JP2008194758A - 作業補助装置、作業補助方法及びその作業に使用するワーク回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業効率を過度に低下させることなく、目標軌道に沿ってツールを移動させることが容易な作業補助装置を提供する。
【解決手段】回転するワークに対して、ワーク上に予め設定された目標軌道に沿ってツールを移動させる作業を行う作業者を補助する作業補助装置であり、ワークを回転軸回りに回転させるワーク回転装置と、作業者から加えられた操作力に応じてツールの位置及び向きを変化させるツール移動装置と、ツールの位置を検出するツール位置検出手段と、ツールの向きを検出するツール向き検出手段と、検出されたツールの位置から回転軸までの距離が長いほどワーク回転装置の角速度を減少させ、検出されたツールの位置におけるワークの反移動方向と検出されたツールの向きとが成す角度が大きいほどワーク回転装置の角速度を減少させるようにワーク回転装置を制御する制御手段を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転するワークに対して、ワーク上に予め設定された目標軌道に沿ってツールを移動させる作業を補助する作業補助装置に関する。

回転するワークに対して、ワーク上に予め設定された目標軌道に沿ってツールを移動させる作業が知られている。例えば、自動車のウィンドウガラスの周囲に接着剤を塗布する作業では、ウィンドウガラスを回転させながら、ウィンドウガラスの周囲に接着剤塗布器具で接着剤を塗布する方が効率が良い。塗布器具を移動させる範囲を小さくできるからである。
本明細書では、上述の例におけるウィンドウガラスのように、作業の対象となる物をワークという。また、上述の例における接着剤塗布器具のように、ワークに対して作業を行うための器具をツールという。なお、ツールには、ワークに対して加工を施す加工器具（例えば、接着剤塗布器具、切削器具等）や、ワークの特性（物理的特性、電気的特性、光学的特性等）を測定する測定器具等が含まれる。
また、本明細書中、「ワークの移動方向」とは、ワークが回転軸回りに回転しているときのワーク上の点が移動する方向を意味する。また、「ワークの反移動方向」とは、上記「ワークの移動方向」と反対側の方向を意味する。

例えば、特許文献１には、ウィンドウガラス（ワーク）の周囲に接着剤を塗布する作業を補助する作業補助装置が開示されている。この作業補助装置は、ウィンドウガラスを水平に支持し、鉛直軸周りにウィンドウガラスを回転させるワーク回転装置と、作業者から加えられた操作力に応じて接着剤塗布器具（ツール）の位置を変化させるツール移動装置（ロボットアーム）を有している。接着剤の塗布作業を行うときには、ウィンドウガラスを一定の角速度で回転させる。そして、作業者がツール移動装置を操作して塗布器具をウィンドウガラス上の塗布ライン（目標軌道）に沿って移動させながら、回転するウィンドウガラスに接着剤を塗布する。このように塗布作業を行うと、塗布器具を移動させる範囲が小さくなるので、作業者は効率的に作業を行うことができる。

特開２００６−１９２５６４号公報

従来の作業補助装置は、ワークを一定角速度で回転させる。ワークを一定角速度で回転させると、ワークの回転軸に近い位置に作業を行うときと、ワークの回転軸から遠い位置に作業を行うときとで、ワークの移動速度（ツールの位置におけるワークの移動速度）が異なる。このように、ワーク上の位置によってワークの移動速度が異なる場合に、回転軸に近い位置に合わせてワークの回転角速度を設定すると、回転軸から遠い位置に作業を行う際はワークの移動速度が速くなり過ぎて、ツールをワーク上の目標軌道に沿って移動させることが困難となる。一方、回転軸から遠い位置に合わせてワークの回転角速度を設定すると、回転軸に近い位置に作業を行う際はワークの回転速度が遅くなり過ぎて、効率的に作業を行うことができない。
また、ワーク上の目標軌道がワークの反移動方向と大きく異なる方向に伸びている場合がある（例えば、上述したウィンドウガラスへの接着剤塗布作業においては、ウィンドウガラスの周縁に設けられた塗布ラインが回転軸に対して半径方向に伸びているような場合）。この場合には、ツールを目標軌道に沿って移動させるためには、ツールを大きく移動させなければならない。このため、ワークが高速で回転していると、ツールをワーク上の目標軌道に沿って移動させることが難しい。一方、目標軌道がワークの反移動方向と大きく異なる場合に合わせてワークの回転速度を設定すると、目標軌道がワークの反移動方向と略一致する場合にはワークの回転速度が遅くなり過ぎて、効率的に作業を行うことができない。
このように、従来の作業補助装置では、作業効率を上げようとするとツールをワーク上の目標軌道に沿って移動させることが非常に難しくなり、ツールをワーク上の目標軌道に沿って移動し易くしようとすると作業効率が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、作業効率を過度に低下させることなく、目標軌道に沿ってツールを移動させることが容易な作業補助装置を提供することを目的とする。

本発明の作業補助装置は、回転するワークに対して、ワーク上に予め設定された目標軌道に沿ってツールを移動させる作業を行う作業者を補助する。この作業補助装置は、ワークを回転軸回りに回転させるワーク回転装置と、作業者から加えられた操作力に応じてツールの位置及び向きを変化させるツール移動装置と、ツールの位置を検出するツール位置検出手段と、ツールの向きを検出するツール向き検出手段と、検出されたツールの位置から回転軸までの距離が長いほどワーク回転装置の角速度を減少させ、検出されたツールの位置におけるワークの反移動方向と検出されたツールの向きとが成す角度が大きいほどワーク回転装置の角速度を減少させるようにワーク回転装置を制御する制御手段を有している。
この作業補助装置では、作業者がツール移動装置を操作すると、その操作力に応じてツール移動装置がツールの位置及び向きを変化させる。作業者は、ツール移動装置を操作することによって、回転するワーク上の目標軌道に沿ってツールを移動させる。また、作業者は、ツール移動装置を操作することによって、ワーク上の目標軌道に沿うように（すなわち、ツールの位置における目標軌道の接線方向とツールの向きが一致するように）ツールの向きを調節する。これによって、ツールの向きとツールの目標移動方向が一致する。ツールの位置と向きは、それぞれの検出手段によって検出される。各検出手段がツールの位置と向きを検出すると、制御手段がそれらの検出値に応じてワーク回転装置を制御する。
制御手段は、検出されたツールの位置から回転軸までの距離が長いほどワーク回転装置の角速度を減少させる。したがって、回転軸から近い位置に作業を行うときは、ワークが高速で回転するため、作業を効率的に行うことができる。一方、回転軸から遠い位置に作業を行うときは、ワークが低速で回転するため、ツールを目標軌道に沿って容易に移動させることができる。また、ワークの回転軸に近い位置に作業を行うときと、回転軸から遠い位置に作業を行うときとで、ツールに対するワークの移動速度の差が小さくなる。このため、ワークの目標軌道上の各位置におけるツールによる作業時間の差が小さくなり、作業品質を向上することができる。
また、制御手段は、検出されたツールの位置におけるワークの反移動方向と検出されたツールの向きとが成す角度が大きいほどワーク回転装置の角速度を減少させる。上述したように、作業者は、ワーク上の目標軌道に沿うようにツールの向きを調節している。したがって、ワークの反移動方向と大きく異なる方向に目標軌道が伸びている場合には、ワークの反移動方向とツールの向きとが成す角度が大きくなり、制御装置はワークの角速度を低下させる。すなわち、制御手段は、ワークの反移動方向と大きく異なる方向に目標軌道が伸びている場合には、ワークの角速度を低下させる。したがって、ツールを目標軌道に沿って容易に移動させることができる。一方、ワークの反移動方向と目標軌道の伸びる方向が大きく異ならない場合には、ワークが高速で回転するため、作業効率が過度に低下することはない。
以上に説明したように、この作業補助装置によれば、作業効率を過度に低下させることなく、作業者は、回転するワーク上の目標軌道に沿って容易にツールを移動させることができる。

また、本発明は、ワーク上の目標軌道に沿って容易にツールを移動させることができる第２の作業補助装置を提供する。
この作業補助装置は、ワークを回転軸回りに回転させるワーク回転装置と、作業者から加えられた操作力に応じてツールの位置及び向きを変化させるツール移動装置と、ツールの位置を検出するツール位置検出手段と、ツールの向きを検出するツール向き検出手段と、検出されたツールの位置から回転軸までの距離ｒと検出されたツールの位置におけるワークの反移動方向と検出されたツールの向きとが成す角度αと任意の定数Ｖから
ω＝（Ｖｃｏｓα）／ｒ
の式で算出される角速度ωにワーク回転装置の角速度がなるようにワーク回転装置を制御する制御手段を有している。
この作業補助装置では、ツールの位置から回転軸までの距離ｒが大きくなると、角速度ωが減少する。また、ワークの反移動方向とツールの向きとが成す角度αが大きくなると、角速度ωが減少する。したがって、作業者は、目標軌道に沿って容易にツールを移動させることができる。また、距離ｒや角度αに応じて角速度ωが大きな値とされるため、作業効率が過度に低下することはない。さらに、この作業補助装置では、作業者がツールを目標軌跡に沿って移動させると、ツールとワークの相対移動速度が常に一定速度Ｖとなる。したがって、ツールによる作業にばらつきが生じ難く、作業品質を高めることができる。また、ツールの回転方向の速度成分がワークの回転運動によって与えられるため、作業者はツールを回転軸の方向に進退動するだけでよい。このため、作業者はツールを目標軌道に沿ってより容易に移動させることができる。

また、本発明は、ワークを回転軸回りに回転させるワーク回転装置と、作業者から加えられた操作力に応じてツールの位置及び向きを変化させるツール移動装置とを備えた作業補助装置において、ワーク回転装置によってワークを回転させた状態で、作業者がツール移動装置を使用して予め設定されたワーク上の目標軌道に沿ってツールを移動させる作業を行う際に作業者を補助する方法を提供する。
この作業補助方法は、ツールから回転軸までの距離を測定する工程と、ツールの位置におけるワークの反移動方向とツールの向きとが成す角度を測定する工程と、測定された距離が長いほどワークの回転角速度を低下させ、測定された角度が大きいほどワークの回転角速度を減少させるようにワーク回転装置を調整する工程を有している。
この作業補助方法によれば、作業者はツールの位置が目標軌道上となり、かつ、ツールの向きが目標軌道に沿うように調整することで、ツールの位置及び向きに応じてワークの回転速度が適切に調整される。このため、作業効率を過度に低下させることなく、作業者は容易にツールを目標軌道に沿って移動させることできる。

また、本発明は、回転するワークに対して、ワーク上に予め設定された目標軌道に沿ってツールを移動させる作業において使用する、ワークを回転させるワーク回転装置を提供する。
このワーク回転装置は、回転軸に対して所定の位置関係で取付けられるワークを回転軸回りに回転させるモータと、回転軸の回転角度を検出する角度検出手段と、ワーク上に設定された目標軌道データを記憶している記憶装置と、回転軸に対するワークの位置関係と、角度検出手段が検出する回転角度と、記憶装置が記憶している目標軌道データから、ツールの目標位置を算出するツール位置算出手段と、回転軸に対するワークの位置関係と、角度検出手段が検出する回転角度と、記憶装置が記憶している目標軌道データから、ツールの目標向きを算出するツール向き算出手段と、算出されたツールの目標位置から回転軸までの距離が長いほどモータの角速度を減少させ、算出されたツールの目標位置におけるワークの反移動方向と算出されたツールの目標向きとが成す角度が大きいほどモータの角速度を減少させるようにモータを制御する制御手段を有している。
このワーク回転装置では、回転軸に対して所定の位置関係でワークが取付けられ、また、回転させるワーク上の目標軌道データを記憶している。そして、回転軸に対するワークの位置関係と、角度検出手段によって検出されるワークの回転角度と目標軌道データから、ツールの目標位置（すなわち、その回転角度における目標軌道上の点）とツールの目標向き（すなわち、目標位置における目標軌道が伸びている方向）を算出する。そして、ツールの目標位置から回転軸までの距離が長いほどワークの角速度を減少させ、ツールの目標位置におけるワークの反移動方向とツールの目標向きとが成す角度が大きいほどワークの角速度を減少させる。すなわち、このワーク回転装置は、記憶している目標軌道データに応じて適切にワークの角速度を変化させる。したがって、作業効率を過度に低下させることなく、作業者は容易にツールを目標軌道に沿って移動させることができる。
なお、このワーク回転装置では、制御手段はω＝（Ｖｃｏｓα）／ｒで算出される角速度ωでモータを制御するようにしてもよい。この場合において、ｒはツールの目標位置から回転軸までの距離であり、αはツールの目標位置におけるワークの反移動方向とツールの目標向きとが成す角度である。

また、このワーク回転装置は、ツールをロボット等の移動装置によりプログラム制御して移動させる場合にも有用である。すなわち、ワークが一定角速度で回転していると、ツールとそのツールの位置におけるワークとの相対移動速度が、ツールの位置（ツールからワークの回転軸までの距離）及びツールの移動方向（目標軌道が伸びる方向）によって変化する。ツールとワークの相対移動速度が変化すると、ツールによる作業品質にばらつきが発生する。たとえば、接着剤塗布器具（ツール）により回転するガラス（ワーク）に接着剤を塗布する場合、接着剤塗布器具とガラスとの相対移動速度が変化すると、塗布される接着剤の厚さにばらつきがでてしまう。しかしながら、上記のワーク回転装置では、ツールの目標位置及びツールの目標向き（目標軌道が伸びる方向）に応じてワークの角速度が制御されるので、ツールの位置及びツールの移動方向によるツールとワークの相対移動速度の差が小さくなる。したがって、ツールによる作業結果にばらつきが生じ難い。

（形態１）作業補助装置は、回転するワークに対してツールを使用して加工を行う。
（形態２）作業補助装置は、作業者によって位置及び向きが調整されるツールと、ツールの位置を検出するツール位置検出手段と、ツールの向きを検出するツール向き検出手段を有しており、検出したツールの位置及び向きに基づいてワークの回転角速度を制御する。
（形態３）作業補助装置は、作業者によって位置及び向きが調整されるツールと、ワーク上に設定された目標軌道から算出したツールの目標位置を入力するツール目標位置入力手段と、ワーク上に設定された目標軌道から算出したツールの目標向きを入力するツール向き入力手段を有しており、入力されたツールの目標位置及び目標向きに基づいてワークの回転角速度を制御する。
（形態４）作業補助装置は、ツールと、ツールの位置を入力するツール位置入力手段と、ツールの向きを入力するツール向き入力手段と、入力されたツール位置及びツール向きとなるようにツールの位置及び向きを調整するロボットを有しており、入力されたツールの位置及び向きに基づいてワークの回転角速度を制御する。

＜第１実施例＞
以下に、本発明の好ましい実施例を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る作業補助装置１０ａの概略図を示している。作業補助装置１０ａは、作業者が塗布器具３２を用いてガラス３０（本実施例では、自動車のフロントガラス）に接着剤を塗布する作業を補助する装置である。なお、本実施例において塗布器具３２がツールに相当する。またガラス３０がワークに相当する。
作業補助装置１０ａは、ガラス３０を支持して回転させる回転器２４と、塗布器具３２を支持する移動装置１１と、回転器２４と移動装置１１を制御するコントローラ２２ａを備えている。

接着剤を塗布すべき対象であるガラス３０は回転支持軸２６を介して回転器２４に支持されている。ガラス３０は水平に支持されている。ガラス３０は例えば吸盤（不図示）や専用のクランプ（不図示）によりワーク回転支持軸２６に固定されている。
回転器２４にはモータ２８と、エンコーダ２９が備えられている。モータ２８は、回転支持軸２６に接続されており、ワーク回転支持軸２６を回転させる。これにより、ガラス３０が回転軸線Ｃ回りに回転する。モータ２８の回転角度は、エンコーダ２９によって検出される。すなわち、エンコーダ２９はガラス３０の回転角度を検出する。エンコーダ２９によって検出された回転角度はコントローラ２２ａへ送られる。コントローラ２２ａは、エンコーダ２９によって検出された回転角度に基づいてモータ２８の回転角速度ωを制御する。
図１の点線Ｌは、ガラス３０上の接着剤を塗布すべき塗布ラインを示している。作業者は、塗布器具３２を回転するガラス３０上に設定された塗布ラインＬに沿って移動させ、塗布ラインＬに沿って接着剤を塗布する。本実施例では、塗布ラインＬが塗布器具３２の目標軌道に相当する。以下では塗布ラインＬを目標軌道Ｌと称する。

移動装置１１は、移動装置基部１３で床に固定されている。移動装置１１は、移動装置基部１３から鉛直上方に向かって伸びるマスト１３ａと、関節１４ａを介してマスト１３ａに取り付けられているアーム１７によって構成されている。アーム１７は、リンク１２ａ〜１２ｃが関節１４ｂ、１４ｃを介して接続されることによって構成されている。アーム１７の先端には、関節１４ｄを介して塗布器具３２が固定されている。関節１４ａ〜１４ｄは、鉛直方向を軸として回動する。関節１４ａ〜１４ｄには、アクチュエータ１６ａ〜１６ｄ、エンコーダ１５ａ〜１５ｄが取り付けられている（図１参照）。アクチュエータ１６ａ〜１６ｄは、コントローラ２２ａから入力される制御信号に応じて、対応する関節１４ａ〜１４ｄを回動させる。エンコーダ１５ａ〜１５ｄは、対応する関節１４ａ〜１４ｄの角度を検出する。エンコーダ１５ａ〜１５ｄが検出した角度は、コントローラ２２ａに送られる。

図２に示すように塗布器具３２の先端近傍は、折り曲げ部３２ａで所定角度に折り曲げられている。以下の第１実施例の作業補助装置１０ａについての説明では、塗布器具３２の先端が向いている方向（図２の方向Ｘ）を塗布器具３２の向きという。

リンク１２ｃの先端上部には、力センサ２０を介して操作子１８が固定されている。操作子１８は、作業者によって操作される。力センサ２０は、操作子１８に加わる操作力を検出する。力センサ２０が検出した操作力は、コントローラ２２ａに送られる。コントローラ２２ａは、力センサ２０が検出した操作力に基づいて、関節１４ａ〜１４ｄのアクチュエータ１６ａ〜１６ｄを駆動する。これによって、塗布器具３２の位置と向きが変更される。作業者は、操作子１８を操作することによって、塗布器具３２を移動装置１１の可動範囲内で自由に動かすことができる。塗布器具３２の先端近傍には、塗布器具３２に接着剤を供給する供給ホース３４が接続されている。図示しないスイッチをＯＮすると、供給ホース３４から塗布器具３２に接着剤が供給される。これにより、塗布器具３２の先端から接着剤が吐出される。

コントローラ２２ａは、モータ２８の回転角速度ω（即ちガラス３０の回転角速度ω）を制御する。また、コントローラ２２ａは、力センサ２０からの入力に基づいて移動装置１１を制御する。
図３は、コントローラ２２ａと、回転器２４及び移動装置１１との接続を示すブロック図である。図３に示すように、コントローラ２２ａは、位置・向き算出部４０、回転器制御部４２、移動装置制御部４８を備えている。

移動装置制御部４８は、力センサ２０が検出する操作力を読取る。また、移動装置制御部４８は、エンコーダ１５ａ〜１５ｄが検出する関節１４ａ〜１４ｄの角度を読取る。移動装置制御部４８は、読取った操作力と読取った関節１４ａ〜１４ｄの角度から、関節１４ａ〜１４ｄの目標角度を算出する。そして、関節１４ａ〜１４ｄの目標角度と、関節１４ａ〜１４ｄの現在の角度に基づいて、アクチュエータ１６ａ〜１６ｄに制御信号を出力する。これによって、関節１４ａ〜１４ｄが操作力に応じて回動し、塗布器具３２が移動する。

位置・向き算出部４０は、エンコーダ１５ａ〜１５ｄが検出する関節１４ａ〜１４ｄの角度を読取る。そして、読取った関節１４ａ〜１４ｄの角度と、アーム１７の構造（各リンク１２ａ〜１２ｃの長さ等）から、塗布器具３２の先端の位置（または、塗布器具３２により接着剤を塗布されるガラス３０上の位置：以下では、単に塗布器具３２の位置という）と、塗布器具３２の向きを算出する。塗布器具３２の位置は、水平面におけるＸＹ座標（所定の座標（本実施例では回転軸Ｃの座標）を原点とする絶対座標）として算出される。塗布器具３２の向きは、水平面における絶対角度（所定の方向を０°とする絶対角度）として算出される。位置・向き算出部４０は、算出した塗布器具３２の位置と向きを回転器制御部４２に出力する。

回転器制御部４２には、位置・向き算出部４０から塗布器具３２の位置及び向きが入力される。また、回転器制御部４２は、エンコーダ２９が検出するガラス３０の回転角度を読取る。そして、読取った角度から、ガラス３０の現在の回転角速度ωを算出する。回転器制御部４２は、塗布器具３２の位置及び向きと、ガラス３０の現在の回転角速度ωに基づいて、モータ２８に制御信号を入力する。これによって、モータ２８の回転角速度ωを制御する。

次に、ガラス３０に接着剤を塗布するときの、コントローラ２２ａによるガラス３０の回転角速度ωの制御について図４のフローチャート及び図５の説明図を用いて説明する。ガラス３０に接着剤を塗布するときには、作業者が操作子１８を操作して、塗布器具３２の位置を目標軌跡上に合わせると共に、塗布器具３２の向きを目標軌道の方向（より詳細には、塗布器具３２の位置における目標軌道の接線方向）に合わせる（図５参照）。ガラス３０に接着剤を塗布するときは、コントローラ２２ａは、図４のフローチャートを繰り返し実行し、回転角速度ωを制御する。

ステップＳ３００では、コントローラ２２ａは塗布器具３２の位置Ｓ１及び向きＬＰを算出する。上述したように、塗布器具３２の位置Ｓ１及び向きＬＰは、エンコーダ１５ａ〜１５ｄが検出する角度から算出する。塗布器具３２の向きＬＰは作業者によって目標軌道に合わせられているので、向きＬＰと目標軌道の接線方向は略一致する。
次に、コントローラ２２ａは、回転器２４の回転軸線Ｃから位置Ｓ１までの距離Ｒ（水平面上における距離）を算出する（ステップＳ３０２）。距離Ｒは、ステップＳ３００で算出した位置Ｓ１を示すＸＹ座標から算出する。
次に、コントローラ２２ａは、位置Ｓ１におけるガラス３０の移動方向ＬＣを算出する（ステップＳ３０４）。移動方向ＬＣは、図５に示すように、位置Ｓ１におけるガラス３０の回転方向（接線方向）である。コントローラ２２ａは、回転軸線Ｃから位置Ｓ１へ向かう方向ＲＥ（より詳細には、方向ＲＥの水平面における絶対角度）を算出し、算出した方向ＲＥと垂直な方向を移動方向ＬＣとして算出する。移動方向ＬＣは、水平面における絶対角度として算出する。
次に、コントローラ２２ａは、ガラス３０の移動方向ＬＣの反対方向ＬＣ’と、塗布器具３２の向きＬＰとが成す角度θｓを算出する（ステップＳ３０６）。角度θｓは、反対方向ＬＣ’の絶対角度と向きＬＰの絶対角度から算出する。
次に、コントローラ２２ａは、以下の計算式により、ガラス３０の目標角速度ω’を算出する（ステップＳ３０８）。
ω’＝（Ｖｃｏｓθｓ）／Ｒ ・・・＜数１＞
なお、上式において、Ｖは所定の定数である。
コントローラ２２ａは、目標角速度ω’を算出すると、エンコーダ２９が検出する現在のガラス３０の回転角度を読取る。そして、読取った回転角度と、前回の周期で読取ったガラス３０の回転角度から、現在のガラス３０の回転角速度ωを算出する（ステップＳ３１０）。
次に、コントローラ２２ａは、現在の回転角速度ωと、目標角速度ω’に基づいて、モータ２８に制御指令値を入力する（ステップＳ３１２）。これによって、モータ２８の回転角速度ω（すなわち、ガラス３０の回転角速度ω）が目標角速度ω’となるように制御される。コントローラ２２ａは、所定周期で図４のフローチャートを繰り返し実行する。したがって、ガラス３０の回転角速度ωは、常時、距離Ｒと角度θｓに応じた回転角速度（目標角速度ω’）となるように制御される。

以上に説明したように、ガラス３０に接着剤を塗布するときは、ガラス３０の回転角速度ωが、目標角速度ω’となるように制御される。したがって、塗布器具３２の位置Ｓ１におけるガラス３０の移動速度ＶＣは、
ＶＣ＝Ｒω’＝Ｖｃｏｓθｓ
となり、角度θｓによって変化する。
本実施例では、塗布器具３２を目標軌道Ｌ上で移動させるために、塗布器具３２をガラス３０の回転軸Ｃからの半径方向（図５の方向ＲＥ）にのみ移動させる（すなわち、ガラス３０の回転方向に移動させない）。このため、塗布器具３２を方向ＲＥへ移動させる速度ＶＴは、移動速度ＶＣと、角度θｓによって決まる。すなわち、
ＶＴ＝ＶＣｔａｎθｓ＝Ｖ（ｃｏｓθｓ）（ｔａｎθｓ）＝Ｖｓｉｎθｓ
となる速度ＶＴで塗布器具３２を移動させることとなる。塗布器具３２を速度ＶＴで方向ＲＥに移動させると、位置Ｓ１における塗布器具３２とガラス３０との相対移動速度は、図５の速度ＶＬとなる。すなわち、
ＶＬ＝ＶＣ／ｃｏｓθｓ＝Ｖ
となる。したがって、塗布器具３２の向きＬＰが目標軌道の方向と一致し、かつ、方向ＲＥに沿って塗布器具３２の先端が目標軌道上を通るように、作業者が塗布器具３２を移動させれば、位置Ｓ１における塗布器具３２とガラス３０との相対移動速度ＶＬは一定速度Ｖとなる。したがって、作業者がこのように塗布器具３２を移動させると、接着剤を塗布する位置、接着剤を塗布する方向（すなわち、目標軌道が伸びている方向）によらず、目標軌道上に均一な厚さで接着剤を塗布することができる。

また、この作業補助装置１０ａでは、塗布器具３２の位置Ｓ１からガラス３０の回転軸Ｃまでの距離Ｒが長いほどガラス３０の回転角速度ωが低下する（＜数１＞参照）。したがって、作業者は、容易に塗布器具３２を目標軌道Ｌに沿って移動させることができる。一方、距離Ｒが小さいほどガラス３０の回転角速度ωが大きくなるため、作業効率が過度に低下することもない。
また、この作業補助装置１０ａでは、塗布器具３２の位置Ｓ１におけるガラス３０の移動方向ＬＣの反対方向ＬＣ’と、塗布器具３２の向きＬＰとが成す角度θｓが大きいほどガラス３０の回転角速度ωが低下する（＜数１＞参照）。したがって、作業者は、容易に塗布器具３２を目標軌道Ｌに沿って移動させることができる。また、図６に示すように、ガラス３０が本来の回転方向に回転したときのガラス３０の反移動方向ＬＣ’と目標軌道Ｌ（すなわち、方向ＬＰ）の成す角度θｓが９０°以上となる場合には、目標角速度ω’がマイナスとなる（＜数１＞参照）。すなわち、ガラス３０が逆回転する。したがって、このような場合にも、塗布器具３２を容易に目標軌道Ｌに沿って移動させることができる。

また、作業補助装置１０ａでは、実際の塗布器具３２の位置及び向きに基づいてガラス３０の回転角速度ωを制御するので、塗布対象のガラスの形状等に応じて作業補助装置１０ａの設定を変更する必要がない。したがって、作業補助装置１０ａは、種々の形状のガラスが流れる接着剤塗布工程に適している。

＜第２実施例＞
次に、第２実施例の作業補助装置１０ｂについて説明する。第２実施例の作業補助装置１０ｂでは、予めコントローラ２２ａにガラス上の目標軌道を示すデータが入力されている。また、ガラスは回転支持軸に所定の位置関係で取り付けられている。そして、目標軌道データから算出される塗布器具３２の目標位置及び目標向きに基づいて、ガラス３０の回転角速度ωを制御する。第２実施例の作業補助装置１０ｂは、塗布対象のガラスに応じて目標軌道データを変更する必要があるので、同じ形状のガラスがある程度まとまって流れる場合に適している。

第２実施例の作業補助装置１０ｂの物理的構成は、第１実施例の作業補助装置１０ａと略同じであるので、説明を省略する。なお、以下の説明では、作業補助装置１０ｂの各部について、第１実施例の作業補助装置１０ａの各部と同じ名称、同じ参照番号を用いて説明する。
図７は、第２実施例の作業補助装置１０ｂの、コントローラ２２ａと、回転器２４及び移動装置１１との接続を示すブロック図である。図示するように、第２実施例のコントローラ２２ａは、目標軌道データ記憶部４４を有している。

目標軌道データ記憶部４４には、各種の形状のガラスの目標軌道を示すデータが記憶されている。目標軌道データは、目標軌道上の各点の位置を示したデータである。目標軌道データ記憶部４４が記憶している目標軌道データは、回転器制御部４２に読み出される。回転器制御部４２は、回転支持軸に対するガラスの取付位置の関係と、エンコーダ２９が検出するガラスの回転角度と、読取った目標軌道データから、その回転角度における塗布器具３２の目標位置と、目標軌道が伸びる方向（目標向き）を算出する。回転器制御部４２は、算出した目標位置及び目標向きに従って、モータ２８を制御する。

図８は、作業補助装置１０ｂのコントローラ２２ａによるガラスの回転角速度ωの制御を示すフローチャートである。
ステップＳ４００では、コントローラ２２ａは、エンコーダ２９が検出するガラスの回転角度を読取る。そして、回転支持軸に対するガラスの取付位置の関係と、読取った回転角度と、記憶している目標軌道データから、その回転角度における塗布器具３２の目標位置Ｓ２と目標向きＬＰ２を算出する（図９参照）。このとき、コントローラ２２ａは、塗布器具３２が回転軸線Ｃから所定方向に伸びる基準線ＲＥ上で移動されると仮定して、目標位置Ｓ２及び目標向きＬＰ２を算出する（図９参照）。したがって、基準線ＲＥと現在の回転角度における目標軌道との交点が目標位置Ｓ２として算出される。目標向きＬＰ２は、算出した目標位置Ｓ２における目標軌道の接線方向として算出される。
ステップＳ４０２以降は、第１実施例の作業補助装置１０ａと略同様に行われる。すなわち、ステップＳ４０２では、コントローラ２２ａは、回転器２４の回転軸線Ｃから目標位置Ｓ２までの距離Ｒを算出する。ステップＳ４０４では、目標位置Ｓ２におけるガラス３０の反移動方向ＬＣ’を算出する（方向ＲＥが固定されているので、反移動方向ＬＣ’は常に一定である）。ステップＳ４０６では、ガラス３０の反移動方向ＬＣ’と、目標向きＬＰ２とが成す角度θｓを算出する。ステップＳ４０８では、上記の＜数１＞によって、ガラス３０の目標角速度ω’を算出する。ステップＳ４１０では現在の回転角速度ωを算出し、ステップＳ４１２では目標角速度ω’に基づいて、モータ２８の回転角速度ωを制御する。

以上に説明したように、作業補助装置１０ｂでは、ガラスの回転角速度ωが、目標角速度ω’となるように制御される。したがって、基準線ＲＥに沿って塗布器具３２を目標軌道上を通るように移動させると、塗布器具３２の位置における塗布器具３２とガラスの相対移動速度が一定速度Ｖとなる。したがって、目標軌道上に接着剤を均一な厚さで塗布することができる。

また、第２実施例の作業補助装置１０ｂでは、塗布器具３２の目標位置Ｓ２からガラス３０の回転軸Ｃまでの距離Ｒが長いほどガラス３０の回転角速度ωが低下する。したがって、作業者は、容易に塗布器具３２を目標軌道に沿って移動させることができる。一方、塗布器具３２の目標位置Ｓ２からガラス３０の回転軸Ｃまでの距離Ｒが短いほどガラス３０の回転角速度ωが大きくなるため、作業効率が低下し過ぎることはない。
また、第２実施例の作業補助装置１０ｂでは、塗布器具３２の目標位置Ｓ２におけるガラスの反移動方向と、塗布器具３２の目標向きＬＰ２とが成す角度θｓが大きいほどガラスの回転角速度ωが低下する。したがって、作業者は、容易に塗布器具３２を目標軌道に沿って移動させることができる

＜第３実施例＞
次に、第３実施例の作業装置１０ｃについて説明する。第３実施例の作業装置１０ｃでは、第２実施例の作業補助装置１０ｂと同様にしてガラスの回転角速度ωが制御される。すなわち、目標軌道データから算出される塗布器具３２の目標位置及び目標向きに基づいて、回転角速度ωが制御される（図８参照）。また、作業装置１０ｃは、操作子１８及び力センサ２０を有していない。作業装置１０ｃでは、コントローラ２２ａが、アーム１７のアクチュエータ１６ａ〜１６ｄを制御する。コントローラ２２ａは、図８のフローチャートを実行するのと平行して、アクチュエータ１６ａ〜１６ｄを制御する。すなわち、コントローラ２２ａは、図８のステップＳ４００で算出した目標位置Ｓ２と、エンコーダ１５ａ〜１５ｄが検出する角度に応じて、アクチュエータ１６ａ〜１６ｄに制御信号を出力する。これによって、アクチュエータ１６ａ〜１６ｄが駆動され、塗布器具３２が目標位置Ｓ２へ移動される。このように、作業装置１０ｃでは、目標軌道に従ってコントローラ２２ａが塗布器具の位置を制御する。

以上に説明したように、作業装置１０ｃでは、第２実施例の作業補助装置１０ｂと同様にして、ガラスの回転角速度ωが制御される。また、コントローラ２２ａによって、塗布器具３２が目標位置Ｓ２に位置するように制御される。従って、目標軌道上に正確に接着剤が塗布される。また、このようにガラスの回転角速度ωと塗布器具３２の位置が制御されると、塗布器具３２とガラスとの相対移動速度が一定速度Ｖとなる。したがって、目標軌道上に均一な厚さで接着剤が塗布される。
また、作業装置１０ｃでは、目標位置Ｓ２が直線ＲＥと目標軌道の交点として算出される（図９参照）。したがって、移動装置１１は、塗布器具３２を直線ＲＥ上を移動させるだけでよい。すなわち、移動装置１１として、可動範囲の狭い移動装置を用いることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

第１実施例の作業補助装置の概略図である。 塗布器具３２の向きの説明図である。 第１実施例の作業補助装置のブロック図である。 第１実施例の作業補助装置の回転角速度ωの制御を示すフローチャートである。 第１実施例の作業補助装置を使用して塗布器具を目標軌道に沿って移動させるときの説明図である。 第１実施例の作業補助装置を使用して塗布器具を目標軌道に沿って移動させるときの説明図である。 第２実施例の作業補助装置のブロック図である。 第２実施例の作業補助装置の回転角速度ωの制御を示すフローチャートである。 第２実施例の作業補助装置を使用して塗布器具を目標軌道に沿って移動させるときの説明図である。

符号の説明

１０ａ：作業補助装置
１０ｂ：作業補助装置
１０ｃ：作業装置
１１：移動装置
１４ａ〜１４ｄ：関節
１５ａ〜１５ｄ：エンコーダ
１６ａ〜１６ｄ：アクチュエータ
１７：アーム
２２ａ：コントローラ
２４：回転器
２８：モータ
２９：エンコーダ
３０：ガラス
３２：塗布器具

Claims (5)

1. 回転するワークに対して、ワーク上に予め設定された目標軌道に沿ってツールを移動させる作業を行う作業者を補助する作業補助装置であり、
   ワークを回転軸回りに回転させるワーク回転装置と、
   作業者から加えられた操作力に応じてツールの位置及び向きを変化させるツール移動装置と、
   ツールの位置を検出するツール位置検出手段と、
   ツールの向きを検出するツール向き検出手段と、
   検出されたツールの位置から回転軸までの距離が長いほどワーク回転装置の角速度を減少させ、検出されたツールの位置におけるワークの反移動方向と検出されたツールの向きとが成す角度が大きいほどワーク回転装置の角速度を減少させるようにワーク回転装置を制御する制御手段と、
   を有する作業補助装置。
2. 回転するワークに対して、ワーク上に予め設定された目標軌道に沿ってツールを移動させる作業を行う作業者を補助する作業補助装置であり、
   ワークを回転軸回りに回転させるワーク回転装置と、
   作業者から加えられた操作力に応じてツールの位置及び向きを変化させるツール移動装置と、
   ツールの位置を検出するツール位置検出手段と、
   ツールの向きを検出するツール向き検出手段と、
   検出されたツールの位置から回転軸までの距離ｒと、検出されたツールの位置におけるワークの反移動方向と検出されたツールの向きとが成す角度αと、任意の定数Ｖから
   ω＝（Ｖｃｏｓα）／ｒ
   の式で算出される角速度ωにワーク回転装置の角速度がなるようにワーク回転装置を制御する制御手段と、
   を有する作業補助装置。
3. ワークを回転軸回りに回転させるワーク回転装置と、作業者から加えられた操作力に応じてツールの位置及び向きを変化させるツール移動装置とを備えた作業補助装置において、ワーク回転装置によってワークを回転させた状態で、作業者がツール移動装置を使用して予め設定されたワーク上の目標軌道に沿ってツールを移動させる作業を行う際に作業者を補助する方法であり、
   ツールから回転軸までの距離を測定する工程と、
   ツールの位置におけるワークの反移動方向とツールの向きとが成す角度を測定する工程と、
   測定された距離が長いほどワークの回転角速度を低下させ、測定された角度が大きいほどワークの回転角速度を減少させるようにワーク回転装置を調整する工程と、
   を有する作業補助方法。
4. 回転するワークに対して、ワーク上に予め設定された目標軌道に沿ってツールを移動させる作業において使用する、ワークを回転させるワーク回転装置であり、
   回転軸に対して所定の位置関係で取付けられるワークを回転軸回りに回転させるモータと、
   回転軸の回転角度を検出する角度検出手段と、
   ワーク上に設定された目標軌道データを記憶している記憶装置と、
   回転軸に対するワークの位置関係と、角度検出手段が検出する回転角度と、記憶装置が記憶している目標軌道データから、ツールの目標位置を算出するツール位置算出手段と、
   回転軸に対するワークの位置関係と、角度検出手段が検出する回転角度と、記憶装置が記憶している目標軌道データから、ツールの目標向きを算出するツール向き算出手段と、
   算出されたツールの目標位置から回転軸までの距離が長いほどモータの角速度を減少させ、算出されたツールの目標位置におけるワークの反移動方向と算出されたツールの目標向きとが成す角度が大きいほどモータの角速度を減少させるようにモータを制御する制御手段と、
   を有するワーク回転装置。
5. 回転するワークに対して、ワーク上に予め設定された目標軌道に沿ってツールを移動させる作業において使用する、ワークを回転させるワーク回転装置であり、
   回転軸に対して所定の位置関係で取付けられるワークを回転軸回りに回転させるモータと、
   回転軸の回転角度を検出する角度検出手段と、
   ワーク上に設定された目標軌道データを記憶している記憶装置と、
   回転軸に対するワークの位置関係と、角度検出手段が検出する回転角度と、記憶装置が記憶している目標軌道データから、ツールの目標位置を算出するツール位置算出手段と、
   回転軸に対するワークの位置関係と、角度検出手段が検出する回転角度と、記憶装置が記憶している目標軌道データから、ツールの目標向きを算出するツール向き算出手段と、
   算出されたツールの目標位置から回転軸までの距離ｒと、算出されたツールの目標位置におけるワークの反移動方向と算出されたツール目標向きとが成す角度αと、任意の定数Ｖから
   ω＝（Ｖｃｏｓα）／ｒ
   の式で算出される角速度ωにモータの角速度がなるようにワーク回転装置を制御する制御手段と、
   を有する作業補助装置。

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