JPH02116494A - ロボットの遠隔操作装置 - 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】 〔概要〕 宇宙空間などの遠隔場所にあるロボットを地上から遠隔
操作するロボットの遠隔操作装置に関し。

伝送信号の伝撮遅延が大きいような遠隔場所にあるロボ
ットの操縦を簡単に行えるようにするとともに、希望し
たとおりにロボットが作動されたかの確認も簡単に行え
るようにすることを目的とし。

ロボット作業状態を監視する撮像手段と共に遠隔場所に
位置されたロボットを遠隔操作するロボットの遠隔操作
装置であって、ロボットへの操作指令を発する操縦手段
と、操縦手段からの操作指令に応じてロボット動作のシ
ミュレーションを。

模擬画像をリアルタイムで表示しつつ行うシミュレータ
と、シミニレ−ジョンに用いたロボット操作指令情報を
ロボットに送信すると共に撮像手段で撮像されてロボッ
ト側から送られてきたロボット作業状態の実画像を受信
する伝送手段と、伝送手段で受信された実画像とシミュ
レータによる模擬画像を所定時間遅延させた同定画像と
を同一画面上に重ね合わせて表示する表示手段とを具備
してなる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は宇宙空間などの遠隔場所にあるロボットを地上
から遠隔操作するロボットの遠隔操作装置に関する。

〔従来の技術〕

近年の宇宙開発に伴い、環境条件の厳しい宇宙でロボッ
トに作業を行わせる必要性が生じている。

例えば宇宙空間における宇宙ステーション建造のための
作業、あるいは無人の宇宙ステーション内における各種
実験等の作業などである。これらの作業は人が容易に近
付けない宇宙での作業であるため、ロボットの操作は地
上あるいは宇宙ステーションからの遠隔操作で行われる
のが一般的である。

第８図はかかるロボットの遠隔操作システムの従来例を
示すブロック図である。第８図において。

宇宙空間に設置されるロボット２０は、ロボットコント
ローラ１３で制御されるロボットアーム１４を備え、ロ
ボットアーム１４にはアームの作業状態を監視するため
のテレビカメラ１５と照明装置１６が取り付けられてお
り、ロボットコントローラ２０と地上との間の各種情報
の送受用に通信装置１２が備えられる。またロボット２
０の全体的な姿勢をとらえるためのテレビカメラ１７も
可能であれば設置される。

地上側装置２２′は、ティーチングボックス等のロボッ
ト操縦装置２６とロボッ）ｉ縦装置コントローラ１８．
これらの装置で発生されるロボット操作指令情報あるい
はロボット側からの監視画像信号などの送受を宇宙ロボ
ット２０との間で行う通信装置７．宇宙ロボット２０の
カメラ１６と１７で揚影された監視用の実画像を地上側
で表示するための複数のモニタテレビ８等を含み構成さ
れている。

この遠隔操作システムでは、地上にいるオペレータは、
ロボット操縦装置１９を用いてテレビモニタ８に表示さ
れるロボットの実画像を見ながらロボットアーム１４を
遠隔操作して所望の作業を行わせている。

〔発明が解決しようとする課題〕

例えばロボットが搭載される可能性があるスペースシャ
トルの周回軌道は数百ｋｍの高さであり。

その周回時間は１〜２時間程度である。このため地上局
に対してスペースシャトルの位置が地球裏側となったり
する時間帯もあるので、地上局とスペースシャトル間の
通信は直接通信で常に行うことができず、したがって通
常は静止衛星を幾つか介した衛星通信で地上局・宇宙ロ
ボット間の通信を行っている。

この結果、電波の伝す長が大きくなるので電波転用遅延
が非常に大きくなる。しかも地上側装置でのロボット操
縦はモニタテレビ８でロボット動作を確認しつつ行うの
で、地上側装置からロボットｉ作指令を発してから宇宙
のロボットが希望した動作を実際に行ったかをモニタテ
レビ８で確認するまでの時間は、少なくとも地上側装置
・ロボット間の伝搬遅延の２倍必要となり、したがって
ロボットの操縦はロボット動作をリアルタイムで確認し
つつ行う場合に比較してはなはだ難しくなる。

また一般に衛星通信回線はその通信容量が限られており
、この衛星通信回線を通してはロボット操作指令情報の
他にも他の種々の制御情報を伝送する必要がある。この
ためロボット操作指令情報伝送に割り当て可能な通信回
線の容量は小さく制限される。一方、ロボットの動きを
監視するための画像情報は一般に情報量が大きい、この
ため。

容量が小さい衛星回線を介してロボットの作業状態を連
続的な動画像信号で地上側装置に送ることは不可能であ
り、ロボット監視用の画像は例えば１秒に１枚程度の半
静止画像とならざるを得ない。

このような半静止画像はロボットの動きを間欠的に伝え
るに過ぎないため、この半静止画像を見ながらのロボッ
ト操縦は容易ではない。

さらに、モニタテレビを見ながらロボットを遠隔ｔｆｉ
ｆｆｌする場合には、単にロボットアーム１４部分の画
像をカメラ１５で撮影するだけでなく、ロボットが作業
対象物に対して全体としてどのような姿勢をとっている
かをカメラ１７で撮影することが、遠隔操縦をより簡単
にする上で必要である。

特にロボットの姿勢が固定的に定まらない宇宙空間では
なおさらである。

ところが、宇宙ロボット２０の場合、ロボットアーム１
４部分を撮影するカメラ１５はロボット自体に備え付は
可能であるが、ロボット全体の姿勢を撮影するカメラ１
７は作業環境によっては用意することが必ずしもできな
い、このため、カメラ１７が用意できない場合はカメラ
１５で撮影されたロボットアーム１４周辺の画像のみを
頼りに遠隔操作を行うこととなるが、この操作は一般に
難しいものであり、満足に操作するにはオペレータにか
なりの熟練が必要である。

このように宇宙等の遠隔場所にあるロボットをモニタ画
像を見つつ遠隔操作する場合には、動作遅延のある半静
止画像を、しかも場合によってはアーム部分等の限られ
た方向のみから見た画像を頼りに操縦を行うことになる
ので、かなり熟練しないと操縦が難しいという問題があ
る。

したがって本発明の目的は、伝送信号の伝搬遅延が大き
いような遠隔場所にあるロボットの操縦を簡単に行える
ようにするとともに、希望したとおりにロボットが作動
されたかの確認も簡単に行えるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明に係る原理説明図である。

本発明に係るロボットの遠隔操作装置は、ロボット作業
状態を監視する撮像手段５６と共に遠隔場所に位置され
たロボット５５を遠隔操作するロボットの遠隔操作装置
であって、　　ロボット５５への操作指令を発する操縦
手段５１と、操縦手段５１からの操作指令に応じてロボ
ット動作のシミュレーションを、模擬画像をリアルタイ
ムで表示しつつ行うシミュレータ５２と、シミュレーシ
ョンに用いたロボ７）操作指令情報をロボット５５に送
信すると共に撮像手段５６で撮像されてロボ−／　）側
から送られてきたロボット作業状態の実画像を受信する
伝送手段５３と、伝送手段５３で受信された実画像とシ
ミュレータ５２による模擬画像を所定時間遅延させた同
定画像とを同一画面上に重ね合わせて表示する表示手段
５４とを具備してなる。

〔作用〕

操作者は操縦手段５１を用いてシミュレータ５２で作成
された模擬画像を見ながらシミュレーションによるロボ
ット操作を行う、この模擬画像としては連続的な動画像
をリアルタイムで作成でき。

しかも種々の方向からロボット５５を見た画像を作成で
きる。このため、このシミュレーションによるロボット
操作は容易に行うことができる。

シミュレーションに用いた操作指令情報は伝送手段５３
を用いてロボット５５に送られ、ロボット５５はその操
作指令情報に基づいて動作を行う。

この動作は理論的にはシミュレーションによるロボット
動作と同じになるはずである。

操作者が希望した通りに実際にロボット５５が動作した
か否かの確認は撮像手段５６で撮像されたロボット作業
状態の実画像を受信表示することによって行う。

この時、受信した実画像と同じタイミングで同じ動作を
するようにシミュレーション模擬画像を遅延させた同定
画像を作成し、この同定画像と実画像とを表示手段５４
で同一画面上に重ね合わせて表示する。これにより作業
状態の同定が簡単に行えるようになる。

〔実施例〕

以下９図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

第２図には７本発明の一実施例としてのロボットの遠隔
操作装置のブロック構成が示される。この実施例はロボ
ット２０を宇宙に設置した場合のものである。

第２図において、宇宙側のロボット２０は、第８図で説
明したものと同じ構成であり、情報通信装置１２．ロボ
ットコントローラ１３．ロボットアーム１４．テレビカ
メラ１５．照明装置１６゜テレビカメラ１７を含み構成
される。ここでテレビカメラ１５はロボットアーム１４
の動きをモニタするようにロボット装置に備えられるも
のである。またテレビカメラ１７はロボット装置の全体
的に姿勢を撮影するためのカメラであり種々の方向から
見るため複数台のこともあるが２作業環境によっては用
意できないこともある。

第３図はかかる宇宙ロボット２０の外観斜視図の一例を
示す図であり、これはちょうど前述のテレビカメラ１７
からロボット装置を見た場合の外観像に相当する。第３
図に示されるように、このロボット装置は、複数の関節
を持って折り曲がり動作しつつ作業を行う４本のアーム
１４と、それらアーム１４の作業を適当な位置からモニ
タできるように移動可能なカメラ１２とを備えている。

なお１図中、２１は宇宙建造物であり、この組立てをロ
ボット２０で遠隔操作で行うものとする。

地上側装置２２は、ティーチングボックス等の操縦装置
１．操縦装置ｌを操作することによってロボットへの操
作指令信号を発生するロボット操縦装置コントローラ２
．コントローラ２からの操作指令信号に応じてロボット
の動作を計算機処理により模擬画像を生成しつつシミュ
レーションする宇宙ロボットシミュレータ３．シミュレ
ーションにより得られた模擬画像を表示するための画像
表示装置（高精細グラフィックデイスプレィ）４゜宇宙
ロボット２０との間で衛里回線を介して情報の送受を行
う通信装置７．ロボット２０から受信したロボット側の
実画像を表示するための１又は複数のモニタテレビ８．
フレームスキャンコンバタ９．ロボット実画像信号と模
擬画像から生成した同定画像信号とを同一画面上に重ね
合わせるオーバーレイ装置１０．オーバーレイ装ｆＩＯ
？重ね合わせた画像を表示するロボット作業環境監視用
モニタテレビ１１などを含み構成される。

シミュレータ３は、ロボット２ｏの例えば構造に関する
種々のデータを格納したロボットデータファイル５と、
ロボットが作業を行う宇宙環境や作業対象物に関する種
々のデータを格納した宇宙環境データファイル６とを備
えており、これらのデータに基づきコントローラ２から
のロボット操作指令信号に応じて宇宙空間に設置された
ロボットの動きをシミュレーションにより求めて、これ
を模擬画像として画像表示装置４にリアルタイムで表示
する。

画像表示装置４におけるｍｉ両画像表示態様としては２
例えば第４図に示されるように、一つの画面を４分割し
、それぞれの分割画面に、ロボット全体の斜視画像Ａ（
カメラ１７で撮影した画像に相当）、ロボット２０の側
面画＠！Ｂ、その正面画＠ＩＣ９および、アームエ４の
作業状態を表示する画＠！Ｄ（カメラ１５で撮影した画
像に相当）を表示するなどの方法が可能である。またこ
れらの分割画面のうちの一つだけを１画面全体に拡大表
示することも可能である。

なお第５図は、第３図の外観構成のロボットと宇宙構造
物についてシミュレーションにより作成した模擬画像の
一具体例を示すものであり、第６図はこのうちの作業状
態表示画像りを画面全体に拡大表示した場合の画像であ
る。

操縦装置１の一構成例が第７図に示される。第７図にお
いて、１００はロボットアームの６軸の関節を駆動する
θ１〜θ６駆動釦、１０１はハンド開閉釦、１０２は編
集釦、１０３はＬＥＤデイスプレィ、１０４はロボット
暴走停止用の緊急停止用釦、１０５はｘｙｚモー゛ド／
アームモード／θモード間の切換えスイッチ、１０６は
１ステツプモ一ド／低速モード／増速モード間の速度制
御スイッチ、１０７は速度を３段階に切り換える速度切
換えスイッチである。ここで編集釦１０２は。

これらの釦を押すことによりティーチング時の口ポット
の位置情報をロボット操縦装置コントローラ２内のメモ
リに格納するためのものである。

以下、実施例装置の動作を説明する。

オペレータは操縦装置ｌを用いて宇宙ロボット２０にさ
せたい動作の操縦を行い、コントローラ２を介してロボ
ット操作指令信号をシミュレータ３に送る。シミュレー
タ３はロボットデータファイル５と宇宙環境データファ
イル６からデータを読み込み、これらのデータに基づき
、ロボット操作指令信号に対応したロボット動作を計算
機処理によるシミュレーションで求め、そのシミュレー
ション結果の模擬画像を画像表示装置４にリアルタイム
で連続的な動画像により表示する。

この場合、オペレータはリアルタイムで連続動作する模
擬画像を見ながら操縦装置１で操縦を行うことができる
ので、このロボットのシミュレーション操縦を容易に行
うことができる。しかも模擬画像としては、ロボットの
全体姿勢の斜視画像Ａ、側面画像Ｂ、正面画＠Ｃ，上面
からみた画像りなどを計算処理により随意に得て第５図
に示される如くに表示することができるので、この模擬
画像を見ての操縦は一層容易である。

シミュレーション操縦に際しては９画像表示装置４上で
、正常に動いたロボット動作のみを逐次取り出して編集
しつつ一連の希望の動作を組み立て、この動作の確認を
行った後に、その動作の操作情報を通信装置７を介して
宇宙空間のロボット２０に送る。

ロボット２０ではこの操作情報を通信装置１２で受信し
、その操作情報に基づきコントローラ１３でロボットア
ーム１４を動作させる。このロボットアーム１４の動作
は理論的にはシミュレータ３で行ったロボットアーム１
４のシミュレーション動作と同じになるはずである。こ
のロボットアーム１４の動作はテレビカメラ１５で撮影
され。

ロボットアーム１４の実画像として通信装置１２によっ
て地上側装置２２に送られる。またカメラ１７がある場
合にはこれらの措影画像も同様に地上側装置に送られる
。この場合、前述したようにこれらの実画像は一般的に
は半静止画像である。

地上側装置２２では受信した実画像をモニタテレビ８で
表示する。カメラ１７が存在する場合にはその画像も他
のモニタテレビ８で表示する。これと共にテレビカメラ
１５の実画像信号（ＮＴＳＣ信号）をオーバーレイ装置
ｌＯに送る。

このオーバーレイ装置１０にはフレームスキャンコンバ
ータ９を介して同定画像が入力される。

どの同定画像はシミュレーションにより作成された模擬
画像をシミュレータ３内で所定時間遅延させたものであ
り９例えばロボット２０から送られオーバーレイ装置１
０に入力された実画像がテレビカメラ１５の撮影画像で
ある場合には、この画像に対応する第５図の画像りの部
分を取り出してこれをフレームスキャンコンバータ９で
１画面のＮＴＳＣ信号に変換したものである。所定の遅
延時間としては、地上側装置２２からロボット操作情報
を送ってから、それに応じてロボット２０で操作された
ロボットアーム１４の動作状態をテレビカメラ１５で撮
影した実画像が地上側装置に到着するまでの時間に設定
される。

この結果、ロボット２０からの実画像と同定画像とは理
論的には同じタイミングで同じ動きをするはずである。

そこでオーバーレイ装置１０によりこの二つの画像信号
を同一画面上に重ね合わせる０重ね合わせ方としては、
一方の画像たとえば同定画像を半透明な画像とし、他方
の画像たとえば実画像はそのままの画像とするなどの方
法が可能である。

オーバーレイされた画像は監視用モニタテレビ１１上に
表示される。この場合、同定画像は連続的な動画像とな
り、実画像は間欠的な動作の半静止画像となる。したが
って半静止している実画像に、連続的に動く同定画像が
一致することを確認していくことで、ロボット２０のロ
ボットアーム１４の作業状態とシミュレーションによる
作業状態との同定を行え、ロボットアーム１４が操作指
令した通りに動いていることを確認できる。

このようにシミュレータ３が生成する同定画像とロボッ
ト２０からの実画像とをオーバーレイして１台のモニタ
テレビ１１上に表示することによって、ロボットを操作
している操作者はロボットアーム１４の作業が正しく行
われているか否かを１台のモニタテレビ１１を見るだけ
で確認することができるため、ロボットの作業の監視が
非常に容易になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、伝送信号の伝搬遅延が大きいような遠
隔場所にあるロボットの遠隔操縦を簡単に行えるように
なるとともに、希望したとおりにロボットが作動された
か否かの確認も簡単に行えるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る原理説明図。 第２図は本発明の一実施例としてのロボットの遠隔操作
装置を示すブロック図。 第３図は宇宙空間にあるロボットの構成例を示す外観斜
視図。 第４図は地上側装置の画像表示装置の分割表示方法の例
を示す図。 第５図は第４図の分割表示方法により表示されたロボッ
トの具体例を示す図。 第６図は第５図中の分割画面を画面全体に拡大表示した
場合の例を示す図。 第７図は地上側装置のロポッ１−ｆｉ縦装置の具体例を
示す外観図、および。 第８図は従来のロボットの遠隔操作装置を示すブロック
図である。 図において。 ｔ　−ロボット操縦装置 ２−ロボット操縦装置コントローラ ３−宇宙ロボットシミュレータ ４−画像表示装置（グラフインクデイスプレィ）５−ロ
ボットデータファイル ６・−・宇宙環境データファイル ７．１２−・・・情報通信装置 ８−モニタテレビ ９−フレームスキャンコンバータ １０−・オーバーレイ装置 １−ロボット作業環境監視用テレビ ３−ロボットコントローラ ４−　ロボットアーム ５．１７−　テレビカメラ ６−・照明装置 ０−・−宇宙ロボット ｌ−宇宙建造物 ２−・−地上側装置 夛 不チヒＢ月１てイ死、る乃巨理シ２明図第１図 画〜も張示聾１睡の壺〒・イ列 第４図 宇宙ｎコ小゛ットのりＦ鐘毬図 第３図 分萄」去ホゐ面の具体例 第５図 拡７．．昌面の異体イ列 第６図 ０不゛・７Ｆ禎１抄１虜貢を貝停４列 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロボット作業状態を監視する撮像手段（５６）と共に遠
   隔場所に位置されたロボット（５５）を遠隔操作するロ
   ボットの遠隔操作装置であって、ロボット（５５）への
   操作指令を発する操縦手段（５１）と、 該操縦手段（５１）からの操作指令に応じてロボット動
   作のシミュレーションを、模擬画像をリアルタイムで表
   示しつつ行うシミュレータ（５２）と、 該シミュレーションに用いたロボット操作指令情報を該
   ロボット（５５）に送信すると共に、該撮像手段（５６
   ）で撮像されてロボット側から送られてきたロボット作
   業状態の実画像を受信する伝送手段（５３）と、 該伝送手段（５３）で受信された実画像と該シミュレー
   タ（５２）による模擬画像を所定時間遅延させた同定画
   像とを同一画面上に重ね合わせて表示する表示手段（５
   ４）と を具備してなるロボットの遠隔操作装置。