JP3829399B2 - 軌跡規制機能付き助力アーム - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークを予め定めた範囲内で搬送できるようにした助力アームに関する。
【従来の技術】
たとえば、自動車の生産等においては、重量物を車内に取り付ける等の作業者の作業負担を軽くするために、特開平６−８７４７６号公報、特開平７−６１７９９号公報、特開平７−１１２３３７号公報に開示されているような作業補助装置（この明細書では助力アームという）が用いられている。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の助力アームにあっては、ワークの作業点において、アームをロックしてワークを規定の位置に取り付けることができるようにしたり、アームの揺動を規制してワークが揺動しないようにしたりすることができるようにはなっているものの、ワークを搬送する途中の経路では全くフリーの状態になっているので、搬送途中でワークを他の生産機械にぶつけてしまったり、擦ってしまったりしてワーク自身又はワークが取り付けられる車両を傷付ける恐れがある。
通常は、作業者がこのようなことが起こらないように注意しながらワークを搬送させるが、非常に重たいワークを狭小な場所で搬送させなければならないような場合には、ワークの慣性質量が大きいので、ワークをぶつけたりしないように、また、搬送中に怪我をしないようにするために、その搬送には細心の注意を払わなければならず、これが作業者の疲れの原因となったり、作業効率を悪化させる原因となる。
このような問題を解決するためには、産業用ロボットを使用するのも１つの方法ではあるが、車室内でのワークの取り付け作業がロボットにとって非常に難しい作業である場合には、ロボットだけで全ての作業をするというわけにはいかず、結局はロボットと作業者との共同作業を余儀無くされるが、安全面からこのような共同作業を実現することには問題がある。
本発明は、従来の助力アームを、その構成を複雑にすることなく、さらに改善することによって、たとえ狭小な場所でもワークの搬送を容易にすることができ、しかも搬送時の安全性を向上させ、作業効率を向上させることができる軌跡規制機能付き助力アームの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は請求項毎に次のように構成される。
請求項１に記載の発明は、作業者がアームの先端部分にワークを取り付け、前記ワークを押し引きしながら所望の位置にワークを搬送することができ、複数のアームにアームの回動を停止させるブレーキが備えられた助力アームであって、前記複数のアームの回動位置を検出する回動位置検出手段と、当該回動位置検出手段によって検出された各アームの回動位置に基づいて、ワークの搬送位置を演算する搬送位置演算手段と、ワークの動作可能領域を記憶する動作可能領域記憶手段と、前記回動位置検出手段で検出された各アームの回動位置とその回動位置における動作許容範囲とを教示する教示手段と、当該教示手段からの教示データを記憶する教示データ記憶手段と、当該教示手段に記憶されている前記回動位置における前記動作許容範囲に基づいて動作可能領域を演算する動作可能領域演算手段と、運転モードと教示モードとを切換えるモード切換手段と、当該モード切換手段によって運転モードに切換えられた場合には、前記搬送位置演算手段によって演算されたワークの搬送位置に基づいて前記動作可能領域記憶手段を参照し、当該ワークの搬送位置が動作可能領域範囲外であるときには、前記ブレーキをオンするように制御する一方、教示モードに切換えられた場合には、前記教示手段による教示を可能にし、前記動作可能領域演算手段によって演算された結果を前記動作可能領域記憶手段に記憶させる制御手段と、を有することを特徴とする軌跡規制機能付き助力アームである。
このような構成にすると、助力アームのモードを切り換えるのみで、ワークの搬送作業と教示作業との選択が可能となる。運転モードに切換えられた場合には、作業者がワークを搬送しているときに、ワークが動作可能領域範囲外に出ると、自動的にブレーキがかかることになるので、非常に重たいワークを狭小な場所で搬送させなければならないような場合でも、ワークの搬送にあまり気を使わなくても良くなり、作業能率が向上する。また、教示モードに切換えられた場合には、作業者が現場で最適の動作可能領域を自由に設定することができるようになり、結果的にはワークの搬送作業時の効率可に繋がる。
請求項２に記載の発明は、請求項 1 に記載の軌跡規制機能付き助力アームにおいて、前記制御手段は、ワークの搬送位置が動作可能領域範囲外であるときには、前記ブレーキを一定時間オンした後オフするように制御することを特徴とする軌跡規制機能付き助力アームである。
このようにブレーキが一定時間だけかかるようにすれば、ブレーキの解除は自動的に行われるために、搬送作業の能率がさらに向上する。
【発明の効果】
請求項１に記載の発明では、運転モードに切換えられた場合には、ワークの搬送位置が動作可能領域範囲外になるとブレーキをオンさせることができる。したがって、作業者がワークを搬送しているときに、ワークが動作可能領域範囲外に出ると、自動的にブレーキがかかることになるので、非常に重たいワークを狭小な場所で搬送させなければならないような場合でも、ワークの搬送にあまり気を使わなくても良くなり、作業能率が向上する。一方、教示モードに切換えられた場合には、教示手段による教示を可能にして、動作可能領域演算手段によって演算された結果を動作可能領域記憶手段に記憶させるようにしたので、作業者が現場で最適の動作可能領域を自由に設定することができるようになり、結果的にはワークの搬送作業時の効率可に繋がる。
請求項２に記載の発明では、ワークの搬送位置が動作可能領域範囲外であるときには、ブレーキを一定時間オンした後オフするようにしたので、ブレーキの解除は自動的に行われるために、搬送作業の能率がさらに向上する。
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の１実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の軌跡規制機能付き助力アームの側面図である。
この助力アームは、アーム１０に取り付けられたシリンダ１２によってワークの重量を相殺できるようになっている。このアーム１０は、上下方向に移動でき、さらに主軸１４に対して旋回でき、さらにその先端部が前後方向にスライドできるようになっているので、作業者は、アーム１０の先端部分にワークを取り付け、このワークを押し引きしながら所望の位置にワークを搬送することができる。
各アーム１０，１４には、アーム１０の回動量、その先端部分のスライド量、アーム１０のアーム１４に対する回動量を検出するための回動位置検出手段であるエンコーダ４０ａ〜４０ｃが設けてある。また、各アームには、アーム１０の回動、その先端部分のスライド、アーム１０のアーム１４に対する回動を停止させるためにブレーキ４５ａ〜４５ｃが設けてある。
アーム１０の先端部分には、コントロールボックス２０が取り付けられ、これに配置されている種々のスイッチを操作することによってブレーキ４５ａ〜４５ｃをオン，オフさせたり、後述する動作可能領域の教示を行ったりすることができるようになっている。
この助力アームには、図示はしていないがブレーキ４５ａ〜４５ｃの動作を制御するための制御機能をもったコントローラが作業の邪魔にならない位置に設置されている。
このコントローラとコントロールボックス等の接続関係は、図２に示すようになっている。
コントローラ３０には、後述する制御部３８を教示モードとして機能させたり、運転モードとして機能させたりするためのモード切換手段として機能するモード切換スイッチ３１が接続され、また、助力アームのコントロールボックス２０が接続される。このコントロールボックス２０には、図３にも示すような教示手段として機能するティーチング釦２２、領域設定釦２４が設けられている。
ティーチング釦２２は、エンコーダ４０（４０ａ〜４０ｃ）で検出された各アームの回動位置を記憶させるための指令を出すものであり、一方、領域設定釦２４は、動作可能な領域を任意に設定するための指令を出すものであり、いずれも教示モード時に用いられるものである。
ブレーキスイッチ２６は、オン釦２６ａとオフ釦２６ｂの２つの釦を有し、作業者がこれらの釦を操作するとブレーキ４５ａ〜４５ｃがオン，オフする。
コントロールボックス２０のティーチング釦２２と領域設定釦２４とは、コントローラ３０内の教示データ記憶手段であるティーチデータ記憶部３２に接続され、ティーチング釦２２が押されると、エンコーダ４０の検出値が直接ティーチデータ記憶部３２に記憶され、領域設定釦２４が押されると、指定された半径が動作領域としてティーチデータ記憶部３２に記憶される。コントローラ３０には、動作可能領域演算手段としての動作可能領域演算部３４と、動作可能領域記憶手段として機能する動作可能領域記憶部３６が設けられているが、動作可能領域演算部３４は、エンコーダ４０によって検出された各アーム１０，１４の回動位置に基づいて、ワークの搬送位置を演算するものであり、動作可能領域記憶部３６は、動作可能領域演算部３４で演算されたワークの動作可能領域を記憶するものである。
コントローラ３０に設けられている制御部３８は、搬送位置演算手段、制御手段として機能するものであって、動作可能領域記憶部３６に記憶されているワークの動作可能領域、エンコーダ４０によって検出された各アーム１０，１４の回動位置に基づく演算の結果得られるワークの搬送位置から、自動的にブレーキ４５をオン、オフさせたり、作業者によるブレーキＳＷ２６の操作によってブレーキ４５をオン，オフさせたりする制御を行うものである。
本発明の助力アームの概略の構成は以上の通りであるが、つぎに、教示モード時の動作と運転モード時の動作とを図４及び図５の動作フローチャート、並びに図６を参照しながら説明する。
図４のフローチャートは、本発明の助力アームを教示モードで動作させる場合の処理を示すフローチャートである。なお、教示モードは、前述のモード切換スイッチ３１を教示側に切り換えることで設定される。この設定によって、制御部３８は教示モードのプログラムが実行され、ティーチング釦２２，領域設定釦２４の指令を受け入れるようになる。
教示作業は、作業者はワークの取り付けられるハンドを手で動かすことによって行う（Ｓ１）。教示したい点までハンドを動かして止め、そのハンドに取り付けられているコントロールボックス２０（図１参照）のティーチング釦２２（図３参照）を押すと、各アームに取り付けられているエンコーダ４０（４０ａ〜４０ｃ）で検出された各アームの回動位置がティーチデータ記憶部３２に記憶される。この操作を行っただけでは、ワークの搬送位置が記憶されるのみである。なお、ポイントは細かくとる方が良いが、周囲に障害物がなく、比較的自由にワークの搬送が行えるような場所では距離を長くとって教示作業の時間を節約する。たとえば、ティーチング釦２２の操作によって、図６（Ａ）のＰ１，Ｐ２，Ｐ３の点がティーチングされたとすると、このそれぞれのポイントのデータは、それぞれのエンコーダ４０ａ〜４０ｃの検出値がＰ１（Ｊ１ａ，Ｊ２ａ，Ｊ３ａ）、Ｐ２（Ｊ１ｂ，Ｊ２ｂ，Ｊ３ｂ）、Ｐ３（Ｊ１ｃ，Ｊ２ｃ，Ｊ３ｃ）として記憶される。つまり、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を形成する各アームの姿勢におけるエンコーダ４０ａ〜４０ｃの検出値が記憶される（Ｓ２）。
つぎに、作業者は、動作可能な領域を任意に設定すべく、その領域を教示点からの半径として設定する。この設定は領域設定釦２４の操作によって行う。この操作によって、ティーチデータ記憶部３２にはワークの搬送位置とともにその位置における動作可能な領域の半径が教示データとして記憶される（例えば図６（Ｂ）のＰ１，Ｐ２，Ｐ３の点に設定された半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の円に相当する）。この操作によって、動作可能な領域の半径が、前述のポイントのデータ、Ｐ１（Ｊ１ａ，Ｊ２ａ，Ｊ３ａ）、Ｐ２（Ｊ１ｂ，Ｊ２ｂ，Ｊ３ｂ）、Ｐ３（Ｊ１ｃ，Ｊ２ｃ，Ｊ３ｃ）に付加され、Ｐ１（Ｊ１ａ，Ｊ２ａ，Ｊ３ａ、Ｒ１）、Ｐ２（Ｊ１ｂ，Ｊ２ｂ，Ｊ３ｂ，Ｒ２）、Ｐ３（Ｊ１ｃ，Ｊ２ｃ，Ｊ３ｃ，Ｒ３）という教示データとして記憶されることになる（Ｓ３）。
このような教示を必要なポイントに対して動作順に繰り返し行い、全てのポイントのついての教示が終了すると（Ｓ４）、動作可能領域演算部３４は、ティーチデータ記憶部３２に記憶されている全ての教示データに基づいて動作可能領域を演算する。この動作可能領域は、ワークの搬送を自由に行うことができる領域であり、図６（Ｃ）に示すようにトンネル状に形成される三次元の領域である。なお、１つのポイントから次のポイントまでの動作可能領域の演算は、各ポイント毎に設定した半径を直線近似しながら行う。
前述のような教示データが記憶されている場合、Ｐ１（Ｊ１ａ，Ｊ２ａ，Ｊ３ａ、Ｒ１）、Ｐ２（Ｊ１ｂ，Ｊ２ｂ，Ｊ３ｂ，Ｒ２）、Ｐ３（Ｊ１ｃ，Ｊ２ｃ，Ｊ３ｃ，Ｒ３）のデータを空間データＰ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１，Ｒ１）、Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２，Ｒ２）、Ｐ３（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３，Ｒ３）に変換し、次にＰ１からＰ２に至る直線上にて半径Ｒ１からＲ２まで連続的に変化する球を描いてゆく。この刻み幅ｄはできるだけ小さい値とすることによって滑らかな空間を形成できるようになる。しかし、あまりに小さい値とすると動作可能領域のへ演算に時間がかかり過ぎるため、どの程度の刻み幅とするかは実際の操作感との兼ね合いで決めることになる。
このようにして演算された動作可能領域は、そのトンネルの壁面の座標の集合体として動作可能領域記憶部３６に記憶されることになる（Ｓ５）。
このようにして動作可能領域の設定をすると、後述するように、ワークを搬送する際に、作業者がこの領域から外れる方向にワークを搬送しようとしても、アームにブレーキがかかってその方向にワークが搬送されないようにできる。
図５のフローチャートは、本発明の助力アームを運転モードで動作させる場合の処理を示すフローチャートである。なお、運転モードは、前述のモード切換スイッチ３１を運転側に切り換えることで設定される。この設定によって、制御部３８は運転モードのプログラムが実行され、ブレーキＳＷ２６の指令を受け入れるようになり、動作可能領域記憶部３６に記憶されている動作可能領域とエンコーダ４０の検出値とに基づいてブレーキ４５を自動的にオンさせるようにできる。
運転モードが選択されると、まず、制御部３８は各アームに取り付けられているブレーキ４５（４５ａ〜４５ｃ）を全て解除し、作業者がハンドに取り付けたワークを自由に運搬できるようになる（Ｓ１１，Ｓ１２）。制御部３８は、エンコーダ４０ａ〜４０ｃの検出値を読み込んで現在のワークの搬送位置を認識し、この位置が動作可能領域記憶部３６に記憶されている動作可能領域内であれば（Ｓ１３）、作業者がブレーキＳＷのオン釦２６ａ（図３参照）を任意にオンすることによってブレーキ４５をかけることができ（Ｓ１４，Ｓ１５）、ブレーキ４５をかけた場合には、ブレーキＳＷのオフ釦２６ｂをオンすることによってブレーキが解除される（Ｓ１６〜Ｓ１８）。
つまり、動作可能領域内であれば、ブレーキＳＷのオン釦２６ａをオンしたりブレーキＳＷのオフ釦２６ｂをオンしたりすることによって、作業者の意思に基づくブレーキ操作が可能であり、この操作をしない限り、作業者はワークを自由に搬送することができる。
一方、動作可能領域外にワークが搬送されようとした場合には、制御部３８は現在のワークの搬送位置からそのことを即座に認識し、自動的に一定時間ブレーキ４５をかける。
なお、ワークの搬送位置が動作可能領域外であることは、その搬送位置が動作可能領域として記憶されているトンネルの壁の内部に位置するのか、外部に位置するのかによって判断する。一定時間経過すると、ブレーキを解除して作業者によるワークの搬送が可能となる。このように一定時間だけブレーキをかけるようにしてあると、作業者はブレーキの解除をするための操作をする必要がないので、作業時に煩わしさを感じることがない（Ｓ１９〜Ｓ２１）。
このように、本発明の軌跡規制機能付き助力アームによれば、非常に簡易な構成であっても、ワークの搬送軌跡を制御することができ、気を使うことなくワークを予め定めた範囲内で搬送できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる軌跡規制機能付き助力アームの側面図である。
【図２】 本発明にかかる軌跡規制機能付き助力アームのコントローラ及びその周辺の構成を示すブロック図である。
【図３】 コントロールボックス内の各種釦の配置図である。
【図４】 本発明にかかる軌跡規制機能付き助力アームの動作フローチャートである。
【図５】 本発明にかかる軌跡規制機能付き助力アームの動作フローチャートである。
【図６】 図４に示すフローチャートの動作説明に供する図である。
【符号の説明】
１０，１４…アーム、
２０…コントロールボックス、
３０…コントローラ、
４０ａ〜４０ｃ…エンコーダ、
４５ａ〜４５ｃ…ブレーキ。

Claims (2)

1. 作業者がアームの先端部分にワークを取り付け、前記ワークを押し引きしながら所望の位置にワークを搬送することができ、複数のアームにアームの回動を停止させるブレーキが備えられた助力アームであって、
   前記複数のアームの回動位置を検出する回動位置検出手段と、
   当該回動位置検出手段によって検出された各アームの回動位置に基づいて、ワークの搬送位置を演算する搬送位置演算手段と、
   ワークの動作可能領域を記憶する動作可能領域記憶手段と、
   前記回動位置検出手段で検出された各アームの回動位置とその回動位置における動作許容範囲とを教示する教示手段と、
   当該教示手段からの教示データを記憶する教示データ記憶手段と、
   当該教示手段に記憶されている前記回動位置における前記動作許容範囲に基づいて動作可能領域を演算する動作可能領域演算手段と、
   運転モードと教示モードとを切換えるモード切換手段と、
   当該モード切換手段によって運転モードに切換えられた場合には、前記搬送位置演算手段によって演算されたワークの搬送位置に基づいて前記動作可能領域記憶手段を参照し、当該ワークの搬送位置が動作可能領域範囲外であるときには、前記ブレーキをオンするように制御する一方、教示モードに切換えられた場合には、前記教示手段による教示を可能にし、前記動作可能領域演算手段によって演算された結果を前記動作可能領域記憶手段に記憶させる制御手段と、
   を有することを特徴とする軌跡規制機能付き助力アーム。
2. 前記制御手段は、ワークの搬送位置が動作可能領域範囲外であるときには、前記ブレーキを一定時間オンした後オフするように制御することを特徴とする請求項 1 に記載の軌跡規制機能付き助力アーム。

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