JP4319232B2

JP4319232B2 - パワーアシスト装置およびその制御方法

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Publication number: JP4319232B2
Application number: JP2007237034A
Authority: JP
Inventors: 直行武居; 英雄藤本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2027-09-12
Also published as: US20100262291A1; WO2009034962A1; EP2189255A4; JP2009066696A; US8280552B2; CN101801616A; EP2189255A1; EP2189255B1; CA2697208C; CA2697208A1; CN101801616B

Description

本発明は、パワーアシスト装置の技術に関し、より詳しくは、パワーアシスト装置およびその制御方法に関する。

従来、製造現場等では、作業者の労力軽減や作業性向上のためにパワーアシスト装置と呼ばれるロボットが用いられている。そして、パワーアシスト装置の制御方法としては、位置制御ベースの機械インピーダンス制御（所謂、アドミッタンス制御）が広く採用されている。

アドミッタンス制御では、通常は高ゲインの位置制御を行っており、その目標位置は力センサの情報に基づいて決めるため、力センサを介さずに加えられた力は制御動作において考慮されず、マニピュレータは殆ど動作しない。
つまり、力センサによる検知部位以外の部位において、ロボットアームと環境（外界）との接触があったとしても、ロボットアームは接触を考慮することなく作動し続けてしまい、非常に危険である。今後は、人とロボットが空間を共有していく状況がますます増えるため、人や環境と接触するロボットの安全性を考慮したアドミッタンス制御が必要となる。
力覚センサを介さずに作用した外力の推定値を併用することにより、環境との接触に対する安全性を高めたアドミッタンス制御の手法が以下に示す非特許文献１等に開示されている。
磯将人、関弘和、堀洋一著，負荷特性に応じたインピーダンス制御を用いたセンサレスパワーアシスト法，電気学会産業計測制御研究会ＩＩＣ−０２−４０（２００２）

従来技術に示されている制御方法においては、未知の外力に対してコンプライアントな動作が実現できる。しかしながら、この方法では操作者がロボットを環境に接触させてさらに押し付けるような場合に発振現象が生じてしまうことが知られている。本来、操作力と外力が完全に均衡した状態であれば発振現象は生じないはずであるが、両者の間にわずかでも差があれば発振現象が生じ得るものである。この発振現象は、パワーアシスト装置による押し付け作業のようにロボットと環境との接触が前提となる場合には問題となってしまう。

この問題を解決するために、これまでは、操作者によってパワーアシスト装置の押し付け具合を調整するような対処方法しか見出せていなかった。また、粘性抵抗を増す設定をすることによっても発振現象を抑えることができるが、この場合パワーアシスト装置の操作に必要な操作力が大きくなり、このため操作性が悪化してしまい実用上好ましくない状況であった。
つまり、従来技術では、発振現象を抑える有効な方法が存在していない状況であった。

そこで本発明では、このような現状を鑑み、ロボットが環境に接触しても発振現象を生じることがなく、安定した接触状態を維持できるパワーアシスト装置およびその制御方法を提供することを課題としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、操作者により操作される操作部位と、前記操作部位に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、前記操作部位を支持するロボットアームと、前記ロボットアームを駆動する駆動手段と、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を計測する外力計測手段、もしくは、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を推定する外力推定手段と、前記操作部位の移動速度を検出する速度検出手段、もしくは、前記操作部位の移動速度を推定する速度推定手段を備え、前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力と、前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、に基づき修正外力を求めて、前記操作力と前記修正外力が前記操作部位に作用して、前記ロボットアームに作用する前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記修正外力が常に均衡した状態を維持するように前記駆動手段を制御するパワーアシスト装置の制御方法であって、前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度と、前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力によって計算される前記操作部位の速度とを比較し、前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度と前記外力によって計算される前記操作部位の速度の向きが互いに反対で、かつ、前記外力によって計算される前記操作部位の速度が前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度に比して大きい場合には、前記外力によって計算される前記操作部位の速度が、前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度であるものとして、前記修正外力を求め、前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度と前記外力によって計算される前記操作部位の速度の向きが互いに同じである場合、もしくは、前記外力によって計算される前記操作部位の速度が前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度に比して小さい場合には、前記外力をそのまま前記修正外力として採用する、ことを特徴としたものである。

請求項２においては、操作者により操作される操作部位と、前記操作部位に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、前記操作部位を支持するロボットアームと、前記ロボットアームを駆動する駆動手段と、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を計測する外力計測手段、もしくは、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を推定する外力推定手段と、前記操作部位の移動速度を検出する速度検出手段、もしくは、前記操作部位の移動速度を推定する速度推定手段を備え、前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力と、前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、に基づき修正外力を求めて、前記操作力と前記修正外力が前記操作部位に作用して、前記ロボットアームに作用する前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記修正外力が常に均衡した状態を維持するように前記駆動手段を制御するパワーアシスト装置の制御方法であって、前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力とを比較し、前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに反対で、かつ、前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して大きい場合には、前記外力が、前記操作力の前記外力の方向に対する分力であるものとして、前記修正外力を求め、前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに同じである場合、もしくは、前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して小さい場合には、前記外力をそのまま前記修正外力として採用する、ことを特徴としたものである。

請求項３においては、操作者により操作される操作部位と、前記操作部位に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、前記操作部位を支持するロボットアームと、前記ロボットアームを駆動する駆動手段と、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を計測する外力計測手段、もしくは、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を推定する外力推定手段と、前記操作部位の移動速度を検出する速度検出手段、もしくは、前記操作部位の移動速度を推定する速度推定手段を備え、前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力と、前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、に基づき修正外力を求めて、前記操作力と前記修正外力が前記操作部位に作用して、前記ロボットアームに作用する前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記修正外力が常に均衡した状態を維持するように前記駆動手段を制御する制御装置を備えるパワーアシスト装置であって、前記制御装置は、前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力とを比較し、前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに反対で、かつ、前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して大きい場合には、前記外力によって計算される前記操作部位の速度が、前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度であるものとして、前記修正外力を求め、前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに同じである場合、もしくは、前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して小さい場合には、前記外力をそのまま前記修正外力として採用する、ことを特徴としたものである。

請求項４においては、操作者により操作される操作部位と、前記操作部位に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、前記操作部位を支持するロボットアームと、前記ロボットアームを駆動する駆動手段と、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を計測する外力計測手段、もしくは、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を推定する外力推定手段と、前記操作部位の移動速度を検出する速度検出手段、もしくは、前記操作部位の移動速度を推定する速度推定手段を備え、前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力と、前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、に基づき修正外力を求めて、前記操作力と前記修正外力が前記操作部位に作用して、前記ロボットアームに作用する前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記修正外力が常に均衡した状態を維持するように前記駆動手段を制御する制御装置を備えるパワーアシスト装置であって、前記制御装置は、前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力とを比較し、前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに反対で、かつ、前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して大きい場合には、前記外力が、前記操作力の前記外力の方向に対する分力であるものとして、前記修正外力を求め、前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに同じである場合、もしくは、前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して小さい場合には、前記外力をそのまま前記修正外力として採用する、ことを特徴としたものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、ロボットが環境に接触しても発振現象を生じることがなく、安定した接触状態を維持できる。また、操作力を修正するのではなく、外力に制限が加わるように修正することにより、操作性を犠牲にすること無く発振現象を抑えることができる。

請求項２においては、操作性を犠牲にすること無く、より確実に発振現象を抑えることができる。

請求項３においては、ロボットが環境に接触しても発振現象を生じることがなく、安定した接触状態を維持できる。操作力を修正するのではなく、外力に制限が加わるように修正することにより、操作性を犠牲にすること無く発振現象を抑えることができる。

請求項４においては、操作性を犠牲にすること無く、より確実に発振現象を抑えることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る操作者によるロボットアームと環境との接触作業の状況を示す模式図、図２は本発明に係るアドミッタンス制御の制御フロー図、図３は多次元の系に対する本発明の適用を説明する速度ベクトル図、図４は本発明の適用効果を確認する実験装置の概略平面図および側面図、図５は同じく適用効果を表す測定データである。

図１に示すようなパワーアシスト装置１による作業を例に挙げて、本発明の実施例を説明する。
図１に示す如く、本実施例に示すパワーアシスト装置１は、ロボットアーム２、力覚センサ３、操作ハンドル４、アクチュエータ５、制御装置６等により構成している。
ロボットアーム２は、アクチュエータ５により支持されており、制御装置６からの指令に応じてアクチュエータ５が作動し、種々の姿勢をとることができるロボット装置である。

ロボットアーム２の先端部には、力覚センサ３を介して操作ハンドル４が配設されており、該操作ハンドル４を操作者が把持してロボットアーム２を所望する位置に移動させることができる。また、その移動の際に操作者によって操作ハンドル４に加えられた操作力を力覚センサ３で検知するようにしている。

アクチュエータ５は、ロボットアーム２を支持し駆動するのみならず、ロボットアーム２の姿勢および動作速度を検知することができる。
本実施例では、このアクチュエータ５によるロボットアーム２の姿勢情報および作動速度情報に基づいてロボットアーム２に作用する環境から受ける外力（接触力）を推定する構成としている。
尚、本実施例では、環境から受ける外力として推定値を算出して採用する構成としているが、接触検知用の力覚センサを別途備える構成とし、環境から受ける外力として実際の測定値を採用する構成とすることも可能である。

ロボットアーム２が環境（例えば、障害物７）と接触するときには、操作者が加える操作力ｆ_ｈと障害物７からの外力ｆ_ｅが作用する。アドミッタンス制御では、この操作力ｆ_ｈと外力ｆ_ｅを検出または推定し、その検出値または推定値に基づいて、所望するインピーダンスを実現するように手先位置ｘ_ｄの目標位置を制御装置６によって演算し、随時目標位置を更新しながら、その目標位置にロボットアーム２の手先位置を移動させるようにロボットアーム２を駆動するアクチュエータ５を制御装置６によって制御する構成としている。

そして、図１に示すような状況では、操作力ｆ_ｈおよび外力ｆ_ｅを推定する（あるいは直接的に計測する）ことによって得る情報に基づいて、以下に示す数式１が成立する。

尚、ここでαはアシスト比を示しているが、以後の説明では簡単のためにα＝１とする。また、Ｍは慣性、Ｄは粘性を示している。

このように、複数の力（即ち、操作力ｆ_ｈおよび外力ｆ_ｅ）の情報を用いて手先位置ｘ_ｄの目標位置を計算する場合、これら複数の力の合力がゼロとなり均衡を保っていなければ、手先位置ｘ_ｄの目標位置を一定値に整定することができない。
また、センサによる力の検出遅れや演算時間に起因する遅れ等もあいまって、手先位置ｘ_ｄの目標位置が発振してしまう。
本発明では、操作力ｆ_ｈと外力ｆ_ｅの状況に応じて、前記数式１の計算に用いる外力ｆ_ｅを修正する制御方法を採用し、発振現象が生じることを防止するようにしている。以下にその具体的な制御方法を説明していく。

まず、一次元のモデルで考えると、手先位置ｘ_ｄが速度Ｖ_ｄで移動している状況において、操作力ｆ_ｈが作用する場合、以下に示す数式２が成立し、速度Ｖ_ａを得る。

尚、ここでＴはサンプリング時間を示している。

この速度Ｖ_ａと外力ｆ_ｅが同じ向きのとき（即ち、Ｖ_ａ・ｆ_ｅ＞０）には、修正後の外力として外力ｆ_ｅをそのまま修正外力ｆ'_ｅとして採用し、また、速度Ｖ_ａと外力ｆ_ｅが逆向きのとき（即ち、Ｖ_ａ・ｆ_ｅ＜０）には、以下の数式３により修正外力ｆ'_ｅを求めるようにしている。

これにより、操作力ｆ_ｈと修正外力ｆ'_ｅから、操作部位の次の目標位置が求められ、操作力ｆ_ｈと修正外力ｆ'_ｅが常に均衡した状態を維持されるため、発振することがなく、安定した接触状態を保持できるのである。

図２に、本発明に係るアドミッタンス制御の制御フローを示している。
本発明に係る制御方法では、制御動作が開始されると、まず環境から受ける外力ｆ_ｅを計測、もしくは推定により求めて（Ｓ０１）、なおかつ、操作者による操作力ｆ_ｈを計測するようにしている（Ｓ０２）。

次に、（Ｓ０１）および（Ｓ０２）で求めた外力ｆ_ｅと操作力ｆ_ｈに基づいて制御装置６によって条件判定をし（Ｓ０３−１およびＳ０３−２）、（Ｓ０３−１）および（Ｓ０３−２）を両方とも満足している場合は（Ｓ０４）へと進み、それ以外の場合は（Ｓ０５）へと進むようにしている。

（Ｓ０４）では、次の目標速度がゼロとなるように外力ｆ_ｅを修正外力ｆ'_ｅに修正している。環境に対してロボットアーム２が接触する時には速度Ｖ_ｄはほとんどゼロであるため、これは、外力ｆ_ｅを操作力ｆ_ｈに制限してロボットアーム２を振動しないように制御していると考えることができる。

また、（Ｓ０５）では、修正外力ｆ'_ｅとして外力ｆ_ｅをそのまま採用している。

そして、（Ｓ０４）または（Ｓ０５）で計算した修正外力ｆ'_ｅに基づいて目標加速度Ａ_ｄを計算し（Ｓ０６）、さらに求めた目標加速度Ａ_ｄを時間積分して、目標速度Ｖ_ｄおよび目標手先位置ｘ'_ｄを計算し（Ｓ０７）、目標速度Ｖ_ｄおよび目標手先位置ｘ'_ｄとなるようにロボットアーム２を支持するアクチュエータ５の駆動を制御装置６によって制御するようにしている。尚、制御フロー中の各演算処理は制御装置６によって行う構成としている。
そして、目標加速度Ａ_ｄは、以下の数式４により求めている。

即ち、操作者による操作力を検出する操作力検出手段たる力覚センサ３と、該力覚センサ３を備えた操作部位たる操作ハンドル４と、該操作ハンドル４を支持するロボットアーム２と、該ロボットアーム２を駆動する駆動手段たるアクチュエータ５と、ロボットアーム２が環境と接触した時に受ける力を計測もしくは推定する外力導出手段たるアクチュエータ５および制御装置６と、操作ハンドル４の移動速度を検出もしくは推定する速度導出手段たるアクチュエータ５および制御装置６を備えるパワーアシスト装置１の制御方法であって、力覚センサ３により検出した操作力ｆ_ｈと、外力導出手段たるアクチュエータ５および制御装置６により求めた外力ｆ_ｅに基づき修正外力ｆ'_ｅを求めて、該修正外力ｆ'_ｅを操作ハンドル４に作用するようにアクチュエータ５を制御している。
このような構成とすることにより、ロボットアーム２が環境（障害物２）に接触しても発振現象を生じることがなく、安定した接触状態を維持できるのである。

また、力覚センサ３により検出した操作力ｆ_ｈと、外力導出手段たるアクチュエータ５および制御装置６により求めた外力ｆ_ｅとを比較し、操作力ｆ_ｈに比して外力ｆ_ｅが大きい場合には、外力ｆ_ｅを操作力ｆ_ｈを上限とする値に制限をして修正外力ｆ'_ｅを求め、外力ｆ_ｅに比して操作力ｆ_ｈが大きい場合には、外力ｆ_ｅをそのまま採用して修正外力ｆ'_ｅを求めるようにしている。
このように、操作力ｆ_ｈを修正するのではなく、外力ｆ_ｅに制限が加わるように修正することにより、操作性を犠牲にすること無く発振現象を抑えることができるのである。

さらに、操作力検知手段たるアクチュエータ５および制御装置６により検知した操作力ｆ_ｈと、外力推定手段たるアクチュエータ５および制御装置６により求めた外力ｆ_ｅとが、反対向きで、外力ｆ_ｅが予め定めた閾値よりも大きい場合には、外力ｆ_ｅを操作力ｆ_ｈおよび外力ｆ_ｅによって計算される速度がゼロとなる値に制限して修正外力ｆ'_ｅを求め、外力ｆ_ｅが予め定めた閾値よりも小さい場合、もしくは、操作力ｆ_ｈと同じ向きである場合には、外力ｆ_ｅをそのまま修正外力ｆ'_ｅとして採用するようにしている。
このように、閾値を設定して制御動作に不感帯を設けることにより、操作性を犠牲にすること無く、より確実に発振現象を抑えることができるのである。

また、本発明は一次元のモデルに対する適用に限定されるものではなく、多次元のモデルであっても適用することができ、図３に示す速度ベクトル図を用いて説明することができる。ただし、ここでは簡単のために、粘性Ｄ＝０とする。
図３（ａ）に示す如く、操作力による速度ベクトルＶ_ａおよび外力から求められる速度ベクトルＴｆ_ｅ／Ｍがある状態を例にとると、前記数式２により求まる操作力による速度ベクトルＶ_ａを、外力から求められる速度ベクトルＴｆ_ｅ／Ｍの方向とその垂直方向の成分（Ｖ_１，Ｖ_２）に分けて考える（図３（ｂ）参照）。
速度ベクトルＴｆ_ｅ／Ｍが、Ｖ_１の逆向きであって、かつ、大きさがＶ_１に比して大きい場合には修正を行い、修正した速度ベクトルＴｆ'_ｅ／Ｍを、−Ｖ_１としている（図３（ｃ）参照）。
そして、最終的に操作力と修正外力から得られる移動方向はＶ_ｋとなる（図３（ｄ）参照）。
このように、環境から外力を受ける方向には力が働かないため、発振することがなく、また、接線方向になぞることも妨げないのである。

次に、本発明の適用効果を確認した実験結果を示す。
図４に示す如く、パワーアシスト装置１は、ロボットアーム２の手先位置に力覚センサ３を配設しており、該力覚センサ３を介して操作ハンドル４をロボットアーム２の手先位置に配設する構成としている。
そして、操作ハンドル４にバネばかり８を取り付けて、操作者がバネばかり８を介して操作ハンドル４を引っ張ってロボットアーム２を移動させるように実験装置を構成している。

そして、あるところでロボットアーム２が環境（障害物７）と接触するように構成し、ロボットアーム２が障害物７と接触した際の、操作力ｆ_ｈを力覚センサ３により検出し、また、接触による推定外力ｆ_ｅおよび手先位置ｘ_ｄは、ロボットアーム２を駆動するアクチュエータ５から得られる位置情報等に基づいて演算して求める構成としている。

実験結果を、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各図に示している。尚、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）各図は横軸に時間（ｓ）を取っているが、その時間が９（ｓ）を過ぎたあたりに施している点線が接触したタイミングを示しており、そのタイミングにおいてロボットアーム２が障害物７と接触している。
まず、通常のアドミッタンス制御（即ち、操作力ｆ_ｈの情報のみでロボットアーム２をアシスト制御する）による実験結果を示す。
図５（ａ）に示す如く、この場合、ロボットアーム２が環境（障害物７）に接触した後も、ほとんど接触による影響がなく手先位置ｘ_ｄおよび操作力ｆ_ｈは変化している。
一方、この場合には制御に用いられていないが、接触による推定外力ｆ_ｅは大きく変化しているため、この制御方法では環境を破壊してしまう危険性があることが判る。

次に、さらに接触による推定外力ｆ_ｅの情報を加味した場合のアドミッタンス制御（即ち、操作力ｆ_ｈと接触による推定外力ｆ_ｅの情報でロボットアーム２をアシスト制御する）による実験結果を示す。
図５（ｂ）に示す如く、この場合、ロボットアーム２が環境（障害物７）に接触した後は、手先位置ｘ_ｄがそれ以上環境にめり込むようなことはないが、接触による推定外力ｆ_ｅの変化により、発振現象が生じていることが判る。
このとき、操作者の手加減により押付け力を弱くすれば発振させないこともできるが、微妙な力加減が必要となる。

最後の、本発明に係る制御方法を適用し、接触による推定外力ｆ_ｅを修正し、修正外力ｆ'_ｅの情報を加味したアドミッタンス制御による実験結果を示す。
図５（ｃ）に本発明に係るアドミッタンス制御（即ち、外力ｆ_ｅを操作力ｆ_ｈに応じて修正した情報（修正外力ｆ'_ｅ）でロボットアーム２をアシスト制御する）による実験結果を示す。
この場合、ロボットアーム２が環境（障害物７）に接触してから押付け状態に至るまで、手先位置ｘ_ｄが発振すること無く一定位置で安定しており、安定した接触状態を維持していることが確認できる。

このように、本発明に係る制御方法を適用することにより、ロボットが環境と接触しても発振現象を生じることが無いため、安定した接触状態を維持できるパワーアシスト装置を提供することが可能となるのである。

本発明の一実施例に係る操作者によるロボットアームと環境との接触作業の状況を示す模式図。本発明に係るアドミッタンス制御の制御フロー図。多次元の系に対する本発明の適用を説明する速度ベクトル図。本発明の適用効果を確認する実験装置の概略平面図および側面図。同じく適用効果を表す測定データ。

１パワーアシスト装置
２ロボットアーム
３力覚センサ
４操作ハンドル
５アクチュエータ
６制御装置
７障害物

Claims

操作者により操作される操作部位と、
前記操作部位に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、
前記操作部位を支持するロボットアームと、
前記ロボットアームを駆動する駆動手段と、
前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を計測する外力計測手段、
もしくは、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を推定する外力推定手段と、
前記操作部位の移動速度を検出する速度検出手段、
もしくは、前記操作部位の移動速度を推定する速度推定手段を備え、
前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力と、
前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、
に基づき修正外力を求めて、
前記操作力と前記修正外力が前記操作部位に作用して、前記ロボットアームに作用する前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記修正外力が常に均衡した状態を維持するように前記駆動手段を制御するパワーアシスト装置の制御方法であって、
前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度と、
前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力によって計算される前記操作部位の速度とを比較し、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度と前記外力によって計算される前記操作部位の速度の向きが互いに反対で、かつ、
前記外力によって計算される前記操作部位の速度が前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度に比して大きい場合には、
前記外力によって計算される前記操作部位の速度が、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度であるものとして、
前記修正外力を求め、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度と前記外力によって計算される前記操作部位の速度の向きが互いに同じである場合、もしくは、
前記外力によって計算される前記操作部位の速度が前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度に比して小さい場合には、
前記外力をそのまま前記修正外力として採用する、
ことを特徴とするパワーアシスト装置の制御方法。
操作者により操作される操作部位と、
前記操作部位に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、
前記操作部位を支持するロボットアームと、
前記ロボットアームを駆動する駆動手段と、
前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を計測する外力計測手段、
もしくは、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を推定する外力推定手段と、
前記操作部位の移動速度を検出する速度検出手段、
もしくは、前記操作部位の移動速度を推定する速度推定手段を備え、
前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力と、
前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、
に基づき修正外力を求めて、
前記操作力と前記修正外力が前記操作部位に作用して、前記ロボットアームに作用する前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記修正外力が常に均衡した状態を維持するように前記駆動手段を制御するパワーアシスト装置の制御方法であって、
前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、
前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力とを比較し、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに反対で、かつ、
前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して大きい場合には、
前記外力が、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力であるものとして、
前記修正外力を求め、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに同じである場合、もしくは、
前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して小さい場合には、
前記外力をそのまま前記修正外力として採用する、
ことを特徴とするパワーアシスト装置の制御方法。
操作者により操作される操作部位と、
前記操作部位に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、
前記操作部位を支持するロボットアームと、
前記ロボットアームを駆動する駆動手段と、
前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を計測する外力計測手段、
もしくは、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を推定する外力推定手段と、
前記操作部位の移動速度を検出する速度検出手段、
もしくは、前記操作部位の移動速度を推定する速度推定手段を備え、
前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力と、
前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、
に基づき修正外力を求めて、
前記操作力と前記修正外力が前記操作部位に作用して、前記ロボットアームに作用する前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記修正外力が常に均衡した状態を維持するように前記駆動手段を制御する制御装置を備えるパワーアシスト装置であって、
前記制御装置は、
前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、
前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力とを比較し、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに反対で、かつ、
前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して大きい場合には、
前記外力によって計算される前記操作部位の速度が、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力によって計算される前記操作部位の前記外力の方向に対する速度であるものとして、
前記修正外力を求め、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに同じである場合、もしくは、
前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して小さい場合には、
前記外力をそのまま前記修正外力として採用する、
ことを特徴とするパワーアシスト装置。
操作者により操作される操作部位と、
前記操作部位に加えられた操作力を検出する操作力検出手段と、
前記操作部位を支持するロボットアームと、
前記ロボットアームを駆動する駆動手段と、
前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を計測する外力計測手段、
もしくは、前記ロボットアームが環境と接触した時に受ける力を推定する外力推定手段と、
前記操作部位の移動速度を検出する速度検出手段、
もしくは、前記操作部位の移動速度を推定する速度推定手段を備え、
前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力と、
前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、
に基づき修正外力を求めて、
前記操作力と前記修正外力が前記操作部位に作用して、前記ロボットアームに作用する前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記修正外力が常に均衡した状態を維持するように前記駆動手段を制御する制御装置を備えるパワーアシスト装置であって、
前記制御装置は、
前記操作力検出手段により検出した操作力の前記外力の方向に対する分力と、
前記外力計測手段もしくは前記外力推定手段により求めた外力とを比較し、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに反対で、かつ、
前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して大きい場合には、
前記外力が、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力であるものとして、
前記修正外力を求め、
前記操作力の前記外力の方向に対する分力と前記外力の向きが互いに同じである場合、もしくは、
前記外力が前記操作力の前記外力の方向に対する分力に比して小さい場合には、
前記外力をそのまま前記修正外力として採用する、
ことを特徴とするパワーアシスト装置。