JP2000042960A - マニピュレータの遠隔操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディスプレイの映像の中でマニピュレータを
常に指示通りの方向へ動作させることができ、使い勝手
のよい遠隔操作装置を提供する。 【解決手段】 マニピュレータとしての遠隔操作装置
は、ロボット２による作業空間を撮影する複数のカメラ
ユニット４，５と、いずれか１つのカメラユニット４，
５により撮影された映像を表示するヘッドマウントディ
スプレイ（ＨＭＤ）１３と、操作者１２がＨＭＤ１３の
映像を見ながら操作するための三次元入力装置１６と、
ロボット制御用コンピュータ２１とを備える。コンピュ
ータ２１は、カメラユニット４，５の視覚座標系での操
作ベクトルＩ′を、ロボット２のグローバル座標系での
操作ベクトルＩに変換するための変換マトリックスを作
成し、その変換マトリックスと三次元入力装置１６で入
力された指令値とから操作ベクトルＩを求め、その操作
ベクトルＩに従いロボット２を作動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業者が直接作業
をすることの困難な悪環境下で、その作業者の手や腕に
よる作業を代行するロボットなどのマニピュレータを遠
隔操作するための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば原子力発電所など、人体に悪影響
を及ぼす環境下での作業を、ロボットなどのマニピュレ
ータを用いて行うための研究・開発が、従来から盛んに
行われている。この技術では、マニピュレータが作業現
場に設置され、その作業現場から離れた場所の操作者に
よりマニピュレータが操縦される。加えて、近年のＶＲ
（バーチャルリアリティ（仮想現実））技術の進歩にと
もない、操作者があたかも作業現場にいるような環境を
擬似的に作り出すこと（テレプレゼンス）が可能となっ
てきている。

【０００３】テレプレゼンスによるマニピュレータの遠
隔操作装置としては、例えば、複数のカメラ、ディスプ
レイ、指令装置などを備えたものがある。この遠隔操作
装置を利用する場合には、操作者はマニピュレータから
離れた箇所で、頭部にディスプレイを装着する。このデ
ィスプレイには、いずれか１つのカメラによって撮影さ
れた映像、すなわち、マニピュレータによる作業空間が
表示される。操作者は、この映像を見ながら指令装置を
操作する。すると、その指令装置で入力された指令値に
基づきマニピュレータが作動し、所定の作業を行う。さ
らに、カメラを操作者の頭部の動きに連動して変位させ
る機能を付加した遠隔操作装置も提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の遠隔操作装置では、ディスプレイでの映像において
マニピュレータを操作する方向と、そのディスプレイの
中で実際にマニピュレータが動作する方向とが一致する
場合もあれば、一致しない場合もある。これは、マニピ
ュレータを基準に操作方向が決められているからであ
る。前者は例えば、カメラがマニピュレータによる作業
空間を後方から撮影している場合であり、この場合に
は、ディスプレイの中のマニピュレータは操作者が指示
する方向と同じ方向へ動く。後者は例えば、カメラが同
作業空間を前方から撮影している場合であり、この場合
には、操作者が前後左右の方向に指示しても、ディスプ
レイの中のマニピュレータはその指示方向へ動かない。
このため、操作者は新たに空間認識を行う必要がある。
換言すると、マニピュレータの姿勢や、マニピュレータ
とカメラの位置関係などを考慮したうえで、ディスプレ
イの映像においてどちらの方向（操作入力方向）へ指示
すべきかを決定しなければならない。こういった作業
は、ディスプレイで映像の表示されるカメラが切替えら
れる毎に必要である。そして、このことが遠隔操作によ
る作業を繁雑で面倒なものにしている。

【０００５】そこで、本発明の課題は、ディスプレイの
映像の中でマニピュレータを常に指示通りの方向へ動作
させることができ、使い勝手のよいマニピュレータの遠
隔操作装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の第１の
発明は、位置情報が三次元のグローバル座標系で表現さ
れるマニピュレータを、そのマニピュレータから離れた
箇所で操作するための遠隔操作装置において、前記マニ
ピュレータによる作業空間を撮影するためのものであ
り、位置情報が三次元の視覚座標系でそれぞれ表現され
る複数のカメラと、いずれか１つのカメラにより撮影さ
れた映像を表示するディスプレイと、操作者が前記ディ
スプレイの映像を見ながら操作するための指令装置と、
前記視覚座標系での操作ベクトルをグローバル座標系で
の操作ベクトルに変換するための変換マトリックスを作
成し、その変換マトリックスと前記指令装置で入力され
た指令値とから操作ベクトルを求め、その求めた操作ベ
クトルに従い前記マニピュレータを作動させるマニピュ
レータ制御手段とを備えることを要旨としている。

【０００７】上記第１の発明によると、マニピュレータ
の遠隔操作に際し、操作者はディスプレイの映像を見な
がら指令装置を操作する。ディスプレイには、いずれか
１つのカメラによって撮影された映像、すなわち、マニ
ピュレータによる作業空間の映像が映し出されている。
そして、前記操作者の操作に応じて指令装置から出され
る指令信号により、マニピュレータ制御手段がマニピュ
レータを次のように駆動制御する。マニピュレータ制御
手段は、まず、視覚座標系での操作ベクトルをグローバ
ル座標系での値に変換するための変換マトリックスを作
成する。ここで、視覚座標系は各カメラの位置情報を表
現するために用いられる三次元の座標系であり、グロー
バル座標系はマニピュレータの位置情報を表現するため
に用いられる三次元の座標系である。そして、マニピュ
レータ制御手段は変換マトリックスを用いることによ
り、指令装置で入力された指令値がグローバル座標系で
はどのような操作ベクトルになるのかを求め、その求め
た操作ベクトルに従いマニピュレータを作動させる。そ
の結果、ディスプレイの中のマニピュレータは、その映
像を見ながら操作された方向（映像中での指示方向）と
同じ方向へ作動する。

【０００８】請求項２に記載の第２の発明は、第１の発
明の構成に加え、前記カメラを変位させるアクチュエー
タと、前記操作者の頭部の基準位置からの変位量を検出
する頭部変位量検出手段と、前記ディスプレイの映像が
切替えられる毎に前記アクチュエータを制御することに
より、切替え後のカメラを前記マニピュレータによる作
業空間に強制的に向けさせる第１アクチュエータ制御手
段と、前記第１アクチュエータ制御手段により前記作業
空間に向けられたカメラの位置を基準位置とし、その基
準位置からのカメラの変位量が、前記頭部変位量検出手
段による頭部の変位量と等しくなるように、前記アクチ
ュエータを制御する第２アクチュエータ制御手段とをさ
らに備えることを要旨としている。

【０００９】上記第２の発明において、ディスプレイの
映像が切替えられると、アクチュエータがまず第１アク
チュエータ制御手段によって制御され、続いて第２アク
チュエータ制御手段によって制御される。これらの制御
によってカメラが次のように変位させられる。第１アク
チュエータ制御手段は、映像の切替え直後には、カメラ
を一旦マニピュレータによる作業空間に向けさせる。続
いて、第２アクチュエータ制御手段は、前記のように作
業空間に向けられたカメラの位置を基準位置とし、その
基準位置からのカメラの変位量が、頭部変位量検出手段
によって検出された頭部の変位量と等しくなるように、
アクチュエータによってカメラを変位させる。従って、
ディスプレイの映像が切替えられても、その切替え後の
カメラがマニピュレータによる作業空間を撮影し、ディ
スプレイに映し出す。その後は、カメラは操作者の頭部
の動きに追従して変位して作業空間を撮影する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図面に従って説明する。図１に示すように、作業
現場には、作業対象物（ここではブロック）１が載置さ
れるとともに、マニピュレータとしてのロボット２が設
置されている。ここでは、ロボット２として、５軸で回
転動作するタイプのアーム型ロボットが用いられている
が、これに限られるものではない。ロボット２の先端部
には、作業対象物１を把持したり放したりするためのハ
ンド部３が設けられている。ロボット２の位置情報は、
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる三次元の座
標系（以下、グローバル座標系という）で表現される。
位置情報は、座標系における位置（座標）、Ｘ軸回りの
回転角（ロール）、Ｙ軸回りの回転角（ピッチ）、及び
Ｚ軸回りの回転角（ヨー）などからなる。

【００１１】ロボット２を遠隔操作するための装置（遠
隔操作装置）は、ロボット２による作業空間、すなわ
ち、ハンド部３及び作業対象物１を含む空間、を撮影す
るための複数台（ここでは２台）のカメラユニット４，
５を含んでいる。一方のカメラユニット４は、ロボット
２の外部の視点からの映像を得るためのものであり、カ
メラ台６と、２つで一組のＣＣＤカメラ７と、アクチュ
エータとしての一対のサーボモータ８とを備えている。
カメラ台６はロボット２の前方（図１の左下方）に載置
されているのみで、人手により自由に任意の場所へ移動
させることが可能である。

【００１２】両ＣＣＤカメラ７は、前記作業空間をステ
レオで撮影できるように横に並べられて配置されてい
る。両ＣＣＤカメラ７は、横軸９により上下方向への回
動が可能であり、縦軸１１により水平方向（左右方向）
への回動が可能である。両サーボモータ８は、これらの
横軸９及び縦軸１１を支点として両ＣＣＤカメラ７を一
体的に回動させるためのものである。他方のカメラユニ
ット５は、ロボット２上の視点からの映像を得るための
ものである。このカメラユニット５の構造も、前述した
カメラユニット４の構造と同様であるが、カメラ台６が
ロボット２の側部に固定されていて別の場所に移すこと
のできない構造となっている点において相違している。
このようにＣＣＤカメラ７を動かせる構造としたのは、
１つ当りの視点（カメラユニット４または５）からの視
野範囲を拡げるためである。ＣＣＤカメラ７の位置情報
は互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる三次元の
座標系（以下、視覚座標系という）で表現される。

【００１３】遠隔操作装置は、ヘッドマウントディスプ
レイ（以下、単に「ＨＭＤ」という）１３を含んでい
る。ＨＭＤ１３は、操作者１２の頭部１４に装着される
ヘルメットの内部に取付けられた小型電子ディスプレイ
である。ＨＭＤ１３は、前述したカメラユニット４，５
によって撮影されたステレオ映像（立体映像）を表示す
るための液晶画面を備えている。ＨＭＤ１３は映像切替
え装置１５を介して両カメラユニット４，５のＣＣＤカ
メラ７に接続されている。映像切替え装置１５は、カメ
ラユニット４，５のＣＣＤカメラ７で撮影された２種類
のステレオ映像を１つ選択し、その選択したステレオ映
像をＨＭＤ１３に映し出させるためのものである。操作
者１２は、ＨＭＤ１３のステレオ映像を見ることによ
り、作業現場にいる感覚（テレプレゼンス）でロボット
２を操作できる。

【００１４】また、ＨＭＤ１３を装着した操作者１２が
ハンド部３の動作方向を指示する際に用いる指令装置と
して、三次元入力装置１６が用いられている。三次元入
力装置１６は、６自由度の入力が可能な装置である。詳
しくは、三次元入力装置１６ではＸ軸方向、Ｙ軸方向、
Ｚ軸方向、ロール、ピッチ及びヨーの入力が可能であ
る。この三次元入力装置１６を用いると、ロボット２の
ハンド部３の動作方向を指示するだけですみ、ロボット
２の各関節軸の角度などを考える必要がなく操作が簡単
であるという利点がある。また、三次元入力装置１６
は、２台のカメラユニット４，５から得られる映像の切
り替えを行うための機能も兼ね備えている。従って、操
作者１２は三次元入力装置１６によって、その時点で作
業に最も適した作業空間の映像を選択することが可能で
ある。

【００１５】操作者１２の頭部１４の基準位置からの動
き（変位量）を検出するために、頭部変位量検出手段と
しての第１磁気センサ１７が用いられている。また、カ
メラユニット４のカメラ台６に第２磁気センサ１８が取
付けられている。これらの磁気センサ１７，１８は、柱
１９の上に取付けられた磁気発生装置２０から出される
磁気に基づき、頭部１４（またはカメラ台６）の位置
と、３つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）回りの回転角とを検
出する。

【００１６】操作者１２による三次元入力装置１６の操
作に応じてロボット２を作動させるべく、同ロボット２
のモータを駆動制御するためにロボット制御用コンピュ
ータ２１が用いられている。同コンピュータ２１の入力
側には三次元入力装置１６が接続され、出力側には駆動
装置２２を介してロボット２が接続されている。駆動装
置２２は、ロボット制御用コンピュータ２１からの出力
信号に応じ、ロボット２の５軸のモータを駆動するため
のものである。また、操作者１２の頭部１４の動きにカ
メラユニット４または５のＣＣＤカメラ７を追従させる
べくサーボモータ８を駆動制御するためにカメラ制御用
コンピュータ２３が用いられている。同コンピュータ２
３の入力側には両磁気センサ１７，１８及び磁気発生装
置２０が接続され、出力側には駆動装置２４を介してカ
メラユニット４，５のサーボモータ８が接続されてい
る。

【００１７】なお、ロボット制御用コンピュータ２１と
カメラ制御用コンピュータ２３とは共有メモリ（図示
略）を介して相互に接続されている。このようにしたの
は、各種データを共有メモリに書き込んでおき、それを
読み出すことにより、データ伝達の高速化を図るためで
ある。例えば、ロボット制御用コンピュータ２１から
は、ロボット２のハンド部３の位置などに関するデータ
が各種データとして共有メモリに書き込まれる。また、
カメラ制御用コンピュータ２３からは、カメラ台６の位
置及び角度、ＣＣＤカメラ７の位置（サーボモータ８の
回転角度）などに関するデータが各種データとして共有
メモリに書き込まれる。

【００１８】次に、前記のように構成された本実施形態
の作用及び効果について説明する。図２のフローチャー
トは、所定のタイミングが到来する毎（例えば所定時間
（例えば１００ミリ秒程度）が経過する毎）にロボット
制御用コンピュータ２１によって実行される「ロボット
制御ルーチン」を示している。また、図３のフローチャ
ートは、カメラ制御用コンピュータ２３によって実行さ
れる「カメラ制御ルーチン」を示している。

【００１９】図２のロボット制御ルーチンでは、コンピ
ュータ２１はまずステップＳ１０において、ＨＭＤ１３
を装着した操作者１２の手動操作によって三次元入力装
置１６に入力された値（操作ベクトルＩ′）を読み込
む。すなわち、操作者１２は、ＨＭＤ１３に映し出され
ている作業空間の映像を見ながら、ロボット２を移動さ
せたい方向を、三次元入力装置１６の操作によって指示
する（視覚座標系での操作ベクトルを与える）のである
が、その指示に使われる操作ベクトルＩ′を読み込む。

【００２０】ステップＳ２０において、第２磁気センサ
１８によって検出されたカメラ台６の位置及び姿勢に関
するデータを、共有メモリを介してカメラ制御用コンピ
ュータ２３から読み込む。そして、読み込んだ値に基づ
き、カメラ台６の座標系をグローバル座標系に変換する
ための変換マトリックスＭ１を作成する。ここでは、座
標系の変換だけなので、変換マトリックスＭ１は軸回り
の回転の組合せとなる。ステップＳ３０において、カメ
ラユニット４，５におけるサーボモータ８の回転角度
を、共有メモリを介してカメラ制御用コンピュータ２３
から読み込む。その読み込んだ値に基づき、視覚座標系
をカメラ台６の座標系に変換するための変換マトリック
スＭ２を作成する。

【００２１】そして、ステップＳ４０において、前記ス
テップＳ２０での変換マトリックスＭ１と、前記ステッ
プＳ３０での変換マトリックスＭ２とを用い、次式
（１）に従い、視覚座標系での操作ベクトルＩ′をグロ
ーバル座標系での操作ベクトルＩに変換するための変換
マトリックスＭを作成する。 Ｍ＝Ｍ１・Ｍ２…（１）

【００２２】ステップＳ５０において、前記ステップＳ
４０での変換マトリックスＭと、前記ステップＳ１０で
の操作ベクトルＩ′とを用い、次式（２）に従いグロー
バル座標系での操作ベクトルＩを求める。そして、求め
た操作ベクトルＩに従ってロボット２を作動させるため
の指令信号を出力し、このルーチンを終了する。 Ｉ＝Ｍ・Ｉ′…（２）

【００２３】上述したロボット制御ルーチンの各処理
は、マニピュレータ制御手段に相当する。このように本
実施形態によると、ロボット２の遠隔操作に際し、操作
者はＨＭＤ１３の映像を見ながら三次元入力装置１６を
操作する。ＨＭＤ１３には、一方のカメラユニットにお
けるＣＣＤカメラ７によって撮影された映像、すなわ
ち、ロボット２による作業空間の映像、が映し出されて
いる。そして、操作者の操作に応じて三次元入力装置１
６から出される指令信号により、ロボット２が駆動制御
される。すなわち、視覚座標系での操作ベクトルＩ′を
グローバル座標系での操作ベクトルＩに変換するための
変換マトリックスＭが作成される。この変換マトリック
スＭが用いられることにより、三次元入力装置１６で入
力された指令値（操作ベクトルＩ′）がグローバル座標
系ではどのような値（操作ベクトルＩ）になるのかが求
められ、その求められた値に従いロボット２が作動させ
られる。

【００２４】その結果、ロボット２は、ＨＭＤ１３の映
像を見ながら操作された方向（映像中での指示方向）と
同じ方向へ作動する。従来技術とは異なり、どのカメラ
ユニット４，５からの映像をＨＭＤ１３に表示した場合
にも、その映像の中でロボット２を、三次元入力装置１
６での指示方向と同じ方向へ作動させることができる。
換言すると、ロボット２は、三次元入力装置１６からの
指示によりステレオ映像の中で指示どおりの方向に動作
する。従って、操作者１２は、例えば、ステレオ映像の
中でロボット２を右に動かしたければ、三次元入力装置
１６で右を指示すればよい。操作者１２は新たに空間認
識を行わなくても、ロボット２に細かい作業を行わせる
ことができる。

【００２５】また、ＣＣＤカメラ７の視野角が狭いにも
かかわらず、操作者１２は、ロボット２の姿勢やロボッ
ト２とＣＣＤカメラ７との位置関係など、すなわち、Ｈ
ＭＤ１３の映像そのままに前後や左右の関係など、を確
実に把握でき、ロボット２に所望の動作をさせるために
どの方向へ操作入力を与えるべきかを瞬時に判断でき
る。どのカメラユニット４，５を使用しても、三次元入
力装置１６での指示方向がステレオ映像の中のロボット
２の動作方向と一致するため、常に同じ操作感覚で作業
を行うことができ、使い勝手がよい。この効果は、複数
のカメラユニット４，５を用い、ＣＣＤカメラ７からの
映像を遠隔操作によって切替える場合や、映像の頻繁な
切り替えを要する複雑な作業を行う場合に、特に有効で
ある。映像が瞬時に切替わっても、ロボット２の操作方
向と動作方向とが一致しているため、両方向の不一致に
起因する混乱を操作者１２に生じさせることがない。

【００２６】図３のカメラ制御ルーチンでは、コンピュ
ータ２３はまずステップＤ１０において、プログラムの
初期化処理の一つとして、操作者１２の頭部１４の基準
位置を記憶する。すなわち、頭部１４が特定の位置とな
ったときに、第１磁気センサ１７のデータを読込み、そ
れを基準位置でのデータとして記憶する。

【００２７】次に、ステップＤ２０において、ロボット
制御用コンピュータ２１によって共有メモリに書き込ま
れた、ロボット２のハンド部３の位置を読み込む。ステ
ップＤ３０において、カメラ台６の情報として、第２磁
気センサ１８によって検出されたカメラ台６の位置及び
角度を読み込む。データ読み込みの対象となるカメラ台
６は、映像が切替えられた場合には、その切替え後のＣ
ＣＤカメラ７を有するカメラ台６である。

【００２８】ステップＤ４０において、前記ステップＤ
２０での位置と、ステップＤ３０での位置及び角度とに
基づき、ＣＣＤカメラ７をハンド部３へ向けさせるのに
必要なサーボモータ８の回転角度を算出する。そして、
ステップＤ５０において、算出した回転角度分、サーボ
モータ８の駆動軸を回転させる。すると、この回転によ
り両ＣＣＤカメラ７が縦軸１１を中心として左右に回動
し、横軸９を中心として上下方向に回動し、ハンド部３
に向けられる。従って、ＣＣＤカメラ７によってハンド
部３及びその近傍が撮影され、その映像がＨＭＤ１３に
映し出される。ステップＤ６０において、ハンド部３に
向けられたＣＣＤカメラ７の位置（サーボモータ８の回
転角度）を基準位置（基準角度）として記憶する。

【００２９】続いて、ステップＤ７０において、第１磁
気センサ１７による操作者１２の頭部１４の位置を読み
込む。ステップＤ８０において、前記ステップＤ７０で
の頭部１４の位置が、前記ステップＤ１０で記憶した基
準位置からどれだけ変位しているか、すなわち、頭部１
４の基準位置からの変位量、を算出する。そして、ステ
ップＤ９０において、第２磁気センサ１８によって検出
されたＣＣＤカメラ７の基準位置（前記ステップＤ６０
で記憶したもの）からの変位量が、前記ステップＤ８０
での頭部１４の変位量と等しくなるようにサーボモータ
８を作動させる。このようにして、第１磁気センサ１７
によって検出した操作者１２の頭部１４の動きにあわせ
て、ＣＣＤカメラ７が２軸回転させられる。ＣＣＤカメ
ラ７の回転運動により、操作者１２がＨＭＤ１３を通じ
て見ることのできる視野の範囲が広がる。

【００３０】次に、ステップＤ１００において、操作者
１２が三次元入力装置１６を操作することにより、映像
を切替えるための指示が出されたか否かを判定する。こ
の判定条件が満たされていない場合には、ステップＤ７
０に戻る。従って、映像が切り返られない限り、同一の
ＣＣＤカメラ７が頭部１４の動きに追従し、ハンド部３
がＨＭＤ１３に映し出され続ける。これに対し、ステッ
プＤ１００の判定条件が満たされている場合には、ステ
ップＤ１１０でカメラユニット４，５を切替える。詳し
くは、切替え前のＣＣＤカメラ７の作動を停止させ、切
替え後のＣＣＤカメラ７を、頭部１４の動きに追従させ
るようにする。換言すると、それまでとは異なるカメラ
ユニット４，５に指令信号を送るようにする。ステップ
Ｄ１１０の処理を実行した後、ステップＤ２０へ戻る。

【００３１】上述したカメラ制御ルーチンにおいては、
ステップＤ２０，Ｄ３０，Ｄ４０，Ｄ５０，Ｄ１００の
処理が「第１アクチュエータ制御手段」に相当する。ま
た、ステップＤ６０，Ｄ７０，Ｄ８０，Ｄ９０の処理が
「第２アクチュエータ制御手段」に相当する。

【００３２】このように本実施形態によると、遠隔操作
の開始時に操作者１２の頭部１４の基準位置が設定さ
れ、その後は頭部１４の基準位置からの変位量が第１磁
気センサ１７の検出値に基づき算出される。ＨＭＤ１３
のステレオ映像が切替えられると、その直後には、切替
え後のＣＣＤカメラ７がロボット２による作業空間に一
旦向けさせられる。続いて、前記のように作業空間に向
けられたＣＣＤカメラ７の位置が基準位置とされ（基準
位置が更新され）、その基準位置からのＣＣＤカメラ７
の変位量が前記頭部１４の変位量と等しくなるように、
ＣＣＤカメラ７が変位させられる。

【００３３】従って、遠隔操作の開始時はもちろんのこ
と、ＣＣＤカメラ７の切替えによりＨＭＤ１３のステレ
オ映像が切替えられた時にも、その切替え後のＣＣＤカ
メラ７によって作業空間が確実に撮影され、ＨＭＤ１３
に映し出される。このため、遠隔操作装置はＣＣＤカメ
ラ７からの映像が切替えられた直後に作業空間がＨＭＤ
１３の映像からはみ出たり外れたりするのを防止し、操
作者１２がハンド部３や作業対象物１を見失うのを回避
することができ、操作性に優れている。操作者１２は、
複数の映像を切り替えながら操作をする場合であって
も、作業空間の映像を見るために無理な姿勢をとらなく
てすみ、頭部１４の基準位置を中心として、安定した姿
勢で操作することができる。ＣＣＤカメラ７の基準位置
の更新後は、そのＣＣＤカメラ７は操作者１２の頭部１
４（視点）の動きに追従して変位し、前記作業空間を撮
影するので、操作者１２はその映像を見ながらロボット
２への指示を支障なく行うことができる。

【００３４】本実施形態は前述した事項以外にも次の特
徴を有する。

【００３５】通常、視覚情報を得るためにＣＣＤカメラ
などが画像入力装置として用いられるが視野角が狭く、
また、１つの画像入力装置からの視覚情報のみでは必ず
死角が生ずる。これに対し、本実施形態では、複数組の
カメラユニット４，５を用い、これらを作業環境の複数
の箇所に配置し、そのカメラ映像を切替えながらＨＭＤ
１３に映し出すようにしているので、前述した死角をで
きるだけ少なくすることができる。これにともない視覚
情報の量が増え、作業環境を十分に認識することが可能
となる。

【００３６】なお、本発明は次に示す別の実施形態に具
体化することができる。

【００３７】（１）作業の内容などに応じてカメラユニ
ットの数を３つ以上に変更し、これらを任意の箇所に設
置し、映像を切替えながら操作を行うようにしてもよ
い。このようにすれば、複数の場所からの作業空間の映
像を撮影することができるので、ロボットの陰、作業対
象の陰など、作業中に生ずる死角を少なくすることがで
きる。一般的には、カメラユニットが多くなるほど死角
が少なくなり、作業可能な領域が広がる。

【００３８】（２）本発明は、人体に悪影響を及ぼす環
境下での作業、例えば、塗装作業や、放射線、有毒ガス
などの有害な物質が出る現場での作業に適用することが
できる。また、１つ１つ形が異なる鋳物の研磨など、人
の判断が必要な作業にも適用できる。この点は、量産型
のロボットが一定の動きしかできないのに対し有利な点
である。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、ど
のカメラからの映像がディスプレイに映し出された場合
にも、その映像の中でマニピュレータを、指令装置によ
る指示方向と同じ方向へ作動させることができる。常に
同じ操作感覚で作業を行うことができ、遠隔操作装置の
使い勝手がよいものとなる。

【００４０】第２の発明によれば、第１の発明の効果に
加え、カメラからの映像が切替えられた直後に作業空間
がディスプレイの映像からはみ出たり外れたりするのを
防止し、操作者がマニピュレータや作業対象物を見失う
のを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における遠隔操作装置を示
す概略構成図である。

【図２】ロボット制御ルーチンを示すフローチャートで
ある。

【図３】カメラ制御ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

２ マニピュレータとしてのロボット ６ ＣＣＤカメラ ８ アクチュエータとしてのサーボモータ １２ 操作者 １３ ＨＭＤ １４ 頭部 １６ 指令装置としての三次元入力装置 １７ 頭部変位量検出手段としての第１時期センサ ２１ ロボット制御用コンピュータ ２３ カメラ制御用コンピュータ Ｉ，Ｉ′ 操作ベクトル Ｍ 変換マトリックス

フロントページの続き (72)発明者 多賀 郁生 岐阜県不破郡垂井町栗原416番地 Ｆターム(参考） 3F059 AA18 BA03 BA08 BC06 DA00 DB01 DB02 DD08 DE06 FC13

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置情報が三次元のグローバル座標系で
   表現されるマニピュレータを、そのマニピュレータから
   離れた箇所で操作するための遠隔操作装置において、 前記マニピュレータによる作業空間を撮影するためのも
   のであり、位置情報が三次元の視覚座標系でそれぞれ表
   現される複数のカメラと、 いずれか１つのカメラにより撮影された映像を表示する
   ディスプレイと、 操作者が前記ディスプレイの映像を見ながら操作するた
   めの指令装置と、 前記視覚座標系での操作ベクトルをグローバル座標系で
   の操作ベクトルに変換するための変換マトリックスを作
   成し、その変換マトリックスと前記指令装置で入力され
   た指令値とから操作ベクトルを求め、その求めた操作ベ
   クトルに従い前記マニピュレータを作動させるマニピュ
   レータ制御手段とを備えることを特徴とするマニピュレ
   ータの遠隔操作装置。
2. 【請求項２】 前記カメラを変位させるアクチュエータ
   と、 前記操作者の頭部の基準位置からの変位量を検出する頭
   部変位量検出手段と、 前記ディスプレイの映像が切替えられる毎に前記アクチ
   ュエータを制御することにより、切替え後のカメラを前
   記マニピュレータによる作業空間に強制的に向けさせる
   第１アクチュエータ制御手段と、 前記第１アクチュエータ制御手段により前記作業空間に
   向けられたカメラの位置を基準位置とし、その基準位置
   からのカメラの変位量が、前記頭部変位量検出手段によ
   る頭部の変位量と等しくなるように、前記アクチュエー
   タを制御する第２アクチュエータ制御手段とをさらに備
   えることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ
   の遠隔操作装置。