JPS643636B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマニプレータの視覚装置とその制御方
法に係り、特にマニプレータの作業領域であるそ
の手先を監視する視覚装置とその制御方法に関す
る。

一般に、マニプレータは、人間の上肢に近似し
た機能を有する自由度７〜８の多関節形に設けら
れ、オペレータの腕の動作に追従して作動するマ
スター、または各関節に対応した操作ボタンを備
えたコントロールボツクスから出される命令信号
に従つて被取扱物を取扱うべく動作するものであ
り、このマニプレータの視覚装置としては、従
来、被取扱物を直交する２方向から平面的に位置
決めすべく、被取扱物が納置される建屋内に固定
的に配置した２台のテレビカメラとその映像を映
し出す２台のモニターテレビとにより構成した
り、あるいはマニプレータの手先を常時視野に入
れるべくその手首部に固定した１台のテレビカメ
ラとそのモニターテレビとにより構成されてい
る。

しかし、前者の視覚装置は、その遠近制御等が
マニプレータと別個に行なわれているため、作業
時間がかかるとともに、オペレータが視覚的に不
自然に感じるためにマニプレータの円滑な操作を
行なうことができない問題があり、また後者のも
のは、テレビカメラの取付位置が余りにも手先に
近いため、前者のものと同様に、オペレータが視
覚的に不自然に感じるとともに、遠近感を感知す
ることができない等の問題がある。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、オペレータが自分
の腕により作業する場合と近似した視的感覚を得
られるとともに、マニプレータの手先の移動に単
時間で追尾できるようにしたマニプレータの視覚
装置とその制御方法を提供するにある。以下、図
面を参照してこの発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る視覚装置が装着されるマ
ニアル・マニプレータの斜視図で、このマニプレ
ータは、オペレータの腕の動作に追従して操作さ
れるマスター（図示省略）に連動して作動するも
のであり、ほぼ人間の腕に近似した機能を有する
ように構成されており、建屋の天井の如き適宜固
定部位に対し移動可能にまたは固定的に垂設され
ている。

すなわち、図示しないベースプレートには、昇
降胴２が上下動自在に垂設されており、この昇降
胴２の下端には、肩，上腕，下腕および手指等か
らなる人間の上肢に類似せしめ、肩部３と、肩部
３に対して回転自在の上腕部４と、円筒状の上腕
部４に対して屈曲自在に設けた円筒状の下腕部５
と、下腕部５の端部に被取扱物を把持すべく開閉
自在に設けた手先６とからなるマニプレータ１が
装着されている。

前記マニプレータ１の肩部３は、第２図に示す
ように、球軸受接手関節ともいえる人間の肩に近
似させるべく、昇降胴２の下端にその軸線を中心
として回転自在に設けた円筒状の第１回転関節７
と、第１回転関節７の可動側に装着されるととも
に第１回転関節７の軸線と直交する軸線を中心と
して回転自在に設けた第２回転関節８と、上腕部
４の基部（固定軸）を第２回転関節８の可動側に
その軸線に対して屈曲自在に装着する第１旋回関
節９とにより構成されている。また、上腕部４
は、端部（可動側）を第１旋回関節９の可動側に
装着した基部に対して回転させる第３回転関節１
０を備えており、その可動側と下腕部５の基部
（固定側）とは、人間の肘関節に相当する第２旋
回関節１１を介して屈曲自在に設けられている。
さらに、下腕部５は、上腕部４と同様に端部（可
動側）を固定側に対して回転させる第４回転関節
１２を具備しており、その可動側には、前記手先
６を第４回転関節１２の軸線に対して屈曲せしめ
る。ほぼ人間の手首に相当する第３旋回関節１３
が設けられているとともに、手先６を開閉する第
４旋回関節１４が設けられている。

なお、上述した各関節は、コントロールボツク
スからの制御信号またはそれぞれの関節と対応す
るマスターの関節の動作に追従する位置サーボ制
御方式により、その動作が制御されるものであ
り、マニプレータ１の各関節またはマスターの各
関節には、固定側に対する可動側の回転角を検出
するポテンシヨンメータまたはエンコーダの如き
位置センターがそれぞれ内蔵されている。またマ
ニプレータ１は、昇降胴２に装着した場合に述べ
たが、これに限定されるものではなく、床面を走
行する台車に装着してもよいものである。

前記マニプレータ１における肩部３の第１回転
関節７の可動側には、第１図に示すように、本発
明に係る視覚装置における半円弧状の固定取付座
１５がボルトの如き複数の取付具１６を介し着脱
自在に装着されている。固定取付座１５は後述す
る可動取付座と相俟つて、人間の首と対応する機
能を奏するもので、第３図，第４図に示すよう
に、ラツク部１７が外側に一体的に設けられてい
るとともに、その彎曲方向に沿つたガイド溝１８
が上面に設けられている。そして、固定取付座１
５には、この固定取付座１５と同様のほぼ半円弧
状に形成した可動取付座１９が、その下面に装着
した複数のガイドベアリング２０をガイド溝１８
に転動自在に嵌挿することにより、マニプレータ
１の肩部３における第１回転関節７の軸心を中心
とし移動自在に載置されている。なお、各ガイド
ベアリング２０は、可動取付座１９の下面に突設
したガイドピン２１を介して装着されているもの
である。

前記可動取付座１９の中間部付近には、外側方
に突出した第１モータ取付部１９ａが一体成形さ
れており、この第１モータ取付部１９ａには、固
定取付座１５のラツク部１７と噛合するピニオン
２２を回転軸２２に装着したモータの如き第１回
転駆動装置２４が装着されている。また、可動取
付座１９には、外側方に突出した第２モータ取付
部１９ｂが第１モータ取付部１９ａに近接して一
体成形されており、この第２モータ取付部１９ｂ
には、モータの如き第２回転駆動装置２５がその
回転軸２６を第１回転関節７の延伸方向と直交す
るが如くして装着されている。第２回転駆動装置
２５は、後述する１対のテレビカメラの俯仰角を
調整するためのもので、その回転軸２６は、第１
回転関節７の外径より適宜に長く設けられるとと
もに、第１モータ取付部１９ａに植設したブラケ
ツト２７，２７に回転自在に支承され、かつ両端
が各ブラケツト２７から等距離となるように延在
されている。

前記第２回転駆動装置２５の回転軸２６の両端
には、モータの如き第３回転駆動装置２８が、そ
れぞれの回転軸２９を互いに平行にしてかつ第２
回転駆動装置２５の回転軸２６の延伸方向と直交
するが如くして装着されている。各第３回転駆動
装置２８は、後述する１対のテレビカメラの光軸
を単独でまたは同期させて調整するためのもの
で、それぞれの回転軸２９には、テレビカメラ３
０がその光軸を各回転軸２９と直交するが如くし
て装着されている。

なお、各テレビカメラ３０には、オペレータが
映像を立体的に観ることができるように、モニタ
ーテレビ（図示省略）がそれぞれ別個に接続され
ているものである。

以上の構成からなる視覚装置をそのテレビカメ
ラ３０，３０による各モニターテレビの映像が常
に手先６を追尾するように制御するには、コント
ロールボツクスからの制御信号、マニプレータ１
またはマスターの各関節に装着した位置センサー
からの信号を用いるとともに、マニプレータ１の
固定部、すなわち昇降胴２を基準としてマニプレ
ータ１またはスレーブの各関節の動作に伴なう手
先６の極座標を追尾計算するのではその計算量が
膨大となるので、視覚装置が装着される肩部３の
第１回転関節７と、肩部３から見て視角変化が少
ない下腕部５の第４回転関節１２および第３旋回
関節と、同時に視角変化の少ない手先６の第４旋
回関節１４とにおけるデータを省略してマイコン
等により追尾計算して行ない、１対のテレビカメ
ラ３０の第１回転関節７の可動部に対する旋回角
θ₁、水平面に対する俯仰角θ₂およびより目角θ₃の
制御、すなわち第１回転駆動装置２４，第２回転
駆動装置２５および各第３回転駆動装置２８の駆
動を制御して行なう。

なお、上述した視覚装置の制御は、視覚装置を
マニプレータ１の肩部３における第１回転関節７
の可動側に装着した場合について述べたが、視覚
装置を上腕部４における第３回転関節１０の可動
側に装着する場合には、その追尾計算が一層簡単
になり、容易に制御することができるものであ
る。

以上の如く本発明は、マニプレータの筒部外周
に着脱自在に装着される半円弧状の固定取付座
に、半円弧状の可動取付座をこの可動取付座に装
着した第１回転駆動装置によりマニプレータの筒
部の軸心を中心として旋回移動自在に装着し、前
記可動取付座にマニプレータの筒部の外径より長
い回転軸を有する第２回転駆動装置をその回転軸
が筒部の延伸方向と直交するが如くして装着し、
前記第２回転駆動装置の回転軸の両端に第３回転
駆動装置をそれぞれの回転軸が第２回転駆動装置
の回転軸と直交するが如くして装着し、前記各第
３回転駆動装置の回転軸にテレビカメラをそれぞ
れの光軸が第３回転駆動装置の回転軸と直交する
が如くして装着してなるマニプレータの視覚装置
であるから、オペレータの視的感覚と近似した視
覚情報を得ることができる。また、マニプレータ
の組立とは別個に組立てることができるととも
に、その着脱を容易に行なうことができる。

また、上記視覚装置の第１回転駆動装置、第２
回転駆動装置および第３回転駆動装置を、この視
覚装置が装着されるマニプレータの関節を含む肩
部側の各関節と下腕部の回転関節を含む手先側の
各関節とを除くマニプレータの各関節に対するコ
ントロールボツクスからの制御信号、マニプレー
タまたはマスターの各関節の位置センサーからの
信号を用いて制御するようにしたから、追尾計算
をマイコン等の小形コンピユータにより行なうこ
とができ実用化が可能である等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る視覚装置が装着されるマ
ニプレータの斜視図で、第２図はその関節説明
図、第３図は本発明に係る視覚装置の斜視図で、
第４図はその要部の断面図である。 １……マニプレータ、１５……固定取付座、１
９……可動取付座、２４……第１回転駆動装置、
２５……第２回転駆動装置、２６……回転軸、２
８……第３回転駆動装置、２９……回転軸、３０
……テレビカメラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マニプレータの筒部外周に着脱自在に装着さ
   れる半円弧状の固定取付座に半円弧状の可動取付
   座をこの可動取付座に装着した第１回転駆動装置
   によりマニプレータの筒部の軸心を中心として旋
   回移動自在に装着し、前記可動取付座にマニプレ
   ータの筒部の外径より長い回転軸を有する第２回
   転駆動装置をその回転軸が筒部の延伸方向と直交
   するが如くして装着し、前記第２回転駆動装置の
   回転軸の両端に第３回転駆動装置をそれぞれの回
   転軸が第２回転駆動装置の回転軸と直交するが如
   くして装着し、前記各第３回転駆動装置の回転軸
   にテレビカメラをそれぞれの光軸が第３回転駆動
   装置の回転軸と直交するが如くして装着してなる
   マニプレータの視覚装置。 ２ マニプレータの筒部外周に着脱自在に装着さ
   れる半円弧状の固定取付座に半円弧状の可動取付
   座をこの可動取付座に装着した第１回転駆動装置
   によりマニプレータの筒部の軸心を中心として旋
   回移動自在に装着し、前記可動取付座にマニプレ
   ータの筒部の外径より長い回転軸を有する第２回
   転駆動装置をその回転軸が筒部の延伸方向と直交
   するが如くして装着し、前記第２回転軸駆動装置
   の回転軸の両端に第３回転駆動装置をそれぞれの
   回転軸が第２回転駆動装置の回転軸と直交するが
   如くして装着し、前記各第３回転駆動装置の回転
   軸にテレビカメラをそれぞれの光軸が第３回転駆
   動装置の回転軸と直交するが如くして装着してな
   るマニプレータの視覚装置の制御方法にして、前
   記視覚装置の第１回転駆動装置、第２回転駆動装
   置および第３回転駆動装置を、この視覚装置が装
   着されるマニプレータの関節を含む肩部側の各関
   節と下腕部の回転関節を含む手先側の各関節を除
   くマニプレータの各関節に対するコントロールボ
   ツクスからの制御信号、マニプレータまたはマス
   ターの各関節の位置センサーからの信号を用いて
   制御するようにしたマニプレータの視覚装置の制
   御方法。