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ロボットシステム

国内特許コード P110001564
整理番号 E091P16
掲載日 2011年2月28日
出願番号 特願2011-032547
公開番号 特開2012-171024
登録番号 特許第5246672号
出願日 平成23年2月17日(2011.2.17)
公開日 平成24年9月10日(2012.9.10)
登録日 平成25年4月19日(2013.4.19)
発明者
  • 橋本 直
  • 石田 明彦
  • 稲見 昌彦
  • 五十嵐 健夫
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
発明の名称 ロボットシステム
発明の概要

【課題】少ない時間で操作を習得することができる、直感的なロボットの遠隔操作インタフェースを提供する。
【解決手段】ロボットの操作装置が、カメラから取り込まれたカメラ映像が表示されるタッチスクリーンと、カメラ映像からロボットの3次元的な位置及び姿勢を認識するロボット認識部と、ロボット認識部で認識した位置及び姿勢とからロボットのCG映像を生成し、CG映像をタッチスクリーン上のロボットのカメラ映像に重畳表示するCG合成部と、ユーザのタッチ操作に応じて、タッチスクリーン上でCG映像のロボットを仮想的に動作させる操作入力部と、CG映像のロボットの仮想的な動作に追従してロボットが動作するように、ロボットに対して制御命令を送出するロボット制御部と、を有している。
【選択図】図3

従来技術、競合技術の概要


人間が作業を行うのが困難な環境として、水中、高所、高温または低温の環境、毒物や放射性物質が充満した環境などが上げられる。このような危険環境において、人間に代わって作業を行うさまざまなロボットが提案されている。そのようなロボットは、理想的には完全自律型で運用されることが望まれるが、一般物体認識や状況認識の点で課題が残っており、実現はまだ遠い。この問題を軽減する方法として、物体認識用のタグや、事前に作成した対象空間のモデルを利用する方法が提案されているが、これらの方法は未知環境では使用できない。以上の理由から、人間によるロボットの遠隔操作は依然として行われている。



人間に代わって物体を把持したり運んだりするロボットは一般的に多自由度の構造を持っているが、そのようなロボットの遠隔操作は初心者にとって簡単なものではない。例えば、ロボットアームは一般的に4から6の自由度を持つ。また、そのようなロボットアームが移動台車の上に固定されていると、自由度はさらに増加する。ロボットの遠隔操作には、一般的にジョイスティックやゲームパッドが広く利用されている。しかし、これらの入力デバイスでは、操作可能な自由度の数はボタンや軸の数に制限される。複数のボタンを同時押しすることによって操作可能な自由度の数を増やす工夫もたびたび行われるが、それは操作をより複雑にし、習得により多くの時間を要する。



多関節のロボットの操作を簡単にする方法として、IK(Inverse Kinematics:逆運動学)が広く用いられている。IKを用いた一般的なロボットアームの操作では、手先の位置の操作がジョイスティックにマッピングされ、手先の動きに応じて腕や肘の関節の角度は自動的に計算されるようになっている。しかし、一般的なジョイスティックベースのコントローラでは、スティックを傾けた量に比例した運動速度およびスティックを傾けている時間に比例した移動量が与えられる仕組みになっているため、ユーザが思い通りの位置に手先を移動させられるようになるためにはある程度の訓練を要する。



なお、関連する先行技術として、例えば特許文献1には、テレビカメラと消火装置を具備するロボットをジョイスティックにより遠隔操作することで、危険な場所での消火活動や確認作業を行うシステムが開示されている。また特許文献2には、多自由度のロボットをジョイスティックとフットペダルにより操作するシステムが開示されている。

産業上の利用分野


本発明は、タッチスクリーンを利用したロボットの遠隔操作技術に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
目標物体に対して処理を行うロボットと、
前記目標物体及び前記ロボットを含む作業空間を撮影する三人称視点のカメラと、
前記ロボットを遠隔操作するための操作装置と、
を備えるロボットシステムにおいて、
前記操作装置は、
前記カメラから取り込まれたカメラ映像が表示されるタッチスクリーンと、
前記カメラ映像から前記ロボットの3次元的な位置及び姿勢を認識するロボット認識部と、
前記ロボットの3次元モデルを記憶する記憶部と、
前記3次元モデルと前記ロボット認識部で認識した位置及び姿勢とから前記ロボットのCG映像を生成し、前記CG映像を前記タッチスクリーン上の前記ロボットのカメラ映像に重畳表示するCG合成部と、
ユーザのタッチ操作に応じて、前記タッチスクリーン上で前記CG映像のロボットを仮想的に動作させる操作入力部と、
前記CG映像のロボットの仮想的な動作に追従して前記ロボットが動作するように、前記ロボットに対して制御命令を送出するロボット制御部と、
を有していることを特徴とするロボットシステム。

【請求項2】
前記ロボット制御部は、
タッチ操作が続いている間は前記ロボットに対する制御命令の送出を行わず、
タッチ操作が終了すると前記ロボットに対する制御命令の送出を開始し、タッチ操作が終了した時点の前記CG映像と同じ位置及び姿勢になるように前記ロボットを動作させることを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。

【請求項3】
前記ロボット制御部は、
タッチ操作の開始とともに前記ロボットに対する制御命令の送出を開始し、タッチ操作が続いている間は前記ロボットを動作させ、
タッチ操作が終了した時点で前記ロボットの動作を停止させることを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。

【請求項4】
前記ロボット制御部は、
タッチ操作の開始とともに前記ロボットに対する制御命令の送出を開始し、タッチ操作が続いている間に前記ロボットを動作させるとともに、
タッチ操作の終了後も、タッチ操作が終了した時点の前記CG映像と同じ位置及び姿勢になるまで前記ロボットを動作させることを特徴とする請求項1に記載のロボットシステム。

【請求項5】
前記ロボットとして、各々がカメラを具備する2つのロボットを有しており、
前記操作装置は、一方のロボットのカメラから取り込まれるカメラ映像を他方のロボットの操作用のカメラ映像として用いることを特徴とする請求項1~4のうちいずれか1項に記載にロボットシステム。

【請求項6】
前記ロボットは、エンドエフェクタを有するアームと、前記エンドエフェクタが向いている方向に光を照射するライトとを備えていることを特徴とする請求項1~5のうちいずれか1項に記載のロボットシステム。

【請求項7】
前記ロボットは、関節で接続された複数のリンクからなるアームを有しており、
前記操作入力部におけるタッチ操作は、
前記アーム上の1点をタッチしドラッグすることにより前記アームの各リンクを移動させるシングルタッチ操作と、
移動させないリンクにタッチした状態を維持したまま他のリンクをタッチしドラッグすることにより一部のリンクのみを移動させるマルチタッチ操作と、を含むことを特徴とする請求項1~6のうちいずれか1項に記載のロボットシステム。
産業区分
  • その他運輸
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011032547thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 五十嵐デザインインタフェース 領域
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