JPS61209889A - 視覚情報提示方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ この発明はマニピュレータの操縦方式、特に、作業環境
における視覚情報を遠隔の場所にある操作環境内の操作
者に与えるための視覚情報提示方法及び装置に関するも
のである。

原子炉内等の危険な作業や不衛生な作業を行なう場合に
、通常、遠隔操縦型のマニピュレータが使用される。こ
の種のマニピュレータは一般に、作業環境と操縦室とを
遮蔽壁及び遮蔽窓で隔離し、作業環境に作業用マニピュ
レータを配設し、操縦室内に操作用マニピュレータを配
設し、操作用マニピュレータを操作者が操作し、操作用
マニピュレータの動きを追随する作業用マニピュレータ
によって作業を行わせるように構成されている。この場
合に、原子炉内等の作業場所での作業対象及び作業用マ
ニピュレータの腕の状態はテレビカメラ等の視覚センサ
を用いて検出し、これを操縦室内にテレビで表示して操
作者に提示している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに、このような従来の操縦方式では、変位する作
業用マニピュレータの腕の動きはテレビカメラ等によっ
て固定位置から観察しているために、操作者が直接その
作業対客及び作業用−マニピュレータのある場所で作業
をしているような臨場感を持つことができｆ、作業現場
の状況を充分に把握して作業を行うことが困難であり、
この点の対策技術の開発が望まれている。

この発明は上記の如ぎ事情に鑑みてなされたものであっ
て、人が直接作業を行うのが危険な作業環境下でロボッ
ト等のマニピュレータに作業を行わせる場合でも、操作
者が直接そのロボット等のいる場所で作業をしているよ
うな臨場感を有して現場の状況を把握して作業を行うこ
とを可能にする視覚情報提示の技術を提供することを目
的とするものである。

（ロ）発明の構成 ［問題を解決するための手段］ これらの発明は上記の如ぎ事情に鑑みてなされたもので
あって、この発明の視覚情報提示方法は、操作環境に操
作者を測定する操作者測定装置と可視画像提示装置とを
設け、かつ作業環境に被写体を撮影し得る２個以上のカ
メラを設け、前記操作者測定装置によって前記操作者の
姿勢を測定して前記カメラの姿勢を前記操作者の姿勢に
対応させ、前記カメラと前記被写体との距ｆｌｌＸｒを
測定して前記両カメラの輻奏角を求め、前記可視画像提
示装置の向きを前記輻奏角と一致させ、前記被写体の大
きさＩｘを測定し、前記カメラで撮影した前記被写体の
像の虚像を前記操作者の前プＪＸｒの位置に像の大きさ
Ｉｘで結像させることを特徴としている。

またこの発明の視覚情報提示装置は、操作環境において
操作者の位置及び姿勢を測定する操作者測定装置と、作
業環境において前記操作者の眼間距離だけ隔たって位置
する少なくとも２台のカメラと、作業環境において６自
由度以下の自由度をもって変位可能であり前記カメラの
それぞれを６自由度以下の自由度で変位可能に支持して
いて前記変位を前記操作者測定装置からの信号に基づい
て制御されるカメラ支持体と、操作環境において６自由
度以下の自由度で変位可能に支持されており前記カメラ
による画像を提示する２個のディスプレー装置と、それ
ぞれの前記ディスプレー装置の画面前方に位置していて
前記画面上の画像の虚像を結像させ得るズームレンズ系
と前記カメラと被写体との距離を測定し得る第１の測長
装置と及び前記被写体の大きさを測定し得る第２の測長
装置とを備えることを特徴としている。

以下、これらの発明の詳細を一実施例を示す図面につい
て説明する。

まず、この発明の視覚情報提示方法について説明する。

第１図及び第２図に示すように、操作環境りに操作＠１
を測定する操作者測定装置２と可視画像提示装置３とを
設ける。また、作業環境Ｘに作業の対象である被写体８
をｍ影し得る２個のカメラ５ａ、５ｂを設ける。

まず、操作者測定装置２によって操作者１の姿勢を測定
する。操作者１の姿勢を測定することの内容としては、
操作者の眼間距離ａの眼球６ａ。

６ｂの視線の方向を決定する両眼の輻奥角θｅｙｅを測
定することが望ましいが、これに代替するものとして、
操作者１の頭７または首の回転若しくは向きを測定して
もよい。ここでは頭７の姿勢を測定することとし、その
頭７の向きをθｅｙｅとする。

次に、頭７の向きθｅｙｅが求められたら駅間距離ａと
等しい距離を隔てて左右のカメラ５ａ。

５ｂを支持しているカメラ支持体１１の向きθｒ２がθ
ｒ２＝θｅｙｅとなるようにカメラ支持体１１の姿勢を
制御する。

次にカメラ５ａ、５ｂから被写体８までの距離Ｘｒを測
定する。

次に被写体８までの距離Ｘｒが求まると、カメラ５ａ、
５ｂ間の距離ａから、両カメラ５ａ。

５ｂの輻突角θ「が求められるから、そのようなＮ突角
を実現するように、カメラ５ａ、５ｂをそれぞれ別個に
カメラ支持体１１上で回転変位させて、カメラ５ａ、５
ｂの姿勢を決定する。

次に、可視画像提示８１３のディスプレー装置３ａ、３
ｂの輻賽角θｈがｏｒ＝＝・θｈとなるように、ディス
プレー装Ｈ３ａ、３ｂを個別に回転変位させて、ディス
プレー装置３ａ、３ｂの姿勢を決定する。

次に両ディスプレー装ｆｆ１３ａ、３ｂの焦点機構とズ
ーム機構を調整して、画像の大きさｔｈ（Ｉｈ　＝Ｉｒ
　）（７）虚像が、距１１！ｆｉＸｈ　　（Ｘｈ　＝Ｘ
ｒ　）の前方に結像する状態にしておく。

ＲＩＩに、この状態において、被写体８をカメラ５ａと
カメラ５ｂとで撮影し、カメラ５ａの画像をディスプレ
ー装置３ａに提示し、かつカメラ５ｂの画像をディスプ
レー装置ｉ３ｂに提示すると、操作者１は距離Ｘｈ　＝
Ｘｒ前方に大きさＩｈ＝Ｉｒの虚像を視認することがで
き、操作者１が作業環境Ｘにおいて直接に被写体８を観
測したのと同じ視覚情報を得ることができる。

距ｍｘｈ　＝Ｘｒ　（Ｆ）位置ニ大きさＩｈ　＝　Ｉｒ
（Ｄａ像を結像させるための光学系は次のように設計す
ることができる。すなわち、第３図に示すように、■距
離ｂ＝ｔ［ｍｌに置いた物体の大ぎざを１とし、それを
焦点距離ｆｃのズームレンズ系２７で結像する。それを
利用するディスプレー装置（３ａ、、３ｂ）に提示し、
その時の画像の大きさ１′を測定し、βを次式で求める
。

β−ビン１−ｋ（ｆｃ／ｂ）　　・・・（１）ただし、
ｋはディスプレー装ｆａ（３ａ、３ｂ）の画面の大きさ
に比例する定数。

■ズームレンズ系２７と組み合せディスプレー装置（３
ａ、３ｂ）の画面上の物体像ビの虚像を距離すのところ
に大きさ１で再編成すればよいから、その時のズームレ
ンズ系２７の焦点距＄１１１ｆｄと、その設置すべき位
置αとは次の式で求められる。

ａ−β・α・・・（２） ｆｄ　＝　（−ａｂ／（ａ−ｂ））　・　（３）■厳密
な提示系ではｂをズームレンズによって選択し、それに
よりａとｆｄとを制御する。また筒易型では例えばｂを
１［ｍｌにしてａとｆｄを固定する。

次に以上説明した視覚情報提示方法を実施するために使
用する視覚情報提示装置について説明する。

第４図において、２１は視覚情報提示装置である。視覚
情報提示装置２１は作業環ＩＢｈに位置していて操作者
の位置及び姿勢を測定する操作者測定装Ｍ２を備えてい
る。

操作者測定装Ｗ４２としては、この実施例では、操作者
１の頭７の姿勢を測定する６自由度以下のゴニオメータ
２２を使用している。ゴニオメータ２２はＡ１０変換２
１２３を介してコンピュータ２４に接続している。また
、操作者１の眼の直近前方に相当する位置にステレオデ
ィスプレー装置２５が配設されており、ステレオディス
プレー装置２５　Ｇ、を操作者１の両眼に対応して操作
者１の両眼の眼闇距１１ｊｉａを隔てて１対のディスプ
レー装置３ａ、３ｂを備えている。それぞれのディスプ
レー装置３ａ、３ｂは、ＣＲＴディスプレー装置２６と
そのＣＲＴディスプレー装置２６の画像面の手前に位置
するズームレンズ系２７を備えている。

１対のディスプレー装置ｔ３ａ、３ｂは支持枠２８に支
持されている。支持枠２８は６自由度以下の自由度で変
位可能であり、その変位は６自由度以下のサーボ機構３
１によって駆動される。

ステレオディスプレー装置２５を構成するＣＲＴディス
プレー装＠２６とズームレンズ系２７はそれぞれ支持枠
２８上に変位可能であって、それぞれの変位はサーボ機
構３２．３３によって駆動される。サーボ機構３１．３
２及び３３はサーボ制御装置３４によって制御され、サ
ーボ制御装置３４はコンピュータ２４からの信号よって
動作する。

一方、作業環境Ｘ側には、２台のカメラ５ａ。

５ｂが配設されている。

カメラ５ａ、５ｂは操作者１の駅間距離ａを隔ててカメ
ラ支持台３５上に支持されている。カメラ支持台３５は
６自由度以下の自由度で変位可能であり、その変位は６
自由度以下のサーボ機構３６によって駆動される。カメ
ラ５ａ、５ｂはそれぞれカメラ支持台３５上に変位可能
であって、それぞれの変位はサーボ機構３７によって駆
動される。サーボ機構３６．３７はサーボ制御装置３８
によって制御され、サーボ制御装置３８はコンピュータ
４１からの信号によって動作する。コンピュータ４１は
コンピュータ２４と信号を授受し得る。

また、カメラ支持台３５には第１の測長ホ４２及び第２
の測長機４３が取り付けられている。第１の測長機４２
はカメラ５ａ、５ｂと被写体８との距離を測定するもの
であり、また第２の測長機４３は被写体８の大きさを測
定するものであり、これらの測長機４２．４３としては
超音波測艮掘その他の市販の測長機を使用することがで
きるが、カメラ５ａ、５ｂに内蔵された距離計で代替す
ることもできる。

測長１４２，４３はカメラ支持台３５に対して相対変位
可能であり、その変位はサーボ機構４４によって駆動さ
れる。サーボ機構４４はサーボ制御装置３８を介してコ
ンピュータ４１からの信号によって動作する。

カメラ５ａ、５ｂはコンピュータ２４と接続しており、
またコンピュータ２４はセレクタ４６を介してＣＲＴデ
ィスプレー装置２６と接続している。

［作用］ このように構成された視覚情報提示装置２１によって操
作者１に被写体８の視覚情報を提示する場合の作用は次
の通りである。

まず、ゴニオメータ２２によって操作者１の頭７の姿勢
θｅｙｅを測定し、ゴニオメータ２２からの出力をコン
ピュータ２４に入力し、コンピュータ２４の指令によっ
て、サーボ機構を動作させてカメラ支持係１１の向きθ
「２をθｒ２・・θｅｙｅにする。

次に第１の測長機４２によって被写体８までの距離Ｘ「
を測定し、測定結果をコンピュータ４１に入力する。

コンピュータ４１において駅間距離ａと距離Ｘｒにより
三角側ｍの原理により両カメラ５ａ。

５ｂの輻奏角θｒが求められ、両カメラ５ａ。

５ｂはサーボ機構の作動によって輻奏角がθｒとなるよ
うに変位される。これと同時にサーボ機構３２を作動さ
せて両ステレオディスプレー装置２５の輻突角Ｏｈがθ
ｈ＝θｒとなるように両ステレオディスプレー装置２５
を変位させる。また、第２の測長機４３によって被写体
８の大きさを測定し、コンピュータ４１を介してコンピ
ュータ２４に入力し、コンピュータ２４の指令によって
サーボ機構３３を作動させて、画像の大きさＩｔ＋（ｌ
ｈ＝１ｒ＞の虚像が距離ｘｈ　　（Ｘｈ　＝＝Ｘｒ　）
の前方に結会するように、ズームレンズ系２７を調整す
る。最後に、カメラ５ａとカメラ５ｂとで被写体８をＮ
彰し、カメラ５ａの画像をコンピュータ２４、セレクタ
４６を介してディスプレー装ｆｉｆｆ３ａのＣＲＴディ
スプレー装置２６に映し出し、またカメラ５ｂの画像を
ディスプレー装置３ｂのＣＲＴディスプレー装置２６に
映し出す。操作者１は両眼で両ズームレンズ系２７を通
して画像を観察し、距１！１ｔＸｈ　＝Ｘｒの前方の位
置に大きさＩｈ＝Ｉｒの虚ｔ＆４７を視認することがで
きる。

（ハ）発明の効果 このように、この発明の視覚情報提示方法及び装置によ
れば、作業環境に対して遠隔にいる操作者が自分の見た
い方向を向けば、その方向の視覚情報が実際に直接的に
対染物を見るのと同じ状態で見ることができるので、操
作者が作業環境において作業をしているような臨場感を
持つことができ、作業現場の状況を充分に把握して作業
を行うことが容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の視覚情報提示方法における操作環境
と作業環境を示す説明図、第２図はカメラの画像と操作
者に提示される画像の関係を示す説明図、第３図はズー
ムレンズ系の作用を示す説明図、及び第４図はこの発明
の視覚情報提示装置を示す構成説明図である。 ｈ・・・操作環境　　Ｘ・・・作業環境　　ａ・・・眼
間距離１・・・操作者　　２・・・操作者測定装置　　
３・・・可視画像提示装置　　３ａ、３ｂ・・・ディス
プレー装置５ａ・・・左カメラ　　５ｂ・・・右カメラ
　　６ａ・・・左眼球　　６ｂ・・・右眼球　　７・・
・頭　　８・・・被写体１１・・・カメラ支持体　　２
１・・・視覚情報提示装置２２・・・ゴニオメータ　　
２３・・・Ａ／Ｄ変換器２４・・・コンピュータ　　２
５・・・ステレオディスプレー装置　　２６・・・ＣＲ
Ｔディスプレー装買２７・・・ズームレンズ系　　２８
・・・支持枠　　３１・・・サーボ機構　　３２・・・
サーボ機構　　３３・・・サーボ機構　　３４・・・勺
−ボ制御装置　　３５・・・カメラ支持台　　３６・・
・サーボ機構　　３７・・・サーボ機構　　３８・・・
サーボ制御装置　　４１・・・コンピュータ　　４２・
・・第１の測長ＩＩ　　　４３・・・第２の測長機　　
４４・・・サーボ機構　　４６・・・セレクタ　　４７
・・・虚像 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）操作環境に操作者を測定する操作者測定装置と可
   視画像提示装置とを設け、かつ作業環境に被写体を撮影
   し得る２個以上のカメラを設け、前記操作者測定装置に
   よって前記操作者の姿勢を測定して前記カメラの姿勢を
   前記操作者の姿勢に対応させ、前記カメラと前記被写体
   との距離Ｘｒを測定して前記両カメラの輻奏角を求め、
   前記可視画像提示装置の向きを前記輻奏角と一致させ、
   前記被写体の大きさＩｘを測定し、前記カメラで撮影し
   た前記被写体の像の虚像を前記操作者の前方Ｘｒの位置
   に像の大きさＩｘで結像させることを特徴とする視覚情
   報提示方法。
2. （２）操作環境において操作者の位置及び姿勢を測定す
   る操作者測定装置と、作業環境において前記操作者の眼
   間距離だけ隔たって位置する少なくとも２台のカメラと
   、作業環境において６自由度以下の自由度をもって変位
   可能であり前記カメラのそれぞれを６自由度以下の自由
   度で変位可能に支持していて前記変位を前記操作者測定
   装置からの信号に基づいて制御されるカメラ支持体と、
   操作環境において６自由度以下の自由度で変位可能に支
   持されており前記カメラによる画像を提示する２個のデ
   ィスプレー装置と、それぞれの前記ディスプレー装置の
   画面前方に位置していて前記画面上の画像の虚像を結像
   させ得るズームレンズ系と、前記カメラと被写体との距
   離を測定し得る第１の測長装置と及び前記被写体の大き
   さを測定し得る第２の測長装置とを備えることを特徴と
   する視覚情報提示装置