JP2003200372A

JP2003200372A - 遠隔制御型切断ロボット

Info

Publication number: JP2003200372A
Application number: JP2002240173A
Authority: JP
Inventors: Akira Takagi; 昭高木; Chiaki Tomizuka; 千昭富塚; Koremichi Takahashi; 是道高橋; Koji Matsumoto; 宏治松本
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2003-07-15
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP3972244B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ロボット切断器本体が移動する様な場合でも切
断対象と切断器との位置関係の制約を守りつつ、遠隔制
御による切断を実現するような遠隔制御型切断ロボット
を提供する。【解決手段】距離センサ４を切断対象６に向けた状態に
して所定距離離間させるように制御しつつ、切断マニピ
ュレータ２のロボット先端を計画切断経路上で移動させ
て修正切断経路を取得し、切断処理時には、この修正切
断経路を辿るように制御装置１が切断マニピュレータ２
を制御して切断対象６を切断するような遠隔制御型切断
ロボットとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠隔地にいる操作
員の遠隔制御により切断対象を切断する遠隔制御型切断
ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】遠隔制御型切断ロボットは、遠隔地に離
れた操作員が遠隔制御を行い、切断対象を切断するロボ
ットである。このような切断作業を行う遠隔制御型切断
ロボットに取り付けられる切断器は、例えば、ガス、プ
ラズマ、レーザなどにより切断対象を溶断する機器であ
る。このような切断器で切断する場合、一般的に、切断
器と切断対象との間を一定距離に維持しなければならな
いという制約を伴うことが多い（以下このような距離を
基準距離という）。

【０００３】例えば、レーザによる熱溶断を行う切断器
ならばレーザ照射口から出力されるレーザビームの光パ
ワーが集中するビームスポット位置に切断対象が位置し
ている必要があり、切断器と切断対象との間の基準距離
は、焦点距離に一致している必要がある。上記のような
理由から、遠隔制御型切断ロボットでは、切断器と切断
対象との位置関係を厳密に設定するための各種配慮がな
される。しかしながら、従来技術では上記した位置関係
の設定が容易でない場合があった。

【０００４】この位置関係の設定に関する設定困難な例
とは、例えば、建物など大型構造物の解体時に行われる
切断作業がある。この場合、切断対象の解体が進むにつ
れて遠隔制御型切断ロボットを切断しやすい個所に移動
させる必要が生じることもある。したがって、遠隔制御
型切断ロボットに予め登録していた切断対象の位置が移
動により変化する。このような事情から切断器と切断対
象との位置間関係を予め厳密に定めることは困難であっ
た。このように従来では遠隔制御型切断ロボットにおい
て、切断器と切断対象との位置関係を予め厳密に定める
ことは困難である場合があり、上記した基準距離を維持
することができなくなり、切断対象を切断ができないよ
うな場合があった。

【０００５】上記したような遠隔制御・切断に係るもの
でない一般的なロボット制御では、切断経路が予め厳密
に設定ができないような場合、従来より、（１）近くに
いる操作員によりその都度ロボットに対して手動操縦に
よる経路教示を行ったり、（２）対象の位置を検出する
センサにより倣い制御をかける方式を採用することが一
般的に行われていた。

【０００６】しかしながら、遠隔制御型切断ロボットの
場合は、操作員が切断対象に近づくことができない等の
事情（例えば、高放射線下など）により、切断対象の直
近に操作員がいないことが前提である。したがって、切
断器と切断対象との位置関係を確認するための、上記
（１）の手動操作の経路教示という手法を採用できない
という事情があった。

【０００７】また、仮に切断器と切断対象との距離を検
出するセンサを配置して倣い制御による切断作業を行う
切断ロボットとすると、切断作業自体による環境悪化
（高熱、切断クズの飛散など）によりセンサが破壊され
る恐れがあるとともに、切断対象上の細かい突起など距
離センサによって検出しにくい状態変化により、切断器
と切断対象との距離が正確に計測できない恐れがある。

【０００８】さらに、一般的に切断を行う場合、殆ど切
断対象の外側部から開始して切り込んでいく必要ある
が、倣い制御では対象が必要であるため、切断対象の外
側部においては倣い制御による経路の学習は不可能であ
る。これら理由により従来の遠隔制御型切断ロボットに
上記（２）の倣い制御を単純に適用することは困難であ
る。

【０００９】以上説明したように、従来の遠隔制御型切
断ロボットの制御において、切断対象と切断器との位置
関係に制約があるにも拘わらず、切断作業時の位置関係
を予め厳密に定めることが困難な事情（移動など）があ
る場合には、遠隔制御型切断ロボットを制御することは
困難であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した問
題点を解決しようとするものであり、その目的は、ロボ
ット切断器本体が移動する様な場合でも切断対象と切断
器との位置関係の制約を守りつつ、遠隔制御による切断
を実現するような遠隔制御型切断ロボットを提供するこ
とにある。

【００１１】そして、上記課題実現のため、第一の手段
として、遠隔制御での切断作業において、切断経路計画
時には厳密に知ることができない切断器と切断対象との
距離を一定に保ちつつ、切断する遠隔制御型切断ロボッ
トを提供する。

【００１２】また、第二の手段として、切断経路計画時
に想定した切断対象に対する切断器の角度が垂直でない
場合でも、切断器と切断対象との角度を垂直に近づける
遠隔制御型切断ロボットを提供する。

【００１３】また、第三の手段として、切断対象上にあ
る突起・穴などの切断障害が発見された場合に、これら
切断障害を回避する切断経路を生成する遠隔制御型切断
ロボットを提供する。

【００１４】また、第四の手段として、切断対象の端部
など切断対象の切断開始時点と切断終了時点で距離セン
サが切断対象を捉えらなくなるような場合でも影響され
ることなく距離センサと切断対象と距離を一定に保つ制
御を行い、確実に切断する遠隔制御型切断ロボットを提
供する。

【００１５】また、第五の手段として、高放射線下な
ど、半導体を使用した距離センサをロボット先端に配置
できない環境において、非接触で切断対象までの距離を
測定する遠隔制御型切断ロボットを提供する。

【００１６】また、第六の手段として、環境に影響され
ない機械的構造を有する距離センサをロボット先端に配
置し、接触で切断対象までの距離を測定する遠隔制御型
切断ロボットを提供する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第一の手段に係る請求項１に記載の発明では、基準
距離離間している切断対象を切断する切断器と、切断器
がロボット先端に取り付けられ、この切断器を移動させ
る切断マニピュレータと、切断器の三次元空間上の位置
および方向を決定するため、切断マニピュレータのロボ
ット先端の位置制御を行う制御装置と、ロボット先端か
ら切断対象までの先端距離検出値を出力する距離センサ
と、切断器と距離センサとが取り付けられ、切断器また
は距離センサの何れか一方のみを切断対象へ向けるよう
に配置を切り換える切り換え手段と、を備える遠隔制御
型切断ロボットであって、前記制御装置は、切断経路生
成処理として、切断マニピュレータのロボット先端を予
め計画された切断経路上で移動させるための計画切断経
路値を登録し、距離センサを切断対象に向けた状態に
し、計画切断経路値に基づいてロボット先端を移動さ
せ、距離センサが検出した先端距離検出値と基準距離で
ある距離指令値とが一致するようにロボット先端を移動
させ、この一致したときのロボット先端の位置を修正切
断経路値として登録し、切断処理として、切断器を切断
対象に向けた状態にし、修正切断経路値に基づいて切断
経路を辿るように制御装置が切断マニピュレータを制御
し、切断器と切断対象とが基準距離を維持しつつ切断対
象を切断する、ことを特徴とする。

【００１８】また、第一の手段に係る請求項２に記載の
発明では、請求項１に記載の遠隔制御型切断ロボットに
おいて、前記制御装置は、切断経路生成処理として、切
断マニピュレータのロボット先端を予め計画された切断
経路上で移動させるため、この切断経路上の三次元座標
である座標値、および、前記切断器の三次元方向ベクト
ルである方向ベクトル値を複数個所について定めた計画
切断経路値を登録し、前記距離センサを切断対象に向け
た状態にし、計画切断経路値に基づいてある座標へ前記
切断マニピュレータのロボット先端を移動させ、切断対
象から距離センサまでの距離である先端距離検出値を取
得し、この距離検出値と距離指令値との差分である距離
補正値に切断器の方向ベクトル値を乗じて位置補正ベク
トル値を算出し、位置補正ベクトル値によりロボット先
端を移動させ、この一致したときのロボット先端の位置
を修正切断経路値として登録する、ことを特徴とする。

【００１９】また、第二の手段に係る請求項３に記載の
発明では、請求項１または請求項２に記載の遠隔制御型
切断ロボットにおいて、前記制御装置は、切断対象の平
面部にある切断経路についての修正切断経路値で連続す
る３点の座標を抽出し、この３点の座標を通過する平面
と垂直な方向を示す法線ベクトルを算出し、この法線ベ
クトルの方向と切断器の方向とが一致するようにロボッ
ト先端を制御することで、切断器が切断対象面に垂直と
なるように維持することを特徴とする。

【００２０】また、第二の手段に係る請求項４に記載の
発明では、請求項１または請求項２に記載の遠隔制御型
切断ロボットにおいて、前記制御装置は、修正切断経路
値が少なくとも４個所の座標値を有する場合、これら座
標値から隣接する３個所の座標値を用いて法線ベクトル
を複数求め、この複数の法線ベクトルを用いて平均の法
線ベクトルを算出し、算出した平均の法線ベクトルの方
向と切断器の方向とが一致するようにロボット先端を制
御することで、切断器が切断対象面に垂直となるように
維持することを特徴とする。

【００２１】また、第三の手段に係る請求項５に記載の
発明では、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の遠
隔制御型切断ロボットにおいて、前記切り換え手段に配
置され、前記距離センサの距離検出点周辺の画像データ
を取得するカメラと、カメラから出力された画像データ
による画像を表示するモニタと、操作員が操作入力し
て、前記切断マニピュレータの動作を制御するような指
令を前記制御装置へ出力する操作入力盤と、を備え、切
断経路生成処理において、モニタに表示される切断対象
の状態に応じて操作員が操作入力盤を操作して切断経路
の指定を行えるようにしたことを特徴とする。

【００２２】また、第三の手段に係る請求項６に記載の
発明では、請求項５に記載の遠隔制御型切断ロボットに
おいて、前記操作入力盤は、切断経路生成の中断・再開
およびロボット先端の移動について操作入力できるよう
になされ、切断経路生成処理途中において、操作入力盤
で入力される経路生成中断指令により制御装置は切断経
路生成処理を停止してこの点を経路変更開始点として登
録し、操作入力盤で入力される先端動作指令により制御
装置はロボット先端を移動させるように制御して指定切
断経路値を生成し、操作入力盤で入力される通過点教示
指令により制御装置は切断マニピュレータのロボット先
端が計画切断経路上へ戻る直近点を経路変更復帰点とし
て登録し、操作入力盤で入力される経路生成再開指令に
より制御装置は経路変更開始点から経路変更復帰点まで
の切断経路に係る計画切断経路値を、指定切断経路値と
交換して、切断経路生成処理を再開することを特徴とす
る。

【００２３】また、第四の手段に係る請求項７に記載の
発明では、請求項５または請求項６に記載の遠隔制御型
切断ロボットにおいて、前記操作入力盤は、切断経路生
成の開始・終了およびロボット先端の移動について操作
入力できるようになされ、切断経路生成開始時におい
て、操作入力盤で入力される経路生成開始指令により制
御装置はロボット先端を予め設定したロボット先端位置
へ移動させた後に切断経路生成処理を中断し、操作入力
盤で入力される経路生成前進指令により制御装置は切断
マニピュレータのロボット先端が切断対象上へ移動する
ように位置制御し、操作入力盤で入力される経路生成再
開指令により制御装置は切断マニピュレータが倣い制御
開始点としてロボット先端を切断対象まで近づけて距離
センサと切断対象とを基準距離離間させた状態とし、こ
の時の補正量を用いて切断経路生成処理を再開して切断
対象上の修正切断経路値を生成し、操作入力盤で入力さ
れる経路生成終了指令により制御装置は倣い制御開始点
から倣い制御終了点までの切断経路に係る計画切断経路
値を、修正切断経路値と交換して、切断経路生成処理を
終了することを特徴とする。

【００２４】また、第四の手段に係る請求項８に記載の
発明では、請求項７記載の遠隔制御型切断ロボットにお
いて、経路生成開始指令と経路生成開始終了指令との操
作入力の代わりに、距離センサから出力される先端距離
検出値が一定値以上から一定値未満に変化した場合にロ
ボット先端が切断対象の外から上へ移動したと判別して
経路生成再開指令が出力されたものとし、また、距離セ
ンサから出力される先端距離検出値が一定値未満から一
定値以上に変化した場合にロボット先端が切断対象の上
から外へ移動したと判別して経路生成終了指令が出力さ
れたものとし、指令を自動判別することを特徴とする。

【００２５】また、第五の手段に係る請求項９に記載の
発明では、請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の遠
隔制御型切断ロボットにおいて、前記距離センサは、レ
ーザ光を発振するレーザ光発信器と、レーザ光発信器か
ら出力されたレーザ光が入力され、カメラと切断対象と
の距離が予め定めた値である場合に切断対象上の光点が
カメラ中心となるレーザ光を切断対象に照射するレンズ
システムと、切断対象上に照射されるレーザ光を撮像し
て画像データを取得する撮像管カメラと、を備え、画像
データを用いて、カメラ画像の中心とカメラ画像の光点
との距離を用いてロボット先端と切断対象との距離を算
出するような処理を行う、ことを特徴とする。

【００２６】また、第五の手段に係る請求項１０に記載
の発明では、請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の
遠隔制御型切断ロボットにおいて、前記距離センサは、
レーザ光を発振するレーザ光発信器と、レーザ光発信器
から出力されたレーザ光が入力され、同一平面内で並行
な２本のレーザ光と交差する１本のレーザ光をそれぞれ
照射するレンズシステムと、切断対象上に照射されるレ
ーザ光を撮像して画像データを取得する撮像管カメラ
と、を備え、画像データを用いて、これらレーザ光が照
射される切断対象における光点間の距離の比率を用いて
ロボット先端と切断対象との距離を算出するような処理
を行う、ことを特徴とする。

【００２７】また、第六の手段に係る請求項１１に記載
の発明では、請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の
遠隔制御型切断ロボットにおいて、前記距離センサは、
切断対象と接触して従動し、この切断対象の面に対して
略垂直方向に移動する従動子と、従動子が切断対象と接
するように付勢する付勢部と、従動子の移動に応じて位
置を検出するセンサ部と、を備え、従動子の位置に基づ
いて先端距離検出値を生成する処理を行う、ことを特徴
とする。

【００２８】また、第六の手段に係る請求項１２に記載
の発明では、請求項１１に記載の遠隔制御型切断ロボッ
トにおいて、前記先端距離検出値が予め定められた値を
超えるという条件を満たす場合に従動子が切断対象から
離脱したと判定し、ロボット先端の移動を停止する、こ
とを特徴とする。

【００２９】また、第六の手段に係る請求項１３に記載
の発明では、請求項１１に記載の遠隔制御型切断ロボッ
トにおいて、前記先端距離検出値の変化率が予め定めら
れた値を超えるという条件を満たす場合に従動子が切断
対象から離脱したと判定して、ロボット先端の移動を停
止する、ことを特徴とする。

【００３０】また、第六の手段に係る請求項１４に記載
の発明では、請求項１１に記載の遠隔制御型切断ロボッ
トにおいて、前記先端距離検出値の変化率が予め定めら
れた値を超え、かつ前記先端距離検出値が予め定められ
た値を超えるという条件を満たす場合に従動子が切断対
象から離脱したと判定し、ロボット先端の移動を停止す
る、ことを特徴とする。

【００３１】また、第六の手段に係る請求項１５に記載
の発明では、請求項１２〜請求項１４の何れか一項に記
載の遠隔制御型切断ロボットにおいて、前記条件が所定
期間継続した場合に従動子が切断対象から離脱したと判
定し、ロボット先端の移動を停止する、ことを特徴とす
る。

【００３２】また、第六の手段に係る請求項１６に記載
の発明では、請求項１２〜請求項１５の何れか一項に記
載の遠隔制御型切断ロボットにおいて、前記条件が成立
したロボット先端位置を切断経路終点値として記憶し、
その切断経路終点値まで修正切断経路値を生成すること
を特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】１）倣い制御自動ティーチングを
実現する遠隔制御型切断ロボット続いて本発明の各種実施形態について図を参照して説明
する。まず請求項１，２に係る第１実施形態の遠隔制御
型切断ロボットについて説明する。図１は本実施形態の
遠隔制御型切断ロボットの構成図、図２は本実施形態の
遠隔制御型切断ロボットによる切断経路を説明する説明
図、図３は切断経路生成処理を行う制御ブロック図であ
る。図１で示すように、本実施形態では倣い制御自動テ
ィーチングを実現する遠隔制御型切断ロボットであっ
て、制御装置１、切断マニピュレータ２、切断器３、距
離センサ４、切り換え軸５、切断対象６を備えている。

【００３４】制御装置１は、切断マニピュレータ２およ
び距離センサ４と信号を送受信するようになされてい
る。制御装置１から切断マニピュレータ２へは各軸位置
指令値が送信され、また、切断マニピュレータ２から制
御装置１へは各軸位置検出値が送信される。これにより
制御装置１は切断マニピュレータ２の位置制御を行うよ
うになされている。

【００３５】さらに、距離センサ４から制御装置１へ先
端距離検出値が送信される。これにより制御装置１は切
断マニピュレータ２の先端（以下、ロボット先端とい
う）に位置する距離センサ４の先端が切断対象６に対し
て離間する距離に関する情報（先端距離検出値）を取得
する。なお、制御装置１による切断マニピュレータ２の
位置制御については後述する。

【００３６】切断マニピュレータ２のロボット先端には
切り換え手段の一具体例である切り換え軸５を介して切
断器３と距離センサ４が取り付けられている。この切断
マニピュレータ２は、切断器３と距離センサ４とを所定
の３次元空間内を自在に移動させることができる。

【００３７】切断器３は、その一例として、ガス、プラ
ズマ、レーザなどの熱溶断を行う装置が挙げられる。例
えば、レーザによる熱溶断を行う機器ならばレーザ照射
口から出力されるレーザビームの光パワーが集中するビ
ームスポット位置に切断対象６が位置している必要があ
り、切断器３から切断対象６までの距離は、基準距離を
保つように切断作業時には厳密に管理されることとな
る。

【００３８】距離センサ４は、切断対象６までの距離を
検出し、先端距離検出値を制御装置１へ出力するように
なされている。ここに、切り換え軸５に取り付けられる
切断器３と距離センサ４とは、角度を変えて取り付けら
れている（例えば、図１で示すように１８０゜反対方向
である。）。切り換え軸５は図１で示す矢印Ａ方向に回
転するようになされており、図１で示すような距離セン
サ４を切断対象６へ向けている状態と、図示しないが切
断器３を切断対象６へ向けている状態とを切り換えて選
択することができる。

【００３９】このように切り換えを可能とする理由は、
切断器３を切断対象６に向けて切断するときに発せられ
る熱から距離センサ４を保護するため、切断器３と距離
センサ４とが直近にならないようにするためである。こ
の場合、切断器３の照射口から切断対象６までの距離
と、距離センサ４から切断対象６までの距離とが一致す
るように機械的に位置決めされたうえで切り換え軸５に
取り付けられることとなる。

【００４０】続いて本実施形態による動作例について説
明する。本実施形態では、特に、倣い制御自動ティーチ
ング機能を果たすものである。（１）切断経路の計画まず、切断経路を計画する。計画時の切断経路１０は、
図２（ａ）で示すように、計画時に想定した切断対象１
１上に乗るような切断経路である。そして、この計画し
た切断経路に基づいて計画切断経路値を求め、図示しな
い入力装置（例えばキーボードなど）を用いて制御装置
１に入力・登録する。

【００４１】この計画時に入力される計画切断経路値
は、切断経路上を移動する切断マニピュレータ２のロボ
ット先端の三次元の座標値、および、この座標位置から
切断器４の方向を決定する三次元方向ベクトルである方
向ベクトル値であって、サンプリング時間ごとの複数個
所についての値となる。入力された計画切断経路値は、
図３で示すように計画切断経路値記憶部１ａにおいて登
録される。この場合、計画切断経路値は、複数個所の座
標値・方向ベクトル値が一括登録されることとなる。な
お、切断対象６から切断器４までの基準距離は基準距離
記憶部１ｂに予め登録されているため、切断時における
切断対象６上の切断経路を特定できることとなる。

【００４２】（２）計画した切断経路の修正しかし、実際の切断作業にあっては、先に説明したよう
に、切断対象６が大きいため遠隔制御型切断ロボットを
ある場所から他の場所へ移動させた後に切断を継続する
ような場合がある。遠隔制御型切断ロボットの移動を伴
う場合には、切断対象６と遠隔制御型切断ロボットとの
位置関係を計画時に精度よく把握することは困難である
ため、計画時の切断経路どおりに切断器４を制御して
も、図２（ｂ）で示すように、実際の切断対象１３上に
おける切断経路１２には乗らない恐れがある。

【００４３】そこで、遠隔制御型切断ロボットをある場
所から他の場所へ移動させた後に計画した切断経路の修
正を行う。まず、切り換え軸５を回転させて距離センサ
４を切断対象６に向くようにする。そして、計画切断経
路値に基づいて計画時の切断経路を辿らせるように切断
マニピュレータ２を制御する。この場合、計画切断経路
値として計画切断経路値記憶部１ａに登録されている、
ある座標にロボット先端が到達するたび、距離センサ４
と切断対象６との間の距離が所定距離となるように制御
する。

【００４４】具体的には、図３で示すように、制御装置
１は距離センサ４から出力される先端距離検出値を基準
距離となる距離指令値から引いて、距離補正値を出力す
る。この距離補正値に対して正規化手段１ｄを経て出力
される切断器３の方向ベクトル値を乗じた量を計画時の
経路と対象上の経路との間の誤差と考え、これを位置補
正ベクトル値とする。この位置補正ベクトル値を用い
て、先端位置指令値として出力される計画切断経路値を
修正して修正された先端位置指令値を先端→各軸座標変
換器１ｅに出力し、切断マニピュレータ２のロボット先
端の位置を修正する。そして、基準距離記憶部１ｂから
出力される距離指令値と距離センサ４から出力される先
端距離検出値が同じになった場合に、計画切断経路値を
位置補正ベクトル値で修正した修正切断経路値を、修正
切断経路値記憶部１ｃに登録する。

【００４５】以下、他の座標に切断マニピュレータ２の
ロボット先端を移動させて同様の補正処理を行って全体
の修正切断経路値を完成させる。最終的に切断対象６上
の計画切断経路値に対応する修正断経路値が生成され
る。これら修正切断経路値は制御装置１の修正切断経路
値記憶部１ｃに全て登録されることとなる。

【００４６】（３）切断上記過程を経て生成された修正切断経路値を用いて切断
を行う。まず、切り換え軸５を回転させて距離センサ４
に代えて切断器３を切断対象６に向けて、修正切断経路
値に沿って切断経路を辿りつつ切断器３を作動させる。
この場合、切断器３と切断対象６との基準距離は一定に
保たれており、切断が確実に行われる。

【００４７】以上、本実施形態の倣い制御自動ティーチ
ングを実現する遠隔制御型切断ロボットによれば、切断
に先立って距離センサ４を用いた倣い制御による経路教
示を自動的に行うことで、経路計画時には厳密に知るこ
とができない切断器と切断対象との基準距離を、一定に
保つような修正切断経路を生成して切断を行うため、切
断を確実に行うことができる。また、切り換え軸５を回
動させることで、距離センサ４と切断器３との位置を入
れ替えることができ、切断時の熱から距離センサ４を保
護することができる。

【００４８】２）切断対象上の切断経路から切断器の方
向ベクトル値を生成するシステム１続いて、請求項３に係る第２実施形態の遠隔制御型切断
ロボットについて説明する。第１実施形態では、方向ベ
クトル値は特に補正しない実施形態であったが、本実施
形態では、第１実施形態に加え、さらに、方向ベクトル
値も修正するような構成を採用した。これらは制御装置
１内の図示しない演算制御装置により実行される。第１
実施形態として説明した倣い制御自動ティーチングによ
り、生成完了した切断対象６上の修正切断経路値から、
連続する３個所の座標Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2の座標値を抽出す
る。このような座標値を以下に示すような数１，数２，
数３で表す。

【００４９】

【数１】

【００５０】

【数２】

【００５１】

【数３】

【００５２】これら３個所の座標Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2を含む
平面に対する法線ベクトルＶを導出することとなる。法
線ベクトルＶは以下に示す数４のようになる。

【００５３】

【数４】

【００５４】この法線ベクトルは、その性質上、Ｐ0，
Ｐ1，Ｐ2の３点において、切断対象６に対して垂直方向
に向かうものであり、切断器３の方向ベクトル値とす
る。算出は、３点の座標を通る平面に垂直となるような
法線ベクトルを、数５を用いて算出する。

【００５５】

【数５】

【００５６】本実施形態ではこのように方向ベクトル値
を算出するようにしたため、距離センサ４を用いて生成
した修正切断経路値から、切断経路が乗る平面の法線ベ
クトルを求めることが可能となり、切断器３と切断対象
６との角度を垂直に近づけることができる。

【００５７】３）切断対象上の切断経路から切断器の方
向ベクトル値を生成するシステム２続いて、請求項４に係る第３実施形態の遠隔制御型切断
ロボットについて説明する。前述した第２実施形態で
は、方向ベクトル値を修正するような構成を採用した
が、本実施形態では方向ベクトル値の他の修正手法に関
するものである。これらは制御装置１内の図示しない演
算制御装置により実行される。第２実施形態として説明
した遠隔制御型切断ロボットにおいて、修正切断経路値
がｎ（ｎ＝４，５・・）個所ある場合（例えばｎ＝５）
の座標値を有する場合、これら座標値から隣接する３個
所の座標値を用い、数５により法線ベクトルを求める。
そして、以下同様にしてｎ−２個所（ｎ＝５で３個所）
について法線ベクトルを求める。そしてｎ−２（ｎ＝５
で３個）の法線ベクトルを用いて、平均の法線ベクトル
を算出して方向ベクトル値を算出する。そして、算出し
た方向ベクトル値と切断器３の方向とが一致するように
ロボット先端を制御することで、切断器３が切断対象６
の表面で垂直となるように維持する。

【００５８】以上説明した第３実施形態によれば、生成
した修正切断経路値から、切断経路が乗る平面の法線ベ
クトルを複数求めて平均をとることで、細かいうねりな
どの影響を排除しつつ、切断器３と切断対象６との角度
を垂直に近づけることができる。

【００５９】４）切断対象上の切断障害の回避を実現す
る遠隔制御型切断ロボット続いて請求項５，６に係り、他の機能を実現する第４実
施形態の遠隔制御型切断ロボットについて図を参照しつ
つ説明する。図４は本実施形態の遠隔制御型切断ロボッ
トの構成図である。本実施形態では、計画した切断経路
に予め想定していなかったような突起や穴などの切断障
害があることを発見した場合に、操作員の手動により切
断障害を回避するような指定切断経路を生成できるよう
にした遠隔制御型切断ロボットである。

【００６０】本実施形態では障害物回避を実現する遠隔
制御型切断ロボットであって、第１実施形態で説明した
制御装置１、切断マニピュレータ２、切断器３、距離セ
ンサ４、切り換え軸５、切断対象６に加え、監視カメラ
３１、モニタ３２、操作入力盤３３を備えている。な
お、第１実施形態で説明したものは同様の符号を付する
とともに、重複する説明を省略する。

【００６１】監視カメラ３１は、距離センサ４と略同一
方向となるように切り換え軸５に配置され、距離センサ
４の距離検出点周辺の切断対象６の表面を映した画像デ
ータを出力する。モニタ３２は、監視カメラ３１から出
力された画像データを処理して画像を表示する通常の映
像表示装置である。操作入力盤３３は、切断経路生成処
理途中で操作員が操作入力すると、切断経路生成の中断
・再開およびロボット先端の移動について操作入力でき
るようになされている。詳しくは、切断マニピュレータ
２の動作を制御するような指令を制御装置１へ出力する
ものであり、経路生成中断指令、先端動作指令、通過点
教示指令、経路生成再開指令を制御装置１へ出力する。

【００６２】続いて、このような遠隔制御型切断ロボッ
トによる切断障害の回避について説明する。操作員は切
断対象６上の経路生成中、モニタ３２で監視カメラ３１
が送信する画像を監視し、切断対象６上の突起や穴など
の切断障害の有無を常時監視する。操作員が切断対象６
上に切断障害があると判定した場合、操作入力盤３３に
対し経路生成中断操作を行う。操作入力盤３３は、制御
装置１へ経路生成中断指令を送信し、制御装置１は切断
マニピュレータ２を制御してある点で停止させる。この
場合の点を特に経路変更開始点という。

【００６３】経路生成中断したならば、操作員は、モニ
タ３２で切断マニピュレータ２のロボット先端に対向す
る切断対象６の表面の状況を確認しながら、操作入力盤
３３を操作し、切断マニピュレータ２のロボット先端を
上下左右方向に移動させるような先端動作操作を行う。
操作入力盤３３は、制御装置１へ先端動作指令を送信
し、制御装置１は切断マニピュレータ２を制御して、切
断障害を回避するよう切断マニピュレータ２の先端を移
動させる。上下左右方向への先端動作指令入力に対応す
るロボット先端の移動制御は、既知の工具座標系制御に
より行う。また、切断対象６と切断マニピュレータ２の
先端との距離を一定に保つ制御も合わせて行う。

【００６４】操作員は、モニタ３２で切断マニピュレー
タ２の先端が回避経路を移動させ、回避が終了したと判
断するならば、操作員は操作入力盤３３を操作して通過
点教示指令を入力すると、制御装置１は、最後に教示さ
れた通過点から最も近い計画時の切断経路上の点を経路
変更復帰点とする。このような経路変更開始点から経路
変更復帰点までの経路を指定切断経路とし、この指定切
断経路を表す指定切断経路値を図示しない記憶部に一時
的に登録する。

【００６５】操作員は操作入力盤３３を操作して経路生
成再開指令を入力すると、制御装置１は今まで登録され
ていた経路変更開始点から経路変更復帰点までの切断経
路に係る計画切断経路値を、取得した指定切断経路値と
入れ換えて計画切断経路記憶部１ａに登録する処理を行
う。それから、制御装置１は、経路変更復帰点から経路
生成処理を再開する。

【００６６】以上、本実施形態の切断対象６上の切断障
害を回避する遠隔制御型切断ロボットによれば、切断対
象６上に突起・穴という切断障害を回避した切断経路を
生成することができ、良好な切断を実現することができ
る。

【００６７】５）距離センサが切断対象を検出できない
領域での経路生成機能を実現する遠隔制御型切断ロボッ
ト続いて請求項７に係る第５実施形態の遠隔制御型切断ロ
ボットについて図を参照しつつ説明する。図５は本実施
形態の遠隔制御型切断ロボットの構成図、図６は、距離
センサが切断対象を検出できない領域での切断経路生成
動作を説明する説明図である。

【００６８】本実施形態では、距離センサ４が切断対象
を検出できない領域においても、切断経路を生成する遠
隔制御型切断ロボットである。距離センサ４が切断対象
を検出できないような状態で切断マニピュレータ２を移
動させると、切断対象６に切断マニピュレータ２の先頭
が衝突するような場合が起こりうる。そこで、切断マニ
ピュレータ２の移動当初において、切断マニピュレータ
２が切断対象６へ衝突しないで近づくように誘導される
切断経路を設定できるようにするというものである。

【００６９】本実施形態では、第４実施形態で説明した
遠隔制御型切断ロボットと同じく、制御装置１、切断マ
ニピュレータ２、切断器３、距離センサ４、切り換え軸
５、切断対象６、監視カメラ３１、モニタ３２、操作入
力盤３３を備える点は同様であるが、操作入力盤３３
は、第４実施形態として説明した以外にも、経路生成開
始指令、経路生成前進指令、経路生成再開指令、経路生
成終了指令を制御装置１へ出力できるようになされてい
る。

【００７０】続いて、このような遠隔制御型切断ロボッ
トによる経路生成について図５，図６を参照しつつ説明
する。操作入力盤３３から経路生成開始指令信号が制御
装置１へ出力されると、制御装置１は切断マニピュレー
タのロボット先端を予め設定した先端位置へ移動させた
後、経路生成を中断する（図６のからまで移動し、
の位置で停止する。）。この先端位置は安全距離から
生成される。

【００７１】操作員は、モニタ３２で監視カメラ３１が
送信する切断対象の端周辺画像を監視し、操作入力盤３
３を操作して経路生成前進操作を行うと、操作入力盤３
３は制御装置１へ経路生成前進指令を出力する。制御装
置１は切断マニピュレータ２のロボット先端を移動させ
る。この場合、操作員は切断マニピュレータ２のロボッ
ト先端が切断対象６の上に入るまで、経路生成前進操作
を続け、ロボット先端が切断対象６の内部へ所定距離以
上入れるものとする（図６のからまで移動し、の
位置で停止する。）。

【００７２】そして、切断マニピュレータ２のロボット
先端が切断対象６上にある点を倣い制御開始点とし、操
作員は、操作入力盤３３を操作して経路生成再開操作を
行うと、操作入力盤３３は制御装置１へ経路生成再開指
令を出力する。制御装置１は、経路生成再開指令により
距離センサ４が距離基準値になるまで切断マニピュレー
タ２のロボット先端を切断対象６まで近づける。切断マ
ニピュレータ２のロボット先端が距離基準値になったと
き、計画時の切断経路と切断対象上の切断経路とが一致
しない場合があり、この場合のずれ量を補正量とする。
その時の補正量を用いて登録済みの計画切断経路値の最
初からその点までを新たな計画切断経路値として生成す
る。

【００７３】その後、倣い制御自動ティーチングを開始
する。そして操作員３４による経路生成終了指令入力が
あるまで、倣い制御自動ティーチングを続ける（図６の
からまで移動する）。経路生成終了指令により、制
御装置１は距離センサ４を用いた倣い制御を終了する。
（図６の参照）そして、倣い制御開始点から倣い制御
終了点までの切断経路（倣い制御が可能な範囲）を修正
切断経路値として求め、計画切断経路値と入れ換える。
また、最初から倣い制御開始点までの経路（倣い制御が
不可能な範囲）が修正切断経路値として加えられる。

【００７４】以上、本実施形態で説明した、距離センサ
４が切断対象６を検出できない領域での経路生成機能を
有する遠隔制御型切断ロボットによれば、モニタ３２に
表示される監視カメラ画像に基づく操作員の判断で、倣
い制御を実施する範囲を指定し、倣い制御ができない範
囲の経路は操作員が指定することとしたので、切り残し
が出ないように切断経路を生成することができる。この
方式では、接触式の距離センサを用いた場合でも、有効
に経路生成を行うことができる。

【００７５】６）距離センサが切断対象を検出できない
領域での経路生成機能を実現する遠隔制御型切断ロボッ
ト続いて請求項８に係る本発明の第６実施形態の遠隔制御
型切断ロボットについて説明する。第５実施形態におい
ては、接触式の距離センサを用いていたが、本実施形態
では、例えば、レーザ光線を用いるなどした非接触式の
距離センサを用いるものとする。この非接触式の距離セ
ンサは、先に説明した安全距離以上の距離を検出でき、
距離センサが切断対象を検出できないような遠方にある
場合には検出限界距離以上の先端距離検出値を出力する
（つまり、検出不能であることを判別する検出値であ
る）を出力するようにしてある。なお、本実施形態の遠
隔制御型切断ロボットの構成については図５，図６を用
いて示した第５実施形態と同様であるとしてその説明を
省略する。本実施形態の操作入力盤３３は、経路生成開
始指令のみ出力できるようになされ、経路生成前進指
令、経路生成再開指令、経路生成終了指令は出力しない
ようになされているものとする。

【００７６】続いて本実施形態による経路生成について
説明する。操作員が操作入力盤３３を操作して経路生成
開始指令を入力すると、制御装置１は、自動的に経路生
成前進指令がなされているとして、切断マニピュレータ
２のロボット先端を前進移動させる（図６の〜の移
動）。距離センサ４の先端距離検出値が一定値以上から
一定値未満になると、距離センサ４が切断対象６の上側
にある（図６の）ものとして、制御装置１は、経路生
成再開指令がなされたと判定し、自動的に経路生成を再
開する。同様に距離センサ４の先端距離検出値が一定値
未満から一定値以上になると、距離センサ４が切断対象
６の外側にあるものとして、制御装置１は、経路生成終
了指令がなされたと判定し、自動的に経路生成を終了す
る。

【００７７】以上、本実施形態で説明したように、距離
センサ４が切断対象６を検出できない領域での経路生成
機能を有する遠隔制御型切断ロボットによれば、自動的
に倣い制御を実施する範囲を指定することで、倣い制御
ができない範囲の経路も生成可能とし、切り残しが出な
いように切断経路を生成することができる。

【００７８】７）レーザ光と画像から距離を算出するシ
ステム１続いて、請求項９に係る本発明の第７実施形態の遠隔制
御型切断ロボットについて説明する。図７は、本実施形
態の遠隔制御型切断ロボットの構成図である。第７実施
形態では、制御装置１、切断マニピュレータ２、切断器
３、距離センサ４、切り換え軸５、切断対象６、レーザ
光発振器６１、光ファイバ６２、レンズシステム６３、
撮像管カメラ６４、画像処理装置６５を備えている。な
お、先に説明した構成には同一の符号を付するとともに
その説明を省略する。

【００７９】図７で示すように、本実施形態は、１本の
レーザ光と画像処理により切断対象までの距離を求める
システムの構成である。レーザ光発振器６１で発生した
レーザ光を光ファイバ６２でロボット先端まで送り、予
め定めた撮像管カメラ６４と切断対象６との距離でカメ
ラ画像の中心に光点が位置するように調整したレンズシ
ステム６３を通過させる。画像上の光点位置と画像中心
から、画像処理装置６５は、撮像管カメラ６４と切断対
象６との距離を次式により算出する。

【００８０】ｌ＝ｌ_０＋ｋ・ｄ_Ｓ但し、ｌ_０：撮像管カメラ６４と切断対象６との基準距離ｄ_Ｓ：画像中心と画像上の光点位置との画像上での
符号距離ｋ：撮像カメラ６４とレンズシステム６３との位置
関係と撮像管カメラ６４の視野角から求まる定数ｌ：撮像カメラ６４と切断対象６との距離本実施形態ではこの距離ｌを用いて上記した各種の処理
を行うことが可能となる。

【００８１】以上本実施形態によれば、レーザ光と画像
処理による距離検出により、半導体を使用した距離セン
サを用いずに、非接触で切断対象までの距離を求めるこ
とができる。このため、半導体を用いることができない
環境、例えば高放射線下で特に好適な遠隔制御型切断ロ
ボットとすることができる。

【００８２】８）レーザ光と画像から距離を算出するシ
ステム２続いて請求項１０に係る本発明の第８実施形態の遠隔制
御型切断ロボットについて説明する。図８は、３本のレ
ーザ光と画像処理により切断対象までの距離を求めるシ
ステムの原理図である。第７実施形態で説明したよう
な、１本のレーザ光と画像処理により切断対象までの距
離を求めるシステムと同様に、ロボット先端に設置され
たレンズシステム６３により、レーザ光７１を３分岐し
て２本の平行なレーザ光７１と、それらと同一平面上に
あって角度を持った１本のレーザ光７１を切断対象表面
７２に当てる。それらの光点を撮像管カメラ６４で捕ら
え、画像上の光点間の距離から次式数６により、距離を
求める。

【００８３】

【数６】

【００８４】但し、ｄ_Ｓ１：角度を持ったレーザ光７１の光点と、角度
を持ったレーザ光７１と遠くで交差するレーザ光７１の
光点との画像上の距離ｄ_Ｓ２：角度を持ったレーザ光７１の光点と、角度
を持ったレーザ光７１と近くで交差するレーザ光７１の
光点との画像上の距離ｌ_０：ｄ_Ｓ２＝０となる位置から、ｄ_Ｓ１＝ｄ
_Ｓ２となる位置までの距離ｌ：ｄ_Ｓ２＝０となる位置と切断対象との距離となる。本実施形態ではこの距離ｌを用いて上記した各
種の処理を行うことが可能となる。

【００８５】以上本実施形態によれば、レーザ光と画像
処理による距離検出により、半導体を使用した距離セン
サを用いずに、非接触で切断対象までの距離を求めるこ
とができる。この方式では、カメラの視野角の影響なく
距離を求めることができる。このため、半導体を用いる
ことができない環境、例えば高放射線下で特に好適な遠
隔制御型切断ロボットとすることができる。

【００８６】９）機械的構造を有する距離センサにより
距離を算出するシステム続いて請求項１１〜請求項１６に係る本発明の第９実施
形態の遠隔制御型切断ロボットについて説明する。図９
は機械的構造を有する距離センサの構造図、図１０は終
端位置の認識処理を説明するタイムチャートである。図
９で示すように距離センサ８０は、ポテンショメータ８
１（センサ部に相当）、押付けバネ８２（付勢部に相
当）、ロッド８３、車輪８４（従動子に相当）を備えて
いる。

【００８７】距離センサ８０では、押付けバネ８２によ
りロッド８３および車輪８４が切断対象６に押し付けら
れる構造を有し、ロッド８３の変位をポテンショメータ
８１で電気信号に変換しているため、車輪８４が切断対
象６に接触しない場合に先端距離検出値は最大値のまま
固定される。

【００８８】また、車輪８４が切断対象６の終端近傍に
あり、切断対象６から車輪８４が離脱して接触しない状
態になった瞬間、押付けバネ８２のバネ係数、摩擦、車
輪８４とロッド８３の質量で決定される速度で車輪８４
が突出し、先端距離検出値が変化する。一般に車輪８４
とロッド８３との質量は小さく、摩擦も小さいと考えら
れるので、この場合の車輪８４が突出する速度は切断マ
ニピュレータ２のロボット先端における移動速度を超え
る。

【００８９】そこで、これら現象を利用し、先端距離検
出値、または、先端距離検出値の距離変化率（以下単に
距離変化率という）を用いて切断対象の終端位置におけ
る認識処理を行う。例えば、図１０に示すように先端距
離検出値が大きくなった時点を検出したり、図１１で示
すように先端距離検出値の距離変化率が大きくなった時
点を検出したり、または、図１２で示すように先端距離
検出値および先端距離検出値の距離変化率を組み合わせ
て検出する。

【００９０】なお、このような検出では切断対象６の細
かい凹凸によっても先端距離検出値または距離変化率が
変化する。そこで、これら凹凸によって終端位置を検出
しないようにするため、先端距離検出値または距離変化
率が所定値以上になってから一定時間連続するような場
合の位置を切断対象の経路終端であると認識する。この
際、先端距離検出値または距離変化率が変化した時点の
位置を記憶することで、切断対象の経路終端を終端位置
として認識する。このため、図示しないが、メモリ等の
記憶装置と、このような認識処理を行う中央処理装置
が、制御装置１内に設けられているものとする。これに
より、凹凸等を終端位置であると判断して切断マニピュ
レータを停止し、不正値による誤動作が長時間続いて衝
突等の障害を起こさないようにすることができる。

【００９１】続いて、経路終端位置の自動認識について
図を参照しつつ説明する。まず距離の変化による車輪の
状態の検出について、図１０を参照しつつ説明する。ま
ず距離検出限界値を設定する。切断対象６から車輪８４
が逸脱した場合、この距離検出限界値を超える時間が長
期間続く点に着目して経路の終端位置を認識する。

【００９２】位置Ａで距離が予め定められた距離検出限
界値を超えたとき、位置Ａに係るデータを記録するとと
もに経過時間の計測（以下、単に計時という）を開始す
る。なお先端距離検出値の検出は続けられているものと
する。このような状況下、経過時間が予め定められた端
検出時間を超えない場合には、切断対象６の凹凸による
突発的なものと判断して位置Ａに係るデータの記録を破
棄する。

【００９３】そして、位置Ｂで距離検出限界値を超えた
とき、位置Ｂに係るデータを記録するとともに計時を開
始し、経過時間が予め定められた端検出時間を超える場
合には、切断対象６上から車輪８４が逸脱したものであ
ると判断され、この位置Ｂが経路の終端位置であるとし
て登録される。この場合検出に関するフラグがＯＮ状態
となる。

【００９４】続いて、経路の終端位置の自動認識のう
ち、検出した先端距離検出値の距離変化率による車輪の
状態の検出について図１１を参照しつつ説明する。ま
ず、変化率閾値を設定する。切断対象６から車輪８４が
逸脱した場合、付勢力により車輪８４が高速度で突出す
るため、検出した距離変化率が上昇する。そして、それ
以降距離変化率が変化しない時間が長期間続く点に着目
して経路の終端位置を認識する。

【００９５】位置Ａで距離変化率が予め定められた変化
率閾値を超えたとき、位置Ａに係るデータを記録すると
ともに計時を開始する。なお距離変化率の検出は続けら
れているものとする。このような状況下、その後も距離
変化率の増減が続くような場合には、依然切断対象６上
を車輪８４が従動していると判断して位置Ａに係るデー
タの記録を破棄する。

【００９６】そして、位置Ｂで変化率閾値を超えたとき
に位置Ｂに係るデータを記録し、その後変化率が変化し
ない期間が予め定められた期間である端検出時間を超え
るときには、切断対象６上から車輪８４が逸脱したもの
であると検出され、この位置Ｂが経路の終端位置である
として登録される。この場合検出に関するフラグがＯＮ
状態となる。

【００９７】続いて、経路の終端位置の自動認識のう
ち、先端距離検出値と距離変化率とを組み合わせた車輪
の状態の検出について図１２を参照しつつ説明する。距
離変化率用の変化率閾値と、先端距離検出値用の距離検
出限界値と、をそれぞれ設定する。切断対象６から車輪
８４が逸脱した場合、付勢力により車輪８４が高速度で
突出するため、距離変化率が上昇する。このように最初
の検出では即応性がある距離変化率を採用する。しか
し、その後は距離が距離検出限界値を超える状態が長期
間続く点に着目して先端距離検出値を観察して経路の終
端位置であるか否かを認識する。

【００９８】位置Ａで、距離変化率が予め定められた変
化率閾値を超えたとき、位置Ａに係るデータを記録する
とともに計時を開始する。なお、先端距離検出値および
距離変化率の検出は続けられているものとする。このよ
うな状況下、その後に距離が距離検出限界値を下回るよ
うな場合には、依然切断対象６上を車輪８４が従動して
いると判断して位置Ａに係るデータの記録を破棄する。

【００９９】そして、位置Ｂにおいて、距離変化率が変
化率閾値を超えたときに位置Ｂに係るデータを記録し、
先端距離検出値が距離検出限界値を上回る期間が予め定
められた期間である端検出時間を超えるときには、切断
対象６上から車輪８４が逸脱したものであると判断さ
れ、この位置Ｂが経路の終端位置であるとして登録され
る。この場合検出に関するフラグがＯＮ状態となる。

【０１００】

【発明の効果】以上、本発明によれば、ロボット切断器
本体が移動する様な場合でも切断対象と切断器との位置
関係の制約を守りつつ、遠隔制御による切断を実現する
ような遠隔制御型切断ロボットを提供することができ
る。

【０１０１】詳しくは、遠隔制御での切断作業におい
て、切断経路計画時には厳密に知ることができない切断
器と切断対象との距離を一定に保ちつつ、切断する遠隔
制御型切断ロボットを提供することができる。

【０１０２】また、経路計画時に想定した切断対象の角
度と実際の切断対象の角度との差により垂直でない場合
でも、切断器と切断対象との角度を垂直に近づける遠隔
制御型切断ロボットを提供することができる。

【０１０３】また、切断対象上にある突起・穴などの障
害が発見された場合に、これら障害を回避する切断経路
を生成するような遠隔制御型切断ロボットを提供するこ
とができる。

【０１０４】また、切断対象の端部など切断対象の切断
開始時点と切断終了時点で距離センサが切断対象を捉え
らなくなるような場合でも影響されることなく距離セン
サと切断対象と距離を一定に保つ制御を行い、確実に切
断する遠隔制御型切断ロボットを提供することができ
る。

【０１０５】また、高放射線下など、半導体を使用した
距離センサをロボット先端に配置できない環境におい
て、非接触で切断対象までの距離を測定する遠隔制御型
切断ロボットを提供することができる。

【０１０６】また、環境に影響されない機械的構造を有
する距離センサをロボット先端に配置し、接触で切断対
象までの距離を測定する遠隔制御型切断ロボットを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の遠隔制御型切断ロボッ
トの構成図である。

【図２】本発明の第１実施形態の遠隔制御型切断ロボッ
トによる切断経路を説明する説明図である。

【図３】切断経路生成処理を行う制御ブロック図であ
る。

【図４】本発明の第４実施形態の遠隔制御型切断ロボッ
トの構成図である。

【図５】本発明の第５実施形態の遠隔制御型切断ロボッ
トの構成図である。

【図６】距離センサが切断対象を検出できない領域での
切断経路生成動作を説明する説明図である。

【図７】本発明の第７実施形態の遠隔制御型切断ロボッ
トの構成図である。

【図８】３本のレーザ光と画像処理により切断対象まで
の距離を求めるシステムの原理図である。

【図９】機械的構造を有する距離センサの構造図であ
る。

【図１０】終端位置の認識処理を説明するタイムチャー
トである。

【図１１】終端位置の認識処理を説明するタイムチャー
トである。

【図１２】終端位置の認識処理を説明するタイムチャー
トである。

【符号の説明】

１制御装置１ａ計画切断経路値記憶部１ｂ基準距離記憶部１ｃ修正切断経路値記憶部１ｄ正規化手段１ｅ先端→各軸座標変換器２切断マニピュレータ３切断器４距離センサ５切り換え軸６切断対象１０計画時の切断経路１１計画時に想定した切断対象１２実際の切断対象上の切断経路１３実際の切断対象３１監視カメラ３２モニタ３３操作入力盤６１レーザ光発振器６２光ファイバ６３レンズシステム６４撮像管カメラ６５画像処理装置７１レーザ光７２切断対象表面８０距離センサ８１ポテンショメータ８２押付けバネ８３ロッド８４車輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋是道神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内 (72)発明者松本宏治神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内Ｆターム(参考） 3C007 AS11 AS27 AS30 BS10 JU12 KS03 KS36 KT01 KV00 KW06 KX06 LS04 LS16 LT18 LV19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準距離離間している切断対象を切断する
切断器と、切断器がロボット先端に取り付けられ、この切断器を移
動させる切断マニピュレータと、切断器の三次元空間上の位置および方向を決定するた
め、切断マニピュレータのロボット先端の位置制御を行
う制御装置と、ロボット先端から切断対象までの先端距離検出値を出力
する距離センサと、切断器と距離センサとが取り付けられ、切断器または距
離センサの何れか一方のみを切断対象へ向けるように配
置を切り換える切り換え手段と、を備える遠隔制御型切断ロボットであって、前記制御装置は、切断経路生成処理として、切断マニピュレータのロボット先端を予め計画された切
断経路上で移動させるための計画切断経路値を登録し、距離センサを切断対象に向けた状態にし、計画切断経路
値に基づいてロボット先端を移動させ、距離センサが検出した先端距離検出値と基準距離である
距離指令値とが一致するようにロボット先端を移動さ
せ、この一致したときのロボット先端の位置を修正切断
経路値として登録し、切断処理として、切断器を切断対象に向けた状態にし、修正切断経路値に
基づいて切断経路を辿るように制御装置が切断マニピュ
レータを制御し、切断器と切断対象とが基準距離を維持
しつつ切断対象を切断する、ことを特徴とする遠隔制御型切断ロボット。
【請求項２】請求項１に記載の遠隔制御型切断ロボット
において、前記制御装置は、切断経路生成処理として、切断マニピュレータのロボット先端を予め計画された切
断経路上で移動させるため、この切断経路上の三次元座
標である座標値、および、前記切断器の三次元方向ベク
トルである方向ベクトル値を複数個所について定めた計
画切断経路値を登録し、前記距離センサを切断対象に向けた状態にし、計画切断
経路値に基づいてある座標へ前記切断マニピュレータの
ロボット先端を移動させ、切断対象から距離センサまでの距離である先端距離検出
値を取得し、この距離検出値と距離指令値との差分である距離補正値
に切断器の方向ベクトル値を乗じて位置補正ベクトル値
を算出し、位置補正ベクトル値によりロボット先端を移動させ、こ
の一致したときのロボット先端の位置を修正切断経路値
として登録する、ことを特徴とする遠隔制御型切断ロボット。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の遠隔制御
型切断ロボットにおいて、前記制御装置は、切断対象の平面部にある切断経路についての修正切断経
路値で連続する３点の座標を抽出し、この３点の座標を通過する平面と垂直な方向を示す法線
ベクトルを算出し、この法線ベクトルの方向と切断器の方向とが一致するよ
うにロボット先端を制御することで、切断器が切断対象
面に垂直となるように維持することを特徴とする遠隔制
御型切断ロボット。
【請求項４】請求項１または請求項２に記載の遠隔制御
型切断ロボットにおいて、前記制御装置は、修正切断経路値が少なくとも４個所の座標値を有する場
合、これら座標値から隣接する３個所の座標値を用いて
法線ベクトルを複数求め、この複数の法線ベクトルを用いて平均の法線ベクトルを
算出し、算出した平均の法線ベクトルの方向と切断器の方向とが
一致するようにロボット先端を制御することで、切断器
が切断対象面に垂直となるように維持することを特徴と
する遠隔制御型切断ロボット。
【請求項５】請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の
遠隔制御型切断ロボットにおいて、前記切り換え手段に配置され、前記距離センサの距離検
出点周辺の画像データを取得するカメラと、カメラから出力された画像データによる画像を表示する
モニタと、操作員が操作入力して、前記切断マニピュレータの動作
を制御するような指令を前記制御装置へ出力する操作入
力盤と、を備え、切断経路生成処理において、モニタに表示される切断対象の状態に応じて操作員が操
作入力盤を操作して切断経路の指定を行えるようにした
ことを特徴とする遠隔制御型切断ロボット。
【請求項６】請求項５に記載の遠隔制御型切断ロボット
において、前記操作入力盤は、切断経路生成の中断・再開およびロ
ボット先端の移動について操作入力できるようになさ
れ、切断経路生成処理途中において、操作入力盤で入力される経路生成中断指令により制御装
置は切断経路生成処理を停止してこの点を経路変更開始
点として登録し、操作入力盤で入力される先端動作指令により制御装置は
ロボット先端を移動させるように制御して指定切断経路
値を生成し、操作入力盤で入力される通過点教示指令により制御装置
は切断マニピュレータのロボット先端が計画切断経路上
へ戻る直近点を経路変更復帰点として登録し、操作入力盤で入力される経路生成再開指令により制御装
置は経路変更開始点から経路変更復帰点までの切断経路
に係る計画切断経路値を、指定切断経路値と交換して、切断経路生成処理を再開することを特徴とする遠隔制御
型切断ロボット。
【請求項７】請求項５または請求項６に記載の遠隔制御
型切断ロボットにおいて、前記操作入力盤は、切断経路生成の開始・終了およびロ
ボット先端の移動について操作入力できるようになさ
れ、切断経路生成開始時において、操作入力盤で入力される経路生成開始指令により制御装
置はロボット先端を予め設定したロボット先端位置へ移
動させた後に切断経路生成処理を中断し、操作入力盤で入力される経路生成前進指令により制御装
置は切断マニピュレータのロボット先端が切断対象上へ
移動するように位置制御し、操作入力盤で入力される経路生成再開指令により制御装
置は切断マニピュレータが倣い制御開始点としてロボッ
ト先端を切断対象まで近づけて距離センサと切断対象と
を基準距離離間させた状態とし、この時の補正量を用い
て切断経路生成処理を再開して切断対象上の修正切断経
路値を生成し、操作入力盤で入力される経路生成終了指令により制御装
置は倣い制御開始点から倣い制御終了点までの切断経路
に係る計画切断経路値を、修正切断経路値と交換して、切断経路生成処理を終了することを特徴とする遠隔制御
型切断ロボット。
【請求項８】請求項７記載の遠隔制御型切断ロボットに
おいて、経路生成開始指令と経路生成開始終了指令との操作入力
の代わりに、距離センサから出力される先端距離検出値
が一定値以上から一定値未満に変化した場合にロボット
先端が切断対象の外から上へ移動したと判別して経路生
成再開指令が出力されたものとし、また、距離センサか
ら出力される先端距離検出値が一定値未満から一定値以
上に変化した場合にロボット先端が切断対象の上から外
へ移動したと判別して経路生成終了指令が出力されたも
のとし、指令を自動判別することを特徴とする遠隔制御型切断ロ
ボット。
【請求項９】請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の
遠隔制御型切断ロボットにおいて、前記距離センサは、レーザ光を発振するレーザ光発信器と、レーザ光発信器から出力されたレーザ光が入力され、カ
メラと切断対象との距離が予め定めた値である場合に切
断対象上の光点がカメラ中心となるレーザ光を切断対象
に照射するレンズシステムと、切断対象上に照射されるレーザ光を撮像して画像データ
を取得する撮像管カメラと、を備え、画像データを用いて、カメラ画像の中心とカメラ画像の
光点との距離を用いてロボット先端と切断対象との距離
を算出するような処理を行う、ことを特徴とする遠隔制御型切断ロボット。
【請求項１０】請求項１〜請求項８の何れか１項に記載
の遠隔制御型切断ロボットにおいて、前記距離センサは、レーザ光を発振するレーザ光発信器と、レーザ光発信器から出力されたレーザ光が入力され、同
一平面内で並行な２本のレーザ光と交差する１本のレー
ザ光をそれぞれ照射するレンズシステムと、切断対象上に照射されるレーザ光を撮像して画像データ
を取得する撮像管カメラと、を備え、画像データを用いて、これらレーザ光が照射される切断
対象における光点間の距離の比率を用いてロボット先端
と切断対象との距離を算出するような処理を行う、ことを特徴とする遠隔制御型切断ロボット。
【請求項１１】請求項１〜請求項８の何れか１項に記載
の遠隔制御型切断ロボットにおいて、前記距離センサは、切断対象と接触して従動し、この切断対象の面に対して
略垂直方向に移動する従動子と、従動子が切断対象と接するように付勢する付勢部と、従動子の移動に応じて位置を検出するセンサ部と、を備え、従動子の位置に基づいて先端距離検出値を生成する処理
を行う、ことを特徴とする遠隔制御型切断ロボット。
【請求項１２】請求項１１に記載の遠隔制御型切断ロボ
ットにおいて、前記先端距離検出値が予め定められた値を超えるという
条件を満たす場合に従動子が切断対象から離脱したと判
定し、ロボット先端の移動を停止する、ことを特徴とする遠隔制御型切断ロボット。
【請求項１３】請求項１１に記載の遠隔制御型切断ロボ
ットにおいて、前記先端距離検出値の変化率が予め定められた値を超え
るという条件を満たす場合に従動子が切断対象から離脱
したと判定し、ロボット先端の移動を停止する、ことを特徴とする遠隔制御型切断ロボット。
【請求項１４】請求項１１に記載の遠隔制御型切断ロボ
ットにおいて、前記先端距離検出値の変化率が予め定められた値を超
え、かつ前記先端距離検出値が予め定められた値を超え
るという条件を満たす場合に従動子が切断対象から離脱
したと判定し、ロボット先端の移動を停止する、ことを特徴とする遠隔制御型切断ロボット。
【請求項１５】請求項１２〜請求項１４の何れか一項に
記載の遠隔制御型切断ロボットにおいて、前記条件が所定期間継続した場合に従動子が切断対象か
ら離脱したと判定し、ロボット先端の移動を停止する、ことを特徴とする遠隔制御型切断ロボット。
【請求項１６】請求項１２〜請求項１５の何れか一項に
記載の遠隔制御型切断ロボットにおいて、前記条件が成立したロボット先端位置を切断経路終点値
として記憶し、その切断経路終点値まで修正切断経路値を生成すること
を特徴とする遠隔制御型切断ロボット。