JPS61230896A - マニプレ−タ干渉防止装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば原子カプラントの原子炉格納容器内
等、特に作業環境の厳しい状況下において使用される作
業用ロボットに装備されるマニプレータ干渉防止装置に
関する。

［従来の技術］ 一般に、作業用のロボットは、その作業性を向上させる
ために、２本のマニプレータ（作業腕：アーム）を有す
るロボット、あるいはその一方のマニプレータによる作
業状況を監視するために、他方のマニプレータにＴＶカ
メラを搭載したロボットが提供されている。第４図およ
び第５図はそのロボットシステムの一例を示すもので、
第４図におけるロボット１００は、その頭部に位置する
ＩＴＶカメラ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　　ＴＶ　　Ｃａ
ｍｅｒａ）１０１Ａを搭載したマニプレータ（以下ＩＴ
Ｖアームと称する）１０１と、胴体部に位置する作業用
のマニプレータ（以下単にマニプレータと称する）１０
２とを備え、台車１０３にて地上での移動を行ない、ま
た脚１０４にて障害物の回避、ｌ＠段の昇降を行なうよ
うに構成されている。このロボット１００と上記第５図
におけるロボット制御空の各種操作パネル２００とは、
ケーブル１０５にて情報交換を行なうもので、ロボット
オペレータは上記ＴＶカメラ１０１Ａにより得られる映
像をステレオモニタ２０１にて監視し、ジョイスティッ
クパネル２０２あるいはマスタマニプレータ２０３を使
用してロボット１００−　　のマニプレータ１０２を操
作すると共に、ドライビングパネル２０５を使用して台
車１０３を作動させロボット１００の移動を行なってい
る。この場合、ロボット１００側のマニプレータ１０２
は、制御室のマスタマニプレータ２０３と同一の動きを
するようになっている。ここで、メインパネル２００Ａ
のＣＲＴ２０４は、ロボット１００の動作状況あるいは
作業環境の温度、床面の傾斜角等の情報警告の表示を行
なっている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、このように複数のマニプレータを備えたロボ
ットにおいては、ＩＴＶアーム１０１はマニプレータ１
０２の手先部分を自動追尾するが、マニプレ−’ＩＺ１
０２おにび１ＴＶ７−ム１０１は、ロボット１００の作
業範囲内で自由に動き得るように設計されているので、
実際のロボット操作時におけるＩＴＶアーム１０１とマ
ニプレータ１０２との干渉、つまりマニプレータ同士の
異常接近あるいは衝突の発生は十分あり得るものであり
、現状ではその防止対策はほとんど成されていない。　
ただし、その干渉防止方法としては、超音波センサ、接
触センサの利用が考えられるが、ロボット１００の作業
環境によっては、そのセンサの使用が困難あるいは不可
能な場合がある。すなわち、例えば超音波センサは、真
空あるいは真空に近い状態まで減圧された容器内では機
能しなくなるばかりか、水中においても超音波の伝搬特
性、検出の特性が空気中とは大きく異なったものとなる
ため、何等かの補正が必要となる等の欠点がある。一方
、接触センサは、その取付は位置および個数に制約があ
るばかりでなく、上記超音波センサと同様にしてロボッ
トの作業環境により不利を受けるものである。

そこで、上記センサを用いない干渉防止手段として、例
えばＩＴＶアーム１０１の動作範囲を制限することが考
えられるが、この場合ロボット１００そのものの機能性
を低下させてしまうことになる。

この発明は上記のような問題点に鑑みなされてもので、
例えば複数本のマニプレータを有するロボットにおいて
も、その機能性を低下させることなく、マニプレータ同
士の干渉を防止することが可能となるマニプレータ干渉
防止装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段及び作用］すなわちこの
発明に係わるマニプレータ干渉防止装置は、複数本のマ
ニプレータそれぞれに対する操作指令値から、各マニプ
レータの移動位置を演算出力し、その演算結果に基づい
てマニプレータ同士の干渉発生を予測演算し、マニプレ
ータの干渉発生が予測された場合には、オペレータに警
報等を発して一方のマニプレータを安全な位置に退避さ
せるようにするものである。

［実施例］ 以下図面によりこの発明の一実施例を説明する。

第１図はそのマニプレータ干渉防止装置の構成を示すも
ので、１００ＡはＣ／Ｖロボットの胴体部分、１０１は
その頭部に取付けられたＩＴＶアーム、１０１ＡはＩＴ
Ｖアーム１０１の先端に取付けられたＩＴＶカメラ、ま
た１０２はマニプレータである。ここで、１２〜１６は
上記ＩＴＶアーム１０１の可動軸を、また１７〜２３は
上記マニプレータ１０２の可動軸を示している。

次に、２４ａ　〜２４ｅは上記ＩＴＶアーム１０１に設
けられた各可動軸１２〜１６に対して、前記第５図にお
ける制御操作パネル２００側から供給される速度指令信
号あるいは位置指令信号を入力するＩＴＶアーム操作指
令値入力端子、２５ａ〜２５Ｑは上記マニプレータ１０
２に設けられた各可動軸１７〜２３に対して、同様にし
て上記制御パネル２００から供給される速度指令信号あ
るいは位置指令信号を入力するマニプレータ操作指令値
入力端子であり、このそれぞれの入力端子２４８〜２４
ｅおよび２５ａ〜２５Ｑを介して入力する各指令信号を
マニプレータ予測位置演算部２６に供給する。このマニ
プレータ予測位置演算部２６は、供給されるアーム１０
１およびマニプレータ１０２に対する各指令信号値に基
づいて、上記各可動軸１２〜１６および１７〜２３の移
動位置を演算算出し予測するもので、この予測位置演算
部２６により演算出力される予測位置データ信号２７を
マニプレータ干渉判定部２８に供給する。

このマニプレータ干渉判定部２８は、上記供給される各
可動軸１２〜１６および１７〜２３の予測位置データか
ら、ＩＴＶアーム１０１とマニプレータ１０２との藺の
干渉の有無を判定するもので、この判定出力２９を上記
制御操作パネル２００に伝送し、例えば干渉警報ブザー
等によりその判定結果がロボットオペレータに直ちに認
識できるように構成する。

次に、本実施例装置の主要部としてのマニプレータ予測
位置演算部２６によるＩＴＶアーム１０１およびマニプ
レータ１０２それぞれの移動位置の演算算出手段と、こ
の移動位置の演算結果に基づくマニプレータ干渉判定部
２８による干渉の有無の予測判定手段とを下記に説明す
る。

まず、上記マニプレータ移動位置の演算算出手段とその
干渉判定手段とは、 （１）マニプレータ干渉の定義 （２）マニプレータ干渉条件の導出 （３）マニプレータ干渉判定アルゴリズムを主とする演
算構成により設定される。

（１）マニプレータ干渉の定義 マニプレータ同士の干渉とは、基本的に空間内の２本の
線分が交点を持つ状態であると定義する。

（２）マニプレータ干渉条件の導出 まず第２図に示すように、空間内の２本の線分ｗ１　、
ｗ２がそれぞれ直線β１．２２上にあるものとする。こ
こで、ＷｌはＩＴＶアーム１０１の１つの腕、Ｗ２はマ
ニプレータ１０２の１つの腕として考える。そして、Ｗ
ｌを位置ベクトルＰ１゜Ｐ２　、ｗ２を位置ベクトル［
）１　、　［）２で表現し、またλ１．λ２上の任意の
点をそれぞれ位置ベクトルＭ、Ｎとして表現する。この
位置ベクトルＭ。

Ｎに関しては、ｋｌ　、に２をスカラ量として式（１）
および式（２）が成立する。

Ｍ−ｋｌ　（Ｐ２−Ｐｌ）＋Ｐｉ　　　　式（１）Ｎ−
に２　（［）２−［）１　）＋［）１　　　　式（２）
さらに、このＭ、Ｈの距離ベクトルｄは式（３）にて表
現される。

ｄ−Ｍ−）Ｊ −ｋｌ　　（Ｐ２−Ｐｉ　）−に２　　（［）２−Ｄｌ
）＋Ｐｉ　−ｐｌ −に１−　ｒｌ　＋に２−　ｒ２　＋ｒ３　　　式（３
）ここで、ベクトルＩｔ”１　、　ｒ２　、　ｒ３を式
（４ａ）、（４ｂ）、（４Ｃ）にて定義する。

ｒｌ　−Ｐ２−Ｐｌｒｌ　−Ｉｔ　ｒｌ　１　　式（４
ａ）ｒ２−［）１−［）２　　ｒ２−１１ｒ２１１　　
式（４ｂ）ｒ３−Ｐｉ　−［）１　１３−１１ｒ３１１
　　式（４Ｃ）ここで、ｋｌ　、に２は点Ｎと点Ｍの位
置を表わすパラメータであり、アームの一方の端を起点
として卜あるいはＭまでの長さをそれぞれのアーム長さ
ｒｌまたは「２で割った値を示し、以後これを距離パラ
メータと称する。

Ｑｌ、λ２に１が垂直なるとき式（５）が成立する。

ｄ−ｄＯただしｄ−ｌｉｄ　ｌＩ、ｄｏ　：ｄの最小値
　　　　　　　式（５） この関係は、上記第２図における１）ＪＯ、ＭＯ。

ｄＯにて示される。

ここで、ｗｌ　、ｗ２が干渉する条件は、上記式（５）
が成立するときに式（６）が満足することにある。

ｄＯ−〇　〇≦に１≦１．０≦に２≦１式（６） 次に、上記式（５）が成立するときのｋｌ。

ｋ２の表底を導出する。

式（５）を満足させるに１．に２の導出手段としては、
下記に示す２通りの方法が考えられる。

く１〉廿（１１１２−ｄ”を算出し、ｄ２が最小となる
に１　、に２を求める。

＜２＞　ｌ土ｄ、ｌｌｄの関係式から式（７）にてに１
　、に２を求める。

（１’１−ｄ）−０（ｊ２−４）−０ 式（７） 上記＜１＞、＜２＞によりに１　、に２は次式（８）１
式（９）にて表わされる。

（３）マニプレータ干渉判定アルゴリズム実際のマニプ
レータ（ＩＴＶアーム１０１．マニプレータ１０２）は
線分ではなく、大きさく長さ、直径）を有するものであ
るため、その干渉条件は式（１０）で示すものとなり、
干渉判定アルゴリズムは第３図におけるフローチャート
として示される。

ｄＯ≦ｒＯＱ≦に１≦１．Ｏ≦に２≦１式（１０） ここで、上記ｒＯは一定値であり、マニプレータ１０２
の腕の太さを半径ａｌ、ＩＴＶアーム１０１の腕の太さ
を半径ａ２とすると、そのｒＯは式（１１）として表わ
される。

ｒｏ　＞８１　＋ａ２　　　　　　　式（１１）すなわ
ち、このｒＯがマニプレータ１０２とＩＴＶアーム１０
１との干渉を防止するための上記ｄＯの判定条件となる
。

つまり、実際のロボット１００操作時において、上記マ
ニプレータ予測位置演算部２６により演算算出されるに
１　、に２　、ｄｏ　、ｒｏが、ｖニブレータ干渉判定
部２８躯おいて、上記第３図におけるステップＳ１乃至
ステップＳ３にて示される各条件を満足したことになれ
ば、次のステップＳ４においてマニプレータ１０２とＩ
ＴＶアーム１０１との間の干渉発生が予測判定される。

これにより、マニプレータ干渉判定部２８から“マニプ
レータ干渉発生”の予測判定出力２９が前記第５図にお
けるロボット操作パネル２００に伝送され、ロボットオ
ペレータに対してマニプレータ干渉発生の警告が促され
るようになる。よって、ロボットオペレータはＩＴＶア
ーム１０１あるいはマニプレータ１０２の何れか一方を
安全な位置に退避させ、マニプレータ干渉衝突によるロ
ボット破損等を未然に防止できる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、複数本のマニプレータ
それぞれに対する操作指令値から、各マニプレータの移
動位置を演算出力し、その演算結果に基づいてマニプレ
ータ同士の干渉発生を予測演算し、マニプレータの干渉
発生が予測された場合には、オペレータに警報等を発し
て一方のマニプレータを安全な位置に退避させるように
したので、例えば複数本のマニプレータを有するロボッ
トにおいても、その機能性を低下させることなく、マニ
プレータ同士の干渉衝突発生によるロボット破損等を防
止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係わるマニプレータ干渉
防止装置を示す構成図、第２図は上記マニプレータ干渉
防止装置のマニプレータ予測位置演算部による演算手段
を示すベクトル図、第３図は上記マニプレータ干渉防止
装置のマニプレータ干渉判定部による干渉判定動作を示
すフローチャート、第４図は工業用ロボットシステムの
ロボット本体を示す外観因構成、第５図は工業用ロボッ
トシステムのロボット制御室を示す外観構成図である。 １２〜１６・・・ＩＴＶアーム可動軸、１７〜２３・・
・マニプレータ可動軸、２４ａ〜２４ｅ・・・ＩＴＶア
ーム操作指令値入力端子、２５ａ〜２５Ｑ・・・マニプ
レータ操作指令値入力端子、２６・・・マニプレータ予
測位置演算部、２８・・・マニプレータ干渉判定部、１
００・・・ロボット、１０１・・・ＩＴＶカメラ搭載マ
ニプレータ（ＩＴＶアーム）、１０２・・・作業用マニ
プレータ（マニプレータ）、２００・・・ロボット制御
操作パネル、２０３・・・マスタマニプレータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数本のマニプレータそれぞれに対する操作指令値から
   各マニプレータの移動位置を演算算出する手段と、この
   マニプレータ位置算出手段による演算結果に基づいて上
   記マニプレータ同士の干渉発生を予測演算し判定する手
   段と、このマニプレータ同士の干渉発生を予測判定した
   際にオペレータに対して警告を促す手段とを具備したこ
   とを特徴とするマニプレータ干渉防止装置。