JPH07237160A - 遠隔操作型ロボットの自動実行監視方式 - Google Patents

遠隔操作型ロボットの自動実行監視方式

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JPH07237160A
JPH07237160A JP5101494A JP5101494A JPH07237160A JP H07237160 A JPH07237160 A JP H07237160A JP 5101494 A JP5101494 A JP 5101494A JP 5101494 A JP5101494 A JP 5101494A JP H07237160 A JPH07237160 A JP H07237160A
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Yasushi Wakabayashi
靖史 若林
Noriyasu Inaba
典康 稲場
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 通信制約の大きい遠隔操作型ロボットを効率
的且つ安全に運用できるようにした遠隔操作型ロボット
の自動実行監視方式を提供する。 【構成】 ロボットと、該ロボットに作業を行なわせる
操作系と該ロボットの作業を監視する監視系とを備えた
オンボードロボット装置を遠隔地より遠隔操作するよう
にした遠隔操作型ロボットの実行監視方式において、ロ
ボットに所定の作業を行なわせる操作コマンドと該ロボ
ットの作業を監視する監視用データとを予め通信系を介
してオンボードロボット装置にロードしておき、遠隔地
からの実行コマンドに応じて予めロードした操作コマン
ドに基づいてロボットの作業を自動的に実行させ、監視
データによりロボット作業の自動監視を行なわせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、地上等からの指令に
より宇宙等の遠隔地で作業を行なう遠隔操作型ロボット
の自動実行監視方式に関する。
【0002】
【従来の技術】宇宙用ロボットは、宇宙活動において様
々な作業を実行させるために有用なものである。宇宙用
ロボットは大別すると、宇宙飛行士が近接位置で運用す
る近接運用型ロボットと、地上等の遠隔地から遠隔運用
する遠隔操作型ロボットがある。宇宙用ロボットによる
作業は、高価な宇宙システムの破損や人間への危険を回
避するために、格別の確実性が要求される。
【0003】一般に、遠隔操作型宇宙用ロボットシステ
ムは、図4に示すように、{運用者101 −運用系102 }
−通信系103 −{宇宙機104 −ロボット105 −ペイロー
ド106 }により構成されている。そして、運用者101
は、宇宙での動作環境を通信系103 のデータ回線を通し
た各種のデジタル・テレメトリ及び又はビデオ・テレメ
トリにより確認し、キーボードコマンド及び又はジョイ
・スティック・コマンドにより操作を行なうようにして
いる。
【0004】一方、遠隔操作型宇宙用ロボットの実行監
視は、ロボット操作に関係する宇宙機システム・通信シ
ステム・地上システム等のハードウェア的及びソフトウ
ェア的な故障及び異常や、運用者の誤操作によって、誤
った作業が行なわれることを防ぎ、システムにとって安
全な状態を維持することを目的としている。したがっ
て、異常や故障が発生したことを検出することを第一の
目的としている。
【0005】宇宙用ロボットの実行監視方法としては、
安全性及び信頼性の観点を含めて、従来は次のような手
法が考えられて来た。 搭載システム・地上システム・通信システムの故障
の監視 ロボット作業状態のデジタル・テレメトリによるデ
ータ整合性の監視 ロボット作業状態のTV画像(ビデオ・テレメト
リ)による視覚的監視 操作指令に対する有効性及び妥当性の監視 ロボット内界センサによる操作監視
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、遠隔操作型
宇宙用ロボットシステムにおいて、運用者が宇宙でのロ
ボットの動作環境をデータ回線を通した各種のテレメト
リにより確認し、操作コマンドによりロボットに作業を
行なわせる場合、データ回線には、速度容量的(bps/s
ec )制約及び通信に要する遅延時間( sec)があり、
遠隔操作型宇宙用ロボットの運用性を著しく低下させて
いた。
【0007】また、宇宙用ロボットの従来の実行監視方
法におけるの故障監視は、搭載機器や搭載ソフトウェ
ア等の搭載システム及び通信システムや地上システムの
故障検出を行い、特定のロボット操作に依存しない故障
を検出するものであり、特定のロボット操作に関する監
視系にはならない。また、の監視方法は、遠隔操作
型ロボットに限らずロボット監視の基本的な方法であ
り、宇宙ロボットに課せられる前記の通信制約下におい
ては、充分な機能とは言えず、効率のよい運用は達成で
きない。またの監視方法は、ロボットのその時点にお
ける作業環境に基づいて指令コマンドの妥当性をチェッ
クするもので、特定操作を著しく効率化することはでき
ない。またの監視方法は、特定のロボット操作に対し
固有のリミットを設け操作を監視する方法、例えば、把
持操作の場合には、対応する力トルクセンサ許客値を予
め設定し、操作時の出力の監視を行なう方法等であり、
信頼性を高めるにはセンサ等の多重化が必要になり、コ
マンドの増大及び重量の増加を伴う。
【0008】以上のように、従来の遠隔操作型宇宙用ロ
ボットの実行監視方法では、様々な作業に対して、ロボ
ットの性能および通信系の制約により、十分な監視を行
いながら効率的でスピーディな運用を実現することがで
きなかった。
【0009】本発明は、従来の遠隔操作型宇宙用ロボッ
トの実行監視方法における上記問題点を解消するために
なされたもので、オンボード自動操作とオンボード自動
監視を行なえるようにして、通信制約の大きい宇宙用ロ
ボットなど遠隔操作型ロボットを効率的に運用できるよ
うにした遠隔操作型ロボットの自動実行監視方式を提供
することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、ロボットと、該ロボットに作業
を行なわせる操作系と該ロボットの作業を監視する監視
系とを備えたオンボードロボット装置を遠隔地より遠隔
操作するようにした遠隔操作型ロボットの実行監視方式
において、ロボットに所定の作業を行なわせる操作コマ
ンドと該ロボットの作業を監視する監視用データとを予
め通信系を介してオンボードロボット装置にロードして
おき、遠隔地からの実行コマンドに応じて予めロードし
た操作コマンドに基づいてロボットの作業を自動的に実
行させ、監視データによりロボット作業の自動監視を行
なわせるようにするものである。
【0011】このように、ロボットに所定の作業を行な
わせる操作コマンドと該ロボットの作業を監視する監視
用データを、事前に地上等のシミュレータで生成して、
予めオンボードロボット装置に送信してロードしてお
き、作業の実行時には、実行コマンドに応じて予めロー
ドされている操作コマンドに基づいて時系列的にロボッ
ト作業を進行させ、同時に作業の進行に伴って時系列的
に監視データにより作業の自動監視を行い、異常時には
停止等の対処等を自動的に実行させる。これにより、10
sec、30 sec、60 sec等の時間遅延や、1Hz、1/5
Hz、1/10Hz等の画像テレメトリ下のような、大き
な通信制約下においても、効率よく且つ安全に遠隔操作
型ロボットを運用することができる。
【0012】
【実施例】次に実施例について説明する。図1は、本発
明に係わる遠隔操作型ロボットの自動実行監視方式の基
本的な構成を説明するための概念図である。図におい
て、1は地上部の実行コマンド、操作コマンド、監視デ
ータ等を送信する送信設備、2はテレメトリ受信設備、
3は宇宙プラットフォーム、4はプラットフォーム3上
に搭載されているロボット、5は該ロボット4を操作制
御するためのオンボード操作システム、6はロボット4
の動作を監視するオンボード監視システムである。
【0013】監視システムは、ロボット作業現場にあた
かも人間がいて、ロボットの動きを監視しているような
情況を作るために監視機器を備えている。監視機器とし
ては力トルクセンサ、手先カメラ、監視カメラ、歪ゲー
ジ、慣性センサ、姿勢センサ、ランデブセンサ等が用い
られ、これらによりロボットの動きを人間の目や耳等に
相当する手段として監視する。なお、上記監視システム
に用いる各種監視機器(センサ)としては、専用機器と
共に他の目的で備えているものを流用することも可能で
ある。
【0014】オンボード監視システムの監視機器を用い
て、ロボットの特定の作業が順調に行なわれていること
を監視するためには、特定の作業に応じたオンボード監
視用データが必要であり、そのデータは種々の時系列の
制御パラメータ・テーブルや時間関数等で構成され、オ
ンボード監視機器の動作制御パラメータ等も含まれる。
この監視データは、事前にロボット作業を地上等のシュ
ミレータ(コンピュータ及び模擬装置によるシュミレー
タ)により確認し、その際に、ロボットに特定の作業を
行なわせるための操作コマンドと共に、取得される。ま
た実運用において繰り返し行なう作業については、蓄積
されたデータに基づき監視データのチューニングを行な
って行くことも可能である。
【0015】ロボットの操作の実行時には、上記のよう
にして得られた操作コマンドと監視データを地上部の送
信設備1より同時に送信して、宇宙プラットフォーム3
のオンボード操作システム5及びオンボード監視システ
ム6にロードしておき、地上部からの実行コマンドに応
じて、予めロードされた操作コマンド基づいて時系列的
にロボット作業を進め、その作業の進行に伴って時系列
的に監視データによりオンボード監視システムを動作さ
せてロボット作業の自動監視を行なう。そして異常時に
は、停止等の処置を自動的に実行させる。
【0016】タスクプランニングされたロボット作業
は、いくつかの細かな作業の時系列的な集合であり、こ
れを適切に監視することは、人間であっても熟練を要す
るが、上記のように構成されたオンボード監視システム
は、作業に応じた適切な動作制御及びクライテリアを与
えられることにより、人間の応答を越えた精度と速度を
容易に達成することができる。
【0017】次に、本発明を宇宙マニピュレータによる
ペイロードの交換に適用した具体的な実施例を図2に基
づいて説明する。図2において、11は宇宙プラットフォ
ーム、12は該プラットフォーム11上に搭載されたマニピ
ュレータ、13はペイロードで、本実施例では該ペイロー
ド13は、マニピュレータ12により第1のポート14から第
2のポート15へ移動させる作業を想定し、その移動操作
は軌道上で繰り返し行なわれるものである。監視機器と
しては、第1及び第2の監視カメラ16、17が設けられて
おり、マニピュレータ12及びペイロード13には位置姿勢
計測用のマーカ18がそれぞれ取り付けられている。マー
カ18としては例えば図3に示すような構成のものが用い
られる。監視カメラのマーカ画像は、監視カメラに接続
された画像処理装置により、部分トラッキングエリアが
指定されれば、実時間で6自由度計測処理ができるもの
とする。
【0018】なお、この実施例の場合も、予め地上にお
いて、宇宙用ロボットシュミレータにより、上記マニピ
ュレータの作業の幾何学的関係を時系列的に模擬して必
要な監視データを予め取得できるものとする。そして、
ペイロード13を第1のポート14より第2のポート15へ移
動させるための一連の操作コマンドと監視データを、オ
ンボードのマニピュレータ制御計算機にロードしてお
き、地上の運用者は実行コマンドを与えたのちは、適当
な時点で作業進行の確認のみを行なう。なお、マーカの
隠蔽を考慮し、適切な監視カメラを選択して監視データ
をロードするようになっている。
【0019】次に、この具体的な実施例における動作に
ついて説明する。まず次に述べるような操作1、2を行
なう。
【0020】操作1:第1のポート14にあるペイロード
13の把持部上方へマニピュレータ12の先端を移動する。 操作コマンド:MOVE O TO A1 監視データ :カメラトラッキングエリアの中心点座標
及び幅の時系列データ、並びにマニピュレータ先端位置
の許容範囲を示す時系列データ 動 作:マニピュレータは操作コマンドに沿って
動き、監視システムは監視データに支援されつつマニピ
ュレータ先端位置を監視する。監視システムに異常があ
る時には、マニピュレータは自動的に停止される。
【0021】操作2:ペイロードの把持許容領域へマニ
ピュレータ先端をなぞり、移動する。 操作コマンド:MOVE A1 TO A2 監視データ :視覚系は操作1と同じ。力トルクセンサ
出力として、同様のなぞり操作の正常操作時に得られて
いる典型値と許容幅 動 作:視覚系に加え、力トルクセンサによる監
視も時系列的に行なう。
【0022】以下同様にして、マニピュレータ12はペイ
ロード13を第2のポート15に移動させ、第2のポート15
に位置決めして、待機位置に戻る。
【0023】なお上記実施例では、本発明を宇宙用ロボ
ットに適用したものを示したが、本発明は、宇宙用ロボ
ットに限らず確実な作業を要求される同種の遠隔操作型
ロボットにも適用できる。
【0024】
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、予め監視データをロードしたオンボー
ド監視系が実時間でロボットの動作を監視するようにし
ているので、正常操作時には本質的にテレメトリが不要
であり、大きな通信制約下でも効率よく且つ安全に遠隔
操作型ロボットを運用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる遠隔操作型ロボットの自動実行
監視方式の基本的な構成を説明するための概念図であ
る。
【図2】本発明の具体的な実施例を示す説明図である。
【図3】マーカの具体例を示す斜視図である。
【図4】一般的な遠隔操作型ロボットシステムを示す説
明図である。
【符号の説明】
1 送信設備 2 テレメトリ受信設備 3 宇宙プラットフォーム 4 ロボット 5 オンボード操作システム 6 オンボード監視システム 11 宇宙プラットフォーム 12 マニピュレータ 13 ペイロード 14 第1のポート 15 第2のポート 16 第1の監視カメラ 17 第2の監視カメラ 18 マーカ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロボットと、該ロボットに作業を行なわ
    せる操作系と該ロボットの作業を監視する監視系とを備
    えたオンボードロボット装置を遠隔地より遠隔操作する
    ようにした遠隔操作型ロボットの実行監視方式におい
    て、ロボットに所定の作業を行なわせる操作コマンドと
    該ロボットの作業を監視する監視用データとを予め通信
    系を介してオンボードロボット装置にロードしておき、
    遠隔地からの実行コマンドに応じて予めロードした操作
    コマンドに基づいてロボットの作業を自動的に実行さ
    せ、監視データによりロボット作業の自動監視を行なわ
    せるようにしたことを特徴とする遠隔操作型ロボットの
    自動実行監視方式。
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