特許 5730818 作業位置判別システム及び作業位置判別方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5730818

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月10日

(54)【発明の名称】作業位置判別システム及び作業位置判別方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/00 20060101AFI20150521BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/00 103M

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-125690(P2012-125690)

(22)【出願日】2012年6月1日

(65)【公開番号】特開2013-250176(P2013-250176A)

(43)【公開日】2013年12月12日

【審査請求日】2014年6月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000157083

【氏名又は名称】トヨタ自動車東日本株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504409543

【氏名又は名称】国立大学法人秋田大学

(74)【代理人】

【識別番号】100077584

【弁理士】

【氏名又は名称】守谷 一雄

(74)【代理人】

【識別番号】100106699

【弁理士】

【氏名又は名称】渡部 弘道

(72)【発明者】

【氏名】小林 守

(72)【発明者】

【氏名】中野 英彦

(72)【発明者】

【氏名】水戸部 一孝

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 正親

(72)【発明者】

【氏名】吉村 昇

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１０１２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５８８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８１３４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機具の予め定められた作業部位からそれぞれ異なる距離で当該作業機具に配置された少なくとも２つの磁気センサと、
前記各磁気センサはそれぞれ、当該磁気センサが前記作業部位を揺動中心にして揺動した際に当該揺動中心及び前記磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上で移動することができ、当該仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において、前記作業部位を前記揺動中心にして揺動させた際の当該各磁気センサそれぞれの前記仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと前記揺動中心とが前記直線状に対応付けされているリファレンスデータが、異なる作業毎にデータベース化されたリファレンスデータベースと、
前記作業機具で所定の作業が開始されると、前記リファレンスデータベースから前記所定の作業に対応する前記リファレンスデータを選択し、前記各磁気センサから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、当該リファレンスデータに含まれる前記各磁気センサそれぞれの前記３次元座標データ群の各３次元座標データとのデータマッチングを行うデータマッチング機能、及び前記データマッチング機能でデータマッチングを行った結果、データマッチングしている場合には、前記作業機具の前記作業部位の作業位置が前記正常な作業位置であると判定する作業位置判定機能を有する作業解析部とから構成されていることを特徴とする作業位置判別システム。

【請求項2】

前記作業解析部の前記作業位置判定機能が、前記作業機具の前記作業部位の前記作業位置が前記正常な作業位置ではないと判定した場合には、警報を報知する報知部を備えていることを特徴とする請求項１記載の作業位置判別システム。

【請求項3】

前記作業解析部は、
前記作業機具による前記所定の作業に対応する前記リファレンスデータベースを作成するために、当該所定の作業に対応する前記各磁気センサそれぞれの前記仮想球面上における前記予め定められた正常な作業範囲内において、リファレンスデータを作成するための作業者が所定の軌跡を描くように前記作業機具を、前記作業部位を前記揺動中心にして揺動させると、前記磁気センサ毎に前記所定の軌跡上で計測される複数の３次元座標の収集用データを収集するデータ収集機能と、
前記磁気センサ毎に、前記データ収集機能で収集された前記各点の前記３次元座標の収集用データに対してキュービック補間を行うことで、前記仮想球面上における前記予め定められた正常な作業範囲内において欠落した３次元座標値が算出された前記仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと、前記揺動中心とを前記直線状に対応付けして前記リファレンスデータを作成するリファレンスデータ作成機能と、
前記リファレンスデータ作成機能で、異なる作業毎に作成された前記リファレンスデータをデータベース化するリファレンスデータベース作成機能とを有していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の作業位置判別システム。

【請求項4】

作業機具には、少なくとも２つの磁気センサが、当該作業機具の予め定められた作業部位からそれぞれ異なる距離で配置され、前記各磁気センサはそれぞれ、当該磁気センサが前記作業部位を揺動中心にして揺動した際に当該揺動中心及び前記磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上で移動することができ、前記各磁気センサから出力されてくるそれぞれの３次元座標データを受信した作業解析部が、前記各３次元座標データに基づき前記作業部位の正常な作業位置を推定するための作業位置判別方法であって、
前記作業解析部は、
前記作業機具で所定の作業を開始すると、前記仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において、前記作業部位を前記揺動中心にして揺動させた際の当該各磁気センサそれぞれの前記仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと前記揺動中心とが前記直線状に対応付けされているリファレンスデータが、異なる作業毎にデータベース化されたリファレンスデータベースから、前記所定の作業に対応する前記リファレンスデータを選択するリファレンスデータ選択ステップと、
前記所定の作業において前記作業機具の前記各磁気センサから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、前記リファレンスデータに含まれる前記各磁気センサそれぞれの前記３次元座標データ群の各３次元座標データとのデータマッチングを行うデータマッチングステップと、
前記データマッチングステップでデータマッチングを行った結果、データマッチングしている場合には、前記作業機具の前記作業部位の作業位置が前記正常な作業位置であると判定する作業位置判定ステップとを有することを特徴とする作業位置判別方法。

【請求項5】

前記作業位置判定ステップで、前記作業機具の前記作業部位の前記作業位置が前記正常な作業位置ではないと判定した判定した場合には、警報を報知させる判定情報報知ステップを有することを特徴とする請求項４記載の作業位置判別方法。

【請求項6】

前記作業解析部は、
前記作業機具による前記所定の作業に対応する前記リファレンスデータベースを作成するために、当該所定の作業に対応する前記各磁気センサそれぞれの前記仮想球面上における前記予め定められた正常な作業範囲内において、リファレンスデータを作成するための作業者が所定の軌跡を描くように前記作業機具を、前記作業部位を前記揺動中心にして揺動すると、前記磁気センサ毎に前記所定の軌跡上で計測される複数の３次元座標の収集用データを収集するデータ収集ステップと、
前記磁気センサ毎に、前記データ収集ステップで収集された前記各点の前記３次元座標の収集用データに対してキュービック補間を行うことで、前記仮想球面上における前記予め定められた正常な作業範囲内において欠落した３次元座標値が算出された前記仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと、前記揺動中心とを前記直線状に対応付けして前記リファレンスデータを作成するリファレンスデータ作成ステップと、
前記リファレンスデータ作成ステップで、異なる作業毎に作成された前記リファレンスデータをデータベース化するリファレンスデータベース作成ステップとを有することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の作業位置判別方法。

【請求項7】

前記データマッチングステップは、前記所定の作業において前記作業機具の前記各磁気センサから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、前記リファレンスデータに含まれる前記各磁気センサそれぞれの前記３次元座標データ群の各３次元座標データとの差分値でデータマッチングすることを特徴とする請求項４乃至請求項６のうち何れか１項に記載の作業位置判別方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製造工場などの実用現場で、作業を行う位置が正しい位置か否かを判別する作業位置判別システム及び作業位置判別方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電気製品や自動車の製造メーカの生産技術部門においては、生産性を向上させることを主目的とし、組立作業におけるボルトの締め忘れ等の作業ミスを検出したり、組立作業の状態をリアルタイムに検出しフィードバックすることで作業後の検査工程や検査時間を省略したりするために、光学式や磁気式の位置計測が行われている。

【0003】

光学式の位置計測は、計測対象物に光源から光を照射して反射してくる反射光を光学センサで受光して位置情報を得るので、作業者が作る死角が計測の妨げとなる難点がある。これに対して、磁気式の位置計測では、磁場を発生させるトランスミッタと磁気センサとを用いて位置情報を得るので、作業者が計測の妨げとはならないが、組立作業を行う周囲に金属が存在すると磁場が歪められるので、測定位置における位置座標が変位する難点がある。したがって、製造工場など金属が多数存在する環境下での使用は極力避けられているのが現状である。

【0004】

このような磁気式の位置計測の難点を解消するために、磁場の歪みに起因する位置座標の計測誤差を補正するルックアップテーブルを簡易且つ迅速に作成することができる磁気式位置計測システムの誤差校正方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

【0005】

この磁気式位置計測システムは、非磁性体部材からなる棒に複数の磁気センサが等間隔で直線状に配置された計測棒と、磁気センサが感知できる磁場を発生させるトランスミッタとを備えている。そして、この磁気式位置計測システムの誤差校正方法は、計測棒を測定範囲内で任意に動かし、計測棒に取り付けられた磁気センサによる実測値から取得した位置座標と、予め計算により求めておいた磁気センサの正確な位置座標との差を比較して、誤差の大きさと誤差の信頼度とを求め、誤差の信頼度が高い場合には一定の条件のもとにルックアップテーブルを更新するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−１０１２７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、背景技術に記載した磁気式位置計測システムの誤差校正方法では、非磁性体部材からなる棒に複数の磁気センサが等間隔で直線状に配置された計測棒を使用して、ルックアップテーブルによる線形補完を行うことにより、遠方で大きくなる位置座標の誤差を補正することを目的としているので、工具箱や部品収納棚等が有する金属体の影響で局所的に磁場が非線形に歪んでいる組立作業場においては、作業を行う位置が正しい位置か否かを正確に判別することができなかった。

【0008】

また、この磁気式位置計測システムの誤差校正方法では、トランスミッタの近傍における空間の磁場が歪まないことを前提として、ルックアップテーブルによる線形補完を行っているので、トランスミッタの近傍で金属の影響により磁場の歪みが生じている場合には、作業を行う位置が正しい位置か否かを正確に判別することができなかった。

【0009】

また、この磁気式位置計測システムの誤差校正方法では、製造工場などの実用現場においては、作業を行う場所に工具箱や部品収納棚等の障害物が多いので、計測棒を振り回す動作が困難であった。

【0010】

したがって、自動車の車両生産工程、例えば、図６に示すようなシャシーＣｈの下まわり部分にブレーキホース等の部品を、作業者Ｗｏが自動ねじ締付機（ナットランナ）１を使用してねじ止めするような作業においては、工具台や部品収納箱等の金属体ＭＢが近傍に複数配置されることになるので、このような磁気式位置計測システムの誤差校正方法を適用させることができない。

【0011】

本発明は、このような従来の難点を解消するためになされたもので、実際に作業を行う位置の近傍に金属体が配置されていても、磁場の歪みに起因する位置座標の計測誤差を補正することなく高精度に当該作業を行う位置が正しい位置か否かを正確に判別できる作業位置判別システム及び作業位置判別方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上述の目的を達成する本発明の第１の態様である作業位置判別システムは、作業機具の予め定められた作業部位からそれぞれ異なる距離で当該作業機具に配置された少なくとも２つの磁気センサと、各磁気センサはそれぞれ、当該磁気センサが作業部位を揺動中心にして揺動した際に当該揺動中心及び磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上で移動することができ、当該仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において、作業部位を揺動中心にして揺動させた際の当該各磁気センサそれぞれの仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと揺動中心とが直線状に対応付けされているリファレンスデータが、異なる作業毎にデータベース化されたリファレンスデータベースと、作業機具で所定の作業が開始されると、リファレンスデータベースから所定の作業に対応するリファレンスデータを選択し、各磁気センサから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、当該リファレンスデータに含まれる各磁気センサそれぞれの３次元座標データ群の各３次元座標データとのデータマッチングを行うデータマッチング機能、及びデータマッチング機能でデータマッチングを行った結果、データマッチングしている場合には、作業機具の作業部位の作業位置が正常な作業位置であると判定する作業位置判定機能を有する作業解析部とから構成されているものである。

【0013】

本発明の第２の態様は第１の態様である作業位置判別システムにおいて、作業解析部の作業位置判定機能が、作業機具の作業部位の作業位置が正常な作業位置ではないと判定した場合には、警報を報知する報知部を備えているものである。

【0014】

本発明の第３の態様は第１の態様又は第２の態様である作業位置判別システムにおいて、作業解析部は、作業機具による所定の作業に対応するリファレンスデータベースを作成するために、当該所定の作業に対応する各磁気センサそれぞれの仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において、リファレンスデータを作成するための作業者が所定の軌跡を描くように作業機具を、作業部位を揺動中心にして揺動させると、磁気センサ毎に所定軌跡上で計測される複数の３次元座標の収集用データを収集するデータ収集機能と、磁気センサ毎に、データ収集機能で収集された各点の３次元座標の収集用データに対してキュービック補間を行うことで、仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において欠落した３次元座標値が算出された仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと、揺動中心とを直線状に対応付けしてリファレンスデータを作成するリファレンスデータ作成機能と、リファレンスデータ作成機能で、異なる作業毎に作成されたリファレンスデータをデータベース化するリファレンスデータベース作成機能とを有しているものである。

【0015】

また、本発明の第４の態様である作業位置判別方法は、作業機具には、少なくとも２つの磁気センサが、当該作業機具の予め定められた作業部位からそれぞれ異なる距離で配置され、各磁気センサはそれぞれ、当該磁気センサが作業部位を揺動中心にして揺動した際に当該揺動中心及び磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上で移動することができ、各磁気センサから出力されてくるそれぞれの３次元座標データを受信した作業解析部が、各３次元座標データに基づき作業部位の正常な作業位置を推定するための作業位置判別方法であって、作業解析部は、作業機具で所定の作業を開始すると、仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において、作業部位を揺動中心にして揺動させた際の当該各磁気センサそれぞれの仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと揺動中心とが直線状に対応付けされているリファレンスデータが、異なる作業毎にデータベース化されたリファレンスデータベースから、所定の作業に対応するリファレンスデータを選択するリファレンスデータ選択ステップと、所定の作業において作業機具の各磁気センサから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、リファレンスデータに含まれる各磁気センサそれぞれの３次元座標データ群の各３次元座標データとのデータマッチングを行うデータマッチングステップと、データマッチングステップでデータマッチングを行った結果、データマッチングしている場合には、作業機具の作業部位の作業位置が正常な作業位置であると判定する作業位置判定ステップとを有するものである。

【0016】

本発明の第５の態様は第４の態様である作業位置判別方法において、作業位置判定ステップで、作業機具の作業部位の作業位置が正常な作業位置ではないと判定した判定した場合には、警報を報知させる判定情報報知ステップを有するものである。

【0017】

本発明の第６の態様は第４の態様又は第５の態様である作業位置判別方法において、作業解析部は、作業機具による所定の作業に対応するリファレンスデータベースを作成するために、当該所定の作業に対応する各磁気センサそれぞれの仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において、リファレンスデータを作成するための作業者が所定の軌跡を描くように作業機具を、作業部位を揺動中心にして揺動すると、磁気センサ毎に所定の軌跡上で計測される複数の３次元座標の収集用データを収集するデータ収集ステップと、磁気センサ毎に、データ収集ステップで収集された各点の３次元座標の収集用データに対してキュービック補間を行うことで、仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において欠落した３次元座標値が算出された仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと、揺動中心とを直線状に対応付けしてリファレンスデータを作成するリファレンスデータ作成ステップと、リファレンスデータ作成ステップで、異なる作業毎に作成されたリファレンスデータをデータベース化するリファレンスデータベース作成ステップとを有するものである。

【0018】

本発明の第７の態様は第４の態様乃至第６の態様のうち何れか１つの態様である作業位置判別方法において、データマッチングステップは、所定の作業において作業機具の各磁気センサから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、リファレンスデータに含まれる各磁気センサそれぞれの３次元座標データ群の各３次元座標データとの差分値でデータマッチングするものである。

【0019】

このような本発明の作業位置判別装置及び作業位置判別方法によれば、作業機具の予め定められた作業部位を揺動中心にして少なくとも２つの磁気センサが、当該作業部位からそれぞれ異なる距離で当該作業機具に配置されていることから、作業機具の作業部位が揺動中心になるような作業においては、各磁気センサが揺動中心及び各磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上で移動することになるので、各磁気センサそれぞれの仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと揺動中心とを直線状に対応付けすることで、作業者が行っている作業が、各磁気センサがそれぞれの仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内で移動している動作になっていれば、各磁気センサから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、当該リファレンスデータに含まれる各磁気センサそれぞれの３次元座標データ群の３次元座標データとがデータマッチングするので、作業機具の作業部位の作業位置が正常な作業位置であることがわかるようになる。

【0020】

なお、データマッチングしていなければ、報知部から作業機具の作業部位の作業位置ではないことを示す警報を報知することで、作業者はその作業が正常でないことを確認できる。

【発明の効果】

【0021】

本発明の作業位置判別システム及び作業位置判別方法によれば、作業機具の予め定められた作業部位を揺動中心にして少なくとも２つの磁気センサが、当該作業部位からそれぞれ異なる距離で当該作業機具に配置され、作業機具の作業部位が揺動中心になるような作業においては、各磁気センサが揺動中心及び各磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上で移動することになるので、各磁気センサそれぞれの仮想球面上の３次元座標データと原点とを直線状に対応付けすることで、実際に作業を行う位置の近傍に金属体が配置されていても、磁場の歪みに起因する位置座標の計測誤差を補正することなく当該作業を行う位置が正しい位置か否かを高精度に判別できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の作業位置判別システムにおける好ましい実施の形態を示すシステム構成のブロック図である。

【図2】本発明の作業位置判別システムの構成要素である磁気センサが配置された作業機具で、リファレンスデータを作成するために当該作業機具を所定の軌跡を描くように動かした際の磁気センサの軌跡を示す図で、（Ａ）は作業機具と磁気センサの軌跡との関係を示す説明図、（Ｂ）は磁気センサの軌跡のみを示す説明図、（Ｃ）は磁気センサの軌跡と３次元座標データの分布情報のエリアとの関係を示す説明図である。

【図3】本発明の作業位置判別システムの構成要素である磁気センサが配置された作業機具で、図２に示すような軌跡を描くための動作状態を示す説明図である。

【図4】本発明の作業位置判別方法の好ましい実施の形態例を示すフローチャート図である。

【図5】本発明の作業位置判別方法の好ましい実施の形態例を示す図で、リファレンスデータベースを作成するためのフローチャート図である。

【図6】車両の下まわり部分にブレーキホース等の部品を、ナットランナを使用してねじ止めするような作業状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の作業位置判別装置及び作業位置判別方法を実施するための形態例について、図面を参照して説明する。

【0024】

本発明の作業位置判別装置は図１に示すように、作業機具１の予め定められた作業部位１ａから異なる距離で当該作業機具１に配置された２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂを備えている。各磁気センサ２Ａ、２Ｂはそれぞれ、当該磁気センサが作業部位１ａを揺動中心にして揺動した際に、揺動中心１ａ及び磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面上で移動することができるようになっている。ここで、作業器具１の作業部位１ａとは、作業器具１が所定の作業を行っているときに、その作業を施すための対象物に接触する部位のことを言う。

【0025】

なお、２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂが感知できる磁界を発生させるトランスミッタ（図示せず。）が作業エリア内に設置されている。また、作業機具１は、トランスミッタから発生された３つの直交する磁界の到達範囲内で使用されようになっているので、２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂは位置情報である３次元座標情報を得ることができ、３次元座標データを出力する。

【0026】

また、本発明の作業位置判別装置は、各磁気センサ２Ａ、２Ｂが作業部位１ａを揺動中心にして揺動するような作業を行った場合には、各磁気センサ２Ａ、２Ｂから出力されてくるそれぞれの３次元座標データを受信すると、各３次元座標データに基づき作業部位１ａの正常な作業位置を推定するための作業解析部３１を有するデータ処理装置３を備えている。

【0027】

データ処理装置３は、コンピュータが好ましく、内部にＣＰＵ等の演算処理装置を備えると共に、ブラウン管モニタや液晶ディスプレイ等の表示画面を有する表示装置や、キーボード、マウス等の入力デバイス、さらに、ハードディスクドライブ等の記憶装置等で構成されている。

【0028】

このようなデータ処理装置３は、リファレンスデータが異なる作業毎にデータベース化されたリファレンスデータベースがデータ記憶部３２に登録されている。このリファレンスデータは、２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂの仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において、作業機具１の作業部位１ａを揺動中心にして揺動させた際の、第１の磁気センサ２Ａの仮想球面上の３次元座標データと、第２の磁気センサ２Ｂの仮想球面上の３次元座標データと、揺動中心１ａとが直線状に対応付けされている。なお、ここで言う直線上は、２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂが作業機具１の揺動中心１ａから直線上に配置されていることを意味する。以下、「各磁気センサ２Ａ、２Ｂそれぞれの３次元座標データ群の各３次元座標データと揺動中心１ａとが直線状に対応付けされている。」場合には、同じ意味である。

【0029】

また、データ処理装置３の作業解析部３１は、作業機具１で所定の作業が開始されると、リファレンスデータベースから所定の作業に対応するリファレンスデータを選択し、各磁気センサ２Ａ、２Ｂから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、当該リファレンスデータに含まれる各磁気センサ２Ａ、２Ｂそれぞれの３次元座標データ群の各３次元座標データとのデータマッチングを行うデータマッチング機能３１ｄと、データマッチング機能３１ｄでデータマッチングを行った結果、データマッチングしている場合には、作業機具１の作業部位１ａの作業位置が正常な作業位置であると判定する作業位置判定機能３１ｅとを有している。

【0030】

さらに、作業解析部３１は、データ記憶部３２に登録する作業機具１による所定の作業に対応するリファレンスデータベースを作成するために、当該所定の作業に対応する各磁気センサ２Ａ、２Ｂそれぞれの仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において、リファレンスデータを作成するための熟練作業者が所定の軌跡を描くように作業機具１を、作業部位１ａを揺動中心にして揺動させると、磁気センサ２Ａ、２Ｂ毎に所定の軌跡上で計測される複数の３次元座標の収集用データを収集するデータ収集機能３１ａと、磁気センサ２Ａ、２Ｂ毎に、データ収集機能３１ａで収集された各点の３次元座標の収集用データに対してキュービック補間を行うことで、仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において欠落した３次元座標値が算出された仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと、揺動中心１ａとを直線状に対応付けしてリファレンスデータを作成するリファレンスデータ作成機能３１ｂと、リファレンスデータ作成機能３１ｂで、異なる作業毎に作成されたリファレンスデータをデータベース化するリファレンスデータベース作成機能３１ｃとを有している。

【0031】

リファレンスデータ作成機能３１ｂは、例えば、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）のコマンドであるgriddata（データのグリッド化）でcubic（キューブ補間）を用いることで、３次元空間に仮想球面を作成することができ、さらに、ＭＡＴＬＡＢのコマンドであるmeshgrid（２次元および３次元の空間の四角形グリッド）を用いることで、任意の分解能で３次元座標データ群を求めることができる。この場合、作業を行う位置の近傍に金属体が配置されていると、その金属体の影響で局所的に磁場が非線形に歪んでいるので、揺動中心１ａ及び磁気センサ間の距離を半径とする仮想球面は、その磁場の歪みによって非線形に歪んだ球面になるが、その磁場分布は常に安定しているので、仮想球面上の３次元座標データ群の値も常に安定することになる。したがって、リファレンスデータとして利用することができる。

【0032】

ここで、熟練作業者が所定の軌跡を描くように作業機具１を、作業部位１ａを揺動中心にして揺動させることについて、作業機具１としてナットランナを使用した場合について説明する。なお、ナットランナ１は、ナットランナ本体から延びる出力軸にソケットを設け、そのソケットをボルトやナット等に着脱自在に嵌合させて、当該ボルトやナット等を締め付けるものである。したがって、ソケットのボルトやナット等に嵌合する部位が作業部位１ａとなるので、以下、ソケットのこの部位を作業部位１ａと称する。なお、この作業部位１ａは揺動中心にもなるので、その位置は点である。

【0033】

このようなナットランナ１で熟練作業者が所定の軌跡を描くように、作業部位１ａを揺動中心にして揺動させるには図２に示すように、ナットランナ１を回転させたり傾けたりすることで行うことができる。

【0034】

したがって、例えば図３（Ａ）、（Ｃ）に示すように、所定の作業に対応する磁気センサ２Ａの仮想球面はＶＳ１、磁気センサ２Ｂの仮想球面はＶＳ２となり、当該所定の作業に対応する磁気センサ２Ａの仮想球面ＶＳ１上における予め定められた正常な作業範囲はＡｒ１、当該所定の作業に対応する磁気センサ２Ｂの仮想球面ＶＳ２上における予め定められた正常な作業範囲はＡｒ２となる。また、熟練作業者が描く所定の軌跡は、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、磁気センサ２ＡにおいてはＴｒ１となり、磁気センサ２ＢにおいてはＴｒ２となる。即ち、この所定の軌跡は、渦巻き形状と傘の骨のような形状になっている。

【0035】

また、本発明の作業位置判別装置は、作業解析部３１の作業位置判定機能３１ｅが、作業機具１の作業部位１ａが正常な作業位置ではないと判定した場合には、警報を報知する報知部４を備えている。この報知部４は、正常な作業位置ではないとの判定情報をスピーカ等の音声発生装置によって作業中の作業者が聴覚によって確認することができる。なお、報知部４は、聴覚確認に限らず、正常な作業位置ではないとの判定情報を表示画面に表示する表示装置で作業中の作業者が視覚で確認できるようにしてもよく、さらには、音声発生装置と表示装置とを用いて正常な作業位置ではないとの判定情報を確認できるようにしてもよい。

【0036】

なお、２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂから受信する３次元座標データが、データ処理装置用の座標データとデータ形式が異なる場合には、データ処理装置３の作業解析部３１に２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂから受信する３次元座標データをデータ処理装置３の座標データのデータ形式に変換するデータ形式変換部３１ｇを組み込むとよい。このデータ形式変換部３１ｇは、２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂから受信する３次元座標データがデータ処理装置３の座標データのデータ形式と同じ場合には、データ形式を変換することなく３次元座標データを作業解析部３１で処理することになる。なお、このデータ形式変換部３１ｆは図１においては、作業解析部３１の機能として示しているが、２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂと作業解析部３１との間に配置してもよい。

【0037】

このように構成された作業位置判別装置におけるデータ処理装置３の各構成は、演算処理装置によって実行されるプログラムによって実現されるものである。このプログラムによるデータ処理手順について図４のフローチャートに基づき説明する。

【0038】

作業機具１としてナットランナを使用するものとする。また、ナットランナ１による所定の作業は、図６に示すようなシャシーＣｈの下まわり部分にブレーキホース等の部品を、ナットランナ１を使用してねじ止めするような作業とする。

【0039】

まず、作業者がデータ処理装置３で、これから行う所定の作業、即ち、リフトＬｉでリフトアップされている自動車のシャシーＣｈの下まわり部分にブレーキホース等の部品をねじ止めする作業を選択する操作を行っておく。そして、作業者がナットランナ１で所定の作業を開始すると（ステップ１０１）、データ処理装置３の作業解析部３１は、所定の作業に対応するリファレンスデータを、記憶部３２に登録されているリファレンスデータベースから選択する（ステップ１０２）。

【0040】

また、作業解析部３１がナットランナ１の２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂで検出されたそれぞれの３次元座標データを受信すると（ステップ１０３）、作業解析部３１のデータマッチング機能３１ｄは、２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、選択されたリファレンスデータに含まれる各磁気センサ２Ａ、２Ｂそれぞれの３次元座標データ群の各３次元座標データとのデータマッチングを行う（ステップ１０４）。

【0041】

このデータマッチング機能３１ｄは、所定の作業において作業機具の各磁気センサ２Ａ、２Ｂから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、リファレンスデータに含まれる各磁気センサ２Ａ、２Ｂそれぞれの３次元座標データ群の各３次元座標データとの差分値でデータマッチングする。この差分値の算出は、次の式（１）、式（２）で求めることができる。

【0042】

【数1】

【0043】

ここで、式（１）は磁気センサ２Ａの差分値を求めるもので、ｄは差分値、ｘｎ、ｙｎ、ｚｎは磁気センサ２Ａの３次元座標データ群の各３次元座標データ、ｘ１、ｙ１、ｚ１は磁気センサ２Ａの計測時の３次元座標データである。

【0044】

【数2】

【0045】

ここで、式（２）は磁気センサ２Ｂの差分値を求めるもので、ｄは差分値、ｘｎ、ｙｎ、ｚｎは磁気センサ２Ｂの３次元座標データ群の各３次元座標データ、ｘ２、ｙ２、ｚ２は磁気センサ２Ｂの計測時の３次元座標データである。

【0046】

データマッチング機能３１ｄでデータマッチングを行うと、作業解析部３１の作業位置判定機能３１ｅが作業位置の判定を行う（ステップ１０５）。作業位置判定機能３１ｅは、データマッチング機能３１ｄでデータマッチングを行った結果、データマッチングしている場合には、ナットランナ１の作業部位１ａの作業位置が正常な作業位置であると判定する。したがって、作業者はその作業位置で正常なねじ止め作業を行うことができる。なお、作業解析部３１は、作業者がデータ処理装置３で作業終了の操作を行っていない場合には、ステップ１０３までフィードバックする。

【0047】

また、作業位置判定機能３１ｅは、データマッチング機能３１ｄでデータマッチングを行った結果、ナットランナ１の作業部位１ａの作業位置が正常な作業位置ではないと判定した場合には、報知部４から警報を報知させる（ステップ１０６）。即ち、ねじ止めする作業位置が正常位置でないことを確認できるので、作業者はナットランナ１の位置、傾きや押し込み度合いを変えて、ナットランナ１の作業部位１ａの作業位置を正常な作業位置に修正することができる。
なお、作業者がデータ処理装置３で作業終了の操作を行うことで、所定の作業を終了させることができる（ステップ１０７）。

【0048】

次に、リファレンスデータベースを作成するためのプログラムによるデータ処理手順について図５のフローチャートに基づき説明する。リファレンスデータベースを作成するには、熟練作業者によって車両の下まわり部分にブレーキホース等の部品を、ナットランナ１を使用してねじ止めするねじ止め作業を行ってもらう。

【0049】

まず、作業者がデータ処理装置３で、これから行う所定の作業、即ち、リフトＬｉでリフトアップされている自動車のシャシーＣｈの下まわり部分にブレーキホース等の部品をねじ止めする作業を、リファレンスデータベースに登録できるように操作を行っておく。

【0050】

そして、熟練作業者がナットランナ１による所定の作業に対応するリファレンスデータベースを作成するために、当該所定の作業に対応する各磁気センサ２Ａ、２Ｂそれぞれの仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲内において、熟練作業者が所定の軌跡を描くように、ナットランナ１を、作業部位１ａを揺動中心にして揺動する（ステップ２０１）。このように、ナットランナ１を揺動すると、作業解析部３１のデータ収集機能３１ａは、磁気センサ２Ａ、２Ｂ毎に所定の軌跡上で計測される複数の３次元座標の収集用データを収集する（ステップ２０２）。

【0051】

ステップ２０２で収集用データが収集されると、作業解析部３１のリファレンスデータ作成機能３１ｂは、磁気センサ２Ａ、２Ｂ毎に、ステップ２０２で収集された各点の３次元座標の収集用データに対してキュービック補間を行うことで、仮想球面上における予め定められた正常な作業範囲において欠落した３次元座標値が算出された当該仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと、揺動中心１ａとを直線状に対応付けしてリファレンスデータを作成する（ステップ２０３）。

【0052】

最後に、ステップ２０４で作成されたリファレンスデータをデータベース化することで、リファレンスデータベースを作成する作業が終了する（ステップ２０４、２０５）。このステップ２０４でデータベース化されるリファレンスデータは、異なる作業毎にデータベース化することができる。

【0053】

このように、上述した実施例によれば、ナットランナ１に予め定められた作業部位１ａを揺動中心にして２つの磁気センサ２Ａ、２Ｂが当該作業部位１ａからそれぞれ異なる距離で当該ナットランナ１に配置されていることから、ナットランナ１の作業部位１ａが揺動中心になるようなねじ止め作業においては、各磁気センサ２Ａ、２Ｂが揺動中心１ａ及び各磁気センサ２Ａ、２Ｂ間の距離を半径とする仮想球面上で移動することになるので、各磁気センサ２Ａ、２Ｂそれぞれの仮想球面上の３次元座標データ群の各３次元座標データと揺動中心１ａとを直線状に対応付けすることで、ねじ止めする作業位置が正常位置である場合には、各磁気センサ２Ａ、２Ｂから出力されてくるそれぞれの３次元座標データと、当該リファレンスデータに含まれる各磁気センサそれぞれの３次元座標データ群の３次元座標データとがデータマッチングすることになる。したがって、作業者は自分が移動させたナットランナ１の作業部位（揺動中心）１ａの作業位置が正常な作業位置であることがわかるようになる。

【0054】

このように本発明の作業位置判別システム及び作業位置判別方法において、作業者自身が移動させたナットランナ１の作業部位（揺動中心）１ａの作業位置が、正常な作業位置であることを高精度に判別できるのは、実際に作業を行う位置の近傍に金属体が配置されることでトランスミッタによる磁場に歪みが生じていても、その磁場分布は常に安定しているからで、各磁気センサ２Ａ、２Ｂそれぞれの仮想球面上の３次元座標データと揺動中心１ａとを直線状に対応付けすることにより、磁場の歪みに起因する位置座標の計測誤差を補正することなく当該作業を行う位置が正しい位置か否かを高精度に判別できるようになる。

【0055】

したがって、作業者がナットランナ１でねじ止めする作業位置が近接した複数個所であっても、それぞれの作業位置においてデータ処理装置３でステップ２０１〜２０５の処理を行っておけば、実際に作業を行う位置が正しい位置か否かをデータ処理装置３でステップ１０１〜１０５の処理を行った場合に、誤った作業位置にナットランナ１を移動させたか否かを高精度に判別できる。

【0056】

なお、上述した実施例においては、作業機具に２つの磁気センサが当該作業機具の予め定められた作業部位からそれぞれ異なる距離で当該作業機具に配置されていたが、これに限らず、３つ以上の磁気センサが作業機具の予め定められた作業部位からそれぞれ異なる距離で当該作業機具に配置されていてもよい。この場合、揺動中心と対応付けする磁気センサの数が多いほど計測精度を上げることができる。

【0057】

また、上述した実施例においては作業機具としてナットランナを使用したが、これに限らず、作業機具の作業部位が揺動中心になるような作業を行うものならば、どのような作業機具でもよい。例えば、溶接ガンによるスポット溶接や、ねじ打機及び釘打機による資材固定等が挙げられる。

【0058】

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

【符号の説明】

【0059】

１……ナットランナ（作業機具）
２Ａ、２Ｂ……磁気センサ
４……報知部
３１……作業解析部
３１ａ……データ収集機能
３１ｂ……リファレンスデータ作成機能
３１ｃ……リファレンスデータベース作成機能
３１ｄ……データマッチング機能
３１ｅ……作業位置判定機能
ＶＳ１、ＶＳ２……仮想球面

１０２……リファレンスデータ選択ステップ
１０４……データマッチングステップ
１０５……作業位置判定ステップ
２０２……データ収集ステップ
２０３……リファレンスデータ作成ステップ
２０４……リファレンスデータベース作成ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】