JP6283290B2 - 両持ちポジショナ及びその駆動監視方法 - Google Patents

両持ちポジショナ及びその駆動監視方法 Download PDF

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Description

本発明は、両持ちポジショナ及びその駆動監視方法に関する。
アーク溶接ロボット等の産業用ロボットに使用され、ワークを位置決め制御する両持ちポジショナが従来から用いられている。例えば特許文献１に記載されたポジショナは、一対の支持フレーム（支持架構）に、ワークを載置する傾斜フレーム（台枠）の両端が回転可能に支持された両持ちポジショナである。両持ちポジショナの傾斜フレームには、ワークを傾斜フレーム上で回転させるためのワークテーブルが設置されている。上記構成の両持ちポジショナは、傾斜フレームとワークテーブルの各回転を制御することで、傾斜フレームに載置されたワークの姿勢が変更可能となる。よって、溶接ロボットのアーム先端に固定したトーチとワークとの間でアークを発生させて、溶接が行える。
特開２０１０−２６４５６８号公報
特許文献１の両持ちポジショナは、ワークを傾斜、回転させて姿勢を変更するものであるが、その他に、ワークを昇降方向に位置制御する昇降機構を更に備えたものがある。昇降機構を備えた両持ちポジショナは、例えば大重量の大型ワークの姿勢を制御する大型ポジショナの場合、昇降動作のためのモータが単一のモータであると、ワークの重量によって偏荷重が生じやすくなる。つまり、傾斜フレームの片側端部だけを駆動してワークを昇降させる場合、傾斜フレームの駆動側の端部に曲げ力を伴う大きな負荷が働き、これが傾斜フレームの昇降動作の抵抗になる。また、大重量のワークを１つのモータで駆動するため、強力なモータが必要となってコスト高となる。そこで、一対の支持フレームの双方に昇降動作用のモータを設置すれば、ワーク昇降のための駆動力を支持フレームの両端でバランスさせることができ、偏荷重の発生が抑制される。また、支持フレームの両側を駆動することによって、モータ一つあたりに必要なトルクを低減できる為、安価なモータを選定できる。
しかし、その場合には各モータの正確な同期制御が必要となる。傾斜フレームは、一対の支持フレームに高い剛性で接続されているため、同期ずれ等によって傾斜フレームの一端側と他端側との高さ位置に差が生じると歪んでしまう。このときの変形量が傾斜フレームの弾性変形域を超える場合、各フレームに塑性変形を生じさせる。そこで、支持フレームと傾斜フレームとの間に、傾斜フレーム両端の高さ位置のずれを吸収するチルト機構を設けることも考えられる。ところが、チルト機構は、発生した高さ位置の差に応じて受動的にワークを傾斜させるため、ポジショナの本来の目的であるワークを指定の位置、姿勢に合わせることを困難にする。その結果、例えばポジショナが溶接用である場合は、予め教示した溶接線からずれた３次元位置にトーチが位置決めされることとなり、溶接品質が低下する。
また、ポジショナには、傾斜フレームを備えず、一対の支持フレームにそれぞれ昇降自在に設けた昇降フレームにワークを懸架させるタイプもある。その場合でも上記同様に、各支持フレームの昇降フレームの高さ位置が異なると、昇降フレームとワークとの接続部位の変形や破損の問題や、正確なワーク位置、姿勢制御が困難になるという問題を生じる。
そこで本発明は、一対の昇降フレームを昇降駆動する際に、内部のケーブル、フレームやワークの損傷を未然に防止して、ワークを高精度に位置決め可能にする両持ちポジショナ、及びその駆動監視方法を提供することを目的とする。
本発明は下記構成からなる。
（１） ベース上に立設された第１部材及び第２部材を有し、前記第１部材に第１昇降フレームが昇降自在に設けられ、前記第２部材に第２昇降フレームが昇降自在に設けられ、前記第１昇降フレームと前記第２昇降フレームとの間にワークを支持する両持ちポジショナであって、
前記第１昇降フレームを昇降させる第１昇降機構と、
前記第１昇降機構を駆動して、前記第１昇降フレームを所定の高さに位置決めする第１サーボモータと、
前記第２昇降フレームを昇降させる第２昇降機構と、
前記第２昇降機構を駆動して、前記第２昇降フレームを前記所定の高さに位置決めする第２サーボモータと、
前記第１サーボモータのモータ回転信号を出力する第１エンコーダと、
前記第２サーボモータのモータ回転信号を出力する第２エンコーダと、
前記第１エンコーダとは別に設けられ、前記第１昇降フレームの実位置を検出する第１位置検出部と、
前記第２エンコーダとは別に設けられ、前記第２昇降フレームの実位置を検出する第２位置検出部と、
前記第１サーボモータを、前記第１エンコーダを用いて前記第１昇降フレームが前記所定の高さとなるように駆動し、前記第２サーボモータを、前記第２エンコーダを用いて前記第２昇降フレームが前記所定の高さとなるように駆動するサーボコントローラと、
前記第１位置検出部により検出された実位置と前記第２位置検出部により検出された実位置との差が予め定めた閾値を超えた場合に、前記第１サーボモータ及び前記第２サーボモータを停止させる昇降駆動監視部と、
を備えることを特徴とする両持ちポジショナ。
（２） 前記第１昇降機構及び前記第２昇降機構は、前記第１サーボモータ及び前記第２
サーボモータにより駆動されるネジ軸、並びに前記第１昇降フレーム及び前記第２昇降フ
レームに設けられた前記ネジ軸に螺合するボールナットにより、前記第１昇降フレーム及
び前記第２昇降フレームを昇降させることを特徴とする（１）に記載の両持ちポジショナ
。
（３） 前記第１位置検出部及び前記第２位置検出部は、前記ネジ軸の回転を検出するエ
ンコーダにより位置を検出することを特徴とする（２）に記載の両持ちポジショナ。
（４） 前記第１昇降フレームと前記第２昇降フレームとの間に水平に懸架され、水平方
向中間部にワーク載置台が設けられた傾斜フレームを備え、
前記傾斜フレームは、水平方向両端が前記第１昇降フレームと前記第２昇降フレームに
それぞれ回転駆動可能に軸支されていることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一
項に記載の両持ちポジショナ。
（５） 前記ワーク載置台は、回転駆動可能に前記傾斜フレームに軸支されていることを
特徴とする（４）に記載の両持ちポジショナ。
（６） 前記第１サーボモータを主動側のモータ、前記第２サーボモータを従動側のモー
タとして、前記第１サーボモータにより位置決めされた高さと等しい高さとなるように、
前記第２サーボモータを制御することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか一項に記
載の両持ちポジショナ。
（７） ベース上に立設された第１部材及び第２部材を有し、前記第１部材に第１昇降フレームが昇降自在に設けられ、前記第２部材に第２昇降フレームが昇降自在に設けられ、前記第１昇降フレームと前記第２昇降フレームとの間にワークを支持する両持ちポジショナの駆動監視方法であって、
前記第１昇降フレームを昇降させる第１昇降機構を、第１サーボモータにより所定の高さに位置決めし、前記第２昇降フレームを昇降させる第２昇降機構を、第２サーボモータにより所定の高さに位置決めする際に、
前記第１サーボモータを、前記第１サーボモータのモータ回転信号を出力する第１エンコーダを用いて駆動し、
前記第２サーボモータを、前記第２サーボモータのモータ回転信号を出力する第２エンコーダを用いて駆動し、
前記第１エンコーダと前記第２エンコーダとは別に設けられ、前記第１昇降フレームの実位置を検出する第１位置検出部と、前記第２昇降フレームの実位置を検出する第２位置検出部によって、前記第１昇降フレームの実位置及び前記第２昇降フレームの実位置をそれぞれ検出し、
検出された前記実位置の差が予め定めた閾値を超えた場合に、前記第１サーボモータ及び前記第２サーボモータを停止させる
ことを特徴とする両持ちポジショナの駆動監視方法。
本発明の両持ちポジショナによれば、第１位置検出部により第１昇降フレームの高さの実位置を検出し、第２位置検出部により第２昇降フレームの高さの実位置を検出し、各昇降フレームの高さの実位置の差が予め定めた閾値を超えた場合に、第１サーボモータ、第２サーボモータを停止させる。これにより、第１サーボモータ、第２サーボモータの同期ずれや故障の発生状況を監視でき、異常発生時にはモータ駆動を直ちに停止できる。したがって、この両持ちポジショナを用いることにより、内部のケーブル、ポジショナのフレームやワークの損傷を未然に防止できる。
また、本発明の両持ちポジショナによれば、ボールネジ機構により第１昇降フレーム及び第２昇降フレームを駆動することで、低抵抗で円滑な昇降動作が可能となる。
また、本発明の両持ちポジショナによれば、ネジ軸の回転をエンコーダにより検出することで第１昇降フレームと第２昇降フレームの正確な実位置を検出できる。
また、本発明の両持ちポジショナによれば、ワークを傾斜フレームの回転軸に回りに傾斜させることができ、ワーク姿勢の自由度を向上できる。
また、本発明の両持ちポジショナによれば、ワークをワーク載置台上で旋回させることができ、ワーク姿勢の自由度を向上できる。
また、本発明の両持ちポジショナによれば、主動側の第１サーボモータにより位置決めされた第１昇降フレームの高さと等しい高さとなるように、第２の昇降フレームの高さを従動側の第２サーボモータで制御するため、高精度な位置決め精度が得られる。
また、本発明の両持ちポジショナの駆動監視方法によれば、第１位置検出部により第１昇降フレームの高さの実位置を検出し、第２位置検出部により第２昇降フレームの高さの実位置を検出し、各昇降フレームの高さの実位置の差が予め定めた閾値を超えた場合に、第１サーボモータ、第２サーボモータを停止させる。これにより、第１サーボモータ、第２サーボモータの同期ずれや故障の発生状況を監視でき、異常発生時にはモータ駆動を強制停止できる。したがって、内部のケーブル、ポジショナのフレームやワークの損傷を未然に防止できる。
本発明の実施形態を説明するための図で、両持ちポジショナの概略的な外観を示す斜視図である。 図１に示す両持ちポジショナのＡ方向から見た側面図である。 図１に示す両持ちポジショナのＢ方向から見た側面図である。 支持フレームに搭載される主動側の昇降機構を示す要部斜視図である。 両持ちポジショナの正面図である。 図４のＣ方向に見た両持ちポジショナの要部斜視図である。 両持ちポジショナの駆動動作を説明するための両持ちポジショナの模式的な構成図である。 両持ちポジショナの昇降動作の制御ブロック図である。 昇降駆動動作と異常発生時の駆動例を（Ａ）〜（Ｅ）に示すタイミングチャートである。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本明細書においては、サーボモータ同士の高さ位置のずれを「同期ずれ」、昇降フレームによるフレーム両端の高さ位置のずれを「フレーム両端の高さ位置のずれ」と呼称して説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、両持ちポジショナの概略的な外観を示す斜視図、図２は図１に示す両持ちポジショナのＡ方向から見た側面図、図３は図１に示す両持ちポジショナのＢ方向から見た側面図である。
まず、両持ちポジショナ１００の全体構成と昇降機構を説明する。
図１に示すように、両持ちポジショナ１００は、ベース１１上に立設された支持フレーム（第１部材）１３及び支持フレーム（第２部材）１５を有する。支持フレーム１３には主動側昇降フレーム（第１昇降フレーム）１７が昇降自在に設けられ、支持フレーム１５には従動側昇降フレーム（第２昇降フレーム）１９が昇降自在に設けられている。
主動側昇降フレーム１７と従動側昇降フレーム１９との間には、傾斜フレーム２１が水平に懸架されている。この傾斜フレーム２１の水平方向中間部には、ワークを支持するワーク載置台２３が設けられている。傾斜フレーム２１は、その水平方向両端が主動側昇降フレーム１７と従動側昇降フレーム１９にそれぞれ回転駆動可能に軸支され、主動側昇降フレーム１７及び従動側昇降フレーム１９と一体に昇降駆動される。
図２、図３に示すように、支持フレーム１３，１５は、それぞれベース１１上に間隔を空けて立設された一対の支柱２５，２５と、一対の支柱２５，２５の上部を連結する連結部材２７とが接合された剛性の高い構造体である。図２に示す支持フレーム１３には、主動側昇降フレーム１７を昇降駆動する主動側サーボモータ（第１サーボモータ）２９が配置されている。図３に示す支持フレーム１５には、従動側昇降フレーム１９を昇降駆動する従動側サーボモータ（第２サーボモータ）３１が配置されている。
図４は支持フレーム１３に搭載される主動側の昇降機構（第１昇降機構）３３を示す要部斜視図である。昇降機構３３は、主動側サーボモータ２９からの回転が伝達される駆動ギア３５と、駆動ギア３５に歯合する従動ギア３７と、従動ギア３７と一体に回転するボールネジ機構のネジ軸３９と、ネジ軸３９に螺合するボールナットを含むスライダ４１と、を含んで構成される。
ネジ軸３９は、支持フレーム１３の支柱２５に回転自在に支持されている。スライダ４１は、ネジ軸３９の回転をスライダ４１の上下方向移動に変換する。スライダ４１には主動側昇降フレーム１７が固定される。この主動側昇降フレーム１７は、主動側サーボモータ２９によるネジ軸３９の回転によって低抵抗で円滑に昇降動作する。本構成では、主動側サーボモータ２９とネジ軸３９との間に、駆動ギア３５及び従動ギア３７を介装している。これにより、主動側サーボモータ２９をネジ軸３９上から待避させ、ネジ軸３９を支柱２５に沿って延長し、スライダ４１の可動範囲を拡大している。
ネジ軸３９の一部には、ネジ軸３９の回転を検出する位置センサ（第１位置検出部）４３が配置されている。位置センサ４３は、例えばロータリーエンコーダが利用できる。本構成ではネジ軸３９の従動ギア３７とは反対側の端部である、主動側サーボモータ２９からの最遠端に位置センサ４３を設けてある。
一方、図１，図３に示す従動側の昇降機構（第２昇降機構）４５は、主動側の昇降機構３３と同様の構成を有する。すなわち、昇降機構４５は、従動側サーボモータ３１と、駆動ギア４７と、従動ギア４９と、ネジ軸５１と、ボールナットを含むスライダ５３と、を含んで構成される。
ネジ軸５１は、支持フレーム１５の支柱２５に回転自在に支持されている。スライダ５３は、ネジ軸５１の回転をスライダ５３の上下方向移動に変換する。スライダ５３には従動側昇降フレーム１９が固定される。この従動側昇降フレーム１９は、従動側サーボモータ３１によるネジ軸５１の回転によって低抵抗で円滑に昇降動作する。
また、ネジ軸５１の一部には、ネジ軸５１の回転を検出する位置センサ（第２位置検出部）５５が配置されている。位置センサ５５は、例えばロータリーエンコーダが利用できる。本構成では、ネジ軸５１の従動ギア４９とは反対側の端部である、従動側サーボモータ３１からの最遠端に位置センサ５５を設けてある。
上記構成の昇降機構３３，４５によって、主動側昇降フレーム１７と従動側昇降フレーム１９に支持された傾斜フレーム２１は、図５に示す昇降動作が可能となる。
なお、図２，図３に示すネジ軸３９，５１は、ボールネジに限らず台形ネジであってもよい。また、昇降機構３３，４５はチェーンを介してモータ動力を伝達する機構であってもよい。位置センサ４３，５５は、ネジ軸３９，５１の回転を検出するものであるが、各サーボモータ２９，３１による部材の実動作が検出可能であればよい。例えば、スライダ４１，５３の上下方向の位置を検出する位置センサ４３，５５であってもよい。また、センサとしては、エンコーダの他、ポテンショメータ等の接触式のセンサや、超音波センサ、磁気センサ、静電容量センサ、レーザ測距装置のような光学式センサ等の非接触式のセンサを用いることもできる。
次に、傾斜フレーム２１を傾斜させる回転機構とワーク載置台２３を旋回させる旋回機構について説明する。
図４に示す主動側昇降フレーム１７には、傾斜フレーム２１を傾斜駆動するための傾斜駆動用モータ６１が取り付けてある。図６に図４のＣ方向に見た両持ちポジショナの要部斜視図を示す。主動側昇降フレーム１７における傾斜駆動用モータ６１の取付側と反対側の面には、円環状支持部材６５が固設されている。円環状支持部材６５は、滑らかな円環状の内周面を有し、この内周面の内側に円環状駆動部材６７が回転可能に配置される。円環状駆動部材６７は、内周面に駆動用の内歯車６７ａが全周にわたって形成され、外周面に円環状支持部材６５の内周面と摺接する滑らかな面が形成されている。
円環状駆動部材６７は、傾斜駆動用モータ６１の主軸に取り付けられたピニオン６９に内歯車６７ａが歯合して、傾斜駆動用モータ６１によって回転駆動される。この円環状駆動部材６７の主動側昇降フレーム１７とは反対側の端面には、図１に示す傾斜フレーム２１の端部支持部７１が固定される。
したがって、傾斜駆動用モータ６１を駆動すると、ピニオン６９と円環状駆動部材６７の内歯車６７ａとの歯合によって、固定側の円環状支持部材６５の内周面に沿って円環状駆動部材６７が回転移動する。これにより円環状駆動部材６７と一体にされた傾斜フレーム２１が傾斜する。
図５に示すように、ワーク載置台２３は傾斜フレーム２１に回転可能に軸支され、このワーク載置台２３を旋回させる旋回駆動用モータ７３が傾斜フレーム２１に配置されている。旋回駆動用モータ７３の主軸には、ワーク載置台２３に形成された環状内歯車に歯合するピニオンが取り付けられ、旋回駆動用モータ７３の駆動によってワーク載置台２３が旋回する。
以上述べた構成により、本構成の両持ちポジショナ１００は、傾斜フレーム２１の昇降動作と傾斜動作、及びワーク載置台２３の旋回動作を合わせて、ワークの位置と姿勢を３軸制御できる。上記の各動作は、図示しない詳細を後述する制御部によって制御される。
次に、上記構成の両持ちポジショナ１００の昇降駆動制御と、昇降駆動監視方法の内容について説明する。
図７は両持ちポジショナ１００の駆動動作を説明するための両持ちポジショナ１００の模式的な構成図である。両持ちポジショナ１００は、制御部８１によってワークＷの姿勢が制御される。すなわち、前述した主動側サーボモータ２９，従動側サーボモータ３１による昇降動作、傾斜駆動用モータ６１（図２参照）による傾斜フレーム２１の軸Ａｘ１を中心とする傾斜動作、旋回駆動用モータ７３（図５参照）によるワーク載置台２３の軸Ａｘ２を中心とする旋回動作が行われる。ここでは、上記動作のうち昇降動作について詳細に説明する。
制御部８１は、例えばパーソナルコンピュータやプログラマブルコントローラ等のコンピュータ装置からなる。制御部８１は、予めプログラムされた手順に従って、又は図示しない制御盤やキーボード等から操作者が入力することにより、傾斜フレーム２１の目標位置を設定する。そして、この目標位置に対応する高さ位置に各スライダ４１，５３を移動させるため、主動側サーボモータ２９，従動側サーボモータ３１をサーボ制御によって回転駆動する。
制御部８１の基本動作としては、まず、主動側サーボモータ２９に位置指令信号を出力して、傾斜フレーム２１を目標位置に対応する高さ位置に向けてフィードバック制御しながら駆動する。また、従動側サーボモータ３１を主動側サーボモータ２９に追従させて駆動する。この主動−従動制御により、主動側サーボモータ２９により位置決めされるスライダ４１の高さと等しい高さとなるように、従動側サーボモータ３１が従動制御される。これにより、スライダ４１とスライダ５３との高さを、所定の目標高さに一致させる。
そして、制御部８１は、位置センサ４３，５５からの検出信号を用いて、スライダ４１，５３の実位置を検出し、各サーボモータ２９，３１の同期ずれを監視する。尚、スライダ４１，５３の実位置とは、各スライダの実際の高さ位置を示す。
各サーボモータ２９，３１が正常動作していれば、スライダ４１，５３の実位置は同一、又は制御遅れ分の僅かな差を有する位置となる。しかし、同期ずれが発生すると、スライダ４１，５３の実位置が一致しなくなる。制御部８１は、位置センサ４３，５５が検出した実位置の情報から異常を検知した場合に、各サーボモータ２９，３１に停止信号を出力して、傾斜フレーム２１の昇降動作を強制停止させる。このように制御部８１は、各サーボモータ２９，３１の同期ずれを監視して、異常発生時にモータ駆動を強制停止させる昇降駆動監視部としても機能する。
上記制御部８１による昇降駆動動作の監視の具体的な手法を以下に説明する。
図８に両持ちポジショナ１００の昇降動作の制御ブロック図を示す。制御部８１は、傾斜フレーム２１の目標位置を設定し、その設定された目標位置に基づく位置指令信号を出力する目標位置設定部８３と、位置指令信号に基づいて主動側サーボモータ２９と従動側サーボモータ３１をサーボ制御するサーボコントローラ８５と、位置センサ４３，５５からの検出信号から各スライダ４１，５３の実位置を検出する実位置監視部８７とを備える。
サーボコントローラ８５は、各サーボモータ２９，３１を駆動する一般的なサーボ制御回路であり、主動側サーボモータ２９を駆動して、従動側サーボモータ３１を主動側サーボモータ２９の動作に追従させて駆動する同期制御を行う。
サーボコントローラ８５は、入力された位置指令信号に応じて主動側サーボモータ２９のモータ９１を駆動し、主動側サーボモータ２９に付属するエンコーダ９３からの出力を検出する。そして、エンコーダ９３から出力されたモータ回転信号と、入力された位置指令信号との遅れ成分である偏差に基づいて主動側サーボモータ２９をフィードバック制御する。
そして、サーボコントローラ８５は、主動側サーボモータ２９のエンコーダ９３からの出力情報を従動側サーボモータ３１の位置指令信号として使用し、従動側サーボモータ３１のモータ９５を駆動する。従動側サーボモータ３１も、従動側サーボモータ３１に付属するエンコーダ９７から出力されたモータ回転信号と、主動側サーボモータ２９側から入力された位置指令信号との偏差に基づいて従動側サーボモータ３１をフィードバック制御する。
上記フィードバック制御は、図８に示すようなゲインＫ１，Ｋ２による比例（Ｐ）制御に限らず、積分（Ｉ）制御、微分（Ｄ）制御、又はこれらを組み合わせたＰＩ制御、ＰＤＩ制御をはじめとする種々の制御方法を用いることができる。また、フィードフォーワード制御を加えることも可能である。
実位置監視部８７は、位置センサ４３，５５が出力するネジ軸３９，５１の回転の検出信号を入力して、各サーボモータ２９，３１の実動結果としてのスライダ４１，５３の実位置を求める。そして、スライダ４１，５３同士の実位置の差と、予め定めた閾値とを比較して、実位置の差が閾値を超えるか否かを判定する。実位置の差が閾値を超える場合には、主動側サーボモータ２９と従動側サーボモータ３１に停止信号を出力する。また、閾値を超えない場合はそのままサーボ制御を続行する。
実位置監視部８７が停止信号を出力した場合、主動側サーボモータ２９と従動側サーボモータ３１は、サーボコントローラ８５からの駆動パルスが入力されたタイミングがモータ駆動中であっても、停止信号が入力されたタイミングでモータ駆動を強制停止する。
上記の予め定めた閾値は、傾斜フレーム２１の剛性値を基に予め計算して求めた許容変位差の閾値であり、使用する傾斜フレームの種類やワーク重量や形状によって適切な値に設定できる。この閾値は、予めテーブル情報として制御部８１に多数記憶させておき、適宜参照して設定してもよい。また、両持ちポジショナ１００の操作者が、テーブル情報を参照して選択的に設定してもよい。また、操作者が直接閾値を入力して設定してもよい。
上記昇降駆動動作と異常発生時の駆動例を図９（Ａ）〜（Ｅ）のタイミングチャートと図８を用いて説明する。
両持ちポジショナ１００の傾斜フレーム２１を昇降駆動させる場合、制御部８１は、主動側サーボモータ２９に位置指令信号を出力して駆動を開始させる。図９（Ａ）は各サーボモータ２９，３１に付属されるエンコーダ９３，９７からの検出信号が示す位置の時間変化、図９（Ｂ）は主動側サーボモータ２９に出力する駆動パルス、図９（Ｃ）は従動側サーボモータ３１に出力する駆動パルスを示す。
時刻ｔ１で主動側サーボモータ２９に位置指令信号に基づく駆動パルスＰ１が入力されると、主動側サーボモータ２９のエンコーダ９３からの検出信号Ｓ９３が示す位置が漸増する。時刻ｔ２で、追従制御される従動側サーボモータ３１に駆動パルスＰ２が入力されると、エンコーダ９７からの検出信号Ｓ９７が示す位置が漸増する。このときの駆動パルスＰ２は、主動側サーボモータ２９と従動側サーボモータ３１による位置変化の偏差δが小さくなるようにフィードバック制御され、駆動パルスＰ１より出力が高められている。なお、図中のｔ１とｔ２との差やエンコーダ９３と９７の差は、分かりやすいように実際よりも誇張して記載している。
上記制御により、時刻ｔ３で従動側のエンコーダ９７の検出信号Ｓ９７が示す位置は、主動側のエンコーダ９３の検出信号Ｓ９３が示す位置に追いつき、時刻ｔ４で各スライダ４１，５３（図７参照）が所望の目標位置に到達する。このとき、主動側サーボモータ２９及び従動側サーボモータ３１の駆動を停止する。
上記の位置センサ４３，５５からの検出信号が示す位置の時間変化を図９（Ｄ）に示す。主動側の位置センサ４３の検出信号Ｓ４３と従動側の位置センサ５５の検出信号Ｓ５５が示す位置変化は、図９（Ａ）に示すエンコーダ９３，９７の検出信号Ｓ９３，Ｓ９７が示す位置変化と等価になる。この場合、モータの同期ずれはないことがわかる。また、図９（Ｅ）に示すように、位置センサ４３と位置センサ５５の検出信号の差Ｄは、予め定めた閾値Ｔよりも小さい。
上記が通常のサーボ制御の基本動作であり、各スライダ４１，５３を高い位置決め精度で目標位置に移動させることができる。よって、傾斜フレーム２１に取り付けたワークＷを、正確に所望の位置、姿勢にできる。
次に、モータの同期ずれやモータの故障が生じた異常時の場合の動作を説明する。
前述と同様にして、制御部８１が、図９（Ｂ）に示す時刻ｔ５で、次の位置指令信号に基づく駆動パルスＰ３を主動側サーボモータ２９に入力したとする。すると、図９（Ａ）に示すようにエンコーダ９３の検出信号Ｓ９３が示す位置が漸増する。そして、検出信号Ｓ９３が示す位置に近づくように、時刻ｔ６から従動側サーボモータ３１にフィードバック制御された駆動パルスＰ４が入力される。
ところが、図９（Ｄ）に示すように、時刻ｔ６以降の位置センサ５５からの検出信号Ｓ５５が示す位置変化は、エンコーダ９７の検出信号Ｓ９７が示す位置変化と等価にならず、検出信号Ｓ４３との差が時間経過と共に広がっている。これは、サーボコントローラ８５により管理されるスライダの位置情報が、実際にモータ制御により変更されたスライダの実位置と一致していないことを意味する。
この状況のままサーボコントローラ８５がモータ駆動を継続すると、各スライダ４１，５３の高さ位置の差、すなわち、フレーム両端の高さ位置のずれが拡大し、傾斜フレーム２１とその支持部分に大きな歪みが生じてしまう。そこで、実位置監視部８７は、位置センサ４３，５５の検出信号の差を予め定めた閾値Ｔと比較して、検出信号の差が閾値Ｔを超えたときに（図９（Ｅ）の時刻ｔ７）、停止信号を主動側サーボモータ２９と従動側サーボモータ３１に出力し、各サーボモータ２９，３１の駆動を自動的に強制停止する。
また、制御部８１は、必要に応じて各サーボモータ２９，３１の駆動を強制停止したことを周囲に報知することもできる。例えば、両持ちポジショナ１００に異常が発生したことを図示しない操作盤に点灯表示させたり、ブザーや音声による報知装置を作動させたりして報知する。また、両持ちポジショナ１００が図示しない溶接ロボット等の他の機器に接続されて連動している場合には、制御部８１は、接続された機器に異常信号を出力する。このとき、接続された機器では、異常信号の入力を検知して、例えば溶接作業を行う駆動部を停止させる等の措置を行う。
上記の駆動制御のパターンは一例であって、これ以外にも種々のパターンが考えられる。例えば、いずれかのモータが脱調した場合には、脱調の発生の度に図９（Ｅ）に示す検出信号の差が蓄積される。その場合、フレーム両端の高さ位置のずれが許容できないずれ量に到達した時点でサーボモータが強制停止される。また、いずれかのモータが故障して、駆動中に停止した場合には、位置センサ４３，５５の検出信号の差が急峻に増大して閾値Ｔに達し、サーボモータが故障発生と略同時に強制停止される。
以上、サーボモータの故障により位置センサ４３，５５の検出信号の差が増大する場合について説明したが、本発明はそれに限ることなく、機械的な故障により位置センサ４３，５５の検出信号が増大する場合にも、サーボモータが強制停止されることはいうまでもない。すなわち、本発明においては、例えば、駆動ギア３５、従動ギア３７の不良により主動側サーボモータ２９の動力が主動側昇降フレーム１７に正常に伝達できない場合や、従動側昇降フレーム１９に過大な荷重がかかり動きにくくなってしまった場合等の機械的な傷害が生じた場合でも、位置センサ４３，５５の検出信号の差が増大することにより、サーボモータが強制停止される。
また、位置センサ４３，５５の検出信号の差に基づいて異常を検知する以外にも、検出信号の変化の有無に基づいて異常を検知することもできる。例えば、主動側サーボモータ２９、従動側サーボモータ３１に駆動パルスを出力した場合、モータが正常であれば、位置センサ４３，５５の検出信号は変化する。しかし、主動側サーボモータ２９と従動側サーボモータ３１が故障して、どちらのモータも動かないときは、位置センサ４３，５５の検出信号に変化は生じない。そこで、位置指令信号を出力した後、位置センサ４３，５５の検出信号の変化を検出し、検出信号に変化がない場合には、異常が生じたと判断する。この方式によれば、主動側サーボモータ２９と従動側サーボモータ３１との双方が故障して動かない場合であっても、異常を検知できる。
次に、上記構成の両持ちポジショナ１００による効果について説明する。
本構成の両持ちポジショナ１００によれば、図７に示すように、一対の支持フレーム１３，１５に昇降機構３３，４５を配置し、各昇降機構３３，４５を各サーボモータ２９，３１で駆動している。このため、各サーボモータ２９，３１で傾斜フレーム２１の高さ位置が制御され、サーボ制御による高精度な位置決めが実現できる。また、複数のサーボモータ２９，３１が協働して傾斜フレーム２１を昇降駆動するため、単一のモータで駆動する場合よりも安価なモータを採用でき、低コスト化が図れる。また、傾斜フレーム２１に偏荷重が生じにくくなり、バランス良くスムーズな昇降動作が可能となる。
また、両持ちポジショナ１００は、各サーボモータ２９，３１に付属するエンコーダとは別に、位置センサ４３，５５を昇降機構３３，４５にそれぞれ設けている。そのため、各サーボモータ２９，３１の駆動によるスライダ４１，５３の昇降動作の動きの差は、サーボコントローラ８５で管理される位置情報と、位置センサ４３，５５からの検出信号の情報との２系統の情報から管理される。
これにより、各サーボモータ２９，３１による傾斜フレーム２１の昇降動作がスライダ４１，５３の実位置の監視の下で行われ、サーボモータ２９，３１間の同期制御の信頼性が高められる。そして、両持ちポジショナ１００が備える実位置監視部８７は、昇降駆動後の各スライダ４１，５３の高さ位置（実位置）の差が閾値以上になったことを検出すると、各サーボモータ２９，３１の駆動を自動的に停止する。そのため、フレーム両端の高さ位置のずれによって各フレームやワークに無理な負荷が生じることを未然に阻止できる。
特に、大重量のワークＷを載置して姿勢制御する場合や、傾斜フレーム２１が図５に示す旋回駆動機構を有するワーク載置台２３が搭載されるような重量の嵩む傾斜フレーム２１である場合は、耐荷重性を高め、ワークＷの位置精度を高く維持することが重要となる。そのため、傾斜フレーム２１の剛性を高め、支持フレーム１３，１５と傾斜フレーム２１とを剛接合に近い状態で連結することが望まれる。しかし、その場合、傾斜フレーム両端部の高さ位置にずれがあると、支持フレーム１３，１５と傾斜フレーム２１との接合部に大きな抗力が発生する。また、図６に示すように、傾斜フレーム２１は円環状駆動部材６７によって回転可能に支持フレーム１３，１５に支持されている。そのため、支持フレーム１３，１５による昇降移動の方向と傾斜フレーム２１の回転軸との直交度が低下すると、歯車の噛み合わせが悪くなり、回転抵抗が増大し、摩耗も増大する。
支持フレーム１３，１５や傾斜フレーム２１は弾性変形代を有するため、ある程度は傾斜フレーム２１両端の高さ位置のずれを許容できる。しかし、弾性変形代を超える上記高さ位置のずれが生じると、フレームに恒久的な歪みが残り、ポジショナとしてのワーク位置精度が低下してしまう。また、弾性変形域であっても長時間上記高さ位置のずれが生じたまま維持されると、クリープ現象が生じて塑性変形を引き起こす可能性もある。そのため、傾斜フレーム２１両端の高さ位置のずれが生じた場合には、いち早くずれの増加を阻止し、元の状態に戻すことが重要となる。
その点、本構成の両持ちポジショナ１００が備える実位置監視部８７は、各支持フレーム１３，１５に設けた位置センサ４３，５５により傾斜フレーム２１の両端の実位置を検出して、傾斜フレーム２１両端の高さ位置のずれを常時監視している。このため、予め定めた閾値以上の高さ位置のずれが生じたときに、直ちに各サーボモータ２９，３１の駆動を強制停止でき、上記位置ずれがこれ以上増加することを早期に阻止できる。
また、本構成の両持ちポジショナ１００は、軸方向の逃がし又は衝撃緩和のためのチルト機構やリンク機構等を設ける必要がない。よって、本構成の両持ちポジショナ１００は、軸方向の逃がし又は衝撃緩和によって発生する高さ位置のずれが生じないことから、ワークＷの高い位置決め精度が得られる。そして、この両持ちポジショナ１００を溶接ロボットに使用する場合には、溶接位置の位置ずれを生じさせずに、高精度な溶接処理が行える。
以上、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
例えば、サーボコントローラ８５（図８参照）は、上記の実施形態では制御部８１に含まれる構成として説明したが、これに限らず制御部８１とは分離して配置された構成であってもよく、例えば各サーボモータ２９，３１に搭載されていてもよい。
また、上記の実施形態では傾斜フレーム２１にワークＷを載置する構成であるが、主動側昇降フレーム１７と従動側昇降フレーム１９との間にワークＷを直接支持させる構成としてもよい。その場合、主動側昇降フレーム１７と従動側昇降フレーム１９に、それぞれワーク支持部を設け、ワークをワーク支持部によりチャッキングする、又はボルト等で締結する等、各昇降フレーム１７，１９に直接にワークを取り付ける。
更に、上記の駆動監視方法は、傾斜フレームの昇降動作に関する駆動監視に限らず、複数のモータを同期制御するものであれば他の動作に関する駆動にも適用可能である。
１１ ベース
１３ 支持フレーム
１５ 支持フレーム
１７ 主動側昇降フレーム（第１昇降フレーム）
１９ 従動側昇降フレーム（第２昇降フレーム）
２１ 傾斜フレーム
２３ ワーク載置台
２９ 主動側サーボモータ（第１サーボモータ）
３１ 従動側サーボモータ（第２サーボモータ）
３３ 昇降機構（第１昇降機構）
３９ ネジ軸
４１ スライダ
４３ 位置センサ（第１位置検出部）
４５ 昇降機構（第２昇降機構）
５１ ネジ軸
５３ スライダ
５５ 位置センサ（第２位置検出部）
８１ 制御部（昇降駆動監視部）
１００ 両持ちポジショナ

Claims (7)

  1. ベース上に立設された第１部材及び第２部材を有し、前記第１部材に第１昇降フレームが昇降自在に設けられ、前記第２部材に第２昇降フレームが昇降自在に設けられ、前記第１昇降フレームと前記第２昇降フレームとの間にワークを支持する両持ちポジショナであって、
    前記第１昇降フレームを昇降させる第１昇降機構と、
    前記第１昇降機構を駆動して、前記第１昇降フレームを所定の高さに位置決めする第１サーボモータと、
    前記第２昇降フレームを昇降させる第２昇降機構と、
    前記第２昇降機構を駆動して、前記第２昇降フレームを前記所定の高さに位置決めする第２サーボモータと、
    前記第１サーボモータのモータ回転信号を出力する第１エンコーダと、
    前記第２サーボモータのモータ回転信号を出力する第２エンコーダと、
    前記第１エンコーダとは別に設けられ、前記第１昇降フレームの実位置を検出する第１位置検出部と、
    前記第２エンコーダとは別に設けられ、前記第２昇降フレームの実位置を検出する第２位置検出部と、
    前記第１サーボモータを、前記第１エンコーダを用いて前記第１昇降フレームが前記所定の高さとなるように駆動し、前記第２サーボモータを、前記第２エンコーダを用いて前記第２昇降フレームが前記所定の高さとなるように駆動するサーボコントローラと、
    前記第１位置検出部により検出された実位置と前記第２位置検出部により検出された実位置との差が予め定めた閾値を超えた場合に、前記第１サーボモータ及び前記第２サーボモータを停止させる昇降駆動監視部と、
    を備えることを特徴とする両持ちポジショナ。
  2. 前記第１昇降機構及び前記第２昇降機構は、前記第１サーボモータ及び前記第２サーボモータにより駆動されるネジ軸、並びに前記第１昇降フレーム及び前記第２昇降フレームに設けられた前記ネジ軸に螺合するボールナットにより、前記第１昇降フレーム及び前記第２昇降フレームを昇降させることを特徴とする請求項１に記載の両持ちポジショナ。
  3. 前記第１位置検出部及び前記第２位置検出部は、前記ネジ軸の回転を検出するエンコーダにより位置を検出することを特徴とする請求項２に記載の両持ちポジショナ。
  4. 前記第１昇降フレームと前記第２昇降フレームとの間に水平に懸架され、水平方向中間部にワーク載置台が設けられた傾斜フレームを備え、
    前記傾斜フレームは、水平方向両端が前記第１昇降フレームと前記第２昇降フレームにそれぞれ回転駆動可能に軸支されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の両持ちポジショナ。
  5. 前記ワーク載置台は、回転駆動可能に前記傾斜フレームに軸支されていることを特徴とする請求項４に記載の両持ちポジショナ。
  6. 前記第１サーボモータを主動側のモータ、前記第２サーボモータを従動側のモータとして、前記第１サーボモータにより位置決めされた高さと等しい高さとなるように、前記第２サーボモータを制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の両持ちポジショナ。
  7. ベース上に立設された第１部材及び第２部材を有し、前記第１部材に第１昇降フレームが昇降自在に設けられ、前記第２部材に第２昇降フレームが昇降自在に設けられ、前記第１昇降フレームと前記第２昇降フレームとの間にワークを支持する両持ちポジショナの駆動監視方法であって、
    前記第１昇降フレームを昇降させる第１昇降機構を、第１サーボモータにより所定の高さに位置決めし、前記第２昇降フレームを昇降させる第２昇降機構を、第２サーボモータにより所定の高さに位置決めする際に、
    前記第１サーボモータを、前記第１サーボモータのモータ回転信号を出力する第１エンコーダを用いて駆動し、
    前記第２サーボモータを、前記第２サーボモータのモータ回転信号を出力する第２エンコーダを用いて駆動し、
    前記第１エンコーダと前記第２エンコーダとは別に設けられ、前記第１昇降フレームの実位置を検出する第１位置検出部と、前記第２昇降フレームの実位置を検出する第２位置検出部によって、前記第１昇降フレームの実位置及び前記第２昇降フレームの実位置をそれぞれ検出し、
    検出された前記実位置の差が予め定めた閾値を超えた場合に、前記第１サーボモータ及び前記第２サーボモータを停止させる
    ことを特徴とする両持ちポジショナの駆動監視方法。
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