JP5215331B2 - 作業判定システム及び作業判定方法並びに該作業判定方法を記録した記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、工場内の生産ラインにおいて、部品同士を嵌合させる部品組付作業を行っている作業者の作業状態を判定するための作業判定システム及び作業判定方法並びに該作業判定方法を記録した記録媒体に関する。

近年、電気製品や自動車の製造メーカーの生産技術部門においては、生産性を向上させる目的のために、モーションキャプチャを使用して作業者の作業が正常に行われたか否かを判定することができる作業訓練支援システムが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

この作業訓練支援システムは、モーションキャプチャからの３次元の空間座標位置と、標準作業時間、手の動きのぶれ（蛇行）あるいは手の動きの基準値とを比較して、その基準値から外れる場合には習熟総合判定をＮＧにするものである。モーションキャプチャは、作業者の動作状態をリアルに反映させることができるので、作業者の作業判定の精度を高めることが可能になる。

特開２００５−１３４５３６号公報

しかしながら、背景技術に記載した作業訓練支援システムでは、絶対座標で手の動きのぶれ（蛇行）あるいは手の動きを数値化しているので、必ず決められた位置で部品同士を嵌合させる部品組付作業では特に問題はないが、部品同士を嵌合させる位置が変動してしまうような部品組付作業では、絶対座標で判定しようとすると、正常に部品同士を嵌合させることができなくなる難点があった。

この部品同士を嵌合させる位置が変動してしまう例としては、２本のワイヤーハーネスそれぞれが端部に備えたコネクタを嵌合させる場合や、カウルサイドトリムの穴部とスカッフプレートの爪部とを嵌合させる場合等が該当する。２本のワイヤーハーネスのコネクタ同士の嵌合では、一方のワイヤーハーネスのコネクタを手で持って、他方のワイヤーハーネスのコネクタに結合しようとすると、他方のワイヤーハーネスのコネクタが完全拘束されていない場合には、結合位置が押し込み方向に移動してコネクタ同士を正常に嵌合させることができなくなる。また、カウルサイドトリム及びスカッフプレートの嵌合では、例えばカウルサイドトリムが柔らかい樹脂で形成されていると、爪部を穴部に正常に嵌合させることができなくなる場合がある。

さらに、背景技術に記載した作業訓練支援システムでは、一方の部品を他方の部品に嵌合させる際、他方の部品が正常な位置から作業者側に向かってずれて配置されていると、一方の部品に手で荷重をかけ過ぎて嵌合部である爪などの部品が破損する虞があった。

これらのような事象が発生していても作業訓練支援システムは、絶対座標で手の動きを数値化し測定しているので、作業者がその事象を見落とした場合には、その作業が正常に行われたものと判定することになる。

本発明は、このような従来の難点を解消するためになされたもので、部品同士を嵌合させる部品組付作業において、絶対座標で手の動きを数値化し測定しても正確な作業判定を行うことができる作業判定システム及び作業判定方法並びに該作業判定方法を記録した記録媒体を提供することを目的とする。

上述の目的を達成する本発明の第１の態様である作業判定システムは、一方の部品を持った状態で他方の部品に押し込むことで部品同士を嵌合させる部品組付作業を行っている作業者の一方の部品を持った手による作業動作を経時的に測定して、その測定結果である作業動作検出データを送信するための位置センサが設けられ、作業者の手に装着されるモーションキャプチャと、部品組付作業において部品同士を嵌合させる時に、一方の部品に加わる荷重を経時的に測定してその測定結果である圧力検出データを送信するために作業者の手に装着される圧力センサと、部品組付作業を行っている作業者の手による作業動作の標準である作業動作標準データと共に、部品組付作業を行っている時に一方の部品に対して経時的に加わる荷重の標準である圧力標準データが登録された記憶部と、モーションキャプチャの位置センサから受信した作業動作検出データがなす波形の軌跡を作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達しているか否かを判定する作業動作判定機能、及び作業動作判定機能で作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達すると、圧力センサから受信した圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間に到達しているか否かを判定する部品組付作業判定機能を有する作業解析部とを備えているものである。

本発明の第２の態様は第１の態様である作業判定システムにおいて、作業解析部は、作業動作判定機能で、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達していないと判定した場合、又は部品組付作業判定機能で、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値の幅内から外れたと判定した場合には、部品組付作業が正常に行われなかったと判定するものである。

本発明の第３の態様は第１の態様である作業判定システムにおいて、作業動作判定機能は、作業動作検出データがなす波形の軌跡を作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業動作検出データがなす波形の軌跡の位置が、作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲から外れたか否かを判定する機能を有し、この場合、作業解析部は、作業動作判定機能で、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲から外れたと判定した場合には、部品組付作業が正常に行われなかったと判定するものである。

本発明の第４の態様は第１の態様又は第２の態様である作業判定システムにおいて、作業解析部は、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達する前に、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間で形成される幅内に到達したか否かを判定する部品破損判定機能を有し、この場合、作業解析部は、部品破損判定機能で作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達する前に、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間で形成される幅内に到達したと判定した場合には、作業者による部品組付作業において各部品のうち少なくとも１つが破損する虞があると判定するものである。

本発明の第５の態様は第１の態様乃至第４の態様のうち何れか１つの態様である作業判定システムにおいて、作業解析部による解析結果に基づき作業者による部品組付作業の判定結果を報知する報知部を備えているものである。

本発明の第６の態様は第１の態様乃至第５の態様のうち何れか１つの態様である作業判定システムにおいて、モーションキャプチャは、位置センサが磁気式３次元位置姿勢センサの場合には、当該磁気式３次元位置姿勢センサで検出された作業者の作業動作情報を受信して作業動作検出データを３次元座標データとして作業解析部に送信する信号処理部を備えているものである。

本発明の第７の態様は第６の態様である作業判定システムにおいて、磁気式３次元位置姿勢センサ及び圧力センサは、それぞれ作業者の手指に複数装着されているものである。

また、本発明の第８の態様である作業判定方法は、一方の部品を持った状態で他方の部品に押し込むことで部品同士を嵌合させる部品組付作業を行っている作業者の一方の部品を持った手による作業動作を、手に装着されるモーションキャプチャの位置センサで経時的に測定し、その測定結果である作業動作検出データを作業解析部に送信すると共に、作業者が部品同士を嵌合させる時に、一方の部品に加わる荷重を手に装着される圧力センサで経時的に測定し、その測定結果である圧力検出データも作業解析部に送信して作業者による部品組付作業が正常か否かを解析する作業判定方法であって、作業解析部は、モーションキャプチャの位置センサから受信した作業動作検出データがなす波形の軌跡を、部品組付作業を行っている作業者の手による作業動作の標準である作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達している否かを判定する第１のステップと、第１のステップにおいて、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達すると、圧力センサから受信した圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値の幅内に到達している否かを判定する第２のステップとを有するものである。

本発明の第９の態様は第８の態様である作業判定システムにおいて、第１のステップは、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達していない場合には、作業者による部品組付作業が正常に行われていないと判定するものである。

本発明の第１０の態様は第８の態様である作業判定システムにおいて、第２のステップは、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値の幅内から外れた場合には、作業者による部品組付作業が正常に行われていないと判定するものである。

本発明の第１１の態様は第８の態様である作業判定システムにおいて、第１のステップの前に、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達する前に、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間で形成される幅内に到達した場合には、作業者よる部品組付作業において各部品のうち少なくとも１つが破損する虞があると判定するステップを有するものである。

本発明の第１２の態様は第８の態様である作業判定システムにおいて、第１のステップでは、作業動作検出データがなす波形の軌跡を作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業動作検出データがなす波形の軌跡の位置が、作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲から外れた場合には、部品組付作業が正常に行われなかったと判定するものである。

本発明の第１３の態様は第８の態様乃至第１２の態様のうち何れか１つの態様である作業判定システムにおいて、判定結果の情報を報知手段によって報知するステップを含むものである。

さらに、本発明の第１４の態様である記録媒体は、第８の態様乃至第１３の態様のうち何れか１つの態様である作業判定方法によって実現するためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能なものである。

このような本発明の作業判定システム及び作業判定方法は、作業者が、一方の部品を持った状態で他方の部品に押し込むことで部品同士を嵌合させる部品組付作業を開始すると、作業者の一方の部品を持った手の作業動作を、手に装着されるモーションキャプチャの位置センサで経時的に測定し、その測定結果である作業動作検出データを作業解析部に送信する。さらに、作業者が部品同士を嵌合させる時に、一方の部品に加わる荷重を、手に装着される圧力センサで経時的に測定し、その測定結果である圧力検出データも作業解析部に送信する。作業解析部は、作業動作検出データが入力すると、作業動作判定機能で、モーションキャプチャの位置センサから受信した作業動作検出データがなす波形の軌跡を、部品組付作業を行っている作業者の手の作業動作の標準である作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達している否かを判定する。

作業解析部は、作業動作判定機能で作業動作検出データがなす波形の軌跡を作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較した結果、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達すると、部品組付作業判定機能で、圧力センサから受信した圧力検出データがなす波形の軌跡を、部品組付作業を行っている時に一方の部品に対して経時的に加わる荷重の標準である圧力標準データが、予め設定された２つの閾値の幅内に位置している否かを判定する。

部品組付作業判定機能で、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値の幅内に位置していると判定した場合には、作業解析部は作業者による部品組付作業が正常に行われたと判定する。

なお、作業解析部は、作業動作判定機能で、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達していないと判定した場合には、部品組付作業が正常に行われなかったと判定する。また、作業解析部は、部品組付作業判定機能で、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値の幅内から外れたと判定した場合には、部品組付作業が正常に行われなかったと判定する。

また、作業解析部は、作業動作判定機能で、作業動作検出データがなす波形の軌跡を作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業動作検出データがなす波形の軌跡の位置が、作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲から外れたと判定した場合には、部品組付作業が正常に行われなかったと判定する。

さらに、作業解析部は、部品破損判定機能で、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達する前に、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間で形成される幅内に到達した場合には、作業者よる部品組付作業において各部品のうち少なくとも１つが破損する虞があると判定する。

このような作業解析部による解析結果に基づき作業者による部品組付作業の判定結果を報知部で報知することで、作業者は部品組付作業が正常に行われたか否かを確認することができる。

また、モーションキャプチャの位置センサが磁気式３次元位置姿勢センサの場合には、作業動作データを３次元座標データとすることができるので、位置座標（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）及び姿勢を示すオイラー角の情報を得ることができるようになる。

さらに、磁気式３次元位置姿勢センサ及び圧力センサを、それぞれ作業者の手指に複数装着することで、作業者の手指の繊細な動きを検出可能になることから、作業者の作業動作を精度よく再現することが可能になるので、作業者の手指による複雑な作業動作に対応可能となる。

本発明の作業判定システム及び作業判定方法並びに該作業判定方法を記録した記録媒体によれば、部品同士を嵌合させる部品組付作業において、絶対座標で手の動きを数値化し測定しても正確な作業判定を行うことができる。

本発明の作業判定システムにおける好ましい実施の形態例を示すシステム構成のブロック図である。 図１のモーションキャプチャに使用されるセンサのキャリブレーションの例を示す説明図である。 モーションキャプチャで検出した位置情報の例を示す説明図である。 作業解析部における位置センサから得た座標値の曲線グラフを利用した解析手法を示す図である。 作業解析部における圧力センサから得た座標値の曲線グラフを利用した解析手法を示す図である。 本発明の作業判定方法の好ましい実施の形態例を示すフローチャート図である。

以下、作業判定システム及び作業判定方法並びに該作業判定方法を記録した記録媒体を実施するための最良の形態例について、図面を参照して説明する。

本発明の作業判定システムは図１に示すように、一方の部品を持った状態で他方の部品に押し込むことで部品同士を嵌合させる部品組付作業を行っている作業者の一方の部品を持った手による作業動作を経時的に測定して、その測定結果である作業動作検出データを送信するための位置センサ２１が設けられ、作業者の手に装着されるモーションキャプチャ２と、部品組付作業において部品同士を嵌合させる時に、一方の部品に加わる荷重を経時的に測定してその測定結果である圧力検出データを送信するために作業者の手に装着される圧力センサ２３と、位置センサ２１からの作業動作検出データ及び圧力センサ２３からの圧力検出データに基づき作業者の作業状態を判定するデータ処理装置３とを備えている。また、作業判定システム１は、データ処理装置３による解析結果に基づき作業者による部品組付作業の判定結果を報知する報知部４を備えている。

モーションキャプチャ２は、汎用のものを用いることができ、動体に装着された光学マーカの位置情報により動体の動きを検出する光学式や、動体に装着された磁気センサの動きを検出する磁気式が一般的である。特に、経時的に測定する対象が、部品同士を嵌合させる部品組付作業を行っている作業者の作業動作の場合には、モーションキャプチャ２としては、作業者の手指に装着される位置センサ２１である磁気式３次元位置姿勢センサと、磁気式３次元位置姿勢センサで検出された作業者の作業動作情報を受信してデータ処理装置３に作業動作検出データを送信する信号処理部２２とを備えているものが好適である。このモーションキャプチャの場合、磁気式３次元位置姿勢センサを手指の繊細な動きを検出できるように柔軟性のあるグローブに複数配置することで、作業者の手指の繊細な動きを検出可能になることから、作業者の作業動作を精度よく再現することが可能になるので、作業者の手指による複雑な作業動作に対応可能となる。

このモーションキャプチャ２とデータ処理装置３とは、有線、無線の何れの接続手段でもよく、設置状況に応じて選択する。このような磁気式モーションキャプチャとして、例えば、特開２００７−２３６６０２号公報に開示された磁気式３次元位置姿勢センサを用いた手指用モーションキャプチャ装置が好適である。

この手指用モーションキャプチャ装置は図２、図３に示すように、例えば親指の先端に位置するセンサ２１ａの中心に原点を仮定すると、信号処理部２２の固定基準点から見たセンサ２１ａの位置座標（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角から求められる姿勢を示すオイラー角の情報が得られ、データ処理装置３に記録される。この場合におけるセンサ装着時の位置及び角度のズレのキャリブレーションは、特開２００７−２３６６０２号公報に詳述されているので、説明は省略する。

圧力センサ２３は、例えばモーションキャプチャ２のグローブに装着することが好ましく、指先の指腹部に配置することで、指先に加わる圧力を検出することができる。この場合、圧力センサ２３を各指先の指腹部に配置することにより、各指先に加わる圧力を検出することができることから、作業者の作業動作を精度よく再現することが可能になるので、作業者の手指による複雑な作業動作に対応可能となる。この圧力センサ２３は、指先に加わる圧力を、ダイヤフラムを介して感圧素子で計測し、電気信号に変換して出力するもので、半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサや静電容量形圧力センサが知られている。

データ処理装置３はコンピュータが好ましく、内部にＣＰＵ等の演算処理装置を備えると共に、ブラウン管モニタや液晶ディスプレイ等の表示画面を有する表示装置や、キーボード、マウス等の入力デバイス、さらに、ハードディスクドライブ等の記憶装置等で構成されている。

このようなデータ処理装置３は図１に示すように、部品組付作業を行っている作業者の手による作業動作の標準である作業動作標準データと共に、部品組付作業を行っている時に一方の部品に対して経時的に加わる荷重の標準である圧力標準データが登録された記憶部３１と、モーションキャプチャ２の位置センサ２１から受信した作業動作検出データがなす波形の軌跡を作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業者による作業動作が正常か否かを判定する作業動作判定機能３２ａ、及び作業動作判定機能３２ａによる判定結果が作業者による作業動作が正常であると判断した場合には、圧力センサ２３から受信した圧力検出データの圧力値が、作業者が適切な作業荷重で部品組付作業を行えるような値になっているか否かを判定する部品組付作業判定機能３２ｂを有する作業解析部３２とを備えている。なお、作業動作検出データ及び圧力検出データは何れもモーションキャプチャ２の信号処理部２２を介して作業解析部３２へと送信される。

記憶部３１は、データを更新自在に記憶できるＲＡＭや固定データを記憶するＲＯＭ等で構成されている。この記憶部３１に登録される作業動作標準データは、位置センサ２１が磁気式３次元位置姿勢センサの場合には、位置座標（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）や、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角から求められる姿勢を示すオイラー角の情報である。

また、作業動作判定機能３２ａで、作業者による作業動作が正常か否かは、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達しているか否かで判定する。また、部品組付作業判定機能３２ｂで、作業動作判定機能３２ａによる判定結果が作業者による作業動作が正常であると判断する基準は、作業動作判定機能３２ａで作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達したことである。さらに、部品組付作業判定機能３２ｂで、作業者が適切な作業荷重で部品組付作業を行っているか否かは、圧力検出データがなす波形の軌跡が、圧力標準データがなす波形の軌跡に設定された２つの閾値の幅内に到達しているか否かで判定する。

このような作業動作検出データ及び作業動作標準データは、部品が所定位置まで移動したか否かを検出できればよいので、図４に示すような横軸が時間値で縦軸が座標値である曲線グラフの波形を利用して、作業動作検出データの波形と作業動作標準データの波形とを比較することになる。なお、図中、右側のグラフは作業位置における作業動作標準データの波形を示し、左側のグラフはモーションキャプチャ２からの作業動作検出データの波形で、点線で形成された楕円部が作業位置を示すものである。作業解析部３２は比較した結果、作業動作検出データの波形が作業動作標準データの波形に基づき予め定められた閾値に達していないときには、作業者による作業動作が正常に行われていないことを検出する。

具体的には、作業者が磁気式３次元位置姿勢センサである位置センサ２１を手に装着した状態で、一方の部品を持った状態で他方の部品に押し込むと、モーションキャプチャ２の位置センサ２１がその作業動作の情報を時系列で作業動作検出データとして出力する。作業解析部３２がモーションキャプチャ２の位置センサ２１から時系列で作業動作検出データを受信した場合、例えば図４に示すように、グラフの時間軸上の作業位置において、検出された作業動作検出データのＸ軸成分の波形が、作業動作標準データのＸ軸成分の波形を基準に設定された閾値ラインＴＨ１から上方に突出した軌跡や座標値を示し、作業動作の成功域に達しているので、作業解析部３２はＸ軸成分においては正常な作業動作であったと判定する。また、検出された作業動作検出データのＹ軸成分の波形が、作業動作標準データのＹ軸成分の波形を基準に設定された閾値ラインＴＨ２から下方に突出した軌跡や座標値を示し、作業動作の成功域に達しているので、作業解析部３２はＹ軸成分においては正常な作業動作であったと判定する。また、検出された作業動作検出データのＺ軸成分の波形が、作業動作標準データのＺ軸成分の波形を基準に設定された閾値ラインＴＨ３から下方に突出した軌跡や座標値を示さず、作業動作の成功域に達していないので、作業解析部３２はＺ軸成分においては正常な作業動作ではなかったと判定する。作業解析部３２は、作業動作検出データのＺ軸成分が作業動作の成功域に達していないので、この部品組付作業は正常に行われなかったと判定する。

なお、作業解析部３２は、作業動作検出データのＸ軸成分、Ｙ軸成分及びＺ軸成分の何れの波形においても、作業動作の成功域に達している場合にのみ、この部品組付作業の作業動作は正常に行われたと判定する。この判定は、作業動作検出データのＸ軸成分、Ｙ軸成分及びＺ軸成分のすべてが閾値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ３に達することでなされる。

また、作業動作検出データ及び作業動作標準データは、位置座標（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）だけではなく、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角から求められる姿勢を示すオイラー角の情報でも、位置座標（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）と同様の波形による作業動作解析を行うことができる。

また、作業者が圧力センサ２３を手に装着した状態で、一方の部品を持った状態で他方の部品に押し込むと、圧力センサ２３がその作業動作における圧力情報を時系列で圧力検出データとして出力する。作業解析部３２が圧力センサ２３から時系列で圧力検出データを受信した場合、例えば図５に示すような横軸が時間値で縦軸が荷重値である曲線グラフの波形を利用する。この曲線グラフには、２つの閾値ＴＨ１１、ＴＨ１２が予め設定されている。閾値が２つあるのは、部品同士を嵌合させる際、上の閾値ＴＨ１１は部品が壊れるような圧力が加わることを検出するためで、下の閾値ＴＨ１２は部品同士を完全には嵌合させることができない圧力を検出するためのである。

記憶部３１に登録されている作業動作標準データは、熟練工による部品組付作業から得られたデータであり、部品組付作業を行っている熟練工の一方の部品を持った手による作業動作をモーションキャプチャの位置センサ２１で経時的に測定して、その測定結果である作業動作検出データを作業動作標準データとしている。また、記憶部に登録されている圧力標準データも、熟練工による部品組付作業から得られたデータであり、熟練工による部品組付作業において部品同士を嵌合させる時に、一方の部品に加わる荷重を圧力センサ２３で経時的に測定してその測定結果である圧力検出データを圧力標準データとしている。

作業解析部３２の作業動作判定機能３２ａは、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達した場合には、作業者による作業動作が正常であったと判定し、その閾値に達していない場合には、作業者による作業動作が正常に行われていなかったと判定する。ここで、予め定められた時間とは、作業者が一方の部品を掴み他方の部品に押し込むまでの標準時間であり、作業者による作業開始時間は、作業対象車両が工場ライン上の所定の位置に到達した時点である。

作業解析部３２の部品組付作業判定機能３２ｂは、作業動作判定機能３２ａで作業者による作業動作が正常であったと判定して、圧力センサ２３から受信した圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値の幅内に到達している場合には、作業者が適切な作業荷重で部品組付作業を行っていると判定する。部品組付作業判定機能３２ｂがこのように判定することで、作業解析部３２は、部品組付作業が正常に行われたと判定する。

このように作業解析部３２で判定することができることから、部品同士を嵌合させる位置が変動してしまうような部品組付作業において、正常に部品同士を嵌合させることが可能になるので、絶対座標で手の動きを数値化し測定しても作業者の作業状態を正確に判定することができる。例えば、２本のワイヤーハーネスのコネクタ同士の嵌合では、一方のワイヤーハーネスのコネクタを手で持って、他方のワイヤーハーネスのコネクタに結合しようとすると、他方のワイヤーハーネスのコネクタが完全拘束されていない場合には、結合位置が押し込み方向に移動するが、作業者による作業動作が正常なことから、一方のワイヤーハーネスのコネクタと他方のワイヤーハーネスのコネクタとは嵌合可能な位置になっているので、後は押し込むだけで作業者が適切な作業荷重で２つのコネクタを適切に嵌合させることができる。また、カウルサイドトリム及びスカッフプレートの嵌合では、例えばカウルサイドトリムが柔らかい樹脂で形成されていると、カウルサイドトリムが押圧方向に移動するが、作業者による作業動作が正常なことから、カウルサイドトリム及びスカッフプレートの爪部及び穴部とは嵌合可能な位置になっているので、後は押し込むだけで作業者が適切な作業荷重で爪部及び穴部を適切に嵌合させることができる。

なお、作業解析部３２は、作業動作判定機能３２ａで、作業者による作業動作が正常に行われていなかったと判定した場合には、部品組付作業が正常に行われなかったと判定する。また、作業解析部３２は、部品組付作業判定機能３２ｂで、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値の幅内から外れたと判定した場合には、部品組付作業が正常に行われなかったと判定する。このように作業解析部３２で判定することができることから、部品同士が半嵌合状態になっている不良品を発見する精度を高めることができる。

また、作業動作判定機能３２ａは、作業動作検出データがなす波形の軌跡を作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業動作検出データがなす波形の軌跡の位置が、作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲から外れたか否かを判定する機能を有している。この場合、作業解析部３２は、作業動作判定機能３２ａで、作業動作検出データがなす波形の軌跡を作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業動作検出データがなす波形の軌跡の位置が、作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲から外れたと判定した場合には、部品組付作業が正常に行われなかったと判定し、作業動作検出データがなす波形の軌跡の位置が、作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲内と判定した場合には、部品組付作業が正常に行われたと判定する。このように作業解析部３２で判定することができることから、作業者による作業動作の良否を判断できるようになる。なお、作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲とは、作業者の一方の部品を持った手の作業位置がばらついても嵌合等の作業に影響を及ぼすことのない範囲である。

さらに、作業解析部３２は、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達する前に、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間で形成される幅内に到達したか否かを判定する部品判定機能３２ｃを有している。作業解析部３２は、部品判定機能３２ｃで、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達する前に、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間で形成される幅内に到達したと判定した場合には、作業者による部品組付作業において各部品のうち少なくとも１つが破損する虞があると判定する。このように作業解析部３２で判定することができることから、一方の部品を他方の部品に嵌合させる際、他方の部品が正常な位置から作業者側に向かってずれて配置されていても、２つの部品の嵌合部である爪などの部品が破損することを防ぐことができる。

報知部４は、作業者の作業解析結果を表示する表示画面にすることで、作業者は作業解析結果を視覚的に捉え易くなる。なお、報知部４は表示装置の表示画面に限らず、スピーカ等の音声発生装置によって聴覚によって作業解析結果を確認できるようにしてもよく、さらには、表示装置の表示画面と音声発生装置とを用いて作業解析結果を確認できるようにしてもよい。

なお、モーションキャプチャ２から時系列で受信する座標データである作業動作検出データが、データ処理装置３用の座標データとデータ形式が異なる場合には図１に示すように、作業解析部３２にデータ形式変換部３２ｄを組み込むとよい。データ形式変換部３２ｄは、モーションキャプチャ２から時系列で受信する作業動作検出データをデータ処理装置３用の座標データに変換する機能を有している。

上述した作業判定システム１の各構成部は図１に示すように、それぞれ電気的に接続され、モーションキャプチャ２では位置センサ２１及び圧力センサ２３がそれぞれ信号処理部２２に接続されている。データ処理装置３は作業解析部３２と記憶部３１が接続され、この作業解析部３２には信号処理部２２及び報知部４が接続されている。

このように構成された作業判定システム１におけるデータ処理装置３の各構成は、演算処理装置によって実行されるプログラムによって実現されるものである。このプログラムによるデータ処理手順について図６のフローチャートに基づき説明する。

作業者が手に位置センサ２１及び圧力センサ２３を装着した状態で、一方の部品を持った状態で他方の部品に押し込むことで部品同士を嵌合させる部品組付作業を開始すると（ステップ１０１）、作業者の一方の部品を持った手の作業動作をモーションキャプチャ２の位置センサ２１で経時的に測定し、その測定結果である作業動作検出データをデータ処理装置３の作業解析部３２に送信する（ステップ１０２）。さらに、作業者が部品同士を嵌合させる時に、一方の部品に加わる荷重を圧力センサ２３で経時的に測定し、その測定結果である圧力検出データも作業解析部３２に送信する（ステップ１０３）。作業解析部３２は、作業動作検出データ及び圧力検出データを取得すると、記憶部３１から作業動作標準データを呼び出し（ステップ１０４）、圧力標準データを呼び出す（ステップ１０５）。

作業解析部３２が部品破損判定機能３２ｃを有する場合には、部品破損判定機能３２ｃは、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達する前に、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間で形成される幅内に到達したか否かを判定する（ステップ１０６）。部品破損判定機能３２ｃが、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間で形成される幅内に到達したと判定した場合には、作業解析部３２は作業者による部品組付作業において各部品のうち少なくとも１つが破損する虞があると判定する。また、部品破損判定機能３２ｃが、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間で形成される幅内に到達していないと判定した場合には、作業解析部３２は作業動作判定機能３２ａへと移行する。

作業動作判定機能３２ａへと移行すると、作業動作判定機能３２ａは、作業動作検出データがなす波形の軌跡を、作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達している否かを判定する（ステップ１０７）。作業動作判定機能３２ａが、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達したと判定した場合には、作業解析部３２は、作業者による作業動作が正常であると判定し、部品組付作業判定機能３２ｂに移行する。また、作業動作判定機能３２ａが、作業動作検出データがなす波形の軌跡が、予め定められた時間内において作業動作標準データがなす波形の軌跡に設定された閾値に達していないと判定した場合には、作業解析部３２は作業者による部品組付作業が正常に行われていないと判定する。

部品組付作業判定機能３２ｂに移行すると、部品組付作業判定機能３２ｂは、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定されている２つの閾値の幅内に到達しているか否かを判定する（ステップ１０８）。部品組付作業判定機能３２ｂが、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定されている２つの閾値の幅内に到達していると判定した場合には、作業解析部３２は作業者による部品組付作業が正常に行われていると判定し、報知部４でその情報を報知する（ステップ１０９）。また、部品組付作業判定機能３２ｂが、圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値の幅内から外れた場合には、作業解析部３２は、作業者による部品組付作業が正常に行われていないと判定する。

なお、作業動作判定機能３２ａは、作業動作検出データがなす波形の軌跡を作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、作業動作検出データがなす波形の軌跡の位置が、作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲から外れた場合には、部品組付作業が正常に行われなかったと判定する（ステップ１０７）。

作業解析部３２は、部品破損判定機能３２ｃで作業者による部品組付作業において各部品のうち少なくとも１つが破損する虞があると判定した場合、作業動作判定機能３２ａで作業者による部品組付作業が正常に行われていないと判定した場合、又は部品組付作業判定機能３２ｂで作業者による部品組付作業が正常に行われていないと判定した場合には、報知部４でその情報を報知する（ステップ１１０）。したがって、作業者が部品同士を確実に嵌合させていないことや、部品を破損させていることなどを見落とした場合においても、その作業上の不具合を作業者が確認することができるようになる。

このように、ステップ１０９、ステップ１１０が行われると、作業解析部３２による作業解析は終了する（ステップ１１１）。

このようなデータ処理手順がデータ処理装置３の演算処理装置によって実行されるプログラムは、コンピュータ読み取り可能なＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体に記録させておくことで、複数のデータ処理装置３で利用可能になる。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１……作業判定システム
２……モーションキャプチャ
２１……位置センサ
２３……圧力センサ
３１……記憶部
３２……作業解析部
３２ａ……作業動作判定機能
３２ｂ……部品組付作業判定機能
３２ｃ……部品破損判定機能
４……報知部

Claims (14)

1. 一方の部品を持った状態で他方の部品に押し込むことで前記部品同士を嵌合させる部品組付作業を行っている作業者の前記一方の部品を持った手による作業動作を経時的に測定して、その測定結果である作業動作検出データを送信するための位置センサが設けられ、前記作業者の前記手に装着されるモーションキャプチャと、
   前記部品組付作業において前記部品同士を嵌合させる時に、前記一方の部品に加わる荷重を経時的に測定してその測定結果である圧力検出データを送信するために前記作業者の前記手に装着される圧力センサと、
   前記部品組付作業を行っている前記作業者の前記手による前記作業動作の標準である作業動作標準データと共に、前記部品組付作業を行っている時に前記一方の部品に対して経時的に加わる前記荷重の標準である圧力標準データが登録された記憶部と、
   前記モーションキャプチャの前記位置センサから受信した前記作業動作検出データがなす波形の軌跡を前記作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡が、予め定められた時間内において前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡に設定された閾値に達しているか否かを判定する作業動作判定機能、及び前記作業動作判定機能で前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め定められた時間内において前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡に設定された閾値に達すると、前記圧力センサから受信した前記圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値間に到達しているか否かを判定する部品組付作業判定機能を有する作業解析部とを備えていることを特徴とする作業判定システム。
2. 前記作業解析部は、前記作業動作判定機能で、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め定められた時間内において前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡に設定された閾値に達していないと判定した場合、又は前記部品組付作業判定機能で、前記圧力検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め設定された２つの閾値の前記幅内から外れたと判定した場合には、前記部品組付作業が正常に行われなかったと判定することを特徴とする請求項１記載の作業判定システム。
3. 前記作業動作判定機能は、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡を前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡と比較して、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡の位置が、前記作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲から外れるか否かを判定する機能を有し、この場合、前記作業解析部は、前記作業動作判定機能で、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡の位置が、前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡と前記予め定められた誤差範囲から外れると判定した場合には、前記部品組付作業が正常に行われなかったと判定することを特徴とする請求項１記載の作業判定システム。
4. 前記作業解析部は、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め定められた時間内において前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡に設定された前記閾値に達する前に、前記圧力検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め設定された２つの閾値間で形成される前記幅内に到達したか否かを判定する部品破損判定機能を有し、この場合、前記作業解析部は、前記部品破損判定機能で前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め定められた時間内において前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡に設定された前記閾値に達する前に、前記圧力検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め設定された２つの閾値間で形成される前記幅内に到達したと判定した場合には、前記作業者による前記部品組付作業において前記各部品のうち少なくとも１つが破損する虞があると判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の作業判定システム。
5. 前記作業解析部による解析結果に基づき前記作業者による前記部品組付作業の判定結果を報知する報知部を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の作業判定システム。
6. 前記モーションキャプチャは、前記位置センサが磁気式３次元位置姿勢センサの場合には、当該磁気式３次元位置姿勢センサで検出された前記作業者の作業動作情報を受信して前記作業動作検出データを３次元座標データとして前記作業解析部に送信する信号処理部を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の作業判定システム。
7. 前記磁気式３次元位置姿勢センサ及び前記圧力センサは、それぞれ前記作業者の手指に複数装着されていることを特徴とする請求項６記載の作業判定システム。
8. 一方の部品を持った状態で他方の部品に押し込むことで前記部品同士を嵌合させる部品組付作業を行っている作業者の前記一方の部品を持った手による作業動作を、前記手に装着されるモーションキャプチャの位置センサで経時的に測定し、その測定結果である作業動作検出データを作業解析部に送信すると共に、前記作業者が前記部品同士を嵌合させる時に、前記一方の部品に加わる荷重を前記手に装着される圧力センサで経時的に測定し、その測定結果である圧力検出データも前記作業解析部に送信して前記作業者による前記部品組付作業が正常か否かを解析する作業判定方法であって、
   前記作業解析部は、
   前記モーションキャプチャの前記位置センサから受信した前記作業動作検出データがなす波形の軌跡を、前記部品組付作業を行っている前記作業者の前記手による前記作業動作の標準である作業動作標準データがなす波形の軌跡と比較して、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡が、予め定められた時間内において前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡に設定された閾値に達している否かを判定する第１のステップと、
   前記第１のステップにおいて、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め定められた時間内において前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡に設定された前記閾値に達すると、前記圧力センサから受信した前記圧力検出データがなす波形の軌跡が、予め設定された２つの閾値の幅内に到達している否かを判定する第２のステップとを有することを特徴とする作業判定方法。
9. 前記第１のステップは、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め定められた時間内において前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡に設定された前記閾値に達していない場合には、前記作業者による前記部品組付作業が正常に行われていないと判定することを特徴とする請求項８記載の作業判定方法。
10. 前記第２のステップは、前記圧力検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め設定された２つの閾値の前記幅内から外れた場合には、前記作業者による前記部品組付作業が正常に行われていないと判定することを特徴とする請求項８記載の作業判定方法。
11. 前記第１のステップの前に、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め定められた時間内において前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡に設定された前記閾値に達する前に、前記圧力検出データがなす前記波形の軌跡が、前記予め設定された２つの閾値間で形成される前記幅内に到達した場合には、前記作業者よる前記部品組付作業において前記各部品のうち少なくとも１つが破損する虞があると判定するステップを有することを特徴とする請求項８記載の作業判定方法。
12. 前記第１のステップでは、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡を前記作業動作標準データがなす前記波形の軌跡と比較して、前記作業動作検出データがなす前記波形の軌跡の位置が、前記作業動作標準データがなす波形の軌跡に予め定められた誤差範囲から外れた場合には、前記部品組付作業が正常に行われなかったと判定することを特徴とする請求項８記載の作業判定方法。
13. 前記判定結果の情報を報知手段によって報知するステップを含むことを特徴とする請求項８乃至請求項１２のうち何れか１項に記載の作業判定方法。
14. 請求項８乃至請求項１３のうち何れか１項に記載の作業判定方法によって実現するためのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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