(57)【要約】【課題】複雑な作業を作業者が漏れなく実行するための支援を行うことができる作業支援装置を提供する。【解決手段】作業者が作業を行う際、作業対象物の情報を取得する対象物情報取得手段１と、作業者の位置および姿勢を測定する位置・姿勢測定手段２と、作業者が行う作業における手先の動作情報を記憶するタスク情報管理手段３と、作業者の手先を誘導する経路を算出する誘導経路算出手段４と、作業対象物の状態を判別する対象物状態判別手段５と、作業者の実行するタスクを支援するための作業者誘導手段６と、上記各手段を制御する制御手段７とを備えた作業支援装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業対象物の情報を取得する対象物情報取得手段と、作業者の位置及び姿勢を測定する位置・姿勢測定手段と、作業者が行う作業における手先の動作情報を記憶するタスク情報管理手段と、作業者の手先を誘導する経路を算出する誘導経路算出手段と、作業対象物の状態を判別する対象物判別手段と、作業者の実行するタスクを支援するための作業者誘導手段と、を備えたことを特徴とする作業支援装置。
【請求項２】
前記対象物情報取得手段として、対象物の状態を取得する画像読み取り手段と、タスク内のチェックポイントにおける状態を判定するチェックポイント判定手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の作業支援装置。
【請求項３】
前記作業者誘導手段として、作業者に対する力を生成する力覚提示手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の作業支援装置。
【請求項４】
マップ情報を備え、該マップ情報に基づいて障害物回避経路を算出することを特徴とする請求項１に記載の作業支援装置。
【請求項５】
距離情報取得手段を備え、該距離情報取得手段により障害物回避経路を算出することを特徴とする請求項１に記載の作業支援装置。
【請求項６】
３次元画像取得手段を備え、該３次元画像取得手段による奥行き画像を用いた障害物回避経路を算出することを特徴とする請求項１に記載の作業支援装置。
【請求項７】
作業者の動作経路を記録する経路記録手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の作業支援装置。
【請求項８】
前記誘導経路算出手段において、作業者が巡回する最適経路を選択することを特徴とする請求項１に記載の作業支援装置。
【請求項９】
当該作業支援装置は作業者の指に複数個装着されて把持作業を支援することを特徴とする請求項１に記載の作業支援装置。
【請求項１０】
モバイル情報機器に組み込み可能であることを特徴とする請求項１に記載の作業支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業者の作業を支援する作業支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造現場では、近年、セル生産方式あるいは屋台方式といった生産形態が多く見られるなかで、作業現場での作業者に対する負荷が増えている。また、操作対象物が非常に複雑なシーン、例えば大型プラントの制御コンソール、航空機のコックピットなどでは作業の流れを覚えきれないことが多く、慣れた段階においても操作ミスなどが発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
また、２次元図面を参考にしながら、実際の３次元での前後関係が明らかでない状況における作業もある。例えば組み立て作業、電子機器のハーネス、組紐などの這い回し作業である。これらの習得は従来、視覚情報によるところが多い。
本発明では、これら人間の行う作業を対象にし、複雑な作業を作業者が漏れなく実行するための支援を行うことができる作業支援装置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】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、作業対象物の情報を取得する対象物情報取得手段と、作業者の位置及び姿勢を測定する位置・姿勢測定手段と、作業者が行う作業における手先の動作情報を記憶するタスク情報管理手段と、作業者の手先を誘導する経路を算出する誘導経路算出手段と、作業対象物の状態を判別する対象物判別手段と、作業者の実行するタスクを支援するための作業者誘導手段と、を備えた作業支援装置を特徴とする。
【０００５】
請求項２記載の発明は、前記対象物情報取得手段として、対象物の状態を取得する画像読み取り手段と、タスク内のチェックポイントにおける状態を判定するチェックポイント判定手段と、を備えた請求項１に記載の作業支援装置を特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記作業者誘導手段として、作業者に対する力を生成する力覚提示手段を備えた請求項１に記載の作業支援装置を特徴とする。
請求項４記載の発明は、マップ情報を備え、該マップ情報に基づいて障害物回避経路を算出する請求項１に記載の作業支援装置を特徴とする。
【０００６】
請求項５記載の発明は、距離情報取得手段を備え、該距離情報取得手段により障害物回避経路を算出する請求項１に記載の作業支援装置を特徴とする。
請求項６記載の発明は、３次元画像取得手段を備え、該３次元画像取得手段による奥行き画像を用いた障害物回避経路を算出する請求項１に記載の作業支援装置を特徴とする。
請求項７記載の発明は、作業者の動作経路を記録する経路記録手段を備えた請求項１に記載の作業支援装置を特徴とする。
【０００７】
請求項８記載の発明は、前記誘導経路算出手段において、作業者が巡回する最適経路を選択する請求項１に記載の作業支援装置を特徴とする。
請求項９記載の発明は、当該作業支援装置は作業者の指に複数個装着されて把持作業を支援する請求項１に記載の作業支援装置を特徴とする。
請求項１０記載の発明は、モバイル情報機器に組み込み可能である請求項１に記載の作業支援装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の作業支援装置は、作業対象物の情報を取得する対象物情報取得手段と、作業者の位置および姿勢を測定する位置・姿勢測定手段と、作業者が行う作業における手先の動作情報を記憶するタスク情報管理手段と、作業者の手先を誘導する経路を算出する誘導経路算出手段と、作業対象物の状態を判別する対象物判別手段と、作業者の実行するタスクを支援するための作業者誘導手段とを備えたので、複雑な作業を作業者が漏れなく実行するための支援を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は本発明の実施形態に係る作業支援装置の構成図である。以下、その構成を動作と併せて説明する。
作業者が作業を行う際、対象物情報取得手段１により、作業対象物の識別子情報を取得する。これはバーコードあるいはＲＦＩＤタグで実現することができる。作業者の位置および姿勢は、位置・姿勢測定手段２により測定される。位置・姿勢測定には超音波、ジャイロスコープ、ＧＰＳなどの方法がある。
【００１０】
タスク情報管理手段３において、作業者が行う作業における動作情報を保存・管理する。誘導経路算出手段４において、作業者の手先を誘導する経路を算出する。対象物状態判別手段５では、一連の作業後に作業対象物の状態がＯＫかＮＧを判別する。作業者誘導手段６は、これら作業者の実行するタスクを支援するためのするための情報提示手段である。制御手段７ではこれらのデータの入出力を制御する。
タスク情報管理手段３における格納情報の一例として、１タスクにおける各チェックポイントの３次元空間での位置・姿勢（６自由度）の一連の時系列データと判別に必要なテンプレートデータがある。
【００１１】
図２は図１の作業支援装置における第１の実施例を示す構成図である。対象物情報取得手段１として、画像読み取り手段８を備え、対象物の状態を取得し、チェックポイント判定手段９でタスク内のチェックポイントにおける状態を判定する。画像読み取り手段８としてはＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラなどがある。
【００１２】
図３は図２に示す作業支援装置の処理を示すフローチャートである。リストからひとつずつ、各チェックポイントにおけるカメラからの画像およびテンプレート画像を読み込み（Ｓ１）、画像処理により類似度を計算し（Ｓ２〜Ｓ６）、作業が完了したかどうかを判定し（Ｓ７〜Ｓ９）、レポート出力する（Ｓ１０）。
なお、正常でないと判別した場合はＮＧ処理（Ｓ１１）を行って処理を終えることになる。
【００１３】
図４は図１の作業支援装置における第２の実施例を示す構成図である。作業者誘導手段６として、非接地型の力覚提示手段１０を用いる。空間に配置された３つのジャイロモータの回転数を駆動制御することにより、任意の方向・大きさで力を生成することで、力覚提示ができる。
【００１４】
図５は図４に示す力覚提示手段の力覚提示の概念図である。手先のある一点の運動をコンフィギュレーション空間で考える。この空間内での誘導経路を、始点〜目標地点を結ぶ曲線Ｃとする。現在の手先Ｐの位置ベクトルをｐとする。
ＰＨが最小となるようなＣ上の点Ｈ、その位置ベクトルをｈ、ＣのＨでの接線単位ベクトルをｔとすると適切な定数α、βにより
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で表される力を力覚提示手段１０により作業者の手先に加えることで曲線Ｃに引き戻しかつ目標地点へ向わせるような誘導が可能となる。
【００１５】
図６は図１の作業支援装置における第３の実施例を示す構成図である。作業者がタスクを実行する際に移動する場合、その途中経路に障害物があった場合を考える。
先ず、障害物が既知の場合、作業者がタスクを実行する空間のマップ情報１１、及び、その中に存在する障害物の位置・形状からタスクが実行可能な経路を作成する。ロボット工学においては経路計画問題として様々な既存の手法が存在し、このうち適切なものを選択すればよい。例えば、可視グラフ法、ボロノイ図法、人工ポテンシャル法などがある。
【００１６】
図７は図１の作業支援装置における第４の実施例を示す構成図である。
次に、障害物が未知の場合。距離情報取得手段１２として、赤外線、レーザ、超音波などを利用した測距センサを作業者に複数個、装着する。作業者位置の周辺に障害物が接近してきた場合、本来の誘導経路に基づき、障害物を回避するような経路を生成する。これに関してもポテンシャル法など既存の手法が適用できる。
【００１７】
図８は図１の作業支援装置における第５の実施例を示す構成図である。
さらに細かい手先の作業の場合、複数個の測距センサでは適切に障害物回避ができない。そこで、３次元画像取得手段１３により取得されたステレオカメラなど３次元奥行き画像を用いて、障害物および目標対象物を認識し誘導・把持させる。
【００１８】
図９は図１の作業支援装置における第６の実施例を示す構成図である。
タスク情報管理手段３にタスク情報を格納するに際し、位置・姿勢測定手段２からの位置姿勢データの読み取り結果、対象物情報取得手段１からの対象物情報の読み取り結果、対象物状態の判定条件などのリストを経路記録手段１４に格納する。
【００１９】
図１０は図１に示す誘導経路算出手段の動作を示す説明図である。各地点でそれぞれ実行すべきタスクが存在する。スタート地点からＡ、Ｂ、Ｃの３点を順不同で通りスタートへ戻る場合、（１）の矢印で示す経路よりも、（２）矢印で示す経路方がより効率的に作業を終えることができる。ＧＡ等の最適化手法により効率的な経路を求めることができる。
【００２０】
図１１は本発明の作業支援装置を作業者の指に装着する例を示す説明図であり、（１）は作業支援装置を作業者の指に装着した状態を、（２）は実際の作業を行っている状態を示す。２つの作業支援装置２０−１，２０−２を親指、人差し指にそれぞれ装着することで、部品Ａを把持させ、部品Ｂに嵌める作業を行う。つまり、本実施形態の作業支援装置は作業者の指に複数個装着することで把持作業を支援するようにしている。
【００２１】
図１２は本発明の作業支援装置が組み込まれたモバイル情報機器である無線・携帯型端末を示す図である。この図のように、図１１に示す作業支援装置２０をモバイル情報機器である無線・携帯型端末３０に組み込むことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る作業支援装置の構成図である。
【図２】本実施形態に係る作業支援装置における第１の実施例を示す構成図である。
【図３】図２に示す作業支援装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】図１の作業支援装置における第２の実施例を示す構成図である。
【図５】図４に示す力覚提示手段の力覚提示の概念図である。
【図６】図１の作業支援装置における第３の実施例を示す構成図である。
【図７】図１の作業支援装置における第４の実施例を示す構成図である。
【図８】図１の作業支援装置における第５の実施例を示す構成図である。
【図９】図１の作業支援装置における第６の実施例を示す構成図である。
【図１０】図９に示す経路算出・記録手段の動作を示す説明図である。
【図１１】本発明の作業支援装置を作業者の指に装着する例を示す説明図である。
【図１２】本発明の作業支援装置が組み込まれた無線・携帯型端末を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  対象物情報取得手段、２  位置・姿勢測定手段、３  タスク情報管理手段、４  誘導経路算出手段、５  対象物状態判別手段、６  作業者誘導手段、７  制御手段
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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