JP3314658B2 - パワーアシスト付き助力アーム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの重量如何
にかかわらずに軽く搬送できるようにしたパワーアシス
ト付き助力アームに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、重量物を搬送する場合の負担
を軽減するために、図１１に示すような助力アームが使
用されている。この助力アームは、アーム１０に取り付
けられたシリンダ１２（モータを用いている場合もあ
る）によってワークの重量を相殺できるようになってい
る。

【０００３】このアーム１０は、上下方向に移動でき、
さらに主軸１４に対して旋回でき、さらにその先端部が
前後方向にスライドできるようになっている。このた
め、作業者はこの助力アームによって、ワークを軽い操
作で自由に搬送させることができる。

【０００４】ところが、ワークがかなりの重さのものと
なると、重量物（ワーク）の重量はシリンダ１２の作用
によって相殺されるものの、ワークを搬送する場合に
は、ワークの重量に応じた慣性力が作用するため、その
搬送にかなりの労力を要するという別の問題が発生す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この問題を解決するた
めに、各アームにモータを取り付けるとともに、作業者
がアームに加える作用力を検出するセンサを設け、その
センサによって検出された作用力と同様の作用力がワー
クに加えられるようにして、より軽い操作でワークの搬
送をさせるようにすることが考えられる。

【０００６】ところが、このように構成した場合には、
ワークを動かそうとする場合（ワークの搬送開始時や、
ワークを少しだけ動かそうとしたとき）に、各アームの
慣性力などの相違から、各アームを作業者が動かそうと
する方向に追従制御させることが難しくなることが考え
られ、追従制御が適切に行われない場合には、作業者は
ワークの搬送に違和感を感じることになる。したがっ
て、このように構成した場合には、作業者がワークを動
かそうとする方向に素直にワークが動くように制御でき
る構成とする必要がある。

【０００７】本発明は、このような従来の要請に応じる
ためになされたものであり、ワークを動かそうとする初
期時であっても、作業者の動かそうとする方向にワーク
を搬送することができるパワーアシスト付き助力アーム
の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、次のように構成される。請求項１に記載の
発明は、ワークを所望の位置に搬送する複数のアームを
備えるとともに、いずれかのアームに作用して当該ワー
クの重量を重力とバランスさせる重力バランス機構を備
えた助力アームであって、作業者が前記ワークに作用さ
せる三次元方向及び各次元の捩じれ方向の力の大きさを
検出する作用力検出センサと、前記複数のアームのそれ
ぞれに設けられた駆動手段と、前記作用力検出センサに
よって検出された力の大きさ，方向に基づいて、当該駆
動手段の加速時でも前記ワークが前記作業者の望む方向
に移動できるようにそれぞれの駆動手段の動作速度を前
記作業者の望む速さまで時間の経過とともに上昇させる
制御手段とを有することを特徴とするパワーアシスト付
き助力アームである。

【０００９】制御手段は、作用力検出センサによって検
出された力の大きさ，方向に基づいて、ワークを最終的
にどの方向にどの程度の速度まで加速させるかを演算
し、この演算結果に基づいて各アームに設けられたそれ
ぞれの駆動手段の最終的な動作速度を演算し、各駆動手
段をその動作速度まである程度の時間をかけて上昇させ
る。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のパワーアシスト付き助力アームにおいて、前記制御手
段は、前記それぞれの駆動手段の動作速度を下記の式で
演算されるよりも大きな近い時間内に、前記作業者の望
む速さまで上昇させることを特徴とするパワーアシスト
付き助力アームである。

【００１１】Ｔ＝Ｊ／Ｄ ただし、Ｔ：所定時間 Ｊ：それぞれの駆動手段を含めた各アームの慣性モーメ
ント Ｄ：それぞれの駆動手段を含めた各アームの粘性摩擦係
数 このようにアームの慣性モーメントと粘性摩擦係数とを
勘案して所定時間、即ち加速時間を演算し、この加速時
間よりも長い時間をかけて最終的な速度まで各駆動手段
を駆動すれば、ワークを搬送させる際にいずれかの駆動
手段が加速能力を越えてしまうようなことがなくなり、
作業者の望む速度までには多少の時間を要するものの、
ワークの搬送方向は作業者の意図する方向と一致させる
ことができる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載のパワーアシスト付き助力アームにおい
て、前記それぞれの駆動手段の動作速度の制御は、それ
ぞれの駆動手段に与える信号の大きさを時間の経過とと
もに線形的に上昇させるようにしたことを特徴とするパ
ワーアシスト付き助力アームである。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載のパワーアシスト付き助力アームにおい
て、前記それぞれの駆動手段の動作速度の制御は、それ
ぞれの駆動手段に与える信号の大きさを時間の経過とと
もに非線形的に上昇させるようにしたことを特徴とする
請求項１又は請求項２に記載のパワーアシスト付き助力
アームである。

【００１４】

【発明の効果】請求項１から請求項４に記載の発明にあ
っては、作用力検出センサによって検出された力の大き
さ，方向に基づいて、各駆動手段を最終速度まで時間を
かけて動作させるようにしたので、ワークの搬送初期時
であっても、ワークが常に作業者の望む方向に移動する
ことになり、違和感のない搬送作業をすることができる
ようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかるパワーア
シスト付き助力アームの一実施形態について説明する。
図１は、本発明のパワーアシスト付き助力アームの外観
図である。

【００１６】図に示すように、アーム１０には、重力バ
ランス用のシリンダ１２が取り付けられている。このア
ーム１０は、モータ１３により主軸１４に対して上下方
向に回動する。このアーム１０の先端部分には、ハンド
１５を進退させるアーム１６が設けられ、このアーム１
６の進退はモータ１７によって行う。ハンド１５には作
業者がワークに加える力を検出するロードセル１８が取
り付けられ、このロードセル１８によって三次元（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）方向の外力とこれらの各次元の捩じれ方向の力
が検出される。アーム１０は、主軸１４を中心に旋回で
きるようになっており、この旋回はモータ２０によって
行う。

【００１７】コントローラ２５は、このパワーアシスト
付き助力アームの動作を制御するものであって、このコ
ントローラ２５には、ロードセル１８からの検出信号
（操作力）、各モータ１３，１７，２０が有する回転角
度検出用のエンコーダ（図示せず）からのパルス信号が
入力され、コントローラ２５からは各モータ１３，１
７，２０に与える電流や電圧が出力される。また、アシ
スト力を自由に調整するための調整機能を有している。
なお、これらのモータ１３，１７，２０には、安全面か
ら８０Ｗ程度の低出力サーボモータを用いている。

【００１８】本発明のパワーアシスト付き助力アーム
は、概略次のような動きをする。作業者がハンド１５に
ワークを把持させ、ワークを動かそうとすると、ワーク
に加えられる力の大きさと方向とがロードセル１８によ
って検出され、コントローラ２５は、このロードセル１
８からの検出信号に基づいて、作業者が動かそうとして
いる速度で動かそうとしている方向にワークを動かす。
作業者がワークから手を離せばロードセル１８に作用す
る力がなくなるので、ワークは自然に停止する。

【００１９】ワークを動かし始める際には、ロードセル
１８は、その動かし始めの力の大きさと方向とを検出す
ることになり、コントローラ２５は、この検出された力
の大きさと方向に基づいて各モータを最終的な速度まで
急速に加速する。ところが、各モータにかかる負荷はア
ームの姿勢等に応じて変化するために、各モータが最終
的な速度に達するまでの時間は必ずしも一致しない。時
間が一致しないということは、全てのモータが定常速度
になるまではワークの動く方向と作業者の搬送しようと
する方向とが一致しないことになる。これでは作業に支
障を来すことになる。したがって、本発明では、このよ
うな場合でも、搬送方向は作業者の意図する方向になる
ように、加速させる時間を演算し、その時間内にそれぞ
れのモータが最終速度まで加速させるようにしている。

【００２０】同様に、作業者がワークを比較的速い速度
で動かそうとしたときには、いずれかのモータの最高速
度を越えてしまう場合も起こり得るが、このような場合
には、作業者の意図する方向とは違った方向にワークが
動いてしまうことになる。これでは作業に違和感を感じ
ることになるばかりではなく、作業の安全面での問題も
生じることから、１つのアームのモータの最高速度を越
えるような速度でワークを動かすことが要求された場合
には、ワークの動作速度を低下させて移動する方向だけ
は作業者の要求に沿うようにし、作業の違和感を生じな
いようにしている。

【００２１】したがって、作業者がワークを動かし始め
るときには、ワークは作業者の意図する方向に速度を徐
々に上げながら搬送され、その搬送速度が大きくなりす
ぎると、搬送方向が作業者の意図する方向を維持できる
ように搬送速度を低下させるようになる。このため、い
つでも搬送方向は作業者の意図する方向と一致すること
になる。

【００２２】図２に示すブロック図は、本発明にかかる
パワーアシスト付き助力アームの制御系の概略構成図で
ある。エンコーダ１からエンコーダ３は、図１に示した
各アームを駆動するモータ１３，１７，２０のそれぞれ
に設けられているものであって、一定の回転角度ごとに
パルス信号を出力するように構成されているものであ
る。

【００２３】エンコーダ１からエンコーダ３でそれぞれ
出力されるパルス信号ｑ1 〜ｑ3 は、制御手段である各
軸モータ速度演算部５０に入力され、駆動手段としての
各軸のモータ１３，１７，２０を指定の速度で回転させ
るためのフィードバック信号として、また、各軸のモー
タが最高速度を越えているか否かを判断する信号として
用いられる。

【００２４】ロードセル１８は作用力検出センサとして
機能し、前述のように作業者がワークに加える力（操作
力）を三次元方向及び各次元の捩じれ方向にそれぞれ分
けて電気信号として各軸モータ速度演算部５０に出力す
るものであって、具体的には、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の外力Ｆ
と、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の捩じれ力Ｎが出力される。

【００２５】各軸モータ速度演算部５０は、本願発明と
は直接関係はないが、各軸のモータ１３，１７，２０か
ら最適なトルクが出力されるように、エンコーダ１から
エンコーダ３でそれぞれ出力されるパルス信号ｑ1 〜ｑ
3 に基づいて、各モータ１３，１７，２０から出力すべ
きトルクをヤコビアン行列Ｊ（ｇ）等を用いて演算して
いる。

【００２６】具体的には、ヤコビアン行列Ｊ（ｇ）の逆
行列Ｊ^-1（ｇ）、ヤコビアン行列Ｊ（ｇ）の転置行列Ｊ
^T （ｇ）、パルス信号ｑ1 〜ｑ3 の微分値ｑ1 ドット〜
ｑ3 ドット、コリオリ力、遠心力、粘性摩擦力に関する
項ｈ（ｑ，ｑドット）、慣性行列Ｒ（ｇ）、Ｘ，Ｙ，Ｚ
方向の外力Ｆと、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の捩じれ力Ｎ、を用い
て、次のような演算を行うことによって、トルクを算出
する。

【００２７】一般的に、ワークに与えられた力に対応す
るモータのトルクをτとすると、各モータのトルクは下
記の式で表わすことができる。 ここで、Ｊ^T （θ）は、アームのヤコビアン行列、Ｆ
は、ワークに加わる外力、Ｎは、捩じれ力、θは、間接
角であり、したがって、アシスト力は、このトルクτを
打ち消すようにモータにトルクを発生させれば良い。

【００２８】この時のモータのトルクτは、 となる。

【００２９】なお、外力Ｆとねじれ力Ｎは、ロードセル
１８から得られ、間接角θはエンコーダから出力される
パルス信号によって得られる。一般式は、以上の通りで
あるが、更にワークに関して具体的な運動方程式を考え
ると、作業者がワークに加える外力をＦとした場合、ワ
ークの望ましい運動を下式で与える。 Ｆ＝Ｍ・ｄ² ｘ／ｄｔ² ＋Ｄ・ｄｘ／ｄｔ＋Ｋｘ このとき、作業者の負荷軽減を望ましい運動とすれば、
Ｋ＝０，Ｄ＝０とし、Ｍは、実際のワークの質量よりも
小さい値（なるべく小さくした方が負荷の低減率が大き
くなる）を選定する。

【００３０】上記の条件に基づいて上式を書き替える
と、Ｆ＝Ｍ・ｄ² ｘ／ｄｔ² …（１） となる。 一方、助力アームの運動方程式は、一般的に下式で表わ
される。 τ＝（Ｊ0 ＋Ｒ（ｇ））ｄ² ｑ／ｄｔ² ＋ｈ（ｑ，ｑド
ット）＋ｇ（ｑ） ここで、Ｊ0 は、各アームの慣性モーメント、Ｒ（ｇ）
は、慣性行列、ｈ（ｑ，ｑドット）は、コリオリ力、遠
心力、粘性摩擦力に関する項ｇ（ｑ）は、重力に関する
項、τは、各モータのトルクである。

【００３１】したがって、望ましい運動特性を与えるモ
ータのトルクは、（１）式より τ＝ｈ（ｑ，ｑドット）＋ｇ（ｑ）−（Ｊ0 ＋Ｒ
（ｇ））・Ｊ^-1（ｇ）・Ｊドット（ｇ）・ｑドット＋
｛（Ｊ0 ＋Ｒ（ｇ））・Ｊ^-1（ｇ）・Ｍ^-1−Ｊ^T
（ｇ）｝・Ｆ となり、助力アームの場合には、シリン
ダ等により重力を相殺しているから、 τ＝ｈ（ｑ，ｑドット）−（Ｊ0 ＋Ｒ（ｇ））・Ｊ^-1（ｇ）・Ｊドット（ｇ）・ ｑドット＋｛（Ｊ0 ＋Ｒ（ｇ））・Ｊ^-1（ｇ）・Ｍ^-1−Ｊ^T （ｇ）｝・Ｆ となる。

【００３２】この演算に必要な諸量は、各軸モータ速度
演算部５０内に設けられている（図示せず）Ｊ^-1（ｇ）
演算部，Ｊ^T （ｇ）演算部，微分演算部，ｈ（ｑ，ｑド
ット）演算部，Ｒ（ｇ）演算部及びロードセル１８から
それぞれ出力されているので、ワークの重量Ｍを与えれ
ば、各モータ１３，１７，２０に発生させるべきトルク
が算出できることになる。

【００３３】以上のようにしてワークに与えるべき最適
のトルクが演算されるが、本発明のパワーアシスト付き
助力アームでは、これに加えて、ワークを動かし始めよ
うとするときや、ワークを動かしている最中に、ワーク
を作業者の意図する方向に動くように制御している。

【００３４】図３は、この制御の概念を示した図であ
る。作業者のワークへの作用力はロードセル１８で力Ｆ
として検出される。この検出された力ＦにはゲインＫが
かけられて速度指令Ｖが算出され、この速度に基づいて
遅れ演算がなされ、演算の結果得られた速度Ｖ′にヤコ
ビアン行列がかけられて各軸の速度指令θが算出され
る。この各軸の速度指令θはモータ制御系に加えられて
各軸のモータＭ、具体的には、モータ１３，１７，２０
が駆動される。

【００３５】そして、これらのモータの回転によって発
生するエンコーダＥからのパルス信号は、モータ制御系
とヤコビアン行列演算部にフィードバックされる。この
ように、エンコーダＥからのパルス信号をフィードバッ
クしているのは、最高速度に達したモータを検出するた
めであるとともに、他のモータのゲインを再計算させる
ためである。なお、ロードセル１８とモータＭ及びエン
コーダＥ以外の部分は、各軸モータ速度演算部５０内に
設けられている機能である。

【００３６】具体的には、図４から図６に示すフローチ
ャートに従う処理が行われる。まず、ロードセル１８に
よって操作力Ｆが検出されると、これが各軸モータ速度
演算部５０に入力され、この操作力ＦにゲインＫが掛け
られて速度指令Ｖが算出される。この速度指令Ｖは、三
次元方向の速度（Ｖx ，Ｖy ，Ｖz ）として算出される
（Ｓ１，Ｓ２）。

【００３７】つぎに遅れ演算処理が施される。この遅れ
演算処理は、速度指令Ｖをそのまま出力するのではな
く、一定の時間かけて徐々に速度指令を大きくする演算
を行なって速度指令Ｖ′を算出する処理である（Ｓ
３）。具体的には、図５または図６に示したフローチャ
ートの処理によって速度指令Ｖ′を演算している。図５
に示すフローチャートは、時間に比例して（線形的に）
速度指令Ｖ′を徐々に大きくするものである。

【００３８】まず、速度指令Ｖが算出されると、加速時
間を計測するタイマーの設定を０にし（Ｓ３１）、設定
時間ｔまでＶ′＝ＦｋＴ／ｔ＝ＶＴ／ｔの割合で速度指
令を大きくする（Ｓ３２，Ｓ３４）。このような処理を
すると、ワークを動かそうとした時にロードセル１８に
よって検出された操作力Ｆが図７に示したような一定の
ものであった場合、通常であれば、速度指令Ｖが図８に
示すようにステップ状に与えられることになってしまう
が、この処理をした場合には、同図の太線で示されてい
るように時間の経過と共に速度指令を大きくすることが
できる。

【００３９】ステップ状の入力がモータ制御系に入力さ
れた場合には、その立ち上がり時間は、モータの容量や
負荷の大きさで大きく異なることになる。各モータに
は、最終的な速度が与えられることになるが、この速度
に達するまでの時間が各モータ毎にまちまちであると、
当然のことながらワークの搬送方向は作業者の意図する
方向とは異なる方向となってしまい、非常に作業がやり
にくくなる。ところが、このように、速度指令を刻々と
変化させ、追従させる制御を行わせるようにすれば、各
モータ毎に若干の追従遅れが生じたとしても、ワークの
搬送方向が作業者の意図する方向から大きくずれてしま
うようなことはない。

【００４０】このような制御をさせるには、設定時間ｔ
の算出が重要である。この設定時間ｔが適当な時間でな
いと、速度指令の速度変化について行けなくなって、結
局は搬送方向が意図する方向でなくなってしまう場合が
あるし、逆に方向は意図する方向であるものの、搬送速
度が作業者の思うように上昇しなくなるなどの不具合が
生じてしまうからである。

【００４１】この設定時間ｔは、次のようにして算出し
ている。今、各アームの動きを運動方程式で表すと、Ｊ
ω（ｔ）＋Ｄω（ｔ）＋Ｔ＝ｕ（ｔ） となるとする。 Ｊ：それぞれのモータを含めた各アームの慣性モーメン
ト、 Ｄ：それぞれのモータを含めた各アームの粘性摩擦係
数、 Ｔ：それぞれのモータを含めた各アームのクーロン摩擦
トルク、 ｕ（ｔ）：それぞれのモータの駆動トルク、 駆動トルクｕ（ｔ）が一定であるとすると、速度上昇の
時間変化は、ω（ｔ）＝１／Ｄ（１−ｅ^Dt/J）ｕ とな
る。

【００４２】この式から、１／Ｄは最高速度を、Ｄ／Ｊ
は立ち上がり時間を決定する変数であることがわかる。
本発明では、上記のω（ｔ）の速度上昇をこの式で得ら
れる理論値よりも遅くすることが目的であるので、設定
時間ｔは、ｔ＝Ｄ／Ｊよりも小さな値とすることはでき
ない。ｔ＝Ｄ／Ｊよりも短い時間とした場合には、本願
発明を適用しない場合と同じくなってしまうからであ
る。したがって、ｔ＝Ｄ／Ｊよりも長い時間とすれば良
いことになるが、余りに長い時間とすれば、搬送速度に
問題が生じるので、ｔ＝Ｄ／Ｊよりも大きな近い値に設
定することが最も好ましい。

【００４３】また、アームは複数であるので、それぞれ
のアームの内、Ｄ／Ｊが最も大きいアームを基準に設定
時間ｔを設定しておくようにする。なお、このフローチ
ャートではワークを加速させる場合について述べている
が、減速させる場合にも、同様に適用させることが可能
である。

【００４４】このようにして設定された設定時間ｔに達
すると、速度指令Ｖ′＝Ｆｋ＝Ｖとして速度指令を出力
する（Ｓ３３）。このように、このフローチャートの制
御で与えられる速度指令は、図８に示す太線の変化と同
じくなる。

【００４５】また、図６に示すフローチャートは、時間
の経過と共に非線形的に速度指令Ｖ′を大きくするもの
である。まず、速度指令Ｖが算出されると、加速時間を
計測するタイマーの設定を０にし（Ｓ３６）、時定数α
までＶ′＝Ｆｋ（１−ｅ^−αＴ）の割合で速度指令を大
きくする（Ｓ３７，Ｓ３８）。そして、時間Ｔが２／α
よりも大きくなったら、速度指令Ｖ′＝Ｆｋ＝Ｖとして
速度指令を出力する（Ｓ３９）。このように、このフロ
ーチャートの制御で与えられる速度指令は、図９に示す
曲線の変化と同じくなる。

【００４６】ここで、αは時定数であり、図９に示して
あるように、Ｔ＝１／αのときに速度指令Ｖ′が速度指
令Ｖの約６３％の速度まで上昇する時間である。この時
定数αも、上記した設定時間Ｔを決定する場合と同じ要
領で決定する。なお、速度指令の切換え時間を２／αと
したのは、Ｔ＝２／αを経過すれば、速度指令Ｖに近い
速度まで上昇すると考えられるからである。

【００４７】そして、このようにして図５または図６の
フローチャートが処理されることによって求められた速
度指令Ｖ′に、図１０に示すヤコビアン行列を掛けて、
各軸毎のモータ１３，１７，２０の速度指令θ（θ1 ，
θ2 ，θ3 ）を算出する（Ｓ４）。

【００４８】この算出された速度指令θ1 ，θ2 ，θ3
のそれぞれが、それぞれのモータに対して設定されてい
る最高速度θ1max，θ2max，θ3maxを越えていないかど
うかが判断される。全てのモータがそれぞれの最高速度
を越えていなければ、作業者の要求している速度で要求
している方向にワークを搬送することが可能であるか
ら、その速度指令θをそれぞれのモータ１３，１７，２
０に対する電流増幅部１３Ａ，１７Ａ，２０Ａに出力
し、モータ１３，１７，２０はこの指令に基づく速度
（θ1 ，θ2 ，θ3 ）で回転する（Ｓ５〜Ｓ７）。

【００４９】一方、いずれかのモータの速度が、設定さ
れている最高速度を越えている場合には、この速度指令
θを電流増幅部１３Ａ，１７Ａ，２０Ａに出力しても作
業者の要求している速度で要求している方向にワークを
搬送することができない。

【００５０】たとえば、図１１に示すように作業者がワ
ークの搬送に要求する速度と方向が図１１のθ（太線）
のベクトルとして表される場合、モータ２の最高速度θ
2maxを越えてしまうので、実際に行われるワークの搬送
速度と搬送方向とは、同図のθ′（細線）で表されるベ
クトルとなる。これでは、作業者の意図するようにワー
クが搬送されないから、作業者は違和感を感じることに
なる。

【００５１】このような場合には、最高速度を越えるモ
ータ（図１１ではモータ２）の回転数は最高速度を保っ
たまま、他のモータ（図１１ではモータ１）の速度を図
７のθ１′に低下させれば、搬送する速度は意図する速
度ではなくなってしまうが、方向だけは意図する方向に
なり、作業者の違和感が軽減でき、また安全の確保もで
きる。

【００５２】これは具体的には、図６に示したヤコビア
ン行列のゲインＫを演算し直すということで解決してい
る。つまり、ヤコビアン行列Ｊsin ^-1（θ）に速度指令
Ｖを掛け、この演算結果で速度指令θを割って、ゲイン
を求めるという計算をモータ対して行う。たとえば、図
１１の場合では、モータ２の速度としてθ2maxの速度指
令が出力されていたと仮定した場合のゲインｋを求め、
このゲインを用いてモータ１の速度指令θ1 を計算し直
す（Ｓ７〜Ｓ９）。

【００５３】このようにアームの慣性モーメントと粘性
摩擦係数とを勘案して設定時間ｔ、即ち加速時間を演算
し、この加速時間よりも長い時間をかけて最終的な速度
まで各モータを駆動すれば、ワークを搬送させる際にい
ずれかのモータが加速能力を越えてしまうようなことが
なくなり、作業者の望む速度までには多少の時間を要す
るものの、ワークの搬送方向は作業者の意図する方向と
一致させることができる。

【００５４】また、指令速度が最高速度を越えるモータ
が存在する場合には、そのモータが最高速度のまま動い
た場合に他のモータがどのような速度で動くべきかを再
計算しているため、作業者が意図する方向にワークを動
かすことができるようになる。したがって、非常に操作
性の良い助力アームとなり、作業性を著しく向上させる
ことができるようになる。

【００５５】なお、本実施の形態では、最高速度を越え
るモータを基準（１つのモータを基準）にゲインを再計
算する態様を例示してあるが、これに限らず、作業者の
意図する方向にワークが搬送できるように、全てのモー
タ速度指令を変える（いずれのモータも基準としない）
ようにゲインを再計算しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のパワーアシスト付き助力アームの外
観図である。

【図２】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力アー
ムの制御系の概略構成図である。

【図３】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力アー
ムの制御の概念図である。

【図４】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力アー
ムの動作フローチャートである。

【図５】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力アー
ムの動作フローチャートである。

【図６】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力アー
ムの動作フローチャートである。

【図７】 図５の動作フローチャートの説明に供する図
である。

【図８】 図５の動作フローチャートの説明に供する図
である。

【図９】 図６の動作フローチャートの説明に供する図
である

【図１０】 各軸速度指令を算出するために用いるヤコ
ビアン行列である。

【図１１】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力ア
ームの動作説明に供する図である。

【図１２】 一般的な助力アームの外観図である。

【符号の説明】

１０，１６…アーム、 １４…主軸、 １３，１７，２０…モータ、 １８…ロードセル、 ５０…各軸モータ速度演算部。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを所望の位置に搬送する複数のア
   ームを備えるとともに、いずれかのアームに作用して当
   該ワークの重量を重力とバランスさせる重力バランス機
   構を備えた助力アームであって、 作業者が前記ワークに作用させる三次元方向及び各次元
   の捩じれ方向の力の大きさを検出する作用力検出センサ
   と、 前記複数のアームのそれぞれに設けられた駆動手段と、 前記作用力検出センサによって検出された力の大きさ，
   方向に基づいて、当該駆動手段の加速時でも前記ワーク
   が前記作業者の望む方向に移動できるようにそれぞれの
   駆動手段の動作速度を前記作業者の望む速さまで時間の
   経過とともに上昇させる制御手段とを有することを特徴
   とするパワーアシスト付き助力アーム。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記それぞれの駆動手
   段の動作速度を下記の式で演算されるよりも大きな近い
   時間内に、前記作業者の望む速さまで上昇させることを
   特徴とする請求項１記載のパワーアシスト付き助力アー
   ム。 Ｔ＝Ｊ／Ｄ ただし、Ｔ：所定時間 Ｊ：それぞれの駆動手段を含めた各アームの慣性モーメ
   ント Ｄ：それぞれの駆動手段を含めた各アームの粘性摩擦係
   数
3. 【請求項３】 前記それぞれの駆動手段の動作速度の制
   御は、それぞれの駆動手段に与える信号の大きさを時間
   の経過とともに線形的に上昇させるようにしたことを特
   徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワーアシスト
   付き助力アーム。
4. 【請求項４】 前記それぞれの駆動手段の動作速度の制
   御は、それぞれの駆動手段に与える信号の大きさを時間
   の経過とともに非線形的に上昇させるようにしたことを
   特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワーアシス
   ト付き助力アーム。