(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するワークに対して作業者がツールを使用する作業を補助する装置であり、
ツールの位置を検出するツール位置検出器と、
ワーク上に設定されているツールの目標軌道を記憶する記憶手段と、
回転軸の周りにワークを回転させるワーク回転器と、
ツール位置検出器で検出されたツールの位置を回転軸に沿ってワーク回転面へ投射した位置における目標軌道の接線方向と前記投射した位置におけるワーク速度の方向とがなす角度を求め、前記投射した位置におけるワーク速度を前記角度の余弦で除した値が一定となるようにワーク回転器の角速度を制御する第２制御部と、
を備えることを特徴とする作業補助装置。
【請求項２】
前記の投射した位置における目標軌道が所定値より小さい曲率半径であるコーナ部の場合に、ワーク回転器の角速度を第２制御部で制御される角速度よりも減速させる第３制御部が付加されていることを特徴とする請求項１に記載の作業補助装置。
【請求項３】
ツールを支持し、作業者がツールを移動させる作業を補助するツール移動機構が付加されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の作業補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転するワークに対して作業者がツールを使用して行う作業を補助する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車のフロントガラスの周囲に接着剤を塗布する作業などでは、フロントガラスを回転させながら接着剤塗布器具で接着剤を塗布する方が効率が良い。塗布器具を移動させる範囲を小さくできるからである。
なお、本明細書ではフロントガラスのように作業の対象となる物体をワークと称する。また塗布器具のようにワークに対して作業者が使用する器具をツールと称する。
特許文献１には、塗布器具（ツール）を固定し、ロボットによってフロントガラス（ワーク）を支持し、ロボットを動作させることによって、フロントガラスの周囲が塗布器具の下を移動するようにフロントガラスを回転させる技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−１３０３８９号公報
【０００４】
特許文献１の技術は完全自動で行われる。しかしロボットによるワークの支持位置に誤差が生じる場合や、あるいはツールの固定位置に誤差が生じる場合がある。完全自動ではそのような誤差に対応するには多くのセンサが必要になる。
そこでワークを回転させながら作業者がツールを操作して接着剤の塗布作業を行う方がより正確に作業を行える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ワークを回転させながらそのワークに対して作業者がツールを使用して施す作業を行う場合、ワークを一定の角速度で回転させると、ツールとワーク回転中心との距離によってツールを当てる位置におけるワークの速度が変化する。ツールを当てる位置におけるワークの速度が経時的に変化すると作業者にとっては作業がし難くなる。ツールの位置とワーク回転中心との距離が短ければ、そのツール位置ではワークはゆっくり移動する。作業者にとってはもどかしい作業となる。ツールの位置とワーク回転中心との距離が長ければ、その位置ではワークは高速に移動する。作業者はツールを当てるべきワーク上の目標軌道にツールを追従させることが難しくなる。
回転するワークに対して作業者がツールを使用して施す作業を行う場合に、ツール位置とワーク回転中心との距離に関わらず作業をし易く補助する技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ワークを一定の角速度で回転させると、ワーク上の特定の位置とワークを回転させるワーク回転器の回転軸との距離が長くなるほどその特定の位置でのワーク速度は速くなる。ワークを支持するワーク回転器の角速度（即ちワークの角速度）をωで表し、回転軸と直交する平面内でのツール位置と回転軸との距離をＲで表すと、ツール位置でのワークの速度Ｖはω×Ｒで表せる。角速度ωが一定ならばツール位置でのワーク速度Ｖは距離Ｒに比例して大きくなる。
そこで本発明では、ワークを一定の角速度で回転させるとツールとワーク回転器の回転軸との距離に応じてツール位置でのワーク速度が変化することに着目し、ツールの位置を検出してツールとワーク回転器の回転軸との距離が長くなるほどワークを回転させるワーク回転器の角速度を低下させる。即ち上記の距離Ｒが大きくなるほどワーク回転器の角速度ωを小さくする。そうすることによって、ツールが回転軸から大きく離れている場所に位置しているときにはそのツール位置でのワーク速度をワークを一定角速度で回転させているときよりも遅くすることができる。逆にツールが回転軸に近い場所に位置しているときにはそのツール位置でのワーク速度をワークを一定角速度で回転させているときよりも速くすることができる。その結果、ツールを移動させることによってツール位置と回転軸との距離が変化してもツール位置でのワーク速度の変化を抑制することができる。回転するワークに対して作業者がツールを使用する作業をやり易く補助することが可能となる。
【０００７】
本明細書が開示する一つの技術は、作業補助装置に具現化できる。この装置は、回転するワークに対して作業者がツールを使用する作業を補助する装置であり、ツールの位置を検出するツール位置検出器と、回転軸の周りにワークを回転させるワーク回転器と、ツール検出器で検出されたツールの位置から回転軸までの距離が長いほどワーク回転器の角速度を低下させる第１制御部を備える。
なお、ツール位置検出器とは、例えば磁気センサをツールに取り付けてその位置を検出するものでよい。あるいはツールを撮影するカメラを使ってその画像から画像処理によりツールの位置を検出してもよい。なお、ツール位置とはワーク回転器に対する相対位置（相対座標）でよい。あるいは絶対座標系におけるツールの座標でもよい。
また、ワーク回転器はモータやエンジンなどの動力源を用いてワークを回転させるものであればよい。
【０００８】
上記構成によって、ツールの位置から回転軸までの距離が長いほどワーク回転器の角速度を低下させることができる。その結果、ツールを回転軸から離れる方向に移動させてもツールの位置と回転軸との距離に比例してツール位置でのワーク速度を増大させることがない。作業者が作業し易くするようにワークの角速度を調整することができる。
【０００９】
第１制御部は、ツール位置検出器で検出されたツールの位置を回転軸に沿ってワーク回転面へ投射した位置におけるワークの速度が一定に維持されるようにワーク回転器の角速度を制御することが好ましい。
ここで、「ワークの速度」とは、換言すれば、回転するワーク上で、回転軸を中心にして回転軸とツール位置との距離を半径とする円の接線方向のワーク速度、と表現することもできる。
【００１０】
第１制御部によって、作業者はツール位置でのワーク速度が一定に維持された状態でツールをワークに当てることができる。ツール位置と回転軸との距離によらずにツール位置におけるワークの速度が一定に維持されるので作業を一層し易くする作業補助装置を実現することができる。
【００１１】
本発明は、作業補助装置に具現化できる。この装置は、回転するワークに対して作業者がツールを使用する作業を補助する装置であり、ツール位置検出器と、記憶手段と、ワーク回転器と、第２制御部を備える。
ツール位置検出器は、ツールの位置を検出する機能を有する。記憶手段は、ワーク上に設定されたツールの目標軌道を記憶する機能を有する。ワーク回転器は、その回転軸の周りにワークを回転させる機能を有する。第２制御部は、ツール位置検出器で検出されたツールの位置を回転軸に沿ってワーク回転面へ投射した位置における目標軌道の接線方向と前記投射した位置におけるワーク速度の方向とがなす角度を求め、前記投射した位置におけるワーク速度を前記角度の余弦で除した値が一定となるようにワーク回転器の角速度を制御する機能を有する。
目標軌道とは、ワーク上でツールを移動させるときの軌道であり、予め記憶手段に記憶されている。記憶手段は、コンピュータ内のメモリやハードディスクその他の記憶媒体であればよい。
また、前記角度の余弦とは前記角度をθとしたときのcos（θ）のことをいう。
また、目標軌道の接線方向とは、ツールの位置を回転軸に沿ってワーク回転面へ投射した位置において、目標軌道に沿ってツールを進めるべき方向である。そして目標軌道の接線方向とワーク速度の方向とがなす角度とは、換言すれば、目標軌道にそってツールを進めるべき方向と、前記投射した位置におけるワーク速度の方向とがなす角度と表現することもできる。
【００１２】
ワークに対して作業者がツールを使用して施す作業を行う場合、ワーク上に設定された目標軌道に沿ってツールを移動させたい場合がある。さらにその際には、ツールを目標軌道に沿って一定の速度で移動させたいことも多い。このとき、上記構成による、ツール位置検出器で検出されたツールの位置を回転軸に沿ってワーク回転面へ投射した位置における目標軌道の接線方向とワーク速度の方向とがなす角度を求め、前記投射した位置におけるワーク速度を前記角度の余弦で除した値が一定となるようにワーク回転器の角速度を制御することの効果を図４を参照して説明する。
図４は、ワーク３０が回転軸Ｃを中心として角速度ωで回転している様子を示している。ワーク３０には目標軌道Ｌが設定されている。ここで、ツール位置検出器で検出されたツールの位置を回転軸に沿ってワーク回転面へ投射した位置を点Ｓ１とする。点Ｓ１における目標軌道Ｌの接線方向を符号ＬＰで示す。また、点Ｓ１におけるワーク３０の速度はＶＣとする。また、目標軌道Ｌの接線方向ＬＰとワーク速度ＶＣの方向がなす角をθＳとする。また、回転軸Ｃと点Ｐを結ぶ直線をＲＥとする。
今、ツールを目標軌道Ｌに沿って一定速度ＶＬで移動させたいとする。そのためにはワーク速度ＶＣを、ＶＣ＝ＶＬ・cos（θＳ）となる速度とし、図４に破線で示すように作業者が直線ＲＥの方向へ速度ＶＴ＝ＶＬ・sin（θＳ）でツールを移動させればよい。即ち、ワーク速度ＶＣを前記角度（θＳ）の余弦（cos（θＳ））で除した値が一定（図４の例ではＶＬ）となるようにワーク回転器の角速度を制御することによって、作業者は図４に示す直線ＲＥの方向に速度ＶＴ（＝ＶＬ・sin（θＳ））でツールを移動させれば、ツールを目標軌道の接線方向に一定の速度ＶＬで移動させることができる。図４の例では、ツール位置である点Ｓ１が、回転軸Ｃから遠ざかって略矩形の目標軌道Ｌのコーナ部に近づくほど、角度θＳは大きくなる。その結果、ワーク速度ＶＣを前記角度（θＳ）の余弦（cos（θＳ））で除した値が一定の値となるようなワーク速度ＶＣも小さくなる。従ってワーク速度をＶＣとするためのワーク回転角速度ωも小さくなる。
ツール位置検出器で検出されたツールの位置を回転軸に沿ってワーク回転面へ投射した位置における目標軌道の接線方向とワーク速度の方向とがなす角度に対して、ワーク速度を前記角度の余弦で除した値が一定となるようにワーク回転器の角速度を制御することによって、ツール位置の投射位置からワーク回転軸との距離が大きくなっても、作業者は容易にツールを目標軌道に沿って一定の速度で移動させ易くすることができる。
【００１３】
前記の投射した位置における目標軌道が所定値より小さい曲率半径であるコーナ部の場合に、ワーク回転器の角速度を第２制御部で制御される角速度よりも減速させる第３制御部が付加されていることが好ましい。
ここで、「所定値」とは予め設定された曲率半径の値でよい。また、「所定値より小さい曲率半径であるコーナ部」とは、曲率半径がゼロに収束した極限である屈曲部を含む概念を意味する。
また、目標軌道とはワークの外周でもよいし、ワークの外周より内側に設定された曲線であってもよい。
上記構成によれば、目標軌道の曲率半径が小さくて目標軌道に沿ってツールを移動させ難い場所ではワークの回転角速度をより遅くさせることができる。その結果、曲率半径が小さくて目標軌道に沿ってツールを移動させ難い場所でも目標軌道に沿ってツールを相対移動させ易くすることができる。
【００１４】
上述した作業補助装置は、ツールを支持し、作業者がツールを移動させる作業を補助するツール移動機構が付加されていることが好ましい。
移動機構がツールを支持するので、作業者はツールの自重を支える必要がなく、移動機構によって楽にツールを移動させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の作業補助装置によれば、回転するワークに対して作業者がツールを使用する作業を行う場合に、ワークを回転させるワーク回転器の回転軸からツールの位置までの距離が大きくなってもそのツール位置でのワーク速度が上記距離に比例して速くなることを防止することができる。上記距離が大きい位置でも回転するワークに対して作業者がツールを使用する作業を行い易くできるように補助することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１形態）  第３制御部によってワーク回転器の角速度を第２制御部で制御される角速度よりも減速させるコーナ部とは、目標軌道の曲率半径が概ね５０mm以下である部分をいう。
【実施例】
【００１７】
＜実施例１＞
図１に本発明に係る一実施例の作業補助装置１０ａの概略図を示す。この実施例における作業補助装置１０ａは、塗布器具３２を用いてフロントガラス３０の周囲に接着剤を塗布する作業を補助する装置である。なお、本実施例において塗布器具３２がツールの一例に相当する。またフロントガラス３０がワークの一例に相当する。
作業補助装置１０ａは、フロントガラス３０を支持して回転させるワーク回転器２４と、塗布器具３２を支持する移動機構１１と、ワーク回転器２４と移動機構１１を制御するコントローラ２２ａを備える。
【００１８】
接着剤を塗布すべき対象であるフロントガラス３０はワーク回転支持軸２６を介してワーク回転器２４に支持されている。フロントガラス３０は例えば吸盤（不図示）や専用のクランプ（不図示）によりワーク回転支持軸２６に固定されている。
ワーク回転器２４にはモータ２８と、ワーク回転支持軸２６に支持されたフロントガラス３０の回転角を検出するエンコーダ２９が備えられている。ワーク回転器２４は、モータ２８によってワーク回転支持軸２６を回転させる。その結果、フロントガラス３０を回転軸線Ｃの周りに角速度ωで回転させることができる。モータ２８の角速度ωはコントローラ２２ａからの指令値により設定される。また、ワーク回転器２４に対するフロントガラス３０の回転角はエンコーダ２９によって検出される。エンコーダ２９によって検出された回転角はコントローラ２２ａへ送られる。コントローラ２２ａの内部ではエンコーダ２９によって検出されたフロントガラスの回転角を微分してフロントガラス３０の実際の角速度ωを求める。
フロントガラス３０の周囲には接着剤を塗布すべき塗布ラインＬが設定されている。作業者は、塗布器具３２を回転するフロントガラス３０上に設定された塗布ラインＬに沿って相対移動させる。本実施例では、塗布ラインＬが塗布器具３２をフロントガラス３０に対して相対移動させるべき目標軌道に相当する。以下では塗布ラインＬを目標軌道Ｌと称することにする。
【００１９】
移動機構１１は、移動機構基部１３で床に固定されている。移動機構基部１３から移動機構１１の先端までは、リンク１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、隣接するリンク１２を揺動可能に連結する関節１４ａ、１４ｂ、１４ｃで連結されている。なお、関節１４ａは移動機構基部１３とリンク１２ａを連結している。関節１４ａ、１４ｂ、１４ｃの夫々には、アクチュエータ１６ａ、１６ｂ、１６ｃが設置されている。アクチュエータ群１６により関節群１４が駆動される。以後、アクチュエータ群や関節群などを総称する場合には、添え字ａ，ｂ，ｃを省略した符号を用いる。アクチュエータ群１６によって、リンク１２ｃの先端に支持した塗布器具３２を移動機構１１の可動範囲内で任意の位置へ移動させることができる。また、関節１４ａ、１４ｂ、１４ｃの夫々には位置センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃが備えられている。位置センサ群１５はエンコーダ等である。位置センサ群１５が出力する値と移動機構１１のリンク群１２の連結構造から幾何学的な計算により絶対座標系における塗布器具３２の位置（座標）を求めることができる。
塗布器具３２の先端からは接着剤が吐出する。塗布器具３０には接着剤を供給する供給ホース３４が接続されている。
移動機構１１の先端のリンク１２ｃにはまた、塗布器具３２の近くで力センサ２０を介して操作子１８が配置されている。作業者が操作子１８を操作すると、その操作力は力センサ２０によって検出される。検出された操作力はコントローラ２２ａへ送られる。コントローラ２２ａは送られた操作力に応じて塗布器具３２を支持した移動機構１１を駆動する。即ち、本実施例の作業補助装置１０ａは、移動機構１１によって塗布器具３２を作業者が意図する方向へ移動させることができる。作業者は操作子１８を操作することによって、回転するフロントガラス３０上に設定された塗布ラインＬに沿って移動機構１１の先端に支持された塗布器具３２を移動させる。
【００２０】
コントローラ２２ａは、位置センサ群１５によって検出された塗布器具３２の位置とワーク回転器２４の回転軸線Ｃとの距離に応じてモータ２８の角速度ω（即ちフロントガラス３０の角速度）を制御する。同時にコントローラ２２ａは、作業者の操作する操作子１８に加えられた操作力に基づいて移動機構１１を制御する。
ここで、コントローラ２２ａによるモータ２８の角速度ωの制御の概要を説明する。コントローラ２２ａは、塗布器具３２の位置Ｐからワーク回転器２４の回転軸線Ｃにおろした垂線Ｒの長さを算出する。なお、図１に示した点Ｐは塗布器具３２の位置を代表する点である。また、図１に示した点Ｑは垂線Ｒの足の位置である。コントローラ２２ａは垂線Ｒの長さが長くなるほど（即ちツールの位置から回転軸までの距離が長いほど）フロントガラス３０の角速度ωが小さくなるようにワーク回転器２４に備えられたモータ２８の角速度を制御する。この制御によって、塗布器具３２がフロントガラス３０の回転軸線Ｃよりも遠く離れた位置にあっても、塗布器具３２とフロントガラス３０との相対速度が大きくなることを抑制することができる。塗布器具３２と回転軸線Ｃと距離が変化しても塗布器具３２とフロントガラス３０との相対速度が大きく変化しないのでフロントガラス３０に対して塗布器具３２を使用する作業をし易く補助することができる。
【００２１】
次に図２のブロック図を用いて作業補助装置１０ａの構成を説明する。作業補助装置１０ａは、ワーク回転器２４と移動機構１１とコントローラ２２ａに大別できる。なお、図２に示す塗布器具３２はツールであり作業補助装置１０ａには含まれない。同様に図２に示すフロントガラス３０はワークであり作業補助装置１０ａには含まれない。
ワーク回転器２４は、フロントガラス３０を支持して回転させる回転支持軸２６と、回転支持軸２６を回転させるモータ２８と、ワーク回転器２４に対するフロントガラス３０の回転角を検出するエンコーダ２９を備える。
移動機構１１には、支持される塗布器具３２と、塗布器具３２の位置を検出する位置センサ群１５と、操作子１８と、作業者が操作子１８に加えた力を検出する力センサ２０と、移動機構１１の各リンク群１２を揺動させるアクチュエータ群１６が含まれる。
コントローラ２２ａの内部には、位置算出部４０と、回転器制御部４２と、目標軌道データ記憶部４４と、移動機構制御部４８を備える。目標軌道データ記憶部４４にはフロントガラス３０上に設定された目標軌道Ｌのデータが記憶されている。
【００２２】
移動機構１１に備えられた位置センサ群１５によって検出された各関節１４の回転角はコントローラ２２ａ内部の位置検出部４０に送られる。位置検出部４０では、各関節１４の回転角と移動機構１１のリンク群１２の構造から幾何学的な計算により絶対座標系における塗布器具３２の位置（座標）を算出する。算出された塗布器具３２の位置は回転器制御部４２へ送られる。
回転器制御部４２には、ワーク回転器２４の絶対座標系での位置が記憶されている。回転器制御部４２には位置算出部４０で算出された塗布器具３２の位置と、エンコーダ２９によって検出されたフロントガラス３０の回転角が入力される。回転器制御部４２は、目標軌道データ記憶部４４に記憶された目標軌道Ｌのデータと、現在のフロントガラス３０の回転角から、現在の目標軌道Ｌの絶対座標系での位置を特定する。特定された目標軌道Ｌの現在の位置と塗布器具３２の位置からワーク回転器２４のモータ２８が実現すべき角速度ωを算出する。回転器制御部４２は、算出された角速度ωを指令値としてモータ２８へ出力する。なお、モータ２８が実現すべき角速度ωの設定については後述する。
【００２３】
一方、移動機構制御部４８には、力センサ２０によって検出された操作力が入力される。操作力は、作業者によって操作子１８に加えられた力である。また移動機構制御部４８には、位置センサ１５によって検出される移動機構１１の各関節１４の回転角が入力される。移動機構制御部４８では、入力された操作力と、移動機構１１の各関節１４の回転角から、移動機構１１の先端に支持された塗布器具３２を操作力が加えられた方向へ移動させるように各関節１４のアクチュエータ１６への指令値を算出する。算出された指令値は移動機構１１のアクチュエータ群１６へ出力される。
【００２４】
次に図３のフローチャートを用いて本実施例の作業補助装置１０ａの処理について説明する。
図３に示すように、まずステップＳ３００で塗布器具３２の位置を取得する。次にステップＳ３０２で塗布器具３２の位置からワーク回転器２４の回転軸線Ｃ（図１参照）へおろした垂線Ｒを算出する。
次にステップＳ３０４で垂線Ｒをフロントガラス３０の回転面に投影した投影線と目標軌道Ｌとの交点を算出する。交点の算出は以下のように行われる。垂線Ｒの塗布器具３２側の端点を延長した直線をワーク回転器２４の回転軸線Ｃに沿ってフロントガラス３０の回転面へ投影する。投影した直線を投影線と称する。フロントガラス３０のワーク回転器２４に対する各時刻の回転角はエンコーダ２９によって検出されている。よって目標軌道データ記憶部４４に記憶された目標軌道Ｌの絶対座標系での位置が特定できる。各時刻における目標軌道Ｌの絶対座標系での位置と、前述した投影線との位置関係から、目標軌道Ｌと投影線との交点を算出することができる。なお、ステップＳ３０２とステップＳ３０４の代わりに検出された塗布器具３２の位置を直接回転軸線Ｃに沿ってフロントガラス３０の回転面へ投影し、投影された点から最も近い目標軌道Ｌ上の点を交点としてもよい。上記ステップＳ３０２とステップＳ３０４の処理は、位置センサ群１５で検出された塗布器具３２の位置を回転軸Ｃに沿ってフロントガラス３０の回転面へ投射した位置を、計算機上で計算しやすい処理にするために、垂線Ｒを求めている。
次にステップＳ３０６では、ステップＳ３０４で求めた交点における目標軌道Ｌの接線方向を特定する。
次にステップＳ３０８では、ステップＳ３０６で特定した目標軌道Ｌの接線方向と、交点におけるフロントガラス３０の速度方向とのなす角度を算出する。フロントガラス３０の速度方向は、ステップＳ３０２で算出した垂線に直交する方向となるので、その方向と、ステップＳ３０６で特定した接線方向から算出できる。
次にステップＳ３０９では交点におけるフロントガラス３０の目標速度を算出する。目標速度は、塗布器具３０を目標軌道に沿って移動させる際の速度を一定値ＶＬとしたときに、一定値ＶＬをステップＳ３０８で算出した角度の余弦で除した値とする。交点におけるフロントガラス３０の目標速度を、一定値ＶＬをステップＳ３０８で算出した角度の余弦で除した値とすることの効果は後に図４で説明する。
次にステップＳ３１０では、ステップＳ３０９で求めた、交点におけるフロントガラス３０の目標速度を実現するためのワーク回転器２４のモータ２８の角速度ωを算出する。
次にステップＳ３１２では、交点における目標軌道Ｌの曲率半径が所定値以下であるか否かを判断する。交点における目標軌道Ｌの曲率半径が所定値以下でない場合（ステップＳ３１２：ＮＯ）、ステップＳ３１４に移行する。ステップＳ３１４では、ステップＳ３１０で算出された角速度ωをモータ２８へ出力する。
【００２５】
一方、ステップＳ３１２で交点における目標軌道Ｌの曲率半径が所定値以下の場合（ステップＳ３１２：ＹＥＳ）、ステップＳ３１６に移行する。ステップＳ３１６では、ステップＳ３１０で算出した角速度ωを、より小さい値に変更する。具体的には例えば、ステップＳ３１０で算出した角速度がω１であったとする。ステップＳ３１６では、モータ２８への角速度指令値をω１×0.5に変更する。このように、ステップＳ３１２で交点における目標軌道Ｌの曲率半径が所定値以下の場合（ステップＳ３１２：ＹＥＳ）、ステップＳ３１０で算出した角速度に対して1.0より小さい係数を乗ずる。このステップＳ３１６処理によって、交点における目標軌道Ｌの曲率半径が所定値以下の場合にフロントガラス３０の回転速度をより小さくすることができる。作業者が塗布器具３２を追従させ難い目標軌道Ｌの曲率半径の小さい場所でも塗布器具３２を目標軌道Ｌに追従させやすくすることができる。上記の処理を制御周期毎に繰り返す。
【００２６】
次に図４を用いて図３に示した処理について具体例を挙げて説明する。なお、説明を簡単にするために図４の紙面がワーク回転器２４の回転軸線Ｃ（図１参照）に直交する回転面とする。また説明を簡単にするためにワーク回転器２４は図示を省略しワーク回転器２４の回転軸線Ｃのみを示してある。さらに塗布器具３２も図示を省略して塗布器具３２の位置を代表する点Ｐのみを示してある。
フロントガラス３０は回転軸線Ｃを中心に角速度ωで回転する。フロントガラス３０上には塗布器具３２（不図示）を沿わせて進めるべき目標軌道Ｌが設定されている。今、塗布器具３２（不図示）が図の点Ｐの位置にあるとする。図３に示したステップＳ３０２では塗布器具の位置Ｐから回転軸線Ｃへおろした垂線Ｒを算出する。
次に図３に示したステップＳ３０４では、垂線Ｒの塗布器具３２側（点Ｐ側）を延長した直線を回転面（図４の紙面上）へ投影した投影線ＲＥを算出する。そして投影線ＲＥと目標軌道Ｌとの交点Ｓ１を算出する。なお、塗布器具３２は目標軌道Ｌに沿って進めるために、作業中は塗布器具３２の位置Ｐが上記交点Ｓ１と一致することになる。
なお、垂線Ｒの塗布器具３２側の端点（点Ｐ）を延長した直線ＲＥを回転面（図４の紙面上）へ投影するのは、図４に示すように、塗布器具の位置Ｐが目標軌道Ｌよりも回転軸線Ｃ側に近い場合であっても、回転軸線Ｃと塗布器具の位置Ｐを結ぶ直線と目標軌道Ｌとの交点を算出できるようにするためである。これは、塗布器具３２は目標軌道Ｌに沿って進めるために、作業中は塗布器具３２の位置をフロントガラス３０の回転面に投影した位置は目標軌道Ｌ上に位置することになるが、塗布器具３２を移動中は、塗布器具３２の位置をフロントガラス３０の回転面に投影した位置が必ずしも目標軌道Ｌ上に位置しない場合があるからである。そのような場合でも、塗布器具３２の位置を回転軸線Ｃに沿ってフロントガラス３０の回転面へ投射した位置に相当する目標軌道の位置を特定できるようにするためである。即ち、本実施例では、塗布器具３２の位置を回転軸線Ｃに沿ってフロントガラス３０の回転面へ投射した位置Ｐが目標軌道Ｌ上にない場合でも、「塗布器具３２の位置を回転軸線Ｃに沿ってフロントガラス３０の回転面へ投射した位置における目標軌道」の位置を点Ｐの近傍で特定できるようにしている。
次に図３に示すステップＳ３０６では、交点Ｓ１における目標軌道Ｌの接線方向を算出する。図４では交点Ｓ１における目標軌道Ｌの接線方向を破線ＬＰで示してある。
次に図３のステップＳ３０８では、交点Ｓ１における目標軌道Ｌの接線方向と、交点Ｓ１におけるフロントガラス３０の速度の方向とのなす角度θＳを算出する。交点Ｓ１におけるフロントガラス３０の速度の方向は、垂線Ｒを延長した直線ＲＥと直交することになる。点Ｓ１を通り直線ＲＥと直交する直線をＬＣとする。角度θＳは、目標軌道Ｌの接線方向を示す直線ＬＰと、フロントガラス３０の速度の方向を示す直線ＬＣとのなす角度として算出できる。
次にステップＳ３０９では、交点Ｓ１におけるフロントガラス３０の目標速度ＶＣを算出する。目標速度ＶＣは、ＶＣ＝ＶＬ・cos（θＳ）の式により求める。ここでＶＬは、塗布器具３２を目標軌道Ｌに沿って移動させる際に一定としたい速度である。そのためにはワーク速度ＶＣを、ＶＣ＝ＶＬ・cos（θＳ）となる速度とし、図４に破線で示すように作業者が直線ＲＥの方向へ速度ＶＴ＝ＶＬ・sin（θＳ）でツールを移動させればよい。即ち、ワーク速度ＶＣを前記角度（θＳ）の余弦（cos（θＳ））で除した値が一定値ＶＬと略一致するようにワーク回転器の角速度を制御することによって、作業者は直線ＲＥの方向に速度ＶＴ（＝ＶＬ・sin（θＳ））でツールを移動させれば、ツールを目標軌道の接線方向に一定の速度ＶＬで移動させることができることになる。
図４に示す交点Ｓ１では、目標軌道Ｌの曲率半径が所定値より大きいとする。即ち、図３のステップＳ３１２の判断はＮＯとなる。従って図３のフローチャートでは次にステップＳ３１４に処理が移り、ステップＳ３１０で算出した角速度ωがモータ２８へ出力される。
【００２７】
塗布器具３２の位置Ｐの近傍の点である交点Ｓ１が、回転軸Ｃから遠ざかって略矩形の目標軌道Ｌのコーナ部に近づくと角度θＳが大きくなる。
また、フロントガラス３０の回転角速度を一定とした場合、交点Ｓ１が回転軸Ｃから遠ざかるほど、交点Ｓ１におけるフロントガラス３０の速度は増大する。
上記の処理では、位置センサ群１５で検出された塗布器具３２の位置を回転軸に沿ってフロントガラス３０の回転面へ投射した位置における目標軌道Ｌの接線方向と、その位置におけるフロントガラス３０の速度の方向とがなす角度θＳに対して、前記投射した位置におけるフロントガラス３０の速度ＶＣを前記角度θＳの余弦（cos（θＳ））で除した値が略一定値ＶＬとなるようにワーク回転器２４のモータ２８角速度を制御する。そうすることによって、塗布器具３２の位置の投射位置からフロントガラス３０の回転軸Ｃとの距離が大きくなっても、作業者は容易に塗布器具３２を目標軌道Ｌに沿って略一定の速度ＶＬで移動させ易くすることができる。
なお、回転軸線Ｃと交点Ｓ１の距離Ｒ１と、フロントガラス３０の角速度ωと、交点Ｓ１におけるフロントガラス３０の速度ＶＣとの間には、ＶＣ＝Ｒ１・ωの関係がある。従って前記角度θＳの値が同じであっても、即ち、図３のステップＳ３０９で算出されるフロントガラスの目標速度ＶＣが同じであっても、回転軸線Ｃと交点Ｓ１の距離Ｒ１が大きくなるほど、フロントガラス３０の目標速度ＶＣを実現するための角速度ωは小さくなる。
【００２８】
本実施例の機能は、図３のフローチャートの処理により正確に対応させると次のように表現することもできる。即ち、本実施例は、回転するフロントガラス（ワーク）に対して作業者が塗布器具（ツール）を使用する作業を補助する装置であり、ツールの位置を検出するツール位置検出器と、ワーク上に設定されたツールの目標軌道を記憶する記憶手段と、回転軸の周りにワークを回転させるワーク回転器と、ツールの位置から回転軸線におろした垂線をツール側に延長した直線を回転軸線に沿ってワーク上に投影した投影線と目標軌道との交点における目標軌道の接線方向とワーク速度の方向とがなす角度に対して、ワーク速度を前記角度の余弦で除した値が略一定となるようにワーク回転器の角速度を制御する第２制御部と、を備える作業補助装置である。
【００２９】
次に目標軌道の曲率半径が所定値より小さい場合（図３のフローチャートにおけるステップＳ３１２：ＹＥＳ）の場合を説明する。図４で示した目標軌道Ｌの点Ｓ２では目標軌道Ｌは曲率半径ｒでカーブしている。この曲率半径ｒは所定の曲率半径ｒｔｈより小さい。換言すれば、目標軌道Ｌは点Ｓ２の近傍で所定の曲率半径ｒｔｈより小さいコーナ部を有する。前述した投影線と目標軌道Ｌとの交点がＳ２の位置となった場合、図３のステップＳ３１２の判断がＹＥＳとなり次にステップＳ３１６に処理が移る。ステップＳ３１６では、ステップＳ３１０で求めた角速度ωに対して1.0より小さい係数を乗ずる。この処理によって、目標軌道Ｌの曲率半径が所定値より小さいコーナ部では、目標軌道Ｌの曲率半径が所定値より大きいとした場合のフロントガラス３０の回転角速度よりも小さい角速度でフロントガラス３０を回転させることができる。目標軌道Ｌの曲率半径が小さいコーナ部においては塗布器具３２とフロントガラス３０との相対速度をそれまでの速度よりも小さくできる。従って作業者は塗布器具３２を目標軌道Ｌに沿って移動させ易くなる。なお、所定の曲率半径ｒｔｈは約５０mm以下が好ましい。また曲率半径が所定値以下であるとは、曲率半径がゼロに収束した場合、即ち目標軌道が屈曲部を有する場合を含むものである。
【００３０】
なお、塗布器具３２が目標軌道Ｌに沿っている場合には図４の交点Ｓ１と塗布器具の位置Ｐは一致する。しかし何らかの原因で塗布器具３２が目標軌道Ｌ上から外れることもある。本実施例では、塗布器具３２の位置を回転軸Ｃに沿ってフロントガラス３０の回転面へ投射した位置（図４の点Ｐに相当）の近傍の目標軌道の位置Ｓ１も「塗布器具３２の位置を回転軸Ｃに沿ってフロントガラス３０の回転面へ投射した位置における目標軌道」との表現に含まれるものである。
【００３１】
上記実施例では、移動機構１１に備えられた位置センサ群１５と、コントローラ２２ａ内の位置算出部４０が請求項の「ツール位置検出器」の一態様に相当する。またコントローラ２２ａ内の目標軌道データ記憶部４４が請求項の「記憶手段」の一態様に相当する。さらに塗布器具３２の位置と目標軌道Ｌのデータに基づいて、フロントガラス３０の回転面へ投射した塗布器具３２の位置における目標軌道Ｌの接線方向とフロントガラス３０の速度の方向とがなす角度に対して、フロントガラス３０の速度を前記角度の余弦で除した値が略一定となるようにワーク回転器２４のモータ２８の角速度ωを制御するとき（図３に示したステップＳ３０２乃至ステップＳ３１４の処理を行うとき）の回転器制御部４２が請求項の「第２制御部」の一態様に相当する。また、塗布器具の位置のフロントガラス３０に投射した位置における目標軌道Ｌが所定値より小さい曲率半径であるコーナ部の場合に、フロントガラス３０の回転角速度を前記第２制御部で制御される角速度よりも小さくなるようにワーク回転器２４の角速度を減速させる処理（図３に示したステップＳ３１２の判断がＹＥＳとなった場合に実行されるステップＳ３１６の処理）を行う場合の回転器制御部４２が請求項の「第３制御部」の一態様に相当する。
【００３２】
次に図３で示したモータ２８の角速度指令値を算出する処理の変形例を説明する。図５に変形例におけるモータ２８の角速度指令値の設定の処理のフローチャート図を示す。この変形例では、ステップＳ３００、ステップＳ３０２およびステップＳ３１４は図３に示した同じ符号の処理と同様の処理を行う。この変形例では、ステップＳ３０２で塗布器具３２の位置Ｐからモータ回転器２４の回転軸線Ｃにおろした垂線Ｒを算出した後、ステップＳ５００で垂線Ｒの長さに応じたモータ２８の角速度ωを設定する。ここで角速度ωは垂線Ｒの長さが長くなるほど小さくなるように設定される。以上の処理を制御周期毎に繰り返す。本変形例では、フロントガラス３０に設定された目標軌道Ｌのデータを必要としない。従って回転器２４のモータ２８の角速度ωを設定する処理を簡単にすることができる。
【００３３】
角速度ωの設定の具体例を図６と図７に模式的に示す。図６と図７のグラフの横軸は垂線Ｒの長さを示す。また縦軸はモータ２８の角速度指令値ωと、回転軸線Ｃに直交する平面内における塗布器具３２の位置Ｐ（図４参照）での垂線Ｒに直交する方向のフロントガラス３０の速度Ｖをとってある。速度Ｖは換言すれば、塗布器具３２の位置Ｐにおけるフロントガラス３０の回転方向の速度である。
図６の例は、フロントガラス３０の速度Ｖが垂線Ｒの長さに依存せずに速度Ｖ１で一定となるようにωを設定する例である。垂線Ｒの長さを記号Ｒで表すとモータ２８への角速度指令値ωは、ω＝Ｖ１／Ｒとなる。即ち角速度指令値ωは垂線Ｒの距離に対して反比例する曲線を描く。
また図７の例は、垂線の長さＲがＲｔｈまではフロントガラス３０の速度Ｖが速度Ｖ１で一定となるようにωを設定し、垂線の長さＲがＲｔｈ以上の場合はフロントガラス３０の速度Ｖが垂線の長さＲに対して所定の一次関数で減少するようにωを設定する例である。図７では垂線の長さＲがＲｔｈ以下ではモータ２８への角速度指令値はω１で示す曲線を描き、垂線の長さＲがＲｔｈより大きい領域ではモータ２８への角速度指令値はω２で示す曲線を描く。垂線の距離Ｒの増加に対するω２の減少率はω１の減少率より大きく設定される。フロントガラス３０の面積が大きい場合には、回転軸線Ｃからの距離が大きいほど、フロントガラス３０は回転面に交差する方向に揺れる可能性がある。垂線の距離Ｒ、即ち回転器２４の回転軸線Ｃと塗布器具３２との距離が大きい領域でフロントガラス３０の回転方向の速度Ｖを小さくすることによって、フロントガラス３０が揺れ易い場所での作業をし易くすることができる。
図６、図７いずれの場合でもワーク回転器２４のモータ２８の角速度ωは、塗布器具３２から回転軸線Ｃにおろした垂線の長さが長くなるほどを低下するように制御される。この変形例では図２に示すブロック図のうち、コントローラ２２ａ内の目標軌道データ記憶部４４と、ワーク回転器２４内のエンコーダ２９は不要となる。またコントローラ２２ａ内の回転器制御部４２は図５で示したフローチャート図のステップＳ３０２、ステップＳ５００、ステップＳ３１４の処理を行う。このときの回転器制御部４２が請求項の「第１制御部」の一態様に相当する。
【００３４】
＜実施例２＞
次に本発明の実施例２について図８を用いて説明する。この実施例における作業補助装置１０ｂも、塗布器具３２を用いてフロントガラス３０の周囲に接着剤を塗布する作業を補助する装置である。しかし本実施例では、塗布器具３２は作業者が直接手に持って作業する。塗布器具３２が軽量である場合には塗布器具３２を作業者が直接持って作業する場合がある。本実施例ではそのような場合でも塗布器具３２の位置とフロントガラス３０の回転軸線Ｃとの距離に応じてフロントガラス３０の角速度を制御することができる。
本実施例の作業補助装置１０ｂは、フロントガラス３０を支持して回転させるワーク回転器２４と、塗布器具３２の位置を画像処理により検出する位置計測器５４と、ワーク回転器２４を制御するコントローラ２２ｂを備える。なお、図８に示した符号と図１に示した符号が同じ部品は同一の部品を表す。
塗布器具３２の位置は、２つのカメラ５４Ｌと５４Ｒを有する位置計測器５４により求めることができる。位置計測器５４では２つのカメラ５４Ｌと５４Ｒの画像から、ステレオ立体視による位置算出法を用いて塗布器具３２の位置を求める。求められた塗布器具３２の位置はコントローラ２２ｂへ送られる。コントローラ２２ｂは、塗布器具３２からフロントガラス３０の回転軸線Ｃへおろした垂線Ｒの距離（即ち、位置計測器５４で検出された塗布器具３２の位置から回転軸Ｃまでの距離）に応じてフロントガラス３０を回転させるモータ２８の角速度指令値ωをモータ２８に出力する。なお、角速度指令値ωの算出処理は図３または図５に示したフローチャートの処理を利用することができる。なお、本実施例の位置計測器５４が請求項の「ツール位置検出器」の一態様に相当する。また、実施例１で説明した図３に示した処理を行う場合のコントローラ２２ｂが請求項の「第２制御部」の一態様に相当する。一方、実施例１の変形例で説明した図５に示した処理を行う場合のコントローラ２２ｂが請求項の「第１制御部」の一態様に相当する。
【００３５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。
例えば実施例２では塗布器具３２（ツール）の位置を検出するのに画像処理を利用した位置計測器５４を用いた。本発明では、ツールの位置を必ずしも厳密に計測する必要はない。従って画像処理のように誤差を含む位置計測器を用いても差し支えない。また、「ツールの位置」とは、ツールに固定された基準点の位置でもよいし、ツールの概ねの位置であってもよい。ツールの概ねの位置とは例えば前述した画像処理により求められる、画像処理の誤差を含んだツールの位置などでよい。
また、例えば実施例１の移動機構１１はアクチュエータによって塗布器具３２を移動させたが移動機構１１はアクチュエータによって能動的に塗布器具３２を移動させるものの他に、塗布器具３２を支持し、その重さをキャンセルするいわゆるバランサタイプの移動機構であってもよい。そのバランサタイプの移動機構は、塗布器具３２に作業者が力を加えると受動的に塗布器具３２が移動する機構であればよい。
また上記実施例では、フロントガラスへの接着剤の塗布作業を例示したが、作業は塗布作業に限定されるものではない。回転するワークへの溶接作業など、本発明は回転するワークに対してツールを使用して作業者が行う作業であればあらゆる作業に適用可能である。
さらに実施例１の変形として、第２制御部は、ツールの位置から回転軸線におろした垂線をツール側に延長した直線を回転軸線方向へワーク上に投影した投影線と目標軌道との交点におけるワーク速度が略一定となるようにワークの角速度を制御してもよい。即ち、図４における交点Ｓ１におけるフロントガラス３０（ワーク）の速度ＶＣが略一定となるようにモータの角速度を制御する。これによりモータの角速度の算出処理が簡略化できる。
【００３６】
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合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合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し得るものであり、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】
【００３７】
【図１】本発明に係る実施例の作業補助装置の概略図である。
【図２】作業補助装置のブロック図である。
【図３】作業補助装置の処理を示すフローチャート図である。
【図４】モータに対する角速度の設定処理を説明する模式図である。
【図５】モータ角速度の設定処理の変形例を示すフローチャート図である。
【図６】モータ角速度設定の一例を示すグラフである。
【図７】モータ角速度設定の他の例を示すグラフである。
【図８】本発明に係る他の実施例の作業補助装置の概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０ａ、１０ｂ：作業補助装置
１１：移動機構
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ：リンク
１３：移動機構基部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ：関節
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ：位置センサ
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ：アクチュエータ
１８：操作子
２０：力センサ
２２ａ、２２ｂ：コントローラ
２４：ワーク回転器
２６：ワーク回転支持軸
２８：モータ
２９：エンコーダ
３０：フロントガラス（ワーク）
３２：塗布器具（ツール）
４０：位置算出部
４２：回転器制御部（第１制御部、第２制御部、第３制御部）
４４：目標軌道データ記憶部
４８：移動機構制御部
５４：位置計測器
Ｃ：回転軸線
Ｌ：塗布ライン（目標軌道）
Ｐ：塗布器具（ツール）の位置
【図１】
0004475662.tif 000002
【図２】
0004475662.tif 000003
【図３】
0004475662.tif 000004
【図４】
0004475662.tif 000005
【図５】
0004475662.tif 000006
【図６】
0004475662.tif 000007
【図７】
0004475662.tif 000008
【図８】
0004475662.tif 000009