JPH0790492B2 - 遠隔操作式マニピユレ−タ装置 - Google Patents

遠隔操作式マニピユレ−タ装置

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JPH0790492B2
JPH0790492B2 JP61155130A JP15513086A JPH0790492B2 JP H0790492 B2 JPH0790492 B2 JP H0790492B2 JP 61155130 A JP61155130 A JP 61155130A JP 15513086 A JP15513086 A JP 15513086A JP H0790492 B2 JPH0790492 B2 JP H0790492B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、原子力プラントなどで用いられる遠隔操作
式マニピユレータ装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第4図は従来の遠隔操作式マニピユレータ装置を示す概
念図であり、図において、1はマニピユレータ本体3の
動きを入力するためのX方向,Y方向,Z方向の3自由度を
持つ操作桿、2は操作桿1の姿勢に従つてマニピユレー
タ本体3の動きを制御するための制御部、4a,4bはマニ
ピユレータ本体3の動作を遠隔監視するためのテレビジ
ヨンカメラ(以下、TVカメラという)、5はTVカメラ4
a,4bの画像を選択して映写するモニタテレビジヨン(以
下、モニタTVという)である。
なお、8は操作者を隔離するための隔壁、6は配管、7
a,7bは配管6に取付けられたバルブであつてマニピユレ
ータ本体3の動作対象である。
第5図は第4図に示すマニピユレータ装置の操作桿1
と、制御部2と、マニピユレータ本体3の構成を示す構
成図であり、図において前述した第4図と同一又は相当
部分には同一符号を付して示している。10は操作桿1の
姿勢を測定してマニピユレータ本体3の手先の指令であ
る速度指令ベクトルを得る操作桿姿勢測定手段、12は速
度指令ベクトルをマニピユレータ本体3の各関節軸の角
速度ベクトルに変換する関節座標変換手段、13は角速度
ベクトルに従つてマニピユレータ本体3の各関節軸を回
転させてマニピユレータ本体3の手先を速度指令ベクト
ルどおりに移動させる関節軸制御手段である。
第6図(a),(b)はモニタTV5の画面と操作桿1の
関係を示す説明図であり、第4図と同一又は相当部分に
は同一符号を付して示している。
次に動作について説明する。第5図に示すように、操作
桿1を任意の方向に傾けたり、上下方向に動かしたりす
れば、操作桿姿勢測定手段10により、操作桿1の姿勢が
X方向,Y方向,Z方向の各方向成分に分解され、マニピユ
レータ本体3の手先への指令である速度指令ベクトル
(,,)が得られる。この速度指令ベクトルを
関節座標変換手段12により、マニピユレータ本体3の各
関節軸の角速度ベクトルへ変換する。この関係は、速
度指令ベクトル=(,,)、角速度ベクトル
=(1,2,とすれば、=J-1・で与え
られる。ただし、Jはヤコビアンで、角度θ12
の関数である。ここで得られた角速度ベクトル(1,
2,)に従つて関節軸制御手段13は各関節軸を回転さ
せ、マニピユレータ本体3の手先を速度指令ベクトル
(,,)どおりに移動させる。
ここで、第4図に示したバルブ操作を遠隔で行なう場合
の動作について説明する。モニタTV5で常に監視しなが
ら操作桿1でマニピユレータ本体3の手先の動きを操縦
する際に、バルブ7aを操作する場合にはTVカメラ4aを用
い、バルブ7bを操作する場合にはTVカメラ4bを用いる。
次に、これらの場合のモニタTV5の画像と操作桿1の動
きの関係を第6図(a),(b)にて説明する。第6図
(a)の場合、TVカメラ4aの画像がモニタTV5に映写さ
れており、実際にマニピユレータ本体3をバルブ7aに近
づけていくためには、操作桿1を操作者に対して画面内
のマニピユレータ本体3の進行方向と同一の操作方向へ
操作桿1を傾ければよい。一方、第6図(b)の場合、
TVカメラ4bの画像がモニタTV5に映写されており、実際
に、マニピユレータ本体3をバルブ7bに近づけるために
は、画面内のマニピユレータ本体3の進行方向とは反対
の方向に操作桿1を傾けなければならない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の遠隔操作式マニピユレータ装置は以上のように構
成されているので、TVカメラの方向,姿勢によつて視点
が変わり、操作者に対する画面上のマニピユレータ本体
の進行方向と操作桿の操作方向の関係がさまざまに変化
するため、そのつど操作者がその画面に適応して操作の
方向を変えねばならず、非常に操作が困難で、誤操作に
よる衝突の危険も大きい問題点があつた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、常にモニタTVの画面上のマニピユレータ本体
の動作方向が操作桿の操作方向と一致する遠隔操作式マ
ニピユレータ装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る遠隔操作式マニピユレータ装置は、TVカ
メラの位置,姿勢から視点の移動を検知する視点検知手
段と、視覚座標への変換を行う視覚座標変換手段を付加
したものである。
〔作 用〕
この発明における視点検知手段は、TVカメラの光軸の向
きを検出し、その情報をもとにして視覚座標変換手段は
操作桿から入力された指令をモニタTVの画面中の動きに
対応させる。その結果、視点の移動にかかわらず、常に
画面内のマニピユレータ本体の進行方向が操作桿の操作
方向と一致する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、1はマニピユレータ本体3への指令である
速度指令ベクトルを入力するための操作桿、10は操作桿
1の動きから速度指令ベクトルを検知するための操作桿
姿勢検知手段、4a,4bは作業を監視するためのTVカメ
ラ、5はモニタTV、14はTVカメラ4a,4bのうち稼働中のT
Vカメラの位置と姿勢を検知する視点検知手段、11は視
点検知手段14からの情報にもとづき操作桿姿勢検知手段
10から入力された速度指令ベクトルを視覚座標の速度指
令ベクトルへ変換する視覚座標変換手段、12はこの視覚
座標の速度指令ベクトルをマニピユレータ本体3の各関
節軸の動きである角速度ベクトルに変換する関節座標変
換手段、13は角変速ベクトルに従つてマニピユレータ本
体3の手先を速度指令ベクトルどおりに移動させる関節
軸変換手段である。なお、関節座標変換手段12及び関節
軸制御手段13から移動手段が構成されている。
以下、図によつてこの一実施例の動作を説明する。
第2図は、第1図のTVカメラ4a,4bとマニピユレータ本
体3の位置関係の詳細を示す斜視図であり、第1図と同
一又は相当部分には同一符号を付して示している。ここ
では説明を単純にするため、TVカメラ4aを基準として初
期位置にあるマニピユレータ本体3の腕とTVカメラ4aが
平行になつているとする。一方、TVカメラ4bはy軸まわ
りにTVカメラ4aをθ=180゜回転しているため、TVカ
メラ4bと光軸が一致しており、向きが反対になつてい
る。
TVカメラ4aで作業を監視しながら、バルブ7aを操作する
場合、TV画像と操作桿1の関係は第3図(a)に示すよ
うになる。操作桿1を操作方向に動かせば、操作桿姿勢
検知手段10により、速度指令ベクトル=(,0,0)
が得られる。この速度指令ベクトルに視覚座標変換手段
11において視点検知手段14の情報によつて得られる変換
マトリツクスIIが掛けられ視覚座標における速度指令ベ
クトルが求められる。変換マトリツクスIIは第2図では
y軸まわりの回転に限定されるので、 この場合は、基準位置なのでθ=0 で単位並列となり、視覚座標における速度指令ベクトル
=II=で変化しない。これは、操作桿1
の操作方向,マニピユレータ本体3の実際の進行方向と
画面上の進行方向が全て一致していることを示してお
り、この場合の動作は従来例と同様である。以下、関節
座標変換手段12で=J-1・が求められ、関節軸制御
手段13でマニピユレータ本体3の動作が操縦される。
一方、TVカメラ4bで監視しながらバルブ7bを操作する場
合の関係は、第3図(b)に示される。この場合、操作
桿1を操作方向に動かせば、操作桿姿勢検知手段10によ
り速度指令ベクトル=(x,0,0)が得られる。視覚
座標変換手段11において、視点検出手段14によつて得ら
れる基準位置からの視点の回転角度θ=180゜で決め
られる変換マトリツクスをベクトルに掛けて視覚座標
における速度ベクトルを求めれば、 これは、操作桿1の操作方向と逆符号の速度指令ベクト
ル−をもとにマニピユレータ本体3が動かされること
を示しており、マニピユレータ本体3の実際の進行方向
を逆にすることで、第3図(b)に示すように操作桿1
の操作方向とマニピユレータ本体3の画面上の進行方向
を一致させている。
以上の説明では、y軸まわりの回転でθ=180゜の場
合について述べたが、任意の視点の変化がx,y,z軸まわ
りの回転の組合わせで得られ、常に画面上のマニピユレ
ータ本体3の進行方向と操作桿1の操作方向は一致は保
たれる。
なお、上記実施例では操作桿1はジヨイステイツク形式
でX,Y,Zの3自由度をもつ場合を示したが、マニピユレ
ータ本体3と同形のマスタ・スレーブ形式のものなど他
の形式のものでもよい。
また、操作桿1からマニピユレータ本体3の指令とし
て、速度指令を入力する例を示したが、位置指令を入力
してもよい。
また、実施例では2台のTVカメラを切換えてモニタTVに
映写する場合を示したが、TVカメラが、アーム,レー
ル,クレーン等の方法で移動しかつ姿勢の変更を行ない
視点を変えてもよいし、複数のTVカメラに対応した複数
のモニタTVで監視しながら操作してもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、視点検知手段により
検知されたカメラの位置と姿勢に基づいてモニタ上にお
けるマニピュレータ本体の移動方向と操作桿の操作方向
が一致するように、操作桿姿勢検知手段により発生され
た速度指令の座標系をカメラの視覚座標系に変換するよ
うに構成したので、常に、モニタ上におけるマニピュレ
ータ本体の移動方向と操作桿の操作方向が一致すること
になり、その結果、操作が非常に容易になるとともに、
誤動作を防止できる安全性の高いものが得られるなどの
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による遠隔操作式マニピユ
レータの構成図、第2図はTVカメラとマニピユレータ本
体の位置関係を示す斜視図、第3図(a),(b)はモ
ニタTVの画面と操作桿の関係を示す説明図、第4図は従
来例の遠隔操作式マニピユレータの概念図、第5図は従
来の制御部の詳細と操作桿及びマニピユレータ本体との
関係を示す構成図、第6図(a),(b)は従来のTV画
面と操作桿の関係を示す説明図である。 1は操作桿、2は制御部、3はマニピユレータ本体、4
a,4bはTVカメラ、5はモニターTV、6は配管、7a,7bは
バルブ、8は隔壁、10は操作桿姿勢検知手段、11は視覚
座標変換手段、12は関節座標変換手段、13は関節軸制御
手段、14は視点検知手段である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マニピュレータ本体の作業を監視するカメ
    ラが撮像した映像を表示するモニタと、上記モニタに表
    示されたマニピュレータ本体の映像を監視しながらその
    マニピュレータ本体を遠隔操作する操作桿と、上記操作
    桿の操作方向を検知し、その操作方向に応じた速度指令
    を発生する操作桿姿勢検知手段と、上記カメラの位置と
    姿勢を検知する視点検知手段と、上記視点検知手段によ
    り検知された上記カメラの位置と姿勢に基づいて上記モ
    ニタ上におけるマニピュレータ本体の移動方向と上記操
    作桿の操作方向が一致するように、上記操作桿姿勢検知
    手段により発生された速度指令の座標系を上記カメラの
    視覚座標系に変換する視覚座標変換手段と、上記視覚座
    標系の速度指令に基づいて上記マニピュレータ本体を移
    動させる移動手段とを備えた遠隔操作式マニピュレータ
    装置。
JP61155130A 1986-07-03 1986-07-03 遠隔操作式マニピユレ−タ装置 Expired - Fee Related JPH0790492B2 (ja)

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