(57)【要約】【課題】対象物の三次元的な姿勢を精度よく制御することができ、ターゲットに対する取り付け作業の効率を向上させたパワーアシスト装置及びその制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】対象物を把持するハンド部１０と、ハンド部１０を上下方向に駆動させる上下駆動部１１と、上下駆動部１１に対してハンド部１０を任意の三次元方向に揺動自在に連結させるフリージョイント部１２と、フリージョイント部１２に対する対象物２の三次元方向の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）を検出する角度センサ１３と、角度センサ１３により検出された対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）から、絶対座標空間にある対象物２をｘ−ｚ平面に射影して射影角度θｐを算出し、該射影角度θｐが基準変位角度θｓとなるように上下駆動部１１を駆動させる制御部１４とを具備してなる。【選択図】図１
2009034757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業者の操作に協動して対象物を移動可能なパワーアシスト装置であって、
対象物を把持する把持手段と、
前記把持手段を所定方向に駆動させる駆動手段と、
前記駆動手段に対して前記把持手段を任意の三次元方向に揺動自在に連結させる回転軸部と、
前記回転軸部に対する対象物の三次元方向の変位角度を検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段により検出された対象物の変位角度から、絶対座標空間にある対象物を任意の二次元平面に射影して射影角度を算出し、該射影角度が予め設定された基準値となるように前記駆動手段を駆動させる制御手段とを具備してなることを特徴とするパワーアシスト装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記角度検出手段により検出された対象物の変位角度から絶対座標空間における対象物の単位ベクトルを算出し、前記単位ベクトルを任意の二次元平面に射影して射影ベクトルを算出し、予め設定された基準ベクトルに対する射影ベクトルの射影角度を算出し、前記射影角度から前記駆動手段の駆動量を演算することを特徴とする請求項１に記載のパワーアシスト装置。
【請求項３】
前記制御手段は、互いに直交する水平軸及び鉛直軸より構成される絶対座標空間にて、少なくとも一つの軸周りの対象物の変位角度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワーアシスト装置。
【請求項４】
前記把持手段に対する対象物の把持位置のずれ量を検出するずれ量検出手段を具備してなり、
前記制御手段は、前記ずれ量検出手段により検出された対象物のずれ量に基づいて対象物の変位角度の基準値を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のパワーアシスト装置。
【請求項５】
対象物を把持する把持手段と、
前記把持手段を所定方向に駆動させる駆動手段と、
前記駆動手段に対して前記把持手段を任意の三次元方向に揺動自在に連結させる回転軸部と、
前記回転軸部に対する対象物の三次元方向の変位角度を検出する角度検出手段とを備え、作業者の操作に協動して対象物を移動可能なパワーアシスト装置の制御方法であって、
前記角度検出手段により検出された対象物の変位角度から、絶対座標空間にある対象物を任意の二次元平面に射影して射影角度を算出し、該射影角度が予め設定された基準値となるように前記駆動手段を駆動させる制御工程を有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６】
前記制御工程は、
前記角度検出手段により検出された対象物の変位角度から絶対座標空間における対象物の単位ベクトルを算出する工程と、
前記単位ベクトルを任意の二次元平面に射影して射影ベクトルを算出する工程と、
予め設定された基準ベクトルに対する射影ベクトルの射影角度を算出する工程と、
前記射影角度から前記駆動手段の駆動量を演算する工程とを有することを特徴とする請求項５に記載のパワーアシスト装置の制御方法。
【請求項７】
前記制御工程は、互いに直交する水平軸及び鉛直軸より構成される絶対座標空間にて、少なくとも一つの軸周りの対象物の変位角度を制御することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のパワーアシスト装置の制御方法。
【請求項８】
前記制御工程は、前記把持手段に対する対象物の把持位置のずれ量に基づいて対象物の変位角度の基準値を補正する工程を有することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載のパワーアシスト装置の制御方法。
【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及びその制御方法の技術に関し、より詳細には、対象物を把持しつつ、作業者の操作に協動して対象物を移動可能なパワーアシスト装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、製造現場や生産ライン等において、作業者による重量物の昇降を補助するパワーアシスト装置の需要が高まっている。すなわち、自動車の生産ラインでは、フロントガラスやリヤガラス等の対象物（ワーク）が、ターゲットとなる車体の窓枠部にまで搬送され、かかる窓枠部に対して三次元に位置決めした状態で取り付け作業が行われる。このような対象物の運搬や取り付け作業は、作業者による人力だけでは困難であり、また作業効率も悪い。そこで通常は、かかる作業時には、対作業者と協動して対象物を移動させるパワーアシスト装置が用いられている。
【０００３】
パワーアシスト装置においては、フリージョイント（回転軸部）を介して任意の方向に揺動自在に対象物が把持される。このようなパワーアシスト装置においては、回転軸部に対する対象物の変位は、互いに直交する水平軸であるｘ軸、ｙ軸及び鉛直軸であるｚ軸より構成される絶対座標空間に対して三軸方向成分に分解すると、ターゲット方向に対して直行する左右方向軸軸（ｘ軸）周りの変位（ピッチ角変位）と、ターゲット方向に沿った左右方向軸（ｙ軸）周りの変位（ロール角変位）と、及び鉛直方向軸（ｚ軸）周りの変位（ヨー角変位）とに分けられる。かかるパワーアシスト装置を用いて対象物をターゲットに取り付ける際には、作業者によって把持手段が揺動操作されることで、ターゲットに対して所定のピッチ角、ロール角、及びヨー角となるように対象物の三次元的な姿勢が調整される。
【０００４】
ところで、特許文献１には、対象物を把持する把持手段の回転軸周りの変位角度を検出し、作業者が把持手段に触れているときに、かかる検出結果と予め設定された基準値とを比較して、それらを一致させるように把持手段を上下に駆動制御するパワーアシスト装置の構成が開示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１に開示されるパワーアシスト装置の構成によれば、作業者が把持手段の一端を操作する際に、駆動装置によって把持手段が上下昇降されることで、対象物の変位角度（ロール角変位）が制御される。つまり、作業者が把持手段を操作することによってロール角が変位しても、かかるロール角の変位に基づいて直ちに駆動装置が駆動されるため、ロール角の変位が一定となるように制御されるのである。
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１に開示されるパワーアシスト装置では、ピッチ角の変位、ロール角の変位、及びヨー角の変位は、それぞれパワーアシスト装置側の座標系に基づいて調整される。すなわち、従来の構成は、各変位角度の制御が相互に関連されることなく、また、ターゲットに対する対象物の相対的な姿勢を考慮するものではなかった。そのため、対象物のピッチ角やヨー角の変位が大きく変化している場合には、対象物のロール角が所定角度（設定角度）となるように制御されたとしても、対象物の姿勢が絶対座標空間において水平（若しくはターゲットに対して同一平面）となるように制御されないといった問題があった。
【０００７】
このように、従来のパワーアシスト装置では、対象物の三次元的な姿勢を精度よく制御することが困難であり、対象物の取り付け作業の作業効率が悪いといった問題があったのである。
【特許文献１】特開平１１−２４５１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明では、パワーアシスト装置及びその制御方法に関し、前記従来の課題を解決するもので、対象物の三次元的な姿勢を精度よく制御することができ、ターゲットに対する取り付け作業の効率を向上させたパワーアシスト装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
すなわち、請求項１においては、作業者の操作に協動して対象物を移動可能なパワーアシスト装置であって、対象物を把持する把持手段と、前記把持手段を所定方向に駆動させる駆動手段と、前記駆動手段に対して前記把持手段を任意の三次元方向に揺動自在に連結させる回転軸部と、前記回転軸部に対する対象物の三次元方向の変位角度を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段により検出された対象物の変位角度から、絶対座標空間にある対象物を任意の二次元平面に射影して射影角度を算出し、該射影角度が予め設定された基準値となるように前記駆動手段を駆動させる制御手段とを具備してなるものである。
【００１１】
請求項２においては、前記制御手段は、前記角度検出手段により検出された対象物の変位角度から絶対座標空間における対象物の単位ベクトルを算出し、前記単位ベクトルを任意の二次元平面に射影して射影ベクトルを算出し、予め設定された基準ベクトルに対する射影ベクトルの射影角度を算出し、前記射影角度から前記駆動手段の駆動量を演算するものである。
【００１２】
請求項３においては、前記制御手段は、互いに直交する水平軸及び鉛直軸より構成される絶対座標空間にて、少なくとも一つの軸周りの対象物の変位角度を制御するものである。
【００１３】
請求項４においては、前記把持手段に対する対象物の把持位置のずれ量を検出するずれ量検出手段を具備してなり、前記制御手段は、前記ずれ量検出手段により検出された対象物のずれ量に基づいて対象物の変位角度の基準値を補正するものである。
【００１４】
請求項５においては、対象物を把持する把持手段と、前記把持手段を所定方向に駆動させる駆動手段と、前記駆動手段に対して前記把持手段を任意の三次元方向に揺動自在に連結させる回転軸部と、前記回転軸部に対する対象物の三次元方向の変位角度を検出する角度検出手段とを備え、作業者の操作に協動して対象物を移動可能なパワーアシスト装置の制御方法であって、前記角度検出手段により検出された対象物の変位角度から、絶対座標空間にある対象物を任意の二次元平面に射影して射影角度を算出し、該射影角度が予め設定された基準値となるように前記駆動手段を駆動させる制御工程を有するものである。
【００１５】
請求項６においては、前記制御工程は、前記角度検出手段により検出された対象物の変位角度から絶対座標空間における対象物の単位ベクトルを算出する工程と、前記単位ベクトルを任意の二次元平面に射影して射影ベクトルを算出する工程と、予め設定された基準ベクトルに対する射影ベクトルの射影角度を算出する工程と、前記射影角度から前記駆動手段の駆動量を演算する工程とを有するものである。
【００１６】
請求項７においては、前記制御工程は、互いに直交する水平軸及び鉛直軸より構成される絶対座標空間にて、少なくとも一つの軸周りの対象物の変位角度を制御するものである。
【００１７】
請求項８においては、前記制御工程は、前記把持手段に対する対象物の把持位置のずれ量に基づいて対象物の変位角度の基準値を補正する工程を有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１９】
請求項１に示す構成としたので、対象物の姿勢を制御する際に、絶対座標空間内にある所定の平面に対象物を射影した角度を用いて制御することで、対象物の三次元的な姿勢を精度よく制御することができ、ターゲットに対する取り付け作業の効率を向上できる。
【００２０】
請求項２に示す構成としたので、対象物の三次元的な姿勢を、絶対座標空間での対象物の単位ベクトルによってモデル化することで、各種の演算過程を簡素化できる。
【００２１】
請求項３に示す構成としたので、作業者において、絶対座標空間において少なくともその他の軸周りに対する対象物の姿勢を調整するだけでよいため、対象物の取り付け作業の負担を軽減することができる。
【００２２】
請求項４に示す構成としたので、対象物及び把持手段のバランスが崩れた場合であっても、ターゲットに対して位置決めされた正しい基本姿勢となるように制御することができる。
【００２３】
請求項５に示す構成としたので、対象物の姿勢を制御する際に、絶対座標空間内にある所定の平面に対象物を射影した角度を用いて制御することで、対象物の三次元的な姿勢を精度よく制御することができ、ターゲットに対する取り付け作業の効率を向上できる。
【００２４】
請求項６に示す構成としたので、絶対座標空間での対象物の単位ベクトルによって対象物の三次元的な姿勢を表すことができ、単位ベクトルに基づいて処理することで演算過程を簡素化できる。
【００２５】
請求項７に示す構成としたので、作業者において、絶対座標空間において少なくともその他の軸周りに対する対象物の姿勢を調整するだけでよいため、対象物の取り付け作業の負担を軽減することができる。
【００２６】
請求項８に示す構成としたので、対象物及び把持手段のバランスが崩れた場合であっても、ターゲットに対して位置決めされた正しい基本姿勢となるように制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、発明を実施するための最良の形態を説明する。
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的な構成を示した正面図、図２は同じく図１の側面図、図３は絶対座標空間での対象物の変位角度を示した図、図４はパワーアシスト装置の制御方法を示したフローチャート、図５は対象物における基準ベクトルを示した図、図６は対象物をｘ−ｚ平面に射影した様子を示した模式図、図７はｘ−ｚ平面での射影ベクトルを示した図、図８はパワーアシスト装置を用いて対象物を移動させる様子を示した図、図９は別実施例のパワーアシスト装置の全体的な構成を示した側面図、図１０はハンド部に対する対象物のずれを示した正面図、図１１は対象物のずれ量に対する変更変位角度の変位の関係を表した図、図１２は別実施例のパワーアシスト装置の制御方法を示したフローチャートである。
【００２８】
以下の実施例においては、図１及び図２に示す矢印のとおり、搬送ライン４と直交する水平方向をＸ方向、搬送ライン４に沿う水平方向をＹ方向、搬送ライン４に対して上下垂直方向をＺ方向とする。また、搬送ライン４の直上方に位置した状態のパワーアシスト装置１に対して、Ｙ方向をパワーアシスト装置１の前後方向、Ｘ方向をパワーアシスト装置１の左右方向、Ｚ方向をパワーアシスト装置１の上下方向とする。
【００２９】
そして、図３に示すように、本実施例では、任意の原点に対して互いに直交する水平軸であるｘ軸、ｙ軸、及びこれらに対する鉛直軸であるｚ軸として表される絶対座標空間が設定されている。絶対座標空間を構成するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、それぞれ上述したＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向に沿うものである。また、例えばｘ軸及びｚ軸上で形成される二次元平面（ｘ−ｚ平面）は、ｙ軸、すなわちＹ方向に直交する方向に形成される。
【００３０】
本実施例のパワーアシスト装置１は、自動車等の製造現場や生産ライン等において、作業者による重量物の移動を補助するための装置として構成されている。すなわち、パワーアシスト装置１は、対象物２としての自動車のフロント（リア）ガラスを把持した状態で作業者によって操作され、かかる作業者の操作に協動しながら、ターゲット３としての車体の枠体部まで移動可能に構成されている。
【００３１】
対象物２は、平面視略矩形に形成された板状の重量物であり、一方の表面に水平面若しくは湾曲面を有している。そして、対象物２は、後述するように、パワーアシスト装置１によって、ターゲット３に対して三次元方向に相対的に位置決めされた状態で取り付けられる。また、搬送ライン４は、略直線状に敷設されたコンベアが設けられており、かかるコンベア上にターゲット３が固定された状態で搬送される。
【００３２】
次に、本実施例のパワーアシスト装置１の全体構成について、以下に詳述する。
図１及び図２に示すように、本実施例のパワーアシスト装置１は、対象物２を着脱可能に把持する把持手段としてのハンド部１０と、ハンド部１０を上下方向に駆動させる駆動手段としての上下駆動部１１と、上下駆動部１１に対してハンド部１０を任意の三次元方向に揺動自在に連結させる回転軸部としてのフリージョイント部１２と、フリージョイント部１２に対する対象物２の変位角度を検出する角度検出手段としての角度センサ１３と、各構成部材に接続されてパワーアシスト装置１を制御する制御手段としての制御部１４等とで構成されており、作業者の操作を補助するように作業者の操作に協動して、僅かな力で対象物２を移動することができ、作業者によってハンド部１０を操作して、対象物２を所定位置まで移動させ、さらには三次元的に対象物２を位置決めした状態で、ターゲット３に対象物２を取り付けることができるように構成されている。
【００３３】
ハンド部１０は、対象物２の一平面をチャック（吸着保持）する保持部１０ａ・１０ａが設けられており、かかる保持部１０ａ・１０ａによって対象物２を把持することで、対象物２がハンド部１０に固定される。ハンド部１０には、作業ハンドル１０ｂが設けられており、作業者が作業ハンドル１０ｂを把持することで、ハンド部１０が三次元方向に揺動操作されるとともに、ハンド部１０自体がターゲット３に対して上下方向及び前後方向に相対的に移動操作される。
【００３４】
上下駆動部１１は、一端部が固定面５に連結されて、固定面５から垂下された状態で取り付けられている。上下駆動部１１の一端部は、固定面５に対して搬送ライン４に沿って摺動可能に連結されており、本実施例では、作業者によってハンド部１０がＹ方向に移動されると、これに連動して上下駆動部１１が摺動される。上下駆動部１１の自由端である他端部には、上述したハンド部１０が接続されている。本実施例の上下駆動部１１は、図示せぬ油圧シリンダと、油圧シリンダを伸縮させるアクチュエータ等によって構成されており、上下方向に伸縮可能であって、かつ、任意の伸縮状態のままで停止することができるように構成されている。
【００３５】
本実施例のパワーアシスト装置１は、上下駆動部１１が上下方向に伸縮されることで、ハンド部１０が上下方向（Ｚ方向）に駆動される。また、上下駆動部１１は、作業者によってハンド部１０が操作されない状態では、ハンド部１０に対象物２が把持された状態であっても、ハンド部１０の上下方向位置が変動しないように伸縮状態が維持されて、ハンド部１０が位置決めされて停止される。
【００３６】
なお、上下駆動部１１は、後述する制御部１４に接続されており、制御部１４によって、上下駆動部１１のアクチュエータが駆動されて能動的に上下方向に伸縮される。すなわち、上下駆動部１１は、制御部１４からの信号を受けることで、油圧シリンダが所定の伸縮状態となるように伸縮されて、ハンド部１０が上下方向に能動的に駆動される。制御部１４による上下駆動部１１の駆動制御（ＰＩＤ制御）については、詳細を後述する（図４参照）。
【００３７】
フリージョイント部１２は、上下駆動部１１の他端部に取り付けられており、ハンド部１０が任意の三次元方向に揺動自在となるように連結されている。上述した絶対座標空間において、ハンド部１０は、フリージョイント部１２によってｘ軸周り、ｙ軸周り、及びｚ軸周りに自由回転可能となるように連結されている。そのため、ハンド部１０が作業者によって任意の三次元方向に揺動操作されることで、対象物２の姿勢が三次元的に調整可能とされている。
【００３８】
角度センサ１３は、フリージョイント部１２に設けられており、絶対座標空間において、フリージョイント部１２に対する対象物２のｘ軸周り、ｙ軸周り、及びｚ軸周りの変位角度が検出される。具体的には、角度センサ１３は、エンコーダ等で構成され、ｘ軸周りの変位角度（ピッチ角α）、ｙ軸周りの変位角度（ロール角β）、及びｚ軸周りの変位角度（ヨー角γ）がそれぞれリアルタイムで検出される（図３参照）。
【００３９】
次に、パワーアシスト装置１の制御部１４について、以下に詳述する。
図４乃至図７に示すように、制御部１４は、各種処理が実行される図示せぬＣＰＵや各種処理プログラム等が格納される記憶部としての図示せぬメモリ等とで構成されており、角度センサ１３により検出された対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）から、絶対座標空間にある対象物２を二次元平面（ｘ−ｚ平面）に射影して、対象物２のロール角βに対応する射影角度θｐが予め設定された基準値（基準変位角度θｓ）となるように上下駆動部１１を駆動制御（ＰＩＤ制御）するものである。
【００４０】
なお、制御部１４には、上述した角度センサ１３が接続されており、角度センサ１３により検出された対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）に基づく電気信号が角度センサ１３より入力される。また、制御部１４は、上下駆動部１１に接続されており、制御部１４にて演算された上下駆動部１１の駆動量に基づく電気信号が上下駆動部１１に出力される（図１参照）。
【００４１】
制御部１４のＣＰＵは、角度センサ１３からの信号等が、図示せぬＡ／Ｄ変換回路によってデジタル化されて入力され、各種処理が実行されるように構成されている。例えば、ＣＰＵでは、後述するようにメモリに格納された式（１）に基づいて、入力された対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）から、絶対座標空間における対象物２の単位ベクトルｒ１が算出等される。
【００４２】
制御部１４のメモリは、ＥＥＰＲＯＭのような不揮発性のメモリが用いられ、ＣＰＵの処理に必要なプログラムや各種設定データ、例えば、後述する式（１）や、基準値（基準変位角度θｓ）や、射影角度θｐの閾値や、射影ベクトルｒ２の射影角度θｐと上下駆動部１１の駆動量との関係や、その他の演算プログラム等が記憶されている。
【００４３】
ここで、本実施例のパワーアシスト装置１の制御方法について、以下に詳述する。
図４乃至図７に示すように、上述したように構成されるパワーアシスト装置１の制御方法としては、角度センサ１３により検出された対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）から、絶対座標空間における対象物２の単位ベクトルｒ１を算出する単位ベクトル算出工程と、単位ベクトル算出工程にて算出された単位ベクトルｒ１をｘ−ｚ平面に射影して対象物２の射影ベクトルｒ２を算出する射影ベクトル算出工程と、射影ベクトル算出工程にて算出された射影ベクトルｒ２の射影角度θｐを算出する射影角度算出工程と、射影ベクトルｒ２の射影角度θｐと予め設定された基準値（基準変位角度θｓ）との偏差が所定の閾値内にあるか否かを判定する判定工程と、判定工程による判定結果を受けて射影ベクトルｒ２の射影角度θｐから上下駆動部１１の駆動量を演算する駆動量演算工程等とを有する。
【００４４】
図４に示すように、作業者によってハンド部１０が任意の三次元方向に揺動されると、ハンド部１０がｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸周りに揺動されて、対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）が変更される。かかる状態で、角度センサ１３にて、フリージョイント部１２に対する対象物２の変位角度が検出される（Ｓ１００）。この対象物２の変位角度は、絶対座標空間を構成する三軸方向成分の変位角度であって、ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γとして検出される。角度センサ１３により検出された対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）は、制御部１４に電気信号として出力される。
【００４５】
単位ベクトル算出工程では、上述した角度センサ１３によって検出された対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）から、絶対座標空間における対象物２の単位ベクトルｒ１が算出される（Ｓ１０１）。本実施例では、単位ベクトルｒ１は式（１）によって表される。なお、本実施例における単位ベクトルｒ１は、対象物２における任意の単位平面に対する法線ベクトルである（図５参照）。
【００４６】
【数１】
2009034757.tif 000003
【００４７】
射影ベクトル算出工程では、単位ベクトル算出工程にて算出された単位ベクトルｒ１をｘ−ｚ平面に射影した場合（図６参照）の対象物２の射影ベクトルｒ２が算出される（Ｓ１０２）。具体的には、上述した式（１）で表される単位ベクトルｒ１からｘ軸及びｚ軸方向の成分が抽出されることで、ｘ−ｚ平面に射影された射影ベクトルｒ２が算出される。
【００４８】
射影角度算出工程では、予め設定された基準ベクトルＲに対する射影ベクトル算出工程にて算出された射影ベクトルｒ２の射影角度θｐが算出される（Ｓ１０３）（図７参照）。ここで、基準ベクトルＲは、ｘ−ｚ平面において予め設定された基準のベクトルである。本実施例では、対象物２がターゲット３に対して正確に位置決めされた状態では、射影ベクトルｒ２は基準ベクトルＲに略一致して、基準ベクトルＲに対する射影ベクトルｒ２の射影角度θｐは「０」となる。そして、対象物２の姿勢が変更されて、絶対座標空間における対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）が変位すると、射影ベクトルｒ２も変位し、すなわち、基準ベクトルＲに対する射影ベクトルｒ２の射影角度θｐも変位する。
【００４９】
判定工程では、射影ベクトルｒ２の射影角度θｐが、予め設定された基準値（基準変位角度θｓ）との偏差において閾値内にあるか否かが判定される（Ｓ１０４）。なお、基準値としての基準変位角度θｓは、上述した基準ベクトルＲの変位角度に相当し、基準となる変位角度は「０」である。そして、対象物２がターゲット３に対して正確に位置決めされた状態では、射影ベクトルｒ２の射影角度θｐと基準変位角度θｓとが一致して、その偏差は「０」となる。ただし、実際にはかかる外因によって微小なずれや誤差が生じるため、本実施例では、基準変位角度θｓとの偏差の閾値が判定されるのである。
【００５０】
その結果、射影ベクトルｒ２の射影角度θｐと基準変位角度θｓとの偏差が、所定の閾値内にあると判定された場合には、後述する上下駆動部１１の制御は行われず、再度、単位ベクトル算出工程へとリターンされる。一方、射影ベクトルｒ２の射影角度θｐと基準変位角度θｓとの偏差が閾値内にないと判定された場合には、続いて、駆動量演算工程が実行される（Ｓ１０５）。
【００５１】
駆動量演算工程では、射影角度算出工程にて算出された射影ベクトルｒ２の射影角度θｐが基準変位角度θｓとなるように上下駆動部１１の駆動量が演算される（Ｓ１０５）。ここで、上下駆動部１１の駆動量とは、上下駆動部１１の上下方向への伸縮量に相当し、具体的には、アクチュエータの駆動量である。例えば、射影ベクトルｒ２の射影角度θｐと基準変位角度θｓとの偏差と、上下駆動部１１の駆動量との関係が予め設定されており、射影ベクトルｒ２の射影角度θｐと基準変位角度θｓとの偏差量に応じて駆動量が演算される。駆動量演算工程にて演算された駆動量は、制御部１４から上下駆動部１１へと出力されるのである（ＰＩＤ制御）。
【００５２】
以上のように制御されるパワーアシスト装置１を用いて、対象物２を上下方向に移動させる際には、搬送ライン４の一側方に配置された作業者によってハンド部１０の一端が上下方向（Ｚ方向）へ揺動操作されることで、ハンド部１０の操作に連動して上下駆動部１１が受動的に上下方向に伸縮される。また、対象物２を前後方向に移動させる際には、作業者によってハンド部１０の一端が前後方向（Ｙ方向）に揺動操作されることで、ハンド部１０の操作に連動して上下駆動部１１が前後方向に移動される。
【００５３】
例えば、図８に示すように、ハンド部１０を下方向に移動させる際には、ハンド部１０の一端が作業者によって押し下げられることで、ハンド部１０がｙ軸周りに揺動されて、対象物２のロール角βが変更される（図８（ａ）参照）。そして、本実施例では、制御部１４によって、対象物２のロール角βの変位に基づいて上下駆動部１１が制御され、すなわち、射影ベクトルｒ２の射影角度θｐが基準変位角度θｓとなるように上下駆動部１１が所定の駆動量にて伸長されるのである。このように上下駆動部１１が制御されることで、ハンド部１０の一端は作業者によって把持されているため、ハンド部１０が押し下げられた位置まで対象物２が移動して、略水平姿勢で停止される（図８（ｂ）参照）。
【００５４】
また、パワーアシスト装置１を用いて対象物２の取り付け作業を行う際には、作業者によってハンド部１０の一端が三次元方向に揺動操作されることで、対象物２の三次元的な姿勢が調整される。そして、かかる場合であっても、制御部１４によって上下駆動部１１が制御されて、対象物２のロール角βが所定の変位角度となるように適宜制御される。
【００５５】
以上のように、本実施例のパワーアシスト装置１は、対象物２の姿勢を三次元的に制御しながら、作業者の操作に協動して対象物２を移載するパワーアシスト装置１であって、対象物を把持するハンド部１０と、ハンド部１０を上下方向に駆動させる上下駆動部１１と、上下駆動部１１に対してハンド部１０を任意の三次元方向に揺動自在に連結させるフリージョイント部１２と、フリージョイント部１２に対する対象物２の三次元方向の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）を検出する角度センサ１３と、角度センサ１３により検出された対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）から、絶対座標空間にある対象物２をｘ−ｚ平面に射影して射影角度θｐを算出し、射影角度θｐが基準変位角度θｓとなるように上下駆動部１１を駆動させる制御部１４とを具備してなるものであるため、対象物２の姿勢を制御する際に、絶対座標空間内にある所定の平面に対象物２を射影した射影角度θｐを用いて制御することで、対象物２の三次元的な姿勢を精度よく制御することができ、ターゲット３に対する取り付け作業の効率を向上させることができる。
【００５６】
すなわち、対象物２をターゲット３に対して位置決する際に、対象物２の変位角度の内、ロール角βのみに注目しても、ターゲット３に対してその他の対象物２の変位角度（ピッチ角α及びヨー角γ）がずれていると、絶対座標空間において、対象物２をターゲット３に対して所定の姿勢（例えば水平の姿勢）に制御することができない。本実施例のように、任意の二次元平面（ｘ−ｚ平面）に射影した射影角度θｐに基づいて対象物２の姿勢を制御することで、ピッチ角αやヨー角γがずれていても、絶対座標空間で対象物２をターゲット３に対して所定の姿勢となるように制御することができ、絶対座標空間内でターゲット３に対する対象物２の姿勢を精度よく制御することができる。
【００５７】
また、このようにパワーアシスト装置１によって対象物２のロール角βが制御されることで、作業者は、対象物２をターゲット３に位置決めする際に、その他の対象物２の変位角度（ピッチ角α及びヨー角γ）の調整を行うのみでよい。そのため、ターゲット３に対する対象物２の取り付け作業を効率よく行うことができ、作業効率を向上させることができるのである。
【００５８】
特に、本実施例においては、制御部１４によって、角度センサ１３により検出された対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）から絶対座標空間における対象物２の単位ベクトルｒ１を算出し、単位ベクトルｒ１を任意の二次元平面（ｘ−ｚ平面）に射影して射影ベクトルｒ２を算出し、予め設定された基準ベクトルＲに対する射影ベクトルｒ２の射影角度θｐを算出し、前記射影角度θｐから上下駆動部１１の駆動量を演算するため、対象物２の三次元的な姿勢を、絶対座標空間での対象物２の単位ベクトルｒ１によってモデル化することで、各種の演算過程を簡素化できる。
【００５９】
また、制御部１４は、互いに直交する水平軸であるｘ軸、ｙ軸及び鉛直軸であるｚ軸より構成される絶対座標空間にて、少なくとも一つの軸周りの対象物の変位角度を制御するため、作業者において、絶対座標空間において少なくともその他の軸周りに対する対象物２の姿勢を調整するだけでよいため、対象物２の取り付け作業の負担を軽減することができる。
【００６０】
なお、パワーアシスト装置１の構成及びその制御方法は、上述した実施例に限定されない。以下の実施例では、上述した実施例と共通する部材・構成についての説明は省略する。
【００６１】
すなわち、図９及び図１２に示す別実施例のように、パワーアシスト装置１は、上述した実施例の構成に加えて、ハンド部１０に対する対象物２の把持位置のずれ量を検出するずれ量検出手段としてのずれ量検出センサ１６が別途設けられ、制御部１４によって、ずれ量検出センサ１６により検出された対象物２のずれ量に基づいて対象物２の変位角度の目標値（基準変位角度θｓ）が補正されるように構成されてもよい。
【００６２】
図９に示すように、本実施例におけるずれ量検出センサ１６は、光学式若しくは磁気式の位置センサ等によって構成され、パワーアシスト装置１の本体部（ハンド部１０や上下駆動部１１）とは別体に設けられ、具体的には、搬送ライン４の所定位置に配設された対象物２の支持台６に設けられる。支持台６は、上部平面に対象物２が位置決めして載置されており、支持台６に載置された状態からハンド部１０によって把持されて移載される。
【００６３】
ずれ量検出センサ１６は、支持台６の上部平面に配設されており、ハンド部１０によって対象物２が把持される際に、ハンド部１０に対する対象物２のずれ量が検出される。ハンド部１０に対する対象物２のずれ量（図１０参照）は、対象物２が支持台６に位置決めして配設されることから、ハンド部１０とずれ量検出センサ１６との相対位置の変位量に相当する。具体的には、本実施例では、ハンド部１０が対象物２を把持する際に、ずれ量検出センサ１６からのハンド部１０に予め設定された基準の測定地位からのずれ量が検出される。
【００６４】
なお、ずれ量検出センサ１６は、制御部１４に接続されており、ずれ量検出センサ１６により検出されたハンド部１０に対する対象物２のずれ量は、電気信号として制御部１４に出力される。
【００６５】
制御部１４は、ずれ量検出センサ１６により検出された対象物２のずれ量に基づいて対象物２の変位角度の目標値（基準変位角度θｓ）が補正される。具体的には、制御部１４には、予め、対象物２のずれ量と変更変位角度θｄの変位との相対関係が求められており、これが演算テーブルＴとして制御部１４のメモリ（図略）に格納されている（図１１参照）。この演算テーブルＴによると、対象物２のずれ量が大きくなるにつれて変更変位角度θｄの変位が大きくなる。
【００６６】
図１２に示すように、本実施例におけるパワーアシスト装置１の制御方法としては、ハンド部１０が操作されて対象物２が把持されると、まず、ずれ量検出センサ１６によってハンド部１０に対する対象物２の把持位置のずれ量が検出され（Ｓ２００）、次いで、検出された対象物２のずれ量が演算テーブルＴと対比されて、対象物２のずれ量に対する変更変位角度θｄが算出される（Ｓ２０１）。そして、このようにして算出された変更変位角度θｄが、基準変位角度θｓとして上書きして格納されて、基準変位角度θｓが補正されるのである（Ｓ２０２）。
【００６７】
以上のように、本実施例のパワーアシスト装置１では、ハンド部１０に対する対象物２の把持位置のずれ量を検出するずれ量検出センサ１６が設けられ、制御部１４によって、ずれ量検出センサ１６により検出された対象物２のずれ量に基づいて対象物２の変位角度の目標値（基準変位角度θｓ）が補正されるため、対象物２及びハンド部１０のバランスが崩れた場合であっても、ターゲット３に対して位置決めされた正しい基本姿勢となるように制御することができる。
【００６８】
すなわち、パワーアシスト装置１では、作業者によってハンド部１０が操作される際には、対象物２の変位角度（ピッチ角α、ロール角β、及びヨー角γ）がそれぞれ所定の目標値となるように、制御部１４によって上下駆動部１１等が制御される。そして、対象物２をターゲット３に対して位置決めした姿勢に維持する制御が行われている際に、対象物２とハンド部１０との相対位置がずれる、又は対象物２を把持しているハンド部１０が重心に対してずれることによって、対象物２の変位角度が常時変位した状態となって対象物２の姿勢を正しく制御することができない。そのため、本実施例で示す構成とすることで、対象物２のずれ量に応じて基準変位角度θｓが補正されて、対象物２を正確に位置決めして取り付け作業を行うことができるのである。
【００６９】
なお、ずれ量検出手段としては、ずれ量検出センサ１６が支持台６に設けられるだけでなく、例えば、ハンド部１０側に設けられてもよい。かかる場合には、対象物２（若しくは支持台６）との相対位置を基準にしてハンド部１０に対する対象物２のずれ量を検出することができる。
【００７０】
さらに、別実施例のパワーアシスト装置に構成としては、例えば、駆動手段において、上述した実施例では上下方向にのみ駆動可能な上下駆動部１１として構造とされているが（図１、図９参照）、かかる駆動手段の構成としては、特にこれには限定されない。駆動手段の構成としては、少なくともハンド部１０に把持された対象物２を所定方向に移動可能に構成されればよく、例えば、多関節型のロボットアーム構造とすることで、上下方向（Ｚ方向）のみならず、前後方向（Ｙ方向）や左右方向（Ｘ方向）にも伸縮可能に構成されてもよい。
【００７１】
また、上述した実施例では、対象物２の変位角度の内、ロール角βのみ制御するように構成されているが（図１、図９参照）、例えば、ピッチ角αやヨー角γを制御するように構成されてもよい。例えば、上下駆動部１１が前後方向（Ｙ方向）にも伸縮可能であるか、またはＹ方向に摺動駆動可能に構成されることで、ヨー角γも同様に制御することが可能である。このような構成とすることで、作業者は、残りの変位角（ピッチ角α）のみに注意して取り付け作業を行うことができ、取り付け作業の正確性と作業効率を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施例に係るパワーアシスト装置の全体的な構成を示した正面図。
【図２】同じく図１の側面図。
【図３】絶対座標空間での対象物の変位角度を示した図。
【図４】パワーアシスト装置の制御方法を示したフローチャート。
【図５】対象物における基準ベクトルを示した図。
【図６】対象物をｘ−ｚ平面に射影した様子を示した模式図。
【図７】ｘ−ｚ平面での射影ベクトルを示した図。
【図８】パワーアシスト装置を用いて対象物を移動させる様子を示した図。
【図９】別実施例のパワーアシスト装置の全体的な構成を示した側面図。
【図１０】ハンド部に対する対象物のずれを示した正面図。
【図１１】対象物のずれ量に対する変更変位角度の変位の関係を表した図。
【図１２】別実施例のパワーアシスト装置の制御方法を示したフローチャート。
【符号の説明】
【００７３】
１    パワーアシスト装置
２    対象物
３    ターゲット
１０    ハンド部（把持手段）
１１    上下駆動部（駆動手段）
１２    フリージョイント部（回転軸部）
１３    角度センサ（角度検出手段）
１４    制御部（制御手段）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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