JPS6137510Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、作業性に優れしかも作業対象物に対
する作業ロボツトの作業精度が高いマスタースレ
ーブ形マニプレータに関する。

作業対象物が危険な物や或いは作業現境が悪い
場合や単調な繰り返し作業を行なう場合には、作
業者の労働条件を改善する点からもロボツトによ
りこれらの作業を行なうことが望ましい。従つ
て、ロボツトはその運転者が遠隔操作によつて操
縦するか或いは単純作業等では数値制御により自
動的に作動するようにしなければならない。

従来、ロボツトの遠隔操作方法としては作業者
が望遠鏡や工業用テレビジヨンを使用したり或い
は直接肉眼で作業対象物とロボツトとを観察しな
がらロボツトを操作する方法が多用されている。
ところが、このような方法では高い作業精度が要
求される場合や作業内容が複雑な場合にはロボツ
トの操作ぎ難しくて高度の熟練作業者を必要とす
る。数値制御によつて運転されるロボツトにおい
てはこのような問題が全くないものの、作業対象
物の形状や作業内容が頻繁に変わる場合には、そ
の都度新たなデータを作成しなければならず、汎
用性に乏しい欠点がある。

マスタースレーブ形マニプレータは上述した欠
点を補うものとして有用であり、その原理を表す
第１図に示すように、図示しない作業対象物に対
して作業を行なう作業ロボツト（スレーブ）１を
作業者２によつて操作される操作ロボツト（マス
ター）３の動きに追従させ、作業ロボツト１の手
先をテレビカメラ４で撮影し、これをモニタテレ
ビ５で観察しながら作業を行なうようになつてい
る。この場合、テレビカメラ４による画像は平面
画像で奥行等の立体感を把握することができない
ため、一般には複数台のテレビカメラ４を用いて
それらの像を複数のモニタテレビ５で観察し、作
業対象物に対する作業ロボツト１の手先の位置を
判断するようにしている。このため、作業性が悪
く誤操作を行なう危険性も高いので作業に熟練度
が要求される。又、作業者２の姿勢が変化しても
テレビカメラ４の位置が変化しないため、その都
度制御盤６を操作してテレビカメラ４の位置を調
整しなければならない。このことは作業ロボツト
１による作業の中断を意味しており、作業性を低
下させる別な一因となつている。

本考案は上述した従来のロボツトに対する遠隔
操作上の不具合に鑑み、高価な数値制御装置を使
わずとも作業精度を高く維持できると共に作業性
が著しく優れたマスタースレーブ形マニプレータ
を提供することを目的とする。

この目的を達成する本考案のマスタースレーブ
形マニプレータにかかる構成は、相互に平行に配
置され且つ一体的に移動して作業対象物を撮像す
る一対の撮像装置と、この撮像装置による前記作
業対象物の二つの画像を上方に導く一対の下向き
の受像管と各受像管による画像を中央に導く一対
の反射鏡及び各反射鏡からの画像を合成して立体
虚像を得る立体鏡を具えた画像合成装置と、作業
者によつて操作され且つ前記立体虚像に対して作
業する操作ロボツトと、この操作ロボツトの動作
に追従し且つ前記作業対象物に対して作業を行な
う作業ロボツトと、前記作業者の頭部に固定され
且つこの頭部の動きを前記撮像装置に追従させる
視線追従装置とからなるものである。

以下、本考案によるマスタースレーブ形マニプ
レータの一実施例について第２図〜第７図を参照
しながら詳細に説明する。本実施例の基本原理を
表す第２図及び実際の作業状態を表す第３図に示
すように、作業対象物１１に対して作業を行なう
作業ロボツト１２は、作業者１３が操作する操作
ロボツト１４に連結された追従装置１５により、
この操作ロボツト１４と同一の動きを倣うように
なつている。作業対象物１１に対する作業として
は各種加工や組み立て、測定或いは移動等があ
り、これらの作業形態に対応した工具や把持具或
いは測定器が作業ロボツト１２及び操作ロボツト
１４の先端に選択的に装着されるが、操作ロボツ
ト１４は実際の作業を行なうわけではないので、
操作ロボツト１４には工具や把持具或いは測定器
の摸型を装着するようにしてもよい。なお、操作
ロボツト１４に対する作業ロボツト１２の追従装
置１５として従来から周知の電気的倣い装置や油
圧機器等を利用した機械的倣い装置を用いるとよ
い。作業対象物１１の画像をそれぞれ得る二台の
同一な工業用テレビカメラ（撮像装置）１６，１
７は平行に並置され、視線追従装置１８により作
業対象物１１に沿つて一体的に移動する。前記画
像は画像合成装置１９内に組み付けられた投影用
の受像スクリーンに表われ、画像合成装置１９を
介して前記二つの作業対象物１１の画像を観察す
ることにより、作業者１３はあたかも操作ロボツ
ト１４によつて作業対象物１１の立体虚像２０に
対して作業を行なつているように錯覚する。

作業者１３の視線と同等の高さ位置に設けられ
た前記画像合成装置１９の原理を第６図に、その
正面を第７図に示す。前面に接眼部（のぞき窓）
２１を具えたミラーハウジング２２の上面の左右
両側には前記二台の工業用テレビカメラ１６，１
７にそれぞれ接続する二台のモニタテレビ等の受
像管（ブラウン管）２３，２４が下向きにして取
付けられている。各受像管２３，２４の下向きの
画像面（映像面）２５，２６に対応させて、前記
ミラーハウジング２２内には、互いに逆方向に所
定角度傾斜させると共に互いに向き合わせにして
反射板（反射鏡）２７，２８が設けられている。
ミラーハウジング２２内において前記二つの反射
板２７，２８の中央部にはそれぞれ作業者１３の
観察方向に対して逆向きの所定開き角αをもつて
結合した半透明鏡２９，３０が立体鏡（立体像合
成鏡）として設けられている。これら半透明鏡２
９，３０は前記接眼部２１の延長上に位置する。
この画像合成装置１９においては、受像管２３，
２４をミラーハウジング２２の上面に取付けると
共にミラーハウジング２２の左右両下部には傾斜
した反射板２７，２８を設ける構造となつている
ので、その外観形状はＵ字形をなし、丁度作業者
１３の肩及び腕の動く範囲に相当する部分に空間
Ａを構成する。

本実施例では半透明鏡１９，３０を用いること
で実際の操作ロボツト１４と作業対象物１１の立
体虚像２０とが同時に観察できるようにしている
が、この半透明鏡２９，３０の代りに無数の小孔
を穿設した全反射鏡や極く短周期のフリツカ機構
を具えた全反射鏡を或いは屈折プリズムを使用し
ても同様な効果を期待できる。この場合、操作ロ
ボツト１４の観察ができなくなるが、工業用テレ
ビカメラ１６，１７により作業ロボツト１１の立
体虚像を観察できるので、この作業ロボツト１１
の動きによつて作業状態を把握することが可能で
ある。なお、撮像装置として使用した工業用テレ
ビカメラ１６，１７の代りに画像伝送路としてイ
メージフアイバを使い、光信号をそのままスクリ
ーンに投影するようにしてもよい。一方、前記視
線追従装置１８は、作業者１３の頭部に固定され
るヘルメツト３１と一体の視線追従装置１８と対
をなしており、作業者１３の頭部の動き（つまり
視線の向き）に追従して工業用テレビカメラ１
６，１７が移動するようになつている。つまり、
これら視線追従装置１８は工業用テレビカメラ１
６，１７が三次元移動が可能なように多関節伸縮
機構を有しており、その作動原理は作業ロボツト
１２及び操作ロボツト１４と全く同一である。な
お、前記画像合成装置１９もヘルメツト３１と一
体にしておけば、画像のけられ等がなくなつて立
体虚像２０の観察が一層容易となる。

本実施例のように半透明鏡２９，３０等を用い
て作業対象物１１及び作業ロボツト１２の立体虚
像２０と実際の操作ロボツト１４とが同時に重な
つて観察される場合には、作業ロボツト１２の立
体虚像と操作ロボツト１４とが等しい大きさで観
察できるように、作業ロボツト１２と工業用テレ
ビカメラ１６，１７との間隔か或いは接眼部２１
と受像管２９，２４との光路長を調節するが、工
業用テレビカメラ１６，１７がズームレンズを具
えたものでは、このズームレンズの操作によつて
簡単に行なうことができる。従つて、この工業用
テレビカメラ１６，１７のズームレンズを操作し
て立体虚像２０を拡大した場合には、高精度な作
業を行なうことが可能であるが、これと同時に接
眼部２１と操作ロボツト１４との距離を接近させ
て、操作ロボツト１４と作業ロボツト１２の立体
虚像との大きさを一致させる方がより高精度で複
雑な作業を行なえる。又、瞳孔間隔は作業者１３
によつて個々異なつているが、よほど高精度な作
業でない限り工業用テレビカメラ１６，１７の撮
影レンズの光軸の間隔と作業者１３の瞳孔間隔と
が多少狂つていても差し支えない。更に、工業用
テレビカメラ１６，１７の撮影方向が作業者１３
の頭部の動きに追従して視線追従装置１８により
自動的に制御されるため、作業者１３の姿勢が変
化しても作業を中断する必要が全くなく、連続作
業による能率向上を企図し得る。

このように本考案のロボツトの遠隔操作方法に
よると、立体鏡を用いて作業対象物の立体虚像に
対して操作ロボツトを運転者が作業することによ
り作業ロボツトを倣い移動させるようにしたの
で、倣いのための摸型を作る必要がなく、操縦性
の容易さと相俟つて汎用性に優れている。又、作
業ロボツトの虚像を操作ロボツトに一致させなが
ら作業を行なうことができると共に作業対象物の
立体虚像を必要に応じて拡大することができるの
で、複雑な作業対象物においても高精度な作業を
確実に行なうことが可能である。更に、撮像装置
が作業者の頭部の動きに追従して撮影方向を自動
的に変えるようになつているため、作業者の姿勢
の変化による視線と撮像装置の撮影方向とが一致
し、作業の容易性を一層助けていると共に連続作
業による能率向上に寄与する。更に又、本考案で
は作業者の頭部前面に位置する画像合成装置が受
像管を上面に設けたＵ字形をなし、しかも下部両
コーナ部が斜面をなし全体としてコンパクトにな
つていると共に、作業者の肩や腕の動き得る範囲
に相当する両側に空間ができるようになつている
ので、操作ロボツトの操作に際し作業者の肩や腕
の移動が制限されることがなくなる。このこと
は、作業速度の低下が防げるだけでなく、無理な
姿勢をとる必要がないので作業者の疲労防止とも
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマスタースレーブ形マニプレー
タの操作原理を表す作業概念図、第２図は本考案
によるマスタースレーブ形マニプレータの一実施
例の制御原理図、第３図は一実施例の側面図、第
４図はその平面図、第５図はその正面図、第６図
は画像合成装置の原理図、第７図は画像合成装置
の一例の正面図である。 図面中、１１は作業対象物、１２は操作ロボツ
ト、１３は作業者、１４は操作ロボツト、１５は
追従装置、１６，１７は工業用テレビカメラ、１
８は視線追従装置、１９は画像合成装置、２０は
立体虚像、２２はミラーハウジング、２３，２４
は受像管、２５，２６は受像管の画像面、２７，
２８は反射板、２９，３０は半透明鏡である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 相互に平行に配置され且つ一体的に移動して作
   業対象物を撮像する一対の撮像装置と、この撮像
   装置による前記作業対象物の二つの画像を上方に
   導く一対の下向きの受像管と各受像管による画像
   を中央に導く一対の反射鏡及び各反射鏡からの画
   像を合成して立体虚像を得る立体鏡を具えた画像
   合成装置と、作業者によつて操作され且つ前記立
   体虚像に対して作業する操作ロボツトと、この操
   作ロボツトの動作に追従し且つ前記作業対象物に
   対して作業を行なう作業ロボツトと、前記作業者
   の頭部に固定され且つこの頭部の動きを前記撮像
   装置に追従させる視線追従装置とからなるマスタ
   ースレーブ形マニプレータ。