JP2012051089A - 作業補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比して、製造ラインでのレイアウト性及び生産効率を向上できる作業補助装置を提供すること。
【解決手段】ワークＷを保持するアタッチメント５を有し、作業者Ｓが付加する操作力に基づいてワークＷを搬送するアーム３と、アーム３を駆動させるエアシリンダ２１と、エアシリンダ２１に出力するエアの圧力を調整する電空レギュレータと、電空レギュレータと通信可能に設けられて、電空レギュレータの出力エア圧を制御する制御装置７と、を備えることを特徴とする作業補助装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの搬送作業を補助する作業補助装置に関する。

従来より、工場の製造ラインなどでは、比較的重量の重いワークの組み付けに伴う搬送作業などに、作業補助装置が使用されている。この作業補助装置は、ワークを保持したアームに作用する重力を相殺し、大きな負荷がかかる搬送作業を支援することで、作業者の労力を軽減するとともに作業の安全性を確保する。

例えば、ワークを保持して昇降させる昇降機構と、エアの圧力によって昇降機構を駆動するエア式の駆動部と、駆動部に対して給排気するエアの流量及び圧力を制御するエア制御部と、エア制御部に対して無線で操作命令を与える無線式操作部と、を備える作業補助装置が開示されている（特許文献１参照）。この装置では、流量制御弁や方向切換弁などから構成されるエア回路をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、駆動部に給排気するエアの流量及び圧力を制御する。

特開２００７−９１３９１号公報

ところで、例えば自動車の製造ラインなどでは、搬送するワークは多種類に及ぶことが多く、これらのワークの重量は種類毎に異なる。このため、特許文献１の装置で多種類のワークに対応するためには、複数の専用エア回路を設ける必要があり、装置が大型化して製造ラインでのレイアウトの自由度が損なわれていた。

また、特許文献１の装置では、ワークの種類の変更に伴うエア回路の切り換え制御は、基本的に作業者の操作に基づいて行われる。このため、複数のエア回路を設けたことによりエア回路の切り換え制御が複雑化すると、エア回路の切り換えに時間を要し、装置の稼働率が低下するとともに、多機種混流生産などの製造ラインの生産効率を阻害する要因となっていた。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来に比して、製造ラインでのレイアウト性及び生産効率を向上できる作業補助装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明に係る作業補助装置（例えば、後述の作業補助装置１）は、ワーク（例えば、後述のワークＷ）を保持するワーク保持手段（例えば、後述のアタッチメント５）を有し、作業者が付加する操作力に基づいて前記ワークを搬送するアーム（例えば、後述のアーム３）と、前記アームを駆動させるエア式の駆動手段（例えば、後述のエアシリンダ２１）と、前記駆動手段に出力するエアの圧力を調整する電空レギュレータ（例えば、後述の第１電空レギュレータ）と、前記電空レギュレータと通信可能に設けられて、前記電空レギュレータの出力エア圧を制御する制御手段（例えば、後述の制御装置７）と、を備えることを特徴とする。

本発明では、駆動手段に出力するエアの圧力を調整する手段として、電空レギュレータを設けた。これにより、電気信号に比例して出力エア圧を変更可能な電空レギュレータのみで、例えば種類毎に重量の異なるワーク及びワーク保持手段に対応した適切な出力エア圧を制御でき、アームに作用する重力が相殺されたバランス状態を確保できる。従って、本発明によれば、複数のエア回路を設ける必要がないため装置を小型化でき、製造ラインでのレイアウト性が向上する。また、出力エア圧の制御が容易となり、生産効率を向上できる。

また、電空レギュレータの出力エア圧を制御する制御手段を、電空レギュレータと通信可能に設けた。これにより、例えば、作業補助装置の本体とは離間した製造ライン横などのスペースに制御手段を配置できる。従って、本発明によれば、作業補助装置の本体をより小型化でき、製造ラインでのレイアウト性がより向上する。

また、前記制御手段は、種類毎に重量の異なるワーク保持手段の種類に応じて、前記電空レギュレータの出力エア圧を制御することが好ましい。

この発明では、種類毎に重量の異なるワーク保持手段の種類に応じて、電空レギュレータの出力エア圧を制御する構成とした。
これにより、ワークを保持していない状態においても、種類毎に重量の異なるワーク保持手段の種類に応じて、適切な出力エア圧で電空レギュレータを制御でき、バランス状態を確保できる。従って、この発明によれば、より生産効率を向上できる。

また、前記作業補助装置は、更に、種類毎に異なるワークの重量を検出する重量検出手段（例えば、後述の荷重センサ２４）を備え、前記制御手段は、前記重量検出手段と通信可能に設けられて、前記重量検出手段で検出された重量データに基づいて、前記電空レギュレータの出力エア圧を制御することが好ましい。

この発明では、種類毎に異なるワークの重量を検出する重量検出手段を設けるとともに、検出された重量データに基づいて、電空レギュレータの出力エア圧を制御する構成とした。
これにより、作業者の操作によらずに、ワークの種類に対応した適切な出力エア圧に自動制御できる。また、ワークを保持した負荷状態（即ち、アーム自身の重量、ワーク保持手段の重量及びワークの重量の総重量による重力がアームに作用している状態）と、ワークを保持していない無負荷状態（即ち、アーム自身の重量及びワーク保持手段の重量の総重量による重力がアームに作用している状態）のそれぞれに対応した適切な出力エア圧に自動で制御でき、より生産効率を向上できる。

また、作業補助装置（例えば、後述の作業補助装置１０）は、更に、作業者が付加する操作力の方向及び大きさを検出する操作力検出手段（例えば、後述の６軸力センサ１２５，１２６）を備え、制御手段（例えば、後述の制御装置１７）は、前記操作力検出手段と通信可能に設けられて、前記操作力検出手段で検出された操作力の方向及び大きさに基づいて、電空レギュレータ（例えば、後述の第２電空レギュレータ２５２，第３電空レギュレータ２５３）の出力エア圧を制御することが好ましい。

この発明では、作業者が付加する操作力の方向及び大きさを検出する操作力検出手段を設けた。また、操作力検出手段で検出された操作力の方向及び大きさに基づいて、電空レギュレータの出力エア圧を制御する構成とした。
これにより、例えばアームに作用する重力が相殺されたバランス状態から、作業者がアームを上昇または下降させる際に、操作力検出手段で検出された操作力の方向及び大きさに基づいて、電空レギュレータの出力エア圧を制御できる。従って、作業者の操作力に追従してアームを上昇または下降させることができるため、作業者の操作力を軽減でき、より生産効率が向上する。

また、本発明の他の側面による作業補助装置（例えば、後述の作業補助装置１０）は、ワーク（例えば、後述のワークＷ）を保持するワーク保持手段（例えば、後述のアタッチメント５）を有し、作業者が付加する操作力に基づいて前記ワークを搬送するアーム（例えば、後述のアーム１３）と、前記アームを駆動させる駆動手段（例えば、後述のエアシリンダ２１）と、前記駆動手段を制御する制御手段（例えば、後述の制御装置１７）と、作業者が付加する操作力の方向及び大きさを検出する操作力検出手段（例えば、後述の６軸力センサ１２５，１２６）と、を備え、前記制御手段は、前記操作力検出手段で検出された操作力の方向及び大きさに応じた制御信号に基づいて、作業者の操作に追従して前記アームを駆動させることを特徴とする。

この発明では、エアシリンダに限らず、サーボモータなどの電動モータを駆動手段として備えた作業補助装置において、作業者が付加する操作力の方向及び大きさを検出する操作力検出手段を設けるとともに、この操作力検出手段で検出された操作力の方向及び大きさに応じた制御信号に基づいて、作業者の操作に追従してアームを駆動させる構成とした。
これにより、作業者がアームを上昇または下降させる際に、操作力検出手段で検出された操作力の方向及び大きさに基づいて、作業者の操作力に追従してアームが上昇または下降するように、エアシリンダや電動モータを制御できる。従って、作業者の操作力に追従してアームを上昇または下降させることができるため、作業者の操作力を軽減でき、より生産効率が向上する。

また、前記制御手段は、前記駆動手段による前記アームの駆動速度を切り換える切換手段（例えば、後述の切換部）を有することが好ましい。

この発明では、エアシリンダや電動モータなどの駆動手段によるアームの駆動速度を切り換え可能な構成とした。
これにより、駆動手段によるアームの駆動速度を、作業者の熟練度に応じて切り換え設定できる。このため、作業者の熟練度を問わず、作業者の意図した操作が可能となり、より生産効率が向上する。

本発明によれば、従来に比して、製造ラインでのレイアウト性及び生産効率を向上できる作業補助装置を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る作業補助装置の構成を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る作業補助装置のエア圧制御のブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る作業補助装置を配置した自動車の後部シート組み付けラインの平面図である。 本発明の第１実施形態に係る作業補助装置でワークを保持するときの動作を説明するための斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る作業補助装置で保持したワークを組み付けするときの動作を説明するための斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る作業補助装置の構成を示す側面図である。 本発明の第２実施形態に係る作業補助装置の６軸力センサグリップを説明するための図であり、（Ａ）は６軸力センサグリップの斜視図であり、（Ｂ）は６軸力センサが検出可能な３軸方向の力及び３軸を中心とした回転方向の回転モーメントを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る作業補助装置のエア圧制御のブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る作業補助装置において、バランスモード時のエア圧制御を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る作業補助装置において、バランス状態から作業者がアームを上昇させたときのエア圧制御を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る作業補助装置において、バランス状態から作業者がアームを下降させたときのエア圧制御を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る作業補助装置の第２電空レギュレータの出力エア圧の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、第２実施形態以降の説明において、第１実施形態と共通する構成については第１実施形態と同一の符号を付し、第１実施形態と共通する構成、動作及び効果についてはその説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る作業補助装置１の構成を示す側面図である。この作業補助装置１は、自動車の後部シート（以下、ワークＷともいう）の組み付けラインに適用され、かかる組み付け作業を補助する装置である。

図１に示すように、作業補助装置１は、上方に設置された搬送レールＲに沿って移動可能に設けられたキャリアＣに、棒状の吊下げ部材９を介して吊下げ支持されている。作業補助装置１は、本体２と、アーム３と、アタッチメント５と、制御装置７と、を備える。

本体２は、吊下げ部材９を介して吊下げ支持されるとともに、吊下げ部材９の中心軸を中心として、水平方向に回動可能に設けられている。このような本体２に支持されたアーム３は、第１アーム３１と、第２アーム３２と、第３アーム３３と、を備える。

第１アーム３１は、鉛直方向に回動可能に本体２に支持されている。具体的には、第１アーム３１は、てこを構成するように本体２に支持されており、その基端側には、後述するエアシリンダの図示しないピストンロッドが連結されている。第１アーム３１は、エアシリンダ内の圧力に応じてピストンロッドが上昇または下降することにより、鉛直方向に駆動する。

第２アーム３２は、第１アーム３１の先端に関節部４を介して支持されている。この第２アーム３２は、関節部４から鉛直下方に延びる鉛直部と、この鉛直部の先端から傾斜して下方に延びる傾斜部と、この傾斜部の先端から水平方向に延びる水平部と、から構成される。第２アーム３２は、第１アーム３１が鉛直方向に回動した場合であっても、水平部が常に水平状態を保つように関節部４に支持される。また、第２アーム３２は、鉛直部の中心軸を中心として水平方向に回動可能に設けられている。

第３アーム３３は、水平方向に回動可能に第２アーム３２の先端に支持されている。また、この第３アーム３３の下部には、操作ボックス６が設けられている。
操作ボックス６には、アーム３を上昇させる上昇モード設定スイッチや、アーム３を下降させる下降モード設定スイッチの他、アーム３に作用する重力を相殺するバランスモード設定スイッチが設けられている。作業者がこれらの各スイッチをＯＮすることにより、後述する制御装置７によって、アーム３の制御モードは、アーム３を上昇させる上昇モード、アーム３を下降させる下降モードまたはアーム３に作用する重力が相殺されたバランスモードのいずれかに切り換え設定される。

また、第３アーム３３の先端には、後述するエアシリンダから出力されたエアにより駆動するクランプ機構８が設けられている。このクランプ機構８は、クランプスイッチ及びアンクランプスイッチを備えている。作業者は、これらのスイッチをＯＮすることにより、ワークＷをクランプし、またはクランプを解除する。

アタッチメント５は、水平方向に回動可能に第３アーム３３の先端に支持されている。アタッチメント５は、保持するワークＷの種類毎に重量及び形状の異なるものが用いられ、ワークＷの種類に応じて、作業者によって交換される。

ワークＷは、後部シート搬送ライン１１Ａによって搬送される。作業補助装置１の近傍には、ワークＷの種類に対応した複数の異なる交換用のアタッチメント５１，５２が配置された治具置き場５０が設けられている。

制御装置７は、本体２と離間して、生産ライン横のスペースに配置されている。制御装置７は、後述する電空レギュレータ部２２が備える第１電空レギュレータの出力エア圧を制御（以下、「エア圧制御」という）することで、アーム３のバランス状態を確保したり、アーム３を上昇または下降させる。この制御装置７については、後段で詳述する。

本実施形態に係るエア圧制御について説明する。
図２は、本実施形態に係る作業補助装置１のエア圧制御のブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係るエア圧制御は、制御装置７によって、エアシリンダ２１、電空レギュレータ部２２、エア源２３及び荷重センサ２４を動作させることにより実行される。

エアシリンダ２１は、本体２に設けられており、後述する電空レギュレータ部２２を介してエア源２３に接続されている。エアシリンダ２１は、シリンダ及びピストンロッドを含んで構成されており、シリンダ内の圧力に応じてピストンロッドが上昇または下降することにより、ピストンロッドに連結された第１アーム３１を鉛直方向に駆動させ、アーム３を鉛直方向に駆動させる。

また、エアシリンダ２１には、シリンダ内の圧力を検出する図示しないエア圧センサが設けられている。エア圧センサは、制御装置７に通信可能に設けられている。エア圧センサは、保持するワークＷ及びアタッチメント５の種類毎に、アーム３に作用する重力の相殺に必要なエア圧データを予め検出して制御装置７に出力する。出力されたエア圧データは、後述する制御装置７の記憶部に記憶される。

電空レギュレータ部２２は、第１電空レギュレータから構成されている。この第１電空レギュレータは、電気信号に比例して出力エア圧を変更可能なレギュレータであり、エアシリンダ２１とエア源２３との間に設けられている。第１電空レギュレータは、制御装置７と通信回線７５により接続されている。第１電空レギュレータは、制御装置７からの制御信号に基づいて、エア源２３から供給されるエアの圧力を調整し、圧力が調整されたエアをエアシリンダ２１に出力する。なお、本実施形態の通信回線７５としては、無線通信回線と有線通信回線のいずれであってもよい。

エア源２３は、エアコンプレッサを含んで構成されている。エアコンプレッサは、エアを吸引して加圧した後、加圧したエアを、電空レギュレータ部２２の第１電空レギュレータを介して、エアシリンダ２１に供給する。

荷重センサ２４は、例えば本体２に設けられ、保持するワークＷの重量及びアタッチメント５の重量データを検出する。この荷重センサ２４は、制御装置７と通信可能に設けられており、検出した重量データを制御装置７に出力する。

制御装置７は、本体２と離間して、製造ライン横のスペースに配置されている。制御装置７は、アナログ信号をデジタル信号に変換するなどの機能を有する入力回路と、ＣＰＵと、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、第１電空レギュレータなどに制御信号を出力する出力回路と、図示しないプログラマブル・コントローラ（以下、「ＰＬＣ」という）などから構成されている。この制御装置７は、電空レギュレータ部２２の第１電空レギュレータと通信回線７５により接続されており、第１電空レギュレータの出力エア圧を制御する制御信号を、第１電空レギュレータに送信する。また、上記のようなハードウェア構成からなる制御装置７には、エア制御部７１、記憶部７２及びタッチパネル表示部７３などの各モジュールが構成されている。

エア制御部７１は、荷重センサ２４で検出されたワークＷ及びアタッチメント５の重量データと、エア圧センサで予め検出され、後述する記憶部７２に記憶されたエア圧データに基づいて、第１電空レギュレータの出力エア圧を制御する。
具体的には、エア制御部７１は、バランスモード時において、アーム３に作用する鉛直下方向の重力（アーム３自体の重量、ワークＷの重量及びアタッチメント５の重量の総量による重力）によってピストンロッドの鉛直上方向に作用する力に対して、等しい大きさで鉛直下方向の力が発生するように、第１電空レギュレータの出力エア圧を制御する。

また、エア制御部７１は、上昇モード時において、アーム３に作用する上記鉛直下方向の重力によってピストンロッドの鉛直上方向に作用する力に対して、より大きい鉛直下方向の力が発生するように、第１電空レギュレータの出力エア圧を制御する。
また、エア制御部７１は、下降モード時において、アーム３に作用する上記鉛直下方向の重力によってピストンロッドの鉛直上方向に作用する力に対して、より小さい鉛直下方向の力が発生するように、第１電空レギュレータの出力エア圧を制御する。

記憶部７２は、ワークＷの種類毎に、アーム３に作用する重力の相殺に必要なエア圧データを記憶する。記憶されるエア圧データには、ワークＷの種類毎に、ワークＷを保持した負荷状態（即ち、アーム３自身の重量、アタッチメント５の重量及びワークＷの重量の総重量による重力がアーム３に作用している状態）と、ワークＷを保持していない無負荷状態（即ち、アーム３自身の重量及びアタッチメント５の重量の総重量による重力がアーム３に作用している状態）のそれぞれにおいて、アーム３に作用する重力の相殺に必要なエア圧データが含まれる。これらのエア圧データは、エアシリンダ２１に設けられたエア圧センサで予め検出されて、記憶部７２に記憶される。これにより、ワークＷを保持した状態で、種類毎に重量の異なるワークＷの種類に応じて、バランス状態を確保するのに適した出力エア圧への制御が可能となっている。また、ワークＷを保持していない状態で、種類毎に重量の異なるアタッチメント５の種類に応じて、バランス状態を確保するのに適した出力エア圧への制御が可能となっている。

タッチパネル表示部７３は、例えば、エア圧データの追加や変更などの際に使用され、作業者が操作し易いようになっている。特に、制御装置７は図示しないＰＬＣを備えているため、エア圧データの追加や変更が容易となっている。なお、本実施形態では、汎用のＰＬＣが用いられる。

次に、本実施形態に係る作業補助装置１の動作について、図３〜６を参照して説明する。図３は、作業補助装置１を配置した自動車の後部シート組み付けラインの平面図である。図３に示すように、作業補助装置１は、後部シートＷが搬送される後部シート搬送ライン１１Ａと、自動車ボディＢが搬送される自動車ボディ搬送ライン１１Ｂとの間に配置されている。また、作業補助装置１は、上方に設置された搬送レールＲに沿って移動可能に設けられたキャリアＣに、棒状の吊下げ部材９を介して吊下げ支持されている。キャリアＣは、略正方形の枠体であり、吊下げ部材９を介して吊下げ支持された作業補助装置１は、キャリアＣの枠部に沿って移動可能となっている。

作業補助装置１の近傍には、ワークＷの種類に対応した複数の異なる交換用のアタッチメント５１，５２が配置された治具置き場５０が設けられている。作業者Ｓは、ワークＷの種類の変更に応じて、治具置き場５０に配置されているアタッチメント５１，５２のうち、当該ワークＷの種類に対応したアタッチメントへの交換を行う。
このとき、アタッチメント５の交換は、バランスモード下で行われる。作業者ＳがワークＷの種類に対応したアタッチメント５を取り付けると、荷重センサ２４で重量データが検出され、検出された重量データは制御装置７に送信される。すると、制御装置７は、送信された重量データと、予め記憶されたエア圧データに基づいて、第１電空レギュレータの出力エア圧を、無負荷状態のアーム３に作用する重力を相殺するのに適したエア圧に制御する。これにより、交換後のアタッチメント５の種類に対応して、無負荷状態のアーム３のバランス状態が自動的に確保される。

図４は、作業補助装置１で後部シートＷを保持するときの動作を示す斜視図である。図５は、保持した後部シートＷを組み付けするときの動作を示す斜視図である。
先ず、図４に示すように、後部シート搬送ライン１１Ａ上を搬送されてきた後部シートＷを、アーム３の先端に支持されたアタッチメント５により保持する。具体的には、作業者Ｓは、バランスモード下で、保持する後部シートＷの種類に応じたアタッチメント５をアーム３の先端に取り付けた後、アタッチメント５の適切な位置に後部シートＷをセットし、クランプスイッチ８１をＯＮする。これにより、後部シートＷが保持される。
このとき、アタッチメント５に後部シートＷを保持すると、荷重センサ２４で検出された重量データが制御装置７に送信される。すると、制御装置７は、送信された重量データと、予め記憶されたエア圧データに基づいて、第１電空レギュレータの出力エア圧を、負荷状態のアーム３に作用する重力を相殺するのに適したエア圧に制御する。これにより、保持するワークＷの種類に対応して、負荷状態のアーム３のバランス状態が自動的に確保される。

次いで、アタッチメント５で保持した後部シートＷを、自動車ボディ搬送ライン１１Ｂ上を搬送されてきた自動車ボディＢの後部座席まで搬送する。具体的には、作業者Ｓは、保持されている後部シートＷ、アタッチメント５、アーム３などを、直接手で掴み、力を付加して後部シートＷを搬送する。このとき、アーム３に作用する重力は相殺されており、バランス状態が確保されているため、作業者Ｓは小さな操作力で後部シートＷを搬送できる。

次いで、図５に示すように、自動車ボディＢの後部座席まで搬送した後部シートＷを、後部座席に組み付けする。具体的には、作業者Ｓは、後部座席の適切な位置まで後部シートＷを搬送した後、アンクランプスイッチ８２をＯＮすることにより、後部シートＷのクランプを解除する。
このとき、クランプが解除されると、荷重センサ２４で検出された重量データが制御装置７に送信される。すると、制御装置７は、送信された重量データと、予め記憶されたエア圧データとに基づいて、第１電空レギュレータの出力エア圧を、無負荷状態のアーム３に作用する重力を相殺するのに適したエア圧に制御する。これにより、アタッチメント５の種類に対応して、無負荷状態のアーム３のバランス状態が自動的に確保される。

以上の動作により、作業者Ｓは、小さな操作力でワークＷの搬送、組み付けが可能となっている。

本実施形態に係る作業補助装置１によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、エアシリンダ２１に出力するエアの圧力を調整する手段として、第１電空レギュレータを備える電空レギュレータ部２２を設けた。これにより、電気信号に比例して出力エア圧を変更可能な第１電空レギュレータのみで、例えば種類毎に重量の異なるワークＷ及びアタッチメント５に対応した適切な出力エア圧を制御でき、アーム３に作用する重力が相殺されたバランス状態を確保できる。従って、本実施形態によれば、複数のエア回路を設ける必要がないため装置を小型化でき、製造ラインでのレイアウト性が向上するとともに、メンテナンス性も向上する。また、出力エア圧の制御が容易となり、生産効率を向上できる。

また、アーム３に作用する重力の相殺に必要なエア圧として予め記憶されたエア圧データに基づいて、第１電空レギュレータの出力エア圧を制御する制御装置７を、本体２と離間した位置に第１電空レギュレータと通信可能に設けた。これにより、例えば製造ライン横などのスペースに、制御装置７を配置できる。従って、本実施形態によれば、作業補助装置１の本体２をより小型化でき、製造ラインでのレイアウト性がより向上するとともに、操作性も向上する。

また、本実施形態では、種類毎に重量の異なるアタッチメント５の種類に応じて、第１電空レギュレータの出力エア圧を制御する構成とした。
これにより、ワークＷを保持していない状態においても、種類毎に重量の異なるアタッチメント５の種類に応じて、適切な出力エア圧で第１電空レギュレータを制御でき、バランス状態を確保できる。従って、本実施形態によれば、より生産効率を向上できる。

また、本実施形態では、種類毎に異なるワークＷ及びアタッチメント５の重量を検出する荷重センサ２４を設けるとともに、検出された重量データと予め記憶されたエア圧データに基づいて、第１電空レギュレータの出力エア圧を制御する構成とした。
これにより、作業者Ｓの操作によらずに、ワークＷの種類に対応した適切な出力エア圧に自動制御できる。また、ワークＷを保持した負荷状態（即ち、アーム３自身の重量、アタッチメント５の重量及びワークＷの重量の総重量による重力がアーム３に作用している状態）と、ワークＷを保持していない無負荷状態（即ち、アーム３自身の重量及びアタッチメント５の重量の総重量による重力がアーム３に作用している状態）のそれぞれに対応した適切な出力エア圧に自動で制御でき、より生産効率を向上できる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る作業補助装置１０は、第１実施形態に係る作業補助装置１と同様のエア圧制御を実行する他、バランス状態からの作業者Ｓによるアーム１３の上昇操作または下降操作を支援するエア圧制御を実行する。より詳しくは、作業者Ｓがアーム１３に付加する操作力に追従して、アーム１３を上昇または下降させるエア圧制御を実行する。

図６は、本実施形態に係る作業補助装置１０の構成を示す側面図である。図６に示すように、本実施形態に係る作業補助装置１０は、関節部４から鉛直下方に延びる鉛直部と、この鉛直部の先端から水平方向に延びる水平部と、から構成される第２アーム１３２に、第１の６軸力センサグリップＧ１及び第２の６軸力センサグリップＧ２を備えている。これらの６軸力センサグリップは、従来公知の６軸力センサグリップであり、同一種類の６軸力センサグリップである。作業者Ｓは、これらの６軸力センサグリップの少なくとも一方のグリップ部を握った状態で、力を付加してアーム１３を操作する。

図７は、６軸力センサグリップＧ１を説明するための図であり、（Ａ）は６軸力センサグリップＧ１の斜視図であり、（Ｂ）は６軸力センサ１２５が検出可能な３軸方向の力及び３軸を中心とした回転方向の回転モーメントを示す図である。
図６及び図７（Ａ）に示すように、第１の６軸力センサグリップＧ１は、円柱状の６軸力センサ１２５と、この６軸力センサ１２５の先端面から同軸上に延びる棒状のグリップ部１３３と、第２アーム１３２に取付けられ、かつ６軸力センサ１２５及びグリップ部１３３を支持する支持部１３４と、から構成されている。第１の６軸力センサグリップＧ１は、その軸方向を水平方向として、第２アーム１３２の鉛直部の本体１２側に取り付けられている。

また、図７（Ｂ）に示すように、６軸力センサ１２５は、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系におけるＸ軸方向の力Ｆｘ、Ｙ軸方向の力Ｆｙ及びＺ軸方向の力Ｆｚを検出する。また、６軸力センサ１２５は、Ｘ軸を中心とした回転方向のモーメント（トルク）Ｍｘ、Ｙ軸を中心とした回転方向のモーメントＭｙ及びＺ軸を中心とした回転方向のモーメントＭｚを検出する。これにより、作業者Ｓが各６軸力センサグリップに付加した操作力の方向及び大きさが検出可能となっている。

同様に、図６に示すように、第２の６軸力センサグリップＧ２は、円柱状の６軸力センサ１２６と、この６軸力センサ１２６の先端面から同軸上に延びる棒状のグリップ部１３５と、第２アーム１３２に取付けられ、かつ６軸力センサ１２６及びグリップ部１３５を支持する支持部１３６と、から構成されている。第２の６軸力センサグリップＧ２は、その軸方向を鉛直方向として、第２アーム１３２の水平部の下側に取り付けられている。
また、６軸力センサ１２６は、６軸力センサ１２５と同様に、３軸方向の力と３軸を中心とした回転方向の回転モーメントを検出する。

図８は、本実施形態に係る作業補助装置１０のエア圧制御のブロック図である。図８に示すように、本実施形態に係るエア圧制御は、制御装置１７によって、エアシリンダ２１、エア源２３、荷重センサ２４、電空レギュレータ部２５、６軸力センサ１２５、６軸力センサ１２６及びデジタル／アナログ（以下、「Ｄ／Ａ」という）変換部１２７を動作させることにより実行される。

電空レギュレータ部２５は、第１電空レギュレータ、第２電空レギュレータ及び第３電空レギュレータを備えている。第１電空レギュレータは、第１実施形態と同様の構成である。第２電空レギュレータは、エアシリンダ２１に出力されるエア圧を増圧し、第３電空レギュレータは、エアシリンダ２１に出力されるエア圧を減圧する。電空レギュレータ部２５については、後段で詳述する。

６軸力センサグリップＧ１が備える６軸力センサ１２５及び６軸力センサグリップＧ２が備える６軸力センサ１２６は、それぞれ、上述したように作業者Ｓが各６軸力センサグリップに付加した操作力の方向及び大きさを検出する。これらの６軸力センサは、いずれも制御装置１７と通信可能に設けられており、各検出信号を制御装置１７に送信する。送信された各検出信号は、制御装置１７の図示しない操作力算出部にて加算されて、作業者Ｓがアーム１３に付加した操作力の方向及び大きさ（以下、「操作力データ」という）が算出される。

Ｄ／Ａ変換部１２７は、制御装置１７からの制御信号をアナログ変換して、通信回線７５を介して電空レギュレータ部２５へ出力する。これにより、アナログ変換されたアナログ信号が、電空レギュレータ部２５に無段階的に出力される。Ｄ／Ａ変換部１２７としては、従来公知のＤ／Ａ変換器が用いられる。

制御装置１７は、第１実施形態に係る制御装置７と比べて、エア制御部１７１と記憶部１７２の構成が異なり、図示しない切換部を更に備える以外は、同一の構成である。

エア制御部１７１は、第１実施形態に係るエア制御部７１と同様に、荷重センサ２４で検出されたワークＷ及びアタッチメント５の重量データと、エア圧センサで予め検出されて記憶部１７２に記憶されたエア圧データに基づいて、第１電空レギュレータ２５１の出力エア圧を制御する。これにより、ワークＷ及びアタッチメント５の種類に応じて、アーム１３に作用する重力の相殺に適したエア圧に制御でき、バランス状態が確保される。

また、エア制御部１７１は、上記の操作力データに基づいて、作業者Ｓがバランス状態からアーム１３を上昇させようとしていると判断される場合には、Ｄ／Ａ変換部１２７を介したアナログ制御信号を第２電空レギュレータ２５２に送信し、第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧を制御する。

このとき、第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧は、バランスモード下での第１電空レギュレータ２５１の出力エア圧毎に設定された、操作力データと第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧との関係に基づいて設定される。ここで、後述するように、電空レギュレータ部２５では、第１電空レギュレータ２５１及び第２電空レギュレータ２５２が駆動する場合には、出力エア圧の大きな方がエアシリンダ２１と接続されるように構成されている。このため、第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧は、バランスモード下での第１電空レギュレータ２５１の出力エア圧よりも大きく、作業者Ｓの操作力に追従してアーム１３を上昇させるのに必要な出力エア圧に設定される。
また、上記の出力エア圧としては、作業者Ｓの熟練度に応じて複数のモードが準備されており、予め記憶部１７２に記憶されている。出力エア圧は、作業者Ｓの熟練度が高いほど、大きくなるように予め設定されている。後述する切換部により、上記の複数のモードのうちのいずれかに切り換え設定される。

また、エア制御部１７１は、上記の操作力データに基づいて、作業者Ｓがバランス状態からアーム１３を下降させようとしていると判断される場合には、Ｄ／Ａ変換部１２７を介したアナログ制御信号を第３電空レギュレータ２５３に送信し、第３電空レギュレータ２５３の出力エア圧を制御する。

このとき、第３電空レギュレータ２５３の出力エア圧は、バランスモード下での第１電空レギュレータ２５１の出力エア圧毎に設定された、操作力データと第３電空レギュレータ２５３の出力エア圧との関係に基づいて設定される。ここで、後述するように、電空レギュレータ部２５では、第３電空レギュレータ２５３の入口側がエアシリンダ２１側のエア経路と接続するように構成されている。このため、第３電空レギュレータ２５３の出力エア圧は、バランスモード下での第１電空レギュレータ２５１の出力エア圧を減圧し、アーム１３を下降させるのに必要な出力エア圧に設定される。
なお、上記の出力エア圧としては、作業者Ｓの熟練度に応じて複数のモードが準備されており、予め記憶部１７２に記憶されている。出力エア圧は、作業者Ｓの熟練度が高いほど、大きくなるように予め設定されている。後述する切換部により、上記の複数のモードのうちのいずれかに切り換え設定される。

記憶部１７２は、第１実施形態に係る記憶部７２と同様に、ワークＷの種類毎に、アーム１３に作用する重力の相殺に必要なエア圧データを記憶する。
また、記憶部１７２は、上述したように、バランスモード下での第１電空レギュレータ２５１の出力エア圧毎に設定された、操作力データに応じた第２電空レギュレータ２５２の複数の出力エア圧を記憶する。
同様に、記憶部１７２は、上述したように、バランスモード下での第１電空レギュレータ２５１の出力エア圧毎に設定された、操作力データに応じた第３電空レギュレータ２５３の複数の出力エア圧を記憶する。
なお、これらのエア圧データは、エアシリンダ２１に設けられたエア圧センサで予め検出されて、記憶部７２に記憶される。

図示しない切換部は、例えば作業者Ｓによるタッチパネル表示部７３からの入力に応じて、第２電空レギュレータ２５２の複数の出力エア圧のモードのうちのいずれかへの切り換えを実行する。同様に、第３電空レギュレータ２５３の複数の出力エア圧のモードのうちのいずれかへの切り換えを実行する。これにより、作業者Ｓの熟練度に応じて、エアシリンダ２１の駆動速度の切り換えが行われる。

本実施形態のエア圧制御について説明する。
図９〜図１１は、本実施形態のエア圧制御を説明するための電空レギュレータ部２５のエア回路図である。具体的には、図９は、バランスモード時におけるエア圧制御を示す図であり、図１０は、バランス状態から作業者Ｓがアーム１３を上昇させたときのエア圧制御を示す図であり、図１１は、バランス状態から作業者Ｓがアーム１３を下降させたときのエア圧制御を示す図である。

図９〜図１１に示すように、電空レギュレータ部２５は、第１電空レギュレータ２５１と、第２電空レギュレータ２５２と、第３電空レギュレータ２５３と、シャトル弁２５５と、を含んで構成されている。これらの図に示すように、入口側がエア源２３に接続された第１電空レギュレータ２５１及び第２電空レギュレータ２５２は、その出口側がシャトル弁２５５の２つの入口ポートに接続されている。また、出口側に消音器２５４を備えた第３電空レギュレータ２５３は、その入口側がシャトル弁２５５とエアシリンダ２１との間のエア経路に接続されている。

図９に示すように、バランスモード時には、制御装置１７からの制御信号は、第１電空レギュレータ２５１にのみ送信される。これにより、図９の実線矢印で示すように、エア源２３、第１電空レギュレータ２５１及びシャトル弁２５５の経路で、エアシリンダ２１にエアが出力される。これにより、ワークＷ及びアタッチメント５の種類に応じて、アーム１３に作用する重力が相殺され、バランス状態が確保される。

図１０に示すように、バランス状態から作業者Ｓがアーム１３を上昇させたときには、制御装置１７からの制御信号が、第１電空レギュレータ２５１に加えて第２電空レギュレータ２５２にも送信される。このとき、第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧は第１電空レギュレータ２５１よりも大きく設定されているため、シャトル弁２５５の出口は、第２電空レギュレータ２５２が接続された入口ポートに接続される。これにより、図１０の実線矢印で示すように、エア源２３、第２電空レギュレータ２５２及びシャトル弁２５５の経路で、エアシリンダ２１にエアが出力される。これにより、作業者Ｓの操作力に追従してアーム１３が上昇する。

図１１に示すように、バランス状態から作業者Ｓがアーム１３を下降させたときには、制御装置１７からの制御信号が、第１電空レギュレータ２５１に加えて第３電空レギュレータ２５３にも送信される。このとき、図１１の実線矢印で示すように、第３電空レギュレータ２５３によって、エアシリンダ２１への出力エア圧が減圧される。これにより、作業者Ｓの操作力に追従してアーム１３が下降する。

なお、本実施形態では、エアシリンダ２１の駆動エアの増圧及び減圧を電空レギュレータで制御したが、エアシリンダ２１の代わりに電動モータやサーボモータなどの駆動手段とすることも可能である。

図１２は、本実施形態に係る作業補助装置１０の第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧の例を示す図である。図１２の横軸は、作業者Ｓがアーム１３に付加した操作力を示しており、縦軸は第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧を示している。図１２に示した例では、第１電空レギュレータ２５１の出力エア圧は０．２８Ｍｐａに設定されている。このため、第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧が０．２８Ｍｐａを超えると、シャトル弁２５５の出口が、第２電空レギュレータ２５２が接続された入口ポートに接続され、エアシリンダ２１のシリンダが動き出すようになっている。

図１２に示すように、本実施形態の構成によれば、第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧を、操作力に対してリニアに追従させ得ることが分かる。また、図１２のモードＡとは、操作力に対して第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧を比較的大きく設定した熟練者用モードであり、モードＢとは、操作力に対して第２電空レギュレータ２５２の出力エア圧を比較的小さく設定した初心者用モードである。

即ち、図１２に示すように、駆動手段の駆動速度を増加または減少させたい場合には、モードを切り換えることで可能となっている。このように本実施形態では、エアシリンダ２１によるアーム１３の駆動速度を、作業者Ｓの熟練度に応じて切り換えできるため、作業者Ｓの熟練度を問わずに作業者Ｓの意図した操作が可能となり、高い生産効率が得られる。
なお、本実施形態のように駆動手段がエアシリンダ２１の場合に限られず、サーボモータなどの電動モータの場合においても、電動モータによるアーム１３の駆動速度を切り換えることができる。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、エアシリンダ２１に出力されるエア圧を増圧する第２電空レギュレータ２５２と、エアシリンダ２１に出力されるエア圧を減圧する第３電空レギュレータ２５３と、作業者Ｓが付加する操作力の方向及び大きさを検出する６軸力センサ１２５，１２６と、を設けた。また、６軸力センサ１２５，１２６で検出された操作力の方向及び大きさに基づいた制御信号を、アナログ変換して第２電空レギュレータ２５２または第３電空レギュレータ２５３に出力してこれら電空レギュレータの出力エア圧を制御することで、作業者Ｓの操作に追従してアーム１３を上昇または下降させる構成とした。
これにより、アーム１３に作用する重力が相殺されたバランス状態から、作業者Ｓがアーム１３を上昇または下降させる際に、６軸力センサ１２５，１２６で検出された操作力の方向及び大きさに基づいて、第２電空レギュレータ２５２または第３電空レギュレータ２５３を制御できる。より詳しくは、アナログ変換された無段階の制御信号を、第２電空レギュレータ２５２または第３電空レギュレータ２５３に出力できる。このため、作業者Ｓの操作力にリニアに追従してアーム１３を上昇または下降させることができるため、作業者Ｓの操作力を軽減でき、より生産効率が向上する。また、本実施形態によれば、６軸力センサとして例えば安価な力センサを用いた場合であっても、上記の効果が奏される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
上記実施形態では、本発明に係る作業補助装置を自動車の後部シート組み付け作業に適用したが、これに限定されない。他の比較的重量の重いワークの搬送、組み付け作業などに好ましく適用される。

また、上記実施形態では、荷重センサで検出されたワーク及びアタッチメントの重量データに基づいて、第１電空レギュレータの出力エア圧の制御を行ったが、これに限定されない。例えば、制御装置に入力された生産計画データに基づいて、第１電空レギュレータの出力エア圧の制御を行ってもよい。

また、上記実施形態では、１台の作業補助装置を１台の制御装置により制御した例を挙げたが、これに限定されない。１台の制御装置で、複数台の作業補助装置を同時に制御することも可能である。

また、上記実施形態では、第１から第３の３つの電空レギュレータを組み合わせて駆動力を制御する構成としたが、３つに限ることはなく、精密パイロットレギュレータを用いてもよい。また、レギュレータはエア用に限らず、電動モータやサーボモータ用の制御ユニットに適用してもよい。

１，１０…作業補助装置
３，１３…アーム
５…アタッチメント（ワーク保持手段）
７，１７…制御装置（制御手段）
２１…エアシリンダ（駆動手段）
２２，２５…電空レギュレータ部
２４…荷重センサ（重量検出手段）
１２５…６軸力センサ（操作力検出手段）
１２６…６軸力センサ（操作力検出手段）
１２７…Ｄ／Ａ変換部（アナログ変換手段）
２５１…第１電空レギュレータ
２５２…第２電空レギュレータ
２５３…第３電空レギュレータ
Ｗ…ワーク

Claims (6)

1. ワークを保持するワーク保持手段を有し、作業者が付加する操作力に基づいて前記ワークを搬送するアームと、
   前記アームを駆動させるエア式の駆動手段と、
   前記駆動手段に出力するエアの圧力を調整する電空レギュレータと、
   前記電空レギュレータと通信可能に設けられて、前記電空レギュレータの出力エア圧を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする作業補助装置。
2. 前記制御手段は、種類毎に重量の異なるワーク保持手段の種類に応じて、前記電空レギュレータの出力エア圧を制御することを特徴とする請求項１記載の作業補助装置。
3. 前記作業補助装置は、更に、種類毎に異なるワークの重量を検出する重量検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記重量検出手段と通信可能に設けられて、前記重量検出手段で検出された重量データに基づいて、前記電空レギュレータの出力エア圧を制御することを特徴とする請求項１または２記載の作業補助装置。
4. 前記作業補助装置は、更に、作業者が付加する操作力の方向及び大きさを検出する操作力検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記操作力検出手段と通信可能に設けられて、前記操作力検出手段で検出された操作力の方向及び大きさに基づいて、前記電空レギュレータの出力エア圧を制御することを特徴とする請求項１から３いずれか記載の作業補助装置。
5. ワークを保持するワーク保持手段を有し、作業者が付加する操作力に基づいて前記ワークを搬送するアームと、
   前記アームを駆動させる駆動手段と、
   前記駆動手段を制御する制御手段と、
   作業者が付加する操作力の方向及び大きさを検出する操作力検出手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記操作力検出手段で検出された操作力の方向及び大きさに応じた制御信号に基づいて、作業者の操作に追従して前記アームを駆動させることを特徴とする作業補助装置。
6. 前記制御手段は、前記駆動手段による前記アームの駆動速度を切り換える切換手段を有することを特徴とする請求項５記載の作業補助装置。

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