JPH02185392A - ロボット又はマニピュレータ用安全装置及び該装置を備えたロボット又はマニピュレータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロボット又はマニプユレータがＴＶカメラによ
るオペレータの視野から外れた状態で動作したり暴走す
るのを防止するロボット又はマニピュレータ用安全装置
及び該装置を備えたロボット又はマニプユレータに関す
る。

〔従来の技術〕

従来のロボット又はマニピュレータ用安全装置としては
、ロボット又はマニピュレータの各関節にリミットスイ
ッチを設けたり、ソフトウェア的に動作範囲を制限する
ものが一般的であった。また従来もＴＶカメラでロボッ
ト又はマニピュレータの動作を監視することは一般に行
なわれていたが、その画像が暴走防止などのための安全
装置として利用されることはなかった。なお、この種技
術に関連するものとしては、論文「宇宙基地実験モジュ
ールマニピュレータ系の予備設計検討」（第３０回宇宙
科学技術連合講演集、１９８６年、頁４０８，４０９）
や、論文「マルチメディアデイスプレィを用いた遠隔ロ
ボット操作システム」、（宇宙用人工知能／ロボット／
オートメーシ目ンシンポジウム講演集、１９８７年、頁
２３〜２６）が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、安全装置としてロボット又はマニピュ
レータの関節の角度や角速度を検知するセンサの故障に
対して配慮がされておらず、これらのセンサが故障する
とロボット又はマニピュレータが非常に急激な動作を引
き起こしたり、予めソフトウェア的に制限された範囲を
越えて動作してしまうような事態を招く恐れがあって、
このような状況に対してはオペレータが目視又はＴＶ画
像により常時にロボット又はマニピュレータの動作を判
断して、手動で緊急停止をかけるしかなく自動的に対処
できないので、オペレータの負担増とヒユーマン・エラ
ー（特に宇宙環境では人間の判断力が低下するといわれ
ている）による誤判断などを招く問題があった。またＴ
Ｖカメラで監視してもロボット又はマニピュレータがＴ
Ｖ画像の視野から外れたところで動作するのを防止する
点について配慮がされておらず、この状況でさらにオペ
レータが直接目視により十分監視できないような場合に
は、ロボット又はマニピュレータがいわゆる″めくら運
転″の状態になってしまうので、もし動作領域内に予期
しない障害物たとえば人間が不注意で入り込んでしまっ
た等の事態が発生しても、それを回避するのが困難とな
る問題があった。

本発明の目的は、ロボット又はマニピュレータが″めく
ら運転″の状態になったり急激な動作を引き起こしたり
ソフトウェア的に制限された範囲を越えて動作しないよ
うに、ロボット又はマニピュレータの動作を′１゛■画
面の範囲内に制約して暴走などを防止できるロボット又
はマニピュレータ用安全装置及び該装置を備えたロボッ
ト又はマニピュレータを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のロボット又はマニ
ピュレータ用安全装置及び該装置を備えたロボット又は
マニピュレータは、ＴＶカメラによりロボット又はマニ
ピュレータの監視対象の特定部位又は全体の動作を監視
し、該′１゛■カルラの画像を利用して画像処理装置に
より特定部位又は全体を識別して識別信号を出力するよ
うにしたものであり、また特定部位又は全体がＴＶ画像
の視野から外れたことを検知してロボット又はマニピュ
レータの停止信号又は及び警報信号を出力するようにし
たものであり、さらにＴＶカメラのズーム機構によりＴ
Ｖ画像の視野を変えられるようにしたものである。

〔作用〕

上記のロボット又はマニピュレータ用安全装置及び該装
置を備えたロボット又はマニピュレータは、ＴＶカメラ
がロボット又はマニピュレータの監視対象の特定部位又
は全体の画像を取り込み、このＴＶ画像から画像処理装
置が特定部位又は全体を識別して識別信号を出力し、ま
た特定部位または全体がＴＶ画面内にあるか否かを判断
して、１゛■画面から外れたと判断した場合にはロボッ
ト又はマニピュレータの制御装置に対して停止指令信号
を出力することによりロボット又はマニピュレータを停
止させ、これにより急激な動作をある範囲内で中断させ
たり゛めくら運転″を避けることが可能となり、又は及
び警報信号を出力することによりオペレータにその状態
を知らせることができ、さらにＴＶカメラのズーム機構
によりＴＶ画像の視野を変えてロボット又はマニピュレ
ータの動作制限範囲を容易に変更できるので、ＴＶ画面
を動作制限範囲よりも狭い範囲に設定しておくことによ
り動作制限範囲を越えて動くことがなくなり、暴走など
を防止できる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図から第６図により説明す
る。

第１図は本発明によるロボット又はマニピュレータ用安
全装置の第１の実施例を示す機能ブロック図である。第
１図において、１０は１関節以上のマニピュレータアー
ム、１１は各関節のモータドライバ、１２は各関節のモ
ータである。２０はマニピュレータ１０の先端に付いて
いるグリッパ、２１はグリッパ２０に付いている１個以
上のレーザーダイオードＬＤ等の信号源である。３０は
グリッパ２０の動作を監視するＴＶカメラ、３１はその
ズーム機構、３２はその雲台、３３はＴＶカメラコント
ローラである。５０は画像処理装置。

５１は画像プロセッサ、５２はバンドパスフィルタＢＰ
Ｆ、５３は判定器である。６０はＴＶモニタ、７０は警
報装置、８０はアームコントローラである。本実施例は
１関節以上のマニピュレータアーム１０の先端に付いて
いるグリッパ２０の動作をＴＶカメラ３ｏで監視して、
グリッパ２０がＴＶモニタ６０の画面から外れると、画
像処理袋ｖ１５０よりマニピュレータアーム１０を停止
させる停止指令１００を出力すると同時に、警報信号１
０１を出力するものである。

第１図のグリッパ２０にはある特有の波長の光を放射す
るレーザーダイオードＬＤ等の信号源２１が少なくとも
１個付いており、ＴＶカメラ３０はグリッパ２０を監視
するがその際にレーザダイオード等の信号源２１の放射
光１０２も受光する。

′ｒ■カメラ３ｏより得られる画像信号（１）１０３は
画像処理装置５０の画像プロセッサ５１に入力され、画
像プロセッサ５１により処理された画像信号（２）１０
４はＴＶモニタ６０に表示され。

その画面上にグリッパ２０が映し出される。その際にＴ
Ｖカメラ３０の視野にグリッパ２０上のレーザダイオー
ド等の信号源２１が入っていれば、その放射光１０２を
受光するため、画像信号（１）１０３、画像信号（２）
１０４にも特有の波長光の信号が含まれる。この信号を
ＢＰＦ５２にかけて判定器５３に人力し、判定器５３で
はＢ　Ｐ　Ｆ’　５２からの出力がある基準値以上にな
わば、グリッパ２０がＴＶ画面上にあると判断して、特
に何らかの指令を出すことはない。

次にグリップ２０上のレーザーダイオード等の信号源２
１がＴＶカメラ３０の視野から外れると、ＢＰＦ５２の
出力がある基準値以下となり１判定器５３ではグリッパ
２０がＴＶ画面から外れたと判断して、警報装置７０に
警報信号１０１を出力すると同時に、アームコントロー
ラ８０に対して割込みの停止指令１００を出力する。停
止指令１００を受けたアームコントローラ８０はマニピ
ュレータアーム１０の各関節のモータ１２を駆動するモ
ータドライバ１１に停止指令１００を伝達し、各関節を
停止・保持させ、マニピュレータアーム１ｏは停止する
。その後にマニピュレータアーム１０を再起動させるた
めには、本安全装置をオフにしてリセットをかけるか、
ＴＶカメラコントローラ３３によりＴＶカメラ３０のズ
ーム機構３１でＴＶカメラ３０の視野を拡げるか、また
は雲台３２を動かしてＴＶカメラ３０の視野に再びグリ
ッパ２０とレーザーダイオード等の信号源２１が入るよ
うに調整してやればよい。

第２図は本発明による同安全装置を備えたロボット又は
マニピュレータの第１の実施例を示すマニピュレータの
斜視図である。第２図において、各図面を通じて同一符
号は同−又は相当部分を示すものとし、２１ａ、２１ｂ
はレーザーダイオード等の信号ＷＡ２１，３４はＴＶカ
メラ３ｏ用の照明装置、４０は本安全装置を含むエレク
トロニクス類を収納する箱である０本実施例はマニピュ
レータアーム１０のグリッパ２０がロール関節について
３６０°回転するため、レーザダイオード等の信号源２
１として同信号源２１ａ、２１ｂなどを９０″毎に４個
付けている。なお本マニピュレータアーム１０がマスタ
スレーブマニピュレータシステムのスレーブアームなど
の場合には、本安全装置をエレクトロニクス類を収納す
る箱４０ではなくマスタアーム側などの他の場所に設置
してもよく、ＴＶモニタ６０についても同様である。

第３図は本発明によるロボット又はマニピュレータ用安
全装置の第２の実施例を示す機能ブロック図である。第
３図において、２２は変調器、５４は復調器である。そ
の他は第１図と同様である。

本実施例はグリッパ２０上のレーザーダイオード等の信
号源２１を変調器２２で変調させて発光させ、その信号
を画像処理装置５０の復調器５４で復調させることによ
り、判定器５３でグリッパ２０がＴＶ画面内にあるか否
かの判定をするようにしたものである。

第４図は本発明によるロボット又はマニピュレータ用安
全装置の第３の実施例を示す機能ブロック図である。第
４図において、５５はパターンマツチング器である。本
実施例はグリッパ２０にはレーザーダイオード等の信号
ｇ２１（第１図）を付けずに、画像処理装置５０の内の
パターンマツチング器５５でグリッパ２０のパターンラ
イブラリとＴＶカメラ３０より得られた画像とのパター
ンマツチングを行なうことにより、判定器５３でＴＶ画
面上のグリッパ２０の有無を判断するようにしたもので
ある。

第５図は本発明によるロボット又はマニピュレータ用安
全装置の第４の実施例を示す機能ブロック図である。第
５図において、２１ａ、２１ｂ。

２１ｃはレーザーダイオード等の信号源２１である。そ
の他は第１図と同様である。本実施例はＴＶモニタ３０
で監視する１つの部位のグリッパ２０に複数個のレーザ
ーダイオード等の信号源２１を付けて、それらの信号の
ＡＮＤ／○Ｒにより判定を行なうようにしたものである
。例えばレーザーダイオード等の信号源２１として３個
の同信号源２１ａ、２１ｂ、２１ｃを１つの部位のグリ
ッパ２０に付ける。このとき画像処理装置５０の判定器
５３では、信号の３つともモニタ画面から消えた時のみ
停止信号１００を出したり、少なくとも１つ消えたら停
止信号１００を出したり、３つのうち２つ消えたら停止
信号１００を出したりするようにロジックを自由に設定
することにより、停止指令１００を出力する時とマニピ
ュレータアーム１０の１つの部位のグリッパ２０の実際
の状況とが一致する精度を調整することができる。警報
装置１０１へ出力する警報信号１０１についても同様で
ある。

第６図は本発明による同安全装置を備えたロボッ１へ又
はマニピュレータの第２の実施例を示すマニピュレータ
の斜視図である。第６図において、２１ａ、２１ｂ、２
１ｃ、２１ｄ、２１ｅはレーザーダイオード等の信号源
２１である。他は第２図と同様である。本実施例はマニ
ピュレータ１０のグリッパ２ｏ上のレーザーダイオード
等の信号源２１ａ、２１ｂなどの他に、動きの大きな関
節の部位にもレーザーダイオード等の信号源２１として
同信号源２１ｃ、２１ｄ、２１ｅなどを付けて、より安
全性の高い監視を行なうようにしたものである。

本発明は一般のロボットやマニピュレータあるいは宇宙
用のマスタスレーブマニピュレータなどに適用可能であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ロボット又はマニピュレータ等の“め
くら運転″が防止できるので、暴走などを防止して安全
性を向上させる効果がある。またＴＶカメラによる監視
範囲外にロボットやマニピュレータが出ると自動停止信
号およびｇ報信号が出るため、オペレータの負担を軽減
する効果もある。特に宇宙用マニピュレータにおいては
、宇宙環境で人間の判断力が鈍ることが知られており、
ヒユーマンエラーの低減等の効果が大となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるロボット又はマニピュレータ用安
全装置の第１の実施例を示す機能ブロック図、第２図は
本発明による同安全装置を備えたロボット又はマニピュ
レータの第１の実施例を示すマニピュレータの斜視図、
第３図は本発明による同安全装置の第２の実施例を示す
機能ブロック図、第４図は本発明による同安全装置の第
３の実流側を示す機能ブロック図、第５図は本発明によ
る同安全装置の第４の実施例を示す機能ブロック図、第
６図は本発明による同安全装置を備えたロボット又はマ
ニピュレータの第２の実施例を示すマニピュレータの斜
視図である。 １０・・・マニピュレータアーム、１１・・・モータド
ライバ、１２・・・モータ、２０・・・グリッパ、２１
゜２１ａ〜２１ｅ・・・レーザーダイオード等の信号源
、２２・・・変調器、３０・・・ＴＶ左カメラ３１・・
・ズーム機構、３２・・・雲台、３３・・・ＴＶカメラ
コントローラ、３４・・・照明装置、４０・・・本安全
装置を含むエレクトロニクス類を収容する箱、５０・・
・画像処理装置、５１・・・画像プロセッサ、５２・・
・ＢＰＦ、５３・・・判定器、５４・・・復調器、５５
・・・パターンマツチング器、６０・・・ＴＶモニタ、
７０・・・ｒ！１報装置、８０・・・アームコントロー
ラ。 第 ？ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボット又はマニピュレータの監視対象の特定の部
   位又は全体の動作を監視する少なくとも１つのＴＶカメ
   ラと、該ＴＶカメラの画像を利用して監視対象の特定の
   部位又は全体を識別して識別信号を出力する画像処理装
   置とから成るロボット又はマニピュレータ用安全装置。 ２、上記画像処理装置は上記ＴＶカメラにより得られる
   画像から監視対象の特定の部位又は全体が外れるとロボ
   ット又はマニピュレータの動作を停止させる停止信号を
   出力する請求項１記載のロボット又はマニピュレータ用
   安全装置。 ３、上記画像処理装置は上記ＴＶカメラにより得られる
   画面から監視対象の特定の部位又は全体が外れると警報
   信号を出力する請求項１又は請求項２記載のロボット又
   はマニピュレータ用安全装置。 ４、上記ＴＶカメラのレンズの焦点距離を変化させる手
   段を設けてＴＶカメラの画像の視野を変化させることに
   より監視対象の特定の部位又は全体の動作範囲を変更で
   きるようにした請求項１又は請求項２又は請求項３記載
   のロボット又はマニピュレータ用安全装置。 ５、請求項１記載のロボット又はマニピュレータ用安全
   装置を備えたロボット又はマニピュレータ。 ６、請求項２記載のロボット又はマニピュレータ用安全
   装置を備えたロボット又はマニピュレータ。