JP2000095324A - 移送装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業者の移送作業の作業支援をしながら、比
較的狭い動作エリアでワークを移送する移送装置及びそ
の制御方法の提供。 【解決手段】 作業者が紐１１を握りながら歩行を開始
すると、フロントガラス１０３を把持しているアーム１
は、当該作業者による操作力に応じて、Ｙ方向への移動
と旋回とを同時に行なう。アーム１の旋回角度θが９０
°になったとき、リフター３は、作業者の操作力に応じ
てフロントガラス１０３を−Ｚ方向に下降させる。この
とき、駆動ユニット１は、下降してきたフロントガラス
１０３をボディ１０１のＡピラーに近づけようとする作
業者の操作力に応じて、アーム１を旋回角度θ＝９０°
の状態で−Ｙ方向に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、工場の組
み立てラインにおいてワーク等の物品を移送する移送装
置及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車等の組み立てラインに
おいては、各種ワークを移送する移送装置が導入されて
いる。このような移送装置としては、予め所定の動作を
登録した産業用のロボットアーム、或いは所定の作業を
行なうために専用に設計された装置を採用するのが一般
的である。

【０００３】専用設計の移送装置としては、例えば本願
出願人による先行する特開平９−９９８７９号に開示さ
れているように、ワークを移送する操作端が組み立てラ
インに対して平行な方向及び直角な方向に移動するのが
一般的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の専用設計の移送装置においては、一般に装置が大き
く、また操作端の動作制御は組み立てラインに対して平
行な方向と直角な方向とで別々に行われるため、組み立
てラインの周辺に大きな動作エリアを設ける必要が有
る。

【０００５】また、組み立てラインにおける作業者の作
業環境を改善するという観点からは、比較的重量の重い
ワークは作業者に持たせないようにするという課題もあ
る。

【０００６】そこで本発明は、作業者の移送作業の作業
支援をしながら、比較的狭い動作エリアでワークを移送
する移送装置及びその制御方法の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る移送装置は、以下の構成を特徴とす
る。

【０００８】即ち、ワークを第１の端部にて支持可能な
アームと、前記アームの第２の端部を旋回可能に支持
し、予め敷設された軌道に沿って移動する駆動手段と、
前記駆動手段に設けられ、前記アームを旋回させる旋回
手段と、前記アームに対する操作力の大きさ及び方向を
検出する操作力検出手段と、前記操作力検出手段により
検出した操作力を、前記アームに平行な方向と直角な方
向とに分力し、それら分力に応じて、前記駆動手段と旋
回手段とを同時に駆動制御する制御手段と、を備えるこ
とを特徴とする。

【０００９】また、例えば、前記アームの旋回角度を検
出する旋回角度検出手段を更に備え、前記制御手段は、
前記旋回角度検出手段によって検出した旋回角度に応じ
て移動速度を算出し、その算出した移動速度により、前
記駆動手段を制御するとよい。

【００１０】また、上記の目的を達成するため、本発明
に係る移送装置は、以下の構成を特徴とする。

【００１１】即ち、ワークを支持可能なアームと、前記
アームを、予め敷設された軌道に沿って移動させる駆動
手段と、前記アームに設けられ、前記ワークと前記アー
ムとの相対的な位置の変化を検出する相対位置検出手段
と、前記相対位置検出手段による検出結果に基づいて、
前記ワークと前記アームとの相対的な位置の変化が小さ
くなる方向に、前記駆動手段を移動させる制御を行なう
制御手段と、を備えることを特徴とする。

【００１２】また、上記の目的を達成するため、本発明
に係る移送装置の制御方法は、以下の構成を特徴とす
る。

【００１３】即ち、ワークを移送する移送装置の制御方
法であって、予め敷設された軌道に沿って移動する駆動
ユニットに、ワークを第１の端部にて支持可能なアーム
を、そのアームの第２の端部にて旋回可能に支持し、前
記駆動ユニットに、前記アームを旋回させる旋回ユニッ
トを設け、前記アームに対する操作力の大きさ及び方向
をセンサにより検出し、その検出した操作力を、前記ア
ームに平行な方向と直角な方向とに分力し、それら分力
に応じて、前記駆動ユニットと旋回ユニットとを同時に
駆動制御することを特徴とする。

【００１４】または、ワークを移送する移送装置の制御
方法であって、予め敷設された軌道に沿って移動する駆
動ユニットに、ワークを支持可能なアームを設け、前記
ワークと前記アームとの相対的な位置の変化を検出する
相対位置検出ユニットを前記アームに設け、その相対位
置検出ユニットによる検出結果に基づいて、前記ワーク
と前記アームとの相対的な位置の変化が小さくなる方向
に、前記駆動ユニットを移動させることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る移送装置を、
代表的な車両である自動車の組み立てラインにおいて、
所定位置（ホームポジション：ＨＰ）にて把持したフロ
ントガラスをボディ上の所定位置に移送する組み立て工
程に適用した実施形態として、図面を参照して詳細に説
明する。

【００１６】＜全体的な動作の説明＞はじめに、本実施
形態における移送装置の全体的な動作を、図１から図８
を参照して説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施形態における組み
立てライン周辺の作業者の歩行軌跡を示す図であり、ボ
ディ１０１が所定速度で＋Ｙ方向に移動している組み立
てライン１０２において、作業者は、本実施形態におけ
る移送装置による作業支援を受けながら、ボディの間を
通って概ね同図に示す矢印のような軌跡を辿り、フロン
トガラスを当該ボディのＡピラー周辺の所定位置に移載
する。ここで、移送装置による作業支援とは、作業者に
過度な作業負担を与えないように、当該移送装置が行な
う力の介助（サポート）をいう（詳細は後述する）。

【００１８】図２及び図３は、本発明の一実施形態にお
ける移送装置と組み立てラインとの位置関係を説明する
図である。

【００１９】本実施形態に係る移送装置の機構の詳細は
後述するが、当該移送装置は、図２及び図３に示すよう
に、アーム１、駆動ユニット２、そしてアーム１の先端
にリフター３とを備えている。この移送装置は、ＨＰに
て所定の手順によりアーム１の先端にフロントガラス１
０３を把持し、その状態のままで、作業者の操作力に応
じて、フロントガラス１０３をボディ１０１に移送する
動作を行う。即ち、駆動ユニット１は、作業者が紐１１
に加える操作力（外力）に応じて、組み立てライン１０
２と平行に設けられたレール１０５に沿ってＹ軸方向に
走行すると共に、アーム１を時計方向に旋回させる
（尚、操作力は、紐１１の上方に設けられた同図には不
図示の力覚センサーにより検出される）。また、リフタ
ー３は、アーム１の旋回角度が９０°のときに、フロン
トガラス１０３を−Ｚ方向に下降させる。このときのア
ーム１の動きとボディ１０１との位置関係の遷移を説明
する。

【００２０】図４から図８は、本発明の一実施形態とし
ての移送装置の動作とボディとの位置関係の遷移を説明
する図であり、アーム１の先端に有るフロントガラス１
０３の表現は省略している。

【００２１】まず、ＨＰにてフロントガラス１０３を受
け取ったアーム１は、図４に示すように、ボディ１０１
と平行な位置関係にある。この状態において、作業者が
紐１１を握りながら図１に示した歩行軌跡のように歩行
を開始すると、アーム１は、当該作業者による操作力に
応じて、図５及び図６に示すように＋Ｙ方向への移動と
時計方向への旋回とを同時に行なう（尚、操作力の方向
によっては、−Ｙ方向への移動と反時計方向への旋回も
可能である）。

【００２２】次に、移動及び旋回の結果、図６に示すよ
うに旋回角度θが９０°になったとき、図７に示すよう
に、リフター３は、不図示のロードセルにより検出され
る作業者の操作力に応じて、フロントガラス１０３を−
Ｚ方向に下降させる（尚、操作力の方向によっては、＋
Ｚ方向への上昇も可能である）。このとき、駆動ユニッ
ト１は、下降してきたフロントガラス１０３をボディ１
０１のＡピラーに近づけようとする作業者の操作力に応
じて、図８に示すように、アーム１を旋回角度θ＝９０
°の状態で−Ｙ方向に移動させる。

【００２３】そして、リフター３が所定の手順（詳細は
後述する）によりボディ１０１のＡピラー部分にフロン
トガラス１０３を移載した後、駆動ユニット１は、アー
ム１を反時計方向に旋回させると共に、−Ｙ方向に走行
することによってＨＰに戻る。

【００２４】＜制御系の説明＞次に、上述した動作を実
現する制御系の制御方法を説明する。本実施形態に係る
移送装置の制御は、アーム１の走行及び旋回制御、アー
ム１先端のリフター３による昇降制御、そしてフロント
ガラス１０３の移載時のアーム１の走行制御の３つの動
作制御からなる。以下、それぞれの制御方法について説
明する。

【００２５】（ I ：走行及び旋回制御）はじめに、ア
ーム１の走行及び旋回制御について概説する。本制御で
は、力覚センサーにより検出した操作力ｆの大きさに応
じて、アーム１の旋回と駆動ユニット１の走行とを協調
して行なう。このとき、操作力ｆの大きさが所定値より
大きいときには、安全のため、その操作力の方向にアー
ム１の先端が所定の最高速度（本実施形態では１ｍ／
秒）で移動するように、アーム１の旋回動作と駆動ユニ
ット１の走行動作とを制限する。

【００２６】また、アーム１の旋回角度が９０°に近づ
く（上述した図５から図６に遷移するとき）のに応じ
て、旋回動作及び走行動作共に速度が速くなるため、作
業者の安全を考慮して、両動作とも所定の最高速度（最
高旋回角速度Ｖθmax、最高走行速度Ｖｙmax）を超えな
いように制御する。具体的には、旋回‐走行両速度の合
成であるアーム１の先端速度の方向は変化しないよう
に、速度制限を行なう。

【００２７】また、旋回角度が所定の旋回角度θ０を超
えて９０°に近づいたときには、θ＝９０°になったと
きに安全にアーム１の旋回が終了するように、所定の減
速制御を行なう。

【００２８】以下、上記の動作制御を実現する具体的な
制御方法について説明する。

【００２９】図９は、本発明の一実施形態としての移送
装置におけるアームの走行及び旋回制御を説明するため
の座標系を示す図である。

【００３０】同図に示すＸ−Ｙ座標系は、ＨＰを原点と
しており、駆動ユニット１のレール１０５に沿った走行
をＹ軸、そして、アーム１先端のレール１０５からの距
離をＸ軸としている。また、Ｌはアーム１の長さ、ηは
駆動ユニット１（アーム１の支点）のＨＰからの距離
（Ｙ座標値）、θはアーム１の旋回角度である。そし
て、アーム１の他方の端部Ｐに示すベクトルｆは、上述
した作業員による操作力を示しており、その操作力ｆの
アーム１に平行な方向の成分をｙ１、直角な方向の成分
をｘ１とする。

【００３１】ｘ１−ｙ１座標系において、操作力ｆのな
す角をαとすると（以下、ａ↑ｂは、ａのｂ乗を表わ
し、ｓｑｒ（ｃ）はｃの平方根を表わす）、 α＝ｔａｎ↑（−１）（ｆｙ１／ｆｘ１）， ｆ＝ｓｑｒ（（ｆｘ１）↑２＋（ｆｙ１）↑２）， │ｆ│＞ｆ０のとき、Δｔ時間後にアーム１の先端が操
作力ｆの方向へΔｌだけ進むとする。このとき、アーム
１の先端の速度をＶとすると、 Ｖ＝Δｌ／Δｔ，α＝θ＋β， ｄｘ／ｄｔ＝Ｖｃｏｓβ，ｄｙ／ｄｔ＝Ｖｓｉｎβ， である。また、 Ｘ＝Ｌｓｉｎθ，Ｙ＝Ｌｃｏｓθ＋η， であるから、 ｄｘ／ｄｔ＝Ｌ・ｄθ／ｄｔ・ｃｏｓθ， ｄｙ／ｄｔ＝− Ｌ・ｄθ／ｄｔ・ｓｉｎθ＋ ｄη／ｄ
ｔ， これらの式を行列式に置き換えて、θとηで変形する
と、

【００３２】

【数１】

【００３３】これより、 ｄθ／ｄｔ＝（ｄｘ／ｄｔ）／（ Ｌｃｏｓθ） ……（１）， ｄη／ｄｔ＝ ｄｘ／ｄｔ・ｔａｎθ＋ｄｙ／ｄｔ ……（２）， （１）式及び（２）式よりｄθ／ｄｔ，ｄη／ｄｔを求
めるが、｜ｄθ／ｄｔ｜＞Ｖθmax、または｜ｄη／ｄ
ｔ｜＞Ｖηmaxのときには（但し、Ｖθmaxはアーム１の
最大旋回角速度、Ｖηmaxは駆動ユニット１の最大走行
速度）、｜ｄθ／ｄｔ｜＜Ｖθmax、または｜ｄη／ｄ
ｔ｜＜ＶηmaxとなるようにΔｌを変更し、そのときの
ｄθ／ｄｔとｄη／ｄｔとを制御出力値として求める。
本実施形態では、ｄθ／ｄｔに着目し、｜ｄθ／ｄｔ｜
が所定の旋回角速度Ｖθより小さくなるようにΔｌを変
更し、変更後のΔｌに基づいてｄη／ｄｔを求める。

【００３４】次に、アーム１が旋回及び走行を継続する
ことにより、所定の旋回角度θ０（本実施形態では７５
°）となったときに開始する減速制御について説明す
る。

【００３５】まず、旋回角度θ０＝７５°のときの旋回
角速度をＶθ０とする。このとき、減速制御により行な
うべきことは、アーム１の旋回角度が９０°になるまで
に更にθｄ°（＝π／２−θ０）だけ旋回する間に、現
在の旋回角速度Ｖθ０を０にすることである。このとき
の所用時間を減速時間Ｔとすると、

【００３６】

【数２】

【００３７】であり、この積分式に基づいて減速時間Ｔ
を求めると、 Ｔ＝２×θｄ／Ｖθｄ， である。

【００３８】従って、当該移送装置を制御するプログラ
マブルコントローラ（以下、ＰＬＣ）のスキャンタイム
をτとすると、ＰＬＣの１制御周期（スキャン）当たり
に減速すべき角速度Ｖｄは、Ｖｄ＝Ｖθ０／（Ｔ／τ）
である。従って、１スキャン後の角速度Ｖθ１＝Ｖθ０
−Ｖｄ、次の１スキャン後の角速度Ｖθ２＝Ｖθ１−Ｖ
ｄ、・・・なる計算をＶθｎ＝０となるまで繰り返す。
また、Ｖθ１に対するアーム１の先端の速度をＶ１とす
ると、Ｖ１＝Ｖθ１・Ｌ・ｃｏｓθ／ｃｏｓβであり、
Δｌ＝Ｖ１×τなる関係がある。この関係から減速制御
時の駆動ユニット１のＹ方向への速度ｄη／ｄｔを求め
る。

【００３９】そして、同様な演算をスキャン毎に繰り返
すことにより、減速動作が終了し、旋回角度θ≧π／２
となったときには、ｄθ／ｄｔ＝ｄη／ｄｔ＝０とす
る。

【００４０】（ II ：昇降制御）はじめに、リフター３
による昇降制御について概説する。上述した旋回及び走
行制御により、アーム１の旋回角度が９０°になると、
次に、リフター３の昇降制御が開始される。本制御で
は、力覚センサーの出力は使用しない。本制御では、図
７に示したように、フロントガラス１０３（具体的には
フロントガラスを固定している治具）が作業員によって
引っ張られたときに、その力を不図示のロードセルによ
り検出し、その検出した操作力に応じて、リフター３
が、フロントガラス１０３を釣り下ているベルトを、リ
フター３内に巻き込む、或は引き出すことにより、当該
フロントガラスの昇降動作を行なう。

【００４１】この昇降制御を行なうに際して、作業員に
フロントガラス１０３（及び後述する治具）の自重を感
じさせないようにするため、本実施形態に係る移送装置
は、ＨＰにてフロントガラス１０３を受け取ったとき
に、当該ロードセルによりフロントガラス１０３の質量
を測定し、その測定した質量を基準重量として予め記憶
する。そして、昇降制御が開始されたときに、当該ロー
ドセルにより検出した現在の重量と当該基準重量との差
に応じて、軽くなったときにはフロントガラス１０３を
上昇させ、重くなったときには下降させる。

【００４２】このように、リフター３による昇降制御で
は、作業者が加えた操作力による慣性力と、上記の基準
重量である重力重量とを分けて制御しているが、以下に
具体的に説明する制御方法は、特開平８−１９９７９号
に開示されている力補助装置の制御方法の考え方、即
ち、当該力補助装置のアクチュエータを動作させるに際
して、重力に関する増幅率を大きく設定し、操作力を表
わす信号を重力成分と慣性力の成分とに分離して別々の
増幅率を乗じた後、それらを加算して得られる値を制御
出力信号として当該アクチュエータを駆動する方法を基
本としている。

【００４３】以下、具体的な昇降制御について説明す
る。まず、フロントガラス１０３及び後述する治具の質
量Ｍ（Ｍｇ＝Ｆｇ［Ｎ］）、リフター３の粘性計数を
ｂ、そしてリフター３に加えられる外力をＦとして当該
リフターの運動方程式を求める（但し、以下の式におい
て、（ｄｚ／ｄｔ）はｄｚの１階微分、（ｄｚ／ｄｔ）
＾２はｄｚの２階微分を表わす）。

【００４４】 Ｆ−Ｆｇ＝Ｍ（ｄｚ／ｄｔ）＾２＋ｂ（ｄｚ／ｄｔ）， であり、外力Ｆをリフター３が備えるサーボモータが発
生する力Ｆｍと、作業者による操作力Ｆｈとに分けて考
える。

【００４５】Ｆ＝Ｆｍ＋Ｆｈ＝Ｍ（ｄｚ／ｄｔ）＾２＋
ｂ（ｄｚ／ｄｔ）＋Ｍｇ， ここで、重力負荷、慣性負荷のそれぞれのアシスト率
（作業支援を行なうための増幅率）をＱ１、Ｑ２とす
る。

【００４６】 Ｆｈ＝Ｑ２（Ｍ（ｄｚ／ｄｔ）＾２＋ｂ（ｄｚ／ｄｔ））＋Ｑ１Ｍｇ ……（３）， Ｆｍ＝（１−Ｑ２）（Ｍ（ｄｚ／ｄｔ）＾２＋ｂ（ｄｚ／ｄｔ））＋ （１−Ｑ２）Ｍｇ， （３）式より、 （ｄｚ／ｄｔ）＾２＝１／（Ｑ２Ｍ）（Ｆｈ−Ｑ１Ｍｇ−Ｑ２ｂ（ｄ ｚ／ｄｔ）， 従って、サーボモータに与える目標速度（ｄｚ／ｄｔ）
reqは、

【００４７】

【数３】

【００４８】次に、減速機のギア比をＧ、リフター３の
巻き上げドラムの半径をｒとし、サーボモータに与える
目標回転数Ｎreqを求める。

【００４９】２πｒｎ＝（ｄｚ／ｄｔ）req， Ｎreq＝ｎ／Ｇ， フロントガラス１０３及び治具による負荷がかかった初
期状態におけるロードセルの出力値（基準重量）をＭと
し、作業者が操作力Ｆｈを加えた状態におけるロードセ
ルの出力値をＭ’とすると、 ΔＭ＝Ｍ−Ｍ’， Ｆｈ＝ΔＭｇ（ΔＭｇ＞０ならば上昇、ΔＭｇ≦０なら
ば下降する）， 以上説明したリフター３による昇降制御の制御ブロック
図を図１０に示す。

【００５０】尚、作業者がフロントガラス１０３の移載
作業を開始したときに、ベルトの角度をθまで傾けたと
すると、Ｍ’はｃｏｓθ倍され、Ｆｈ＝（Ｍ−Ｍ’ｃｏ
ｓθ）となり、この状態ではリフター３がベルトを巻き
上げてしまうため、この場合は、ロードセルの出力をｃ
ｏｓθで除した値をＭ’として採用する。

【００５１】（ III ：フロントガラス移載時の走行制
御）上述した旋回及び走行制御により、アーム１の旋回
角度が９０°になると、次に、リフター３の昇降制御が
開始される。本制御では、力覚センサーの出力は使用し
ない。本制御は、図７に示すようにリフター３から引き
出されたベルトによって釣り下げているフロントガラス
１０３を作業者が図８に示すように押すことにより、当
該ベルトのなす角をエンコーダで検出し、その検出した
角度がゼロとなるように、駆動ユニット１の走行制御を
行なう。

【００５２】図１１は、本発明の一実施形態としての移
送装置におけるフロントガラス移載時の走行制御を説明
するための座標系を示す図である。

【００５３】同図に示すような座標系において、リフタ
ー３を除く移送装置の質量をＭ［ｋｇ］、リフター３の
質量をＭ１［ｋｇ］、ベルトの長さをｈ［ｍ］、ベルト
が鉛直方向となす角をε、駆動ユニット１の走行粘性計
数をｂν、そして移送装置に働く力をＦとして、当該移
送装置の運動方程式を求める。

【００５４】Ｍ（ｄｙ／ｄｔ）＾２＋ｂν（ｄｙ／ｄ
ｔ）＝Ｆ＋Ｍ１ｇ／２・ｓｉｎ２ε， 次に、リフター３を除く移送装置の仮想質量をｍ、リフ
ター３の仮想質量をｍ１、そして走行粘性計数をｂνと
すると、 ｍ（ｄｙ／ｄｔ）＾２＋ｂν（ｄｙ／ｄｔ）＝１／２・
ｍ１ｇ・ｓｉｎ２ε， であるから、サーボモータに与える目標速度（ｄｙ／ｄ
ｔ）reqは、

【００５５】

【数４】

【００５６】となる。

【００５７】以上説明した駆動ユニット１によるフロン
トガラス移載時の走行制御の制御ブロック図を図１２に
示す。

【００５８】＜機構の説明＞次に、移送装置の機構につ
いて説明する。はじめに、アーム１の先端部の機構につ
いて説明する。

【００５９】図１３は、本発明の一実施形態における移
送装置のアーム先端部の正面図である。また、図１４
は、本発明の一実施形態における移送装置のアーム先端
部の上面図である。図１５は、本発明の一実施形態にお
ける移送装置のアーム先端部の側面図である。

【００６０】図１３から図１５に示すように、アーム１
の先端部には、大別して、リフター３とフロントガラス
１０３を把持する治具５１とが備えられており、治具５
１は、ベルト４０によりリフター３に釣り下げられてい
る。

【００６１】リフター３において、サーボモータである
ベルト巻き取りモータ３１は、巻き上げドラム３２に巻
き取られたベルト４０を、当該ドラム内に巻き採る動作
及び当該ドラム外に引き出す動作を行う。このとき、ベ
ルト４０の移動は、ガイドローラ３５から３８等を介し
て行われる。また、エンコーダ３３は、図７及び図８に
示した状態のときに作業者がフロントガラス１０３及び
治具５１を−Ｙ方向に移動させることによりベルト４０
が鉛直方向となす角を、ローラ固定部材３９の動作によ
り検出する（詳細は後述する）。

【００６２】治具５１は、２本のベルト４０の端部にそ
れぞれロードセル５７を介して接続されており、治具５
１に加えられた負荷は、これらのロードセルにより検出
される。吸盤５２は、不図示の空気系により空気の吸引
及び開放が行われることにより、治具５１にフロントガ
ラス１０３を把持する。治具押え部材５３は、ベルト４
０に釣り下げられている治具５１を、水平方向に対して
起立状態に保持する部材であり、エアシリンダ５６は、
治具押え部材５３を治具５１に対して押圧・開放させる
ことにより、治具５１の起立／倒伏を行なうことができ
る（尚、図１５は起立状態を示している）。また、治具
係止部材５５は、治具押え部材５３に設けられ、当該治
具押え部材と共に治具５１を起立状態に保持する部材で
あり、エアシリンダ５４は、治具５１に対して治具係止
部材５５を係合・開放することができる（尚、図１３及
び図１５は係合状態を示している）。

【００６３】ここで、ベルト４０の傾き（なす角ε）を
検出する機構について説明する図１６は、本発明の一実
施形態におけるリフターに設けられたベルトの傾きを検
出する機構を説明する図である。

【００６４】同図に示すように、エンコーダ３３の本体
は、リフター３のベース部材に固定されており、ガイド
ローラ３７，３８もリフター３のベース部材に回転可能
に軸支されている。ガイドローラ３５，３６は、エンコ
ーダ３３の回転軸が固定されているローラ固定部材３９
に回転可能に軸支されている。また、これらのガイドロ
ーラ３７と３８、３５と３６は、それぞれベルト４０を
支持するように対向して配置されている。従って、作業
者がフロントガラス１０３及び治具５１を−Ｙ方向に移
動させることによりベルト４０に傾きが生じると、ロー
ラ固定部材３９もエンコーダ３３の回転軸を中心として
回転するため、エンコーダ３３は、ベルト４０が鉛直方
向となす角εを検出することができる。

【００６５】尚、図１６は、ガイドローラ３７及び３８
と、エンコーダ３３の回転軸とを、説明の都合上、上下
にずらして表現しているが、ベルト４０に不用な力が加
わることを防止し、正確な角度を検出するためには、エ
ンコーダ３３の回転軸をガイドローラ３７と３８とが対
向した位置の延長線上に設けるとよい。

【００６６】図１７は、本発明の一実施形態における移
送装置の全体形状を示す上面図である。また、図１８
は、本発明の一実施形態における移送装置の全体形状を
示す正面図である。

【００６７】図１７及び図１８に示すように、駆動ユニ
ット２には、レール１０５に沿って当該移送装置を走行
させるサーボモータ２１と、アーム１を旋回させるサー
ボモータ２２とを備えており、これらのモータの駆動力
は、不図示の減速ギヤにより適宜減速され、走行及び旋
回に利用される。

【００６８】また、図１８において、１２は力覚センサ
ーであり、紐１１に加えられた操作力をＸ−Ｙ−Ｚの３
次元の方向に分解して検出することができる。１３は、
「下降」、「戻り」、「解除」等の押しボタンが設けら
れた操作スイッチである。

【００６９】＜制御システムの説明＞次に、本実施形態
に係る移送装置を、上述した制御方法で実際に動作させ
る制御システムについて説明する。

【００７０】図１９は、本発明の一実施形態における移
送装置の制御システムの概略構成をを示すブロック図で
ある。

【００７１】本実施形態において、制御システムは、同
図に示すように、後述する制御処理を行なうパーソナル
コンピュータ（ＰＣ）２０１、主に上述した移送装置と
の入出力の制御を行なうＰＬＣ２０２、そして力覚セン
サー１２を制御する力覚センサーコントローラ２０３か
らなる。

【００７２】ＰＬＣ２０２は、デジタル入力（ＤＩ）信
号、デジタル出力（ＤＯ）信号、アナログ入力（ＡＩ）
信号、アナログ出力（ＡＯ）信号、そしてパルス列入力
（ＰＩ）信号の一般的な入出力制御を行なう。

【００７３】ＤＩ信号は、サーボモータ２１及び２２、
そしてベルト巻き取りモータ３１の回転角度を検出する
エンコーダ、駆動ユニット１の位置を検出する不図示の
近接スイッチ等から入力される。ＤＯ信号は、治具５１
にフロントガラス１０３を吸着／解放する空気系を動作
させる不図示のソレノイドバルブ、エアシリンダー５４
及び５６等に出力される。

【００７４】また、ＡＩ信号は、ロードセル５７等から
入力される。ＡＯ信号は、サーボモータ２１及び２２、
そしてベルト巻き取りモータ３１を制御するサーボアン
プ等に出力される。

【００７５】また、ＰＩ信号は、サーボモータ２１及び
２２、そしてベルト巻き取りモータ３１から入力され
る。

【００７６】次に、上述した制御方法を実現すべく、Ｐ
Ｃ２０１の不図示のＣＰＵが実行するソフトウェアにつ
いて説明する。尚、治具５１には、前工程の制御により
フロントガラス１０３が把持されているものとする。

【００７７】図２０は、本発明の一実施形態における移
送装置の制御処理の全体構成を示すフローチャートであ
る。

【００７８】同図において、ステップＳ１，ステップＳ
２：ＰＬＣ２０２等の所定の初期化処理を行ない（ステ
ップＳ１）、不図示の操作パネルにおいて「起動」ボタ
ンが押下されたか否かを判断する（ステップＳ２）。

【００７９】ステップＳ３：ステップＳ２の判断におい
てＹＥＳのとき（押下されたとき）には、ＰＩ信号をカ
ウントする高速カウンタをイネーブルにセットし、力覚
センサー１２の出力値（オフセット値）を読み込む。

【００８０】ステップＳ４：治具５１及びフロントガラ
ス１０３の重量に相当するロードセル５７の現在の出力
値を、初期値（基準重量）として不図示のＲＡＭに記憶
する。

【００８１】ステップＳ５：不図示の操作パネルにおい
てどの運転モードボタンが選択されているかを判断す
る。

【００８２】ステップＳ６：ステップＳ５の判断におい
て「手動モード」が選択されているときには、駆動ユニ
ット１の走行動作、アーム１の旋回動作、リフター３に
よる昇降動作を、不図示の操作パネルからのボタン操作
により任意に行なうことが可能な手動モード処理を行な
う。

【００８３】ステップＳ７：ステップＳ５の判断におい
て「通常モード」が選択されているときには、後述する
通常モード処理を行なう。

【００８４】ステップＳ８：ステップＳ５の判断におい
て「人動モード」が選択されているときには、アーム１
の旋回角度θが９０°になった後も紐１１からの操作力
に応じて旋回動作及び走行動作を任意に行なうことが可
能な人動モード処理を行なう。

【００８５】図２１から図２３は、本発明の一実施形態
における移送装置の制御処理のうち、通常モード処理を
示すフローチャートである。

【００８６】同図において、ステップＳ１０１：不図示
のＲＡＭ内の旋回カウンタ及び走行カウンタからカウン
ト値を読み込む。ここで、旋回カウンタ及び走行カウン
タは、サーボモータ２１及び２２の回転角度を検出する
エンコーダから出力されるＤＩ信号をカウントするカウ
ンタである。

【００８７】ステップＳ１０２：旋回カウンタから読み
込んだカウンタ値に基づいて、アーム１の現在の旋回角
度θを検出し、０°≦θ＜７５°（クラス１）のときに
はステップＳ１０３に進み、７５°≦θ＜９０°（クラ
ス２）のときにはステップＳ１１１に進み、θ≧９０°
（クラス３）のときにはステップＳ１２１に進む。

【００８８】ステップＳ１０３，ステップＳ１０４：ス
テップＳ１０２の判断でクラス１のときには、アーム１
の旋回角速度Ｖθ［ｒａｄ／秒］を算出し（ステップＳ
１０３）、算出した旋回角速度Ｖθが所定の最大旋回角
速度Ｖθmaxより小さいか否かを判断し（ステップＳ１
０４）、ＹＥＳ（ＶθがＶθmaxより小さい）ときには
ステップＳ１０６に進む。

【００８９】ステップＳ１０５：ステップＳ１０４の判
断でＮＯ（ＶθがＶθmaxより大きい）ときには、現在
の旋回角速度Ｖθを最大旋回角速度Ｖθmaxに変更す
る。

【００９０】ステップＳ１０６，ステップＳ１０７：力
覚センサー１２の出力値を読み込み、その読み込んだ出
力値に所定のフィルタをかけることにより不感帯処理を
行ない（ステップＳ１０６）、不感帯処理後の出力値が
所定の不感帯の範囲内かを判断する（ステップＳ１０
７）。この判断の結果がＹＥＳ（不感帯の範囲内）のと
きには、図２１のステップＳ１０１に戻る ステップＳ１０８：ステップＳ１０７の判断でＮＯ（不
感帯の範囲外）のときには、上述したアーム１の走行及
び旋回制御にて説明した考え方に基づいて、ｄθ／ｄｔ
とｄη／ｄｔとを算出する。具体的には、ｄθ／ｄｔ＝
Ｖｃｏｓβ／Ｌｃｏｓθ，ｄη／ｄｔ＝Ｖｃｏｓβｔａ
ｎθ＋Ｖｓｉｎβにより算出した。

【００９１】ステップＳ１０９：ステップＳ１０８で算
出したｄη／ｄｔが、所定の最大走行速度Ｖηmaxを超
えていないかを判断し、ＹＥＳ（｜Ｖη／ｄｔ｜≦Ｖη
max）のときにはステップＳ１１５に進む。

【００９２】ステップＳ１１０：ステップＳ１０９の判
断でＮＯ（｜Ｖη／ｄｔ｜＞Ｖηmax）のときには、ｄ
η／ｄｔを最大走行速度Ｖηmaxに変更する。更に、ｄ
θ／ｄｔ＝ｄη／ｄｔ（Ｌｓｉｎθ＋Ｌｔａｎβｃｏｓ
θ）により算出する。

【００９３】ステップＳ１１５：算出したｄη／ｄｔと
ｄθ／ｄｔとを、走行制御値、旋回制御値としてサーボ
モータ２１及び２２に出力する。

【００９４】ステップＳ１１１：ステップＳ１０２の判
断でクラス２のときには、安全のためアーム１の旋回を
減速させる制御を開始するが、まず、ステップＳ１０６
と同様な不感帯処理を行なう。

【００９５】ステップＳ１１２：上述したアーム１の走
行及び旋回制御にて説明した減速制御の考え方に基づい
て、ｄθ／ｄｔとｄη／ｄｔとを算出する。具体的に
は、ｄθ／ｄｔを、Ｖθ−Ｖθｄ×ｎの等差級数により
算出し、ｄη／ｄｔ＝Ｌｃｏｓθ×ｄθ／ｄｔ×（ｔａ
ｎθ＋ｔａｎβ）により算出し、ステップＳ１１５に進
む。

【００９６】ステップＳ１２１：ステップＳ１０２の判
断でクラス３のときには、上述したリフター３による昇
降制御と、フロントガラス移載時の駆動ユニット１の走
行制御とを併せて行なう。まず、エンコーダ３３のカウ
ント値を記憶している不図示のＲＡＭ内のカウンタから
カウンタ値を読み込み、ベルト４０のなす角εを算出す
る。

【００９７】ステップＳ１２２：Σ（ｄη／ｄｔ）＝Σ
（γｓｉｎ２ε−δλ）ｋを算出する。但し、γ、δは
所定の定数、λは走行速度、そしてｋは積分定数であ
る。この式は、図１２に示す制御ブロック図の積分式に
相当する。

【００９８】ステップＳ１２３：ステップＳ１０６と同
様な不感帯処理を行なう。

【００９９】ステップＳ１２４：Σ（ｄｚ／ｄｔ）を算
出する。具体的には、ｋ’を積分定数、Ｑ２を慣性負荷
のアシスト率として、 ｄｚ１／ｄｔ＝ｆｈ／Ｑ２×基準重量， ｄｚ３／ｄｔ＝ｂ×（リフター速度）／（基準重量）， としてｄｚ／ｄｔ＝ｄｚ１／ｄｔ−ｄｚ３／ｄｔを算出
し、その積分値として、Σ（ｄｚ／ｄｔ）ｋ’を算出す
る。この式は、図１０に示す制御ブロック図の積分式に
相当する。

【０１００】ステップＳ１２５：算出したΣ（ｄη／ｄ
ｔ）及びΣ（ｄｚ／ｄｔ）を、走行制御値、リフター昇
降制御値としてサーボモータ２１及びベルト巻き取りモ
ータ３１に出力する。

【０１０１】ステップＳ１２６，ステップＳ１２７：治
具押え部材５３と治具係止部材５５とが治具５１を起立
状態に保持したままの状態で、治具５１が所定量だけ下
降したかを検出し、最初にＹＥＳ（所定量下降した）と
なったときには、治具押え部材５３と治具係止部材５５
とを治具５１から解放する。

【０１０２】ステップＳ１２８，ステップＳ１２９：操
作スイッチ１３の「下降」スイッチが押下されたかを判
断し（ステップＳ１２８）、この判断でＹＥＳ（スイッ
チ押下）のときには、リフター３が所定量下降し、フロ
ントガラス１０３をボディ１０１上に載置する（ステッ
プＳ１２９）。

【０１０３】ここで、ステップＳ１２６からステップＳ
１２９のときの動作をより具体的に説明する。

【０１０４】リフター３が下降動作を開始し、フロント
ガラス１０３が所定距離だけ下降したとき、治具５１を
固定していた治具押え部材５３と治具係止部材５５とが
エアシリンダー５４及び５６の動作により治具５１から
解放される。

【０１０５】そして、作業員が治具５１を持ちながら、
当該治具及びフロントガラス１０３を更に下降し、且つ
−Ｙ方向へ移動させることにより、フロントガラス１０
３がボディ１０１のＡピラーに着座したときには、ロー
ドセル５７にかかる重量が軽くなるため、リフター３は
上昇動作を開始する。従って、当該ボディ側にかかる重
量は実際のフロントガラス１０３の重量より軽い。この
状態のときに、作業者が「下降」ボタンを押下すると、
リフター３は更に所定距離だけ治具５１の下降動作を行
う。これにより、ボディ１０１にフロントガラス１０３
の全重量がかかる。このとき、治具５１を吊下していた
治具係止部材５８が、エアシリンダー５９の動作により
外され、且つ不図示の空気系及び吸盤５２による吸引が
終了することにより、当該フロントガラスのボディ１０
１への移載が完了する。

【０１０６】その後、作業者が治具５１を回収した後で
「戻り」ボタンを押下すると、リフター３は、ベルト４
０を所定位置まで巻き取ると共に、駆動ユニット１は、
アーム１を反時計方向に旋回させることにより旋回角度
θ＝０°とし、且つ−Ｙ方向に走行することにより、Ｈ
Ｐに戻って次のフロントガラス１０３を受け取る準備を
行う。

【０１０７】このように、上述した制御方法によって制
御される本実施形態の移送装置によれば、駆動ユニット
１の走行動作制御とアーム１の旋回動作制御とを同時に
行なうことができ、作業者の移送作業の作業支援をしな
がら、比較的狭い動作エリアでワークを移送することが
できる。更に、リフター３の昇降動作制御と、治具５１
及びフロントガラス１０３をボディ１０１のＡピラー側
に移動させるときにアーム１を追従させる駆動ユニット
１の走行動作制御とを行なうため、作業者の作業負担を
より軽減することができる。

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
作業者の移送作業の作業支援をしながら、比較的狭い動
作エリアでワークを移送する移送装置及びその制御方法
の提供が実現する。

【０１０９】即ち、請求項１、８、１０、１２の発明に
よれば、作業者の移送作業の作業支援をしながら、比較
的狭い動作エリアでワークを効率良く移送することがで
きる。

【０１１０】また、請求項２及び１１の発明によれば、
前記アームの移動を安全に行なうことができる。

【０１１１】また、請求項３の発明によれば、前記アー
ムが旋回を停止するまでに、旋回動作を安全に減速する
ことができる。

【０１１２】また、請求項４の発明によれば、前記アー
ムに加えられた操作力が異常に大きいときに、前記アー
ムを移動速度を制限できるため、作業者の安全を確保す
ることができる。

【０１１３】また、請求項５、６、７の発明によれば、
作業者の作業負担をより軽減することができる。

【０１１４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における組み立てライン周
辺の作業者の歩行軌跡を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態における移送装置と組み立
てラインとの位置関係を説明する図である。

【図３】本発明の一実施形態における移送装置と組み立
てラインとの位置関係を説明する図である。

【図４】本発明の一実施形態としての移送装置の動作と
ボディとの位置関係の遷移を説明する図である。

【図５】本発明の一実施形態としての移送装置の動作と
ボディとの位置関係の遷移を説明する図である。

【図６】本発明の一実施形態としての移送装置の動作と
ボディとの位置関係の遷移を説明する図である。

【図７】本発明の一実施形態としての移送装置の動作と
ボディとの位置関係の遷移を説明する図である。

【図８】本発明の一実施形態としての移送装置の動作と
ボディとの位置関係の遷移を説明する図である。

【図９】本発明の一実施形態としての移送装置における
アームの走行及び旋回制御を説明するための座標系を示
す図である。

【図１０】本発明の一実施形態におけるリフターによる
昇降制御の制御ブロック図である。

【図１１】本発明の一実施形態としての移送装置におけ
るフロントガラス移載時の走行制御を説明するための座
標系を示す図である。

【図１２】本発明の一実施形態における駆動ユニットに
よるフロントガラス移載時の走行制御の制御ブロック図
である。

【図１３】本発明の一実施形態における移送装置のアー
ム先端部の正面図である。

【図１４】本発明の一実施形態における移送装置のアー
ム先端部の上面図である。

【図１５】本発明の一実施形態における移送装置のアー
ム先端部の側面図である。

【図１６】本発明の一実施形態におけるリフターに設け
られたベルトの傾きを検出する機構を説明する図であ
る。

【図１７】本発明の一実施形態における移送装置の全体
形状を示す上面図である。

【図１８】本発明の一実施形態における移送装置の全体
形状を示す正面図である。

【図１９】本発明の一実施形態における移送装置の制御
システムの概略構成をを示すブロック図である。

【図２０】本発明の一実施形態における移送装置の制御
処理の全体構成を示すフローチャートである。

【図２１】本発明の一実施形態における移送装置の制御
処理のうち、通常モード処理を示すフローチャートであ
る。

【図２２】本発明の一実施形態における移送装置の制御
処理のうち、通常モード処理を示すフローチャートであ
る。

【図２３】本発明の一実施形態における移送装置の制御
処理のうち、通常モード処理を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１：アーム， ２：駆動ユニット， ３：リフター， １１：紐， １２：力覚センサー， １３：操作スイッチ， ２１，２２：サーボモータ， ３１：ベルト巻き取りモータ， ３２：巻き上げドラム， ３３：エンコーダ， ３５〜３８：ガイドローラ， ３９：ローラ固定部材， ４０：ベルト， ５１：治具， ５２：吸盤， ５３：治具押え部材， ５４，５６，５９：エアシリンダー， ５５，５８：治具係止部材， ５７：ロードセル， １０１：ボディ， １０２：組み立てライン， １０３：フロントガラス， １０５：レール， ２０１：パーソナルコンピュータ（ＰＣ）， ２０２：プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）， ２０３：力覚センサーコントローラ，

フロントページの続き (72)発明者 小松 正信 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 植本 耕司 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3C030 BB01 BC04 BC16 BC31 CC03 DA23 DA24 3D114 AA04 AA06 AA11 AA18 BA01 BA09 CA05 CA18 DA02 DA09 DA12 DA14 3F027 AA01 AA10 CA02 DA01 DA02 DA12 EA06 FA02 FA11 FA15

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを第１の端部にて支持可能なアー
   ムと、 前記アームの第２の端部を旋回可能に支持し、予め敷設
   された軌道に沿って移動する駆動手段と、 前記駆動手段に設けられ、前記アームを旋回させる旋回
   手段と、 前記アームに対する操作力の大きさ及び方向を検出する
   操作力検出手段と、 前記操作力検出手段により検出した操作力を、前記アー
   ムに平行な方向と直角な方向とに分力し、それら分力に
   応じて、前記駆動手段と旋回手段とを同時に駆動制御す
   る制御手段と、を備えることを特徴とする移送装置。
2. 【請求項２】 更に、前記アームの旋回角度を検出する
   旋回角度検出手段を備え、 前記制御手段は、前記旋回角度検出手段によって検出し
   た旋回角度に応じて移動速度を算出し、その算出した移
   動速度により、前記駆動手段を制御することを特徴とす
   る請求項１記載の移送装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記アームが旋回を停
   止する所定の角度に近づいたときに、前記旋回手段の減
   速制御を行なうと共に、その減速制御にて算出した旋回
   速度に応じて算出した移動速度により、前記駆動手段を
   制御することを特徴とする請求項２記載の移送装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記分力に応じて算出
   した前記駆動手段の移動速度が所定の速度より大きいと
   きに、その所定の速度にて前記駆動手段を制御すると共
   に、その所定の速度に応じて算出した旋回速度により、
   前記旋回手段を制御することを特徴とする請求項１記載
   の移送装置。
5. 【請求項５】 更に、前記アームの第１の端部には、前
   記ワークと前記アームとの相対的な位置の変化を検出す
   る相対位置検出手段が備えられており、 前記制御手段は、前記アームの旋回を所定の角度で停止
   させた後に、前記相対位置検出手段による検出結果に基
   づいて、前記ワークと前記アームとの相対的な位置の変
   化が小さくなる方向に、前記駆動手段を移動させること
   を特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の移
   送装置。
6. 【請求項６】 更に、前記アームの第１の端部には、前
   記ワークを支持した状態で鉛直下方向に移動させる昇降
   手段と、 前記ワークに対する操作力の大きさを検出する第２の操
   作力検出手段とが備えられており、 前記制御手段は、前記アームの旋回を所定の角度で停止
   させた後に、前記第２の操作力検出手段による検出結果
   に基づいて、前記昇降手段による昇降を制御することを
   特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の移送
   装置。
7. 【請求項７】 前記制御手段は、前記第２の操作力検出
   手段による検出結果が所定値より小さくなったときには
   上昇動作を行い、大きくなったときには下降動作を行な
   うように、前記昇降手段を制御することを特徴とする請
   求項６記載の移送装置。
8. 【請求項８】 ワークを支持可能なアームと、 前記アームを、予め敷設された軌道に沿って移動させる
   駆動手段と、 前記アームに設けられ、前記ワークと前記アームとの相
   対的な位置の変化を検出する相対位置検出手段と、 前記相対位置検出手段による検出結果に基づいて、前記
   ワークと前記アームとの相対的な位置の変化が小さくな
   る方向に、前記駆動手段を移動させる制御を行なう制御
   手段と、を備えることを特徴とする移送装置。
9. 【請求項９】 前記軌道は、自動車の組み立てラインに
   沿ってその組み立てラインの上方に敷設されており、且
   つ前記ワークは自動車のフロントガラスであることを特
   徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の移送装
   置。
10. 【請求項１０】 ワークを移送する移送装置の制御方法
    であって、 予め敷設された軌道に沿って移動する駆動ユニットに、
    ワークを第１の端部にて支持可能なアームを、そのアー
    ムの第２の端部にて旋回可能に支持し、 前記駆動ユニットに、前記アームを旋回させる旋回ユニ
    ットを設け、 前記アームに対する操作力の大きさ及び方向をセンサに
    より検出し、 その検出した操作力を、前記アームに平行な方向と直角
    な方向とに分力し、それら分力に応じて、前記駆動ユニ
    ットと旋回ユニットとを同時に駆動制御することを特徴
    とする移送装置の制御方法。
11. 【請求項１１】 前記アームの旋回角度に応じて算出し
    た移動速度により、前記駆動ユニットを制御することを
    特徴とする請求項１０記載の移送装置の制御方法。
12. 【請求項１２】 ワークを移送する移送装置の制御方法
    であって、 予め敷設された軌道に沿って移動する駆動ユニットに、
    ワークを支持可能なアームを設け、 前記ワークと前記アームとの相対的な位置の変化を検出
    する相対位置検出ユニットを前記アームに設け、 その相対位置検出ユニットによる検出結果に基づいて、
    前記ワークと前記アームとの相対的な位置の変化が小さ
    くなる方向に、前記駆動ユニットを移動させることを特
    徴とする移送装置の制御方法。