JP4737209B2

JP4737209B2 - パワーアシスト装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP4737209B2
Application number: JP2008046060A
Authority: JP
Inventors: 英之村山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-02-27
Filing date: 2008-02-27
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2028-02-27
Also published as: JP2009202268A; US20090212478A1; CN101518902A

Description

本発明は、パワーアシスト装置の技術に関し、より詳しくは、パワーアシスト装置およびその制御方法の技術に関する。

従来、工業製品の製造現場等において、作業者による重量物（ワーク）の搬送を補助する装置としてパワーアシスト装置が用いられている。
ワークの組み付け作業は、ワークの搬送と位置決めから成り立つ作業であるが、作業者とパワーアシスト装置でワークを協調搬送することにより、ワークの搬送に必要な力はパワーアシスト装置に負担させることができ、ワークの位置決めについてもパワーアシスト装置にティーチングすることで効率よく位置決めをすることができる。つまり、パワーアシスト装置を用いるねらいは、作業者の労力軽減を図るとともに、作業性の向上を図ることにある。

例えば、特許文献１に記載のパワーアシスト装置のように、複数のアームに対して、アームごとにモータやアクチュエータ等の駆動機構を備え、かつ、アームに加えられる操作力を検出するセンサをアームごとに備える構成としたパワーアシスト装置が知られている。このパワーアシスト装置では、作業者が所望する方向にアームを操作することにより、その操作力をアームごとに備えるセンサによって計測し、そのセンサにより計測した操作力と同等の操作力を駆動機構により発生させることにより、作業者がより軽い操作でワークの搬送を行うことができる。
特開平１１−１９８０７７号公報

しかしながら、従来のパワーアシスト装置では、ワークを傾斜させて搬送する場合に操作性が悪いという問題がある。作業者がパワーアシスト装置の操作性が悪いと感じる原因は、例えば、作業者が操作に要する力（操作力）が大きかったり、また作業者が所望する操作方向と実際にワークが変位する方向が一致しなかったりという現象が生じるためである。

ここで、従来のパワーアシスト装置について、図６〜図９を用いて説明する。図６は従来のパワーアシスト装置の全体構成を示す模式図、図７（ａ）は従来のワーク保持装置の全体構成を示す平面模式図、図７（ｂ）は従来のワーク保持装置の全体構成を示す側面模式図、図８は従来の力センサの取付状態を示す斜視図、図９は従来の制御装置の接続状態を示す模式図である。
尚、説明の便宜上、図６中に示すＸＹＺ座標系にパワーアシスト装置が設けられているものとし、Ｘ軸回りの回転をロール回転、Ｙ軸回りの回転をピッチ回転、Ｚ軸回りの回転をヨー回転と規定して以後の説明を行っていく。

図６に示す如く、従来のパワーアシスト装置２１は、ロボットアーム２２、ワーク保持装置２３およびフリージョイント２４、制御装置２５等により構成している。
本実施例に示すロボットアーム２２は、ホイスト２７によってＸ軸方向に走行可能に支持される構成としている。

図７（ａ）・（ｂ）に示す如く、ワーク保持装置２３は、略平板状の本体部２３ａと、搬送対象物（ワーク）たるウィンドウ３０の保持部となる吸盤２３ｂ・２３ｂ・・・と、ハンドル２３ｃ・２３ｃと、力センサ２３ｄ・２３ｄと、接圧センサ２３ｅ・２３ｅ・・・等を備えており、本体部２３ａに固設されるフリージョイント２４を介してロボットアーム２２に連結される構成としている。

吸盤２３ｂ・２３ｂ・・・は、該吸盤２３ｂ・２３ｂ・・・による吸着作用のＯＮ−ＯＦＦが切替可能な構成としている。また、吸盤２３ｂ・２３ｂ・・・には、接圧センサ２３ｅ・２３ｅ・・・を内蔵しており、吸着保持されたウィンドウ３０が外界と接触する際に受ける圧力（反力）を計測することができる構成としている。

図７（ａ）・（ｂ）および図８に示す如く、作業者の把持部となるハンドル２３ｃ・２３ｃの基部には、力センサ２３ｄ・２３ｄを備える構成としている。
尚、図８に示す如く、力センサ２３ｄには、力センサ２３ｄによる計測値を表すための基準としてαβγ座標系を規定している。そして、作業者の操作力は、α軸方向の操作力をＦα、β軸方向の操作力をＦβ、γ軸方向の操作力をＦγとして表すものとする。また、力センサ２３ｄによる計測値は、α軸方向の計測値をＳα、β軸方向の計測値をＳβ、γ軸方向の計測値をＳγと表すようにしている。
尚、以下の説明では、説明の便宜上、β軸方向には作業者の操作力が作用しない場合について説明をする。

フリージョイント２４は、ロール・ピッチ・ヨーの各回転方向に対して相互に干渉することなく自由に回転できる構成とした継手部材である。また、フリージョイント２４にはブレーキ機構２４ａを備えており、制御装置２５からの指令に基づいてロール・ピッチ・ヨーの回転方向ごとに独立して回転を規制することができる構成としている。

図９に示す如く、制御装置２５は、ロボットアーム２２のアクチュエータ２２ａおよびモータ２２ｂと接続しており、制御装置２５からの指示に基づいて、ロボットアーム２２の姿勢を制御する構成としている。また制御装置２５はワーク保持装置２３の力センサ２３ｄ・２３ｄと接続しており、作業者がハンドル２３ｃ・２３ｃを把持してワーク保持装置２３を所望する方向へ操作するときに、制御装置２５によって、そのときの操作方向・操作量・操作速度等を算出する構成としている。

つまり、力センサ２３ｄ・２３ｄによる計測値（Ｓα、Ｓγ）が制御装置２５に入力されると、この計測値（Ｓα、Ｓγ）に基づいて、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）を推定し、作業者の所望する操作（操作方向・操作量・操作速度等）を判断し、アクチュエータ２２ａやモータ２２ｂの動作を制御してロボットアーム２２の姿勢を制御する構成としている。
尚、力センサ２３ｄ・２３ｄとしては、６分力ロードセルを用いる構成が知られている。

ここで、従来のパワーアシスト装置によるワークの保持状態について、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は従来のパワーアシスト装置によりワークを水平に保持する状態を示す模式図、図１０（ｂ）は従来のパワーアシスト装置によりワークを傾斜させて保持する状態を示す模式図である。
尚、パワーアシスト装置２１は、ワーク保持装置２３の対面する２方向にハンドル２３ｃ・２３ｃおよび力センサ２３ｄ・２３ｄ等を備える構成であるが、以後の説明では説明の便宜上、片側のハンドル２３ｃおよび力センサ２３ｄに着目して説明をする。

図１０（ａ）に示す如く、従来のパワーアシスト装置２１において、ウィンドウ３０がワーク保持装置２３によって水平方向に保持されている状態では、ハンドル２３ｃの重量がＭであるとき、ハンドル２３ｃには重力Ｍｇが作用している。この重力Ｍｇの力センサ２３ｄによる計測値（Ｓα、Ｓγ）は、以下のようになる。
Ｓα＝０
Ｓγ＝−Ｍｇ

そこで従来は、ハンドル２３ｃに作用する重力Ｍｇを考慮して、力センサ２３ｄによる計測値Ｓγにより推定するγ軸方向の操作力Ｆγには、オフセット値（＋Ｍｇ）を設定している。
つまり従来、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）は、制御装置２５によって以下の数式に基づいて求められている。
Ｆα＝Ｓα
Ｆγ＝Ｓγ＋Ｍｇ

これにより、ウィンドウ３０がワーク保持装置２３によって水平方向に保持されている状態では、力センサ２３ｄによる計測値（Ｓα、Ｓγ）に基づいて、制御装置２５によって、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）を精度良く推定することができる。

ところが、図１０（ｂ）に示す如く、従来のパワーアシスト装置２１において、ワークたるウィンドウ３０が角度θだけ傾斜させた状態でワーク保持装置２３によって保持されている状態では、操作力を計測する力センサ２３ｄやハンドル２３ｃ等もそれに伴って傾斜している。このとき力センサ２３ｄには、ハンドル２３ｃに作用する重力Ｍｇが作用している。この重力Ｍｇの力センサ２３ｄによる計測値（Ｓα、Ｓγ）は、以下のようになる。
Ｓα＝−Ｍｇｓｉｎθ
Ｓγ＝−Ｍｇｃｏｓθ

つまり、ワーク保持装置２３の傾斜角度θに応じて、重力Ｍｇによる影響が計測値（Ｓα、Ｓγ）に現れることとなるが、従来は、ワーク保持装置２３の傾斜角度θを考慮してオフセット値を求めていなかった。

このため、従来のパワーアシスト装置２１のように、ハンドル２３ｃに作用する重力Ｍｇを考慮して、力センサ２３ｄによるγ軸方向の計測値Ｓγに基づいて推定する操作力Ｆγに、オフセット値（＋Ｍｇ）を設定するだけでは、ウィンドウ３０がワーク保持装置２３によって角度θだけ傾斜させた状態で保持されている状態においては、力センサ２３ｄによる計測値（Ｓα、Ｓγ）に基づいて、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）を精度良く推定することができなかった。

そして、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）が精度良く推定することができない場合には、制御装置２５によって算出するパワーアシスト装置２１に必要とされるアシスト量がうまく算出できなくなってしまう。そして、作業者が操作に要する力（操作力）が大きくなったり、また作業者が所望する操作方向と実際にウィンドウ３０が変位する方向が一致しなかったりするという現象が生じてしまい、パワーアシスト装置の操作性が悪くなってしまっていた。

このため、従来のパワーアシスト装置では、ワークを傾斜させて搬送する場合には、ワークを所望する方向に搬送することが難しく、位置決め精度の確保が困難となり、またワークの位置決めに時間を要してしまい搬送効率が思うように改善されないという問題点があった。

本発明は、係る現状を鑑みて成されたものであり、ワークを傾斜させながら搬送する場合であっても、パワーアシスト装置による位置決め精度を確保しつつ、搬送効率の改善を図るべく、ワークを傾斜させながら搬送する場合であっても、作業者が操作に要する力（操作力）が小さく、また作業者が所望する操作方向と実際にワークが変位する方向が一致する、操作性の良いパワーアシスト装置およびその制御方法を提供することを課題としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ワークを保持するためのワーク保持装置と、該ワーク保持装置に設けられ、作業者による操作部となるハンドルと、前記ワーク保持装置に設けられ、前記ハンドルに作用する作業者の操作力を計測する力センサと、前記ワーク保持装置を支持するロボットアームと、前記力センサの計測結果に基づいて前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備えるパワーアシスト装置であって、前記ワーク保持装置は、ロール・ピッチ・ヨーの各回転方向に対して相互に干渉することなく自由に回転できる構成とした継手部材を介して前記ロボットアームに吊り持ち支持されており、前記ワーク保持装置のロボットアームに対する回動中心が、ワークを水平に保持した場合の重心の直上に位置しており、前記ワーク保持装置には、該ワーク保持装置の傾斜角度を計測する角度センサが備えられ、前記力センサにより計測される前記操作力のワーク保持装置に対する垂直成分（Ｓγ）に、ワークがワーク保持装置によって水平方向に保持されている状態でハンドルに作用する重力（Ｍｇ）をオフセット値として設定し、さらに、前記角度センサにより計測された傾斜角度において前記ハンドルに作用する重力のワーク保持装置に対する垂直成分（Ｍｇｃｏｓθ）を、オフセット値として設定することにより、前記力センサの計測結果を補正して補正計測値を算出し、前記補正計測値に基づいて、前記ロボットアームの動作を制御するものである。

請求項２においては、ワークを保持するためのワーク保持装置と、該ワーク保持装置に設けられ、作業者による操作部となるハンドルと、前記ワーク保持装置に設けられ、前記ハンドルに作用する作業者の操作力を計測する力センサと、前記ワーク保持装置を支持するロボットアームと、前記力センサの計測結果に基づいて前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、を備えるパワーアシスト装置の制御方法であって、前記ワーク保持装置は、ロール・ピッチ・ヨーの各回転方向に対して相互に干渉することなく自由に回転できる構成とした継手部材を介して前記ロボットアームに吊り持ち支持されており、前記ワーク保持装置のロボットアームに対する回動中心が、ワークを水平に保持した場合の重心の直上に位置しており、前記ワーク保持装置には、該ワーク保持装置の傾斜角度を計測する角度センサが備えられ、前記力センサにより計測される前記操作力のワーク保持装置に対する垂直成分（Ｓγ）に、ワークがワーク保持装置によって水平方向に保持されている状態でハンドルに作用する重力（Ｍｇ）をオフセット値として設定し、さらに、前記角度センサにより計測された傾斜角度において前記ハンドルに作用する重力のワーク保持装置に対する垂直成分（Ｍｇｃｏｓθ）を、オフセット値として設定することにより、前記力センサの計測結果を補正して補正計測値を算出し、前記補正計測値に基づいて、前記ロボットアームの動作を制御するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、パワーアシスト装置によって、ワークを傾斜させた状態で搬送する場合において、作業者の操作力を、傾斜角度に応じて適切に補正することができ、作業者の操作力を精度良く推定することができる。これにより、作業者の操作力を軽減するとともに、作業者が所望する操作方向と実際の搬送方向を一致させることが可能となり、パワーアシスト装置による搬送効率を改善することができる。
また、容易に力センサによる計測値を補正することができ、作業者の操作力を精度良く推定することができる。

請求項２においては、パワーアシスト装置によって、ワークを傾斜させた状態で搬送する場合において、作業者の操作力を、傾斜角度に応じて適切に補正することができ、作業者の操作力を精度良く推定することができる。これにより、作業者の操作力を軽減するとともに、作業者が所望する操作方向と実際の搬送方向を一致させることが可能となり、パワーアシスト装置による搬送効率を改善することができる。
また、容易に力センサによる計測値を補正することができ、作業者の操作力を精度良く推定することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置について、図１〜図４を用いて説明する。図１は本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置の全体構成を示す模式図、図２（ａ）は本発明の一実施例に係るワーク保持装置の全体構成を示す平面模式図、図２（ｂ）は本発明の一実施例に係るワーク保持装置の全体構成を示す側面模式図、図３は本発明の一実施例に係る力センサの取付状態を示す斜視図、図４は本発明の一実施例に係る制御装置の接続状態を示す模式図である。
尚、説明の便宜上、図１中に示すＸＹＺ座標系にパワーアシスト装置１が設けられているものとし、Ｘ軸回りの回転をロール回転、Ｙ軸回りの回転をピッチ回転、Ｚ軸回りの回転をヨー回転と規定して以後の説明を行っていく。

図１に示す如く、本発明の一実施例にかかるパワーアシスト装置１は、従来のパワーアシスト装置２１と同様に、ロボットアーム２、ワーク保持装置３およびフリージョイント４、制御装置５、角度センサ６等により構成している。

本実施例に示すロボットアーム２は、ホイスト７によってＸ軸方向に走行可能に支持される構成としている。尚、本発明を適用するパワーアシスト装置１に用いるロボットアームは、本実施例に示すアーム形状を有するロボットアーム２に限定するものではなく、他の構成のロボットアームを用いることも可能である。

図１および図２（ａ）・（ｂ）に示す如く、ワーク保持装置３は、従来のワーク保持装置２３と同様に、略平板状の本体部３ａと、搬送対象物（ワーク）たるウィンドウ１０の保持部となる吸盤３ｂ・３ｂ・・・と、ハンドル３ｃ・３ｃと、力センサ３ｄ・３ｄと、接圧センサ３ｅ・３ｅ・・・等を備えており、本体部３ａに固設されるフリージョイント４を介してロボットアーム２に連結される構成としている。

吸盤３ｂ・３ｂ・・・は、該吸盤３ｂ・３ｂ・・・による吸着作用のＯＮ−ＯＦＦが切替可能な構成としている。また、吸盤３ｂ・３ｂ・・・には、接圧センサ３ｅ・３ｅ・・・を内蔵しており、吸着保持されたウィンドウ１０が外界と接触する際に受ける圧力（反力）を計測することができる構成としている。

図２（ａ）・（ｂ）および図３に示す如く、作業者の把持部となるハンドル３ｃ・３ｃの基部には、力センサ３ｄ・３ｄを備える構成としている。
尚、図３に示す如く、力センサ３ｄには、従来の力センサ２３ｄと同様に、力センサ３ｄによる計測値を表すための基準としてαβγ座標系を規定している。そして、作業者の操作力は、α軸方向の操作力をＦα、β軸方向の操作力をＦβ、γ軸方向の操作力をＦγとして表すものとする。また、力センサ２３ｄによる計測値は、α軸方向の計測値をＳα、β軸方向の計測値をＳβ、γ軸方向の計測値をＳγと表すようにしている。
つまり、力センサ３ｄは、作業者の操作力を、α軸、β軸、およびγ軸の各軸方向の成分として計測可能に構成されている。
また、以下の説明では、説明の便宜上、β軸方向には作業者の操作力が作用しない場合について説明をする。

フリージョイント４は、ロール・ピッチ・ヨーの各回転方向に対して相互に干渉することなく自由に回転できる構成とした継手部材である。また、フリージョイント４にはブレーキ機構４ａを備えており、制御装置５からの指令に基づいてロール・ピッチ・ヨーの回転方向ごとに独立して回転を規制することができる構成としている。

図４に示す如く、制御装置５は、ロボットアーム２のアクチュエータ２ａおよびモータ２ｂと接続しており、制御装置５からの指示に基づいて、ロボットアーム２の姿勢を制御する構成としている。また制御装置５はワーク保持装置３の力センサ３ｄ・３ｄと接続しており、作業者がハンドル３ｃ・３ｃを把持してワーク保持装置３を所望する方向へ操作するときに、制御装置５によって、そのときの操作方向・操作量・操作速度等を、力センサ３ｄ・３ｄの計測値に基づいて算出する構成としている。

つまり、力センサ３ｄ・３ｄによる計測値（Ｓα、Ｓγ）が制御装置５に入力されると、この計測値（Ｓα、Ｓγ）に基づいて、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）を推定し、作業者の所望する操作（操作方向・操作量・操作速度等）を判断し、アクチュエータ２ａやモータ２ｂの動作を制御してロボットアーム２の姿勢を制御する構成としている。

角度センサ６は、ワーク保持装置３に固設されており、ワーク保持装置３の傾斜角度θを計測することができる。角度センサ６は制御装置５と接続しており、角度センサ６によるワーク保持装置３の傾斜角度θの計測結果を制御装置５に取り込むことにより、制御装置５によって、ＸＹＺ座標系におけるワーク保持装置３のロール・ピッチ・ヨー方向の傾斜角度を算出する構成としている。
尚、本実施例では、ワーク保持装置３に角度センサ６を備える構成とし、角度センサ６によってＸＹＺ座標系におけるワーク保持装置３のロール・ピッチ・ヨー方向の角度を計測する構成を示しているが、例えば、ロボットアーム２およびフリージョイント４の姿勢に関する情報から制御装置５によってワーク保持装置３の傾斜角度を算出する構成とすることも可能であり、ワーク保持装置３の傾斜角度を計測する手法によって、本発明を限定するものではない。

ここで、本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置によるワークの保持状態について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置によりワークを水平に保持する状態を示す模式図、図５（ｂ）は本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置によりワークを傾斜させて保持する状態を示す模式図である。
尚、パワーアシスト装置１は、ワーク保持装置３の対面する２方向にハンドル３ｃ・３ｃおよび力センサ３ｄ・３ｄ等を備える構成であるが、以後の説明では説明の便宜上、片側のハンドル３ｃおよび力センサ３ｄに着目して説明をする。

図５（ａ）に示す如く、本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置１においては、従来のパワーアシスト装置２１と同様に、ウィンドウ１０がワーク保持装置３によって水平方向に保持されている状態では、ハンドル３ｃの重量がＭであるとき、ハンドル３ｃには重力Ｍｇが作用している。この重力Ｍｇの力センサ３ｄによる計測値（Ｓα、Ｓγ）は、以下のようになる。
Ｓα＝０
Ｓγ＝−Ｍｇ

本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置１においては、従来と同様に、ハンドル３ｃに作用する重力Ｍｇを考慮して、力センサ３ｄによる計測値Ｓγにより推定するγ軸方向の操作力Ｆγには、オフセット値（＋Ｍｇ）を設定している。
つまり、本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置１においても、ウィンドウ１０がワーク保持装置３によって水平方向に保持されている状態では、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）は、制御装置５によって以下の数式に基づいて求めることができる。
Ｆα＝Ｓα
Ｆγ＝Ｓγ＋Ｍｇ

また、図５（ｂ）に示す如く、本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置１においては、ウィンドウ１０がワーク保持装置３によって角度θだけピッチ方向に傾斜させた状態で保持されている状態では、操作力を計測する力センサ３ｄやハンドル３ｃ等もそれに伴ってピッチ方向に傾斜している。このとき力センサ３ｄには、ハンドル３ｃに作用する重力Ｍｇが作用している。この重力Ｍｇの力センサ３ｄによる計測値（Ｓα、Ｓγ）は、以下のようになる。
Ｓα＝−Ｍｇｓｉｎθ
Ｓγ＝−Ｍｇｃｏｓθ

そこで本発明に係るパワーアシスト装置１では、ウィンドウ１０がワーク保持装置３によって角度θだけピッチ方向に傾斜させた状態で保持されている状態においては、ハンドル３ｃに作用する重力Ｍｇのα軸方向の成分（−Ｍｇｓｉｎθ）とγ軸方向の成分（−Ｍｇｃｏｓθ）を考慮して、力センサ３ｄの検出値（Ｓα、Ｓγ）に対して、ワーク保持装置３の傾斜角度θに応じたオフセット値を設定するようにしている。

ここで、オフセット値の設定方法について説明する。
まず、ウィンドウ１０がワーク保持装置３によって水平方向に保持されている状態において、前述したオフセット値を設定する。
つまり、γ方向の操作力Ｆγにオフセット値（＋Ｍｇ）を設定し、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）を、制御装置５によって以下の数式に基づいて求めるようにしておく。
Ｆα＝Ｓα
Ｆγ＝Ｓγ＋Ｍｇ

次に、γ方向の操作力Ｆγにオフセット値（＋Ｍｇ）を設定した状態で、ワーク保持装置３を角度θだけ傾斜させる。すると、このときの力センサ３ｄの計測値（Ｓαθ、Ｓγθ）は、それぞれ以下のようになる。
Ｓαθ＝−Ｍｇｓｉｎθ
Ｓγθ＝Ｍｇ−Ｍｇｃｏｓθ

そして、このときの計測値（Ｓαθ、Ｓγθ）をオフセット値として設定する。
つまり、計測値（Ｓα、Ｓγ）からハンドル３ｃの重力成分を除いた補正計測値（Ｈα、Ｈγ）は、以下の数式で与えられるようになる。
Ｈα＝Ｓα−Ｓαθ
＝Ｓα−（−Ｍｇｓｉｎθ）
＝Ｓα＋Ｍｇｓｉｎθ
Ｈγ＝Ｓγ−Ｓγθ
＝Ｓγ−（Ｍｇ−Ｍｇｃｏｓθ）
＝Ｓγ−Ｍｇ（１−ｃｏｓθ）

そして、制御装置５によって、力センサ３ｄの計測値（Ｓα、Ｓγ）と角度センサ６の計測値（角度θ）から前記数式に基づいて補正計測値（Ｈα、Ｈγ）を求めるようにしている。
さらに、求めた補正計測値（Ｈα、Ｈγ）に基づいて、制御装置５によって、作業者の所望する操作（操作方向・操作量・操作速度等）を判断し、アクチュエータ２ａやモータ２ｂの動作を制御してロボットアーム２の姿勢を制御する構成としている。

即ち、制御装置５は、角度センサ６の計測結果（角度θ）と、ハンドル３ｃの重量Ｍに基づいてオフセット値を算出し、さらに、力センサ３ｄによる計測結果（即ち、計測値（Ｓα、Ｓγ））と、オフセット値を合算して、補正した力センサ３ｄの計測結果（即ち、補正計測値（Ｈα、Ｈγ））を算出している。
このような構成とすることにより、容易に力センサ３ｄによる計測値（Ｓα、Ｓγ）を補正することができ、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）を精度良く推定することができるのである。

また、本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置１およびその制御方法は、ワークたるウィンドウ１０を保持するためのワーク保持装置３と、ワーク保持装置３に設けられ、作業者による操作部となるハンドル３ｃと、ワーク保持装置３に設けられ、ハンドル３ｃに作用する作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）を計測する力センサ３ｄと、ワーク保持装置３を支持するロボットアーム２と、力センサ３ｄの計測結果（Ｓα、Ｓγ）に基づいてロボットアーム２の動作を制御する制御装置５と、を備えるパワーアシスト装置１およびその制御方法であって、ワーク保持装置３には、ワーク保持装置３の傾斜角度を計測する角度センサ６が備えられ、制御装置５によって、角度センサ６の計測結果（角度θ）に基づいて力センサ３ｄの計測結果（即ち、計測値（Ｓα、Ｓγ））を補正して、補正した力センサ３ｄの計測結果（即ち、補正計測値（Ｈα、Ｈγ））に基づいて、ロボットアーム２の動作を制御する構成としている。

このような構成とすることにより、パワーアシスト装置１によって、ウィンドウ（即ち、ワーク）１０を傾斜させた状態で搬送する場合において、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）を、傾斜角度θに応じて適切に補正することができる（即ち、補正計測値（Ｈα、Ｈγ）を求めることができる）のである。これにより、制御装置５によって、作業者の操作力を精度良く推定することができるようになり、作業者の操作力（Ｆα、Ｆγ）を軽減するとともに、作業者が所望する操作方向と実際の搬送方向を一致させることが可能となるのである。そして、パワーアシスト装置１による搬送効率を改善することができるのである。
なお、本実施例においては、説明の便宜上、β軸方向には作業者の操作力が作用しない場合について説明をしたが、α軸方向、β軸方向、およびγ軸方向の全てに作業者の操作力が作用する場合についても、同様にロボットアーム２の動作の制御を行うことができる。

本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置の全体構成を示す模式図。（ａ）本発明の一実施例に係るワーク保持装置の全体構成を示す平面模式図、（ｂ）本発明の一実施例に係るワーク保持装置の全体構成を示す側面模式図。本発明の一実施例に係る力センサの取付状態を示す斜視図。本発明の一実施例に係る制御装置の接続状態を示す模式図。（ａ）本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置によりワークを水平に保持する状態を示す模式図、（ｂ）本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置によりワークを傾斜させて保持する状態を示す模式図。従来のパワーアシスト装置の全体構成を示す模式図。（ａ）従来のワーク保持装置の全体構成を示す平面模式図、（ｂ）従来のワーク保持装置の全体構成を示す側面模式図。従来の力センサの取付状態を示す斜視図。従来の制御装置の接続状態を示す模式図。（ａ）従来のパワーアシスト装置によりワークを水平に保持する状態を示す模式図、（ｂ）従来のパワーアシスト装置によりワークを傾斜させて保持する状態を示す模式図。

１パワーアシスト装置
２ロボットアーム
３ワーク保持装置
３ｃハンドル
３ｄ力センサ
４フリージョイント
５制御装置
６角度センサ

Claims

ワークを保持するためのワーク保持装置と、
該ワーク保持装置に設けられ、作業者による操作部となるハンドルと、
前記ワーク保持装置に設けられ、前記ハンドルに作用する作業者の操作力を計測する力センサと、
前記ワーク保持装置を支持するロボットアームと、
前記力センサの計測結果に基づいて前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、
を備えるパワーアシスト装置であって、
前記ワーク保持装置は、ロール・ピッチ・ヨーの各回転方向に対して相互に干渉することなく自由に回転できる構成とした継手部材を介して前記ロボットアームに吊り持ち支持されており、
前記ワーク保持装置のロボットアームに対する回動中心が、ワークを水平に保持した場合の重心の直上に位置しており、
前記ワーク保持装置には、
該ワーク保持装置の傾斜角度を計測する角度センサが備えられ、
前記力センサにより計測される前記操作力のワーク保持装置に対する垂直成分（Ｓγ）に、
ワークがワーク保持装置によって水平方向に保持されている状態でハンドルに作用する重力（Ｍｇ）をオフセット値として設定し、
さらに、前記角度センサにより計測された傾斜角度において前記ハンドルに作用する重力のワーク保持装置に対する垂直成分（Ｍｇｃｏｓθ）を、オフセット値として設定することにより、
前記力センサの計測結果を補正して補正計測値を算出し、
前記補正計測値に基づいて、
前記ロボットアームの動作を制御する、
ことを特徴とするパワーアシスト装置。
ワークを保持するためのワーク保持装置と、
該ワーク保持装置に設けられ、作業者による操作部となるハンドルと、
前記ワーク保持装置に設けられ、前記ハンドルに作用する作業者の操作力を計測する力センサと、
前記ワーク保持装置を支持するロボットアームと、
前記力センサの計測結果に基づいて前記ロボットアームの動作を制御する制御装置と、
を備えるパワーアシスト装置の制御方法であって、
前記ワーク保持装置は、ロール・ピッチ・ヨーの各回転方向に対して相互に干渉することなく自由に回転できる構成とした継手部材を介して前記ロボットアームに吊り持ち支持されており、
前記ワーク保持装置のロボットアームに対する回動中心が、ワークを水平に保持した場合の重心の直上に位置しており、
前記ワーク保持装置には、
該ワーク保持装置の傾斜角度を計測する角度センサが備えられ、
前記力センサにより計測される前記操作力のワーク保持装置に対する垂直成分（Ｓγ）に、
ワークがワーク保持装置によって水平方向に保持されている状態でハンドルに作用する重力（Ｍｇ）をオフセット値として設定し、
さらに、前記角度センサにより計測された傾斜角度において前記ハンドルに作用する重力のワーク保持装置に対する垂直成分（Ｍｇｃｏｓθ）を、オフセット値として設定することにより、
前記力センサの計測結果を補正して補正計測値を算出し、
前記補正計測値に基づいて、
前記ロボットアームの動作を制御する、
ことを特徴とするパワーアシスト装置の制御方法。