DE112009002648B4

DE112009002648B4 - Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast und Unterstützungssystem zum Ausgleichen der Arbeitslast

Info

Publication number: DE112009002648B4
Application number: DE112009002648.6T
Authority: DE
Inventors: Shuichi Wakita
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: US20110208558A1; DE112009002648T5; WO2010052899A1

Abstract

Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast unter Verwendung eines Informationsverarbeitungssystems an einem Arbeitsplatz, wo mehrere Arbeiter gemeinsam Arbeit verrichten, das die folgenden Schritte aufweist: numerisches Darstellen der Arbeitslast jedes Arbeiters gemäß Informationen, die mit der Arbeitslast des Arbeiters korreliert sind; Bestimmen eines vorgegebenen Normwerts für die Arbeitslast; Berechnen einer Arbeitslastabweichung jedes Arbeiters von dem Normwert für die Arbeitslast, der in dem Schritt der Bestimmung eines vorgeschriebenen Normwerts für die Arbeitslast bestimmt wird; gekennzeichnet durch Zuweisen einer Arbeitsunterstützungsvorrichtung an jeden Arbeiter abhängig von der Arbeitslastabweichung, die in dem Schritt der Bestimmung einer Arbeitslastabweichung berechnet wurde, wobei die Arbeitsunterstützungsvorrichtung aufweist: eine Gehunterstützungsvorrichtung, die aufgebaut ist, um von dem Arbeiter getragen zu werden, um das Schrittverhältnis des Arbeiters mit einem Zielschrittverhältnis zu induzieren, und das Verfahren ferner den Schritt des Festlegens eines Schrittverhältnisses, welches den Energieverbrauch des Arbeiters bei einer aktuellen Gehgeschwindigkeit minimiert, als das Zielschrittverhältnis aufweist, indem auf Eigenschaftsdaten Bezug genommen wird, die eine Korrelation zwischen der Gehgeschwindigkeit und dem Energieverbrauch des Arbeiters definieren.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast und ein Unterstützungssystem zum Ausgleichen der Arbeitslast, und insbesondere ein Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast und ein Unterstützungssystem zum Ausgleichen der Arbeitslast, die geeignet sind, die Arbeitslast zwischen mehreren Arbeitern, die in einer Fabrik oder einer anderen Arbeitsumgebung arbeiten, auszugleichen.
Hintergrund der Erfindung
Zum Zwecke der Verbesserung der Produktivität in einer Montagelinie einer Fertigungsanlage wurde vorgeschlagen, jede Zone der Montageanlage basierend auf den Arbeitsstunden, die für die bestimmte Zone erforderlich sind, zu konzipieren und mit Hilfe eines Verarbeitungssystems, wie etwa eines Computers eine Unterstützung zum Zuweisen unterschiedlicher Arbeitsschritte an verschiedene Arbeitsstationen bereitzustellen (siehe JP 2002-79964A und JP 2003-15723 ).
Eine Unterstützungstechnologie für die Arbeitsplanung, die erlaubt, dass die Arbeitslast jedes einzelnen Arbeiters angepasst wird, so dass sie gleichbleibend oder gleichmäßig ist, wurde zum Beispiel in JP 7-43261A vorgeschlagen, indem die maximale Muskelbelastung jedes Arbeiters beim Durchführen jeder bestimmten Art von Arbeit für eine gewisse Zeitspanne in einer Montagelinie einer Anlage gemessen wurde und ein Index (Arbeitslastbewertungsindex) berechnet wurde, der erlaubt, dass die von dem bestimmten Arbeiter getragene Arbeitslast objektiv bewertet wird.
Aus der US 2007/0282566 A1 ist es bekannt, dass unterschiedliche Arbeitslasten, die durch Arbeiter getragen werden müssen, ausgeglichen werden. Das hierzu vorgeschlagene System bildet Arbeitslastenwerte für die einzelnen Arbeiter. Unter Zuhilfenahme eines statistischen Prozesses wird dann ein Ausgleich zwischen den einzelnen Arbeitslasten erreicht, indem die Vorgaben korrigiert werden, was die Arbeitslast des einzelnen Arbeiters betrifft. Ferner ist aus der US 2008/0234608 A1 bekannt, ein Kalibrierungsteil vorzusehen, um den Kalibrierungsprozess zu vereinfachen. Unterschiedliche Erfassungssignale, die durch das Messen von elektrischen Potenzialen durch die Haut des Trägers entstehen, werden somit automatisch ausgeglichen. Dabei bezieht sich die Druckschrift lediglich auf ein einzelnes Bewegungsunterstützungsgerät ohne Bezugnahme auf unterschiedliche Träger oder Angleich von Arbeitslasten. Schließlich ist aus der DE 198 49 673 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei dem Biomechanische Belastungsgrößen zu klassifizierten Körperhaltungen erfasst werden können. Die dort beschriebene Erfindung erlaubt es daher eine Beurteilung der Belastung des Skeletts vorzunehmen, die durch die am Arbeitsplatz erforderlichen Bewegungsabläufe verursacht werden.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe, die von der Erfindung gelöst werden soll
In einer Arbeitsumgebung, wie etwa einer Montagelinie, in der mehrere Arbeiter eine gewisse Arbeitsabfolge durchführen, unterscheidet sich die physikalische Arbeitslast jedes Arbeiters aufgrund der Abweichungen in den Inhalten der Arbeit und den Fähigkeiten jedes Arbeiters zwangsläufig von der des anderen Arbeiters. Wenn es daher irgendeinen Arbeiter in der gegebenen Montagelinie gibt, der einer schwereren Arbeitslast ausgesetzt ist als andere, kann dies einen Flaschenhals erzeugen, der die Taktzeit (Durchlaufzeit) erhöht und die Herstellungseffizienz der gesamten Montagelinie senkt.
Frühere Vorschläge waren auf die Technologie des Konzipierens der Montagelinie und des Verbesserns der Produktivität ausgerichtet, stellten aber keine Lösung für das Problem der Verringerung der Herstellungseffizienz einer Montagelinie aufgrund des Vorhandenseins eines Flaschenhalses bereit, der von einem Arbeiter verursacht wird, der einer besonders schweren Arbeitslast ausgesetzt ist.
Angesichts derartiger Probleme des Stands der Technik ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die Situation, in der die Herstellungseffizienz einer Montagelinie aufgrund des Vorhandenseins eines Flaschenhalses, der von einem Arbeiter verursacht wird, der einer besonders schweren Arbeitslast ausgesetzt ist, verringert wird, grundsätzlich zu korrigieren und die Herstellungseffizienz einer Arbeitsumgebung, in der mehrere Arbeiter Arbeiten verrichten, zu verbessern, indem bei Auswahl einer Gehunterstützungsvorrichtung als Arbeitsunterstützungsvorrichtung der Energieverbrauch für eine gegebene Gehgeschwindigkeit minimiert wird.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Ausgleichen einer Arbeitslast unter Verwendung eines Informationsverarbeitungssystems an einem Arbeitsplatz bereit, wo mehrere Arbeiter gemeinsam Arbeit verrichten, das die folgenden Schritte aufweist: numerisches Darstellen der Arbeitslast jedes Arbeiters gemäß Informationen, die mit der Arbeitslast des Arbeiters korreliert sind; Bestimmen eines vorgeschriebenen Normwerts für die Arbeitslast; Berechnen einer Arbeitslastabweichung jedes Arbeiters von dem Normwert für die Arbeitslast, der in dem Schritt der Bestimmung eines vorgegebenen Normwerts für die Arbeitslast bestimmt wird; und Zuweisen einer Arbeitsunterstützungsvorrichtung an jeden Arbeiter abhängig von der Arbeitslastabweichung, die in dem Schritt der Bestimmung einer Arbeitslastabweichung berechnet wurde. Zum Ausgleichen der Arbeitslast der vorliegenden Erfindung weist die Arbeitsunterstützungsvorrichtung eine Gehunterstützungsvorrichtung auf, die aufgebaut ist, um von dem Arbeiter getragen zu werden, um das Schrittverhältnis des Arbeiters mit einem Zielschrittverhältnis zu induzieren, und das Verfahren weist ferner den Schritt des Festlegens eines Schrittverhältnisses, welches den Energieverbrauch des Arbeiters bei einer aktuellen Gehgeschwindigkeit minimiert, als das Zielschrittverhältnis auf, indem auf Eigenschaftsdaten Bezug genommen wird, die eine Korrelation zwischen der Gehgeschwindigkeit und dem Energieverbrauch des Arbeiters definieren.
In dem Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Schritt des Zuweisens einer Arbeitsunterstützungsvorrichtung vorzugsweise das Zuweisen einer Arbeitsunterstützungsvorrichtung an einen Arbeiter auf, dessen Arbeitslast erheblich höher als der Normwert für die Arbeitslast ist, und das Verfahren weist ferner den Schritt des Festlegens eines Umfangs der Arbeitsunterstützung, die von der Arbeitsunterstützungsvorrichtung bereitgestellt wird, auf ein Niveau, das die Arbeitslastabweichung nahe null bringt, auf.
In dem Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast der vorliegenden Erfindung umfassen die mit der Arbeitslast des Arbeiters korrelierten Informationen wenigstens einen physiologischen Wert des Arbeiters, der von einem von dem Arbeiter getragenen physiologischen Sensor gemessen wird, einen Umfang der Arbeitsunterstützung, die von der von dem Arbeiter getragenen Arbeitsunterstützungsvorrichtung bereitgestellt wird, oder einen Gelenkmomentwert, der aus der von einem von dem Arbeiter getragenen Bodenreaktionskraftsensor gemessenen Bodenreaktionskraft geschätzt wird.
In dem Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren vorzugsweise ferner den Schritt des Erfassens von Informationen über die Arbeitslast und die Position jedes Arbeiters aus der Arbeitsunterstützungsvorrichtung und des visuellen Anzeigens einer Verteilung der Arbeitslast zwischen den Arbeitern des Arbeitsplatzes auf einem Bildschirm gemäß den erfassten Informationen über die Arbeitslast und die Position jedes Arbeiters auf.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Unterstützungssystem zum Ausgleichen der Arbeitslast an einem Arbeitsplatz auf, an dem mehrere Arbeiter gemeinsam Arbeit verrichten, das aufweist: eine numerische Arbeiterlast-Verarbeitungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um die Arbeitslast jedes Arbeiters gemäß Informationen, die mit der Arbeitslast des Arbeiters korreliert sind, numerisch darzustellen; eine Normwertbestimmungseinheit für die Arbeitslast, die konfiguriert ist, um einen vorgeschriebenen Normwert für die Arbeitslast zu bestimmen; eine Arbeitslastabweichungsberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um für jeden Arbeiter eine Arbeitslastabweichung von dem Normwert für die Arbeitslast zu berechnen; und eine Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Zuweisungseinheit, die konfiguriert ist, um an jeden Arbeiter abhängig von der Arbeitslastabweichung, die von der Arbeitslastabweichungsberechnungseinheit berechnet wird, eine Arbeitsunterstützungsvorrichtung zuzuweisen. Zum Ausgleichen der Arbeitslast der vorliegenden Erfindung weist die Arbeitsunterstützungsvorrichtung eine Gehunterstützungsvorrichtung auf, die aufgebaut ist, um von dem Arbeiter getragen zu werden, um dem Arbeiter ein Schrittverhältnis mit einem Zielschrittverhältnis zu induzieren, und das Unterstützungssystem weist ferner eine Zielschrittverhältnis-Festlegungseinheit auf, die konfiguriert ist, um ein Schrittverhältnis, das den Energieverbrauch des Arbeiters bei einer aktuellen Gehgeschwindigkeit minimiert, als das Zielschrittverhältnis festzulegen, indem auf Eigenschaftsdaten Bezug genommen wird, die eine Korrelation zwischen der Gehgeschwindigkeit und dem Energieverbrauch des Arbeiters definieren.
In dem Unterstützungssystem zum Ausgleichen der Arbeitslast der vorliegenden Erfindung ist die Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Zuweisungseinheit konfiguriert, um an einen Arbeiter, dessen Arbeitslast erheblich höher als der Normwert für die Arbeitslast ist, eine Arbeitsunterstützungsvorrichtung zuzuweisen, und das Unterstützungssystem weist ferner eine Bestimmungseinheit für den Umfang der Arbeitsunterstützung auf, die den Umfang der Arbeitsunterstützung, der von der Arbeitsunterstützungsvorrichtung bereitgestellt wird, derart festlegt, dass die Arbeitslastabweichung nahe null ist.
Ergebnis der Erfindung
Gemäß dem Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast und dem Unterstützungssystem zum Ausgleichen der Arbeitslast wird die Arbeitslast jedes Arbeiters durch einen Arbeitslastwert dargestellt oder quantisiert, so dass jedem Arbeiter abhängig von der Arbeitslast des Arbeiters im Verhältnis zu dem Normwert für die Arbeitslast eine Arbeitsunterstützungsvorrichtung zugewiesen werden kann.
Dadurch wird dem Arbeiter, der eine hohe Arbeitslast trägt und der einen Flaschenhals verursacht, eine Arbeitsunterstützungsvorrichtung zugewiesen, so dass die Arbeitslast des Arbeiters unter einer schweren Arbeitslast um etwas von der Arbeitslast entlastet wird, und die Arbeitslast kann zwischen der Gesamtheit der Arbeiter gleichbleibend oder gleichmäßig gemacht werden. Als ein Ergebnis kann die Herstellungseffizienz an dem Arbeitsplatz, an dem mehrere Arbeiter gemeinsam Arbeit verrichten, verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der Gehunterstützungsvorrichtung, die für das Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
2 ist eine Explosionsansicht der Gehunterstützungsvorrichtung, die für das Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
3 ist eine vereinfachte Perspektivansicht einer Ausführungsform der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung, die für das Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
4 ist eine vereinfachte Seitenansicht der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung, die für das Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
5 ist eine vereinfachte Vorderansicht der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung, die für das Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
6 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Unterstützungssystems zum Ausgleichen der Arbeitslast gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Diagramm, das das Konzept des inversen Dynamikmodells darstellt;
8 ist ein Diagramm, das die Gelenkreaktionskräfte und Gelenkdrehmomente, die auf ein i-tes Bindeglied wirken, zeigt;
9 ist ein Diagramm, das die geometrische Beziehung zwischen der Gehunterstützungsvorrichtung und dem Arbeiter, der die Vorrichtung trägt, zeigt;
10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Gelenkbeugewinkel der Vorrichtung und dem Gelenkbeugewinkel des Arbeiters zeigt;
11(a) bis 11(c) zeigen die Arbeitslastwerte und den Umfang der Unterstützung verschiedener Arbeiter in Relation zu einem Normwert für die Arbeitslast;
12 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerfluss der Ausführungsform des Unterstützungssystems zum Ausgleichen der Arbeitslast zeigt;
13 ist ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform des Unterstützungssystems zum Ausgleichen der Arbeitslast;
14 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Schrittverhältnis und dem Energieverbrauch zeigt;
15 ist ein Flussdiagramm, das den Steuerfluss der anderen Ausführungsform des Unterstützungssystems für das Ausgleichen der Arbeitslast zeigt;
16 ist ein Diagramm, das eine Fahrzeugmontagelinie zeigt, auf welche die Ausführungsform des Verfahrens zum Ausgleichen der Arbeitslast angewendet wird;
17 ist ein Diagramm, das die Zuweisung von Arbeitsunterstützungsvorrichtungen in der Fahrzeugmontagelinie zeigt, auf welche die Ausführungsform zum Ausgleichen der Arbeitslast angewendet wird;
18 ist ein Diagramm, das die Verteilung der Arbeiter und der Arbeitsbedingungen in der Fahrzeugmontagelinie zeigt, auf welche die Ausführungsform des Verfahrens zum Ausgleichen der Arbeitslast angewendet wird;
19 ist eine Tabelle, die den mittleren Energieverbrauch, die mittlere Gehgeschwindigkeit, das mittlere Schrittverhältnis, die Arbeiter-IDs, die mittlere Bandgeschwindigkeit und die Gesamtarbeitslast in der Fahrzeugmontageanlage, auf welche die Ausführungsform des Verfahrens zum Ausgleichen der Arbeitslast angewendet wird, zeigt;
20 ist ein Diagramm, das das Ausgleichen der Arbeitslast zwischen verschiedenen Fahrzeugmodellen und zwischen verschiedenen Arbeitsschritten in der Fahrzeugmontageanlage, auf welche die Ausführungsform des Verfahrens zum Ausgleichen der Arbeitslast angewendet wird, schematisch darstellt;
21 ist ein Diagramm, das das Ausgleichen der Arbeitslast zwischen den Arbeitern in der gesamten Montageanlage in der Fahrzeugmontageanlage, auf welche die Ausführungsform des Verfahrens zum Ausgleichen der Arbeitslast angewendet wird, schematisch darstellt; und
22 ist ein Diagramm, das die Arbeitslastbedingungen einer Anlage zeigt, auf welche die Ausführungsform des Verfahrens zum Ausgleichen der Arbeitslast angewendet wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zum Ausgleichen der Arbeitslast und der Unterstützungsvorrichtung zum Ausgleichen der Arbeitslast, die die vorliegende Erfindung ausführt, werden im Folgenden unter Bezug auf 1 bis 8 beschrieben.
In der dargestellten Ausführungsform werden eine Gehunterstützungsvorrichtung 10 zur Bereitstellung einer Gehunterstützung, die in 1 und 2 dargestellt ist, und eine Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 zur Bereitstellung einer Ladearbeitsunterstützung, die in 3 bis 6 dargestellt ist, als die Arbeitsunterstützungsvorrichtungen hergestellt, die jeder Arbeiter auswählen und verwenden darf.
Zuallererst wird im Folgenden die Gehunterstützungsvorrichtung 10 unter Bezug auf 1 und 2 beschrieben. Bezug nehmend auf 1 weist die Gehunterstützungsvorrichtung 10 auf: ein Beckenhalteelement 20, das aufgebaut ist, um auf einem Beckenteil des Arbeiters getragen zu werden, ein Paar von Elektromotoren 50L und 50R, die auf Teilen des Beckenhalteelements 60L, 60R montiert sind, die den Hüftgelenken des Arbeiters entsprechen, ein Paar von Kraftübertragungsarmen 60L, 60R, von denen jeder ein oberes Ende hat, das mit einem Ausgangselement (Ausgangswelle) 50L, 51R des entsprechenden Elektromotors 50L, 50R verbunden ist, und ein Paar von Oberschenkelhalteelementen 70L und 70R, die jeweils an dem unteren Ende des entsprechenden Kraftübertragungsarms 60L, 60R angebracht sind und die von einem entsprechenden Oberschenkelteil des Arbeiters getragen werden.
Bezug nehmend auf 2 weist das Beckenhalteelement 20 einen Rückenrahmen 21, ein Rückenposter 22, ein Paar Bauchgurte 24L und 24R, ein Paar Hilfsgurte 26L und 26R und ein Paar Seitengurte 27L und 27R auf.
Der Rückenrahmen 21 besteht aus einem steifen Element, das zum Beispiel aus metallischem Material gefertigt ist und den Beckenrückenteil des Arbeiters in einer beabstandeten Beziehung umgibt. Der Rückenrahmen 21 hat eine Steuereinheit 90 zur Steuerung der Tätigkeit der Elektromotoren 50L und 50R, eine Stromquelleneinheit 91 und eine drahtlose Kommunikationseinheit 92 eingebaut. Die drahtlose Kommunikationseinheit 92 führt gemäß einem vorgeschriebenen drahtlosen Kommunikationsprotokoll eine bidirektionale Datenkommunikation mit einer bodenmontierten Verarbeitungseinheit 200 zur Unterstützung der Arbeitslastverringerung (Unterstützungseinheit zum Ausgleichen der Arbeitslast) durch, die hier später beschrieben wird.
Das Rückenpolster 22 ist aus Weichkunststoffmaterial gefertigt und ist mit Schrauben 28 fest an einem seitlich mittleren Teil des Rückenrahmens 21 befestigt. Die seitlichen Enden oder freien Enden des Rückenpolsters 22 erstrecken sich jeweils zu einem Punkt vor dem entsprechenden vorderen Ende des Rückenrahmens 21.
An jeder seitlichen Seite des Rückenrahmens 21 ist eine aus einem elastischen Material gefertigte elastische Platte 19L, 19R, wie etwa ein Federblech, eine Kunststoffplatte und so weiter, fest angebracht. Jede elastische Platte 19L, 19R ist zwischen dem entsprechenden Seitenteil des Rückenpolsters 22 und dem entsprechenden Seitenteil des Rückerahmens 21 angeordnet, um das entsprechende freie Ende des Rückenpolsters 22 in Bezug auf den Rückenrahmen 21 vorwärts zu drücken.
Jeder Bauchgurt 24L, 24R ist aus flexiblem Material, wie etwa Gewebe, Leder, PVC und so weiter, gefertigt und hat ein Ende fest mit dem entsprechenden Seitenende des Rückenpolsters 22 verbunden und ein anderes Ende über eine Schnappverschluss-Gurtschnalle 23 lösbar mit dem anderen Bauchgurt verbunden.
Jeder Hilfsgurt 26L, 26R ist aus flexiblem Material, wie etwa Gewebe, Leder, PVC und so weiter, gefertigt und hat ein Ende fest mit einem seitlichen Mittelteil der Rückseite des Rückenpolsters 22 verbunden und ein anderes Ende über einen Stift 25 schwenkbar mit einem Mittelteil des entsprechenden Bauchgurts 24L, 24R verbunden. Jeder Hilfsgurt 26L, 26R ist mit einer einstellbaren Schnalle 29A ausgestattet, so dass die Länge des Hilfsgurts 26L, 26R eingestellt werden kann.
Jeder Seitengurt 27L, 27R ist ebenfalls aus flexiblem Material, wie etwa Gewebe, Leder, PVC und so weiter, gefertigt, und hat ein Ende fest mit einem Punkt des entsprechenden Bauchgurts 24L, 24R zwischen dem Stift 25 und dem Verbindungspunkt mit dem Rückenpolster 22 verbunden und ein anderes Ende fest mit dem entsprechenden seitlichen Ende des Rückenrahmens 21 verbunden. Das andere Ende jedes Seitengurts 27L, 27R ist in einer derartigen Weise mit dem Rückenrahmen 21 verbunden, dass das freie Ende 27B des Seitengurts 27L, 27R durch einen Schlitz 21A geführt wird, der in dem Rückenrahmen 21 ausgebildet ist, und über einen Oberflächenverschluss 27A lösbar an dem Basisende des Seitengurts 27L, 27R angebracht wird. Daher kann die Länge jedes Seitengurts 27L, 27R eingestellt werden, indem die Befestigungsposition des freien Endes 27B des Seitengurts 27L, 27R an dem Oberflächenverschluss 27A geändert wird.
Wie in 1 gezeigt, ist jeder Kraftübertragungsarm 60L, 60R geeignet, die Ausgabe des entsprechenden Elektromotors 50L, 50R auf die entsprechenden Oberschenkelhaltelemente 70L, 70R zu übertragen. Das untere Ende jedes Kraftübertragungsarms 60L, 60R ist in der Form eines umgekehrten Buchstabens V gegabelt und ist mit einer Federeigenschaft versehen. Die gegabelten Enden des Kraftübertragungsarms 60L, 60R liegen dem Oberschenkelteil des Arbeiters jeweils von vorn und hinten gegenüber und sind jeweils mit dem entsprechenden Oberschenkelunterstützungselement 70L, 70R ausgestattet, das mit einem Polster ausgestattet ist.
Jedes Oberschenkelhalteelement 70L, 70R ist unter Verwendung von Schrauben abnehmbar an dem entsprechenden gegabelten unteren Ende des Kraftübertragungsarms 60L, 60R angebracht, so dass das Oberschenkelhalteelement 70L, 70R vertikal eingestellt werden kann.
An jedem seitlichen Ende des Rückenrahmens 21 ist ein Scharnierstifthalteelement 30L, 30R befestigt. Jedes Scharnierstifthalteelement 30L, 30R ist mit einem Paar horizontaler Arme versehen, zwischen denen ein Scharnierstift 35L, 35R gehalten wird. Jeder Scharnierstift 35L, 35R hat eine mittlere Axiallinie, die sich in der Vorn- und Hintenrichtung oder in der Saggitalrichtung des Arbeiters erstreckt.
Jeder Scharnierstift 35L, 35R hält ein entsprechendes Scharnierverbindungselement 36L, 36R, so dass es um die mittlere Axiallinie des Scharnierstifts 35L, 35R drehbar ist. Mit jedem Scharnierverbindungselement 36L, 36R ist eine Montagezunge 52L, 52R, die integral in dem oberen Ende des entsprechenden Elektromotors 50L, 50R bereitgestellt ist, fest verbunden.
Jeder Elektronmotor 50L, 50R empfängt die Versorgung mit elektrischem Strom von der Stromquelleneinheit 91, und die Steuereinheit 90 steuert das Ausgangsdrehmoment und die Winkelausgabe jedes Elektromotors 50L, 50R einzeln, so dass die zwei Kraftübertragungsarme 60L, 60R in eine Schwingbewegung betätigt werden, die mit der Gehbewegung des Arbeiters übereinstimmt.
Folglich stellen die Ausgangdrehmomente der zwei Elektromotoren 50L und 50R über die Oberschenkelhalteelemente 70L und 70R eine geeignet zeitlich angepasste Gehunterstützungskraft an die Oberschenkelteils des Arbeiters bereit, und die Gehbewegung des Arbeiters wird in einem Muster unterstützt, das von dem Ausgangsdrehmoment und der Winkelausgabe jedes Elektromotors 50L, 50R bestimmt wird.
Die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 wird im Folgenden unter Bezug auf 3 bis 5 beschrieben. Wie in 3 gezeigt, weist die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 auf: einen Sattel 112 für den Benutzer, um darauf zu sitzen; ein Paar Oberschenkelverbindungselemente 114L und 114R, ein Paar Unterschenkelverbindungselemente 116L und 116R und Schuhe 118L und 118R, die aufgebaut sind, um von den Füßen des Benutzers getragen zu werden.
Wie in 4 und 5 gezeigt, ist ein unterer Mittelteil des Sattels 112 mit einem Scharnierstift 120 versehen, der sich in der Vor- und Hintenrichtung erstreckt. An dem Scharnierstift 120 ist ein Paar bogenförmiger Führungsstangen 124L und 124R schwenkbar montiert, die sich in der Vorn- und Hintenrichtung erstrecken, so dass sie fähig sind, seitlich um den Scharnierstift 120 zu schwingen (Beinöffnungsbewegung). Jede bogenförmige Führungsstange 124L, 124R hält ein Gleitstück 126L, 126R über Führungsrollen 128L, 128R verschiebbar. An jedem Gleitstück 126L, 126R ist eine Basisplatte 130L, 130R angebracht, die sich über den Punkt, an dem die Basisplatte 130L, 130R an dem Gleitstück 126L, 126R angebracht ist, hinaus nach hinten erstreckt. Mit der Basisplatte 130L, 130R ist das obere Ende des entsprechenden Oberschenkelverbindungselements 114L, 114R fest verbunden.
Der Scharnierstift 120, die bogenförmigen Führungsstangen 124L und 124R, die Gleitstücke 126L und 126R und die Basisplatten 130L und 130R sind derart angeordnet, dass sie rechten und linken Hüftgelenken des Benutzers entsprechen, und diese Komponenten sind derart kombiniert, dass ein Paar erster Gelenkmechanismen L1 und R1, die aufgebaut sind, um die Bewegung der Hüftgelenke des Benutzers zu simulieren, ausgebildet werden.
Jedes Oberschenkelverbindungselement 114L, 114R erstreckt sich von einem hinteren Teil der entsprechenden Basisplatte 130L, 130R schräg nach vorn. Das freie Ende (untere Ende) jedes Oberschenkelverbindungselements 114L, 114R ist über einen im Wesentlichen horizontalen Kniedrehstift 132L, 132R für eine Vor- und Rückschwingbewegung schwenkbar mit dem oberen Ende des entsprechenden Unterschenkelverbindungselements 116L, 116R verbunden. Das untere Ende jedes Unterschenkelverbindungselements 116L, 116R ist über einen im Wesentlichen horizontalen Fußgelenkdrehstift für eine Vor- und Zurückschwingbewegung schwenkbar mit dem entsprechenden Schuh 118L, 118R verbunden.
Jeder Kniedrehstift 132L, 132R ist derart angeordnet, dass er dem entsprechenden Kniegelenk entspricht, und bildet einen zweiten Gelenkmechanismus L1, L2, der die Bewegung des Kniegelenks des Benutzers emuliert. Jeder Fußgelenkdrehstift 134L, 134R ist derart angeordnet, dass er dem entsprechenden Kniegelenk entspricht, und bildet einen zweiten Gelenkmechanismus L2, R2, der die Bewegung des Kniegelenks des Benutzers emuliert.
Jede Basisplatte 130L, 130R ist mit einem Elektromotor 136L, 136R mit einer Ausgangswelle 138L, 138R versehen, die mit einer Ausgangsriemenscheibe 40L, 40R ausgestattet ist, um Hilfsleistung zu liefern.
Jeder Kniedrehstift 132L, 132E ist mit einer angetriebenen Riemenscheibe 142L, 142R ausgestattet, und ein Endlosriemen 144L, 144R ist um die Ausgangsriemenscheibe 40L, 40R geführt und wird von der Riemenscheibe 142L, 142R angetrieben. Mit Hilfe dieses Kraftübertragungsmechanismus wird die Drehkraft jedes Elektromotors 136L, 136R einzeln auf den Kniedrehstift 132L, 132R, der den zweiten Gelenkmechanismus L2, R2 bildet, übertragen. Mit anderen Worten wird die Leistung, die von jedem Elektromotor 136L, 136R erzeugt wird, einzeln als Unterstützungskraft auf das entsprechende Knie (Kniegelenk) übertragen.
Der Sattel 112 hat eine (in den Zeichnungen nicht gezeigte) Batteriestromquelle zum Liefern elektrischer Leistung an die Elektromotoren 136L und 136R, eine Steuereinheit 150 zum Steuern des Betriebs der Elektromotoren 136L und 136R und eine drahtlose Kommunikationseinheit 152 eingebaut. Die drahtlose Kommunikationseinheit 152 führt gemäß einem vorgeschriebenen drahtlosen Kommunikationsprotokoll eine bidirektionale Datenkommunikation mit der bodenmontierten Verarbeitungseinheit 200 zur Unterstützung der Arbeitslastverringerung (Unterstützungseinheit zum Ausgleichen der Arbeitslast) durch, die hier später beschrieben wird.
Das System umfasst verschiedene Sensoren, die in verschiedenen Teilen der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 bereitgestellt sind, um physikalische Daten zu erfassen, wie etwa Drehgeber 154L und 154R zum Erfassen der Drehwinkel der jeweiligen Elektromotoren 136L und 136R, MP-(metatarsophalangeale)Sensoren 156L und 156R zum Messen der Bodenreaktionskräfte jeweils der linken und rechten Beine, Fersensensoren 158L und 158R und Haltekraftsensoren 160L und 160R zum Messen der Haltekräfte jeweils der linken und rechten Beine.
Jeder MP-Sensor 156L, 156R besteht aus einem Mehrachsenkraftsensor (wenigstens zwei Achsen, vertikal und horizontal) und ist an einer Position, die dem metatarsophalangealen (MP) Gelenk des Benutzers entspricht, der den Schuh 118L, 118R, trägt, in dem entsprechenden Schuh 118L, 118R angeordnet, um die Bodenreaktionskraft zu messen.
Jeder Fersensensor 158L, 158R besteht aus einem Mehrachsenkraftsensor (wenigstens zwei Achsen, vertikal und horizontal) und ist an einer Position, die der Fese des Benutzers entspricht, der den Schuh 118L, 118R trägt, in dem entsprechenden Schuh 118L, 118R angeordnet, um die Bodenreaktionskraft zu messen.
Jeder Haltekraftsensor 160L, 160R besteht aus einem Mehrachsenkraftsensor (wenigstens zwei Achsen, vertikal und horizontal) und ist auf dem unteren Ende jedes Unterschenkelverbindungselements 116L, 116R montiert, um die Haltekraft zu messen, die auf das Unterschenkelverbindungselement 116L, 116R wirkt. Die von dem Haltekraftsensor 160L, 160R gemessene Haltekraft ist eine physikalische Größe, die mit der Bodenreaktionskraft korreliert ist.
Die Steuereinheit 150 empfängt die Signale von diesen Sensoren, Signale, die die Winkelgeschwindigkeiten der Brust und des Beckens des Arbeiters in der Vertikalrichtung darstellen, Signale, die die Beschleunigungen der Brust und des Beckens des Arbeiters in den vertikalen und horizontalen Richtungen darstellen, und steuert die Ausgangsdrehmomente und Drehwinkel der zwei Elektromotoren 136L und 136R gemäß einer vorgeschriebenen Steuerregel.
Die Elektromotoren 136L und 136R betätigen die angetriebenen Riemenscheiben 142L und 142R drehend, indem sie die von der Steuereinheit 150 gesteuerten Ausgangsdrehmomente und Drehwinkel bereitstellen.
Dadurch werden die Ausgangsdrehmomente der Elektromotoren 136L und 136R auf die Kniegelenke des Arbeiters als Kniebeugeunterstützungskräfte angewendet, so dass die Arbeitslast des Arbeiters, der Arbeit durchführt, die Kniebeugekraft erfordert, entsprechend den Ausgangsdrehmomenten und Drehwinkeln, die von den Elektromotoren 136L und 136R geliefert werden, verringert wird.
Eine Unterstützungseinheit 220 zum Ausgleichen der Arbeitslast, die die vorliegende Erfindung ausführt, wird im Folgenden unter Bezug auf 6 beschrieben. Die Unterstützungseinheit 200 zum Ausgleichen der Arbeitslast besteht in dieser Ausführungsform aus: einem bodenmontierten Informationsverarbeitungssystem zum Ausgleichen der Arbeitslast von Arbeitern an Arbeitsplätzen, wie etwa Ladearbeitsplätzen in Fabriken, Lagerhäusern und Werften, Bauarbeitsstellen, Pakethandhabungsstellen, Verarbeitungsanlagen für landwirtschaftliche und Fischereiprodukte und so weiter. Die folgende Ausführungsform wird auf eine Fahrzeugmontageanlage angewendet, und ist aufgebaut, um das Ausgleichen der Arbeitslast zu unterstützen, die hauptsächlich von den unteren Körpergliedern getragen wird.
Die Unterstützungseinheit 200 zum Ausgleichen der Arbeitslast umfasst eine numerische Arbeiterlast-Verarbeitungsvorrichtung 201, eine Normwertbestimmungseinheit 202 für die Arbeitslast, eine Arbeitslastabweichungsberechnungseinheit 203, eine Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Zuweisungseinheit 204, eine Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Auswahleinheit 205 und eine Bestimmungseinheit 206 Wir den Umfang der Arbeitsunterstützung. Diese einzelnen Einheiten 201 bis 206 der Unterstützungseinheit 200 für das Ausgleichen der Arbeitslast sind durch Software oder durch einen Mikrocomputer, der unter einem Computerprogramm arbeitet, implementiert.
Die Unterstützungseinheit 200 zum Ausgleichen der Arbeitslast ist mit einer Ausgabevorrichtung, wie etwa einer Anzeige 207, verbunden, und zeigt die verschiedenen Informationspunkte, die von den einzelnen Einheiten 201 bis 206 erzeugt werden, auf der Anzeige 207 an.
Die numerische Arbeiterlast-Verarbeitungsvorrichtung 201 führt das Verfahren zum numerischen Darstellen der Arbeitslast jedes Arbeiters in der Fahrzeugmontagelinie gemäß verschiedenen Informationspunkten, die mit der Arbeitslast des bestimmten Arbeiters korreliert sind, wie etwa den Arbeiterinformationen, Arbeitsinhaltsinformationen und physiologischen Informationen, wie etwa den Ausgangssignalen des elektromyographischen Sensors, des Herzfrequenzsensors, des Atmungssensors und des Transpirationssensors, die von dem Arbeiter getragen werden, und zum Durchführen eines vorgeschriebenen Algorithmus zum Darstellen der Arbeitslast jedes Arbeiters durch einen numerischen Wert gemäß den gewonnen Informationen aus. Der numerische Wert (Arbeitslastwert), der den Umfang der Arbeitslast jedes Arbeiters darstellt, kann durch den Energieverbrauch, den Brennwert oder Index und so weiter angegeben werden. Der Energieverbrauch kann unter Verwendung der Formel Y = 1,55e^0,0203X geeignet berechnet werden, wobei Y der Energieverbrauch ist (ml von O₂/kg/Min) und X die Herzfrequenz ist.
Die Arbeiterinformationen können die Arbeiteridentifikation (wie etwa den Namen und die Arbeiteridentifikationsnummer des Arbeiters), die physische Gestalt, die Arbeitsfähigkeiten und der Gesundheitszustand jedes Arbeiters sein. Die Arbeitsinhaltsinformationen sind die Informationen, die die Inhalte der bestimmten Arbeit identifizieren, und können das Heben von Objekten, das Kniebeugen und Gehen umfassen.
Alternativ kann die numerische Arbeiterlast-Verarbeitungsvorrichtung 201 die Arbeitslast jedes Arbeiters entsprechend dem Arbeitsumfang darstellen, der aus den Ausgangswerten und dem Leistungsverbrauch der Gehunterstützungsvorrichtung 10 oder der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100, die der Arbeiter verwendet, berechnet wird.
Die numerische Arbeiterlast-Verarbeitungsvorrichtung 201 kann die Arbeitslast jedes Arbeiters auch mit numerischen Werten darstellen, indem sie die Eingaben der Signale von den MP-Sensoren 156L und 156R und den Fersensensoren 158L und 158R, die die Bodenreaktionskraft darstellen, oder den Erfassungswert der Bodenreaktionskraft empfängt, die Gelenkmomente des Benutzers aus den empfangenen Erfassungswerten der Bodenreaktionskraft unter Verwendung eines inversen Dynamikrechenverfahrens schätzt und sich auf die geschätzten Gelenkmomente bezieht. Die Bodenreaktionskraft kann auch aus den Messwerten der Haltekräfte des rechten und linken Beins, die von den Haltekraftsensoren 106 und 106R erfasst werden, berechnet werden.
Die Bodenreaktionskraft, die verwendet wird, um die Gelenkmomente zu berechnen, umfasst eine linke Bodenreaktionskraftkomponente FL (FLx, FLy), die auf das linke Bein des Benutzers wirkt, und eine rechte Bodenreaktionskraftkomponente FR (FRx, FRy), die auf das rechte Bein des Benutzers wirkt. Hier stellen FLx und FLy jeweils die Komponenten von FL dar, die in die horizontale und vertikale Richtung wirken. Ebenso stellen FRx und FRy jeweils die Komponenten von FR dar, die in die horizontale und vertikale Richtung wirken.
Die Schätzung der Gelenkmomente kann durchgeführt werden, indem die rechten und linken Gelenkmomente (Gelenkdrehmomente) des Benutzers aus der Bodenreaktionskraft FL (FLx, FLy) und FR (FRx, FRy) berechnet werden, die aus den Messwerten von den MP-Sensoren 156L und 156R und den Fersensensoren 158L und 158R oder den Messwerten von den Haltekraftsensoren 160L und 160R gewonnen werden. Diese Schätzberechnung kann auf der inversen Dynamikberechnung basieren.
Die Berechnung der Gelenkmomente basierend auf der inversen Dynamikberechnung wird im Folgenden beschrieben. Zuallererst wird im Folgenden das Konzept des inversen Dynamikmodells unter Bezug auf 7 beschrieben. Das inverse Dynamikmodell erlaubt, dass innere Kräfte aus der Bewegung und Grenzbedingungen geschätzt werden, und in diesem Fall wird das inverse Dynamikmodell verwendet, um die Gelenkmomente (Drehmomente) zu schätzen, die als innere Kräfte betrachtet werden.
Die Reaktionskraft Fj1 des Basisendes des distalen Bindeglieds I kann erhalten werden, indem die Grenzbedingung des freien Endes des starren Verbindungsmodells aus der Bodenreaktionskraft Ff herausgefunden wird und die Gleichgewichtsgleichung des Gewichts W1 und der Trägheit des distalen Bindeglieds I gelöst wird. Die Gelenkreaktionskraft Fj2 des Basisendes des proximalen Bindeglieds II kann erhalten werden, indem die Gleichgewichtsgleichung des Gewichts W2 und die Trägheit des proximalen Bindeglieds II unter Verwendung der Gelenkreaktionskraft Fji des distalen Bindeglieds als die Grenzbedingung für das freie Ende des proximalen Bindeglieds II gelöst wird. Dies kann für die Anzahl der Bindeglieder wiederholt werden.
Die Gelenkdrehmomente können aus den auf diese Weise erhaltenen Gelenkreaktionskräften Fj1 und Fj2 erhalten werden. Aus der Drehmomentgleichgewichtsgleichung der Gelenkreaktionskräfte an dem Basisende und dem freien Ende um den Schwerpunkt des Bindeglieds herum kann das Gelenkdrehmoment des Basisendes gewonnen werden. Aus diesem Gelenkdrehmoment und den Gelenkreaktionskräften des freien Endes und des Basisendes des nächsten proximalen Bindeglieds wird das nächste proximale Gelenkdrehmoment gewonnen. Dies kann für die Anzahl der Bindeglieder wiederholt werden.
8 zeigt die Kräfte, die auf das von dem distalsten Bindeglied aus gezählt i-te Bindeglied (starrer Körper) bei der Bewegung wirken. Da die Kraft (F_(i+1)x, F_(i+1),y) und das Drehmoment (M_i+1), die auf ein Basisende jedes Bindeglieds wirken, als eine Reaktion der Kraft (F_(i)x, F_(i)y) und des Drehmoments (M_(i)), die auf das freie Ende des nächsten proximalen Bindeglieds, das mit dem ersteren über ein Gelenk verbunden ist, wirken, betrachtet werden können, haben die zwei Kräfte ebenso wie die zwei Drehmomente entgegengesetzte Vorzeichen. Aus diesem Diagramm können die Gleichgewichtsgleichungen wie folgt angegeben werden: F_(i)x – F_(i+1)x – m_(i)(d²x_(i)/dt²)_(i) = 0 (1) F_(i)y – F_(i+1)y – m_(i)(d²y_(i)/dt²)_(i) – m_(i)g = 0 (2) wobei F_(i)x die Kraft ist, die auf das freie Ende des i-ten Bindeglieds in der x-Richtung wirkt, F_(i)y die Kraft ist, die auf das freie Ende des i-ten Bindeglieds in der y-Richtung wirkt, m_(i) die Masse des i-ten Bindeglieds ist, g die Erdbeschleunigung ist, x_(i) die x-Koordinate des Schwerpunkts des i-ten Bindeglieds ist und y_(i) die y-Koordinate des Schwerpunkts des i-ten Bindeglied ist.
Die Gleichungen (1) und (2) können, wie in den folgenden Gleichungen (3) und (4) angegeben, umgeschrieben werden. F_(i+1)x = F_(i)x – m_(i)(d²x_(i)/dt²)_(i) (3) F_(i+1)y = F_(i)y – m_(i)(d²y_(i)/dt²)_(i) – m_(i)g (4)
Durch Substituieren der Kraft, die auf das untere Ende (Fuß) des distalsten Bindeglieds wirkt, in den Gleichungen (3) und (4) als die Bodenreaktionskraft, können die Reaktionskräfte aller Gelenke nacheinander von dem unteren zu dem oberen erhalten werden. Jedoch berücksichtigt die hier erhaltene Reaktionskraft nicht alle Kräfte, die auf die Gelenke wirken, welche zusätzlich Muskelspannungen ausgesetzt sind.
Unter Verwendung der Reaktionskräfte an dem Gelenk, kann das Gelenkdrehmoment (Moment) aus der Drehmomentgleichgewichtsgleichung, wie im Folgenden unter Bezug auf 8 gegeben, erhalten werden. I_G(d²θ/dt²) = M_(i) – M_(i+1) + F_(i)xasinθ – F_(i)yacosθ + F_(i+1)xbsinθ – F_(i+1)ybcosθ (5) wobei I_G das Trägheitsmoment des i-ten Bindeglieds ist, θ der Winkel des Bindeglieds ist, M_(i) das Drehmoment ist, das auf das freie Ende des i-ten Bindeglieds wirkt, a der Abstand von dem Schwerpunkt zu dem freien Ende ist und b der Abstand von dem Schwerpunkt zu dem Basisende ist.
Gleichung (5) kann, wie im Folgenden angegeben, umgeschrieben werden. M_(i+1) = M_(i) + F_(i)xasinθ – F_(i)yacosθ + F_(i+1)xbsinθ – F_(i+1)ybcosθ – I_G(d²θ/dt²) (6)
Ähnlich wie die Reaktionskraft an jedem Gelenk wird das Drehmoment, das auf das untere Ende des distalsten Bindeglieds wirkt, aus der Bodenreaktion berechnet und in Gleichung (6) substituiert. Das Gelenkdrehmoment aller Gelenke kann nacheinander von dem unteren zu dem oberen erhalten werden, indem Gleichung (6) wiederholt verwendet wird.
Da in der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 der dargestellten Ausführungsform die zweiten Gelenkmechanismen L2 und R2 vor den Kniegelenken des Arbeiters, der die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 trägt, angeordnet sind und, selbst wenn der Arbeiter, wie in 4 gezeigt, aufrecht steht, um einen gewissen Winkel gebeugt sind, stimmt der Beugewinkel jedes ersten Gelenkmechanismus L1, R1 im Allgemeinen nicht mit dem Beugewinkel des entsprechenden Hüftgelenks des Arbeiters überein, und der Beugewinkel jedes zweiten Gelenkmechanismus L2, R2 stimmt nicht mit dem Beugewinkel des entsprechenden Kniegelenks des Arbeiters überein, und der Beugewinkel jedes dritten Gelenkmechanismus L3, R3 stimmt nicht mit dem Beugewinkel des entsprechenden Sprunggelenks des Arbeiters überein, wenngleich es in jedem Fall eine gewisse Korrelation gibt.
Daher kann der Beugewinkel θ, der für die Berechnung jedes Gelenkdrehmoments verwendet wird, unter Verwendung einer Formel, die die Beziehung zwischen dem Beugewinkel des entsprechenden Gelenkmechanismus der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 und dem tatsächlichen Beugewinkel des entsprechenden Gelenks des Arbeiters darstellt, korrigiert werden.
Daher kann der Beugewinkel θ, der für die Berechnung jedes Gelenkdrehmoments verwendet wird, unter Verwendung einer Formel, die die Beziehung zwischen dem Beugewinkel des entsprechenden Gelenkmechanismus der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 und dem tatsächlichen Beugewinkel des entsprechenden Gelenks des Arbeiters darstellt, korrigiert werden.
9 zeigt die geometrische Beziehung zwischen der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 und dem Arbeiter, der diese Vorrichtung trägt. In 9 bezeichnet Mc die imaginäre Mitte der entsprechenden bogenförmigen Führungsstange 124L, 124R. In den folgenden Berechnungen werden der Abstand Lma (Oberschenkelbindegliedlänge) zwischen der imaginären Mitte Mc und dem zweiten Gelenkmechanismus L2, R2 und der Abstand Lmb (Unterschenkelbindegliedlänge) zwischen der imaginären Mitte Mc und dem zweiten Gelenkmechanismus L2, R2 jeweils in die Länge Lha des Oberschenkelteils zwischen dem Hüftgelenk A und dem Kniegelenk B und die Länge Lhb des Unterschenkelteils zwischen dem Kniegelenk B und dem Sprunggelenk C konvertiert.
Der Beugewinkel θma des zweiten Gelenkmechanismus L2, R2 und der Beugewinkel θmb an dem dritten Gelenkmechanismus L3, R3 werden jeweils in den tatsächlichen Beugewinkel θha des Kniegelenks und den tatsächlichen Beugewinkel des Sprunggelenks θhb konvertiert. Die Bodenreaktionskraft F wirkt von dem Kontaktpunkt zwischen der Sohle und dem Boden auf den Schwerpunkt G des Arbeiters.
10 zeigt die Beziehungen zwischen dem Vorrichtungsgelenkwinkel θm, wie etwa dem Beugewinkel θma an dem zweiten Gelenkmechanismus L2, R2 und dem Beugewinkel θmb an dem dritten Gelenkmechanismus L3, R3, zu dem Gelenkwinkel θh des Arbeiters, wie etwa dem tatsächlichen Beugewinkel θha des Kniegelenks und dem tatsächlichen Beugewinkel θhb des Sprunggelenks. Die Konvertierung von dem Vorrichtungsgelenkwinkel θm auf den Gelenkwinkel θh des Arbeiters kann unter Verwendung der folgenden Konvertierungsformel durchgeführt werden. θh = αθm² + βθm + γ (7) wobei α, β und γ Konstanten sind.
Der Energieverbrauch der zwei Beine des Arbeiters, der die Gehunterstützungsvorrichtung trägt, wird aus den berechneten Gelenkdrehmomenten (Schätzwerten der Gelenkmomente) berechnet. Der Energieverbrauch Eh kann aus der folgenden Formel berechnet werden. Eh = ∫Tjωdt (8) wobei Tj das Gelenkdrehmoment ist und ω die Winkelgeschwindigkeit der Gelenkbeugung ist.
Die Winkelgeschwindigkeit ω kann erhalten werden, indem der von dem entsprechenden Drehgeber 154L, 154R gemessene Winkel differenziert wird. Die Integration des Gelenkdrehmoments Tj wird in Bezug auf eine vorgeschriebene Zeitspanne durchgeführt und entspricht dem Arbeitsumfang (oder der Arbeitslast) für eine gegebene Zeitspanne.
Wenn die Unterstützungseinheit 200 zum Ausgleichen der Arbeitslast fähig ist, mit jeder der Arbeitsunterstützungsvorrichtungen (wie etwa den Gehunterstützungsvorrichtungen 10 und den Ladearbeitsunterstützungsvorrichtungen 100) über eine drahtlose Verbindung zu kommunizieren, wird das System in die Lage versetzt, Informationen von den Arbeitsunterstützungsvorrichtungen im Betrieb zu erfassen, so dass die Arbeitslast jedes Arbeiters, der mit einer bestimmten Arbeit beschäftigt ist, in numerische Werte konvertiert werden kann, und die Änderungen in der Arbeitslast können auf Echtzeitbasis überwacht werden.
In diesem Fall können die erfassten Informationen über die Verteilung der Arbeitslast zwischen den Arbeitern an dem bestimmten Arbeitsplatz und die Positionen der Arbeiter auf dem Bildschirm 207 visuell angezeigt werden.
11(a) ist ein Säulendiagramm, das die Arbeitslastwerte der Arbeiter A bis E einer Gruppe an einer Montagelinie zeigt. Die Arbeitslastwerte, die durch Wa bis We in 11(a) angegeben sind, sind die Arbeitslastwerte, wenn die Arbeiter keine Arbeitsunterstützungsvorrichtung tragen. Die Arbeitslastwerte variieren abhängig von der Qualifikation, den Fähigkeiten und die Kondition jedes Arbeiters und den Inhalten der Arbeit.
Die Normwertbestimmungseinheit 202 für die Arbeitslast führt den Schritt des Bestimmens eines vorgeschriebenen Normwerts für die Arbeitslast aus. Der Normwert für die Arbeitslast, der von der Normwertbestimmungseinheit 202 für die Arbeitslast bestimmt wird, kann aus einem vorgeschriebenen Arbeitslastwert, der als erwünscht für die Arbeiter betrachtet wird, einem Wert (La) gleich dem Minimalwert (Wd) der Arbeitslast, der von der numerischen Arbeiterlast-Verarbeitungsvorrichtung 201 bestimmt wird, oder einem Wert (Lb), der gleich einem Produkt eines vorgeschriebenen Verhältnisses, wie etwa 80%, und dem Minimalwert (Wd) der Arbeitslast ist, bestehen.
Die Arbeitslastabweichungsberechnungseinheit 203 berechnet die Abweichung des Arbeitslastwerts (Wa bis We) jedes Arbeiters von dem Normwert (La, Lb) für die Arbeitslast, der von der Normwertbestimmungseinheit 202 für die Arbeitslast bestimmt wird.
Die Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Zuweisungseinheit 204 bestimmt abhängig von der Arbeitslastabweichung, die von der Arbeitslastabweichungsberechnungseinheit 203 berechnet wird, ob jedem Arbeiter A bis E eine Arbeitsunterstützungsvorrichtung zugewiesen werden sollte. Eine Arbeitsunterstützungsvorrichtung wird den Arbeitern zugewiesen, deren Arbeitslastabweichungen positiv sind oder deren Arbeitslastwerte höher als der Normwert für die Arbeitslast sind.
Wenn der Normwert für die Arbeitslast durch La gegeben ist, wird die Vorrichtung den Arbeitern A, B, C und E und nicht dem Arbeiter D zugewiesen. Wenn der Normwert für die Arbeitslast andererseits durch Lb gegeben ist, wird allen Arbeitern A bis E eine Arbeitsunterstützungsvorrichtung zugewiesen.
Die Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Auswahleinheit 205 ist nützlich, wenn mehrere Arten von Arbeitsunterstützungsvorrichtungen vorbereitet sind, und wählt für jeden Arbeiter gemäß dem Wesen der Arbeitslast des Arbeiters eine optimale Arbeitsunterstützungsvorrichtung aus.
Wenn die Arbeit zum Beispiel das Heben von Frachten und Komponenten mit sich bringt, welche die Kniebeugebewegung des Arbeiters erfordern, wird die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100, die effektiv für die Unterstützung einer Kniebeugebewegung ist, ausgewählt. Wenn die Arbeit mehr oder weniger ausschließlich aus Gehen besteht, wird die Gehunterstützungsvorrichtung 10, die effektiv für die Unterstützung der Gehbewegung des Arbeiters ist, ausgewählt.
Die Bestimmungseinheit 206 für den Umfang der Arbeitsunterstützung bestimmt den Umfang der Arbeitsunterstützung, der von der Arbeitsunterstützungsvorrichtung (der Gehunterstützungsvorrichtung 10 oder der Ladeunterstützungsvorrichtung 100), die dem Benutzer zugewiesen ist, erzeugt werden muss. Die Bestimmungseinheit 206 für den Umfang der Arbeitsunterstützung bestimmt den Umfang der Arbeitsunterstützung abhängig davon, wie viel höher der Umfang der Arbeitsunterstützung Wa bis We jedes Arbeiters im Vergleich zu dem Normwert für die Arbeitslast (La, Lb) ist, bevorzugt derart, dass die Arbeitslastabweichung mit Hilfe der Arbeitsunterstützungsvorrichtungen auf null oder einen Wert nahe null verringert wird.
Die Ausgabe jeder Arbeitsunterstützungsvorrichtung (der Gehunterstützungsvorrichtung 10 oder der Ladeunterstützungsvorrichtung 100), die von der Bestimmungseinheit 206 für den Umfang der Arbeitsunterstützung bestimmt wird, ist unter Verwendung der Unterstützungseinheit 200 für das Ausgleichen der Arbeitslast entweder manuell oder automatisch.
Um, in einer Fabrik oder ähnlichem, in dem drahtloses LAN für die Unterstützungseinheit 200 zum Ausgleichen der Arbeitslast verfügbar ist, eine drahtlose Kommunikation mit den Arbeitsunterstützungsvorrichtungen (den Gehunterstützungsvorrichtungen 10 oder den Ladeunterstützungsvorrichtungen 100) durchzuführen, kann die Ausgabe jeder Arbeitsunterstützungsvorrichtung (der Gehunterstützungsvorrichtung 10 oder der Ladeunterstützungsvorrichtung 100) über eine drahtlose Kommunikation zwischen der Unterstützungsvorrichtung 200 für das Ausgleichen der Arbeitslast und der Arbeitsunterstützungsvorrichtung bestimmt werden.
Durch Zuweisen der Arbeitsunterstützungsvorrichtungen (der Gehunterstützungsvorrichtungen 10 und der Ladeunterstützungsvorrichtungen 100) an die Arbeiter in dieser Weise und durch Bereitstellen der Arbeitsunterstützung an die Arbeiter in geeignet ausgewählten Umfangen werden die Arbeitslastwerte Wa bis We für die Arbeiter A bis E, denen die Arbeitsunterstützungsvorrichtungen zugewiesen werden, um den Normwert für die Arbeitslast (La, Lb) herum gleichbleibend oder gleichmäßig gemacht, indem sie die entsprechenden Arbeitslastunterstützungsumfänge Aa bis Ae, wie in 11(b) bis 11(c) gezeigt, erhalten.
Wie vorstehend diskutiert, wird gemäß dem Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast der Arbeiter, die Arbeitslast jedes Arbeiters A bis E durch einen numerischen Wert (Umfang) bewertet, und eine Arbeitsunterstützungsvorrichtung wird dem Arbeiter selektiv abhängig von dem Arbeiterarbeitslastwert Wa bis We in Relation zu dem Normwert für die Arbeitslast zugewiesen.
Somit wird der Arbeiter, der unter einer relativ schweren Arbeitslast steht und der einen Flaschenhals verursacht, durch die Arbeitsunterstützungsvorrichtung, die die effektive Arbeitslast des Arbeiters verringert, unterstützt. Dadurch wird die Arbeitslast aller Arbeiter an dem gegebenen Arbeitsplatz gleichmäßig gemacht, und dies verbessert die Produktivität, spart den Arbeitskräftebedarf ein und erlaubt, dass die zeitlichen Anforderungen verschiedener Arbeitsstationen gleichmäßig gemacht oder optimiert werden.
Durch Bestimmen des Umfangs der Arbeitsunterstützung, die von jeder Arbeitsunterstützungsvorrichtung bereitgestellt wird, so dass die Arbeitslastabweichung auf einen Wert nahe null verringert wird, wird die Ausgabe jeder Arbeitsunterstützungsvorrichtung (der Gehunterstützungsvorrichtung 10 oder der Ladeunterstützungsvorrichtung 100) optimiert, und dies trägt zur Verringerung der CO₂-Emission bei.
Der Programmfluss der Unterstützungseinheit 200 für das Ausgleichen der Arbeitslast wird im Folgenden unter Bezug auf das Flussidagramm von 12 beschrieben.
Zuallererst werden die Informationen über die Arbeiteridentifikationsnummer oder andere Informationen, die jeden Arbeiter identifizieren, und die Arbeitsinhalte und Arbeitsschritte erfasst, und jeder Arbeiter wird identifiziert (Schritt S101).
Dann werden die Arbeitsbedingungsinformationen, wie etwa die Anzahl von Schritten, die Schrittweite, die Gehgeschwindigkeit und die Bodenreaktionskraft und die physiologischen Informationen, wie etwa die Herzfrequenz, das myoelektrische Potential und die Transpiration eingegeben (Schritt S102).
Unter Verwendung der numerischen Arbeiterlast-Verarbeitungsvorrichtung 201 wird die Arbeitslast gemäß den Arbeiteridentifikationsinformationen, den Arbeitsbedingungsinformationen und den physiologischen Informationen des Arbeiters quantitativ analysiert, und es wird ein numerischer Wert, der die Arbeitslast darstellt, erhalten (S103).
Der Normwert für die Arbeitslast wird unter Verwendung der Normwertbestimmungseinheit 202 für die Arbeitslast bestimmt (Schritt S104). Der Normwert für die Arbeitslast kann aus einem vorgeschriebenen Arbeitslastwert, der für die Arbeiter als wünschenswert betrachtet wird, einem Wert (La) gleich dem Minimalwert (Wd) der Arbeitslast, der von der numerischen Arbeiterlast-Verarbeitungsvorrichtung 201 bestimmt wird, oder einem Wert (Lb) gleich einem Produkt aus einem vorgeschriebenen Verhältnis, wie etwa 80%, und dem Minimalwert (Wd) der Arbeitslast bestehen.
Der Bedarf für die Zuweisung einer Arbeitsunterstützungsvorrichtung an jeden Arbeiter wird unter Verwendung der Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Zuweisungseinheit 204 bestimmt, und die optimale Arbeitsunterstützungsvorrichtung wird aus mehreren Arten von Arbeitsunterstützungsvorrichtungen ausgewählt, die unter Verwendung der Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Auswahleinheit 205 verfügbar gemacht werden. Zuallererst wird bestimmt, ob die fragliche Arbeit hauptsächlich aus Geharbeit besteht. Wenn die fragliche Arbeit von dem Arbeiter hauptsächlich gehend und sich bewegend durchgeführt wird, wird entschieden, dass dem bestimmten Arbeiter eine Gehunterstützungsvorrichtung 10 zugewiesen werden sollte (Schritt S105).
Die Abweichung des Arbeitslastwerts von dem Normwert für die Arbeitslast wird unter Verwendung der Arbeitslastabweichungsberechnungseinheit 203 berechnet. Der Umfang der Unterstützung für die Gehunterstützungsvorrichtung 10 wird dann unter Verwendung der Bestimmungseinheit 206 für den Umfang der Arbeitsunterstützung gemäß der berechneten Arbeitslastwertabweichung bestimmt (Schritt S106), und der berechnete Umfang der Unterstützung wird für die dem Arbeiter zugewiesene Gehunterstützungsvorrichtung 10 bestimmt (Schritt S107).
Wenn die Arbeit des Arbeiters andererseits nicht hauptsächlich aus Gehen besteht, wird bestimmt, ob die Arbeit im Wesentlichen aus Ladearbeit besteht. Wenn dies der Fall ist, wird entschieden, dass dem Arbeiter die Ladeunterstützungsvorrichtung 100 zugewiesen werden sollte (Schritt S108).
Die Bestimmung der Geharbeit und der Ladearbeit in den Schritten S105 und 108 kann aus den Identifikationsinformationen des Arbeiters und den zugehörigen Informationen über das Wesen der Arbeit, die dem Arbeiter zugewiesen ist, vorgenommen werden und die Arbeitsunterstützungsvorrichtung dem Arbeiter zugewiesen werden. Es ist auch möglich, zu bestimmen, dass die durchgeführte Arbeit Ladearbeit ist, wenn der berechnete Energieverbrauch höher als ein gewisser Schwellwert ist. Da Ladearbeit normalerweise wenig Gehen mit sich bringt, kann es möglich sein, zu bestimmen, dass die durchgeführte Arbeit Geharbeit ist, wenn die Gehstrecke und/oder Gehgeschwindigkeit (gemittelt) größer als gewisse Schwellwerte sind.
Die Abweichung des Arbeitslastwerts von dem Normwert für die Arbeitslast wird unter Verwendung der Arbeitslastabweichungsberechnungseinheit 203 berechnet. Der Umfang der Unterstützung für die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 wird dann unter Verwendung der Bestimmungseinheit 206 für den Umfang der Arbeitsunterstützung gemäß der berechneten Arbeitslastwertabweichung bestimmt, und der bestimmte Unterstützungsumfang wird für die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100, die dem Benutzer zugewiesen ist, festgelegt (Schritt S110).
Eine andere Ausführungsform der Unterstützungseinheit 200 zum Ausgleichen der Arbeitslast wird im Folgenden unter Bezug auf 13 beschrieben. Die Unterstützungseinheit 200 zum Ausgleichen der Arbeitslast besteht in dieser Ausführungsform aus einem Computer, der unter einem Programm arbeitet, und weist auf: eine Arbeiteridentifikationsverarbeitungseinheit 501 und eine Arbeitsbedingungsinformations-Eingabeverarbeitungseinheit 502, die eine Einrichtung zum Eingeben von Informationen bereitstellen, eine Arbeitslastanalyse-Verarbeitungseinheit 503, eine Arbeitslastbewertungs-Verarbeitungseinheit 504, eine Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Auswahlverarbeitungseinheit 505, eine Zielschrittverhältnis-Berechnungsverarbeitungseinheit 506, eine Zieldrehmoment-Berechnungsverarbeitungseinheit 507 und eine drahtlose Kommunikationseinheit 508 und ist mit einem Bildschirm 207 verbunden, der als eine externe Ausgabevorrichtung dient. Die drahtlose Kommunikationseinheit 508 ist aufgebaut, um gemäß einem vorgeschriebenen Kommunikationsprotokoll eine bidirektionale Kommunikation sowohl mit der Gehunterstützungsvorrichtung 10 als auch der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 durchzuführen.
Die Arbeiteridentifikationsverarbeitungseinheit 501 empfängt Informationen über jeden Arbeiter (wie etwa den Namen und die persönliche Identifikationsnummer) und die Arbeitsinhalte und Schritte, die jedem Arbeiter zugewiesen sind, über eine Tastatur, ein Speichermedium oder per Kommunikation und identifiziert jeden Arbeiter.
Die Arbeitsbedingungsinformations-Eingabeverarbeitungseinheit 502 empfängt Arbeitsbedingungsinformationen, wie etwa die Anzahl von Schritten, die Schrittweite, die Gehgeschwindigkeit und die Bodenreaktionskraft, und die physiologischen Informationen, wie etwa die Herzfrequenz, das myoelektrische Potential und die Transpiration für jeden Arbeiter.
Die Arbeitslastanalyse-Verarbeitungseinheit 503 analysiert die Arbeitslast gemäß den von der Arbeiteridentifikationsverarbeitungseinheit 501 und der Arbeitsbedingungsinformations-Eingabeverarbeitungseinheit 502 empfangenen Informationen quantitativ.
Die Arbeitslastbewertungs-Verarbeitungseinheit 504 identifiziert die Art der Arbeitslast und schätzt den Umfang der Arbeitslast, die von jedem Arbeiter getragen wird, gemäß der quantitativen Analyse, die von der Arbeitslastanalyse-Verarbeitungseinheit 503 durchgeführt wird. Dieses Verfahren kann die Bewertung der Arbeitslast genannt werden.
Die Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Auswahlverarbeitungseinheit 505 wählt eine aus mehreren Arbeitsunterstützungsvorrichtungen aus, die aus den Gehunterstützungsvorrichtungen 10 und den Ladearbeitsunterstützungsvorrichtungen 100 bestehen, aus, die verfügbar gemacht sind (im Fall der dargestellten Ausführungsform), und die gemäß den Ergebnissen der Arbeitslastbewertung durch die Arbeitslastbewertungs-Verarbeitungseinheit 504 und die im Voraus erzeugten Unterstützungsvorrichtungs-Auswahlinformationen für wirksam in der Verringerung der Arbeitslast des bestimmten Arbeiters gehalten werden.
Wenn ein gewisser Arbeiter mit einer Arbeit beschäftigt ist, die in erster Linie durch Gehen durchgeführt wird und eine relativ schwere Arbeitslast mit sich bringt, wird die Gehunterstützungsvorrichtung 10 ausgewählt. Wenn ein gewisser Arbeiter mit einer Arbeit beschäftigt ist, die in erster Linie aus Ladearbeit besteht, und eine relativ schwere Arbeitslast mit sich bringt, wird die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 ausgewählt.
Die Arbeitsunterstützungsauswahlinformation wird in Verbindung mit den Arbeiterinformationen auf dem Bildschirm 207 angezeigt. Daher kann jeder Arbeiter die auf dem Bildschirm 207 angezeigte Arbeitsunterstützungsvorrichtung auswählen und kann sie tragen.
Die Zielschrittverhältnis-Berechnungsverarbeitungseinheit 506 bestimmt das Steuerzielschrittverhältnis der Gehunterstützungsvorrichtung 10 und berechnet das Steuerzielschrittverhältnis der Gehunterstützungsvorrichtung 10 gemäß den Informationen (Schrittanzahl, Schrittweite und Gehgeschwindigkeit), die von der Arbeitsbedingungsinformations-Eingabeverarbeitungseinheit 502 empfangen werden.
Das Schrittverhältnis ist als das Verhältnis der Schrittweite (m) zu der Schrittanzahl pro Minute (Schritt/Min) definiert, und, wie in 14 gezeigt, gibt es ein bestimmtes Schrittverhältnis KEmin für die gegebene Gehgeschwindigkeit des Arbeiters, das einen minimalen Energieverbrauch (Kalorienverbrauch) verursacht. 14 zeigt, dass das Schrittverhältnis KEmin, das den Energieverbrauch minimiert, 0,0075 ist, wenn der Arbeiter mit der normalen Geschwindigkeit von 3 km/h geht, 0,0065, wenn der Arbeiter mit der langsamen Geschwindigkeit von 1 km/h geht, und 0,0090, wenn der Arbeiter mit der schnellen Geschwindigkeit von 5 km/h geht.
Das Schrittverhältnis gegen die Energieverbrauchseigenschaft kann experimentell erhalten werden, und das Steuerzielschrittverhältnis kann in Abhängigkeit von der Gehgeschwindigkeit festgelegt werden, um den Energieverbrauch bei jeder bestimmten Geschwindigkeit zu minimieren. Die Zielschrittverhältnis-Berechnungsverarbeitungseinheit 506 kann ein Datenkennfeld oder ähnliches eingearbeitet haben, das für jede gegebene Gehgeschwindigkeit ein Schrittverhältnis KEminL, KEminN, KEminH als das Steuerzielschrittverhältnis erzeugt.
Die Gehgeschwindigkeit, die verwendet wird, um unter Verwendung der Zielschrittverhältnis-Berechnungsverarbeitungseinheit 506 das Steuerzielschrittverhältnis festzulegen, kann für jeden gegeben Satz von Arbeiterinformationen, Arbeitsinhalten und Arbeitsschritt ein vordefinierter Vorgabewert sein. Vorzugsweise kann die Gehgeschwindigkeit aus den Betriebszustandsinformationen jeder Gehunterstützungsvorrichtung 10 berechnet werden, die von der Gehunterstützungsvorrichtung 10 über die drahtlose Kommunikationseinheit auf einer Echtzeitbasis erhalten werden.
Die Zieldrehmoment-Berechnungsverarbeitungseinheit 507 bestimmt das Steuerzieldrehmoment der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 und berechnet ein Steuerzieldrehmoment für die gegebene Arbeitslast des Arbeiters. Das Steuerzieldrehmoment der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 kann für jeden gegeben Satz von Arbeiterinformationen, Arbeitsinhalten und Arbeitsschritt ein vordefinierter Vorgabewert für sein. Vorzugsweise kann das Steuerzieldrehmoment aus der Bodenreaktionskraft, die von jeder Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 erhalten wird, und der Arbeitslast des Arbeiters, die aus den physiologischen Informationen geschätzt wird, über die drahtlose Kommunikationseinheit 508 auf einer Echtzeitbasis berechnet werden.
Das Steuerzielschrittverhältnis, das von der Steuerzielschrittverhältnis-Berechnungsverarbeitungseinheit 506 bestimmt wird, und das Zieldrehmoment, das von der Zieldrehmoment-Berechnungsverarbeitungseinheit 507 bestimmt wird, werden im Voraus für die Gehunterstützungsvorrichtungen 10 und die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtungen 100 festgelegt.
Vorzugsweise erhalten die Zielschrittverhältnis-Berechnungsverarbeitungseinheit 506 und die Zieldrehmoment-Berechnungsverarbeitungseinheit 507 Informationen über die Gehgeschwindigkeit, die Bodenreaktionskraft und physiologische Informationen von den Gehunterstützungsvorrichtungen 10 und den Ladearbeitsunterstützungsvorrichtungen 100 über drahtlose Kommunikation auf einer Echtzeitbasis, und das optimale Steuerzielschrittverhältnis und das Steuerzieldrehmoment werden aus den aktuellen Informationen berechnet, so dass das berechnete optimale Steuerzielschrittverhältnis und Steuerzieldrehmoment über drahtlose Kommunikation an die Gehunterstützungsvorrichtungen 10 und Ladearbeitsunterstützungsvorrichtungen 100 übertragen werden können.
Der Programmfluss der Unterstützungseinheit 200 zum Ausgleichen der Arbeitslast dieser Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezug auf das Flussdiagramm von 15 beschrieben.
Zuallererst werden Informationen über die Arbeiteridentifikation oder andere Informationen, die jeden Arbeiter identifizieren, und die Arbeitsinhalte und Arbeitsschritte erfasst, und jeder Arbeiter wird unter Verwendung der Arbeitsidentifikationsverarbeitungseinheit 501 identifiziert (Schritt S201).
Dann werden unter Verwendung der Arbeitsbedingungsinformations-Eingabeverarbeitungseinheit 502 (Schritt S202) die Arbeitsbedingungsinformationen, wie etwa die Anzahl von Schritten, die Schrittweite, die Gehgeschwindigkeit und die Bodenreaktionskraft, und die physiologischen Informationen, wie etwa die Herzfrequenz, das myoelektrische Potential und die Transpiration eingegeben.
Die Arbeitslast wird gemäß den Identifikationsinformationen des Arbeiters, den Arbeitsbedingungsinformationen und den physiologischen Informationen des Arbeiters quantitativ analysiert, und ein numerischer Wert, die die Arbeitslast darstellt, wird unter Verwendung der Arbeitslastanalyse-Verarbeitungseinheit 503 erhalten (Schritt S203). Der Gesamtarbeitslastwert (Energieverbrauch) vom Beginn der Arbeit bis zu dem aktuellen Zeitpunkt kann in Schritt S203 berechnet werden.
Basierend auf dem Ergebnis der quantitativen Analyse der Arbeitslast wird die Art der Arbeitslast des Arbeiters identifiziert, und die von dem Arbeiter getragene Arbeitslast wird unter Verwendung der Arbeitslastbewertungs-Verarbeitungseinheit 504 geschätzt (Schritt S204). Zum Beispiel kann die Arbeitslast bewertet werden, indem der Gesamtarbeitslastwert mit einem geeigneten Arbeitslastwert verglichen wird, der für den Arbeiter vordefiniert ist, den er innerhalb einer vorgeschriebenen Arbeitszeit tragen soll.
Es wird dann aus dem Bewertungsergebnis der Arbeitslastbewertungs-Verarbeitungseinheit 504 unter Verwendung der Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Auswahlverarbeitungseinheit 505 bestimmt, ob die fragliche Arbeit hauptsächlich aus Geharbeit besteht (Schritt S205).
Wenn die fragliche Arbeit hauptsächlich durchgeführt wird, indem der Arbeiter geht und sich bewegt, wird entschieden, dass dem bestimmten Arbeiter eine Gehunterstützungsvorrichtung 10 zugewiesen werden sollte (Schritt S206).
Wenn die Gehunterstützungsvorrichtung 10 ausgewählt wird, wird das Schrittverhältnis, das einen minimalen Energieverbrauch für die gegebene Gehgeschwindigkeit bewirkt, durch Nachschlagen in dem Datenkennfeld oder etwas ähnlichem, das die Beziehung zwischen der Gehgeschwindigkeit und dem Schrittverhältnis für den minimalen Energieverbrauch bereitstellt, als das Steuerzielschrittverhältnis für die Gehunterstützungsvorrichtung festgelegt, und das Steuerzielschrittverhältnis wird für die Gehunterstützungsvorrichtung 10 festgelegt, die zugewiesen werden soll (Schritt S207).
In dieser Ausführungsform kann das Steuerzielschrittverhältnis erreicht werden, indem die Hüftgelenkwinkel in zwei Oszillatoren (erster Ordnung und zweiter Ordnung) eingegeben werden, die natürliche Winkelgeschwindigkeit bestimmt wird und die Phasen der imaginären Oszillatoren gesteuert werden. Für die Details dieses Schrittverhältnissteuerverfahrens sollte auf JP2007-275282A Bezug genommen werden.
Wenn andererseits die Arbeit des Arbeiters nicht hauptsächlich aus Gehen besteht, wird bestimmt, ob die Arbeit im Wesentlichen aus Ladearbeit besteht (Schritt S208). Die Bestimmung der Geharbeit und der Ladearbeit in den Schritten S205 und S208 kann ähnlich wie die Bestimmung der Geharbeit und der Ladearbeit in den früher diskutierten Schritten S105 und S108 durchgeführt werden.
Wenn die Arbeit im Wesentlichen aus Ladearbeit besteht, wird entschieden, dass dem Arbeiter die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 zugewiesen werden sollte (Schritt S209). Das Steuerzieldrehmoment der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 wird bestimmt, und das Steuerzieldrehmoment wird für die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 festgelegt, die zugewiesen wird (Schritt S210).
Wenn der Arbeiter weder Geharbeit noch Ladearbeit durchführt, wird weder die Gehunterstützungsvorrichtung 10 noch die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 zugewiesen, da dies Verschwendung wäre.
16 zeigt schematisch eine Fahrzeugmontageanlage, auf die das Verfahren zur Verringerung der Arbeitslast, das die vorliegende Erfindung ausführt, angewendet wird. Die Montagelinie 300 umfasst eine Bodenplattenmontagestation P101, eine Türblechmontagestation P102 und eine Reifenmontagestation P103. Die Bandgeschwindigkeit der Montagelinie 300 wird von einer Bandgeschwindigkeitssteuervorrichtung 310 variabel gesteuert.
Die Bandgeschwindigkeitssteuervorrichtung 310 ist über eine Datenkommunikationsverbindung mit der Verarbeitungseinheit 200 zur Unterstützung der Arbeitslastverringerung verbunden und ist aufgebaut, um die Bandgeschwindigkeit gemäß der tatsächlichen Gehgeschwindigkeit und dem Steuerzielschrittverhältnis, das von der Zielschrittverhältnis-Berechnungsverarbeitungseinheit 506 der Verarbeitungseinheit 200 zur Unterstützung der Arbeitslastverringerung berechnet wird, zu steuern. Insbesondere wenn der mittlere Energieverbrauch (Mittelwert des Energieverbrauchs der Arbeiter in jedem Bereich) in einem der in 19 gezeigten Bereiche einen vorgeschriebenen Schwellwert übersteigt, zeigt der Bildschirm eine gewisse Farbe und verringert die Bandgeschwindigkeit.
Da in dem Fall der Fahrzeugkarosseriemontagelinie, in der Fahrzeuguntergestelle entlang der Montagelinie transportiert werden, wie in 17 gezeigt, die Arbeitslast der Arbeiter, die mit der Arbeit in halb sitzender Stellung beschäftigt sind (die typischerweise aus schwerer Ladearbeit, wie etwa dem Montieren einer Antriebswelle und Verbinden eines Getriebes mit einem Motor besteht), eine relativ hohe Gelenkmomentlast mit sich bringt, ist es notwendig, das Gelenkmoment jedes Arbeiters zu verringern. Zu diesem Zweck wird jedem Arbeiter, der in der halb sitzenden Stellung beschäftigt ist, die Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100 zugewiesen.
Wenn die Arbeiter andererseits mit Geharbeit mit einer relativ leichten Arbeitslast (wie etwa Gehen auf einem horizontalen oder leicht geneigten Boden, Montieren leichter Komponententeile, Befestigen von Schrauben, Schieben von Wägen und so weiter) beschäftigt sind, kann der Energieverbrauch während der Geharbeit minimiert werden, indem für jeden bestimmten Arbeiter ein Schrittverhältnis, das aus der Schrittweite und den Schrittanzahlen für jede Einheitszeit berechnet werden kann, induziert wird. Daher wird jedem Arbeiter, der mit einer derartigen leichten Geharbeit beschäftigt ist, eine Gehunterstützungsvorrichtung 10 zugewiesen.
18 zeigt eine Matrix aus Arbeitsschritten, die die Verteilung von Arbeitern in jedem Schritt zeigt. Die Zeile und die Spalte dieser Matrix sind durch a, b, c und d und A, B, C und D dargestellt. Weiße Punkte geben die Arbeiter an, die mit Geharbeit beschäftigt sind, und schwarze Punkte geben die Arbeiter an, die mit Ladearbeit beschäftigt sind.
Wie in 19 gezeigt, wird eine Tabelle für jeden Arbeitsschritt hergestellt, die den mittleren Energieverbrauch, die mittlere Gehgeschwindigkeit, das mittlere Schrittverhältnis, IDs des Arbeiters, der mit dem bestimmten Arbeitsschritt beschäftigt ist, die mittlere Bandgeschwindigkeit und die Gesamtarbeitslast zeigt, und wird auf dem Bildschirm 207 angezeigt. Dadurch können die Arbeitsbedingungen jedes Arbeiters und die Betriebsbedingungen der Montagelinie quantitativ bewertet werden.
Somit können die Verteilung der Arbeitslastwerte der Arbeiter und die Positionen der Arbeiter in der Anlage gemäß den erfassten Arbeitsbedingungsinformationen visuell angezeigt werden.
20 stellt das Ausgleichen der Arbeitslast zwischen verschiedenen Fahrzeugmodellen und zwischen verschiedenen Arbeitsschritten schematisch dar, und 21 zeigt das Ausgleichen der Arbeitslast zwischen den Arbeitern in der gesamten Montageanlage dar. Wenn es irgendwelche Schwankungen in der Arbeitslast für jedes Fahrzeugmodell auf der Montagelinie oder jeden Arbeitsschritt gibt, werden die Arbeitslastwerte der Arbeiter selektiv verringert, indem den Arbeitern gewisse Umfange an Arbeitsunterstützung bereitgestellt werden (Arbeitsenergieverbrauch im Fall der Arbeitsunterstützungsvorrichtung 10 und die Gelenkmomentlast im Fall der Ladearbeitsunterstützungsvorrichtung 100), um die Schwankungen zu minimieren. Dadurch kann die gesamte Arbeitseffizienz der Montagelinie verbessert werden, und die Taktzeit kann verringert werden.
22 zeigt die Arbeitslastbedingungen einer Anlage, auf die das Verfahren zur Verringerung der Arbeitslast gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, schematisch. Der Umfang der Unterstützung und das Schrittverhältnis werden variiert, um das Ausgleichen der Arbeitslast zu optimieren, so dass die Gelenkmomentlast und der Energieverbrauch jedes Arbeiters verringert werden. Die Belastung jedes Arbeiters kann verringert werden, und die Arbeitslast kann über verschiedene Arbeitsschritte und über verschiedene Zeitpunkte gleichmäßig gemacht werden. Daher kann die notwendige Arbeitskraft verringert werden, die Arbeitsschritte, die jeder Arbeiter durchführen kann, können erhöht werden, und die Gesamtmenge an Arbeit kann verringert werden. Das System der vorliegenden Erfindung erlaubt auch, die Taktzeit zu verringern, und die Herstellungseffizienz wesentlich zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

10: Gehunterstützungsvorrichtung
100: Ladeunterstützungsvorrichtung
200: Unterstützungssystem zum Ausgleichen der Arbeitslast
201: numerische Arbeiterlast-Verarbeitungsvorrichtung
202: Normwertbestimmungseinheit für die Arbeitslast
203: Arbeitslastabweichungsberechnungseinheit
204: Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Zuweisungseinheit
205: Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Auswahleinheit
206: Bestimmungseinheit für den Umfang der Arbeitsunterstützung

Claims

Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast unter Verwendung eines Informationsverarbeitungssystems an einem Arbeitsplatz, wo mehrere Arbeiter gemeinsam Arbeit verrichten, das die folgenden Schritte aufweist: numerisches Darstellen der Arbeitslast jedes Arbeiters gemäß Informationen, die mit der Arbeitslast des Arbeiters korreliert sind; Bestimmen eines vorgegebenen Normwerts für die Arbeitslast; Berechnen einer Arbeitslastabweichung jedes Arbeiters von dem Normwert für die Arbeitslast, der in dem Schritt der Bestimmung eines vorgeschriebenen Normwerts für die Arbeitslast bestimmt wird; gekennzeichnet durch Zuweisen einer Arbeitsunterstützungsvorrichtung an jeden Arbeiter abhängig von der Arbeitslastabweichung, die in dem Schritt der Bestimmung einer Arbeitslastabweichung berechnet wurde, wobei die Arbeitsunterstützungsvorrichtung aufweist: eine Gehunterstützungsvorrichtung, die aufgebaut ist, um von dem Arbeiter getragen zu werden, um das Schrittverhältnis des Arbeiters mit einem Zielschrittverhältnis zu induzieren, und das Verfahren ferner den Schritt des Festlegens eines Schrittverhältnisses, welches den Energieverbrauch des Arbeiters bei einer aktuellen Gehgeschwindigkeit minimiert, als das Zielschrittverhältnis aufweist, indem auf Eigenschaftsdaten Bezug genommen wird, die eine Korrelation zwischen der Gehgeschwindigkeit und dem Energieverbrauch des Arbeiters definieren.
Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Zuweisens einer Arbeitsunterstützungsvorrichtung das Zuweisen einer Arbeitsunterstützungsvorrichtung an einen Arbeiter aufweist, dessen Arbeitslast erheblich höher als der Normwert für die Arbeitslast ist, und das Verfahren ferner den Schritt des Festlegens eines Umfangs der Arbeitsunterstützung, die von der Arbeitsunterstützungsvorrichtung bereitgestellt wird, auf ein Niveau, das die Arbeitslastabweichung nahe null bringt, aufweist.
Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast nach Anspruch 1, wobei die mit der Arbeitslast des Arbeiters korrelierten Informationen wenigstens einen physiologischen Wert des Arbeiters umfassen, der von einem von dem Arbeiter getragenen physiologischen Sensor gemessen wird.
Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast nach Anspruch 1, wobei die mit der Arbeitslast des Arbeiters korrelierten Informationen wenigstens einen Umfang der Arbeitsunterstützung, die von der von dem Arbeiter getragenen Arbeitsunterstützungsvorrichtung bereitgestellt wird, umfassen.
Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast nach Anspruch 1, wobei die mit der Arbeitslast des Arbeiters korrelierten Informationen wenigstens einen Gelenkmomentwert, der aus der von einem von dem Arbeiter getragenen Bodenreaktionskraftsensor gemessenen Bodenreaktionskraft geschätzt wird, umfassen.
Verfahren zum Ausgleichen der Arbeitslast nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Erfassens von Informationen über die Arbeitslast und die Position jedes Arbeiters aus der Arbeitsunterstützungsvorrichtung und des visuellen Anzeigens einer Verteilung der Arbeitslast zwischen den Arbeitern des Arbeitsplatzes auf einem Bildschirm gemäß den erfassten Informationen über die Arbeitslast und die Position jedes Arbeiters aufweist.
Unterstützungssystem zum Ausgleichen der Arbeitslast an einem Arbeitsplatz, an dem mehrere Arbeiter gemeinsam Arbeit verrichten, das aufweist: eine numerische Arbeiterlast-Verarbeitungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um die Arbeitslast jedes Arbeiters gemäß Informationen, die mit der Arbeitslast des Arbeiters korreliert sind, numerisch darzustellen; eine Normwertbestimmungseinheit für die Arbeitslast, die konfiguriert ist, um einen vorgeschriebenen Normwert für die Arbeitslast zu bestimmen; eine Arbeitslastabweichungsberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um für jeden Arbeiter eine Arbeitslastabweichung von dem Normwert für die Arbeitslast zu berechnen; gekennzeichnet durch eine Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Zuweisungseinheit, die konfiguriert ist, um an jeden Arbeiter abhängig von der Arbeitslastabweichung, die von der Arbeitslastabweichungsberechnungseinheit berechnet wird, eine Arbeitsunterstützungsvorrichtung zuzuweisen, wobei die Arbeitsunterstützungsvorrichtung eine Gehunterstützungsvorrichtung aufweist, die aufgebaut ist, um von dem Arbeiter getragen zu werden, um dem Arbeiter das Schrittverhältnis mit einem Zielschrittverhältnis zu induzieren, und das Unterstützungssystem ferner eine Zielschrittverhältnis-Festlegungseinheit aufweist, die konfiguriert ist, um ein Schrittverhältnis, das den Energieverbrauch des Arbeiters bei einer aktuellen Gehgeschwindigkeit minimiert, als das Zielschrittverhältnis festzulegen, indem auf Eigenschaftsdaten Bezug genommen wird, die eine Korrelation zwischen der Gehgeschwindigkeit und dem Energieverbrauch des Arbeiters definieren.
Unterstützungssystem zum Ausgleichen der Arbeitslast nach Anspruch 7, wobei die Arbeitsunterstützungsvorrichtungs-Zuweisungseinheit konfiguriert ist, um an einen Arbeiter, dessen Arbeitslast erheblich höher als der Normwert für die Arbeitslast ist, eine Arbeitsunterstützungsvorrichtung zuzuweisen, und das Unterstützungssystem ferner eine Bestimmungseinheit für den Umfang der Arbeitsunterstützung aufweist, die den Umfang der Arbeitsunterstützung, der von der Arbeitsunterstützungsvorrichtung bereitgestellt wird, derart festlegt, dass die Arbeitslastabweichung nahe null ist.