JPH0787541B2 - 画像情報伝送装置 - Google Patents

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，テレビカメラを用いた画像情報伝送装置に関
する。

（従来の技術） 移動ロボットのように，障害物を回避しながら作業位置
へ向けて移動しなければならないようなシステムでは，
環境情報を取り入れるための画像情報伝送装置を必要と
する。たとえば，遠隔操作式マニピュレータを備えた移
動ロボットシステムでは，一般に，マニピュレータの位
置，姿勢の確認，作業場の確認および移動制御の容易化
のために，マニピュレータの後方に立体テレビカメラを
設置し，オペレータが立体テレビモニタを観察しながら
マニピュレータの操作と移動制御とを行なえるようにし
ている。そして，通常は，テレビカメラにズーム機能を
持たせるとともにカメラを支持する雲台にパン・チルト
機能を持たせ，これらの機能を最大限に活用することに
よって実在観のある画像情報をオペレータが得られるよ
うにしている。

しかしながら，立体テレビカメラでは視野範囲に限界が
あり，死角領域が必然的に広くなる。このため，作業や
環境が複雑になると，マニピュレータでの作業性が大幅
に低下する。このようなことから，従来は，立体テレビ
カメラのほかに，補助テレビカメラを数箇所に亙って配
置したり，あるいは観察位置を可変可能とするカメラア
ームを備えた補助テレビカメラを設置したりして立体テ
レビカメラでは見えない死角領域や作業場の監視を行な
うようにしている。しかし，補助テレビカメラを複数箇
所に設置する方式では，テレビカメラの台数分のカメラ
コントロールユニットが必要となり，画像情報伝送系全
体が複雑化するのを免れ得ない問題があった。また，位
置可変のアームに補助テレビカメラを搭載する方式で
は，補助テレビカメラの台数を減らせる反面，アームは
勿論のことアームを駆動するためのモータおよびドライ
バーを必要とするため，画像情報伝送系全体の重量が増
加し，これに伴って全体が高価格化する問題があった。

そこで，このような不具合を解消するために，マニピュ
レータに付設されて遠隔操作される要素，たとえばマニ
ピュレータの近傍にマニピュレータ支援用として配置さ
れるクレーン装置のアームに補助テレビカメラを搭載
し，このクレーンアームを補助テレビカメラの位置可変
用に共用することが考えられる。このように構成する
と，補助テレビカメラ専用の可変アームを設ける必要が
ないので，画像情報伝送系全体を大幅に単純化できる。
しかし，クレーン装置は，マニピュレータを支援するた
めのものであり，マニピュレータと協同して動作しなけ
ればならない場合が多い。このため，クレーンアームに
補助テレビカメラを搭載しても，クレーンアームが本来
の支援動作を行なうと，この支援動作に伴って補助テレ
ビカメラの視野が動き，この結果，オペレータが必要と
している領域の画像が得られない問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如く，テレビカメラを主として別の用途に供され
る遠隔操作式の可動体に取付けてなる画像情報伝送装置
においては，可動体をカメラ位置可変用に共用できる反
面，可動体が本来の動作を行なったときには目的とする
領域の画像情報が得られない問題があった。

そこで本発明は，テレビカメラを主として別の用途に供
される遠隔操作式の可動体に取付けたことによる利点を
損うことなく，しかも可動体がそれ本来の動作を行なっ
た場合でも，この動作の影響を受けることなく常に目的
とする領域の画像情報を伝送することができる画像情報
伝送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） 上記目的を達成するために，請求項１に係る発明では，
テレビカメラと，このテレビカメラが捕えた画像を写し
出す受像装置とを備え，上記テレビカメラを主として別
の用途に供される遠隔操作式の可動体に取付けてなる画
像情報伝送装置において，前記テレビカメラを前記可動
体に対して可動自在に支持する雲台と，前記テレビカメ
ラが目標としている視野領域内の物体表面に光ビームを
照射して光点を形成する手段と，前記テレビカメラの視
野を目標とする前記視野領域に設定したときに得られた
上記テレビカメラの撮像素子上における前記光点の座標
を基準にし，この基準座標と現時点における光点の座標
とを比較して上記テレビカメラの視野変化を検出する手
段と，この手段によって検出された視野変化に対応させ
て前記テレビカメラの視野を目標とする前記視野領域に
保つべく前記雲台を制御する方向制御手段とを備えてい
る。

また，請求項２に係る発明では，前記可動体が，遠隔操
作式マニピュレータの上方で，かつ上記マニピュレータ
を支援するクレーン装置のアームによって構成されてい
る。

（作用） 請求項１に係る発明においては，可動体が動くと，テレ
ビカメラの視野領域も変化しようとする。このとき，視
野の変化が前記検出手段によって検出される。そして，
方向制御手段は視野の変化に対応させてテレビカメラの
視野を一定領域に保つべく雲台を制御する。したがっ
て，可動体が別の動作を行なうために動いてもテレビカ
メラが捕える視野領域は不変に保たれることになる。こ
のため，主として別の用途に供される遠隔操作式の可動
体にテレビカメラを搭載し，この可動体をカメラアーム
に兼用させたときに起り易いテレビカメラの視野領域の
移動を防止することが可能となる。

また，請求項２に係る発明においては，マニピュレータ
を支援するクレーン装置のアームを動かしてもテレビカ
メラの視野が変わらないので，マニピュレータの操作性
に悪影響を与えることがない。

（実施例） 以下，図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図には本発明の一実施例に係る画像情報伝送装置を
搭載した柱上活線作業用ロボット１の外観が示されてい
る。この作業用ロボット１は，たとえば電柱２の上端部
に固定されたＤ形金具３によって支持されている碍子4
a,4b,4cを配電線５に通電したままの状態で交換すると
きなどにおいて使用される。

作業用ロボット１は，大きく分けて，車両11と，この車
両11上に旋回自在で，かつ起伏自在に，しかも伸縮自在
に搭載されたブーム12と，このブーム12の先端部に旋回
自在に取付けられたワーキングベース13と，このワーキ
ングベース13の下面に基端部が固定された作業用マニピ
ュレータ14と，ワーキングベース13の上面に設置された
クレーン装置15とで構成されている。

ブーム12は，軸心線16を中心にして旋回自在で，軸心線
17を中心にして起伏自在に取付けられ，かつ軸心線17と
先端部との間の部分が伸縮自在に形成されている。ま
た，ワーキングベース13は，軸心線18を中心にして旋回
自在に取付けられている。そして，ブーム12の旋回角θ
₁，起伏角θ₂，長さL,ワーキングベース13の旋回角θ₃
の制御は，車両11上のキャビン19内に設置されている操
作パネル20の対応するレバーをオペレータ21が操作し，
これによって油圧モータ等を駆動することによって行な
われる。

作業用マニピュレータ14は，マスタスレーブマニピュレ
ータのスレーブマニピュレータによって構成されてい
る。マスタマニピュレータは，第１図中に22で示すよう
に，キャビン19内に配置されており，オペレータ21によ
って操作される。すなわち，前述したワーキングベース
13の外面で作業用マニピュレータ14のハンド部を後方か
ら観察できる位置には，パン・チルト機能を有した雲台
23を介して自動焦点式の立体テレビカメラ24が設置され
ており，またキャビン19内には立体テレビカメラ24で得
られた画像を写し出す立体モニタテレビ25が配置されて
いる。このロボットでは，オペレータ21が立体モニタテ
レビ25で作業用マニピュレータ14の動きを観察しながら
マスタマニピュレータ22を操作することによって作業用
マニピュレータ14に作業を行なわせるようにしている。
なお，雲台23の制御は操作パネル20に設けられた専用の
レバーを操作することによって行われる。

クレーン装置15は，第２図に示すように，一端側がワー
キングベース13に対して片持ち支持されるとともに支持
部を中心にして起伏自在に，かつ旋回自在に設けられた
クレーンアーム31と，このクレーンアーム31の起伏角を
軸心線32を中心にして可変する油圧モータ等で構成され
た起伏駆動機構33と，クレーンアーム31の旋回角を軸心
線18を中心にして可変するモータ等で構成された旋回駆
動機構34と，先端部にフック部35を有し，この先端部を
クレーンアーム31の遊端部に設けられた滑車36を経由さ
せて垂下させた巻上げ用のワイヤ37と，このワイヤ37を
選択的に昇降させる電動式のウインチ機構38とで構成さ
れている。そして，起伏駆動機構33,旋回駆動機構34お
よびウインチ機構38の制御は，キャビン19内に設置され
た前記操作パネル20上のレバーを操作することによって
行われる。

クレーンアーム31の遊端部で下部には，本発明に係る画
像情報伝送装置41の一部を構成する撮像部42が配置され
ており，またキャビン19内には残りの主要部を構成する
受像部43が配置されている。

撮像部42は，第３図に示すように，クレーンアーム31の
遊端部で下部に取付けられた直交３軸回り（α，β，
γ）に回転自在な雲台44と，この雲台44にレンズ45側を
下にして取付けられた自動焦点式の補助テレビカメラ46
と，雲台44に取付けられて内蔵電池を電源として動作す
る制御器47とで構成されている。

制御器47は，アンテナ48を介して外部から回転角制御信
号S₁が与えられたときに上記信号S₁に対応させて雲台44
の各軸の回転角α，β，γを制御する駆動機能と，現在
の回転角α，β，γを検出し，この角度信号S₂をアンテ
ナ48を介して送信する機能と，補助テレビカメラ46で得
られた映像信号S₃をアンテナ48を介して送信する機能と
を備えている。

一方，受像部43は第４図に示すように構成されている。
すなわち，アンテナ49を備えた送受信機50と，視野制御
装置51と，立体モニタテレビ25に隣接させて配置された
モニタテレビ52とで構成されている。視野制御装置51
は，映像解析装置53と，基準情報記憶装置54と，比較装
置55と，信号分配装置56と，回転角信号生成装置57とで
構成されている。すなわち，送受信機50を介して受信さ
れた映像信号S₃を映像解析装置53に導入し，この装置53
から映像信号S₃と，撮像素子内での特徴点の位置に関係
する座標信号S₄とを出力させている。なお，特徴点の選
び方には種々の方法があるが，この実施例では第２図お
よび第３図に示すように，ワーキングベース13にパン旋
回機構58およびチルト旋回機構59を介してビーム投光器
60を取付け，このビーム投光器60で観察対象61の表面に
光点62を形成し、この光点62の映像を特徴点としてい
る。そして，映像信号S₃および座標信号S₄を比較装置55
の一方の入力端に与えている。また，比較装置55の他方
の入力端に基準情報記憶装置54から読み出された光点62
の撮像素子内での基準座標信号S₅を与えている。比較装
置55は，映像信号S₃についてはそのまま通過させ，座標
信号については両信号間の差信号S₆を出力する。この差
信号S₆と映像信号S₃との重畳された信号を信号分配装置
56に送り，この信号分配装置56で両信号を分離し，映像
信号S₃をモニタテレビ52に与え，また差信号S₆を回転角
信号生成装置57に与えている。回転角信号生成装置57
は，差信号S₆と，送受信機50を介して受信された角度信
号S₂とに基いて差信号S₆を零にし得る回転角制御信号S₁
を算出し，これを送受信機50に与えるようにしている。
なお，第４図中63は基準情報記憶装置54に記憶されてい
る基準座標信号S₅を変更するときに用いられるスイッチ
を示している。すなわち，基準座標信号S₅を変更すとき
には次のようにする。まず，スイッチ63をオン状態にす
ると，比較装置55から映像信号S₃だけが出力されるよう
に切換わる。この状態でパン旋回機構58およびチルト旋
回機構59を制御して観察対象61上の光点62の位置を所望
位置へ移動させる。次に，モニタテレビ52を観察しなが
ら画面上の所望の位置に光点62が位置するようにクレー
ン装置15のクレーンアーム31の位置を制御する。この状
態でスイッチ63をオフ状態にすると，そのときの撮像素
子内の光点座標が基準座標信号S₅として基準情報記憶装
置54に記憶される。

次に，上記のように構成された柱上活線作業用ロボット
１を使って実際に碍子4a,4b,4cを交換するときの操作例
を説明する。

まず，対象とする電柱２の近くに車両11を停車させる。
このとき，補助テレビカメラ46は真下を向いているもの
とし，またスイッチ63はオン状態に保たれているものと
する。この状態でオペレータ21が作業用マニピュレータ
14を直視したり，あるいは立体モニタテレビ25およびモ
ニタテレビ52を観察しながら操作パネル20のブーム制御
用のレバーおよびワーキングベース制御用のレバーを操
作し，これによって作業用マニピュレータ14がＤ形金具
３の真横に位置するように旋回角θ₁，起伏角θ₂，長さ
L,旋回角θ₃を調整する。すなわち，立体モニタテレビ2
5で垂直方向の環境を確認でき，またモニタテレビ52で
水平方向の環境を確認できることになる。

次に，雲台23を制御して立体テレビカメラ24の視点を作
業対象に合せる。また，クレーンアーム31を制御して補
助テレビカメラ46を作業対象の上方に位置させる。次
に，ビーム投光器60の位置を制御して作業対象あるいは
その近傍に位置する物体の表面に光点62を形成させる。
そして，この光点62がモニタテレビ52の画面上の所望の
場所に位置するようにクレーンアーム31の位置を制御
し，この状態でスイッチ63をオフ状態に切換える。この
切換えによって，そのときの撮像素子内における光点62
の座標が基準座標信号S₅として基準情報記憶装置54に記
憶される。

次に，キャビン19内の立体モニタテレビ25およびモニタ
テレビ52を観察しながらマスタマニピュレータ22を操作
することによって作業用マニピュレータ14に碍子交換作
業を行なわせる。この場合，立体テレビカメラ24を作業
用マニピュレータ14の後方で，かつハンド部を観察でき
る位置に配置しているので，マスタマニピュレータ22に
対するオペレータ21の目の位置および立体モニタテレビ
25を見る方向と，作業用マニピュレータ14に対する立体
テレビカメラ24の位置および見る方向とをほぼ同一にす
ることが可能となり，オペレータ21による直感的な遠隔
操作も支障なく実現できる。また，クレーンアーム31の
遊端に取付けられた補助テレビカメラ46で得られた映像
を写し出すモニタテレビ52によって作業用マニピュレー
タ14が作業を行なっている場の全体の監視と，立体テレ
ビカメラ24では撮像することができない死角領域の監視
とを行なうことができるので，より安全でかつ迅速な作
業の実現を図ることができる。

ところで，作業中に作業用マニピュレータ14でハンドリ
ングできない重量物を吊り下げたり，これを位置決めし
なければならないような場合には，クレーン装置15を使
わなければならない。クレーン装置15での作業には，ク
レーンアーム31の旋回，起伏動作やウインチ機構38によ
る巻上げ動作が伴う。このため，補助テレビカメラ46の
視野が変わり，モニタテレビ52での監視が困難となる。

しかし，この実施例では補助テレビカメラ46側に制御器
47を設けるとともにキャビン19側に視野制御装置51を設
けているので，クレーンアーム31が旋回動作や起伏動作
を行なっても常に一定領域の視野像をモニタテレビ52に
写し出すことができる。すなわち，基準情報記憶装置54
には，作業開始時点に設定された光点62の撮像素子内に
おける座標が基準座標として記憶されている。クレーン
アーム31で作業を行なわせるために，その旋回角や起伏
角を制御すると，これに伴って補助テレビカメラ46の視
野領域が移動しようとする。補助テレビカメラ46の現実
の視野領域が変化すると，そのときの撮像素子内におけ
る光点62の座標も基準情報記憶装置54に記憶されている
基準座標とは異なったものとなる。このように両座標に
差が生じると，比較装置55から差信号S₆が出力される。
この差信号S₆は回転角信号生成装置57に与えられる。回
転角信号生成装置57は，差信号S₆と，送受信機50を介し
て受信された角度信号S₂とに基いて差信号S₆を零にし得
る回転角制御信号S₁を算出し，これを送受信機50を介し
て制御器47に与える。制御器47は受信した回転角制御信
号S₁に基いて雲台44の回転角α，β，γを制御する。し
たがって，クレーンアーム31が，それ本来の仕事を行な
うために動いてもモニタテレビ52には常に一定領域の視
野像が写し出されることになる。しがたって，操作性を
向上させることが可能となる。

なお，本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く種々変形できる。すなわち，上述した実施例では補助
テレビカメラ46で得られた映像信号を解析して補助テレ
ビカメラ46の視野の変化を検出するようにしているが，
このように視野を変化させる要因はクレーンアーム31の
動きにある。したがって，クレーンアーム31の旋回角お
よび起伏角に基いて補助テレビカメラ46を支持する雲台
44の各軸の角度α，β，γを制御し，これによって補助
テレビカメラ46の視野領域を一定範囲に保つようにして
もよい。

第５図は上記のようにクレーンアーム31の旋回角εおよ
び起伏角δを入力して角度α，β，γを制御するように
した例を示すものである。この図では第２図と同一部分
が同一符号で示されている。この例ではクレーンアーム
31の起伏角δを制御する起伏角制御機構33に回転角検出
器70を取付けるとともに旋回角εを制御する旋回角制御
機構34に回転角検出器71を取付け，これら回転角検出器
70,71の出力信号S₇,S₈を受像部43aに導入している。受
像部43aは，第６図に示すように，アンテナ49を備えた
送受信機50と，視野制御装置51aと，モニタテレビ52と
で構成されている。視野制御装置51aは，信号S₇および
信号S₈を角度解析装置72に導入している。そして，角度
解析装置72の出力信号S₉とアーム基本姿勢記憶装置73か
ら読み出された基準信号S₁₀とを比較装置74で比較し，
その差信号S₁₁を雲台補正信号計算装置75に導入して補
正信号S₁₂を計算させている。また，送受信機50を介し
て受信された雲台44の現実の角度α，β，γに相当する
角度信号S₃と補正信号S₁₂とを雲台制御信号生成装置76
に導入し，この雲台制御信号生成装置76で補助テレビカ
メラ46の視野を一定にし得る回転角制御信号S₁を形成さ
せ，この信号S₁を送受信機50を介して制御器47に送信す
るようにしている。そして，送受信機50で受信された映
像信号S₃をモニタテレビ52に与えている。このように構
成しても常に一定領域の画像をモニタテレビ52に写し出
させることができる。

また，補助テレビカメラのズーム値等を制御調整する手
段を付加し，クレーンアームが大きく動く場合でもモニ
タテレビに写し出される視野領域の映像の大きさを一定
に保持するようにしてもよい。また，第１図乃至第４図
に示した例では，補助テレビカメラの視野変化を画像解
析で検出するために，画像内に特徴となる光点を設ける
ようにしているが，たとえば明暗やエッジ部等の利用も
可能である。また，上述した各例では，撮像部と受像部
との間での信号の授受を電波を使って行なわせるように
しているが，電気絶縁上の問題がない場合には有線で行
わせるようにしてもよい。さらに，上述した各例は，オ
ペレータが遠隔操作するクレーンアームにテレビカメラ
を搭載した例であるが，オペレータによって遠隔操作さ
れる他の可動体にテレビカメラを搭載する場合にも本発
明を適用することができる。その他，本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々変形できる。

［発明の効果］ 以上述べたように，本発明に係る画像情報伝送装置によ
れば，クレーンアーム等のように比較的大きな動きをな
し，かつ主として別の用途に供される遠隔操作式の可動
体にテレビカメラを搭載した場合であっても，可動体の
動きに左右されない安定した画像を伝送することができ
る。

特に，請求項１に係る発明では，テレビカメラが目標と
している視野領域内の物体表面に光ビームを照射して光
点を形成しておき，テレビカメラの視野を目標とする視
野領域に設定したときに得られたテレビカメラの撮像素
子上における光点の座標を基準にし，この基準座標と現
時点における光点の座標とを比較してテレビカメラの視
野変化を検出する方式を採用しているので，対象とする
現場空間の座標を予め知っておく必要が全くなく，あら
ゆる対象現場において使用できる。また，基準位置の目
印として光点を用いているので，目標視野内にある物体
の複雑度やコントラストに左右されることなくテレビカ
メラの方向を制御することができ，装置としての信頼性
を向上させることができる。

また，請求項２に係る発明では，マニピュレータを支援
するクレーン装置のアームを動かしてもテレビカメラの
視野が変わらないので，マニピュレータの操作性に悪影
響を与えるようなことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る画像情報伝送装置を組
込んだ柱上活線作業用ロボットの外観図，第２図は同ロ
ボットに組込まれたクレーン装置の外観図，第３図は画
像情報伝送装置における撮像部の構成を説明するための
図，第４図は画像情報伝送装置における受像部の構成を
説明するための図，第５図は画像情報伝送装置の変形例
の概略構成を説明するための図，第６図は同装置におけ
る受像部の構成説明図である。 １……柱上活線作業用ロボット,11……車両,12……ブー
ム,13……ワーキングベース,14……作業用マニピュレー
タ,15……クレーン装置,19……キャビン,20……操作パ
ネル,21……オペレータ,22……マスタマニピュレータ,2
4……立体テレビカメラ,25……立体モニタテレビ,31…
…クレーンアーム,33……起伏駆動機構,34……旋回駆動
機構,41,41a……画像情報伝送装置,42……撮像部,43,43
a……受像部,44……雲台,46……補助テレビカメラ,47…
…制御器,51,51a……視野制御装置,52……モニタテレ
ビ。

フロントページの続き (72)発明者 番場 弘行 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−114119（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−124490（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−149475（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テレビカメラと，このテレビカメラが捕え
   た画像を写し出す受像装置とを備え，上記テレビカメラ
   を主として別の用途に供される遠隔操作式の可動体に取
   付けてなる画像情報伝送装置において，前記テレビカメ
   ラを前記可動体に対して可動自在に支持する雲台と，前
   記テレビカメラが目標としている視野領域内の物体表面
   に光ビームを照射して光点を形成する手段と，前記テレ
   ビカメラの視野を目標とする前記視野領域に設定したと
   きに得られた上記テレビカメラの撮像素子上における前
   記光点の座標を基準にし，この基準座標と現時点におけ
   る光点の座標とを比較して上記テレビカメラの視野変化
   を検出する手段と，この手段によって検出された視野変
   化に対応させて前記テレビカメラの視野を目標とする前
   記視野領域に保つべく前記雲台を制御する方向制御手段
   とを具備してなることを特徴とする画像情報伝送装置。
2. 【請求項２】前記可動体は、遠隔操作式マニピュレータ
   の上方で、かつ上記マニピュレータを支援するクレーン
   装置のアームであることを特徴とする請求項１に記載の
   画像情報伝送装置。