JP2005194061A - アシスト搬送方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 搬送手段を操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減することができるアシスト搬送装置を提供する。
【解決手段】 搬送手段を操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送装置であって、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Ｒを導く操作ハンドルと、把持手段と搬送手段との接続部に設けられ把持手段に加わる外力の方向と大きさを検出する干渉検知用力覚センサ６１と、この干渉検知用力覚センサ６１が検出した外力の方向と大きさを演算処理して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６２，６３，６４を備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、搬送手段を操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送方法及びその装置に関する。

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、作業者が重量物に限定されない搬送物を搬送中、或いは搬送物を取り付け対象部位に位置決めして取り付ける際に、搬送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搬送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、搬送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、搬送物や搬送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、搬送手段を操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送方法であって、作業者が搬送物を把持して搬送させたい方向に前記搬送手段を移動させた時の操作力の方向と大きさを検出し、前記操作力の方向と大きさ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ものである。

請求項２に係る発明は、搬送手段を操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送装置であって、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られ前記把持手段に加わる外力の方向と大きさを検出する外力検出手段と、この外力検出手段が検出した外力の方向と大きさ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ものである。

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車両組立ラインの全体概要図、図２は搬送手段の斜視図、図３は搬送手段の機台の平面図、図４は搬送手段と把持手段の接続部の斜視図、図５は把持手段の説明図、図６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７はアシスト搬送制御の概念説明図である。

本発明に係るアシスト搬送方法及びその装置は、車両用ドア組立ラインのドアガラス昇降用レギュレータ取付工程部に適用され、ピッチ送りされる車両用ドアに、ドアガラス昇降用レギュレータを効率的に取り付けることができるようにされている。

即ち、図１に示すように、車両用ドア組立ライン１は、車両用ドアＷをピッチ送りするためのドア搬送ライン２と、ドア搬送ライン２の上流から下流にかけて順次配置される複数の組付工程部３を備えており、これら組付工程部３でドアＷに対して各組付部品を組み付けるようにしている。

そして、この組付工程部３の一部が、ドアガラス昇降用レギュレータＲを取り付けるための工程部とされ、ドアガラス昇降用レギュレータＲを取り付けるための工程部には、図２に示すような搬送手段４が設けられている。

ドア搬送ライン２は、同一車両の右側と左側のドアＷを一組としてピッチ搬送するようにされ、一枚の長方形状のパレットｐ（図２）上にインナパネルＷｉ側を同一方向に向けた状態で一列に並べて起立状態で載置されるとともに、複数のパレットｐをラインに沿って近接配置し、同時に一定ストローク送っては、一定時間停止させ、これを繰り返すようにされている。

搬送手段４は、図２に示すように、ドア搬送ライン２を跨ぐ状態で跨設される門型の機台５と、機台５に対して多軸方向に移動可能な把持手段６を備えており、把持手段６がドアガラス昇降用レギュレータＲ（図９）を取り付けるための取付装置として構成されるとともに、機台５の近傍に配置される部品供給位置Ａと、停止したドアＷの取付位置Ｂの間を移動自在にされている。

先ず、関連の設備機器等から説明すると、機台５の上部の梁部材７の片側側面には、上下一対のスライドレール８が設けられ、スライドレール８の間には、ラック９が設けられている。

そして、スライドレール８には、スライドガイド１１を介してスライドテーブル１２が摺動自在に係合しており、スライドテーブル１２には、アクチュエータの一つとしての第１モータ（Ｘ軸用）１３が取り付けられ、第１モータ１３によって駆動されるピニオンギヤがスライドテーブル１２の裏側に張り出してラック９に噛合している。このため、第１モータ１３の作動によってスライドテーブル１２は左右方向に移動可能である。

また、スライドテーブル１２の表面には、取付台を介して支持テーブル１５が取り付けられ、支持テーブル１５の表面側には、一対のスライドガイド１６が設けられるとともに、支持テーブル１５の裏面側には、アクチュエータの一つとしての第２モータ（Ｚ軸用）１７が取り付けられ、第２モータ１７の回転軸は、支持テーブル１５の表面側に張り出すとともに、その先端にはピニオンギヤ（不図示）が取り付けられている。そして、このピニオンギヤは、以下に述べる昇降テーブル１８のラック１９に噛合している。

昇降テーブル１８は、支持テーブル１５のスライドガイド１６に摺動自在に係合する一対のスライドレール２１と、スライドレール２１間に配設されるラック１９を備えており、第２モータ１７の作動によって昇降動可能にされている。

昇降テーブル１８の下端部には、前方に突出する支持台２２が設けられ、支持台２２の上面には、アクチュエータの一部としての第３モータ（水平回動Ｓ軸用）２３が設けられている。そして、第３モータ２３の出力軸は、ギヤを介して支持台２２の下方から水平前方に張り出す水平アーム２４の基端部に連結されており、第３モータ２３の駆動によって、図３に示すように、水平アーム２４は基端側の垂直軸まわりに回動可能にされている。

このような第１〜第３モータ（Ｘ軸，Ｚ軸，Ｓ軸）１３，１７，２３の駆動により、搬送物（ドアガラス昇降用レギュレータＲ）の３次元空間における位置を変えることができる。

更に、水平アーム２４の先端には、図４に示すように、互いに出力軸が直交するアクチュエータの一部としての第４〜第６モータ（回転用）２５，２７，２８が設けられている。即ち、水平アーム２４の先端側上面に第４モータ（回転α軸用）２５が起立状態で取り付けられ、第４モータ２５の出力軸に垂直アーム２６が連結され、垂直アーム２６の下端にブラケット２７ａを介して第５モータ（回転β軸用）２７が取り付けられ、第５モータ２７の出力軸にブラケット２８ａを介して第６モータ（回転γ軸用）２８が取り付けられ、第６モータ２８の出力軸にボックス３０を介して把持手段６が装着されている。そして、把持手段６には、操作ハンドル２９が取り付けられている。

このような第４〜第６モータ（α軸，β軸，γ軸）２５，２７，２８の駆動により、搬送物（ドアガラス昇降用レギュレータＲ）の３次元空間における姿勢を変えることができる。

また、ボックス３０には、搬送物（ドアガラス昇降用レギュレータＲ）が障害物に接触した場合の衝撃力（外力）の方向と大きさを検出する６軸の干渉検知用力覚センサが設けられている。これらの力覚センサが検出した力は、本装置のパワーアシスト制御に用いられる。

以上のような第１〜第６モータ（Ｘ軸，Ｚ軸，Ｓ軸，α軸，β軸，γ軸）１３，１７，２３，２５，２７，２８の各アクチュエータは、作業者の介在を必要としない自動搬送モードと、作業者の介在を必要とするが作業者の負荷を軽減させることのできるアシスト搬送モードとの切替え制御を可能とする。そして、モード切替えスイッチが自動搬送モードに切替えられると、予めティーチングしていた経路で把持手段６が自動的に移動し、アシスト搬送モードに切替えると、操作ハンドル２９によって間接的に作業者が把持手段６を移動させる際、作業者にかかる負荷を軽減する。

次に、把持手段６について説明する。把持手段６は、図５に示すように、ボックス３０を介して第６モータ２８の出力軸に連結される機台テーブル３１を備えており、機台テーブル３１には、ドアガラス昇降用レギュレータＲを把持するための把持機構部３２と、ドアガラス昇降用レギュレータＲをドアＷの所定の位置に位置決めするための位置決め機構部３３と、ドアガラス昇降用レギュレータＲをドアＷに取り付けるための締付け機構部３４が設けられている。

そして、把持機構部３２で把持したドアガラス昇降用レギュレータＲを、図８に示すようなドアＷのインナパネルＷｉの開口部Ｈを通して、インナパネルＷｉとアウタパネルＷｏ間の空間部内に挿入し、位置決め機構部３３で位置決めした後、締付け機構部３４によりボルト等で締付け固定するようにしている。

把持機構部３２は、機台テーブル３１の前面に取り付けられる第１シリンダ３５と、第１シリンダ３５のシリンダロッド３５ａ先端に結合される基板３６と、基板３６の前面に取り付けられるモータ３７と、モータ３７の回転軸に前面側に取り付けられるテーブル３８を備え、テーブル３８には、各ブラケット３９を介して複数の吸着パッド４１と、ボス付き位置決めピン４２が取り付けられ、ボス付き位置決めピン４２はドアガラス昇降用レギュレータＲの基準穴ｋ（図９（ｂ））に挿入可能にされている。

また、基板３６の側部には、スライドレール（不図示）が設けられるとともに、このスライドレールは機台テーブル３１の前面から延出するスライドガイド４３に摺動自在に嵌合している。このため、第１シリンダ３５の作動によって基板３６が基台テーブル３１面と垂直方向にスライド可能であり、またモータ３７の作動によってテーブル３８が所定角度回動可能である。

そして、ボス付き位置決めピン４２をドアガラス昇降用レギュレータＲの基準穴ｋに挿入した状態で、吸着パッド４１をドアガラス昇降用レギュレータＲのプレート部表面（図９（ｂ）の面）に吸着させることで、ドアガラス昇降用レギュレータＲを把持でき、またモータ３７によりドアガラス昇降用レギュレータＲをインナパネルＷｉの開口部Ｈ周縁に干渉しないような姿勢に傾けて挿入した後、ドアガラス昇降用レギュレータＲの姿勢を取り付け姿勢に変換できる。

位置決め機構部３３は、機台テーブル３１の前面から延出する支柱４７の先端部にブラケット５０を介して支持部材４４が取り付けられ、支持部材４４にインナパネル基準孔に挿入するためのボス部付きピン４５と、インナパネルの所定部位に当接する樹脂またはゴム製等のインナパネル当接部材４６が取り付けられている。そして、位置決め機構部３３は、把持機構部３２を挟んだ状態で一対設けられている。

そして、位置決め機構部３３のボス部付きピン４５をインナパネルの基準孔ｔ（図８）に挿入すると同時に、インナパネル当接部材４６を所定箇所のインナパネルＷｉに当接させることで、ドアＷと把持手段６の位置合わせが行われるようにしている。

締付け機構部３４は、機台テーブル３１側に固定される支柱４７の側面に形成されるスライドレール（不図示）に対して、スライドガイドを介して摺動自在に係合するナットランナ４８と、ナットランナ４８をインナパネルＷｉ側に向けて進退動させるための第２シリンダ５１を備えており、第２シリンダ５１は、ナットランナ４８側と一体のスライドガイド付きのテーブル４９に連結部材５２を介して連結されている。

そして、第２シリンダ５１の伸縮作動によって、ナットランナ４８がインナパネルＷｉに向けて進退動するようにしている。なお、ナットランナ４８も一対設けている。そして、ドアガラス昇降用レギュレータＲを取付姿勢に位置決めすると、ナットランナ４８が前進してボルト締めにより固定作業が行われるようにしている。

なお、作業者がデッドマンスイッチを握りながら操作ハンドル２９を移動させたい方向に押すと、自動搬送モードからアシスト搬送モードに切替えられて軽い力で搬送できるようにされ、作業者がデッドマンスイッチから手を離すと、自動搬送モードに切替わるようにされている。

次に、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６に示すように、ボックス３０に設けて搬送物（ドアガラス昇降用レギュレータＲ）が障害物に接触した場合の外力の方向と大きさを検出する６軸の干渉検知用力覚センサ６１と、位置指令演算部６２と、位置制御部６３と、アシスト駆動用アクチュエータとしての位置制御用のモータ（Ｘ軸，Ｚ軸，Ｓ軸）１３，１７，２３及び姿勢制御用のモータ（α軸，β軸，γ軸）２５，２７，２８と、各モータ１３，１７，２３，２５，２７，２８の位置・速度を検出する位置・速度検出手段６４からなる。

図７に示すように、作業者が操作ハンドル２９を握って把持手段６に把持されたドアガラス昇降用レギュレータＲを所望な方向に導くと、ボックス３０に設けた６軸の干渉検知用力覚センサ６１のうち少なくとも１軸が操作力を検出し、その操作力が目標値演算部６２へ入力される。

また、把持手段６に把持されたドアガラス昇降用レギュレータＲがドアＷや障害物などに接触した場合にも、ボックス３０に設けた６軸の干渉検知用力覚センサ６１のうち少なくとも１軸が外力を検出し、その外力が目標値演算部６２へ入力される。なお、図７は１軸（Ｘ軸）を示している。

目標値演算部６２では、干渉検知用力覚センサ６１が検出した操作力及び外力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、Ｆ_ｘ：干渉検知用力覚センサ６１が検出したＸ軸方向の力、Ｎ_ｘ：干渉検知用力覚センサ６１が検出したＸ軸回りのモーメント、ｘ：Ｘ軸方向の目標軌道、θ：Ｘ軸回りの回転の目標軌道、Ｍ：望ましい質量、Ｉ：望ましい慣性モーメント、Ｄ_ｘｄ：望ましいＸ軸方向の粘性摩擦係数、Ｄ_θｄ：望ましいＸ軸回りの粘性摩擦係数望とすると、以下に示す式（１），（２）が成り立つ。

ｄ^２ｘ/ｄt^２＝（−Ｆ_ｘ−Ｄ_ｘｄ・ｄｘ/ｄt）/Ｍ ……（１）
ｄ^２θ/ｄt^２＝（−Ｎ_ｘ−Ｄ_θｄ・ｄθ/ｄt）/Ｉ ……（２）
なお、簡単化のため１軸方向（Ｘ軸方向）のみで式を表現した。実際は６軸（Ｘ軸，Ｚ軸，Ｓ軸，α軸，β軸，γ軸）について、式（１），（２）が成り立つ。

そして、目標値演算部６２では、位置制御用のモータ（Ｘ軸，Ｚ軸，Ｓ軸）１３，１７，２３及び姿勢制御用のモータ（α軸，β軸，γ軸）２５，２７，２８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），（２）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：ｘ、速度：ｄｘ/ｄt、加速度：ｄ^２ｘ/ｄt^２など）に追従するように、位置制御用のモータ（Ｘ軸，Ｚ軸，Ｓ軸）１３，１７，２３及び姿勢制御用のモータ（α軸，β軸，γ軸）２５，２７，２８を制御する。その際、位置制御用のモータ（Ｘ軸，Ｚ軸，Ｓ軸）１３，１７，２３及び姿勢制御用のモータ（α軸，β軸，γ軸）２５，２７，２８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。

次に、車両用ドアＷにドアガラス昇降用レギュレータＲを取り付ける作業に適用した本発明に係る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。

ドア搬送ライン２に沿って左右一対のドアＷがピッチ送りされると、これに伴って、搬送手段４によりドアガラス昇降用レギュレータＲが取付位置Ｂに自動搬送される。即ち、把持手段６が部品供給位置Ａのドアガラス昇降用レギュレータＲを把持すると、自動搬送モードにより設定された経路に従って取付位置Ｂ近傍の所定ポイントに向けて自動搬送する。ここで、把持手段６によるドアガラス昇降用レギュレータＲの把持は、自動モードによる把持でも、アシストモードによる把持でもよい。

取付位置Ｂ近傍の所定ポイントに達すると、各アクチュエータのモードがアシスト搬送モードに切替わる。このため、作業者は把持手段６のデッドマンスイッチを握りながら操作ハンドル２９を移動させたい方向に押して行くことで、把持手段６を取付位置Ｂまで移動させる。そして、ドアＷのインナパネルＷｉの開口部Ｈを通過する時は、図１０（ａ）に示すように、別のスイッチを操作してドアガラス昇降用レギュレータＲが開口部Ｈ周縁に干渉しないような姿勢に傾けて挿入する。

そして、上記の開口部Ｈ通過作業後、位置決め機構部３３のボス部付きピン４５をインナパネルＷｉの基準穴ｔに対してボス部が表面に当接するまで挿入すると同時に、インナパネル当接部材４６をインナパネルＷｉ表面に当接させることで位置決めを行う。その後、ドアガラス昇降用レギュレータＲの傾きを戻してインナパネルＷｉ側に若干移動させることにより、ドアガラス昇降用レギュレータＲとインナパネルＷｉとを当接させる。

次いで、ボルトを装着した状態のナットランナ４８がインナパネルＷｉ側に前進し、ボルトをインナパネルＷｉのボルト穴ｘを挿通させ、ドアガラス昇降用レギュレータＲに装着されるナットに締付けて固定すれば、図１０（ｂ）に示すような状態で取り付けられる。

左右いずれか一方のドアＷへの取付作業が完了すると、作業者はデッドマンスイッチから手を離す。すると、把持手段６の作動モードは自動搬送モードに切替わり、把持手段６は定められた経路を辿って自動的に部品供給位置Ａに移動した後、次ぎのドアガラス昇降用レギュレータＲを把持して同じような手順で取付位置Ｂ近傍まで自動搬送する。

そして、所定のポイントまで搬送してくると、前記と同様な手順によりアシスト搬送モードに切替わり、左右他方側のドアＷに対して同じような手順で取付ける。そして、２つのドアＷに取付けが完了するまで、ドア搬送ライン２の搬送は停止した状態にあり、２つのドアＷに取付けが完了すると、ピッチ搬送により、次ぎのパレットｐ（ドアＷ）が移動してくる。

以上のような要領により、把持手段６を使用して、ドアＷにドアガラス昇降用レギュレータＲを取り付けるようにすれば、作業を極めて効率的に行うことができ、またインナパネルＷｉとアウタパネルＷｏが予め一体化されているため、他のドア組付部品の組付けの自由度を損なうことがない。

なお、自動搬送モードで作業中、何らかのトラブルが発生したような場合、操作スイッチをアシストモードに切替えることにより、すべての地点間の搬送をアシストモードで行うことができ、この時、部品搬送手段４を自動搬送モードで定められたポイントまたはエリアに戻すときのインピーダンス設定は自動的に行われるようにされている。

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車両組立ラインの全体概要図 搬送手段の斜視図 搬送手段の機台の平面図 搬送手段と把持手段の接続部の斜視図 把持手段の説明図 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 ドアをインナパネル側から見た説明図 ドアガラス昇降用レギュレータの説明図で、（ａ）は裏面側、（ｂ）は表面側から見た説明図 ドアインナパネル内にドアガラス昇降用レギュレータを組み付ける状態の説明図であり、（ａ）はインナパネルの開口部にドアガラス昇降用レギュレータを挿入する時の状態図、（ｂ）は挿入後、ドアガラス昇降用レギュレータを回転させてインナパネルに固定した時の状態図

符号の説明

１…車両用ドア組立ライン、２…ドア搬送ライン、４…搬送手段、６…把持手段、１３，１７，２３，２５，２７，２８…モータ、２９…操作ハンドル、６１…６軸の干渉検知用力覚センサ、６２…目標値演算部、６３…制御部、６４…位置・速度検出手段、Ｒ…ドアガラス昇降用レギュレータ、Ｗ…ドア。

Claims (2)

1. 搬送手段を操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送方法であって、作業者が搬送物を把持して搬送させたい方向に前記搬送手段を移動させた時の操作力の方向と大きさを検出し、前記操作力の方向と大きさ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方法。
2. 搬送手段を操作して搬送物を搬送する作業者に対する負荷を軽減するアシスト搬送装置であって、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られ前記把持手段に加わる外力の方向と大きさを検出する外力検出手段と、この外力検出手段が検出した外力の方向と大きさ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ことを特徴とするアシスト搬送装置。