[發明專利]助力裝置及控制助力裝置的方法

無效

• 申請號: 200910118315.5
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN101518902A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 村山英之
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08;B25J19/00
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王安武;南 霆

技術領域

本發明涉及助力(power?assist)裝置，尤其涉及助力裝置以及對該助力裝置進行控制的方法。

背景技術

在工業產品的生產地點等處，助力裝置被用作對由操作者搬運重物體(工件)提供支持的裝置。組裝工件的操作包括對工件進行搬運和安置。操作者和助力裝置可以協作地傳送工件，助力裝置可以負擔傳送工件所需的力。操作者可以通過把工件的安置教給助力裝置而有效地對工件進行安置。換言之，使用助力裝置的目的是減輕操作者的勞動并提高工作效率。

已知一種助力裝置，其包括用于多個臂中的每個臂的驅動機構(例如電動機和致動器)，以及用于每個臂的、對于向該臂施加的操作力進行檢測的傳感器。例如，日本專利申請公開No.11-198077(JP-A-11-198077)公開了這樣一種助力裝置。在這種助力裝置中，操作者沿所需的方向操作臂。操作力由安裝在每個臂中的傳感器來測量。與由傳感器測得的操作力相等的操作力由驅動機構產生。由此，操作者能夠通過用更小的力進行操作來傳送工件。

但是，現有技術的這種助力裝置具有一個問題，即，在工件以傾斜狀態受到搬運的情況下，操作者難以進行操作。例如在操作者操作所需的力(操作力)較大，以及操作者所需的操作方向與工件實際被放置的方向不對應的情況下，操作者在操作助力裝置方面遇到困難。

下面將參照圖6至圖9對現有技術的助力裝置進行說明。圖6是示出現有技術助力裝置的總體結構的示意圖。圖7A是示出現有技術的工件保持裝置的總體結構的示意圖。圖7B是示出現有技術的工件保持裝置的總體結構的示意性側視圖。圖8是示出現有技術的力傳感器的安裝狀態的立體圖。圖9是示出現有技術的控制裝置的連接狀態的示意圖。為了便于說明，假定助力裝置設在圖6所示的XYZ坐標系中，下面將以圍繞X軸、Y軸和Z軸的旋轉分別被定義為側傾(roll)旋轉、俯仰(pitch)旋轉和橫搖(yaw)旋轉的情況來進行說明。

如圖6所示，現有技術的助力裝置21包括機器人臂22、工件保持裝置23、萬向節(free?joint)24和控制裝置25。該現有技術中描述的機器人臂22由起重機27支撐，從而能夠沿X軸方向平移。

如圖7A和圖7B所示，工件保持裝置23包括大體上板狀的主體23a；吸盤23b、23b...；手柄23c、23c；力傳感器23d、23d；接觸壓力傳感器23e、23e...，其中吸盤是用于風擋30的保持部件，風擋30作為被搬運的物體(工件)。工件保持裝置23通過萬向節24連接到機器人臂22，萬向節24固定地安裝在主體23a中。

吸盤23b、23b...能夠將吸取動作開啟和關斷。接觸壓力傳感器23e、23e...安裝在吸盤23b、23b...中，與外部環境接觸而對被吸到吸盤并保持在吸盤上的風擋30所承受的壓力(反作用力)進行測量。

如圖7A和圖7B所示，力傳感器23d、23d被安裝在手柄23c、23c的基底部件中，手柄23c、23c是用于操作者的握持器件。如圖8所示，αβγ坐標系在力傳感器23d中被指定為基準來對力傳感器23d的測量值進行表述。操作者沿α軸方向、β軸方向和γ軸方向的操作力分別由Fα、Fβ和Fγ來標記。力傳感器23d沿α軸方向、β軸方向和γ軸方向的測量值分別由Sα、Sβ和Sγ來標記。在下文的說明中，為了方便起見，將對操作者的操作力不作用在β軸方向的情況進行說明。

萬向節24是接合部件，構造成能夠在不發生相互干涉的情況下沿各個側傾、俯仰和橫搖旋轉方向旋轉。萬向節24還包括制動機構24a。制動機構24a根據來自控制裝置25的指令，對沿各個側傾、俯仰和橫搖旋轉方向的旋轉彼此獨立地進行調節。

如圖9所示，控制裝置25連接到機器人臂22的致動器22a和電動機22b，機器人臂22的位置根據來自控制裝置25的指令而得到控制。控制裝置25連接到工件保持裝置23的力傳感器23d、23d。當操作者保持了手柄23c、23c并沿所需方向對工件保持裝置23進行操作時，控制裝置25對操作方向、操作量、操作速度等進行計算。

換言之，當控制裝置25從力傳感器23d、23d接收到測量值(Sα、Sγ)時，控制裝置25根據這些測量值(Sα、Sγ)對操作者的操作力(Fα、Fγ)進行評估，確定操作者所需的操作(操作方向、操作量、操作速度等)，并對致動器22a和電動機22b進行控制，從而控制機器人臂22的位置。對于力傳感器23d、23d，已知具有6分量載荷力傳感器的構造。