JPH0254313A - ロボット用監視装置 - 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） 本発明は原子カプラント等の遠隔操作による作業を必要
とする施設で使用される遠隔操作のロボット用監視装置
に係る。

（従来の技術） 危険物の除去、放射線被曝の危険のある核廃棄物の処理
等、直接の作業が不可能な作業にあっては、遠隔操作の
マスタ・スレーブマニピュレータや、遠隔操作の無人走
行車等の各種遠隔操作機器が使用されることが多い。前
記のような作業においては、作業部位を直視できない場
所で遠隔操作をしなければならないことが多く、作業部
位を監視するためにＴＶカメラとモニタを併用した遠隔
操作監視装置が使用されている。

以下、マスタ・スレーブマニピュレータシステムを例と
して従来のロボット用監視装置について説明する。マス
タ・スレーブマニピュレータシステム等の遠隔操作のロ
ボットの監視用ＴＶカメラは、通常複数の自由度を持っ
た雲台に載架して使用される。而して、前記のＴＶカメ
ラは雲台の動きによってロボットの全動作範囲をカバー
するようになっている。従来の遠隔監視装置においては
、モニタテレビが固定されているためスレーブ側のＴＶ
カメラが任意に動きその視線が変化すると、モニタテレ
ビの画面の方向が分からなくなり、マスタアームの操作
すべき方向を見失うことがある。

このような不具合を解消するため、最近マスタアームの
座標がＴＶカメラの方向、姿勢にかかわりなくモニタ画
面上の座標と常に一致するように、マスク・スレーブ間
の座標交換を雲台の動作に追従させて自動的に行なうこ
とが試みられている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の不具合解消手段を実施するには座
標変換の変換係数を実時間で変化させる必要があり、多
量の実数計算を高速、短時間に処理しなければならない
。そのためには、高速演算が可能な高価な計算機を使用
する必要がある。また、この解消手段においては絶対座
標によるスレーブ全体の状態、向き等が操作者には分か
らないので、スレーブと環境との全体的な位置関係が明
らかでなく、スレーブの動作限界の把握、スレーブと現
在ＴＶカメラの視野外にある物との相対位置の把握等が
不可能であり、誤操作を生じる危険がある。

本発明は上記の事情に基づきなされたもので、遠隔操作
ロボット側に搭載されたＴＶカメラの視線、姿勢をオペ
レータに忠実に伝えることができ、しかも簡単で安価な
ロボット用監視装置を提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のロボット用監視装置は、多関節のマスタアーム
および同じく多関節のスレーブアームを具えたマスタ・
スレーブマニピュレータと、このマスタ・スレーブマニ
ピュレータのスレーブアームにパン、ティルトの可能な
雲台を介して取り付けたＴＶカメラと、前記マスタアー
ムを操作するオペレータ側に前記ＴＶカメラ雲台と同様
の自由度を有するビデオプロジェクタ雲台に装着して設
置したビデオプロジェクタと、前記オペレータの位置の
前方に設けられビデオプロジェクタ雲台のティルト軸を
中心とする球面状のビデオスクリーンと、前記マスタ・
スレーブマニピュレータの駆動制御を行なう手段と、前
記ＴＶカメラ雲台の駆動制御行なう手段と、前記ビデオ
プロジェクタの駆動制御を行なう手段とを有するものに
おいて、前記ビデオプロジェクタ雲台をＴＶカメラ雲台
の動きに追従して駆動・制御し、ＴＶカメラの方向およ
び姿勢とビデオプロジェクタのそれ等とを常時ほぼ相似
に保持するようにしたことを特徴とする。

（作用） 上記構成の本発明ロボット用監視装置においては、ＴＶ
カメラの方向および姿勢とビデオプロジェクタのそれ等
とが常時ほぼ相似に保持されるため、オペレータが観察
するビデオスクリーン上の映像の方向、姿勢は、ＴＶカ
メラの視野のそれ等と全く一致するので、ロボットから
見える周囲の物体の絶対的な位置、方向が直感的に判断
できる。

さらに、本発明のロボット用監視装置においては、ビデ
オスクリーン上の映像画面内の座標軸は、常にビデオプ
ロジェクタを中心とするオペレータ側の固定された座標
軸と一致している。従って、オペレータは仮りに映像画
面内にスレーブアームの映像が見えていなくても、映像
画面内の所望の方向に方向にマスタアームを操作すれば
、スレーブアームを所望の位置に動かすことができる。

（実施例） 以下、第１図〜第５図につき本発明の第１の実施例を説
明する。この実施例はマスタ・スレーブマニピュレータ
を利用して構成したもので、第１図はそのロボット（ス
レーブ）側を示し、ロボットの基板１０には立体ＴＶカ
メラ１１を支持し垂直、水平両輪を中心として傾動（パ
ン、ティルト）されるＴＶカメラ雲台１２が取り付けら
れ、前記基板１０に取り付けられたスレーブアーム１３
は。

前記立体ＴＶ左カメラよって監視されるようになってい
る。

第２図は前記ＴＶカメラ雲台１２を拡大して示す図で、
基板１０から垂下したＴＶカメラ雲台基部１２ａ内には
モータ、減速機を含むパン駆動部１２ｂが設けられ、こ
のパン駆動部１２ｂはコ字状のＴＶカメラ雲台枠１２ｃ
を垂直軸を中心として回動させる。また、ＴＶカメラ雲
台枠１２ｃの脚片にはティルト駆動部１２ｄが設けられ
、このティルト駆動部は立体ＴＶ左カメラ１を水平軸を
中心として傾動させる。なお、図中１４はＴＶカメラ下
面に設けた撮像用光源を示している。而して、ＴＶカメ
ラ雲台１２によるパンとティルトとによって立体ＴＶ左
カメラ１はスレーブ１３の全動作範囲を監視し得るよう
になっている。

第３図は前記実施例のオペレータ側の要部を示す斜視図
である。この図において、基台１５に立設された支柱１
６にはビデオプロジェクタ１７を載架され、前記ＴＶカ
メラ雲台１２と同様の構成のビデオプロジェクタ雲台１
８が取り付けられ、基台１５上の椅子１９に坐ったオペ
レータ２０は、立体スコープ２１を装用して図示しない
ビデオスクリーンを監視している。なお、図中２２はマ
スタアームでオペレータ２０は右手でこれを操作してい
る。

第４図は前記オペレータ側の全体を示す概略側面図であ
る。この図において、ビデオスクリーン２３は前記ビデ
オプロジェクタ１７のティルト軸を中心とする半径ｒの
球面の一部をなしている。

従って、ビデオプロジェクタ１７はそのティルトとパン
によってビデオスクリーン２３上の任意の位置に結像す
ることができる。また、ビデオプロジェクタ１７はＴＶ
カメラ１１から送られた映像信号をＲ，Ｇ、Ｂの光の３
原色に変換して、前記ビデオスクリーン２３に投射し結
像させるものである。また、オペレータの装用する立体
スコープは液晶式シャッタレンズを具えたものとしであ
る。

第５図は前記実施例の制御・駆動システムを示す模式図
である。この図において、前記制御・駆動システムは統
括システム用計算機３ｏ、マスタ・スレーブ制御用計算
機３１、スレーブ駆動制御機３２、マスク駆動制御機３
３、雲台制御用計算機３４、ＴＶカメラ雲台制御用計算
機３５、ビデオプロジェクタ雲台制御用計算機３６、操
作・表示パネル３７、立体ＴＶカメラ制御回路３８によ
って構成されている。

上記構成の前記実施例の作動は下記の通りである。マス
タ・スレーブマニピュレータは、一般にオペレータ２０
の操作するマスタアーム２２の動作に追従してスレーブ
アーム１３を制御する遠隔操作ロボットシステムであり
、前記マスタスレーブ制御計算機３１は両アームの位置
、速度等の指令・制御を行なう、オペレータ２０は立体
ＴＶ左カメラ１の撮像し、プロジェクタ１７でビデオス
クリーン２３上に結像させた映像を観察しながら、マス
タアーム２２を操作する。ビデオスクリーン２３上の画
面からスレーブアーム１３が外れた場合には、操作パネ
ル３７から雲台制御用計算機３４に指令を発しＴＶカメ
ラ雲台１２を適宜ティルト、パンさせてスレーブアーム
１３が再び前記画面内に入るようにする。これと同時に
雲台制御用計算機３４は、ビデオプロジェクタ雲台１８
の制御をも行なって、ビデオプジェクタ１７をＴＶカメ
ラ１１に追従してそれ等の方向、姿勢が常に相似となる
ようにする。すなわち、これによりビデオスクリーン２
３上に投射、結像される画面の方向、姿勢は、立体ＴＶ
左カメラ１の視野のそれ等と常時一致されていることと
なる。第６図はマスタアーム操作中のオペレータを背後
から見て示した斜視図である。この図中２３ａはビデオ
スクリーン２３上の映像画面、１３ａは前記画面におけ
るスレーブアームの映像を示している。

上記構成の本発明のロボット用監視装置においては、 ■オペレータ２０が観察するビデオスクリーン２３上の
映像の方向、姿勢は、立体ＴＶ左カメラ１の視野のそれ
等と全く一致するので、ロボットから見える周囲の物体
の絶対的な位置、方向が直感的に判断でき、臨場感に富
んだ監視システムとなる。

■従来の遠隔監視装置では、ビデオスクリーンまたはモ
ニタテレビ上の画面が固定されているため、オペレータ
２０は常に正面（ビデオスクリーンまたはモニタテレビ
に正対する方向）を見ている必要があった。従って、オ
ペレータ２０がマスタアーム２２とビデオスクリーンま
たはモニタテレビの映像とを同時に観察することはでき
なかった。

ところが、本発明のロボット用監視装置においては、操
作パネル３７によってＴＶカメラ雲台１２を操作してス
レーブアーム１３の動作状態を追うと、スレーブアーム
１３の動作方向と全く同一の方向にビデオスクリーン２
３上の映像画面２３ａが移動し、しかもこの時マスタア
ーム２２とスレーブアーム１３の姿勢は一致するから、
オペレータ２０はマスタアーム２２ごしに映像画面２３
ａを見ることとなり、オペレータはその両方を同時に観
察できることとなる。

■さらに、本発明のロボット用監視装置においては、ビ
デオスクリーン２３上の映像画面２３ａ内の座標軸は、
常にビデオプロジェクタ１７を中心とするオペレータ２
０側の固定された座標軸と一致している。従って、オペ
レータ２０は仮りに映像画面２３ａ内にスレーブアーム
１３の映像１３ａが見えていなくても、映像画面２３ａ
内の所望の方向に方向にマスタアーム２２を素直に操作
すれば、スレーブアーム１３を所望の位置に動かすこと
ができる。

なお、前記説明した第１の実施例とほぼ同様の構成で、
第５図に示した統括システム計算機３０の機能が若干具
なるものとしてもよい。。すなわち、統括システム計算
機３０にスレーブアーム１３のハンドが常に立体ＴＶカ
メラ１１の視野内に入るよう、スレーブアーム１３の動
きに追従してカメラ雲台１２を制御する機能を持たせる
。このようにすれば、オペレータ２０はＴＶカメラ雲台
１２の操作を行なう必要はない。つまり、マスタアーム
２２を操作すれば、操作した方向に操作と同時にビデオ
スクリーン２３上の映像画面が移動し、しかもスレーブ
アーム１３は常に画面内に捉えられていることとなる。

前記第１図〜第６図と同一部分には同一符号を付した第
７図は本発明の第２の実施例を示す斜視図である。オペ
レータ２０の前にマスタアーム２２および操作パネル３
７に代え、スレーブアーム１３を操作するジョイステッ
ク３９が設けられている。この実施例ではマスタアーム
に代えジョイステック３９を操作してスレーブアーム１
３を操作するが、この実施例でもシステム計算機３０の
機能如何によって前記第１の実施例と同様の作用、効果
が得られる。

第１図〜第７図と同一部分には同一符号を付した第８図
は本発明の第３の実施例の斜視図である。

この実施例では、マニピュレータ１３′、立体ＴＶカメ
ラ１１は無人走行車４０に搭載されている。

この構成の監視軍は第７図に示したオペレータ側装置に
よって制御される。

第５図と同一部分には同一符号を付した第９図は、は前
記第３の実施例の制御・駆動システムを示す。このシス
テムにおいては、第５図のマスタスレーブ制御用計算器
３１に代え走行車制御用計算機３１′が設けられ、また
スレーブ駆動制御機３２に代えマニピュレータ駆動制御
機３２′が設けられ、さらにマスク駆動制御機３３に代
え走行車駆動制御機３３′が設けられている。

この実施例においても前記説明した各実施例と同様の効
果が得られる。すなわち、ビデオスクリーンに投射され
結像した画面の方向、姿勢は、走行車４０上の立体ＴＶ
カメラ１１の視野のそれ等と同一であり、走行車を走行
させて広範囲の監視を容易に行なうことができる。

［発明の効果］ 上記から明らかなように本発明のロボット用監視装置に
おいては、ビデオスクリーン上の映像の方向、姿勢は、
立体ＴＶカメラの視野のそれ等と全く一致するので、ロ
ボットから見える周囲の物体の絶対的な位置、方向が直
感的に判断でき、臨場感に富んだ監視システムとなり、
さらに本発明のロボット用監視装置においては、操作パ
ネルによってＴＶカメラ雲台を操作してスレーブアーム
の動作状態を追うと、スレーブアームの動作方向と全く
同一の方向にビデオスクリーン上の映像画面が移動し、
しかもこの時マスタアームとスレーブアームの姿勢は一
致するから、オペレータはマスタアームごしに映像画面
を見ることとなり、オペレータはその両方を同時に観察
できることとなる。また、本発明のロボット用監視装置
においては、ビデオスクリーン上の映像画面内の座標軸
は。

常にビデオプロジェクタを中心とするオペレータ側の固
定された座標軸と一致している。従って、オペレータは
仮りに映像画面内にスレーブアームの映像が見えていな
くても、映像画面内の所望の方向に方向にマスタアーム
を素直に操作すれば、スレーブアームを所望の位置に動
かすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のスレーブ側の斜視図、
第２図はその立体ＴＶカメラ部の正面図。 第３図はそのオペレータ側の要部を示す斜視図、第４図
はオペレータ側の全体を示す概略側面図、第５図は前記
実施例の駆動・制御システムの模式図、第６図は前記オ
ペレータ側全体を背面から見て示す斜視図、第７図は本
発明の第２の実施例要部の斜視図、第８図は本発明の第
３の実施例の要部の斜視図、第９図は前記実施例の駆動
・制御システムの模式図である。 １１・・・・・・立体ＴＶカメラ　１２・・・・・・Ｔ
Ｖカメラ雲台　１３・・・・・・スレーブアーム　１４
・・・・・・光源１７・・・・・・ビデオプロジェクタ
　１８・・・ビデオプロジェクタ雲台　２０・・・・・
オペレータ　２１・・・・立体スコープ　２２・・・・
・・マスタアーム　２３・・・・・・ビデオスクリーン
　３０・・・・・・統括システム用計算機　３１・・・
・・・マスタスレーブ制御用計算機　３２・・・・・・
スレーブ駆動制御機　３３・・・・・・マスタ駆動制御
機　３４・・・・・・雲台制御用計算機　３５・・・・
・ＴＶカメラ雲台駆動制御機　３６・・・・・・ビデオ
プロジェクタ駆動制御機　３７・・・・・操作パネル＋
　１　図 ＋２図 十３図 ＋５図 ＋４図 ＋９図 ＋７図 ＋８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多関節のマスタアームおよび同じく多関節のスレーブア
   ームを具えたマスタ・スレーブマニピュレータと、この
   マスタ・スレーブマニピュレータのスレーブアームにパ
   ン、ティルトの可能な雲台を介して取り付けたＴＶカメ
   ラと、前記マスタアームを操作するオペレータ側に前記
   ＴＶカメラ雲台と同様の自由度を有するビデオプロジェ
   クタ雲台に装着して設置したビデオプロジェクタと、前
   記オペレータの位置の前方に設けられビデオプロジェク
   タ雲台のティルト軸を中心とする球面状のビデオスクリ
   ーンと、前記マスタ・スレーブマニピュレータの駆動制
   御を行なう手段と、前記ＴＶカメラ雲台の駆動制御行な
   う手段と、前記ビデオプロジェクタの駆動制御を行なう
   手段とを有するものにおいて、前記ビデオプロジェクタ
   雲台をＴＶカメラ雲台の動きに追従して駆動・制御し、
   ＴＶカメラの方向および姿勢とビデオプロジェクタのそ
   れ等とを常時ほぼ相似に保持するようにしたことを特徴
   とするロボット用監視装置。