特許 6647563 作業支援システム

(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】6647563

(24)【登録日】2020年1月17日

(45)【発行日】2020年2月14日

(54)【発明の名称】作業支援システム

(51)【国際特許分類】

   B25J 11/00 20060101AFI20200203BHJP

【ＦＩ】

   B25J11/00 Z

【請求項の数】2

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-39477(P2016-39477)

(22)【出願日】2016年3月1日

(65)【公開番号】特開2017-154208(P2017-154208A)

(43)【公開日】2017年9月7日

【審査請求日】2018年6月30日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 （１）開催日 ２０１５年９月３日〜９月５日 発行日 ２０１５年９月３日 （２）集会名 第３３回日本ロボット学会学術講演会 開催場所 東京電機大学 東京千住キャンパス（東京都足立区千住旭町５番） 刊行物 第３３回日本ロボット学会学術講演会講演概要集 一般社団法人日本ロボット学会

(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】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100131026

【弁理士】

【氏名又は名称】藤木 博

(74)【代理人】

【識別番号】100194124

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 まゆみ

(74)【代理人】

【識別番号】100083437

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 實

(72)【発明者】

【氏名】安味 憲一

(72)【発明者】

【氏名】角舘 史也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 宏樹

(72)【発明者】

【氏名】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】衣川 潤

(72)【発明者】

【氏名】千葉 信一朗

(72)【発明者】

【氏名】久保田 亮平

【審査官】 松井 裕典

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０３９８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２０１２／１２４３４２（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−０７５６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０１４１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−００９８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３４７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５４０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６２０４６１９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 久保田 亮平，千葉 信一朗，衣川 潤，小菅 一弘 ，ドア組付作業支援ロボットＤ−ＰａＤＹ 第１報 コンセプトの提案，第３２回日本ロボット学会学術講演会，２０１４年 ９月 ４日

【文献】 衣川 潤，久保田 亮平，小菅 一弘，ドア組付作業支援ロボットＤ−ＰａＤＹ 第３報 仮想ガイドによる組付作業支援，第３３回日本ロボット学会学術講演会予稿集ＤＶＤ−ＲＯＭ，２０１５年 ９月 ３日

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

Ｂ６６Ｄ ３／１８

Ｂ６６Ｃ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工場内の生産ラインにおいて、作業者が前記生産ライン上を搬送される製品に部品を取り付ける部品取り付け作業を支援する作業支援システムであって、
部品を保持する産業用ロボットと、
この産業用ロボットを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記産業用ロボットが自律的に動作する自律動作モードを制御する自律動作モード制御部と、前記作業者が前記産業用ロボットを操作する協調動作モードを制御する協調動作モード制御部とを有し、前記作業者が前記部品を持った時に前記自律動作モードから前記協調動作モードに切り替わるように制御されており、
前記協調動作モード制御部は、前記産業用ロボットにより前記部品を保持しつつ、前記作業者が前記部品を保持し、前記作業者が前記部品を前記製品に近付けるような操作力を加えて、前記部品を前記製品に対する取付位置まで移動させる際に、前記産業用ロボットの移動範囲を制限することにより、前記部品が規定された仮想ガイドに沿って移動し、前記取付位置において前記部品が前記製品に対して所定の角度となるように制御する移動制限機能を有する
ことを特徴とする作業支援システム。

【請求項2】

前記協調動作モード制御部は、前記産業用ロボットのパワーアシストを受けて前記作業者が前記部品を前記製品に対する取付位置まで移動させる際に、前記部品と前記製品との距離が所定距離よりも遠い場合には、仮想質量を所定質量よりも軽く設定すると共に、仮想粘性係数を所定粘性係数よりも大きく設定し、かつ、前記部品と前記製品との距離が前記所定距離よりも近い場合には、仮想質量を前記所定質量よりも重く設定すると共に、仮想粘性係数を前記所定粘性係数よりも小さく設定するパワー可変アシスト機能を有し、
前記パワー可変アシスト機能では、前記部品と前記製品との距離が、前記所定距離よりも遠い距離である第１の基準距離よりも遠い場合、前記第１の基準距離と前記所定距離よりも近い距離である第２の基準距離との間の場合、及び、前記第２の基準距離よりも近い場合に分け、前記第１の基準距離よりも遠い場合には、仮想質量を前記所定質量よりも軽い第１の基準質量に設定すると共に、仮想粘性係数を前記所定粘性係数よりも大きい第１の基準粘性係数に設定し、かつ、前記第２の基準距離よりも近い場合には、仮想質量を前記所定質量よりも重い第２の基準質量に設定すると共に、仮想粘性係数を前記所定粘性係数よりも小さい第２の基準粘性係数に設定し、かつ、前記第１の基準距離と前記第２の基準距離との間の場合には、仮想質量を前記第１の基準質量から前記第２の基準質量まで連続的に変化させると共に、仮想粘性係数を前記第１の基準粘性係数から前記第２の基準粘性係数まで連続的に変化させ、更に、少なくとも前記第１の基準距離の側及び前記第２の基準距離の側において、仮想質量及び仮想粘性係数を曲線的に変化させる
ことを特徴とする請求項１記載の作業支援システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工場内の生産ラインにおいて、作業者が生産ライン上を搬送される製品に部品を取り付ける部品取り付け作業を支援する作業支援システムに関する。

【背景技術】

【0002】

車の生産ラインにおけるドア取り付け工程では、ドアの位置決めに高い熟練度が必要とされている。作業者がドアを取り付ける際には、ドアの姿勢や位置など複数の自由度を調整しつつ、車体との接触がないように気遣う必要がある。このように一度に行う作業が多く、かつ、迅速に作業する必要があるために作業の難度が高くなっている。特に、フロントドアを取り付ける際には、車体の意匠面（フェンダ）との接触を回避する必要があり、その隙間は僅か２．３ｃｍ程である。現状の工程では、接触を起こすことなく作業を行うために、例えば、ツメと治具とを用い、図８に示したような手順で作業を行っている。

【0003】

まず、作業者Ｐにより事前にドア供給装置からドア１０１を取り出しておき、車内部品の取り付けを行う（第１工程）。次に、治具１０２を車体１０３に取り付ける（第２工程）。続いて、事前に取り出しておいたドア１０１を車体１０３に近づけ（第３工程）、ドア搭載装置１０４に取り付けられているツメ１０５を車体１０３に取り付けた治具１０２に固定することで、ドア１０１の取り付け角度を固定する（第４工程）。最後に、ドア１０１をスライドさせることで車体１０３に近付け、ドア１０１の取り付けを行う（第５工程）。このようにツメ１０５と治具１０２とを用いることにより、作業者Ｐが調整するドア１０１の運動の自由度を減らし、気遣い作業の減少を実現している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特願２０００−８４８８１号公報

【特許文献2】特開２０１１−１５６６４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ドア取り付けの際に用いる治具は車種ごとに製作する必要があるという問題があった。また、車体ごとに棚からの治具の取り出し、片付け、移動、車体への取付け、取外しなどの付随作業が発生してしまい、作業効率が悪いという問題があった。

【0006】

本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、作業効率を向上させることができ、かつ、習熟者でなくても容易に部品取り付け作業を行うことができる作業支援システムを提供することを目的とする。

【0007】

なお、特許文献１には、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た適切反発力付与型作業補助装置が記載されている。このコントローラは、重力物をその重量物が現に行っている運動をさせるに要する力から、重量物の加速度に比例する力と、速度に比例する力と、位置に比例する力とを合計した合力を減じた力がアクチュエータから出力されるように調整し、かつ、加速度に比例させる係数、速度に比例させる係数、位置に比例させる係数が一連の搬送作業中に切り換えられるようになっている。

【0008】

特許文献１によれば、作業者に適切な反力を与えることができ、良質な作業を行うことができる。しかしながら、特許文献１は、重量物を移動させる際に可動体の移動範囲を制限するものではなく、本願発明とは具体的な構成が異なっている。そのため、特許文献１では、取り付け作業において重量物が自在に動いてしまい、作業の習熟が必要である。

【0009】

また、特許文献２には、工場内の生産ラインにおいて、ロボットと一人の作業者が協調して作業を行うシステムに関し、作業者の手に装着され、当該手による作業動作を経時的に測定してその測定結果である動作情報を３次元座標データとして送信するモーションキャプチャと、作業者の手に装着され、部品に加わる荷重を経時的に測定してその測定結果である圧力検出データを送信する圧力センサと、３次元座標データ、及び圧力検出データに基づき産業用ロボット４を制御する制御部とを備え、制御部は、モーションキャプチャから得られた３次元座標データにロボットを追従させ、作業者の手が標準作業位置に到達したと判定すると、作業者が手で部品を押圧することで圧力センサから送信される圧力検出データの値に応じた圧力値で、ロボットの保持部で部品を押圧させる保持部押圧機能を有するものが記載されている。

【0010】

特許文献２によれば、二人の作業者により製品を取り付ける部品取り付け作業を、作業者の勘や骨に頼ることなく、一人の作業者で効率よくかつ正確に行うことができる。しかしながら、特許文献２は３次元座標データにロボットを追従させるものであり、部品を移動させる際にロボットの移動範囲を制限する本願発明とは具体的な構成が異なっている。そのため、特許文献２では、モーションキャプチャが必要となり、システム的に大掛かりとなってしまう。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の作業支援システムは、工場内の生産ラインにおいて、作業者が生産ライン上を搬送される製品に部品を取り付ける部品取り付け作業を支援するものであって、部品を保持する産業用ロボットと、この産業用ロボットを制御する制御部とを備え、制御部は、産業用ロボットが自律的に動作する自律動作モードを制御する自律動作モード制御部と、作業者が産業用ロボットを操作する協調動作モードを制御する協調動作モード制御部とを有し、協調動作モード制御部は、産業用ロボットにより部品を保持しつつ、作業者が部品を保持し、部品を製品に対する取付位置まで移動させる際に、産業用ロボットの移動範囲を制限することにより、部品が規定された仮想ガイドに沿って移動し、取付位置において部品が製品に対して所定の角度となるように制御する移動制限機能を有するものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明の作業支援システムによれば、協調動作モードにおいて、産業用ロボットにより部品を保持しつつ、作業者が部品を保持し、部品を製品に対する取付位置まで移動させる際に、産業用ロボットの移動範囲を制限することにより、部品が規定された仮想ガイドに沿って移動し、取付位置において部品が製品に対して所定の角度となるように制御するようにしたので、作業の習熟を行わなくても、だれでも簡単に部品を取り付けることができる。また、取り付け作業を補助する治具等が必要ないので、治具の取り出し、片付け、移動、車体への取付け、取外しなどの付随作業が不要となり、作業効率を向上させることができる。更に、仮想ガイドに沿って移動するので、気遣い作業が削減され、作業ミスの発生を抑制することができる。加えて、車種ごとに設定を切り替える必要がないので、作業を楽にすることができる。

【0013】

特に、協調動作モードにおいて、産業用ロボットのパワーアシストを受けて作業者が部品を製品に対する取付位置まで移動させる際に、部品と製品との距離が所定距離よりも遠い場合には、仮想質量を所定質量よりも軽く設定すると共に、仮想粘性係数を所定粘性係数よりも大きく設定し、かつ、部品と製品との距離が所定距離よりも近い場合には、仮想質量を所定質量よりも重く設定すると共に、仮想粘性係数を所定粘性係数よりも小さく設定するようにすれば、部品が製品から遠い時には、軽くして移動しやすくすると共に、反発力を高くして速度の出し過ぎを抑制し、部品が製品に近づいた時には、重くして不意な衝突を抑制すると共に、反発力を低くして速度による操作力変化を抑制することができる。よって、部品が製品から遠い時にはすばやく動かし、かつ、近い時には微細な調整がしやすいようにアシストすることができ、操作性が向上し、より安定した作業を行うことができる。

【0014】

また、部品と製品との距離が所定距離よりも遠い第１の基準距離と所定距離よりも近い第２の基準距離との間にある場合に、少なくとも第１の基準距離の側及び第２の基準距離の側において、仮想質量及び仮想粘性係数を曲線的に変化させるようにすれば、操作感覚の急な変化を抑制することができ、滑らかに操作することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施の形態に係る作業支援システムの全体構成を表す図である。

【図2】図１に示した作業支援システムの制御部の構成を表す図である。

【図3】パワーアシスト量を計算する際の仮想マス・ダンパ系を表す図である。

【図4】部品と製品との距離による仮想質量の変化を表す図である。

【図5】部品と製品との距離による仮想粘性係数の変化を表す図である。

【図6】本発明の一実施の形態に係る作業支援システムにより部品取り付け作業を行う手順を表す図である。

【図7】実施例１、比較例１、及び、比較例２における把持部の軌跡を表す図である。

【図8】従来の部品取り付け作業の手順を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0017】

図１は、本発明の一実施の形態に係る作業支援システム１の全体構成を表すものである。この作業支援システム１は、工場内の生産ラインにおいて、作業者が生産ライン上を搬送される製品Ｗ１に部品Ｗ２を取り付ける部品取り付け作業を支援するものであり、部品Ｗ２を保持する産業用ロボット１０と、この産業用ロボット１０を制御する図１では図示されていない制御部とを備えている。なお、本実施の形態では、製品Ｗ１が車体であり、部品Ｗ２がドアである場合について具体的に説明する。

【0018】

産業用ロボット１０は、例えば、部品Ｗ２を平面移動させるための走行・横行部１１と、この走行・横行部１１に配設されたアーム部１２と、このアーム部１２に配設され、部品Ｗ２を把持する把持部１３とを備えている。走行・横行部１１は、例えば、生産ラインに対して平行に伸長して設置された走行レール１１Ａと、この走行レール１１Ａに対して直交する方向に伸長して設置された横行レール１１Ｂと、走行レール１１Ａ及び横行レール１１Ｂを利用して平面移動するベース１１Ｃとを有している。

【0019】

走行レール１１Ａは、例えば、工場内上部の梁に固定して配設されており、横行レール１１Ｂは、例えば、走行レール１１Ａに沿ってスライド可能に走行レール１１Ａに対して配設されている。ベース１１Ｃは、例えば、横行レール１１Ｂに沿ってスライド可能に横行レール１１Ｂに対して配設されている。これにより、ベース１１Ｃは２自由度を有し、平面移動することができるようになっている。

【0020】

アーム部１２は、例えば、ベース１１Ｃに対して配設されている。アーム部１２は、例えば、回転３軸を有していることが好ましく、把持部１３の位置・姿勢を制御したり、調整したりすることができるようになっている。アーム部１２の駆動には、例えば、ダイレクトドライブモータを用いることが好ましい。把持部１３は、例えば、直動４軸を有していることが好ましく、把持した部品Ｗ２の位置・姿勢を制御することができるようになっている。把持部１３には、例えば、力センサが搭載されており、作業者Ｐの力情報に基づき、把持部１３の制御を行うことで部品Ｗ２の質量を補償し、作業性を高めることができるようになっている。

【0021】

産業用ロボット１０は、また、例えば、作業者Ｐ等の位置を検出する位置センサ１４を備えていることが好ましい。

【0022】

図２は制御部２０の構成を表すものである。制御部２０は、例えば、プログラムを実行可能なコンピュータとしてのハードウエア構成を有しており、プログラムが実行されることにより産業用ロボット１０を制御する各種機能を有するように構成されている。制御部２０は、例えば、産業用ロボット１０が自律的に動作する自律動作モードを制御する自立動作モード制御部２１と、作業者Ｐが産業用ロボット１０を操作する際に補助する協調動作モードを制御する協調動作モード制御部２２とを有している。

【0023】

自律動作モード制御部２１は、例えば、産業用ロボット１０が部品Ｗ２を図示しない供給装置から自動的に取り出し、所定の待機位置まで搬送するように制御する自動取り出し機能２１Ａを有している。

【0024】

強調動作モード制御部２２は、産業用ロボット１０により部品Ｗ２を保持しつつ、作業者Ｐが部品Ｗ２を保持し、部品Ｗ２を製品Ｗ１に対する取付位置まで移動させる際に、産業用ロボット１０の移動範囲を制限することにより、部品Ｗ２が規定された仮想ガイドに沿って移動し、取付位置において部品Ｗ２が製品Ｗ１に対して所定の角度となるように制御する移動制限機能２２Ａを有している。具体的には、例えば、作業者Ｐが部品Ｗ２を製品Ｗ１に対する取付位置まで移動させる際に、部品Ｗ２が規定された仮想ガイドに沿って移動するようにベース１１Ｃの移動方向を制御するようになっている。

【0025】

これにより、産業用ロボット１０は、部品Ｗ２の取り出しは自動的に行い、部品Ｗ２を製品Ｗ１の取付位置まで移動させる際には、部品Ｗ２を保持しつつ、作業者Ｐの操作に応じて部品Ｗ２を規定した仮想ガイドに沿って移動させるように制御される。自立動作モードから協調動作モードへは、例えば、作業者Ｐが部品Ｗ２を持った時に切り替わるように制御されることが好ましい。作業者Ｐが部品Ｗ２を持ったことは、例えば、把持部１３に搭載された力センサにより感知し、その信号は制御部２０に送られるように構成されている。

【0026】

強調動作モード制御部２２は、また、作業者Ｐが部品Ｗ２を製品Ｗ１に対する取付位置まで移動させる際に、産業用ロボット１０により作業者Ｐが実際の部品Ｗ２の質量よりも軽く感じるようにパワーアシストしつつ、部品Ｗ２と製品Ｗ１との位置関係に応じてパワーアシスト量を変化させるパワー可変アシスト機能２２Ｂを有していることが好ましい。パワーアシスト量の計算は、例えば、次のようにすることができる。

【0027】

例えば、図３に示したような仮想マス・ダンパ系を考えると、運動方程式は数１となる。

【数1】

数１において、ｚは一般化座標、Ｍは把持部１３の仮想質量、Ｄは把持部１３の仮想粘性係数、Ｆは把持部１３に取り付けられた力センサから計測された作業者Ｐの操作力である。

【0028】

ここで以下のような状態方程式を考える。

【数2】

【0029】

数２に示した状態方程式の解は次のようになる。

【数3】

【0030】

これを離散化する。

【数4】

数４においてΔＴはサンプリング周期である。

【0031】

入力ｕ_（τ）を０次ホールドして１次近似を行う。

【数5】

【0032】

ここで図５に示す仮想マス・ダンパ系の状態方程式は以下のようになる。

【数6】

【0033】

これを数２と比較すると、Ａ、Ｂは以下のようになる。

【数7】

【0034】

よって、数７を数５に代入し、ｘ_ｋをｖ_ｋに、ｕ_ｋをＦ_ｋに置き換えると、以下の式が得られ、これが仮想マス・ダンパ特性を用いた制御式となる。

【数8】

ｖ_ｋ＋１は目標速度、Ｄは仮想粘性係数、Ｍは仮想質量、ΔＴはサンプリング周期、ｖ_ｋは現在速度、Ｆ_ｋは現在の作業者Ｐの操作力である。仮想質量Ｍ及び仮想粘性係数Ｄはチューニングパラメータであり、これを調整することで操作性を変えることが可能である。

【0035】

部品Ｗ２を素早く遠くへ移動させたい作業と、微細な位置決めを行いたい作業とでは、求められる操作性が異なるため、状況に応じてチューニングパラメータを変えることが好ましい。そこで、パワー可変アシスト機能２２Ｂでは、例えば、部品Ｗ２と製品Ｗ１との距離に応じて、チューニングパラメータである仮想質量Ｍと、仮想粘性係数Ｄを変えることにより、部品Ｗ２を素早く遠くへ移動させる作業と、微調整を行いたい作業に求められる操作性を両立させるようになっている。

【0036】

例えば、部品Ｗ２と製品Ｗ１との距離が所定距離よりも遠い場合には、仮想質量Ｍを所定質量よりも軽く設定すると共に、仮想粘性係数Ｄを所定粘性係数よりも大きく設定し、かつ、部品Ｗ２と製品Ｗ１との距離が所定距離よりも近い場合には、仮想質量Ｍを所定質量よりも重く設定すると共に、仮想粘性係数Ｄを所定粘性係数よりも小さく設定することが好ましい。部品Ｗ２が製品Ｗ１から遠い時には、軽くして移動しやすくすると共に、反発力を高くして速度の出し過ぎを抑制し、部品Ｗ２が製品Ｗ１に近づいた時には、重くして不意な衝突を抑制すると共に、反発力を低くして速度による操作力変化を抑制することができるからである。

【0037】

具体的には、例えば、図４及び図５に示したように、部品Ｗ２と製品Ｗ１との距離が、所定距離よりも遠い距離である第１の基準距離Ｌ１よりも遠い場合、第１の基準距離Ｌ１と所定距離よりも近い距離である第２の基準距離Ｌ２との間の場合、及び、第２の基準距離Ｌ２よりも近い場合に分け、第１の基準距離Ｌ１よりも遠い場合には、仮想質量Ｍを所定質量よりも軽い第１の基準質量Ｍ１に設定すると共に、仮想粘性係数Ｄを所定粘性係数よりも大きい第１の基準粘性係数Ｄ１に設定し、かつ、第２の基準距離Ｌ２よりも近い場合には、仮想質量Ｍを所定質量よりも重い第２の基準質量Ｍ２に設定すると共に、仮想粘性係数Ｄを所定粘性係数よりも小さい第２の基準粘性係数Ｄ２に設定し、かつ、第１の基準距離Ｌ１と第２の基準距離Ｌ２との間の場合には、仮想質量Ｍを第１の基準質量Ｍ１から第２の基準質量Ｍ２まで連続的に変化させると共に、仮想粘性係数Ｄを第１の基準粘性係数Ｄ１から第２の基準粘性係数Ｄ２まで連続的に変化させることが好ましい。

【0038】

更に、部品Ｗ２と製品Ｗ１との距離が第１の基準距離Ｌ１と第２の基準距離Ｌ２との間においては、例えば、図４及び図５に示したように、少なくとも第１の基準距離Ｌ１の側、及び、第２の基準距離Ｌ２の側において、仮想質量Ｍ及び仮想粘性係数Ｄを曲線的に変化させることが好ましい。具体的には、第１の基準質量Ｍ１と第２の基準質量Ｍ２との間、及び、第１の基準粘性係数Ｄ１と第２の基準粘性係数Ｄ２との間を５次多項式で補間するように仮想質量Ｍ及び仮想粘性係数Ｄを変化させることが好ましい。滑らかなパラメータの変更を行うことにより、操作感覚の急な変化を抑制することができるからである。

【0039】

この作業支援システム１は、次のように動作する。図６は作業支援システム１を用いて製品Ｗ１に部品Ｗ２を取り付ける部品取り付け作業を行う手順を表すものである。まず、例えば、生産ライン上を搬送される製品Ｗ１である車体に、作業者Ｐが車内部品を取り付けている間に、産業用ロボット１０は、自立動作モード制御部２１からの指示を受けて、部品Ｗ２であるドアを図示しない供給装置から自動的に取り出し、仮想ガイドＧ上の所定の待機位置まで搬送する（取り出し工程）。

【0040】

次に、例えば、作業者Ｐが産業用ロボット１０に保持されている部品Ｗ２を持つと、把持部１３に搭載された力センサがそれを感知し、自立動作モードから協調動作モードに切り替わり、協調動作モード制御部２２の移動制限機能２２Ａにより産業用ロボット１０の移動範囲が制限される。これにより、部品Ｗ２を産業用ロボット１０に保持させた状態で、作業者Ｐが部品Ｗ２を製品Ｗ１に近付けるような操作力を加えると、把持部１３は移動制限機能２２Ａにより制御された仮想ガイドＧに沿って、製品Ｗ１に近づく方に移動する（移動工程）。よって、作業者Ｐは現実にはないレールに沿って移動させているような感覚で部品Ｗ２を移動させることができ、部品Ｗ２は製品Ｗ１に対して所定の角度が保たれた状態で近づく。

【0041】

また、この移動工程では、例えば、産業用ロボット１０によりパワーアシストされ、作業者Ｐは実際の部品Ｗ２よりも軽い仮想質量Ｍの物を動かすような感覚で部品Ｗ２を移動させることができる。その際、パワーアシスト量は、例えば、協調動作モード制御部２２のパワー可変アシスト機能２２Ｂにより、部品Ｗ２が製品Ｗ１から遠い時には、軽くして移動しやすくすると共に、反発力を高くして速度の出し過ぎを抑制し、部品Ｗ２が製品Ｗ１に近づいた時には、重くして不意な衝突を抑制すると共に、反発力を低くして速度による操作力変化を抑制するように制御される。具体的には、例えば、部品Ｗ２と製品Ｗ１との距離は位置センサ１４を用いて算出し、作業者Ｐの操作力は把持部１３に搭載された力センサにより検出し、仮想粘性係数Ｄ及び仮想質量Ｍを調整し、式８から目標速度ｖ_ｋ＋１を求め、それに基づき、把持部１３を移動させる。

【0042】

部品Ｗ２が製品Ｗ１の取付位置に対して十分に近づいたら、作業者Ｐが最終的な微調整を行い、部品Ｗ２を製品Ｗ１に取り付ける（取付工程）。取り付けが終了すると、協調動作モードから自立動作モードに切り替わり、産業用ロボット１０は部品Ｗ２の取り出し位置に移動する。

【0043】

このように本実施の形態によれば、協調動作モードにおいて、産業用ロボット１０により部品Ｗ２を保持しつつ、作業者Ｐが部品Ｗ２を保持し、部品Ｗ２を製品Ｗ１に対する取付位置まで移動させる際に、産業用ロボット１０の移動範囲を制限することにより、部品Ｗ２が規定された仮想ガイドに沿って移動し、取付位置において部品Ｗ２が製品Ｗ１に対して所定の角度となるように制御するようにしたので、作業の習熟を行わなくても、だれでも簡単に部品Ｗ２を取り付けることができる。また、取り付け作業を補助する治具等が必要ないので、治具の取り出し、片付け、移動、車体への取付け、取外しなどの付随作業が不要となり、作業効率を向上させることができる。更に、仮想ガイドに沿って移動するので、気遣い作業が削減され、作業ミスの発生を抑制することができる。加えて、車種ごとに設定を切り替える必要がないので、作業を楽にすることができる。

【0044】

特に、協調動作モードにおいて、産業用ロボット１０のパワーアシストを受けて作業者Ｐが部品Ｗ２を製品Ｗ１に対する取付位置まで移動させる際に、部品Ｗ２と製品Ｗ１との距離が所定距離よりも遠い場合には、仮想質量Ｍを所定質量よりも軽く設定すると共に、仮想粘性係数Ｄを所定粘性係数よりも大きく設定し、かつ、部品Ｗ２と製品Ｗ１との距離が所定距離よりも近い場合には、仮想質量Ｍを所定質量よりも重く設定すると共に、仮想粘性係数Ｄを所定粘性係数よりも小さく設定するようにすれば、部品Ｗ２が製品Ｗ１から遠い時には、軽くして移動しやすくすると共に、反発力を高くして速度の出し過ぎを抑制し、部品Ｗ２が製品Ｗ１に近づいた時には、重くして不意な衝突を抑制すると共に、反発力を低くして速度による操作力変化を抑制することができる。よって、部品Ｗ２が製品Ｗ１から遠い時にはすばやく動かし、かつ、近い時には微細な調整がしやすいようにアシストすることができ、操作性が向上し、より安定した作業を行うことができる。

【0045】

また、部品Ｗ２と製品Ｗ１との距離が所定距離よりも遠い第１の基準距離Ｌ１と所定距離よりも近い第２の基準距離Ｌ２との間にある場合に、少なくとも第１の基準距離Ｌ１の側及び第２の基準距離Ｌ２の側において、仮想質量Ｍ及び仮想粘性係数Ｄを曲線的に変化させるようにすれば、操作感覚の急な変化を抑制することができ、滑らかに操作することができる。

【実施例】

【0046】

（実施例１）
上記実施の形態で説明した作業支援システム１を用いて、製品Ｗ１である車体に、部品Ｗ２であるドアを取り付ける取り付け作業を行った。その際、協調動作モードにおいて、移動制限機能２２Ａおよびパワー可変アシスト機能２２Ｂを使用した。

【0047】

（比較例１）
実施例１に対する比較例１として、協調動作モードにおいて、移動制限機能２２Ａ及びパワー可変アシスト機能２２Ｂを使わずに、産業用ロボット１０をパッシブにすることで、作業者Ｐが把持部１３を操作し、水平面における全ての自由度を調節しながら部品Ｗ２であるドアを移動させるようにしたことを除き、他は実施例１と同様にして取り付け作業を行った。

【0048】

（比較例２）
実施例１に対する比較例２として、協調動作モードにおいて、移動制限機能２２Ａ及びパワー可変アシスト機能２２Ｂを使わずに、産業用ロボット１０をパッシブにした状態で、把持部１３のツメと車体に取り付けた治具とを固定させ、これをガイドとして、部品Ｗ２であるドアをスライドさせて取り付けるようにしたことを除き、他は実施例１と同様にして取り付け作業を行った。

【0049】

（評価）
実施例１、比較例１、及び、比較例２について、それぞれ取り付け作業を１０回ずつ行い、それぞれについて、作業者Ｐが把持部１３を操作し始めてから工具をツールスタンドに戻すまでの作業時間を測定すると共に、アーム部１２が有する３軸のモータのそれぞれの回転角度からドアの取り付け角度を求めた。表１及び表２に、それぞれの平均値と標準偏差を示す。

【0050】

【表1】

【0051】

【表2】

【0052】

表１に示したように、比較例１に比べて実施例１及び比較例２では、作業時間が短縮されていることが分かった。作業時間の分散についても小さくなっていることから、安定した作業が実現できていることが分かった。また、表２に示したように、比較例２は比較例１に比べて取り付け角度の分散が大きく変わっていないのに対して、実施例１では取り付け角度の分散が小さくなっており、安定した取り付けが実現できたことが分かった。なお、比較例１では部品Ｗ２であるドアと製品Ｗ１である車体の意匠面が３度接触したが、実施例１及び比較例２では一度も接触しなかった。

【0053】

また、実施例１、比較例１、及び、比較例２における把持部１３の軌跡を図７に示す。図７に示したように、比較例１及び比較例２では毎回異なる軌跡を描いているが、実施例１では同じ軌跡を描いていた。

【0054】

すなわち、移動制限機能２２Ａにより、産業用ロボット１０の移動範囲を制限し、部品Ｗ２が規定された仮想ガイドに沿って移動するように制御するようにすれば、作業者に依存せず安定した取り付け作業を行うことができることが分かった。また、気遣い作業が減少し、ドアと車体の接触回避に大きく貢献できることが分かった。

【0055】

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、製品が車体、部品がドアである場合について説明したが、本発明は、他の部品を取り付ける場合、又は、他の製品に他の部品を取り付ける場合についても適用することができる。

【0056】

また、上記実施の形態では、走行レール１１Ａを固定して配設し、走行レール１１Ａに対して、横行レール１１Ｂを走行レール１１Ａに沿ってスライド可能に配設し、横行レール１１Ｂに対して、ベース１１Ｃを横行レール１１Ｂに沿ってスライド可能に配設する場合について説明したが、ベース１１Ｃが２自由度を有し平面移動することができれば、他の構成を有していてもよい。例えば、横行レール１１Ｂを走行レール１１Ａの伸長方向及び横行レール１１Ｂの伸長方向にスライド可能とするようにしてもよい。

【0057】

更に、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、全ての構成要素を備えていなくてもよく、また、他の構成要素を備えていてもよい。

【符号の説明】

【0058】

１…作業支援システム、１０…産業用ロボット、１１…走行・横行部、１１Ａ…走行レール、１１Ｂ…横行レール、１１Ｃ…ベース、１２…アーム部、１３…把持部、１４…位置センサ、２０…制御部、２１…自立動作モード制御部、２１Ａ…自動取り出し機能、２２…協調動作モード制御部、２２Ａ…移動制限機能、２２Ｂ…パワー可変アシスト機能、Ｗ１…製品、Ｗ２…部品、Ｐ…作業者

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】