JP3220706B2 - マニプレータ操縦の視覚支援装置 - Google Patents
マニプレータ操縦の視覚支援装置Info
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- JP3220706B2 JP3220706B2 JP6930896A JP6930896A JP3220706B2 JP 3220706 B2 JP3220706 B2 JP 3220706B2 JP 6930896 A JP6930896 A JP 6930896A JP 6930896 A JP6930896 A JP 6930896A JP 3220706 B2 JP3220706 B2 JP 3220706B2
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- camera
- manipulator
- surveillance camera
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配電作業、原子力
発電所等などで使用される操縦型マニプレータを監視カ
メラを用いて遠隔操縦を行うシステムにおいて、マニプ
レータに取り付けた作業工具と作業対象物との位置決め
を正確に行うための視覚支援装置に関する。
発電所等などで使用される操縦型マニプレータを監視カ
メラを用いて遠隔操縦を行うシステムにおいて、マニプ
レータに取り付けた作業工具と作業対象物との位置決め
を正確に行うための視覚支援装置に関する。
【0002】
【従来の技術】配電作業や原子力発電所等などでは、高
所で行われるものや放射線物質等が存在する環境下で作
業を行わなければならないものが数多く存在している。
そこで上述したような悪環境で作業を行う際には、作業
員の安全を確保するため、遠隔操縦を行うマニプレータ
が用いられている。
所で行われるものや放射線物質等が存在する環境下で作
業を行わなければならないものが数多く存在している。
そこで上述したような悪環境で作業を行う際には、作業
員の安全を確保するため、遠隔操縦を行うマニプレータ
が用いられている。
【0003】図11は、マニプレータを用いてナットの
締め付けを行う場合の要部構成を示したものである。同
図に示すように、マニプレータ1の先端には、工具とな
るナット2の締め付け用のレンチ工具3が備え付けてあ
る。またマニプレータ1の周囲には、マニプレータ1先
端のレンチ工具3とナット2とが監視できるよう、第1
監視カメラ4、第2監視カメラ5が配置されている。こ
こで2つの監視カメラの配置場所については、レンチ工
具3がナット2へ装着するまでの間、同時に障害物等で
レンチ工具3とナット2とが捕らえられないことがない
よう設定するのである。そして第1監視カメラ4と第2
監視カメラ5の画像は、マニプレータ1等の設置してあ
る悪環境の場所とは隔離され、作業者7の安全が確保さ
れた操縦室8のスクリーン6へと表示されるようなって
いる。
締め付けを行う場合の要部構成を示したものである。同
図に示すように、マニプレータ1の先端には、工具とな
るナット2の締め付け用のレンチ工具3が備え付けてあ
る。またマニプレータ1の周囲には、マニプレータ1先
端のレンチ工具3とナット2とが監視できるよう、第1
監視カメラ4、第2監視カメラ5が配置されている。こ
こで2つの監視カメラの配置場所については、レンチ工
具3がナット2へ装着するまでの間、同時に障害物等で
レンチ工具3とナット2とが捕らえられないことがない
よう設定するのである。そして第1監視カメラ4と第2
監視カメラ5の画像は、マニプレータ1等の設置してあ
る悪環境の場所とは隔離され、作業者7の安全が確保さ
れた操縦室8のスクリーン6へと表示されるようなって
いる。
【0004】操縦室8には、マニプレータ1を動作させ
るためのジョイスティックタイプの操縦装置9が備え付
けてあり、作業者7はスクリーン6の画像を見ながら操
縦装置9を動かしマニプレータ1を操り、レンチ工具3
を用いてナット2の締め付けを行うのである。
るためのジョイスティックタイプの操縦装置9が備え付
けてあり、作業者7はスクリーン6の画像を見ながら操
縦装置9を動かしマニプレータ1を操り、レンチ工具3
を用いてナット2の締め付けを行うのである。
【0005】このように構成された装置では操縦を行う
座標系を適当に決めていたのでは、マニプレータ1を動
かす前に、作業者はスクリーン6の画像情報より操縦装
置9の操縦方向を考え直さなければならず、作業効率の
向上は望めなかった。この作業効率向上のため操縦装置
9の操縦を行う座標系には、マニプレータ1の先端をス
クリーン6に映った左右、前後、奥行き方向に一致して
操縦が可能なカメラ座標系によるものがある。またマニ
プレータ1先端に座標原点を設定し、当該座標原点を基
準に設定した座標系と操縦方向を一致させた作業座標系
などが考案されているのである。
座標系を適当に決めていたのでは、マニプレータ1を動
かす前に、作業者はスクリーン6の画像情報より操縦装
置9の操縦方向を考え直さなければならず、作業効率の
向上は望めなかった。この作業効率向上のため操縦装置
9の操縦を行う座標系には、マニプレータ1の先端をス
クリーン6に映った左右、前後、奥行き方向に一致して
操縦が可能なカメラ座標系によるものがある。またマニ
プレータ1先端に座標原点を設定し、当該座標原点を基
準に設定した座標系と操縦方向を一致させた作業座標系
などが考案されているのである。
【0006】カメラ座標系を用いたものでは、マニプレ
ータ1の先端をスクリーン6に映った左右、前後、奥行
き方向に一致させ動作させるため、作業者7はスクリー
ン6の画像から直感的に操縦方向を決定することができ
るのである。また作業座標系を用いたものでは、マニプ
レータ1先端の座標系と操縦装置の操縦方向とが一致し
ていることから、マニプレータ1の先端の任意の方向へ
と移動させる場合などでは、効率的な動作が行えるので
ある。
ータ1の先端をスクリーン6に映った左右、前後、奥行
き方向に一致させ動作させるため、作業者7はスクリー
ン6の画像から直感的に操縦方向を決定することができ
るのである。また作業座標系を用いたものでは、マニプ
レータ1先端の座標系と操縦装置の操縦方向とが一致し
ていることから、マニプレータ1の先端の任意の方向へ
と移動させる場合などでは、効率的な動作が行えるので
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】一般に、3次元座標空
間において、工具を作業対象物に位置決めするために
は、図12の位置および姿勢合わせ説明図に示されるよ
うに、3次元空間での位置決め要素である6変数(X、
Y、Z、θx、θy、θz)が監視できるとともに、それ
ぞれの方向に操縦ができることが必要である。
間において、工具を作業対象物に位置決めするために
は、図12の位置および姿勢合わせ説明図に示されるよ
うに、3次元空間での位置決め要素である6変数(X、
Y、Z、θx、θy、θz)が監視できるとともに、それ
ぞれの方向に操縦ができることが必要である。
【0008】しかしながら監視カメラからの映像を見な
がら,ジョイスティックを用いて操縦を行う場合では、
複数台の監視カメラをどこに設置するかによって視野範
囲や作業感覚に違いが出てしまい、その結果作業能率が
大きく異なるのである。
がら,ジョイスティックを用いて操縦を行う場合では、
複数台の監視カメラをどこに設置するかによって視野範
囲や作業感覚に違いが出てしまい、その結果作業能率が
大きく異なるのである。
【0009】たとえば、図11に示すように、レンチ工
具3でナット2を締め付ける場合、第1監視カメラ4と
第2監視カメラ5との映像をスクリーン6で見ながら、
マニプレータ1を操縦するのであるが、スクリーン6の
映像は2次元画像であるため、奥行き方向の情報を把握
することが難しかった。そのためレンチ工具3のレンチ
穴軸芯が正確にナット2の軸芯に一致しているのかどう
かが解りにくく作業の効率を低減させる要因になってい
た。
具3でナット2を締め付ける場合、第1監視カメラ4と
第2監視カメラ5との映像をスクリーン6で見ながら、
マニプレータ1を操縦するのであるが、スクリーン6の
映像は2次元画像であるため、奥行き方向の情報を把握
することが難しかった。そのためレンチ工具3のレンチ
穴軸芯が正確にナット2の軸芯に一致しているのかどう
かが解りにくく作業の効率を低減させる要因になってい
た。
【0010】また操縦を行う場合においてもスクリーン
6上のマニプレータ1の方向と、操縦装置9の操縦方向
とが必ずしも一致しないことから、作業者7が直感的に
操縦することができず、操縦性が著しく劣るという問題
があった。
6上のマニプレータ1の方向と、操縦装置9の操縦方向
とが必ずしも一致しないことから、作業者7が直感的に
操縦することができず、操縦性が著しく劣るという問題
があった。
【0011】すなわちマニプレータ1の先端をスクリー
ン6に映った左右、前後、奥行き方向に一致して操縦が
可能なカメラ座標系による操縦方法では、相当する作業
に適した作業座標系とカメラ座標系とが一致しないこと
から、作業がしにくいという問題点があった。
ン6に映った左右、前後、奥行き方向に一致して操縦が
可能なカメラ座標系による操縦方法では、相当する作業
に適した作業座標系とカメラ座標系とが一致しないこと
から、作業がしにくいという問題点があった。
【0012】またマニプレータ1の先端の座標系と一致
させた作業座標系で操縦を行おうとすると、スクリーン
6上で観察するには、解りにくい動作軌跡となるので作
業がしにくいという問題があった。
させた作業座標系で操縦を行おうとすると、スクリーン
6上で観察するには、解りにくい動作軌跡となるので作
業がしにくいという問題があった。
【0013】さらに、監視カメラの映像は平面画像であ
ることから、複数台の監視カメラの映像を同時に観測し
ながらマニプレータ1を操縦しなければならず、その操
縦性は効率的ではなかった。
ることから、複数台の監視カメラの映像を同時に観測し
ながらマニプレータ1を操縦しなければならず、その操
縦性は効率的ではなかった。
【0014】このように、従来の装置では、一般に作業
ポイントを複数方向から監視カメラを用いて観測しなが
ら行っているが、監視カメラの画像は平面画像であり、
奥行きが解りにくいので、従来よりも工具の位置と姿勢
合わせをより正確に、また効率よく実施できる方法が求
められているのである。
ポイントを複数方向から監視カメラを用いて観測しなが
ら行っているが、監視カメラの画像は平面画像であり、
奥行きが解りにくいので、従来よりも工具の位置と姿勢
合わせをより正確に、また効率よく実施できる方法が求
められているのである。
【0015】本発明は、上述の課題に着目してなされた
もので、工具の移動軸とカメラ光軸とを一致させ、作業
効率の向上を図る手段を備えたマニプレータ操縦の視覚
支援装置を提供することを目的とする。
もので、工具の移動軸とカメラ光軸とを一致させ、作業
効率の向上を図る手段を備えたマニプレータ操縦の視覚
支援装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記問題点を達成するた
めに、本発明に係るマニプレータの視覚支援装置は、工
具を取り付けたマニプレータで、作業対象物に作業を行
う際、前記工具と前記作業対象物とを監視カメラで監視
し、前記監視カメラの撮像を提供するマニプレータ操縦
の視覚支援装置であって、第1監視カメラの光軸を前記
作業対象物に最終接近する前記工具移動軸と同軸または
平行に設置するとともに、第2監視カメラの光軸を前記
第1監視カメラの光軸と交差させ、前記工具と前記作業
対象物との距離を監視可能にするよう構成した。
めに、本発明に係るマニプレータの視覚支援装置は、工
具を取り付けたマニプレータで、作業対象物に作業を行
う際、前記工具と前記作業対象物とを監視カメラで監視
し、前記監視カメラの撮像を提供するマニプレータ操縦
の視覚支援装置であって、第1監視カメラの光軸を前記
作業対象物に最終接近する前記工具移動軸と同軸または
平行に設置するとともに、第2監視カメラの光軸を前記
第1監視カメラの光軸と交差させ、前記工具と前記作業
対象物との距離を監視可能にするよう構成した。
【0017】またレンチ工具を取り付けたマニプレータ
で、レンチ工具を取り付けたマニプレータで、ナットの
着脱作業を行う際、前記レンチ工具とナットとを監視カ
メラで監視し、前記監視カメラの撮像を提供するマニプ
レータ操縦の視覚支援装置であって、第1監視カメラの
光軸を前記ナットに最終接近する前記レンチ工具移動軸
と同軸に設置するとともに、第2監視カメラの光軸を前
記第1監視カメラの光軸と交差させ、前記レンチ工具と
前記ナットとの距離を監視可能にするよう構成した。
で、レンチ工具を取り付けたマニプレータで、ナットの
着脱作業を行う際、前記レンチ工具とナットとを監視カ
メラで監視し、前記監視カメラの撮像を提供するマニプ
レータ操縦の視覚支援装置であって、第1監視カメラの
光軸を前記ナットに最終接近する前記レンチ工具移動軸
と同軸に設置するとともに、第2監視カメラの光軸を前
記第1監視カメラの光軸と交差させ、前記レンチ工具と
前記ナットとの距離を監視可能にするよう構成した。
【0018】また工具を取り付けたマニプレータで、作
業対象物に作業を行う際、前記工具と前記作業対象物と
を監視カメラで監視し、前記監視カメラの撮像を提供す
るマニプレータ操縦の視覚支援装置であって、第1監視
カメラの前方に配置した視野切替器を介して、前記第1
監視カメラの光軸を前記作業対象物に最終接近する前記
工具移動軸と同軸または平行に設置するとともに、第2
監視カメラの光軸を前記第1監視カメラの光軸と交差さ
せ、前記工具と前記作業対象物との距離を監視可能にす
るよう構成した。
業対象物に作業を行う際、前記工具と前記作業対象物と
を監視カメラで監視し、前記監視カメラの撮像を提供す
るマニプレータ操縦の視覚支援装置であって、第1監視
カメラの前方に配置した視野切替器を介して、前記第1
監視カメラの光軸を前記作業対象物に最終接近する前記
工具移動軸と同軸または平行に設置するとともに、第2
監視カメラの光軸を前記第1監視カメラの光軸と交差さ
せ、前記工具と前記作業対象物との距離を監視可能にす
るよう構成した。
【0019】さらにグリッパ工具を取り付けたマニプレ
ータで、作業対象物に作業を行う際、前記グリッパ工具
と前記作業対象物とを監視カメラで監視し、前記監視カ
メラの撮像を提供するマニプレータ操縦の視覚支援装置
であって、第1監視カメラの前方に配置した視野切替器
を介して、前記第1監視カメラの光軸を前記作業対象物
に最終接近する前記グリッパ工具移動軸と同軸または平
行に設置するとともに、第2監視カメラの光軸を前記第
1監視カメラの光軸と交差させ、前記グリッパ工具と前
記作業対象物との距離を監視可能にするよう構成した。
ータで、作業対象物に作業を行う際、前記グリッパ工具
と前記作業対象物とを監視カメラで監視し、前記監視カ
メラの撮像を提供するマニプレータ操縦の視覚支援装置
であって、第1監視カメラの前方に配置した視野切替器
を介して、前記第1監視カメラの光軸を前記作業対象物
に最終接近する前記グリッパ工具移動軸と同軸または平
行に設置するとともに、第2監視カメラの光軸を前記第
1監視カメラの光軸と交差させ、前記グリッパ工具と前
記作業対象物との距離を監視可能にするよう構成した。
【0020】ここで前記視野切替器は、前記第1監視カ
メラの光軸に対し斜面状に配置される鏡によって形成さ
れ、前記鏡を移動させることにより、前記第1監視カメ
ラの光軸方向を前記移動軸方向に反射させるように構成
した。
メラの光軸に対し斜面状に配置される鏡によって形成さ
れ、前記鏡を移動させることにより、前記第1監視カメ
ラの光軸方向を前記移動軸方向に反射させるように構成
した。
【0021】そして上述したマニプレータの視覚支援装
置において第1監視カメラの光軸を工具が作業対象物に
最終接近する移動軸と同軸または平行に設置するととも
に、前記第1監視カメラの座標系の前記光軸以外の残り
の2軸を前記工具の移動軸以外の座標軸と同軸または平
行に設置するように構成した。また前記第1監視カメラ
の座標系と前記工具の座標軸との相対位置は固定である
ように構成した。
置において第1監視カメラの光軸を工具が作業対象物に
最終接近する移動軸と同軸または平行に設置するととも
に、前記第1監視カメラの座標系の前記光軸以外の残り
の2軸を前記工具の移動軸以外の座標軸と同軸または平
行に設置するように構成した。また前記第1監視カメラ
の座標系と前記工具の座標軸との相対位置は固定である
ように構成した。
【0022】
【作用】上記構成によれば、第1監視カメラの光軸を工
具が作業対象物に最終接近する工具移動軸と同軸または
平行になるように配置する。このように第1監視カメラ
の光軸を配置すれば、第1監視カメラにて、3次元座標
空間で工具の位置と姿勢合わせを決定する6変数(X、
Y、Z、θx、θy、θz)のうち5変数(X、Y、θx、
θy、θz)の状況が把握できるので、第1監視カメラか
らの映像にて殆どの操縦を行うことができる。また第2
監視カメラを工具と作業対象物との距離を監視できる前
記工具移動軸の側方に配置すれば、工具と作業対象物と
の距離を表す1変数(Z)の状況が把握できる。このた
め作業者は、まず第1監視カメラの映像から、1変数
(Z)を除く工具の位置と姿勢合わせを行うのである。
その後は、第2監視カメラの映像から、残りの1変数
(Z)である工具と作業対象物との距離を狭めていき、
作業対象物へ工具を装着した後に所定の作業を行うので
ある。このように第1監視カメラからの映像にて殆どの
操縦が行えるので、作業効率の向上を図ることができる
のである。
具が作業対象物に最終接近する工具移動軸と同軸または
平行になるように配置する。このように第1監視カメラ
の光軸を配置すれば、第1監視カメラにて、3次元座標
空間で工具の位置と姿勢合わせを決定する6変数(X、
Y、Z、θx、θy、θz)のうち5変数(X、Y、θx、
θy、θz)の状況が把握できるので、第1監視カメラか
らの映像にて殆どの操縦を行うことができる。また第2
監視カメラを工具と作業対象物との距離を監視できる前
記工具移動軸の側方に配置すれば、工具と作業対象物と
の距離を表す1変数(Z)の状況が把握できる。このた
め作業者は、まず第1監視カメラの映像から、1変数
(Z)を除く工具の位置と姿勢合わせを行うのである。
その後は、第2監視カメラの映像から、残りの1変数
(Z)である工具と作業対象物との距離を狭めていき、
作業対象物へ工具を装着した後に所定の作業を行うので
ある。このように第1監視カメラからの映像にて殆どの
操縦が行えるので、作業効率の向上を図ることができる
のである。
【0023】また第1監視カメラの光軸をレンチ工具が
ナットに最終接近するレンチ工具移動軸と同軸になるよ
うに配置する。このように第1監視カメラの光軸を配置
すれば、第1監視カメラにて、3次元座標空間でレンチ
工具の位置と姿勢合わせを決定する6変数(X、Y、
Z、θx、θy、θz)のうち5変数(X、Y、θx、
θy、θz)の状況が把握できるので、第1監視カメラか
らの映像にて殆どの操縦を行うことができる。また第2
監視カメラをレンチ工具とナットとの距離を監視可能な
前記レンチ工具移動軸の側方に配置すれば、レンチ工具
とナットとの距離を表す1変数(Z)の状況が把握でき
る。このため作業者は、まず第1監視カメラの映像か
ら、1変数(Z)を除くレンチ工具の位置と姿勢合わせ
を行うのである。その後は、第2監視カメラの映像か
ら、残りの1変数(Z)であるレンチ工具とナットとの
距離を狭めていき、ナットへレンチ工具を装着した後に
所定の作業を行うのである。このように第1監視カメラ
からの映像にて殆どの操縦が行えるので、作業効率の向
上を図ることができるのである。
ナットに最終接近するレンチ工具移動軸と同軸になるよ
うに配置する。このように第1監視カメラの光軸を配置
すれば、第1監視カメラにて、3次元座標空間でレンチ
工具の位置と姿勢合わせを決定する6変数(X、Y、
Z、θx、θy、θz)のうち5変数(X、Y、θx、
θy、θz)の状況が把握できるので、第1監視カメラか
らの映像にて殆どの操縦を行うことができる。また第2
監視カメラをレンチ工具とナットとの距離を監視可能な
前記レンチ工具移動軸の側方に配置すれば、レンチ工具
とナットとの距離を表す1変数(Z)の状況が把握でき
る。このため作業者は、まず第1監視カメラの映像か
ら、1変数(Z)を除くレンチ工具の位置と姿勢合わせ
を行うのである。その後は、第2監視カメラの映像か
ら、残りの1変数(Z)であるレンチ工具とナットとの
距離を狭めていき、ナットへレンチ工具を装着した後に
所定の作業を行うのである。このように第1監視カメラ
からの映像にて殆どの操縦が行えるので、作業効率の向
上を図ることができるのである。
【0024】また第1監視カメラの前方に視野切替器を
設置する。ここで第1監視カメラの光軸を視野切替器を
介して、工具が作業対象物に最終接近する工具移動軸と
同軸または平行になるように配置する。このように第1
監視カメラの光軸を配置すれば、第1監視カメラにて、
3次元座標空間で工具の位置と姿勢合わせを決定する6
変数(X、Y、Z、θx、θy、θz)のうち5変数
(X、Y、θx、θy、θz)の状況が把握できるので、
第1監視カメラからの映像にて殆どの操縦を行うことが
できる。また第2監視カメラを工具と作業対象物との距
離を監視可能な前記工具移動軸の側方に配置すれば、工
具と作業対象物との距離を表す1変数(Z)の状況が把
握できる。このため作業者は、まず第1監視カメラの映
像から、1変数(Z)を除く工具の位置と姿勢合わせを
行うのである。その後は、第2監視カメラの映像から、
残りの1変数(Z)である工具と作業対象物との距離を
狭めていき、作業対象物へ工具を装着した後に所定の作
業を行うのである。このように第1監視カメラからの映
像にて殆どの操縦が行えるので、作業効率の向上を図る
ことができるのである。
設置する。ここで第1監視カメラの光軸を視野切替器を
介して、工具が作業対象物に最終接近する工具移動軸と
同軸または平行になるように配置する。このように第1
監視カメラの光軸を配置すれば、第1監視カメラにて、
3次元座標空間で工具の位置と姿勢合わせを決定する6
変数(X、Y、Z、θx、θy、θz)のうち5変数
(X、Y、θx、θy、θz)の状況が把握できるので、
第1監視カメラからの映像にて殆どの操縦を行うことが
できる。また第2監視カメラを工具と作業対象物との距
離を監視可能な前記工具移動軸の側方に配置すれば、工
具と作業対象物との距離を表す1変数(Z)の状況が把
握できる。このため作業者は、まず第1監視カメラの映
像から、1変数(Z)を除く工具の位置と姿勢合わせを
行うのである。その後は、第2監視カメラの映像から、
残りの1変数(Z)である工具と作業対象物との距離を
狭めていき、作業対象物へ工具を装着した後に所定の作
業を行うのである。このように第1監視カメラからの映
像にて殆どの操縦が行えるので、作業効率の向上を図る
ことができるのである。
【0025】また第1監視カメラの前方に視野切替器を
設置する。ここで第1監視カメラの光軸を視野切替器を
介して、グリッパ工具が作業対象物に最終接近するグリ
ッパ工具移動軸と同軸または平行になるように配置す
る。このように第1監視カメラの光軸を配置すれば、第
1監視カメラにて、3次元座標空間でグリッパ工具の位
置と姿勢合わせを決定する6変数(X、Y、Z、θx、
θy、θz)のうち5変数(X、Y、θx、θy、θz)の
状況が把握できるので、第1監視カメラからの映像にて
殆どの操縦を行うことができる。また第2監視カメラを
グリッパ工具と作業対象物との距離を監視可能な前記グ
リッパ工具移動軸の側方に配置すれば、グリッパ工具と
作業対象物との距離を表す1変数(Z)の状況が把握で
きる。このため作業者は、まず第1監視カメラの映像か
ら、1変数(Z)を除くグリッパ工具の位置と姿勢合わ
せを行うのである。その後は、第2監視カメラの映像か
ら、残りの1変数(Z)であるグリッパ工具と作業対象
物との距離を狭めていき、作業対象物へグリッパ工具を
装着した後に所定の作業を行うのである。このように第
1監視カメラからの映像にて殆どの操縦が行えるので、
作業効率の向上を図ることができるのである。
設置する。ここで第1監視カメラの光軸を視野切替器を
介して、グリッパ工具が作業対象物に最終接近するグリ
ッパ工具移動軸と同軸または平行になるように配置す
る。このように第1監視カメラの光軸を配置すれば、第
1監視カメラにて、3次元座標空間でグリッパ工具の位
置と姿勢合わせを決定する6変数(X、Y、Z、θx、
θy、θz)のうち5変数(X、Y、θx、θy、θz)の
状況が把握できるので、第1監視カメラからの映像にて
殆どの操縦を行うことができる。また第2監視カメラを
グリッパ工具と作業対象物との距離を監視可能な前記グ
リッパ工具移動軸の側方に配置すれば、グリッパ工具と
作業対象物との距離を表す1変数(Z)の状況が把握で
きる。このため作業者は、まず第1監視カメラの映像か
ら、1変数(Z)を除くグリッパ工具の位置と姿勢合わ
せを行うのである。その後は、第2監視カメラの映像か
ら、残りの1変数(Z)であるグリッパ工具と作業対象
物との距離を狭めていき、作業対象物へグリッパ工具を
装着した後に所定の作業を行うのである。このように第
1監視カメラからの映像にて殆どの操縦が行えるので、
作業効率の向上を図ることができるのである。
【0026】ここで視野切替器は、第1監視カメラの光
軸方向に対し、斜面状に配置される鏡によって形成さ
れ、当該鏡を第1監視カメラの前方で移動可能としてい
る。このためグリッパ工具等のもつ複数の工具移動軸に
対応して、複数の鏡を切り替えれば、工具の様々な利用
方法が可能になる。
軸方向に対し、斜面状に配置される鏡によって形成さ
れ、当該鏡を第1監視カメラの前方で移動可能としてい
る。このためグリッパ工具等のもつ複数の工具移動軸に
対応して、複数の鏡を切り替えれば、工具の様々な利用
方法が可能になる。
【0027】そして上述したマニプレータの視覚支援装
置において、第1監視カメラの座標系における光軸以外
の2軸を、工具の座標系における工具移動軸以外の2軸
と同軸または平行に配置すれば、第1監視カメラの映像
から工具の操縦方向が直感的に解るのである。このこと
より工具操縦性が向上し、作業効率を高めることができ
るのである。また第1監視カメラの座標系と工具の座標
軸との相対位置を固定すれば、第1監視カメラからの映
像は、常に工具に対して決められた位置からの映像とな
る。この第1監視カメラからの映像により、工具と作業
対象物との相対位置を把握しやすくなるので、作業性を
向上させることができるのである。
置において、第1監視カメラの座標系における光軸以外
の2軸を、工具の座標系における工具移動軸以外の2軸
と同軸または平行に配置すれば、第1監視カメラの映像
から工具の操縦方向が直感的に解るのである。このこと
より工具操縦性が向上し、作業効率を高めることができ
るのである。また第1監視カメラの座標系と工具の座標
軸との相対位置を固定すれば、第1監視カメラからの映
像は、常に工具に対して決められた位置からの映像とな
る。この第1監視カメラからの映像により、工具と作業
対象物との相対位置を把握しやすくなるので、作業性を
向上させることができるのである。
【0028】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るマニプレー
タ操縦の視覚支援装置の具体的実施例を図面を参照して
詳細に説明する。
タ操縦の視覚支援装置の具体的実施例を図面を参照して
詳細に説明する。
【0029】図1は第1実施例を示し、本発明に係る視
覚支援装置をナットの着脱作業に適用した場合の構造説
明図である。ここで同図には、マニプレータ20の先端
部だけが描写され、根元側は図示されていないが、マニ
プレータ20の要部は、複数のアームとアーム同士の端
部を接続する関節部とから構成されている。そしてこの
関節部には、モータ等の駆動機器が組み込まれており、
この駆動機器を操作することにより、アームは隣合うア
ームの動きに左右されずに独自の動作ができるようにな
っている。このためマニプレータ20先端の位置、姿勢
を表す作業座標系を設定し、当該作業座標系の値を基に
マニプレータ20の根元側から順に関節部の動きを組み
合わせて行けば、個々のアームの累積移動量によって、
マニプレータ20の先端の位置を目的の場所へ移動さ
せ、さらに任意の姿勢をとらせることができるのであ
る。
覚支援装置をナットの着脱作業に適用した場合の構造説
明図である。ここで同図には、マニプレータ20の先端
部だけが描写され、根元側は図示されていないが、マニ
プレータ20の要部は、複数のアームとアーム同士の端
部を接続する関節部とから構成されている。そしてこの
関節部には、モータ等の駆動機器が組み込まれており、
この駆動機器を操作することにより、アームは隣合うア
ームの動きに左右されずに独自の動作ができるようにな
っている。このためマニプレータ20先端の位置、姿勢
を表す作業座標系を設定し、当該作業座標系の値を基に
マニプレータ20の根元側から順に関節部の動きを組み
合わせて行けば、個々のアームの累積移動量によって、
マニプレータ20の先端の位置を目的の場所へ移動さ
せ、さらに任意の姿勢をとらせることができるのであ
る。
【0030】マニプレータ20の先端から先には、工具
となるレンチ工具22が備え付けられており、その取り
付け方向は、締付部23におけるレンチ穴軸芯24が、
マニプレータ先端の軸芯方向と直交する向きとなってい
る。またマニプレータ20の先端には、工具動力用モー
タ26が内蔵されており、当該工具動力用モータ26と
締付部23とは、レンチ工具22内部の減速機28を介
して接続されている。例えばここで工具動力用モータ2
6を正回転させると、減速機28を介して締付部23は
ナットの締め付けを行い、また反対に工具動力用モータ
26を逆回転させれば、締付部23はナットを緩める動
作を行う。よって工具動力用モータ26の回転方向を切
り替えることにより、締付部23を、レンチ工具として
作業させることができるのである。
となるレンチ工具22が備え付けられており、その取り
付け方向は、締付部23におけるレンチ穴軸芯24が、
マニプレータ先端の軸芯方向と直交する向きとなってい
る。またマニプレータ20の先端には、工具動力用モー
タ26が内蔵されており、当該工具動力用モータ26と
締付部23とは、レンチ工具22内部の減速機28を介
して接続されている。例えばここで工具動力用モータ2
6を正回転させると、減速機28を介して締付部23は
ナットの締め付けを行い、また反対に工具動力用モータ
26を逆回転させれば、締付部23はナットを緩める動
作を行う。よって工具動力用モータ26の回転方向を切
り替えることにより、締付部23を、レンチ工具として
作業させることができるのである。
【0031】またレンチ工具22の背面側には、マニプ
レータ20の操縦監視用となる第1監視カメラ30が備
え付けられている。そしてこの第1監視カメラ30は、
光軸方向をレンチ穴軸芯24に一致させるとともに、後
述するレンチ工具22の作業座標系とも合わせるように
配置されているのである。
レータ20の操縦監視用となる第1監視カメラ30が備
え付けられている。そしてこの第1監視カメラ30は、
光軸方向をレンチ穴軸芯24に一致させるとともに、後
述するレンチ工具22の作業座標系とも合わせるように
配置されているのである。
【0032】図2は、工具および監視カメラの座標系の
関係を示す座標系関係図である。ここで工具31を取り
付けたマニプレータ20の位置、姿勢を表す作業座標系
を定義する。まず工具31において、工具31が作業対
象物との位置合わせのために軸芯を一致させ、最終的に
接近移動するための工具移動軸をアクセス軸32(Z軸
またはX軸、Y軸)とする。そしてこのアクセス軸32
を基準に工具31の作業座標系34を設定し、ジョイス
ティックタイプなどの操縦装置で操縦を行う場合には、
この作業座標系34を基準として平行移動、回転移動な
どの動作を行うのである。さらに工具31の近傍に配置
した第1監視カメラ30におけるカメラ座標系のZ軸を
第1監視カメラ30の光軸方向とし、当該Z軸を作業座
標系のアクセス軸32に同軸または平行になるよう配置
する。ここでカメラ座標系の残りの2軸(X軸、Y軸)
も作業座標系と同軸または平行になるよう設定すれば、
作業座標系とカメラ座標系が一致または平行になるの
で、効率的な動作をさせることが可能となる。すなわち
図1においては、レンチ穴軸芯24に一致するよう、ア
クセス軸36を定義し、作業座標系37を設定する。そ
してレンチ工具22の背面側に設置された第1監視カメ
ラ30の光軸方向をZ軸とし、アクセス軸36に重ねる
とともに、カメラ座標系の残りの2軸(X軸、Y軸)も
作業座標系37に合わせるよう、第1監視カメラ30を
設置するのである。この設置により第1監視カメラの映
像で、レンチ工具22の姿勢を表す6変数(X、Y、
Z、θ x、θy、θz)のうち5変数(X、Y、θx、
θy、θz)の位置、姿勢合わせのずれが把握できるの
で、第1監視カメラ30の映像だけで殆どの作業が行え
るのである。
関係を示す座標系関係図である。ここで工具31を取り
付けたマニプレータ20の位置、姿勢を表す作業座標系
を定義する。まず工具31において、工具31が作業対
象物との位置合わせのために軸芯を一致させ、最終的に
接近移動するための工具移動軸をアクセス軸32(Z軸
またはX軸、Y軸)とする。そしてこのアクセス軸32
を基準に工具31の作業座標系34を設定し、ジョイス
ティックタイプなどの操縦装置で操縦を行う場合には、
この作業座標系34を基準として平行移動、回転移動な
どの動作を行うのである。さらに工具31の近傍に配置
した第1監視カメラ30におけるカメラ座標系のZ軸を
第1監視カメラ30の光軸方向とし、当該Z軸を作業座
標系のアクセス軸32に同軸または平行になるよう配置
する。ここでカメラ座標系の残りの2軸(X軸、Y軸)
も作業座標系と同軸または平行になるよう設定すれば、
作業座標系とカメラ座標系が一致または平行になるの
で、効率的な動作をさせることが可能となる。すなわち
図1においては、レンチ穴軸芯24に一致するよう、ア
クセス軸36を定義し、作業座標系37を設定する。そ
してレンチ工具22の背面側に設置された第1監視カメ
ラ30の光軸方向をZ軸とし、アクセス軸36に重ねる
とともに、カメラ座標系の残りの2軸(X軸、Y軸)も
作業座標系37に合わせるよう、第1監視カメラ30を
設置するのである。この設置により第1監視カメラの映
像で、レンチ工具22の姿勢を表す6変数(X、Y、
Z、θ x、θy、θz)のうち5変数(X、Y、θx、
θy、θz)の位置、姿勢合わせのずれが把握できるの
で、第1監視カメラ30の映像だけで殆どの作業が行え
るのである。
【0033】上記のように設定されたマニプレータ20
を、作業対象となるナット38の近傍に移動させる。そ
してこのときナット38とレンチ工具22との距離を監
視可能なアクセス軸36の側方には、第2監視カメラ4
0が設けられている。そして当該第2監視カメラ40の
設置方向は、第2監視カメラ40における光軸が、第1
監視カメラ30の光軸に対し垂直となるような向きとな
っているのである。このように配置した第2監視カメラ
40からの映像によって、レンチ工具22とナット38
との距離を認識することができるのである。本実施の形
態では、第1監視カメラ30の光軸と第2監視カメラ4
0の光軸とが直交するように、第2監視カメラ40を設
置し、レンチ工具22とナットとの距離を判断しやすい
ようにしたが、レンチ工具22とナットとの距離が判断
できれば、とくに第2監視カメラ40の光軸が第1監視
カメラ30の光軸に直交していなくてもよい。
を、作業対象となるナット38の近傍に移動させる。そ
してこのときナット38とレンチ工具22との距離を監
視可能なアクセス軸36の側方には、第2監視カメラ4
0が設けられている。そして当該第2監視カメラ40の
設置方向は、第2監視カメラ40における光軸が、第1
監視カメラ30の光軸に対し垂直となるような向きとな
っているのである。このように配置した第2監視カメラ
40からの映像によって、レンチ工具22とナット38
との距離を認識することができるのである。本実施の形
態では、第1監視カメラ30の光軸と第2監視カメラ4
0の光軸とが直交するように、第2監視カメラ40を設
置し、レンチ工具22とナットとの距離を判断しやすい
ようにしたが、レンチ工具22とナットとの距離が判断
できれば、とくに第2監視カメラ40の光軸が第1監視
カメラ30の光軸に直交していなくてもよい。
【0034】また図示しないが、マニプレータ20が作
業をおこなう場所とは隔離され、作業者の安全が確保で
きるところにはマニプレータ20の操縦室が設けられて
いる。この操縦室には、第1監視カメラ30と第2監視
カメラ40の映像が映し出されるスクリーンとマニプレ
ータ20を操縦するジョイスティックタイプの操縦装置
が備え付けられているのである。そして作業者は、この
スクリーンの映像を見ながら操縦装置を動かし、マニプ
レータ20を動作させるのである。
業をおこなう場所とは隔離され、作業者の安全が確保で
きるところにはマニプレータ20の操縦室が設けられて
いる。この操縦室には、第1監視カメラ30と第2監視
カメラ40の映像が映し出されるスクリーンとマニプレ
ータ20を操縦するジョイスティックタイプの操縦装置
が備え付けられているのである。そして作業者は、この
スクリーンの映像を見ながら操縦装置を動かし、マニプ
レータ20を動作させるのである。
【0035】このように構成されたマニプレータ操縦の
視覚支援装置を用いて作業対象物であるナット38を締
め付ける手順を説明すると、レンチ工具22の締付部2
3をナット38に装着させるためには、締付部23の軸
芯とナット38の軸芯とを合わせる作業、次いで両者の
六角面が一致するように山谷を合わせるアクセス軸36
まわりの姿勢合わせ作業、そしてレンチ工具22をアク
セス軸36に沿って移動させナット38に装着させる移
動作業が必要となる。
視覚支援装置を用いて作業対象物であるナット38を締
め付ける手順を説明すると、レンチ工具22の締付部2
3をナット38に装着させるためには、締付部23の軸
芯とナット38の軸芯とを合わせる作業、次いで両者の
六角面が一致するように山谷を合わせるアクセス軸36
まわりの姿勢合わせ作業、そしてレンチ工具22をアク
セス軸36に沿って移動させナット38に装着させる移
動作業が必要となる。
【0036】図3は第1監視カメラ30のスクリーン映
像を示したものである。前述した作業を行うため、作業
者はスクリーン映像を見つつマニプレータ20を操縦す
るが、締付部23の軸芯とナット38の軸芯とを合わせ
る作業と、六角面が一致するように山谷を合わせる姿勢
合わせ作業とは、第1監視カメラ30のスクリーン映像
を見るだけで行うことが可能である。すなわち締付部2
3の軸芯とナット38の軸芯とを合わせる作業では、X
軸、Y軸移動を用い左右、上下の位置調整を行い、その
後は2自由度であるθx、θy移動を用い、軸芯を一致さ
せる。また六角面が一致するように山谷を合わせる作業
では、アクセス軸36まわりの1自由度であるθzを用
いるのである。このようにして締付部23の軸芯とナッ
ト38の軸芯とが一致し、さらに両者の六角面を一致さ
せた後は、作業者は第2監視カメラ40にて、締付部2
3とナット38との距離を監視しつつ、締付部23をナ
ット38に装着させる。そして締付部23の装着後は、
工具動力用モータ26を回転させ、ナット38の締め付
けを行うのである。
像を示したものである。前述した作業を行うため、作業
者はスクリーン映像を見つつマニプレータ20を操縦す
るが、締付部23の軸芯とナット38の軸芯とを合わせ
る作業と、六角面が一致するように山谷を合わせる姿勢
合わせ作業とは、第1監視カメラ30のスクリーン映像
を見るだけで行うことが可能である。すなわち締付部2
3の軸芯とナット38の軸芯とを合わせる作業では、X
軸、Y軸移動を用い左右、上下の位置調整を行い、その
後は2自由度であるθx、θy移動を用い、軸芯を一致さ
せる。また六角面が一致するように山谷を合わせる作業
では、アクセス軸36まわりの1自由度であるθzを用
いるのである。このようにして締付部23の軸芯とナッ
ト38の軸芯とが一致し、さらに両者の六角面を一致さ
せた後は、作業者は第2監視カメラ40にて、締付部2
3とナット38との距離を監視しつつ、締付部23をナ
ット38に装着させる。そして締付部23の装着後は、
工具動力用モータ26を回転させ、ナット38の締め付
けを行うのである。
【0037】このように工具31のアクセス軸32と第
1監視カメラ30の光軸方向とを平行に配置するととも
に、カメラ座標の残りの2軸も作業座標系と平行になる
よう設定すれば、第1監視カメラ30からの映像で殆ど
の作業が可能となるので、作業効率を向上させることが
できる。
1監視カメラ30の光軸方向とを平行に配置するととも
に、カメラ座標の残りの2軸も作業座標系と平行になる
よう設定すれば、第1監視カメラ30からの映像で殆ど
の作業が可能となるので、作業効率を向上させることが
できる。
【0038】さらに操縦装置として、特願平02−24
9792号や特願平03−334314号にて示される
ような、作業座標系34での指令を直交座標系で生成で
きる操縦装置を用いる。この操縦装置の操縦説明図を図
4に示す。同図に示すように前記操縦装置の腕の左右、
上下、前後、さらにそれぞれの軸まわりの回転による指
令を、それぞれ作業座標系34の6変数(X、Y、Z、
θx、θy、θz)に一致させると、スクリーン上で、操
作腕の方向と、工具31の位置決め対象に対する移動方
向が一致するので直感的な操作が可能となる。
9792号や特願平03−334314号にて示される
ような、作業座標系34での指令を直交座標系で生成で
きる操縦装置を用いる。この操縦装置の操縦説明図を図
4に示す。同図に示すように前記操縦装置の腕の左右、
上下、前後、さらにそれぞれの軸まわりの回転による指
令を、それぞれ作業座標系34の6変数(X、Y、Z、
θx、θy、θz)に一致させると、スクリーン上で、操
作腕の方向と、工具31の位置決め対象に対する移動方
向が一致するので直感的な操作が可能となる。
【0039】図5は第2実施例を示し、本発明に係る視
覚支援装置をグリッパ工具に適用した場合の構造説明図
である。同図に示すように図示しないマニプレータの先
端には、グリッパ工具42が備え付けられており、さら
にグリッパ工具42の先端には、平行グリッパ44が設
けられている。そしてマニプレータの先端から、油圧ま
たは空気圧を供給口45に供給することによって平行グ
リッパ44を動かし、作業対象物体等を掴む動作や、離
す動作を行うことができるようになっている。このよう
な動作からグリッパ工具42とは、作業対象物を掴んで
他の物体に組み付けたりと、作業用途は種々考えられ、
専用工具に対してより汎用的なものとなっているのであ
る。
覚支援装置をグリッパ工具に適用した場合の構造説明図
である。同図に示すように図示しないマニプレータの先
端には、グリッパ工具42が備え付けられており、さら
にグリッパ工具42の先端には、平行グリッパ44が設
けられている。そしてマニプレータの先端から、油圧ま
たは空気圧を供給口45に供給することによって平行グ
リッパ44を動かし、作業対象物体等を掴む動作や、離
す動作を行うことができるようになっている。このよう
な動作からグリッパ工具42とは、作業対象物を掴んで
他の物体に組み付けたりと、作業用途は種々考えられ、
専用工具に対してより汎用的なものとなっているのであ
る。
【0040】図6はグリッパ工具42の作業座標系を表
した表示図である。グリッパ工具42は、その汎用的な
性格から作業座標系を特定することは難しいが、使用用
途から3つのアクセス軸に沿った動作が多用されると考
えられる。すなわち第1としては同図のZ軸正方向をア
クセス軸とし、作業対象物を掴んだり、挿入したりする
場合。第2としては、同図のX軸正方向をアクセス軸と
し作業対象物を掴んだり、挿入したりする場合。そして
第3としては、同図のX軸負方向をアクセス軸とし作業
対象物を掴んだり、挿入したりする場合が挙げられる。
した表示図である。グリッパ工具42は、その汎用的な
性格から作業座標系を特定することは難しいが、使用用
途から3つのアクセス軸に沿った動作が多用されると考
えられる。すなわち第1としては同図のZ軸正方向をア
クセス軸とし、作業対象物を掴んだり、挿入したりする
場合。第2としては、同図のX軸正方向をアクセス軸と
し作業対象物を掴んだり、挿入したりする場合。そして
第3としては、同図のX軸負方向をアクセス軸とし作業
対象物を掴んだり、挿入したりする場合が挙げられる。
【0041】このような作業を行うグリッパ工具42に
おいては、平行グリッパ44の根元に第1監視カメラ4
6を備え付ける。そして第1監視カメラ46の光軸方向
は、グリッパ工具42のZ方向アクセス軸と同軸となる
よう配置するのである。さらにカメラ座標系における他
の2軸(X軸、Y軸)も、グリッパ工具42の作業座標
系の2軸(X軸、Y軸)と同軸となるよう配置する。
おいては、平行グリッパ44の根元に第1監視カメラ4
6を備え付ける。そして第1監視カメラ46の光軸方向
は、グリッパ工具42のZ方向アクセス軸と同軸となる
よう配置するのである。さらにカメラ座標系における他
の2軸(X軸、Y軸)も、グリッパ工具42の作業座標
系の2軸(X軸、Y軸)と同軸となるよう配置する。
【0042】また第1監視カメラ46の前方には、視野
切替器48が設けられている。図7は視野切替器48の
構造説明図である。同図に示すように視野切替器48と
は、第1監視カメラ46の光軸方向に対し斜面状に配置
した2枚の鏡50、52と、当該鏡50、52を第1監
視カメラ46前方で移動させる図示しないスライド機構
によって構成されているのである。そして鏡50、52
の傾斜角度は、第1監視カメラ46の光軸方向に対し、
±45度に設定されているのである。ここで(2)に示
すように第1監視カメラ46の光軸方向が作業座標系の
Z軸方向と一致している状態から、視野切替器48を動
かし(3)に示すような第1監視カメラ46の前方へと
鏡50を移動させる。当該鏡50の移動により、第1監
視カメラ46の光軸は鏡50に反射し、X軸正方向と平
行となるのである。またスライド機構を動作させる手段
は、手動で行ってもよく、また手動が不可能な場合で
は、ソレノイドやモータ等の駆動装置を用い遠隔操作と
してもよい。
切替器48が設けられている。図7は視野切替器48の
構造説明図である。同図に示すように視野切替器48と
は、第1監視カメラ46の光軸方向に対し斜面状に配置
した2枚の鏡50、52と、当該鏡50、52を第1監
視カメラ46前方で移動させる図示しないスライド機構
によって構成されているのである。そして鏡50、52
の傾斜角度は、第1監視カメラ46の光軸方向に対し、
±45度に設定されているのである。ここで(2)に示
すように第1監視カメラ46の光軸方向が作業座標系の
Z軸方向と一致している状態から、視野切替器48を動
かし(3)に示すような第1監視カメラ46の前方へと
鏡50を移動させる。当該鏡50の移動により、第1監
視カメラ46の光軸は鏡50に反射し、X軸正方向と平
行となるのである。またスライド機構を動作させる手段
は、手動で行ってもよく、また手動が不可能な場合で
は、ソレノイドやモータ等の駆動装置を用い遠隔操作と
してもよい。
【0043】また上述した構成を用いて作業を行う場合
には、作業対象物とグリッパ工具22との距離が監視可
能な前記アクセス軸の側方に第2監視カメラ53を配置
し、グリッパ工具42と作業対象物との距離が把握でき
るようになっている。さらに作業場所とは隔離されたと
ころに操縦室が設けられ、作業者がスクリーンを見なが
ら操縦装置を操ることは、前述の第1実施例と同様であ
る。
には、作業対象物とグリッパ工具22との距離が監視可
能な前記アクセス軸の側方に第2監視カメラ53を配置
し、グリッパ工具42と作業対象物との距離が把握でき
るようになっている。さらに作業場所とは隔離されたと
ころに操縦室が設けられ、作業者がスクリーンを見なが
ら操縦装置を操ることは、前述の第1実施例と同様であ
る。
【0044】このように構成されたマニプレータ操縦の
視覚支援装置をグリッパ工具に適用し、作業対象物であ
るパイプ54を掴みとる手順を説明する。図8はグリッ
パ工具42のアクセス軸をZ方向としたときの作業説明
図である。ここで(1)は要部構成を示し、(2)は第
1監視カメラ46からの画像を示す。この場合には、第
1監視カメラ46の前方に鏡50、52を配置せず、第
1監視カメラ46の光軸方向をグリッパ工具42のアク
セス軸となるZ軸に合わせるようにする。そして視野切
替器48を前述のように設定し、第1監視カメラ46の
映像をもとに5変数(X、Y、θx、θy、θz)を合わ
せ、その後は、第2監視カメラ53の映像を監視しつつ
パイプ54へグリッパ工具42を接近させる。パイプ5
4へグリッパ工具42を十分接近させた後は、平行グリ
ッパ44を動作させパイプ54を掴みとるのである。ま
たZ軸をアクセス軸としたときには、前述した第1実施
例のように作業座標系とカメラ座標系とが一致している
ためより直感的な動作が行えるのである。
視覚支援装置をグリッパ工具に適用し、作業対象物であ
るパイプ54を掴みとる手順を説明する。図8はグリッ
パ工具42のアクセス軸をZ方向としたときの作業説明
図である。ここで(1)は要部構成を示し、(2)は第
1監視カメラ46からの画像を示す。この場合には、第
1監視カメラ46の前方に鏡50、52を配置せず、第
1監視カメラ46の光軸方向をグリッパ工具42のアク
セス軸となるZ軸に合わせるようにする。そして視野切
替器48を前述のように設定し、第1監視カメラ46の
映像をもとに5変数(X、Y、θx、θy、θz)を合わ
せ、その後は、第2監視カメラ53の映像を監視しつつ
パイプ54へグリッパ工具42を接近させる。パイプ5
4へグリッパ工具42を十分接近させた後は、平行グリ
ッパ44を動作させパイプ54を掴みとるのである。ま
たZ軸をアクセス軸としたときには、前述した第1実施
例のように作業座標系とカメラ座標系とが一致している
ためより直感的な動作が行えるのである。
【0045】図9は、グリッパ工具42のアクセス軸を
X軸正方向とし、ケーブル56にスリーブ58を挿入す
る際の作業説明図である。ここで(1)は要部構成を示
し、(2)は、作業時の視野切替器48の状態を示す。
この場合には、視野切替器48の鏡50を第1監視カメ
ラ46の前方に移動させる。すると第1監視カメラ46
の光軸方向は、鏡50によりX軸正方向と平行になる。
またカメラ座標系も視野切替器48によって回転し、残
りの2軸も視野切替器48を介して作業座標系の残りの
2軸にそれぞれ平行になる。図10は視野切替器を介し
た第1監視カメラ46の映像である。第1監視カメラ4
6は、平行グリッパ44の根元に備え付けられているた
め、映像はアクセス軸と一致したものとはならず、同図
に示すようになる。また作業座標系とカメラ座標系も一
致しなくなる。しかしこの場合においても第1監視カメ
ラ46の映像からは、5変数のうち4変数(X、Y、θ
x、θz)が認識でき、また残りの1変数(θy)もおお
よそ認識できる。このため第1監視カメラ46でケーブ
ル56とスリーブ58との姿勢合わせを行った後に、ケ
ーブル56とグリッパ工具42との距離を監視可能なア
クセス軸の側方に配置した第2監視カメラ53からの映
像を監視しつつ、ケーブル56にスリーブ58を挿入さ
せるのである。
X軸正方向とし、ケーブル56にスリーブ58を挿入す
る際の作業説明図である。ここで(1)は要部構成を示
し、(2)は、作業時の視野切替器48の状態を示す。
この場合には、視野切替器48の鏡50を第1監視カメ
ラ46の前方に移動させる。すると第1監視カメラ46
の光軸方向は、鏡50によりX軸正方向と平行になる。
またカメラ座標系も視野切替器48によって回転し、残
りの2軸も視野切替器48を介して作業座標系の残りの
2軸にそれぞれ平行になる。図10は視野切替器を介し
た第1監視カメラ46の映像である。第1監視カメラ4
6は、平行グリッパ44の根元に備え付けられているた
め、映像はアクセス軸と一致したものとはならず、同図
に示すようになる。また作業座標系とカメラ座標系も一
致しなくなる。しかしこの場合においても第1監視カメ
ラ46の映像からは、5変数のうち4変数(X、Y、θ
x、θz)が認識でき、また残りの1変数(θy)もおお
よそ認識できる。このため第1監視カメラ46でケーブ
ル56とスリーブ58との姿勢合わせを行った後に、ケ
ーブル56とグリッパ工具42との距離を監視可能なア
クセス軸の側方に配置した第2監視カメラ53からの映
像を監視しつつ、ケーブル56にスリーブ58を挿入さ
せるのである。
【0046】また前述した実施の形態では、第1監視カ
メラ46の光軸方向を視野切替器48にてX軸正方向に
反射させた場合を説明したが、第1監視カメラ46の光
軸方向を視野切替器48にてX軸負方向に反射させても
同様の効果が得られる。
メラ46の光軸方向を視野切替器48にてX軸正方向に
反射させた場合を説明したが、第1監視カメラ46の光
軸方向を視野切替器48にてX軸負方向に反射させても
同様の効果が得られる。
【0047】このように視野切替器48を介して第1監
視カメラ46の光軸方向をグリッパ工具42のアクセス
軸と平行にするとともに、カメラ座標系を視野切替器4
8により回転させれば、操縦の方向が異なったり、また
完全な位置、姿勢合わせの状況は把握できないものの、
第1監視カメラ46から5変数(X、Y、θx、θy、θ
z)の状況が把握できるため、作業効率の向上には十分
寄与することができるのである。
視カメラ46の光軸方向をグリッパ工具42のアクセス
軸と平行にするとともに、カメラ座標系を視野切替器4
8により回転させれば、操縦の方向が異なったり、また
完全な位置、姿勢合わせの状況は把握できないものの、
第1監視カメラ46から5変数(X、Y、θx、θy、θ
z)の状況が把握できるため、作業効率の向上には十分
寄与することができるのである。
【0048】なお前述した第1実施例と第2実施例につ
いては、2つの監視カメラを用いた場合を説明したが、
第2監視カメラの視界が障害物等により不明瞭になると
きは、複数の監視カメラを第1監視カメラの光軸方向の
側方の配置すればよい。そして複数の場所から工具と作
業対象物との距離を監視すれば、明確な値を把握するこ
とが可能となり、作業効率を向上させることができるの
である。
いては、2つの監視カメラを用いた場合を説明したが、
第2監視カメラの視界が障害物等により不明瞭になると
きは、複数の監視カメラを第1監視カメラの光軸方向の
側方の配置すればよい。そして複数の場所から工具と作
業対象物との距離を監視すれば、明確な値を把握するこ
とが可能となり、作業効率を向上させることができるの
である。
【0049】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、工
具を取り付けたマニプレータで、作業対象物に作業を行
う際、前記工具と前記作業対象物とを監視カメラで監視
し、前記監視カメラの撮像を提供するマニプレータ操縦
の視覚支援装置であって、第1監視カメラの光軸を前記
作業対象物に最終接近する前記工具移動軸と同軸または
平行に設置するとともに、第2監視カメラの光軸を前記
第1監視カメラの光軸と交差させ、前記工具と前記作業
対象物との距離を監視可能にしたことから、第1監視カ
メラからの映像にて前記工具の位置、姿勢合わせを示す
6変数(X、Y、Z、θx、θy、θz)のうち、5変数
(X、Y、θx、θy、θz)の状況が把握できる。そし
て前記第1監視カメラにて位置、姿勢合わせを行った後
は、前記第2監視カメラで残りの1変数(Z)を監視
し、前記作業対象物に前記工具を接近させる。このよう
な構成にすれば、前記第1監視カメラからの映像で殆ど
の操縦が行えるので、作業効率の向上を図ることができ
るのである。
具を取り付けたマニプレータで、作業対象物に作業を行
う際、前記工具と前記作業対象物とを監視カメラで監視
し、前記監視カメラの撮像を提供するマニプレータ操縦
の視覚支援装置であって、第1監視カメラの光軸を前記
作業対象物に最終接近する前記工具移動軸と同軸または
平行に設置するとともに、第2監視カメラの光軸を前記
第1監視カメラの光軸と交差させ、前記工具と前記作業
対象物との距離を監視可能にしたことから、第1監視カ
メラからの映像にて前記工具の位置、姿勢合わせを示す
6変数(X、Y、Z、θx、θy、θz)のうち、5変数
(X、Y、θx、θy、θz)の状況が把握できる。そし
て前記第1監視カメラにて位置、姿勢合わせを行った後
は、前記第2監視カメラで残りの1変数(Z)を監視
し、前記作業対象物に前記工具を接近させる。このよう
な構成にすれば、前記第1監視カメラからの映像で殆ど
の操縦が行えるので、作業効率の向上を図ることができ
るのである。
【0050】また前記工具をレンチ工具やグリッパ工具
とすれば、ナットの締め付けや作業対象物の掴み動作、
あるいは作業対象物に部材等を挿入するなどの挿入動作
が可能となる。さらにグリッパ工具については、視野切
替器を前記第1監視カメラ前方に配置すれば、前記第1
監視カメラの光軸方向はグリッパ工具移動軸方向と同軸
または平行に配置される。このことからグリッパ工具の
もつ複数のグリッパ工具移動軸に対応することが可能に
なり、グリッパ工具の汎用性に対応させることができる
のである。
とすれば、ナットの締め付けや作業対象物の掴み動作、
あるいは作業対象物に部材等を挿入するなどの挿入動作
が可能となる。さらにグリッパ工具については、視野切
替器を前記第1監視カメラ前方に配置すれば、前記第1
監視カメラの光軸方向はグリッパ工具移動軸方向と同軸
または平行に配置される。このことからグリッパ工具の
もつ複数のグリッパ工具移動軸に対応することが可能に
なり、グリッパ工具の汎用性に対応させることができる
のである。
【0051】そして上述したマニプレータの視覚支援装
置において、第1監視カメラの座標系における光軸以外
の2軸を、工具の座標系における工具移動軸以外の2軸
と同軸または平行に配置すれば、第1監視カメラの映像
から工具の操縦方向が直感的に解るのである。このこと
より工具操縦性が向上し、作業効率を高めることができ
るのである。また第1監視カメラの座標系と工具の座標
軸との相対位置を固定すれば、第1監視カメラからの映
像は、常に工具に対して決められた位置からの映像とな
る。この第1監視カメラからの映像により、工具と作業
対象物との相対位置を把握しやすくなるので、作業性を
向上させることができるのである。
置において、第1監視カメラの座標系における光軸以外
の2軸を、工具の座標系における工具移動軸以外の2軸
と同軸または平行に配置すれば、第1監視カメラの映像
から工具の操縦方向が直感的に解るのである。このこと
より工具操縦性が向上し、作業効率を高めることができ
るのである。また第1監視カメラの座標系と工具の座標
軸との相対位置を固定すれば、第1監視カメラからの映
像は、常に工具に対して決められた位置からの映像とな
る。この第1監視カメラからの映像により、工具と作業
対象物との相対位置を把握しやすくなるので、作業性を
向上させることができるのである。
【図1】本発明に係る視覚支援装置をナットの着脱作用
に適用した場合の構造説明図である。
に適用した場合の構造説明図である。
【図2】工具および監視カメラの座標系の関係を示す座
標系関係図である。
標系関係図である。
【図3】第1監視カメラのスクリーン映像を示したもの
である。
である。
【図4】作業座標系での指令を直交座標系で生成できる
操縦装置の操縦説明図である。
操縦装置の操縦説明図である。
【図5】本発明に係る視覚支援装置をグリッパ工具に適
用した場合の構造説明図である。
用した場合の構造説明図である。
【図6】グリッパ工具の作業座標系を表した表示図であ
る。
る。
【図7】視野切替器の構造説明図である。
【図8】グリッパ工具のアクセス軸をZ方向としたとき
の作業説明図である。
の作業説明図である。
【図9】グリッパ工具のアクセス軸をX軸正方向とし、
ケーブルにスリーブを挿入する際の作業説明図である。
ケーブルにスリーブを挿入する際の作業説明図である。
【図10】視野切替器を介した第1監視カメラの映像で
ある。
ある。
【図11】従来技術において、マニプレータを用いてナ
ットの締め付けを行う場合の要部構成図である。
ットの締め付けを行う場合の要部構成図である。
【図12】位置決めのための位置および姿勢合わせ説明
図である。
図である。
1 マニプレータ 2 ナット 3 レンチ工具 4 第1監視カメラ 5 第2監視カメラ 6 スクリーン 7 作業者 8 操縦室 9 操縦装置 20 マニプレータ 22 レンチ工具 23 締付部 24 レンチ穴軸芯 26 工具動力用モータ 28 減速機 30 第1監視カメラ 31 工具 32 アクセス軸 34 作業座標系 36 アクセス軸 37 作業座標系 38 ナット 40 第2監視カメラ 42 グリッパ工具 44 平行グリッパ 46 第1監視カメラ 48 視野切替器 50 鏡 52 鏡 53 第2監視カメラ 54 パイプ 56 ケーブル 58 スリーブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−322120(JP,A) 特開 昭60−56884(JP,A) 特開 平1−138690(JP,A) 特開 平8−47881(JP,A) 特開 平7−328971(JP,A) 特開 平2−180581(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 3/00 - 3/10 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 H01G 1/02 B23P 19/00 - 21/00 G05B 19/18 - 19/46
Claims (5)
- 【請求項1】 工具を取り付けたマニプレータで、作業
対象物に作業を行う際、前記工具と前記作業対象物とを
監視カメラで監視し、前記監視カメラの撮像を提供する
マニプレータ操縦の視覚支援装置であって、第1監視カ
メラの光軸を前記作業対象物に最終接近する前記工具移
動軸と同軸または平行に設置するとともに、第2監視カ
メラの光軸を前記第1監視カメラの光軸と交差させ、前
記工具と前記作業対象物との距離を監視可能にしたこと
を特徴とするマニプレータ操縦の視覚支援装置。 - 【請求項2】 レンチ工具を取り付けたマニプレータ
で、ナットの着脱作業を行う際、前記レンチ工具とナッ
トとを監視カメラで監視し、前記監視カメラの撮像を提
供するマニプレータ操縦の視覚支援装置であって、第1
監視カメラの光軸を前記ナットに最終接近する前記レン
チ工具移動軸と同軸に設置するとともに、第2監視カメ
ラの光軸を前記第1監視カメラの光軸と交差させ、前記
レンチ工具と前記ナットとの距離を監視可能にしたこと
を特徴とするマニプレータ操縦の視覚支援装置。 - 【請求項3】 工具を取り付けたマニプレータで、作業
対象物に作業を行う際、前記工具と前記作業対象物とを
監視カメラで監視し、前記監視カメラの撮像を提供する
マニプレータ操縦の視覚支援装置であって、第1監視カ
メラの前方に配置した視野切替器を介して、前記第1監
視カメラの光軸を前記作業対象物に最終接近する前記工
具移動軸と同軸または平行に設置するとともに、第2監
視カメラの光軸を前記第1監視カメラの光軸と交差さ
せ、前記工具と前記作業対象物との距離を監視可能にし
たことを特徴とするマニプレータ操縦の視覚支援装置。 - 【請求項4】 グリッパ工具を取り付けたマニプレータ
で、作業対象物に作業を行う際、前記グリッパ工具と前
記作業対象物とを監視カメラで監視し、前記監視カメラ
の撮像を提供するマニプレータ操縦の視覚支援装置であ
って、第1監視カメラの前方に配置した視野切替器を介
して、前記第1監視カメラの光軸を前記作業対象物に最
終接近する前記グリッパ工具移動軸と同軸または平行に
設置するとともに、第2監視カメラの光軸を前記第1監
視カメラの光軸と交差させ、前記グリッパ工具と前記作
業対象物との距離を監視可能にしたことを特徴とするマ
ニプレータ操縦の視覚支援装置。 - 【請求項5】 前記視野切替器は、前記第1監視カメラ
の光軸に対し斜面状に配置される鏡によって形成され、
前記鏡を移動させることにより、前記第1監視カメラの
光軸方向を前記移動軸方向に反射させることを特徴とす
る請求項3または請求項4に記載のマニプレータ操縦の
視覚支援装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6930896A JP3220706B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | マニプレータ操縦の視覚支援装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6930896A JP3220706B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | マニプレータ操縦の視覚支援装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09234685A JPH09234685A (ja) | 1997-09-09 |
JP3220706B2 true JP3220706B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=13398812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6930896A Expired - Fee Related JP3220706B2 (ja) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | マニプレータ操縦の視覚支援装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3220706B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101372098A (zh) * | 2007-08-23 | 2009-02-25 | 株式会社Ihi | 机器人装置的控制方法以及机器人装置 |
CN104682264A (zh) * | 2015-03-05 | 2015-06-03 | 国家电网公司 | 一种输电线路接地电阻测量辅助工具 |
CN105655926B (zh) * | 2016-04-21 | 2018-08-28 | 国家电网公司 | 带电喷涂设备及方法 |
CN109648297B (zh) * | 2017-10-10 | 2020-04-17 | 中冶宝钢技术服务有限公司 | 一种远程可视操作的内置影像套筒扳手装置及其使用方法 |
-
1996
- 1996-02-29 JP JP6930896A patent/JP3220706B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH09234685A (ja) | 1997-09-09 |
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