JPH10254939A - 機構設計支援装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＡＤシステムによる機構設計での部品モデ
ルの配置および組立作業の効率化を図ることができる機
構設計支援装置およびその方法を提供する。 【解決手段】 ＣＡＤシステム１を用いて複数の部品モ
デルの機構設計を行う際に、機構設計支援装置１０は、
組立判定処理部１６により組立対象となる一対の部品モ
デルのうちの一方の部品モデルの組合せ部の形状特徴の
決定に対応させて他方の部品モデルの組合せ部の形状特
徴を決定し、組立部品移動方向拘束処理部１８により一
方の部品モデルの移動方向を制限する。また、組立対象
となる一対の部品モデルの配置が終了したことを検出し
て、干渉判定処理部１９により配置済みの他の部品モデ
ルとの干渉の有無を判定し、かつ組立部品間機構接続要
素生成部２０によりこの一対の部品モデル間の接続関係
を表す機構接続要素を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣＡＤ（computer a
ided design ）システムによる機構設計を支援する機構
設計支援装置およびその方法に係り、とりわけＣＡＤシ
ステムによる機構設計での部品モデルの配置および組立
作業の効率化を図る機構設計支援装置およびその方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、利用者からの指示に基づいて
３次元の製品モデルを対話的に設計するためのシステム
として、部品モデルの作成、配置および組立作業を実行
するＣＡＤ装置と、部品モデルの組立状況等を表示させ
るディスプレイと、ディスプレイ上の表示を参照しなが
ら各種の指示やデータ入力等を行うためのタブレットや
キーボード、マウス等の入力装置とを備えた３次元ＣＡ
Ｄシステムが知られている。

【０００３】このような従来の３次元ＣＡＤシステムに
おいては、複数の部品モデルをディスプレイ上の所定位
置に配置する際に利用者が部品モデルの配置位置の詳細
な座標値をキーボード等から入力している。

【０００４】また、３次元ＣＡＤシステムを用いて複数
の部品モデルの配置および組立作業を行った後、全ての
組立てが終了した製品モデルに対して各部品モデル間の
干渉の有無をチェックしている。そして、この干渉チェ
ックの段階で部品モデル間の干渉が検出された場合に
は、再び３次元ＣＡＤシステムによる構造設計に戻って
干渉を回避するための設計変更を行っている。

【０００５】さらに、３次元ＣＡＤシステムを用いて複
数の部品モデルの配置および組立作業を行った後、３次
元ＣＡＤシステムにより作成されるＣＡＤモデルとは別
に機構解析用のモデルを作成して各部品モデル間の機構
動作を検証している。具体的には、部品モデルの中から
利用者が必要と判断したものを機構解析用のソフトウェ
アに読み込むとともに、読み込まれた部品モデルの配置
位置をキーボード等による座標値の入力によって適宜変
化させながら動作解析シミュレーションを行っている。
そして、このシミュレーションの過程で動作不良等の問
題が発生した場合には、再び３次元ＣＡＤシステムによ
る構造設計に戻ってＣＡＤモデルおよび機構解析用モデ
ルの設計変更を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の３次元ＣＡＤシステムにおいては、部品モデルをディ
スプレイ上の所定位置に配置する際に利用者が部品モデ
ルの配置位置の詳細な座標値をキーボード等から入力し
ている。また、３次元ＣＡＤシステムを用いて複数の部
品モデルの配置および組立作業を行った後、全ての組立
てが終了した製品モデルに対して各部品モデル間の干渉
の有無をチェックしている。さらに、３次元ＣＡＤシス
テムを用いて複数の部品モデルの配置および組立作業を
行った後、ＣＡＤモデルとは別に機構解析用のモデルを
作成して各部品モデル間の機構動作を検証している。

【０００７】しかしながら、従来の３次元ＣＡＤシステ
ムでは、部品モデルをディスプレイ上の所定位置に配置
する際に利用者が部品モデルの配置位置の詳細な座標値
をキーボード等から入力しなければならないので、利用
者の作業負担が大きく、このため円滑な作業進行を妨げ
る要因ともなっている。

【０００８】また、部品モデルの組立てが全て終了した
後に各部品モデル間の干渉の有無をチェックしているの
で、干渉を回避するためになされた一つの部品モデルの
配置位置の変更によって他の部品モデルとの間に新たな
干渉が生じる可能性が高い。なお実際には、干渉が複数
箇所で生じているということが一般的であるので、干渉
を回避するための設計変更には多大な作業時間を要し、
このため作業効率の向上の妨げとなっている。

【０００９】さらに、同一の製品モデルに対してＣＡＤ
モデルとは別に機構解析用のモデルを作成しなければな
らないので、製品モデルの動作解析も含めた機構設計全
体の作業に必要以上の時間がかかっている。

【００１０】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、ＣＡＤシステムによる機構設計での部品モ
デルの配置および組立作業の効率化を図ることができる
機構設計支援装置およびその方法を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＣＡＤシステ
ムによる複数の部品モデルの機構設計を支援する機構設
計支援装置において、ＣＡＤシステムから各部品モデル
の部品形状および形状特徴を含む部品作成ＣＡＤデータ
を読み込む部品作成ＣＡＤデータ読込手段と、前記部品
作成ＣＡＤデータ読込手段により読み込まれた部品作成
ＣＡＤデータに基づいて、組立対象となる一対の部品モ
デルのうちの一方の部品モデルの組合せ部の形状特徴の
決定に対応させて他方の部品モデルの組合せ部の形状特
徴を決定する組立判定手段と、前記組立判定手段により
決定された結果に基づいて前記一対の部品モデルのうち
のいずれかの部品モデルの移動方向を制限する組立部品
移動方向拘束手段とを備えたことを特徴とする機構設計
支援装置を提供する。

【００１２】また本発明は、ＣＡＤシステムによる複数
の部品モデルの機構設計を支援する機構設計支援装置に
おいて、ＣＡＤシステムから各部品モデルの部品組立順
番および組立結合点を含む部品組立ＣＡＤデータを読み
込む部品組立ＣＡＤデータ読込手段と、前記部品組立Ｃ
ＡＤデータ読込手段により読み込まれた部品組立ＣＡＤ
データに基づいて前記部品モデルの配置位置を仮決定す
る部品位置決め手段と、前記部品モデルの配置位置の仮
決定が終了したことを検出する検出手段と、この検出手
段の検出結果に基づいて、既に配置済みの前記部品モデ
ルと配置位置が仮決定した前記部品モデルとの干渉の有
無を判定する干渉判定手段とを備えたことを特徴とする
機構設計支援装置を提供する。

【００１３】さらに本発明は、ＣＡＤシステムによる複
数の部品モデルの機構設計を支援する機構設計支援方法
において、各部品モデルの部品形状および形状特徴を含
む部品作成ＣＡＤデータに基づいて、組立対象となる一
対の部品モデルのうちの一方の部品モデルの組合せ部の
形状特徴の決定に対応させて他方の部品モデルの組合せ
部の形状特徴を決定する工程と、この工程により決定さ
れた結果に基づいて前記一対の部品モデルのうちのいず
れかの部品モデルの移動方向を制限する工程とを備えた
ことを特徴とする機構設計支援方法を提供する。

【００１４】さらにまた本発明は、ＣＡＤシステムによ
る複数の部品モデルの機構設計を支援する機構設計支援
方法において、各部品モデルの部品組立順番および組立
結合点を含む部品組立ＣＡＤデータに基づいて部品モデ
ルの配置位置を仮決定する工程と、前記部品モデルの配
置位置の仮決定が終了したことを検出する検出工程と、
この検出工程の検出結果に基づいて、既に配置済みの前
記部品モデルと配置位置が仮決定した前記部品モデルと
の干渉の有無を判定する工程とを備えたことを特徴とす
る機構設計支援方法を提供する。

【００１５】本発明によれば、ＣＡＤシステムにより複
数の部品モデルの機構設計を行う際に、組立対象となる
一対の部品モデルのうちの一方の部品モデルの組合せ部
の形状特徴の決定に対応させて他方の部品モデルの組合
せ部の形状特徴を決定するとともに、このようにして決
定された結果に基づいて一対の部品モデルのうちのいず
れかの部品モデルの移動方向を制限しているので、ディ
スプレイ等の表示装置上に表示された部品モデルをマウ
ス等の入力装置を用いて対話的な操作で配置することが
可能となり、このため利用者の作業負担を軽減して作業
効率を向上させることができる。

【００１６】また、組立対象となる一対の部品モデルの
配置が終了した際に、ＣＡＤシステムから読み込まれた
配置済みの他の部品モデルの部品組立順番および組立結
合点を含む部品組立ＣＡＤデータに基づいて一対の部品
モデルのうちのいずれかの部品モデルと配置済みの他の
部品モデルとの干渉の有無を判定しているので、部品モ
デルの組立てが全て終了した後に大幅な設計変更が必要
となる事態を回避することができ、このため作業時間を
短縮して作業効率を向上させることができる。

【００１７】さらに、組立対象となる一対の部品モデル
の配置が終了した際に、これら一対の部品モデル間の接
続関係を表す機構解析用のデータを生成しているので、
ＣＡＤモデルを作成すると同時に機構解析用のモデルを
作成することができ、このため製品モデルの動作解析も
含めた機構設計全体の作業に要する時間を短縮すること
ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１および図２は本発明に
よる機構設計支援装置およびその方法の一実施の形態を
示す図である。

【００１９】図１に示すように、機構設計支援装置１０
は、利用者からの指示に基づいて部品モデルの作成、配
置および組立作業を対話的に実行するＣＡＤシステム１
に接続されている。

【００２０】ここでＣＡＤシステム１は、部品モデルの
作成作業を実行する部品作成ＣＡＤ装置２と、部品モデ
ルの配置および組立作業を実行する部品組立ＣＡＤ装置
３とを備えている。また、部品作成ＣＡＤ装置２および
部品組立ＣＡＤ装置３にはそれぞれディスプレイ等の表
示装置４と、表示装置４上の表示を参照しながら各種の
指示やデータ入力等を行うための入力装置５とが接続さ
れ、利用者からの指示等に基づいて部品モデルの作成、
配置および組立作業を対話的に実行できるようになって
いる。なお入力装置５としてはタブレットやキーボー
ド、マウス等の各種の装置を用いることができる。

【００２１】また機構設計支援装置１０は、ＣＡＤシス
テム１の部品作成ＣＡＤ装置２により生成された部品モ
デルの部品形状、形状特徴および形状作成履歴を含む部
品作成ＣＡＤデータを読み込む部品作成ＣＡＤデータ読
込装置（部品作成ＣＡＤデータ読込手段）１１と、ＣＡ
Ｄシステム１の部品組立ＣＡＤ装置３により生成された
部品モデルの部品組立順番、組立結合点および組立履歴
を含む部品組立ＣＡＤデータを読み込む部品組立ＣＡＤ
データ読込装置（部品組立ＣＡＤデータ読込手段）１２
とを備えている。

【００２２】ここで、部品作成ＣＡＤ装置２から読み込
まれる部品作成ＣＡＤデータのうち、「部品形状」は部
品モデルの外形形状等を表すデータであり、「形状特
徴」は部品モデルの構造および機能を特定するための特
徴部分を表すデータであり、「形状作成履歴」は部品モ
デルを作成するまでの作業過程を表すデータである。な
お、部品モデルの形状特徴としては例えば、シャフトで
あれば中心軸を表すデータ、歯車であれば中心軸や歯部
等を表すデータが該当する。

【００２３】一方、部品組立ＣＡＤ装置３から読み込ま
れる部品組立ＣＡＤデータのうち、「部品組立順番」は
複数の部品モデルの組立ての順番を表すデータであり、
「組立結合点」は部品モデル間の組合せ部の結合位置を
表すデータであり、「組立履歴」は部品モデルの配置お
よび組立作業の過程を表すデータである。

【００２４】なお、部品作成ＣＡＤデータ読込装置１１
および部品組立ＣＡＤデータ読込装置１２には入力デー
タ処理部１３が接続され、ＣＡＤシステム１から読み込
まれた部品作成ＣＡＤデータおよび部品組立ＣＡＤデー
タは適宜データファイル１４に格納されるようになって
いる。

【００２５】さらに機構設計支援装置１０は、ＣＡＤシ
ステム１の部品組立ＣＡＤ装置３との間で命令やデータ
等の入出力を行うためのインタフェース部１５を備えて
おり、このインタフェース部１５には、組立対象となる
一対の部品モデルの組合せ部に関連する形状特徴を決定
する組立判定処理部（組立判定手段）１６と、組立判定
処理部１６により決定された結果に基づいて一対の部品
モデルのうちのいずれかの部品モデルの移動方向を制限
する組立部品移動方向拘束処理部（組立部品移動方向拘
束手段）１８と、データファイル１４に格納された配置
済みの他の部品モデルの部品組立ＣＡＤデータに基づい
て組立対象となる一対の部品モデルと配置済みの他の部
品モデルとの干渉の有無を判定する干渉判定処理部（干
渉判定手段）１９と、組立対象となる一対の部品モデル
間の接続関係を表す機構解析用の機構接続要素を設定す
る組立部品間機構接続要素生成部（機構解析用データ生
成手段）２０と、部品モデルの組立結果を表示装置４上
に表示させるための組立結果出力処理部２１とが接続さ
れている。なお、組立判定処理部１６には組立対象とな
る一対の部品モデルの組立判定結果をインタフェース部
１５を介してＣＡＤシステム１の表示装置４上に表示さ
せる組立判定結果出力処理部１７が接続されている。

【００２６】図１において、利用者は、ＣＡＤシステム
１の部品作成ＣＡＤ装置２を利用して組立てに必要とさ
れる複数の部品モデルを作成するとともに、部品組立Ｃ
ＡＤ装置３を利用して、表示装置４上に表示された部品
モデルをマウス等の入力装置５を用いて適宜選択、移動
および配置することにより、複数の部品モデルの配置お
よび組立作業を進める。なお、入力装置５としてマウス
が用いられる場合には、部品モデルの選択は例えばマウ
スボタンのクリックまたはダブルクリック操作により行
い、部品モデルの移動はマウスボタンを押しながらマウ
スを移動させるいわゆるドラッグ操作により行うように
するとよい。

【００２７】そして、このような部品モデルの配置およ
び組立作業に伴って入力装置５から入力される指示やデ
ータは部品組立ＣＡＤ装置３において処理されるととも
に、この部品組立ＣＡＤ装置３にインタフェース部１５
を介して接続された組立判定処理部１６、組立部品移動
方向拘束処理部１８、干渉判定処理部１９、組立部品間
機構接続要素生成部２０および組立結果出力処理部２１
が適宜呼び出されて必要な処理がなされ、また組立判定
結果出力処理部１７、組立部品移動方向拘束処理部１
８、干渉判定処理部１９、組立部品間機構接続要素生成
部２０および組立結果出力処理部２１により処理された
結果はインタフェース部１５を介して部品組立ＣＡＤ装
置３に返される。なお、図１には明示されていないが、
機構設計支援装置１０には、部品組立ＣＡＤデータに基
づいて部品モデルの配置位置を仮決定する部品位置決め
手段と、部品モデルの配置位置の仮決定が終了したこと
を検出する検出手段が含まれている。

【００２８】次に、このような構成からなる本実施の形
態の作用について、図３に示す製品モデルの機構設計を
例として図１乃至図７により具体的に説明する。

【００２９】ここで、図３に示す製品モデルは例えばコ
ピー機等の一部を想定したものであり、このような製品
モデルは、シャフト３０、歯車３１、歯車３２、下箱３
３、板状部材３８および上箱４０の各部品モデルに対し
て、（１）シャフト３０に歯車３１を通し、（２）歯車
３１に歯車３２をかみ合わせ、（３）下箱３３の底部３
４の凹部３５に板状部材３８の凸部３９をはめ合わせ、
（４）下箱３３の側部３６の凹部３７にシャフト３０を
はめ合わせ、（５）下箱３３に上箱４０をはめ合わせる
という作業を順次行うことにより組み立てられる。

【００３０】まず、ＣＡＤシステム１に接続された機構
設計支援装置１０は、ＣＡＤシステム１により生成され
た部品モデルの部品形状、形状特徴および形状作成履歴
を含む部品作成ＣＡＤデータを部品作成ＣＡＤデータ読
込装置１１により読み込み、入力データ処理部１３を介
してデータファイル１４に格納する（図２のステップ１
０１参照）。

【００３１】また機構設計支援装置１０は、図３に示す
製品モデルに関連する配置済みの部品モデルがある場合
には、ＣＡＤシステム１により生成された配置済みの部
品モデルの部品組立順番、組立結合点および組立履歴を
含む部品組立ＣＡＤデータを部品組立ＣＡＤデータ読込
装置１２により読み込み、入力データ処理部１３を介し
てデータファイル１４に格納する（図２のステップ１０
２参照）。

【００３２】このようにして製品モデルの組立てに必要
なデータが機構設計支援装置１０のデータファイル１４
に格納された状態で、利用者は、ＣＡＤシステム１の部
品組立ＣＡＤ装置３を利用して、表示装置４上に表示さ
れた部品モデルをマウス等の入力装置５を用いて適宜選
択、移動および配置することにより、シャフト３０、歯
車３１、歯車３２、下箱３３、板状部材３８および上箱
４０の組立てを行う。

【００３３】ここでまず、図１乃至図４により、図３に
示す製品モデルにおいてシャフト３０に歯車３１を通す
作業について説明する。

【００３４】このような作業を行う場合、利用者はま
ず、入力装置５を用いて表示装置４上に表示された部品
モデルの中から基準モデルとしてシャフト３０を選択す
る（ステップ１０３）。このような選択がなされると、
組立判定処理部１６により、シャフト３０に対応する部
品形状、形状特徴および形状作成履歴を含む部品作成Ｃ
ＡＤデータがデータファイル１４から読み出される（ス
テップ１０４）。

【００３５】また同様に、利用者が入力装置５を用いて
表示装置４上に表示された部品モデルの中から配置モデ
ルとして歯車３１を選択すると（ステップ１０５）、組
立判定処理部１６により、歯車３１に対応する部品形
状、形状特徴および形状作成履歴を含む部品作成ＣＡＤ
データがデータファイル１４から読み出される（ステッ
プ１０６）。

【００３６】ここで、このようにして選択されたシャフ
ト３０および歯車３１は、表示装置４上のサブウィンド
ウ内に表示される（ステップ１０７）。

【００３７】次に、利用者は表示装置４上のサブウィン
ドウ内に表示されたシャフト３０と歯車３１とを組み合
わせるため、入力装置５を用いて組合せ部の配置モデル
側の形状特徴として歯車３１の中心軸３１ａを選択する
（ステップ１０８、図４（ａ）参照）。このような選択
がなされた場合には、組立判定処理部１６により、以下
のような手順に従って組合せ部の基準モデル側の形状特
徴としてシャフト３０の中心軸３０ａが選択される。

【００３８】すなわち、図３および図４に示すシャフト
３０のように中心軸が１つしかない場合（ステップ１０
９）には、配置モデル側の形状特徴を選択した時点で基
準モデル側の形状特徴が特定され、配置モデルである歯
車３１の中心軸３１ａは自動的にシャフト３０の中心軸
３０ａ上の所定位置に配置される（ステップ１１３、図
４（ｂ）参照）。なお、この配置結果は、組立判定結果
出力処理部１７により表示装置４上のサブウィンドウ内
に表示される（ステップ１１４）。

【００３９】そして、このような表示結果に基づいて利
用者がこれらの形状特徴の組合せを正しいと判断し、入
力装置５からその旨の入力を行った場合（ステップ１１
５）には、組立部品移動方向拘束処理部１８により、配
置モデルである歯車３１の移動方向（自由度）が図４
（ｂ）に示すようにシャフト３０の中心軸３０ａの軸方
向Ａ₁ と、中心軸３０ａ回りの回転方向Ａ₂ という２方
向にのみ制限される（ステップ１１２）。なお、ステッ
プ１１５において利用者がこれらの形状特徴の組合せを
正しくないと判断した場合には、歯車３１の中心軸３１
ａに対応する基準モデル側の形状特徴を利用者が入力装
置５を用いて直接入力することになる。

【００４０】これに対し、クランクシャフトのように複
数の中心軸が存在する場合（ステップ１０９）には、利
用者は入力装置５を用いて表示装置４のサブウィンドウ
内で歯車３１を自由に移動させる（ステップ１１０）。
なお、このときの歯車３１の自由度は６である。このよ
うにして歯車３１を移動させている間、組立判定処理部
１６により、歯車３１の中心軸３１ａと一致または近接
するシャフトの中心軸が検出され、このようにして検出
された中心軸は組立判定結果出力処理部１７により表示
装置４上のサブウィンドウ内で通常の表示色とは異なる
別色で表示される。

【００４１】ここで、利用者が表示装置４上のサブウィ
ンドウ内で別色で表示されたシャフトの中心軸を入力装
置５を用いて選択すると、基準モデル側の形状特徴が特
定され（ステップ１１１）、組立部品移動方向拘束処理
部１８により、配置モデルである歯車３１の移動方向
（自由度）が、選択された中心軸の軸方向と、中心軸回
りの回転方向という２方向にのみ制限される（ステップ
１１２）。

【００４２】その後、利用者は、シャフト３０と歯車３
１とが表示されている表示装置４上のサブウィンドウを
参照しながら移動方向が制限された歯車３１を入力装置
５を用いて所望の配置位置まで移動させ（ステップ１１
６）、この配置位置を入力装置５を用いて仮決定する
（ステップ１１７）。

【００４３】このようにして歯車３１の配置位置が仮決
定されると、干渉判定処理部１９は、データファイル１
４から配置済みの他の部品モデルの部品組立ＣＡＤデー
タを読み出し、この読み出された部品組立ＣＡＤデータ
に基づいて歯車３１とシャフト３０や配置済みの他の部
品モデルとの干渉の有無を判定する（ステップ１１
８）。

【００４４】そして、ステップ１１８において歯車３１
とシャフト３０や配置済みの他の部品モデルとの間に干
渉があると判断された場合には、ステップ１１６に戻っ
て歯車３１を再配置する。

【００４５】これに対し、ステップ１１８において歯車
３１とシャフト３０や配置済みの他の部品モデルとの間
に干渉がないと判断された場合には、組立部品間機構接
続要素生成部２０により、組立対象となるシャフト３０
と歯車３１とが機構解析上一体のものとして扱われるこ
とを表す機構解析用の機構接続要素を、シャフト３０お
よび歯車３１の部品作成ＣＡＤデータのうちの例えば形
状特徴の属性の一つとして設定するとともに、シャフト
３０と歯車３１との組立てに関する部品組立順番、組立
結合点および組立履歴からなる部品組立ＣＡＤデータを
データファイル１４に格納する（ステップ１１９）。な
お、シャフト３０と歯車３１との間に機構接続要素が設
定されると、シャフト３０と歯車３１とは機構解析上一
体のものとして扱われるので、例えばシャフト３０の座
標値を変更した場合でも歯車３１はシャフト３０との結
合が維持された状態でシャフト３０とともに移動する。

【００４６】なお、このようにしてシャフト３０に歯車
３１を通した組立結果は、組立結果出力処理部２１によ
り表示装置４上に表示される。

【００４７】その後、組み立てるべき全ての部品モデル
の配置および組立作業が終了したか否かを判断し（ステ
ップ１２０）、組み立てるべき部品モデルが残っている
場合にはステップ１０３に戻って他の部品モデルの配置
および組立作業を続ける。なお、図３に示す製品モデル
の場合には、組み立てるべき部品モデルが残っているの
で、ステップ１０３に戻って歯車３１に歯車３２をかみ
合わせる作業を行う。

【００４８】次に、図１乃至図３、および図５により、
図３に示す製品モデルにおいて歯車３１に歯車３２をか
み合わせる作業について説明する。

【００４９】このような作業を行う場合、利用者はま
ず、入力装置５を用いて表示装置４上に表示された部品
モデルの中から基準モデルとして歯車３１を選択する
（ステップ１０３）。このような選択がなされると、組
立判定処理部１６により、歯車３１に対応する部品形
状、形状特徴および形状作成履歴を含む部品作成ＣＡＤ
データがデータファイル１４から読み出される（ステッ
プ１０４）。

【００５０】また同様に、利用者が入力装置５を用いて
表示装置４上に表示された部品モデルの中から配置モデ
ルとして歯車３２を選択すると（ステップ１０５）、組
立判定処理部１６により、歯車３２に対応する部品形
状、形状特徴および形状作成履歴を含む部品作成ＣＡＤ
データがデータファイル１４から読み出される（ステッ
プ１０６）。

【００５１】ここで、このようにして選択された歯車３
１および歯車３２は、表示装置４上のサブウィンドウ内
に表示される（ステップ１０７）。

【００５２】次に、利用者は表示装置４上のサブウィン
ドウ内に表示された歯車３１と歯車３２とを組み合わせ
るため、入力装置５を用いて組合せ部の配置モデル側の
形状特徴として歯車３２の歯部を選択する（ステップ１
０８、図５（ａ）参照）。なお、歯部はモジュール、歯
数および歯面の方向という属性により特定される。この
ような選択がなされた場合には、歯車３２の歯部とかみ
合う組合せ部の基準モデル側の形状特徴は歯車３１の歯
部しかないと判断され（ステップ１０９）、組立判定処
理部１６により、配置モデルである歯車３２は自動的に
歯車３１とかみ合う所定位置に配置される（ステップ１
１３、図５（ｂ）参照）。なお、この配置結果は、組立
判定結果出力処理部１７により表示装置４上のサブウィ
ンドウ内に表示される（ステップ１１４）。

【００５３】そして、このような表示結果に基づいて利
用者がこれらの形状特徴の組合せを正しいと判断し、入
力装置５からその旨の入力を行った場合（ステップ１１
５）には、組立部品移動方向拘束処理部１８により、配
置モデルである歯車３２の移動方向が歯車３１と歯車３
２とのかみ合いを維持できる範囲で拘束される。すなわ
ち歯車３２の移動方向（自由度）は、図５（ｂ）に示す
ように歯車３１の中心軸方向Ｂ₁ と、歯車３１とかみ合
ったまま歯車３１のまわりを動く方向Ｂ₂ という２方向
にのみ制限される（ステップ１１２）。

【００５４】その後、利用者は、歯車３１と歯車３２と
が表示されている表示装置４上のサブウィンドウを参照
しながら移動方向が制限された歯車３２を入力装置５を
用いて所望の配置位置まで移動させ（ステップ１１
６）、この配置位置を入力装置５を用いて仮決定する
（ステップ１１７）。

【００５５】このようにして歯車３２の配置位置が仮決
定されると、干渉判定処理部１９は、データファイル１
４から配置済みの他の部品モデルの部品組立ＣＡＤデー
タを読み出し、この読み出された部品組立ＣＡＤデータ
に基づいて歯車３２と歯車３１や配置済みの他の部品モ
デルとの干渉の有無を判定する（ステップ１１８）。

【００５６】そして、ステップ１１８において歯車３２
と歯車３１や配置済みの他の部品モデルとの間に干渉が
あると判断された場合には、ステップ１１６に戻って歯
車３２を再配置する。

【００５７】これに対し、ステップ１１８において歯車
３２と歯車３１や配置済みの他の部品モデルとの間に干
渉がないと判断された場合には、組立部品間機構接続要
素生成部２０により、組立対象となる歯車３１と歯車３
２とは、歯車同士の噛み合わせであるとして扱われるこ
とを表す機構解析用の機構接続要素を、歯車３１および
歯車３２の部品作成ＣＡＤデータのうちの例えば形状特
徴の属性の一つとして設定するとともに、歯車３１と歯
車３２との組立てに関する部品組立順番、組立結合点お
よび組立履歴からなる部品組立ＣＡＤデータをデータフ
ァイル１４に格納する（ステップ１１９）。なお、歯車
３１と歯車３２との間に機構接続要素が設定されると、
歯車３１と歯車３２とは噛み合わせ関係を備えた一体的
な歯車とみなすことができ機構解析上一体のものとして
扱われるので、例えば一方の歯車３１のモジュール値等
を変更した場合でも他方の歯車３２のモジュール値等は
これに合わせて変更される。

【００５８】なお、このようにして歯車３１に歯車３２
をかみ合わせた組立結果は、組立結果出力処理部２１に
より表示装置４上に表示される。

【００５９】ここで、図３に示す製品モデルの場合に
は、この時点でまだ組み立てるべき部品モデルが残って
いるので（ステップ１２０）、ステップ１０３に戻って
板状部材３８の凸部３９を下箱３３の底部３４の凹部３
５にはめ合わせる作業を行う。

【００６０】次に、図１乃至図３、および図６により、
図３に示す製品モデルにおいて板状部材３８の凸部３９
を下箱３３の底部３４の凹部３５にはめ合わせる作業に
ついて説明する。

【００６１】このような作業を行う場合、利用者はま
ず、入力装置５を用いて表示装置４上に表示された部品
モデルの中から基準モデルとして下箱３３の底部３４を
選択する（ステップ１０３）。このような選択がなされ
ると、組立判定処理部１６により、底部３４に対応する
部品形状、形状特徴および形状作成履歴を含む部品作成
ＣＡＤデータがデータファイル１４から読み出される
（ステップ１０４）。

【００６２】また同様に、利用者が入力装置５を用いて
表示装置４上に表示された部品モデルの中から配置モデ
ルとして板状部材３８を選択すると（ステップ１０
５）、組立判定処理部１６により、板状部材３８に対応
する部品形状、形状特徴および形状作成履歴を含む部品
作成ＣＡＤデータがデータファイル１４から読み出され
る（ステップ１０６）。

【００６３】ここで、このようにして選択された底部３
４および板状部材３８は、表示装置４上のサブウィンド
ウ内に表示される（ステップ１０７）。

【００６４】次に、利用者は表示装置４上のサブウィン
ドウ内に表示された底部３４と板状部材３８とを組み合
わせるため、入力装置５を用いて組合せ部の配置モデル
側の形状特徴として板状部材３８の一つの凸部３９の中
心軸３９ａを選択する（ステップ１０８）。このような
選択がなされた場合には、組立判定処理部１６により、
組合せ部の基準モデル側の形状特徴として底部３４の凹
部３５の中心軸３５ａが選択される。

【００６５】ここで、底部３４には複数の凹部３５が存
在するので（ステップ１０９）、利用者は入力装置５を
用いて表示装置４のサブウィンドウ内で板状部材３８を
自由に移動させる（ステップ１１０）。なお、このとき
の板状部材３８の自由度は６である。このようにして板
状部材３８を移動させている間、組立判定処理部１６に
より、板状部材３８の凸部３９の中心軸３９ａと一致ま
たは近接する底部３４の凹部３５の中心軸３５ａが検出
され、このようにして検出された凹部３５の中心軸３５
ａは組立判定結果出力処理部１７により表示装置４上の
サブウィンドウ内で通常の表示色とは異なる別色で表示
される（図６（ｂ）参照）。

【００６６】ここで、利用者が表示装置４上のサブウィ
ンドウ内で別色で表示された凹部３５の中心軸３５ａを
入力装置５を用いて選択すると、基準モデル側の形状特
徴が特定され（ステップ１１１）、組立部品移動方向拘
束処理部１８により、配置モデルである板状部材３８の
移動方向（自由度）が図６（ｃ）に示すように底部３４
の凹部３５の中心軸方向Ｃ₁ と、凹部３５の中心軸３５
ａ回りの回転方向Ｃ₂という２方向にのみ制限される
（ステップ１１２）。

【００６７】その後、利用者は、底部３４と板状部材３
８とが表示されている表示装置４上のサブウィンドウを
参照しながら移動方向が制限された板状部材３８を入力
装置５を用いて面３４ａおよび面３８ａが接触するまで
移動させ（ステップ１１６）、この配置位置を入力装置
５を用いて仮決定する（ステップ１１７）。

【００６８】このようにして板状部材３８の配置位置が
仮決定されると、干渉判定処理部１９は、データファイ
ル１４から配置済みの他の部品モデルの部品組立ＣＡＤ
データを読み出し、この読み出された部品組立ＣＡＤデ
ータに基づいて板状部材３８と底部３４や配置済みの他
の部品モデルとの干渉の有無を判定する（ステップ１１
８）。

【００６９】そして、ステップ１１８において例えば板
状部材３８と底部３４との間に干渉があると判断された
場合には、ステップ１１６に戻って板状部材３８を再配
置する。

【００７０】これに対し、ステップ１１８において板状
部材３８と底部３４や配置済みの他の部品モデルとの間
に干渉がないと判断された場合には、組立部品間機構接
続要素生成部２０により、組立対象となる底部３４と板
状部材３８とが機構解析上一体のものとして扱われるこ
とを表す機構解析用の機構接続要素を、底部３４および
板状部材３８の部品作成ＣＡＤデータのうちの例えば形
状特徴の属性の一つとして設定するとともに、底部３４
と板状部材３８との組立てに関する部品組立順番、組立
結合点および組立履歴からなる部品組立ＣＡＤデータを
データファイル１４に格納する（ステップ１１９）。な
お、底部３４と板状部材３８との間に機構接続要素が設
定されると、底部３４と板状部材３８とは機構解析上一
体のものとして扱われるので、例えば底部３４の凹部３
５の位置や内径の大きさを変更した場合でも対応する板
状部材３８の凸部３９の位置や外径の大きさはこれに合
わせて変更される。

【００７１】なお、このようにして底部３４の凹部３５
に板状部材３８の凸部３９をはめ合わせた組立結果は、
組立結果出力処理部２１により表示装置４上に表示され
る。

【００７２】ここで、図３に示す製品モデルの場合に
は、この時点でまだ組み立てるべき部品モデルが残って
いるので（ステップ１２０）、ステップ１０３に戻って
歯車３１が通されたシャフト３０を下箱３３の側部３６
の凹部３７にはめ合わせる作業、および下箱３３に上箱
４０をはめ合わせる作業を行う。なお、シャフト３０を
下箱３３の側部３６の凹部３７にはめ合わせる作業は、
上述した底部３４の凹部３５に板状部材３８の凸部３９
をはめ合わせる作業と基本的に同様であるので、ここで
の説明は省略する。

【００７３】次に、図１乃至図３、および図７により、
図３に示す製品モデルにおいて部品モデル３０，３１，
３２，３８が取り付けられた下箱３３に上箱４０をはめ
合わせる作業について説明する。なお、下箱３３は上面
のない器状の箱であり、上箱４０は底面のない蓋状の箱
である。

【００７４】このような作業を行う場合、利用者はま
ず、入力装置５を用いて表示装置４上に表示された部品
モデルの中から基準モデルとして下箱３３を選択する
（ステップ１０３）。このような選択がなされると、組
立判定処理部１６により、下箱３３に対応する部品形
状、形状特徴および形状作成履歴を含む部品作成ＣＡＤ
データがデータファイル１４から読み出される（ステッ
プ１０４）。

【００７５】また同様に、利用者が入力装置５を用いて
表示装置４上に表示された部品モデルの中から配置モデ
ルとして上箱４０を選択すると（ステップ１０５）、組
立判定処理部１６により、上箱４０に対応する部品形
状、形状特徴および形状作成履歴を含む部品作成ＣＡＤ
データがデータファイル１４から読み出される（ステッ
プ１０６）。

【００７６】ここで、このようにして選択された下箱３
３および上箱４０は、表示装置４上のサブウィンドウ内
に表示される（ステップ１０７）。

【００７７】次に、利用者は表示装置４上のサブウィン
ドウ内に表示された下箱３３と上箱４０とを組み合わせ
るため、入力装置５を用いて組合せ部の配置モデル側の
形状特徴として上箱の一つの内側面４１（図７（ａ）中
で点線のハッチが付された面）を選択する（ステップ１
０８）。このような選択がなされた場合には、組立判定
処理部１６により、組合せ部の基準モデル側の形状特徴
として下箱３３の外側面３６ａが選択される。

【００７８】ここで、下箱３３には複数の外側面３６ａ
が存在するので（ステップ１０９）、利用者は入力装置
５を用いて表示装置４のサブウィンドウ内で上箱４０を
自由に移動させる（ステップ１１０）。なお、このとき
の上箱４０の自由度は６である。このようにして上箱４
０を移動させている間、組立判定処理部１６により、上
箱４０の内側面４１と一致または近接する下箱３３の外
側面３６ａが検出され、このようにして検出された外側
面３６ａは組立判定結果出力処理部１７により表示装置
４上のサブウィンドウ内で通常の表示色とは異なる別色
で表示される（図７（ｂ）参照）。

【００７９】ここで、利用者が表示装置４上のサブウィ
ンドウ内で別色で表示された下箱３３の外側面３６ａを
入力装置５を用いて選択すると、基準モデル側の形状特
徴が特定され（ステップ１１１）、組立部品移動方向拘
束処理部１８により、配置モデルである上箱４０の移動
方向（自由度）が図７（ｂ）に示すように下箱３３の外
側面３６ａと上箱４０の内側面４１とが接触したまま摺
動する方向Ｄ₁ ，Ｄ₂（図７（ｂ）参照）にのみ制限さ
れる（ステップ１１２）。

【００８０】その後、利用者は、下箱３３と上箱４０と
が表示されている表示装置４上のサブウィンドウを参照
しながら移動方向が制限された上箱４０を入力装置５を
用いて所望の配置位置まで移動させ（ステップ１１
６）、この配置位置を入力装置５を用いて仮決定する
（ステップ１１７）。

【００８１】このようにして歯車３１の配置位置が仮決
定されると、干渉判定処理部１９は、データファイル１
４から配置済みの他の部品モデルの部品組立ＣＡＤデー
タを読み出し、この読み出された部品組立ＣＡＤデータ
に基づいて上箱４０と下箱３３や配置済みの他の部品モ
デルとの干渉の有無を判定する（ステップ１１８）。

【００８２】そして、ステップ１１８において上箱４０
と下箱３３や配置済みの他の部品モデルとの間に干渉が
あると判断された場合には、ステップ１１６に戻って歯
車３１を再配置する。

【００８３】これに対し、ステップ１１８において上箱
４０と下箱３３や配置済みの他の部品モデルとの間に干
渉がないと判断された場合には、組立部品間機構接続要
素生成部２０により、組立対象となる下箱３３と上箱４
０とが機構解析上一体のものとして扱われることを表す
機構解析用の機構接続要素を、下箱３３および上箱４０
の部品作成ＣＡＤデータのうちの例えば形状特徴の属性
の一つとして設定するとともに、下箱３３と上箱４０と
の組立てに関する部品組立順番、組立結合点および組立
履歴からなる部品組立ＣＡＤデータをデータファイル１
４に格納する（ステップ１１９）。なお、下箱３３と上
箱４０との間に機構接続要素が設定されると、下箱３３
と上箱４０とは機構解析上一体のものとして扱われるの
で、例えば下箱３３の外形寸法を変更した場合でも対応
する上箱４０の外形寸法はこれに合わせて変更される。

【００８４】なお、このようにして下箱３３に上箱４０
をはめ合わせた組立結果は、組立結果出力処理部２１に
より表示装置４上に表示される。

【００８５】ここで、図３に示す製品モデルの場合に
は、下箱３３に上箱４０をはめ合わせる作業が終了した
際に全ての部品モデルの配置および組立作業が終了し
（ステップ１２０）、これにより干渉チェック済みでか
つ機構解析用の機構接続要素が設定された製品モデルが
完成する。なお、部品モデルの配置および組立作業を進
めていく過程で部品組立ＣＡＤデータの一つとして組立
履歴を順次格納しているので、この組立履歴を用いるこ
とにより、部品モデルの組立ての途中であっても所望の
組立段階まで戻って部品モデルの配置位置や寸法を変更
することができる。また、このような方法による変更後
においては、既に組み立てられた変更後の組立て分につ
いては自動的に再現させることができる。

【００８６】このように本実施の形態によれば、ＣＡＤ
システム１の部品組立ＣＡＤ装置３を用いて複数の部品
モデルの機構設計を行う際に、機構設計支援装置１０の
組立判定処理部１６により、組立対象となる一対の部品
モデルのうちの一方の部品モデルの組合せ部の形状特徴
の決定に対応させて他方の部品モデルの組合せ部の形状
特徴を決定するとともに、組立部品移動方向拘束処理部
１８により、組立判定処理部１６により決定された結果
に基づいて一対の部品モデルのうちのいずれかの部品モ
デルの移動方向を制限しているので、表示装置４上に表
示された部品モデルを入力装置５を用いて対話的な操作
で配置することが可能となり、このため利用者の作業負
担を軽減して作業効率を向上させることができる。

【００８７】また、組立対象となる一対の部品モデルの
配置が終了したことを検出して、干渉判定処理部１９に
より、配置済みの他の部品モデルの部品組立順番、組立
結合点および組立履歴を含む部品組立ＣＡＤデータに基
づいて一対の部品モデルのうちのいずれかの部品モデル
と配置済みの他の部品モデルとの干渉の有無を逐次判定
しているので、部品モデルの組立てが全て終了した後に
大幅な設計変更が必要となる事態を回避することがで
き、このため作業時間を短縮して作業効率を向上させる
ことができる。

【００８８】さらに、組立対象となる一対の部品モデル
の配置が終了したことを検出して、組立部品間機構接続
要素生成部２０により、一対の部品モデル間の接続関係
を表す機構解析用の機構接続要素を設定しているので、
ＣＡＤモデルを作成すると同時に機構解析用のモデルを
作成することができ、このため製品モデルの動作解析も
含めた機構設計全体の作業に要する時間を短縮すること
ができる。

【００８９】なお、上述した実施の形態において、部品
作成ＣＡＤデータ読込装置１１、部品組立ＣＡＤデータ
読込装置１２、入力データ処理部１３、インタフェース
部１５、組立判定処理部１６、組立判定結果出力処理部
１７、組立部品移動方向拘束処理部１８、干渉判定処理
部１９、組立部品間機構接続要素生成部２０、組立結果
出力処理部２１、部品位置決め手段および検出手段はい
ずれもワークステーション等のコンピュータ上で稼働す
るプログラムモジュールとして実現することができる。
ここで、このような複数のプログラムモジュールを含む
プログラムは、コンピュータ上のメモリやハードディス
ク等の内部記憶装置、およびフレキシブルディスクやＣ
Ｄ−ＲＯＭ等の外部記憶装置のような機械読み取り可能
な各種の記録媒体に格納され、コンピュータ上のＣＰＵ
（中央演算処理装置）から逐次読み出されて実行される
ことにより上述したような機能を実現する。

【００９０】また、上述した実施の形態においては、機
構設計支援装置１０内にＣＡＤシステム１から読み込ま
れた部品作成ＣＡＤデータおよび部品組立ＣＡＤデータ
を格納するためのデータファイル１４を設けているが、
このようなデータファイルを機構設計支援装置１０内に
設けることなく、ＣＡＤシステム１内に設けられた部品
作成ＣＡＤデータおよび部品組立ＣＡＤデータ用のファ
イルから直接データの入出力を行うようにしてもよい。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、デ
ィスプレイ等の表示装置上に表示された部品モデルをマ
ウス等の入力装置を用いて対話的な操作で配置すること
が可能となり、このため利用者の作業負担を軽減して作
業効率を向上させることができる。

【００９２】また、部品モデルの組立てが全て終了した
後に大幅な設計変更が必要となる事態を回避することが
でき、このため作業時間を短縮して作業効率を向上させ
ることができる。

【００９３】さらに、ＣＡＤモデルを作成すると同時に
機構解析用のモデルを作成することができ、このため製
品モデルの動作解析も含めた機構設計全体の作業に要す
る時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による機構設計支援装置の一実施の形態
を示す機能ブロック図。

【図２】図１に示す機構設計支援装置における処理手順
を説明するためのフローチャート。

【図３】本発明による機構設計の対象となる製品モデル
の一例を示す図。

【図４】図３に示す装置においてシャフトに歯車を通す
作業を説明するための図。

【図５】図３に示す装置において歯車同士をかみ合わせ
る作業を説明するための図。

【図６】図３に示す装置において凹凸部同士をはめ合わ
せる作業を説明するための図。

【図７】図３に示す装置において下箱に上箱（蓋）をは
め合わせる作業を説明するための図。

【符号の説明】

１ ＣＡＤシステム ２ 部品作成ＣＡＤ装置 ３ 部品組立ＣＡＤ装置 ４ 表示装置 ５ 入力装置 １０ 機構設計支援装置 １１ 部品作成ＣＡＤデータ読込装置 １２ 部品組立ＣＡＤデータ読込装置 １３ 入力データ処理部 １４ データファイル １５ インタフェース部 １６ 組立判定処理部 １７ 組立判定結果出力処理部 １８ 組立部品移動方向拘束処理部 １９ 干渉判定処理部 ２０ 組立部品間機構接続要素生成部 ２１ 組立結果出力処理部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＣＡＤシステムによる複数の部品モデルの
   機構設計を支援する機構設計支援装置において、 ＣＡＤシステムから各部品モデルの部品形状および形状
   特徴を含む部品作成ＣＡＤデータを読み込む部品作成Ｃ
   ＡＤデータ読込手段と、 前記部品作成ＣＡＤデータ読込手段により読み込まれた
   部品作成ＣＡＤデータに基づいて、組立対象となる一対
   の部品モデルのうちの一方の部品モデルの組合せ部の形
   状特徴の決定に対応させて他方の部品モデルの組合せ部
   の形状特徴を決定する組立判定手段と、 前記組立判定手段により決定された結果に基づいて前記
   一対の部品モデルのうちのいずれかの部品モデルの移動
   方向を制限する組立部品移動方向拘束手段とを備えたこ
   とを特徴とする機構設計支援装置。
2. 【請求項２】ＣＡＤシステムによる複数の部品モデルの
   機構設計を支援する機構設計支援装置において、 ＣＡＤシステムから各部品モデルの部品組立順番および
   組立結合点を含む部品組立ＣＡＤデータを読み込む部品
   組立ＣＡＤデータ読込手段と、 前記部品組立ＣＡＤデータ読込手段により読み込まれた
   部品組立ＣＡＤデータに基づいて前記部品モデルの配置
   位置を仮決定する部品位置決め手段と、 前記部品モデルの配置位置の仮決定が終了したことを検
   出する検出手段と、 この検出手段の検出結果に基づいて、既に配置済みの前
   記部品モデルと配置位置が仮決定した前記部品モデルと
   の干渉の有無を判定する干渉判定手段とを備えたことを
   特徴とする機構設計支援装置。
3. 【請求項３】前記部品モデルの配置が終了したことを検
   出して、これら部品モデル間の接続関係を表す機構解析
   用のデータを生成する機構解析用データ生成手段をさら
   に備えたことを特徴とする請求項１または２記載の機構
   設計支援装置。
4. 【請求項４】ＣＡＤシステムによる複数の部品モデルの
   機構設計を支援する機構設計支援方法において、 各部品モデルの部品形状および形状特徴を含む部品作成
   ＣＡＤデータに基づいて、組立対象となる一対の部品モ
   デルのうちの一方の部品モデルの組合せ部の形状特徴の
   決定に対応させて他方の部品モデルの組合せ部の形状特
   徴を決定する工程と、 この工程により決定された結果に基づいて前記一対の部
   品モデルのうちのいずれかの部品モデルの移動方向を制
   限する工程とを備えたことを特徴とする機構設計支援方
   法。
5. 【請求項５】ＣＡＤシステムによる複数の部品モデルの
   機構設計を支援する機構設計支援方法において、 各部品モデルの部品組立順番および組立結合点を含む部
   品組立ＣＡＤデータに基づいて部品モデルの配置位置を
   仮決定する工程と、 前記部品モデルの配置位置の仮決定が終了したことを検
   出する検出工程と、 この検出工程の検出結果に基づいて、既に配置済みの前
   記部品モデルと配置位置が仮決定した前記部品モデルと
   の干渉の有無を判定する工程とを備えたことを特徴とす
   る機構設計支援方法。
6. 【請求項６】前記部品モデルの配置が終了した際に、こ
   れら部品モデル間の接続関係を表す機構解析用のデータ
   を生成する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項
   ４または５記載の機構設計支援方法。