JP2012011498A - System and method for operating robot arm - Google Patents

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Kenji Matsuzaki
Soichiro Shigematsu
Mitsuaki Shimamura
Naotaka Suganuma
光明 島村
謙司 松崎
直孝 菅沼
宗一郎 重松
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Toshiba Corp
株式会社東芝
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid obstacles safely, reliably and easily, in operating a robot arm.SOLUTION: An robot arm operating system includes: a remote controller 1 for operating the robot arm 2 on the basis of an operation command value received in real-time; an environmental data storage part 4 for storing environmental data including a 3D shape model of the obstacle; a repulsive force vector field generating processor 5 for setting a virtual repulsive force vector field so that a repulsive force is increased as the distance to the obstacle becomes shorter; a virtual force generating processor 6 for calculating a virtual repulsive force in the direction of moving away from the obstacle relative to the robot arm by using the repulsive force vector field; and a robot controller 3 for generating a motion command value to the robot arm by combining the virtual repulsive force calculated by the virtual force generating processor 6 and the operation command value from the remote controller 1.

Description

本発明は、ロボットアームの遠隔操作時に周辺の障害物などとロボットアームが接触しないように操作を支援する機能を有するロボットアーム操作システムおよびその操作方法に関する。 The present invention relates to a robot arm control system and its method of operation has the function of supporting the operation obstacles near the time the remote operation of the robot arm and so as not to contact the robot arm.

従来、原子力廃棄物の再処理施設や宇宙空間での作業に用いられるロボットアームにはマスタースレーブ方式やジョイスティックなどの操縦桿を用いた遠隔操縦が行われている。 Conventionally, the robot arm to be used for working in reprocessing facilities and space of nuclear waste remote control using a joystick such as master-slave or a joystick is performed. 通常の遠隔操縦では、操作者がロボットアームを周囲の障害物との接触を回避しつつ目標位置へ動作させるために、ロボットアームの状況をカメラ画像により把握しながら遠隔で操作する。 In a typical remote control, the operator to operate to avoiding while target position contacting with the obstacle around the robot arm, operated remotely while grasping the situation of the robot arm by the camera image.

しかしながら、カメラ画像の情報だけでは、奥行きが不明確であったり照明の影響で影となる部分や構造物の死角があるなどの理由で、慎重な操作が必要とされ操作者へ過大な負荷がかかるとともに作業時間の増大へと繋がっていた。 However, only the information of the camera image, for reasons such as depth is dead parts and structures as the shadow effect of illumination or a unclear, an excessive load to the careful operation is required the operator It had led to the increase of work time with such. このような背景からこれまでに、仮想環境の画像と実画像を合成して表示画面に呈示することで死角を低減する方法(特許文献1参照)や、仮想環境上に仮想ガイドを設けることでピン挿入作業など穴中心にロボットアームを誘導することができる支援方法(特許文献2参照)などの操作支援技術が提案されている。 Against this background in the past, a method (see Patent Document 1) to reduce the blind spot by presenting on the display screen by synthesizing the image and the real image of the virtual environment and, by providing the virtual guide in the virtual environment operation support technologies such support method (see Patent Document 2) which can induce the robot arm in the hole center such as a pin inserting operation has been proposed.

特許第3924495号公報 Patent No. 3924495 Publication 特許第2621803号公報 Patent No. 2621803 Publication

ところが、上記の操作支援技術では、ロボットアームが複数の障害物を回避した複雑な姿勢を取らせている状況で何らかのエラーにより停止した場合、ロボットアームの状況を認識できたとしても、ロボットアームを初期姿勢に戻すよう操作することは困難である。 However, in the above operation support technique, when stopped due to some error situations, which take the complex orientation of the robot arm to avoid multiple obstacles, even able to recognize the status of the robot arm, the robot arm be manipulated to return to the initial position is difficult. また障害物を回避するという毎回異なる状況に対して仮想ガイドを設定することは容易ではない。 Also it is not easy to set a virtual guide against each different situation to avoid an obstacle.

上述した課題に鑑み、本発明の目的は、ロボットアームの操作に当たり、安全、確実かつ容易に障害物を回避することができるようにすることにある。 In view of the above problems, an object of the present invention, per the operation of the robot arm, safety is to be able to avoid reliably and easily obstacle.

上記目的を達成するために、本発明に係るロボットアーム操作システムの一つの態様は、ロボットアームに対して遠隔からリアルタイムで受信した操縦指令値に基づいて前記ロボットアームを操縦する遠隔操縦部と、前記ロボットアームが動作可能な作業環境内にあって前記ロボットアームの動作の障害となりうる障害物の3次元形状モデルを含む環境データを保存する環境データ保存部と、前記作業環境内で前記障害物との距離が近いほど斥力ベクトルが大きくなるように仮想的な斥力ベクトル場を設定する斥力ベクトル場生成処理部と、前記斥力ベクトル場を利用して前記ロボットアームに対して前記障害物から遠ざかる方向への仮想的な斥力を算出する仮想力生成処理部と、前記仮想力生成処理部により算出された仮想的な斥力と前記 To achieve the above object, one aspect of the robotic arm operation system according to the present invention includes a remote control unit to steer the robot arm based on the steering command value received in real time from a remote to the robot arm, and environment data storage unit for storing environmental data including three-dimensional shape model of the robot arm is operable in a working environment problems and will be an obstacle of movement of the robot arm, the obstacle in the working environment direction away from the obstacle and the repulsive force vector field generating unit which distance is set a virtual repulsive force vector field as the more repulsive force vector becomes larger closer, relative to the robot arm by using the repulsive force vector field with virtual and virtual force generation processing unit for calculating the repulsive force, the a calculated imaginary repulsion by the virtual force generating unit to 隔操縦部からの操縦指令値とを組み合わせて前記ロボットアームへの動作指令値を生成するロボットコントローラと、を有することを特徴とする。 A robot controller for generating an operation command value for the robot arm in combination with the steering command value from 隔操 longitudinal section, and having a.

本発明に係るロボットアーム操作システムの他の一つの態様は、ロボットアームに対して遠隔からリアルタイムで受信した操縦指令値に基づいて前記ロボットアームを操縦する遠隔操縦部と、前記ロボットアームの複数個所に取り付けられて、前記ロボットアームが動作可能な作業環境内にあって前記ロボットアームの動作の障害となりうる障害物との距離を検出する複数の距離センサと、前記距離センサによって検出された距離に基づいて、前記ロボットアームに対して前記障害物から遠ざかる方向への仮想的な斥力を算出する仮想力生成処理部と、前記仮想力生成処理部によって算出された仮想的な斥力と前記遠隔操縦部からの操縦指令値とを組み合わせて前記ロボットアームへの動作指令値を生成するロボットコントローラと、を有す Another aspect of the robot arm operation system according to the present invention includes a remote control unit to steer the robot arm based on the steering command value received in real time from a remote to the robot arm, a plurality of locations of the robot arm attached to a plurality of distance sensors for detecting the distance to the obstacle can become an obstacle to the operation of the robot arm be in the robot arm is operable working environment, the distance detected by said distance sensor based on the virtual and virtual force generation processing unit for calculating the repulsive force, wherein a virtual repulsive force calculated by the virtual force generation processing unit remote control unit in a direction away from the obstacle to the robot arm having a, a robot controller for generating an operation command value for the robot arm in combination with the steering command value from ことを特徴とする。 It is characterized in.

本発明に係るロボットアーム操作方法の一つの態様は、ロボットアームを遠隔から操作するロボットアーム操作方法において、前記ロボットアームを操縦する操縦指令値をリアルタイムで受信する操縦指令値受信ステップと、前記ロボットアームが動作可能な作業環境内にあって前記ロボットアームの動作の障害となりうる障害物の3次元形状モデルを含む環境データを保存する環境データ保存ステップと、前記作業環境内で前記障害物との距離が近いほど斥力ベクトルが大きくなるように仮想的な斥力ベクトル場を設定する斥力ベクトル場生成ステップと、前記斥力ベクトル場を利用して前記ロボットアームに対して前記障害物から遠ざかる方向への仮想的な斥力を算出する仮想力生成ステップと、前記仮想力生成ステップで算出された仮 One embodiment of the robot arm operating method according to the present invention, in the robot arm operation method for operating the robot arm from the remote, the steering command value receiving step of receiving operation control instruction value to maneuver the robot arm in real time, the robot arm and environmental data storing step of storing environmental data including three-dimensional geometric model operable in the working environment problems and will be an obstacle of movement of the robot arm, and said obstacle in the working environment a repulsive force vector field generating step of distance to set a virtual repulsive force vector field as the more repulsive force vector becomes larger closer, virtual utilizing the repulsive force vector field in the direction away from the obstacle relative to the robot arm specific virtual power generation step of calculating a repulsive force, provisionally calculated by the virtual force generating step 的な斥力と前記操縦指令値とを組み合わせて前記ロボットアームへの動作指令値を生成する動作指令値生成ステップと、を有することを特徴とする。 And having a an operation command value generation step of generating an operation command value for the robot arm combined repulsion between the said steering command value.

本発明に係るロボットアーム操作方法の他の一つの態様は、ロボットアームに対して遠隔からリアルタイムで受信した操縦指令値に基づいて前記ロボットアームを操縦するロボットアーム操作方法において、前記ロボットアームの複数個所に取り付けられた複数の距離センサによって、前記ロボットアームが動作可能な作業環境内にあって前記ロボットアームの動作の障害となりうる障害物との距離を検出する距離検出ステップと、前記距離検出ステップで検出された距離に基づいて、前記ロボットアームに対して前記障害物から遠ざかる方向への仮想的な斥力を算出する仮想力生成ステップと、前記仮想力生成ステップで算出された仮想的な斥力と前記操縦指令値とを組み合わせて前記ロボットアームへの動作指令値を生成する動作指令値 Another aspect of the robot arm operation method according to the present invention, in the robot arm operation method for steering the robot arm based on the steering command value received in real time from a remote to the robot arm, a plurality of the robot arm a plurality of distance sensors mounted in a location, a distance detecting step of detecting a distance to the obstacle which the robot arm can be an obstacle to the operation of the robot arm be in operable working environment, said distance detecting step in on the basis of the detected distance, the virtual force generating step of calculating a virtual repulsive force in a direction away from the obstacle relative to the robot arm, a virtual repulsive force and calculated by the virtual force generating step operational command value for generating an operation command value for the robot arm in combination with the steering command value 成ステップと、を有することを特徴とする。 Forming a step, and having a.

本発明によれば、ロボットアームの操作に当たり、安全、確実かつ容易に障害物を回避することができる。 According to the present invention, per the operation of the robot arm, the safety can be avoided reliably and easily obstacle.

本発明に係るロボットアーム操作システムの第1の実施形態の構成を示すブロック図である。 It is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of the robot arm operation system according to the present invention. 本発明に係るロボットアーム操作システムの第1の実施形態において障害物に基づいて設定される斥力ベクトル場の概要を示す模式的斜視図である。 It is a schematic perspective view showing an outline of repulsive force vector field that is set based on the obstacle in the first embodiment of the robot arm operation system according to the present invention. 本発明に係るロボットアーム操作システムの第1の実施形態におけるロボットアームと障害物および斥力ベクトルの概要を示す模式的斜視図である。 It is a schematic perspective view showing an outline of a robot arm and the obstacle and repulsive force vector in the first embodiment of the robot arm operation system according to the present invention. 本発明に係るロボットアーム操作システムの第2の実施形態の構成を示すブロック図である。 It is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the robot arm operation system according to the present invention. 本発明に係るロボットアーム操作システムの第2の実施形態におけるロボットアームと障害物の概要を示す模式的斜視図である。 It is a schematic perspective view showing an outline of a robot arm and the obstacle in the second embodiment of the robot arm operation system according to the present invention. 本発明に係るロボットアーム操作システムの第3の実施形態の構成を示すブロック図である。 It is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of the robot arm operation system according to the present invention. 本発明に係るロボットアーム操作システムの第3の実施形態におけるロボットアームと仮想障害物の概要を示す模式的斜視図である。 Is a schematic perspective view showing an outline of a robot arm and a virtual obstacle in the third embodiment of the robot arm operation system according to the present invention. 本発明に係るロボットアーム操作システムの第4の実施形態におけるロボットアームと目標物の概要を示す模式的斜視図である。 Is a schematic perspective view showing an outline of a robot arm and the target object in a fourth embodiment of the robot arm operation system according to the present invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 It will be described below with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention.

[第1の実施形態] First Embodiment
図1は、本発明に係るロボットアーム操作システムの第1の実施形態の構成を示すブロック図である。 Figure 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of the robot arm operation system according to the present invention. 図2は、本発明に係るロボットアーム操作システムの第1の実施形態において障害物に基づいて設定される斥力ベクトル場の概要を示す模式的斜視図である。 Figure 2 is a schematic perspective view showing an outline of repulsive force vector field that is set based on the obstacle in the first embodiment of the robot arm operation system according to the present invention. 図3は、本発明に係るロボットアーム操作システムの第1の実施形態におけるロボットアームと障害物および斥力ベクトルの概要を示す模式的斜視図である。 Figure 3 is a schematic perspective view showing an outline of a robot arm and the obstacle and repulsive force vector in the first embodiment of the robot arm operation system according to the present invention.

この実施形態のロボットアーム操作システムは、遠隔操縦部1と、環境データを保存する環境データ保存部4と、仮想的な斥力ベクトル場を設定する斥力ベクトル場生成処理部5と、斥力ベクトル場を利用して仮想的な斥力を算出する仮想力生成処理部6と、ロボットアーム2への動作指令値を生成するロボットコントローラ3と、接近度合呈示部7とを有する。 Robotic arm operation system of this embodiment includes a remote control unit 1, an environmental data storage unit 4 for storing the environmental data, and the repulsive force vector field generating unit 5 for setting a virtual repulsive force vector field, the repulsive force vector field It includes a virtual force generating unit 6 for calculating a virtual repulsive force by utilizing a robot controller 3 for generating an operation command value to the robot arm 2, and a degree of proximity presentation unit 7.

遠隔操縦部1は、ロボットアーム2に対して遠隔から、リアルタイムで受信した操縦指令値に基づいてロボットアーム2を操縦する。 Remote control unit 1, remotely relative to the robot arm 2, to steer the robot arm 2 based on the steering command value received in real time. 環境データ保存部4は、ロボットアーム2が動作可能な作業環境内にあってロボットアーム2の動作の障害となりうる障害物20の3次元形状モデルを含む環境データを保存する。 Environmental data storage unit 4 stores the environmental data including three-dimensional shape model of the robot arm 2 is operable work environment obstacles may become an obstacle to the operation of the robot arm 2 be within 20. 斥力ベクトル場生成処理部5は、作業環境内で障害物20との距離が近いほど斥力ベクトルが大きくなるように仮想的な斥力ベクトル場を設定する。 Repulsive force vector field generating unit 5, the distance between the obstacle 20 in the working environment is to set a virtual repulsive force vector field as the more repulsive force vector becomes larger closer. 仮想力生成処理部6は、斥力ベクトル場を利用してロボットアーム2に対して障害物20から遠ざかる方向への仮想的な斥力を算出する。 Virtual force generating unit 6 uses the repulsive force vector field to calculate a virtual repulsive force in a direction away from the obstacle 20 to the robot arm 2. ロボットコントローラ3は、仮想力生成処理部6により算出された仮想的な斥力と遠隔操縦部1からの操縦指令値とを組み合わせてロボットアーム2への動作指令値を生成する。 Robot controller 3 generates the operation command value to the robot arm 2 by combining the steering command value from a virtual repulsive force and the remote control unit 1 calculated by the virtual force generating unit 6.

図1に示すように、この実施形態のロボットアーム操作システムはさらに、カメラ画像取得部8、画像処理部9、環境データ補正部10および表示部11を有している。 1, the robot arm operation system of this embodiment further camera image acquisition unit 8, the image processing unit 9, and a environmental data correction unit 10 and the display unit 11. これらについては後述する。 These will be described later.

一般的に、ロボットアーム2は関節とリンク機構で構成される。 Generally, the robot arm 2 is composed of joints and linkages. 関節には回転関節や直動関節の他、球体関節などさまざまな種類がある。 The joint addition of the rotary joints and linear motion joints, there are various types such as a sphere joint. 関節の動作はモータ等で能動的に動作する場合と、動力源を持たずに受動的に動作する場合がある。 Operation of the joint in the case of being operated actively by a motor or the like, may operate passively without a power source. 各関節間はリンク機構により結びつけられ、関節とリンク機構が交互に直列されたシリアルリンク型と、関節とリンクの組合せが並列となったパラレルリンク型などがある。 Between the joints associated with the link mechanism, and the serial link type joints and the link mechanism is in series alternately, a combination of joints and links, etc. parallel-link became parallel.

以降では、回転関節を有するシリアルリンク型のロボットアーム2を例に説明する。 The following describes a robotic arm 2 of the serial link type having a rotating joint as an example. ロボットアーム2はロボットコントローラ3を介して遠隔操縦部1からの指令により遠隔で操作される。 Robotic arm 2 are operated remotely by a command from the remote control unit 1 via the robot controller 3. ロボットアーム2を遠隔で操作する形式にはロボットアーム2の手先(ハンド)70の位置と姿勢を指令する場合と、ロボットアーム2の手先70の位置と姿勢に加えてロボットアーム2の各関節の角度を指令する場合がある。 Hand of the robot arm 2 is the robot arm 2 to form operating remotely (hand) and the case of commanding a position and orientation of the 70, of each joint of the robot arm 2 in addition to the position and attitude of the end 70 of the robot arm 2 there is a case to command the angle.

前者の場合は、遠隔操縦部1にジョイスティックやゲームパッドやマウスのような装置が用いられる。 In the former case, devices such as a joystick or game pad or mouse, is used to remote control unit 1. 後者の場合は、ロボットアーム2と同様な構造を持つマスターアーム型の装置や異なる構造のマスターアーム型の装置などが用いられる。 In the latter case, such as master arm type apparatus or different master arm type device structure having the same structure as the robot arm 2 is used.

つぎに、ロボットアーム2が作業を行う作業空間を環境データとして定義し、環境データ保存部4に保存する処理について説明する。 Next, a work space in which the robot arm 2 is performing work defined as environmental data, describes the processing of storing the environmental data storage unit 4. 作業空間とは、ロボットアーム2の初期位置や作業位置、および初期位置と作業位置の中間を含む実際の空間の情報に基づいて構築される空間である。 The work space is a space that is constructed based on the information of the real space including the middle of the initial position and the working position of the robot arm 2, and the initial position and the working position. この作業空間は、作業を行う施設等の設計情報、たとえば3次元CADのデータを用いて設定する、またはカメラの映像や各種センサによる計測等で収集したデータを用いて設定する、あるいは手動で設定する、といったことが考えられる。 The working space is design information of the facility for performing the work, for example, set using the data of the three-dimensional CAD, or set by using the data collected in the measurement or the like using the camera images and various sensors, or manually set to, it is contemplated that such.

具体的には、たとえばロボットアーム2の操作装置が関連付けられ、各種3次元形状モデルを作成、記憶、修正可能な3次元CADシステムを構成する演算装置および入力装置(受信装置)によって行われる。 Specifically, for example, the operating device associated with the robot arm 2, create various three-dimensional shape model, memory, performed by the arithmetic unit and the input device constituting a three-dimensional CAD system modifiable (receiving apparatus). すなわち、上述の入力装置に施設等の設計情報や収集したデータを入力する、あるいは任意に施設情報等を入力して、上述した作業空間に対応する3次元形状モデルを設定することによって行われる。 Namely, inputting design information and data collected in the facilities of the above input device, or optionally by inputting the facility information and the like, is performed by setting the three-dimensional shape model that corresponds to the work space above.

つぎに、環境データ保存部4に保存に保存された環境データを用いて仮想的な斥力ベクトル場を生成する処理を行う斥力ベクトル場生成処理部5について説明する。 Next, the repulsive force vector field generating unit 5 will be described to perform a process of generating a virtual repulsive force vector field by using the environment data stored in the storage in the environmental data storing unit 4. 斥力ベクトル場の生成は、作業空間上に3次元の格子を設定し、各格子点に斥力ベクトル21を定義することで行う。 Generation of repulsive force vector field sets a three-dimensional grid on the work space, performed by defining a repulsive force vector 21 to each grid point. この斥力ベクトル21は作業空間内の障害物20を発生源として設定する。 The repulsive force vector 21 is set as the source of the obstruction 20 in the working space. 各格子点に設定される斥力ベクトル21の方向は障害物表面の法線方向、すなわち障害物表面に垂直な方向とし、斥力ベクトル21の大きさは障害物に近いほど大きくなるように設定する。 Direction of the repulsive force vector 21 that is set to each lattice point is set to the direction perpendicular to the normal direction, i.e. obstacle surface of the obstacle surface, the magnitude of the repulsive force vector 21 is set to be larger closer to the obstacle. 作業空間上に複数の障害物20が存在する場合、たとえば各格子点に最も近い障害物20から発生する斥力ベクトル21を、最終的にその格子点の斥力ベクトル21として設定する。 If there are multiple obstacles 20 on the work space, for example, it sets the repulsive force vector 21 generated from the obstacle 20 closest to the respective grid points, as the repulsive force vector 21 of the finally that grid point.

図2で、斥力ベクトル場については、斥力ベクトル21のおおよその方向のみ示しており、作業空間上に設定される3次元格子は省略している。 In Figure 2, for the repulsive force vector field shows only approximate the direction of the repulsive force vector 21, three-dimensional grid that is set on the work space is omitted. 作業空間中に円筒形状の障害物20が設定されており、この障害物20から遠ざかる方向の斥力ベクトル21が設定されている。 And obstacle 20 of cylindrical shape is set in the working space, the repulsive force vector 21 in a direction away from the obstacle 20 is set.

斥力ベクトル場を設定する際、障害物20が複雑な形状で、突起や極端な狭隘部を有する等のロボットアーム2の手先70が通過しにくい形状や配置を取る場合は、該当箇所付近の斥力ベクトル21を大きくする等の重み付けを行ってもよい。 When setting the repulsive force vector field, with complex shapes obstacle 20, if the hand 70 of the robot arm 2 such as having protrusions and extreme narrow portion takes the difficult shape and arrangement passes, repulsion near the corresponding position it may be weighted or increases the vector 21.

つぎに、仮想力生成処理部6について説明する。 Next, a description will be given virtual force generating unit 6. 仮想力生成処理部6ではロボットアーム2からの関節角度情報をロボットコントローラ3を介して取得し、順運動学計算によりロボットアームの設置点からロボットアーム2の手先70および各関節位置の絶対位置と絶対姿勢を算出する。 The joint angle information from the virtual force generating unit 6, the robot arm 2 obtained via the robot controller 3, and the absolute position from the installation point of the robot arm of the hand 70 and the joint position of the robot arm 2 by the forward kinematics calculation to calculate the absolute posture.

さらに、ロボットアーム2のモデル設定を行う。 Furthermore, to model setting of the robot arm 2. モデル設定の例を、図3を用いて説明する。 An example of a model set will be described with reference to FIG. 図3ではロボットアーム2の3次元形状モデル30を上述した環境データ保存部4に保存された環境データ内に設定し、設定した3次元形状モデル30上に斥力ベクトル場から受ける斥力を作用させる代表点31を複数点定義している。 Set 3 In environment data stored the three-dimensional shape model 30 of the robot arm 2 to the environment data storage unit 4 described above, the action of the repulsive force received from the repulsive force vector field on the three-dimensional shape model 30 is set representative the point 31 defines a plurality of points.

この代表点31は、障害物20との干渉を避けるために、ロボットアーム2の外形や内部に設定する。 The representative point 31, to avoid interference with the obstacle 20 is set inside the outer and the robot arm 2. 代表点31の設定箇所は任意であるが、たとえば図3のようなロボットアーム2の3次元形状モデル30の場合、モデルの構成要素である直方体や円柱部分の外形表面上に均等に設定する。 While setting position of the representative point 31 is arbitrary, for example, in the case of three-dimensional shape model 30 of the robot arm 2 as shown in FIG. 3, evenly set on the outer surface of the cuboid or cylindrical section which is a component of the model. なお、図が煩雑になるのを避けるために、図3では代表点31を一部省略して図示している。 In order to avoid drawing from becoming complicated, it is omitted partially representative point 31 in FIG. 3. また、移動体の一部分である手先70が作業ツールを持っている場合等、障害物との干渉が懸念される程度の大きさがある場合には手先70にも代表点31を設定する。 Also, like the case where the hand 70 is part of the moving body has a working tool, also sets the representative point 31 in the hand 70 in the case where interference with the obstacle is small enough to be of concern.

代表点31も同様にロボットアームの設置点からの順運動学計算により絶対位置を算出する。 Representative point 31 similarly calculates the absolute position by the forward kinematics calculation from the installation point of the robot arm.

つぎに、上述したロボットアーム2の3次元形状モデル30の代表点31に、斥力ベクトル場生成処理部5で生成した斥力ベクトル21の大きさと方向の斥力を作用させ、ロボットアーム2の各リンクごとに斥力の合計と各リンクに付随した関節軸に作用するモーメントの合計を算出する。 Next, the representative point 31 of the three-dimensional geometric model 30 of the robot arm 2 described above, by the action of the magnitude and direction of the repulsive force of the repulsive force vector 21 generated by the repulsive force vector field generating unit 5, each link of the robot arm 2 calculating the sum of the moments acting on the joint axis accompanying the sum each link repulsion.

つぎに、算出したロボットアーム2に作用する斥力とモーメントを、各リンクに設定された代表点31の数で除算して、関節軸を基準位置としてそれぞれの平均を各リンクごとに算出する。 Then, a repulsive force and moment acting on the calculated robot arm 2, by dividing the number of representative points 31 set in each link, calculates an average of the respective joint axes as the reference position for each link.

さらに現在のロボットアーム2の関節角速度をデカルト座標での手先70の速度へと変換するヤコビ行列Jを用いることで、手先70と各リンクごとに算出した斥力の平均(Fx,Fy,Fz)とモーメントの平均(Mx,My,Mz)から各関節軸に働くトルクτを、次の式(1)〜式(3)により求める。 Furthermore the current joint angular velocity of the robot arm 2 by using the Jacobian matrix J is converted into the speed of the hand 70 in Cartesian coordinates, the average of the repulsive force and the calculated hand 70 for each link (Fx, Fy, Fz) and mean moment (Mx, My, Mz) torque τ acting from each joint axis, obtained by the following equation (1) to (3).

τ=J F ・・・(1) τ = J T F ··· (1 )
τ=(τ ,τ ,τ ,・・・,τ n−1・・・(2) τ = (τ 1, τ 2 , τ 3, ···, τ n-1) T ··· (2)
F=(F ,F ,F ,M ,M ,M ・・・(3) F = (F x, F y , F z, M x, M y, M z) T ··· (3)
ただし、nは関節軸のベース側から数えた番号である。 Here, n is a number counted from the base side of the joint axis.

たとえば、ある関節軸に働くFから求まる。 For example, it obtained from F acting on certain joint axis. トルクτはその関節軸よりもロボットアーム2の設置点側(手先70から遠い側)にある関節軸のトルクτであり、手先70に働くFの場合はすべての関節軸に働くトルクτとなる。 Torque τ is the torque τ of the joint shaft in the installation point side of the robot arm 2 than its articulation axis (side away from the hand 70), when F acting on the hand 70 becomes torque τ acting on all joint axis . 算出したトルクτを各関節軸ごとに合算したものが最終的な関節軸に働くトルクτとなる。 That the calculated torque τ obtained by summing for each joint axis is torque τ acting on the final joint axis.

最終的に、遠隔操縦部1からの指令を受けてロボットアーム2が動作する時に、ロボットコントローラ3にて操縦指令値に上述の仮想力生成処理部6で算出したトルクτやトルクτから算出した関節速度を足し合わせる。 Finally, the robot arm 2 in response to a command from the remote control unit 1 is when operating, was calculated from the torque τ and torque τ calculated by the virtual force generating unit 6 described above to steering command value at the robot controller 3 adding up the joint speed. ここで、関節速度はトルクτと比例関係があるものとして算出する。 Here, the joint velocity is calculated assuming that there is a proportional relationship with the torque tau.

以上説明したように、仮想力生成処理部6では、ロボットアーム2に作用する斥力からトルクτや関節速度を算出して、ロボットアーム2の遠隔操作時に障害物20に近づく方向への動作を抑制するように、ロボットコントローラ3にて遠隔操縦部1からの操縦指令値にトルクτや関節速度を付加する。 As described above, the virtual force generating unit 6 calculates a torque τ and joint velocity from the repulsive force acting on the robot arm 2, suppress the operation of the direction toward the obstacle 20 when the remote operation of the robot arm 2 to way, adding torque τ and joint speed steering command value from the remote control unit 1 by the robot controller 3.

また、遠隔操縦部1からの操縦指令値へ付加するトルクτや関節速度は、ロボットアーム2の手先70の位置や姿勢の操縦指令値にのみ作用させても良いし、ロボットアーム2の各関節軸の操縦指令値に対して作用させても良い。 The torque τ and joint velocity to be added to the steering command value from the remote control unit 1 may be made to act only on the steering command value position and attitude of the end 70 of the robot arm 2, each joint of the robot arm 2 it may be allowed to act against the maneuver command value of the axis. ロボットアーム2の手先70の位置・姿勢にのみ作用させる場合は、ロボットアーム2の全体の姿勢は仮想力生成処理部6で算出したトルクτや関節速度を用いて自動で生成することもできる。 If to only act on the position and attitude of the end 70 of the robot arm 2, the overall posture of the robot arm 2 may also be generated automatically using a torque τ and joint velocity calculated by the virtual force generating unit 6.

また、仮想力生成処理部6でヤコビ行列を用いて各関節軸に作用するトルクを算出する利点は、順運動学から算出することができるため計算が容易であることにある。 Also, the advantage of calculating the torque acting on each joint axis using Jacobian virtual force generating unit 6 is that it is easy to compute because it can be calculated from the forward kinematics. 一般的にロボットアーム2の手先70の位置・姿勢からロボットアーム2の姿勢つまり各関節角度を算出するには逆運動学を解く必要があるが、逆運動学による解法は順運動学に比べて計算負荷が大きいといった問題がある。 Generally To calculate the orientation that is, each joint angle of the robot arm 2 from the position and attitude of the end 70 of the robot arm 2 is required to solve the inverse kinematics, but solution by inverse kinematics is compared to forward kinematics there is a problem such as computational load is large.

また、仮想力生成処理部6で算出したトルクτを参照することでロボットアーム2と障害物20との距離がある一定距離以下となったことを判定することができ、接近度合呈示部7にて画像表示や警告ランプ、警告音などで呈示する。 Further, it is possible to determine that a predetermined distance or less that the distance between the robot arm 2 and the obstacle 20 by referring to the torque τ calculated by the virtual force generating unit 6, the degree of proximity presentation unit 7 image display and warning lamp Te, be presented in such as warning sound.

また、表示部11では環境データ保存部4に保存に保存された環境データ内にロボットアーム2の姿勢情報から構成したロボットアーム2のモデルを表示することができる。 Further, it is possible to display a model of the robot arm 2 which is composed of orientation information of the robot arm 2 to the environment data stored in the storage in the environmental data storing unit 4, the display unit 11. さらに、ロボットアーム2の設置位置に取り付けたカメラやロボットアーム2の手先70に取り付けたカメラなどのカメラ画像を、カメラ画像取得部8を通じて取得し、画像処理部9にて処理した後に表示部11に表示することができる。 Furthermore, the camera image, such as a camera attached to the camera and the hand 70 of the robot arm 2 attached to the installation position of the robot arm 2, acquired through the camera image acquisition unit 8, the display unit 11 after processing by the image processing section 9 it can be displayed on. 操作者は表示部11を見ながら操作することで、ロボットアーム2の周辺の障害物20との位置関係や姿勢の状況を把握することができる。 Operator by operating while watching the display unit 11, it is possible to grasp the situation of the positional relationship and orientation of the obstacle 20 near the robot arm 2.

また、斥力ベクトル場の設定に関して、移動する障害物20を設定する場合は、リアルタイムに斥力ベクトル場を更新する処理を行うことも可能である。 With regard to setting of the repulsive force vector field, when setting the moving obstacle 20, it is possible to perform processing for updating the repulsive force vector field in real time. また、障害物20の移動範囲が決まっている場合は、障害物20の移動範囲全体を一つの障害物20として設定することも可能である。 Further, when the moving range of the obstacle 20 is fixed, it is possible to set the entire movement range of the obstacle 20 as one of the obstacles 20. また、構造物の設計情報や、実際の作業環境の情報を収集して斥力ベクトル場を設定することができるため、設計・計画段階の施設、建設済みの施設の何れについても適用することが可能である。 Moreover, and design information of a structure, actual it is possible to set the information repulsive force vector field to collect the work environment, it can also be applied for any of the design and planning stage of the facility, the construction already Facilities it is.

また、各関節軸に働くトルクに基づいて関節軸角度の変化量を算出する際に、関節ごとに重み係数を設定することで、各関節ごとの動き易さを設定することができる。 Also, when calculating the amount of change in the joint shaft angle based on the torque acting on each joint shaft, by setting the weighting factor for each joint, it is possible to set the ease of movement of each joint.

さらに、この重み係数が可変であることにより、ロボットアーム2の姿勢が特異姿勢に近づいた場合は、特異姿勢に関係する関節軸の角度の変化のし易さを変動させることで特異姿勢を回避することができる。 Further, by the weighting factor is variable, if the posture of the robot arm 2 is close to singular, by varying the change easiness of the angle of the joint axis related to singularity avoid singularity can do.

また、力帰還型ロボットアームの場合は仮想力生成処理部6で算出したトルクτをロボットコントローラ3から遠隔操縦部1へ帰還することで、操作者はロボットアーム2を障害物20へ近づけるほど大きな反力を遠隔操縦部1にて受ける。 In the case of force feedback robot arm by a feedback torque τ calculated by the virtual force generating unit 6 from the robot controller 3 to the remote control unit 1, the operator greater the closer the robot arm 2 to the obstacle 20 It receives a reaction force in the remote control unit 1. よって、力帰還型ロボットアームの方が遠隔操縦部1に帰ってくる仮想反力情報を基に操作が行えるため、対称型ロボットアームよりも良好な操作感が得られる。 Therefore, it forces feedback robot arm for enabling the operation based on a virtual reaction force information coming back to the remote control unit 1, good operation feeling is obtained than symmetric robot arm.

また、3次元CADデータ等で設定されて環境データ保存部4に保存に保存された環境データが実際の環境とずれてしまっている場合には、環境データ補正部10により補正することができる。 Further, when the environment data stored is set in the three-dimensional CAD data or the like to store the environmental data storage unit 4 is deviated from the actual environment may be corrected by the environmental data correction unit 10. 環境データ補正部10では、環境データをたとえばカメラにより取得した画像データを用いて、周辺に存在する障害物20の位置・姿勢および形状を補正する。 In environmental data correction unit 10, using the image data obtained by the example camera environmental data, to correct the position and orientation and shape of the obstacle 20 existing around.

以下で具体的な例を説明する。 A specific example will be described below. まず、カメラは立体的に障害物20の形状を捉えることができるステレオカメラである場合や、カメラ自体が移動することで立体的に障害物20の形状を捉えることができる移動カメラである場合や、カメラをロボットアーム2の手先70に取り付けてロボットアームを移動させることで立体的に障害物20の形状を捉えることができる能動カメラである場合が考えられる。 First, the camera or when a stereo camera that can capture the shape of the sterically obstacle 20, Ya when the camera itself is a mobile camera that can capture the shape of the sterically obstacle 20 by moving If the camera is attached to the hand 70 of the robot arm 2 by moving the robot arm is an active camera can capture the shape of the sterically obstacle 20 can be considered. 上述したカメラの構成により障害物20のステレオ画像を得ることができ、ステレオ画像の2枚の画像上での対応点を決定してやることで3次元形状が復元できる。 The configuration of the camera described above can be obtained a stereo image of the obstacle 20, it three-dimensional shape by'll determine the corresponding points on the two images of the stereo image is restored. 得られた3次元形状と環境データ上の障害物20の3次元形状との3次元モデルマッチングを行い、障害物20の位置・姿勢および形状を補正する。 For 3-dimensional model matching between the obtained three-dimensional shape and three-dimensional shape of the obstacle 20 on the environmental data, to correct the position and orientation and shape of the obstacle 20.

以上の構成からなるロボットアーム操作システムにより、ロボットアーム2が障害物20に接近した場合に斥力ベクトル場からロボットアーム2に作用する仮想反力により障害物20方向への動作が徐々に抑制されるため、障害物20との干渉を防止することができる。 The robot arm control system having the above configuration, is gradually suppressed operation the obstacle 20 direction by a virtual reaction force acting from the repulsive force vector field to the robot arm 2 when the robot arm 2 approaches the obstacle 20 Therefore, it is possible to prevent interference with the obstacle 20. これにより操作者は目標の位置までロボットアーム2を干渉させることなく容易に操作することが可能となる。 Thus the operator can easily operate without interfering with the robot arm 2 to the position of the target.

[第2の実施形態] Second Embodiment
本発明の第2の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。 A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. なお、第1の実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Incidentally, the same components as the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. 図4は、本発明に係るロボットアーム操作システムの第2の実施形態の構成を示すブロック図である。 Figure 4 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the robot arm operation system according to the present invention. 図5は、本発明に係るロボットアーム操作システムの第2の実施形態におけるロボットアームと障害物の概要を示す模式的斜視図である。 Figure 5 is a schematic perspective view showing an outline of a robot arm and the obstacle in the second embodiment of the robot arm operation system according to the present invention.

図4に示すように、このロボットアーム操作システムは、遠隔操縦部1と、仮想的な斥力を算出する仮想力生成処理部6と、ロボットアーム2への動作指令値を生成するロボットコントローラ3と、接近度合呈示部7と、距離センサ部40と検出回路部41とを有する。 As shown in FIG. 4, the robot arm operation system includes a remote control unit 1, a virtual force generating unit 6 for calculating a virtual repulsive force, the robot controller 3 for generating an operation command value to the robot arm 2 has a degree of proximity presentation unit 7, a distance sensor 40 and a detection circuit 41.

距離センサ部40は図5に示すようにロボットアーム2の表面に多数配置した距離センサ42により構成される。 Distance sensor unit 40 is composed of a distance sensor 42 disposed a large number on the surface of the robot arm 2, as shown in FIG. 距離センサ42により検出した距離センサ42から最近傍の障害物20との距離情報は検出回路部41で処理され、距離センサ42を配置した場所での斥力を仮想力生成処理部6にて算出し、ロボットアーム2に作用する斥力からトルクτや関節速度を算出して、ロボットアーム2の遠隔操作時に仮想障害物51に近づく方向への動作を抑制するように、ロボットコントローラ3にて遠隔操縦部1からの操縦指令値にトルクτや関節速度を付加する。 Distance information between the obstacle 20 nearest from the distance sensor 42 detected by the distance sensor 42 is processed by the detection circuit section 41 calculates the repulsive force of the distance sensor 42 at a location disposed at a virtual force generating section 6 calculates a torque τ and joint velocity from the repulsive force acting on the robot arm 2, so as to suppress the operation of the direction approaching the virtual obstacle 51 when the remote operation of the robot arm 2, the remote control unit in the robot controller 3 adding torque τ and joint speed steering command value from 1.

距離センサ42は、ロボットの表面に多数配置しなければならないことや、配線数を減らすこと、無線での信号や動力の伝達を行うことが望ましいためMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術等により作成したチップ状の受動センサなどが考えられる。 The distance sensor 42, and it must be placed a large number on the surface of the robot, by reducing the number of wires were produced by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, etc. Therefore it is desirable to perform transmission of signals and power wirelessly a chip-shaped passive sensor are conceivable.

以上の構成からなるロボットアーム操作システムにより、ロボットアーム2が障害物20に接近した場合に距離センサ42により計測した距離情報からその場所における斥力を算出し、斥力を基にロボットアーム2にトルクτや関節速度を作用させることで、障害物20方向への動作が徐々に抑制されるため、障害物20との干渉を防止することができる。 The robot arm control system having the above configuration, to calculate the repulsive force at that location from the distance information measured by the distance sensor 42 when the robot arm 2 approaches the obstacle 20, the torque based on the repulsive force to the robot arm 2 tau by the action of and joint velocity, since the operation of the obstacle 20 direction is gradually suppressed, it is possible to prevent interference with the obstacle 20. これにより操作者は目標の位置までロボットアーム2を干渉させることなく容易に操作することが可能となる。 Thus the operator can easily operate without interfering with the robot arm 2 to the position of the target.

[第3の実施形態] Third Embodiment
本発明の第3の実施形態について、図面を用いて以下説明する。 A third embodiment of the present invention will be described hereinafter with reference to the drawings. なお、第1の実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Incidentally, the same components as the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

図6は、本実施形態によるロボットアーム操作システムの主要な構成を示すブロック図である。 Figure 6 is a block diagram showing the main configuration of a robot arm control system according to the present embodiment. 図7は本実施形態によるロボットアーム操作システムの概要を示す図である。 Figure 7 is a diagram showing an outline of the robot arm operation system according to this embodiment.

図6に示すように、第3の実施形態のロボットアーム操作システムは、遠隔操縦部1と、斥力ベクトル場生成処理部5と、仮想的な斥力を算出する仮想力生成処理部6と、ロボットアーム2への動作指令値を生成するロボットコントローラ3と、接近度合呈示部7と、仮想障害物設定処理部50とを有する。 As shown in FIG. 6, the robot arm operation system of the third embodiment includes a remote control unit 1, a repulsive force vector field generating unit 5, a virtual force generating unit 6 for calculating a virtual repulsive force, the robot having a robot controller 3 for generating an operation command value to the arm 2, and the degree of proximity presentation unit 7, and a virtual obstacle setting processing unit 50.

本実施形態のロボットアーム操作システムにおいて行われる処理について、図6および図7を用いて説明する。 The processing performed in the robot arm operation system of this embodiment will be described with reference to FIGS.

第1の実施形態において、環境データ保存部4に保存に保存された環境データは作業空間に対応する3次元形状モデルを設定したものであったが、仮想障害物設定処理部50では作業空間に実際に存在しない仮想的な障害物を設定する。 In the first embodiment, although the environment data stored in the storage in the environmental data storing unit 4 was obtained by setting the three-dimensional shape model that corresponds to the working space, the virtual obstacle setting processing unit 50 in the working space to set up a virtual obstacle that does not actually exist. 仮想的な障害物とは、たとえば、ロボットアーム2が近づく場合にロボットアーム2の電子回路やフレームに悪影響を及ぼす熱、放射線、磁場などである。 A virtual obstacle, for example, adversely affect the heat to the electronic circuit and the frame of the robot arm 2 when the robot arm 2 approaches, radiation, magnetic field, and the like. 熱、放射線、磁場は強度分布を持つため、斥力ベクトル場生成処理部5ではこの強度分布を用いて斥力を設定することができる。 Heat, radiation, magnetic field due to its intensity distribution, it is possible to set the repulsive using repulsive force vector field generating section in 5 the intensity distribution. 熱、放射線、磁場はそれぞれ赤外線センサ、放射線センサ、磁場センサなどの各種計測装置を用いて強度分布を測ることができる。 Heat, radiation, magnetic field can be measured each infrared sensor, radiation sensor, the intensity distribution by using various measurement devices, such as a magnetic field sensor.

仮想障害物51の強度分布から設定した斥力を用いて仮想力生成処理部6ではロボットアーム2に作用する斥力からトルクτや関節速度を算出して、ロボットアーム2の遠隔操作時に仮想障害物51に近づく方向への動作を抑制するように、ロボットコントローラ3にて遠隔操縦部1からの操縦指令値にトルクτや関節速度を付加する。 Calculates a torque τ and joint velocity from the repulsive force acting on the robot arm 2, the virtual force generation processing unit 6 using the repulsive force is set from the intensity distribution of the virtual obstacle 51, the virtual obstacle when the remote operation of the robot arm 2 51 so as to suppress the operation of the direction approaching the adds torque τ and joint speed steering command value from the remote control unit 1 by the robot controller 3.

また、本実施形態の仮想障害物設定処理部50は第1の実施形態の環境データと組み合わせることも可能であり、環境データの3次元形状モデル上に強度分布のある熱、放射線、磁場などの情報を重ね合わせることで、障害物および仮想障害物の両者を回避するような操作支援を行うことができる。 The virtual obstacle setting processing unit 50 of the embodiment of the first embodiment is combined with the environmental data is possible, the heat of the intensity distribution on the 3-dimensional shape model of environmental data, radiation, such as a magnetic field by superimposing information, you can perform the operation support so as to avoid both the obstacle and the virtual obstacle.

[第4の実施形態] Fourth Embodiment
本発明の第4の実施形態について、図面を用いて以下説明する。 A fourth embodiment of the present invention will be described hereinafter with reference to the drawings. なお、第1の実施形態と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Incidentally, the same components as the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

本実施形態のロボットアーム操作システムにおいて行われる処理について、図8を用いて説明する。 The processing performed in the robot arm operation system of this embodiment will be described with reference to FIG. 本実施形態では基本的な構成は第1の実施形態と同様であるが、仮想力生成処理部6において、ロボットアーム2の手先70の現在位置と、目標点60の位置偏差に基づく目標点60方向の引力ベクトル61をロボットアーム2の手先70に作用させる。 The basic configuration in this embodiment is the same as the first embodiment, the virtual force generating unit 6, and the current position of the hand 70 of the robot arm 2, the target point 60 based on the positional deviation of the target point 60 exerting a direction of gravitational vector 61 to the hand 70 of the robot arm 2. このとき、引力ベクトル61の大きさは、たとえば位置偏差量に比例する成分から算出して設定する。 At this time, the magnitude of the attractive force vector 61, calculates and sets the component proportional to e.g. position deviation.

さらに、ロボットアーム2の手先70に作用させる引力ベクトル61から第1の実施形態と同様な方法によりトルクτや関節速度を算出して、ロボットアーム2の遠隔操作時に目標点60に近づく方向への動作を誘導するように、ロボットコントローラ3にて遠隔操縦部1からの操縦指令値にトルクτや関節速度を付加する。 Further, by calculating from the attractive force vector 61 to be applied to the hand 70 of the robot arm 2 as in the first embodiment torque τ and joint velocity by the method, in the direction approaching the target point 60 when the remote operation of the robot arm 2 to guide the operation, adding torque τ and joint speed steering command value from the remote control unit 1 by the robot controller 3.

以上の構成からなるロボットアーム操作システムにより、ロボットアーム2が障害物20に接近した場合に斥力ベクトル場からロボットアーム2に作用する仮想反力により障害物20方向への動作が徐々に抑制されるため、障害物20との干渉を防止することができる。 The robot arm control system having the above configuration, is gradually suppressed operation the obstacle 20 direction by a virtual reaction force acting from the repulsive force vector field to the robot arm 2 when the robot arm 2 approaches the obstacle 20 Therefore, it is possible to prevent interference with the obstacle 20. さらにロボットアーム2の手先70には目標点60へ向けた引力が作用することにより操作者は目標の位置までロボットアーム2を干渉させることなく、目標点60方向への操作時に誘導されるような感覚で操作することが可能となる。 Furthermore, as the hand 70 of the robot arm 2 is induced during the operation of the operator by attraction toward the target point 60 acts on without interfering robot arm 2 to the position of the target, the target point 60 direction it is possible to operate with a sense.

また、遠隔操縦部1により操作されるロボットアーム2の手先70の姿勢を上述した引力ベクトル61方向にロックさせることにより、操作者は目標点60がどちらの方向にあるのかをロボットアーム2の手先70を見ることで理解できる。 Also, by locking the attitude of the end 70 of the robot arm 2 which is operated by the remote control unit 1 to the attractive force vector 61 direction as described above, the operator whether the target point 60 is in either direction of the robot arm 2 hand it can be understood by looking at the 70.

以上、本発明によるロボットアーム操作システムについて複数の実施形態を用いて説明してきたが、上述したロボットアーム操作システムは、各処理を行う機能が実装された入力装置、演算装置、出力装置からなるシステムで実行することが可能であり、たとえば各処理を行うためのプログラムを組み込んだ一般的なパーソナルコンピュータを用いることができる。 System above, a robot arm control system according to the present invention has been described with reference to several embodiments, robotic arm operation system described above, the input device function to perform the process is implemented, the arithmetic unit, and an output device in it is possible to perform, it is possible to use a general personal computer incorporating a program for performing for example the processes.

また、以上説明した実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。 Further, the embodiments described above are merely given as examples, the present invention is not limited thereto. 実施形態は、特許請求の範囲内またはその均等の範囲内で、種々に変形したり部分的に省略したりすることができる。 Embodiments may be within the range or their equivalents claims, or omitted variously or partially deformed.

1 遠隔操縦部2 ロボットアーム3 ロボットコントローラ4 環境データ保存部5 斥力ベクトル場生成処理部6 仮想力生成処理部7 接近度合呈示部8 カメラ画像取得部9 画像処理部10 環境データ補正部11 表示部20 障害物21 斥力ベクトル30 ロボットアーム3次元形状モデル31 代表点40 距離センサ部41 検出回路部42 距離センサ50 仮想障害物設定処理部51 仮想障害物60 目標点61 引力ベクトル 1 remote control unit 2 the robot arm 3 robot controller 4 environment data storage unit 5 repulsive force vector field generating unit 6 virtual force generation processing unit 7 approaches degree presentation unit 8 camera image obtaining unit 9 the image processing unit 10 environmental data correction unit 11 display unit 20 obstacle 21 repulsive force vector 30 the robot arm three-dimensional model 31 representative point 40 distance sensor 41 detecting circuit unit 42 distance sensor 50 virtual obstacle setting processing unit 51 the virtual obstacle 60 the target point 61 attraction vector

Claims (9)

  1. ロボットアームに対して遠隔からリアルタイムで受信した操縦指令値に基づいて前記ロボットアームを操縦する遠隔操縦部と、 A remote control unit to steer the robot arm based on the steering command value received in real time from a remote to the robot arm,
    前記ロボットアームが動作可能な作業環境内にあって前記ロボットアームの動作の障害となりうる障害物の3次元形状モデルを含む環境データを保存する環境データ保存部と、 And environment data storage unit for storing environmental data including three-dimensional shape model of the robot arm is operable in a working environment problems and will be an obstacle of movement of the robot arm,
    前記作業環境内で前記障害物との距離が近いほど斥力ベクトルが大きくなるように仮想的な斥力ベクトル場を設定する斥力ベクトル場生成処理部と、 A repulsive force vector field generation processing unit for setting a virtual repulsive force vector field as the more repulsive force vector is close distance to the obstacle in the work environment increases,
    前記斥力ベクトル場を利用して前記ロボットアームに対して前記障害物から遠ざかる方向への仮想的な斥力を算出する仮想力生成処理部と、 And virtual force generation processing unit for calculating a virtual repulsive force in a direction away from the obstacle relative to the robot arm by using the repulsive force vector field,
    前記仮想力生成処理部により算出された仮想的な斥力と前記遠隔操縦部からの操縦指令値とを組み合わせて前記ロボットアームへの動作指令値を生成するロボットコントローラと、 A robot controller for generating an operation command value for the robot arm in a combination of the virtual force imaginary repulsion calculated by generation processing unit and the steering command value from the remote control unit,
    を有することを特徴とするロボットアーム操作システム。 Robotic arm operation system characterized by having.
  2. 前記障害物は物体として実在しない仮想的障害物を含むことを特徴とする請求項1に記載のロボットアーム操作システム。 The obstacle the robot arm operation system according to claim 1, characterized in that it comprises a virtual obstacle nonexistent as an object.
  3. ロボットアームに対して遠隔からリアルタイムで受信した操縦指令値に基づいて前記ロボットアームを操縦する遠隔操縦部と、 A remote control unit to steer the robot arm based on the steering command value received in real time from a remote to the robot arm,
    前記ロボットアームの複数個所に取り付けられて、前記ロボットアームが動作可能な作業環境内にあって前記ロボットアームの動作の障害となりうる障害物との距離を検出する複数の距離センサと、 The attached at a plurality of locations of the robot arm, and a plurality of distance sensors for detecting the distance to the obstacle which the robot arm can be an obstacle to the operation of the robot arm be in operable working environment,
    前記距離センサによって検出された距離に基づいて、前記ロボットアームに対して前記障害物から遠ざかる方向への仮想的な斥力を算出する仮想力生成処理部と、 Based on the distance detected by the distance sensor, the virtual force generation processing unit for calculating a virtual repulsive force in a direction away from the obstacle relative to the robot arm,
    前記仮想力生成処理部によって算出された仮想的な斥力と前記遠隔操縦部からの操縦指令値とを組み合わせて前記ロボットアームへの動作指令値を生成するロボットコントローラと、 A robot controller for generating an operation command value for the robot arm in combination with the steering command value from a virtual repulsive force and the remote control unit, which is calculated by the virtual force generating unit,
    を有することを特徴とするロボットアーム操作システム。 Robotic arm operation system characterized by having.
  4. 前記ロボットアームの先端部は手先を構成し、 Tip of the robot arm constitute the hand,
    前記仮想力生成処理部は、前記仮想的な斥力を算出するとともに、前記手先に対して目標位置方向への仮想的な引力を算出し、 The virtual force generating unit is configured to calculate the virtual repulsive force, and calculates a virtual attractive force to the target position direction with respect to the hand,
    前記ロボットコントローラは、前記仮想力生成処理部によって算出された仮想的な斥力および仮想的な引力と前記遠隔操縦部からの操縦指令値とを組み合わせて前記ロボットアームへの動作指令値を生成することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のロボットアーム操作システム。 The robot controller is to generate an operation command value to the robot arm by combining said a virtual repulsive force and virtual attractive force calculated by the virtual force generation unit and the steering command value from the remote control unit robotic arm operation system according to any one of claims 1 to 3, characterized in.
  5. 前記ロボットアームの先端部は手先を構成し、 Tip of the robot arm constitute the hand,
    前記仮想力生成処理部は、前記仮想的な斥力を算出するとともに、前記手先が目標位置方向を向くような仮想的な引力を算出し、 The virtual force generating unit is configured to calculate the virtual repulsive force, and calculates a virtual attractive force such as the hand faces the target position direction,
    前記ロボットコントローラは、前記仮想力生成処理部によって算出された仮想的な引力と前記遠隔操縦部からの操縦指令値とを組み合わせて前記手先が前記目標位置方向を向くようにロボットアームへの動作指令値を生成することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のロボットアーム操作システム。 The robot controller, the operation command to the virtual force generating unit robot arm so that the hand in combination with virtual attractive force is calculated and steering command value from the remote control unit is facing the target position direction by robotic arm operation system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that to generate a value.
  6. 前記仮想力生成処理部により算出された仮想的な斥力に基づいて、前記ロボットアームと前記障害物との接近度合を前記遠隔操縦部に呈示する接近度合呈示部をさらに有すること、を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載のロボットアーム操作システム。 On the basis of the virtual repulsive force calculated by the virtual force generating unit, the further comprising a proximity degree presentation unit for presenting the approaching degree of the robot arm and the obstacle to the remote control unit, and wherein robotic arm operation system according to any one of claims 1 to 5.
  7. 前記障害物を撮影して画像データを取得するカメラ画像取得部と、 A camera image acquiring unit that acquires image data by photographing the obstacle,
    前記カメラ画像取得部によって取得された画像データに基づいて前記障害物の位置および形状を計算する画像処理部と、 An image processing unit for calculating the position and shape of the obstacle based on the image data acquired by the camera image acquisition unit,
    を有し、 Have,
    前記環境データは、前記画像処理部で得た前記障害物の位置および形状に基づいて生成されること、を特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載のロボットアーム操作システム。 Said environmental data, the robot arm operation system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that, which is generated based on the position and shape of the obstacle obtained by the image processing unit .
  8. ロボットアームを遠隔から操作するロボットアーム操作方法において、 In the robot arm operation method for operating the robot arm remotely,
    前記ロボットアームを操縦する操縦指令値をリアルタイムで受信する操縦指令値受信ステップと、 A steering command value receiving step of receiving operation control instruction value to maneuver the robot arm in real time,
    前記ロボットアームが動作可能な作業環境内にあって前記ロボットアームの動作の障害となりうる障害物の3次元形状モデルを含む環境データを保存する環境データ保存ステップと、 And environment data storage step of storing environmental data including three-dimensional shape model of the robot arm is operable in a working environment problems and will be an obstacle of movement of the robot arm,
    前記作業環境内で前記障害物との距離が近いほど斥力ベクトルが大きくなるように仮想的な斥力ベクトル場を設定する斥力ベクトル場生成ステップと、 A repulsive force vector field generating step of a distance between the obstacle set the virtual repulsive force vector field as the more repulsive force vector increases nearly in the working environment,
    前記斥力ベクトル場を利用して前記ロボットアームに対して前記障害物から遠ざかる方向への仮想的な斥力を算出する仮想力生成ステップと、 And virtual force generating step of calculating a virtual repulsive force by utilizing the repulsive force vector field in a direction away from the obstacle relative to the robot arm,
    前記仮想力生成ステップで算出された仮想的な斥力と前記操縦指令値とを組み合わせて前記ロボットアームへの動作指令値を生成する動作指令値生成ステップと、 And operation command generating step for generating an operation command value for the robot arm in combination with the steering command value and the calculated virtual repulsive force in the virtual force generating step,
    を有することを特徴とするロボットアーム操作方法。 Robotic arm operation method characterized by having a.
  9. ロボットアームに対して遠隔からリアルタイムで受信した操縦指令値に基づいて前記ロボットアームを操縦するロボットアーム操作方法において、 In the robot arm operation method for steering the robot arm based on the steering command value received in real time from a remote to the robot arm,
    前記ロボットアームの複数個所に取り付けられた複数の距離センサによって、前記ロボットアームが動作可能な作業環境内にあって前記ロボットアームの動作の障害となりうる障害物との距離を検出する距離検出ステップと、 A plurality of distance sensors mounted on the plurality of positions of the robot arm, the distance detection step of detecting a distance to the obstacle which the robot arm can be an obstacle to the operation of the robot arm be in operable working environment ,
    前記距離検出ステップで検出された距離に基づいて、前記ロボットアームに対して前記障害物から遠ざかる方向への仮想的な斥力を算出する仮想力生成ステップと、 Based on the distance detected by the distance detecting step, a virtual force generating step of calculating a virtual repulsive force in a direction away from the obstacle relative to the robot arm,
    前記仮想力生成ステップで算出された仮想的な斥力と前記操縦指令値とを組み合わせて前記ロボットアームへの動作指令値を生成する動作指令値生成ステップと、 And operation command generating step for generating an operation command value for the robot arm in combination with the steering command value and the calculated virtual repulsive force in the virtual force generating step,
    を有することを特徴とするロボットアーム操作方法。 Robotic arm operation method characterized by having a.
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