JP2011093067A - ハンドガイドシステムの視覚情報支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業対象物の狭所へワークを挿入して組付ける場合や、ハンドガイドシステムの操作部と作業対象物の組付け位置が離れている場合でも、人の死角となる狭所での作業を可能にすることができるハンドガイドシステムの視覚情報支援装置を提供する。
【解決手段】手動操作盤によりロボットハンドを操作して作業対象物にワークを組付けるハンドガイドシステムの視覚情報支援装置であって、ロボットハンドのワーク近傍に設けられ作業対象物２の死角領域の画像を取得するカメラ３２と、ロボットハンドのワーク近傍に設けられ作業対象物の前記画像領域にスリット状、円弧状、スポット状又はこれらの組合せのレーザ光を照射するレーザ装置３４と、手動操作盤近傍に設けられ前記画像を表示するモニタ３６とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、作業対象物にワークを組付けるためのハンドガイドシステムの視覚情報支援装置に関する。

近年、多くの自動車メーカが「モジュール化組付」を推進している。モジュール化組付とは、車体に組付ける複数の部品を１つのモジュールに予め組付けておき、このモジュールを車体に組付ける部品組付手段である。
このようなモジュール化組付により、部品組付のための車両内乗込み作業を低減することができるが、その反面、モジュールが大型化し、作業者の負担が増大していた。

そこで、組立ライン上で移動する作業対象物（例えば、自動車の車体）にワーク（例えば、インストゥルメントパネルなどのモジュール）を組付ける際の、作業者の負担を軽減する手段が種々、提案されている（例えば、特許文献１〜３、非特許文献１〜５）。

非特許文献１、２及び特許文献３は、いわゆるパワーアシスト装置であり、作業全体を作業者が実施するが、これらの装置によりワークの重量を支持することで、作業員による重量物の扱いを容易にするものである。
特許文献１、２及び非特許文３〜５は、いわゆるハンドガイド装置であり、人の操作入力によりロボットを操作し、人とロボットが協働作業するものである。

特許３８７２３８７号公報、「人間と共存するロボットの制御装置と制御方法」 特許特開２００８−２１３１１９号公報、「協調作業ロボットとその制御方法」 特開２００９−０３４７５８号公報、「パワーアシスト装置及びその制御方法」

鴻巣仁司，荒木勇，山田陽滋、「自動車組立作業支援装置スキルアシストの実用化」日本ロボット学会誌Ｖｏｌ．２２ Ｎｏ．４，ｐｐ．５０８〜５１４， ２００４ アイコクアルファ ラクラクハンド（リフトアシスト）、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｋｏｋｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｒｈ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＞ ＪＩＳ Ｂ８４３３：２００７ ：産業用ロボットの安全規格 藤井 正和， 塩形 大輔， 村上 弘記， 曽根原 光治， 「人間・産業用ロボットの協働のための安全システムの提案」，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会２００８ 予稿集， ２Ａ１−Ａ２１ 小椋 優，江本 周平，藤井 正和，村上 弘記，曽根原 光治，「ハンドガイドロボットにおける操作ガイド手法の提案」，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会２００９ 予稿集， １Ａ２−Ｄ１５

以下、上述したパワーアシスト装置やハンドガイド装置を、本出願に「おいて「ハンドガイドシステム」と呼ぶ。

従来のハンドガイドシステムでは、作業対象物にワークを組付ける作業（組付け作業）を行なう場合に、人（例えば作業者）が目視によって作業対象物とワークとの位置関係を判断しながら、装置（パワーアシスト装置やハンドガイド装置）を操作していた。そのため，人が介在しない全自動組立装置と比較すると、高度な位置決めセンシング等が不要であり、多品種生産への対応が容易等の利点があった。

しかし、作業対象物の狭所へワークを挿入して組付ける工程や、ハンドガイドシステムの操作部と作業対象物の組付け位置が離れている場合には、作業対象物とワークとの位置関係が作業者の死角になって目視で確認できないことがある。
このような場合、作業者が正しくワークを位置決めすることが困難であり、作業に必要な位置決めの精度が高い場合には、そのような組付け自体を実現ができない問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、作業対象物の狭所へワークを挿入して組付ける場合や、ハンドガイドシステムの操作部と作業対象物の組付け位置が離れている場合でも、人の死角となる狭所での作業を可能にすることができるハンドガイドシステムの視覚情報支援装置を提供することにある。

本発明によれば、手動操作盤によりロボットハンドを操作して作業対象物にワークを組付けるハンドガイドシステムの視覚情報支援装置であって、
前記ロボットハンドのワーク近傍に設けられ前記作業対象物の死角領域の画像を取得するカメラと、前記手動操作盤近傍に設けられ前記画像を表示するモニタとを備える、ことを特徴とするハンドガイドシステムの視覚情報支援装置が提供される。

本発明の実施形態によれば、前記ロボットハンドのワーク近傍に設けられ前記作業対象物の前記画像領域にスリット状、円弧状、スポット状又はこれらの組合せのレーザ光を照射するレーザ装置を備える。

また、前記モニタは、前記画像と共に作業用の基準線を表示する。

また、前記ハンドガイドシステムは、前記ロボットハンドに取付けられワークを把持するワーク把持装置と、所定のロボットエリア内で前記ロボットハンドが移動可能なロボットと、前記ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、前記手動操作盤は、前記ロボットハンドに取付けられている。

上記本発明の装置によれば、カメラにより作業対象物の死角領域の画像を取得し、手動操作盤近傍に設けられたモニタに前記画像を表示するので、作業者は、モニタを用いて、死角となる箇所（死角領域）の作業状況を把握できる。

また、前記ロボットハンドのワーク近傍に設けられ前記作業対象物の前記画像領域にスリット状、円弧状、スポット状又はこれらの組合せのレーザ光を照射するレーザ装置を備えることにより、作業者は、前記作業対象物に映るレーザ光の照射位置（形状）をモニタで観察することができ、前記死角領域の作業対象物とワークの位置関係を容易に把握できる。

また、前記モニタが、前記画像と共に作業用の基準線を表示することにより、作業者は、基準線とレーザの位置関係から、前記死角領域の作業対象物とワークの位置関係、特に、作業終了時の位置関係をより正確かつ容易に把握できる。

本発明による視覚情報支援装置を備えたハンドガイドシステムの全体構成を示す平面図である。 ハンドガイドシステムにおけるロボットの構成図である。 ハンドガイドシステムにおける手動操作盤の構成図である。 本発明による視覚情報支援装置の実施形態図である。

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明による視覚情報支援装置を備えたハンドガイドシステムの全体構成を示す平面図である。
このハンドガイドシステムは、組立ライン１上を移動する作業対象物２にワーク３を組付けるためのハンドガイド装置１０である。この例における組立ライン１は、作業対象物２（この例で自動車の車体）にワーク３（この例でインストゥルメントパネルなどのモジュール）を組付けるラインであり、作業対象物２は所定の速度で左方（図で）に連続的に移動するようになっている。
作業対象物２（車体）には、開口部２ａ（車体のドア部）が設けられており、この開口部２ａを通してワーク３を車内に挿入することができる。またこの図で４はロボットのハンド取付け部（後述するロボットハンドの末端部）が移動するロボットエリア４ａを仕切るロボットエリア安全柵、５は組立ライン１を仕切る人エリア安全柵である。

図１において、ハンドガイド装置１０は、ワーク把持装置１２、ロボットハンド１４、ロボット１６、手動操作盤１８、及びロボット制御装置２０を備える。

図２は、ハンドガイドシステムにおけるロボットの構成図である。なおこの図は、ロボットハンド１４の長手方向から見ている。
図１及び図２において、ワーク把持装置１２は、ワーク３を把持するエンドエフェクタである。
ロボットハンド１４は、ワーク把持装置１２を中間位置に有する細長い部材であり、この例ではほぼ水平に位置する。ロボットハンド１４は、作業対象物２にワーク３を組付ける際に、ロボットエリア４ａと組立ライン１との間に人が通行可能な通路が形成される長さを有している。この通路は、ロボットハンド１４が移動可能な「作業エリア１ｂ」と、ロボットハンド１４が侵入できない「安全エリア１ｃ」とからなり、互いに隣接して設けられる。
また、作業対象物にワークを組付ける際に、手動操作盤１８は作業エリア１ｂ内に位置するように設定されている。
なお、ロボットハンド１４はこの構成に限定されず、ワーク３を把持できる限りで、その他の構成であってもよい。

ロボット１６は、この例では多関節ロボットであり、ロボットハンド１４の末端部１４ａ（図１で上端）を片持ち支持し、末端部１４ａを所定のロボットエリア４ａ内で移動可能に構成されている。なお、ロボット１６は、多関節ロボットに限定されず、その他の周知のロボットであってもよい。
手動操作盤１８は、ロボットハンド１４の末端部側に設けられ、作業エリア１ｂ内で人６（例えば作業員）が手動操作盤１８を操作してロボット１６の作動を操作するようになっている。
なお、手動操作盤１８の取り付け位置は、ロボットハンド１４上に限定されず、その他の位置であってもよい。

ロボット制御装置２０は、ロボット１６を制御する。
ロボット制御装置２０は、ロボット１６を自動制御する「自動モード」と、ロボット１６を手動操作盤１８により手動制御する「協働モード」とを有している。
自動モードでは、人６（作業員）の操作なしに、所定のシーケンス又はプログラムに従い、ロボット１６を自動制御する。協働モードでは、人６（作業員）が手動操作盤１８を操作してロボット１６の作動を操作するようになっている。
また、ハンドガイド装置１０は、人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行するようになっている。
なお、本願において、「自動モード」及び「協働モード」は必須ではなく、人６（作業員）が手動操作盤１８を操作してロボット１６の作動を操作することができればよい。

図３は、本発明における手動操作盤の構成図である。
本発明における手動操作盤１８は、イネーブルスイッチ１８ａ、片手操作入力デバイス１８ｂ、表示灯１８ｃ及び押釦スイッチ１８ｄを備える。
イネーブルスイッチ１８ａは、安全を担保するために片手を占有し、これを把持することでスイッチがＯＮするようになっている。
片手操作入力デバイス１８ｂは、直交３軸の並進入力と該３軸まわりの回転入力を片手操作で入力可能に構成されている。
また本発明の協働モードにおいて、両手でイネーブルスイッチ１８ａと片手操作入力デバイス１８ｂを操作することによりロボット１６を手動制御できるようになっている。
なお、入力デバイスは片手操作入力デバイスに限定されず、２つの入力デバイスを両手で操作してロボット１６を手動制御する構成であってもよい。
表示灯１８ｃは、ハンドガイド装置１０の種々の状態を表示し、押釦スイッチ１８ｄは種々の信号（例えば、非常停止信号）を出力するようになっている。

図１において、ハンドガイド装置１０は、さらに外部操作盤２２、状態表示装置２４、ライン遮断装置２６、及びロボットエリア遮断装置２７を備える。

外部操作盤２２は、組立ライン１及びロボット１６の作業エリア（安全柵４内）の外側に設けられ、作業開始スイッチ、作業終了スイッチ、モード切替スイッチ、継続スイッチ、非常停止スイッチ等を備え、ロボット１６（すなわちロボット制御装置２０）にそれぞれの制御信号を出力する。
状態表示装置２４は、ロボット１６の作動状態を表示する。この作動状態は、例えば自動モードと協働モード、ライン停止のアラームなどである。

ライン遮断装置２６は、例えばライトカーテン又はシャッターであり、自動モードにおいて、状態表示装置２４により協働作業可能状況が表示されるまで、安全エリア１ｃから作業エリア１ｂ内に人が入らないように通路を遮断する。

ロボットエリア遮断装置２７は、例えばライトカーテン又はシャッターであり、本発明のハンドガイド装置１０の作動中において、ロボットエリア内に人が入れないようにロボットエリアの開口部を遮断する。

なお、外部操作盤２２、状態表示装置２４、ライン遮断装置２６、及びロボットエリア遮断装置２７は必須ではなく、これを省略してもよい。
また、上述したハンドガイドシステムは一例であり、本発明はこれに限定されず、その他の周知のハンドガイド装置やパワーアシスト装置であってもよい。

図１において、本発明の視覚情報支援装置３０は、カメラ３２、レーザ装置３４、及びモニタ３６を備える。

カメラ３２は、ロボットハンド１４のワーク近傍（この例ではワーク把持装置近傍）に設けられ、作業対象物３の死角領域の画像を取得する。
レーザ装置３４は、ロボットハンド１４のワーク近傍（この例ではワーク把持装置近傍）に設けられ、作業対象物３の前記画像領域にスリット状、円弧状、スポット状又はこれらの組合せのレーザ光を照射する。
モニタ３６は、手動操作盤近傍（この例ではロボットハンド１４）に設けられ、カメラ３２で撮影した画像を表示する。またモニタ３６は、画像と共に作業の基準線（例えば、水平線、垂直線、中心点、等）を表示するようになっている。

図４は、本発明による視覚情報支援装置の実施形態図である。この図において、（Ａ）はレーザ光３５ａがスリット状である場合、（Ｂ）はレーザ光３５ａが円弧状である場合、（Ｃ）はレーザ光３５ａがスポット状である場合である。また、各図において、（ａ）はレーザ装置３４を横から見た模式図、（ｂ）は作業対象物３を正面から見た正面図である。

図４（Ａ）において、レーザ光３５ａがスリット状である場合、作業対象物２の取付け面２ｃが平面の場合に、取付け面２ｃに映るレーザ光３５ａの形状３５ｂは、直線となる。従って、例えば、モニタ３６に映るこの直線３５ｂを、作業対象物２上のマーク２ｄ（例えば線）と比較することにより、死角領域の作業対象物２とワーク３の位置関係を容易に把握できる。
また、作業対象物２の取付け面２ｃが平面以外の場合に、取付け面２ｃに映るレーザ光３５ａの形状は、折線又は曲線となる。従って、モニタ３６に映るこの折線又は曲線から、死角領域の作業対象物２とワーク３の位置関係を把握できる。

図４（Ｂ）において、レーザ光３５ａが円弧状である場合、作業対象物２の取付け面２ｃがレーザ装置３４の軸線に垂直の場合に、取付け面２ｃに映るレーザ光３５ａの形状３５ｂは、円形となる。また、作業対象物２の取付け面２ｃ’がレーザ装置３４の軸線に垂直でない場合に、取付け面２ｃに映るレーザ光３５ａの形状３５ｂ’は、楕円となる。
従って、作業対象物２とワーク３の位置関係により作業対象物２に映る円錐状のレーザ光の形状３５ｂ，３５ｂ’が円形又は楕円形になるので、作業者は、その形状から、死角領域の作業対象物２とワーク３の位置関係を容易に把握できる。

また、レーザ光３５ａが円弧状の場合に、円/楕円の大きさから位置関係（距離）を推測できるようにしてもよい。
例えば，対象物との距離が遠い場合、モニタから見る円/楕円は、合わせ作業の最終位置より大きくなる。そこで、図４（Ｂ）での合わせ作業では、傾き（円の歪）だけでなく、同時に大きさによって相対距離を把握しながら、合わせていく作業ができる。

さらに、図１において、カメラ３２とモニタ３６の間に画像処理装置（図示せず）を付加し、カメラ３２に写るレーザ光の撮像形状を画像処理装置にて認識し、最終位置・姿勢（基準線）との比較を行なうことで、上述した人が行なう操作方向の推定を数値化することができる。これをモニタ３６に参考表示することで、熟練度の低い操作者にも扱いやすいシステムとなる。
例えば、図４（Ｃ）の例において、最終状態をある大きさの円等になるように位置関係を調整（基準線を決定）しておく。画像処理によって取得した楕円の中心と基準線中心間距離、および楕円の短軸径（奥行き方向距離）から操作方向、距離が算出される。また、楕円度、および楕円の傾きから、姿勢あわせのための操作角度を算出できる。
複数の品種を扱う場合は、基準線・操作方向の算出式は、品種毎に登録しておくのがよい。

図４（Ｃ）において、レーザ光３５ａがスポット状である場合、作業対象物２の取付け面２ｃに映るレーザ光３５ａの形状３５ｂは、点となる。
従って、例えば、モニタ３６に映るこの点３５ｂを、作業対象物２上のマーク２ｄ（例えば点、円形）と比較することにより、死角領域の作業対象物２とワーク３の位置関係を容易に把握できる。

さらに、モニタ３６に操作力の方向も表示させてもよい。
また、モニタ３６に非特許文献５に開示されている操作ガイドと組み合わせて、作業状況、目標となる基準線、操作方向等の情報を表示させてもよい。

上述したように本発明の装置によれば、カメラ３２により作業対象物２の死角領域の画像を取得し、ロボットハンド１４の手動操作盤近傍に設けられたモニタ３６に前記画像を表示するので、作業者は、モニタ３６を用いて、死角となる箇所（死角領域）の作業状況を把握できる。

また、作業対象物２の前記画像領域にスリット状、円弧状、スポット状又はこれらの組合せのレーザ光を照射するレーザ装置３４を備えることにより、作業者は、作業対象物２に映るレーザ光の照射位置をモニタ３６で観察することができ、死角領域の作業対象物とワークの位置関係を容易に把握できる。

さらに、モニタ３６が、前記画像と共に作業用の基準線（例えば、水平線、垂直線、中心点、等）を表示することにより、作業者は、基準線と作業対象物２の位置関係から、前記死角領域の作業対象物２とワーク３の位置関係、特に、作業終了時の位置関係をより正確かつ容易に把握できる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１ 組立ライン、１ｂ 作業エリア、１ｃ 安全エリア、
２ 作業対象物（自動車の車体）、
２ａ 開口部（車体のドア部）、２ｂ 車体干渉部位、
２ｃ 取付け面、２ｄ マーク（線、点、円）、
３ ワーク（インストゥルメントパネル）、
４ ロボットエリア安全柵、４ａ ロボットエリア、
５ 人エリア安全柵、６ 人（作業員）、
１０ ハンドガイド装置、
１２ ワーク把持装置（エンドエフェクタ）、
１４ ロボットハンド、
１６ ロボット（多関節ロボット）、
１８ 手動操作盤、
１８ａ イネーブルスイッチ、
１８ｂ 片手操作入力デバイス、
１８ｃ 表示灯、１８ｄ 押釦スイッチ、
２０ ロボット制御装置、
２２ 外部操作盤、２４ 状態表示装置、
２６ ライン遮断装置、
２７ ロボットエリア遮断装置、
３０ 視覚支援装置、３２ カメラ、
３４ レーザ装置、３６ モニタ

Claims (4)

1. 手動操作盤によりロボットハンドを操作して作業対象物にワークを組付けるハンドガイドシステムの視覚情報支援装置であって、
   前記ロボットハンドのワーク近傍に設けられ前記作業対象物の死角領域の画像を取得するカメラと、前記手動操作盤近傍に設けられ前記画像を表示するモニタとを備える、ことを特徴とするハンドガイドシステムの視覚情報支援装置。
2. 前記ロボットハンドのワーク近傍に設けられ前記作業対象物の前記画像領域にスリット状、円弧状、スポット状又はこれらの組合せのレーザ光を照射するレーザ装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の視覚情報支援装置。
3. 前記モニタは、前記画像と共に作業用の基準線を表示する、ことを特徴とする請求項１に記載の視覚情報支援装置。
4. 前記ハンドガイドシステムは、前記ロボットハンドに取付けられワークを把持するワーク把持装置と、所定のロボットエリア内で前記ロボットハンドが移動可能なロボットと、前記ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、
   前記手動操作盤は、前記ロボットハンドに取付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の視覚情報支援装置。

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