トレーシングシステム
【課題】誤作業がなされる前に事前に検出するトレーシングシステムを提供する。
【解決手段】センサユニット１０と、センサデータから特徴量を求める特徴量算出手段３２と、作業終了毎に第ｉ番目のトリガー信号を生じる信号発生手段２０と、第ｉ番目のトリガー信号が出力される毎に、特徴量算出手段３２から出力された特徴量に基いて第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量を抽出する特徴量抽出手段３３と、基準状態における特徴量を遷移毎に基準データとして蓄積する基準特徴量蓄積手段３４と、信号発生手段２０から第ｉ番目のトリガー信号が出力された後に特徴量抽出手段３３から出力された特徴量を判定の対象とし基準特徴量蓄積手段３４中の第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量と照合し第ｉ番目の作業終了後の作業者の動きに符合するものであるか否かを判定する判定手段３５と、を備える。
【解決手段】センサユニット１０と、センサデータから特徴量を求める特徴量算出手段３２と、作業終了毎に第ｉ番目のトリガー信号を生じる信号発生手段２０と、第ｉ番目のトリガー信号が出力される毎に、特徴量算出手段３２から出力された特徴量に基いて第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量を抽出する特徴量抽出手段３３と、基準状態における特徴量を遷移毎に基準データとして蓄積する基準特徴量蓄積手段３４と、信号発生手段２０から第ｉ番目のトリガー信号が出力された後に特徴量抽出手段３３から出力された特徴量を判定の対象とし基準特徴量蓄積手段３４中の第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量と照合し第ｉ番目の作業終了後の作業者の動きに符合するものであるか否かを判定する判定手段３５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返し作業が確実に行われているか否かを判定するトレーシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の製造ラインには、自動車のボディを一定の速度で搬送するための搬送手段が配備されており、さらにボディに取り付ける部品などをボディの近傍で運搬する移動台車が配備されている。この移動台車は、ボディに対して決められた位置関係となるようにボディの搬送と連関して移動するように構成されている。作業者は手持ちの取り付け工具を利用してボディに部品をボルト締めする。そのような取り付け工具に関し、特許文献１には、ネジ締め付け位置を特定できるように構成した締め付け位置検出装置について開示されている。
【０００３】
また、本発明者らは、自動車の製造ラインなどでなされる組み付け作業が確実に行われているか否かを判定して、人為的なエラーを防止するトレーシングシステムの開発を行っている。特許文献２には、作業者がマニュアルに沿って作業を行っているか否かを確認するためのトレーシングシステムが開示されている。そのトレーシングシステムでは、地磁気センサや加速度センサなどのセンサを作業者が取り付け、トレースする前に、作業者がセンサを装着した状態で、作業工程別の各工程に基準となる動作を行う。特徴量抽出部がセンサからセンサデータを取得すると、センサデータに基いて特徴を抽出して特徴量を求める。この処理を同一の作業について行っておき、求まった特徴量を標準データとして標準データ蓄積部に蓄積しておく。その後、同一の作業者がセンサを装着して工程に沿って作業を行う。すると、特徴量抽出部が特徴量を求め、参照部がこの求めた特徴量を標準データ蓄積部に蓄積されている標準データと比較して、その結果を判定部に出力する。このシステムでは、センサから出力されたセンサデータに基いて特徴抽出部が特徴量を求め、予め正しい作業を行った場合の標準データと比較して、作業者が行った作業が適切であったか否かを判断する。よって、作業者がマニュアル通りに作業をしているか否かの判断を行える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８５３９０号公報
【特許文献２】特開２００９−１８７５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に開示されたトレーシングシステムにあっては、一連の作業をトレースし終わって、センサデータから特徴量を抽出して、その特徴量の時間的変化により一連の作業がマニュアルどおりに行われているか否かを判断している。よって、一連の作業が完了するか、或いは一連の作業のうち個々の作業を行ったあとでなければその作業が正しいか否かが判断できない。しかも、一連の作業が規定どおりの順になされているか否かという判断も事後的にしかできない。もし各作業が不十分である場合には一連の作業が終了した後に、後で手直しをしなければならず、作業の無駄が生じるばかりか、流れ作業のように複数の作業者が協調して作業を行う必要がある場合には、全体的な作業処理が遅延し全体として作業効率が悪くなる。
【０００６】
そこで、本発明は、繰り返し作業がなされている際、誤った作業がなされる前に事前に検出することができるトレーシングシステム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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、第１番から第ｎ番までの各作業を繰り返す作業者の動きをトレースするトレーシングシステムにおいて、センサを内蔵して作業者に装着されるセンサユニットと、センサからの出力に基づいたセンサデータから特徴量を求める特徴量算出手段と、第１番から第ｎ番までの各作業が終了する毎に第ｉ番目（ただし、ｉは１からｎまでの任意の数）のトリガー信号を生じる信号発生手段と、信号発生手段から第ｉ番目のトリガー信号が出力される毎に、特徴量算出手段から出力された特徴量に基いて第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、各作業が終了して次の作業に遷移する期間の基準状態における特徴量を遷移毎に基準データとして蓄積する基準特徴量蓄積手段と、信号発生手段から第ｉ番目のトリガー信号が出力された後に特徴量抽出手段から出力された特徴量を判定の対象とし、基準特徴量蓄積手段に蓄積されている第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量と照合して、第ｉ番目の作業終了後の作業者の動きが第ｉ＋１番目の作業と符合するものであるか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成において、基準特徴量蓄積手段が、第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量について特徴量抽出手段から出力を受けると、基準データのうち第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量のデータを更新する。
【０００９】
上記構成において、センサが地磁気センサと加速度センサとを含んでいる。
上記構成において、信号発生手段には、各作業に供される工具類に内蔵されたものが含まれるか、又は、センサユニット内のセンサの一つとして加速度センサが備えられており、かつ信号発生手段には、加速度センサの各成分データが所定の条件を満たさなくなるとトリガー信号を発生するものが含まれる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の作業を繰り返して行う作業者が各作業の終了後、次の作業を適切に行おうとしているか否かを事前に判定することができる。よって、従来のようにもし各作業が不十分又は不適切である場合には一連の作業が終了した後に、後で手直しをしなければならないという作業の無駄が生じなく、流れ作業を円滑に行うことができる。特に、複数の作業者が協調して作業を行う必要がある場合では、特定の者が再度作業を行うことによる遅延が発生することなく、複数の作業者による全体の作業を効率よく行える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るトレーシングシステムのブロック構成図である。
【図２】図１に示すトレーシングシステムを用いてトレースされる繰り返し作業の一例として、自動車のボディへの燃料タンク取付作業を説明するための模式図である。
【図３】図１に示すトレーシングシステムにおいて、特徴量抽出手段による特徴量抽出とトリガー信号との関係を模式的に示す図である。
【図４】図１に示すトレーシングシステムにおいて、特徴量が時系列でどのように変化するかを示す図であり、(ａ)は正常作業が行われる場合であって、（ｂ）は誤作業が行われる場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
〔システム構成〕
図１は本発明の実施形態に係るトレーシングシステムのブロック構成図である。本発明の実施形態に係るトレーシングシステム１は、図１に示すように、作業者に装着されるセンサユニット１０と信号発生手段２０とデータ処理装置３０とを含んで構成される。以下、各部の構成を順次説明する。
【００１４】
〔センサユニット〕
センサユニット１０は、センサ部１１とデータ処理手段１２と送信手段１３とを備える。センサユニット１０は腕時計タイプで腕に取り付けられたり、腕章内に収納されて取り付けられたり、又は工具に取り付けられたりすることにより、作業者に対して常に同じように装着される。
【００１５】
センサ部１１は、加速度センサ１１ａ、地磁気センサ１１ｂなどの各種のセンサを有する。加速度センサ１１ａは、加速度を検出してデータ処理手段１２に随時出力する。地磁気センサ１１ｂは、地磁気を検出してデータ処理手段１２に随時出力する。加速度センサ１１ａ，地磁気センサ１１ｂは、何れも三軸センサであることが好ましく、この場合、各センサデータはｘ成分、ｙ成分、ｚ成分からなる。なお、センサの種類は二種類である必要はなく一種類でも三種類以上でもよい。
【００１６】
データ処理手段１２は、加速度センサ１１ａ，地磁気センサ１１ｂからのデータを同一のタイミングでサンプリングしてセンサデータとして送信手段１３に出力する。センサデータは、サンプリングしたデータのみならず、サンプリングしたときの日時などの時間、センサの種類やＩＤ番号、センサユニット１１のＩＤ番号の付随情報も含まれる。
【００１７】
送信手段１３は、データ処理手段１２からセンサデータを受けると、センサ情報として随時データ処理装置３０へ送信する。その際、図示しない中継機等を介在してデータ処理装置３０へ送信されてもよいし、直接データ処理装置３０に送信されてもよい。
【００１８】
〔信号発生手段〕
信号発生手段２０は、作業者によって第１番から第ｎ番までの一連の作業のうち各作業が終了する毎に第ｉ番目（ただし、ｉは１からｎまでの任意の数）のトリガー信号を生じるものである。この信号発生手段２０は、後述のデータ処理装置３０に内蔵されたり、各作業に供される工具類に内蔵されたりする。図１に示す信号発生手段２１は、作業者が作業を完了する毎にレバーを引いたり又はボタンを押圧したりすることによりトリガー信号が発生するものである。それ以外に、信号発生手段２０には工具４０内で内蔵して構成されてもよい。例えば工具４０としてのボルト締め付け工具にはトルク計測手段４２が内蔵されており、工具４０内の基準データ格納手段４３に格納されている基準データよりも大きいトルクを計測すると信号発生手段４１によってトリガー信号が発生する。ここでは、工具４０内に基準データ格納手段４３と信号発生手段４１を設けているが、設備側にトルク計測手段４２からトルク量が送られ、設備側でそのトルク量が規定に達したことを判断してトリガー信号を発生するようにしてもよい。さらには、データ処理装置３０内に後述のトリガー信号発生手段３７として構築してもよい。作業として嵌め込み作業がある場合には、その衝撃を加速度センサ１１ｂにより検出し、その衝撃加速度が規定以上であるときトリガー信号を発生させるようにしてもよい。
【００１９】
〔データ処理装置〕
データ処理装置３０は、受信手段３１と特徴量算出手段３２と特徴量抽出手段３３と基準特徴量蓄積手段３４と判定手段３５と警告手段３６とトリガー信号発生手段３７を備える。
【００２０】
受信手段３１は、センサユニット１０から送信されたセンサ情報を受信して特徴量算出手段３２にセンサデータとしてセンサ部１１からの出力信号を出力する。データ処理手段１２により付された付随情報も併せて特徴量算出手段３２に出力する。
【００２１】
特徴量算出手段３２は、センサ部１１からの出力に基づいたセンサデータを受信手段３１から出力されると、そのセンサデータから特徴量を求めるものである。特徴量算出手段３２は、纏まったセンサデータを処理して地磁気センサ１１ａ、加速度センサ１１ｂなどの複数のセンサからの出力信号のｘ成分、ｙ成分、ｚ成分そのものを特徴量としたり、各成分の所定時間内での平均値を特徴量としたり、或いはそれらの微分した値を特徴量としたりする。つまり、特徴量算出手段３２は、特徴量として挙げられるデータを候補として挙げ、作業者による各作業の内容に応じて列挙されたデータのうち、一又は複数のデータを特徴量として選択する。その際、各作業の内容、ある作業から次の作業への作業者の移動状況、作業者の癖などに応じて、センサデータの波形、作業者が作業をしたときの状況をカメラで撮影して生成した画像データなどに対応して人為的に選択される。そのために必要となるモニターやキーボードなどの入出力手段については、データ処理装置３０に備わっている。
【００２２】
特徴量抽出手段３３は、信号発生手段２０から第ｉ番目のトリガー信号が出力される毎に、特徴量算出手段３２から出力された特徴量に基いて第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量を抽出するものである。つまり、第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間、即ち、第ｉ番目の作業終了後において次の作業に遷移する遷移期間の動作に関する特徴量を抽出する。なお、一連の作業は繰り返し行われるので、第ｎ番目の作業から遷移する次の作業とは、第１番目の作業となる。
【００２３】
基準特徴量蓄積手段３４は、各作業が終了して次の作業に遷移する期間の基準状態における特徴量を遷移毎に基準データとして蓄積するものである。具体的に説明すると以下の通りである。作業者がセンサユニット１０を装着して第１から第ｎまでの各作業における基準となる動作を行う。すると、センサユニット１０からセンサデータを受信手段３１が受信し、特徴量算出手段３２がセンサデータから特徴量を求め、その求めた特徴量が付随情報と共に特徴量抽出手段３３に出力される。特徴量抽出手段３３が、その入力された特徴量及び付随情報からトリガー信号の入力毎に抽出して、第１の作業から第２の作業に遷移する期間、第２の作業から第３の作業に遷移する期間、・・・、第ｎ−１の作業から第ｎの作業に遷移する期間の各動作に関する特徴量を得る。このようにして得た遷移毎の動作に関する特徴量を蓄積する。蓄積された各特徴量のうち、作業者による各作業の内容、ある作業から次の作業への作業者の移動状況、作業者の癖などに応じて人為的に選択され、最も作業者の動作を示すものを残して標準データとして蓄積される。このようにして、基準特徴量蓄積手段３４には、基準状態における特徴量が遷移毎に、基準データとして蓄積されている。
【００２４】
基準特徴量蓄積手段３４は、このように予め基準となる動作を行った場合にだけ基準データとして特徴量を蓄積するのみならず、実際に作業者の動きがトレースされている場合であっても特徴量抽出手段３３が特徴量を各作業が終了した毎に、即ち遷移毎に抽出するので、その抽出した結果により蓄積している基準データを更新するようにしてもよい。その際、基準データとの差分が所定範囲以下である場合にのみ更新するようにする。このようにすることにより、誤った作業をしたときに求まった特徴量を更新するデータから排除し、基準データの精度が悪くならない。
【００２５】
判定手段３５は、信号発生手段２０から第ｉ番目のトリガー信号が出力された後に特徴量抽出手段３３から出力された特徴量を判定の対象とし、基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量と照合して、第ｉ番目の作業終了後の作業者の動きが第ｉ＋１番目の作業と符合するものであるか否かを判定するものである。判定手段３５はその判定の結果を警告発生手段３６に出力する。
【００２６】
警告発生手段３６は、判定手段３５から判定の結果を受け、第ｉ番目の作業が終了した後の作業者の動きについて第ｉ＋１番目の作業と符合しない場合、警告ランプを点灯したり、警告音を発したりする。
【００２７】
トリガー信号発生手段３７は前述の信号発生手段２０の一種であり、データ処理装置３０内に設けられている。トリガー信号発生手段３７は、特徴量算出手段３２から算出した特徴量のデータを受け取り、その特徴量のデータからトリガー信号を発生するものである。例えば、作業として取付部品や組付部品を嵌め込む際、その衝撃を加速度センサ１１ｂにより検出し、その衝撃加速度が規定以上である場合にはトリガー信号を発生させるようにしてもよい。その際、各作業内容から時間的に或いは作業の順番などを考慮して、加速度センサ１１ｂで検出した加速度の大きさが規定以上になるか否かを判断するようにするとよい。これにより、トレーシングシステム１それ自体の誤作動を防止することができる。
【００２８】
〔トレーシングシステムによって作業者に誤作業を事前に告知する方法〕
図１に示すトレーシングシステム１によって、第１から第ｎまでの各作業を繰り返し行う作業者が、ルーチンワークに沿っていない作業、即ち誤作業を行おうとしている際に、事前にその誤作業を検出して作業者に告知することができることを説明しながら、トレーシングシステム１についてより詳細に説明する。
【００２９】
図１に示すトレーシングシステム１は、例えば自動車のボディへの部品組み付け作業ラインなどの各種の作業ラインに組み込まれる。自動車のボディへの部品として燃料タンクを例にとって説明する。図２は、図１に示すトレーシングシステム１を用いてトレースされる繰り返し作業の一例として、自動車のボディへの燃料タンク取付作業を説明するための模式図である。自動車のボディ５を下側から見たものであり、図中のＦｒは自動車の前方を示す。搬送される自動車のボディ５に対し、燃料タンク６を組み付ける際、燃料タンク６の四隅６ａ〜６ｄを自動車のボディ５にボルトで締め付けて作業を行う。よって、第１番から第ｎ番までの作業としては、自動車のボディ５の組付位置に燃料タンク６を設置する第１番の作業と、車幅方向右後方の隅部（以下、「第１の隅部」と呼ぶ。）６ａで仮止めをする第２の作業と、車幅方向左前方の隅部（以下、「第２の隅部」と呼ぶ。）６ｂをボルト締めする第３の作業と、車幅方向右前方の隅部（以下、「第３の隅部」と呼ぶ。）６ｃをボルト締めする第４の作業と、第１の隅部６ａを本締めする第５の作業と、車幅方向左後方の隅部（以下、「第４の隅部」と呼ぶ。）６ｄをボルト締めする第６の作業とで構成されるとする。図中の矢印Ｓ１〜Ｓ４は作業者の移動方向を示している。
【００３０】
本発明の実施形態に係るトレーシングシステム１を使用するに当たって、基準特徴量蓄積手段３４に基準状態における特徴量を作業の遷移毎に基準データとして格納する。上述した自動車のボディ５への燃料タンク６の組付け作業をトレースする例の場合には、先ず作業者はセンサユニット１０を装着し、第１から第６までの作業を正確に繰り返し行う。この例にあっては、工具４０としてのボルト締め付け工具にはボルトを締め付ける毎にトリガー信号を生じさせる機構が内蔵されている。また、ボルト締め付け工具それ自体に加速度センサが内蔵されており、その加速度センサのある成分（例えばｚ成分）が急激に増加したとき第１の作業が完了して次の作業に移行したことを検知してトリガー信号を発生させるようにする。これにより、各作業が終了する毎にトリガー信号が発生され、特徴量抽出手段３３にそのトリガー信号が入力される。
【００３１】
一方、作業者が各作業を順に正確に行うことにより、センサユニット１０からデータ処理装置３０の受信手段３１に対してセンサデータが送信される。データ処理装置３０側では、受信手段３１がセンサデータを受信し、特徴量算出手段３２に入力され、特徴量算出手段３２によって特徴量が時系列で算出される。特徴量は地磁気センサ１１のｚ成分であったり、加速度センサ１１のｙ成分とｚ成分のベクトル的な足し算、即ち、合成ベクトルの大きさと向きであったりする。特徴量抽出手段３３には特徴量算出手段３２から算出した特徴量が時系列で入力される。特徴量抽出手段３３は、信号発生手段２０から第ｉ番目のトリガー信号が入力されると、次のトリガー信号（第ｉ＋１番目のトリガー信号）が入力されるまでの特徴量を抽出する。基準特徴量蓄積手段３４には、特徴量抽出手段３３で抽出した特徴量が第ｉ番目の特徴量として入力されるので、その値を蓄積する。
【００３２】
基準特徴量蓄積手段３４には、このようにしてある作業から次の作業へ遷移する毎の特徴量が入力されるので、既に蓄積した値と演算処理を行って絶えず更新する。これにより特徴量のサンプリング数を多くして誤差を小さくすることができる。
【００３３】
以上により、基準状態における特徴量を作業毎に基準データとして基準特徴量蓄積手段３４に格納したので、作業者の一連の作業をトレースする準備が完了する。
【００３４】
作業者の一連の作業についてトレースする方法について説明する。上述したように自動車のボディ５への燃料タンク６の組付作業をトレースする例の場合には、先ず作業者はセンサユニット１０を装着し、第１から第６までの作業をマニュアルの通り繰り返し行う。作業者は、先ず、第１作業として搬送されてくる自動車のボディ５に対して燃料タンク６の組付け位置に燃料タンク６を配置する。作業者に装着されているセンサユニット１０からセンサデータがデータ処理装置３０に絶えず送信されるため、データ処理装置３０はセンサデータを受信する。作業者が燃料タンク６を組付け位置に配置してボルト締め付け用工具を手にすると、ボルト締め付け用工具に内蔵されている加速度センサからトリガー信号としてデータ処理装置３０に送信される。データ処理装置３０は、そのトリガー信号を受信することで第１の作業が完了し、次の作業に移ったことを検出することになる。
【００３５】
作業者が第２の作業として、第１の隅部６ａのボルト締め付け作業を行おうとする。その際、データ処理装置３０にはセンサユニット１０から絶えずセンサデータを受信するので、特徴量算出手段３２がそのセンサデータから特徴量を算出し、特徴量抽出手段３３がその特徴量の入力を時系列で受けている間、判定手段３４が、第１の作業完了のトリガー信号発生後における特徴量を、基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている特徴量であって第１の作業から第２の作業への遷移する期間の動作に関する特徴量と照合する。その照合の結果、蓄積しているものと一致しないと判定した場合には、警告発生手段３５に対して判定結果を通知して、警告発生手段３５が警告を発する。これにより、作業者はマニュアル通りに作業をしていないことを事前に知ることができる。
【００３６】
一方、作業者が第２の作業として、マニュアル通りに作業を行ってボルト締め付けを完了すると、ボルト締め付け工具からトリガー信号が発生し、データ処理装置３０に入力される。それによりデータ処理装置３０は、第２の作業が完了し次の作業に移ったことを検出する。
【００３７】
作業者が第３の作業として、第２の隅部６ｂのボルト締め付け作業を行おうとする。その際、データ処理装置３０にはセンサユニット１０から絶えずセンサデータを受信するので、特徴量算出手段３２がそのセンサデータから特徴量を算出し、特徴量抽出手段３３がその特徴量の入力を時系列で受けている間、判定手段３４が、第２の作業完了のトリガー信号発生後における特徴量を、基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている特徴量であって第２の作業から第３の作業へ遷移する期間の動作に関する特徴量と照合する。その照合の結果、蓄積しているものと一致しないと判定した場合には、警告発生手段３５に対して判定結果を通知して、警告発生手段３５が警告を発する。これにより、作業者はマニュアル通りに作業をしていないことを事前に知ることができる。
【００３８】
一方、作業者が第３の作業としてマニュアル通りに作業を行って第２の隅部６ｂのボルト締め付けを完了すると、ボルト締め付け工具からトリガー信号が発生し、データ処理装置３０に入力される。それによりデータ処理装置３０は第３の作業が完了し次の作業に移ったことを検出する。
【００３９】
以下、このようにして第４の作業、第５の作業及び第６の作業のトレースを行う。よって、作業者の動きがマニュアル通りになっているかを判定し、作業手順がマニュアル通りになされていない場合には、それを事前に検出して一連の作業を確実に行わせることができる。
【００４０】
図３は、図１に示すトレーシングシステム１において、特徴量抽出手段３３による特徴量抽出とトリガー信号との関係を模式的に示す図である。横軸は時間であり、縦軸は特徴量の強度、トリガー信号である。いま、特徴量算出手段３２から特徴量が時系列で出力される。今信号発生手段２０から第ｉ−１番目のトリガー信号の入力があると、それ以降特徴量抽出手段３３から出力された特徴量を、第ｉ−１番目から第ｉ番目に遷移する期間の動作の特徴量（「第ｉ−1の期間の特徴量」と呼ぶ。）として特徴量抽出手段３３が抽出する。判定手段３５は第ｉ−１番目のトリガー信号の入力があると、第ｉ−１の期間の特徴量を対象とし、基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている第ｉ−１の期間の基準特徴量と照合する。図３では、第ｉ−１番目のトリガー信号から時間τだけ特徴量と照合するようにしている。時間τは、第ｉ−1番目のトリガー信号と第ｉ番目のトリガー信号との間の時間よりも短い。これは、作業者が第ｉ番目の作業を完了して次の作業に移行しようとするときに最も特徴量が変化するため、その間だけ基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている特徴量と比較すればよいからである。
【００４１】
図４は、図１に示すトレーシングシステム１において、特徴量が時系列でどのように変化するかを示す図であり、(ａ)は正常作業が行われる場合であって、（ｂ）は誤作業が行われる場合を示す図である。図２を参照して説明したように、自動車のボディ５に燃料タンク６を組み付ける一連の作業を行う作業者の動きをトレースした結果である。特徴量の算出は、地磁気センサ１１ａのｙ成分（実線）とｚ成分（点線）である。作業番号Ｎｏ．２からＮｏ.３で誤作業が生じていることが分かる。また、作業番号Ｎｏ．４からＮｏ.３で誤作業が生じていることが分かる。よって、特徴量抽出手段３３から出力された特徴量の時系列を、基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている特徴量の時系列と比較可能に表示して目視により、又は、特徴量を基準の特徴量とパターン認識等によりプログラム上で比較することにより、誤作動を判定することができる。
【００４２】
このように、図１に示すトレーシングシステム１によれば、複数の作業を繰り返して行う作業者が、各作業の終了後、次の作業を適切に行おうとしているか否かを事前に判定することができる。
【００４３】
本発明の実施形態においては、センサとして地磁気センサを使用しているので、作業者に対する装着の向きを装着毎に等しくすることにより、それにより方向や角度を容易に求めることができる。加速度センサを用いて角度を計算する場合と比べて積分計算が不要となり、積分処理により計算誤差が生じない。
【００４４】
本発明の実施形態は上述に限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で種々設計変更することができる。例えば、特徴量算出手段３２は、センサユニット１０の各センサから出力された各成分データを一定の間隔で切り出して平均処理、標準偏差算出処理その他の演算処理を行って複数の特徴量を求めてもよい。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、ルーチンワークとは異なった作業をしようとする作業者に対して、警告を発して異なった作業であることを認識させることができる。よって、締付手順や部品の取り間違い、部品組付け位置の間違い、部品組付け方法の間違いなどを事前に防止することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１：トレーシングシステム
５：自動車のボディ
６：燃料タンク
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ：燃料タンクの隅部
１０：センサユニット
１１：センサ部
１１ａ：地磁気センサ
１１ｂ：加速度センサ
１２：データ処理手段
１３：送信手段
２０，２１，４１：信号発生手段
３０：データ処理装置
３１：受信手段
３２：特徴量算出手段
３３：特徴量抽出手段
３４：基準特徴量蓄積手段
３５：判定手段
３６：警告発生手段
３７：トリガー信号発生手段
４０：工具
４２：トルク計測手段
４３：基準データ格納手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返し作業が確実に行われているか否かを判定するトレーシングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の製造ラインには、自動車のボディを一定の速度で搬送するための搬送手段が配備されており、さらにボディに取り付ける部品などをボディの近傍で運搬する移動台車が配備されている。この移動台車は、ボディに対して決められた位置関係となるようにボディの搬送と連関して移動するように構成されている。作業者は手持ちの取り付け工具を利用してボディに部品をボルト締めする。そのような取り付け工具に関し、特許文献１には、ネジ締め付け位置を特定できるように構成した締め付け位置検出装置について開示されている。
【０００３】
また、本発明者らは、自動車の製造ラインなどでなされる組み付け作業が確実に行われているか否かを判定して、人為的なエラーを防止するトレーシングシステムの開発を行っている。特許文献２には、作業者がマニュアルに沿って作業を行っているか否かを確認するためのトレーシングシステムが開示されている。そのトレーシングシステムでは、地磁気センサや加速度センサなどのセンサを作業者が取り付け、トレースする前に、作業者がセンサを装着した状態で、作業工程別の各工程に基準となる動作を行う。特徴量抽出部がセンサからセンサデータを取得すると、センサデータに基いて特徴を抽出して特徴量を求める。この処理を同一の作業について行っておき、求まった特徴量を標準データとして標準データ蓄積部に蓄積しておく。その後、同一の作業者がセンサを装着して工程に沿って作業を行う。すると、特徴量抽出部が特徴量を求め、参照部がこの求めた特徴量を標準データ蓄積部に蓄積されている標準データと比較して、その結果を判定部に出力する。このシステムでは、センサから出力されたセンサデータに基いて特徴抽出部が特徴量を求め、予め正しい作業を行った場合の標準データと比較して、作業者が行った作業が適切であったか否かを判断する。よって、作業者がマニュアル通りに作業をしているか否かの判断を行える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８５３９０号公報
【特許文献２】特開２００９−１８７５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に開示されたトレーシングシステムにあっては、一連の作業をトレースし終わって、センサデータから特徴量を抽出して、その特徴量の時間的変化により一連の作業がマニュアルどおりに行われているか否かを判断している。よって、一連の作業が完了するか、或いは一連の作業のうち個々の作業を行ったあとでなければその作業が正しいか否かが判断できない。しかも、一連の作業が規定どおりの順になされているか否かという判断も事後的にしかできない。もし各作業が不十分である場合には一連の作業が終了した後に、後で手直しをしなければならず、作業の無駄が生じるばかりか、流れ作業のように複数の作業者が協調して作業を行う必要がある場合には、全体的な作業処理が遅延し全体として作業効率が悪くなる。
【０００６】
そこで、本発明は、繰り返し作業がなされている際、誤った作業がなされる前に事前に検出することができるトレーシングシステム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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、第１番から第ｎ番までの各作業を繰り返す作業者の動きをトレースするトレーシングシステムにおいて、センサを内蔵して作業者に装着されるセンサユニットと、センサからの出力に基づいたセンサデータから特徴量を求める特徴量算出手段と、第１番から第ｎ番までの各作業が終了する毎に第ｉ番目（ただし、ｉは１からｎまでの任意の数）のトリガー信号を生じる信号発生手段と、信号発生手段から第ｉ番目のトリガー信号が出力される毎に、特徴量算出手段から出力された特徴量に基いて第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、各作業が終了して次の作業に遷移する期間の基準状態における特徴量を遷移毎に基準データとして蓄積する基準特徴量蓄積手段と、信号発生手段から第ｉ番目のトリガー信号が出力された後に特徴量抽出手段から出力された特徴量を判定の対象とし、基準特徴量蓄積手段に蓄積されている第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量と照合して、第ｉ番目の作業終了後の作業者の動きが第ｉ＋１番目の作業と符合するものであるか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成において、基準特徴量蓄積手段が、第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量について特徴量抽出手段から出力を受けると、基準データのうち第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量のデータを更新する。
【０００９】
上記構成において、センサが地磁気センサと加速度センサとを含んでいる。
上記構成において、信号発生手段には、各作業に供される工具類に内蔵されたものが含まれるか、又は、センサユニット内のセンサの一つとして加速度センサが備えられており、かつ信号発生手段には、加速度センサの各成分データが所定の条件を満たさなくなるとトリガー信号を発生するものが含まれる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の作業を繰り返して行う作業者が各作業の終了後、次の作業を適切に行おうとしているか否かを事前に判定することができる。よって、従来のようにもし各作業が不十分又は不適切である場合には一連の作業が終了した後に、後で手直しをしなければならないという作業の無駄が生じなく、流れ作業を円滑に行うことができる。特に、複数の作業者が協調して作業を行う必要がある場合では、特定の者が再度作業を行うことによる遅延が発生することなく、複数の作業者による全体の作業を効率よく行える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るトレーシングシステムのブロック構成図である。
【図２】図１に示すトレーシングシステムを用いてトレースされる繰り返し作業の一例として、自動車のボディへの燃料タンク取付作業を説明するための模式図である。
【図３】図１に示すトレーシングシステムにおいて、特徴量抽出手段による特徴量抽出とトリガー信号との関係を模式的に示す図である。
【図４】図１に示すトレーシングシステムにおいて、特徴量が時系列でどのように変化するかを示す図であり、(ａ)は正常作業が行われる場合であって、（ｂ）は誤作業が行われる場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
〔システム構成〕
図１は本発明の実施形態に係るトレーシングシステムのブロック構成図である。本発明の実施形態に係るトレーシングシステム１は、図１に示すように、作業者に装着されるセンサユニット１０と信号発生手段２０とデータ処理装置３０とを含んで構成される。以下、各部の構成を順次説明する。
【００１４】
〔センサユニット〕
センサユニット１０は、センサ部１１とデータ処理手段１２と送信手段１３とを備える。センサユニット１０は腕時計タイプで腕に取り付けられたり、腕章内に収納されて取り付けられたり、又は工具に取り付けられたりすることにより、作業者に対して常に同じように装着される。
【００１５】
センサ部１１は、加速度センサ１１ａ、地磁気センサ１１ｂなどの各種のセンサを有する。加速度センサ１１ａは、加速度を検出してデータ処理手段１２に随時出力する。地磁気センサ１１ｂは、地磁気を検出してデータ処理手段１２に随時出力する。加速度センサ１１ａ，地磁気センサ１１ｂは、何れも三軸センサであることが好ましく、この場合、各センサデータはｘ成分、ｙ成分、ｚ成分からなる。なお、センサの種類は二種類である必要はなく一種類でも三種類以上でもよい。
【００１６】
データ処理手段１２は、加速度センサ１１ａ，地磁気センサ１１ｂからのデータを同一のタイミングでサンプリングしてセンサデータとして送信手段１３に出力する。センサデータは、サンプリングしたデータのみならず、サンプリングしたときの日時などの時間、センサの種類やＩＤ番号、センサユニット１１のＩＤ番号の付随情報も含まれる。
【００１７】
送信手段１３は、データ処理手段１２からセンサデータを受けると、センサ情報として随時データ処理装置３０へ送信する。その際、図示しない中継機等を介在してデータ処理装置３０へ送信されてもよいし、直接データ処理装置３０に送信されてもよい。
【００１８】
〔信号発生手段〕
信号発生手段２０は、作業者によって第１番から第ｎ番までの一連の作業のうち各作業が終了する毎に第ｉ番目（ただし、ｉは１からｎまでの任意の数）のトリガー信号を生じるものである。この信号発生手段２０は、後述のデータ処理装置３０に内蔵されたり、各作業に供される工具類に内蔵されたりする。図１に示す信号発生手段２１は、作業者が作業を完了する毎にレバーを引いたり又はボタンを押圧したりすることによりトリガー信号が発生するものである。それ以外に、信号発生手段２０には工具４０内で内蔵して構成されてもよい。例えば工具４０としてのボルト締め付け工具にはトルク計測手段４２が内蔵されており、工具４０内の基準データ格納手段４３に格納されている基準データよりも大きいトルクを計測すると信号発生手段４１によってトリガー信号が発生する。ここでは、工具４０内に基準データ格納手段４３と信号発生手段４１を設けているが、設備側にトルク計測手段４２からトルク量が送られ、設備側でそのトルク量が規定に達したことを判断してトリガー信号を発生するようにしてもよい。さらには、データ処理装置３０内に後述のトリガー信号発生手段３７として構築してもよい。作業として嵌め込み作業がある場合には、その衝撃を加速度センサ１１ｂにより検出し、その衝撃加速度が規定以上であるときトリガー信号を発生させるようにしてもよい。
【００１９】
〔データ処理装置〕
データ処理装置３０は、受信手段３１と特徴量算出手段３２と特徴量抽出手段３３と基準特徴量蓄積手段３４と判定手段３５と警告手段３６とトリガー信号発生手段３７を備える。
【００２０】
受信手段３１は、センサユニット１０から送信されたセンサ情報を受信して特徴量算出手段３２にセンサデータとしてセンサ部１１からの出力信号を出力する。データ処理手段１２により付された付随情報も併せて特徴量算出手段３２に出力する。
【００２１】
特徴量算出手段３２は、センサ部１１からの出力に基づいたセンサデータを受信手段３１から出力されると、そのセンサデータから特徴量を求めるものである。特徴量算出手段３２は、纏まったセンサデータを処理して地磁気センサ１１ａ、加速度センサ１１ｂなどの複数のセンサからの出力信号のｘ成分、ｙ成分、ｚ成分そのものを特徴量としたり、各成分の所定時間内での平均値を特徴量としたり、或いはそれらの微分した値を特徴量としたりする。つまり、特徴量算出手段３２は、特徴量として挙げられるデータを候補として挙げ、作業者による各作業の内容に応じて列挙されたデータのうち、一又は複数のデータを特徴量として選択する。その際、各作業の内容、ある作業から次の作業への作業者の移動状況、作業者の癖などに応じて、センサデータの波形、作業者が作業をしたときの状況をカメラで撮影して生成した画像データなどに対応して人為的に選択される。そのために必要となるモニターやキーボードなどの入出力手段については、データ処理装置３０に備わっている。
【００２２】
特徴量抽出手段３３は、信号発生手段２０から第ｉ番目のトリガー信号が出力される毎に、特徴量算出手段３２から出力された特徴量に基いて第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量を抽出するものである。つまり、第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間、即ち、第ｉ番目の作業終了後において次の作業に遷移する遷移期間の動作に関する特徴量を抽出する。なお、一連の作業は繰り返し行われるので、第ｎ番目の作業から遷移する次の作業とは、第１番目の作業となる。
【００２３】
基準特徴量蓄積手段３４は、各作業が終了して次の作業に遷移する期間の基準状態における特徴量を遷移毎に基準データとして蓄積するものである。具体的に説明すると以下の通りである。作業者がセンサユニット１０を装着して第１から第ｎまでの各作業における基準となる動作を行う。すると、センサユニット１０からセンサデータを受信手段３１が受信し、特徴量算出手段３２がセンサデータから特徴量を求め、その求めた特徴量が付随情報と共に特徴量抽出手段３３に出力される。特徴量抽出手段３３が、その入力された特徴量及び付随情報からトリガー信号の入力毎に抽出して、第１の作業から第２の作業に遷移する期間、第２の作業から第３の作業に遷移する期間、・・・、第ｎ−１の作業から第ｎの作業に遷移する期間の各動作に関する特徴量を得る。このようにして得た遷移毎の動作に関する特徴量を蓄積する。蓄積された各特徴量のうち、作業者による各作業の内容、ある作業から次の作業への作業者の移動状況、作業者の癖などに応じて人為的に選択され、最も作業者の動作を示すものを残して標準データとして蓄積される。このようにして、基準特徴量蓄積手段３４には、基準状態における特徴量が遷移毎に、基準データとして蓄積されている。
【００２４】
基準特徴量蓄積手段３４は、このように予め基準となる動作を行った場合にだけ基準データとして特徴量を蓄積するのみならず、実際に作業者の動きがトレースされている場合であっても特徴量抽出手段３３が特徴量を各作業が終了した毎に、即ち遷移毎に抽出するので、その抽出した結果により蓄積している基準データを更新するようにしてもよい。その際、基準データとの差分が所定範囲以下である場合にのみ更新するようにする。このようにすることにより、誤った作業をしたときに求まった特徴量を更新するデータから排除し、基準データの精度が悪くならない。
【００２５】
判定手段３５は、信号発生手段２０から第ｉ番目のトリガー信号が出力された後に特徴量抽出手段３３から出力された特徴量を判定の対象とし、基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量と照合して、第ｉ番目の作業終了後の作業者の動きが第ｉ＋１番目の作業と符合するものであるか否かを判定するものである。判定手段３５はその判定の結果を警告発生手段３６に出力する。
【００２６】
警告発生手段３６は、判定手段３５から判定の結果を受け、第ｉ番目の作業が終了した後の作業者の動きについて第ｉ＋１番目の作業と符合しない場合、警告ランプを点灯したり、警告音を発したりする。
【００２７】
トリガー信号発生手段３７は前述の信号発生手段２０の一種であり、データ処理装置３０内に設けられている。トリガー信号発生手段３７は、特徴量算出手段３２から算出した特徴量のデータを受け取り、その特徴量のデータからトリガー信号を発生するものである。例えば、作業として取付部品や組付部品を嵌め込む際、その衝撃を加速度センサ１１ｂにより検出し、その衝撃加速度が規定以上である場合にはトリガー信号を発生させるようにしてもよい。その際、各作業内容から時間的に或いは作業の順番などを考慮して、加速度センサ１１ｂで検出した加速度の大きさが規定以上になるか否かを判断するようにするとよい。これにより、トレーシングシステム１それ自体の誤作動を防止することができる。
【００２８】
〔トレーシングシステムによって作業者に誤作業を事前に告知する方法〕
図１に示すトレーシングシステム１によって、第１から第ｎまでの各作業を繰り返し行う作業者が、ルーチンワークに沿っていない作業、即ち誤作業を行おうとしている際に、事前にその誤作業を検出して作業者に告知することができることを説明しながら、トレーシングシステム１についてより詳細に説明する。
【００２９】
図１に示すトレーシングシステム１は、例えば自動車のボディへの部品組み付け作業ラインなどの各種の作業ラインに組み込まれる。自動車のボディへの部品として燃料タンクを例にとって説明する。図２は、図１に示すトレーシングシステム１を用いてトレースされる繰り返し作業の一例として、自動車のボディへの燃料タンク取付作業を説明するための模式図である。自動車のボディ５を下側から見たものであり、図中のＦｒは自動車の前方を示す。搬送される自動車のボディ５に対し、燃料タンク６を組み付ける際、燃料タンク６の四隅６ａ〜６ｄを自動車のボディ５にボルトで締め付けて作業を行う。よって、第１番から第ｎ番までの作業としては、自動車のボディ５の組付位置に燃料タンク６を設置する第１番の作業と、車幅方向右後方の隅部（以下、「第１の隅部」と呼ぶ。）６ａで仮止めをする第２の作業と、車幅方向左前方の隅部（以下、「第２の隅部」と呼ぶ。）６ｂをボルト締めする第３の作業と、車幅方向右前方の隅部（以下、「第３の隅部」と呼ぶ。）６ｃをボルト締めする第４の作業と、第１の隅部６ａを本締めする第５の作業と、車幅方向左後方の隅部（以下、「第４の隅部」と呼ぶ。）６ｄをボルト締めする第６の作業とで構成されるとする。図中の矢印Ｓ１〜Ｓ４は作業者の移動方向を示している。
【００３０】
本発明の実施形態に係るトレーシングシステム１を使用するに当たって、基準特徴量蓄積手段３４に基準状態における特徴量を作業の遷移毎に基準データとして格納する。上述した自動車のボディ５への燃料タンク６の組付け作業をトレースする例の場合には、先ず作業者はセンサユニット１０を装着し、第１から第６までの作業を正確に繰り返し行う。この例にあっては、工具４０としてのボルト締め付け工具にはボルトを締め付ける毎にトリガー信号を生じさせる機構が内蔵されている。また、ボルト締め付け工具それ自体に加速度センサが内蔵されており、その加速度センサのある成分（例えばｚ成分）が急激に増加したとき第１の作業が完了して次の作業に移行したことを検知してトリガー信号を発生させるようにする。これにより、各作業が終了する毎にトリガー信号が発生され、特徴量抽出手段３３にそのトリガー信号が入力される。
【００３１】
一方、作業者が各作業を順に正確に行うことにより、センサユニット１０からデータ処理装置３０の受信手段３１に対してセンサデータが送信される。データ処理装置３０側では、受信手段３１がセンサデータを受信し、特徴量算出手段３２に入力され、特徴量算出手段３２によって特徴量が時系列で算出される。特徴量は地磁気センサ１１のｚ成分であったり、加速度センサ１１のｙ成分とｚ成分のベクトル的な足し算、即ち、合成ベクトルの大きさと向きであったりする。特徴量抽出手段３３には特徴量算出手段３２から算出した特徴量が時系列で入力される。特徴量抽出手段３３は、信号発生手段２０から第ｉ番目のトリガー信号が入力されると、次のトリガー信号（第ｉ＋１番目のトリガー信号）が入力されるまでの特徴量を抽出する。基準特徴量蓄積手段３４には、特徴量抽出手段３３で抽出した特徴量が第ｉ番目の特徴量として入力されるので、その値を蓄積する。
【００３２】
基準特徴量蓄積手段３４には、このようにしてある作業から次の作業へ遷移する毎の特徴量が入力されるので、既に蓄積した値と演算処理を行って絶えず更新する。これにより特徴量のサンプリング数を多くして誤差を小さくすることができる。
【００３３】
以上により、基準状態における特徴量を作業毎に基準データとして基準特徴量蓄積手段３４に格納したので、作業者の一連の作業をトレースする準備が完了する。
【００３４】
作業者の一連の作業についてトレースする方法について説明する。上述したように自動車のボディ５への燃料タンク６の組付作業をトレースする例の場合には、先ず作業者はセンサユニット１０を装着し、第１から第６までの作業をマニュアルの通り繰り返し行う。作業者は、先ず、第１作業として搬送されてくる自動車のボディ５に対して燃料タンク６の組付け位置に燃料タンク６を配置する。作業者に装着されているセンサユニット１０からセンサデータがデータ処理装置３０に絶えず送信されるため、データ処理装置３０はセンサデータを受信する。作業者が燃料タンク６を組付け位置に配置してボルト締め付け用工具を手にすると、ボルト締め付け用工具に内蔵されている加速度センサからトリガー信号としてデータ処理装置３０に送信される。データ処理装置３０は、そのトリガー信号を受信することで第１の作業が完了し、次の作業に移ったことを検出することになる。
【００３５】
作業者が第２の作業として、第１の隅部６ａのボルト締め付け作業を行おうとする。その際、データ処理装置３０にはセンサユニット１０から絶えずセンサデータを受信するので、特徴量算出手段３２がそのセンサデータから特徴量を算出し、特徴量抽出手段３３がその特徴量の入力を時系列で受けている間、判定手段３４が、第１の作業完了のトリガー信号発生後における特徴量を、基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている特徴量であって第１の作業から第２の作業への遷移する期間の動作に関する特徴量と照合する。その照合の結果、蓄積しているものと一致しないと判定した場合には、警告発生手段３５に対して判定結果を通知して、警告発生手段３５が警告を発する。これにより、作業者はマニュアル通りに作業をしていないことを事前に知ることができる。
【００３６】
一方、作業者が第２の作業として、マニュアル通りに作業を行ってボルト締め付けを完了すると、ボルト締め付け工具からトリガー信号が発生し、データ処理装置３０に入力される。それによりデータ処理装置３０は、第２の作業が完了し次の作業に移ったことを検出する。
【００３７】
作業者が第３の作業として、第２の隅部６ｂのボルト締め付け作業を行おうとする。その際、データ処理装置３０にはセンサユニット１０から絶えずセンサデータを受信するので、特徴量算出手段３２がそのセンサデータから特徴量を算出し、特徴量抽出手段３３がその特徴量の入力を時系列で受けている間、判定手段３４が、第２の作業完了のトリガー信号発生後における特徴量を、基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている特徴量であって第２の作業から第３の作業へ遷移する期間の動作に関する特徴量と照合する。その照合の結果、蓄積しているものと一致しないと判定した場合には、警告発生手段３５に対して判定結果を通知して、警告発生手段３５が警告を発する。これにより、作業者はマニュアル通りに作業をしていないことを事前に知ることができる。
【００３８】
一方、作業者が第３の作業としてマニュアル通りに作業を行って第２の隅部６ｂのボルト締め付けを完了すると、ボルト締め付け工具からトリガー信号が発生し、データ処理装置３０に入力される。それによりデータ処理装置３０は第３の作業が完了し次の作業に移ったことを検出する。
【００３９】
以下、このようにして第４の作業、第５の作業及び第６の作業のトレースを行う。よって、作業者の動きがマニュアル通りになっているかを判定し、作業手順がマニュアル通りになされていない場合には、それを事前に検出して一連の作業を確実に行わせることができる。
【００４０】
図３は、図１に示すトレーシングシステム１において、特徴量抽出手段３３による特徴量抽出とトリガー信号との関係を模式的に示す図である。横軸は時間であり、縦軸は特徴量の強度、トリガー信号である。いま、特徴量算出手段３２から特徴量が時系列で出力される。今信号発生手段２０から第ｉ−１番目のトリガー信号の入力があると、それ以降特徴量抽出手段３３から出力された特徴量を、第ｉ−１番目から第ｉ番目に遷移する期間の動作の特徴量（「第ｉ−1の期間の特徴量」と呼ぶ。）として特徴量抽出手段３３が抽出する。判定手段３５は第ｉ−１番目のトリガー信号の入力があると、第ｉ−１の期間の特徴量を対象とし、基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている第ｉ−１の期間の基準特徴量と照合する。図３では、第ｉ−１番目のトリガー信号から時間τだけ特徴量と照合するようにしている。時間τは、第ｉ−1番目のトリガー信号と第ｉ番目のトリガー信号との間の時間よりも短い。これは、作業者が第ｉ番目の作業を完了して次の作業に移行しようとするときに最も特徴量が変化するため、その間だけ基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている特徴量と比較すればよいからである。
【００４１】
図４は、図１に示すトレーシングシステム１において、特徴量が時系列でどのように変化するかを示す図であり、(ａ)は正常作業が行われる場合であって、（ｂ）は誤作業が行われる場合を示す図である。図２を参照して説明したように、自動車のボディ５に燃料タンク６を組み付ける一連の作業を行う作業者の動きをトレースした結果である。特徴量の算出は、地磁気センサ１１ａのｙ成分（実線）とｚ成分（点線）である。作業番号Ｎｏ．２からＮｏ.３で誤作業が生じていることが分かる。また、作業番号Ｎｏ．４からＮｏ.３で誤作業が生じていることが分かる。よって、特徴量抽出手段３３から出力された特徴量の時系列を、基準特徴量蓄積手段３４に蓄積されている特徴量の時系列と比較可能に表示して目視により、又は、特徴量を基準の特徴量とパターン認識等によりプログラム上で比較することにより、誤作動を判定することができる。
【００４２】
このように、図１に示すトレーシングシステム１によれば、複数の作業を繰り返して行う作業者が、各作業の終了後、次の作業を適切に行おうとしているか否かを事前に判定することができる。
【００４３】
本発明の実施形態においては、センサとして地磁気センサを使用しているので、作業者に対する装着の向きを装着毎に等しくすることにより、それにより方向や角度を容易に求めることができる。加速度センサを用いて角度を計算する場合と比べて積分計算が不要となり、積分処理により計算誤差が生じない。
【００４４】
本発明の実施形態は上述に限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で種々設計変更することができる。例えば、特徴量算出手段３２は、センサユニット１０の各センサから出力された各成分データを一定の間隔で切り出して平均処理、標準偏差算出処理その他の演算処理を行って複数の特徴量を求めてもよい。
【００４５】
本発明の実施形態によれば、ルーチンワークとは異なった作業をしようとする作業者に対して、警告を発して異なった作業であることを認識させることができる。よって、締付手順や部品の取り間違い、部品組付け位置の間違い、部品組付け方法の間違いなどを事前に防止することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１：トレーシングシステム
５：自動車のボディ
６：燃料タンク
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ：燃料タンクの隅部
１０：センサユニット
１１：センサ部
１１ａ：地磁気センサ
１１ｂ：加速度センサ
１２：データ処理手段
１３：送信手段
２０，２１，４１：信号発生手段
３０：データ処理装置
３１：受信手段
３２：特徴量算出手段
３３：特徴量抽出手段
３４：基準特徴量蓄積手段
３５：判定手段
３６：警告発生手段
３７：トリガー信号発生手段
４０：工具
４２：トルク計測手段
４３：基準データ格納手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１番から第ｎ番までの各作業を繰り返す作業者の動きをトレースするトレーシングシステムにおいて、
センサを内蔵して作業者に装着されるセンサユニットと、
上記センサからの出力に基づいたセンサデータから特徴量を求める特徴量算出手段と、
第１番から第ｎ番までの各作業が終了する毎に第ｉ番目（ただし、ｉは１からｎまでの任意の数）のトリガー信号を生じる信号発生手段と、
上記信号発生手段から第ｉ番目のトリガー信号が出力される毎に、上記特徴量算出手段から出力された特徴量に基いて第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、
各作業が終了して次の作業に遷移する期間の基準状態における特徴量を遷移毎に基準データとして蓄積する基準特徴量蓄積手段と、
上記信号発生手段から第ｉ番目のトリガー信号が出力された後に上記特徴量抽出手段から出力された特徴量を判定の対象とし、上記基準特徴量蓄積手段に蓄積されている第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量と照合して、第ｉ番目の作業終了後の作業者の動きが第ｉ＋１番目の作業と符合するものであるか否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする、トレーシングシステム。
【請求項２】
前記基準特徴量蓄積手段が、第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量について前記特徴量抽出手段から出力を受けると、前記基準データのうち第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量のデータを更新する、請求項１に記載のトレーシングシステム。
【請求項３】
前記信号発生手段には、各作業に供される工具類に内蔵されたものが含まれる、請求項１に記載のトレーシングシステム。
【請求項４】
前記センサが地磁気センサと加速度センサとを含んでいる、請求項１に記載のトレーシングシステム。
【請求項５】
前記センサユニット内のセンサの一つとして加速度センサが備えられており、
前記信号発生手段には、上記加速度センサの各成分データが所定の条件を満たさなくなると前記トリガー信号を発生するものが含まれる、請求項１に記載のトレーシングシステム。
【請求項１】
第１番から第ｎ番までの各作業を繰り返す作業者の動きをトレースするトレーシングシステムにおいて、
センサを内蔵して作業者に装着されるセンサユニットと、
上記センサからの出力に基づいたセンサデータから特徴量を求める特徴量算出手段と、
第１番から第ｎ番までの各作業が終了する毎に第ｉ番目（ただし、ｉは１からｎまでの任意の数）のトリガー信号を生じる信号発生手段と、
上記信号発生手段から第ｉ番目のトリガー信号が出力される毎に、上記特徴量算出手段から出力された特徴量に基いて第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、
各作業が終了して次の作業に遷移する期間の基準状態における特徴量を遷移毎に基準データとして蓄積する基準特徴量蓄積手段と、
上記信号発生手段から第ｉ番目のトリガー信号が出力された後に上記特徴量抽出手段から出力された特徴量を判定の対象とし、上記基準特徴量蓄積手段に蓄積されている第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量と照合して、第ｉ番目の作業終了後の作業者の動きが第ｉ＋１番目の作業と符合するものであるか否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする、トレーシングシステム。
【請求項２】
前記基準特徴量蓄積手段が、第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量について前記特徴量抽出手段から出力を受けると、前記基準データのうち第ｉ番目の作業から第ｉ＋１番目の作業に遷移する期間の動作に関する特徴量のデータを更新する、請求項１に記載のトレーシングシステム。
【請求項３】
前記信号発生手段には、各作業に供される工具類に内蔵されたものが含まれる、請求項１に記載のトレーシングシステム。
【請求項４】
前記センサが地磁気センサと加速度センサとを含んでいる、請求項１に記載のトレーシングシステム。
【請求項５】
前記センサユニット内のセンサの一つとして加速度センサが備えられており、
前記信号発生手段には、上記加速度センサの各成分データが所定の条件を満たさなくなると前記トリガー信号を発生するものが含まれる、請求項１に記載のトレーシングシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２２１４３３（Ｐ２０１２−２２１４３３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９６３１（Ｐ２０１１−８９６３１）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００１５７０８３）トヨタ自動車東日本株式会社 (1,164)
【出願人】（５０７２３４４２７）公立大学法人岩手県立大学 (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００１５７０８３）トヨタ自動車東日本株式会社 (1,164)
【出願人】（５０７２３４４２７）公立大学法人岩手県立大学 (22)
【Ｆターム（参考）】
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