JP2006192564A

JP2006192564A - Working auxiliary device and method

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Publication number: JP2006192564A
Application number: JP2005363144A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Uchihara; 誠文内原; Masaaki Yamaoka; 正明山岡; Iwao Maeda; 岩夫前田; Masahito Yoshikawa; 雅人吉川; Yoshiki Matsuo; 芳樹松尾
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC; Toyota Motor Corp
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2006-07-27

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for assisting a work in which trajectory of a treatment implement for a working object is regarded as important. SOLUTION: The working auxiliary device is used to adjust the position and the attitude of the treatment implement following the human's operation to assist the operation of the human who executes the treatment for a predetermined place of the working object. The working auxiliary device is equipped with: an operation force detection means for detecting the operation force which is applied to the treatment implement by the human; a motion calculation means for calculating the position and the attitude of the treatment implement appeared after a predetermined time when the operation force detected by the operation force detection means is applied to the treatment implement model wherein the moving direction of a portion having a predetermined positional relationship with respect to the treatment implement is restricted in the predetermined direction determined by the attitude of the treatment implement; and an actuator for adjusting the position and the attitude of the treatment implement after the predetermined time to the position and the attitude calculated by the motion calculation means. COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、作業対象物の所定の箇所に処理を施す人の作業を補助する技術に関する。特に、処理を施すために用いる処理用具の位置と姿勢を、人の操作に追従するように調節することによって、作業対象物の所定の箇所に処理を施す人の作業を補助する技術に関する。 The present invention relates to a technique for assisting a person who performs processing on a predetermined portion of a work object. In particular, the present invention relates to a technique for assisting a person who performs a process on a predetermined portion of a work object by adjusting the position and posture of a processing tool used for performing the process so as to follow a human operation.

人の操作に追従するように処理用具の位置や姿勢をアクチュエータによって変えることによって、人の作業を補助する技術が開発されている。この種の技術では、人が処理用具に加えている操作力と、結果的に実現される処理用具の運動の間に、下記（１）式の関係が成立していると、人は良好な操作感を得えられ、作業性が向上することが知られている。 A technique has been developed that assists human work by changing the position and posture of a processing tool with an actuator so as to follow a human operation. In this type of technology, if the relationship of the following formula (1) is established between the operation force applied to the processing tool by the person and the movement of the processing tool realized as a result, the person is good. It is known that an operational feeling can be obtained and workability is improved.

ここで、ｑは処理用具の位置と姿勢のベクトルであり、ｄ^２ｑ／ｄｔ^２はその２階微分、ｄｑ／ｄｔは１階微分である。Ｍは処理用具の加速度に対する比例マトリクスであり、処理用具に再現される質量に相当する。Ｄは処理用具の速度に対する比例マトリクスであり、処理用具に再現される粘性係数に相当する。Ｋは処理用具の位置に対する比例マトリクスであり、処理用具に再現されるばね定数マトリクスに相当する。ｆは人による操作力ベクトルである。
上記の知見を活用した技術が特許文献１に開示されている。特許文献１の装置では、重量物を支持する可動体と、その可動体を動かすアクチュエータと、そのアクチュエータを制御するコントローラを備えている。そのコントローラは、作業者が可動体に加える操作力と、操作力とアクチュエータによって実現される重量物の運動との間に、上記（１）式が成立するようにアクチュエータの出力を調節する。実現される重量物の運動には、上記（１）式によって運動特性が記述される搬送物モデルの運動が実現される。特許文献１は、重量物の搬送作業を複数の作業段階に大別するとともに、作業段階毎に上記（１）式の係数Ｍ、Ｄ、Ｋを切換えることが有効であることを報告している。
特開２０００−８４８８１号公報 Here, q is a vector of the position and orientation of the processing tool, d ² q / dt ² is its second order derivative, and dq / dt is the first order derivative. M is a proportional matrix with respect to the acceleration of the processing tool, and corresponds to the mass reproduced on the processing tool. D is a proportional matrix with respect to the speed of the processing tool, and corresponds to the viscosity coefficient reproduced in the processing tool. K is a proportional matrix with respect to the position of the processing tool, and corresponds to a spring constant matrix reproduced on the processing tool. f is a human operation force vector.
A technique using the above knowledge is disclosed in Patent Document 1. The apparatus of Patent Document 1 includes a movable body that supports a heavy object, an actuator that moves the movable body, and a controller that controls the actuator. The controller adjusts the output of the actuator so that the above equation (1) is established between the operating force applied by the operator to the movable body and the motion of the heavy object realized by the operating force and the actuator. For the movement of the heavy object to be realized, the movement of the transported object model whose movement characteristics are described by the above equation (1) is realized. Patent Document 1 reports that it is effective to roughly divide the work of transporting heavy objects into a plurality of work stages and to switch the coefficients M, D, and K in the above equation (1) for each work stage. .
JP 2000-84881 A

作業対象物の所定箇所に処理を施す場合、作業対象物に対する処理用具の軌跡が重要である作業も多い。作業対象物に対する処理用具の軌跡が重要である作業では、作業者が処置用具に加えた操作をすべての方向に均一に補助すると、作業対象物に対する処理用具の軌跡を意図したものに実現することが困難となる。軌跡に沿った操作を補助するだけでなく、軌跡から外れる操作をも補助してしまうと、作業対象物に対する処理用具の軌跡を意図したものに実現できない。従来の技術では、処理用具の軌跡が重要である作業を補助することは困難である。
例えば、自動車のウインドガラスには、周縁に沿って接着剤を塗布する作業が必要とされる。ウインドガラスを固定しておいて作業すると、作業者はウインドガラスの周りを一周しなければならない。自動車のウインドガラスは大型であり、一周する作業を繰返すと作業者にかかる負荷が高くなってしまう。そこで、ウインドガラスを回転しながら周縁に沿って接着剤を塗布する方式が有利となる。処理に必要な用具（例えば接着剤を吐出するガン）が重いこともあり、その場合には、処理用具の位置と姿勢をアクチュエータによって調節することが必要となる。
上記に例示されるように、作業空間内で回転している作業対象物の所定箇所に処理を施す作業を実施するために、処理用具の位置と姿勢をアクチュエータによって調節する技術が必要とされている。このとき、処理用具の位置と姿勢をアクチュエータによって完全に調節してしまう産業ロボット方式が多用されているが、その方式では多品種混合生産の場合にコストが増大してしまう。人の持つ優れた能力と、ロボットのパワーを併用することができれば、優れた品質の製品を生産性よく生産することが可能となる。人と機械の協調作業が可能なシステムが必要とされている。
すなわち、作業空間内で回転している作業対象物の所定箇所に処理を施す人の作業を補助するために、処理用具の位置と姿勢を調節するアクチュエータを制御し、人の操作に追従して処理用具の位置と姿勢が調節される作業補助技術が必要とされている。この技術でも、人の操作に追従して処理用具の位置と姿勢が調節することによって、作業対象物に対する処理用具の軌跡が意図した軌跡とよく一致する技術が必要とされている。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明では、作業対象物に対する処理用具の軌跡が重視される作業を補助する技術を提供する。特に、処理用具の位置と姿勢を調節するアクチュエータを制御することによって得られる作業対象物に対する処理用具の軌跡が、作業者の意図した軌跡とよく一致する結果をもたらす技術を提供する。 In the case where processing is performed on a predetermined portion of the work object, there are many operations in which the trajectory of the processing tool with respect to the work object is important. In work where the trajectory of the processing tool with respect to the work object is important, if the operator uniformly assists the operation applied to the treatment tool in all directions, the trajectory of the processing tool with respect to the work object should be realized as intended. It becomes difficult. If not only the operation along the trajectory but also the operation deviating from the trajectory is assisted, the trajectory of the processing tool for the work object cannot be realized as intended. In the prior art, it is difficult to assist the work in which the trajectory of the processing tool is important.
For example, an operation for applying an adhesive along a peripheral edge is required for an automobile window glass. When working with the window glass fixed, the operator must make a round around the window glass. The window glass of an automobile is large, and the load on the worker becomes high if the rounding operation is repeated. Therefore, it is advantageous to apply an adhesive along the periphery while rotating the window glass. A tool required for processing (for example, a gun for discharging an adhesive) may be heavy. In this case, it is necessary to adjust the position and posture of the processing tool with an actuator.
As exemplified above, a technique for adjusting the position and posture of a processing tool with an actuator is required to perform a process of performing processing on a predetermined portion of a work object rotating in a work space. Yes. At this time, an industrial robot system in which the position and orientation of the processing tool are completely adjusted by an actuator is frequently used. However, in this system, the cost increases in the case of multi-product mixed production. If you can combine the superior capabilities of humans and the power of robots, it will be possible to produce excellent quality products with high productivity. There is a need for a system that enables human-machine collaboration.
That is, in order to assist the work of a person who performs processing on a predetermined part of the work object rotating in the work space, the actuator for adjusting the position and posture of the processing tool is controlled to follow the human operation. There is a need for a work assist technique that adjusts the position and orientation of the processing tool. This technique also requires a technique in which the trajectory of the processing tool with respect to the work target matches the intended trajectory well by adjusting the position and posture of the processing tool following a human operation.
The present invention solves the above problems. The present invention provides a technique for assisting work in which the trajectory of the processing tool with respect to the work object is important. In particular, the present invention provides a technique that brings about a result that the trajectory of the processing tool with respect to the work object obtained by controlling an actuator that adjusts the position and posture of the processing tool closely matches the trajectory intended by the operator.

本発明は、作業対象物の所定箇所に処理を施す人の作業を補助するために、人の操作に追従して、処理用具の位置と姿勢を調節する作業補助装置に具現化することができる。この装置は、人が処理用具に加えている操作力を検出する操作力検出手段と、操作力検出手段で検出した操作力を、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されている処理用具モデルに加えたときに、所定時間後に現れる処理用具の位置と姿勢を計算する運動計算手段と、所定時間後の処理用具の位置と姿勢を、運動計算手段で計算した位置と姿勢に調節するアクチュエータを備える。 The present invention can be embodied in a work assisting device that adjusts the position and posture of a processing tool following a human operation in order to assist a person who performs a process on a predetermined portion of a work target. . This apparatus has an operation force detection means for detecting an operation force applied to a processing tool by a person, and an operation force detected by the operation force detection means with a moving direction of a part having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool. A motion calculation means for calculating the position and orientation of the processing tool appearing after a predetermined time when added to the processing tool model regulated in a predetermined direction determined from the attitude of the processing tool, and the position of the processing tool after the predetermined time An actuator for adjusting the posture to the position and posture calculated by the motion calculation means is provided.

例えば塗料を塗布する塗布ローラを用いて作業する場合、塗布ローラの転動方向に力を加えると簡単に移動するのに対し、それに直交する方向に力を加えても容易には移動しない。すなわち、処理用具の移動方向が処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されている。
本発明の運動計算手段では、処理用具の移動方向が処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されている処理用具モデルを利用し、その処理用具に操作力を加えたときに生じる運動を計算し、所定時間後に現れる処理用具の位置と姿勢を計算する。
もっとも、処理用具は広がりを持っており、処理用具の移動方向が処理用具の姿勢から決まる部位には選択の余地がある。処理用具の外部に位置する仮想的な部位の移動方向が処理用具の姿勢から決まるとする処理用具モデルを利用してもよい。
処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が処理用具の姿勢から決まる方向に規制されている処理用具モデルを用いると、移動が許される方向には効率的に補助される一方、移動が許されない方向には補助されない結果が実現される。
処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が処理用具の姿勢から決まる方向に規制されている処理用具モデルを用い、移動が許される方向には効率的に補助される一方、移動が許されない方向には補助されない装置を実験してみると、作業者は自己の希望する作業対象物の所定軌跡に沿って、処理用具を移動させやすい結果が得られることが確認されている。
本発明の作業補助装置によると、作業者が希望する作業対象物上の軌跡に沿って、アクチュエータが処理用具を移動させる結果が得られやすい。 For example, when working with an application roller for applying paint, it moves easily when a force is applied in the rolling direction of the application roller, whereas it does not move easily even when a force is applied in a direction perpendicular thereto. That is, the moving direction of the processing tool is restricted to a predetermined direction determined from the posture of the processing tool.
The motion calculation means of the present invention uses a processing tool model in which the moving direction of the processing tool is regulated in a predetermined direction determined from the posture of the processing tool, and calculates the motion that occurs when operating force is applied to the processing tool. Then, the position and orientation of the processing tool appearing after a predetermined time are calculated.
However, the processing tools are wide, and there is room for selection in a region where the moving direction of the processing tools is determined from the posture of the processing tools. A processing tool model in which the moving direction of a virtual part located outside the processing tool is determined from the posture of the processing tool may be used.
While using a processing tool model in which the moving direction of a part having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool is regulated in a direction determined from the posture of the processing tool, the movement is allowed to be efficiently assisted in the direction allowed. Unassisted results are achieved in directions where movement is not permitted.
Using a processing tool model in which the moving direction of a part in a predetermined positional relationship with respect to the processing tool is regulated in a direction determined from the posture of the processing tool, the movement is efficiently assisted in the direction in which movement is allowed, while the movement Experiments with devices that are not assisted in directions that are not permitted, have confirmed that the operator can easily move the processing tool along a predetermined trajectory of the desired work target.
According to the work assistance device of the present invention, it is easy to obtain a result of the actuator moving the processing tool along a trajectory on the work target desired by the worker.

前記したように、処理用具は広がりを持っており、処理用具の移動方向が処理用具の姿勢から決まる部位には選択の余地がある。
一つのモデルでは、処理用具の処理部位の移動方向が、処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されているとする。
ここでいう処理部位とは、作業対象物に対して処理を施す処理用具内の部位を意味するものであり、例えば接着剤吐出ノズルの開口の位置をいう。
このモデルを用いると、作業者が処理用具を操作したときに、処理用具の処理部位が処理用具の姿勢から決まる方向にのみに移動する結果をもたらす作業補助が実行される。処理用具の処理部位を、目標とする軌跡に沿わせて移動させやすい。 As described above, the processing tool is widened, and there is room for selection in a region where the moving direction of the processing tool is determined from the posture of the processing tool.
In one model, it is assumed that the moving direction of the processing part of the processing tool is restricted to a predetermined direction determined from the posture of the processing tool.
The processing part here means a part in the processing tool for performing processing on the work object, for example, the position of the opening of the adhesive discharge nozzle.
When this model is used, when the operator operates the processing tool, work assistance is performed that results in the processing part of the processing tool moving only in a direction determined from the posture of the processing tool. It is easy to move the processing part of the processing tool along the target trajectory.

あるいは、処理用具の処理部位から所定方向に所定距離だけオフセットした部位の移動方向が、処理用具の姿勢から決まる方向に規制されているモデルを利用してもよい。
このことを比喩的に例示すると、方位が固定されている前輪と、方位が自在に回転する後輪を持つ台車の後輪位置に処理部位を備えている処理用具を用いて作業する場合に相当する。処理用具は、後輪位置に存在する処理部位から所定方向に所定距離だけオフセットした位置にある前輪の方向にしか移動できない。
このモデルを用いると、処理用具の姿勢の変化と、処理用具の処理部位の移動方向の変化の間に、位相差が生じる。その位相差によって、目標とする軌跡の曲率が大きく変化している場合でも、作業者は処理用具の処理部位を目標とする軌跡に沿わせて移動させやすい。 Alternatively, a model may be used in which the moving direction of a part offset by a predetermined distance in a predetermined direction from the processing part of the processing tool is regulated in a direction determined from the posture of the processing tool.
To illustrate this metaphorically, it corresponds to working with a processing tool having a processing part at the rear wheel position of a carriage having a front wheel with a fixed direction and a rear wheel whose direction rotates freely. To do. The processing tool can move only in the direction of the front wheel at a position offset by a predetermined distance in the predetermined direction from the processing site existing at the rear wheel position.
When this model is used, a phase difference is generated between the change in the posture of the processing tool and the change in the movement direction of the processing part of the processing tool. Even when the curvature of the target trajectory changes greatly due to the phase difference, the operator can easily move the processing part of the processing tool along the target trajectory.

あるいは、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が、処理用具の姿勢の変化よりも遅れて変化するモデルを利用してもよい。
このことを比喩的に例示すると、トレーラ型の処理用具を用いることに相当する。駆動力を持つ台車が方位を変えても、牽引される台車の方位はすぐには変わらない。牽引される台車の移動可能方向は、遅れて回転する。
このモデルを用いると、牽引される台車の側に処理部位が存在する処理用具を用いて作業しているときに得られる結果をもたらす作業補助が実行される。この場合にも、処理用具の姿勢の変化と、処理用具の処理部位の移動方向の変化の間に、位相差を生じさせることができる。その位相差によって、目標とする軌跡の曲率が大きく変化している場合でも、作業者は処理用具の処理部位を目標とする軌跡に沿わせて移動させやすい。 Alternatively, a model may be used in which the moving direction of a part that is in a predetermined positional relationship with respect to the processing tool changes after a change in the posture of the processing tool.
To illustrate this metaphorically, it corresponds to using a trailer type processing tool. Even if a cart with driving force changes its direction, the direction of the towed cart does not change immediately. The movable direction of the towed truck rotates with a delay.
When this model is used, work assistance is performed that produces results obtained when working with a processing tool having a processing site on the side of the trolley to be pulled. Also in this case, a phase difference can be generated between the change in the posture of the processing tool and the change in the movement direction of the processing part of the processing tool. Even when the curvature of the target trajectory changes greatly due to the phase difference, the operator can easily move the processing part of the processing tool along the target trajectory.

処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が、処理用具の姿勢の変化よりも遅れて変化するモデルを利用する場合、処理用具の姿勢の変化速度が大きいときほど、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向と処理用具の姿勢との角度差が大きくなることが好ましい。
このモデルを用いると、作業者は、処理用具の姿勢の変化と、処理用具の処理部位の移動方向の変化の間に生じる位相差を、処理用具に加えた操作によって調節することが可能となる。それにより、目標とする軌跡の曲率が大きく変化している場合でも、作業者は処理用具の処理部位を目標とする軌跡に沿わせて移動させやすい。 When using a model in which the moving direction of a part having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool changes later than the change in the posture of the processing tool, the higher the change rate of the posture of the processing tool, the more the processing tool On the other hand, it is preferable that the angle difference between the moving direction of the part in a predetermined positional relationship and the posture of the processing tool is large.
Using this model, the operator can adjust the phase difference generated between the change in the posture of the processing tool and the change in the movement direction of the processing part of the processing tool by an operation applied to the processing tool. . Thereby, even when the curvature of the target trajectory changes greatly, the operator can easily move the processing part of the processing tool along the target trajectory.

処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が、処理用具の姿勢の変化よりも遅れて変化するモデルを利用する場合、運動計算手段は、検出した操作力に、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向と処理用具の姿勢との角度差に所定の係数を乗じたトルクを加算して、処理用具の位置と姿勢を計算することが好ましい。
この作業補助装置では、作業者が処理用具に姿勢を変化させる操作を加えた時に、作業者は処理用具から姿勢変化に抗する反力を感じることができる。作業者は、処理用具から受ける反力によって、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向と処理用具の姿勢との角度差を知得することができる。目標とする軌跡の曲率が大きく変化している場合でも、作業者は処理用具の処理部位を目標とする軌跡に沿わせて移動させやすい。 When using a model in which the moving direction of a part that is in a predetermined positional relationship with respect to the processing tool changes using a model that changes later than the change in the posture of the processing tool, the motion calculation means uses the detected operating force to It is preferable to calculate the position and orientation of the processing tool by adding a torque obtained by multiplying the angle difference between the moving direction of the part having a predetermined positional relationship and the posture of the processing tool by a predetermined coefficient.
In this work assistance device, when an operator performs an operation to change the posture of the processing tool, the worker can feel a reaction force against the posture change from the processing tool. The operator can know the angular difference between the moving direction of the part having a predetermined positional relationship with the processing tool and the posture of the processing tool by the reaction force received from the processing tool. Even when the curvature of the target trajectory changes greatly, the operator can easily move the processing part of the processing tool along the target trajectory.

前記トルクを計算する所定の係数は、前記角度差が大きいときほど、小さく設定することが好ましい。
例えば目標とする軌跡の曲率が大きい場合、作業者は処理用具の姿勢を大きく変化させる必要がある。処理用具の姿勢を大きく変化させている状態では、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向と処理用具の姿勢との角度差は大きくなる。この場合、前記した角度差に乗ずる係数を小さく設定することによって、作業者に過剰な反力を与えてしまうことを防止することができる。一方、例えば目標とする軌跡が直線である場合、作業者は処理用具の姿勢を一定に維持するために、処理用具の姿勢を細かに操作する必要がある。処理用具の姿勢を細かに操作している状態では、前記した角度差は極めて小さくなる。この場合、トルクを計算する係数を大きく設定することによって、作業者が知得できる大きさの反力を作業者に与えることができる。
この作業補助装置によると、目標とする軌跡の曲率に応じて作業者に適度な反力が与えられる。目標とする軌跡の曲率が大きく変化している場合でも、作業者は処理用具の処理部位を目標とする軌跡に沿わせて移動させやすい。 The predetermined coefficient for calculating the torque is preferably set to be smaller as the angular difference is larger.
For example, when the curvature of the target trajectory is large, the operator needs to greatly change the posture of the processing tool. In a state where the posture of the processing tool is greatly changed, the angle difference between the moving direction of the part having a predetermined positional relationship with the processing tool and the posture of the processing tool becomes large. In this case, it is possible to prevent an excessive reaction force from being applied to the operator by setting a coefficient to be multiplied by the angle difference described above. On the other hand, for example, when the target locus is a straight line, the operator needs to finely manipulate the posture of the processing tool in order to keep the posture of the processing tool constant. In the state where the posture of the processing tool is finely manipulated, the above-described angle difference becomes extremely small. In this case, by setting a large coefficient for calculating the torque, a reaction force having a magnitude that can be obtained by the worker can be given to the worker.
According to this work assistance device, an appropriate reaction force is given to the worker according to the curvature of the target trajectory. Even when the curvature of the target trajectory changes greatly, the operator can easily move the processing part of the processing tool along the target trajectory.

運動計算手段は、検出した操作力に、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向に沿う所定の力を加算して、処理用具の位置と姿勢を計算することが好ましい。
この作業補助装置では、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向に向けて、処理用具が能動的に移動する。作業者は、処理用具の姿勢を調節することに専念することもでき、処理用具の処理部位を目標とする軌跡に沿わせて移動させやすい。 Preferably, the motion calculation means calculates the position and orientation of the processing tool by adding a predetermined force along the moving direction of the portion having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool to the detected operating force.
In this work assisting device, the processing tool actively moves in the moving direction of the part having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool. The operator can concentrate on adjusting the posture of the processing tool, and can easily move the processing portion of the processing tool along a target trajectory.

本発明の技術は、作業空間内で作業対象物の位置と姿勢が経時的に変化している場合に特に有用である。この場合には、作業空間に固定された座標系で作業対象物の位置と姿勢の経時的変化を検出する手段を付加し、運動計算手段が、作業対象物に固定された座標系で計算した処理用具の位置と姿勢に、前記の検出手段で検出した作業対象物の位置と姿勢を加味して、作業空間に固定された座標系における処理用具の位置と姿勢を計算することが好ましい。 The technique of the present invention is particularly useful when the position and posture of the work object change over time in the work space. In this case, a means for detecting the temporal change in the position and orientation of the work object is added in the coordinate system fixed in the work space, and the motion calculation means is calculated in the coordinate system fixed in the work object. It is preferable to calculate the position and orientation of the processing tool in the coordinate system fixed in the work space by adding the position and orientation of the work object detected by the detection means to the position and orientation of the processing tool.

特に作業空間内で回転している作業対象物の所定箇所に処理を施す人の作業を補助する場合に有用である。このための補助装置は、人が処理用具に加えている操作力を作業空間に固定された座標系で検出する操作力検出手段と、検出された操作力を作業対象物に固定された座標系に変換する手段と、作業対象物に固定された座標系に変換された操作力を、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されている処理用具モデルに加えたときに、所定時間後に現れる処理用具の位置と姿勢を作業対象物に固定された座標系で計算する第１運動計算手段と、第１運動計算手段で計算された処理用具の位置と姿勢に、作業空間に固定された座標系において前記所定時間内に生じる処理用具の位置と姿勢の変化を加え、所定時間後に現れる処理用具の位置と姿勢を作業空間に固定された座標系で計算する第２運動計算手段と、所定時間後の処理用具の位置と姿勢を、第２運動計算手段で計算した位置と姿勢に調節するアクチュエータを備えている。
この補助装置によると、作業空間内で回転している作業対象物の所定軌跡に沿って処理用具を移動させる補助結果が得られやすく、作業者が動き回る負担が軽減される。 This is particularly useful when assisting a person who performs a process on a predetermined portion of a work object rotating in the work space. An auxiliary device for this purpose includes an operation force detecting means for detecting an operation force applied by a person to the processing tool in a coordinate system fixed in the work space, and a coordinate system in which the detected operation force is fixed to the work object. And the operation force converted into the coordinate system fixed to the work object is regulated to a predetermined direction in which the moving direction of the part having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool is determined from the posture of the processing tool. A first motion calculation means for calculating the position and orientation of the processing tool appearing after a predetermined time in a coordinate system fixed to the work object when it is added to the processing tool model, and the first motion calculation means. The position and orientation of the processing tool appearing after the predetermined time in the coordinate system fixed in the work space is added to the position and orientation of the processing tool, and the position and posture of the processing tool appearing after the predetermined time are fixed in the work space. Calculated in the specified coordinate system That a second motion calculation unit, the position and attitude of a predetermined time after the treatment instrument includes an actuator for adjusting the position and orientation calculated by the second motion calculation means.
According to this auxiliary device, it is easy to obtain an auxiliary result of moving the processing tool along a predetermined trajectory of the work object rotating in the work space, and the burden of moving the worker around is reduced.

本発明の技術は、作業対象物の所定箇所に処理を施す人の作業を補助するために、人の操作に追従して、処理用具の位置と姿勢を調節する方法にも具現化される。この方法は、人が処理用具に加えている操作力を検出する操作力検出工程と、操作力検出工程で検出した操作力を、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されている処理用具モデルに加えたときに、所定時間後に現れる処理用具の位置と姿勢を計算する運動計算工程と、処理用具の位置と姿勢を変化させるアクチュエータを制御し、所定時間後の処理用具の位置と姿勢を、運動計算工程で計算した位置と姿勢に調節する工程とを備えている。
この方法によると、作業者は、処理用具を目標とする軌跡に沿わせて移動させやすい。処理用具が目標とする軌跡に沿って移動する補助結果が実現されやすい。 The technique of the present invention is also embodied in a method of adjusting the position and posture of a processing tool following a human operation in order to assist a person who performs a process on a predetermined portion of a work target. In this method, an operation force detection step for detecting an operation force applied to a processing tool by a person, and an operation force detected in the operation force detection step, the moving direction of a part having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool is determined. A motion calculation step for calculating the position and posture of the processing tool that appears after a predetermined time when added to the processing tool model that is regulated in a predetermined direction determined from the posture of the processing tool, and changing the position and posture of the processing tool And a step of controlling the actuator to adjust the position and posture of the processing tool after a predetermined time to the position and posture calculated in the motion calculation step.
According to this method, the operator can easily move the processing tool along a target locus. An auxiliary result in which the processing tool moves along the target trajectory is easily realized.

本発明により、作業対象物の所定箇所に処理を施す人の作業を補助するための有用な技術が提供される。 The present invention provides a useful technique for assisting a person who performs a process on a predetermined portion of a work object.

最初に、以下に説明する実施例の主要な形態を列記する。
（形態１）作業補助装置は、処理用具の位置と姿勢を変化させるロボットアームと、ロボットアームの動作を制御するコントローラを備えている。コントローラは、処理用具の位置と姿勢を検出しながら、処理用具の位置と姿勢をフィードバック制御する。
（形態２）作業補助装置は、作業対象物を回転させながら支持するターンテーブルを備えている。ターンテーブルは、作業対象物の回転角を検出するセンサを備えている。
（形態３）作業補助装置は、電子計算機を備えている。その電子計算機は、各種の計算処理を実行するＣＰＵと、ＣＰＵが利用するプログラムやデータを記憶しているＲＯＭやＲＡＭを備えている。 First, main forms of the embodiments described below are listed.
(Mode 1) The work assisting device includes a robot arm that changes the position and posture of the processing tool, and a controller that controls the operation of the robot arm. The controller feedback-controls the position and orientation of the processing tool while detecting the position and orientation of the processing tool.
(Form 2) The work assistance device includes a turntable that supports the work object while rotating it. The turntable includes a sensor that detects the rotation angle of the work object.
(Mode 3) The work assistance device includes an electronic computer. The electronic computer includes a CPU that executes various calculation processes, and a ROM and a RAM that store programs and data used by the CPU.

（実施例１）
本発明を具体化した実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例で説明する作業補助装置を示している。作業補助装置は、自動車のフロントガラスＷの所定箇所（周縁に沿った位置）に接着剤を塗布する作業者の作業を補助するために、作業者の操作に追従して、処理用具（塗布ガン１０）の位置や姿勢をロボットアーム２０によって調節する。
なお本実施例では、本実施例の特徴を明確に説明するために、フロントガラスＷはフラットな平面ガラスであるとし、作業者は塗布ガン１０の位置と姿勢を平面内で調節するものとする。
図１に示すように、ターンテーブル５０によって、フロントガラスＷは角速度ωで回転している。作業者は、回転しているフロントガラスＷの周縁に塗布ガン１０を用いて接着剤を塗布する作業を行う。塗布ガン１０は、吐出口１０ａから接着剤を吐出する。吐出口１０ａは、作業対象物に接着剤の塗布処理を施す処理部位である。作業者には、塗布ラインＨに沿って規定量（単位長さ当たりの塗布量）の接着剤を塗布することが求められている。塗布ラインＨは、フロントガラスＷの周縁に沿う位置に設定されている。 Example 1
Embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a work auxiliary device described in the present embodiment. The work assisting device follows the operator's operation to assist the worker's work to apply the adhesive to a predetermined location (position along the periphery) of the windshield W of the automobile. The position and posture of 10) are adjusted by the robot arm 20.
In this embodiment, in order to clearly describe the features of the present embodiment, the windshield W is a flat flat glass, and the operator adjusts the position and posture of the coating gun 10 in the plane. .
As shown in FIG. 1, the windshield W is rotated at an angular velocity ω by the turntable 50. An operator performs the operation | work which apply | coats an adhesive agent to the periphery of the windshield W which is rotating using the application | coating gun 10. FIG. The application gun 10 discharges the adhesive from the discharge port 10a. The discharge port 10a is a processing portion that applies an adhesive application process to a work object. The operator is required to apply a predetermined amount (application amount per unit length) of adhesive along the application line H. The coating line H is set at a position along the periphery of the windshield W.

図１に示すように、作業者の作業空間には、作業者の作業空間に固定されたｘｙ固定座標系が定められている。この固定座標系は、原点がフロントガラスＷの回転軸Ｃ上に位置しており、回転軸Ｃに対して垂直に広がっている。また固定座標系とは別に、フロントガラスＷに固定したｘ_ｊｙ_ｊ移動座標系が定められている。この移動座標系は、原点がフロントガラスＷの回転軸Ｃ上に位置しており、回転軸Ｃに対して垂直に広がっている。固定座標系に対して移動座標系は、フロントガラスＷの回転運動に伴って角速度ωで回転している。以下では、固定座標系に対する移動座標系の回転角をαとする。
塗布ガン１０では、塗布ガン１０の向き（姿勢）に対して、塗布ガン１０の操作方向が定められている。図２に示すように、塗布ラインＨに接着剤を正しく塗布するためには、塗布ガン１０の向き（姿勢方向）Ｎを塗布ラインＨの接線方向に合わせながら、塗布ガン１０を移動させる必要がある。図中の矢印Ｒは、塗布ラインＨに対する塗布ガン１０の移動方向を示している。塗布ラインＨの接線方向に対して塗布ガン１０の姿勢Ｎが変動すると、接着剤の塗布量が変化してしまう。作業者は、回転している塗布ラインＨに追従して、塗布ガン１０の位置と姿勢を調節する必要がある。塗布ラインＨが静止している場合、塗布ガン１０の姿勢方向と塗布ガン１０が移動すべき方向は一致するが、塗布ラインＨが運動している場合は、塗布ガン１０の姿勢方向と塗布ガン１０が移動すべき方向は必ずしも一致しない。塗布ガン１０の位置と姿勢の経時変化は複雑なものとなる。 As shown in FIG. 1, an xy fixed coordinate system fixed in the worker's workspace is defined in the worker's workspace. In this fixed coordinate system, the origin is located on the rotation axis C of the windshield W and extends perpendicularly to the rotation axis C. In addition to the fixed coordinate system, an x _j y _j movement coordinate system fixed to the windshield W is defined. In this moving coordinate system, the origin is located on the rotation axis C of the windshield W and extends perpendicularly to the rotation axis C. With respect to the fixed coordinate system, the moving coordinate system rotates at an angular velocity ω as the windshield W rotates. In the following, the rotation angle of the moving coordinate system with respect to the fixed coordinate system is α.
In the application gun 10, the operation direction of the application gun 10 is determined with respect to the direction (posture) of the application gun 10. As shown in FIG. 2, in order to correctly apply the adhesive to the application line H, it is necessary to move the application gun 10 while adjusting the direction (posture direction) N of the application gun 10 to the tangential direction of the application line H. is there. An arrow R in the figure indicates the moving direction of the coating gun 10 with respect to the coating line H. When the posture N of the application gun 10 varies with respect to the tangential direction of the application line H, the amount of adhesive applied changes. The operator needs to adjust the position and posture of the coating gun 10 following the rotating coating line H. When the application line H is stationary, the orientation direction of the application gun 10 matches the direction in which the application gun 10 should move, but when the application line H is moving, the orientation direction of the application gun 10 and the application gun The direction in which 10 should move does not necessarily match. Changes in the position and posture of the application gun 10 with time are complicated.

図１に示すように、作業補助装置は、作業者が塗布ガン１０に加えている操作力を検出する力覚センサ６と、塗布ガン１０の位置と姿勢を変化させるロボットアーム（アクチュエータ）２０と、ロボットアーム２０の動作を制御するコントローラ３０と、電子計算機４０と、フロントガラスＷを支持して回転させるターンテーブル５０を備えている。ターンテーブル５０には、フロントガラスＷの回転角を検出するためのエンコーダ５４が設けられている。
塗布ガン１０は、力覚センサ６を介してロボットアーム２０の先端部に取り付けられている。力覚センサ６やエンコーダ５４は、電子計算機４０に接続されている。電子計算機４０は、コントローラ３０に接続されている。 As shown in FIG. 1, the work assistance device includes a force sensor 6 that detects an operation force applied to the application gun 10 by a worker, and a robot arm (actuator) 20 that changes the position and posture of the application gun 10. A controller 30 that controls the operation of the robot arm 20, a computer 40, and a turntable 50 that supports and rotates the windshield W are provided. The turntable 50 is provided with an encoder 54 for detecting the rotation angle of the windshield W.
The application gun 10 is attached to the tip of the robot arm 20 via the force sensor 6. The force sensor 6 and the encoder 54 are connected to the electronic computer 40. The electronic computer 40 is connected to the controller 30.

力覚センサ６は、作業者が塗布ガン１０に加えている操作力を検出するためのセンサである。力覚センサ６は、作業者が塗布ガン１０に加えている操作力をｘｙ固定座標系で検出する。図３に示すように、力覚センサ６は、固定座標系における操作力のなかで、少なくともｘ軸方向の操作力ｆ_ｘと、ｙ軸方向の操作力ｆ_ｙと、ｘｙ平面内の回転方向の操作力ｆ_θの３方向の操作力を検出することができる。
力覚センサ６では、塗布ガン１０を脱着できるように構成されており、他の各種の処理用具を装着可能に構成されている。力覚センサ６は、塗布ガン１０に限らず、作業者が各種の処理用具に加えている操作力を検出することもできる。力覚センサ６の出力信号は電子計算機４０に入力される。
ロボットアーム２０は、複数のリンクが複数の関節を介して連結されている多関節ロボットアームである。ロボットアーム２０は、複数の関節の各関節角を回転させるアクチュエータ群（図示せず）を備えている。ロボットアーム２０は６軸の自由度を持つロボットアームである。ロボットアーム２０は、塗布ガン１０の位置と姿勢を自由に変化させることができる。
なお、塗布ガン１０の位置は、図３に示す基準点Ｐ_０の位置（ｘ_ｍ，ｙ_ｍ）によって記述する。また塗布ガン１０の姿勢は、塗布ガン１０の姿勢方向Ｎとｙ軸方向とがなす回転角θ（以下、この回転角θを姿勢角θということがある）よって記述する。塗布ガン１０の位置と姿勢（以下、位置姿勢ということがある）は、位置姿勢行列ｑ＝［ｘ_ｍ，ｙ_ｍ，θ］^Ｔによって記述することができる。行列の右肩に付す記号Ｔは、転置行列を示すものであり、位置姿勢行列ｑは３行１列の行列（列ベクトル）である。なお、吐出口１０ａは、基準点Ｐ_０から塗布ガン１０の姿勢方向Ｎに沿って距離Ｌ１だけ離れている。 The force sensor 6 is a sensor for detecting an operation force applied to the application gun 10 by an operator. The force sensor 6 detects an operation force applied to the application gun 10 by an operator using an xy fixed coordinate system. As shown in FIG. 3, the force sensor 6, among the operating force in the fixed coordinate system, and at least x-axis direction of the operation force f _x, the operating force f _y in the y-axis direction, the rotation direction in the xy plane it is possible to detect the three directions of the operation force of the operation force f _theta.
The force sensor 6 is configured so that the application gun 10 can be attached and detached, and is configured so that other various processing tools can be attached. The force sensor 6 can detect not only the application gun 10 but also the operation force applied by the operator to various processing tools. The output signal of the force sensor 6 is input to the electronic computer 40.
The robot arm 20 is an articulated robot arm in which a plurality of links are connected via a plurality of joints. The robot arm 20 includes an actuator group (not shown) that rotates the joint angles of a plurality of joints. The robot arm 20 is a robot arm having six degrees of freedom. The robot arm 20 can freely change the position and posture of the application gun 10.
The position of the application gun 10 is described by the position (x _m , y _m ) of the reference point P ₀ shown in FIG. The posture of the application gun 10 is described by a rotation angle θ formed by the posture direction N of the application gun 10 and the y-axis direction (hereinafter, this rotation angle θ may be referred to as a posture angle θ). The position and orientation of the application gun 10 (hereinafter, also referred to as “position and orientation”) can be described by a position and orientation matrix q = [x _m , y _m , θ] ^T. A symbol T attached to the right shoulder of the matrix indicates a transposed matrix, and the position / orientation matrix q is a matrix of 3 rows and 1 column (column vector). Incidentally, the discharge port 10a are separated by a distance L1 from the reference point _{P 0} along the orientation direction N of the coating gun 10.

コントローラ３０は、ロボットアーム２０の動作を制御する。コントローラ３０には、電子計算機４０から塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢の目標値を入力される。また、ロボットアーム２０の各アクチュエータにはエンコーダが取り付けられており、コントローラ３０はエンコーダ群の出力信号から塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢の実際値を把握している。コントローラ３０は、塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢の目標値と実際値を比較しながら、ロボットアーム２０の動作をフィードバック制御する。コントローラ３０が検出した塗布ガン１０の位置姿勢の実際値は、電子計算機４０にも入力される。ロボットアーム２０およびコントローラ３０には、市販のロボットアームシステムを採用することができる。
ターンテーブル５０は、フロントガラスＷを支持する支持軸５２を備えている。支持軸５２は回転することができ、支持しているフロントガラスＷを回転させる。支持軸５２の回転速度は調節可能となっている。本実施例では、一定の角速度ωで回転駆動するように調節されている。またターンテーブル５０は、支持軸５２の回転角を検出するエンコーダ５４を備えている。エンコーダ５４の出力信号は、電子計算機４０に入力される。 The controller 30 controls the operation of the robot arm 20. The target value of the position and orientation in the fixed coordinate system of the application gun 10 is input from the electronic computer 40 to the controller 30. In addition, an encoder is attached to each actuator of the robot arm 20, and the controller 30 grasps the actual value of the position and orientation of the coating gun 10 in the fixed coordinate system from the output signal of the encoder group. The controller 30 feedback-controls the operation of the robot arm 20 while comparing the target value and actual value of the position and orientation of the coating gun 10 in the fixed coordinate system. The actual value of the position and orientation of the application gun 10 detected by the controller 30 is also input to the electronic computer 40. A commercially available robot arm system can be adopted as the robot arm 20 and the controller 30.
The turntable 50 includes a support shaft 52 that supports the windshield W. The support shaft 52 can rotate and rotates the supporting windshield W. The rotation speed of the support shaft 52 can be adjusted. In this embodiment, the rotation is adjusted to be driven at a constant angular velocity ω. The turntable 50 includes an encoder 54 that detects the rotation angle of the support shaft 52. The output signal of the encoder 54 is input to the electronic computer 40.

電子計算機４０は、力覚センサ６の出力信号や、塗布ガン１０の位置姿勢に関するコントローラ３０の出力信号や、ターンテーブル５０のエンコーダ５４の出力信号に基づいて、塗布ガン１０にとらせる位置姿勢を計算する。詳しくは、塗布ガン１０の位置姿勢の目標値を所定時間Δｔ毎に計算する。電子計算機４０は、記憶部であるＲＯＭ、ＲＡＭや、演算部であるＣＰＵや、入出力ポート等を備えている。
図４に、電子計算機４０が実行する処理の流れを示すフローチャートを示す。電子計算機４０は、図４に示す処理フローを、所定時間Δｔ毎に繰り返し実行する。図４に示すフローに沿って、作業支援装置の動作の流れを説明する。電子計算機４０は、以下に説明する処理を実行するためのプログラムやデータを、ＲＯＭやＲＡＭに記憶している。 The electronic computer 40 determines the position and orientation to be applied to the application gun 10 based on the output signal of the force sensor 6, the output signal of the controller 30 related to the position and orientation of the application gun 10, and the output signal of the encoder 54 of the turntable 50. calculate. Specifically, the target value of the position and orientation of the application gun 10 is calculated every predetermined time Δt. The electronic computer 40 includes a ROM and RAM that are storage units, a CPU that is a calculation unit, an input / output port, and the like.
FIG. 4 shows a flowchart showing the flow of processing executed by the electronic computer 40. The electronic computer 40 repeatedly executes the processing flow shown in FIG. 4 every predetermined time Δt. The operation flow of the work support apparatus will be described along the flow shown in FIG. The electronic computer 40 stores programs and data for executing processing described below in a ROM and a RAM.

図４のステップＳ２では、固定座標系におけるフロントガラスＷの回転角α（ｔ）と角速度ω（ｔ）を検出する。電子計算機４０は、ターンテーブル５０のエンコーダ５４の出力信号に基づいて、フロントガラスＷの回転角α（ｔ）や角速度ω（ｔ）を検出することができる。固定座標系におけるフロントガラスＷの回転角α（ｔ）と角速度ω（ｔ）は、固定座標系に対する移動座標系の回転角α（ｔ）と角速度ω（ｔ）に等しい。
ステップＳ４では、力覚センサ６の出力値から、固定座標系における操作力ｆ（ｔ）＝［ｆ_ｘ，ｆ_ｙ，ｆ_θ］^Ｔを検出する。
ステップＳ６では、移動座標系における操作力ｆ_ｊ（ｔ）＝［ｆ_ｘｊ（ｔ），ｆ_ｙｊ（ｔ），ｆ_θｊ（ｔ）］^Ｔに変換する。移動座標系における操作力ｆ_ｊと、固定座標系における操作力ｆとの間には、次式の関係が成立する。
ｆ_ｘｊ＝（ｃｏｓα）・ｆ_ｘ＋（ｓｉｎα）・ｆ_ｙ
ｆ_ｙｊ＝（−ｓｉｎα）・ｆ_ｘ＋（ｃｏｓα）・ｆ_ｙ
ｆ_θｊ＝ｆ_θ
電子計算機４０は、ステップＳ２で検出したフロントガラスＷの回転角α（ｔ）と、ステップＳ４で検出した固定座標系における操作力ｆ（ｔ）から、上記の関係を用いて移動座標系における操作力ｆ_ｊ（ｔ）に変換する。 In step S2 of FIG. 4, the rotation angle α (t) and the angular velocity ω (t) of the windshield W in the fixed coordinate system are detected. The electronic computer 40 can detect the rotation angle α (t) and the angular velocity ω (t) of the windshield W based on the output signal of the encoder 54 of the turntable 50. The rotation angle α (t) and the angular velocity ω (t) of the windshield W in the fixed coordinate system are equal to the rotation angle α (t) and the angular velocity ω (t) of the moving coordinate system with respect to the fixed coordinate system.
In step S4, the output value of the force sensor 6, operating in the fixed coordinate system force _{f (t) = [f x} , f y, f θ] for detecting a ^T.
In step S6, the operation force f _j (t) = [f _xj (t), f _yj (t), f _θj (t)] ^T in the moving coordinate system is converted. The relationship of the following equation is established between the operating force f _j in the moving coordinate system and the operating force f in the fixed coordinate system.
f _xj = (cos α) · f _x + (sin α) · f _y
f _yj = (− sin α) · f _x + (cos α) · f _y
f _θj = f _θ
The electronic calculator 40 operates in the moving coordinate system using the above relationship from the rotation angle α (t) of the windshield W detected in step S2 and the operating force f (t) in the fixed coordinate system detected in step S4. Convert to force f _j (t).

ステップＳ８では、塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢ｑ（ｔ）＝［ｘ_ｍ（ｔ），ｙ_ｍ（ｔ），θ（ｔ）］^Ｔと、その速度ｄｑ（ｔ）／ｄｔ＝［ｄｘ_ｍ（ｔ）／ｄｔ，ｄｙ_ｍ（ｔ）／ｄｔ，ｄθ（ｔ）／ｄｔ］^Ｔを検出する。電子計算機４０は、固定座標系における塗布ガン１０の位置姿勢ｑ（ｔ）を、コントローラ３０から入力する。また電子計算機４０は、例えば今回の動作サイクルで検出した塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢ｑ（ｔ）と、前回の動作サイクルで検出した塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢ｑ（ｔ−Δｔ）から、塗布ガン１０の固定座標系における速度ｄｑ（ｔ）／ｄｔを検出することができる。
ステップＳ１０では、塗布ガン１０の移動座標系における位置姿勢ｑ_ｊ（ｔ）＝［ｘ_ｍｊ（ｔ），ｙ_ｍｊ（ｔ），θ_ｊ（ｔ）］^Ｔと、その速度ｄｑ_ｊ（ｔ）／ｄｔ＝［ｄｘ_ｍｊ（ｔ）／ｄｔ，ｄｙ_ｍｊ（ｔ）／ｄｔ，ｄθ_ｊ（ｔ）／ｄｔ］^Ｔを算出する。
塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢ｑと、移動座標系における位置姿勢ｑ_ｊの間には、下記の（２）式の関係が成立する。塗布ガン１０の固定座標系における速度ｄｑ／ｄｔと、移動座標系における速度ｄｑ_ｊ／ｄｔの間には、下記の（３）式の関係が成立する。塗布ガン１０の固定座標系における加速度ｄ^２ｑ／ｄｔ^２と、移動座標系における加速度ｄ^２ｑ_ｊ／ｄｔ^２の間には、下記の（４）式の関係が成立する。（２）〜（４）式中のＴを（５）式に示す。 In step S8, the position and orientation q (t) = [x _m (t), y _m (t), θ (t)] ^T in the fixed coordinate system of the coating gun 10 and its velocity dq (t) / dt = [ dx _m (t) / dt, dy _m (t) / dt, dθ (t) / dt] ^T is detected. The electronic computer 40 inputs the position and orientation q (t) of the coating gun 10 in the fixed coordinate system from the controller 30. The computer 40 also detects, for example, the position and orientation q (t) of the application gun 10 in the fixed coordinate system detected in the current operation cycle and the position and orientation q (t) of the application gun 10 in the fixed coordinate system detected in the previous operation cycle. −Δt), the velocity dq (t) / dt of the coating gun 10 in the fixed coordinate system can be detected.
In step S10, the position and orientation q _j (t) = [x _mj (t), y _mj (t), θ _j (t)] ^T in the moving coordinate system of the coating gun 10 and its velocity dq _j (t) / dt = [dx _mj (t) / dt, dy _mj (t) / dt, dθ _j (t) / dt] ^T is calculated.
The relationship of the following equation (2) is established between the position and orientation q of the coating gun 10 in the fixed coordinate system and the position and orientation q _j in the moving coordinate system. The relationship of the following equation (3) is established between the speed dq / dt of the coating gun 10 in the fixed coordinate system and the speed dq _j / dt in the moving coordinate system. Between the acceleration d ² q / dt ² in the fixed coordinate system of the coating gun 10 and the acceleration d ² q _j / dt ² in the moving coordinate system, the relationship of the following expression (4) is established. T in formulas (2) to (4) is shown in formula (5).

電子計算機４０は、ステップＳ２で検出したフロントガラスＷの回転角α（ｔ）と角速度ω（ｔ）と、ステップＳ８で検出した塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢ｑ（ｔ）と速度ｄｑ（ｔ）／ｄｔから、上式を用いて塗布ガン１０の移動座標系における位置姿勢ｑ_ｊ（ｔ）とその速度ｄｑ_ｊ（ｔ）／ｄｔを算出する。
以上のステップによって、塗布ガン１０に加えられている操作力と、塗布ガン１０の位置姿勢と、塗布ガン１０の速度を、移動座標系で把握することができる。 The electronic computer 40 detects the rotation angle α (t) and angular velocity ω (t) of the windshield W detected in step S2, and the position / orientation q (t) and velocity dq of the coating gun 10 in the fixed coordinate system detected in step S8. From (t) / dt, the position and orientation q _j (t) in the movement coordinate system of the coating gun 10 and its velocity dq _j (t) / dt are calculated from the above equation.
Through the above steps, the operating force applied to the application gun 10, the position and orientation of the application gun 10, and the speed of the application gun 10 can be grasped in the moving coordinate system.

ステップＳ１２では、塗布ガン１０の移動座標系における運動に対して、車輪型の運動拘束条件を設定する。図５を参照して、車輪型の運動拘束条件について説明する。図５は、仮想的な車輪軸１２が設けられている塗布ガン１０を模式的に示している。車輪軸１２は、吐出口１０ａの位置Ｐ_１に設けられている。車輪軸１２の進行方向は、塗布ガン１０の姿勢方向Ｎを向いている。この車輪軸１２付きの塗布ガン１０では、車輪軸１２によって、吐出口１０ａが塗布ガン１０の法線方向Ｓへ横滑りすることが禁止される。この車輪軸１２付きの塗布ガン１０では、吐出口１０ａの移動方向が塗布ガン１０の姿勢方向Ｎと一致することとなり、塗布ガン１０を正しい操作方向に操作することが容易となる。このステップでは、作業者が操作する塗布ガン１０の運動に、この車輪軸１２が設けられた塗布ガン１０の運動を再現するための運動拘束条件を設定する。
塗布ガン１０の速度ｄｑ_ｊ／ｄｔに対して、吐出口１０ａにおける法線方向Ｓの速度は［ｃｏｓθ_ｊ，ｓｉｎθ_ｊ，−Ｌ１］・ｄｑ_ｊ／ｄｔと表される。ここで、Ｌ１は、塗布ガン１０の基準点Ｐ_０と吐出口１０ａの距離である。作業者が操作する塗布ガン１０の運動に車輪型の運動拘束を与えるためには、吐出口１０ａにおける法線方向Ｓの速度がゼロとなればよいので、車輪型の運動拘束条件は下記の（６）式で記述することができる。

In step S12, a wheel-type motion constraint condition is set for the motion of the coating gun 10 in the movement coordinate system. With reference to FIG. 5, the wheel-type motion constraint condition will be described. FIG. 5 schematically shows the application gun 10 provided with a virtual wheel shaft 12. Wheel shaft 12 is provided at a position _{P 1} of the discharge port 10a. The traveling direction of the wheel shaft 12 faces the posture direction N of the coating gun 10. In the application gun 10 with the wheel shaft 12, the wheel shaft 12 prohibits the discharge port 10 a from sliding sideways in the normal direction S of the application gun 10. In the application gun 10 with the wheel shaft 12, the movement direction of the discharge port 10a coincides with the posture direction N of the application gun 10, and it becomes easy to operate the application gun 10 in the correct operation direction. In this step, a movement constraint condition for reproducing the movement of the coating gun 10 provided with the wheel shaft 12 is set in the movement of the coating gun 10 operated by the operator.
The velocity in the normal direction S at the discharge port 10a is expressed as [cos θ _j , sin θ _j , −L1] · dq _j / dt with respect to the velocity dq _j / dt of the coating gun 10. Here, L1 is the distance of the discharge ports 10a and the reference point _{P 0} of the coating gun 10. In order to give a wheel-type motion constraint to the motion of the coating gun 10 operated by the operator, the speed in the normal direction S at the discharge port 10a only needs to be zero. 6) It can be described by the equation.

図４のステップＳ１４では、ステップＳ６で算出した移動座標系における操作力ｆ_ｊ（ｔ）に基づいて、塗布ガン１０の移動座標系における加速度ｄ^２ｑ_ｊ／ｄｔ^２の目標値を計算する。塗布ガン１０の移動座標系における加速度ｄ^２ｑ_ｊ／ｄｔ^２の目標値は、次式を用いて計算することができる。

ここで、Ｍは塗布ガン１０の加速度に対する比例マトリクスであり、塗布ガン１０に再現する質量および慣性モーメントを記述している。Ｄは塗布ガン１０の速度に対する比例マトリクスであり、塗布ガン１０に再現する粘性係数を記述している。上記の（７）式に、ステップＳ１２で設定した運動拘束条件を記述する（６）式を加味することによって、作業者が塗布ガン１０に加えている操作力ｆ_ｊを、図５に示した車輪軸１２付きの塗布ガン１０に加えた時に生じる運動を計算することができる。以下に計算手順の一例を示す。 In step S14 of FIG. 4, the target value of acceleration d ² q _j / dt ² in the movement coordinate system of the coating gun 10 is calculated based on the operating force f _j (t) in the movement coordinate system calculated in step S6. The target value of the acceleration d ² q _j / dt ² in the movement coordinate system of the coating gun 10 can be calculated using the following equation.

Here, M is a proportional matrix with respect to the acceleration of the application gun 10, and describes the mass and moment of inertia reproduced in the application gun 10. D is a proportional matrix with respect to the speed of the application gun 10, and describes the viscosity coefficient reproduced in the application gun 10. FIG. 5 shows the operating force f _j applied to the application gun 10 by the operator by adding the expression (6) describing the motion constraint condition set in step S12 to the expression (7). The motion that occurs when applied to the application gun 10 with the wheel shaft 12 can be calculated. An example of the calculation procedure is shown below.

（６）式の運動拘束条件から、下記の（８ａ）,（８ｂ）式を定めることができる。

上記の（８）式を用いて、（７）式を下記の（９）式に変形することができる。

ただし、

である。
以上から、塗布ガン１０の加速度ｄ^２ｑ_ｊ／ｄｔ^２は、下記の（１１）式によって計算することができる。

上記の（１１）式の右辺に、ステップＳ６で算出した移動座標系における操作力ｆ_ｊ（ｔ）や、ステップＳ１０で算出した塗布ガン１０の位置姿勢ｑ_ｊ（ｔ）と速度ｄｑ_ｊ（ｔ）／ｄｔを代入することによって、塗布ガン１０の移動座標系における加速度の目標値ｄ^２ｑ_ｊ／ｄｔ^２を計算することができる。 The following formulas (8a) and (8b) can be determined from the motion constraint condition of formula (6).

Using the above equation (8), the equation (7) can be transformed into the following equation (9).

However,

It is.
From the above, the acceleration d ² q _j / dt ² of the application gun 10 can be calculated by the following equation (11).

On the right side of the above equation (11), the operating force f _j (t) in the moving coordinate system calculated in step S6, the position and orientation q _j (t) of the coating gun 10 calculated in step S10, and the speed dq _j (t ) / Dt can be substituted to calculate the target value d ² q _j / dt ² of the acceleration in the moving coordinate system of the coating gun 10.

ステップＳ１６では、塗布ガン１０の固定座標系における加速度の目標値ｄ^２ｑ／ｄｔ^２を計算する。固定座標系における加速度の目標値ｄ^２ｑ／ｄｔ^２は、前記した（４）式を用いて計算することができる。具体的には、（４）式に、ステップＳ１０で算出した塗布ガン１０の移動座標系における位置姿勢ｑ_ｊ（ｔ）と速度ｄｑ_ｊ（ｔ）／ｄｔと、ステップＳ１４で計算した塗布ガン１０の移動座標系における加速度の目標値ｄ^２ｑ_ｊ／ｄｔ^２を代入して、固定座標系における加速度の目標値ｄ^２ｑ／ｄｔ^２を計算することができる。
ステップＳ１８では、塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢の所定時間後の目標値ｑ（ｔ＋Δｔ）を計算する。固定座標系における位置姿勢の所定時間後の目標値ｑ（ｔ＋Δｔ）は、ステップＳ８で検出した塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢ｑ（ｔ）と速度ｄｑ（ｔ）／ｄｔと、ステップＳ１６で計算した塗布ガン１０の固定座標系における加速度の目標値ｄ^２ｑ_ｊ／ｄｔ^２から、数値的な積分によって計算することができる。
ステップＳ２０では、ステップＳ１８で計算した塗布ガン１０の固定座標系における位置姿勢の所定時間後の目標値ｑ（ｔ＋Δｔ）を、コントローラ３０に教示する。コントローラ３０は、塗布ガン１０の実際の位置姿勢が所定時間後に目標値ｑ（ｔ＋Δｔ）となるように、ロボットアーム２０を制御する。 In step S16, the target value d ² q / dt ² of acceleration in the fixed coordinate system of the application gun 10 is calculated. The acceleration target value d ² q / dt ² in the fixed coordinate system can be calculated using the above-described equation (4). Specifically, the position and orientation q _j (t) and velocity dq _j (t) / dt in the movement coordinate system of the coating gun 10 calculated in step S10 and the coating gun 10 calculated in step S14 are expressed in equation (4). can be a by substituting the target value ^d ² _q j / dt 2 of the acceleration in the moving coordinate system, calculates the target value ^d ² q / dt 2 of the acceleration in the fixed coordinate system.
In step S18, a target value q (t + Δt) after a predetermined time of the position and orientation of the coating gun 10 in the fixed coordinate system is calculated. The target value q (t + Δt) after a predetermined time of the position and orientation in the fixed coordinate system is the position and orientation q (t) and speed dq (t) / dt of the coating gun 10 detected in step S8, and step S16. From the acceleration target value d ² q _j / dt ² in the fixed coordinate system of the coating gun 10 calculated in (5), it can be calculated by numerical integration.
In step S20, the target value q (t + Δt) after a predetermined time of the position and orientation of the coating gun 10 in the fixed coordinate system calculated in step S18 is taught to the controller 30. The controller 30 controls the robot arm 20 so that the actual position and orientation of the application gun 10 become the target value q (t + Δt) after a predetermined time.

電子計算機４０は、上記した処理フローを所定時間Δｔ毎に繰り返す。その結果、作業者が操作している塗布ガン１０は、あたかも図５に示す車輪軸１２が設けられているように運動する。塗布ガン１０に実現される運動では、フロントガラスＷに対する塗布ガン１０の移動方向と、フロントガラスＷに対する塗布ガン１０の姿勢方向Ｎが連動する。それにより、例えば塗布ガン１０の姿勢方向Ｎを塗布ラインＨの接線方向に調節し続けていれば、塗布ガン１０の吐出口１０ａを塗布ラインＨに沿って移動させることができる。また、フロントガラスＷに対して塗布ガン１０が、塗布ガン１０の姿勢方向Ｎのみに移動するので、接着剤の塗布量の変動が抑制される。
この作業補助装置では、作業者が塗布ガン１０をフロントガラスＷに対して相対的に移動させたときに、塗布ガン１０の位置や姿勢の変化に対して慣性力や粘性力が作用しているような操作感が作業者に与えられる。作業者は、塗布ガン１０とフロントガラスＷとの相対運動を力覚的に知ることができ、回転しているフロントガラスＷに対して塗布ガン１０を操作しやすい。 The electronic computer 40 repeats the above processing flow every predetermined time Δt. As a result, the application gun 10 operated by the operator moves as if the wheel shaft 12 shown in FIG. 5 is provided. In the movement realized by the coating gun 10, the moving direction of the coating gun 10 with respect to the windshield W and the posture direction N of the coating gun 10 with respect to the windshield W are linked. Thereby, for example, if the posture direction N of the application gun 10 is continuously adjusted to the tangential direction of the application line H, the discharge port 10a of the application gun 10 can be moved along the application line H. Further, since the application gun 10 moves only in the posture direction N of the application gun 10 with respect to the windshield W, fluctuations in the amount of adhesive applied are suppressed.
In this work auxiliary device, when an operator moves the application gun 10 relative to the windshield W, inertial force and viscous force are applied to changes in the position and posture of the application gun 10. Such a feeling of operation is given to the operator. The operator can know the relative motion between the application gun 10 and the windshield W by force, and can easily operate the application gun 10 with respect to the rotating windshield W.

（実施例２）
本実施例では、実施例１の作業支援装置において、作業者が塗布ガン１０を操作したときに、塗布ガン１０に再現する運動特性を変更した例を説明する。
本実施例では、作業者が操作する塗布ガン１０の運動に、図６に示すように、吐出口１０ａと異なる位置に仮想的な車輪軸１４が設けられている塗布ガン１０の運動を再現する。車輪軸１４は、吐出口１０ａから塗布ガン１０の姿勢方向Ｎに沿って距離Ｌ２だけオフセットした位置Ｐ_２に設けられている。このオフセットした車輪軸１４が設けられている塗布ガン１０では、オフセットした車輪軸１４によって、吐出口１０ａから距離Ｌ２だけ離れた位置Ｐ_２の移動方向が車軸方向に規制され、塗布ガン１０の法線方向Ｓへ横滑りすることが禁止される。作業者が操作する塗布ガン１０の運動に、車輪軸１４がオフセットして設けられている塗布ガン１０の運動を再現するためには、実施例１のステップＳ１２（図４）において、以下に説明する運動拘束条件を設定すればよい。 (Example 2)
In the present embodiment, an example will be described in which, in the work support device according to the first embodiment, when the operator operates the application gun 10, the motion characteristics reproduced in the application gun 10 are changed.
In this embodiment, the movement of the application gun 10 in which the virtual wheel shaft 14 is provided at a position different from the discharge port 10a is reproduced as shown in FIG. . Wheel shaft 14 is provided at a position P ₂ only the offset distance L2 along the orientation direction N of the coating gun 10 from the discharge port 10a. In the coating gun 10 wheel shaft 14 and this offset is provided, the wheel shaft 14 which is offset, the moving direction of away from the discharge port 10a by a distance L2 position P ₂ is restricted to the axle direction, law coating gun 10 Side-sliding in the line direction S is prohibited. In order to reproduce the movement of the application gun 10 provided with the wheel shaft 14 being offset to the movement of the application gun 10 operated by the operator, the following description will be given in step S12 (FIG. 4) of the first embodiment. What is necessary is just to set the movement restraint conditions to perform.

塗布ガン１０の移動座標系における速度ｄｑ_ｊ／ｄｔに対して、吐出口１０ａから塗布ガン１０の方向Ｎに距離Ｌ２だけオフセットした位置Ｐ_２おける法線方向Ｓの速度は、［ｃｏｓθ_ｊ，ｓｉｎθ_ｊ，−（Ｌ１＋Ｌ２）］・ｄｑ_ｊ／ｄｔと表される。この法線方向Ｓの速度がゼロとなればよいので、運動拘束条件は、

と記述することができる。実施例１の運動拘束条件を記述する（６）式と比較して、Ｌ１の部分を（Ｌ１＋Ｌ２）に変更したものとなる。
以下、ステップＳ１４以降の処理を実施例１と同様に行うことによって、作業者が操作している塗布ガン１０の運動に、オフセット車輪軸１４が設けられている塗布ガン１０の運動を再現することができる。 Relative to the speed _dq j / dt in the moving coordinate system of the coating gun 10, the speed of the position _{P 2} definitive normal direction S that distance L2 offset in the direction N of the coating gun 10 from the discharge port 10a is, [cos [theta] _j, sin [theta _j , − (L1 + L2)] · dq _j / dt. Since the velocity in the normal direction S should be zero, the motion constraint condition is

Can be described. Compared with the equation (6) describing the motion constraint condition of the first embodiment, the portion of L1 is changed to (L1 + L2).
Hereinafter, the movement of the application gun 10 provided with the offset wheel shaft 14 is reproduced in the movement of the application gun 10 operated by the operator by performing the processing after step S14 in the same manner as in the first embodiment. Can do.

図７は、塗布ラインＨに沿って直線部Ａから円弧部Ｂを通って直線部Ｃに至るまで、塗布ガン１０を操作したときの様子を示している。図８は、その操作時における塗布ガン１０の移動座標系における姿勢角θ_ｊの変化を経時的に示している。図８のグラフＧ２は本実施例のように吐出口１０ａからオフセットした車輪軸１４を仮想した場合の結果を示しており、グラフＧ１は実施例１のように吐出口１０ａの位置に車輪軸１４を仮想した場合を示している。グラフＧ１、Ｇ２を比較してわかるように、本実施例では、直線部Ａから円弧部Ｂに移る際や、円弧部Ｂから直線部Ｃに移る際に、姿勢角θ_ｊの変化が緩やかとなっている。これは、塗布ガン１０の姿勢の変化と、塗布ガン１０の吐出口１０ａの移動方向の変化の間に、遅れ（位相差）が生じることに起因している。作業者は、直線部と円弧部が複合する塗布ラインＨに沿って、塗布ガン１０を正しく操作することが容易となる。
仮想する車輪軸１４のオフセット量を調整したり、あるいは逆方向にオフセットさせることによって、上記の位相差（遅れや進み）を調整することができる。それにより、作業者に合わせて操作感を調整することもできる。 FIG. 7 shows a state where the application gun 10 is operated from the straight line portion A through the arc portion B to the straight line portion C along the application line H. FIG. 8 shows the change of the posture angle θ _j in the moving coordinate system of the coating gun 10 during the operation over time. A graph G2 in FIG. 8 shows the result when the wheel shaft 14 offset from the discharge port 10a is virtually assumed as in the present embodiment, and the graph G1 is located at the position of the discharge port 10a as in the first embodiment. Is shown in a virtual case. As can be seen by comparing the graphs G1 and G2, in the present embodiment, the transition of the posture angle θ _j is gentle when moving from the straight line portion A to the circular arc portion B or when moving from the circular arc portion B to the straight line portion C. It has become. This is due to a delay (phase difference) between the change in the posture of the application gun 10 and the change in the movement direction of the discharge port 10a of the application gun 10. The operator can easily operate the application gun 10 correctly along the application line H where the linear portion and the arc portion are combined.
The phase difference (delay or advance) can be adjusted by adjusting the offset amount of the hypothetical wheel shaft 14 or by offsetting it in the reverse direction. Thereby, the operational feeling can be adjusted according to the operator.

（実施例３）
本実施例においても、実施例１の作業支援装置において、作業者が塗布ガン１０を操作したときに、塗布ガン１０に再現する運動特性を変更したまた別の例を説明する。
本実施例では、作業者が操作する塗布ガン１０の運動に、図９に示すように、車輪軸リンク１６が吐出口１０ａの位置に回転可能に連結されている塗布ガン１０の運動を再現する。車輪軸リンク１６のリンク長さはＬ２とする。車輪軸リンク１６の方向Ｎ２は、ｙ_ｊ軸方向からの回転角φ_ｊで記述される。この車輪軸リンク１６が設けられている塗布ガン１０では、車輪軸リンク１６によって、吐出口１０ａから車輪軸リンク１６の方向Ｎ２に距離Ｌ２だけ離れた位置Ｐ_３の移動方向が車軸方向に規制され、車輪軸リンク１６の法線方向Ｓへ横滑りすることが禁止される。また、塗布ガン１０と車輪軸リンク１６の間には、両者の姿勢角θ_ｊ，φ_ｊの間にインピーダンス特性を付与するバネ−ダンパ部１８が設けられている。それにより、塗布ガン１０には下記の（１３）式で記述される反力トルクｆ_ｃｊが付与される。この処理用具モデルでは、処理用具１０に対して所定の位置関係にある部位Ｐ_３の移動方向が、処理用具１０の姿勢の変化よりも遅れて変化する。

(Example 3)
Also in this embodiment, another example will be described in which the motion characteristics reproduced in the coating gun 10 are changed when the operator operates the coating gun 10 in the work support apparatus of the first embodiment.
In the present embodiment, the movement of the application gun 10 operated by the operator is reproduced as shown in FIG. 9 by the movement of the application gun 10 in which the wheel shaft link 16 is rotatably connected to the position of the discharge port 10a. . The link length of the wheel shaft link 16 is L2. The direction N2 of the wheel shaft link 16 is described by a rotation angle φ _j from the _yj axis direction. In the coating gun 10 the wheel shaft link 16 is provided by axle links 16, the movement direction of the position P ₃ apart in the direction N2 by a distance L2 of the wheel shaft link 16 from the discharge port 10a is restricted to the axle direction Side slipping in the normal direction S of the wheel shaft link 16 is prohibited. Further, a spring-damper portion 18 is provided between the coating gun 10 and the wheel shaft link 16 to provide impedance characteristics between the posture angles θ _j and φ _j of both. As a result, the reaction force torque f _cj described by the following equation (13) is applied to the coating gun 10. In this processing tool model, the moving direction of the part P ₃ that is in a predetermined positional relationship with respect to the processing tool 10 changes after a change in the posture of the processing tool 10.

作業者が操作する塗布ガン１０の運動に、車輪軸リンク１６が設けられている塗布ガン１０の運動を再現するためには、実施例１のステップＳ１２（図４）において、以下に説明する運動拘束条件を設定すればよい。
本実施例では、図４に示すステップＳ１２において、実施例１の運動拘束条件に換えて、図９に示す車輪軸リンク１６が設けられている塗布ガン１０の運動を再現するための運動拘束条件を設定する。
塗布ガン１０の移動座標系における速度ｄｑ_ｊ（ｔ）／ｄｔと車輪軸リンク１６の回転速度ｄφ_ｊ／ｄｔに対して、吐出口１０ａから車輪軸リンク１６の方向Ｎ２に距離Ｌ２だけオフセットした位置Ｐ_３おける法線方向Ｓの速度は、［ｃｏｓφ_ｊ，ｓｉｎφ_ｊ，−Ｌ１ｃｏｓ（φ_ｊ−θ_ｊ），−Ｌ２］・［（ｄｑ_ｊ／ｄｔ）^Ｔ，ｄφ_ｊ／ｄｔ］^Ｔと表される。この法線方向Ｓの速度がゼロとなればよいので、運動拘束条件は下記の（１４）式で記述することができる。

In order to reproduce the movement of the coating gun 10 provided with the wheel shaft link 16 in the movement of the coating gun 10 operated by the operator, the movement described below in step S12 (FIG. 4) of the first embodiment. What is necessary is just to set a constraint condition.
In this embodiment, in step S12 shown in FIG. 4, instead of the movement restriction condition of the first embodiment, the movement restriction condition for reproducing the movement of the coating gun 10 provided with the wheel shaft link 16 shown in FIG. Set.
A position offset by a distance L2 from the discharge port 10a in the direction N2 of the wheel shaft link 16 with respect to the speed dq _j (t) / dt and the rotational speed dφ _j / dt of the wheel shaft link 16 in the movement coordinate system of the coating gun 10 The velocity in the normal direction S in P ₃ is expressed as [cos φ _j , sin φ _j , −L1 cos (φ _j −θ _j ), −L2] · [(dq _j / dt) ^T , dφ _j / dt] ^T The Since the velocity in the normal direction S only needs to be zero, the motion constraint condition can be described by the following equation (14).

図４に示す次のステップＳ１４では、上記の（１４）式を用いて、塗布ガン１０の移動座標系における加速度の目標値ｄ^２ｑ_ｊ／ｄｔ^２を計算する。本実施例では、塗布ガン１０に、（１６）式で示した反力トルクｆ_ｃｊが付与されることから、加速度の目標値ｄ^２ｑ_ｊ／ｄｔ^２は次の（１５）式を用いて計算することができる。

上記の（１５）式に、上記の（１４）式を加味することによって、図９に示した車輪軸リンク１６が設けられた塗布ガン１０の運動を計算することができる。以下に計算手順の一例を示す。
（１４）式に、ステップＳ１０で算出した塗布ガン１０の移動座標系における位置姿勢ｑ_ｊ（ｔ）と速度ｄｑ_ｊ（ｔ）／ｄｔと、前回の動作ステップで計算した車輪軸リンク１６の姿勢角φ_ｊ（ｔ−Δｔ）を代入して、車輪軸リンク１６の姿勢角φ_ｊの変化速度ｄφ_ｊ（ｔ）／ｄｔを計算することができる。計算した姿勢角φ_ｊの変化速度ｄφ_ｊ（ｔ）／ｄｔを積分することによって、車輪軸リンク１６の姿勢角φ_ｊ（ｔ）を計算することができる。次いで、（１５）式に、塗布ガン１０の移動座標系における位置姿勢ｑ_ｊ（ｔ）と速度ｄｑ_ｊ（ｔ）／ｄｔと、計算した車輪軸リンク１６の姿勢角φ_ｊ（ｔ）と変化速度ｄφ_ｊ（ｔ）／ｄｔを代入して、塗布ガン１０の移動座標系における加速度の目標値ｄ^２ｑ_ｊ／ｄｔ^２を計算することができる。
以下、ステップＳ１６以降の処理を行うことによって、作業者が操作している塗布ガン１０の運動に、車輪軸リンク１６が設けられている塗布ガン１０の運動を再現することができる。 In the next step S14 shown in FIG. 4, the target value d ² q _j / dt ² of the acceleration in the movement coordinate system of the coating gun 10 is calculated using the above equation (14). In this embodiment, the reaction force torque f _cj shown in the equation (16) is applied to the coating gun 10, and therefore the target value d ² q _j / dt ² of the acceleration is calculated using the following equation (15). Can be calculated.

By adding the above equation (14) to the above equation (15), the motion of the coating gun 10 provided with the wheel shaft link 16 shown in FIG. 9 can be calculated. An example of the calculation procedure is shown below.
In equation (14), the position and orientation q _j (t) and speed dq _j (t) / dt in the movement coordinate system of the coating gun 10 calculated in step S10, and the posture of the wheel shaft link 16 calculated in the previous operation step. The change speed dφ _j (t) / dt of the posture angle φ _j of the wheel shaft link 16 can be calculated by substituting the angle φ _j (t−Δt). The attitude angle φ _j (t) of the wheel shaft link 16 can be calculated by integrating the calculated change speed dφ _j (t) / dt of the attitude angle φ _j . Then, the position and orientation q _j (t) and velocity dq _j (t) / dt in the movement coordinate system of the coating gun 10 and the calculated posture angle φ _j (t) of the wheel shaft link 16 are changed into the expression (15). By substituting the velocity dφ _j (t) / dt, the target value d ² q _j / dt ² of acceleration in the moving coordinate system of the coating gun 10 can be calculated.
Hereinafter, by performing the processing after step S16, the movement of the application gun 10 provided with the wheel shaft link 16 can be reproduced in the movement of the application gun 10 operated by the operator.

図１０は、塗布ラインＨに沿って塗布ガン１０を操作したときの様子を示している。図１０に示すように、本実施例によると、塗布ガン１０の姿勢方向Ｎが変化する際に、塗布ガン１０の姿勢方向Ｎと塗布ガン１０の移動方向Ｎ２とが異なることとなる。姿勢方向Ｎと移動方向Ｎ２の間にはインピーダンス特性が付与されているので、塗布ガン１０の姿勢方向Ｎの変化に対して、塗布ガン１０の移動方向Ｎ２の変化に遅れ（位相差）が生じる。この遅れが生じることによって、作業者は塗布ガン１０の軌道や姿勢の修正をより自然な感覚で行うことが可能となる。 FIG. 10 shows a state when the application gun 10 is operated along the application line H. As shown in FIG. 10, according to this embodiment, when the orientation direction N of the application gun 10 changes, the orientation direction N of the application gun 10 and the movement direction N2 of the application gun 10 are different. Since impedance characteristics are given between the posture direction N and the movement direction N2, a change (phase difference) occurs in the movement direction N2 of the coating gun 10 with respect to the change in the posture direction N of the coating gun 10. . Due to this delay, the operator can correct the trajectory and posture of the application gun 10 with a more natural sense.

（実施例４）
本実施例では、実施例３で説明した作業支援装置において、塗布ガン１０と車輪軸リンク１６の間に設けられているバネ−ダンパ部１８の特性を、作業支援中に調整する例について説明する。
図９に示すバネ−ダンパ部１８の特性は、前記した（１６）式中の比例係数Ｋ_ｃや比例係数Ｄ_ｃを増減調整することによって、調整することができる。本実施例では、前記した（１６）式中の比例係数Ｋ_ｃを、車輪軸リンク１６の姿勢角φ_ｊと塗布ガン１０の姿勢角θ_ｊとの差分｜φ_ｊ−θ_ｊ｜（絶対値）に応じて増減調整する例について説明する。 Example 4
In this embodiment, an example will be described in which the characteristics of the spring-damper portion 18 provided between the coating gun 10 and the wheel shaft link 16 are adjusted during work support in the work support apparatus described in the third embodiment. .
Spring 9 - characteristic of the damper unit 18, by increasing or decreasing adjusts the proportional coefficient K _c and proportionality coefficient D _c in the above-mentioned (16), can be adjusted. In the present embodiment, the proportionality coefficient K _c in the above-described equation (16) is _calculated by using the difference | φ _j −θ _j | (absolute value) between the posture angle φ _j of the wheel shaft link 16 and the posture angle θ _j of the coating gun 10. ) Will be described.

図１１は、本実施例で用いる比例係数Ｋ_ｃと角度差｜φ_ｊ−θ_ｊ｜との関係の一例を示している。図１１に例示するような比例係数Ｋ_ｃと角度差｜φ_ｊ−θ_ｊ｜との関係は、予め電子計算機４０に教示しておくことができる。図１１に示すように、比例係数Ｋ_ｃは、角度差｜φ_ｊ−θ_ｊ｜に応じて増減変化するように定められている。詳しくは、角度差｜φ_ｊ−θ_ｊ｜が大きいほど、比例係数Ｋ_ｃは小さく定められている。電子計算機４０は、教示された比例係数Ｋ_ｃと角度差｜φ_ｊ−θ_ｊ｜との関係を参照して、反力トルクｆ_ｃｊの計算に用いる比例係数Ｋ_ｃを、角度差｜φ_ｊ−θ_ｊ｜に応じて決定することができる。それにより、作業支援中において、角度差｜φ_ｊ−θ_ｊ｜が大きいときほど、塗布ガン１０に付与される反力トルクｆ_ｃｊは小さくなり、角度差｜φ_ｊ−θ_ｊ｜が小さいときほど、塗布ガン１０に付与される反力トルクｆ_ｃｊは小さくなる。なお、図１１中のＫｃ（φ_ｊ−θ_ｊ）を記述する式において、Ｋ１は比例係数Ｋ_ｃの最小値であり、Ｋ２は比例係数Ｋ_ｃの最大値であり、γは調整用のパラメータである。これらのＫ１、Ｋ２、γは、作業者が感じる操作感等を加味して適宜設定することができる。 FIG. 11 shows an example of the relationship between the proportionality coefficient _Kc and the angle difference | φ _j −θ _j | used in this embodiment. The relationship between the proportionality coefficient _Kc and the angle difference | φ _j −θ _j | as illustrated in FIG. 11 can be taught to the electronic computer 40 in advance. As shown in FIG. 11, the proportionality coefficient K _c is determined so as to increase and decrease in accordance with the angle difference | φ _j −θ _j |. Specifically, the proportionality coefficient _Kc is set to be smaller as the angle difference | φ _j −θ _j | is larger. The electronic computer 40 refers to the relationship between the taught proportionality coefficient K _c and the angle difference | φ _j −θ _j | to determine the proportional coefficient K _c used for calculating the reaction force torque f _cj as the angle difference | φ _j. It can be determined according to −θ _j |. Thus, during the work support, the angle difference | phi _j - [theta] _j | higher is large, the reaction force torque _{f cj} applied to the coating gun 10 is reduced, the angular difference | is smaller | phi _j - [theta] _j The reaction torque _fcj applied to the application gun 10 becomes smaller. Incidentally, in the formula describing the Kc in FIG _{_{11 (φ j -θ j),}} K1 is the minimum value of the proportionality factor _{K c,} K2 is the maximum value of the proportional coefficient _{K c,} gamma parameters for adjustment It is. These K1, K2, and γ can be appropriately set in consideration of the operation feeling felt by the worker.

フロントガラスＷの塗布ラインＨに沿って塗布ガン１０を操作する場合、塗布ラインＨの直線部では、塗布ガン１０の姿勢角θ_ｊを移動座標系において略一定に維持する必要がある。塗布ガン１０の姿勢角θ_ｊを移動座標系において略一定に維持している間、即ち、姿勢角θ_ｊの変化速度ｄθ_ｊ／ｄｔが小さい状態では、車輪軸リンク１６の姿勢角φ_ｊと塗布ガン１０の姿勢角θ_ｊとの角度差｜φ_ｊ−θ_ｊ｜が、比較的に小さく計算される。このとき本実施例では、比例係数Ｋ_ｃが比較的に大きく設定されることから、塗布ガン１０の姿勢変化に対して、反力トルクｆ_ｃｊが比較的に大きく付与される。従って、塗布ラインＨの直線部に沿って塗布ガン１０を操作している間は、塗布ガン１０の姿勢を変化させるのに要する操作力が、比較的に大きくなる。換言すれば、作業者が塗布ガン１０に加えた操作力に対して、塗布ガン１０の姿勢変化が抑制される。例えば作業者が手ぶれ等を起こした場合でも、塗布ガン１０の姿勢変化は小さく抑えられ、直線状の塗布ラインＨに沿って塗布ガン１０の姿勢を正しく維持することができる。
一方、塗布ラインＨの円弧部に沿って塗布ガン１０を操作する場合では、塗布ガン１０の姿勢角θ_ｊを移動座標系において大きく変化させる必要がある。塗布ガン１０の姿勢角θ_ｊを移動座標系において大きく変化させている間、即ち、姿勢角θ_ｊの変化速度ｄθ_ｊ／ｄｔが大きい状態では、上記した車輪軸リンク１６の姿勢角φ_ｊと塗布ガン１０の姿勢角θ_ｊとの角度差｜φ_ｊ−θ_ｊ｜が、比較的に大きく計算される。このとき本実施例では、比例係数Ｋ_ｃが比較的に小さく設定されることから、塗布ガン１０の姿勢変化に対して、反力トルクｆ_ｃｊが比較的に小さく付与される。従って、塗布ラインＨの円弧部に沿って塗布ガン１０を操作している間は、塗布ガン１０の姿勢を変化させるのに要する操作力が、比較的に小さくなる。作業者は、過大な反力を受けることなく、円弧状の塗布ラインＨに沿って塗布ガン１０の姿勢を容易に変化させることができる。
本実施例の技術を用いることによって、塗布ラインＨに沿って塗布ガン１０を操作したときに、直線や曲線といった塗布ラインＨの形状に応じて、塗布ガン１０の操作性を適切に調整することが可能となる。 When the coating gun 10 is operated along the coating line H of the windshield W, the posture angle θ _j of the coating gun 10 needs to be maintained substantially constant in the moving coordinate system at the straight portion of the coating line H. While the posture angle θ _j of the coating gun 10 is maintained substantially constant in the movement coordinate system, that is, when the change speed dθ _j / dt of the posture angle θ _j is small, the posture angle φ _j of the wheel shaft link 16 is The angle difference | φ _j −θ _j | from the posture angle θ _j of the coating gun 10 is calculated to be relatively small. At this time, in the present embodiment, the proportionality coefficient _Kc is set to be relatively large, so that the reaction force torque f _cj is applied to the application gun 10 with respect to the posture change. Therefore, while operating the application gun 10 along the straight line portion of the application line H, the operation force required to change the posture of the application gun 10 becomes relatively large. In other words, the posture change of the application gun 10 is suppressed with respect to the operating force applied to the application gun 10 by the operator. For example, even when the operator shakes or the like, the posture change of the application gun 10 is suppressed to be small, and the posture of the application gun 10 can be correctly maintained along the linear application line H.
On the other hand, when the application gun 10 is operated along the arc portion of the application line H, the posture angle θ _j of the application gun 10 needs to be greatly changed in the movement coordinate system. While the posture angle θ _j of the coating gun 10 is largely changed in the movement coordinate system, that is, in a state where the change speed dθ _j / dt of the posture angle θ _j is large, the posture angle φ _j of the wheel shaft link 16 described above is set. The angle difference | φ _j −θ _j | with respect to the posture angle θ _j of the coating gun 10 is calculated to be relatively large. At this time, in the present embodiment, the proportionality coefficient _Kc is set to be relatively small, so that the reaction force torque f _cj is applied to the application gun 10 with respect to the posture change. Therefore, while operating the application gun 10 along the arc portion of the application line H, the operation force required to change the posture of the application gun 10 is relatively small. The operator can easily change the posture of the application gun 10 along the arc-shaped application line H without receiving an excessive reaction force.
By using the technique of the present embodiment, when the application gun 10 is operated along the application line H, the operability of the application gun 10 is appropriately adjusted according to the shape of the application line H such as a straight line or a curve. Is possible.

（実施例５）
本実施例では、塗布ガン１０に再現する運動特性に、塗布ガン１０が能動的に移動する自走特性を加える例について説明する。本実施例で説明する自走特性は、実施例１〜４で説明した各種の方式に、適宜付与することができる。以下では、実施例１の方式に、自走特性を加える例について説明する。
図１２は、自走特性が付与された塗布ガン１０のモデルを示している。図１２に示すように、本実施例では、塗布ガン１０に再現する運動を計算する際に、作業者による操作力に加えて、塗布ガン１０に作用する自走力ｆ_ｆｊを設定する。このとき自走力ｆ_ｆｊは、塗布ガン１０の姿勢方向Ｎに沿って設定する。自走力ｆ_ｆｊは、例えば、塗布ガン１０の姿勢方向Ｎに沿った流れ場（速度Ｖ_ｒ）を仮想し、その流れ場から塗布ガン１０に加えられる粘性力Ｄ_ｒ・Ｖ_ｒを計算して、塗布ガン１０に加える自走力ｆ_ｆｊに用いることができる。 (Example 5)
In the present embodiment, an example will be described in which a self-propelled characteristic in which the coating gun 10 moves actively is added to the motion characteristics reproduced in the coating gun 10. The self-propelled characteristics described in the present embodiment can be appropriately given to the various systems described in the first to fourth embodiments. Below, the example which adds a self-propelled characteristic to the system of Example 1 is demonstrated.
FIG. 12 shows a model of the application gun 10 to which self-propelled characteristics are imparted. As shown in FIG. 12, in this embodiment, when calculating the motion reproduced in the application gun 10, a self-running force f _fj acting on the application gun 10 is set in addition to the operation force by the operator. At this time, the self-running force f _fj is set along the posture direction N of the application gun 10. The free-running force f _fj is, for example, a virtual flow field (velocity V _r ) along the posture direction N of the application gun 10, and the viscous force D _r · V _r applied to the application gun 10 is calculated from the flow field. Thus, the self-propelled force f _fj applied to the coating gun 10 can be used.

図１３は、本実施例において、電子計算機４０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。図１３に示すフローは、実施例１で説明した図４に示すフローと比較して、新たなステップＳ１１が、ステップＳ１０とステップＳ１２の間に挿入されている。図１３に示すフローに沿って、塗布ガン１０に自走特性を加える処理動作について説明する
図１３に示すように、電子計算機４０は、ステップＳ２〜ステップＳ１０の処理を実施例１と同様に実行して、塗布ガン１０に加えられている操作力と、塗布ガン１０の位置姿勢と、塗布ガン１０の速度を、移動座標系で把握する。
ステップＳ１１では、ステップＳ６で計算した移動作業系における操作力ｆ_ｊに、図１２に示した自走力ｆ_ｆｊを付与する。図１２に示した自走力ｆ_ｆｊ＝Ｄ_ｒ・Ｖ_ｒは、下記する（１６）式と、ステップＳ１０で計算した塗布ガン１０の移動座標系における姿勢角θ_ｉを用いて計算することができる。なお、流れ場の速度Ｖ_ｒやそれに対する比例係数Ｄ_ｒは、予め電子計算機４０に教示しておくことができる。このとき、流れ場の速度Ｖ_ｒは、例えば一定の値とすることもできるし、移動座標系における位置に応じて変化するように定めることもできる。 FIG. 13 is a flowchart showing the flow of processing executed by the electronic computer 40 in this embodiment. In the flow shown in FIG. 13, a new step S 11 is inserted between steps S 10 and S 12 as compared with the flow shown in FIG. 4 described in the first embodiment. A processing operation for adding a self-propelled characteristic to the coating gun 10 will be described along the flow shown in FIG. 13. As shown in FIG. 13, the electronic computer 40 executes the processing of step S 2 to step S 10 in the same manner as in the first embodiment. Then, the operation force applied to the application gun 10, the position and orientation of the application gun 10, and the speed of the application gun 10 are grasped by the moving coordinate system.
In step S11, the self-running force f _fj shown in FIG. 12 is applied to the operating force f _j in the mobile work system calculated in step S6. The self-propelled force f _fj = D _r · V _r shown in FIG. 12 can be calculated using the following equation (16) and the attitude angle θ _i in the movement coordinate system of the coating gun 10 calculated in step S10. it can. The flow field velocity V _r and the proportional coefficient D _r can be taught to the computer 40 in advance. At this time, the velocity V _{r of the} flow field can be set to a constant value, for example, or can be determined so as to change according to the position in the moving coordinate system.

ステップＳ１２以降の処理は、操作力ｆ_ｊの代わりにステップＳ１１で計算した操作力ｆ_ｊと自走力ｆ_ｆｊとの合力（ｆ_ｊ＋ｆ_ｆｊ）を用いることを除いて、実施例１と同様に実行される。それにより、作業者が塗布ガン１０を操作したときに、図１２に示した自走力ｆ_ｆｊが付加された運動が塗布ガン１０に再現される。
また、ステップＳ１２における運動拘束式の設定処理において、実施例２で説明した運動拘束式（（１２）式）や、実施３で説明した運動拘束式（（１４）式）を用いることによって、実施例２や実施例３の方式に自走特性を付与した作業補助を実現することができる。 Step S12 and subsequent steps, except the use of force instead to the operating force _{f j} calculated in step S11 and the free-running power _{f fj} operation force _{f j} _(f j _{+ f fj),} similarly to Example 1 To be executed. Thereby, when the operator operates the application gun 10, the movement with the self-propelled force f _fj shown in FIG. 12 is reproduced in the application gun 10.
In addition, in the setting process of the motion constraint formula in Step S12, the motion constraint formula ((12) formula) described in the second embodiment and the motion constraint formula ((14)) described in the third embodiment are used. Work assistance in which self-propelled characteristics are imparted to the methods of Example 2 and Example 3 can be realized.

通常、フロントガラスＷの塗布ラインＨに沿って塗布ガン１０を操作する際に、作業者は、塗布ガン１０の姿勢を塗布ラインＨの接線方向に維持しつつ、塗布ガン１０を塗布ラインＨに沿って移動させる必要がある。作業者は、塗布ガン１０の位置と姿勢の両者を調整する必要があり、困難な作業を強いられる。
本実施例の技術によると、塗布ガン１０は自身の姿勢方向Ｎに向けて能動的に移動することから、塗布ガン１０の姿勢が塗布ラインＨの接線方向に維持されていれば、塗布ガン１０は塗布ラインＨに沿って能動的に移動する。従って、フロントガラスＷの塗布ラインＨに沿って塗布ガン１０を操作する際に、塗布ガン１０の姿勢を塗布ラインＨの接線方向に維持する操作のみが必要とされ、塗布ガン１０を塗布ラインＨに沿って移動させる操作を不要にすることができる。作業者は、塗布ガン１０の姿勢を調整する操作に専念することが可能となり、塗布ガン１０を塗布ラインＨに沿って正確に操作することが可能となる。 Normally, when operating the application gun 10 along the application line H of the windshield W, the operator maintains the posture of the application gun 10 in the tangential direction of the application line H, and moves the application gun 10 to the application line H. It is necessary to move along. The operator needs to adjust both the position and the posture of the application gun 10 and is forced to perform difficult operations.
According to the technique of the present embodiment, the application gun 10 actively moves toward its own posture direction N. Therefore, if the posture of the application gun 10 is maintained in the tangential direction of the application line H, the application gun 10 Moves actively along the coating line H. Therefore, when operating the coating gun 10 along the coating line H of the windshield W, only the operation of maintaining the posture of the coating gun 10 in the tangential direction of the coating line H is required. The operation of moving along the line can be made unnecessary. The operator can concentrate on the operation of adjusting the posture of the application gun 10 and can accurately operate the application gun 10 along the application line H.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本発明の技術は、作業対象や処理用具によって限定されるものではなく、様々な作業対象に対して様々な処理用具を操作する作業に適用できる。このときの作業対象は、実体のある物体に限られず、コンピュータ画面等に再現表示されている仮想物体であってもよい。
本発明の技術は、人が直接的に処理用具を操作する作業に限られず、人が処理用具を遠隔操作する作業にも適用できる。人が処理用具を模した操作子を操作し、人の操作に追従するようにアクチュエータがその操作子の位置と姿勢を調節する。それと並行して、実際の処理を施す処理用具の位置と姿勢を、また別のアクチュエータによって同様に調節すればよい。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technique of the present invention is not limited by the work object and the processing tool, and can be applied to work for operating various processing tools on various work objects. The work target at this time is not limited to a substantial object, but may be a virtual object reproduced and displayed on a computer screen or the like.
The technique of the present invention is not limited to a work in which a person directly operates a processing tool, but can also be applied to a work in which a person remotely operates a processing tool. A human operates an operator imitating a processing tool, and an actuator adjusts the position and posture of the operator so as to follow the human operation. In parallel with this, the position and posture of the processing tool for performing the actual processing may be similarly adjusted by another actuator.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

作業補助装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of a work assistance apparatus. 塗布ガンに所望される運動を示す図。The figure which shows the motion desired for an application | coating gun. 塗布ガンの位置姿勢の基準となる点を示す図。The figure which shows the point used as the reference | standard of the position and orientation of an application | coating gun. 電子計算機が実行する処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the process which an electronic computer performs. 車輪軸が吐出口の位置に設けられている塗布ガンを示す模式図。The schematic diagram which shows the application | coating gun with which the wheel shaft is provided in the position of the discharge outlet. 車輪軸が吐出口からオフセットして設けられている塗布ガンを示す模式図。The schematic diagram which shows the application | coating gun provided with the wheel shaft offset from the discharge outlet. 実施例２による塗布ガンの運動を示す図。The figure which shows the motion of the application | coating gun by Example 2. FIG. 実施例２による塗布ガンの姿勢角の変化を経時的に示す図。The figure which shows the change of the attitude angle of the application | coating gun by Example 2 with time. 車輪軸が吐出口に回転可能に連結されている塗布ガンを示す模式図。The schematic diagram which shows the application | coating gun by which the wheel shaft is rotatably connected with the discharge outlet. 実施例３による塗布ガンの運動を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating movement of an application gun according to the third embodiment. 実施例４で用いる角度差φ_ｊ−θ_ｊと比例係数Ｋ_ｃの関係を例示するグラフ。10 is a graph illustrating the relationship between an angle difference φ _j −θ _j and a proportional coefficient K _c used in the fourth embodiment. 実施例５で付加する自走特性を説明する図。The figure explaining the self-propelled characteristic added in Example 5. FIG. 実施例５の電子計算機が実行する処理の流れを示すフローチャート。10 is a flowchart illustrating a flow of processing executed by the electronic computer according to the fifth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

６・・力覚センサ
１０・・塗布ガン（処理用具）
１２・・車輪軸
１４・・オフセットした車輪軸
１６・・車輪軸リンク
２０・・ロボットアーム（アクチュエータ）
３０・・コントローラ
４０・・電子計算機
５０・・ターンテーブル
５４・・エンコーダ
Ｈ・・塗布ライン 6. Force sensor 10 Application gun (processing tool)
12. Wheel shaft 14 Offset wheel shaft 16 Wheel link 20 Robot arm (actuator)
30..Controller 40..Electronic computer 50..Turntable 54..Encoder H..Dispensing line

Claims

作業対象物の所定箇所に処理を施す人の作業を補助するために、人の操作に追従して、処理用具の位置と姿勢を調節する作業補助装置であって、
人が処理用具に加えている操作力を検出する操作力検出手段と、
操作力検出手段で検出した操作力を、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されている処理用具モデルに加えたときに、所定時間後に現れる処理用具の位置と姿勢を計算する運動計算手段と、
所定時間後の処理用具の位置と姿勢を、運動計算手段で計算した位置と姿勢に調節するアクチュエータと、
を備える作業補助装置。 A work auxiliary device that adjusts the position and posture of a processing tool following a human operation in order to assist a person who performs a process on a predetermined portion of a work object,
An operation force detecting means for detecting an operation force applied to a processing tool by a person;
When the operating force detected by the operating force detecting means is applied to the processing tool model in which the moving direction of the part having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool is regulated in a predetermined direction determined from the posture of the processing tool, Motion calculation means for calculating the position and posture of the processing tool appearing after a predetermined time;
An actuator for adjusting the position and posture of the processing tool after a predetermined time to the position and posture calculated by the motion calculation means;
A work auxiliary device comprising:

前記処理用具モデルでは、処理用具の処理部位の移動方向が、処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されていることを特徴とする請求項１の作業補助装置。 2. The work assisting device according to claim 1, wherein in the processing tool model, a moving direction of a processing part of the processing tool is restricted to a predetermined direction determined from a posture of the processing tool.

前記処理用具モデルでは、処理用具の処理部位から所定方向に所定距離だけオフセットした部位の移動方向が、処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されていることを特徴とする請求項１の作業補助装置。 2. The operation according to claim 1, wherein in the processing tool model, a moving direction of a part offset by a predetermined distance in a predetermined direction from a processing part of the processing tool is restricted to a predetermined direction determined from a posture of the processing tool. Auxiliary device.

前記処理用具モデルでは、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が、処理用具の姿勢の変化よりも遅れて変化することを特徴とする請求項１から３のいずれかの作業補助装置。 4. The operation according to claim 1, wherein in the processing tool model, a moving direction of a portion having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool changes after a change in the posture of the processing tool. Auxiliary device.

前記処理用具モデルでは、処理用具の姿勢の変化速度が大きいときほど、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向と処理用具の姿勢との角度差が大きくなることを特徴とする請求項４の作業補助装置。 In the processing tool model, the angular difference between the moving direction of a part having a predetermined positional relationship with the processing tool and the posture of the processing tool increases as the change speed of the processing tool posture increases. The work auxiliary device according to claim 4.

前記運動計算手段は、検出した操作力に、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向と処理用具の姿勢との角度差に所定の係数を乗じたトルクを加算して、処理用具の位置と姿勢を計算することを特徴とする請求項５の作業補助装置。 The motion calculation means adds the torque obtained by multiplying the detected operating force by a predetermined coefficient to the angle difference between the moving direction of the part having a predetermined positional relationship with the processing tool and the posture of the processing tool. 6. The work auxiliary device according to claim 5, wherein the position and posture of the tool are calculated.

前記運動計算手段は、前記トルクを計算する所定の係数を、前記角度差が大きいときほど、小さく設定することを特徴とする請求項６の作業補助装置。 The work assisting device according to claim 6, wherein the motion calculation means sets the predetermined coefficient for calculating the torque to be smaller as the angular difference is larger.

前記運動計算手段は、検出した操作力に、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向に沿う所定の力を加算して、処理用具の位置と姿勢を計算することを特徴とする請求項１から７のいずれかの作業補助装置。 The motion calculation means calculates the position and orientation of the processing tool by adding a predetermined force along the moving direction of a part having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool to the detected operating force. The work auxiliary device according to any one of claims 1 to 7.

作業空間に固定された座標系で、作業対象物の位置と姿勢の経時的変化を検出する手段をさらに備えており、
前記運動計算手段は、作業対象物に固定された座標系で計算した処理用具の位置と姿勢に、検出した作業対象物の位置と姿勢を加味して、作業空間に固定された座標系における処理用具の位置と姿勢を計算することを特徴とする請求項１から８のいずれかの作業補助装置。 A coordinate system fixed in the work space, further comprising means for detecting a change in the position and posture of the work object over time;
The motion calculation means performs processing in a coordinate system fixed in the work space by adding the position and posture of the detected work object to the position and posture of the processing tool calculated in the coordinate system fixed in the work object. The work auxiliary device according to claim 1, wherein the position and posture of the tool are calculated.

作業空間内で回転している作業対象物の所定箇所に処理を施す人の作業を補助するために、人の操作に追従して、処理用具の位置と姿勢を調節する作業補助装置であって、
人が処理用具に加えている操作力を作業空間に固定された座標系で検出する操作力検出手段と、
検出された操作力を作業対象物に固定された座標系に変換する手段と、
作業対象物に固定された座標系に変換された操作力を、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されている処理用具モデルに加えたときに、所定時間後に現れる処理用具の位置と姿勢を作業対象物に固定された座標系で計算する第１運動計算手段と、
第１運動計算手段で計算された処理用具の位置と姿勢に、作業空間に固定された座標系において前記所定時間内に生じる処理用具の位置と姿勢の変化を加え、所定時間後に現れる処理用具の位置と姿勢を作業空間に固定された座標系で計算する第２運動計算手段と、
所定時間後の処理用具の位置と姿勢を、第２運動計算手段で計算した位置と姿勢に調節するアクチュエータと、
を備える作業補助装置。 A work auxiliary device that adjusts the position and posture of a processing tool following a human operation in order to assist a person who performs a process on a predetermined part of a work object rotating in a work space. ,
An operation force detecting means for detecting an operation force applied by the person to the processing tool in a coordinate system fixed in the work space;
Means for converting the detected operating force into a coordinate system fixed to the work object;
The processing tool model in which the operating force converted into the coordinate system fixed to the work object is regulated in a predetermined direction in which the moving direction of a part having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool is determined from the posture of the processing tool First motion calculation means for calculating the position and orientation of the processing tool appearing after a predetermined time in a coordinate system fixed to the work object when
The position and orientation of the processing tool calculated by the first motion calculating means are added to the position and orientation of the processing tool that occurs within the predetermined time in the coordinate system fixed in the work space, and the processing tool that appears after the predetermined time Second motion calculation means for calculating a position and orientation in a coordinate system fixed in the work space;
An actuator for adjusting the position and orientation of the processing tool after a predetermined time to the position and orientation calculated by the second motion calculating means;
A work auxiliary device comprising:

作業対象物の所定箇所に処理を施す人の作業を補助するために、人の操作に追従して、処理用具の位置と姿勢を調節する方法であって、
人が処理用具に加えている操作力を検出する操作力検出工程と、
操作力検出工程で検出した操作力を、処理用具に対して所定の位置関係にある部位の移動方向が処理用具の姿勢から決まる所定の方向に規制されている処理用具モデルに加えたときに、所定時間後に現れる処理用具の位置と姿勢を計算する運動計算工程と、
処理用具の位置と姿勢を変化させるアクチュエータを制御し、所定時間後の処理用具の位置と姿勢を、運動計算工程で計算した位置と姿勢に調節する工程と、
を備える作業補助方法。 A method of adjusting the position and posture of a processing tool following a human operation in order to assist the work of a person who performs processing on a predetermined portion of a work object,
An operation force detection step of detecting an operation force applied to a processing tool by a person;
When the operation force detected in the operation force detection step is applied to the processing tool model in which the moving direction of the part having a predetermined positional relationship with respect to the processing tool is regulated in a predetermined direction determined from the posture of the processing tool, A motion calculation step for calculating the position and orientation of the processing tool appearing after a predetermined time;
Controlling the actuator for changing the position and posture of the processing tool, and adjusting the position and posture of the processing tool after a predetermined time to the position and posture calculated in the motion calculation step;
A work assistance method comprising: