WO2001040094A1 - Dispositif de positionnement d'une fleche, pour un travail en hauteur - Google Patents

Dispositif de positionnement d'une fleche, pour un travail en hauteur Download PDF

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WO2001040094A1
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Yukio Hashiguchi
Shinji Murai
Shinichi Ishikawa
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Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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    • H02G1/02—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for overhead lines or cables
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    • B60Y2200/40—Special vehicles
    • B60Y2200/49—Movable platforms, Load ramps, e.g. working platforms

Definitions

  • the present invention relates to an aerial work boom positioning device for positioning a distal end of an aerial work boom at a predetermined work position with respect to a work object.
  • robots have been installed at the end of the aerial work vehicle boom in order to ensure worker safety and improve work efficiency in work using aerial work such as power distribution, civil engineering, and construction. Workers remotely control the robot or monitor the robot's automatic work at a location away from the actual work site.
  • a device that measures the distance to the work target by arranging distance measurement means on the boom and automatically positions the boom tip to a predetermined work position has been developed. It has been proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-31023 and Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-320210.
  • an object of the present invention is to secure a desired positional accuracy in positioning a boom tip to a working position from a long distance:
  • the present invention relates to a high-place work boom positioning device that positions a tip end of a high-place work boom at a predetermined work position with respect to a work target, wherein each operation shaft of the boom is provided.
  • Boom axis position detecting means for detecting the position of the boom
  • boom tip position calculating means for calculating the position and posture of the boom tip from the position of each axis of the boom detected by the boom axis position detecting means, attached to the boom Distance measuring means for detecting the distance from the boom tip position to the work target and a viewing angle adjusting means.
  • An imaging unit having a multi-axis driving unit, a display unit for displaying an image captured by the imaging unit, and an aim for specifying a measurement target are displayed on the display unit in the center of the display unit.
  • Aiming drawing means, a camera manual operating means for manually operating the imaging means so that a measurement target overlaps the aiming, and a measurement error corresponding to a measurement distance of the distance measuring means are stored.
  • First boom actuation amount calculating means for calculating a boom actuation amount up to a possible area; boom control means for actuating a boom from an output of the first boom actuation amount calculating means; A viewpoint fixed operation amount calculating means for calculating an operation amount of the imaging means in order to keep the viewpoint of the means fixed; and Second boom operation amount calculating means for calculating a boom operation amount from a predetermined work position with respect to the work target and a boom tip position to a predetermined work position with respect to the work target.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a positioning device for an aerial work boom according to the present invention
  • FIG. 2 schematically shows an operation of positioning an electric wire by the aerial work boom positioning device according to the present invention
  • 3 is a side view of FIG. 2
  • FIG. 4 is a detailed view of the coordinate system of FIG.
  • FIG. 5 is an algorithm showing the processing method of the first boom operation amount calculating means and the second boom operation amount calculating means of the boom positioning apparatus for aerial work according to the present invention
  • FIG. 6 is a graph showing measurement error characteristics. It is.
  • a physical configuration diagram of an aerial work vehicle to which an aerial work boom is attached will be described with reference to FIG.
  • a manipulator 21 is mounted via a base 20, and at the top of the manipulator 21,
  • the imaging means 4 is provided so that the attitude can be adjusted by a multi-axis drive unit 6.
  • the imaging means 4 is provided with a viewing angle adjusting means 5 and a distance measuring means 3 for detecting the position from the boom tip position to the work object (wire 22).
  • Is a telephone pole The coordinate system XYZ of the manipulator 21 is set using the vehicle coordinate system C as the absolute ffi target system.
  • Figure 2 is a plan view of Figure 3.
  • a 0 is the work target point on the electric wire 22;
  • a 1 is the reference point for acquiring the posture data of the electric wire 22;
  • P 0 is the work start.
  • the initial position of the tip of the beam at the time, the area B surrounded by a sphere with a dotted line radius d0 is the area where the measurement accuracy is guaranteed within the tolerance shown in Fig. 6, and P1 is approachable.
  • the distance measuring means 3 from outside the area B
  • the first approach position where the boom tip position 3 1 is approached first
  • P 2 is the second approach position where the boom tip position 3 1 is approached.
  • a predetermined working position (second broaching position) with respect to the work target point A0 determined by the teaching, etc .:
  • FIG. 1 The electrical configuration of this high-place work boom positioning device is shown in the block diagram of Fig. 1::
  • reference numeral 1 denotes a boom shaft position detecting means for detecting the position of each operating axis of the boom 30.
  • the position and orientation of the boom tip 31 are calculated by the boom tip position calculating means 2 from the detected positions of the respective axes of the boom.
  • Reference numeral 3 denotes a distance measuring unit attached to the imaging unit 4 for detecting a position from a boom tip position to a work target
  • 7 denotes a display unit that displays an image captured by the imaging unit 4
  • 8 denotes a display unit 7.
  • Aiming drawing means for superimposing the aiming a to identify the measurement target at the center of the display means 7, 9 is a force for manually operating the imaging means 4 so that the measurement object overlaps the aiming a.
  • 10 is the measurement error determination means, which stores in advance the characteristics of the measurement error according to the measurement distance of the distance measurement means 4 shown in Fig. 6.In Fig. 6, the measurement error is allowed up to the measurement distance d0. For dl longer than this, the measurement error is err 1, which exceeds the allowable error range.
  • 1 1 is the first boom operation that calculates the boom operation amount from the output of the distance measurement means 3 and the output of the measurement error determination means 10 to the approachable area B where the measurement accuracy of the distance measurement means 3 is guaranteed.
  • the boom control means 12 operates the boom from the output.
  • 13 is a viewpoint fixed operation amount calculation means for calculating the operation amount of the imaging means 4 to keep the viewpoint of the imaging means 4 fixed during boom operation
  • 14 is a manual operation means 9 and a viewpoint fixed operation amount calculation means.
  • the imaging means control means for controlling the driving unit 6 of the imaging means 4 and the viewing angle adjusting means 5 with the output of 3, 16 is the boom tip position 3 1 detected by the distance measuring means 3 in the broachable area B Position to work target point A 0
  • a second boom operation amount calculating means for calculating a boom operation amount from a predetermined work position P2 with respect to the work target point AO and a predetermined work position P2 with respect to the work target A0 from the boom tip position 31.
  • the work target point A0 is aligned with the aiming a at the center position on the display means 7, and the work is performed using the distance measurement means 3. Measures the distance d1 to the target point AO and calculates the work target point position
  • a measurement error err err1 corresponding to d1 is obtained from the measurement error determination means 10:
  • the first boom operation amount calculation means 11 receives the output result of the measurement error determination means 10 and calculates the movement amount (X1, y1, z1) to the first approach position P1 (step 1 2 0), and from this movement amount (X 1, y 1, z 1) and the output result of the boom tip position calculating means 2, calculate the operation amount of each axis of the boom (step 130):
  • ⁇ at step 120 is the angle between the direction of d1 and the ⁇ axis and the angle between the direction of d1 and the X axis when the direction of d1 is projected onto the XY plane, as shown in Fig. 4:
  • the boom control means 12 operates the boom 30 based on the output of the first boom operation amount calculation means 11 to move the boom tip position 31 to the first aff : the roach position P1. ,: While the boom tip position 3 1 is moving to the first approach position P 1, the viewpoint is fixed.
  • the operation amount calculation means 1. ⁇ is the output of the boom tip position calculation means 2 and the vehicle at the work point A 0
  • the operation amount of the imaging means 4 is calculated from the position based on the two coordinate systems C and the output of the attitude storage means 16, and the imaging means control means 14 operates the imaging means 4 based on the calculation result, and the display means The target point AO will not disappear from the field of view-).
  • the imaging means 4 At the first abutment position P1, fine-adjust the imaging means 4 using the manual operation means 9 so that the work target point A0 is aligned with the sight a at the center position on the display means 7, and the distance measurement means The distance d 1 to the work target point AO is measured using 3, the position and attitude of the imaging means are stored in the attitude storage means 16, and the distance d 2 to the reference point A 1 is similarly measured.
  • the measurement error judging means 10 confirms that the boom tip position 31 is within the approachable area B from the distance d1, and the second boom working amount calculating means 15 is in the working position P2.
  • the movement amount (X 2, y 2, z 2) is calculated (step 140), and the boom is calculated from the movement amount (x 2, y 2, z 2) and the output result of the boom tip position calculation means 2.
  • Calculate the operation amount of each axis of the boom (Step 150)-The boom control means 12 operates the boom 30 based on the output of the second boom operation amount calculation means 15, and the boom tip position 3 Move 1 to working position P2.
  • the viewpoint fixed operation amount calculating means 13 is based on the output of the boom tip position calculating means 2 and the vehicle coordinate system C of the work target point A 0.
  • the operation amount of the imaging means 4 is calculated from the position thus obtained and the output of the attitude storage means 16, and the imaging means control means operates the imaging means based on the calculation result, and the work target is displayed from the visual field of the display stage 7. Keep point A 0 from disappearing 3
  • the broaching operation is performed in two steps, the first time, taking into account the measurement error, and keeping the viewpoint fixed operation of the imaging means within the approachable area where the distance measurement accuracy is guaranteed.
  • fine adjustment of the imaging means, re-measurement, and approach to the work position ensure the desired positional accuracy even when positioning from a long distance to the work position. Since the viewpoint of the imaging means is fixed to the work target point taking into account the measurement error, the work load during the second remeasurement is reduced, and the work efficiency of the entire robot system is improved:
  • the present invention is useful the tip of the aerial boom as a positioning device for aerial boom to fit position-decided in a predetermined working position for work 3

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Description

明 細 書
高所作業用ブームの位置決め装置
[技術分野]
本発明は、 高所作業用ブームの先端部を、 作業対象に対する所定の作業位置に 位置決めする高所作業用ブームの位置決め装置に関するものである。
[背景技術]
配電作業、 土木作業、 建設作業などの高所作業車を用いた作業において、 近 年、 作業者の安全確保、 作業効率の改善を図るために、 高所作業車のブーム先端 にロボッ トを配置し、 実際の作業現場から離れた場所において、 作業者が、 ロボ ッ トを遠隔で操作するかあるいはロボッ 卜の自動作業の監視を行っているつ 特に配電作業用高所作業車においては、 作業者のブーム操作の軽減とロボッ ト の作業効率の向上を目的として、 ブームに距離計測手段を配置し、 作業対象まで の距離を計測し、 ブーム先端部を所定の作業位置に自動位置決めする装置が特開 平 7— 3 1 0 2 3号公報、 特開平 8— 3 2 2 1 2 0号公報において提案されてい る。
しかし、 屋外作業の場合の距離計測は、 太陽光、 作業対象以外の背景といった 外乱の中での計測、 対人安全性を考慮した居住区内での計測となるため、 一般に 遠距離においては計測精度が悪くなる さらに、 ブームの撓み等による機械的誤 差が加算されるため、 1度の作業位置への位置決めだけでは、 所望の位置決め精 度を確保すろことができず、 位置決め後のロボッ トシステムの作業効率が著しく 低下するという問題があつた。
[発明の開示]
そこで、 本発明は、 ブーム先端部の、 遠距離からの作業位置への位置决めにお いても所望の位置精度を確保することを解決課題とするものである：
上記課題を解決するために、 本発明は、 高所作業用ブームの先端部を、 作業対 象に対する所定の作業位置に位置決めする高所作業用ブームの位置決め装置にお いて、 ブームの各動作軸の位置を検出するブーム各軸位置検出手段と、 前記ブー ム各軸位置検出手段により検出されたブーム各軸の位置からブーム先端の位置と 姿勢を演算するブーム先端位置演算手段と、 ブームに取り付けたブーム先端位置 から作業対象までの距離を検出するための距離計測手段と視野角度調整手段とを 具備した、 多軸の駆動部を有する撮像手段と、 前記撮像手段が撮影した映像を表 示する表示手段と、 前記表示手段に計測対象を特定するための照準を表示手段中 央に重ねて表示する照準描画手段と、 照準に計測対象が重なるように前記撮像手 段を手動操作するためのカメラ手動操作手段と、 前記距離計測手段の計測距離に 応じた計測誤差を記憶し、 ブーム先端位置が計測精度の保証された範囲内かどう かを判定する計測誤差判定手段と、 前記距離計測手段の出力と計測誤差判定手段 の出力とから前記距離計測手段の計測精度が保証されているァプロ一チ可能領域 までのブーム作動量を算出する第 1ブーム作動量算出手段と、 前記第 1ブーム作 動量算出手段の出力からブームを動作させるブーム制御手段と、 ブーム動作中、 前記撮像手段の視点を固定に保っために撮像手段の作動量を算出するための視点 固定作動量算出手段と、 アブローチ可能領域内において前記距離計測手段で検出 されたブーム先端位置から作業対象までの位置と作業対象に対する所定の作業位 置とブームの先端位置とから作業対象に対する所定の作業位置までのブーム作動 量を算出する第 2ブーム作動量算出手段とからなるものである。
[図面の簡単な説明]
図 1は本発明に係る高所作業用ブームの位置決め装置を示したプロック図であ り、 図 2は本発明に係る高所作業用ブームの位置決め装置による、 電線への 位置決め動作の概略を示す概念図であり、 図 3は図 2の側面図であり、 図 4は図 3の座標系の詳細図である，
図 5は本発明に係る高所作業用ブームの位置決め装置の第 1ブーム作動量算出 手段と第 2ブーム作動量算出手段の処理方法を示すアルゴリ ズムであり、 図 6は 計測誤差特性を示す図である。
[発明を実施するための最良の形態]
以下、 本発明の実施例を図に基づいて説明する- まず、 高所作業用ブームを取り付けた高所作業車の物理的構成図を図 3に基づ いて説明する。 高所作業車 4 0に搭載されたブーム 3 0の先端位置 3 1には、 ベ —ス 2 0を介してマニピュレータ 2 1が酉己置されており、 マニピユレ一タ 2 1の 上部には、 多軸の駆動部 6によって姿勢を調整可能に撮像手段 4が設けられてい る。 撮像手段 4には、 視野角度調整手段 5とブーム先端位置から作業対象 （電線 2 2 ) までの位置を検出するための距離計測手段 3が設置されている.:， 図中 2 3 は電柱である： 車両の座標系 Cを絶対 ffi標系として、 マニピュレータ 2 1の座標 系 X Y Zを設定する。
図 ' 2は図 3の平面図であり、 図 2において、 A 0は電線 2 2上の作業対象点、 A 1は電線 2 2の姿勢データを取得するための参照点、 P 0は作業開始時点のブ —ム先端の初期位置、 点線の半径 d 0の球で囲まれた領域 Bは、 計測精度が図 6 に示す許容誤差の範囲に保証されているアブローチ可能領域、 P 1はアプローチ 可能領域 Bの範囲外から距離計測手段 3で距離計測した場合に、 第 1番目にブー ム先端位置 3 1がアブローチする第 1ァァローチ位置、 P 2は第 2番目にブーム 先端位置 3 1がアブローチする、 教示等によって決められた作業対象点 A 0に対 する所定の作業位置 （第 2アブローチ位置） である：
この高所作業用ブームの位置決め装置の電気的構成を図 1のプロック図に示す ：: 図 1において、 1はブーム 3 0の各動作軸の位置を検出するブーム各軸位置検 出手段であり、 これによつて検出されたブーム各軸の位置からブーム先端 3 1の 位置と姿勢をブーム先端位置演算手段 2で演算する。 3は撮像手段 4に取り付け られた、 ブーム先端位置から作業対象までの位置を検出するための距離計測手段 であり、 7は撮像手段 4が撮影した映像を表示する表示手段、 8は表示手段 7に 計測対象を特定するための照準 aを表示手段 7の中央に重ねて表示する照準描画 手段、 9は照準 aに計測対象が重なるように撮像手段 4を手動操作するための力 メラ手動操作手段である」 1 0は計測誤差判定手段であり、 図 6に示す距離計測 手段 4の計測距離に応じた計測誤差の特性をあらかじめ記憶している 図 6にお いて、 計測距離 d 0までは許容誤差の範囲に入っており、 これよりも長い d lで は、 計測誤差が許容誤差範囲を超えた e r r 1 となっている。
1 1は距離計測手段 3の出力と計測誤差判定手段 1 0の出力とから距離計測手 段 3の計測精度が保証されているアプローチ可能領域 Bまでのブーム作動量を算 出する第 1ブーム作動量算出手段であり、 その出力からブーム制御手段 1 2によ りブームを動作させる。 1 3はブーム動作中、 撮像手段 4の視点を固定に保った めに撮像手段 4の作動量を算出する視点固定作動量算出手段、 1 4は手動操作手 段 9と視点固定作動量算出手段 1 3の出力で撮像手段 4の駆動部 6と視野角度調 整手段 5を制御する撮像手段制御手段、 1 6はアブローチ可能領域 B内において 距離計測手段 3で検出されたブーム先端位置 3 1から作業対象点 A 0までの位置 と作業対象点 A Oに対する所定の作業位置 P 2とブーム先端位置 3 1 とから作業 対象 A 0に対する所定の作業位置 P 2までのブーム作動量を算出する第 2ブーム 作動量算出手段である。
以下、 図 2及び図 5のアルゴリズムに従って、 本発明装置の具体的な実施例を 説明する。
まず、 初期位置 P Oにおいて、 手動操作手段 9を用いて撮像手段 4を動かしな がら、 作業対象点 A 0を表示手段 7上の中央位置の照準 aにあわせ、 距離計測手 段 3を用いて作業対象点 A Oまでの距離 d 1を計測し、 作業対象点位置演算手段
1 7が距離 d 1 とブーム先端位置演算手段 2の出力とから作業対象点 A Oの車両 座標系 Cを基準とした位置を算出し、 姿勢記憶手段 1 6で撮像手段 4の位置と姿 勢を記憶し、 同様に参照点 A 1 までの距離 d 2を計測する 次に、 計測誤差判定 手段 1 0が距離 d 1を用いて、 ブーム先端位置 3 1を第 1ァァローチ位置 P 1を 経由して作業位置 P 2に動作させるか、 直接作業位置 P 2に動作させるか判断す る = すなわち、 図 5のステップ 1 0 0に示すように、 d lが許容誤差に収まる距 離 d (3を超えるか、 以下かを判断する： 計測誤差判定手段 1 0の判断結果が後 者の場合は、 前者の場合においての 2回目のアプローチ動作に含まれるので省略 し、 以下、 初期位置 P 0がァァローチ可能領域 Bの範囲外にある場合について説 明する：
ステツァ 1 1 0では、 計測誤差判定手段 1 0から、 d 1に対応した計測誤差 e r r = e r r 1を取得する：
第 1ブーム作動量算出手段 1 1は、 計測誤差判定手段 1 0の出力結果を受けて 、 第 1アブローチ位置 P 1 までの移動量 （X 1， y 1 , z 1 ) を算出し （ステツ ブ 1 2 0 ) 、 この移動量 （X 1， y 1 , z 1 ) とブーム先端位置演算手段 2の出 力結果とから、 ブーム各軸の作動量を算出する （ステップ 1 3 0 ) ： なお、 ステ ッブ 1 2 0における θ、 は図 4に示すように、 d 1の方向が Ζ軸となす角及び d 1の方向を X Y平面に投影したときの X軸となす角である:
ブーム制御手段 1 2は、 第 1ブーム作動量算出手段 1 1の出力に基づいて、 ブ —ム 3 0を動作させ、 ブーム先端位置 3 1を第 1ァフ :ローチ位置 P 1に移動させ る,: ブーム先端位置 3 1が第 1アブローチ位置 P 1に移動している間、 視点固定 作動量算出手段 1 .Ίは、 ブーム先端位置演算手段 2の出力、 作業対象点 A 0の車 両座標系 Cを基準とした位置と姿勢記憶手段 1 6の出力とから撮像手段 4の作動 量を算出し、 算出結果に基づいて撮像手段制御手段 1 4が撮像手段 4を動作させ 、 表示手段 7の視野から作業対象点 A Oが消えないよ -)にする。 第 1アブ口一 チ位置 P 1において、 手動操作手段 9を用いて撮像手段 4を微調整して、 作業対 象点 A 0を表示手段 7上の中央位置の照準 aに合わせ、 距離計測手段 3を用いて 作業対象点 A Oまでの距離 d 1を計測し姿勢記憶手段 1 6で撮像手段の位置と姿 勢を記憶し、 同様に参照点 A 1までの距離 d 2を計測する。
次に、 ブーム先端位置 3 1がアプローチ可能領域 B内にあることを、 計測誤差 判定手段 1 0が前記距離 d 1から確認し、 第 2ブーム作動量算出手段 1 5が作業 位置 P 2までの移動量 （X 2， y 2 , z 2 ) を算出し （ステップ 1 4 0 ) 、 この 移動量 （x 2 , y 2 , z 2 ) とブーム先端位置演算手段 2の出力結果とから、 ブ ーム各軸の作動量を算出する （ステップ 1 5 0 ) - ブーム制御手段 1 2は、 第 2ブーム作動量算出手段 1 5の出力に基づいて、 ブ ーム 3 0を動作させ、 ブーム先端位置 3 1を作業位置 P 2に移動させる。 ブーム 先端 3 1が作業位置 P 2に移動している間、 視点固定作動量算出手段 1 3が、 ブ ーム先端位置演算手段 2の出力、 作業対象点 A 0の車両座標系 Cを基準とした位 置と、 姿勢記憶手段 1 6の出力とから、 撮像手段 4の作動量を算出し、 算出結果 に基づいて撮像手段制御手段が撮像手段を動作させ、 表示芋段 7の視野から作業 対象点 A 0が消えないようにする 3
以上述べたように、 本発明によれば、 アブローチ動作を' 2段階にし、 1回目で 、 計測誤差を加味し、 撮像手段の視点固定動作のまま、 距離計測精度が保証され たアプローチ可能領域内までァァローチさせ、 2回目で、 撮像手段を微調整し再 計測して作業位置にアプローチさせるため、 遠距離からの作業位置への位置決め においても所望の位置精度を確保することができ、 さらにアブローチ動作中、 撮 像手段の視点が計測誤差を加味して作業対象点に固定されるため、 2回目の再計 測時の作業負荷が軽減され、 ロボッ トシステム全体の作業効率が向上する：
[産業上の利用可能性]
本発明は、 高所作業用ブームの先端部を作業対象に対する所定の作業位置に位 置決めする高所作業用ブームの位置決め装置として有用である 3

Claims

請求の範囲
1 . 高所作業用ブームの先端部を、 作業対象に対する所定の作業位置に位置決め する高所作業用ブームの位置決め装置において、
ブームの各動作軸の位置を検出するブーム各軸位置検出手段と、
前記ブーム各軸位置検出手段により検出されたブーム各軸の位置からブーム先 端の位置と姿勢を演算するブーム先端位置演算手段と、
ブームに取り付けたブーム先端位置から作業対象までの距離を検出するための 距離計測手段と視野角度調整手段とを具備した、 多軸の駆動部を有する撮像手段 と、
前記撮像手段が撮影した映像を表示する表示手段と、
前記表示手段に計測対象を特定するための照準を表示手段中央に重ねて表示す る照準描画手段と、
照準に計測対象が重なるように前記撮像手段を手動操作するためのカメラ手動 操作手段と、
前記距離計測手段の計測距離に応じた計測誤差を記憶し、 ブーム先端位置が計 測精度の保証された範囲内かどうかを判定する計測誤差判定手段と、
前記距離計測手段の出力と計測誤差判定手段の出力とから前記距離計測手段の 計測精度が保証されているアブローチ可能領域までのブーム作動量を算出する第 1ブーム作動量算出手段と、
前記第 1ブーム作動量算出手段の出力からブームを動作させるブーム制御手段 と、
ブーム動作中、 前記撮像手段の視点を固定に保っために撮像手段の作動量を算 出するための視点固定作動量算出手段と、
アブローチ可能領域内において前記距離計測手段で検出されたブーム先端位置 から作業対象までの位置と作業対象に対する所定の作業位置とブームの先端位置 とから作業対象に対する所定の作業位置までのブーム作動量を算出する第 2ブ一 ム作動量算出手段と
からなることを特徴とする高所作業用ブームの位置決め装置。
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