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技術 作業姿勢予測方法及び作業姿勢予測装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 山口聡
出願日 1996年9月26日 (23年4ヶ月経過) 出願番号 1996-254679
公開日 1998年4月24日 (21年9ヶ月経過) 公開番号 1998-105536
状態 拒絶査定
技術分野 特定用途計算機
主要キーワード 室内作業 組付作業者 フード開口 被組付体 開口両端 基準座標データ モード決定手順 姿勢範囲
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年4月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (20)

課題

生産ラインにおいて、作業者作業姿勢データを取得するには、実際に生産ラインが稼働している現場を観察しなければならなかったので、必要なデータが生産ライン稼働後でないと得られなかった。

解決手段

入力部12から部品品番締結番線搬送コンベア高さ、作業者身長車種を入力することにより、検索部14が外部記憶装置16の部位データベース16aのデータを用いて作業部位を検索し、演算部18が作業部位に基づいて障害物及び作業モードを算出し、続いて基準座標データベース16bの基準座標データ及び入力部12から入力されたデータを利用し作業姿勢予測し表示部20に表示する。

概要

背景

生産工場生産ラインにおいて、効率的かつ安全な生産作業(例えば、自動車に対する各部品組付作業等)を行うためには、組付作業者(以下、単に作業者という)の作業負荷定量的評価を行い、作業負荷の軽減及び各作業者間の負荷の均一化を行う必要がある。この作業負荷は、作業する姿勢やその姿勢の持続時間、作業の対象となる部品の重量等によって、様々に変化する。従って、同じ部品の組み付けでも作業姿勢が異なると作業負荷も異なる。従って、生産ラインの設計を行う場合、各作業工程(各作業者)の作業内容を詳細に解析し、各工程の作業状態作業量作業手順を検討する必要があった。また、作業の自動化の必要性や生産設備能力の検討等も順次行う必要がある。また、必要に応じて、作業負荷の解析に基づいて、組み立てる製品(部品)の設計変更の検討が必要になる場合もある。

従来、このような作業者の作業内容を解析する場合、実際に組み立てる製品(部品)を生産ラインに投入して、組立作業を行い生産ラインを稼働状態にした後、解析者が生産ラインの稼働状態や作業者の動き直接観察したり、ビデオカメラ等に記録することによって、作業者の作業姿勢等の認識を行っていた。そして、認識した姿勢と、その姿勢の持続時間(作用時間)と組み付ける部品の重量等に基づいて、作業負荷を定量的に算出していた。その後、前記結果に基づいて、生産ラインの再構築等を実施し、効率的かつ安全な生産ラインの設計を行っていた。

概要

生産ラインにおいて、作業者の作業姿勢データを取得するには、実際に生産ラインが稼働している現場を観察しなければならなかったので、必要なデータが生産ライン稼働後でないと得られなかった。

入力部12から部品の品番締結番線搬送コンベア高さ、作業者身長車種を入力することにより、検索部14が外部記憶装置16の部位データベース16aのデータを用いて作業部位を検索し、演算部18が作業部位に基づいて障害物及び作業モードを算出し、続いて基準座標データベース16bの基準座標データ及び入力部12から入力されたデータを利用し作業姿勢を予測し表示部20に表示する。

目的

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、実際に生産ラインで生産を行う前に作業者の作業姿勢を予測することのできる作業姿勢予測方法及び作業姿勢予測装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

被組付体部品を組み付ける時の組付作業姿勢予測する作業姿勢予測方法であって、組み付ける部品の種類情報を入力する工程と、前記部品の組付位置を入力する工程と、前記種類情報から前記被組付体に対する組付作業部位を特定する工程と、前記部品の組付位置と組付作業部位とから作業モードを決定する工程と、前記作業モードに基づいて作業姿勢予測を行う工程と、を含むことを特徴とする作業姿勢予測方法。

請求項2

請求項1記載の方法において、作業者体格データを入力する工程と、体格データに基づき作業姿勢の予測補正を行う工程と、を含むことを特徴とする作業姿勢予測方法。

請求項3

被組付体に部品を組み付ける時の組付作業姿勢を予測する作業姿勢予測装置であって、組み付ける部品情報を入力する入力部と、前記部品情報から前記被組付体に対する組付作業部位を検索する検索部と、前記部品情報と組付作業部位とから作業モードを決定するモード決定部と、前記作業モードに基づいて作業姿勢予測を行う予測部と、を含むことを特徴とする作業姿勢予測装置。

技術分野

0001

本発明は、作業姿勢予測方法及び装置、特に生産ラインにおける作業姿勢を生産される製品設計図面に基づいてあらかじめ予測する作業姿勢予測方法及び装置に関する。

背景技術

0002

生産工場の生産ラインにおいて、効率的かつ安全な生産作業(例えば、自動車に対する各部品組付作業等)を行うためには、組付作業者(以下、単に作業者という)の作業負荷定量的評価を行い、作業負荷の軽減及び各作業者間の負荷の均一化を行う必要がある。この作業負荷は、作業する姿勢やその姿勢の持続時間、作業の対象となる部品の重量等によって、様々に変化する。従って、同じ部品の組み付けでも作業姿勢が異なると作業負荷も異なる。従って、生産ラインの設計を行う場合、各作業工程(各作業者)の作業内容を詳細に解析し、各工程の作業状態作業量作業手順を検討する必要があった。また、作業の自動化の必要性や生産設備能力の検討等も順次行う必要がある。また、必要に応じて、作業負荷の解析に基づいて、組み立てる製品(部品)の設計変更の検討が必要になる場合もある。

0003

従来、このような作業者の作業内容を解析する場合、実際に組み立てる製品(部品)を生産ラインに投入して、組立作業を行い生産ラインを稼働状態にした後、解析者が生産ラインの稼働状態や作業者の動き直接観察したり、ビデオカメラ等に記録することによって、作業者の作業姿勢等の認識を行っていた。そして、認識した姿勢と、その姿勢の持続時間(作用時間)と組み付ける部品の重量等に基づいて、作業負荷を定量的に算出していた。その後、前記結果に基づいて、生産ラインの再構築等を実施し、効率的かつ安全な生産ラインの設計を行っていた。

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、従来の方法は、解析者が生産ラインの稼働状態を直接観察することによって、作業者の姿勢を認識していたため、ある程度生産ラインが稼働してからでないと、作業姿勢に基づく作業負荷の算出を行うことができないという問題があった。その結果、生産ライン構築に長時間必要になると共に、上述のような解析作業のタイミングが遅れ生産効率の低下等を招いていた。

0005

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、実際に生産ラインで生産を行う前に作業者の作業姿勢を予測することのできる作業姿勢予測方法及び作業姿勢予測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

0006

上記のような目的を達成するために、本発明の構成は、被組付体に部品を組み付ける時の組付作業姿勢を予測する作業姿勢予測方法であって、組み付ける部品の種類情報を入力する工程と、前記部品の組付位置を入力する工程と、前記種類情報から前記被組付体に対する組付作業部位を特定する工程と、前記部品の組付位置と組付作業部位とから作業モードを決定する工程と、前記作業モードに基づいて作業姿勢予測を行う工程と、を含むことを特徴とする。

0007

ここで、部品の種類情報や部品の組付位置は被組立体や部品の設計図面等、組立作業開始前に得られる情報である。

0008

この構成によれば、各情報に基づいて組付作業部位、作業モードを決定し、組立作業開始前に作業姿勢を予測することができるので、作業負荷の解析を組立作業開始前に正確かつ迅速に行うことができる。

0009

上記のような目的を達成するために、本発明の構成は、さらに、作業者体格データを入力する工程と、体格データに基づき作業姿勢の予測補正を行う工程と、を含むことを特徴とする。

0010

ここで、体格データとは作業者の身長等のデータである。

0011

この構成によれば、実際の作業者の作業姿勢を予測することが可能で、より正確な作業負荷の解析を行うことができる。

0012

上記のような目的を達成するために、本発明の構成は、被組付体に部品を組み付ける時の組付作業姿勢を予測する作業姿勢予測装置であって、組み付ける部品情報を入力する入力部と、前記部品情報から前記被組付体に対する組付作業部位を検索する検索部と、前記部品情報と組付作業部位とから作業モードを決定するモード決定部と、前記作業モードに基づいて作業姿勢予測を行う予測部と、を含むことを特徴とする。

0013

この構成によれば、各情報に基づいて組立作業開始前に作業姿勢を予測することができるので、作業負荷の解析を組立作業開始前に正確かつ迅速に行うことができる。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づき説明する。図1には作業姿勢予測方法の処理手順を説明する説明図が示され、図2には、前記予測方法を実現するための作業姿勢予測装置(以下、単に予測装置という)10の構成ブロック図が示されている。なお、本実施形態の場合、自動車の組立生産ラインを例に取って、搬送コンベアによって各工程を順次移動する車体に部品を組み付ける時の組付作業の姿勢予測について説明する。

0015

まず、予測装置10の入力部12より、車体に組み付ける部品に関する部品情報を入力する(S100)。この部品情報とは、例えば、組み付ける部品の品番、被組付体となる自動車の車種、車体中における部品の組付位置を示す締結番線位置等である。これらの情報は、自動車や部品の設計図面に基づいて、手入力または自動入力される。また、このとき付加情報として、車体を搬送する搬送コンベア高さやその組付作業を実際に行う組立作業者(以下、単に作業者という)の体格データとして、身長等を入力する。なお、前記体格データは、必要に応じて、性別年齢による補正を行ったデータとしてもよい。また、前記締結番線とは、車体における位置を示す座標であり、車体の前後方向(L)、左右方向(W)、高さ方向(H)に、例えば100mm毎に設けられた仮想線で、前記L,W,H方向の番線を指定することによって、車体の3次元位置を表現することができる。

0016

記入力部12に任意の部品の部品情報が入力されると、検索部14は入力された品番に基づいて、部品組付のための作業部位の検索を行う(S101)。この検索を行う場合、前記検索部14は、外部記憶装置16中の部位データベース16aに記憶された対応テーブル(品番と部位が1:1で対応したもの)に基づいて実施される。本実施形態の場合、作業部位は、外装ドアを含む)、エンジンルームフロア下、ホイールハウス、室内、ラゲージの6種類として説明する。なお、自動車の場合、正確な組付位置は車種によって異なるが、組付位置を前記6種類に分類した場合、車種による違いはほとんどなくなる。

0017

続いて、演算部18は入力部12で入力された締結番線、搬送コンベア高さ、作業者身長、車種と、前記検索部14で検索した作業部位とに基づいて、組付作業時に障害物となるものを特定すると共に、作業モードを決定する(S102)。例えば、バッテリの場合、作業部位はエンジンルームであり、障害物はフェンダになる。また、サンバイザーの場合、作業部位は室内であり、障害物はドアフレームとなる。また、本実施形態の場合、作業モードを5種類に分類した例を示す。前記作業モードとして、外装作業やドア組み付け等のように障害物なしに作業ができるモード(作業モードA)、エンジンルーム内への組み付け作業のようにフェンダ等、水平障害物を越えて組み付ける作業を行うモード(作業モードB)、自動車の下に潜り込み自動車の低面で組付作業を行うような頭上に障害物(車体)がある場合のモード(作業モードC)、室内部品の組付作業のように上半身を車内に乗り入れ、前記モードBより姿勢が崩れる状態、すなわち垂直な障害物と水平な障害物を越えて作業を行うモード(作業モードD)、室内作業のように狭い場所での組み付け作業を行うモード(作業モードE)を用いる。

0018

演算部18で障害物と作業モードが決定されたら再び前記外部記憶装置16にアクセスして、内部の基準座標データベース16bから基準座標データを取得する。この基準座標データベース16bには、車種毎の障害物、例えば、フェンダやラジエータサポート(以下、略してラジサポという)や外装側面パネルサイドメンバアウタパネル)等の基準座標原点があらかじめ収納されている。各障害物毎の基準座標原点については後述する。

0019

前記演算部18では、作業モード毎に定められた姿勢予測ロジックに基づいて作業姿勢の予測を行う(S103)。本実施形態の場合、前記作業姿勢は、7種類と作業不可の8種類に分類する。すなわち第1番目は、自然に立った状態で作業ができる立位姿勢、第2番目は、前記立位で肩より上の位置に手先があり作業を行う上向き姿勢、第3番目は、浅く前屈みしているか立位で体をねじっている状態で作業を行う浅い前屈姿勢、第4番目は、そんきょの姿勢で肩との間の位置で作業を行う正面そんきょ姿勢、第5番目は、そんきょの姿勢で腰より下の位置で作業を行う下向きそんきょ姿勢、第6番目は、そんきょの姿勢で肩より上の位置に手先があり作業を行う上向きそんきょ姿勢、第7番目は、深く前屈みしているか浅い前屈で体をひねっているか爪先立ちか体が伸びきっているかのいずれかの姿勢で作業を行う深い前屈姿勢、第8番目は、部品組み付け位置に手がとどかず作業できない作業不可である。なお、この作業姿勢による負荷は、部品重量や持続時間(作業時間)が同じ場合、第1番目から第7番目に向かうほど大きくなる。

0020

演算部18によって作業姿勢の予測が完了したらディスプレイ等の表示部20に作業姿勢を表示する。この時、作業姿勢に関連するデータを併せて表示したり、前述した作業時間や部品重量等のデータを用いて実際の作業負荷を示してもよい。なお、図2の場合データベース外部記憶部に持たせる構成を説明したが、予測装置10内部に構成してもよい。

0021

続いて、各作業部位の障害物と作業モードの決定基準について説明する。まず、ドアを含む外装作業の場合、障害物は無いものとして、作業モードAとする。また、エンジンルームの場合車両側面と正面からの作業があり、側面からの作業の場合、部品組付位置に対して左右フェンダのうち近い方を障害物として作業モードは水平な障害物を越える作業モードBとする。また、エンジンルームの正面からの作業の場合、障害物はラジサポとして作業モードBとする。この場合、前記フェンダ側からの作業とラジサポ側からの作業についてそれぞれ姿勢を予測して、その姿勢の負荷の小さい方をエンジンルームに対する作業とする。例えば、フェンダからの作業が立位で、ラジサポからの作業が浅い前屈の場合、フェンダからの立位作業がエンジンルームに対する作業姿勢として出力される。

0022

また、フロア下の場合、車両低面の番線(H10)平面を障害物として頭上に障害物がある作業モードCとする。また、ホイールハウスの場合、前後左右4つのフェンダのうち締結番線から最も近いフェンダを障害物として、頭上に障害物がある作業モードCとする。

0023

さらに、室内に対する組付作業の場合、室外から手の届く場所に関しては、室外から作業を行うことを基準として、図3に示すように、外装側面パネル22からの距離によって、外装側面パネルを障害物とする作業モードB,Dで判別し、室外から手のとどかない部分については、室内に乗り込んで作業を行う必要があるため室内作業の作業モードEとする。図4フローチャートには、室内に対する組付作業のモード決定手順が示されている。まず、車両前後方向の番線を示す締結L番線が区間a内にあるか否か、すなわち作業者が体等をひねること無く作業できるか否かの判断を行う(S200)。この区間aは図3に示すように、ドア開口部である。なお、前記開口両端から所定量t1、例えば160mmは作業者が体をひねって作業を行う必要がある部分として区間外とする。そして、締結L番線が区間a内の場合、締結W番線が近い外装側面パネルを障害物として、作業モードBとする(S201)。さらに、締結W番線が室外から手のとどく範囲か否か、すなわち作業不可か否かの判断を行い(S202)、作業不可でない場合、S201の結果をアウトプットする(S203)。また、室外からでは手がとどかず、作業不可である場合、室内に乗り込んでの作業になるので作業モードEで判断を終了する(S204)。

0024

一方、S200で締結L番線が区間a以外であると判断された場合、作業者は体をひねって作業する必要があり、締結W番線が近い外装側面パネルを障害物として作業モードDとする(S205)。さらに、前述と同様に締結W番線が室外から手のとどく範囲か否かの判断を行い(S206)、作業不可でない場合、S205の結果をアウトプットする(S207)。また、室外からでは手がとどかず、作業不可である場合、室内に乗り込んでの作業になるので作業モードEで判断を終了する(S208)。

0025

次に、ラゲージに対する組付作業の場合も室内に対する作業と同様に、室外から手の届く場所に関しては、室外から作業を行うことを基準として、図5に示すように、ロアバックパネル24からの距離によって、ロアバックパネルを障害物とする作業モードB,Dで判別し、室外から手のとどかない部分については、ラゲージに乗り込んで作業を行う必要があるため室内作業の作業モードEとする。ただし、セダンワゴンタイプでない車両が対象の場合には、作業不可として判別する。

0026

図6のフローチャートには、ラゲージに対する組付作業のモード決定手順が示されている。まず、車両左右方向の番線を示す締結W番線が区間b内にあるか否か、すなわち作業者が体等をひねること無く作業できるか否かの判断を行う(S300)。この区間bは図5に示すように、ロアバックパネルの開口部である。なお、前記開口両端から所定量t1、例えば160mmは作業者が体をひねって作業を行う必要がある部分として区間外とする。そして、締結W番線が区間b内の場合、ロアバックパネルを障害物として、作業モードBとする(S301)。さらに、締結L番線が室外から手のとどく範囲か否か、すなわち作業不可か否かの判断を行い(S302)、作業不可でない場合、S301の結果をアウトプットする(S303)。また、室外からでは手がとどかず、作業不可である場合、室内(ラゲージ)に乗り込んでの作業になるので作業モードEとして判断を終了する(S304)。ただし、セダン等ワゴンタイプでない車両が対象の場合には、作業不可として判別する。

0027

一方、S300で締結W番線が区間b以外であると判断された場合、作業者は体をひねって作業する必要があり、ロアバックパネルを障害物として作業モードDとする(S305)。さらに、前述と同様に締結L番線が室外から手のとどく範囲か否かの判断を行い(S306)、作業不可でない場合、S305の結果をアウトプットする(S307)。また、室外からでは手がとどかず、作業不可である場合、室内に乗り込んでの作業になるので作業モードEとして判断を終了する(S308)。ただし、セダン等ワゴンタイプでない車両が対象の場合には、作業不可として判別する。

0028

次に、図2の外部記憶装置16の基準座標データベース16bにあらかじめ記憶されている車種毎の基準座標原点の決め方について、障害物毎に説明する。

0029

まず、障害物がラジサポ(ラジエータサポート)の場合、図7に示すように締結W0番線(ラジサポ26の中央を基準W0とする)の断面において、車前方斜め上方より近づいた平面αとラジサポ26と最初に接する点をPhとする。このPhから床までの距離Hhを障害物高さとする。なお、Hhは搬送コンベア高さHcとPhのH番線の和によって求めることができる。そして、前記Phから床におろした垂線の足を姿勢判別の基準座標原点P0(L,W,H)とする。この時、L番線方向をX軸(車後方が正)、H番線方向をY軸(車上方が正)とする。

0030

障害物がフェンダの場合、図8に示すように、フェンダ28のL方向の両端点をそれぞれP1,P2として、それらのL番線の中央値をLcとする。そして、フェンダ28のLc断面において、車側斜め上方からより近づいた平面αとフェンダ28とが最初に接する点をPhとする。このPhから床までの距離Hhを障害物高さとする。なお、Hhは搬送コンベア高さHcとPhのH番線の和によって求めることができる。そして、前記Phから床におろした垂線の足を姿勢判別の基準座標原点P0(L,W,H)とする。この時、W番線方向をX軸(車内側が正)、H番線方向をY軸(車上方が正)とする。

0031

さらに、障害物が外装側面パネルで作業モードBの場合、図9に示すように、外装側面パネル22のドア開口部のL方向の両端点をそれぞれP1,P2として、それらのL番線の中央値をLcとする。そして、外装側面パネル22のLc断面において、車側斜め上方からより近づいた平面αと外装側面パネル22とが最初に接する点をPhとする。このPhから床までの距離Hhを障害物高さとする。なお、Hhは搬送コンベア高さHcとPhのH番線の和によって求めることができる。そして、前記Phから床におろした垂線の足を姿勢判別の基準座標原点P0(L,W,H)とする。この時、W番線方向をX軸(車内側が正)、H番線方向をY軸(車上方が正)とする。一方、外装側面パネルで作業モードDの場合、図10に示すように作業モードBの姿勢判別基準座標原点P0をL番線方向に、前記P1,P2の番線からそれぞれ所定量t1、例えば160mm手前の位置まで平行移動した点をそれぞれP0f、P0rとする。この2点のうち締結位置のL番線が近い方の点を作業モードDの姿勢判別基準座標原点とする。この時、W番線方向をX軸(車内側が正)、H番線方向をY軸(車上方が正)、L番線方向をZ軸(P0fでは車前方が正、P0rでは車後方が正)とする。

0032

さらに、障害物がロアバックパネルで作業モードBの場合、図11に示すように、ロアバックパネル24の締結W0番線(ロアバックパネル24の中央を基準W0とする)の断面において、車後方斜め上方より近づいた平面αとロアバックパネル24と最初に接する点をPhとする。このPhから床までの距離Hhを障害物高さとする。なお、Hhは搬送コンベア高さHcとPhのH番線の和によって求めることができる。そして、前記Phから床におろした垂線の足を姿勢判別の基準座標原点P0とする。この時、L番線方向をX軸(車前方が正)、H番線方向をY軸(車上方が正)とする。また、ロアバックパネル24で作業モードDの場合、図12に示すようにロアバックパネル24のラゲージフード開口部24aのW方向の両端点をそれぞれP1,P2として、作業モードBの姿勢判別基準座標原点P0をW番線方向に、前記P1,P2の番線からそれぞれ所定量t1、例えば160mm手前の位置まで平行移動した点をそれぞれP0le、P0riとする。この2点のうち締結位置のW番線が近い方の点を作業モードDの姿勢判別基準座標原点とする。この時、L番線方向をX軸(車前方が正)、H番線方向をY軸(車上方が正)、W番線方向をZ軸(P0leでは左側方が正、P0riでは右側方が正)とする。

0033

また、障害物がフェンダで作業モードC(下側にもぐり込んで行う作業)の場合、図13に示すようにフェンダ28のアーチ状部28aで最もH番線の値の大きい点をPhとする。そして、Phから床までの距離Hhを障害物高さとする。なお、Hhは搬送コンベア高さHcとPhのH番線の和によって求めることができる。そして、前記Phから床におろした垂線の足を姿勢判別の基準座標原点P0とする。この時、H番線方向をY軸(車上方が正)とする。

0034

さらに、フロア作業(作業モードC)の場合、図14に示すように、部品30の締結点をPtとする。このPtから車両低面の番線(H10)におろした垂線の足をPhとする。そして、Phから床までの距離Hh(搬送コンベア高さに等しい)を障害物高さとする。Phから床におろした垂線の足を姿勢判別の基準座標原点P0とする。この時、H番線方向をY軸(車上方が正)とする。

0035

最後に、障害物無しで作業モードAの場合、図15に示すように部品30の締結点をPtとして、前記Ptから床におろした垂線の足を姿勢判別の基準座標原点P0とする。この時、H番線方向をY軸(車上方が正)とする。また、障害物無しで作業モードEの場合、部品30の締結点をPtとして、前記PtからH10番線におろした垂線の足を姿勢判別の基準座標原点P0とする。この時、H番線方向をY軸(車上方が正)とする。

0036

続いて、図16から図24を参照しながら各作業モード毎の姿勢決定手順を説明する。まず、作業モードA(障害物無し)を説明する。図16には、部品の締結点をPt(Xt,Yt)とした場合、締結点の高さがどの範囲に属するかの区分例が示されている。なお、本実施形態の場合作業者の平均身長を1650mmとして、各姿勢を相対的に分類する。障害物が無い場合、作業姿勢を決める姿勢範囲は、例えば床から450mmのそんきょ下向きと、その上200mmのそんきょ正面、その上200mmの浅い前屈、さらにその上600mmの立位、その上550mmの上向き、そしてそれ以上の作業不可の6種類で分類する。なお、担当作業者の実際の身長をHmとして、Hm/1650を各姿勢範囲に乗算することによって、前記姿勢範囲を作業者に適した範囲に修正することができる。

0037

そして、図2に示す演算部18で、図17に示すフローチャートに従って順次姿勢分類を行っていく。まず、作業者が自然に立った状態(腰を曲げずに立った状態)で部品の締結作業ができるか否かの判断を行う(S400)。つまり、締結点高さYtが立位以上の高さか否かの判断を行う。腰を曲げて立っている場合、浅く前屈みしているか否かの判断を行う。つまり締結点高さYtが、そんきょ姿勢範囲か前屈姿勢範囲かの判断を行い(S401)、浅く前屈みしている場合、浅い前屈であると判断して、その表示を行う(S402)。また、浅く前屈みしていない場合、そんきょ姿勢であると判断して(S403)、腰より下に手先があるか否かの判断、つまり締結点高さYtが腰より下の位置か否かの判断を行う(S404)。腰より下に手先がない場合、そんきょ姿勢で正面作業を行っているものと判断して、その表示を行う(S405)。また、S404で手先が腰より下にあると判断された場合、つまり締結点高さYtが床から450×Hm/1650以内に属しそんきょ姿勢で下向きの作業を行っていると判断して、そんきょ下向きの表示を行う(S406)。一方、S400で腰を曲げずに立っていると判断された場合、締結点高さYtは850×Hm/1650以上であり、肩より上に手先があるか否かの判断、つまり締結点高さYtが肩の上か下かの判断を行う(S407)。肩より手先が下の場合、正面で作業が可能であると判断して、立位の表示を行う(S408)。一方、手先が肩より上にある場合、締結位置に手がとどくか否か、つまり締結点高さYtが2000×Hm/1650以上か否かの判断を行い(S409)、手がとどく場合、上向き作業が可能であると判断して、その表示を行う(S410)。また、締結位置に手がとどかない場合、作業不可であると判断して、その表示を行う(S411)。

0038

次に、水平な障害物を越えて作業を行う作業モードBを図18図19を用いて説明する。図18に示すように作業モードBの場合、作業姿勢を決める姿勢範囲は作業者の肩の位置と腕の振り範囲によって決まる。前記姿勢範囲の境界線は作業者の身長Hmと障害物32の高さHhによって適宜変化する。姿勢範囲のうち作業者が障害物32に寄りかかること無く腕を振ってとどく範囲で、肩より下の範囲を立位範囲、肩より上の範囲を上向き範囲とする。また、腰の曲がり具合に応じて、腰を深く曲げることを必要とする範囲を深い前屈範囲、腰を軽く曲げる程度でとどく範囲を浅い前屈範囲とする。なお、図18の姿勢範囲は既知シミュレーションや座標演算を行うことによって容易に算出することができる。

0039

図19のフローチャートを用いて姿勢の予測手順を説明する。まず、肩より上に手先があるか否かの判断、つまり締結点高さYtが肩より上にあるか否かの判断を行う(S500)。肩より上に手先がある場合、腰を深く曲げているか否かの判断、つまり締結位置が腕の振り範囲より外にあるか否かの判断を行う(S501)。締結位置が腰を深く曲げる必要の無い位置であれば、障害物32を越えた上向きの作業であると判断して、作業モードBの上向き作業であることを表示する(S502)。

0040

一方、S500で手先が肩より下にあると判断された場合、自然に立っているか否かの判断、つまり締結位置が腕を自然に振った範囲内にあるか否かの判断を行う(S503)。締結位置が自然に立った状態でとどく範囲にある場合、立位であると判断してその表示を行う(S504)。また、自然に立っていない場合、腰を深く曲げているか否かの判断、つまり締結位置が障害物32によりかかり手を延ばさなければならない位置にあるか否かの判断を行う(S505)。腰を軽く曲げる程度でとどく範囲であれば浅い前屈で締結位置にとどく範囲であるとして、作業モードBで浅い前屈であることを表示する(S506)。

0041

さらに、腰を深く曲げる必要がある場合、締結位置に手がとどくか否かの判断を行い(S507)、手がとどく場合、深い前屈によって締結を行うことができると判断して、姿勢は作業モードBで深い前屈であることを表示する(S508)。また締結位置に手がとどかない場合、作業不可範囲(図18において、深い前屈範囲の外側)であると判断して、作業モードBで作業不可である旨を表示する(S509)。

0042

続いて、頭上に障害物がある場合(作業モードC)を図20図22を用いて説明する。作業モードCはフロア下及びホイールハウス内に対する作業に適用されるが、フロア下の作業はすべて上向き作業とする。一方、ホイールハウス内に対する作業は、図20に示すように頭上障害物の高さHhによって作業姿勢範囲を分類し予測する。例えば、床から1300×Hm/1650までをN範囲、その上250×Hm/1650までをM範囲、その上150×Hm/1650までをL範囲、それ以上をK範囲とする。この場合も作業者の実際の身長データによって各範囲の補正を行うことが好ましい。そして、頭上の障害物34の高さがK範囲にある場合、作業に障害物34はほとんど影響すること無く作業者は障害物34がないものとして作業を行うことが可能であり作業モードAで作業ができる。また、頭上の障害物34の高さがN範囲にある場合、作業者は前記障害物34によってそんきょ姿勢での作業を強いられ、後述する作業モードEによって姿勢の分類が行われる。

0043

次に、図21を用いて頭上の障害物34がL範囲、M範囲に属する場合の姿勢分類について説明する。図21(a)に示すように、障害物34の高さがL範囲に属する場合、姿勢範囲は例えば床から450mmのそんきょ下向きと、その上200mmのそんきょ正面、その上200mmの浅い前屈、障害物34から下方に250mmの上向きと、前記浅い前屈と上向きの間の範囲を立位とする。また、図21(b)に示すように、障害物34の高さがM範囲に属する場合、姿勢範囲は例えば床から450mmのそんきょ下向きと、その上200mmのそんきょ正面、障害物34から下方に250mmの上向きと、前記そんきょ正面と上向きの間の範囲を浅い前屈とする。なお、担当作業者の実際の身長をHmとして、Hm/1650を各姿勢範囲に乗算することによって、前記姿勢範囲を作業者に適した範囲に修正することができる。

0044

図22のフローチャートを用いて姿勢の予測手順を説明する。まず、作業部位がフロア下か否かの判断を行う(S600)。作業部位がフロア下の場合、前述したように作業姿勢は上向きと判断して表示を行う(S601)。続いて、障害物34の高さHhが、例えば1700mm以上か1550mmから1700mmの間か1300mmから1550mmの間か否かの判断を行い、作業モードCの中で再度モード分けを行う(S602〜S604)。そして、障害物34の高さが1700<1650Hh/Hmの場合、つまり障害物34の高さが1700mm以上の場合、前述したように作業モードCに代えて作業モードAによる判定を行う(S605)。

0045

また、1550<1650Hh/Hm≦1700の場合、つまり障害物34の高さが1550mmから1700mmの場合、図21(a)の姿勢範囲に基づいて姿勢予測を行う。まず、自然に立っているか否かの判断を行う(S606)。自然に立っている場合、肩より手先が上にあるか否か、つまり締結位置が肩より上にあるかの判断を行い(S607)、肩より上にある場合上向き作業であると判断して、作業モードCで上向き姿勢であることを表示する(S608)。また、手先が肩より下にある場合、立位であると判断して、作業モードCで立位姿勢であることを表示する(S609)。一方、S606で自然に立っていないと判断された場合、締結高さがそんきょ姿勢範囲か前屈姿勢範囲かの判断を行い(S610)、浅く前屈みしている場合、浅い前屈であると判断して、その表示を行う(S611)。また、浅く前屈みしていない場合、そんきょ姿勢であると判断して(S612)、腰より下に手先があるか否かの判断、つまり締結点高さYtが腰より下の位置か否かの判断を行う(S613)。腰より下に手先がない場合、そんきょ姿勢で正面作業を行っているものと判断して、その表示を行う(S614)。また、S613で手先が腰より下にあると判断された場合、つまり締結点高さが床から450×Hm/1650以内に属し、そんきょ姿勢で下向きの作業を行っていると判断して、そんきょ下向きの表示を行う(S615)。

0046

一方、S604で1300<1650Hh/Hm≦1550でない場合、つまり障害物34の高さが1300mm以下の場合、前述したように作業モードCに代えて作業モードEで姿勢予測を行う(S616)。また、1300<1650Hh/Hm≦1550の場合、つまり障害物34の高さが1300mmから1550mmの間の場合、図21(b)の姿勢範囲に基づいて姿勢予測を行う。まず、浅く前屈みしているか否かの判断を行う(S617)。浅く前屈みしている場合、、肩より手先が上にあるか否か、つまり締結位置が肩より上にあるかの判断を行い(S618)、肩より上にある場合上向き作業であると判断して、作業モードCで上向き姿勢であることを表示する(S619)。また、手先が肩より下にある場合、浅い前屈であると判断して、作業モードCで浅い前屈姿勢であることを表示する(S620)。一方、S617で浅く前屈みしていないと判断された場合、締結高さがそんきょ姿勢範囲であると判断して(S621)、腰より下に手先があるか否かの判断、つまり締結点高さが腰より下の位置か否かの判断を行う(S622)。腰より下に手先がない場合、そんきょ姿勢で正面作業を行っているものと判断して、その表示を行う(S623)。また、S622で手先が腰より下にあると判断された場合、つまり締結点高さが床から450×Hm/1650以内に属し、そんきょ姿勢で下向きの作業を行っていると判断して、そんきょ下向きの表示を行う(S624)。

0047

次に、垂直な障害物と水平な障害物がある場合に作業を行う作業モードDを図23を用いて説明する。なお、作業モードDの場合、手のとどく範囲が深い前屈姿勢として判断する。また、手のとどく範囲とは、図18に示す作業モードBの作業限界をY軸を中心に回転させてできる曲面をZ方向に、例えば−50mm平行移動した範囲である。これは、作業者が体をひねることによって得られる伸び分である。また、上述以外の範囲、つまり手のとどかない範囲は作業不可範囲として、表示する。

0048

最後に、室内作業等低い姿勢で作業を行う作業モードEの姿勢予測について図24を用いて説明する。この場合も床からの高さにより姿勢範囲を分類して、締結高さがどの作業高さに属するか判定することによって姿勢の予測を行う。例えば、床から450mmのそんきょ下向きと、その上400mmのそんきょ正面、その上450mmのそんきょ上向きの3種類で分類する。なお、この場合も担当作業者の実際の身長をHmとして、Hm/1650を各姿勢範囲に乗算することによって、前記姿勢範囲を作業者に適した範囲に修正することができる。例えば、腰より手先(締結位置)が下にある場合、そんきょ下向きであると判断し、手先(締結位置)が腰と肩の間にある場合、そんきょ正面であると判断し、手先(締結位置)が肩より上にあり手のとどく範囲にある場合、そんきょ上向きであると判断する。また、手のとどかない範囲に締結位置がある場合、作業不可であると判断して、それぞれ姿勢表示を行う。

0049

このように、本実施形態によれば、製品や部品の設計図面から得られる締結番線や設備(搬送コンベア等)の仕様等から決定できる作業部位や作業モードに基づいて、実際に組付作業を行う前に、その作業の作業姿勢を予測することができるので、作業姿勢と作業姿勢維持時間と部品の重量から算出される作業負荷を生産ライン稼働前に得ることが可能になり、生産ライン設計を効率よく行うことができると共に、必要に応じて、製品や部品および生産設備等の設計変更の検討材料にすることが可能になり効率的な設計作業を行うことができる。

0050

なお、上述した実施形態では、自動車の生産ラインを例にとって説明したが、他の製品の生産ラインや生産行程に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。また、作業者の体格データとして、身長のみを用いたが、性別や年齢による姿勢の違いを考慮した体格補正データを使用すれば、より作業者に適した作業姿勢を予測することができる。

0051

また、本実施形態に示した作業部位や作業モード、作業姿勢の分類は一例であり、必要に応じてその分類数を変更してもよい。

発明の効果

0052

本発明によれば、実際に生産ラインで生産を行う前に作業者の作業姿勢を予測することができるので、効率的な生産ラインの設計や製品、部品、生産設備の設計を行うことができる。

図面の簡単な説明

0053

図1本発明の実施形態の作業姿勢予測方法の処理手順を説明する説明図である。
図2本発明の実施形態の作業姿勢予測方法を実現するための作業姿勢予測装置の構成ブロック図である。
図3本発明の実施形態の作業姿勢予測方法の室内に対する組付作業の作業モードの種類を説明する説明図である。
図4本発明の実施形態の作業姿勢予測方法の室内に対する組付作業のモード決定手順を説明するフローチャートである。
図5本発明の実施形態の作業姿勢予測方法のラゲージに対する組付作業の作業モードの種類を説明する説明図である。
図6本発明の実施形態の作業姿勢予測方法のラゲージに対する組付作業のモード決定手順を説明するフローチャートである。
図7本発明の実施形態の作業姿勢予測方法でラジエータサポートを障害物とした時の基準座標原点の決め方を説明する説明図である。
図8本発明の実施形態の作業姿勢予測方法でフェンダを障害物とした時の基準座標原点の決め方を説明する説明図である。
図9本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で外装側面パネルを障害物とした作業モードBの時の基準座標原点の決め方を説明する説明図である。
図10本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で外装側面パネルを障害物とした時の作業モードDの基準座標原点の決め方を説明する説明図である。
図11本発明の実施形態の作業姿勢予測方法でロアバックパネルを障害物とした作業モードBの時の基準座標原点の決め方を説明する説明図である。
図12本発明の実施形態の作業姿勢予測方法でロアバックパネルを障害物とした時の作業モードDの基準座標原点の決め方を説明する説明図である。
図13本発明の実施形態の作業姿勢予測方法でフェンダを障害物とした時の作業モードCの基準座標原点の決め方を説明する説明図である。
図14本発明の実施形態の作業姿勢予測方法でフロア下の作業における基準座標原点の決め方を説明する説明図である。
図15本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で障害物無し作業で作業モードAと作業モードEにおける基準座標原点の決め方を説明する説明図である。
図16本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で作業モードAにおける姿勢範囲を説明する説明図である。
図17本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で作業モードAにおける姿勢予測を説明するフローチャートである。
図18本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で作業モードBにおける姿勢範囲を説明する説明図である。
図19本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で作業モードBにおける姿勢予測を説明するフローチャートである。
図20本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で作業モードCにおける障害物の高さ分類を説明する説明図である。
図21本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で作業モードCにおける姿勢範囲を説明する説明図である。
図22本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で作業モードCにおける姿勢予測を説明するフローチャートである。
図23本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で作業モードDにおける姿勢範囲を説明する説明図である。
図24本発明の実施形態の作業姿勢予測方法で作業モードEにおける姿勢範囲を説明する説明図である。

--

0054

10作業姿勢予測装置、12 入力部、14検索部、16外部記憶装置、16a部位データベース、16b基準座標データベース、18演算部、20 表示部、22外装側面パネル、24ロアバックパネル、26ラジエータサポート、28フェンダ、30部品、32,34障害物。

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