JP2729758B2 - Automatic execution monitoring method of remote control robot - Google Patents
Automatic execution monitoring method of remote control robotInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、地上等からの指令に
より宇宙等の遠隔地で作業を行なう遠隔操作型ロボット
の自動実行監視方式に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic execution monitoring system for a remote-controlled robot that works in a remote place such as the universe according to a command from the ground or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】宇宙用ロボットは、宇宙活動において様
々な作業を実行させるために有用なものである。宇宙用
ロボットは大別すると、宇宙飛行士が近接位置で運用す
る近接運用型ロボットと、地上等の遠隔地から遠隔運用
する遠隔操作型ロボットがある。宇宙用ロボットによる
作業は、高価な宇宙システムの破損や人間への危険を回
避するために、格別の確実性が要求される。2. Description of the Related Art Space robots are useful for performing various tasks in space activities. Space robots are roughly classified into a proximity operation type robot operated by an astronaut in a close position, and a remote operation type robot operated remotely from a remote place such as the ground. Working with space robots requires exceptional certainty to avoid damaging expensive space systems and danger to humans.
【０００３】一般に、遠隔操作型宇宙用ロボットシステ
ムは、図４に示すように、｛運用者101 −運用系102 ｝
−通信系103 −｛宇宙機104 −ロボット105 −ペイロー
ド106 ｝により構成されている。そして、運用者101
は、宇宙での動作環境を通信系103 のデータ回線を通し
た各種のデジタル・テレメトリ及び又はビデオ・テレメ
トリにより確認し、キーボードコマンド及び又はジョイ
・スティック・コマンドにより操作を行なうようにして
いる。Generally, as shown in FIG. 4, a remote control type space robot system has {operator 101 -operating system 102}.
-Communication system 103-{Spacecraft 104 -Robot 105 -Payload 106}. And operator 101
Confirms the operating environment in space by various digital telemetry and / or video telemetry through the data line of the communication system 103, and performs an operation by a keyboard command and / or a joystick command.
【０００４】一方、遠隔操作型宇宙用ロボットの実行監
視は、ロボット操作に関係する宇宙機システム・通信シ
ステム・地上システム等のハードウェア的及びソフトウ
ェア的な故障及び異常や、運用者の誤操作によって、誤
った作業が行なわれることを防ぎ、システムにとって安
全な状態を維持することを目的としている。したがっ
て、異常や故障が発生したことを検出することを第一の
目的としている。On the other hand, execution monitoring of a remotely operated space robot is performed by hardware and software failures and abnormalities of a spacecraft system, a communication system, a ground system, etc. related to the operation of the robot, and erroneous operations by an operator. The purpose is to prevent erroneous operations from being performed and to maintain a safe state for the system. Therefore, the first object is to detect that an abnormality or a failure has occurred.
【０００５】宇宙用ロボットの実行監視方法としては、
安全性及び信頼性の観点を含めて、従来は次のような手
法が考えられて来た。 搭載システム・地上システム・通信システムの故障
の監視 ロボット作業状態のデジタル・テレメトリによるデ
ータ整合性の監視 ロボット作業状態のＴＶ画像（ビデオ・テレメト
リ）による視覚的監視 操作指令に対する有効性及び妥当性の監視 ロボット内界センサによる操作監視[0005] As a method of monitoring the execution of a space robot,
Conventionally, the following methods have been considered from the viewpoint of safety and reliability. Monitoring of failures of on-board systems, ground systems, and communication systems Monitoring of data consistency by digital telemetry of robot working status Visual monitoring of robot working status by TV images (video telemetry) Monitoring of validity and validity of operation commands Operation monitoring by robot internal sensor
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、遠隔操作型
宇宙用ロボットシステムにおいて、運用者が宇宙でのロ
ボットの動作環境をデータ回線を通した各種のテレメト
リにより確認し、操作コマンドによりロボットに作業を
行なわせる場合、データ回線には、速度容量的（bps／s
ec ）制約及び通信に要する遅延時間（ sec）があり、
遠隔操作型宇宙用ロボットの運用性を著しく低下させて
いた。By the way, in a remote control type space robot system, an operator confirms the operation environment of the robot in space by various telemetry through a data line, and operates the robot by an operation command. When performing the operation, the data line has a speed capacity (bps / s
ec) There are restrictions and delay time (sec) required for communication,
The operability of the remotely operated space robot was significantly reduced.
【０００７】また、宇宙用ロボットの従来の実行監視方
法におけるの故障監視は、搭載機器や搭載ソフトウェ
ア等の搭載システム及び通信システムや地上システムの
故障検出を行い、特定のロボット操作に依存しない故障
を検出するものであり、特定のロボット操作に関する監
視系にはならない。また、の監視方法は、遠隔操作
型ロボットに限らずロボット監視の基本的な方法であ
り、宇宙ロボットに課せられる前記の通信制約下におい
ては、充分な機能とは言えず、効率のよい運用は達成で
きない。またの監視方法は、ロボットのその時点にお
ける作業環境に基づいて指令コマンドの妥当性をチェッ
クするもので、特定操作を著しく効率化することはでき
ない。またの監視方法は、特定のロボット操作に対し
固有のリミットを設け操作を監視する方法、例えば、把
持操作の場合には、対応する力トルクセンサ許客値を予
め設定し、操作時の出力の監視を行なう方法等であり、
信頼性を高めるにはセンサ等の多重化が必要になり、コ
マンドの増大及び重量の増加を伴う。[0007] Further, the fault monitoring in the conventional execution monitoring method of the space robot detects a fault of a mounted system such as mounted equipment and software, a communication system and a ground system, and detects a fault which does not depend on a specific robot operation. It does not become a monitoring system for specific robot operations. In addition, the monitoring method is a basic method of monitoring a robot without being limited to a remote-controlled robot, and under the above-mentioned communication constraints imposed on a space robot, it cannot be said that the function is sufficient and efficient operation is not possible. I can't achieve it. Further, the monitoring method checks the validity of the command command based on the working environment of the robot at that time, and does not significantly improve the efficiency of the specific operation. Another monitoring method is to set a unique limit for a specific robot operation and monitor the operation.For example, in the case of a gripping operation, a corresponding force torque sensor customer value is set in advance, and the output of the operation is output. Monitoring method, etc.
In order to increase the reliability, multiplexing of sensors and the like is required, which causes an increase in commands and an increase in weight.
【０００８】以上のように、従来の遠隔操作型宇宙用ロ
ボットの実行監視方法では、様々な作業に対して、ロボ
ットの性能および通信系の制約により、十分な監視を行
いながら効率的でスピーディな運用を実現することがで
きなかった。As described above, according to the conventional execution monitoring method of the remote-operated space robot, efficient and speedy monitoring is performed for various tasks due to the performance of the robot and the restriction of the communication system while performing sufficient monitoring. Operation could not be realized.
【０００９】本発明は、従来の遠隔操作型宇宙用ロボッ
トの実行監視方法における上記問題点を解消するために
なされたもので、オンボード自動操作とオンボード自動
監視を行なえるようにして、通信制約の大きい宇宙用ロ
ボットなど遠隔操作型ロボットを効率的に運用できるよ
うにした遠隔操作型ロボットの自動実行監視方式を提供
することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the conventional method for monitoring the execution of a remotely operated space robot, and has a communication system capable of performing on-board automatic operation and on-board automatic monitoring. It is an object of the present invention to provide an automatic execution monitoring method for a remote-operated robot that enables efficient operation of a remote-operated robot such as a space robot having large restrictions.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、本発明は、ロボットと、該ロボットに作業
を行なわせる操作系と該ロボットの作業を監視する監視
系とを備えたオンボードロボット装置を遠隔地より遠隔
操作するようにした遠隔操作型ロボットの実行監視方式
において、ロボットに所定の作業を行なわせる操作コマ
ンドと該ロボットの作業を監視する監視用データとを予
め通信系を介してオンボードロボット装置にロードして
おき、遠隔地からの実行コマンドに応じて予めロードし
た操作コマンドに基づいてロボットの作業を自動的に実
行させ、監視データによりロボット作業の自動監視を行
なわせるようにするものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention provides an on-board system including a robot, an operation system for causing the robot to perform an operation, and a monitoring system for monitoring the operation of the robot. In an execution monitoring method of a remote-operated robot in which a board robot device is remotely controlled from a remote place, a communication system is previously communicated with an operation command for causing the robot to perform a predetermined operation and monitoring data for monitoring the operation of the robot. The robot work is automatically executed based on an operation command loaded in advance in response to an execution command from a remote place, and the robot work is automatically monitored based on monitoring data. Is to do so.
【００１１】このように、ロボットに所定の作業を行な
わせる操作コマンドと該ロボットの作業を監視する監視
用データを、事前に地上等のシミュレータで生成して、
予めオンボードロボット装置に送信してロードしてお
き、作業の実行時には、実行コマンドに応じて予めロー
ドされている操作コマンドに基づいて時系列的にロボッ
ト作業を進行させ、同時に作業の進行に伴って時系列的
に監視データにより作業の自動監視を行い、異常時には
停止等の対処等を自動的に実行させる。これにより、10
sec、30 sec、60 sec等の時間遅延や、１Ｈｚ、１／５
Ｈｚ、１／10Ｈｚ等の画像テレメトリ下のような、大き
な通信制約下においても、効率よく且つ安全に遠隔操作
型ロボットを運用することができる。As described above, the operation command for causing the robot to perform a predetermined operation and the monitoring data for monitoring the operation of the robot are generated in advance by a simulator on the ground or the like.
It is transmitted to the on-board robot device in advance and loaded, and at the time of execution of the work, the robot work progresses in chronological order based on the operation command loaded in advance according to the execution command, and simultaneously with the progress of the work In this way, the work is automatically monitored in chronological order using the monitoring data, and measures such as stopping are automatically executed in the event of an abnormality. This gives 10
time delay such as sec, 30 sec, 60 sec, 1 Hz, 1/5
The remote-controlled robot can be operated efficiently and safely even under a large communication restriction such as under image telemetry such as 1 Hz and 1/10 Hz.
【００１２】[0012]
【実施例】次に実施例について説明する。図１は、本発
明に係わる遠隔操作型ロボットの自動実行監視方式の基
本的な構成を説明するための概念図である。図におい
て、１は地上部の実行コマンド、操作コマンド、監視デ
ータ等を送信する送信設備、２はテレメトリ受信設備、
３は宇宙プラットフォーム、４はプラットフォーム３上
に搭載されているロボット、５は該ロボット４を操作制
御するためのオンボード操作システム、６はロボット４
の動作を監視するオンボード監視システムである。Next, an embodiment will be described. FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of an automatic execution monitoring method for a remote-controlled robot according to the present invention. In the figure, 1 is a transmission facility for transmitting an execution command, an operation command, monitoring data, etc. of the ground unit, 2 is a telemetry reception facility,
3 is a space platform, 4 is a robot mounted on the platform 3, 5 is an on-board operation system for operating and controlling the robot 4, 6 is a robot 4
This is an on-board monitoring system that monitors the operation of.
【００１３】監視システムは、ロボット作業現場にあた
かも人間がいて、ロボットの動きを監視しているような
情況を作るために監視機器を備えている。監視機器とし
ては力トルクセンサ、手先カメラ、監視カメラ、歪ゲー
ジ、慣性センサ、姿勢センサ、ランデブセンサ等が用い
られ、これらによりロボットの動きを人間の目や耳等に
相当する手段として監視する。なお、上記監視システム
に用いる各種監視機器（センサ）としては、専用機器と
共に他の目的で備えているものを流用することも可能で
ある。The surveillance system includes a surveillance device for creating a situation where a human is present at the robot work site and the motion of the robot is monitored. As the monitoring device, a force torque sensor, a hand camera, a monitoring camera, a strain gauge, an inertial sensor, a posture sensor, a rendezvous sensor, and the like are used, and the movement of the robot is monitored as means corresponding to human eyes and ears. As the various monitoring devices (sensors) used in the monitoring system, it is possible to use dedicated devices and other devices provided for other purposes.
【００１４】オンボード監視システムの監視機器を用い
て、ロボットの特定の作業が順調に行なわれていること
を監視するためには、特定の作業に応じたオンボード監
視用データが必要であり、そのデータは種々の時系列の
制御パラメータ・テーブルや時間関数等で構成され、オ
ンボード監視機器の動作制御パラメータ等も含まれる。
この監視データは、事前にロボット作業を地上等のシュ
ミレータ（コンピュータ及び模擬装置によるシュミレー
タ）により確認し、その際に、ロボットに特定の作業を
行なわせるための操作コマンドと共に、取得される。ま
た実運用において繰り返し行なう作業については、蓄積
されたデータに基づき監視データのチューニングを行な
って行くことも可能である。In order to use a monitoring device of the on-board monitoring system to monitor that a specific operation of the robot is being performed smoothly, on-board monitoring data corresponding to the specific operation is required. The data is composed of various time-series control parameter tables, time functions and the like, and also includes operation control parameters of the on-board monitoring device.
This monitoring data is obtained in advance by confirming the robot operation by a simulator (simulator using a computer and a simulation device) on the ground or the like, and at that time, is acquired together with an operation command for causing the robot to perform a specific operation. In addition, for work that is repeatedly performed in actual operation, it is possible to tune monitoring data based on accumulated data.
【００１５】ロボットの操作の実行時には、上記のよう
にして得られた操作コマンドと監視データを地上部の送
信設備１より同時に送信して、宇宙プラットフォーム３
のオンボード操作システム５及びオンボード監視システ
ム６にロードしておき、地上部からの実行コマンドに応
じて、予めロードされた操作コマンド基づいて時系列的
にロボット作業を進め、その作業の進行に伴って時系列
的に監視データによりオンボード監視システムを動作さ
せてロボット作業の自動監視を行なう。そして異常時に
は、停止等の処置を自動的に実行させる。When the operation of the robot is executed, the operation command and the monitoring data obtained as described above are simultaneously transmitted from the transmission equipment 1 on the ground, and the space platform 3
The robot work is loaded in the on-board operation system 5 and the on-board monitoring system 6, and the robot work is performed in chronological order based on the operation command loaded in advance in accordance with the execution command from the ground unit. Accordingly, the on-board monitoring system is operated according to the monitoring data in a time series to automatically monitor the robot operation. Then, at the time of an abnormality, a measure such as a stop is automatically executed.
【００１６】タスクプランニングされたロボット作業
は、いくつかの細かな作業の時系列的な集合であり、こ
れを適切に監視することは、人間であっても熟練を要す
るが、上記のように構成されたオンボード監視システム
は、作業に応じた適切な動作制御及びクライテリアを与
えられることにより、人間の応答を越えた精度と速度を
容易に達成することができる。A task-planned robot operation is a time-series collection of several detailed operations, and it is necessary for even a human to have skill in properly monitoring this operation. The provided on-board monitoring system can easily achieve accuracy and speed beyond human response by being given appropriate operation control and criteria according to the task.
【００１７】次に、本発明を宇宙マニピュレータによる
ペイロードの交換に適用した具体的な実施例を図２に基
づいて説明する。図２において、11は宇宙プラットフォ
ーム、12は該プラットフォーム11上に搭載されたマニピ
ュレータ、13はペイロードで、本実施例では該ペイロー
ド13は、マニピュレータ12により第１のポート14から第
２のポート15へ移動させる作業を想定し、その移動操作
は軌道上で繰り返し行なわれるものである。監視機器と
しては、第１及び第２の監視カメラ16、17が設けられて
おり、マニピュレータ12及びペイロード13には位置姿勢
計測用のマーカ18がそれぞれ取り付けられている。マー
カ18としては例えば図３に示すような構成のものが用い
られる。監視カメラのマーカ画像は、監視カメラに接続
された画像処理装置により、部分トラッキングエリアが
指定されれば、実時間で６自由度計測処理ができるもの
とする。Next, a specific embodiment in which the present invention is applied to payload exchange by a space manipulator will be described with reference to FIG. In FIG. 2, reference numeral 11 denotes a space platform, 12 denotes a manipulator mounted on the platform 11, and 13 denotes a payload. In this embodiment, the payload 13 is moved from the first port 14 to the second port 15 by the manipulator 12. Assuming a moving operation, the moving operation is repeatedly performed on a track. As monitoring devices, first and second monitoring cameras 16 and 17 are provided, and markers 18 for position and orientation measurement are attached to the manipulator 12 and the payload 13, respectively. As the marker 18, for example, one having a configuration as shown in FIG. 3 is used. The marker image of the surveillance camera can be measured in six degrees of freedom in real time if a partial tracking area is designated by an image processing device connected to the surveillance camera.
【００１８】なお、この実施例の場合も、予め地上にお
いて、宇宙用ロボットシュミレータにより、上記マニピ
ュレータの作業の幾何学的関係を時系列的に模擬して必
要な監視データを予め取得できるものとする。そして、
ペイロード13を第１のポート14より第２のポート15へ移
動させるための一連の操作コマンドと監視データを、オ
ンボードのマニピュレータ制御計算機にロードしてお
き、地上の運用者は実行コマンドを与えたのちは、適当
な時点で作業進行の確認のみを行なう。なお、マーカの
隠蔽を考慮し、適切な監視カメラを選択して監視データ
をロードするようになっている。Also in the case of this embodiment, it is assumed that the necessary monitoring data can be obtained in advance by simulating the geometric relationship of the operation of the manipulator in a time series on the ground by a space robot simulator. . And
A series of operation commands and monitoring data for moving the payload 13 from the first port 14 to the second port 15 were loaded on the on-board manipulator control computer, and the ground operator provided an execution command. After that, only the work progress is confirmed at an appropriate time. In addition, in consideration of the concealment of the marker, an appropriate monitoring camera is selected and the monitoring data is loaded.
【００１９】次に、この具体的な実施例における動作に
ついて説明する。まず次に述べるような操作１、２を行
なう。Next, the operation of this specific embodiment will be described. First, the following operations 1 and 2 are performed.
【００２０】操作１：第１のポート14にあるペイロード
13の把持部上方へマニピュレータ12の先端を移動する。 操作コマンド：MOVE O TO A1 監視データ ：カメラトラッキングエリアの中心点座標
及び幅の時系列データ、並びにマニピュレータ先端位置
の許容範囲を示す時系列データ 動 作：マニピュレータは操作コマンドに沿って
動き、監視システムは監視データに支援されつつマニピ
ュレータ先端位置を監視する。監視システムに異常があ
る時には、マニピュレータは自動的に停止される。Operation 1: Payload at first port 14
The tip of the manipulator 12 is moved to above the gripping part of the thirteen. Operation command: MOVE O TO A1 Monitoring data: Time-series data of the center point coordinates and width of the camera tracking area, and time-series data indicating the allowable range of the manipulator tip position Operation: The manipulator moves according to the operation command, and the monitoring system Monitors the manipulator tip position with the aid of monitoring data. When there is an abnormality in the monitoring system, the manipulator is automatically stopped.
【００２１】操作２：ペイロードの把持許容領域へマニ
ピュレータ先端をなぞり、移動する。 操作コマンド：MOVE A1 TO A2 監視データ ：視覚系は操作１と同じ。力トルクセンサ
出力として、同様のなぞり操作の正常操作時に得られて
いる典型値と許容幅 動 作：視覚系に加え、力トルクセンサによる監
視も時系列的に行なう。Operation 2: The manipulator traces the tip of the manipulator to the payload allowable area and moves. Operation command: MOVE A1 TO A2 Monitoring data: Visual system is the same as operation 1. Typical values and allowable widths obtained during normal operation of the same drag operation as the force torque sensor output Operation: In addition to the visual system, monitoring by the force torque sensor is also performed in chronological order.
【００２２】以下同様にして、マニピュレータ12はペイ
ロード13を第２のポート15に移動させ、第２のポート15
に位置決めして、待機位置に戻る。Similarly, the manipulator 12 moves the payload 13 to the second port 15 and
And returns to the standby position.
【００２３】なお上記実施例では、本発明を宇宙用ロボ
ットに適用したものを示したが、本発明は、宇宙用ロボ
ットに限らず確実な作業を要求される同種の遠隔操作型
ロボットにも適用できる。In the above embodiment, the present invention is applied to a space robot. However, the present invention is not limited to a space robot, but is applied to a remote control robot of the same type requiring a reliable operation. it can.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
本発明によれば、予め監視データをロードしたオンボー
ド監視系が実時間でロボットの動作を監視するようにし
ているので、正常操作時には本質的にテレメトリが不要
であり、大きな通信制約下でも効率よく且つ安全に遠隔
操作型ロボットを運用することができる。As described above with reference to the embodiments,
According to the present invention, the on-board monitoring system loaded with monitoring data in advance monitors the operation of the robot in real time, so that telemetry is essentially unnecessary during normal operation, and the efficiency is improved even under large communication restrictions. The remote control robot can be operated well and safely.
【図１】本発明に係わる遠隔操作型ロボットの自動実行
監視方式の基本的な構成を説明するための概念図であ
る。FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of an automatic execution monitoring method for a remote-controlled robot according to the present invention.
【図２】本発明の具体的な実施例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a specific embodiment of the present invention.
【図３】マーカの具体例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a specific example of a marker.
【図４】一般的な遠隔操作型ロボットシステムを示す説
明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a general remote control robot system.
１ 送信設備 ２ テレメトリ受信設備 ３ 宇宙プラットフォーム ４ ロボット ５ オンボード操作システム ６ オンボード監視システム 11 宇宙プラットフォーム 12 マニピュレータ 13 ペイロード 14 第１のポート 15 第２のポート 16 第１の監視カメラ 17 第２の監視カメラ 18 マーカ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission equipment 2 Telemetry reception equipment 3 Space platform 4 Robot 5 On-board operation system 6 On-board monitoring system 11 Space platform 12 Manipulator 13 Payload 14 First port 15 Second port 16 First surveillance camera 17 Second surveillance Camera 18 marker
Claims (1)
せる操作系と該ロボットの作業を監視する監視系とを備
えたオンボードロボット装置を遠隔地より遠隔操作する
ようにした遠隔操作型ロボットの実行監視方式におい
て、ロボットに所定の作業を行なわせる操作コマンドと
該ロボットの作業を監視する監視用データとを予め通信
系を介してオンボードロボット装置にロードしておき、
遠隔地からの実行コマンドに応じて予めロードした操作
コマンドに基づいてロボットの作業を自動的に実行さ
せ、監視データによりロボット作業の自動監視を行なわ
せるようにしたことを特徴とする遠隔操作型ロボットの
自動実行監視方式。An on-board robot device comprising a robot, an operation system for causing the robot to perform an operation, and a monitoring system for monitoring the operation of the robot is remotely controlled from a remote location. In the execution monitoring method, an operation command for causing the robot to perform a predetermined operation and monitoring data for monitoring the operation of the robot are loaded in advance on the on-board robot device via a communication system,
A remote-operated robot characterized by automatically executing a robot operation based on an operation command loaded in advance in response to an execution command from a remote place, and automatically monitoring the robot operation based on monitoring data. Automatic execution monitoring method.
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|---|---|---|---|
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