(57)【要約】【課題】移動する作業対象物に処理を施す人の作業を補助する技術を提供する。【解決手段】操作子の移動装置は、物体に固定した移動座標系と固定座標系の関係を記憶している手段と、操作子と、移動座標系において操作力と操作子位置と操作子速度を算出する手段と、移動座標系における操作子速度に、操作力による移動座標系における速度変化量を加味して移動座標系における第１速度を算出する手段と、第１速度と反対向きの力を算出する手段と、第１速度に反対力による速度変化量を加味して移動座標系における第２速度を算出する手段と、移動座標系における操作子位置と第２速度と単位時間に基づいて、移動座標系における目標操作子位置を算出する手段と、移動座標系における目標位置座標値を固定座標系における座標値に変換する手段と、固定座標系における目標位置に操作子を変位させるアクチュエータとを備える。【選択図】図４
2006167889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる移動装置であり、
物体の移動に伴って経時的に変化する「物体に固定した移動座標系での座標値と、固定座標系での座標値の関係」を記憶している座標変換データ記憶手段と、
人が操作する操作子と、
人が操作子に加えている操作力を固定座標系で検出する操作力検出手段と、
操作力検出手段の検出値と検出タイミングから、移動座標系における操作力を算出する操作力算出手段と、
操作子の位置を固定座標系で検出する操作子位置検出手段と、
操作子位置検出手段の検出値と検出タイミングから、操作子の移動座標系における位置を算出する操作子位置算出手段と、
操作子の移動座標系での速度を算出する速度算出手段と、
速度算出手段で算出した操作子の移動座標系における速度に、操作力算出手段で算出した操作力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第１速度を算出する第１速度算出手段と、
第１速度算出手段で算出した移動座標系における第１速度と反対向きの力を算出する反対力算出手段と、
第１速度算出手段で算出した移動座標系における第１速度に、反対力算出手段で算出した反対力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第２速度を算出する第２速度算出手段と、
位置算出手段で算出した移動座標系における操作子の位置と、第２速度算出手段で算出した移動座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の移動座標系における目標操作子位置を算出する目標位置算出手段と、
目標位置算出手段で算出した移動座標系における目標位置を、固定座標系における座標値に変換する目標位置決定手段と、
目標位置決定手段で決定した目標位置に操作子を変位させるアクチュエータと、
を備える移動装置。
【請求項２】
前記第２速度算出手段は、算出された反対力に起因する加速度から算出された速度変化量が第１速度よりも速ければ、第２速度をゼロに修正することを特徴とする請求項１の移動装置。
【請求項３】
前記反対力算出手段は、算出された第１速度の向きに応じて、異なる大きさの反対力を算出することを特徴とする請求項１又は２の移動装置。
【請求項４】
前記反対力算出手段は、算出された操作子の位置に応じて、異なる大きさの反対力を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれかの移動装置。
【請求項５】
固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる移動方法であり、
物体の移動に伴って経時的に変化する「物体に固定した移動座標系での座標値と、固定座標系での座標値の関係」を記憶しておく工程と、
人が操作子に加えている操作力を固定座標系で検出する操作力検出工程と、
操作力検出工程の検出値と検出タイミングから、移動座標系における操作力を算出する操作力算出工程と、
操作子の位置を固定座標系で検出する操作子位置検出工程と、
操作子位置検出工程の検出値と検出タイミングから、操作子の移動座標系における位置を算出する操作子位置算出工程と、
操作子の移動座標系での速度を算出する速度算出工程と、
速度算出工程で算出した操作子の移動座標系における速度に、操作力算出工程で算出した操作力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第１速度を算出する第１速度算出工程と、
第１速度算出工程で算出した移動座標系における第１速度と反対向きの力を算出する反対力算出工程と、
第１速度算出工程で算出した移動座標系における第１速度に、反対力算出工程で算出した反対力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第２速度を算出する第２速度算出工程と、
位置算出工程で算出した移動座標系における操作子の位置と、第２速度算出工程で算出した移動座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の移動座標系における目標操作子位置を算出する目標位置算出工程と、
目標位置算出工程で算出した移動座標系における目標位置を、固定座標系における座標値に変換する目標位置決定工程と、
操作子を変位させるアクチュエータを制御し、単位時間後に操作子を目標位置決定工程で決定した目標位置に位置調整する工程と
を備える移動方法。
【請求項６】
固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる装置が備えている電子計算機に下記の処理、即ち、
物体の移動に伴って経時的に変化する「物体に固定した移動座標系での座標値と、固定座標系での座標値の関係」を記憶している座標変換データ記憶手段にアクセスして、移動座標系と固定座標系の間で座標変換する処理と、
固定座標系で検出された「人が操作子に加えている操作力」を、検出時の移動座標系における操作力に変換する操作力算出処理と、
固定座標系で検出された「操作子の位置」を、検出時の移動座標系における位置に変換する操作子位置算出処理と、
操作子の移動座標系での速度を算出する速度算出処理と、
速度算出処理で算出した操作子の移動座標系における速度に、操作力算出処理で算出した操作力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第１速度を算出する第１速度算出処理と、
第１速度算出処理で算出した移動座標系における第１速度と反対向きの力を算出する反対力算出処理と、
第１速度算出処理で算出した移動座標系における第１速度に、反対力算出処理で算出した反対力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第２速度を算出する第２速度算出処理と、
位置算出処理で算出した移動座標系における操作子の位置と、第２速度算出処理で算出した移動座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の移動座標系における目標操作子位置を算出する目標位置算出処理と、
目標位置算出処理で算出した移動座標系における目標位置を、固定座標系における座標値に変換する目標位置決定処理と、
操作子を変位させるアクチュエータを制御し、単位時間後に操作子を目標位置決定処理で決定した目標位置に位置調整する処理と、
を実行させるプログラム。
【請求項７】
固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる移動装置であり、
固定座標系における位置に関連付けて、当該位置における物体の移動速度を記憶している速度場記憶手段と、
人が操作する操作子と、
人が操作子に加えている操作力を固定座標系で検出する操作力検出手段と、
操作子の位置を固定座標系で検出する操作子位置検出手段と、
操作子の速度を固定座標系で検出する操作子速度検出手段と、
速度検出手段で検出した操作子の固定座標系における速度に、操作力検出手段で検出した操作力に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第１速度を計算する第１速度計算手段と、
第１速度計算手段で計算した固定座標系における第１速度から、操作子位置に対応付けて速度場記憶手段に記憶されている物体移動速度を減じることによって、固定座標系における第１速度と物体との間の相対速度を算出する相対速度算出手段と、
相対速度算出手段で算出した相対速度と反対向きの力を算出する反対力算出手段と、
第１速度計算手段で計算した固定座標系における第１速度に、反対力算出手段で算出した反対力に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第２速度を計算する第２速度計算手段と、
位置検出手段で検出した固定座標系における操作子の位置と、第２速度計算手段で計算した固定座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の固定座標系における目標操作子位置を計算する目標位置計算手段と、
目標位置計算手段で計算した目標位置に操作子を変位させるアクチュエータと、
を備える移動装置。
【請求項８】
前記第２速度計算手段は、算出された反対力に起因する加速度から計算された速度変化量が相対速度よりも速ければ、第２速度を前記物体移動速度に修正することを特徴とする請求項７の移動装置。
【請求項９】
固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる移動方法であり、
固定座標系における位置に関連付けて、当該位置における物体の移動速度を記憶しておく工程と、
人が操作子に加えている操作力を固定座標系で検出する操作力検出工程と、
操作子の位置を固定座標系で検出する操作子位置検出工程と、
操作子の速度を固定座標系で検出する操作子速度検出工程と、
速度検出工程で検出した操作子の固定座標系における速度に、操作力検出工程で検出した操作力に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第１速度を計算する第１速度計算工程と、
第１速度計算工程で計算した固定座標系における第１速度から、操作子位置に対応付けて記憶されている物体移動速度を減じることによって、固定座標系における第１速度と物体との間の相対速度を算出する相対速度算出工程と、
相対速度算出工程で算出した相対速度と反対向きの力を算出する反対力算出工程と、
第１速度計算工程で計算した固定座標系における第１速度に、反対力算出工程で算出した反対力に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第２速度を計算する第２速度計算工程と、
位置検出工程で検出した固定座標系における操作子の位置と、第２速度計算工程で計算した固定座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の固定座標系における目標操作子位置を計算する目標位置計算工程と、
操作子を変位させるアクチュエータを制御し、単位時間後に操作子を目標位置計算工程で計算した目標位置に位置調整する工程と、
を備える移動方法。
【請求項１０】
固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる装置が備えている電子計算機に下記の処理、即ち、
固定座標系における位置に関連付けて、当該位置における物体の移動速度を記憶手段に記憶しておく速度場記憶処理と、
固定座標系で検出された「操作子の速度」に、固定座標系で検出された「人が操作子に加えている操作力」に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第１速度を計算する第１速度計算処理と、
第１速度計算処理で計算した固定座標系における第１速度から、固定座標系で検出された「操作子の位置」に対応付けて前記記憶手段に記憶されている物体移動速度を減じることによって、固定座標系における第１速度と物体との間の相対速度を算出する相対速度算出処理と、
相対速度算出処理で算出した相対速度と反対向きの力を算出する反対力算出処理と、
第１速度計算処理で計算した固定座標系における第１速度に、反対力算出処理で算出した反対力に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第２速度を計算する第２速度計算処理と、
固定座標系で検出された「操作子の位置」と、第２速度計算処理で計算した固定座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の固定座標系における目標操作子位置を計算する目標位置計算処理と、
操作子を変位させるアクチュエータを制御し、単位時間後に操作子を目標位置計算処理で計算した目標位置に位置調整する処理と、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人によって操作される操作子の位置をアクチュエータによって調整する技術に関する。特に、移動する物体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操作子の位置を調節する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
人によって操作される操作子の位置を、アクチュエータによって制御することによって、人の操作を補助する技術が開発されている。この種の技術では、人が操作子に加えている操作力と、結果的に実現される操作子の運動の間に、
Ｍ・（ｄ２Ｐ／ｄｔ２）＋Ｄ・（ｄＰ／ｄｔ）＋Ｋ・Ｐ＝Ｆ  ・・（１）
の関係が成立していると、人は良好な操作感を得えられ、操作性が向上することが知られている。ここで、ｄ２Ｐ／ｄｔ２は操作子の加速度ベクトル、ｄＰ／ｄｔは操作子の速度ベクトル、Ｐは操作子の位置ベクトルである。Ｍは操作子の加速度に対する比例マトリクスであり、操作子に再現される質量に相当する。Ｄは操作子の速度に対する比例マトリクスであり、操作子に再現される粘性係数に相当する。Ｋは操作子の位置に対する比例マトリクスであり、操作子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を備えており、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。
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。
【特許文献１】特開２０００−８４８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば自動車の生産現場等では、作業対象物をベルトコンベアや回転テーブルの上に載置し、作業対象物を移動（平行移動や回転）させながら各種の処理を施す作業が実施されている。移動する作業対象物の所定箇所に処理を施すためには、処理用具などに固定されている操作子を作業対象物に対して相対的に操作する必要がある。作業者は、移動する作業対象物の運動と、操作子と作業対象物との間の相対運動の両者を考慮しながら操作子を操作する必要があり、困難な作業を強いられることとなる。
上記のような作業を補助するために従来の技術を利用しても、作業者の作業を正しく補助することは困難である。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、移動す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技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる移動装置に具現化することができる。この移動装置は、物体の移動に伴って経時的に変化する「物体に固定した移動座標系での座標値と、固定座標系での座標値の関係」を記憶している座標変換データ記憶手段と、人が操作する操作子と、人が操作子に加えている操作力を固定座標系で検出する操作力検出手段と、操作力検出手段の検出値と検出タイミングから、移動座標系における操作力を算出する操作力算出手段と、操作子の位置を固定座標系で検出する操作子位置検出手段と、操作子位置検出手段の検出値と検出タイミングから、操作子の移動座標系における位置を算出する操作子位置算出手段と、操作子の移動座標系での速度を算出する速度算出手段と、速度算出手段で算出した操作子の移動座標系における速度に、操作力算出手段で算出した操作力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第１速度を算出する第１速度算出手段と、第１速度算出手段で算出した移動座標系における第１速度と反対向きの力を算出する反対力算出手段と、第１速度算出手段で算出した移動座標系における第１速度に、反対力算出手段で算出した反対力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第２速度を算出する第２速度算出手段と、位置算出手段で算出した移動座標系における操作子の位置と、第２速度算出手段で算出した移動座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の移動座標系における目標操作子位置を算出する目標位置算出手段と、目標位置算出手段で算出した移動座標系における目標位置を、固定座標系における座標値に変換する目標位置決定手段と、目標位置決定手段で決定した目標位置に操作子を変位させるアクチュエータとを備える。
【０００５】
作業対象物が移動（平行移動や回転）する場合、操作子と作業対象物との間の相対運動を把握することが有効である。操作子と作業対象物との間の相対運動は、作業対象物に固定した移動座標系を定めると、移動座標系における操作子の運動によって記述される。一方、操作子の位置を実際に調整する際には、操作子の運動を、操作子の可動領域等に固定した固定座標系で把握する必要がある。操作子の運動を、移動座標系と固定座標系の両方で把握するためには、移動座標系での座標値と固定座標系での座標値の関係が必要となる。移動座標系での座標値と固定座標系での座標値の関係は、作業対象物の移動に伴って経時的に変化する。
この装置では、物体（例えば作業対象物）の移動に伴って経時的に変化する「物体に固定した移動座標系での座標値と、固定座標系での座標値の関係」を記憶している。それにより、検出した固定座標系における操作子の運動から、移動座標系における操作子の運動を算出することができる。あるいは、算出した移動座標系における操作子の運動を、固定座標系における操作子の運動に変換することができる。
【０００６】
この装置では、移動座標系における操作力から、その操作力に起因する移動座標系における加速度を算出する。移動座標系においても、前記した（１）式を利用して加速度を求めることができる。例えば粘性力やばね力が働かない環境であれば、［Ｍ・（ｄ２Ｐｆ／ｄｔ２）＝Ｆｆ］の式から移動座標系における加速度（ｄ２Ｐｆ／ｄｔ２）を求めることができる。添え字のｆは、移動座標系における指標であることを示している。
操作力に起因する移動座標系における加速度が判明すると、操作力に起因する単位時間後の移動座標系における速度変化量を算出することができる。操作子の移動座標系における現在速度に、操作力に起因する単位時間後の移動座標系における速度変化量を加味することによって、単位時間後の移動座標系における速度を算出することができる。これが本装置で算出する移動座標系における第１速度である。
【０００７】
この装置では、算出した移動座標系における第１速度に基づいて反対力を算出する。反対力は移動座標系における第１速度と反対向きの力である。反対力の大きさは、操作子に実現する操作感に合わせて調整可能である。固定した値としてもよいし、移動座標系における第１速度の速さに比例させてもよい。反対力の大きさを固定した値とすると、操作子を作業対象物に対して相対的に移動させたときに摩擦力が作用している操作感が再現される。反対力の大きさを移動座標系における第１速度の速さに比例させると、操作子を作業対象物に対して相対的に移動させたときに粘性力が作用している操作感が再現される。反対力の大きさを、固定した値と移動座標系における第１速度の速さに比例する値の加算値とすれば、摩擦力と粘性力の両者が作用している操作感が再現される。
この装置では、算出した移動座標系における反対力から、その反対力に起因する移動座標系における加速度を算出する。ここでも、［Ｍ・（ｄ２Ｐｆ／ｄｔ２）＝反対力］の式から加速度を求めることができる。移動座標系における加速度が判明すると、反対力に起因する単位時間後の移動座標系における速度変化量を算出することができる。そして、移動座標系における第１速度に、反対力に起因する移動座標系における速度変化量を加味することによって、単位時間後の移動座標系における速度を算出することができる。これが本発明で算出する移動座標系における第２速度である。
単位時間後の移動座標系における速度が決まると、移動座標系における現在位置や単位時間等と併せて、単位時間後の移動座標系における目標操作子位置を算出することができる。算出した移動座標系における目標位置を、固定座標系における座標値に変換することによって、操作子の固定座標系における目標位置を決定することができる。
最終的には、決定した固定座標系における目標位置までアクチュエータが操作子を変位させる。
【０００８】
この装置によると、実現される操作子の運動に、移動する作業対象物の運動が加味される。その結果、操作子はあたかも作業対象物とともにベルトコンベアや回転テーブルに載っているように運動する。操作子を操作する際に、移動する作業対象物の運動を考慮する必要がなく、作業対象物と操作子の相対運動のみを考慮すれば足りる。作業者は、移動する作業対象物に操作子を追従させながら、作業対象物の所定箇所に正しく処理を施すことができる。
【０００９】
上記の装置において、第２速度算出手段は、算出された反対力に起因する加速度から算出された速度変化量が第１速度よりも速ければ、第２速度をゼロに修正することが好ましい。
摩擦力や粘性力は、物体の移動方向と反対方向に作用する力であるが、物体の速度を反転させる作用はない。摩擦力や粘性力に相当する力を反対力に設定したときに、反対力に起因する速度変化量が第１速度よりも速ければ、第２速度が第１速度に対して反転してしまい、矛盾する結果が導かれてしまう。この場合、第２速度をゼロに修正することによって、操作子の運動に摩擦力や粘性力を正しく再現することができる。
【００１０】
上記の装置において、反対力決定手段は、算出された第１速度の向きに応じて、異なる大きさの反対力を算出することが好ましい。
それにより、作業対象物に対する操作子の操作方向に応じて、作業者に異なる操作感を与えることが可能となる。
【００１１】
上記の装置において、反対力決定手段は、算出された操作子の位置に応じて、異なる大きさの反対力を算出することが好ましい。
それにより、作業対象物に対する操作子の位置に応じて、作業者に異なる操作感を与えることが可能となる。
【００１２】
本発明の技術は、固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる方法にも具現化される。この移動方法は、物体の移動に伴って経時的に変化する「物体に固定した移動座標系での座標値と、固定座標系での座標値の関係」を記憶しておく工程と、人が操作子に加えている操作力を固定座標系で検出する操作力検出工程と、操作力検出工程の検出値と検出タイミングから、移動座標系における操作力を算出する操作力算出工程と、操作子の位置を固定座標系で検出する操作子位置検出工程と、操作子位置検出工程の検出値と検出タイミングから、操作子の移動座標系における位置を算出する操作子位置算出工程と、操作子の移動座標系での速度を算出する速度算出工程と、速度算出工程で算出した操作子の移動座標系における速度に、操作力算出工程で算出した操作力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第１速度を算出する第１速度算出工程と、第１速度算出工程で算出した移動座標系における第１速度と反対向きの力を算出する反対力算出工程と、第１速度算出工程で算出した移動座標系における第１速度に、反対力算出工程で算出した反対力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第２速度を算出する第２速度算出工程と、位置算出工程で算出した移動座標系における操作子の位置と、第２速度算出工程で算出した移動座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の移動座標系における目標操作子位置を算出する目標位置算出工程と、目標位置算出工程で算出した移動座標系における目標位置を、固定座標系における座標値に変換する目標位置決定工程と、操作子を変位させるアクチュエータを制御し、単位時間後に操作子を目標位置決定工程で決定した目標位置に位置調整する工程とを備える。
この方法よると、実現される操作子の運動に、移動する作業対象物の運動が加味される。その結果、操作子はあたかも作業対象物とともにベルトコンベアや回転テーブルに載っているように運動する。操作子を操作する際に、移動する作業対象物の運動を考慮する必要がなく、作業対象物と操作子の相対運動のみを考慮すれば足りる。作業者は、移動する作業対象物に操作子を追従させながら、作業対象物の所定箇所に正しく処理を施すことができる。
【００１３】
本発明の技術は、固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる装置が備えている電子計算機が実行するプログラムにも具現化される。このプログラムは、その電子計算機に、物体の移動に伴って経時的に変化する「物体に固定した移動座標系での座標値と、固定座標系での座標値の関係」を記憶している座標変換データ記憶手段にアクセスして、移動座標系と固定座標系の間で座標変換する処理と、固定座標系で検出された「人が操作子に加えている操作力」を、検出時の移動座標系における操作力に変換する操作力算出処理と、固定座標系で検出された「操作子の位置」を、検出時の移動座標系における位置に変換する操作子位置算出処理と、操作子の移動座標系での速度を算出する速度算出処理と、速度算出処理で算出した操作子の移動座標系における速度に、操作力算出処理で算出した操作力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第１速度を算出する第１速度算出処理と、第１速度算出処理で算出した移動座標系における第１速度と反対向きの力を算出する反対力算出処理と、第１速度算出処理で算出した移動座標系における第１速度に、反対力算出処理で算出した反対力に起因する加速度から生じる移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第２速度を算出する第２速度算出処理と、位置算出処理で算出した移動座標系における操作子の位置と、第２速度算出処理で算出した移動座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の移動座標系における目標操作子位置を算出する目標位置算出処理と、目標位置算出処理で算出した移動座標系における目標位置を、固定座標系における座標値に変換する目標位置決定処理と、操作子を変位させるアクチュエータを制御し、単位時間後に操作子を目標位置決定処理で決定した目標位置に位置調整する処理とを実行させるプログラムである。
このプログラムによると、実現される操作子の運動に、移動する作業対象物の運動が加味される。その結果、操作子はあたかも作業対象物とともにベルトコンベアや回転テーブルに載っているように運動する。操作子を操作する際に、移動する作業対象物の運動を考慮する必要がなく、作業対象物と操作子の相対運動のみを考慮すれば足りる。作業者は、移動する作業対象物に操作子を追従させながら、作業対象物の所定箇所に正しく処理を施すことができる。
【００１４】
本発明の技術は、固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる他の移動装置にも具現化することができる。この移動装置は、固定座標系における位置に関連付けて、当該位置における物体の移動速度を記憶している速度場記憶手段と、人が操作する操作子と、人が操作子に加えている操作力を固定座標系で検出する操作力検出手段と、操作子の位置を固定座標系で検出する操作子位置検出手段と、操作子の速度を固定座標系で検出する操作子速度検出手段と、速度検出手段で検出した操作子の固定座標系における速度に、操作力検出手段で検出した操作力に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第１速度を計算する第１速度計算手段と、第１速度計算手段で計算した固定座標系における第１速度から、操作子位置に対応付けて速度場記憶手段に記憶されている物体移動速度を減じることによって、固定座標系における第１速度と物体との間の相対速度を算出する相対速度算出手段と、相対速度算出手段で算出した相対速度と反対向きの力を算出する反対力算出手段と、第１速度計算手段で計算した固定座標系における第１速度に、反対力算出手段で算出した反対力に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第２速度を計算する第２速度計算手段と、
位置検出手段で検出した固定座標系における操作子の位置と、第２速度計算手段で計算した固定座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の固定座標系における目標操作子位置を計算する目標位置計算手段と、目標位置計算手段で計算した目標位置に操作子を変位させるアクチュエータとを備える。
【００１５】
操作子と作業対象物との間の相対運動は、操作子の固定座標系における運動から、作業対象物の固定座標系における運動を減じることによって把握することができる。作業対象物の固定座標系における運動は、固定座標系に広がる速度場によって記述することができる。この速度場は、固定座標系における位置に関連付けて、当該位置における作業対象物の移動速度を記述する。
この装置では、固定座標系における位置に関連付けて、当該位置における物体（例えば作業対象物）の移動速度を記憶している。それにより、検出した操作子の固定座標系における位置から、当該位置における物体の固定座標系における速度を特定することができる。
【００１６】
この装置では、固定座標系における操作力から、その操作力に起因して生じる加速度を固定座標系で計算する。この場合も、前記した（１）式を利用して加速度を求めることができる。例えば粘性力やばね力が働かない環境であれば、［Ｍ・（ｄ２Ｐ／ｄｔ２）＝Ｆ］の式から固定座標系における加速度（ｄ２Ｐ／ｄｔ２）を求めることができる。
操作力に起因する固定座標系における加速度が判明すると、操作力に起因する単位時間後の固定座標系における速度変化量を計算することができる。操作子の固定座標系における現在速度に、操作力に起因して生じる単位時間後の固定座標系における速度変化量を加味することによって、単位時間後の固定座標系における速度を計算することができる。これが本装置で算出する固定座標系における第１速度である。ここまでの段階で、物体（作業対象物）の運動は加味されていない。
【００１７】
この装置では、計算した第１速度から、検出した操作子位置における物体移動速度を減じることによって、固定座標系における第１速度と物体との間の相対速度を算出する。これが本装置で算出する相対速度である。
この装置では、算出した相対速度に基づいて反対力を算出する。反対力は、相対速度と反対向きの力である。反対力の大きさは、実現する操作感に合わせて調整可能である。反対力を調整することによって、摩擦力や粘性力が作用するときの操作感を再現することができる。
この装置では、算出した反対力から、その反対力に起因する固定座標系における加速度を計算する。ここでも、［Ｍ・（ｄ２Ｐ／ｄｔ２）＝反対力］の式から加速度を求めることができる。加速度が判明すると、反対力に起因する単位時間後の固定座標系における速度変化量を計算することができる。この速度変化量は相対速度を減じようとする速度変化量であり、物体と操作子との間の相対速度を減じようとする速度変化量である。
この装置では、検出した固定座標系における第１速度に、反対力に起因して生じる単位時間後の固定座標系における速度変化量を加味することによって、単位時間後の固定座標系における速度を計算する。これが本装置で算出する固定座標系における第２速度である。この段階において、物体（作業対象物）の運動が加味される。
単位時間後の固定座標系における速度が決まると、固定座標系における現在位置や単位時間等と併せて、単位時間後の固定座標系における目標操作子位置を計算することができる。
最終的には、計算した固定座標系における目標位置までアクチュエータが操作子を変位させる。
【００１８】
この装置によっても、実現される操作子の運動に、移動する作業対象物の運動が加味される。その結果、操作子はあたかも作業対象物とともにベルトコンベアや回転テーブルに載っているように運動する。操作子を操作する際に、移動する作業対象物の運動を考慮する必要がなく、作業対象物と操作子の相対運動のみを考慮すれば足りる。作業者は、移動する作業対象物に操作子を追従させながら、作業対象物の所定箇所に正しく処理を施すことができる。
【００１９】
上記の装置において、第２速度計算手段は、算出された反対力に起因する加速度から計算された速度変化量が相対速度よりも速ければ、第２速度を物体移動速度に修正することが好ましい。
上記の装置では、相対速度から反対力を決定する。そのことから、摩擦力や粘性力に相当する力を反対力に設定したときに、反対力に起因する速度変化量が相対速度よりも速ければ、反対力に起因する速度変化量が相対速度を反転させてしまい、矛盾する結果が導かれてしまう。この場合、第２速度を物体移動速度に修正することによって、操作子を操作したときの操作反力に摩擦力や粘性力を正しく再現することができる。
【００２０】
上記の技術によって、固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる他の方法を提供することもできる。この方法は、固定座標系における位置に関連付けて、当該位置における物体の移動速度を記憶しておく工程と、人が操作子に加えている操作力を固定座標系で検出する操作力検出工程と、操作子の位置を固定座標系で検出する操作子位置検出工程と、操作子の速度を固定座標系で検出する操作子速度検出工程と、速度検出工程で検出した操作子の固定座標系における速度に、操作力検出工程で検出した操作力に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第１速度を計算する第１速度計算工程と、第１速度計算工程で計算した固定座標系における第１速度から、操作子位置に対応付けて記憶されている物体移動速度を減じることによって、固定座標系における第１速度と物体との間の相対速度を算出する相対速度算出工程と、相対速度算出工程で算出した相対速度と反対向きの力を算出する反対力算出工程と、第１速度計算工程で計算した固定座標系における第１速度に、反対力算出工程で算出した反対力に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第２速度を計算する第２速度計算工程と、位置検出工程で検出した固定座標系における操作子の位置と、第２速度計算工程で計算した固定座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の固定座標系における目標操作子位置を計算する目標位置計算工程と、操作子を変位させるアクチュエータを制御し、単位時間後に操作子を目標位置計算工程で計算した目標位置に位置調整する工程とを備える。
この方法よっても、実現される操作子の運動に、移動する作業対象物の運動が加味される。その結果、操作子はあたかも作業対象物とともにベルトコンベアや回転テーブルに載っているように運動する。操作子を操作する際に、移動する作業対象物の運動を考慮する必要がなく、作業対象物と操作子の相対運動のみを考慮すれば足りる。作業者は、移動する作業対象物に操作子を追従させながら、作業対象物の所定箇所に正しく処理を施すことができる。
【００２１】
上記した技術は、固定座標系のなかで移動する物体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操作子の位置を移動させる装置が備えている電子計算機が実行するプログラムにも具現化される。このプログラムは、その電子計算機に、固定座標系における位置に関連付けて当該位置における物体の移動速度を記憶手段に記憶しておく速度場記憶処理と、固定座標系で検出された「操作子の速度」に、固定座標系で検出された「人が操作子に加えている操作力」に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第１速度を計算する第１速度計算処理と、第１速度計算処理で計算した固定座標系における第１速度から、固定座標系で検出された「操作子の位置」に対応付けて前記記憶手段に記憶されている物体移動速度を減じることによって、固定座標系における第１速度と物体との間の相対速度を算出する相対速度算出処理と、相対速度算出処理で算出した相対速度と反対向きの力を算出する反対力算出処理と、第１速度計算処理で計算した固定座標系における第１速度に、反対力算出処理で算出した反対力に起因する加速度から生じる固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第２速度を計算する第２速度計算処理と、固定座標系で検出された「操作子の位置」と、第２速度計算処理で計算した固定座標系における第２速度と、単位時間に基づいて、単位時間後の固定座標系における目標操作子位置を計算する目標位置計算処理と、操作子を変位させるアクチュエータを制御し、単位時間後に操作子を目標位置計算処理で計算した目標位置に位置調整する処理とを実行させる。
このプログラムによっても、実現される操作子の運動に、移動する作業対象物の運動が加味される。その結果、操作子はあたかも作業対象物とともにベルトコンベアや回転テーブルに載っているように運動する。操作子を操作する際に、移動する作業対象物の運動を考慮する必要がなく、作業対象物と操作子の相対運動のみを考慮すれば足りる。作業者は、移動する作業対象物に操作子を追従させながら、作業対象物の所定箇所に正しく処理を施すことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、移動する作業対象物に処理を施す人の作業を補助しうる技術が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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）  移動装置は、作業対象物を回転させながら支持する支持装置を備えている。
（形態２）  移動装置は、各種の計算処理を実行する処理部と、処理部が利用するプログラムやデータを記憶している記憶部を備えている。
（形態３）  処理部は、電子計算機を備えている。
（形態４）  処理部は、検出した操作子位置の経時変化から、操作子の速度を検出することができる。
（形態５）  処理部は、計時手段を備えている。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
本発明を実施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移動装置を示している。移動装置は、フロントガラスＷの所定箇所に接着剤を塗布する作業者を補助するために、作業者の操作に追従して処理用具である塗布ノズル３０の位置を移動させる装置である。図２は、移動装置が備える電気構成の要部を示している。
作業者は、移動装置を利用して、フロントガラスＷに接着剤を塗布する作業を行う。接着剤は、塗布ラインＬに沿って塗布することが求められている。塗布ラインＬ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。作業者は、操作子４を操作して、移動（回転）するフロントガラスＷの塗布ラインＬに沿って塗布ノズル３０を移動させる必要がある。
【００２５】
図１に示すように、移動装置は、フロントガラスＷを支持する支持装置２０を備えている。支持装置２０は、フロントガラスＷを支持しながら回転駆動する回転支持軸２２を備えている。回転支持軸２２の角速度をωとする。移動装置では、フロントガラスＷを支持装置２０によって回転させながら、接着剤の塗布作業を行うようになっている。フロントガラスＷの回転軸をＣとする。
図１に示すように、移動装置は、基台１０と、基台１０に揺動部１４ａを介して揺動可能に支持されている第１可動体１２ａと、第１可動体１２ａに揺動部１４ｂを介して揺動可能に支持されている第２可動体１２ｂと、第２可動体１２ｂに揺動部１４ｃを介して揺動可能に支持されている第３可動体１２ｃを備えている。以下、第１可動体１２ａと第２可動体１２ｂと第３可動体１２ｃをまとめて、可動体群１２ということがある。
【００２６】
第３可動体１２ｃには、作業者が操作するための操作子４と、接着剤を吐出する吐出ノズル３０が設けられている。吐出ノズル３０は、その先端３２から接着剤を吐出する。接着剤は、供給ホース３４を通じて吐出ノズル３０に供給される。
移動装置では、可動体群１２が揺動することによって、吐出ノズル３０の先端３２の位置Ｐ（ｔ）が所定の可動領域内を自由に移動できるように構成されている。なお、吐出ノズル３０と操作子４は相対的に移動しないことから、吐出ノズル３０は操作子４に固定されているともいえる。あるいは、吐出ノズル３０は操作子４の一部であるともいえる。以下では、吐出ノズル先端３２の位置Ｐ（ｔ）を、操作子４の位置Ｐ（ｔ）ということがある。操作子４の可動領域には、固定されたｘｙｚ座標系が定められている。この操作子４の可動領域に固定されたｘｙｚ座標系を固定座標系ということがある。
操作子４には、作業者が操作子４に加えている操作力を検出する力覚センサ６が設けられている。力覚センサ６は、作業者が操作子に加えている操作力Ｆを、ｘｙｚ軸の各軸方向とｘｙｚ軸の各軸回り方向の６方向の力に区別して検出することができる６軸センサである。
【００２７】
図１に示すように、移動装置は、基台１０に対して第１可動体１２ａを揺動する第１アクチュエータ１６ａと、第１可動体１２ａに対して第２可動体１２ｂを揺動する第２アクチュエータ１６ｂと、第２可動体１２ｂに対して第３可動体１２ｃを揺動する第３アクチュエータ１６ｃを備えている。以下、第１アクチュエータ１６ａと第２アクチュエータ１６ｂと第３アクチュエータ１６ｃをまとめて、アクチュエータ群１６ということがある。移動装置は、アクチュエータ群１６の動作を調節することによって、操作子の位置Ｐ（ｔ）を調節することができる。
図２に示すように、移動装置は、操作子４の位置Ｐ（ｔ）を検出するための位置センサ１８を備えている。位置センサ１８は、アクチュエータ群１６に取付けられているエンコーダ等によって構成されている。
【００２８】
移動装置は、アクチュエータ群１６の動作を制御する制御ユニット４０を備えている。制御ユニット４０は操作パネル４２等を備えている
図２に示すように、制御ユニット４０は、アクチュエータ群１６を制御するための処理部４６と、処理部４６が実行するプログラムや利用するデータを記憶している記憶部４８と、処理部４６の指令に基づいてアクチュエータ群１６の駆動するドライバ群５０等を備えている。処理部４６は、電子計算機を備えている。
処理部４６には位置センサ１８が接続されており、位置センサ１８の出力信号が処理部４６に入力されるようになっている。処理部４６は、位置センサ１８の出力信号に基づいて、操作子４の固定座標系における位置Ｐ（ｔ）を検出することができる。また処理部４６は、検出した操作子４の固定座標系における位置Ｐ（ｔ）の経時変化から、操作子４の固定座標系における速度ｖ（ｔ）を計算によって検出することができる。
処理部４６には力覚センサ６が接続されており、力覚センサ６の出力信号が処理部４６に入力されるようになっている。処理部４６は、力覚センサ６の出力信号に基づいて、作業者が操作子４に加えている操作力Ｆを、固定座標系で検出することができる。
処理部４６は、計時手段であるタイマを備えている。
【００２９】
記憶部４８は、作業対象物であるフロントガラスＷに固定した移動座標系での座標値と、固定座標系での座標値の関係を記述する座標変換データを記憶することができる。図３に、フロントガラスＷに固定した移動座標系（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）の例を示す。この移動座標系は直交座標系である。ｚｆ軸がフロントガラスＷの回転軸Ｃに沿って位置している。この移動座標系は、ｚｆ軸を回転中心として角速度ωで回転する。移動座標系での座標値（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）と、固定座標系での座標値（ｘ，ｙ，ｚ）の関係は、
ｘ＝（ｃｏｓωｔ）・ｘｆ＋（−ｓｉｎωｔ）・ｙｆ＋ｘ０
ｙ＝（ｓｉｎωｔ）・ｘｆ＋（  ｃｏｓωｔ）・ｙｆ＋ｙ０
ｚ＝ｚｆ
となる。ここでｔは時刻を示している。処理部４６は、タイマによって時刻ｔを把握する。上式で示されるように、移動座標系での座標値（ｘｆ，ｙｆ，ｚｆ）と固定座標系での座標値（ｘ，ｙ，ｚ）の関係は、フロントガラスＷの移動（回転）に伴って経時的に変化する。処理部４６は、教示されたフロントガラスＷの回転軸Ｃの位置（ｘ０，ｙ０）とその回転速度ωから、座標変換データを作成して記憶部４８に記憶させることができる。
処理部４６は、検出した操作子４の固定座標系における位置Ｐ（ｔ）と、その検出タイミング（時刻）ｔと、座標変換データに基づいて、操作子４の移動座標系における位置Ｐｆ（ｔ）を算出することができる。また処理部４６は、算出した操作子４の移動座標系における位置Ｐｆ（ｔ）の経時変化から、操作子４の移動座標系における速度ｖｆ（ｔ）を算出するができる。
処理部４６は、検出した固定座標系における操作力Ｆと、その検出タイミング（時刻）ｔと、座標変換データに基づいて、移動座標系における操作力Ｆｆを算出することができる。なお、固定座標系における操作力Ｆ：（Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ）と、移動座標系における操作力Ｆｆ：（Ｆｘｆ，Ｆｙｆ，Ｆｚｆ）との間に、
Ｆｘｆ＝（  ｃｏｓωｔ）・Ｆｘ＋（ｓｉｎωｔ）・Ｆｙ
Ｆｙｆ＝（−ｓｉｎωｔ）・Ｆｘ＋（ｃｏｓωｔ）・Ｆｙ
Ｆｚｆ＝Ｆｚ
の関係がある。
【００３０】
記憶部４８は、作業者等が指示した仮想質量Ｍや、仮想粘性係数Ｄや、仮想弾性係数Ｋや、仮想摩擦力値Ｆｇ等を記憶することができる。詳しくは後述するが、仮想質量Ｍは、操作子４の操作感に再現する仮想質量を規定するものである。仮想粘性係数Ｄは、操作子４の操作感に再現する仮想粘性力を規定するものである。仮想弾性係数Ｋは、操作子４の操作感に再現する仮想弾性力を規定するものである。仮想摩擦力値Ｆｇは、操作子４の操作感に再現する仮想摩擦力を規定するものである。
記憶部４８は、後述する処理を実施するために処理部４６が実行するプログラムを記憶している。
【００３１】
次に、処理部４６がアクチュエータ群１６の動作を調節する処理について詳細に説明する。図４は、処理部４６による処理の流れを示すフローチャートである。処理部４６は、図４のフローチャートに示す処理を、単位時間Δｔ毎に繰り返し実行する。なお以下の説明では、仮想弾性係数Ｋにゼロを設定しているものとする。
ステップＳ２では、移動座標系における操作子４の位置Ｐｆ（ｔ）を算出する。処理部４６は、まず位置センサ１８の出力信号から、操作子４の固定座標系における位置Ｐ（ｔ）を検出する。次いで、検出した操作子４の固定座標系における位置Ｐ（ｔ）と、検出タイミング（時刻）ｔと、座標変換データに基づいて、操作子４の移動座標系における位置Ｐｆ（ｔ）を算出する。
ステップＳ４では、操作子４の移動座標系における速度ｖｆ（ｔ）を算出する。処理部４６は、今回の動作サイクルで算出した操作子４の移動座標系における位置Ｐｆ（ｔ）と、前回の動作サイクルで算出した操作子４の移動座標系における位置Ｐｆ（ｔ−Δｔ）から、時刻ｔにおける操作子４の移動座標系における速度ｖｆ（ｔ）を算出することができる。
ステップＳ６では、力覚センサ６の検出値と検出タイミング（時刻）ｔと座標変換データに基づいて、移動座標系における操作力Ｆｆ（ｔ）を算出する。
【００３２】
ステップＳ８では、移動座標系における保存加速度ａｆｃ（ｔ）を算出する。保存加速度とは、保存力に起因する加速度である。保存力とは、人が加える操作力や弾性体が加える弾性力等のように、物体に作用したときにそのエネルギーが物体に保存される力である。保存力は、物体のエネルギーを増加することができる力といえる。移動座標系における保存加速度ａｆｃ（ｔ）は、次の式によって算出することができる。
ａｆｃ（ｔ）＝（Ｆｆ（ｔ）−Ｋ・Ｐｆ（ｔ））／Ｍ  ；
保存加速度ａｆｃ（ｔ）は、移動座標系における操作力Ｆに起因する加速度と、移動座標系における仮想弾性力Ｋ・Ｐｆ（ｔ）に起因する加速度の和となる。ここでは、仮想弾性係数Ｋをゼロに設定しているので、保存加速度ａｆｃ（ｔ）は移動座標系における操作力Ｆｆ（ｔ）に起因する成分のみとなる。保存加速度ａｆｃ（ｔ）は操作力Ｆｆに比例する。
ステップＳ１０では、ステップＳ４で算出した操作子４の移動座標系における速度ｖｆ（ｔ）に、移動座標系における保存加速度ａｆｃ（ｔ）から生じる単位時間Δｔ後の速度変化量を加味することによって、操作子４の移動座標系における第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）を算出する。即ち、
ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｆ（ｔ）＋ａｆｃ（ｔ）・Δｔ  ；
となる。この第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）は、移動座標系において速度ｖｆ（ｔ）で運動している質量Ｍの物体に操作力Ｆｆを加えたときに、単位時間Δｔ後に物体に実現される物体の速度である。第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）は、その物体に摩擦力や粘性力が作用しない場合の速度である。
【００３３】
ステップＳ１２では、反対力が算出される。反対力は、ステップＳ１０で算出した第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）と反対向きの力である。反対力は移動座標系において算出される。反対力は、仮想粘性係数Ｄを比例係数とする第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）に比例する反対力ｆｅと、第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）によらず一定の大きさの反対力ｆｇ（｜ｆｇ｜＝仮想摩擦力値Ｆｇ）の合力として算出される。即ち、反対力ｆｅ＋ｆｇは、
ｆｅ＋ｆｇ＝−（Ｄ・ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）＋Ｆｇ）  ；
となる。上式における負号は、反対力が第１速度と反対向きであることを示すものである。
図５は、操作子４に実現される運動をモデル化して示している。図５に示すように、反対力ｆｅは、第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）で運動する仮想質量Ｍの物体（操作子）４に作用する粘性力に相当する。また反対力ｆｇは、第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）で運動する仮想質量Ｍの物体（操作子）４に作用する摩擦力に相当する。
【００３４】
ステップＳ１４では、移動座標系における消散加速度ａｆｄ（ｔ）を算出する。消散加速度とは、消散力による加速度である。消散力とは、粘性力や摩擦力等のように、物体に作用したときに物体のエネルギーを消散させる力である。消散力は、物体のエネルギーを増加させることができない力を指す。本実施例では、反対力ｆｅ＋ｆｇに粘性力や摩擦力に相当する力を設定しているので、反対力ｆｅ＋ｆｇに起因する加速度が消散加速度となる。従って消散加速度ａｆｄ（ｔ）は、
ａｆｄ（ｔ）＝（ｆｅ＋ｆｇ）／Ｍ  ；
となる。
ステップＳ１６では、ステップＳ１０で算出した移動座標系における第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）に、ステップＳ１４で算出した移動座標系における消散加速度ａｆｄ（ｔ）から生じる単位時間Δｔ後の移動座標系における速度変化量を加味することによって、移動座標系における第２速度ｖｆｄ（ｔ＋Δｔ）を算出する。即ち、
ｖｆｄ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）＋ａｆｄ（ｔ）・Δｔ  ；
となる。図５に示すように、第２速度ｖｆｄ（ｔ＋Δｔ）は、速度ｖｆ（ｔ）で運動している仮想質量Ｍの物体（操作子）４に操作力Ｆを加えるとともに、物体（操作子）４に粘性力ｆｅと摩擦力ｆｇが作用したときに、単位時間Δｔ後に物体（操作子）４に実現される速度である。
【００３５】
ステップＳ１８では、ステップＳ１６で求めた第２速度ｖｆｄ（ｔ＋Δｔ）が、ステップＳ１０で求めた第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）に対して反転しているのか否かが判定される。即ち、
ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）・ｖｆｄ（ｔ＋Δｔ）＜０（ゼロ）  ；
であるか否かが判定される。先に説明したように、本実施例の反対力は、消散力である粘性力や摩擦力に相当する。粘性力や摩擦力は物体の速度と反対向きに作用して物体の速度を減ずるが、物体の速度を反転させるような作用はない。このステップＳ１８では、粘性力や摩擦力の性質と矛盾する結果が導出されているか否かを判定する。具体的には、反対力ｆｅ＋ｆｇに起因する消散加速度ａｄ（ｔ）から生じる速度変化量が、第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）よりも速い（イエス）のか否（ノー）かを判定することとなる。このステップでイエスの場合はステップＳ２０へと進み、ノーの場合はステップＳ２２へと進む。
ステップＳ２０では、ステップＳ１６で算出した第２速度ｖｆｄ（ｔ＋Δｔ）をゼロに修正する。これは、反対力ｆｅ＋ｆｇに起因する消散加速度ａｆｄ（ｔ）から計算する速度変化量を、第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）の速さ（大きさ）に修正することに相当する。
【００３６】
ステップＳ２２では、ステップＳ２で算出した操作子４の移動座標系における位置Ｐｆ（ｔ）と、ステップＳ４で算出した操作子４の移動座標系における速度ｖｆ（ｔ）と、ステップＳ２０、Ｓ２２で算出した第２速度ｖｆｄ（ｔ＋Δｔ）から、操作子４の移動座標系における目標位置Ｐｆ（ｔ＋Δｔ）を算出する。移動座標系における目標位置Ｐｆ（ｔ＋Δｔ）は、操作子４の移動座標系における速度ｖｆ（ｔ）が単位時間Δｔ後に第２速度ｖｆｄ（ｔ＋Δｔ）に変化するときに、操作子４が変位する移動座標系における位置である。即ち、
Ｐｆ（ｔ＋Δｔ）＝Ｐｆ（ｔ）＋（ｖｆ（ｔ）＋ｖｆｄ（ｔ＋Δｔ））・Δｔ／２  ；
となる。
ステップＳ２４では、ステップＳ２２で算出した移動座標系における目標位置Ｐｆ（ｔ＋Δｔ）と座標変換データに基づいて、操作子４の固定座標系における目標位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）を決定する。移動座標系における目標位置Ｐｆ（ｔ＋Δｔ）：（ｘｆ（ｔ＋Δｔ），ｙｆ（ｔ＋Δｔ），ｚｆ（ｔ＋Δｔ））と、固定座標系における目標位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）：（ｘ（ｔ＋Δｔ），ｙ（ｔ＋Δｔ），ｚ（ｔ＋Δｔ））の関係は、
ｘ（ｔ＋Δｔ）＝（ｃｏｓ（ω・（ｔ＋Δｔ）））・ｘｆ（ｔ＋Δｔ）
−（ｓｉｎ（ω・（ｔ＋Δｔ）））・ｙｆ（ｔ＋Δｔ）＋ｘ０
ｙ（ｔ＋Δｔ）＝（ｓｉｎ（ω・（ｔ＋Δｔ）））・ｘｆ（ｔ＋Δｔ）
＋（ｓｉｎ（ω・（ｔ＋Δｔ）））・ｙｆｔ＋Δｔ）＋ｙ０
ｚ（ｔ＋Δｔ）＝ｚｆ（ｔ＋Δｔ）
となる。
ステップＳ２６では、処理部４６がドライバ群５０を介してアクチュエータ群１６に動作指令を出力する。アクチュエータ群１６が動作することによって、操作子４は固定座標系における目標位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）に移動する。
【００３７】
図６に示すように、本実施例の移動装置では、時刻ｔの時点で単位時間Δｔ後の移動座標系における目標位置Ｐｆ（ｔ＋Δｔ）が算出されたときに、時刻ｔ＋Δｔの時点で操作子４が移動座標系において位置Ｐｆ（ｔ＋Δｔ）に位置するように制御される。即ち、時刻ｔの時点で目標位置Ｐｆ（ｔ＋Δｔ）が塗布ラインＬ上に位置していれば、時刻ｔ＋Δｔの時点で操作子４が塗布ラインＬ上に位置することとなる。それにより作業者は、フロントガラスＷの回転運動を考慮することなく、操作子４を塗布ラインＬに沿う方向に操作していればよい。結果的に、操作子４は図中のＲ方向に移動し、回転移動する塗布ラインＬに沿って移動することとなる。
処理部４６は、再びステップＳ２へ戻り、以上の演算処理を単位時間Δｔ毎に繰り返し実行する。なお、ステップＳ２では、操作子４の移動座標系における位置を再度算出することにかえて、ステップＳ２２で算出した操作子４の目標位置Ｐｆ（ｔ＋Δｔ）を用いてもよい。またステップＳ４では、操作子４の移動座標系における速度を再度算出することにかえて、ステップＳ１６〜Ｓ２０で算出した第２速度ｖｆｄ（ｔ＋Δｔ）を用いてもよい。
【００３８】
この移動装置では、作業者が操作子をフロントガラスＷに対して相対的に移動させたときに、粘性力や摩擦力が作用しているような操作感が作業者に与えられる。特に移動装置で再現される摩擦力は、最大静止摩擦力と動摩擦力が等しい理想的な摩擦力とすることもできる。それにより、いわゆるスティックスリップといわれる現象が生じることがなく、良好な操作感を作業者に与えることができる。
本出願人らは、操作子を移動させる装置の操作感に理想的な摩擦力を再現する技術を開発し、その技術を開示するために特許出願している。その技術の詳細は、特願２００４−２０３８８４号の願書に添付した特許請求の範囲、明細書、図面に記載されている。本実施例の移動装置では、その出願で開示される技術を有効に利用することができる。
【００３９】
本実施例では、第１速度を算出するまでの段階で、保存力である弾性力が速度に与える影響を加味し、それから消散力である粘性力や摩擦力を加味して第２速度を算出する例を説明した。これに限らず、第１速度を算出するまでの段階では弾性力が速度に与える影響を加味せず、第２速度を算出する段階で弾性力を加味してもよい。あるいは、第１速度を算出するまでの段階で弾性力や粘性力が速度に与える影響を加味し、第２速度を算出する段階で摩擦力のみを加味してもよい。
【００４０】
本実施例の移動装置では、操作子４の移動座標系における位置や、操作子４の移動座標系における速度の方向や、作業者が操作子に加える他の操作に応じて、異なる反対力ｆｅ＋ｆｇを算出するようにしてもよい。
図３に示すように、フロントガラスＷの塗布ラインＬは、移動座標系において常に定位置に位置しており、塗布ラインＬは常にｘｆ軸方向とｙｆ軸方向に沿って伸びている。そのことから、例えば移動座標系において操作子４がｘｆ軸方向やｙｆ軸方向とは異なる方向に移動するときには、反対力ｆｅ＋ｆｇを増大させることによって、作業者に強い操作反力を与えるようにしてもよい。それにより、操作子４をあたかも塗布ラインＬに沿って設けられたレールに乗せて操作しているような感覚を、作業者に与えることができる。作業者は、操作子４を塗布ラインＬに沿って操作しやすくなる。そのためには、ステップＳ１６〜Ｓ２０で算出した移動座標系における第１速度ｖｆｃ（ｔ＋Δｔ）の方向に応じて、反対力ｆｅ（即ち、仮想粘性係数Ｄ）や仮想摩擦力値Ｆｇを増減調整すればよい。
また、操作子４の位置がフロントガラスＷの範囲から外れたときには、反対力ｆｅ＋ｆｇを大きく増大させることによって、作業者に非常に強い操作反力を与えるようにしてもよい。それにより、フロントガラスＷの周囲にあたかも壁が存在するような感覚を、作業者に与えることができる。作業者は、操作子４がフロントガラスＷの範囲から外れてしまうことを容易に避けることができる。そのためには、ステップＳ２で算出した移動座標系における位置Ｐｆ（ｔ）に応じて、反対力ｆｅ（即ち、仮想粘性係数Ｄ）や仮想摩擦力値Ｆｇを増減調整すればよい。
【００４１】
（実施例２）
本実施例では、実施例１の移動装置において、処理部４６の処理方法を変更した移動装置について説明する。本実施例の移動装置のハード構成は、実施例１の移動装置と同様である。
本実施例の移動装置では、記憶部４８が速度場記述データを記憶している。図７を参照して、速度場データについて説明する。速度場データは、固定座標系における位置に関連付けて、当該位置におけるフロントガラスＷの移動速度を記述するデータである。本実施例では、フロントガラスＷが回転軸Ｃ：（ｘ０，ｙ０）の回りに角度速ωで回転しているので、固定座標系の位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）におけるフロントガラスＷの移動速度ベクトルＶ（Ｐ）＝（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）は、
Ｖｘ＝ω・（−ｙ＋ｙ０）
Ｖｙ＝ω・（  ｘ−ｘ０）
Ｖｚ＝０（ゼロ）
となる。
本実施例の記憶部４８は、以下に説明する処理を実施するために処理部４６が実行するプログラムを記憶している。
【００４２】
図８は、本実施例において処理部４６が実行する処理の流れを示すフローチャートである。処理部４６は、図８のフローチャートに示す処理を、単位時間Δｔ毎に繰り返し実行する。なお以下の説明では、仮想弾性係数Ｋにゼロを設定しているものとする。
ステップＳ１０２では、位置センサ１８の出力信号に基づいて、操作子４の固定座標系における位置Ｐ（ｔ）を検出する。
ステップＳ１０４では、操作子４の固定座標系における速度ｖ（ｔ）を検出する。処理部４６は、今回の動作サイクルで検出した操作子４の固定座標系における位置Ｐ（ｔ）と、前回の動作サイクルで検出した操作子４の固定座標系における位置Ｐ（ｔ−Δｔ）から、計算によって時刻ｔにおける操作子４の固定座標系における速度ｖ（ｔ）を検出する。
ステップＳ１０６では、力覚センサ６の出力信号に基づいて、作業者が操作子４に加えている固定座標系における操作力Ｆ（ｔ）を検出する。
【００４３】
ステップＳ１０８では、固定座標系における保存加速度ａｃ（ｔ）を計算する。即ち、
ａｃ（ｔ）＝（Ｆ（ｔ）−Ｋ・Ｐ（ｔ））／Ｍ  ；
となる。本実施例においても、仮想弾性係数Ｋをゼロに設定しているので、保存加速度ａｃ（ｔ）は、操作力Ｆ（ｔ）に起因する加速度に等しく、操作力Ｆに比例する。
ステップＳ１１０では、ステップＳ１０４で検出した操作子４の固定座標系における速度ｖ（ｔ）に、保存加速度ａｃ（ｔ）から生じる単位時間Δｔ後の固定座標系における速度変化量を加味することによって、操作子４の固定座標系における第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）を計算する。即ち、
ｖｃ（ｔ＋Δｔ）＝ｖ（ｔ）＋ａｃ（ｔ）・Δｔ  ；
となる。第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）は、速度ｖ（ｔ）で運動している質量Ｍの物体に操作力Ｆを加えたときに、単位時間Δｔ後に実現される物体の速度である。第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）は、その物体に摩擦力や粘性力が作用しない場合の速度である。
図９は、このステップＳ１１０で計算する第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）の一例を示している。図９に示す第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）は、時刻ｔにおけるウインドガラスＷの塗布ラインＬに沿う方向を向いている。作業者がウインドガラスＷの回転運動を考慮することなく、その時点（時刻ｔ）での塗布ラインＬに沿って操作子４を動かすように操作力Ｆを加えると、このような第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）が計算される。
【００４４】
ステップＳ１１２では、相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）を算出する。先ず処理部４６は、ステップＳ１０２で検出した操作子４の固定座標系における位置Ｐ（ｔ）に対応付けて速度場データに記述されている移動速度Ｖ（Ｐ（ｔ））を、記憶部４８から読み出す。次いで、ステップＳ１１０で計算した固定座標系における第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）から、読み出した移動速度Ｖ（Ｐ（ｔ））を減じることによって、相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）を算出する。即ち、
ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｃ（ｔ＋Δｔ）−Ｖ（Ｐ（ｔ））
となる。図９に、移動速度Ｖ（Ｐ（ｔ））と相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）の一例を示す。相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）は、固定座標系において第１速度ｖｃ（ｔ）で運動している物体とウインドガラスＷとの間の相対速度を示している。
ステップＳ１１４では、反対力が算出される。本実施例の反対力は、ステップＳ１１２で算出した相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）と反対向きの力である。反対力は、仮想粘性係数Ｄを比例係数とする相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）に比例する反対力ｆｅと、相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）によらず一定の大きさの反対力ｆｇ（｜ｆｇ｜＝仮想摩擦力値Ｆｇ）の合力によって決定される。即ち、反対力ｆｅ＋ｆｇは、
ｆｅ＋ｆｇ＝−（Ｄ・ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）＋Ｆｇ）  ；
となる。上式における負号は、反対力が相対速度と反対向きであることを示すものである。反対力ｆｅは、相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）で運動する物体に作用する粘性力に相当する。反対力ｆｇは、相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）で運動する物体に作用する摩擦力に相当する。
【００４５】
ステップＳ１１６では、固定座標系における消散加速度ａｄ（ｔ）を算出する。消散加速度ａｄ（ｔ）は、ステップＳ１１４で算出した反対力ｆｅ＋ｆｇに起因する加速度である。即ち、
ａｄ（ｔ）＝（ｆｅ＋ｆｇ）／Ｍ  ；
となる。
ステップＳ１１８では、ステップＳ１１０で計算した固定座標系における第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）に、ステップＳ１１６で計算した消散加速度ａｄ（ｔ）に起因して生じる単位時間Δｔ後の固定座標系における速度変化量を加味することによって、固定座標系における第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）を計算する。即ち、
ｖｄ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｃ（ｔ＋Δｔ）＋ａｄ（ｔ）・Δｔ  ；
となる。図９に示すように、計算される固定座標系における第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）には、固定座標系における第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）に、反対力ｆｅ＋ｆｇに起因する加速度ａｄ（ｔ）から生じる速度変化量ａｄ（ｔ）・Δｔが加味されたものとなる。反対力ｆｅ＋ｆｇが第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）とウインドガラスＷとの間の相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）から算出されていることから、第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）には、第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）とウインドガラスＷとの間の相対速度が加味されることとなる。
【００４６】
ステップＳ１２０では、ステップＳ１１８で計算した第２速度を、修正する必要があるか否かを判定する。本実施例においても、反対力は消散力である粘性力や摩擦力に相当する。従って、反対力を加味したときに、粘性力や摩擦力の性質と矛盾する結果が導出されているか否かを判定する必要が生じる。そのためには、反対力ｆｅ＋ｆｇに起因する消散加速度ａｄ（ｔ）から生じる速度変化量ａｄ（ｔ）・Δｔが、相対速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）よりも速い（イエス）のか否（ノー）かを判定することとなる。即ち、
｜ａｄ（ｔ）・Δｔ｜＞｜ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）｜  ；
を満たすのか否かを判定すればよい。このステップでイエスの場合はステップＳ１２２へと進み、ノーの場合はステップＳ１２４へと進む。
ステップＳ１２２では、ステップＳ１１８で計算した第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）を、ステップＳ１１２で読み出したフロントウインドＷの移動速度Ｖ（Ｐ（ｔ））に修正する。この処理は、消散加速度ａｄ（ｔ）による単位時間Δｔ後の速度変化量の大きさ｜ａｄ（ｔ）・Δｔ｜を、相対速度の速さ｜ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）｜に修正することに等しい。
【００４７】
ステップＳ１２４では、ステップＳ１０２で検出した操作子４の固定座標系における位置Ｐ（ｔ）と、ステップＳ１０４で検出した操作子４の固定座標系における速度ｖ（ｔ）と、ステップＳ１２２で計算した第２絶対速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）と、単位時間Δｔから、操作子４の固定座標系における目標位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）を計算する。固定座標系における目標位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）は、操作子４の固定座標系における速度ｖ（ｔ）が単位時間Δｔ後に第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）に変化するときに、操作子４が変位する固定座標系における位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）である。即ち、
Ｐ（ｔ＋Δｔ）＝Ｐ（ｔ）＋（ｖ（ｔ）＋ｖｄ（ｔ＋Δｔ））・Δｔ／２  ；
となる。
ステップＳ１２６では、計算した目標絶対位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）に基づいて、処理部４６がドライバ群５０を介してアクチュエータ群１６に動作指令を出力する。アクチュエータ群１６が動作することによって、操作子４は固定座標系における目標位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）に移動する。
【００４８】
図９に示すように、作業者がフロントガラスＷの回転運動を意識することなく操作子４を塗布ラインＬに沿って操作していると、その時（時刻ｔ）の塗布ラインＬに沿う向きの第１速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）が計算される。この第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）に基づいて操作子４の動作を調節しても、フロントガラスＷの回転運動によって操作子４は塗布ラインＬから外れてしまう。そこで本実施例では、計算した第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）とフロントガラスＷとの間の相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）を算出する。そして、その相対速度ｖｅｃ（ｔ＋Δｔ）を減ずるように作用する反対力ｆｅ＋ｆｇを決定する。反対力ｆｅ＋ｆｇによる速度変化量ａｄ（ｔ）・Δｔが加味された第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）には、ウインドガラスＷの移動速度が加味されることとなる。操作子４の固定座標系における速度が第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）となるように操作子４の動作を調節すると、操作子４は回転運動する塗布ラインＬに追従して変位する。作業者は、フロントガラスＷの回転運動を意識することなく、その時に視認している塗布ラインＬに沿うように操作子４を操作すればよい。結果的に、操作子４はフロントガラスＷの回転運動に追従して移動する。
本実施例においても、作業者が操作子をフロントガラスＷに対して相対運動させたときに、粘性力や摩擦力が作用しているような操作感が作業者に与えられる。操作子の操作感に再現される摩擦力を、最大静止摩擦力と動摩擦力が等しい理想的な摩擦力とすることもできる。
【００４９】
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人が操作子を操作する装置に適用可能である。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。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】移動装置の外観を示す図。
【図２】移動装置の電気構成の要部を示すブロック図。
【図３】固定座標系と移動座標系を併せて示す図。
【図４】実施例１の処理部が実行する処理の流れを示すフローチャート。
【図５】操作子に再現される力学モデルを示す図。
【図６】操作子の実際の運動を示す図。
【図７】フロントウインド（作業対象物）の移動速度を記述する速度場を示す図。
【図８】実施例２の処理部が実行する処理の流れを示すフローチャート。
【図９】実施例２の処理で計算する各速度の関係を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
２・・移動装置
４・・操作子
６・・力覚センサ
１０・・基台
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・可動体
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ・・揺動部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ・・アクチュエータ
１８・・位置センサ
２０・・支持装置
２２・・回転支持軸
３０・・塗布ノズル（処理用具）
４０・・制御ユニット
４２・・操作パネル
４６・・処理部
４８・・記憶部
５０・・ドライバ群
Ｗ・・フロントガラス
Ｌ・・塗布ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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