JP2001009773A - ロボット遠隔操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットが操作者から離れた位置に設置され
ている場合に、操作者が送出するコマンドの安全性を評
価することにより、安全かつ確実にロボットを動作させ
ることが可能なロボット遠隔操作装置を得ることを目的
とする。 【解決手段】 コマンド安全性評価装置１０を用いて操
作者が送出しようとしているコマンドの安全性を評価
し、危険なコマンドの送出を回避することが可能とな
り、作業の安全性が向上するとともに作業者の心理的な
負担が軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は操作者から離れた
位置に設置されたロボットを用いて、各種の作業を行わ
せる場合に使用するロボット遠隔操作装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図８は例えば、日本ロボット学会誌９巻
７号８４９〜８５７ページに示された従来のロボット遠
隔操作装置の構成を示す図である。

【０００３】図８において、１は実際に作業するロボッ
ト、２はこのロボット１を制御するロボット側制御装
置、３は操作者がロボットの動作指令を入力するキーボ
ード、４は同じく操作者がロボット1の動作指令を入力
するジョイスティック、７はグラフィクスを表示するデ
ィスプレイ、１１はロボット１を撮像するテレビカメ
ラ、１２はテレビカメラ１１から送られてきた映像を表
示するモニタテレビ、１３はキーボード３とジョイステ
ィック４から入力された動作指令を変換してロボット制
御装置２に送信したり操作者に情報を提示するグラフィ
クス画面を生成したりする計算機である。

【０００４】次に動作について説明する。操作者はジョ
イスティック４でロボット１の動作指令を連続的に入力
する。この時、操作者が位置と姿勢の情報を同時に入力
することは困難であるので、ジョイスティック３の入力
は位置の指令または姿勢の指令のいずれかだけを有効と
し、他方は無視する。この選択をキーボード４で行う。
入力された動作指令は、計算機１３を通してロボット側
制御装置２に送られ、ロボット１はこの指令通りに動作
する。ロボット１の動作状況の確認はテレビカメラ１１
で撮影した画像をモニタテレビ１２で見ることで行う。
このモニタテレビ１２にはロボット１の動作状況が提
示される。 しかしながら、モニタテレビ１２だけでは
作業の安全性の確認が十分に得られないため、作業の正
確さや安全性が低下する。これを補うためにこの装置で
は、ディスプレイの画面７上に支援画面を表示する。
この支援画面には、ロボット関節角度や関節角速度や発
生力などのテレメトリ信号値が表示される。 これらの
モニタテレビ画像とディスプレイ画像の双方をモニタす
ることでで、作業の達成状況とその安全性を把握する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のロボットの遠隔
操作装置は以上のように、操作者が生成したコマンドは
そのままロボットに送出されるため、誤ったコマンドを
送出すると不適切なロボット動作が引き起こされてしま
うが、操作者は一定時間後にテレメトリ信号を見て初め
て不適切な動作の発生に気がつくことになり、正確で安
全なロボット遠隔操作を行うことができなくなる、とい
う問題点があった。

【０００６】また、ロボット作業が安全に行われている
か否かを確認するために、テレメトリ表示画面を常に注
視し、複数の情報を比較判断しながらロボットの操作コ
マンドを送出しなければならず、操作者の心理的負荷が
重いという問題点があった。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、コマンド安全性という評価基準
を導入し、ロボット側に操作指令コマンドを送出する前
にこのコマンド安全性を評価し、かつ危険な操作指令コ
マンドを事前の検出する事することにより、ロボット作
業の安全性を向上させることを目的とする。

【０００８】またこの発明は、操作者が誤った操作指令
コマンドを生成した場合には、それを操作者に即座に提
示することにより、結果として安全なロボットの動作指
令を入力できるロボット遠隔操作装置を得ることを目的
とする。

【０００９】さらにこの発明は、操作者が誤った操作指
令コマンドを生成した場合には、そのコマンドのロボッ
ト側への送出を停止することにより、結果として安全な
ロボットの動作指令を入力できるロボット遠隔操作装置
を得ることを目的とする。

【００１０】またこの発明は、操作者が誤った操作指令
コマンドを生成した場合には、そのコマンドを自動的に
修正した上でロボット側に送出することにより、結果と
して安全なロボットの動作指令を入力できるロボット遠
隔操作装置を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るロボッ
ト遠隔操作装置は、ロボットを制御するロボット側制御
手段と、上記ロボットの動作指令を入力する第１の入力
手段と、上記ロボットの動作指令を入力する第２の入力
手段と、これらの入力手段から入力した信号を動作指令
に変換する動作指令コマンド生成手段と、上記動作指令
コマンドを上記ロボット側制御手段に送信するのと並行
して、上記ロボット側制御装置から送信されたテレメト
リ信号を受信して信号変換などの処理を行う操作者側制
御手段と、上記操作者側制御手段から送信されたテレメ
トリ信号を用いて操作者に対してロボットの動作状況を
提示する表示手段と、上記操作者側制御手段から送信さ
れたテレメトリ信号を用いて実行中の作業の危険度を推
定する作業危険度推定手段と、上記作業危険度推定手段
から出力される危険度レベル信号に応じて操作者に作業
危険度を提示する作業危険度提示手段と、上記動作指令
コマンド生成手段から送信されたコマンド信号の安全性
を評価して上記操作者側制御手段に送出し、かつコマン
ド信号の安全性評価結果を上記作業危険度推定手段に送
出するコマンド安全性評価手段とを備えたものである。

【００１２】また、第２の発明に係るロボット遠隔操作
装置は、上記動作指令コマンド生成手段から出力される
コマンドの安全性を上記コマンド安全性評価手段内部で
評価した結果に応じて上記操作者側制御手段へのコマン
ドの送出を停止するようにしたものである。

【００１３】第３の発明に係るロボット遠隔操作装置
は、上記動作指令コマンド生成手段から出力されるコマ
ンドの安全性を上記コマンド安全性評価手段内部で評価
した結果に応じてコマンドを修正して上記操作者側制御
手段にコマンドを送出するようにしたものである。

【００１４】また、第４の発明に係るロボット遠隔操作
装置は、上記コマンド安全性評価手段を、上記動作指令
コマンド生成手段から送信されたコマンド信号からコマ
ンド安全性レベルを算出する安全性レベル算出手段と、
上記安全レベル算出手段で算出された安全性レベルが安
全性レベル０か１かを判定する判定手段と、上記判定手
段の判定結果が安全性レベル０の場合、当該コマンドを
上記操作者側制御手段に送信する送信手段とにより構成
したものである。

【００１５】第５の発明に係るロボット遠隔操作装置
は、上記コマンド安全性評価手段を、上記動作指令コマ
ンド生成手段から送信されたコマンド信号からコマンド
安全性レベルを算出する安全性レベル算出手段と、上記
安全レベル算出手段で算出された安全性レベルが安全性
レベル０か１かを判定する判定手段と、上記判定手段の
判定結果が安全性レベル１の場合、上記作業危険度推定
手段にコマンド異常を送信する送信手段とにより構成し
たものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態を図について説明する。図１はこの発明の第
１の実施の形態によるロボット遠隔操作装置の構成図で
ある。

【００１７】図１において、１はロボット、２はこのロ
ボットを制御するロボット側制御装置、３は操作者がロ
ボット１の動作指令を入力するキーボード、４は操作者
が遠隔操作指令を入力するジョイスティック、５は操作
者入力からロボット１の動作コマンドを生成する動作指
令コマンド生成装置、６は動作指令コマンド生成装置５
から送付されるコマンドをロボット側制御装置２に送付
する操作者側制御装置を示している。 ７は操作者側制
御装置６から送付されるテレメトリ信号を画面に表示す
るためのディスプレイである。 ８は、操作者側制御装
置から送付されるロボットのテレメトリ信号を用いてロ
ボット作業の作業危険度を推定する作業危険度推定装置
で、９は作業危険度推定装置８で推定した結果を操作者
に提示する作業危険度提示装置、１０は動作指令コマン
ド生成装置５から送付されたコマンド信号の安全性を評
価して操作者側制御装置６に送出することと並行してコ
マンド信号の安全性評価結果を作業危険度推定装置８に
送出するコマンド安全性評価装置である。

【００１８】次に動作について説明する。操作者は、ま
ずキーボード２およびジョイスティック３からロボット
１への動作指令を入力する。 入力された動作入力は動
作指令コマンド生成装置５に送られロボットを動作させ
るための時系列のコマンド列が生成される。 生成され
たコマンドはコマンド安全性評価装置１０に送出され、
時系列のコマンドを順次処理してそのコマンドを実行し
た場合の安全性レベルを評価することと並行して、操作
者側制御装置６に送出される。操作者側制御装置６では
送られてきたコマンド列の通信制御を行い、ロボット１
を動作させるためのコマンド列をロボット側制御装置２
に送出する。 ロボット１はロボット側制御装置２から
送付された動作コマンド列に基づき動作を行う。一方、
ロボット１の動作の結果を示すテレメトリデータは、ロ
ボット側制御装置２を介して操作者側制御装置６に送付
され、ディスプレイ７にはその値が表示される。 ま
た、このテレメトリデータは操作者制御装置６から作業
危険度推定装置８にも送付される。 作業危険度推定装
置８では、ロボット作業の危険度推定に特に重要な役割
を果たすテレメトリデータ、例えば力トルクセンサ値・
ロボット関節角度・ロボット関節角速度などの個々の生
データから、あらかじめ設定したしきい値との比較に基
づきテレメトリの項目ごとの作業危険度を算出する。こ
の後、個々の項目の作業危険度レベルから全体の作業危
険度を推定し、その結果を作業危険度提示装置９に送付
し、操作者に提示する。

【００１９】次にコマンド安全性の評価方法について説
明する。 図２は時系列で生成される個々の動作指令コ
マンド毎に実施する安全性評価に必要となる項目および
判定値の例である。 あらかじめこの表の中に個別コマ
ンド安全性レベルの判定基準をリストアップしておく。
この基準はクリティカルなレベル、すなわちロボット
自身および周囲の装置に損傷を与えるレベルであり、こ
のレベルのコマンドはできる限り短時間で動作を中止す
る必要がある。

【００２０】図３は動作指令コマンド安全性の評価に関
するフローチャートである。 図２において定義した表
の判定値に基づき、時系列に生成される動作指令コマン
ドを個別に判定し、作業安全性レベルを算出する。 こ
の処理を図２で示した全項目に対して順次実施する。
以下では図３に示した各ステップ毎に処理内容の詳細を
説明する。 まず与えられた動作指令コマンドに対し
て、以後のチェック計算に必要となる前処理を実施する
（ステップＳ１）。 そのあとコマンド毎に関節角度リ
ミットチェックを実施する（ステップＳ２）。 ここで
安全性レベル１と判定されると即座に以降の処理を中断
して最終判定結果を安全性レベル１と判定する（ステッ
プＳ３）。 一方安全性レベル０、すなわち安全である
と判断された場合、次の評価項目であるロボット関節角
速度リミットチェック実施する（ステップＳ４）。 安
全性レベル判定結果が０（ゼロ）である間は、次々と図
２に示した内部干渉チェック（ステップＳ５）、外部干
渉チェック（ステップＳ６）、特異姿勢チェック（ステ
ップＳ７）、ロボットアーム先端速度リミットチェック
（ステップＳ８）の各項目のコマンド安全性レベルを算
出する。 なお内部干渉チェックとはロボットの手先が
自分自身に衝突しないかどうかを判定する演算である。
外部干渉チェックとはロボットの現在位置および姿勢
とロボット動作環境モデルとの比較により、作業対象物
とロボットとの干渉および衝突を判定する演算である。
特異姿勢チェックとはロボットの姿勢角と関節角との
変換演算上回避すべき姿勢をチェックする演算である。
上記の各項目のチェック結果がすべて問題ない場合は
コマンド安全性レベル０（ゼロ）に設定し、当該コマン
ドに対する処理を終了する。 一方、チェックの内一項
目でもレベル１と判定されれば、コマンド安全性レベル
を１に設定する（ステップＳ９）。 レベル１のコマン
ドとはそのまま実行すると異常が発生することが想定さ
れるコマンドであり、異常発生を作業危険度推定装置に
通知することにより操作者に提示する（ステップＳ１
０）。 以上の処理を、時系列で送付されてくるコマン
ド列に対して次々と繰り返していく。

【００２１】図４は全体フローチャートである。 以下
では図４に示した各ステップ毎に処理内容の詳細を説明
する。 まず動作指令コマンドを読み込む（ステップＳ
１）。 次にコマンド安全レベル算出を実施する（ステ
ップＳ２）。 次にコマンド安全性レベル０であるかど
うかを判定する（ステップＳ３）。 ここでコマンド安
全性レベル０でない項目が存在する場合、作業危険度推
定装置にコマンド異常の発生を通知し、操作者に結果を
提示する（ステップＳ４）。 一方コマンド安全性レベ
ル０である場合、すなわちコマンド異常が発生していな
い場合、即座に当該コマンドを操作者側制御装置に送出
する（ステップＳ４）。

【００２２】実施の形態２．なお、上記実施の形態で
は、操作指令コマンド生成装置５と操作者側制御装置６
と作業危険度推定装置８とコマンド安全性評価装置１０
をそれぞれ別々の装置として構成したが、これらのうち
いずれか、または全体を１つの計算機で構成しても同様
の効果を得ることができる。

【００２３】実施の形態３．なお、上記実施の形態で
は、安全性チェック項目として６項目をリストアップし
たが、これらのうちいずれかの項目を省略しても、また
別の項目を追加してもほぼ同様の効果を得ることができ
る。

【００２４】実施の形態４．上記実施の形態１から３で
はコマンドの安全性を評価し、それを操作者に提示する
方法について説明した。 本実施の形態４では、コマン
ドの安全性レベルの評価結果が異常であった場合には、
当該コマンドの操作者側制御装置への送出を停止する方
法について説明する。 説明に使用する図は図１に示し
たものと同一であり説明を省略する。

【００２５】この実施形態による動作について説明す
る。 図５は本実施の形態による処理のフローチャート
である。 以下では図５に基づき処理の詳細を説明す
る。 まず、動作指令コマンドを読み込む。（Ｓ１）
次に、コマンドの安全性レベルを実施の形態１と同一の
手法を用いて算出する。（Ｓ２） その結果が正常（レ
ベル０）でないと判定された場合（Ｓ３）、当該コマン
ドに異常が発生したことを作業危険度推定装置に通知す
る。（Ｓ４） さらにそのコマンドを破棄してしまう。
（Ｓ５） この結果、異常なコマンドはロボットには送
出されなくなる。一方コマンドの安全性レベルが正常で
あると判定された場合は、そのコマンドをそのまま操作
者側制御装置に送出される。（Ｓ６）

【００２６】上記の様に設定されているため、操作者が
送出しようとしたコマンドに何らかの異常が発生した場
合、異常の発生を操作者に提示するとともに、そのコマ
ンドを自動的に破棄してしまうため、ロボットが異常な
動作をすることを回避することができる。 この結果、
危険な作業は自動的に排除されるため安全性も確保さ
れ、作業者の心理的負担も軽減することが可能となる。

【００２７】実施の形態５．上記実施の形態４ではコマ
ンドの安全性を評価し、それを操作者に提示するととも
に、異常が発生したコマンドを自動的に破棄する方法に
ついて説明した。本実施の形態５では、コマンドの安全
性レベルの評価結果が異常であった場合には、当該コマ
ンドを自動的に正しく修正した上で操作者側制御装置に
送出する方法について説明する。 説明に使用する図は
図１に示したものと同一であり説明を省略する。

【００２８】この実施形態による動作について説明す
る。 図６は本実施の形態による処理のフローチャート
である。 以下では図６に基づき処理の詳細を説明す
る。 まず、動作指令コマンドを読み込む（ステップＳ
１）。 次に、コマンドの安全性レベルを実施の形態１
と同一の手法を用いて算出する（ステップＳ２）。 そ
の結果が正常（レベル０）でないと判定された場合（ス
テップＳ３）、当該コマンドに異常が発生したことを作
業危険度推定装置に通知する（ステップＳ４）。さらに
そのコマンドデータを自動的に修正して正しいコマンド
を得る（ステップＳ５）。 得られた正しいコマンドを
操作者側制御装置に送出する（ステップＳ６）。 一方
コマンドの安全性レベルが正常であると判定された場合
は、そのコマンドをそのまま操作者側制御装置に送出さ
れる（ステップＳ６）。

【００２９】以下では、図７を用いて異常と判定された
コマンドデータを自動的に修正する方法について説明す
る。 コマンド安全性レベルを算出したときと同様の順
番で、各チェック項目毎の判定を実施する。 まずコマ
ンド毎に関節角度リミットチェックを実施する（ステッ
プＳ１）。 ここで異常と判定されると関節角度範囲内
に戻すように指令値を自動的に修正する（ステップＳ
２）。 一方、安全であると判断された場合、次の評価
項目であるロボット関節角速度リミットチェック実施す
る（ステップＳ３）。 ここで異常と判定されると関節
角速度が規定範囲内に収まるように指令値を自動的に修
正する（ステップＳ４）。 一方、安全であると判断さ
れた場合、次の評価項目である内部干渉チェック実施す
る（ステップＳ５）。 ここで異常と判定されると干渉
部分の距離を遠ざけて干渉を解消できるように指令値を
自動的に修正する（ステップＳ６）。 一方、安全であ
ると判断された場合、次の評価項目である外部干渉チェ
ック実施する（ステップＳ７）。 ここで異常と判定さ
れると干渉部分の距離を遠ざけて干渉を解消できるよう
に指令値を自動的に修正する（ステップＳ８）。 一
方、安全であると判断された場合、次の評価項目である
特異姿勢チェック実施する（ステップＳ９）。ここで異
常と判定されると特異姿勢に陥らないように指令値を自
動的に修正する（ステップＳ１０）。 一方、安全であ
ると判断された場合、次の評価項目であるロボットアー
ム先端速度リミットチェックを実施する（ステップＳ１
１）。ここで異常と判定されると先端速度が規定範囲内
に収まるように指令値を自動的に修正する（ステップＳ
１２）。 以上の処理により、自動的にコマンドデータ
を修正する。

【００３０】上記の様に設定されているため、操作者が
送出しようとしたコマンドに何らかの異常が発生した場
合、異常の発生を操作者に提示するとともに、そのコマ
ンドを自動的に修正するため、ロボットが異常な動作を
することを回避することができるとともに作業を中断す
る必要がない。 この結果、危険な作業が排除されるた
め安全性も確保され、作業者の心理的負担も軽減するこ
とが可能となる。

【００３１】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３２】この発明は、動作指令コマンドに誤りがあ
りロボットの安全性が確保できないことが想定される場
合に、そのことを操作者に提示することで、作業中の全
期間にわたって高い緊張を持続しなくても安全なロボッ
トの動作指令を入力できるロボット遠隔操作装置を得ら
れる。

【００３３】また、この発明は、動作指令コマンドに誤
りがありロボットの安全性が確保できないことが想定さ
れる場合に、そのことを操作者に提示するとともに当該
コマンドの送出を停止することで、作業中の全期間にわ
たって高い緊張を持続しなくても安全なロボットの動作
指令を入力できるロボット遠隔操作装置を得られる。

【００３４】この発明は、動作指令コマンドに誤りがあ
りロボットの安全性が確保できないことが想定される場
合に、そのことを操作者に提示するとともに当該コマン
ドを自動的に修正することで、作業中の全期間にわたっ
て高い緊張を持続しなくても安全なロボットの動作指令
を入力できるロボット遠隔操作装置を得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１であるロボット遠隔
操作装置の構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１であるロボット遠隔
操作装置に用いるコマンド安全性評価のためのチェック
項目と判定値表の内容を示す説明図である。

【図３】 この発明の実施の形態１であるロボット遠隔
操作装置に用いるコマンド安全性算出の処理内容を示す
フローチャートである。

【図４】 この発明の実施の形態１であるロボット遠隔
操作装置に用いるコマンド安全性処理装置の全体処理の
内容を示すフローチャートである。

【図５】 この発明の実施の形態４であるロボット遠隔
操作装置に用いるコマンド安全性処理装置の全体処理の
内容を示すフローチャートである。

【図６】 この発明の実施の形態５であるロボット遠隔
操作装置に用いるコマンド安全性処理装置の全体処理の
内容を示すフローチャートである。

【図７】 この発明の実施の形態５であるロボット遠隔
操作装置に用いるコマンドデータ修正処理の内容を示す
フローチャートである。

【図８】 従来の技術を示す構成図である。

【符号の説明】

１ ロボット ２ ロボット側制御装置 ３ キーボー
ド ４ ジョイスティック ５ 動作指令コマンド生成
装置 ６ 操作者側制御装置 ７ ディスプレイ ８
作業危険度推定装置 ９ 作業危険度提示装置 １０
コマンド安全性評価装置 １１ テレビカメラ １２
テレビモニタ １３ 計算機。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットを制御するロボット側制御手段
   と、上記ロボットの動作指令を入力する第１の入力手段
   と、上記ロボットの動作指令を入力する第２の入力手段
   と、これらの入力手段から入力した信号を動作指令に変
   換する動作指令コマンド生成手段と、上記動作指令コマ
   ンドを上記ロボット側制御手段に送信するのと並行し
   て、上記ロボット側制御装置から送信されたテレメトリ
   信号を受信して信号変換などの処理を行う操作者側制御
   手段と、上記操作者側制御手段から送信されたテレメト
   リ信号を用いて操作者に対してロボットの動作状況を提
   示する表示手段と、上記操作者側制御手段から送信され
   たテレメトリ信号を用いて実行中の作業の危険度を推定
   する作業危険度推定手段と、上記作業危険度推定手段か
   ら出力される危険度レベル信号に応じて操作者に作業危
   険度を提示する作業危険度提示手段と、上記動作指令コ
   マンド生成手段から送信されたコマンド信号の安全性を
   評価して上記操作者側制御手段に送出し、かつコマンド
   信号の安全性評価結果を上記作業危険度推定手段に送出
   するコマンド安全性評価手段とを備えたことを特徴とす
   るロボット遠隔操作装置。
2. 【請求項２】 上記動作指令コマンド生成手段から出力
   されるコマンドの安全性を上記コマンド安全性評価手段
   内部で評価した結果に応じて上記操作者側制御手段への
   コマンドの送出を停止することを特徴とする請求項１記
   載のロボット遠隔操作装置。
3. 【請求項３】 上記動作指令コマンド生成手段から出力
   されるコマンドの安全性を上記コマンド安全性評価手段
   内部で評価した結果に応じてコマンドを修正して上記操
   作者側制御手段にコマンドを送出することを特徴とする
   請求項１記載のロボット遠隔操作装置。
4. 【請求項４】 上記コマンド安全性評価手段は、上記動
   作指令コマンド生成手段から送信されたコマンド信号か
   らコマンド安全性レベルを算出する安全性レベル算出手
   段と、上記安全レベル算出手段で算出された安全性レベ
   ルが安全性レベル０か１かを判定する判定手段と、上記
   判定手段の判定結果が安全性レベル０の場合、当該コマ
   ンドを上記操作者側制御手段に送信する送信手段とを有
   することを特徴とする請求項１記載のロボット遠隔操作
   装置。
5. 【請求項５】 上記コマンド安全性評価手段は、上記動
   作指令コマンド生成手段から送信されたコマンド信号か
   らコマンド安全性レベルを算出する安全性レベル算出手
   段と、上記安全レベル算出手段で算出された安全性レベ
   ルが安全性レベル０か１かを判定する判定手段と、上記
   判定手段の判定結果が安全性レベル１の場合、上記作業
   危険度推定手段にコマンド異常を送信する送信手段とを
   有することを特徴とする請求項１記載のロボット遠隔操
   作装置。