JP2023129146A - Remote operation system and remote control method of manipulator - Google Patents

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浩二 山下
Koji Yamashita
匡平 石田
Tadahira Ishida
勇太 徳元
Yuta Tokumoto
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Abstract

To provide a remote operation system which enables easy remote operation of a manipulator, and to provide a remote operation method of the manipulator.SOLUTION: A remote operation system (1) includes: a master operation device (22) including an operation part; a manipulator (a slave arm 21) which is mounted on a movable platform (13) capable of moving feely and includes a work tool (4) for conducting predetermined work to a work object (a structure 51); a contact member (a contact damper 3) which is attached to the manipulator so as to protrude from the manipulator and contacts with the work object; and a control device (2) which feeds back reaction force exerted on the contact member by the work object to the master operation device to remotely control the manipulator so that the manipulator responds to a movement of the operation part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、遠隔操作システム及びマニピュレータの遠隔操作方法に関する。本開示は、特に、高所作業台などの不安定な移動台(昇降台)に搭載されたマニピュレータを遠隔操作する遠隔操作システム及びマニピュレータの遠隔操作方法に関する。遠隔操作は、いわゆるバイラテラル制御によるマスタスレーブシステムとして、マスタ操作装置の操作部によってマニピュレータを制御する技術を含む。 The present disclosure relates to a remote control system and a method for remotely controlling a manipulator. The present disclosure particularly relates to a remote control system and a method for remotely controlling a manipulator mounted on an unstable movable platform (elevating platform) such as an elevated working platform. The remote control includes a technique of controlling a manipulator using a control unit of a master control device as a master-slave system using so-called bilateral control.

従来、産業用ロボットのようなマニピュレータ(ロボットアーム)は、固定面又は安定した台座に設置されて、事前のティーチングにて教示された軌道でアーム先端を位置制御されている。このようなロボットアームの作業対象物は、ティーチングのときと位置が変わらないことが前提となっている。そのため、作業対象物の位置が変化する作業又は非定常な作業への適用は困難である。ここで、作業を自動化することが困難な非定常又は非定型の作業について、いわゆるマスタスレーブ遠隔操作によって、マスタ操作装置を手動操作して、スレーブマニピュレータを遠隔制御する事例がある。 Conventionally, a manipulator (robot arm) such as an industrial robot is installed on a fixed surface or a stable pedestal, and the position of the tip of the arm is controlled along a trajectory taught in advance. It is assumed that the position of the object to be worked on by such a robot arm remains the same as during teaching. Therefore, it is difficult to apply this method to work in which the position of the workpiece changes or to irregular work. Here, for non-routine or non-routine work that is difficult to automate, there are cases in which a master operating device is manually operated to remotely control a slave manipulator using so-called master-slave remote control.

例えば特許文献1の技術は、スレーブマニピュレータの先端などにあるエンドエフェクタが剛性の高い物体と接触した場合に、入力グリップ(マスタ操作装置)に大きなスレーブ反力が発生しないように、あらかじめ設定した上限値以上になると上限値を入力グリップに帰還する。 For example, the technology in Patent Document 1 uses a preset upper limit to prevent a large slave reaction force from being generated on the input grip (master operating device) when the end effector at the tip of the slave manipulator comes into contact with a highly rigid object. When it exceeds the value, the upper limit value is returned to the input grip.

また、例えば特許文献2の技術は、車両から伸びるブ-ムの上端に搭載されたスレ-ブマニピュレータに作用する外力を反力として、車両側に搭載されたマスタマニピュレータにフイ-ドバック制御を行う。特許文献2の技術では、作業ポイントに至る経路上の障害物を検出し、障害物を避けるために回避点を設けて、スレーブマニピュレータが回避点を越えると反力を増加させるため、接触を未然に防止できる。 Furthermore, for example, the technology disclosed in Patent Document 2 uses an external force acting on a slave manipulator mounted on the upper end of a boom extending from the vehicle as a reaction force to perform feedback control on a master manipulator mounted on the vehicle side. . The technology disclosed in Patent Document 2 detects obstacles on the path leading to the work point, sets an avoidance point to avoid the obstacle, and increases the reaction force when the slave manipulator exceeds the avoidance point, thereby preventing contact. can be prevented.

特開平08-229858号公報Japanese Patent Application Publication No. 08-229858 特開平08-300277号公報Japanese Patent Application Publication No. 08-300277

ここで、特許文献1の技術では、スレーブマニピュレータに伝わる反力を検知するが、着目している物体との接触による反力を対象とする。したがって、特許文献1の技術は、想定外の障害物に接触した場合の急な反力に対応できない。また、マスタ操作装置へ伝える反力に上限値が設けられているため、例えば想定外の大きな反力を受けた場合などに上限値以上の反力を感じ取ることができない。 Here, in the technique of Patent Document 1, the reaction force transmitted to the slave manipulator is detected, but the reaction force due to contact with the object of interest is detected. Therefore, the technique of Patent Document 1 cannot cope with sudden reaction force when coming into contact with an unexpected obstacle. Further, since an upper limit value is set for the reaction force to be transmitted to the master operating device, for example, when an unexpectedly large reaction force is received, a reaction force exceeding the upper limit value cannot be felt.

特許文献2の技術では、作業ポイントに至る経路上の障害物までの距離を視覚装置により判定する。しかし、視野角、視覚装置の画質(解像度)、撮影から投影まで時間遅れなどの影響によって、距離を見誤る可能性がある。 In the technique disclosed in Patent Document 2, the distance to an obstacle on a route leading to a work point is determined using a visual device. However, depending on the viewing angle, the image quality (resolution) of the visual device, and the time delay between photographing and projection, it is possible to misjudge the distance.

また、固定されていない移動台(例えば高所作業台)にスレーブマニピュレータを搭載する場合に、急な反力及び移動台の移動によって、ブームに搭載したスレーブマニピュレータが揺れるという課題もある。遠隔操作の場合に、スレーブマニピュレータ側に取り付けられたカメラ映像を操作室のモニターを確認しながらアーム先端位置を操作するが、揺れによって作業対象物の位置を捉えるのが難しいこともあり、操作は熟練を要し、容易でなかった。 Furthermore, when the slave manipulator is mounted on an unfixed mobile platform (for example, an elevated work platform), there is also the problem that the slave manipulator mounted on the boom shakes due to sudden reaction force and movement of the mobile platform. In the case of remote control, the arm tip position is controlled while checking the camera image attached to the slave manipulator side on the monitor in the control room, but it may be difficult to capture the position of the workpiece due to shaking, so the operation is difficult. It required skill and was not easy.

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、マニピュレータを容易に遠隔操作可能にする遠隔操作システム及びマニピュレータの遠隔操作方法を提供することにある。 An object of the present disclosure, which has been made in view of the above circumstances, is to provide a remote control system and a remote control method for a manipulator that enable easy remote control of a manipulator.

本開示の一実施形態に係る遠隔操作システムは、
操作部を備えるマスタ操作装置と、
移動自在な移動台に搭載されて、作業対象物に対して所定の作業を行う作業用ツールを備えるマニピュレータと、
前記マニピュレータから張り出すように前記マニピュレータに取り付けられ、前記作業対象物に接触する接触部材と、
前記接触部材が前記作業対象物から受ける反力を前記マスタ操作装置へフィードバックし、前記操作部の動きに対応するように前記マニピュレータを遠隔操作する制御装置と、を備える。
A remote control system according to an embodiment of the present disclosure includes:
a master operating device including an operating section;
a manipulator that is mounted on a movable moving platform and includes a work tool that performs a predetermined work on a work target;
a contact member attached to the manipulator so as to protrude from the manipulator and comes into contact with the workpiece;
The control device includes a control device that feeds back a reaction force that the contact member receives from the work object to the master operating device, and remotely controls the manipulator in response to the movement of the operating section.

本開示の一実施形態に係るマニピュレータの遠隔操作方法は、
移動自在な移動台に搭載されて、作業対象物に対して所定の作業を行う作業用ツールを備えるマニピュレータの遠隔操作方法であって、
マスタ操作装置の操作部の動きに対応するように前記マニピュレータを遠隔操作する工程と、
前記マニピュレータから張り出すように前記マニピュレータに取り付けられた接触部材を前記作業対象物に接触させる工程と、
前記接触部材が前記作業対象物から受ける反力を前記マスタ操作装置へフィードバックする工程と、を含む。
A method for remotely controlling a manipulator according to an embodiment of the present disclosure includes:
A method for remotely controlling a manipulator including a work tool mounted on a movable moving platform and performing a predetermined work on a work target, the method comprising:
remotely controlling the manipulator to correspond to the movement of the operating section of the master operating device;
bringing a contact member attached to the manipulator into contact with the workpiece so as to protrude from the manipulator;
The method includes a step of feeding back a reaction force that the contact member receives from the work object to the master operating device.

本開示によれば、マニピュレータを容易に遠隔操作可能にする遠隔操作システム及びマニピュレータの遠隔操作方法を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a remote control system and a method for remotely controlling a manipulator that allow easy remote control of a manipulator.

図1は、本開示の一実施形態に係る遠隔操作システムを示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a remote control system according to an embodiment of the present disclosure. 図2は、本開示の一実施形態に係る遠隔操作システムの部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of a remote control system according to an embodiment of the present disclosure. 図3は、図2の遠隔操作システムの変形例を示す部分拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view showing a modification of the remote control system shown in FIG. 2. FIG.

以下、図面を参照して本開示の実施形態に係る遠隔操作システム及びマニピュレータの遠隔操作方法が説明される。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号が付されている。同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, a remote control system and a remote control method for a manipulator according to embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts are given the same reference numerals. Descriptions of the same or corresponding parts will be omitted or simplified as appropriate.

<第1実施形態>
(システム構成)
図1に示すように、本実施形態に係る遠隔操作システム1は、作業対象物としての構造体51に対して所定の作業を行う際に用いられるものであり、マニピュレータ(ロボットアーム)の一例であるスレーブアーム21と、マスタ操作装置22と、制御装置2と、接触部材と、を備えている。スレーブアーム21は、高所作業車11のブーム12の先端にある移動台13に搭載されている。移動台13は移動自在であるように構成されている。ここで、遠隔操作システム1は、移動自在な台に搭載されるマニピュレータを遠隔操作するシステムであればよく、高所作業車11としての構成に限定されない。
<First embodiment>
(System configuration)
As shown in FIG. 1, a remote control system 1 according to the present embodiment is used when performing a predetermined work on a structure 51 as a work object, and is an example of a manipulator (robot arm). It includes a slave arm 21, a master operating device 22, a control device 2, and a contact member. The slave arm 21 is mounted on a movable platform 13 at the tip of the boom 12 of the aerial work vehicle 11. The movable table 13 is configured to be movable. Here, the remote control system 1 may be any system that remotely controls a manipulator mounted on a movable platform, and is not limited to the configuration as the aerial work vehicle 11.

スレーブアーム21は、一例として6軸方向に自由度を有する垂直多関節型のロボットアームである。ただし、マニピュレータは、マスタ操作装置22によって遠隔操作されるものであれば、ロボットアームに限定されず、任意の構造及び形状を有するものであってよい。 The slave arm 21 is, for example, a vertically articulated robot arm having degrees of freedom in six axial directions. However, the manipulator is not limited to a robot arm and may have any structure and shape as long as it is remotely controlled by the master operating device 22.

マスタ操作装置22は、スレーブアーム21を操作する操作部を備えている。図1に示すように、マスタ操作装置22(制御装置2)とスレーブアーム21とはケーブル23によって接続されており、マスタ操作装置22によってスレーブアーム21の遠隔制御(マスタスレーブ遠隔制御)が実行される。操作部は、特定の構成に限定されないが、一例として、スレーブアーム21と同じ垂直多関節型のロボットアームとなっていてよい。マスタ操作装置22の操作部とスレーブアーム21とを同一形状とすることで、マスタスレーブ制御システムである遠隔操作システム1を組むのが比較的容易となる。ただし、マスタとスレーブについて、必ずしも相似形である必要はない。また、マスタとスレーブについて、同じ自由度である必要はない。また、操作部は、他の一例として、ジョグシャトルのような回転型のコントローラであってよい。 The master operating device 22 includes an operating section for operating the slave arm 21. As shown in FIG. 1, the master operating device 22 (control device 2) and the slave arm 21 are connected by a cable 23, and the master operating device 22 remotely controls the slave arm 21 (master-slave remote control). Ru. The operating unit is not limited to a specific configuration, but may be, for example, a vertically articulated robot arm similar to the slave arm 21. By making the operating section of the master operating device 22 and the slave arm 21 have the same shape, it becomes relatively easy to assemble the remote operating system 1, which is a master-slave control system. However, the master and slave do not necessarily have to be similar in shape. Furthermore, it is not necessary that the master and slave have the same degree of freedom. Further, the operating unit may be a rotary controller such as a jog shuttle, as another example.

制御装置2は、マスタ操作装置22を制御するとともに、スレーブアーム21の位置(角度)と反力をマスタ操作装置22へフィードバックする。具体的には、アームの角度から軌道計算されるスレーブアーム21の位置と、スレーブアーム21に作用する反力とを、バイラテラル制御で双方向に伝達可能となっている。スレーブアーム21が垂直多関節型のロボットアームの場合、各関節に設けられた駆動モータのトルクを、反力としてマスタ操作装置22に伝達する構成とすることが好ましい。マスタ操作装置22及び制御装置2は、操作室14に設けられてよい。操作室14には、スレーブアーム21に設置されたカメラからの画像を表示するモニターなどがさらに設けられていてよい。 The control device 2 controls the master operating device 22 and feeds back the position (angle) and reaction force of the slave arm 21 to the master operating device 22. Specifically, the position of the slave arm 21 whose trajectory is calculated from the angle of the arm and the reaction force acting on the slave arm 21 can be transmitted in both directions through bilateral control. When the slave arm 21 is a vertical multi-joint type robot arm, it is preferable that the torque of a drive motor provided at each joint is transmitted to the master operating device 22 as a reaction force. The master operating device 22 and the control device 2 may be provided in the operating room 14. The operation room 14 may further include a monitor that displays images from a camera installed on the slave arm 21.

スレーブアーム21の先端には、構造体51に対して所定の作業を行うための作業用ツール4が取り付けられている。作業用ツール4としては、例えば高所作業で使われる検査装置、ケレン装置、塗装装置などが挙げられる。所定の作業としては、例えば検査、洗浄、塗装などが挙げられる。作業用ツール4はエンドエフェクタとも称される。また、作業対象物である構造体51としては、例えば橋梁の桁下構造などの鋼構造物が挙げられるが、鋼構造物に限定されない。 A working tool 4 for performing a predetermined work on the structure 51 is attached to the tip of the slave arm 21 . Examples of the work tool 4 include an inspection device, a cleaning device, a painting device, etc. used in high-place work. Examples of the predetermined work include inspection, cleaning, and painting. The work tool 4 is also called an end effector. Further, the structure 51 that is the object to be worked on includes, for example, a steel structure such as an under-girder structure of a bridge, but is not limited to a steel structure.

また、スレーブアーム21には、スレーブアーム21から張り出すように接触部材が取り付けられている。本実施形態では、接触部材はスレーブアーム21の先端から3つ目の関節に取り付けられている。これにより、接触部材が構造体51に接触した状態で、スレーブアーム21の先端に取り付けられた作業用ツール4が3軸方向に移動可能となっている。ここで、作業用ツール4は、接触部材が構造体51に接触した状態で、少なくとも2軸方向に移動可能となっていることが好ましい。 Further, a contact member is attached to the slave arm 21 so as to project from the slave arm 21 . In this embodiment, the contact member is attached to the third joint from the tip of the slave arm 21. Thereby, the working tool 4 attached to the tip of the slave arm 21 is movable in three axial directions while the contact member is in contact with the structure 51. Here, it is preferable that the working tool 4 is movable in at least two axial directions while the contact member is in contact with the structure 51.

接触部材は作業対象物に接触する部材である。接触部材は、接触時の衝撃をやわらげるために緩衝性能を有することが好ましい。本実施形態において、接触部材は緩衝性能を備えるダンパー(接触ダンパー3)である。緩衝性能は、本実施形態のようにダンパーを備えることで実現されてよいし、例えばゴムなどの伸縮する素材を用いることによって実現されてよい。接触部材は、スレーブアーム21から張り出してスレーブアーム21よりも先に構造体51に接触(当接)する大きさ、形状であればよく、例えば棒状のロッド、プローブ、湾曲した盾状のカバー(図2の接触カバー5参照)、クッション状のブロックなどでよい。接触部材(接触ダンパー3)が構造体51に接触した際の反力は、スレーブアーム21へ伝わり、制御装置2を介してマスタ操作装置22へ伝達される。また、構造体51に接触する接触部材(接触ダンパー3)によって、スレーブアーム21で作業を行う際に、構造体51に対してスレーブアーム21の姿勢を安定させることができる。ここで、接触部材(接触ダンパー3)の先端(構造体51に接触する部分)に接触センサなどのセンサが取り付けられて、センサの検知結果が制御装置2へ伝えられる構成であってよい。 The contact member is a member that comes into contact with the workpiece. It is preferable that the contact member has buffering performance in order to soften the impact upon contact. In this embodiment, the contact member is a damper (contact damper 3) with buffering performance. The buffering performance may be achieved by providing a damper as in this embodiment, or may be achieved by using an elastic material such as rubber. The contact member may have any size or shape as long as it protrudes from the slave arm 21 and contacts (abuts) the structure 51 before the slave arm 21 does, such as a bar-shaped rod, a probe, or a curved shield-shaped cover ( (See contact cover 5 in FIG. 2), a cushion-shaped block, etc. The reaction force generated when the contact member (contact damper 3 ) contacts the structure 51 is transmitted to the slave arm 21 and transmitted to the master operating device 22 via the control device 2 . Further, the contact member (contact damper 3) that contacts the structure 51 can stabilize the posture of the slave arm 21 with respect to the structure 51 when working with the slave arm 21. Here, a sensor such as a contact sensor may be attached to the tip (portion that contacts the structure 51) of the contact member (contact damper 3), and the detection result of the sensor may be transmitted to the control device 2.

さらに、接触ダンパー3の先端には、構造体51に沿って摺動する摺動体又は構造体51に接合する接合体が設けられていることが好ましい。摺動体としては、ローラーなどが挙げられる。また、接合体としては、例えば電磁石、吸引機、懸架フックなどが挙げられる。このように、接触ダンパー3の先端に摺動体又は接合体を設け、摺動体又は接合体を構造体51に当接させることで、接触ダンパー3が受ける反力を滑らかに精度よく伝えることができる。また、接触ダンパー3を安定して移動又は固定させることができる。 Further, it is preferable that the tip of the contact damper 3 is provided with a sliding body that slides along the structure 51 or a joint that is joined to the structure 51. Examples of the sliding body include rollers. Further, examples of the joined body include an electromagnet, a suction device, a suspension hook, and the like. In this way, by providing a sliding body or a joint at the tip of the contact damper 3 and bringing the sliding body or joint into contact with the structure 51, the reaction force received by the contact damper 3 can be transmitted smoothly and accurately. . Moreover, the contact damper 3 can be moved or fixed stably.

スレーブアーム21(マニピュレータ)から張り出す接触部材を設け、接触部材を構造体51(作業対象物)に接触させながらマスタ操作装置22で操作することによって、移動台13が移動したり揺れたりして不安定な場合であっても、スレーブアーム21の姿勢を安定させることができる。また、接触部材がスレーブアーム21よりも先に構造体51へ接触するため、スレーブアーム21に急な反力が生じることを防ぐことができる。また、接触部材が受ける反力がマスタ操作装置22にフィードバックされるため、カメラ画像又は距離センサによる位置制御だけに頼らずに、スレーブアーム21を容易に遠隔操作することが可能となる。 A contact member protruding from the slave arm 21 (manipulator) is provided, and by operating the contact member with the master operating device 22 while contacting the structure 51 (work object), the movable table 13 can be moved or swayed. Even in an unstable case, the posture of the slave arm 21 can be stabilized. Further, since the contact member contacts the structure 51 before the slave arm 21, it is possible to prevent a sudden reaction force from being generated on the slave arm 21. Further, since the reaction force applied to the contact member is fed back to the master operating device 22, it becomes possible to easily remotely control the slave arm 21 without relying solely on position control using a camera image or a distance sensor.

(遠隔操作方法)
本実施形態に係る遠隔操作システム1によって作業を行う際の手順(マニピュレータの遠隔操作方法)が以下に説明される。本実施形態において、マニピュレータの遠隔操作方法は第1操作工程、第2操作工程及び第3操作工程を含む。
(Remote control method)
The procedure for performing work using the remote control system 1 according to this embodiment (remote control method for a manipulator) will be explained below. In this embodiment, the method for remotely controlling a manipulator includes a first operating step, a second operating step, and a third operating step.

第1操作工程では、高所作業車11のブーム12によって移動台13全体を上昇させ、スレーブアーム21を構造体51に接近させる。このとき、スレーブアーム21の先端をできるだけ曲げて、スレーブアーム21がコンパクトであるようにする。第1操作工程では、スレーブアーム21の先端を伸ばせば構造体51へ接触できる程度にまで、移動台13を構造体51へ接近させる。ここで、第1操作工程において、カメラ画像又は距離センサによる位置制御が実行されてよい。 In the first operation step, the entire movable platform 13 is raised by the boom 12 of the aerial work vehicle 11, and the slave arm 21 is brought close to the structure 51. At this time, the tip of the slave arm 21 is bent as much as possible to make the slave arm 21 compact. In the first operation step, the movable table 13 is brought close to the structure 51 to the extent that it can come into contact with the structure 51 by extending the tip of the slave arm 21 . Here, in the first operation step, position control may be performed using a camera image or a distance sensor.

第2操作工程では、マスタ操作装置22の操作部が操作員によって操作されて、操作部の動きに対応するようにスレーブアーム21が遠隔操作される。また、第2操作工程では、スレーブアーム21から張り出すようにスレーブアーム21に取り付けられた接触ダンパー3が、スレーブアーム21を伸ばすことによって徐々に伸ばされる。そして、接触ダンパー3は作業対象物である構造体51に接触する。接触ダンパー3の構造体51への接触によって、スレーブアーム21が支持される。 In the second operation step, the operating section of the master operating device 22 is operated by the operator, and the slave arm 21 is remotely controlled in response to the movement of the operating section. Further, in the second operation step, the contact damper 3 attached to the slave arm 21 so as to protrude from the slave arm 21 is gradually extended by extending the slave arm 21. The contact damper 3 then comes into contact with the structure 51 that is the object to be worked on. The slave arm 21 is supported by contact of the contact damper 3 with the structure 51.

第3操作工程では、接触ダンパー3が構造体51から受ける反力がマスタ操作装置22にフィードバックされる。すなわち、操作員は、接触ダンパー3が受ける反力を操作部で感じとる。操作員は、例えば反力が一定の範囲内になるよう力の調整を行いながらスレーブアーム21を遠隔操作して、作業用ツール4を構造体51の目標位置(作業位置)へ移動させることができる。つまり、第3操作工程では、反力がフィードバックされたマスタ操作装置22の操作部の動きに対応して、スレーブアーム21の遠隔操作がさらに実行される。ここで、スレーブアーム21が作業位置に到達した後も、接触ダンパー3を構造体51に接触させたまま、スレーブアーム21の自重を構造体51で支えるように寄り掛けておくことで、スレーブアーム21の先端を安定させることができる。操作員は、スレーブアーム21先端の作業用ツール4の構造体51に対する位置を決定して、安定した状態で、所定の作業を行うことができる。 In the third operation step, the reaction force that the contact damper 3 receives from the structure 51 is fed back to the master operation device 22. That is, the operator senses the reaction force that the contact damper 3 receives through the operating section. For example, the operator can move the work tool 4 to the target position (work position) of the structure 51 by remotely controlling the slave arm 21 while adjusting the force so that the reaction force is within a certain range. can. That is, in the third operation step, the slave arm 21 is further remotely operated in response to the movement of the operation section of the master operation device 22 to which the reaction force is fed back. Here, even after the slave arm 21 reaches the working position, by keeping the contact damper 3 in contact with the structure 51 and leaning so that the slave arm 21's own weight is supported by the structure 51, the slave arm The tip of 21 can be stabilized. The operator can determine the position of the tip of the slave arm 21 with respect to the structure 51 of the work tool 4 and perform a predetermined work in a stable state.

上記の手順によれば、スレーブアーム21を構造体51に接近させる際に、接触ダンパー3を構造体51へ接触させることで、スレーブアーム21が構造体51にぶつかってスレーブアーム21に急な反力が生じることを防ぐことができる。また、スレーブアーム21で作業を行う際に、スレーブアーム21と構造体51との相対位置(距離)を保った状態でスレーブアーム21を構造体51に沿って移動させることができる。そのため、移動台13が移動したり揺れたりして不安定な場合であっても、スレーブアーム21の姿勢を安定させることができ、カメラ画像又は距離センサによる位置制御だけに頼らずにスレーブアーム21を容易に遠隔操作することができる。 According to the above procedure, when the slave arm 21 approaches the structure 51, by bringing the contact damper 3 into contact with the structure 51, the slave arm 21 collides with the structure 51, causing a sudden reaction to the slave arm 21. force can be prevented from occurring. Furthermore, when working with the slave arm 21, the slave arm 21 can be moved along the structure 51 while maintaining the relative position (distance) between the slave arm 21 and the structure 51. Therefore, even if the moving table 13 is unstable due to movement or shaking, the posture of the slave arm 21 can be stabilized, and the slave arm 21 can be stabilized without relying solely on position control using a camera image or a distance sensor. can be easily controlled remotely.

<第2実施形態>
図2は、本開示の第2実施形態に係る遠隔操作システム1の部分拡大図である。図2で省略されている高所作業車11の部分は図1と同じである。本実施形態に係る遠隔操作システム1は、接触部材の構成内容、数及び位置が第1実施形態と異なる。重複説明を回避するため、第1実施形態と異なる構成が以下に説明される。本実施形態において、スレーブアーム21の先端に接触ダンパー3が取り付けられている。詳細に述べると、スレーブアーム21の先端に取り付けられた作業用ツール4の近傍に接触ダンパー3が取り付けられている。これにより、作業用ツール4で作業を行う際に接触ダンパー3によって作業用ツール4の姿勢を安定して保持することができる。
<Second embodiment>
FIG. 2 is a partially enlarged view of the remote control system 1 according to the second embodiment of the present disclosure. The parts of the aerial work vehicle 11 that are omitted in FIG. 2 are the same as those in FIG. 1. The remote control system 1 according to this embodiment differs from the first embodiment in the configuration, number, and position of contact members. In order to avoid redundant explanation, configurations different from the first embodiment will be explained below. In this embodiment, a contact damper 3 is attached to the tip of the slave arm 21. Specifically, the contact damper 3 is attached near the working tool 4 attached to the tip of the slave arm 21. Thereby, when working with the working tool 4, the contact damper 3 can stably maintain the posture of the working tool 4.

また、本実施形態において、接触部材は、接触ダンパー3に加えて、接触カバー5を含む。接触カバー5はスレーブアーム21に複数取り付けられている。接触カバー5は盾状の湾曲した接触面を有している。また、接触カバー5は、スレーブアーム21の複数の関節にそれぞれ取り付けられており、接触カバー5が構造体51に接触した際の反力がアームの関節部分に伝わるようになっている。ここで、接触カバー5は、1つの関節に対して複数が取り付けられていることが好ましく、アームの関節の外側(屈曲方向外側)に接触面が向くように取り付けられることが好ましい。また、接触カバー5は、関節の屈曲に合わせて回転するように移動してよい。また、複数の接触カバー5を1つの関節に取り付ける場合に、複数の接触カバー5が互いに間隔を空けたまま移動してよいし、関節の屈曲に合わせて接触カバー5同士が重なり合うことが可能であってよい。 Further, in this embodiment, the contact member includes a contact cover 5 in addition to the contact damper 3. A plurality of contact covers 5 are attached to the slave arm 21. The contact cover 5 has a shield-shaped curved contact surface. Further, the contact cover 5 is attached to each of the plurality of joints of the slave arm 21, so that the reaction force when the contact cover 5 contacts the structure 51 is transmitted to the joint portion of the arm. Here, it is preferable that a plurality of contact covers 5 are attached to one joint, and it is preferable that the contact covers 5 are attached so that the contact surface faces the outside of the joint of the arm (outside in the bending direction). Further, the contact cover 5 may be moved so as to rotate according to the bending of the joint. Further, when attaching a plurality of contact covers 5 to one joint, the plurality of contact covers 5 may be moved with a space between them, or the contact covers 5 may be overlapped with each other according to the bending of the joint. It's good.

さらに、図3に示すように、接触部材は、接触ダンパー3と同様に緩衝機能を備えるダンパー構造6を有する接触カバー5で構成されてよい。図3の例において、接触ダンパー3を含む全ての接触部材はダンパー構造6を有する。 Further, as shown in FIG. 3, the contact member may be constituted by a contact cover 5 having a damper structure 6 with a damping function similar to the contact damper 3. In the example of FIG. 3, all contact members, including the contact damper 3, have a damper structure 6.

本実施形態に係る遠隔操作システム1は、特に構造体51の形状が複雑で作業箇所が狭い場合などに好適に用いられる。スレーブアーム21に複数の接触部材を取り付け、特に関節部分を接触カバー5で保護することによって、スレーブアーム21が構造体51の作業箇所以外の部分にぶつかってスレーブアーム21に急な反力が生じることを防ぐことができる。また、スレーブアーム21を複数の接触部材によって支持することができるため、構造体51に対してスレーブアーム21の姿勢をさらに安定させることができる。ここで、図2及び図3の接触部材の数などは一例であって、接触部材は複数の関節の少なくとも1つに取り付けられていればよい。 The remote control system 1 according to this embodiment is particularly suitable for use when the structure 51 has a complicated shape and the working area is narrow. By attaching a plurality of contact members to the slave arm 21 and protecting the joint part in particular with the contact cover 5, the slave arm 21 collides with a part of the structure 51 other than the working area, and a sudden reaction force is generated on the slave arm 21. This can be prevented. Further, since the slave arm 21 can be supported by a plurality of contact members, the attitude of the slave arm 21 with respect to the structure 51 can be further stabilized. Here, the number of contact members shown in FIGS. 2 and 3 is just an example, and the contact member only needs to be attached to at least one of the plurality of joints.

以下、本開示の効果を実施例に基づいて具体的に説明するが、本開示はこれら実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the effects of the present disclosure will be specifically explained based on Examples, but the present disclosure is not limited to these Examples.

(実施例)
本実施例において、図2の遠隔操作システム1が用いられた。スレーブアーム21として、6自由度の関節を有する垂直多関節型のロボットアームが使用された。スレーブアーム21として使用された垂直多関節型のロボットアームは、本体重量が40kg、最大リーチ長さが1300mm、最大可搬重量が12kgである。
(Example)
In this example, the remote control system 1 shown in FIG. 2 was used. As the slave arm 21, a vertically articulated robot arm having six degrees of freedom joints was used. The vertical articulated robot arm used as the slave arm 21 has a main body weight of 40 kg, a maximum reach length of 1300 mm, and a maximum payload of 12 kg.

マスタ操作装置22として、6自由度の関節を有する垂直多関節型のロボットアームが使用された。 As the master operating device 22, a vertically articulated robot arm having six degrees of freedom joints was used.

高所作業車11は、製鉄所の保守点検、清掃作業などで使われる一般的な作業車が使用された。ブーム12の最大高さは50mであった。また、高所作業車11の最大載荷重量は200kgであった。 The aerial work vehicle 11 was a general work vehicle used for maintenance inspections, cleaning work, etc. at steel plants. The maximum height of boom 12 was 50 m. Further, the maximum load capacity of the aerial work vehicle 11 was 200 kg.

作業用ツール4として、100MPaの水圧の高圧洗浄機(洗浄ノズル)がスレーブアーム21の先端に取り付けられた。高圧洗浄機は、手持ちも可能な5kgの重量である。通常の人手作業でも、この高圧洗浄機を用いて1時間程度の作業が問題なく行われる。スレーブアーム21の先端に取り付けられた高圧洗浄機を用いて、鋼構造物のダスト洗浄及び表面の錆びを落とすケレン作業が行われた。 As the working tool 4, a high pressure washer (cleaning nozzle) with a water pressure of 100 MPa was attached to the tip of the slave arm 21. The high pressure washer weighs 5 kg and can be carried by hand. This high-pressure washer can be used to complete the work for about an hour without any problems, even if the work is done manually. A high-pressure washer attached to the tip of the slave arm 21 was used to clean the steel structure of dust and remove rust from the surface.

比較のために、同じ高圧洗浄機を用いて人手作業が行われた。高圧洗浄機を手持ちする人手作業では、高所作業車11の移動台13を高さ40mの位置まで上げたところで、風の影響を受けて±100mm程度の揺れが生じて、洗浄及びケレンにムラが生じた。 For comparison, manual work was performed using the same high-pressure washer. In manual work using a high-pressure washer, when the mobile platform 13 of the aerial work vehicle 11 is raised to a height of 40 m, it sways about ±100 mm due to the influence of the wind, resulting in uneven cleaning and cleaning. occurred.

実施例として、接触ダンパー3が取り付けられたスレーブアーム21を、同じ移動台13に搭載して、高さ40mの位置まで上げた。移動台13が揺れる中で、マスタ操作装置22でスレーブアーム21を伸ばして、関節にある接触カバー5を鋼構造物に押し当てるように接触させたところ、スレーブアーム21の揺れを抑えることができた。 As an example, the slave arm 21 to which the contact damper 3 was attached was mounted on the same moving platform 13 and raised to a height of 40 m. While the moving platform 13 was shaking, when the slave arm 21 was extended using the master operating device 22 and the contact cover 5 at the joint was pressed against a steel structure, the shaking of the slave arm 21 could be suppressed. Ta.

移動台13の高さはそのままで、接触カバー5によってスレーブアーム21を鋼構造物に寄り掛けて、移動台13を水平方向へ1m移動させた。このとき、マスタ操作装置22の操作において、スレーブアーム21からの反力が一定の範囲内になるように力が調整された。 While the height of the movable table 13 remained unchanged, the slave arm 21 was placed against the steel structure by the contact cover 5, and the movable table 13 was moved horizontally by 1 m. At this time, in the operation of the master operating device 22, the force was adjusted so that the reaction force from the slave arm 21 was within a certain range.

目標とする作業エリアで移動台13の移動が止められた。目標とする作業エリアにおいて、スレーブアーム21の遠隔操作だけによって、鋼構造物の50cm×50cmの面積の洗浄及びケレン作業が行われた。 The movement of the moving platform 13 was stopped in the target work area. In the target work area, cleaning and cleaning work was performed on an area of 50 cm x 50 cm of the steel structure only by remote control of the slave arm 21.

スレーブアーム21に取り付けたカメラからの映像は操作室14のモニターに表示されていたが、作業中において、高圧洗浄機の水膜によって鋼構造物がほとんど見えなかった。しかし、接触ダンパー3からの反力を一定にしながらの遠隔操作によって、高圧洗浄機と鋼構造物の距離を一定に保つことができ、洗浄作業及びケレン作業を安定して行うことができた。 The image from the camera attached to the slave arm 21 was displayed on the monitor in the control room 14, but during the work, the steel structure could hardly be seen due to the water film from the high-pressure washer. However, by remote control while keeping the reaction force from the contact damper 3 constant, the distance between the high-pressure washer and the steel structure could be kept constant, and the cleaning and cleaning operations could be performed stably.

以上のように、本開示の実施形態に係る遠隔操作システム1及びマニピュレータの遠隔操作方法は、上記の構成及び工程によって、マニピュレータを遠隔操作する際に、作業対象物に対してマニピュレータの姿勢を安定させて、マニピュレータに急激な力が作用することがないようにできる。そのため、本開示の実施形態に係る遠隔操作システム1及びマニピュレータの遠隔操作方法は、マニピュレータを容易に遠隔操作可能にする。 As described above, the remote control system 1 and the manipulator remote control method according to the embodiment of the present disclosure have the above-described configuration and steps to stabilize the posture of the manipulator with respect to the work object when the manipulator is remotely controlled. This prevents sudden force from acting on the manipulator. Therefore, the remote control system 1 and the remote control method for a manipulator according to the embodiment of the present disclosure enable the manipulator to be easily remotely controlled.

本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行されるプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。 Although the embodiments of the present disclosure have been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various changes or modifications based on the present disclosure. It should therefore be noted that these variations or modifications are included within the scope of this disclosure. For example, the functions included in each component or each step can be rearranged to avoid logical contradictions, and multiple components or steps can be combined or divided into one. It is. Embodiments according to the present disclosure can also be realized as a program executed by a processor included in the device or a storage medium recording the program. It is to be understood that these are also encompassed within the scope of the present disclosure.

上記の実施形態において主に高所作業を例に説明したが、本開示の実施形態に係る遠隔操作システム1及びマニピュレータの遠隔操作方法は、高所のみならず、難所、高温環境下、粉塵環境下、アクセスが困難な建築物又は構造物などで行われる作業の全般で使用され得る。 Although the above embodiments have mainly been described using high-place work as an example, the remote control system 1 and the remote control method of the manipulator according to the embodiments of the present disclosure can be applied not only to high places but also to difficult places, high-temperature environments, and dusty environments. It can be used in all types of work performed in buildings or structures that are difficult to access.

1 遠隔操作システム
2 制御装置
3 接触ダンパー(接触部材)
4 作業用ツール(エンドエフェクタ)
5 接触カバー(接触部材)
6 ダンパー構造
11 高所作業車
12 ブーム
13 移動台(高所作業台)
14 操作室
21 スレーブアーム(マニピュレータ)
22 マスタ操作装置
23 ケーブル
51 構造体(作業対象物)
1 Remote control system 2 Control device 3 Contact damper (contact member)
4 Work tools (end effector)
5 Contact cover (contact member)
6 Damper structure 11 Aerial work platform 12 Boom 13 Mobile platform (aerial work platform)
14 Operation room 21 Slave arm (manipulator)
22 Master operating device 23 Cable 51 Structure (work object)

Claims (6)

操作部を備えるマスタ操作装置と、
移動自在な移動台に搭載されて、作業対象物に対して所定の作業を行う作業用ツールを備えるマニピュレータと、
前記マニピュレータから張り出すように前記マニピュレータに取り付けられ、前記作業対象物に接触する接触部材と、
前記接触部材が前記作業対象物から受ける反力を前記マスタ操作装置へフィードバックし、前記操作部の動きに対応するように前記マニピュレータを遠隔操作する制御装置と、を備える、遠隔操作システム。
a master operating device including an operating section;
a manipulator that is mounted on a movable moving platform and includes a work tool that performs a predetermined work on a work target;
a contact member attached to the manipulator so as to protrude from the manipulator and comes into contact with the workpiece;
A remote control system comprising: a control device that feeds back a reaction force that the contact member receives from the work object to the master control device, and remotely controls the manipulator in response to movement of the control section.
前記接触部材はダンパー構造を有する、請求項1に記載の遠隔操作システム。 The remote control system according to claim 1, wherein the contact member has a damper structure. 前記接触部材の先端には、前記作業対象物に沿って摺動する摺動体又は前記作業対象物に接合する接合体が設けられている、請求項1又は2に記載の遠隔操作システム。 3. The remote control system according to claim 1, wherein a sliding body that slides along the work object or a joint that joins the work object is provided at a tip of the contact member. 前記作業用ツール及び前記接触部材は、前記マニピュレータの先端に取り付けられている、請求項1から3のいずれか一項に記載の遠隔操作システム。 The remote control system according to any one of claims 1 to 3, wherein the working tool and the contact member are attached to a tip of the manipulator. 前記マニピュレータは複数の関節を備え、
前記接触部材は、前記複数の関節の少なくとも1つに取り付けられている、請求項1から4のいずれか一項に記載の遠隔操作システム。
The manipulator includes a plurality of joints,
The remote control system according to any one of claims 1 to 4, wherein the contact member is attached to at least one of the plurality of joints.
移動自在な移動台に搭載されて、作業対象物に対して所定の作業を行う作業用ツールを備えるマニピュレータの遠隔操作方法であって、
マスタ操作装置の操作部の動きに対応するように前記マニピュレータを遠隔操作する工程と、
前記マニピュレータから張り出すように前記マニピュレータに取り付けられた接触部材を前記作業対象物に接触させる工程と、
前記接触部材が前記作業対象物から受ける反力を前記マスタ操作装置へフィードバックする工程と、を含む、マニピュレータの遠隔操作方法。
A method for remotely controlling a manipulator including a work tool mounted on a movable moving platform and performing a predetermined work on a work target, the method comprising:
remotely controlling the manipulator to correspond to the movement of the operating section of the master operating device;
bringing a contact member attached to the manipulator into contact with the workpiece so as to protrude from the manipulator;
A method for remotely operating a manipulator, comprising the step of feeding back a reaction force that the contact member receives from the work object to the master operating device.
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