(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【非特許文献１】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）
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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ｆｈと障害物７からの外力ｆｅが作用する。アドミッタンス制御では、この操作力ｆｈと外力ｆｅ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ｘｄ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。
【００２２】
そして、図１に示すような状況では、操作力ｆｈおよび外力ｆｅ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。
【００２３】
【数１】
0004319232.tif 000002
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。
【００２４】
このように、複数の力（即ち、操作力ｆｈおよび外力ｆｅ）の情報を用いて手先位置ｘｄ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ｘｄ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ｘｄの目標位置が発振してしまう。
本発明では、操作力ｆｈと外力ｆｅの状況に応じて、前記数式１の計算に用いる外力ｆｅ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。
【００２５】
まず、一次元のモデルで考えると、手先位置ｘｄが速度Ｖｄで移動している状況において、操作力ｆｈが作用する場合、以下に示す数式２が成立し、速度Ｖａを得る。
【００２６】
【数２】
0004319232.tif 000003
尚、ここでＴはサンプリング時間を示している。
【００２７】
この速度Ｖａと外力ｆｅが同じ向きのとき（即ち、Ｖａ・ｆｅ＞０）には、修正後の外力として外力ｆｅをそのまま修正外力ｆ'ｅとして採用し、また、速度Ｖａと外力ｆｅが逆向きのとき（即ち、Ｖａ・ｆｅ＜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。
【００２８】
【数３】
0004319232.tif 000004
【００２９】
これにより、操作力ｆｈ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ｆｈ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。
【００３０】
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ｆｅ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ｆｈを計測するようにしている（Ｓ０２）。
【００３１】
次に、（Ｓ０１）および（Ｓ０２）で求めた外力ｆｅと操作力ｆｈ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。
【００３２】
（Ｓ０４）では、次の目標速度がゼロとなるように外力ｆｅ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Ｖｄはほとんどゼロであるため、これは、外力ｆｅを操作力ｆｈ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。
【００３３】
また、（Ｓ０５）では、修正外力ｆ'ｅとして外力ｆｅをそのまま採用している。
【００３４】
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Ａｄを計算し（Ｓ０６）、さらに求めた目標加速度Ａｄを時間積分して、目標速度Ｖｄおよび目標手先位置ｘ'ｄを計算し（Ｓ０７）、目標速度Ｖｄ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Ａｄは、以下の数式４により求めている。
【００３５】
【数４】
0004319232.tif 000005
【００３６】
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ｆｈ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ｆｅ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。
【００３７】
また、力覚センサ３により検出した操作力ｆｈ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ｆｅとを比較し、操作力ｆｈに比して外力ｆｅが大きい場合には、外力ｆｅを操作力ｆｈを上限とする値に制限をして修正外力ｆ'ｅを求め、外力ｆｅに比して操作力ｆｈが大きい場合には、外力ｆｅ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ｆｈを修正するのではなく、外力ｆｅ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。
【００３８】
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ｆｈ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ｆｅとが、反対向きで、外力ｆｅが予め定めた閾値よりも大きい場合には、外力ｆｅを操作力ｆｈおよび外力ｆｅ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ｆｅが予め定めた閾値よりも小さい場合、もしくは、操作力ｆｈと同じ向きである場合には、外力ｆｅ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。
【００３９】
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Ｖａおよび外力から求められる速度ベクトルＴｆｅ／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Ｖａを、外力から求められる速度ベクトルＴｆｅ／Ｍの方向とその垂直方向の成分（Ｖ１，Ｖ２）に分けて考える（図３（ｂ）参照）。
速度ベクトルＴｆｅ／Ｍが、Ｖ１の逆向きであって、かつ、大きさがＶ１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、−Ｖ１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Ｖｋ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。
【００４０】
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。
【００４１】
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ｆｈを力覚センサ３により検出し、また、接触による推定外力ｆｅおよび手先位置ｘｄ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。
【００４２】
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ｆｈ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ｘｄおよび操作力ｆｈ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ｆｅ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。
【００４３】
次に、さらに接触による推定外力ｆｅ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ｆｈと接触による推定外力ｆｅ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ｘｄ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ｆｅ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。
【００４４】
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ｆｅ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ｆｅを操作力ｆｈ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ｘｄ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。
【００４５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】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】本発明に係るアドミッタンス制御の制御フロー図。
【図３】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】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】同じく適用効果を表す測定データ。
【符号の説明】
【００４７】
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
【図１】
0004319232.tif 000006
【図２】
0004319232.tif 000007
【図３】
0004319232.tif 000008
【図４】
0004319232.tif 000009
【図５】
0004319232.tif 000010