JP5091528B2 - 軌道走行式作業用機械の教示点補正装置 - Google Patents

Description

本発明は、強放射線環境下でマニピュレータなどの可搬重量の大きな軌道走行式作業機械の教示点を補正する軌道走行式作業用機械の教示点補正装置に関する。

各種の作業現場において、重量物の運搬にマニピュレータなどの作業機械を架空軌道上を移動させて作業を行う場合がある。

このような作業機械において、特に大型のマニピュレータで搬送対象の重量が大きくなるほど架空軌道やマニピュレータ自身に撓みが発生し、理論値と実際の位置にずれが生じる。

そこで、従来のかかる重量の大きなマニピュレータでは、一般に使用されている位置姿勢を示す教示点を作成する際、予め予測される位置ずれを見込んだ教示点として理論値に対する位置ずれを修正したり、マニピュレータの手先に搭載した半導体センサにより教示点に対する位置ずれを検出してリアルタイムに補正したりしている。

因みに、教示データ補正装置として、ワークの設計データに基づき作成される、ロボットに所定の作業を行わせるための教示データを補正するもので、ワークの変形に起因する各作業点における作業方向のずれを合理的に検出・推定するようにしたものがある。（例えば、特許文献１）。
特開２００２−３５１５３１

しかし、前者のように予め予測される位置ずれを見込んで作成された教示点により位置ずれを是正するものにあっては、例えば原子力発電所や核燃料処理施設などの放射線環境下では教示する作業者の被ばくの問題から教示作業が困難であり、また後者のように半導体センサにより教示点に対する位置ずれを検出して補正するものでは、半導体センサ自体が放射線により故障するため使用することができず、マニピュレータの手先に搭載する半導体センサの数を増やすと牽引するケーブルの芯数が増えるため、取扱いが困難になる等の問題があった。

本発明は上記のような問題を解消し、理論値の補正を教示作業者が行うことなく、またマニピュレータの手先に半導体センサを搭載することなく教示点の補正を可能にして、省配線を実現でき、建設時と保守時に同じマニピュレータを使用することができる軌道走行式作業用機械の教示点補正装置を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により軌道走行式作業用機械の教示点補正装置を構成する。

本発明は、複数の軌道支持装置により支持された軌道を走行し、かつ作業機械制御装置により制御される作業機械の動作時における位置姿勢を教示する教示点を補正する軌道走行式作業用機械の教示点補正装置において、前記作業機械の前記教示点が保存された教示点保存部と、前記軌道支持装置の軌道支持点に作用する外力及び変形を軌道支持点情報として検出する軌道支持点情報検出部と、前記作業機械制御装置から前記作業機械の位置情報を検出する位置情報検出部と、前記軌道支持点情報検出部により検出された前記軌道支持点情報及び前記位置情報検出部により検出された前記位置情報に基づいて、前記教示点保存部に保存された前記教示点を補正するための補正量を演算する補正量演算部と、前記補正量演算部により演算された前記補正量に基づいて、前記教示点保存部に保存された前記教示点を補正して前記作業機械制御装置に送信する教示点補正部とを備える。

本発明によれば、理論値の補正を教示作業者が行うことなく、またマニピュレータの手先に半導体センサを搭載することなく教示点の補正を可能にして、省配線を実現でき、建設時と保守時に同じマニピュレータを使用することができる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明による軌道走行式作業用機械の教示点補正装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。

図１において、１は軌道で、この軌道１は適宜の間隔（等間隔又は任意の間隔）を存して設置された軌道支持装置２により支持されている。また、３は軌道１上を走行する軌道台車で、この軌道台車３には作業対象物５を把持する作業用アーム４が搭載されている。ここで、作業用アーム４を搭載した軌道台車３を作業機械６と称す。また、軌道１を支持する各軌道支持装置２相互間を区間と呼ぶ。

さらに、各軌道支持装置２の軌道支持点には、軌道台車３の荷重により作用する外力と変形、例えばねじれ、せん断力、傾きを検出する検出装置７が設けられている。

一方、８は区間両端の検出装置７に対応させてそれぞれ設けられ、検出装置７により検出された軌道支持点に作用する外力と変形の検出情報を取込んで一時的に保存する検出情報共有装置である。

また、９は作業機械６を制御する作業機械制御装置、１０は作業機械制御装置９からの作業機械の位置情報と検出情報共有装置８に取込まれた各軌道支持点の検出情報とから教示点の位置姿勢補正量を演算する位置姿勢補正装置で、この位置姿勢補正装置１０の演算結果は作業機械６の作業用アーム４を制御する作業機械制御装置９に戻される。

図２は検出情報共有装置８及び位置姿勢補正装置１０の詳細を説明するための機能ブロック図である。

図２に示すように検出情報共有装置８は、検出装置７により検出された検出情報を一時的に保存する情報共用部１２及びこの情報共用部１２に保存された位置姿勢補正装置１０に伝送する装置間通信部１３とからなる。

また、位置姿勢補正装置１０は、検出情報共有装置８の装置間通信部１３を通して送信される情報共用部１２に保存された検出情報を受信する装置間通信部１４、作業対象物の重量や形状情報が保存された作業対象情報保存部１５、装置間通信部１４により受信した検出情報と作業対象情報保存部１５に保存されている作業対象の重量や形状情報をもとに軌道台車３の位置姿勢を演算する検出情報分析部１６、作業機械の動作に伴う位置姿勢を教示する教示点が保存された教示点保存部１７、検出情報分析部１６で演算された軌道台車３の位置姿勢をもとに教示点保存部１７に保存された教示点に対する補正量を求める補正量算出部１８、この補正量算出部１８で求められた補正量により教示点保存部１７に保存された位置姿勢の教示点を補正する教示点補正部１９及びこの教示点補正部１９で補正された位置姿勢の教示点を作業機械制御装置９に伝送する装置間通信部２０と作業機械制御装置９の制御情報を受信して補正量算出部１８に与える装置間通信部２１を備えている。

また、作業機械制御装置９は、位置姿勢補正装置１０の教示点補正部１９で補正された位置姿勢の教示点に従って作業機械６の作業用アーム４を目標位置に制御する。

次に上記のように構成された軌道走行式作業用機械の教示点補正装置の作用を述べる。

いま、各軌道支持点の検出装置７により検出された情報が検出情報共有装置８の情報共有部１２に保存され、その検出情報が装置間通信部１３により位置姿勢補正装置１０に伝送されているものとする。

すると、位置姿勢補正装置１０の検出情報分析部１６では、装置間通信部１４で受信した検出情報から軌道１に軌道台車３が存在している区間に対応する検出装置７の検出情報共有装置８を特定すると共に、作業対象情報保存部１５に保存されている作業対象の重量や形状情報をもとに軌道台車の位置姿勢を演算して補正量算出部１８に入力する。

この補正量算出部１８では、検出情報解析部１６で算出した軌道台車の位置姿勢に基づいて教示点保存部１７より取込んだ作業機械の動作に伴う位置姿勢を教示する教示点に対する補正量を演算して教示点補正部１９に入力する。

教示点補正部１９では、補正量算出部１８で求められた補正量により教示点保存部１７に保存された位置姿勢の教示点を補正し、装置間通信部２０より作業機械制御装置９に送信する。

一方、作業機械制御装置９では、補正された教示点により作業機械６の作業用アーム４が正しい位置へ修正された状態で作業機械６を制御すると共に、その制御情報を検出情報分析部１６で演算された軌道台車３の位置姿勢を位置姿勢補正装置１０の装置間通信部２１を介して補正量算出部１８に送信し、次の位置姿勢の教示点に対する補正量を算出して教示点補正部１９に与え、順次補正された位置姿勢の教示点を作業機械制御装置９に与える。

このように本実施形態によれば、作業機械６の教示点を軌道支持点に設置された検出装置７の検出情報から補正することにより、教示点の自動補正が可能となり、教示作業者の負担軽減及び教示点修正時間の節約を図ることができ、また作業機械との間のケーブル芯数を削減することができる。

図３は本発明による軌道走行式作業用機械の教示点補正装置の第２の実施形態を示す概略構成図で、図１と同一部分には同一符号を付して説明する。

図３に示すように一つの区間に複数台、本例では２台の軌道台車３ａ，３ｂに作業用アーム４ａ，４ｂを搭載した作業機械６ａ，６ｂが存在し、それぞれが作業対象物５ａ，５ｂに対して作業機械制御装置９ａ，９ｂの制御により作業を実施する場合がある。

第２の実施形態では、区間両端の検出装置７により検出される軌道支持点に作用する外力と変形の検出情報を一時的に保存する検出情報共有装置８、これら検出情報共有装置８に保存された検出情報が入力される複合教示点補正装置２２、作業機械６ａ,６ｂを制御する作業機械制御装置９ａ，９ｂ及び複合教示点補正装置２２より与えられる教示点補正量に基づいて教示点を補正する位置姿勢補正装置１０ａ，１０ｂを備えたものである。

ここで、複合教示点補正装置２２は、複合位置姿勢補正装置２３と補正装置間通信装置２４とから構成されている。

図４は複合位置姿勢補正装置２３及び作業機械教示点補正装置９ａ，９ｂの詳細を説明するための機能ブロック図である。

図４において、複合位置姿勢補正装置２３は、検出情報共有装置８からの検出情報と位置姿勢補正装置１０ａ，１０ｂから得た軌道台車３ａ，３ｂの位置情報、図２に示す教示点保存部１７から取込んだ教示点情報、図２に示す制御対象情報保存部１５から取込んだ作業対象情報とから複数台（ここでは２台）の作業機械６ａ，６ｂのそれぞれの教示点補正量を算出する。この複合位置姿勢補正装置２３でそれぞれ算出された教示点補正量は、補正装置間通信装置２４を通して該当する位置姿勢補正装置１０ａ，１０ｂの図２に示す教示点補正部１９に送られる。

これら位置姿勢補正装置１０ａ，１０ｂ内の教示点補正部に送られた教示点補正量により補正された位置姿勢の教示点を作業機械制御装置９ａ，９ｂに与えて作業機械６ａ,６ｂを制御する。

このように本実施形態によれば、複数台の作業機械が一つの区間に存在する協調作業時、教示点生成時と異なる不確定な作業用機械の配置状況でも各作業機械に対して教示点補正を行うことができる。

図５は本発明による軌道走行式作業用機械の教示点補正装置の第３の実施形態を示す概略構成図で、図１と同一部分には同一符号を付して説明する。

本実施形態では、強放射線環境下になる前の施設の建設時に軌道支持装置２に支持された軌道１と、この軌道１上を走行する作業機械６を使用して教示点補正情報を作成するようにしたものである。

図５において、作業機械６の近傍に教示用作業装置２８を設置し、この教示用作業装置２８を操作して作業機械６を動作させ、そのときの位置情報を教示点補正情報生成装置２５に取込む。この教示点補正情報生成装置２５では、この位置情報と位置姿勢補正装置１０内の教示点保存部から取込んだ教示点情報及び制御対象情報保存部から取込んだ作業対象情報とから作業機械６の教示点補正情報を生成し、この教示点補正情報を補正情報保持装置２６に保存する。

この補正情報保持装置２６に保存された教示点補正情報は、強放射線環境下で再び作業機械６を使用する際に保存情報通信装置２７を通して位置姿勢補正装置１０に送られる。

この位置姿勢補正装置１０に送られた教示点補正量は、位置姿勢補正装置１０内の教示点補正部により補正された位置姿勢の教示点を作業機械制御装置９に与えて作業機械６を制御する。

このように本実施形態によれば、建設時に教示用作業装置２８により作業機械６を動作させ、そのとき得られる位置姿勢情報を教示点補正情報生成装置２５に取込んで教示点補正情報を作成しておき、建設後に補正情報保持装置２６に保存された教示点補正情報を位置姿勢補正装置１０内の教示点補正部に取込んで補正された位置姿勢の教示点に従って作業機械を制御するようにしたので、作業者が強放射線環境下で被ばくすることなく、教示点を補正することが可能となる。

本発明による軌道走行式作業用機械の教示点補正装置の第１の実施形態を示す概略構成図。 同実施形態における検出情報共有装置及び位置姿勢補正装置の詳細を説明するための機能ブロック図。 本発明による軌道走行式作業用機械の教示点補正装置の第２の実施形態を示す概略構成図。 同実施形態における複合位置姿勢補正装置及び作業機械教示点補正装置の詳細を説明するための機能ブロック図。 本発明による軌道走行式作業用機械の教示点補正装置の第３の実施形態を示す概略構成図。

符号の説明

１…軌道、２…軌道支持装置、３…軌道台車、４…作業用アーム、５…作業対象物、６，６ａ，６ｂ…作業機械、７…検出装置、８…検出情報共有部、９，９ａ，９ｂ…作業機械制御装置、１０，１０ａ，１０ｂ…位置姿勢補正装置、１２…情報共有部、１３，１４，２０，２１…装置間通信部、１５…作業対象情報保存部、１６…検出情報分析部、１７…教示点保存部、１８…補正量算出部、１９…教示点補正部、２２…複合教示点補正装置、２３…複合位置姿勢補正装置、２４…補正装置間通信装置、２５…教示点補正情報生成装置、２６…補正情報保持装置、２７…保存情報通信装置、２８…教示用作業装置。

Claims (6)

1. 複数の軌道支持装置により支持された軌道を走行し、かつ作業機械制御装置により制御される作業機械の動作時における位置姿勢を教示する教示点を補正する軌道走行式作業用機械の教示点補正装置において、
   前記作業機械の前記教示点が保存された教示点保存部と、
   前記軌道支持装置の軌道支持点に作用する外力及び変形を軌道支持点情報として検出する軌道支持点情報検出部と、
   前記作業機械制御装置から前記作業機械の位置情報を検出する位置情報検出部と、
   前記軌道支持点情報検出部により検出された前記軌道支持点情報及び前記位置情報検出部により検出された前記位置情報に基づいて、前記教示点保存部に保存された前記教示点を補正するための補正量を演算する補正量演算部と、
   前記補正量演算部により演算された前記補正量に基づいて、前記教示点保存部に保存された前記教示点を補正して前記作業機械制御装置に送信する教示点補正部と、
   を備えたことを特徴とする軌道走行式作業用機械の教示点補正装置。
2. 前記作業機械の作業対象物の重量又は形状の情報を含む作業対象情報が保存された作業対象情報保存部を備え、
   前記補正量演算部は、前記作業対象情報保存部に保存された前記作業対象情報に基づいて、前記補正量を演算すること
   を特徴とする請求項１記載の軌道走行式作業用機械の教示点補正装置。
3. 複数の軌道支持装置により支持された軌道を走行し、かつ複数の作業機械制御装置によりそれぞれ制御される複数の作業機械の動作時における位置姿勢をそれぞれ教示する複数の教示点を補正する軌道走行式作業用機械の教示点補正装置において、
   前記複数の作業機械の前記複数の教示点がそれぞれ保存された複数の教示点保存部と、
   前記軌道支持装置の軌道支持点に作用する外力及び変形を軌道支持点情報として検出する軌道支持点情報検出部と、
   前記複数の作業機械制御装置から前記複数の作業機械の位置情報をそれぞれ検出する複数の位置情報検出部と、
   前記軌道支持点情報検出部により検出された前記軌道支持点情報及び前記複数の位置情報検出部により検出されたそれぞれの前記位置情報に基づいて、前記複数の教示点保存部に保存された前記複数の教示点をそれぞれ協調作業するために補正するための複数の補正量を演算する補正量演算部と、
   前記補正量演算部により演算された前記複数の補正量に基づいて、前記複数の教示点保存部に保存された前記複数の教示点をそれぞれ補正して前記複数の作業機械制御装置にそれぞれ送信する教示点補正部と、
   を備えたことを特徴とする軌道走行式作業用機械の教示点補正装置。
4. 強放射線環境下になる前に前記作業機械を動作させ、前記作業機械の動作時における位置姿勢に基づいて、前記複数の教示点保存部に保存された前記複数の教示点を補正するための教示点補正情報を生成する教示点補正情報生成部と、
   前記教示点補正情報生成部により生成された前記教示点補正情報を保存する補正情報保存部とを備え、
   前記教示点補正部は、強放射線環境下後に、前記補正情報保存部に保存された前記教示点補正情報に基づいて、前記複数の教示点保存部に保存された前記複数の教示点をそれぞれ補正すること
   を特徴とする請求項３記載の軌道走行式作業用機械の教示点補正装置。
5. 請求項４記載の軌道走行式作業用機械の教示点補正装置において、
   強放射線環境下になる前に前記作業機械を動作させる教示用作業装置を備えること
   を特徴とする軌道走行式作業用機械の教示点補正装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の教示点補正装置を備えた軌道走行式作業機械。

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