[发明专利]助力装置及控制助力装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及助力(power assist)装置，尤其涉及助力装置以及对该助力装置进行控制的方法。

背景技术

在工业产品的生产地点等处，助力装置被用作对由操作者搬运重物体(工件)提供支持的装置。组装工件的操作包括对工件进行搬运和安置。操作者和助力装置可以协作地传送工件，助力装置可以负担传送工件所需的力。操作者可以通过把工件的安置教给助力装置而有效地对工件进行安置。换言之，使用助力装置的目的是减轻操作者的劳动并提高工作效率。

已知一种助力装置，其包括用于多个臂中的每个臂的驱动机构(例如电动机和致动器)，以及用于每个臂的、对于向该臂施加的操作力进行检测的传感器。例如，日本专利申请公开No.11-198077(JP-A-11-198077)公开了这样一种助力装置。在这种助力装置中，操作者沿所需的方向操作臂。操作力由安装在每个臂中的传感器来测量。与由传感器测得的操作力相等的操作力由驱动机构产生。由此，操作者能够通过用更小的力进行操作来传送工件。

但是，现有技术的这种助力装置具有一个问题，即，在工件以倾斜状态受到搬运的情况下，操作者难以进行操作。例如在操作者操作所需的力(操作力)较大，以及操作者所需的操作方向与工件实际被放置的方向不对应的情况下，操作者在操作助力装置方面遇到困难。

下面将参照图6至图9对现有技术的助力装置进行说明。图6是示出现有技术助力装置的总体结构的示意图。图7A是示出现有技术的工件保持装置的总体结构的示意图。图7B是示出现有技术的工件保持装置的总体结构的示意性侧视图。图8是示出现有技术的力传感器的安装状态的立体图。图9是示出现有技术的控制装置的连接状态的示意图。为了便于说明，假定助力装置设在图6所示的XYZ坐标系中，下面将以围绕X轴、Y轴和Z轴的旋转分别被定义为侧倾(roll)旋转、俯仰(pitch)旋转和横摇(yaw)旋转的情况来进行说明。

如图6所示，现有技术的助力装置21包括机器人臂22、工件保持装置23、万向节(free joint)24和控制装置25。该现有技术中描述的机器人臂22由起重机27支撑，从而能够沿X轴方向平移。

如图7A和图7B所示，工件保持装置23包括大体上板状的主体23a；吸盘23b、23b...；手柄23c、23c；力传感器23d、23d；接触压力传感器23e、23e...，其中吸盘是用于风挡30的保持部件，风挡30作为被搬运的物体(工件)。工件保持装置23通过万向节24连接到机器人臂22，万向节24固定地安装在主体23a中。

吸盘23b、23b...能够将吸取动作开启和关断。接触压力传感器23e、23e...安装在吸盘23b、23b...中，与外部环境接触而对被吸到吸盘并保持在吸盘上的风挡30所承受的压力(反作用力)进行测量。

如图7A和图7B所示，力传感器23d、23d被安装在手柄23c、23c的基底部件中，手柄23c、23c是用于操作者的握持器件。如图8所示，αβγ坐标系在力传感器23d中被指定为基准来对力传感器23d的测量值进行表述。操作者沿α轴方向、β轴方向和γ轴方向的操作力分别由Fα、Fβ和Fγ来标记。力传感器23d沿α轴方向、β轴方向和γ轴方向的测量值分别由Sα、Sβ和Sγ来标记。在下文的说明中，为了方便起见，将对操作者的操作力不作用在β轴方向的情况进行说明。

万向节24是接合部件，构造成能够在不发生相互干涉的情况下沿各个侧倾、俯仰和横摇旋转方向旋转。万向节24还包括制动机构24a。制动机构24a根据来自控制装置25的指令，对沿各个侧倾、俯仰和横摇旋转方向的旋转彼此独立地进行调节。

如图9所示，控制装置25连接到机器人臂22的致动器22a和电动机22b，机器人臂22的位置根据来自控制装置25的指令而得到控制。控制装置25连接到工件保持装置23的力传感器23d、23d。当操作者保持了手柄23c、23c并沿所需方向对工件保持装置23进行操作时，控制装置25对操作方向、操作量、操作速度等进行计算。

换言之，当控制装置25从力传感器23d、23d接收到测量值(Sα、Sγ)时，控制装置25根据这些测量值(Sα、Sγ)对操作者的操作力(Fα、Fγ)进行评估，确定操作者所需的操作(操作方向、操作量、操作速度等)，并对致动器22a和电动机22b进行控制，从而控制机器人臂22的位置。对于力传感器23d、23d，已知具有6分量载荷力传感器的构造。