(57)【要約】【課題】操作子に適度な操作反力を再現する汎用性の高い技術を提供する。【解決手段】  操作装置は、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検出する操作力検出手段と、操作子の速度を検出する手段と、検出した操作子の速度に検出した操作力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味して第１速度を算出する手段と、第１速度と反対向きの力を決定する手段と、第１速度に決定した反対力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味して第２速度を算出し、算出した第２速度が第１速度と反対向きであれば、算出した第２速度をゼロとする手段と、操作子の速度が第２速度算出手段で算出した第２速度に変化するように、操作子を動作させるアクチュエータとを備える。【選択図】図３
2006024150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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検出する操作力検出手段と、
操作子の速度を検出する速度検出手段と、
速度検出手段で検出した操作子の速度に、操作力検出手段で検出した操作力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、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第１速度と反対向きの力を決定する反対力決定手段と、
第１速度算出手段で算出した第１速度に、反対力決定手段で決定した反対力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、第２速度を算出し、算出した第２速度が第１速度と反対向きであれば、算出した第２速度をゼロとする第２速度算出手段と、
操作子の速度が第２速度算出手段で算出した第２速度に変化するように、操作子を動作させるアクチュエータと、
を備える操作装置。
【請求項２】
操作子の速度が、前記速度検出手段で検出した操作子の速度から、前記第２速度算出手段で算出した第２速度に変化するときに、操作子が変位する変位量を算出する変位量算出手段をさらに備え、
前記アクチュエータは、変位量算出手段で算出した変位量だけ操作子を移動させることを特徴とする請求項１に記載の操作装置。
【請求項３】
人が操作する操作子と、
人が操作する操作子を移動させるアクチュエータを備え、
アクチュエータは、人が操作子に加えている力を、擬似摩擦力が作用する物体に加えたときに生じる物体の運動を、操作子の運動に実現することを特徴とする操作装置。
【請求項４】
人が操作子に加えている操作力を検出する操作力検出工程と、
操作子の速度を検出する速度検出工程と、
速度検出工程で検出した操作子の速度に、操作力検出工程で検出した操作力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、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第１速度と反対向きの力を決定する反対力決定工程と、
第１速度算出工程で算出した第１速度に、反対力決定工程で決定した反対力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、第２速度を算出し、算出した第２速度が第１速度と反対向きであれば、第２速度をゼロとする第２速度算出工程と、
アクチュエータによって、操作子の速度が第２速度算出工程で算出した速度に変化するように、操作子を動作させる動作工程と、
を備える操作子の動作調節方法。
【請求項５】
人が操作する操作子の動作をアクチュエータによって調節する方法であり、
人が操作子に加えている力を、擬似摩擦力が作用する物体に加えたときに生じる物体の運動を、アクチュエータによって操作子の運動に実現することを特徴とする操作子の動作調節方法。
【請求項６】
人が操作する操作子の動作をアクチュエータによって調節するためのプログラムであり、電子計算機に、
人が操作子に加えている操作力を入力する処理と、
操作子の速度を入力する処理と、
入力した操作子の速度に、入力した操作力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、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第１速度と反対向きの力を決定する反対力決定処理と、
第１速度算出処理で算出した第１速度に、反対力決定処理で決定した反対力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、第２速度を算出し、算出した第２速度が第１速度と反対向きであれば、算出した第２速度をゼロとする第２速度算出処理と、
操作子の速度が、第２速度算出処理で算出した第２速度に変化するように、アクチュエータへの動作指令を出力する出力処理と、
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制御する技術に関する。特に人が操作子に操作力を加えたときに、操作子から人に適度な反力（例えば手応え等）を与えることによって、良好な操作性が得られるようにアクチュエータを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車のステアリングホイールのように、人によって操作される操作子をアクチュエータによって移動させることによって、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、人が操作子に操作力を加えたときに、操作子から人に適度な反力（以下、操作反力ということがある）を与えられるようにすると、良好な操作性が得られることが知られている。特に、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＝Ｆｈ  ・・（１）
の関係が成立していると、人に良好な操作感が得られ、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。Ｆｈ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し、重量物を細かに移動させる位置決め時には、加速度に対する比例係数Ｍを小さくする一方、速度に対する比例係数Ｄを大きくす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２００１−７５６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
人が操作子に加えている操作力等から、先に示した（１）式の関係を満たす操作子の目標位置を計算し、アクチュエータによってその目標位置に移動させる方式であると、人の僅かな手ぶれに操作子が敏感に応答し、人の手ぶれを増幅してしまうこともある。細かな操作を行う際にはかえって操作感を悪化させてしまい、操作性が低下してしまう。
そこで特許文献１の技術では、物体を細かく移動させて位置を決定する段階では、速度に対する比例係数Ｄを大きくすることによって操作反力を増大するようにしている。しかしながらこの技術は、重量物の搬送作業が予め想定された複数の作業段階に大別できることに立脚しており、重量物の搬送作業のように一連の操作が比較的定まっている場合には有効であるが、他の様々な用途の操作子に適用するには汎用性に欠ける面がある。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、操作子に適度な操作反力を再現する汎用性の高い技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、先に示した（１）式の関係を満たすようにアクチュエータを制御しても良好な操作性が得られない理由を種々に研究した。
その結果、（１）式には自然界に存在する摩擦力が加味されておらず、摩擦力が存在しないという不自然な環境で操作するときの操作感が再現されてしまうことにあることを認識した。例えば平面内の所定位置に物体を搬送して位置決めする場合、人は平面から物体に作用する摩擦力を考慮し、摩擦力を利用して操作する。（１）式の関係を満たすようにアクチュエータを制御する方式では、自然界に存在する摩擦力が加味されず、その自然な操作を再現することができない。
実際の作業でも、摩擦力が作用しないことがある。自由空間内の所定位置に物体を搬送して位置決めする場合には、摩擦力が作用しない。体験すれば直ちに明らかになるが、人にとって摩擦力が働かない環境で位置決め操作することは困難である。この場合、摩擦力が作用する環境で作業している関係を再現できれば、その操作ははるかに自然で簡単なものとなる。
アクチュエータによって操作子の位置を制御する方式では、操作子の運動に摩擦力を再現することは難しい。むしろ摩擦力を排除する方向に向かって研究されており、摩擦力を利用する研究は極めて少ない。
本発明者らは、自然で良好な操作性を得るためには、摩擦力を利用することが重要であることを認識し、あえて扱いにくい摩擦力を再現する課題に取り組むことによって、本発明を完成するに至った。
【０００５】
摩擦力は、操作性を良くも悪くもする。平面内の所定位置に物体を搬送して位置決めする場合、動摩擦力が作用している環境を再現した方が、自然で良好な操作性を得ることができる。しかしながら、静止している物体をわずかに移動させて目標位置に位置決めする操作に摩擦力を再現すると、その操作は困難なものとなる。周知のように、静摩擦係数は動摩擦係数よりも大きい。静止している物体に静摩擦力以上の力を加えて移動させると、わずかに離れた目標位置を超えて移動してしまい、なかなか目標位置に位置決めできないことが多い。いわゆるスティックスリップ現象が起こってしまい、細かな操作を行う際には摩擦力が操作性を悪化させてしまう。操作性を良くする摩擦力とは、例えばスティックスリップ現象の発現しないような摩擦力といえる。
機械的な摺動抵抗部を設けることによって操作反力に摩擦力を加味するハードウエアを構築しても、スティックスリップ現象が発現してしまい、単純に良好な操作性を得ることはできない。
本発明者は、操作性を良くする側に作用する摩擦力を活用し、操作性を悪くする側に作用する摩擦力を排除することによって、上記の問題を克服した。
【０００６】
本発明は、操作子の動作をアクチュエータによって調節することで、人による操作子の操作を補助する装置に具現化することができる。この操作装置は、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検出する操作力検出手段と、操作子の速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段で検出した操作子の速度に、操作力検出手段で検出した操作力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、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第１速度と反対向きの力を決定する反対力決定手段と、第１速度算出手段で算出した第１速度に、反対力決定手段で決定した反対力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、第２速度を算出し、算出した第２速度が第１速度と反対向きであれば、算出した第２速度をゼロとする第２速度算出手段と、操作子の速度が第２速度算出手段で算出した第２速度に変化するように操作子を動作させるアクチュエータとを備える。
【０００７】
本発明の装置では、操作力Ｆｈから、その操作力に起因して生じるはずの加速度を算出する。この段階では、摩擦力を考慮しない。前記した式（１）から加速度を解くことによって操作力に起因して生じるはずの加速度を算出することができる。
粘性やばね力が働かない環境であれば、［Ｍ・（ｄ２Ｐ／ｄｔ２）＝Ｆｈ］の式から加速度（ｄ２Ｐ／ｄｔ２）を求めることができる。ここでＭは、操作子に擬制する物体の質量に相当する。
加速度が判明すると、単位時間後の速度変化量を計算することができる。現在の速度に加速度から計算した速度変化量を加味することによって、単位時間後の速度を算出することができる。これが本発明で算出する第１速度である。
本発明では、第１速度から摩擦力に相当する反対力を決定する。反対力は、第１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り、固定した値であってもよい。あるいは操作子の速度、位置、移動方向等に依存させて大小させてもよい。第１速度がゼロであれば、第１速度に向きが存在しないことから、反対力はゼロとする。このことは、静止摩擦力をゼロとすることを意味しない。第１速度は、摩擦力等の反対力が作用しないとするときの仮想的な速度だからである。
本発明では、第１速度と反対向きの力を決定し、その反対力によって生じ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速度変化量を計算することができる。第１速度に、反対力に起因する単位時間後の速度変化量を加味することによって、単位時間後の速度を算出することができる。これが本発明で算出する第２速度である。
第１速度の向きと第２速度の向きが互いに反対向きとなっている場合、第２速度をゼロに修正する。摩擦力による影響を計算するために反対力を想定したけれども、摩擦力には反対方向に移動させる作用がないからである。
最終的には、操作子の速度が、第２速度算出手段で算出した第２速度に変化するように、アクチュエータが操作子の動作を調節する。操作子は、その速度が速度検出手段で検出した速度から第２速度算出手段で算出した第２速度に変化するように移動する。
上記では、第１速度を計算するまでの段階で、粘性やばね力が速度に与える影響を計算し、それから反対力を利用して第２速度を計算する例を説明した。後記する実施例に示すように、第１速度を計算するまでの段階では粘性が速度に与える影響を計算せず、反対力と粘性を利用して第２速度を計算してもよい。必要なら、第１速度を計算するまでの段階では粘性やばね力が速度に与える影響を計算せず、反対力と粘性とばね力を利用して第２速度を計算してもよい。
【０００８】
図５を用いて、上記で算出される第１速度や第２速度について説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、横軸に操作子の速度をとり縦軸に反対力を示すグラフである。図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、反対力は操作子の速度と逆向きであり、その大きさは操作子の速度によらず一定である。また、操作子の速度がゼロであれば反対力もゼロである。
図５（ａ）〜（ｄ）において、図中Ａは操作子の現在速度を示しており、図中Ｂは算出される第１速度を示しており、図中Ｃは算出される第２速度を示している。
図５（ａ）は、操作子が移動している場合であって、現在速度が比較的大きい場合を示している。これは、例えば人が操作子を大きく操作している状況に対応する。操作力Ｆｈに基づいて、例えば図５（ａ）に示すように第１速度Ｂが算出される。第１速度Ｂが正方向であることから、反対力は負方向となり、第１速度Ｂよりも第２速度Ｃは小さく算出される。第２速度を用いて操作子の位置を決定することにより、操作子はあたかも動摩擦力が作用しているように運動する。操作子を操作している人には、操作子に動摩擦力が作用しているような操作反力が与えられる。このとき再現される動摩擦力の大きさは、反対力の大きさに等しい。
【０００９】
図５（ｂ）は、操作子が移動している場合であって、現在速度や第１速度が比較的小さい場合を示している。これは、例えば人が操作子を細かに操作している状況に対応する。図５（ｂ）に示すように、算出される第１速度Ｂが小さい場合、第２速度の向きが第１速度Ｂの向きに対して、反対向きになることがある。このように、第１速度Ｂの向きと第２速度Ｃの向きが互いに反対向きとなっている場合、第２速度はゼロに修正される。ここで第２速度がゼロに修正されず、操作子が修正前の第２速度に基づいて変位すると、人が操作した向きと逆向きに操作子が動いたり、人が操作していないのに操作子が振動を始めてしまう。本装置では、第２速度はゼロに修正し、第２速度を用いて操作子の位置を決定することにより、操作子はあたかも動摩擦力や静止摩擦力が作用しているように運動する。操作子を操作している人には、操作子に動摩擦力や静止摩擦力が作用しているような操作反力が与えられる。
【００１０】
図５（ｃ）は、操作子が停止している場合であって、操作力が比較的小さい場合を示している。これは、例えば人が操作子を停止させているときに、手ぶれしている状況に対応する。図５（ｃ）に示すように、操作力が小さいときは、算出される第１速度Ｂが小さいので、第２速度の向きが第１速度Ｂの向きに対して、反対向きになる。第１速度Ｂの向きと第２速度Ｃの向きが互いに反対向きとなっているので、第２速度はゼロに修正される。現在速度と第２速度がゼロであることから、操作子は変位しないように維持される。操作子を操作している人には、操作子に静止摩擦力が作用しているような操作反力が与えられる。
図５（ｄ）は、操作子が停止している場合であって、操作力が比較的大きい場合を示している。これは、例えば人が停止している操作子を、動かし始める状況に対応する。図５（ｄ）に示すように、操作力が大きいときは、算出される第１速度Ｂが大きいので、第２速度の向きと第１速度Ｂの向きが、同じ向きになる。第２速度を用いて操作子の位置を決定することにより、操作子はあたかも動摩擦力や静止摩擦力が作用しているように運動する。
図５（ｃ）（ｄ）から明らかなように、停止している操作子に第１速度と第２速度が同じ向きに算出されるような操作力を加えると、停止している操作子を動かすことができる。即ち、反対力を超える操作力を加えたときに、停止している操作子を動かすことができ、操作子に再現される最大の静止摩擦力が、反対力と等しいことを意味する。この操作装置では、操作子の運動に再現される最大静止摩擦力と、操作子の運動に再現される動摩擦力とが等しくなる。操作子の運動に、最大静止摩擦力と動摩擦力が等しく、静止摩擦力と動摩擦力に区別のない擬似摩擦力が再現される。
【００１１】
この装置では、人の操作を補助しうる素直な摩擦力、例えば静止摩擦力と動摩擦力の区別のないような擬似摩擦力を操作子の運動に再現することができる。この装置によると、操作子に適度な操作反力を発生させることができる。例えば操作状態等に応じて制御則を切換える必要がなく、様々な機械装置等の操作装置に採用することができる。
【００１２】
上記の装置において、操作子の速度が、前記速度検出手段で検出した操作子の速度から、前記第２速度算出手段で算出した第２速度に変化するときに、操作子が変位する変位量を算出する変位量算出手段をさらに備えることが好ましい。この場合、アクチュエータは、変位量算出手段で算出した変位量だけ操作子を移動させる。
この装置では、操作子の動作を操作子の位置によって調節するので、操作子の運動に擬似摩擦力をより精度よく再現することができる。
【００１３】
本発明はまた、操作子をアクチュエータによって移動させることによって、人による操作子の操作を補助する方法を提供することができる。この方法は、人が操作子に加えている操作力を検出する操作力検出工程と、操作子の速度を検出する速度検出工程と、速度検出工程で検出した操作子の速度に操作力検出工程で検出した操作力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、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第１速度と反対向きの力を決定する反対力決定工程と、第１速度算出工程で算出した第１速度に、反対力決定工程で決定した反対力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、第２速度を算出し、算出した第２速度が第１速度と反対向きであれば、第２速度をゼロとする第２速度算出工程と、アクチュエータによって、操作子の速度が第２速度算出工程で算出した速度に変化するように操作子を動作させる動作工程とを備える。
【００１４】
この方法では、人の操作を補助しうる素直な摩擦力、例えば静止摩擦力と動摩擦力の区別のないような擬似摩擦力を操作子の運動に再現することができる。この方法によると、操作子に適度な操作反力を発生させることができる。例えば操作状態等に応じて制御則を切換える必要がなく、様々な機械装置等の操作装置に採用することができる。
【００１５】
本発明の技術は、電子計算機によって、人が操作する操作子の位置をアクチュエータによって移動させるためのプログラムにも具現化される。このプログラムは、電子計算機に、人が操作子に加えている操作力を入力する処理と、操作子の速度を入力する処理と、入力した操作子の速度に、入力した操作力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、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第１速度と反対向きの力を決定する反対力決定処理と、第１速度算出処理で算出した第１速度に、反対力決定処理で決定した反対力に起因して生じる加速度から計算する速度変化量を加味することによって、第２速度を算出し、算出した第２速度が第１速度と反対向きであれば、算出した第２速度をゼロとする第２速度算出処理と、操作子の速度が第２速度算出処理で算出した第２速度に変化するようにアクチュエータへの動作指令を出力する出力処理とを実行させるプログラムである。
このプログラムをコンピュータに実行させることにより、人の操作を補助しうる素直な摩擦力、例えば静止摩擦力と動摩擦力の区別のないような擬似摩擦力を操作子の運動に再現することができる。操作子に適度な操作反力を発生させることができる。例えば操作状態等に応じて制御則を切換える必要がなく、様々な機械装置等の操作装置に採用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、操作子に適度な操作反力を与える汎用性の高い技術が提供され、各種の操作に対して良好な操作感を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１）  作業支援装置は、作業者が把持する把持部と、把持部をｘ方向に変位させる第１アクチュエータと、把持部をｙ方向に変位させる第２アクチュエータと、把持部をｚ方向に変位させる第３アクチュエータを備えている。
（形態２）  作業支援装置は、作業者が把持部に加えている力を測定する力覚センサを備えている。その力覚センサは、作業者が把持部に加えている力を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、およびｘ軸周り方向、ｙ軸周り方向、ｚ軸周り方向の６方向の力に区別して検出することができる。
【実施例】
【００１８】
本発明を実施する実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例は、本発明の技術を作業者による搬送作業を補助する装置に適用したものである。
図１は、本実施例の作業者による重量物の搬送作業を補助する装置（以下、作業補助装置と略す）２の全体像を示している。図２は、作業補助装置２の電気構成を示している。
図１、図２に示す作業補助装置２は、自動車の製造現場において、自動車のインストルメントパネル（以下、インパネと略す）Ｗを、自動車のボディ（図示せず）内に組み付ける工程で利用される。この工程では、インパネＷを自動車ボディ内に搬送、位置決めし、自動車ボディに固定する作業が作業者によって行われる。作業者は、インパネＷを作業補助装置２に固定し、作業補助装置２を介して搬送、位置決めする。作業補助装置２により、作業者は、インパネＷよりも軽量な物体を搬送するときに要求される力でインパネＷを搬送することができる。
【００１９】
図１によく示されるように、作業補助装置２は、一対の固定レール８ａ、８ｂと、その固定レール８ａ、８ｂの長手方向に沿ってスライド可能な第１可動体１０と、その第１可動体１０の長手方向に沿ってスライド可能な第２可動体２０と、その第２可動体２０の長手方向に沿ってスライド可能な第３可動体３０を備えている。以下、固定レール８ａ、８ｂの長手方向をｘ方向とし、第１可動体１０の長手方向をｙ方向とし、第２可動体２０の長手方向をｚ方向とする。ｘ方向とｙ方向とｚ方向は互いに略直交している。また、第３可動体３０には、インパネＷを支持可能なインパネ支持体４０が取り付けられている。インパネ支持体４０には、インパネＷを脱着可能に固定するための固定部４６等が設けられている。作業補助装置２では、所定の可動空間内を第３可動体３０が自由に移動できるように構成されており、インパネ支持体４０を介して支持しているインパネＷを自由に移動させることができるように構成されている。
【００２０】
図１、図２に示すように、作業補助装置２は、第１可動体１０をｘ方向に沿ってスライドさせる第１アクチュエータ１２、第２可動体２０をｙ方向に沿ってスライドさせる第２アクチュエータ２２、第３可動体３０をｚ方向に沿ってスライドさせる第３アクチュエータ３２を備えている。
作業補助装置２は、第３可動体３０に固定された力覚センサ６と、力覚センサ６に設けられた作業者が把持するための把持部４を備えている。作業者は、作業補助装置２を介してインパネＷを搬送する際に、把持部４を把持してインパネＷを搬送する。力覚センサ６は、作業者が把持部４に加えている搬送力（操作力）を検出するためのセンサであり、作業者の操作力をｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、およびｘ軸周り方向、ｙ軸周り方向、ｚ軸周り方向の６方向の力に区別して検出することができる。
作業補助装置２は、図１には図示されないが、第１可動体１０のｘ方向の位置を検出する第１位置センサ１６と、第２可動体２０のｙ方向の位置を検出する第２位置センサ２６と、第３可動体３０のｚ方向の位置を検出する第３位置センサ３６を備えている。
【００２１】
作業補助装置２は、第１、第２、第３アクチュエータ１２、２２、３２の動作を制御する制御ユニット６０を備えている。
図２によく示されるように、制御ユニット６０は、第１アクチュエータ１２を動作させる第１ドライバ１４と、第２アクチュエータ２２を動作させる第２ドライバ２４と、第３アクチュエータ３２を動作させる第３ドライバ３４を備えている。また、第１、第２、第３ドライバ１４、２４、３４に指令を与える処理部６２や、作業者が処理部６２に指示を入力したり、処理部６２から作業者に情報を表示するための操作パネル６４等を備えている。
処理部６２には、力覚センサ６が接続されており、力覚センサ６で検出した作業者が把持部４に加えた操作力が処理部６２に入力される。また、処理部６２には、第１、第２、第３位置センサ１６、２６、３６が接続されており、第１位置センサ１６で検出した第１可動体１０のｘ方向の位置と、第２位置センサ２６で検出した第２可動体２０のｙ方向の位置と、第３位置センサ３６で検出した第３可動体３０のｚ方向の位置が入力される。処理部６２は、入力される第１、第２、第３可動体１０、２０、３０の位置から、把持部４の位置Ｐ：（ｘ，ｙ，ｚ）を算出することができる。また処理部６２は、把持部４の位置座標Ｐの経時変化から、把持部４の速度ｖ：（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ，ｄｚ／ｄｔ）や、把持部４の加速度ａ：（ｄ２ｘ／ｄｔ２，ｄ２ｙ／ｄｔ２，ｄ２ｚ／ｄｔ２）を算出することができる。
把持部４とインパネＷは相対的に固定されているので、把持部４の位置Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）、把持部４の速度ｖ（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ，ｄｚ／ｄｔ）、把持部４の加速度ａ（ｄ２ｘ／ｄｔ２，ｄ２ｙ／ｄｔ２，ｄ２ｚ／ｄｔ２）は、それぞれインパネＷの位置、インパネＷの速度、インパネＷの加速度に対応する。
【００２２】
処理部６２は、仮想質量Ｍや、仮想粘性係数Ｄや、仮想弾性係数Ｋや、擬似摩擦力値（反対力値）ｆ等を記憶することができる。仮想質量Ｍや、仮想粘性係数Ｄや、仮想弾性係数Ｋや、擬似摩擦力値ｆ等は、作業者等が予め設定し、操作パネル６４等を利用して作業補助装置２に教示しておくことができる。なお、本実施例の作業補助装置２では、仮想弾性係数Ｋがゼロに設定されている。
制御ユニット６０の処理部６２は、作業者が把持部４に加えた操作力や、把持部４の位置Ｐや、把持部４の速度ｖや、把持部４の加速度ａを算出し、記憶している仮想質量Ｍや、仮想粘性係数Ｄや、仮想弾性係数Ｋや、擬似摩擦力値ｆ等を用いて把持部４を変位させるべき目標位置を逐次算出し、第１、第２、第３ドライバ１４、２４、３４に教示する。第１、第２、第３ドライバ１４、２４、３４は、教示された位置へと第１、第２、第３可動体１０、２０、３０が変位するように、第１、第２、第３アクチュエータを動作させる。作業補助装置２は、作業者が把持部４に加えている力を補完するように動作し、把持部４と共にインパネＷを変位させる。作業者は、あたかもインパネＷよりも軽量な物体を搬送しているときの力で、インパネＷを搬送することができる。
【００２３】
以下、処理部６２が把持部４の変位量を逐次算出する処理について詳細に説明する。図３は、処理部６２が把持部４の変位量を逐次算出する処理の流れを示すフローチャートである。処理部６２は、図３のフローチャートに示す演算処理を、動作周期Δｔによって繰り返し実行する。なおここでは、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、第１、第２、第３位置センサ１６、２６、３６の出力に基づいて、把持部４の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。以下、時刻ｔにおける把持部４の位置をＰ（ｔ）と記述し、そのときの把持部４の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、それぞれ（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））と記述する。
ステップＳ４では、把持部４の速度（ｄｘ／ｄｔ，ｄｙ／ｄｔ，ｄｚ／ｄｔ）を算出する。処理部６２は、把持部４の経時的な位置変化から、即ち、今回の動作サイクルのステップＳ２で算出した把持部４の位置Ｐ（ｔ）と、前回の動作サイクルで算出した把持部４の位置Ｐ（ｔ−Δｔ）から、時刻ｔにおける把持部４の速度を算出する。以下、時刻ｔにおける把持部４の速度をｖ（ｔ）と記述し、そのときの把持部４のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の速度を、それぞれｖｘ（ｔ）、ｖｙ（ｔ）、ｖｚ（ｔ）と記述する。
ステップＳ６では、力覚センサ６の出力に基づいて、作業者が把持部４に加えている操作力を算出する。処理部６４は、作業者が把持部４に加えている操作力のなかで、少なくともｘ方向と、ｙ方向と、ｚ方向の成分を区別して算出する。以下、時刻ｔにおいて作業者が把持部４に加えている操作力をＦ（ｔ）と記述し、そのｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の成分を、それぞれＦｘ（ｔ）、Ｆｙ（ｔ）、Ｆｚ（ｔ）と記述する。
【００２４】
ステップＳ８では、保存加速度ａｃ（ｔ）を算出する。保存加速度ａｃ（ｔ）とは、保存力による加速度である。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て、物体のエネルギーを増加することができる力を指す。即ち、
ａｃ（ｔ）＝（Ｆ（ｔ）−Ｋ・Ｐ（ｔ））／Ｍ  ；
となる。保存加速度ａｃ（ｔ）のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の成分を、それぞれａｃｘ（ｔ）、ａｃｙ（ｔ）、ａｃｚ（ｔ）とすると、
ａｃｘ（ｔ）＝（Ｆｘ（ｔ）−Ｋｘ・ｘ）／Ｍ
ａｃｙ（ｔ）＝（Ｆｙ（ｔ）−Ｋｙ・ｙ）／Ｍ
ａｃｚ（ｔ）＝（Ｆｚ（ｔ）−Ｋｚ・ｚ）／Ｍ
となる。保存加速度ａｃ（ｔ）は、操作力Ｆ（ｔ）に起因して生じる加速度と、仮想弾性力Ｋ・Ｐ（ｔ）に起因して生じる加速度の和となる。なお、本実施例の作業補助装置２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ａｃ（ｔ）は、操作力Ｆ（ｔ）に起因して生じる加速度に等しく、保存加速度ａｃ（ｔ）は操作力Ｆ（ｔ）に比例する。
ステップＳ１０では、保存加速度ａｃ（ｔ）を用いて、動作周期Δｔ後の把持部４の第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）を算出する。即ち、
ｖｃ（ｔ＋Δｔ）＝ｖ（ｔ）＋ａｃ（ｔ）・Δｔ  ；
となる。第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の成分を、それぞれｖｃｘ（ｔ＋Δｔ）、ｖｃｙ（ｔ＋Δｔ）、ｖｃｚ（ｔ＋Δｔ）とすると、
ｖｃｘ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｘ（ｔ）＋ａｃｘ（ｔ）・Δｔ
ｖｃｙ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｙ（ｔ）＋ａｃｙ（ｔ）・Δｔ
ｖｃｚ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｚ（ｔ）＋ａｃｚ（ｔ）・Δｔ
となる。第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）は、算出した把持部４の速度ｖ（ｔ）に、操作力Ｆ（ｔ）に起因して生じる加速度から計算される速度変化量や、仮想弾性力Ｋ・Ｐ（ｔ）に起因して生じる加速度から計算される速度変化量が加味されている。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（ｔ）を加えたときに、動作周期Δｔ後に実現される物体の速度と等しい。第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）は、摩擦力や粘性抵抗力を考慮しない速度である。
【００２５】
ステップＳ１２では、擬似摩擦力ｆ（ｔ）が決定される。図４に示すように、擬似摩擦力ｆ（ｔ）の方向は、把持部４の第１速度ｖｃ（ｔ）の向きと反対向きとなるように決定される。また、擬似摩擦力ｆ（ｔ）の大きさは、把持部４が移動しているときは、擬似摩擦力値ｆとする。即ち、擬似摩擦力ｆ（ｔ）のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の成分を、それぞれｆｘ（ｔ）、ｆｙ（ｔ）、ｆｚ（ｔ）とすると、
ｆｘ（ｔ）＝−ｆ・ｖｃｘ（ｔ）／｜ｖｃ（ｔ）｜
ｆｙ（ｔ）＝−ｆ・ｖｃｙ（ｔ）／｜ｖｃ（ｔ）｜
ｆｚ（ｔ）＝−ｆ・ｖｃｚ（ｔ）／｜ｖｃ（ｔ）｜
となる。なお、
｜ｖｃ（ｔ）｜＝（（ｖｃｘ（ｔ））２＋（ｖｃｙ（ｔ））２＋（ｖｃｚ（ｔ））２）１／２
であり、
｜ｆ（ｔ）｜＝（（ｆｘ（ｔ））２＋（ｆｙ（ｔ））２＋（ｆｚ（ｔ））２）１／２
＝ｆ
である。
一方、算出された第１速度ｖｃ（ｔ）がゼロであれば、擬似摩擦力の大きさ｜ｆ（ｔ）｜をゼロとする。即ち、
ｆｘ（ｔ）＝ｆｙ（ｔ）＝ｆｚ（ｔ）＝０
である。このことは、作業補助装置２が把持部４の運動に再現する静止摩擦力がゼロであることを意味しない。第１速度ｖｃ（ｔ）は摩擦力がないとするときの仮想的な速度であり、この段階の擬似摩擦力ｆ（ｔ）は、その第１速度ｖｃ（ｔ）に対して仮に定めるものである。
【００２６】
ステップＳ１４では、消散加速度ａｄ（ｔ）を算出する。消散加速度ａｄ（ｔ）とは、消散力による加速度である。消散力とは、粘性抵抗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、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。ここでは、仮想粘性係数Ｄと擬似摩擦力ｆ（ｔ）により、
ａｄ（ｔ）＝（−Ｄ・ｖ（ｔ）＋ｆ（ｔ））／Ｍ  ；
となる。消散加速度ａｄ（ｔ）のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の成分を、それぞれａｄｘ（ｔ）、ａｄｙ（ｔ）、ａｄｚ（ｔ）とすると、
ａｄｘ（ｔ）＝（−Ｄ・ｖｃｘ（ｔ）＋ｆｘ（ｔ））／Ｍ
ａｄｙ（ｔ）＝（−Ｄ・ｖｃｙ（ｔ）＋ｆｙ（ｔ））／Ｍ
ａｄｚ（ｔ）＝（−Ｄ・ｖｃｚ（ｔ）＋ｆｚ（ｔ））／Ｍ
となる。消散加速度ａｄ（ｔ）は、粘性抵抗力に比例する成分と、擬似摩擦力ｆ（ｔ）に比例する成分の和となる。粘性係数Ｄがゼロに設定されていれば、消散加速度ａｄ（ｔ）は、擬似摩擦力ｆ（ｔ）に比例する。
ステップＳ１６では、ステップＳ１０で求めた第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）と、ステップＳ１４で求めた消散加速度ａｄ（ｔ）を用いて、動作周期Δｔ後の把持部４の第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）を算出する。即ち、
ｖｄ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｃ（ｔ＋Δｔ）＋ａｄ（ｔ）・Δｔ  ；
となる。第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の成分を、それぞれｖｄｘ（ｔ＋Δｔ）、ｖｄｙ（ｔ＋Δｔ）、ｖｄｚ（ｔ＋Δｔ）とすると、
ｖｄｘ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｃｘ（ｔ＋Δｔ）＋ａｄｘ（ｔ）・Δｔ
ｖｄｙ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｃｙ（ｔ＋Δｔ）＋ａｄｙ（ｔ）・Δｔ
ｖｄｚ（ｔ＋Δｔ）＝ｖｃｚ（ｔ＋Δｔ）＋ａｄｚ（ｔ）・Δｔ
となる。第２速度ｖｄ（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（ｔ）を加え、粘性抵抗力Ｄ・ｖｃ（ｔ）と擬似摩擦力ｆ（ｔ）と等しい力が作用しているときに、動作周期Δｔ後に実現される物体の速度と等しい。このとき、例えば第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）が小さいと、第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）と第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）が、反対向きに算出されることがある。一般に、粘性抵抗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。本実施例では、以下に説明するステップＳ１８とステップＳ２０の処理によって、粘性抵抗力Ｄ・ｖｃ（ｔ）や擬似摩擦力ｆ（ｔ）が速度を反転させるような結果が導出されることを禁止する。
【００２７】
ステップＳ１８では、ステップＳ１０で求めた第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）と、ステップＳ１６で求めた第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）について、
ｖｃｘ（ｔ＋Δｔ）・ｖｄｘ（ｔ＋Δｔ）＜０（ゼロ）  ；
ｖｃｙ（ｔ＋Δｔ）・ｖｄｙ（ｔ＋Δｔ）＜０（ゼロ）  ；
ｖｃｚ（ｔ＋Δｔ）・ｖｄｚ（ｔ＋Δｔ）＜０（ゼロ）  ；
であるか否かが判定される。ここでは、第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）と第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）が反対向きであることから、上記の３式はいずれかの１式が満たされるときに、他の２式も満たされる関係となっている。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、ｘ，ｙ，ｚ方向のなかでステップＳ１８の判定でイエスとなった方向について、ステップＳ１６で求めた第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）をゼロと書き換える。例えばｘ方向について、ｖｃｘ（ｔ＋Δｔ）・ｖｄｘ（ｔ＋Δｔ）＜０と判定されれば、第２速度ｖｄｘ（ｔ＋Δｔ）＝０（ゼロ）と書き換える。他のｙ，ｚ方向についても同様に処理し、第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）をゼロとする。
【００２８】
作業補助装置２は、以下に説明するステップＳ２２、ステップＳ２４の処理によって、把持部４の速度が、ステップＳ１８で算出した第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）に変化するように、第１〜第３ドライバ１４、２４、３４を動作させる。
ステップＳ２２では、上述の処理で決定された第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）を、動作周期Δｔ後の把持部４の速度として、動作周期Δｔ後までに把持部４が変位すべき位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）を算出する。例えば、
Ｐ（ｔ＋Δｔ）＝Ｐ（ｔ）＋（ｖ（ｔ）＋ｖｄ（ｔ＋Δｔ））・Δｔ／２  ；
と計算することができる。ｘ、ｙ、ｚ座標毎に表すと、
Ｐｘ（ｔ＋Δｔ）＝Ｐｘ（ｔ）＋（ｖｘ（ｔ）＋ｖｄｘ（ｔ＋Δｔ））・Δｔ／２
Ｐｙ（ｔ＋Δｔ）＝Ｐｙ（ｔ）＋（ｖｙ（ｔ）＋ｖｄｙ（ｔ＋Δｔ））・Δｔ／２
Ｐｚ（ｔ＋Δｔ）＝Ｐｚ（ｔ）＋（ｖｚ（ｔ）＋ｖｄｚ（ｔ＋Δｔ））・Δｔ／２
となる。上記の式は、時刻ｔにおいて位置Ｐ（ｔ）を速度ｖ（ｔ）で運動している物体が、時刻ｔ＋Δｔにおいて第２速度ｖｄ（ｔ）で運動しているとしたときに、その物体が存在しうる位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）を計算する式の一例である。
ステップＳ２４では、現在の位置Ｐ（ｔ）と、ステップＳ２２で算出した変位すべき位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）から、把持部４の変位量をそれぞれｘ、ｙ、ｚ方向毎に算出し、第１〜第３ドライバ１４、２４、３４に教示する。
処理部６２は、再びステップＳ２へ戻り、以上の演算処理を動作周期Δｔによって繰り返し実行する。なお、ステップＳ２では、把持部４の現在位置を検出することにかえて、ステップＳ２２で算出した把持部４の位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）を用いてもよい。また、ステップＳ４では、把持部４の速度を算出することにかえて、ステップＳ１６〜ステップＳ２０で算出した第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）を用いてもよい。
本実施例では、第１速度を計算するまでの段階で、保存力である仮想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仮想粘性抵抗力や擬似摩擦力を利用して第２速度を計算する例を説明した。これに限らず、第１速度を計算するまでの段階では仮想弾性力が速度に与える影響を加味せず、第２速度を計算する段階で仮想弾性力を加味してもよい。あるいは、第１速度を計算するまでの段階で仮想弾性力や仮想粘性抵抗力が速度に与える影響を加味し、第２速度を計算する段階で擬似摩擦力のみを加味してもよい。
【００２９】
図５を用いて、作業者が把持部４に操作力Ｆを加えたときに、把持部４に実現される運動について説明する。図５（ａ）〜（ｄ）は、横軸に把持部（操作部）４の速度をとり、縦軸に擬似摩擦力（反対力）を示すグラフである。図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、擬似摩擦力は第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）に対して逆向きであって、その大きさは擬似摩擦力値ｆに等しい。また、第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）がゼロの場合、擬似摩擦力はゼロと与えられる。なお、図５に示す速度範囲では、擬似摩擦力に対して粘性抵抗力は十分に小さく、粘性抵抗力は無視することができる。即ち、図５に示すグラフは、把持部４の速度と、擬似摩擦力と粘性抵抗力を合計した消散力との関係を示すグラフに略等しい。
図５（ａ）〜（ｄ）において、図中Ａは、図３のステップＳ４で検出される把持部４の速度ｖ（ｔ）を示している。図中Ｂは、図３のステップＳ１０で算出される第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）を示している。図中Ｃは、図３のステップＳ１６で算出される第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）を示している。
【００３０】
図５（ａ）は、把持部４が移動している場合であって、速度ｖ（ｔ）が比較的大きい場合を示している。これは、例えば作業者が把持部４を大きく操作して、インパネＷを搬送している状況に対応する。第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）と第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）が同じ向きであることから（ステップＳ１８でノー）、把持部４の位置はＣ点に示す第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）を用いて決定される（ステップＳ２２）。把持部４は、操作力Ｆと動摩擦力ｆが作用している質量Ｍの物体と同様に運動し、把持部４を操作してインパネＷを搬送する作業者には、インパネＷに動摩擦力ｆが作用しているような操作反力が与えられる。
図５（ｂ）は、把持部４が移動している場合であって、速度ｖ（ｔ）や第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）が比較的小さい場合を示している。これは、例えば作業者が把持部４を細かに操作し、インパネＷを位置決めしている状況に対応する。第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）と第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）が互いに反対向きであることから、ステップＳ１６で算出した第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）は、ステップＳ２０でゼロに修正される。把持部４は、操作力Ｆや動摩擦力ｆが作用している質量Ｍの物体が、静止摩擦力によって停止するような運動をし、把持部４を操作してインパネＷを搬送する作業者には、インパネＷに動摩擦力ｆや静止摩擦力が作用しているような操作反力が与えられる。
【００３１】
図５（ｃ）は、把持部４が停止している場合であって、操作力Ｆが比較的小さい場合を示している。これは、例えば作業者が把持部４を停止させているときに、手ぶれしている状況に対応する。操作力Ｆが小さいときは、第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）が小さいので、第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）が、第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）と反対向きとなって求められる。第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）と第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）が互いに反対向きであることから、ステップＳ１６で算出した第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）は、ステップＳ２０でゼロに修正される。現在速度ｖ（ｔ）と第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）がゼロであることから、把持部４は変位しないように維持される。把持部４を把持してインパネＷを停止させている作業者には、把持部４に静止摩擦力が作用しているような操作反力が与えられる
図５（ｄ）は、把持部４が停止している場合であって、操作力Ｆが比較的大きい場合を示している。これは、例えば作業者が停止している把持部４を動かし始めて、インパネＷの搬送を開始するような状況に対応する。操作力Ｆが大きいときは、第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）が大きいので、第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）が、第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）と同じ向きとなって求められる。把持部４は、最大静止摩擦力を超える力が加えられて動き始める質量Ｍの物体と同様に運動し、把持部４を操作してインパネＷを搬送する作業者には、インパネＷに最大静止摩擦力ｆを超えて操作力Ｆを加えたときのような操作反力が与えられる。
図５（ｃ）（ｄ）から明らかなように、停止している把持部４に、第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）と第２速度ｖｄ（ｔ＋Δｔ）が同じ向きに算出されるような操作力Ｆを加えると、停止している把持部４を動かすことができる。即ち、擬似摩擦力ｆを超える操作力Ｆを加えたときに、停止している操作子を動かすことができ、把持部４に再現される最大の静止摩擦力が、擬似摩擦力ｆと等しいことを意味する。作業補助装置２では、把持部４の運動に再現される最大静止摩擦力の大きさと、操作子の運動に再現される動摩擦力の大きさが等しくなる。
【００３２】
図６は、作業補助装置２を用いて、インパネＷの保管位置から、インパネＷを自動車ボディに組み付ける組付位置まで、インパネＷを搬送して位置決めし、そのときの操作反力とインパネＷの速度の関係を測定したグラフである。図６（ａ）（ｂ）のグラフは、横軸が時刻を示しており、左方の縦軸が操作反力を示しており、右方の縦軸がインパネＷの速度を示している。図６（ａ）は、擬似摩擦力値ｆを与えた場合の測定結果である。図６（ａ）中の破線９２ａは、測定された操作反力（作業者が感じる手応え）を示す。図６（ａ）中の実線９２ｂは、測定されたインパネＷの速度を示す。一方、図６（ｂ）は、擬似摩擦力値ｆをゼロに設定した場合の測定結果である。図６（ｂ）中の破線９４ａは、測定された操作反力を示す。図６（ｂ）中の実線９４ｂは、測定されたインパネＷの速度を示す。図６（ａ）では、操作反力が常に正の値となっており、作業補助装置２が擬似摩擦力ｆ（ｔ）を再現することにより、作業者に安定した手応えを与えていることが確認できる。一方、図６（ｂ）に示すように、擬似摩擦力値ｆをゼロに設定した場合では、搬送作業後半（位置決め段階）において、操作反力が速度と反対向きになっている。このような関係になると、作業者はインパネＷに引き摺られるような感覚を覚えることとなり、違和感のある操作性となってしまう。
【００３３】
作業補助装置２では、把持部４の位置や、把持部４の移動方向や、作業者の操作に基づいて、記憶している擬似摩擦力値ｆを変化するようにしてもよい。
図７は、作業補助装置２のｘ，ｙ方向の可動範囲１００を示している。作業者は、作業補助装置２を利用して、インパネＷを保管位置Ｓから組付位置Ｇまで搬送する。
まず作業者は、インパネＷをインパネ支持体４０に固定するために、インパネ支持体４０を保管位置Ｓの近傍に移動する。このとき把持部４は、図７の範囲１０２内に位置する。把持部４が範囲１０２に位置するときは、例えば設定した擬似摩擦力値ｆをそのまま使用する。それにより、作業者が把持部４を操作したときに、操作する方向によらず安定した操作反力（手ごたえ）が得られ、インパネ支持体４０を固定しようとするインパネＷに接近させやすい。
インパネＷをインパネ支持体４０に固定した後に、作業者はインパネＷをｘ方向に大きく移動する。このとき把持部４は、図７の範囲１０４内をｘ方向に移動する。従って、把持部４が範囲１０４に位置するときは、例えば算出した第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）の方向とｘ方向とのなす角が大きいほど、擬似摩擦力値ｆを大きく修正するようにする。それにより、作業者が把持部４を操作したときに、ｘ方向には移動しやすく、他の方向には移動しにくい操作感を与えることができる。作業者は、インパネＷをあたかもｘ方向に沿ったレールに乗せて搬送しているような操作感が得られ、インパネＷをｘ方向に搬送しやすい。
【００３４】
インパネＷをｘ方向に搬送した後に、作業者はインパネＷを組付位置Ｇに向けてｙ方向に移動するために、搬送する向きをｘ方向からｙ方向へと変える。このとき把持部４は、図７の範囲１０６内に位置する。把持部４が範囲１０６内に位置するときは、例えば範囲１０２と同様に設定した擬似摩擦力値ｆをそのまま使用する。それにより、作業者はインパネＷの搬送方向を変えやすい。
インパネＷの搬送方向を変えた後に、作業者はインパネＷを組付位置Ｇに向けてｙ方向に大きく移動する。このとき把持部４は、図７の範囲１０８内をｙ方向に移動する。従って、把持部４が範囲１０８に位置するときは、例えば算出した第１速度ｖｃ（ｔ＋Δｔ）の方向とｙ方向とのなす角が大きいほど、擬似摩擦力値ｆを大きく修正するようにする。それにより、作業者が把持部４を操作したときに、ｙ方向には移動しやすく、他の方向には移動しにくい操作感を与えることができる。作業者は、インパネＷをあたかもｙ方向に沿ったレールに乗せて搬送しているような操作感が得られ、インパネＷをｙ方向に搬送しやすい。
インパネＷを組付位置Ｇの近傍まで搬送した後に、作業者はインパネＷを自動車ボディの組付位置へと位置決めする。このとき把持部４は、図７の範囲１１０内に位置する。従って、把持部４が範囲１１０に位置するときは、例えば作業者の操作によって擬似摩擦力値ｆを調節できるようにするとよい。例えば、力覚センサ６で検出されるｚ軸周り方向の力に比例して、擬似摩擦力値ｆが増大するようにする。それにより、作業者は把持部４を捻るように操作することで、操作反力を調節することができるようになる。位置決め作業時の細かな操作をするときに、例えば擬似摩擦力値ｆを高めるように操作して、手ぶれを強く抑えるようにすると、位置決めしやすい。
以上の搬送作業では、作業補助装置２の可動範囲１００において、把持部４が図７の範囲１１２内に位置することがない。従って、把持部４が範囲１１２に位置するときは、例えば擬似摩擦力値ｆを大きく修正するようにしてもよい。このとき、把持部４の移動方向が範囲１１２内へさらに進入する方向のときのみ修正してもよい。それにより、把持部４が範囲１０２〜１１０から外れると強い操作反力を感じ、把持部４が範囲１０２〜１１０へと復帰するときは適度な操作反力を感じるようになり、作業者は範囲１０２〜１１０の周囲にあたかも壁が存在するような感覚を覚える。把持部４が範囲１０２〜１１０から外れることを防止することができ、インパネＷが想定外の位置へと搬送されることが防止される。
【００３５】
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。
上記では、本発明の技術を重量物を搬送する作業を補助する装置に適用した例を示したが、本発明の技術は他の様々な装置等に適用可能である。自動車を例に挙げると、例えばパワーステアリング装置、ペダル装置、減速比シフトレバー装置をはじめ、人が操作する操作子を備える操作装置に広く適用可能である。また、これら適用先のパワーステアリング装置、ペダル装置等は、実在する自動車に搭載されたものに限らず、自動車の運転をシミュレートするゲーム装置等に搭載される操作装置にも適用可能である。
上記では、仮想弾性力を第１速度の計算に加味する場合を説明した。仮想弾性力を加味する場合、仮想弾性力は基準位置に対する変位量に比例し、基準位置を境として作用する方向が反転することから、第１、第２速度を算出する段階では仮想弾性力を加味しないで変位すべき位置を算出し、算出した変位すべき位置と現在の位置とが基準位置を跨いでいるのか否かを判断し、仮想弾性力を調節して加味するようにしてもよい。
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】
【００３６】
【図１】搬送作業補助装置の外観を示す図。
【図２】搬送作業補助装置の構成を示すブロック図。
【図３】搬送作業補助装置の処理の流れを示すフローチャート。
【図４】第１速度と擬似摩擦力（反対力）の向きの関係を説明する図。
【図５】検出速度と第１速度と第２速度の関係を説明する図。
【図６】作業補助装置による搬送作業時の操作反力と搬送速度の関係を示す図。
【図７】作業補助装置のｘｙ方向の可動範囲を例示する図。
【符号の説明】
【００３７】
２・・作業補助装置
８ａ、８ｂ・・固定レール
１０、２０、３０・・第１、第２、第３可動体
１２、２２、３２・・第１、第２、第３アクチュエータ
１４、２４，３４・・第１、第２、第３ドライバ
１６、２６、３６・・第１、第２、第３位置センサ
６０・・制御ユニット
６２・・処理部
６４・・操作パネル
【図１】
2006024150.tif 000003
【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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