JPH0811071A - マニピュレータの制御装置 - Google Patents
マニピュレータの制御装置Info
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- JPH0811071A JPH0811071A JP6171894A JP17189494A JPH0811071A JP H0811071 A JPH0811071 A JP H0811071A JP 6171894 A JP6171894 A JP 6171894A JP 17189494 A JP17189494 A JP 17189494A JP H0811071 A JPH0811071 A JP H0811071A
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- slave manipulator
- surveillance camera
- camera
- manipulator
- slave
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ＴＶモニタ上のスレーブマニピュレータ手先位
置の移動速度、移動方向をオペレータの操作感覚と一致
させる。 【構成】カメラの焦点距離とカメラからスレーブマニピ
ュレータ手先位置までの距離を検出し、この検出信号か
ら、カメラ焦点距離とカメラからスレーブマニピュレー
タ手先位置までの距離の比に比例した速度でスレーブマ
ニピュレータ手先位置が移動するような動作指令を出力
する。
置の移動速度、移動方向をオペレータの操作感覚と一致
させる。 【構成】カメラの焦点距離とカメラからスレーブマニピ
ュレータ手先位置までの距離を検出し、この検出信号か
ら、カメラ焦点距離とカメラからスレーブマニピュレー
タ手先位置までの距離の比に比例した速度でスレーブマ
ニピュレータ手先位置が移動するような動作指令を出力
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、遠隔操作を行うマスタ
ースレーブマニピュレータの制御装置に関し、特に、制
御装置のスレーブマニピュレータの作業空間各軸移動量
演算を行うものに関する。
ースレーブマニピュレータの制御装置に関し、特に、制
御装置のスレーブマニピュレータの作業空間各軸移動量
演算を行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】非構造環境下などにおいて監視カメラを
用いてスレーブマニピュレータをジョイスティックやマ
スターアームを用いて遠隔操縦することによって作業を
行うとき、スレーブマニピュレータのエンドエフェクタ
を作業対象物にある距離まで接近させる場合は、広角で
環境周囲の映像を捉えながらマニピュレータのエンドエ
フェクタを移動させ、作業対象物にアプローチして実際
に作業を行う場合は、ズームカメラに切り換えるか、ズ
ームアップ操作することによって作業対象物を大きく捉
え、慎重な作業を行っている。この時、スレーブマニピ
ュレータの移動速度はオペレータによるジョイスティッ
クやマスターアームの操作量に対して一定に設定してい
るか、あるいは、速度切り換えスイッチによってオペレ
ータがスイッチ操作することによって移動速度を切り換
えている。また、カメラのズーム率に対応してオペレー
タの操作量に対するスレーブマニピュレータの移動速度
の割合を変化させる方法もある（特開平４−１０１７８
８号公報）。そしてこの時、移動方向はいずれの場合も
オペレータの操作方向に対し常に一定である。
用いてスレーブマニピュレータをジョイスティックやマ
スターアームを用いて遠隔操縦することによって作業を
行うとき、スレーブマニピュレータのエンドエフェクタ
を作業対象物にある距離まで接近させる場合は、広角で
環境周囲の映像を捉えながらマニピュレータのエンドエ
フェクタを移動させ、作業対象物にアプローチして実際
に作業を行う場合は、ズームカメラに切り換えるか、ズ
ームアップ操作することによって作業対象物を大きく捉
え、慎重な作業を行っている。この時、スレーブマニピ
ュレータの移動速度はオペレータによるジョイスティッ
クやマスターアームの操作量に対して一定に設定してい
るか、あるいは、速度切り換えスイッチによってオペレ
ータがスイッチ操作することによって移動速度を切り換
えている。また、カメラのズーム率に対応してオペレー
タの操作量に対するスレーブマニピュレータの移動速度
の割合を変化させる方法もある（特開平４−１０１７８
８号公報）。そしてこの時、移動方向はいずれの場合も
オペレータの操作方向に対し常に一定である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、オペレータ
がジョイスティック、あるいはマスターアームを使って
スレーブマニピュレータに動作指令を与えるときに、カ
メラの焦点距離を変化させると作業対象物の像の大きさ
が変わるために、ＴＶモニタに映し出されたスレーブマ
ニピュレータの手先位置（位置決め制御の対象点であ
り、以下制御点という）の動作速度とオペレータの操作
感覚が一致しないという問題があった。また、ズーム率
によってマスタとスレーブの移動速度の割合を変化させ
る方法では、スレーブの制御点に全く関係なく移動速度
の割合を変化させてしまうので、モニタ上のスレーブマ
ニピュレータ制御点の移動速度は必ずしも一定になると
は限らない。また、カメラ座標系とロボット座標系の奥
行き方向が一致していない時に、ＴＶモニタ上の移動速
度と移動方向がオペレータの操作量と操作方向に一致せ
ず、これによってもオペレータの操作感覚を紛らわすこ
とになる。本発明は上記の問題を解決するためになされ
たもので、オペレータの操作量と操作方向に対応して、
ＴＶモニタ上のスレーブマニピュレータ制御点の移動速
度が、カメラの焦点距離やカメラからスレーブマニピュ
レータ制御点までの距離、あるいはカメラの姿勢が変化
しても常に設定した値に一定となるようなマニピュレー
タの制御装置を提供することを目的とする。
がジョイスティック、あるいはマスターアームを使って
スレーブマニピュレータに動作指令を与えるときに、カ
メラの焦点距離を変化させると作業対象物の像の大きさ
が変わるために、ＴＶモニタに映し出されたスレーブマ
ニピュレータの手先位置（位置決め制御の対象点であ
り、以下制御点という）の動作速度とオペレータの操作
感覚が一致しないという問題があった。また、ズーム率
によってマスタとスレーブの移動速度の割合を変化させ
る方法では、スレーブの制御点に全く関係なく移動速度
の割合を変化させてしまうので、モニタ上のスレーブマ
ニピュレータ制御点の移動速度は必ずしも一定になると
は限らない。また、カメラ座標系とロボット座標系の奥
行き方向が一致していない時に、ＴＶモニタ上の移動速
度と移動方向がオペレータの操作量と操作方向に一致せ
ず、これによってもオペレータの操作感覚を紛らわすこ
とになる。本発明は上記の問題を解決するためになされ
たもので、オペレータの操作量と操作方向に対応して、
ＴＶモニタ上のスレーブマニピュレータ制御点の移動速
度が、カメラの焦点距離やカメラからスレーブマニピュ
レータ制御点までの距離、あるいはカメラの姿勢が変化
しても常に設定した値に一定となるようなマニピュレー
タの制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、本発明は、ズーム機構と位置・姿勢変更機能を
有する監視カメラによって捉えられた映像をＴＶモニタ
で見ながらオペレータがジョイスティックあるいはマス
ターアームを使って遠隔作業を行うマスタースレーブ方
式のマニピュレータの制御装置において、前記監視カメ
ラの焦点距離と、前記監視カメラから前記スレーブマニ
ピュレータの手先位置までの距離を検出し、前記監視カ
メラの焦点距離と前記監視カメラから前記スレーブマニ
ピュレータの手先位置までの距離の比に比例した速度で
前記スレーブマニピュレータの手先位置が移動するよう
な動作指令を出力すること手段を設けたことを特徴とす
るマニピュレータの制御装置。
ために、本発明は、ズーム機構と位置・姿勢変更機能を
有する監視カメラによって捉えられた映像をＴＶモニタ
で見ながらオペレータがジョイスティックあるいはマス
ターアームを使って遠隔作業を行うマスタースレーブ方
式のマニピュレータの制御装置において、前記監視カメ
ラの焦点距離と、前記監視カメラから前記スレーブマニ
ピュレータの手先位置までの距離を検出し、前記監視カ
メラの焦点距離と前記監視カメラから前記スレーブマニ
ピュレータの手先位置までの距離の比に比例した速度で
前記スレーブマニピュレータの手先位置が移動するよう
な動作指令を出力すること手段を設けたことを特徴とす
るマニピュレータの制御装置。
【０００５】
【作用】上記手段により、オペレータによるジョイステ
ィックまたはマスターアームの操作量や操作方向に対す
るＴＶモニタ上のスレーブマニピュレータ制御点の移動
速度が、カメラの焦点距離やカメラからスレーブマニピ
ュレータまでの距離、あるいはカメラの姿勢が変化して
も、常に設定した値に一定となるため、どのような状況
でもＴＶモニタに映し出されたスレーブマニピュレータ
のエンドエフェクタの動作とオペレータの操作感覚が一
致する。
ィックまたはマスターアームの操作量や操作方向に対す
るＴＶモニタ上のスレーブマニピュレータ制御点の移動
速度が、カメラの焦点距離やカメラからスレーブマニピ
ュレータまでの距離、あるいはカメラの姿勢が変化して
も、常に設定した値に一定となるため、どのような状況
でもＴＶモニタに映し出されたスレーブマニピュレータ
のエンドエフェクタの動作とオペレータの操作感覚が一
致する。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の実施例の構成を示す図であり、スレ
ーブ側は、スレーブマニピュレータ１とそれを監視する
ズーム機能と位置・姿勢変更機能を有するカメラ装置
３、そしてこれらの制御を行うスレーブ制御装置４から
構成されている。また、マスタ側はカメラ装置３の捉え
た映像を映し出すＴＶモニタ５とスレーブマニピュレー
タ１を操作するジョイスティック６とズームスイッチや
カメラ方向制御を行うためのスイッチを含む操作卓７
と、これらを制御するマスタ制御装置８から構成されて
いる。なお、カメラ装置の焦点距離と位置・姿勢は、オ
ペレータが作業（スレーブマニピュレータの移動）に伴
って、適宜設定しなおすものを想定しているが、スレー
ブマニピュレータの移動に伴って自動的に焦点距離と位
置・姿勢がある時間間隔毎に設定されるものでもよい。
る。図１は本発明の実施例の構成を示す図であり、スレ
ーブ側は、スレーブマニピュレータ１とそれを監視する
ズーム機能と位置・姿勢変更機能を有するカメラ装置
３、そしてこれらの制御を行うスレーブ制御装置４から
構成されている。また、マスタ側はカメラ装置３の捉え
た映像を映し出すＴＶモニタ５とスレーブマニピュレー
タ１を操作するジョイスティック６とズームスイッチや
カメラ方向制御を行うためのスイッチを含む操作卓７
と、これらを制御するマスタ制御装置８から構成されて
いる。なお、カメラ装置の焦点距離と位置・姿勢は、オ
ペレータが作業（スレーブマニピュレータの移動）に伴
って、適宜設定しなおすものを想定しているが、スレー
ブマニピュレータの移動に伴って自動的に焦点距離と位
置・姿勢がある時間間隔毎に設定されるものでもよい。
【０００７】次に本装置の動作を説明する。カメラ装置
３が捉えた映像をＴＶモニタ５を見ながらオペレータ９
がジョイスティック６を操作する。ジョイスティック６
の操作量と操作方向はマスタ制御装置８に入力されて、
スレーブ制御装置４に送出される。スレーブ制御装置４
はカメラ装置３からカメラの焦点距離と姿勢量を検出
し、ジョイスティック６の操作量と操作方向からスレー
ブマニピュレータ制御点２のカメラ座標系での移動速度
を演算し、ロボット座標系へ座標変換した後、関節空間
各軸の速度へ変換してスレーブマニピュレータ１への指
令を行う。
３が捉えた映像をＴＶモニタ５を見ながらオペレータ９
がジョイスティック６を操作する。ジョイスティック６
の操作量と操作方向はマスタ制御装置８に入力されて、
スレーブ制御装置４に送出される。スレーブ制御装置４
はカメラ装置３からカメラの焦点距離と姿勢量を検出
し、ジョイスティック６の操作量と操作方向からスレー
ブマニピュレータ制御点２のカメラ座標系での移動速度
を演算し、ロボット座標系へ座標変換した後、関節空間
各軸の速度へ変換してスレーブマニピュレータ１への指
令を行う。
【０００８】図２は本発明の演算フローチャートを示
す。オペレータはまず、操作卓においてＴＶモニタ上の
スレーブマニピュレータ制御点の速度を設定する（ステ
ップ１）。そして、オペレータがジョイスティックを操
作するとき、カメラ装置から現在の焦点距離と姿勢を検
出し（ステップ２）、現在のカメラ装置からスレーブマ
ニピュレータ制御点までの距離を検出し（ステップ
３）、スレーブマニピュレータ制御点のカメラ座標系で
の各軸移動速度を計算し（ステップ４）、その後、ロボ
ット座標系へ座標変換し（ステップ５）、各関節角へ変
換してスレーブマニピュレータへ動作指令を出力する
（ステップ６）。
す。オペレータはまず、操作卓においてＴＶモニタ上の
スレーブマニピュレータ制御点の速度を設定する（ステ
ップ１）。そして、オペレータがジョイスティックを操
作するとき、カメラ装置から現在の焦点距離と姿勢を検
出し（ステップ２）、現在のカメラ装置からスレーブマ
ニピュレータ制御点までの距離を検出し（ステップ
３）、スレーブマニピュレータ制御点のカメラ座標系で
の各軸移動速度を計算し（ステップ４）、その後、ロボ
ット座標系へ座標変換し（ステップ５）、各関節角へ変
換してスレーブマニピュレータへ動作指令を出力する
（ステップ６）。
【０００９】ここで本発明の移動速度の演算方法を詳し
く説明する。カメラ撮像面上（ＣＣＤ素子上）の速度Ｖ
S は、式（１）に示すように、ＴＶモニタ上でのスレー
ブマニピュレータ制御点の移動速度ＶM に、ＴＶモニタ
の画面の大きさに比例した定数ＫM を乗じたものであ
る。 ＶS ＝ ＫM ・ＶM ……（１）
く説明する。カメラ撮像面上（ＣＣＤ素子上）の速度Ｖ
S は、式（１）に示すように、ＴＶモニタ上でのスレー
ブマニピュレータ制御点の移動速度ＶM に、ＴＶモニタ
の画面の大きさに比例した定数ＫM を乗じたものであ
る。 ＶS ＝ ＫM ・ＶM ……（１）
【００１０】本発明では、実空間（カメラ座標系）での
速度ＶC を、式（２）に示すように、前記ＶS にカメラ
レンズ中心からスレーブマニピュレータ制御点２までの
距離ＤR とカメラの焦点距離ｆS の比を乗じ、さらにジ
ョイスティックの操作量に比例した定数ＫJ （ＫJ ≦
１）を乗じたものとする所に特徴がある。 ＶC ＝（ＤR ／ｆS ）・ＶS ・ＫJ ……（２） すなわち、スレーブマニピュレータの制御点の実際の指
令速度ＶC は、 ＶC ＝（ＤR ・ＫM ・ＫJ ・ＶM ）／ｆS とするものである。なお、ＫJ は、ジョイスティックの
操作量（倒し角度等）に従って速度指令を変化できる形
式の場合のものであり、最大操作量の場合１となる。速
度指令が一定の形式のものではＫJ ＝１となる。
速度ＶC を、式（２）に示すように、前記ＶS にカメラ
レンズ中心からスレーブマニピュレータ制御点２までの
距離ＤR とカメラの焦点距離ｆS の比を乗じ、さらにジ
ョイスティックの操作量に比例した定数ＫJ （ＫJ ≦
１）を乗じたものとする所に特徴がある。 ＶC ＝（ＤR ／ｆS ）・ＶS ・ＫJ ……（２） すなわち、スレーブマニピュレータの制御点の実際の指
令速度ＶC は、 ＶC ＝（ＤR ・ＫM ・ＫJ ・ＶM ）／ｆS とするものである。なお、ＫJ は、ジョイスティックの
操作量（倒し角度等）に従って速度指令を変化できる形
式の場合のものであり、最大操作量の場合１となる。速
度指令が一定の形式のものではＫJ ＝１となる。
【００１１】図３はカメラ座標系での速度ＶC と焦点距
離ｆS 、カメラからスレーブマニピュレータ制御点まで
の距離ＤR の比との関係を示しており、焦点距離ｆS が
大きくなるにつれて、または、カメラからスレーブマニ
ピュレータ制御点までの距離ＤR が小さくなるにつれ
て、スレーブマニピュレータのカメラ座標系での移動速
度ＶC は小さくなる。また、ジョイスティックの操作量
に応じて速度ＶC は変化する。 そしてこのカメラ座標
系での速度ＶC をロボット座標系での速度ＶR へ、カメ
ラの姿勢量によって計算された変換行列Ｔによって変換
して動作指令を出力する。。 ＶT ＝ Ｔ・ＶC このようにすると、オペレータによるジョイスティック
の操作によって、ある操作量に対するスレーブマニピュ
レータ制御点の移動速度ＶR は、カメラの焦点距離や姿
勢、カメラからスレーブマニピュレータ制御点までの距
離に応じて変化する。しかしながら、結果的にはＴＶモ
ニタ上のスレーブマニピュレータ制御点の移動速度はあ
らかじめ設定した値に一定となり、また。ジョイスティ
ックの操作方向とＴＶモニタ上の移動方向は一致する。
離ｆS 、カメラからスレーブマニピュレータ制御点まで
の距離ＤR の比との関係を示しており、焦点距離ｆS が
大きくなるにつれて、または、カメラからスレーブマニ
ピュレータ制御点までの距離ＤR が小さくなるにつれ
て、スレーブマニピュレータのカメラ座標系での移動速
度ＶC は小さくなる。また、ジョイスティックの操作量
に応じて速度ＶC は変化する。 そしてこのカメラ座標
系での速度ＶC をロボット座標系での速度ＶR へ、カメ
ラの姿勢量によって計算された変換行列Ｔによって変換
して動作指令を出力する。。 ＶT ＝ Ｔ・ＶC このようにすると、オペレータによるジョイスティック
の操作によって、ある操作量に対するスレーブマニピュ
レータ制御点の移動速度ＶR は、カメラの焦点距離や姿
勢、カメラからスレーブマニピュレータ制御点までの距
離に応じて変化する。しかしながら、結果的にはＴＶモ
ニタ上のスレーブマニピュレータ制御点の移動速度はあ
らかじめ設定した値に一定となり、また。ジョイスティ
ックの操作方向とＴＶモニタ上の移動方向は一致する。
【００１２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、オ
ペレータによるジョイスティックまたはマスターアーム
の操作量や操作方向に対するＴＶモニタ上のスレーブマ
ニピュレータ制御点の移動速度が、カメラの焦点距離や
カメラからスレーブマニピュレータまでの距離、あるい
はカメラの姿勢が変化しても（オペレータの意思で変化
させた場合も）、常に設定した値に一定となるため、ど
のような状況でもＴＶモニタに映し出されたスレーブマ
ニピュレータのエンドエフェクタの動作とオペレータの
操作感覚が一致し、これによって、オペレータの負担が
軽減でき、作業の能率と安全性が向上するという効果が
ある。
ペレータによるジョイスティックまたはマスターアーム
の操作量や操作方向に対するＴＶモニタ上のスレーブマ
ニピュレータ制御点の移動速度が、カメラの焦点距離や
カメラからスレーブマニピュレータまでの距離、あるい
はカメラの姿勢が変化しても（オペレータの意思で変化
させた場合も）、常に設定した値に一定となるため、ど
のような状況でもＴＶモニタに映し出されたスレーブマ
ニピュレータのエンドエフェクタの動作とオペレータの
操作感覚が一致し、これによって、オペレータの負担が
軽減でき、作業の能率と安全性が向上するという効果が
ある。
【図１】 本発明の実施例である遠隔作業用マニピュレ
ータ制御装置の構成図
ータ制御装置の構成図
【図２】実施例の制御フローチャートを示す図
【図３】カメラの焦点距離とカメラからスレーブマニピ
ュレータ制御点までの距離の比、あるいはジョイスティ
ックの操作量に応じたカメラ座標系でのスレーブマニピ
ュレータ制御点の移動速度を示した図
ュレータ制御点までの距離の比、あるいはジョイスティ
ックの操作量に応じたカメラ座標系でのスレーブマニピ
ュレータ制御点の移動速度を示した図
１ スレーブマニピュレータ ２ スレーブマニピュレータ制御点 ３ カメラ装置 ４ スレーブ制御装置 ５ ＴＶモニタ ６ ジョイスティック ７ 操作卓 ８ マスタ制御装置 ９ オペレータ
Claims (3)
- 【請求項１】 ズーム機構と位置・姿勢変更機能を有す
る監視カメラによって捉えられた映像をＴＶモニタで見
ながらオペレータがジョイスティックあるいはマスター
アームを使って遠隔作業を行うマスタースレーブ方式の
マニピュレータの制御装置において、 前記監視カメラの焦点距離と、前記監視カメラから前記
スレーブマニピュレータの手先位置までの距離を検出
し、前記監視カメラの焦点距離と前記監視カメラから前
記スレーブマニピュレータの手先位置までの距離の比に
比例した速度で前記スレーブマニピュレータの手先位置
が移動するような動作指令を出力する手段を設けたこと
を特徴とするマニピュレータの制御装置。 - 【請求項２】 ズーム機構と位置・姿勢変更機能を有す
る監視カメラによって捉えられた映像をＴＶモニタで見
ながらオペレータがジョイスティックあるいはマスター
アームを使って遠隔作業を行うマスタースレーブ方式の
マニピュレータの制御装置において、 前記監視カメラの焦点距離と、前記監視カメラから前記
スレーブマニピュレータの手先位置までの距離を検出
し、前記監視カメラの焦点距離と前記監視カメラから前
記スレーブマニピュレータの手先位置までの距離の比を
ジョイスティックあるいはマスターアームで与える指令
速度に乗じる手段を設けたことを特徴とするマニピュレ
ータの制御装置。 - 【請求項３】 前記監視カメラの姿勢量から、ジョイス
ティックあるいはマスターアームによる動作指令に対す
るＴＶモニタ上での前記スレーブマニピュレータの移動
方向が常に一致するように座標変換を行う請求項１また
は２記載のマニピュレータ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6171894A JPH0811071A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | マニピュレータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6171894A JPH0811071A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | マニピュレータの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0811071A true JPH0811071A (ja) | 1996-01-16 |
Family
ID=15931788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6171894A Pending JPH0811071A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | マニピュレータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0811071A (ja) |
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1994
- 1994-06-29 JP JP6171894A patent/JPH0811071A/ja active Pending
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