JP2020037145A - ロボットシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】作業エリアの一部を詳しく立体視しながらロボット本体を操作することが可能なロボットシステムを提供する。【解決手段】作業部１１を有するロボット本体１と、操作者がロボット本体１を操作するためのロボット操作器２と、作業エリアの左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像をそれぞれ撮像する左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４と、操作者が両眼によって立体視するための視差画像を表示する立体表示器５と、左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４の共通の視野における絶対空間上の立体視対象エリアを特定するよう操作するエリア操作器６と、ロボット操作器２の操作に応じてロボット本体１の動作を制御するロボット制御部と、左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像からエリア操作器６の操作によって特定された立体視対象エリアに対応する画像をそれぞれ抽出し立体表示器５に視差画像として表示させる立体表示制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットシステムに関する。
立体表示装置に表示された作業対象の物体を見ながらマニピュレータを遠隔操作する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２９２２４０号公報（特に、図１−３参照）
上記従来技術によれば、操作者が物体を立体的に捉えることができるので、マニピュレータの操作性が向上する。しかし、ロボット（マニピュレータ）を遠隔操作して作業する場合、操作者が、作業対象の物体、ロボットの作業部、及びそれらの周囲（以下、作業エリアという）の一部を詳しく立体視したい場合がある。しかし、上記従来技術では、固定された立体カメラの視野全体の画像しか表示されないので、操作者は作業エリアの一部を詳しく立体視することができなかった。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、作業エリアの一部を詳しく立体視しながらロボット本体を操作することが可能なロボットシステムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明のある形態（aspect）に係る、ロボットシステムは、作業を行う作業部を有するロボット本体と、操作者が前記ロボット本体を操作するためのロボット操作器と、前記ロボット本体の作業部が作業する作業エリアの左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像をそれぞれ撮像する左眼視カメラ及び右眼視カメラと、前記操作者が両眼によって立体視するための視差画像を表示する立体表示器と、前記操作者が、前記立体表示器に表示される視差画像よって立体視しようとする、前記左眼視カメラ及び右眼視カメラの共通の視野における絶対空間上の立体視対象エリアを特定するよう操作するエリア操作器と、前記ロボット操作器の操作に応じて前記ロボット本体の動作を制御するロボット制御部と、前記左眼視カメラ及び右眼視カメラが撮像する前記左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像から前記エリア操作器の操作によって特定された前記立体視対象エリアに対応する画像をそれぞれ抽出し、この抽出した画像を、前記立体表示器に前記視差画像として表示させる立体表示制御部と、を備える。ここで、「絶対空間」とは、左眼視カメラ及び右眼視カメラが存在する空間を意味し、「絶対空間上の位置」は、所定の座標系、例えば、ロボット本体の基準座標系によって特定される。「左眼視カメラ及び右眼視カメラ」とは、互いに平行で所定の間隔を有する一対の光軸を有する一対のカメラを意味する。「左眼視カメラ及び右眼視カメラの視野」とは、左眼視カメラ及び右眼視カメラの画角内の空間を意味する。
この構成によれば、操作者がエリア操作器を操作して、立体表示器に表示される視差画像よって立体視しようとする立体視対象エリアを特定すると、立体表示制御部が、左眼視カメラ及び右眼視カメラが撮像する左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像からエリア操作器の操作によって特定された立体視対象エリアに対応する画像をそれぞれ抽出し、この抽出した画像を、立体表示器に視差画像として表示させるので、操作者は、ロボット本体の作業部が作業する作業エリアの所望の一部を詳しく立体視することができる。
前記立体表示制御部は、前記エリア操作器が操作されていない場合に、前記左眼視カメラ及び右眼視カメラが撮像する前記左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像から前記ロボット本体の前記作業部の位置に対応する絶対空間上の立体視対象エリアの画像をそれぞれ抽出し、この抽出した画像を、初期設定の前記視差画像として前記立体表示器に表示させてもよい。
この構成によれば、例えば、作業の開始時に、ロボット本体の作業部の位置に対応する絶対空間上の立体視対象エリアの画像を初期設定の視差画像として表示することにより、ロボット本体の動作に追従して、ロボット本体の作業部の位置に対応する絶対空間上の立体視対象エリアの画像が表示されるので、ロボット操作器によってロボット本体を操作しながらエリア操作器を操作して、速やかにロボット本体の作業部が作業する作業エリアの所望の一部を詳しく立体視することができる。
また、立体表示器には作業エリアのうちのごく狭い立体視対象エリアの視差画像が表示されるので、現在表示されている立体視対象エリアから遠く離れたエリアを立体視対象エリアとして表示させたい場合に、立体視対象エリアを移動させるべき方向が判らなくなる場合がある。この構成によれば、そのような理由でエリア操作器が操作されないと、ロボット本体の作業部の位置に対応する絶対空間上の立体視対象エリアの画像が初期設定の視差画像として立体表示器に表示されるので、そこを出発点として、立体視対象エリアを移動させることによって、現在表示されている立体視対象エリアから遠く離れたエリアを容易に立体視対象エリアとして表示させることができる。
また、前記エリア操作器は、前記立体視対象エリアの大きさ、前記立体視対象エリアの位置、前記視差画像の視差、及び前記視差画像の拡大・縮小の少なくともいずれかを調整するよう操作することが可能であり、前記立体表示制御部は、前記エリア操作器の操作に応じて前記左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像の画像処理を行い、前記立体視対象エリアの大きさ、前記立体視対象エリアの位置、前記視差画像の視差、及び前記視差画像の拡大・縮小の少なくともいずれかが調整された前記視差画像を前記立体表示器に表示させてもよい。
この構成によれば、ロボット本体の作業部が作業する作業エリアの所望の一部を、所望の態様で詳しく立体視することができる。
前記左眼視カメラ及び右眼視カメラの画角が１５０度以上且つ３６０度以下であってもよい。
この構成によれば、ロボット本体の作業部が作業する作業エリアが広い場合でも、操作者は、当該作業エリアの所望の一部を詳しく立体視することができる。
前記立体表示制御部は、前記前記左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像から抽出した画像を、広角レンズに起因する画像歪み除去するよう補正し、この補正した画像を前記立体表示器に前記視差画像として表示させてもよい。
この構成によれば、標準レンズで撮像した画像と同程度の歪みレベルの視差画像によって、広い作業エリアの一部を詳しく立体視することができる。
複数対の前記左眼視カメラ及び右眼視カメラが、前記ロボット本体１の作業部が作業する作業エリアを取り囲むように配置されており、前記立体表示制御部は、選択された対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４に対応する視差画像を立体表示器に表示してもよい。
この構成によれば、操作者は、あたかも作業エリアの周囲を周回するようにして、当該作業エリアの所望の一部を詳しく立体視することができる。
本発明は、作業エリアの一部を詳しく立体視しながらロボット本体を操作することが可能なロボットシステムを提供できるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施形態１に係るロボットシステムのハードウェアの構成及び当該ロボットシステムの作業環境の一例を示す斜視図である。 図２は、操作者によるロボット本体の操作及び詳しく立体視しようとする立体視対象エリアの特定操作の様子を示す斜視図である。 図３は、図１のロボットシステムの制御系統の構成の一例を示す機能ブロック図である。 図４（ａ）〜（ｄ）は、詳しく立体視しようとする立体視対象エリアの調整の態様を模式的に示す模式図である。 図５は、左眼視カメラ及び右眼視カメラの視野と操作者が詳しく立体視しようする立体視対象エリアとの関係を示す模式図である。 図６は、操作者が詳しく立体視しようとする立体視対象エリアに対応する画像を抽出する画像処理を模式的に示す模式図である。 図７は、本発明の実施形態３における複数対の左眼視カメラ及び右眼視カメラ操作者が詳しく立体視しようする立体視対象エリアとの関係を示す模式図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、以下の図は、本発明を説明するための図であるので、本発明と無関係な要素が省略される場合、誇張及び簡略化のため寸法が不正確である場合、複数の図が互いに一致しない場合等がある。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
（実施形態１）
［構成］
図１は、本発明の実施形態１に係るロボットシステムのハードウェアの構成及び当該ロボットシステムの作業環境を示す斜視図である。図２は、操作者によるロボット本体の操作及び詳しく立体視しようとする立体視対象エリアの特定操作の様子を示す斜視図である。図３は、図１のロボットシステムの制御系統の構成を示す機能ブロック図である。図４（ａ）〜（ｄ）は、詳しく立体視しようとする立体視対象エリアの調整の態様を模式的に示す模式図である。図５は、左眼視カメラ及び右眼視カメラの視野と操作者が詳しく立体視しようする立体視対象エリアとの関係を示す模式図である。
図１乃至図３及び図５を参照すると、本実施形態に係るロボットシステム１００は、作業を行う作業部１１を有するロボット本体１と、操作者３１がロボット本体１を操作するためのロボット操作器２と、ロボット本体１の作業部１１が作業する作業エリアの左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像をそれぞれ撮像する左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４と、操作者３１が両眼によって立体視するための視差画像４３を表示する立体表示器５と、操作者３１が、立体表示器５に表示される視差画像４３よって立体視しようとする、左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４の共通の視野２３における絶対空間上の立体視対象エリア５０を特定するよう操作するエリア操作器６と、ロボット操作器２の操作に応じてロボット本体１の動作を制御するロボット制御部９と、左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４が撮像する左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像からエリア操作器６の操作によって特定された立体視対象エリア５０に対応する画像５１，５２をそれぞれ抽出し、この抽出した画像５１，５２を、立体表示器５に視差画像４３として表示させる立体表示制御部１０と、を備える。以下、ロボットシステム１００の構成を具体的に説明する。
＜ハードウェアの構成＞
図１及び図２を参照すると、ロボットシステム１００は、ロボット本体１と、ロボット操作器２と、左眼視カメラ３と、右眼視カメラ４と、立体表示器５と、エリア操作器６と、立体視メガネ７と、を備える。図３を参照すると、ロボットシステム１００は、さらに、制御器８を備える。制御器８は、ロボット制御部９と立体表示制御部１０とを含む。つまり、１台のロボット本体１に対応して、一対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４が設けられる。以下、これらの要素を順に詳しく説明する。
｛ロボット本体１｝
ロボット本体１は、作業部１１を備える。作業部１１は、所定の作業を行うよう構成されていればよい。作業部１１として、エンドフェクタが例示される。エンドエフェクタとして、ハンド、塗装ガン、溶接ガン、ナットランナー等が例示される。ここでは、作業部１１は、塗装ガンである。ロボット本体１とロボット制御部９とがロボットを構成する。ロボットは、例えば、「センサ、知能・制御系、駆動系の３つの要素技術を有する、知能化した機械システム」と定義される（「総務省平成２７年版情報通信白書のポイント」参照）。具体的には、ロボット本体１は、例えば、垂直多関節型ロボット、水平多関節型ロボット、パラレルリンク型ロボット、極座標ロボット、円筒座標型ロボット、直角座標型ロボット等の産業用ロボットで構成される。以下では、ロボット本体１が、垂直多関節型ロボットのロボットアームで構成される場合が例示される。
｛操作器２｝
操作器２は、その操作によって、ロボット本体１（作業部１１を含む）を操作できるものであればよい。例えば、操作器２をロボット本体１と相似のマスターロボットで構成し、ロボット本体１をスレーブロボットとして制御するように構成してもよい。また、操作器２がジョイスティックであってもよい。また、操作器２が、特定の用途にカスタマイズされた専用の操作器であってもよい。ここでは、操作器２は、図２に示すようにカスタマイズされた専用の操作器で構成される。
｛左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４｝
図１及び図５を参照すると、左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４は、デジタルカメラ又はアナログカメラで構成される。左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４は、各々の光軸３ｂ，４ｂが互いに平行で所定の間隔を有するように配置される。また、左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４は、ロボット本体１の作業部１１が作業対象２１に対して作業する作業エリアを撮像することが可能なように配置される。左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４は、所定の画角３ａ，４ａ（視野）を有する。左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４の画角３ａ，４ａは、例えば、１５０度以上３６０度以下とされる。画角３ａ，４ａが大きくなる程撮像可能な絶対空間上のエリア（視野）が広くなる一方、撮像画像の歪（撮像画像の周辺に近い部分程画像が彎曲する）が大きくなる。
｛立体表示器５｝
図１及び図２を参照すると、立体表示器５は、例えば、パネルディスプレイで構成される。パネルディスプレイとして公知のものを使用することができる。立体表示器５は、操作者が見易いようにロボット操作器２の近傍に設置される。
｛エリア操作器６｝
図２及び図５を参照すると、エリア操作器６は、左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４の共通の視野２３における絶対空間上の立体視対象エリア５０を特定するよう操作できるように構成されておればよい。なお、立体視対象エリア５０の形状は任意である。具体的には、エリア操作器６は、操作者３１が操作すると、その操作に応じて、絶対空間上の立体視対象エリア５０の位置（例えば、代表位置）を含むエリア特定情報をエリア操作信号として出力する。エリア操作器６は、例えば、ジョイスティックで構成される。このジョイスティックで構成されるエリア操作器６は、任意の方向に傾けることができる。ジョイスティックの先端部には、前進ボタン（図示せず）及び後退ボタン（図示せず）が設けられている。さらに、ジョイスィックの先端部には、立体視対象エリアの態様を操作するための複数のボタン（以下、エリア態様操作ボタンという（図示せず））が設けられている。前進ボタン、後退ボタン、及びエリア態様操作ボタンは、エリア操作器６を手で握った状態において親指で操作するように構成され、押圧力に応じて押し込まれるように構成される。なお、図２には、エリア操作器６が、前進ボタン、後退ボタン、及びエリア態様操作ボタンを省略して簡略化された態様で示されている。
ロボット制御部９は、ロボット本体１の基準座標系（以下、単に基準座標系という）を持っている。立体表示制御部１０は、この基準座標系を共有しており、絶対空間上の位置を、この基準座標系によって特定する。以下、「絶対空間上の位置」とは、基準座標系によって規定される空間上の位置を意味する。エリア操作器６が直立姿勢をとるとき、エリア操作器６が絶対空間上に特定する立体視対象エリア５０の位置は移動しない。そして、エリア操作器６を傾けるように操作すると、この立体視対象エリア５０は、左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４のそれぞれの光軸の延伸方向がエリア操作器６の先端から基端に向かう方向であると仮定した場合における当該エリア操作器６の傾いた方向に傾き量に応じて、絶対空間上を移動する。また、エリア操作器６の前進ボタン又は後退ボタンを押し込むと、立体視対象エリア５０は、左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４のそれぞれの光軸の延伸方向が前進ボタンの押し込み方向であると仮定した場合における前進ボタンの押し込み量又は後退ボタンの押し込み量に応じて、絶対空間上を前進又は後退する。
立体視対象エリア５０には、初期設定位置が設定される。この初期設定位置は、ロボット本体１の作業部１１の位置に対応する絶対空間上の立体視対象エリア５０の基準位置とされる。この初期設定位置に位置する立体視対象エリア５０の画像が、ロボット本体１の作業部１１の位置に対応する初期設定の視差画像４３として立体表示器５に表示される。この初期設定位置は、作業内容に応じて、適宜設定される。ここでは、例えば、塗装ガン１１の塗料噴射方向に所定距離だけ離れた位置に設定される。この「所定距離」は、例えば、作業対象２１を塗装するのに適した距離とされる。
エリア態様操作ボタンは、操作者３１が操作すると、立体視対象エリア５０の位置以外のエリア特定情報をエリア操作信号として出力する。立体視対象エリア５０の位置以外のエリア特定情報については、後で詳しく説明する。
｛立体視メガネ７｝
図２を参照すると、立体視メガネ７は、市販のものを用いることができる。立体視メガネ７は、フレームに、通常のメガネのレンズに代えて光学フィルタが取り付けられて構成される。光学フィルタとして、偏光フィルタ（偏光子）、液晶シャッタ等が用いられる。偏光フィルタが用いられる場合、立体表示器５の表示画面に走査線毎に回転方向が逆の円偏光を与える波長板が張り付けられ、奇数と偶数との走査線によって左眼視画像４１及び右眼視画像４２が表示される。立体視メガネ７には、この左眼視画像４１及び右眼視画像４２にそれぞれ対応する円偏光のみを通過させる左右の偏光フィルタが取り付けられる。
液晶シャッタが用いられる場合、立体表示器５が高速駆動されて、左眼視画像４１及び右眼視画像４２が時分割で交互に表示される。この時分割表示に同期して、左右の液晶シャッタがそれぞれ開閉される。
｛制御器８｝
制御器８は、例えば、プロセッサとメモリとを備える。制御器８は、メモリに格納された所定の動作プログラムをプロセッサが読み出して実行することにより、ロボット本体１の動作を制御し、且つ、立体表示器５の立体表示を制御する。制御器８は、具体的には、例えば、マイクロコントローラ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、論理回路等で構成される。
制御器８は、ロボット制御部９及び立体表示制御部１０を含む。ロボット制御部９及び立体表示制御部１０は、上述のように、メモリに格納された所定の動作プログラムをプロセッサが読み出して実行することにより実現される機能ブロックである。
制御器８は、集中制御を行う単独の制御器又は分散制御をする複数の制御器で構成される。制御器８は、ここでは、単独の制御器で構成されるが、例えば、制御器８を２つの制御器で構成し、これら２つの制御器によって、それぞれ、ロボット制御部９及び立体表示制御部１０を実現してもよい。
制御器８は、任意の場所に配置することができる。制御器８は、例えば、ロボット本体１を支持する基台１２の内部に配置される。
＜制御系統の構成＞
図３を参照すると、ロボット操作器２は、操作者３１が操作すると、ロボット操作信号をロボット制御部９に出力する。ロボット制御部９は、入力されるロボット操作信号に従って、ロボット本体１の動作を制御する。これにより、操作者３１が操作器２を操作すると、その操作に従って、ロボット本体１が動作する。ロボット制御部９は、上述のように基準座標系を持っており、基準座標系上でロボット本体１の位置を特定して、ロボット本体１の動作を制御する。
立体表示制御部１０は、左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４のオンオフ、合焦等の動作を制御する。一方、左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４は、それぞれ、ロボット本体１の作業部１１が作業対象２１に対して作業する作業エリアを撮像し、撮像した左眼視撮像画像６１及び右眼視撮像画像６２（図６参照）を立体表示制御部１０に出力する。また、エリア操作器６は、操作者３１が操作すると、エリア操作信号を立体表示制御部１０に出力する。立体表示制御部１０は、入力される左眼視撮像画像６１及び右眼視撮像画像６３を、入力されるエリア操作信号に従って画像処理し、視差画像４３を生成する。そして、この生成した視差画像を表示するための画像表示信号を立体表示器５に出力する。
立体表示器５は、入力される画像表示信号に従って視差画像４３を表示する。視差画像４３を構成する左眼視画像４１及び右眼視画像４２は、ここでは、表示画面上に並べて表示される。なお、左眼視画像４１及び右眼視画像４２は、表示画面上に重ねて表示されてもよい。
さらに、立体表示制御部１０は、エリア操作器６が操作されていない場合には、ロボット本体１の作業部１１の位置に対応する初期設定の視差画像４３を、立体表示器５に表示させる。これにより、ロボット本体１の動作に追従するように視差画像４３を表示することができる。但し、操作者３１のエリア操作器６の操作による立体視対象エリア５０の選択を邪魔しないように、エリア操作器６が操作されていないことに加えて所定の条件を満たす場合にのみ、ロボット本体１の作業部（塗装ガン）１１の位置に対応する初期設定の視差画像４３が表示される。
ここでは、第１の所定条件として、作業の開始時であることが規定される。この構成によれば、作業の開始時に、ロボット本体１の作業部１１の位置に対応する絶対空間上の立体視対象エリア５０の画像が初期設定の視差画像４３として表示されることにより、ロボット本体１の動作に追従して、ロボット本体１の作業部（塗装ガン）１１の位置に対応する絶対空間上の立体視対象エリア５０の画像が表示されるので、操作者３１が、ロボット操作器２によってロボット本体１を操作しながらエリア操作器６を操作して、速やかにロボット本体１の作業部１１が作業する作業エリアの所望の一部を詳しく立体視することができる。
また、第２の所定の条件として、所定時間、エリア操作器６が操作されていないことが規定される。「所定時間」は、計算、実験、シミュレーション等により適宜決定される。この構成により、以下のような作用効果が奏される。
立体表示器５にはロボット本体１の作業エリアのうちのごく狭い立体視対象エリア５０の視差画像４３が表示されるので、現在表示されている立体視対象エリア５０から遠く離れたエリアを立体視対象エリアとして表示させたい場合に、立体視対象エリアを移動させるべき方向が判らなくなる場合がある。この構成によれば、そのような理由でエリア操作器６が所定時間操作されないと、ロボット本体１の作業部１１（塗装ガン）の位置に対応する絶対空間上の立体視対象エリア５０の画像が初期設定の視差画像として立体表示器５に表示されるので、そこを出発点として、立体視対象エリア５０を移動させることによって、現在表示されている立体視対象エリア５０から遠く離れたエリアを容易に立体視対象エリア５０として表示させることができる。
［作業環境］
図１を参照すると、ロボットシステム１００は、例えば、作業室１４内に配置される。図１は、便宜上、作業室１４を透視するように描かれている。この作業室１４の上部を通過するように、作業対象２１を吊り下げて搬送するリフト２２が設けられている。作業対象２１は、例えば、多関節ロボットのロボットアームを構成するリンク部材である。このリフト２２に沿って、例えば、２つのロボットシステム１００が配置されている。各ロボットシステム１００のロボット本体１は垂直多関節型ロボットで構成されていて、先端部に作業部１１としての塗装ガンが装着されている。つまり、この作業室１４においては、リフト２２によって搬送される作業対象２１としてのリンク部材が、ロボット本体１によって塗装される。そして、ロボット本体１による塗装作業が完了する時間内に移動する作業対象２１と、その周囲と、ロボット本体１の作業部１１とを含むエリアが作業エリアである。ロボット本体１は、基台１２の上に設けられている。
ロボット本体１の横に一対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４が配置されている。一対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４は、置台の上に、それぞれの光軸が、リフト２２に吊り下げられた作業対象２１が通過する領域を通るように配置されている。換言すると、一対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４は、ロボット本体１の作業部（塗装ガン）１１が作業する作業エリアが視野（画角）内に収まるように配置されている。一対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４と置台は、塗料が付着しないように、透明なケース１３内に収容されている。
作業室１４の隣の部屋に操作机１６及び操作椅子１５が配置されている。これらの操作机１６及び操作椅子１５は、ロボットシステム１００毎に配置されているが、図１には、１つのロボットシステム１００のみに対応する操作机１６及び操作椅子１５が示されている。
図１及び図２を参照すると、例えば、操作椅子１５の右側部には、ロボット操作器２が設けられている。また、操作椅子１５の左側部にはエリア操作器６が設けられている。そして、操作椅子１５の前方に操作机１６が配置されている。操作机１６の上には、パネルディスプレイで構成される立体表示器５が配置されている。操作者３１は、操作椅子１５に座り、右手でロボット操作器２を把持し、左手でエリア操作器６を把持する。操作者３１は、立体視メガネ７を装着し、立体表示器５に表示される視差画像４３を立体視メガネ７を通して立体視しながら、ロボット操作器２及びエリア操作器６をそれぞれ右手及び左手で操作する。すると、ロボット操作器２の操作に応じてロボット本体１が動作し、エリア操作器６の操作に応じて、立体表示器５に視差画像４３が表示される。
［動作］
次に、以上のように構成されたロボットシステム１００の動作を図１乃至図６を参照しながら説明する。図６は、操作者が詳しく立体視しようとする立体視対象エリアに対応する画像を抽出する画像処理を模式的に示す模式図である。
作業が開始されると、立体表示器５に、初期設定位置に位置する立体視対象エリア５０の視差画像４３が初期設定画像として表示される。
操作者３１は、右手でロボット操作器２を操作しながら、左手でエリア操作器６を操作する。
操作者３１は、まず、立体視対象エリア５０を所望の位置に位置させるよう、エリア操作器６（及び前進ボタン又は後退ボタン）を操作する。すると、この位置情報がエリア操作信号として立体表示制御部１０に出力される。
図６を参照すると、立体表示制御部１０は、左眼視カメラ３及び右眼視カメラからそれぞれ入力される左眼視撮像画像６１及び右眼視撮像画像６２から、この位置情報によって特定される立体視対象エリア５０の位置にそれぞれ対応する画像５１及び画像５２を抽出する。そして、この抽出した画像５１及び画像５２を、例えば、広角レンズに起因する画像の歪を除去するよう補正する。これにより、この抽出した画像５１及び画像５２の画像歪が、標準レンズで撮像した画像と同程度の歪みレベルになる。但し、補正によってどの程度画像歪を除去するかは、任意である。操作者３１が、立体視する対象を正確に視認できる程度に画像歪を補正すればよい。
立体表示制御部１０は、補正した一対の画像を、それぞれ、所定の大きさに拡大して左眼視画像４１及び右眼視画像４２を生成し、これらを視差画像４３として、立体表示器５に表示させる。この視差画像４３を操作者３１が、立体視メガネ７を通して、立体視する。
操作者３１が、図４（ａ）に示すように、所望の方向にエリア操作器６を傾けると、一対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４の共通の視野内のロボット本体１の作業エリアにおいて、所望の方向を立体視することができる。これにより、操作者３１は、エリア操作器６を操作するだけで、あたかも、操作者３１が一対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４の位置に頭部を位置させて顔を上下左右に振り向けて作業エリアを見回すように、作業エリアを見回すことができる。しかも、その作業エリアのうちの所望の一部のエリアを詳しく立体視することができる。特に、例えば、一対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４の画角（視野）が３６０度である場合、操作者３１は、あたかも、自分を取り巻く作業エリアをぐるりと見回すようにして、その作業エリアのうちの所望の一部のエリアを詳しく立体視することができる。このため、ロボット本体１の操作性が、従来に比べて、向上する。
次に、操作者３１は、エリア操作器６の複数のエリア態様操作ボタンを操作する。
例えば、操作者３１が、図４（ｂ）に示すように、立体視対象エリア変更用のエリア態様操作ボタンを操作すると、立体表示制御部１０は、この立体視対象エリア５０の大きさを変更するエリア特定情報に従って、一対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４の光軸方向から見た立体視対象エリア５０（具体的には立体視対象エリア５０に対応する画像５１，５２）の大きさを変更し、この変更を反映した視差画像４３を立体表示器に表示させる。
また、例えば、操作者３１が、図４（ｃ）に示すように、視差変更用のエリア態様操作ボタンを操作すると、立体表示制御部１０は、この視差を変更するエリア特定情報に従って画像５１と画像５２との視差を変更し、この変更した視差を反映した左眼視画像４１及び右眼視画像４２を立体表示器５に表示させる。
また、例えば、操作者３１が、図４（ｄ）に示すように、ズーム用のエリア態様操作ボタンを操作すると、立体表示制御部１０は、このズームを特定するエリア特定情報に従って画像５１及び画像５２のズームを特定し、この特定したズームに応じて拡大又は縮小した左眼視画像４１及び右眼視画像４２を立体表示器５に表示させる。このズームは、疑似ズームであり、図６に示す画像５１及び画像５２の拡大率を調整することによって行われる。
これにより、ロボット本体１の作業部１１が作業する作業エリアの所望の一部を、所望の態様で詳しく立体視することができる。
以上に説明したように、本実施形態によれば、操作者３１は、ロボット本体１の作業部１１が作業する作業エリアの所望の一部を詳しく立体視することができる。
（実施形態２）
本発明の実施形態２は、実施の形態１のロボットシステム１００において、一対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４が、それぞれ、光軸の方向を変更することが可能なように設けられたものである。この光軸方向変更装置（図示せず）は周知の姿勢変更装置で構成することができる。姿勢変更装置として、小型の多関節ロボット、パラボラアンテナの駆動装置等が例示される。
このような本実施形態によれば、操作者３１が、より広範囲なロボット本体１の作業エリアの所望の一部を詳しく立体視することができる。
（実施形態３）
本発明の実施形態３は、以下の点で実施形態１と相違し、その他の点は実施形態１と同様である。以下、この相違点を説明する。
図７は、実施形態３における複数対の左眼視カメラ及び右眼視カメラ操作者が詳しく立体視しようする立体視対象エリアとの関係を示す模式図である。
図１及び図７を参照すると、本実施形態３のロボットシステム１００では、複数対（ここでは４対）の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４が配置されている。この複数対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４は、ロボット本体１の作業部（塗装ガン）１１が作業する作業エリア（図７に図示せず）を取り囲むように配置されている。これらの複数対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４は、各対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４の共通の視野２３が、隣接する対の間で互いに重なるように配置されている。
図２及び図３を参照すると、エリア操作器６には、複数対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４のうちの１つの対を選択するカメラ選択ボタンが設けられている。操作者３１が、カメラ選択ボタンを操作して対を選択すると、立体表示制御部１０は、選択された対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４が撮像した視差画像４３を立体表示器５に表示する。
なお、立体表示制御部１０が、立体視対象エリア５０の位置に応じて、自動的に左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４の対を切り替えて、それらの視差画像４３を立体表示器５に表示してもよい。この場合、例えば、立体表示制御部１０は、立体視対象エリア５０に最も距離が近く且つ最も光軸が近い対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラを選択する。
このような本実施形態によれば、操作者３１は、あたかも作業エリアの周囲を周回するようにして、当該作業エリアの所望の一部を詳しく立体視することができる。よって、よりロボット本体１の操作性が向上する。
（その他の実施形態）
実施形態１乃至３のいずれかにおいて、立体表示器５が、操作者３１の頭部に装着されるＨＭＤ(Head Mounted Display)でもよい。
上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。
本発明のロボットシステムは、作業エリアの一部を詳しく立体視しながらロボット本体を操作することが可能なロボットシステムとして有用である。
１ ロボット本体
２ ロボット操作器
３ 左眼視カメラ
３ａ 画角
３ｂ 光軸
４ 右眼視カメラ
４ａ 画角
４ｂ 光軸
５ 立体表示器
６ エリア操作器
７ 立体視メガネ
８ 制御器
９ ロボット制御部
１０ 立体表示制御部
１１ 作業部
１２ 基台
１３ ケース
１４ 作業室
１５ 操作椅子
１６ 操作机
２１ 作業対象
２２ リフト
２３ 視野
３１ 操作者
４１ 左眼視画像
４２ 右眼視画像
４３ 視差画像
５０ 立体視対象エリア
５１，５２ 画像
６１ 左眼視撮像画像
６２ 右眼視撮像画像
１００ ロボットシステム

Claims (6)

  1. 作業を行う作業部を有するロボット本体と、
    操作者が前記ロボット本体を操作するためのロボット操作器と、
    前記ロボット本体の作業部が作業する作業エリアの左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像をそれぞれ撮像する左眼視カメラ及び右眼視カメラと、
    前記操作者が両眼によって立体視するための視差画像を表示する立体表示器と、
    前記操作者が、前記立体表示器に表示される視差画像よって立体視しようとする、前記左眼視カメラ及び右眼視カメラの共通の視野における絶対空間上の立体視対象エリアを特定するよう操作するエリア操作器と、
    前記ロボット操作器の操作に応じて前記ロボット本体の動作を制御するロボット制御部と、
    前記左眼視カメラ及び右眼視カメラが撮像する前記左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像から前記エリア操作器の操作によって特定された前記立体視対象エリアに対応する画像をそれぞれ抽出し、この抽出した画像を、前記立体表示器に前記視差画像として表示させる立体表示制御部と、を備える、ロボットシステム。
  2. 前記立体表示制御部は、前記エリア操作器が操作されていない場合に、前記左眼視カメラ及び右眼視カメラが撮像する前記左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像から前記ロボット本体の前記作業部の位置に対応する絶対空間上の立体視対象エリアの画像をそれぞれ抽出し、この抽出した画像を、初期設定の前記視差画像として前記立体表示器に表示させる、請求項１に記載のロボットシステム。
  3. 前記エリア操作器は、前記立体視対象エリアの大きさ、前記立体視対象エリアの位置、前記視差画像の視差、及び前記視差画像の拡大・縮小の少なくともいずれかを調整するよう操作することが可能であり、
    前記立体表示制御部は、前記エリア操作器の操作に応じて前記左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像の画像処理又は前記左眼視カメラ及び右眼視カメラの動作制御を行い、前記立体視対象エリアの大きさ、前記立体視対象エリアの位置、前記視差画像の視差、及び前記視差画像の拡大・縮小の少なくともいずれかが調整された前記視差画像を前記立体表示器に表示させる、請求項２に記載のロボットシステム。
  4. 前記左眼視カメラ及び右眼視カメラの画角が１５０度以上且つ３６０度以下である、請求項１乃至３のいずれかに記載のロボットシステム。
  5. 前記立体表示制御部は、前記前記左眼視撮像画像及び右眼視撮像画像から抽出した画像を、広角レンズに起因する画像歪み除去するよう補正し、この補正した画像を前記立体表示器に前記視差画像として表示させる、請求項４に記載のロボットシステム。
  6. 複数対の前記左眼視カメラ及び右眼視カメラが、前記ロボット本体１の作業部が作業する作業エリアを取り囲むように配置されており、前記立体表示制御部は、選択された対の左眼視カメラ３及び右眼視カメラ４に対応する視差画像を立体表示器に表示する、請求項１乃至５のいずれかに記載のロボットシステム。
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