JPH08154321A - 遠隔操作ロボット - Google Patents

遠隔操作ロボット

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JPH08154321A
JPH08154321A JP29522594A JP29522594A JPH08154321A JP H08154321 A JPH08154321 A JP H08154321A JP 29522594 A JP29522594 A JP 29522594A JP 29522594 A JP29522594 A JP 29522594A JP H08154321 A JPH08154321 A JP H08154321A
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JP
Japan
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slave arm
image
moving mechanism
hand
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Application number
JP29522594A
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English (en)
Inventor
Shigeru Tamura
尉 田村
Kazuo Aoyama
和夫 青山
Kumiko Suzuki
久美子 鈴木
Nobuo Kikuchi
伸夫 菊地
Satoshi Mimura
聡 三村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 操作性の向上した遠隔操作ロボットを提供す
る。 【構成】 車両に対して回転可能に取り付けられた移動
機構部と、この移動機構部の一端側に取り付けられ、作
業対象物に対して作業を行なう作業ロボットと、を備え
た遠隔操作ロボットにおいて、前記作業対象物からの前
記作業用ロボットの相対位置を計測する相対位置計測機
構（３１〜３５）と、前記作業ロボットが前記作業対象
物に対する作業を行なうに最適な位置に移動した際に、
前記相対位置を記憶する記憶部（３６）と、前記記憶部
に記憶された作業対象物からの相対位置を、前記車両か
らの相対位置に座標変換する座標変換部（３６）と、こ
の座標変換部によって得られた相対位置に、前記作業ロ
ボットを前記移動機構部を駆動することによって自動的
に移動する駆動部（４０）と、を備えたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、配電線作業等
に用いられる遠隔操作ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】配電線に対する活性・高所作業などでは
危険が伴うため、人手作業に代わって遠隔操作形のロボ
ットが使用されている。
【０００３】この作業用のロボットは、通常移動可能な
車両上に設けられたブームと呼ばれる移動機構部先端に
取り付けられ、作業者は、肉眼または移動機構部先端に
取り付けられたテレビカメラの映像を確認しながら移動
機構部を操作し、作業用ロボットを作業対象物である電
柱に移動させて電柱または配電線に対する作業を行なっ
ていた。
【０００４】上記作業用ロボットに用いられるマスタス
レーブ型のマニュピュレータにおいては、マスタアーム
に対するスレーブアームの追従比が一定である場合、作
業対象物が遠く、スレーブアームの手先を近づける場合
など、大きい動作をするときはマスタアームを大きく、
また作業対象物に対してスレーブアーム手先部に設けた
工具で作業を行うなど、細かい動作をするときは、マス
タアームを細かく操作する必要があった。
【０００５】また、マスタアームに対するスレーブアー
ムの追従比を手動で設定できるマスタスレーブ・マニピ
ュレータもあるが、オペレータが作業内容に合わせて追
従比を設定しなければならなかった。
【０００６】図２１は、この種のマスタスレーブ・マニ
ュピュレータの構成を説明する機能ブロック図である。
【０００７】まず、オペレータがマスタアームを操作す
ると、マスタアーム各軸に取り付けられたマスタアーム
各軸モータ１に速度指令信号が出力されるとともに、マ
スタアーム各軸に取り付けられたマスタアーム位置検出
器２によりマスタアームの位置が検出される。
【０００８】このマスタアーム位置検出器２によって検
出されたマスタアームの位置データは、マスタアーム手
先位置算出手段３に供給される。
【０００９】マスタアーム手先位置算出手段３は、マス
タアーム位置検出器２から供給されたマスタアーム位置
に基づいてマスタアーム手先位置を算出する。
【００１０】マスタアーム手先位置算出手段３によって
算出されたマスタアーム手先位置データは、座標変換手
段４に供給される。
【００１１】座標変換手段４は、マスタアーム手先位置
算出手段３より供給されたマスタアーム手先位置データ
を、スレーブアームの座標系に座標変換し、この座標変
換された手先位置データを追従比手動設定手段５に供給
する。
【００１２】追従比手動設定手段５は、座標変換手段４
より供給されたマスタアーム手先位置データに、追従比
手動設定手段５で設定された追従比をかけ、スレーブア
ーム目標位置を算出する。
【００１３】一方、スレーブアーム各軸に取り付けられ
たスレーブアーム位置検出器６によりスレーブアーム位
置を検出し、スレーブアーム位置データとしてスレーブ
アーム手先位置算出手段７に供給する。
【００１４】スレーブアーム手先位置算出手段７は、ス
レーブアーム位置検出器６から供給されたスレーブアー
ム位置データからスレーブアーム手先位置データを算出
する。
【００１５】そして、追従比手動設定手段５より供給さ
れるスレーブアーム目標位置とスレーブアーム手先位置
算出手段７より供給されるスレーブアーム手先位置デー
タを比較して位置偏差を求め、速度指令演算手段８に供
給する。
【００１６】速度指令演算手段８は、前記位置偏差より
スレーブアーム手先の速度指令を生成し、速度指令分解
手段８に供給する。
【００１７】速度指令分解手段８は、供給された速度指
令をスレーブアーム各軸に分解し、スレーブアーム各軸
モータ９に速度指令を出力して、スレーブアーム各軸モ
ータ９を駆動する。
【００１８】一般に、マスターアームとスレーブアーム
が離れて設けられている遠隔操作型のマスタスレーブ・
マニピュレータでは、オペレータはスレーブアーム付近
に設置されるカメラからの映像をモニタで受信し、この
モニタ映像を見ながらマスターアームの操作を行なう。
【００１９】このカメラは一般に、適切な画界を得るた
め、位置、姿勢、倍率を遠隔操作で調整できるが、スレ
ーブアームが作業対象物に接近するアプローチの最終段
階に於いては、作業対象部がスレーブアーム手先部の陰
になるため、一旦、マスターアームの操作を中断して、
作業対象部が見える位置にカメラを移動操作する必要が
ある。
【００２０】勿論、スレーブアームの接近方向を考慮し
てカメラ位置を予め決めることは可能であるが、作業の
全段階でそのカメラ位置が好適とは限らないため、カメ
ラ位置の調整は一般に必要となる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】上述の構成の遠隔操作
ロボットにおいては、作業対象物に対して作業を行なう
際に、作業者の肉眼では電柱または配電線と作業ロボッ
トとの細部の接触が正確に確認できなかった。
【００２２】また、テレビカメラの映像では距離感が分
かりづらく且つ限られた範囲しか確認できないため、作
業用ロボットの作業位置への移動が困難で作業効率が低
下するとともに、電柱あるいは配電線と作業ロボットが
接触して破損する危険性等の欠点があった。
【００２３】また、移動機構部自体が移動可能な車両に
設けられているため、車両と電柱との相対位置が規定で
きず、移動機構部の位置情報のみを使用した自動動作機
能では移動機構部または作業用ロボットと電柱との接触
の危険性がある。
【００２４】更に、離れている作業対象物ヘスレーブア
ームの手先を近づける場合など、大きい動作をするとき
は、マスタアームを大きく、作業対象物に対して作業を
行う場合にはマスタアームを細かく操作しなければなら
ず、オペレータの負担が大きいという欠点がある。
【００２５】また、マスタスレーブ・マニピュレータ
を、カメラの映像を見ながら遠隔操作する場合には、カ
メラの倍率によって、同じマスタアーム操作量に対する
モニタ上でのスレーブアーム動作量が変わるため、モニ
タを見ながらの操作性が低下するという欠点もある。
【００２６】マスタアームに対するスレーブアームの追
従比を手動で設定変更できる場合でも、この操作を行う
ためには、オペレータが、作業内容やカメラ倍率に合わ
せて追従比を設定しなければならず、操作が煩雑になる
という欠点がある。
【００２７】更に、作業対象物へスレーブアームの手先
が接近あるいは接触する段階で、スレーブアームの手先
が作業対象部をカメラの視線から隠すのを回避するた
め、マスタアームの操作を中断してカメラの位置、姿勢
を変える操作を行なわねばならず、操作が煩雑になると
いう欠点がある。
【００２８】この場合、予めスレーブアーム手先が作業
対象部を隠さないようカメラ位置を選んでおくことは可
能であるが、このようなカメラ位置では立体カメラを使
用している場合、途中の接近段階での映像が操作に好適
でない場合も多く、操作性を低下させることとなり、ま
た、作業の全段階でスレーブアーム手先が作業対象部を
隠さないカメラ位置を設定するのは困難である。
【００２９】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、その第１の目的は、操作性の向上した遠隔操作ロ
ボットを提供することを目的とする。
【００３０】また、本発明の第２の目的は、作業用ロボ
ットと作業対象物との相対位置を計測でき、これを基に
自動で移動機構部を動作させることでロボット移動作業
の効率向上を図ることができる遠隔操作ロボットを提供
することを目的とする。
【００３１】さらに、本発明の第３の目的は、作業対象
物に対する相対位置で移動機構部の動作を規制すること
で、作業ロボットと作業対象物の干渉を回避できる遠隔
操作ロボットを提供することを目的とする。
【００３２】さらに、本発明の第４の目的は、作業用マ
ニピュレータと作業対象物との相対位置を計測でき、こ
れを基にコンピュータグラフィックにて作業状態を表示
し、遠隔操作ロボット移動作業の効率向上を図ることが
できる遠隔操作ロボットを提供することを目的とする。
【００３３】さらに、本発明の第５の目的は、作業用マ
ニピュレータおよび移動機構と電柱との干渉を前もって
作業者に知らせ、干渉の危険性を回避できる遠隔操作ロ
ボットを提供することを目的とする。
【００３４】さらに、本発明の第６の目的は、スレーブ
アーム手先部が作業対象物にふれるまではマスタアーム
に対するスレーブアームの追従比を自動的に大きく設定
し、スレーブアーム手先部が作業対象物にふれたときマ
スタアームに対するスレーブアームの追従比を自動的に
小さく設定する手段を設けることにより、オペレータの
マスタアーム操作量を変えずに、スレーブアームを細か
く動作させることができる遠隔操作ロボットを提供する
ことを目的とする。
【００３５】さらに、本発明の第７の目的は、カメラの
倍率によらず、同じマスタアーム操作量に対するモニタ
上でのスレーブアーム手先部の動作量が自動的に一定と
なる遠隔操作ロボットを提供することを目的とする。
【００３６】さらに、本発明の第８の目的は、スレーブ
アーム手先部が作業対象物に接近して作業対象部をカメ
ラの視線上から隠そうとした場合に、これを回避する位
置に自動的にカメラを移動し、あるいはスレーブアーム
手先部に設けた別のカメラに映像を切り換え、作業対象
部がモニタ映像上でスレーブアーム手先部に隠されるの
を防止することができる遠隔操作ロボットを提供するこ
とを目的とする。
【００３７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、まず、請求項１に係る発明の遠隔操作ロボットは、
基端側が移動可能な車両に対して設けられた回転且つ伸
縮自在な移動機構部と、この移動機構部の先端側に取り
付けられ、作業対象物に対して作業を行なう作業ロボッ
ト本体と、を備えて成る遠隔操作ロボットにおいて、前
記作業対象物に対する前記作業用ロボット本体の相対位
置を計測する相対位置計測手段と、前記作業ロボット本
体が前記作業対象物に対して作業を行なうのに最適な位
置に移動した際に、前記相対位置計測手段によって計測
された前記相対位置を記憶する記憶手段と、この記憶手
段に記憶された前記作業ロボット本体の作業対象物に対
する相対位置を、前記車両に対する相対位置に座標変換
する座標変換手段と、この座標変換手段によって得られ
た相対位置に前記作業ロボット本体を自動的に移動する
ように、前記移動機構部を駆動する駆動手段と、を備え
たことを特徴とする。
【００３８】また、請求項２に係る発明の遠隔操作ロボ
ットは、基端側が移動可能な車両に対して設けられた回
転且つ伸縮自在な移動機構部と、この移動機構部の先端
側に取り付けられ、作業対象物に対して作業を行なう作
業ロボット本体と、を備えて成る遠隔操作ロボットにお
いて、前記作業対象物に対する前記作業用ロボット本体
の相対位置を計測する相対位置計測手段と、前記作業用
ロボット本体が前記作業対象物に対して作業を行なうの
に最適な位置に移動した際に、前記相対位置計測手段に
よって計測された前記相対位置を記憶する記憶手段と、
この記憶手段に記憶された前記作業用ロボット本体の作
業対象物に対する相対位置を、前記車両に対する相対位
置に座標変換する座標変換手段と、この座標変換手段に
よって得られた相対位置に前記作業用ロボット本体を自
動的に移動するように、前記移動機構部を駆動する駆動
手段と、前記作業用ロボット本体の前記作業対象物に対
する動作規制範囲を設定する動作規制範囲設定手段と、
前記駆動手段による前記作業用ロボット本体の移動範囲
を、前記動作規制範囲設定手段によって設定された動作
規制範囲外となるように制御する制御手段と、を備えた
ことを特徴とする。
【００３９】さらに、請求項３に係る発明の遠隔操作ロ
ボットは、基端側が移動可能な車両に対して設けられた
回転且つ伸縮自在な移動機構部と、この移動機構部の先
端側に取り付けられ、作業対象物に対して作業を行なう
作業ロボット本体と、を備えて成る遠隔操作ロボットに
おいて、前記作業対象物に対する前記作業用ロボット本
体の相対位置を計測する相対位置計測手段と、前記作業
用ロボット本体の位置及び前記移動機構部の移動位置を
検出する位置検出手段と、予め定められた前記作業対象
物の形状を記憶する第１の記憶手段と、前記移動機構部
及び前記作業用ロボット本体の形状を記憶する第２の記
憶手段と、所望の画像の視点・方向・画角を入力する入
力手段と、前記第２の記憶手段により記憶された形状、
前記位置検出手段により検出された位置、及び前記入力
手段により入力された視点・方向・画角を基に、入力さ
れた視点・方向・画角の画像を生成する第１画像生成手
段と、前記第１の記憶手段により記憶された前記作業対
象物の形状、前記相対位置計測手段より検出された相対
位置、前記第１の記憶手段により記憶された形状、及び
前記入力手段により入力される視点・方向・画角を基
に、入力された視点・方向・画角の画像を生成する第２
画像生成手段と、前記相対位置計測手段により検出され
る相対位置を基に、前記第１画像生成手段と前記第２画
像生成手段より出力される画像の合成を行なう画像合成
手段と、この画像合成手段によって得られた合成画像を
表示する画像表示手段と、を備えたことを特徴とする。
【００４０】さらに、請求項４に係る発明の遠隔操作ロ
ボットは、請求項３記載の遠隔操作ロボットにおいて、
前記画像合成手段によって得られた合成画像中の前記作
業対象物と、前記作業ロボット及び前記移動機構部との
間の間隔をそれぞれ算出する間隔算出手段と、この間隔
算出手段によって得られた間隔が所定値以下の場合に、
前記合成画像中に前記作業対象物と、前記作業用ロボッ
ト本体又は前記移動機構部とが干渉した旨のメッセージ
を表示するメッセージ表示手段と、を備えたことを特徴
とする。
【００４１】さらに、請求項５に係る発明の遠隔操作ロ
ボットは、基端側が移動可能な車両に設けられ、回転且
つ伸縮自在な移動機構部と、この移動機構部の先端側に
取り付けられ、作業対象物に対して作業を行なう作業ロ
ボット本体と、を備えて成る遠隔操作ロボットにおい
て、前記作業用ロボットに設けられ、前記作業対象物に
対して作業を行なうスレーブアームと、このスレーブア
ームの操作を行なうマスタアームと、前記スレーブアー
ムに取り付けられた力センサと、この力センサに外部か
ら働く力を算出する外力算出手段と、この外力算出手段
によって算出された力を基に、前記マスタアームに対す
る前記スレーブアームの追従比を自動的に設定する追従
比設定手段と、この追従比設定手段によって設定された
追従比となるように前記スレーブアームを駆動する駆動
手段と、を備えたことを特徴とする。
【００４２】さらに、請求項６に係る発明の遠隔操作ロ
ボットは、基端側が移動可能な車両に設けられ、回転且
つ伸縮自在な移動機構部と、この移動機構部の先端側に
取り付けられ、作業対象物に対して作業を行なう作業ロ
ボット本体と、を備えて成る遠隔操作ロボットにおい
て、前記作業用ロボット本体に設けられ、前記作業対象
物に対して作業を行なうスレーブアームと、このスレー
ブアームの手先位置を検出するスレーブアーム手先位置
検出手段と、前記スレーブアームの操作を行なうマスタ
アームと、前記スレーブアーム近傍に設置され前記作業
対象物を撮像する撮像手段と、この撮像手段の倍率を検
出する倍率検出手段と、前記撮像手段の画界を算出する
画界算出手段と、前記画界算出手段によって算出された
画界内に前記スレーブアーム手先位置検出手段によって
求められたスレーブアームの手先位置が存在する場合
に、前記倍率検出手段によって検出された前記撮像手段
の倍率に反比例する前記マスタアームに対する前記スレ
ーブアームの追従比を自動的に設定する追従比設定手段
と、この追従比設定手段によって設定された追従比とな
るように前記スレーブアームを駆動する駆動手段と、を
備えたことを特徴とする。
【００４３】さらに、請求項７に係る発明の遠隔操作ロ
ボットは、基端側が移動可能な車両に設けられ、回転且
つ伸縮自在な移動機構部と、この移動機構部の先端側に
取り付けられ、作業対象物に対して作業を行なう作業ロ
ボット本体と、を備えて成る遠隔操作ロボットにおい
て、前記作業用ロボット本体に設けられ、前記作業対象
物に対して作業を行なうスレーブアームと、このスレー
ブアームの手先位置を検出するスレーブアーム手先位置
検出手段と、前記スレーブアームの手先の移動ベクトル
を算出するスレーブアーム手先移動ベクトル演算手段
と、前記スレーブアームの操作を行なうマスタアーム
と、前記スレーブアーム近傍に設置され前記作業対象物
を撮像する撮像手段と、この撮像手段の画界を算出する
画界算出手段と、前記作業対象物の位置を検出する作業
対象物位置検出手段と、前記画界算出手段によって算出
された画界、前記スレーブアーム手先位置検出手段によ
って算出されたスレーブアームの手先位置、前記スレー
ブアーム手先移動ベクトル演算手段によって算出された
スレーブアームの手先の移動ベクトルを基に、前記画界
内において前記作業対象物と前記スレーブアームの手先
位置の重なりが算出された場合、前記スレーブアーム手
先に対する前記撮像手段の回避位置と前記作業対象物の
前記画界内での相対位置を前記撮像手段が回避する前と
ほぼ同じ位置に保つ姿勢を自動的に算出する回避位置・
姿勢演算手段と、この回避位置・姿勢演算手段によって
算出された前記撮像手段の回避位置・姿勢となるように
前記撮像手段を駆動する駆動手段と、を備えたことを特
徴とする。
【００４４】さらに、請求項８に係る発明の遠隔操作ロ
ボットは、基端側が移動可能な車両に設けられ、回転且
つ伸縮自在な移動機構部と、この移動機構部の先端側に
取り付けられ、作業対象物に対して作業を行なう作業ロ
ボット本体と、を備えて成る遠隔操作ロボットにおい
て、前記作業用ロボット本体に設けられ、前記作業対象
物に対して作業を行なうスレーブアームと、このスレー
ブアームの手先位置を算出するスレーブアーム手先位置
算出手段と、前記スレーブアーム近傍に設置され前記作
業対象物を映し出す撮像手段と、前記スレーブアームの
手先に設けられたスレーブアーム手先撮像手段と、前記
撮像手段の画界を算出する画界算出手段と、前記作業対
象物の位置を算出する作業対象物位置検出手段と、前記
画界算出手段によって算出された画界、前記作業対象部
位置算出手段によって算出された前記作業対象部位置及
び前記スレーブアーム手先位置算出手段によって算出さ
れたスレーブアームの手先位置を基に、前記画界内にお
いて前記作業対象物と前記スレーブアームの手先位置の
重なりが算出された場合、前記撮像手段の映像から前記
スレーブアーム手先撮像手段の映像に切り替える切替手
段と、この切替手段によって切り替えられた前記スレー
ブアーム手先撮像手段の映像を映し出すモニタと、を備
えたことを特徴とする。
【００４５】
【作用】従って、まず、請求項１に係る発明の遠隔操作
ロボットにおいては、作業用ロボットが作業を行なうに
最適な位置に移動した際に、作業対象物からの作業用ロ
ボットの相対位置を記憶手段に記憶し、この記憶手段に
記憶された作業対象物からの相対位置を、車両からの相
対位置に座標変換して、この座標変換された位置に作業
用ロボットを移動機構部を駆動することによって自動的
に移動するので、作業者が移動機構を操作する必要がな
く、ロボット移動作業の効率向上を図ることができる。
【００４６】また、請求項２に係る発明の遠隔操作ロボ
ットにおいては、動作規制範囲設定手段によって設定さ
れた、動作規制範囲外となるように、作業用ロボットの
移動を行なうような制御が自動的に行なわれるので、作
業者が特に注意せずに移動機構部を操作しても作業ロボ
ットと電柱、配電線、機材等との干渉の危険性がなく、
作業者の負担を軽減できるとともに、遠隔操作ロボット
の作業効率が向上する。
【００４７】さらに、請求項３に係る発明の遠隔操作ロ
ボットにおいては、入力手段によって入力された作業者
が希望する画像の視点・方向・画角データに基づいて、
コンピュータグラフィックにて移動機構、作業用ロボッ
トおよび作業対象物の合成画像を任意の視点から任意の
画角にてリアルタイムに表示することができるため、作
業者が作業状況を容易に把握でき、その結果、作業の効
率向上を図ることができる。
【００４８】さらに、請求項４に係る発明の遠隔操作ロ
ボットにおいては、請求項３記載の遠隔操作ロボットに
おいて、間隔算出手段によって、画像合成手段によって
得られた合成画像中の作業対象物と、作業用ロボット及
び移動機構部の間隔を算出し、この間隔が所定値以下の
場合に、メッセージ表示手段によって、合成画像中に所
定のメッセージの表示を行なうので、作業中に作業ロボ
ットが作業対象物に接触する危険を回避することができ
る。
【００４９】さらに、請求項５に係る発明の遠隔操作ロ
ボットにおいては、外力算出手段によって算出された力
を基に、マスタアームに対するスレーブアームの追従比
を自動的に追従比設定手段によって設定し、この追従比
設定手段によって設定された追従比でスレーブアームを
駆動部により駆動するので、オペレータのマスタアーム
操作量を変えずにスレーブアームを細かく動作させるこ
とができ、その結果、操作性の向上した遠隔操作ロボッ
トを提供することができる。
【００５０】さらに、請求項６に係る発明の遠隔操作ロ
ボットにおいては、画界算出手段によって算出された画
界内にスレーブアーム手先位置検出手段によって求めら
れたスレーブアームの手先位置が存在する場合に、倍率
検出手段によって検出された撮像手段の倍率に反比例す
るように、マスタアームに対するスレーブアームの追従
比を追従比設定手段によって自動的に設定するので、同
じマスタアーム操作量に対するモニタ上でのスレーブア
ームの動作量を倍率の変化によらず一定とすることがで
きる。
【００５１】さらに、請求項７に係る発明の遠隔操作ロ
ボットにおいては、撮像手段の画界内において作業対象
物とスレーブアームの手先位置の重なりが算出された場
合、スレーブアーム手先部に対する撮像手段の回避位置
と、作業対象物の画界内での相対位置を撮像手段が回避
する前と同様に保つ姿勢を、回避位置・姿勢演算手段に
よって自動的に算出するので、オペレータがマスタアー
ムの操作を中断して撮像手段の位置修正を行うという煩
雑な操作なしに、モニタ画面上に作業対象部の映像を確
保できる。
【００５２】さらに、請求項８に係る発明の遠隔操作ロ
ボットにおいては、撮像手段の画界内において、作業対
象物とスレーブアームの手先位置の重なりが算出された
場合、切替手段によって、撮像手段の映像からスレーブ
アーム手先撮像手段の映像に切り替えるので、作業に適
したスレーブアーム手先と作業対象部の近接映像がモニ
タに自動的に映し出される。
【００５３】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の第１〜第７の
実施例について説明する。
【００５４】＜第１の実施例＞本発明の第１の実施例に
おいては、図２に示すように、現在位置１４から作業目
標位置１５に自動的に作業ロボットを移動させることが
できる遠隔操作ロボットを考える。
【００５５】図１及び図２は、配電作業を行なうための
遠隔操作ロボットの概略構成を示す図である。
【００５６】図１及び図２に示すように、車両１１上に
は、回転且つ伸縮自在な移動機構部１２が取り付けられ
ており、この移動機構部１２の一端側には、作業者が遠
隔操作を行なうことにより、作業対象物である電柱１３
に対して作業を行なう作業ロボット１４が取り付けられ
ている。
【００５７】次に上記作業ロボット１４の自動移動につ
いて図３及び図４を参照して説明する。
【００５８】まず、図３に示すように、作業開始時に移
動機構部１２を操作して作業用ロボット１４を電柱１３
の作業箇所に近づけ、作業ロボット１４から予め規定さ
れた電柱上のポイントの位置を計測する。
【００５９】この値を電柱座標ロボット位置１６とし、
この値とその時の移動機構部１２の各軸位置により求め
た車両座標上での作業ロボット位置１７より、電柱座標
原点１８と車両座標原点１９の位置関係である車両・電
柱相対位置２０が求められる。
【００６０】以後の移動機構部１２の動作時には、この
車両・電柱相対位置２０と移動機構部各軸位置から求め
られる車両座標ロボット位置１７より、電柱座標ロボッ
ト位置１６が算出される。
【００６１】そして、作業ロボット１４が単位作業毎に
最適位置へ移動した時点で、上記電柱座標ロボット位置
１６を電柱座標教示位置として記憶する。
【００６２】図４に示すように、車両１１の位置が異な
る状態で作業を行なう場合も同様に、作業開始時に車両
・電柱相対位置２０を求めるとともに、電柱座標教示位
置２１を車両座標系へ変換した車両座標教示位置２２を
求める。
【００６３】この位置に対して現在位置１４から自動的
に移動機構部１２を、作業目標位置へ動作させること
で、車両１１と電柱１３の位置関係には影響を受けない
移動機構部１２の移動が行なわれる。
【００６４】図５は、本発明の第１の実施例にかかる配
電作業を行なうための遠隔操作ロボットの制御系の構成
を示す機能ブロック図である。
【００６５】作業ロボットの各関節軸には、作業ロボッ
トの位置を検出するための作業ロボット位置検出器３１
が設けられており、この作業ロボット位置検出器３１の
出力側には、作業ロボット位置検出器３１から供給され
る作業ロボット位置信号に基づいて、作業ロボットの手
先位置を算出する手先位置算出器３２が設けられてい
る。
【００６６】一方、移動機構部には、移動機構部の各関
節軸の位置信号を求める移動機構部位置検出器３３が設
けられており、この移動機構部位置検出器３３の出力側
には、この移動機構部位置検出器３３からの位置信号に
基づいて移動機構部先端の位置を求める移動機構先端位
置算出器３４が設けられている。
【００６７】そして、手先位置算出器３２と移動機構先
端位置算出器３４の出力側には、共通に手先位置算出器
３２から供給される作業ロボットの手先位置信号と、移
動機構先端位置算出器３４から供給される移動機構部先
端位置信号に基づいて、車両と電柱の相対位置を算出す
るための車両・電柱相対位置算出器３５が設けられてい
る。
【００６８】なお、相対位置計測手段は、作業ロボット
位置検出器３１、手先位置算出器３２、移動機構部位置
検出器３３、移動機構先端位置算出器３４、車両・電柱
相対位置算出器３５で構成される。
【００６９】さらに、移動機構先端位置算出器３４の出
力側には、電柱座標における移動機構部の座標位置を算
出し、記憶する電柱座標位置算出・記憶器３６と移動機
構部先端の速度ベクトルを求める直線補間演算器３８が
設けられている。
【００７０】上記車両・電柱相対位置算出器３５の出力
側は、電柱座標位置算出・記憶器３６及び車両座標にお
ける移動機構部の座標位置を算出し、記憶する車両座標
位置算出器３７が設けられており、この車両座標位置算
出器３７の出力側には直線補間演算器３８が設けられて
いる。
【００７１】この直線補間演算器３８の出力側には、直
線補間演算器３８より出力された移動機構先端部の速度
ベクトルを基に移動機構部各関節軸の速度を算出する各
軸速度算出器３９が設けれており、この各軸速度調整器
３９の出力側には、移動機構部を駆動するための移動機
構部駆動装置４０が設けられている。
【００７２】次に、上記のように構成された遠隔操作ロ
ボットの動作について説明する。
【００７３】まず、作業開始時に、図６に示すように、
作業ロボットを操作して、作業ロボットの手先４１で電
柱４２の規定された２ポイントを触り、この時のそれぞ
れの作業ロボットの各関節軸に設けられた作業ロボット
位置検出器３１から得られた作業ロボットの位置から、
手先位置算出器３２にて作業ロボットの手先位置を算出
する。
【００７４】ここで、作業ロボットの手先の位置は回転
軸ｉの座標変換行列をＡi 、平行移動軸Ｊの座標変換行
列をＬj で表すと、作業ロボットの座標原点４３からの
手先への座標変換行列Ｂm は Ｂm ＝Ａ1 Ａ2 ・・・Ａm Ｌ1 Ａm+1 ・・・Ａn Ｌ2 ＝ 1Ａm Ｌ1 m+1 Ａn Ｌ2 …（１） のように表すことができ、これにより図６に示すよう
に、作業ロボットの座標原点４３からみたポイント１の
位置ベクトルＰ1 とポイント２の位置ベクトルＰ2が求
められる。
【００７５】この値から作業ロボット座標原点からみた
電柱の角度θm は Ｑm ＝Ｐ1 −Ｐ2 …（２） θm ＝tan -1（Ｑy ／Ｑx ） …（３） で求められる。
【００７６】この時の移動機構部先端位置は、移動機構
部位置検出器３３で得られる移動機構部の各関節軸の位
置信号から移動機構先端位置算出器３４により座標変換
行列で求められる。
【００７７】この車両の座標原点からみた移動機構部先
端の位置Ｐw と、上記Ｐ1 とθm により車両・電柱相対
位置算出器３５にて車両座標原点からみた電柱の位置Ｐ
t と角度θt が求められる。
【００７８】この値を車両・電柱相対位置算出器３５で
保持するとともに、単位作業毎に作業ロボットの最適位
置に移動機構部を移動完了後に、先端位置を移動機構先
端位置検出器３４で求め、電柱座標位置算出・記憶器３
６によりこれらの値から電柱座標での教示位置を算出し
て記憶する。
【００７９】再生時には、車両座標位置算出器３７にお
いて、車両・電柱相対位置算出器３５から供給される車
両と電柱の相対位置データを基に、記憶されている電柱
座標での教示位置を車両座標系に変換し、移動機構先端
位置算出器３４から得られる現在の先端位置からこの位
置へ直線補間で動作するように直線補間演算器３８で先
端の速度ベクトルを求め、これを移動機構部各関節軸の
速度各軸速度調整器３４にて変換し、移動機構部駆動装
置４０へ供給することにより移動機構部の駆動が行なわ
れる。
【００８０】従って、本発明の第１の実施例にかかる遠
隔操作ロボットによれば、作業開始時に作業対象物と作
業用ロボットの相対位置を計測することにより、予め記
憶させておいた作業目標位置へ自動的に移動機構を動作
させることができるため、作業者が移動機構を操作する
必要がなく、ロボット移動作業の効率向上を図ることが
できる。
【００８１】＜第２の実施例＞次に、本発明の第２の実
施例について図面を参照して説明する。
【００８２】すなわち、本発明の第２の実施例における
遠隔操作ロボットにおいては、移動機構部動作時に、作
業ロボットと電柱、配電線あるいは電柱に設置してある
機材とが接触する危険性がある範囲を車両座標系におい
て算出し、これを図７に示すような、電柱（作業対象
物）５１に対する規制範囲５２として移動機構部動作時
にその範囲の表面をならわせるように移動機構部を制御
することにより、電柱、配電線または機材などの破損を
防ぐことを特徴としている。
【００８３】図８に、本発明の第２の実施例にかかる遠
隔操作ロボットの制御系の構成を示す機能ブロック図を
示す。
【００８４】なお、図５と同一部分には同一符号を付し
てその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ
説明する。
【００８５】すなわち、本発明の第２の実施例にかかる
遠隔操作ロボットにおいては、電柱座標位置算出・記憶
器３６、車両座標位置算出器３７、直線補間演算器３８
に代えて、規制範囲設定器６１、車両座標範囲算出器６
２、操作器６３、先端速度算出器６４を設ける。
【００８６】上記規制範囲設定器６１は、電柱座標系の
移動機構部の動作規制範囲を設定するもので、この規制
範囲設定器６１の出力側には、車両座標範囲算出器６２
が設けられている。
【００８７】車両座標範囲算出器６２の入力側には、上
記規制範囲設定器６１の他に、車両・電柱相対位置検出
器３５が設けられると共に、その出力側には、移動機構
部の先端速度を算出する先端速度算出器６４が設けられ
ている。
【００８８】この先端速度算出器６４の入力側には、上
記車両座標範囲算出器６２の他に、移動機構部の先端位
置を算出する移動機構先端位置算出器３４と操作器６３
が設けられており、この先端速度算出器６４の出力側に
は、移動機構部の各関節軸の速度を算出する各軸速度調
整器３９が設けられている。
【００８９】次に、上記のように構成した本発明の第２
の実施例にかかる遠隔操作ロボットの動作について説明
する。
【００９０】まず、規制範囲設定器６１にて電柱座標系
で設定された移動機構部の動作規制範囲を設定し、車両
座標範囲算出器６２に出力する。
【００９１】車両座標範囲算出器６２は、規制範囲設定
器６１から供給される電柱座標系で設定された移動機構
部の動作規制範囲を車両座標系の動作規制範囲に変換し
て先端速度算出器６４に出力する。
【００９２】先端速度算出器６４は、この車両座標系に
変換された動作規制範囲と移動機構先端位置算出器３４
から得られる現在の先端位置を比較し、規制範囲内にあ
る場合はもっとも距離の近い規制面から範囲内部に向か
う移動機構先端部の速度成分を、操作器６３の信号を基
に先端速度算出器６４で算出した速度ベクトルから削除
する。
【００９３】以下、この移動機構先端部の速度ベクトル
の削除について説明する。
【００９４】図９に示すように、規制範囲の各境界面７
１の外側の点ａやｂに移動機構部先端がある場合は、そ
の速度ベクトルｖａ，ｖｂは、そのまま各軸速度調整器
３９に出力される。
【００９５】ｃ点のように動作中に先端位置が境界面に
達した場合は、速度ベクトルの境界面法線の規制範囲内
への方向成分ｖｃ′′を削除する。
【００９６】これにより、移動機構先端部の速度成分
は、動作規制範囲境界面に沿う速度成分のみとなり、こ
れが各軸速度調整器３９に出力される。
【００９７】そして、この速度ベクトルを各軸速度調整
器３９にて移動機構部の各軸の速度に変換し、移動機構
部駆動装置４０に出力することで移動機構部の駆動が行
なわれる。
【００９８】すなわち、移動機構先端が規制範囲に進入
するような動作を行った場合は、上記作用により規制範
囲表面をなぞるような動作となる。
【００９９】従って、本発明の第２の実施例にかかる遠
隔操作ロボットによれば、作業開始時に作業対象物と作
業用ロボットの相対位置を計測することにより、作業対
象物に対する相対位置で移動機構部の動作を規制するこ
とで、作業用ロボットと作業対象物の干渉を自動的に回
避することができるので、作業者が特に注意せずに移動
機構部を操作しても作業ロボットと電柱、配電線、機材
などとの干渉の危険性がなく、作業者の負担を軽減でき
るとともに、作業効率が向上する。
【０１００】＜第３の実施例＞次に、本発明の第３の実
施例にかかる遠隔操作ロボットについて図面を参照して
説明する。
【０１０１】図１０は、配電作業を例にとった、本発明
の第３の実施例にかかる遠隔操作ロボットの制御系の構
成を示す機能ブロック図である。
【０１０２】同図に示すように、作業ロボットに取り付
けられたマニピュレータと移動機構の位置を検出するマ
ニピュレータ・移動機構位置検出器８１と、マニピュレ
ータ及び移動機構の形状データを記憶するマニピュレー
タ・移動機構形状データ記憶器８２の出力側には、マニ
ピュレータ及び移動機構の画像を生成するためのマニピ
ュレータ・移動機構画像生成部８３が設けられている。
【０１０３】一方、作業対象物である電柱・機材の形状
を記憶する電柱・機材形状データ記憶器８４とマニピュ
レータと電柱との相対位置データを算出する相対位置算
出部８５の出力側には、作業対象物である電柱・機材の
画像を生成するための電柱・機材画像生成部８６が設け
られている。
【０１０４】さらに、上記マニピュレータ・移動機構画
像生成部８３及び電柱・機材画像生成部８６の入力側に
は、作業者が希望する画像の視点・方向・画角が入力さ
れる視点・方向・画角入力器８７が設けられている。
【０１０５】そして、マニピュレータ・移動機構画像生
成部８３及び電柱・機材画像生成部８６の出力側には、
マニピュレータ・移動機構画像生成部８３より供給され
るマニピュレータ・移動機構の画像と電柱・機材画像生
成部８６より供給される電柱・機材画像の干渉を検出す
るための画像合成干渉検出部８６が設けられている。
【０１０６】この画像合成干渉検出部８６の入力側に
は、上記マニピュレータ・移動機構画像生成部８３及び
電柱・機材画像生成部８６の他に、作業対象物と作業ロ
ボットの相対位置を算出する相対位置算出部８５が設け
られるとともに、出力側には、合成された画像を書き込
むための画像用メモリ８７が設けられ、この画像用メモ
リ８８の出力側には、書き込まれた画像を表示するため
の画像表示器８９が設けられている。
【０１０７】次に、上記のように構成した本発明の第３
の実施例にかかる遠隔操作ロボットの動作について説明
する。
【０１０８】まず、マニピュレータ・移動機構位置検出
器８１から供給されるマニピュレータと移動機構の各軸
の位置データと、マニピュレータ・移動機構形状データ
記憶器８２からのマニピュレータ及び移動機構の形状に
関する各データと、視点・方向・画角入力器８７から供
給される各データを基にマニピュレータおよび移動機構
の画像をマニピュレータ・移動機構画像生成部８３にて
生成する。
【０１０９】一方、相対位置算出部８５にて算出された
マニピュレータと電柱との相対位置データと、電柱・機
材形状データ記憶器８４から供給されるマニピュレータ
と電柱の形状に関する各データと、視点・方向・画角入
力器７から供給される各データを基に電柱と機材の画像
を電柱・機材画像生成部８６で生成する。
【０１１０】上記マニピュレータ・移動機構画像生成部
８３と電柱・機材画像生成部８６にて生成されたそれぞ
れの画像を、相対位置算出部８５から供給されるマニピ
ュレータと電柱の相対位置データを基に画像合成・干渉
検出部８６にて合成するとともに、電柱・機材とマニピ
ュレータ・移動機構の干渉をチェックし、間隔が一定以
下の場合は画像に干渉のアラーム表示を加えた後、画像
メモリ８８に書き込む。
【０１１１】そして、この画像メモリ８８に書き込まれ
た画像が画像表示器８９に映し出される。
【０１１２】上記相対位置算出部８５から供給されるマ
ニピュレータと電柱との相対位置データは、上述の第１
の実施例で述べたように、作業者が作業開始時に移動機
構を操作して作業用マニピュレータを電柱の作業箇所に
近づけ、予め決められた電柱上のポイントの位置をマニ
ピュレータを操作して手先で触ることにより、電柱・マ
ニピュレータ相対位置を計測し、この計測された値と、
その時の移動機構の各軸位置とにより求めた車両座標マ
ニピュレータ位置より、電柱座標原点と車両座標原点の
位置関係である車両・電柱相対位置を求めている。
【０１１３】以後の移動機構の動作時には、この車両・
電柱相対位置と移動機構各軸位置から求められる車両座
標マニピュレータ位置より、電柱・マニピュレータ相対
位置が相対位置算出部８５から算出される。
【０１１４】従って、本発明の第３の実施例にかかる遠
隔操作ロボットにおいては、コンピュータグラフィック
にて移動機構、マニピュレータおよび作業対象物の状況
を任意の視点から任意の画角にてリアルタイムに表示す
ることができるため、作業者が作業状況を容易に把握で
き、その結果、作業の効率向上を図ることができる。
【０１１５】また、コンピュータグラフィック上の画像
データにて、マニピュレータおよび移動機構と電柱の干
渉を検出することができるので、作業中の危険を回避す
ることができる。
【０１１６】＜第４の実施例＞図１１は、本発明の第４
の実施例にかかる遠隔操作ロボットの制御系の構成を説
明する機能ブロック図である。なお、図２１と同一部分
には同一符号を付し、その説明を省略し、ここでは異な
る部分について述べる。
【０１１７】すなわち、本発明の第４の実施例にかかる
遠隔操作ロボットは、図１１に示すように、追従比手動
設定手段５に代えて、追従比自動設定手段９１を設ける
とともに、上記構成に加えて、さらに、スレーブアーム
にかかる外力を検出する力センサ９２と、この力センサ
９２の出力側に接続され、力センサ９２の出力からスレ
ーブアームにかかる外力を計算する外力算出手段９３が
設けられている。
【０１１８】そして、この外力算出手段９３の出力側に
は、計算された外力によって、追従比を自動的に設定す
る追従比自動設定手段９１が設けられている。
【０１１９】次に、上述のように構成された本発明の第
４の実施例にかかる遠隔操作ロボットの作用について説
明する。
【０１２０】まず、オペレータがマスタアームを操作す
ると、マスタアーム各軸に取り付けられたマスタアーム
各軸モータ１に速度指令信号が出力されるとともに、マ
スタアーム各軸に取り付けられたマスタアーム位置検出
器２によりマスタアームの位置が検出される。
【０１２１】このマスタアーム位置検出器２によって検
出されたマスタアームの位置データは、マスタアーム手
先位置算出手段３に供給される。
【０１２２】マスタアーム手先位置算出手段３は、マス
タアーム位置検出器２から供給されたマスタアーム位置
データに基づいてマスタアーム手先位置を算出する。
【０１２３】マスタアーム手先位置算出手段３によって
算出されたマスタアーム手先位置データは、座標変換手
段４に供給される。
【０１２４】座標変換手段４は、マスタアーム手先位置
算出手段３より供給されたマスタアーム手先位置データ
を、スレーブアームの座標系に座標変換し、この座標変
換された手先位置を追従比手動設定手段５に供給する。
【０１２５】追従比手動設定手段５は、座標変換手段４
より供給されたマスタアーム手先位置データに、追従手
動設定手段５で設定された追従比をかけ、スレーブアー
ム目標位置を算出する。
【０１２６】一方、スレーブアーム各軸に取り付けられ
たスレーブアーム位置検出器６により検出されたスレー
ブアーム位置データに基づいて、スレーブアーム手先位
置算出手段７によって、スレーブアーム手先位置を算出
する。
【０１２７】そして、追従比自動設定手段９１より供給
されるスレーブアーム目標位置と、スレーブアーム手先
位置算出手段７より供給されるスレーブアーム手先位置
を比較して位置偏差を求め、速度指令演算手段９に供給
する。
【０１２８】速度指令演算手段８は、前記位置偏差より
スレーブアーム手先の速度指令を生成し、速度指令分解
手段９に供給する。
【０１２９】速度指令分解手段９は、供給された速度指
令をスレーブアーム各軸に分解し、スレーブアーム各軸
モータ１０に速度指令を出力して、スレーブアーム各軸
モータ９を駆動する。
【０１３０】ここで、外力算出手段９３では、常に、力
センサ９２の出力から、スレーブアームにかかる外力を
計算するようにしている。
【０１３１】スレーブアームが作業対象物に近づき、作
業対象物に触れたとき、力センサ９２に外力が働いたこ
とが検出され、外力算出手段９３によって算出された外
力が追従比自動設定手段９１に供給される。
【０１３２】追従比自動設定手段９１は、外力算出手段
９３により算出された外力に基づいて、追従比を自動的
に小さく設定する。
【０１３３】図１２は、本発明の第４の実施例にかかる
遠隔操作ロボットの動作を説明する概念図である。
【０１３４】同図に示すように、マスタアーム９５が動
作量ｘだけ操作されたとき、スレーブアーム９６は、動
作量ｘ′だけ動作するとする。
【０１３５】上述のように、外力算出手段９３により算
出された外力が追従比自動設定手段９１に供給される
と、追従比自動設定手段９１によりスレーブアーム９６
のマスタアーム９５に対する追従比を小さく、例えば、
１／ｎ（ｎ：任意定数）に設定する。
【０１３６】このときマスタアーム９５の動作量をｘと
すると、同図に示すように、スレーブアーム９６の動作
量はｘ′／ｎに減少し、スレーブアーム９６を細かく操
作することができる。
【０１３７】図１３に、本発明の第４の実施例にかかる
遠隔操作ロボットを配電作業用マニピュレータとして用
いたときの例を示す。
【０１３８】同図に示すように、配電作業用マニピュレ
ータ１０１は、車両１０２にのせたブーム１０３の先
に、手先に力センサ１０４を持つスレーブアーム１０５
と方向調整機構を持つカメラ１０６を搭載している。
【０１３９】また、車両１０２内には、マスタアームと
モニタを搭載している。
【０１４０】上記マニピュレータは、異構造型マスタレ
ーブ・マニピュレータであり、モニタの映像をオペレー
タが見ながらマスタアームを操作し、スレーブアームで
作業を行なう遠隔操作型のマスタスレーブ・マニピュレ
ータ・システムである。
【０１４１】従って、本発明の第４の実施例にかかる遠
隔操作ロボットによれば、スレーブアーム手先部１０５
が作業対象物にふれるまでは、マスタアームに対するス
レーブアームの追従比を自動的に大きく設定し、スレー
ブアーム手先部が作業対象物にふれたときは、マスタア
ームに対するスレーブアームの追従比を自動的に小さく
設定することができるので、オペレータのマスタアーム
操作量を変えずにスレーブアームを細かく動作させるこ
とができ、その結果、操作性の向上した遠隔操作ロボッ
トを提供することができる。
【０１４２】＜第５の実施例＞本実施例では、追従比の
設定は、第４の実施例のように力センサの値ではなく、
遠隔操作ロボットに取り付けられたカメラの倍率と画界
を用いることによって行なう。
【０１４３】図１４は、本発明の第５の実施例にかかる
遠隔操作ロボットの構成を説明する機能ブロック図であ
り、図２１と同一部分には同一符号を付し、その説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１４４】すなわち、本発明の遠隔操作ロボットは、
図１４に示すように、上記構成に加えて、さらに、作業
対象物、スレーブアーム及び移動機構を映すためのカメ
ラ１１と、このカメラ１１１に取り付けられ、カメラ１
１１の位置を検出するカメラ位置検出器１１２及びカメ
ラ１１１の倍率を検出するカメラ倍率検出器１１３が設
けられている。
【０１４５】そして、このカメラ位置検出器１１２から
供給されるカメラ位置と、カメラ倍率検出器１１３から
検出されるカメラ１１１の倍率と、カメラ１１１の画角
を基にカメラ１１１の画界を算出して、追従比自動設定
手段５に供給するカメラ画界算出手段１１４を設けた構
成となっている。
【０１４６】次に、上述のように構成された本発明の第
５の実施例にかかる遠隔操作ロボットの作用について説
明する。
【０１４７】まず、カメラ１１１に取り付けられたカメ
ラ位置検出器１１２、カメラ倍率検出器１１３でカメラ
の位置、倍率を検出し、これらの値とカメラ１１１の画
角から、カメラ画界算出手段１１４でカメラの画界を算
出する。
【０１４８】カメラの画界算出に関する基本的な計算式
は、次のようになる。
【０１４９】まず、カメラ１１１の画角を計算する。図
１５は、レンズと焦点面、画角の関係を簡略化して表し
たものである。図１５より、次の式が求められる。
【０１５０】 θW ＝２×ｔａｎ−１｛（ ＷO ／２×α）／ｎｆO ｝ …（４） θH ＝２×ｔａｎ−１｛（ＨO ／２×α）／ ｎｆO ｝ …（５） ただし、各変数は以下の通りとする。
【０１５１】ＷO ：ＣＣＤ左右方向寸法 ＨO ：ＣＣＤ上下方向寸法 θW ：画角（左右方向） θH ：画角（上下方向） ｎ ：倍率 ｆO ：レンズの最小焦点距離 ｆ ：焦点距離（ｆ＝ｎｆO ） α ：モニタのオーバスキャン係数 次に、図１６のようにとったカメラ座標系でのスレーブ
アームの手先のｘ座標を、レンズからスレーブアームの
手先までのカメラ軸線方向距離Ｌとすると、カメラの画
界の縦方向の寸法Ｈ、横方向の寸法Ｗはそれぞれ、 Ｈ＝Ｌ・ｔａｎθH …（６） Ｗ＝Ｌ・ｔａｎθW …（７） となる。
【０１５２】カメラ画界算出手段１１４によって算出さ
れたカメラ画界は、追従比自動設定手段５に供給され
る。
【０１５３】この追従比自動設定手段５には、さらに、
カメラ倍率検出器１１３よりカメラ１１１の倍率が、ス
レーブアーム手先位置算出手段７より現在のスレーブア
ーム手先位置データが供給されている。
【０１５４】そして、追従比自動設定手段５は、カメラ
画界内にスレーブアーム手先位置があると判断した場
合、マスタアームの移動量に対するスレーブアームの追
従比を、カメラの倍率に反比例するように自動的に設定
する。
【０１５５】このカメラ画界内にスレーブアーム手先位
置があるか否かの判断は、次のように行なう。
【０１５６】図１６に示すように、カメラの画界の中心
点Ａは、Ａ（Ｌ、０、０）となるので、このときｘ座標
がＬの点がカメラ画界内にある条件は、次のようにな
る。
【０１５７】−Ｗ／２＜ｙ＜Ｗ／２ …（８） −Ｈ／２＜ｘ＜Ｈ／２ …（９） 従って、カメラ座標系でのスレーブアームの手先位置座
標が、この式を満たしていれば、スレーブアーム手先は
カメラ画界内にあると判断できる。
【０１５８】なお、スレーブアーム追従比を画界の境界
で急激に変更すると、違和感が大きいため、徐々に変化
させてもよい。
【０１５９】また、本実施例では、異構造型マスタスレ
ーブマニピュレータを取り上げたが、同構造型マスタス
レーブマニピュレータの場合は、スレーブアームがマス
タアームのすべての関節に追従するように構成するので
はなく、手先位置のみ追従するように構成としても良
い。
【０１６０】従って、本発明の第５の実施例にかかる遠
隔操作ロボットによれば、スレーブアーム手先位置算出
手段で求めたスレーブアーム手先位置が、カメラ画界算
出手段で求めたカメラ画界に入っていることを検出した
場合に、カメラ倍率検出器で検出した倍率に反比例する
ように追従比を自動で設定することにより、同じマスタ
アーム操作量に対するモニタ上でのスレーブアームの動
作量を倍率の変化によらず一定とすることができるの
で、操作性の向上した遠隔操作ロボットを提供すること
ができる。
【０１６１】＜第６の実施例＞図１７は、本発明の第６
の実施例にかかる遠隔操作ロボットの制御系の構成を説
明するための機能ブロック図であり、図１４と同一部分
には同一符号を付し、その説明を省略し、ここでは異な
る部分についてのみ述べる。
【０１６２】すなわち、本発明の遠隔操作ロボットは、
図１７に示すように、上記構成に加えて、さらに、カメ
ラ１１１に、カメラ１１１の移動を行なうカメラ移動モ
ータ１２１、カメラ１１２の姿勢調整を行なうカメラ各
軸モータ１２２を設ける。
【０１６３】このカメラ各軸モータ１２２には、カメラ
１１１の姿勢を検出するためのカメラ姿勢検出器１２３
が取り付けられている。
【０１６４】また、カメラ画界算出手段１１４の出力側
には、カメラ１１１の回避位置・姿勢を算出するカメラ
回避位置・姿勢演算手段１２４が設けられている。
【０１６５】このカメラ回避位置・姿勢演算手段１２４
の入力側には、さらに、作業対象部の位置を算出するた
めの作業対象部位置算出手段１２５、スレーブアーム速
度指令演算手段８より供給される速度指令情報より、ス
レーブアーム手先の移動ベクトルを算出するスレーブア
ーム手先移動ベクトル演算手段１２６、スレーブアーム
の手先位置を算出するスレーブアーム手先位置算出手段
７が接続されている。
【０１６６】そして、カメラ回避位置・姿勢演算手段１
２４は、カメラ画界算出手段１１４、作業対象部位置算
出手段１２５、スレーブアーム手先移動ベクトル演算手
段１２６、スレーブアーム手先位置算出手段７より供給
されるカメラ画界、作業対象部位置、スレーブアーム手
先移動ベクトルに基づいてカメラ１１１の回避位置及び
姿勢を算出して、カメラ移動モータ１２１及びカメラ各
軸モータ１２２に供給することのできる構成となってい
る。
【０１６７】カメラ１１１の位置、倍率は上述のよう
に、カメラ位置検出器１１２及びカメラ倍率検出器１１
３で求められ、また、カメラの姿勢、即ち水平及び鉛直
方向のカメラ軸線の角度はカメラ姿勢検出器１２３で求
められる。
【０１６８】スレーブアーム手先位置は、スレーブアー
ム手先位置検出手段７により求められ、また、スレーブ
アーム速度指令演算手段８から供給される速度指令情報
より、スレーブアーム手先移動ベクトル演算手段１２６
によってスレーブアーム手先の移動ベクトルが算出され
る。
【０１６９】一方、作業対象部の位置は、作業対象部位
置算出手段１２５により求められるが、その方法として
は作業前にスレーブアーム手先を作業対象部に接触させ
て作業対象部の絶対座標位置を認識させるティーチング
方式や、測距機能を有するカメラのターゲット枠あるい
はカーソル中央に作業対象部をとらえて認識させる方式
等既知の方法による。
【０１７０】次に、カメラ移動時のカメラ座標系の決め
方、及び作業対象点、スレーブアーム手先のカメラ座標
系に於ける位置算出について説明する。
【０１７１】図１６に示すカメラ座標系に於いて、画界
中心ＡのＸ座標Ｌを作業対象部ＰのＸ座標にとり、作業
対象部Ｐ及びスレーブアーム手先部Ｑの座標を各々
（Ｌ，ｙ1 ，ｚ1 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）とする。
【０１７２】簡単のために、Ｘ−Ｙ平面上のみで説明す
ると、図１８（ａ）に於いて原点、即ちカメラレンズＯ
とスレーブ手先位置Ｑ（ｘ2 ，ｙ2 ）を結んだ線と、作
業対象点Ｐ（Ｌ，ｙ1 ）からカメラの軸線ＯＡに下ろし
た垂線の足ＰＡとの交点Ｑ1の座標（ｘ21，ｙ21）は、 ｘ21＝Ｌ …（１０） ｙ21＝ｙ2 ・Ｌ／ｘ2 …（１１） で、ｘ＝Ｌに於けるｙ方向の画界を前記Ｗとすると、
Ｐ，Ｑが画界内にあるためには、 −Ｗ／２＜ｙ1 ＜Ｗ／２ …（１２） −Ｗ／２＜ｙ21＜Ｗ／２ …（１３） であり、ｙ1 とｙ21との距離が設定値以下となることで
作業対象部とスレーブアーム手先の重なりを検知するこ
とができる。なお、作業対象点Ｐのカメラ軸線ＯＡに対
する角度をθとする。
【０１７３】ここで、カメラが図１８（ｂ）に示すよう
に、ｙ方向に距離ｄだけ平行移動した時、作業対象点Ｐ
が画面上で同じ位置を保つためには、移動後の原点Ｏ′
と作業対象点Ｐを結んだ直線Ｏ′Ｐがカメラの軸線Ｏ′
Ａ′に対しθの角度となるようカメラの姿勢を移動前座
標系に対し−θc 回転させればよい。
【０１７４】このとき、 θ1 ＝ｔａｎ-1｛（ｄ−ｙ1 ）／Ｌ｝ …（１４） とすると、 θc ＝θ1 ＋θ …（１５） Ｌ′＝Ｌ・cos θ／cos θ1 …（１６） 但し、Ｌ′は原点をＯ′に移動し、カメラ軸線を−θc
回転した新たなカメラ座標系ｘ′−ｙ′に於ける作業対
象点Ｐのｘ′座標であり、新しい画界中心Ａ′のカメラ
からの距離である。
【０１７５】新座標系に対する作業対象点Ｐのｙ′座標
ｙ1 ′は ｙ1 ′＝Ｌ・sin θc ＋（ｙ1 −ｄ）cos θc ＝Ｌ′tan θ …（１７） また、スレーブアーム手先Ｑ（ｘ2 ′，ｙ2 ′）の座標
は、 ｘ2 ′＝ｘ2 cos θc −ｙ2 sin θc …（１８） ｙ2 ′＝ｘ2 sin θc ＋ｙ2 cos θc …（１９） で求められる。
【０１７６】このときのｙ′方向の画界をＷ′とする
と、 Ｗ′＝Ｗ・Ｌ′／Ｌ …（２０） であり、Ｏ′ＱとＰＡ′の交点Ｑ1 ′のｙ′座標 ｙ21′＝ｙ2 ′・Ｌ′／ｘ2 ′ …（２１） が −Ｗ／２＜ｙ21′＜Ｗ／２ …（２２） の時、スレーブアーム手先Ｑは新しい画界内にある。
【０１７７】以上はカメラ座標系の水平面即ちＸ−Ｙ平
面上での説明であるが、鉛直面即ちＸ−Ｚ平面上に於い
ても同様の関係式が成立し、カメラ移動時のカメラ姿勢
角、及び移動、姿勢変更後のカメラ座標系に於ける作業
対象点とスレーブアーム手先の座標位置、そして画界が
算出できる。
【０１７８】カメラの移動及び姿勢調整の手段としては
既知の機構がいくつかあり、その代表例を図１９に示
す。
【０１７９】図１９に示すように、カメラ１１１は図示
せぬ雲台を介してトラバーサ１３１に支持されており、
このトラバーサ１３１はベルト駆動等によりカメラの雲
台をＹ軸方向にスライドさせる機能を有す。
【０１８０】また、雲台はカメラ１１１をＹ軸及びＺ軸
廻りに首振りさせる機能を有し、カメラの姿勢を変える
ことができる。
【０１８１】尚、トラバーサ１３１のサポート１３２に
伸縮機構を設ければ、カメラをＺ軸方向にも移動可能と
なる。
【０１８２】次に、上述のように構成された本発明の第
６の実施例にかかる遠隔操作ロボットの動作について説
明する。
【０１８３】まず、カメラ画界算出手段１１４、作業対
象部位置算出手段１２５、スレーブアーム手先位置算出
手段７、スレーブアーム手先移動ベクトル算出手段１２
６から供給されるカメラ画界、作業対象部位置、スレー
ブアーム手先位置及びスレーブアーム手先移動ベクトル
の情報によって、カメラ回避位置・姿勢演算手段１２４
にてカメラ画界内での作業対象部とスレーブアーム手先
位置との重なりを検知する。
【０１８４】作業対象部とスレーブアーム手先位置との
重なりが検知された場合、カメラ回避位置・姿勢演算手
段１２４は、スレーブアーム手先の移動ベクトルのカメ
ラ移動方向成分、即ち、図１９に示すようなトラバーサ
機構によるＹ軸方向スライド方式の場合、Ｙ軸方向の成
分から、カメラの移動方向をスレーブアーム手先から遠
ざかる方向、即ち、スレーブアーム手先がＹ＋方向から
Ｙ−方向へ向かって移動してきた場合は、カメラの回避
方向をＹ−方向とし、移動後の新しいカメラ座標系で作
業対象部とスレーブアーム手先とのＹ′軸方向の距離が
設定値以上となる位置まで移動の指令をカメラ移動モー
タ１２１に出力する。
【０１８５】カメラ移動モータ１２１は、図１９の場
合、トラバーサ駆動モータで構成される。
【０１８６】同時に移動位置に於ける画面上での作業対
象部の相対位置を、移動前と同じに保つことのできるカ
メラ姿勢を前記の方法で算出し、カメラ各軸モータ１２
２に姿勢変更の指令を出す。
【０１８７】カメラ各軸モータ１２２は、例えば、図１
９に示すように、雲台のＹ軸及びＺ軸廻りの首振りモー
タである。
【０１８８】図１９に示すように、サポート１３２に伸
縮機能を有する場合は、カメラの移動はＺ軸方向につい
ても上記と同様な制御が行なわれる。
【０１８９】実際の作業に於いては、作業対象物をスレ
ーブアーム手先が把持する場合等、カメラの位置を変え
ても作業対象部にスレーブアーム手先が重なるのを回避
しきれない場合が多々あり、またそのような状態では作
業対象部にスレーブアーム手先が重なっても作業上支障
ない。
【０１９０】従って、カメラ移動の限界は、トラバーサ
の端点等の物理的限界の他に、スレーブアーム手先の移
動ベクトルのカメラ移動方向成分が最大となる点、即ち
スレーブアーム手先の移動方向に対しカメラが真横とな
る点とするのがよい。
【０１９１】通常のスレーブアームの移動操作において
も画面上、即ちカメラ座標系の画界中心ＡでのＹ−Ｚ投
影面上で作業対象部にスレーブアーム手先が重なる場合
があり、この時カメラが移動するのはかえって操作をし
にくくするため、作業対象部とスレーブアーム手先のＸ
軸方向の距離が設定値以上の場合、あるいはカメラの倍
率が設定値以下の場合にはカメラの回避動作を行なわな
いようにしてもよい。
【０１９２】従って、本発明の第６の実施例にかかる遠
隔操作ロボットによれば、カメラ画界内でスレーブアー
ム手先部が作業対象部に重なろうとする場合、カメラ１
１１の回避位置と、その位置での作業対象部のカメラ画
界内相対位置を回避前と同様に保つためのカメラ１１１
の姿勢、即ち輻輳角、仰角を算出して、カメラ１１１の
移動と姿勢調整を自動的に行ない、カメラの回避位置へ
の移動及び姿勢調整を自動的に行なうことができるの
で、オペレータがマスタアームの操作を中断してカメラ
の位置修正を行うという煩雑な操作なしに、モニタ画面
上に作業対象部の映像を確保でき、かつ遠隔操作ロボッ
トの操作性を向上することができる。
【０１９３】＜第７の実施例＞本発明の第７の実施例に
かかる遠隔操作ロボットは、スレーブアームの手先に設
けたスレーブアーム手先カメラから映し出される映像と
遠隔操作ロボットに設けられたカメラからの映像を切り
替えることを特徴とする。
【０１９４】図２０は、本発明の第７の実施例にかかる
遠隔操作ロボットの制御系の構成を説明する機能ブロッ
ク図であり、図１７と同一部分には同一符号を付し、そ
の説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。
【０１９５】同図に示すように、カメラ画界算出手段１
１４、作業対象部位置算出手段１２５、スレーブアーム
手先位置算出手段７の出力側には、映像切り換え指令信
号を出力する映像切換え指令演算手段１４１が設けられ
ている。
【０１９６】この映像切換え指令演算手段１４１の出力
側には、カメラ１１１とスレーブアームの手先に設けら
れたスレーブアーム手先カメラ１４２からの映像を、映
像切換え指令演算手段１４１から供給された切換え指令
に基づいて映像を切り換えるための映像切替器１４３が
設けられている。
【０１９７】上記スレーブアーム手先カメラ１４２は、
スレーブアーム手先に設けられた固定カメラで、スレー
ブアーム手先の工具及び工具の作業対象とする範囲の映
像をとらえるに適した倍率、取付姿勢を有している。
【０１９８】そして、この映像切替器１４３の出力側に
は、切り換えられたカメラ１１１又はスレーブアーム手
先カメラ１４２の映像を映し出すモニタ１４４が設けら
れている。
【０１９９】そして、作業対象部位置とスレーブアーム
手先との重なりの検知が上述の実施例と同様にして行な
われる。
【０２００】作業対象部位置へのスレーブアーム手先の
重なりが検知された場合、画像切換え指令演算手段１４
１より映像切換器１４３に映像切換え指令を出力し、モ
ニタ１４４への送信映像をカメラ１１１からスレーブア
ーム手先カメラ１４２に切換える。
【０２０１】なお、通常のスレーブアームの移動操作に
おいては、本実施例においても、作業対象部とスレーブ
アーム手先のＸ軸方向距離あるいはカメラ倍率によりカ
メラの切換えを抑止することができる。
【０２０２】従って、本発明の第７の実施例にかかる遠
隔操作ロボットによれば、作業対象部と、スレーブアー
ム手先とがカメラ画界内に於いて重なりを生ずる場合、
映像切換え指令演算手段１４１より映像切換器１４３
に、モニタ１４４の受信映像をスレーブアーム手先カメ
ラ１４２からの映像に切換えるよう指令を出し、作業に
適したスレーブアーム手先と作業対象部との近接映像が
モニタ１４４に自動的に映し出されるので、操作性の向
上した遠隔操作ロボットを提供することができる。
【０２０３】
【発明の効果】以上詳記したように、請求項１の発明に
係る遠隔操作ロボットによれば、作業用ロボットと作業
対象物との相対位置を計測し、これを基に自動的に移動
機構部を動作させることでロボット移動作業の効率向上
を図ることができる。
【０２０４】また、請求項２の発明に係る遠隔操作ロボ
ットによれば、作業対象物に対する相対位置で移動機構
部の動作を規制することで、作業ロボットと作業対象物
の干渉を回避することができる。
【０２０５】さらに、請求項３の発明に係る遠隔操作ロ
ボットによれば、コンピュータグラフィックにて移動機
構部、作業ロボットおよび作業対象物の状況を任意の視
点から任意の画角にてリアルタイムに表示することがで
きるため、作業者が作業状況を容易に把握でき、その結
果、作業の効率向上を図ることができる。
【０２０６】さらに、請求項４の発明に係る遠隔操作ロ
ボットによれば、コンピュータグラフィック上の画像デ
ータにて、作業ロボットおよび移動機構部と作業対象物
の干渉を検出し、メッセージ表示手段によって、合成画
像中に所定のメッセージの表示を行なうので、作業中に
作業ロボットが作業対象物に接触する危険を回避するこ
とができる。
【０２０７】さらに、請求項５の発明に係る遠隔操作ロ
ボットによれば、外力算出手段によって算出された力を
基に、マスタアームに対するスレーブアームの追従比を
自動的に追従比設定手段によって設定し、この追従比設
定手段によって設定された追従比でスレーブアームを駆
動部により駆動するので、オペレータのマスタアーム操
作量を変えずにスレーブアームを細かく動作させること
ができ、その結果、操作性の向上した遠隔操作ロボット
を提供することができる。
【０２０８】さらに、請求項６の発明に係る遠隔操作ロ
ボットによれば、倍率検出器によって検出された撮像手
段の倍率に反比例するように、マスタアームに対するス
レーブアームの追従比を追従比設定手段によって自動的
に設定するので、同じマスタアーム操作量に対するモニ
タ上でのスレーブアームの動作量を倍率の変化によらず
一定とすることができる。
【０２０９】さらに、請求項７の発明に係る遠隔操作ロ
ボットによれば、スレーブアーム手先部に対する撮像手
段の回避位置と、作業対象物の画界内での相対位置を撮
像手段が回避する前と同様に保つ姿勢を、回避位置・姿
勢演算手段によって自動的に算出するので、オペレータ
がマスタアームの操作を中断して撮像手段の位置修正を
行なうという煩雑な操作なしに、モニタ画面上に作業対
象部の映像を確保できる。
【０２１０】さらに、請求項８の発明に係る遠隔操作ロ
ボットによれば、撮像手段の画界内において、作業対象
物とスレーブアームの手先位置の重なりが算出された場
合、切替手段によって、撮像手段の映像からスレーブア
ーム手先撮像手段の映像に切り替えるので、作業に適し
たスレーブアーム手先と作業対象部の近接映像がモニタ
に自動的に映し出されるので、操作性の向上した遠隔操
作ロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例にかかる配電作業を行な
うための遠隔操作ロボットの概略構成を示す図。
【図２】同第１の実施例における遠隔操作ロボットの移
動を説明するための図。
【図３】同第１の実施例における遠隔操作ロボットの移
動を説明するための図。
【図４】同第１の実施例における遠隔操作ロボットの移
動を説明するための図。
【図５】同第１の実施例における遠隔操作ロボットの制
御系の構成を示すブロック図。
【図６】同第１の実施例における遠隔操作ロボットと電
柱との関係を示す図。
【図７】本発明の第２の実施例にかかる遠隔操作ロボッ
トの規制範囲を示す図。
【図８】同第２の実施例における遠隔操作ロボットの制
御系の構成を示す機能ブロック図。
【図９】同第２の実施例における遠隔操作ロボットの動
作を説明するための図。
【図１０】本発明の第３の実施例にかかる遠隔操作ロボ
ットの制御系の構成を示す機能ブロック図。
【図１１】本発明の第４の実施例にかかる遠隔操作ロボ
ットの制御系の構成を説明する機能ブロック図。
【図１２】同第４の実施例における遠隔操作ロボットの
動作を説明する概念図。
【図１３】同第４の実施例における遠隔操作ロボットを
配電作業用マニピュレータとして用いたときの構成を示
す図。
【図１４】本発明の第５の実施例にかかる遠隔操作ロボ
ットの構成を説明する機能ブロック図。
【図１５】同第５の実施例におけるカメラのレンズと焦
点面、画角の関係を説明するための図。
【図１６】同第５の実施例におけるカメラ画界を説明す
るための図。
【図１７】本発明の第６の実施例にかかる遠隔操作ロボ
ットの制御系の構成を説明するための機能ブロック図。
【図１８】同第６の実施例におけるカメラ回避前後のカ
メラ位置及び姿勢を説明するための図。
【図１９】同第６の実施例におけるカメラ移動・姿勢調
整機構の構成を示す図。
【図２０】本発明の第７の実施例に係る遠隔操作ロボッ
トの制御系の構成を説明する機能ブロック図。
【図２１】従来の遠隔操作ロボットの構成を説明する機
能ブロック図。
【符号の説明】 １…マスタアーム各軸モータ、２…マスタアーム位置検
出器、３…マスタアーム手先位置算出手段、４…座標変
換手段、５…追従比手動設定手段、６…スレーブアーム
位置検出器、７…スレーブアーム手先位置算出手段、８
…速度指令演算手段、９…スレーブアーム各軸モータ、
１１…車両、１２…移動機構部、１３…電柱、１４…作
業ロボット、１５…作業目標位置、１６…電柱座標ロボ
ット位置、１７…作業用ロボット位置、１８…電柱座標
原点、１９…車両座標原点、２０…車両・電柱相対位
置、２１…電柱座標教示位置、２２…車両座標教示位
置、３１…作業ロボット位置検出器、３２…手先位置算
出器、３３…移動機構部位置検出器、３４…移動機構先
端位置算出器、３５…車両・電柱相対位置算出器、３６
…電柱座標位置算出・記憶器、３７…車両座標位置算出
器、３８…直線補間演算器、３９…各軸速度算出器、４
０…移動機構部駆動装置、４１…作業ロボットの手先、
４２…電柱、４３…作業ロボットの座標原点、５１…電
柱、５２…規制範囲、６１…規制範囲設定器、６２…車
両座標範囲算出器、６３…操作器、６４…先端速度算出
器、７１…規制範囲の各境界面、８１…マニピュレータ
・移動機構位置検出器、８２…マニピュレータ・移動機
構形状データ記憶器、８３…マニピュレータ・移動機構
画像生成部、８４…電柱・機材形状データ記憶器、８５
…相対位置算出部、８６…電柱・機材画像生成部、８７
…視点・方向・画角入力器、８８…画像用メモリ、８９
…画像表示器、９２…力センサ、９３…外力算出手段、
９５…マスタアーム、９６…スレーブアーム、９７…作
業対象物、１０１…配電作業用マニピュレータ、１０２
…車両、１０３…ブーム、１０４…力センサ、１０５…
スレーブアーム、１０６…カメラ、１１１…カメラ、１
１２…カメラ位置検出器、１１３…カメラ倍率検出器、
１１４…カメラ画界算出手段、１２１…カメラ移動モー
タ、１２２…カメラ各軸モータ、１２３…カメラ姿勢検
出器、１２４…カメラ回避位置・姿勢演算手段、１２５
…作業対象部位置算出手段、１２６…スレーブアーム手
先移動ベクトル演算手段、１３１…トラバーサ、１３２
…サポート、１４１…映像切替指令演算手段、１４２…
スレーブアーム手先カメラ、１４３…映像切替器、１４
４…モニタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 久美子 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 菊地 伸夫 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 三村 聡 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基端側が移動可能な車両に設けられ、回
    転且つ伸縮自在な移動機構部と、 この移動機構部の先端側に取り付けられ、作業対象物に
    対して作業を行なう作業ロボット本体と、 を備えて成る遠隔操作ロボットにおいて、 前記作業対象物に対する前記作業用ロボット本体の相対
    位置を計測する相対位置計測手段と、 前記作業用ロボット本体が前記作業対象物に対して作業
    を行なうのに最適な位置に移動した際に、前記相対位置
    計測手段によって計測された前記相対位置を記憶する記
    憶手段と、 この記憶手段に記憶された前記作業用ロボット本体の作
    業対象物に対する相対位置を、前記車両に対する相対位
    置に座標変換する座標変換手段と、 この座標変換手段によって得られた相対位置に前記作業
    ロボット本体を自動的に移動するように、前記移動機構
    部を駆動する駆動手段と、 を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボット。
  2. 【請求項２】 基端側が移動可能な車両に対して設けら
    れ、回転且つ伸縮自在な移動機構部と、 この移動機構部の先端側に取り付けられ、作業対象物に
    対して作業を行なう作業ロボット本体と、 を備えて成る遠隔操作ロボットにおいて、 前記作業対象物に対する前記作業用ロボット本体の相対
    位置を計測する相対位置計測手段と、 前記作業用ロボット本体が前記作業対象物に対して作業
    を行なうのに最適な位置に移動した際に、前記相対位置
    計測手段によって計測された前記相対位置を記憶する記
    憶手段と、 この記憶手段に記憶された前記作業用ロボット本体の作
    業対象物に対する相対位置を、前記車両に対する相対位
    置に座標変換する座標変換手段と、 この座標変換手段によって得られた相対位置に前記作業
    用ロボット本体を自動的に移動するように、前記移動機
    構部を駆動する駆動手段と、 前記作業用ロボット本体の前記作業対象物に対する動作
    規制範囲を設定する動作規制範囲設定手段と、 前記駆動手段による前記作業用ロボット本体の移動範囲
    を、前記動作規制範囲設定手段によって設定された動作
    規制範囲外となるように制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボット。
  3. 【請求項３】 基端側が移動可能な車両に設けられ、回
    転且つ伸縮自在な移動機構部と、 この移動機構部の先端側に取り付けられ、作業対象物に
    対して作業を行なう作業ロボット本体と、 を備えて成る遠隔操作ロボットにおいて、 前記作業対象物に対する前記作業用ロボット本体の相対
    位置を計測する相対位置計測手段と、 前記作業用ロボット本体の位置及び前記移動機構部の移
    動位置を検出する位置検出手段と、 予め定められた前記作業対象物の形状を記憶する第１の
    記憶手段と、 前記移動機構部及び前記作業用ロボット本体の形状を記
    憶する第２の記憶手段と、 所望の画像の視点・方向・画角を入力する入力手段と、 前記第２の記憶手段により記憶された形状、前記位置検
    出手段により検出された位置、及び前記入力手段により
    入力された視点・方向・画角を基に、入力された視点・
    方向・画角の画像を生成する第１画像生成手段と、 前記第１の記憶手段により記憶された前記作業対象物の
    形状、前記相対位置計測手段より検出された相対位置、
    前記第１の記憶手段により記憶された形状、及び前記入
    力手段により入力される視点・方向・画角を基に、入力
    された視点・方向・画角の画像を生成する第２画像生成
    手段と、 前記相対位置計測手段により検出される相対位置を基
    に、前記第１画像生成手段と前記第２画像生成手段より
    出力される画像の合成を行なう画像合成手段と、 この画像合成手段によって得られた合成画像を表示する
    画像表示手段と、 を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボット。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の遠隔操作ロボットにおい
    て、 前記画像合成手段によって得られた合成画像中の前記作
    業対象物と、前記作業ロボット及び前記移動機構部との
    間の間隔をそれぞれ算出する間隔算出手段と、 この間隔算出手段によって得られた間隔が所定値以下の
    場合に、前記合成画像中に前記作業対象物と、前記作業
    用ロボット本体又は前記移動機構部とが干渉した旨のメ
    ッセージを表示するメッセージ表示手段と、 を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボット。
  5. 【請求項５】 基端側が移動可能な車両に設けられ、回
    転且つ伸縮自在な移動機構部と、 この移動機構部の先端側に取り付けられ、作業対象物に
    対して作業を行なう作業ロボット本体と、 を備えて成る遠隔操作ロボットにおいて、 前記作業用ロボットに設けられ、前記作業対象物に対し
    て作業を行なうスレーブアームと、 このスレーブアームの操作を行なうマスタアームと、 前記スレーブアームに取り付けられた力センサと、 この力センサに外部から働く力を算出する外力算出手段
    と、 この外力算出手段によって算出された力を基に、前記マ
    スタアームに対する前記スレーブアームの追従比を自動
    的に設定する追従比設定手段と、 この追従比設定手段によって設定された追従比となるよ
    うに前記スレーブアームを駆動する駆動手段と、 を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボット。
  6. 【請求項６】 基端側が移動可能な車両に設けられ、回
    転且つ伸縮自在な移動機構部と、 この移動機構部の先端側に取り付けられ、作業対象物に
    対して作業を行なう作業ロボット本体と、 を備えて成る遠隔操作ロボットにおいて、 前記作業用ロボット本体に設けられ、前記作業対象物に
    対して作業を行なうスレーブアームと、 このスレーブアームの手先位置を検出するスレーブアー
    ム手先位置検出手段と、 前記スレーブアームの操作を行なうマスタアームと、 前記スレーブアーム近傍に設置され前記作業対象物を撮
    像する撮像手段と、 この撮像手段の倍率を検出する倍率検出手段と、 前記撮像手段の画界を算出する画界算出手段と、 前記画界算出手段によって算出された画界内に前記スレ
    ーブアーム手先位置検出手段によって求められたスレー
    ブアームの手先位置が存在する場合に、前記倍率検出手
    段によって検出された前記撮像手段の倍率に反比例する
    前記マスタアームに対する前記スレーブアームの追従比
    を自動的に設定する追従比設定手段と、 この追従比設定手段によって設定された追従比となるよ
    うに前記スレーブアームを駆動する駆動手段と、 を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボット。
  7. 【請求項７】 基端側が移動可能な車両に設けられ、回
    転且つ伸縮自在な移動機構部と、 この移動機構部の先端側に取り付けられ、作業対象物に
    対して作業を行なう作業ロボット本体と、 を備えて成る遠隔操作ロボットにおいて、 前記作業用ロボット本体に設けられ、前記作業対象物に
    対して作業を行なうスレーブアームと、 このスレーブアームの手先位置を検出するスレーブアー
    ム手先位置検出手段と、 前記スレーブアームの手先の移動ベクトルを算出するス
    レーブアーム手先移動ベクトル演算手段と、 前記スレーブアームの操作を行なうマスタアームと、 前記スレーブアーム近傍に設置され前記作業対象物を撮
    像する撮像手段と、 この撮像手段の画界を算出する画界算出手段と、 前記作業対象物の位置を検出する作業対象物位置検出手
    段と、 前記画界算出手段によって算出された画界、前記スレー
    ブアーム手先位置検出手段によって算出されたスレーブ
    アームの手先位置、前記スレーブアーム手先移動ベクト
    ル演算手段によって算出されたスレーブアームの手先の
    移動ベクトルを基に、前記画界内において前記作業対象
    物と前記スレーブアームの手先位置の重なりが算出され
    た場合、前記スレーブアーム手先に対する前記撮像手段
    の回避位置と前記作業対象物の前記画界内での相対位置
    を前記撮像手段が回避する前とほぼ同じ位置に保つ姿勢
    を自動的に算出する回避位置・姿勢演算手段と、 この回避位置・姿勢演算手段によって算出された前記撮
    像手段の回避位置・姿勢となるように前記撮像手段を駆
    動する駆動手段と、 を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボット。
  8. 【請求項８】 基端側が移動可能な車両に設けられ、回
    転且つ伸縮自在な移動機構部と、 この移動機構部の先端側に取り付けられ、作業対象物に
    対して作業を行なう作業ロボット本体と、 を備えて成る遠隔操作ロボットにおいて、 前記作業用ロボット本体に設けられ、前記作業対象物に
    対して作業を行なうスレーブアームと、 このスレーブアームの手先位置を算出するスレーブアー
    ム手先位置算出手段と、 前記スレーブアーム近傍に設置され前記作業対象物を映
    し出す撮像手段と、 前記スレーブアームの手先に設けられたスレーブアーム
    手先撮像手段と、 前記撮像手段の画界を算出する画界算出手段と、 前記作業対象物の位置を算出する作業対象物位置検出手
    段と、 前記画界算出手段によって算出された画界、前記作業対
    象部位置算出手段によって算出された前記作業対象部位
    置及び前記スレーブアーム手先位置算出手段によって算
    出されたスレーブアームの手先位置を基に、前記画界内
    において前記作業対象物と前記スレーブアームの手先位
    置の重なりが算出された場合、前記撮像手段の映像から
    前記スレーブアーム手先撮像手段の映像に切り替える切
    替手段と、 この切替手段によって切り替えられた前記スレーブアー
    ム手先撮像手段の映像を映し出すモニタと、 を備えたことを特徴とする遠隔操作ロボット。
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