JP4475339B2 - パワーアシスト装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
ワークの組み付け作業は、ワークの搬送と位置決めから成り立つ作業であるが、作業者とパワーアシスト装置でワークを協調搬送することにより、ワークの搬送に必要な力はパワーアシスト装置に負担させることができ、ワークの位置決めについてもパワーアシスト装置にティーチングすることで効率よく位置決めをすることができる。つまり、パワーアシスト装置を用いるねらいは、作業者の労力軽減を図るとともに、作業性の向上を図ることにある。
例えば、搬送対象物たるワークを保持するワーク保持装置の傾き(角度)を検出して、ワーク保持装置を上下方向に駆動するパワーアシスト装置が知られており、特許文献1にその技術が開示されている。
また、搬送途中においてワークの姿勢が安定した後に初めて作業者による組み付け位置の微調整を可能とすることにより、搬送途中におけるワークの姿勢を安定させるとともに、位置決め精度を確保することができる。
まず始めに、本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置1の全体構成について、図1〜図3を用いて説明する。図1は本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置の全体構成を示す模式図、図2は本発明の一実施例に係るワーク保持装置を示す平面および側面模式図、図3は本発明の一実施例に係る制御装置の接続状況を示す模式図である。
尚、説明の便宜上、図1中に示すXYZ座標系にパワーアシスト装置が設けられているものとし、X軸回りの回転をロール回転、Y軸回りの回転をピッチ回転、Z軸回りの回転をヨー回転と規定して以後の説明を行っていくものとする。
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、多関節型ロボット2、ワーク保持装置3およびフリージョイント4、制御装置5、デッドマンスイッチ6・6・・・、押込指示スイッチ7・7等により構成している。
尚、本発明を適用するロボットは、多自由度を備えているものに限らず、1自由度のみを有するロボットであっても本発明を適用することが可能である。
図3に示す如く、制御装置5は、多関節型ロボット2のモータ2a・2b、ワーク保持装置3の力センサ3d・3dおよび接圧センサ3e・3e・・・、フリージョイント4のブレーキ機構4a、デッドマンスイッチ6・6・・・、押込指示スイッチ7・7等と接続されている。
また制御装置5をワーク保持装置3の力センサ3d・3dと接続することにより、作業者がハンドル3c・3cを把持してワーク保持装置3を所望する方向へ操作するときに、制御装置5によって、そのときの操作方向や操作力等を検知する構成としている。つまり、力センサ3d・3dにより作業者の操作状態に関する検知情報が制御装置5に入力されると、この検知情報に基づいて、作業者の所望する操作方向を判断し、モータ2a・2bの動作を制御して多関節型ロボット2の姿勢を制御する構成としている。
尚、本実施例では、力センサ3d・3dとして6分力ロードセルを用いる構成としている。
尚、説明の便宜上、図4中に示すXYZ座標系にパワーアシスト装置が設けられているものとし、X軸回りの回転をロール回転、Y軸回りの回転をピッチ回転、Z軸回りの回転をヨー回転と規定して以後の説明を行っていくものとする。
以下に、本発明の適用に係るパワーアシスト装置1によるウィンドウ10の取付作業について、具体的に説明をする。
図6および図8に示す如く、まずワーク保持装置3によってウィンドウ10をロール方向にボディ11の傾斜角度に合わせて傾けた状態に保持する。この状態で、作業者がパワーアシスト装置1を操作し、パワーアシスト装置1によるアシストを受けながら、ウィンドウ10を予めティーチングされた搬送経路に従ってボディ11の傾斜に沿って搬送していく(Step−1)。
図6および図9に示す如く、次に作業者がパワーアシスト装置1を操作し、ウィンドウ10を、ボディ11のウィンドウ取付面11aの角度に対して垂直方向上方に略一定距離だけ離間した位置まで搬送していく。この位置はパワーアシスト装置1に予めティーチングされており、パワーアシスト装置1によって自律的にウィンドウ10の大まかな位置決めが成される。このとき作業者は、ウィンドウ10がパワーアシスト装置1によってウィンドウ取付面11aに対して大まかに位置決めが成されたことを目視で確認する(Step−2)。
図6および図9に示す如く、次に作業者は、パワーアシスト装置1によって、ウィンドウ10がウィンドウ取付面11aに対して大まかに位置決めが成されたことを目視で確認した後に、押込指示スイッチ7を押圧する。(Step−3)
作業者が押込指示スイッチ7を押圧すると、その信号が制御装置5に入力される。そして、制御装置5からパワーアシスト装置1に指令が成されて、パワーアシスト装置1が自律的に動作し、ウィンドウ10が、予めティーチングされた搬送経路に従ってウィンドウ取付面11aに近接する方向に搬送される。
図6および図10に示す如く、次にパワーアシスト装置1の自律動作によって、ウィンドウ10がウィンドウ取付面11aに対して押圧されるとき、接圧センサ3e・3e・・・によって、そのときの押圧力が検知される。
検知された押圧力は、制御装置5に入力されて、図11に示す制御フローに基づく判定が成される。尚、本実施例に示すワーク保持装置3は、合計4個の接圧センサ3e・3e・・・を備える構成としているが、2個以上の接圧センサを備えるワーク保持装置によって構成されるパワーアシスト装置であれば、本発明に係るパワーアシスト装置の制御方法を適用することが可能である。また、接圧センサを1個だけ備える構成のパワーアシスト装置に対しても、本発明に係る制御方法を応用して容易に適用することが可能である。
そして、4個の接圧センサ3e・3e・・・により検知された押圧力Fe1〜Fe4が制御装置5に入力される。
制御装置5では、まず予め設定された第一閾値Fcと、押圧力Fe1〜Fe4とを比較する(Step−5−2)。
ここで、押圧力Fe1〜Fe4の全てが第一閾値Fc未満である場合には、パワーアシスト装置1の自律動作によるウィンドウ取付面11aに近接する方向への搬送(即ち、押込)が継続される。
ここで、押圧力Fe1〜Fe4の合計(Fe1+Fe2+Fe3+Fe4)が第二閾値Ft未満である場合には、パワーアシスト装置1の自律動作によるウィンドウ取付面11aに近接する方向への搬送(即ち、押込)が継続される。
一方、押圧力Fe1〜Fe4の合計(Fe1+Fe2+Fe3+Fe4)が第二閾値Ftを越えている場合には、さらに次の判定に遷移する。
押圧力Fe1〜Fe4の合計(Fe1+Fe2+Fe3+Fe4)が第二閾値Ftを越えている場合には、さらに制御装置5によって検知されるデッドマンスイッチ6・6・・・の押圧状態による判定を行う(Step−5−4)。
つまり、押圧力Fe1〜Fe4のうちいずれか一つ以上の押圧力が第一閾値Fcを越えており、かつ、押圧力Fe1〜Fe4の合計(Fe1+Fe2+Fe3+Fe4)が第二閾値Ftを越えている場合に限って、さらに次の判定に遷移するようにしている。
押圧力Fe1〜Fe4のうちいずれか一つ以上の押圧力が第一閾値Fcを越えており、かつ、押圧力Fe1〜Fe4の合計(Fe1+Fe2+Fe3+Fe4)が第二閾値Ftを越えている場合であって、デッドマンスイッチ6・6・・・が押圧されていない場合(即ち、作業者がワーク保持装置3の操作状態にない場合)には、パワーアシスト装置1の自律動作によるウィンドウ取付面11aに近接する方向への搬送(即ち、押込)が継続される。
これにより、搬送途中においてウィンドウ(即ち、ワーク)10の姿勢が安定した後に初めて作業者による組み付け位置の微調整を可能とすることにより、搬送途中におけるウィンドウ10の姿勢を安定させるとともに、位置決め精度を確保することができるのである。
図11に示す如く、本実施例において第二閾値Ftは、Ft=2Fcとして規定しており、第二閾値Ftを第一閾値Fcの2倍に規定している。このように規定すれば、閾値の設定が容易であり、かつ、適切な閾値を設定することができる。尚、この第一閾値Fcおよび第二閾値Ftの決定方法は一例であり、もちろん他の決定方法とすることも可能である。
これにより、搬送途中におけるウィンドウ(即ち、ワーク)10の姿勢を確実に安定させることができるのである。また、ウィンドウ10の姿勢が確実に安定した状態で、作業者による組み付け位置の微調整をすることができるのである。
図6および図12に示す如く、制御装置5からの指令によってブレーキ機構4aの作動状態が解除され、フリージョイント4がフリーに回転できる状態になると、作業者の操作によって、ワーク保持装置3の位置を微調整することが可能となる(Step−7)。これにより、例えば、ボディ11の姿勢が乱れており、大まかな位置決めではウィンドウ10の位置がウィンドウ取付面11aに対してズレていたとしても、作業者によって、ワーク保持装置3の姿勢を修正することができ、ウィンドウ取付面11aの正確な位置にウィンドウ10を組み付けることが可能となる。
図6および図12に示す如く、次に作業者の操作によって微調整が成され、ウィンドウ10がウィンドウ取付面11aに対して正確に位置決めが成されたことを目視等で確認した後に、作業者が押込指示スイッチ7を再度押圧する(Step−8)。
図6および図13に示す如く、作業者が押込指示スイッチ7を再度押圧すると、その信号が制御装置5に入力される。そして、制御装置5からパワーアシスト装置1に指令が成されて、パワーアシスト装置1が再度自律的に動作し、ウィンドウ10が、予めティーチングされた搬送経路に従ってウィンドウ取付面11aにさらに近接する方向に搬送(即ち、押込)される。
図6および図13に示す如く、次にパワーアシスト装置1の自律動作によって、ウィンドウ10がウィンドウ取付面11aに対してさらに押し込まれるとき、接圧センサ3e・3e・・・によって、そのときの押圧力が検知される(Step−9)。
そして、4個の接圧センサ3e・3e・・・により検知された押圧力Fe1〜Fe4が制御装置5に入力される。
ここで、押圧力Fe1〜Fe4の全てが第三閾値Fz未満である場合には、パワーアシスト装置1の自律動作によるウィンドウ取付面11aに近接する方向への搬送が継続される。また、ブレーキ機構4aは、制御装置5からの指令によって作動状態を保持しており、フリージョイント4はワーク保持装置3を所定の角度で保持するように引き続きロール・ピッチ・ヨーの各方向への回転が規制された(ロックされた)状態となっている。
即ち、本発明に係るパワーアシスト装置1の制御方法においては、ワークたるウィンドウ10を保持するための保持部たる吸盤3b・3b・・・を備えるワーク保持装置3と、ワーク保持装置3を支持するアーム(即ち、多関節型ロボット2)と、ワーク保持装置3を多間接型ロボット2に対して回転可能に支持するフリージョイント4と、フリージョイント4の回転を規制可能なブレーキ機構4aと、ブレーキ機構4aによる規制状態を制御する制御装置5と、ワーク保持装置3に保持されるウィンドウ10に作用する押圧力を検知する接圧センサ3e・3e・・・と、ワーク保持装置3に備えるデッドマンスイッチ6と、を備えるパワーアシスト装置1の制御方法であって、接圧センサ3e・3e・・・により、ワーク保持装置3に保持されるウィンドウ10に作用する押圧力Fe1〜Fe4を検知し、その検知結果を制御装置5に入力する第一押圧力検知工程と、制御装置5により、接圧センサ3e・3e・・・により検知した押圧力Fe1〜Fe4が、予め設定した閾値(第一閾値Fcおよび第二閾値Ft)を越えているか否かを判定する押圧力判定工程と、制御装置5により、デッドマンスイッチ6が入状態であるか否かを判定するデッドマンスイッチ判定工程と、制御装置5により、押圧力検知工程の検知結果と押圧力判定工程の判定結果とデッドマンスイッチ判定工程の判定結果に応じて、前記ブレーキによる前記ジョイント部の回転の規制を解除するか否かを判定するブレーキ解除判定工程とを備えている。
また、搬送途中においてウィンドウ10と組み付け対象部材(ボディ11やラゲッジハッチ12)が接触することを防止することができ、ウィンドウ10や組み付け対象部材(ボディ11やラゲッジハッチ12)の破損や汚損を防止することができるのである。
さらに、搬送途中においてウィンドウ10の姿勢が安定した後に初めて作業者による組み付け位置の微調整を可能とすることにより、搬送途中におけるウィンドウ10の姿勢を安定させるとともに、ウィンドウ10の位置決め精度を確保することができるのである。
2 多関節型ロボット
3 ワーク保持装置
3b 吸盤
3c ハンドル
3e 接圧センサ
4 フリージョイント
4a ブレーキ機構
5 制御装置
6 デッドマンスイッチ
10 ウィンドウ
Claims (4)
- ワークを保持するための保持部を複数備えるワーク保持装置と、
該ワーク保持装置を支持するアームと、
前記ワーク保持装置を前記アームに対して回転可能に支持するジョイント部と、
該ジョイント部の回転を規制可能なブレーキと、
該ブレーキによる規制状態を制御する制御装置と、
前記複数の保持部にそれぞれ備えられ、前記ワーク保持装置に保持される前記ワークに作用する押圧力を検知する押圧力検知センサと、
前記ワーク保持装置に備えるデッドマンスイッチと、
を備えるパワーアシスト装置の制御方法であって、
前記押圧力検知センサにより、前記ワーク保持装置に保持される前記ワークに作用する押圧力を検知し、
その検知結果を前記制御装置に入力する押圧力検知工程と、
前記制御装置により、
前記押圧力検知センサにより検知した押圧力が、
予め設定した閾値を越えているか否かを判定する押圧力判定工程と、
前記制御装置により、
前記デッドマンスイッチが入状態であるか否かを判定するデッドマンスイッチ判定工程と、
前記制御装置により、
前記押圧力検知工程の検知結果と前記押圧力判定工程の判定結果と前記デッドマンスイッチ判定工程の判定結果に応じて、
前記ブレーキによる前記ジョイント部の回転の規制を解除するか否かを判定するブレーキ解除判定工程とを備え、
前記押圧力判定工程では、
前記制御装置により、
複数の前記保持部の押圧力検知センサにより検知した複数の押圧力のうち、
少なくとも一つ以上の押圧力が、
予め設定した第一閾値を超えているか否かを判定し、かつ、
複数の前記保持部の押圧力検知センサにより検知した複数の押圧力の合計が、
予め設定した第二閾値を越えているか否かを判定する、
ことを特徴とするパワーアシスト装置の制御方法。 - 前記第二閾値は、
前記第一閾値の2倍の値とする、
ことを特徴とする請求項1記載のパワーアシスト装置の制御方法。 - ワークを保持するための複数の保持部を備えるワーク保持部と、
該ワーク保持部を支持するアームと、
前記ワーク保持部を前記アームに対して回転可能に支持するジョイント部と、
該ジョイント部の回転を規制可能なブレーキと、
該ブレーキによる規制状態を制御する制御装置と、
前記複数の保持部にそれぞれ備えられ、前記ワークに作用する押圧力を検知する複数の押圧力検知センサと、
前記ワーク保持部に備えるデッドマンスイッチと、
を備えるパワーアシスト装置であって、
前記制御装置は、
複数の前記保持部の押圧力検知センサにより検知した複数の押圧力のうち、
少なくとも一つ以上の押圧力が、
予め設定した第一閾値を超えており、かつ、
複数の前記保持部の押圧力検知センサにより検知した複数の押圧力の合計が、
予め設定した第二閾値を越えており、かつ、
前記デッドマンスイッチが入状態である場合には、
前記ブレーキによる前記ジョイント部の回転の規制を解除する、
ことを特徴とするパワーアシスト装置。 - 前記第二閾値は、
前記第一閾値の2倍の値とする、
ことを特徴とする請求項3記載のパワーアシスト装置。
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