JP2520660B2 - Remotely operated manipulator device - Google Patents
Remotely operated manipulator deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、原子力プラントなどで用いられる遠隔操
作式マニピュレータ装置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a remote-controlled manipulator device used in a nuclear power plant or the like.
第3図は例えば特願昭61-155130号明細書に示された
従来の遠隔操作式マニピュレータ装置を示す概念図であ
り、図において、1はマニピュレータ3に指令を与える
ためのX方向,Y方向,Z方向の3自由度を持つ操作桿、2
は操作桿1の操作量に従ってマニピュレータ3の動きを
制御する制御部、4a,4bはマニピュレータ3の動作を遠
隔監視するためのテレビジョンカメラ(以下、TVカメラ
という)、5はTVカメラ4a,4bの画像を選択して映写す
るモニタテレビジョン(以下、モニタTVという)であ
る。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a conventional remote-controlled manipulator device disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 61-155130, in which 1 is an X direction or a Y direction for giving a command to the manipulator 3. , Operating rod with 3 degrees of freedom in Z direction, 2
Is a control unit that controls the movement of the manipulator 3 according to the operation amount of the operating rod 1, 4a and 4b are television cameras (hereinafter referred to as TV cameras) for remotely monitoring the movement of the manipulator 3, and 5 are TV cameras 4a and 4b. Is a monitor television (hereinafter referred to as a monitor TV) that selects and projects the image.
なお、8は操作者を隔離するための隔壁、6は配管、
7a,7bは配管6に取付けられたバルブであってマニピュ
レータ3の動作対象である。In addition, 8 is a partition wall for separating the operator, 6 is piping,
Reference numerals 7a and 7b are valves attached to the pipe 6 and are the operation targets of the manipulator 3.
第4図は第3図に示すマニピュレータ装置の操作桿1
と、制御部2と、マニピュレータ3と、TVカメラ4と、
モニタTV5の相互関連を示す構成図であり、図において
前述した第3図と同一又は相当部分には同一符号を付し
て示している。10は操作桿1の動きから速度指令ベクト
ルを検知するための操作桿姿勢検知手段、14はTVカメラ
4a,4bのうち稼動中のTVカメラの位置と姿勢を検知する
視点検知手段、11は視点検知手段14からの情報にもとづ
き操作桿姿勢検知手段10から入力された速度指令ベクト
ルを視覚座標の速度指令ベクトルへ変換する視覚座標変
換手段、12はこの視覚座標の速度指令ベクトルをマニピ
ュレータ3の各関節軸の動きである角速度ベクトルに変
換する関節座標変換手段、13は角速度ベクトルに従って
マニピュレータ3の手先を速度指令ベクトルどおりに移
動させる関節軸制御手段である。FIG. 4 is a control rod 1 of the manipulator device shown in FIG.
, Control unit 2, manipulator 3, TV camera 4,
It is a block diagram showing the mutual relation of the monitor TV5, and the same or corresponding parts in FIG. Reference numeral 10 is an operating rod attitude detecting means for detecting the speed command vector from the movement of the operating rod 1, and 14 is a TV camera.
Viewpoint detecting means for detecting the position and attitude of the operating TV camera among 4a and 4b, 11 is a speed command vector input from the operating rod attitude detecting means 10 based on the information from the viewpoint detecting means 14 and the speed of the visual coordinates. Visual coordinate conversion means for converting into a command vector, 12 is a joint coordinate conversion means for converting a velocity command vector of this visual coordinate into an angular velocity vector which is a motion of each joint axis of the manipulator 3, and 13 is a hand of the manipulator 3 according to the angular velocity vector. It is a joint axis control means for moving the vehicle according to the velocity command vector.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
第5図は、第3図のTVカメラ4a,4bとマニピュレータ
3の位置関係の詳細を示す斜視図であり、第3図と同一
又は相当部分には同一符号を付して示している。ここで
は説明を単純にするため、TVカメラ4aを基準として初期
位置にあるマニピュレータ3の腕とTVカメラ4aが平行に
なっているとする。一方、TVカメラ4bはy軸まわりにTV
カメラ4aをθy=180°回転しているため、TVカメラ4a
と光軸が一致しており、向きが反対になっている。FIG. 5 is a perspective view showing the details of the positional relationship between the TV cameras 4a, 4b and the manipulator 3 in FIG. 3, and the same or corresponding parts as in FIG. 3 are designated by the same reference numerals. Here, for simplicity of explanation, it is assumed that the arm of the manipulator 3 at the initial position and the TV camera 4a are parallel to each other with the TV camera 4a as a reference. On the other hand, the TV camera 4b has a TV around the y-axis.
Since the camera 4a is rotated by θy = 180 °, the TV camera 4a
And the optical axes are the same, and the directions are opposite.
TVカメラ4aで作業を監視しながら、バルブ7aを操作す
る場合、TV画像と操作桿1の関係は第6図(a)に示す
ようになる。操作桿1を操作方向に動かせば、操作桿姿
勢検知手段10により、速度指令ベクトル=(,0,0)
tが得られる。この速度指令ベクトルに視覚座標変換手
段11において視点検知手段14の情報によって得られる変
換マトリックスHが掛けられ視覚座標における速度指令
ベクトルが求められる。変換マトリックスHは第5図で
はy軸まわりの回転に限定されるので、 この場合は、基準位置なのでθy=0 で単位行列となり、視覚座標における速度指令ベクトル
VもV=H・=で変化しない。When operating the valve 7a while monitoring the work with the TV camera 4a, the relationship between the TV image and the operation rod 1 is as shown in FIG. 6 (a). When the operating rod 1 is moved in the operating direction, the operating rod attitude detecting means 10 causes the speed command vector = (, 0,0)
t is obtained. The speed command vector is multiplied by the conversion matrix H obtained from the information of the viewpoint detecting means 14 in the visual coordinate converting means 11 to obtain the speed command vector in the visual coordinates. Since the transformation matrix H is limited to rotation around the y axis in FIG. 5, In this case, since it is the reference position, θy = 0 Becomes a unit matrix, and the velocity command vector in visual coordinates
V also does not change at V 2 = H · =.
以下、関節座標変換手段12で角速度ベクトルが求めら
れ、関節軸制御手段13でマニピュレータ3の動作が操縦
される。Thereafter, the joint coordinate conversion means 12 obtains the angular velocity vector, and the joint axis control means 13 controls the operation of the manipulator 3.
一方、TVカメラ4bで監視しながらバルブ7bを操作する
場合の関係は、第6図(b)に示される。この場合、操
作桿1を操作方向に動かせば、操作桿姿勢検知手段10に
より速度指令ベクトル=(,0,0)tが得られる。視
覚座標変換手段11において、視点検出手段14によって得
られる基準位置からの視点の回転角度θy=180°で決
められる変換マトリックスHをベクトルに掛けて視覚
座標における速度ベクトルVを求めれば、 これは、操作桿1の操作方向と逆符号の速度指令ベク
トル−をもとにマニピュレータ3が動かされることを
示しており、マニピュレータ3の実際の進行方向を逆に
することで、第6図(b)に示すように操作桿1の操作
方向とマニピュレータ3の画面上の進行方向を一致させ
ている。On the other hand, the relationship when operating the valve 7b while monitoring with the TV camera 4b is shown in FIG. 6 (b). In this case, if the operating rod 1 is moved in the operating direction, the operating rod attitude detecting means 10 can obtain the speed command vector = (, 0,0) t . In the visual coordinate transformation means 11, if the vector is multiplied by the transformation matrix H determined by the rotation angle θy = 180 ° of the viewpoint from the reference position obtained by the viewpoint detection means 14 to obtain the velocity vector V in the visual coordinates, This indicates that the manipulator 3 is moved based on the operation direction of the operation rod 1 and the velocity command vector − having the opposite sign. By reversing the actual traveling direction of the manipulator 3, FIG. As shown in b), the operating direction of the operating rod 1 and the advancing direction of the manipulator 3 on the screen are matched.
以上の説明では、y軸まわりの回転でθy=180°の
場合について述べたが、任意の視点の変化がx,y,z軸ま
わりの回転の組合わせで得られ、常に画面上のマニピュ
レータ3の進行方向と操作桿1との操作方向の一致が保
たれる。In the above description, the case of θy = 180 ° in the rotation around the y axis has been described, but any change in the viewpoint can be obtained by a combination of rotations around the x, y, and z axes, and the manipulator 3 on the screen is always displayed. The advancing direction of and the operating direction of the operating rod 1 are kept the same.
また、操作桿1からマニピュレータ3の指令として、
速度指令を入力する例を示したが、位置指令を入力して
もよい。In addition, as a command from the operating rod 1 to the manipulator 3,
Although the example of inputting the speed command is shown, the position command may be input.
また、第7図は第4回日本ロボット学会学術講演会予
稿集、1310に示された従来の別の遠隔操作式マニピュレ
ータ装置を示す概念図であり、第4図と同一又は相当部
分には同一符号を付して示している。また、40は操作桿
姿勢検出手段10によって検出された操作桿の操作量とし
ての位置、32は操作桿1の位置を座標変換手段11で座標
変換して得られるマニピュレータの位置指令値である。
また、23は位置制御手段で、位置指令値に従ってマニピ
ュレータ3の関節を制御する。第8図は操作桿1と操作
者の目43の位置関係、およびマニピュレータ3とTVカメ
ラ4の位置関係を示す模式図である。図において、44は
操作桿1の基部に固定された操作座標系、45は操作者の
目43に固定された視覚座標系、46は操作桿1の先端に固
定された操作端座標系、47はマニピュレータ3の基部に
固定されたアーム座標系、48はマニピュレータ3の先端
に固定されたハンド座標系、49はTVカメラ4に固定され
たカメラ座標系である。操作座標系44から視覚座標系45
への同次変換行列をLm、操作端座標系46への同次変換行
列をTm、またアーム座標系47からカメラ座標系49への同
次変換行列をLs、ハンド座標系48への同次変換行列をTs
とすると、Tmは操作桿1の先端の位置,姿勢すなわち操
作桿1の操作量40を表わし、Tsはマニピュレータ3の位
置,姿勢を表わす。マニピュレータ3の位置指令値を表
わす行列▲Ts c▼は、座標変換手段11において、操作桿
1の操作量を表わす行列Tmに同次変換行列▲R-1 0▼U0
をかけることにより、▲Tm c▼=▲R-1 0▼U0Tmと計算
される。ここで、R0,U0も同次変換行列でR0=LmD
0(Ls)-1,U0=R0▲Ts 0▼(▲Tm 0▼)-1,D0=(Lm)
-1▲Tm 0▼(▲Ts 0▼)-1Lsである。また▲Tm 0▼,▲
Ts 0▼は初期状態におけるTm,Tsの値、また、記号右肩
の−1は逆行列を表わす。Further, FIG. 7 is a conceptual diagram showing another conventional remote-controlled manipulator device shown in 1310 of the 4th Annual Conference of the Robotics Society of Japan, which is the same as or equivalent to FIG. It is shown with reference numerals. Further, 40 is a position as an operation amount of the operating rod detected by the operating rod attitude detecting means 10, and 32 is a manipulator position command value obtained by coordinate-converting the position of the operating rod 1 by the coordinate converting means 11.
A position control unit 23 controls the joint of the manipulator 3 according to the position command value. FIG. 8 is a schematic diagram showing the positional relationship between the operating rod 1 and the operator's eyes 43, and the positional relationship between the manipulator 3 and the TV camera 4. In the figure, 44 is an operation coordinate system fixed to the base of the operation rod 1, 45 is a visual coordinate system fixed to the operator's eyes 43, 46 is an operation end coordinate system fixed to the tip of the operation rod 1, 47 Is an arm coordinate system fixed to the base of the manipulator 3, 48 is a hand coordinate system fixed to the tip of the manipulator 3, and 49 is a camera coordinate system fixed to the TV camera 4. Operating coordinate system 44 to visual coordinate system 45
To L m , the homogeneous transformation matrix to the control end coordinate system 46 to T m , and the homogeneous transformation matrix from the arm coordinate system 47 to the camera coordinate system 49 to L s , the hand coordinate system 48. The homogeneous transformation matrix of T s
Then, T m represents the position and orientation of the tip of the operating rod 1, that is, the operation amount 40 of the operating rod 1, and T s represents the position and orientation of the manipulator 3. A matrix ▲ T s c ▼ representing the position command value of the manipulator 3 is a homogeneous conversion matrix ▲ R -10 0 U 0 into a matrix T m representing the operation amount of the operation rod 1 in the coordinate conversion means 11.
By multiplying by, it is calculated that ▲ T m c ▼ = ▲ R -1 0 ▼ U 0 T m . Here, R 0 and U 0 are also homogeneous transformation matrices and R 0 = L m D
0 (L s ) -1 , U 0 = R 0 ▲ T s 0 ▼ (▲ T m 0 ▼) -1 ,, D 0 = (L m )
-1 ▲ T m 0 ▼ (▲ T s 0 ▼) -1 L s . Also ▲ T m 0 ▼, ▲
T s 0 ▼ represents the values of T m and T s in the initial state, and −1 on the right shoulder of the symbol represents an inverse matrix.
従来の遠隔操作式マニピュレータは以上のように構成
されているので、操作桿1より速度指令を与える場合
は、マニピュレータ3の関節軸制御において応答の遅い
関節があると、その関節は関節座標変換手段から出力さ
れる角速度ベクトルに追従できないため、マニピュレー
タ3が速度指令ベクトル通りに動かず、画面上のマニピ
ュレータの運動方向が操作桿の操作方向からずれてしま
い、マニピュレータ3を思い通りに操作しづらくなるほ
か、操作桿1から位置指令を与える場合では、操作桿1
を操作せずにTVカメラ4a,4bの姿勢を変化させた場合、
マニピュレータ3はモニタTV5の画面上で一定の位置姿
勢を保つように制御されるため、TVカメラ4a,4bの動き
に応じてマニピュレータ3が動いてしまう。このため、
TVカメラ4a,4bを動かすときはマニピュレータ3の動き
にも注意を払わなければならず、操作者の負担を増すな
どの問題点があった。Since the conventional remote-controlled manipulator is configured as described above, when a speed command is given from the operating rod 1, if there is a slow-response joint in the joint axis control of the manipulator 3, the joint will have a joint coordinate conversion means. Since it cannot follow the angular velocity vector output from the manipulator 3, the manipulator 3 does not move according to the velocity command vector, and the movement direction of the manipulator on the screen deviates from the operation direction of the operating rod, which makes it difficult to operate the manipulator 3 as desired. , When a position command is given from the operating rod 1, the operating rod 1
If you change the attitude of TV cameras 4a and 4b without operating
Since the manipulator 3 is controlled so as to maintain a constant position and orientation on the screen of the monitor TV5, the manipulator 3 moves according to the movement of the TV cameras 4a and 4b. For this reason,
When moving the TV cameras 4a and 4b, it is necessary to pay attention to the movement of the manipulator 3, which causes a problem that the operator's burden is increased.
また、前記別の従来例においては、同次変換行列▲R
-1 0▼U0にU0=R0▲Ts 0▼(▲Tm 0▼)-1を代入する
と、▲R-1 0▼U0=▲Ts 0▼(▲Tm 0▼)-1となること
からわかるように、この座標変換は操作桿1とマニピュ
レータ3の初期状態だけで決まってしまう。したがっ
て、TVカメラ4が回転可能な架台の上に設置されている
場合など、マニピュレータ3の操作中にTVカメラ4の姿
勢が変化した場合には、このような座標変換法では対処
できず、操作桿1より位置指令を与えてマニピュレータ
3を位置制御する場合に、TVモニタ5の画面上のマニピ
ュレータ3の運動方向と操作桿1の操作方向は対応しな
くなるなどの問題点があった。In the another conventional example, the homogeneous transformation matrix ▲ R
-1 0 ▼ When the U 0 is substituted for U 0 = R 0 ▲ T s 0 ▼ (▲ T m 0 ▼) -1, ▲ R -1 0 ▼ U 0 = ▲ T s 0 ▼ (▲ T m 0 ▼ ) As it can be seen from -1 , this coordinate transformation is decided only by the initial states of the operating rod 1 and the manipulator 3. Therefore, when the posture of the TV camera 4 changes during the operation of the manipulator 3, such as when the TV camera 4 is installed on a rotatable mount, such a coordinate conversion method cannot deal with the operation. When a position command is given from the rod 1 to control the position of the manipulator 3, there is a problem that the movement direction of the manipulator 3 on the screen of the TV monitor 5 does not correspond to the operation direction of the operating rod 1.
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、操作桿より速度指令を与える場合でも、位
置指令を与える場合でも、また操作中にTVカメラなどの
姿勢が変化した場合でも、常に操作桿の操作方向とモニ
タTV上に映し出されたマニピュレータの運動方向を一致
させることができ、かつ、マニピュレータの移動量が操
作桿の操作量のみによって決まり、TVカメラなどの姿勢
を変化させても操作桿を操作しない限り、マニピュレー
タが動かないようにすることができる遠隔操作式マニピ
ュレータ装置を得ることを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. Even when a speed command is given from the operating stick, a position command is given, or a posture of a TV camera or the like changes during operation. , The operating direction of the operating stick and the moving direction of the manipulator displayed on the monitor TV can be always matched, and the movement amount of the manipulator is determined only by the operating amount of the operating stick, and the posture of the TV camera etc. is changed. Even if the manipulator is not operated even if the operating rod is not operated, it is an object to obtain a remote-controlled manipulator device.
この発明に係る遠隔操作式マニピュレータ装置は、操
作桿の操作量に応じて増分指令生成手段によりマニピュ
レータの一定時間間隔ごとの増分位置指令値を生成し、
座標変換手段を用いてこの増分位置指令値に対して、前
記操作桿の操作方向とモニタテレビジョン上のマニピュ
レータの運動方向とが一致するように座標変換を施こ
し、この座標変換された増分位置指令値を積算すること
により、マニピュレータの位置指令値を生成し、マニピ
ュレータを位置制御するように構成したものである。The remote-controlled manipulator device according to the present invention generates an incremental position command value for each fixed time interval of the manipulator by the incremental command generation means in accordance with the operation amount of the operating rod,
Using the coordinate conversion means, the incremental position command value is subjected to coordinate conversion so that the operating direction of the operating rod and the movement direction of the manipulator on the monitor television match, and the coordinate-converted incremental position is obtained. The position command value of the manipulator is generated by accumulating the command values, and the position of the manipulator is controlled.
この発明における位置指令生成手段はマニピュレータ
に位置指令値を与え、そのマニピュレータを位置制御す
るため、操作桿から速度指令が与えられる場合には、直
交座標系において積分補償を行なったのと同様の効果が
得られ、応答の遅い関節の動きが補償されるとともに、
前記マニピュレータの運動速度は前記操作桿により与え
られた指令速度に一致する。また、前記操作桿より位置
指令を与える場合は、増分指令生成手段により、一定時
間間隔ごとの前記操作桿の操作量の変化量から増分指令
値が生成され、これが座標変換手段によって座標変換さ
れるので、TVカメラの姿勢が変化しても操作桿を操作し
ない限り、位置指令生成手段で生成される位置指令値は
変化しない。また、前記TVカメラの姿勢などによって座
標変換行列を変更するので、操作中に前記TVカメラの姿
勢などを変化させても、常に画面上の前記マニピュレー
タの運動方向と操作桿の操作方向は一致する。The position command generating means in the present invention gives a position command value to the manipulator and controls the position of the manipulator. Therefore, when a speed command is given from the operating rod, the same effect as the integral compensation in the orthogonal coordinate system is performed. Is obtained, and the motion of the slow response joint is compensated,
The speed of movement of the manipulator matches the command speed given by the operating rod. When a position command is given from the operating rod, the incremental command generating means generates an incremental command value from the change amount of the operating amount of the operating rod at constant time intervals, and the coordinate converting means converts the coordinate value. Therefore, even if the attitude of the TV camera changes, the position command value generated by the position command generating means does not change unless the operating rod is operated. Further, since the coordinate conversion matrix is changed according to the attitude of the TV camera, even if the attitude of the TV camera is changed during operation, the movement direction of the manipulator on the screen and the operation direction of the operation stick always match. .
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図において、1はマニピュレータ3への指令である速
度指令ベクトルを指令するための操作桿、20は操作桿1
の操作量から第一の増分指令値30を生成するための増分
指令生成手段、4は作業を監視するためのTVカメラ、5
はモニタTV、14はTVカメラ4の姿勢を検知する視点検知
手段、21は視点検知手段14からの情報にもとづき増分指
令生成手段20から入力された第一の増分指令値30を座標
変換して第二の増分指令値31を出力する座標変換手段、
22は第二の増分位置指令値31を積算してマニピュレータ
の位置指令値32を出力する位置指令生成手段、23は位置
指令値32に従ってマニピュレータ3の位置を制御する位
置制御手段である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, 1 is an operating rod for instructing a speed command vector which is an instruction to the manipulator 3, and 20 is an operating rod 1.
Incremental command generating means for generating a first incremental command value 30 from the manipulated variable of 4 is a TV camera for monitoring work, 5
Is a monitor TV, 14 is a viewpoint detecting means for detecting the attitude of the TV camera 4, 21 is coordinate conversion of the first increment command value 30 inputted from the increment command generating means 20 based on the information from the viewpoint detecting means 14. Coordinate conversion means for outputting a second increment command value 31,
22 is a position command generating means for accumulating the second incremental position command value 31 to output a position command value 32 of the manipulator, and 23 is position control means for controlling the position of the manipulator 3 in accordance with the position command value 32.
以下、図によって、この実施例の動作を説明する。 The operation of this embodiment will be described below with reference to the drawings.
第2図(a)は第1図のTVカメラ4とマニピュレータ
1の位置関係を示す斜視図であり、第2図(b)はモニ
タTV5および操作桿1の位置関係を示す斜視図である。
なお第1図と同一又は相当部分には同一符号を付してあ
る。ここでは動作を説明するために4つの座標系を用い
る。44は操作桿1の基部に固定された操作座標系、42は
モニタTV5に固定されたモニタ座標系、47はマニピュレ
ータ3の土台に固定されたアーム座標系、48はTVカメラ
4に固定されたカメラ座標系である。モニタ座標系42の
座標軸の方向は画面の奥行き方向がx軸、上方向がz軸
とする。また、カメラ座標系48の座標軸方向は、TVカメ
ラ4の視線の方向をx軸、上方向をz軸とする。このTV
カメラ4で撮影された映像を、モニタTV5で監視しなが
ら操作桿1を操作することにより、マニピュレータ3を
動かす。2A is a perspective view showing the positional relationship between the TV camera 4 and the manipulator 1 shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a perspective view showing the positional relationship between the monitor TV 5 and the operating rod 1.
The same or corresponding parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. Here, four coordinate systems are used to describe the operation. 44 is an operating coordinate system fixed to the base of the operating rod 1, 42 is a monitor coordinate system fixed to the monitor TV5, 47 is an arm coordinate system fixed to the base of the manipulator 3, and 48 is a fixed to the TV camera 4. The camera coordinate system. Regarding the coordinate axes of the monitor coordinate system 42, the depth direction of the screen is the x axis and the upward direction is the z axis. As for the coordinate axis direction of the camera coordinate system 48, the direction of the line of sight of the TV camera 4 is the x axis and the upward direction is the z axis. This TV
The manipulator 3 is moved by operating the operation rod 1 while monitoring the image captured by the camera 4 on the monitor TV 5.
いま、操作座標系44から見た操作桿1の操作量ベクト
ルをX0とする。このX0は3次元ベクトルである。増分指
令生成手段20ではこの操作量ベクトルX0を入力として、
まず操作量ベクトルX0に比例した速度指令ベクトルV0=
kX0を作る。ここでkは定数である。そして、一定時間
間隔ΔT秒間にマニピュレータ3が動くべき第一の増分
指令値30は、速度指令ベクトルV0にΔTをかけることに
よりΔX1=ΔTV0=ΔTkX0として生成される。Now, let us say that the operation amount vector of the operation rod 1 viewed from the operation coordinate system 44 is X 0 . This X 0 is a three-dimensional vector. In the increment command generation means 20, this manipulated variable vector X 0 is input,
First, the velocity command vector V 0 = proportional to the manipulated variable vector X 0
Make kX 0 . Here, k is a constant. Then, the first increment command value 30 at which the manipulator 3 should move within the constant time interval ΔT seconds is generated as ΔX 1 = ΔTV 0 = ΔTkX 0 by multiplying the speed command vector V 0 by ΔT.
次に、第一の増分位置指令値30は座標変換手段21によ
り第二の増分位置指令値31に変換される。増分指令変換
手段20における計算式は、以下のようになる。すなわ
ち、モニタ座標系42から見た操作座標系44のx軸,y軸,z
軸の方向ベクトルをそれぞれXm,Ym,Zmとし、これらを列
ベクトルとする3×3の行列をH1=〔Xm,Ym,Zm〕とす
る。また、カメラ座標系48から見たアーム座標系47のx
軸,y軸,z軸の3次元方向ベクトルをXa,Ya,Zaとし、これ
らを列ベクトルとする3×3の行列をH2=〔Xa,Ya,Za〕
とする。このとき、第二の増分指令値31は第一の増分指
令値30であるΔX1に3×3の行列▲H-1 2▼・H1をかける
ことにより、ΔX2=▲H-1 2▼・H1・ΔX1として計算する
ことができる。一定時間間隔ΔT秒間にマニピュレータ
3がアーム座標系47においてΔX2だけ移動したとする
と、カメラ座標系48から見たマニピュレータ3の移動量
はΔXa=H2・ΔX2=H1・ΔX1となり、カメラ座標系48か
ら見たマニピュレータ3の移動速度は、Va=ΔXa/ΔT
=H1・ΔX1/ΔT=H1・V0=kH1・X0となる。モニタTV5
には、TVカメラ4で撮影された映像がそのまま映し出さ
れるので、モニタ座標系42におけるマニピュレータの移
動速度はVm=Va=kH1・X0である。これを操作座標系44
に座標変換すると、操作座標系44から見たマニピュレー
タの速度VはV=H1 -1Vm=V0=kX0となり、操作桿1か
ら与えた速度指令値に一致する。すなわち、モニタTV5
を通して見たマニピュレータ3の運動方向は、操作桿1
の操作方向と一致する。このようにして座標変換手段21
で生成された第2の増分指令値31は位置指令生成手段22
で積算され、マニピュレータ3の位置指令値32として位
置制御手段23に出力される。位置制御手段23では与えら
れた位置指令値32に従って、マニピュレータ3を制御す
る。Next, the first incremental position command value 30 is converted into the second incremental position command value 31 by the coordinate conversion means 21. The calculation formula in the incremental command conversion means 20 is as follows. That is, the x-axis, y-axis, z-axis of the operation coordinate system 44 viewed from the monitor coordinate system 42.
Let X m , Y m , and Z m be the axis direction vectors, and let H 1 = [X m , Y m , Z m ] be a 3 × 3 matrix having these as column vectors. Also, x of the arm coordinate system 47 as seen from the camera coordinate system 48
Axis, y-axis, the three-dimensional direction vector of the z-axis and X a, Y a, Z a, these a matrix of 3 × 3 to a column vector H 2 = [X a, Y a, Z a]
And At this time, the second increment command value 31 is ΔX 2 = ▲ H -1 2 by multiplying ΔX 1 which is the first increment command value 30 by a 3 × 3 matrix ▲ H -1 2 ▼ H 1. It can be calculated as ▼ ・ H 1・ ΔX 1 . Assuming that the manipulator 3 moves by ΔX 2 in the arm coordinate system 47 during the constant time interval ΔT seconds, the moving amount of the manipulator 3 seen from the camera coordinate system 48 is ΔX a = H 2 · ΔX 2 = H 1 · ΔX 1 . , The moving speed of the manipulator 3 viewed from the camera coordinate system 48 is V a = ΔX a / ΔT
= H 1 · ΔX 1 / ΔT = H 1 · V 0 = kH 1 · X 0 . Monitor tv5
Since the image captured by the TV camera 4 is displayed as is, the moving speed of the manipulator in the monitor coordinate system 42 is V m = V a = kH 1 · X 0 . This is the operation coordinate system 44
When the coordinates are converted into, the speed V of the manipulator viewed from the operation coordinate system 44 becomes V = H 1 -1 V m = V 0 = kX 0 , which coincides with the speed command value given from the operation rod 1. That is, monitor TV5
The movement direction of the manipulator 3 seen through the
Match the operation direction of. In this way, the coordinate conversion means 21
The second increment command value 31 generated in step 2 is the position command generating means 22.
Are integrated and output as the position command value 32 of the manipulator 3 to the position control means 23. The position control means 23 controls the manipulator 3 according to the given position command value 32.
なお、上記実施例では操作桿1からマニピュレータ3
の速度指令を与える場合を示したが、操作桿1から位置
指令値を与えてもよく、この場合には、増分指令作成部
では、一定時間間隔ΔT秒ごとに操作桿1の操作量を入
力し、現在の操作量と1回前に入力された操作量との差
に係数をかけて、第1の増分位置指令値とすればよい。It should be noted that in the above embodiment, the operation rod 1 to the manipulator 3 are used.
Although the speed command is given, the position command value may be given from the operating rod 1. In this case, the increment command creating unit inputs the operating amount of the operating rod 1 at constant time intervals ΔT seconds. Then, the difference between the current operation amount and the operation amount input one time before may be multiplied by a coefficient to obtain the first incremental position command value.
また、上記実施例では操作桿1はジョイスティック形
式のものを示したが、マスタマニピュレータなど他の形
式のものでもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。Further, although the operating stick 1 is of the joystick type in the above-mentioned embodiment, it may be of another type such as a master manipulator, and the same effect as that of the above-mentioned embodiment is obtained.
さらに、上記実施例では1台のTVカメラ4と1台のモ
ニタTV5を用いた場合を示したが、複数台のTVカメラを
切換えて、1台のモニタTVに映写する場合や、複数台の
TVカメラに対応した複数台のモニタTVで監視する場合に
も適用可能であり、上記実施例と同様の効果を奏する。Further, in the above-described embodiment, the case where one TV camera 4 and one monitor TV5 are used is shown, but when a plurality of TV cameras are switched to project on one monitor TV, or when a plurality of TV cameras are used.
The present invention can be applied to the case of monitoring with a plurality of monitor TVs corresponding to TV cameras, and has the same effect as the above embodiment.
またさらに、マニピュレータ3が移動車などに搭載さ
れている場合など、マニピュレータ3を設置する土台の
位置や姿勢が変化する場合でも、マニピュレータ3の土
台とTVカメラ4の位置関係がわかれば、上記実施例と同
じく、画面上のマニピュレータ3の動きを操作桿1に操
作に対応させることができる。Furthermore, even if the position or posture of the base on which the manipulator 3 is installed changes, such as when the manipulator 3 is mounted on a mobile vehicle, etc., if the positional relationship between the base of the manipulator 3 and the TV camera 4 is known, the above-mentioned operation is performed. As in the example, the movement of the manipulator 3 on the screen can be associated with the operation on the operation rod 1.
以上のように、この発明によれば操作桿の操作量より
一定時間間隔ごとの増分位置指令値を生成し、この増分
指令値に対して座標変換を行った後位置指令値を生成
し、マニピュレータを位置制御するように構成したの
で、モニタTV画面上のマニピュレータの動きと操作桿の
操作がよく一致するとともに、TVカメラの視点が変化し
ても操作桿を操作しない限り不用意にマニピュレータを
動かないようにすることができ、さらに操作が容易にな
るとともに安全性の高いものが得られる効果がある。As described above, according to the present invention, an incremental position command value is generated for each constant time interval from the operation amount of the operating rod, and after the incremental command value is subjected to coordinate conversion, a position command value is generated and the manipulator is operated. Since it is configured to control the position of the manipulator, the movement of the manipulator on the monitor TV screen and the operation of the operation stick are in good agreement, and even if the viewpoint of the TV camera changes, the manipulator is inadvertently moved unless the operation stick is operated. It is possible to prevent it, and further, there is an effect that an operation is easy and a highly safe product is obtained.
第1図はこの発明の一実施例による遠隔操作式マニピュ
レータの構成図、第2図はTVカメラとマニピュレータの
位置関係およびモニタTVと操作桿の位置関係を示す斜視
図、第3図は従来の遠隔操作式マニピュレータの概念
図、第4図は従来の遠隔操作式マニピュレータの構成
図、第5図は従来のTVカメラとマニピュレータの関係を
示す斜視図、第6図(a),(b)は従来のTV画面と操
作桿の関係を示す説明図、第7図は従来の遠隔操作式マ
ニピュレータの構成図、第8図(a),(b)は従来の
操作桿と操作者の目の位置関係およびマニピュレータと
TVカメラの位置関係を示す模式図である。 1は操作桿、2は制御部、3はマニピュレータ、4はテ
レビジョンカメラ、5はモニタテレビジョン、14は視点
検知手段、20は増分指令生成手段、21は座標変換手段、
22は位置指令生成手段、42はモニタ座標系、47はアーム
座標系。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。FIG. 1 is a block diagram of a remote-controlled manipulator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the positional relationship between a TV camera and a manipulator, and the positional relationship between a monitor TV and an operating stick. FIG. FIG. 4 is a conceptual diagram of a remote-controlled manipulator, FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional remote-controlled manipulator, FIG. 5 is a perspective view showing a relationship between a conventional TV camera and a manipulator, and FIGS. 6 (a) and 6 (b) are FIG. 7 is an explanatory view showing the relationship between a conventional TV screen and an operating stick, FIG. 7 is a block diagram of a conventional remote-controlled manipulator, and FIGS. 8A and 8B are positions of the conventional operating stick and operator's eyes. With relationships and manipulators
It is a schematic diagram which shows the positional relationship of TV cameras. 1 is an operating stick, 2 is a control unit, 3 is a manipulator, 4 is a television camera, 5 is a monitor television, 14 is a viewpoint detecting means, 20 is an increment command generating means, 21 is a coordinate converting means,
22 is a position command generating means, 42 is a monitor coordinate system, and 47 is an arm coordinate system. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (6)
で作業を監視しながら操作桿を操作し、制御部を介して
マニピュレータを遠隔操作する遠隔操作式マニピュレー
タ装置において、前記制御部が、前記操作桿の操作量を
入力し、この操作量に対応した第1の増分指令値を出力
する増分指令生成手段と、前記操作桿の操作方向と前記
モニタテレビジョン上の前記マニピュレータの運動方向
とが一致するように、前記第1の増分指令値を座標変換
して第2の増分指令値を得る座標変換手段と、前記第2
の増分指令値を積算することにより前記マニピュレータ
の位置指令値を生成する位置指令生成手段とを備えたこ
とを特徴とする遠隔操作式マニピュレータ装置。1. A remote-controlled manipulator device for operating a manipulator via a control unit by operating a manipulator while monitoring work with a television camera and a monitor television, wherein the control unit controls the manipulator. Incremental command generating means for inputting a manipulated variable and outputting a first incremental command value corresponding to this manipulated variable, and an operating direction of the operating rod and a moving direction of the manipulator on the monitor television are coincident with each other. Coordinate conversion means for coordinate-converting the first increment command value to obtain a second increment command value;
And a position command generating means for generating a position command value of the manipulator by accumulating the incremental command values of the remote manipulator device.
は位置と姿勢を検知する視点検知手段からの出力データ
にもとづいて、座標変換手段により第1の増分指令値を
第2の増分指令値に変換することを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の遠隔操作式マニピュレータ装置。2. The control unit converts the first increment command value into a second increment command value by the coordinate transforming unit based on the output data from the viewpoint detecting unit that detects the posture or the position and posture of the television camera. The remote-controlled manipulator device according to claim 1.
土台の姿勢あるいは位置と姿勢を検出するアーム姿勢検
知手段の出力にもとづいて、座標変換手段により第1の
増分指令値を第2の増分指令値に変換することを特徴と
する特許請求の範囲第1項または第2項記載の遠隔操作
式マニピュレータ装置。3. The coordinate conversion means outputs the first increment command value to the second increment command based on the output of the arm posture detection means for detecting the posture or the position and posture of the base on which the manipulator is installed. A remote-controlled manipulator device according to claim 1 or 2, wherein the manipulator device is converted into a value.
出するモニタ姿勢検知手段の出力にもとづいて、座標変
換手段により第1の増分指令値を第2の増分指令値に変
換することを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第
3項の何れか1項に記載の遠隔操作式マニピュレータ装
置。4. The control unit converts the first increment command value into a second increment command value by the coordinate conversion unit based on the output of the monitor posture detection unit that detects the posture of the monitor television. The remote-controlled manipulator device according to any one of claims 1 to 3.
した第1の増分指令値を生成することを特徴とする特許
請求の範囲第1項ないし第4項のいずれか1項に記載の
遠隔操作式マニピュレータ装置。5. The method according to claim 1, wherein the increment command generating means generates a first increment command value proportional to the operation amount of the operating rod. Remote controlled manipulator device.
時間ごとの変化量に比例した第1の増分指令値を生成す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項
のいずれか1項に記載の遠隔操作式マニピュレータ装
置。6. The method according to claim 1, wherein the increment command generating means generates a first increment command value proportional to the amount of change of the operating amount of the operating rod at constant time intervals. 7. A remote-controlled manipulator device according to any one of 1.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP62236158A JP2520660B2 (en) | 1987-09-22 | 1987-09-22 | Remotely operated manipulator device |
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---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6478790A JPS6478790A (en) | 1989-03-24 |
JP2520660B2 true JP2520660B2 (en) | 1996-07-31 |
Family
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JP4491687B2 (en) * | 2005-04-21 | 2010-06-30 | パルステック工業株式会社 | Coordinate transformation function correction method |
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-
1987
- 1987-09-22 JP JP62236158A patent/JP2520660B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPS6478790A (en) | 1989-03-24 |
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