JP2002006919A

JP2002006919A - 作業指示装置における位置検出方法および位置検出装置

Info

Publication number: JP2002006919A
Application number: JP2000184849A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Sudo; 藤信幸須
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】複合現実感による作業指示装置において、一
定速度で搬送されるワークと作業者との相対的な位置関
係を検出するに際し、従来では全てのワークに位置や姿
勢を検出するセンサを設ける必要があり、設備費や手間
がかかるという問題点があった。【解決手段】搬送開始側でワークＷを検出して搬送速
度と経過時間から基準位置の座標系｛Ｓ｝におけるワー
クＷの位置や姿勢を検出し、基準位置の座標系｛Ｓ｝に
おける作業者Ｈの頭部の位置や姿勢を検出し、これらの
検出結果に基づいて、座標変換により作業者の座標系
｛Ｈ｝におけるワークＷの位置や姿勢を検出すること
で、ワークＷに設けるセンサを不要にし、設備費や手間
をかけることなくワークＷと作業者Ｈとの相対的な位置
関係を正確に検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、現実空間の視野に
映像を提示する複合現実感により、ワークに対する部品
の取付け等の所定の作業を指示する装置において、一定
速度で搬送されるワークと作業者との相対的な位置関係
を検出するのに利用される位置検出方法および位置検出
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】作業指示装置は、従来より様々な製品生
産の場において開発されており、例えば、特開平５−１
０１０７４号公報に開示されているように、予め被組立
体に部品等の情報を示すバーコードを設け、組立てライ
ンの各工程において、被組立体のバーコードをバーコー
ドリーダで読込むことにより、被組立体に取付けるべき
部品を収容した部品箱のＬＥＤを点灯させるものや、特
開平８−３０５４１０号公報に開示されているように、
複数の工程を備えた生産ラインにおいて、各工程毎にソ
フトレジスタを設け、そのソフトレジスタを同ソフトレ
ジスタに対応する工程での作業終了に合わせて順送りす
るものがあった。

【０００３】このような作業指示装置は、異部品の組付
け等の防止や、作業効率の向上などに非常に役立つもの
であって、とくに、複数の車種が混在する自動車の組立
てラインのように、順次搬送される車体に対して車種に
応じた多種類の部品を取付ける作業においてきわめて有
用なものとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では、
ワークが順次搬送される組立てラインにおいて、現実空
間の視野に映像を提示する複合現実感により、ワークに
対して部品取付けの作業を指示する装置が提案されてい
る。この作業指示装置は、作業者の頭部に装着して現実
空間の視野に映像を提示する手段、いわゆるヘッド・マ
ウント・ディスプレイを用い、ワークに取付ける部品の
情報を部品形状や文字として映像化し、実際のワークを
とらえた作業者の視野に部品の情報映像を提示するもの
である。

【０００５】ここで、複合現実感による作業指示装置で
は、その制御においてワークと作業者との相対的な位置
関係を検出することが重要である。ヘッド・マウント・
ディスプレイは、動作を検出するセンサを備えたものが
あり、作業者に装着すれば頭部の位置および姿勢（向
き）を検出することができ、作業者の視野を認識するこ
とが可能である。そこで、ワークにも同じく動作を検出
するセンサを取付け、そのセンサからの情報に基づいて
ワークの位置および姿勢を検出し、ワークの位置および
姿勢の情報と、ヘッド・マウント・ディスプレイのセン
サによる作業者の頭部の位置および姿勢の情報に基づい
て、ワークと作業者との相対的な位置関係を検出するこ
とが考えられていた。

【０００６】しかしながら、ワークの位置および姿勢を
検出するには、例えばジャイロ等のセンサを採用するこ
とになるが、一般にこの種のセンサは高価であり、この
ようなセンサを全てのワークに取付けると、設備費が非
常に高価になるだけでなく、ワークに対してセンサを着
脱する手間がかかるという問題点があり、また、ワーク
に取付けたセンサと別の固定部位に設置した計測装置と
をケーブルで接続する構成の場合には、ケーブルの長さ
によってワークの搬送範囲が制限されるので、比較的長
い組立てラインに適用することが困難であるという問題
点があり、これらの問題点を解決することが課題となっ
ていた。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、上記従来の課題に着目して成
されたもので、現実空間の視野に映像を提示する複合現
実感により所定の作業を指示する装置において、一定速
度で搬送されるワークと作業者との相対的な位置関係を
検出するに際し、ワークにセンサ類を設ける必要がな
く、これにより多くの設備費や手間をかけることなく且
つワークの搬送範囲の長さに左右されることもなく、ワ
ークと作業者との相対的な位置関係を正確に検出するこ
とができる作業指示装置における位置検出方法および位
置検出装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる作業指示
装置における位置検出方法は、請求項１として、現実空
間の視野に映像を提示する複合現実感により所定の作業
を指示する装置において、一定速度で搬送されるワーク
と作業者との相対的な位置関係を検出するに際し、ワー
ク搬送の開始側でワークを検出して搬送速度と検出後の
経過時間から基準位置の座標系におけるワークの位置お
よび姿勢を検出すると共に、基準位置の座標系における
作業者の頭部の位置および姿勢を検出し、基準位置の座
標系におけるワークの位置および姿勢と、基準位置の座
標系における作業者の頭部の位置および姿勢に基づい
て、座標変換により作業者の座標系におけるワークの位
置および姿勢を検出する構成とし、請求項２として、現
実空間の視野に映像を提示する複合現実感により所定の
作業を指示する装置において、一定速度で搬送されるワ
ークに取付ける部品と作業者との相対的な位置関係を検
出するに際し、ワーク搬送の開始側でワークを検出して
搬送速度と検出後の経過時間から基準位置の座標系にお
けるワークの位置および姿勢を検出すると共に、基準位
置の座標系における作業者の頭部の位置および姿勢を検
出し、ワークの座標系において予め設定した部品の位置
および姿勢と、基準位置の座標系におけるワークの位置
および姿勢と、基準位置の座標系における作業者の頭部
の位置および姿勢に基づいて、座標変換により作業者の
座標系における部品の位置および姿勢を検出する構成と
し、請求項３として、ワークの座標系において予め設定
した部品の位置および姿勢と、基準位置の座標系におけ
るワークの位置および姿勢と、基準位置の座標系におけ
る作業者の頭部の位置および姿勢に基づいて、座標変換
により作業者の座標系におけるワークおよび部品の各々
の位置および姿勢を検出する構成としており、上記の構
成をもって従来の課題を解決するための手段としてい
る。

【０００９】また、本発明に係わる作業指示装置におけ
る位置検出装置は、請求項４として、現実空間の視野に
映像を提示する複合現実感により所定の作業を指示する
装置における位置検出装置であって、ワークの座標系に
おいて同ワークに取付ける部品の位置および姿勢を出力
する部品位置出力手段と、一定速度で搬送されるワーク
を搬送開始側で検出するワーク検出手段と、ワークの搬
送速度とワーク検出手段による検出後の経過時間から基
準位置の座標系におけるワークの位置および姿勢を検出
するワーク位置検出手段と、基準位置の座標系における
作業者の頭部の位置および姿勢を検出する作業者位置検
出手段を備えると共に、部品位置出力手段からのワーク
の座標系における部品の位置および姿勢と、ワーク位置
検出手段からの基準位置の座標系におけるワークの位置
および姿勢と、作業者位置検出手段からの基準位置の座
標系における作業者の頭部の位置および姿勢に基づい
て、座標変換により作業者の座標系における部品の位置
および姿勢を検出する座標変換手段を備えたことを特徴
としている。

【００１０】

【発明の作用】本発明の請求項１に係わる作業指示装置
における位置検出方法では、現実空間の視野に映像を提
示する複合現実感により所定の作業を指示する装置にお
いて、一定速度で搬送されるワークと作業者との相対的
な位置関係を検出するに際し、まず、ワーク搬送の開始
側でワークを検出して搬送速度と検出後の経過時間から
基準位置の座標系におけるワークの位置および姿勢を検
出する。なお、順次搬送されるワークはいずれも同一の
姿勢にセットされたものとする。

【００１１】つまり、当該位置検出方法では、ワーク搬
送の開始側に設けたリミットスイッチ等の簡単なワーク
検出手段でワークを検出することにより、搬送速度Ｖ_Ｗ
と検出後の経過時間Ｔから、例えばワーク検出手段を設
けた基準位置の座標系｛Ｓ｝におけるワークの位置^ＳＰ
_Ｗおよび姿勢^Ｓ _ＷＲを求める。このとき、ワークの位置
^ＳＰ_Ｗは３行×１列、姿勢^Ｓ _ＷＲは３行×３列の行列で
表わされ、これらを含む同次変換行列^Ｓ _ＷＴは次の式１
で表される。

【００１２】

【式１】

【００１３】また、上記のワークの位置および姿勢を検
出する一方で、基準位置の座標系における作業者の頭部
の位置および姿勢（向き）を検出する。この検出には、
例えばジャイロセンサが用いられる。ジャイロセンサ
は、所定の作業エリア内に磁界を発生させるトランスミ
ッタと、作業者の頭部に装着するヘッド・マウント・デ
ィスプレイに取付けたレシーバを備え、磁界中でレシー
バに電流を誘起させ、その電流の大きさから位置および
姿勢を検出する。このとき、トランスミッタを先のワー
ク検出手段とともに基準位置に設けた場合には、そのま
まで基準位置の座標系における作業者の頭部の位置およ
び姿勢が検出されることとなり、トランスミッタを別の
位置に設けた場合には、別の位置の座標系を基準位置の
座標系に変換すればよい。このようにして、基準位置の
座標系における作業者の頭部の位置および姿勢を検出す
れば、逆に、作業者の座標系｛Ｈ｝における基準位置^Ｈ
Ｐ_Ｓおよび姿勢^Ｈ _ＳＲを求めることができ、これらを含
む同次変換行列^Ｈ _ＳＴは、次の式２で表される。

【００１４】

【式２】

【００１５】そして、当該位置検出方法では、基準位置
の座標系｛Ｓ｝におけるワークの位置^ＳＰ_Ｗおよび姿勢
^Ｓ _ＷＲと、基準位置の座標系における作業者の頭部の位
置および姿勢すなわち作業者の座標系｛Ｈ｝における基
準位置^ＨＰ_Ｓおよび姿勢^Ｈ _ＳＲに基づいて、座標変換に
より作業者の座標系｛Ｈ｝におけるワークの位置^ＨＰ _Ｗ
および姿勢^Ｈ _ＷＲを検出する。つまり、基準位置の座標
系で見たワークの位置および姿勢を作業者の座標系で見
たワークの位置および姿勢に変換するのであって、この
ときの同次変換行列^Ｈ _ＷＴは次の式３で表される。

【００１６】

【式３】

【００１７】このようにして、当該作業指示装置におけ
る位置検出方法では、ワークに位置および姿勢を検出す
るためのセンサ類を設けることなく、ワークと作業者と
の相対的な位置関係が検出される。

【００１８】本発明の請求項２に係わる作業指示装置に
おける位置検出方法では、現実空間の視野に映像を提示
する複合現実感により所定の作業を指示する装置におい
て、一定速度で搬送されるワークに取付ける部品と作業
者との相対的な位置関係を検出するに際し、ワーク搬送
の開始側でワークを検出して搬送速度と検出後の経過時
間から基準位置の座標系におけるワークの位置および姿
勢を検出すると共に、基準位置の座標系における作業者
の頭部の位置および姿勢を検出する。ここで、基準位置
の座標系｛Ｓ｝におけるワークの位置^ＳＰ_Ｗおよび姿勢
^Ｓ _ＷＲならびに同次変換行列^Ｓ _ＷＴは請求項１の式１で
表される。また、基準位置の座標系における作業者の頭
部の位置および姿勢は、作業者の座標系｛Ｈ｝における
基準位置 ^ＨＰ_Ｓおよび姿勢^Ｈ _ＳＲに置き換えられ、その
同次変換行列^Ｈ _ＳＴは請求項１の式２で表される。

【００１９】さらに、ワークに取付ける部品の位置およ
び姿勢は、ワークに対して予め決められているので、ワ
ークの座標系｛Ｗ｝における部品の位置^ＷＰ_Ｐおよび姿
勢^Ｗ _ＰＲとして表すことができ、その同次変換行列^Ｗ _Ｐ
Ｔは次の式４で表される。

【００２０】

【式４】

【００２１】そして、当該位置検出方法では、ワークの
座標系｛Ｗ｝における部品の位置^Ｗ _ＰＰおよび姿勢^Ｗ
_ＰＲと、基準位置の座標系｛Ｓ｝におけるワークの位置
^ＳＰ_Ｗおよび姿勢^Ｓ _ＷＲと、基準位置の座標系におけ
る作業者の頭部の位置および姿勢すなわち作業者の座標
系｛Ｈ｝における基準位置^ＨＰ_Ｓおよび姿勢^Ｈ _ＳＲに基
づいて、座標変換により作業者の座標系｛Ｈ｝における
部品の位置^ＨＰ_Ｐおよび姿勢^Ｈ _ＰＲを検出する。つま
り、ワークの座標系で見た部品の位置および姿勢を基準
位置の座標系で見た部品の位置および姿勢に変換し、こ
れを作業者の座標系で見た部品の位置および姿勢に変換
するのであって、このときの同次変換行列^Ｈ _ＰＴは次の
式５で表される。

【００２２】

【式５】

【００２３】このようにして、当該作業指示装置におけ
る位置検出方法では、ワークに位置および姿勢を検出す
るためのセンサ類を設けることなく、ワークに取付ける
部品と作業者との相対的な位置関係が検出される。

【００２４】本発明の請求項３に係わる作業指示装置に
おける位置検出方法では、請求項１と同様の手法により
ワークと作業者との相対的な位置関係が検出されると共
に、請求項２と同様の手法によりワークに取付ける部品
と作業者との相対的な位置関係も検出される。

【００２５】本発明の請求項４に係わる作業指示装置に
おける位置検出装置では、現実空間の視野に映像を提示
する複合現実感により所定の作業を指示する装置におい
て、リミットスイッチ等のワーク検出手段により、一定
速度で搬送されるワークを搬送開始側で検出し、ワーク
位置検出手段により、ワークの搬送速度とワーク検出手
段による検出後の経過時間から基準位置の座標系におけ
るワークの位置および姿勢を検出し、ジャイロセンサ等
の作業者位置検出手段により、基準位置の座標系におけ
る作業者の頭部の位置および姿勢を検出する。

【００２６】そして、作業指示装置における位置検出装
置は、部品位置出力手段により、ワークの座標系におい
て同ワークに取付ける部品の位置および姿勢を出力し、
座標変換手段において、部品位置出力手段からのワーク
の座標系における部品の位置および姿勢と、ワーク位置
検出手段からの基準位置の座標系におけるワークの位置
および姿勢と、作業者位置検出手段からの基準位置の座
標系における作業者の頭部の位置および姿勢に基づい
て、座標変換により作業者の座標系における部品の位置
および姿勢を検出する。

【００２７】つまり、座標変換手段において、ワークの
座標系で見た部品の位置および姿勢を基準位置の座標系
で見た部品の位置および姿勢に変換し、これを作業者の
座標系で見た部品の位置および姿勢に変換する。これら
の位置および姿勢の検出ならびに座標変換は、請求項１
〜３と同様の手法により行われる。

【００２８】このようにして、当該作業指示装置におけ
る位置検出装置では、ワークに位置および姿勢を検出す
るためのセンサ類を設けることなく、ワークに取付ける
部品と作業者との相対的な位置関係を検出する。

【００２９】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わる作業指示装置
における位置検出方法によれば、現実空間の視野に映像
を提示する複合現実感により所定の作業を指示する装置
において、一定速度で搬送されるワークと作業者との相
対的な位置関係を検出するに際し、ワークにセンサ類を
設ける必要が全くなく、これにより多くの設備費や手間
をかけることなく且つワークの搬送範囲の長さに左右さ
れることもなく、ワークと作業者との相対的な位置関係
を正確に検出することができる。また、採用可能なセン
サ類としては、搬送開始側でワークの有無を検出するだ
けのきわめて簡単なものと、作業者の頭部の位置および
姿勢を検出するものがあれば良いので、作業指示装置の
構造の簡略化や設備費の低減を図ることができ、複合現
実感による高精度な作業指示装置を安価に実現すること
ができる。さらに、ワークと作業者との相対的な位置関
係を正確に検出できることから、実際のワークをとらえ
た作業者の視野に部品等の情報映像を提示する際に、そ
の制御を高精度に行うことが可能になる。

【００３０】本発明の請求項２に係わる作業指示装置に
おける位置検出方法によれば、現実空間の視野に映像を
提示する複合現実感により所定の作業を指示する装置に
おいて、一定速度で搬送されるワークに取付ける部品と
作業者との相対的な位置関係を検出するに際し、ワーク
にセンサ類を設ける必要が全くなく、これにより多くの
設備費や手間をかけることなく且つワークの搬送範囲の
長さに左右されることもなく、ワークに取付ける部品と
作業者との相対的な位置関係を正確に検出することがで
き、部品の形状やワークにおける部品の位置および姿勢
が様々に異なる場合でも正確な位置検出を行うことがで
きる。また、採用可能なセンサ類としては、搬送開始側
でワークの有無を検出するだけのきわめて簡単なもの
と、作業者の頭部の位置および姿勢を検出するものがあ
れば良いので、作業指示装置の構造の簡略化や設備費の
低減を図ることができ、複合現実感による高精度な作業
指示装置を安価に実現することができる。さらに、ワー
クに取付ける部品と作業者との相対的な位置関係を正確
に検出できることから、実際のワークをとらえた作業者
の視野に部品の映像を提示する際に、その制御を高精度
に行うことが可能になり、実際のワークに対して映像の
部品をあたかも取付けたように提示することができるの
で、作業者にとって作業指示が非常に理解しやすいもの
となる。

【００３１】本発明の請求項３に係わる作業指示装置に
おける位置検出方法によれば、請求項２と同様の効果を
得ることができるうえに、ワークおよび部品の両方の位
置および姿勢を検出することから、とくに、ワークに取
付ける部品と作業者との相対的な位置関係をより正確に
検出し得るものとなり、複合現実感による作業指示装置
のさらなる高精度化を実現することができる。

【００３２】本発明の請求項４に係わる作業指示装置に
おける位置検出装置によれば、現実空間の視野に映像を
提示する複合現実感により所定の作業を指示する装置に
おいて、ワークにセンサ類を設ける必要が全くなく、こ
れにより多くの設備費や手間をかけることなく且つワー
クの搬送範囲の長さに左右されることもなく、ワークに
取付ける部品と作業者との相対的な位置関係を正確に検
出することができ、部品の形状やワークにおける部品の
位置および姿勢が様々に異なる場合でも正確な位置検出
を行うことができる。また、ワークにセンサ類が一切不
要であるのに加えて、ワーク検出手段には、搬送開始側
でワークの有無を検出するだけのきわめて簡単な手段を
採用することができるので、構造の簡略化や設備費の低
減を実現することができ、複合現実感による高精度な作
業指示装置を安価に実現することができる。さらに、ワ
ークに取付ける部品と作業者との相対的な位置関係を正
確に検出できるので、実際のワークをとらえた作業者の
視野に部品の映像を提示する際に、その制御を高精度に
行うことが可能になり、実際のワークに対して映像の部
品をあたかも取付けたように提示することができるの
で、作業者にとって作業指示が非常に理解しやすいもの
となる。

【００３３】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明に係わる作業
指示装置における位置検出方法および位置検出装置の一
実施例を説明する。

【００３４】この実施例の作業指示装置は、図１に示す
ように、作業者Ｈの頭部に装着して現実空間の視野に映
像を提示する手段、いわゆるヘッド・マウント・ディス
プレイ１を用いたものであって、複数の車種が混在する
自動車の組立てラインにおいて、順次搬送されるワーク
（車体）Ｗに対して車種に対応した様々な部品を取付け
るに際し、作業者Ｈが見た実際のワークＷに映像の部品
Ｐを車載状態で重ね合わせて提示するものである。した
がって、作業者Ｈは、提示された部品Ｐを部品収容手段
から取出して、映像と同じ様に取付ければ良い。この作
業指示装置は、組立てラインを構成する各工程毎に設け
てある。また、ワークＷは、走行姿勢の状態にしてコン
ベア等の搬送手段２により一定速度で搬送される。

【００３５】図２に示す作業指示装置における位置検出
装置は、概略として、作業者Ｈの頭部に装着して所定の
視野を形成するヘッド・マウント・ディスプレイ１と、
一定速度で搬送されるワークＷを搬送開始側で検出する
ワーク検出手段３と、搬送手段２の駆動源であるモータ
４の回転を検出することでワークＷの搬送速度（移動速
度）を検出する速度検出手段５と、作業者Ｈの頭部の位
置および姿勢（向き）を検出する作業者位置検出手段６
と、搬送されてきたワークＷに対する部品Ｐの種類、形
状、取付け位置および姿勢等のデータを出力する部品指
示手段７を備えると共に、ワーク検出手段３、速度検出
手段５、作業者位置検出手段６および部品指示手段７か
らの各信号を処理してヘッド・マウント・ディスプレイ
１に映像の部品を提示する作業指示制御手段８を備えて
いる。

【００３６】ヘッド・マウント・ディスプレイ１は、公
知の技術であるため詳細な説明は省略するが、例えば、
作業者Ｈの目を覆うハーフミラーに光学系を介してＣＲ
Ｔからの映像を映し出す構造になっている。ワーク検出
手段３は、所定の作業エリアのワーク搬入位置において
ワークＷの有無を検出し得る簡単なもので充分であり、
例えば、接触式あるいは非接触式のリミットスイッチを
用いることができる。速度検出手段４は、モータ４に設
けたエンコーダ等からの回転信号を増幅回路９で増幅
し、制御回路１０において回転信号から搬送速度を検出
する。

【００３７】作業者位置検出手段６は、ジャイロセンサ
であって、ジャイロコントロールユニット１１と、ドラ
イブ回路１２の作動により作業エリア内に磁界を発生さ
せるトランスミッタ（直流コイル）１３と、ヘッド・マ
ウント・ディスプレイ１に取付けられるレシーバ（直流
コイル）１４を備えている。この作業者位置検出手段６
は、トランスミッタ１３で発生させた磁界中でレシーバ
１４に電流を誘起し、ジャイロコントロールユニット１
１において、レシーバ１４の電流の大きさを検出するこ
とによりレシーバ１４の位置および姿勢すなわちヘッド
・マウント・ディスプレイ１を装着した作業者Ｈの頭部
の位置および姿勢を検出するのであるが、これについて
も公知の技術であるので、詳細な構造の説明は省略す
る。

【００３８】ここで、本発明に係わる位置検出方法を行
う作業指示制御手段８では、ワークＷにおける部品Ｐと
作業者Ｈとの相対的な位置関係を座標変換によって検出
することから、各々の位置に座標系を設定している。

【００３９】すなわち、ワークＷにおける部品Ｐの位置
および姿勢は、予め決定しているものであるから、ワー
クＷの座標系｛Ｗ｝において表される。ワークＷの位置
および姿勢は、ワーク検出手段３を設けた位置を基準位
置として、基準位置の座標系｛Ｓ｝において表される。
作業者Ｈの位置および姿勢は、作業者位置検出手段６の
トランスミッタ１３を設けた位置を基準位置とするが、
この実施例では図１に示す如くワーク検出手段３とトラ
ンスミッタ１３を設けた位置が同一であるとして、共通
の基準位置の座標系｛Ｓ｝において表される。このと
き、基準位置の座標系｛Ｓ｝における作業者Ｈの頭部の
位置および姿勢は、逆に、作業者Ｈの座標系｛Ｈ｝にお
ける基準位置および姿勢として表すことができる。な
お、ワーク検出手段３とトランスミッタ１３を設けた位
置が別である場合には、後の処理過程でトランスミッタ
１３の座標系を基準位置の座標系に変換すれば良い。

【００４０】そして、作業指示制御手段８は、部品指示
手段７からの信号により、ワークＷの座標系｛Ｗ｝にお
いて同ワークＷに取付ける部品Ｐの位置および姿勢を出
力する部品位置出力手段１５と、ワーク検出手段３から
の信号および速度検出手段５からの信号を入力して、ワ
ークＷの搬送速度と検出後の経過時間とから基準位置の
座標系｛Ｓ｝におけるワークＷの位置および姿勢を検出
するワーク位置検出手段１６と、部品位置出力手段１５
からの信号、ワーク位置検出手段１６からの信号、およ
び作業者位置検出手段６からの信号に基づいて、座標変
換により作業者Ｈの座標系｛Ｈ｝における部品Ｐの位置
および姿勢を検出する座標変換手段１７を備えると共
に、部品位置出力手段１５からの信号および座標変換手
段１７からの信号に基づいて、ヘッド・マウント・ディ
スプレイ１に対して部品Ｐの画像を生成する部品画像生
成手段１８を備えている。

【００４１】次に、本発明に係わる作業指示装置におけ
る位置検出方法を図３および図４に示すフローチャート
に基づいて説明する。

【００４２】作業指示制御手段８のワーク位置検出手段
１６では、図３に示すように、ステップＳ１でワーク到
着のフラグがＯＦＦであることを確認したのち、ステッ
プＳ２でワーク検出手段３からの信号の有無を判定し、
信号が入力された場合（Ｙｅｓ）にはステップＳ３でワ
ーク到着のフラグをＯＮにする。その後、ステップＳ４
でワーク通過時刻ｔｓを記憶して、ステップＳ５で速度
検出手段５からの搬送速度Ｖ_Ｗを取り込んだのち、搬送
速度Ｖ_Ｗと検出後の経過時間ＴからステップＳ６でワー
クＷの移動距離を演算し、ステップＳ７で基準位置の座
標系｛Ｓ｝におけるワークＷの位置^ＳＰ_Ｗおよび姿勢^Ｓ
_ＷＲを検出する。このとき、ワークＷの姿勢^Ｓ _ＷＲ
は、いずれのワークＷも搬送手段２に対して走行姿勢に
セットしてあるので一定である。

【００４３】その後、ステップＳ８で処理が終了したか
否かを判定し、処理が終了していない場合（Ｎｏ）には
ステップＳ２に戻る。また、ステップＳ２でワーク検出
手段３からの信号が入力されていない場合（Ｎｏ）に
は、ステップＳ９でワーク到着のフラグがＯＮであるか
否かを判定し、ＯＮである場合（Ｙｅｓ）にはステップ
Ｓ５に進み、ＯＮで無い場合（Ｎｏ）にはステップＳ２
に戻る。

【００４４】次に、作業指示制御手段８の座標変換手段
１７では、図４に示すように、ステップ１１で部品指示
手段１５からのワークＷの座標系｛Ｗ｝における部品Ｐ
の位置^ＷＰ_Ｐおよび姿勢^Ｗ _ＰＲを取り込み、ステップＳ
１２で同次変換行列^Ｗ _ＰＴを作成する。ここで、部品Ｐ
の位置^ＷＰ_Ｐは３行×１列、姿勢^Ｗ _ＰＲは３行×３列の
行列で表わされ、これらを含む同次変換行列^Ｗ _ＰＴは次
の式６で表される。

【００４５】

【式６】

【００４６】次に、ステップＳ１３で先のワーク位置検
出手段１６からの基準位置の座標系｛Ｓ｝におけるワー
クＷの位置^ＳＰ_Ｗおよび姿勢^Ｓ _ＷＲ（一定）を取り込
み、ステップＳ１４で同次変換行列^Ｓ _ＷＴを作成する。
この同次変換行列^Ｓ _ＷＴは次の式７で表される。

【００４７】

【式７】

【００４８】次に、ステップＳ１５において、基準位置
の座標系｛Ｓ｝における作業者Ｈの頭部の位置および姿
勢を作業者Ｈの座標系｛Ｈ｝における基準位置^ＨＰ_Ｓお
よび姿勢^Ｈ _ＳＲとして取り込み、ステップＳ１６で同次
変換行列^Ｈ _ＳＴを作成する。この同次変換行列^Ｈ _ＳＴは
次の式８で表される。

【００４９】

【式８】

【００５０】そして、ステップＳ１７において、上記式
Ａ〜Ｃに基づいて作業者Ｈの座標系｛Ｈ｝における部品
Ｐの位置および姿勢の同次変換行列^Ｈ _ＰＴを作成する。
この同次変換行列^Ｈ _ＰＴは次の式９で表される。

【００５１】

【式９】

【００５２】これにより、ステップＳ１８で作業者Ｈの
座標系｛Ｈ｝における部品Ｐの位置 ^ＨＰ_Ｐおよび姿勢^Ｈ
_ＰＲが検出される。つまり、座標変換手段１７では、ワ
ークＷの座標系｛Ｗ｝で見た部品Ｐの位置および姿勢を
基準位置の座標系｛Ｓ｝で見た部品Ｐの位置および姿勢
に変換し、これを作業者Ｈの座標系｛Ｈ｝で見た部品Ｐ
の位置および姿勢に変換する。そして、ステップＳ１９
で処理が終了したか否かを判定し、終了していない場合
（Ｎｏ）はステップＳ１１に戻る。

【００５３】また、作業指示装置における位置検出装置
は、上記の如く作業者Ｈと部品Ｐとの相対的な位置関係
を検出すると、その検出結果と部品位置出力手段１５か
らの部品形状データに基づいて部品画像生成手段１８で
部品Ｐの画像を生成し、その画像をヘッド・マウント・
ディスプレイ１に提示する。これにより、ヘッド・マウ
ント・ディスプレイ１を装着した作業者Ｈが搬送されて
きた実際のワークＷを見ると、そのワークＷに映像の部
品Ｐがあたかも取付けられているように提示されること
となり、作業者Ｈはその映像を見ながら部品Ｐの選択や
取付け等の作業を行えば良いことになる。なお、映像
は、作業の適当な段階において自動的に消したり、作業
者Ｈの意思で消したりすることが可能である。

【００５４】このように、上記実施例で説明した作業指
示装置における位置検出方法および位置検出装置は、現
実空間の視野に映像を提示する複合現実感により所定の
作業を指示する装置において、一定速度で搬送されるワ
ークＷに取付ける部品Ｐと作業者Ｈとの相対的な位置関
係を検出するに際し、順次搬送されるワークＷにセンサ
類を設ける必要が全く無いので、当然のことながらセン
サ類に要する費用がきわめて少なくなると共に、ワーク
Ｗに対してセンサ類を着脱する手間が不要であり、ま
た、搬送開始側で簡単なワーク検出手段によりワークＷ
の有無を検出すれば良いので、ワークＷの搬送範囲の長
さに何ら左右されることもなく、簡単で且つ比較的安価
な装置を用いて部品Ｐと作業者Ｈとの相対的な位置関係
を正確に検出することができると共に、実際のワークＷ
をとらえた作業者Ｈの視野に映像の部品Ｐを提示する際
に、その制御を高精度に行い得るものとなっている。

【００５５】なお、上記実施例では、部品Ｐと作業者Ｈ
の相対的な位置関係を検出するものとしたが、ワークＷ
と作業者Ｈとの相対的な位置関係を検出することも当然
可能である。この場合には、基準位置の座標系｛Ｓ｝に
おけるワークＷの位置^ＳＰ_Ｗおよび姿勢を^Ｓ _ＷＲを作
業者Ｈの座標系｛Ｈ｝におけるワークＷの位置^ＨＰ_Ｗお
よび姿勢^Ｈ _ＷＲに変換すれば良い。このときの同次変
換行列^Ｈ _ＷＴは次の式１０で表される。

【００５６】

【式１０】

【００５７】この場合、ヘッド・マウント・ディスプレ
イ１にワークＷの形状が提示されるわけではないが、作
業者Ｈに対して部品ＰおよびワークＷの両方の位置関係
を検出すれば、作業者Ｈと部品Ｐとの相対的な位置関係
の検出をより高精度に行い得るものとなる。

【００５８】また、上記実施例では、ワークＷが搬送手
段２により一定速度で搬送されるものとしたが、ワーク
Ｗが間欠的に工程送りされ、作業エリアで停止する場合
にも適用することが可能であり、この場合には、基準位
置の座標系を作業者の座標系に変換する際にワークＷの
位置が一定であると考えれば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる作業指示装置における位置検出
方法の原理を説明する斜視図である。

【図２】本発明に係わる作業指示装置における位置検出
装置を説明するブロック図である。

【図３】作業指示制御装置のワーク位置検出手段におけ
る処理過程を説明するフローチャートである。

【図４】作業指示制御装置の座標変換手段における処理
過程を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

Ｈ作業者Ｐ部品Ｗワーク３ワーク検出手段６作業者位置検出手段１５部品位置出力手段１６ワーク位置検出手段１７座標変換手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】現実空間の視野に映像を提示する複合現
実感により所定の作業を指示する装置において、一定速
度で搬送されるワークと作業者との相対的な位置関係を
検出するに際し、ワーク搬送の開始側でワークを検出し
て搬送速度と検出後の経過時間から基準位置の座標系に
おけるワークの位置および姿勢を検出すると共に、基準
位置の座標系における作業者の頭部の位置および姿勢を
検出し、基準位置の座標系におけるワークの位置および
姿勢と、基準位置の座標系における作業者の頭部の位置
および姿勢に基づいて、座標変換により作業者の座標系
におけるワークの位置および姿勢を検出することを特徴
とする作業指示装置における位置検出方法。
【請求項２】現実空間の視野に映像を提示する複合現
実感により所定の作業を指示する装置において、一定速
度で搬送されるワークに取付ける部品と作業者との相対
的な位置関係を検出するに際し、ワーク搬送の開始側で
ワークを検出して搬送速度と検出後の経過時間から基準
位置の座標系におけるワークの位置および姿勢を検出す
ると共に、基準位置の座標系における作業者の頭部の位
置および姿勢を検出し、ワークの座標系において予め設
定した部品の位置および姿勢と、基準位置の座標系にお
けるワークの位置および姿勢と、基準位置の座標系にお
ける作業者の頭部の位置および姿勢に基づいて、座標変
換により作業者の座標系における部品の位置および姿勢
を検出することを特徴とする作業指示装置における位置
検出方法。
【請求項３】ワークの座標系において予め設定した部
品の位置および姿勢と、基準位置の座標系におけるワー
クの位置および姿勢と、基準位置の座標系における作業
者の頭部の位置および姿勢に基づいて、座標変換により
作業者の座標系におけるワークおよび部品の各々の位置
および姿勢を検出することを特徴とする請求項２に記載
の作業指示装置における位置検出方法。
【請求項４】現実空間の視野に映像を提示する複合現
実感により所定の作業を指示する装置における位置検出
装置であって、ワークの座標系において同ワークに取付
ける部品の位置および姿勢を出力する部品位置出力手段
と、一定速度で搬送されるワークを搬送開始側で検出す
るワーク検出手段と、ワークの搬送速度とワーク検出手
段による検出後の経過時間から基準位置の座標系におけ
るワークの位置および姿勢を検出するワーク位置検出手
段と、基準位置の座標系における作業者の頭部の位置お
よび姿勢を検出する作業者位置検出手段を備えると共
に、部品位置出力手段からのワークの座標系における部
品の位置および姿勢と、ワーク位置検出手段からの基準
位置の座標系におけるワークの位置および姿勢と、作業
者位置検出手段からの基準位置の座標系における作業者
の頭部の位置および姿勢に基づいて、座標変換により作
業者の座標系における部品の位置および姿勢を検出する
座標変換手段を備えたことを特徴とする作業指示装置に
おける位置検出装置。