JPH07314360A - カメラ操作ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 視点の移動が可能で広い視野を持つ軽量なカ
メラ操作ロボットを提供する。 【構成】 台座10上に軽量な棒状部材からなる第１のア
ーム13を水平旋回自在に伏仰自在に設けると共にアーム
13の先端に伏仰方向で屈曲自在な第２のアーム14を設
け、アーム14の先端に姿勢制御自在にカメラ15を設けた
ロボット本体16と、アーム13,14 に設けられその角度を
検出する角度センサと、アーム13,14 の先端に設けられ
伏仰方向と水平旋回方向の加速度を検出する加速度セン
サ19,104と、両センサの検出値が入力されると共にカメ
ラ15の視覚目標位置が入力され、角度センサからカメラ
位置を求めてカメラ15を視覚目標位置に移動させると共
にカメラ15の姿勢を制御し、アーム13,14 の弾性による
振動を抑制しながらアーム13,14の運動を制御するカメ
ラ位置制御手段35とを備えたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対象物を撮影するカメ
ラを視覚目標位置まで移動するためのカメラ操作ロボッ
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、わが国において電力消費量の増加
に伴い、原子力発電所の役割が重要なものとなってい
る。

【０００３】原子力発電所を安全かつ安定的に運転する
ために、電気事業法に定められた定期点検を主要な機器
や配管等に対し毎年１回ずつ実施しており、運転中にも
巡視点検が行われている。これらの検査、点検を実施す
るにあたり、ロボットを利用してカメラを操作すること
が行われている。

【０００４】このような検査、点検用のカメラ操作ロボ
ットには例えば図８に示すように原子力発電所の天井に
予めレール１を設け、そのレール１に吊り下げられ、パ
ン、チルト台２を有する台車３で走行するロボット本体
に、対象物を撮影するテレビカメラ４を搭載したもの
（タンデム走行形）や、図９に示すように原子力発電所
の床上に配置された台座５にロボット本体６を搭載し、
ロボット本体６のアーム７の先端にテレビカメラ８を取
り付けたもの（極座標形、円筒座標形等）がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のカメラ操作ロボットは、図８に示したタンデム
走行形の場合は限られた軌道を走行するロボット本体が
対象物に接近し、対称物にカメラ４のレンズを向けるだ
けであり、対象物の裏側を撮影することができず、対象
物が物陰にある場合には撮影できない。しかもカメラ４
の角度を変えるだけで視野を確保するので画面が傾きゆ
がんでしまう。

【０００６】また、図９に示した極座標形、円筒座標形
等のカメラ操作ロボット場合にはカメラ７の撮影範囲は
ある程度得られるが、撮影範囲を広くしたり高い位置を
撮影したい場合にはアーム７を長くしなければならな
い。しかしこの場合アーム７の剛性を高くする必要があ
るため、重量が非常に重くなり台車等への搭載が難しく
なってしまう。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、視点の移動が可能で広い視野を持つ軽量なカメラ操
作ロボットを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、対象物を撮影するカメラを視覚目標位置ま
で移動するためのカメラ操作ロボットにおいて、台座上
に軽量な棒状部材からなる第１のフレキシブルアームを
水平旋回自在にかつ伏仰自在に設けると共にその第１の
フレキシブルアームの先端に伏仰方向で屈曲自在な第２
のフレキシブルアームを設け、かつその第２のフレキシ
ブルアームの先端に姿勢制御自在にカメラを設けた操作
ロボット本体と、両フレキシブルアームに設けられその
水平旋回角・伏仰角・屈曲角を検出する角度センサと、
第１及び第２のフレキシブルアームの先端にそれぞれ設
けられ、伏仰方向と水平旋回方向の加速度を検出する加
速度センサと、角度センサと加速度センサの検出値が入
力されると共にカメラの視覚目標位置が入力され、角度
センサからカメラ位置を求めてカメラを視覚目標位置に
移動させると共にそのカメラの姿勢を制御し、かつその
移動中カメラ等の重量と加速度センサの加速度値より第
１及び第２のフレキシブルアームの弾性による振動を抑
制しながら第１及び第２のフレキシブルアームの旋回・
伏仰・屈曲をそれぞれ制御するカメラ位置制御手段とを
備えたものである。

【０００９】また、本発明のカメラ操作ロボットのカメ
ラ位置制御手段は、視覚目標位置角度センサと加速度セ
ンサとフレキシブルアームの弾性及びカメラ等の質量に
基づいて第１及び第２のフレキシブルアームの旋回・伏
仰・屈曲させるアクチュエータを制御する視覚位置フィ
ードバックゲイン回路と、その視覚位置フィードバック
ゲイン回路の最適状態フィードバックゲインを決定すべ
く、フレキシブルアームの弾性とカメラ等の質量に基づ
く振動抑制モデルをフレキシブルアームの関節角をパラ
メータとしてモデル化して求めたフィードバックゲイン
のゲインテーブルとを備え、ゲインテーブルから、フレ
キシブルアームの関節角毎のゲインを線形補間して求め
たゲインで視覚位置フィードバックゲイン回路を動作し
て振動制御を行ってもよい。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、軽量な棒状部材からなる第
１のフレキシブルアームの先端に、伏仰方向で屈曲自在
で軽量な棒状部材からなる第２のフレキシブルアームを
設け、その第２のフレキシブルアームの先端に姿勢制御
自在にカメラを設けたので、第１及び第２のフレキシブ
ルアームを屈曲させることにより、カメラを高所や障害
物の裏側へ自由に移動させることができ、しかも操作ロ
ボット本体が軽量化されるため台車への搭載が容易とな
る。

【００１１】両フレキシブルアームが軽量な棒状部材か
らなるため、カメラが視覚目標位置まで移動する際に第
１及び第２のフレキシブルアームが重力で歪むと共に移
動によって振動するが、カメラ位置制御手段がセンサか
らの水平旋回角・伏仰角・屈曲角及び伏仰方向と水平旋
回方向の加速度に基づいてカメラ位置を求めてカメラを
視覚目標位置に移動させると共に、ゲインテーブルか
ら、フレキシブルアームの関節角毎のゲインを線形補間
して求めたゲインで視覚位置フィードバックゲイン回路
を動作してカメラの姿勢を制御し、両フレキシブルアー
ムの弾性による振動を抑制しながら両アームの旋回・伏
仰・屈曲を制御するので、カメラが視覚目標位置に到達
するときには第１及び第２のフレキシブルアームが振動
することがなく、安定した画像を得ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００１３】図１は本発明のカメラ操作ロボットの一実
施例の外観図である。

【００１４】同図において、１０は台座であり、台座１
０の上には胴体部１１が設けられている。胴体部１１は
旋回機構を有しており、頭部１２が水平面で旋回できる
ようになっている。１０１は旋回軸（関節軸１）であ
り、１０１ａの角度センサ（エンコーダ）一体型のモー
タにより駆動される。頭部１２には軽量な棒状部材から
なる第１のフレキシブルアーム１３が関節軸２を介して
伏仰自在に設けられている。関節軸２には角度センサ
（エンコーダ）一体型のモータ１０２ａが紙面裏側に取
り付けられている。第１のフレキシブルアーム１３の先
端には伏仰方向で屈曲自在な第２のフレキシブルアーム
１４が関節軸３を介して設けられている。関節軸３には
角度センサ（エンコーダ）一体型のモータ１０３ａが取
り付けられている。第２のフレキシブルアーム１４の先
端部１４ａには姿勢制御自在にＣＣＤカメラ１５が設け
られている。これら台座１０、胴体部１１、頭部１２、
第１のフレキシブルアーム１３及び第２のフレキシブル
アーム１４で操作ロボット本体１６が構成されている。
両フレキシブルアーム１３，１４の先端部には伏仰方向
の加速度を検出する加速度センサ１０４と、水平方向の
加速度を検出する加速度センサ１９とがそれぞれ設けら
れている。

【００１５】操作ロボット本体１６とカメラ位置制御手
段３５（図３参照）とでカメラ操作ロボットが構成され
る。

【００１６】図２は図１に示したカメラ操作ロボットの
カメラの拡大図であり、図２（ａ）はカメラの側面図、
図２（ｂ）は図２（ａ）を矢印Ａ方向から見た図であ
る。

【００１７】図２（ａ）において、第２のフレキシブル
アーム１４の先端部１４ａには断面が略Ｌ字形状の金具
１７を介してギヤボックス１８と加速度センサ１９とが
取り付けられており、ギヤボックス１８にはモータ２
０，２１が接続されている。ギヤボックス１８は第２の
フレキシブルアーム１４と直交する（紙面に垂直な）回
動軸２２を有しており、例えばモータ２０で回動するよ
うになっている。この回動軸２２には中空のアーム２３
が設けられており、このアーム２３は回動軸２２の回り
に回動自在になっている。さらにアーム２３内にはアー
ム２３の中心軸の回りに回動自在なアーム２４が設けら
れており、モータ２１で回動するようになっている。ア
ーム２４の先端には雲台２５を介してＣＣＤカメラ１５
が取り付けられている。

【００１８】モータ２０が回転するとアーム２３が回動
してＣＣＤカメラ１５が伏仰方向で第２のフレキシブル
アーム１４に対して例えば±６５度程度回動できるよう
になっている。モータ２１が回転するとアーム２４が回
動し１００度程度旋回できるようになっている（図２
（ｂ））。

【００１９】これらのモータ２０，２１で姿勢補償機構
２６のアクチュエータ２６ａが形成され、ＣＣＤカメラ
１５の姿勢が制御されるようになっている。従ってＣＣ
Ｄカメラ１５を操作する機構は、自由度が３のフレキシ
ブルアーム１３，１４と、自由度が２の姿勢補償機構２
６とで都合５自由度となっている。フレキシブルアーム
１３，１４の機械的な制約上、姿勢補償機構は１Ｋｇ以
下で制作したことからＣＣＤカメラ１５の光軸回りの方
向を制御する自由度に相当する機構がないが、ＣＣＤカ
メラ１５の光軸回りの方向を制御する制御機構を設けて
もよい。

【００２０】ＣＣＤカメラ１５のコード（映像信号等
用）２７と、モータ駆動用コード（図にはない）とが加
速度センサ信号コード２８とが第１及び第２のフレキシ
ブルアーム１３，１４に巻付けられてカメラ位置制御手
段３５に接続されている。

【００２１】図３は図１に示したカメラ操作ロボットを
制御するための制御システムの構成図である。

【００２２】図３に示すシステムは、ＣＣＤカメラ１
５、ジョイステック２９、コントローラ３０、駆動ユニ
ット３１，３２、モニタ１５Ｍ及びフレキシブルアーム
系３４から構成されている。

【００２３】ジョイスティック２９は操作者がカメラ操
作ロボットに視覚目標位置を指示するための指令信号を
発生するためのものである。コントローラ（例えばマイ
クロコンピュータ）３０は、ジョイスティック２９から
の指令信号を受けると、両フレキシブルアーム１３，１
４、角度センサおよび加速度センサからなるフレキシブ
ルアーム系３４を駆動する駆動ユニット３１と、カメラ
１５の姿勢補償機構２６の駆動ユニット３２とを駆動す
ると共に監視するようになっている。フレキシブルアー
ム系３４、姿勢補償機構２６及びＣＣＤカメラ１５でＣ
ＣＤカメラ操作系３３が構成されている。ＣＣＤカメラ
１５にはモニタ１５Ｍが接続されており、操作者が対象
物のモニタ画面を見ながらジョイステック２９でＣＣＤ
カメラ１５の位置及び方向を操作できるようになってい
る。

【００２４】ジョイスティックの指令方向は、ＣＣＤカ
メラ（モニタ画面）に固定した座標系を基準としてい
る。ジョイスティック２９には位置制御用と姿勢制御用
の２本の３自由度指令ができるものが用いられている。
ジョイスティック２９による指令値は、モニタ１５Ｍの
画面に固定した座標系に基づきそれぞれの軸に対する速
度指令としている。但し、上述したようにフレキシブル
アーム側は５自由度しかないが画面に垂直な軸回りの姿
勢について制御するようにしてもよい。尚、マイクロコ
ンピュータ３０の中にカメラ位置制御手段３５が構成さ
れている。

【００２５】ここで、図１に示したカメラ操作ロボット
本体の両フレキシブルアーム１３，１４の運動学につい
て図４を参照して説明する。図４は図１に示したカメラ
操作ロボット本体のフレキシブルアームの運動学を説明
するための説明図である。尚、説明を簡単にするため姿
勢補償機構は省略されている。

【００２６】まず関節変数をθ（θ₁ 〜θ₅ ）、両フレ
キシブルアーム１３，１４からなるリンクｌ₂ ，ｌ₃ の
並進弾性変位をδ₂ ，δ₃ 、回転弾性変位をφ₂ ，φ₃
というベクトルで定義する。ここで、ｉリンク座標系か
ら基準座標系への座標変換行列を、θ，φ₂ を変数にも
つ行列Ｔ_j と定義するとｉリンク先端の位置ベクトルｒ
_i は数１式で表される。

【００２７】

【数１】

【００２８】但し、ｄ_i は数２式に示す各リンクｌ₂ ，
ｌ₃ に固定した座標系でのリンク先端の位置ベクトルで
ある。

【００２９】

【数２】ｄ_i ＝［ｌ_i ＋δ_xiｄ_i ＋δ_yiδ_zi］^T 但し、ｌ_i ：リンク長さ、ｄ_i ：関節オフセット また、ＣＣＤカメラ１５の姿勢行列をＴ₅ と定義する。
尚、姿勢補償機構２６とカメラの光軸のオフセットは微
小とみなし、姿勢制御軸は１点で交差しているものと考
えることとする。

【００３０】次に導出された運動学から第２のフレキシ
ブルアーム１４の先端部１４ａの位置の誤差を補正する
ためのヤコビ行列を導出する。数１式のｉを３とするこ
とで第２のフレキシブルアーム１４の先端（ＣＣＤカメ
ラ１５）の位置ベクトルｒが得られる。このｒを関節変
数θ、弾性変位ベクトルｅ（＝［δ₂ ^T ，δ₃ ^T ，δ₂
^T ］^T ）で偏微分することにより、以下の数３式が得ら
れる。

【００３１】

【数３】△ｒ＝Ｊ_θ △θ＋Ｊ_e △ｅ 但し、Ｊ_θ ，Ｊ_e は数４、５式によって定義される。

【００３２】

【数４】Ｊ_θ ＝∂ｒ／∂θ

【００３３】

【数５】Ｊ_e ＝∂ｒ／∂ｅ 他方ジョイスティック操作による指令に基づくＣＣＤカ
メラ１５の位置制御のアルゴリズムについては近似的な
ヤコビ行列を用いることで導出される。但し、導出にあ
たり、以下の仮定を設けた。

【００３４】仮定１：ヤコビ行列では弾性変位項は微小
項として無視できる。

【００３５】仮定２：目標点まわりでは弾性変位は変化
しない。

【００３６】仮定３：初期状態では目標位置と先端位置
／姿勢は一致している。

【００３７】ジョイスティック操作による指令値は、Ｃ
ＣＤカメラの座標系（操作者が画面を見ながら操作す
る）によって定義する。位置に関する指令値を△ｒ_jdと
し、この指令値を実現するフレキシブルアーム目標関節
角θ_d を求める式を以下導出する。仮定１、２より運動
関係式は数６式のように簡単になる。

【００３８】

【数６】

【００３９】ジョイスティック操作で指令された位置へ
の第２のフレキシブルアーム１４の先端部１４ａの微小
変位を実現するための関節角△θ_d は、ＣＣＤカメラ１
５の姿勢行列を用いて数７式によって求められる。

【００４０】

【数７】

【００４１】時刻ｉでのフレキシブルアーム目標関節角
をθ_d （ｉ）と定義すると、目標関節角θ_d （ｉ）は仮
定３の初期条件で数８式によって求めることができる。

【００４２】

【数８】θ_d （ｉ）＝θ_d （ｉ−１）＋△θ_d ＣＣＤカメラ１５の姿勢について、ジョイスティック２
９からの指令値により操作させるためのアルゴリズムを
説明する。

【００４３】モニタ１５Ｍの画面に固定した座標系によ
るジョイスティック２９からの回転指令値をロール・ピ
ッチ・ヨー角で示した△α、△βと定義する。但し、モ
ニタ１５Ｍの画面に垂直な軸（ＣＣＤカメラ１５の軸）
回りについては制御軸がないので指令しない。位置の目
標値と同様に時刻ｉでの目標姿勢行列をＴ_d （ｉ）と定
義すると仮定３の初期条件で以下の数９式で求められ
る。

【００４４】

【数９】Ｔ_d （ｉ）＝Ｔ_d （ｉ−１）Ａ₆ Ｔ_od 但し、Ａ₆ はθ₆ 軸を仮想的に設定した姿勢変換行列で
自由度が不足している部分を計算上補正するための行列
である。また、Ｔ_odは以下の数１０式に示す行列であ
る。

【００４５】

【数１０】 Ｔ_od＝Ｒ_ot（ｙ₆ ，△β）Ｒ_ot（ｘ₆ ，△α） 但し、Ｒ_ot（ｉ，φ）：ｉ軸回りにφ回転する回転行列 姿勢補償機構２６の関節角指令値θ_4d，θ_5dは、第２の
フレキシブルアーム１４の先端姿勢行列Ｔ₃ を用いて以
下の式の数１１式を解くことにより得られる。

【００４６】

【数１１】Ｔ_d （ｉ）＝Ｔ₃ Ａ₄ Ａ₅ Ａ₆ 但し、Ａ₄ ，Ａ₅ ：θ_4d，θ_5dで表される回転行列 振動抑制制御は、３次元バネ（両フレキシブルアーム１
３，１４の弾性）とＣＣＤカメラ１５及び両フレキシブ
ルアーム１３，１４の質量に基づく振動抑制モデルを両
フレキシブルアーム１３，１４の関節角をパラメータと
してモデル化して求めたフィードバックゲインを用いて
いる。カメラ操作ロボットの作業（撮影）領域全体の制
御を行うために、予め適当な間隔の関節角に区切ったゲ
インマップを作成した。任意の角度については、ゲイン
を線形補間することで、振動抑制を全作業領域で行うこ
ととした。

【００４７】図５は図４に示したフレキシブルアーム系
及び姿勢補償機構の動作を制御するカメラ位置制御手段
３５を説明するためのブロックダイヤグラムである。
尚、図５では説明を簡単にするためＣＣＤカメラ及びモ
ニタは省略されている。

【００４８】３０ａはマイクロコンピュータ３０に内蔵
された視覚目標位置補償アルゴリズムである。フレキシ
ブルアーム系３４は、第１及び第２のフレキシブルアー
ム１３，１４を回動、旋回させるためのアクチュエータ
３７と、旋回角、伏仰角及び屈曲角を検出する角度セン
サとしてのエンコーダ３８及び加速度センサ３９とから
構成されている。アクチュエータ３７は、モータ１０１
ａ，１０２ａ，１０３ａから構成されている。

【００４９】４０は視覚位置フィードバックゲイン回路
であり、第１及び第２のフレキシブルアーム１３，１４
の旋回・伏仰・屈曲させるアクチュエータ３７を制御す
る。

【００５０】４１は両フレキシブルアーム１３，１４の
弾性とＣＣＤカメラ１５等の質量に基づく振動抑制モデ
ルを両フレキシブルアーム１３，１４の関節角（第１の
フレキシブルアーム１３の伏仰角と第１のフレキシブル
アーム１３と第２のフレキシブルアーム１４との間の屈
曲角）をパラメータとしてモデル化して求めたフィード
バックゲインのゲインテーブルである。４２は歪計算回
路、４３は重力補償回路である。状態フィードバックに
おける歪の目標値は重力歪分を考慮する必要があるの
で、目標関節角θ_d から重量を計算する重力歪計算回路
４４が付加されている。

【００５１】他方、姿勢補償機構２６はアクチュエータ
２６ａと、ＣＣＤカメラ１５の伏仰角及び旋回角を検出
するためのエンコーダ４５とからなっている。４６，４
７は微分要素であり、４８は比例係数である。尚、本実
施例では両フレキシブルアーム１３，１４にはトルク指
令（電流制御）型のドライバを使用し、姿勢補償機構２
６には速度指令型のドライバを使用している。

【００５２】次にカメラ操作ロボットの動作について説
明する。

【００５３】操作者がジョイスティック２９を操作して
視覚目標位置を設定すると、マイクロコンピュータ３０
が視覚目標位置補償アルゴリズム３０ａに従って現在位
置から視覚目標位置までＣＣＤカメラ１５を移動させる
のに最適な旋回角θ₁ 、伏仰角θ₂ 及び屈曲角θ₃ で両
フレキシブルアーム１３，１４のアクチュエータ２６
ａ，３７を駆動する。これと共にカメラ位置制御手段３
５が各センサ３８，３９からの角度や加速度の情報に基
づいてカメラ位置を求めてＣＣＤカメラ１５を視覚目標
位置に移動させる。

【００５４】例えば図６に示すように第２のフレキシブ
ルアーム１４の先端部１４ａの位置を撮影対象物として
の床５５、壁５６及び天井５７に沿って平行に移動させ
ると共に、第２のフレキシブルアーム１４の先端部１４
ａを各停止位置（視覚目標位置）Ｓ₁ 〜Ｓ₁₀に順次停止
させ、操作者がモニタ１５Ｍの画面を見ながらジョイス
ティック２９を操作して各停止位置Ｓ₁ 〜Ｓ₁₀でＣＣＤ
カメラ１５の姿勢を変えて対象物を撮影することができ
る。

【００５５】また、図７に示すように操作ロボット本体
の前面に障害物５８がある場合には、第１のフレキシブ
ルアーム１３の先端部１３ａが障害物５８より高い位置
になるような伏仰角θ₂ を選択し、第２のフレキシブル
アーム１４の先端部１４ａが障害物５８の裏側になるよ
うな角度θ₃ を選択することにより、ＣＣＤカメラ１５
を障害物５８の裏側に停止させ、操作者がモニタ１５Ｍ
の画面を見ながらジョイスティック２９を操作すること
により障害物５８の裏側を撮影することができる。尚、
図６及び図７は図１に示したカメラ操作ロボットで対象
物を撮影するときの操作状態を示す図である。尚、説明
を簡単にするため図中カメラ操作ロボットはシンボルで
示されている。

【００５６】ところで、カメラ操作ロボットの両フレキ
シブルアーム１３，１４はそれ自体の重量で撓んで歪が
生じ、ＣＣＤカメラ１５を移動させると慣性力でさらに
歪が生じる。この歪は以下のようにして補正される。

【００５７】まず加速度センサ３９は、慣性力によって
生じる加速度ａを検出し、この加速度を歪計算回路４２
に送出する。歪計算回路４２は加速度を歪に換算し、弾
性変位δを算出する。弾性変位δは、加え合わせ点４９
に入力されると共に微分要素４６で微分され視覚位置フ
ィードバックゲイン回路４０に入力される。エンコーダ
３８からの角度θ（θ₁ 〜θ₃ ）の情報は歪計算回路４
２、重力補償回路４３、微分要素４７、加え合わせ点５
０及び視覚目標位置補償アルゴリズム３０ａに入力され
る。重力補償回路４３は両フレキシブルアーム１３，１
４が重力で撓んだときの歪を補正した補正量τ_g を加え
合わせ点５１に入力する。角度θは微分要素４７で微分
されて視覚位置フィードバックゲイン回路４０に入力さ
れる。加え合わせ点４９で重力歪４４と弾性変位δとが
比較され、その誤差が視覚位置フィードバックゲイン回
路４０に入力される。視覚位置フィードバックゲイン回
路４０は、ゲインテーブル４１から両フレキシブルアー
ム１３，１４の伏仰角θ₂及び屈曲角θ₃ に対応する歪
に対する補正量を読み出して（あるいは線形補間し
て）、その出力τ₀ を加え合わせ点５１に入力する。加
え合わせ点５１ではτ_０とτ_ｇ とが加算されてアクチ
ュエータ３７に入力される。アクチュエータ３７はτ
₀ とτ_g との和に応じて両フレキシブルアーム１３，１
４を駆動すると共にその振動を抑制するように調整す
る。すなわち両フレキシブルアーム１３，１４は、その
撓みによる歪と振動とが抑制される方向に調整されるの
で、第２のフレキシブルアーム１４の先端部１４ａの位
置が操作者が所望する位置で安定化され、各停止位置Ｓ
₁ 〜Ｓ₁₀においてＣＣＤカメラ１５が振動することがな
くなる。

【００５８】各停止位置Ｓ₁ 〜Ｓ₁₀でジョイスティック
２９を操作することにより、ＣＣＤカメラ１５の伏仰角
θ₄ 及び旋回角θ₅ が加え合わせ点５２に入力される。
これと共にエンコーダ４５の出力が加え合わせ点５２に
入力される。加え合わせ点５２の出力は比例係数４８に
入力され、その出力Ｖ_d がアクチュエータ２６ａに入力
されＣＣＤカメラ１５の姿勢が操作者の所望する方向に
制御される。

【００５９】以上において本実施例によれば、軽量な棒
状部材からなる第１のフレキシブルアームの先端に、軽
量な棒状部材からなる第２のフレキシブルアームを設
け、その第２のフレキシブルアームの先端に姿勢制御自
在にカメラを設けたので、両フレキシブルアームを屈曲
させることにより、カメラを高所や障害物の裏側へ自由
に移動させることができ、広い視野を持つことができ
る。しかも操作ロボット本体が軽量化されるため台車へ
の搭載が容易となる。

【００６０】また両フレキシブルアームが軽量な棒状部
材からなるため、カメラが両フレキシブルアームの重さ
で撓むと共に移動時に振動するが、カメラ位置制御手段
が各センサからの角度や加速度の情報に基づいてカメラ
位置を求めてカメラを視覚目標位置に移動させると共
に、ゲインテーブルから、フレキシブルアームの関節角
毎のゲインを線形補間して求めたゲインで視覚位置フィ
ードバックゲイン回路を動作してカメラの姿勢を制御
し、両フレキシブルアームの弾性による振動を抑制しな
がら両アームの旋回・伏仰・屈曲を制御するので、カメ
ラが視覚目標位置に到達するときには第１及び第２のフ
レキシブルアームが振動することがなく、安定した画像
を得ることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００６２】(1) 軽量な棒状部材からなる第１及び第２
のフレキシブルアームを用いたので、カメラを高所や障
害物の裏等に自由に移動させることができ、広い視野を
持つことができる。しかも操作ロボット本体を軽量化す
ることができるので、台車への搭載が可能である。

【００６３】(2) 第１及び第２のフレキシブルアームが
その重量で歪み、移動する際に振動するが、カメラ位置
制御手段が歪と振動を抑制するように両フレキシブルア
ームを調整するので、振動のない安定した撮影画像を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカメラ操作ロボットの一実施例の外観
図である。

【図２】図１に示したカメラ操作ロボットのカメラの拡
大図である。

【図３】図１に示したカメラ操作ロボットを制御するた
めの制御システムの構成図である。

【図４】図１に示したカメラ操作ロボット本体のフレキ
シブルアームの運動学を説明するための説明図である。

【図５】図４に示したフレキシブルアーム系及び姿勢補
償機構の動作を制御するカメラ位置制御手段を説明する
ためのブロックダイヤグラムである。

【図６】図１に示したカメラ操作ロボットで対象物を撮
影するときの操作状態を示す図である。

【図７】図１に示したカメラ操作ロボットで対象物を撮
影するときの操作状態を示す図である。

【図８】カメラ操作ロボットの従来例である。

【図９】カメラ操作ロボットの他の従来例である。

【符号の説明】

１０ 台 座 １１ 胴体部 １２ 頭部 １３ 第１のフレキシブルアーム（アーム） １４ 第２のフレキシブルアーム（アーム） １５ カメラ（ＣＣＤカメラ） １５Ｍ モニタ １９，１０４ 加速度センサ １６ 操作ロボット本体 ２９ ジョイスティック ３０ コントローラ（マイクロコンピュータ） ３５ カメラ位置制御手段 ４０ 視覚位置フィードバックゲイン回路 ４１ ゲインテーブル ５３ 台 車 １０１ａ，１０２ａ，１０３ａ モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北山 仁志 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物を撮影するカメラを視覚目標位置
   まで移動するためのカメラ操作ロボットにおいて、台座
   上に軽量な棒状部材からなる第１のフレキシブルアーム
   を水平旋回自在にかつ伏仰自在に設けると共にその第１
   のフレキシブルアームの先端に伏仰方向で屈曲自在な第
   ２のフレキシブルアームを設け、かつその第２のフレキ
   シブルアームの先端に姿勢制御自在にカメラを設けた操
   作ロボット本体と、上記両フレキシブルアームに設けら
   れその水平旋回角・伏仰角・屈曲角を検出する角度セン
   サと、第１及び第２のフレキシブルアームの先端にそれ
   ぞれ設けられ、伏仰方向と水平旋回方向の加速度を検出
   する加速度センサと、上記角度センサと加速度センサの
   検出値が入力されると共にカメラの視覚目標位置が入力
   され、上記角度センサからカメラ位置を求めてカメラを
   視覚目標位置に移動させると共にそのカメラの姿勢を制
   御し、かつその移動中カメラ等の重量と加速度センサの
   加速度値より第１及び第２のフレキシブルアームの弾性
   による振動を抑制しながら第１及び第２のフレキシブル
   アームの旋回・伏仰・屈曲をそれぞれ制御するカメラ位
   置制御手段とを備えたことを特徴とするカメラ操作ロボ
   ット。
2. 【請求項２】 上記カメラ位置制御手段は、視覚目標位
   置角度センサと加速度センサとフレキシブルアームの弾
   性及びカメラ等の質量に基づいて第１及び第２のフレキ
   シブルアームの旋回・伏仰・屈曲させるアクチュエータ
   を制御する視覚位置フィードバックゲイン回路と、その
   視覚位置フィードバックゲイン回路の最適状態フィード
   バックゲインを決定すべく、フレキシブルアームの弾性
   とカメラ等の質量に基づく振動抑制モデルをフレキシブ
   ルアームの関節角をパラメータとしてモデル化して求め
   たフィードバックゲインのゲインテーブルとを備え、ゲ
   インテーブルから、フレキシブルアームの関節角毎のゲ
   インを線形補間して求めたゲインで視覚位置フィードバ
   ックゲイン回路を動作して振動制御を行う請求項１記載
   のカメラ操作ロボット。