JP5855953B2 - 作業支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに対して作業を行う作業者を支援する装置に関する。

作業ステーションにおいてワークに対して作業を行う作業者を支援する作業支援装置として、作業部位に光を照射する装置が提案されている。例えば、特許文献１には作業位置にスポット光を照射して、作業者に作業位置を知らせる装置が開示されている。また、特許文献２には、ワークのボルト穴にレーザ光を照射して作業者にボルト穴の位置を知らせる装置が開示されている。

特開２００６−１３０６３９号公報 特開２０１０−５７３号公報

従来の作業支援装置は、作業ステーションの設計段階で作業支援装置を組み込むことが想定されており、作業ステーションに固有の構成となっている。このため、作業支援装置を備えていない既設の作業ステーションに作業支援装置を新たに追加する場合は作業ステーションの大幅な改修が必要となる。

本発明の目的は、作業ステーションに簡易に追加できる作業支援装置を提供することにある。

本発明によれば、ワークに作業を行うための作業ステーションに搬送されたワーク上の作業対象部位に、光を照射する光照射ユニットと、前記光照射ユニットによる光の照射を制御する制御ユニットと、を備えた作業支援装置であって、前記光照射ユニットが、光を照射する光照射部と、前記光照射部の光照射方向を変更する可動部と、前記光照射ユニットを、前記作業ステーションを構成する部材に着脱自在に固定する取付部と、を備え、前記可動部が、前記光照射部が取り付けられ、前記光照射部を水平軸回りに旋回させる第１回転部と、前記第１回転部を、垂直軸回りに旋回させる第２回転部と、を備え、前記第１回転部と前記第２回転部とは、前記第１回転部が前記第２回転部よりも下方に位置するように、Ｌ字状のブラケットを介して接続され、前記光照射部は、その光照射方向が前記第１回転部の旋回軸における径方向を指向するように前記第１回転部に取り付けられている作業支援装置が提供される。

本発明によれば、作業ステーションに作業支援装置を簡易に追加することができる。

本発明の一実施形態に係る作業支援装置が配設された作業ステーションの概略図。 上記作業支援装置のブロック図。 （Ａ）はアーム部の別例を示す図、（Ｂ）は制御情報の例を示す図。 上記作業支援装置の制御ユニットが実行する処理例を示すフローチャート。 上記作業支援装置の制御ユニットが実行する処理例を示すフローチャート。

図１は、本発明の一実施形態に係る作業支援装置１が配設された作業ステーションＳＴの概略図、図２は作用支援装置１のブロック図である。

作業ステーションＳＴは、一対のローラコンベアＣ、Ｃ上を搬送されてくるワークＷに対して作業者が所定の作業を行う場所である。作業ステーションＳＴは、複数の部材Ｆにより構成された枠体を備える。作業者はツール１０１を用いてワークＷに作業を行う。ツール１０１は例えばナットランナである。ツール１０１は、作業者の手動操作に応じて、コントローラ１００によって駆動される。

ツール１０１はレール部材Ｍ１に昇降自在に支持されている。レール部材Ｍ１はレール部材Ｍ２に左右方向（水平面における一方向）に移動自在に支持されている。そして、レール部材Ｍ２は一対のレール部材Ｍ３、Ｍ３に架設され、前後方向（水平面における一方向と直交する他の方向）に移動自在に支持されている。レール部材Ｍ３、Ｍ３は部材Ｆに支持されている。作業者はツール１０１を手動で３次元的に移動して、ワークＷ上の作業対象部位に対してその位置合わせを行い、作業を行うことができる。

作業支援装置１は、ワークＷ上の作業対象部位に光を照射する光照射ユニット１０と、光照射ユニット１０による光の照射を制御する制御ユニット２０と、を備える。

光照射ユニット１０は、光を照射する光照射部１１と、光照射部１１の光照射方向を変更する可動部１２と、光照射ユニット１０を作業ステーションＳＴを構成する部材Ｆに着脱自在に固定する取付部１３と、可動部１２と取付部１３とを連結するアーム部１４とを備える。

光照射部１１は、例えば可視光のレーザ光の照射デバイスである。可動部１２は光照射部１１の向きを変えることにより、その光の照射方向を変更可能であればどのような機構であってもよいが、本実施形態では以下の構成を備える。即ち、可動部１２は第１回転部１２１と、第２回転部１２２とを備える。これらの回転部１２１、１２２はいずれも、回転量を検出するセンサ１２１ａ、１２２ａを備えた電動のロータリーアクチュエータ（例えばロータリータイプの電動シリンダ、モータ等）である。回転部１２１、１２２は、これ以外にも空気圧式のロータリーアクチュエータでもよい。

本実施形態の場合、センサ１２１ａ、１２２ａの検出結果に基づいて、各回転部１２１、１２２の回転量を制御する閉ループ制御を採用した場合を想定するが、各回転部１２１、１２２の原点位置を確認するセンサや、機構を設けることによりセンサ１２１ａ、１２２ａを割愛し、各回転部１２１、１２２の回転量を開ループ制御で制御することも可能である。

光照射部１１はブラケット１２４を介して第１回転部１２１に取り付けられ、第１回転部１２１は光照射部１１を第１回転中心軸Ｌ１回りに旋回させる。光照射部１１はその光の照射方向が、図２において矢印ｄ０で示すように、第１回転中心軸Ｌ１の径方向を指向するように、ブラケット１２４を介して第１回転部１２１に取り付けられる。

第１回転部１２１はＬ字状のブラケット１２３を介して第２回転部１２２に取り付けられ、第２回転部１２２は第１回転部１２１を、第１回転中心軸Ｌ１と直交する第２回転中心軸Ｌ２回りに旋回させる。

本実施形態の場合、第２回転部１２２は水平面内で回転し、第１回転部１２１は水平面に対して垂直な面（鉛直面）内で回転する。回転部１２１、１２２の回転により、光照射部１１の光照射方向を略任意の向きに変更することができる。詳細に述べると、水平面内の回転を行う第２回転部１２２と鉛直面内の回転を行う第１回転部１２１とを完全に独立させ、第１回転部１２１をブラケット１２３を介して第２回転部１２２よりも下方位置に設けているため、光照射部１１から光を照射する際に、第２回転部１２２自体が光照射の妨げになることはない。よって、光照射部１１からの光を、図２における第１回転中心軸Ｌ１よりも上方のエリアにまで照射させることができる。言い換えると、Ｘ−Ｚ平面及びＹ−Ｚ平面における光の照射可能角度は１８０°を優に超え、３６０°近くに達する。したがって、作業ステーションＳＴのエリア内において、光照射部１１による光の照射を、ワークＷ上の作業対象部位は言うまでもなく、部材Ｆの側面部及び上面部など略全エリアにわたらせることができる。回転部１２１、１２２としては、量産品のロータリーアクチュエータを採用可能であり、これらを連結することで、比較的安価に、可動部１２を構築することができる。

可動部１２によって光照射方向を変更することで、図１の線ｄ１で示すように、ワークＷ上の作業対象部位をスポット的に照射することができ、作業者に対して作業対象部位を教示することができる。また、図１の線ｄ２で示すように、ワークＷと共にトレイＴ１に搭載されてコンベアＣ、Ｃ上を搬送される、ワークＷに組み付ける部品Ｐ１をスポット的に照射することもできる。同様に、図１の線ｄ３で示すように、作業ステーションＳＴ近傍のテーブル上に配置されているトレイＴ２に搭載された、ワークＷに組み付ける部品Ｐ２もスポット的に照射することもできる。こうして、作業者に対してワークＷに組み付ける部品を教示することもできる。

アーム部１４は棒状の部材からなる。アーム部１４はこれを省略して取付部１３に可動部１２を直接連結する構成や、アーム部１４を可動式の部材とすることも可能である。図３（Ａ）はアーム部１４に代わる可動アーム部１４’を例示している。可動アーム部１４’は、アーム部材１４１、１４２と、これらのアーム部材１４１、１４２を連結する可動ジョイント１４３とを備える。アーム部材１４１は、線Ｌ３回りに回転自在に取り付け部１３に固定されている。可動ジョイント１４３は矢印ｄ４方向に、アーム部材１４１とアーム部材１４２とを曲折可能とする。このように、可動アーム部１４’が、取付部１３に対して可動部１２が変位自在なように、取付部１３と可動部１２とを連結することにより、作業ステーションＳＴにおける可動部１２及び光照射部１１の配置の自由度を向上することができる。

コスト的な観点では、非可動式のアーム部１４が好適であるが、配置の自由度の観点では、可動式の可動アーム部１４’が好適である。例えば、既設の作業ステーションＳＴに光照射ユニット１０を設置する際に、取付部１３の取り付け位置が限られる場合であっても、可動アーム部１４’を備える光照射ユニット１０であれば、光照射部１１及び可動部１２を、好適な位置に配置することができる。

図１及び図２に戻り、取付部１３は本実施形態の場合、磁石（不図示）を内蔵して磁力により部材Ｆに吸着することで固定される。磁力を利用することで、取付場所の自由度を向上できる。取付部１３はハンドル１３ａを備え、ハンドル１３ａの回動により、吸着状態と非吸着状態とを切り替えることが可能である。その仕組みはいわゆるマグネットスタンドと同様であり、例えば、内蔵の磁石をハンドル１３ａの回動によって変位させることで、吸着状態と非吸着状態とを切り替える。

本実施形態では、取付部１３が磁石を内蔵した構成としたが、例えば、ボルトの締結によるクランプ式であってもよく、光照射ユニット１０を作業ステーションＳＴを構成する部材Ｆに着脱自在に固定可能な機構であれば、どのような機構でもよい。

このように本実施形態では、取付部１３によって光照射ユニット１０を作業ステーションＳＴに着脱自在としたので、作業ステーションＳＴに作業支援装置１を簡易に追加することができる。

制御ユニット２０は、例えば、作業ステーションＳＴ近傍に配設される。図２を参照して、制御ユニット２０は、ＣＰＵ等の処理部２１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部２２と、外部デバイスと処理部２１とをインターフェースするインターフェース部２３と、を備える。

処理部２１は記憶部２２に記憶されたプログラムを実行し、センサ１２１ａ、１２２ａの検出結果や、コントローラ１００からのコマンド、検出センサ４０の検出結果等に基づいて、回転部１２１、１２２の回転制御及び光照射部１１の発光制御を行う。

検出センサ４０はワークＷの種類を検出するセンサである。ワークＷ或いはそのトレイには、ワークの種類を示す無線ＩＣタグやバーコード等の識別媒体が装着され、検出センサ４０はこの識別媒体が示す情報を読み取るリーダである。検出センサ４０は、例えば、図１に示すように作業ステーションＳＴを構成する部材Ｆに支持される。本実施形態では、検出センサ４０の検出結果が、制御ユニット２０とコントローラ１００の双方に入力される構成としているが、コントローラ１００のみに入力し、コントローラ１００から制御ユニット２０へワークＷの種類を示すコマンドを送信するようにしてもよい。

記憶部２２には、ワークＷの種類毎の制御情報が記憶されている。制御情報は、ワークＷの種類及びワークＷの作業部位に対応した光照射方向の対応関係が登録されている。図３（Ｂ）は制御情報の位置例を示している。同図の例では、作業順序にしたがった作業部位の番号（＃１、＃２、…）毎に光照射方向が登録されている。本実施形態の場合、光照射方向は、回転部１２１、１２２の回転量θ１、θ２により特定されている。

入力ユニット３０は、ティーチング動作により制御情報を作成するためのティーチングペンダントとであり、制御ユニット２０に接続されてオペレータの指示を受け付ける。入力ユニット３０は、オペレータに対して情報を表示する、液晶表示装置などの表示部３１と、オペレータの操作を受け付ける、各種のキー等からなる操作部３２とを備える。

次に、制御情報に基づいた制御ユニット２０による光照射部１１及び可動部１２の制御例について説明する。図４は制御ユニット２０の処理部２１が実行する処理例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、検出センサ４０により新たなワークＷの種類の検出結果が出力されたことを契機として開始される。

Ｓ１では検出センサ４０の検出結果に基づいて、ワークＷの種類を特定する。Ｓ２ではＳ１で特定した種類に対応した制御情報に登録されている、一つ目の作業対象部位に対応した光照射方向の情報を読み出す。Ｓ３ではＳ２で読みだした光照射方向の情報に基づいて可動部１２を制御し、光照射部１１を発光させる。

これにより、ワークＷ上の作業対象部位に光照射部１１からの光が照射させることになる。作業者は、この光の教示により作業対象部位を認識し、ツール１０１によって作業を行う。

Ｓ４では作業が完了したか否かを判定する。作業完了の場合はＳ５へ進み、作業完了でない場合は待ちとなる。作業完了の判定は、例えば、コントローラ１００からの作業完了コマンドにより行う。ツール１０１がナットランナの場合を想定すると、作業者がツール１０１を作動して締め付け作業を行った場合、コントローラ１００はその締め付けトルクが規定値に達すると、制御ユニット２０に作業完了コマンドを送信する。このコマンドの受信により、処理部２１は作業完了と判定する。光照射部１１の発光は所定時間の発光としてもよいし、作業完了と判定するまでとしてもよい。或いは、全作業完了まで継続的に発光させてもよい。

Ｓ５では全ての作業部位に対する作業が完了したか否かを判定する。該当する場合は一単位の処理を終了し、該当しない場合はＳ２へ戻って次の作業対象部位に対応した光照射方向の情報を読み出し、同様の処理を繰り返すことになる。

こうして、作業者の作業を支援することができる。なお、図４の処理の一部はコントローラ１００が行うことができる。例えば、Ｓ１、Ｓ４、Ｓ５の処理はコントローラ１００で行い、制御ユニット２０は、これらの処理結果を示すコマンドをコントローラ１００から受信して、Ｓ２及びＳ３の処理のみを行うようにしてもよい。

また、全作業の完了前に、作業停止を示す作業者の手動操作を受け付けてもよい。この手動操作があった場合、光照射部１１の発光を停止してもよい。また、この手動操作があった場合、制御ユニット２０又はコントローラ１００が作業不良と判定し、予め定めたエラー処理を実行するようにしてもよい。

次に、入力ユニット３０を用いた制御情報の作成に関する制御ユニット２０の処理例について説明する。図５は制御ユニット２０の処理部２１が実行する処理例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、作業支援装置１を新規に作業ステーションＳＴに追加した場合や、新たな種類のワークＷの登録が必要になった場合に行われる。

まず、オペレータが入力ユニット３０の操作部３２にワークの種類の情報を入力する。入力ユニット３０が、入力された情報を制御ユニット２０に送信すると、制御ユニット２０はＳ１１でこれを受信して受け付け、記憶部２２に新たな制御情報の記憶エリアを確保する。Ｓ１２では、作業部位番号（例えば、最初は＃１）を設定する。Ｓ１３では光照射部１１を発光させる。

Ｓ１４では光照射方向の変更指示があるか否かを判定する。変更指示がある場合はＳ１５へ進み、無い場合はＳ１６へ進む。オペレータが入力ユニット３０の操作部３２から光照射方向の変更指示（例えば、上、下、左、右）を入力すると、入力ユニット３０が入力された変更指示を制御ユニット２０に送信し、処理部２１は変更指示を認識する。Ｓ１５では変更指示にしたがって可動部１２を制御し、光照射方向を変更する。

Ｓ１６では光照射方向の登録指示があるか否かを判定する。登録指示がある場合はＳ１７へ進み、無い場合はＳ１４へ戻る。オペレータは作業対象部位に光が照射されていることを確認すると、入力ユニット３０の操作部３２から登録指示を入力する。入力ユニット３０は登録指示を制御ユニット２０に送信し、処理部２１は登録指示を認識する。Ｓ１７では登録処理を行う。ここでは、現在の回転部１２１、１２２の回転量を現在の作業対象部位に対応する光照射方向の情報として記憶部２２に記憶する。

Ｓ１８では、次の作業対象部位の登録作業（次登録）か終了指示かを判定する。オペレータが入力ユニット３０の操作部３２から次登録又は終了指示を入力すると、入力ユニット３０が入力内容を制御ユニット２０に送信し、処理部２１はオペレータの指示を認識する。次登録の場合はＳ１２へ戻り、次の作業対象部位について同様の処理を行う。終了指示の場合はそのワークＷの制御情報を確定させて一単位の処理を終了する。このようなティーチングにより、作業支援装置１を作業ステーションＳＴに追加した場合であっても、制御情報をより簡易に作成することができる。

Claims (6)

1. ワークに作業を行うための作業ステーションに搬送されたワーク上の作業対象部位に、光を照射する光照射ユニットと、
   前記光照射ユニットによる光の照射を制御する制御ユニットと、
   を備えた作業支援装置であって、
   前記光照射ユニットが、
   光を照射する光照射部と、
   前記光照射部の光照射方向を変更する可動部と、
   前記光照射ユニットを、前記作業ステーションを構成する部材に着脱自在に固定する取付部と、を備え、
   前記可動部が、
   前記光照射部が取り付けられ、前記光照射部を水平軸回りに旋回させる第１回転部と、
   前記第１回転部を、垂直軸回りに旋回させる第２回転部と、を備え、
   前記第１回転部と前記第２回転部とは、前記第１回転部が前記第２回転部よりも下方に位置するように、Ｌ字状のブラケットを介して接続され、
   前記光照射部は、その光照射方向が前記第１回転部の旋回軸における径方向を指向するように前記第１回転部に取り付けられている作業支援装置。
2. 前記第１回転部及び前記第２回転部がともにロータリーアクチュエータである請求項１に記載の作業支援装置。
3. 前記取付部が磁石を備え、
   前記光照射ユニットの前記取付部は、該磁石の磁力により前記作業ステーションを構成する部材に着脱自在に固定される請求項１に記載の作業支援装置。
4. 前記光照射ユニットが、
   前記取付部に対して前記可動部が変位自在なように、前記取付部と前記可動部とを連結する可動アームを更に備えた請求項１に記載の作業支援装置。
5. 前記制御ユニットに接続され、オペレータの指示を受け付ける入力ユニットを更に備え、
   前記オペレータからの指示は、
   前記光照射ユニットの光照射方向の変更指示と、
   前記光照射方向の登録指示と、
   を含む請求項１に記載の作業支援装置。
6. 前記制御ユニットは、
   ワークの種類と、前記光照射ユニットの光照射方向との対応関係を記憶した記憶部を備え、ワークの種類の前記対応関係に基づいて前記可動部を制御する請求項１に記載の作業支援装置。

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