JP2802492B2 - ライントラッキング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ライントラッキング制御装置に係り、特
に、ロボットがコンベアなどの運搬装置に即応して的確
な協働作業ができるようにトラッキングにおける追従遅
延の補正を行なうライントラッキング制御装置に関す
る。 （従来技術） 生産ラインにおける人手による作業に代替して、産業
用ロボットの普及が進展している。これは作業の省力
化、効率化を図るという時代の要請に応えるものであ
り、今後も益々普及していく傾向にある。しかし、人手
による作業は人間の高度の情報収集とその情報処理能力
によって生産ラインにおける加工物と適切な協働作業を
遂行しているが、生産ラインに人手に代わるロボットを
導入した場合にはロボットの制御に対しては種々の技術
的手当が必要になっている。 （従来技術の問題点） 上記の状況にあって、コンベアなどの運搬装置上に加
工物が流れている場合に、これに適切なロボットのハン
ドを対応させることが困難であった。 一般に、コンベアなどの運搬装置に対して、ロボット
がその運搬装置と等速で移動し、作業すること、つま
り、トラッキングでは、運搬装置がある速度で移動中に
ロボットへトラッキング開始信号を出し、ロボットはそ
の時点からトラッキング方向への移動を開始する。 ところが、この場合には、第４図に示されるようにト
ラッキング成分に関しては運搬装置は既にある速度vcに
達しているのに対して、第５図に示されるようにロボッ
トはトラッキング開始信号を受けた時点からトラッキン
グ方向への移動を開始する。つまり、ロボットは速度０
から出発するため、ロボットへの速度入力に対して時定
数τ部の傾斜部分の遅れを生ずる。この遅れは理論的に
は時定数零でない限りなくならない遅れであり、イナー
シャの大きなロボットでは時定数も長くなる為にこの遅
れは無視できなくなる。この状況を説明するのが第６図
である。図中、TPは運搬装置であり、例えば、コンベア
である。RBは産業用ロボット、WPはワーク、lcは指令距
離、Tlはロボットの追従遅れ量である。図から明らかな
ようにロボットRBがワークWPの通過によりトラッキング
開始信号を受けてトラッキング方向へ移動を開始して、
ワークWPを把持しようとする。しかし前記したようにロ
ボットRBとワークWP間には追従遅れTlが生じてロボット
RBはワークWPを把持できない事態が生じるという問題が
あった。 （発明の目的） 本発明は、ロボットが運搬装置上のワークに対して的
確に協働できるライントラッキング制御装置を提供する
ことを目的とする。 （発明の概要） 上記の発明の目的を達成するために、本発明は、走行
する運搬装置に対して、これとは別系統の制御系を有す
るロボットを協働させるライントラッキング制御装置に
おいて、 ワークを運搬する運搬装置と、各サンプリング周期毎
に該運搬装置の移動速度を演算する第１の演算装置と、
該第１の演算手段により演算された運搬装置の各サンプ
リング周期毎の移動速度とロボットの時定数から運搬装
置に対するロボットの遅れ量を演算する第２の演算手段
と、該第２の演算手段により演算された各サンプリング
周期毎の遅れ量を補正量とし、これと前回のサンプリン
グ周期までに補正した補正量と比較し、この過不足分を
今回のサンプリング周期の補正量に対して相殺させる手
段と、前回までの補正量の過不足分を相殺した今回のサ
ンプリング周期の補正量をもってロボット指令距離をロ
ボットに指令してロボットを制御する制御手段と、を具
備することを特徴とするトラッキング制御装置を提供す
る。 （実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
詳細に説明する。 第１図はコンベアなどの運搬装置へアクセスするロボ
ットの速度と時間との関係を説明する特性図である。図
中、ｔは時間、vrはロボットの速度、CVはロボットの追
従遅れを補正する補正量であり、斜線で表わしている。 第２図はロボットの追従遅れの補正を行なった場合の
運搬装置とロボットとの対応関係を説明する説明図であ
る。図中、TPは運搬装置、WPは運搬装置によって運搬さ
れるワーク、RBはロボット、lcは指令距離、CVはロボッ
トの追従遅れ補正量であり、第６図に示す追従遅れT1と
同じである。 これらの図から明らかなように、ロボットRBの指令値
に対しロボットRBの追従に遅れがあることは、ロボット
RBの時定数が零にならない限り避けられない。従って、
ロボットRBの位置を目標物であるワークWPと合わせる為
にはロボットRBへの指令値を追従遅れを見込んだ分、つ
まり、第１図における補正量CVだけ先に進めるようにす
る。即ち、第２図に示されるように、この方法によると
ロボットRBの追従遅れ分は補正されて、ロボットRBは運
搬装置TP上のワークWPに追従できる。これをさらに具体
的に述べると、ロボットが、トラッキング開始信号を検
知して運搬装置に対する追従を行う場合、ロボットの加
減速時定数はゼロに出来ないため、通常の制御では、第
１図に示すCVの追従遅れが発生する。ロボットの追従速
度Vrは、運搬装置の速度Vcと同じなので、通常の制御で
は、ロボットは運搬装置で運搬されるワークより距離CV
だけ遅れて追従動作を続けることになる。この遅れは、
運搬装置が停止すればロボットが加減速時定数だけ運搬
装置よりも長く動作することで、追いつくことが出来
る。しかし、運搬装置でワークを搬送しながらロボット
に作業を行わせるライントラッキングシステムでは、通
常の状態では作業中に運搬装置を停止させないため、通
常の制御では、ロボットは永遠にワークに追いつくこと
が出来ない。 そこで、本発明では、追従遅れを見込んだ分だけロボ
ットを先に進めるようにすると、ロボットの速度は第７
図のようになる。この場合、ロボットの最初の指令に追
従遅れ分CVだけ指令を加算して指令しておく。加算され
た分だけ、ロボットは通常の加速より急速に加速し、最
終速度のVrを越えてさらに加速する。加算された分の加
減速処理が終了して、通常の指令のみになると、今度は
逆に速度が下がり、加減速時定数の後、指令速度すなわ
ちロボットの速度Vrに落ち着く。 運搬装置は、この間、運搬装置の速度Vcすなわちロボ
ットの速度Vrで移動し続けているので、ロボットは運搬
装置より速く作動することで、最初ワークから遅れてい
るが、除々にワークに追いつき、加減速時定数の間にワ
ークに追いつくことが出来る。実際に、上記の斜線の部
分がCVと等しくなり、追従遅れが補正された状態とな
る。しかし、この方法では、運搬装置TPがロボットRBと
協同作業中に不意に停止したとき、ロボットRBは余分に
指令された分行き過ぎてしまうことになるので、作業を
施す物体が停止した位置から先、ロボットRBが指令をう
けている余分な指令量を記憶装置に記憶し、この分を直
ちに逆方向の指令量としてロボットRBに指令してロボッ
トRBが物体を追い越さないように適切な制御を行う。 次に、本発明に係る補正の詳細について説明する。 今、ｉ番目のサンプリング周期ｔにおいて運搬装置が
liの距離だけ進んだとする。 この時の運搬装置の速度vciは vci＝li/t として与えられる。 この速度vciに対するロボットの遅れ量diは時定数τ
とすれば、次式、つまり、 di＝vci×τ/2 として算出できる。（このdiは、ｉ番目のサンプリング
周期ｔにおけるロボットの遅れ量である。） ここで、１つ前のサンプリング周期までに補正した量
がh_i-1であるとすると、h_i-1とdiとを比較する。 すると、以下の三つの場合にわけることができる。即
ち、 （１）h_i-1＞diの場合 この場合は、現在の速度における遅れ量より、補正量
が多過ぎる場合である。従って、今回の指令距離lri
は、次式、つまり、 lri＝li−｛h_i-1−di｝ として算出できる。 すなわち、前回の補正しすぎた量（h_i-1−di）を運搬
装置が進んだ距離liから引くことによって、前回補正し
すぎた分を減殺する。 この結果、今周期の補正量hiは、演算から求められる
ロボットの遅れ量diと同じになり、適正な補正が行われ
ることになる。 （２）h_i-1＜diの場合 この場合は、現在の速度における遅れ量より、補正量
が足りない場合であり、上記（１）と同様に、今回の指
令距離lriは、次式、つまり、 lri＝li＋｛di−h_i-1｝ として算出できる。 すなわち、前回の補正し足りない量（di−h_i-1）を運
搬装置が進んだ距離liに足し込むことによって、前回補
正が不足した分を減殺する。 この結果、今周期の補正量hiは、演算から求められる
ロボットの遅れ量diと同じになり、適正な補正が行われ
ることになる。 （３）h_i-1＝diの場合、 この場合は、前回の補正量のままで良い場合であり、
今回の指令距離lriは、次式、つまり、 lri＝li で示される。このことはすなわち、前回の補正量が適切
であったため、今周期の補正量hiは、演算から求められ
るロボットの遅れ量diと同じになり、適切な補正が行わ
れることになる。 このように、前回のサンプリング周期までに補正した
量h_i-1と、今回のサンプリング周期におけるロボットの
遅れ量diとを比較しておき、今回の補正量hiを定めるよ
うにする。 即ち、前記（１）の場合のように補正量が多すぎる場
合は、補正量を減少させるようにする。 前記（２）の場合は、逆に、補正量を増加させるよう
にする。 前記（３）の場合には、前回の補正量のままで良いの
で補正量の増減は行なう必要ない。 ここで、上記（１）、（２）、（３）の各場合につい
て具体的な例を挙げてさらに説明する。 ＊停止しているロボットの前をワークが通過した場合、
ロボットの追従動作が開始される。運搬装置の移動量を
L1とすると、運搬装置の速度はVc1＝L1/tとなり、ロボ
ットの遅れ量はd1＝Vc1×τ/2となる。１つ前のサンプ
リング周期ｔまでに補正した量h0はゼロであるので、h0
＜d1であり、ロボットが追従を開始するときは、常に
（２）の場合となる。この場合、ロボットに指令される
移動距離は、 Lr1＝L1＋（d1−h0）＝L1＋d1 となり、１番目のサンプリング周期ｔの補正量は、h1＝
d1となる。 ＊ロボットが追従を開始して、補正量込みの移動距離の
指令によって運搬装置に追いついた次の回の補正量は、
d2＝Vc2×τ/2となるが、運搬装置が等速で動作してい
ると、L2＝L1であり、Vc2＝Vc1となる。その結果、h1＝
d2となり、前記の（３）の場合となる。この場合、ロボ
ットに指令される移動距離は、Lr2＝L2となり、２番目
の場合のサンプリング周期ｔの補正量はh2＝d2となる。
従って、いったんロボットが運搬装置に追いつくと、運
搬装置の速度が変わらない限り、ロボットに追従動作の
ために指令される移動距離に、補正量は必要なくなる。 ＊ロボットが追いついた回の次の回に運搬装置が急に停
止した場合、その回の運搬装置の移動量は、L3＝０とな
り、運搬装置の速度もVc3＝L3/t＝０となる。この場
合、ロボットの遅れ量もd3＝０×τ/2＝０となるが、１
つ前のサンプリング周期ｔまでに補正した量h2は、h2＝
d2＝Vc2×τ/2（＞０）であるので、h2＞h3（＝０）で
あり、運搬装置が急に停止した場合は、前記の（１）の
場合となる。この場合、ロボットに指令される移動距離
は、 Lr3＝L3−（h2−d3）＝−h2 となり、３番目のサンプリング周期ｔの補正量はh3＝d3
＝０となる。この場合、ロボットは、１回目のサンプリ
ング周期の補正量h1だけワークをいったん通り越して先
まで行こうとするが、Lr3＝−h2＝−h1だけ逆方向の移
動距離がロボットに指令されるので、その結果、ロボッ
トはワークと同じ位置で停止することになる。 以上、ロボットが追従を開始し、運搬装置に追いつい
て動作し、運搬装置が急に停止した場合について、ロボ
ットに指令される移動距離の計算の方法を、上記の
（１）ないし（３）について説明した。勿論、上記追従
動作のための移動距離の計算方法は、運搬装置の速度が
増加した場合（２の場合になる）や、速度が低下した場
合（１の場合になる）にもこのまま適用されることは、
言うまでもないことである。 このようにすることにより、運搬装置の速度に適合し
たロボットのライントラッキング制御を行なうことがで
きる。 第３図は、本発明に係るライントラッキング制御装置
の一実施例ブロック図である。図中、30は処理装置、こ
の処理装置30には、ROMからなるメモリ31、RAMからなる
メモリ32、教示操作盤33、操作盤34、CRT表示装置35、
テープリーダ36が接続されている。メモリ31には処理装
置30が実行すべき各種の制御プログラムが格納されてい
る。メモリ32には教示操作盤33、操作盤34、テープリー
ダ36などから入力したデータ、処理装置30が行なった演
算の結果やデータが格納される。37は複数軸の軸制御を
行なう補間器を含む軸制御器、38はロボット39の駆動源
を制御するサーボ回路、40はロボット39が働きかける運
搬装置40であり、例えば、コンベアである。42は入出力
回路で、リレーユニット43を介して運搬装置40との間の
信号の入出力動作を行なう。44は補正パルス発生ポート
である。41は運搬装置40とのインターフェースをとるイ
ンターフェース回路、45はバスライン、46は運搬装置を
リレーユユニット43を介して駆動制御する電源である。 次に、本発明にかかるライントラッキング制御につい
て説明する。 まず、運搬装置TPの移動速度はインターフェース回路
41を介して前記第３図に示される装置に読込まれ、メモ
リ32に記憶される。また、運搬装置TP上のワークWPがロ
ボットRBを通過すると、トラッキング開始信号がロボッ
トに検知されその信号は補正パルス発生ポート44からNC
装置に読込まれ、先に読込まれた運搬装置TPの移動速度
に基づいてロボットにトラッキング指令が出される。こ
の時、つまり、前記（２）の場合には、前記した運搬装
置TPへの追従のために補正パルスが分配され、サーボ回
路38に与えられる。また、余分になったパルス、つまり
前記（１）の場合には逆方向のパルスを加えてロボット
RBの速度と運搬装置TPの速度とを対応させるようにす
る。なお、トラッキング開始信号は、図示しないが、ロ
ボットRBの先端に例えば、感磁性素子を設けておき、ワ
ークWPの通過を検知したり、発光、受光素子を設けてお
き、発光部からの光をワークWPの通過時のワークWPによ
り反射させて、該反射光を受光素子で検知して、得るよ
うにすることができる。また、視覚センサをロボットに
設けてもよい。 また、前記した、各サンプリング周期における運搬装
置の速度vci、このvciに対するロボットの遅れ量di、前
回のサンプリング周期までに補正した量h_i-1、このh_i-1
とdiとの比較、今回の指令距離lriと、今周期の補正量h
iのそれぞれの値は処理装置30によって瞬時に求めら
れ、それに基づいて、サーボ回路38に補正パルスが与え
られ、ロボットRBと運搬装置TPとのトラッキング制御が
遂行される。 （発明の効果） 本発明によれば、ロボットが運搬装置の速度に追従遅
れを生じさせないように補正パルスをサーボ回路に与え
るようにしたので、すでに移動している運搬装置に対し
て静止状態からスタートするロボットを該運搬装置に追
従遅れなく的確に制御することができる。また、ロボッ
トがワークピースなどの目標物に対してアクセスしてい
る間にすなわち作業が終了していない間に、運搬装置が
停止した場合、これに伴って、ロボットも停止するが、
この場合ロボットは、各サンプリング周期毎に細かく補
正されているので、ロボットと運搬装置の目標物とは適
切な位置関係を維持することができ、運転再開時にロボ
ットの正確な位置制御ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係るロボットの指令速度と時間の関係
を説明する説明図、第２図は本発明に係る運搬装置とロ
ボットの動きとの対応関係を説明する説明図、第３図は
本発明に係るトラッキング制御装置の一実施例ブロック
図、第４図は従来の運搬装置の速度と時間の関係を説明
する説明図、第５図は従来のロボットの指令速度と時間
との関係を説明する説明図、第６図は従来の運搬装置と
ロボットの動きとの対応関係を説明する説明図、第７図
は本発明に係る追従遅れを見込んだ指令を行った場合の
ロボットの指令速度と時間の関係を説明する説明図であ
る。 τ……時定数、WP……ワーク、TP……運搬装置、RB……
ロボット、lc……指令距離、CV……補正量、Tl……追従
遅れ、30……処理装置、31……ROM、32……RAM、38……
サーボ回路、44……補正パルス発生ポート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 孝幸 日野市旭が丘３丁目５番地１ フアナツ ク株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−125990（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−76752（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−13080（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．走行する運搬装置に対して、これとは別系統の制御
   系を有するロボットを協働させるライントラッキング制
   御装置において、 ワークを運搬する運搬装置と、 各サンプリング周期毎に該運搬装置の移動速度を演算す
   る第１の演算装置と、 該第１の演算手段により演算された運搬装置の各サンプ
   リング周期毎の移動速度とロボットの時定数から運搬装
   置に対するロボットの遅れ量を演算する第２の演算手段
   と、 該第２の演算手段により演算された各サンプリング周期
   毎の遅れ量を補正量とし、これと前回のサンプリング周
   期までに補正した補正量と比較し、この過不足分を今回
   のサンプリング周期の補正量に対して相殺させる手段
   と、 前回までの補正量の過不足分を相殺した今回のサンプリ
   ング周期の補正量をもってロボット指令距離をロボット
   に指令してロボットを制御する制御手段と、 を具備することを特徴とするトラッキング制御装置。