JPH02116905A - 遠隔操作ロボットの教示装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば宇宙空間のように地上と遠く離れた
所で無人作業を行なう遠隔操作ロボットの教示装置に関
する。

（従来の技術） 近年宇宙空間の様に特殊な作業環境で無人作業を実施す
ることが可能な遠隔操作ロボットの必要性が望まれてい
る。

ところで、この様な遠隔操作ロボットを実現させるため
に、例えば従来のマスタースレーブ（Ｍ／Ｓ）方式の遠
隔操作ロボットを利用することが考えれる。この場合、
宇宙空間の作業用アームをステレオカメラ等で捉え、そ
の画像を地上のデイスプレィで確認しながら教示用アー
ムの操作を行なうものとなる。しかしながら、地上で、
しかも近距離で制御するのとは異なり、宇宙空間と地上
とでは通信時間の遅れから来る無駄時間があるため、教
示用アームを操作してから作業用アームが動き、その動
きが地上のグラフィックディスプレイに表示されるまで
１秒以上の遅れの出る恐れがある。従って、作業者は教
示用アームで教示した１秒以上も前の教示動作を見なが
ら教示を行なうことになり、安定した制御が困難になる
恐れがある。そこで作業を行うアームと作業環境を形状
モデルで作成しこれを計算機上で仮想的に動かして作業
を事前に教示する方法が考えられる。

しかしながら、このような従来の遠隔操作ロボットの教
示装置にあっては、グラフィックディスプレイにおいて
作業用アームの形状モデルと作業環境の形状モデルの表
示を視覚により確認して、作業用アームを教示グラフィ
ックディスプレイでアームによって教示することになる
。このため、教示作業に集中するあまり、作業用アーム
の形状モデルと作業環境の形状モデルとが接触するのを
看過し、宇宙空間において作業用アームと作業環境とが
衝突してしまうという恐れがあった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の遠隔操作ロボットの教示装置では教示
作業中に作業用アームの形状モデルと作業環境の形状モ
デルとが接触してしまう恐れがあった。

そこで、この発明は予め宇宙空間での作業を、地上で視
覚だけではなく力覚でも確認しながら教示することが可
能な遠隔操作ロボットの教示装置の提供を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） このような課題を解決するために、この発明ニアっては
、作業用アームと、この作業用アームの作業教示用に設
けられた教示用アームと作業用アーム及び作業環境の形
状モデルを作成する立体形状モデル作成手段と、前記教
示用アーム及び前記作業用アームの動きを各々のアーム
に付属する各種センサからの情報をもとに前記形状モデ
ルの位置姿勢を演算シミュレートする演算手段と、この
形状モデル表示するグラフィックディスプレイとを備え
てなる遠隔操作ロボットの教示装置において、教示作業
中に前記作業用アームの形状モデルと前記作業環境の形
状モデルとが接近した時に、前記教示用アーム各軸に反
力を発生させて前記形状モデル間の干渉を未然に防止す
るようにした構成とするものである。

（作用） 立体形状モデル作成手段で作業用アーム及び作業環境の
形状モデルを作成し、これら形状モデルを演算手段によ
って実作業位置にシミュレートし、グラフィックディス
プレイ上に表示する。従って、作業者は表示用アームで
作業用アームの動きを教示するとき、グラフィックディ
スプレイに表示された形状モデルの動きをリアルタイム
で見ながら行うことができる。もし教示中に前記作業用
アームの形状モデルと前記作業環境の形状モデル等とが
接近すると教示用アーム各軸の回転に反力を発生する。

このように接近を操作者に反力で知らせことができるた
め、容易にかつ安全に教示作業を実施することが可能で
ある。

（実施例） 以下、この発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係る遠隔操作ロボットの
教示装置Ａを示す概念図である。すなわち、この教示装
置Ａは地上側に備えられているもので、教示用アーム１
と計算機３とグラフィックディスプレイ５と画像処理装
置７とを備えている。

前記教示用アーム１は２本備えられており、宇宙側の２
本の作業用アーム９の動作を教示するためのもので、ア
ームの動きが逐次計算機３に送られるようになっている
。この教示用アーム１には、グラフィックディスプレイ
５において作業用アム９と作業環境との後述する形状モ
デルが接近した場合は、第２図に示すように計算機３か
らの信号によってこの教示用アーム１に反力を生じさせ
る制動機構２１が備えられている。

すなわち、第２図（ａ）、（ｂ）において２２は教示用
アーム１の第１アームであり、この第１アーム２２は関
節部２３を介して２４と連結している。関節部２３は関
節外側部２３ａとこの関節外側部２３ａを挿通する回転
軸２３ｂ等からなり、関節外側部２３ａは第１アーム２
２と固着し、回転軸２３ｂは第２アーム２４と固着して
いる。関節外側部２３ａには前述した制動機構２１が一
体的に設けられており、この制動機構２１は一対のパッ
ド２２ａ、２２ｂを有している。制動機構２１の一対の
パッド２２ａ、２２ｂ間には回転軸２３ｂに固着された
ディスク２５が介装され、パッド２２ｂ、２２ａによっ
てディスク２５を挟圧すると、第１アーム２２と第２ア
ーム２４との相対的回動は制動される。

作業用アーム９は計算機３からの信号によって、サーボ
コントローラ１１を介して制御されるようになっている
。

前記計算機３は内部に立体形状モデル作成手段１３を備
えており、この立体形状モデル作成手段１３で作業用ア
ーム９とその宇宙空間での作業環境の形状モデルを作成
する。この場合、作業環境としては関連機器、作業対象
物、障害物等がある。

また、計算機３は教示用アーム１の動きや、ポジション
エンコーダ等の各種センサ１５等からの情報を基に作業
用アーム９及び作業環境の形状モデルを実作業環境位置
にシミュレートしたり、作業用アーム９の動特性の計算
を行なう演算手段となっている。なお、立体形状モデル
作成手段１３は、計算機３とは別個の計算機で構成する
こともできる。

前記グラフィックディスプレイ５は、前記形状モデルを
表示する。

前記画像処理装置７は前記作業用アーム９の動きを捉え
る宇宙側のステレオカメラ１７からの画像信号を基に作
業用アーム９とその作業環境の位置関係を演算処理して
求め、これを計算機３に送る。

次に、この教示装置を用いて遠隔操作ロボットの作業用
アームリに動作を教示する手順を説明する。

まず、計算機３内に立体形状モデル作成手段１３を用い
て作業用アーム９と作業環境要素、例えば関連機器、作
業対象物、それに障害物等との立体形状モデルを構築し
ておく。

次に、宇宙側のステレオカメラ１７の映像を画像処理し
た作業環境の位置情報や各種センサ１５等のセンサ情報
を基に前記立体形状モデルを実作業環境位置に対応して
配置したモデルをシミュレートし、これを地上側のグラ
フィックディスプレイ５に表示する。

次に、このグラフィックディスプレイ５の表示画面を見
ながら教示用アーム１を操作して所望の教示作業を行な
う。この時、作業用アーム９に同一の作業を実行させる
のに必要なアーム各関節の目標値データが自動的に作成
され、計算機３に記憶される。同時にグラフィックディ
スプレイ５にはモデル化された作業用アーム９と作業環
境との動きがリアルタイムでシミュレートされ、作業者
はその動きを見ながら、極めて容易に教示作業を行なわ
せることができる。

また、グラフィックディスプレイ５において、作業用ア
ーム９のモデルと、関連機器、作業対象物、障害物等の
作業環境のモデルとが所定接近距離を超えた場合には、
計算機３が教示用アーム１の制動機構２１に指令を出し
、作業者にこれを反力として知らせる。すなわち、制動
機構２１のパラＦ２２ａ、２２ｂは、作業用アーム９の
形状モデルと作業環境の形状モデルとの接近距離に比例
してディスク２５を挟圧し、第１アーム２２と第２アー
ム２４との相対回動は制動される。第１アーム２２と第
２アーム２４との相対回動が制動されると、この制動は
反力として作業者に伝達され、作業者は作業用アームつ
と作業環境とが接近して衝突する恐れがあることを確認
できる。

ここでグラフィックディスプレイ５を見ながら、作業用
アーム９の操作に集中していると、グラフィックディス
プレイ５においてこの作業用アームリの形状モデルと作
業環境の形状モデルとが視野外で接触するのを看過する
ことがある。しかし、作業用アームリの形状モデルが作
業環境形状の形状モデルに接近すると、この接近は反力
によって作業者が確認できるので、宇宙においても作業
用アーム９と作業環境とが接近して衝突するという事態
は回避される。この場合の反力は作業用アーム９のモデ
ルと作業環境のモデルとが接近している間ヰ生じており
、教示用アーム１の操作でこの接近が無くなると計算機
３の指令で反力が消滅する。なお、反力はこのような継
続的なものでなく、単発的、間欠的なものでもよい。

教示作業が終了すると計算機３では、教示データを基に
自動的にこの動作に最適な制御パラメータを決定し、教
示データと共にこれを作業用アーム９に送り、所望の作
業を実行させる。

作業用アーム９での作業が開始されると、作業用アーム
９の動きとタイミングを取りながらグラフィックディス
プレイ５に前記形状モデルを用いてその動作を表示する
。

一方、制動機構２１は回転軸２３ｂに回転されたディス
ク２５をバット２２ａ、２２ｂで挟圧する機構とせずに
モータとし、モータによって前記相対的回動を制動して
もよい。

［発明の効果］ 以上より明らかなようにこの発明の構成によれば、教示
作業中にの形状モデル相互が接近した時、教示アーム各
軸に反力を知らせるようにしたので、形状モデル相互の
干渉を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる遠隔操作ロボット
の教示装置を示す概念図、第２図（ａ）。 （ｂ）は制動機構の一例を示す概略図であり、第２図（
ａ）は牙の制動機構の正面図、第２図（ｂ）は制動機構
の側面図である。 る。 ３・・・計算機 ５・・・グラフィックディスプレイ ９・・・作業用アーム １３・・・立体形状モデル作成手段 １５・・・各種センサ Ａ・・・教示装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）作業用アームと、この作業用アームの作業教示用
   に設けられた教示用アームと作業用アーム及び作業環境
   の形状モデルを作成する立体形状モデル作成手段と、前
   記教示用アーム及び前記作業用アームの動きを各々のア
   ームに付属する各種センサからの情報をもとに前記形状
   モデルの位置姿勢を演算シミュレートする演算手段と、
   この形状モデルを表示するグラフィックディスプレイと
   を備えてなる遠隔操作ロボットの教示装置において、教
   示作業中に前記作業用アームの形状モデルと前記作業環
   境の形状モデルとが接近した時に、前記教示用アーム各
   軸に反力を発生させて前記形状モデル間の干渉を未然に
   防止するようにしたことを特徴とする遠隔操作ロボット
   の教示装置。