JP2018101366A - 組付作業の評価装置 - Google Patents
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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。
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。
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)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。
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。
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。
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。
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。」
「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。
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。
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)
- 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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