(57)【要約】【課題】物体までの距離やカメラのズーム倍率が変わった場合でも、良好な立体感が得られ、操作者が遠近感を掴み易くなるようにする。【解決手段】遠隔操作ロボットの目の役割をする本体カメラ部１３に、立体視するための左右１対のカメラ２５Ｒ，２５Ｌを設けると共に、この左右カメラ２５Ｒ，２５Ｌの間隔を可変調整するカメラ間隔制御機構（２７Ａ〜２８等）を設け、測距手段で得られた物体までの距離情報に基づきこの距離が遠い程、カメラ間隔が大きくなるように制御する。これにより、遠隔操作者はＨＭＤ等で良好な遠近感を持つ立体映像を観察することができる。また、上記のカメラ間隔は、ズーム機構によって設定された倍率が高い程、大きくなるように制御することもできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目の役割をするためのカメラ部と、作業用のアームとを有すると共に、遠隔操作にて移動可能に構成された遠隔操作ロボットにおいて、
上記カメラ部に、立体観察用の左右１対のカメラを左右方向に並べて配置すると共に、この左右カメラの間隔を可変調整するカメラ間隔制御機構を設け、
このカメラ間隔制御機構でカメラ間隔を調整しながら当該左右のカメラにて撮影された画像を遠隔操作のために表示器に立体表示することを特徴とする遠隔操作ロボット。
【請求項２】
ロボットから物体までの距離を計測する測距手段を設け、
上記カメラ間隔制御機構は、上記測距手段で得られた距離情報に基づき、上記ロボットから物体までの距離が遠い程、上記左右カメラの間隔が大きくなるように制御したことを特徴とする上記請求項１記載の遠隔操作ロボット。
【請求項３】
上記左右カメラのそれぞれに、像拡大倍率を制御するズーム機構を設け、
上記カメラ間隔制御機構は、上記ズーム機構によって設定された倍率が高い程、上記左右カメラの間隔が大きくなるように制御したことを特徴とする上記請求項１記載の遠隔操作ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠隔操作ロボット、特に遠隔操作にて移動制御される生活支援用、介護用等のロボットであって、ロボットの目の役割をするカメラ部の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、産業用ロボットの他に、生活支援用、介護用、災害・救助活動用等のために、車や搬送体で移動できるロボットや二足歩行するロボット等の開発が進められており、この種のロボットは、複数本の指（フィンガー）を設けた手（ハンド）及びアーム（腕）を持ち、例えば手でコップ等の物を掴む、ベッドに寝ている介護利用者を起き上がらせる、障害物を排除する、両方の手で物を持つ等の各種の作業を行うことが可能である。
【０００３】
また、ロボット本体には、目の役割をさせるため、移動（進行）しようとする方向や作業する部分を撮影するカメラ部が設けられており、遠隔操作するロボットでは、このカメラ部で撮影された映像が遠隔地の表示部に表示されている。従って、操作者はこの表示部の映像により現況を確認しながら、次の操作を行うことができる。そして、従来では、下記の特許文献１に示されるように、２台の左右の立体カメラで撮影した画像を２つのＣＲＴへ表示し、専用眼鏡で立体像を観察することが行われている。
【特許文献１】特許第３００００６８号公報
【特許文献２】特開２００３−３０５６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の遠隔操作ロボットでは、立体的に観察するための左右のカメラが固定状態となっており、ロボットを対象物へ向けて移動させる場合や、アーム或いは指と作業対象物との距離が変わる場合には、ロボットから物体までの距離よって映像の立体感（遠近感）が変化し、操作者において遠近感が掴み辛くなるという問題があった。また、上記の左右のカメラに、像の拡大倍率を変えるためのズーム（変倍）機構を装備することができるが、この場合にも、その拡大倍率によって立体感が相違するという事態が生じる。更に、映像の立体感は観察する人の目や好みによって異なっており、各操作者に対応してこの立体感を変えることができれば使い勝手が向上する。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、物体までの距離やカメラのズーム倍率が変わった場合でも、良好な立体感が得られ、操作者が遠近感を掴み易くなる遠隔操作ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、目の役割をするためのカメラ部と、作業用のアームとを有すると共に、遠隔操作にて移動可能に構成された遠隔操作ロボットにおいて、上記カメラ部に、立体観察用の左右１対のカメラを左右方向に並べて配置すると共に、この左右カメラの間隔を可変調整するカメラ間隔制御機構を設け、カメラ間隔制御機構でカメラ間隔を調整しながら当該左右のカメラにて撮影された画像を遠隔操作のために表示器に立体表示することを特徴とする。
請求項２の発明は、ロボットから物体までの距離を計測する測距手段を設け、上記カメラ間隔制御機構は、上記測距手段で得られた距離情報に基づき、上記ロボットから物体までの距離が遠い程、上記左右カメラの間隔が大きくなるように制御したことを特徴とする。
請求項３の発明は、上記左右カメラのそれぞれに、像拡大倍率を制御するズーム機構を設け、上記カメラ間隔制御機構は、上記ズーム機構によって設定された倍率が高い程、上記左右カメラの間隔が大きくなるように制御したことを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、一般的なカメラで用いられる測距手段、例えば撮影映像の処理により距離を判定するパッシブ方式オートフォーカス機構で、移動前方の物体或いは作業対象物までの距離が検出されると、カメラ間隔制御機構では、測定距離に応じて左右カメラの間隔が可変調整され、このカメラ間隔は撮影距離が遠くなる程、大きくなる。この結果、良好な立体感を持った立体映像が表示器へ表示されることになる。
【０００８】
また、ズーム機構を設けている場合は、ズーム倍率に応じて左右カメラの間隔が可変調整され、このカメラ間隔は倍率が高くなる程、大きくなる。これによって、ズーム倍率を変えた場合でも、操作者は良好な遠近感を持った立体映像を観察できることになる。
更に、上記の物体までの距離や倍率に応じた自動的なカメラ間隔の制御とは別に、操作者は遠隔操作で自由にカメラ間隔を変えることができ、操作者の目や好みに適した立体感の映像を得ることが可能になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の遠隔操作ロボットによれば、移動前方の物体或いは作業対象物までの距離が変わった場合でも、良好な立体感を持った映像を得ることができ、遠隔操作者は遠近感のある観察し易い映像で物体を認識することができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１には、実施例に係る遠隔操作ロボットのカメラ部の構成が示され、図２には実施例のカメラ間隔制御機構の構成、図３には遠隔操作ロボットの全体の構成、図４には遠隔操作地の構成、図５には図３のロボットの手の部分を拡大したものが示されている。図３のように、このロボットは、車輪を備えた搬送部１０、この搬送部１０に回転（軸）部を介して接続された第１胴体部１１Ａ、この第１胴体部１１Ａに回転部を介して接続された第２胴体部１１Ｂ、この第２胴体部１１Ｂに回転部を介して接続された頭部１２及び上記搬送部１０に回転部Ｚｄ，Ｚｅを介して接続された左右のアーム（腕）１４Ｒ，１４Ｌを備えている。
【００１１】
上記頭部１２には、左右の目に対応した１対の本体カメラ部１３が設けられており（図示してないが、このカメラ部には透明カバーが被せられる）、この本体カメラ部１３では、詳細な構成は後述するが、ロボットが進む方向や手の先の立体像（動画）が撮影される。この本体カメラ部１３で得られた映像は、ロボットが自走する際の情報になると共に、遠隔操作者のために遠隔地の表示器に表示され、遠隔操作情報として利用される。
【００１２】
例えば、この表示器としては、図４に示されるように、操作者が目の部分に装着するヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）７０、パソコン７１のモニタ或いはその他のステレオビューアーを利用することができる。上記ＨＭＤは、例えば眼鏡型部材の中に小型液晶ディスプレイを内蔵したもので、装着した操作者の目の前に映像を映し出すことができるものである。また、上記の各回転軸部では例えば下側部材（基部）に対して上側部材がモータで回転するように構成されており、これによって、ロボットの姿勢制御や頭部１２の高さ位置の調整、即ちカメラ部１３の上下（チルト）方向の移動等が行われる。
【００１３】
図３に示されるように、上記左右のアーム１４Ｒ，１４Ｌは、それぞれに上腕部１４ａとこれに回転部Ｚｆを介して接続された前腕部１４ｂとを有し、例えばこの２つの上腕部１４ａは回転部Ｚｄで上下方向に回動すると共に、回転部Ｚｅで左右方向に回動し、上記２つの前腕部１４ｂは回転部Ｚｆで上下方向に回動する。更に、図５に示されるように、この前腕部１４ｂには内部の回転軸部を介して先端部１４ｃが接続され、この前腕先端部１４ｃに、３本の指１８［ｉ（内側），ｃ（中央），ｏ（外側）］を持つ手１６Ｒ，１６Ｌが取り付けられており、この手１６Ｒ，１６Ｌは、前腕部１４ｂの先で所定の角度を回動（内転又は外転）するように構成される。そして、上記の手１６Ｒ，１６Ｌの基部（手の平の部分）１６ａに、３本の指１８（ｉ，ｃ，ｏ）を保護するためのプロテクタ２０の両端が回転自在に取り付けられる。
【００１４】
上記プロテクタ２０は、手１６Ｒ，１６Ｌの基部１６ａと同じ程度の縦幅で、この基部１６ａと３本の指１８（ｉ，ｃ，ｏ）の側面外周を囲むように楕円弧状（Ｕ字状）とされ、この後端側開放端２０Ｅが回転軸部で基部１６ａに取り付けられる。即ち、上記基部１６ａの内部からプロテクタ２０の開放端２０Ｅには、図示していないが、モータ及びギヤ列を有しプロテクタ２０を回動させるためのプロテクタ回動機構が設けられており、これによって、図５に示されるように、プロテクタ２０が起き上がるように回動し、指１８（ｉ，ｃ，ｏ）の外周を覆う保護位置（図３の１６Ｒ）から指１８の物体に対する通常動作が可能になる状態の退避位置（図３の１６Ｌ、図５）まで回動する。
【００１５】
また、この指用プロテクタ２０の先端部には、指先を撮影するためのアームカメラ部２２が回転可能に配置される。即ち、このアームカメラ部２２には、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサからなり対物光学系を備えた撮像部２２ａと照明ランプ２２ｂが配置されており、このアームカメラ部２２は、プロテクタ２０の回動に応じて逆回転し、このプロテクタ２０の回転量と同量又はそれ以上の回転によって常に指先の所定方向を向くように制御される。
【００１６】
図１及び図２に示されるように、上記本体のカメラ部１３では、立体映像を得るために右側カメラ２５Ｒと左側カメラ２５Ｌが配置され、これら左右のカメラ２５Ｒ，２５Ｌには、これらを独立して左右（パン）方向へ回転させるためのモータ２６Ａ，２６Ｂが設けられる。また、右側カメラ２５Ｒ側に配置されたラック２７Ａと左側カメラ２５Ｌに配置されたラック２７Ｂの両方に噛合するピニオン２８と、このピニオン２８を駆動する間隔可変用モータ２９とが取り付けられ、この間隔可変用モータ２９を回転制御することにより、左右のカメラ２５Ａ，２５Ｂの間隔ｄを同時に可変調整することができる。なお、上記ラック２７Ａ，２７Ｂのそれぞれに対し独立したピニオン２８を設け、かつこの２つのピニオン２８を駆動する間隔可変用モータ２９を２つ設け、この２つの間隔可変用モータ２９で上記ラック２７Ａ，２７Ｂを個別に動かして、左右のカメラ２５Ｒ，２５Ｌの間隔を変えるようにしてもよい。
【００１７】
更に、上記左右のカメラ２５Ｒ，２５Ｌは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子と対物光学系部材を配置した構成とされ、映像における合焦状態を検出してピント合せをするパッシブ方式のオートフォーカス機構（アクティブ方式のものでもよい）と、光学的に像拡大するズーム機構が設けられる。なお、このロボットには、その本体の所定部位又はカメラ２５Ｒ，２５Ｌから物体までの距離（撮影距離）を測定するために、一般に用いられる各種の測距装置を配置してもよい。
【００１８】
実施例は以上の構成からなり、ロボットは図４のパソコン７１の遠隔操作等によって移動制御され、また介護や生活支援のためにアーム１４Ｒ，１４Ｌを用いた各種の作業が行われるが、この際には、本体カメラ部１３の左右のカメラ２５Ｒ，２５Ｌにて進行方向の物体或いは手の先の作業対象物が撮影される。この左右のカメラ２５Ｒ，２５Ｌで得られた映像信号は、遠隔地のＨＭＤ７０の左右の表示部へ送られ、このＨＭＤ７０によって操作者は立体映像を観察することができる。このとき、左右のカメラ２５Ｒ，２５Ｌでは、例えばパッシブ方式のオートフォーカスが行われており、このオートフォーカス制御で得られた物体（被写体）までの距離情報（他の測距手段で得られた情報でもよい）によって左右のカメラ２５Ｒ，２５Ｌの間隔ｄが調整される。
【００１９】
図６（Ａ）には、物体までの距離（撮影距離）とカメラ間隔の関係が示されており、図示されるように、上記左右カメラ２５Ｒ，２５Ｌの間隔ｄは、物体までの距離が遠くなるに従って大きくなるように（逆にいうと、距離が近くなるに従って小さくなるように）設定される。これによれば、図７に示されるように、例えば前方の物体Ｂに対しロボット（カメラ２５Ｒ，２５Ｌ）が距離Ｘ１にあってもＸ２にあっても、左右のカメラ２５Ｒ，２５Ｌは一定の角度αで物体を撮影することができ、常に一定で良好な立体感（遠近感）を維持することが可能となる。そして、このカメラ間隔ｄは、操作者がパソコン７１の操作等で自由に変えることができ、各操作者が立体視し易い状態に設定し直すことができる。
【００２０】
また、この左右のカメラ２５Ｒ，２５Ｌは、上述のようにそれ自体をモータ１６ａ，２６ｂの制御にて回転することができ、このカメラ自体のパン回転によっても、例えば図７の鎖線１００で示すように、本体の直進方向から互いに内側へ向くようにセットして、立体感（遠近感）が変えられるようになっている。
【００２１】
図６（Ｂ）には、ズーム倍率とカメラ間隔の関係が示されており、実施例ではズーム操作が行われた場合にも、その倍率に応じてカメラ間隔ｄが可変制御される。即ち、上記カメラ２５Ｒ，２５Ｌには、ズーム操作により像を光学的に拡大するズーム機構が取り付けられており、このズーム操作が行われたとき、図６（Ｂ）に示されるように、その倍率を高くする程、上記左右カメラ２５Ｒ，２５Ｌの間隔ｄが大きくなるように調整される。従って、ズーム倍率を変えた場合でも、良好な立体感（遠近感）を持った立体映像を得ることが可能となる。
【００２２】
更に、実施例のロボットでは、上述のように指用プロテクタ２０が設けられており、図３の右手１６Ｒで示されるように、このプロテクタ２０を指１８（ｉ，ｃ，ｏ）と並ぶ保護位置へ配置すれば、これら指１８を保護しながら手１６Ｒ全体の強度を高くすることができ、例えば人を起き上がらせる、重い物を動かす等の負荷のかかる作業を容易に行うことが可能となる。
【００２３】
一方、この指用プロテクタ２０は、指１８の作業が可能となる退避位置まで移動し、この指用プロテクタ２０の先端部に設けられたアームカメラ部２２で指先の映像を撮影することができる。即ち、このアームカメラ部２２はプロテクタ２０の回転角と同一かそれ以上の角度を回転することにより、常に指先の一定の方向を向いて撮影が行われる。そして、この指先の映像は、パソコンモニタ７１等に表示されることになり、遠隔操作者はこのパソコンモニタ７１の映像を見ながら、細かい作業等を行うことができる。
【００２４】
上記実施例では、測距手段で得られた距離情報や遠隔操作者の操作に基づいてカメラ間隔ｄを変化させるようにしたが、例えば作業によって異なる長さのアーム（又はマニピュレータ）を取り付けて使用する場合は、このアームの長さ情報に応じて、或いはアームの曲げ動作情報に応じて（左右カメラと作業対象物との距離に応じて）カメラ間隔ｄを変えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例に係る遠隔操作ロボットの目として配置された本体カメラ部の構成を示す図である。
【図２】図１の本体カメラ部の駆動部材の構成を示す図である。
【図３】実施例の遠隔操作ロボットの全体構成を示す斜視図である。
【図４】実施例の遠隔操作に関する構成を示す図である。
【図５】実施例の指用プロテクタを退避位置まで回動させたときの手の構成を示す斜視図である。
【図６】実施例で設定されるカメラ間隔と物体までの距離との関係を示すグラフ図［図（Ａ）］、及びカメラ間隔とズーム倍率との関係を示すグラフ図［図（Ｂ）］である。
【図７】実施例において物体までの距離が変わった場合の左右カメラの間隔を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０…搬送部、              １３…本体カメラ部、
１４Ｒ，１４Ｌ…左右のアーム（腕）、
１６Ｒ，１６Ｌ…左右の手、  １８…指、
２０…指用プロテクタ、      ２２…アームカメラ部、
２５Ｒ…右側カメラ、        ２５Ｌ…左側カメラ、
２６Ａ，２６Ｂ，２９…モータ、
２７Ａ，２７Ｂ…ラック、    ２８…ピニオン、
７０…ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、
７１…パソコン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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