JPH04354684A - 車載用作業ロボット - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遠隔操作形マニピュレー
タとして使用される車載用作業ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、高圧配電線などの電気工事を行な
う場合、給電線を活線状態で作業を行なう要求が多くな
っている。加えて、この種の作業は電柱の上など高所で
行われることが多い。従来、この種の作業を実施するた
めに作業員が電柱に登り、ホットスティック工法により
高所作業を行なっているが、感電、墜落等の危険があっ
た。

【０００３】このため最近では高所作業車上に作業用ロ
ボットを搭載して、同車両の助手席を改造したキャビン
内のフロントガラス前部に映像モニタを助手席側に設け
、この映像モニタに映し出される作業用ロボットの視覚
装置からの映像を見ながら作業者がマスタアーム等のマ
ニピュレータを操作することにより、遠隔にて電気工事
を安全に実施するロボット工法が考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の遠隔操作形ロボットは活線状態のまま安全に作業を
行なうことが可能であるが、視覚装置からの映像をキャ
ビン内の映像モニタを通してロボットの運転状態や周囲
の状況を監視しているため、作業者はマニピュレータの
操作と視覚装置の動作スイッチの操作を同時に行なわな
ければならない。このため、作業者の注意力が分散され
ることから電気工事を円滑かつ安全に行うことが難しい
という問題があった。そこで、本発明の目的はマニピュ
レータ操作に支障なく作業上必要な映像情報を確保する
ことができる信頼性の高い車載用作業ロボットを提供す
るにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、高所作業車の助手席を操作室とし、且つロ
ボット本体に設けられ駆動機構により駆動される視覚装
置からの必要とする操作視覚情報を監視しながら遠隔操
作により対象作業を行なう車載用作業ロボットにおいて
、前記助手席座席の台座と車両との取付部に設けられた
複数個の荷重検出器と、これら各荷重検出器により検出
された荷重検出信号が入力されると作業者の重心変化を
認識すると共にその出力変化の望ましいパターンを学習
する学習機能を有し、且つこの学習機能により以後の荷
重検出信号の入力に対して重心変化に対応した駆動指令
を前記視覚装置の駆動機構に与える制御手段とを備えた
ものである。

【０００６】

【作用】このような構成の車載用作業ロボットにおいて
は、ロボット本体の操作前に複数個の荷重検出器から入
力される各検出信号の変化のうち望ましいパターンを制
御手段の初期学習機能により初期学習させておくことに
より、以後の作業者の重心変化に対応した駆動出力指令
を視覚装置の駆動機構に与えることが可能となるので、
従来必要であった視覚装置の駆動機構の各駆動源の動作
スイッチが不要となり、作業者はロボット本体の操作に
専念することができる。

【０００７】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【０００８】図１は本発明を適用した車載用作業ロボッ
トの設置場所近傍の鳥瞰図を示したものである。この作
業ロボットは図１に示すように、高所作業車１上に取付
けられた伸縮および旋回可能なブーム２の先端部に周囲
を確認する視覚装置３とスレーブアーム４とを備えたロ
ボット本体５を取付け、高所作業車１のブーム２を伸ば
しスレーブアーム４を操作して図示しないマニピュレー
タ制御装置を介してロボット本体５を動作させることに
より、電柱６に取付けられた碍子や変圧器を専用工具７
を用いて交換するものである。

【０００９】また、車両の助手席を改造したキャビン８
内のフロントガラス前部に映像モニタ９が助手席側に設
けられ、さらにこの映像モニタ９に映し出されるロボッ
ト本体５の視覚装置３からの映像を見ながら作業者１０
が操作するマスタアーム等のマニピュレータ１１と運用
時に用いる操作パネル１２が設けられている。

【００１０】このような車載用作業ロボットにおいて、
本実施例では図２に示すようにキャビン８内の助手席１
３の台座と車両との取付部に作業者の重心移動による荷
重を検出する複数個の荷重検出器１４を設け、この荷重
検出器１４で検出された荷重検出信号を図１に示す視覚
装置３の駆動機構を制御する詳細を後述する制御装置に
入力するようにしたものである。この場合、荷重検出器
１４としては歪ゲージが用いられ、助手席の四隅にそれ
ぞれ配置される。図３は制御装置１５の内部構成例を示
すものである。

【００１１】図３において、１６は前述した荷重検出器
１４ａ〜１４ｄで検出された荷重検出信号Ｓａ〜Ｓｄが
入力されるニューラルネットワークで、このニューラル
ネットワーク１６は作業者の重心変化を検出してその出
力変化の望ましいパターンを初期学習する学習機能を有
し、この学習機能により以後の重心変化に対して駆動出
力指令、即ちパン指令とチルト指令を送出するものであ
る。また、１７，１８はこのニューラルネットワーク１
６より出されるパン指令およびチルト指令が入力される
と、視覚装置駆動機構のパン用モータ１９およびチルト
用モータ２０を制御するパン用ドライバおよびチルト用
ドライバである。さらに、２１は荷重変換制御装置１５
のニューラルネットワーク１６に動作開始指令を与える
駆動学習スイッチである。次に上記のように構成された
車載用作業ロボットの作用を述べる。

【００１２】いま、助手席１３の台座に配設された荷重
検出器１４ａ〜１４ｄと作業者１０が重心移動したとき
に発生する視覚装置３への指令方向との関係を模式化す
ると図４に示す如くなる。即ち、補助席１３の座席中央
に作業者の重心があるときを基準に、作業者の前後方向
の重心移動に対しては視覚装置のチルト方向（“上げ”
、“下げ”）とし、左右方向の重心移動に対しては視覚
装置のパン方向（ＣＷ，ＣＣＷ）として指令が送出され
るようになっている。

【００１３】まず、ロボット作業時の動作について説明
する。作業者１０が電気工事の各作業を遂行する上で視
覚装置３を移動させ、その映像を観測する必要が生じた
場合に、動作開始時点で駆動学習スイッチ２１をオンす
る。その後作業者１０が重心移動を行い、例えば図５に
示した入力パターンＡになったとする。この場合、荷重
検出器１４ａ，１４ｄの荷重検出信号Ｓａ，Ｓｄは共に
他の荷重検出器１４ｂ，１４ｃの荷重検出信号Ｓｂ，Ｓ
ｄよりも大きくなっている。このときニューラルネット
ワーク１６の学習機能は、後述する指令学習結果により
荷重検出器の出力パターンが図４に示すチルト方向“下
げ”指令と解釈し、チルト用ドライバ１８を駆動する。

【００１４】他方、入力パターンＢ、つまり荷重検出器
１４ｂの荷重検出信号Ｓｂのみが他よりも大ならば、学
習の仕方によりチルト方向“上げ”とパン方向“ＣＣＷ
”の同時駆動指令を生成することも、視覚装置３のモー
タ駆動禁止にも設定できる。また、これらの例では駆動
方向のみについて説明したが荷重検出器１４ａ〜１４ｄ
の各出力の大きさに比例した駆動速度の生成についても
初期学習させることも可能である。次に指令学習時の動
作について説明する。

【００１５】本発明では荷重変換制御装置１５の入出力
関係の獲得にニューラルネットワーク１６を用いて、計
算機の知識を有さない操作者でも容易に視覚装置３の駆
動指令を生成できる点に特徴がある。ここで、ニューラ
ルネットワーク１６の動作原理を図５および図６を用い
て説明する。ニューラルネットワークは図６に示したニ
ューロンユニットを入力層（ＩＮＰＵＴ　ＬＡＹＥＲ）
、中間層（ＨＩＤＥＮ　ＬＡＹＥＲ）、出力層（ＯＵＴ
ＰＵＴ　ＬＡＹＥＲ）　に向けて接続した構成を有し、
数種の入力パターンを組合わせて出力パターンを可変で
きるものである。

【００１６】ここでのニューロンモデルとは、前層のニ
ューロンからの出力をすべて重み付け加算した結果に、
微分可能な単調増加関数からなる非線形関数を作用させ
て出力を得るものである。よって、この重み係数Ｗｉｊ
を学習により変更することで次層への影響力を可変する
ことができる。

【００１７】そこで、ニューラルネットワークに図４に
示すチルト方向２種（“上げ”、“下げ”）とパン方向
（“ＣＷ”，“ＣＣＷ”）を４つの望ましいパターン（
教師信号）として提示したときにそのパターンに適合し
た出力、即ちモータ指令が得られるように先の重み係数
Ｗｉｊを修正する。この重み付け修正のプロセスを教師
付き学習と称し、そのアルゴリズムはバックプロパゲー
ション法といわれているものである。

【００１８】このような動作原理のニューラルネットワ
ークにより、図５に示したような４つの荷重検出器１４
ａ〜１４ｄの出力パターンから各モータ指令が決定され
ることになる。

【００１９】このように本実施例では、キャビン８内の
助手席１３の台座と車両との取付部に作業者の重心移動
による荷重を検出する複数個の荷重検出器１４を設け、
この荷重検出器１４で検出された荷重検出信号を視覚装
置３を駆動制御する制御装置１５に入力し、ロボット本
体操作前にニューラルネットワーク１６の学習機能によ
り各荷重検出器１４ａ〜１４ｄの出力変化のうち望まし
いパターンを初期学習させておくことにより、以後作業
者の重心変化に対応した視覚装置用駆動力を出力するこ
とができるので、従来必要であった視覚装置の動作スイ
ッチの細かな操作が不要となり、作業者はロボット本体
の操作に専念することができる。したがって、電気工事
を円滑に、且つ安全に行うことができる。

【００２０】なお、上記実施例では作業者の重心の変化
を４個の加重検出器を用いて検出するようにしたが、そ
の個数としては必要に応じ適宜増減することができるも
のである。また、荷重検出器として歪ゲージを用いたが
、圧電素子等他の検出器を使用できることは勿論のこと
である。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ロボ
ット本体の操作と視覚装置の動作スイッチの操作を同時
に行う必要がなくなるので、作業者はロボット本体の操
作に集中することができ、電気工事を円滑に、しかも安
全に行うことができる車載用作業ロボットを提供できる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による車載用作業ロボットの一実施例を
示す作業ロボット操作時の設置場所近傍を含む鳥瞰図。

【図２】同実施例における助手席部の構成図。

【図３】同実施例における制御装置のブロック構成図。

【図４】同実施例において、助手席部に設置された作業
座席に取付けた荷重検出器の配置図。

【図５】図４の制御装置のニューラルネットワークの学
習機能の説明図。

【図６】同じくニューラルネットワークの動作原理図。

【符号の説明】

１……車両、２……ブーム、３……視覚装置、４……ス
レーブアーム、５……ロボット本体、８……キャビン、
９……映像モニタ、１１……マニピュレータ、１２……
操作パネル、１３……助手席、１４……荷重検出器、１
５……制御装置、１６……ニューラルネットワーク、１
７……パン用ドライバ、１８……チルト用ドライバ、１
９……パン用モータ、２０……チルト用モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高所作業車の助手席を操作室とし、且
   つロボット本体に設けられ駆動機構により駆動される視
   覚装置からの必要とする操作視覚情報を監視しながら遠
   隔操作により対象作業を行なう車載用作業ロボットにお
   いて、前記助手席座席の台座と車両との取付部に設けら
   れた複数個の荷重検出器と、これら各荷重検出器により
   検出された荷重検出信号が入力されると作業者の重心変
   化を認識すると共にその出力変化の望ましいパターンを
   学習する学習機能を有し、且つこの学習機能により以後
   の荷重検出信号の入力に対して重心変化に対応した駆動
   指令を前記視覚装置の駆動機構に与える制御手段とを備
   えたことを特徴とする車載用作業ロボット。