち、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴに設定される座標変換は、位置（角度）と力とが互いに関連する実空間の座標（斜交座標）を位置（角度）と力とが互いに独立した仮想空間の座標（直交座標）に変換するものである。そのため、アクチュエータ１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂによる駆動で移動される各機構の可動部の単体の変数（実空間上の変数）のまま制御を行う場合と比較して、位置（角度）の制御エネルギーと力の制御エネルギーとを独立に与えること、すなわち、位置（角度）と力とを独立に制御することが可能となっている。
【0058】
本実施形態においては、例えば、操作装置１０が出力する位置（角度）及び力を制御する場合、アクチュエータ１２ａ，１２ｂによる駆動で移動される各機構の可動部の位置（角度）及びこれらの位置（角度）から算出される力の入力と、位置（角度）及び力の制御の基準となる基準値とにおいて、位置（角度）の差がゼロ、力の和がゼロ（逆向きに等しい力が出力される）となることを条件として、座標変換後の空間における状態値の演算を行うことができる。ただし、位置（角度）及び力の制御の基準となる基準値は、装填装置２０におけるアクチュエータ２２ａ，２２ｂによる駆動で移動される各機構の可動部の位置（角度）及びこれらの位置（角度）から算出される力である。
【0059】
同様に、本実施形態において、例えば、装填装置２０が出力する位置（角度）及び力を制御する場合、アクチュエータ２２ａ，２２ｂによる駆動で移動される各機構の可動部の位置（角度）及びこれらの位置（角度）から算出される力の入力と、位置（角度）及び力の制御の基準となる基準値とにおいて、位置（角度）の差がゼロ、力の和がゼロ（逆向きに等しい力が出力される）となることを条件として、座標変換後の空間における状態値の演算を行うことができる。ただし、位置（角度）及び力の制御の基準となる基準値は、操作装置１０におけるアクチュエータ１２ａ，１２ｂによる駆動で移動される各機構の可動部の位置（角度）及びこれらの位置（角度）から算出される力である。
【0060】
理想力源ブロックＦＣは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に従って、力の領域における演算を行うブロックである。理想力源ブロックＦＣにおいては、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に基づく演算を行う際の力に関する目標値が設定されている。この目標値は、実現される機能に応じて固定値又は可変値として設定される。例えば、基準値が示す機能と同様の機能を実現する場合には、目標値としてゼロを設定したり、スケーリングを行う場合には、基準値が示す機能を表す情報を拡大・縮小した値を設定したりできる。また、理想力源ブロックＦＣは、力の領域における演算によって決定される力のエネルギーに対し、上限値を設定することができる。力のエネルギーの上限値を設定することで、例えば、挿入機構２６が親ダイ５１等に対して接触する際の接触力の制限を与えることとなり、親ダイ５１等が装薬孔Ｈの内壁面等に過度に強く押し当てられることを抑制できる。
【0061】
理想速度（位置）源ブロックＰＣは、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に従って、位置（角度）の領域における演算を行うブロックである。理想速度（位置）源ブロックＰＣにおいては、機能別力・速度割当変換ブロックＦＴによって定義された座標変換に基づく演算を行う際の位置（角度）に関する目標値が設定されている。この目標値は、実現される機能に応じて固定値又は可変値として設定される。例えば、基準値が示す機能と同様の機能を実現する場合には、目標値としてゼロを設定したり、スケーリングを行う場合には、再現する機能を示す情報を拡大・縮小した値を設定したりできる。また、理想速度（位置）源ブロックＰＣは、位置（角度）の領域における演算によって決定される力のエネルギーに対し、上限値を設定することができる。位置（角度）のエネルギーの上限値を設定することは、挿入機構２６が進退する距離の制限を与えることとなり、挿入済みの親ダイ５１等に、増ダイ５２等に過度に強く押し当てられることを抑制できる。
【0062】
逆変換ブロックＩＦＴは、位置（角度）及び力の領域の値を制御対象システムＣＳへの入力の領域の値（例えば、電圧値又は電流値等）に逆変換する（すなわち、実空間の指令値を決定する）ブロックである。
このような制御アルゴリズムの下、制御装置３０には、位置センサ１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂによって検出された時系列の位置（角度）の検出値が入力される。この時系列の位置（角度）の検出値は、アクチュエータ１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂの動作を表すものであり、制御装置３０は、入力された位置（角度）及びこれらの位置（角度）から導出された力に対して、力触覚を伝達する座標変換を適用する。
このような制御アルゴリズムの下、制御装置３０には、位置センサ１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂによって検出された時系列の位置（角度）の検出値が入力される。この時系列の位置（角度）の検出値は、アクチュエータ１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂの動作を表すものであり、制御装置３０は、入力された位置（角度）及びこれらの位置（角度）から導出された力に対して、力触覚を伝達する座標変換を適用する。
【0063】
図９に戻り、配置指示部３１３は、装填装置２０の配置機構２９に配置指示を送信することにより、挿入すべき親ダイ５１等をガイド部材２７に配置させる。配置機構２９の動作や、親ダイ５１等の挿入の順番等については、上述した通りである。
【0064】
画像データ取得部３１４は、カメラＣが撮影した画像を、通信によりリアルタイムで取得する。カメラＣは、例えば、位置合わせ機構２５による位置合わせ時には、ガイド部材２７の挿入方向側の先端部の近傍を撮影する。また、カメラＣは、挿入機構２６による挿入時には、挿入対象とした装薬孔Ｈの近傍を撮影する。ユーザＵの遠隔操作をより適切に支援するために、カメラＣが撮影する画像は、静止画ではなく動画であることが望ましい。また、ユーザＵによる、制御装置３０等を用いた遠隔操作により、カメラＣの画角等を変更できるようにすると、より望ましい。
【0065】
画像提示部３１５は、画像データ取得部３１４が取得したカメラＣの撮影した画像を、ユーザＵに対してリアルタイムに提示する。提示は、例えば、出力部３６に含まれるディスプレイへの表示により実現することができる。この場合、このディスプレイを、ユーザＵが各操作機構を操作中に参照できる位置に配置することが望ましい。
【0066】
物理量データ記憶部３７１は、物理量データ取得部３１１が取得した物理量データや、これに基づいて動作制御部３１２が算出した各種パラメータ等を記憶する。画像データ記憶部３７２は、画像データ取得部３１４が取得した、カメラＣの撮影した画像のデータを記憶する。これら記憶部の記憶した各種データは、装填作業に伴うログとして活用することができる。例えば、装填作業の成否や装填作業に要した時間を解析するために活用することができる。あるいは、遠隔操作による装填作業の経験が少ないユーザＵに、遠隔操作の手順を教えるための教材等として活用することができる。
次に、遠隔装填システム１により行われる各処理の処理内容の詳細について説明をする。
次に、遠隔装填システム１により行われる各処理の処理内容の詳細について説明をする。
【0067】
［動作制御処理］
図１１は、遠隔装填システム１が実行する動作制御処理の流れを説明するフローチャートである。動作制御処理は、遠隔装填処理におけるサブルーチンとして実行される。
図１１は、遠隔装填システム１が実行する動作制御処理の流れを説明するフローチャートである。動作制御処理は、遠隔装填処理におけるサブルーチンとして実行される。
【0068】
ステップＳ１において、物理量データ取得部３１１は、アクチュエータによる駆動で移動される対象となる機構の可動部の位置（角度）を取得する。例えば、位置合わせ機構２５による位置合わせ時には、移動される対象となる機構は、第１操作機構１５及び位置合わせ機構２５である。この場合、動作制御部３１２は、これらの機構に対応する位置を、位置センサ１３ａと、位置センサ２３ａから取得する。一方で、挿入機構２６による挿入時には、移動される対象となる機構は、第２操作機構１６及び挿入機構２６である。この場合、動作制御部３１２は、これらの機構に対応する位置を、位置センサ１３ｂと、位置センサ２３ｂから取得する。
【0069】
ステップＳ２において、動作制御部３１２は、実空間の入力ベクトルを仮想空間のベクトルに変換する。
ステップＳ３において、動作制御部３１２は、速度（位置）の領域における演算及び力の領域における演算を実行する。
ステップＳ３において、動作制御部３１２は、速度（位置）の領域における演算及び力の領域における演算を実行する。
【0070】
ステップＳ４において、動作制御部３１２は、速度（位置）及び力の領域の値を制御対象システムＣＳへの入力の領域の値（実空間のベクトル）に逆変換する。
ステップＳ５において、動作制御部３１２は、アクチュエータ１２及びアクチュエータ２２の指令値を出力する。
ステップＳ５において、動作制御部３１２は、アクチュエータ１２及びアクチュエータ２２の指令値を出力する。
【0071】
ステップＳ６において、動作制御部３１２は、位置合わせ機構２５による位置合わせや、挿入機構２６による挿入といった所定の行為の実行が終了したか否かを判定する。判定は、物理量データ取得部３１１が取得した物理量データを解析することや、ユーザＵからの所定の行為の終了操作があったか否かに基づいて行うことができる。所定の行為の実行が終了した場合は、ステップＳ６においてＹｅｓと判定され、サブルーチンとしての本処理は終了し、遠隔装填処理に戻る。一方で、所定の行為の実行が終了していない場合は、ステップＳ６においてＮｏと判定され、処理はステップＳ１に戻り繰り返される。
【0072】
以上説明した動作制御処理によれば、操作装置１０が駆動する各機構と、装填装置２０が駆動する各機構との間で、力触覚を伝達する制御（バイラテラル制御）を行うことで、各機構の動作を制御することができる。
【0073】
［遠隔装填処理］
図１２は、遠隔装填システム１が実行する遠隔装填処理の流れを説明するフローチャートである。遠隔装填処理は、操作装置１０や制御装置３０が、ユーザによる遠隔装填処理の開始指示操作を受け付けたことに伴い実行される。
図１２は、遠隔装填システム１が実行する遠隔装填処理の流れを説明するフローチャートである。遠隔装填処理は、操作装置１０や制御装置３０が、ユーザによる遠隔装填処理の開始指示操作を受け付けたことに伴い実行される。
【0074】
ステップＳ１１において、画像データ取得部３１４は、カメラＣの撮影した画像を取得する。
ステップＳ１２において、画像提示部３１５は、カメラＣの撮影した画像をユーザＵに対して提示する。このステップＳ１１における取得と、ステップＳ１２における提示は、本処理が完了するまで継続して行われる。
ステップＳ１２において、画像提示部３１５は、カメラＣの撮影した画像をユーザＵに対して提示する。このステップＳ１１における取得と、ステップＳ１２における提示は、本処理が完了するまで継続して行われる。
【0075】
ステップＳ１３において、物理量データ取得部３１１は、第１操作機構１５に対応する物理量データに基づいて、第１操作機構１５が、ユーザＵによる位置合わせ機構２５を用いた位置合わせのための遠隔操作を受け付けたことを検出する。
【0076】
ステップＳ１４において、動作制御部３１２は、サブルーチンとして上述した動作制御処理を実行する。この場合、動作制御処理の対象となるのは、第１操作機構１５及び位置合わせ機構２５である。位置合わせが終了すると、動作制御処理は終了し、ステップＳ１５に進む。
【0077】
ステップＳ１５において、物理量データ取得部３１１は、第２操作機構１６に対応する物理量データに基づいて、第２操作機構１６が、ユーザＵによる挿入機構２６を用いた挿入対象物の挿入のための遠隔操作を受け付けたことを検出する。ここで、挿入対象物は、配置機構２９によってガイド部材２７に現在配置されているものであって、具体的には、親ダイ５１、増ダイ５２、及び餡子５３の何れかである。
【0078】
ステップＳ１６において、動作制御部３１２は、サブルーチンとして上述した動作制御処理を実行する。この場合、動作制御処理の対象となるのは、第２操作機構１６及び挿入機構２６である。挿入が終了すると、動作制御処理は終了し、ステップＳ１７に進む。
【0079】
ステップＳ１７において、動作制御部３１２は、増ダイ５２や餡子５３をさらに挿入するか否かを判定する。判定は、予め設定された挿入すべき増ダイ５２や餡子５３の数を設定しておくことや、ユーザＵからの挿入終了指示操作があったか否かに基づいて行うことができる。さらに挿入する場合は、ステップＳ１７においてＹｅｓと判定され、処理はステップＳ１９に進む。一方で、これ以上挿入しない場合は、ステップＳ１７においてＮｏと判定され、処理はステップＳ１８に進む。
【0080】
ステップＳ１９において、配置指示部３１３は、配置機構２９に指示を出すことで、次に挿入すべき増ダイ５２や餡子５３を、ガイド部材２７に配置させる。そして、ステップＳ１５から処理は繰り返される。
【0081】
ステップＳ１８において、動作制御部３１２は、他の装薬孔Ｈを対象として遠隔装填処理を継続するか否かを判定する。判定は、予め設定された装填処理をすべき装薬孔Ｈの数を設定しておくことや、ユーザＵからの遠隔装填終了指示操作があったか否かに基づいて行うことができる。遠隔装填処理を継続する場合は、ステップＳ１８においてＹｅｓと判定され、処理はステップＳ２０に進む。一方で、これ以上挿入しない場合は、ステップＳ１８においてＮｏと判定され、本処理は終了する。
【0082】
ステップＳ２０において、配置指示部３１３が次の装薬孔Ｈに挿入すべき親ダイ５１を、ガイド部材２７に配置する。そして、必要に応じて高所作業車Ａを移動させた後に、ステップＳ１３から処理は繰り返される。
【0083】
以上説明した、遠隔装填処理によれば、動作制御処理を利用して、ユーザＵの遠隔装填作業における遠隔操作を支援することができる。
【0084】
このように、遠隔装填システム１では、遠隔操作により装填作業を実現できるので、少なくとも装填作業の一部において、作業者であるユーザＵが肌落ち等の危険性がある切羽に近接して作業を行う必要がない。また、ユーザＵは、第１操作機構１５を介して、挿入機構２６に加わる力を伝達されると共に、第２操作機構１６を介して、位置合わせ機構２５に加わる力を伝達される。そして、作業者であるユーザＵは、これらを感じながら装填作業を実施できるので、実際に込め棒を用いて作業を実施する場合と同等の精度で、装填作業を完了することができる。すなわち、遠隔装填システム１では、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５に加わる力をユーザＵに伝達できるので、例えば、撮像画像を表示するのみの場合に比べて、より精度高く装填作業を実現することができる。
従って、遠隔装填システム１によれば、作業者の安全を確保しつつ、より適切に爆薬等の装填を行うことが可能となる。
なお、一般的に、装填作業では、肌落ち等の崩落災害を意識して、作業時の監視や、切羽にコンクリート等を吹き付ける鏡面補強のような対策が必要である。しかしながら、本実施形態によれば、上記のようにユーザＵの安全を確保できているので、このような対策を必要以上に行わなくてよいという効果も奏する。
従って、遠隔装填システム１によれば、作業者の安全を確保しつつ、より適切に爆薬等の装填を行うことが可能となる。
なお、一般的に、装填作業では、肌落ち等の崩落災害を意識して、作業時の監視や、切羽にコンクリート等を吹き付ける鏡面補強のような対策が必要である。しかしながら、本実施形態によれば、上記のようにユーザＵの安全を確保できているので、このような対策を必要以上に行わなくてよいという効果も奏する。
【0085】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態は例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、その他の様々な実施形態を取ることが可能である共に、省略及び置換等種々の変形を行うことができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態は例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、その他の様々な実施形態を取ることが可能である共に、省略及び置換等種々の変形を行うことができる。
【0086】
［変形例１］
上述した実施形態において、動作制御部３１２は、図１０を参照して説明した制御アルゴリズムに基づいて、操作装置１０が駆動する各機構と、装填装置２０が駆動する各機構との間で力触覚を伝達する制御を行うことで、各機構の動作を制御していた。これに限らず、動作制御部３１２は、他の制御アルゴリズムを用いて、各機構の動作を制御するようにしてもよい。例えば、動作制御部３１２は、本変形例として以下で説明する制御アルゴリズムを用いて、各機構の動作を制御するようにしてもよい。この場合、動作制御部３１２は、動作制御処理において、図１１に図示したステップＳ２～４の処理に代えて、以下に説明する本変形例の制御アルゴリズムに基づいて、操作装置１０及び装填装置２０に対する指令値を算出する。
上述した実施形態において、動作制御部３１２は、図１０を参照して説明した制御アルゴリズムに基づいて、操作装置１０が駆動する各機構と、装填装置２０が駆動する各機構との間で力触覚を伝達する制御を行うことで、各機構の動作を制御していた。これに限らず、動作制御部３１２は、他の制御アルゴリズムを用いて、各機構の動作を制御するようにしてもよい。例えば、動作制御部３１２は、本変形例として以下で説明する制御アルゴリズムを用いて、各機構の動作を制御するようにしてもよい。この場合、動作制御部３１２は、動作制御処理において、図１１に図示したステップＳ２～４の処理に代えて、以下に説明する本変形例の制御アルゴリズムに基づいて、操作装置１０及び装填装置２０に対する指令値を算出する。
【0087】
［基本的原理］
図１３は、本変形例の制御アルゴリズムの概念を示す模式図である。
図１３に示すように、本変形例の制御アルゴリズムにおいては、リーダ・フォロワーシステムを応用したロボットにおいてリーダ装置及びフォロワー装置を含む仮想物体を想定し、リーダ装置及びフォロワー装置への入力が仮想物体への入力であるとした場合の仮想物体の挙動にリーダ装置及びフォロワー装置の動作を追従させる制御を行う。このとき、リーダ装置及びフォロワー装置から入力される力応答にアドミタンスを乗じて速度を表すパラメータを算出し、現在の速度と共に、速度指令値としてリーダ装置及びフォロワー装置の位置制御系に与える。
これにより、リーダ装置及びフォロワー装置における動作の再現性及び操作性として、従来と同等以上の性能を得ることができる。
したがって、より適切なロボットの物理的インタラクションを実現することが可能となる。
また、本変形例の制御アルゴリズムにおいては、速度指令値に基づく制御を行うことができるため、既存の位置（又は速度）制御系のシステム（加速度制御を想定していないシステム）との親和性が高いものとなる。ただし、本変形例の制御アルゴリズムにおいて、加速度指令値に基づく制御を行うことも可能である。
なお、位置と速度（又は加速度）あるいは角度と角速度（又は角加速度）は、微積分演算により置換可能なパラメータであるため、位置あるいは角度に関する処理を行う場合、適宜、速度あるいは角速度等に置換することが可能である。
図１３は、本変形例の制御アルゴリズムの概念を示す模式図である。
図１３に示すように、本変形例の制御アルゴリズムにおいては、リーダ・フォロワーシステムを応用したロボットにおいてリーダ装置及びフォロワー装置を含む仮想物体を想定し、リーダ装置及びフォロワー装置への入力が仮想物体への入力であるとした場合の仮想物体の挙動にリーダ装置及びフォロワー装置の動作を追従させる制御を行う。このとき、リーダ装置及びフォロワー装置から入力される力応答にアドミタンスを乗じて速度を表すパラメータを算出し、現在の速度と共に、速度指令値としてリーダ装置及びフォロワー装置の位置制御系に与える。
これにより、リーダ装置及びフォロワー装置における動作の再現性及び操作性として、従来と同等以上の性能を得ることができる。
したがって、より適切なロボットの物理的インタラクションを実現することが可能となる。
また、本変形例の制御アルゴリズムにおいては、速度指令値に基づく制御を行うことができるため、既存の位置（又は速度）制御系のシステム（加速度制御を想定していないシステム）との親和性が高いものとなる。ただし、本変形例の制御アルゴリズムにおいて、加速度指令値に基づく制御を行うことも可能である。
なお、位置と速度（又は加速度）あるいは角度と角速度（又は角加速度）は、微積分演算により置換可能なパラメータであるため、位置あるいは角度に関する処理を行う場合、適宜、速度あるいは角速度等に置換することが可能である。
【0088】
［具体的制御］
物理量データ取得部３１１は、操作装置１０及び装填装置２０において取得された物理量（ここでは、操作装置１０及び装填装置２０における各機構の可動部の位置）を取得する。
動作制御部３１２は、物理量データ取得部３１１によって取得された操作装置１０及び装填装置２０の物理量に基づいて、操作装置１０及び装填装置２０を含むと仮想した仮想物体（質量ｍを有する仮想物体）の挙動に操作装置１０及び装填装置２０を追従させる速度指令値（又は位置指令値）を算出する。具体的には、動作制御部３１２は、例えば、以下の式（１）及び（２）に従って、操作装置１０に対する速度指令値及び装填装置２０に対する速度指令値を算出する。
物理量データ取得部３１１は、操作装置１０及び装填装置２０において取得された物理量（ここでは、操作装置１０及び装填装置２０における各機構の可動部の位置）を取得する。
動作制御部３１２は、物理量データ取得部３１１によって取得された操作装置１０及び装填装置２０の物理量に基づいて、操作装置１０及び装填装置２０を含むと仮想した仮想物体（質量ｍを有する仮想物体）の挙動に操作装置１０及び装填装置２０を追従させる速度指令値（又は位置指令値）を算出する。具体的には、動作制御部３１２は、例えば、以下の式（１）及び（２）に従って、操作装置１０に対する速度指令値及び装填装置２０に対する速度指令値を算出する。
【0089】
【数1】
【0090】
なお、Ｆ１及びＦ２は、操作装置１０及び装填装置２０から取得された物理量（ここでは位置）から、各種力推定手法（加速度に変換して質量との乗算値として推定するあるいはオブザーバにより推定する等）を用いて取得することができる。また、Ｖ１及びＶ２は、操作装置１０及び装填装置２０から取得された物理量（ここでは位置）の微分により取得することができる。ただし、制御装置３０が操作装置１０及び装填装置２０から物理量として力を取得し、式（１）及び（２）の演算に用いることとしてもよい。
【0091】
また、式（１）及び（２）においては、速度指令値を算出する場合の式を示したが、位置指令値を算出し、位置指令値によって操作装置１０及び装填装置２０を制御することも可能である。
また、動作制御部３１２は、例えば、以下の式（３）及び（４）に従って、操作装置１０に対する速度指令値及び装填装置２０に対する加速度指令値を算出し、加速度指令値によって操作装置１０及び装填装置２０を制御することも可能である。さらに、動作制御部３１２は、アクチュエータの電流指令値あるいは電圧指令値を算出し、アクチュエータの電流指令値あるいは電圧指令値によって操作装置１０及び装填装置２０を制御することも可能である。
また、動作制御部３１２は、例えば、以下の式（３）及び（４）に従って、操作装置１０に対する速度指令値及び装填装置２０に対する加速度指令値を算出し、加速度指令値によって操作装置１０及び装填装置２０を制御することも可能である。さらに、動作制御部３１２は、アクチュエータの電流指令値あるいは電圧指令値を算出し、アクチュエータの電流指令値あるいは電圧指令値によって操作装置１０及び装填装置２０を制御することも可能である。
【0092】
【数2】
【0093】
動作制御部３１２は、このようにして算出した操作装置１０の指令値（ここでは速度指令値）及び装填装置２０の指令値（ここでは速度指令値）を操作装置１０及び装填装置２０に送信する。なお、このとき、位置指令値を算出し、位置指令値によって操作装置１０及び装填装置２０を制御することも可能である。また、このとき、加速度指令値を算出し、加速度指令値によって操作装置１０及び装填装置２０を制御することも可能である。
【0094】
なお、本変形例の制御アルゴリズムでは、操作装置１０及び装填装置２０が、位置センサ１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂに加えて、操作装置１０及び装填装置２０の各機構の可動部が受ける力を検出する力センサを備え、力センサによって検出された各機構の可動部が受ける力を制御装置３０に送信することとしてもよい。また、操作装置１０及び装填装置２０が、位置センサ１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂに代えて、操作装置１０及び装填装置２０の各機構の可動部（例えば、アクチュエータ１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂの出力軸）の速度（又は加速度）を検出する速度センサ（又は加速度センサ）を備え、速度センサ（又は加速度センサ）によって検出された各機構の可動部の速度（又は加速度）を制御装置３０に送信することとしてもよい。
【0095】
本変形例の制御アルゴリズムによれば、仮想物体に追従させる制御手法としたことで、操作装置１０及び装填装置２０における動作の再現性及び操作性として、従来と同等以上の性能を得ることができる。
したがって、より適切なロボットの物理的インタラクションを実現することが可能となる。
また、図１０を参照して説明した制御アルゴリズムとも共通するが、上述の制御アルゴリズムによって操作装置１０及び装填装置２０を制御する場合、制御のために必要なパラメータが低減されることから、装置間で送受信されるデータ量を減少させることができる。
したがって、より適切なロボットの物理的インタラクションを実現することが可能となる。
また、図１０を参照して説明した制御アルゴリズムとも共通するが、上述の制御アルゴリズムによって操作装置１０及び装填装置２０を制御する場合、制御のために必要なパラメータが低減されることから、装置間で送受信されるデータ量を減少させることができる。
【0096】
［変形例２］
上述した実施形態では、操作装置１０と、制御装置３０とを異なる装置として実現していた。これに限らず、例えば、操作装置１０と、制御装置３０とを一体の装置として実現してもよい。すなわち、ユーザＵの遠隔装填を受け付けると共に、操作装置１０と装填装置２０との間で力触覚を伝達する制御を行うことができる一体の装置として実現してもよい。この場合、図２のブロック図における、通信部１４とドライバ１１ａ，１１ｂの間に制御装置３０と同等の機能を実現する動作制御用の機能ブロックが挿入される。また、位置センサ１３ａ，１３ｂの検出値は、通信部１４ではなく、この動作制御用の機能ブロックに入力される。そして、この動作制御用の機能ブロックは、上述した制御装置３０と同様の制御アルゴリズムに基づいて、装填装置２０との間での力触覚の伝達を実現する。
あるいは、装填装置２０と、制御装置３０とを一体の装置として実現してもよい。すなわち、操作装置１０を介してユーザＵの遠隔装填を受け付けると共に、操作装置１０と装填装置２０との間で力触覚を伝達する制御を行う装置としてもよい。この場合、図２のブロック図における、通信部２４とドライバ２１ａ，２１ｂの間に制御装置３０と同等の機能を実現する動作制御用の機能ブロックが挿入される。また、位置センサ２３ａ，２３ｂの検出値は、通信部２４ではなく、この動作制御用の機能ブロックに入力される。そして、この動作制御用の機能ブロックは、上述した制御装置３０と同様の制御アルゴリズムに基づいて、操作装置１０との間での力触覚の伝達を実現する。
あるいは、このような力触覚の伝達の制御を、操作装置１０と、装填装置２０とで、それぞれ分散して行うようにしてもよい。この場合、各装置に動作制御用の機能ブロックを追加する。そして、各装置の動作制御用の機能ブロックは、自装置のセンサでの検出値と他装置のセンサでの検出値とを取得した上で、上述した制御装置３０と同様の制御アルゴリズムに基づいて、自装置のドライバに対して指令値を出力する。このようにして、他装置との間での力触覚の伝達を実現するようにしてもよい。
上述した実施形態では、操作装置１０と、制御装置３０とを異なる装置として実現していた。これに限らず、例えば、操作装置１０と、制御装置３０とを一体の装置として実現してもよい。すなわち、ユーザＵの遠隔装填を受け付けると共に、操作装置１０と装填装置２０との間で力触覚を伝達する制御を行うことができる一体の装置として実現してもよい。この場合、図２のブロック図における、通信部１４とドライバ１１ａ，１１ｂの間に制御装置３０と同等の機能を実現する動作制御用の機能ブロックが挿入される。また、位置センサ１３ａ，１３ｂの検出値は、通信部１４ではなく、この動作制御用の機能ブロックに入力される。そして、この動作制御用の機能ブロックは、上述した制御装置３０と同様の制御アルゴリズムに基づいて、装填装置２０との間での力触覚の伝達を実現する。
あるいは、装填装置２０と、制御装置３０とを一体の装置として実現してもよい。すなわち、操作装置１０を介してユーザＵの遠隔装填を受け付けると共に、操作装置１０と装填装置２０との間で力触覚を伝達する制御を行う装置としてもよい。この場合、図２のブロック図における、通信部２４とドライバ２１ａ，２１ｂの間に制御装置３０と同等の機能を実現する動作制御用の機能ブロックが挿入される。また、位置センサ２３ａ，２３ｂの検出値は、通信部２４ではなく、この動作制御用の機能ブロックに入力される。そして、この動作制御用の機能ブロックは、上述した制御装置３０と同様の制御アルゴリズムに基づいて、操作装置１０との間での力触覚の伝達を実現する。
あるいは、このような力触覚の伝達の制御を、操作装置１０と、装填装置２０とで、それぞれ分散して行うようにしてもよい。この場合、各装置に動作制御用の機能ブロックを追加する。そして、各装置の動作制御用の機能ブロックは、自装置のセンサでの検出値と他装置のセンサでの検出値とを取得した上で、上述した制御装置３０と同様の制御アルゴリズムに基づいて、自装置のドライバに対して指令値を出力する。このようにして、他装置との間での力触覚の伝達を実現するようにしてもよい。
【0097】
［変形例３］
上述した実施形態では、図３に示したようなガイド部材２７を位置合わせ機構２５により装薬孔Ｈに対して位置合わせし、その後、図３に示したような挿入機構２６で挿入方向に向かって親ダイ５１等を押し出すことにより、装薬孔Ｈに親ダイ５１等を挿入していた。これに限らず、他の手法で、装薬孔Ｈに親ダイ５１等を挿入するようにしてもよい。
例えば、空圧や水圧等を利用する手法を用いて、装薬孔Ｈに親ダイ５１等を挿入するようにしてもよい。この場合、位置合わせ機構２５は、親ダイ５１等を装填するための装填ホースの開口部の一端を、装薬孔Ｈに対して位置合わせする。また、挿入機構２６は、この装填ホースの開口部の一端を、必要に応じた長さだけ装薬孔Ｈに挿入する。その後、この装填ホースの開口部の他端から親ダイ５１等を装填ホースに供給する。そして、この他端から空圧や水圧といった圧力を加えることで圧送を行い、親ダイ５１等を装薬孔Ｈに挿入する。
本変形例のようにすることで、例えば、込め棒のような部材で押し込む以外の、空圧や水圧等を利用する手法によっても、上述した実施形態を実現することができる。
上述した実施形態では、図３に示したようなガイド部材２７を位置合わせ機構２５により装薬孔Ｈに対して位置合わせし、その後、図３に示したような挿入機構２６で挿入方向に向かって親ダイ５１等を押し出すことにより、装薬孔Ｈに親ダイ５１等を挿入していた。これに限らず、他の手法で、装薬孔Ｈに親ダイ５１等を挿入するようにしてもよい。
例えば、空圧や水圧等を利用する手法を用いて、装薬孔Ｈに親ダイ５１等を挿入するようにしてもよい。この場合、位置合わせ機構２５は、親ダイ５１等を装填するための装填ホースの開口部の一端を、装薬孔Ｈに対して位置合わせする。また、挿入機構２６は、この装填ホースの開口部の一端を、必要に応じた長さだけ装薬孔Ｈに挿入する。その後、この装填ホースの開口部の他端から親ダイ５１等を装填ホースに供給する。そして、この他端から空圧や水圧といった圧力を加えることで圧送を行い、親ダイ５１等を装薬孔Ｈに挿入する。
本変形例のようにすることで、例えば、込め棒のような部材で押し込む以外の、空圧や水圧等を利用する手法によっても、上述した実施形態を実現することができる。
【0098】
［構成例］
以上のように、本実施形態に係る遠隔装填システム１は、ガイド部材２７と、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５と、第１操作機構１５及び第２操作機構１６と、動作制御部３１２と、を備える。
ガイド部材２７は、親ダイ５１、増ダイ５２、及び餡子５３の少なくとも何れかである挿入対象物を、装薬孔Ｈに向かって案内する。
挿入機構２６及び位置合わせ機構２５は、挿入対象物を、ガイド部材２７を介して装薬孔Ｈに装填するために駆動する。
第１操作機構１５及び第２操作機構１６は、ユーザＵからの挿入機構２６及び位置合わせ機構２５に対する遠隔操作を受け付ける。
動作制御部３１２は、第１操作機構１５及び第２操作機構１６に入力されたユーザＵからの挿入機構２６及び位置合わせ機構２５に対する遠隔操作に応じて、挿入機構２６の動作を制御すると共に、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５に加わる力を、第１操作機構１５及び第２操作機構１６がユーザＵに対して伝達する動作を制御する。
このように、遠隔装填システム１では、遠隔操作により装填作業を実現できるので、少なくとも装填作業の一部において、作業者であるユーザＵが肌落ち等の危険性がある切羽に近接して作業を行う必要がない。また、遠隔装填システム１では、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５に加わる力をユーザＵに伝達できるので、例えば、撮像画像を表示するのみの場合に比べて、より精度高く装填作業を実現することができる。
従って、遠隔装填システム１によれば、作業者の安全を確保しつつ、より適切に爆薬等の装填を行うことが可能となる。
以上のように、本実施形態に係る遠隔装填システム１は、ガイド部材２７と、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５と、第１操作機構１５及び第２操作機構１６と、動作制御部３１２と、を備える。
ガイド部材２７は、親ダイ５１、増ダイ５２、及び餡子５３の少なくとも何れかである挿入対象物を、装薬孔Ｈに向かって案内する。
挿入機構２６及び位置合わせ機構２５は、挿入対象物を、ガイド部材２７を介して装薬孔Ｈに装填するために駆動する。
第１操作機構１５及び第２操作機構１６は、ユーザＵからの挿入機構２６及び位置合わせ機構２５に対する遠隔操作を受け付ける。
動作制御部３１２は、第１操作機構１５及び第２操作機構１６に入力されたユーザＵからの挿入機構２６及び位置合わせ機構２５に対する遠隔操作に応じて、挿入機構２６の動作を制御すると共に、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５に加わる力を、第１操作機構１５及び第２操作機構１６がユーザＵに対して伝達する動作を制御する。
このように、遠隔装填システム１では、遠隔操作により装填作業を実現できるので、少なくとも装填作業の一部において、作業者であるユーザＵが肌落ち等の危険性がある切羽に近接して作業を行う必要がない。また、遠隔装填システム１では、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５に加わる力をユーザＵに伝達できるので、例えば、撮像画像を表示するのみの場合に比べて、より精度高く装填作業を実現することができる。
従って、遠隔装填システム１によれば、作業者の安全を確保しつつ、より適切に爆薬等の装填を行うことが可能となる。
【0099】
挿入機構２６は、挿入対象物を、ガイド部材２７を介して装薬孔Ｈに挿入する。
動作制御部３１２は、第１操作機構１５に入力されたユーザＵからの挿入機構２６に対する遠隔操作に応じて、挿入機構２６が挿入対象物を装薬孔Ｈに挿入する動作を制御すると共に、挿入機構２６に加わる力を、第１操作機構１５がユーザＵに対して伝達する動作を制御する。
これにより、ユーザＵは、第１操作機構１５を介して、挿入機構２６に加わる力を伝達され、これを感じながら装填作業を実施できるので、実際に込め棒を用いて作業を実施する場合と同等の精度で、装填作業を完了することができる。
動作制御部３１２は、第１操作機構１５に入力されたユーザＵからの挿入機構２６に対する遠隔操作に応じて、挿入機構２６が挿入対象物を装薬孔Ｈに挿入する動作を制御すると共に、挿入機構２６に加わる力を、第１操作機構１５がユーザＵに対して伝達する動作を制御する。
これにより、ユーザＵは、第１操作機構１５を介して、挿入機構２６に加わる力を伝達され、これを感じながら装填作業を実施できるので、実際に込め棒を用いて作業を実施する場合と同等の精度で、装填作業を完了することができる。
【0100】
位置合わせ機構２５は、ガイド部材２７における挿入対象物の排出部分と、装薬孔Ｈとの位置を合わせる。
動作制御部３１２は、第２操作機構１６に入力されたユーザＵからの位置合わせ機構２５に対する遠隔操作に応じて、位置合わせ機構２５が位置を合わせる動作を制御すると共に、位置合わせ機構２５に加わる力を、第２操作機構１６がユーザＵに対して伝達する動作をさらに制御する。
これにより、ユーザＵは、爆薬の装填の前工程である、ガイド部材２７の位置合わせについて、切羽に近接することなく、精度高く実行することができる。
動作制御部３１２は、第２操作機構１６に入力されたユーザＵからの位置合わせ機構２５に対する遠隔操作に応じて、位置合わせ機構２５が位置を合わせる動作を制御すると共に、位置合わせ機構２５に加わる力を、第２操作機構１６がユーザＵに対して伝達する動作をさらに制御する。
これにより、ユーザＵは、爆薬の装填の前工程である、ガイド部材２７の位置合わせについて、切羽に近接することなく、精度高く実行することができる。
【0101】
ガイド部材２７は、長手方向の両端が開口すると共に、長手方向に対し垂直な断面である横断面の形状が円形状又は円弧形状であり、
挿入機構２６は、ガイド部材２７の長手方向の一端の開口から、装薬孔Ｈに挿入又は接触している他端の開口に向かって、挿入対象物を棒状の部材もしくは筒状の部材で押し出すことで挿入対象物を装薬孔Ｈに挿入する。
これにより、ユーザＵは、ガイド部材２７による案内を受けながら、装薬孔Ｈの内部に込め棒を挿入しているのと同様の感覚で、装填作業をすることができる。
挿入機構２６は、ガイド部材２７の長手方向の一端の開口から、装薬孔Ｈに挿入又は接触している他端の開口に向かって、挿入対象物を棒状の部材もしくは筒状の部材で押し出すことで挿入対象物を装薬孔Ｈに挿入する。
これにより、ユーザＵは、ガイド部材２７による案内を受けながら、装薬孔Ｈの内部に込め棒を挿入しているのと同様の感覚で、装填作業をすることができる。
【0102】
動作制御部３１２は、挿入機構２６に加わる力として、挿入機構２６及び挿入対象物と、装薬孔Ｈとの摩擦により生じる反力を、第１操作機構１５がユーザＵに対して伝達する動作を制御する。
これにより、ユーザＵは、装薬孔Ｈへの爆薬の挿入が適切に実行できているかを確認しながら、装填作業をすることができる。
これにより、ユーザＵは、装薬孔Ｈへの爆薬の挿入が適切に実行できているかを確認しながら、装填作業をすることができる。
【0103】
動作制御部３１２は、挿入機構２６に加わる力として、挿入対象物と、装薬孔Ｈの内部における挿入対象物が挿入される端部とは逆の奥側の端部との接触により生じる反力を、第１操作機構１５がユーザＵに対して伝達する動作を制御する。
これにより、ユーザＵは、装薬孔Ｈの奥まで爆薬を挿入することが完了できたのか否かを判断することができる。
これにより、ユーザＵは、装薬孔Ｈの奥まで爆薬を挿入することが完了できたのか否かを判断することができる。
【0104】
遠隔装填システム１は、配置機構２９をさらに備える。
配置機構２９は、挿入機構２６が第１挿入対象物を装薬孔Ｈに挿入する動作を行った後に、ガイド部材２７に第２挿入対象物を新たに配置する。
動作制御部３１２は、挿入機構２６が第２挿入対象物を、第１挿入対象物を挿入した装薬孔Ｈに挿入した後に、さらに連続して挿入する動作を制御する。
これにより、親ダイ５１、増ダイ５２、及び餡子５３といった様々な挿入対象物を、ガイド部材２７の位置を合わせた状態のまま、連続して挿入することができる。
配置機構２９は、挿入機構２６が第１挿入対象物を装薬孔Ｈに挿入する動作を行った後に、ガイド部材２７に第２挿入対象物を新たに配置する。
動作制御部３１２は、挿入機構２６が第２挿入対象物を、第１挿入対象物を挿入した装薬孔Ｈに挿入した後に、さらに連続して挿入する動作を制御する。
これにより、親ダイ５１、増ダイ５２、及び餡子５３といった様々な挿入対象物を、ガイド部材２７の位置を合わせた状態のまま、連続して挿入することができる。
【0105】
遠隔装填システム１は、脚線機構２８をさらに備える。
脚線機構２８は、挿入対象物である親ダイ５１を起爆するための脚線を結束した状態で保持する。
脚線機構２８は、挿入機構２６が挿入対象物である親ダイ５１を装薬孔Ｈに挿入することに伴い、脚線の結束を解放しながら脚線を送り出すことで、結束から解放された脚線の少なくとも一部が装薬孔Ｈの外部に露出するようにする。
これにより、装填作業を完了後、各装薬孔Ｈの親ダイ５１の脚線同士を結線することが容易になる。
脚線機構２８は、挿入対象物である親ダイ５１を起爆するための脚線を結束した状態で保持する。
脚線機構２８は、挿入機構２６が挿入対象物である親ダイ５１を装薬孔Ｈに挿入することに伴い、脚線の結束を解放しながら脚線を送り出すことで、結束から解放された脚線の少なくとも一部が装薬孔Ｈの外部に露出するようにする。
これにより、装填作業を完了後、各装薬孔Ｈの親ダイ５１の脚線同士を結線することが容易になる。
【0106】
遠隔装填システム１は、物理量データ取得部３１１をさらに備える。
物理量データ取得部３１１は、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５の位置に関する第１位置データと、ユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６の位置に関する第２位置データと、を取得する。
動作制御部３１２は、第１位置情報と、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５の基準となる第２位置情報とに基づいて、第２位置情報が表す動作に対応する位置及び力を出力するように挿入機構２６及び位置合わせ機構２５を制御する一方で、第２位置情報と、ユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６の動作の基準となる第１位置情報とに基づいて、第１位置情報が表す動作に対応する位置及び力を出力するようにユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６を制御することで、動作の制御を実現する。
これにより、位置（角度）の制御エネルギーと力の制御エネルギーとを独立に与えること、すなわち、位置（角度）と力とを独立に制御することができる。
物理量データ取得部３１１は、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５の位置に関する第１位置データと、ユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６の位置に関する第２位置データと、を取得する。
動作制御部３１２は、第１位置情報と、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５の基準となる第２位置情報とに基づいて、第２位置情報が表す動作に対応する位置及び力を出力するように挿入機構２６及び位置合わせ機構２５を制御する一方で、第２位置情報と、ユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６の動作の基準となる第１位置情報とに基づいて、第１位置情報が表す動作に対応する位置及び力を出力するようにユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６を制御することで、動作の制御を実現する。
これにより、位置（角度）の制御エネルギーと力の制御エネルギーとを独立に与えること、すなわち、位置（角度）と力とを独立に制御することができる。
【0107】
遠隔装填システム１は、物理量データ取得部３１１をさらに備える。
物理量データ取得部３１１は、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５の動作を表す物理量のデータと、ユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６の可動部の動作を表す物理量のデータと、を取得する。
動作制御部３１２は、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５とユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６とを含む仮想物体を仮想し、物理量データ取得部３１１によって取得された物理量のデータに基づいて、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５及びユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６への入力によって仮想物体に表れる挙動に、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５及びユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６とを追従させるための指令値を算出し、該算出した指令値に基づいて、動作の制御を実現する。
これにより、環境の機械的インピーダンスの再現性や操作性を十分に高いものとすることができる。
物理量データ取得部３１１は、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５の動作を表す物理量のデータと、ユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６の可動部の動作を表す物理量のデータと、を取得する。
動作制御部３１２は、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５とユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６とを含む仮想物体を仮想し、物理量データ取得部３１１によって取得された物理量のデータに基づいて、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５及びユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６への入力によって仮想物体に表れる挙動に、挿入機構２６及び位置合わせ機構２５及びユーザＵからの遠隔操作を受け付ける第１操作機構１５及び第２操作機構１６とを追従させるための指令値を算出し、該算出した指令値に基づいて、動作の制御を実現する。
これにより、環境の機械的インピーダンスの再現性や操作性を十分に高いものとすることができる。
【0108】
［ハードウェアやソフトウェアによる機能の実現］
上述した実施形態による一連の処理を実行させる機能は、ハードウェアにより実現することもできるし、ソフトウェアにより実現することもできるし、これらの組み合わせにより実現することもできる。換言すると、上述した一連の処理を実行する機能が、遠隔装填システム１の何れかにおいて実現されていれば足り、この機能をどのような態様で実現するのかについては、特に限定されない。
上述した実施形態による一連の処理を実行させる機能は、ハードウェアにより実現することもできるし、ソフトウェアにより実現することもできるし、これらの組み合わせにより実現することもできる。換言すると、上述した一連の処理を実行する機能が、遠隔装填システム１の何れかにおいて実現されていれば足り、この機能をどのような態様で実現するのかについては、特に限定されない。
【0109】
例えば、上述した一連の処理を実行する機能を、演算処理を実行するプロセッサによって実現する場合、この演算処理を実行するプロセッサは、シングルプロセッサ、マルチプロセッサ及びマルチコアプロセッサ等の各種処理装置単体によって構成されるものの他、これら各種処理装置と、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）又はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の処理回路とが組み合わせられたものを含む。
【0110】
また、例えば、上述した一連の処理を実行する機能を、ソフトウェアにより実現する場合、そのソフトウェアを構成するプログラムは、ネットワーク又は記録媒体を介してコンピュータにインストールされる。この場合、コンピュータは、専用のハードウェアが組み込まれているコンピュータであってもよいし、プログラムをインストールすることで所定の機能を実行することが可能な汎用のコンピュータ（例えば、汎用のパーソナルコンピュータ等の電子機器一般）であってもよい。また、プログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理のみを含んでいてもよいが、並列的あるいは個別に実行される処理を含んでいてもよい。また、プログラムを記述するステップは、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、任意の順番に実行されてよい。
【0111】
このようなプログラムを記録した記録媒体は、コンピュータ本体とは別に配布されることによりユーザに提供されてもよく、コンピュータ本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供されてもよい。この場合、コンピュータ本体とは別に配布される記憶媒体は、例えば、リムーバブルメディア４０であって、磁気ディスク（フロッピディスクを含む）、光ディスク、又は光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、あるいはＢｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ（ブルーレイディスク）等により構成される。光磁気ディスクは、例えば、ＭＤ（Ｍｉｎｉ Ｄｉｓｃ）等により構成される。また、コンピュータ本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体は、例えば、プログラムが記録されている記憶部３７であって、ＨＤＤ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成される。
【符号の説明】
【0112】
１ 遠隔装填システム、１０ 操作装置、１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ ドライバ、１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ アクチュエータ、１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ 位置センサ、１４，２４，３８ 通信部、１５ 第１操作機構、１６ 第２操作機構、２０ 装填装置、２５ 位置合わせ機構、２６ 挿入機構、２７ ガイド部材、２８ 脚線機構、２９ 配置機構、３０ 制御装置、３１ プロセッサ、３２ ＲＯＭ、３３ ＲＡＭ、３４ バス、３５ 入力部、３６ 出力部、３７ 記憶部、３９ ドライブ、４０ リムーバブルメディア、５１ 親ダイ、５２ 増ダイ、５３ 餡子、３１１ 物理量データ取得部、３１２ 動作制御部、３１３ 配置指示部、３１４ 画像データ取得部、３１５ 画像提示部、３７１ 物理量データ記憶部、３７２ 画像データ記憶部、Ａ 高所作業車、Ｃ カメラ、Ｆ 切羽、Ｈ 装薬孔、ＣＳ 制御対象システム、ＦＴ 力・速度割当変換ブロック、ＦＣ 理想力源ブロック、ＰＣ 理想速度（位置）源ブロック、ＩＦＴ 逆変換ブロック
【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】