(57)【要約】【課題】設計生産工程の上流において機器モデルおよび作業者モデルを活用し、仮想３次元空間内で作業者モデルの視点から見た視野画像を用いることにより、機器の安全性を検証する技術を提供する。【解決手段】機器の開口部から異物が侵入したとき、または機器内部の部品が脱落したときの、機器の安全性を検証する機器安全性検証装置において、仮想３次元空間内に検証対象の機器モデルを配置する機器配置部１２、作業者モデルの視野角を指定させる視野角指定部１３、機器モデルの開口部の位置を指定させる開口部位置指定部１４、作業者モデルの視点位置を指定させる視点位置指定部１５、前記開口部の位置または視点位置に基づいて前記仮想３次元空間内に前記作業者モデルを配置する作業者配置部１６、前記作業者モデルの視線方向を鉛直方向下向きとし、前記視野角を用いて前記作業者モデルの視点から見た場合の視野画像の範囲を求め、その範囲の視野画像を表示する視野画像表示部１７を備えた。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の開口部から異物が侵入したとき、または機器内部の部品が脱落したときの、機器の安全性を仮想検証する機器安全性検証装置において、仮想３次元空間内に検証対象の機器を表わす機器モデルを配置する機器モデル配置手段と、作業者を表わす作業者モデルの視野角を指定させる視野角指定手段と、前記仮想３次元空間内に前記作業者モデルを配置する作業者モデル配置手段と、前記作業者モデルの視線方向を鉛直方向下向きとし、前記視野角を用いて前記作業者モデルの視点から見た場合の視野画像の範囲を求め、その範囲の視野画像を表示する視野画像表示手段と、を備えたことを特徴とする機器安全性検証装置。
【請求項２】
請求項１記載の機器安全性検証装置において、視野画像を表示する際、活電部を他の部分と異ならせた状態で表示するように前記視野画像表示手段を構成したことを特徴とする機器安全性検証装置。
【請求項３】
請求項１記載の機器安全性検証装置において、機器モデルの開口部位置を指定させる開口部位置指定手段を備え、指定された開口部位置に基づいて前記作業者モデルを配置する構成にしたことを特徴とする機器安全性検証装置。
【請求項４】
請求項１記載の機器安全性検証装置において、作業者モデルの視点の位置を指定させる視点位置指定手段を備え、指定された視点位置に基づいて前記作業者モデルを配置する構成にしたことを特徴とする機器安全性検証装置。
【請求項５】
請求項１、請求項３、または請求項４記載の機器安全性検証装置において、前記作業者モデルを配置した後に、視線方向の軸、および該軸に垂直な互いに直交する２軸からなる３軸に対して、各軸方向への平行移動および各軸回りの回転移動により、前記作業者モデルの位置および姿勢を微調整する作業者微調整手段を備えたことを特徴とする機器安全性検証装置。
【請求項６】
機器の開口部から異物が侵入したとき、または機器内部の部品が脱落したときの、機器の安全性を仮想検証する安全性検証方法において、仮想３次元空間内に検証対象の機器を表わす機器モデルを配置し、作業者を表わす作業者モデルの視野角を指定させ、前記仮想３次元空間内に前記作業者モデルを配置し、前記作業者モデルの視線方向を鉛直方向下向きとし、前記視野角を用いて前記作業者モデルの視点から見た場合の視野画像の範囲を求め、その範囲の視野画像を表示することを特徴とする機器安全性検証方法。
【請求項７】
請求項６記載の機器安全性検証方法において、視野画像を表示する際、活電部を他の部分と異ならせた状態で表示することを特徴とする機器安全性検証方法。
【請求項８】
請求項６記載の機器安全性検証方法において、前記作業者モデルを、機器モデルの開口部の位置を指定することにより配置することを特徴とする機器安全性検証方法。
【請求項９】
請求項６記載の機器安全性検証方法において、前記作業者モデルを、作業者モデルの視点の位置を指定することにより配置することを特徴とする機器安全性検証方法。
【請求項１０】
請求項６、請求項８、または請求項９記載の機器安全性検証方法において、前記作業者モデルを配置した後に、視線方向の軸、およびその軸に垂直な互いに直交する２軸からなる３軸に対して、各軸方向への平行移動および各軸回りの回転移動によって、前記作業者モデルの位置および姿勢を微調整することを特徴とする機器安全性検証方法。
【請求項１１】
プログラムを記憶した記憶媒体において、請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の機器安全性検証方法によった機器安全性検証を実行させるようにプログラミングされたプログラムを記憶したことを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、専用の３次元形状処理装置や汎用の情報処理装置などを用いて実現される、３次元ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ／ＣＧシステムなど３次元形状処理システムに係わり、特に、機器の開口部から異物が侵入したとき、または機器内部の部品が脱落したときの、機器の安全性を仮想検証する機器安全性検証技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
３次元ＣＡＤ／ＣＧシステムなど３次元形状処理システムの普及により３次元形状データの利用者層が拡大するとともに、設計生産工程を中心として、上流から下流までの様々な工程で実際の製品機器の３次元形状データが有効活用される機会が増加している。
ところで、前記したような３次元形状処理システムを導入する利点の１つとして、３次元形状データを用いて機器を表現した機器モデルとともに、機器に関連した作業をおこなう作業者を３次元形状データで表現した作業者モデルを表示し、さらに、場合によっては作業者の視点から見た視野画像を求めることにより、機器に関連した様々な作業の効果などを仮想検証できることが挙げられる。
例えば特開平１０−２４０７９１号公報に示された従来技術では、姿勢・体型などの異なる様々な作業者モデルを用いて機器の操作性評価を支援する。具体的には、シミュレーション空間に配置される作業者モデルの基準位置を、その作業者モデルの基本姿勢に応じて定義しておき、体形の異なる作業者モデルに変更したとき、変更前後で基本姿勢が一致するように変更後の作業者モデルをシミュレーション空間に配置する。
また、特開２０００−２５０９５５公報に示された従来技術では、作業者モデルを用いて表示装置の有効視野範囲を検証する。具体的には、画面上に実現した仮想３次元空間に検証対象の表示装置の使用環境を構築して表示し、その使用環境における検証対象の表示装置の有効視野範囲を設定し、その有効視野範囲を使用環境が表示されている画面上に可視化表示する。
一方、機器の開口部から異物が侵入した場合や、機器内部の部品が脱落した場合の、機器の安全性を検証するには、それらの物体の落下範囲に機器の活電部が存在するか否かを確認する必要があるが、従来、このような安全性試験は機器の試作機を用いておこなわれていた。
【特許文献１】特開平１０−２４０７９１号公報
【特許文献２】特開２０００−２５０９５５公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の機器安全性試験は試作機を必要とするので、実施に高いコストがかかっていた。また、機器の試作が可能となるのは設計生産工程の比較的下流であるので、早期に機器の安全性に関する問題点を発見することが困難であった。
本発明の目的は、このような従来技術の問題を解決することにあり、具体的には、設計生産工程の上流において機器モデルおよび作業者モデルを活用し、仮想３次元空間内で作業者モデルの視点から見た視野画像を用いることにより、機器の安全性を仮想検証する技術を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、機器の開口部から異物が侵入したとき、または機器内部の部品が脱落したときの、機器の安全性を仮想検証する機器安全性検証装置において、仮想３次元空間内に検証対象の機器を表わす機器モデルを配置する機器モデル配置手段と、作業者を表わす作業者モデルの視野角を指定させる視野角指定手段と、前記仮想３次元空間内に前記作業者モデルを配置する作業者モデル配置手段と、前記作業者モデルの視線方向を鉛直方向下向きとし、前記視野角を用いて前記作業者モデルの視点から見た場合の視野画像の範囲を求め、その範囲の視野画像を表示する視野画像表示手段とを備えた。
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、視野画像を表示する際、活電部を他の部分と異ならせた状態で表示するように前記視野画像表示手段を構成した。
また、請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明において、機器モデルの開口部位置を指定させる開口部位置指定手段を備え、指定された開口部位置に基づいて前記作業者モデルを配置する構成にした。
また、請求項４記載の発明では、請求項１記載の発明において、作業者モデルの視点の位置を指定させる視点位置指定手段を備え、指定された視点位置に基づいて前記作業者モデルを配置する構成にした。
また、請求項５記載の発明では、請求項１、請求項３、または請求項４記載の発明において、前記作業者モデルを配置した後に、視線方向の軸、およびその軸に垂直な互いに直交する２軸からなる３軸に対して、各軸方向への平行移動および各軸回りの回転移動により、前記作業者モデルの位置および姿勢を微調整する作業者微調整手段を備えた。
【０００５】
また、請求項６記載の発明では、機器の開口部から異物が侵入したとき、または機器内部の部品が脱落したときの、機器の安全性を仮想検証する安全性検証方法において、仮想３次元空間内に検証対象の機器を表わす機器モデルを配置し、作業者を表わす作業者モデルの視野角を指定させ、前記仮想３次元空間内に前記作業者モデルを配置し、前記作業者モデルの視線方向を鉛直方向下向きとし、前記視野角を用いて前記作業者モデルの視点から見た場合の視野画像の範囲を求め、その範囲の視野画像を表示する構成にした。
また、請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明において、視野画像を表示する際、活電部を他の部分と異ならせた状態で表示する構成にした。
また、請求項８記載の発明では、請求項６記載の発明において、前記作業者モデルを、機器モデルの開口部の位置を指定することにより配置する構成にした。
また、請求項９記載の発明では、請求項６記載の発明において、前記作業者モデルを、作業者モデルの視点の位置を指定することにより配置する構成にした。
また、請求項１０記載の発明では、請求項６、請求項８、または請求項９記載の発明において、前記作業者モデルを配置した後に、視線方向の軸、およびその軸に垂直な互いに直交する２軸からなる３軸に対して、各軸方向への平行移動および各軸回りの回転移動によって、前記作業者モデルの位置および姿勢を微調整する構成にした。
また、請求項１１記載の発明では、プログラムを記憶した記憶媒体において、請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の機器安全性検証方法によった機器安全性検証を実行させるようにプログラミングされたプログラムを記憶した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明が実施される機器安全性検証装置のハードウェア構成図である。図示したように、この機器安全性検証装置は、プログラムに従って動作するＣＰＵ１、そのプログラムや各種データを一時的に記憶するメモリ（例えばＲＡＭ）２、前記プログラムや各種データを保存しておく外部記憶装置（例えばハードディスク装置）３、着脱可能な記憶媒体からデータを読み込む読み込み装置、キーボード、マウスなどを有して３次元形状データを含む各種データや指示を入力する入力装置４、機器モデルや作業者モデルを表示する表示装置５などを備える。
【０００７】
図２は、前記したようなハードウェアと前記プログラム（ソフトウェア）により実現される、本発明の一実施例を示す機器安全性検証システムのシステム構成図である。図示したように、この実施例の機器安全性検証システムは、入力装置４などにより機器モデルや作業者モデルを構成している３次元形状データを含む各種データや指示を入力させる入力部１１、仮想３次元空間内に検証対象の機器を表わす機器モデルを配置する機器モデル配置手段である機器配置部１２、作業者を表わす作業者モデルの視野角を指定させる視野角指定手段である視野角指定部１３、機器モデルの開口部の位置を指定させる開口部位置指定手段である開口部位置指定部１４、作業者モデルの視点位置を指定させる視点位置指定手段である視点位置指定部１５、前記仮想３次元空間内に前記作業者モデルを配置する作業者モデル配置手段である作業者配置部１６、前記作業者モデルの視線方向を鉛直方向下向きとし、前記視野角を用いて前記作業者モデルの視点から見た場合の視野画像の範囲を求め、その範囲にある視野画像を表示する視野画像表示手段である視野画像表示部１７、作業者モデルの位置および姿勢を微調整する作業者微調整手段である作業者微調整部１８を備えている。
【０００８】
図３に、この実施例の動作フローを示す。以下、図３に従ってこの実施例の動作フローを説明する。
まず、機器配置部１２が、画面上に実現される仮想３次元空間内に検証対象の機器モデルを配置する（Ｓ１）。機器モデルをその３次元形状データを用いて例えば画面の中央部とか、作業者モデルの位置も考慮して画面の右とか左の指示された位置に表示させるのである。なお、この機器モデルの３次元形状データはこのときに入力装置４により入力してもよいし、すでに外部記憶装置３に記憶されている３次元形状データを読み出して用いてもよい。
続いて、視野角指定部１３が作業者モデルの視野角を指定させる（Ｓ２）。例えば入力装置４を構成しているキーボードなどにより利用者に角度を入力させるのである。そして、機器モデルの開口部の位置を指定して作業者モデルを配置する場合には（Ｓ３でＹＥＳ）、開口部位置指定部１４が開口部の位置を指定させる（Ｓ４）。例えば表示されている機器モデル中の開口部の境界上の２点（例えば開口部を円形として直径の両端を示す２点）をマウスなどにより指示させて指定させるのである。
それに対して、開口部の位置を指定しない場合には（Ｓ３でＮＯ）、作業者モデルの視点位置を指定して作業者モデルを配置するか否かを利用者に指定させ（Ｓ５）、視点位置を指定する場合には（Ｓ５でＹＥＳ）、視点位置指定部１５がマウスなどにより視点の位置を指定させる（Ｓ６）。一方、視点位置を指定しない場合には（Ｓ５でＮＯ）この動作フローを終了する。
【０００９】
次に、作業者配置部１６が仮想３次元空間内に作業者モデルを配置する（Ｓ７）。
機器モデルの開口部の位置を、開口部の境界上の２点によって指定した場合には、例えば以下のように作業者モデルを配置すればよい。
▲１▼指定された２点Ｐ１・Ｐ２の中点Ｍを求める。
▲２▼線分Ｐ１Ｐ２の方向が水平方向でない場合には、中点Ｍを通り水平な平面Ｈを求め、その平面ＨにＰ１を射影した点を新たにＰ１とする。
▲３▼中点Ｍを中心、線分Ｍ  Ｐ１の長さを半径とする、平面Ｈ上に乗る円をＣとする。
▲４▼作業者モデルの視線方向が、中点Ｍを通り、鉛直方向下向きとなるように、作業者モデルの姿勢を定める（視線方向の軸回りの回転自由度については、例えば、作業者モデルにとっての右方向が世界座標系のＸ軸方向と一致するように定めればよい）。
▲５▼作業者モデルの視点から円Ｃを見込む円錐の頂角が、指定された視野角の１／２となるように視点位置を定め、視点位置がそのような位置になるように作業者モデルの位置を定める。
一方、作業者モデルの視点位置を指定した場合には、例えば以下のように作業者モデルを配置すればよい。
▲１▼指定された点Ｐが作業者モデルの視点となるように、作業者モデルの位置を定める。
▲２▼作業者モデルの視線方向が鉛直方向下向きとなるように、作業者モデルの姿勢を定める（視線方向の軸回りの回転自由度については、例えば、作業者モデルにとっての右方向が世界座標系のＸ軸方向と一致するように定めればよい）。
【００１０】
図４に、機器モデル２１と作業者モデル２２を配置した例を示す。
次に、配置された作業者モデルの視点から、視野画像表示部１７が、指定された視野角に基づいて鉛直方向下向きを見た場合の視野画像の範囲を求め、その範囲内に収まる視野画像を表示する（Ｓ８）。なお、視点下方にある機器モデルの画像は３次元形状データから求められている。図５に、視野画像の例を示す。図５では、視野の境界が円で表示されている。視野画像内の機器モデルの活電部のみを異なる表示様態（例えば色を付ける）にて表示することにより、活電部の視認性を高めてもよい。どの部分が活性部であるかは設計者が知っていることであるので、予め指示させ、設定しておくのである。
続いて、作業者モデルの視点の位置にある物体の落下範囲を視野画像の範囲と同一と見なし、利用者が視野画像を目視することにより機器の安全性を検証する（Ｓ９）。視野画像内に機器モデルの活電部が存在すれば危険であり、存在しなければ安全であるとするのである。
この後、作業者モデルの配置を微調整する場合には（Ｓ１０でＹＥＳ）、作業者微調整部１８が、作業者モデルの視線方向の軸、およびその軸に垂直な互いに直交する２軸からなる３軸に対して、各軸方向への平行移動と各軸回りの回転移動により、作業者モデルの位置と姿勢を微調整し（Ｓ１１）、ステップＳ８に戻る。
図６に、作業者モデルの頭部とともに、作業者モデルの配置を微調整する３軸の例を示す。図６では、視線方向の軸がＺ軸、作業者にとっての左方向がＸ軸、作業者にとっての上方向がＹ軸として表示されている。
一方、作業者モデルの配置を微調整しない場合には（Ｓ１０でＮＯ）、この動作フローを終了する。
以上、図２に示したシステム構成の場合で本発明の一実施例を説明したが、説明したような機器安全性検証方法に従ってプログラミングしたプログラムを着脱可能な記憶媒体に記憶し、その記憶媒体をこれまで本発明によった機器安全性検証をおこなえなかったパーソナルコンピュータなど情報処理装置に装着することにより、または、そのようなプログラムをネットワークを介してそのような情報処理装置へ転送することにより、そのような情報処理装置においても本発明によった機器安全性検証をおこなうことができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、請求項１および請求項６記載の発明では、機器の開口部から異物が侵入したとき、または機器内部の部品が脱落したときの、機器の安全性を仮想検証する際、仮想３次元空間内に検証対象の機器モデルを配置し、作業者モデルの視野角を指定させ、仮想３次元空間内にその作業者モデルを配置し、その作業者モデルの視線方向を鉛直方向下向きとし、視野角を用いてその作業者モデルの視点から見た場合の視野画像の範囲を求め、その範囲の視野画像を表示することができるので、その視野画像内に活電部があるか否かを利用者が目視検査することにより、機器の安全性を検証することができる。
また、請求項２および請求項７記載の発明では、請求項１または請求項６記載の発明において、視野画像を表示する際、活電部を他の部分と異ならせた状態で表示することができるので、視野画像内に活電部があるか否かを容易に知ることができる。
また、請求項３および請求項８記載の発明では、請求項１または請求項６記載の発明において、機器モデルの開口部の位置を指定することにより作業者モデルを配置することができるので、開口部から異物が進入した場合に適合する視野画像を求めることができ、したがって、そのような場合における機器の安全性を検証することができる。
また、請求項４および請求項９記載の発明では、請求項１または請求項６記載の発明において、作業者モデルの視点の位置を指定することにより作業者モデルを配置することができるので、例えば機器内部の想定した部品が脱落した場合などの機器の安全性を検証することができる。
また、請求項５および請求項１０記載の発明では、請求項１、請求項３、請求項４、請求項６、請求項８、または請求項９記載の発明において、作業者モデルを配置した後に、視線方向の軸、およびその軸に垂直な互いに直交する２軸からなる３軸に対して、各軸方向への平行移動および各軸回りの回転移動によって、作業者モデルの位置および姿勢を微調整することができるので、状況によっては視野画像の範囲をずらして安全性を確認することができる。
また、請求項１１記載の発明では、請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の機器安全性検証方法によった機器安全性検証を実行させるようにプログラミングされたプログラムを着脱可能な記憶媒体に記憶することができるので、その記憶媒体をこれまで請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の発明によった機器安全性検証をおこなえなかったパーソナルコンピュータなど情報処理装置に装着することにより、そのような情報処理装置においても請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の発明の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が実施される機器安全性検証装置のハードウェア構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示す機器安全性検証システムのシステム構成図である。
【図３】本発明の一実施例を示す機器安全性検証システムの動作フロー図である。
【図４】機器モデル２１と作業者モデル２２を配置した例を示す図である。
【図５】視野画像の例を示す図である。
【図６】本発明の一実施例を示す機器安全性検証システムの説明図である。
【符号の説明】
１  ＣＰＵ
３  外部記憶装置
４  入力装置
５  表示装置
１２  機器配置部
１３  視野角指定部
１４  開口部位置指定部
１５  視点位置指定部
１６  作業者配置部
１７  視野画像表示部
１８  作業者微調整部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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