JP3788920B2 - Power assist device - Google Patents
Power assist device Download PDFInfo
- Publication number
- JP3788920B2 JP3788920B2 JP2001279968A JP2001279968A JP3788920B2 JP 3788920 B2 JP3788920 B2 JP 3788920B2 JP 2001279968 A JP2001279968 A JP 2001279968A JP 2001279968 A JP2001279968 A JP 2001279968A JP 3788920 B2 JP3788920 B2 JP 3788920B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- operator
- sample data
- assist
- assist device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動又は姿勢変更すべき操作対象の物体を操作する操作者の操作力に基づいて決定・出力されるアシスト力により操作力を補助するパワーアシスト装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
運搬補助装置としては、例えば、エアバランサ式のもの等が公知である。従来のエアバランサ式の運搬補助装置では、重力バランスを取るために重力補償を行うが、運動量に係わる慣性補償は行われていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来は、上記の様な慣性補償等は操作者の操作技量に委ねられており、初心者等が作業する際に、特に運動量の大きな運搬物の方向転換等を行う場合等においては、腕力等の大きな力が要求され、負担が大きく、作業効率等の面で余り望ましくなかった。
【0004】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、初心者等が、熟練者の有する操作技量を効率よく正確に習得することを支援するパワーアシスト装置を実現することである。
【0005】
【課題を解決するための手段、並びに、作用及び発明の効果】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、第1の手段は、移動又は姿勢変更すべき操作対象の物体を操作する操作者の操作力Fhを検出する力覚センサを有し、操作力Fhに基づいて決定・出力されるアシスト力Aにより操作力Fhを補助するパワーアシスト装置において、熟練者、実験者、又は被験者等によって具現された、物体の運搬経路又は操作力Fh等の、サンプルに関する見本データに基づいて、アシスト力Aを補正するアシスト力補正手段を備え、当該アシスト補正手段は、操作者の操作と見本データの操作との差分である矯正力に応じて前記アシスト力Aを補正することである。
【0006】
この様な手段によれば、上記の見本データとして例えば熟練者の操作方法(所謂コツ等の操作形態)を記録することにより、初心者(操作者)の操作に対するアシスト力Aの前記の操作技量に関する補正を行う際に、初心者の操作が熟練者の操作に近いものと成る様に矯正する力(以下、「矯正力」等と言う場合が有る。)をアシスト力Aに、その1構成要素として付加(追加)することが可能となる。
【0007】
熟練者の操作に基づいて作成された上記の見本データには、作業内容や物体の特徴に応じて変化する所謂「作業のコツ」が、熟練者の経験に基づいた最適化された形で含まれていると考えられる。
また、上記の矯正力は、熟練者と操作者(初心者等)の操作方向や操作力の大きさが違う程、大きくすることができる。
【0008】
したがって、この様な矯正力により操作者の姿勢や操作を矯正することができ、また、これにより、操作者は外力(矯正力)を感じるので、その外力を頼りに、どの様な運搬経路でどのように操作すれば効率がよいのか等の「熟練者の操作方法」を感覚的に学習することができる。
【0009】
したがって、この様な手段によれば、初心者等が、熟練者の有する操作技量を効率よく正確に習得することを支援できる。また、熟練者の見本データに限らず、数多くの被験者の見本データを統計処理して、上記と同様の代表的な見本データを構成しても良い。この様な手段によれば、必ずしも習熟度の高い熟練者がいなくとも、上記の手段を運用することが可能となる。
【0010】
また、上記の様に操作支援を行うことにより、初心者等が熟練者の有する操作技量を習得している最中、及び習得完了後において、以下の効果が大いに期待できる。
(効果1)操作者の疲労の軽減。
(効果2)操作者の操作ミスの削減。
(効果3)操作者の作業時間の短縮。
【0011】
上記の第1の手段によるパワーアシスト装置には、必ずしも見本データをサンプリング或いは記録する手段を設けなくとも良い。上記の手段は、記録された上記の見本データに基づいて動作するものである。
【0012】
また、第2の手段は、上記の第1の手段において、熟練者、実験者、又は被験者等によって具現される、物体の運搬経路又は操作力Fh 等の、サンプルに関する見本データを記録する見本データ記録手段を備えることである。
この様な手段によれば、1台のパワーアシスト装置により、上記の見本データの記録と、見本データに基づくアシスト力の生成が可能となる。パワーアシスト装置が設置されている現場の再現が他の場所では容易でない場合、或いは熟練者が現場に容易に出向くことができる場合等には、この様な手段が特に有効となる。
【0013】
また、第3の手段は、上記の第2の手段の見本データ記録手段において、所定のサンプリング周期毎に、運搬経路上の位置rと操作力Fh を記録することである。ただし、本明細書では、rを2次元又は3次元の位置ベクトルとし、Fh を2次元又は3次元の力ベクトルとする。
この様な手段によれば、操作者の運搬経路と見本データに記録されている熟練者の運搬経路が略一致する場合等には、操作者の操作力Fh が、見本データに記録されている熟練者の操作力により近いものに成る様に矯正力を生成する等の方法が実施可能となる。また、上記の位置rは、操作者の運搬経路と見本データに記録されている熟練者の運搬経路が略一致するか否か、或いは運搬経路上のどの点とどの点とが対応しているのか等の判断に用いることができる。
【0014】
また、第4の手段は、上記の第1乃至第3の何れか1つの手段のアシスト力補正手段において、操作者が過去に操作した物体に関する経路記録情報中の運搬経路、又は、操作者が現在操作している物体の現在の運搬経路、の何れか1方に最も似ている運搬経路を、複数回のサンプリングにより収集された上記の見本データ中の複数個の運搬経路の内から選択する類似運搬経路選択手段を備えることである。
【0015】
このような手段によれば、上記の見本データが複数用意されている場合に、目的に見合った運搬経路を自動的に選択した上で、上記の見本データを有効に活用することができる。
或いは、このような手段によれば、自動的に、体格や体力、運搬経路の取り方に対する考え方、或いは操作時の体の動かし方等が使用者(操作者)に最も近い熟練者の見本データを選択することが可能となる。このため、操作者は最も短い時間内に最も自分に近い、本人に見合った熟練者の操作技量を身につけることができる用になる。
第5の手段は、アシスト力補正手段は、操作者によって操作された物体の現在位置に、熟練者が操作した際に最も近い物体の位置での当該熟練者の操作力と、操作者の現在の操作力との成す角について、当該角が所定値を越える場合には、操作者の現在の操作力を0に置き換えたのちにアシスト力を求め、当該角が所定値以下の場合には、操作者の現在の操作力を、操作者の現在の操作力と熟練者の操作力との重み平均に置き換えたのちにアシスト力を求めることを特徴とする。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
〔実施例〕
図1、図2、図3は、本発明の各実施例に係わるパワーアシスト装置100を例示した斜視図である。操作者は、操作部150の先端に設けられたハンド152で物体10を把持して、本パワーアシスト装置100により物体10を配置台20上から配置台21上に移動しようとしている。
以下、本実施例では、位置r及び操作力Fh をそれぞれ3次元ベクトルとする。
【0017】
本パワーアシスト装置100は、グランド面に固定された計4本の略鉛直方向のハリ111で支えられており、各ハリ111は計4本の水平方向のレール112により互いに連結されている。移動輪181(x方向ロッド移動用)と移動輪182(y方向ロッド移動用)は各レール112上を回転しながら移動する(転がる)ことができる。本機械系の座標系における制御点のx座標は、y方向ロッド122が転がって平行移動した変位分だけ増減する。同様に、この座標系における制御点のy座標は、x方向ロッド121が転がって平行移動した変位分だけ増減する。また、通常、ハンド152の先端付近や、或いはハンド152で把持された物体10の重心等に制御点(位置の制御対象となる点)が固定される。
【0018】
2つの移動輪181(x方向ロッド移動用)はx方向ロッド121により連結されているので、x方向ロッド121と2つの移動輪181(x方向ロッド移動用)とは同じ回転速度で同一方向に回転しながら移動する。この時移動輪181(x方向ロッド移動用)は、レール112上を転がる。y方向ロッド122と2つの移動輪182(y方向ロッド移動用)に付いても同様である。
【0019】
x方向ロッド121は軸受け141で受けられ、y方向ロッド122は軸受け142で受けられている。これらの軸受けはベアリング機構により構成されている。これらの軸受けは中央ベース140に固定されているので、各ロッドの移動にともなって、中央ベース140はxy平面上を自由に移動することができる。また、中央ベース140には、その略中央を貫通して鉛直方向にz軸軸受け用雌ネジ管143が管軸に対して回転自在に固定されており、ボールネジで構成されたz軸130は、対を構成する雄ネジとしてこのz軸軸受け用雌ネジ管143で受けられている。また、z軸軸受け用雌ネジ管143はz軸移動用のモータ163により駆動されて回転するので、このz軸軸受け用雌ネジ管143の回転運動に伴ってz軸130は鉛直方向に移動することができる。通常、xy平面上における上記の管軸の位置が、xy平面上における制御点として選択される。
【0020】
操作部150の内部には、操作ハンドル151に付与された操作力Fh の大きさや方向を検出するための6軸力覚センサ(図略)と、物体10の重さ(質量m)を測定する重量計(図略)とが内蔵されている。検出された物体10の重さ(質量m)や操作力Fh は、無線又は有線で所定の計算機(図略)に入力される。
また、操作部150の操作者側に相対する面(コンソール・プレート)には、緊急停止ボタン(図略)などの操作スイッチが配列されている。また、この面(コンソール・プレート)には、図略の小型カメラが装着されており、操作部150から操作者までの距離dを随時測定することができる。
【0021】
x方向ロッド移動用のモータ161の出力トルクは、x方向ロッド駆動ギヤ171、x方向ロッド駆動シャフト172、及び2本のx方向ロッド駆動ベルト173に伝達され、この出力トルクがx方向ロッド移動用の移動輪181とx方向ロッド121をy方向ロッド方向に移動させる(転がす)。y方向ロッド移動用のモータ162の出力トルクに付いても同様である。
【0022】
図4は、本発明の各実施例に係わるパワーアシスト装置100の制御部を構成するモータ制御装置200のハードウェア構成図であり、この装置200は、上記のアシスト装置100の各軸(x,y,z)毎に、論理的或いは物理的にそれぞれ用意されている。
【0023】
アシストトルクを発生する本図4のブラシレス直流モータM(以下、単に「モータM」という)には、駆動回路213より電流検出器215を介してU,V,Wの3相に対する各モータ駆動電流iu,iv,iwが供給されている。ただし、本モータMの形態(実現形式)は、3相モータ等に特に限定されるものではなく、任意の形態のモータを用いて良い。
図2、図3に図示した操作部150の内部には、操作者から付与された操作力Hの大きさ及びその方向を検出するための力覚センサ232(図4)が設けられている。この力覚センサ232には、例えば、一般に市販されている3軸〜6軸の力覚センサ等を搭載することができる。
モータMには、モータ回転角を検出する回転角センサ(エンコーダ)Eが設けられており、CPU210は、回転角センサEが出力するモータMの所定出力信号に基づいてこのモータMの回転角を算定する。
【0024】
モータ制御装置200は、CPU210、ROM211、RAM212、駆動回路213、入力インターフェイス(IF)214、電流検出器215等から構成されている。駆動回路213は、図略のバッテリー、PWM変換器、PMOS駆動回路等から構成され、チョッパ制御により駆動電流を正弦波にしてモータMに電力を供給する。
【0025】
そして、モータ制御装置200は、上記の操作力H、モータMの回転角及び、モータ駆動電流iu,ivを入力インターフェイス(IF)214を介してCPU210に入力し、これらの入力値から所定のトルク計算により、電流指令値を決定する。
尚、入力インターフェイス(IF)214は、パソコン(PC)250とのインターフェイスも持っており、必要に応じてデータベースの読み込みや更新等を行ったり、或いは各種のパラメータや指令(コマンド)の入力等を実行することができる。
【0026】
図5は、本発明の各実施例に係わるパワーアシスト装置100の基本的な制御方式を例示する制御ブロックダイヤグラムである。例えばこの様な制御方式により、上記のモータ161、モータ162、或いはモータ163を制御することができる。本発明は、例えば上記の様なパワーアシスト装置100を合理的に制御するために成されたものであり、本発明は主に、操作力Fh に基づいてアシスト力Aを算出する図5のアシスト演算部400を、図略の計算機システム上で実現するための各種の演算手段に関するものである。
【0027】
図6は、パワーアシスト装置100の操作記憶モードの実行手順を例示するゼネラル・フローチャートである。
本フローチャートでは、まず最初にステップ510にて、力覚センサから得られた操作力Fh のアナログ信号をデジタル信号にA/D変換する。
【0028】
次に、ステップ520では、変換後のデジタル信号(現在の操作力Fh の値)に対する周知のフィルタリング処理により、ノイズ等の不要な周波数の信号を除去する。
ステップ530では、現在、操作記憶モードに在るか否かを判定し、操作記憶モード中(作業パタン記憶時間内)であればステップ540へ、そうでなければステップ570へ処理を移す。
【0029】
ステップ540では、エンコーダより入力されたエンコーダの出力値(エンコーダ値)に基づいて、現在の制御点の位置r(図中の「現在値P」)を算出する。
ステップ550では、算出された制御点の位置r(図中の「現在値P」)を所定の記憶領域上に記憶する。
ステップ560では、上記の「現在値P」と関連づけて、所定の記憶領域上にステップ520で求めた現在の操作力Fh の値を記憶する。
【0030】
ステップ570では、次式(1)に従って、アシスト力Aを算出する。
【数1】
A=αFh …(1)
ただし、ここで、αは所定のアシスト比(スカラー)である。
尚、上記のステップ530からステップ570までが、図5のアシスト演算部400の処理に対応している。
【0031】
ステップ580では、アシスト力A=(Ax ,Ay ,Az )の値に基づいて、各モータ161,162,163に通電すべき電流の値(電流指令値)を算出する。この演算方法には、図5に例示した様に、例えば、「アシスト力A→速度指令値→電流指令値」の順で電流指令値演算を行っても良いし、或いは「アシスト力A→トルク指令値→電流指令値」の順で電流指令値演算を行っても良い。
【0032】
ステップ590では、周知のチョッパ制御等により各モータ161,162,163を駆動する所謂「モータ制御」を実行する。ただし、このステップ590は、終始全面的にハードウェアで実施しても良い。
以上の様に「操作記憶モード」を実行することにより、所定の記憶領域に熟練者の操作様態を「見本データ」として記録しておくことが可能である。
【0033】
図7は、パワーアシスト装置100の操作支援モードの実行手順を例示するゼネラル・フローチャートである。
以下、本明細書の図面では、以下の記号(添字)を用いることがある。
〔力ベクトルFに添える下付きの添字の意味〕
h熟 … 「見本データ」として記憶された熟練者の操作力
h初 … 補正前の初心者の操作力(検出値)
h初_new … 補正後の初心者の操作力(補正値)
【0034】
「操作支援モード」では、まず最初にステップ610で、パワーアシスト装置100の初期化を行う。本処理では、ハードウェア・チェック等の各種の初期点検やコンピュータシステムの初期化を実施する。
次に、ステップ620では、上記の「操作記憶モード」で記録した見本データ(熟練者データ)を所定の記憶領域に読み込む。
【0035】
ステップ630では、力覚センサから得られた操作力のアナログ信号をデジタル信号にA/D変換する。
次に、ステップ640では、変換後のデジタル信号(現在の操作力の値)に対する周知のフィルタリング処理により、ノイズ等の不要な周波数の信号を除去する。
【0036】
ステップ650では、後述の「操作力矯正」のサブルーチンを呼び出して実行する。これにより、アシスト力演算処理(アシスト力Aの計算)に使用される初心者の操作力の値が、上記の見本データ中の熟練者の操作力の値に基づいて補正される。
【0037】
ステップ660では、前記の式(1)に準拠して、補正後の初心者の操作力(補正値)に基づいて、アシスト力Aの値を算出する。ただし、前記の式(1)の代わりに、更に一般化された次式(2)を用いても良い。この式(2)の関数fとしては、例えば上限を有する広義の単調増加関数等が可用であり、適当にチューニングして好適或いは最適な形のものを用いれば良い。
【数2】
A=f(Fh ) …(2)
【0038】
ステップ670、ステップ680では、前述のステップ580、590と同様の処理を実行する。ただし、ステップ670では、「アシスト力A→トルク指令値→電流指令値」の順で、トルク指令値の演算に基づいた電流指令値演算を実行するものとする。
【0039】
図8は、上記の操作支援モードの「操作力矯正処理」を実現するサブルーチンの実行手順を例示するフローチャートである。本サブルーチンは、図7のステップ650により、呼び出されて実行されるものである。
まず最初に本サブルーチンでは、エンコーダより入力されたエンコーダの出力値(エンコーダ値)に基づいて、現在の制御点の位置r(図中の「現在値P」)を算出する(ステップ710)。
【0040】
次に、ステップ720では、見本データ(熟練者データ)が示す運搬経路上に位置する各サンプリング点の集合の中から現在の制御点の位置rに最も近い点を検索し、その点における熟練者の操作力を求める。
【0041】
ステップ730では、現在の操作者(初心者)の操作力の向きと、ステップ720で求めた熟練者の操作力の向きとの成す角度θを算出する。
ステップ740では、その角度θの大きさを判定し、90°以下ならばステップ760へ、そうでなければステップ750へ処理を移す。
ただし、これらの判定処理は、現在の操作者(初心者)の操作力と、熟練者の操作力との内積の演算結果の符号により行っても良い。この様な方法は、例えば、上記のパワーアシスト装置100等の様に、直交座標系を使用する装置において特に有効である。
【0042】
ステップ750では、補正後の初心者の操作力(補正値)を0に設定する。これにより、熟練者の操作力に対して操作方向が90°を越えて大きく異なる場合には、アシスト力Aの出力が抑止される。
ステップ760、ステップ770では、図示する様に補正後の初心者の操作力(補正値)を決定する。ただし、ここで、nは補正率を表しており、このnの値としては0以上1以下の任意の値を設定することができる。この様なパラメータ(n)は、操作者(初心者)の習熟度等の状況に応じて変更しても良い。
【0043】
また、ステップ760で、矯正力を決定する際に、更に次の様な補正項ΔFを上記の矯正力を構成する新たな1項として追加しても良い。
【数3】
ΔF=κΔs …(3)
ただし、ここで、Δsは熟練者の運搬経路と初心者の運搬経路との位置ズレ量を表す変位ベクトルで、κは適当な定数である。或いは、ΔFの絶対値|ΔF|は、Δsの絶対値|Δs|の1〜3乗に比例させる様にしても良い。
【0044】
また、上記のステップ760は省略(削除)し、更に、ステップ770の代入式の右辺を「(熟練者の操作力)+(初心者の操作力)×η」等に変更しても良い。ただし、ここで、ηは適当な正数である。
【0045】
例えば、以上の様な手段によれば、式(1)や或いは式(2)等のアシスト力演算処理(アシスト力Aの計算)に使用される初心者の操作力の値が、記録されている熟練者の操作様態に応じて、ステップ770により補正(矯正)されるので、適度な矯正力を生成することができる。従って、この矯正力により、初心者等が熟練者の有する操作技量を効率よく正確に習得することを支援できる。
【0046】
また、熟練者の見本データに限らず、数多くの被験者の見本データを統計処理して、上記と同様の代表的な見本データを構成しても良い。この様な手段によれば、必ずしも習熟度の高い熟練者がいなくとも、上記の手段を運用することが可能となる。
【0047】
尚、上記の実施例(図8)では、見本データ(熟練者データ)の量には言及していなかったが、複数回のサンプリングにより、複数組の見本データを収集し、本発明の類似運搬経路選択手段等を用いて、最も適当と思われる見本データをその複数組の見本データの中から一組だけ自動的に選択する様にしても良い。運搬経路が類似しているか否かの判定は、例えば最小二乗法等の周知の情報処理手法を用いて実行することができる。
このような手段によれば、目的に見合った所定の運搬経路を自動的に選択した上で、上記の見本データを有効に活用することができる。
【0048】
或いは、このような手段によれば、自動的に、体格や体力、運搬経路の取り方に対する考え方、或いは操作時の体の動かし方等が使用者(操作者)に近い熟練者の見本データを選択することが可能となる。このため、操作者は十分短い時間内に十分自分に近い、本人に見合った熟練者の操作技量を身につけることができる様になる。
【0049】
また、図7のステップ610の初期化の所で、多数の見本データ(熟練者データ)の中から、性別、年齢、身長、体重、或いは各種の筋力、体力等の項目を基準にして、装置を使用する操作者(初心者)にある程度体格等が近いと思われる熟練者の集合を求めておき、それらのある程度絞り込まれた熟練者の見本データ中から、上記の類似運搬経路選択手段等を用いて、更に最も適当と思われる見本データを一組だけ自動的に選択する様にしても良い。このような手段により、操作者は最も短い時間内に最も自分に近い、本人に見合った熟練者の操作技量を身につけることができる様になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係わるパワーアシスト装置100を例示する斜視図。
【図2】本発明の実施例に係わるパワーアシスト装置100を例示する斜視図。
【図3】本発明の実施例に係わるパワーアシスト装置100を例示する斜視図。
【図4】本発明の実施例に係わるパワーアシスト装置100の制御部を構成するモータ制御装置200のハードウェア構成図。
【図5】本発明の実施例に係わるパワーアシスト装置100の制御方式を例示する制御ブロックダイヤグラム。
【図6】パワーアシスト装置100の操作記憶モードの実行手順を例示するゼネラル・フローチャート。
【図7】パワーアシスト装置100の操作支援モードの実行手順を例示するゼネラル・フローチャート。
【図8】操作支援モードの「操作力矯正処理」を実現するサブルーチンの実行手順を例示するフローチャート。
【符号の説明】
m … 操作対象の物体の質量(スカラー)
Fh … 操作者の操作力(ベクトル)
A … パワーアシスト装置が出力するアシスト力(ベクトル)
r … 物体の位置(ベクトル)
α … アシスト比(スカラー)
10 … 物体
100 … パワーアシスト装置
111 … ハリ
112 … レール
121 … x方向ロッド
122 … y方向ロッド
130 … z軸(ボールネジ)
140 … 中央ベース
141 … 軸受け(x方向ロッド用)
142 … 軸受け(y方向ロッド用)
143 … z軸軸受け用雌ネジ管
150 … 操作部
151 … 操作ハンドル
152 … ハンド
161 … モータ(x方向ロッド移動用)
162 … モータ(y方向ロッド移動用)
163 … モータ(z軸移動用)
171 … x方向ロッド駆動ギヤ
172 … x方向ロッド駆動シャフト
173 … x方向ロッド駆動ベルト
181 … 移動輪(x方向ロッド移動用)
182 … 移動輪(y方向ロッド移動用)
200 … モータ制御装置(制御部)
232 … 力覚センサ
M … モータ
E … エンコーダ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power assist device that assists an operation force with an assist force that is determined and output based on an operation force of an operator who operates an object to be operated or whose posture is to be changed.
[0002]
[Prior art]
As a conveyance auxiliary device, for example, an air balancer type device is known. In a conventional air balancer-type transport assist device, gravity compensation is performed in order to achieve gravity balance, but inertia compensation relating to momentum is not performed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, conventionally, inertia compensation as described above is left to the operator's operating skill, and when a beginner or the like works, especially when changing the direction of a transported object with a large momentum, etc. Such a large force is required, the burden is large, and it is not desirable in terms of work efficiency.
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to realize a power assist device that assists a beginner or the like to efficiently and accurately acquire operation skills possessed by an expert. That is.
[0005]
[Means for Solving the Problem, Action, and Effect of the Invention]
In order to solve the above problems, the following means are effective.
That is, the first means includes a force sensor that detects an operation force F h of an operator who operates an object to be moved or changed in posture, and is determined and output based on the operation force F h. In the power assist device for assisting the operation force F h by the assist force A, based on sample data regarding the sample, such as the object transportation route or the operation force F h , which is embodied by an expert, an experimenter, or a subject. An assist force correcting unit that corrects the assist force A is provided, and the assist correcting unit corrects the assist force A according to a correction force that is a difference between the operation of the operator and the operation of the sample data .
[0006]
According to such a means, for example, by recording, for example, an operation method of an expert (an operation mode such as a so-called knack) as the sample data, the operation skill of the assist force A for the operation of the beginner (operator) is related. When correcting, the assisting force A is a force that corrects the operation of the beginner so that the operation of the beginner is close to the operation of the expert (hereinafter referred to as “correcting force”) as one component thereof. It becomes possible to add (add).
[0007]
The above-mentioned sample data created based on the operation of the expert includes so-called “work tips” that change according to the work contents and the characteristics of the object in an optimized form based on the experience of the expert. It is thought that.
Further, the correction force can be increased as the operation direction and the operation force of the skilled person and the operator (beginners etc.) are different.
[0008]
Therefore, the posture and operation of the operator can be corrected with such correction force, and the operator feels the external force (correction force), so depending on the external force, any transport route can be used. “Expert's operation method” such as how to operate efficiently can be learned sensuously.
[0009]
Therefore, according to such means, it is possible to support a beginner or the like to efficiently and accurately acquire the operation skill possessed by the expert. Moreover, not only the sample data of the skilled person but also the sample data of a large number of subjects may be statistically processed to constitute the representative sample data similar to the above. According to such means, the above means can be operated even if there is not necessarily a skilled person.
[0010]
In addition, by performing the operation support as described above, the following effects can be greatly expected while a beginner or the like learns the operation skill possessed by the expert and after completion of the acquisition.
(Effect 1) Reduction of operator fatigue.
(Effect 2) Reduction of operator error.
(Effect 3) Reduction of operator's work time.
[0011]
The power assist device according to the first means does not necessarily include a means for sampling or recording sample data. The above means operates based on the recorded sample data.
[0012]
The second means is the first means of the skilled person, experimenter, or is embodied by the subject or the like, such as conveying path or the operating force F h of the object, sample for recording sample data about the sample A data recording means;
According to such means, it is possible to record the sample data and generate the assist force based on the sample data by one power assist device. Such a means is particularly effective when reproduction of the site where the power assist device is installed is not easy elsewhere, or when a skilled person can easily visit the site.
[0013]
The third means is the sample data recording means of the second means described above, every predetermined sampling period, and to record the position r and the operating force F h on the conveying path. In this specification, r is a two-dimensional or three-dimensional position vector, and F h is a two-dimensional or three-dimensional force vector.
According to such a means, in a case such as the transport path of the skilled person recorded in the transport path of the operator and sample data substantially coincide, the operation force F h of the operator, are recorded in the sample data It is possible to implement a method such as generating a correction force so as to be closer to the operation force of a skilled worker. Further, the position r corresponds to whether or not the operator's transportation route and the skilled worker's transportation route recorded in the sample data substantially match, or which point on the transportation route corresponds to which point. It can be used to determine whether or not.
[0014]
Further, the fourth means is the assist force correction means of any one of the first to third means described above, wherein the transport route in the route record information on the object operated by the operator in the past, or the operator Select the transportation route most similar to one of the current transportation routes of the object currently being operated from among the plurality of transportation routes in the sample data collected by multiple samplings. It is provided with a similar conveyance route selection means.
[0015]
According to such a means, when a plurality of sample data is prepared, the sample data can be effectively used after automatically selecting a transport route suitable for the purpose.
Or, according to such means, the sample data of the expert who is closest to the user (operator) in terms of physique, physical strength, how to take the transportation route, or how to move the body during operation, etc. Can be selected. For this reason, the operator can acquire the operation skill of an expert who is closest to himself / herself and is suitable for himself / herself within the shortest time.
The fifth means is that the assist force correcting means is the operator's operation force at the position of the object closest to the current position of the object operated by the operator when the expert operates, and the current position of the operator. If the angle exceeds the predetermined value, the assist force is obtained after replacing the current operation force of the operator with 0, and if the angle is less than the predetermined value, The assisting force is obtained after replacing the operator's current operating force with a weighted average of the operator's current operating force and the skilled operator's operating force.
By the above means of the present invention, the above-mentioned problem can be effectively or rationally solved.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
〔Example〕
1, 2, and 3 are perspective views illustrating a
Hereinafter, in this embodiment, the position r and the operating force F h are each a three-dimensional vector.
[0017]
The
[0018]
Since the two moving wheels 181 (for moving the x-direction rod) are connected by the
[0019]
The
[0020]
Inside the
Further, operation switches such as an emergency stop button (not shown) are arranged on a surface (console plate) of the
[0021]
The output torque of the
[0022]
FIG. 4 is a hardware configuration diagram of a motor control device 200 that constitutes a control unit of the
[0023]
The brushless DC motor M of FIG. 4 that generates assist torque (hereinafter simply referred to as “motor M”) has motor drive currents for the three phases U, V, and W via the
2 and 3 is provided with a force sensor 232 (FIG. 4) for detecting the magnitude and direction of the operating force H applied by the operator. The
The motor M is provided with a rotation angle sensor (encoder) E that detects the motor rotation angle, and the
[0024]
The motor control device 200 includes a
[0025]
The motor control device 200 inputs the operating force H, the rotation angle of the motor M, and the motor drive currents iu and iv to the
The input interface (IF) 214 also has an interface with a personal computer (PC) 250, and reads and updates the database as necessary, or inputs various parameters and commands (commands). Can be executed.
[0026]
FIG. 5 is a control block diagram illustrating a basic control method of the
[0027]
FIG. 6 is a general flowchart illustrating the execution procedure of the operation storage mode of the
In this flowchart, first at
[0028]
Next, in
In
[0029]
In
In
In
[0030]
In
[Expression 1]
A = αF h (1)
Here, α is a predetermined assist ratio (scalar).
[0031]
In
[0032]
In
By executing the “operation storage mode” as described above, it is possible to record the operation state of the expert as “sample data” in a predetermined storage area.
[0033]
FIG. 7 is a general flowchart illustrating the execution procedure of the operation support mode of the
Hereinafter, the following symbols (subscripts) may be used in the drawings of the present specification.
[The meaning of the subscript attached to the force vector F]
h maturity… expert's operation power h first stored as “sample data”… beginner's operation force before correction (detection value)
h first_new… New operation force after correction (correction value)
[0034]
In the “operation support mode”, first, in
Next, in
[0035]
In
Next, in
[0036]
In
[0037]
In
[Expression 2]
A = f (F h ) (2)
[0038]
In
[0039]
FIG. 8 is a flowchart illustrating the execution procedure of a subroutine for realizing the “operation force correction process” in the operation support mode. This subroutine is called and executed in
First, in this subroutine, the current control point position r (“current value P” in the figure) is calculated based on the encoder output value (encoder value) input from the encoder (step 710).
[0040]
Next, in
[0041]
In
In
However, these determination processes may be performed by the sign of the calculation result of the inner product of the operation force of the current operator (beginner) and the operation force of the expert. Such a method is particularly effective in an apparatus using an orthogonal coordinate system such as the
[0042]
In
In
[0043]
In
[Equation 3]
ΔF = κΔs (3)
Here, Δs is a displacement vector representing the amount of positional deviation between the expert's transport route and the beginner's transport route, and κ is an appropriate constant. Alternatively, the absolute value | ΔF | of ΔF may be proportional to the first to third powers of the absolute value | Δs | of Δs.
[0044]
Further, step 760 described above may be omitted (deleted), and the right side of the substitution formula in
[0045]
For example, according to the above-described means, the value of the novice operation force used for the assist force calculation process (calculation of the assist force A) such as Equation (1) or Equation (2) is recorded. Since correction (correction) is performed in
[0046]
Moreover, not only the sample data of the skilled person but also the sample data of a large number of subjects may be statistically processed to constitute the representative sample data similar to the above. According to such means, the above means can be operated even if there is not necessarily a skilled person.
[0047]
In the above embodiment (FIG. 8), the amount of sample data (expert data) was not mentioned, but a plurality of sets of sample data were collected by sampling a plurality of times, and the similar transport of the present invention was performed. By using route selection means or the like, only one set of sample data that seems to be most suitable may be automatically selected from the plurality of sets of sample data. The determination of whether or not the transportation routes are similar can be performed using a known information processing method such as a least square method.
According to such means, the above-described sample data can be effectively utilized after automatically selecting a predetermined transportation route that meets the purpose.
[0048]
Alternatively, according to such means, sample data of an expert who is close to the user (operator) in terms of physique, physical strength, how to take the transportation route, or how to move the body during operation is automatically obtained. It becomes possible to select. For this reason, the operator can acquire the operation skill of an expert who is close to himself / herself and is suitable for himself / herself within a sufficiently short time.
[0049]
In addition, at the initialization of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a
FIG. 2 is a perspective view illustrating a
FIG. 3 is a perspective view illustrating a
FIG. 4 is a hardware configuration diagram of a motor control device 200 that constitutes a control unit of the
FIG. 5 is a control block diagram illustrating a control method of the
6 is a general flowchart illustrating an execution procedure of an operation storage mode of the
7 is a general flowchart illustrating an execution procedure of an operation support mode of the
FIG. 8 is a flowchart illustrating an execution procedure of a subroutine for realizing “operation force correction processing” in the operation support mode.
[Explanation of symbols]
m ... Mass of the object to be operated (scalar)
F h ... Operating force of the operator (vector)
A ... Assist force (vector) output by the power assist device
r ... Object position (vector)
α ... Assist ratio (scalar)
DESCRIPTION OF
140 ...
142… Bearing (for y-direction rod)
143 ... z-axis bearing
162 ... motor (for y-direction rod movement)
163 ... Motor (for z-axis movement)
171 ... x-direction
182 ... Moving wheel (for y-direction rod movement)
200: Motor control device (control unit)
232 ... Force sensor M ... Motor E ... Encoder
Claims (5)
熟練者、実験者、又は被験者等によって具現された、前記物体の運搬経路又は前記操作力Fh等の、サンプルに関する見本データに基づいて、前記アシスト力Aを補正するアシスト力補正手段を有し、
当該アシスト補正手段は、操作者の操作と見本データの操作との差分である矯正力に応じて前記アシスト力Aを補正することを特徴とするパワーアシスト装置。It has a force sensor that detects the operation force F h the operator operating the object moving or the operation target to be attitude change, the operating force by the assist force A which is determined and output based on the operating force F h in the power assist device for assisting a F h,
Skilled experimenter, or embodied by the subject or the like, wherein such delivery route or the operating force F h of the object, based on the sample data about the sample, have a assist force correction means for correcting the assist force A ,
The assist correction means corrects the assist force A according to a correction force that is a difference between an operator's operation and a sample data operation .
操作者が過去に操作した前記物体に関する経路記録情報中の運搬経路、又は、操作者が現在操作している前記物体の現在の運搬経路、のいずれか1方に最も似ている運搬経路を、
複数回のサンプリングにより収集された前記見本データ中の複数個の前記運搬経路の内から選択する類似運搬経路選択手段を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載のパワーアシスト装置。The assist force correcting means includes
A transport route that is most similar to one of the transport route in the route record information related to the object that the operator has operated in the past, or the current transport route of the object that the operator is currently operating,
The similar transportation route selecting means for selecting from among the plurality of transportation routes in the sample data collected by sampling a plurality of times. Power assist device.
操作者によって操作された前記物体の現在位置に、熟練者が操作した際に最も近い前記物体の位置での当該熟練者の操作力と、操作者の現在の操作力との成す角について、About the angle formed by the operation force of the expert at the position of the object closest to the current position of the object operated by the operator and the current operation force of the operator
当該角が所定値を越える場合には、操作者の現在の操作力を0に置き換えたのちにアシスト力を求め、When the angle exceeds a predetermined value, the assist force is obtained after replacing the current operation force of the operator with 0,
当該角が所定値以下の場合には、操作者の現在の操作力を、操作者の現在の操作力と前記熟練者の操作力との重み平均に置き換えたのちにアシスト力を求めることを特徴とする請求項1乃至請求項4のの何れか1項に記載のパワーアシスト装置。When the angle is equal to or less than a predetermined value, the assist force is obtained after replacing the current operation force of the operator with a weighted average of the current operation force of the operator and the operation force of the expert. The power assist device according to any one of claims 1 to 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001279968A JP3788920B2 (en) | 2001-09-14 | 2001-09-14 | Power assist device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001279968A JP3788920B2 (en) | 2001-09-14 | 2001-09-14 | Power assist device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003081598A JP2003081598A (en) | 2003-03-19 |
JP3788920B2 true JP3788920B2 (en) | 2006-06-21 |
Family
ID=19104056
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001279968A Expired - Lifetime JP3788920B2 (en) | 2001-09-14 | 2001-09-14 | Power assist device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3788920B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101305731B1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-09-06 | 현대자동차주식회사 | Manipulating force extracting method of wearable robot |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4520710B2 (en) * | 2003-05-22 | 2010-08-11 | 衛 光石 | Power assist control device, power assist control method, and reduction device |
JP5280265B2 (en) * | 2009-03-27 | 2013-09-04 | 富士フイルム株式会社 | Radiography equipment |
KR101417780B1 (en) * | 2010-10-06 | 2014-07-09 | 삼성전자 주식회사 | Radiographic apparatus and method for moving the same |
US9757080B2 (en) | 2010-10-06 | 2017-09-12 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Radiographic system and control method thereof |
US8755492B2 (en) | 2010-10-06 | 2014-06-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Radiographic apparatus and control method thereof |
WO2013035244A1 (en) | 2011-09-06 | 2013-03-14 | パナソニック株式会社 | Robotic arm control device and control method, robot, control program and integrated electronic circuit |
FR3069664B1 (en) * | 2017-07-31 | 2019-08-30 | Safran Electronics & Defense | METHOD FOR ASSISTING AT LEAST ONE MOVEMENT OF A USER AND CORRESPONDING DEVICE |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03200480A (en) * | 1989-12-27 | 1991-09-02 | Aisin Aw Co Ltd | Automatic operating system in motor-driven vehicle |
JPH0619714A (en) * | 1992-07-03 | 1994-01-28 | Kobe Steel Ltd | Example base inference method |
JP3307788B2 (en) * | 1994-09-19 | 2002-07-24 | 株式会社安川電機 | Arm drive |
JP3667856B2 (en) * | 1996-02-02 | 2005-07-06 | ヤマハ発動機株式会社 | Auxiliary power control device for vehicles with auxiliary power |
JPH1111898A (en) * | 1997-06-17 | 1999-01-19 | Motoda Electron Co Ltd | Method and device for inertialess operation of burden supporting part of load handling device |
-
2001
- 2001-09-14 JP JP2001279968A patent/JP3788920B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101305731B1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-09-06 | 현대자동차주식회사 | Manipulating force extracting method of wearable robot |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003081598A (en) | 2003-03-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9669549B2 (en) | Motion setting method | |
CN102248537B (en) | Apparatus and method for controlling robot arm, and robot | |
JP6941058B2 (en) | Support-Walking aid device for users with motor dysfunction | |
JP5129415B2 (en) | ROBOT, ROBOT CONTROL DEVICE, CONTROL METHOD, AND CONTROL PROGRAM | |
CN102292059B (en) | Transfer auxiliary facilities | |
JP4568795B2 (en) | Robot arm control device and control method, robot, robot arm control program, and integrated electronic circuit | |
WO2014122751A1 (en) | Movement assistance robot | |
CN112566583A (en) | System and apparatus for external torque observation and compensation of surgical robotic arms | |
JP3788920B2 (en) | Power assist device | |
CN107753239B (en) | Inverted pendulum type moving body and foot joint torque estimation method | |
JP2010207986A (en) | Robot device and method of controlling the same | |
SE516720C2 (en) | Equipment for controlling an industrial robot and a procedure for programming and / or adjusting the movement of the robot | |
JP2018093961A (en) | Training system and ankle joint torque estimation method | |
EP3560808A1 (en) | Joint-torque calculation device, joint-torque calculation method, and joint-torque calculation program | |
JP2004148466A (en) | Robot controller | |
JP2004345030A (en) | Inverted pendulum type carriage robot | |
JP2004025387A (en) | Loading weight of articulated robot and automatic calculation method for position of gravity center of loading weight | |
JP6306769B2 (en) | Mobility assist robot | |
JP2018038656A (en) | Joint torque computing system, cycle computer, and joint torque measuring method | |
JP2955669B2 (en) | Running training equipment | |
JP3669181B2 (en) | Electric wheelchair and recording medium | |
JP3785072B2 (en) | Power assist device | |
JP2004277039A (en) | Power assist device | |
WO2022249523A1 (en) | Assisting device | |
Mombaur et al. | Inverse optimal control as a tool to understand human yoyo playing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051125 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051213 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20060106 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060213 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060322 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060324 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3788920 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090407 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100407 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100407 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110407 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120407 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130407 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140407 Year of fee payment: 8 |