JPH02218587A - ロボット用監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は原子カプラント等の遠隔操作による作業を必要
とする施設で使用される遠隔操作のロボット用監視装置
に係る。

（従来の技術） 危険物の除去、放射線被曝の危険のある核廃棄物の処理
等、直接の作業が不可能な作業にあっては、遠隔操作の
マスタ・スレーブマニピュレータや、遠隔操作の無人走
行車等の各種遠隔操作機器が使用されることが多い、前
記のような作業においては、作業部位を直視できない場
所で遠隔操作をしなければならないことが多く、作業部
位を監視するためにＴＶ左カメラモニタを併用した遠隔
操作監視装置が使用されている。

以下、マスタ・スレーブマニピュレータシステムを例と
して従来のロボット用監視装置について説明する。マス
タ・スレーブマニピュレータシステム等の遠隔操作のロ
ボットの監視用ＴＶ左カメラ１通常複数の自由度を持っ
た雲台に載架して使用される。而して、前記のＴＶ左カ
メラ雲台の動きによってロボットの全動作範囲をカバー
するようになっている。従来の遠隔監視装置においては
。

モニタテレビが固定されているためスレーブ側のＴＶ左
カメラ任意に動きその視線が変化すると。

モニタテレビの画面の方向が分からなくなり、マスタア
ームの操作すべき方向を見失うことがある。

このような不具合を解消するため、最近マスタアームの
座標がＴＶ左カメラ方向、姿勢にかかわりなくモニタ画
面上の座標と常に一致するように。

マスク・スレーブ間の座標交換を雲台の動作に追従させ
て自動的に行なうことが試みられている。

しかしながら、上記の不具合解消手段を実施するには座
標変換の変換係数を実時間で変化させる必要があり、多
量の実数計算を高速、短時間に処理しなければならない
。そのためには、高速演算が可能な高価な計算機を使用
する必要がある。また、この解消手段においては絶対座
標によるスレーブ全体の状態、向き等がオペレータには
分からないので、スレーブと環境との全体的な位置関係
が明らかでなく、スレーブの動作限界の把握、スレーブ
と現在ＴＶカメラの視野外にある物との相対位置の把握
等が不可能であり、誤操作を生じる危険がある。

上記の問題を解決するものとして、オペレータにモニタ
付のヘルメットを装着させ、このヘルメットの運動を機
械的または電気的手法によって検出し、ヘルメットの動
きに追従してスレーブ側のカメラ雲台を制御してオペレ
ータとロボットの視線の動きを一致させ、現在ＴＶカメ
ラが見ている方向が自然と理解でき、上記のような問題
を回避できるようにしたものも考えられているが、この
手段にあってはオペレータにはモニタ画面しか認識でき
ず、マスタの状態や表示パネルの監視が不可能となる欠
点があった。また、長時間の操作においてはヘルメット
装着によるオペレータの疲労も無視できないものがあっ
た。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記の事情に基づきなされたもので、遠隔操作
ロボット側に搭載されたＴＶ左カメラ視線、姿勢をオペ
レータに忠実に伝えることができ。

しかもオペレータが自然とスレーブ側の映像とオペレー
タ側のマスタアームや表示装置を同時に観察することが
できるロボット用監視装置を提供することを目的として
いる。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のロボット用監視装置は、多関節のマスタアーム
および同じく多関節のスレーブアームを具えたマスタ・
スレーブマニピュレータと、このマスタ・スレーブマニ
ピュレータのスレーブアームにパン、ティルトの可能な
雲台を介して取り付けたＴＶ左カメラ、前記マスタアー
ムを操作するオペレータ側に前記ＴＶカメラ雲台と同様
の自由度を有するビデオプロジェクタ雲台に装着して設
置したビデオプロジェクタと、前記オペレータの位置の
前方に設けられビデオプロジェクタ雲台のティルト軸を
中心とする球面状のビデオスクリーンと、前記マスタ・
スレーブマニピュレータの駆動制御を行なう手段と、前
記ＴＶカメラ雲台の駆動制御を行なう手段と、前記ビデ
オプロジェクタの駆動制御を行ない前記ビデオプロジェ
クタ雲台をＴＶカメラ雲台の動きに追従して駆動・制御
し、ＴＶ左カメラ方向および姿勢とビデオプロジェクタ
のそれ等とを常時ほぼ相似に保持する手段とを有するも
のにおいて、前記マスタアームを操作するオペレータの
前記スレーブアーム手先の映像を直視する顔の動きに追
従して前記ＴＶカメラ雲台を駆動するようにしたことを
特徴とする。

（作用） 上記構成の本発明ロボット用監視装置においては、ＴＶ
左カメラ方向および姿勢とビデオプロジェクタのそれ等
とが常時ほぼ相似に保持されるため、オペレータが［１
するビデオスクリーン上の映像の方向、姿勢は、ＴＶカ
メラの視野のそれ等と全く一致するので、ロボットから
見える周囲の物体の絶対的な位置、方向が直感的に判断
できる。

さらに１本発明のロボット用監視装置においては、ビデ
オスクリーン上の映像画面内の座標軸は、常にビデオプ
ロジェクタを中心とするオペレータ側の固定された座標
軸と−・致しでいる。従って。

映像画面内の所望の方向に方向にマスタアームを操作す
れば、スレーブアームを所望の位置に動かすことができ
る。

また、オペレータのスレーブアーム手先の映像を直視す
る顔の動きによってＴＶ左カメラ台がそれに対応して駆
動されるので、ビデオスクリーン上には常時スレーブア
ーム側の映像が現示されることとなる。

（実施例） 以下、第１図〜第６図につき本発明の第１の実施例を説
明する。この実施例はマスタ・スレーブマニピュレータ
を利用して構成したもので、第１図はそのロボット（ス
レーブ）側を示し、ロボットの基板１０には立体ＴＶカ
メラ１１を支持し垂直、水平両軸を中心として傾動（パ
ン、ティルト）されるＴＶカメラ雲台１２が取り付けら
れ、前記基板１０に取り付けられたスレーブアーム１３
は、前記立体ＴＶカメラによって監視されるようになっ
ている。

第２図は前記ＴＶカメラ雲台１２を拡大して示す図で、
基板１０から垂下したＴＶカメラ雲台基部１２ａ内には
モータ、減速機を含むパン駆動部１２ｂが設けられ、こ
のパン駆動部１２ｂはコ字状のＴＶカメラ雲台枠１２ｃ
を垂直軸を中心どして回動させる。また、ＴＶカメラ雲
台枠１２ｃの脚片にはティルト駆動部１２ｄが設けられ
、このティルト駆動部は立体ＴＶカメラ１１を水平軸を
中心として傾動させる。なお、図中１４はＴＶカメラ下
面に設けた撮像用光源を示している。而して、ＴＶカメ
ラ雲台１２によるパンとティルトどによって立体ＴＶカ
メラ１１はスレ−ブアーム１３の全動作範囲を監視し得
るようになっている。

第３図は前記実施例のオペレータ側の要部を示す斜視図
である。この図において、基台１５に立設された支柱１
６にはビデオプロジェクタ１７を載架され、前記ＴＶ左
カメラ台１２と同様の構成のビデオプロジェクタ雲台１
８が取り付けられ。

基台１５上の椅子１９に坐ったオペレータ２０は、液晶
式シャッタレンズによって構成した立体スコープ２１を
装用して図示しないビデオスクリーンを監視している。

なお５図中２２はマスタアームでオペレータ２０は右手
でこれを操作している。

さらに、前記支柱１６内にはオペレータ２０の頭部周囲
に磁場を形成する磁気ソースが内蔵されている。図中２
３はポールピース、２４は立体スコープ２１の適所例え
ば−側端に取り付けた磁場測定用センサを示す。

第４図は前記オペレータ側の全体を示す概略側面図であ
る。この図において、ビデオスクリーン２５は前記ビデ
オプロジェクタ１７のティルト軸を中心とする半径ｒの
球面の一部をなしている。

従って、ビデオプロジェクタ１７はそのティルトとパン
によってビデオスクリーン２５上の任意の位置に結像す
ることができる。また、ビデオプロジェクタ１７はＴＶ
カメラ１１から送られた映像信号をＲ，Ｇ、Ｂの光の３
原色に変換して、前記ビデオスクリーン２５に投射し結
像させるものである。

第５図は前記実施例の制御・駆動システムを示す模式図
である。この図（ごおいて、前記制御・駆動システムは
統括システム用計算機３０、マスク・スレーブ制御用計
算機３１、スレーブ駆動制御機３２、マスク駆動制御機
３３、雲台制御用計算機３４、ＴＶカメラ雲台駆動用制
御機３５、ビデオプロジェクタ雲台駆動用制御機３６、
操作・表示パネル３７．立体ＴＶカメラ制御回路３８．
三次元動作計測回路３９によって構成されている９上記
構成の前記実施例の作動は下記の通りである。マスタ・
スレーブマニピュレータは、一般にオペレータ２０の操
作するマスタアーム２２の動作に追従してスレーブアー
ム１３を制御する遠隔操作ロボットシステムであり、前
記マスタスレーブ制御計算機３１は両アームの位置、速
度等の指令・制御を行なう。オペレータ２０は立体ＴＶ
カメラ１１が撮像し、プロジェクタ１７でビデオスクリ
ーン２５上に結像させた映像を観察しながら、マスタア
ーム２２を操作する。第６図は本実施例をオペレータの
背面側から見た斜視図である。

なお、前記マスタアーム２２の操作に際し、オペレータ
２０は映像画面２５ａのスレーブアーム映像１３ａの手
先の部位を、正面から注視するように顔を向けている。

この顔の動きは、立体スコープ２１に取り付けた磁場測
定用センサ２４と、前記三次元動作計測回路３９とによ
り非接触且つノアルタイムで計測される。この計測され
た顔の動きは、雲台制御用計算機２４に入力される。雲
台制御用計算器２４は、前記顔の動きに合わせてカメラ
雲台１２の姿勢を算出し、カメラ雲台駆動制御機３５を
介してカメラ雲台１２を前記の顔の動きに合わせて駆動
する。また、前記雲台制御用計算器２４は、ビデオプロ
ジェクタ用雲台駆動制御機３６を介してビデオプロジェ
クタ１７を前記立体ＴＶカメラ１２の動きに合わせて駆
動する。

従って、ビデオスクリーン２５上のオペレータ２０が現
に注視している方向に、常時映像画面２５ａが存在する
こととなり、しかもスレーブアーム１３の映像１３ａが
前記映像画面から外れることはない。

上記構成の本発明のロボット用監視装置においては、 ■オペレータ２０がｗＡ察するビデオスクリーン２５上
の映像の方向、姿勢は、立体ＴＶカメラ１１の視野のそ
れ等と全く一致するので、ロボットから見える周囲の物
体の絶対的な位置、方向が直感的に判断でき、臨場感に
富んだ監視システムとなる。

■本発明においては、立体プロジェクタをモニタに使用
しているため、従来の立体モニタ内蔵のヘルメットを使
用するシステムでは不可能であったスレーブ側映像、マ
スタアーム２２、操作表示パネル３７の観察が可能であ
る。すなわち、本発明のロボット用監視装置においては
、オペレータ２０が顔を動かしてスレーブアーム１３の
動作状態を注視すれば、磁気センサ２３および三次元動
作計測回路３９、雲台制御用計算機３４によって、ＴＶ
カメラ雲台１２はスレーブアーム１３の動作状態を追っ
て駆動され、スレーブアーム１３の動作方向と全く同一
の方向にビデオスクリーン２５上の映像画面２５ａが移
動し、しかもこの時マスタアーム２２とスレーブアーム
１３の姿勢は一致するから、オペレータ２０はマスタア
ーム２２ごしに映像画面２５ａを見ることとなり、オペ
レータはその両方を同時にｗｔ祭できることとなる。

■さらに１本発明のロボット用監視装置においては、ビ
デオスクリーン２５上の映像画面２５ａ内の座標軸は、
常にビデオプロジェクタ１７を中心とするオペレータ２
０側の固定された座標軸と一致している。従って、オペ
レータ２０は映像画面２５ａ内の所望の方向にマスタア
ーム２２を素直に操作すれば、スレーブアーム１３を所
望の位置に動かすことができる。

前記各回と同一部分には同一符号を付した第７図は１本
発明の他の実施例の斜視図である。この実施例において
は、オペレータ２０の頭部の適当個所例えば、立体スコ
ープ２１の一端およびヘルメットの頭頂部にそれぞれマ
ーカ４０が設けられている。而して、オペレータ２０の
顔の動きはオペレータ２０を取り囲んで設けた複数筒の
ＴＶカメラ４１により観察され、それ等の画像の画像処
理によって前記顔の動きは電気信号として取り出され、
第５図に示した三次元動作計測回路に入力される。この
実施例においても前記説明した実施例と同様の効果が得
られるが、オペレータの顔の動きの検出を磁気によらず
に行っているので、強度の磁場の存在する場所での使用
に適するものである。

［発明の効果］ 上記から明らかなように本発明のロボット用監視装置に
おいては、ビデオスクリーン上の映像の方向、姿勢は、
立体ＴＶカメラの視野のそれ等と全く一致するので、ロ
ボットから見える周囲の物体の絶対的な位置、方向が直
感的に判断でき、臨場感に富んだ監視システムとなる。

さらに本発明のロボット用監視装置においては、オペレ
ータがビデオスクリーン上のスレーブアームの映像を直
視しながらスレーブアームの動作状態を追うと、その際
の顔の動きによって、ＴＶカメラ雲台およびビデオプロ
ジェクタ雲台がスレーブアームの動作方向と全く同一の
方向に操作され、それにつれてビデオスクリーン上の映
像画面が移動し、しかもこの時マスタアームとスレーブ
アームの姿勢は一致するから、オペレータはマスタアー
ムごしに映像画面を見ることとなり、オペレータはその
両方を同時にｗｔ察できることとなる。また１本発明の
ロボット用監視装置においては、ビデオスクリーン上の
映像画面内の座標軸は、常にビデオプロジェクタを中心
とするオペレータ側の固定された座標軸と一致している
。従って、オペレータは映像画面内の所望の方向に方向
にマスタアームを素直に操作すれば、スレーブアームを
所望の位置に動かすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のスレーブ側の斜視図、
第２図はその立体ＴＶカメラ部の正面図。 第３図はそのオペレータ側の要部を示す斜視図。 第４図はオペレータ側の全体を示す概略側面図、第５図
は前記実施例の駆動・制御システムの模式図、第６図は
前記オペレータ側全体を背面から見て示す斜視図、第７
図は本発明の第２の実施例要部の斜視図である。 １１・・・・・・立体ＴＶカメラ　１２・・・・・・Ｔ
Ｖカメラ雲台　１３・・・・・・スレーブアーム　１４
・・・・・・光源１７・・・・・・ビデオプロジェクタ
　１８・・・・・・ビデオプロジェクタ雲台　２０・・
・・・・オペレータ　２１・・・・・・立体スコープ　
２２・・・・・・マスタアーム　２３・・・・・ポール
ピース　２４・・・・・・磁気センサ　２５・・・・・
・ビデオスクリーン　３０・・・・・・統括システム用
計算機３１・・・・・・マスタスレーブ制御用計算機　
３２・・・・・・スレーブ駆動制御機　３３・・・・・
・マスタ駆動制御機　３４・・・・・・雲台制御用計算
機　３５・・・・・・ＴＶカメラ雲台駆動制御機　３６
・・・・・・ビデオプロジェクタ駆動制御機　３７・・
・・・・操作表示パネル　３９・・・・・三次元動作計
測回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多関節のマスタアームおよび同じく多関節のスレーブア
   ームを具えたマスタ・スレーブマニピュレータと、この
   マスタ・スレーブマニピュレータのスレーブアームにパ
   ン、ティルトの可能な雲台を介して取り付けたＴＶカメ
   ラと、前記マスタアームを操作するオペレータ側に前記
   ＴＶカメラ雲台と同様の自由度を有するビデオプロジェ
   クタ雲台に装着して設置したビデオプロジェクタと、前
   記オペレータの位置の前方に設けられビデオプロジェク
   タ雲台のティルト軸を中心とする球面状のビデオスクリ
   ーンと、前記マスタ・スレーブマニピュレータの駆動制
   御を行なう手段と、前記ＴＶカメラ雲台の駆動制御を行
   なう手段と、前記ビデオプロジェクタの駆動制御を行な
   い前記ビデオプロジェクタ雲台をＴＶカメラ雲台の動き
   に追従して駆動・制御し、ＴＶカメラの方向および姿勢
   とビデオプロジェクタのそれ等とを常時ほぼ相似に保持
   する手段とを有するものにおいて、前記マスタアームを
   操作するオペレータの前記スレーブアーム手先の映像を
   直視する顔の動きに追従して前記ＴＶカメラ雲台を駆動
   するようにしたことを特徴とするロボット用監視装置。