專利名稱：動(dòng)力輔助設(shè)備及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)力輔助設(shè)備，更具體地，本發(fā)明涉及在搬運(yùn)工件時(shí)引導(dǎo)行進(jìn)方向的 動(dòng)力輔助設(shè)備以及用于動(dòng)力輔助設(shè)備的控制方法。
背景技術(shù)：
在相關(guān)技術(shù)的框架中，被稱作動(dòng)力輔助設(shè)備的機(jī)器人已經(jīng)被用在生產(chǎn)車間中來減 輕操作者的勞動(dòng)并且增加可操作性。作為涉及動(dòng)力輔助設(shè)備的技術(shù)，存在這樣一種傳統(tǒng)技 術(shù)，其中對支撐工件的臂的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以例如使得當(dāng)工件在搬運(yùn)過程中從預(yù)先設(shè)置 的設(shè)置區(qū)域伸出時(shí)，將從被稱作“無形墻”的虛擬墻接收到返回力提供給操作者(例如，見 日本專利申請公報(bào) No. 2005-28492 (JP-A-2005-28492))。作為生產(chǎn)車間中的動(dòng)力輔助設(shè)備的應(yīng)用示例，這樣一種動(dòng)力輔助設(shè)備被用于高精 確的工件對準(zhǔn)以及在裝配過程中需要精確的行進(jìn)方向的操作(例如，在將車窗玻璃裝配到 汽車車身中時(shí))，在該動(dòng)力輔助設(shè)備中，由操作者操作的操作構(gòu)件安裝到執(zhí)行輔助的機(jī)器人 臂的遠(yuǎn)端并且在機(jī)器人臂中產(chǎn)生對操作者的操作進(jìn)行輔助的力。然而，通過JP-A-2005-28492中描述的技術(shù)，在搬運(yùn)過程中作為基準(zhǔn)的工件軌跡 不能容易地改變或調(diào)整。因此，例如，在將這種技術(shù)應(yīng)用到將車窗玻璃安裝到車輛車身中的 上述操作中時(shí)，在車身與車窗玻璃從教導(dǎo)設(shè)置區(qū)域即使略微地偏離時(shí)，遇到以下缺點(diǎn)(1) 車窗玻璃的上止檔件沒有適當(dāng)?shù)夭迦胲嚿淼慕雍峡撞⑶易矒糗嚿?，以?2)當(dāng)車窗玻璃被 插入行李廂與車身之間的空隙中時(shí)，玻璃撞擊行李廂或車身。另一個(gè)缺點(diǎn)是在改變教導(dǎo)設(shè) 置區(qū)域時(shí)，需要時(shí)間來改變設(shè)置區(qū)域。此外，在將JP-A-2005-28492中描述的技術(shù)應(yīng)用到在車身上方的特定高度處將由 聚氨酯粘合劑(圖4中的附圖標(biāo)記12)覆蓋的車窗玻璃定位在豎直方向之外的方向中以防 止粘合劑粘合到車身并且之后在保持車窗玻璃位置的同時(shí)將車窗玻璃降低的操作中時(shí)，產(chǎn) 生以下具體問題(1)因?yàn)楦鶕?jù)工件結(jié)構(gòu)來確定行李廂與車身之間的間隙以及用于插入車 身的孔中的止檔件的方向，所以需要高精確度的搬運(yùn)方向；(2)在施加力來移動(dòng)操作手柄 時(shí)，也會沿著不希望工件移動(dòng)的方向施加力，工件沿著這個(gè)方向移動(dòng)，其位置偏移并且插入 朝向改變；(3)因?yàn)樵谘b配循環(huán)之間車身位置的分布，所以需要改變設(shè)置教導(dǎo)位置，并且當(dāng) 教導(dǎo)設(shè)置區(qū)域改變時(shí)，需要轉(zhuǎn)換搬運(yùn)模式和改變設(shè)置區(qū)域的模式。此外，當(dāng)在不應(yīng)用JP-A-2005-28492中描述的技術(shù)的狀態(tài)下執(zhí)行將車窗玻璃裝配 到車輛車身中的操作時(shí)，即，在由操作者執(zhí)行將車窗玻璃2裝配到車身100中的操作時(shí)，在 如圖10所示通過相關(guān)技術(shù)的動(dòng)力輔助設(shè)備來移動(dòng)車窗玻璃的同時(shí)，在操作員利用操作構(gòu) 件執(zhí)行提供輔助的機(jī)器人臂的操作時(shí)，機(jī)器人臂可以沿著任何方向以相同的方式移動(dòng)，并 且即使在這種狀態(tài)下在車輛車身100上方的空間中對準(zhǔn)車窗玻璃2的前后位置，車窗玻璃 在其沿著圖10中的虛線箭頭示出的方向下降的過程中仍然可能向前或向后偏移。因此，期 望裝置在保持對準(zhǔn)上方位置的同時(shí)，以良好的穩(wěn)定性將車窗玻璃向正下方下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)力輔助設(shè)備，這種動(dòng)力輔助設(shè)備執(zhí)行控制以使得在工 件與目標(biāo)對準(zhǔn)時(shí)，可以對手的非故意的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校正并且可以使得工件容易沿著目標(biāo)軌跡 移動(dòng)，并且當(dāng)軌跡改變或調(diào)整時(shí)可以平滑地移動(dòng)工件。本發(fā)明的第一方面涉及用于動(dòng)力輔助設(shè)備的控制方法，所述動(dòng)力輔助設(shè)備具有由 操作者操作的操作部分、用于檢測施加到所述操作部分的操作力和所述操作力的朝向的操 作力檢測裝置、支撐所述操作部分的機(jī)器人臂以及用于驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人臂的驅(qū)動(dòng)裝置。所 述控制方法包括在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝 向與預(yù)設(shè)的所述操作部分的行進(jìn)方向形成的角度在預(yù)定的角度范圍內(nèi)時(shí)，控制所述驅(qū)動(dòng)裝 置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所述行進(jìn)方向移動(dòng)所述操作部分；并且，在由所述操作力檢測裝 置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn)方向形成的角度在所述預(yù)定 的角度范圍之外時(shí)，控制所述驅(qū)動(dòng)裝置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所施加的操作力的朝向移動(dòng) 所述操作部分。通過這種構(gòu)造，在將工件搬運(yùn)到目標(biāo)時(shí)，可以校正手的非故意的移動(dòng)，并且在執(zhí)行 軌跡改變和調(diào)整時(shí)，可以平滑地移動(dòng)工件。在根據(jù)上述方面的控制方法中，預(yù)定的角度范圍可以被分割為在所述行進(jìn)方向一 側(cè)的第一角度范圍和位于所述第一角度范圍的兩外側(cè)的第二角度范圍；在由所述操作力檢 測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn)方向形成的角度在所述 第一角度范圍內(nèi)時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)裝置可以被控制以沿著所述行進(jìn)方向移動(dòng)所述操作部分；并 且在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn)方 向形成的角度在所述第二角度范圍內(nèi)時(shí)，可以控制驅(qū)動(dòng)裝置以沿著由施加到所述操作部分 的操作力的行進(jìn)方向分量以及經(jīng)校正的垂直方向分量確定的方向移動(dòng)所述操作部分，其中 所述經(jīng)校正的垂直方向分量被校正為變得比施加到所述操作部分的操作力在與所述行進(jìn) 方向垂直的方向上的分量小。通過上述構(gòu)造，在將工件搬運(yùn)到目標(biāo)時(shí)，可以校正手的非故意的移動(dòng)，并且在執(zhí)行 軌跡改變和調(diào)整時(shí)，可以平滑地移動(dòng)工件，而不會有不舒服的感覺。在根據(jù)上述方面的控制方法中，第二角度范圍可以被分割為多個(gè)角度范圍；并且 隨著由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn)方 向形成的角度被包含在所述多個(gè)角度范圍中更外側(cè)的角度范圍內(nèi)，所述經(jīng)校正的垂直方向 分量可以逐漸地增加。通過上述構(gòu)造，在將工件搬運(yùn)到目標(biāo)時(shí)，可以校正手的非故意的移動(dòng)，并且在執(zhí)行 軌跡改變和調(diào)整時(shí)，可以平滑地移動(dòng)工件，而不會有不舒服的感覺。在根據(jù)上述方面的控制方法中，經(jīng)校正的垂直方向分量可以與工件的移動(dòng)速度相 對應(yīng)地改變。在根據(jù)上述方面的控制方法中，經(jīng)校正的垂直方向分量可以與施加到所述操作部 分的操作力的大小相對應(yīng)地改變在根據(jù)上述方面的控制方法中，預(yù)設(shè)的所述操作部分的行進(jìn)方向可以是豎直向下 的方向。在根據(jù)上述方面的控制方法中，可以以預(yù)定的間隔重復(fù)地執(zhí)行所述控制方法。
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本發(fā)明的第二方面涉及一種動(dòng)力輔助設(shè)備，其具有由操作者操作的操作部分、用 于檢測施加到所述操作部分的操作力和所述操作力的朝向的操作力檢測裝置、支撐所述操 作部分的機(jī)器人臂、用于驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人臂的驅(qū)動(dòng)裝置以及用于控制所述驅(qū)動(dòng)裝置的控制 單元。在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與預(yù)設(shè)的 所述操作部分的行進(jìn)方向形成的角度在預(yù)定的角度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制單元可以控制所述 驅(qū)動(dòng)裝置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所述行進(jìn)方向移動(dòng)所述操作部分；并且在由所述操作力檢 測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn)方向形成的角度在所述 預(yù)定的角度范圍之外時(shí)，所述控制單元可以控制所述驅(qū)動(dòng)裝置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所施 加的操作力的朝向移動(dòng)所述操作部分。通過上述構(gòu)造，在將工件搬運(yùn)到目標(biāo)時(shí)，可以校正手的非故意的移動(dòng)，并且在執(zhí)行 軌跡改變和調(diào)整時(shí)，可以平滑地移動(dòng)工件。在根據(jù)上述方面的動(dòng)力輔助設(shè)備中，所述預(yù)定的角度范圍可以被分割為內(nèi)側(cè)的第 一角度范圍和位于所述第一角度范圍的兩外側(cè)的第二角度范圍，并且在由所述操作力檢測 裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn)方向形成的角度在所述第 一角度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制部分可以控制所述驅(qū)動(dòng)裝置，以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所述行進(jìn) 方向移動(dòng)所述操作部分，并且在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的 操作力的朝向與所述行進(jìn)方向形成的角度在所述第二角度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制部分可以控 制所述驅(qū)動(dòng)裝置，以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著由施加到所述操作部分的操作力的行進(jìn)方向分量 以及經(jīng)校正的垂直方向分量確定的方向移動(dòng)所述操作部分，其中所述經(jīng)校正的垂直方向分量 被校正為變得比施加到所述操作部分的操作力在與所述行進(jìn)方向垂直的方向上的分量小。通過上述構(gòu)造，在將工件搬運(yùn)到目標(biāo)時(shí)，可以校正手的非故意的移動(dòng)，并且在執(zhí)行 軌跡改變和調(diào)整時(shí)，可以平滑地移動(dòng)工件，而不會有不舒服的感覺。在根據(jù)上述方面的動(dòng)力輔助設(shè)備中，第二角度范圍可以被分割為多個(gè)角度范圍， 并且隨著由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行 進(jìn)方向形成的角度被包含在所述多個(gè)角度范圍中更外側(cè)的角度范圍內(nèi)，所述經(jīng)校正的垂直 方向分量逐漸地增加。通過上述構(gòu)造，在將工件搬運(yùn)到目標(biāo)時(shí)，可以校正手的非故意的移動(dòng)，并且在執(zhí)行 軌跡改變和調(diào)整時(shí)，可以平滑地移動(dòng)工件，而不會有不舒服的感覺。在根據(jù)上述方面的動(dòng)力輔助設(shè)備中，所述經(jīng)校正的垂直方向分量可以與工件的移 動(dòng)速度相對應(yīng)地改變。在根據(jù)上述方面的動(dòng)力輔助設(shè)備中，所述經(jīng)校正的垂直方向分量可以與施加到所 述操作部分的操作力的大小相對應(yīng)地改變。在根據(jù)上述方面的動(dòng)力輔助設(shè)備中，所述預(yù)設(shè)的所述操作部分的行進(jìn)方向可以是 豎直向下的方向。在根據(jù)上述方面的動(dòng)力輔助設(shè)備中，可以以預(yù)定的間隔重復(fù)地執(zhí)行所述控制部分 對所述驅(qū)動(dòng)裝置的控制。


通過參照附圖，從以下對示例實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述和其他的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將會變得清楚，其中相似的附圖標(biāo)記被用于表示相似的元件，其中圖1是示出了本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)力輔助設(shè)備的整體構(gòu)造的示意圖；圖2是示出了本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)力輔助設(shè)備的控制系統(tǒng)的構(gòu)造的框圖；圖3是示出了動(dòng)力輔助設(shè)備中的機(jī)器人臂的另一個(gè)示例的立體圖；圖4是示出了處于在將本發(fā)明的實(shí)施例的車窗玻璃裝配到車身中之后的狀態(tài)中 的車窗玻璃的放大的上端部分的示意圖；圖5示出了本發(fā)明的實(shí)施例中的預(yù)定角范圍與操作力的朝向之間的關(guān)系；圖6示出了本發(fā)明的實(shí)施例中的預(yù)定角范圍與操作力的朝向之間的關(guān)系；圖7示出了本發(fā)明的實(shí)施例中的預(yù)定角范圍與操作力的朝向之間的關(guān)系；圖8A到圖8D是示出了引導(dǎo)方向和角度的實(shí)施例的說明圖；圖9是本發(fā)明的實(shí)施例中的操作力校正的矢量圖；并且圖10是示出了利用相關(guān)技術(shù)的動(dòng)力輔助設(shè)備執(zhí)行的車窗玻璃裝配操作的示意 圖。
具體實(shí)施例方式將要在下文中描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是示出了本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)力輔助設(shè) 備的整體構(gòu)造的示意圖。圖2是示出了動(dòng)力輔助設(shè)備的控制系統(tǒng)的構(gòu)造的框圖。圖3是示 出了動(dòng)力輔助設(shè)備中的機(jī)器人臂的另一個(gè)示例的立體圖。圖4是示出了處于在將本發(fā)明的 實(shí)施例的車窗玻璃裝配到車身中之后的狀態(tài)中的車窗玻璃的放大的上端部分的示意圖。圖 5示出了預(yù)定角范圍與操作力的朝向之間的關(guān)系。圖6示出了本發(fā)明的實(shí)施例中的預(yù)定角 范圍與操作力的朝向之間的關(guān)系。圖7示出了本發(fā)明的實(shí)施例中的預(yù)定角范圍與操作力的 朝向之間的關(guān)系。圖8是示出了引導(dǎo)方向和角度的實(shí)施例的說明圖。圖9是操作力校正的 矢量圖。圖10是示出了利用相關(guān)技術(shù)的動(dòng)力輔助設(shè)備執(zhí)行的車窗玻璃裝配操作的示意圖。 在本實(shí)施例中，為了幫助理解，將要通過其中工件(其為搬運(yùn)物)在圖1中示出的XYZ坐標(biāo) 系統(tǒng)的XY平面中移動(dòng)的示例的方式對操作進(jìn)行解釋。XY平面是豎直平面。此外，在以下解 釋中，為了解釋方便，將要把圖1中示出的箭頭X的方向作為向前方向。此外，在本實(shí)施例 中，由操作者執(zhí)行的主要操作是裝配車窗玻璃2 (下文中稱作車窗2，其為工件)的操作，該 操作是將車窗玻璃2從圖1中示出的汽車車身100的車窗框架IOOa上方移動(dòng)到車窗框架 IOOa中的車窗2的裝配位置并且進(jìn)行裝配。首先，將要描述本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)力輔助設(shè)備的整體構(gòu)造。如圖1所示，動(dòng)力輔 助設(shè)備50主要包括機(jī)器人臂3 (其為機(jī)器人的示例)、連接部4、附著夾具5 (其為由機(jī)器人 臂3經(jīng)由連接部4進(jìn)行支撐的、車窗2的保持裝置)、操作手柄6 (其為設(shè)置在附著夾具5處 的操作部分并且由操作者1操作)、力傳感器7 (其為用于檢測施加到操作手柄6的操作力 的操作力以及操作力的朝向的檢測裝置)、驅(qū)動(dòng)機(jī)器人臂3的致動(dòng)器11以及對致動(dòng)器11進(jìn) 行驅(qū)動(dòng)控制的控制單元8 (圖2中示出)。如圖1的側(cè)視圖所示，機(jī)器人臂3由受電弓狀的閉環(huán)連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，并且具有經(jīng)由 多個(gè)關(guān)節(jié)3a(在本實(shí)施例中是4個(gè))連接的多個(gè)連桿3b、3b、3b和3b。工具3c(其為機(jī)器 人臂3的遠(yuǎn)端)經(jīng)由連接部4結(jié)合到附著車窗2的附著夾具5。連接部4使得附著到附著 夾具5的車窗2的姿態(tài)能夠三維擺動(dòng)。此外，關(guān)節(jié)3a、連接部4和連桿3b、3b、3b和3b構(gòu)成連桿機(jī)構(gòu)。致動(dòng)器11(在圖2中示出)附著到連桿機(jī)構(gòu)，可以通過驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器11來驅(qū)動(dòng)連 桿機(jī)構(gòu)并且可以三維地?cái)[動(dòng)機(jī)器人臂3的工具3c。因此，經(jīng)由連接部4連接到機(jī)器人臂3 的附著夾具5可以相對于機(jī)器人臂3三維地?cái)[動(dòng)。對于機(jī)器人臂3，在通常搬運(yùn)的情況下， 當(dāng)操作者1通過操作手柄6圍繞側(cè)傾軸和橫擺軸旋轉(zhuǎn)車窗2時(shí)，操作者可以移動(dòng)機(jī)器人臂3 的工具3c并且分別沿著橫向(圖1中的左右方向)和豎直方向(圖1中的上下方向)移 動(dòng)車窗2。換言之，操作者1可以抓住操作手柄6并且沿著傾斜附著夾具5的方向移動(dòng)車窗 2。在本實(shí)施例中，如圖1所示，將動(dòng)力輔助設(shè)備50解釋為裝備有在側(cè)視圖中受電弓形狀的 機(jī)器人臂3，但是該構(gòu)造不是限制性的，并且機(jī)器人臂也可以是諸如圖3中示出的機(jī)械手型 多關(guān)節(jié)機(jī)器人的機(jī)器人臂30。在圖3中示出的機(jī)器人臂30中，具有與上述機(jī)器人臂3相同 的構(gòu)件和功能的位置由相同的附圖標(biāo)記指出。此外，編碼器10 (見圖2)是用于將連桿3b、3b、3b和3b的位置檢測為角度的角度 檢測裝置，并設(shè)置在機(jī)器人臂3的連接部4和關(guān)節(jié)3a、3a、3a和3a中。將利用編碼器10獲 得的檢測值設(shè)置到控制單元8。控制單元8可以從發(fā)送自編碼器10的檢測值來判斷車窗2 的位置以及車窗2的姿態(tài)。附著夾具5具有框架5a (其為附著夾具5的框架組件)以及操作手柄6、6，該操作 手柄6、6延伸到框架5a的左側(cè)和右側(cè)(相對于表示線行進(jìn)方向的箭頭X的兩側(cè))并可以 由操作者1抓住并且用于操作附著夾具5。此外，附著夾具5經(jīng)由連接部4懸掛在機(jī)器人臂 3的工具3c處并且可以附著并保持車窗2。更具體地，通過吸到車窗2的表面上(換言之， 在車窗2附著到車身100上時(shí)在車身100的外側(cè)上的表面)而進(jìn)行附著的多個(gè)吸盤9(在 本實(shí)施例中為四個(gè))設(shè)置在框架5a的下端。在由附著夾具5保持車窗2時(shí)，使得吸盤9與 車窗2的表面緊密接觸，并且由泵(在圖中未示出)將吸盤9內(nèi)部的空氣吸出。因此，車窗 2通過吸到吸盤9而附著并且由附著夾具5保持。在將車窗2從附著夾具5釋放時(shí)，停止通 過泵抽吸空氣并且將空氣注入吸盤9與車窗2之間，由此終止通過吸到吸盤9而附著車窗 2。因此，從附著夾具5釋放車窗2。如圖1所示，操作手柄6在平面圖中具有幾乎U狀的形狀并且設(shè)置在附著夾具5 的兩端處。此外，上述力傳感器7設(shè)置在操作手柄6的一端(操作者1抓住手柄的那一側(cè)) 的沿著橫向的中心部分的附近。在將車窗2裝配到車身100的車窗框架IOOa中時(shí)，操作手 柄6由操作者1抓住。當(dāng)操作者1抓住手柄6時(shí)，使得附著夾具5穩(wěn)定并且操作者1可以 將車窗2向車窗框架IOOa對準(zhǔn)。力傳感器7設(shè)置在手柄6與附著夾具5的框架5a之間，并且檢測施加到手柄6的 操作力以及操作力的朝向。換言之，該傳感器用作檢測由與動(dòng)力輔助設(shè)備50協(xié)作進(jìn)行操作 的操作者1施加到車窗2的操作力和扭矩。此外，將由力傳感器7檢測到的操作者1的操 作力以及操作力的朝向發(fā)送到下文描述的控制單元8。在本實(shí)施例中，力傳感器7僅安裝到 一個(gè)手柄6上，但是這種構(gòu)造不是限制性的并且力傳感器可以安裝到兩個(gè)手柄6附近。如圖2所示，上述力傳感器7、編碼器10和對機(jī)器人臂3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器11連 接到控制單元8。由控制單元8控制動(dòng)力輔助設(shè)備50的每個(gè)單元的操作。根據(jù)由力傳感器 7檢測到的操作力以及操作力的朝向以及基于編碼器10的附著夾具5 (車窗2)的位置信息 等，實(shí)時(shí)地估計(jì)操作者1的意圖(在本實(shí)施例中，將車窗2向下移動(dòng)以進(jìn)行裝配的意圖)。 此外，控制單元8驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器11以對機(jī)器人臂3進(jìn)行控制，并且產(chǎn)生與下文描述的由操作者1施加的操作力的朝向相應(yīng)地確定的輔助力。控制單元8由中央處理單元(CPU)、存儲器裝置(硬盤裝置、RAM或ROM)以及接口 等(在圖中未示出)構(gòu)成并且在存儲器裝置中存儲用于基于下文描述的操作力、其朝向9h 和目標(biāo)軌跡A之間的關(guān)系來判斷對致動(dòng)器11進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的條件的各種類型的信息。此 外，控制單元8具有在圖中未示出的指令值計(jì)算單元和指令值輸出單元。將要在下文中參照圖4到圖7描述本發(fā)明的實(shí)施例的用于控制動(dòng)力輔助設(shè)備的方 法。首先，在控制單元8中預(yù)先設(shè)置操作手柄6或機(jī)器人臂3的工具3c的行進(jìn)方向(在本 實(shí)施例中是操作手柄6的行進(jìn)方向)。已經(jīng)預(yù)先設(shè)置的操作手柄6的行進(jìn)方向是操作手柄 6的目標(biāo)軌跡A。在本實(shí)施例中，豎直向下方向(圖4中的箭頭A的方向)在控制單元8中 預(yù)先設(shè)定作為操作手柄6的行進(jìn)方向A，使得在圖4中示出的位于車窗2的上端部分處的鉤 狀上止檔件2a與設(shè)置在車身100的預(yù)定位置中的上止檔件2a的接合孔相接合。之后，如 圖5所示，參照行進(jìn)方向A(目標(biāo)軌跡Α)來執(zhí)行預(yù)定角度范圍的條件設(shè)置。這里，相對于由 圖5中示出的虛線箭頭示出的行進(jìn)方向A，角度范圍邊界之間的角度由Θ1和Θ2表示(在 本實(shí)施例中，Θ1 = 20°并且θ 2 = 30° )。由θ 1表示的角度范圍是其中執(zhí)行控制以使 得在施加到操作手柄6的操作力的朝向eh滿足在該角度范圍內(nèi)的條件(Θ 1 > 9h)的狀 態(tài)下，操作手柄6根本不相對于行進(jìn)方向A傾斜移動(dòng)的角度范圍。作為從定位在比其中絕 對不進(jìn)行傾斜移動(dòng)的角度范圍更外側(cè)的兩側(cè)處的θ 2角度范圍減去θ 1角度范圍而獲得的 區(qū)域的角度范圍是這樣一種角度范圍，其中執(zhí)行控制以使得在施加到操作手柄6的操作力 的朝向θ h滿足在該角度范圍內(nèi)的條件(Θ 1 <θ 2)時(shí)，操作手柄6難以相對于行 進(jìn)方向A傾斜地移動(dòng)。此外，在其中難以進(jìn)行傾斜移動(dòng)的角度范圍外側(cè)的角度范圍是這樣一種角度范 圍，其中執(zhí)行控制以使得在施加到操作手柄6的操作力的朝向eh滿足在該角度范圍內(nèi)的 條件(θ 2 < θ h =的狀態(tài)下，操作手柄6由施加到操作手柄6的操作力而根據(jù)操作力的朝 向9h向前移動(dòng)。因此，將與其中操作力朝向與角度范圍相對應(yīng)的情況相關(guān)的各個(gè)角度范 圍和各個(gè)控制流程存儲在控制單元8中，通過力傳感器7檢測由操作者1施加的操作力及 其朝向θ h，并且控制單元8基于所檢測到的操作力及其朝向eh與上述角度范圍之間的關(guān) 系來執(zhí)行致動(dòng)器11的驅(qū)動(dòng)控制。如上文中所述的，將操作手柄6的行進(jìn)方向A存儲在控制 單元8中，但是該構(gòu)造不是限制性的并且可以存儲機(jī)器人臂3的工具3c的行進(jìn)方向(工具 3c的目標(biāo)軌跡)或者車窗2 (其為工件)的行進(jìn)方向(工件的目標(biāo)軌跡)，并且采用這些行 進(jìn)方向作為基準(zhǔn)方向，來測量操作力的朝向9h。如圖5所示，在通過力傳感器7檢測到操作力的朝向θ h在其中操作手柄6難以 相對于行進(jìn)方向A傾斜地移動(dòng)的角度范圍之外(Θ2外側(cè)的角度范圍；Θ2< 9h)時(shí)，操作 力的朝向θ h成為操作手柄6的行進(jìn)方向D。更具體地，控制單元8直接地采用施加到操作 手柄6的操作力以及操作力的朝向eh，并且驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器11以使得操作手柄6向前移動(dòng)。 換言之，進(jìn)入θ 2外側(cè)的角度范圍的操作力的朝向eh是操作手柄6自由地移動(dòng)的方向。如圖6所示，在通過力傳感器7檢測到操作力的朝向θ h在其中操作手柄6絕對 不能相對于行進(jìn)方向A傾斜移動(dòng)的角度范圍(Θ 1 > 0h)之內(nèi)時(shí)(其中在圖6中示出的 操作手柄6的操作力的朝向eh滿足條件θh的情況)，操作力的、與預(yù)設(shè)行進(jìn)方向 A(圖6中的箭頭Bx)垂直的分量被忽略(消除)并且變?yōu)榱悖挥猩舷路较?平行于行進(jìn)方向A)的分量(圖6中的箭頭By)被認(rèn)為是有效的并且操作手柄6沿著行進(jìn)方向A移動(dòng)。 因此，控制單元8僅采用施加到操作手柄6的操作力和操作力的朝向eh沿著行進(jìn)方向的 分量，并且驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器11以使其移動(dòng)操作手柄6。因此，通過應(yīng)用用于本發(fā)明的該實(shí)施例的 動(dòng)力輔助設(shè)備50的控制方法，可以執(zhí)行沿著行進(jìn)方向A對操作手柄6進(jìn)行引導(dǎo)輔助并且將 車窗2 (其為工件)平滑地運(yùn)送到預(yù)定位置的控制。在將車窗2的上止檔件2a裝配到車身100的操作(其在相關(guān)技術(shù)的框架中引起 問題)中，如圖7所示，在其中預(yù)設(shè)了行進(jìn)方向A(其在上止檔件2a已經(jīng)與接合孔對準(zhǔn)之后 變?yōu)樯现箼n件2a的豎直向下方向)的情況下，行進(jìn)方向A變?yōu)榭刂撇僮魇直?來防止其偏 移的朝向。因此，在以相對于行進(jìn)方向A(目標(biāo)軌跡Α)在預(yù)定角度范圍(這里是在其中絕 對不進(jìn)行傾斜移動(dòng)的角度范圍Θ1)內(nèi)的朝向eh施加操作力的情況下，將朝向強(qiáng)制地校正 到經(jīng)調(diào)整的朝向(在本實(shí)施例中，經(jīng)調(diào)整的朝向是為豎直向下方向的行進(jìn)方向A)，并且操 作手柄6由控制單元8控制，使得操作手柄可以僅沿著經(jīng)調(diào)整的方向移動(dòng)。此外，在操作手 柄6被如上所述地調(diào)整并且沿著行進(jìn)方向A移動(dòng)時(shí)，如果操作者1有意地將具有操作力的 朝向θ h的操作力施加到操作手柄6，使其在其中使得難以進(jìn)行傾斜移動(dòng)的角度范圍外側(cè) (θ 2的兩外側(cè)的角度范圍)，那么行進(jìn)方向A的朝向不受調(diào)整并且操作手柄離開目標(biāo)軌跡 A并且自由地移動(dòng)。因此，可以通過沿著行進(jìn)方向進(jìn)行引導(dǎo)而使得車窗2下降，而不需要使 得在將車窗2裝配到車身100之前就已經(jīng)對準(zhǔn)的車窗2的上端部分偏移并且可以沿著期望 的方向引導(dǎo)車窗2并且將其裝配到接合孔中。因此，可以改善對準(zhǔn)精確度和行進(jìn)方向精確 度并且縮短操作時(shí)間。在本實(shí)施例中，為了有助于理解本發(fā)明而將豎直向下方向作為當(dāng)前行進(jìn)方向Α，但 是在生產(chǎn)車間中，有必要適應(yīng)各種方向，必須進(jìn)行控制的方向沒有特殊地限制，并且可以在 控制單元8中設(shè)置對應(yīng)于適當(dāng)狀態(tài)的行進(jìn)方向(目標(biāo)軌跡)。此外，可以將預(yù)設(shè)行進(jìn)方向 Α(目標(biāo)軌跡Α)自由地設(shè)置為三維空間中而不僅是在二維平面上的直線、折線或者曲線，并 且甚至可以在控制單元8中容易地設(shè)置非常復(fù)雜的行進(jìn)方向。上述角度范圍的設(shè)置沒有具體地限制。例如，當(dāng)操作力的朝向eh相對于行進(jìn)方 向A在預(yù)定角度范圍之內(nèi)時(shí)，可以通過僅采用操作力的、沿著行進(jìn)方向的分量來進(jìn)行控制， 并且當(dāng)操作力的朝向θ h相對于行進(jìn)方向A在預(yù)定角度范圍之外時(shí)，可以通過采用所施加 的操作力及其朝向來進(jìn)行控制。換言之，在用于本發(fā)明的實(shí)施例的動(dòng)力輔助設(shè)備50的控制 方法中，提供了如果操作力的朝向9h相對于行進(jìn)方向A(目標(biāo)軌跡Α)在預(yù)定角度內(nèi)，就將 軌跡調(diào)整為使得車窗2 (其為工件)沿著目標(biāo)軌跡A移動(dòng)的裝置，并且當(dāng)目標(biāo)軌跡超出預(yù)定 角度時(shí)，不利用該調(diào)整裝置進(jìn)行調(diào)整。此外，將預(yù)定角度范圍分割為內(nèi)側(cè)第一角度范圍和定位在第一角度范圍的兩個(gè)外 側(cè)的第二角度范圍，并且當(dāng)操作力的朝向θ h在第一角度范圍內(nèi)時(shí)，僅采用操作力的沿著 行進(jìn)方向的分量。如上所述，當(dāng)操作力的朝向θ h在第二角度范圍內(nèi)時(shí)，將角度范圍如上所 述地表現(xiàn)為其中執(zhí)行控制以使得操作手柄6難以傾斜地移動(dòng)。更具體地，為了使得難以進(jìn) 行傾斜移動(dòng)，通過采用施加到操作手柄6的操作力的行進(jìn)方向分量以及被校正為比施加到 操作手柄6的操作力的垂直于行進(jìn)方向的分量更小的垂直分量，來驅(qū)動(dòng)控制致動(dòng)器11。換 言之，控制單元8驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器11，使得操作手柄6沿著由施加到操作手柄6的操作力的行進(jìn) 方向分量和操作力的經(jīng)校正的垂直分量確定的方向移動(dòng)。
此外，可以采用以下構(gòu)造，其中將上述第二角度范圍內(nèi)(其中難以進(jìn)行傾斜移動(dòng) 的角度范圍內(nèi))進(jìn)一步分割為多個(gè)角度范圍并且由圖6中的箭頭Bx示出的操作力的消除 量隨著向外側(cè)角度范圍轉(zhuǎn)移而逐漸地緩和(減小)。因此，在該構(gòu)造中，在對垂直分量進(jìn)行 校正之后，操作力隨著在多個(gè)角度范圍中向外側(cè)角度范圍轉(zhuǎn)移而逐漸地增加。通過這種構(gòu) 造，即使在操作者1穿過第一角度范圍(其中不能進(jìn)行傾斜移動(dòng)的角度范圍)與第二角度 范圍(其中難以傾斜移動(dòng)的角度范圍)之間的邊界時(shí)，操作者不會感覺到邊界。換言之，可 以以平滑的方式從目標(biāo)軌跡A移開并返回到目標(biāo)軌跡A。將要在下文中通過使用數(shù)學(xué)公式來更詳細(xì)地描述涉及用于本發(fā)明的上述實(shí)施例 的動(dòng)力附屬設(shè)備的控制方法的計(jì)算方法。在控制單元8的計(jì)算單元(在圖中未示出)中， 基于在力傳感器7檢測到由操作者1施加到操作手柄6的操作力7時(shí)獲得的檢測值以及操 作力的朝向θ h來計(jì)算通過對目標(biāo)軌跡A進(jìn)行校正而獲得的軌跡。發(fā)明人已經(jīng)研究了在操作者1沿著目標(biāo)軌跡A移動(dòng)機(jī)器人臂3的工具3c時(shí)產(chǎn)生的 操作力的非故意的移動(dòng)的角度。所獲得的結(jié)果證明了非故意的移動(dòng)的角度一般在士 10度 內(nèi)。在本實(shí)施例中，考慮到個(gè)人的差別，假設(shè)當(dāng)非故意的移動(dòng)的角度在士20度內(nèi)時(shí)操作者 1沿著目標(biāo)軌跡A進(jìn)行操作并且將該值設(shè)置在控制單元8中。還假設(shè)當(dāng)操作者1沿著該范 圍外側(cè)的方向進(jìn)行操作時(shí)(等于或大于20度)必須改變并校正軌跡，并且將這作為條件設(shè) 置在控制單元8中。非故意的移動(dòng)的角度沒有具體地限制并且可以根據(jù)情況適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。更具體地，對應(yīng)于目標(biāo)方向和校正角度范圍，采用了如圖8A到8D中所示的實(shí)施 例。在圖8A中，將χ軸的正-負(fù)方向作為目標(biāo)方向。圖8B示出了相對于圖8A傾斜ed的 狀態(tài)。圖8C示出了其中在χ軸的正方向上執(zhí)行校正但是在負(fù)方向上不執(zhí)行校正的自由狀 態(tài)。圖8D示出了相對于圖8C傾斜角度θ d的狀態(tài)。(操作力的校正方法)如圖8A所示，將其中通過校正手的非故意的移動(dòng)而促進(jìn)行 進(jìn)的方向作為X軸。在操作力的朝向eh在相對于X軸士 Θ1的范圍內(nèi)時(shí)，操作力的y軸 分量被消除，以抑制手的非故意的移動(dòng)。在相對于X軸超過士 θ 2的范圍中，使用未改變的 操作力。在操作力的朝向0}!在0 1與θ 2之間時(shí)，添加了 y軸分量的消除度。通過對于 原始操作力(Fh= (Fhx,Fhy))的y軸分量進(jìn)行下述校正，獲得了新的操作力(公式1)。[公式1]
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Fhy如果ι們ι < ι劭在這種情況下，θ h由以下公式表示(公式2)[公式2]Oh = tan'1
Fhx獲得了由以下公式(公式3)表示的經(jīng)校正的操作力。
1權(quán)利要求
一種用于動(dòng)力輔助設(shè)備的控制方法，所述動(dòng)力輔助設(shè)備具有由操作者操作的操作部分、用于檢測施加到所述操作部分的操作力和所述操作力的朝向的操作力檢測裝置、支撐所述操作部分的機(jī)器人臂以及用于驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人臂的驅(qū)動(dòng)裝置，所述控制方法的特征在于包括以下步驟在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與預(yù)設(shè)的所述操作部分的行進(jìn)方向形成的角度在預(yù)定的角度范圍內(nèi)時(shí)，控制所述驅(qū)動(dòng)裝置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所述行進(jìn)方向移動(dòng)所述操作部分；并且在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn)方向形成的角度在所述預(yù)定的角度范圍之外時(shí)，控制所述驅(qū)動(dòng)裝置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所施加的操作力的朝向移動(dòng)所述操作部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其中所述預(yù)定的角度范圍被分割為在所述行進(jìn)方向一側(cè)的第一角度范圍和位于所述第一 角度范圍的兩外側(cè)的第二角度范圍；在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn) 方向形成的角度在所述第一角度范圍內(nèi)時(shí)，控制所述驅(qū)動(dòng)裝置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所述 行進(jìn)方向移動(dòng)所述操作部分；并且在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn) 方向形成的角度在所述第二角度范圍內(nèi)時(shí)，控制所述驅(qū)動(dòng)裝置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著由施 加到所述操作部分的操作力的行進(jìn)方向分量以及經(jīng)校正的垂直方向分量確定的方向移動(dòng) 所述操作部分，其中所述經(jīng)校正的垂直方向分量被校正為變得比施加到所述操作部分的操 作力在與所述行進(jìn)方向垂直的方向上的分量小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其中，所述第二角度范圍被分割為多個(gè)角度范圍；并且隨著由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行 進(jìn)方向形成的角度被包含在所述多個(gè)角度范圍中更外側(cè)的角度范圍內(nèi)，所述經(jīng)校正的垂直 方向分量逐漸地增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的控制方法，其中，所述經(jīng)校正的垂直方向分量與工件的移 動(dòng)速度相對應(yīng)地改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求2到4中任意一項(xiàng)所述的控制方法，其中，所述經(jīng)校正的垂直方向分量 與施加到所述操作部分的操作力的大小相對應(yīng)地改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任意一項(xiàng)所述的控制方法，其中，所述預(yù)設(shè)的所述操作部分的 行進(jìn)方向是豎直向下的方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任意一項(xiàng)所述的控制方法，其中，以預(yù)定的間隔重復(fù)地執(zhí)行所 述控制方法。
8.一種動(dòng)力輔助設(shè)備，其包括由操作者操作的操作部分、用于檢測施加到所述操作部 分的操作力和所述操作力的朝向的操作力檢測裝置、支撐所述操作部分的機(jī)器人臂、用于 驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人臂的驅(qū)動(dòng)裝置以及用于控制所述驅(qū)動(dòng)裝置的控制部分，所述動(dòng)力輔助設(shè)備 的特征在于在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與預(yù)設(shè)的所述操作部分的行進(jìn)方向形成的角度在預(yù)定的角度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制部分控制所述驅(qū)動(dòng)裝 置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所述行進(jìn)方向移動(dòng)所述操作部分；并且在由所述操作力檢測裝置 檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn)方向形成的角度在所述預(yù)定的 角度范圍之外時(shí)，所述控制部分控制所述驅(qū)動(dòng)裝置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所施加的操作力 的朝向移動(dòng)所述操作部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的動(dòng)力輔助設(shè)備，其中所述預(yù)定的角度范圍被分割為內(nèi)側(cè)的第一角度范圍和位于所述第一角度范圍的兩外 側(cè)的第二角度范圍；在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn)方 向形成的角度在所述第一角度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制部分控制所述驅(qū)動(dòng)裝置，以使所述驅(qū)動(dòng)裝置 沿著所述行進(jìn)方向移動(dòng)所述操作部分；并且在由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操 作部分的操作力的朝向與所述行進(jìn)方向形成的角度在所述第二角度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制部分 控制所述驅(qū)動(dòng)裝置，以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著由施加到所述操作部分的操作力的行進(jìn)方向分量 以及經(jīng)校正的垂直方向分量確定的方向移動(dòng)所述操作部分，其中所述經(jīng)校正的垂直方向分量 被校正為變得比施加到所述操作部分的操作力在與所述行進(jìn)方向垂直的方向上的分量小。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的動(dòng)力輔助設(shè)備，其中，所述第二角度范圍被分割為多個(gè)角度范圍；并且隨著由所述操作力檢測裝置檢測到的、施加到所述操作部分的操作力的朝向與所述行 進(jìn)方向形成的角度被包含在所述多個(gè)角度范圍中更外側(cè)的角度范圍內(nèi)，所述經(jīng)校正的垂直 方向分量逐漸地增加。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的動(dòng)力輔助設(shè)備，其中，所述經(jīng)校正的垂直方向分量與工 件的移動(dòng)速度相對應(yīng)地改變。
12.根據(jù)權(quán)利要求9到11中任意一項(xiàng)所述的動(dòng)力輔助設(shè)備，其中，所述經(jīng)校正的垂直方 向分量與施加到所述操作部分的操作力的大小相對應(yīng)地改變。
13.根據(jù)權(quán)利要求8到12中任意一項(xiàng)所述的動(dòng)力輔助設(shè)備，其中，所述預(yù)設(shè)的所述操作 部分的行進(jìn)方向是豎直向下的方向。
14.根據(jù)權(quán)利要求8到13中任意一項(xiàng)所述的動(dòng)力輔助設(shè)備，其中，以預(yù)定的間隔重復(fù)地 執(zhí)行所述控制部分對所述驅(qū)動(dòng)裝置的控制。
15.一種動(dòng)力輔助設(shè)備，其包括可以由操作者操作的操作部分；檢測施加到所述操作部分的操作力以及所述操作力的朝向的操作力檢測單元；支撐所述操作部分的機(jī)器人臂；驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人臂的驅(qū)動(dòng)單元；以及控制單元，在由所述操作力檢測裝置檢測的、施加到所述操作部分的所述操作力的朝 向與預(yù)設(shè)的所述操作部分的行進(jìn)方向形成的角度在預(yù)定的角度范圍內(nèi)時(shí)，所述控制單元控 制所述驅(qū)動(dòng)裝置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著所述行進(jìn)方向移動(dòng)所述操作部分；并且在由所述操 作力檢測裝置檢測的、施加到所述操作部分的所述操作力的朝向與所述行進(jìn)方向形成的角 度在所述預(yù)定的角度范圍之外時(shí)，所述控制單元控制所述驅(qū)動(dòng)裝置以使所述驅(qū)動(dòng)裝置沿著 所施加的所述操作力的朝向移動(dòng)所述操作部分。
全文摘要
一種用于動(dòng)力輔助設(shè)備(50)的控制方法，其中該動(dòng)力輔助設(shè)備具有操作手柄(6)、檢測施加到操作手柄(6)的操作力和操作力的朝向(θh)的力傳感器(7)、機(jī)器人臂(3)以及致動(dòng)器(11)。當(dāng)檢測到操作力的朝向(θh)相對于預(yù)設(shè)的操作手柄的行進(jìn)方向在預(yù)定角度范圍內(nèi)時(shí)，致動(dòng)器(11)被控制為通過僅采用操作力的沿著行進(jìn)方向的分量而沿著所述行進(jìn)方向移動(dòng)操作手柄(6)；并且，當(dāng)檢測到操作力的朝向(θh)相對于預(yù)設(shè)的操作手柄的行進(jìn)方向在預(yù)定角度范圍外時(shí)，致動(dòng)器被控制為通過施加操作手柄(6)的操作力以及操作力的朝向來移動(dòng)操作手柄(6)。
文檔編號B25J9/16GK101959654SQ200980106729
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者村山英之, 武居直行, 藤本英雄 申請人:豐田自動(dòng)車株式會社;國立大學(xué)法人名古屋工業(yè)大學(xué)