(57)【要約】      （修正有）【課題】ロボットから送信されるデータを予測表示に利用し、常に通信時間遅れ分を予測表示するだけで、ロボットを制御し、予測する時間を短くし、現実のロボットの状況に予測を合わせることのできる手段を実現する。【解決手段】ロボット２は、入力・表示装置を付設するロボット遠隔操作制御装置１との間で往復通信時間遅れが生じる遠隔地にあり、現時刻における入力・表示装置６で表示される操作者Ｐの手先位置の情報は、現時刻より前記時間遅れだけロボットの被制御装置の情報に、前記時間遅れの間に生成された指令コマンドの指令値を付加してなる予測情報である。【選択図】図１
2005161498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットのセンサ付き被制御装置の動作を指令する指令コマンドを入力する入力装置と、
前記被制御装置の動作情報を操作者に表示する表示装置と、
前記入力装置からの指令コマンドを前記被制御装置に送信する制御装置とを備えたロボット遠隔操作制御装置において、
前記制御装置は、
前記指令コマンドを前記被制御装置に送信し、前記被制御装置から前記センサのデータを受信する送受信装置と、
前記送受信装置で受信した被制御装置からのセンサのデータと前記入力装置で入力した指令コマンドのデータを処理し、前記被制御装置及び前記表示装置に対するコマンドを生成するコマンド生成装置とを有し、
前記被制御装置は、前記制御装置との間で往復通信時間遅れｔが生じる遠隔地にあり、現時刻Ｔにおける前記表示装置で表示される前記被制御装置の位置の情報Ｏ（Ｔ）は、現時刻Ｔより前記時間遅れｔだけ前の前記被制御装置の位置の情報Ｒ（Ｔ−ｔ）に、前記時間遅れｔの間に生成された指令コマンドの指令値Ａ（ｔ）を付加してなる予測情報であることを特徴とするロボット遠隔操作制御装置。
【請求項２】
前記被制御装置はロボットであることを特徴とする請求項１記載のロボット遠隔操作制御装置。          
【請求項３】
前記センサは、姿勢を検知するとともにその動作状態を撮影し、視覚、触覚、聴覚等を計測することができ、前記表示装置は、視覚、触覚又は聴覚を入力及び表示できることを特徴とする請求項１記載のロボット遠隔操作制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信時間遅れの存在する環境下でロボットアーム等の被制御装置を遠隔操作するロボット遠隔操作制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にロボットの被制御装置を遠隔地から遠隔操作する際には、操作者は意図したとおりにロボットの動作を確認したり、予期せぬ事態に対して修正動作を生成するために、遠隔地のロボットの状況を視覚、触覚のセンサを利用して、遠隔操作を行う。
【０００３】
しかし、操作者と遠隔地のロボットの距離が離れている場合、通信時間遅れが発生してしまい、操作者の生成したコマンドで遠隔地のロボットが動作するのにタイムラグが生じる。この通信時間遅れが発生することにより、遠隔操作の効率は減少してしまう。
【０００４】
従来の通信時間遅れの存在する環境下での遠隔操作では、予測表示を利用している。予測表示とは操作者側のコンピュータでロボットの動作をシミュレートし、そのシュミレーション結果（動作予測）を操作者に提示することである（特許文献１〜４参照。）。
【０００５】
この予測表示では、操作者には、遠隔地のロボットを含む環境をモデル化して、コンピュータ内に遠隔地のロボットを含むモデルを作成し、そのモデルを使って遠隔操作コマンドを生成していする。
【特許文献１】特開平１１−１６１３１１号公報
【特許文献１】特開平０９−２１６１８４号公報
【特許文献１】特開平０７−０５２０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の予測表示では、コンピュータ内でロボットの動作等を全て計算するが、ロボットから戻ってくる情報をリアルタイムに利用することはしていない。また、操作者に送信されるロボットの情報を利用して、ロボットに送信するコマンドを生成する手段もあるが、通信時間遅れが大きくなると有効な手段でなくなる。
【０００７】
操作者が利用する予測表示されるロボットを含む遠隔地のモデル（仮想モデルと呼ぶ）は、完全に実際のロボットを含む遠隔地の物理現象を再現することはできないため、操作者に提示される情報はあくまで予測であり、運用時間が長くなればなるほど、予測と実際のロボットとの状態がずれてしまう。そこで、できるだけ予測する時間を短くし、現実のロボットの状況に予測を合わせる必要がある。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決することを目的とするものであり、ロボットから送信されるデータを予測表示に利用し、常に通信時間遅れ分を予測表示するだけで、ロボットを制御し、予測する時間を短くし、現実のロボットの状況に予測を合わせることのできる手段を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために、ロボットのセンサ付き被制御装置の動作を指令する指令コマンドを入力する入力装置と、前記被制御装置の動作情報を操作者に表示する表示装置と、前記入力装置からの指令コマンドを前記被制御装置に送信する制御装置とを備えたロボット遠隔操作制御装置において、前記制御装置は、前記指令コマンドを前記被制御装置に送信し、前記被制御装置から前記センサのデータを受信する送受信装置と、前記送受信装置で受信した被制御装置からのセンサのデータと前記入力装置で入力した指令コマンドのデータを処理し、前記被制御装置及び前記表示装置に対するコマンドを生成するコマンド生成装置とを有し、前記被制御装置は、前記制御装置との間で往復通信時間遅れｔが生じる遠隔地にあり、現時刻Ｔにおける前記表示装置で表示される前記被制御装置の位置の情報Ｏ（Ｔ）は、現時刻Ｔより前記時間遅れｔだけ前の前記被制御装置の位置の情報Ｒ（Ｔ−ｔ）に、前記時間遅れｔの間に生成された指令コマンドの指令値Ａ（ｔ）を付加してなる予測情報であることを特徴とするロボット遠隔操作制御装置を提供する。
【００１０】
前記被制御装置はロボットであることを特徴とする。          
【００１１】
前記センサは、姿勢を検知するとともにその動作状態を撮影し、視覚、触覚、聴覚等を計測することができ、前記表示装置は、視覚、触覚又は聴覚を入力及び表示できることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るロボット遠隔操作制御装置よれば、通信時間遅れの存在する遠隔操作において、遠隔地のロボットの被制御装置から戻ってきた情報と、操作者からの指令地を基にして、前記遠隔地のロボットの被制御装置の予測表示を行うため、予測時間を遠隔操作運用時間に関わらず通信時間遅れ分の短い時間とし、常に一定であるため、非常に安全に遠隔操作を実施することがでるようになり、遠隔操作の安全性に対して極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係るロボット遠隔操作制御装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下説明する
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明に係るロボット遠隔操作制御装置１の全体構成である。このロボット遠隔制御装置１１で制御されるロボット２の被制御装置（本実施例ではロボットアーム）は、少なくともカメラ３及び位置検出センサを備え、さらに視覚センサ（カメラ）、触覚センサ、マイク等のセンサを有しており、姿勢を検知するとともにその動作状態を撮影し、視覚、触覚、聴覚等を計測することができる。
【００１５】
ここで、位置検出センサは、図示はしないが、ロボットアームの関節に取り付けられている関節角度を計測する角度計測センサであり、これをロボットアームの関節に取り付け関節角度を計測するという構成自体は周知技術である。この位置検出センサの検出値がロボットに搭載されたロボットアーム制御装置１４に送信され、ロボットアーム制御装置１４でロボットアームの手先位置が計算される。なお、視覚センサ、触覚センサ等のセンサを設ければ、さらに遠隔制御の精度が上がることとなる。
【００１６】
この手先位置の情報が、ロボット遠隔操作制御装置１の後述する制御装置４に送信され、制御装置４のコマンド生成装置においてロボットアームの手先位置が計算される。なお、視覚センサ、触覚センサ等のオプションセンサを設ければ、さらに遠隔制御の精度が上がることとなる。
【００１７】
ロボット遠隔操作制御装置１は、制御装置４、入力装置５及び表示装置６から成る。制御装置４は、入出力部７、コマンド生成装置８、コマンド・データ送受装置９とを備えている。制御装置４は、実際は、通常のパソコンが利用され、そのCPUがコマンド生成装置８として利用される。
【００１８】
入力装置５は、遠隔地にあるロボット２を遠隔操作するためのジョイスティック（又はマスタアーム）１０等を有し、制御装置４の入出力部７に接続されている。カメラモニタ用ディスプレイ１１、遠隔地のマイクにより検出した音声を再生するスピーカ（図示せず）等から構成されている。これらのディスプレイ１１、スピーカ等は、それぞれ制御装置４の入出力部７に接続されている。表示装置６は、遠隔地のロボット２の動作状況についてカメラ３で撮影した映像を表示するものである。ここで、１５はロボットアームを含む遠隔地の実画像であり、１６は予測表示されているロボットアームを含む仮想モデルのコンピュータグラフィックス画像である。
【００１９】
ロボット２は、被制御装置であるロボットアーム１２を有し、このロボットアーム１２は、図２（ａ）に示すように、ｎ個の関節Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３・・・・Ｊｎを有している。ロボットアーム１２の各関節角度をθ１、θ２、θ３・・・、θｎ、手先位置（具体的にはロボットアーム１２の手先位置の情報であり、より詳しくは、手先位置の３次元座標情報である。）をＯとする。以下、説明を分かりやすくするために、図２（ｂ）に示すように、ロボットアーム１２の関節は、Ｊ１、Ｊ２の２個の関節から成るロボットについて説明する。  
【００２０】
なお、上記手先位置の情報は、上述したように、ロボットアームの関節に設置された位置検出センサ（角度計測センサ）で得られた検出値がロボットに搭載されているロボットアーム制御装置１４に送信され、このロボットアーム制御装置１４において上記検出値に基づいてロボットアーム制御装置１４で計算される。
【００２１】
そして、この手先位置の情報、ロボットアームの各関節角度、上述したオプションのセンサのデータが、ロボット遠隔操作制御装置１の制御装置４に一定周期で送信される。送信元へのデータの送信方法は、インターネットを使ったり、信号線を使ったりすることができ、いろいろな態様が考えられる。
【００２２】
図２（ｂ）において、遠隔操作開始時刻をＴ０、現在の時刻をＴ、往復の通信時間遅れをｔとする。遠隔地のロボット２から送られてきた情報を基にしたロボットアーム１２の手先位置はＯ（Ｔ−ｔ）であり、各関節角度はθ１（Ｔ−ｔ）、θ２（Ｔ−ｔ）となる。
【００２３】
図２は、本発明の実施例の説明図であり、この実施例の被制御装置であるロボット２のロボットアーム１２は、２個の関節Ｊ１、Ｊ２を有しており、ロボットアーム１２の各関節角度をθ１、θ２とする。現在の時刻をＴ、往復の通信時間遅れ時間をｔ、ロボットアームの手先位置を点Ｏとする。
【００２４】
予測表示されるアーム（時刻Ｔのアーム）は、従来の方法では、Ｔ０を元にして計算するために予測計算を行う時間はＴ−Ｔ０となるが、本発明の装置においては、時刻（Ｔ−ｔ）から時刻Ｔまでに生成されたオペレータからの指令値を基にして計算するので、予測計算を行う時間は常にｔのみとなる。
【００２５】
ところで、通信時間遅れｔは、ロボット側（ロボットアーム１２）と操作者側（ロボット遠隔操作制御装置１）との物理的距離や通信のための伝送システム等の様々な要因により決定されるので、ロボット側と操作者側の設置環境のそれぞれについて（その場、その場で）生じる通信時間遅れをあらかじめ計測しておく。そして、このような計測結果から通信時間遅れｔが、予め決定される。
【００２６】
図３を使って説明すると、遠隔地のロボットアーム１２から送られてくるロボットアーム１２の手先位置はＲ（Ｔ−ｔ）である。予測表示されるアーム（時刻Ｔのアーム）の手先位置Ｏ（Ｔ）は、これらの情報を基に、時刻（Ｔ−ｔ）から時刻Ｔまでに生成されたオペレータからの指令値Ａ（ｔ）を含めて計算されるので、
Ｏ（Ｔ）  ＝  Ｒ（Ｔ−ｔ）＋Ａ（ｔ）    となる。                      
【００２７】
もし、ロボットアーム１２が障害物に衝突し、停止しているにもかかわらず、操作者Ｐが障害物の方向に動作指令を出しつづける場合を想定する。この場合、実際のロボットアーム１２の手先位置Ｒ（Ｔ−ｔ）は変化しないが、操作者Ｐからの指令値が出されているので、予測表示されるロボットアーム１２は、停止している実際のロボットアーム１２の手先位置Ｒ（Ｔ−ｔ）に操作者Ｐからの指令値を出し続けている通信時間遅れｔ分を加えた値となるので、実際のロボットアーム１２の位置から少しずれたところで停止する。
【００２８】
つまり、Ｏ（Ｔ）＝Ｒ（Ｔ−ｔ）＋Ａ（ｔ）  の実際のロボットアーム１２の手先位置Ｒ（Ｔ−ｔ）が衝突のため変化しなくなり、実際のロボットアーム１２への手先指令値Ａ（ｔ）も一定のため、Ｏ（Ｔ）も変化しなくなるのである。
【００２９】
この状態で操作者Ｐが動作指令を出さなければ、予測表示されるロボットアーム１２は、実際のロボットアーム１２の手先位置に徐々に近づいて行き、通信時間遅れｔの時間を経過すると、予測表示のロボットアーム１２の手先位置は、実際のロボットアーム１２に一致する。
【００３０】
つまり、運用中に予測表示されたロボット２の手先位置と実際のロボット２の手先位置が異なってしまっても、操作者Ｐが指令を与えなければ、遠隔地のロボットアーム１２の情報に加えられる操作者Ｐの指令値が零となるため、予測表示されたロボット２が自動的に実際のロボット２の位置まで移動することとなる。
【００３１】
上述のロボットアームが障害物に衝突し、停止した場合の動作をさらに詳細に説明する。自由空間で操作している場合には、常に入力装置５の動作とロボットアーム１２の動作は 一致している。しかし、ロボットアーム１２が障害物に衝突すると、ロボットアーム１２がその場で停止することになる。ロボットアーム１２から操作者側（ロボット遠隔操作制御装置１）には常にデータが定期的に送られてくるが、操作者側（ロボット遠隔操作制御装置１）ではロボットアーム１２の手先位置が変化していない。
【００３２】
つまりＲ（Ｔ−ｔ）が変化しなくなるというデータが得られる。そのため、これまで自由に動けていた操作者側の入力装置５の動作も通信時間遅れ分の入力データＡ（ｔ）分しか自由に動けなくなってしまう。この状態になると、操作者にはロボットアーム１２が何かに衝突して動けなくなっていることが明白であるので、入力装置とロボットアームの位置を修正するために、操作者が入力装置５から手を離すなどして指令値を与えない状態にする。
【００３３】
つまり、  Ｏ（Ｔ）  ＝Ｒ（Ｔ−ｔ）＋Ａ（ｔ）のロボットアーム１２の実際のロボットの手先位置Ｒ（Ｔ−ｔ）が衝突のため変化しなくなり、ロボットアーム１２への手先指令値Ａ（ｔ）が零へと近づいていくために、
Ｏ（Ｔ）  ＝  Ｒ（Ｔ−ｔ）
となるのである。
【００３４】
以上、本発明に係るロボット遠隔操作制御装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ロボットからリアルタイムで送信されるデータと通信時間遅れ分に相当する指令値を利用してロボットを制御し、予測する時間を短くし、遠隔操作でも、現実のロボットの動作状況に予測を合わせることができるから、遠隔操作でしかも操作者の操作意図を瞬時に実現する必要のある各種の産業用ロボットに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の全体構成を説明する図である。
【図２】本発明の要部の構成を説明する図である。
【図３】本発明の作用を説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ロボット遠隔操作制御装置   
２  ロボット                   
３  カメラ                     
４  制御装置                   
５  入力装置                   
６  表示装置                   
７  入出力部               
８  コマンド生成装置           
９  コマンド・データ送受装置   
１０  ジョイスティック         
１１  ディスプレイ             
１２  ロボットアーム
１３  位置センサ
１４  ロボットアーム制御装置
１５  ロボットアームを含む遠隔地の実画像
１  予測表示されているロボットアームを含む仮想モデルのコンピュータグラフィッ        クス画像
【図１】
2005161498.tif 000003
【図２】
2005161498.tif 000004
【図３】
2005161498.tif 000005