CN1433376A - 高空作业用悬臂的定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是即使在从远距离、对悬臂顶端部的作业位置的定位中，也确保所希望的位置精度的装置。为此，它具备：悬臂顶端位置运算装置(2)，根据悬臂各轴位置检测装置(1)检测出的悬臂各轴的位置，运算悬臂顶端的位置及姿势；具有多轴的驱动部的摄像装置，该多轴的驱动部具备用于检测从悬臂顶端位置到作业对象的距离的距离计测装置(3)；第1悬臂动作量计算装置(11)，根据距离计测装置(3)的输出及计测误差判定装置(10)的输出，计算一直到保证了距离计测装置(3)的计测精度的可以到达的区域的悬臂动作量；以及第2悬臂动作量计算装置(15)，在可以到达的区域内，根据：从由距离计测装置(3)检测出的悬臂顶端位置到作业对象的位置；对作业对象规定的作业位置；以及悬臂的顶端位置，来计算一直到对作业对象规定的作业位置的悬臂动作量。

Description

高空作业用悬臂的定位装置
技术领域
本发明涉及把高空作业用悬臂的顶端部定位于对作业对象规定的作业位置上的高空作业用悬臂的定位装置。
背景技术
在使用了配电作业、土木作业及建设作业等高空作业车的作业中，近年来为了谋求确保作业者的安全、改善作业效率，在高空作业车的悬臂顶端配置机器人，在离开实际作业现场的部位上，作业者在远距离处操作机器人或者进行机器人自动作业的监视。
特别是，在配电作业用高空作业车中，以减轻作业者的悬臂操作及提高机器人的作业效率为目的，在特开平7-31023号公报、特开平8-322120号公报中，提出了在悬臂上配置距离计测装置来计测直到作业对象的距离，并把悬臂顶端部自动定位于规定的作业位置上的装置。
但是，由于室外作业情况的距离计测为在阳光、作业对象以外的背景那样的干扰中的计测、成为在考虑了对人安全性的居住区内的计测，故一般来说在远距离处计测精度变差。进而，由于加上悬臂的挠曲等引起的机械误差，故存在着下述问题，只通过1次对作业位置的定位不能确保所希望的定位精度，且定位后机器人系统的作业效率显著降低。
发明的公开
因此，本发明把即使在从远距离、对悬臂顶端部的作业位置的定位中也确保所希望的位置精度作为解决的课题。
为了解决上述课题，本发明的高空作业用悬臂的定位装置把高空作业用悬臂的顶端部定位于对作业对象规定的作业位置上，该装置由下列构成：悬臂各轴位置检测装置，检测悬臂的各动作轴的位置；悬臂顶端位置运算装置，根据由上述悬臂各轴位置检测装置检测出的悬臂各轴的位置，运算悬臂顶端的位置及姿势；具有多轴的驱动部的摄像装置，该多轴的驱动部具备用于检测从安装到悬臂上的悬臂顶端位置到作业对象的距离的距离计测装置及视场角调整装置；显示装置，显示上述摄像装置拍摄的图像；瞄准描画装置，把用于确定计测对象的瞄准与显示装置中央重叠，将其显示在上述显示装置上；摄像机手动操作装置，用于以使计测对象与瞄准重叠的方式对上述摄像装置进行手动操作；计测误差判定装置，存储与上述距离计测装置的计测距离对应的计测误差，判定悬臂顶端位置是否在保证了计测精度的范围内；第1悬臂动作量计算装置，根据上述距离计测装置的输出及计测误差判定装置的输出，计算一直到保证了上述距离计测装置的计测精度的可以到达的区域的悬臂动作量；悬臂控制装置，根据上述第1悬臂动作量计算装置的输出，使悬臂动作；视点固定动作量计算装置，用于在悬臂动作中，为了使上述摄像装置的视点保持固定来计算摄像装置的动作量；以及第2悬臂动作量计算装置，在可以到达的区域内，根据：从由上述距离计测装置检测出的悬臂顶端位置到作业对象的位置；对作业对象规定的作业位置；以及悬臂的顶端位置，来计算一直到对作业对象规定的作业位置的悬臂动作量。
附图的简单说明：
图1为示出本发明的高空作业用悬臂的定位装置的框图。
图2为示出利用本发明的高空作业用悬臂的定位装置的、对电线的定位动作的概略的概念图。
图3为图2的侧视图。
图4为图3的坐标系的详图。
图5为示出本发明的高空作业用悬臂的定位装置的第一悬臂动作量计算装置及第2悬臂动作量计算装置的处理方法的算法。
图6为示出计测误差特性的图。
用于实施发明的最佳形态
下面，基于附图，说明本发明的实施例。
首先，基于图3，说明安装了高空作业用悬臂的高空作业车的物理结构图。在安装于高空作业车40上的悬臂30的顶端位置31上通过底座20配置着机械手21，在机械手21的上部放置了可由多轴驱动部6调整姿势的摄像装置4。在摄像装置4中，设置了视场角调整装置5、及用于检测从悬臂顶端位置到作业对象(电线22)的位置的距离计测装置3。图中，23是电线杆。把车辆的坐标系C作为绝对坐标系，来设定机械手的坐标系XYZ。
图2是图3的平面图，图2中，A0是电线22上的作业对象点，A1是用于取得电线22的姿势数据的参照点，P0是作业开始瞬间的悬臂顶端的初始位置，用虚线表示的、半径为d0的球包围起来的区域B是保证了计测精度在图6所示允许误差范围内的可以到达的区域，P1是在使用距离计测装置3从可以到达的区域B的范围外进行了距离计测的情况下、悬臂顶端位置31在第1次到达的第1到达位置，P2是悬臂顶端位置31在第2次到达的、对由示范等确定了的作业对象点A0规定的作业位置(第2到达位置)。
图1的框图示出该高空作业用悬臂的定位装置的电结构。图1中，1是检测悬臂30的各动作轴的位置的悬臂各轴位置检测装置，使用悬臂顶端位置运算装置2根据由1检测出的悬臂各轴的位置来运算悬臂顶端31的位置及姿势。3是安装于摄像装置4中的、用于检测从悬臂顶端位置到作业对象的位置的距离计测装置，7是对摄像装置4拍摄了的图像进行显示的显示装置，8是把用于确定计测对象的瞄准a与显示装置7的中央重合、将其显示在显示装置7上的瞄准描画装置，9是用于以使计测对象与瞄准a重叠的方式对摄像装置4进行手动操作的摄像机手动操作装置。10是计测误差判定装置，预先存储了与图6所示的距离计测装置3的计测距离对应的计测误差的特性。图6中，一直到计测距离d0都在允许误差的范围内，在比d0长的d1处计测误差成为超出了允许误差范围的err1。
11是根据距离计测装置3的输出及计测误差判定装置10的输出、计算一直到保证了距离计测装置3的计测精度的可以到达的区域B的悬臂动作量的第1悬臂动作量计算装置，悬臂控制装置12根据11的输出使悬臂动作。13是在悬臂动作中、为了使摄像装置4的视点保持固定来计算摄像装置4的动作量的视点固定动作量计算装置，14是利用手动操作装置9及视点固定动作量计算装置13的输出来控制摄像装置4的驱动部6及视场角调整装置5的摄像装置控制装置，15是在可以到达的区域B内，根据：从由距离计测装置3检测出的悬臂顶端位置31到作业对象点A0的位置；对作业对象点A0规定的作业位置P2；以及悬臂的顶端位置31，来计算一直到对作业对象点A0规定的作业位置P2的悬臂动作量的第2悬臂动作量计算装置。
下面，按照图2及图5的算法，说明本发明装置的具体实施例。
首先，在初始位置P0，一边使用手动操作装置9移动摄像装置4、一边使作业对象点A0与显示装置7上的中央位置的瞄准a一致，使用距离计测装置3计测一直到作业对象点A0的距离d1，作业对象点位置运算装置17根据距离d1及悬臂顶端位置运算装置2的输出来计算作业对象点A0的、以车辆坐标系C作为基准的位置，把摄像装置4的位置及姿势存储到姿势存储装置16中，同样计测一直到参照点A1的距离d2。其次，计测误差判定装置10使用距离d1来判断：是使悬臂顶端位置31经由第1到达位置P1而动作到作业位置P2、还是使其直接动作到作业位置P2。即，如图5的步骤100中所示，判断：d1是超出收敛到允许误差以内的距离d0、还是在d0以下。由于计测误差判定装置10的判断结果为后者的情况被包含在判断结果为前者的情况中的第2次的到达动作中，故省略其说明，下面，说明初始位置P0在可以到达的区域B的范围之外的情况。
在步骤110中，从计测误差判定装置10取得与d1对应的计测误差err＝err1。
第1悬臂动作量计算装置11接受计测误差判定装置10的输出结果后、计算一直到第1到达位置P1的移动量(x1，y1，z1)(步骤120)，并根据该移动量(x1，y1，z1)及悬臂顶端位置运算装置2的输出结果、计算悬臂各轴的动作量(步骤130)。再有，如图4所示，步骤120中的θ、Φ分别是d1的方向与乙轴构成的角及d1的方向在xy平面上的投影与x轴构成的角。
悬臂控制装置12基于第1悬臂动作量计算装置11的输出使悬臂30动作，使悬臂顶端位置31移动到第1到达位置P1。在悬臂顶端位置31移动到第1到达位置P1的期间内，视点固定动作量计算装置13根据：悬臂顶端位置运算装置2的输出；以及作业对象点A0的、以车辆坐标系C作为基准的位置和姿势存储装置16的输出来计算摄像装置4的动作量，摄像装置控制装置14基于13的计算结果使摄像装置4动作而作业对象点A0不从显示装置7的视野中消失。在第1到达位置P1，使用手动操作装置9微调摄像装置4、使作业对象点A0与显示装置7上的中央位置的瞄准a一致，使用距离计测装置3计测一直到作业对象点A0的距离d1，把摄像装置的位置及姿势存储到姿势存储装置16中，同样计测一直到参照点A1的距离d2。
其次，计测误差判定装置10根据上述距离d1确认悬臂顶端位置31在可以到达的区域B内，第2悬臂动作量计算装置15计算一直到作业位置P2的移动量(x2，y2，z2)(步骤140)，并根据该移动量(x2，y2，z2)及悬臂顶端位置运算装置2的输出结果、计算悬臂各轴的动作量(步骤150)。
悬臂控制装置12基于第2悬臂动作量计算装置15的输出使悬臂30动作，使悬臂顶端位置31移动到作业位置P2。在悬臂顶端位置31移动到作业位置P2的期间内，视点固定动作量计算装置13根据：悬臂顶端位置运算装置2的输出；以及作业对象点A0的、以车辆坐标系C作为基准的位置和姿势存储装置16的输出来计算摄像装置4的动作量，摄像装置控制装置基于13的计算结果使摄像装置动作而作业对象点A0不从显示装置7的视野中消失。
如上所述，按照本发明，由于把到达动作分成2个阶段：在第1次中，附加了计测误差、照摄像装置的视点固定动作的原样使悬臂顶端到达一直到保证了距离计测精度的可以到达的区域内；在第2次中，微调摄像装置、进行再计测，使之到达作业位置，故即使在从远距离对作业位置的定位中也能够确保所希望的位置精度，进而，由于在到达动作中附加了计测误差而把摄像装置的视点固定到作业的对象点上，故可减轻第2次的再计测时的作业负载，提高了机器人系统的整体作业效率。
产业上利用的可能性
本发明作为把高空作业用悬臂的顶端部定位于对作业对象规定的作业位置上的高空作业用悬臂的定位装置，是有用的。

Claims (1)

1.一种高空作业用悬臂的定位装置，该装置把高空作业用悬臂的顶端部定位于对作业对象规定的作业位置上，其特征在于，由下列构成：
悬臂各轴位置检测装置，检测悬臂的各动作轴的位置；
悬臂顶端位置运算装置，根据由上述悬臂各轴位置检测装置检测出的悬臂各轴的位置，运算悬臂顶端的位置及姿势；
具有多轴的驱动部的摄像装置，该多轴的驱动部具备用于检测从安装到悬臂上的悬臂顶端位置到作业对象的距离的距离计测装置及视场角调整装置；
显示装置，显示上述摄像装置拍摄的图像；
瞄准描画装置，把用于确定计测对象的瞄准与显示装置中央重叠，将其显示在上述显示装置上；
摄像机手动操作装置，用于以使计测对象与瞄准重叠的方式对上述摄像装置进行手动操作；
计测误差判定装置，存储与上述距离计测装置的计测距离对应的计测误差，判定悬臂顶端位置是否在保证了计测精度的范围内；
第1悬臂动作量计算装置，根据上述距离计测装置的输出及计测误差判定装置的输出，计算一直到保证了上述距离计测装置的计测精度的可以到达的区域的悬臂动作量；
悬臂控制装置，根据上述第1悬臂动作量计算装置的输出，使悬臂动作；
视点固定动作量计算装置，用于在悬臂动作中，为了使上述摄像装置的视点保持固定来计算摄像装置的动作量；以及
第2悬臂动作量计算装置，在可以到达的区域内，根据从由上述距离计测装置检测出的悬臂顶端位置到作业对象的位置、对作业对象规定的作业位置以及悬臂的顶端位置，来计算一直到对作业对象规定的作业位置的悬臂动作量。
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