JP3307753B2 - Control method of multi-axis link type erector - Google Patents
Control method of multi-axis link type erectorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、円形シールド掘進機に
おいて、セグメントの組み立てを自動化するに好適な多
軸リンク式エレクタの制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling a multi-axis link type erector suitable for automating segment assembly in a circular shield machine.
【0002】[0002]
【従来の技術】エレクタは、U形フレーム式とリンク式
とに大別できる。U形フレーム式は、図7に示すよう
に、円形シールド掘進機の旋回リング10に2本のシリ
ンダ11を介して取り付けられ、該シールド掘進機の半
径方向に移動するU形フレーム25と、該U形フレーム
25の先端に取り付けられたセグメント把持部26とか
ら大略構成される。シールド掘進機の軸心方向への慴
動、ヨーイング、ローリング、ピッチング及び微旋回の
ための各機構は概ねセグメント把持部26に備えられる
が、仕様によって、これらの総て又は幾つかが備えられ
ている。そして、把持セグメント31の把持、移動そし
て目的位置での位置決め等のエレクタ動作は、人力、例
えば油圧駆動の補助力又はこれらの組み合わせにより、
いずれも作業員が視認して行っている。2. Description of the Related Art Electors can be broadly classified into a U-shaped frame type and a link type. As shown in FIG. 7, the U-shaped frame type is mounted on a swivel ring 10 of a circular shield machine via two cylinders 11 and moves in a radial direction of the shield machine, and a U-shaped frame 25, And a segment gripper 26 attached to the tip of the U-shaped frame 25. The mechanisms for sliding, yawing, rolling, pitching and fine turning in the axial direction of the shield machine are generally provided in the segment gripper 26, but depending on the specifications, all or some of these mechanisms may be provided. I have. The erector operation such as grasping, moving, and positioning at the target position of the grasping segment 31 is performed by human power, for example, an auxiliary force of a hydraulic drive, or a combination thereof.
Both are visually inspected by workers.
【0003】リンク式は、U形フレーム式と比較し、場
積が小さいにも係わらず、動作範囲を広く取れることか
ら、例えば断面形状が略ピーナッツ形の2連形シールド
掘進機等の異形断面シールド掘進機に採用されたことが
あり、大略、前記U形フレーム25が、例えば油圧シリ
ンダ等のアクチュエータによって各関節が屈曲(以下、
駆動と呼ぶ)させられる多軸リンク機構で置換された構
成となっている。従って、昇降(半径方向への移動)、
ローリング及び微旋回は該多軸リンクで行える点、前記
U形フレーム式とは異なる。そして、この多軸リンク式
エレクタの場合であっても、把持セグメント31の位置
決め等のエレクタ動作は、前記U形フレーム式とその事
情は代わるところがなく、作業員が視認して行ってい
る。[0003] Compared with the U-shaped frame type, the link type has a small operating area and a wide operating range. In general, the U-shaped frame 25 is bent at each joint by an actuator such as a hydraulic cylinder (hereinafter, referred to as a “shape excavator”).
This is replaced by a multi-axis link mechanism that is driven. Therefore, elevating (moving in the radial direction),
Rolling and fine turning are different from the U-shaped frame type in that the multi-axis link can be used. Even in the case of the multi-axis link type erector, the operation of the erector such as the positioning of the gripping segment 31 is performed by the operator visually, as in the case of the U-shaped frame type.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述のとおり、リンク
式は、U形フレーム式と比較し、場積が小さいにも係わ
らず、動作範囲を広く取れる利点があり、将来期待され
る構成であるが、上述したように、その制御方法は、作
業員が視認して行っている。特に昇降、ローリング及び
微旋回の動作は多軸リンク機構の各軸を同時操作するこ
とによって行わなければならない。これでは、正確なセ
グメント組み立てに支障をきたす外、危険で手数のかか
る作業となり、早急な自動化が望まれる。As described above, the link type has an advantage that the operating range can be widened in spite of a small field area as compared with the U-type frame type, and is a structure expected in the future. However, as described above, the control method is performed by the worker visually. In particular, the operations of lifting, lowering, rolling and fine turning must be performed by simultaneously operating each axis of the multi-axis link mechanism. This not only hinders accurate segment assembly, but is also a dangerous and time-consuming operation, and rapid automation is desired.
【0005】ところで、U形フレーム式でも同様ではあ
るが、把持セグメント31の既設セグメント32への倣
い位置決め時は、セグメントリングの歪を阻止する上
で、特に慎重な作業を要し、かかる点においても、早急
な自動化が望まれる。[0005] By the way, although the same applies to the U-shaped frame type, when the gripping segment 31 is positioned to follow the existing segment 32, particularly careful work is required to prevent distortion of the segment ring. However, rapid automation is desired.
【0006】本発明は、上記従来技術の実情に鑑み、自
動化するに好適な多軸リンク式エレクタの制御方法を提
供することを第1目的とする。また、把持セグメントの
既設セグメントへの倣いも自動化できる多軸リンク式エ
レクタの制御方法を提供することを第2目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is a first object of the present invention to provide a method of controlling a multi-axis link type erector suitable for automation in view of the above-mentioned prior art. It is a second object of the present invention to provide a method of controlling a multi-axis link type erector that can automate the copying of a gripping segment to an existing segment.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記第1目的を達成する
ため、本発明に係わる多軸リンク式エレクタの制御方法
は、図1及び図6を参照して説明すれば、一端部は、シ
ールド掘進機の旋回リング10に回転自在に装着され、
他端部は、少なくともセグメント把持手段21を備えて
把持セグメント31を前記旋回リング10に平行な面内
で任意の位置へ移動させ、かつ、姿勢修正できる多軸リ
ンク式エレクタ20における、前記把持セグメント31
を予め定めた目標位置A(Xp 、Yp )及び目標姿勢θ
zpへ設置するための制御方法であって、(1)旋回リン
グ10が停止しているときは、多軸リンク式エレクタ2
0の該旋回リング10への装着位置(Xo 、Yo )を起
点として、各関節22iの変化量Δθi に基づいて該各
関節22iを駆動させて把持セグメント31を目標位置
A(Xp 、Yp )及び目標姿勢θzpで設置させ、(2)
旋回リング10が回転したときは、該旋回リング10の
中心位置(Xoo、Yoo)と、該旋回リング10の回転角
αとに基づいて前記装着位置(Xo 、Yo)を補正し、
その後、該補正済み装着位置(Xo1、Yo1)を起点とし
て、各関節22iの変化量Δθi に基づいて該各関節2
2iを駆動させて把持セグメント31を前記目標位置A
(Xp 、Yp )及び目標姿勢θzpで設置させることとし
た。In order to achieve the first object, a method for controlling a multi-axis link type erector according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 6. It is rotatably mounted on the swing ring 10 of the excavator,
The other end is provided with at least the segment gripping means 21 to move the gripping segment 31 to an arbitrary position in a plane parallel to the swivel ring 10 and to correct the posture of the gripping segment in the multi-axis link type erector 20. 31
Are determined in advance at a target position A (Xp, Yp) and a target attitude θ.
(1) When the swivel ring 10 is stopped, the multi-axis link type erector 2
Starting from the mounting position (Xo, Yo) of the pivot ring 10 on the turning ring 10, the respective joints 22i are driven based on the change amount Δθi of each joint 22i to move the grip segment 31 to the target position A (Xp, Yp) and Install with the target posture θzp, (2)
When the turning ring 10 rotates, the mounting position (Xo, Yo) is corrected based on the center position (Xoo, Yoo) of the turning ring 10 and the rotation angle α of the turning ring 10,
Thereafter, starting from the corrected mounting position (Xo1, Yo1) as a starting point, each joint 2 is determined based on the variation Δθi of each joint 22i.
2i to move the grip segment 31 to the target position A.
(Xp, Yp) and the target attitude θzp.
【0008】第2目的を達成するため、本発明に係わる
多軸リンク式エレクタの制御方法は、図5及び図6を参
照して説明すれば、一端部は、シールド掘進機の旋回リ
ング10に回転自在に装着され、他端部は、少なくとも
セグメント把持手段21と、把持セグメント31の既設
セグメント32への倣い時に該既設セグメント32の内
径面を押し付けるように前記セグメント把持手段21の
両側から張り出されたガイド23iとを備えて、把持セ
グメント31を前記旋回リング10に平行な面内で任意
の位置へ移動させ、かつ、姿勢修正できる多軸リンク式
エレクタ20における、前記把持セグメント31を予め
定めた目標位置A(Xp 、Yp )及び目標姿勢θzpへ設
置するための制御方法であって、把持セグメント31の
既設セグメント32への倣い時、(1)先ず既設セグメ
ント32への両側のガイド23iによる押し付け力Fi
がそれぞれ等しくなるように、(2)そして最終的に、
それぞれの押し付け力Fi が予め定めたそれぞれの押し
付け力Foiとなるように、各関節22iの変化量Δθi
を補正しつつ、該各関節22iを駆動させることによ
り、把持セグメント31を前記目標位置A(Xp 、Yp
)及び目標姿勢θzpへ設置させることとした。In order to achieve the second object, a method of controlling a multi-axis link type erector according to the present invention will be described with reference to FIGS. The other end portion is protruded from both sides of the segment gripping means 21 so as to press at least the segment gripping means 21 and the inner diameter surface of the existing segment 32 when the gripping segment 31 follows the existing segment 32. With the guide 23i provided, the gripping segment 31 is moved to an arbitrary position in a plane parallel to the swivel ring 10 and the gripping segment 31 in the multi-axis link type erector 20 capable of correcting the posture is determined in advance. A target position A (Xp, Yp) and a target posture θzp. Scanning time, (1) first pressing force by both sides of the guide 23i to existing segment 32 Fi of
(2) and finally,
The change amount Δθi of each joint 22i is set such that each pressing force Fi becomes a predetermined pressing force Foi.
Is driven while the joints 22i are driven, the grip segment 31 is moved to the target position A (Xp, Yp).
) And the target posture θzp.
【0009】[0009]
【作用】第1構成によれば、(1)は、旋回リング10
が停止しているときの制御方法を示し、(2)は、旋回
リング10が回転したときの制御方法を示す。特に、後
者方法によれば、旋回リング10の回転角αで各関節2
2iの変化量Δθi を補正することにより、把持セグメ
ント31の姿勢θz を一定としたまま、該把持セグメン
ト31を例えばトンネル半径方向や円周方向へ移動させ
るようになる。According to the first configuration, (1) is a swing ring 10
(2) shows a control method when the turning ring 10 rotates. In particular, according to the latter method, each joint 2
By correcting the change amount Δθi of 2i, the grip segment 31 is moved, for example, in the tunnel radial direction or the circumferential direction while the posture θz of the grip segment 31 is kept constant.
【0010】第2構成によれば、より現状に合致した
(即ち、既設セグメントリングに倣った)目標姿勢θzp
を得ることができる。この目標姿勢θzpは、(1)によ
れば、既設セグメント32への両ガイド23iの各押し
付け力Fi 間のバランスによって決定される。また目標
位置A(Xp 、Yp )は、(2)によれば、各押し付け
力Fi が予め定めたそれぞれの押し付け力Foiとなった
ときに決定される。このようにすることにより、上述し
たように、把持セグメント31の内径面は、既設セグメ
ント32の内径面に倣った最適状態となる。According to the second configuration, the target posture θzp that is more consistent with the current state (ie, follows the existing segment ring)
Can be obtained. According to (1), the target posture θzp is determined by the balance between the pressing forces Fi of the two guides 23i against the existing segment 32. According to (2), the target position A (Xp, Yp) is determined when each pressing force Fi becomes a predetermined pressing force Foi. By doing so, as described above, the inner diameter surface of the grip segment 31 is in an optimal state following the inner diameter surface of the existing segment 32.
【0011】[0011]
【実施例】先ず、実施例方法が適用される多軸リンク式
エレクタ20の例を述べる。図1に示す通り、シールド
掘進機の軸心回りに回転自在に支持された旋回リング1
0と、この旋回リング10にトンネル軸と平行方向のピ
ンで回動自在に支持されたブーム221と、このブーム
221に同じくトンネル軸と平行方向のピンで回動自在
に支持されたアーム222と、このアーム222に同じ
くトンネル軸と平行方向のピンで支持されたエレクタヘ
ッド223とで大略構成される(尚、説明を簡単にする
ため、ブーム221、アーム222、エレクタヘッド2
23を総称するときは単に各関節22iと呼ぶ)。エレ
クタヘッド223には、トンネル半径軸心回りに回転す
るヨーイング軸241、トンネル軸と平行方向に移動可
能な慴動軸242、トンネル半径軸とトンネル中心軸と
に直交する軸回りに回動するピッチング軸243及び図
示しないがセグメント31を把持するセグメント把持手
段21が装着されている。そして、上記には、各自由度
で駆動するための例えば油圧シリンダ等の各アクチュエ
ータ、各駆動力を検出する各力検出器、各変位を検出す
る例えばポテンショメータが装着され、これら各検出情
報が入力されて各油圧シリンダに駆動信号を与える制御
器とから構成されている。First, an example of a multi-axis link type erector 20 to which the method of the embodiment is applied will be described. As shown in FIG. 1, a swivel ring 1 rotatably supported around the axis of a shield machine.
0, a boom 221 rotatably supported by a pin in the direction parallel to the tunnel axis on the revolving ring 10, and an arm 222 rotatably supported on the boom 221 by a pin in the direction parallel to the tunnel axis. The arm 222 is roughly constituted by an erector head 223 also supported by a pin in a direction parallel to the tunnel axis (for simplicity of explanation, the boom 221, the arm 222, and the erector head 2).
23 are simply referred to as joints 22i). The erector head 223 includes a yawing shaft 241 rotating around a tunnel radial axis, a sliding shaft 242 movable in a direction parallel to the tunnel axis, and a pitching rotating around an axis perpendicular to the tunnel radial axis and the tunnel center axis. The shaft 243 and the segment gripping means 21 (not shown) for gripping the segment 31 are mounted. In the above, each actuator, such as a hydraulic cylinder, for driving with each degree of freedom, each force detector for detecting each driving force, for example, a potentiometer for detecting each displacement are mounted, and these pieces of detection information are input. And a controller for providing a drive signal to each hydraulic cylinder.
【0012】また、図5及び図6に示すように、上記構
成の多軸リンク式エレクタにおいて、ローラ付きガイド
231、232が、把持セグメント31の既設セグメン
ト32、32への倣い時、該把持セグメント31の内径
面の延長上に配置された既設セグメント32、32の内
径面に接触してこれらを押し付けるように、前記セグメ
ント把持手段21の両側から張り出されている。そして
これらガイド231、232には、これらガイド23
1、232による前記既設セグメント32、32への押
し付け力F1、F2を検出するロードセルが備えられて
いる。As shown in FIGS. 5 and 6, in the multi-axis link type erector having the above structure, when the guides with rollers 231 and 232 follow the existing segments 32 and 32, The existing segments 32, which are arranged on the extension of the inner diameter surface of 31, project from both sides of the segment gripping means 21 so as to contact and press the inner diameter surfaces of the existing segments 32, 32. These guides 231 and 232 include
Load cells for detecting pressing forces F1, F2 of the first and second segments 32, 32 against the existing segments 32, 32 are provided.
【0013】第1実施例を説明する。上記構成の多軸リ
ンク式エレクタにおいて、図1に示すように、シールド
掘進機の軸心に直行する平面内で該シールド掘進機に固
定された直行座標系(x、y、θz )を設定する。θz
はトンネル軸心回りの回転角度である。また、上記直行
座標系(x、y、θz )とは別に各関節22iの角度に
よる座標系(θ1、θ2、θ3)を設定する。θ1はx
軸に対するブーム221の角度、θ2はブーム221に
対するアーム222の相対角度、θ3はアーム222に
対するエレクタヘッド223の相対角度である。また、
旋回リング10の回転角度αにおいて、α=0のとき
の、ブーム221の旋回リング10に対する支持部装着
位置座標を(Xo 、Yo )とする。The first embodiment will be described. In the multi-axis link type erector having the above configuration, as shown in FIG. 1, a rectangular coordinate system (x, y, θz) fixed to the shield machine is set in a plane perpendicular to the axis of the shield machine. . θz
Is the rotation angle around the tunnel axis. Further, a coordinate system (θ1, θ2, θ3) based on the angle of each joint 22i is set separately from the orthogonal coordinate system (x, y, θz). θ1 is x
The angle of the boom 221 with respect to the axis, θ2 is the relative angle of the arm 222 with respect to the boom 221, and θ3 is the relative angle of the elector head 223 with respect to the arm 222. Also,
When the rotation angle α of the swivel ring 10 is α = 0, the coordinates of the support mounting position of the boom 221 with respect to the swivel ring 10 are (Xo, Yo).
【0014】今、α=0とすると、各座標系(x、y、
θz )、(θ1、θ2、θ3)の間には、下記の数式1
の関係が成り立つ。If α = 0, each coordinate system (x, y,
θz) and (θ1, θ2, θ3), the following equation 1
Holds.
【0015】[0015]
【数1】 (Equation 1)
【0016】上記数式1において、L1はブーム221
の長さ、L2はアーム222の長さ、L3はアーム22
2のピンからエレクタヘッド223上の位置Aまでの長
さを表す。また、上記数式1をθ1、θ2、θ3近傍で
線形化すると、下記の数式2が得られる。In the above equation 1, L1 is the boom 221
, L2 is the length of the arm 222, L3 is the arm 22
2 represents the length from the pin No. 2 to the position A on the erector head 223. Also, when the above equation 1 is linearized in the vicinity of θ1, θ2, and θ3, the following equation 2 is obtained.
【0017】[0017]
【数2】 (Equation 2)
【0018】上記数式2の右辺第1項の行列をJとおく
と、上記数式2は、下記の数式3に変形できる。Assuming that the matrix of the first term on the right side of Equation 2 is J, Equation 2 can be transformed into Equation 3 below.
【0019】[0019]
【数3】 (Equation 3)
【0020】今、上記直行座標系(x、y、θz )を、
図2に示すように、極座標系(r、ψ、Θz )で表す
と、下記の数式4が成り立つ。Now, the orthogonal coordinate system (x, y, θz) is expressed as
As shown in FIG. 2, when expressed in a polar coordinate system (r, ψ, Θz), the following Expression 4 is established.
【0021】[0021]
【数4】 (Equation 4)
【0022】上記数式4を動作点付近で線形化すると、
下記の数式5が得られる。When Equation 4 is linearized near the operating point,
Equation 5 below is obtained.
【0023】[0023]
【数5】 (Equation 5)
【0024】上記極座標系(r、ψ、Θz )において、
今、作業者が、多軸リンク式エレクタ20に対して、該
多軸リンク式エレクタ20の現在位置及び姿勢(r1、
ψ1、Θz1)と、目標位置及び姿勢(r2、ψ2、Θz
2)との差である動作指令(Δr、Δψ、ΔΘz )を与
えたとすると、上記数式5から、直行座標系(x、y、
θz )での差(Δx、Δy、Δθz )が算出される。こ
の差(Δx、Δy、Δθz )と上記数式3とから、各関
節22iの動作量(Δθ1、Δθ2、Δθ3)が算出さ
れる。そして、この動作量(Δθ1、Δθ2、Δθ3)
に基づき、図3に示すように、各アクチュエータを駆動
させることにり、目標位置A(Xp 、Yp)及び目標姿
勢(θzp)を得る。In the above polar coordinate system (r, ψ, Θz),
Now, the operator moves the multi-axis link type erector 20 to the current position and posture (r1,
ψ1, Θz1) and the target position and orientation (r2, ψ2, Θz)
Assuming that an operation command (Δr, Δψ, Δ で z) which is a difference from 2) is given, the orthogonal coordinate system (x, y,
θz) is calculated (Δx, Δy, Δθz). From the differences (Δx, Δy, Δθz) and Equation 3, the motion amounts (Δθ1, Δθ2, Δθ3) of each joint 22i are calculated. Then, the operation amounts (Δθ1, Δθ2, Δθ3)
Based on the above, as shown in FIG. 3, each actuator is driven to obtain a target position A (Xp, Yp) and a target posture (θzp).
【0025】尚、旋回リング10がαだけ回転した場合
は、上記数式1を下記の数式6によって補正すれば、自
動化することができる。When the swivel ring 10 is rotated by α, it can be automated by correcting the above equation (1) by the following equation (6).
【0026】[0026]
【数6】 (Equation 6)
【0027】尚、x軸に対するブーム221の角度θ
1’は、下記の数式7で求まる。The angle θ of the boom 221 with respect to the x-axis
1 ′ is obtained by the following equation (7).
【0028】[0028]
【数7】 (Equation 7)
【0029】このように補正することにより、旋回リン
グ10がαだけ回転した場合でも、該旋回リング10が
回転しない場合(α=0)と同様、先端位置Aの位置移
動を正しく行うことができる。By making such a correction, even when the turning ring 10 rotates by α, the position of the distal end position A can be correctly moved, as in the case where the turning ring 10 does not rotate (α = 0). .
【0030】第2実施例を説明する。把持セグメント3
1の位置決めを行う際(即ち、最も慎重な動作が必要な
把持セグメント31の既設セグメント32への倣い
時)、上記第1実施例に示した要領で、把持セグメント
31の姿勢θz を変化させることなく(即ち、この場
合、動作指令中の姿勢指令ΔΘz はΔΘz =0というこ
とである)、半径方向に移動させる(即ち、位置指令
(Δr、Δψ)のみで駆動させる)が、その際、図5に
示すように、ガイド231、232の各ローラのいずれ
か一方が既設セグメント32の内径面に当接し、そのロ
ードセルで押し付け力F1又はF2が検出される。同図
では、図示右側のローラのみ既設セグメント32に当接
し、押し付け力F1が発生している。従って、この押し
付け力F1により、点A回りにモーメントτA が発生す
る。勿論、該押し付け力F1によって点Aにも力F1が
発生する。図示しないが、同図の図示左側のローラも既
設セグメント32に当接し、押し付け力F2が発生する
と、点A回りには各押し付け力F1、F2の差によるモ
ーメントτA が発生する。この場合、勿論、該押し付け
力F1、F2により、点Aに力F1+F2が発生する。
そして、この時も、点Aの位置は、ローラが当接する前
と同様、半径方向に移動し続けているため、先ず、両押
し付け力F1、F2がそれぞれ等しくなるように、そし
て最終的にそれぞれの押し付け力F1、F2が予め定め
た押し付け力Fo となるように、該多軸リンク式エレク
タ20を駆動させる。前者「両押し付け力F1、F2が
それぞれ等しくなるように、該多軸リンク式エレクタ2
0を駆動制御させる」と言うことは、点A回りに該多軸
リンク式エレクタ20を回転(即ち、把持セグメント3
1をローリング)させることにより、より実際的な目標
姿勢θzpを得るということである。他方、後者「最終的
にそれぞれの押し付け力F1、F2が予め定めた押し付
け力Foとなるように、該多軸リンク式エレクタ20を
駆動制御させる」と言うことは、該多軸リンク式エレク
タ20を駆動させて点Aを半径方向に移動させ、より実
際的な目標位置A(Xp 、Yp )を得ると言うことであ
る。これらにより、把持セグメント31の既設セグメン
ト32への倣いをより実状に合致して行える。これら制
御方法を数式を用いて以下説明する。A second embodiment will be described. Gripping segment 3
When the positioning of the grip segment 31 is performed (that is, when the grip segment 31 requiring the most careful movement is copied onto the existing segment 32), the posture θz of the grip segment 31 is changed in the manner described in the first embodiment. (Ie, in this case, the posture command ΔΘz during the operation command is ΔΘz = 0), and is moved in the radial direction (that is, driven only by the position command (Δr, Δψ)). As shown in FIG. 5, one of the rollers of the guides 231 and 232 comes into contact with the inner diameter surface of the existing segment 32, and the pressing force F1 or F2 is detected by the load cell. In the figure, only the roller on the right side in the figure comes into contact with the existing segment 32, and a pressing force F1 is generated. Accordingly, a moment .tau.A is generated around the point A by the pressing force F1. Of course, the force F1 is also generated at the point A by the pressing force F1. Although not shown, the roller on the left side of the figure also contacts the existing segment 32, and when the pressing force F2 is generated, a moment τA is generated around the point A due to the difference between the pressing forces F1 and F2. In this case, of course, a force F1 + F2 is generated at the point A by the pressing forces F1 and F2.
Also, at this time, the position of the point A continues to move in the radial direction as before the roller abuts, so that the two pressing forces F1 and F2 are made equal to each other, and finally each is made. The multi-axis link type erector 20 is driven such that the pressing forces F1 and F2 become the predetermined pressing force Fo. The former "multi-axis link type erector 2 such that both pressing forces F1 and F2 are equal to each other.
0 means to rotate the multi-axis link type erector 20 around the point A (that is, to grasp the segment 3).
By rolling 1), a more realistic target posture θzp is obtained. On the other hand, the latter "to control the operation of the multi-axis link type erector 20 so that the respective pressing forces F1 and F2 finally become the predetermined pressing force Fo" means that the multi-axis link type erector 20 is controlled. To move the point A in the radial direction to obtain a more practical target position A (Xp, Yp). Thus, copying of the grip segment 31 to the existing segment 32 can be performed in more actual conformity. These control methods will be described below using mathematical expressions.
【0031】今、点Aに、押し付け力Fiに基づくx方
向の力Fx と、y方向の力Fy と、モーメントτA とが
加わったとすると、該多軸リンク式エレクタ20の各関
節22iには、下記の数式8で表せるようなモーメント
τ1、τ2、τ3がそれぞれ発生する。Now, assuming that a force Fx in the x direction based on the pressing force Fi, a force Fy in the y direction, and a moment τA are applied to the point A, each joint 22i of the multi-axis link type erector 20 has: Moments τ1, τ2, τ3, which can be expressed by the following Expression 8, are generated.
【0032】[0032]
【数8】 (Equation 8)
【0033】但し、JT は、上記数式2における行列J
の転置行列である。上記数式8において、モーメントτ
A =0となれば、把持セグメント31は既設セグメント
32に対して好適に倣ったことになる。そこで、各モー
メントτ1、τ2、τ3中の下記の数式9で示されるモ
ーメントτA に起因する成分Δτ1、Δτ2、Δτ3を
0にする動作量(Δθ11、Δθ21、Δθ31)を与えてや
ればよい。Here, J T is the matrix J in the above equation (2).
Is a transposed matrix. In Equation 8, the moment τ
If A = 0, it means that the gripping segment 31 suitably follows the existing segment 32. Therefore, it suffices to give the operation amounts (Δθ11, Δθ21, Δθ31) that make the components Δτ1, Δτ2, Δτ3 due to the moment τA expressed by the following equation 9 in the moments τ1, τ2, τ3 zero.
【0034】[0034]
【数9】 (Equation 9)
【0035】他方、点Aは、上述の通り、周方向には固
定(即ち、Θz =0)したまま、目標値A(rp 、ψp
)と現在値A(r、ψ)との差Δr、Δψよって上記
数式3及び数式5を用いて得られる各関節22iの動作
量Δθ1、Δθ2、Δθ3で半径方向へ移動し続けてい
る。そこでこの動作量Δθ1、Δθ2、Δθ3へ上記動
作量(Δθ11、Δθ21、Δθ31)を加算することによ
り、把持セグメント31は既設セグメント32へ自動的
に倣ってゆくようになる。On the other hand, as described above, while the point A is fixed in the circumferential direction (ie, Δz = 0), the target value A (rp, Δp
) And the current value A (r, ψ), the movement amount Δθ1, Δθ2, and Δθ3 of each joint 22i obtained by using Expressions 3 and 5 based on the differences Δr and Δψ continue to move in the radial direction. Therefore, by adding the above-mentioned operation amounts (Δθ11, Δθ21, Δθ31) to the operation amounts Δθ1, Δθ2, and Δθ3, the grip segment 31 automatically follows the existing segment 32.
【0036】上記実施例方法を、前記制御器に織り込む
ことにより、該多軸リンク式エレクタを自動制御するこ
とが可能となる。By incorporating the method of the above embodiment into the controller, it becomes possible to automatically control the multi-axis link type erector.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる多
軸リンク式エレクタの制御方法によれば、場積が小さい
にも係わらず、動作範囲を広く取れる多軸リンク式エレ
クタの制御が自動化が達成できると共に、従来の各軸同
時操作を行う必要がないので、安全な上、最も高精度を
要す把持セグメントの既設セグメントへの倣いの自動化
も達成される。As described above, according to the control method of the multi-axis link type erector according to the present invention, the control of the multi-axis link type erector which can obtain a wide operating range despite the small field product is automated. In addition, since it is not necessary to perform the conventional simultaneous operation of each axis, it is also possible to safely and automatically follow the existing segment of the gripping segment that requires the highest accuracy.
【図1】直行座標系における多軸リンク式エレクタの模
式図である。FIG. 1 is a schematic view of a multi-axis link type erector in a rectangular coordinate system.
【図2】極座標系における多軸リンク式エレクタの模式
図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a multi-axis link type erector in a polar coordinate system.
【図3】直行座標系における多軸リンク式エレクタの動
作模式図である。FIG. 3 is an operation schematic diagram of a multi-axis link type erector in a rectangular coordinate system.
【図4】直行座標系における多軸リンク式エレクタの回
転動作模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a rotating operation of a multi-axis link type erector in a rectangular coordinate system.
【図5】直行座標系における多軸リンク式エレクタの倣
い動作模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a copying operation of the multi-axis link type erector in the orthogonal coordinate system.
【図6】多軸リンク式エレクタの斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a multi-axis link type erector.
【図7】U形フレーム式エレクタの斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a U-shaped frame type erector.
10・・・・・・・・・・・・・・・・旋回リング 20・・・・・・・・・・・・・・・・多軸リンク式エレクタ 21・・・・・・・・・・・・・・・・セグメント把持手段 22i・・・・・・・・・・・・・・関節(ブーム、アーム、エレクタ
ヘッド) 23i・・・・・・・・・・・・・・ガイド 24i・・・・・・・・・・・・・・関節(ヨーイング、慴動、ピッチ
ング) 31・・・・・・・・・・・・・・・・把持セグメント 32・・・・・・・・・・・・・・・・既設セグメント Δθi ・・・・・・・・・・・・・・変化量 α・・・・・・・・・・・・・・・・・・回転角 Fi ・・・・・・・・・・・・・・・・押し付け力 Foi・・・・・・・・・・・・・・・・予め定めた押し付け力 (Xoo、Yoo)・・・・・・中心位置 (Xo 、Yo )・・・・・・装着位置 (Xo1、Yo1)・・・・・・補正済み装着位置 A(Xp 、Yp )・・・・目標位置 θzp・・・・・・・・・・・・・・・・目標姿勢10 Swirl ring 20 Multi-axis link type erector 21 ········· Segment holding means 22i ······ Joints (boom, arm, and elector head) 23i ····· Guide 24i ... Joint (yaw, sliding, pitching) 31 ... Grip segment 32 ...・ ・ ・ Existing segment Δθi ・ ・ ・ Change amount α ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Rotation Angle Fi ································································· ... Center position (Xo , Yo) Mounting position (Xo1, Yo1) Corrected mounting position A (Xp, Yp) Target position θzp ..... Target posture
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−171499(JP,A) 特開 平4−293716(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) E21D 11/40 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-171499 (JP, A) JP-A-4-293716 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) E21D 11/40
Claims (2)
10に回転自在に装着され、他端部は、少なくともセグ
メント把持手段21を備えて把持セグメント31を前記
旋回リング10に平行な面内で任意の位置へ移動させ、
かつ、姿勢修正できる多軸リンク式エレクタ20におけ
る、前記把持セグメント31を予め定めた目標位置A
(Xp 、Yp )及び目標姿勢θzpへ設置するための制御
方法であって、(1)旋回リング10が停止していると
きは、多軸リンク式エレクタ20の該旋回リング10へ
の装着位置(Xo 、Yo )を起点として、各関節22i
の変化量Δθi に基づいて該各関節22iを駆動させて
把持セグメント31を目標位置A(Xp 、Yp )及び目
標姿勢θzpで設置させ、(2)旋回リング10が回転し
たときは、該旋回リング10の中心位置(Xoo、Yoo)
と、該旋回リング10の回転角αとに基づいて前記装着
位置(Xo 、Yo)を補正し、その後、該補正済み装着
位置(Xo1、Yo1)を起点として、各関節22iの変化
量Δθi に基づいて該各関節22iを駆動させて把持セ
グメント31を前記目標位置A(Xp 、Yp )及び目標
姿勢θzpで設置させたことを特徴とする多軸リンク式エ
レクタの制御方法。1. One end is rotatably mounted on a turning ring 10 of a shield machine, and the other end is provided with at least a segment holding means 21 to hold a holding segment 31 in a plane parallel to the turning ring 10. Move to any position,
In addition, in the multi-axis link type erector 20 whose posture can be corrected, the grip segment 31 is set at a predetermined target position A.
(Xp, Yp) and a control method for setting to the target posture θzp. (1) When the swivel ring 10 is stopped, the mounting position of the multi-axis link type erector 20 on the swivel ring 10 ( Xo, Yo), each joint 22i
The joint 22i is driven based on the change amount Δθi to set the grip segment 31 at the target position A (Xp, Yp) and the target posture θzp. (2) When the turning ring 10 rotates, the turning ring 10 center positions (Xoo, Yoo)
And the rotation angle α of the revolving ring 10 to correct the mounting position (Xo, Yo), and then, using the corrected mounting position (Xo1, Yo1) as a starting point, the change amount Δθi of each joint 22i is calculated. A method of controlling a multi-axis link type erector, characterized in that each of the joints 22i is driven based on the position to set the grip segment 31 at the target position A (Xp, Yp) and the target posture θzp.
10に回転自在に装着され、他端部は、少なくともセグ
メント把持手段21と、把持セグメント31の既設セグ
メント32への倣い時に該既設セグメント32の内径面
を押し付けるように前記セグメント把持手段21の両側
から張り出されたガイド23iとを備えて、把持セグメ
ント31を前記旋回リング10に平行な面内で任意の位
置へ移動させ、かつ、姿勢修正できる多軸リンク式エレ
クタ20における、前記把持セグメント31を予め定め
た目標位置A(Xp 、Yp )及び目標姿勢θzpへ設置す
るための制御方法であって、把持セグメント31の既設
セグメント32への倣い時、(1)先ず既設セグメント
32への両側のガイド23iによる押し付け力Fi がそ
れぞれ等しくなるように、(2)そして最終的に、それ
ぞれの押し付け力Fi が予め定めたそれぞれ押し付け力
Foiとなるように、各関節22iの変化量Δθi を補正
しつつ、該各関節22iを駆動させることにより、把持
セグメント31を前記目標位置A(Xp 、Yp )及び目
標姿勢θzpへ設置させたことを特徴とする多軸リンク式
エレクタの制御方法。2. One end is rotatably mounted on the swivel ring 10 of the shield machine, and the other end is provided with at least the segment gripping means 21 and the existing segment 32 when the gripping segment 31 is copied onto the existing segment 32. And guides 23i protruding from both sides of the segment gripping means 21 so as to press the inner diameter surface of the rotating ring 10 to move the gripping segment 31 to an arbitrary position in a plane parallel to the turning ring 10. This is a control method for setting the gripping segment 31 at a predetermined target position A (Xp, Yp) and a target posture θzp in the multi-axis link type erector 20 that can be corrected. At the time of copying, (1) first, the pressing forces Fi of the guides 23i on both sides against the existing segment 32 are made equal. (2) Finally, by driving each joint 22i while correcting the change amount Δθi of each joint 22i so that each pressing force Fi becomes a predetermined pressing force Foi, gripping is performed. A method for controlling a multi-axis link type erector, wherein the segment 31 is set at the target position A (Xp, Yp) and the target posture θzp.
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JP34748593A JP3307753B2 (en) | 1993-12-22 | 1993-12-22 | Control method of multi-axis link type erector |
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JPH07180498A JPH07180498A (en) | 1995-07-18 |
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