JPS6411433B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は遠隔操作において、作業環境におけ
る作業状況を操作環境における操作者にフイード
バツクする装置に関するものである。

深海や宇宙空間での作業のように人間が直接現
場へ行つて作業するのが困難であつたり、原子炉
内の作業のように人間が行うのに危険が伴う状況
がいろいろと考えられる。このような作業を実現
する技術として、人間のいけない作業現場（作業
環境）に人間の腕にかわつて作業を行うマニピユ
レータを送り込み、現場から離れた安全な地点の
操作環境から人間が、それを操作して作業を行う
テレオペレーシヨンが研究されてきている。この
方法では人間の指令に従つて自由自在に運動でき
るマニピユレータという機構の開発とともに、遠
隔地点の作業現場の状況を人間に自然に見せる感
覚のフイードバツク及びマニピユレータのもつ感
覚（触覚など）をフイードバツクすることが、操
作性を上げるのに重要である。作業状況のフイー
ドバツクとしては、テレビカメラ等による画像情
報を操作者の両眼に与えて、立体感を与える方法
が主にとられている。しかしながら障害物のかげ
などテレビカメラでは画像を得られない状況や、
作業空間を見る視点の位置を大きく変えて作業を
したい場合には、この方法が必ずしも有効ではな
い。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたも
のであつて、作業現場における任意の視点からの
画像情報を操作者に与えることができ、あたかも
操作者が作業現場にいて、作業対象物を全方向か
ら観察して、自分の指や腕で作業を行つているの
と同等の状況を現出することを目的とするもので
ある。

この目的に対応して、この発明の遠隔操作にお
ける作業状況フイードバツク装置は、操作環境に
おけるマスタマニピユレータの動作と相関のある
運動を行うスレーブマニピユレータを作業環境に
配置し、基準位置に関する作業対象とスレーブマ
ニピユレータの各点の位置をデータベースに記録
して前記作業対象とスレーブマニピユレータの三
次元モデルをコンピユータに形成し、かつ操作者
の視点及び視線を計測装置により計測して前記コ
ンピユータに入力し、前記視点及び視線に対応す
る前記三次元モデルの双眼用の二次元画像を前記
コンピユータで構成し、前記画像を操作環境にお
いて立体的に可視表示装置に表示するように構成
したことを特徴としている。

以下この発明の詳細を一実施例を示す図面につ
いて説明する。

第１図及び第２図において、１は画像情報フイ
ードバツク装置であり、画像情報フイードバツク
装置１は遠隔操作装置２に付随して設けられる。

遠隔操作装置２は操作環境３にマスタマニピユ
レータ４が配設され、このマスタマニピユレータ
４は操作者５が操作する。マスタマニピユレータ
４の動きは作業環境６に配設されたスレーブマニ
ピユレータ７に伝達され、スレーブマニピユレー
タ７が作業対象物８に対する実際の作業を行う。
この作業を行うにあたつては、作業環境６の状況
を時々刻々、操作者５が知つていることが必要で
あり、この作業環境６の状況を操作者５にフイー
ドバツクすることを画像情報フイードバツク装置
１が行う。画像情報フイードバツク装置１は情報
採取装置１１、コンピユータ１２、画像表示装置
１３とを備えている。情報採取装置１１ではレー
ザ光線などで作業対象物８、障害物１４、スレー
ブマニピユレータ７等の表面をスキヤンして、そ
れらの表面上の各点の座標を計測し、それらの物
の面や稜を求め、あるいは、スレーブマニピユレ
ータ７の手先で作業対象物８や障害物１４の表面
をなぞり、スレーブマニピユレータの手先の触覚
や各関節の固有受容を利用して、それらの物の各
点の座標を計測する。これらの座標情報はコンピ
ユータ１２に入力され、かつ処理され、それらの
作業対象物８、障害物１４、スレーブマニピユレ
ータ７のモデルが形成される。一方、操作環境３
に操作者測定装置１５が設けられ、この操作者測
定装置１５は操作者５の姿勢の変化によつて変化
する操作者５の眼瞼の基準位置Ｏに関する視点及
び視線を計測する。この操作者測定装置１５から
の操作者の眼瞼の情報はコンピユータ１２に入力
される。

コンピユータ１２において、眼瞼の情報から作
業環境６における視点の位置及び視線の方向が決
定され、その視点の位置及び視線の方向からの作
業環境６の画像が作成され、画像表示装置１３を
介して操作者５に与えられる。この画像を作成す
る場合の基準点の決め方としては、操作者が操作
席に着席してデイスプレイを自然な状態で見たと
きの頭部の位置と作業環境の仮想的視点に固定さ
れた初期の座標原点Osとを対応させ、それらを
基準とする。この場合の初期の座標原点Osはそ
のスレーブマニピユレータの可動範囲が最大とな
るように可動範囲の中央におくことが望ましい。
そうして操作者の手先を見る視線の方向に対して
は初期の座標原点Osと作業対象物を結ぶ方向を
対応させ、以後の操作の基準の方向とする。

画像表示装置１３は第３図に示すように、一対
の光学系１７、一対のグラフイツクデイスプレイ
１８、グラフイツクコントローラ２１とからなつ
ており、コンピユータ１２から出力された座標に
よる画像信号を光信号に変換して操作者５の両眼
に与え立体的な作業対象物８及びそれに作業を加
えるスレーブマニピユレータ７の画像を操作者５
に視認させる。

スレブマニピユレータのモデル作成は、その設
計データがあることから容易であり、その姿勢や
位置は、人からの指令に従つて制御されているた
め、モニタ可能である。それらの両者のデータか
ら視点を設定すれば両眼から見える形は求めら
れ、前記のグラフイツクデイスプレイにマニピユ
レータの形を重ね書きすることで立体表示が達せ
られる。

このようにして、本発明では直接画像情報が得
られず、従つて操作者にフイードバツクできない
場合にも、作業環境やスレーブマニピユレータの
モデルを作り、モデルに対してそれを見る視点を
設定して、その方向から両眼に見えるであろう画
像、例えば、輪郭等をグラフイツクデイスプレイ
等を用いて表示することによつて、立体感をもつ
た作業現場の状況をフイードバツクして作業性の
向上を図ることができる。

ところで、作業対象物のモデルとスレーブマニ
ピユレータのモデルの表示にあたつては、操作性
を高めるためにも、なるべく現実感をもつた表示
が重要である。特にスレーブマニピユレータにつ
いては、操作者が自分で作業をしているような感
覚をフイードバツクするためにも、人間の腕と同
じようなスレーブマニピユレータを用いることが
好ましい。しかし、通常スレーブマニピユレータ
の機構的な制約や作業性の問題から人間の腕のよ
うな自由度配置ではない円筒座標型や極座標型マ
ニピユレータが用いられている。そこで、これら
のスレーブマニピユレータのモデルを単に表示す
るのではなく、そのかわりに人間の腕のモデルを
表示する。このとき、表示する人間の腕の手先
は、スレーブマニピユレータの手先に一致させ、
腕の姿勢は操作者の腕の姿勢を計測し、それに一
致するようにする。こうすることで、操作者は実
際には自分の腕とは異なる構造をもつスレーブマ
ニピユレータを操作しているにもかかわらず、違
和感をもたずに、自分の腕で作業をしているよう
な感覚をもつことができ、遠隔作業をより円滑に
行うことができる。

さらに、この方式を用いることによつて人間の
腕とはサイズの大きく異なるマニピユレータを違
和感なく操作することも可能となる。すなわち、
人間よりも、はるかに大きく、かつ強い力を必要
とするスレーブマニピユレータでは、強度的な面
や駆動機構から人間の腕のような構造はとりにく
い。また、顕微鏡をもちいるような微細の作業で
要求されるスレーブマニピユレータも機構的にか
なり制約されたものとなり、このようなとき、ス
レーブマニピユレータのモデルを表示するかわり
に、人間腕のモデルを表示することは、有効であ
る。また、この方法は作業環境の画像情報が得ら
れる場合においても使用できる。すなわち、画像
情報が得られるとき、画面内のマニピユレータの
像はマニピユレータのモデル及びマニピユレータ
感覚から、識別することができる。従つて画面か
らその像の部分を消し、かわりに、人の腕のモデ
ルを操作者の運動に従つて表示すればよい。

以上の説明から明らかな通り、この発明によれ
ば、作業現場における任意の視点からの画像情報
を操作者に与えることができ、あたかも操作者が
作業現場にいて、作業対象物を全方向から観察し
て、自分の指や腕で作業を行つているのと同等の
状況を現出することができる遠隔操作における作
業状況フイードバツク装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は遠隔操作装置を示す斜視説明図、第２
図は画像情報フイードバツク装置の構成を示すブ
ロツク図、及び第３図は画像表示装置の斜視説明
図である。 １…画像情報フイードバツク装置、２…遠隔操
作装置、３…操作環境、４…マスタマニピユレー
タ、６…作業環境、７…スレーブマニピユレー
タ、８…作業対象物、１１…情報採取装置、１２
…コンピユータ、１３…画像表示装置、１５…操
作者測定装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 操作環境におけるマスタマニピユレータの動
   作と相関のある運動を行うスレーブマニピユレー
   タを作業環境に配置し、基準位置に関する作業対
   象とスレーブマニピユレータの各点の位置をデー
   タベースに記録して前記作業対象とスレーブマニ
   ピユレータの三次元モデルをコンピユータに形成
   し、かつ操作者の視点及び視線を計測装置により
   計測して前記コンピユータに入力し、前記視点及
   び視線に対応する前記三次元モデルの二次元画像
   を前記コンピユータで構成し、前記画像を操作環
   境において可視表示装置に表示するように構成し
   たことを特徴とする遠隔操作における作業状況フ
   イードバツク装置。