JP2014001055A

JP2014001055A - パワーアシスト装置、その制御方法及びプログラム

Info

Publication number: JP2014001055A
Application number: JP2012137806A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Takei; 直行武居; Hideo Fujimoto; 英雄藤本; Rikiya Makino; 力也牧野; Hirotoshi Fujiwara; 弘俊藤原
Original assignee: Nagoya Institute of Technology NUC; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nagoya Institute of Technology NUC; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2032-06-19
Also published as: JP5823923B2

Abstract

【課題】最適なパワーアシストを行うことができるパワーアシスト装置を提供する。
【解決手段】ワークを保持する保持手段（保持部３）と、保持手段を少なくても２点で吊り下げるワイヤ４と、２点に加わる張力の差を検出する検出手段（張力差検出部６）と、ワイヤ４の巻取り手段（巻取り車）と、巻取り手段を駆動する駆動手段（駆動部５）と、検出手段が検出した２点に加わる張力の差に基づいて、ワークに対する操作力を算出し、算出した操作力をアシストするように駆動手段を制御する制御手段（制御部）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーアシスト装置、その制御方法及びプログラムに関する。

ワイヤによってワークを吊り、作業者の操作に応じてそのワークを所望の位置へ移動させることができる様々なパワーアシスト装置が知られている。一方、その操作方法は、一般に、操作部において昇降、水平移動などの釦操作を行うもので、その操作性が良好と言えるものではなかった。

これに対して、ワイヤに掛かる平均的な荷重を力センサにより検出し、それを基準荷重とし、力センサからの現在の荷重と、その基準荷重との差からワークに対する操作力を求め、モータをアシスト方向へ駆動するパワーアシスト装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−３１０３９６号公報

しかしながら、特許文献１に示すパワーアシスト装置においては、単一の力センサを用いて荷重を検出しているため、例えば、基準荷重が変動した場合に、操作力を精度良く算出することが困難となり、最適にパワーアシストができなくなる虞がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、最適なパワーアシストを行うことができるパワーアシスト装置、その制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一形態に係るパワーアシスト装置は、ワークを保持する保持手段と、前記保持手段を少なくても２点で吊り下げるワイヤと、前記２点に加わる張力の差を検出する検出手段と、前記ワイヤの巻取り手段と、前記巻取り手段を駆動する駆動手段と、前記検出手段が検出した前記２点に加わる張力の差に基づいて、前記ワークに対する操作力を算出し、算出した操作力をアシストするように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備える。

上記パワーアシスト装置において、前記保持手段に設けられ、前記ワイヤを折り返す折り返し手段をさらに備え、前記ワイヤは、前記検出手段を挟み込むように前記折り返し手段によって折り返され、一端が前記巻取り手段に接続され、他端が固定手段に接続されており、前記制御手段は、前記折り返されて並べられたワイヤの張力差に基づいて、前記駆動手段を制御することが好ましい。

上記パワーアシスト装置において、前記ワイヤとして、一端が前記保持手段に接続され、他端が前記巻取り手段に接続された第１のワイヤ及び第２のワイヤを備え、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとは前記検出手段を挟み込むように配置されており、前記制御手段は、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとの張力差に基づいて、前記駆動手段を制御することが好ましい。

上記パワーアシスト装置において、前記駆動手段に接続されるカウンターウエイトをさらに備えることが好ましい。

上記パワーアシスト装置において、前記制御手段は、慣性・粘性系のインピーダンスモデルを用い、慣性、粘性、及び算出した操作力に基づいて、前記駆動手段を制御することが好ましい。

本発明の一形態に係るパワーアシスト装置の制御方法は、ワークを保持する保持手段と、前記保持手段を少なくても２点で吊り下げるワイヤと、前記２点に加わる張力の差を検出する検出手段と、前記ワイヤの巻取り手段と、前記巻取り手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えるパワーアシスト装置の制御方法であって、前記検出手段が前記２点に加わる張力の差を検出する工程と、前記検出手段が検出した前記２点に加わる張力の差に基づいて、前記制御手段は前記ワークに対する操作力を算出し、算出した操作力をアシストするように前記駆動手段を制御する工程と、を備える。

本発明の一形態に係るパワーアシスト装置のプログラムは、ワークを保持する保持手段と、前記保持手段を少なくても２点で吊り下げるワイヤと、前記２点に加わる張力の差を検出する検出手段と、前記ワイヤの巻取り手段と、前記巻取り手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えるパワーアシスト装置のプログラムであって、前記検出手段で前記２点に加わる張力の差を検出させる処理と、前記検出手段が検出した前記２点に加わる張力の差に基づいて、前記ワークに対する操作力を算出し、算出した操作力をアシストするように前記駆動手段を制御させる処理と、をコンピュータに実行させる。

以上、説明したように、本発明によると、最適なパワーアシストを行うことができるパワーアシスト装置、その制御方法及びプログラムを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るパワーアシスト装置を概略的に示す透視図である。本発明の第１の実施の形態に係るパワーアシスト装置における、駆動部近傍を概略的に示す拡大図である。本発明の第１の実施の形態に係るパワーアシスト装置の構成ブロック図である。（ａ）は本発明の実施の形態に係るパワーアシスト装置における、保持部のフックにワークを吊り下げた際に生じるワイヤの張力関係を示す図である。（ｂ）は本発明の実施の形態に係るパワーアシスト装置における、保持部のフックにワークを吊り下げ、ワイヤを引き下げた際に生じるワイヤの張力関係を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るパワーアシスト装置を概略的に示す透視図である。本発明の第２の実施の形態に係るパワーアシスト装置における、駆動部近傍を概略的に示す拡大図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。なお、以下の説明において、前後方向及び上下方向は説明を明確にするためのものであって、使用形態によって適宜変更される。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係るパワーアシスト装置、その制御方法及びプログラムを説明する。図１乃至図３に示すように、本実施の形態のパワーアシスト装置１は、フレーム（固定手段）２、保持部３、ワイヤ４、駆動部５、張力差検出部６、回転検出部７及び制御部８等を備えている。なお、図１及び図２はパワーアシスト装置１を概略的に示しているため、図１は図２に対して駆動部５の構成を簡略化して示している。

フレーム２は、駆動部５等を支持している。保持部３は、保持手段の一具体例であり、例えば本体部３ａ及びフック３ｂを備えており、当該フック３ｂにワーク（図示を省略）を引っ掛けて吊り下げる構成とされている。但し、保持部３は、ワークを保持できれば任意の構成が適用可能である。

ワイヤ４は、例えば金属製のワイヤロープやチェーンであり、一端がフレーム２に接続され、他端が駆動部５の巻取り車９に接続されている。本実施の形態のワイヤ４は、一端がフレーム２に接続されて略鉛直下方に延在し、保持部３の本体部３ａに設けられた第１の滑車１０によって折り返されて略鉛直上方に延在している。さらにワイヤ４は、フレーム２に設けられた第２の滑車１１を介して略水平方向に向きを変えられ、他端が巻取り車９に接続されている。

第１の滑車１０はワイヤ４の折り返し手段の一具体例であり、第２の滑車１１はワイヤ４の延在方向を変える手段の一具体例である。但し、ワイヤ４の延在方向を変えることが可能な構成であれば、任意の構成が適用可能である。ちなみに、第１の滑車１０の回転軸１０ａを通る鉛直線上に、保持部３の本体部３ａとフック３ｂとの接続部が配置されていることが好ましい。

駆動部５は、駆動源１２、第１の歯車１３、第２の歯車１４及び巻取り車９を備えている。駆動源１２は、例えば駆動モータである。駆動源１２は、フレーム２に支持されている。この駆動源１２は、駆動回路１５を介して制御部８からの制御信号に基づいて動作する。

第１の歯車１３及び第２の歯車１４は、駆動源１２の駆動力を増幅して巻取り車９に伝達する減速機構を構成する。第１の歯車１３は、駆動源１２の出力軸に接続されている。第２の歯車１４は、例えばフレーム２に回転軸１４ａを介して回転可能に支持されている。但し、歯車の数や歯数は特に限定されず、駆動源１２の駆動力を巻取り車９に良好に伝達できれば良い。

巻取り車９は、巻取り手段の一具体例であり、略円筒形状の部材である。本実施の形態の巻取り車９は、第２の歯車１４の回転軸１４ａに接続されている。そのため、巻取り車９は第２の歯車１４と共に回転する。但し、巻取り車９は、駆動源１２の駆動力が良好に伝達される構成とされていれば良い。

張力差検出部６は、折り返されたワイヤ４の間に配置されており、フレーム２に支持されている。張力差検出部６は、折り返されたワイヤ４の張力差を検出する。張力差検出部６としては、一般的な張力差動形トルクセンサを用いることができる。

本実施の形態の張力差検出部６は、本体部６ａ及び歪みゲージ６ｂを備えている。本体部６ａは、フレーム２に支持されており、上下方向には撓むことなく、前後方向に伸縮可能な部材で構成されている。この本体部６ａは、折り返されたワイヤ４の間に配置されており、当該本体部６ａの上面及び下面が前後方向と略平行に配置されている。そして、本体部６ａの前方側の側面に当該本体部６ａの前方に配置されたワイヤ４ａが滑車６ｃを介して接触し、後方側の側面に当該本体部６ａの後方に配置されたワイヤ４ｂが滑車６ｄを介して接触している。

歪みゲージ６ｂとしては、具体的な図示は省略するが、一般的な歪みゲージを採用することができ、本体部６ａの前後方向への歪みを検出する。具体的に云うと、歪みゲージ６ｂは本体部６ａの前面及び後面に設けられており、当該歪みゲージ６ｂの抵抗線の長手方向が奥行方向に配置されている。歪みゲージ６ｂはブリッジ回路を構成していることが望ましい。歪みゲージ６ｂは本体部６ａの前後方向の歪み（移動量）に基づいて検出信号を制御部８に出力する。

ちなみに、ワイヤ４ａが引き上げ、又は引き下げられた際に、良好にワイヤ４ａ及び４ｂの本体部６ａの側面への接触状態を維持することができるように、ワイヤ４ａと４ｂとの間隔を絞り込む第３の滑車１６及び第４の滑車１７が配置されていることが好ましい。

つまり、第３の滑車１６は、フレーム２に回転可能に支持されており、本体部６ａの下方においてワイヤ４ａと接触する第３の滑車１６の後方側の端部が当該本体部６ａの前方側の側面より後方に配置されることで、ワイヤ４ａを本体部６ａの前方側の側面に滑車６ｃを介して押し付けている。このとき、ワイヤ４ａにおけるフレーム２への接続位置は、本体部６ａの前方側の側面より後方に配置されている。

一方、第４の滑車１７は、フレーム２に回転可能に支持されており、本体部６ａの下方においてワイヤ４ｂが接触する第４の滑車１７の前方側の端部が当該本体部６ａの後方側の側面より前方に配置されることで、ワイヤ４ｂを本体部６ａの後方側の側面に滑車６ｄを介して押し付けている。このとき、ワイヤ４ｂの向きを変える第２の滑車１１の前方側の端部は、本体部６ａの後方側の側面より前方に配置されている。

このような構成により、ワイヤ４ａ及び４ｂを本体部６ａにおける対向する側面に良好に接触させることができる。

回転検出部７は、例えばポテンショメータやエンコーダ等のセンサで構成することができ、駆動源１２の回転角度、回転角速度、回転角加速度などの回転情報を検出する。回転検出部７は、例えば駆動源１２に設けられている。回転検出部７は、検出信号を制御部８に出力する。

制御部８は、張力差検出部６及び回転検出部７の検出信号に基づいて、ワークに対する作業者の操作力を算出し、算出した操作力をアシストするように駆動源１２を制御する。

制御部８は、例えば、制御処理、演算処理等を行うＣＰＵ８ａ、ＣＰＵ８ａによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ８ｂ、及び処理データ等を一時的に記憶するＲＡＭ８ｃを有するマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。また、これらのＣＰＵ８ａ、ＲＯＭ８ｂ及びＲＡＭ８ｃは、データバス８ｄ等によって相互に接続されている。

このような構成のパワーアシスト装置１は、以下のように動作する。保持部３のフック３ｂにワークが吊り下げられ、作業者がワイヤ４ａを引き上げ、又は引き下げていない状態では、図４（ａ）に示すように、ワイヤ４ａの張力Ｔ１とワイヤ４ｂの張力Ｔ２とは等しくなる。ちなみに、図４（ａ）及び（ｂ）では、Ｔ１がワイヤ４ａの張力、Ｔ２がワイヤ４ｂの張力、Ｗがワークの荷重、ｈが作業者の操作力を示している。

このとき、張力差検出部６の本体部６ａは、ワイヤ４ａによって前方から後方に向かって押し込まれ、ワイヤ４ｂによって後方から前方に向かって押し込まれて圧縮する。張力差検出部６の歪みゲージ６ｂは、当該本体部６ａの歪みを検出し、検出信号を制御部８に出力する。このとき、歪みゲージ６ｂから入力される検出信号が示す本体部６ａの前後方向の歪み（移動量）は略ゼロとなるので、制御部８はワイヤ４ａ及び４ｂの張力差はないと判断し、平衡状態を維持する、即ちワークの高さ位置を維持するように駆動源１２を制御する。

一方、ワークを下降させるために、作業者がワイヤ４ａを引き下げると、図４（ｂ）に示すように、ワイヤ４ａの張力Ｔ１とワイヤ４ｂの張力Ｔ２とに差が生じる。つまり、ワイヤ４ａが引き下げられると、張力差検出部６の本体部６ａはワイヤ４ｂに反力を取りつつ、ワイヤ４ａに押し込まれて圧縮する。張力差検出部６の歪みゲージ６ｂは、当該本体部６ａの前後方向の歪み（移動量）を検出し、検出信号を制御部８に出力する。このとき、歪みゲージ６ｂの検出信号が示す本体部６ａの歪みは、ワイヤ４ａ及びワイヤ４ｂの張力差がない平衡状態のときに比べて後方に大きくなる。

他方、ワークを上昇させるために、作業者がワイヤ４ａを引き上げると、ワイヤ４ａの張力Ｔ１とワイヤ４ｂの張力Ｔ２とに差が生じる。つまり、ワイヤ４ａが引き上げられると、ワイヤ４が緩んで張力差検出部６の本体部６ａの圧縮状態が緩和される。張力差検出部６の歪みゲージ６ｂは、当該本体部６ａの前後方向の歪み（移動量）を検出し、検出信号を制御部８に出力する。このとき、歪みゲージ６ｂの検出信号が示す本体部６ａの歪みは、ワイヤ４ａ及びワイヤ４ｂの張力差がない平衡状態のときに比べて前方に大きくなる。

張力差検出部６の性質上、本体部６ａの歪みと、ワイヤ４ａと４ｂとの張力差と、の関係は略比例するので、予め設定された本体部６ａの歪みと、ワイヤ４ａと４ｂとの張力差と、の関係を用い、制御部８は、歪みゲージ６ｂから入力される検出信号が示す本体部６ａの前後方向の歪みに基づいて、ワイヤ４ａと４ｂとの張力差を算出する。

そして、制御部８は、予め設定されたワイヤ４ａと４ｂとの張力差と、作業者の操作力と、の関係、つまりワイヤ４ａと４ｂとの張力差と、作業者の操作力と、は略等しいので、算出したワイヤ４ａと４ｂとの張力差を、作業者がワイヤ４ａに導入した操作力として換算し、換算した操作力から駆動源１２に発現させる駆動力を算出する。

さらに制御部８は、算出した駆動力を発現させるための駆動源１２の制御信号を生成し、当該制御信号を駆動回路１５に出力する。駆動回路１５は、入力された制御信号に基づいて駆動源１２を制御する。つまり、回転検出部７は駆動源１２の回転情報を検出して、検出信号を制御部８にフィードバックし、制御部８は所望の駆動力を駆動源１２が発現するように、制御信号を生成して駆動回路１５に出力する。

その結果、駆動源１２が駆動して、巻取り車９がワイヤ４を巻き取る、又は送り出し、ワークを上昇又は下降させるために作業者がワイヤ４ａに導入した操作力に加えて、駆動源１２の駆動力がパワーアシストすることになる。上記では作業者がワイヤ４ａに操作力を加えた例を説明したが、ワイヤ４ｂに操作力を加えた場合でも同様の流れでパワーアシストすることができる。

ここで、制御部８は、下記のインピーダンスモデル（１）式に基づいて、駆動源１２の目標回転角度を更新することで、操作力に応じてワークを昇降させることができる。これにより、例えば重いワークに対しても作業者は容易に昇降操作することができる。

なお、上記（１）式において、Ｍ_ｄは目標インピーダンスモデルの慣性であり、Ｄ_ｄは目標インピーダンスモデルの粘性であり、ｆ_ｈは操作力であり、ｘ_ｄはワーク目標位置である。求めたワーク目標位置と巻取り車９の半径や駆動部５の減速比などから、駆動源１２の目標回転角度を算出し、制御部８は駆動回路１５を介して駆動源１２を当該目標回転角度へ追従するように駆動する。なお、上記（１）式において、仮想摩擦を更に付加しても良く、任意のモデルを用いることができる。また、ワーク上昇時と下降時とで、各パラメータを適宜変化させても良い。これにより、その操作性をより向上させることができる。

一方、制御部８は、例えば歪みゲージ６ｂから入力される検出信号が示す本体部６ａの歪みが所定の閾値以上であるか否かを判定し、所定の閾値より小さいときは平衡状態を維持するように駆動源１２を制御しても良い。

このような構成のパワーアシスト装置１は、張力差検出部６を挟んで配置されるワイヤ４ａと４ｂとの張力差に基づいて、駆動源１２の駆動力を算出する。このとき、張力差検出部６の性質上、本体部６ａの歪みと、ワイヤ４ａと４ｂとの張力差と、は略比例し、さらに当該張力差は作業者の操作力と略等しいので、作業者の操作力を精度良く算出することができ、最適なパワーアシストを実現することができる。

しかも、１つの駆動源１２でパワーアシストを実現することができるので、安価にパワーアシスト装置１を構成することができる。
さらに、切り替え装置を用いることなく、様々な荷重のワークに対応することができる。

パワーアシスト装置１は、図１に示すように、カウンターウエイト１８を備えていることが好ましい。本実施の形態のカウンターウエイト１８は、一端に錘１９が接続されたワイヤ２０の他端が巻取り車９に接続されており、当該ワイヤ２０は、ワイヤ４の巻取り車９への巻取り方向と逆方向に、巻取り車９に巻き取られる。

その結果、ワークを上昇させるために駆動源１２が駆動して、巻取り車９がワイヤ４を巻き取ると、ワイヤ２０は送り出されて錘１９が下降する。一方、ワークを下降させるために駆動源１２が駆動して、巻取り車９がワイヤ４を送り出すと、ワイヤ２０は巻き取られて錘１９が上昇する。

これにより、ワークを昇降させる際の駆動源１２の駆動力の一部を錘１９に負担させることができ、駆動源１２を小型化することができる。なお、本実施の形態では、巻取り車９にワイヤ４を接続しているが、上述のように錘１９をカウンターウエイトとして機能させることができれば、減速機構のいずれの歯車に接続しても良い。ちなみに、錘１９を、減速比と巻取り車の直径比とを考慮した上で、保持部３と釣り合う重さにすると、保持部３のフック３ｂにワークを吊り下げていない状態で駆動源１２の出力をゼロに近づけることができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態に係るパワーアシスト装置、その制御方法及びプログラムを説明する。なお、本実施の形態のパワーアシスト装置、その制御方法及びプログラムは、第１の実施の形態のパワーアシスト装置、その制御方法及びプログラムと略同様であるため、重複する説明は省略し、同一の要素には同一の符号を用いて説明する。

図３、図５及び図６に示すように、本実施の形態のパワーアシスト装置１００は、フレーム２、保持部３、第１のワイヤ１０１、第２のワイヤ１０２、駆動部５、張力差検出部６、回転検出部７及び制御部８等を備えている。なお、図５及び図６はパワーアシスト装置１００を概略的に示しているため、図５は図６に対して駆動部５の構成を簡略化して示している。

本実施の形態のパワーアシスト装置１００は、第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２とでワークを吊り下げ支持する。第１のワイヤ１０１の一端は保持部３の本体部３ａに接続され、他端は巻取り車９に接続されている。本実施の形態の第１のワイヤ１０１は、一端が保持部３の本体部３ａとフック３ｂとの接続部に対して前方側に接続され、略鉛直上方に延在している。そして、第１のワイヤ１０１は、フレーム２に回転可能に設けられた第１の滑車１０３を介して、略水平方向に向きを変えられ、他端が巻取り車９に接続されている。

第２のワイヤ１０２の一端は保持部３の本体部３ａに接続され、他端は巻取り車９に接続されている。本実施の形態の第２のワイヤ１０２は、一端が保持部３の本体部３ａとフック３ｂとの接続部に対して後方側に接続され、略鉛直上方に延在している。そして、第２のワイヤ１０２は、フレーム２に回転可能に設けられた第２の滑車１０４を介して、略水平に向きを変えられ、他端が巻取り車９に接続されている。

このとき、第１のワイヤ１０１の一端と第２のワイヤ１０２の一端とは、保持部３の本体部３ａとフック３ｂとの接続部を挟んで前後方向に略等しい間隔で配置されている。つまり、第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２とは、保持部３のフック３ｂにワークが吊り下げられた状態で、略等しい張力が作用するように配置されている。また、第１のワイヤ１０１における巻取り車９の巻取り方向と、第２のワイヤ１０２における巻取り車９の巻取り方向と、は等しい。
なお、第１のワイヤ１０１又は第２のワイヤ１０２における保持部３と巻取り車９との間の滑車の数は特に限定されない。

これらの第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との間には、図５に示すように、張力差検出部６が配置されており、張力差検出部６の本体部６ａの前方側の側面に第１のワイヤ１０１が滑車６ｃを介して接触し、張力差検出部６の本体部６ａの後方側の側面に第２のワイヤ１０２が滑車６ｄを介して接触している。

このようなパワーアシスト装置１００は、第１の実施の形態のパワーアシスト装置１と略同様に動作する。

つまり、保持部３のフック３ｂにワークが吊り下げられ、作業者が第１のワイヤ１０１を引き上げ、又は引き下げていない状態では、第１のワイヤ１０１及び第２のワイヤ１０２の張力は等しくなる。

このとき、張力差検出部６の本体部６ａは、第１のワイヤ１０１によって前方から後方に向かって押し込まれ、第２のワイヤ１０２によって後方から前方に向かって押し込まれて圧縮する。張力差検出部６の歪みゲージ６ｂは、当該本体部６ａの歪みを検出し、検出信号を制御部８に出力する。このとき、歪みゲージ６ｂから入力される検出信号が示す本体部６ａの前後方向の歪み（移動量）は略ゼロとなるので、制御部８は第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差はないと判断し、平衡状態を維持するように駆動源１２を制御する。

一方、ワークを下降させるために、作業者が第１のワイヤ１０１を引き下げると、第１のワイヤ１０１の張力と第２のワイヤ１０２の張力とに差が生じる。つまり、第１のワイヤ１０１が引き下げられると、張力差検出部６の本体部６ａは第２のワイヤ１０２に反力を取りつつ、第１のワイヤ１０１に押し込まれて圧縮する。張力差検出部６の歪みゲージ６ｂは、当該本体部６ａの歪みを検出し、検出信号を制御部８に出力する。このとき、歪みゲージ６ｂの検出信号が示す本体部６ａの歪みは、第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差がない平衡状態のときに比べて後方に大きくなる。

他方、ワークを上昇させるために、作業者が第１のワイヤ１０１を引き上げると、第１のワイヤ１０１の張力と第２のワイヤ１０２の張力とに差が生じる。つまり、第１のワイヤ１０１が引き上げられると、当該第１のワイヤ１０１が緩んで張力差検出部６の本体部６ａの圧縮状態が緩和される。張力差検出部６の歪みゲージ６ｂは、当該本体部６ａの歪みを検出し、検出信号を制御部８に出力する。このとき、歪みゲージ６ｂの検出信号が示す本体部６ａの歪みは、第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差がない平衡状態のときに比べて前方に大きくなる。

張力差検出部６の性質上、本体部６ａの歪みと、第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差と、の関係は略比例するので、予め設定された本体部６ａの歪みと、第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差と、の関係を用い、制御部８は、歪みゲージ６ｂから入力される検出信号が示す本体部６ａの前後方向の歪みに基づいて、第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差を算出する。

そして、制御部８は、予め設定された第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差と、作業者の操作力と、の関係、つまり第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差と、作業者の操作力と、は略等しいので、算出した第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差を、作業者が第１のワイヤ１０１に導入した操作力として換算し、換算した操作力から駆動源１２に発現させる駆動力を算出する。

その結果、駆動源１２が駆動して、巻取り車９が第１のワイヤ１０１及び第２のワイヤ１０２を巻き取る、又は送り出し、ワークを上昇又は下降させるために作業者が第１のワイヤ１０１に導入した操作力に加えて、駆動源１２の駆動力がパワーアシストすることになる。上記では作業者が第１のワイヤ１０１に操作力を加えた例を説明したが、第２のワイヤ１０２に操作力を加えた場合でも同様の流れでパワーアシストすることができる。

このような構成のパワーアシスト装置１００は、張力差検出部６を挟んで配置される第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差に基づいて、駆動源１２の駆動力を算出する。このとき、張力差検出部６の性質上、本体部６ａの歪みと、第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差と、は略比例し、さらに当該張力差は作業者の操作力と略等しいので、作業者の操作力を精度良く算出することができ、最適なパワーアシストを実現することができる。

しかも、本実施の形態のパワーアシスト装置１００は、第１のワイヤ１０１及び第２のワイヤ１０２共に動摩擦状態で張力差検出部６の本体部６ａに接触するので、第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２とを等しい条件下で相互の張力差を検出することができる。そのため、より精度良く第１のワイヤ１０１と第２のワイヤ１０２との張力差を算出することができ、ひいてはより適切なパワーアシストが可能となる。

また、１つの駆動源１２でパワーアシストを実現することができるので、安価にパワーアシスト装置１００を構成することができる。
さらに、切り替え装置を用いることなく、様々な荷重のワークに対応することができる。

以上、本発明に係るパワーアシスト装置、その制御方法及びプログラムの実施の形態を説明したが、上記に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

上記実施の形態では、ハードウェアの構成として説明したが、これに限定されるものではない。例えば制御部８が実行する処理を、ＣＰＵ８ａにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

１パワーアシスト装置
２フレーム
３保持部、３ａ本体部、３ｂフック
４（４ａ、４ｂ）ワイヤ
５駆動部
６張力差検出部、６ａ本体部、６ｂ歪みゲージ、６ｃ、６ｄ滑車
７回転検出部
８制御部、８ａＣＰＵ、８ｂＲＯＭ、８ｃＲＡＭ、８ｄデータバス
９巻取り車
１０第１の滑車、１０ａ回転軸
１１第２の滑車
１２駆動源
１３第１の歯車
１４第２の歯車、１４ａ回転軸
１５駆動回路
１６第３の滑車
１７第４の滑車
１８カウンターウエイト
１９錘
２０ワイヤ
１００パワーアシスト装置
１０１第１のワイヤ
１０２第２のワイヤ
１０３第１の滑車
１０４第２の滑車

Claims

ワークを保持する保持手段と、
前記保持手段を少なくても２点で吊り下げるワイヤと、
前記２点に加わる張力の差を検出する検出手段と、
前記ワイヤの巻取り手段と、
前記巻取り手段を駆動する駆動手段と、
前記検出手段が検出した前記２点に加わる張力の差に基づいて、前記ワークに対する操作力を算出し、算出した操作力をアシストするように前記駆動手段を制御する制御手段と、
を備えるパワーアシスト装置。
前記保持手段に設けられ、前記ワイヤを折り返す折り返し手段をさらに備え、
前記ワイヤは、前記検出手段を挟み込むように前記折り返し手段によって折り返され、一端が前記巻取り手段に接続され、他端が固定手段に接続されており、
前記制御手段は、前記折り返されて並べられたワイヤの張力差に基づいて、前記駆動手段を制御する請求項１に記載のパワーアシスト装置。
前記ワイヤとして、一端が前記保持手段に接続され、他端が前記巻取り手段に接続された第１のワイヤ及び第２のワイヤを備え、
前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとは前記検出手段を挟み込むように配置されており、
前記制御手段は、前記第１のワイヤと前記第２のワイヤとの張力差に基づいて、前記駆動手段を制御する請求項１に記載のパワーアシスト装置。
前記駆動手段に接続されるカウンターウエイトをさらに備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパワーアシスト装置。
前記制御手段は、慣性・粘性系のインピーダンスモデルを用い、慣性、粘性、及び算出した操作力に基づいて、前記駆動手段を制御する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパワーアシスト装置。
ワークを保持する保持手段と、
前記保持手段を少なくても２点で吊り下げるワイヤと、
前記２点に加わる張力の差を検出する検出手段と、
前記ワイヤの巻取り手段と、
前記巻取り手段を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えるパワーアシスト装置の制御方法であって、
前記検出手段が前記２点に加わる張力の差を検出する工程と、
前記検出手段が検出した前記２点に加わる張力の差に基づいて、前記制御手段は前記ワークに対する操作力を算出し、算出した操作力をアシストするように前記駆動手段を制御する工程と、
を備えるパワーアシスト装置の制御方法。
ワークを保持する保持手段と、
前記保持手段を少なくても２点で吊り下げるワイヤと、
前記２点に加わる張力の差を検出する検出手段と、
前記ワイヤの巻取り手段と、
前記巻取り手段を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えるパワーアシスト装置のプログラムであって、
前記検出手段で前記２点に加わる張力の差を検出させる処理と、
前記検出手段が検出した前記２点に加わる張力の差に基づいて、前記ワークに対する操作力を算出し、算出した操作力をアシストするように前記駆動手段を制御させる処理と、
をコンピュータに実行させるパワーアシスト装置のプログラム。