JP3415899B2

JP3415899B2 - 搬送ラインの制御装置

Info

Publication number: JP3415899B2
Application number: JP30153893A
Authority: JP
Inventors: 雅一土田; 雅道小飼; 喜久生加藤; 康生教蓮
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-12-01
Filing date: 1993-12-01
Publication date: 2003-06-09
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JPH07157049A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、搬送中のワークに対し
て所定の作業を行うロボットを備えた搬送ラインの制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、機械工業においては、コンベ
ア、台車等のワーク搬送手段によって搬送されているワ
ークに対して、部品の組み付け等の各種作業を行う搬送
ライン(例えば、車両組立ライン)が設けられる。そし
て、近年、自動化・省力化を図るため、ワークに対して
各種作業を自動的に行うロボットを備えた搬送ラインが
広く用いられているが、かかる搬送ラインでは、ロボッ
トの作業時にロボットとワークとの間の相対的な位置関
係を一定に保持する必要がある。

【０００３】そして、このような搬送ラインとしては、
ロボットを移送するロボット移送手段を設け、該ロボッ
ト移送手段を搬送中のワークに同期追従するよう移動さ
せることによって、ロボットとワークとの間の相対的な
位置関係を一定に保持するようにしたロボット移送式搬
送ラインが従来より広く用いられている。このようなロ
ボット移送式搬送ラインは、その自動化に際して既設の
ワーク搬送手段をそのまま利用することができるので、
低コストで搬送ラインを自動化することができるといっ
た利点がある。

【０００４】具体的には、例えば、コンベア(ワーク搬
送手段)に対してエンコーダを設ける一方、ロボット移
送手段にこれをワーク搬送方向に移動させることができ
るサーボモータを設け、エンコーダから出力されるパル
ス信号に基づいてコンベアの目標移動量を演算し、この
目標移動量に応じてサーボモータを回転駆動して、ロボ
ット移送手段をワークに同期追従させるようにしたロボ
ット移送式搬送ラインが提案されている(例えば、特開
平１−１２２８１８号公報参照)。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のロボット移送式搬送ラインでは、コンベアに
よって搬送されているワークの移動速度が比較的高い周
波数で変動するといった現象、いわゆるサージングが生
じるので、ロボット移送手段をかかるサージングを伴っ
たワークに正確に同期追従させるのが困難であるといっ
た問題がある。なお、数ヘルツ程度のサージングであれ
ばロボット移送手段をワークに同期追従させることがで
きるが、実際に生じるサージングはこれよりもはるかに
高周波数である。このため、ロボットの作業中に、ロボ
ットとワークとの間の相対的な位置関係が変動し、ロボ
ットの作業の精度が悪くなり、高い位置決め精度が要求
される部品の組み付け作業等を行うことができないなど
といった問題がある。

【０００６】本発明は上記従来の問題点を解決するため
になされたものであって、搬送ラインによるワークの搬
送にサージング(速度変動)が伴われる場合でも、ロボッ
トをワークの移動に高精度で同期追従させることができ
る手段を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、図１にその構成を示すように、第１の発明は、ワー
クaを搬送するワーク搬送手段bと、該ワーク搬送手段b
によって搬送されているワークaに対して所定の作業を
行うロボットcと、該ロボットcをワーク搬送経路に沿っ
て移送するロボット移送手段dと、該ロボット移送手段d
を搬送中のワークaの動きに同期追従させる同期追従制
御手段eとが設けられている搬送ラインの制御装置にお
いて、ロボットcとロボット移送手段dとを、ロボットc
がロボット移送手段dに対して遊動できるようにして連
結するフローティング支持機構fと、ロボットcの作業時
に、ロボットcをワークa又はワーク搬送手段bに固定し
て連結する連結手段gとが設けられていることを特徴と
する搬送ラインの制御装置を提供する。

【０００８】

【０００９】第２の発明は、第１の発明にかかる搬送ラ
インの制御装置において、ロボットcとロボット移送手
段dとの間に、ロボットcをロボット移送手段dに対して
ロボット移送手段移動方向に相対移動させることができ
るベアリング機構iがフローティング支持機構として設
けられていることを特徴とする搬送ラインの制御装置を
提供する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する
が、以下では便宜上図２又は図３中の位置関係におい
て、Ｘ₁、Ｘ₂方向を夫々「前」、「後」といい、Ｙ₁、Ｙ₂方
向を夫々「左」、「右」といい、Ｚ₁、Ｚ₂方向を夫々「上」、
「下」ということにする。図２及び図３に示すように、ロ
ボット移送式の搬送ラインＬＣ(車両組立ライン)には、
ワーク１(車両ボディ)を前方(Ｘ₁方向)に搬送するコン
ベア２が設けられている。このコンベア２には、駆動モ
ータ(図示せず)によって前方にほぼ一定の速度で移動さ
せられるチェン３と、該チェン３に取り付けられチェン
３と一体的に移動するハンガ４とが設けられ、このハン
ガ４にワーク１が載せられている。なお、コンベア２は
普通のコンベアであって、該コンベア２によるワーク１
の搬送においては本来は比較的高周波数のサージングが
伴われるはずであるが、本発明にかかるこの搬送ライン
ＬＣでは後で説明するように、かかるサージングが効果
的に抑制されるようになっている。なお、コンベア２
は、特許請求の範囲に記載された「ワーク搬送手段」に相
当する。

【００１１】そして、この搬送ラインＬＣには、コンベ
ア２によって前方に搬送されているワーク１に対して、
部品の組み付け等の所定の作業を自動的に行うロボット
５と、このロボット５をワーク１の搬送経路に沿って、
すなわち前後方向(Ｘ₁,Ｘ₂方向)に移動させることがで
きるロボット移送手段６とが設けられている。

【００１２】このロボット移送手段６は、サーボモータ
(図示せず)によって、前後方向に伸びるリニアウェイ７
上を前方又は後方に移動させられるようになっている。
ここで、サーボモータはコントロールユニットＣによっ
て制御され、ロボット移送手段６の移動速度を自在に変
化させることができるようになっている。なお、コント
ロールユニットＣは、特許請求の範囲に記載された「同
期追従制御手段」を含む、コンピュータを備えた、搬送
ラインＬＣの総合的な制御装置である。

【００１３】ロボット移送手段６には、リニアウェイ７
上に配置されサーボモータによって前後方向に駆動され
るスライドテーブル８が設けられ、このスライドテーブ
ル８の上にはベアリング機構１０を介してフローティン
グテーブル９が配置されている。そして、フローティン
グテーブル９の上にロボット５が固定して取り付けられ
ている。ここで、フローティングテーブル９の前端部は
前側スプリング１１を介してスライドテーブル８の前部
に連結され、他方フローティングテーブル９の後端部は
後側スプリング１２を介してスライドテーブル８の後部
に連結されている。両スプリング１１,１２は、前後方
向にみてフローティングテーブル９が、前側スプリング
１１のスライドテーブル８への連結部と、後側スプリン
グ１２のスライドテーブル８への連結部のほぼ中央位置
(以下、この位置を中立位置という)にあるときには自然
状態、すなわち前後に付勢力を及ぼさない状態となるよ
うな弾性特性を有している。なお、フローティングテー
ブル９とベアリング機構１０と両スプリング１１,１２
とからなる組立体は、特許請求の範囲に記載された「フ
ローティング支持機構」に相当する。

【００１４】このように、フローティングテーブル９が
ベアリング機構１０を介してスライドテーブル８の上に
配置されているので、フローティングテーブル９は基本
的にはスライドテーブル８の上で前後方向に移動(遊動)
することができる。そして、フローティングテーブル９
は、両スプリング１１,１２に連結されているので、外
部から前後方向の力が加えられないかぎり中立位置に保
持されるが、前後方向の力が加えられたときにはその力
の方向に、該力と両スプリング１１,１２の付勢力とが
釣り合う位置まで移動させられる。つまり、フローティ
ングテーブル９は、外部から加えられる前後方向の力に
応じて前後方向に遊動することができるわけである。

【００１５】さらに、フローティングテーブル９には、
前側ハンガチャックアーム１３と後側ハンガチャックア
ーム１４とが設けられている。なお、図示していないが
両ハンガチャックアーム１３,１４内には、夫々、対応
するハンガチャックアーム１３,１４のひずみを検出す
るひずみゲージが内蔵されている。そして、両ハンガチ
ャックアーム１３,１４は、夫々、図示していないが駆
動機構を備えていて、左右方向及び前後方向に移動する
ことができるようになっている。このため、両ハンガチ
ャックアーム１３,１４を前後方向あるいは左右方向に
適当に移動させることによって、両ハンガチャックアー
ム１３,１４でハンガ４を前後からチャックする(はさ
む)ことができるようになっている。このように両ハン
ガチャックアーム１３,１４でハンガ４をチャックした
ときには、フローティングテーブル９とハンガ４とが連
結・固定され、両者が一体的に前方に移動することにな
り、したがってこのときワーク１とロボット５との間の
相対位置が一定に保持される。この場合、ハンガ４から
両ハンガチャックアーム１３,１４を介してフローティ
ングテーブル９に加えられる力の大きさに応じて、フロ
ーティングテーブル９が前後方向に若干遊動することに
なる。

【００１６】ここで、両ハンガチャックアーム１３,１
４がハンガ４を確実にチャックしているか否かは、ひず
みゲージによって検出される両ハンガチャックアーム１
３,１４のひずみに基づいて判定される。なお、ハンガ
チャックアーム１３,１４は、特許請求の範囲に記載さ
れた「連結手段」に相当する。

【００１７】また、スライドテーブル８の前部には、フ
ローティングテーブル９とスライドテーブル８との間に
作用する力を検出する変位ピックアップ１５が設けられ
ている。この変位ピックアップ１５によって検出される
力情報はコントロールユニットＣに送られるようになっ
ている。そして、コントロールユニットＣでは、この力
情報に基づいてフローティングテーブル９のスライドテ
ーブル８に対する相対変位量すなわち相対位置を演算
し、さらにこの相対変位量とスライドテーブル８の絶対
位置とに基づいて、フローティングテーブル９の絶対位
置を演算するようになっている。スライドテーブル８の
絶対位置は、サーボモータの回転数の積算値から容易に
演算される。なお、変位ピックアップ１５は、特許請求
の範囲に記載された「ワーク移動状態検出手段」に相当す
る。

【００１８】ここで、両ハンガチャックアーム１３,１
４によってハンガ４がチャックされているときには、ハ
ンガ４とフローティングテーブル９とが一体的に移動
し、ハンガ４に載せられているワーク１もフローティン
グテーブル９と一体的に移動する。したがって、コント
ロールユニットＣによって演算されるフローティングテ
ーブル９の絶対位置は、ワーク１ないしはハンガ４の絶
対位置を示していることになる。なお、変位ピックアッ
プ１５を、フローティングテーブル９のスライドテーブ
ル８に対する相対変位量を直接的に検出する位置センサ
としてもよい。

【００１９】そして、コントロールユニットＣは、スラ
イドテーブル８の絶対位置がワーク１の絶対位置(フロ
ーティングテーブル９の絶対位置)に同期追従するよう
サーボモータを制御する。これによって、スライドテー
ブル８は、マクロ的ないしは平均的にはワーク１(ハン
ガ４)と同一速度で前方に移動することになる。しかし
ながら、ワーク１(ハンガ４)にはサージングが伴われる
ので、ミクロ的にはスライドテーブル８とハンガ４との
間の前後方向の相対位置は変動することになる。ここ
で、両ハンガチャックアーム１３,１４によってハンガ
４がチャックされているときには、ハンガ４と両ハンガ
チャックアーム１３,１４とフローティングテーブル９
とロボット５とが一体化するので、ハンガ４の見かけ上
の慣性(質量)が大きくなり、該ハンガ４のサージングが
抑制される。このように、ワーク１(ハンガ４)とスライ
ドテーブル８との間の相対位置が変動しても、両ハンガ
チャックアーム１３,１４によってハンガ４がチャック
されているときには、前記したとおりワーク１とロボッ
ト５との間の相対位置が一定に保持されるので、ロボッ
ト５のワーク１に対する作業精度が高められる。

【００２０】ところで、コントロールユニットＣは、前
記したとおり、搬送ラインＬＣの総合的な制御装置であ
って、搬送ラインＬＣの各種制御を行うようになってい
るが、搬送ラインの一般的な制御手法はよく知られてお
り、またかかる一般的な制御手法は本願発明の要旨とす
るところでもないのでその説明を省略し、以下では本願
発明の要旨にかかるワーククランプ制御と、ロボット移
送手段６の同期追従制御とについてのみその制御方法を
説明する。

【００２１】まず、図４に示すフローチャートに従っ
て、ワーククランプ制御について説明する。このワーク
クランプ制御ルーチンにおいては、基本的には、ロボッ
ト５がワーク１に対して作業を行う際には、両ハンガチ
ャックアーム１３,１４でハンガ４をチャックし、ワー
ク１とロボット５との間の相対位置を一定に保持してロ
ボット５の作業の精度を高めるといった制御が行われ
る。具体的には、制御が開始されると、まずステップ＃
１でロボット移送手段６が原点位置に復帰させられ、続
いてステップ＃２でロボット移送手段６が所定の待機位
置に移動させられる。ここで、原点位置とは、ロボット
移送手段６(スライドテーブル８)の絶対位置を決める際
の基準となる位置であって、ロボット移送手段６がこの
原点位置に復帰させられたときに、その絶対位置が０に
セットされる。また、待機位置は、原点位置よりも前方
であり、かつロボット５がワーク１に対して最初に作業
を行うべき位置よりもやや後方となる位置に設定され
る。

【００２２】次に、ステップ＃３でワーク１が所定の同
期開始位置にきたか否かが判定される。ここで、同期開
始位置とは、ワーク１が前進してこの位置にきたとき
に、ロボット移送手段６の前方への移動(同期追従)を開
始させるべき地点であって、前記のロボット移送手段６
の待機位置よりもやや後方位置に設定される。そして、
ワーク１が同期開始位置にきていないと判定された場合
は(ＮＯ)、ワーク１が同期開始位置にくるまでこのステ
ップ＃３が繰り返し実行される。すなわち、ロボット移
送手段６が待機位置で待機させられる。

【００２３】他方、ステップ＃３で、ワーク１が同期開
始位置にきたと判定された場合は(ＹＥＳ)、ステップ＃
４でワーク１がクランプされる。なお、ここでワーク１
をクランプするというのは、ワーク１とロボット５との
相対位置をクランプ(固定)するという意味である。具体
的には、サーボモータの駆動が開始され、ロボット移送
手段６(スライドテーブル８)の前方への移動(同期追従)
が開始されるとともに、両ハンガチャックアーム１３,
１４が前後、左右に適当に移動させられ、ハンガ４が両
ハンガチャックアーム１３,１４によって前後からチャ
ックされる。このチャックによって、ハンガ４とフロー
ティングテーブル９とが一体的にすなわち完全に同期し
て前方に移動するようになり、したがってワーク１とロ
ボット５との間の相対位置が一定に保持され、ロボット
５のワーク１に対する作業の精度が大幅に高められる。

【００２４】次に、ステップ＃５で、ロボット移送手段
６がワーク１の移動に同期追従するよう、サーボモータ
が制御される。なお、この同期追従制御(同期動作)は、
後で説明するように、図５に示す同期追従制御ルーチン
で行われる。この同期追従制御によって、ロボット移送
手段６はマクロ的ないしは平均的にはワーク１(ハンガ
４)と同一速度で前方に移動する。この場合、ハンガ４
のサージングによってミクロ的にはワーク１(ハンガ４)
とスライドテーブル８との間には位置変動(相対変位)が
生じることになるが、この位置変動は、フローティング
テーブル９がスライドテーブル８に対して相対的に前後
に遊動することによって吸収される。ここで、フローテ
ィングテーブル９とスライドテーブル８とがフローティ
ング支持されているので、ハンガ４とスライドテーブル
８とが相対変位しても各部材に無理な力が作用しないの
はもちろんである。なお、前記したとおりハンガ４の見
かけ上の慣性(質量)が大きくなっているので、ハンガ４
のサージング抑制され、ハンガ４とスライドテーブル８
との間の相対変位は非常に小さくなる。

【００２５】続いて、ステップ＃６で、ロボット５のワ
ーク１に対する作業が完了したか否かが判定される。こ
こで、ロボット５の作業が完了していないと判定された
場合は(ＮＯ)、ステップ＃１０でロボット移送手段６
(スライドテーブル８)がオーバーランしているか否か、
すなわちロボット移送手段６がハンガ４の移動速度より
も極端に高速又は低速で移動しているか否かが判定され
る。ロボット移送手段６がハンガ４に比べて極端に高速
又は低速で移動している場合には、フローティングテー
ブル９の前後方向への遊動、すなわちスライドテーブル
８に対する前後方向への相対移動によって、ハンガ４と
ロボット移送手段６(スライドテーブル８)との間の相対
変位を吸収することができなくなるので、このような場
合には両ハンガチャックアーム１３,１４によるハンガ
４のチャックすなわちワーク１のクランプを解除してロ
ボット移送手段６を非常停止させるようにしている。

【００２６】ステップ＃１０でロボット移送手段６がオ
ーバーランしていると判定された場合は(ＹＥＳ)、両ハ
ンガチャックアーム１３,１４によるハンガ４のチャッ
クが解除された後、ロボット移送手段６の運転が非常停
止される。他方、ステップ＃１０で、ロボット移送手段
６がオーバーランしていないと判定された場合は(Ｎ
Ｏ)、ステップ＃５に戻って同期追従制御(同期動作)が
継続される。すなわち、両ハンガチャックアーム１３,
１４でハンガ４をチャック(ワーク１をクランプ)した状
態で、ロボット移送手段６(スライドテーブル８)がワー
ク１(ハンガ４)に同期追従させられる。

【００２７】ステップ＃６で、ロボット５の作業が完了
していると判定された場合は(ＹＥＳ)、ステップ＃７で
両ハンガチャックアーム１３,１４によるハンガ４のチ
ャックが解除され、ワーク１のクランプが解除される
(アンクランプされる)。続いて、ステップ＃８でロボッ
ト移送手段６が待機位置に移動させられた後、ステップ
＃９で作業が終了したか否かが判定される。ここで、作
業が終了していないと判定された場合は(ＮＯ)、ステッ
プ＃３に復帰してステップ＃３〜ステップ＃１０が繰り
返し実行され、このワーククランプ制御ルーチンが続行
される。他方、ステップ＃９で作業が終了していると判
定された場合は(ＹＥＳ)、このワーククランプ制御ルー
チンは終了する。

【００２８】以下、図５に示すフローチャートに従っ
て、ロボット移送手段６の同期追従制御の制御方法を説
明する。この制御ルーチンでは、ステップ＃１１〜ステ
ップ＃１７が順次実行され、ロボット移送手段６がワー
ク１(ハンガ４)の移動に同期追従するよう、サーボモー
タが駆動される。なお、この同期追従制御ルーチンは、
図４に示すワーククランプ制御ルーチン(メインルーチ
ン)のステップ＃５が実行されるたびに起動される。

【００２９】具体的には、まずステップ＃１１で変位ピ
ックアップ１５によって検出された力情報が入力され
る。すなわち、変位ピックアップ１５にかかる力の大き
さがコントロールユニットＣに入力され、コントロール
ユニットＣではこの力情報に基づいてフローティングテ
ーブル９のスライドテーブル８に対する相対変位量を演
算し、さらにこのフローティングテーブル９の相対変位
量とスライドテーブル８の絶対位置とに基づいてフロー
ティングテーブル９の絶対位置ひいてはワーク１の絶対
位置を演算する。なお、変位ピックアップ１５を、フロ
ーティングテーブル９のスライドテーブル８に対する相
対位置を直接検出する位置センサとした場合は、フロー
ティングテーブル９の相対位置とスライドテーブル８の
絶対位置とに基づいてフローティングテーブル９の絶対
位置が演算されるのはもちろんである。

【００３０】ステップ＃１２では、よく知られた制御則
により、ロボット移送手段６をワーク１に同期追従させ
るのに必要とされるサーボモータのトルク(以下。これ
を必要トルクという)が演算される。ステップ＃１３で
は、ステップ＃１２で演算された必要トルクが電圧値に
変換され、続いてステップ＃１４でこの電圧値がデジタ
ル信号の形で出力される。

【００３１】ステップ＃１５では電圧値のデジタル信号
がアナログ信号に変換され(Ｄ−Ａ変換)、ステップ＃１
６ではこの電圧値のアナログ信号がサーボモータのモー
タドライバに出力され、さらにステップ＃１７では上記
の電圧値のアナログ信号に応じてサーボモータが回転駆
動される。このようなサーボモータの回転駆動に伴っ
て、スライドテーブル８が前方に移動し、ワーク１(ハ
ンガ４)の移動に同期追従する。

【００３２】以上、本実施例によれば、ワーク１の搬送
時には、ロボット５とワーク１との間の相対位置が一定
に保持されてロボット５の作業の精度が高められるとと
もに、ハンガ４の見かけの慣性(質量)の増加によりハン
ガ４のサージングが有効に抑制される。

【００３３】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、ロボットの
作業時には、連結手段によってロボットがワーク又はワ
ーク搬送手段に固定されるので、ロボットとワークとの
間の相対位置が一定に保持され、ロボットの作業精度が
大幅に高められる。また、フローティング支持機構によ
ってロボットとロボット移送手段とが遊動可能に連結さ
れるので、ロボットをワーク又はワーク搬送手段に固定
したときに、ワーク側のサージングがロボットの遊動に
よって吸収され、ワーク側あるいはロボット側の各部材
に無理な力がかからず、搬送ラインの耐久性が高められ
る。

【００３４】

【００３５】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、ロボットと
ロボット移送手段の間にベアリング機構が設けられるの
で、ロボットとロボット移送手段の相対変位が極めて容
易となり、ロボットのワーク又はワーク搬送手段への固
定が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１〜請求項２に対応する第１〜第２の
発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明にかかる制御装置を備えた搬送ライン
の平面説明図である。

【図３】図２に示す搬送ラインの側面説明図である。

【図４】ワーククランプ制御の制御方法を示すフロー
チャートである。

【図５】ロボット移送手段の同期追従制御の制御方法
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

ＬＣ…搬送ラインＣ…コントロールユニット１…ワーク２…コンベア４…ハンガ５…ロボット６…ロボット移送手段９…フローティングテーブル１０…ベアリング機構１１…前側スプリング１２…後側スプリング１３…前側ハンガチャックアーム１４…後側ハンガチャックアーム１５…変位ピックアップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者教蓮康生広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開平５−50387（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 3/00 - 3/04 B25J 9/10 - 9/22 B25J 13/00 - 13/08 B25J 19/02 - 19/06 B65B 43/00 - 43/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークを搬送するワーク搬送手段と、該
ワーク搬送手段によって搬送されているワークに対して
所定の作業を行うロボットと、該ロボットをワーク搬送
経路に沿って移送するロボット移送手段と、該ロボット
移送手段を搬送中のワークの動きに同期追従させる同期
追従制御手段とが設けられている搬送ラインの制御装置
において、ロボットとロボット移送手段とを、ロボットがロボット
移送手段に対して遊動できるようにして連結するフロー
ティング支持機構と、ロボットの作業時に、ロボットをワーク又はワーク搬送
手段に固定して連結する連結手段とが設けられているこ
とを特徴とする搬送ラインの制御装置。
【請求項２】請求項１に記載された搬送ラインの制御
装置において、ロボットとロボット移送手段との間に、ロボットをロボ
ット移送手段に対してロボット移送手段移動方向に相対
移動させることができるベアリング機構がフローティン
グ支持機構として設けられていることを特徴とする搬送
ラインの制御装置。