JPH0197591A - 宇宙用ロボット操縦支援システム - 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】 概　　　要 宇宙用ロボット操縦支援システムに関し、安全、確実に
宇宙空間に設置されたロボットを動作させることのでき
る宇宙用ロボット操縦支援システムを提供することを目
的とし、 宇宙空間に設置されたロボットと、計算機と、計算機に
接続されシミュレートしたロボットの画像を二組重ねて
表示可能な画像表示装置と、画像表示装置上に表示され
たロボットを三次元座標空間上で任意に移動できるロボ
ット操縦装置と、画像表示装置上に表示された一方のロ
ボットの動作を所定時間遅延させる遅延手段と、宇宙空
間に設置されたロボットと計算機との間の通信を行なう
通信手段とにより構成され、ロボット操縦装置により画
像表示装置上に表示された他方のロボットを動作させる
と同時に、このロボットの動作データを通信手段を介し
て宇宙空間に設置されたロボットに転送すると共に、画
像表示装置上に表示された前記一方のロボットを前記所
定時間遅延させて同一動作させるように構成する。

産業上の利用分野 本発明は宇宙用ロボット操縦支援システムに関する。

近年、スペースシャトルの実用化を一つのきっかけとし
て、宇宙の特殊な環境（微小重力、超真空等）を利用し
た新素材、バイオ等の先端技術分野の実験・製造に大き
な期待が寄せられるようになってきている。従来から、
衛星通信、資源リモートセンシングなどの宇宙空間の位
置を利用した技術には産業界の関心も高く、最近では特
にインテルサット等の静止衛星を利用した衛星通信分野
での発展が著しくなってきている。

宇宙空間において新素材の製造等の各種の実験を行なう
場合には、宇宙飛行士により実験が行なわれる場合もあ
るが、実験途中の結果より計画を変更したいという要求
からこれらの実験に宇宙ステーション等に搭載されたロ
ボットが用いられることが予想される。また、宇宙空間
に宇宙ステーション等の構造物を組立る場合、環境条件
が厳しいためにロボットが用られれることが予想される
。

このような場合、宇宙ステーションに搭乗している宇宙
飛行士によりロボットの操縦を行なうことが考えられる
が、衛星通信を利用して地上からロボットの操縦を行な
いたいという場合もある。

第５図は宇宙ステーションと地上との間の通信模式図を
示しており、地球１の数百−上空には宇宙ステーション
２が周回しており、地球１と宇宙ステーション２との間
の連絡にはスペースシャトル３が使用される。スペース
シャトル３は宇宙空間に数日乃至数週間滞在して、地球
に帰還した後再使用される。宇宙ステーション２及びス
ペースシャトル３の周回軌道は数百〜の高さなので、そ
の周回時間は１時間半から２時間と短いものである。こ
のため、宇宙ステーション２あるいはスペースシャトル
３と地球８４との間で直接通信を行なおうとすると、通
信可能時間が非常に短いので、−殻内に赤道上３万６千
−上空に静止している静止衛星５を介して通信が行なわ
れる。

宇宙ステーション２に搭載されたロボットの操縦を地上
から行なう場合も同様にも、静止衛星５を介して操縦を
行なうことが予想されるが、このように静止衛星を介し
て地上から宇宙ロボットを操縦する場合、通信回線によ
る操縦指示情報の遅れと宇宙空間上のロボットの動作を
確認するための画像情報の遅れのために、宇宙ロボット
の操縦は非常に困難である。そこで、この困難な操縦を
支援するためのシステムが要望されている。

従来の技術 第６図は現在考えられている宇宙用ロボット操縦システ
ムのブロックである。１０は宇宙ステーション等に搭載
されたロボットであり、このロボット１０にはＴＶカメ
ラ１２及び照明装置１４が取付けられている。宇宙ステ
ーションにはさらに、ロボット１０の作業ｆｆｉ境を地
上で表示するためのＴＶカメラ１６が複数台設けられて
いると共に、地上との間で情報を伝送する情報伝送装置
１８、及びロボット１０の動きを制御するロボットコン
トローラ２０が設けられている。

一方、地上側には宇宙空間との間で情報を伝送するため
の情報伝送装置２２が設けられており、この情報伝送装
置２２には複数台のＴＶモニタ２４が接続され、ＴＶカ
メラ１２．１６の画像を表示するようになっている。２
６はティーチングボックス等のロボット操縦装置であり
、ロボット操縦装置コントローラ２８を介して情報伝送
装置２２に接続されている。

然して、地上側で宇宙空間上に設置されたロボット１０
の操縦を行なう場合には、オペレータはＴＶモニタ２４
を観察しながらロボット操縦装置２６を操作してロボッ
トの操縦を行なうようになっている。

発明が解決しようとする問題点 しかし上述したように、地上から宇宙空間上に設置され
たロボットの操縦を行なう場合には、赤道上３万６千触
上空に静止している静止衛星を介して衛星通信により操
縦を行なうため、ＴＶモニタ２４上の画像は実際のロボ
ット１０の動きよりも所定時間（例えば約０．５秒）遅
れたものになってしまう。これに加えて、ｎｕ通信の伝
送容量が制限されているため、ＴＶモニタ２４上に完全
な動画像が得られずに、例えば１秒間に１枚の画像しか
得られない可能性がある。このため、オペレータがＴＶ
モニタ２４を観察しながら宇宙空間に設置されたロボッ
ト１０の操縦を行なうのは非常に困難であるという問題
があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたものであり、その
目的とするところは１．安全、確実に宇宙空間に設置さ
れたロボットを動作させることのできる宇宙用ロボット
操縦支援システムを提供することである。

問題点を解決するための手段 第１図に本発明の原理ブロック図を示す。

計算機３０にシミュレートしたロボットの画像を２組重
ねて表示可能な画像表示装置３２と、画像表示装置３２
上に表示されたロボットを三次元座標空間上で任意に移
動できるロボット操縦装置２６とを接続する。さらに、
計算機３０にはロボットのデータを格納したロボットデ
ータファイル３８及び宇宙環境のデータを格納した宇宙
環境データファイル４０を接続すると共に、画像表示装
置３２上に表示された一方のロボットの動作を所定時間
遅延させる遅延手段３４を設け、宇宙空間に設置された
ロボット１０と計算機３０との間の通信を行なう通信手
段３６を設ける。

作　　　用 ロボットデータファイル３８からロボットのデータを、
宇宙環境データファイル４０からロボット１０の設置さ
れた宇宙環境のデータを計算機３０内に読込み、画像表
示装置（グラフィックデイスプレィ）３２上に宇宙で用
いられるロボットとその環境をシミュレートして２組重
ねて表示し、その一方は例えば完全に塗り潰して表示し
、もう一方は半透明に表示するようにする。

ロボット操縦装置２６により画像表示装置３２上に表示
された一方のロボット（例えば塗り潰した方）を動作さ
せると同時に、このロボットの動作データを通信手段３
６を介して宇宙空間に設置されたロボット１０に転送す
る。さらに遅延手段３４により所定時間遅延させて、画
像表示装置３２上に表示された他方のロボット（例えば
半透明に表示した方）を同一動作させる。宇宙空間に設
置された実際のロボット１０を動作させるには、−度画
像表示装飲３２上でロボットの動作を編集し、その動作
の確認を行なった後に動作させるようにする。

オペレータは画像表示装置３２上でリアルタイムに動作
するロボットと所定時間遅れて動作するロボットとを観
察しながら宇宙空間に設置されたロボット１０の操縦を
できるため、安全、確実にロボット１０を動作させるこ
とができる。

実　　施　　例 以下本発明を図面に示した実施例に基づいて説明する。

第２図は本発明システムの実施例ブロック図であり、第
６図に示した従来システムと同一構成部分については同
一符号を付して示す。１０は宇宙ステーションに設置さ
れたロボットであり、このロボット１０にはＴＶカメラ
１２と照明装置１４とが取付けられている。宇宙ステー
ションにはざらに、ロボットの作業環境を地上で表示す
るためのＴＶカメラ１６が複数台設置されていると共に
、地上との間で情報伝送を行なう情報伝送装置１８、ロ
ボット１０の動きを制御するロボットコントローラ２０
が設けられている。

一方地上側には、宇宙空間との間で情報伝送を行なう情
報伝送装置２２が設けられており、この情報伝送装置２
２にはＴＶカメラ１２．１６の画像を表示する複数台の
ＴＶモニタ２４が接続されている。４２は例えば計算機
から構成される宇宙ロボットシミュレータであり、この
宇宙ロボットシミュレータ４２にはロボットのデータを
格納したロボットデータファイル３８と、宇宙環境のデ
ータを格納した宇宙環境データファイル４０とが接続さ
れており、宇宙空間に設置されたロボット１０の動きを
シミュレートしてロボットの画像を２組重ねて画像表示
袋Ｍ（グラフィックデイスプレィ）３２上に表示可能に
なっている。

２組の画像のうち、例えば一方のロボットの画像は塗り
潰して、他方のロボットの画像は半透明に表示するよう
にして２組の画像を区別するようにする。画像表示装置
３２は三次元的にロボットの画像を表示することができ
るようになっており、ＴＶカメラ１２．１６では見えな
いような部分での画像も拡大・縮小・平行移動・回転等
を行なうことにより画像表示装置３２上に表示すること
ができる。２６はティーチングボックス等のロボット操
縦装置であり、ロボット操縦装置コントローラ４４を介
して宇宙ロボットシミュレータ４２に接続されている。

宇宙ロボットシミュレータ４２内には遅延回路が設けら
れており、一方の画像（例えば半透明な方）を所定時間
（例えば約１秒）遅らせて動作させるようにプログラム
されている。

第３図はロボット操縦装置２６の一実施例であるティー
チングボックス４５の構成を示している。

ティーチングボックス４５はロボットの６＠を駆動する
θ　〜θ６駆動ボタンを１２個有しており、各列の左側
のボタンを押すとモータが正転し、右側のボタンを押す
とモータが逆転するようになっている。また最下段の２
個のボタンはハンド開閉ボタンであり、左側のボタンを
押すとハンドが開き、右側のボタンを押すとハンドが閉
じるようになっている。さらにティーチングボックス４
５の左側には４段１１個の編集ボタンが設けられており
、これらのボタンを押すことによりティーチング時のロ
ボットの位置情報をロボット操縦装置コントローラ４４
のメモリ内に格納できるようになっている。４６はＬＥ
Ｄデイスプレィであり、４８はロボットの暴走を停止す
る緊急停止用ボタンである。また、５０はＸＹＺモード
とハンドモードとθモードとを切替えるモード切替スイ
ッチであり、５２は１ステツプモードと低速モードと増
速モードとを切替える速度制御スイッチであり、５４は
速度を３段階に切替える速度切替スイッチである。

ロボット操縦装置２６の具体的実施例は例えば上述した
ように構成されているが、特開昭５８−２１１２１２号
に記載されたような他のロボット操縦装置も勿論使用す
ることができる。

第４図は画像表示装置３２の表示例であり、表示画面を
例えば４分割してマルチウィンド方式により上面図、正
面図、側面図、斜視図をそれぞれ表示するようにしてい
る。それぞれのウィンドにおいて、ロボットの画像を塗
り潰し画像と半透明画像とにより２組重ねて表示するよ
うにする。またオペレータの選択により、これらのウィ
ンド中に表示された画像のうち１つだけを拡大して表示
画面全体に表示するようにすることもできるようになっ
ている。ざらに画像表示装置３２上には、ロボット１０
に取付けられたＴＶカメラ１２方向から見た画像をシミ
ュレートして表示できるようになっている。

然して、ロボットデータファイル３８からロボットのデ
ータを、宇宙環境データファイル４０からロボットが設
置されている宇宙環境のデータを宇宙ロボットシミュレ
ータ４２内に読込み、画像表示装置３２上に２組重ねて
表示する。このとき、一方のロボットは完全に塗り潰し
て表示し、他方のロボットを半透明に表示して２つのロ
ボットを区別するようにする。第３図に示したようなロ
ボット操縦装＠２６を操作すると、画像表示装置３２上
の２組のロボットのうち塗り潰した方のロボットがリア
ルタイムで動作する。これと同時に、このロボットの動
作データを情報伝送装置２２゜１８を介して宇宙空間に
設置されたロボット１０に転送してロボットコントロー
ラ２０によりこのロボット１０を動作させる。画像表示
装置ｆｆ３２上に表示された使方のロボット（半透明の
ロボット）は所定時間（例えば約１秒）遅れて同一動作
させる。

宇宙空間に設置されたロボット１０を動作させる前に、
−度画像表示装貯３２上でロボットの動作を編集し、そ
の動作の確認を行なった後、そのデータに基づいてロボ
ット１０を動作させるようにする。これにより、安全、
確実に宇宙空間に設置されたロボット１０を動作させる
ことができる。

またオペレータは画像表示装置３２上に表示された２組
のロボットを観察しながら宇宙空間に設置されたロボッ
ト１０の操縦を行なうことができるため、その操縦を比
較的容易に行なえる。

また画像表示装置３２上にはロボット１０に取付けられ
たＴＶカメラ１２の方向から見た画像をシミュレートし
て表示できるようになっているため、宇宙に設置された
ロボット１０が対象物にどのように近付いているかを地
上、側で簡単に予測することができ、その結果ロボット
の操縦性、作業効率を大幅に向上することができる。

例えば、６自由度多関節型ロボットの先端にＴＶカメラ
が取付けられている場合の、視点位置・方向を求めるた
めには、特開昭６０−２０８７６号に開示された方法を
用いることにより求めることができる。ロボット先端の
位置・姿勢の値にカメラ取付位置・方向から視点位置・
方向を決定し、画像表示装置３２にこのデータを渡す。

これにより、ロボットの先端に取付けられたＴＶカメラ
から見た画像を画像表示装置上に表示することができる
。

発明の効果 本発明の宇宙用ロボット操縦支援システムは以上詳述し
たように構成したので、宇宙空間に設置したロボット操
縦が非常に容易になると共に、安全、確実にロボットを
動作させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明システムの実施例ブロック図、第３図は
ロボット操縦装置の実施例斜視図、第４図は画像表示装
置の表示例模式図、第５図は宇宙ステーションと地上と
の間の通信模式図、 第６図は従来システムのブロック図である。 １０・・・ロボット、　　　１２．１６・・・ＴＶカメ
ラ、１４・・・照明装置、　　２６・・・ロボット操縦
装置、３０・・・計算機、　　　３２・・・画像表示装
置、３４・・・遅延手段、　　３６・・・通信手段、３
８・・・ロボットデータファイル、 ４０・・・宇宙環境データファイル。 どり 番杷明０涼理ブロック図 第１図 本尤明シス干ｊＡ／）父膚七ケリブロック凹第２図 口片でットオ朶秩装置の×プ乞イダｄ 第３図 １Ｌイ洛ｉＡ　＄　裂１　の表刃（イ列第４図 宇宙ステーションヒ裂’、ｈ’ｔｔＤ開の１作扶撚Ｊ」
第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）宇宙空間に設置されたロボット（１０）と、計算
   機（３０）と、 計算機（３０）に接続されシミユレートしたロボットの
   画像を二組重ねて表示可能な画像表示装置（３２）と、 画像表示装置（３２）上に表示されたロボットを三次元
   座標空間上で任意に移動できるロボット操縦装置（２６
   ）と、 画像表示装置（３２）上に表示された一方のロボットの
   動作を所定時間遅延させる遅延手段（３４）と、宇宙空
   間に設置されたロボット（１０）と計算機（３０）との
   間の通信を行なう通信手段（３６）とにより構成され、 ロボット操縦装置（２６）により画像表示装置（３２）
   上に表示された他方のロボットを動作させると同時に、
   このロボットの動作データを通信手段（３６）を介して
   宇宙空間に設置されたロボット（１０）に転送すると共
   に、画像表示装置（３２）上に表示された前記一方のロ
   ボットを前記所定時間遅延させて同一動作させることを
   特徴とする宇宙用ロボット操縦支援システム。
2. （２）宇宙空間に設置されたロボット（１０）にカメラ
   （１２）を取付け、このカメラから見る画像をシミュレ
   ートして画像表示装置（３２）上に表示することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の宇宙用ロボット操縦
   支援システム。