(57)【要約】【課題】部品の組み付け作業の検討レベルを向上させて、量産段階における不具合や問題の発生を減少させる。【解決手段】工場内の生産ラインにおいて、試作品に部品を組み付ける作業を行っている作業者の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２と、モーションキャプチャから時系列で受信する３次元座標データに基づき３次元点群データによる移動軌跡データを作成する移動軌跡作成部３１、３次元モデルを移動軌跡作成部で作成した移動軌跡データにリンクさせて、３次元モデルが当該移動軌跡データに基づく移動軌跡に沿って移動するようにデータ処理するデータリンク部３２、及びデータリンク部でデータ処理された３次元モデルの移動状態を画像として表示画面上で再生する移動軌跡再生部３３を備えているデータ処理装置３から構成される。【選択図】図１
2010117886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工場内の生産ラインにおいて、試作品に部品を組み付ける作業を行っている作業者の作業動作、又は前記作業者によって前記試作品に組み付けられるまでの前記部品の動き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、前記モーションキャプチャから送信された前記３次元座標データを受信して、予め３次元ＣＡＤプログラムで作成した前記試作品の３次元モデルを前記３次元座標データに基づき画像として表示画面上で移動させて仮想試作するデータ処理装置とを備えた仮想試作システムであって、
前記データ処理装置は、
前記モーションキャプチャから時系列で受信する前記３次元座標データに基づき３次元点群データによる移動軌跡データを作成する移動軌跡作成部と、
前記３次元モデルを前記移動軌跡作成部で作成した前記移動軌跡データにリンクさせて、前記３次元モデルが当該移動軌跡データに基づく移動軌跡に沿って移動するようにデータ処理するデータリンク部と、
前記データリンク部で前記データ処理された前記３次元モデルの移動状態を前記画像として前記表示画面上で再生する移動軌跡再生部とを備えたことを特徴とする仮想試作システム。
【請求項２】
前記データ処理装置は、
前記モーションキャプチャから時系列で受信する前記３次元座標データを前記３次元ＣＡＤプログラム用の３次元座標データに変換して前記移動軌跡作成部に送信するデータ形式変換部を備えたことを特徴とする請求項１記載の仮想試作システム。
【請求項３】
前記移動軌跡作成部で作成された前記移動軌跡データから３次スプライン曲線を形成するスプライン作成部を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の仮想試作システム。
【請求項４】
前記モーションキャプチャは、前記経時的に測定する対象が前記作業者の前記作業動作の場合には、
前記作業者の手指に装着される複数の磁気式３次元位置姿勢センサと、
前記磁気式３次元位置姿勢センサ群で検出された前記作業者の作業動作情報を受信して前記データ処理装置に送信する信号処理部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の仮想試作システム。
【請求項５】
工場内の生産ラインにおいて、試作品に部品を組み付ける作業を行っている作業者の作業動作、又は前記作業者によって前記試作品に組み付けられるまでの前記部品の動きをモーションキャプチャによって経時的に測定し、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受信したデータ処理装置が、予め３次元ＣＡＤプログラムで作成した前記試作品の３次元モデルを前記３次元座標データに基づき画像として表示画面上で移動させて仮想試作するための動作情報の処理方法であって、
前記モーションキャプチャから時系列で受信する前記３次元座標データに基づき３次元点群データによる移動軌跡データを作成する第１のステップと、
前記３次元モデルを前記第１のステップで作成した前記移動軌跡データにリンクさせて、前記３次元モデルが当該移動軌跡データに基づく移動軌跡に沿って移動するようにデータ処理する第２のステップと、
前記第２のステップで前記データ処理された前記３次元モデルの移動状態を前記画像として前記表示画面上で再生する第３のステップとを有することを特徴とする仮想試作における動作情報の処理方法。
【請求項６】
前記第１のステップの前に、前記モーションキャプチャから時系列で受信する前記３次元座標データを前記３次元ＣＡＤプログラム用の３次元座標データに変換して当該第１のステップに移行するステップを有することを特徴とする請求項６記載の仮想試作における動作情報の処理方法。
【請求項７】
前記第１のステップと前記第２のステップとの間に、前記第１のステップで作成された前記移動軌跡データから３次スプライン曲線を形成するステップを有することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の仮想試作における動作情報の処理方法。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のうち何れか１項に記載の仮想試作における動作情報の処理方法によって実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮想試作システムにおいて、事前検証を行って組み付け作業の作業性を向上させる仮想試作システム及び仮想試作における動作情報の処理方法並びに該処理方法を記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車メーカーの生産技術部門においては、生産性を向上させる目的のために、コンピュータ上で組み付け作業の仮想的な試作を行うことができる仮想試作システムが採用されている（例えば、特許文献１参照。）。この仮想試作システムは、コンピュータ上において、プロセスシミュレータやデバイスシミュレータ等の各種シミュレータでシミュレーションを行うことにより、自動車の仮想的な部品組み付け作業を試みている。
【０００３】
このような仮想試作システムは、例えば、フランスの会社ダッソ・システムズ（Dassault Systemes）によって開発されたＣＡＴＩＡ（商品名）と称されるプログラム等の３次元ＣＡＤプログラムが使用され、この３次元ＣＡＤプログラムは、軌跡作成機能と軌跡再生機能を備えている。軌跡作成機能は、組み付け作業の検討者が、コンピュータの画像部の画面を見ながらマウスを部品組付け作業における部品の移動軌跡に沿ってドラッグすることで、その移動軌跡を作成することができる。また、軌跡再生機能は、コンピュータの画像部の画面上に、軌跡作成機能で作成された移動軌跡に沿って部品が移動していく状態を表示することができる。
【０００４】
したがって、組み付け作業の検討者は、コンピュータの画像部の画面上で部品の組み付け作業の作業性を評価することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０７５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、背景技術に記載された仮想試作システムでは、組み付け作業の検討者がマウスのドラッグ操作で部品の移動軌跡を描いているので、作業者が実際に部品を移動した際の移動軌跡を正確に再現することはできなかった。また、組み付け作業の検討者は、部品の組み付け作業の移動軌跡はある程度はイメージできるが、マウスのドラッグ操作では作業者の手の動きや指の動きまでを表現することはできず、製品が試作段階から量産に移行したラインオフ後も作業性の問題点が残存してしまう難点があった。
【０００７】
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、作業者が実際に部品を組み付ける移動軌跡やその際の部品の実際の移動軌跡に基づき仮想試作することで、部品の組み付け作業の検討レベルを向上させて、量産段階における不具合や問題の発生を減少させることができる仮想試作システム及び仮想試作における動作情報の処理方法並びに該処理方法を記録した記録媒体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】
【０００８】
上述の目的を達成する本発明の第１の態様である仮想試作システムは、工場内の生産ラインにおいて、試作品に部品を組み付ける作業を行っている作業者の作業動作、又は作業者によって試作品に組み付けられるまでの部品の動き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、モーションキャプチャから送信された３次元座標データを受信して、予め３次元ＣＡＤプログラムで作成した試作品の３次元モデルを３次元座標データに基づき画像として表示画面上で移動させて仮想試作するデータ処理装置とを備えた仮想試作システムであって、データ処理装置は、モーションキャプチャから時系列で受信する３次元座標データに基づき３次元点群データによる移動軌跡データを作成する移動軌跡作成部と、３次元モデルを移動軌跡作成部で作成した移動軌跡データにリンクさせて、３次元モデルが当該移動軌跡データに基づく移動軌跡に沿って移動するようにデータ処理するデータリンク部と、データリンク部でデータ処理された３次元モデルの移動状態を画像として表示画面上で再生する移動軌跡再生部とを備えたものである。
【０００９】
なお、本明細書中において、３次元座標データとは、３次元座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の変位３自由度と、各軸周りの回転３自由度とから成る６自由度を含むものとする。
【００１０】
本発明の第２の態様は第１の態様である仮想試作システムにおいて、データ処理装置は、モーションキャプチャから時系列で受信する３次元座標データを３次元ＣＡＤプログラム用の３次元座標データに変換して移動軌跡作成部に送信するデータ形式変換部を備えたものである。
【００１１】
本発明の第３の態様は第１の態様又は第２の態様である仮想試作システムにおいて、移動軌跡作成部で作成された移動軌跡データから３次スプライン曲線を形成するスプライン作成部を備えたものである。
【００１２】
本発明の第４の態様は第１の態様乃至第３の態様のうち何れか１つの態様である仮想試作システムにおいて、モーションキャプチャは、経時的に測定する対象が作業者の作業動作の場合には、作業者の手指に装着される複数の磁気式３次元位置姿勢センサと、磁気式３次元位置姿勢センサ群で検出された作業者の作業動作情報を受信してデータ処理装置に送信する信号処理部とを備えたものである。
【００１３】
また、本発明の第５の態様である仮想試作における動作情報の処理方法は、工場内の生産ラインにおいて、試作品に部品を組み付ける作業を行っている作業者の作業動作、又は作業者によって試作品に組み付けられるまでの部品の動きをモーションキャプチャによって経時的に測定し、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受信したデータ処理装置が、予め３次元ＣＡＤプログラムで作成した試作品の３次元モデルを３次元座標データに基づき画像として表示画面上で移動させて仮想試作するための動作情報の処理方法であって、モーションキャプチャから時系列で受信する３次元座標データに基づき３次元点群データによる移動軌跡データを作成する第１のステップと、３次元モデルを第１のステップで作成した移動軌跡データにリンクさせて、３次元モデルが当該移動軌跡データに基づく移動軌跡に沿って移動するようにデータ処理する第２のステップと、第２のステップでデータ処理された３次元モデルの移動状態を画像として表示画面上で再生する第３のステップとを有するものである。
【００１４】
本発明の第６の態様は第５の態様である仮想試作における動作情報の処理方法において、第１のステップの前に、モーションキャプチャから時系列で受信する３次元座標データを３次元ＣＡＤプログラム用の３次元座標データに変換して当該第１のステップに移行するステップを有するものである。
【００１５】
本発明の第７の態様は第５の態様又は第６の態様である仮想試作における動作情報の処理方法において、第１のステップと第２のステップとの間に、第１のステップで作成された移動軌跡データから３次スプライン曲線を形成するステップを有するものである。
【００１６】
さらに、本発明の第８の態様である記録媒体は、第５の態様乃至第７の態様のうち何れか１つの態様である仮想試作における動作情報の処理方法によって実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なものである。
【００１７】
このような本発明の仮想試作システム及び仮想試作における動作情報の処理方法並びに該処理方法を記録した記録媒体によれば、試作段階においてモーションキャプチャによって、試作品に部品を組み付ける作業を行っている作業者の作業動作、又は作業者によって試作品に組み付けられるまでの部品の動きを経時的に測定し、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データ処理装置に送信すると、データ処理装置は移動軌跡作成部で、モーションキャプチャから時系列で受信する３次元座標データを、３次元点群データによる移動軌跡データを作成する。なお、モーションキャプチャから時系列で受信する３次元座標データが、３次元ＣＡＤプログラム用の３次元座標データとデータ形式が異なる場合には、データ形式変換部によってデータ形式を３次元ＣＡＤプログラム用の３次元座標データに変換させて、移動軌跡作成部に送信する。
【００１８】
移動軌跡作成部で作成した移動軌跡データは、データリンク部で、予め３次元ＣＡＤプログラムで作成した試作品の３次元モデルにリンクさせることで、３次元モデルが移動軌跡データに基づく移動軌跡に沿って移動するようにデータ処理する。なお、スプライン作成部で、移動軌跡作成部で作成された移動軌跡データから３次スプライン曲線を作成し、その３次スプライン曲線に沿って３次元モデルを移動させることで、視覚的に捉え易くなるので、より詳細に部品の移動状態を把握することができる。
【００１９】
そして、移動軌跡再生部は、データリンク部でデータ処理された３次元モデルの移動状態を画像として表示画面上で再生させるので、組み付け作業の検討者は、作業者が実際に部品を組み付ける移動軌跡やその際の部品の実際の移動軌跡に基づき仮想試作することできるので、部品の組み付け作業の検討レベルを向上できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の仮想試作システム及び仮想試作における動作情報の処理方法並びに該処理方法を記録した記録媒体によれば、部品の組み付け作業の検討レベルを向上させることができるので、量産段階における不具合や問題の発生を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の仮想試作システム及び仮想試作における動作情報の処理方法並びに該処理方法を記録した記録媒体を実施するための最良の形態例について、図面を参照して説明する。
【００２２】
本発明の仮想試作システムは図１に示すように、工場内の生産ラインにおいて、自動車等の試作品に部品を組み付ける作業を行っている作業者の作業動作、又は作業者によって試作品に組み付けられるまでの部品の動き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２と、モーションキャプチャ２から送信された３次元座標データを受信して、予め３次元ＣＡＤプログラムで作成した試作品の３次元モデルを３次元座標データに基づき画像として表示画面上で移動させて仮想試作するデータ処理装置３とを備えている。
【００２３】
モーションキャプチャ２は、汎用のものを用いることができ、動体に装着された光学マーカの位置情報により動体の動きを検出する光学式や、動体に装着された磁気センサの動きを検出する磁気式が一般的である。特に、経時的に測定する対象が、部品を組み付ける作業を行っている作業者の作業動作の場合には、モーションキャプチャ２としては、作業者の手指に装着されるデバイスである複数の磁気式３次元位置姿勢センサ２１と、磁気式３次元位置姿勢センサ群２１で検出された作業者の作業動作情報として受信してデータ処理装置３に送信する信号処理部２２とを備えているものが好適である。このモーションキャプチャ２の場合、複数の磁気式３次元位置姿勢センサ２１を手指の繊細な動きを検出できるように柔軟性のあるグローブに配置するので、作業者の作業動作を精度よく再現することが可能になる。この磁気式３次元位置姿勢センサ２１とデータ処理装置３とは、有線、無線の何れの接続手段でもよく、設置状況に応じて選択する。このようなモーションキャプチャとして、例えば、特開２００７−２３６６０２号公報に開示された磁気式位置姿勢センサを用いた手指用モーションキャプチャ装置が好適である。
【００２４】
この手指用モーションキャプチャ装置は図２、図３に示すように、例えば親指の先端に位置するセンサ２１ａの中心に原点を仮定すると、信号処理部２２の固定基準点から見たそれらの位置座標（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）及び姿勢を示すオイラー角（Ｘ軸回転角、Ｙ軸回転角、Ｚ軸回転角）の情報が得られ、データ処理装置３に記録される。この場合におけるセンサ装着時の位置及び角度のズレのキャリブレーションは、特開２００７−２３６６０２号公報に詳述されているので、説明は省略する。
【００２５】
また、作業者によって試作品に組み付けられるまでの部品の動きは、部品自体や工具等に光学式センサや磁気式センサ等のセンサを取り付けることで検出することができる。
【００２６】
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。このようなデータ処理装置３は図１に示すように、モーションキャプチャ２から時系列で受信する３次元座標データに基づき３次元点群データによる移動軌跡データを作成する移動軌跡作成部３１と、３次元モデルを移動軌跡作成部３１で作成した移動軌跡データにリンクさせて、３次元モデルが当該移動軌跡データに基づく移動軌跡に沿って移動するようにデータ処理するデータリンク部３２と、データリンク部３２でデータ処理された３次元モデルの移動状態を画像として表示画面上で再生する移動軌跡再生部３３とを備えている。
【００２７】
移動軌跡作成部３１は、３次元座標データがモーションキャプチャ２から時系列で送信されてくることから、そのデータ情報を順次プロットすることで３次元点群データにすることができるので、移動軌跡データとして作成することができる。また、データリンク部３２は、移動軌跡作成部３１で作成した３次元点群データによる移動軌跡データの始点から終点までのプロット点に沿って３次元モデルを移動させることから、３次元モデルを作業者の作業動作に基づき３次元６自由度で移動させることができるので、移動軌跡再生部３３で部品の密集地帯や作業スペースの狭い箇所における部品組み付けの作業性を実試作と同等に評価することができる。
【００２８】
なお、モーションキャプチャ２から時系列で受信する３次元座標データが、３次元ＣＡＤプログラム用の３次元座標データとデータ形式が異なる場合には、モーションキャプチャ２と移動軌跡作成部３１との間にデータ形式変換部３４を介在させるとよい。データ形式変換部３４はデータ処理装置３に組み込まれ、モーションキャプチャ２から時系列で受信する３次元座標データを３次元ＣＡＤプログラム用の３次元座標データに変換して移動軌跡作成部３１に送信する機能を有している。
【００２９】
また、移動軌跡作成部３１とデータリンク部３２との間にスプライン作成部３５を介在させてもよい。このスプライン作成部３５は、移動軌跡作成部で作成された移動軌跡データから３次スプライン曲線を形成する機能を有している。このようなスプライン作成部３５は図４に示すように、移動軌跡作成部３１で作成された移動軌跡データに基づき、３次元点群データの各プロット点間を３次関数で表現し、各プロット点での接続を滑らかにして３次スプライン曲線を作成し、その３次スプライン曲線に沿って３次元モデルを移動させることができるようになるので、視覚的に捉え易くなり、より詳細に部品の移動状態を把握することが可能になる。
【００３０】
なお、上述したデータ処理装置１の各構成部はそれぞれ電気的に接続され、モーションキャプチャ２の信号処理部２２に接続されている移動軌跡作成部３１はデータリンク部３２に接続され、データリンク部３２は移動軌跡再生部３３に接続されている。また、モーションキャプチャ２の信号処理部２２と移動軌跡作成部３１との間にデータ形式変換部３４を介在させる場合には、データ形式変換部３４はモーションキャプチャ２の信号処理部２２及び移動軌跡作成部３１それぞれに接続させる。さらに、移動軌跡作成部３１とデータリンク部３２との間にスプライン作成部３５を介在させる場合には、スプライン作成部３５は移動軌跡作成部３１及びデータリンク部３２それぞれに接続させる。
【００３１】
このように構成されたデータ処理装置１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５のフローチャートに基づき説明する。なお、モーションキャプチャ２は、作業者の手指に装着されるデバイスである複数の磁気式３次元位置姿勢センサ２１と、磁気式３次元位置姿勢センサ群２１で検出された作業者の作業動作情報として受信して信号処理部２２とを備えたものとする。
【００３２】
作業者が、例えば自動車の組立工場内の生産ラインにおいて、試作段階で試作車に部品の組み付け作業を行うと、その作業動作を磁気式３次元位置姿勢センサ群２１が検出して作業者の作業動作情報である３次元座標データを信号処理部２２に送信する。信号処理部２２は、この３次元座標データをデータ処理装置３のデータ形式変換部３４に時系列で送信する。
【００３３】
データ形式変換部３４は、モーションキャプチャ２から時系列で受信する３次元座標データを取り込むと（ステップ１０１）、３次元ＣＡＤプログラム用の３次元座標データ（以下、「３次元ＣＡＤ用座標データ」と称する。）に変換する（ステップ１０２）。データ形式変換部３４は、この３次元ＣＡＤ用座標データを移動軌跡作成部３１に送信する。移動軌跡作成部３１は、時系列の３次元ＣＡＤ用座標データに基づき３次元点群データによる移動軌跡データを作成する（ステップ１０３）。即ち、３次元座標系におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の変位３自由度の軸方向成分に対して、各軸周りの回転３自由度の回転方向成分が合成された移動軌跡データとなる。移動軌跡作成部３１は、この移動軌跡データをスプライン作成部３５に送信する。スプライン作成部３５は、ステップ１０３で作成された移動軌跡データから３次スプライン曲線を形成する（ステップ１０４）。スプライン作成部３５は、この３次スプライン曲線から成る移動軌跡データをデータリンク部３２に送信する。
【００３４】
データリンク部３２は、３次元モデルをステップ４で作成した３次スプライン曲線から成る移動軌跡データにリンクさせて、３次元モデルが当該移動軌跡データに基づく移動軌跡に沿って移動するように、データ処理する（ステップ１０５）。データリンク部３２は、ステップ１０５でデータ処理された３次元モデルの画像データを移動軌跡再生部３３に送信する。移動軌跡再生部３３は、データリンク部３２でデータ処理された３次元モデルの移動状態を画像として表示装置の表示画面上で再生させるので、組み付け作業の検討者は、作業者が実際に部品を組み付ける移動軌跡やその際の部品の実際の移動軌跡に基づき仮想試作することできる（ステップ１０６、１０７）。即ち、移動軌跡再生部３３は、３次元モデルを作業者の作業動作に基づき３次元６自由度で移動させることができるので、部品の密集地帯や作業スペースの狭い箇所における部品組み付けの作業性を実試作と同等に評価することができ、部品の組み付け作業の検討レベルを向上できる。
【００３５】
なお、ステップ１０２は、データ形式変換部３４が組み込まれていない場合には省略される。また、ステップ１０４は、スプライン作成部３５が組み込まれていない場合には省略される。
【００３６】
このようなデータ処理手順がデータ処理装置３の演算処理装置によって実行されるプログラムは、コンピュータ読み取り可能なＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体に記録させておくことで、複数のデータ処理装置３で利用可能になる。
【００３７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の仮想試作システムにおける好ましい実施の形態例を示すシステム構成のブロック図である。
【図２】図１のモーションキャプチャに使用されるセンサのキャリブレーションの例を示す説明図である。
【図３】モーションキャプチャで検出した位置情報の例を示す説明図である。
【図４】データ処理装置の移動軌跡再生部で再生される移動軌跡の例を示す説明図である。
【図５】本発明の仮想試作における動作情報の処理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。
【符号の説明】
【００３９】
１……仮想試作システム
２……モーションキャプチャ
２１……複数の磁気式３次元位置姿勢センサ
２２……信号処理部
３……データ処理装置
３１……移動軌跡作成部
３２……データリンク部
３３……移動軌跡再生部
３４……データ形式変換部
３５……スプライン作成部
【図１】
2010117886.tif 000003
【図２】
2010117886.tif 000004
【図３】
2010117886.tif 000005
【図４】
2010117886.tif 000006
【図５】
2010117886.tif 000007