(57)【要約】【課題】被験者により現実に近い組立作業を体験させ、製品を構成する部品自体の評価を含めた組立性評価がより現実に近い形で行える組立性評価方法及びそれを用いた組立性評価支援装置を提供することにある。【解決手段】３次元ＣＡＤシステム１は、設計した図面や３次元モデルを表示装置１０や、製品を構成する部品の設計データや及び各部品の属性情報を入力するための入力装置１１と、設計した図面や３次元モデルを紙に出力するためのプリンタやプロッタ等の出力装置１２とを周辺装置として備えている。仮想空間データ処理装置２は、組立性評価のための組立作業を被験者Ｍに仮想空間上で疑似体験させ、且つ組立性評価を行うための演算処理を行う機能がプログラムされた計算機システムから構成され、立体視映像表示装置２０，位置・姿勢検出器２１、フォース・フィードバック・グローブ２２、筋電位計測器２３等を備えている。【選択図】図１
2004178222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設計された３次元ＣＡＤシステムで組立性評価対象製品の部品の３次元設計データ、組立に用いる設備／工具／冶具のデータから部品、設備／工具／冶具の仮想的な画像及び被験者の手の仮想的な画像を仮想空間上に３次元表示させる画像データを生成し、この画像データにより両眼視差を利用した立体視映像を立体視映像表示装置により被験者へ提示する過程と、
仮想空間上での手の動きと位置及び部品、設備／工具／冶具の姿勢・位置のデータと、被験者に装着している筋電位計測手段の計測値と、各部品に予め定義している属性情報に基づき、仮想空間上で製品を組み立てようとする部品の荷重及び被験者の手や腕に与える反力の大きさを演算手段で演算し、この演算結果に基づいて制御手段により被験者が装着している力覚提示手段を制御し、力覚提示手段を通じて被験者に反力を与えながら仮想空間上での製品組立作業を仮想現実として被験者に被験させる過程とから少なくとも成ることを特徴とする組立性評価方法。
【請求項２】
仮想空間上での製品組立完成時に、組立作業開始から完成までに要した時間及び力覚提示手段を通じて被験者へ与えた負荷の値と、予め設定されている当該組立性評価対象製品の組立開始から完成迄に要する時間及び負荷の標準値とを用いて組立性の評価を行う過程を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の組立性評価方法。
【請求項３】
組立完了後、被験者の組立性に対する評価結果に基づいて部品の属性情報を変更するとともに、変更後の属性情報を用いて仮想空間上での製品組立作業を仮想現実として被験者に再度被験させる過程を設けていることを特徴とする請求項２記載の組立性評価方法。
【請求項４】
組立性評価対象製品の部品を設計するための３次元ＣＡＤシステムと、
該３次元ＣＡＤシステムで設計された上記部品の３次元設計データ及び当該部品を用いた仮想空間上での組立作業時に被験者に力覚を提示するために各部品毎に定義した属性情報を格納する第１のデータベースと、組立時に必要に応じて用いる設備／工具／冶具のデータを保存する第２のデータベースと、
両眼視差を利用した立体視映像を提示する立体視映像表示装置と、
被験者に装着され、仮想空間上の被験者の手の位置や動きを検出する姿勢・位置検出手段と、
被験者に装着され、腕や指に力覚を提示する力覚提示手段と、
被験者に装着され、腕や指にかかる負荷を計測する筋電位計測手段と、
上記第１，第２のデータベースに格納されているデータと上記姿勢・位置検出手段の検出データとに基づいて、仮想空間上に部品や設備／工具／冶具、被験者の手や腕の立体視用画像を表示させる画像データを生成して上記立体視映像表示装置で映し出させる画像生成手段と、
上記姿勢・位置検出手段の検出データと、筋電位計測手段の計測値と、部品の属性情報とに基づいて仮想空間上で製品を組み立てようとする部品の荷重及び被験者の手や腕に与える反力の大きさを演算し、この演算結果に基づいて上記力覚提示手段が提示する力覚の大きさを制御する制御手段と、
を少なくとも備えたことを特徴とする組立性評価支援装置。
【請求項５】
上記属性情報として、重量、硬度、静止摩擦係数等の諸元値を各部品毎に定義したデータにより構成していることを特徴とする請求項４記載の組立性評価支援装置。
【請求項６】
組立作業における組み付け中の部品に加わる荷重と組立中の部品の属性情報とに基づいて部品の破損の判定を行う機能と、仮想空間上の部品の姿勢や位置データから部品の組み付けの開始から完了の判定を行う機能と、これらの判定に基づいて当該部品の属性情報の変更、仮想空間上での当該部品の姿勢、当該部品の荷重の変更を判断する機能とを備えていることを特徴とする請求項４又は５に記載の組立性評価支援装置。
【請求項７】
組立性評価対象製品の組立作業に要する時間及び被験者への負荷の標準データを格納する第３のデータベースと、仮想空間上の組立開始から組立性評価対象製品が完成するまでの時間を計測する作業時間計測手段とを備えるとともに、上記筋電位計測手段によって計測された負荷を積算した負荷の値及び作業時間計測手段の計測時間と上記第３のデータベースに格納している上記標準値とを用いて当該組立性評価対象製品の組立性を評価する評価手段を備えていることを特徴とする請求項４乃至６の何れか記載の組立性評価支援装置。
【請求項８】
マン・マシンインターフェースを通じて入力される被験者の組立性の評価データが、良の場合に上記評価手段による評価処理へ動作を移行させ、否の場合に当該組立性評価対象製品の各部品の属性情報の変更と、仮想空間での組立作業を再度行うための状態への復帰を設定する手段を備えていることを特徴とする請求項７記載の組立性評価支援装置。
【請求項９】
上記評価手段による組立性評価判定後、マン・マシンインターフェースを通じて入力される当該被験者の属性情報とともに、上記評価手段による評価内容を組立性評価データベースに書き込む処理を行う手段を備えていることを特徴とする請求項７又は８記載の組立性評価支援装置。
【請求項１０】
上記力覚提示手段が、動作可能範囲が設定可能な多指多関節駆動手段により構成されていることを特徴とする請求項４乃至９の何れか記載の組立性評価支援装置。
【請求項１１】
上記上記力覚提示手段が、多指多関節駆動手段により構成され、上記制御手段は、多指多関節駆動手段の動作速度、加速度に上限を設定する機能を備えていることを特徴とする請求項４乃至９の何れか記載の組立性評価支援装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製品の組立性評価支援方法及び組立性評価支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
３次元ＣＡＤシステムを用いた作成した３次元設計データを用い、人手によって組立を行ったり設備を用いて組立作業を行う際に組立がし易い製品構造であるかを、仮想空間上で組立作業を疑似体験させ、臨場感をもって擬似的に確認する組立工程設定支援装置が提供されている。（例えば特許文献１）
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１６５５０号公報（公報第２頁第２欄第１行乃至第５行）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来装置では、仮想空間上で製品を組み立てる疑似体験を被験者に経験させることができるものの、その疑似体験は組立方や組立手順でしかなく、実際に部品同士の組み付け時の組み付け力や重量等の力覚を被験者に提示することがなかったため、部品自体の設計評価ができなかった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、被験者により現実に近い組立作業を体験させ、製品を構成する部品自体の評価を含めた組立性評価がより現実に近い形で行える組立性評価方法及びそれを用いた組立性評価支援装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の組立性評価方法の発明では、予め設計された３次元ＣＡＤシステムで組立性評価対象製品の部品の３次元設計データ、組立に用いる設備／工具／冶具のデータから部品、設備／工具／冶具の仮想的な画像及び被験者の手の仮想的な画像を仮想空間上に３次元表示させる画像データを生成し、この画像データにより両眼視差を利用した立体視映像を立体視映像表示装置により被験者へ提示する過程と、
仮想空間上での手の動きと位置及び部品、設備／工具／冶具の姿勢・位置のデータと、被験者に装着している筋電位計測手段の計測値と、各部品に予め定義している属性情報に基づき、仮想空間上で製品を組み立てようとする部品の荷重及び被験者の手や腕に与える反力の大きさを演算手段で演算し、この演算結果に基づいて制御手段により被験者が装着している力覚提示手段を制御し、力覚提示手段を通じて被験者に反力を与えながら仮想空間上での製品組立作業を仮想現実として被験者に被験させる過程とから少なくとも成ることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の組立性評価方法の発明では、請求項１の発明において、仮想空間上での製品組立完成時に、組立作業開始から完成までに要した時間及び力覚提示手段を通じて被験者へ与えた負荷の値と、予め設定されている当該組立性評価対象製品の組立開始から完成迄に要する時間及び負荷の標準値とを用いて組立性の評価を行う過程を設けて成ることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の組立性評価方法の発明では、請求項２の発明において、組立完了後、被験者の組立性に対する評価結果に基づいて部品の属性情報を変更するとともに、変更後の属性情報を用いて仮想空間上での製品組立作業を仮想現実として被験者に再度被験させる過程を設けていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の組立性評価支援装置の発明では、組立性評価対象製品の部品を設計するための３次元ＣＡＤシステムと、
該３次元ＣＡＤシステムで設計された上記部品の３次元設計データ及び当該部品を用いた仮想空間上での組立作業時に被験者に力覚を提示するために各部品毎に定義した属性情報を格納する第１のデータベースと、組立時に必要に応じて用いる設備／工具／冶具のデータを保存する第２のデータベースと、
両眼視差を利用した立体視映像を提示する立体視映像表示装置と、
被験者に装着され、仮想空間上の被験者の手の位置や動きを検出する姿勢・位置検出手段と、
被験者に装着され、腕や指に力覚を提示する力覚提示手段と、
被験者に装着され、腕や指にかかる負荷を計測する筋電位計測手段と、
上記第１，第２のデータベースに格納されているデータと上記姿勢・位置検出手段の検出データとに基づいて、仮想空間上に部品や設備／工具／冶具、被験者の手や腕の立体視用画像を表示させる画像データを生成して上記立体視映像表示装置で映し出させる画像生成手段と、
上記姿勢・位置検出手段の検出データと、筋電位計測手段の計測値と、部品の属性情報とに基づいて仮想空間上で製品を組み立てようとする部品の荷重及び被験者の手や腕に与える反力の大きさを演算し、この演算結果に基づいて上記力覚提示手段が提示する力覚の大きさを制御する制御手段と、
を少なくとも備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５の組立性評価支援装置の発明では、請求項４の発明において、上記属性情報として、重量、硬度、静止摩擦係数等の諸元値を各部品毎に定義したデータにより構成していることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の組立性評価支援装置の発明では、請求項４又は６の発明において、組立作業における組み付け中の部品に加わる荷重と組立中の部品の属性情報とに基づいて部品の破損の判定を行う機能と、仮想空間上の部品の姿勢や位置データから部品の組み付けの開始から完了の判定を行う機能と、これらの判定に基づいて当該部品の属性情報の変更、仮想空間上での当該部品の姿勢、当該部品の荷重の変更を判断する機能とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７の組立性評価支援装置の発明では、請求項４乃至６の何れかの発明において、組立性評価対象製品の組立作業に要する時間及び被験者への負荷の標準データを格納する第３のデータベースと、仮想空間上の組立開始から組立性評価対象製品が完成するまでの時間を計測する作業時間計測手段とを備えるとともに、上記筋電位計測手段によって計測された負荷を積算した負荷の値及び作業時間計測手段の計測時間と上記第３のデータベースに格納している上記標準値とを用いて当該組立性評価対象製品の組立性を評価する評価手段を備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項８の組立性評価支援装置の発明では、請求項７の発明において、マン・マシンインターフェースを通じて入力される被験者の組立性の評価データが、良の場合に上記評価手段による評価処理へ動作を移行させ、否の場合に当該組立性評価対象製品の各部品の属性情報の変更と、仮想空間での組立作業を再度行うための状態への復帰を設定する手段を備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項９の組立性評価支援装置の発明では、請求項７又は８の発明において、上記評価手段による組立性評価判定後、マン・マシンインターフェースを通じて入力される当該被験者の属性情報とともに、上記評価手段による評価内容を組立性評価データベースに書き込む処理を行う手段を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０の組立性評価支援装置の発明では、請求項４乃至９の何れかの発明において、上記力覚提示手段が、動作可能範囲が設定可能な多指多関節駆動手段により構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１の組立性評価支援装置の発明では、請求項４乃至９の何れかの発明において、上記上記力覚提示手段が、多指多関節駆動手段により構成され、上記制御手段は、多指多関節駆動手段の動作速度、加速度に上限を設定する機能を備えていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。
【００１８】
図１は本発明の組立性評価方法を実現するための組立性評価支援装置の一実施形態の構成図を示しており、組立性評価支援装置は、製品を設計するための３次元ＣＡＤシステム１と、設計された製品の組立を仮想空間上で被験者Ｍに擬似的に体験させるための人工現実感を提供する仮想空間データ処理装置２とを核として備えている。
【００１９】
３次元ＣＡＤシステム１は、組立性評価対象製品を設計するための設計支援計算機から構成され、設計した図面や３次元モデルを表示するためのＣＲＴ等の表示装置１０や、製品を構成する部品の設計データや及び各部品の属性情報を入力するためのマン・マシンインターフェースとなるキーボードやマウス等の入力装置１１と、設計した図面や３次元モデルを紙に出力するためのプリンタやプロッタ等の出力装置１２とを周辺装置として備えている。尚表示装置１０及び出力装置１２は組立性評価結果を出力する装置としても用いられる。
【００２０】
そして設計した部品の３次元設計データ及び当該部品に対して定義した属性情報を格納する３次元ＣＡＤデータベース３０、各部品の定義した属性情報を再使用可能なように登録する属性情報データベース３１、組立性評価に使用する設備／工具／冶具の設計データを格納する設備／工具／冶具データベース３２、組立作業に要する標準的な時間と、被験者に加わる標準的な負荷に関するデータを格納するための組立作業標準データベース３３を３次元ＣＡＤシステム１及び仮想空間データ処理装置２で共用するデータベースとして設けている。
【００２１】
一方仮想空間データ処理装置２は、組立性評価のための組立作業を被験者Ｍに仮想空間上で疑似体験させ、且つ組立性評価を行うための演算処理を行う機能がプログラムされた計算機システムから構成され、各種入出力デバイスを備えている。
【００２２】
つまり入出力デバイスとして、ＨＭＤのように被験者Ｍの頭部に装着し、被験者Ｍの両眼視差を利用して仮想空間内に立体感を持たせるような映像（画像）表示を行う立体視映像表示装置２０と、仮想空間上での被験者Ｍの手の指の位置を検出するためのデータグローブや、関節角度計、傾斜計などを利用した腕の位置検出センサからなる位置・姿勢検出器２１と、仮想空間上で仮想の部品に触れたときに感じる反力を被験者Ｍに伝えるための力覚提示手段として、サーボモータ等を利用したアクチュエータを用い、被験者Ｍの手や腕に装着するフォース・フィードバック・グローブ２２と、仮想空間での組立作業時に被験者Ｍの腕にかかる負荷を測定するために被験者Ｍに装着される筋電位計測器２３と、被験者Ｍによる組立評価を音声として入力するためのマン・マシンインターフェースたる音声入力用マイク２４とを備え、仮想空間データ処理装置２では各制御装置２７乃至２９を通じてこれら入出力デバイスの制御を行うようになっている。
【００２３】
ここでフォース・フィードバック・グローブ２２とは、コンピュータによってシミュレートされた仮想現実の中で操作する３次元オブジェクトの物理特性を体感するための力覚提示手段の一種であって、米国ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ社の［ＣｙｂｅｒＧｒａｓｐ＜商品名＞］等の公知の機器を使用する。
【００２４】
つまり図２に示すように被験者Ｍの腕５に装着したモータＭＴでワイヤーＷを手６の甲６ａや指６ｂの関節に連結し、手や指の動きに応じてモータＭＴを回転駆動し、ワイヤーＷの長さを調節することで手６、指６ｂ、腕５に負荷をかけるる装置を用いる。
【００２５】
次に仮想空間データ処理装置２の機能を詳説する。
【００２６】
まず仮想空間デー処理装置２は、３次元ＣＡＤデータベース３０に格納されている３次元設計データ及び属性情報データベース３１に格納されている組立に用いる設備／工具／冶具のデータと、位置・姿勢検出器２１で検出し、対応する制御装置２６を通じて取り込む手の指や腕の仮想空間での位置・姿勢のデータに基づいて仮想空間上に部品、組立に用いる設備／工具／冶具、腕や手のコンピュータグラフィクス（ＣＧ）からなる立体視用の画像データを生成し、この生成した画像データを制御装置２５に送り、この制御装置２５の制御の下で、立体視映像表示装置２０で表示させ、仮想空間内での仮想の部品の位置、形状、更に仮想の腕や手の画像を３次元で提示させる機能を備えている。
【００２７】
また仮想空間デー処理装置２は、上記位置・姿勢検出器２１が検出する仮想空間上での腕や手（指）の動き、位置のデータと、設備／工具／冶具の姿勢・位置のデータと、被験者に装着している筋電位計測器２３の計測値、各部品に予め定義してある属性情報に基づき、仮想空間上で製品を組み立てようとする部品の荷重及び被験者Ｍの腕５、手６に与える反力（負荷）の大きさを演算する演算手段の機能を備え、その演算結果に基づいて制御装置２７によりフォース・フィードバック・グローブ２２を駆動し、被験者Ｍの腕５、手６に反力を与えるようになっている。
【００２８】
更に仮想空間データ処理装置２は、組立作業における組み付け中の部品に加わる荷重と組立中の部品の属性情報とに基づいて部品の破損の判定を行う機能と、仮想空間上の部品の姿勢や位置データから部品の組み付けの開始から完了の判定を行う機能と、これらの判定に基づいて当該部品の属性情報の変更、更に仮想空間上での当該部品の姿勢、当該部品の荷重の変更を判断する機能とを備えるとともに、被験者Ｍによる仮想空間上での製品の組立作業開始から完成迄の時間を計測する作業時間計測機能と、組立作業開始から完成迄の間に、フォース・フィードバック・グローブ２２を通じて被験者Ｍに与えた負荷を筋電位測定器２３の筋電位の測定値から求める機能とを備え、更に計測した時間及び求めた負荷の値と、予めデータベース３２に格納している当該組立性評価対象の製品の組立に要する標準的な時間及び負荷の標準値とを用いて組立性の評価を行うとともに評価に伴うデータ処理を行う評価機能を備えている。
【００２９】
ここで本実施形態での部品の属性情報は、重量、硬度、静止摩擦係数（更には動作摩擦係数や部品の可動範囲）等の諸元値等を各部品毎に定義したデータにより構成されているものとする。
【００３０】
また更に仮想空間データ処理装置２は組立完了時において、音声入力用マイク２４から入力される被験者Ｍの組立易さの評価を示す音声を制御装置２９を通じてデジタルの音声データとして取り込んで分析し、その分析結果に基づいて部品の属性情報の変更と、属性情報が変更された部品を用いた仮想空間上の製品組立作業の被験のための処理とを行う機能とを備えている。
【００３１】
次に本実施形態の動作を図２に示すように部品Ａの穴Ｈに部品Ｂを嵌め込む組立作業を疑似体験させる場合を、図３乃至図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３２】
まず、図３に示すようにステップＳ１において３次元ＣＡＤシステム１により製品に用いる部品Ａ，Ｂの設計を行い、これらの３次元設計データを３次元ＣＡＤデータベース３０に３次元設計データを保存する。
【００３３】
次に仮想空間で重力場を感じながら組立を行うための属性（重量、硬度、摩擦係数）を各部品Ａ，Ｂについて定義し（ステップＳ２）、部品Ａ，Ｂの３次元設計データに付加する形で３次元ＣＡＤデータベース３０に格納する。このとき既に各部品Ａ，Ｂの属性情報が属性情報データベース３１に登録されている場合には、その登録情報を３次元ＣＡＤシステム１の制御の下で読み出して参照し、上述のように部品Ａ．Ｂの３次元設計データに付加する形で３次元ＣＡＤデータベース３０に保存する。また登録されていない場合には、新たに定義した属性の情報を属性情報データベース３１に登録する。
【００３４】
表１は属性情報データベース３１に格納されている部品Ａ，Ｂの属性情報を示す。
【００３５】
【表１】
2004178222.tif 000003
【００３６】
次に組立に設備／工具／冶具を使用する場合には、部品と同様にステップＳ３で３次元ＣＡＤシステム１により設計して、設備／工具／冶具データベース３２に登録する。
【００３７】
このとき、既に設備／工具／冶具データベース３２に設計データが登録されている場合には、登録データが参照されることになる。
【００３８】
このようにして予め組立評価対象の製品の部品についての設計や属性の定義、更に使用する設備／工具／冶具の設計を３次元ＣＡＤシステム１を用いて行い、次に仮想空間データ処理装置２での処理へ移行する。
【００３９】
まず処理が移行されると、仮想空間データ処理装置２では、各部品Ａ，Ｂの３次元設計データを３次元ＣＡＤデータベース３０から読み出し、この３次元設計データに基づいて仮想空間でこれら部品Ａ，Ｂを立体視できる画像データに変換する処理を行い、立体視映像表示装置２０を通して仮想空間上にＣＧによる画像として各部品Ａ，Ｂを表示する（ステップＳ４）。
【００４０】
そしてこの表示と同時に被験者Ｍの腕５、手６の指６ｂの位置を位置・姿勢検出器２１からの検出データに基づいて仮想空間データ処理装置２は検出し、その検出位置に基づいて仮想空間上での仮想の腕、手の指の位置を判定し、その判定に基づいてＣＧによる仮想の腕、手の画像を仮想空間上の所定位置に表示する。
【００４１】
このようして立体視映像表示装置２０を通して仮想空間上にＣＧによる画像として各部品Ａ，Ｂや腕、手の画像を見ながら被験者Ｍは、腕５、手６の指６ｂを動かし、仮想空間上で部品Ａの穴Ｈに嵌め込む部品Ｂに仮想の腕や指が接触したことを、仮想空間データ処理装置２はそれらの仮想空間上の位置情報に基づいて検出し、この検出から組立開始と判断し、計時機能による組立時間の計測を開始する（ステップＳ５）とともに、仮想空間データ処理装置２は部品組立の処理動作を開始する（ステップＳ６）。
【００４２】
図４はこの部品組立の処理動作のフローチャートを示しており、仮想空間データ処理装置２は、被験者Ｍの腕５、手６の移動（ステップＳ６−１）に伴う仮想空間上でのそれらの位置を、位置・姿勢検出器２１の検出データに基づいて検出し（ステップＳ６−２）、その位置変化に応じた仮想の腕、手の指の画像データを生成し、立体視映像表示装置２０を通じて仮想空間上で表示させる（ステップＳ６−３）。被験者Ｍは、自分の腕５や手６の動きに応じて仮想空間上で追従するように動く仮想の腕、指の画像を見ることが、仮想空間上で恰も自分の腕５、手６の指６ｂを動かしているような仮想現実の体験が得られる。
【００４３】
そして仮想空間データ処理装置２は、部品Ｂの穴Ｈに嵌め込む部品Ａを仮想空間上で仮想の指が把持したかどうかを位置．姿勢検出器２１の検出データに基づいて判断し（ステップＳ６−４）、把持していなければ、ステップＳ６−１〜Ｓ６−４の処理を繰り返す。そして把持していると判断した場合には、部品Ａの姿勢決定を行う（ステップＳ６−５）。そして被験者Ｍは仮想空間上で部品Ａを把持している腕、手の指を動かすように自己の腕５、手６の指６ｂを移動させる（ステップＳ６−６）と、この移動位置を仮想空間データ処理装置２は、位置・姿勢検出器２１の検出データに基づいて検出し（ステップＳ６−７）、その位置変化に応じた部品Ｂを把持している状態で仮想の腕、手の指の画像データを移動に伴って変化させながら生成し、立体視映像表示装置２０を通じて仮想空間上で表示させる（ステップＳ６−８）。そしてステップＳ６−９で部品Ａが部品Ｂに仮想空間上で接触したと判断されるまでステップＳ６−６からＳ６−８までの処理は繰り返される。
【００４４】
そして部品Ｂに部品Ａが仮想空間上で接触すると、被験者Ｍは部品Ａを部品Ｂの穴Ｈに嵌め込むために荷重Ｎを負荷するように腕５、手６の指６ｂを動かす操作を行う（ステップＳ６−１０）。
【００４５】
ここで仮想空間データ処理装置２は、筋電位計測器２３で計測される体験者Ｍの筋電位から求まる負荷（Ｎ）と、部品Ｂの属性情報とから被験者Ｍの腕、手に加える反力を（μ１（ｍ１・ｇ＋Ｎ）の式から演算する（ステップＳ６−１１）。
【００４６】
そしてこの演算結果に基づいた荷重負荷を被験者Ｍの腕、手に加えるようにフォース・フィードバック・グローブ２２を制御装置２７を通じて駆動させる（ステップＳ６−１２）。
【００４７】
図５は、このフォース・フィードバック・グローブ２２の駆動制御処理のフローチャートを示しており、仮想空間データ処理装置２は、まず上述の演算で求まった反力よりフォース・フィードバック・グローブ２２の制御のための指令値を算出し（ステップＳ６−１２−１）、その算出した指令値を制御装置２７に出力する。制御装置２７はこの指令値に基づいてフォース・フィードバック・グローブ２２を駆動する（ステップＳ６−１２−２）。
【００４８】
制御装置２７は、フォース・フィードバック・グローブ２２の速度・加速度が予め設定されている上限内であるか否かを監視するとともに（ステップＳ６−１２−３）、フォース・フィードバック・グローブ２２の位置が設定可動範囲内であるかを否かを監視し（ステップＳ６−１２−５）、上記の上限内で無ければ移動速度・加速度を設定最大速度・加速度となるように制御する（ステップＳ６−１２−４）。  また範囲外であればフォース・フィードバック・グローブ２２を可動範囲内で止める処理を行う（ステップＳ６−１２−６）。
【００４９】
尚可動範囲内で止める手段として本実施形態に用いるフォース・フィードバック・グローブ２２は、図６（ａ）に示すように手６の指６ｂを伸ばした場合と、図６（ｂ）に示すように指６ｂを縮めた場合にワイヤーＷの長さｈ１，ｈ２に機械的な制限を加え、被験者Ｍの骨や関節を守る安全装置を備えても良い。設定最大速度及び加速度の制御方法としては次の方法を実施形態では採用している。つまり時間ｔにおけるワイヤーＷの長さをｈ（ｔ）とすると、
ｄｈ（ｔ）／ｄｔ≧Ｖｍａｘの場合、ｄｈ（ｔ）／ｄｔ＝Ｖｍａｘ
ｄｈ（ｔ）／ｄｔ２  ≧Ｇｍａｘの場合、ｄｈ（ｔ）／ｄｔ２＝Ｇｍａｘ
（但しＶｍａｘ：最大速度、Ｇｍａｘ：最大加速度）
となるように、モータＭＴの速度、加速度を制御装置２７でソフトウェアで制御することで、被験者Ｍの筋肉を守るようになっている。つまり制御装置２７は、ソフトウェアによる安全機能を備えていることになる。
【００５０】
さて、仮想空間データ処理装置２は腕５、手６の指６ｂに荷重をかける処理を行い、更に部品Ａ，Ｂの硬度ｋ１，ｋ２が部品Ａ，Ｂにかかるる荷重（＝反力＝μ１（ｍ１・ｇ＋Ｎ）を越えるか否かを監視しており（図４のステップＳ６−１３）、越えていない場合には、部品Ａを部品Ｂの穴Ｈに嵌め合う組み付け、つまり組立が完了したか否かを部品Ｂの位置情報に基づいて判定し（ステップＳ６−１５）、完了していなければ部品姿勢や荷重の変更で対応できるかできないかを判定し、できる場合には部品Ａの姿勢或いは加える荷重を変更する処理を行い（ステップＳ６−１７）、ステップＳ６−６の処理へ戻る。ステップＳ６−６からＳ６−１７迄の処理は、ステップＳ６−１３で部品Ａ，Ｂの硬度ｋ１，ｋ２を荷重μ１（ｍ１・ｇ＋Ｎが超えたと判定されるか、ステップＳ６−１６で部品姿勢、荷重変更で対応できないと判定されない限り、ステップＳ６−１５で嵌め合い（組立）完了と判定されるまで繰り返されることになる。
【００５１】
一方ステップＳ６−１３で部品Ａ，Ｂの硬度ｋ１，ｋ２を荷重μ１（ｍ１・ｇ＋Ｎが超えたと判定された場合、仮想空間データ処理装置２は部品破損と判断し（ステップＳ６−１４）し、図３でのステップＳ９へ処理を移行する。またステップＳ６−１６で部品姿勢、荷重変更で対応できないと判定された場合も図３でのステップＳ９へ処理を移行する。
【００５２】
次に上記のステップＳ６−１５で嵌め合い（組立）完了と判断した場合仮想空間データ処理装置２は、図３のステップＳ７で組立時間の計時を終了する。組立が完了すると仮想空間データ処理装置２は、立体視映像表示装置２０を通じて被験者Ｍに組立易さの良否を判定させ、その判定内容が例えば「良」であれば［Ｙｅｓ］、「否」であれば［Ｎｏ］等の言葉を音声入力用マイク２４に対して発声させ、その音声を制御装置２９でデジタル化して取り込み、その音声データの内容を分析して被験者Ｍの判定内容を判定し（ステップＳ８）、［Ｎｏ］の場合にはステップＳ９へ処理を移行する。また［Ｙｅｓ］の場合にはステップＳ１０の組立性評価の処理へ移行する。
【００５３】
このステップＳ１０では仮想空間データ処理装置２は計時機能で計測した組立開始から完了迄の時間及び、筋電位計測器２３で計測した筋電位から求まる被験者Ｍの負荷と、予め組立作業標準データベース３３に登録している時間の標準値及び負荷の標準値とを夫々比較することで、組立時間指標及び組立負荷指標を数１で示す各式で求める処理を行う。
【００５４】
【数１】
2004178222.tif 000004
【００５５】
そして求めた指標が図７に示す０点より＋側の値であれば、その値が大きい程組立がし易いと判定し、逆に求めた指標が−側の値であれば、その値が大きい程組立難い判定する。
【００５６】
例えば表２に示すような組立作業の結果が得られた製品と、作業標準データベース３３に格納してある表３で示す当該製品の標準値とに基づいて上記の組立時間指標を求めると、
組立時間指標及び組立負荷指標は次のように求まる。
【００５７】
2004178222.tif 000005
【００５８】
【表２】
2004178222.tif 000006
【００５９】
【表３】
2004178222.tif 000007
【００６０】
上記の組立評価の処理を行った後、仮想空間データ処理装置２はステップＳ１１で入力装置１１から入力された当該被験者Ｍの年齢、性別、作業歴などの個人属性情報と共に、組立評価に用いた組立時間及び負荷の各値を対応付けて組立性評価データベース４に格納保存する。
【００６１】
ここで組立性評価データベース４に蓄積されたデータ例を表４に示す。
【００６２】
【表４】
2004178222.tif 000008
【００６３】
製品設計者はこのデータを図８（ａ）（ｂ）に示すように層別に集計することで、年齢、性別、作業歴の違いによる組立に対する嗜好性を掴むことができる。これにより、製品設計者は組立工場の特性（組立作業者の違い）を考慮した製品設計を行うことができる。つまり３次元設計データに部品の属性等を反映させる（ステップＳ１２）。
【００６４】
尚図８（ａ）は３０代、男性、作業歴１０年以上の場合の組立に対する嗜好性の例を示し、同図（ｂ）は１０代、女性、作業歴３年未満の場合の組立に対する嗜好性の例を示す。
【００６５】
ところで、ステップＳ６−１４、Ｓ６−１６或いはステップＳ８でステップＳ９へ処理が移行した場合には、ステップＳ９で組立評価対処製品の部品の属性条件を変更する処理を行う。この場合、例えば上述の部品Ａ．Ｂでは硬度ｋ１．ｋ２、摩擦係数μ１、公差ｈ１等を変更する処理が行われることになるが、この変更処理は予め設定している値を仮想空間データ処理装置２が１ステップずつ＋或いは−方向へ自動変更する処理を行う。勿論被験者Ｍが入力装置１１を用いて変更処理を行うようにしても良い。
【００６６】
この変更処理が終了すると、ステップＳ５へ戻り、ステップＳ６内で部品破壊が起きず、また部品姿勢、荷重変更で対応可能となり、且つステップＳ８で被験者Ｍが組立し易いと判定を出すまでステップＳ５からステップＳ９までの処理を繰り返す。
【００６７】
以上のようにして、本実施形態では、仮想空間上で３次元設計データに基づいてＣＧによる部品と、仮想の腕や手の画像を被験者Ｍが装着している立体視映像像表示装置２０により表示させて、被験者Ｍを仮想現実内に没入させ、仮想の部品や仮想の設備、工具、冶具を用いて仮想空間上で製品の組立作業を疑似体験させ、その体験に基づいて組立性評価対象の製品の組立性評価を得、この評価を製品設計に反映させる設計支援ができることになる。特に本実施形態では、実際に組立時に作業者にかかる負荷を被験者Ｍに提示することで、より現実に近く組立作業を疑似体験できることになり、信頼性のある組立性評価が可能となる。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１の組立性評価方法の発明は、予め設計された３次元ＣＡＤシステムで組立性評価対象製品の部品の３次元設計データ、組立に用いる設備／工具／冶具のデータから部品、設備／工具／冶具の仮想的な画像及び被験者の手の仮想的な画像を仮想空間上に３次元表示させる画像データを生成し、この画像データにより両眼視差を利用した立体視映像を立体視映像表示装置により被験者へ提示する過程と、
仮想空間上での手の動きと位置及び部品、設備／工具／冶具の姿勢・位置のデータと、被験者に装着している筋電位計測手段の計測値と、各部品に予め定義している属性情報に基づき、仮想空間上で製品を組み立てようとする部品の荷重及び被験者の手や腕に与える反力の大きさを演算手段で演算し、この演算結果に基づいて制御手段により被験者が装着している力覚提示手段を制御し、力覚提示手段を通じて被験者に反力を与えながら仮想空間上での製品組立作業を仮想現実として被験者に被験させる過程とから少なくとも成るので、実際に部品を組立ているような仮想現実感を被験者に与えて、組立性の検証を行わせることができるもので、被験者の手や腕に反力を与えることで現実感を持たせ、組立性の評価の信頼性を高めることができる。
【００６９】
請求項２の組立性評価方法の発明は、請求項１の発明において、仮想空間上での製品組立完成時に、組立作業開始から完成までに要した時間及び力覚提示手段を通じて被験者へ与えた負荷の値と、予め設定されている当該組立性評価対象製品の組立開始から完成迄に要する時間及び負荷の標準値とを用いて組立性の評価を行う過程を設けているので、組立性評価を自動的に且つ客観的に行えることができ、評価の信頼性を高めることができる。
【００７０】
請求項３の組立性評価方法の発明は、請求項２の発明において、組立完了後、被験者の組立性に対する評価結果に基づいて部品の属性情報を変更するとともに、変更後の属性情報を用いて仮想空間上での製品組立作業を仮想現実として被験者に再度被験させる過程を設けているので、被験者の評価に基づいて組立性を向上させる設計への変更を導くことを可能とする。
【００７１】
請求項４の組立性評価支援装置の発明では、組立性評価対象製品の部品を設計するための３次元ＣＡＤシステムと、
該３次元ＣＡＤシステムで設計された上記部品の３次元設計データ及び当該部品を用いた仮想空間上での組立作業時に被験者に力覚を提示するために各部品毎に定義した属性情報を格納する第１のデータベースと、組立時に必要に応じて用いる設備／工具／冶具のデータを保存する第２のデータベースと、
両眼視差を利用した立体視映像を提示する立体視映像表示装置と、
被験者に装着され、仮想空間上の被験者の手の位置や動きを検出する姿勢・位置検出手段と、
被験者に装着され、腕や指に力覚を提示する力覚提示手段と、
被験者に装着され、腕や指にかかる負荷を計測する筋電位計測手段と、
上記第１，第２のデータベースに格納されているデータと上記姿勢・位置検出手段の検出データとに基づいて、仮想空間上に部品や設備／工具／冶具、被験者の手や腕の立体視用画像を表示させる画像データを生成して上記立体視映像表示装置で映し出させる画像生成手段と、
上記姿勢・位置検出手段の検出データと、筋電位計測手段の計測値と、部品の属性情報とに基づいて仮想空間上で製品を組み立てようとする部品の荷重及び被験者の手や腕に与える反力の大きさを演算し、この演算結果に基づいて上記力覚提示手段が提示する力覚の大きさを制御する制御手段と、を少なくとも備えているので、仮想空間での製品組立を被験者に経験させ、組立性を検証させることを可能とし、特に被験者の手や腕に反力を与えることで現実感を持たせ、組立性の評価の信頼性を高めることができる。
【００７２】
請求項５の組立性評価支援装置の発明は、請求項４の発明において、上記属性情報として、重量、硬度、静止摩擦係数等の諸元値を各部品毎に定義したデータにより構成しているので、部品の諸元値に基づいた力覚を被験者に提示できることで、より現実的な組立作業を被験者に疑似体験させることができる。
【００７３】
請求項６の組立性評価支援装置の発明は、請求項４又は６の発明において、組立作業における組み付け中の部品に加わる荷重と組立中の部品の属性情報とに基づいて部品の破損の判定を行う機能と、仮想空間上の部品の姿勢や位置データから部品の組み付けの開始から完了の判定を行う機能と、これらの判定に基づいて当該部品の属性情報の変更、仮想空間上での当該部品の姿勢、当該部品の荷重の変更を判断する機能とを備えているので、製品設計を組立性を向上させる方向に変更を促すことを可能とする。
【００７４】
請求項７の組立性評価支援装置の発明は、請求項４乃至６の何れかの発明において、組立性評価対象製品の組立作業に要する時間及び被験者への負荷の標準データを格納する第３のデータベースと、仮想空間上の組立開始から組立性評価対象製品が完成するまでの時間を計測する作業時間計測手段とを備えるとともに、上記筋電位計測手段によって計測された負荷を積算した負荷の値及び作業時間計測手段の計測時間と上記第３のデータベースに格納している上記標準値とを用いて当該組立性評価対象製品の組立性を評価する評価手段を備えているので、自動的に且つ客観的に組立性の評価を行うことができ、組立性評価の信頼性を高めることができる。
【００７５】
請求項８の組立性評価支援装置の発明は、請求項７の発明において、マン・マシンインターフェースを通じて入力される被験者の組立性の評価データが、良の場合に上記評価手段による評価処理へ動作を移行させ、否の場合に当該組立性評価対象製品の各部品の属性情報の変更と、仮想空間での組立作業を再度行うための状態への復帰を設定する手段を備えているので、組立性が良好となるまで、各部品の属性を替えながら繰り返して検証することができ、そのため最終的には組立性の優れた製品設計へ反映させることができる。
【００７６】
請求項９の組立性評価支援装置の発明は、請求項７又は８の発明において、上記評価手段による組立性評価判定後、マン・マシンインターフェースを通じて入力される当該被験者の属性情報とともに、上記評価手段による評価内容を組立性評価データベースに書き込む処理を行う手段を備えているので、被験者の属性と組立性評価とを分析し、実際の作業者の嗜好性の傾向などの分析が行えて、作業者を考慮した製品設計を可能とする。
【００７７】
請求項１０の組立性評価支援装置の発明は、請求項４乃至９の何れかの発明において、上記力覚提示手段が、動作可能範囲が設定可能な多指多関節駆動手段により構成されているので、被験者の骨や関節を守ることができる。
【００７８】
請求項１１の組立性評価支援装置の発明では、請求項４乃至９の何れかの発明において、上記上記力覚提示手段が、多指多関節駆動手段により構成され、上記制御手段は、多指多関節駆動手段の動作速度、加速度に上限を設定する機能を備えているので、被験者の筋肉を守ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の装置の構成図である。
【図２】同上の組立評価対象製品の説明図である。
【図３】同上の組立評価手順のメインのフローチャートである。
【図４】同上の部品組立のフローチャートである。
【図５】同上の負荷荷重処理のフローチャートである。
【図６】同上に用いるフォース・フィードバック・グローブの安全装置の説明図である。
【図７】同上の組立性評価の指標の説明図である。
【図８】同上の作業者別の組立性嗜好の説明図である。
【符号の説明】
１  ３次元ＣＡＤシステム
２  仮想空間データ処理装置
３０  ３次元ＣＡＤデータベース
３１  属性情報データベース
３２  設備／工具／冶具データベース
３３  組立作業標準データベース
４    組立性評価データベース
２０  立体視映像表示装置
２１  位置・姿勢検出器
２２  フォース・フィードバック・グローブ
２３  筋電位計測器
２４  音声入力用マイク
２５乃至２９  制御装置
Ｍ  被験者
【図１】
2004178222.tif 000009
【図２】
2004178222.tif 000010
【図３】
2004178222.tif 000011
【図４】
2004178222.tif 000012
【図５】
2004178222.tif 000013
【図６】
2004178222.tif 000014
【図７】
2004178222.tif 000015
【図８】
2004178222.tif 000016