技術 作業支援機

0001

本発明は、作業支援機に関する。

0002

本技術の背景技術として、特開２００７−６１９６４号公報が知られている。この公報には、「物品を搭載して家庭内、施設内の建築物内を移動して物品を運搬する為のアーム機構を備え」た移動ロボットが開示されている。

0003

特開２００７−６１９６４公報
特開平４−６９１７５号公報

0004

生産工場や整備工場あるいはインフラ設備においてはメンテナンス作業や組立、施工作業を行うための「ピット」が設けられている。ピットは例えば作業対象物の底面部において作業をするとか、工作機や各種施設の主に下部のメンテナンス作業を行う為に、地面より下あるいは周囲より低い位置に設けられた窪地のような作業場を指すこともあり、また周囲を配管や壁や設備によって高さや幅、奥行きが限定的であり、完全な立位作業が難しい場所も含んで説明する。以下このような「狭小作業空間」を総じて「ピット」と呼ぶことにする。

0005

一般的にピット内では、作業者は主に上方に向かって作業をすることが多い。例えば生産工場の生産ラインなど多くの作業は下向きに作業することが多いが、これに比べて上向き作業は作業者に無理な姿勢をとらせるために、作業者が疲労しやすいといった問題がある。

0006

加えて、ピットは、それ以外の領域を確保するために必要最小限の大きさしかなく、上下空間に制限がある。さらに、ピット自体の深さを非常に深くすることは安全上やコスト的にもネガティブである。そのため、ピット内では作業をするのに十分な高さが無く、作業者は例えば膝立ちであるとか中腰といったやはり無理な姿勢で、上向き作業を行ったりピット内を移動する必要があるため、これも作業者の疲労の原因となっている。

0007

特許文献１及び特許文献２には、物品を移動させたり昇降させる際に、これをサポートする装置が開示されている。このような装置を例えばピット内の上向き作業において利用することを考えると、上向き作業に必要な物品、例えば取り付ける部品、作業工具や冶具を持ち上げる労力を低減することができる。しかし、特許文献１では、このような装置を活用したとしても、作業者は無理な姿勢で上向き作業を行ったり、ピット内を移動する必要があり、本質的な作業者の疲労は軽減しない。特許文献２では、狭い空間内にこういった機器をそのまま持ち込むことはできず、よりコンパクトでかつ作業者自身も同じ場所で近接して利用できるようにする必要がある。さらに、例えば長い配管などの設備や機材の整備や、生産工場の生産ラインにおいて底面から作業を行うピット現場は、ピット自体が長い。よって、特許文献１及び特許文献２に記載のサポート装置を一緒に無理な姿勢でピット内を移動することは困難な場合もある。

0008

本発明は、狭いピット現場において、上向き作業における作業者の労力を軽減しかつ安全に作業者が作業を行える作業支援機を提供することを目的とする。

0009

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

0010

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、上向きに作業を行う作業者が対象物を支持または移動させるための作業支援機であって、作業者が乗る搭乗部と、少なくとも２つの移動モータと、前記台車に配置される車輪と、を備える台車と、一端が前記台車に連結され他端が対象物を支持する支持部に連結された昇降部と、台車制御部と、を備え、前記昇降部は、作業者が対象物を支持または移動させる力を前記支持部を介して補助し、前記台車制御部は、前記昇降部または前記支持部が動作している間は前記車輪が動かないように制御する、ことを特徴とする作業支援機を提供することである。

0011

本発明によれば、狭いピット現場において、上向き作業における作業者の労力を軽減しかつ安全に作業者が作業を行うことができる。上記した以外の課題、構成及び効果の詳細は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

0012

実施例１を示す側面図である。
実施例１の前方移動動作を示す上面図である。
実施例１の後方移動動作を示す上面図である。
実施例１の左方向転換動作を示す上面図である。
実施例１における昇降動作と移動動作の信号フローを示す図である。
実施例１における昇降動作指示方法を示す図である。
実施例１における作業者姿勢変化を表す図である。
実施例２における昇降動作指示方法を示す図である。
実施例３における作業者が横向きで作業をする作業機の側面図である。

0013

以下本発明の実施例を説明する。なお、以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。つまり、本発明は実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

0014

図１は、狭いピット内を上向き作業を実施する作業者９が搭乗して作業を行う作業支援機の例である。台車フレーム１、前車輪２、後車輪３と駆動部４を備える台車上に、姿勢調整部６を介して搭乗部であるシート座面５が取り付けられている。座面５には背面サポート７とその上部に設けられた首サポート部８が取り付けられており、作業者９はシート座面５に搭乗する。この時、かかと１１が地面１２に接地するように搭乗する。その際、作業者９は足１０を、台車を挟むように台車の左右に投げ出す形となる。台車前方には昇降機基台１３が設けられ、その上部に昇降部であるアーム状の昇降機１４が搭載されている。つまり、昇降機１４の一端は昇降機基台１３を介して台車に連結されている。そして、台車に連結されている一端の他端である昇降機１４の先端には、支持部であるハンド１５が取り付けられており、ハンド１５で対象物１６を把持して作業者９が上向きで作業するのをサポートする。つまり、昇降機１４は、作業者が対象物を支持または移動させる力をハンド１５を介して補助し対象物１６の例としては、取り付ける部品や既設の部品、冶工具がある。これらの対象物１６を作業者９が支持あるいは移動するための負荷を支持部がサポートするなど、様々な用途が考えられる。また、支持部はハンド形状に限られず、例えば対象物１６である既設の部品が落下しないように支えるための板状形状など、対象物１６を支持または移動することができれば良い。

0015

昇降機１４はＤＤモータ２７によって駆動され、ハンド１５および対象物１６を上下に昇降させるように動作する。本実施例ではアーム状の昇降機１４を記載しているが、他にも天秤や滑車を利用するなど形式は様々な方法が考えられる。つまり、本発明の主眼は昇降機の種類には関係がなく、ハンド１５や対象物１６を上下に昇降させることができればよい。また昇降機１４が示すアームの関節数や本数は仕様によって決定されるもので、その数はいくつでも本願発明の本質を妨げるものではない。

0016

図２〜４は本実施例の作業支援機の上面図である。作業者９の上体と昇降機１４は説明のため未表示としている。図２〜４を用いて作業支援機の移動方法について説明する。４輪の台車となっているが、前車輪２は駆動せずフリーの回転をするだけである。また後車輪３（右後車輪３ａ、左後車輪３ｂ）は駆動輪であり、それぞれ駆動部４内に設けられた右モータ１７ａ、左モータ１７ｂによって独立に駆動される。前車輪２、後車輪３ともに車輪の向きを変える操舵装置はついていない。

0017

図２は台車を前方（作業者９の正面方向）に移動させる場合の動作を示す。前方移動したいと作業者９が意図した場合、両足のかかと１１ａおよび１１ｂを同じように後方にむかって地面１２を蹴る動作を行う。この時、右後車輪３ａおよび左後車輪３ｂに同じ様に回転トルクがかかる。これを図示しないトルクセンサで検知し、この検知結果に基づいて、右モータ１７ａおよび左モータ１７ｂに同じ様に台車を前方に進ませる回転トルク１８ａおよび１８ｂを発生させる。この回転トルクにより右後車輪３ａおよび左後車輪３ｂが動作して台車が前方に進む。よって、かかと１１で地面を蹴る簡単な動作で作業者９は台車を前方に進ませる指令をだすことになり、台車を前方に移動させることができる。

0018

一方、図３は後方（作業者９の背面方向）に移動する場合の動作を示す。図２の場合と同様に作業者９は両方のかかと１１ａおよび１１ｂを前方に向かって地面を蹴る動作を行うことで、今度は台車を後方にすすませる回転トルク１９ａおよび１９ｂを右モータ１７ａおよび左モータ１７ｂが発生し、台車は後方に移動する。

0019

いずれの場合も、台車を停止する場合には移動方向と反対向きにかかと１１ａおよび１１ｂを蹴ることで、図示しないトルクセンサにより反対向きの移動指示がでたものとしてブレーキがかかることになる。つまり、台車を停止するために作業者が地面を蹴ったことで車輪に生じた力をトルクセンサで検知し、その検知結果に基づいて、台車の移動方向の反対方向へ進む力を発生するように、車輪を動作させる。これにより、小さい力でブレーキをかけることができる。また、狭いピット内での移動をするのであるから、安全のため台車の移動速度は人間の歩行速度よりもさらに低い速度で移動するので、移動中にかかと１１が地面に接触しても作業者９が怪我をするような事態にはならない。さらに、低速移動であることは同時に搭載する移動モータ１７を強力なものにする必要が無いので、台車軽量化の観点からも望ましい。

0020

以上より、作業者が搭乗する台車と対象物を昇降させたり上方で支持できる昇降機１４とハンド１５とが一体となっているので、高さ方向に狭いピット内でも作業の支援ができ、かつ長いピット内を作業者が無理なく移動することができる。さらに、作業者が台車に搭乗することで台車自体の重量が増え、上下に昇降させる作業をする間の台車の安定を確保することができる。

0021

図４は台車の進行方向を変える場合の動作を示す。地面より下に掘られたピット以外でも、左右幅を作業者の両側ぎりぎりに機器や装置、壁で囲まれた作業現場も同様に、作業者の姿勢に無理を強いることがある。このように幅方向にも狭いピット内では、わずかに進行方向を修正しないと片側に寄ってしまうなどの障害がおきる。一方で複雑な操舵機構をいれるとこれを操作して方向転換を行う必要があり、その操作のための機器も必要になってくる。これは本発明が意図する簡便に使用できる作業支援機の思想とは異なるものとなる。

0022

そこで、本実施例では前方後方への移動と同様にかかと１１で地面を蹴るという同じ方法で、移動方向を変えるようにしている。図４は左方向に回頭する場合を図示している。この時、作業者９は右かかと１１ａを後方に、左かかと１１ｂを前方に地面を蹴る動作を行う。これによって台車は左旋回トルク２０を発生するので、右後車輪３ａは前方に進む時のトルク、左後車輪３ｂは後方に進む時のトルクをそれぞれ図示しないトルクセンサで検知する。それに応じて、右モータ１７ａにより右後車輪３ａは前方に進む駆動トルク１８ａ、左モータ１７ｂにより左後車輪３ｂは後方に進む駆動トルク１９ｂを発生することによって増力されたトルクにより、台車は左旋回を行う。右方向に回頭する場合は図４とは逆の方向にかかと１１を蹴る動作を行い、後は同様の仕組みで右旋回を行うことになる。

0023

なお、本実施例では両足で地面を蹴ることで移動方向を変えるようにしているが、片足で地面を蹴った場合でも後車輪３に力が作用することから、左右の旋回を行うことができる。

0024

以上より、作業者９が両足で地面を蹴る動作によって自分の意思で台車の前後移動や方向の修正をすることができる。また、左右のどちらかの足で地面を蹴る動作によって同じ側の車輪のみ駆動することで、方向の修正をすることができる。これにより、ピット内の上下左右の空間に余裕がない場合でも安全に移動することができる。さらに、作業支援機に複雑な操舵装置を搭載しなくてよいため、構造が簡単になる。また、かかと１１で蹴るという直感的な操作で作業者９が進行方向を調整できるので、習熟が早く作業支援機を利用できるという利点がある。

0025

図５に、作業位置において作業者９が対象物１６を昇降させる場合の動作を示す。図１では図示しなかった指示用マイク２１を用いて昇降機１４の上下移動指示を出す。この場合、上下の昇降指示だけなので簡単なコマンド入力のみで可能である。またハンド１５の開閉支持も同様に指示用マイク２１に発声入力することで行う。発声入力されたコマンドはコマンド処理部２２において昇降機１４あるいはハンド１５の動作指令に変換され、昇降機１４およびハンド１５を作動させる。本実施例では、コマンド処理部２２及び駆動制御部２５は、台車制御部である昇降機基部１３内に格納されているので、図５では便宜上点線で示している。

0026

このような構成にすることで、作業者９は両手を対象物１６とその作業領域から離さずに昇降機１４およびハンド１５を作動させることができる。よって、作業者９の疲労や集中力の低下による危険を防止することができる。さらに、ボタンやレバー操作を行う場合よりも簡便で手を離さずに作業ができるので、作業習熟が容易になる。

0027

ここまでの説明では、上記のように作業者９がかかと１１で地面１２を蹴るという簡便な動作で台車を移動できるため、作業位置において対象物１６の昇降作業を行っている最中に台車が移動する可能性がある。そこで、図６に示すように昇降機１４の制御と台車の駆動制御の連携が行われる。図６に示すフローチャートの通り、昇降指令２３が発せられた時に、コマンド処理部２２から昇降装置モータ２４に信号が送られると同時に駆動制御部２５にも信号が送られる。そして、駆動制御部２５は昇降指令有無判断を行い、昇降指令２３が無しと判断された場合は、駆動信号を生成して移動モータ１７が作動する。

0028

つまり、足が地面を蹴ることによって駆動制御部２５にトルクセンサ信号２６が発せられても、昇降指令２３が出ている間は駆動信号が生成されず、移動モータ１７（上記右モータ１７ａ、左モータ１７ｂを指す）が作動しないように制御される。昇降指令２３の一例としては、指示用マイク２１を介して発話入力された指令や、作業者９が昇降機１４、ハンド１５や対象物１６を手で直接動かすことで入力される指令がある。

0029

この構成により、昇降機１４やハンド１５が作動している間、つまり実際に上向き作業をしている間は台車の車輪が動かないように駆動軸をロックする制御を行うことができる。よって、作業中に台車が移動して作業に支障をきたしたり、作業者９が怪我をすることを防ぐことができる。

0030

なお、上記のコマンド処理部２２や駆動制御部２５は、相互に接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備えた、一般に制御コントローラと呼ばれるコンピュータである。またこれらのコマンド処理部２２と昇降装置モータ２４、または駆動制御部２５と移動モータ１７の間には一般にモータドライバーと呼ばれる信号からモータ動力に変換する機器が存在するが、図６では図示していない。

0031

図７は、作業者９が姿勢を変える場合の状態を示した図である。ピット内でも作業位置の高さが異なる場合があり、また作業者９自身の作業し易さもあるため、作業者９の姿勢を柔軟に変えられると便利である。本実施例では、姿勢調整部６によってシート座面５が上下することで作業者９の腰部の高さを変えられる。同様に、背面サポート７の傾斜角度を変えることができる。シート座面５の上下や背面サポート７の傾斜角度は、手動で変えられても良いし、上述の音声入力によって変えられても良い。また、ＤＤモータ２７の駆動量に合せて自動で変えられても良い。

0032

以上より、作業者９は作業しやすい体勢になることができる。この時、首サポート部８が頚椎付近をサポートすることで作業者９の首を支持する。上向き作業においては作業者９の腰部と首に負担がかかりやすく、疲労や障害の大きな原因となるので、作業支援機を用いない場合より作業の負担が少なくなる。

0033

図８に本発明の第２の実施例を示す。図８では実施例１と異なる部分のみ示し、他の構成や動作方法は同じである。図５に示した昇降機１４の動作指示方法と異なる点が特徴である。本実施例では、昇降機１４を駆動するＤＤモータ２７に取り付けられたトルクセンサによって、作業者９がハンド１５または対象物１６に上下方向の力を与えると、これを検知してコマンド処理部２２により昇降機１４の動作を生じせしめるものである。

0034

この構成により、音声に比べてより直感的に昇降機１４を作動させることができる。さらに、対象物に加えられる作業者９の力の向きや大きさにあわせて、昇降機１４が同じ方向に移動するようにすることで、作業者９は自然な動作のみで対象物の移動ができるようになり、作業者の労力を低減することができる

0035

図９に本発明の第３の実施例を示す。図９では作業者９は台車の進行方向に対して垂直（横向き）に作業を行うことを考慮した構成である。実施例１あるいは２と構成は同じだが、作業者９が横向きのため背面サポート７の向きが変わる。また移動や方向転換の方法も同じであるが作業者９は横を向いたまま、かかと１１で操作することになり、足１０を動かす方向は変わる。しかし感覚的にあった方向で操作できるので実用上の問題はない。作業内容によって、片方の側面を向きつつ上方作業を行うような場合にこの構成は利便性をもたらす。

0036

１台車フレーム
２前車輪
３後車輪
４ 駆動部
５シート座面
６姿勢調整部
７背面サポート
８ 首サポート部
９作業者
１０ 足
１１かかと
１２ 地面
１３昇降機基部
１４ 昇降機
１５ハンド
１６対象物
１７移動モータ
１８駆動トルク（前方向)
１９ 駆動トルク（後方向）
２０左旋回トルク
２１ 指示用マイク
２２コマンド処理部
２３昇降指令
２４昇降装置モータ
２５駆動制御部
２６トルクセンサ信号
２７ ＤＤモータ