JP2838197B2

JP2838197B2 - 遠隔地にあるロボット等の実時間検証操作の効率的高信頼化方式

Info

Publication number: JP2838197B2
Application number: JP27522096A
Authority: JP
Inventors: 幸子若林; 甲太郎松本
Original assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KOKU UCHU GIJUTSU KENKYUSHOCHO
Current assignee: KAGAKU GIJUTSUCHO KOKU UCHU GIJUTSU KENKYUSHOCHO
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-12-16
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: JPH10100086A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙空間等の遠隔
地にあるロボット等の機器を高い信頼性を確保させなが
ら遠隔操作するシステムに関する。通信系、特に遠隔操
作を利用する分野であれば、特にロボットに限定される
ことなく応用できるものである。

【０００２】

【従来の技術】宇宙空間にあるロボット等を操縦する場
合、指令信号を送信してから実際にロボットが応答して
動作するまでには数秒から数十分かかるといわれてい
る。このため、シミュレータの動作から指令信号の系列
に不具合があったことを発見し、指令信号列を削除しよ
うとしても、指令信号列の過半は既に送信済みであるこ
とが多い。

【０００３】そこで本発明者らは、先に特願平７−１１
２６７４号「遠隔地にあるロボット等の実時間検証操作
方式」（以下先願という）を提案し、一定の成果を収め
た。本発明は、先願の改良に関するものであり、高い信
頼性を必要とするタイプ（以下高信頼タイプという）に
応用したものである。

【０００４】先願の発明を要約すれば、この発明は遠隔
地にあるロボットを操縦するための操縦装置と、該ロボ
ットの動作シミュレータと、該ロボットの実時間状態表
示装置とを備えて成る遠隔ロボットシステムの操作方式
であって、最初に、編集された指令信号を操縦装置から
シミュレータに送信し、該シミュレータからロボットへ
送られる指令信号をいったん不具合検証のための操作管
理機構と指令信号再編集のための保持・遅延機構とに蓄
積し、所定の再編集可能時間を経過してから指令信号を
ロボットへと送信することを特徴としている。

【０００５】前記操作管理機構は、前記シミュレータに
よる不具合の発生を検知して、不具合有りと判定した場
合は、前記保持・遅延機構内に保持されている指令を含
めた指令信号列の一部削除及びその削除分の回復という
再編集処理を行い後続の指令信号へと接続するようにな
っている。前記保持・遅延機構は、前記操作管理機構の
指令によってロボットへの送信を停止及び再開させるよ
うになっている。

【０００６】先願の発明に類似した技術として、特開平
５−６９３５９号公報「遠隔ロボット操縦方法及びその
システム」には、宇宙空間に設置したロボットを地上に
設置した操縦装置で操縦するときの異常発生の回避及び
非常停止方法として、ロボット操縦装置からシミュレー
タへの指令信号を遅延回路で所定時間遅延させてからロ
ボットに送信し、シミュレータの操縦で異常が生じた場
合には、非常停止信号にて遅延回路の送信を停止させる
方法が開示されている。

【０００７】ところで、遠隔ロボットの操作にさらに高
度の信頼性が要求される操作系（高信頼タイプ）では、
図１に示すように、指令地側から操作指令を遠隔地側に
送信した後、遠隔地側で受信した操作指令を指令地側に
返信し、受信した操作指令に誤りの無いことを指令地側
にて照合確認（プルーフ）した後に指令地側から実行指
令を送信して実行するのが普通である。そのため遠隔地
への通信にかかる時間遅れに加えて照合確認のための時
間が必要となり、全時間遅れが増大する。こうした高信
頼タイプの遠隔操作系では、オンラインで指令系列の検
証を行いながら遠隔操作を実行する方法は知られておら
ず、指令系列の検証はオフラインで行われてきた。

【０００８】図１に示したような照合確認を用いた高信
頼タイプの遠隔操作系に、先願の実時間検証操作方式を
応用すると、図２のようなシステムが得られて実時間検
証が可能となるが、この場合、保持・遅延機構を単純に
直列に指令地側に組み込むと、もともとの通信時間遅れ
と照合確認の時間遅れの他に更に保持・遅延のための仮
想時間遅れがそのまま付加されることになり、操作指令
の生成と実行の時間間隔が更に大きくなる。なお、図１
において、システム検証とは宇宙システムの一般的な送
信検証に相当する部分であり、操作者側で付加した操作
管理機構による検証部分とは区別される。

【０００９】高信頼タイプの遠隔操作系において、操作
指令系列の適否の検証に用いるシミュレータモデルの精
度を確保し、精度よく遠隔操作を行なうためには、無駄
な時間遅れの増大を最小限に抑えるように保持・遅延機
構を組み込む必要があり、先願の実時間検証操作方式
は、そのままでは高信頼タイプの操作系に応用しにくい
という問題点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、宇宙
空間等の遠隔地にあるロボット等の機器を遠隔操作する
システムにおいて、指令地側と遠隔地側の指令信号の照
合確認によって高い信頼性を確保すると共に、遠隔操作
の指示命令列を実時間により検証し、再編集を可能に
し、不具合の発生を事前に回避し、かつ、その不具合に
至る指示命令列を再編集することで遠隔操作を円滑にす
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため、本発明では、図３に示すように指令地側と遠隔地
側の両方にそれぞれ保持・遅延機構を配置し、操作管理
機構において単独の操作指令として不具合が検出されな
かった操作指令を両方の保持・遅延機構に対して連続的
にほぼ同時に送信し、指令地側の保持・遅延時間（仮想
時間遅れ）中に遠隔地側で受信した操作指令の返信／照
合確認を平行して行なって実行可能な操作指令として遠
隔地側に保持することで、照合確認の時間の一部又は全
てを仮想時間遅れに吸収させるようにする。

【００１２】

【作用】すなわち、本発明においては、単独の操作指令
としてはいったん適切と判定された操作指令を、一定の
仮想時間遅れ（ｔ_h）の間、指令地側の保持・遅延機構
に蓄積すると同時に、同じ操作指令を遠隔地側に送信し
て遠隔地側の保持・遅延機構にも同様に蓄積してロボッ
ト等での実行を保留し、実行指令が指令地側から送信さ
れるのを待つ。ただし、両者の保持方式が同一である必
要はなく、操作指令が保持され、操作指令の対照・識別
が可能であればよい。

【００１３】遠隔地側の受信バッフアに入った操作指令
は、高信頼性を確保するための照合確認の終了後、遠隔
地側保持・遅延機構のバッフアに入り実行可能な操作指
令として保持される。操作管理機構が後続する操作指令
に不具合を検出した場合、指令地側保持・遅延機構内の
操作指令を参照して、保持されている操作指令を含めた
指令系列の再編集を行なう。再編集の結果実行されない
こととなった遠隔地側保持・遅延機構内の操作指令は、
後続する操作指令により上書きされることによって自動
的に削除される。操作指令の実行にあたっては、指令地
側から遠隔地側へ、実行される操作指令の識別情報等が
含まれる最終的な実行指令が送信され、指定された操作
指令が実行される。

【００１４】本発明における操作管理機構と、指令地側
及び遠隔地側の保持・遅延機構とは、各種の電子部品で
構成することができる。以下、添付図面の実施形態を参
照しながら本発明について詳述する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図４は、本発明による遠隔ロボッ
ト（操作対象）の高信頼実時間検証操作方式の原理説明
図であり、図３のシステムを詳細にしたものである。こ
の遠隔ロボットシステムは、通常の遠隔操作システムと
同じく、遠隔地にあるロボット等の操作対象２２を操縦
するための操縦装置１０と、ロボットの動作シミュレー
タ１２と、ロボットの実時間状態を表示するテレメータ
やモニター等の表示装置２０とを備える。

【００１６】さらに、本発明に基づき、不具合検証のた
めの操作管理機構１４、指令地側の保持・遅延機構１
６、遠隔地側の保持・遅延機構１８、遠隔地側で受信し
た操作指令を指令地側に返信して照合確認するシステム
検証部２４、照合確認のための受信／返信に使用する遠
隔地側の受信バッフア２６が設けられている。

【００１７】操作者は、時間遅れのある中で、ロボット
の搭載カメラからの実映像（モニター画像）と計算機に
より生成した動作の予測表示画面（シミュレータ画像）
を見ながら、ロボットアームの遠隔操作指令を発して各
種の作業、例えば棒（ｐｅｇ）を把持したロボットを遠
隔操作し、棒を穴に挿入するｐｅｇ−ｉｎ作業等を進め
る。

【００１８】本発明に基づき、操作者が操縦装置１０を
操作することにより、遠隔操作指令はロボットの動作シ
ミュレータ１２を経て操作管理機構１４に送られ、単独
の操作指令として判定可能な不具合の有無の検証を受け
る。不具合が無ければ、遠隔操作指令は指令地側保持・
遅延機構１６と遠隔地側保持・遅延機構１８の双方へと
ほぼ同時に送られる。指令地側では、操作指令は仮想遅
延時間（ｔ_h）の間保持される。遠隔地側受信バッフア
２６に入った操作指令は、高信頼性を確保するためのシ
ステム検証部２４に返信されて照合確認を受けた後、送
信誤りの無い実行可能な操作指令として遠隔地側保持・
遅延機構１８に保持される。

【００１９】遠隔操作指令に不具合が発生した場合は、
後述の不具合処理機能が働く。操作管理機構１４は指令
地側保持・遅延機構１６とつながっており、指令地側保
持・遅延機構１６内にあるその不具合に至る一連の遠隔
操作指令の削除変更など、先願と同様の以下の不具合処
理方法を取ることが可能である。

【００２０】不具合処理方法として本発明に含まれる方
法を図５，図６をもとに説明する。不具合削除方法とし
て２通り、不具合削除後の通常操作への回復方法として
２通りが可能である。図６は削除方法として下記の（１
ａ）を、回復方法として下記の（２ａ）をとった場合の
処理例である。

【００２１】（１）遠隔操作指令の削除方法時刻ｔ₀の時点での遠隔操作指令（以下ＣＭＤ（ｔ₀）
と表す）において干渉等の不具合が検出された場合、（１ａ）一定個数（Ｍ）の遠隔操作指令を無条件に削除
し、ＣＭＤ（ｔ₀−ＭΔｔ）の後ろに後続する遠隔操作
指令をつなげる。（１ｂ）時刻ｔ₀でのロボットの位置・姿勢から、一定
距離及び一定姿勢分を待避できる時点ｔ₁まで、保持・
遅延機構内の指令バッフアを時刻ｔ₀−ＮΔｔの方
向にさかのぼる。ｔ₀＞ｔ₁＞ｔ₀−ＮΔｔの場合は
（１ａ）と同様にＭ’＝（ｔ₀−ｔ₁）／Δｔ個の
遠隔操作指令を削除する。ｔ₁＜ｔ₀−ＮΔｔの場合
はＭ’＝Ｎ個の遠隔操作指令を全て削除する。

【００２２】（２）保持・遅延機構の回復方法不具合の発生に際し（１）の遠隔操作指令の削除方法を
取った後、（２ａ）ｔ₂＝ＭΔｔが経過するまで動作停止命令
又は現動作状態維持指令をロボットに送り続け、遠隔操
作指令を新たにＭ個溜め、全量がＮ個に戻った時点で先
頭の遠隔操作指令が保持・遅延機構からロボットへ送り
出される。（２ｂ）バッフアに残る遠隔操作指令のうち最古の指令
であるＣＭＤ（ｔ₀−ＮΔｔ）と最新の指令であるＣＭ
Ｄ（ｔ₀−ＭΔｔ）とを滑らかにつなぐよう、かつ保持
・遅延機構内の遠隔操作指令量が保持・遅延機構の全量
になるよう、この区間の（Ｎ−Ｍ）個の遠隔操作指令列
を時間間隔 Δｔ’＝｛（Ｎ−Ｍ）／Ｎ｝ΔｔのＮ個
の指令列に内挿により編集し直す。このＮ個の指令列を
元の時間間隔Δｔの指令列として置き換えると、保持・
遅延機構の全量分の指令列が完成する。基本的には、指
令が引き伸ばされ動作速度が遅くなることに相当する。

【００２３】以上のように、遠隔操作系に保持・遅延機
構を設けることにより、保持されている指令ＣＭＤ
（ｔ₀）〜ＣＭＤ（ｔ₀−ＮΔｔ）の範囲内であれ
ば、一連の操作を遡って遠隔操作指令を削除・変更する
ことができ、オンライン処理による遠隔操作指令の検出
及び編集が可能となる。さらに、削除や変更の際に遠隔
操作指令全体を再構築することで円滑な動作が可能とな
る。

【００２４】本発明における不具合処理による再編集は
指令地側保持・遅延機構１６を参照して行われ、再編集
の結果実行されないこととなった遠隔地側保持・遅延機
構１８内の操作指令は後続の新たな操作指令で置き換え
られる。指令地側で仮想時間遅れを経過して実行段階に
達した操作指令については、操作指令の識別情報を付け
た最終的な実行指令を遠隔地側に送信して実行する。

【００２５】以上のように、遠隔地側に保持・遅延機構
１８を設けることにより、遠隔操作指令の送受信の照合
確認のための時間を仮想時間遅れの一部又は全てとして
使用することが可能となり、高信頼タイプの遠隔操作系
で実時間検証及び再編集が効率良く実現されることにな
る。

【００２６】

【実施例】上述した高信頼タイプの実時間検証遠隔操作
方式の具体的な作業例として図７〜図１０を示す。図７
〜図１０は作業の流れに沿ってバッフアに操作指令が溜
められていく様子を模式的に表したものである。これら
の図中のシステム検証は図１のシステム検証と同じであ
り、操作指令の単独検証は操作管理機構１４による検証
である。

【００２７】操作管理機構１４は、指令地側の管理につ
いては、図４に示したように実行指令の送信を除いて先
願の実時間検証操作方式と同様に機能するが、一方、遠
隔地側の操作管理の例としてここでは以下の手順を取
る。

【００２８】１）操作指令の照合確認遠隔地側で受信された遠隔操作指令は、指令地側に照合
のため返信され、システム検証部２４において誤りなく
受信されたかどうかを確認される。誤りがあった場合、
再送などの訂正処置が行われる。確認を受けた操作指令
は遠隔地側保持・遅延機構１８で保持される。

【００２９】２）遠隔操作指令の蓄積この例では、８個の操作指令が溜められるバッフア１
６，１８が指令地側と遠隔地側の両方に置かれている。
両バッフアは操作指令のシフトレジスタとして働く。指
令地側で生成された遠隔操作指令は、識別情報を付けて
遠隔地側に送信され、照合確認後、遠隔地側保持・遅延
バッフア１８に溜められる。実行の終了した操作指令や
指令地側で削除された操作指令は適宜上書きしていく。

【００３０】３）操作指令の実行指令地側で、仮想時間遅れの経過によりある操作指令が
実行可能となると、その操作指令の識別情報を付加した
最終的な実行指令を送信し、遠隔地側で実行が行われ
る。以下、図７〜図１０の順序に従って作業が進む。

【００３１】（１）通常処理−−−図７操作指令に不具合が無い通常の場合の動作である。不具
合無しと検証された遠隔操作指令が順に、指令地側と遠
隔地側の双方の保持・遅延機構１６，１８に蓄積され、
指令地側で仮想時間遅れ（ｔ_h）が経過すると実行指令
が生成・送信され、操作指令が順次実行されていく。図
７は、識別番号８番の操作指令が生成されて指令地側の
バッフアが一杯となり、指令地側から１番の操作指令の
実行指令が送信され、遠隔地側で１番の操作指令が実行
されたところを表している。

【００３２】（２）不具合発生・回避措置−−−図８後続の操作指令が検証機能により不具合有りと判断され
た場合、前述したような不具合削除法を起動する。すな
わち、遠隔操作指令の受付及び実行指令の送信を一時停
止し、指令地側保持・遅延機構１６内の遠隔操作指令に
関して時間軸を逆に遡り、一定時間に相当する遠隔操作
指令を削除した後、指令地側保持・遅延機構１６の最新
の操作指令を現在位置とする。遠隔地側の削除部分は後
続する操作指令で上書きする。図８は、９番の操作指令
で不具合が発生したため、６番から９番の操作指令が削
除／取消され、操作時点が５番の操作指令の時点に戻さ
れたところを表している。

【００３３】（３）操作指令調整−−−図９指令地側保持・遅延機構１６内の遠隔操作指令が減少
し、有効な仮想時間遅れが短くなっているので回復措置
が取られる。遠隔操作指令の受付のみを行い、遠隔操作
指令が指令地側保持・遅延機構１６の全量となるまで遠
隔地側への実行指令の送信は抑制される。図９は、５番
の操作指令の続きとして、１０番以降の操作指令が生成
されているところを表している。

【００３４】（４）通常処理への回復−−−図１０指令地側保持・遅延機構１６に蓄積された遠隔操作指令
が既定量（８個）となった場合、遠隔地側への実行指令
の送信を開始し、前述した（１）の通常の処理手順に入
る。図１０は、１３番の操作指令が生成されて指令地側
のバッフアが一杯になり、通常処理に復帰したところを
表している。

【００３５】かくして、照合確認の済んだ最終的な実行
指令信号だけがロボット（操作対象）へと送られ、その
動作には高い信頼性が効率的に確保されることになる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明した如く、本発明によれ
ば、指令地側と遠隔地側の双方に遠隔操作指令の保持・
遅延機構を設けることで、高信頼タイプの遠隔操作系に
実時間検証操作方式を効率良く組み込むことが可能とな
る。特殊な装置を必要とすることはなく、特段の使用条
件もないので、多くの遠隔操作システムに対して幅広く
応用が可能である等、その技術的効果には極めて顕著な
ものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な高信頼タイプの操作システムのブロッ
ク図である。

【図２】高信頼タイプの操作システムに実時間検証操作
方式を採用したブロック図である。

【図３】本発明による高信頼タイプの実時間検証操作方
式のブロック図である。

【図４】本発明による高信頼タイプの実時間検証操作方
式の詳細ブロック図である。

【図５】本発明による不具合処理方法の模式図である。

【図６】本発明による不具合処理工程の説明図である。

【図７】本発明による高信頼タイプの実時間検証操作方
式の作業工程図である。

【図８】本発明による高信頼タイプの実時間検証操作方
式の作業工程図である。

【図９】本発明による高信頼タイプの実時間検証操作方
式の作業工程図である。

【図１０】本発明による高信頼タイプの実時間検証操作
方式の作業工程図である。

【符号の説明】

１０操縦装置１２シミュレータ１４操作管理機構１６指令地側保持・遅延機構１８遠隔地側保持・遅延機構２０表示装置２２ロボット２４システム検証部２６受信バッフア

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】遠隔地にあるロボットを操縦するための
操縦装置と、該ロボットの動作シミュレータと、該ロボ
ットの実時間状態表示装置と、遠隔地側で受信した操作
指令を指令地側に返信して照合確認するシステム検証部
とを備えて成る遠隔ロボットシステムの操作方式であっ
て、最初に、編集された指令信号を操縦装置からシミュレー
タに送信し、該シミュレータからロボットへ送られる指令信号をいっ
たん不具合検証のための操作管理機構に蓄積し、前記操作管理機構で不具合無しと判定された信号を指令
地側の指令信号保持・遅延機構に蓄積すると共に遠隔地
側の指令信号保持・遅延機構へとほぼ同時に送信し、再編集可能時間の一部または全てを使って照合確認を行
い、所定の再編集可能時間を経過してから最終的な実行
指令信号をロボットへと送信することを特徴とする遠隔
ロボットの実時間検証操作の効率的高信頼化方式。
【請求項２】前記操作管理機構は、前記シミュレータ
による不具合の発生を検知して、不具合有りと判定した
場合は、前記指令地側の指令信号保持・遅延機構内に保
持されている指令を含めた指令信号列の一部削除及びそ
の削除分の回復という再編集処理を行い後続の指令信号
へと接続するようになっている請求項１記載の方式。
【請求項３】前記遠隔地側の指令信号保持・遅延機構
内に保持されている指令は、不具合ありと判定された場
合には後続の指令信号によって上書きされるようになっ
ている請求項２記載の方式。