JP2018101366A - 組付作業の評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】仮想空間上で部品の組付性を評価することが可能な組付作業の評価装置を提供すること。【解決手段】本発明は、作業者１８が仮想空間Ｖｓ上で部品１６に付属部品１７を組付ける組付作業Ｗの評価装置１０であって、作業者の頭１８ｂに装着され、部品１６及び付属部品１７を仮想空間Ｖｓ上に表示するヘッドマウントディスプレイ１１と、部品１６及び付属部品１７の寸法と物性値から、付属部品１７の部品１６への組付荷重Ｆをシミュレーションにより算出する荷重算出装置１５と、作業者１８がヘッドマウントディスプレイ１１を装着し、部品１６及び付属部品１７が仮想空間Ｖｓ上に表示された状態で、荷重算出装置１５により算出された組付荷重Ｆを掛ける荷重計１３と、荷重計１３に組付荷重Ｆを掛けた場合、荷重計１３を持つ作業者の手１８ａに掛かる負荷を計測する筋電計１４と、を備える、ことを特徴とする組付作業の評価装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、組付作業の評価装置に関するものであり、特に、仮想空間上で部品の組付性を評価することが可能な組付作業の評価装置に関する。

特許文献１には、分解組立のシミュレーション方法において、シミュレーションを行なうオペレータの視界前に装着され分解組立の仮想空間を表示するヘッドマウントディスプレイに、分解組立部品と、分解組立部品を載置する治具と、分解組立部品及び治具のいずれかに取付ける吊具と、吊具部で分解組立部品を揚送するクレーンとを３次元的に表示し、オペレータの手に装着したバーチャルハンド及びオペレータが操作してクレーンを運転する操作盤からの指令に基づき、吊具位置を位置決めしてクレーンで揚送して搬送すると共に、吊った分解組立部品の位置及び姿勢をバーチャルハンドで微調整して分解組立する方法が開示されている。

特開２００３−１７８３３２号公報

特許文献１に開示の分解組立のシミューレーション方法においては、ヘッドマウントディスプレイの装着者は、実際に部品を組付ける場合、該部品の組付荷重の重さの感覚を得ることができない。このため、実際の組付作業を完全に模擬し、該組付作業の組付性を評価をすることが難しいという問題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、仮想空間上で部品の組付性を評価することが可能な組付作業の評価装置を提供することを目的とする。

本発明は、
作業者が仮想空間上で部品に付属部品を組付ける組付作業の評価装置であって、
前記作業者の頭に装着され、前記部品及び前記付属部品を前記仮想空間上に表示するヘッドマウントディスプレイと、
前記部品及び前記付属部品の寸法と物性値から、前記付属部品の前記部品への組付荷重をシミュレーションにより算出する荷重算出装置と、
前記作業者が前記ヘッドマウントディスプレイを装着し、前記部品及び前記付属部品が前記仮想空間上に表示された状態で、前記荷重算出装置により算出された前記組付荷重を掛ける荷重計と、
前記荷重計に前記組付荷重を掛けた場合、前記荷重計を持つ前記作業者の手に掛かる負荷を計測する筋電計と、
を備える、ことを特徴とする組付作業の評価装置である。
このような、組付作業の評価装置によれば、部品を製作する前に、部品の組付性を評価することができるので、部品の組付性に関する評価結果を部品設計にフィードバックすることができる。

本発明によれば、仮想空間上で部品の組付性を評価することが可能な組付作業の評価装置を提供することができる。

実施形態１に係る評価装置を例示する模式図である。 図１に示すヘッドマウントディスプレイが表示する仮想空間を例示する模式図である。 図１に示す部分Ｂを例示する模式図である。 （Ａ）は、組付作業の評価モデルを例示する模式図である。（Ｂ）は、組付作業の評価モデルを例示する側面図である。（Ｃ）は、図４（Ａ）に示すＣ１−Ｃ２線による断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、図４（Ｃ）に示す部分Ｅの断面図である。 部品と付属部品との間の距離Ｄに対する組付荷重Ｆを例示するグラフである。 実施形態２に係る治具を例示する模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る評価装置を例示する模式図である。
図２は、図１に示すヘッドマウントディスプレイが表示する仮想空間を例示する模式図である。図２は、仮想空間上に表示された部品の組付作業を例示する模式図である。
図３は、図１に示す部分Ｂを例示する模式図である。

図１に示すように、実施形態１に係る評価装置１０は、作業者１８が仮想空間Ｖｓ上で部品１６に付属部品１７を組付ける組付作業Ｗの評価装置である。評価装置１０は、ヘッドマウントディスプレイ１１と、荷重算出装置１５と、荷重計１３と、筋電計１４と、を備える。評価装置１０は、ヘッドマウントディスプレイ１１を使用して、仮想空間Ｖｓの映像を現実空間に重畳させることで、作業者１８が仮想空間Ｖｓ上で部品１６に付属部品１７を組付ける組付作業Ｗを評価する。

図２に示すように、ヘッドマウントディスプレイ１１は、部品１６及び付属部品１７を仮想空間Ｖｓ上に表示する。ヘッドマウントディスプレイ１１は、例えば、作業者の頭１８ｂに装着され、現実空間での組付作業Ｗにおいて部品１６が配置される位置に相当する仮想空間Ｖｓ上の位置に部品１６を表示する。ヘッドマウントディスプレイ１１は、同様にして、仮想空間Ｖｓ上の位置に付属部品１７を表示する。また、ヘッドマウントディスプレイ１１は、仮想空間Ｖｓ上で部品１６が組付台１９上に配置されるように表示する。

要するに、現実空間では部品１６も付属部品１７も無く、存在するのは、ヘッドマウントディスプレイ１１と荷重算出装置１５と荷重計１３と筋電計１４だけである。そして、作業者１８は荷重計１３を持ち、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着している。一方で、作業者１８は、仮想空間Ｖｓ上では、部品１６に付属部品１７を挿入する（組付ける）作業を行っているように見える。すなわち、ヘッドマウントディスプレイ１１の表示画面（図示せず）には、部品１６や付属部品１７や組付台１９等からなる画像が現実空間と同じ位置に映し出される。作業者１８は、ヘッドマウントディスプレイ１１を装着することで、あたかも現実空間に部品１６や付属部品１７や組付台１９等が存在しているように認識できる。

荷重算出装置１５は、部品１６及び付属部品１７の寸法と物性値から、付属部品１７の部品１６への組付荷重Ｆをシミュレーションにより算出する。組付荷重Ｆの算出に際しては、組付ける際の部品１６と付属部品１７との間の距離Ｄや部品１６への組付ける角度等を考慮する必要がある。すなわち、シミュレーションによる算出は、距離Ｄだけには限定されずに、組付ける角度や最大荷重に着目することもある。ここでは、説明を簡単にするため、１つの例として、荷重計１３は、部品１６と付属部品１７との間の距離Ｄと組付荷重Ｆとの対応関係に基づいて、距離Ｄに対応する組付荷重Ｆを掛ける場合について説明する。

荷重計１３は、作業者１８がヘッドマウントディスプレイ１１を装着し、部品１６及び付属部品１７が仮想空間Ｖｓ上に表示された状態で、荷重算出装置１５により算出された組付荷重Ｆを掛ける。すなわち、荷重計１３は、作業者１８が仮想空間Ｖｓ上の部品１６の組付作業Ｗに合わせて組付荷重Ｆを掛ける。

具体的には、仮想空間Ｖｓ上の部品１６の位置と現実空間の部品１６の位置を一致させた上で、作業者１８がヘッドマウントディスプレイ１１に映し出される画像を見ながら、距離Ｄと組付荷重Ｆとの対応関係から算出した組付荷重Ｆを荷重計１３に掛ける。組付荷重Ｆが掛けられた荷重計１３は、作業者１８が自身の手１８ａに持つので、組付荷重Ｆが作業者の手１８ａに伝わる。

荷重計１３を使用し、組付荷重Ｆが作業者の手１８ａに伝わることで、作業者１８は、現実空間の部品（現物）と同じ荷重を感じることができる。すなわち、作業者１８は、実際に部品１６に付属部品１７を組付ける場合と同様な重さの感覚を得ることができる。このため、実際の組付作業を完全に模擬することができ、作業者１８に掛かる組付時の負荷を評価することができる。

図３に示すように、筋電計１４は、筋電計本体１４ｂと筋電計電極１４ｃ１と筋電計電極１４ｃ２とケーブル１４ａ１とケーブル１４ａ２とを有する。筋電計本体１４ｂと筋電計電極１４ｃ１とは、ケーブル１４ａ１により接続される。筋電計本体１４ｂと筋電計電極１４ｃ２とは、ケーブル１４ａ２により接続される。そして、例えば、筋電計電極１４ｃ１は、作業者の手１８ａの親指に装着され、筋電計電極１４ｃ２は、作業者の手１８ａの人差し指に装着される。筋電計１４は、荷重計１３に組付荷重Ｆを掛けた場合、荷重計１３を持つ作業者の手１８ａに掛かる負荷を計測する。すなわち、筋電計１４は、作業者の手１８ａに掛かる負荷を評価する。

具体的には、作業者１８は、作業者の手１８ａに筋電計電極１４ｃ１及び筋電計電極１４ｃ２を貼付ける。そして、筋電計１４により、作業者の手１８ａの負荷を評価する。

作業者の手１８ａに筋電計１４を装着することで、同じ組付荷重であっても、作業者１８が作業する方向や作業者１８の姿勢によって、作業者の手１８ａに掛かる負荷を定量的に評価することができる。これにより、実際に部品を製作する前に、部品の組付荷重や部品の組付性の評価を詳細に行うことができる。

ここで、距離Ｄと組付荷重Ｆとの対応関係について説明する。距離Ｄと組付荷重Ｆとの対応関係は、後述する評価モデルを使用してシミュレーションによって取得される。尚、この説明においては簡単のため、部品１６は、例えば、エンジンであり、付属部品１７は、例えば、エンジンの付属部品であるとする。

ここで、シミュレーションの評価モデルについて説明する。上述のように、ここでは、簡単のため、１つの例として、荷重計１３は、部品１６と付属部品１７との間の距離Ｄと組付荷重Ｆとの対応関係に基づいて、距離Ｄに対応する組付荷重Ｆを掛ける場合について説明する。従って、シミュレーションの評価モデルにおいても、これを前提に説明する。
図４（Ａ）は、組付作業の評価モデルを例示する模式図である。
図４（Ｂ）は、組付作業の評価モデルを例示する側面図である。
ただし、図４（Ｂ）は、付属部品１７の一部が部品１６内に挿入されている場合を示す。
図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示すＣ１−Ｃ２線による断面図である。
ただし、図４（Ｃ）は、付属部品１７の一部が部品１６内に挿入されている場合を示す。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、評価モデルにおいては、組立途中のエンジン（部品）１６に、付属部品１７を組付ける作業を想定する。また、評価モデルにおいては、付属部品１７をエンジン１６の挿入穴１６ｈから挿入した際の力の掛かり具合を算出する必要がある。

図４（Ｃ）に示すように、センサ１７ａの形状は棒状であり、センサ１７ａの一部には、オーリング１７ｂを取付けるための溝１７ｃが設けられる。オーリング１７ｂの形状はドーナツ型であり、オーリング１７ｂは溝１７ｃに配置される。また、挿入穴１６ｈは、入口から奥側になる程、挿入口が狭くなるようなテーパ状の挿入穴である。

シミュレーションについて説明する。
図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は、図４（Ｃ）に示す部分Ｅの断面図である。
図５（Ａ）は、エンジン１６にセンサ１７ａを距離Ｄ１だけ挿入した場合の部品に付属部品を組付ける様子を例示する模式図である。
図５（Ｂ）は、エンジン１６にセンサ１７ａを距離Ｄ２だけ挿入した場合の部品に付属部品を組付ける様子を例示する模式図である。
図５（Ｃ）は、エンジン１６にセンサ１７ａを距離Ｄ３だけ挿入した場合の部品に付属部品を組付ける様子を例示する模式図である。
尚、距離Ｄ１は距離Ｄ２よりも短く、距離Ｄ３は距離Ｄ２よりも短い。

評価モデルにおいては、組立途中のエンジン（部品）１６の挿入穴１６ｈに、付属部品１７を挿入して組付ける作業を想定する。よって、挿入穴１６ｈを有するエンジン（部品）１６の部品データ１６ｄ及び付属部品１７の付属部品データ１７ｄを、シミュレーションのインプット情報とする。これらの情報に基づいて、組付ける際のエンジン（部品）１６と付属部品１７との間の距離Ｄと組付荷重Ｆとの関係をシミュレーションにより算出する。

すなわち、荷重算出装置１５は、部品１６の部品データ１６ｄ及び付属部品１７の付属部品データ１７ｄに基づいて、部品１６と付属部品１７との間の距離Ｄと組付作業Ｗの組付荷重Ｆとの対応関係をシミュレーションにより算出し取得する。

尚、エンジン（部品）１６の部品データ１６ｄは、例えば、エンジン（部品）１６の寸法、部品１６の物性値である。また、付属部品１７の付属部品データ１７ｄは、例えば、付属部品１７（すなわち、センサ１７ａ及びオーリング１７ｂ）の寸法及び物性値である。
また、エンジン１６は、挿入穴１６ｈを有する設計途中のエンジンである。

図６は、部品と付属部品との間の距離Ｄと組付荷重Ｆとの対応関係を例示するグラフである。
図６は、距離Ｄと組付荷重Ｆとの対応関係をシミュレーションにより算出したグラフである。図６の横軸は、距離Ｄを示し、縦軸は、組付荷重Ｆを示す。
尚、エンジン１６とセンサ１７ａとの間の距離（距離Ｄ）をストロークと称することもある。

図６に示す点Ｋ１は、センサ１７ａを距離Ｄ１だけ挿入した場合（図５（Ａ）参照）の組付荷重Ｆ１を示す。
図６に示す点Ｋ２は、センサ１７ａを距離Ｄ２だけ挿入した場合（図５（Ｂ）参照）の組付荷重Ｆ２を示す。
図６に示す点Ｋ３は、センサ１７ａを距離Ｄ３だけ挿入した場合（図５（Ｃ）参照）の組付荷重Ｆ３を示す。

距離Ｄが距離Ｄ１では、組付荷重Ｆ１である。距離Ｄが距離Ｄ２では、組付荷重Ｆ２である。距離Ｄが距離Ｄ３では、組付荷重Ｆ３である。
尚、組付荷重を挿入荷重と称することもある。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示すように、センサ１７ａをその長手方向に沿って移動させ、センサ１７ａをエンジン１６の挿入穴１６ｈに徐々に挿入（組付け）した場合、距離Ｄが大きくなるに連れて、オーリング１７ｂが徐々に変形する。

センサ１７ａをその長手方向に沿って移動させて挿入穴１６ｈに挿入し、図５（Ａ）に示すようなオーリング１７ｂと挿入穴１６ｈが接触した状態では、図６に示す点Ｋ１のように、組付荷重Ｆ１は小さい。センサ１７ａをさらにその長手方向に沿って移動させて挿入穴１６ｈに挿入し、図５（Ｂ）に示すような状態では、オーリング１７ｂは変形する。また、図６に示す点Ｋ２のように、組付荷重Ｆ２は、前述の組付荷重Ｆ１よりも大きくなる。

センサ１７ａをさらにその長手方向に沿って移動させ、図５（Ｃ）に示すような状態では、オーリング１７ｂはさらに変形する。また、図６に示す点Ｋ３のように、組付荷重Ｆ３は、前述の組付荷重Ｆ２よりもさらに大きくなる。このように、センサ１７ａを挿入穴１６ｈに挿入するに従って、組付荷重Ｆは大きくなる。

まとめると、センサ１７ａをその長手方向に沿って移動させ、センサ１７ａをエンジン１６の挿入穴１６ｈに徐々に挿入（組付け）した場合、図６に示すように、距離Ｄが距離Ｄ３までの間は、距離Ｄが大きくなるに連れて組付荷重Ｆは共に大きくなる。そして、距離Ｄを距離Ｄ３よりもさらに大きくすると、組付荷重Ｆは、減少して一定の組付荷重Ｆｋに収束する。

このようにして、距離Ｄと組付荷重Ｆとの対応関係は、シミュレーションによって算出され取得される。

実施形態１によれば、設計途中の部品及び付属部品の寸法と物性値から、付属部品の部品への組付荷重を算出し、その算出した荷重を荷重計に掛けることで、作業者は実際の作業を模擬した重さの感覚を得ることができる。すなわち、実際に製品を製作する前に、模擬的に組付作業を実施することにより、組付荷重や組付性の評価を行うことができる。

その結果、作業者は、現物の部品のない状態で、組付荷重、及び組付性を評価することができる。そして、仮想空間上で部品の組付性を評価することが可能な組付作業の評価装置を提供することができる。

尚、実施形態１においては、評価装置には限定されずに、以下のような評価方法であってもよい。
「作業者が仮想空間上で部品に付属部品を組付ける組付作業の評価方法であって、
前記部品及び前記付属部品を前記仮想空間上に表示し、
前記部品及び前記付属部品の寸法と物性値から、前記付属部品の前記部品への組付荷重をシミュレーションにより算出し、
前記部品及び前記付属部品が前記仮想空間上に表示された状態で、前記算出された前記組付荷重を掛け、
荷重計に前記組付荷重を掛けた場合、前記荷重計を持つ前記作業者の手に掛かる負荷を計測する、
ことを特徴とする組付作業の評価方法。」

ここで、実施形態１の特徴をまとめて以下に示す。
実施形態１の特徴は、部品の組付荷重、及び組付性の評価方法において、部品及び付属部品の寸法と物性値から、付属部品の部品への組付荷重を算出し、組付作業の仮想空間を表示するヘッドマウントディスプレイを装着することと、仮想空間と現実空間での部品の位置、及び組付方向を一致させた上で、ヘッドマウントディスプレイを装着する中で装着者の手から前記算出した組付荷重を荷重計に掛けることと、装着者の手に筋電計を付けることとからなる。これにより、装着者が現実空間において、例えば、現物の部品の無い状態で、組付荷重、及び組付性をデジタル評価することができる。

尚、評価方法を、デジタル評価方法と称することもある。また、作業者を、ヘッドマウントディスプレイを装着するので、装着者と称することもある。

［実施形態２］
図７は、実施形態２に係る治具を例示する模式図である。
実施形態２においては、評価装置１０と共に、図７に示す治具２１を使用する。治具２１は、荷重計１３の位置合わせをするために使用する。治具２１は、固定台２１ａと回転棒２１ｂとを有する。固定台２１ａは、荷重計１３を固定する。固定台２１ａは、回転棒２１ｂと接続され、回転棒２１ｂに沿って上下方向Ｈに移動できる。固定台２１ａは、回転棒２１ｂを回転軸として水平面内回転方向φに回転できる。

治具２１を使用することにより、部品１６の位置、及び荷重方向を容易に合わせることができると共に、荷重を掛けても荷重方向がずれにくくなる。

また、治具２１を使用することにより、仮想空間Ｖｓと現実空間での部品１６の位置を容易に一致させることができる。すなわち、仮想空間と現実空間での部品の位置を一致させるのに、ヘッドマウントディスプレイの画像を見ながら位置合わせを行う必要が無くなる。また、作業者が変わっても、位置関係を容易に一致させることができる。

また、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０…評価装置 １１…ヘッドマウントディスプレイ １３…荷重計 １４…筋電計 １４ａ１、１４ａ２…ケーブル １４ｂ…筋電計本体 １４ｃ１、１４ｃ２…筋電計電極 １５…荷重算出装置 １６…部品 １６ｄ…部品データ １６ｈ…挿入穴 １７…付属部品 １７ａ…センサ １７ｂ…オーリング １７ｃ…溝 １７ｄ…付属部品データ １８…作業者 １８ａ…作業者の手 １８ｂ…作業者の頭 １９…組付台 ２１…治具 ２１ａ…固定台 ２１ｂ…回転棒 Ｂ、Ｅ…部分 Ｃ１−Ｃ２…線 Ｄ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…距離 Ｆ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３…組付荷重 Ｆｋ…一定の組付荷重 Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３…点 Ｈ…上下方向 φ…水平面内回転方向 Ｖｓ…仮想空間 Ｗ…組付作業

Claims (1)

1. 作業者が仮想空間上で部品に付属部品を組付ける組付作業の評価装置であって、
   前記作業者の頭に装着され、前記部品及び前記付属部品を前記仮想空間上に表示するヘッドマウントディスプレイと、
   前記部品及び前記付属部品の寸法と物性値から、前記付属部品の前記部品への組付荷重をシミュレーションにより算出する荷重算出装置と、
   前記作業者が前記ヘッドマウントディスプレイを装着し、前記部品及び前記付属部品が前記仮想空間上に表示された状態で、前記荷重算出装置により算出された前記組付荷重を掛ける荷重計と、
   前記荷重計に前記組付荷重を掛けた場合、前記荷重計を持つ前記作業者の手に掛かる負荷を計測する筋電計と、
   を備える、ことを特徴とする組付作業の評価装置。

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