JP2019084615A - マスタ操縦装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自装置の干渉による動作不良を低減することが可能なマスタ操縦装置を提供すること。【解決手段】本発明は、スレーブ装置４０を遠隔で操縦するための操縦部１１と、操縦部１１の操縦に追従した動作となるようにスレーブ装置４０を制御する制御部１２と、スレーブ装置４０の動作を示す画像４０ｍを取得する取得部１４と、自装置１０干渉を検出するための干渉検出領域１０ｒを設定する設定部１５と、画像４０ｍと干渉検出領域１０ｒとを重畳して表示する表示部１３と、を備える、マスタ操縦装置である。【選択図】図２

Description

本発明は、マスタ操縦装置に関するものであり、特に、自装置の干渉による動作不良を低減することが可能なマスタ操縦装置に関する。

ロボットなどのスレーブ装置を遠隔で操縦するマスタ操縦装置がある。この遠隔操縦は、マスタ操縦装置をマスタとし、ロボットをスレーブ装置とするマスタスレーブ方式による遠隔操縦である。マスタスレーブ方式によるロボットの遠隔操縦においては、環境や自身との干渉（自己干渉）を回避する必要がある。このため、操縦者に対してスレーブ装置の状態を視覚や反力で提示する。しかしながら、スレーブ装置で干渉が無い場合でも、マスタ操縦装置とスレーブ装置との形状の違いに起因して、マスタ操縦装置が操縦者を含めて自己干渉する場合がある。特に、操縦者に対して装着型マスタシステムの場合、外骨格型になるので、マスタ操縦装置の形状はスレーブ装置の形状とは大きく異なる。このため、腕部の同士の衝突や腕部と操縦者の腹部、大腿部などとの干渉を回避する必要がある。

特許文献１には、マスタ操縦装置の表示画面に、ロボット（スレーブ装置）を含むシーンの画像がリアルタイムで表示されると共に、ロボットの状態や操縦ガイドが重畳して表示されることが開示される。しかしながら、特許文献１には、遠隔操縦を行うマスタ操縦装置自身の干渉を検出するための干渉検出領域は表示画面に表示されない。よって、表示画面の内容に基づいてスレーブ装置であるロボットに干渉が無いものと思い込んで操縦すると、マスタ操縦装置の干渉により、ロボットを上手く遠隔操縦できない場合があった。

特許文献２には、ロボットの作業環境およびロボット自身の形状データを利用し、近接物体などの各種情報を作業環境の実画像にオーバレイ表示することにより、モニタ画面を通しての作業における立体感の喪失などの情報の欠落を補い、ロボットを遠隔操縦する際の作業性向上が開示されている。しかしながら、特許文献２には、遠隔操縦を行うマスタ操縦装置の干渉検出領域はモニタ画面に表示されない。よって、特許文献２においても、マスタ操縦装置の干渉により、ロボットを上手く遠隔操縦できない場合があった。

特開２０１６−１０７３７９号公報 特開平７−２４７６７号公報

上述のように、マスタ操縦装置においては、マスタ操縦装置の干渉検出領域が表示画面に表示されない。このため、干渉が無いものと思い込んで操縦すると、マスタ操縦装置側の干渉により、ロボットを上手く遠隔操縦できない場合があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、自装置の干渉による動作不良を低減することが可能なマスタ操縦装置を提供することを目的とする。

本発明は、
スレーブ装置を遠隔で操縦するための操縦部と、
前記操縦部の操縦に追従した動作となるように前記スレーブ装置を制御する制御部と、
前記スレーブ装置の動作を示す画像を取得する取得部と、
自装置の干渉を検出するための干渉検出領域を設定する設定部と、
前記画像と前記干渉検出領域とを重畳して表示する表示部と、
を備える、マスタ操縦装置である。
このような、マスタ操縦装置によれば、スレーブ装置の動作を示す画像と自装置の干渉検出領域とが重畳して表示されるので、マスタ操縦装置の干渉による動作不良を低減することができる。

本発明によれば、自装置の干渉による動作不良を低減することが可能なマスタ操縦装置を提供することができる。

実施の形態に係るマスタ操縦装置とスレーブ装置とを例示する模式図である。 実施の形態に係るマスタ操縦装置を例示するブロック図である。 実施の形態に係るマスタ操縦装置の動作を例示するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。

［実施の形態］
実施の形態に係るマスタ操縦装置の構成について説明する。
図１は、実施の形態に係るマスタ操縦装置とスレーブ装置とを例示する模式図である。
図２は、実施の形態に係るマスタ操縦装置を例示するブロック図である。

図１及び図２に示すように、実施の形態に係るマスタ操縦装置１０は、操縦部１１と制御部１２と表示部１３と取得部１４と設定部１５とを備える。操縦者１８は、操縦部１１でスレーブ装置４０を遠隔で操縦する。操縦者１８は、操縦部１１で自身の手足等を動かすことにより、例えば、ロボットなどのスレーブ装置４０を遠隔で操縦する。

制御部１２は、操縦者１８の操縦に追従した動作となるようにスレーブ装置４０を制御する。操縦者１８が操縦部１１で操縦し、該操縦に追従するようにスレーブ装置４０が動作する。

取得部１４は、スレーブ装置４０の動作を示す画像４０ｍをスレーブ装置４０から取得する。設定部１５は、マスタ操縦装置１０の干渉を検出するための干渉検出領域１０ｒを設定する。干渉検出領域１０ｒは、マスタ操縦装置１０の形状を示す形状情報に基づいて設定されてもよい。

表示部１３は、スレーブ装置４０の動作を示す画像４０ｍと、マスタ操縦装置１０の干渉検出領域１０ｒと、を重畳して表示する。これにより、操縦者１８に対して、スレーブ装置４０が干渉検出領域１０ｒに干渉しているか否かを表示部１３を介して視覚的に提示することができる。

操縦者１８に対してマスタ操縦装置１０の干渉検出領域１０ｒが視覚的に提示されるため、操縦者１８は直接視認できない干渉物を認識することができる。これにより、操縦者１８は、干渉物を回避する適切な回避動作を行うことができる。

すなわち、実施の形態においては、操縦者１８がヘッドマウントディスプレイなどの表示部１３を装着し、自身の周囲が見えにくくマスタ操縦装置１０の側の干渉物を認識できない場合でも、ヘッドマウントディスプレイ（表示部１３）に干渉物（干渉検出領域１０ｒ）が表示されるので、マスタ操縦装置１０の側の干渉を回避することができる。

その結果、自装置の干渉による動作不良を低減することが可能なマスタ操縦装置を提供することができる。

実施の形態は、マスタ操縦装置１０をマスタとし、スレーブ装置４０をスレーブとするマスタスレーブ方式による遠隔操縦である。よって、実施の形態は、マスタ操縦装置１０とスレーブ装置４０とを用いたマスタスレーブ方式のロボット遠隔操縦に適用できる。

スレーブ装置４０の干渉回避のため、操縦者１８に対して、スレーブ装置４０の干渉検出に応じた反力を操縦者１８に与えてもよい。

尚、スレーブ装置をスレーブ側マニプレータと称することもある。画像を画像情報、又は映像情報と称することもある。表示部を表示装置又は視覚提示装置と称することもある。干渉検出領域を干渉領域と称することもある。操縦者を操作者と称することもある。

実施の形態に係るマスタ操縦装置の動作について説明する。
図３は、実施の形態に係るマスタ操縦装置の動作を例示するフローチャートである。

図３に示すように、マスタ操縦装置１０がスレーブ装置４０の制御を開始する前に、マスタ操縦装置１０と操縦者１８のそれぞれの形状情報を読込む（ステップＳ１０１）。マスタ操縦装置１０の側の各リンクの干渉検出領域１０ｒを設定する（ステップＳ１０２）。干渉検出領域１０ｒは、マスタ操縦装置１０の干渉（自己干渉）を検出するために使用される。

スレーブ装置４０の制御を開始するか否かを判断する（ステップＳ１０３）。スレーブ装置４０の制御を開始しないと判断した場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ステップＳ１０３に戻る。

スレーブ装置４０の制御を開始すると判断した場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、マスタ操縦装置１０の側の関節角度情報を取得する（ステップＳ１０４）。関節角度情報は、例えば、図１に示す右腕の肘関節の部分の角度１０ａである。ステップＳ１０４においては、その他の関節の角度も関節角度情報として取得し、必要とされる少なくとも１つ以上の関節角度情報を取得する。

マスタ操縦装置１０の関節角度情報からマスタ操縦装置１０の各リンクの干渉検出領域１０ｒの位置姿勢を算出する（ステップＳ１０５）。

マスタ操縦装置１０の形状情報を用いて、干渉検出領域１０ｒと操縦者１８とが干渉しているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。すなわち、マスタ操縦装置１０の干渉検出領域１０ｒに、操縦者１８の腕や足などが侵入するなどして、干渉検出領域１０ｒと操縦者１８とが干渉しているか否かを判定する。この判定を干渉判定と称する。

干渉していないと判定した場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１０９へ移行する。干渉していると判断した場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、警告フラグをオンにする（ステップＳ１０８）。干渉していると判断した場合、判定結果を操縦者１８に提示してもよい。

干渉していないと判定した場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）又は警告フラグをオンにした（ステップＳ１０８）場合、その後、スレーブ装置４０の関節角度情報を取得する（ステップＳ１０９）。スレーブ装置４０の関節角度情報から各リンクの位置姿勢を算出する（ステップＳ１１０）。

マスタ操縦装置１０の干渉検出領域１０ｒのサイズ、位置、姿勢を補正する（ステップＳ１１１）。

具体的には、マスタ操縦装置１０の干渉検出領域１０ｒと、スレーブ装置４０のリンクの位置と、の間の距離が所定の距離以上離れている場合、マスタ操縦装置１０の干渉検出領域１０ｒを補正し、スレーブ装置４０のリンクの位置に近づける。

また、マスタ操縦装置１０のリンクの長さと、スレーブ装置４０のリンクの長さと、が大きく異なる場合（マスタ操縦装置１０のリンクの長さとスレーブ装置４０のリンクの長さとの差が所定の長さ以上の場合）、マスタ操縦装置１０の干渉検出領域１０ｒにその比率Ｒを掛け、マスタ操縦装置１０の干渉検出領域１０ｒをリンクの長さ方向に対して拡大又は縮小してフィッティングする。比率Ｒは、例えば、スレーブ装置４０のリンクの長さのマスタ操縦装置１０のリンクの長さに対する比率である。

スレーブ装置４０からスレーブ装置４０の動作を示す画像４０ｍを取得する（ステップＳ１１２）。具体的には、スレーブ装置４０にカメラ４０ｃを搭載し、カメラ４０ｃで撮影した画像４０ｍを取得する。

カメラ４０ｃで撮影した画像４０ｍと、マスタ操縦装置１０の干渉検出領域１０ｒと、を重畳した重畳画像を生成する（ステップＳ１１３）。

画像４０ｍと干渉検出領域１０ｒとが重畳された重畳画像を表示部１３に表示する（ステップＳ１１４）。具体的には、操縦者１８がヘッドマウントディスプレイ（表示部１３）装着し、ヘッドマウントディスプレイに、重畳画像を表示する。表示部１３は、ヘッドマウントディスプレイに限定されず、他の表示装置でもよい。

尚、警告フラグをオンにした場合（ステップＳ１０８）、干渉している複数のリンクをハイライトにして表示してもよい。複数のリンクのことを、リンク群と称することもある。

画像４０ｍと干渉検出領域１０ｒとを重畳して表示した（ステップＳ１１４）後、マスタ操縦装置１０によるスレーブ装置４０の制御を終了するか否かを判断する（ステップＳ１１５）。制御を終了しないと判断した場合（ステップＳ１１５：Ｎｏ）、ステップＳ１０４に移行する。制御を終了すると判断した場合（ステップＳ１１５：Ｙｅｓ）、制御を終了する。

実施の形態に係るマスタ操縦装置１０の表示部１３は、スレーブ装置４０の動作を示す画像４０ｍと、マスタ操縦装置１０の干渉検出領域１０ｒと、を重畳して表示する。

これにより、操縦者１８は、スレーブ装置４０の干渉状態に加えて、マスタ操縦装置１０の干渉状態を加味して遠隔操縦を行うことができる。そして、操縦者１８は、これらの干渉状態に応じて干渉物を回避するための適切な回避動作を行うことができる。

その結果、自装置の干渉による動作不良を低減することが可能なマスタ操縦装置を提供することができる。

また、操縦者１８は、スレーブ装置４０の干渉状態とマスタ操縦装置１０の干渉状態とを認識することができるので、スレーブ装置４０をスムーズに操縦することができる。

また、操縦者１８は、スレーブ装置４０とマスタ操縦装置１０のどちらの装置で干渉が発生しているのを認識することができる。すなわち、操縦者１８は、干渉が発生した場合、干渉がスレーブ装置とマスタ操縦装置のどちらで発生したものかを区別することができる。

また、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０…マスタ操縦装置 １０ａ…角度 １０ｒ…干渉検出領域 １１…操縦部 １２…制御部 １３…表示部 １４…取得部 １５…設定部 １８…操縦者 ４０…スレーブ装置 ４０ｃ…カメラ ４０ｍ…画像 Ｒ…比率

Claims (1)

1. スレーブ装置を遠隔で操縦するための操縦部と、
   前記操縦部の操縦に追従した動作となるように前記スレーブ装置を制御する制御部と、
   前記スレーブ装置の動作を示す画像を取得する取得部と、
   自装置の干渉を検出するための干渉検出領域を設定する設定部と、
   前記画像と前記干渉検出領域とを重畳して表示する表示部と、
   を備える、マスタ操縦装置。

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