外部操作ハンドガイド装置とその制御方法
【課題】装置の可動範囲内で組付作業を完了することができる外部操作ハンドガイド装置とその制御方法を提供する。
【解決手段】ワーク３を把持するワーク把持装置１２と、ワーク把持装置を有する細長いハンド１４と、ハンドの末端部を片持ち支持し末端部を所定のロボットエリア内で移動可能なロボット１６と、ハンドの先端部に設けられロボットの作動を操作するオンハンド操作盤１８と、ロボットを制御するロボット制御装置２０とを備える。ロボットエリアと組立ラインの間に、ハンド１４が移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが隣接して設けられ、オンハンド操作盤１８は、作業対象物にワークを組付ける際に、作業エリア内に位置するように設定されている。ロボット制御装置２０は、ロボット１６を自動制御する自動モードと、ロボット１６をオンハンド操作盤１８により手動制御する協働モードとを有している。
【解決手段】ワーク３を把持するワーク把持装置１２と、ワーク把持装置を有する細長いハンド１４と、ハンドの末端部を片持ち支持し末端部を所定のロボットエリア内で移動可能なロボット１６と、ハンドの先端部に設けられロボットの作動を操作するオンハンド操作盤１８と、ロボットを制御するロボット制御装置２０とを備える。ロボットエリアと組立ラインの間に、ハンド１４が移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが隣接して設けられ、オンハンド操作盤１８は、作業対象物にワークを組付ける際に、作業エリア内に位置するように設定されている。ロボット制御装置２０は、ロボット１６を自動制御する自動モードと、ロボット１６をオンハンド操作盤１８により手動制御する協働モードとを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立ライン上を移動する作業対象物にその外部からワークを組付けるための外部操作ハンドガイド装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くの自動車メーカが「モジュール化組付」を推進している。モジュール化組付とは、車体に組付ける複数の部品を１つのモジュールに予め組付けておき、このモジュールを車体に組付ける部品組付手段である。
このようなモジュール化組付により、部品組付のための車両内乗込み作業を低減することができるが、その反面、モジュールが大型化し、作業者の負担が増大していた。
【０００３】
そこで、組立ライン上で移動する作業対象物（例えば、自動車の車体）にワーク（例えば、インストゥルメントパネルなどのモジュール）を組付ける際の、作業者の負担を軽減する手段が種々、提案されている（例えば、特許文献１〜３、非特許文献１、２）。
【０００４】
非特許文献１、２及び特許文献３は、いわゆるパワーアシスト装置であり、作業全体を作業者が実施するが、これらの装置によりワークの重量を支持することで、作業員による重量物の扱いを容易にするものである。
特許文献１、２は、いわゆるハンドガイド装置であり、人の操作入力によりロボットを操作し、人とロボットが協働作業するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３８７２３８７号公報、「人間と共存するロボットの制御装置と制御方法」
【特許文献２】特許特開２００８−２１３１１９号公報、「協調作業ロボットとその制御方法」
【特許文献３】特開２００９−０３４７５８号公報、「パワーアシスト装置及びその制御方法」
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】鴻巣仁司，荒木勇，山田陽滋、「自動車組立作業支援装置スキルアシストの実用化」日本ロボット学会誌Ｖｏｌ．２２ Ｎｏ．４，ｐｐ．５０８〜５１４， ２００４
【非特許文献２】アイコクアルファ ラクラクハンド（リフトアシスト）、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｋｏｋｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｒｈ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（１） 非特許文献１、２は、本質的にパワーアシスト装置であり、重量物のハンドリングにおける作業者の負担は軽減されるが、供給装置など固定点に置かれたワークを把持するような単純作業であっても人が操作する必要があり、また操作の難易度も高い。
（２） 特許文献１、２は、いわゆるハンドガイド装置であり、組立ライン上を移動する作業対象物に対して人がロボットを操作してワークを近づける際、人は組付けなどの作業のための操作に加え、ライン速度に対応して、作業対象物に追従する操作を行なう必要がある。そのため、結果として動いている対象物に対する位置合わせ作業を実現する必要があり、操作の難易度がより高くなる。
【０００８】
（３） 作業対象物にワークを挿入する作業、例えば自動車の車体組立工程におけるインパネ組付けなどの場合は、ワークが作業対象物の中に入った状態になるので、作業者の操作モードになった後は、作業者がワークをライン速度に対応して動かさないと、ワークと作業対象物が衝突することになる。
（４） 作業対象物が移動するので、アシスト装置の可動範囲内で組付け作業を完了する必要がある。
【０００９】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、（１）単純作業はロボットに任せ、人の判断や経験を必要とする作業時のみ、人がロボットを操作して、組立ライン上を移動する作業対象物にワークを組付けることができ、（２）ライン速度に対応して、作業対象物に追従する操作を行なう必要がなく、（３）ワークと作業対象物の衝突を防止することができ、（４）装置の可動範囲内で組付作業を完了することができる外部操作ハンドガイド装置とその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、組立ライン上を移動する作業対象物にその外部からワークを組付けるための外部操作ハンドガイド装置であって、
ワークを把持するワーク把持装置と、該ワーク把持装置を有する細長いハンドと、該ハンドの末端部を片持ち支持し該末端部を所定のロボットエリア内で移動可能なロボットと、前記ハンドの末端部側に設けられロボットの作動を操作するオンハンド操作盤と、前記ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、
前記ロボットエリアと組立ラインの間に、前記ハンドが移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが隣接して設けられ、
前記オンハンド操作盤は、作業対象物にワークを組付ける際に、前記作業エリア内に位置するように設定されており、
前記ロボット制御装置は、ロボットを自動制御する自動モードと、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する協働モードとを有しており、
人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行する、ことを特徴とする外部操作ハンドガイド装置が提供される。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、前記安全エリア内に設けられ前記ロボットに制御信号を出力する外部操作盤と、ロボットの作動状態を表示する状態表示装置とを備え、
前記自動モードにおいて、外部操作盤により作業対象物にワークを位置合わせするタイミングを入力し、かつ状態表示装置により協働モードに切替え可能な状態を協働作業可能状況として表示し、
前記外部操作盤により協働モードに切替え、
協働モードにおいてロボットをオンハンド操作盤により手動制御して作業対象物にワークを組付けた後に、前記外部操作盤により自動モードに切替える。
【００１２】
また、前記ハンドに設けられオンハンド操作盤から死角となる領域の画像を撮影するカメラと、前記ハンドに設けられ前記領域にスリット、円弧、スポットまたはこれらの組み合わせのレーザ光を出力するレーザ装置と、オンハンド操作盤に設置されレーザ光の照射位置を含む前記画像を表示するモニタとからなる視覚支援装置を備える。
【００１３】
また、前記自動モードにおいて、協働モード以外では、前記安全エリアから前記作業エリア内に人が入れないように遮断するライン遮断装置を備える。
【００１４】
また、前記オンハンド操作盤は、安全を担保するために片手を占有するイネーブルスイッチと、直交３軸の並進入力と該３軸まわりの回転入力を片手操作で入力可能な片手操作入力デバイスとを備え、
前記協働モードにおいて、両手で前記イネーブルスイッチと片手操作入力デバイスを操作することによりロボットを手動制御できるようになっている。
【００１５】
また本発明によれば、ワークを把持するワーク把持装置と、該ワーク把持装置を有する細長いハンドと、該ハンドの末端部を片持ち支持し該末端部を所定のロボットエリア内で移動可能なロボットと、前記ハンドの末端部側に設けられロボットの作動を操作するオンハンド操作盤とを備え、前記ロボットエリアと組立ラインの間に、前記ハンドが移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが設けられ、前記ハンドは、作業対象物にワークを組付ける際に、前記作業エリアが形成される長さを有しており、この際に前記オンハンド操作盤は前記作業エリア内に位置するように設定されており、組立ライン上を移動する作業対象物にその外部からワークを組付けるための外部操作ハンドガイド装置の制御方法であって、
ロボットを自動制御する自動モードと、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する協働モードとを有しており、
人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行する、ことを特徴とする外部操作ハンドガイド装置の制御方法が提供される。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、前記組立ライン上において、自動モード及び協働モードにおいて、手動制御入力がないときに組立ラインと同じ速さでワークを移動させる。
【００１７】
また、前記協働モードにおいて、退避動作に必要な時間を常時演算し、前記時間が所定の第１閾値より短い場合にイエローゾーンと判断し、前記時間が第１閾値より短い所定の第２閾値より短い場合にレッドゾーンと判断し、それぞれアラームを発信する。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明の装置と方法によれば、ロボット制御装置が、ロボットを自動制御する「自動モード」と、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する「協働モード」とを有しており、人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行するので、単純作業は自動モードにおいてロボットが自動で行ない、最終組立のような位置決めの難しい作業は、協働モードにおいて人が判断しながらロボットを手動制御することで作業を行なうことができる。
【００１９】
また、ロボットエリアと組立ラインの間に、前記ハンドが移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが隣接して設けられ、協働モードにおいてロボットの作動を操作するオンハンド操作盤が、作業対象物にワークを組付ける際に、前記作業エリア内に位置するように設定されているので、人（作業員）はロボットエリアと組立ラインには入ることなく、作業エリア内から手作業することができる。
従って、人（作業員）が作業するための移動量が小さく、ワークと作業対象物にはさまれるおそれがない。
【００２０】
また、自動モードにおいて、人（作業員）は作業エリアに隣接した安全エリア内に退避しているので、ロボットの自動制御中に、ワークの確認（品種の正誤，外観，把持状態など）を目視で実施することができる。
【００２１】
さらに、前記自動モードにおいて、外部操作盤により作業対象物にワークを位置合わせするタイミングを入力するので、作業対象物の開口部から車内にワークを挿入する場合など、作業対象とワークの位置を合わせないとロボットの動作が継続できない場合でも、人（作業員）が作業対象とロボットの間にいるので、ライン上の作業対象の位置を見てタイミングや位置決め（ジョグ運転など）が行なえ、高度な位置決めセンサなどが不要となる。
【００２２】
また、人が車外にいるため、協働モードにおいて死角となる場所が発生するが、カメラ、レーザ装置、モニタからなる視覚支援装置を有するので、作業性を向上できる。
【００２３】
また、自動モード及び協働モードの両モードにおいて、手動制御入力がないときに組立ラインと同じ速さでワークを移動させるので、オンハンド操作盤の操作時にイネーブルスイッチの状態に関わらずロボットがライン速度に追従するので、人（作業員）がイネーブルスイッチを押すまでの間にロボットが作業対象物に干渉することもなく、また作業員が操作中もライン速度に追従することは気にせずに、相対的にロボットが把持するワークと作業対象は停止した状態で作業できるので、作業性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による外部操作ハンドガイド装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明におけるロボットの構成図である。
【図３】本発明におけるオンハンド操作盤の構成図である。
【図４】本発明による外部操作ハンドガイド装置の制御方法のフロー図である。
【図５】本発明による外部操作ハンドガイド装置の作動説明図である。
【図６】本発明における干渉防止装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２６】
図１は、本発明による外部操作ハンドガイド装置の全体構成を示す平面図である。
本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、組立ライン１上を移動する作業対象物２にその外部からワーク３を組付けるためのハンドガイド装置である。この例における組立ライン１は、作業対象物２（この例で自動車の車体）にワーク３（この例でインストゥルメントパネルなどのモジュール）を組付けるラインであり、作業対象物２は所定の速度で左方（図で）に連続的に移動するようになっている。
作業対象物２（車体）には、開口部２ａ（車体のドア部）が設けられており、この開口部２ａを通してワーク３を車内に挿入することができる。またこの図で４はロボットのハンド取付け部（後述するハンドの末端部）が移動するロボットエリア４ａを仕切るロボットエリア安全柵、５は組立ライン１を仕切る人エリア安全柵である。
【００２７】
図１において、本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、ワーク把持装置１２、ハンド１４、ロボット１６、オンハンド操作盤１８、及びロボット制御装置２０を備える。
【００２８】
図２は、本発明におけるロボットの構成図である。なおこの図は、ハンド１４の長手方向から見ている。
図１及び図２において、ワーク把持装置１２は、ワーク３を把持するエンドエフェクタである。
ハンド１４は、ワーク把持装置１２を中間位置に有する細長い部材であり、この例ではほぼ水平に位置する。ハンド１４は、作業対象物２にワーク３を組付ける際に、ロボットエリア４ａと組立ライン１との間に人が通行可能な通路が形成される長さを有している。この通路は、ハンド１４が移動可能な「作業エリア１ｂ」と、ハンド１４が侵入できない「安全エリア１ｃ」とからなり、互いに隣接して設けられる。
また、作業対象物にワークを組付ける際に、オンハンド操作盤１８は作業エリア１ｂ内に位置するように設定されている。
【００２９】
ロボット１６は、この例では多関節ロボットであり、ハンド１４の末端部１４ａ（図１で上端）を片持ち支持し、末端部１４ａを所定のロボットエリア４ａ内で移動可能に構成されている。本願において、ロボット１６は、多関節ロボットに限定されず、その他の周知のロボットであってもよい。
オンハンド操作盤１８は、ハンド１４の末端部側に設けられ、作業エリア１ｂ内で人６（例えば作業員）がオンハンド操作盤１８を操作してロボット１６の作動を操作するようになっている。
【００３０】
ロボット制御装置２０は、ロボット１６を制御する。
本発明において、ロボット制御装置２０は、ロボット１６を自動制御する「自動モード」と、ロボット１６をオンハンド操作盤１８により手動制御する「協働モード」とを有している。
自動モードでは、人６（作業員）の操作なしに、所定のシーケンス又はプログラムに従い、ロボット１６を自動制御する。
協働モードでは、人６（作業員）がオンハンド操作盤１８を操作してロボット１６の作動を操作するようになっている。
また、本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行するようになっている。
この制御内容の詳細は後述する。
【００３１】
図３は、本発明におけるオンハンド操作盤の構成図である。
本発明におけるオンハンド操作盤１８は、イネーブルスイッチ１８ａ、片手操作入力デバイス１８ｂ、表示灯１８ｃ及び押釦スイッチ１８ｄを備える。
イネーブルスイッチ１８ａは、安全を担保するために片手を占有し、これを把持することでスイッチがＯＮするようになっている。
片手操作入力デバイス１８ｂは、直交３軸の並進入力と該３軸まわりの回転入力を片手操作で入力可能に構成されている。
また本発明の協働モードにおいて、両手でイネーブルスイッチ１８ａと片手操作入力デバイス１８ｂを操作することによりロボット１６を手動制御できるようになっている。
なお、片手操作入力デバイスの軸数は直交３軸の並進入力と該３軸まわりの回転入力に限定されず、操作内容に応じて軸数を減らした構成であってもよい。また、入力デバイスは片手操作入力デバイスに限定されず、２つの入力デバイスを両手で操作してロボット１６を手動制御する構成であってもよい。
表示灯１８ｃは、外部操作ハンドガイド装置１０の種々の状態（例えば、後述するイエローゾーン及びレッドゾーン）を表示し、押釦スイッチ１８ｄは種々の信号（例えば、非常停止信号）を出力するようになっている。
【００３２】
図１において、本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、さらに外部操作盤２２、状態表示装置２４、ライン遮断装置２６、及びロボットエリア遮断装置２７を備える。
【００３３】
外部操作盤２２は、組立ライン１及びロボット１６の作業エリア（安全柵４内）の外側に設けられ、作業開始スイッチ、作業終了スイッチ、モード切替スイッチ、継続スイッチ、非常停止スイッチ等を備え、ロボット１６（すなわちロボット制御装置２０）にそれぞれの制御信号を出力する。
状態表示装置２４は、ロボット１６の作動状態を表示する。この作動状態は、例えば自動モードと協働モード、後述する協働作業可能状況、イエローゾーン、レッドゾーン、ライン停止のアラームなどである。
なお、図１では、外部操作盤２２と状態表示装置２４を安全エリア１ｃの同一位置に設置しているが、それぞれ別の位置に設置してもよい。
【００３４】
本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、自動モードにおいて、外部操作盤２２により作業対象物２にワーク３を位置合わせするタイミングを入力し、状態表示装置２４により協働モードに切替え可能な状態を「協働作業可能状況」として表示し、外部操作盤２２上の作業開始スイッチによる作業開始信号により、「協働モード」に切替え、外部操作盤２２上の作業完了スイッチによる作業完了信号により、「自動モード」に切替えるようになっている。
なお、作業開始スイッチ及び作業終了スイッチに連動せずに、モード切替スイッチで「自動モード」に切替えてもよい。
【００３５】
ライン遮断装置２６は、例えばライトカーテン又はシャッターであり、協働モード以外で、安全エリア１ｃから作業エリア１ｂ内に人が入らないように通路を遮断する。
【００３６】
ロボットエリア遮断装置２７は、例えばライトカーテン又はシャッターであり、本発明の外部操作ハンドガイド装置１０がロボットエリア４ａ内で作動中において、ロボットエリア内に人が入ったり、ロボットがロボットエリア外に出たりしないようにロボットエリアの開口部を遮断する。
【００３７】
図１において、本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、さらに視覚支援装置３０を備える。視覚支援装置３０は、ハンド１４に設けられオンハンド操作盤１８から死角となる領域の画像を撮影するカメラ３２と、ハンド１４に設けられ前記領域にスリット、円弧、スポットまたはこれらの組み合わせのレーザ光を出力するレーザ装置３４と、オンハンド操作盤１８に設置されレーザ光の照射位置を含む画像を表示するモニタ３６とからなる。
この構成により、死角となる領域をモニタ３６で確認することができ、かつレーザ光の照射位置の形状により対象物の姿勢が判断できるので、作業性を向上できる。
【００３８】
図４は、本発明による外部操作ハンドガイド装置の作動説明図であり、（Ａ）は前半の自動モード、（Ｂ）は協働モード、（Ｃ）は後半の自動モードを示している。
また図５は、本発明による外部操作ハンドガイド装置の制御方法のフロー図であり、Ｓ１〜Ｓ１６のステップ（工程）からなる。
【００３９】
本発明による制御では、初めにライン情報を取得し（Ｓ１）、自動モードを表示する（Ｓ２）。
【００４０】
図４（Ａ）は、前半の自動モードにおいて、作業対象物２の開口部２ａへの位置合わせ状態（後述するＳ６）を示している。
前半の自動モードでは、ロボット１６は自動制御される。この自動モードにおいて、作業対象物２の情報を取得し（Ｓ３）、供給位置でワーク３を把持し（Ｓ４）、開口部手前まで搬送する（Ｓ５）。この搬送と並行して、安全エリア１ｃ内に退避する人６（作業員）は、ロボットが把持して搬送中のワーク３を目視でチェックする（Ｓ５ｂ）。この目視チェックでワーク３に異常がある場合には、例えば非常停止スイッチで非常停止する。
【００４１】
さらにこの自動モードにおいて、外部操作盤２２により作業対象物２にワーク３を位置合わせする（Ｓ６）。この位置合わせは、（１）連続的に移動する作業対象物２の開口部２ａに対してハンド１４及びワーク３が干渉しない位置になったら、外部操作盤２２の「継続スイッチ」をＯＮする、又は（２）安全エリア１ｃ内に設置したワーク移動用のジョグ運転ボタンを人が操作し、作業対象物２の開口部２ａに対してハンド１４及びワーク３が干渉しない位置になったら、外部操作盤２２の「継続スイッチ」をＯＮするのがよい。
【００４２】
この位置合わせ（Ｓ６）により、自動モードが継続され、ワーク３を開口部２ａへ挿入し（Ｓ７）、ワーク３を組付位置に接近させ（Ｓ８）、ワーク３をライン速度に同期させ（Ｓ９）、状態表示装置２４により協働作業可能状況を表示する（Ｓ１０）。
なお、ハンド１８は、作業対象物にワークを組付ける際に、ロボットエリア４ａと組立ライン１との間に人が通行可能な通路が形成される長さを有しているので、ワーク３が組付位置に接近する状態（Ｓ８）において、オンハンド操作盤１８は、作業エリア１ｂ内に位置する状態となる。
【００４３】
協働作業可能状況のときに外部操作盤で協働モードへの変更がなされるまで、人６（例えば作業員）は、安全エリア１ｃ（図で右側）に退避しており、ライン遮断装置２６により安全エリア１ｃから作業エリア１ｂ内に人が入らないように通路が遮断されている。
協働モードに変更されると、人６は、安全エリア１ｃから作業エリア１ｂ内に入ることができ、作業エリア１ｂ内に位置するオンハンド操作盤１８を操作できる状態となる。
なお、人がオンハンド操作盤１８の操作を開始するまでの間も、ロボット１６による自動制御によりワーク３はライン速度に同期している（Ｓ９）。すなわち組立ライン上において、自動モード及び協働モードにおいて、手動制御入力がないときに組立ライン１と同じ速さでワーク３を移動させるようになっている。
【００４４】
図４（Ｂ）は、協働モードにおいて、人６がロボット１６（すなわちオンハンド操作盤１８）を操作して、組立ライン１上を移動する作業対象物２にワーク３を組付ける状態（後述するＳ１２）を示している。
この協働モードでは、ロボット１６は人６（作業員）によるオンハンド操作盤１８により手動制御される。
協働可能状況において、人６が外部操作盤２２の作業開始スイッチをＯＮし（Ｓ１１）、作業エリア１ｂ内に位置するオンハンド操作盤１８を操作して、作業対象物２にワーク３を組付ける協働作業（組付作業）を実施する（Ｓ１２）。
【００４５】
また、本発明において、手動制御時であっても、ロボット１６によりワーク３はライン速度に同期しながら手動制御入力を受け付けて作動するようになっている。
【００４６】
なお、自動モード及び協働モードにおけるワーク３の組立ライン１との同期制御は、必須ではなく、自動モード、協働モードの一方又は両方において、ワーク３を組立ライン１と同期させなくてもよい。
すなわち、ワークの同期制御は、以下の４通りのいずれであってもよい。
（１） 自動モード及び協働モードの両方で同期。
人が未操作時にロボットと作業対象が干渉しないように動作させ、人が操作時もライン速度を補正しつつ、人の操作を受け付ける。
（２） 自動モードで同期、協働モードで非同期。
人が未操作時にロボットと作業対象が干渉しないように動作させ、人が操作時はライン速度への追従を含め人が操作する。
（３） 自動モードで非同期、協働モードで同期。
人が未操作時にライン速度への追従を含め人が操作し、人が操作時はライン速度を補正しつつ、人の操作を受け付ける。
（４） 自動モード及び協働モードの両方で非同期。
人が未操作時にライン速度への追従を含め人が操作し、人が操作時もライン速度への追従を含め人が操作する。
【００４７】
また、この協働モードにおいて、ロボット制御装置２０により退避動作に必要な時間を常時演算し、この時間が所定の第１閾値より短い場合にイエローゾーンと判断し、この時間が第１閾値より短い所定の第２閾値より短い場合にレッドゾーンと判断し、それぞれアラームを発信する。
すなわち作業完了後に退避動作をするのに必要な距離を演算し、ロボット１６の所定のロボットエリア４ａ内において、残りの可動範囲に対応して、作業完了を急がなければならないイエローゾーンと、これ回避不可となるレッドゾーンと、ライン停止信号とを発信し、状態表示装置２４にアラームを表示する。
【００４８】
この協働作業（組付作業）が完了し、人６が作業エリア１ｂから安全エリア１ｃ（図で右側）に退避し、外部操作盤２２の作業完了スイッチをＯＮして作業完了信号（Ｓ１３）を出力すると、ロボット制御装置２０が作業完了信号を受信して協働モードが終了し、自動モードが表示され（Ｓ１４）、後半の自動モードに切り替わる。
なお、外部操作盤２２の作業完了スイッチをＯＮする前に、人が操作してワーク３を開放し（後述するＳ１５）、ロボットを少し退避させてもよい。
【００４９】
図４（Ｃ）は、後半の自動モードにおいて、作業対象物２の開口部２ａからワーク３が退避する状態（後述のＳ１６）を示している。
後半の自動モードでは、ロボット１６は自動制御される。後半の自動モードでは、ロボット１６を自動制御してワーク３を開放し（Ｓ１５）、ロボット制御装置２０によりハンド１４を開口部２ａ（車体のドア部）より離脱させる（Ｓ１６）。
次いで、ロボット１６を自動制御してロボットの初期位置（待機位置）まで復帰させる。
【００５０】
上述したように本発明の外部操作ハンドガイド装置の制御方法は、ロボットを自動制御する自動モードと、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する協働モードとを有しており、人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行するようになっている。
【００５１】
図６は、本発明における干渉防止装置の構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。また、この図において、２ｂは作業対象物２の開口部２ａの後方（図で右側）に位置する車体干渉部位である。
図６に示す干渉防止装置４０は、遮断検出用の光電センサ４２とセンサアーム４４とアクチュエータ（図示せず）とからなる。センサアーム４４は、光電センサ４２を先端部に有し、ハンド１４に取付けられ、後方と上方との間で揺動可能に構成されている。図示しないアクチュエータは、ハンド１４に取付けられ、センサアーム４４を揺動させる。
この構成により、センサアーム４４を後方に揺動させた状態において、光電センサ３２により車体干渉部位２ｂを幅方向に挟んで無接触で検知すると、ハンド１４を一定量前進させることで、ワーク３をライン速度に同期させるようになっている。
なお、この構成において、ハンド１４の挿入又は離脱の際は、センサアーム３４を上方に揺動させて、車体干渉部位２ｂとの干渉を回避するようになっている。
【００５２】
なお、ワーク３のライン同期（上述のＳ９）は、この構成に限定されず、例えばライン速度を直接計測しても、或いは上位システムからライン速度情報を取得してもよい。また、上記構成以外のセンサ（例えば、リミットスイッチ、光電センサ、静電センサ等）を用いてもよい。
【００５３】
上述した本発明の装置と方法によれば、ロボット制御装置２０が、ロボット１６を自動制御する「自動モード」と、ロボット１６をオンハンド操作盤１８により手動制御する「協働モード」とを有しており、人６の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行するので、単純作業は自動モードにおいてロボット１６が自動で行ない、最終組立のように位置決めの難しい作業は、協働モードにおいて人６が判断しながらロボットを手動制御することで作業を行なうことができる。
【００５４】
また、ロボットエリア４ａと組立ライン１の間に、ハンド１４が移動可能な作業エリア１ｂとハンド１４が侵入できない安全エリア１ｃとが隣接して設けられ、協働モードにおいてロボットの作動を操作するオンハンド操作盤１８が、作業対象物２にワーク３を組付ける際に、作業エリア１ｂ内に位置するように設定されているので、人６（作業員）はロボットエリア４ａと組立ライン１に入ることなく、作業エリア１ｂ内から手作業することができる。
従って、人６（作業員）が作業するための移動量が小さく、ワークと作業対象物にはさまれるおそれがない。
【００５５】
また、自動モードにおいて、人６（作業員）は作業エリア１ｂに隣接した安全エリア１ｃ内に退避しているので、ロボットの自動制御中に、ワークの確認（品種の正誤，外観，把持状態など）を目視で実施することができる。
【００５６】
さらに、自動モードにおいて、外部操作盤２２により作業対象物にワークを位置合わせするタイミングを入力するので、作業対象物２の開口部２ａから車内にワーク３を挿入する場合など、作業対象とワークの位置を合わせないとロボットの動作が継続できない場合でも、人（作業員）が作業対象とロボットの間にいるので、ライン上の作業対象の位置を見てタイミングや位置決め（ジョグ運転など）が行なえ、高度な位置決めセンサなどが不要となる。
【００５７】
また、人６が車外にいるため、協働モードにおいて死角となる場所が発生するが、カメラ３２、レーザ装置３４、モニタ３６からなる視覚支援装置３０を有するので、作業性を向上できる。
【００５８】
また、自動モード及び協働モードの両モードにおいて、手動制御入力がないときに組立ラインと同じ速さでワークを移動させるので、オンハンド操作盤の操作時にイネーブルスイッチの状態に関わらずロボットがライン速度に追従するので、人（作業員）がイネーブルスイッチを押すまでの間にロボットが作業対象物に干渉することもなく、また作業員が操作中もライン速度に追従することは気にせずに、相対的にロボットが把持するワークと作業対象は停止した状態で作業できるので、作業性を向上できる。
【００５９】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 組立ライン、１ｂ 作業エリア、１ｃ 安全エリア、
２ 作業対象物（自動車の車体）、
２ａ 開口部（車体のドア部）、２ｂ 車体干渉部位、
３ ワーク（インストゥルメントパネル）、
４ ロボットエリア安全柵、４ａ ロボットエリア、
５ 人エリア安全柵、６ 人（作業員）、
１０ 外部操作ハンドガイド装置、
１２ ワーク把持装置（エンドエフェクタ）、
１４ ハンド、
１６ ロボット（多関節ロボット）、
１８ オンハンド操作盤、
１８ａ イネーブルスイッチ、
１８ｂ 片手操作入力デバイス、
１８ｃ 表示灯、１８ｄ 押釦スイッチ、
２０ ロボット制御装置、
２２ 外部操作盤、２４ 状態表示装置、
２６ ライン遮断装置、
２７ ロボットエリア遮断装置、
３０ 視覚支援装置、３２ カメラ、
３４ レーザ装置、３６ モニタ、
４０ 干渉防止装置、４２ 光電センサ、
４４ センサアーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立ライン上を移動する作業対象物にその外部からワークを組付けるための外部操作ハンドガイド装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、多くの自動車メーカが「モジュール化組付」を推進している。モジュール化組付とは、車体に組付ける複数の部品を１つのモジュールに予め組付けておき、このモジュールを車体に組付ける部品組付手段である。
このようなモジュール化組付により、部品組付のための車両内乗込み作業を低減することができるが、その反面、モジュールが大型化し、作業者の負担が増大していた。
【０００３】
そこで、組立ライン上で移動する作業対象物（例えば、自動車の車体）にワーク（例えば、インストゥルメントパネルなどのモジュール）を組付ける際の、作業者の負担を軽減する手段が種々、提案されている（例えば、特許文献１〜３、非特許文献１、２）。
【０００４】
非特許文献１、２及び特許文献３は、いわゆるパワーアシスト装置であり、作業全体を作業者が実施するが、これらの装置によりワークの重量を支持することで、作業員による重量物の扱いを容易にするものである。
特許文献１、２は、いわゆるハンドガイド装置であり、人の操作入力によりロボットを操作し、人とロボットが協働作業するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３８７２３８７号公報、「人間と共存するロボットの制御装置と制御方法」
【特許文献２】特許特開２００８−２１３１１９号公報、「協調作業ロボットとその制御方法」
【特許文献３】特開２００９−０３４７５８号公報、「パワーアシスト装置及びその制御方法」
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】鴻巣仁司，荒木勇，山田陽滋、「自動車組立作業支援装置スキルアシストの実用化」日本ロボット学会誌Ｖｏｌ．２２ Ｎｏ．４，ｐｐ．５０８〜５１４， ２００４
【非特許文献２】アイコクアルファ ラクラクハンド（リフトアシスト）、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｋｏｋｕ．ｃｏ．ｊｐ／ｒｈ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（１） 非特許文献１、２は、本質的にパワーアシスト装置であり、重量物のハンドリングにおける作業者の負担は軽減されるが、供給装置など固定点に置かれたワークを把持するような単純作業であっても人が操作する必要があり、また操作の難易度も高い。
（２） 特許文献１、２は、いわゆるハンドガイド装置であり、組立ライン上を移動する作業対象物に対して人がロボットを操作してワークを近づける際、人は組付けなどの作業のための操作に加え、ライン速度に対応して、作業対象物に追従する操作を行なう必要がある。そのため、結果として動いている対象物に対する位置合わせ作業を実現する必要があり、操作の難易度がより高くなる。
【０００８】
（３） 作業対象物にワークを挿入する作業、例えば自動車の車体組立工程におけるインパネ組付けなどの場合は、ワークが作業対象物の中に入った状態になるので、作業者の操作モードになった後は、作業者がワークをライン速度に対応して動かさないと、ワークと作業対象物が衝突することになる。
（４） 作業対象物が移動するので、アシスト装置の可動範囲内で組付け作業を完了する必要がある。
【０００９】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、（１）単純作業はロボットに任せ、人の判断や経験を必要とする作業時のみ、人がロボットを操作して、組立ライン上を移動する作業対象物にワークを組付けることができ、（２）ライン速度に対応して、作業対象物に追従する操作を行なう必要がなく、（３）ワークと作業対象物の衝突を防止することができ、（４）装置の可動範囲内で組付作業を完了することができる外部操作ハンドガイド装置とその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、組立ライン上を移動する作業対象物にその外部からワークを組付けるための外部操作ハンドガイド装置であって、
ワークを把持するワーク把持装置と、該ワーク把持装置を有する細長いハンドと、該ハンドの末端部を片持ち支持し該末端部を所定のロボットエリア内で移動可能なロボットと、前記ハンドの末端部側に設けられロボットの作動を操作するオンハンド操作盤と、前記ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、
前記ロボットエリアと組立ラインの間に、前記ハンドが移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが隣接して設けられ、
前記オンハンド操作盤は、作業対象物にワークを組付ける際に、前記作業エリア内に位置するように設定されており、
前記ロボット制御装置は、ロボットを自動制御する自動モードと、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する協働モードとを有しており、
人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行する、ことを特徴とする外部操作ハンドガイド装置が提供される。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、前記安全エリア内に設けられ前記ロボットに制御信号を出力する外部操作盤と、ロボットの作動状態を表示する状態表示装置とを備え、
前記自動モードにおいて、外部操作盤により作業対象物にワークを位置合わせするタイミングを入力し、かつ状態表示装置により協働モードに切替え可能な状態を協働作業可能状況として表示し、
前記外部操作盤により協働モードに切替え、
協働モードにおいてロボットをオンハンド操作盤により手動制御して作業対象物にワークを組付けた後に、前記外部操作盤により自動モードに切替える。
【００１２】
また、前記ハンドに設けられオンハンド操作盤から死角となる領域の画像を撮影するカメラと、前記ハンドに設けられ前記領域にスリット、円弧、スポットまたはこれらの組み合わせのレーザ光を出力するレーザ装置と、オンハンド操作盤に設置されレーザ光の照射位置を含む前記画像を表示するモニタとからなる視覚支援装置を備える。
【００１３】
また、前記自動モードにおいて、協働モード以外では、前記安全エリアから前記作業エリア内に人が入れないように遮断するライン遮断装置を備える。
【００１４】
また、前記オンハンド操作盤は、安全を担保するために片手を占有するイネーブルスイッチと、直交３軸の並進入力と該３軸まわりの回転入力を片手操作で入力可能な片手操作入力デバイスとを備え、
前記協働モードにおいて、両手で前記イネーブルスイッチと片手操作入力デバイスを操作することによりロボットを手動制御できるようになっている。
【００１５】
また本発明によれば、ワークを把持するワーク把持装置と、該ワーク把持装置を有する細長いハンドと、該ハンドの末端部を片持ち支持し該末端部を所定のロボットエリア内で移動可能なロボットと、前記ハンドの末端部側に設けられロボットの作動を操作するオンハンド操作盤とを備え、前記ロボットエリアと組立ラインの間に、前記ハンドが移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが設けられ、前記ハンドは、作業対象物にワークを組付ける際に、前記作業エリアが形成される長さを有しており、この際に前記オンハンド操作盤は前記作業エリア内に位置するように設定されており、組立ライン上を移動する作業対象物にその外部からワークを組付けるための外部操作ハンドガイド装置の制御方法であって、
ロボットを自動制御する自動モードと、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する協働モードとを有しており、
人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行する、ことを特徴とする外部操作ハンドガイド装置の制御方法が提供される。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、前記組立ライン上において、自動モード及び協働モードにおいて、手動制御入力がないときに組立ラインと同じ速さでワークを移動させる。
【００１７】
また、前記協働モードにおいて、退避動作に必要な時間を常時演算し、前記時間が所定の第１閾値より短い場合にイエローゾーンと判断し、前記時間が第１閾値より短い所定の第２閾値より短い場合にレッドゾーンと判断し、それぞれアラームを発信する。
【発明の効果】
【００１８】
上記本発明の装置と方法によれば、ロボット制御装置が、ロボットを自動制御する「自動モード」と、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する「協働モード」とを有しており、人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行するので、単純作業は自動モードにおいてロボットが自動で行ない、最終組立のような位置決めの難しい作業は、協働モードにおいて人が判断しながらロボットを手動制御することで作業を行なうことができる。
【００１９】
また、ロボットエリアと組立ラインの間に、前記ハンドが移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが隣接して設けられ、協働モードにおいてロボットの作動を操作するオンハンド操作盤が、作業対象物にワークを組付ける際に、前記作業エリア内に位置するように設定されているので、人（作業員）はロボットエリアと組立ラインには入ることなく、作業エリア内から手作業することができる。
従って、人（作業員）が作業するための移動量が小さく、ワークと作業対象物にはさまれるおそれがない。
【００２０】
また、自動モードにおいて、人（作業員）は作業エリアに隣接した安全エリア内に退避しているので、ロボットの自動制御中に、ワークの確認（品種の正誤，外観，把持状態など）を目視で実施することができる。
【００２１】
さらに、前記自動モードにおいて、外部操作盤により作業対象物にワークを位置合わせするタイミングを入力するので、作業対象物の開口部から車内にワークを挿入する場合など、作業対象とワークの位置を合わせないとロボットの動作が継続できない場合でも、人（作業員）が作業対象とロボットの間にいるので、ライン上の作業対象の位置を見てタイミングや位置決め（ジョグ運転など）が行なえ、高度な位置決めセンサなどが不要となる。
【００２２】
また、人が車外にいるため、協働モードにおいて死角となる場所が発生するが、カメラ、レーザ装置、モニタからなる視覚支援装置を有するので、作業性を向上できる。
【００２３】
また、自動モード及び協働モードの両モードにおいて、手動制御入力がないときに組立ラインと同じ速さでワークを移動させるので、オンハンド操作盤の操作時にイネーブルスイッチの状態に関わらずロボットがライン速度に追従するので、人（作業員）がイネーブルスイッチを押すまでの間にロボットが作業対象物に干渉することもなく、また作業員が操作中もライン速度に追従することは気にせずに、相対的にロボットが把持するワークと作業対象は停止した状態で作業できるので、作業性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による外部操作ハンドガイド装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明におけるロボットの構成図である。
【図３】本発明におけるオンハンド操作盤の構成図である。
【図４】本発明による外部操作ハンドガイド装置の制御方法のフロー図である。
【図５】本発明による外部操作ハンドガイド装置の作動説明図である。
【図６】本発明における干渉防止装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２６】
図１は、本発明による外部操作ハンドガイド装置の全体構成を示す平面図である。
本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、組立ライン１上を移動する作業対象物２にその外部からワーク３を組付けるためのハンドガイド装置である。この例における組立ライン１は、作業対象物２（この例で自動車の車体）にワーク３（この例でインストゥルメントパネルなどのモジュール）を組付けるラインであり、作業対象物２は所定の速度で左方（図で）に連続的に移動するようになっている。
作業対象物２（車体）には、開口部２ａ（車体のドア部）が設けられており、この開口部２ａを通してワーク３を車内に挿入することができる。またこの図で４はロボットのハンド取付け部（後述するハンドの末端部）が移動するロボットエリア４ａを仕切るロボットエリア安全柵、５は組立ライン１を仕切る人エリア安全柵である。
【００２７】
図１において、本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、ワーク把持装置１２、ハンド１４、ロボット１６、オンハンド操作盤１８、及びロボット制御装置２０を備える。
【００２８】
図２は、本発明におけるロボットの構成図である。なおこの図は、ハンド１４の長手方向から見ている。
図１及び図２において、ワーク把持装置１２は、ワーク３を把持するエンドエフェクタである。
ハンド１４は、ワーク把持装置１２を中間位置に有する細長い部材であり、この例ではほぼ水平に位置する。ハンド１４は、作業対象物２にワーク３を組付ける際に、ロボットエリア４ａと組立ライン１との間に人が通行可能な通路が形成される長さを有している。この通路は、ハンド１４が移動可能な「作業エリア１ｂ」と、ハンド１４が侵入できない「安全エリア１ｃ」とからなり、互いに隣接して設けられる。
また、作業対象物にワークを組付ける際に、オンハンド操作盤１８は作業エリア１ｂ内に位置するように設定されている。
【００２９】
ロボット１６は、この例では多関節ロボットであり、ハンド１４の末端部１４ａ（図１で上端）を片持ち支持し、末端部１４ａを所定のロボットエリア４ａ内で移動可能に構成されている。本願において、ロボット１６は、多関節ロボットに限定されず、その他の周知のロボットであってもよい。
オンハンド操作盤１８は、ハンド１４の末端部側に設けられ、作業エリア１ｂ内で人６（例えば作業員）がオンハンド操作盤１８を操作してロボット１６の作動を操作するようになっている。
【００３０】
ロボット制御装置２０は、ロボット１６を制御する。
本発明において、ロボット制御装置２０は、ロボット１６を自動制御する「自動モード」と、ロボット１６をオンハンド操作盤１８により手動制御する「協働モード」とを有している。
自動モードでは、人６（作業員）の操作なしに、所定のシーケンス又はプログラムに従い、ロボット１６を自動制御する。
協働モードでは、人６（作業員）がオンハンド操作盤１８を操作してロボット１６の作動を操作するようになっている。
また、本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行するようになっている。
この制御内容の詳細は後述する。
【００３１】
図３は、本発明におけるオンハンド操作盤の構成図である。
本発明におけるオンハンド操作盤１８は、イネーブルスイッチ１８ａ、片手操作入力デバイス１８ｂ、表示灯１８ｃ及び押釦スイッチ１８ｄを備える。
イネーブルスイッチ１８ａは、安全を担保するために片手を占有し、これを把持することでスイッチがＯＮするようになっている。
片手操作入力デバイス１８ｂは、直交３軸の並進入力と該３軸まわりの回転入力を片手操作で入力可能に構成されている。
また本発明の協働モードにおいて、両手でイネーブルスイッチ１８ａと片手操作入力デバイス１８ｂを操作することによりロボット１６を手動制御できるようになっている。
なお、片手操作入力デバイスの軸数は直交３軸の並進入力と該３軸まわりの回転入力に限定されず、操作内容に応じて軸数を減らした構成であってもよい。また、入力デバイスは片手操作入力デバイスに限定されず、２つの入力デバイスを両手で操作してロボット１６を手動制御する構成であってもよい。
表示灯１８ｃは、外部操作ハンドガイド装置１０の種々の状態（例えば、後述するイエローゾーン及びレッドゾーン）を表示し、押釦スイッチ１８ｄは種々の信号（例えば、非常停止信号）を出力するようになっている。
【００３２】
図１において、本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、さらに外部操作盤２２、状態表示装置２４、ライン遮断装置２６、及びロボットエリア遮断装置２７を備える。
【００３３】
外部操作盤２２は、組立ライン１及びロボット１６の作業エリア（安全柵４内）の外側に設けられ、作業開始スイッチ、作業終了スイッチ、モード切替スイッチ、継続スイッチ、非常停止スイッチ等を備え、ロボット１６（すなわちロボット制御装置２０）にそれぞれの制御信号を出力する。
状態表示装置２４は、ロボット１６の作動状態を表示する。この作動状態は、例えば自動モードと協働モード、後述する協働作業可能状況、イエローゾーン、レッドゾーン、ライン停止のアラームなどである。
なお、図１では、外部操作盤２２と状態表示装置２４を安全エリア１ｃの同一位置に設置しているが、それぞれ別の位置に設置してもよい。
【００３４】
本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、自動モードにおいて、外部操作盤２２により作業対象物２にワーク３を位置合わせするタイミングを入力し、状態表示装置２４により協働モードに切替え可能な状態を「協働作業可能状況」として表示し、外部操作盤２２上の作業開始スイッチによる作業開始信号により、「協働モード」に切替え、外部操作盤２２上の作業完了スイッチによる作業完了信号により、「自動モード」に切替えるようになっている。
なお、作業開始スイッチ及び作業終了スイッチに連動せずに、モード切替スイッチで「自動モード」に切替えてもよい。
【００３５】
ライン遮断装置２６は、例えばライトカーテン又はシャッターであり、協働モード以外で、安全エリア１ｃから作業エリア１ｂ内に人が入らないように通路を遮断する。
【００３６】
ロボットエリア遮断装置２７は、例えばライトカーテン又はシャッターであり、本発明の外部操作ハンドガイド装置１０がロボットエリア４ａ内で作動中において、ロボットエリア内に人が入ったり、ロボットがロボットエリア外に出たりしないようにロボットエリアの開口部を遮断する。
【００３７】
図１において、本発明の外部操作ハンドガイド装置１０は、さらに視覚支援装置３０を備える。視覚支援装置３０は、ハンド１４に設けられオンハンド操作盤１８から死角となる領域の画像を撮影するカメラ３２と、ハンド１４に設けられ前記領域にスリット、円弧、スポットまたはこれらの組み合わせのレーザ光を出力するレーザ装置３４と、オンハンド操作盤１８に設置されレーザ光の照射位置を含む画像を表示するモニタ３６とからなる。
この構成により、死角となる領域をモニタ３６で確認することができ、かつレーザ光の照射位置の形状により対象物の姿勢が判断できるので、作業性を向上できる。
【００３８】
図４は、本発明による外部操作ハンドガイド装置の作動説明図であり、（Ａ）は前半の自動モード、（Ｂ）は協働モード、（Ｃ）は後半の自動モードを示している。
また図５は、本発明による外部操作ハンドガイド装置の制御方法のフロー図であり、Ｓ１〜Ｓ１６のステップ（工程）からなる。
【００３９】
本発明による制御では、初めにライン情報を取得し（Ｓ１）、自動モードを表示する（Ｓ２）。
【００４０】
図４（Ａ）は、前半の自動モードにおいて、作業対象物２の開口部２ａへの位置合わせ状態（後述するＳ６）を示している。
前半の自動モードでは、ロボット１６は自動制御される。この自動モードにおいて、作業対象物２の情報を取得し（Ｓ３）、供給位置でワーク３を把持し（Ｓ４）、開口部手前まで搬送する（Ｓ５）。この搬送と並行して、安全エリア１ｃ内に退避する人６（作業員）は、ロボットが把持して搬送中のワーク３を目視でチェックする（Ｓ５ｂ）。この目視チェックでワーク３に異常がある場合には、例えば非常停止スイッチで非常停止する。
【００４１】
さらにこの自動モードにおいて、外部操作盤２２により作業対象物２にワーク３を位置合わせする（Ｓ６）。この位置合わせは、（１）連続的に移動する作業対象物２の開口部２ａに対してハンド１４及びワーク３が干渉しない位置になったら、外部操作盤２２の「継続スイッチ」をＯＮする、又は（２）安全エリア１ｃ内に設置したワーク移動用のジョグ運転ボタンを人が操作し、作業対象物２の開口部２ａに対してハンド１４及びワーク３が干渉しない位置になったら、外部操作盤２２の「継続スイッチ」をＯＮするのがよい。
【００４２】
この位置合わせ（Ｓ６）により、自動モードが継続され、ワーク３を開口部２ａへ挿入し（Ｓ７）、ワーク３を組付位置に接近させ（Ｓ８）、ワーク３をライン速度に同期させ（Ｓ９）、状態表示装置２４により協働作業可能状況を表示する（Ｓ１０）。
なお、ハンド１８は、作業対象物にワークを組付ける際に、ロボットエリア４ａと組立ライン１との間に人が通行可能な通路が形成される長さを有しているので、ワーク３が組付位置に接近する状態（Ｓ８）において、オンハンド操作盤１８は、作業エリア１ｂ内に位置する状態となる。
【００４３】
協働作業可能状況のときに外部操作盤で協働モードへの変更がなされるまで、人６（例えば作業員）は、安全エリア１ｃ（図で右側）に退避しており、ライン遮断装置２６により安全エリア１ｃから作業エリア１ｂ内に人が入らないように通路が遮断されている。
協働モードに変更されると、人６は、安全エリア１ｃから作業エリア１ｂ内に入ることができ、作業エリア１ｂ内に位置するオンハンド操作盤１８を操作できる状態となる。
なお、人がオンハンド操作盤１８の操作を開始するまでの間も、ロボット１６による自動制御によりワーク３はライン速度に同期している（Ｓ９）。すなわち組立ライン上において、自動モード及び協働モードにおいて、手動制御入力がないときに組立ライン１と同じ速さでワーク３を移動させるようになっている。
【００４４】
図４（Ｂ）は、協働モードにおいて、人６がロボット１６（すなわちオンハンド操作盤１８）を操作して、組立ライン１上を移動する作業対象物２にワーク３を組付ける状態（後述するＳ１２）を示している。
この協働モードでは、ロボット１６は人６（作業員）によるオンハンド操作盤１８により手動制御される。
協働可能状況において、人６が外部操作盤２２の作業開始スイッチをＯＮし（Ｓ１１）、作業エリア１ｂ内に位置するオンハンド操作盤１８を操作して、作業対象物２にワーク３を組付ける協働作業（組付作業）を実施する（Ｓ１２）。
【００４５】
また、本発明において、手動制御時であっても、ロボット１６によりワーク３はライン速度に同期しながら手動制御入力を受け付けて作動するようになっている。
【００４６】
なお、自動モード及び協働モードにおけるワーク３の組立ライン１との同期制御は、必須ではなく、自動モード、協働モードの一方又は両方において、ワーク３を組立ライン１と同期させなくてもよい。
すなわち、ワークの同期制御は、以下の４通りのいずれであってもよい。
（１） 自動モード及び協働モードの両方で同期。
人が未操作時にロボットと作業対象が干渉しないように動作させ、人が操作時もライン速度を補正しつつ、人の操作を受け付ける。
（２） 自動モードで同期、協働モードで非同期。
人が未操作時にロボットと作業対象が干渉しないように動作させ、人が操作時はライン速度への追従を含め人が操作する。
（３） 自動モードで非同期、協働モードで同期。
人が未操作時にライン速度への追従を含め人が操作し、人が操作時はライン速度を補正しつつ、人の操作を受け付ける。
（４） 自動モード及び協働モードの両方で非同期。
人が未操作時にライン速度への追従を含め人が操作し、人が操作時もライン速度への追従を含め人が操作する。
【００４７】
また、この協働モードにおいて、ロボット制御装置２０により退避動作に必要な時間を常時演算し、この時間が所定の第１閾値より短い場合にイエローゾーンと判断し、この時間が第１閾値より短い所定の第２閾値より短い場合にレッドゾーンと判断し、それぞれアラームを発信する。
すなわち作業完了後に退避動作をするのに必要な距離を演算し、ロボット１６の所定のロボットエリア４ａ内において、残りの可動範囲に対応して、作業完了を急がなければならないイエローゾーンと、これ回避不可となるレッドゾーンと、ライン停止信号とを発信し、状態表示装置２４にアラームを表示する。
【００４８】
この協働作業（組付作業）が完了し、人６が作業エリア１ｂから安全エリア１ｃ（図で右側）に退避し、外部操作盤２２の作業完了スイッチをＯＮして作業完了信号（Ｓ１３）を出力すると、ロボット制御装置２０が作業完了信号を受信して協働モードが終了し、自動モードが表示され（Ｓ１４）、後半の自動モードに切り替わる。
なお、外部操作盤２２の作業完了スイッチをＯＮする前に、人が操作してワーク３を開放し（後述するＳ１５）、ロボットを少し退避させてもよい。
【００４９】
図４（Ｃ）は、後半の自動モードにおいて、作業対象物２の開口部２ａからワーク３が退避する状態（後述のＳ１６）を示している。
後半の自動モードでは、ロボット１６は自動制御される。後半の自動モードでは、ロボット１６を自動制御してワーク３を開放し（Ｓ１５）、ロボット制御装置２０によりハンド１４を開口部２ａ（車体のドア部）より離脱させる（Ｓ１６）。
次いで、ロボット１６を自動制御してロボットの初期位置（待機位置）まで復帰させる。
【００５０】
上述したように本発明の外部操作ハンドガイド装置の制御方法は、ロボットを自動制御する自動モードと、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する協働モードとを有しており、人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行するようになっている。
【００５１】
図６は、本発明における干渉防止装置の構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。また、この図において、２ｂは作業対象物２の開口部２ａの後方（図で右側）に位置する車体干渉部位である。
図６に示す干渉防止装置４０は、遮断検出用の光電センサ４２とセンサアーム４４とアクチュエータ（図示せず）とからなる。センサアーム４４は、光電センサ４２を先端部に有し、ハンド１４に取付けられ、後方と上方との間で揺動可能に構成されている。図示しないアクチュエータは、ハンド１４に取付けられ、センサアーム４４を揺動させる。
この構成により、センサアーム４４を後方に揺動させた状態において、光電センサ３２により車体干渉部位２ｂを幅方向に挟んで無接触で検知すると、ハンド１４を一定量前進させることで、ワーク３をライン速度に同期させるようになっている。
なお、この構成において、ハンド１４の挿入又は離脱の際は、センサアーム３４を上方に揺動させて、車体干渉部位２ｂとの干渉を回避するようになっている。
【００５２】
なお、ワーク３のライン同期（上述のＳ９）は、この構成に限定されず、例えばライン速度を直接計測しても、或いは上位システムからライン速度情報を取得してもよい。また、上記構成以外のセンサ（例えば、リミットスイッチ、光電センサ、静電センサ等）を用いてもよい。
【００５３】
上述した本発明の装置と方法によれば、ロボット制御装置２０が、ロボット１６を自動制御する「自動モード」と、ロボット１６をオンハンド操作盤１８により手動制御する「協働モード」とを有しており、人６の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行するので、単純作業は自動モードにおいてロボット１６が自動で行ない、最終組立のように位置決めの難しい作業は、協働モードにおいて人６が判断しながらロボットを手動制御することで作業を行なうことができる。
【００５４】
また、ロボットエリア４ａと組立ライン１の間に、ハンド１４が移動可能な作業エリア１ｂとハンド１４が侵入できない安全エリア１ｃとが隣接して設けられ、協働モードにおいてロボットの作動を操作するオンハンド操作盤１８が、作業対象物２にワーク３を組付ける際に、作業エリア１ｂ内に位置するように設定されているので、人６（作業員）はロボットエリア４ａと組立ライン１に入ることなく、作業エリア１ｂ内から手作業することができる。
従って、人６（作業員）が作業するための移動量が小さく、ワークと作業対象物にはさまれるおそれがない。
【００５５】
また、自動モードにおいて、人６（作業員）は作業エリア１ｂに隣接した安全エリア１ｃ内に退避しているので、ロボットの自動制御中に、ワークの確認（品種の正誤，外観，把持状態など）を目視で実施することができる。
【００５６】
さらに、自動モードにおいて、外部操作盤２２により作業対象物にワークを位置合わせするタイミングを入力するので、作業対象物２の開口部２ａから車内にワーク３を挿入する場合など、作業対象とワークの位置を合わせないとロボットの動作が継続できない場合でも、人（作業員）が作業対象とロボットの間にいるので、ライン上の作業対象の位置を見てタイミングや位置決め（ジョグ運転など）が行なえ、高度な位置決めセンサなどが不要となる。
【００５７】
また、人６が車外にいるため、協働モードにおいて死角となる場所が発生するが、カメラ３２、レーザ装置３４、モニタ３６からなる視覚支援装置３０を有するので、作業性を向上できる。
【００５８】
また、自動モード及び協働モードの両モードにおいて、手動制御入力がないときに組立ラインと同じ速さでワークを移動させるので、オンハンド操作盤の操作時にイネーブルスイッチの状態に関わらずロボットがライン速度に追従するので、人（作業員）がイネーブルスイッチを押すまでの間にロボットが作業対象物に干渉することもなく、また作業員が操作中もライン速度に追従することは気にせずに、相対的にロボットが把持するワークと作業対象は停止した状態で作業できるので、作業性を向上できる。
【００５９】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 組立ライン、１ｂ 作業エリア、１ｃ 安全エリア、
２ 作業対象物（自動車の車体）、
２ａ 開口部（車体のドア部）、２ｂ 車体干渉部位、
３ ワーク（インストゥルメントパネル）、
４ ロボットエリア安全柵、４ａ ロボットエリア、
５ 人エリア安全柵、６ 人（作業員）、
１０ 外部操作ハンドガイド装置、
１２ ワーク把持装置（エンドエフェクタ）、
１４ ハンド、
１６ ロボット（多関節ロボット）、
１８ オンハンド操作盤、
１８ａ イネーブルスイッチ、
１８ｂ 片手操作入力デバイス、
１８ｃ 表示灯、１８ｄ 押釦スイッチ、
２０ ロボット制御装置、
２２ 外部操作盤、２４ 状態表示装置、
２６ ライン遮断装置、
２７ ロボットエリア遮断装置、
３０ 視覚支援装置、３２ カメラ、
３４ レーザ装置、３６ モニタ、
４０ 干渉防止装置、４２ 光電センサ、
４４ センサアーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組立ライン上を移動する作業対象物に外部からワークを組付けるための外部操作ハンドガイド装置であって、
ワークを把持するワーク把持装置と、該ワーク把持装置を有する細長いハンドと、該ハンドの末端部を片持ち支持し該末端部を所定のロボットエリア内で移動可能なロボットと、前記ハンドの末端部側に設けられロボットの作動を操作するオンハンド操作盤と、前記ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、
前記ロボットエリアと組立ラインの間に、前記ハンドが移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが隣接して設けられ、
前記オンハンド操作盤は、作業対象物にワークを組付ける際に、前記作業エリア内に位置するように設定されており、
前記ロボット制御装置は、ロボットを自動制御する自動モードと、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する協働モードとを有しており、
人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行する、ことを特徴とする外部操作ハンドガイド装置。
【請求項２】
前記安全エリア内に設けられ前記ロボットに制御信号を出力する外部操作盤と、ロボットの作動状態を表示する状態表示装置とを備え、
前記自動モードにおいて、外部操作盤により作業対象物にワークを位置合わせするタイミングを入力し、かつ状態表示装置により協働モードに切替え可能な状態を協働作業可能状況として表示し、
前記外部操作盤により協働モードに切替え、
協働モードにおいてロボットをオンハンド操作盤により手動制御して作業対象物にワークを組付けた後に、前記外部操作盤により自動モードに切替える、ことを特徴とする請求項１に記載の外部操作ハンドガイド装置。
【請求項３】
また、前記ハンドに設けられオンハンド操作盤から死角となる領域の画像を撮影するカメラと、前記ハンドに設けられ前記領域にスリット、円弧、スポットまたはこれらの組み合わせのレーザ光を出力するレーザ装置と、オンハンド操作盤に設置されレーザ光の照射位置を含む前記画像を表示するモニタとからなる視覚支援装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の外部操作ハンドガイド装置。
【請求項４】
前記自動モードにおいて、状態表示装置により協働作業可能状況が表示されるまで、前記安全エリアから前記作業エリア内に人が入れないように遮断するライン遮断装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の外部操作ハンドガイド装置。
【請求項５】
前記オンハンド操作盤は、安全を担保するために片手を占有するイネーブルスイッチと、直交３軸の並進入力と該３軸まわりの回転入力を片手操作で入力可能な片手操作入力デバイスとを備え、
前記協働モードにおいて、両手で前記イネーブルスイッチと片手操作入力デバイスを操作することによりロボットを手動制御できるようになっている、ことを特徴とする請求項１に記載の外部操作ハンドガイド装置。
【請求項６】
ワークを把持するワーク把持装置と、該ワーク把持装置を有する細長いハンドと、該ハンドの末端部を片持ち支持し該末端部を所定のロボットエリア内で移動可能なロボットと、前記ハンドの末端部側に設けられロボットの作動を操作するオンハンド操作盤とを備え、前記ロボットエリアと組立ラインの間に、前記ハンドが移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが設けられ、前記ハンドは、作業対象物にワークを組付ける際に、前記作業エリアが形成される長さを有しており、この際に前記オンハンド操作盤は前記作業エリア内に位置するように設定されており、組立ライン上を移動する作業対象物にその外部からワークを組付けるための外部操作ハンドガイド装置の制御方法であって、
ロボットを自動制御する自動モードと、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する協働モードとを有しており、
人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行する、ことを特徴とする外部操作ハンドガイド装置の制御方法。
【請求項７】
前記組立ライン上において、自動モード及び協働モードにおいて、手動制御入力がないときに組立ラインと同じ速さでワークを移動させる、ことを特徴とする請求項６に記載の外部操作ハンドガイド装置の制御方法。
【請求項８】
前記協働モードにおいて、退避動作に必要な時間を常時演算し、前記時間が所定の第１閾値より短い場合にイエローゾーンと判断し、前記時間が第１閾値より短い所定の第２閾値より短い場合にレッドゾーンと判断し、それぞれアラームを発信する、ことを特徴とする請求項６に記載の外部操作ハンドガイド装置の制御方法。
【請求項１】
組立ライン上を移動する作業対象物に外部からワークを組付けるための外部操作ハンドガイド装置であって、
ワークを把持するワーク把持装置と、該ワーク把持装置を有する細長いハンドと、該ハンドの末端部を片持ち支持し該末端部を所定のロボットエリア内で移動可能なロボットと、前記ハンドの末端部側に設けられロボットの作動を操作するオンハンド操作盤と、前記ロボットを制御するロボット制御装置とを備え、
前記ロボットエリアと組立ラインの間に、前記ハンドが移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが隣接して設けられ、
前記オンハンド操作盤は、作業対象物にワークを組付ける際に、前記作業エリア内に位置するように設定されており、
前記ロボット制御装置は、ロボットを自動制御する自動モードと、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する協働モードとを有しており、
人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行する、ことを特徴とする外部操作ハンドガイド装置。
【請求項２】
前記安全エリア内に設けられ前記ロボットに制御信号を出力する外部操作盤と、ロボットの作動状態を表示する状態表示装置とを備え、
前記自動モードにおいて、外部操作盤により作業対象物にワークを位置合わせするタイミングを入力し、かつ状態表示装置により協働モードに切替え可能な状態を協働作業可能状況として表示し、
前記外部操作盤により協働モードに切替え、
協働モードにおいてロボットをオンハンド操作盤により手動制御して作業対象物にワークを組付けた後に、前記外部操作盤により自動モードに切替える、ことを特徴とする請求項１に記載の外部操作ハンドガイド装置。
【請求項３】
また、前記ハンドに設けられオンハンド操作盤から死角となる領域の画像を撮影するカメラと、前記ハンドに設けられ前記領域にスリット、円弧、スポットまたはこれらの組み合わせのレーザ光を出力するレーザ装置と、オンハンド操作盤に設置されレーザ光の照射位置を含む前記画像を表示するモニタとからなる視覚支援装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の外部操作ハンドガイド装置。
【請求項４】
前記自動モードにおいて、状態表示装置により協働作業可能状況が表示されるまで、前記安全エリアから前記作業エリア内に人が入れないように遮断するライン遮断装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の外部操作ハンドガイド装置。
【請求項５】
前記オンハンド操作盤は、安全を担保するために片手を占有するイネーブルスイッチと、直交３軸の並進入力と該３軸まわりの回転入力を片手操作で入力可能な片手操作入力デバイスとを備え、
前記協働モードにおいて、両手で前記イネーブルスイッチと片手操作入力デバイスを操作することによりロボットを手動制御できるようになっている、ことを特徴とする請求項１に記載の外部操作ハンドガイド装置。
【請求項６】
ワークを把持するワーク把持装置と、該ワーク把持装置を有する細長いハンドと、該ハンドの末端部を片持ち支持し該末端部を所定のロボットエリア内で移動可能なロボットと、前記ハンドの末端部側に設けられロボットの作動を操作するオンハンド操作盤とを備え、前記ロボットエリアと組立ラインの間に、前記ハンドが移動可能な作業エリアとハンドが侵入できない安全エリアとが設けられ、前記ハンドは、作業対象物にワークを組付ける際に、前記作業エリアが形成される長さを有しており、この際に前記オンハンド操作盤は前記作業エリア内に位置するように設定されており、組立ライン上を移動する作業対象物にその外部からワークを組付けるための外部操作ハンドガイド装置の制御方法であって、
ロボットを自動制御する自動モードと、ロボットをオンハンド操作盤により手動制御する協働モードとを有しており、
人の判断や経験を必要とする作業時のみ協働モードに切替え、その他の作業を自動モードで実行する、ことを特徴とする外部操作ハンドガイド装置の制御方法。
【請求項７】
前記組立ライン上において、自動モード及び協働モードにおいて、手動制御入力がないときに組立ラインと同じ速さでワークを移動させる、ことを特徴とする請求項６に記載の外部操作ハンドガイド装置の制御方法。
【請求項８】
前記協働モードにおいて、退避動作に必要な時間を常時演算し、前記時間が所定の第１閾値より短い場合にイエローゾーンと判断し、前記時間が第１閾値より短い所定の第２閾値より短い場合にレッドゾーンと判断し、それぞれアラームを発信する、ことを特徴とする請求項６に記載の外部操作ハンドガイド装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−９３０６４（Ｐ２０１１−９３０６４Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５１１６１（Ｐ２００９−２５１１６１）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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