JPS6350152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、作業性に優れしかも調整操作の容易
なマスタスレーブ形マニプレータの操縦装置に関
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、作業対象物に対
して作業を行う作業ロボツト（スレーブ）を作業
者によつて操作される操作ロボツト（マスター）
の動きに追従させ、作業ロボツトの手先をテレビ
カメラで撮影し、これをモニタテレビで観察しな
がら作業を行うようになつている。この場合、テ
レビカメラ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
台のテレビカメラを用いてそれらの像を複数のモ
ニタテレビで観察し、作業対象物に対する作業ロ
ボツト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、作業者の
姿勢が変化してもテレビカメラの位置が変化しな
いため、その都度制御盤を操作してテレビカメラ
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。

そこで、本発明者らは二台のテレビカメラを並
置し、これによつて得られる二つの画像を作業者
の左右の眼でそれぞれ観察して立体虚像を形成
し、この立体虚像に対して操作ロボツトを作業す
るようにしたマニプレータ操縦装置をすでに提案
し、上述した従来のものよりも極めて作業性に優
れたものであることを確認している。

ところで、立体虚像の形成に当つて半透明鏡や
テレビカメラの位置及び画像の明るさ等を適宜設
定する必要があるが、これらの調整作業は著しく
デリケートな作業であり、相当な熟練度が要求さ
れる。又、従来のモニタテレビは相互に対向させ
るか或いは下向きに並置するようにしていたた
め、その画像の輝度や明度等を調整するのがめん
どうであり、しかもモニタテレビと半透明鏡とは
一体に組み付けられていることがその作業の困難
性を一層助長したものとなつていた。

本発明はこのような知見に基づき、モニタテレ
ビの画像を個々に容易に観察し得るマニプレータ
操縦装置を提供することを目的とする。

この目的を達成する第一番目の本発明のマニプ
レータ操縦装置にかかる構成は、相互に一体的に
移動して作業対象物を撮像する一対の撮像装置
と、相互に並列状態でほぼ水平に設置され且つ前
記作業対象物の画像を写す一対の受像装置と、こ
れら受像装置の前方に設けられた画像モニタ窓と
前記受像装置との間に下向きに傾斜した反射面を
それぞれ有する一対の半透明鏡と、これらシヤツ
タの下方に設けられ且つ前記画像を合成して立体
虚像を得るための画像合成接眼部と対向する上向
きに傾斜した一対の半透明鏡と、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う作業ロボツ
トとからなるものである。

又、第二番目の本発明のマニプレータ操縦装置
にかかる構成は、相互に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、相互に並列状
態でほぼ水平に設置され且つ前記作業対象物の画
像を写す一対の受像装置と、これら受像装置の前
方に設けられた画像モニタ窓と前記受像装置との
間に下向きに傾斜した一対の全反射鏡と、前記画
像モニタ窓と前記受像装置との光路を接続するよ
うにこれら全反射鏡を移動させる手段と、前記全
反射鏡の下方に設けられ且つ前記画像を合成して
立体虚像を得るための画像合成接眼部と対向する
上向きに傾斜した一対の半透明鏡と、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う作業ロ
ボツトとからなるものである。

以下、本発明によるマニプレータ操縦装置の一
実施例について第１図〜第３図を参照しながら詳
細に説明する。

本実施例による実際の作業状態を表す第１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。但し、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）１５，１６
は、それらの撮影レンズの光軸の間隔が作業者１
３の瞳孔間隔とほぼ等しくなるように並置され、
視線追従装置１７ａ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内
に組み付けられた投影用の受像スクリーンに写し
出される。そして、画像合成装置を介して前記二
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１８に対して作業
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の主要部の内部構
造を表す第２図及び断面構造を表す第３図に示す
ように、作業者１３の瞳孔間隔をほぼ等しい間隔
の接眼部１９を具えたミラーハウジング２０内に
は、それぞれ作業者１３の観察方向に対してほぼ
45度ずつ上向きに傾斜した半透明鏡２１，２２が
接眼部１９と対向して固定されている。これら半
透明鏡２１，２２の上方には、ミラーハウジング
２０の上端に並置された二台の受像管（ブラウン
管）２３，２４と対向して下向きに傾斜した全反
射鏡２５，２６がそれぞれ設けられている。半透
明鏡２１，２２とほぼ平行なこれら全反射鏡２
５，２６により、受像管２３，２４の受像スクリ
ーンに写し出された作業対象物１１の画像が全反
射鏡２５，２６及び半透明鏡２１，２２を介して
接眼部１９に位置する作業者１３の左右の眼に到
達する。この結果、作業者１３はその観察方向前
方に作業対象物１１の立体虚像１８を認識する。
前記全反射鏡２５，２６は下端部がそれぞれミラ
ーハウジング２０に枢支され、図示しない回動装
置（移動手段）により第３図中、二点鎖線で示す
如く水平に揺動し得るようになつている。

従つて、全反射鏡２５，２６を水平に倒すと受
像管２３，２４と対向してミラーハウジング２０
に形成された画像モニタ窓２７から直接受像管２
３，２４の受像スクリーンに写つた画像を観察す
ることができるため、その輝度や明度等を容易に
調整することが可能となる。

なお、本実施例では移動手段が組付けられた全
反射鏡２５，２６をミラーハウジング２０内に設
置したが、半透明鏡を用いることも可能である。
この場合、これらをミラーハウジング２０内に固
設することができる反面、立体虚像１８の明度が
半減してしまう欠点がある。又、本実施例では半
透明鏡２１，２２を用いることが実際の操作ロボ
ツト１４と作業対象物１１の立体虚像１８とを同
時に観察できるようにしているが、この半透明鏡
２１，２２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
を使用しても同様な効果を期待できる。

一方、前記視線追従装置１７ａは、作業者１３
の頭部に固定されるヘルメツト３２と一体の視線
追従装置１７ｂ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１５，１６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１７ａ，１
７ｂは工業用テレビカメラ１５，１６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、本実施例では前
記画像合成装置もヘルメツト３２と一体にしてあ
るので、画像のけられ等がなくなつて立体虚像１
８の観察が一層容易である。

ところで、本発明では半透明鏡２１，２２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１８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ため、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１５，１６との間隔か或いは接眼部１９
と受像管２３，２４との光路長を調整することが
望ましい。この場合、工業用テレビカメラ１５，
１６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上述の調整作業を簡単に
行なうことができる。従つて、この工業用テレビ
カメラ１５，１６のズームレンズを操作して立体
虚像１８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１
９と操作ロボツト１４との距離を接近させ、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。

このように、本発明のマニプレータ操縦装置に
よると、受像装置と対向する反射光学系を半透明
鏡か或いは移動手段を有する全反射鏡として受像
装置に写し出された画像を画像モニタ窓から直接
観察できるようにしたので、受像装置を個々に調
整することが極めて容易になつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるマニプレータ操縦装置の
一実施例の操作原理を表す作業概念図、第２図は
その主要部の斜視図、第３図はその画像合成装置
の断面図である。 又、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、１５，１６は工業用テレビカメラ、１８は立
体虚像、１９は接眼部、２１，２２は半透明鏡、
２３，２４は受像管、２５，２６は全反射鏡、２
７は画像モニタ窓である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相互に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、相互に並列状態でほぼ水平
   に設置され且つ前記作業対象物の画像を写す一対
   の受像装置と、これら受像装置の前方に設けられ
   た画像モニタ窓と前記受像装置との間に下向きに
   傾斜した反射面をそれぞれ有する一対の半透明鏡
   と、これら半透明鏡の下方に設けられ且つ前記画
   像を合成して立体虚像を得るための画像合成接眼
   部と対向する上向きに傾斜した一対の半透明鏡
   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
   業を行う作業ロボツトとからなるマニプレータ操
   縦装置。 ２ 相互に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、相互に並列状態でほぼ水平
   に設置され且つ前記作業対象物の画像を写す一対
   の受像装置と、これら受像装置の前方に設けられ
   た画像モニタ窓と前記受像装置との間に下向きに
   傾斜した一対の全反射鏡と、前記画像モニタ窓と
   前記受像装置との光路を接続するようにこれら全
   反射鏡を移動させる手段と、前記全反射鏡の下方
   に設けられ且つ前記画像を合成して立体虚像を得
   るための画像合成接眼部と対向する上向きに傾斜
   した一対の半透明鏡と、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う作業ロボツトとから
   なるマニプレータ操縦装置。