JPS5916912B2 - イドウホウコウキヨウジソウチ - Google Patents
イドウホウコウキヨウジソウチInfo
- Publication number
- JPS5916912B2 JPS5916912B2 JP15057175A JP15057175A JPS5916912B2 JP S5916912 B2 JPS5916912 B2 JP S5916912B2 JP 15057175 A JP15057175 A JP 15057175A JP 15057175 A JP15057175 A JP 15057175A JP S5916912 B2 JPS5916912 B2 JP S5916912B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- screen
- manipulator
- imaging
- television
- target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/02—Sensing devices
- B25J19/021—Optical sensing devices
- B25J19/023—Optical sensing devices including video camera means
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、マニピュレータを用いて作業するオペレー
タから、マニピユレータヘの移動方向教： 示装置に関
するものである。
タから、マニピユレータヘの移動方向教： 示装置に関
するものである。
人間の活動範囲が広がつて、宇宙、海洋、原子力の分野
に及ぷと、人間が直接作業できない情況がしばしば発生
する。
に及ぷと、人間が直接作業できない情況がしばしば発生
する。
このような場合、オペレータがマニピュレータを用いて
作業することになる。０ この方法の１つとして、マス
タースレーブ方式がある。
作業することになる。０ この方法の１つとして、マス
タースレーブ方式がある。
これは、オペレータがマスターを直接操作することによ
つて、スレーブマニピュレータがオペレータと同じ動作
を模倣し、作業を実行するものである。しかしながら、
ごれでは実質的に全５ ての作業をオペレータがやるこ
とになり、オペレータの疲労が大きく長時間の作業には
むいていなかつた。このためマニピュレータによる作業
のうち、高度の判断を必要としない部分については、゛
これを計算機にうけもたせ、オペレータは作業を０
監視しながら必要な命令だけをマニピュレータ側に教え
る方法が考えられてきた。この方法では、オペレータが
与える命令の簡単さの程度と、その情報量とは一般に和
文する性質をもつており、できるだけ単純で情報量の多
い命令教示方式が必要５ とされる。本発明の主題であ
るマニピュレータの移動についていえば、従来のやり方
では、オペレータは目標位置もしくは目般方向の定量的
な情報をマニピュレータに与えてやる必要がある。しか
し、特定場所に固定されていないマニピュレータ０ で
あつた場合には、このような位置もしくは方向の定量的
情報をまずオペレータが知ること自体不可能に近いもの
である。本発明は、こういつた問題点を解決し、簡単で
極めて効果的な移動方向教示装置を提供するため５ に
なされたものである。
つて、スレーブマニピュレータがオペレータと同じ動作
を模倣し、作業を実行するものである。しかしながら、
ごれでは実質的に全５ ての作業をオペレータがやるこ
とになり、オペレータの疲労が大きく長時間の作業には
むいていなかつた。このためマニピュレータによる作業
のうち、高度の判断を必要としない部分については、゛
これを計算機にうけもたせ、オペレータは作業を０
監視しながら必要な命令だけをマニピュレータ側に教え
る方法が考えられてきた。この方法では、オペレータが
与える命令の簡単さの程度と、その情報量とは一般に和
文する性質をもつており、できるだけ単純で情報量の多
い命令教示方式が必要５ とされる。本発明の主題であ
るマニピュレータの移動についていえば、従来のやり方
では、オペレータは目標位置もしくは目般方向の定量的
な情報をマニピュレータに与えてやる必要がある。しか
し、特定場所に固定されていないマニピュレータ０ で
あつた場合には、このような位置もしくは方向の定量的
情報をまずオペレータが知ること自体不可能に近いもの
である。本発明は、こういつた問題点を解決し、簡単で
極めて効果的な移動方向教示装置を提供するため５ に
なされたものである。
なお本発明でいう移動とは場所の移動だけでなく、方向
の変化も含むものである。
の変化も含むものである。
本発明は、テレビカメラと、これによつて撮像された映
像を表示するためのデイスプレイ装置と、このデイスプ
レイ装置にうつつた目標対象物の像の位置を画面上で指
定するライトペンなどの装置と、この指定された画面上
の位置から、目標対象物の方向を計算する装置からなつ
ている。
像を表示するためのデイスプレイ装置と、このデイスプ
レイ装置にうつつた目標対象物の像の位置を画面上で指
定するライトペンなどの装置と、この指定された画面上
の位置から、目標対象物の方向を計算する装置からなつ
ている。
以下に、指定された画面上の位置から、目標対象物の方
向を求める原理を説明する。第１図ａのように、テレビ
カメラ２と、このテレビカメラに固定された座標系０，
Ｘ１ｙ１Ｚ，を考える。
向を求める原理を説明する。第１図ａのように、テレビ
カメラ２と、このテレビカメラに固定された座標系０，
Ｘ１ｙ１Ｚ，を考える。
この座標系０１Ｘ１ｙ，Ｚ１は、原点０１が画面の中心
に、ｙ１軸がテレビ画面４の水平軸に、Ｚ１軸が垂直軸
に、Ｘ，軸が力タブ視野中心の方−》向（以後これを視
線ベクトルＸ１と呼ぶ）に合わせられているものとする
。
に、ｙ１軸がテレビ画面４の水平軸に、Ｚ１軸が垂直軸
に、Ｘ，軸が力タブ視野中心の方−》向（以後これを視
線ベクトルＸ１と呼ぶ）に合わせられているものとする
。
このテレビカメラ２で対象をうつした場合、視一】線ベ
クトルＸ，の方向にある点ｃは、第１図ｂに示すテレビ
画面４の中央にうつり、点ａ、点ｂの−】ように、視線
ベクトルＸ１からのずれ角度（以後これを視立体角φと
呼ぶ）が同じ点は、テレビカ ｊメラ２からその点まで
の距離に関係なく、テレビ画面中央を中心とする同一円
上にうつることがわかる。
クトルＸ，の方向にある点ｃは、第１図ｂに示すテレビ
画面４の中央にうつり、点ａ、点ｂの−】ように、視線
ベクトルＸ１からのずれ角度（以後これを視立体角φと
呼ぶ）が同じ点は、テレビカ ｊメラ２からその点まで
の距離に関係なく、テレビ画面中央を中心とする同一円
上にうつることがわかる。
すなわち、対象点の視立体角ψと、テレビ画面４上にう
つつた対象点から画面中央までの距離ｒには１対１の関
係があることがわかる。そこ 二で、まえもつて距離ｒ
と視立体角φとの関係を測定によつて求めておけば、テ
レビ画面４上の任意の点の視立体角を求めることができ
る。テレビカメラ２のレンズ収差の無視できる場合、第
２図のような等価光学系かられかるように、１点だけで
視立体角φと距離ｒを実測するだけで、下記の式から、
任意の点の視立体角を求めることができる。さらに詳し
くいえば、距離Ｒ，ｌは、使用するテレビ画面の物理的
な大きさによつて変化するものであるが、第３図のよう
に、テレビ画面４をたくさんの微細な絵素に分解し、（
第３図では、わかりやすさのために１１×１１に分解し
てある。）求めたい点の像位置ｄを絵素座標でたとえば
（２、３）と表わし、中心絵素（５、５）との距離１ｐ
として〜 なる値をとれば、この値はテレビ画面４の物理的な大き
さは影響を受けない。
つつた対象点から画面中央までの距離ｒには１対１の関
係があることがわかる。そこ 二で、まえもつて距離ｒ
と視立体角φとの関係を測定によつて求めておけば、テ
レビ画面４上の任意の点の視立体角を求めることができ
る。テレビカメラ２のレンズ収差の無視できる場合、第
２図のような等価光学系かられかるように、１点だけで
視立体角φと距離ｒを実測するだけで、下記の式から、
任意の点の視立体角を求めることができる。さらに詳し
くいえば、距離Ｒ，ｌは、使用するテレビ画面の物理的
な大きさによつて変化するものであるが、第３図のよう
に、テレビ画面４をたくさんの微細な絵素に分解し、（
第３図では、わかりやすさのために１１×１１に分解し
てある。）求めたい点の像位置ｄを絵素座標でたとえば
（２、３）と表わし、中心絵素（５、５）との距離１ｐ
として〜 なる値をとれば、この値はテレビ画面４の物理的な大き
さは影響を受けない。
そこで式（１）のＲｌｌのかわりに、この絵素座標によ
る距離を使えば、テレビ画面の大きさにはよらずに任意
の点の視立体角を求めることができる。以後、テレビ画
面上では、絵素座標による長さの表わし方を用いるもの
とする。また、目標対象物が遠いところにある場合、通
常のカメラレンズでは、正確に目標を指定できない場合
がある。
る距離を使えば、テレビ画面の大きさにはよらずに任意
の点の視立体角を求めることができる。以後、テレビ画
面上では、絵素座標による長さの表わし方を用いるもの
とする。また、目標対象物が遠いところにある場合、通
常のカメラレンズでは、正確に目標を指定できない場合
がある。
また逆に、目標対象物が、視野ベクトルの方向から大き
くずれて、テレビ画面上にうつらない場合がある。これ
らの場合、カメラレンズを、通常のものから、望遠レン
ズ、広角レンズに切換えて、対象物の指定が容易にでき
るようにする。この場合、各レンズに合わせて、視立体
角と、テレビ画面上の中心からの距離を較正しておき、
レンズ系の切換とともに、視立体角一距離の関係もレン
ズ系に合わせて変化させるものとする。特に広角レンズ
の場合には、レンズ収差が大きいため、前述した等価光
学系による、１点だけの実測では正確さが得られず、複
数点での実測を必要とする。次に、第４図において、実
空間での目標対象６→の方向を表わす目標単位ベクトル
Ｘ２と、テレビ画面４上にうつつた目標像８の位置をあ
られすべ→クトルＸ３との関係を考えると、前述のよう
に、一】まずベクトルＸ３の長さから目標単位ベクトル
→Ｘ２の視立体角φｄがわかる。
くずれて、テレビ画面上にうつらない場合がある。これ
らの場合、カメラレンズを、通常のものから、望遠レン
ズ、広角レンズに切換えて、対象物の指定が容易にでき
るようにする。この場合、各レンズに合わせて、視立体
角と、テレビ画面上の中心からの距離を較正しておき、
レンズ系の切換とともに、視立体角一距離の関係もレン
ズ系に合わせて変化させるものとする。特に広角レンズ
の場合には、レンズ収差が大きいため、前述した等価光
学系による、１点だけの実測では正確さが得られず、複
数点での実測を必要とする。次に、第４図において、実
空間での目標対象６→の方向を表わす目標単位ベクトル
Ｘ２と、テレビ画面４上にうつつた目標像８の位置をあ
られすべ→クトルＸ３との関係を考えると、前述のよう
に、一】まずベクトルＸ３の長さから目標単位ベクトル
→Ｘ２の視立体角φｄがわかる。
さらにベクトル→Ｘ３とｙ１軸のなす角θｄから、目標
単位ヘクト−】ルＸ２とＸｌｙｌ平面とのずれがわかる
。
単位ヘクト−】ルＸ２とＸｌｙｌ平面とのずれがわかる
。
すなわち、テレビ画面４上の目標像をあられす→ベクト
ルＸ３の長さと、Ｙ，軸との角度θｄによ→つて、目標
単位ベクトルＸ２が了，ＸｌｙｌＺ，座標系で求められ
ることがわかる。
ルＸ３の長さと、Ｙ，軸との角度θｄによ→つて、目標
単位ベクトルＸ２が了，ＸｌｙｌＺ，座標系で求められ
ることがわかる。
具体的には、第５図から、目標単位ベクトル→Ｘ２は、
０１Ｘ１ｙ１Ｚ１座標系で、 → → となることがわかる。
０１Ｘ１ｙ１Ｚ１座標系で、 → → となることがわかる。
記号Ｘ２ｌは、Ｘ２をＧＸｌｙ，Ｚｌ座標系で表わした
ものとする。次に、テレビカメラに固定された座標系０
１Ｘ１ｙ，Ｚ１から、マニピユレータ固有の座標系？０
ｙ０ｚ０への変換マトリツクスをＪとすると、このマト
リツクスＪは、マニピユレータの構成によつて一意的に
定まるものである。
ものとする。次に、テレビカメラに固定された座標系０
１Ｘ１ｙ，Ｚ１から、マニピユレータ固有の座標系？０
ｙ０ｚ０への変換マトリツクスをＪとすると、このマト
リツクスＪは、マニピユレータの構成によつて一意的に
定まるものである。
目標単位ベク→トルＸ２を、０ｘ０ｙ０ｚ０座標系で表
わすと、となる。
わすと、となる。
以上のことから、テレビ画面上で指定した目標の方向が
、マニピユレータ固有の座標系で表現できることがわか
る。
、マニピユレータ固有の座標系で表現できることがわか
る。
マニピュレータ固有の座標系で定量的に表わされた方向
に、マニピユレータを移動させることは、従来、すでに
行なわれている技術であり、説明は省略する。
に、マニピユレータを移動させることは、従来、すでに
行なわれている技術であり、説明は省略する。
実施例 １
第６図のように、移動できるマニピュレータ１０の手先
に、テレビカメラ２と、指１２をつけたもので、テレビ
カメラ２からのビデオ信号１００は、テレビ装置１４と
、絵素座標計算装置１６に送られる。
に、テレビカメラ２と、指１２をつけたもので、テレビ
カメラ２からのビデオ信号１００は、テレビ装置１４と
、絵素座標計算装置１６に送られる。
オペレータは、テレビ画面４をみながら、ライトペン１
８によつて、移動目標を指定する。
８によつて、移動目標を指定する。
絵素座標計算装置１６からの出力１０２は、移動方向ベ
クトル計算装置２０に送られる。移動方向ベクトル計算
装置２０からの出力１０４は、マニピユレータ１０の制
御装置２２に送られ、この制御装置の出力１０６によつ
てマニピユレータの移動が制御される。オペレータは最
適な作業位置にマニピユレータがきたときに、信号１０
８によつて、マニピュレータの指１２を制御し、作業を
する。この実施例において、テレビ画面上の位置指定に
ライトペンを用いたが、移動目標対象が黒い物体である
場合には、テレビ画面の指定したい位置が光らず、ライ
トペンに出力がでない。そのため、ビデオ信号１００に
同期して、１秒間に数フイールドだけ同期白信号発生回
路１３から白信号１１２を送つて、テレビ画面全体を発
光させる。
クトル計算装置２０に送られる。移動方向ベクトル計算
装置２０からの出力１０４は、マニピユレータ１０の制
御装置２２に送られ、この制御装置の出力１０６によつ
てマニピユレータの移動が制御される。オペレータは最
適な作業位置にマニピユレータがきたときに、信号１０
８によつて、マニピュレータの指１２を制御し、作業を
する。この実施例において、テレビ画面上の位置指定に
ライトペンを用いたが、移動目標対象が黒い物体である
場合には、テレビ画面の指定したい位置が光らず、ライ
トペンに出力がでない。そのため、ビデオ信号１００に
同期して、１秒間に数フイールドだけ同期白信号発生回
路１３から白信号１１２を送つて、テレビ画面全体を発
光させる。
本実施例では３フイールドだけ白信号としている。よつ
てこの信号とビデオ信号との繰返し比率は、３：５７と
なり、ほとんど画像には影響を与えない。そしてライト
ペンには、約０．３秒ごとに信号が得られることになる
。実施例 ２ 第７図は、水中探索ロボツト２４に適用した実施例であ
り、テレビカメラからの信号１００によつて絵素座標計
算装置からの出力信号１０２が計算されるのは前実施例
と同じであるが、オペレータからの制御信号１１０によ
つて、カメラレンズ交換装置２６が制御され、目標物体
の遠近、視野の広さによつて最適なカメラレンズ２８が
選択される。
てこの信号とビデオ信号との繰返し比率は、３：５７と
なり、ほとんど画像には影響を与えない。そしてライト
ペンには、約０．３秒ごとに信号が得られることになる
。実施例 ２ 第７図は、水中探索ロボツト２４に適用した実施例であ
り、テレビカメラからの信号１００によつて絵素座標計
算装置からの出力信号１０２が計算されるのは前実施例
と同じであるが、オペレータからの制御信号１１０によ
つて、カメラレンズ交換装置２６が制御され、目標物体
の遠近、視野の広さによつて最適なカメラレンズ２８が
選択される。
同時にこの制御信号１１０によつて、移動方向ベクトル
計算装置２０が制御され、カメラレンズ２８に適応した
正しい移動方向ベクトル信号１０４が出力される。この
出力１０４によつて、水中探索ロボツト制御装置３０が
制御され、この制御出力１０６によつて、操舵装置３２
が制御される。実施例 ３ 第８図は本発明をテレビカメラ方向制御に適用した実施
例である。
計算装置２０が制御され、カメラレンズ２８に適応した
正しい移動方向ベクトル信号１０４が出力される。この
出力１０４によつて、水中探索ロボツト制御装置３０が
制御され、この制御出力１０６によつて、操舵装置３２
が制御される。実施例 ３ 第８図は本発明をテレビカメラ方向制御に適用した実施
例である。
この場合テレビカメラ２は移動せず、オペレータからの
制御信号１１０によつて選択されたカメラレンズ２８に
対して、方向ベクトル信号１０４で示される方向にテレ
ビカメラを向けるものである。３４はテレビカメラ方向
制御装置であり、３６はテレビカメラのパン、テイルト
装置である。
制御信号１１０によつて選択されたカメラレンズ２８に
対して、方向ベクトル信号１０４で示される方向にテレ
ビカメラを向けるものである。３４はテレビカメラ方向
制御装置であり、３６はテレビカメラのパン、テイルト
装置である。
なお、実施例１、２、３において、テレビ画面上の位置
を指定するために、ライトペンを用いたが、これは他の
同等なもので置換えることができる。
を指定するために、ライトペンを用いたが、これは他の
同等なもので置換えることができる。
以上述べたように、本発明によれば、移動するマニピユ
レータの移動方向を、簡単にかつ極めて効果的に、マニ
ピュレータに教示することができる。
レータの移動方向を、簡単にかつ極めて効果的に、マニ
ピュレータに教示することができる。
第１図は、視立体角と、テレビ画面上での位置を説明す
るための図、第２図は、テレビカメラとテレビ画面の等
価光学系を示す図、第３図は、絵素によるテレビ画面上
での目標の指定と長さの求め方を説明する図、第４図は
、テレビ画面上での目標像の位置と目標方向との関係を
示す図、第５図は、目標単位ベクトルとテレビカメラに
固定された座標系との関係を示す図、第６図は、本発明
の実施例１を示す図、第７図は、本発明の実施例２を示
す図、第８図は、本発明の実施例３を示す図である。
るための図、第２図は、テレビカメラとテレビ画面の等
価光学系を示す図、第３図は、絵素によるテレビ画面上
での目標の指定と長さの求め方を説明する図、第４図は
、テレビ画面上での目標像の位置と目標方向との関係を
示す図、第５図は、目標単位ベクトルとテレビカメラに
固定された座標系との関係を示す図、第６図は、本発明
の実施例１を示す図、第７図は、本発明の実施例２を示
す図、第８図は、本発明の実施例３を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 位置制御されるべき移動体に支持された撮像装置と
、該撮像装置により撮像された像を表示する装置と、該
表示装置に表示画面上の特定位置を指定する手段と、該
指定された特定位置の画面上の位置と、該撮像装置の撮
像レンズから該画面までの距離とに基づき、該特定位置
に撮像される撮像視野巾の点に関する、該撮像装置から
みた三次元空間内の方位を算出し、該移動体が進むべき
三次的方位として指示する手段とを有する移動方向教示
装置。 ２ 該算出された方向に該撮像レンズが向くように該撮
像装置の姿勢を制御する手段をさらに有することを特徴
とする第１項の移動方向教示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15057175A JPS5916912B2 (ja) | 1975-12-19 | 1975-12-19 | イドウホウコウキヨウジソウチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15057175A JPS5916912B2 (ja) | 1975-12-19 | 1975-12-19 | イドウホウコウキヨウジソウチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5275763A JPS5275763A (en) | 1977-06-25 |
| JPS5916912B2 true JPS5916912B2 (ja) | 1984-04-18 |
Family
ID=15499791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15057175A Expired JPS5916912B2 (ja) | 1975-12-19 | 1975-12-19 | イドウホウコウキヨウジソウチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5916912B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4286289A (en) * | 1979-10-31 | 1981-08-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Touch screen target designator |
| DE3142227A1 (de) * | 1981-10-24 | 1983-05-11 | Friedrich Kampwerth Maschinenfabrik, 4518 Bad Laer | "verfahren und vorrichtung zur aufnahme und entleerung von muellbehaeltern" |
| JPS59205610A (ja) * | 1983-05-06 | 1984-11-21 | Amada Co Ltd | 三角法等図形を利用したロボツト教示方法 |
| JPH0614285B2 (ja) * | 1983-08-12 | 1994-02-23 | 川崎重工業株式会社 | 産業用ロボットの自動教示方式 |
| JPS60134306A (ja) * | 1983-12-21 | 1985-07-17 | Fujitsu Denso Ltd | 部品自動插入システム用プログラム開発装置 |
| JPS60256807A (ja) * | 1984-06-01 | 1985-12-18 | Mitsubishi Electric Corp | ロボットのティーチング装置 |
| JPH0790492B2 (ja) * | 1986-07-03 | 1995-10-04 | 三菱電機株式会社 | 遠隔操作式マニピユレ−タ装置 |
| JPH06110544A (ja) * | 1992-09-25 | 1994-04-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ロボットの遠隔操作装置 |
-
1975
- 1975-12-19 JP JP15057175A patent/JPS5916912B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5275763A (en) | 1977-06-25 |
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