JPS6213052Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本考案はマスタースレーブ形マニプレータを操
作する場合に用いる視線追従装置に関する。

Ｂ 考案の概要 本考案は、マスタースレーブ形マニプレータに
おける視線追従装置に係り、作業対象物を撮像す
る撮像装置が、これらの撮像装置による画像を立
体虚像として写し出す立体像合成装置を観察する
作業者の視線の動きに追従して動くようにしたも
のである。

Ｃ 従来の技術と問題点 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が
要求される。マスタースレーブ形マニプレータは
有用であるが、このように操作上の問題がある。

本考案はマスタースレーブ形マニプレータの操
作上の欠点を解決すべくなされたもので、鮮明な
立体画像を得ることができ、しかも作業対象に対
する視線の追従が容易になされるようにし、もつ
て、マスタースレーブ形マニプレータの操作性を
向上させることを目的とする。

Ｄ 問題点を解決するための手段 上記目的を達成する本考案の構成は、操作ロボ
ツトを操作することによつて、当該操作ロボツト
の動きに追従して作業ロボツトが作業対象物に対
して作業するようにしたマスタースレーブ形マニ
プレータにおいて、前記作業対象物を撮像する一
対の撮像装置と、これら撮像装置による画像をそ
れぞれ導くと共に、これらの画像を立体鏡により
合成して立体虚像を得る立体像合成装置と、立体
像合成装置により得られる立体虚像を観察する作
業者の頭部に装着されるヘルメツトと、ヘルメツ
トを支持し、かつヘルメツトの立体的な動きを許
容する多自由度の多関節機構とを備え、作業者の
視線の変更に伴うヘルメツトの動きに追従して前
記撮像装置が移動するようにした視線追従装置に
存する。

Ｅ 実施例 本考案に係る視線追従装置をその一実施例を具
えたマスタースレーブ形マニプレータと共に詳細
に説明する。第２図には本考案による視線追従装
置を具えたマスタースレーブ形マニプレータの原
理を示し、第３図には実際の作業状態を示す。

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と同一の動きを傲うようになつてい
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１
４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傲い装置や油圧機器等を
利用した機械的傲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。

前記画像は立体像合成装置１９に組み付けられ
た投影用の受像スクリーンに表われ、立体像合成
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
合成虚像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
る前記立体像合成装置１９の原理を第４図に、そ
の外観を第５図に示す。この立体像合成装置１９
の枠体をなす暗箱２１の前面２２は半透明（光の
透過率30％〜50％程度）の材料（例えば、着色透
明ガラスや合成樹脂板）で形成されており、その
中央部には一対の覗き窓２３が設けられている。
これら覗き窓２３は貫通穴又は無着色ガラス若し
くは透明な合成樹脂板となつている。暗箱２１の
両側面には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モニタテレビ等の
受像管（ブラウン管）２４，２５がその映像面２
６，２７を前記前面２２側に傾けて設けてある。
つまり、平面から見て映像面２６，２７は八の字
状をなし、本実施例ではその傾き角度θ_１は暗箱
２１の前後方向に対し30゜となつている。暗箱２
１内において前記映像画２６，２７との間に立体
鏡として一対の半透明鏡２８，２９が暗箱２１の
前側から後側にかけて末広がりに開いて立設され
ており、その開き角度θ_２は前記映像面２６，２
７の傾き角θ_１と同じ（ここでは30゜）になつて
いる。左右の映像画２６，２７からの像ab，
a′b′は半透明鏡２８，２９の後側において覗き窓
２３の延長上に立体合成虚像２０として観察され
る。又、この立体像合成装置１９においては暗箱
２１の前面２２が半透明となつているので、左右
の映像面２６，２７を独自に観察することもでき
る。

本実施例では半透明鏡２８，２９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
体合成虚像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８，２９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１２の
立体合成虚像を観察できるので、この作業ロボツ
ト１２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。

前記テレビカメラ１６，１７、立体像合成装置
１９と組み合わさつて構成される視線追従装置１
８は、更に、作業者１３の頭部に装着固定される
ヘルメツト３０と、ヘルメツト３０を操作台３１
等に対し支持し、かつヘルメツト３０の動き（作
業者１３の視線の変更に伴う作業者１３頭部の動
き）を許容する多自由度の多関節機構３２と、ヘ
ルメツト３０の動きに応じて前記テレビカメラ１
６，１７の向きを制御する機構とを備えている。
前記多関節機構３２は、ヘルメツト３０の上部に
連結し、垂直軸回りに回転自在な第１関節部３３
と、第１関節部３３に対し垂直方向に伸縮自在な
第２関節部３４と、第２関節部３４に対し水平軸
回りに前後方向に回動自在な第３関節部３５と、
第３関節部３５に対し水平前後方向軸回りに、つ
まり左右方向に回動自在な第４関節部３６と、第
４関節部３６に対し水平前後方向に伸縮自在な第
５関節部３７と、前記操作台３１と第５関節部３
７側とを水平軸回りに回動自在に連結する第６関
節部３８とからなつている。

上記の如く視線追従装置１８は構成されている
ので、立体像合成装置１９の覗き窓２３より立体
合成虚像２０を観察する作業者１３の大きな視線
の移動に伴う頭部の動きに応じてヘルメツト３０
は上下、前後、左右に立体的に自由に動き得るの
である。そして、このヘルメツト３０の動きに応
じて制御機構により工業用テレビカメラ１６，１
７が追従動されるのである。なお、前記画像合成
装置１９もヘルメツト３０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。

又、本実施例のように半透明鏡２８，２９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との間隔か或いは覗き窓
２３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
時に覗き窓２３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１６，１
７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。

Ｆ 考案の効果 本考案に係る視線追従装置によれば、作業対象
物を立体像として観察することができ、しかも撮
像装置の撮影方向が作業者の頭部の動きに追従し
て自動的に制御されるため、作業者の姿勢が変化
しても作業を中断する必要が全くなく、連続作業
による能率向上が図られ、マスタースレーブ形マ
ニプレータにおける操作性が大幅に向上する。

【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
タの操作原理を表わす作業概念図、第２図は本考
案に係る視線追従装置の一実施例を具えたマスタ
ースレーブ形マニプレータの制御原理図、第３図
はその作業概念図、第４図は本考案における立体
像合成装置の一例の原理図、第５図は一例の外観
図である。 図面中、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、１
８は視線追従装置、１９は立体像合成装置、２０
は立体合成虚像、２１は暗箱、２２は暗箱の前
面、２３は覗き窓、２４，２５は受像管、２６，
２７は映像面、２８，２９は半透明鏡、３０はヘ
ルメツト、３２は多関節機構である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 操作ロボツトを操作することによつて、当該操
   作ロボツトの動きに追従して作業ロボツトが作業
   対象物に対して作業するようにしたマスタースレ
   ーブ形マニプレータにおいて、前記作業対象物を
   撮像する一対の撮像装置と、これら撮像装置によ
   る画像をそれぞれ導くと共に、これらの画像を立
   体鏡により合成して立体虚像を得る立体像合成装
   置と、立体像合成装置により得られる立体虚像を
   観察する作業者の頭部に装着されるヘルメツト
   と、ヘルメツトを支持し、かつヘルメツトの立体
   的な動きを許容する多自由度の多関節機構とを備
   え、作業者の視線の変更に伴うヘルメツトの動き
   に追従して前記撮像装置が移動するようにしたこ
   とを特徴とする視線追従装置。