JPH10291800A - パワーアシスト付き助力アーム - Google Patents
パワーアシスト付き助力アームInfo
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- JPH10291800A JPH10291800A JP9989597A JP9989597A JPH10291800A JP H10291800 A JPH10291800 A JP H10291800A JP 9989597 A JP9989597 A JP 9989597A JP 9989597 A JP9989597 A JP 9989597A JP H10291800 A JPH10291800 A JP H10291800A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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を提供
する。 【解決手段】 検出された操作力ＦにゲインＫが掛けら
れて速度指令Ｖが算出される（S1，S2）。つぎに、この
速度指令Ｖにヤコビアン行列を掛けて、各軸毎のモータ
の速度指令θを算出する（S3）。算出された速度指令θ
1 ，θ2 ，…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，…を越えていないかどうか
が判断され、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、その速度指令θでそれぞれのモータを回
転させる（S4〜S6）。一方、いずれかのモータの速度
が、最高速度を越えている場合には、ヤコビアン行列Ｊ
sin -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、新たなゲインを求め、最高速度を越え
るモータの回転数は最高速度を保ったまま、他のモータ
の速度を低下させるようにする（S7〜S9）。
することができるパワーアシスト付き助力アームを提供
する。 【解決手段】 検出された操作力ＦにゲインＫが掛けら
れて速度指令Ｖが算出される（S1，S2）。つぎに、この
速度指令Ｖにヤコビアン行列を掛けて、各軸毎のモータ
の速度指令θを算出する（S3）。算出された速度指令θ
1 ，θ2 ，…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，…を越えていないかどうか
が判断され、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、その速度指令θでそれぞれのモータを回
転させる（S4〜S6）。一方、いずれかのモータの速度
が、最高速度を越えている場合には、ヤコビアン行列Ｊ
sin -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、新たなゲインを求め、最高速度を越え
るモータの回転数は最高速度を保ったまま、他のモータ
の速度を低下させるようにする（S7〜S9）。
Description
【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。
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７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。
を軽減するために、図７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。
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。
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。
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、
ワークを動かす速度によっては、アームがその速度に追
従することができなくなる場合が生じ、このような場合
には、作業者が動かそうとする方向にワークが動かなく
なるので、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
くように制御する必要がある。
ワークを動かす速度によっては、アームがその速度に追
従することができなくなる場合が生じ、このような場合
には、作業者が動かそうとする方向にワークが動かなく
なるので、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、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。
ためになされたものであり、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、前記ワ
ークが前記作業者の望む速さで望む方向に移動するよう
にそれぞれの駆動手段を制御する一方、この制御中にい
ずれかの駆動手段の動作速度が限界に達した場合には、
移動方向が作業者の望む方向となるように各駆動手段の
動作速度を制御す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。
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、前記ワ
ークが前記作業者の望む速さで望む方向に移動するよう
にそれぞれの駆動手段を制御する一方、この制御中にい
ずれかの駆動手段の動作速度が限界に達した場合には、
移動方向が作業者の望む方向となるように各駆動手段の
動作速度を制御す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】請求項２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、前記ワークが前記作業者の望
む速さで望む方向に移動するようにそれぞれの駆動手段
を制御する一方、この制御中にいずれかの駆動手段の動
作速度が限界に達した場合には、前記ワークが作業者の
搬送しようとする方向と一致する方向に移動するよう
に、他の駆動手段の動作速度を低下させる制御手段とを
設け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。
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、前記ワークが前記作業者の望
む速さで望む方向に移動するようにそれぞれの駆動手段
を制御する一方、この制御中にいずれかの駆動手段の動
作速度が限界に達した場合には、前記ワークが作業者の
搬送しようとする方向と一致する方向に移動するよう
に、他の駆動手段の動作速度を低下させる制御手段とを
設け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。
【００１０】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ゲインを変更することに
よって行うようにしたことを特徴とする。
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ゲインを変更することに
よって行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】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に与える信号のゲインの変
更は、動作速度が限界となった駆動手段を基準として行
うことを特徴とする。
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に与える信号のゲインの変
更は、動作速度が限界となった駆動手段を基準として行
うことを特徴とする。
【００１２】
【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、ワークが常に作業者の望む方向に
移動するようにしたので、違和感のない搬送作業をする
ことができる。
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、ワークが常に作業者の望む方向に
移動するようにしたので、違和感のない搬送作業をする
ことができる。
【００１３】
【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。
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。
【００１４】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３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。
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３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。
【００１５】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。
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。
【００１６】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。
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。
【００１７】一方、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、ワークの移動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。
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、ワークの移動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。
【００１８】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。
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。
【００１９】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。
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。
【００２０】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３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。
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３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。
【００２１】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）等を用いて演算しし
ている。
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）等を用いて演算しし
ている。
【００２２】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。
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。
【００２３】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。
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。
【００２４】 ここで、ＪT （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。
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。
【００２５】この時のモータのトルクτは、 となる。
【００２６】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。
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。
【００２７】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。
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。
【００２８】 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。
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。
【００２９】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。
と、 Ｆ＝Ｍ・ｄ2 ｘ／ｄｔ2 …（１） となる。
【００３０】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。
に下式で表わされる。
【００３１】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。
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。
【００３２】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
ンダー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−ＪT （ｇ）｝・Ｆ となる。
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
ンダー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−ＪT （ｇ）｝・Ｆ となる。
【００３３】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，ＪT （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。
演算部５０内に設けられている（図示せず）Ｊ-1（ｇ）
演算部，ＪT （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。
【００３４】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、ワークを作業者の意図
する速度で意図する方向に動くように制御している。
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、ワークを作業者の意図
する速度で意図する方向に動くように制御している。
【００３５】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。
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。
【００３６】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。
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。
【００３７】具体的には、図４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５
０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）。つぎに、この速度指令Ｖに図５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（Ｓ３）。
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５
０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）。つぎに、この速度指令Ｖに図５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（Ｓ３）。
【００３８】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（Ｓ４〜Ｓ６）。
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（Ｓ４〜Ｓ６）。
【００３９】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。
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。
【００４０】たとえば、図６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６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θ2max
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。
クの搬送に要求する速度と方向が図６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θ2max
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。
【００４１】このような場合には、最高速度を越えるモ
ータ（図６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６ではモータ１）の速度を図６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。
ータ（図６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６ではモータ１）の速度を図６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。
【００４２】これは具体的には、図５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
６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）。
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
６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）。
【００４３】このように、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、作業者が意図する方向にワーク動かせる
ようにしている。
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、作業者が意図する方向にワーク動かせる
ようにしている。
【００４４】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。
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。
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。
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。
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。
ムの動作フローチャートである。
【図５】 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。
アン行列である。
【図６】 本発明にかかるパワーアシスト付き助力アー
ムの動作説明に供する図である。
ムの動作説明に供する図である。
【図７】 一般的な助力アームの外観図である。
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)
- 【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、前記ワークが前記作業者の望む速さで
望む方向に移動するようにそれぞれの駆動手段を制御す
る一方、この制御中にいずれかの駆動手段の動作速度が
限界に達した場合には、移動方向が作業者の望む方向と
なるように各駆動手段の動作速度を制御する制御手段と
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。 - 【請求項２】 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、前記ワークが前記作業者の望む速さで
望む方向に移動するようにそれぞれの駆動手段を制御す
る一方、この制御中にいずれかの駆動手段の動作速度が
限界に達した場合には、前記ワークが作業者の搬送しよ
うとする方向と一致する方向に移動するように、他の駆
動手段の動作速度を低下させる制御手段とを設けたこと
を特徴とするパワーアシスト付き助力アーム。 - 【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ゲインを変更
することによって行う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。 - 【請求項４】 前記それぞれの駆動手段に与える信号の
ゲインの変更は、動作速度が限界となった駆動手段を基
準として行う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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09989597A JP3314657B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | パワーアシスト付き助力アーム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09989597A JP3314657B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | パワーアシスト付き助力アーム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10291800A true JPH10291800A (ja) | 1998-11-04 |
| JP3314657B2 JP3314657B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=14259516
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09989597A Expired - Fee Related JP3314657B2 (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | パワーアシスト付き助力アーム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3314657B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001075649A (ja) * | 1999-09-08 | 2001-03-23 | Toyota Motor Corp | 作業フェーズの変更時にパラメータを切り換える作業補助装置 |
| WO2006009170A1 (ja) * | 2004-07-20 | 2006-01-26 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | ロボットのアーム構造 |
| JP2006026848A (ja) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ロボット |
| JP2007245263A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Motoda Giken Kk | 無慣性タイプの荷重取扱装置 |
| WO2008123200A1 (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-16 | Gifu University | 動作支援装置およびその制御方法 |
| JP2008273682A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Sintokogio Ltd | 搬送方法およびこの方法を実施する搬送手段の制御システム |
-
1997
- 1997-04-17 JP JP09989597A patent/JP3314657B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001075649A (ja) * | 1999-09-08 | 2001-03-23 | Toyota Motor Corp | 作業フェーズの変更時にパラメータを切り換える作業補助装置 |
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| JP2006026848A (ja) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ロボット |
| EP1792694A4 (en) * | 2004-07-20 | 2007-12-19 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ARM STRUCTURE FOR ROBOTS |
| KR100854818B1 (ko) * | 2004-07-20 | 2008-08-27 | 가와사키 쥬코교 가부시키가이샤 | 로봇의 아암 |
| JP2007245263A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Motoda Giken Kk | 無慣性タイプの荷重取扱装置 |
| WO2008123200A1 (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-16 | Gifu University | 動作支援装置およびその制御方法 |
| JP2008273682A (ja) * | 2007-04-27 | 2008-11-13 | Sintokogio Ltd | 搬送方法およびこの方法を実施する搬送手段の制御システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3314657B2 (ja) | 2002-08-12 |
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