JP4530672B2 - アシスト搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、作業者が搬送手段を操作して搬送物を搬送する際の作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送装置に関する。

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、作業者が重量物を搬送中、或いは重量物を取り付け対象部位に位置決めして取り付ける際に、重量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重量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、重量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、重量物や重量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、作業者が搬送手段を操作して搬送物を搬送する際の作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送方法において、搬送物を前記搬送手段に対してフローティングさせると共に、作業者が搬送物を把持して搬送させたい方向に操作した時のフローティングによる搬送物の変位量を検出し、その変位量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。

請求項２に係る発明は、作業者が搬送手段を操作して搬送物を搬送する際の作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送装置において、搬送物を把持する把持手段と、この把持手段に取り付けられて作業者が所望な方向に搬送物を導く操作ハンドルと、前記把持手段と前記搬送手段との接続部に設けたフローティング機構と、このフローティング機構の変位量を検出する変位検出手段と、この変位検出手段が検出した変位量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インパネ取付ステ−ションの概要説明図、図２はフローティング機構の概要斜視図、図３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４はアシスト搬送制御の概念説明図である。

図１に示すように、車体組立ラインのインパネ取付ステ−ションでは、スラットコンベヤ上に設けられた搭載治具に位置決めされた車体Ｗが連続的に等速度で矢印Ａ方向に搬送されてくる。本発明に係るアシスト搬送装置は、下記のごとく構成されている。なお、図１ではアシスト搬送装置が車体Ｗの左右方向（Ｙ方向）に関して、インパネ（インストルメントパネル）Ｐを把持しに行く位置（原位置）とインパネＰを車体Ｗに取り付ける位置の２つ状態を示している。

車体組立ラインのほぼ上方には、車体組立ラインと平行方向（Ｘ方向）に第１の枠体１が設けられている。第１の枠体１には、２本のスライドレール２と１本のラック３が車体組立ラインと平行に設けられている。２本のスライドレール２には複数のローラ４が回転自在に係合し、ラック３にはモータ５に取り付けられたピ二オンギヤ６が噛合っている。複数のローラ４とモータ５は、支持部材７に取り付けられている。モータ５はアシスト搬送装置を車体Ｗと同期させるためのモータである。

また、複数のローラ４とモータ５の支持部材７には、第２の枠体８が連結されている。第２の枠体８には、２本のスライドレール９と１本のラック１０が車体組立ラインと直交して設けられている。２本のスライドレール９には複数のローラ１１が回転自在に係合し、ラック１０にはモータ１２に取り付けられたピ二オンギヤ１３が噛合っている。複数のローラ１１とモータ１２は、支持部材１４に取り付けられている。モータ１２はアシスト搬送装置をＹ軸方向にパワーアシスト駆動させるためのモータである。

また、複数のローラ１１とモータ１２の支持部材１４には、第３の枠体１５が連結されている。第３の枠体１５には、２本のスライドレール１６と１本のラック１７が車体組立ラインと平行に設けられている。２本のスライドレール１６には複数のスライドガイドが摺動自在に係合し、ラック１７にはモータ１９に取り付けられたピ二オンギヤ２０が噛合っている。複数のスライドガイドとモータ１９は、テーブル２１の下面縁部に取り付けられている。モータ１９はアシスト搬送装置をＸ軸方向にパワーアシスト駆動させるためのモータである。

更に、テーブル２１の下面中央には、テレスコピット方式のスライドガイド２２が取り付けられ、スライドガイド２２の内部に送りねじ（不図示）が装着され、この送りねじにモータ２３が連結されている。モータ２３は立設状態でテーブル２１に取り付けられている。モータ２３はアシスト搬送装置を上下方向（Ｚ方向）にパワーアシスト駆動させるためのモータである。

スライドガイド２２の下端近傍の車体Ｗに対向する側面には、円柱状のアーム２４が延設され、その先端にはフローティング機構を収納したボックス２５が設けられている。車体Ｗの進行方向を向くボックス２５の面には、フローティング機構を介してインパネＰを把持するインパネ把持手段２７が設けられ、インパネ把持手段２７には、一対の操作ハンドル２８が設けられている。

フローティング機構３０は、図２に示すように、車体Ｗの左右方向（Ｙ方向）に一対のスライドレール３１を前面端部に取り付けた固定テーブル３２と、スライドレール３１に摺動自在に係合するスライドガイド３３を後面に取り付けた第１のスライドテーブル３４と、第１のスライドテーブル３４の前面端部で車体Ｗの上下方向（Ｚ方向）に取り付けた一対のスライドレール３５に摺動自在に係合するスライドガイド３６を後面に取り付けた第２のスライドテーブル３７を備えている。

固定テーブル３２の前面中央にはセンタリング用被挟持部材３８が設けられ、第１のスライドテーブル３４の後面にはセンタリング用被挟持部材３８を挟持可能な状態でピストンロッド先端を車体Ｗの左右方向（Ｙ方向）に向け合う一対のセンタリング用シリンダ３９が設けられている。センタリング用シリンダ３９には変位センサが内蔵され、第１のスライドテーブル３４の車体Ｗの左右方向（Ｙ方向）の変位量を常時確認することができる。

また、第１のスライドテーブル３４の前面中央にはセンタリング用被挟持部材４０が設けられ、第２のスライドテーブル３７の後面にはセンタリング用被挟持部材４０を挟持可能な状態でピストンロッド先端を車体Ｗの上下方向（Ｚ方向）に向け合う一対のセンタリング用シリンダ４１が設けられている。センタリング用シリンダ４１には変位センサが内蔵され、第２のスライドテーブル３７の車体Ｗの上下方向（Ｚ方向）の変位量を常時確認することができる。

更に、第２のスライドテーブル３７の前面には、車体Ｗの進行方向にピストンロッド先端を向けたシリンダ４２が設けられると共に、シリンダ４２と平行に一対のスライドガイド４３が設けられている。シリンダ４２のピストンロッド先端とスライドガイド４３の先端には直方体状のブロック４４が固設され、ブロック４４の前面にはインパネ把持手段２７を連結するアーム４５が設けられている。なお、シリンダ４２には変位センサが内蔵され、ブロック４４の車体Ｗの前後方向（Ｘ方向）の変位量を常時確認することができる。

インパネ把持手段２７は、図１に示すように、アーム４５の先端に連結部材４６を介して車体Ｗの左右方向（Ｙ方向）に長手方向を向けて取り付けた基台４７と、基台４７の前面左右両端に車体Ｗの左右方向（Ｙ方向）に取り付けた一対のスライドレール４８と、スライドレール４８に摺動自在に係合するスライドガイド４９に取り付けた一対のスライドテーブル５０と、スライドテーブル５０に取り付けた複数の結合ピン５１を有する一対の支持アーム５２と、支持アーム５２をインパネＰの基準孔２６に向けてスライドさせる一対のシリンダ５３から構成されている。

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３に示すように、フローティング機構３０に設けた直交３軸方向の変位量を検出する変位センサ６１、目標値演算部６２、制御部６３、アシスト駆動用アクチュエータとしてのモータ（Ｙ軸用）１２，（Ｘ軸用）１９，（Ｚ軸用）２３、モータ１２，１９，２３の位置・速度を検出する位置・速度検出手段６４からなる。

図４に示すように、作業者が操作ハンドル２８を握ってインパネ把持手段２７に把持されたインパネＰを所望な方向に導くと、フローティング機構３０に設けた３つの変位センサ６１の少なくとも一つが変位量を検出し、その変位量が目標値演算部６２へ入力される。

また、インパネ把持手段２７に把持されたインパネＰが車体Ｗや障害物などに接触した場合にも、フローティング機構３０に設けた３つの変位センサ６１の少なくとも一つが変位量を検出し、その変位量が目標値演算部６２へ入力される。なお、図４は１軸（Ｘ軸）を示し、インパネ把持手段２７とアシスト搬送装置のアーム２４を連結するフローティング機構３０のＸ軸用シリンダ４２がばねと同様な特性を有するものとしている。

目標値演算部６２では、変位センサ６１の変位量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、ｘ：変位センサ６１の変位量、ｐd：目標軌道、Ｋd：望ましいばね係数、Ｄd：望ましい粘性摩擦係数、Ｍd：望ましい質量とすると、以下に示す式（１）が成り立つ。

ｄ^２ｐd/ｄt^２＝（Ｋdｘ＋Ｄdｄｘ/ｄt）/Ｍd ……（１）
なお、簡単化のため１軸（Ｘ軸）のみで表現した。実際は３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）である。

そして、目標値演算部６２では、各モータ（Ｙ軸用）１２，（Ｘ軸用）１９，（Ｚ軸用）２３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）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：ｐd、速度：ｄｐd/ｄt、加速度：ｄ^２ｐd/ｄt^２など）に追従するように、各モータ（Ｙ軸用）１２，（Ｘ軸用）１９，（Ｚ軸用）２３を制御する。その際、各モータ（Ｙ軸用）１２，（Ｘ軸用）１９，（Ｚ軸用）２３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。

以上のように構成した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。図１に示すインパネ供給位置Ｂに搬送されているインパネＰを把持するために、作業者は原位置に停止状態にあるアシスト搬送装置の操作ハンドル２８を操作し、一対の支持アーム５２を開状態にしてインパネＰを台車（不図示）に搭載したインパネ供給位置Ｂまでインパネ把持手段２７を移動する。

そして、結合ピン５１をインパネＰの基準孔２６に対向させた後に、シリンダ５３を駆動させ結合ピン５１を基準孔２６に挿入することにより、インパネ把持手段２７がインパネＰを把持する。更に、インパネＰを台車から持ち上げ、インパネＰを移動させたい方向に操作ハンドル２８を操作すると、各モータ（Ｙ軸用）１２，（Ｘ軸用）１９，（Ｚ軸用）２３が作業者の負荷を軽減するアシスト駆動する。

次いで、操作ハンドル２８を操作して、インパネＰが車体Ｗと同期して移動するようにし、更にインパネＰを車体Ｗのフロントドア用開口部から車体Ｗ内に搬送し、車体Ｗに設けられたインパネ取付用位置決めピンＷｐの近傍まで移動させる。この時、インパネ取付用位置決めピンＷｐが、インパネＰのピン挿入用案内孔が形成されたブラケットに接触したり、インパネＰの端部が車体Ｗに接触したりする可能性が高い。

インパネＰが車体Ｗに接触すると、フローティング機構３０に設けられたシリンダ３９，４１，４２のうちインパネＰが押し返される方向に位置するシリンダが収縮し、その変位量をシリンダに内蔵された変位センサ６１が検出する。変位センサ６１が検出した変位量に基づいて、アシスト搬送装置を操作する作業者がインパネＰと車体Ｗの接触に伴う反力を感じるように、各モータ（Ｙ軸用）１２，（Ｘ軸用）１９，（Ｚ軸用）２３が制御される。

このようなアシスト制御により、作業者はインパネＰがその取付位置に接近したことを感知し、インパネＰをインパネＰの車体Ｗの取付部近傍まで搬送した後に、手で微妙な位置調整することにより組付作業を行うことができる。この時の位置調整の範囲は、フローティング機構３０で吸収できるので本装置に衝撃が加わることはない。

以上の組付作業が終了すると、作業者はインパネ把持手段２７を車体Ｗの外へ出した時点で、作業終了の操作スイッチを操作する。すると、アシスト搬送装置は、車体Ｗやライン周辺の設備などに接触することなく原位置に自動的に復帰する。

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インパネ取付ステ−ションの概要説明図 フローティング機構の概要図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は内部を示す模式図 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

符号の説明

１２，１９，２３…モータ、２７…インパネ把持手段、２８…操作ハンドル、３０…フローティング機構、６１…変位センサ、６２…目標値演算部、６３…制御部、６４…位置・速度検出手段、Ｐ…インパネ、Ｗ…車体。

Claims (1)

1. 作業者が搬送手段を操作して搬送物を搬送する際の作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送装置において、このアシスト搬送装置は搬送物を前記搬送手段に対してフローティング支持するフローティング機構を有し、このフローティング機構は固定テーブルと、この固定テーブルに対しスライドレールとスライドガイドを介して左右方向に摺動自在に係合する第１のスライドテーブルと、この第１のスライドテーブルに対しスライドレールとスライドガイドを介して上下方向に摺動自在に係合する第２のスライドテーブルと、前記固定テーブル及び第１のスライドテーブルの互いに対向する面に設けられるセンタリング用被挟持部材及び変位センサを内蔵したセンタリング用シリンダと、前記第１のスライドテーブル及び第２のスライドテーブルの互いに対向する面に設けられるセンタリング用被挟持部材及び変位センサを内蔵したセンタリング用シリンダとを備え、作業者が搬送物を把持して搬送させたい方向に操作した時のフローティングによる搬送物の変位量を前記センタリング用シリンダで検出し、その変位量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ことを特徴とするアシスト搬送装置。