JP2520660B2 - 遠隔操作式マニピユレ―タ装置 - Google Patents
遠隔操作式マニピユレ―タ装置Info
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- JP2520660B2 JP2520660B2 JP62236158A JP23615887A JP2520660B2 JP 2520660 B2 JP2520660 B2 JP 2520660B2 JP 62236158 A JP62236158 A JP 62236158A JP 23615887 A JP23615887 A JP 23615887A JP 2520660 B2 JP2520660 B2 JP 2520660B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、原子力プラントなどで用いられる遠隔操
作式マニピュレータ装置に関するものである。
作式マニピュレータ装置に関するものである。
第３図は例えば特願昭61-155130号明細書に示された
従来の遠隔操作式マニピュレータ装置を示す概念図であ
り、図において、１はマニピュレータ３に指令を与える
ためのＸ方向,Y方向,Z方向の３自由度を持つ操作桿、２
は操作桿１の操作量に従ってマニピュレータ３の動きを
制御する制御部、4a,4bはマニピュレータ３の動作を遠
隔監視するためのテレビジョンカメラ（以下、TVカメラ
という）、５はTVカメラ4a,4bの画像を選択して映写す
るモニタテレビジョン（以下、モニタTVという）であ
る。
従来の遠隔操作式マニピュレータ装置を示す概念図であ
り、図において、１はマニピュレータ３に指令を与える
ためのＸ方向,Y方向,Z方向の３自由度を持つ操作桿、２
は操作桿１の操作量に従ってマニピュレータ３の動きを
制御する制御部、4a,4bはマニピュレータ３の動作を遠
隔監視するためのテレビジョンカメラ（以下、TVカメラ
という）、５はTVカメラ4a,4bの画像を選択して映写す
るモニタテレビジョン（以下、モニタTVという）であ
る。
なお、８は操作者を隔離するための隔壁、６は配管、
7a,7bは配管６に取付けられたバルブであってマニピュ
レータ３の動作対象である。
7a,7bは配管６に取付けられたバルブであってマニピュ
レータ３の動作対象である。
第４図は第３図に示すマニピュレータ装置の操作桿１
と、制御部２と、マニピュレータ３と、TVカメラ４と、
モニタTV5の相互関連を示す構成図であり、図において
前述した第３図と同一又は相当部分には同一符号を付し
て示している。10は操作桿１の動きから速度指令ベクト
ルを検知するための操作桿姿勢検知手段、14はTVカメラ
4a,4bのうち稼動中のTVカメラの位置と姿勢を検知する
視点検知手段、11は視点検知手段14からの情報にもとづ
き操作桿姿勢検知手段10から入力された速度指令ベクト
ルを視覚座標の速度指令ベクトルへ変換する視覚座標変
換手段、12はこの視覚座標の速度指令ベクトルをマニピ
ュレータ３の各関節軸の動きである角速度ベクトルに変
換する関節座標変換手段、13は角速度ベクトルに従って
マニピュレータ３の手先を速度指令ベクトルどおりに移
動させる関節軸制御手段である。
と、制御部２と、マニピュレータ３と、TVカメラ４と、
モニタTV5の相互関連を示す構成図であり、図において
前述した第３図と同一又は相当部分には同一符号を付し
て示している。10は操作桿１の動きから速度指令ベクト
ルを検知するための操作桿姿勢検知手段、14はTVカメラ
4a,4bのうち稼動中のTVカメラの位置と姿勢を検知する
視点検知手段、11は視点検知手段14からの情報にもとづ
き操作桿姿勢検知手段10から入力された速度指令ベクト
ルを視覚座標の速度指令ベクトルへ変換する視覚座標変
換手段、12はこの視覚座標の速度指令ベクトルをマニピ
ュレータ３の各関節軸の動きである角速度ベクトルに変
換する関節座標変換手段、13は角速度ベクトルに従って
マニピュレータ３の手先を速度指令ベクトルどおりに移
動させる関節軸制御手段である。
次に動作について説明する。
第５図は、第３図のTVカメラ4a,4bとマニピュレータ
３の位置関係の詳細を示す斜視図であり、第３図と同一
又は相当部分には同一符号を付して示している。ここで
は説明を単純にするため、TVカメラ4aを基準として初期
位置にあるマニピュレータ３の腕とTVカメラ4aが平行に
なっているとする。一方、TVカメラ4bはｙ軸まわりにTV
カメラ4aをθｙ＝180°回転しているため、TVカメラ4a
と光軸が一致しており、向きが反対になっている。
３の位置関係の詳細を示す斜視図であり、第３図と同一
又は相当部分には同一符号を付して示している。ここで
は説明を単純にするため、TVカメラ4aを基準として初期
位置にあるマニピュレータ３の腕とTVカメラ4aが平行に
なっているとする。一方、TVカメラ4bはｙ軸まわりにTV
カメラ4aをθｙ＝180°回転しているため、TVカメラ4a
と光軸が一致しており、向きが反対になっている。
TVカメラ4aで作業を監視しながら、バルブ7aを操作す
る場合、TV画像と操作桿１の関係は第６図（ａ）に示す
ようになる。操作桿１を操作方向に動かせば、操作桿姿
勢検知手段10により、速度指令ベクトル＝（,0,0）
tが得られる。この速度指令ベクトルに視覚座標変換手
段11において視点検知手段14の情報によって得られる変
換マトリックスＨが掛けられ視覚座標における速度指令
ベクトルが求められる。変換マトリックスＨは第５図で
はｙ軸まわりの回転に限定されるので、 この場合は、基準位置なのでθｙ＝０ で単位行列となり、視覚座標における速度指令ベクトル
ＶもＶ＝Ｈ・＝で変化しない。
る場合、TV画像と操作桿１の関係は第６図（ａ）に示す
ようになる。操作桿１を操作方向に動かせば、操作桿姿
勢検知手段10により、速度指令ベクトル＝（,0,0）
tが得られる。この速度指令ベクトルに視覚座標変換手
段11において視点検知手段14の情報によって得られる変
換マトリックスＨが掛けられ視覚座標における速度指令
ベクトルが求められる。変換マトリックスＨは第５図で
はｙ軸まわりの回転に限定されるので、 この場合は、基準位置なのでθｙ＝０ で単位行列となり、視覚座標における速度指令ベクトル
ＶもＶ＝Ｈ・＝で変化しない。
以下、関節座標変換手段12で角速度ベクトルが求めら
れ、関節軸制御手段13でマニピュレータ３の動作が操縦
される。
れ、関節軸制御手段13でマニピュレータ３の動作が操縦
される。
一方、TVカメラ4bで監視しながらバルブ7bを操作する
場合の関係は、第６図（ｂ）に示される。この場合、操
作桿１を操作方向に動かせば、操作桿姿勢検知手段10に
より速度指令ベクトル＝（,0,0）tが得られる。視
覚座標変換手段11において、視点検出手段14によって得
られる基準位置からの視点の回転角度θｙ＝180°で決
められる変換マトリックスＨをベクトルに掛けて視覚
座標における速度ベクトルＶを求めれば、 これは、操作桿１の操作方向と逆符号の速度指令ベク
トル−をもとにマニピュレータ３が動かされることを
示しており、マニピュレータ３の実際の進行方向を逆に
することで、第６図（ｂ）に示すように操作桿１の操作
方向とマニピュレータ３の画面上の進行方向を一致させ
ている。
場合の関係は、第６図（ｂ）に示される。この場合、操
作桿１を操作方向に動かせば、操作桿姿勢検知手段10に
より速度指令ベクトル＝（,0,0）tが得られる。視
覚座標変換手段11において、視点検出手段14によって得
られる基準位置からの視点の回転角度θｙ＝180°で決
められる変換マトリックスＨをベクトルに掛けて視覚
座標における速度ベクトルＶを求めれば、 これは、操作桿１の操作方向と逆符号の速度指令ベク
トル−をもとにマニピュレータ３が動かされることを
示しており、マニピュレータ３の実際の進行方向を逆に
することで、第６図（ｂ）に示すように操作桿１の操作
方向とマニピュレータ３の画面上の進行方向を一致させ
ている。
以上の説明では、ｙ軸まわりの回転でθｙ＝180°の
場合について述べたが、任意の視点の変化がx,y,z軸ま
わりの回転の組合わせで得られ、常に画面上のマニピュ
レータ３の進行方向と操作桿１との操作方向の一致が保
たれる。
場合について述べたが、任意の視点の変化がx,y,z軸ま
わりの回転の組合わせで得られ、常に画面上のマニピュ
レータ３の進行方向と操作桿１との操作方向の一致が保
たれる。
また、操作桿１からマニピュレータ３の指令として、
速度指令を入力する例を示したが、位置指令を入力して
もよい。
速度指令を入力する例を示したが、位置指令を入力して
もよい。
また、第７図は第４回日本ロボット学会学術講演会予
稿集、1310に示された従来の別の遠隔操作式マニピュレ
ータ装置を示す概念図であり、第４図と同一又は相当部
分には同一符号を付して示している。また、40は操作桿
姿勢検出手段10によって検出された操作桿の操作量とし
ての位置、32は操作桿１の位置を座標変換手段11で座標
変換して得られるマニピュレータの位置指令値である。
また、23は位置制御手段で、位置指令値に従ってマニピ
ュレータ３の関節を制御する。第８図は操作桿１と操作
者の目43の位置関係、およびマニピュレータ３とTVカメ
ラ４の位置関係を示す模式図である。図において、44は
操作桿１の基部に固定された操作座標系、45は操作者の
目43に固定された視覚座標系、46は操作桿１の先端に固
定された操作端座標系、47はマニピュレータ３の基部に
固定されたアーム座標系、48はマニピュレータ３の先端
に固定されたハンド座標系、49はTVカメラ４に固定され
たカメラ座標系である。操作座標系44から視覚座標系45
への同次変換行列をLm、操作端座標系46への同次変換行
列をTm、またアーム座標系47からカメラ座標系49への同
次変換行列をLs、ハンド座標系48への同次変換行列をTs
とすると、Tmは操作桿１の先端の位置，姿勢すなわち操
作桿１の操作量40を表わし、Tsはマニピュレータ３の位
置，姿勢を表わす。マニピュレータ３の位置指令値を表
わす行列▲Ts c▼は、座標変換手段11において、操作桿
１の操作量を表わす行列Tmに同次変換行列▲Ｒ-1 0▼U0
をかけることにより、▲Ｔm c▼＝▲Ｒ-1 0▼U0Tmと計算
される。ここで、R0,U0も同次変換行列でR0＝LmD
0（Ls）-1,U0＝R0▲Ｔs 0▼（▲Ｔm 0▼）-1,D0＝（Lm）
-1▲Ｔm 0▼（▲Ｔs 0▼）-1Lsである。また▲Ｔm 0▼，▲
Ｔs 0▼は初期状態におけるTm,Tsの値、また、記号右肩
の−１は逆行列を表わす。
稿集、1310に示された従来の別の遠隔操作式マニピュレ
ータ装置を示す概念図であり、第４図と同一又は相当部
分には同一符号を付して示している。また、40は操作桿
姿勢検出手段10によって検出された操作桿の操作量とし
ての位置、32は操作桿１の位置を座標変換手段11で座標
変換して得られるマニピュレータの位置指令値である。
また、23は位置制御手段で、位置指令値に従ってマニピ
ュレータ３の関節を制御する。第８図は操作桿１と操作
者の目43の位置関係、およびマニピュレータ３とTVカメ
ラ４の位置関係を示す模式図である。図において、44は
操作桿１の基部に固定された操作座標系、45は操作者の
目43に固定された視覚座標系、46は操作桿１の先端に固
定された操作端座標系、47はマニピュレータ３の基部に
固定されたアーム座標系、48はマニピュレータ３の先端
に固定されたハンド座標系、49はTVカメラ４に固定され
たカメラ座標系である。操作座標系44から視覚座標系45
への同次変換行列をLm、操作端座標系46への同次変換行
列をTm、またアーム座標系47からカメラ座標系49への同
次変換行列をLs、ハンド座標系48への同次変換行列をTs
とすると、Tmは操作桿１の先端の位置，姿勢すなわち操
作桿１の操作量40を表わし、Tsはマニピュレータ３の位
置，姿勢を表わす。マニピュレータ３の位置指令値を表
わす行列▲Ts c▼は、座標変換手段11において、操作桿
１の操作量を表わす行列Tmに同次変換行列▲Ｒ-1 0▼U0
をかけることにより、▲Ｔm c▼＝▲Ｒ-1 0▼U0Tmと計算
される。ここで、R0,U0も同次変換行列でR0＝LmD
0（Ls）-1,U0＝R0▲Ｔs 0▼（▲Ｔm 0▼）-1,D0＝（Lm）
-1▲Ｔm 0▼（▲Ｔs 0▼）-1Lsである。また▲Ｔm 0▼，▲
Ｔs 0▼は初期状態におけるTm,Tsの値、また、記号右肩
の−１は逆行列を表わす。
従来の遠隔操作式マニピュレータは以上のように構成
されているので、操作桿１より速度指令を与える場合
は、マニピュレータ３の関節軸制御において応答の遅い
関節があると、その関節は関節座標変換手段から出力さ
れる角速度ベクトルに追従できないため、マニピュレー
タ３が速度指令ベクトル通りに動かず、画面上のマニピ
ュレータの運動方向が操作桿の操作方向からずれてしま
い、マニピュレータ３を思い通りに操作しづらくなるほ
か、操作桿１から位置指令を与える場合では、操作桿１
を操作せずにTVカメラ4a,4bの姿勢を変化させた場合、
マニピュレータ３はモニタTV5の画面上で一定の位置姿
勢を保つように制御されるため、TVカメラ4a,4bの動き
に応じてマニピュレータ３が動いてしまう。このため、
TVカメラ4a,4bを動かすときはマニピュレータ３の動き
にも注意を払わなければならず、操作者の負担を増すな
どの問題点があった。
されているので、操作桿１より速度指令を与える場合
は、マニピュレータ３の関節軸制御において応答の遅い
関節があると、その関節は関節座標変換手段から出力さ
れる角速度ベクトルに追従できないため、マニピュレー
タ３が速度指令ベクトル通りに動かず、画面上のマニピ
ュレータの運動方向が操作桿の操作方向からずれてしま
い、マニピュレータ３を思い通りに操作しづらくなるほ
か、操作桿１から位置指令を与える場合では、操作桿１
を操作せずにTVカメラ4a,4bの姿勢を変化させた場合、
マニピュレータ３はモニタTV5の画面上で一定の位置姿
勢を保つように制御されるため、TVカメラ4a,4bの動き
に応じてマニピュレータ３が動いてしまう。このため、
TVカメラ4a,4bを動かすときはマニピュレータ３の動き
にも注意を払わなければならず、操作者の負担を増すな
どの問題点があった。
また、前記別の従来例においては、同次変換行列▲Ｒ
-1 0▼U0にU0＝R0▲Ｔs 0▼（▲Ｔm 0▼）-1を代入する
と、▲Ｒ-1 0▼U0＝▲Ｔs 0▼（▲Ｔm 0▼）-1となること
からわかるように、この座標変換は操作桿１とマニピュ
レータ３の初期状態だけで決まってしまう。したがっ
て、TVカメラ４が回転可能な架台の上に設置されている
場合など、マニピュレータ３の操作中にTVカメラ４の姿
勢が変化した場合には、このような座標変換法では対処
できず、操作桿１より位置指令を与えてマニピュレータ
３を位置制御する場合に、TVモニタ５の画面上のマニピ
ュレータ３の運動方向と操作桿１の操作方向は対応しな
くなるなどの問題点があった。
-1 0▼U0にU0＝R0▲Ｔs 0▼（▲Ｔm 0▼）-1を代入する
と、▲Ｒ-1 0▼U0＝▲Ｔs 0▼（▲Ｔm 0▼）-1となること
からわかるように、この座標変換は操作桿１とマニピュ
レータ３の初期状態だけで決まってしまう。したがっ
て、TVカメラ４が回転可能な架台の上に設置されている
場合など、マニピュレータ３の操作中にTVカメラ４の姿
勢が変化した場合には、このような座標変換法では対処
できず、操作桿１より位置指令を与えてマニピュレータ
３を位置制御する場合に、TVモニタ５の画面上のマニピ
ュレータ３の運動方向と操作桿１の操作方向は対応しな
くなるなどの問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、操作桿より速度指令を与える場合でも、位
置指令を与える場合でも、また操作中にTVカメラなどの
姿勢が変化した場合でも、常に操作桿の操作方向とモニ
タTV上に映し出されたマニピュレータの運動方向を一致
させることができ、かつ、マニピュレータの移動量が操
作桿の操作量のみによって決まり、TVカメラなどの姿勢
を変化させても操作桿を操作しない限り、マニピュレー
タが動かないようにすることができる遠隔操作式マニピ
ュレータ装置を得ることを目的とする。
れたもので、操作桿より速度指令を与える場合でも、位
置指令を与える場合でも、また操作中にTVカメラなどの
姿勢が変化した場合でも、常に操作桿の操作方向とモニ
タTV上に映し出されたマニピュレータの運動方向を一致
させることができ、かつ、マニピュレータの移動量が操
作桿の操作量のみによって決まり、TVカメラなどの姿勢
を変化させても操作桿を操作しない限り、マニピュレー
タが動かないようにすることができる遠隔操作式マニピ
ュレータ装置を得ることを目的とする。
この発明に係る遠隔操作式マニピュレータ装置は、操
作桿の操作量に応じて増分指令生成手段によりマニピュ
レータの一定時間間隔ごとの増分位置指令値を生成し、
座標変換手段を用いてこの増分位置指令値に対して、前
記操作桿の操作方向とモニタテレビジョン上のマニピュ
レータの運動方向とが一致するように座標変換を施こ
し、この座標変換された増分位置指令値を積算すること
により、マニピュレータの位置指令値を生成し、マニピ
ュレータを位置制御するように構成したものである。
作桿の操作量に応じて増分指令生成手段によりマニピュ
レータの一定時間間隔ごとの増分位置指令値を生成し、
座標変換手段を用いてこの増分位置指令値に対して、前
記操作桿の操作方向とモニタテレビジョン上のマニピュ
レータの運動方向とが一致するように座標変換を施こ
し、この座標変換された増分位置指令値を積算すること
により、マニピュレータの位置指令値を生成し、マニピ
ュレータを位置制御するように構成したものである。
この発明における位置指令生成手段はマニピュレータ
に位置指令値を与え、そのマニピュレータを位置制御す
るため、操作桿から速度指令が与えられる場合には、直
交座標系において積分補償を行なったのと同様の効果が
得られ、応答の遅い関節の動きが補償されるとともに、
前記マニピュレータの運動速度は前記操作桿により与え
られた指令速度に一致する。また、前記操作桿より位置
指令を与える場合は、増分指令生成手段により、一定時
間間隔ごとの前記操作桿の操作量の変化量から増分指令
値が生成され、これが座標変換手段によって座標変換さ
れるので、TVカメラの姿勢が変化しても操作桿を操作し
ない限り、位置指令生成手段で生成される位置指令値は
変化しない。また、前記TVカメラの姿勢などによって座
標変換行列を変更するので、操作中に前記TVカメラの姿
勢などを変化させても、常に画面上の前記マニピュレー
タの運動方向と操作桿の操作方向は一致する。
に位置指令値を与え、そのマニピュレータを位置制御す
るため、操作桿から速度指令が与えられる場合には、直
交座標系において積分補償を行なったのと同様の効果が
得られ、応答の遅い関節の動きが補償されるとともに、
前記マニピュレータの運動速度は前記操作桿により与え
られた指令速度に一致する。また、前記操作桿より位置
指令を与える場合は、増分指令生成手段により、一定時
間間隔ごとの前記操作桿の操作量の変化量から増分指令
値が生成され、これが座標変換手段によって座標変換さ
れるので、TVカメラの姿勢が変化しても操作桿を操作し
ない限り、位置指令生成手段で生成される位置指令値は
変化しない。また、前記TVカメラの姿勢などによって座
標変換行列を変更するので、操作中に前記TVカメラの姿
勢などを変化させても、常に画面上の前記マニピュレー
タの運動方向と操作桿の操作方向は一致する。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図において、１はマニピュレータ３への指令である速
度指令ベクトルを指令するための操作桿、20は操作桿１
の操作量から第一の増分指令値30を生成するための増分
指令生成手段、４は作業を監視するためのTVカメラ、５
はモニタTV、14はTVカメラ４の姿勢を検知する視点検知
手段、21は視点検知手段14からの情報にもとづき増分指
令生成手段20から入力された第一の増分指令値30を座標
変換して第二の増分指令値31を出力する座標変換手段、
22は第二の増分位置指令値31を積算してマニピュレータ
の位置指令値32を出力する位置指令生成手段、23は位置
指令値32に従ってマニピュレータ３の位置を制御する位
置制御手段である。
１図において、１はマニピュレータ３への指令である速
度指令ベクトルを指令するための操作桿、20は操作桿１
の操作量から第一の増分指令値30を生成するための増分
指令生成手段、４は作業を監視するためのTVカメラ、５
はモニタTV、14はTVカメラ４の姿勢を検知する視点検知
手段、21は視点検知手段14からの情報にもとづき増分指
令生成手段20から入力された第一の増分指令値30を座標
変換して第二の増分指令値31を出力する座標変換手段、
22は第二の増分位置指令値31を積算してマニピュレータ
の位置指令値32を出力する位置指令生成手段、23は位置
指令値32に従ってマニピュレータ３の位置を制御する位
置制御手段である。
以下、図によって、この実施例の動作を説明する。
第２図（ａ）は第１図のTVカメラ４とマニピュレータ
１の位置関係を示す斜視図であり、第２図（ｂ）はモニ
タTV5および操作桿１の位置関係を示す斜視図である。
なお第１図と同一又は相当部分には同一符号を付してあ
る。ここでは動作を説明するために４つの座標系を用い
る。44は操作桿１の基部に固定された操作座標系、42は
モニタTV5に固定されたモニタ座標系、47はマニピュレ
ータ３の土台に固定されたアーム座標系、48はTVカメラ
４に固定されたカメラ座標系である。モニタ座標系42の
座標軸の方向は画面の奥行き方向がｘ軸、上方向がｚ軸
とする。また、カメラ座標系48の座標軸方向は、TVカメ
ラ４の視線の方向をｘ軸、上方向をｚ軸とする。このTV
カメラ４で撮影された映像を、モニタTV5で監視しなが
ら操作桿１を操作することにより、マニピュレータ３を
動かす。
１の位置関係を示す斜視図であり、第２図（ｂ）はモニ
タTV5および操作桿１の位置関係を示す斜視図である。
なお第１図と同一又は相当部分には同一符号を付してあ
る。ここでは動作を説明するために４つの座標系を用い
る。44は操作桿１の基部に固定された操作座標系、42は
モニタTV5に固定されたモニタ座標系、47はマニピュレ
ータ３の土台に固定されたアーム座標系、48はTVカメラ
４に固定されたカメラ座標系である。モニタ座標系42の
座標軸の方向は画面の奥行き方向がｘ軸、上方向がｚ軸
とする。また、カメラ座標系48の座標軸方向は、TVカメ
ラ４の視線の方向をｘ軸、上方向をｚ軸とする。このTV
カメラ４で撮影された映像を、モニタTV5で監視しなが
ら操作桿１を操作することにより、マニピュレータ３を
動かす。
いま、操作座標系44から見た操作桿１の操作量ベクト
ルをX0とする。このX0は３次元ベクトルである。増分指
令生成手段20ではこの操作量ベクトルX0を入力として、
まず操作量ベクトルX0に比例した速度指令ベクトルV0＝
kX0を作る。ここでｋは定数である。そして、一定時間
間隔ΔＴ秒間にマニピュレータ３が動くべき第一の増分
指令値30は、速度指令ベクトルV0にΔＴをかけることに
よりΔX1＝ΔTV0＝ΔTkX0として生成される。
ルをX0とする。このX0は３次元ベクトルである。増分指
令生成手段20ではこの操作量ベクトルX0を入力として、
まず操作量ベクトルX0に比例した速度指令ベクトルV0＝
kX0を作る。ここでｋは定数である。そして、一定時間
間隔ΔＴ秒間にマニピュレータ３が動くべき第一の増分
指令値30は、速度指令ベクトルV0にΔＴをかけることに
よりΔX1＝ΔTV0＝ΔTkX0として生成される。
次に、第一の増分位置指令値30は座標変換手段21によ
り第二の増分位置指令値31に変換される。増分指令変換
手段20における計算式は、以下のようになる。すなわ
ち、モニタ座標系42から見た操作座標系44のｘ軸,y軸,z
軸の方向ベクトルをそれぞれXm,Ym,Zmとし、これらを列
ベクトルとする３×３の行列をH1＝〔Xm,Ym,Zm〕とす
る。また、カメラ座標系48から見たアーム座標系47のｘ
軸,y軸,z軸の３次元方向ベクトルをXa,Ya,Zaとし、これ
らを列ベクトルとする３×３の行列をH2＝〔Xa,Ya,Za〕
とする。このとき、第二の増分指令値31は第一の増分指
令値30であるΔX1に３×３の行列▲H-1 2▼・H1をかける
ことにより、ΔX2＝▲H-1 2▼・H1・ΔX1として計算する
ことができる。一定時間間隔ΔＴ秒間にマニピュレータ
３がアーム座標系47においてΔX2だけ移動したとする
と、カメラ座標系48から見たマニピュレータ３の移動量
はΔXa＝H2・ΔX2＝H1・ΔX1となり、カメラ座標系48か
ら見たマニピュレータ３の移動速度は、Va＝ΔXa／ΔＴ
＝H1・ΔX1／ΔＴ＝H1・V0＝kH1・X0となる。モニタTV5
には、TVカメラ４で撮影された映像がそのまま映し出さ
れるので、モニタ座標系42におけるマニピュレータの移
動速度はVm＝Va＝kH1・X0である。これを操作座標系44
に座標変換すると、操作座標系44から見たマニピュレー
タの速度ＶはＶ＝H1 -1Vm＝V0＝kX0となり、操作桿１か
ら与えた速度指令値に一致する。すなわち、モニタTV5
を通して見たマニピュレータ３の運動方向は、操作桿１
の操作方向と一致する。このようにして座標変換手段21
で生成された第２の増分指令値31は位置指令生成手段22
で積算され、マニピュレータ３の位置指令値32として位
置制御手段23に出力される。位置制御手段23では与えら
れた位置指令値32に従って、マニピュレータ３を制御す
る。
り第二の増分位置指令値31に変換される。増分指令変換
手段20における計算式は、以下のようになる。すなわ
ち、モニタ座標系42から見た操作座標系44のｘ軸,y軸,z
軸の方向ベクトルをそれぞれXm,Ym,Zmとし、これらを列
ベクトルとする３×３の行列をH1＝〔Xm,Ym,Zm〕とす
る。また、カメラ座標系48から見たアーム座標系47のｘ
軸,y軸,z軸の３次元方向ベクトルをXa,Ya,Zaとし、これ
らを列ベクトルとする３×３の行列をH2＝〔Xa,Ya,Za〕
とする。このとき、第二の増分指令値31は第一の増分指
令値30であるΔX1に３×３の行列▲H-1 2▼・H1をかける
ことにより、ΔX2＝▲H-1 2▼・H1・ΔX1として計算する
ことができる。一定時間間隔ΔＴ秒間にマニピュレータ
３がアーム座標系47においてΔX2だけ移動したとする
と、カメラ座標系48から見たマニピュレータ３の移動量
はΔXa＝H2・ΔX2＝H1・ΔX1となり、カメラ座標系48か
ら見たマニピュレータ３の移動速度は、Va＝ΔXa／ΔＴ
＝H1・ΔX1／ΔＴ＝H1・V0＝kH1・X0となる。モニタTV5
には、TVカメラ４で撮影された映像がそのまま映し出さ
れるので、モニタ座標系42におけるマニピュレータの移
動速度はVm＝Va＝kH1・X0である。これを操作座標系44
に座標変換すると、操作座標系44から見たマニピュレー
タの速度ＶはＶ＝H1 -1Vm＝V0＝kX0となり、操作桿１か
ら与えた速度指令値に一致する。すなわち、モニタTV5
を通して見たマニピュレータ３の運動方向は、操作桿１
の操作方向と一致する。このようにして座標変換手段21
で生成された第２の増分指令値31は位置指令生成手段22
で積算され、マニピュレータ３の位置指令値32として位
置制御手段23に出力される。位置制御手段23では与えら
れた位置指令値32に従って、マニピュレータ３を制御す
る。
なお、上記実施例では操作桿１からマニピュレータ３
の速度指令を与える場合を示したが、操作桿１から位置
指令値を与えてもよく、この場合には、増分指令作成部
では、一定時間間隔ΔＴ秒ごとに操作桿１の操作量を入
力し、現在の操作量と１回前に入力された操作量との差
に係数をかけて、第１の増分位置指令値とすればよい。
の速度指令を与える場合を示したが、操作桿１から位置
指令値を与えてもよく、この場合には、増分指令作成部
では、一定時間間隔ΔＴ秒ごとに操作桿１の操作量を入
力し、現在の操作量と１回前に入力された操作量との差
に係数をかけて、第１の増分位置指令値とすればよい。
また、上記実施例では操作桿１はジョイスティック形
式のものを示したが、マスタマニピュレータなど他の形
式のものでもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
式のものを示したが、マスタマニピュレータなど他の形
式のものでもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
さらに、上記実施例では１台のTVカメラ４と１台のモ
ニタTV5を用いた場合を示したが、複数台のTVカメラを
切換えて、１台のモニタTVに映写する場合や、複数台の
TVカメラに対応した複数台のモニタTVで監視する場合に
も適用可能であり、上記実施例と同様の効果を奏する。
ニタTV5を用いた場合を示したが、複数台のTVカメラを
切換えて、１台のモニタTVに映写する場合や、複数台の
TVカメラに対応した複数台のモニタTVで監視する場合に
も適用可能であり、上記実施例と同様の効果を奏する。
またさらに、マニピュレータ３が移動車などに搭載さ
れている場合など、マニピュレータ３を設置する土台の
位置や姿勢が変化する場合でも、マニピュレータ３の土
台とTVカメラ４の位置関係がわかれば、上記実施例と同
じく、画面上のマニピュレータ３の動きを操作桿１に操
作に対応させることができる。
れている場合など、マニピュレータ３を設置する土台の
位置や姿勢が変化する場合でも、マニピュレータ３の土
台とTVカメラ４の位置関係がわかれば、上記実施例と同
じく、画面上のマニピュレータ３の動きを操作桿１に操
作に対応させることができる。
以上のように、この発明によれば操作桿の操作量より
一定時間間隔ごとの増分位置指令値を生成し、この増分
指令値に対して座標変換を行った後位置指令値を生成
し、マニピュレータを位置制御するように構成したの
で、モニタTV画面上のマニピュレータの動きと操作桿の
操作がよく一致するとともに、TVカメラの視点が変化し
ても操作桿を操作しない限り不用意にマニピュレータを
動かないようにすることができ、さらに操作が容易にな
るとともに安全性の高いものが得られる効果がある。
一定時間間隔ごとの増分位置指令値を生成し、この増分
指令値に対して座標変換を行った後位置指令値を生成
し、マニピュレータを位置制御するように構成したの
で、モニタTV画面上のマニピュレータの動きと操作桿の
操作がよく一致するとともに、TVカメラの視点が変化し
ても操作桿を操作しない限り不用意にマニピュレータを
動かないようにすることができ、さらに操作が容易にな
るとともに安全性の高いものが得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による遠隔操作式マニピュ
レータの構成図、第２図はTVカメラとマニピュレータの
位置関係およびモニタTVと操作桿の位置関係を示す斜視
図、第３図は従来の遠隔操作式マニピュレータの概念
図、第４図は従来の遠隔操作式マニピュレータの構成
図、第５図は従来のTVカメラとマニピュレータの関係を
示す斜視図、第６図（ａ），（ｂ）は従来のTV画面と操
作桿の関係を示す説明図、第７図は従来の遠隔操作式マ
ニピュレータの構成図、第８図（ａ），（ｂ）は従来の
操作桿と操作者の目の位置関係およびマニピュレータと
TVカメラの位置関係を示す模式図である。 １は操作桿、２は制御部、３はマニピュレータ、４はテ
レビジョンカメラ、５はモニタテレビジョン、14は視点
検知手段、20は増分指令生成手段、21は座標変換手段、
22は位置指令生成手段、42はモニタ座標系、47はアーム
座標系。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
レータの構成図、第２図はTVカメラとマニピュレータの
位置関係およびモニタTVと操作桿の位置関係を示す斜視
図、第３図は従来の遠隔操作式マニピュレータの概念
図、第４図は従来の遠隔操作式マニピュレータの構成
図、第５図は従来のTVカメラとマニピュレータの関係を
示す斜視図、第６図（ａ），（ｂ）は従来のTV画面と操
作桿の関係を示す説明図、第７図は従来の遠隔操作式マ
ニピュレータの構成図、第８図（ａ），（ｂ）は従来の
操作桿と操作者の目の位置関係およびマニピュレータと
TVカメラの位置関係を示す模式図である。 １は操作桿、２は制御部、３はマニピュレータ、４はテ
レビジョンカメラ、５はモニタテレビジョン、14は視点
検知手段、20は増分指令生成手段、21は座標変換手段、
22は位置指令生成手段、42はモニタ座標系、47はアーム
座標系。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Claims (6)
- 【請求項１】テレビジョンカメラとモニタテレビジョン
で作業を監視しながら操作桿を操作し、制御部を介して
マニピュレータを遠隔操作する遠隔操作式マニピュレー
タ装置において、前記制御部が、前記操作桿の操作量を
入力し、この操作量に対応した第１の増分指令値を出力
する増分指令生成手段と、前記操作桿の操作方向と前記
モニタテレビジョン上の前記マニピュレータの運動方向
とが一致するように、前記第１の増分指令値を座標変換
して第２の増分指令値を得る座標変換手段と、前記第２
の増分指令値を積算することにより前記マニピュレータ
の位置指令値を生成する位置指令生成手段とを備えたこ
とを特徴とする遠隔操作式マニピュレータ装置。 - 【請求項２】制御部がテレビジョンカメラの姿勢あるい
は位置と姿勢を検知する視点検知手段からの出力データ
にもとづいて、座標変換手段により第１の増分指令値を
第２の増分指令値に変換することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の遠隔操作式マニピュレータ装置。 - 【請求項３】制御部がマニピュレータが設置されている
土台の姿勢あるいは位置と姿勢を検出するアーム姿勢検
知手段の出力にもとづいて、座標変換手段により第１の
増分指令値を第２の増分指令値に変換することを特徴と
する特許請求の範囲第１項または第２項記載の遠隔操作
式マニピュレータ装置。 - 【請求項４】制御部が、モニタテレビジョンの姿勢を検
出するモニタ姿勢検知手段の出力にもとづいて、座標変
換手段により第１の増分指令値を第２の増分指令値に変
換することを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
３項の何れか１項に記載の遠隔操作式マニピュレータ装
置。 - 【請求項５】増分指令生成手段が操作桿の操作量に比例
した第１の増分指令値を生成することを特徴とする特許
請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の
遠隔操作式マニピュレータ装置。 - 【請求項６】増分指令生成手段が操作桿の操作量の一定
時間ごとの変化量に比例した第１の増分指令値を生成す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項
のいずれか１項に記載の遠隔操作式マニピュレータ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62236158A JP2520660B2 (ja) | 1987-09-22 | 1987-09-22 | 遠隔操作式マニピユレ―タ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62236158A JP2520660B2 (ja) | 1987-09-22 | 1987-09-22 | 遠隔操作式マニピユレ―タ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6478790A JPS6478790A (en) | 1989-03-24 |
| JP2520660B2 true JP2520660B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=16996624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62236158A Expired - Fee Related JP2520660B2 (ja) | 1987-09-22 | 1987-09-22 | 遠隔操作式マニピユレ―タ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2520660B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4504394B2 (ja) * | 2003-02-04 | 2010-07-14 | オリンパス株式会社 | 医療装置誘導システム |
| JP4491687B2 (ja) * | 2005-04-21 | 2010-06-30 | パルステック工業株式会社 | 座標変換関数の補正方法 |
| JP2014508658A (ja) * | 2011-03-23 | 2014-04-10 | エスアールアイ インターナショナル | 高機能遠隔マニピュレーターシステム |
| CN108762509B (zh) * | 2018-06-06 | 2021-04-16 | 上海瀚创机器人技术有限公司 | 一种操作遥控对象的方法及操作系统 |
-
1987
- 1987-09-22 JP JP62236158A patent/JP2520660B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6478790A (en) | 1989-03-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |