JP2009034755A - パワーアシスト装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】直感的な操作感でワークの位置と姿勢を制御できるパワーアシスト装置を提供する。
【解決手段】作業者1が対象物であるウィンドウ2を搬送する作業を補助するパワーアシスト装置50であって、複数の関節3aを有するロボットアーム3と、前記ロボットアーム3にフリージョイント4を介して3次元的に揺動可能に連結され、前記ウィンドウ2を保持する保持手段である吸着治具5と、前記関節3a及び前記フリージョイント4の角度を検出する角度検出手段であるエンコーダ10と、前記吸着治具5に設置され、該吸着治具5にかかるモーメントを検出する力センサと、前記吸着治具5に設けられ、前記力センサにモーメントを加えながら吸着治具5を操作可能であるハンドル6と、前記力センサで検出したモーメントに基づいて前記ロボットアーム3における前記吸着治具5との接続部の移動速度となる手先速度を制御する制御手段8と、を備えた。
【選択図】図1
【解決手段】作業者1が対象物であるウィンドウ2を搬送する作業を補助するパワーアシスト装置50であって、複数の関節3aを有するロボットアーム3と、前記ロボットアーム3にフリージョイント4を介して3次元的に揺動可能に連結され、前記ウィンドウ2を保持する保持手段である吸着治具5と、前記関節3a及び前記フリージョイント4の角度を検出する角度検出手段であるエンコーダ10と、前記吸着治具5に設置され、該吸着治具5にかかるモーメントを検出する力センサと、前記吸着治具5に設けられ、前記力センサにモーメントを加えながら吸着治具5を操作可能であるハンドル6と、前記力センサで検出したモーメントに基づいて前記ロボットアーム3における前記吸着治具5との接続部の移動速度となる手先速度を制御する制御手段8と、を備えた。
【選択図】図1
Description
本発明は、製造現場等において作業を行う作業者の作業動作を補助するパワーアシスト装置に関する。
従来、製造現場等において、作業者による重量物の昇降を補助する装置として、特許文献1に記載されているようにワークを把持する把持手段の傾きを検出して、該把持手段を上下に駆動する装置が公知となっている。具体的には、前記装置は、ワークと装置の間の角度偏差に応じて装置の運動を制御することで、ワークの搬送を行っている。
特開平11−245124号公報
しかしながら、特許文献1に記載されているような装置では、ワークを進めたい方向に傾ける必要があり、ワーク形状や作業環境条件によっては、ワークと周囲の設備等が衝突する虞があった。つまり、ワークの位置を決定するロボットの運動を、ワークの角度ズレ(傾き)を元に決定していることが原因であった。
また、ロボットと人の協調搬送作業において、直感的な操作感でワークの位置と姿勢を制御でき、かつワークの姿勢を変更することなく、つまりワークに角度ズレ(傾き)を与えることなく並進移動を可能にすることが望まれている。
そこで、本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、直感的な操作感でワークの位置と姿勢を制御できるパワーアシスト装置を提供することを目的とする。
また、ロボットと人の協調搬送作業において、直感的な操作感でワークの位置と姿勢を制御でき、かつワークの姿勢を変更することなく、つまりワークに角度ズレ(傾き)を与えることなく並進移動を可能にすることが望まれている。
そこで、本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、直感的な操作感でワークの位置と姿勢を制御できるパワーアシスト装置を提供することを目的とする。
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、作業者が対象物を搬送する作業を補助するパワーアシスト装置であって、複数の関節を有するロボットと、前記ロボットにフリージョイントを介して3次元的に揺動可能に連結され、前記対象物を保持する保持手段と、前記関節及び前記フリージョイントの角度を検出する角度検出手段と、前記保持手段に設置され、該保持手段にかかるモーメントを検出する力センサと、前記保持手段に設けられ、前記力センサにモーメントを加えながら保持手段を操作可能であるハンドルと、前記力センサで検出したモーメントに基づいて前記ロボットにおける前記保持手段との接続部の移動速度を制御する制御手段と、を備えたものである。
請求項2においては、前記力センサが前記モーメントを検出しない場合には、前記ロボットにおける前記保持手段との接続部が移動しないものである。
請求項3においては、複数の関節を有するロボットと、前記ロボットにフリージョイントを介して3次元的に揺動可能に連結され、前記対象物を保持する保持手段と、前記関節及び前記フリージョイントの角度を検出する角度検出手段と、前記保持手段に設置され、該保持手段にかかるモーメントを検出する力センサと、前記保持手段に設けられ、前記力センサにモーメントを加えながら保持手段を操作可能であるハンドルと、を備えたパワーアシスト装置の制御方法であって、前記力センサで検出した前記モーメントに基づいて前記ロボットにおける前記保持手段との接続部の移動速度を制御するものである。
請求項4においては、前記力センサが前記モーメントを検出しない場合には、前記ロボットにおける前記保持手段との接続部が移動しないものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
本発明によれば、作業者が対象物を移動する作業に対して、作業者の動きに追従して対象物を移動させるパワーアシスト装置を実現することができる。特に、パワーアシスト装置が対象物を移動させる際の対象物の動きが作業者に理解し易いパワーアシスト装置を実現することができる。さらに、作業者が、対象物の移動作業の前に頭の中で移動するイメージを意識したように、目標位置に目標姿勢で位置決めするように対象物を移動させる作業を補助するパワーアシスト装置を実現することができる。
即ち、請求項1のパワーアシスト装置においては、作業者(操作者)は保持手段についたハンドルにモーメントを加えることで、ロボットの手先を誘導し対象物(ワーク)を搬送することができる。
また、作業者がロボットの手先の移動に従って移動することで、ワークの姿勢を変化させることなく並進移動が可能になる。
また、作業者がロボットの手先の移動に従って移動することで、ワークの姿勢を変化させることなく並進移動が可能になる。
請求項2のパワーアシスト装置においては、作業者が力センサにモーメントを加えないように移動することで、前記フリージョイントを回転させて、前記対象物の位置を移動させずに、作業者の移動した方向に対象物を回転させることが可能となる。つまり、ワークの姿勢を変えたいときには作業者が自身の移動量を変えることで対応できる。
請求項3のパワーアシスト装置の制御方法においては、作業者(操作者)は保持手段についたハンドルにモーメントを加えることで、ロボットの手先を誘導し対象物(ワーク)を搬送することができる。
また、作業者がロボットの手先の移動に従って移動することで、ワークの姿勢を変化させることなく並進移動が可能になる。
また、作業者がロボットの手先の移動に従って移動することで、ワークの姿勢を変化させることなく並進移動が可能になる。
請求項4のパワーアシスト装置の制御方法においては、作業者が力センサにモーメントを加えないように移動することで、前記フリージョイントを回転させて、前記対象物の位置を移動させずに、作業者の移動した方向に対象物を回転させることが可能となる。つまり、ワークの姿勢を変えたいときには作業者が自身の移動量を変えることで対応できる。
次に、発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明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はパワーアシスト装置を用いたウィンドウガラス取付作業(モーメント印加時)を示す平面模式図、図3はパワーアシスト装置を用いたウィンドウガラス取付作業(ロボットアーム移動時)を示す平面模式図、図4はパワーアシスト装置を用いたウィンドウガラス取付作業(作業者の移動時)を示す平面模式図、図5はウィンドウガラスの回転方向と移動方向の関係を示す説明図、図6はパワーアシスト装置の制御方法を示すフローチャート図、図7はパワーアシスト装置の制御系の構成を示すブロック図、図8は作業者の移動のみでウィンドウガラスの姿勢が変化することを示す平面模式図である。
なお、本実施形態では、説明を簡単にするため、対象物を、図2に示すXYZ座標系のXY平面内で移動する作業を例とする。XY平面は水平面である。
また、以下の説明をおいては、説明の便宜上、図1に示す矢印の方向を前方とする。
また、本実施形態において、作業者が行うべき作業は、略台形状の対象物(ワーク)であるウィンドウガラス2(以下、ウィンドウ2という)を、図1に示す自動車のボデー100の窓枠100aの位置へ移動する作業である。
また、XY平面においてY軸とウィンドウ2の上端部2aがなす角を姿勢角θと定義する。
図1は本発明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はパワーアシスト装置を用いたウィンドウガラス取付作業(モーメント印加時)を示す平面模式図、図3はパワーアシスト装置を用いたウィンドウガラス取付作業(ロボットアーム移動時)を示す平面模式図、図4はパワーアシスト装置を用いたウィンドウガラス取付作業(作業者の移動時)を示す平面模式図、図5はウィンドウガラスの回転方向と移動方向の関係を示す説明図、図6はパワーアシスト装置の制御方法を示すフローチャート図、図7はパワーアシスト装置の制御系の構成を示すブロック図、図8は作業者の移動のみでウィンドウガラスの姿勢が変化することを示す平面模式図である。
なお、本実施形態では、説明を簡単にするため、対象物を、図2に示すXYZ座標系のXY平面内で移動する作業を例とする。XY平面は水平面である。
また、以下の説明をおいては、説明の便宜上、図1に示す矢印の方向を前方とする。
また、本実施形態において、作業者が行うべき作業は、略台形状の対象物(ワーク)であるウィンドウガラス2(以下、ウィンドウ2という)を、図1に示す自動車のボデー100の窓枠100aの位置へ移動する作業である。
また、XY平面においてY軸とウィンドウ2の上端部2aがなす角を姿勢角θと定義する。
まず、パワーアシスト装置の全体構成について説明する。
パワーアシスト装置50は、図1に示すように、主としてロボットの一例であるロボットアーム3と、フリージョイント4と、ウィンドウ2の保持手段である吸着治具5と、ハンドル6と、力センサ7と、ロボットアーム3を制御する制御手段8(図7に図示)によって構成されている。
パワーアシスト装置50は、図1に示すように、主としてロボットの一例であるロボットアーム3と、フリージョイント4と、ウィンドウ2の保持手段である吸着治具5と、ハンドル6と、力センサ7と、ロボットアーム3を制御する制御手段8(図7に図示)によって構成されている。
ロボットアーム3は、図1に示すように側面視パンタグラフ状の閉ループリンク機構に構成されており、複数の関節3a(本実施例では4箇所)を介して各リンク3b・3b・3b・3bが連結されている。該ロボットアーム3の先端である手先3cがフリージョイント4を介してウィンドウ2を吸着する吸着治具5に繋がっている。前記フリージョイント4は前記吸着治具5に吸着されているウィンドウ2の姿勢を3次元的に揺動可能である。また、前記各関節3a、フリージョイント4及び各リンク3b・3b・3b・3bによりリンク機構を構成しており、該リンク機構にはアクチュエータ11(図7に図示)が取り付けられており、該アクチュエータ11を駆動することによりリンク機構が駆動し、ロボットアーム3の手先3cが3次元的に揺動可能となっている。これにより、前記ロボットアーム3にフリージョイント4を介して連結される吸着治具5は、該ロボットアーム3に対して3次元的に揺動可能となっている。
また、ロボットアーム3は、図5に示すように、通常の搬送の場合は、作業者1(操作者)が対象物であるウィンドウ2をヨー軸、ロール軸回りに回転させたときにそれぞれ横方向(図5の(a))、縦方向(図5の(b))にロボットアーム3の手先3cを動かしウィンドウ2を移動させることが可能である。
また、ロボットアーム3は、図5に示すように、通常の搬送の場合は、作業者1(操作者)が対象物であるウィンドウ2をヨー軸、ロール軸回りに回転させたときにそれぞれ横方向(図5の(a))、縦方向(図5の(b))にロボットアーム3の手先3cを動かしウィンドウ2を移動させることが可能である。
また、ロボットアーム3の各関節3a・3a・3a・3a及びフリージョイント4には、各リンク3b・3b・3b・3bの位置を角度として検出する角度検出手段であるエンコーダ10(図7に図示)が配置されている。該エンコーダ10による検出値は制御手段8へ送られる。制御手段8は、送られたエンコーダの検出値から、対象物であるウィンドウ2の位置及びウィンドウ2の姿勢(姿勢角θ)を求めることができる。
吸着治具5は、該吸着治具5の枠組みであるフレーム5aと、該フレーム5aの左右両側(ライン進行方向である矢印Xに対して両側)にそれぞれ張り出した作業者1が把持して吸着治具5を操作するためのハンドル6・6を備えている。また、吸着治具5は、ロボットアーム3の手先3cにフリージョイント4を介して吊られており、ウィンドウ2を吸着保持可能となっている。具体的には、フレーム5aの下端には、ウィンドウ2の表面(つまり、ウィンドウ2をボデー100に取り付けたときにボデー100の外側になる面)に吸い付く複数の吸盤9が取り付けられている(本実施例では4箇所)。吸着治具5にウィンドウ2を保持させる場合、吸盤9をウィンドウ2表面に密着させ、図示しないポンプによって吸盤9内の空気を吸引する。これにより、ウィンドウ2は吸盤9に吸着され、吸着治具5に保持される。一方、吸着治具5からウィンドウ2を開放する場合には、ポンプによる空気の吸引を停止し、吸盤9とウィンドウ2との間に空気を注入することで、吸盤9へのウィンドウ2の吸着を停止する。これにより、ウィンドウ2は吸着治具5から開放される。
前記ハンドル6は、図2に示すように平面視略U字状であり、吸着治具5の両端部に配置されている。また、ハンドル6の一端(作業者1がハンドルを把持する側)の幅方向中央部近傍には前記力センサ7が配設されている。ハンドル6は、ボデー100の窓枠100aにウィンドウ2を取り付ける際に作業者1によって把持される。作業者1がハンドル6を把持することで、吸着治具5が安定し、作業者1は窓枠100aに対するウィンドウ2の位置調整を行うことができる。
前記力センサ7は、ハンドル6と吸着治具5のフレーム5aとの間に配置されて、ハンドル6にかかるモーメントを検出するものである。つまり、パワーアシスト装置50と協調作業する作業者1が対象物であるウィンドウ2に加える操作力であるトルクを検出するセンサである。例えば、作業者1がハンドル6を把持して図2に示すように矢印A方向に吸着治具5にモーメントを加えると、力センサ7は該モーメントをトルクとして検出可能としている。
また、前記力センサ7によって検出された作業者1の操作力は、後述する制御手段8へ送られる。
なお、本実施形態では力センサ7はハンドル6の一方にのみに配設したものであるが特に限定するものではなく、両方のハンドル6近傍に配設してもかまわない。
また、前記力センサ7によって検出された作業者1の操作力は、後述する制御手段8へ送られる。
なお、本実施形態では力センサ7はハンドル6の一方にのみに配設したものであるが特に限定するものではなく、両方のハンドル6近傍に配設してもかまわない。
制御手段8には、図7に示すように上述した力センサ7、エンコーダ10及びロボットアーム3を駆動させるアクチュエータ11が接続されている。パワーアシスト装置50の各部の動作は制御手段8によって制御される。前記力センサ7で検出されたトルク、前記エンコーダ10に基づく吸着治具5(ウィンドウ2)の位置情報等に基づいて作業者1の意図(本実施形態ではウィンドウ2を後方に動かしたい意図)をリアルタイムで推定する。そして、図3に示すように、ロボットアーム3にアシスト力(図3の矢印B)を発生させる。
また、制御手段8は、図示しない中央演算処理装置(CPU)や記憶装置(ハードディスク装置、RAMやROM)やインターフェース等からなり、記憶装置に後述するアシスト力を発生させるかどうかの判定するための情報が記憶されている。
制御手段8は、図示しない記憶装置・指令値算出装置・指令値出力装置を有する。
制御手段8は、図示しない記憶装置・指令値算出装置・指令値出力装置を有する。
次に、上記構成のパワーアシスト装置を用いて、ロボットと作業者が協調してウィンドウをボデーの窓枠にはめ込む作業及びパワーアシスト装置の動作について図2、図3及び図4を用いて説明する。
図2に示すように、ロボットアーム3の先端となる手先3cにフリージョイント4を介して吊られた吸着治具5があり、ウィンドウ2をボデー100の窓枠100aに取り付けるために、前記吸着治具5によりウィンドウ2が吸着されている。作業者1はウィンドウ2の位置と姿勢(姿勢角θ)を調整しながらロボットアーム3を誘導することで、ウィンドウはめ込み位置である窓枠100a付近までウィンドウ2を搬送する。ウィンドウ2の搬送区間のうち窓枠100a付近の搬送区間においてはウィンドウ2の位置と姿勢のすべての自由度を操作者である作業者1が手動で調整可能となっている。
ウィンドウ2は、窓枠100aに対してやや前方に位置している。このとき、作業者1がこの位置でハンドル6を持って、ウィンドウ2を目標位置である窓枠100aに近づける方向に、すなわち、図2に示すように、ウィンドウ2を吸着した吸着治具5のハンドル6にモーメント(図2の矢印A方向のトルク)を加えると、その値に応じて、図3に示すようにロボットアーム3の手先3cが矢印B方向に動く(手先3cが受けたモーメントを逃がすように動く)。このとき、ウィンドウ2の位置はY軸に対してやや左側に傾いた位置となる。
こうして、作業者1はウィンドウ2を運びたい方向へモーメントを加えることでロボットアーム3の手先3c位置を決める。図3はロボットアーム3が動いた後の状態であるが、作業者1が動かなければウィンドウ2はボデー100に対して傾いた姿勢となる。ボデー100とウィンドウ2の姿勢(姿勢角θ)を一致させるためには図4に示すようにモーメントを加えつつ作業者1が後方に移動すればよい。
つまり、モーメントを加えつつ作業者1が移動することで、ウィンドウ2を並進させることができる。こうして作業者1はハンドル6を操作してウィンドウ2の位置と姿勢を調整して、ウィンドウ2を窓枠100aに取り付ける。
このように、作業者1の加えたモーメントでウィンドウ2の位置と姿勢を、作業者1とロボットアーム3の相対位置でウィンドウ2の姿勢をそれぞれ決定できるため、作業者1はちょうどウィンドウ2の端を持って動かす直感的な操作によって、ウィンドウ2の位置と姿勢を制御することができる。
ウィンドウ2は、窓枠100aに対してやや前方に位置している。このとき、作業者1がこの位置でハンドル6を持って、ウィンドウ2を目標位置である窓枠100aに近づける方向に、すなわち、図2に示すように、ウィンドウ2を吸着した吸着治具5のハンドル6にモーメント(図2の矢印A方向のトルク)を加えると、その値に応じて、図3に示すようにロボットアーム3の手先3cが矢印B方向に動く(手先3cが受けたモーメントを逃がすように動く)。このとき、ウィンドウ2の位置はY軸に対してやや左側に傾いた位置となる。
こうして、作業者1はウィンドウ2を運びたい方向へモーメントを加えることでロボットアーム3の手先3c位置を決める。図3はロボットアーム3が動いた後の状態であるが、作業者1が動かなければウィンドウ2はボデー100に対して傾いた姿勢となる。ボデー100とウィンドウ2の姿勢(姿勢角θ)を一致させるためには図4に示すようにモーメントを加えつつ作業者1が後方に移動すればよい。
つまり、モーメントを加えつつ作業者1が移動することで、ウィンドウ2を並進させることができる。こうして作業者1はハンドル6を操作してウィンドウ2の位置と姿勢を調整して、ウィンドウ2を窓枠100aに取り付ける。
このように、作業者1の加えたモーメントでウィンドウ2の位置と姿勢を、作業者1とロボットアーム3の相対位置でウィンドウ2の姿勢をそれぞれ決定できるため、作業者1はちょうどウィンドウ2の端を持って動かす直感的な操作によって、ウィンドウ2の位置と姿勢を制御することができる。
なお、作業者1は、ウィンドウ2に加えるモーメント(操作力)について、その方向を厳密に意識しているわけではないので、操作力の方向はXY平面と平行にならない場合もある。しかし力センサ7は、操作力のXY平面と平行であるヨー軸回り方向成分のみを検出するため、作業者1が加える操作力はXY平面と平行でなくてもよい。
次に上述したパワーアシスト装置の動作についてフローチャート図を用いて説明する。
図6は吸着治具5にかかるモーメントに応じてロボットアーム3の手先3cを移動させる処理のフローチャート図である。
ステップS10では、エンコーダ10によって対象物であるウィンドウ2の位置と姿勢(姿勢角θ)を検出して、制御手段8にその検出値が入力される。制御手段8は、入力されたエンコーダ10の値からウィンドウ2の位置と姿勢角θを求める。次にステップS20では、作業者1がハンドル6を操作すると、ハンドル6に設けられた力センサ7により吸着治具5にかかるモーメントを検出する。そうして、力センサ7から制御手段8に信号が送られる。ここで所定量のモーメントを検出しない場合は、ウィンドウ2の搬送経路上の所定の位置もしくは作業フェーズに対応した制御となる(搬送区間ごとに自動的に制御が切り替わる)。次にステップS30では、制御手段8が、検出されたモーメント(トルク)に応じたロボットアーム3の移動方向と手先速度を指定する速度指定値を算出する。算出された手先速度の速度指定値は、ステップS40でアクチュエータ11へ出力されて、アクチュエータ11が駆動する。以上のステップが実行されることによって、作業者1がウィンドウ2を吸着した吸着治具5のハンドル6にモーメントを加えると、パワーアシスト装置50は、加えられたモーメントを減少させる方向へ手先3cを移動させる。
こうして、制御手段8は操作者(作業者)がハンドル6を持ち、該ハンドル6の付け根の力センサ7にモーメント(トルク)を加えることで、検出されたモーメント情報を元にロボットアーム3の手先速度を決定する。
図6は吸着治具5にかかるモーメントに応じてロボットアーム3の手先3cを移動させる処理のフローチャート図である。
ステップS10では、エンコーダ10によって対象物であるウィンドウ2の位置と姿勢(姿勢角θ)を検出して、制御手段8にその検出値が入力される。制御手段8は、入力されたエンコーダ10の値からウィンドウ2の位置と姿勢角θを求める。次にステップS20では、作業者1がハンドル6を操作すると、ハンドル6に設けられた力センサ7により吸着治具5にかかるモーメントを検出する。そうして、力センサ7から制御手段8に信号が送られる。ここで所定量のモーメントを検出しない場合は、ウィンドウ2の搬送経路上の所定の位置もしくは作業フェーズに対応した制御となる(搬送区間ごとに自動的に制御が切り替わる)。次にステップS30では、制御手段8が、検出されたモーメント(トルク)に応じたロボットアーム3の移動方向と手先速度を指定する速度指定値を算出する。算出された手先速度の速度指定値は、ステップS40でアクチュエータ11へ出力されて、アクチュエータ11が駆動する。以上のステップが実行されることによって、作業者1がウィンドウ2を吸着した吸着治具5のハンドル6にモーメントを加えると、パワーアシスト装置50は、加えられたモーメントを減少させる方向へ手先3cを移動させる。
こうして、制御手段8は操作者(作業者)がハンドル6を持ち、該ハンドル6の付け根の力センサ7にモーメント(トルク)を加えることで、検出されたモーメント情報を元にロボットアーム3の手先速度を決定する。
次に、ロボットアーム3の手先速度の決定方法の具体例を以下に示す。
図2、図3及び図4はパワーアシスト装置50と操作者である作業者1を上から見た図である(ロボットアーム3は省略してある)。図2のように紙面鉛直方向であるZ軸周り(反時計回り方向)にモーメントを検出すると、制御手段8は、あたかもそのモーメントでロボットアーム3の手先3cが動くような手先速度でロボットアーム3の手先3cを動かす(図3の矢印B)。このとき操作者が位置を変えなければ図3のようにウィンドウ2は操作者を中心に回転するような運動(反時計回り)をする。操作者がハンドル6にモーメントをかけると同時に図4に示すように図中左へ移動することで、ウィンドウ2の姿勢は初期状態と同じになる。つまり、操作者はハンドル6に加えるトルクと自身の位置の移動によって、自由にウィンドウ2を回転させたり、並進移動させることができる。
図2、図3及び図4はパワーアシスト装置50と操作者である作業者1を上から見た図である(ロボットアーム3は省略してある)。図2のように紙面鉛直方向であるZ軸周り(反時計回り方向)にモーメントを検出すると、制御手段8は、あたかもそのモーメントでロボットアーム3の手先3cが動くような手先速度でロボットアーム3の手先3cを動かす(図3の矢印B)。このとき操作者が位置を変えなければ図3のようにウィンドウ2は操作者を中心に回転するような運動(反時計回り)をする。操作者がハンドル6にモーメントをかけると同時に図4に示すように図中左へ移動することで、ウィンドウ2の姿勢は初期状態と同じになる。つまり、操作者はハンドル6に加えるトルクと自身の位置の移動によって、自由にウィンドウ2を回転させたり、並進移動させることができる。
また、図8に示すようにウィンドウ2の姿勢を変えるだけならハンドル6にモーメント(トルク)を加えずに、作業者1が横に移動するだけでもよい。この場合はロボットアーム3の手先3cが移動せず作業者1のみが移動することでフリージョイント4が回転し、作業者1の移動した方向にウィンドウ2が傾く。
このように、ウィンドウ2の位置と姿勢の現在値と目標値によっては、ハンドル6にモーメントを加えることなく、単に作業者1の移動によってウィンドウ2の姿勢がフリージョイント4を中心にして変化する。
つまり、力センサ7が、モーメントを検出しない場合には作業者1のみが移動することで、フリージョイント4が回転し、作業者1の移動した方向にウィンドウ2が回転可能となる。
このように、ウィンドウ2の位置と姿勢の現在値と目標値によっては、ハンドル6にモーメントを加えることなく、単に作業者1の移動によってウィンドウ2の姿勢がフリージョイント4を中心にして変化する。
つまり、力センサ7が、モーメントを検出しない場合には作業者1のみが移動することで、フリージョイント4が回転し、作業者1の移動した方向にウィンドウ2が回転可能となる。
当然ながら、本実施形態で示した検出するモーメントの方向は紙面鉛直方向(Z軸方向)を回転軸にするものに限らず、図2のウィンドウ2を本紙横方向(X軸方向)を回転軸にして傾けるように加えたトルク(ハンドル6の上下方向のモーメント)の検出値に対して、ロボットアーム3の手先3cの運動方向を上下に運動させることで、ウィンドウ2のモーメントに基づく回転方向を拡張することができる。
また、ロボットアーム3の手先3cに与える速度指令値は力センサ7で検出したモーメント情報に比例した値を採用するのが一般的だが、例えばモーメントの2乗に比例するなどの計算を施した値を速度指令値とすることも可能である。
また、ロボットアーム3の手先3cに与える速度指令値に閾値を設定し、それ以上の手先速度が発生しないように制限をかけることも可能であるし、その閾値がロボットアーム3の手先位置に応じて変化することもあり得る。
このように、作業者1が対象物であるウィンドウ2を搬送する作業を補助するパワーアシスト装置50であって、複数の関節3aを有するロボットアーム3と、前記ロボットアーム3にフリージョイント4を介して3次元的に揺動可能に連結され、前記ウィンドウ2を保持する保持手段である吸着治具5と、前記関節3a及び前記フリージョイント4の角度を検出する角度検出手段であるエンコーダ10と、前記吸着治具5に設置され、該吸着治具5にかかるモーメントを検出する力センサと、前記吸着治具5に設けられ、前記力センサにモーメントを加えながら吸着治具5を操作可能であるハンドル6と、
前記力センサで検出したモーメントに基づいて前記ロボットアーム3における前記吸着治具5との接続部の移動速度となる手先速度を制御する制御手段8と、を備えたパワーアシスト装置50を構成したことにより、操作者は吸着治具5についたハンドル6にモーメントを加えることで、ロボットアーム3の手先3cを誘導し対象物であるウィンドウ2を搬送することができる。
また、作業者1がロボットアーム3の手先3cの移動に従って移動することで、ワークの姿勢を変化させることなく並進移動が可能になる。
前記力センサで検出したモーメントに基づいて前記ロボットアーム3における前記吸着治具5との接続部の移動速度となる手先速度を制御する制御手段8と、を備えたパワーアシスト装置50を構成したことにより、操作者は吸着治具5についたハンドル6にモーメントを加えることで、ロボットアーム3の手先3cを誘導し対象物であるウィンドウ2を搬送することができる。
また、作業者1がロボットアーム3の手先3cの移動に従って移動することで、ワークの姿勢を変化させることなく並進移動が可能になる。
また、複数の関節3aを有するロボットアーム3と、前記ロボットアーム3にフリージョイント4を介して3次元的に揺動可能に連結され、前記対象物であるウィンドウ2を保持する保持手段である吸着治具5と、前記関節3a及び前記フリージョイント4の角度を検出する角度検出手段であるエンコーダ10と、前記吸着治具5に設置され、該吸着治具5にかかるモーメントを検出する力センサ7と、前記吸着治具5に設けられ、前記力センサ7にモーメントを加えながら吸着治具5を操作可能であるハンドルと、を備えたパワーアシスト装置50の制御方法であって、前記力センサ7で検出した前記モーメントに基づいて前記ロボットアーム3における前記吸着治具5との接続部の移動速度となる手先速度を制御する制御方法を適用することにより、操作者は吸着治具5についたハンドル6にモーメントを加えることで、ロボットアーム3の手先3cを誘導し対象物であるウィンドウ2を搬送することができる。
また、作業者1がロボットアーム3の手先3cの移動に従って移動することで、ワークの姿勢を変化させることなく並進移動が可能になる。
また、作業者1がロボットアーム3の手先3cの移動に従って移動することで、ワークの姿勢を変化させることなく並進移動が可能になる。
また、前記力センサ7が前記モーメントを検出しない場合には、前記ロボットアーム3における前記吸着治具5との接続部が移動しないことにより、作業者1が力センサ7にモーメントを加えないように移動することで、前記フリージョイント4を回転させて、前記対象物の位置を移動させずに、作業者1の移動した方向に対象物を回転させることが可能となる。つまり、ワークの姿勢を変えたいときには作業者1が自身の移動量を変えることで対応できる。
また、パワーアシスト装置50がウィンドウ2をどこまで移動させるかは作業者1が主体的に決定することができる。パワーアシスト装置50、作業者1の動きに追従してウィンドウ2を移動させるので、ウィンドウ2を目標位置である窓枠100aへ目標姿勢で自動的に移動させる全自動機械よりも状況に柔軟に対応することができる。
つまり、ロボットと人の協調によるワーク搬送作業で、人がワークにモーメントを加えることでワークの目標移動位置をロボットに教示する。このとき、ワークに対してロボットアーム3の手先3cをフリージョイント4で結合しておくことで、ワークの姿勢がロボットと人の相対位置で決定できる。これにより、ワークの位置と姿勢を直感的な操作で容易に制御することができるのである。
なお、本実施形態ではウィンドウの取付作業を例に上げたが、特に限定するものではなく、本発明はロボットを使用して対象物(ワーク)を組み付ける作業に広く適用可能である。
また、本実施形態で説明した、ロボットアーム3における吸着治具5との接続部とは、特に限定するものではなく、ロボットアーム3の手先3c部分からフリージョイント4を介して吸着治具5との連結部分のいずれか中途部にあるロボットアーム3と吸着治具5との接続部分もしくはリンク部分のことをいう。
また、本実施形態で説明した、ロボットアーム3における吸着治具5との接続部とは、特に限定するものではなく、ロボットアーム3の手先3c部分からフリージョイント4を介して吸着治具5との連結部分のいずれか中途部にあるロボットアーム3と吸着治具5との接続部分もしくはリンク部分のことをいう。
1 作業者
2 ウィンドウ
3 ロボットアーム
3a 関節
4 フリージョイント
5 吸着治具
6 ハンドル
7 力センサ
8 制御手段
10 エンコーダ
50 パワーアシスト装置
2 ウィンドウ
3 ロボットアーム
3a 関節
4 フリージョイント
5 吸着治具
6 ハンドル
7 力センサ
8 制御手段
10 エンコーダ
50 パワーアシスト装置
Claims (4)
- 作業者が対象物を搬送する作業を補助するパワーアシスト装置であって、
複数の関節を有するロボットと、
前記ロボットにフリージョイントを介して3次元的に揺動可能に連結され、前記対象物を保持する保持手段と、
前記関節及び前記フリージョイントの角度を検出する角度検出手段と、
前記保持手段に設置され、該保持手段にかかるモーメントを検出する力センサと、
前記保持手段に設けられ、前記力センサにモーメントを加えながら保持手段を操作可能であるハンドルと、
前記力センサで検出したモーメントに基づいて前記ロボットにおける前記保持手段との接続部の移動速度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするパワーアシスト装置。 - 前記力センサが前記モーメントを検出しない場合には、前記ロボットにおける前記保持手段との接続部が移動しない、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワーアシスト装置。 - 複数の関節を有するロボットと、
前記ロボットにフリージョイントを介して3次元的に揺動可能に連結され、前記対象物を保持する保持手段と、
前記関節及び前記フリージョイントの角度を検出する角度検出手段と、
前記保持手段に設置され、該保持手段にかかるモーメントを検出する力センサと、
前記保持手段に設けられ、前記力センサにモーメントを加えながら保持手段を操作可能であるハンドルと、
を備えたパワーアシスト装置の制御方法であって、
前記力センサで検出した前記モーメントに基づいて前記ロボットにおける前記保持手段との接続部の移動速度を制御する、
ことを特徴とするパワーアシスト装置の制御方法。 - 前記力センサが前記モーメントを検出しない場合には、前記ロボットにおける前記保持手段との接続部が移動しない、
ことを特徴とする請求項3に記載のパワーアシスト装置の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007200077A JP2009034755A (ja) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | パワーアシスト装置及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007200077A JP2009034755A (ja) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | パワーアシスト装置及びその制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2009034755A true JP2009034755A (ja) | 2009-02-19 |
Family
ID=40437159
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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2007
- 2007-07-31 JP JP2007200077A patent/JP2009034755A/ja active Pending
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