JP6934147B2 - 作業支援装置及び部品取り付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業者が取付対象物に部品を取り付ける部品取り付け作業において、作業者を支援する作業支援装置、及び、部品取り付け方法に関する。

車の生産ラインにおけるドア取り付け工程では、例えば、ドアの重量が大きいことから、支持部によりドアを支持し、作業者の負担を軽減する作業支援装置が用いられている。この作業支援装置としては、例えば、上にレールを配設し、このレールから支持部を吊り下げて、支持部をレールに沿って移動させることにより、ドアを取り付け位置まで搬送するものがある。

特願２００２−５２４２５号公報 特開２０００−８４８８１号公報

しかしながら、このような作業支援装置では、支持部が吊り下げ式であるので、ドアの重量が大きいために、移動の停止時にぶれたり、振動が発生してしまい、取り付け位置精度が低下してしまうという問題があった。このようなぶれや振動を抑制するには、例えば、レールや支持部の剛性を高めることが考えられるが、剛性を高めると質量が大きくなってしまい、作業性が低下してしまう。また、取り付け位置精度を向上させる方法としては、例えば、位置の微調整時に天井部のモーターを作業者の操作に合わせて動かし、支持部が一定の方向に移動するように制御することが考えられるが、複雑なフィードバックシステムを構築する必要がある。

本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、構造の剛性をあげることなく、ぶれや振動を抑制することができる作業支援装置及び部品取り付け方法を提供することを目的とする。

なお、特許文献１には、車両と同期して上方を移動する移動台車と、移動台車に取り付けた吊り下げ装置と、吊り下げ装置により吊り下げ状態でウインドガラスを吸着保持する部品保持具を備え、吊り下げ装置の引き上げ力によりウインドガラスと部品保持具をほぼ無重量状態で吊り下げて、作業者が小さな力でウインドガラスを任意の方向に移動させることができる補助装置が記載されている。

特許文献１によれば、ウインドガラスをほぼ重力を感じない状態で位置調整することができる。しかしながら、特許文献１は、重力の補助のみだけで、本願発明とは具体的な構成が異なっており、組付直前の位置合わせに熟練が必要である。

また、特許文献２には、重量物を支持する第１〜８の可動体とその可動体を動かす各々のアクチュエータとそのアクチュエータの出力を調整するコントローラを備えた補助装置が記載されている。コントローラは、重量物をその重量物が現に行っている運動をさせるに要する力から、（重量物の加速度に比例する力と、速度に比例する力と、位置に比例する力）を合計した合力を減じた力がアクチュエータから出力されるように調整する。且つ、加速度に比例させる係数、速度に比例させる係数、位置に比例させる係数を一連の搬送作業中に切り換える。

特許文献２によれば、大きく動かす場合は軽い反力で動かし、細かな位置決めが必要な所はある程度の反力を持たせることができる。しかしながら、特許文献２は吊り下げ構造であるので、位置精度をだすために構造を強化する必要があり、装置の重力が大きくなってしまう。

本発明の作業支援装置は、作業者が取付対象物に部品を取り付ける部品取り付け作業を支援するものであって、部品を移動可能に支持する移動可能保持機構と、この移動可能保持機構に配設され、床などの押し付け部から離間した状態と、押し付け部に対して押し付けた状態とで変位可能とされ、押し付け部に対して押し付けることにより前記移動可能保持機構を固定するブレーシング部とを備えたものである。

本発明の部品取り付け方法は、本発明の作業支援装置を用い、移動可能保持機構により部品を移動可能に支持して搬送する工程と、ブレーシング部を押し付け部に押し付けることにより移動可能保持機構を固定することで部品を任意位置に保持する工程を有するものである。

本発明の他の部品取り付け方法は、取付対象物に部品を取り付けるものであって、部品を移動可能に支持する移動可能保持機構により部品を取付位置まで搬送する搬送工程と、取付位置において、移動可能保持機構に配設されたブレーシング部を押し付け部に対して押し付けることにより移動可能保持機構を固定する固定工程と、この固定工程の後、ブレーシング部を押し付け部に対して押し付けた状態で部品を取付対象物に取り付ける取付工程とを含むものである。

本発明の作業支援装置によれば、ブレーシング部を備えるようにしたので、移動可能保持機構が取付位置に移動した後、ブレーシング部を押し付け部に対して押し付けることにより、移動可能保持機構を押し付け部に固定することができる。よって、構造の剛性をあげることなく、簡単な構造で、取り付け作業時におけるぶれや振動を抑制することができる。

また、配設部により支持アームに対して保持部を配設し、かつ、作業者の操作力を受けて保持部を支持アームに対して移動可能としたので、移動可能保持機構をブレーシング部により取付位置に固定した後に、取付対象物に対する部品の位置を微調整することができる。よって、取付位置の精度を向上させることができ、部品の取り付け作業を補助するための冶具を不要とすることができる。また、パッシブな方式であるので安全に作業を行うことができる。

更に、保持部の支持アームに対する移動を停止させるブレーキと、このブレーキを作動させるブレーキ制御部とを有し、ブレーキ制御部では、作業者の操作力に応じて、ブレーキが作動してから保持部が移動を停止するまでの制動距離と、ブレーキに作動を指示してからブレーキが作動するまでに保持部が移動する空走距離とを算出し、これら制動距離と空走距離とに基づいて、ブレーキに作動を指示するようにしたので、取付対象物と部品との接触を防止し、部品の停止位置を安定化させることができる。よって、作業者の位置合わせの負担を軽減することができ、気遣い作業が削減されることにより、作業ミスの未然防止効果を高めることができる。従って、作業に習熟していない作業者であっても簡単に作業することができる。

加えて、ブレーキ制御部において、数１に示した運動方程式を用い、ブレーキの作動時と非作動時とで粘性摩擦係数を変えて計算するようにしたので、部品の停止位置精度をより向上させることができる。

本発明の部品取り付け方法によれば、ブレーシング部を押し付け部に対して押し付けて移動可能保持機構を固定した状態で部品を取付対象物に取り付けるようにしたので、取り付け作業時におけるぶれや振動を抑制することができ、構造の剛性をあげることなく、簡単に取り付けることができる。

本発明の一実施の形態に係る作業支援装置の構成を表す図である。 図１に示した作業支援装置の一部を拡大して表す図である。 作業者の操作力に基づいて停止位置を予測する際のモデルを表す図である。 ブレーキに作動を指示するための制御手法を説明する図である。 図１に示した作業支援装置を用いて取付対象物に部品を取り付ける部品取り付け方法の工程を表す流れ図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る作業支援装置１０の構成を表すものである。この作業支援装置１０は、例えば、工場内の生産ラインにおいて、作業者Ｐが生産ライン上を搬送される取付対象物Ｗ１に部品Ｗ２を取り付ける部品取り付け作業を支援するものである。なお、本実施の形態では、取付対象物Ｗ１が車体であり、部品Ｗ２がドアである場合について具体的に説明する。

作業支援装置１０は、例えば、部品Ｗ２を平面移動させるための走行・横行部１１と、この走行・横行部１１に配設され、上から吊り下げられて部品Ｗ２を移動可能に支持する移動可能保持機構１２と、この移動可能保持機構１２に配設され、床などの押し付け部から離間した状態と、押し付け部に対して押し付けた状態とで変位可能とされ、押し付け部に対して押し付けることにより移動可能保持機構１２を固定するブレーシング部１３とを備えている。移動可能保持機構１２の固定は、次の通りである。ブレーシング部１３を押し付け部に押し付けると押し付け部からの反力を受けるが、これにより、ブレーシング部１３を備える移動可能保持機構１２と構造体などの接触面にも他の反力が生じる。例えば移動可能保持機構１２の走行・横行部１１レールとの接触面に反力が生じる。これにより、移動可能保持機構１２は例えば突っ張り棒のような状態となり、固定される。ブレーシング部１３は、移動可能保持機構１２の構造の剛性を上げることなく、移動可能保持機構１２のぶれや振動を抑制するためのものである。ブレーシング部１３は、例えば、上下方向に移動可能に構成されている。なお、押し付け部は、例示すれば、床、机、台座、建物や機械などの構造体など、ブレーシング部１３を押し付け、それにより反力が生じ、移動可能保持機構１２が固定されうる状態になるような箇所であればよい。

走行・横行部１１は、例えば、生産ラインに対して平行に伸長して設置された走行レール１１Ａと、この走行レール１１Ａに対して直交する方向に伸長して設置された横行レール１１Ｂと、走行レール１１Ａ及び横行レール１１Ｂを利用して平面移動するベース１１Ｃとを有している。走行レール１１Ａは、例えば、工場内上部の梁に固定して配設されており、横行レール１１Ｂは、例えば、走行レール１１Ａに沿ってスライド可能に走行レール１１Ａに対して配設されている。ベース１１Ｃは、例えば、横行レール１１Ｂに沿ってスライド可能に横行レール１１Ｂに対して配設されている。これにより、ベース１１Ｃは２自由度を有し、平面移動することができるようになっている。

移動可能保持機構１２は、例えば、部品Ｗ２を保持する保持部１２Ａと、この保持部１２Ａを支持し、上から吊り下げられて移動可能とされた支持アーム１２Ｂと、この支持アーム１２Ｂに対して保持部１２Ａを配設し、かつ、作業者Ｐの操作力を受けて保持部１２Ａを支持アーム１２Ｂに対して移動可能とする配設部１２Ｃと、保持部１２Ａを移動させるために作業者Ｐが持つハンドル１２Ｄとを有していることが好ましい。

保持部１２Ａは、例えば、４軸の自由度を持ち、保持した部品Ｗ２の位置・姿勢を制御することができるようになっている。保持部１２Ａには、例えば、力センサが搭載されており、作業者Ｐの力情報に基づき、保持部１２Ａの制御を行うことで部品Ｗ２の質量を補償し、作業性を高めることができるようになっている。

支持アーム１２Ｂは、例えば、ベース１１Ｃに対して配設されている。支持アーム１２Ｂは、例えば、１自由度、２自由度、又は、３自由度を有しており、保持部１２Ａの位置・姿勢を制御したり、調整したりすることができるようになっている。支持アーム１２Ｂの駆動には、サーボモーター等を用いることが好ましい。

配設部１２Ｃは、移動可能保持機構１２をブレーシング部１３により所定の取付位置に固定した後に、取付対象物Ｗ１に対する部品Ｗ２の位置を微調整することができるようにするためのものである。配設部１２Ｃは、例えば、保持部１２Ａを水平方向に移動可能とするものであり、ＸＹテーブルにより構成されている。ＸＹテーブルは、例えば、Ｘ方向に移動するＸテーブル１２Ｃ１と、Ｘテーブルの移動をガイドするＸガイド１２Ｃ２と、Ｙ方向に移動するＹテーブル１２Ｃ３と、Ｙテーブルの移動をガイドするＹガイド１２Ｃ４とを有している。配設部１２Ｃは、動力を持たないパッシブな方式となっている。

また、移動可能保持機構１２は、例えば、保持部１２Ａの支持アーム１２Ｂに対する移動を停止させるブレーキ（図示せず）と、このブレーキを作動させるブレーキ制御部（図示せず）とを有していることが好ましい。このブレーキ制御部は、例えば、作業者Ｐの操作力に応じて、ブレーキが作動してから保持部１２Ａが移動を停止するまでの制動距離と、ブレーキに作動を指示してからブレーキが作動するまでに保持部１２Ａが移動する空走距離とを算出し、これら制動距離と空走距離とに基づいて、ブレーキに作動を指示するように構成されていることが好ましい。保持部１２Ａの位置を見てからブレーキをかける方式だと作業者Ｐの動かし方により停止位置がばらついてしまうので、作業者Ｐの操作力に基づいて停止位置を予測することにより、停止位置を安定させることができるからである。

具体的には、例えば、図３に示したようなモデルを考え、数１に示した運動方程式を用いて計算する。

数１及び図３において、Ｍは支持アーム１２Ｂに対して移動する部分の総重量、Ｄは粘性摩擦係数、Ｆは作業者Ｐの操作力、ｘは保持部１２Ａの変位である。なお、支持アーム１２Ｂに対して移動する部分の総重量Ｍというのは、例えば、配設部１２Ｃ及び配設部１２Ｃと共に移動する部分、すなわち、配設部１２Ｃと保持部１２Ａと部品Ｗ２とを含む総重量である。粘性摩擦係数Ｄは、ブレーキの作動時と非作動時とで値を変え、ブレーキ非作動時にはブレーキ非作動時の粘性摩擦係数Ｄ_１を用い、ブレーキ作動時にはブレーキ作動時の粘性摩擦係数Ｄ_２を用いる。数１及び図３において、ｔ_{ｓｗｉｔｃｈ}はブレーキの作動開始時間である。保持部１２Ａの変位ｘというのは、部品Ｗ２の変位と同意である。

制御手法としては、例えば、図４に示したように、移動可能保持機構１２を固定し、保持部１２Ａを動かし始める時間をｔ_０、保持部１２Ａの移動を停止させる時間をｔ_ｆ、現在の時間をｔ_ｎとすると、現在の距離ｘ_ｎに、ブレーキに作動を指示してからブレーキが作動するまでの応答時間Ｔの間に保持部１２Ａが移動する空走距離と、ブレーキが作動してから保持部１２Ａが移動を停止するまでの制動時間の間に保持部１２Ａが移動する制動距離とを足した距離ｘ_ｓｔｏｐを推定し、この推定した距離ｘ_ｓｔｏｐが目標位置までの距離ｘ_{ｄｅｓｉｒｅｄ}以上となった時に、ブレーキに作動を指示する。

その際、作業者Ｐの操作力Ｆ及び現在の距離ｘ_ｎを逐次測定し、空走距離及び制動距離を算出する。また、粘性摩擦係数Ｄ（Ｄ_１、Ｄ_２）及び応答時間Ｔは装置固有の値であり、測定して用いる。

図５は、作業支援装置１０を用いて取付対象物Ｗ１に部品Ｗ２を取り付ける部品取り付け方法の工程を表す流れ図である。作業支援装置１０は、例えば、次のようにして用いられる。まず、例えば、生産ライン上を搬送される取付対象物Ｗ１である車体に、作業者Ｐが車内部品を取り付けている間に、移動可能保持機構１２は、部品Ｗ２であるドアを図示しない供給装置から自動的に取り出し、所定の取付位置まで搬送する（ステップＳ１０１；搬送工程）。移動可能保持機構１２が所定の取付位置まで移動すると、ブレーシング部１３を下方に移動させ、押し付け部として機能する床に対して押し付けることにより移動可能保持機構１２を固定する（ステップＳ１０２；固定工程）。ブレーシング部１３は、例えば、プログラムに従って自動的に下方に移動するように設定されているが、作業者Ｐが手動で移動させるようにしてもよい。なお、ブレーシング部１３は、生産ライン上を移動する床に当接され、支持アーム１２Ｂは床及び取付対象物Ｗ１と同期して移動する。

次に、例えば、ブレーシング部１３を床に対して押し付けた状態において、作業者Ｐがハンドル１２Ｄを持ち、保持部１２を移動させて部品Ｗ２の取付対象物Ｗ１に対する位置を微調整する（ステップＳ１０３；微調整工程）。その際、ブレーキ制御部は、例えば、作業者Ｐの操作力に応じて、ブレーキが作動してから保持部１２Ａが移動を停止するまでの制動距離と、ブレーキに作動を指示してからブレーキが作動するまでに保持部１２Ａが移動する空走距離とを算出し、これら制動距離と空走距離とに基づいて、ブレーキに作動を指示する。これにより、保持部１２Ａ，すなわち部品Ｗ２は目標位置に停止し、作業者Ｐは部品Ｗ２を取付対象物Ｗ１に取り付ける（ステップＳ１０４；取付工程）。取り付けが終了すると、ブレーシング部１３が上方に移動して床から離間し、移動可能保持機構１２の固定が解除され、移動可能保持機構１２は部品Ｗ２の取り出し位置に移動する（ステップＳ１０５；復帰工程）。ブレーシング部１３は、例えば、プログラムに従って自動的に上方に移動するように設定されているが、作業者Ｐが手動で移動させるようにしてもよい。

このように本実施の形態の作業支援装置１０によれば、ブレーシング部１３を備えるようにしたので、移動可能保持機構１２が取付位置に移動した後、ブレーシング部１３を押し付け部に対して押し付けることにより、移動可能保持機構１２を押し付け部に固定することができる。よって、構造の剛性をあげることなく、簡単な構造で、取り付け作業時におけるぶれや振動を抑制することができる。

また、配設部１２Ｃにより支持アーム１２Ｂに対して保持部１２Ａを配設し、かつ、作業者Ｐの操作力を受けて保持部１２Ａを支持アーム１２Ｂに対して移動可能としたので、移動可能保持機構１２をブレーシング部１３により取付位置に固定した後に、取付対象物Ｗ１に対する部品Ｗ２の位置を微調整することができる。よって、取付位置の精度を向上させることができ、部品Ｗ２の取り付け作業を補助するための冶具を不要とすることができる。また、パッシブな方式であるので安全に作業を行うことができる。

更に、保持部１２Ａの支持アーム１２Ｂに対する移動を停止させるブレーキと、このブレーキを作動させるブレーキ制御部とを有し、ブレーキ制御部では、作業者Ｐの操作力に応じて、ブレーキが作動してから保持部１２Ａが移動を停止するまでの制動距離と、ブレーキに作動を指示してからブレーキが作動するまでに保持部１２Ａが移動する空走距離とを算出し、これら制動距離と空走距離とに基づいて、ブレーキに作動を指示するようにしたので、取付対象物Ｗ１と部品Ｗ２との接触を防止し、部品Ｗ２の停止位置を安定化させることができる。よって、作業者Ｐの位置合わせの負担を軽減することができ、気遣い作業が削減されることにより、作業ミスの未然防止効果を高めることができる。従って、作業に習熟していない作業者Ｐであっても簡単に作業することができる。

加えて、ブレーキ制御部において、数１に示した運動方程式を用い、ブレーキの作動時と非作動時とで粘性摩擦係数を変えて計算するようにしたので、部品Ｗ２の停止位置の精度をより向上させることができる。

更にまた、本実施の形態の部品取り付け方法によれば、ブレーシング部１３を押し付け部に対して押し付けて移動可能保持機構１２を固定した状態で部品Ｗ２を取付対象物Ｗ１に取り付けるようにしたので、取り付け作業時におけるぶれや振動を抑制することができ、構造の剛性をあげることなく、簡単に取り付けることができる。

以上、実施の形態を挙げて本願発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、取付対象物Ｗ１が車体、部品Ｗ２がドアである場合について説明したが、本発明は、他の部品Ｗ２を取り付ける場合、又は、他の取付対象物Ｗ１に他の部品Ｗ２を取り付ける場合についても適用することができる。

また、上記実施の形態では、生産ライン上を搬送される取付対象物Ｗ１に部品Ｗ２を取り付ける場合について説明したが、生産ライン上を搬送される取付対象物Ｗ１に限らず、取付対象物Ｗ１が移動せず停止している場合についても適用することができる。

更に、上記実施の形態では、走行レール１１Ａを固定して配設し、走行レール１１Ａに対して、横行レール１１Ｂを走行レール１１Ａに沿ってスライド可能に配設し、横行レール１１Ｂに対して、ベース１１Ｃを横行レール１１Ｂに沿ってスライド可能に配設する場合について説明したが、ベース１１Ｃが２自由度を有し平面移動することができれば、他の構成を有していてもよい。例えば、横行レール１１Ｂを走行レール１１Ａの伸長方向及び横行レール１１Ｂの伸長方向にスライド可能とするようにしてもよい。

加えて、上記実施の形態では、移動可能保持機構１２が上から吊り下げられて部品Ｗ２を移動可能に支持する場合について説明したが、部品Ｗ２を移動可能に支持するものであればよく、上から吊り下げられているものに限定されない。例えば、横方向、下方向、斜め方向から部品Ｗ２を支持する場合についても適用することができる。

更にまた、上記実施の形態では、車の生産工程に用いる場合について説明したが、車のみならず、他の機器、例えばロボットや機器の製造組立工程に用いることができる。また、本願発明は、上記作業支援装置１０を用いた車やロボットなどの機器製造の生産ライン、又は、上記部品取り付け方法を用いた自動車やロボットなどの機器製造の生産ラインについて広く適用することができる。

加えて、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、全ての構成要素を備えていなくてもよく、また、他の構成要素を備えていてもよい。

１０…作業支援装置、１１…走行・横行部、１１Ａ…走行レール、１１Ｂ…横行レール、１１Ｃ…ベース、１２…移動可能保持機構、１２Ａ…保持部、１２Ｂ…支持アーム、１２Ｃ…配設部、１２Ｄ…ハンドル、１３…ブレーシング部、Ｗ１…取付対象物、Ｗ２…部品、Ｐ…作業者

Claims (8)

1. 作業者が取付対象物に部品を取り付ける部品取り付け作業を支援する作業支援装置であって、
   上から吊り下げられて前記部品を移動可能に支持する移動可能保持機構と、
   この前記移動可能保持機構に配設され、押し付け部である床から離間した状態と、前記押し付け部である床に対して押し付けた状態とで変位可能とされ、下方に移動して、前記押し付け部に対して押し付けることにより前記移動可能保持機構を固定するブレーシング部と
   を備えたことを特徴とする作業支援装置。
2. 前記移動可能保持機構は、
   前記部品を保持する保持部と、
   この前記保持部を支持し、上から吊り下げられて移動可能とされた支持アームと、
   この前記支持アームに対して前記保持部を配設し、かつ、作業者の操作力を受けて前記保持部を前記支持アームに対して移動可能とする配設部と
   を有することを特徴とする請求項１記載の作業支援装置。
3. 前記移動可能保持機構は、
   前記保持部の前記支持アームに対する移動を停止させるブレーキと、
   この前記ブレーキを作動させるブレーキ制御部とを有し、
   この前記ブレーキ制御部は、作業者の操作力に応じて、前記ブレーキが作動してから前記保持部が移動を停止するまでの制動距離と、前記ブレーキに作動を指示してから前記ブレーキが作動するまでに前記保持部が移動する空走距離とを算出し、これら制動距離と空走距離とに基づいて、前記ブレーキに作動を指示する
   ことを特徴とする請求項２記載の作業支援装置。
4. 前記ブレーキ制御部は、数１に示した運動方程式を用い、前記ブレーキの作動時と非作動時とで粘性摩擦係数を変えて計算することを特徴とする請求項３記載の作業支援装置。
   

   

   （上記式において、Ｍは前記支持アームに対して移動する部分の総重量、Ｄは粘性摩擦係数、Ｆは作業者の操作力、ｘは前記保持部の変位である。）
5. 請求項１から請求項４のいずれか１に記載の作業支援装置を用い、前記移動可能保持機構により部品を移動可能に支持して搬送する工程と、前記ブレーシング部を下方に移動させて前記押し付け部である床に押し付けることにより前記移動可能保持機構を固定することで前記部品を任意位置に保持する工程を有することを特徴とする部品取り付け方法。
6. 請求項２から請求項４のいずれか１に記載の作業支援装置を用いた請求項５記載の部品取り付け方法において、前記部品を任意位置に保持する工程において作業者の操作力にて前記部品の保持された位置を微調整する工程を有することを特徴とする請求項５記載の部品取り付け方法。
7. 取付対象物に部品を取り付ける部品取り付け方法であって、
   上から吊り下げられて前記部品を移動可能に支持する移動可能保持機構により前記部品を取付位置まで搬送する搬送工程と、
   取付位置において、前記移動可能保持機構に配設されたブレーシング部を下方に移動させて押し付け部である床に対して押し付けることにより前記移動可能保持機構を固定する固定工程と、
   この固定工程の後、前記ブレーシング部を前記押し付け部である床に対して押し付けた状態で前記部品を前記取付対象物に取り付ける取付工程と
   を含むことを特徴とする部品取り付け方法。
8. 前記移動可能保持機構として、前記部品を保持する保持部と、この前記保持部を支持し、上から吊り下げられて移動可能とされた支持アームと、この前記支持アームに対して前記保持部を配設し、かつ、作業者の操作力を受けて前記保持部を前記支持アームに対して移動可能とする配設部とを有するものを用い、
   前記固定工程の後、前記取付工程の前に、作業者が前記保持部を移動させて、前記部品の前記取付対象物に対する位置を微調整する微調整工程を含む
   ことを特徴とする請求項７記載の部品取り付け方法。

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