JPH03213278A - ロボットの遠隔操作支援方式 - 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】 〔発明の概要〕 マスク・スレーブで操作する作業ロボットの遠隔操作支
援方式に関し、 スレーブロボットの速度の大きさ及び方向の把握、制御
を作業者がしやすいようにすることを目的とし、 マスタロボットを作業者がモニタ画面を見ながら操作し
、該マスタロボットの動きをスレーブロボットへ伝えて
該スレーブロボットにマスタロボットと同様な動作をさ
せ、該スレーブロボットをテレビカメラで撮影してその
画像をモニタ画面に表示するロボットシステムの遠隔操
作支援方式において、該モニタに表示されたスレーブロ
ボットの手先に、その動作速度ヘクトルをオーバレイ表
示する構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、マスク・スレーブで操作する作業ロボットの
遠隔操作支援方式に関する。

宇宙や原子力発電所等の極限環境に設置した作業ロボッ
トは、該ロボットをスレーブ、作業者が操作するロボッ
トをマスクとして、マスク・スレーブ方式で操作するこ
とが行なわれている。

〔従来の技術〕

原子力発電所などでは作業現場に作業者が入るのは危険
なのでスレーブロボットを作業現場に入れ、該ロボット
を窓を通して外から見ながら作業者がマスタロボットを
操作して、スレーブロボットに作業させるという方式が
とられる。

人工衛星内／外などの宇宙環境での作業には、スレーブ
ロボットを作業現場におき、地球上のマスタロボットと
の間を通信回線で結び、・テレビカメラとモニタを用い
てスレーブロボットをモニタに写し出し、それを見なが
ら作業者がマスタロボットを操作してスレーブロボット
に作業させる、という方式がとられる。

〔発明が解決しようとする課題〕 ロボットによる作業では、ロボットで対象物を把持し、
移送し、所望位置に置くなどの作業が行なわれる。対象
物を把持すべくハンドを対象物に接近させるとき、対象
物を破壊したりしないように、接近速度を調整する必要
がある。特に宇宙空間では、接触時の相対速度を零にし
ないと、対象物を飛ばしてしまう危険がある。従ってス
レーブロボットのハンドの速度ベクトルの把握は、作業
者にとって重要である。

直視できない所にあるスレーブロボットの遠隔操作では
、作業のモニタをするために、複数のカメラを使って多
様な方向から撮像し、これらの画像をモニタに表示し、
それを見ながら作業者がマスタロボットを操作してスレ
ーブロボットを遠隔操作するが、この場合各カメラによ
って視点が変わり、モニタを見て作業者が自分の操作状
況を把握するのが困難である。

また、マスタロボットとスレーブロボットの構造が異な
ることがあり、この場合、両者の移動方向の対応関係に
迷うことがある。

また、今後開発が予定されている宇宙用船外活動代行ロ
ボットでは、その作業の１つとして、自分自身が慣性空
間に浮遊している状態で、同様に浮遊している対象物を
把持する作業が想定されるが、この場合該ロボットの腕
を動かすことによってロボット本体の姿勢が変化し、カ
メラはロボット本体に搭載されているので、モニタ画像
は作業者にとって意外なものになり、上記ハンドの速度
ベクトルの把握は一層困難なものになる。

更に、マスク・スレーブ間で操作量の縮小機能を持たせ
ることがあり、この場合、スレーブの動きがマスクの動
きに対して小さくなり、モニタ画面上でスレーブの動き
が確認しずらく、どちらに動いているのか分らない場合
がある。

スレーブロボットの速度ベクトルの把握および制御は作
業者に一任する方式が多いが、やりやすいものではない
。上記複数のカメラ・モニタを使用する方式では、作業
者が見ているモニタカメラからの視点を考慮した座標変
換則をマスク・スレーブ間に挿入して、作業者がマスク
を動かす方向とモニタ画面のスレーブ移動方向を一致さ
せることが提案されている。これは、作業者が見るモニ
タは１つで、カメラ切替えで画面切替えを行ないながら
操作する場合は、切替えられたカメラの視点からの座標
変換を挿入すればよいので有力な方法であるが、マルチ
画面またはマルチモニタの画面を見ながら遠隔操作する
場合は、作業者は頻繁に目視するモニタ画面を変動する
ので、それぞれの画面に座標変換を対応させて切替える
と、かえって作業者が迷わされたりする。

本発明はか−る点を改善し、スレーブロボットの速度の
大きさ及び方向の把握、制御を作業者がしやすいように
することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段〕 第１図に示すように本発明では、マスタロボッ１−１０
を作業者１４が、モニタ３０の画面を見ながら操作し、
このマスタロボットの動きを、マスク制御装置１２、ス
レーブ制御装置２２を介してスレーブロボット２０に伝
えて該スレーブロボットにマスタロボットと同様な動作
をさせ、このスレーブロボットの動作をテレビカメラ２
４で撮像し、その画像をモニタへ送るロボットシステム
において、モニタに表示されたスレーブロボットの手先
２０ｂに、その動作速度ベクトル３０ａをオーバレイ表
示する。

速度ベクトル３０ａは第１図ではマスタロボットの動作
から算出し、スレーブ側から送られてきたスレーブロボ
ットの画像とオーバレイ装置３８で重ねてモニタ３０に
表示する。

〔作用〕

このように、モニタ画面のスレーフロボットの手先に、
その速度ベクトルを表示すると、作業者は該手先の今後
の動きを予測でき、過不足の少ない遠隔操作を円滑に実
行できる。

〔実施例〕

本発明の実施例の概要は第１図の如くである。

作業者１４がマスタロボットｌＯを操作するとその動き
、本例では多関節型ロボットであるから各関節の回転量
がマスク制御装置１２に取込まれ、座標変換されて逐次
、ハンド位置指令情報Ｐ７としてスレーブ制御装置２２
へ送られる。これを受けてスレーブ制御装置２２はスレ
ーブロボットに制御信号を送り、マスタロボットと同様
な動作をさせる。スレーブロボットが対象物などから受
ける反力は反力帰還情報ＲＦとしてマスク側へ伝えられ
、これにより作業者は自己が対象物を操作している感触
が得られ、円滑な操作が可能になる。

テレビカメラ２４が撮像したスレーブロボット２０の画
像信号■、は、マスタ側のオーバレイ装置３８へ送られ
る。これらの信号Ｖ、、ＲＦＰ。

およびＰｃは有線または無線の通信回線を通して送られ
る。

速度ベクトル３０ａの表示のために装置３２３４．３６
が設けられる。速度ベクトル算出装置３２は逐次位置指
令情報Ｐ７より、マスタロボットの手先の３次元速度ベ
ク、トルｖ３を算出する。

モニタ画面投影計算装置３４は、該速度ベクトル■３と
、テレビカメラの位置決め機構２４ａからのカメラ位置
情報ＰＣを受け、該速度ベクトルをテレビカメラの画面
（２次元子面）上のロボットハンド位置を始点とする２
次元ベクトル■２に変換して出力する。このベクトル■
２の大きさは、ベクトル表示ゲイン入力装置４０により
調整する。

表示制御装置３６は該２次元ベクトル■２を受け、モニ
タ画面に表示する図形パターンを作成し、そのビデオ信
号Ｖｖを出力する。オーバレイ装置３８でこれらの信号
Ｖｖ、Ｖ、を重ね合せ、その合成出力をモニタ３０へ送
ると、図示のようにスレーブロボットとそのハンドの速
度ベクトルの画像が表示される。

第２図にロボットハンドが対象物に接近する際のモニタ
画面例を示す。（ａ）、　（ｂ）、・・・・・・の順に
時間が経過しており、（ａ）ではまだ離れているので、
ハンドの速度は大きい。つれて速度ヘク］・ル３０　ａ
も大きく　（長く）表示されている。（ｂ）、　（Ｃ）
になるにつれて対象物４２にハンド２０ｂが接近し、（
ｄ）では遂に両者接触する。速度ベクトルは次第に小さ
くなり、（ｄ）では遂にＯになる（そのようにマスクを
操作する）。速度ベクトル３０ａがスレーブロボットの
手先の速度ベクトルに対応していると、速度０での接触
が作業者にとってやり易くなる。

第３図は軌跡制御をする場合のモニタ画面例を示す。障
害物があったりしてロボットハンドを点線経路で動かし
たい場合（この点線経路は、画面−にに実際に表示され
るものではなく、作業者の意図又は予定した経路を説明
上、模式的に示す）、速度ベクトル３０ａが表示される
なら、作業者は該速度ベクトルが、自己が予定又は意図
しているハンド軌跡（点線・）の接線ベクトルになるよ
うに、マスタロボットのハンドを操作すればよく、これ
でスレーブロボットハンドに点線軌跡を画かせることが
できる。この第３図でも（ａ）、　（ｂ）・・・・・・
の順に時間経過している。

テレビカメラは、スレープロポ・ノドをは・中央にして
そのＸ、Ｙ、Ｚ方向に配置し、モニタ画面もＹ−Ｚ面、
Ｚ−Ｘ面、ＸＴＹ面の３面用意し、各々に３次元ヘクト
ル■、を当該面に投影したもの■２を表示するようにし
てもよい。この場合第１図の装置３４，３６．３８は各
３個必要になり、モニタ３０も３個用意しまたは１モニ
タに３画面表示する様にする。勿論テレビカメラ等は更
に多数または少数にしてもよい。立体表示の場合、第２
図、第３図は各面に対しそれぞれ有ることになる。

複数のカメラで撮像し、それをモニタに表示して遠隔操
作する場合、切替え表示する、マルチ画面にする、等が
一般的である。第４図にマルチ画面の一例を示す。５１
．５２は全景を写した画面で前者は上方か゛ら、後者は
側方から見た画像である。５３．５４はハンド部の近景
で、前者は上方から、後者は側方から見た画像であり、
本実施例では、スレーブロボットのリスト上に設置され
た小型カメラからの画像である。この場合、第１図の装
置３４は、各モニタカメラの座標系に対応する座標変換
機能を含む。

複数のモニタ画像の視点変化に対処する方法として、操
作情報をそれぞれのカメラの撮像方向に合わせて座標変
換する方法があるが、本発明はこれらと併用してもよい
。

また、宇宙用船外活動代行ロボットのような、本体の姿
勢が変動するような場合は、装置３４にこのような変動
に関する座標変換機能を含ませるとよい。

大きな伝送遅延がある場合は、シミュレーションでスレ
ーブロボットの状態を算出し、それを表示する方式があ
る。第５図はこれを示し、２０ｂがスレーブロボットの
ハンド、２０ｃがシミュレーションにより算出したスレ
ーブロボットのハンドである。大きな伝送遅延があるの
で、マスタロボットの操作で直ちにスレーブロボットハ
ンド２０ｂは応動しないが、シミュレーション像２０ｃ
は直ちに応動する（２０ｂはやがて２０ｃに一致する、
シミュレーション結果が正確なら）。この場合速度ベク
トル３０ａをシミュレーション像２０Ｃに表示すること
により、前述の本発明の効果を同様に得られる。

速度ベクトル算出装置３２はマスク制御装置１２が出力
する逐次位置指令情報Ｐ７を取込み、次式で手先の速度
ベクトル■３を計算する。

Ｖ３＝　（ｐ−ｐ、、−＋）／ΔＴ こ−でΔＴは装置１２の各出力の間の時間であり、通信
サンプリング間隔である。モニタ画面投影計算装置３４
はこの速度ベクトル■、と、現在位置Ｐ７と、カメラ位
置情報ＰＣとより、当該カメラの画面上の２次元ベクト
ル■２を算出する。この際、作業者により予め指示され
ているベクトル表示ゲインＫＶ（モニタ上画素／速度）
を作用させる。第６図にこの状態を示す。Ｋｖを大にす
ると、ハントの動作速度が小でも、速度ベクトルは大き
く表示されるので、動きの正確な把握が可能である。こ
れはマスク・スレーブ間に操作量の縮小機能を与えた場
合などに特に好適である。

オーバレイ装置３８はビデオ信号■、と■、を半透明表
示などで重ね合わせる。

マスタロボットとスレーブロボットの手先構造が異なる
場合、モニタ両面上のスレーブロボット手先にマスタロ
ボット手先をオーバレイ表示すると、遠隔操作が容易に
なる。この状態を第７図に示す。点線がオーバレイ表示
したマスタロボット手先である。これには該マスタロボ
ット手先の形状データを格納する記憶装置６１と該手先
の画像を作成する手段６２を設け、該手段６２に記憶装
置６１から読出した形状データと、前記逐次位置指令情
報Ｐｆｉとカメラ位置情報Ｐｃを入力してマスタロボッ
ト手先画像信号を作成させ、これをオーバレイ装置３８
に入力させる。

スレーブ手先に速度ベクトルを表示すると、別の所に速
度を表示して作業者に知らせる場合より、作業者の操作
中の視点の移動が少なくて済む。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明ではスレーブロボットが映し
出されているモニタ画面上に速度ベクトルをオーバレイ
表示するので、複数のモニタ画面を同時に見ながらの遠
隔操作でも、操作方向の把握が容易であり、オペレータ
の視線移動も少なくてすみ、作業者のスレーブロボット
遠隔操作がしやすくなり、ロボット遠隔操作の効率化に
寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図および第３図はモニタ画面の変化例を示す説明図
、 第４図はマルチ画面の説明図、 第５図はシミュレーション画像併用の場合の説明図、 第６図は速度ベクトル算出の説明図、 第７図は他の表示例を示すブロック図である。 第１図で１０はマスタロボット、２０はスレーブロボッ
ト、３０はモニタ、２０ｂはロボブトハンド、３０ａは
速度ベクトルである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マスタロボット（１０）を作業者がモニタ画面（３
   ０）を見ながら操作し、該マスタロボットの動きをスレ
   ーブロボット（２０）へ伝えて該スレーブロボットにマ
   スタロボットと同様な動作をさせ、該スレーブロボット
   をテレビカメラで撮影してその画像をモニタ画面に表示
   するロボットシステムの遠隔操作支援方式において、 該モニタに表示されたスレーブロボットの手先（２０ｂ
   ）に、その動作速度ベクトル（３０ａ）をオーバレイ表
   示することを特徴とする、ロボットの遠隔操作支援方式
   。 ２、該モニタには、マスタロボットの手先がスレーブロ
   ボットの手先と形状が異なる場合、該マスタロボットの
   手先も該スレーブロボットの手先にオーバレイ表示する
   ことを特徴とする請求項１記載のロボットの遠隔操作支
   援方式。