(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
着脱の対象となる機械部品の要素の情報の入力を受け付けて該機械部品の着脱経路設計を支援する経路設計支援装置であって、
着脱経路の情報の入力を受け付ける入力受け付け手段と、
該入力受け付け手段により入力が受け付けられた着脱経路が前記機械部品の周辺部品と干渉するか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段により前記周辺部品と干渉すると判断されなかった場合、前記入力された着脱経路内の複数の位置それぞれにおける前記機械部品の傾きを算出する算出手段と、
前記入力された着脱経路内の複数の位置それぞれにおける前記機械部品の傾きを示すグラフを表示手段に表示する表示制御手段とを有していることを特徴とする経路設計支援装置。
【請求項２】
着脱の対象となる機械部品の要素の情報の入力を受け付けて該機械部品の着脱経路設計を支援する経路設計支援装置の制御方法であって、
着脱経路の情報の入力を受け付ける入力受け付けステップと、
該入力受け付け手段により入力が受け付けられた着脱経路が前記機械部品の周辺部品と干渉するか否かを判断する判断ステップと、
前記判断ステップにより前記周辺部品と干渉すると判断されなかった場合、前記入力された着脱経路内の複数の位置それぞれにおける前記機械部品の傾きを算出する算出ステップと、
前記入力された着脱経路内の複数の位置それぞれにおける前記機械部品の傾きを示すグラフを表示手段に表示する表示制御ステップとを有していることを特徴とする制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載の制御方法をコンピュータにより実行させることを特徴とするコンピュータで読み取り可能なプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、経路設計支援装置、制御方法並びにプログラムに関し、より詳しくは機械部品の交換等を行う場合の着脱経路の経路設計を行う経路設計支援装置、制御方法並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、機械装置の部材を装着・脱着させる着脱経路の設計を行う場合、着脱経路の有効性を検討するために、周辺部品と干渉するか否かの検証作業を行っているが、斯かる検証作業に関しては二次元的な検討又は三次元的な検討が加えられる。
【０００３】
具体的には、二次元的な検討を行う場合は、２ＤＣＡＤを使用して部材の包絡線を着脱経路に沿って刻み幅毎に作成し、周辺部品と干渉するか否かを視覚的に判断している。
【０００４】
また、 三次元的な検討を行う場合は、主として３ＤＣＡＤを使用し、着脱対象部品の部品モデルを着脱経路に沿って所定の刻み幅毎に変化させて該着脱対象部材の作動状態モデルを作成し、３ＤＣＡＤの干渉チェック機能を使用して周辺部品と干渉するか否かを判断している。
【０００５】
また、操作性の評価に関しては、実際に試作機を作成して操作し、周辺部品と干渉しないか否か、手の入る隙間があるか否か、或いは着脱対象部品をスムーズに取り出せるかと否か等の検討を行っている。
【０００６】
また、最近では、三次元空間内に着脱対象部材を配置すると共に、人体モデルを配置しながら着脱経路の評価を行うＣＡＤ装置や組立評価ソフトも既に知られており、例えば、人体モデルを配置し、作業性評価等を行うソフトウエアも市販されている（例えば、日本テクノマティックス株式会社製、登録商標ＤＹＮＡＭＯ）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、設計した着脱経路に際し、着脱部品の形状の有効性を検証するために、上述したように実際に試作機を作成して操作して操作性を評価しているため、場合によっては試作機を作り直す必要があり、したがって着脱経路の有効性や操作性評価に時間を要し、また、 コストアップを招く原因になるという問題点があった。
【０００８】
また、従来では、３次元コンピュータグラフィック上で人体モデルを使用して特定の作業が可能か否かの作業評価を行っているため、着脱作業の操作性を評価するために逐次人体モデルを作動させる必要があり作業評価のための手順が煩雑であるという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって、操作性や作業性を容易且つ効率的に評価しながら着脱経路を設計することのできる経路設計支援装置、制御方法並びにプログラムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る経路設計支援装置は、着脱の対象となる機械部品の要素の情報の入力を受け付けて該機械部品の着脱経路設計を支援する経路設計支援装置であって、着脱経路の情報の入力を受け付ける入力受け付け手段と、該入力受け付け手段により入力が受け付けられた着脱経路が前記機械部品の周辺部品と干渉するか否かを判断する判断手段と、前記判断手段により前記周辺部品と干渉すると判断されなかった場合、前記入力された着脱経路内の複数の位置それぞれにおける前記機械部品の傾きを算出する算出手段と、前記入力された着脱経路内の複数の位置それぞれにおける前記機械部品の傾きを示すグラフを表示手段に表示する表示制御手段とを有していることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係る制御方法は、着脱の対象となる機械部品の要素の情報の入力を受け付けて該機械部品の着脱経路設計を支援する経路設計支援装置の制御方法であって、着脱経路の情報の入力を受け付ける入力受け付けステップと、該入力受け付け手段により入力が受け付けられた着脱経路が前記機械部品の周辺部品と干渉するか否かを判断する判断ステップと、前記判断ステップにより前記周辺部品と干渉すると判断されなかった場合、前記入力された着脱経路内の複数の位置それぞれにおける前記機械部品の傾きを算出する算出ステップと、前記入力された着脱経路内の複数の位置それぞれにおける前記機械部品の傾きを示すグラフを表示手段に表示する表示制御ステップとを有していることを特徴とする。
【００１２】
尚、本発明のその他の特徴は下記の発明の実施の形態の記載より明らかとなろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。
【００１４】
図１は本発明に係る経路設計支援装置の一実施の形態を示すブロック構成図であって、該経路設計支援装置は、所定の作動シミュレーション処理を実行する中央処理装置１と、作動対象形状や入力情報(着脱部材や着脱経路等)、処理結果、或いは処理途中の経緯等を表示する表示装置２と、キーボード、マウス、選択指示ボタン等を有し、作動のために必要な指定情報、情報の入力、メニューの選択指示等を入力する入力装置３と、動作手順や三次元の表示モデル形状データ、経路形状の曲率変化・傾き変化等の演算プログラムが格納され、更には演算結果を記憶する記憶装置４とを備えている。
【００１５】
そして、本実施の形態では、入力装置３から必要な指定情報を入力し、作動結果を表示装置２に表示すると共に記憶装置４に作動結果及び操作性評価結果を保存する。
【００１６】
図２は経路設計支援装置の動作手順を示すフローチャートである。
【００１７】
まず、ステップＳ１では、入力装置３を操作し、着脱させたい着脱部材が周辺部品と干渉しないで着脱できるような経路を入力する。
【００１８】
次いで、ステップＳ２では、入力装置３を操作し、初期条件として着脱部材を入力し、続くステップＳ３では、入力装置３を操作して作動シミュレーション処理を実行し、その後ステップＳ４では、着脱部材と周辺部品との干渉チェックを行いながら該着脱部材を入力された着脱経路に沿って移動させる。
【００１９】
そして、ステップＳ５では着脱部材が周辺部品と干渉しているか否かを判断し、その答が肯定(Ｙｅｓ)の場合、すなわち着脱部材が周辺部品と干渉しているときは該周辺部品と干渉した地点で着脱部材の移動を停止し、ステップＳ１に戻って着脱経路の修正を行い上述の処理を繰り返す。
【００２０】
一方、ステップＳ５の答が否定(Ｎｏ)となって着脱部材が着脱経路に到達するまで干渉しなかった場合は、ステップＳ６に進み、着脱経路評価ルーチンを実行し、処理を終了する。
【００２１】
図３はステップＳ６で実行される着脱経路評価ルーチンのフローチャートである。
【００２２】
ステップＳ１１では、着脱経路の傾き変化を算出する。すなわち、着脱部材が装着されている装着位置の姿勢を基準とし、着脱部材の各移動位置での傾き変化を算出する。具体的には、図４に示すように、スタート地点Ｓ（装着位置）における接線と移動位置である測定地点Ｐにおける接線の成す角度△θ０が傾き角となり、等ピッチ間隔で各測定地点の傾き角Δθ０、Δθ１、…Δθｉを、スタート地点Ｓを基準に算出していく。
【００２３】
次に、ステップＳ１２では、傾き角Δθｎ（ｎ＝０、１、…、ｉ−１）の測定値をグラフ化する。すなわち、図５に示すように、着脱部材の装着点から脱着点までの傾き角Δθｎ（姿勢）の変化を等ピッチ間隔でプロットし、測定グラフを表示装置２に表示する。
【００２４】
次いで、ステップＳ１３では、着脱経路設計者は測定グラフを見ながら、着脱経路が周辺部品との関係で手首を稼動させることのできる稼動範囲に収まっているかを判断し、その答が肯定(Ｙｅｓ)の場合はそのまま処理を終了する一方、その答が否定(Ｎｏ)の場合は急激な姿勢変化を行っているため、傾き角Δθｎの角度の変化範囲が手首の稼動範囲を超えている場合であり、操作性に問題があると判断し、ステップＳ１に戻って着脱経路の修正を行い、上述の処理を繰り返す。
【００２５】
例えば、着脱部材を装着する際に装着感（クリック感）を得るために、決められた傾き角Δθｎが、着脱経路の最後に定められた分だけしっかりと取られているかなどを考慮して操作性を評価する。そして、設計者が操作性に問題なし判断した場合（ステップＳ１３の答が肯定(Ｙｅｓ)）、着脱経路の形状が決定される。問題あると判断した場合（ステップＳ１３の答が否定(Ｎｏ)）、ステップＳ１に戻り着脱経路の修正を行う。
【００２６】
また、ステップＳ１４では、着脱部材の通過した空間である移動体積量を算出する。具体的には、着脱経路案に沿って、着脱部材を細分化して複写していき、斯かる細分化されて算出された体積量を積算する。そして斯かる算出された着脱移動体積量を記憶装置４に保存する。
【００２７】
ステップＳ１５では算出された着脱移動体積量を棒グラフでグラフ化し、コンパクト性に問題ないか否かを判断する。コンパクト性に問題がある場合はステップＳ１に戻って別の着脱経路案を入力し、上述と同様の処理を行い、コンパクト性に問題がなくなるまで上述の処理を繰り返す。
【００２８】
すなわち、ステップＳ１５では図６に示すように着脱部材の移動体積量をグラフ化し、ステップＳ１６ではこれら各棒グラフを見ながら、いずれの着脱経路案が着脱部材を一番コンパクトに脱着させることができるかを判断し、最もコンパクトに脱着することのできる移動体積量を選択し、処理を終了する。
【００２９】
次に、ステップＳ１７では、着脱経路の曲率変化を算出する。本実施の形態では、図４に示すように、測定点Ｐとその近傍点Ｑで接線Ａ、Ｂを引き、該接線Ａと接線Ｂの成すす傾き角を△θ１とし、ＰＱの円弧上の距離を△Ｓとし、数式（１）で算出されるκを曲率と定義し、曲率変化を算出する。
【００３０】
【数１】
0004724307.tif 000002
ステップＳ１８では、曲率κｍ（ｍ＝１、２、…、ｊ−１）の測定値をグラフ化する。すなわち、図５に示すように、着脱部材の装着位置から脱着位置までの曲率κｍの変化を等ピッチ間隔でプロットし、グラフ化された測定結果を表示装置２に表示する。
【００３１】
ステップＳ１９では、着脱経路設計者は、測定結果に基づいて曲率κｍの変化を評価し、着脱経路の滑らかさを判定する。そして、曲率κｍに多数の変曲点が存在している場合は、滑らかな着脱経路とはいえないため、ステップＳ１９の答は否定(Ｎｏ)となってステップＳ１に戻り、着脱経路を修正して上述の処理を繰り返す。一方、変曲点が存在せず、曲率変化が滑らかである場合は着脱部材をスムーズに取り出せ、したがって操作性が良好と判断して着脱経路を決定し、処理を終了する。
【００３２】
ステップＳ２０では着脱経路の長さを算出し、続くステップＳ２１では、様々な着脱経路案や着脱経路案の履歴とを比較検討するために、経路長さのグラフ表示を表示装置２に表示し、続くステップＳ２２では当該着脱経路を採用することで着脱部材を迅速に取り出せるか否かを判断する。そしてステップＳ２２の答が否定(Ｎｏ)の場合はステップＳ１に戻って着脱経路を修正し上述の処理を繰り返す。
【００３３】
そして、ステップＳ２２では、ステップＳ２１で表示されたグラフを見ながら、どの着脱経路案が着脱部材を最も迅速に取り出せるかを判断し、着脱経路設計者は着脱部材を最も迅速に取り出せる着脱経路案を採用し、ステップＳ２２の答が肯定(Ｙｅｓ)となって処理を終了する。
【００３４】
このように本実施の形態によれば、着脱部材を着脱経路に沿って取り出した場合、周辺部品と干渉するかどうか自動的に調べることができ、設計検証を効率化することができる。
【００３５】
そして、本実施の形態では、様々な角度から着脱経路を評価することが可能となり、単に周辺部品と干渉せずに取り出せるか取り出せないかといった判断だけではなく、操作性やコンパクト性、クリック感を含めたユーザの使い勝手を含めた設計検討を行いながら、着脱経路を設計することができる。
【００３６】
図７は、着脱経路に沿って着脱部材及び人体モデルの双方を移動させる場合を示している。
【００３７】
このように人体モデル４を着脱部材５と共に動かすことにより、人間の操作性を含めた検討が可能となり、手の入る隙間があるかどうかの判断を視覚的に短時間で行うことができる。
【００３８】
図８は、三次元空間６上に二次元スケッチ７による着脱経路を生成し、３次元で表現された着脱部材８をその二次元要素で構成された経路に沿って、移動させる場合を示している。
【００３９】
二次元スケッチ７の着脱経路を生成すれば、一々三次元の着脱経路をモデリングしなくとも着脱シミュレーションを行うことができ、煩雑なモデリング作業を省略でき、多くの検討案を短時間の中で試行可能となり、また修正や変更を簡単に行うことができる。
【００４０】
図９は着脱経路評価結果を着脱経路設計者から第三者に伝送している状態を示す図であって、このように着脱経路評価結果の測定グラフ１０を着脱経路設計者９から周辺部品設計者１１に伝送することにより、着脱経路の設計に際し、周辺部品の配置や形状変更等を周辺部品設計者と共同で行うことが可能となる。また、着脱経路の最適な形状を見つけても、周辺部品と干渉してしまう場合もあるが、その場合、着脱経路評価結果に基づいて最適な着脱経路に沿った周辺部品の配置や形状決定が可能となり、作動シミュレーション結果及び評価結果を共有することで、共同で最適な着脱形状を数値的に決定していくことが可能になる。
【００４１】
図１０は経路設計支援装置の第２の実施の形態を示すフローチャートであって、本第２の実施の形態では刻み幅ごとに着脱部材を移動させ、軌跡結果を記憶し、逐次その軌跡毎に指定された干渉部品との干渉チェックを行っている。
【００４２】
ステップＳ３１では入力装置３を操作し、着脱させたい着脱部材が周辺部品と干渉しないで着脱できるような経路を入力し、次いでステップＳ３２では、初期条件である着脱部材や、及び着脱部材を移動させる刻み幅量と着脱部材の干渉チェックを行う際に対象となる周辺部品を指定する。このように移動させる刻み幅量や干渉チェック対象部品を設計者が指定することで、処理時間を短縮させたり、より詳細な検証を行うことができる。
【００４３】
次に、ステップＳ３３では、入力装置３を操作して作動シミュレーション処理を実行し、続くステップＳ３４では、図１１に示すように、刻み幅ごとに着脱部材の軌跡結果を複写していく。
【００４４】
ステップＳ３５では、ステップＳ３２で指定した周辺部品との干渉チェックを軌跡結果に沿って行い、干渉しているか否かを判定する。
【００４５】
そして、ステップＳ３６では干渉しているか否かを判断し、その答が肯定(Ｙｅｓ)の場合、すなわち着脱部材が周辺部品と干渉しているときは周辺部品と干渉した地点で着脱部材の移動を停止し、ステップＳ１に戻って着脱経路の修正を行い上述の処理を繰り返す。
【００４６】
一方、ステップＳ３６の答が否定(Ｎｏ)となって着脱部材が着脱経路に到達するまで干渉しなかった場合はステップＳ３７に進み、着脱経路評価ルーチンを実行し、処理を終了する。
【００４７】
このように本第２の実施の形態によれば、刻み幅や干渉チェック対象部品を必要に応じて変更させることで、処理を高速化させたい場合、詳細な検証を行いたい場合などに対応することができる。
【００４８】
図１２は、着脱部材の刻み幅ごとの保存結果を第三者に伝送する様子を説明する図であって、着脱経路評価結果の測定グラフ１３が着脱経路設計者１２から周辺部品設計者１４に伝送される。
【００４９】
図１３は上記第２の実施の形態の変形例であって、ステップＳ３５で干渉チェックが行われたときに、ステップＳ３６で着脱部材が周辺部品と干渉していると判断された場合はステップＳ３８に進み、着脱部材を干渉回避させるために干渉が回避するように、入力装置３を操作し、着脱経路設計者が対話的に着脱部材軌跡を移動／回転を行いながら干渉を回避させ、続くステップＳ３９では着脱部材が当該干渉を回避させた軌跡を通過するように着脱経路を再生成させ、ステップＳ３３に戻ってステップＳ３４以降の処理を繰り返す。
【００５０】
図１４は、着脱経路設計者が対話的に着脱部材を移動させて移動／回転した着脱部材軌跡を通るように、着脱経路を自動再生成を行っている様子を示している。
【００５１】
このように本変形例では干渉チェックを自動的に短時間に行えることができ、干渉している部品が瞬時に見つけることができ。また、着脱経路設計者と対話的に干渉を回避させていくことができる。そして、回避させた着脱軌跡を通るような着脱経路を自動生成できることで、効率的に、周辺部品と干渉しない着脱経路が探索可能となる。更に、自動的に生成された着脱経路の評価を行うことで操作性等の着脱経路の最適評価を行うことができる。
【００５２】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、例えば、作動シミュレーションを実行した場合に周辺部品と干渉する場合、上記実施の形態では着脱経路を変更して干渉を回避しているが、周辺部品の配置及び形状を変えるようにしてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、部材の着脱経路設計に対し、解析シミュレーションに精通していない設計者でも、作動シミュレーションを容易に行うことが可能となり、効率的に着脱経路の検証を行いながら設計を進めていくことができる。
【００５４】
また、着脱経路の検証作業に際し、周辺部品との干渉が見つかった場合、それを回避する経路を効率的に生成することができ、最適経路を短期間で生成することが可能となる。
【００５５】
さらに、コンパクト性や操作性といった、人間の感覚による部分をグラフで表現して、その着脱経路を短時間で評価することができるようにしているので、試作機を作成する前段階で着脱経路の修正を行うことができ、設計効率の向上を図ることができる。
【００５６】
また、作動シミュレーション軌跡結果を保存することで、第三者がその結果を比較検討しながら、周辺部品の設計及び配置を修正することが可能となり、着脱経路設計を共同作業で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る経路設計支援装置の一実施の形態を示すブロック構成図である。
【図２】本発明に係る経路設計の支援方法の一実施の形態を示すフローチャート図である。
【図３】着脱経路評価ルーチンのフローチャートである。
【図４】着脱経路の傾き変化や曲率変化の算出方法を説明するための図である。
【図５】着脱経路の傾き変化や曲率変化をグラフ化した図である。
【図６】異なる着脱経路間の移動体積量を棒グラフで示した図である。
【図７】着脱経路に沿って着脱部材及び人体モデルの双方を移動させる場合を示す図である。
【図８】三次元空間上に二次元スケッチによる着脱経路を生成させて着脱部材を移動させる場合を示す図である。
【図９】着脱経路評価結果を着脱経路設計者から第三者に伝送している状態を示す図である。
【図１０】本発明に係る経路設計の支援方法の第２の実施の形態を示すフローチャート図である。
【図１１】刻み幅ごとに着脱部材の軌跡結果を複写していく様子を示す図である。
【図１２】着脱部材の刻み幅ごとの複写結果を第三者に伝送する様子を説明する図である。
【図１３】第２の実施の形態の変形例を示すフローチャートである。
【図１４】第２の実施の形態の変形例により着脱経路を再生成する様子を示す図である。
【符号の説明】
１  中央演算装置
２  表示装置
３  入力装置
４  記憶装置
【図１】
0004724307.tif 000003
【図２】
0004724307.tif 000004
【図３】
0004724307.tif 000005
【図４】
0004724307.tif 000006
【図５】
0004724307.tif 000007
【図６】
0004724307.tif 000008
【図７】
0004724307.tif 000009
【図８】
0004724307.tif 000010
【図９】
0004724307.tif 000011
【図１０】
0004724307.tif 000012
【図１１】
0004724307.tif 000013
【図１２】
0004724307.tif 000014
【図１３】
0004724307.tif 000015
【図１４】
0004724307.tif 000016