JPH09193066A - 遠隔作業装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】遠隔地からの操作で精度良く教示を行い、その
教示点をもとに自動で作業を行うことが可能な遠隔作業
装置を提供する。 【解決手段】制御装置６は全体の作業シーケンスを管理
する上位制御系７，作業ロボット１と作業ツール３を制
御するロボットコントローラ８，ＴＶカメラ２の画像の
画像表示モニタ９，上位制御系７のガイダンス表示モニ
タ１０，画像表示モニタ９に対象物１４の座標軸生成装
置１１，操作盤１３からの操作者の入力した情報を上位
制御系７またはロボットコントローラ８に出力するため
のオペレータ入力インターフェース１２、及び、オペレ
ータが作業ロボット１を操作するための操作盤１３から
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は遠隔作業装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の作業装置は、特開平7−24758号公
報に記載のように、作業ロボット手先に教示用の治具を
設け、作業ロボット手先を操作者が直接操作し位置決め
して教示を行う方法（ダイレクトティーチ）や特開平7
−68481号公報に記載のように、人間が実際の加工対象
物を見ながら、または離れた位置からＴＶカメラの画像
を見ながら、作業ロボットを操作し、所定の位置に位置
決めしてその時の作業ロボット手先と対象物との距離を
非接触センサで測定して教示を行う方法（リモートティ
ーチ）を用いて教示を行い、その教示データを基に作業
ロボットが、プレイバック動作で加工等の作業を自動で
行うのが一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の作業装置の
ダイレクトティーチでは、人間が作業領域内で直接作業
ロボットを操作するため、作業ロボットが暴走したとき
には危険であるという欠点があった。また、針状の治具
を作業ロボットの手先に付け、接触させて教示するとき
に、誤操作で治具または対象物を破損する恐れがあっ
た。さらに、人が近寄れないような場所では教示ができ
なかった。

【０００４】また、従来の作業装置のリモートティーチ
では、作業領域の近傍、または離れた場所からの操作で
教示を行うことが可能である。しかし、作業対象物が透
明な場合や作業対象物が水中にあり、ゆらぎや濁りがあ
る場合は距離の測定に誤差を生じる。さらに、作業環境
が放射線環境下の場合には、半導体を用いたレーザーセ
ンサが故障するため使用できない等の問題があった。

【０００５】さらに、両方の教示に共通する問題点とし
て、作業対象表面の広い範囲に対して作業を行うような
場合、動作軌跡上の経由点のすべての点を教示する必要
が有るため教示に大量の時間が必要だった。

【０００６】本発明の目的は、対象物の周囲の環境に関
係なく人間の遠隔地からの操作で正確な作業の教示を実
行可能で、かつ代表点を教示するだけで作業軌跡を生成
可能な遠隔作業装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の遠隔作業装置は、第一に、作業対象の映像を
取り込む撮像センサと作業ツールを手先に備えた作業ロ
ボットとこれを制御する制御装置と人間が作業ロボット
を操作するための操作盤と前記撮像センサで撮影した画
像を撮像センサの光軸位置を示すカーソルとともに操作
者に表示するモニタ装置とを備え、また、撮像センサの
光軸の方向に対し概略平行に直動運動可能な探触子を作
業ロボット手先に備え、さらに、探触子と作業対象の接
触に伴い押し込まれる探触子のずれ量を測定するセンサ
を備え、このずれ量と作業ロボット手先の形状寸法を用
いて、探触子の接触点から作業ロボット手先の基準点ま
での光軸に平行な距離を計測する手段を具備した。さら
に、前記モニタ装置の表示上で作業対象上の教示目標点
とカーソルの位置を概略一致させた状態で探触子を接触
させたときの作業ロボットの手先位置情報と前記探触子
のずれを測定するセンサの情報に基づき教示点の座標を
求める教示手段を備えた構成とした。第二に、検出した
複数の教示点座標から作業対象上の作業面の位置と姿勢
を検出し、検出した作業面上で作業を行う領域を教示点
座標及び形状パラメータから規定し、規定した作業領域
を作業ツールを用いて掃引する軌跡を生成する軌跡生成
手段を制御装置に具備した。第三に、対象物の光軸上の
教示位置以外の対象物上の場所を距離測定ツールの探触
子で接触して距離を測定し、作業対象の既知の形状情報
と測定した距離に基づき光軸上の教示点の座標を求める
手段を具備した。第四に、モニタ装置の表示画面上に前
記撮像センサで取り込んだ作業対象の画像と作業対象に
固定した座標系で定義される基準方向を示すベクトルを
重ねて表示するように制御装置を構成した。

【０００８】撮像センサは、作業ロボット手先に具備さ
れ対象物の映像を取り込む。モニタ装置は、撮像センサ
の画像と撮像センサの光軸位置を示すカーソルと作業対
象に設定された作業ロボットが動作する座標系の軸を示
すベクトルを重ねて表示する。操作者は、このモニタ装
置の表示を見ることで操作盤からの作業ロボットの遠隔
操作が可能となる。操作者の遠隔操作によって、作業対
象物上の作業代表点に撮像センサの光軸を示すカーソル
をモニタ上で合わせる。ずれ測定センサは、作業対象物
上のカーソルを合わせた位置に探触子を接触させたとき
の押し込み量を測定する。制御装置は、この押し込み量
の情報と手先基準点から探触子先端までの距離と作業ロ
ボット手先の座標の情報から対象物上の代表点の座標を
演算し、この座標をメモリに保存しておいて作業に応じ
た代表点の数だけ教示を行う。そして、制御装置は、こ
れらの座標データとオペレータが入力した作業パラメー
タから作業軌跡の生成を行い、作業ロボットの手先に具
備された作業ツールをこの軌跡に沿って移動させること
で作業を実行する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例である遠
隔作業装置の構成を図１及び図２を用いて説明する。図
１は、例えば、対象物表面をブラシにより研磨する装置
の手先部分の拡大図であり、図２は遠隔作業装置の全体
図である。作業ロボット１の手先には、対象物１４を撮
影するためのＴＶカメラ２と対象物１４の表面の研磨を
行う作業ツール３が備えられている。さらに、対象物表
面の教示点に接触して作業ロボット１の手先との距離を
測定する接触式の測距ツール４が備えられている。作業
ツール３は、ツール押し付け機構５を介して作業ロボッ
ト１の手先に取り付けられており、作業時には所定の力
で対象物１４に押し付けられる構成となっている。

【００１０】次に、遠隔作業装置の制御装置６を図３を
用いて説明する。作業ロボット１及び作業ツール３を制
御するための制御装置６は、作業シーケンスの管理及
び、作業ロボット１の動作軌跡生成を行う上位制御系
７，作業ロボットと作業ツールの制御を行うロボットコ
ントローラ８，手先ＴＶカメラ２の画像と座標軸生成装
置１２が生成した座標軸を重ねて表示するＴＶカメラ画
像表示モニタ９，オペレータに対する作業ガイダンスを
表示するガイダンス表示モニタ１０，対象物１４に設定
した座標系の座標軸を生成する座標軸生成装置１１，オ
ペレータの入力のためのオペレータ入力インターフェー
ス１２、及び、操作盤１３で構成されている。

【００１１】次に、円柱形の対象物の円の部分に対して
作業を行うことを前提に図４から図９を用いて遠隔作業
装置の動作を説明する。図４は本遠隔作業装置を用いた
作業の大まかな流れを表したフローチャートである。図
５は図４のフローの中の代表点教示の部分の作業の流れ
を詳細に示したフローチャートである。図６は、図５の
フローを作業ロボットの動作で表現した図である。図７
は手先ＴＶカメラ２の画像をＴＶカメラ画像表示モニタ
９に表示した例である。図８は図４のフローの中の動作
軌跡生成の部分の作業の流れを詳細に示したフローチャ
ートである。図９は円の表面を研磨するときにガイダン
ス表示モニタ１０に表示される画面の例であり、図１０
は表面の一部分を切削するときにガイダンス表示モニタ
１０に表示される画面の例である。図１１は図９に示す
代表点を教示して作成される動作軌跡データを模式的に
表した例である。

【００１２】まず、図４を用いて遠隔作業の大まかな流
れを説明する。第一に、対象物１４に対して行う作業と
対象物１４の作業部分の形状をガイダンス表示モニタ１
０に表示されたメニューから選択する（Ｓ１）。第二
に、選択した作業の動作軌跡生成に必要な代表点をガイ
ダンス表示モニタ１０の表示に従って教示を行う(Ｓ
２)。ガイダンス表示モニタ１０の表示例を図９，図１
０に示す。第三に、軌跡を生成するための作業パラメー
タを操作盤１３から入力する（Ｓ３）。作業パラメータ
とは、例えば、ブラシで対象物の表面を研磨するような
場合はブラシの押し付け力や、ブラシを掃引するときの
間隔などのことである。第四に、教示した作業代表点の
データと入力した作業パラメータをもとに、上位制御系
７で動作軌跡データを生成する（Ｓ４）。生成した動作
軌跡の例を図１１に示す。第五に、作業ロボット１で作
業を行うときの手先移動速度などの動作パラメータを操
作盤１３から入力する（Ｓ５）。第六に、生成した動作
軌跡データにより、ロボットコントローラ８で作業ロボ
ット１を制御し、研磨等の作業を実行する（Ｓ６）。こ
のような手順で遠隔教示による自動作業を実現すること
ができる。

【００１３】次に、図５，図６を用いて代表点教示の作
業の流れについて説明する。第一に、オペレータは、手
先のＴＶカメラ２の画像を表示したＴＶカメラ画像表示
モニタ９を見ながら、操作盤１３からの遠隔操作で作業
ロボット１を操作し、ＴＶカメラ画像表示モニタ９に表
示されたＴＶカメラ２の光軸を示すカーソルと対象物上
の教示点を合わせる（Ｓ１０）。このときの作業ロボッ
トと対象物の関係を図６(ａ)に示す。また、ＴＶカメラ
画像表示モニタ９の表示例を図７に示す。第二に、オペ
レータは教示点付近に段差等の距離を測定する際に障害
となるものの有無をＴＶカメラ２の画像で確認し、その
有無を操作盤１３から入力する(Ｓ１１）。障害がない
場合には、測距ツール４の探触子４ａとＴＶカメラ２の
光軸との間の光軸と垂直な面内の距離だけ高さ一定で移
動する（Ｓ１２）。このときの作業ロボットと対象物の
関係を図６（ｂ）に示す。障害がある場合は、測距ツー
ル４の探触子４ａが接触しても障害にならない対象物上
のシフトした場所に手先位置を移動する（Ｓ１３）。第
三に、作業ロボット１の手先を徐々に降下させて探触子
４ａを対象物１４に接近させながら、測距ツール４のセ
ンサ４ｂの出力を監視し、測距ツール４を対象物１４に
接触させた時の測距ツール４のセンサ４ｂの出力を取得
する（Ｓ１４）。作業ロボット手先の探触子４ａが代表
点に接触した瞬間を図６（ｃ）に少し押し込まれた状態
を図６（ｄ）に示す。第四に、ＴＶカメラ画像表示モニ
タ９のカーソルと教示点を合わせるときに障害がなかっ
た場合は、接触したときの手先の基準点の位置座標と手
先基準点から探触子先端までの距離Ｌと測距ツール４の
センサ４ｂの出力（Δｌ）からＴＶカメラ画像表示モニ
タ９のカーソルを合わせた場所の対象物に設定された座
標系での座標値を演算する。ＴＶカメラ画像表示モニタ
９のカーソルと教示点を合わせるときに障害があった場
合は、障害にならない場所まで所定量シフトした位置で
障害がなかった場合と同様の動作を行い、この座標値と
対象物１８の形状情報からモニタのカーソルを合わせた
場所の座標値を演算する（Ｓ１５）。これらの(Ｓ１０)
から(Ｓ１５)までの作業を作業代表点すべてを教示する
まで繰り返し、遠隔操作による代表点の教示を行う。代
表点の教示が終了したら作業ロボット１を所定の姿勢に
戻す（Ｓ１６）。

【００１４】次に、図８を用いて動作軌跡生成方法の作
業の流れについて説明する。ここでは、図９に示す円の
表面をブラシで研磨するための軌跡の作成を例にして説
明する。まず第一に、上位制御系７は、図５で説明した
代表点の教示のシーケンスで教示したデータをロボット
コントローラ８から通信を用いて取得する（Ｓ２０）。
第二に、オペレータが入力したブラシの押し付け量や、
磨きのピッチ等の作業パラメータを取得する（Ｓ２
１）。第三に、教示した３点の代表点の座標データから
作業面の傾きを演算する（Ｓ２２）。第四に、教示した
３点の代表点の座標データから作業面の円の半径を演算
する(Ｓ２３)。第五に、代表点１の点から演算した半径
と、代表点２及び代表点３の点から演算した半径を比較
し、差が大きければ作業面を楕円として楕円の長径と短
径を演算する。差が小さければ作業面を３つの半径のう
ちで最大の半径を持つ円と定義して以降の演算を行う
(Ｓ２４)。第六に、円、または楕円の円周とオペレータ
が入力した作業パラメータの研磨ピッチの間隔をあけた
直線群との交点を求め、この交点の座標をブラシの押し
付け力に対応したバネストローク分、手先位置が対象物
に接近するように補正する（Ｓ２５）。第七に、研磨作
業を行うときに空中で通過する経由点を先に求めた交点
の座標から演算する（Ｓ２６）。第八に、これらの座標
を作業ツールが実際に作業するときに通過する順番に並
べる（Ｓ２７）。これらの作業を円または楕円の領域の
全面の研磨作業が可能となるまで繰り返し、動作軌跡の
生成を行う。軌跡を生成した例を図１０に示す。

【００１５】遠隔作業装置は、これまで述べたように動
作するので、オペレータは作業領域から離れた場所から
の遠隔操作での作業ロボットへの正確な教示が可能とな
る。また、作業毎に設定した代表点を教示するだけで、
上位制御系により作業軌跡を生成可能としたので、教示
の作業が簡単になる。

【００１６】実施例では、測距ツールとして接触式の物
を専用に用意した例について説明したが、作業ツールを
探触子として使用し、作業ツールを押し付ける機構のス
トロークを測定するように装置を構成すれば専用の探触
子を設ける必要がなく、装置をコンパクトにできる。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、以上述べたように構成されて
いるので以下に記載されるような効果を奏する。すなわ
ち、対象物の映像を取得するためのＴＶカメラと接触式
の測距ツールを作業ロボットの手先に具備し、さらに、
制御装置に作業ロボット手先のＴＶカメラの画像を表示
するモニタと作業ロボットを遠隔操作可能な操作盤を具
備したことによりオペレータは作業領域から離れた場所
からの遠隔操作による正確な教示が可能となり、危険な
作業領域、または悪環境下の作業領域の近くにいる必要
がなく安全に作業を行え、さらに、作業ロボットが暴走
したときにも人間は離れた場所で作業を行っているため
安全である。また、対象物に接触した情報をセンサで検
出して教示点を得るため、非接触センサを用いて教示点
を得るものよりも耐環境性に優れ、対象物の状態に依ら
ず正確な教示データを取得することができる。

【００１８】作業毎に設定した代表点の教示と作業パラ
メータを入力するだけで、上位制御系により作業軌跡を
生成可能なように制御装置を構成したことで、教示の作
業が簡単になり、教示の時間を大幅に短縮することがで
きる。

【００１９】作業ツールを探触子として使用し、作業ツ
ールを押し付ける機構のストロークを測定するように装
置を構成すれば、専用の探触子を設ける必要がなく装置
を単純にでき信頼性を上げることができる。

【００２０】対象物上の教示点付近に凹凸がある場合で
も、作業ロボットを動作させ、探触子で接触して座標デ
ータを取得するため正確な教示が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】遠隔作業装置の手先の説明図。

【図２】遠隔作業装置の説明図。

【図３】遠隔作業装置の制御装置のブロック図。

【図４】作業の概略フローチャート。

【図５】代表点教示のフローチャート。

【図６】代表点教示の動作例の説明図。

【図７】ＴＶカメラ画像表示モニタの表示例の説明図。

【図８】動作軌跡生成のフローチャート。

【図９】作業代表点の説明図。

【図１０】作業代表点の説明図。

【図１１】動作軌跡の説明図。

【符号の説明】

１…作業ロボット、２…ＴＶカメラ、３…作業ツール、
４…測距ツール、４ａ…探触子、５…ツール押し付け機
構、６…制御装置、７…上位制御系、８…ロボットコン
トローラ、９…ＴＶカメラ画像表示モニタ、１０…ガイ
ダンス表示モニタ、１１…座標軸生成装置、１２…オペ
レータ入力インターフェース、１３…操作盤、１４…対
象物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一つ以上の作業ツールと作業対象の映像を
   取り込む撮像センサとを手先に備えた作業ロボットとこ
   れを制御する制御装置と人間が作業ロボットを操作する
   ための操作盤と前記撮像センサで撮影した画像を操作者
   に表示するモニタ装置とを含む遠隔作業装置において、
   前記撮像センサの光軸の方向に対し概略平行に直動運動
   可能な探触子を前記作業ロボットの手先に備え、前記探
   触子と作業対象の接触に伴い押し込まれる前記探触子の
   ずれ量を測定するセンサを備え、対象物上の教示点に前
   記探触子を接触させたときのずれ量と探触子先端から手
   先基準点までの距離を光軸に投影した距離とを用い、前
   記探触子の接触点から前記作業ロボット手先の基準点ま
   での距離を前記光軸に投影した距離を計測する手段を備
   えたことを特徴とする遠隔作業装置。