JP2017052045A - 位置関係データ取得装置と遠隔操縦装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マニピュレータの先端部を、対象物体における目標位置へ容易に移動させることを可能にする。
【解決手段】マニピュレータ３の位置関係データ取得装置は、マニピュレータ３に取り付けられたカメラ１１と、マニピュレータ３に取り付けられた測距センサ１３と、マニピュレータ３の基準軸Ｃ０に対する測距センサ１３の向きを変化させる向き変更装置１５と、基準軸Ｃ０に対する測距センサ１３の向きを計測する向き計測装置２５とを備える。向き変更装置１５により、カメラ１１が撮像した画像データにおいて、測距センサ１３からのレーザ光のスポット光位置が対象物体１の目標位置Ｐｔに一致した一致状態にする。演算装置２７は、一致状態で測距センサ１３により計測された目標位置Ｐｔまでの距離と、一致状態における測距センサ１３の向きとに基づいて、マニピュレータ先端部３ａと目標位置Ｐｔとの位置関係を表わす位置関係データを求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、マニピュレータ用の位置関係データ取得装置と遠隔操縦装置に関する。

マニピュレータ（例えばロボットアーム）により、対象物に対して作業を行う場合には、マニピュレータの先端部（先端）を対象物体の位置へ移動させる必要がある。マニピュレータの先端部は、対象物体に作業を行う部分である。

図１は、マニピュレータ４１の動作を制御する装置の一例を示す。すなわち、図１は、マニピュレータ４１の遠隔操縦装置の概略図である。遠隔操縦装置は、カメラ４３、第１通信装置４７、第２通信装置４９、表示装置５１、および操作装置５３を備える。

カメラ４３は、例えば、マニピュレータ４１が設けられた走行体４５に搭載されている。カメラ４３は、対象物体１を含む領域の画像データを取得する。走行体４５が走行して、マニピュレータ４１を対象物体１に近づけ、この状態で、カメラ４３は上述の画像データを取得する。

第１通信装置４７は、カメラ４３が取得した画像データを、マニピュレータ４１から離れた遠隔操縦エリアＲの第２通信装置４９へ送信する。

表示装置５１は、第２通信装置４９が受信した画像データを表示する。人が、表示された画像データを見て操作装置５３を操作する。この操作に従って操作装置５３は、マニピュレータ４１の動作指令を生成する。

第２通信装置４９は、生成された動作指令をマニピュレータ４１へ送信する。これにより、マニピュレータ４１は、この動作指令に従って動作して対象物体１に対して作業を行う。

上述のような遠隔操縦装置は、例えば下記の特許文献１に記載されている。

特開平１１−１３２０７１号公報

しかし、マニピュレータ４１と対象物体１との位置関係は、カメラ４３により得た画像データだけでは把握しにくい。すなわち、マニピュレータ４１の先端部から対象物体１における目標位置Ｐｔが、どの方向に、どれだけ離れているのかを把握しにくい。その結果、マニピュレータ４１の先端部４１ａを、対象物体１における目標位置Ｐｔへ移動させることが困難になる。

そこで、本発明の目的は、マニピュレータの先端部を、対象物体における目標位置へ容易に移動させることを可能にする手段を提供することにある。

上記目的を達成するため、上述した本発明によると、マニピュレータ用の位置関係データ取得装置であって、
マニピュレータに取り付けられ、マニピュレータの作業対象となる対象物体を含む領域の画像データを取得するカメラと、
マニピュレータに取り付けられ、レーザ光により物体までの距離を計測する測距センサと、
マニピュレータの先端部に固定されている基準軸に対する前記測距センサの向きを変化させる向き変更装置と、
前記基準軸に対する前記測距センサの向きを計測する向き計測装置と、を備え、
前記画像データによる画像において、前記測距センサからのレーザ光により照らされるスポット光の位置が対象物体の目標位置に一致した状態を一致状態として、
前記一致状態で前記測距センサにより計測された目標位置までの距離と、前記一致状態で前記向き計測装置により計測された前記測距センサの向きとに基づいて、マニピュレータ先端部と目標位置との位置関係を表わす位置関係データを求める演算装置を備える、ことを特徴とする位置関係データ取得装置が提供される。

上述の位置関係データ取得装置は、例えば、以下の構成を有する。

前記向き計測装置は、基準軸を含む第１鉛直面に対する測距センサの左右への回転角と、測距センサの光軸と水平面とのなす角度とを、前記基準軸に対する前記測距センサの向きとして計測し、
演算装置は、マニピュレータの先端部から目標位置までの鉛直距離と、マニピュレータの先端部から目標位置までの設定水平方向の距離とを求める。

前記カメラが撮像した前記画像データによる画像を表示する表示装置と、
人に操作され、該操作に従って向き変更装置に対する向き変更指令を生成する第１操作装置と、
生成された向き変更指令を受けて、該向き変更指令に基づいて向き変更装置の動作を制御する向き制御部と、を備える。

また、本発明によると、マニピュレータの遠隔操縦装置であって、
上述の位置関係データ取得装置と、
前記位置関係データ取得装置が求めた位置関係データを表示する表示装置と、
人に操作され、該操作に従ってマニピュレータに対する動作指令を生成する第２操作装置と、
生成された動作指令を受けて、該動作指令に基づいてマニピュレータの動作を制御する動作制御部と、を備える、ことを特徴とする遠隔操縦装置が提供される。

上述した本発明によると、向き変更装置が測距センサの向きを調整することにより、画像データによる画像において、測距センサからのレーザ光により照らされるスポット光の位置を対象物体の目標位置に一致させることができる。この一致状態で測距センサにより計測された目標位置までの距離と、一致状態で向き計測装置により計測された測距センサの向きとに基づいて、演算装置は、マニピュレータ先端部と目標位置との位置関係を表わす位置関係データを求めることができる。

このように、マニピュレータ先端部と目標位置との位置関係を表わす位置関係データが得られるので、この位置関係データを用いて、マニピュレータの先端部を、目標位置へ容易に移動させることができる。

マニピュレータの遠隔操縦装置の構成例を示す。 本発明の実施形態による、マニピュレータの遠隔操縦装置の構成を示す。 図１の遠隔操縦装置に含まれる位置関係データ取得装置のカメラが撮像した画像データを示す。 測距センサのパン角とチルト角を説明するためのｘｙｚ座標系を示す。 図４のｘｙｚ座標系とマニピュレータとの位置関係を示す。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図２は本発明の実施形態による、マニピュレータ３の遠隔操縦装置を示す。遠隔操縦装置は、マニピュレータ３から離れた遠隔操縦エリアＲから人が後述の第２操作装置３１を操作してマニピュレータ３を遠隔操縦するための装置である。本実施形態では、マニピュレータ３は、連結部５を介して順次連結された複数のリンク部材７ａ，７ｂを有する。この場合、連結部５を介して隣接する２つのリンク部材７ａ，７ｂは、互いに対して動作可能になっている。なお、図２ではリンク部材７ａ，７ｂの数は２つであるが、本発明は、これに限定されない。

マニピュレータ３は、その先端部３ａの作業実行部により、その作業対象となる対象物体１に対して作業を行う。マニピュレータ３は、例えば、危険な場所において、人に代わって作業を行うものである。図２の例では、マニピュレータ３は、地上を移動する移動装置９（例えば車両）に設けられている。マニピュレータ３の先端部３ａは、最先端のリンク部材７ａ（例えば、このリンク部材７ａの先端部３ａ）に取り付けられた作業実行部である。図２において、最も基端部に位置するリンク部材７ｂは、移動装置９に対して動作する。

マニピュレータ３は、パワーショベル、ドラグショベルまたは他の建設機械に設けられたものであってよい。マニピュレータ３が、パワーショベルまたはドラグショベルに設けられる場合には、マニピュレータ３は、複数のリンク部材７ａ，７ｂとして、互いに連結されたアームとブームを有し、このアームには、マニピュレータ３の先端部３ａとしてのバケットが取り付けられている。

代わりに、マニピュレータ３は、解体用機械に設けられたものであってもよい。この場合、マニピュレータ３は、複数のリンク部材７ａ，７ｂとして、互いに連結されたアームとブームを有し、このアームには、マニピュレータ３の先端部３ａとしての解体具（ブレーカ、解体用つかみ機、コンクリート圧搾機、鉄骨切断機など）が取り付けられている。

代わりに、マニピュレータ３は、対象物体１を把持して移動させるもの（例えばロボットアーム）であってもよい。例えば、マニピュレータ３は、製品を組み立てるために、製品の部品を対象物体１として把持し、この部品を製品の他の部品に組み付ける作業を行う。この場合、マニピュレータ３の先端部３ａは、対象物体１を把持する把持部である。
ただし、本発明によると、マニピュレータ３は、上述に限定されず、対象物体１に対して作業（例えば溶接や他の作業）を行うものであればよい。

（位置関係データ取得装置）
遠隔操縦装置は、マニピュレータ用の位置関係データ取得装置を備える。位置関係データ取得装置は、マニピュレータ３が作業を行う対象物体１の目標位置Ｐｔ（以下、単に目標位置Ｐｔともいう）へマニピュレータ３を移動させるために用いる位置関係データを取得する。位置関係データは、マニピュレータ３の先端部３ａと目標位置Ｐｔとの位置関係を示す。本実施形態では、目標位置Ｐｔは、対象物体１における特定箇所であり、後述する第１表示装置２１に表示された画像における当該特定箇所の形（例えば角部）や色などにより、人が覚えておく（認識する）ものである。

位置関係データ取得装置は、カメラ１１、測距センサ１３、向き変更装置１５、第１通信装置１７、第２通信装置１９、第１表示装置２１、第１操作装置２３、向き制御部２４、向き計測装置２５、および演算装置２７を備える。

カメラ１１は、マニピュレータ３に取り付けられる。カメラ１１は、マニピュレータ３が作業を行う対象物体１を撮像することにより、対象物体１を含む領域のリアルタイム画像データを取得する（以下において、画像データは、リアルタイム画像データを意味する）。図３（Ａ）における破線で囲まれた部分は、この画像データによる画像を示す。

測距センサ１３は、カメラ１１に対して固定されるようにマニピュレータ３に取り付けられる。好ましくは、測距センサ１３の向きとカメラ１１の向きとが同じになるように、測距センサ１３はカメラ１１に対して固定されている。本実施形態では、測距センサ１３はカメラ１１に設置される。また、測距センサ１３は、連続的にレーザ光を射出し続けることにより、このレーザ光が当たった位置は、レーザ光により照らされ続けるスポット光Ｐｓ（図３（Ａ）を参照）の位置となる。スポット光Ｐｓの位置は、カメラ１１が取得した画像データによる画像に含まれる。また、測距センサ１３は、レーザ光を射出することにより、物体までの距離を計測する。この計測時には、測距センサ１３は、上述のスポット光Ｐｓを形成するためのレーザ光の連続的な射出を停止し、距離測定用のレーザ光を一時的に射出してよい。

向き変更装置１５は、マニピュレータ３の先端部３ａ（すなわち、最先端のリンク部材７ａ）に固定されている基準軸Ｃ０に対する測距センサ１３の向きを変化させる。最先端のリンク部材７ａが、アーム状に延びている場合には、基準軸Ｃ０は、最先端のリンク部材７ａの中心軸（アーム状に延びている方向の軸）であってよい。本実施形態では、向き変更装置１５は、測距センサ１３が固定されたカメラ１１の向きを、上述の基準軸Ｃ０に対して変化させる。図２の例では、向き変更装置１５は、マニピュレータ３に対して、基準軸Ｃ０と直交する第１軸Ｃ１の回りにカメラ１１および測距センサ１３を回転させることができる。また、向き変更装置１５は、基準軸Ｃ０に対して、第１軸Ｃ１と交差（好ましくは直交）する第２軸Ｃ２の回りにカメラ１１および測距センサ１３を回転させることができる。このような向き変更装置１５を介してカメラ１１および測距センサ１３がマニピュレータ３に取り付けられている。

第１通信装置１７は、カメラ１１が取得した画像データを第２通信装置１９へ無線で送信する。第１通信装置１７は、例えば、マニピュレータ３が設けられている構造体（図２では、移動装置９）またはマニピュレータ３に設けられている。

第２通信装置１９は、第１通信装置１７から送信された画像データを受信する。第２通信装置１９は、遠隔操縦エリアＲに設けられている。

第１表示装置２１は、遠隔操縦エリアＲに設けられ、第２通信装置１９が受信した画像データによる画像を表示する。人は、第１表示装置２１に表示された画像を見て、この画像における上述のスポット光Ｐｓの位置を認識できる。後述するように、第１操作装置２３と向き制御部２４により、第１表示装置２１に表示された上述の画像においてレーザ光のスポット光Ｐｓの位置を対象物体１の目標位置Ｐｔに一致させることができる。

第１操作装置２３は、遠隔操縦エリアＲに設けられ、人が第１表示装置２１に表示された上述の画像を見ながら操作する。ただし、第１操作装置２３は、人が携帯可能な寸法を有してもよく、この場合、第１操作装置２３は、一定位置に固定されない。第１操作装置２３の操作に従って向き変更装置１５に対する向き変更指令を生成する。本発明によると、第１操作装置２３は、この機能を有していれば、どのような構成を有していてもよい。第１操作装置２３により生成された向き変更指令は、第２通信装置１９により無線で第１通信装置１７へ送信される。

向き変更指令は、基準軸Ｃ０に対して測距センサ１３の姿勢（向き）を変更する方向を示す指令回転方向を含む。本実施形態では、指令回転方向として、第１軸Ｃ１の回りに関する第１回転方向（パン方向）と、第２軸Ｃ２の回りに関する第２回転方向（チルト方向）とがある。また、第１回転方向として正方向と負方向がある。ここで、正方向と負方向は、それぞれ、例えば図２の上側から見た場合に、第１軸Ｃ１の回りの時計回り方向と反時計回り方向である。第２回転方向として、正方向と負方向がある。ここで、正方向と負方向は、それぞれ、例えば図２の紙面の手前側から見た場合に、第２軸Ｃ２の回りの時計回り方向と反時計回り方向である。したがって、人は、第１操作装置２３を操作することにより、第１回転方向について正方向と負方向の一方と、第２回転方向について正方向と負方向の一方との一方または両方を示す向き変更指令を第１操作装置２３が生成する。

向き制御部２４は、第１操作装置２３により生成された向き変更指令を第２通信装置１９から受けて、この向き変更指令に基づいて向き変更装置１５の動作を制御する装置である。これにより、基準軸Ｃ０に対する測距センサ１３の向きが、向き変更指令に従って変わる。この時、好ましくは、マニピュレータ３は静止している。

一例では、人が第１操作装置２３に力を与える操作を行うことにより、第１操作装置２３に力を与えた方向に対応する方向が指令回転方向となる。このような操作を第１操作装置２３に行い続けることにより、向き制御部２４は、測距センサ１３を、この操作で指定されている指令回転方向（１つ又は複数の指令回転方向）に、基準軸Ｃ０に対して回転させ続ける。一方、人が、第１操作装置２３の操作を停止することにより、測距センサ１３は、基準軸Ｃ０に対する回転を停止する。なお、人による第１操作装置２３の操作により、複数の指令回転方向への測距センサ１３の回転を、互いに異なる時点で停止させることができる。あるいは、人による第１操作装置２３の操作により、複数の指令回転方向への測距センサ１３の回転を、互いに重複しない時間であって所望の長さを有する時間にわたって行わせてもよい。

したがって、人が、第１表示装置２１に表示された上述の画像を見ながら第１操作装置２３を操作して、マニピュレータ３に対して測距センサ１３の向きを変える。これにより、第１表示装置２１に表示された画像において、スポット光Ｐｓの位置を目標位置Ｐｔに一致させる（この状態を以下において一致状態という）。例えば、図３（Ａ）の状態から図３（Ｂ）の状態にする。図３（Ｂ）において破線で囲んだ部分が、第１表示装置２１に表示された画像である。

向き計測装置２５は、一致状態における基準軸Ｃ０に対する測距センサ１３の向きを計測する。本実施形態では、向き計測装置２５は、一致状態における基準軸Ｃ０に対する測距センサ１３の向きとして、パン角φとチルト角θを求める。図４は、パン角φとチルト角θを説明するためのｘｙｚ座標系である。図５は、図４のｘｙｚ座標系とマニピュレータとの位置関係を示す。図４と図５のｘｙｚ座標系の原点は、測距センサ１３のレーザ光射出点である。図４において、ｘｙｚ座標系のｘ軸とｙ軸とｚ軸は互いに直交し、ｘ軸とｙ軸は水平方向を向き、ｚ軸は鉛直方向を向く。基準軸Ｃ０がｘ−ｚ平面に含まれるように、図３のｘｙｚ座標系は、ｚ軸回りの向きに関して基準軸Ｃ０に固定されている。

パン角φは、基準軸Ｃ０を含む第１鉛直面（図４のｘ−ｚ平面）に対する測距センサ１３の左右への回転角である。厳密には、パン角φは、基準軸Ｃ０を含む第１鉛直面と、測距センサ１３の光軸（言い換えると、レーザ光の射出方向）を含む第２鉛直面とのなす角度である。チルト角θは、水平面に対する測距センサ１３の光軸の上下への回転角である。厳密には、チルト角θは、測距センサ１３の光軸と水平面とのなす角度である。このような向き計測装置２５は、ジャイロセンサを利用したものであってよい。

図４において、位置Ｐｔ１は、目標位置Ｐｔをｘ−ｙ平面に鉛直方向に投影した位置である。Ｐｔｘは、Ｐｔ１をｘ軸上にｙ軸方向に投影した位置である。Ｐｔｙは、Ｐｔ１をｙ軸上にｘ軸方向に投影した位置である。Ｐａは、マニピュレータ３の先端部３ａの位置である。Ｐａｘは、Ｐａをｘ軸上にｚ方向に投影した位置である。

上述の一致状態で、向き計測装置２５が計測した、基準軸Ｃ０に対する測距センサ１３の向き（本実施形態では、パン角φとチルト角θ）は、第１通信装置１７により第２通信装置１９へ無線で送信され演算装置２７へ入力される。

また、上述の一致状態で、測距センサ１３は、目標位置Ｐｔまでの距離を計測する。この計測の開始は、例えば、遠隔操縦エリアＲに設けられた適宜の入力装置を人が用いて指令できる。すなわち、人が、適宜の入力装置を用いて測定開始指令を入力し、この測定開始指令が、第２通信装置１９と第１通信装置１７を通して測距センサ１３へ伝えられる。これにより、測距センサ１３は、目標位置Ｐｔまでの距離を計測する。この距離も、第１通信装置１７により第２通信装置１９へ無線で送信され演算装置２７へ入力される。

演算装置２７は、一致状態で向き計測装置２５が計測した基準軸Ｃ０に対する測距センサ１３の向きと、一致状態で測距センサ１３が計測した目標位置Ｐｔまでの距離とに基づいて、マニピュレータ３の先端部３ａと対象物体１の目標位置Ｐｔとの位置関係を表わす位置関係データを求める。この時、演算装置２７は、マニピュレータ３の先端部３ａと測距センサ１３との既知の位置関係も利用する。

本実施形態では、位置関係データは、マニピュレータ３の先端部３ａから目標位置Ｐｔまでの鉛直距離（鉛直方向における距離）と、マニピュレータ３の先端部３ａから目標位置Ｐｔまでの設定水平方向の距離とを含む。

演算装置２７が求める上述の鉛直距離Ｌｔｚは、測距センサ１３のレーザ射出点から

Ｌｔｚ＝Ｌ０×ｓｉｎθ−Ｌｍｚ

ここで、Ｌ０は、上述の一致状態で測距センサ１３が計測した、目標位置Ｐｔまでの距離である（以下、同様）。
Ｌｍｚは、測距センサ１３のレーザ射出点からマニピュレータ３の先端部３ａまでの鉛直距離である。Ｌｍｚは、例えば、測距センサ１３のレーザ射出点（図４のｘｙｚ座標系の原点Ｏ）と先端部３ａと基準軸Ｃ０との既知の位置関係と、水平面に対する基準軸Ｃ０の傾き角とに基づいて演算装置２７により求められる。傾き角は、基準軸Ｃ０に固定されるようにマニピュレータ３に取り付けられたジャイロセンサを用いて計測される（以下、同様）。
θは、向き計測装置２５が計測した上述のチルト角θである（以下、同様）。

ただし、上述のＬｍｚがチルト角θとパン角φの一方または両方に依存する場合には、Ｌｍｚと、チルト角θおよびパン角φの一方または両方との既知の関係と、向き計測装置２５が計測したチルト角θおよびパン角φの一方または両方とに基づいて、Ｌｍｚが演算装置２７により求められる。

本実施形態では、演算装置２７が求める設定水平方向の距離は、以下の（１）および（２）である。

（１）基準軸Ｃ０を水平面に鉛直方向に投影した第１水平軸（図２のｘ軸）の方向における、マニピュレータ３の先端部３ａから目標位置Ｐｔまでの距離Ｌｔｘ。この距離Ｌｔｘは、図３においてＰａｘとＰｔｘとを結ぶ線分の長さであり、次の式で表わされる。

Ｌｔｘ＝Ｌ０×ｃｏｓθ×ｃｏｓφ−Ｌｍｘ

ここで、Ｌｍｘは、測距センサ１３のレーザ射出点とマニピュレータ３の先端部３ａとの、第１水平軸（ｘ軸）の方向における距離である。Ｌｍｘは、測距センサ１３のレーザ射出点と先端部３ａ（図４では、位置Ｐａ）と基準軸Ｃ０との既知の位置関係と、水平面に対する基準軸Ｃ０の傾き角とに基づいて演算装置２７により求められる。
φは、向き計測装置２５が計測した上述のパン角φである（以下、同様）。

ただし、上述のＬｍｘがチルト角θとパン角φの一方または両方に依存する場合には、Ｌｍｘと、チルト角θおよびパン角φの一方または両方との既知の関係と、向き計測装置２５が計測したチルト角θおよびパン角φの一方または両方とに基づいて、Ｌｍｘが演算装置２７により求められる。

（２）第１水平軸と直交する第２水平軸（図２のｙ軸）の方向における、マニピュレータ３の先端部３ａから目標位置Ｐｔまでの距離Ｌｔｙ。

Ｌｔｙ＝Ｌ０×ｃｏｓθ×ｓｉｎφ−Ｌｍｙ

ここで、Ｌｍｙは、測距センサ１３のレーザ射出点とマニピュレータ３の先端部３ａとの、第２水平軸（ｙ軸）の方向における既知の距離である。第２水平軸の方向において、測距センサ１３のレーザ射出点が、基準軸Ｃ０を含む第１鉛直面（ｘ−ｚ平面）内に位置する場合には、Ｌｍｙ＝０である。

ただし、上述のＬｍｙがチルト角θとパン角φの一方または両方に依存する場合には、Ｌｍｙと、チルト角θおよびパン角φの一方または両方との既知の関係と、向き計測装置２５が計測したチルト角θおよびパン角φの一方または両方とに基づいて、Ｌｍｙが演算装置２７により求められる。

（遠隔操縦装置）
遠隔操縦装置は、上述のように、位置関係データ取得装置により位置関係データを取得し、取得した位置関係データを用いて、マニピュレータ３の先端部３ａを目標位置Ｐｔへ移動させる。そのために、遠隔操縦装置は、位置関係データ取得装置に加えて、第２表示装置２９、第２操作装置３１、および動作制御部３３を備える。

第２表示装置２９は、演算装置２７が求めた位置関係データを表示する。この第２表示装置２９は、図２の例では、位置関係データ取得装置の第１表示装置２１とは別のものであるが、第１表示装置２１が第２表示装置２９としての機能も有していてもよい。すなわち、第１表示装置２１が、第２表示装置２９でもあり、上述の画像と位置関係データの両方を表示してもよい。なお、遠隔操縦エリアＲに設けた第２表示装置２９または他の表示装置が、カメラ１１または他のカメラが撮像した画像データによる画像を表示してもよい。この画像は、対象物体１を含む領域の画像である。人は、この画像を見ながら第２操作装置３１を操作できる。

第２操作装置３１は、遠隔操縦エリアＲに設けられ、人が第２表示装置２９に表示された位置関係データを見ながら操作する。ただし、第２操作装置３１は、人が携帯可能な寸法を有してもよく、この場合、第２操作装置３１は、一定位置に固定されない。第２操作装置３１の操作に従ってマニピュレータ３に対する動作指令を生成する。本発明によると、第２操作装置３１は、この機能を有していれば、どのような構成を有していてもよい。第２操作装置３１により生成された動作指令は、第２通信装置１９により無線で第１通信装置１７へ送信される。

動作制御部３３は、第２操作装置３１により生成された動作指令を第１通信装置１７および第２通信装置１９を介して受けて、この動作指令に基づいてマニピュレータ３の動作を制御する装置である。これにより、動作指令に従ってマニピュレータ３の先端部３ａが移動する。したがって、人は、第２表示装置２９に表示された位置関係データに基づいて、第２操作装置３１を操作することにより、マニピュレータ３の先端部３ａを目標位置Ｐｔへ容易に移動させることができる。例えば、マニピュレータ３の先端部３ａを目標位置Ｐｔに対して容易に位置決めできる。この場合、マニピュレータ３の先端部３ａを、目標位置Ｐｔに、または、目標位置Ｐｔから所望の距離だけ隔てた位置に位置決めできる。
動作制御部３３は、マニピュレータ３またはマニピュレータ３が設けられた構造体（図２では移動装置９）に設けられる。

一例では、人が第２操作装置３１に力を与える操作を行うことにより、第２操作装置３１に力を与えた方向に対応する方向（例えば、鉛直方向と第１水平軸の方向と第２水平軸の方向の１つ又は複数）が指令移動方向となる。このような操作を人が第２操作装置３１に行い続けることにより、動作制御部３３は、マニピュレータ３の先端部３ａを、この操作で指定されている指令移動方向に移動させ続ける。一方、人が、第２操作装置３１の操作を停止することにより、マニピュレータ３の先端部３ａは、移動を停止する。なお、人による第２操作装置３１の操作により、複数の指令移動方向への先端部３ａの移動を、互いに異なる時点で停止させることができる。あるいは、人による第２操作装置３１の操作により、複数の指令移動方向への先端部３ａの移動を、互いに重複しない時間であって所望の長さを有する時間にわたって行わせてもよい。

好ましくは、人が第２操作装置３１の操作を開始した時からマニピュレータ３の先端部３ａが移動した距離が、第２表示装置２９に表示される。本実施形態では、当該距離は、位置関係データで表わされる各方向（すなわち、鉛直方向と第１水平軸の方向と第２水平軸の方向）の距離である。言い換えると、位置関係データで表わされる各方向毎に、当該距離が表示される。
したがって、人は、表示された各方向の距離を見ながら、表示された各方向の距離が、位置関係データにおける各方向の距離になるように、または、位置関係データにおける各方向の距離に近くなるように、第２操作装置３１を操作できる。これにより、マニピュレータの先端部３ａを目標位置Ｐｔへ容易に移動させる。

このような先端部３ａの移動は、自動で行われてもよい。すなわち、動作制御部３３は、上述の位置関係データに基づいて、先端部３ａを目標位置Ｐｔへ移動させてもよい。この場合、位置関係データを求める演算装置２７は、遠隔操縦エリアＲに設けられていなくてもよく、例えば移動装置９に設けられていてよい。

（実施形態の効果）
上述した本実施形態によると、向き変更装置１５が測距センサ１３の向きを調整することにより、第１表示装置２１に表示された画像において、測距センサ１３からのレーザ光により照らされるスポット光Ｐｓの位置を対象物体１の目標位置Ｐｔに一致させることができる。この一致状態で測距センサ１３により計測された目標位置Ｐｔまでの距離と、一致状態で向き計測装置２５により計測された測距センサ１３の向きとに基づいて、演算装置２７は、マニピュレータ３の先端部３ａと目標位置Ｐｔとの位置関係を表わす位置関係データを求めることができる。

この位置関係データを用いて、マニピュレータ３の先端部３ａを、目標位置Ｐｔへ容易に移動させることができる。すなわち、上述の実施形態では、位置関係データに基づく第２操作装置３１の操作または動作制御部３３によるマニピュレータ３の自動制御により、マニピュレータ３の先端部３ａを、目標位置Ｐｔへ容易に移動させることができる。

また、演算装置２７は、マニピュレータ３の先端部３ａから目標位置Ｐｔまでの鉛直距離と、マニピュレータ３の先端部３ａから目標位置Ｐｔまでの設定水平方向（第１水平軸方向と第２水平軸方向）の距離を求める。このように、鉛直距離と設定水平方向の距離とを位置関係データとして求めるので、マニピュレータ３の先端部３ａを目標位置Ｐｔへ移動させる制御を、鉛直方向と水平方向に分けて行える。したがって、先端部３ａを目標位置Ｐｔへ移動させることがさらに容易になる。

第１表示装置２１は、目標位置Ｐｔと、測距センサ１３からのレーザ光のスポット光Ｐｓを含む画像を表示し、人は、第１操作装置２３を操作して測距センサ１３の向き（レーザ射出方向）を変えることができる。したがって、人は、表示された画像において、目標位置Ｐｔとスポット光Ｐｓとが一致するように、第１操作装置２３を操作して測距センサ１３の向きを変えることができる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の他の実施形態を採用してもよい。この場合、以下で説明しない点は、上述と同じであってよい。

（他の実施形態）
上述では、測距センサ１３はカメラ１１に固定されていたが、測距センサ１３は、カメラ１１に固定されていなくてもよい。この場合には、以下の構成が採用される。
カメラ１１上に向き変更装置１５を介して測距センサ１３を設置してよい。
または、測距センサ１３は、マニピュレータ３の最先端のリンク部材７ａに、向き変更装置１５を介して取り付けられ、カメラ１１は、向き変更装置１５を介さずに、マニピュレータ３またはマニピュレータ３が設けられた構造体（図２では移動装置９）またはマニピュレータ３の近くに設けられてもよい。
上記の各場合において、向き変更装置１５は、カメラ１１の向きを変えることなく、基準軸Ｃ０に対して測距センサ１３の向きを変える。例えば、上述のように、向き変更装置１５は、上述の第１回転方向と第２回転方向の一方または両方に、測距センサ１３を、基準軸Ｃ０に対して回転させる。

１ 対象物体、３ マニピュレータ、３ａ 先端部、５ 連結部、７ａ，７ｂ リンク部材、９ 移動装置、１１ カメラ、１３ 測距センサ、１５ 向き変更装置、１７ 第１通信装置、１９ 第２通信装置、２１ 第１表示装置、２３ 第１操作装置、２４ 向き制御部、２５ 向き計測装置、２７ 演算装置、２９ 第２表示装置、３１ 第２操作装置、３３ 動作制御部、Ｃ０ 基準軸、Ｃ１ 第１軸、Ｃ２ 第２軸、Ｐｔ 目標位置、Ｐｓ スポット光、Ｒ 遠隔操縦エリア

Claims (4)

1. マニピュレータ用の位置関係データ取得装置であって、
   マニピュレータに取り付けられ、マニピュレータの作業対象となる対象物体を含む領域の画像データを取得するカメラと、
   マニピュレータに取り付けられ、レーザ光により物体までの距離を計測する測距センサと、
   マニピュレータの先端部に固定されている基準軸に対する前記測距センサの向きを変化させる向き変更装置と、
   前記基準軸に対する前記測距センサの向きを計測する向き計測装置と、を備え、
   前記画像データによる画像において、前記測距センサからのレーザ光により照らされるスポット光の位置が対象物体の目標位置に一致した状態を一致状態として、
   前記一致状態で前記測距センサにより計測された目標位置までの距離と、前記一致状態で前記向き計測装置により計測された前記測距センサの向きとに基づいて、マニピュレータ先端部と目標位置との位置関係を表わす位置関係データを求める演算装置を備える、ことを特徴とする位置関係データ取得装置。
2. 前記向き計測装置は、基準軸を含む第１鉛直面に対する測距センサの左右への回転角と、測距センサの光軸と水平面とのなす角度とを、前記基準軸に対する前記測距センサの向きとして計測し、
   演算装置は、マニピュレータの先端部から目標位置までの鉛直距離と、マニピュレータの先端部から目標位置までの、設定水平方向における距離とを求める、ことを特徴とする請求項１に記載の位置関係データ取得装置。
3. 前記カメラが撮像した前記画像データによる画像を表示する表示装置と、
   人に操作され、該操作に従って向き変更装置に対する向き変更指令を生成する第１操作装置と、
   生成された向き変更指令を受けて、該向き変更指令に基づいて向き変更装置の動作を制御する向き制御部と、を備える、ことを特徴とする請求項１または２に記載の位置関係データ取得装置。
4. マニピュレータの遠隔操縦装置であって、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置関係データ取得装置と、
   前記位置関係データ取得装置が求めた位置関係データを表示する表示装置と、
   人に操作され、該操作に従ってマニピュレータに対する動作指令を生成する第２操作装置と、
   生成された動作指令を受けて、該動作指令に基づいてマニピュレータの動作を制御する動作制御部と、を備える、ことを特徴とする遠隔操縦装置。
   

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