JPH06317090A - ３次元表示装置 - Google Patents

３次元表示装置

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JPH06317090A
JPH06317090A JP5130021A JP13002193A JPH06317090A JP H06317090 A JPH06317090 A JP H06317090A JP 5130021 A JP5130021 A JP 5130021A JP 13002193 A JP13002193 A JP 13002193A JP H06317090 A JPH06317090 A JP H06317090A
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  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】遠隔で加工ロボットを操縦するための３次元表
示装置を提供することにある。 【構成】掘削ロボット上に配置された立体カメラ装置３
により撮影された掘削面の立体画像と３次元ＣＡＤデー
タを重ね合わせて表示装置５３に表示し、表示装置を見
ながら遠隔で加工ロボットが制御できるための３次元表
示装置にある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、立体画像を表示する３
次元表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、地下構造物、例えば、トンネルを
掘削する場合、トンネル切羽にトンネル断面形状をレー
ザーによりマーキングし、オペレータが、現場で、掘削
機を操縦しながら、そのレーザーの照射位置を見て、切
羽面を掘削していた。また、地上構造物、例えば、法面
等を掘削する場合、掘削位置の深さを示すために、地山
に仮設の丁張を設置して、それを目安に土手の掘削を行
っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】従来の技術にあって
は、次のような問題点がある。 ＜イ＞トンネル切羽にレーザーを照射しても、切羽面に
凹凸があると、掘削すべき位置を正確に知ることが困難
で、オペレータは掘削すべき面を的確に知ることが困難
である。 ＜ロ＞丁張を見ながら掘削しても、丁張では、オペレー
タが正確に掘削面を知ることが困難である。 ＜ハ＞オペレータがトンネルなどの作業現場で掘削機を
操縦するので、作業に危険が伴っていた。 ＜ニ＞掘削位置を決める際、勘に頼っていたため、施工
精度が悪かった。
【０００４】
【本発明の目的】本発明は、遠隔で加工ロボットを操縦
するための３次元表示装置を提供することにある。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】本発明は、加工ロボッ
トを遠隔で操縦するための３次元表示装置において、該
加工ロボットの位置を計測する位置計測装置と、該加工
ロボットに配置された立体カメラ装置と、被加工物の加
工計画図の３次元データを記憶する記憶装置と、立体画
像を表示できる表示装置と、データを処理する処理装置
とを備え、該立体カメラ装置で被加工物を撮影し、該表
示装置に表示し、該撮影された画像の位置を演算し、該
画像の位置に対応する該加工計画図の３次元データから
被加工物の加工面を該撮影した画像と重ね合わせ、該表
示装置に表示することを特徴とする３次元表示装置、ま
た、加工ロボットは、トンネルの掘削機又は法面などの
掘削ショベルなどの掘削機であることを特徴とする３次
元表示装置にある。
【０００６】
【実施例１】以下、図面を参照し、本発明のトンネル掘
削の実施例について説明する。 ＜イ＞実施例の概要 トンネル内に配置された掘削ロボット２としてトンネル
掘削機を配置し、その上に立体カメラ装置３を設置す
る。運転者がトンネルの外部で立体カメラ装置３により
撮影された立体画像を観察しながら、掘削ロボット２を
遠隔で操縦し、トンネルを掘削する。詳しくは、立体画
像は、立体カメラ装置３の立体撮影画像とトンネルの設
計データ（３次元ＣＡＤデータ）を同時に表示装置５３
に表示することにより、運転者は、トンネルのどこを掘
削するか簡単に知ることができる。それにより、トンネ
ルの外部で操縦レバー５２を操縦して、掘削ロボット２
を操縦し、設計通りにトンネルを掘削することができ
る。
【０００７】＜ロ＞掘削ロボット 掘削ロボット２は、トンネル内部に配置される。掘削ロ
ボット２のアーム２１、カッター２２やキャタビラ２３
などは、ＮＣ制御などの制御装置により制御され、トン
ネルの掘削面６を掘削する。ロボットの制御は、トンネ
ルの外部の遠隔操縦室５４で表示装置５３を観察しなが
ら行われる。掘削ロボット２の位置や姿勢を計測するた
めに、掘削ロボット２の上に位置計測装置４が配置され
る。そして、既知の位置に配置されているターゲット４
１を計測して、掘削ロボット２の位置や姿勢を計測す
る。立体カメラ装置３は、掘削ロボット２の上に配置さ
れ、トンネルの掘削面６などトンネル内部の状況を立体
的に撮影する。ロボットを遠隔で操縦する方法は、マス
ター装置とスレーブ装置を組み合わせて、マスター装置
により遠隔から操縦し、スレーブ装置がロボットを制御
するなどして行うことができる。
【０００８】＜ハ＞遠隔操縦システム 遠隔操縦システム１は、掘削ロボット２、立体カメラ装
置３、表示装置５３、処理装置５６、位置計測装置４、
及び記憶装置５１などから構成されている。立体カメラ
装置３は、左右のカメラで撮影した左右の信号Ｌ、Ｒ
を、カメラ制御部３１で映像信号として出力し、立体画
像が表示できる表示装置５３またはＨＭＤ（ｈｅａｄ
ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ）５７により運転者に
３次元画像を表示する。ＨＭＤ５７は、運転者の頭に取
り付けられ、左右の表示部により立体画像を見ることが
できる。その際、頭を動かすことにより、その位置信号
が出力され、Ｉ／Ｏ拡張ユニット１１のアナログデジタ
ル変換器１５及びバスインターフェース（ＢＵＳ Ｉ／
Ｆ）１７を介して、処理装置５に入力することができ
る。立体カメラ装置３からの輻輳角の信号や、立体カメ
ラ装置を載置している雲台３４からの水平、垂直信号
は、モータドライバー３２、３３、Ｉ／Ｏ拡張ユニット
１１のコントローラ１２、１３及びバスインターフェー
ス１７を介して、処理装置５６に入力される。また、掘
削ロボット２の位置を検出する位置検出装置４からの信
号も、制御装置５６に入力される。また、掘削ロボット
２の各種センサーからの検知信号は、分配器を介して一
部掘削ロボット２の各種シリンダーやコントローラに行
き、一部は、Ｉ／Ｏ拡張ユニット１１の入出力制御部
（ＰＩＯ）１４やバスインターフェース１７を介して処
理装置５６に入力される。処理装置５は、データを処理
するコンピュータ等であり、記憶装置５１に格納されて
いる３次元のトンネルの加工計画図（３次元ＣＡＤデー
タ）を読み出し、立体カメラ装置３の位置情報や掘削ロ
ボットの位置情報を参照して、表示装置５３に表示す
る。この表示される加工計画図は、立体カメラ装置３で
撮影した画像に対応し、重ね合わされる（図５参照）。
トンネルの切羽面の実際の３次元画像と掘削計画線が重
ね合わされているので、どこを掘削すれば良いか、容易
に知ることができる。マニピュレータ５５のジョイステ
ィックの信号は、ＨＭＤ５７の位置信号と同様に、接続
ボックスやＡＤ変換器（ＡＤＣ）１５を介して処理装置
５６に入力され、処理されて、コントローラ１２、１３
とモータドライバー３２、３３を介して立体カメラ装置
３に送られ、輻輳角や水平垂直位置を制御する。この様
にして、立体カメラ装置３を制御して、表示装置５３の
画像を変化させることができる。
【０００９】＜ニ＞処理装置の処理の流れ 立体カメラ装置３の雲台３４と輻輳角を原点に復帰させ
る（Ｓ１）。同様に、掘削ロボット２のアーム２１の部
分を原点に復帰させ（Ｓ２）、初期設定を行う。位置計
測装置４で計測された信号により、掘削ロボットの位置
座標を認識する（Ｓ３）。位置計測装置４で計測された
位置座標に於ける立体カメラ装置３の視野角と対応する
３次元ＣＡＤデータの位置（原点位置）を演算する（Ｓ
４）。撮影のために雲台３４の角度を検出する（Ｓ
５）。表示装置５３の撮影画像の視点を演算で求める
（Ｓ６）。マニピュレータ５５の座標を認識する（Ｓ
７）。表示装置５３に表示されている画像と対応する３
次元ＣＡＤデータ（ソリッドモデルやワイヤーフレーム
モデル）を求める（Ｓ８）。
【００１０】
【実施例２】以下に、法面の掘削の本発明の他の実施例
を説明する。法面の掘削は、掘削ロボット２としてショ
ベルを用いるが、トンネルの掘削と同様に、遠隔操縦に
より行われる。既知の位置に配置されたターゲット（図
示されていない）を参照して、位置計測装置４が掘削ロ
ボット２の位置や姿勢を計測する。立体カメラ装置３で
撮影された法面の立体画像と法面の掘削計画線６２を同
時に表示装置５３に立体的に表示する。運転者は、現場
から離れた操縦席で、表示装置５３を見ながら、掘削計
画線６２を参照しながら、操縦レバー５２を操縦して、
遠隔により掘削ロボット２を運転して、所定の法面に掘
削する。
【００１１】
【発明の効果】本発明は、次のような効果を得ることが
できる。 ＜イ＞立体画像を表示できるので、現場にいるかのよう
な臨場感が得られる。 ＜ロ＞作業計画図がトンネル内部や法面などの立体画像
と共に表示されるので、掘削位置が画像で分かり、作業
効率が著しく高まる。 ＜ハ＞リアルタイムで計測し、作業が行えるので、仕上
がり精度が向上する。 ＜ニ＞ロボットを利用して作業を行うので、現場での作
業を無人化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トンネル内部の遠隔操縦システムの配置図
【図２】遠隔操縦システムのブロック図
【図３】トンネル内部を表示する表示装置図
【図４】トンネルの掘削計画線図
【図５】トンネル内部と掘削計画線図を表示する表示装
置図
【図６】処理装置の処理の流れ図
【図７】法面の遠隔操縦システムの配置図
【図８】法面を表示する表示装置図
【図９】法面と掘削計画線図を表示する表示装置図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】加工ロボットを遠隔で操縦するための３次
    元表示装置において、 該加工ロボットの位置を計測する位置計測装置と、 該加工ロボットに配置された立体カメラ装置と、 被加工物の加工計画図の３次元データを記憶する記憶装
    置と、 立体画像を表示できる表示装置と、 データを処理する処理装置とを備え、 該立体カメラ装置で被加工物を撮影し、撮影画像を該表
    示装置に表示し、 該撮影画像の位置に対応する該加工計画図の３次元デー
    タから被加工物の加工面を該撮影画像と重ね合わせ、該
    表示装置に表示することを特徴とする、 ３次元表示装置。
  2. 【請求項２】加工ロボットは、トンネルの掘削機又は法
    面などの掘削ショベルなどの掘削機であることを特徴と
    する請求項１に記載の３次元表示装置。
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