JP2005161498A - Robot remote operation control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信時間遅れの存在する環境下でロボットアーム等の被制御装置を遠隔操作するロボット遠隔操作制御装置に関する。 The present invention relates to a robot remote control device for remotely controlling a controlled device such as a robot arm in an environment where there is a communication time delay.
一般にロボットの被制御装置を遠隔地から遠隔操作する際には、操作者は意図したとおりにロボットの動作を確認したり、予期せぬ事態に対して修正動作を生成するために、遠隔地のロボットの状況を視覚、触覚のセンサを利用して、遠隔操作を行う。 In general, when a robot controlled device is remotely operated from a remote location, the operator can confirm the operation of the robot as intended or generate a corrective action for an unexpected situation. The robot is remotely controlled using visual and tactile sensors.
しかし、操作者と遠隔地のロボットの距離が離れている場合、通信時間遅れが発生してしまい、操作者の生成したコマンドで遠隔地のロボットが動作するのにタイムラグが生じる。この通信時間遅れが発生することにより、遠隔操作の効率は減少してしまう。 However, when the distance between the operator and the remote robot is long, a communication time delay occurs, and a time lag occurs when the remote robot operates with the command generated by the operator. The occurrence of this communication time delay reduces the efficiency of remote operation.
従来の通信時間遅れの存在する環境下での遠隔操作では、予測表示を利用している。予測表示とは操作者側のコンピュータでロボットの動作をシミュレートし、そのシュミレーション結果(動作予測)を操作者に提示することである(特許文献1〜4参照。)。
The conventional remote operation in an environment where there is a communication time delay uses a prediction display. Predictive display means simulating the operation of the robot by the computer on the operator side and presenting the simulation result (motion prediction) to the operator (see
この予測表示では、操作者には、遠隔地のロボットを含む環境をモデル化して、コンピュータ内に遠隔地のロボットを含むモデルを作成し、そのモデルを使って遠隔操作コマンドを生成していする。
しかしながら、従来の予測表示では、コンピュータ内でロボットの動作等を全て計算するが、ロボットから戻ってくる情報をリアルタイムに利用することはしていない。また、操作者に送信されるロボットの情報を利用して、ロボットに送信するコマンドを生成する手段もあるが、通信時間遅れが大きくなると有効な手段でなくなる。 However, in the conventional predictive display, all the motions of the robot are calculated in the computer, but the information returned from the robot is not used in real time. In addition, there is a means for generating a command to be transmitted to the robot using the robot information transmitted to the operator, but this is not an effective means when the communication time delay increases.
操作者が利用する予測表示されるロボットを含む遠隔地のモデル(仮想モデルと呼ぶ)は、完全に実際のロボットを含む遠隔地の物理現象を再現することはできないため、操作者に提示される情報はあくまで予測であり、運用時間が長くなればなるほど、予測と実際のロボットとの状態がずれてしまう。そこで、できるだけ予測する時間を短くし、現実のロボットの状況に予測を合わせる必要がある。 A model of a remote location including a predicted robot used by an operator (referred to as a virtual model) cannot be completely reproduced, and is presented to the operator. The information is only a prediction, and the longer the operation time, the more the state between the prediction and the actual robot shifts. Therefore, it is necessary to shorten the prediction time as much as possible and to match the prediction with the actual situation of the robot.
本発明は、このような問題を解決することを目的とするものであり、ロボットから送信されるデータを予測表示に利用し、常に通信時間遅れ分を予測表示するだけで、ロボットを制御し、予測する時間を短くし、現実のロボットの状況に予測を合わせることのできる手段を実現するものである。 The present invention aims to solve such a problem, uses data transmitted from the robot for prediction display, always controls and predicts the robot only by predicting and displaying the communication time delay, It is intended to realize a means that can shorten the prediction time and can adjust the prediction to the actual situation of the robot.
本発明は上記課題を解決するために、ロボットのセンサ付き被制御装置の動作を指令する指令コマンドを入力する入力装置と、前記被制御装置の動作情報を操作者に表示する表示装置と、前記入力装置からの指令コマンドを前記被制御装置に送信する制御装置とを備えたロボット遠隔操作制御装置において、前記制御装置は、前記指令コマンドを前記被制御装置に送信し、前記被制御装置から前記センサのデータを受信する送受信装置と、前記送受信装置で受信した被制御装置からのセンサのデータと前記入力装置で入力した指令コマンドのデータを処理し、前記被制御装置及び前記表示装置に対するコマンドを生成するコマンド生成装置とを有し、前記被制御装置は、前記制御装置との間で往復通信時間遅れtが生じる遠隔地にあり、現時刻Tにおける前記表示装置で表示される前記被制御装置の位置の情報O(T)は、現時刻Tより前記時間遅れtだけ前の前記被制御装置の位置の情報R(T−t)に、前記時間遅れtの間に生成された指令コマンドの指令値A(t)を付加してなる予測情報であることを特徴とするロボット遠隔操作制御装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides an input device for inputting a command command for instructing an operation of a controlled device with a sensor of a robot, a display device for displaying operation information of the controlled device to an operator, In a robot remote control device comprising a control device that transmits a command command from an input device to the controlled device, the control device transmits the command command to the controlled device, and the control device transmits the command command to the controlled device. A transmitter / receiver for receiving sensor data, a sensor data received from the controlled device received by the transmitter / receiver and a command command data input by the input device, and commands for the controlled device and the display device are processed. A command generation device for generating, and the controlled device is in a remote place where a round-trip communication time delay t occurs with the control device, The information O (T) of the position of the controlled device displayed on the display device at T is the information R (T−t) of the position of the controlled device before the current time T by the time delay t. Provided is a robot remote control device characterized by prediction information formed by adding a command value A (t) of a command command generated during the time delay t.
前記被制御装置はロボットであることを特徴とする。 The controlled device is a robot.
前記センサは、姿勢を検知するとともにその動作状態を撮影し、視覚、触覚、聴覚等を計測することができ、前記表示装置は、視覚、触覚又は聴覚を入力及び表示できることを特徴とする。 The sensor is capable of detecting a posture and photographing an operation state thereof, and measuring visual, tactile, auditory, and the like, and the display device is capable of inputting and displaying visual, tactile, or auditory.
本発明に係るロボット遠隔操作制御装置よれば、通信時間遅れの存在する遠隔操作において、遠隔地のロボットの被制御装置から戻ってきた情報と、操作者からの指令地を基にして、前記遠隔地のロボットの被制御装置の予測表示を行うため、予測時間を遠隔操作運用時間に関わらず通信時間遅れ分の短い時間とし、常に一定であるため、非常に安全に遠隔操作を実施することがでるようになり、遠隔操作の安全性に対して極めて有効である。 According to the robot remote control device according to the present invention, in the remote control with a communication time delay, the remote control is performed based on the information returned from the controlled device of the remote robot and the command location from the operator. Because the predicted display of the controlled device of the local robot is performed, the predicted time is a short communication time delay regardless of the remote operation operation time, and it is always constant, so remote operation can be performed very safely This is extremely effective for the safety of remote operation.
本発明に係るロボット遠隔操作制御装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下説明する The best mode for carrying out a robot remote control device according to the present invention will be described below with reference to the drawings based on the embodiments.
図1は、本発明に係るロボット遠隔操作制御装置1の全体構成である。このロボット遠隔制御装置11で制御されるロボット2の被制御装置(本実施例ではロボットアーム)は、少なくともカメラ3及び位置検出センサを備え、さらに視覚センサ(カメラ)、触覚センサ、マイク等のセンサを有しており、姿勢を検知するとともにその動作状態を撮影し、視覚、触覚、聴覚等を計測することができる。
FIG. 1 shows the overall configuration of a robot
ここで、位置検出センサは、図示はしないが、ロボットアームの関節に取り付けられている関節角度を計測する角度計測センサであり、これをロボットアームの関節に取り付け関節角度を計測するという構成自体は周知技術である。この位置検出センサの検出値がロボットに搭載されたロボットアーム制御装置14に送信され、ロボットアーム制御装置14でロボットアームの手先位置が計算される。なお、視覚センサ、触覚センサ等のセンサを設ければ、さらに遠隔制御の精度が上がることとなる。
Here, although not shown, the position detection sensor is an angle measurement sensor that measures the joint angle attached to the joint of the robot arm, and the configuration itself of measuring the joint angle by attaching the position detection sensor to the joint of the robot arm is not the same. This is a well-known technique. The detection value of this position detection sensor is transmitted to the robot
この手先位置の情報が、ロボット遠隔操作制御装置1の後述する制御装置4に送信され、制御装置4のコマンド生成装置においてロボットアームの手先位置が計算される。なお、視覚センサ、触覚センサ等のオプションセンサを設ければ、さらに遠隔制御の精度が上がることとなる。
This hand position information is transmitted to a control device 4 (to be described later) of the robot remote
ロボット遠隔操作制御装置1は、制御装置4、入力装置5及び表示装置6から成る。制御装置4は、入出力部7、コマンド生成装置8、コマンド・データ送受装置9とを備えている。制御装置4は、実際は、通常のパソコンが利用され、そのCPUがコマンド生成装置8として利用される。
The robot
入力装置5は、遠隔地にあるロボット2を遠隔操作するためのジョイスティック(又はマスタアーム)10等を有し、制御装置4の入出力部7に接続されている。カメラモニタ用ディスプレイ11、遠隔地のマイクにより検出した音声を再生するスピーカ(図示せず)等から構成されている。これらのディスプレイ11、スピーカ等は、それぞれ制御装置4の入出力部7に接続されている。表示装置6は、遠隔地のロボット2の動作状況についてカメラ3で撮影した映像を表示するものである。ここで、15はロボットアームを含む遠隔地の実画像であり、16は予測表示されているロボットアームを含む仮想モデルのコンピュータグラフィックス画像である。
The input device 5 includes a joystick (or master arm) 10 for remotely operating the
ロボット2は、被制御装置であるロボットアーム12を有し、このロボットアーム12は、図2(a)に示すように、n個の関節J1、J2、J3・・・・Jnを有している。ロボットアーム12の各関節角度をθ1、θ2、θ3・・・、θn、手先位置(具体的にはロボットアーム12の手先位置の情報であり、より詳しくは、手先位置の3次元座標情報である。)をOとする。以下、説明を分かりやすくするために、図2(b)に示すように、ロボットアーム12の関節は、J1、J2の2個の関節から成るロボットについて説明する。
The
なお、上記手先位置の情報は、上述したように、ロボットアームの関節に設置された位置検出センサ(角度計測センサ)で得られた検出値がロボットに搭載されているロボットアーム制御装置14に送信され、このロボットアーム制御装置14において上記検出値に基づいてロボットアーム制御装置14で計算される。
As described above, the information on the hand position is transmitted to the robot
そして、この手先位置の情報、ロボットアームの各関節角度、上述したオプションのセンサのデータが、ロボット遠隔操作制御装置1の制御装置4に一定周期で送信される。送信元へのデータの送信方法は、インターネットを使ったり、信号線を使ったりすることができ、いろいろな態様が考えられる。
Then, the information on the hand position, each joint angle of the robot arm, and the data of the optional sensor described above are transmitted to the
図2(b)において、遠隔操作開始時刻をT0、現在の時刻をT、往復の通信時間遅れをtとする。遠隔地のロボット2から送られてきた情報を基にしたロボットアーム12の手先位置はO(T−t)であり、各関節角度はθ1(T−t)、θ2(T−t)となる。
In FIG. 2B, it is assumed that the remote operation start time is T0, the current time is T, and the round-trip communication time delay is t. The hand position of the
図2は、本発明の実施例の説明図であり、この実施例の被制御装置であるロボット2のロボットアーム12は、2個の関節J1、J2を有しており、ロボットアーム12の各関節角度をθ1、θ2とする。現在の時刻をT、往復の通信時間遅れ時間をt、ロボットアームの手先位置を点Oとする。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention. A
予測表示されるアーム(時刻Tのアーム)は、従来の方法では、T0を元にして計算するために予測計算を行う時間はT−T0となるが、本発明の装置においては、時刻(T−t)から時刻Tまでに生成されたオペレータからの指令値を基にして計算するので、予測計算を行う時間は常にtのみとなる。 In the conventional method, the predicted display arm (arm at time T) is T-T0 in order to calculate based on T0. However, in the apparatus of the present invention, the time (T Since the calculation is performed based on the command value from the operator generated from -t) to time T, the time for performing the prediction calculation is always only t.
ところで、通信時間遅れtは、ロボット側(ロボットアーム12)と操作者側(ロボット遠隔操作制御装置1)との物理的距離や通信のための伝送システム等の様々な要因により決定されるので、ロボット側と操作者側の設置環境のそれぞれについて(その場、その場で)生じる通信時間遅れをあらかじめ計測しておく。そして、このような計測結果から通信時間遅れtが、予め決定される。 By the way, the communication time delay t is determined by various factors such as a physical distance between the robot side (robot arm 12) and the operator side (robot remote operation control device 1) and a transmission system for communication. The communication time delay that occurs (on the spot and on the spot) for each of the installation environment on the robot side and the operator side is measured in advance. And communication time delay t is previously determined from such a measurement result.
図3を使って説明すると、遠隔地のロボットアーム12から送られてくるロボットアーム12の手先位置はR(T−t)である。予測表示されるアーム(時刻Tのアーム)の手先位置O(T)は、これらの情報を基に、時刻(T−t)から時刻Tまでに生成されたオペレータからの指令値A(t)を含めて計算されるので、
O(T) = R(T−t)+A(t) となる。
Referring to FIG. 3, the hand position of the
O (T) = R (T−t) + A (t)
もし、ロボットアーム12が障害物に衝突し、停止しているにもかかわらず、操作者Pが障害物の方向に動作指令を出しつづける場合を想定する。この場合、実際のロボットアーム12の手先位置R(T−t)は変化しないが、操作者Pからの指令値が出されているので、予測表示されるロボットアーム12は、停止している実際のロボットアーム12の手先位置R(T−t)に操作者Pからの指令値を出し続けている通信時間遅れt分を加えた値となるので、実際のロボットアーム12の位置から少しずれたところで停止する。
It is assumed that the operator P continues to issue an operation command in the direction of the obstacle even though the
つまり、O(T)=R(T−t)+A(t) の実際のロボットアーム12の手先位置R(T−t)が衝突のため変化しなくなり、実際のロボットアーム12への手先指令値A(t)も一定のため、O(T)も変化しなくなるのである。
That is, the hand position R (T−t) of the
この状態で操作者Pが動作指令を出さなければ、予測表示されるロボットアーム12は、実際のロボットアーム12の手先位置に徐々に近づいて行き、通信時間遅れtの時間を経過すると、予測表示のロボットアーム12の手先位置は、実際のロボットアーム12に一致する。
If the operator P does not issue an operation command in this state, the predicted
つまり、運用中に予測表示されたロボット2の手先位置と実際のロボット2の手先位置が異なってしまっても、操作者Pが指令を与えなければ、遠隔地のロボットアーム12の情報に加えられる操作者Pの指令値が零となるため、予測表示されたロボット2が自動的に実際のロボット2の位置まで移動することとなる。
That is, even if the hand position of the
上述のロボットアームが障害物に衝突し、停止した場合の動作をさらに詳細に説明する。自由空間で操作している場合には、常に入力装置5の動作とロボットアーム12の動作は 一致している。しかし、ロボットアーム12が障害物に衝突すると、ロボットアーム12がその場で停止することになる。ロボットアーム12から操作者側(ロボット遠隔操作制御装置1)には常にデータが定期的に送られてくるが、操作者側(ロボット遠隔操作制御装置1)ではロボットアーム12の手先位置が変化していない。
The operation when the above robot arm collides with an obstacle and stops will be described in more detail. When operating in free space, the operation of the input device 5 and the operation of the
つまりR(T−t)が変化しなくなるというデータが得られる。そのため、これまで自由に動けていた操作者側の入力装置5の動作も通信時間遅れ分の入力データA(t)分しか自由に動けなくなってしまう。この状態になると、操作者にはロボットアーム12が何かに衝突して動けなくなっていることが明白であるので、入力装置とロボットアームの位置を修正するために、操作者が入力装置5から手を離すなどして指令値を与えない状態にする。
That is, data that R (T−t) does not change is obtained. For this reason, the operation of the input device 5 on the operator side, which has been free to move, can move freely only for the input data A (t) corresponding to the communication time delay. In this state, since it is clear to the operator that the
つまり、 O(T) =R(T−t)+A(t)のロボットアーム12の実際のロボットの手先位置R(T−t)が衝突のため変化しなくなり、ロボットアーム12への手先指令値A(t)が零へと近づいていくために、
O(T) = R(T−t)
となるのである。
That is, the actual robot hand position R (T−t) of the
O (T) = R (T−t)
It becomes.
以上、本発明に係るロボット遠隔操作制御装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。 The best mode for carrying out the robot remote control device according to the present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to such embodiments, and is described in the claims. It goes without saying that there are various embodiments within the technical scope.
本発明は、ロボットからリアルタイムで送信されるデータと通信時間遅れ分に相当する指令値を利用してロボットを制御し、予測する時間を短くし、遠隔操作でも、現実のロボットの動作状況に予測を合わせることができるから、遠隔操作でしかも操作者の操作意図を瞬時に実現する必要のある各種の産業用ロボットに適用できる。 The present invention controls the robot using the data transmitted in real time from the robot and the command value corresponding to the communication time delay, shortens the prediction time, and predicts the actual robot operation status even by remote control. Therefore, the present invention can be applied to various industrial robots that need to be operated remotely and instantly realize the operator's intention of operation.
1 ロボット遠隔操作制御装置
2 ロボット
3 カメラ
4 制御装置
5 入力装置
6 表示装置
7 入出力部
8 コマンド生成装置
9 コマンド・データ送受装置
10 ジョイスティック
11 ディスプレイ
12 ロボットアーム
13 位置センサ
14 ロボットアーム制御装置
15 ロボットアームを含む遠隔地の実画像
1 予測表示されているロボットアームを含む仮想モデルのコンピュータグラフィッ クス画像
1 Robot remote control device
2 Robot
3 Camera
4 Control device
5 input devices
6 Display device
7 Input / output section
8 Command generator
9 Command data transmission / reception device
10 Joystick
11 Display
12
Claims (3)
前記被制御装置の動作情報を操作者に表示する表示装置と、
前記入力装置からの指令コマンドを前記被制御装置に送信する制御装置とを備えたロボット遠隔操作制御装置において、
前記制御装置は、
前記指令コマンドを前記被制御装置に送信し、前記被制御装置から前記センサのデータを受信する送受信装置と、
前記送受信装置で受信した被制御装置からのセンサのデータと前記入力装置で入力した指令コマンドのデータを処理し、前記被制御装置及び前記表示装置に対するコマンドを生成するコマンド生成装置とを有し、
前記被制御装置は、前記制御装置との間で往復通信時間遅れtが生じる遠隔地にあり、現時刻Tにおける前記表示装置で表示される前記被制御装置の位置の情報O(T)は、現時刻Tより前記時間遅れtだけ前の前記被制御装置の位置の情報R(T−t)に、前記時間遅れtの間に生成された指令コマンドの指令値A(t)を付加してなる予測情報であることを特徴とするロボット遠隔操作制御装置。 An input device for inputting a command command for instructing the operation of the controlled device with the sensor of the robot;
A display device for displaying operation information of the controlled device to an operator;
In a robot remote control device comprising a control device that transmits a command command from the input device to the controlled device,
The control device includes:
A transmission / reception device that transmits the command command to the controlled device and receives data of the sensor from the controlled device;
A command generation device that processes the sensor data received from the controlled device received by the transmission / reception device and the command command data input from the input device, and generates a command for the controlled device and the display device;
The controlled device is in a remote place where a round-trip communication time delay t occurs with the control device, and information O (T) of the position of the controlled device displayed on the display device at the current time T is The command value A (t) of the command command generated during the time delay t is added to the position information R (T−t) of the controlled device that is the time delay t before the current time T. A robot remote control device characterized by prediction information.
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