JPH0430981A - 遠隔操縦型ロボットのテレビカメラ制御装置 - 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〕 遠隔地で動作指令に応じて作業を行なう作業用ロボット
（スレーブアーム）の作業位置の画像情報を伝送するテ
レビカメラの制御装置に関し、自動的にテレビカメラの
パン、ティルト、フオーカスの各制御を行なうことを目
的とし、先端が変位自在に構成された作業用ロボットを
撮像して得られるテレビカメラからの画像情報を監視し
つつ該作業用ロボットを遠隔操縦するロボット遠隔操縦
システムにおいて、該作業用ロボットの先端の姿勢及び
位置を、該作業用ロボット基部のロボット座標系から該
作業用ロボット先端におけるハンド座標系をみたときの
座標として演算する第１の演算部と、該作業用ロボット
の基部の姿勢及び位置を、前記テレビカメラのカメラ座
標系から前記ロボット座標系をみたときの座標と該第１
の演算部の演算結果とから該テレビカメラから該作業用
ロボットの先端をみた座標を演算する第２の演算部と、
該第２の演算部の演算結果に基づき該テレビカメラの撮
像方向及びフォーカスを該作業用ロボットの先端の動き
に自動的に追従させる制御手段とより構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は遠隔操縦型ロボットのテレビカメラ制御装置に
係り、特に遠隔地て動作指令に応じて作業を行なう作業
用ロボット（スレーブアーム）の作業位置の画像情報を
伝送するテレビカメラの制御装置に関する。

真空中や放射線中などの人間が作業できない場所で作業
するために、作業用ロボットを用いて作業を行なう方法
かある。この方法では、作業用ロボットをスレーブアー
ムとし、遠隔地にあるマスターアームにより人間が操作
した通りに作業用ロボットを操縦するが、その際、作業
対象物や環境の条件に応じて作業用ロボットに動作指令
を与えるために視覚センサが不可欠であり、この視覚セ
ンサとしては一般にテレビカメラが用いられる。

従って、作業用ロボットを遠隔操縦するためには、テレ
ビカメラも制御することか重要となる。

〔従来の技術〕

従来、上記の遠隔操縦型の作業用ロボットの視覚センサ
として用いられるテレビカメラを制御するシステムでは
、第６図の平面図に１で示すテレビカメラを雲台上に乗
せ、テレビカメラからの画像情報を監視しつつ、作業用
ロボットノーンドの先端をテレビカメラか向くように遠
隔操作により雲台を同図のＺｃ軸回りの回転（パン）を
制御したり、同図のＸ。軸回りの回転（ティルト）を制
御し、また広角レンズ等を使用して遠隔操作でピント合
わせ（フォーカス制御）を行なっていた。

また、テレビカメラを第７図にｌａ、ｌｂで示す如く２
つ用意して互いに人間の目の間隔程度能して配置して同
一の被写体２を撮像する立体視用テレビカメラの場合は
、従来、輻襖角θは常に一定であった。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかるに、上記の従来の制御システムでは、パン、ティ
ルト及びフォーカス制御は遠隔操作で人間かマニュアル
で、作業用ロボットのマニュアル操作と並行して行なっ
ていたため、操作が煩雑であり、また輻輳角については
制御できないという問題かあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、自動的にテ
レビカメラのパン、ティルト、フォーカスの各制御がで
きる遠隔操縦型ロボットのテレビカメラ制御装置を提供
することを目的とする。

〔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を示す。同図中、１１
は作業用ロボットで、その先端か変位自在に構成されて
いる。１２はテレビカメラで、作業用ロボット１１の画
像情報を監視のために出力する。１３は第１の演算部て
、作業用ロボット１１の先端の姿勢及び位置を、作業用
ロボット１１の基部でのロボット座標系から作業用ロボ
ット先端におけるハント座標系をみたときの座標として
演算する。

１４は第２の演算部で、作業用ロボットの基部の姿勢及
び位置を、テレビカメラ１２のカメラ座標系からロボッ
ト座標系をみたときの座標と第１の演算部１３の演算結
果とからテレビカメラ１２から作業用ロボット１１の先
端をみた座標を演算する。

１５は制御手段で、第２の演算部１４の演算結果に基づ
き、テレビカメラ１２の撮像方向及びフォーカスを作業
用ロボットの先端の動きに自動的に追従制御させる。

〔作用〕

作業用ロボット１１は第２図に示す如く、固定された基
部１１ｂの位置を示すＸ８軸、Ｘ１軸及びＺ、軸よりな
るロボット座標系２１と、そのハンド先端１１ａの姿勢
の座標を示すＸＨ軸、Ｙ。

軸及びＺＨ軸よりなるハンド座標系２２とで表わされる
。一方、テレビカメラ１２の撮像方向などを示すカメラ
座標系２３はＸｃ軸、Ｙｃ軸及びＺｃ軸よりなり、前記
ロボット座標系２１及びハンド座標系２２とは別である
。

しかして、本発明では第２の演算部１４によりカメラ座
標系２３からハンド座標系２２をみたときの、先端１１
ａの姿勢及び位置を表わす座標を演算算出することかで
き、よってこれに基づき制御手段１５によりテレビカメ
ラ１２を先端１１ａの動きに追従させて先端１１ａを撮
像することができる。

また、立体視用テレビカメラを用いた場合には、テレビ
カメラ１２と作業用ロボット１１の先端の距離から輻輪
角を自動的に制御することができる。

〔実施例〕

第３図は本発明の一実施例を備えたロボットの遠隔操縦
システムの構成図を示す。同図中、第１図と同一構成部
分には同一符号を付しである。第３図において、３０は
遠隔操縦制御装置で、前記した第１の演算部１３．第２
の演算部１４を実現する処理部を有し、またカメラ及び
雲台制御装置３１と共に前記制御手段１５を実現する処
理部も有している。カメラ及び雲台制御装置３１はテレ
ビカメラ１２のフォーカスを制御し、かつ、雲台３２を
駆動制御する。テレビカメラ１２は作業用ロボット１１
の作業環境か見易い位置に配置固定されているが、雲台
３２により撮像方向が３次元的に変位できるよう設置さ
れている。なお、テレビカメラ１２は通常、複数台設置
されている。

遠隔操縦制御装置３０はロボット制御装置３３を介して
作業用ロボット１１に接続されており、またマスターア
ーム制御装置３４を介してマスターアーム３５に接続さ
れている。マスターアーム３５は遠隔地にある作業用ロ
ボット１１と同一形状の６ポツトであり、人間により手
動操作される。また、遠隔操縦制御装置３０はカメラ及
び雲台のリモートコントローラ３６及びモニタテレビ３
７に夫々接続されている。

かかる構成のロボット遠隔操縦システムにおいて、テレ
ビカメラ１２からの作業用ロボット１１の先端１１ａ付
近の画像情報は、カメラ及び雲台制御装置３１及び遠隔
操縦制御装置３０を介してモニタテレビ３７に入力され
、表示される。作業者はこのモニタテレビ３７の画像を
監視しつつマスターアーム３５を手動操作する。すると
、マスターアーム３５の姿勢及び位置に応じた座標を示
す制御信号かマスターアーム制御装置３４．遠隔操縦制
御装置３０及びロボット制御装置３３を介して座標変換
されて作業用ロボット１１に入力され、これにより作業
用ロボット１１はマスターアーム３５と同一の姿勢に変
位される。すなわち、作業用ロボット１１はスレーブア
ームであって、マスターアーム３５と同しように動く。

本実施例では、この作業用ロボット１１のハント先端１
１ａをテレビカメラ１２が常に撮像てきるように、テレ
ビカメラ１２のフォーカス及び雲台３２を自動制御して
いるため、従来行なっていたテレビカメラ１２のマニュ
アル操作を不要にてき、作業者は作業用ロボット１１の
操作に専念することかできる。

次に本発明の要部の構成及び動作について更に詳細に説
明する。第４図は本発明の要部の一実施例のブロック図
を示す。同図中、第３図と同一構成部分には同一符号を
付し、その説明を省略する第４図において、遠隔操縦制
御装置３０は行列演算部４１．パン演算部４２．ティル
ト演算部４３及びフォーカス演算部４４．その他図示し
ない所要の回路部からなる。行列演算部４１は前記した
第１及び第２の演算部１３及び１４の演算を行なう回路
部、パン演算部４２．ティルト演算部４３及びフォーカ
ス演算部４４は前記した制御手段Ｉ５の一部を構成する
演算部である。

まず、行列演算部４１の動作について説明する、第２図
に示したように、作業用ロボット１１の基部１１ｂとハ
ンド先端１１ａとは関節によって結びついた一連のリン
クからなっており、各々に一つずつロボット座標系２１
とハンド座標系２２か割当てられる。また、テレビカメ
ラ１２は作業用ロボット１１とは別の位置に独立して設
けられており、その位置座標はカメラ座標系２３で指定
される。

ここで、カメラ座標系２３からロボット座標系２１をみ
たとき、両座標系の相対回転角度は第５図に示す如く、
Ｚ軸まわりの回転φ、新しいｙ軸であるｙ′軸まわりの
回転θ、新しいＺ軸であるＺ″軸まわりの回転ψの３つ
の回転によって表わされるオイラー角を示す行列で示さ
れる。また、テレビカメラ１２から作業用ロボット１１
か固定されている基部１１ｂまでの距離は行列で表わさ
れるから、前記オイラー角を示す行列とこの距離を示す
行列との積で、カメラ座標系２３からロボット座標系２
１をみたときの変換行列Ａ　ＣＲが得られる。ここに、 である。上記回転角φ、θ、ψは基部１１ｂか固定され
ており、また、テレビカメラ１２の位置も雲台の位置に
固定されているから一定で、この値は行列演算部４１に
格納されている。

一方、ロボット座標系２１からハンド座標系２２をみた
ときの変換行列Ａ□は、上記回転角φ。

θ、ψに相当する回転角をα、β、γ１両座標系２１．
２２の距離をｘ、ｙ、ｚであるものとすると、上記と同
様にして、 となる。この行列Ａ　ＲＨに基づく信号かロボット制御
装置３３から作業用ロボット１１へ与えられることによ
り、作業用ロボット１１のハンド先端１１ａの位置姿勢
を制御することができ、その値はまたロボット制御装置
３３から第４図の行列演算部４１へ入力される。

行列演算部４１は上記の２つの行列へｃ、ｌ及びＡはカ
メラ座標系２３からハンド座標系２２をみたときのハン
ド先端１１ａの位置姿勢を示す座標値を表わしている。

パン演算部４２．ティルト演算部４３及びフォーカス演
算部４４は夫々行列演算部４１からの上記変換行列Ａか
ら、パンの角度θ。１．ティルトの角度θ。Ｔ及びフォ
ーカスを示す距離ｄ、を夫々算出する。ここに、 θＣＰ＝　ｔａｎ　−’　（Ａ　Ｉ４／　Ａ　２４）θ
ｃｔ＝ｊａｎ　−’　（Ａ３４／　（Ａｌ１）　２＋　
（Ａ２４）２）ｄｉ　＝　　Ａｚ）　２＋（Ａ２４）　
’　＋（Ａ３４）　２である。

カメラ及び雲台制御装置３１はこれらの角度θ。４．θ
。□及び距離ｄ、に基づき雲台３２の位置制御とテレビ
カメラ１２のフォーカス調整操作を自動的に行なうこと
により、テレビカメラ１２は常に作業用ロボット１１の
ハンド先端１１ａを撮像するように撮像方向及びフォー
カスが自動制御される。

なお、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、テレビカメラ１２として立体視用テレビカメラを使用
することもできる。この場合、第７図に示した軸輪角θ
は右眼用テレビカメラ１ａと左眼用テレビカメラ１ｂと
の間隔をｌとすると次式 ％式％ 〔発明の効果〕 上述の如く、本発明によれば、作業用ロボットの先端に
追従してテレビカメラの撮像方向及びフォーカスを自動
制御できるため、従来必要であったテレビカメラの操作
を不要にできる分だけ作業者の負担を軽くできると共に
、作業用ロボットの操縦に専念することができ、作業用
ロボットの遠隔操作の作業効率を向上することかできる
等の特長を有するものである。

【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図は各座標系の説明図、 第３図は本発明の一実施例を備えたロポッ隔操縦システ
ムの構成図、 第４図は本発明の要部の一実施例のブロッ第５図はオイ
ラー角の説明図、 第６図はテレビカメラの創部方向説明図、第７図は軸輪
角の説明図である。 ト遠 り図、 図において、 １は作業用ロボット、 ２はテレビカメラ、 ３は第１の演算部、 ４は第２の演算部、 ５は制御手段、 ０は遠隔操縦制御装置、 １はカメラ及び雲台制御装置、 ３はロボット制御装置、 ｌは行列演算部、 ２はパン演算部、 ３はティルト演算部、 ４はフォーカス演算部 を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端が変位自在に構成された作業用ロボット（１
   １）を撮像して得られるテレビカメラ（１２）からの画
   像情報を監視しつつ該作業用ロボット（１１）を遠隔操
   縦するロボット遠隔操縦システムにおいて、 該作業用ロボット（１１）の先端の姿勢及び位置を、該
   作業用ロボット（１１）基部のロボット座標系から該作
   業用ロボット先端におけるハンド座標系をみたときの座
   標として演算する第１の演算部（１３）と、 該作業用ロボット（１１）の基部の姿勢及び位置を、前
   記テレビカメラ（１２）のカメラ座標系から前記ロボッ
   ト座標系をみたときの座標と該第１の演算部（１３）の
   演算結果とから該テレビカメラ（１２）から該作業用ロ
   ボット（１１）の先端をみた座標を演算する第２の演算
   部（１４）と、該第２の演算部（１４）の演算結果に基
   づき該テレビカメラ（１２）の撮像方向及びフォーカス
   を該作業用ロボット（１１）の先端の動きに自動的に追
   従させる制御手段（１５）と、 を具備することを特徴とする遠隔操縦型ロボットのテレ
   ビカメラ制御装置。
2. （２）前記テレビカメラ（１２）は立体視用テレビカメ
   ラで、前記制御手段（１５）は該立体視用テレビカメラ
   の輻輳角を制御することを特徴とする請求項１記載の遠
   隔操縦型ロボットのテレビカメラ制御装置。