JP7086906B2 - 作業支援装置、作業支援方法、および作業支援プログラム - Google Patents

作業支援装置、作業支援方法、および作業支援プログラム Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、作業支援装置、作業支援方法、および作業支援プログラムに関する。
エレベータシャフトなどの通路内の作業を支援する装置が知られている。例えば、通路内に配置したロボットによって、人手を介さずに自動的作業を行う自動化システム、および、ロボットを遠隔操作する遠隔システムなどが開示されている。
特開平5-105362号公報 特表2019-509955号公報
しかし、実際には、ユーザが通路内で作業を行う場合がある。通路内の作業環境は、事前に設定されていた作業環境とは異なる場合があり、従来技術では、現場の状況に対応した高精度な作業支援は困難であった。
実施形態の作業支援装置は、計測部と、照射制御部と、第1取得部と、第2取得部と、構造演算部と、補正部と、を備える。計測部は、通路の通路内構造を計測する。第1取得部は、前記通路内の観測情報を取得する。第2取得部は、前記通路内の予め定められた基準位置の基準位置情報を取得する。構造演算部は、前記通路内構造を演算する。補正部は、予め定められた設計通路内構造に基づいて設定された作業位置情報を前記計測部の計測結果を用いて補正した補正作業位置情報に補正する。照射制御部は、前記補正作業位置情報の補正作業位置に、作業領域を示す光を照射するように照射部を制御する。構造演算部は、前記観測情報および前記基準位置情報に基づいて、前記基準位置を基準とした前記通路内構造を演算し、補正部は、前記基準位置を基準として予め定められた前記設計通路内構造と前記通路内構造とに基づいて、前記作業位置情報を補正する。
実施形態に係る作業支援システムの模式図。 実施形態に係る作業支援装置の模式図。 実施形態に係る作業支援システムの機能ブロック図。 実施形態に係るエレベータシャフトの断面模式図。 実施形態に係る補正作業位置に光が照射された状態を示す模式図。 実施形態に係る作業支援処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態にかかわるUIの模式図。 実施形態に係るツールの保持を伴う作業支援処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態に係る作業支援処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態に係る駆動部の機能ブロック図。 実施形態に係る部材の保持を伴う作業支援処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態に係る保持部材の観測を伴う作業支援処理の流れの一例を示すフローチャート。 実施形態に係るエレベータシャフトの断面模式図。 実施形態に係るエレベータシャフトの断面模式図。 実施形態に係るエレベータシャフトの断面模式図。 実施形態に係るエレベータシャフトの断面模式図。 ハードウェア構成図。
以下に添付図面を参照して、作業支援装置、作業支援方法、および作業支援プログラムを詳細に説明する。
図1は、本実施形態の作業支援システム1の一例を示す模式図である。
作業支援システム1は、通路内で作業するユーザを支援するためのシステムである。
通路は、内側でユーザが作業可能な大きさである。例えば、通路は、エレベータの昇降路、車両等の物体が内側を移動するトンネル、下水道、等である。本実施形態では、通路が、エレベータの昇降路である場合を一例として説明する。
本実施形態では、作業支援システム1を、人や荷物などを載せて鉛直方向、鉛直方向に交差する方向、または水平方に移動させるエレベータシステムに適用した形態を一例として説明する。なお、作業支援システム1の適用対象は、内側でユーザが作業可能な通路内に後述する作業支援装置の少なくとも一部の機構を設置可能な対象であればよく、エレベータシステムに限定されない。
作業支援システム1は、エレベータシャフト2と、作業支援装置10と、を備える。
エレベータシャフト2は、内側をエレベータが昇降する昇降路であり、通路の一例である。
エレベータシャフト2内には、エレベータシャフト2の延伸方向(矢印Z方向)に沿って移動するエレベータが配置され、該エレベータが延伸方向に沿って移動する。以下では、エレベータシャフト2の延伸方向を、以下では、延伸方向Zと称して説明する場合がある。また、延伸方向Zに交差する方向(X方向またはY方向)を、交差方向XYと称して説明する場合がある。なお、Z方向、X方向、およびY方向は、互いに直交する方向である。本実施形態では、Z方向が鉛直方向に一致する場合を一例として説明する。なお、Z方向(延伸方向Z)は、エレベータシャフト2の通路の延伸方向であればよく、鉛直方向に一致する形態に限定されない。
本実施形態では、作業支援システム1のメンテナンス時などに、エレベータシャフト2内に作業台3を設置し、作業台3に乗ったユーザMがエレベータシャフト2内で作業する場面を想定して説明する。
作業台3は、メンテナンス時などのエレベータシャフト2内に設置され、エレベータシャフト2に対して取り外し可能に構成されている。エレベータシャフト2内に配置された作業台3は、ケーブル4を介して、エレベータシャフト2の頂部に配置された変位部材5によって支持される。変位部材5によって、作業台3は、エレベータシャフト2内を延伸方向Zに移動可能とされている。すなわち、作業台3は、エレベータシャフト2内を移動する移動部材の一例である。
なお、作業台3は、通常のエレベータなどの組み立て時に利用されるゴンドラユニットに設置されてもよい。また、作業台3は、ゴンドラユニットであってもよい。また、作業台3は、作業支援システム1専用に用意されたユニットであってもよい。また、作業台3は、エレベータシャフト2を移動するエレベータかごに設置した構成であってもよい。また、作業台3は、エレベータかご、であってもよい。
作業支援装置10は、エレベータシャフト2内に配置されている。作業支援装置10は、エレベータシャフト2内に固定で設置されてもよいし、エレベータシャフト2内に配置された作業台3に設置されてもよい。作業支援装置10は、作業台3に設置されることで、エレベータシャフト2内を延伸方向Zに移動可能に配置された状態となる。本実施の形態では、作業支援装置10は、作業台3に設置されてなる形態を一例として説明する。
なお、エレベータシャフト2内には、複数の基準線L(基準線L1~基準線L4)が配置されている。基準線Lは、エレベータシャフト2を交差方向XYに切断した切断面(水平断面)内の位置基準として用いられる。複数の基準線Lは、それぞれ、エレベータシャフト2内に延伸方向Zに沿って延伸されたラインである。延伸方向Zに沿って延伸とは、延伸方向Zに対して平行に延伸されてなることを意味する。複数の基準線L(基準線L1~基準線L4)は、延伸方向Zに対して交差する交差方向XYに間隔を隔てて配置されてなる。
なお、図1には、一例として、4本の基準線L1~基準線L4を示した。しかし、基準線Lは、少なくとも2本以上であればよく、4本に限定されない。
基準線Lは、センサ等の電子機器によって、その位置が検知可能な構成であればよい。基準線Lは、赤外線などの屈折せずに直進する長波長の光、線状の部材、などで構成すればよい。線状の部材は、例えば、ピアノ線、ワイヤ、などである。本実施形態では、基準線Lを、ピアノ線で構成する場合を一例として説明する。基準線Lの位置および延伸方向は、予め定められ、固定とされているものとする。
図2は、作業支援装置10の模式図である。
作業支援装置10は、ベースユニット12と、アーム14と、センサ16と、UI(ユーザ・インターフェース)部20と、計測部23と、照射部24と、アウトリガーユニット28と、通信部29と、主制御部30と、を備える。
ベースユニット12は、作業支援装置10の本体部である。ベースユニット12は、アーム14などの各種部材を保持するためのユニットである。ベースユニット12内には、主制御部30、通信部29、電源およびコンプレッサなどの駆動力供給システム、などが配置されている。主制御部30は、作業支援装置10を制御する制御機構である(詳細後述)。通信部29は、外部装置などと通信するための通信インターフェースである。
ベースユニット12の延伸方向(矢印X方向)の両端部には、基準計測部26およびアウトリガーユニット28が設けられている。詳細には、ベースユニット12の延伸方向の一端部には基準計測部26Aおよびアウトリガーユニット28が設けられ、他端部には基準計測部26Bおよびアウトリガーユニット28が設けられている。基準計測部26Aおよび基準計測部26Bは、基準計測部26の一例である。
計測部23は、通路内構造を計測する。通路内構造の詳細は後述する。計測部23は、周辺計測部22と、基準計測部26と、を備える。
周辺計測部22は、エレベータシャフト2内の観測情報を観測する。観測情報は、エレベータシャフト2の内側の構造を示す情報である。エレベータシャフト2の内側の構造を示す情報とは、言い換えると、作業支援システム1の周辺の構造を示す情報である。
観測情報は、エレベータシャフト2の内側の観測点の各々の位置を表す情報である。観測点の各々の位置は、例えば、周辺計測部22からの距離および方向(傾き)によって表される。観測点は、周辺計測部22によって観測可能な箇所である。周辺計測部22が照射した光の反射光を受光する構成である場合、対象は、周辺計測部22から照射された光が反射する箇所である。また、周辺計測部22が撮影装置である場合、対象は、エレベータシャフト2内における、撮影画像の画素の各々に映された箇所に相当する。
周辺計測部22は、例えば、撮影によって撮影画像を得る撮影装置、距離センサ(ミリ波レーダ、レーザセンサ、距離画像センサ、LIDER、レーザレンジファインダ)などのセンサと、信号処理部と、で構成される。信号処理部は、該センサで取得した観測結果から観測情報を生成し、主制御部30へ出力する。このため、観測情報は、エレベータシャフト2内の実際の構造、すなわち、エレベータシャフト2内の内壁や構造物の傾き、ずれ、等の、エレベータシャフト2内の実際の構造を観測した情報である。
基準計測部26は、基準線Lの位置を計測する。基準計測部26は、交差方向XYにおける基準線Lの位置、すなわち、水平面における基準線Lの位置を計測可能な公知の機器であればよい。
例えば、基準計測部26をラインセンサで構成すればよい。この場合、例えば、基準計測部26に貫通孔27が設けた構成とし、貫通孔27内を基準線Lが貫通するように配置する。基準計測部26は、貫通孔27孔内に光を照射する複数の照射部と、該光をそれぞれ受光する複数の受光部から構成される。基準計測部26は、複数の受光部の各々で受光された光の位置を計測することで、水平面(交差方向XY)における基準線Lの位置を計測すればよい。
詳細には、基準計測部26Aは、水平面(交差方向XY)における基準線L1の位置を計測し、計測結果を主制御部30へ出力する。同様に、基準計測部26Bは、水平面(交差方向XY)における基準線L2の位置を計測し、計測結果を主制御部30へ出力する。
照射部24は、光を照射する機構である。本実施形態では、照射部24は、エレベータシャフト2の内壁面やエレベータシャフト2内に設けられたブラケット等に向かって光を照射する。照射部24は、主制御部30の制御によって、作業領域を示す光を照射する。作業領域を示す光は、例えば、作業位置の指示情報、作業位置のガイド情報などである。
照射部24は、例えば、レーザポインティングデバイス、プロジェクタなどであるが、これらに限定されない。レーザポインティングデバイスは、例えば、レーザ墨出し器などである。
アウトリガーユニット28は、作業支援装置10をエレベータシャフト2内で固定するためのユニットである。アウトリガーユニット28の伸縮部は、ベースユニット12から伸長され、エレベータシャフト2の内壁面、または、エレベータシャフト2内に設けられたブラケットまたはガイドに押し当てられる。このアウトリガーユニット28の伸縮部の押し当てにより、作業支援装置10および作業台3が、エレベータシャフト2に対して固定された状態となる。アウトリガーユニット28によって、作業台3の揺れが抑制され、作業台3上で作業を行うユーザMの作業に揺れによる支障が発生することが抑制される。
アーム14は、部材18を保持するためのアシスト機構である。
部材18は、ユーザMによるエレベータシャフト2内の作業時に、ユーザMが接触または保持する対象となる物である。部材18は、例えば、電動ドリル、インパクトドライバ、等の各種の道具または工具や、ブラケット、ガイドレール、カウンターウェイト、および部品などの各種の取付け部材、などである。
すなわち、アーム14は、ユーザMによる部材18のハンドリングを支援するための機構である。本実施形態では、アーム14は、ベースユニット12に設けられている。
例えば、アーム14は、アシストアーム14Aと、保持部14Bと、操作ハンドル14Cと、から構成される。
アシストアーム14Aは、複数の関節部とリンク部とで構成され、関節部が駆動部21によって駆動される。アシストアーム14Aには、アシストアーム14Aの姿勢および駆動状態を検出するためのセンサ16Aが設けられている。センサ16Aは、センサ16の一例である。センサ16Aには、トルクセンサなどの公知のセンサを用いればよい。
保持部14Bおよび操作ハンドル14Cが接続されたアシストアーム14Aの先端は、上下、前後、左右の3軸方向に移動し、位置決めが可能である。また、保持部14Bおよび操作ハンドル14Cが接続されたアシストアーム14Aの先端は、それぞれの位置において、保持部14Bに取り付けられた保持対象物の姿勢を上下、前後、左右の各軸周りに変化させることが出来る。図2に示すアシストアーム14Aでは、ベースユニット12とつながる根元の部分に、上下の動作部分があり、次いで前後、左右に可動するための水平回転部があり、保持部14Bの接続部分に保持部の姿勢を決定する関節を配置している。このように、上下方向と前後、左右方向の関節を独立させることで、人間が直感的にアシストアーム14Aの動きを把握しやすく、作業が安全に行えるという利点がある。一方で、アシストアーム14Aは先端の移動と姿勢の変更が可能であれば、関節の構成はこれに限定されるものではない。垂直多関節ロボットのように、各関節、回転軸と移動方向が独立していない構成であっても実現可能である。
アーム14の通常の使用時には、駆動部21は、保持部14Bによって保持されている部材18の質量による負荷に対して反力を発生させ、バランスをとるようにアシストアーム14Aを駆動する。ユーザMによる作業の中断時には、駆動部21は、アシストアーム14Aの姿勢が変化しないように全軸にブレーキをかけ、アシストアーム14Aの姿勢を固定する。
アシストアーム14Aは、ユーザMによる作業方向の規定などを支援するために、上下左右の移動方向には動かず、直動方向には小さな力で動くようにするなど、ユーザMの作業および姿勢に応じた姿勢変化を可能な構成となっている。
アシストアーム14Aの姿勢は、アシストアーム14Aの各関節部に配置されたエンコーダなどから取得される。アシストアーム14Aの各関節部には、トルクセンサなどのセンサ16Aが配置されており、関節部に発生するトルクが計測される。駆動部21は、アシストアーム14Aの姿勢やトルクの計測結果を取得し、上記駆動を行えばよい。なお、アシストアーム14Aの表面などにタッチセンサを更に配置してもよい。この場合、駆動部21は、タッチセンサから受付けた計測結果を用いて、ユーザMや物との干渉を回避するような動作を行うようにアシストアーム14Aを駆動してもよい。
保持部14Bは、部材18を保持する機構である。保持部14Bは、例えば、挟み込み機構または電磁チャックなどの機構を備えることで、部材18を保持する。保持部14Bには、保持部14Bによる部材18の保持状態を検出するためのセンサ16Bが設けられている。センサ16Bは、センサ16の一例である。センサ16Bには、公知のセンサを用いればよい。
操作ハンドル14Cは、アシストアーム14Aの姿勢の変更や、保持部14Bによって保持された部材18の位置および姿勢をユーザMが操作するためのハンドルである。
操作ハンドル14Cには、センサ16Cおよびスイッチ20Cが設けられている。センサ16Cは、センサ16の一例である。センサ16Cは、ユーザMによる操作ハンドル14Cの把持を検出する。スイッチ20Cは、ユーザMによる操作入力を受付ける。ユーザMは、スイッチ20Cを操作することで、アシストアーム14Aのアシスト力駆動のオンオフ、アシスト力駆動のゼロ点補正、アシストアーム14Aの駆動に対するブレーキのオンオフ、保持部14Bによる部材18の保持力のオンオフ、などの切替え操作を可能な構成である。
なお、センサ16A、センサ16B、およびセンサ16Cを総称して説明する場合、センサ16と称して説明する。
UI部20は、ユーザMに対して、作業支援システム1の状態および作業の手順などの各種情報の通知、ユーザMによる各種指示の入力、作業状況の記録指示、などを行うインターフェースである。
UI部20は、ユーザMによる操作入力を受付ける機能、および、各種の情報を出力する機能を備える。例えば、UI部10Cは、ディスプレイ20Aと、入力部20Bと、を含む。
ディスプレイ20Aは、各種の情報を表示する。ディスプレイ20Aは、例えば、公知の有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ、LCD(Liquid Crystal Displayなどである。入力部20Bは、ユーザからの各種指示を受付ける。入力部20Bは、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、マイクロフォン、などである。なお、UI部20は、更に、音声を出力するスピーカを含む構成であってもよい。
図3は、本実施形態の作業支援システム1の機能的構成の一例を示す、機能ブロック図である。
作業支援システム1は、作業支援装置10と、外部装置11と、を備える。外部装置11と作業支援装置10とは、ネットワークNなどを介して通信可能に接続されている。
外部装置11は、サーバ装置などの公知のコンピュータである。例えば、外部装置11は、作業工程などを事前に設計するBIM(ビルディング インフォメーション モデリング)システム等のサーバ装置である。
作業支援装置10は、UI部20と、センサ16と、UI部20と、駆動部21と、周辺計測部22と、計測部23と、照射部24と、基準計測部26と、通信部29と、主制御部30と、を備える。駆動部21とアーム14とは電気的に接続されている。
主制御部30は、例えば、専用または汎用コンピュータである。主制御部30は、制御部32と、記憶部34と、を備える。
制御部32、記憶部34、UI部20、センサ16、UI部20、駆動部21、周辺計測部22、計測部23、照射部24、基準計測部26、および、通信部29は、バス31を介して通信可能に接続されている。
なお、記憶部34、UI部20、センサ16、UI部20、駆動部21、周辺計測部22、計測部23、照射部24、および基準計測部26の少なくとも1つと、制御部32とを、通信部29およびネットワークNを介して通信可能に接続してもよい。
記憶部34は、各種データを記憶する。本実施形態では、工程管理情報34Aと、設計通路内構造情報34Bと、を記憶する。
工程管理情報34Aおよび設計通路内構造情報34Bは、例えば、外部装置11で予め生成され、作業支援装置10の記憶部34に記憶される。例えば、作業支援装置10は、外部装置11へデータ要求情報を送信することで、外部装置11から工程管理情報34Aおよび設計通路内構造情報34Bを受信する。作業支援装置10は、受信した工程管理情報34Aおよび設計通路内構造情報34Bを、記憶部34に予め記憶すればよい。工程管理情報34Aおよび設計通路内構造情報34Bの詳細は後述する。
記憶部34は、例えば、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等である。なお、記憶部34は、作業支援装置10の外部に設けられた記憶装置であってもよい。また、記憶部34は、記憶媒体であってもよい。具体的には、記憶媒体は、プログラムや各種情報を、LAN(Local Area Network)やインターネットなどを介してダウンロードして記憶または一時記憶したものであってもよい。また、記憶部34を、複数の記憶媒体から構成してもよい。
記憶部34および制御部32の少なくとも一方を、ネットワークNに接続されたサーバ装置などの外部装置11に搭載した構成としてもよい。また、制御部32に含まれる後述する機能部の少なくとも1つを、ネットワークNを介して制御部32に接続されたサーバ装置などの外部装置11に搭載してもよい。
制御部32は、特定部32Aと、第1取得部32Bと、第2取得部32Cと、構造演算部32Dと、補正部32Eと、照射制御部32Fと、駆動制御部32Gと、更新部32Hと、出力制御部32Iと、を備える。特定部32A、第1取得部32B、第2取得部32C、構造演算部32D、補正部32E、照射制御部32F、駆動制御部32G、更新部32H、および出力制御部32Iの少なくとも1つは、例えば、1または複数のプロセッサにより実現される。例えば、上記各部は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサにプログラムを実行させること、すなわちソフトウェアにより実現してもよい。上記各部は、専用のIC(Integrated Circuit)などのプロセッサ、すなわちハードウェアにより実現してもよい。上記各部は、ソフトウェアおよびハードウェアを併用して実現してもよい。複数のプロセッサを用いる場合、各プロセッサは、各部のうち1つを実現してもよいし、各部のうち2以上を実現してもよい。
特定部32Aは、工程管理情報34Aを読取り、次の作業工程の作業位置情報を特定する。
工程管理情報34Aは、作業工程を管理するための情報である。工程管理情報34Aは、1または複数の作業工程ごとの、作業位置を規定した情報である。詳細には、工程管理情報34Aは、作業工程IDと、作業工程情報と、作業位置情報と、作業状態情報と、作業内容情報と、を対応付けた情報である。
作業工程IDは、作業工程の識別情報である。例えば、作業工程IDは、作業順を表す番号などで表される。作業工程情報は、作業工程を示す情報であり、例えば、作業工程の名称などの情報である。作業位置情報については後述する。作業状態情報は、作業状態を示す情報であり、対応する作業工程情報の作業工程の進捗状況を示す情報である。本実施形態では、作業状態情報は、未作業であることを示す“作業未”、または作業が完了したことを示す“作業完了”の何れかを示す情報であるものとする。初期状態では、作業状態情報は、全て“作業未”を示す情報とされているものとする。
作業内容情報は、対応する作業工程で行う作業の内容を表す情報である。作業内容情報は、ユーザMに対して作業内容を提示するために用いられる情報である。作業内容情報および工程管理情報34Aは、例えば、外部装置11で予め作成される。作業内容情報は、例えば、部材18の据え付けに関する据付情報、作業内容の詳細情報、作業の手順情報、などを含む。
作業位置情報は、対応する作業工程で作業する、エレベータシャフト2内の作業位置を示す情報である。
詳細には、作業位置情報は、エレベータシャフト2内における作業位置を示す情報である。作業位置情報は、例えば、設計通路内構造情報34Bおよび作業位置(例えば、穴あけ作業の位置)を示す情報から生成される。
作業位置情報は、基準位置を基準とした相対位置によって表される。基準位置は、基準線Lの位置である。上述したように、基準線Lの位置は、基準計測部26によって計測される。
作業位置情報は、予め定められた設計通路内構造に基づいて予め設定されている。
設計通路内構造とは、エレベータシャフト2内の理想の構造を示す情報であり、基準位置を基準(原点)とした位置および大きさによって表される。言い換えると、設計通路内構造は、エレベータシャフト2内の実際の構造ではなく、エレベータシャフト2内の構造を予め想定して設計された、理想の構造である。
設計通路内構造は、基準線Lの位置である基準位置を基準とした、位置および形状によって表される。設計通路内構造を示す設計通路内構造情報34Bは、予め記憶部34に記憶されているものとする(図3参照)。
図4は、エレベータシャフト2の延伸方向Zに直交する断面(交差方向XYに沿った断面)の一例を示す模式図である。
図4に示すように、例えば、設計通路内構造の一部である設計通路壁44は、隣接する2つの基準線L(例えば、基準線L1および基準線L2)を交差方向XYに結ぶライン42を1辺として含む、予め定めた形状の基準枠40を基準とした位置に配置された基準枠から求められる座標系によって表される。基準枠40は、例えば、4つの基準線L(基準線L1、基準線L2、基準線L3、基準線L4)における隣接する2つの基準線L同士を結んだ4辺によって表される矩形状の枠である。ここで、例えばL2の位置を(X,Y)=(0、0)、L2からL1方向に進む直線を座標系のX方向、L2からL3に向かって進む直線を座標系のY方向とすることで、作業現場における設計通路内構造の配置が定まる。
なお、基準枠40および設計通路壁44は、4辺によって表される矩形状の枠に限定されない。また、設計通路内構造には、設計通路壁44以外にも、エレベータシャフト2である通路内に取付けられる構造物である、レールブラケット、ガイドレール、乗降用開口、などの設計値が含まれる。
本実施形態では、作業位置情報は、基準枠40を基準とした設計通路壁44の上に配置された作業位置PAを示す情報で表される。図4には、一例として、3つの作業位置PA(作業位置PA1~作業位置PA3)を示した。ここで、作業位置情報は必ずしも設計通路壁上に配置された情報に限定されない。通路壁以外にも、通路内に取り付けられる構造物である、レールブラケットやガイドレール、乗降用開口に関連した加工位置や作業位置の情報を含む。
図3に戻り説明を続ける。工程管理情報34Aには、設計通路壁44の上の位置である作業位置PAを示す作業位置情報が、作業工程に対応付けて予め登録されているものとする。
特定部32Aは、工程管理情報34Aにおける、“作業未”の作業状態の作業工程の内、最も作業順の早い作業工程を作業工程IDから特定する。そして、特定部32Aは、特定した作業工程IDに対応する作業工程の作業位置情報を、工程管理情報34Aから特定すればよい。なお、特定部32Aは、“作業未”の作業状態の作業工程の内、ユーザMによる入力部20Bまたはスイッチ20Cの操作指示によって選択された作業工程を、次の作業工程として特定してもよい。そして、特定部32Aは、特定した作業工程に対応する作業位置情報を、工程管理情報34Aから特定してもよい。
特定部32Aは、作業位置情報を特定すると、特定した作業位置情報によって表される、エレベータシャフト2の延伸方向Zの対応位置に作業台3を移動させるように、変位部材5を制御する。変位部材5は、該制御によって、作業台3を延伸方向Zに移動させ、延伸方向Zにおける作業台3の位置を、特定した作業位置情報によって示される作業位置PAの延伸方向Zの位置の近辺に移動させる。なお、この制御は、制御部32の何れかの機能部が実行すればよく、特定部32Aが実行する形態に限定されない。例えば、この制御は、駆動制御部32Gが行ってもよい。
第1取得部32Bは、エレベータシャフト2内の観測情報を取得する。例えば、第1取得部32Bは、観測指示を示す信号を周辺計測部22へ出力する。該信号を受付けた周辺計測部22は、例えば、撮影によってエレベータシャフト2内の撮影画像を取得し、撮影画像を観測情報として主制御部30へ出力する。第1取得部32Bは、周辺計測部22から観測情報を取得する。
第2取得部32Cは、エレベータシャフト2内の予め定められた基準位置の基準位置情報を取得する。例えば、第2取得部32Cは、計測指示を示す信号を基準計測部26へ出力する。該信号を受付けた基準計測部26は、基準線Lの位置を計測し、基準枠40の一部または全部の位置を示す基準位置情報として主制御部30へ出力する。第2取得部32Cは、基準計測部26から基準位置情報を取得する。
構造演算部32Dは、エレベータシャフト2内の通路内構造を演算する。
図4を用いて説明する。図4に示すように、通路内構造の一部である通路壁46は、実際のエレベータシャフト2内の構造である。上述したように、設計通路壁44は、エレベータシャフト2内の実際の構造ではなく、エレベータシャフト2内の構造を予め想定して設計された、理想の構造である。このため、設計通路壁44は、実際のエレベータシャフト2内の構造である通路壁46とは異なる構造である場合がある。
そこで、構造演算部32Dは、エレベータシャフト2の実際の構造である、通路壁46の位置姿勢を決定することで、通路内構造の一部である通路壁46を演算する。
構造演算部32Dは、第1取得部32Bで取得したエレベータシャフト2内の観測情報と、第2取得部32Cで取得した基準位置情報と、に基づいて、基準位置(基準線Lの位置)を基準とした通路壁46を演算する。
詳細には、構造演算部32Dは、第1取得部32Bで取得したエレベータシャフト2内の観測情報によって表される観測点の各々の位置を、基準位置(基準線Lの位置)を基準とした位置に座標変換することで、通路壁46を演算する。
この結果、観測情報および基準位置情報に基づいて、エレベータシャフト2を交差方向XYに沿って切断した切断面の構造である通路壁46の配置が取得できる。ここで、説明はXY断面のみで実施しているが、Z方向にも情報を持った3次元データを用いても同様である。
なお、構造演算部32Dの機能を計測部23へ搭載することで、計測部23が通路内構造(通路壁46)を計測してもよい。
図3に戻り説明を続ける。補正部32Eは、設計通路壁44と通路壁46とに基づいて、設計通路壁44に基づいて設定された作業位置PAの作業位置情報を、補正作業位置情報に補正する。
図4を用いて説明する。詳細には、補正部32Eは、基準枠40を基準とした設計通路壁44の上に配置された作業位置PAが、通路壁46の構造上の対応する位置(補正作業位置PB)となるように、作業位置PAの作業位置情報を補正作業位置PBの補正作業位置情報に補正する。
例えば、補正部32Eは、設計通路壁44が基準とする基準枠を通路壁46の基準となる基準位置情報に一致させるための関数を、座標変換等の方法で算出する。そして、補正部32Eは、設計通路壁44の基準枠上の各位置である作業位置PAの作業位置情報を該関数に入力することで、該作業位置PAの各々を実際のエレベータシャフト2内の位置に対応させる。さらに補正部32Eは、設計通路壁44と通路壁46歳を算出に、作業位置PAに対応した補正作業位置PBを示す補正作業位置情報の各々を演算する。
補正の方法は、例えば、図4に示される作業位置PAが、Y方向に向かって穴あけを行う作業点である場合を想定する。この場合、作業点位置PAをY方向にシフトして、計測、演算結果から得られた通路壁46の位置と、交差した点と、を補正作業位置PBとする。このように補正作業位置を決定すれば、各作業点の補正作業位置PBのX軸方向の間隔は、作業位置PAのX軸方向の間隔と一致する。この結果、開けた複数の穴にブラケットのような品を取付ける場合には、設計上のXY方向に沿って、部品を取付けられるようになり、より正確な据え付け作業を実現することが出来る。
このように、図4に示す作業位置PA1~作業位置PA3は、実際のエレベータシャフト2内の構造上の位置である、補正作業位置PB1~補正作業位置PB3に補正される。
補正部32Eは、補正後の補正作業位置情報を、工程管理情報34Aの対応する作業工程IDに対応付けて記憶する。このとき、補正部32Eは、補正作業位置情報を、工程管理情報34Aの対応する作業工程IDに対応付けられている作業位置情報に上書きすることで、該作業位置情報を更新してもよい。
図3に戻り説明を続ける。照射制御部32Fは、補正部32Eによって補正された補正作業位置情報の補正作業位置PBに、作業領域を示す光を照射するように、照射部24を制御する。
例えば、照射制御部32Fは、エレベータシャフト2内における、補正された補正作業位置情報によって表される補正作業位置PBに、該補正作業位置PBが作業対象の作業領域であることを示す光を照射するように、照射部24を制御する。
照射部24がプロジェクタであると想定する。この場合、照射部24は、作業領域であることを示す画像を補正作業位置PBに投影する。また、照射部24がレーザポインティングデバイスであると想定する。この場合、照射制御部32Fの制御によって、照射部24は、補正作業位置PBにレーザ光を照射する。
なお、照射部24から照射された光が、基準線Lによって遮蔽され、設計通路壁44によって表される外枠に到達しない場合がある。そこで、照射部24の位置を移動可能に配置してもよい。例えば、ベースユニット12に対する照射部24の位置を移動可能に構成してもよい。そして、照射制御部32Fは、照射部24から照射される光が基準線Lによって遮蔽されない位置に照射部24を移動させるように制御した後に、補正作業位置PBに作業領域を示す光を照射するように制御してもよい。
このように、実際のエレベータシャフト2の構造である通路壁46に応じて補正された補正作業位置PBに、作業領域を示す光が照射される。図5は、補正作業位置PBに作業領域を示す光Bが照射された状態の一例を示す模式図である。
ユーザMは、光Bの照射された補正作業位置PBを確認しながら、部材18のエレベータシャフト2への取付け等の作業を行うことができる。また、部材18をアーム14に保持させることで、ユーザMの作業負荷が軽減される。
図3に戻り説明を続ける。駆動制御部32Gは、補正部32Eで補正された補正作業位置情報の補正作業位置PBに、アーム14の保持部14Bが近付くように、駆動部21を制御する。そして、駆動制御部32Gは、該補正作業位置PBから予め定められた範囲内の領域では、アーム14の駆動が制限されるように駆動部21を制御する。
例えば、駆動制御部32Gは、センサ16によって、保持部14Bが保持したツールや部材の重量などによる負荷を検知し、アーム14がこの負荷を支えるようにアーム14を制御する。この制御により、作業者はツールや部材が重量物であっても少ない力でものを動かすことが出来る。なお、ツールとは、保持部14Bによって保持される部材の一例であり、例えば、ドリルなどの作業ツールである。
センサ16によって保持部14Bが補正作業位置PBから予め定められた範囲内の領域に到達したことが検出されると、ユーザMの操作指示によって作業終了と判断するまでの期間、アーム14の姿勢および動きを制限するもしくはブレーキをかけて固定するように、アーム14を制御する。
このため、ユーザMが補正作業位置PBに対する作業を行っている期間、アーム14の動きによって作業に支障が発生することを抑制することができる。
さらに、アーム14の姿勢および動きを一部の方向だけに限定することや、動作の負荷を方向によって変えることで、作業者がより正確に、簡単に作業を行うことを支援することが出来る。具体的には、穴あけ時には穴あけ方向にだけ軽い力で動き、穴あけと垂直な方向には、重い力でないと動かないような制御を行うことなどがあげられる。
更新部32Hは、工程管理情報34Aを更新する。詳細には、更新部32Hは、補正作業位置PBに作業領域を示す光を照射するように照射部24が制御された後に、工程管理情報34Aにおける、光を照射した補正作業位置の作業工程情報に対応する、作業状態情報を、“作業完了”を示す情報に更新する。
例えば、更新部32Hは、補正作業位置PBに作業領域を示す光を照射するように照射部24が制御された後に、ユーザMによる操作ハンドル14CまたはUI部20の操作指示によって、作業終了を示す信号が入力されたときに、作業終了と判断する。そして、更新部32Hは、作業終了と判断したときに、工程管理情報34Aにおける、光を照射した補正作業位置の作業工程情報に対応する、作業状態情報を、“作業完了”を示す情報に更新すればよい。
出力制御部32Iは、工程管理情報34Aをディスプレイ20Aに表示する。例えば、出力制御部32Iは、特定部32Aによって次の作業工程が特定されたとき、補正部32Eによって作業位置PAが補正されたとき、照射制御部32Fによって作業領域を示す光が照射されたとき、および更新部32Hによって工程管理情報34Aが更新されたとき、の少なくとも1つのタイミングで、工程管理情報34Aをディスプレイ20Aに表示すればよい。
このため、ユーザMは、ディスプレイ20Aに表示された工程管理情報34Aを視認しながら作業を行うことができる。
なお、出力制御部32Iは、工程管理情報34Aを、通信部29を介して外部装置11へ出力してもよい。この場合、外部装置11を視認するユーザは、工程管理情報34Aを確認することで、作業支援装置10における作業状態を容易に確認することができる。また、出力制御部32Iは、第1取得部32Bで取得した観測情報、第2取得部32Cで取得した基準位置情報、構造演算部32Dで演算した通路壁46の通路内構造情報、および補正作業位置PBの補正作業位置情報、更新後の工程管理情報34A、の少なくとも1つを、通信部29およびネットワークNを介して外部装置11へ送信してもよい。
次に、本実施形態の作業支援装置10で実行する基本的な作業支援処理の流れを説明する。
図6は、作業支援装置10が実行する作業支援処理の流れの一例を示す、フローチャートである。
例えば、ユーザMが部材18を把持して保持部14Bに保持させる。そして、ユーザMが、スイッチ20Cまたは入力部20Bを操作することで、作業支援開始を示す信号を入力したと想定する。すると、作業支援装置10は、図6に示すフローチャートによって示される作業支援処理を実行する。
なお、スイッチ20Cの操作によって、作業支援システム1の動作モードを、作業支援システム1が作業支援処理を実行する自動モード、または、ユーザMが手動でアーム14を操作する手動モード、に切替え可能としてもよい。この場合、作業支援システム1では、ユーザMによるスイッチ20Cの操作によって、手動モードから自動モードへの切替えが指示されたときに、図6に示す作業支援処理を実行してもよい。
特定部32Aが、工程管理情報34Aを読取る(ステップS100)。そして、特定部32Aは、ステップS100で読取った工程管理情報34Aから、次の作業工程の作業位置情報を特定する(ステップS102)。例えば、特定部32Aは、工程管理情報34Aにおける、“作業未”の作業状態の作業工程の内、最も作業順の早い作業工程を作業工程IDから特定する。そして、特定部32Aは、特定した作業工程IDに対応する作業工程の作業位置情報を、工程管理情報34Aから特定する。
次に、特定部32Aは、ステップS102で特定した作業位置情報によって表される、エレベータシャフト2の延伸方向Zの対応位置に作業台3を移動させるように、変位部材5を制御する(ステップS104)。ステップS104の処理によって、作業台3が、延伸方向Zにおける、該作業位置情報によって表される位置の近傍に移動される。なお、特定部32Aは、該位置に移動された作業台3を該位置で固定するように、アウトリガーユニット28を制御することが好ましい。
次に、第1取得部32Bが、エレベータシャフト2内の観測情報を周辺計測部22から取得する(ステップS106)。例えば、第1取得部32Bは、観測指示を示す信号を周辺計測部22へ出力することで、周辺計測部22から観測情報を取得する。
次に、第2取得部32Cが、基準位置情報を基準計測部26から取得する(ステップS108)。例えば、第2取得部32Cは、計測指示を示す信号を基準計測部26へ出力することで、基準計測部26から基準位置情報を取得する。なお、ステップS106およびステップS108の処理順は、この順に限定されない。
次に、構造演算部32Dが、ステップS106で取得した観測情報と、ステップS108で取得した基準位置情報と、を用いて、エレベータシャフト2内の実際の構造である、通路壁46を演算する(ステップS110)。
次に、補正部32Eは、エレベータシャフト2内の構造を予め想定して設計された、理想の構造である設計通路壁44の設計通路内構造情報34Bを、記憶部34から読取る(ステップS112)。
補正部32Eは、ステップS112で読取った設計通路壁44と、ステップS110で演算した通路壁46と、に基づいて、設計通路壁44に基づいて設定された作業位置PAの作業位置情報を、補正作業位置情報に補正する(ステップS114)。
次に、照射制御部32Fは、ステップS114で補正された補正作業位置情報の補正作業位置PBに、作業領域を示す光を照射するように、照射部24を制御する(ステップS116)。
出力制御部32Iは、工程管理情報34Aをディスプレイ20Aに表示する(ステップS118)。例えば、出力制御部32Iは、ステップS102で特定された作業位置情報に対応する作業内容情報を工程管理情報34Aから読取り、ディスプレイ20Aに表示する。このため、ユーザMは、ディスプレイ20Aを視認することで、作業内容を確認することができる。
次に、駆動制御部32Gは、ステップS114で補正された補正作業位置情報の補正作業位置PBに、アーム14の保持部14Bが近付くように、駆動部21を制御する。また、駆動制御部32Gは、該補正作業位置PBから予め定められた範囲内の領域では、アーム14の駆動が制限されるように駆動部21を制御する(ステップS120)。
次に、更新部32Hは、ステップS102で特定した作業位置情報に対応する作業工程の作業が終了したか否かを判断する(ステップS122)。例えば、更新部32Hは、ステップS116の処理を実行した後に、ユーザMによる操作ハンドル14CまたはUI部20の操作指示によって、作業終了を示す信号が入力されたときに、作業終了と判断する。
更新部32Hは、ステップS122で肯定判断するまで(ステップS122:Yes)、否定判断(ステップS122:No)を繰返す。そして、肯定判断すると(ステップS122:Yes)、ステップS124へ進む。
ステップS124では、更新部32Hは、工程管理情報34Aを更新する(ステップS124)。更新部32Hは、工程管理情報34Aにおける、光を照射した補正作業位置の作業工程情報に対応する、作業状態情報を、“作業完了”を示す情報に更新する。
次に、制御部32は、作業支援処理を終了するか否かを判断する(ステップS126)。例えば、制御部32は、工程管理情報34Aに含まれる作業IDに対応する作業内容情報の全てが“作業完了”を示す場合に、作業支援処理を終了すると判断する。また、制御部32は、ユーザMによる入力部20Bまたはスイッチ20Cの操作指示、または外部装置11から受付けた指示信号などによって、作業支援終了を示す信号を受付けたときに、作業支援処理を終了すると判断すればよい。
ステップS126で否定判断すると(ステップS126:No)、上記ステップS102へ戻る。一方、ステップS126で肯定判断すると(ステップS126:Yes)、本ルーチンを終了する。
図7は、UI部20に表示される表示例を示す模式図である。UI部20には、作業工程、作業進捗、作業指示、アーム14、およびツールの状態が表示される。また、UI部20には、作業状況や作業を行う作業点(スポットP)の様子が表示される。ユーザは、UI部20へのタッチ操作などにより、作業工程や作業進捗の変更、ツール状態表示の修正、作業状況の更新、ホームボタンの指示、などを行い、表示される画面を切り替えることが出来る。作業状況および作業進捗の表示は、図6で説明したフローチャートにおける各ステップの各々の終了判定や、センサ16の結果など応じて、出力制御部32Iによって更新される。このような表示や自動更新機能により、作業者は、余分な作業を行わずに、作業に必要な情報を得ることが出来る。
<作業支援システム1によってツールを保持する場合の具体例>
次に、保持部14Bでツールを保持して作業を行う場合の、作業支援の具体的な流れを説明する。
図8は、作業支援システム1を利用して、ドリルを用いた穴あけ作業を行う場合に、作業支援システム1で実行される作業支援処理の流れの一例を示す、フローチャートである。図8には、ツールであるドリルを作業支援システム1に取付けて作業を行う場合の、作業支援処理の流れの一例を示した。
まず、制御部32が上位システムから、建物の設計情報および据付情報を呼び出し、必要な情報を取得する(ステップS200)。これらの情報には、穴あけの個数、穴あけの位置、空ける穴の種類、空ける穴の仕様、および使用する推奨ツール、などの穴あけに必要な情報も含まれる。なお、作業支援システム1(作業支援装置10)が上位システムとオンラインでつながっていない場合には、制御部32は、あらかじめ記憶部34に取り込まれていたデータから必要な上記情報を取得してもよい。
次に、作業者がUI部20を操作して、実施する作業を選択する(ステップS202)。例えば、作業者は、穴あけ、ブラケット取付け、ガイドレール取付け、等の作業から、穴あけ作業を選択した場合を想定して説明する。
次に、作業者は、UI部20を参照することで取得した情報をもとに、作業台3であるゴンドラを操作し、作業が必要な高さに向かって作業台3を上下に移動させる(ステップS204)。制御部32は、ゴンドラが所定の位置に達したことを判定すると、UI部20の表示を更新し、作業者に対して停止要求等の指示入力を促す情報を表示する。
次に、作業台3であるゴンドラに設置された作業支援システム1が作業者の所望の高さに移動すると、制御部32による判定または作業者の操作指示によって、アウトリガーユニット28を動作させ、作業支援システム1をエレベータシャフト2内に固定する(ステップS206)。この固定は、アウトリガーユニット28の伸縮部が伸長し、エレベータシャフト2の平面や、エレベータシャフト2に取付けられたフレーム等に押し当てられることで実施される。
次に、保持部14Bにツールが保持されていない場合には、保持部14Bにドリル等の必要なツールを保持させる(ステップS208)。保持部14Bに既にツールが保持されている場合には、この作業は不要である。保持部14Bに設けられたセンサ16Bによる圧力検出結果などの、ツールの保持状態を示す情報が、センサ16Bから制御部32に送信される。
制御部32は、センサ16Bから受信したツールの保持状態を示す情報に基づいて、ツールが保持部14Bに確実に保持されていると判定した場合、または、作業者による操作ハンドル14CまたはUI部20への操作に従い、保持しているツールの重力補償の初期化動作を実施する。
駆動制御部32Gは、アーム14の各関節に設けられたセンサ(センサ16A、センサ16C、センサ16B)および各関節を駆動する駆動部21の電流値等の情報から、保持部14Bによって保持されているツールの重量によって発生した負荷を算出し、これを支えるように駆動部21に駆動力を発生させる(ステップS210)。
この結果、作業者はツールの重量による負荷を感じることなく、ツールを所望の位置や姿勢に移動させることが出来るようになる。
次に、第2取得部32Cが、基準位置情報を基準計測部26から取得する(ステップS212)。ステップS212では、第2取得部32Cは、ピアノ線などの基準となる基準線Lの位置の計測結果を基準計測部26から取得することで、基準位置を示す基準位置情報を取得する。
例えば、長方形の頂点に張られた4本のピアノ線である基準線Lを、基準位置とする場合を想定する。この場合、少なくとも2本のピアノ線(例えば、基準線L1、基準線L2)を計測し、うち1本の位置を原点とし、もう一方のピアノ線に向かって引いた線分をX方向とし、それに直交する方向をY方向とする。この処理により、第2取得部32Cは、エレベータシャフト2の断面平面内における、位置と姿勢の基準を得ることが出来る。
次に、構造演算部32Dが、エレベータシャフト2内の実際の構造である、通路内構造を取得する(ステップS214)。詳細には、計測部23が、通路内構造の情報である周囲計測情報、すなわち、実際のエレベータシャフト2の壁面や周辺構造物の実際の位置や傾きなどの姿勢を計測する。
次に、補正部32Eは、上位ユニットから取得した理想的なエレベータシャフト2の構造やフレーム等の周辺構造物などの設計通路内構造情報34Bを、ステップS212で得られた基準位置情報を起点にマッピングする。さらに、補正部32Eは、据付情報から、据付に必要な、エレベータシャフト2や周辺構造物への作業点、たとえば穴あけ位置等の作業位置情報を取得する(ステップS216)。これらの情報から、補正部32Eは、基準位置から見た理想的な作業点(作業位置情報)を算出することが出来る。また、補正部32Eは、計測部23による周囲計測情報から、基準位置をオフセットさせた方が良いと判定した場合には、基準位置をオフセットさせる。
次に、補正部32Eは、算出した理想的な作業点である作業位置情報に対し、基準計測部26で得られた壁面位置の傾きや位置ずれ分を補正して、実際の作業点である補正作業位置情報を算出し、さらに、投影する投影ユニットである照射部24の光学系のゆがみの補正等も加えた、補正作業位置情報である投影情報を生成する(ステップS218)。
次に、UI部20は、作業者が実施する作業内容情報を表示する(ステップS220)。例えば、UI部20には、指定された位置への穴あけ作業を行うための指示情報が表示される。
次に、照射部24が、ステップS218で生成された投影情報を用いて、エレベータシャフト2内の壁面の補正作業位置PBに、実際の作業位置を示す光を投影する(ステップS222)。
作業者は、UI部20に表示された作業の指示と、投影された光に沿って、保持部14Bに保持されたツールを利用して、穴あけ作業など実際の作業を行う(ステップS224)。この時、アシストアーム14Aおよび保持部14Bは、作業者によるアーム14の操作、保持部14Bによるツールの保持状態、アシストアーム14Aの姿勢、などに応じて、適切なアシスト力を発生させ、作業者の作業をアシストする。このアシスト制御は、駆動制御部32Gの制御によって行われる。
次に、更新部32Hは、アシストアーム14Aの姿勢から算出したツール先端と作業位置との一致判定、アシストアーム14Aの操作結果、およびUI部20の操作結果に基づいて、作業点での穴あけ等の作業が完了したか否かの判定結果である作業完了情報を取得する。作業完了を示す作業完了情報を取得した場合(ステップS226)、ステップS228へ進む。
更新部32Hは、計画されていたすべての作業が終了したか否かを判定する(ステップS228)。作業が残っていると判定した場合(ステップS228:No)、更新部32Hは、投影情報およびUI部20に表示する情報を次に作業すべき内容に更新し、ステップS218に戻る。この更新処理により、作業者に次の作業の実施を促す。
一方、ステップS228で肯定判断すると(ステップS228:Yes)、ステップS230へ進む。ステップS230では、作業者がUI部20に表示された作業の進行状況を確認し、問題が無ければ、作業終了を指示入力し(ステップPS230)、本ルーチンを終了する。
<アシストアーム14Aを駆動して作業をアシストする場合の具体例>
次に、アシストアーム14Aを駆動して作業者の作業をアシストする場合の、作業支援の具体的な流れを説明する。
図9は、図8のステップS224の詳細な流れを示すフローチャートである。なお、ステップS224では、作業者がツールを動かして作業する動作を作業支援システム1がアシストする。
ステップS224の作業開始時には、安全のため、アシストアーム14Aおよび保持部14Bのブレーキ機構がすべてオン状態とされる(ステップS300)。このため、外部から力が働いてもアシストアーム14Aおよび保持部14Bに保持されたツールは動かないように固定されている。
制御部32が作業の開始を判定すると、駆動制御部32Gは、アシストアーム14Aのブレーキ機構を解除する(ステップS302)。
作業者によるアーム14の操作に従って、アシストアーム14Aが動き、保持部14Bに保持されたツールの先端が作業点に移動する(ステップS304)。この時、アシストアーム14Aは、保持部14Bによって保持されたツールの重量を保証すると共に、作業点(補正作業位置PB)から遠い場合には、動きを軽くし、作業点(補正作業位置PB)に近づくと動きに負荷をかけて、ツールを目標の位置(補正作業位置PB)に止まりやすくするなどの支援を行う。なお、この支援制御は、駆動制御部32Gの制御によって行ってもよい。
また、駆動制御部32Gは、アシストアーム14Aの一部が周囲の構造物に衝突、干渉する可能性があると判定した場合には、衝突および干渉を避ける動作および姿勢をとるように、アシストアーム14Aを制御する。このため、アシストアーム14Aの構造物への衝突および干渉を回避することができる。
駆動制御部32Gは、保持部14Bに保持されたツールの先端が作業位置(補正作業位置PB)付近に到達したことを判定すると、アシストアーム14Aのブレーキ機構をオンにしてアシストアーム14Aの姿勢を固定する(ステップS306)。または、駆動制御部32Gは、アシストアーム14Aの動きを制限して、手先位置が微小な範囲でしか動かないように固定してもよい。また、駆動制御部32Gは、作業面に対して、面内方向には微小にしか動かず、作業面に垂直な方向には自由に動くように、アシストアーム14A動きを制御してもよい。これらの処理により、作業支援システム1は、穴あけ等の作業がまっすぐ(曲がらずに)行われることをサポートする。
次に、作業者が、保持部14Bおよび保持部14Bによって保持されたツールを操作することで、動きを制限されたアシストアーム14Aの自由度の範囲内で、ツールの姿勢を調整する(ステップS307)。
次に、作業者がツールや操作ハンドル14Cのスイッチ20Cなどを操作しながら、穴あけ等の作業を実際に実施する(ステップS308)。
更新部32Hは、アシストアーム14Aおよび保持部14Bなどの姿勢から、どの作業工程のどの作業点に対して作業が実施されたかを判別する。更新部32Hは、操作ハンドル14Cおよびツールのオンまたはオフ、アシストアーム14Aにかかる負荷などの履歴、UI部20を介した完了ボタンの操作指示などの操作結果、などから、作業完了を判定する(ステップS309)。そして、本ルーチンを終了する。
<アシストアーム14Aを駆動して作業をアシストする方法の具体例>
次に、図9を用いて説明したアシストアーム14Aによる作業のサポートの際に、制御部32で実行されるアシストアーム14Aの駆動情報の生成について説明する。駆動情報は、アシストアーム14Aに対して駆動を指示するための指示情報である。
図10は、アシストアーム14Aの駆動情報の生成に用いる機能ブロック図の一例である。
例えば、制御部32の駆動制御部32Gは、手先動作制約生成部50、逆運動学部52、干渉回避補正部54、順運動学部56を備える。
順運動学部56は、アシストアーム14Aの複数の関節部の各々の関節情報を取得する。関節情報は、アシストアーム14Aの各関節に設けられたエンコーダなどのセンサ16Aによって検出される。関節情報は、例えば、エンコーダ情報、電流計測値、トルクセンサの値などである。
また、順運動学部56は、アシストアーム14Aの複数の関節部の各々の配置である関節配置、関節部間の長さであるリンク長、などのアシストアーム14Aのモデル情報を取得する。
順運動学部56は、これらのモデル情報を利用した準運動学計算によって、アシストアーム14Aの関節の動きである関節情報の各々を、保持部14Bの先端やツールの先端といった手先の位置姿勢情報に変換する。
手先動作制約生成部50は、順運動学部56で取得した手先の現在位置姿勢情報から、アシストアーム14Aを駆動するための目標値である、手先の目標位置および姿勢を生成する。手先動作制約生成部50は、ツールの重量の補償、作業領域に合わせて手先に発生させる負荷量、および負荷の方向に応じて、アシストアーム14Aを駆動するための目標値として、手先の目標位置および姿勢を生成する。
逆運動学部52は、逆運動学計算により、手先動作制約生成部50で生成された手先の目標位置および姿勢を、アシストアーム14Aの関節の各々の駆動指令である駆動情報に変換する。
干渉回避補正部54は、計測部23で計測された周囲計測情報を用いて、アシストアーム14Aの動作によって該アシストアーム14Aが周囲環境に、衝突または干渉しないかを判定する。そして、干渉回避補正部54は、干渉が発生する可能性があると判断した場合、アシストアーム14Aの駆動情報を補正する。干渉回避補正部54は、干渉の回避が困難と判断した場合、手先動作制約生成部50に対して、目標を修正するための目標修正情報を出力する。
作業支援システム1では、制御部32の駆動制御部32Gで実行されるこれらの処理により、作業者がスムーズに作業を遂行できるように、アシストアーム14Aを動作させることができる。
次に、保持部14Bで部材を保持して作業を行う場合の、作業支援の流れを説明する。
図11は、部材であるブラケットを作業支援システム1に保持させて作業を行う場合の、支援処理の流れの一例を示すフローチャートである。
まず、制御部32が上位システムから、建物の設計情報および据付情報を呼び出し、必要な情報を取得する(ステップS400)。次に、作業者がUI部20を操作して、実施する作業を選択する(ステップS402)。例えば、作業者は、穴あけ、ブラケット取付け、ガイドレール取付け、等の作業から、ブラケット取付け作業を選択した場合を想定して説明する。
次に、作業者は、UI部20を参照することで取得した情報をもとに、作業台3であるゴンドラを操作し、作業が必要な高さに向かって作業台3を上下に移動させる(ステップS404)。制御部32は、ゴンドラが所定の位置に達したことを判定すると、UI部20の表示を更新し、作業者に対して停止要求等の指示入力を促す情報を表示する。
次に、作業台3であるゴンドラに設置された作業支援システム1が作業者の所望の高さに移動すると、制御部32による判定または作業者の操作指示によって、アウトリガーユニット28を動作させ、作業支援システム1をエレベータシャフト2内に固定する(ステップS406)。
次に、保持部14Bにブラケットが保持されていない場合には、保持部14Bにブラケットを保持させる(ステップS408)。保持部14Bに既にブラケットが保持されている場合には、この作業は不要である。保持部14Bに設けられたセンサ16Bによる圧力検出結果などの、ツールの保持状態を示す情報が、センサ16Bから制御部32に送信される。
制御部32は、センサ16Bから受信したブラケットの保持状態を示す情報に基づいて、ツールが保持部14Bに確実に保持されていると判定した場合、または、作業者による操作ハンドル14CまたはUI部20への操作に従い、保持しているブラケットの重力補償の初期化動作を実施する。
駆動制御部32Gは、アーム14の各関節に設けられたセンサ(センサ16A、センサ16C、センサ16B)および各関節を駆動する駆動部21の電流値等の情報から、保持部14Bによって保持されているブラケットの重量によって発生した負荷を算出し、これを支えるように駆動部21に駆動力を発生させる(ステップS410)。
この結果、作業者はブラケットの重量による負荷を感じることなく、ブラケットを所望の位置や姿勢に移動させることが出来るようになる。
次に、ステップS412~ステップS422の処理を実行する。ステップS412~ステップS422は、上記ステップS212~ステップS222と同様である。
詳細には、第2取得部32Cが、基準位置情報を基準計測部26から取得する(ステップS412)。次に、構造演算部32Dが、エレベータシャフト2内の実際の構造である、通路内構造を取得する(ステップS414)。次に、補正部32Eは、上位ユニットから取得した理想的なエレベータシャフト2の構造やフレーム等の周辺構造物などの設計通路内構造情報34Bを、ステップS412で得られた基準位置情報を起点にマッピングする。さらに、補正部32Eは、据付情報から、据付に必要な、エレベータシャフト2や周辺構造物への作業点、たとえば穴あけ位置等の作業位置情報を取得する(ステップS416)。次に、補正部32Eは、実際の作業点である補正作業位置情報を算出し、さらに、投影する投影ユニットである照射部24の光学系のゆがみの補正等も加えた、補正作業位置情報である投影情報を生成する(ステップS418)。次に、UI部20は、作業者が実施する作業内容情報を表示する(ステップS420)。次に、照射部24が、ステップS418で生成された投影情報を用いて、エレベータシャフト2内の壁面の補正作業位置PBに、実際の作業位置を示す光を投影する(ステップS422)。
作業者は、UI部20に表示された作業の指示と、投影された光に沿って、保持部14Bに保持されたブラケットの取付け作業を行う(ステップS424)。取付け作業が終了したら、作業者は、ブラケットを保持部14Bから切り離し、アシストアーム14Aのアシスト力を部材が保持されていない状態のパラメータにリセットする。このように、作業支援システム1は、保持部14Bによる部材の保持状態に合わせて、支援の状態を適切に制御する。このため、作業者は安全に作業を行うことが出来る。
次に、更新部32Hは、アシストアーム14Aの姿勢から算出した、ブラケットの取付け位置と作業位置との一致判定、アシストアーム14Aの操作結果、およびUI部20の操作結果に基づいて、作業点での取付け作業が完了したか否かの判定結果である作業完了情報を取得する。作業完了を示す作業完了情報を取得した場合(ステップS426)、ステップS428へ進む。
更新部32Hは、計画されていたすべての作業が終了したか否かを判定する(ステップS428)。作業が残っていると判定した場合(ステップS428:No)、更新部32Hは、投影情報およびUI部20に表示する情報を次に作業すべき内容に更新し、ステップS418に戻る。
一方、ステップS428で肯定判断すると(ステップS428:Yes)、ステップS430へ進む。ステップS430では、作業者がUI部20に表示された作業の進行状況を確認し、問題が無ければ、作業終了を指示入力し(ステップS430)、本ルーチンを終了する。
<作業支援システム1によって保持部14Bの観測を伴う支援を行う場合の具体例>
次に、作業支援システム1によって保持部14Bの観測を伴う支援を行う形態を説明する。
図12は、エレベータの上乗口に取付けられる三方枠、および、ピアノ線を張る基準となる三方枠など、取付け位置の位置精度が求められる取付けおよび設置作業を行う場合の支援処理の流れの一例を示すフローチャートである。
まず、ステップS600~ステップS622の処理を実行する。ステップS600~ステップS622は、上記ステップS400~ステップS420と同様であるため、詳細な説明を省略する。
次に、作業者は、UI部20に表示された作業の指示と、投影された光に沿って、三方枠などの部材の取付け作業を行う(ステップS624)。
次に、更新部32Hは、計測部23の計測結果を用いて、周辺の構造物及び取付けを行った三方枠等の部材の位置や姿勢を計測し、取付けが作業計画通りであるか否かを判断する(ステップS626)。取付けが作業計画通りである場合には、更新部32Hは、計画されていたすべての作業が終了したか否かを判定する(ステップS628)。取付けが作業計画通りではない場合、または、作業が残っていると判定した場合(ステップS628:No)、更新部32Hは、投影情報およびUI部20に表示する情報を次に作業すべき内容に更新し、ステップS624に戻る。
作業が終了したと判定した場合(ステップS628:Yes)、ステップS630へ進む。ステップS630では、作業者がUI部20に表示された作業の進行状況を確認し、問題が無ければ、作業終了を指示入力し(ステップS630)、本ルーチンを終了する。
次に、基準線Lについて説明する。
図13A~図13Dは、エレベータシャフト2の断面模式図である。図13A~図13Dには、エレベータシャフト2内にピアノ線などの基準線Lとして用いる事の可能なものが無い場合における、作業支援の概要の説明図である。
図13Aに示すように、周辺計測部22によって、周囲の構造物を計測する。次に、図13Bに示すように、周囲の計測結果から、一定の距離を保つように、仮想的な基準位置41を決定する。次に、図13Cに示すように、仮想的な基準位置41を基準として、理想的な作業点PC(作業位置PA)をマッピングする。最後に、図13Dに示すように、情報の投影を行う。ここで、図13Bで決定した仮想の基準位置に、ピアノ線等の基準を配置すれば、以降はそれを基準として作業することが出来る。
以上説明したように、本実施形態の作業支援装置10は、計測部23と、照射制御部32Fと、を備える。計測部23は、通路の通路内構造を計測する。照射制御部32Fは、予め定められた設計通路内構造に基づいて設定された作業位置情報を、計測部23の計測結果を用いて補正した補正作業位置に、作業領域を示す光を照射するように照射部24を制御する。
このように、本実施形態の作業支援装置10は、エレベータシャフト2内の構造を予め想定して設計された理想の構造である設計通路壁44に基づいて設定された作業位置PAの作業位置情報を、エレベータシャフト2内の実際の構造である通路壁46に応じた補正作業位置PBの補正作業位置情報に補正する。そして、作業支援装置10は、補正作業位置PBに作業領域を示す光を照射するように、照射部24を制御する。
このため、ユーザMは、照射部24によって照射された作業領域に対して作業を行うことで、エレベータシャフト2内における、高精度に補正された位置に対して容易に作業を行うことができる。
従って、本実施形態の作業支援装置10は、現場状況に対応する高精度な作業支援を行うことができる。
また、本実施形態の作業支援装置10は、部材18を保持するアーム14を備える。アーム14が作業対象の部材18を保持することで、作業支援装置10は、ユーザMによる重量物などの部材18のハンドリングアシストを行うことができる。このため、本実施形態の作業支援装置10は、上記効果に加えて、ユーザMによる作業負荷の軽減を図ることができる。また、ユーザMによる作業時間の短縮を図ることができる。また、ユーザMによるエレベータシャフト2内での作業精度の向上も図ることができる。
次に、上記実施形態の作業支援装置10における主制御部30の、ハードウェア構成の一例を説明する。
図14は、主制御部30のハードウェア構成図の一例である。
上記実施形態の主制御部30は、CPU86などの制御装置と、ROM(Read Only Memory)88やRAM(Random Access Memory)90やHDD(ハードディスクドライブ)92などの記憶装置と、各種機器とのインターフェースであるI/F部82と、各部を接続するバス96とを備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。
上記実施形態の主制御部30では、CPU86が、ROM88からプログラムをRAM90上に読み出して実行することにより、上記各部がコンピュータ上で実現される。
なお、上記実施形態の主制御部30で実行される上記各処理を実行するためのプログラムは、HDD92に記憶されていてもよい。また、上記実施形態の主制御部30で実行される上記各処理を実行するためのプログラムは、ROM88に予め組み込まれて提供されていてもよい。
また、上記実施形態の主制御部30で実行される上記処理を実行するためのプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD-ROM、CD-R、メモリカード、DVD(Digital Versatile Disk)、フレキシブルディスク(FD)等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供されるようにしてもよい。また、上記実施形態の主制御部30で実行される上記処理を実行するためのプログラムを、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するようにしてもよい。また、上記実施形態の主制御部30で実行される上記処理を実行するためのプログラムを、インターネットなどのネットワーク経由で提供または配布するようにしてもよい。
なお、上記には、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1 作業支援システム
2 エレベータシャフト
3 作業台
10 作業支援装置
14 アーム
22 周辺計測部
23 計測部
24 照射部
26 基準計測部
32B 第1取得部
32C 第2取得部
32D 構造演算部
32E 補正部
32F 照射制御部
32G 駆動制御部
32H 更新部
32I 出力制御部
34A 工程管理情報
PA 作業位置
PB 補正作業位置

Claims (11)

  1. 通路の通路内構造を計測する計測部と、
    前記通路内の観測情報を取得する第1取得部と、
    前記通路内の予め定められた基準位置の基準位置情報を取得する第2取得部と、
    前記通路内構造を演算する構造演算部と、
    予め定められた設計通路内構造に基づいて設定された作業位置情報を前記計測部の計測結果を用いて補正した補正作業位置情報に補正する補正部と、
    前記補正作業位置情報の補正作業位置に、作業領域を示す光を照射するように照射部を制御する照射制御部と、
    を備え、
    前記構造演算部は、
    前記観測情報および前記基準位置情報に基づいて、前記基準位置を基準とした前記通路内構造を演算し、
    前記補正部は、
    前記基準位置を基準として予め定められた前記設計通路内構造と前記通路内構造とに基づいて、前記作業位置情報を補正する、
    作業支援装置。
  2. 前記第2取得部は、
    前記通路内に前記通路の延伸方向に沿って延伸され、前記延伸方向に対して交差する交差方向に間隔を隔てて配置された複数の基準線の各々の位置を、前記基準位置情報として取得し、
    前記設計通路内構造は、
    隣接する2つの前記基準線を前記交差方向に結ぶラインを1辺として含む予め定めた形状の基準枠を基準とした位置に配置され、
    前記構造演算部は、
    前記観測情報および前記基準位置情報に基づいて、前記通路を前記交差方向に切断した切断面の構造を示す、前記通路内構造を演算し、
    前記補正部は、
    前記設計通路内構造上に配置された前記作業位置情報の作業位置が、前記通路内構造上の対応する位置となるように、前記作業位置情報を前記補正作業位置情報に補正する、
    請求項に記載の作業支援装置。
  3. 部材を保持するアームと、
    保持した前記部材の重量を補償するように前記アームを駆動する駆動部と、
    を備える、請求項1または請求項2に記載の作業支援装置。
  4. 前記補正作業位置情報の前記補正作業位置と前記アームの前記部材の保持部との距離または方向により駆動情報を切り替えて前記駆動部を制御する、駆動制御部、
    を備える請求項に記載の作業支援装置。
  5. 前記補正作業位置情報の前記補正作業位置から予め定められた範囲内の領域で前記アームの駆動が制限されるように前記駆動部を制御する駆動制御部、
    を備える請求項に記載の作業支援装置。
  6. 前記補正作業位置情報と前記アームの姿勢または駆動情報の結果から更新された作業状態情報を出力する出力制御部を備える、
    請求項~請求項の何れか1項に記載の作業支援装置。
  7. 前記アームの姿勢または駆動情報の結果から、前記補正作業位置情報に対し、保持された前記部材が近接したことを判定し、作業状態情報を更新する更新部を備える、
    請求項~請求項の何れか1項に記載の作業支援装置。
  8. 前記照射部は、
    前記通路内を移動する移動部材に設置されてなる、
    請求項1~請求項の何れか1項に記載の作業支援装置。
  9. 前記通路は、
    エレベータの昇降路である、
    請求項1~請求項の何れか1項に記載の作業支援装置。
  10. 通路内の観測情報を取得する第1取得ステップと、
    前記通路内の予め定められた基準位置の基準位置情報を取得する第2取得ステップと、
    前記通路の通路内構造を演算する構造演算ステップと、
    予め定められた設計通路内構造に基づいて設定された作業位置情報を、前記通路の前記通路内構造を計測する計測部の計測結果を用いて補正した補正作業位置情報に補正する補正ステップと、
    前記補正作業位置情報の補正作業位置に、作業領域を示す光を照射するように照射部を制御する照射制御ステップと、
    を含み、
    前記構造演算ステップは、
    前記観測情報および前記基準位置情報に基づいて、前記基準位置を基準とした前記通路内構造を演算し、
    前記補正ステップは、
    前記基準位置を基準として予め定められた前記設計通路内構造と前記通路内構造とに基づいて、前記作業位置情報を補正する、
    作業支援方法。
  11. コンピュータに実行させるための作業支援プログラムであって、
    通路内の観測情報を取得する第1取得ステップと、
    前記通路内の予め定められた基準位置の基準位置情報を取得する第2取得ステップと、
    前記通路の通路内構造を演算する構造演算ステップと、
    予め定められた設計通路内構造に基づいて設定された作業位置情報を、前記通路の前記通路内構造を計測する計測部の計測結果を用いて補正した補正作業位置情報に補正する補正ステップと、
    前記補正作業位置情報の補正作業位置に、作業領域を示す光を照射するように照射部を制御する照射制御ステップと、
    を含み、
    前記構造演算ステップは、
    前記観測情報および前記基準位置情報に基づいて、前記基準位置を基準とした前記通路内構造を演算し、
    前記補正ステップは、
    前記基準位置を基準として予め定められた前記設計通路内構造と前記通路内構造とに基づいて、前記作業位置情報を補正する、
    作業支援プログラム。
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