JP3208687B2 - ロボット遠隔操作評価装置 - Google Patents
ロボット遠隔操作評価装置Info
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Description
評価するロボット遠隔操作評価装置に関するものであ
る。
トは、地上から遠隔操作する搭載ロボットアームによっ
て、宇宙ステーションの組み立て、物資の補給などの作
業を行う人工衛星である。地上に置かれたマスタアーム
を操作することによって、これと連動して動作するよう
にした宇宙ロボット搭載のロボットアームを駆動する。
このため、マスタアームを操作するときに当該マスタア
ームから出力するロボットアーム関節角の目標値を遠隔
操作指令として、逐次、宇宙ロボットへ送信する。宇宙
ロボット側は、このロボットアーム関節角の目標値もと
に、宇宙ロボット搭載のロボットアームを駆動する。
費電力制限のために、通信容量が制限される。そのた
め、地上から送信する際にロボットアーム関節角の目標
値をサンプリングなどによりデータ圧縮してデータ量を
低減し、宇宙ロボット側でロボットアーム関節角データ
をデータ補間などにより元の目標値を再生し、宇宙ロボ
ット搭載のロボットアームを駆動する。この際、遠隔操
作指令であるロボットアーム関節角の目標値についてそ
の妥当性を評価する必要がある。
のロボットと同様な観点から、宇宙ロボット搭載のロボ
ットアームの動作を模擬するロボットアーム動作模擬装
置を用いて、地上から遠隔操作する際のロボットアーム
の位置誤差を測定し、ロボットアーム関節角の目標値に
ついてその妥当性を評価するようにしていた。
象。 宇宙ロボットの遠隔操作の際に発生する現象には、人
工衛星の側面と、ロボット遠隔操作の側面がある。
力の宇宙空間を飛行しているため、宇宙ロボット搭載の
ロボットアームを駆動すると、宇宙ロボット本体は反作
用を受けて、姿勢の回転と軌道の移動が発生する。
指令を伝送するために、指令が届くのに時間がかかる
(時間遅れが発生する)。また、伝送量に制限があるた
め、データ量を減らす必要がある(データ圧縮/再
生)。
軌道制御することは行われている。
ュレーションすることは行われている。 地上に固定されたロボットの運動を事前にシミュレ
ーションし、動作を確認することが行われている。
信装置の特性をシミュレーションすることが行われてい
る。
ボットは、地上のロボットと異なり、無重力の宇宙空間
を飛行しているため、宇宙ロボット搭載のロボットアー
ムを駆動すると、宇宙ロボット本体が反作用を受けて、
姿勢の回転と軌道の移動が発生する。通常、宇宙ロボッ
トの姿勢や軌道を保持するために姿勢制御装置および軌
道制御装置が搭載されている。ロボットアームの動きの
方向と速さによっては、姿勢/軌道を安定に保持するこ
とができない。宇宙ロボットは地上との通信のために、
常に通信アンテナを地上に向けており、宇宙ロボットの
姿勢/軌道が変化するとアンテナの向きが変わり、地上
との通信が途絶して遠隔操作ができなくなる。
動を無視した従来の手法では、宇宙ロボット搭載のロボ
ットアームを安定に遠隔操作することができないという
問題があった。また、宇宙ロボットだけでなく、油上に
浮かばせたりしたときにも同様に、支点がなくなりロボ
ットアームの反作用によりロボット本体の姿勢や位置が
移動したりしてまう問題もあった。
ロボットアームの移動に伴うロボットの姿勢/軌道およ
びロボットアームの関節角などを算出して評価したり、
評価良好のときに実機(ロボット)にデータを送信した
りすることを目的としている。
決するための手段を説明する。図1において、ロボット
運動模擬部22は、ロボットアームの目標値をもとに、
ロボットの姿勢角/軌道位置を算出するものである。
トアームの目標値をもとに、ロボットアーム状態量(例
えば関節角など)を算出するものである。誤差検出部3
5は、算出されたロボットの姿勢角/軌道位置およびロ
ボットアーム状態量と上記目標値(あるいは予め指定し
た目標値)との誤差を検出するものである。
擬部22がロボットアームの目標値をもとにロボットの
姿勢角/軌道位置を算出し、ロボットアーム動作模擬部
23がロボットアームの目標値をもとにロボットアーム
状態量を算出し、誤差検出部35が算出されたロボット
の姿勢角/軌道位置およびロボットアーム状態量と目標
値(あるいは予め指定した目標値)との誤差を検出し、
この検出した誤差を出力するようにしている。
ついて予め規定した誤差許容値範囲内のときに良好、誤
差許容値範囲外のときに不良と評価して出力するように
している。
いて予め規定した誤差許容値範囲内のときに良好と評価
してロボットアームの目標値を遠隔操作対象のロボット
に向けて送信し(あるいはロボットを駆動し)、一方、
誤差許容値範囲外のときに不良と評価してロボットアー
ムの目標値を遠隔操作対象のロボットに向けて送信する
ことを抑止(あるいはロボットを駆動することを抑止)
するようにしている。
ットの姿勢/軌道およびロボットアーム状態量(例えば
関節角など)を算出して評価したり、評価良好のときに
実機(ロボット)にデータを送信したりすることが可能
となる。
の構成および動作を順次詳細に説明する。以下宇宙ロボ
ットを例に説明する。
図1において、模擬部10は、ここでは地上模擬部であ
って、関節角出力部11および遠隔操作指令送信部12
から構成されるものである。
るいはこれと同等の装置によりロボットアーム状態量
(ロボットアーム関節角など)の目標値を出力するもの
である。
ム状態量の目標値のデータ圧縮および地上からこのデー
タ圧縮後のデータの送信を模擬するものである。ロボッ
ト模擬部20は、ここでは宇宙ロボット模擬部であっ
て、遠隔操作指令受信部21、ロボット運動模擬部2
2、およびロボットアーム動作模擬部23から構成され
るものである。
送信部12から送信された宇宙ロボットのロボットアー
ム状態量の目標値を受信し、受信した目標値から元の目
標値の再生を模擬するものである。
ロボット運動模擬部であって、ロボットアームの動作/
姿勢制御/軌道制御による影響を含む宇宙ロボットの姿
勢角および軌道位置を模擬するものであり、ロボットア
ーム状態量の目標値をもとにロボットの姿勢角/軌道位
置を算出するものである。
ボットに搭載のロボットアームの動作を模擬するもので
あって、ロボットアーム状態量の目標値をもとにロボッ
トアームの状態量(関節角、先端位置、姿勢)を算出す
るものである。
令を評価するものであって、誤差検出部35、評価表示
部33、および送信判定部34から構成されるものであ
る。誤差検出部35は、算出されたロボットの姿勢角/
軌道位置およびロボットアーム状態量と目標値(あるい
は予め指定した目標値)との誤差を検出するものであっ
て、姿勢誤差/軌道誤差検出部31およびアーム状態量
誤差検出部32から構成されるものである。
トの姿勢誤差および軌道誤差を検出するものであって、
ロボット運動模擬部22が模擬して算出した姿勢角およ
び軌道位置をもとに、予め指定された目標値との誤差を
検出するものである(図2参照)。
アームの状態量の誤差を検出するものであって、ロボッ
トアーム動作模擬部23が模擬して算出したロボットア
ームの状態量(関節角、先端の位置、姿勢)をもとに、
指令された目標値との誤差を検出するものである(図2
参照)。
て検出された誤差を表示したり、目標値を越えたときの
その旨を併せて表示したりなどするものである。送信判
定部34は、評価結果が良好のときにロボットアーム状
態量目標値をロボット実機40に送信し、評価結果が不
良のときにロボットアーム状態量の目標値の送信を抑止
したりするものである。
って、ここでは、宇宙ロボットである。次に、図2を用
いて図1の構成の動作を詳細に説明する。
10がロボットアーム関節角の目標値を生成する。これ
は、例えばマスタアーム装置のロボットアームをオペレ
ータが操作してロボットアーム関節角の目標値を生成す
る。
は、S1で生成したロボットアーム関節角の目標値を、
データ圧縮するために所定周期でサンプリングする。こ
のサンプリングして圧縮した後のロボットアーム関節角
の目標値をロボット模擬部20に通知する。
ットアーム関節角の目標値について、データ補間して元
のロボットアーム関節角の目標値を再生する。S4は、
宇宙ロボットの運動模擬する。これにより、ロボットア
ーム関節角の目標値へロボットアームが移動することの
反作用としてロボット自身の姿勢角および軌道位置を計
算機上で模擬する。
これは、ロボットアーム関節角の目標値への移動指令に
対応して、ロボットアームの関節角を計算機上で模擬す
る。S6は、S4の宇宙ロボット運動模擬によって生成
したロボットの姿勢角/軌道位置について、事前に入力
した姿勢角/軌道位置の目標値と比較し、その誤差とし
て姿勢角誤差/軌道位置誤差を検出する。
よって生成したロボットアームの関節角について、目標
値と比較し、その誤差としてロボットアーム関節角誤差
を検出する。
表示する(図3の(a)参照)。S9は、S6、S7で
検出したそれぞれの誤差(ロボットの姿勢角誤差/軌道
位置誤差、ロボットアーム関節角誤差)がそれぞれ事前
入力された誤差許容範囲内か判別する。
し、その評価結果を表示する。例えば図3に示すように
評価を表示する。S11は、S9の評価結果をもとに、
全て「良好」か判定する。YESの場合には、全て良好
であって、当該ロボットアーム関節角の目標値によって
実機のロボットに搭載したロボットアームを駆動しても
アンテナの向きがずれて送信不可となったりの事態が発
生しないと模擬によって判明したので、この模擬後のロ
ボットアーム関節角の目標値をS12で実機の宇宙ロボ
ットに送信する。一方、評価結果が「不良」の場合に
は、ロボットアーム関節角の目標値を宇宙ロボットに送
信することを抑止する。
標値について、計算機上でロボットの姿勢や軌道位置に
与える影響が誤差許容範囲内であり、かつロボットアー
ムの目標値との誤差が誤差許容範囲内であって駆動可能
な範囲内であると模擬して判明したので、当該ロボット
アーム関節角の目標値を実機の宇宙ロボットに送信す
る。これを受け取った実機の宇宙ロボットは、指令され
た目標値にロボットアームを駆動する。
は、図2のS8の誤差表示およびS10の評価結果表示
の例である。図3の(a)は、個別評価結果例を示す。
ここで、宇宙ロボットは、無重力の状態で宇宙を飛行す
るロボットであって、 ・姿勢角:Φ、Θ、Ψ ・軌道位置:X、Y、Z の6つのパラメタで表現する。ここでは、各値は宇宙ロ
ボットの重心の値である。
たロボットアームであって、 ・関節角:θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6 の6つのパラメタ(関節角)で表現する。
たロボットの姿勢角/軌道位置、ロボットアーム関節角
である。目標値は、事前に入力した目標値あるいは指令
されたロボットアーム関節角目標値である。
ある。誤差許容範囲は、事前入力した誤差許容範囲であ
る。評価は、誤差Δが誤差許容範囲内のときに良好、そ
れ以外のときに不良と評価したものである。
S8の誤差表示として表示すると共に、個別の評価を図
2のS10の評価結果表示として表示する。図3の
(b)は、組み合わせ評価例を示す。ここで、状態量
は、図示のようにΦ、Θ、Ψ、X、Y、Z、θ1、θ
2、θ3、θ4、θ5、θ6であって、図3の(a)の
状態量をそれぞれ表す。
て良好のときに組み合わせ評価として良好と判定する。
図3の(a)の場合には、「良好」となる。組み合わせ
2は、同様に、図示の○の各状態量が全て良好のときに
組み合わせ評価として良好と判定する。図3の(a)の
場合には、「不良」となる。
状態量)が全て良好のときに組み合わせ評価として良好
と判定する。図3の(a)の場合には、「不良」とな
る。図3の(c)は、サンプリング周期評価例を示す。
ここで、サプリング時間幅(秒)はロボットアーム関節
角の目標値のサンプリング時間幅(秒)である。評価
は、図示のように評価する。
説明図を示す。 ・一般に、T1>T2のときΔ1>Δ2である。 ・サンプリング時間幅Tを小さくすれば、誤差Δが小さ
くなるが、データ量は多くなる。Δをむやみに増加させ
ずにデータ量を少なくするためにTが必要となり、適度
なTの値を決める必要がある。上記図3の(c)の場合
には、サンプリング時間幅(秒)が0.001、0.0
1のときは評価「良好」、0.1、1.0のとき評価
「不良」と決めている。
の実施例構成および動作を詳細に説明する。これは、関
節角出力部11、地上模擬計算機13、宇宙ロボット運
動模擬/遠隔操作指令評価計算機、およびロボットアー
ム動作模擬装置26を使用したときの他の実施例構成お
よび動作である。
装置)11は、マスタアーム装置を使用してロボットア
ーム関節角の目標値を生成するものである。地上模擬計
算機13は、ロボットアーム関節角データのサンプリン
グを行い、サンプリング後のロボットアーム関節角の目
標値を生成するものである。
計算機は、ロボットアーム関節角データ補間部24、宇
宙ロボット運動模擬部25、姿勢誤差/軌道誤差検出部
31、アーム関節角誤差検出部32、評価表示部33、
および送信判定部34などから構成されるものである。
ここで、31、32、33、34は、図1の構成の同一
のものと同じであるので説明を省略する。
は、地上模擬計算機13から送信されてきた、サンプリ
ング後のロボットアーム関節角の目標値を受信し、補間
して元のロボットアーム関節角の目標値を生成するもの
である。
アーム関節角データ補間部24によって補間されたロボ
ットアーム関節角の目標値をもとに、宇宙ロボットの姿
勢角/軌道位置を模擬するものである。
ットアーム関節角データ補間部24からのロボットアー
ム関節角の目標値をもとに、ロボットアームの動作を模
擬し、ロボットアーム関節角を生成するものである。
13を初期設定する。S22は、ロボットアーム関節角
データをサンプリングする。これは、関節角出力部11
からロボットアーム関節角の目標値を取り込み、サンプ
リングする。
には、終了する。NOの場合には、S22を繰り返す。
以上のS21からS23によって、マスタアームの動き
につれてロボットアーム関節角の目標値をサンプリング
し、サンプリング後のロボットアーム関節角の目標値を
宇宙ロボット運動模擬/遠隔操作指令評価計算機に送信
する。
6を初期設定する。S32は、ロボットアームを駆動/
関節角計測する。これらは、S42で補間して再生した
元のロボットアーム関節角の目標値をもとに、ロボット
アーム駆動装置27を駆動し、そのときの関節角を測定
してこれをロボットアーム関節角としてS45に通知す
る。
2のロボットアーム駆動/関節角計測が終了したか判別
する。YESの場合には、終了する。NOの場合には、
S32を繰り返し行う。
節角の目標値をもとに、宇宙ロボットのロボットアーム
の動きの模擬を行い、そのときのロボットアーム関節角
を生成してS45に送信する。これらにより、ロボット
アームの動きの模擬が実行されたこととなる。
作指令評価計算機を初期設定する。S42は、ロボット
アーム関節角データを補間し、元のロボットアーム関節
角の目標値を生成する。この補間して生成したロボット
アーム関節角の目標値は、S32およびS43に通知す
る。
アーム関節角の目標値をもとに、宇宙ロボットの姿勢角
/軌道位置を計算する。S44は、姿勢角誤差/軌道位
置誤差を計算する。これは、S43で計算した宇宙ロボ
ットの姿勢角/軌道位置と、予め入力された目標値との
誤差をそれぞれ計算する。
算する。これは、S32で計測したロボットアームの関
節角と、目標値との誤差をロボットアーム関節角誤差と
して計算する。
は、図3で説明したように、誤差について目標値の比較
を行って評価(良好、不良)を表示する。S47は、送
信判定する。これは、図3で説明したように、S46の
評価結果をもとに、送信するか否かを判別する。送信と
判定したときは、サンプリング後のロボットアーム関節
角の目標値を宇宙ロボット実機40に送信し、実際にロ
ボットアームを駆動する。
には、終了する。NOの場合には、S42以降を繰り返
し実行する。以上によって、地上模擬計算機13、宇宙
ロボット運動模擬/遠隔操作指令評価計算機、およびロ
ボットアーム動作模擬装置26の3台でロボットアーム
関節角の目標値をもとに、評価を行って評価良好のとき
に宇宙ロボット実機40にロボットアーム関節角の目標
値を送信し、評価不良のときに送信を抑止する。
の実施例構成および動作を詳細に説明する。これは、関
節角出力部11、地上模擬計算機13、および宇宙ロボ
ット模擬/遠隔操作指令評価計算機を使用したときの他
の実施例構成および動作である。ここで、図6の11、
13、24、25、31、32、33、34、40は、
図4のものと同一であるので、説明を省略する。
23は、図4のロボットアーム動作模擬装置26の代わ
りに設けたものであって、計算機上でロボットアームの
動作を模擬するようにしたものである。このロボットア
ーム動作模擬部23は、ロボットアーム関節角データ補
間部24によって補間された後のロボットアーム関節角
の目標値をもとに、計算機上でロボットアーム関節角を
計算するものである。この計算したロボットアーム関節
角は、アーム関節角誤差検出部32に通知する。
明する。ここで、S51からS53は、図5のS21か
らS23と同一であるので、説明を省略する。図7にお
いて、S61は、宇宙ロボット模擬/遠隔操作指令評価
計算機を初期設定する。
補間し、元のロボットアーム関節角の目標値を生成す
る。この補間して生成したロボットアーム関節角の目標
値は、S63およびS65に通知する。
る。これは、S62から通知されたロボットアーム関節
角の目標値をもとにロボットアーム関節角を計算する。
S64は、ロボットアーム関節角の誤差を計算する。こ
れは、図2で説明したように、S63で計算したロボッ
トアーム関節角と、目標値との誤差を計算する。
アーム関節角の目標値をもとに、宇宙ロボットの姿勢角
/軌道位置を計算する。S66は、姿勢角誤差/軌道位
置誤差を計算する。これは、S653で計算した宇宙ロ
ボットの姿勢角/軌道位置と、予め入力された目標値と
の誤差をそれぞれ計算する。
は、図3で説明したように、誤差について目標値と比較
を行って評価(良好、不良)を表示する。S68は、送
信判定する。これは、図3で説明したように、S67の
評価結果をもとに、送信するか否かを判別する。送信と
判定したときは、サンプリング後のロボットアーム関節
角の目標値を宇宙ロボット実機40に送信し、実際にロ
ボットアームを駆動する。
には、終了する。NOの場合には、S62以降を繰り返
し実行する。以上によって、地上模擬計算機13と宇宙
ロボット模擬/遠隔操作指令評価計算機の2台でロボッ
トアーム関節角の目標値をもとに、評価を行って評価良
好のときに宇宙ロボット実機40にロボットアーム関節
角の目標値を送信し、評価不良のときに送信を抑止す
る。
の実施例構成および動作を詳細に説明する。これは、関
節角出力部11、および宇宙ロボット遠隔操作指令評価
計算機を使用したときの他の実施例構成および動作であ
る。ここで、図8の11、23、24、25、31、3
2、33、34、40は、図6のものと同一であるの
で、説明を省略する。
タサンプリング部14は、関節角出力部11によって生
成したロボットアーム関節角の目標値について、データ
圧縮するためにサンプリングするものである。このロボ
ットアーム関節角データサンプリング部14によってサ
ンプリングした後のロボットアーム関節角の目標値は、
ロボットアーム関節角データ補間部24に通知する。
明する。ここで、S71、S72からS79は、図7の
S61からS69と同一であるので、説明を省略する。
図9において、S71−1は、ロボットアーム関節角デ
ータをサンプリングする。サンプリング後のロボットア
ーム関節角の目標値を、S72およびS78に通知す
る。
評価計算機の1台でロボットアーム関節角の目標値をも
とに、評価を行って評価良好のときに宇宙ロボット実機
40にロボットアーム関節角の目標値を送信し、評価不
良のときに送信を抑止する。
ロボットアーム状態量(関節角、先端位置、姿勢)の目
標値をもとに、ロボットの姿勢角/軌道位置を算出およ
びロボットアームの状態量を算出し、算出したロボット
の姿勢角/軌道位置およびロボットアームの状態量と目
標値(あるいは予め指定した目標値)との誤差を検出
し、誤差が予め規定した誤差許容値範囲内のときに良
好、誤差許容値範囲外のときに不良と評価し、更に評価
が良好のときにロボット実機にロボットアームの目標値
を送信する構成を採用しているため、ロボットアームの
移動に伴うロボットの姿勢/軌道およびロボットアーム
の関節角などを算出して評価したり、評価良好のときに
実機(ロボット)にデータを送信したりすることができ
る。これらにより、ロボットアームの動作だけでなく、
宇宙ロボットなどのロボットアームの駆動によって発生
するロボットの姿勢運動や軌道運動も考慮して、遠隔操
作指令であるロボットアーム関節角の目標値の妥当性を
評価したり、更にデータ圧縮やデータ補間などの妥当性
を評価したりすることができると共に、宇宙ロボットな
どの遠隔操作中に発生する可能性のある通信途絶を未然
に防ぐことができ、宇宙ロボットなどの遠隔操作性能の
向上に大きく寄与することができる。
Claims (3)
- 【請求項1】ロボットの遠隔操作を評価するロボット遠
隔操作評価装置において、 予め設定されたロボットアームの目標値をもとに、ロボ
ットの姿勢角または軌道位置を算出するロボット運動模
擬部と、 前記ロボットアームの目標値をもとに、ロボットアーム
の状態量を算出するロボットアーム動作模擬部と、 予め設定されたロボットの姿勢角または軌道位置の目標
値と前記ロボット運動模擬部で算出された姿勢角または
軌道位置を比較することにより、その誤差を検出すると
共に、前記ロボットアームの目標値と前記ロボットアー
ム動作模擬部で算出されたロボットアームの状態量を比
較することにより、その誤差を検出する誤差検出部とを
備えたことを特徴とするロボット遠隔操作評価装置。 - 【請求項2】前記誤差検出部によって検出された誤差
が、予め規定した誤差許容値の範囲内の場合に良好、前
記誤差許容値の範囲外の場合に不良と評価する評価表示
部を備えたことを特徴とする請求項1記載のロボット遠
隔操作評価装置。 - 【請求項3】前記誤差検出部によって検出された誤差
が、予め規定した誤差許容値の範囲内の場合に前記ロボ
ットアームの目標値を遠隔操作対象のロボットに向けて
送信し、前記誤差許容値の範囲外の場合に前記ロボット
アームの目標値を遠隔操作対象のロボットに向けて送信
することを抑止する送信判定部を備えたことを特徴とす
る請求項1記載のロボット遠隔操作評価装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33829692A JP3208687B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | ロボット遠隔操作評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33829692A JP3208687B2 (ja) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | ロボット遠隔操作評価装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06182681A JPH06182681A (ja) | 1994-07-05 |
JP3208687B2 true JP3208687B2 (ja) | 2001-09-17 |
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---|---|---|---|---|
JP6841171B2 (ja) * | 2017-06-27 | 2021-03-10 | 日本精工株式会社 | 機器制御システム及び遠隔調整システム |
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- 1992-12-18 JP JP33829692A patent/JP3208687B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
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