JPS58165197A - 回転方向自由度を有する被制御体における信号伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、回転方向自由度を有する被制御体の軸受側
と回転軸側との間における光学的信号伝達装置に関する
ものである。

前述のような被制御体としては、産業用ロボットなどと
して周知であるが、それらの軸受側と回転軸側との間の
信号伝達は、信号用ケーブルを介して行なわれている６
ところが前記軸受側と前記回転軸側とが相互に何回転も
するような場合にあっては、前記信号用ケーブルが破損
されたり、ねじ切られる可能性がある。これを免れるた
めに、前記信号用ケーブルの代わりにホトカブラを利用
ある。従って一方の前記ホトカプラの受光器に他方の前
記ホトカプラの投光器からの信号がノイズ１間昭５８−
１６５１９７　（２） として混入せず、しかも前記各ホトカブラにおいて確実
に信号が伝達されるよう配慮する必要がある。

この発明は前述事情に鑑みなされたものであって、以下
実施例を詳述するが、まず第１〜６図の実施例について
詳述する。なおこの実施例では。

被制御体は、全車輪を同時に同方向へ舵取り可能な機構
を有する走行台車上に、回転体を垂直軸支するとともに
、その回転体に溶接線ならいセンサや溶接用トーチを支
持したすみ肉ならい溶接装置と１シ、そして前記回転体
を軸受側、前記走行台車を回転軸側とし、それら軸受側
と回転軸側との間の信号伝達装置として説明するが、こ
の発明をこの実施の形態に限定するものではない。

ｗ、、ｗ２は、それぞれワークであり、Ｗｌは水平板材
、Ｗ２は垂直板材である。そして両板材ｗｌ、ｗ２は、
□ 第１図のように相互に位置決めされて予め仮付溶接が施
されている５ＷＬは、両板材ｗｌ　、　ｗ２で形成され
たすみ自溶接線である。

ｌは、走行台車（実施例では平面形状が正方形５ ）であり、計４個の車輪２が装着されている。なお全車
輪″２は、台車ｌ底部に取付けた電動機Ｍ、により、チ
ェーン８ａおよびスプロケット８ｂ、８Ｃと、かさ歯車
８ｄ　、８ｅとからなる動力伝達機構８を介して同方向
に駆動されるべく構成されている。Ｅｌは、詳細を図示
していないが、車輪２に接続した走行距離検出用エンコ
ーダである。８１は、電動機Ｍ１およびエンコー□ダＥ
ｌを含むサーボ系である。

４は、舵取機構であり、台車ｌ底部に取付けた電動機Ｍ
２により、チェーン４ａおよびスプロケツ）４ｂ、４ｃ
を介して、全車輪２を同時に同方向へ舵取りし得るべく
構成されている。Ｅ２は、詳細を図示していないが機構
４の舵取角検出用エンコーダである。Ｓ２は、電動機Ｍ
２およびエンコーダＥ２を含むサーボ系である０ である。Ｅ３は、詳細を図示していないが、回転体５の
回動角検出用エンコーダである。Ｓ８は、霊屋６ 動機Ｍ：（およびエンコーダＥ３を含むサーボ系である
。

６は、回転体５に支持され、電動−機Ｍ４により。

公知のボールスクリュ一式伝達機構７を介して水平方向
に移動可能の移動体である。Ｅ４は、移動体６の位置検
出用エンコーダである。Ｓ４は、電動機Ｍ４およびエン
コーダＥ４を含むサーボ系である。

８は、移動体６の下部に垂直軸支され、先端出力部材が
仮想の一点を中心として水平回動するべくした機構であ
り、実施例では２組の平行四辺形リンクからなる平行リ
ンク機構である。機構８は、移動体６の下部にリンク８
ａ　、８ｂを垂直軸支８ｃ、’８ｄＬ、またリンク８ａ
先端にはレノクー８ｆを突設したリンク８ｆを関着８ｅ
し、そしてレノ（−８ｆ’先端とリンク８ｂ先端とを関
着８ｇしてなる１組の平行四辺形リンクと、りンク８ａ
先端から突設されたレバー８　ａ’先端にリンク８ｈを
関着８１するとともに、リンク８ｆおよび８ｈの画先端
間にリンク８ｊを関着８ｋ　、Ｂｔした１組の平行四辺
形リンクとよシなる。Ｍ５は、リンク８ａを回動させる
・電動機である。なお機構８の先端出力扁７ 部材すなわち株端リンク８ｊが溶接用トーチＴの保持部
材として構成されている。

Ｓは、保持部材８．ｊ先端に支持した溶接線ならいセン
サであり、実施例では保持部材８ｊ先端に水平関着９ａ
され、かつ図示しない弾機により突出付勢された、板材
Ｗ２の垂直面ならいローラ９と、保持部材８ｊに装着さ
れ、ローラ９の突出位置を検出する差動トランスＴＲと
で構成されている。

なおローラ９の関着９ａ位置は、予め設定した検出器Ｔ
Ｒの基準出力値におけるローラ９の基準突出位置におい
て、軸８ｃ、８ｅ間距離と軸８に、９ｂ（ローラ９の回
転中心軸）間距離とが等しく、しかも軸８ｅ、８に間距
離と軸８ｃ、９ｂ間距離とが等しくなるよう設定されて
いる。またトーチＴの保持部材８ｊへの取付位置は、ト
ーチＴ・、１ の溶−接点の位置Ｐが、ローラ９の前述基準突出位置に
おいて、ローラ９先端＋ｊ′□ｉ方で、かつ全車輪２の
下端を通る水平面上に一致ｊるように設定されている。

そしてリンク８ａの回動にかかわらず、トーチＴが軸９
ｂを中心として回動し、トーチＴの溶接線ＷＬに対する
角度を変更可能に構成されている。Ｒ５は、トーチＴの
溶接線ＷＬに対する角度検出用エンコーダである。Ｓ５
は、電動機Ｍ５おヨヒエンコーダＥ５を含むサーボ系で
ある。

Ｃは、中央処理装置ＣＰＵとメモリＭＥＭとクロックジ
ェネレータＣＧとを含む制御装置としてのコンピュータ
であり、回転体５に装着される。

ソシてコンピュータＣには、サーボ系８１〜Ｓ５、検出
器ＴＲ１溶接電源ＷＳが第５図のように接続されている
。

なおジェネレータＣＧからは、第６図（イ）のように、
ｌおよびＯの値の時間がともにｔｌｌの信号で、かつ途
中に時間２　ｔ１以上のＯの値を含むパルス信号と、第
６図（ロ）のようにそのパルス信号と同周期で１の値の
時間がｔ２のクロック信号とが出力され：、。

るべくなされて吟る。

そしてとりわｉコンピュータＣとサーボ系ｓ１１゜ 〜Ｓ３との間の指令系統ＯＬには、コンピュータＣから
の指令データ（実施例ではパラレルデータ）をシリアル
データ列に作成する手段Ｐｓと、こ９ の作成手段ＰＳの出力側に接続され、回転体５の軸受中
空部Ｒ１と台車１の回転軸中空部Ｒ２との間に装着した
一対のホトカプラｌＯと、ホトカプラ１゜の出力側に接
続され、シリアルデータ列を解読する手段ＳＰとが介設
されている。

なおホトカプラｌＯの投光器ｔＯａ（例えば発光ダイオ
ード）は、回転体５の軸受中空部Ｒ，の中央位置からオ
フセットした位置に、またその受光器１０ｂ（例えばホ
トダイオード）は、台車ｌの回転軸中空部Ｒ２の中央位
置に、それぞれ１つずつ取付けられている。そして投光
器１０ａは、その先端部に図示しない集光レン・ズが内
蔵されていて、その投光軸ＡＩを受光器１０ｂに指向さ
せるべく設定されている。また前記軸受中空部Ｒ１内面
および前記回転軸中空部Ｒ２内面は黒色のつや消し塗装
が施されていて、投光器１０ａからの出力信号が前記中
空部Ｒｔ＋Ｒｚ内面を反射して、後述するホトカプラ１
９の受光器１９ｂにノイズとして混入しにくいように、
また逆に後述するホトカプラ１９の投光器１９ａからの
出力信号が前記中空部Ｒｔ＋Ｒ２屋ｌＯ 内面を反射して受光器１０ｂにノイズとして混入しにく
いように、配慮されている。

そしてこの実施例作成手段Ｐｓには、コンピュータＣか
らの指令データすなわちパラレルデータが入力され、ジ
ェネレータＣＧからのクロック信号（第６図（ロ）のよ
うな信号）ごとにシリアルデータとして出力する第１シ
フトレジスタ１１と、レジスタ１１からの出力信号とジ
ェネレータＣＧからのクロック信号とが入力されるオア
回路１２と、回路１２からの出力信号とジェネレータＣ
Ｇからのパルス信号（第６図（イ）のような信号）とが
入力されるアンド回路１３とが含まれ、この回路１８を
経た信号がシリアルデータ列に作゛成された信号に相当
し、この信号が投光器１０ａへ出力されるべくなされて
いる。

またこの実施例解読手段ＳＰには、受光器１゜ｂからの
出力を増幅するアンプ１４と、アンプ１４からの出力信
号が入力され、ジェネレータＣＧからのクロック信号と
同周期のクロック信号（第６図（ト）のように回路１３
からの信号においてその立ム１１ 上り時から時間ｔ３後に出力する信号）を出力する第１
ワンショットマルチバイブレータ１５と、マルチバイブ
レータ１５からのクロック信号ごとにアンプ１４からの
出力信号がシリアルデータとして入力される第２シフト
レジスタ１６と、アンプ１４からのシリアルデータをパ
ラレルデータとして区切るためのタイミング信号（第６
図（へ）のように回路１８からの信号においてその信号
が０になってから時間ｔ４後に出力する信号）を出力す
る第２ワンシヨツトマルチパイプレーク１７と、レジス
タ１６に入力されたシリアルデータがマルチノ（イブレ
ータ１７からのタイミング信号により）（ラレルデータ
として入力されるランチ回路１８とが含まれ、この回路
１８からの）（ラレルデータ（解読されたデータ）がサ
ーボ系５ｔ−ｓａに入力されて、電動機Ｍｌ−Ｍ３を制
御するべくなされている。

、゛ なお各時間ｔ１〜ｔ４の関係・は、 （ｔｚ＜　ｔ３＜　ｔｘ　）で、かつ（、２ｔｔ＜　ｔ
４）に設定されている。

またコンピュータＣとサーボ系８１−８８との特開昭５
８−１６５１９７（４） 間のフィードバック系統ＩＬには、エンコーダＥｌ〜Ｅ
３からの出力信号をシリアルデータに変換する手段ＥＳ
と、この変換手段ＥＳの出力側に接続され、台車ｌの回
転軸中空部Ｒ２と回転体５の軸受中空部Ｒ１との間に装
着した一対のホトカプラ１９と、ホトカプラ１９の出力
側に接続され、シリアルデータをパラレルデータとして
コンピュータＣに入力する手段ＳＣとが介設されている
。

なおホトカプラ１９の投光器１９ａ（例えば発光ダイオ
ード）は、台車１の回転軸中空部Ｒ２の中央位置からオ
フセットした位置に、またその受光器１９ｂ（例えばホ
トダイオード）は、回転体５の軸受中空部Ｒ１の中央位
置に、それぞれ１つずつ取付けられている。そして投光
器１９ａは、その先端部に図示１ない集光レンズが内蔵
されていて、その投光軸Ａｓ４ｒ受光器１９ｂに指向さ
せるべく設定されている。。

：。

そしてこの実□施例手段ＥＳには、サーボ系８１〜Ｓ８
からの出力信号がマルチバイブレータ１７からのタイミ
ング信号によって入力され、この信ム１３ 号がマルチバイブレータ１５からのクロック信号ごとに
シリアルデータとして出力される第８シフトレジスタ２
０が含まれ、このレジスタ２０からの信号が投光器１９
ａへ出力されるべくなされている。またこの実施例入力
手段ＳＣには、受光器１９ｂからの出力を増幅するアン
プ２１と、アンプ２１からの出力信号が入力され、この
信号がジェネレータＣＧからのクロック信号ごとにシリ
アルデータとして入力される第４シフトレジスタ２２い
る。

そして第１図のように、台車１を板材Ｗｌ上に搭載し、
かつローラ９を板材Ｗ２垂直面に当接させて、コンピュ
ータＣを作動させる。そして詳細は説明しないが、検出
器ＴＲやエンコーダＥ１〜Ｅ５からの出力と予め記録さ
れたシステムプログラムにより、ＣＰＵを介して車輪２
の回転速度や舵取角度、回転体５の回動角度、移動体６
の位置、およびトーチＴの溶接線ＷＬに対する角度など
が制御され、１４ 溶接線ＷＬが自動溶接される。

そこで以下特にコンピュータＣとサーボ系Ｓｌ〜Ｓ３と
の間の信号伝達について説明するにあたり、とりわけコ
ンピュータＣとサーボ系８１との間の信号伝達の作用を
説、明する。

今例えばコンピュータＣからサーボ系Ｓｌへの指令デー
タとして１０１Ｏの４ビツトパラレルデータが出力され
たとする。するとそのデータは、レジスタ１１に入力さ
れ、かつジェネレータＣＧからのクロック信号（第６図
（ロ））ごとにシリアルデータ−すなわち第６図（ハ）
のような信号として回路１２へ出力される。

すると回路１２には、前述第６図（ハ）の信号と第６図
（ロ）の信号とが入力されて、回路１２からは第６図に
）のような信号が回路１３へ出力される。さらには回路
１８には第６図に）の信号と第６図（イ）の信号とが入
力されて、回路１３からはシリアルデータ列として第６
図（ホ）のような信号が投光器１０ａへ出力される。

すると投光器１０ａからはそれ壕での電気信号＆１５ が光信号として受光器１０ｂへ向けて出力される。

すると受光器１０ｂでは光信号が再び電気信号に変換さ
れ、アンプ１４で増幅される。そしてアンプ１４からの
信号すなわち第６図（ホ）の出力信号はマルチバイブレ
ータ１５へ出力され、マルチノ（イブレータ１５からは
、第６図（ホ）の信号においてその立上り時から時間ｔ
３後に出力する信号、すなわち第６図（ト）のようなり
ロック信号が出力される。

またアンプ１４からの出力信号は、第６図（ト）のクロ
ック信号ごとにレジスタ１６に入力される。

また一方アンプ１４からの信号はマルチノくイブレータ
１７へも出力され、マルチバイブレータ１７からは、第
６図（ホ）の信号においてその信号が０になってから時
間ｔ４後に出力する信号、すなわち第６図（へ）のよう
な信号が回路１８．へ出力される。すなわちこの信号は
、回路１８においてシリアルデ−タをパラレルデータと
して　・９るタイミング信号に相当する。

そしてこのタイミング信号ごとに、レジスタ１６からの
信号は１０１０のパラレルデータとしてラッチ回路１８
へ出力され、そのパラレルデータがサーボ系Ｓ１へ出力
される。従って各電動機Ｍ１は、初期の指令データに基
づいて駆動されることにカる０ 反対にサーボ系Ｓｌからの出力信号は第６図（へ）の信
号によってレジスタ２０に入力され、この入力された信
号は、シリアルデータとして第６図（ト）のクロック信
号ごとに投光器１９ａへ出力される。

すると投光器１９ａからはそれまでの電気信号が光信号
として受光器１９ｂに向けて出力される。

すると受光器１９ｂでは光信号が再び電気信号に変換さ
れ、アンプ２１で増幅される。そして第６図（ロ）のク
ロック信号ごとに、アンプ２１からの出力信号がレジス
１夕２２に入力され、ノくラレルデータに変換されて・
、コンピュータＣへ出力される。

：１ 以上ノようにｑてコンピュータＣとサーボ系Ｓ、′。

ｌとの間の信号伝達が行われるが、コンピュータＣとサ
ーボ系８２．Ｓ８との間の信号伝達についても同様であ
るので、その説明は省略する０次に第７，８図の信号伝
達装置につき、前述筒Ｉ７ １〜６図の実施例との相違点を説明する。

この実施例指令系統ＯＬのホトカプラ１１０にあっては
、その投光器１１０ａ（例えば発光ダイオード）は、回
転体５の軸受中空部Ｒ１の中央位置に、またその受光器
１１０ｂ（例えばホトダイオード）は、台車１の回転軸
中空部Ｒ２の中央位置に、それぞれ１つずつ対面して取
付けられている。

またこの実施例フィードバック系統ＩＬのホトカプラ１
１９にあっては、その投光器１１９ｍ（例えば発光ダイ
オード）は、台車ｌの回転軸中空部Ｒ２の中央位置を中
心とする円周上に多数（実施例では１２個）、またその
受光器１１９ｂ（例えばホトダイオード）は、回転体５
の軸受中空部Ｒ１の中央位置からオフセットした位置（
実施例では投光器１１９ａを円周上に配置した前記臼の
半径だけオフセットした位置）に１つ、それぞれ対面す
るごとく取付けられている。

さらには両ホトカプラ１１０と１１９との間には、ヨ筒
状、光、２８ヵｉｆｒやあわ、４カ、嵩。

からの出力信号が受光器１１９ｂにノイズとじて６１８ ないよう、配慮されている。

その他の構成や作用については、前述実施例に準じて説
明できるので、その説明は省略する。

前述説明はいずれも実施例であシ、例えば０）第１〜６
図の実施例にあっては、投光器１０ａあるいは１９ａを
複数設けて、それら投光軸Ａｔ、Ａ２をすべて対応する
各受光器１０ｂ　、１９ｂに指向させるべくすることに
より、複数の投光器１０ａまたは１９ａと、１つの受光
器１０ｂまたは１９ｂとで、それぞれ一対のホトカプラ
１０．１９を構成するべくしてもよい。（ロ）　また第
７，８図の実施例にあっては、投光器１１０ａを中空部
Ｒ，近辺に多数設けてもよく、また受光器１１０ｂを中
空部Ｒ２の中央近辺に複数設けてもよい。すなわち少な
くとも１つの投光器１１０ａと少なくとも１つの受光器
１１０ｂとで一対のホトカプラ１１０を構成するべくし
てもよいことになる。（ハ）　さらには第７．８図の実
施例において、投光器１１９＆１９ ａは１つとし、受光器１１９ｂを中空部Ｒ１の中央位置
を中心とする円周上に複数設けてもよい。すなわち少な
くとも１つの投光器１１９ａと少なくとも１つの受光器
１１９ｂとで一対のホトカプラ１１９を構成するべくし
てもよいことになる。なお前述（ｆ）〜（ハ）において
、受光器１０ｂ、１９ｂ。

１１０ｂ、１１９ｂを複数設ける場合は、その複数の受
光器の出力側をオア回路に接続しておけばよい。

また例えば雨中空部Ｒ１＋Ｒ２の内面には、黒色のつや
消し塗装を施す代わりに、例えば黒色（つや消し）紙な
どの材料をはり付けて、反射光を吸収させるぺ＜シ、ノ
イズを除去するべくしてもよい。

さらには台車ｌを軸受側とし、回転体５を回転軸側とし
てもよい。その他愛光器ｆｏｂ、１１０ｂ。

１９ｂ、１１９ｂは、ホトトランジスタやＣＤ５（カド
ミニウムセラミック哀）やホトサイリスタビ などであってもよいなｔ各構成の均等物との置換もこの
発明の技術範囲に含まれることはもちろんである。

この発明は前述したとおりであるから、軸受側中空部Ｒ
１と回転側中空部Ｒ２との間に、指令系統ＯＬの一対の
ホトカプラｌＯあるいは１１０とフィードバック系統Ｉ
Ｌの一対のホトカプラ１９あるいは１１９とを装着して
も、一方のホトカプラ１０．１１０または１９，１１９
の受光器に、他方のホトカプラ１９，１１９または１０
．１１−０の投光器からの光信号がノイズとして混入す
る可能性は少ない（゛また混入してもノイズレベルは正
規の信号レベルよりも十分低い）ので、指令系統ＯＬも
フィードバック系統ＩＬも、それぞれ正確確実に信号が
伝達され得る。従って回転方向自由度を有する産業用ロ
ボットなどの被制御体にこの信号伝達装置を実施すれば
、従来の信号用ケーブルを使用した場合やように、その
ケーブルの破損や切１ 断のうれいは全くなく、効果顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図はこの発明の一実施例を示し、第１図は回転
方向自由度を有する被制御体の全体斜視図、第２図は被
制御体としてのすみ肉ならい溶接２１ 装置の走行台車の底面図、第８図は溶接線ならいセンサ
近辺の平面図、第４図は被制御体の軸受側（実施例では
回転体）と回転軸側（実施例では走行台車）との間にお
ける信号伝達装置の縦断説明′　図、第５図は制御装置
のブロック図、第６図（イ）〜（イ）は作用説明用信号
図である。また第７，８図はこの発明の別の実施例を示
し、第７図は被制御体の軸受側と回転軸側との間におけ
る信号伝達装置の縦断説明図、第８図は第７図の■−■
断面矢視図である。 図において、１・・・回転軸側（走行台車）、５・・・
軸受側（回転体）、Ｒ，・・・軸受側中空部、Ｒ２・・
・回転軸側）中空部、ＯＬ・・・指令系統、ＩＬ・・・
フィードバック系統、１０，１１０・・・指令系統の一
対のホトカプラ、１０ａ、１１０ａ−投光器、１０ｂ、
１１０ｂ・・・受光器、１９，１１９・・・フィードバ
ック系統の一対のホトカプラ、１９ａ、１１９ａ・・・
投光器、１９ｂ、１１９ｂ・・・受光器、２３・・・円
筒状遮光壁、ＡＩ・・・投光器１０ａの投光軸、Ａ２・
・・投光器１９ａの投光軸、である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　回転方向自由度を有する被制御体の軸受側中
   空部と回転軸側中空部との間に、指令系統の一対のホト
   カプラとフィードバック系統の一対のホトカプラとを装
   着してなり、これらホトカプラのうち一方は、その投光
   器を前記軸受側または前記回転軸側のいずれか一方の中
   央位置からオフセットした位置に少なくとも１つ、また
   その受光器を他その受光器に指向させてなり、また他方
   の前記ホトカプラは、その投光器を他方の前記回転軸側
   または前記軸受側の中央位置からオフセットした位置に
   少なくとも１つ、またその受光器を一方の前記軸受側ま
   たは前記回転軸側の中央位置に１つ、それぞれ取付ける
   とともに、その投光器の投光軸２ をその受光器に指向させてなる、回転方向自由度を有す
   る被制御体における信号伝達装置。
2. （２）　　前記軸受側中空部および前記回転軸側中空部
   の両内面は、つや消しの黒色材料で形成されてなる、特
   許請求の範囲第１項記載の回転方向自由度を有する被制
   御体における信号伝達装置。
3. （３）回転方向自由度を有する被制御体の軸受側中空部
   と回転軸側中空部との間に、指令系統の一対のホトカプ
   ラとフィードバック系統の一対のホトカプラとを装着し
   てなシ、これらホトカプラのうち一方は、その投光器を
   前記軸受側または前記回転軸側のいずれか一方の中央位
   置近辺に少なくとも１つ、またその受光器を他方の前記
   回転軸側または前記軸受側の中央位置近辺に少なくとも
   １つ、それぞれ対面して取付けてなり、また他方の前記
   ホトカプラは、その投光器を他方の前記回転軸側または
   前記軸受側の中央位置からオフセットした位置に少なく
   とも１つ、またその受光器を一方の前記軸受側または前
   記回転軸側の中央位置からオフセットした位置に少なく
   とも１つ、それぞれ対Ａ８ 面するごとく取付けてなり、さらには前記両ホトカプラ
   間に円筒状遮光壁を介在させてなる、回転方向自由度を
   有する被制御体における信号伝達装置。