JPS6153197B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、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
ープ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環境が悪い
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
トの操作が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。

マスタースレープ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（スレープ）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
画線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。

本発明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発明のマスタースレープ
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
前記立体虚像に対して直接作業を行つているがご
とく操作される操作ロボツトと、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。

以上、本発明によるマスタースレープ形マニプ
レータの一実施例について第２図〜第４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
の模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、それらの撮影レンズの光軸の間隔が作業者
１３の瞳孔間隔PDと等しくなるように相互に平
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
直接作業を行なつているように錯覚する。本実施
例による画像合成装置１９の構造を表わす第４図
に示すように、作業者１３の瞳孔間隔PDと等し
い間隔の接眼部２１を具えたミラーハウジング２
２内にはそれぞれ作業者１３の観察方向に対して
逆向きに45度ずつ傾斜した半透明鏡２３，２４が
固定されており、前記二台の工業用テレビカメラ
１６，１７にそれぞれ接続する二台の受像管（ブ
ラウン管）２５，２６が各半透明鏡２３，２４側
を向くように相互に対向状態でミラーハウジング
２２に取り付けられている。なお、接眼部２１か
ら左右の受像管２５，２６までの光路長は等しく
設定されていなければならない。本実施例では半
透明鏡２３，２４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
２３，２４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半射鏡
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
状態を把持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２７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１６，１７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１
８は工業用テレビカメラ１６，１７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２７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２３，２４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２５，，２６との光路長を調整するが、
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。なお、本実施例では反射
型の立体鏡１９を使つているため、そのままでは
立体虚像２０が左右反転像となることから工業用
テレビカメラ１６，１７に接続する受信器２５，
２６の掃引方向を逆にすることで作業対象物１１
の正立像を得るようにしている。又、瞳孔間隔
PD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い工業用テレビカメ
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PD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。

このように本発明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、倣いのための模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
業者による能率向上に寄与する。

【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図は本発明
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図はその作業概念図、第４
図はその画像合成装置の構造を表す原理図であ
り、図中の符号で、１１は作業対象物、１２は作
業ロボツト、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、１８は視線追従装置、１９は画像合成装
置、２０は立体虚像、２７はヘルメツトである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、作業者によつて前記立体虚像に対して直接作
   業を行つているがごとく操作される操作ロボツト
   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。