JPH01271185A - 遠隔ロボット操縦システム - 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】 ［概　要］ ロボットを遠くはれた安全な場所から操縦するための遠
隔ロボット操縦システムに関し、ロボットの状態を知る
ための情報としてロボット操縦装置との間で画像といっ
た大量の情報を伝送する必要がなく、しかも通信による
遅れの影響を受けずにロボットを制御できるようにする
ことを目的とし。

ロボット操縦装置と、ロボット操縦装置に対し遠隔の地
に配置されたロボットと、ロボットの実際の状態を検出
する検出手段と、ロボットの側に置かれ、ロボット操縦
装置からのコマンド情報に基づきロボットの動作を模擬
し、模擬結果とロボットの実際の状態とを比較し、その
比較差を検出して、比較差に基づきロボットに動作修正
コマンドを送出しつる遠地シュミレータと、ロボット操
縦装置の側に配置され、ロボット操縦装置からのコマン
ド情報および遠地シュミレータからの比較差情報に基づ
きロボットの動作を模擬する近地シュミレータとをそな
えるように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、人間にとって危険を伴う環境下で作業を行な
うロボットを遠く離れた安全な場所から操縦するための
遠隔ロボット操縦システムに関する。

近年、スペースシャトルの実用化を一つのきっかけとし
て、宇宙の有効利用、例えば宇宙の特殊な環境（微小重
力、超高真空等）を利用して新素材やバイオ等の先端技
術分野の実験や製造を行なうことが期待され検討される
ようになってきた。

しかし、宇宙は、人間が作業するのには向いていない特
殊な環境であるため、安全に宇宙で作業をするためには
、ロボットを派遣して、地上から操縦する必要がある。

［従来の技術］ 第４図は従来の宇宙用ロボット操縦システムのブロック
図であるが、この第４図において、１′はティーチング
ボックス等のロボット操縦装置で、２は宇宙ステーショ
ン等に搭載されているロボットであり、このロボット２
には、ＴＶカメラ３および照明装置４が取り付けられて
いる。

さらに、宇宙ステーションには、ロボット２の作業環境
を地上で表示するためのＴＶカメラ５が複数台設けられ
るとともに、地上との間で情報を伝送する情報伝送装置
６′およびロボット２の動きを制御するロボットコント
ローラ７が設けられている。

一方、地上側には、宇宙空間との間で情報を伝送するた
めの情報伝送装置８′が設けられ工おり、この情報伝送
装置８′には、複数台のＴＶモニタ９が接続され、ＴＶ
カメラ３，５の画像を表示できるようになっている。

また、ロボット操縦装置１′はロボット操縦装置コント
ローラ１ｏを介して情報伝達装置８′に接続されている
。

このような構成により、地上側で、宇宙空間上に設置さ
れたロボット２の操縦を行なう場合には、オペレータは
ＴＶモニタ９をａｍしながらロボット操縦装置１′を操
作することにより、ロボット２の操縦を行なう。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の遠隔ロボット操縦シス
テムでは、ＴＶモニタ９を児ながら、時間遅れを考慮し
つつ、オペレータがロボット２を操縦しなければならな
いので、ロボットの操縦が非常に難しいという問題点が
ある。

そこで、第５図に示すごとく、ロボット操縦装置！！ｉ
’の側（地上側）に宇宙ロボットシュミレータ１１を設
置して、ロボット操縦装置１′からのコマンド情報に基
づきロボットデータファイル１２や宇宙環境データファ
イル１３からのデータを使用して、ロボット２の動きを
模擬し、この模擬結果を画像表示装置１４で表示しなが
ら、ロボット２を操縦できるようにすることにより、ロ
ボット操縦性能を上げることも考えられるが、このよう
な手段では、次のような問題点がある。

まず、地上と宇宙との間で伝送する情報量が多く、通信
量が厳しく制限される宇宙空間では、都合が悪い。

さらに１通信衛星を経由した通信が行なわれることを考
えると、実画像の伝送に数秒もかかってしまうので、ロ
ボットが異常な動作を行なったことがわかっても、その
修正に多くの時間がかかる。

これにより、その間に、ロボットが回りの物体に当って
しまうおそれがある。

本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、ロ
ボットの状態を知るための情報として口ポット操縦装置
との間で画像といった大１１の情報を伝送する必要がな
く、しかも通信による遅れの影響を受けずにロボットを
制御できるようにした、遠隔ロボット操縦システムを提
供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理ブロック図である。

この第１図において、］はオペレータＩＡにより操作さ
れるロボット操縦装置６２はロボット操縦装置１に対し
遠隔の地に配置されロボット操縦装置１から所要の情報
伝送手段６，８を介して伝送されてきたコマンド情報に
基づき動作するロボットである。

１４はロボット２の実際の状態を検出する検出手段であ
る。

１５は遠地シュミレータで、この遠地シュミレータ１５
は、ロボット２側に置かれ、ロボット操縦装置１からの
コマンド情報に基づきロボット２の動作を模擬し、この
模擬結果と検出手段１４からのロボット２の実際の状態
とに比較し、その比較差を検出して、この比較差に基づ
きロボッ１−２に動作修正コマンドを送出しうるちので
ある。

１６は近地シュミレータで、この近地シュミレータ１６
は、ロボット操縦装置】側に配置され、ロボット操縦装
置１からのコマンド情報および遠地シュミレータ］５か
ら情報伝送手段６，８を介して伝送さ］ｔてきた比較差
情報に基づきロボッＩ・２の動作を模擬するもので、こ
の模擬結果は表示装置１７にて表示される。

［作　用コ このような構成により、ロボット操縦装置１から送られ
てきたコマンド情報によって、ロボット２が動作すると
同時に、遠地シュミレータ１５がロボット２の動作を模
擬し、コマンド情報によるロボットの動作結果が模擬通
りかどうかをチエツクする。もし、同じならば、同じで
あるということが近地シュミレータ１６側へ送り返され
る。

また、ロボット動作が遠地シュミレータ１５の模擬結果
と異なる場合は、遠地シュミレータ１５からは模擬結果
とロボット２の実際の状態との比較差情報が近地シュミ
レータ１６側へ送られるとともに、この比較差に基づく
動作修正コマンドがロボット２へ送出される。

［実施例コ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

（ａ）第１実施例の説明 第２図は本発明の第１実施例を示すブロック図で、この
第２図において、１．は地上のオペレータＩＡにより操
作されるロボット操縦装置で、このロボット操縦装置１
はジョイスティックや小型の操縦用アーム１ａあるいは
マウスやキーボード等を有する計算機である。

２は地−ヒ側のロボット操縦装置１に対し遠隔の地とし
ての宇宙空間（例えば宇宙ステーション）に配置されロ
ボット操縦装置１から所要の通信装置（情報伝送手段）
−６，８を介して伝達されてきたコマンド情報に基づき
動作するロボットで、このロボット２はロボット制御装
置１９からの制御信号によって制御されるようになって
いる。

ここで、通信装置６，８としては、周波数分割多重通信
方式などによる無線通信機が使用される。

１４ａはロボット２の関節の角度を検出するエンコーダ
、１４ｂはロボット２の指が物をつかんだかどうかを検
出する触覚センサで、これらのエンコーダ１４ａや触覚
センサｉ　４　ｂで、ロボット２の実際の状態を検出す
る検出手段が構成される。

］５は遠地シュミレータを構成する計算機で、この計算
機１５は、ロボット２側に置かわ、ロボット操縦装置】
からのコマンド情報に基づき、ロボットデータファイル
］、８のロボットデータを使用しながら、ロボット２の
動作を模擬し、この模擬結果と検出手段１４ａ、］、、
４ｂからのロボット２の実際の状態とを比較し、その比
較差を検出して、この比較差に基づきロボット制御装置
］−９を介してロボノ１−２に動作修正コマンドを送出
しうるちのである。

１６は近地シュミレータを構成する計算機で、この計算
機１６は、ロボット操縦装置１側に配置され、ロボット
操縦装置１からのコマンド情報および遠地シュミレータ
としての計算機１５から通信装置６，８を介して伝送さ
れてきた比較差情報に基づき、ロボットデータファイル
２０のロボットデータ（このデータはロボットデータフ
ァイル１８のロボットデータと同じ）を使用しながら、
ロボット２の動作を模擬するもので、この模擬結果は表
示装置（ＣＲＴ）１７にて表示される。

なお、２１．２２はロボット操縦装置１からのコマンド
情報をロボット２側へ送るデータ線、２３は計算ｆｉ１
５とロボット制御装置１９との間でロボットの状態やロ
ボットへのコマンドのやり取りを行なうデータ線、２４
．２５は比較差情報を伝送するデータ線である。

上述の構成により、地上のオペレータＩＡは表示装置１
７によって現在のロボット２の姿勢を認識したのちに、
次にロボット２がとるべき位置あるいは姿勢をロボット
操縦装置１を使用して指示する。

ロボット操縦装置１はこの指示を通信用コマンドに変換
し通信装置８を介してロボット２側へ送る。このコマン
ドが遠地シュミレータとしての計算機１５に届くと、こ
の計算機１５はロボット操縦装置１からのコマンドをロ
ボット制御装置１９へ転送すると同時に、ロボットデー
タファイル１８のロボットデータを使って、ロボット２
の状態をソフトウェアで計算する。

そして、ロボット制御装置１９は上記コマンドに基づき
ロボット２を制御して該コマンドに応じた姿勢となるよ
うにロボット２を動かす。

このとき、ロボット２の状態はエンコーダ１４ａや触覚
センサ１４ｂによって逐−調べられ、計算機１５に送ら
れている。

計算機１５は、とりいれたロボット２の実際の状態と模
擬結果とを比較し、その差を地上に送り返す。地上では
、近地シュミレータとしての計算機１６がその差をうけ
とり、ロボットデータファイル２０のロボットデータを
使って、元の状態に差情報を合わせるという演算をソフ
トウェアで計算して、ロボット２の状態を画像に生成し
て、表示装ｆｉ１７に表示する。

もし、計算機１５でとりいれたロボット２の実際の状態
と模擬結果とが同じならば、同じであるということが計
算機１６側へ送り返される一方、ロボット動作が遠地シ
ュミレータとしての計算機１５の模擬結果と異なる場合
は、計算機１５からは模擬結果とロボット２の実際の状
態との比較差情報が計算機１６側へ送られるとともに、
この比較差に基づく動作修正コマンドがロボット制御装
置１９を介してロボット２へ送出される。

これにより、計算機１６を使ってオペレータＩＡはロボ
ット２の姿勢や状態を知ることができるほか、計算機１
５を使って、ロボット２を即座に制御することができる
。

この場合、計算機１５でとりいれたロボット２の実際の
状態と模擬結果とが同じである場合は、同じであるとい
う記号列を計算機１６側へ送るだけでよいので１画像情
報に比べて非常に少ない情報量ですみ、その結果伝送す
る情報量が少なくなる。

また、ロボット動作が計算機１５の模擬結果と異なる場
合でも、その差情報を伝送するだけでよいので、伝送す
る情報量を少なくできる。例えば、関節角が模擬結果で
は１２７度だったのに実際は１３４度だったとすると、
全体を送ろうとすると、１３４を送る必要があるのに対
し、その差だと７であるから、従って７という１３４に
比べると情報量の少ない情報を送ればよいことになる。

また、計算機１５での比較結果に基づく動作修正コマン
ドがロボット制御装置１９を介してロボット２へ送出さ
れるので、応答がはやく迅速なロボット制御を実現でき
る。

さらに、計算機１５でとりいれたロボット２の実際の状
態と模擬結果との差が大きい場合は、自動的にロボット
停止コマンドをロボット制御装置１９へ送って、ロボッ
ト２を停止させる。これによりいちいち地上からのコマ
ンドを待つことなく、遅れなく迅速にロボット２を止め
ることができるので、ロボット２が回りの物体に当るこ
とを十分に防止できる。

なお、その他にも、予め対応方法がわかっている状態に
対しては、これに対処しうるプログラムを用意しておく
ことで１時間遅れなしでロボット２を制御できる。

（ｂ）第２実施例の説明 第３図は本発明の第２実施例を示すブロック図で、この
第３図において、第２図と同じ符号はほぼ同様の部分を
示すので、その説明は省略する。

この第２実施例は、ロボット２の動作環境の変化をも模
擬できるよう考慮した実施例で、このためロボット２側
に、ロボット２の動作環境を計測するためのＴＶカメラ
２６と、環境の変化を模擬するための環境データファイ
ル２７とを追加配置するとともに、地上側に、計算機１
６で環境の変化を模擬して表示できるようにするための
環境データファイル２８（このファイル中のデータは環
境データファイル２７中のデータと同じである）を追加
配置している。

また、計算機１−５に、ゴＶカメラ２６と環境データフ
ァイル２７とを使って、環境の変化を模擬し実際の環境
の変化を計測しその差を検出するプログラムを組み込ん
でおく。

このような構成により、例えばロボッＩ−２がボルトを
つかんである場所から他の場所へ移し、この場所でロボ
ット２がポル１−締めする場合などは、環境データファ
イル２７にボルトに関するデータを入れておくことによ
り、計算機］５は、ロボット２がボルトをつかんである
場所から他の場所へ移しこの場所でポル１−締めすると
いう、環境の変化状態を模擬することができる。

さらに、実際の環境変化がＴＶカメラ２６で計測され、
この計測結果と模擬結果との差が地」二側に送られるよ
うになっているが、このように環境変化の差情報が地上
側に送られてくると、計算機］６は送られてきた環境変
化差情報と環境データファイル２８のデータとを使って
、上記の環境変化（ロボット２が、ボルトをつかんであ
る場所から他の場所へ移し、この場所でボルト締めする
という動作）を表示装置］７にシュミレー１−表示する
。

これにより、この第２実施例によれば、前述の第１実施
例とほぼ同様の効果ないし利点が得られるほか、地上の
オペレータＩＡは環境の変化をも見ることができるので
、より実際に近いロボット２の動きを見ながら、ロボッ
ｌ−２を操作することができる。

（Ｃ）その他 なお、この遠隔ロボット操縦システムは、宇宙空間（宇
宙ステーション）以外、地球上での遠隔地に配置される
ロボットの操縦システムにももちろん適用することがで
きる。

［発明の効果］ 以−Ｌ詳述したように、本発明の遠隔ロボット操縦シス
テムによれば、ロボットの側に上記のような遠地シュミ
レータを設けたので、ロボットの状態を知るための情報
としてロボット操縦装置との間で画像といった大量の情
報を伝送する必要がなく、しかも通信による遅れの影響
を受けずにロボットを制御できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明の第１実施例を示すブロック図、第３図
は本発明の第２実施例を示すブロック図、第４図は従来
例を示すブロック図、 第５図は他の従来例を示すブロック図である。 図において、 ■はロボット操縦装置、 ＩＡはオペレータ、 ２はロボット、 ６．８は通信装置（情報伝送手段）、 １４は検出手段、 １４ａはエンコーダ、 １４１）は触覚センサ、 １５は計算機（遠地シュミレータ）、 】−６は計算機（適地シュミレータ）。 １７は表示装置、 １８はロボットデータファイル、 １９はロボット制御装置。 ２０はロボットデータファイル、 ２１〜２５はデータ線、 ２６はＴＶカメラ、 ２７．２８は環境データファイルである。 イ芝床青りＥがイブロック閃 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロボット操縦装置（１）と、 該ロボット操縦装置（１）に対し遠隔の地に配置され該
   ロボット操縦装置（１）から所要の情報伝送手段（６、
   ８）を介して伝送されてきたコマンド情報に基づき動作
   するロボット（２）と、 該ロボット（２）の実際の状態を検出する検出手段（１
   ４、１４ａ、１４ｂ）と、 該ロボット（２）の側に置かれ、該ロボット操縦装置（
   １）からの該コマンド情報に基づき該ロボット（２）の
   動作を模擬し、該模擬結果と該検出手段（１４、１４ａ
   、１４ｂ）からの該ロボット（２）の実際の状態とを比
   較し、その比較差を検出して、該比較差に基づき該ロボ
   ット（２）に動作修正コマンドを送出しうる遠地シュミ
   レータ（１５）と、 該ロボット操縦装置（１）の側に配置され、該ロボット
   操縦装置（１）からの該コマンド情報および該遠地シュ
   ミレータ（１５）から該情報伝送手段（６、８）を介し
   て伝送されてきた該比較差情報に基づき該ロボット（２
   ）の動作を模擬する近地シュミレータ（１６）とをそな
   えて構成されたことを 特徴とする、遠隔ロボット操縦システム。