JPS5916916B2

JPS5916916B2 - マニピユレ−タ制御装置

Info

Publication number: JPS5916916B2
Application number: JP50121805A
Authority: JP
Inventors: 健一郎貞包; 敏雄木村; 正昭藤井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-10-11
Filing date: 1975-10-11
Publication date: 1984-04-18
Also published as: JPS5247264A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はマニピュレータを遠隔操作する制御装置に関す
るものである。

マニピュレータは用途に応じて各種存在するが’０こ
こでは、プラント機器を点検するために先端に検出器を
取りつけたマニピュレータあるいは弁の開閉等の操作を
するマニピュレータを想定する。

マニピュレータを遠隔操作する場合、マニピュレータと
対象機器との相対位置の情報を伝達する方’５法とし
ては視覚によるのが適している。視覚装置の代表的なも
のとしてテレビがある。テレビ画面を見てマニピュレー
タを操作する場合、運転員は終始テレビ画面を注視しな
ければならないため、点検あるいは操作個所が多くなる
と疲労をきたす■０という欠点がある。また、テレビ
として工業用テレビを用〜・た場合、立体視ができない
ので精確に目標点にマニピュレータを近づけることが困
難であるという欠点がある。本発明は以上の問題点を解
決するため、操作に■５要する労力を軽減するための
マニピュレータ自動制御装置を提供するものである。

上記の目的を達成するため、本発明のマニピュレータ制
御装置にお〜・ては、対象物の目標位置に設置され、囲
りの物体と反射率が異なる球状物体■０と、先端部に
レンズを有し、多数の光検知手段を規則的に配置して前
記レンズを通して得られる球状物体の像を前記光検知手
段上に映す結像部とを有する前記対象物の位置検出装置
と、前記結像部を複数個の領域に分割して各領域内の光
検知手段ゞ５が検知した光量に応じて出力される信号
の大きさの総和を求める手段と、各領域の前記総和を比
較して偏差信号を出力する比較回路と、前記偏差信号の
大きさが所定範囲内になるようにマニピユレータを駆動
する制御回路とを有する制御手段とからなることを特徴
とする。

以下本発明を実施例によつて詳細に説明する。

第１図は本実施例のマニピユレータ制御装置を示す概念
図である。１はマニピユレータ２、テレビカメラ４等を
積載した自走台車であり、運転員の指令に応じてプラン
ト内を動き回る。

３は本発明の構成要素である位置検出装置、５は点検機
器、６は点検個所に設置された球状物体であり、点検機
器５と比較して光の反射率ができるだけ異なる塗料（例
えば白色）が塗つてある。

また、テレビカメラ４はマニピユレータ２の動きを監視
したり、走行台車の現在位置を示すなどの機能をもつて
いる。自走台車１を点検機器５の近くの所定位置に停車
させ、球状物体６を目標にマニピユレータを接近させ先
端に取りつけた位置検出装置３で位置を検出する。第２
図は第１図における位置検出装置３の一例を示す。

１０はレンズ、１１はレンズ１０の結像部であり、ホト
トランジスタを格子状に配列する。

これらホトトランジスタのうち、球状物体６の像２０が
写る部分のホトトランジスタは入射光量に応じて所定の
微小電流が流れる。球状物体６の像２０はマニピユレー
タがいかなる方向から接近しても円となる。したがつて
、この円が常に結像部１１の中心にくる様にマニピユレ
一汐を操作すれば目標点である球状物体６に接近させる
ことができる。すなわち、その一例として結像部１１を
４等分し、各グループにおいて球状物体６の像２０が写
る位置に存在するホトトランジスタ２１，２２およびホ
トトランジスタ２１，２４から出力される信号の大きさ
が常に等しくなる様にマニピユレータを制御すればよい
。また、マニピユレータを制御するにあたつては鐵２０
が結像部１１の中心に存在するホトトランジスタ２５の
位置に結ぶ様に手動にて初期設定する。その後、マニピ
ユレータは自動的に制御される。第３図は本発明の回路
構成の概略を説明するものである。

結像部１１の各ホトトランジスタから出力される微小電
流を増幅器３０で増幅し、その出力信号を加算器３１へ
送出する。

加算器３１は本回路例では４個の加算器から成つていて
、第２図にお℃・て４等分された結像部１１の各グルー
プに属するホトトランジスタ２１ないし２４からの出力
信号を比較回路３２に送出する。比較回路３２は加算器
３１から送出される各象限ごとにまとめられた信号の大
小を比較し、その大小関係に応じてマニピユレータ制御
回路３９の入力信号端子へ駆動信号を送出する。すなわ
ち、比較回路３２への入力信号が等しければマニピユレ
ータの接近方向を修正することなく伸び信号を出力し、
等しくなければマニピユレータの接近方向を修正する。
また、本実施例では自動／手動切り換えスイツチ３６を
設けていて、マニピユレータの位置の初期設定時など粗
調整する場合、手動に切り換え、操作ボタン３７により
マニピユレータを操作する様になつている。第４図は第
３図で概略的に示した回路構成にもとづく詳細例を示す
。

マニピユレータの操作開始にあたつては自動／手動切り
換えスイツチ３６を手動位置にセツトする。この場合、
自動用ゲート信号１１０をアナログスイツチ３５Ａない
し３５Ｆに送出し、これらアナログスイツチのゲートを
閉じるとともにレベル４０゛の手動用ゲート信号１１１
をアナログスイツチ３８へ送出し、これらアナログスイ
ツチのゲートを開ける。したがつて、操作スイツチ３７
からの操作信号１１２はアナログスイツチ３８を通つて
相当するマニピユレータ制御回路３９の入力端子に送出
され、第１図におけるマニピユレータ２の先端を球状物
体６の方向に設定する。設定されたことを運転員に知ら
せるために点線で囲んだ部分の装置５００を付け加える
。すなわち、１１Ｅは第２図の結像部１１の中心および
その近傍に位置するホトトランジスタであり、マニピユ
レータ２の先端が球状物体６の方向に設定されればその
出力信号は増加し、その信号を増幅器３０Ｅに送出する
。増幅器３０Ｅの出力をシユミツトトリガ回路４１に送
出する。シユミツトトリガ回路４１においては、所定の
トリガ設定電圧以上の信号が入力した場合、一定の方形
波をランプ駆動回路４２に送出し、ランプ４３を点灯す
る。トリガ設定電圧はホトトランジスタ１１Ｅが受光し
た時に得られる光電流の大きさに合わせて自由に設定変
更が可能である。ランプ４３の点灯により運転員はマニ
ピユレータ２の先端が球状物体６の方向に設定されたこ
とがわかる。以上の初期設定が完了すると、運転員は自
動／手動切り換えスイツチ３６を手動から自動に切り換
える。

このことにより、手動用ゲート信号１１１がアナログス
イツチ３８に送出されゲートを閉じるとともに、レベル
゛Ｏ゛に変化した自動用ゲート信号１１０によりアナロ
グスイツチ３５Ａないし３５Ｆのゲートを開ける。１１
Ａな（・し１１Ｄはそれぞれ第２図の結像部１１を４等
分したうち、前記ホトトランジスタ１１Ｅを除く、第１
象限ないし第４象限に含まれるホトトランジスタである
。

第２図にお（・て球状物体６の像２０の位置に存在する
ホトトランジスタからそれぞれ光電流信号１００Ａない
し１００Ｄを増幅器３０Ａないし３０Ｄへ送出する。こ
の増幅器３０Ａないし３０Ｄからの増幅信号はそれぞれ
各象限ごとに加算する加算器３１Ａないし３１Ｄに送出
される。さらに、加算器３１Ａないし３１Ｄからの加算
信号１０１Ａないし１０１Ｄは加算器３４へ送出される
とともに、加算信号１０１Ａおよび１０１Ｂは比較回路
３２Ａへ、一方加算信号１０１Ａおよび１０１Ｄは比較
回路３２Ｂへ送出される。いま、比較回路３２Ａにつ（
・て考える。

比較回路３２Ａは加算信号１０１Ａおよび１０１Ｂの大
小を比較し、加算信号１０１Ａが１０１Ｂより大きけれ
ばその偏差信号１０４Ａは対応するアナログスイツチ３
５Ａを通つてマニピユレータ匍脚回路３９の右旋回入力
端子に送出され、マニピユレータを左旋回させる。同様
にして加算信号１０１Ａと１０１Ｂの大きさが等しけれ
ば偏差信号１０４Ｂによつてマニピユレータを伸ばし、
加算信号１０１Ａが１０１Ｂより小さければ偏差信号１
０４Ｃによつてマニピユレータを右旋回させる。比較回
路３２Ｂにつ〜・ても３２Ａの場合と同じ機能によつて
、マニピユレータの上下方向の位置を修正することがで
きる。以上の操作過程によつて第１図におけるマニピユ
レータ２の先端が球状物体６から所定の距離内に接近し
た時、マニピユレータを停止させる必要がある。

第４図の加算器３４はこれを実施するものである。すな
わち、加算器３４においては所定の大きさ以上の加算信
号１０１Ａないし１０１Ｄが入力すると阻止信号１０２
をマニピユレータ制御回路３９の停止用入力端子に送出
し、マニピユレータを停止するとともに、アナログスイ
ツチ３５Ａないし３５Ｆのゲートを閉じ比較回路３２Ａ
および３２Ｂからの偏差信号を遮断する。すなわち、目
的とする所定の位置でマニピユレータは自動的に停止す
ることになる。以上の実施例では第２図にお〜・て球状
物体６の隙２０が結像部１１の中心にくる様にマニピユ
レータを制御する方法として、ホトトランジスタ２１，
２２およびホトトランジスタ２１，２４から出力される
信号の大きさを等しくするという条件を設定した。

一方、以下に述べる方式を採用すれば手動によるマニピ
ユレータの初期設定が容易になる。

第５図は球状物体６の像２０が結像部１１の中心にくる
様にマニピユレータを制御する方式の一例を示す。この
方式は第４図における加算器３１Ａないし３１Ｄと比較
器３２Ａ，３２Ｂとの間に、さらに加算器３１０Ａない
し３１０Ｄを付加したものである。加算信号１０１Ａ，
１０１Ｄは加算器３１０Ａへ、一方加算信号１０１Ｂ，
１０１Ｃは加算器３１０Ｂへ送出され、それぞれ加算信
号２０１Ａおよび２０１Ｂを比較器３２Ａへ送出する。
第４図の場合と同様に比較器３２Ａは加算信号２０１Ａ
が２０１Ｂより大きければ偏差信号１０４Ａを、等しけ
れば偏差信号１０４Ｂを、小さければ偏差信号１０４ｃ
を送出する。加算器３１０Ｃ，３１０Ｄにつ（・ても加
算器３１０Ａ，３１０Ｂと同じ機能をもつている。以上
の様な制御方式を採用すれば手動によりマニピュレータ
を初期設定する場合、球状物体６の像２０が結像部１１
の任意の位置に存在すれば操作を自動に切り換えること
が可能であるので操作が容易になる。

次に、ホトトランジスタ１１Ａないし１１Ｄから出力さ
れる光電流信号１００Ａないし１００Ｄの処理法として
の第２の実施例を以下に示す。

第６図は本発明の回路構成としてデイジタル化した実施
例であり、４象限のうち第１象限を抽出したものである
。増幅器３０Ａの一つ一つに対応してシユミツトトリガ
回路５０Ａを設ける。この回路は球状物体６の像２０が
写る部分とそれ以外の部分とを区別するために“１”６
０”の信号に変換するものである。シユミツトトリガ回
路５０Ａからの出力信号３０２Ａはレジスタ５１Ａに送
出される。レジスタ５１Ａに記憶された出力信号３０２
Ａは発振器６０から出力される走査信号３０１Ａによつ
て呼出され記憶信号３０３Ａを計数回路５２Ａに送出す
る。すなわち、計数回路５２Ａは球状物体６の像２０が
写るホトトランジスタが第１象限に何個あるのかを数え
る。計数回路５２Ａからは比較回路３２Ａおよび計数回
路６１へ計数信号３０４Ａを送出する。同時に第２ない
し第４象限からの計数信号３０４Ｂないし３０４Ｄも計
数回路６１へ送出され、マニピユレータ２が球状物体６
に対して所定の距離内に接近した時、計数回路６１はマ
ニピユレータ２を停止させる役目をもつている。したが
つて、計数回路６１は第４図の加算器３４に相当する。
比較回路３２Ａ以降の信号の処理は第４図における実施
例と同じであるので説明は省略する。ただし、本実施例
では第４図のアナログスイツチ３５Ａないし３５Ｆおよ
びアナログスイツチ３８の代わりにアンド回路を使用す
る。本実施例を採用すれば環境の照度の差違により球状
物体６の表面照度が変化してもシユミツトトリガ回路５
０Ａのトリガ設定電圧を適当に設定すれば、その影響を
軽減できるという長所がある。以上説明したごとく、本
発明によれば、囲りの物体と反射率の異なる球状物体を
対象機器に付加して、それを目標としてマニピユレータ
を駆動するよう制御するので、位置検出装置先端部にあ
るレンズを通して得られる球状物体の像は常に円になり
、その球状物体を認識・判定すればよく、対象物の形状
には依存しない。

従つて、対象物の位置の判定が著しく簡単になるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例のマニピユレータ制御装置を示す概略
図、第２図は第１図における位置検出装置の一例を示す
図、第３図は本発明の回路構成の概略図、第４図は第３
図の回路構成にもとづく詳細図、第５図は球状物体の像
が結像部の中心にくる様にマニピユレータを制御する方
式の一汐ｕを示す図、第６図は本発明の回路構成として
デイジタル化した実施例を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１（１）対象物の目標位置に設置され、囲りの物体と
反射率が異なる球状物体と、（２）先端部にレンズを有
し、多数の光検知手段を規則的に配置して前記レンズを
通して得られる球状物体の像を前記光検知手段上に映す
結像部とを有する前記対象物の位置検出装置と、（３）
前記結像部を複数個の領域に分割して各領域内の光検知
手段が検知した光量に応じて出力される信号の大きさの
総和を求める手段と、各領域の前記総和を比較して偏差
信号を出力する比較回路と、前記偏差信号の大きさが所
定範囲内になるようにマニピュレータを駆動する制御回
路とを有する制御手段とからなることを特徴とするマニ
ピュレータ制御装置。