CN101827688A - 姿势控制方法及姿势控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种姿势控制方法及姿势控制装置，在该姿势控制方法中，利用四个距离计测装置对处理装置和利用处理装置实施处理的圆管的处理面之间的距离进行计测，并控制处理装置的姿势，其中，基于第一计测距离减去第二计测距离的差和第三计测距离减去第四计测距离的差，控制绕俯仰轴的姿势，基于第一计测距离减去第三计测距离的差和第二计测距离减去第四计测距离的差，控制绕摇摆轴的姿势，基于将第二计测距离及第三计测距离相加而得到的第一合计距离和将第一计测距离及第四计测距离相加而得到的第二合计距离之间的差，控制绕滚动轴的姿势。

Description

姿势控制方法及姿势控制装置
技术领域
本发明涉及控制处理装置相对于圆管的处理面的姿势的姿势控制方法及姿势控制装置。
背景技术
作为现有的姿势控制装置，已知有如下的顶端工具导向装置，该装置具有：立设在蒸汽发生器的水室内的旋转支承部、设置于旋转支承部的滑动台、安装于滑动台的操作器、以及安装在操作器顶端的顶端工具(处理装置)(参照专利文献1)。
该顶端工具导向装置控制操作器，并沿设置于水室的管座的内周面的喷丸硬化区域移动(引导)顶端工具。这时，顶端工具通过操作器向内周面按压，由此，顶端工具的姿势成为效仿管座内周面的姿势。即，通过利用操作器向内周面按压并紧贴，由此，顶端工具的姿势被控制为构成规定姿势。
专利文献1：(日本)特开2007-181909号公报
但是，根据目前的顶端工具导向装置，如果利用操作器使顶端工具按压内周面，则根据按压方向，顶端工具导向装置的刚性不能承受来自内周面的反作用力。因此，顶端工具导向装置稍微弯曲，或者扭曲，从而存在如下情况，即导致应当按压并紧贴的顶端工具稍微上升。该情况下，由于顶端工具的上升，有可能引起由顶端工具导致的处理不良。为了解决该问题，可以考虑提高顶端工具导向装置的刚性，但是，对于顶端工具导向装置而言，由于考虑搬入水室内的情况而进行设计，因此，由于设计上的制约，难以达到规定刚性以上的刚性。
发明内容
因此，本发明的课题在于，提供一种姿势控制方法及姿势控制装置，能够通过简单的控制，使处理装置的姿势以所希望的姿势面临圆管的处理面。
本发明的姿势控制方法，计测对圆管的内周面或外周面实施处理的处理装置和利用处理装置实施处理的圆管的处理面之间的间隙距离，控制处理装置相对于处理面的姿势，该姿势控制方法的特征在于，具备如下的姿势控制工序，在处理装置中设置有多个距离计测装置，并且，至少任意四个距离计测装置以构成矩形的四个顶点的位置关系且面临处理面的方式配置，基于第一合计距离和第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的处理装置的姿势，第一合计距离为将利用任意四个距离计测装置中位于一个对角上的两个距离计测装置分别计测的计测距离相加而得到的距离，第二合计距离为将利用位于另一个对角上的两个距离计测装置分别计测的计测距离相加而得到的距离。
在该情况下，优选为，还具备如下的计测装置定位工序，在多个距离计测装置面临的处理面上，基于在处理面上沿管轴向延伸的第一假想分界线及沿与第一假想分界线正交的正交方向延伸的第二假想分界线，设定四个假想分割区域，四个假想分割区域由第一假想分割区域、在管轴向与第一假想分割区域邻接的第二假想分割区域、在正交方向与第一假想分割区域邻接的第三假想分割区域、以及在正交方向与第二假想分割区域邻接并且在管轴向与第三假想分割区域邻接的第四假想分割区域构成，任意四个距离计测装置中，使第一距离计测装置面临第一假想分割区域，使第二距离计测装置面临第二假想分割区域，使第三距离计测装置面临第三假想分割区域，使第四距离计测装置面临第四假想分割区域，在姿势控制工序中，基于第一合计距离和第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的处理装置的姿势，该第一合计距离为将利用第二距离计测装置计测的第二计测距离与利用第三距离计测装置计测的第三计测距离相加而得到的距离，该第二合计距离为将利用第一距离计测装置计测的第一计测距离与利用第四距离计测装置计测的第四计测距离相加而得到的距离。
另外，本发明的其他姿势控制方法，计测对圆管的内周面或外周面实施处理的处理装置和利用处理装置实施处理的圆管的处理面之间的间隙距离，控制处理装置相对于处理面的姿势，该姿势控制方法的特征在于，具备如下的计测装置定位工序和姿势控制工序，在所述计测装置定位工序中，在处理装置中，以构成矩形的四个顶点的位置关系且面临处理面的方式设置四个距离计测装置，在四个距离计测装置面临的处理面上，基于在处理面上沿管轴向延伸的第一假想分界线及沿与第一假想分界线正交的正交方向延伸的第二假想分界线，设定四个假想分割区域，四个假想分割区域由第一假想分割区域、在管轴向与第一假想分割区域邻接的第二假想分割区域、在正交方向与第一假想分割区域邻接的第三假想分割区域、以及在正交方向与第二假想分割区域邻接并且在管轴向与第三假想分割区域邻接的第四假想分割区域构成，四个距离计测装置中，使第一距离计测装置面临第一假想分割区域，使第二距离计测装置面临第二假想分割区域，使第三距离计测装置面临第三假想分割区域，使第四距离计测装置面临第四假想分割区域；在所述姿势控制工序中，基于利用第一距离计测装置计测的第一计测距离减去利用第二距离计测装置计测的第二计测距离的差、和利用第三距离计测装置计测的第三计测距离减去利用第四距离计测装置计测的第四计测距离的差，控制绕俯仰轴的旋转方向上的处理装置的姿势，基于第一计测距离减去第三计测距离的差、和第二计测距离减去第四计测距离的差，控制绕摇摆轴的旋转方向上的处理装置的姿势，基于将第二计测距离与第三计测距离相加而得到的第一合计距离、和将第一计测距离与第四计测距离相加而得到的第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的处理装置的姿势。
该情况下，优选为，处理装置构成为，进行在使其姿势效仿处理面的状态下沿处理面移动的效仿动作，在处理装置进行效仿动作时，实时执行姿势控制工序，反馈控制处理装置的姿势。
在上述这些情况下，优选为还具有如下的间隙距离设定工序，基于第一计测距离、第二计测距离、第三计测距离及第四计测距离的平均距离减去预先设定的设定距离的差，将处理装置与处理面之间的间隙设为设定距离。
另外，在上述这些情况下，优选为，在姿势控制工序中，基于预先设定的绕俯仰轴的处理装置的初始姿势、预先设定的绕摇摆轴的处理装置的初始姿势、及预先设定的绕滚动轴的处理装置的初始姿势，控制处理装置的姿势。
另外，本发明的姿势控制装置，控制对圆管的内周面或外周面实施处理的处理装置的姿势，其特征在于，具备：多个距离计测装置，其设置于处理装置，对处理装置和利用处理装置实施处理的圆管的处理面之间的间隙距离进行计测；以及姿势控制装置，其基于多个距离计测装置中至少任意四个距离计测装置的计测结果，控制处理装置相对于处理面的姿势，任意四个距离计测装置以构成矩形的四个顶点的位置关系且面临处理面的方式配置，姿势控制装置基于第一合计距离和第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的处理装置的姿势，该第一合计距离为将利用任意四个距离计测装置中位于一个对角上的两个距离计测装置分别计测的计测距离相加而得到的距离，该第二合计距离为将利用位于另一个对角上的两个距离计测装置分别计测的计测距离相加而得到的距离。
在该情况下，优选为，在多个距离计测装置面临的处理面上，基于在处理面上沿管轴向延伸的第一假想分界线及沿与第一假想分界线正交的正交方向延伸的第二假想分界线，设定有四个假想分割区域，四个假想分割区域由第一假想分割区域、在管轴向与第一假想分割区域邻接的第二假想分割区域、在正交方向与第一假想分割区域邻接的第三假想分割区域、以及在正交方向与第二假想分割区域邻接并且在管轴向与第三假想分割区域邻接的第四假想分割区域构成，在如下状态下，即，使任意四个距离计测装置中的第一距离计测装置面临第一假想分割区域、第二距离计测装置面临第二假想分割区域、第三距离计测装置面临第三假想分割区域、第四距离计测装置面临第四假想分割区域，姿势控制装置基于第一合计距离和第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的处理装置的姿势，第一合计距离为将利用第二距离计测装置计测的第二计测距离与利用第三距离计测装置计测的第三计测距离相加而得到的距离，第二合计距离为将利用第一距离计测装置计测的第一计测距离与利用第四距离计测装置计测的第四计测距离相加而得到的距离。
另外，本发明的其他姿势控制装置，控制对圆管的内周面或外周面实施处理的处理装置的姿势，其特征在于，具备：四个距离计测装置，其设置于处理装置，对处理装置和利用处理装置实施处理的圆管的处理面之间的间隙距离进行计测；以及姿势控制装置，其基于四个距离计测装置的计测结果，控制处理装置相对于处理面的姿势，四个距离计测装置以构成矩形的四个顶点的位置关系且面临处理面的方式配置，在四个距离计测装置面临的处理面上，基于在处理面上沿管轴向延伸的第一假想分界线及沿与第一假想分界线正交的正交方向延伸的第二假想分界线，设定有四个假想分割区域，四个假想分割区域由第一假想分割区域、在管轴向与第一假想分割区域邻接的第二假想分割区域、在正交方向与第一假想分割区域邻接的第三假想分割区域、以及在正交方向与第二假想分割区域邻接并且在管轴向与第三假想分割区域邻接的第四假想分割区域构成，使四个距离计测装置中的第一距离计测装置面临第一假想分割区域、第二距离计测装置面临第二假想分割区域、第三距离计测装置面临第三假想分割区域、第四距离计测装置面临第四假想分割区域，姿势控制装置基于利用第一距离计测装置计测的第一计测距离减去利用第二距离计测装置计测的第二计测距离的差、和利用第三距离计测装置计测的第三计测距离减去利用第四距离计测装置计测的第四计测距离的差，控制绕俯仰轴的旋转方向上的处理装置的姿势，而且，基于第一计测距离减去第三计测距离的差、和第二计测距离减去第四计测距离的差，控制绕摇摆轴的旋转方向上的处理装置的姿势，并且，基于将第二计测距离与第三计测距离相加而得到的第一合计距离、和将第一计测距离与第四计测距离相加而得到的第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的处理装置的姿势。
在该情况下，优选为，处理装置构成为，进行在使其姿势效仿处理面的状态下沿处理面移动的效仿动作，在处理装置进行效仿动作时，姿势控制装置实时执行姿势控制工序，反馈控制处理装置的姿势。
在上述这些情况下，优选为，姿势控制装置基于第一计测距离、第二计测距离、第三计测距离及第四计测距离的平均距离减去预先设定的设定距离的差，控制处理装置的姿势，以使处理装置和处理面的间隙成为设定距离。
另外，在上述这些情况下，优选为，姿势控制装置基于预先设定的绕俯仰轴的处理装置的初始姿势、预先设定的绕摇摆轴的处理装置的初始姿势、及预先设定的绕滚动轴的处理装置的初始姿势，控制处理装置的姿势。
根据第一方面的姿势控制方法及第七方面的姿势控制装置，可以通过简单的控制，绕滚动轴控制处理装置的姿势。这时，由于使用任意四个距离计测装置，所以即使例如处理装置的姿势偏离绕俯仰轴的旋转方向上的角度成分、或绕摇摆轴的旋转方向上的角度成分，也不会受到此偏离的影响，能够适当地绕滚动轴控制处理装置的姿势。另外，只要使用至少四个距离计测装置即可，根据情况，也可以使用四个以上的距离计测装置，绕滚动轴控制处理装置的姿势。
根据第二方面的姿势控制方法及第八方面的姿势控制装置，能够使任意四个距离计测装置适当地面临四个假想分割区域。即，位于对角的两个距离计测装置(例如第二距离计测装置及第三距离计测装置，或第一距离计测装置及第四距离计测装置)不会与第一假想分界线或第二假想分界线重叠，或者不会存在多个距离计测传感器面临一个假想分割区域的情况。因此，由于根据第一合计距离和第二合计距离的差，可知用于使处理装置的姿势绕滚动轴的偏离返回规定姿势的方向，因此能够绕滚动轴准确地控制处理装置的姿势。
根据第三方面的姿势控制方法及第九方面的姿势控制装置，可以通过简单的控制，绕俯仰轴、摇摆轴及滚动轴控制处理装置的姿势。通过该控制，可以使处理装置在效仿圆管的处理面的状态下面临圆管的处理面。因此，通过将处理装置的姿势控制为效仿处理面的姿势，由此，不需要像现有技术那样利用操作器使顶端工具按压内周面(处理面)，由于来自处理面的反作用力不会变大，因此也不需要提高顶端工具导向装置的刚性。
另外，作为处理装置，例如有用于进行喷丸硬化的顶端工具、利用超声波等进行检查的检查装置、显微镜等摄像相机、或用于进行切削加工及铣削加工的加工装置等。另外，作为圆管，有其截面为圆形截面、椭圆形截面或卵形截面等的圆管。
根据第四方面的姿势控制方法及第十方面的姿势控制装置，在处理装置进行效仿动作时，可以反馈控制处理装置的姿势，因此，即使处理装置移动，也能够将处理装置的姿势一直维持在效仿处理面的姿势。
根据第五方面的姿势控制方法及第十一方面的姿势控制装置，可以将处理装置和处理面之间的间隙距离设为所希望的距离，因此，可以在将间隙维持在规定距离的状态下，利用处理装置实施处理。
根据第六方面的姿势控制方法及第十二方面的姿势控制装置，通过将处理装置设为预先设定的初始姿势，可以在将处理装置维持在初始姿势的状态下，利用处理装置对处理面实施处理。
附图说明
图1是表示实施例1的顶端工具导向装置的立体图；
图2是表示顶端工具的模式图；
图3是计测传感器定位工序的说明图。
附图标记说明
3 圆筒管
4 处理面
10 顶端工具导向装置
17 顶端工具
18 控制装置
43a 第一距离计测传感器
43b 第二距离计测传感器
43c 第三距离计测传感器
43d 第四距离计测传感器
52 动作修正控制部
K1 第一假想分界线
K2 第二假想分界线
E1 第一假想分割区域
E2 第二假想分割区域
E3 第三假想分割区域
E4 第四假想分割区域
L1 第一计测距离
L2 第二计测距离
L3 第三计测距离
L4 第四计测距离
Ls 计测距离成分
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的姿势控制方法及姿势控制装置进行说明，另外，本发明并不限于该实施例。
实施例1
在此，图1是表示本实施例的顶端工具导向装置的立体图，图2是表示顶端工具的模式图，图3是计测传感器定位工序的说明图。
首先，参照图1对将本实施例的姿势控制方法及姿势控制装置适用于顶端工具导向装置的情况进行说明。顶端工具导向装置10设置于在加压水型轻水反应堆原子能发电设备设置的蒸汽发生器的水室1内。而且，顶端工具导向装置10对设于水室1下部的管座2及与管座2连接的圆筒管3(圆管)之间的焊接部分的内周面(以下称为处理面4)实施各种处理。
顶端工具导向装置10具备从水室1的底面朝向顶面立设的旋转支承部14、具有滑动机构并且装卸自如地连结于旋转支承部14的滑动台15、装卸自如地安装于滑动台15的操作器16、装卸自如地安装于操作器16顶端的顶端工具17(处理装置)。而且，顶端工具导向装置10构成为能够分别解体为旋转支承部14、滑动台15、操作器16及顶端工具17，并且构成为能够组装。另外，顶端工具导向装置10连接有控制装置18，利用控制装置18控制顶端工具导向装置10的各种动作。
旋转支承部14具有设置于水室1底面的下部基座20、设置于下部基座20的上部且相对于下部基座20可旋转移动的柱状旋转部21、和设置于旋转部21的上部并通过设置于旋转部21的升降机构相对于下部基座20可升降移动的上部支承部22。
在设置旋转支承部14时，首先，将下部基座20设置于水室1的底面，之后，利用升降机构使上部支承部22在铅直方向上升，并按压水室1的顶面。由此，旋转支承部14相对于水室1的底面及顶面，以在铅直方向上支撑的状态固定。
滑动台15具有将基端部连结于旋转部21上部的台部30、在台部30上滑动移动的滑动部31、以及经由旋转轴24旋转自如地连结于台部30顶端部的支承部23，滑动部31利用未图示的驱动部可滑动移动。在滑动部31设置有可装卸自如地安装操作器16的第一工具变换装置32。另外，支承部23的基端部以旋转轴24为中心，在收纳位置和支承位置之间可移动，支承部23的基端部与旋转部21的下部连结。
在将滑动台15设置于旋转支承部14时，将台部30的基端部与旋转部21的上部连结后，使支承部23的基端部从收纳位置旋转至支承位置，并将支承部23的基端部连结于旋转部21的下部。
操作器16是所谓的7轴操作器，其基端部装卸自如地连结于滑动部31的第一工具变换装置32。在操作器16的顶端部设有装卸自如地安装顶端工具17的第二工具变换装置35。另外，操作器16通过上述控制装置18控制其动作。
顶端工具17例如备有对上述处理面4进行喷丸硬化处理的顶端工具、检查上述处理面4的顶端工具等。另外，在以下的说明中，对使用了进行喷丸硬化处理的顶端工具的情况进行说明。
如图2所示，顶端工具17具备长方体状的工具主体40、设置于工具主体40侧面的汽缸41、设置于与处理面4对置的工具主体40的设置面的四个全向转动辊42a、42b、42c、42d。另外，在顶端工具17上设置有四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d。
汽缸41的基端部安装于上述操作器16的第二工具变换装置35，在其顶端部固定有工具主体40。因此，在通过操作器16将工具主体40的四个全向转动辊42a、42b、42c、42d向处理面4推压并碰到处理面时，汽缸41因来自处理面4的反作用力而收缩，另一方面，在通过操作器16使工具主体40从处理面4离开时，汽缸42伸长。即，汽缸41随着工具主体40相对于处理面4的接触或离开，其伸缩幅度可变，由此，吸收工具主体40和处理面4之间的间隙的误差。
四个全向转动辊42a、42b、42c、42d设置于工具主体40的设置面，并由第一全向转动辊42a(图示右上方)、第二全向转动辊42b(图示右下方)、第三全向转动辊42c(图示左上方)及第四全向转动辊42d(图示左下方)构成，按照构成长方形的四个顶点的位置关系的方式配置。即，四个全向转动辊42a、42b、42c、42d配置成长方形的方格状。
四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d由第一距离计测传感器43a(图示右上方)、第二距离计测传感器43b(图示右下方)、第三距离计测传感器43c(图示左上方)及第四距离计测传感器43d(图示左下方)构成，计测顶端工具17和处理面4之间的距离。另外，四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d附设于工具主体40的侧面，与上述四个全向转动辊42a、42b、42c、42d同样地，按照构成长方形的四个顶点的位置关系的方式配置。即，四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d也配置成长方形的方格状。
作为距离计测传感器，例如使用行程式接触型位移计，四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d的顶端从工具主体40的设置面突出地设置，其突出量分别相同。由这四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d计测的计测结果向控制装置18输出。另外，本实施例中，使用了接触型位移计，但也可以使用激光位移计等非接触型位移计。
接着，对连接于顶端工具导向装置10的控制装置18进行说明。控制装置18主要由CPU、ROM及RAM等构成，这些部件协动来控制顶端工具导向装置10，从而可以使顶端工具导向装置10进行各种动作。
控制装置18具有：设定用于使顶端工具17沿处理面4移动的移动轨迹的移动轨迹设定部50、控制操作器16的动作以便沿设定的移动轨迹使顶端工具17的姿势效仿处理面4并移动的动作控制部51、修正操作器16的动作控制以修正沿移动轨迹移动的顶端工具17的姿势的动作修正控制部52。
移动轨迹设定部50基于各种数据，设定从移动开始位置到移动结束位置的移动轨迹，以使顶端工具17例如遍及管座2和圆筒管3之间的焊接部分的内周面(处理面4)的整个周向(一周)而移动。
动作控制部51控制操作器16的动作，以便在设定的移动轨迹上，从移动开始位置到移动结束位置，进行使顶端工具17的姿势效仿处理面4而移动的效仿动作(倣い動作)，即，使顶端工具17和处理面4(严格地说，由于处理面4弯曲，因此，更准确地说是处理面4的切线方向)平行。
当在移动轨迹上效仿处理面4而移动的顶端工具17的姿势因误差等而偏离时，动作修正控制部52基于四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d的计测结果修正操作器16的动作以修正顶端工具17的姿势(详细情况后述)。即，权利要求中所述的姿势控制装置为动作修正控制部52。
在此，对通过顶端工具导向装置10对管座2和圆筒管3之间的焊接部分的内周面(处理面4)实施处理的一系列的处理控制动作进行说明。该处理控制动作由移动轨迹设定工序、计测传感器定位工序(计测装置定位工序)、动作控制工序、以及动作修正控制工序(姿势控制工序)构成。
移动轨迹设定工序利用上述移动轨迹设定部50遍及整个周向而设定从移动开始位置到移动结束位置的顶端工具17的移动轨迹(参照图2)。
如图3所示，计测传感器定位工序使顶端工具17及附设于顶端工具17的四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d面临设定的移动轨迹的移动开始位置的处理面4。这时，移动开始位置的圆筒管3的处理面4，通过在处理面4沿管轴向延伸的第一假想分界线K1及沿与第一假想分界线K1正交的切线方向(正交方向)延伸的第二假想分界线K2，划分为四个假想分割区域E1、E2、E3、E4。四个假想分割区域E1、E2、E3、E4由第一假想分割区域E1(图示右上方)、在管轴向与第一假想分割区域E1邻接的第二假想分割区域E2(图示右下方)、在切线方向与第一假想分割区域E1邻接的第三假想分割区域E3(图示左上方)、在切线方向与第二假想分割区域E2邻接并且在管轴向与第三假想分割区域E3邻接的第四假想分割区域E4(图示左下方)构成。
而且，控制装置18控制操作器16，使四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d接触并面临处理面4，以便使第一距离计测传感器43a面临第一假想分割区域E1、使第二距离计测传感器43b面临第二假想分割区域E2、使第三距离计测传感器43c面临第三假想分割区域E3、使第四距离计测传感器43d面临第四假想分割区域E4。因此，能够使四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d与处理面4适当地接触，而不会导致第一距离计测传感器43a及第四距离计测传感器43b与第一假想分界线K1或第二假想分界线K2重叠，或者，第二距离计测传感器43b及第三距离计测传感器43c与第一假想分界线K1或第二假想分界线K2重叠。另外，能够适当使四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d与处理面4接触，而不会导致多个距离计测传感器面临一个假想分割区域。
动作控制工序通过控制装置8的动作控制部51控制操作器16，在相对于处理面4维持顶端工具17的姿势的状态下，沿设定的移动轨迹，使顶端工具17从移动开始位置移动至移动结束位置。
而且，当在移动轨迹上移动的顶端工具17进行效仿动作时，动作修正控制工序通过动作修正控制部52，实时执行操作器16的动作修正，并反馈控制顶端工具17的姿势。
接着，对本实施例的特征部分即修正顶端工具17的姿势的操作器16的动作修正控制工序进行详细说明。
操作器16的动作修正控制工序、即顶端工具17的姿势控制工序由如下工序构成：基于与处理面4接触的四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d的计测结果，对绕沿切线方向延伸的俯仰轴(ピツチ軸)的旋转方向上的顶端工具17的姿势进行控制的俯仰轴姿势控制工序；对绕沿管轴向延伸的摇摆轴(ヨ一軸)的旋转方向上的顶端工具17的姿势进行控制的摇摆轴姿势控制工序；对绕沿顶端工具17和处理面4离开的方向延伸的滚动轴(ロ一ル軸)的旋转方向上的顶端工具17的姿势进行控制的滚动轴姿势控制工序。另外，切线方向、管轴向及离开方向与X轴方向(管轴向)、Y轴方向(切线方向)及Z轴方向(离开方向)的关系相同，是以顶端工具17为基准的坐标系。另外，在以下的说明中，对控制顶端工具17的姿势以使其在切线方向、管轴向及离开方向上成为平行姿态的情况进行说明。
上述计测传感器定位工序中，使四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d与处理面4接触时，利用四个距离计测传感器43a、43b、43c、43d计测顶端工具17和处理面4之间的距离。
俯仰轴姿势控制工序，基于利用第一距离计测传感器43a计测的第一计测距离L1减去利用第二距离计测传感器43b计测的第二计测距离L2的差(L1-L2)、和利用第三距离计测传感器43c计测的第三计测距离L3减去利用第四距离计测传感器43d计测的第四计测距离L4的差(L3-L4)，控制绕俯仰轴的旋转方向上的顶端工具17的姿势。具体而言，基于利用数式1的(1)所示的算式算出的俯仰成分的控制量进行控制。这时，Gp是俯仰控制增益，根据动作环境设定适当的增益。
[数式1]
俯仰成分控制量(deg) { ( L 1 - L 2 ) + ( L 3 - L 4 ) 2 } × G P . . . . . . ( 1 )
摇摆成分控制量(deg) { ( L 1 - L 3 ) + ( L 2 - L 4 ) 2 } × G Y . . . . . . ( 2 )
滚动成分控制量(deg) { ( L 2 + L 3 ) - ( L 1 + L 4 ) 2 } × G R - - - ( 3 )
俯仰控制增益：GP
摇摆控制增益：GY
滚动控制增益：GR
例如，在绕俯仰轴的顶端工具17的姿势与处理面4平行的状态下，顶端工具17绕俯仰轴旋转。于是，第一计测距离L1及第三计测距离L3伸长，第二计测距离L2及第四计测距离L4缩短。或者，第一计测距离L1及第三计测距离L3缩短，第二计测距离L2及第四计测距离L4伸长。即，在顶端工具17的姿势旋转时，第一计测距离L1减去第二计测距离L2的差及第三计测距离L3减去第四计测距离L4的差增大。因此，在进行控制以使顶端工具17的姿势返回到原来状态、即与处理面4平行的状态的情况下，以使第一计测距离L1减去第二计测距离L2的差及第三计测距离L3减去第四计测距离L4的差接近零的方式，控制操作器16的动作即可。
摇摆轴姿势控制工序基于第一计测距离L1减去第三计测距离L3的差(L1-L3)、和第二计测距离L2减去第四计测距离L4的差(L2-L4)，控制绕摇摆轴的旋转方向上的顶端工具17的姿势。具体而言，基于利用数式1的(2)所示的算式算出的摇摆成分的控制量进行控制。这时，Gy是摇摆控制增益，根据动作环境设定适当的增益。
例如，在绕摇摆轴的顶端工具17的姿势与处理面4平行的状态下，顶端工具17绕摇摆轴旋转。于是，第一计测距离L1及第二计测距离L2伸长，第三计测距离L3及第四计测距离L4缩短。或者，第一计测距离L1及第二计测距离L2缩短，第三计测距离L3及第四计测距离L4伸长。即，顶端工具17的姿势旋转时，第一计测距离L1减去第三计测距离L3的差及第二计测距离L2减去第四计测距离L4的差增大。因此，在进行控制以使顶端工具17的姿势返回到原来状态、即与处理面4平行的状态的情况下，以使第一计测距离L1减去第三计测距离L3的差及第二计测距离L2减去第四计测距离L4的差接近零的方式，控制操作器16的动作即可。
滚动轴姿势控制工序基于将第二计测距离L2与第三计测距离L3相加而得到的第一合计距离(L2+L3)减去将第一计测距离L1与第四计测距离L4相加而得到的第二合计距离(L1+L4)的差，控制绕滚动轴的旋转方向的顶端工具17的姿势。具体而言，基于利用数式1的(3)所示的算式算出的滚动成分的控制量进行控制。这时，Gr是滚动控制增益，根据动作环境设定适当的增益。
例如，在绕滚动轴的顶端工具17的姿势与处理面4平行的状态下，顶端工具17绕滚动轴旋转。于是，第二计测距离L2及第三计测距离L3伸长，第一计测距离L1及第四计测距离L4缩短。或者，第二计测距离L2及第三计测距离L3缩短，第一计测距离L1及第四计测距离L4伸长。即，顶端工具17的姿势旋转时，第一合计距离(L2+L3)减去第二合计距离(L1+L4)的差增大。因此，在进行控制以使顶端工具17的姿势返回到原来状态的情况下，以使第一合计距离(L2+L3)减去第二合计距离(L1+L4)的差接近零的方式，控制操作器16的动作即可。
根据上述构成，通过执行俯仰轴姿势控制工序、摇摆轴姿势控制工序及滚动轴姿势控制工序组成的动作修正控制工序(姿势控制工序)，从而可以通过简单的控制，绕俯仰轴、摇摆轴及滚动轴控制顶端工具17的姿势。另外，可以在使顶端工具17的姿势效仿圆筒管3的处理面4的状态下，即在切线方向、管轴向及离开方向上构成平行姿势的状态下，使顶端工具17面临处理面4。
而且，通过实时执行动作修正控制工序，在顶端工具17进行效仿动作时，能够反馈控制顶端工具17的姿势，因此，即使顶端工具17沿处理面4移动，也能够将顶端工具17的姿势一直维持在效仿处理面4的姿势。
另外，对构成椭圆形截面或卵形截面的圆管的处理面4执行上述动作修正控制工序时，通过根据处理面4适当改变控制用增益Gp、Gy、Gr而执行上述工序，从而可以控制顶端工具17的姿势。另外，处理面4为圆管的外周面时，通过将滚动轴姿势控制工序中(3)的数式的正负颠倒(乘以负号)，从而可以适用上述的动作修正控制工序。而且，移动轨迹不需要遍及整个周向而设定，可以任意设定。
接着，对本实施例的顶端工具导向装置10的变形例1进行说明。另外，为了避免重复的记载，只对不同的部分进行说明。变形例1的顶端工具导向装置10可以在将顶端工具17和处理面4的间隙维持在规定距离(设定距离)的状态下，使顶端工具17沿移动轨迹进行移动。
具体而言，在动作控制修正工序中还具有间隙距离设定工序。在间隙距离设定工序中，基于第一计测距离L1、第二计测距离L2、第三计测距离L3及第四计测距离L4的平均距离成分减去预先设定的设定距离成分Ls的差，进行控制以使顶端工具17和处理面4的间隙成为设定距离成分Ls。即，基于通过数式2的(4)所示的算式算出的按压成分的控制量进行控制。这时，Gs为按压控制增益，根据动作环境设定适当的增益。
[数式2]
按压成分控制量(mm) { L 1 + L 2 + L 3 + L 4 4 - L s } × G s . . . ( 4 )
设定距离成分：Ls
按压控制增益：Gs
例如，在顶端工具17的姿势相对于处理面4处于效仿姿势的状态下，当顶端工具17和处理面4的间隙未达到设定距离成分Ls时，平均距离成分减去设定距离成分Ls的差增大。因此，在将顶端工具17和处理面4的间隙设为设定距离Ls时，以使平均距离成分减去设定距离成分Ls的差接近零的方式控制操作器16的动作即可。
根据上述构成，不仅可以绕俯仰轴、摇摆轴以及滚动轴控制顶端工具17的姿势，而且也可以在将顶端工具17和处理面4的间隙距离维持在设定距离Ls的状态下使顶端工具17进行效仿动作。该情况下，也可以构成为将设置于顶端工具17的汽缸41及四个全向转动辊42a、42b、42c、42d取消。
接着，对本实施例的顶端工具导向装置10的变形例2进行说明。另外，为了避免重复的记载，只对不同的部分进行说明。变形例2的顶端工具导向装置10可以在使顶端工具17的姿势处于所希望的初始姿势的状态下使其面临处理面4，并且可以在维持初始姿势的状态下，使顶端工具17沿移动轨迹移动。
具体而言，基于数式3的(5)所示的算式控制顶端工具17的姿势，该算式(5)在俯仰轴姿势控制工序的(1)的算式中，减去预先设定的顶端工具17的绕俯仰轴的旋转方向上的初始姿势的角度成分Fp而得到。同样地，基于数式3的(6)及(7)所示的算式控制顶端工具17的姿势，该算式(6)及(7)分别在摇摆轴姿势控制工序及滚动轴姿势控制工序的(2)及(3)的算式中，减去预先设定的顶端工具17的绕摇摆轴及绕滚动轴的旋转方向上的初始姿势的角度成分Fy、Fr而得到。
[数式3]
初始姿势的俯仰角度成分FP
初始姿势的摇摆角度成分FY
初始姿势的滚动角度成分FR
俯仰成分控制量(deg) { ( L 1 - L 2 ) + ( L 3 - L 4 ) 2 - F P } × G P . . . . . . ( 5 )
摇摆成分控制量(deg) { ( L 1 - L 3 ) + ( L 2 - L 4 ) 2 - F Y } × G Y . . . . . . ( 6 )
滚动成分控制量(deg) { ( L 2 + L 3 ) - ( L 1 + L 4 ) 2 - F R } × G R . . . . . . ( 7 )
例如，从绕俯仰轴的顶端工具17的姿势成为初始姿势Fp的状态开始，顶端工具17绕俯仰轴旋转。于是，利用(1)的算式求出的顶端工具的姿势减去初始姿势Fp的差增大。因此，使顶端工具17返回初始姿势时，以使利用(1)的算式求出的顶端工具的姿势减去初始姿势Fp的差、即(5)的算式的值接近零的方式控制操作器16的动作即可。另外，由于在摇摆轴姿势控制工序及滚动轴姿势控制工序中也相同，因此省略说明。
根据以上的构成，不仅可以绕俯仰轴、摇摆轴及滚动轴控制顶端工具17的姿势，而且也可以在将顶端工具17的姿势维持在初始姿势的状态下，使顶端工具17进行效仿动作。该情况下，优选根据各种处理，将顶端工具17的姿势设为适当的初始姿势。
工业实用性
如上所述，本发明的姿势控制方法及姿势控制装置适合于对圆管的内周面及外周面实施处理的情况，尤其适合于对圆管的焊接部分实施处理的情况。

Claims (12)

1.一种姿势控制方法，计测对圆管的内周面或外周面实施处理的处理装置和利用所述处理装置实施处理的所述圆管的处理面之间的间隙距离，控制所述处理装置相对于所述处理面的姿势，该姿势控制方法的特征在于，
具备如下的姿势控制工序，
在所述处理装置中设置有多个距离计测装置，并且，至少任意四个距离计测装置以构成矩形的四个顶点的位置关系且面临所述处理面的方式配置，
基于第一合计距离和第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的所述处理装置的姿势，第一合计距离为将利用所述任意四个距离计测装置中位于一个对角上的两个距离计测装置分别计测的计测距离相加而得到的距离，第二合计距离为将利用位于另一个对角上的两个距离计测装置分别计测的计测距离相加而得到的距离。
2.如权利要求1所述的姿势控制方法，其特征在于，
还具备如下的计测装置定位工序，
在所述多个距离计测装置面临的所述处理面上，基于在所述处理面上沿管轴向延伸的第一假想分界线及沿与所述第一假想分界线正交的正交方向延伸的第二假想分界线，设定四个假想分割区域，
所述四个假想分割区域由第一假想分割区域、在所述管轴向与所述第一假想分割区域邻接的第二假想分割区域、在所述正交方向与所述第一假想分割区域邻接的第三假想分割区域、以及在所述正交方向与所述第二假想分割区域邻接并且在所述管轴向与所述第三假想分割区域邻接的第四假想分割区域构成，
所述任意四个距离计测装置中，使第一距离计测装置面临所述第一假想分割区域，使第二距离计测装置面临所述第二假想分割区域，使第三距离计测装置面临所述第三假想分割区域，使第四距离计测装置面临所述第四假想分割区域，
在所述姿势控制工序中，基于所述第一合计距离和所述第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的所述处理装置的姿势，该第一合计距离为将利用所述第二距离计测装置计测的第二计测距离与利用所述第三距离计测装置计测的第三计测距离相加而得到的距离，该第二合计距离为将利用所述第一距离计测装置计测的第一计测距离与利用所述第四距离计测装置计测的第四计测距离相加而得到的距离。
3.一种姿势控制方法，计测对圆管的内周面或外周面实施处理的处理装置和利用所述处理装置实施处理的所述圆管的处理面之间的间隙距离，控制所述处理装置相对于所述处理面的姿势，该姿势控制方法的特征在于，
具备如下的计测装置定位工序和姿势控制工序，
在所述计测装置定位工序中，
在所述处理装置中，以构成矩形的四个顶点的位置关系且面临所述处理面的方式设置四个距离计测装置，
在所述四个距离计测装置面临的所述处理面上，基于在所述处理面上沿管轴向延伸的第一假想分界线及沿与所述第一假想分界线正交的正交方向延伸的第二假想分界线，设定四个假想分割区域，
所述四个假想分割区域由第一假想分割区域、在所述管轴向与所述第一假想分割区域邻接的第二假想分割区域、在所述正交方向与所述第一假想分割区域邻接的第三假想分割区域、以及在所述正交方向与所述第二假想分割区域邻接并且在所述管轴向与所述第三假想分割区域邻接的第四假想分割区域构成，
所述四个距离计测装置中，使第一距离计测装置面临所述第一假想分割区域，使第二距离计测装置面临所述第二假想分割区域，使第三距离计测装置面临所述第三假想分割区域，使第四距离计测装置面临所述第四假想分割区域；
在所述姿势控制工序中，
基于利用所述第一距离计测装置计测的第一计测距离减去利用所述第二距离计测装置计测的第二计测距离的差、和利用所述第三距离计测装置计测的第三计测距离减去利用所述第四距离计测装置计测的第四计测距离的差，控制绕俯仰轴的旋转方向上的所述处理装置的姿势，
基于所述第一计测距离减去所述第三计测距离的差、和所述第二计测距离减去所述第四计测距离的差，控制绕摇摆轴的旋转方向上的所述处理装置的姿势，
基于将所述第二计测距离与所述第三计测距离相加而得到的第一合计距离、和将所述第一计测距离与所述第四计测距离相加而得到的第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的所述处理装置的姿势。
4.如权利要求3所述的姿势控制方法，其特征在于，
所述处理装置构成为，进行在使其姿势效仿所述处理面的状态下沿所述处理面移动的效仿动作，
在所述处理装置进行效仿动作时，实时执行所述姿势控制工序，反馈控制所述处理装置的姿势。
5.如权利要求3或4所述的姿势控制方法，其特征在于，
还具备如下的间隙距离设定工序，
基于所述第一计测距离、所述第二计测距离、所述第三计测距离及所述第四计测距离的平均距离减去预先设定的设定距离的差，将所述处理装置与所述处理面之间的间隙设为所述设定距离。
6.如权利要求3～5中任一项所述的姿势控制方法，其特征在于，
在所述姿势控制工序中，
基于预先设定的绕所述俯仰轴的所述处理装置的初始姿势、预先设定的绕所述摇摆轴的所述处理装置的初始姿势、及预先设定的绕所述滚动轴的所述处理装置的初始姿势，控制所述处理装置的姿势。
7.一种姿势控制装置，控制对圆管的内周面或外周面实施处理的处理装置的姿势，其特征在于，具备：
多个距离计测装置，其设置于所述处理装置，对所述处理装置和利用所述处理装置实施处理的所述圆管的处理面之间的间隙距离进行计测；以及
姿势控制装置，其基于所述多个距离计测装置中至少任意四个距离计测装置的计测结果，控制所述处理装置相对于所述处理面的姿势，
所述任意四个距离计测装置以构成矩形的四个顶点的位置关系且面临所述处理面的方式配置，
所述姿势控制装置基于第一合计距离和第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的所述处理装置的姿势，该第一合计距离为将利用所述任意四个距离计测装置中位于一个对角上的两个距离计测装置分别计测的计测距离相加而得到的距离，该第二合计距离为将利用位于另一个对角上的两个距离计测装置分别计测的计测距离相加而得到的距离。
8.如权利要求7所述的姿势控制装置，其特征在于，
在所述多个距离计测装置面临的所述处理面上，基于在所述处理面上沿管轴向延伸的第一假想分界线及沿与所述第一假想分界线正交的正交方向延伸的第二假想分界线，设定有四个假想分割区域，
所述四个假想分割区域由第一假想分割区域、在所述管轴向与所述第一假想分割区域邻接的第二假想分割区域、在所述正交方向与所述第一假想分割区域邻接的第三假想分割区域、以及在所述正交方向与所述第二假想分割区域邻接并且在所述管轴向与所述第三假想分割区域邻接的第四假想分割区域构成，
在如下状态下，即，使所述任意四个距离计测装置中的第一距离计测装置面临所述第一假想分割区域、第二距离计测装置面临所述第二假想分割区域、第三距离计测装置面临所述第三假想分割区域、第四距离计测装置面临所述第四假想分割区域，
所述姿势控制装置基于所述第一合计距离和所述第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的所述处理装置的姿势，所述第一合计距离为将利用所述第二距离计测装置计测的所述第二计测距离与利用所述第三距离计测装置计测的所述第三计测距离相加而得到的距离，所述第二合计距离为将利用所述第一距离计测装置计测的所述第一计测距离与利用所述第四距离计测装置计测的所述第四计测距离相加而得到的距离。
9.一种姿势控制装置，控制对圆管的内周面或外周面实施处理的处理装置的姿势，其特征在于，具备：
四个距离计测装置，其设置于所述处理装置，对所述处理装置和利用所述处理装置实施处理的所述圆管的处理面之间的间隙距离进行计测；以及
姿势控制装置，其基于所述四个距离计测装置的计测结果，控制所述处理装置相对于所述处理面的姿势，
所述四个距离计测装置以构成矩形的四个顶点的位置关系且面临所述处理面的方式配置，
在所述四个距离计测装置面临的所述处理面上，基于在所述处理面上沿管轴向延伸的第一假想分界线及沿与所述第一假想分界线正交的正交方向延伸的第二假想分界线，设定有四个假想分割区域，
所述四个假想分割区域由第一假想分割区域、在所述管轴向与所述第一假想分割区域邻接的第二假想分割区域、在所述正交方向与所述第一假想分割区域邻接的第三假想分割区域、以及在所述正交方向与所述第二假想分割区域邻接并且在所述管轴向与所述第三假想分割区域邻接的第四假想分割区域构成，
在如下状态下，即，使所述四个距离计测装置中的第一距离计测装置面临所述第一假想分割区域、第二距离计测装置面临所述第二假想分割区域、第三距离计测装置面临所述第三假想分割区域、第四距离计测装置面临所述第四假想分割区域，
所述姿势控制装置，基于利用所述第一距离计测装置计测的第一计测距离减去利用所述第二距离计测装置计测的第二计测距离的差、和利用所述第三距离计测装置计测的第三计测距离减去利用所述第四距离计测装置计测的第四计测距离的差，控制绕俯仰轴的旋转方向上的所述处理装置的姿势，
而且，基于所述第一计测距离减去所述第三计测距离的差、和所述第二计测距离减去所述第四计测距离的差，控制绕摇摆轴的旋转方向上的所述处理装置的姿势，
并且，基于将所述第二计测距离与所述第三计测距离相加而得到的第一合计距离、和将所述第一计测距离与所述第四计测距离相加而得到的第二合计距离的差，控制绕滚动轴的旋转方向上的所述处理装置的姿势。
10.如权利要求9所述的姿势控制装置，其特征在于，
所述处理装置构成为，进行在使其姿势效仿所述处理面的状态下沿所述处理面移动的效仿动作，
在所述处理装置进行效仿动作时，所述姿势控制装置实时执行所述姿势控制工序，反馈控制所述处理装置的姿势。
11.如权利要求9或10所述的姿势控制装置，其特征在于，
所述姿势控制装置，基于所述第一计测距离、所述第二计测距离、所述第三计测距离及所述第四计测距离的平均距离减去预先设定的设定距离的差，控制所述处理装置的姿势，以使所述处理装置和所述处理面的间隙成为所述设定距离。
12.如权利要求9～11中任一项所述的姿势控制方法，其特征在于，
所述姿势控制装置，基于预先设定的绕所述俯仰轴的所述处理装置的初始姿势、预先设定的绕所述摇摆轴的所述处理装置的初始姿势、及预先设定的绕所述滚动轴的所述处理装置的初始姿势，控制所述处理装置的姿势。
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