JP2005193339A - アシスト搬送方法及びその装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 搬送手段を操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減することができるアシスト搬送装置を提供する。
【解決手段】 搬送手段に設けた操作ハンドルを操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送装置であって、搬送物を把持する把持手段と、この把持手段と搬送手段との接続部に設けられ操作ハンドルに掛かる操作力の方向と大きさを検出する操作入力用力覚センサ60と、把持手段と搬送手段との接続部に設けられ把持手段に加わる外力の方向と大きさを検出する干渉検知用力覚センサ61と、操作入力用力覚センサ60が検出した操作力の方向と大きさ及び干渉検知用力覚センサ61が検出した外力の方向と大きさを演算処理して搬送手段の目標値として搬送物をアシスト搬送する制御手段62,63,64を備え、外力による反力を作業者に伝達する。
【選択図】 図6

Description

本発明は、搬送手段を操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送方法及びその装置に関する。
従来、重量物を搬送しているにも拘らず、あたかも軽量物を搬送しているように感じながら搬送作業を行うことができるインピーダンス制御を適用した作業補助装置が知られている。この作業補助装置は、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、第8可動体に固定した重量物を作業者の思い通りに搬送するために、作業者が重量物へ間接的に加える力を力センサにより検出し、この情報を基に第1〜8の可動体を制御して、作業者に対する負荷を軽減するパワーアシスト装置である(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−84881号公報
しかし、特開2000−84881号公報に開示された作業補助装置においては、作業者が重量物に限定されない搬送物を搬送中、或いは搬送物を取り付け対象部位に位置決めして取り付ける際に、搬送物が何らかの障害物に接触しても、接触したことによって搬送物に生じる反力が装置を操作する作業者に伝わらないため、搬送物が障害物に接触していることを作業者が感知することができず、そのまま搬送作業を続行してしまい、搬送物や搬送物の取り付け対象部位を損傷してしまう可能性があるという問題があった。
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、搬送物が作業時に何らかの障害物に接触したとしても、搬送物及び障害物を損傷することなく、且つ作業者に接触した感触を適切に伝えることができるアシスト搬送方法及びその装置を提供しようとするものである。
上記課題を解決すべく請求項1に係る発明は、搬送手段に設けた操作ハンドルを操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送方法であって、作業者が搬送物を搬送させたい方向に操作した時の前記操作ハンドルに掛かる操作力の方向と大きさを検出すると共に、搬送物が障害物に接触した場合の外力の方向と大きさを検出し、前記操作力と前記外力の方向と大きさを演算処理して前記搬送手段の目標値として搬送物をアシスト搬送すると共に、前記外力による反力を前記作業者に伝達するものである。
請求項2に係る発明は、搬送手段に設けた操作ハンドルを操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送装置であって、搬送物を把持する把持手段と、この把持手段と前記搬送手段との接続部に設けられ前記操作ハンドルに掛かる操作力の方向と大きさを検出する操作力検出手段と、前記把持手段と前記搬送手段との接続部に設けられ前記把持手段に加わる外力の方向と大きさを検出する外力検出手段と、前記操作力検出手段が検出した操作力の方向と大きさ及び前記外力検出手段が検出した外力の方向と大きさを演算処理して前記搬送手段の目標値として搬送物をアシスト搬送する制御手段を備え、前記外力による反力を前記作業者に伝達するものである。
以上説明したように本発明によれば、搬送手段の駆動を直接感じることのない操作性のよい状態を保ちながら、作業者に対する負荷を効率よく軽減することができる。
また、作業者が搬送物を搬送する或いは被取付部品に取り付ける際に、作業者に対する負荷が軽減され、搬送物が何らかの障害物や被取付部品に接触しても、搬送物或いは被取付部品を損傷することない。
更に、作業者は搬送物が何らかの障害物や被取付部品に接触している感触を感じながら効率よく作業を行うことができる。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図1は本発明に係るアシスト搬送装置を適用した車両組立ラインの全体概要図、図2は搬送手段の斜視図、図3は搬送手段の機台の平面図、図4は搬送手段と把持手段の接続部の斜視図、図5は把持手段の説明図、図6はパワーアシスト制御に関する制御系のブロック構成図、図7はアシスト搬送制御の概念説明図である。
本発明に係るアシスト搬送方法及びその装置は、車両用ドア組立ラインのドアガラス昇降用レギュレータ取付工程部に適用され、ピッチ送りされる車両用ドアに、ドアガラス昇降用レギュレータを効率的に取り付けることができるようにされている。
即ち、図1に示すように、車両用ドア組立ライン1は、車両用ドアWをピッチ送りするためのドア搬送ライン2と、ドア搬送ライン2の上流から下流にかけて順次配置される複数の組付工程部3を備えており、これら組付工程部3でドアWに対して各組付部品を組み付けるようにしている。
そして、この組付工程部3の一部が、ドアガラス昇降用レギュレータRを取り付けるための工程部とされ、ドアガラス昇降用レギュレータRを取り付けるための工程部には、図2に示すような搬送手段4が設けられている。
ドア搬送ライン2は、同一車両の右側と左側のドアWを一組としてピッチ搬送するようにされ、一枚の長方形状のパレットp(図2)上にインナパネルWi側を同一方向に向けた状態で一列に並べて起立状態で載置されるとともに、複数のパレットpをラインに沿って近接配置し、同時に一定ストローク送っては、一定時間停止させ、これを繰り返すようにされている。
搬送手段4は、図2に示すように、ドア搬送ライン2を跨ぐ状態で跨設される門型の機台5と、機台5に対して多軸方向に移動可能な把持手段6を備えており、把持手段6がドアガラス昇降用レギュレータR(図9)を取り付けるための取付装置として構成されるとともに、機台5の近傍に配置される部品供給位置Aと、停止したドアWの取付位置Bの間を移動自在にされている。
先ず、関連の設備機器等から説明すると、機台5の上部の梁部材7の片側側面には、上下一対のスライドレール8が設けられ、スライドレール8の間には、ラック9が設けられている。
そして、スライドレール8には、スライドガイド11を介してスライドテーブル12が摺動自在に係合しており、スライドテーブル12には、アクチュエータの一つとしての第1モータ(X軸用)13が取り付けられ、第1モータ13によって駆動されるピニオンギヤがスライドテーブル12の裏側に張り出してラック9に噛合している。このため、第1モータ13の作動によってスライドテーブル12は左右方向に移動可能である。
また、スライドテーブル12の表面には、取付台を介して支持テーブル15が取り付けられ、支持テーブル15の表面側には、一対のスライドガイド16が設けられるとともに、支持テーブル15の裏面側には、アクチュエータの一つとしての第2モータ(Z軸用)17が取り付けられ、第2モータ17の回転軸は、支持テーブル15の表面側に張り出すとともに、その先端にはピニオンギヤ(不図示)が取り付けられている。そして、このピニオンギヤは、以下に述べる昇降テーブル18のラック19に噛合している。
昇降テーブル18は、支持テーブル15のスライドガイド16に摺動自在に係合する一対のスライドレール21と、スライドレール21間に配設されるラック19を備えており、第2モータ17の作動によって昇降動可能にされている。
昇降テーブル18の下端部には、前方に突出する支持台22が設けられ、支持台22の上面には、アクチュエータの一部としての第3モータ(水平回動S軸用)23が設けられている。そして、第3モータ23の出力軸は、ギヤを介して支持台22の下方から水平前方に張り出す水平アーム24の基端部に連結されており、第3モータ23の駆動によって、図3に示すように、水平アーム24は基端側の垂直軸まわりに回動可能にされている。
このような第1〜第3モータ(X軸,Z軸,S軸)13,17,23の駆動により、搬送物(ドアガラス昇降用レギュレータR)の3次元空間における位置を変えることができる。
更に、水平アーム24の先端には、図4に示すように、互いに出力軸が直交するアクチュエータの一部としての第4〜第6モータ(回転用)25,27,28が設けられている。即ち、水平アーム24の先端側上面に第4モータ(回転α軸用)25が起立状態で取り付けられ、第4モータ25の出力軸に垂直アーム26が連結され、垂直アーム26の下端にブラケット27aを介して第5モータ(回転β軸用)27が取り付けられ、第5モータ27の出力軸にブラケット28aを介して第6モータ(回転γ軸用)28が取り付けられ、第6モータ28の出力軸に操作ハンドル29の取付部29aとボックス30を介して把持手段6が装着されている。
このような第4〜第6モータ(α軸,β軸,γ軸)25,27,28の駆動により、搬送物(ドアガラス昇降用レギュレータR)の3次元空間における姿勢を変えることができる。
また、操作ハンドル29の取付部29aには、作業者が操作ハンドル29を操作することによって発生する操作力の方向と大きさを検出する6軸の操作入力用力覚センサが設けられ、ボックス30には、搬送物(ドアガラス昇降用レギュレータR)が障害物に接触した場合の外力の方向と大きさを検出する6軸の干渉検知用力覚センサが設けられている。これらの力覚センサが検出した力は、本装置のパワーアシスト制御に用いられる。
以上のような第1〜第6モータ(X軸,Z軸,S軸,α軸,β軸,γ軸)13,17,23,25,27,28の各アクチュエータは、作業者の介在を必要としない自動搬送モードと、作業者の介在を必要とするが作業者の負荷を軽減させることのできるアシスト搬送モードとの切替え制御を可能とする。そして、モード切替えスイッチが自動搬送モードに切替えられると、予めティーチングしていた経路で把持手段6が自動的に移動し、アシスト搬送モードに切替えると、操作ハンドル29によって間接的に作業者が把持手段6を移動させる際、作業者にかかる負荷を軽減する。
次に、把持手段6について説明する。把持手段6は、図5に示すように、ボックス30と操作ハンドル29の取付部29aを介して第6モータ28の出力軸に連結される機台テーブル31を備えており、機台テーブル31には、ドアガラス昇降用レギュレータRを把持するための把持機構部32と、ドアガラス昇降用レギュレータRをドアWの所定の位置に位置決めするための位置決め機構部33と、ドアガラス昇降用レギュレータRをドアWに取り付けるための締付け機構部34が設けられている。
そして、把持機構部32で把持したドアガラス昇降用レギュレータRを、図8に示すようなドアWのインナパネルWiの開口部Hを通して、インナパネルWiとアウタパネルWo間の空間部内に挿入し、位置決め機構部33で位置決めした後、締付け機構部34によりボルト等で締付け固定するようにしている。
把持機構部32は、機台テーブル31の前面に取り付けられる第1シリンダ35と、第1シリンダ35のシリンダロッド35a先端に結合される基板36と、基板36の前面に取り付けられるモータ37と、モータ37の回転軸に前面側に取り付けられるテーブル38を備え、テーブル38には、各ブラケット39を介して複数の吸着パッド41と、ボス付き位置決めピン42が取り付けられ、ボス付き位置決めピン42はドアガラス昇降用レギュレータRの基準穴k(図9(b))に挿入可能にされている。
また、基板36の側部には、スライドレール(不図示)が設けられるとともに、このスライドレールは機台テーブル31の前面から延出するスライドガイド43に摺動自在に嵌合している。このため、第1シリンダ35の作動によって基板36が基台テーブル31面と垂直方向にスライド可能であり、またモータ37の作動によってテーブル38が所定角度回動可能である。
そして、ボス付き位置決めピン42をドアガラス昇降用レギュレータRの基準穴kに挿入した状態で、吸着パッド41をドアガラス昇降用レギュレータRのプレート部表面(図9(b)の面)に吸着させることで、ドアガラス昇降用レギュレータRを把持でき、またモータ37によりドアガラス昇降用レギュレータRをインナパネルWiの開口部H周縁に干渉しないような姿勢に傾けて挿入した後、ドアガラス昇降用レギュレータRの姿勢を取り付け姿勢に変換できる。
位置決め機構部33は、機台テーブル31の前面から延出する支柱47の先端部にブラケット50を介して支持部材44が取り付けられ、支持部材44にインナパネル基準孔に挿入するためのボス部付きピン45と、インナパネルの所定部位に当接する樹脂またはゴム製等のインナパネル当接部材46が取り付けられている。そして、位置決め機構部33は、把持機構部32を挟んだ状態で一対設けられている。
そして、位置決め機構部33のボス部付きピン45をインナパネルの基準孔t(図8)に挿入すると同時に、インナパネル当接部材46を所定箇所のインナパネルWiに当接させることで、ドアWと把持手段6の位置合わせが行われるようにしている。
締付け機構部34は、機台テーブル31側に固定される支柱47の側面に形成されるスライドレール(不図示)に対して、スライドガイドを介して摺動自在に係合するナットランナ48と、ナットランナ48をインナパネルWi側に向けて進退動させるための第2シリンダ51を備えており、第2シリンダ51は、ナットランナ48側と一体のスライドガイド付きのテーブル49に連結部材52を介して連結されている。
そして、第2シリンダ51の伸縮作動によって、ナットランナ48がインナパネルWiに向けて進退動するようにしている。なお、ナットランナ48も一対設けている。そして、ドアガラス昇降用レギュレータRを取付姿勢に位置決めすると、ナットランナ48が前進してボルト締めにより固定作業が行われるようにしている。
なお、作業者がデッドマンスイッチを握りながら操作ハンドル29を移動させたい方向に押すと、自動搬送モードからアシスト搬送モードに切替えられて軽い力で搬送できるようにされ、作業者がデッドマンスイッチから手を離すと、自動搬送モードに切替わるようにされている。
次に、アシスト搬送装置のパワーアシスト制御に関する制御系は、図6に示すように、操作ハンドル28の取付部に設けて操作ハンドルに掛かる作業者による操作力の方向と大きさを検出する6軸の操作入力用力覚センサ60と、ボックス30に設けて搬送物(ドアガラス昇降用レギュレータR)が障害物に接触した場合の外力の方向と大きさを検出する6軸の干渉検知用力覚センサ61と、位置指令演算部62と、位置制御部63と、アシスト駆動用アクチュエータとしての位置制御用のモータ(X軸,Z軸,S軸)13,17,23及び姿勢制御用のモータ(α軸,β軸,γ軸)25,27,28と、各モータ13,17,23,25,27,28の位置・速度を検出する位置・速度検出手段64からなる。
図7に示すように、作業者が操作ハンドル29を握って把持手段6に把持されたドアガラス昇降用レギュレータRを所望な方向に導くと、操作ハンドル29の取付部29aに設けた6軸の操作入力用力覚センサ60のうち少なくとも1軸が操作力を検出し、その操作力が目標値演算部62へ入力される。
また、把持手段6に把持されたドアガラス昇降用レギュレータRがドアWや障害物などに接触した場合にも、ボックス30に設けた6軸の干渉検知用力覚センサ61のうち少なくとも1軸が外力を検出し、その外力が目標値演算部62へ入力される。なお、図7は1軸(X軸)を示している。
目標値演算部62では、操作入力用力覚センサ60が検出した操作力(方向と大きさ)と干渉検知用力覚センサ61が検出した外力(方向と大きさ)に基づいてアシスト搬送装置の目標値(目標軌道、速度やアシスト力など)を算出する。
例えば、F:干渉検知用力覚センサ61が検出したX軸方向の力、N:干渉検知用力覚センサ61が検出したX軸回りのモーメント、f:操作入力用力覚センサ60が検出したX軸方向の力、n:操作入力用力覚センサ60が検出したX軸回りのモーメント、x:X軸方向の目標軌道、θ:X軸回りの回転の目標軌道、M:望ましい質量、I:望ましい慣性モーメント、Dxd:望ましいX軸方向の粘性摩擦係数、Dθd:望ましいX軸回りの粘性摩擦係数望とすると、以下に示す式(1),(2)が成り立つ。
x/dt=(f−F−Dxd・dx/dt)/M ……(1)
θ/dt=(n−N−Dθd・dθ/dt)/I ……(2)
なお、簡単化のため1軸方向(X軸方向)のみで式を表現した。実際は6軸(X軸,Z軸,S軸,α軸,β軸,γ軸)について、式(1),(2)が成り立つ。
そして、目標値演算部62では、位置制御用のモータ(X軸,Z軸,S軸)13,17,23及び姿勢制御用のモータ(α軸,β軸,γ軸)25,27,28がアシスト駆動するための目標値(目標軌道、速度やアシスト力など)を式(1),(2)より算出し、制御部63へ入力する。
制御部63では、目標値演算部62による演算結果(軌道:x、速度:dx/dt、加速度:dx/dtなど)に追従するように、位置制御用のモータ(X軸,Z軸,S軸)13,17,23及び姿勢制御用のモータ(α軸,β軸,γ軸)25,27,28を制御する。その際、位置制御用のモータ(X軸,Z軸,S軸)13,17,23及び姿勢制御用のモータ(α軸,β軸,γ軸)25,27,28の位置及び速度が位置・速度検出手段64により検出され目標値演算部62及び制御部63にフィードバックされる。
次に、車両用ドアWにドアガラス昇降用レギュレータRを取り付ける作業に適用した本発明に係るアシスト搬送装置の動作及びアシスト搬送方法について説明する。
ドア搬送ライン2に沿って左右一対のドアWがピッチ送りされると、これに伴って、搬送手段4によりドアガラス昇降用レギュレータRが取付位置Bに自動搬送される。即ち、把持手段6が部品供給位置Aのドアガラス昇降用レギュレータRを把持すると、自動搬送モードにより設定された経路に従って取付位置B近傍の所定ポイントに向けて自動搬送する。ここで、把持手段6によるドアガラス昇降用レギュレータRの把持は、自動モードによる把持でも、アシストモードによる把持でもよい。
取付位置B近傍の所定ポイントに達すると、各アクチュエータのモードがアシスト搬送モードに切替わる。このため、作業者は把持手段6のデッドマンスイッチを握りながら操作ハンドル29を移動させたい方向に押して行くことで、把持手段6を取付位置Bまで移動させる。そして、ドアWのインナパネルWiの開口部Hを通過する時は、図10(a)に示すように、別のスイッチを操作してドアガラス昇降用レギュレータRが開口部H周縁に干渉しないような姿勢に傾けて挿入する。
そして、上記の開口部H通過作業後、位置決め機構部33のボス部付きピン45をインナパネルWiの基準穴tに対してボス部が表面に当接するまで挿入すると同時に、インナパネル当接部材46をインナパネルWi表面に当接させることで位置決めを行う。その後、ドアガラス昇降用レギュレータRの傾きを戻してインナパネルWi側に若干移動させることにより、ドアガラス昇降用レギュレータRとインナパネルWiとを当接させる。
次いで、ボルトを装着した状態のナットランナ48がインナパネルWi側に前進し、ボルトをインナパネルWiのボルト穴xを挿通させ、ドアガラス昇降用レギュレータRに装着されるナットに締付けて固定すれば、図10(b)に示すような状態で取り付けられる。
左右いずれか一方のドアWへの取付作業が完了すると、作業者はデッドマンスイッチから手を離す。すると、把持手段6の作動モードは自動搬送モードに切替わり、把持手段6は定められた経路を辿って自動的に部品供給位置Aに移動した後、次ぎのドアガラス昇降用レギュレータRを把持して同じような手順で取付位置B近傍まで自動搬送する。
そして、所定のポイントまで搬送してくると、前記と同様な手順によりアシスト搬送モードに切替わり、左右他方側のドアWに対して同じような手順で取付ける。そして、2つのドアWに取付けが完了するまで、ドア搬送ライン2の搬送は停止した状態にあり、2つのドアWに取付けが完了すると、ピッチ搬送により、次ぎのパレットp(ドアW)が移動してくる。
以上のような要領により、把持手段6を使用して、ドアWにドアガラス昇降用レギュレータRを取り付けるようにすれば、作業を極めて効率的に行うことができ、またインナパネルWiとアウタパネルWoが予め一体化されているため、他のドア組付部品の組付けの自由度を損なうことがない。
なお、自動搬送モードで作業中、何らかのトラブルが発生したような場合、操作スイッチをアシストモードに切替えることにより、すべての地点間の搬送をアシストモードで行うことができ、この時、部品搬送手段4を自動搬送モードで定められたポイントまたはエリアに戻すときのインピーダンス設定は自動的に行われるようにされている。
本発明を完全自動化が困難な自動車生産ラインの組付作業などに適用することにより、作業環境を改善することができると共に、コストパフォーマンスの向上を図ることができる。
本発明に係るアシスト搬送装置を適用した車両組立ラインの全体概要図 搬送手段の斜視図 搬送手段の機台の平面図 搬送手段と把持手段の接続部の斜視図 把持手段の説明図 パワーアシスト制御に関する制御系のブロック構成図 アシスト搬送制御の概念説明図 ドアをインナパネル側から見た説明図 ドアガラス昇降用レギュレータの説明図で、(a)は裏面側、(b)は表面側から見た説明図 ドアインナパネル内にドアガラス昇降用レギュレータを組み付ける状態の説明図であり、(a)はインナパネルの開口部にドアガラス昇降用レギュレータを挿入する時の状態図、(b)は挿入後、ドアガラス昇降用レギュレータを回転させてインナパネルに固定した時の状態図
符号の説明
1…車両用ドア組立ライン、2…ドア搬送ライン、4…搬送手段、6…把持手段、13,17,23,25,27,28…モータ、29…操作ハンドル、60…6軸の操作入力用力覚センサ、61…6軸の干渉検知用力覚センサ、62…目標値演算部、63…制御部、64…位置・速度検出手段、R…ドアガラス昇降用レギュレータ、W…ドア。

Claims (2)

  1. 搬送手段に設けた操作ハンドルを操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送方法であって、作業者が搬送物を搬送させたい方向に操作した時の前記操作ハンドルに掛かる操作力の方向と大きさを検出すると共に、搬送物が障害物に接触した場合の外力の方向と大きさを検出し、前記操作力と前記外力の方向と大きさを演算処理して前記搬送手段の目標値として搬送物をアシスト搬送すると共に、前記外力による反力を前記作業者に伝達することを特徴とするアシスト搬送方法。
  2. 搬送手段に設けた操作ハンドルを操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送装置であって、搬送物を把持する把持手段と、この把持手段と前記搬送手段との接続部に設けられ前記操作ハンドルに掛かる操作力の方向と大きさを検出する操作力検出手段と、前記把持手段と前記搬送手段との接続部に設けられ前記把持手段に加わる外力の方向と大きさを検出する外力検出手段と、前記操作力検出手段が検出した操作力の方向と大きさ及び前記外力検出手段が検出した外力の方向と大きさを演算処理して前記搬送手段の目標値として搬送物をアシスト搬送する制御手段を備え、前記外力による反力を前記作業者に伝達することを特徴とするアシスト搬送装置。
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