JPH01209505A - 遠隔操作ロボットの教示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば宇宙空間のように地上と遠く離れた
所で無人作業を行う遠隔操作ロボットの教示＠値に関す
る。

（従来の技術） 近年宇宙空間の様に特殊な作業環境で無人作業を実施す
ることが可能な遠隔操作ロボットの必要性が望まれてい
る。

ところで、この様な遠隔操作ロボットを実現させるため
に、例えば従来のマスタースレーブ（Ｍ／Ｓ）方式の遠
隔操作ロボットを利用することが考えられる。この場合
、宇宙空間の作業用アームをステレオカメラ等でとらえ
、その画像を地上のデイスプレィで確認しながら教示用
アームの操作を行うものとなる。しかしながら、地上で
、しかも近距離で制御するのとは異なり、宇宙空間と地
上とでは通信時間の遅れから来る無駄時間があるた・め
、教示用アームを操作してから作業用アームが動きその
動きが地上のデイスプレィに表示されるまで１秒以上の
遅れの出る恐れがある。従って、作業者は教示用アーム
で教示した１秒以上も前の教示動作を見ながら教示を行
うことになり、安定した制御が困難になる恐れがある。

このため形状モデルを用いた教示装置を本出願人は既に
提案し、好結果を得ている（特願昭６２−２４８８２号
）。

ところで、このような教示＠置では作業者は主にデイス
プレィ上に表示された作業用アーム及び作業環境の形状
モデルを見ながら作業することになる。

しかしながら、教示データに基づく形状モデルの動きは
その時の実作業の様子を表示するものではない。このた
め、作業用アームが教示用の形状モデル通り作動してい
るかどうか、あるいは何らかの原因で負傷が生じている
かどうか等を実作業データによりモニタする必要がある
。この場合、宇宙側の作業用アームから送られて来る実
動作データを利用することになるが、この実動作データ
は地上での教示信号が宇宙側の作業用アームに届き、作
業用アームが動作してその実動作データが地上側へ送ら
れ、この送られた実動作データをモニタすることになる
ので、作業者はやはり通信時間の遅れから１秒以上も前
の実動作データを見ることになる。このため、万一作業
用アームが何らかの原因で不調が生じた場合、すばやく
対応できない恐れがある。

（発明が解決しようとする課題） このように、宇宙空間のような遠隔作業環境において無
人作業を行なう場合、Ｍ／Ｓ方式の遠隔操作ロボットを
単に利用すると、宇宙空間と地上との通信時間の遅れか
ら安定な制御が極めて困難になる恐れがある。

更に実作業をモニタする場合、単に実作業データを利用
すると通信時間の遅れからすばやい対応が困難になる恐
れがある。

そこで、この発明は通信時間の遅れのある遠隔作業をあ
たかもリアルタイムで教示及びモニタすることが可能な
遠隔操作ロボットの教示装置の提供を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は遠隔操作ロボッ
トの作業用アーム及び作業環境の形状モデルを作成する
立体形状モデル作成手段と、遠隔操作ロボットの作業教
示用に設けられた教示用アームの動きや前記遠隔操作ロ
ボットの各種センサ等からの情報をもとに前記形状モデ
ルの位置姿勢を演算シミュレートする演算手段と、この
形状モデルを表示するグラフィックディスプレイとを備
え、前記作業用アームの実動作データ及びこれに対応す
る教示データとの偏差をもとに教示現在の実動作データ
を予測して表示データとする讐二タ補正手段を備える構
成とした。

（作用） 立体形状モデル作成手段で作業用アーム及び作業環境の
形状モデルを作成し、これら形状モデルを演算手段によ
って実作業位置にシミュレートし、グラフィックディス
プレイ上に表示する。従って、作業者は教示用アームで
作業用アームの動きを教示するとき、グラフィックディ
スプレイに表示された形状モデルの動きをリアルタイム
で見ながら行うことができる。

又、作業用アームの実動作データをモニタする場合、モ
ニタ補正手段がモニタしている現在の作業アームの実動
作よりも前の実動作データ及びこれに対応する教示デー
タとの偏差をもとにモニタしている現在の作業アームの
実動作データを予測して表示データとするため、遠隔作
業を教示作業中にあたかもリアルタイムでモニタするこ
とが可能となる。

（実施例） 以下、この発明の詳細な説明する。

図面はこの発明の一実施例に係る遠隔操作ロボットの教
示装置Ａを示す概念図である。すなわち、この教示装置
Ａは地上側に備えられているもので教示用アーム１と計
１１１ｆ１３とグラフィックディスプレイ５と画像処理
装置７とを備えている。

前記教示用アーム１は２本備えられており、宇宙側の２
本の作業用アーム９の動作を教示するためのもので、ア
ームの動きが逐次計算１１３に送られるようになってい
る。この教示用アーム１には計Ｒ機３内において、作業
用アーム９と作業環境との後述する形状モデルが相互に
干渉した場合に計算Ｉ１３からの信号によって教示用ア
ーム１に反力を生じさせる図示しないモータが備えられ
ている。作業用アーム９は計算１３からの信号によって
、サーボコントローラ１１を介して制御されるようにな
っている。

前記計＄Ｆ機３は内部に立体形状モデル作成手段１３を
備えており、この立体形状モデル作成手段１３で作業用
アーム９とそ°の宇宙空間での作業環・境の形状モデル
を作成する。この場合、作業環境としては関連機器、作
業対象物、障害物等がある。

また、計算機３には教示用アーム１の動きが逐次入力さ
れるようになっており、この動きやポジションエンコー
ダ等の各種センサ１５等からの情報をもとに作業用アー
ム９及び作業環境の形状モデルを実作業環境位置にシミ
ニレニドしたり、作業用アーム９の動特性の計算を行な
う演算手段を備えている。

更に、この発明の一実施例では特にモニタ補正手段１６
を備えている。このモニタ補正手段１６は作業用アーム
９の実動作データ及びこれに対応する教示データとの偏
差をもとに、教示現在の実動作データを予測して表示デ
ータとするもので、作業用アーム９の動作をあたかもリ
アルタイムでモニタすることを可能にする。

なお、立体形状モデル作成手段１３とモニタ補正手段１
６とはそれぞれ別個の計算機で構成することもできる。

前記グラフィックディスプレイ５は、前記形状モデルを
表示する。

前記画像処理装置７は前記作業用アーム９の動きを捕え
る宇宙側のステレオカメラ１７からの画像信号をもとに
作業用アーム９とその作業環境の位置関係を演算処理し
てもとめ、これを計算機３に送る。

次に、この教示装置を用いて遠隔操作ロボットの作業用
アーム９に動作を教示する手順を説明する。

まず、計算機３内に立体形状モデル作成手段１３を用い
て作業用アーム９と作業環境要素、例えば関連機器、作
業対象物、それに障害物等との立体形状モデルを構築し
ておく。

次に、宇宙側のステレオカメラ１７の映像を画像処理し
た作業環境の位置情報や各種センサ１５等のセンサ情報
をもとに前記立体形状モデルを実作業環境位置に対応し
°て配置したモデルをシミュレートし、これを地上側の
グラフィックディスプレイ５に表示する。

次にこのグラフィックディスプレイ５の表示画面を見な
がら教示用アーム１を操作して所望の教示作業を行なう
。このとき、作業用アーム９に同一の作業を実行させる
のに必要なアーム各関節の目標値データが自動的に作成
され、計算機３に記憶される。同時にグラフィックディ
スプレイ５にはモデル化された作業用アーム９と作業環
境との勤°きがリアルタイムでシミュレートされ、作業
者はその動きを見ながら、極めて容易に教示作業を行な
うことができる。また、計算機３において、作業用アー
ム９のモデルと、関連機器、作業対象物、障害物等の作
業環境のモデルとが干渉した場合には計算機３が教示用
アーム１のモータに指令を出し、作業者に反力として知
らせる。この場合の皮力は前記干渉が起こっている間化
じており、教示用アーム１の操作で干渉がなくなると計
算機３の指令で反力が消滅する。なお、反力はこのよう
な継続的なものでな゛く、単発的、間欠的なものでよい
。従って、作業者は宇宙空間における任意の作業をあた
かも現場にいるかのように教示することができる。

教示作業が終了すると計算機３では、教示データをもと
に自動的にこの動作に最適な制御パラメータを決定し、
教示データと共にこれを作業用アーム９に送り、所望の
作業を実行させる。

作業用アーム９での作業が開始されると、作業用アーム
９の実動作データ及びこれに対応する教示データとの偏
差をもとに、モニタ補正手段１６が教示現在の実動作デ
ータを予測して表示データとし、グラフィックディスプ
レイ５に前記形状モデルを用いてその動作を表示する。

このモニタ補正手段１６の動作の一例は第２図のように
なっている。この第２図は教示データと実動作データと
の時間変化を示しているもので、この第２図でｄは通信
時間の遅れを示している。

モニタしている現在時間Ｔに対して通信時間の遅れｄだ
け以前の実動作データＰがグラフィックディスプレイ５
に表示されることになっていた。

これに対して、モニタ補正手段１６では、通信時間の遅
れｄだけ以前の実動作データＰ及びこれに対応する教示
データＳとをもとに教示現在Ｔの実動作データＰ１を予
測して表示データとしている。例えば、何らかの原因に
より通信時間の遅れｄだけ以前の実動作データＰと、こ
れに対応する教示データＳとの間に偏差ｅが生じていれ
ば、教示現在Ｔの教示データＳ＋に偏差ｅを付加して実
動作データＰ１を予測し表示データとしている。

従って、作業者は作業用アーム９の実動作をあたかもリ
アルタイムでモニタすることができ、何らかの原因で作
業用アームに不調が生じても作業者はこれにすばやく対
応することができる。

なお、偏差ｅがＯであれば教示現在Ｔにおける実動作デ
ータＰ１は教示データＳ１となる。

第２図はモニタ補正手段１６での偏差ｅの推定方法の他
の例を示すもので、この例では教示現在Ｔに対し過去の
時間ｔ１〜ｔ６における数点の偏差ｅをもとに最小二乗
法を用いて偏差直線０を生成し、この直線０を教示現在
Ｔまで外挿して予想偏差ｅを求めている。従って上記の
ように表示データＳ１に予想偏差ｅを加えて実動作デー
タＰ１を予測することができる。この例では特に第３図
のように教示データと実動作データとに偏差が継続的に
存在する場合に有効であり、又距離的な通信時間の遅れ
に加えて計算機３の演算時間等の遅れがあっても教示現
在Ｔにおける実動作データＰ１を予測することができ、
状況にすばやく対応することができる。

なお、モニタ補正手段１６による表示データはグラフィ
ックディスプレイ５とは別のデイスプレィに表示させる
ことも可能である。

［発明の効果］ 以上より明らかなように、この発明の構成によれば、作
業用アームと作業環境とをグラフィックディスプレイの
形状モデルで対応づけるため、教示用アームでの教示に
際してその動きがリアルタイムで表示され、教示作業者
は何ら信号の遅れを感じることなく容易に教示作業を行
なうことができる。従って、作業者はあたかも作業現場
の近くにいるかのようにロボットの教示を行なうことが
できる。しかも、作業用アームの実動作があたかもリア
ルタイムで表示されるため、作業者は作業用アームの動
きを適確に認識でき、状況にすばやく対応することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る遠隔操作ロボットの
教示装置を示す概念図、第２図は同作用説明図、第３図
は他の例に係る作用説明図、第４図は教示データと実動
作との間に偏差を示す説明図である。 １・・・教示用アーム ３・・・計算機 ５・・・グラフィックディスプレイ ９・・・作業用アーム １３・・・立体形状モデル作成手段 １５・・・各種センサ １６・・・モニタ補正手段 Ａ・・・教示装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　遠隔操作ロボットの作業用アーム及び作業環境の形状
   モデルを作成する立体形状モデル作成手段と、遠隔操作
   ロボットの作業教示用に設けられた教示用アームの動き
   や前記遠隔操作ロボットの各種センサ等からの情報をも
   とに前記形状モデルの位置姿勢を演算シミュレートする
   演算手段と、この形状モデルを表示するグラフィックデ
   ィスプレイとを備え、前記作業用アームの実動作データ
   及びこれに対応する教示データとの偏差をもとに教示現
   在の実動作データを予測して表示データとするモニタ補
   正手段を備えてなる遠隔操作ロボットの教示装置。