【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設ロボットにおける遠隔臨場制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の建設ロボットにおける遠隔制御としては、建設ロボットによる作業現場を直接目視しながら、手元の操縦レバー等を操作しながら建設ロボットに制御信号を送って遠隔操作し、同時に作業状態を確認するものがあった。

【０００３】しかしながら、上記従来の遠隔制御方法では、作業現場を直接目視していなければならないため、
大深度地下や海底のような高圧あるいは高温等の厳しい環境での掘削作業や運搬作業をはじめ、将来予想される宇宙のような過酷な環境での建設作業や、あるいは原子炉の解体作業のような危険な条件下での作業など、人間が臨場することが極めて困難あるいは不可能な建設現場での作業は、全く不可能であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、危険あるいは過酷な現場には建設ロボットのみを配置し、直接目視できない上記作業現場を遠隔の安全な場所でもあたかも現場に居合わせているような、
いわゆる臨場感をもって、高精度に作業をすることができる建設ロボットにおける遠隔臨場制御方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の建設ロボットにおける遠隔臨場制御方法は、危険で過酷な環境で無人で作業する建設ロボットと、該作業現場から遠く離れた安全な場所でオペレターにより上記建設ロボットを遠隔操縦する制御方法において、上記作業現場での作業状況の視覚情報と建設ロボットの作業機器の位置情報や力情報を、オペレーターの視覚や手足の触覚に伝達し、これらの臨場情報に基づくオペレターからの作業指令を制御信号として上記建設ロボットの作業機器に伝えることを特徴とする。 上記視覚情報は、上記建設ロボットに備えた立体カメラと、該立体カメラからの画像信号を各々受信する２つのＣＲＴと、これらのＣＲＴの画像を相互に異なる方向の偏光画像としてオーバーラップさせた状態で映す手段と、２つの偏光画像をオペレーターの左右の目に各々分離した状態で入れる偏光眼鏡により、オペレーターに立体像として認識させることを特徴とする。 また、上記位置制御と力制御は、例えば、バイラテラル制御方式により行うことを特徴とする。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。 図１において、Ａは掘削ロボットであって、下部走行体１により前進・後進・左右に旋回移動する。 該下部走行体１上にはロボット本体２が旋回自在に搭載されている。 該ロボット本体２内には、各種の動力源および制御装置（図示せず）が収容されている。

【０００７】３はブームであって、支軸３ａにより上記下部走行体１のフレームあるいは上記ロボット本体２に回動自在に取り付けられている。 尚、ブーム３が特に下部走行体１に取り付けられている場合には、ロボット本体２は必ずしも旋回させる必要はない。 該ブーム３は油圧シリンダー４により前後に回動する。 ５はアームであって、支軸５ａにより上記ブーム３の先端部に回動自在に取り付けられている。 該アーム５は油圧シリンダー６
により上下に回動する。 ７はバケットであって、上記アーム５の先端部に枢着されている。 該バケット７は油圧シリンダー８により首振り自在に回動する。

【０００８】上記ロボット本体２の頂部には立体カメラ９がセットされている。 該立体カメラ９は上下左右のいずれの方向にも向くことができる。

【０００９】Ｂは操縦室であって、オペレーターＨがモニター１０を見ながら操作盤１１を操作するようになっている。 モニター１０に表示される現場の作業状況は、
必要に応じて、プリントアウトされたり他の適宜記憶装置に記録される。

【００１０】図２は本発明の遠隔臨場制御の概念を示すものであって、上記掘削ロボットＡから視覚情報、位置情報および力情報を各々のインタフェイスである画像提示装置、位置計測装置および運動制御装置を介してオペレーターＨの目や手に伝え、オペレーターＨはこれらの臨場情報により、あたかも作業現場に居て掘削ロボットＡを実際に運転しているような感覚で操縦し、その制御情報（位置情報および力情報）を、上記インタフェイスを介して掘削ロボットＡに送る。

【００１１】図３は、上記視覚情報をオペレーターＨに送るためのシステムを示すものであって、２台の立体カメラ９と雲台コントローラ１２とモニター１０から構成されている。 上記２台の立体カメラ９は、人間の２つの目の間隔にほぼ対応させて雲台上に取り付けられている。 雲台コントローラ１２は上記立体カメラ９の向きやフォーカスあるいはズーム等を自動あるいはオペレーターＨからの指令により制御するための装置である。

【００１２】上記モニター１０は、２つのＣＲＴ１０
ａ、１０ｂを相互に直角に配置すると共に、その間に４
５゜の角度でハーフミラー１０ｃを配置したものであって、各々のＣＲＴ１０ａ、１０ｂを上記２台の立体カメラ９に対応させてある。 各ＣＲＴ１０ａ、１０ｂの画面には各々直交する縦方向および横方向の偏光フィルターが貼着されている。

【００１３】従って、左右の立体カメラ９で撮った画像は、各ＣＲＴ１０ａ、１０ｂに映し出され、各偏光フィルターを通った左右の画像の光がハーフミラー１０ｃを通過し、あるいは反射してオペレーターＨ側にくる。 オペレーターＨは偏光フィルター付き眼鏡１３を掛けている。 該眼鏡１３の偏光フィルターは上記ＣＲＴ１０ａ、
１０ｂの偏光フィルターに対応しているので、左右の画像が各々左右の目に別々に入ることになり、その結果、
オペレーターＨには立体像が認識される。

【００１４】図４は、上述の位置情報および力情報による制御システムを示すもので、主としてマスター側、すなわちオペレーターＨ側の制御用マルチレバーＣとスレーブ側、すなわち掘削ロボットＡ側の作業機器部Ｄとコントローラ部Ｅから構成されている。

【００１５】上記制御用マルチレバーＣは、前記操作盤１１上に備えられていて、掘削ロボットＡのブーム３、
アーム５およびバケット７に各々対応して所定の縮尺（例えば、１／５）に形成されたブーム部材３′とアーム部材５′とバケット部材７′を多関節に構成したものである。 各部材３′、５′、７′にはポテンショメーター１４、１５、１６が取り付けられていて、その姿勢位置を計測するようになっている。 また、各関節にはサーボモータ１７、１８、１９が各々取り付けられている。
なお、位置計測手段およびサーボモータは、これらのものに限定するものではなく、要するに、各部材の位置およびそれに働く力を再現できるものであればいずれでもよい。

【００１６】上記作業機器部Ｄは、各油圧シリンダー４、６、８に取り付けられたデジタルパルス距離計から成る位置センサー２０、２１、２２と、油圧シリンダー４のピストンの両側の作動油の圧力を計測する圧力センサー２３、２４と、該油圧シリンダー４を作動させる油圧サーボ弁２５から構成されている。 なお、他の油圧シリンダー６および８の圧力センサーおよび油圧サーボ弁は、上記圧力センサー２３、２４および油圧サーボ弁２
５と同じ機能を有するので、その図解および説明は省略する。 上記位置センサーおよび油圧サーボ弁等も、これに限定するものではなく、要するに作業機器の位置およびそれに作用する力を計測できるものであればいずれでもよい。

【００１７】上記コントローラ部Ｅは、上記ポテンショメータ１４と位置センサー２０からの位置信号の偏差値をアンプ２６を介して上記油圧サーボ弁２５に送る制御部と、上記圧力センサー２３と２４の力信号の偏差値をアンプ２７を介して上記サーボモータ１７にフィードバックする制御部からなる。 なお、上記ポテンショメータ１５、１６およびサーボモータ１８、１９における制御部についても同様に図解および説明を省略する。

【００１８】本制御システムは、以上のように構成されているので、ブーム部材３′、アーム部材５′、バケット部材７′に与えられる位置制御信号は、掘削ロボットＡのブーム３、アーム５、バケット７に迅速かつ正確に再現されると共に、掘削ロボットＡのこれらの機器に作用する反力は、サーボモータ１７等により各部材３′、
５′、７′等に直ちに伝えられ、オペレーターＨの手ごたえとして臨場的に把握される。

【００１９】上記実施例では、掘削ロボットＡについて説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、従来から知られているあらゆる建設機械に応用しうる。

【００２０】

【発明の効果】

１）危険あるいは過酷な現場には建設ロボットのみを置き、オペレーターは安全な場所で操縦することができる。 ２）オペレーターには建設現場の状況を立体的に認識されるので、熟練を要することなく極めて容易かつ正確に操縦することができる。 ３）建設ロボットの作業機器にかかる力がそのままオペレーターに伝えられるので、上記立体視覚と併せて臨場感が高まり、あたかも現場に居合わせるかの感覚で高精度の作業が可能となり、機器を破損する恐れもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の遠隔臨場制御方法を実施する装置の説明図である。

【図２】遠隔臨場制御の概念図である。

【図３】視覚システムの説明図である。

【図４】位置および力制御の説明図である。

【符号の説明】

１ 下部走行体 ２ ロボット本体 ３ ブーム ３ａ 支軸 ４ 油圧シリンダー ５ アーム ５ａ 支軸 ６ 油圧シリンダー ７ バケット ８ 油圧シリンダー ９ 立体カメラ １０ モニター １０ａ ＣＲＴ １０ｂ ＣＲＴ １０ｃ ハーフミラー １１ 操作盤 １２ 雲台コントローラ １３ 眼鏡 １４ ポテンショメータ １５ ポテンショメータ １６ ポテンショメータ １７ サーボモータ １８ サーボモータ １９ サーボモータ ２０ 位置センサー ２１ 位置センサー ２２ 位置センサー ２３ 圧力サンサー ２４ 圧力センサー ２５ 油圧サーボ弁 ２６ アンプ ２７ アンプ Ａ 掘削ロボット Ｂ 操縦室 Ｃ 制御用マルチレバー Ｄ 機器部 Ｅ コントローラ部 Ｈ オペレーター

【手続補正書】

【提出日】平成５年８月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設ロボットにおける遠隔臨場制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の建設ロボットにおける遠隔制御としては、建設ロボットによる作業現場を直接目視しながら、手元の操縦レバー等を操作しながら建設ロボットに制御信号を送って遠隔操作し、同時に作業状態を確認するものがあった。

【０００３】しかしながら、上記従来の遠隔制御方法では、作業現場を直接目視していなければならないため、
大深度地下や海底のような高圧あるいは高温等の厳しい環境での掘削作業や運搬作業をはじめ、将来予想される宇宙のような過酷な環境での建設作業や、あるいは原子炉の解体作業のような危険な条件下での作業など、人間が臨場することが極めて困難あるいは不可能な建設現場での作業は、全く不可能であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、危険あるいは過酷な現場には建設ロボットのみを配置し、直接目視できない上記作業現場を遠隔の安全な場所でもあたかも現場に居合わせているような、
いわゆる臨場感をもって、高精度に作業をすることができる建設ロボットにおける遠隔臨場制御方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の建設ロボットにおける遠隔臨場制御方法は、危険で過酷な環境で無人で作業する建設ロボットと、該作業現場から遠く離れた安全な場所でオペレターにより上記建設ロボットを遠隔操縦する制御方法において、上記作業現場での作業状況の視覚情報と建設ロボットの作業機器の位置情報や力情報を、オペレーターの視覚や手足の触覚に伝達し、これらの臨場情報に基づくオペレターからの作業指令を制御信号として上記建設ロボットの作業機器に伝えることを特徴とする。 上記視覚情報は、上記建設ロボットに備えた立体カメラと、該立体カメラからの画像信号を各々受信する２つのＣＲＴと、これらのＣＲＴの画像を相互に異なる方向の偏光画像としてオーバーラップさせた状態で映す手段と、２つの偏光画像をオペレーターの左右の目に各々分離した状態で入れる偏光眼鏡により、オペレーターに立体像として認識させることを特徴とする。 また、上記位置制御と力制御は、例えば、バイラテラル制御方式により行うことを特徴とする。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。 図１において、Ａは掘削ロボットであって、下部走行体１により前進・後進・左右に旋回移動する。 該下部走行体１上にはロボット本体２が旋回自在に搭載されている。 該ロボット本体２内には、各種の動力源および制御装置（図示せず）が収容されている。

【０００７】３はブームであって、支軸３ａにより上記下部走行体１のフレームあるいは上記ロボット本体２に回動自在に取り付けられている。 尚、ブーム３が特に下部走行体１に取り付けられている場合には、ロボット本体２は必ずしも旋回させる必要はない。 該ブーム３は油圧シリンダー４により前後に回動する。 ５はアームであって、支軸５ａにより上記ブーム３の先端部に回動自在に取り付けられている。 該アーム５は油圧シリンダー６
により上下に回動する。 ７はバケットであって、上記アーム５の先端部に枢着されている。 該バケット７は油圧シリンダー８により首振り自在に回動する。

【０００８】上記ロボット本体２の頂部には立体カメラ９がセットされている。 該立体カメラ９は上下左右のいずれの方向にも向くことができる。

【０００９】Ｂは操縦室であって、オペレーターＨがモニター１０を見ながら操作盤１１を操作するようになっている。 モニター１０に表示される現場の作業状況は、
必要に応じて、プリントアウトされたり他の適宜記憶装置に記録される。

【００１０】図２は本発明の遠隔臨場制御の概念を示すものであって、上記掘削ロボットＡから視覚情報、位置情報および力情報を各々のインタフェイスである画像提示装置、位置計測装置および運動制御装置を介してオペレーターＨの目や手に伝え、オペレーターＨはこれらの臨場情報により、あたかも作業現場に居て掘削ロボットＡを実際に運転しているような感覚で操縦し、その制御情報（位置情報および力情報）を、上記インタフェイスを介して掘削ロボットＡに送る。

【００１１】図３は、上記視覚情報をオペレーターＨに送るためのシステムを示すものであって、２台の立体カメラ９と雲台コントローラ１２とモニター１０から構成されている。 上記２台の立体カメラ９は、人間の２つの目の間隔にほぼ対応させて雲台上に取り付けられている。 雲台コントローラ１２は上記立体カメラ９の向きやフォーカスあるいはズーム等を自動あるいはオペレーターＨからの指令により制御するための装置である。

【００１２】上記モニター１０は、２つのＣＲＴ１０
ａ、１０ｂを相互に直角に配置すると共に、その間に４
５゜の角度でハーフミラー１０ｃを配置したものであって、各々のＣＲＴ１０ａ、１０ｂを上記２台の立体カメラ９に対応させてある。 各ＣＲＴ１０ａ、１０ｂの画面には各々直交する縦方向および横方向の偏光フィルターが貼着されている。

【００１３】従って、左右の立体カメラ９で撮った画像は、各ＣＲＴ１０ａ、１０ｂに映し出され、各偏光フィルターを通った左右の画像の光がハーフミラー１０ｃを通過し、あるいは反射してオペレーターＨ側にくる。 オペレーターＨは偏光フィルター付き眼鏡１３を掛けている。 該眼鏡１３の偏光フィルターは上記ＣＲＴ１０ａ、
１０ｂの偏光フィルターに対応しているので、左右の画像が各々左右の目に別々に入ることになり、その結果、
オペレーターＨには立体像が認識される。

【００１４】図４は、上述の位置情報および力情報による制御システムを示すもので、主としてマスター側、すなわちオペレーターＨ側の制御用マルチレバーＣとスレーブ側、すなわち掘削ロボットＡ側の作業機器部Ｄとコントローラ部Ｅから構成されている。

【００１５】上記制御用マルチレバーＣは、前記操作盤１１上に備えられていて、掘削ロボットＡのブーム３、
アーム５およびバケット７に各々対応して所定の縮尺（例えば、１／５）に形成されたブーム部材３′とアーム部材５′とバケット部材７′を多関節に構成したものである。 各部材３′、５′、７′にはポテンショメーター１４、１５、１６が取り付けられていて、その姿勢位置を計測するようになっている。 また、各関節にはサーボモータ１７、１８、１９が各々取り付けられている。
なお、位置計測手段およびサーボモータは、これらのものに限定するものではなく、要するに、各部材の位置およびそれに働く力を再現できるものであればいずれでもよい。

【００１６】上記作業機器部Ｄは、各油圧シリンダー４、６、８に取り付けられたデジタルパルス距離計から成る位置センサー２０、２１、２２と、油圧シリンダー４のピストンの両側の作動油の圧力を計測する圧力センサー２３、２４と、該油圧シリンダー４を作動させる油圧サーボ弁２５から構成されている。 なお、他の油圧シリンダー６および８の圧力センサーおよび油圧サーボ弁は、上記圧力センサー２３、２４および油圧サーボ弁２
５と同じ機能を有するので、その図解および説明は省略する。 上記位置センサーおよび油圧サーボ弁等も、これに限定するものではなく、要するに作業機器の位置およびそれに作用する力を計測できるものであればいずれでもよい。

【００１７】上記コントローラ部Ｅは、上記ポテンショメータ１４と位置センサー２０からの位置信号の偏差値をアンプ２６を介して上記油圧サーボ弁２５に送る制御部と、上記圧力センサー２３と２４の力信号の偏差値をアンプ２７を介して上記サーボモータ１７にフィードバックする制御部からなる。 なお、上記ポテンショメータ１５、１６およびサーボモータ１８、１９における制御部についても同様に図解および説明を省略する。

【００１８】本制御システムは、以上のように構成されているので、ブーム部材３′、アーム部材５′、バケット部材７′に与えられる位置制御信号は、掘削ロボットＡのブーム３、アーム５、バケット７に迅速かつ正確に再現されると共に、掘削ロボットＡのこれらの機器に作用する反力は、サーボモータ１７等により各部材３′、
５′、７′等に直ちに伝えられ、オペレーターＨの手ごたえとして臨場的に把握される。

【００１９】上記実施例では、掘削ロボットＡについて説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、従来から知られているあらゆる建設機械に応用しうる。

【００２０】

【発明の効果】 １）危険あるいは過酷な現場には建設ロボットのみを置き、オペレーターは安全な場所で操縦することができる。 ２）オペレーターには建設現場の状況を立体的に認識されるので、熟練を要することなく極めて容易かつ正確に操縦することができる。 ３）建設ロボットの作業機器にかかる力がそのままオペレーターに伝えられるので、上記立体視覚と併せて臨場感が高まり、あたかも現場に居合わせるかの感覚で高精度の作業が可能となり、機器を破損する恐れもない。