(57)【要約】      （修正有）【課題】マニピュレータの安全装置に関し、マニピュレータと所定の対象物との接触を効果的に抑制すると共に稼働率の低下を抑制する。【解決手段】パワーアシストアームの安全装置２０は、パワーアシストアームと所定の対象物５０との接触を抑制するためのものである。所定の対象物５０とパワーアシストアームとの距離を測定する距離測定手段２２と、距離測定手段２２によって測定された所定の対象物５０とパワーアシストアームとの距離が所定の距離以下であるとき、パワーアシストアームが所定の対象物５０を回避する様に、パワーアシストアームに反発力を発生させる反発力発生手段２１と、を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータと所定の対象物との接触を抑制するための安全装置であって、
前記所定の対象物と前記マニピュレータとの距離を測定する距離測定手段と、
前記所定の対象物と前記マニピュレータとの距離が所定の距離以下であるとき、前記マニピュレータが前記所定の対象物を回避する様な反発力を発生させる反発力発生手段と、を備える、安全装置。
【請求項２】
請求項１に記載の安全装置であって、
前記反発力発生手段によって発生させられる前記反発力は、前記所定の対象物と前記マニピュレータとの距離が小さくなる程大きくなる、安全装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の安全装置であって、
前記所定の対象物と前記マニピュレータとの相対速度を測定する速度測定手段をさらに備え、
前記反発力発生手段によって発生させられる前記反発力は、前記所定の対象物と前記マニピュレータとの相対速度が大きくなる程大きくなる、安全装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の安全装置であって、
前記距離測定手段は、
前記マニピュレータの位置を検知する第１位置センサと、
前記所定の対象物の位置を検知する第２位置センサと、
前記第１位置センサによって検知された前記マニピュレータの位置と、前記第２位置センサによって検知された前記所定の対象物の位置とに基づき、前記マニピュレータと前記所定の対象物との距離を算出する距離算出手段と、を有し、
前記反発力発生手段によって発生させられる前記反発力は、前記マニピュレータに対し、前記所定の対象物から前記マニピュレータに向かう方向に働く、安全装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の安全装置であって、
前記反発力発生手段は、前記マニピュレータに発生させる前記反発力を、前記所定の対象物の種類に応じて変化させる、安全装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の安全装置を備えるマニピュレータ。
【請求項７】
請求項６に記載のマニピュレータであって、
操作部と、
前記操作部の操作入力に応じて所定の動作を行う動作部と、
前記動作部を駆動する駆動装置と、
前記駆動装置の駆動量を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記マニピュレータと前記所定の対象物との距離が所定の距離よりも大きいときには、前記操作部の操作入力に応じた力が発生する様に前記駆動装置の駆動量を制御し、
前記マニピュレータと前記所定の対象物との距離が所定の距離以下であるときには、前記操作部の操作入力に応じた力に加え、前記反発力が発生する様に前記駆動装置の駆動量を制御する、マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安全装置およびそれを備えたマニピュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な用途に人間の動作を代替させるマニピュレータが用いられている。このようなマニピュレータを使用する際、作業を行う人間や他の作業装置等（以下、所定の対象物と称する。）がマニピュレータの可動範囲に進入することがあり、所定の対象物とマニピュレータとの接触が懸念される。そのため、以前より、赤外線センサ等を用いた安全装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の安全装置は、マニピュレータの作業領域に所定の対象物が進入したことを検知する赤外線等のセンサと、当該センサの検知に基づきマニピュレータを停止させる制御器とを備えている。上記安全装置は、マニピュレータの作業領域に所定の対象物が進入したことをセンサが検知すると、その検知情報に基づいて制御器がマニピュレータを停止させる。これにより、マニピュレータと所定の対象物との接触を避けることとしている。
【特許文献１】特開２０００−１０８０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記安全装置では、所定の対象物が作業領域内に進入した際にマニピュレータの動作を停止してしまう。そのため、マニピュレータの運転を復帰させるまでに時間がかかり、稼働率が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マニピュレータの安全装置に関し、マニピュレータと所定の対象物との接触を効果的に抑制すると共に稼働率の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る安全装置は、マニピュレータと所定の対象物との接触を抑制するための安全装置であって、前記所定の対象物と前記マニピュレータとの距離を測定する距離測定手段と、前記所定の対象物と前記マニピュレータとの距離が所定の距離以下であるとき、前記マニピュレータが前記所定の対象物を回避する様な反発力を発生させる反発力発生手段と、を備えるものである。
【０００７】
ここで、所定の対象物とは、作業を行う人間、他の作業装置、または作業現場に据え付けられた装置等を言う。また、回避するとは、接触しない様に移動することを言う。
【０００８】
上記安全装置によれば、所定の対象物がマニピュレータと所定の距離以下に近づくと、マニピュレータに反発力が加えられる。そのため、マニピュレータは所定の対象物が接近すると、動作を停止するのではなく、所定の対象物を積極的に回避する様に移動する。したがって、上記安全装置によれば、所定の対象物がマニピュレータの動作範囲内に入ったとしても、マニピュレータが所定の対象物に接触することを効果的に抑制することができる。
【０００９】
また、上記安全装置によれば、所定の対象物とマニピュレータとの距離が所定の距離以下であるときに、マニピュレータを停止させるのではなく、反発力を発生させることにより両者の接触を回避する。そのため、従来の安全装置のように、接触を回避した後、停止させたマニピュレータを復帰させる必要がなく、そのまま動作を続けることができる。したがって、上記安全装置によれば、稼働率の低下を抑制することができる。
【００１０】
前記反発力発生手段によって発生させられる前記反発力は、前記所定の対象物と前記マニピュレータとの距離が小さくなる程大きくなることが好ましい。
【００１１】
このことにより、所定の対象物とマニピュレータとが近づく程、マニピュレータにかかる反発力は大きくなる。したがって、上記安全装置によれば、マニピュレータが所定の対象物に接触することをより効果的に抑制することができる。
【００１２】
前記所定の対象物と前記マニピュレータとの相対速度を測定する速度測定手段をさらに備え、前記反発力発生手段によって発生させられる前記反発力は、前記所定の対象物と前記マニピュレータとの相対速度が大きくなる程大きくなることが好ましい。
【００１３】
このことにより、所定の対象物とマニピュレータとの近づく速度が速い程、マニピュレータにかかる反発力は大きくなる。そのため、所定の対象物の速度が大きい程、マニピュレータを素速く移動させることができる。したがって、上記安全装置によれば、マニピュレータが所定の対象物に接触することをより効果的に抑制することができる。
【００１４】
前記距離測定手段は、前記マニピュレータの位置を検知する第１位置センサと、前記所定の対象物の位置を検知する第２位置センサと、前記第１位置センサによって検知された前記マニピュレータの位置と、前記第２位置センサによって検知された前記所定の対象物の位置とに基づき、前記マニピュレータと前記所定の対象物との距離を算出する距離算出手段と、を有し、前記反発力発生手段によって発生させられる前記反発力は、前記マニピュレータに対し、前記所定の対象物から前記マニピュレータに向かう方向に働くことが好ましい。
【００１５】
上記安全装置によれば、所定の対象物とマニピュレータとの距離が所定の距離以下となった場合、マニピュレータには、マニピュレータを所定の対象物の位置から遠ざけようとする向きの反発力が働く。したがって、上記安全装置によれば、所定の対象物がマニピュレータの動作範囲内に入ったとしても、マニピュレータが所定の対象物に接触することを効果的に抑制することができる。
【００１６】
前記反発力発生手段は、前記マニピュレータに発生させる前記反発力を、前記所定の対象物の種類に応じて変化させることが好ましい。
【００１７】
このことにより、所定の対象物の種類に応じて接触回避の度合い（速度、移動量等）を変えることができる。したがって、例えば、複数の対象物がマニピュレータと接触するおそれがある場合に、より接触させたくない対象物を優先的に回避させることができる。
【００１８】
本発明に係るマニピュレータは、前記安全装置を備えるものである。
【００１９】
このことにより、マニピュレータと所定の対象物との接触を効果的に抑制すると共に稼働率の低下を抑制する安全装置を備えたマニピュレータを提供することができる。
【００２０】
操作部と、前記操作部の操作入力に応じて所定の動作を行う動作部と、前記動作部を駆動する駆動装置と、前記駆動装置の駆動量を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記マニピュレータと前記所定の対象物との距離が所定の距離よりも大きいときには、前記操作部の操作入力に応じた力が発生する様に前記駆動装置の駆動量を制御し、前記マニピュレータと前記所定の対象物との距離が所定の距離以下であるときには、前記操作部の操作入力に応じた力に加え、前記反発力が発生する様に前記駆動装置の駆動量を制御することが好ましい。
【００２１】
上記マニピュレータによれば、所定の対象物とマニピュレータとの距離が所定の距離以下となった場合、操作部の操作入力に応じた力に加え、反発力がマニピュレータに生じる様に駆動装置の駆動量が制御される。そのため、マニピュレータが所定の対象物との接触を回避し、所定の対象物と所定の距離よりも離れると、マニピュレータには操作部の操作入力に応じた力のみが生じることとなる。これにより、接触が懸念される範囲から所定の対象物が離れた場合には、素速く通常とおりの動作を行わせることができる。したがって、上記マニピュレータによれば、マニピュレータと所定の対象物との接触を効果的に抑制しつつ稼働率の低下をより抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、マニピュレータの安全装置に関し、マニピュレータと所定の対象物との接触を効果的に抑制すると共に稼働率の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態では、本発明に係る安全装置を備えたマニピュレータの一例として、重量物や長大な物を運搬する際に作業者の作業を補うパワーアシストアーム１について説明する。なお、これらは実施例の一例であって本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２４】
図１は、実施形態１に係るパワーアシストアーム１の構成を示す模式図である。図１に示すように、パワーアシストアーム１は、アーム２と、アーム２を支持する支持部３とを備えている。なお、便宜上、以下の説明では、図１の左側を前側、右側を後側として説明する。
【００２５】
アーム２は、肩関節４、上腕部５、肘関節６、下腕部７およびハンド部８を備えており、これらが基端部から先端部に向かって順に連結されている。一方、支持部３は、鉛直方向に延びる支柱３ａと、水平方向に延び、支柱３ａの下端部が固定された支持台３ｂとを備えている。支柱３ａの中途部には旋回機構９が設けられている。また、支柱３ａの上端部は、肩関節４を介して上腕部５の後端が取り付けられている。
【００２６】
肩関節４は、上腕部５の後端部と支柱３ａの上端部とを相対回転自在に連結している。肩関節４を駆動すると、上腕部５が肩関節４回りに旋回する。これにより、アーム２全体が上下方向に回動し、アーム２が起伏することとなる。
【００２７】
肘関節６は、上腕部５の前端部と下腕部７の後端部とを相対回転自在に連結している。肘関節６を駆動すると、下腕部７が肘関節６回りに旋回する。これに伴い、ハンド部８も肘関節６回りに旋回することとなる。
【００２８】
ハンド部８は、対象物を挟む、つまむまたは握る等の動作を行う様に構成されている。
【００２９】
旋回機構９は、支柱３ａの支持台３ｂに固定された下側に対し、支柱３ａの上側を軸回りに回転可能に構成されている。これにより、旋回機構９を駆動すると、アーム２が水平方向に旋回させられることとなる。
【００３０】
また、パワーアシストアーム１は、操作部１１と、各動作部１２（肩関節４、肘関節６、ハンド部８および旋回機構９）をそれぞれ駆動する駆動装置１３と、操作部１１の操作入力に応じて駆動装置１３の駆動量を制御する制御装置１４とを備えている。さらに、各動作部１２には、各動作部１２の位置を検知する第１位置センサ１５が取り付けられている。本実施形態では、ハンド部８と肘関節６とに取り付けられている。
【００３１】
また、対象物５０には、対象物５０の位置を検知する第２位置センサ１６が取り付けられている。なお、対象物５０は、本発明に係る所定の対象物の一例であり、本実施形態の図１では、パワーアシストアーム１付近で作業を行う作業者である場合を示している。なお、所定の対象物５０はこのような作業者に限られない。例えば、他のパワーアシストアームや、他の作業装置、作業現場に据え付けられた装置等であってもよい。
【００３２】
図２および図３は、パワーアシストアーム１の制御ブロック図である。図２に示すように、制御装置１４は、パワーアシスト制御則１７と、接触防止制御則１８と、距離算出手段１９とを備えている。
【００３３】
パワーアシスト制御則１７は、通常のパワーアシスト動作を行うための制御則である。制御装置１４は、操作部１１から操作入力信号が入力されると、パワーアシスト制御則１７に基づき、各動作部１２を所定のアシスト比により駆動するためのパワーアシスト制御値Ｕｈを求める。
【００３４】
距離算出手段１９は、第１位置センサ１５によって検知された各動作部１２の位置情報と、第２位置センサ１６によって検知された対象物５０の位置情報とから、各動作部１２と対象物５０との距離を算出するものである。第１位置センサ１５と、第２位置センサ１６と、距離算出手段１９とにより、各動作部１２と対象物５０との距離を測定する距離測定手段２２が構成されている（図３参照）。
【００３５】
接触防止制御則１８は、パワーアシストアーム１と対象物５０とが所定の距離Ｈ以下に近づいたときに、パワーアシストアーム１が対象物５０と接触することを回避させるための制御則である。制御装置１４は、距離測定手段２２によって測定されたパワーアシストアーム１と対象物５０との距離が入力されると、接触防止制御則１８とに基づき、パワーアシストアーム１が対象物５０を回避する様に各動作部１２を駆動するための接触防止制御値Ｕｓを求める。
【００３６】
なお、図３に示すように、パワーアシストアーム１は、距離測定手段２２によって測定された各動作部１２と対象物５０との距離が、所定の距離Ｈ以下であるとき、パワーアシストアーム１に反発力Ｆを発生させる反発力発生手段２１を備えている。また、当該反発力発生手段２１は、制御装置１４に設けられ、接触防止制御則１８を備えるものである。なお、ここで、反発力Ｆとは、パワーアシストアーム１の各部位に働く反発力（ｆ１、ｆ２、…）の組を言う。
【００３７】
反発力発生手段２１は、距離測定手段２２によって測定されたパワーアシストアーム１と対象物５０との距離と、接触防止制御則１８とに基づいて、パワーアシストアーム１の各部位に発生させる反発力（ｆ１、ｆ２、…）を算出する。また、パワーアシストアーム１の各部位に当該反発力（ｆ１、ｆ２、…）を発生させるために必要となる各動作部１２のトルク（関節トルク）を算出する。そして、当該動作部１２のトルク（関節トルク）から各動作部１２へのトルク指令値である接触防止制御値Ｕｓを求める。
【００３８】
なお、本実施形態では、反発力発生手段２１によって、ｉ番目の対象物５０から見たパワーアシストアーム１のｊ番目の部位に働く反発力ｆijは、以下の数式（１）によって算出される。なお、αi＞０であり、βi＞０である。
2009012133.tif 000003
【００３９】
αiは第２位置センサ１６により位置が検知される各対象物５０（対象物５０や他のマニピュレータ等）毎に決められた係数であり、βjはパワーアシストアーム１の各部位（第１位置センサ１５が取り付けられた部位、本実施形態ではハンド部８および肘関節６）毎に決められた係数を示す。さらに、ｒijは、ｉ番目の対象物５０から見たパワーアシストアーム１のｊ番目の部位の位置ベクトルを示す。
【００４０】
上記数式（１）は、所定の対象物である対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位との間に、２つの正電荷の間に働く反発力と同様の反発力ｆij（パワーアシストアーム１のｊ番目の部位に働く力）が働くことを意味している。つまり、第２位置センサ１６が取り付けられた対象物５０と、第１位置センサ１５が取り付けられたパワーアシストアーム１の各部位との距離|ｒij|が小さくなると、より大きな反発力ｆijが生じる。また、反発力ｆijは、対象物５０からパワーアシストアーム１の各部位に向かう方向に生じることとなる。
【００４１】
さらに、各対象物５０について決まる係数αiの大きさに応じて、反発力ｆijは大きくなる。これにより、αiを大きく設定すると、パワーアシストアーム１との接触をより大きな反発力ｆijで回避することができる。また、パワーアシストアーム１の各部位によって決まる係数βjの大きさに応じても、反発力ｆijは大きくなる。これにより、βjを大きく設定すると、当該部位と各対象物５０との接触をより大きな反発力ｆijで回避することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、接触防止制御入力Ｕｓは、以下の数式（２）によって算出されるものである。
2009012133.tif 000004
【００４３】
上記数式（２）は、ｉ番目の対象物５０から見たパワーアシストアーム１のｊ番目の部位に発生させる反発力ｆijから各駆動装置１３への制御値へ変換する計算式であり、ＪjTはヤコビ行列の転置行列である。つまり、ｉ番目の対象物５０との距離に基づき、パワーアシストアーム１のｊ番目の部位にｆijの反発力を発生させると、駆動装置１３にはＪjT（ｆij）の制御値トルクが与えられることとなる。
【００４４】
また、図３に示すように、本実施形態における安全装置２０は、反発力発生手段２１と、距離測定手段２２とにより構成されている。
【００４５】
以上がパワーアシストアーム１の構成である。以下、パワーアシストアーム１の動作について説明する。
【００４６】
まず、図４に示すように、対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位（ハンド部８および肘関節６）との距離|ｒ８|，|ｒ６|が所定の距離Ｈよりも大きい場合の通常のパワーアシスト動作について説明する。
【００４７】
《パワーアシスト動作》
まず、操作部１１が操作されると、操作部１１から制御装置１４に操作入力信号が入力される。この操作入力信号に基づき、制御装置１４は、パワーアシスト制御則１７に則ってパワーアシスト制御値Ｕｈを求め、パワーアシスト制御値Ｕｈを各駆動装置１３に入力する。パワーアシスト制御値Ｕｈが入力されると、駆動装置１３は、所定のパワーアシスト比により各動作部１２を駆動する。これにより、パワーアシストアーム１の各動作部１２（ハンド部８，肘関節６，肩関節４および旋回機構９）が駆動され、パワーアシストアーム１が操作入力に応じた動作を行う。
【００４８】
なお、対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位（ハンド部８および肘関節６）との距離|ｒ８|，|ｒ６|は、距離測定手段２２によって常時測定される。制御装置１４は、距離測定手段２２によって常時測定される距離|ｒ８|，|ｒ６|が所定の距離Ｈ以下か否かを判定する。そして、制御装置１４は、距離|ｒ８|，|ｒ６|が所定の距離Ｈよりも大きい場合、接触防止制御則１８には則らず、パワーアシスト制御則１７のみに則ってパワーアシスト制御値Ｕｈを求める。そして、パワーアシスト制御値Ｕｈが駆動装置１３に入力され、所定のアシスト比で駆動装置１３が駆動される。
【００４９】
次に、図５に示すように、対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位（ハンド部８および肘関節６）との距離|ｒ８|，|ｒ６|が所定の距離Ｈ以下である場合の接触防止動作について説明する。
【００５０】
《接触防止動作》
まず、操作部１１が操作されると、操作部１１から制御装置１４に操作入力信号が入力される。そして、制御装置１４によって、距離|ｒ８|，|ｒ６|が所定の距離Ｈ以下であると判定されると、パワーアシスト制御則１７に基づいて求められたパワーアシスト制御値Ｕｈに、反発力発生手段２１が接触防止制御則１８に基づいて求めた接触防止制御値Ｕｓを足し合わせた制御値（Ｕｈ＋Ｕｓ）が駆動装置１３に入力される。これにより、当該制御値（Ｕｈ＋Ｕｓ）に基づいた制御量だけ各駆動装置１３が駆動される。このようにして、パワーアシストアーム１には、パワーアシスト制御則１７に基づくアシスト力と、接触防止制御則１８による反発力Ｆ（＝ｆ１、ｆ２、…）が付与される。これにより、パワーアシストアーム１の各部位が移動し、対象物５０を回避する。
【００５１】
具体的には、図５に示すように、ハンド部８には反発力ｆ１が発生し、肘関節６には反発力ｆ２が発生する。なお、反発力ｆ１は、対象物５０からハンド部８を見た方向に発生し、反発力ｆ２は、対象物５０から肘関節６を見た方向に発生する。また、反発力ｆ１および反発力ｆ２は、ハンド部８または肘関節６との距離|ｒ８|，|ｒ６|が小さくなる程大きくなる。
【００５２】
このように、対象物５０とアシストアーム１のハンド部８との距離|ｒ８|が所定の距離Ｈ以下となると、ハンド部８に反発力ｆ１が発生し、肘関節６に反発力ｆ２が発生する。そして、反発力ｆ１および反発力ｆ２の分力のうち、アーム２の直交方向成分ｆ１９およびｆ２９により、パワーアシストアーム１の旋回機構９が旋回することとなる（図６参照）。その結果、図６に示すように、対象物５０がパワーアシストアーム１に接触することを回避することができる。なお、このとき、旋回機構９に発生する制御値トルクは、ｔ９＝ｆ１９×Ｌ９８＋ｆ２９×Ｌ９６となる。また、このとき、反発力ｆ１および反発力ｆ２の分力のうち、アーム２の軸方向成分ｆ１０およびｆ２０は、パワーアシストアーム１の旋回機構９の旋回に寄与しない。
【００５３】
なお、図５，６では、便宜上、対象物５０の水平面内での移動のみに着目して説明した。しかし、図７，８に示すように、例えば、他のマニピュレータＹが鉛直面内において接近してくる場合についても同様である。図７に示すように、マニピュレータＹが矢印の方向に移動し、マニピュレータＹとハンド部８との距離|ｒ８|およびマニピュレータＹと肘関節６との距離|ｒ６|が所定の距離Ｈ以下となるとする。この場合、パワーアシスト制御値Ｕｈに、反発力制御手段２１が接触防止制御則１８に基づいて求めた接触防止制御値Ｕｓを足し合わせた制御値（Ｕｈ＋Ｕｓ）が駆動装置１３に入力される。これにより、当該制御値（Ｕｈ＋Ｕｓ）に基づいた制御量だけ各駆動装置１３が駆動される。
【００５４】
なお、このとき、図７に示すように、接触防止制御値Ｕｓによって、ハンド部８に反発力ｆ１が発生し、肘関節６に反発力ｆ２が発生する。そして、反発力ｆ１の分力のうち、下腕部７に直交する方向の成分ｆ１６により、パワーアシストアーム１の肘関節６が回転し、下腕部７およびハンド部８が旋回することとなる（図８参照）。なお、このとき、肘関節６に発生する制御値トルクは、ｔ６＝ｆ１６×Ｌ６８となる。
【００５５】
また、反発力ｆ１の分力のうち、ハンド部８と肩関節４とを結ぶ直線に直交する方向の成分ｆ１４と、反発力ｆ２の分力のうち、上腕部５に直交する方向の成分ｆ２４とにより、パワーアシストアーム１の肩関節４が回転し、アーム部２が起伏することとなる（図８参照）。なお、このとき、肩関節４に発生する制御値トルクは、ｔ４＝−ｆ１４×Ｌ４８−ｆ２４×Ｌ４６となる。また、反発力ｆ２の分力のうち、上腕部５の軸方向成分ｆ２０は、パワーアシストアーム１の肩関節４の回転に寄与しない。
【００５６】
以上のようにして、図８に示すように、肘関節６，肩関節４等がそれぞれ回転してパワーアシストアーム１を、マニピュレータＹとの接触を回避する様に移動させる。
【００５７】
以上のように、本実施形態に係る安全装置２０は、反発力発生手段２１を備えている。そのため、所定の対象物５０がパワーアシストアーム１の各部位（ハンド部８、肘関節６）と所定の距離Ｈ以下に近づくと、パワーアシストアーム１に反発力Ｆ（＝ｆ１、ｆ２…）が加えられる。これにより、パワーアシストアーム１は所定の対象物５０が接近すると、動作を停止するのではなく、所定の対象物５０を積極的に回避する様に移動する。したがって、本安全装置２０によれば、所定の対象物５０がパワーアシストアーム１の動作範囲内に入ったとしても、パワーアシストアーム１が所定の対象物５０に接触することを効果的に抑制することができる。
【００５８】
なお、ここで、所定の対象物５０は、パワーアシストアーム１付近で作業を行う作業者だけでなく、他の作業装置、他のマニピュレータＹ、作業現場に据え付けられた装置等であっても同様である。
【００５９】
また、本安全装置２０によれば、所定の対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位との距離|ｒ８|，|ｒ６|が所定の距離Ｈ以下であるときに、パワーアシストアーム１を停止させるのではなく、反発力Ｆ（＝ｆ１、ｆ２…）を発生させることにより両者の接触を回避する。そのため、従来の安全装置のように、接触を回避した後、停止させたパワーアシストアーム１を復帰させる必要がなく、そのまま動作を続けることができる。したがって、本安全装置２０によれば、稼働率の低下を抑制することができる。
【００６０】
また、反発力発生手段２１によって発生させられる反発力Ｆ（＝ｆ１、ｆ２…）は、所定の対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位との距離|ｒ８|，|ｒ６|が小さくなる程大きくなる。これにより、所定の対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位とが近づく程、パワーアシストアーム１にかかる反発力Ｆ（＝ｆ１、ｆ２…）は大きくなる。したがって、本安全装置２０によれば、パワーアシストアーム１が所定の対象物５０に接触することをより効果的に抑制することができる。
【００６１】
本安全装置２０によれば、所定の対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位との距離が所定の距離Ｈ以下となった場合、パワーアシストアーム１には、パワーアシストアーム１を所定の対象物５０の位置から遠ざけようとする向きの反発力Ｆ（＝ｆ１、ｆ２…）が働く。したがって、本安全装置２０によれば、所定の対象物５０がパワーアシストアーム１の動作範囲内に入ったとしても、パワーアシストアーム１が所定の対象物５０に接触することを効果的に抑制することができる。
【００６２】
本安全装置２０の反発力発生手段２１は、パワーアシストアーム１に発生させる反発力Ｆ（＝ｆ１、ｆ２…）を、所定の対象物５０の種類に応じて変化させることができる。具体的には、各対象物５０毎に係数αiの値を変えることで反発力Ｆを変化させることができる。これにより、所定の対象物５０の種類に応じて接触回避の度合い（速度、移動量等）を変えることができる。したがって、例えば、複数の対象物５０がパワーアシストアーム１と接触するおそれがある場合に、より接触させたくない対象物５０を優先的に回避させることができる。
【００６３】
また、本パワーアシストアーム１は、安全装置２０を備えるものである。これにより、パワーアシストアーム１と所定の対象物５０との接触を効果的に抑制可能すると共に稼働率の低下を抑制する安全装置を備えたマニピュレータを提供することができる。
【００６４】
また、本パワーアシストアーム１は、操作部１１と、操作部１１の操作入力に応じて所定の動作を行う各動作部１２と、各動作部１２を駆動する駆動装置１３と、駆動装置１３の駆動量を制御する制御装置１４と、を備えている。また、制御装置１４は、パワーアシストアーム１の各部位と所定の対象物５０との距離|ｒ８|，|ｒ６|が所定の距離Ｈよりも大きいときには、操作部１１の操作入力に応じた力が発生する様に駆動装置１３の駆動量を制御する。一方、パワーアシストアーム１の各部位と所定の対象物５０との距離|ｒ８|，|ｒ６|が所定の距離Ｈ以下であるときには、操作部１１の操作入力に応じた力に加え、反発力Ｆが発生する様に駆動装置１３の駆動量を制御する。
【００６５】
このように制御されることにより、パワーアシストアーム１が所定の対象物５０との接触を回避し、所定の対象物５０と所定の距離Ｈよりも離れると、パワーアシストアーム１には操作部１１の操作入力に応じた力のみが生じることとなる。これにより、パワーアシストアーム１の各部位が所定の対象物５０との接触を回避しながら、パワーアシストアーム１を停止させることなく円滑に動作させることができる。したがって、本パワーアシストアーム１によれば、パワーアシストアーム１と所定の対象物５０との接触を効果的に抑制しつつ稼働率の低下をより抑制することができる。
【００６６】
なお、上記実施形態では、安全装置２０は、反発力発生手段２１と、距離測定手段２２とにより構成されていた。しかし、安全装置２０の構成はこれに限られない。例えば、図９に示すように、所定の対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位（ハンド部８、肘関節６）との相対速度を測定する速度測定手段２３を備えていてもよい。なお、この場合、速度測定手段２３は、第１位置センサ１５と、第２位置センサ１６と、速度算出手段２４とにより構成される。速度算出手段２４は、例えば、第１位置センサ１５および第２位置センサ１６の検出値の単位時間あたりの変化量から所定の対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位との相対速度をそれぞれ算出するものである。
【００６７】
このような場合、例えば、反発力発生手段２１によって発生させられる反発力Ｆ（＝ｆ１、ｆ２…）が、所定の対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位との相対速度が大きくなる程大きくなる様にすることも可能である。具体的には、例えば、距離測定手段２２によって測定された各動作部１２と対象物５０との距離が所定の距離Ｈ′以下であるときに入力される接触防止制御値Ｕｓを以下の数式（３）に示すようにすることで実現することができる。なお、Ｋは任意の定数であり、ｖijは、ｉ番目の対象物５０から見たパワーアシストアーム１のｊ番目の部位の速度ベクトルを示す。
2009012133.tif 000005
【００６８】
このような接触防止制御値Ｕｓを入力することで、所定の対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位との近づく速度が速い程、パワーアシストアーム１にかかる反発力Ｆ（＝ｆ１、ｆ２…）を大きくすることができる。そのため、所定の対象物５０の速度が大きい程、パワーアシストアーム１を素速く移動させることができる。したがって、このような安全装置２０によれば、パワーアシストアーム１が所定の対象物５０に接触することをより効果的に抑制することができる。
【００６９】
なお、接触防止制御値Ｕｓは、数式（２）と数式（３）とを組み合わせた以下の数式（４）、（５）、（６）に示すものであってもよい。
2009012133.tif 000006
【００７０】
このような接触防止制御値Ｕｓによれば、所定の対象物５０の速度が大きい程、また、対象物５０とパワーアシストアーム１の各部位との距離が小さい程、パワーアシストアーム１を素速く移動させることができる。したがって、このような安全装置２０によれば、パワーアシストアーム１が所定の対象物５０に接触することをより効果的に抑制することができる。
【００７１】
また、上記実施形態では、第１位置センサ１５は、ハンド部８および肘関節６に取り付けられていた。しかし、第１位置センサ１５は、他の動作部１２に取り付けられ、他の動作部１２の位置を検出するものであってもよい。また、パワーアシストアーム１の他の部位に取り付けられ、それらの部位の位置を検出するものであってもよい。また、第１位置センサ１５は、位置を検出する部分に直接取り付けられていなくてもよい。さらに、第１位置センサ１５を関節角を測定するセンサとし、その測定値から位置を計算により算出することとしてもよい。
【００７２】
また、パワーアシストアーム１の各部位の構成は、本実施形態のものに限られない。例えば、上腕部５を捻るための捻り関節や、上腕部５を伸縮させる直動関節を加え、これらの各関節に駆動装置１３および第１位置センサ１５を備えていてもよい。
【００７３】
なお、本パワーアシストアーム１は、図１０に示すように、各動作部１２の力覚（動作速度、動作量、反力等）を操作部１１に提示する力覚提示装置２５を備えていてもよい。これにより、操作部１１に、パワーアシストアーム１に発生させられる反発力Ｆに影響された各動作部１２の動作に基づく力覚が提示される。そのため、操作部１１の操作者は、操作部１１を操作する際、操作部１１から出力される力覚を享受することができる。これにより、操作部１１の操作者は、反発力Ｆに影響された各動作部１２の動作感覚を体感することができる。したがって、本パワーアシストアーム１によれば、操作部１１の操作者は、パワーアシストアーム１に何らかの対象物が近接していることを察知することができ、操作に関し、早期に対処することができる。これにより、パワーアシストアーム１と対象物５０等の所定の対象物５０との接触をより抑制することができる。
【００７４】
《パワーアシスト装置》
また、図１１に示すように、本発明によれば、本パワーアシストアーム１を複数備えたパワーアシスト装置１００を提供することができる。当該パワーアシスト装置１００によれば、複数のパワーアシストアーム１を用いることにより、より大きな力でアシスト動作を行うことや複雑な作業を行うことができる。また、幅広い用途に用いることができる。そして、当該パワーアシスト装置１００によれば、パワーアシストアーム１を複数備えていても、複数のパワーアシストアーム１が互いに接触することを効果的に抑制することができ、また、接触を抑制するために、パワーアシスト装置１００を停止することがないため、稼働率の低下を抑制することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上説明したように、本発明は、安全装置およびそれを備えたマニピュレータについて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施形態に係るパワーアシストアームの構成を示す図である。
【図２】パワーアシストアームの制御ブロック図である。
【図３】パワーアシストアームの制御ブロック図である。
【図４】パワーアシスト動作時における対象物とパワーアシストアームとの関係を示す図である。
【図５】接触防止動作時における対象物とパワーアシストアームとの関係を示す図である。
【図６】接触を回避した後における対象物とパワーアシストアームとの関係を示す図である。
【図７】接触防止動作時における対象物とパワーアシストアームとの関係を示す図である。
【図８】接触を回避した後における対象物とパワーアシストアームとの関係を示す図である。
【図９】変形例に係るパワーアシストアームの制御ブロック図である。
【図１０】変形例に係るパワーアシストアームの制御ブロック図である。
【図１１】パワーアシストアームを複数そなえるパワーアシスト装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１        パワーアシストアーム（マニピュレータ）
２        アーム
３        支持部
４        肩関節
５        上腕部
６        肘関節
７        下腕部
８        ハンド部
９        旋回機構
１１      操作部
１２      動作部
１３      駆動装置
１４      制御装置
１５      第１位置センサ
１６      第２位置センサ
１７      パワーアシスト制御則
１８      接触防止制御則
１９      距離算出手段
２０      安全装置
２１      反発力発生手段
２２      距離測定手段
２３      速度測定手段
５０      対象物
ｆ１      反発力
ｆ２      反発力
Ｆ        反発力
【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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