JPH03287394A - 遠隔ハンドリング装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、宇宙空間や放射線環境などの極限環境下にお
いて、ロボットアームによる対象物体の把持、移動など
のハンドリング作業を行なう遠隔ハンドリング装置に関
する。

（従来の技術） 従来、ＦＡ工場におけるロボットアームによるハンドリ
ング作業として、部品のピックアップや物体の把持及び
組立挿入、入れ替え作業などがある。前記ハンドリング
作業は、天井やアームの手先に固定されたカメラを用い
て作業物体の認識及び位置計測を行い、自動あるいはテ
ィチング動作を併用しながら行なわれていた。

また原子力発電所や水中などの極限環境下でのロボット
アームによるハンドリング作業は、マスク・スレーブア
ームを用いて、アームの手先またはアームの付は根に１
Ｌｌｆしたテレビカメラによる画像をモニタしながら作
業者の遠隔操作によって行なわれていた。このハンドリ
ング作業には、スレーブアームが受けた力情報を操作者
に伝える力帰還型のパイラテラル制御方式やステレオカ
メラによる立体視表示などを併用し、作業者があたかも
その場にいるような感じを与えるテレイブジスタンス技
術を適用することなどが考えられている。

２本のアームを使って作業を行なう例としては、産業用
の組立作業において、一方のアームで物体を把持し、も
う一方のアームで他の部品をその物体にネジ化めするな
どの例がある。これらのほとんどはティーチング動作で
あり、部分的に簡単な視覚処理を用いて自動的に作業を
行なうものである。

（発明が解決しようとする課題） 遠隔操作によって作業を行なう場合は、作業が確実に行
なわれているかどうかを常に監視する必要がある。しか
し、従来のようにアームの手先または、アームの根元付
近に設置したカメラでは、動作を監視しながら作業を行
なうことは困難であり、固定カメラでは１作業環境全体
の把握には有効であるが、対象物の位置や姿勢によって
は監視だけでなく、位置の計測自体が困難である。

またロボットアームの遠隔操作にテレイブジスタンス技
術を用いた場合では、汎用性が高い反面、万一操作者が
操作ミスを犯した場合、装置を破壊してしまう恐れがあ
る。また操作自体も人間にとって負担が大きいという課
題があった。

本発明の目的は、ハンドリング作業時にアームと装置と
の衝突する危険性を未然に防止することができ、ハンド
リング作業時に操作者に掛る操作上の負担をｌｌＩ滅す
ることができる遠隔ハンドリング装置を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、宇宙空間や放射線環境などの極限環境下にお
いて位置情報を示すターゲットマークが設けられている
対象物体の把持、移動などのハンドリング作業を行なう
遠隔ハンドリング装置であって、視覚センサが設けられ
ている視覚アームと、手先効果器が設けられている作業
アームと、前記視覚アームの視覚センサがら得られる視
覚情報を作業者に提示する視覚情報表示手段と、前記視
覚センサから得られる視覚情報がら前記対象物体のター
ゲットマークを抽出し、該ターゲットマークが示す位置
情報に基づき前記対象物体の位置を検出する視覚計測処
理手段と、作業者が指定する視覚アームの動作に対応す
る動作命令および作業アームの動作に対応する動作命令
を取り込み、前記視覚アームの動作命令に基づき視覚ア
ームの動作データを生成し、前記作業アームの動作命令
に基づき作業アームの動作データを生成する遠隔操作手
段と、該遠隔操作手段で生成される前記視覚アームの動
作データに基つき前記視覚アームの動作を制御し、前記
作業アームの動作データに基づき前記作業アームの動作
を制御するロボットアームコントロール手段と、前記遠
隔操作手段で生成される前記視覚アームの動作データ、
前記作業アーム動作データおよび予め設定されているシ
ミュレーション条件に基つき、前記視覚アームの動作シ
ミュレーションおよび前記作業アームの動作のシミュレ
ーションを行い、それぞれのシミュレーション結果を表
示する動作シミュレーション手段とを備える。

く作用ン 本発明の遠隔ハンドリング装置の動作原理について物体
の把持動作および移動を行なうハンドリフグ作業を例に
とって説明する。

第１図は遠隔ハンドリング装置の基本構成を示す図であ
る。対象物体１０には、位置情報を示すターゲットマー
ク１１と把持グリップ１２とが設けられている。遠隔ハ
ンドリング装置は、視覚センサ２２が設けられている視
覚アーム２０と、手先効果器２３が設けられている作業
アーム２１と、視覚アーム２０および作業アーム２１の
それぞれを制御するコントロール手段２４と、作業者に
視覚センサ２２から得られる視覚情報を提示するための
視覚情報表示手段２５と、視覚センサ２２から得られる
視覚情報をもとに対象物体１０の位置を検出するための
視覚計測処理手段２６と、作業者がロボットアームの操
作命令を行なうための遠隔操作手段２７と、遠隔操作手
段２７より送られる動作データのシミュレーションを行
なう動作シミュレーション手段２８とを備える。

ターゲットマーク１１の寸法及び視覚アーム２０と作業
アーム２１との位置関係は既知とする。

遠隔ハンドリング装置の操作時、まず視覚センサ２２に
より取り込んだ視覚情報は視覚計測処理手段２６を介し
て、視覚情報表示手段２５によって画像として表示され
る１作業者は視覚情報表示手段２５に表示されている画
像をもとにハンドリングすべき対象物を識別するため、
視覚アーム２０の遠隔操作を行なう。作業者が遠隔操作
手段２７を操作するとき、遠隔操作手段２７は前記操作
内容に対応する移動データを生成する。前記移動データ
はまず、動作シミュレーション手段２８に送られる。動
作シミュレーション手段２８は、前記移動データと動作
シミュレーション手段２８に予め入力されている作業環
境およびロボットアームモデルに基づき、移！ＩＪ後の
視覚アーム２０の運動学的挙動と環境との幾何学的な関
Ｃ系を３次元グラフィックにて表示する０作業者はこの
シミュレーション表示を参考に視覚アーム２０の移動後
の作業環境を把握し、必要により表示視点位置などを変
更しながら、作業環境の把握と視覚アーム２０の動作に
異常がないかどうかとをチエツクする。

視覚アーム２０のシミュレーション動作の確認後、遠隔
操作手段２７はロボットアームコントロール手段２４に
前記移動データを転送し、ロボットアームコントロール
手段２４は視覚アーム２０の移動を実行する。その結果
、作業者の誤った操作によって、視覚アーム２０が障害
物と衝突したり、視覚アーム２０が破損したりする危険
を回避することができる。

視覚アーム２０の視覚センサ２２がハンドリングの対象
物体１０を検出するとき、作業者がその対象物体１０を
指定することによって、視覚計測処理手段２６は、対象
物体１０に設けられているターゲットマーク１１から対
象物体１０の位置姿勢の自動計測を行なう。計測後、視
覚アーム２０は適切な視点位置に移動され、作業者の監
視範囲が決定される。次いで、作業者は作業アーム２１
が対象物体１０を把持する指令を遠隔操作手段２７に与
えると、視覚計測処理手段２６からの計測データに基づ
き作業アーム２１が移動し、作業アーム２１の手先効果
器２３は対象物体１０に設けられているグリップ１２を
把持する。対象物体１０の把持が完了されると、視覚ア
ーム２０は操作され、対象物体１０の移動先の認識およ
び位置が視覚計測処理手段２６で計測される。以下同様
に、計測データに基づき作業アーム２１を移動すること
により、視覚アーム２０および作業アーム２１を用いて
物体の把持、移動などの遠隔ハンドリング作業を容易に
行なうことができる。また、遠隔ハンドリング装置を挿
入組立作業や分解作業などにも適用することができる。

さらに、予め対象物体１０の位置や作業内容が決められ
ている場合は、視覚センサから得られる視覚情報を位１
Ｆ誤差修正と作業監視に利用することによってすべての
作業を自動的に行なうこともできる。

（実施例） 第２図は本発明の遠隔ハンドリング装置の一実綿例の構
成を示す図である。

遠隔ハンドリング装置は、第２図に示すように、ＣＣＤ
カメラからなる視覚センサ３２が設けられている６自由
度のロボットアームからなる視覚アーム３０と、手先効
果器３３を有する６自由度のロボットアームからなる作
業アーム３１と、視覚アーム３０の動作および作業アー
ム３１の動作を制御するロボットアームコントロール手
段３４とを備える。遠隔操作手段４０は、ジョイスティ
ック４１と、マウス４２と、キーボード４３と、ホスト
コンピュータ４４と、デイスプレィ４５とからなる。視
覚情報表示手段２５は、デイスプレィ４５及びビデオ画
像処理装置３５からなり、視覚センサ３２から得られる
画像をテキスト画面やグラフィック画面とスーパインポ
ーズし、デイスプレィ４５に表示する。視覚計測処理手
段３６は、汎用の画像プロセッサ３６からなる。動作シ
ミュレーション手段５０は、サブコンピュータ５１と、
デスプレイ５２と、サブコンピュータ５１に増設され、
高速シミュレーション動作を行なうためのＤＳＰボード
５３とからなる。

ホストコンピュータ４４には、Ｒ３２３２Ｃの通信方式
によって視覚計測処理手段３６およびビデオ画像処理装
置３５が接続され、ＧＰＩＢによってロボットコントロ
ーラ３４及び動作シミュレーション手段５０と接続され
ている。

例えば、遠隔に位置する物体の把持を行なう場合には、
作業者は遠隔操作手段４０のデイスプレィ４５に表示さ
れている視覚センサ３２からの画像を見ながらジョイス
テック４１を操作することにより視覚アーム３０の移動
動作内容を指示する移動データが遠隔操作手段４０によ
って生成される。この移動データはＧＰＩＢに接続され
たサブコンピュータ５１に転送され、サブコンピュータ
５１は視覚アーム３０のアーム動作のシミュレーション
をデイスプレィ５２に表示し、動作チエツクを行なう。

動作シミュレーション手段５０は動作チエツクした結果
のフラグをホストコンピュータ４４に転送し、ホストコ
ンピュータ４４はそのフラグに基づき、指定された移動
命令を実行するかどうかを決定する。

またデイスプレィ４５上に表示されている画像内から対
象物体１０に設置されたターゲットマーク１１の画像を
マウス４２でクリックすると、視覚計測処理手段３６は
ターゲットマークエ１の画像に基づき対象物体１０の位
置姿勢を自動計測する。計測終了後、デイスプレィ４５
に示されたメニューより物体把持を選択すると、ロボッ
トアームコントロール手段３４は計測データに基づき作
業アーム３１に把持動作を行なわせる。このときの動作
を視覚アーム３０の視覚センサ３２によりモニタするこ
とができる。また、作業アーム３１の動作を動作シミュ
レーション手段５０によって確認することもできる。以
下同様に、視覚アーム３０を操作し、対象物体ｌＯの位
置を計測を行い、作業アーム３１を移動することにより
、視覚アーム３０および作業アーム３１を用いて物体把
持、移動などの遠隔ハンドリング作業を容易に行なうこ
とかできる。

（発明の効果） 本発明によれば、人間が遠隔操作により物体把持・移動
などのハンドリング作業を行なう場合、作業を監視しな
がら操作が行えるがら１作業者の操作ミスに対しても事
前チエツクにより衝突破壊などの事故を未然に防止する
ことができ、対象物体の位置の画像計測により位置決め
操作などの精度の高いアームの操作は必要ないから、作
業者の負担を大幅に軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の遠隔ハンドリング装置の基本構成を示
す図、第２図は本発明の遠隔ハンドリング装置の一実施
例の構成を示す図である。 １０・・・対象物体、１１・・・ターゲットマーク、１
２・・・把持グリップ、２０．３０・・・視覚アーム、
２１．３１・・・作業アーム、２２．３２・・・視覚セ
ンサ、２３．３３・・・手先効果器、２４．３４・・・
ロボットコントロール手段、２５・・・視覚情報表示手
段、２６．３６・・・視覚計測処理手段、２７．４０・
・・遠隔操作手段、２８．５０・・・動作シミュレーシ
ョン手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 宇宙空間や放射線環境などの極限環境下において位置情
   報を示すターゲットマークが設けられている対象物体の
   把持、移動などのハンドリング作業を行なう遠隔ハンド
   リング装置であって、視覚センサが設けられている視覚
   アームと、手先効果器が設けられている作業アームと、
   前記視覚アームの視覚センサから得られる視覚情報を作
   業者に提示する視覚情報表示手段と、前記視覚センサか
   ら得られる視覚情報から前記対象物体のターゲットマー
   クを抽出し、該ターゲットマークが示す位置情報に基づ
   き前記対象物体の位置を検出する視覚計測処理手段と、
   作業者が指定する視覚アームの動作に対応する動作命令
   および作業アームの動作に対応する動作命令を取り込み
   、前記視覚アームの動作命令に基づき視覚アームの動作
   データを生成し、前記作業アームの動作命令に基づき作
   業アームの動作データを生成する遠隔操作手段と、該遠
   隔操作手段で生成される前記視覚アームの動作データに
   基づき前記視覚アームの動作を制御し、前記作業アーム
   の動作データに基づき前記作業アームの動作を制御する
   ロボットアームコントロール手段と、前記遠隔操作手段
   で生成される前記視覚アームの動作データ、前記作業ア
   ーム動作データおよび予め設定されているシミュレーシ
   ョン条件に基づき、前記視覚アームの動作シミュレーシ
   ョンおよび前記作業アームの動作のシミュレーションを
   行い、それぞれのシミュレーション結果を表示する動作
   シミュレーション手段とを備える遠隔ハンドリング装置
   。