(57)【要約】【課題】助力アームの利便性を向上させること。【解決手段】少なくとも１つの関節を有するアーム部と、前記アーム部に備えられた自重補償機構と、前記アーム部における前記関節の回転角度を検出する検出部と、ワークの作業対象位置と、前記アーム部の位置とを比較する比較部と、前記比較部の比較結果に基づいて、情報の提示を行う情報提示部と、を備えることを特徴とする助力アームとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの関節を有するアーム部と、
前記アーム部に備えられた自重補償機構と、
前記アーム部における前記関節の回転角度を検出する検出部と、
ワークの作業対象位置と、前記アーム部の位置とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて、情報の提示を行う情報提示部と、
を備えることを特徴とする助力アーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業員による作業を補助する助力アームに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業員による作業を補助する助力アームが知られている。
助力アームは、アーム先端に設置されたねじ止め装置等のツールを作業者が移動させる際に、アクチュエータ等によってツールの移動を補助する力を付与するものである。
このような助力アームに関する技術は、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１８７２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の助力アームは、アクチュエータによる補助力を付与しつつ、作業者がツールを移動させる場合に、アクチュエータの応答速度や動作精度の制約を受けるものであった。
即ち、従来の助力アームは、利便性の観点から改善の余地があった。
【０００５】
本発明の課題は、助力アームの利便性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る助力アームは、
少なくとも１つの関節を有するアーム部と、
前記アーム部に備えられた自重補償機構と、
前記アーム部における前記関節の回転角度を検出する検出部と、
ワークの作業対象位置と、前記アーム部の位置とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて、情報の提示を行う情報提示部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、助力アームの利便性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る助力アーム１の全体構成を示す図である。
【図２】制御部１０が実行する作業を支援するための制御内容を示す模式図である。
【図３】アーム部３０の構成を示す模式図であり、図３（Ａ）は側面図、図３（Ｂ）は上面図である。
【図４】第１自重補償機構３０Ａの構成例を示す模式図である。
【図５】制御部１０が実行する作業支援処理の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
［全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る助力アーム１の全体構成を示す図である。
図１に示すように、助力アーム１は、制御部１０と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部２０と、アーム部３０とを備え、アーム部３０には目的に応じたツールが設置されている。本実施形態においては、ツールとしてねじ締め装置である電動ドライバ４０が設置されているものとする。
【００１０】
制御部１０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の情報処理装置によって構成され、アーム部３０の動きを管理する。例えば、制御部１０は、アーム部３０の各関節に設置されたセンサ（ポテンションメータ等）の検出信号に基づいて、アーム部３０における各関節部の位置を常に認識する。なお、制御部１０が、電動ドライバ４０におけるねじ締めの開始から終了までのストロークをセンサによって検出することで、併せて認識することとしてもよい。また、制御部１０は、ねじ締め作業の対象となるワークにおけるねじ締め位置及びねじ締めの順番を記憶部から読み出す。そして、制御部１０は、作業者によってねじ締め作業が開始された場合に、ワークイメージの表示、ねじ締め作業の順番の表示、電動ドライバの位置表示、完了／未完了のねじの表示、作業ナビゲーションの表示、作業しようとしているねじの妥当性の表示等、作業を支援するための制御を実行する。
【００１１】
図２は、制御部１０が実行する作業を支援するための制御内容を示す模式図である。
作業者による作業が開始された場合、制御部１０は、アーム部３０の位置を認識し、作業対象となるワークのねじ締め位置及びねじ締めの順番と、現在の電動ドライバ４０の位置とを比較し、作業内容の適否を作業者にリアルタイムに提示する。
これにより、作業者は、ワークに応じた適切な作業順序でねじ締め作業を行うことができると共に、ねじの締め忘れを防止する等、作業をより適切に行うことが可能となる。
Ａ／Ｄ変換部２０は、アーム部３０のセンサから入力された位置の検出信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、制御部１０に出力する。
【００１２】
アーム部３０は、自重補償機能を備えた多関節型のアーム機構を備えている。
図３は、アーム部３０の構成を示す模式図であり、図３（Ａ）は側面図、図３（Ｂ）は上面図を示している。
図３に示すように、アーム部３０は、基台３１と、支持部３２と、第１アーム部材３３と、第２アーム部材３４と、ツール取付け部３５と、回転支軸部３６と、第１関節部３７と、第２関節部３８と、第３関節部３９とを備えている。また、アーム部３０は、第１アーム部材３３よりも先端側の各部材の自重を補償する第１自重補償機構３０Ａと、第２アーム部材３４よりも先端側の各部材の自重を補償する第２自重補償機構３０Ｂとを備えている。
【００１３】
アーム部３０においては、ワークが設置される基台３１に対し、鉛直方向の回転軸周りに支持部３２を回転可能に支持する回転支軸部３６を介して、支持部３２が設置されている。また、支持部３２に対し、水平方向の回転軸周りに第１アーム部材３３を回転可能に支持する第１関節部３７を介して、第１アーム部材３３が設置されている。また、第１関節部３７に対し、水平方向の回転軸周りに第２アーム部材３４を回転可能に支持する第２関節部３８を介して、第２アーム部材３４が設置されている。また、第２アーム部材３４に対し、水平方向の回転軸周りにツール取付け部３５を回転可能に支持する第３関節部３９を介して、ツール取付け部３５が設置されている。
【００１４】
また、アーム部３０の支持部３２と第１アーム部材３３との間（第１関節部３７）には、第１自重補償機構３０Ａが設置されている。第１自重補償機構３０Ａは、支持部３２と第１アーム部材３３とに連結された弾性部材（ここではコイルばね）を、支持部３２に対する第１アーム部材３３の相対的な角度の変化に応じて支持部３２との距離が変化する第１アーム部材３３の部分によって、弾性変形（ここでは弾性圧縮とする）させ、それにより発生する弾性力で、第１アーム部材３３よりも先端側の各部材の自重を保証する。
同様に、アーム部３０の第１アーム部材３３と第２アーム部材３４との間（第２関節部３８）には、第２自重補償機構３０Ｂが設置されている。第２自重補償機構３０Ｂは、第１アーム部材３３と第２アーム部材３４とに連結された弾性部材（ここではコイルばね）を、第１アーム部材３３に対する第２アーム部材３４の相対的な角度の変化に応じて第１アーム部材３３との距離が変化する第２アーム部材３４の部分によって、弾性変形（ここでは弾性圧縮とする）させ、それにより発生する弾性力で、第２アーム部材３４よりも先端側の各部材の自重を保証する。
【００１５】
図４は、第１自重補償機構３０Ａの構成例を示す模式図である。
なお、本実施形態において、第２自重補償機構３０Ｂは、弾性部材の設置方向を第１自重補償機構３０Ａの場合と上下で反転させた構成となっている。
【００１６】
このような構成により、アーム部３０においては、第１自重補償機構３０Ａ及び第２自重補償機構３０Ｂの作用によって、アクチュエータ等を用いることなく、ツールの実際の重量に要するよりも小さい力で、ツールを任意の位置に移動させることが可能となる。
電動ドライバ４０は、アーム部３０のツール取付け部３５に設置され、第３関節部３９を介して、第２アーム部材３４に対して水平方向の回転軸周りに回転可能に支持される。
【００１７】
なお、回転支軸部３６、第１関節部３７、第２関節部３８及び第３関節部３９には、連結する部材同士の回転角度を検出するセンサ（ここではポテンションメータとする）がそれぞれ設置され、それぞれの検出信号がＡ／Ｄ変換部２０に出力される。具体的には、回転支軸部３６に設置されたセンサは、基台３１に対する支持部３２の回転角度を検出し、第１関節部３７に設置されたセンサは、支持部３２に対する第１アーム部材３３の回転角度を検出する。また、第２関節部３８に設置されたセンサは、第１アーム部材３３に対する第２アーム部材３４の回転角度を検出し、第３関節部３９に設置されたセンサは、第２アーム部材３４に対するツール取付け部３５の回転角度を検出する。なお、第３関節部３９を介してツールが移動する範囲は一定範囲に制限されるため、第３関節部３９にはセンサを設置しないこととしてもよい。この場合、第３関節部３９によるツールの移動範囲を予め記憶部に記憶しておき、ツールの位置を検出する際に、この移動範囲をツールの位置の範囲として作業者に提示することとしてもよい。
また、本実施形態においては、第１関節部３７と第２関節部３８、及び、第２関節部と第３関節部３９にそれぞれベルトが巻き掛けられ、各関節の動きをベルトを介してセンサに伝達する構成となっている。なお、各関節をギヤによって構成し、ギヤの回転をセンサ（ロータリーエンコーダ等）によって検出する構成とすることも可能である。
【００１８】
［動作］
次に、動作を説明する。
図５は、制御部１０が実行する作業支援処理の流れを説明するフローチャートである。
作業支援処理は、作業員により作業支援処理開始の指示入力が行われた場合に開始される。
ステップＳ１において、制御部１０は、作業の対象となるワークの指定を受け付ける。
ステップＳ２において、制御部１０は、指定されたワークに関する作業データ（ワークのねじ締め位置、ねじ締めの順番等を示すデータ）を記憶部から読み出す。
ステップＳ３において、制御部１０は、アーム部３０の各関節に設置されたセンサからの検出信号をＡ／Ｄ変換部２０を介して取得する。
【００１９】
ステップＳ４において、制御部１０は、アーム部３０における各関節部の位置を算出する。これにより、電動ドライバ４０の位置が認識される。
ステップＳ５において、制御部１０は、作業対象となるワークのねじ締め位置及びねじ締めの順番と、現在の電動ドライバ４０の位置とを比較する。
ステップＳ６において、制御部１０は、作業対象となるワークのねじ締め位置及びねじ締めの順番と、現在の電動ドライバ４０の位置との比較結果が適切であるか否かの判定を行う。具体的には、作業対象となるワークのねじ締め位置及びねじ締めの順番が、現在の電動ドライバ４０の位置に対して、予め設定された範囲内にあるか否か等が判定される。
【００２０】
作業対象となるワークのねじ締め位置及びねじ締めの順番と、現在の電動ドライバ４０の位置との比較結果が適切である場合、ステップＳ６においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ７に移行する。
一方、作業対象となるワークのねじ締め位置及びねじ締めの順番と、現在の電動ドライバ４０の位置との比較結果が適切でない場合、ステップＳ６においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ８に移行する。
ステップＳ７において、制御部１０は、作業対象となるワークのねじ締め位置及びねじ締めの順番と、現在の電動ドライバ４０の位置との比較結果が適切である旨の表示を行う（図２参照）。
ステップＳ８において、制御部１０は、作業対象となるワークのねじ締め位置及びねじ締めの順番と、現在の電動ドライバ４０の位置との比較結果が適切でない旨の表示を行う（図２参照）。このとき、不適切な位置でねじ締めが行われないように、制御部１０が電動ドライバ４０の動作を抑制（ねじ締めの禁止等）する制御を行うこととしてもよい。
ステップＳ８の後、処理はステップＳ３に移行する。
【００２１】
ステップＳ９において、制御部１０は、いずれかのねじの作業が完了したか否かの判定を行う。
いずれかのねじの作業が完了した場合、ステップＳ９においてＹＥＳと判定されて、処理はステップＳ１０に移行する。
一方、いずれかのねじの作業が完了していない場合、ステップＳ９においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ３に移行する。
【００２２】
ステップＳ１０において、制御部１０は、作業が完了したねじについて、作業が完了した旨のデータを記憶すると共に、ワークの画像において、そのねじについて作業が完了したことを識別して表示する。
ステップＳ１１において、制御部１０は、全てのねじの作業が完了したか否かの判定を行う。
全てのねじの作業が完了した場合、ステップＳ１１においてＹＥＳと判定されて、作業支援処理は終了となる。
一方、全てのねじの作業が終了していない場合、ステップＳ１１においてＮＯと判定されて、処理はステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１２において、制御部１０は、次に作業すべきねじの位置を表示する。
ステップＳ１２の後、処理はステップＳ３に移行する。
【００２３】
以上のように、本実施形態に係る助力アーム１は、第１自重補償機構３０Ａ及び第２自重補償機構３０Ｂを備えている。
そのため、アクチュエータ等を用いることなく、ツールの実際の重量に要するよりも小さい力で、ツールを任意の位置に移動させることが可能となる。
また、助力アーム１は、ねじ締め作業の対象となるワークにおけるねじ締め位置及びねじ締めの順番を記憶している。そして、助力アーム１は、アーム部３０の位置を認識し、作業対象となるワークのねじ締め位置及びねじ締めの順番と、現在の電動ドライバ４０の位置とを比較し、作業内容の適否を作業者にリアルタイムに提示する。
これにより、作業者は、ワークに応じた適切な作業順序でねじ締め作業を行うことができると共に、ねじの締め忘れを防止する等、作業をより適切に行うことが可能となる。
したがって、本実施形態に係る助力アーム１によれば、助力アームの利便性を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１  助力アーム、１０  制御部、２０  Ａ／Ｄ変換部、３０  アーム部、３１  基台、３２  支持部、３３  第１アーム部材、３４  第２アーム部材、３５  ツール取り付け部、３６  回転支軸部、３７  第１関節部、３８  第２関節部、３９  第３関節部、３０Ａ  第１自重補償機構、３０Ｂ  第２自重補償機構、４０  電動ドライバ
【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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