JPS60110015A - 可搬式マニピユレ−タ装置 - 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】 （産業−にの利用分野） 本発明は、一般に工業用ロボットと呼ばれるマニピュレ
ータ装置に関する。とくに本発明は、マニピュレータア
ームの先端を作業径路に沿って手動で動かずことにより
、作業内容をプログラムすることができるマニピュレー
タ装置に関する。

（従来技術） 様々なプログラミング技術を利用したプログラム制御マ
ニピュレータ装置が、溶接、組立て、および反復作声ナ
イクルの、ｌ：うな作業動作のために開発されている。

（発明が解決しようとする問題点） これらの装置は、その意図する目的にとっては−ｅに申
し分ないが、それらは著しく重いために通常簡単に運搬
することができず、従って、通常１ケ所での反復作業を
実施するために使用されている。従来技術のマニピュレ
ータの中には、限られた運動をするようにレールに取り
つけられたものもある。しかし、このような装置でさえ
も船体内部の溶接、ことに縦通補強材および隔壁の溶接
のような、大きな面積にわたる作業には適してはいない
。このような状況のために、所定のｖ４域に容易に移動
させることができ、そして適所に固定することができ、
その所定の領域の目標溶接路に沿ってマニピュレータア
ームの端を手動で動かすことによりプログラムすること
ができ、そしてオペレータが隣接領域での溶接のために
、他の同様なマニピュレータをプログラムしている間、
溶接を行なうように自動的に動作させることができる軽
量で可搬式のマニピュレータ装置が必要とされている。

このような可搬式マニピュレータ装置があれば、船体の
縦１ｆｆｌ補強材に取付けてそれら補強材に沿って摺動
させ、作業領域内を広範囲に動かずことができ便利であ
る。しかし、従来技術のマニピュレータ装置は、重い物
を１つの場所から他の場所に移動するだめの作業などに
備えて、装置のノ、（部が重くなされているので、−に
述のような作業領域内での移動が困難であった。

本発明の目的は、アームの末端を手動により動かすこと
によって所望の径路に沿ってマニピュレータ装置をプロ
グラムすることができ、しかも所望の作業位置に移動さ
せるのが容易な、軽量可搬式マニピュレータ装置を提供
することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明のマニピュレータ装置は、フレームと、所定の作
業位置に前記フレームを固定する手段と、複数の軸のま
わりで回動できるよう前記フレームに枢動自在に取りつ
けられたマニピュレータアームと、前記複数の軸の各々
のまわりでｍｆ記アームを７回動させる駆動モータとを
有し、前記アームの末端は前記駆動モータが消勢されて
いる状態で手動で所望の作業径路に沿って動かずことが
できるようになっており、前記アームのこのような手動
による運動に応答して前記作業径路に沿う異なる地点に
対応する一連のプロゲラＪ・ステップを発生しかつ記録
する手段と、前記記録されたプログラムステップによっ
て制御されて前記駆動モータを付勢し、前記アームの末
端を前記所望の作業径路に沿って駆動するプレイバック
手段とが設けられたことを構成にの特徴とする。

（作用） 本発明のマニピュレータ装置においては、被作業部の適
当な部材にフレームを固定して作業を行ｔ「うことがで
き、作業終了後は、フレーム固定手段をりｌずことによ
り該マニピュレータ装置を取外して該゛装置を次の作業
位置に動かし、同様に適当な部材にフレームを固定して
次の作業を行なうことができる。

（効果） 本発明においては、マニピュレータ装置に、フルー１、
と該フレームを所定の作業位置に固定するための手段と
が設けられているので、広い作業領域で作業を行なうば
あいに、マニピュレータ装置を順次に移動させ、所要の
位置に固定することができる。したがって、広い作業領
域における溶接等の作業を便利に遂行することが可能に
なる。

（実施例） 添（く３図面、特に第１図〜３図を参照するならば、本
発明によるマニピュレータ装置１０が、制′ａ装置Ｉ２
、溶接電力供給装置１４、真空抽出装置１６、お、Ｆび
溶接ワイヤ供給装置１８と共に示されており、これらは
１すべて、マニビュ［・−夕装置１０の上方のプラット
ボーム上にホイスト等によって吊り下げられている。

マニピｘ　＋／−タ装置１０は、板３４によって船体３
２と縦材２６．２８とに合わせて作られねばならない。

マニピュレータ装置１０は、フレーム２０内に取りつけ
られており、フレーム２０　Ｌｅｔ：　Ｔ形断面を有す
るほぼ平らな部材である補強支持縦材２６．２８を横切
って置いたレール２２．２４によって支持され結合され
ている。補強支持縦材２６、およびこれに類僚する多数
の支持部材は、Ｑ７１体３２全体にわたって等間隔に置
かれており、横隔壁３０は、間隔を置いて縦材２６．２
８を覆って置かれ、板３４によって船体３２と縦材２６
．２８に合わせて形作られていなければならない。船体
構造の適正な機械的完全性を達成するために、これらの
縁に沿って種々の溶接パターンが必要である。詳細に述
べるならば、板３４は、その平面が隔壁３０に当てられ
、その縁が縦材２６に当接するように位置付けられ、板
３４の縁が隣接面に溶接される。第２図に示されている
ように、支持レール２２．２４ば、取外し可能な締付部
材３６．３８によって縦材２６．２８に仮止めされてい
る。

マニピュレータ装置１０ば、隣り合う縦材の間に固定さ
れ、所定のプログラムされた溶接パターンが、部材２６
．２８．３０．３２によって画定されている作業空間即
ち作業エンベロブ内で遂行される。２つの縦材の間の所
望の溶接パターンが完成した後に、マニピュレータを外
してほかの場所へ移動し、その新しい場所で同じ溶接パ
ターンを実施し、またはその場所で再プログラミングし
てその場所に合った望ましいパターンの溶接を実施する
こともできる。

本発明の重要な特徴によれば、第４図に示すように、マ
ニピュレータ装置１０は、作業エンベロブ内での運動を
容易にするために、そして隅に達した時に万いに邪魔し
合うマニピュレータ装置】０の軸に関連する問題を除去
するために、極座５２を有する基本的なジンバル装置を
使用しており、ジンバルリング５０は、第１の軸５１の
周りで動くよう枢動ピン５４．５６によりハウジング２
０内に枢動自在に取りつけられており、ジンバルリング
５２は、軸５１に直角の軸５３のすわりで回転するよう
に枢動ピン５８．６０によってジンバルリング５０内に
枢動自在に取りつけられている。軸５１の周りでのリン
グ５２の回転によって形成されるジンバルロール軸と、
軸５３の周りでのリング５２の回転によって形成される
ジンバルピッチ軸の他に、マニピュレータアーム６２は
ジンバルリング５２内に適当な軸受により支持されてい
る中央アーム支持スリーブ６４のジンバルリング５２内
での回転により、回転軸の周りで運動自在である。第４
の軸すなわち自由度は、マニピュレータアーム６２の伸
縮（出入）であり、そして第５の軸は、アーム６２の最
先端部分に取りつけられてアー１．６２の周りで回転し
うる関節式溶接ノズルずなわち端部取付品７０によって
与えられる。従って、アーム６２は、それ自体長手軸の
周りで回転することができ、さらに２つの互いに直交す
る軸の周りで枢動することができる。マニピュレータ装
置のこの基本的ジンバル構成は、駆動装置に加わる外部
荷重力を最小にする。

ジンバルロール軸回転は、フレーム２０が支持している
駆動モータ８０によって達成され、そのｉ中１９．は、
ジンバルリング５０に結合された従動扇形歯車８４七噛
合しているモータ駆動歯車８２からなる歯車装置を介し
て伝えられ、枢動ピン５４．５Ｇにおいて軸５１を中心
にジンバルリング５０を回転させる。駆動モータ８０は
更に、２チヤネルを有している光電弐円板型エンコーダ
から構成しζもよい回転軸エンコーダ８６を含んでいる
。

エンコーダ８６は、特定の軸が旋回する増分距離を表わ
す出力パルスを発生する増分式エンコーダでも、または
後に詳細に説明するような絶対位置式エン′ゴーダであ
ってもよい。成る特定の実施例では、歯車８４対歯車８
２の歯車比は３６：１であり、このため後に詳細に説明
するように手動でプログラミングの間駆動源を消勢した
状態において、マニピュレータアームを動かすのに、最
小の力で足りる。

ジンバルピッチ軸を考えるに、ジンバルリング５２は、
ジンバルリング５０に支持されている駆動モータ９０に
よって、扇形歯車装置（不図示）を介して、ジンバルリ
ング５０内で軸５３および枢動ピン５８．６０を中心に
回転される。

１゜ 中央アーム支持スリーブ６４は、上部玉軸受９２と下部
玉軸受９４内で回転軸運動を行なうように、ジンバルリ
ング５２内で回転する。アームスリーブ６４は、ジンバ
ルリング５２に支持されている回転駆動モータ１００に
よって、スリーブ６４の円周の周りに位置する従動歯車
を含む歯車装置１０２を介して、回転される。

次に、出入（伸縮）軸におけるマニピュレータアーム６
２の運動を考えるに、アーム６２は、ころ軸受１０６．
１０日によって、支持スリーブ６４因に支持されている
。アーム６２の運動は、支持スリーブ６４に支持されて
いる駆動モータ１２０によって駆動されるラック・ピニ
オン駆動装置１１０によって行なわれる。

駆動モータ９０．１００．１２０は各々、駆動モータ８
０の軸に結合されているエンコーダ８２と同様なコ：ン
９−ダを有している。成る特定の実施例Ｇこおいては、
駆動モータ８０．９０．１００．１２０は、軽量、高ト
ルク特性並びに低速運転時のステップモータの高精度駆
動能力を利用するために、可変リラクタンス型ステンプ
モータである。

さらに、１ｉＪ変リラクタンス型ステツプモータは、永
久磁気型のステップモータに対比して、消勢された時に
木質的に保持１−ルクを有していない。可変リラクタン
ス型モータが保持トルクを欠いていることし１、駆動モ
ータを消勢して、オペレータがア−Ｊ・６２の最先端部
分をつかんでこのアームを所望の進ｉ／３に沿って動か
し駆動列を“自由回転”モードで運動させプログラミン
グを行なう時望ましい特ｐである。

直流サーボモータと反対に、ステップモータが低い速度
において高いトルクと精度を有しているために、駆動列
内の歯車比をより小さくすることができ、このこともま
た駆動列を手で運動させるのを助ける。ステップモータ
はさらに、直流サーボモータが磁束の不均一や整流子の
誤差によるトルクの変化のために均−低速度を維持する
のが難しかった極めて低い速度において著しく精確なそ
して予知可能な動作をすることができる。マニピュレー
タ装置の溶接プレイハックの間の作業速度は、特定の軸
におりる１回転して１５分を要するほどの低速度にする
ことができる。使用するステップモータは、１回転当り
４．　ＯＯステップ程のステップ数を有するものでもよ
く、この場合、特定の回転軸における駆動列の歯車比を
３６：１とすると、低速度の正確な制御をするようにス
テップモータが制御軸を１回転させるためには１４．４
００のステップパルスを必要とする。直流ステップモー
タの高いトルクは、アームに加わる荷重と溶接ケーブル
の力を克服するに十分である。

ステップモータの制？「■については、第７図に示され
ているマニピュレータ装置制御回路１２を参照して詳細
に後述する。ステップモータは、大体、第１の制御リー
ド線にパルス列を供給して第１のＪｊ向に所定甲だけモ
ータを回転させ、そして第２の制御１１リ−１゛線にパ
ルス列を供給して反対方向番にモータを回転さ、Ｉ！る
ことによって、制御計される。

マニビフ−１ノータ装置１０は、アーム６２の背後に延
びる多ケーブル１１１制御母線１４０によって制御装置
＋２に接続され、溶接速度と溶接パターンを制御するだ
めのフレーム２０内に取りつけられた溶接制御装置ｆ／
　Ｌ才もとより種々の駆動モータやエンコーダに接続さ
れている。

溶接ワイヤ１４２　（第２図）は、溶接ワイヤ（５（給
組立体１８から中空の溶接ワイヤ管１４４およびアーム
６２の中央を通って溶接ノズル７０に供給される。溶接
電流供給ケーブル１４６は、溶接電力（ＩＩ給装置１４
からアーム６２を通って下方へ延びて溶接ノズル７０に
接続されており、そして溶接ノズル７０の近くにたまる
溶接気体を抽出する通路を！５えるための中空管１４８
と共にアーム６２の後端の側部に入っている。ノズル７
０の方向すなわち関節運動は、小さな直ｄｊモータと、
機械的リンクａ構を介してノズル７０に結合されている
リニアアクヂュエータ１５０とによって制御される。溶
接ノズル７０の方向は、溶接ワイヤ１４２をイの自然の
湾曲に一致さ一１゛る通常の溶接手順にとって、そして
適止な溶接角度と］゛ラグ角度にとって、許容しうる角
度範囲内に維持されるよう、アクチュエータ１５０によ
って制御計される。

アクチュエータ１５０ば、直動出力部材１５２を駆動す
る高減速歯車駆動装置を含んでおり、その出力部材１５
２は、駆動リンク機構アーム１５４の１端を、アーム６
２にあるその）１駆動点１５５の周りで回転させるよう
枢動点１５１で結合され′ζおり、そしてこのリンク機
構の反対の延伸部分は枢動点１５３で溶接ノズル７０に
結合されている。

アーム６２に設けである他の枢動点１５７とノズル７０
の枢動点１’　５９の間に結合されているリンク機構ア
−Ｊ、１５６は溶接ノズル７０のための同朋ニー接続式
制御装置を構成し′ζいる。プランジャすなわち的動出
力部月１５２の運動をアナログ表示するために、リニア
ポテンショメータ１５８が、出力部４’４’　＋　５２
に摺動自在に作動的に保合するようＧこ取りつげられて
いる。ポテンショメーク１５８の抵抗の変化は、絶対位
置かまたは増分変化をＪ１０常のア→・［１グーデジタ
ル変換器（ＡＤ変換器）によってデジタル化した後出力
を制御回路１２に与えるために利用される。

次に第４図を参照しマニピュレータ装置の形状寸法と運
動を考えるならば、補強支持縦材２６．２８、Ｉ’Ｉｎ
体３２、および隔壁３０によって囲まれ”ζいる図示の
ような作業エンヘロプの中で溶接を行なうためには、種
々な位置的制限をなすことが必要である。成る特定の実
施例では、縦材２４．２６む：ｌ′高さが８２０　＋１
ｍであり、互いに１０３０ｍｍ１０３Ｏ隔されている。

ジンバルリング５０．５２の中心は、口］）体３２の約
１２０’０１ｍ上方に位置付けられろ。マニビル−タ装
；ηのアームの図示の６つの位置によって境界を１５え
られている溶接パターンを達成するためにば、軸の制限
は、アームの出入り工程が５９０　ａｍ、ジンバルロー
ル軸回転が９８°、ジンハルピッチ軸回転が３１０°、
アームの回転が１３０６、そしてアーノ、の長手軸線か
ら測定したノズルの偏向（第４図のθ、）が５６〜１５
２°の間である。

次に、プレイバックにおいて自動的に実施さ−ｌようと
する所望の溶接路に沿ってのマニピュレータ装置のプロ
グラミングを老えるならば、プ１／イハソク中に利用さ
れる溶接銃の代りに、案内組立体２００が、１アーム６
２の溶接ノズル７０−１＝に取りつけられている。この
案内組立体２００をノズル７０に固定するためにつまみ
ねじ２０２が設けられている。案内輪２０４がＳ、■立
体２００に回転自在に取りつりられており、案内ｆ：１
１立体２００と案内輪２０４は、すべての隙間を考ＪＨ
シ通常の溶接慣セＶに従って溶接銃の先端力９有接作業
中に位置するイ１装置と同し位置に案内輪２０４の外縁
を位置するように、それらの寸法が配属されている。

プログラミングは、案内組立体２００が取りつむ１られ
た）有接ノズル７０をオペレータが手で動かし、そして
案内輪２０づを船の種々の面に回転接触さ廿゛ながら所
望の進路に沿って動かすことによって達成される。この
手動によるこの運動の間、ジンハルロール軸、ジンバル
ピッチ軸、回転軸、および出入輔はすべて、それらの駆
動モータが消勢されている状態で、自由乙こ回転し、そ
してノズル角の関節軸は、リニアアクチュエータ１５０
の運動方向を制御する押しボタン２１０．２１２によっ
てオペレータがリニアアクチュエータのモータを制御す
るごとによって、制御される。しかし、ｌ有接角θ、の
変化は非常にゆっくりと変化するので、溶接進路のプロ
グラミング中のこの軸に濤ける制御は、最小の制御が必
要とされない。溶接ワイ−１−１４２と付属溶接ワイヤ
案内構造体の曲げに対する１氏抗は、駆動状態のマニピ
ュレータ装置のノズル角を、手動調整関節角に対して必
要な角にしている。プログラミングを容易にするために
、所望なら、適当な指示器を使用してｎｊｌの構造体に
溶接開始点を印してよく、そして案内輪２０４を受ける
ようにされている軌道を備えたストＩノツプを所望の溶
接進路に沿って位置づけてよい。プログラムの間、オペ
レータは案内ｌ１４２０４をこの軌道内に維持する。

案内輪２０４が回転すると、案内輪２０４に固定可能に
担持されているカム歯車すなわちはめば歯車２１４が、
作！ＴｉＪＩア１−ム２１６に係合し、その作動アーム
２１６は、案内組立体２００に担持されているマイクロ
スイッチの押しホクン２１８を作動する。スイッチ２２
０の作動は、マニピュレータの各軸の位置データの記録
を制御するために利用される。歯車２１４の甫ずなわち
はめ歯の数と案内輪２０４の円周は、溶接進路に沿った
記録データ点の間の走行距離を決定する。１つの実施例
では、案内輪２０４の円周ば２．５４ｃｍ（１インチ）
であり、そしＣはめば山車２１４ば１０個の歯を有して
おり、従って溶接進路に沿って０．２５４ｃｍ（０，１
インチ）の距１ｉｉＩｔ毎にデータが記録される。

もう１つの実施例では、案内輪２０４の円周ば５．０８
ｃｍ（２インチ）でありそしてはめば由車番才】０個の
歯を有しており、このため０．５（１８ｃｍ（０，２イ
ンチ）ｆＩｆにデータが記録される。いずれに−けよ、
精度と用途により要求される必要な増分距離でＲＩ２録
するために、歯車２１４の歯の数と車輪２０４の円周と
を種々に組合せて、即ち歯車２Ｉ４の歯の数に対する車
輪２０４の円周の比を種々に変えて利用できることがわ
かるであろう。

マニビブレークアーム、！：種々の軸が動かされる時、
各軸のエンコーダは、それぞれの軸における変化位置を
表わすデータを発生し、そのデータは、スイツチ２２０
によって記録位置が指示されるごとに制？７１１装置１
２のメモリーに記録される。

４つの主要軸すなわちジンバルロール軸、ジンバルピッ
チ軸、回転軸および出入り軸に対して増分エンコーダを
利用すると、記録された点の間のパルスの形のデータは
、記録された点の間の各軸の距離すなわち位置変化を表
わしている。同様に、絶対位置エンコーダを利用すると
、記録点におけるデータは、各記録点における各軸の絶
対位置を表わす。いずれにせよ、オペレータがマニピュ
レータを手動で動がしそして案内輪２０４を溶接進路に
沿って回動させることにより、ＲＹ細に後述するように
制御装置１２によってデータが自動的に記録される。こ
のデータは、プレイバンク中にプログラムされた進路に
沿って溶接を行なうために、メモリーから読み出される
。オペレータがマニピュレータアームと案内輪を動かず
速度は、プレイバック速度すなわち溶接速度と完全に１
！１号関係であり、そして、溶接点から溶接点への、ま
たは、単一の溶接進路に沿っての、プログラミング速度
の変化も、プレイハック性能又は速度に無関係であり、
これはデータが溶接進路に沿った増分位置変化に基づい
て自動的に記録されるゴ方所定の調整可能な再現速度で
読み出されて駆動列に送られるからである。

プロゲラＪ、終了制御ボタン、溶接速度制御ボタン、溶
接開始制御ボタン、溶接停止制御ボタン、および溶接電
流制御ボタンを有する制御パネル２２２が、マニピュレ
ータ装’ＩＺ　１０に設けられており、さらに例えば手
持ちユニットとしてマニピュレータ装置１０から遠隔配
置させることもできる補助記録制御装置が設けられてい
る。この補助記録制御装置は、案内輪２０４が溶接面に
回転接触していない時の位置データを記録するために利
用される。これは、マニピュレータアームが１つの溶接
進路の終点から、同しプレイバック溶接サイクルにおい
て行なうべき次の溶接の開始点へ移動している時、必要
である。溶接進路の終点において、マニピュレータアー
ムは溶接面から離され、この位；６は補助記録制御装置
を作動することによって記録され、そしてマニピュレー
タアームは次の溶接進路の開始点まで移動され、その時
、この位置を記録するために補助記録制御装置は再び作
動される。その後、オペレータは、データを自動的に記
録させつつ、案内輪２０４を溶接進路に沿って動かず。

このようにしてオペレータは隣り合う補強支持４ｆｉ（
材が境界を定めている作業エンベロブ内のすべての所望
の溶接進路に沿ってマニピュレータ装置をプログラムす
る。

プログラミングが完了した後、オペレータは、マニピュ
レータアームを第１の溶接進路の所望の開始点まで移動
し、種々の溶接制御装置を所望の速度と電流に設定し、
案内組立体２００を溶接銃先端と取り替え、そしてマニ
ピュレータ装置にプレイバック溶接モードに置く。その
後は、オペレータは、次のマニピュレータ装置をプログ
ラムするために、または？８傍を行なっている他のマニ
ピュレータ装置の経過を検査するために、この場所を離
れてよい。ある種の適用例においては、危険な閉と込め
られる有毒な溶接ガス生成物のために、オペレータは一
群のマニピュレータ装置のプログラムし、そしてそれら
をすべて同時にプレイハックモードに置き、その後その
場所を離れるようにしてもよい。所与の作業エンベロブ
内で所望の溶接パターンが達成されたら、マニピュレー
タ装置１０に固定されている支持レール２２．２４の各
々に取りつけられているトグル部材すなわち締付部材３
６．３日を緩め、マニピュレータ装置を新しい作業場所
に移動して、再び配置し、そして締イ１部材３６．３８
を再び締めっけることによって？１１シい（１業ｊ易所
に位置付けることもできる。

作業エンヘロプ（口：）体の寸法）の均一性およびマニ
ピュレータ装置の位置づけの正確さに依存することであ
るが、異なる場所の同一の溶接路のためにマニピュレー
タ装置を再びプログラミングすることは必要でないだろ
う。また、作業構造体の近くでマニピュレータ装置を配
向するために種々の支持）１１１造体を利用してよ＜　
、Ｒｎ体の溶接以外に多数の様々な分野に応用できるこ
とはわかるであろう。

適正な間隔の溶接をするように多重バス（多重溶接）を
プログラミングする時には、プログラミングの間、案内
輪２０４のための軌道を備えた金属またはプラスチック
のストリップを、溶接の幅を定めるために利用すること
もできる。単−溶接路での多重パスのプレイバンクの場
合、マニピュレータ装置ｔ′が第２の溶接バスを完了す
る前に、オペレータが、第１の溶接で形成されたスラグ
を除去する必要が頻繁に起り、このため、オペレータＣ
ａｔ、停止ｌ−プログラム指令をり、え、そしてプログ
ラムを再び開始させることができる。

さて、第７図を参照して制御装置１２を考えるならば、
オペレータカ哩内輸２１０４を溶接進路に沿って動かし
ている時、スイッチ２２０が溶接進路に沿う所定の増分
位置変化毎に瞬間的に閉じる。

スイッチ２２０は、パルス発生及び波形整形器２５０に
接続されて和り、そのパルス発生及び波形整形ｉ！Ｈ２
５０４１、スイッチ２２０が閉しる毎に１マイクロ秒の
ような短い持続時間のパルスを出力する。パルス発生及
び波形整形器２５０の出力２５２か、らのパルスは、フ
リップフロップ２５４のセット入力Ｓに入力されフリッ
プフロップ２５４をラソヂするために利用される。フリ
ップフロップ２５４のＱ出力は、二人カＡＮＤゲート２
５６の１方の入力に接続され、ＡＮＤゲート２５Ｇのイ
（ｈ方の入力には、プログラミングモードの間中にデー
タを明瞭に同期して記録するために利用される二相クロ
ック信号発生器２５８のタイミング信号φ２が接続され
ている。クロック信号発生器２５８は、１００　Ｋ１１
ｚの公称周波数で作動する普通の自走発振器であり、フ
リップフロップ２（）０のクロック入力、および二人力
ＮＡＮＤゲ−）２６２．２６４の各々の１方の入力に出
力ｆｆｊｔ給する。フリップフロップ２６０のＱ出力は
、ＮＡＮＤゲート２６２の第２の入力に接続されており
、そしてフリップフロップ２６０のＱ出力は、Ｎ　Ａ　
Ｎ’Ｄ’ノ”　−１・２６４の第２の入力に接続されて
いる。ＮΔＮ＋）ゲート２６２の出力はインバータ２５
Ｇを介してφ１信号すなわち第１の位相のりＩＪ　’７
り信号（第８図）を供給する。このφ１信ぢは、第８図
に示されているように約１マイクロ秒のパルス持続時間
と２０マイクロ秒の周期即ちパルス間隔を有しているパ
ルス列である。ＮＡＮＤゲーｈ　２６４の出力は、イン
バータ２６８を介してφ２信号すなわち第２の位相のク
ロック信号を（Ｊｔ給する。ごのφ２信号も約１マイク
ロ秒のパルス持続時間と２０マイクロ秒のパルス間隔を
有しているパルス列であるが、しかし、このパルス列は
、φ１パルス列から時間即ち位相がパルス周期の二分の
−たけずなわらクロック信号発生器２５８の１周期であ
る１０マイクロ秒だけずれている。

クロック信号φ１ば、案内輪の回転により発生し各増分
距離の完了を指示しているパルスの間に、それぞれの軸
のエンコーダからのパルス数を蓄積する各軸のカウンタ
を制御するために利用される。

各カウンタ内に蓄積されたカウント値は、各軸のバッフ
ァレジスタに供給され、クロック信号φ２の１ｌｉｌｌ
　？ｉｌｌでＪｉ１７分完了パルス信号の発生時に、バ
ッファレジスタの内容はメモリー内に記録される。各軸
のカウンタは、その後、案内輪の運動の次の間隔の間に
、エンコーダの増分位置パルスを蓄積するためにリセッ
トされる。

各軸に１１５通の制御回路を回転軸について詳細に８ｊ
ａ明するが、異なるものとして注記している点を除いて
他の軸の各々に対しても同じ制御回路が設りられる。各
軸のエンコーダ、例えば回転軸のためのエンコーダ２７
０は、互いに時間的にずれたハフ１／　スヲ２つの出力
線２７２．２７４に発生する。

エンコーダ２７０？；ｔ、２つのチャヱルを有しておリ
、パルスは、各増分位置変化ごとに各チャネルの出力線
２７２．２７４に所定の時間関係を持って発ノドされる
ようになっている。このようなニチャネル増分エンコー
ダ装置は、同し駆動モータ軸−１−に２つの分＋；ｉｌ
ｌ　ｌ、た元符号化円板エンコーダを設けることによ２
″）、または、互いに離隔した２つのａｆ（、ＵＶ、す
１，１１立体を設けることによっ°ζ、達成することが
できる。

いずれにせよ、エンコーダ２７０を第１の方向に、例え
ば時計方向に回転させると、出力線２７４にパルスが発
生ずる曲に出力線２７２にパルスが発生し、それは、軸
の時計方向即ち正の方向の増分位置変化を指示する。逆
に、反時計方向に回転すると、出力線２７２にパルスが
発生する前に出力線２７７Ｉにパルスが発生ずる。各エ
ンコーダのチャネル出力線２７２．２７４は、それぞれ
のエンコーダに設けられているエンコーダ復号及びタイ
ミング回路２７５に接続されている。復号及びタイミン
グ回路２７５は、エンコーダが正のＪＪ向に回転してい
る時高論理値にありそしてエンコーダが負の方向に回転
している時低論理値にある符号出力を出力２７６から出
力する。出力２７６からの符号出力は、二人方式ＡＮＤ
ゲート２７８の１方の入力へ送られ、そしてインバータ
２８２を介してもう１つの二人力ＡＮＤゲートは、エン
コーダが出力線２７２．２７４の各々にパルスを発する
時に、回転増分変化を指示する例えば１マイクロ秒の短
い持続時間のパルスを出力する。出力２８４ば、ＡＮＤ
ゲート２７８．２８００：）各ゲートの第２の入力に持
続している。

Ａ　Ｎ　Ｄ’ｒ−−１−２’　７８の出力は、符号記憶
ラッチ回路２８６のセット入力に接続しており、そして
ＡＮＤゲート２８０の出力は、ラッチ回路２８６のリセ
ット入力に接続している。ランチ回路２８６の出力は、
各軸のためのアップ・ダウンカウンタ２８８のアップ・
ダウン制御語（δ２８７に接続している。

出力２８４の増分パルス信号は更に、フリップフロップ
２９０のセント入力にも供給され、そのフリップフロッ
プ２９０の出力け、二人力ＡＮＤ’Ｊ’−１−２９２の
１方の入力に接続している。

へＮＤゲー１−２９２の第２の人力には、クロック信号
ψ１が供給され、ＡＮＤゲート２９２の出力は、Ｑｔ安
定マルチバイブレーク２９４を駆動し、そのｔｉｔ安定
マルチバイブレーク２９４は、タイミング信号φ１が発
止し且つ増分パルス信号出力２８４に発）１−する時、
アップ・ダウンカウンタ２８８のクロック入力に、その
出力からカウントパルスを供給する。アンプ・ダウン制
御装置２８７の論理状態に従って、カウンタ２８８は、
二進カウンタ状態出力線２９６上のカウンＩ−値を１カ
ウン１増減する。単安定マルチバイブレーク２９４の出
力は、リセット準安定回路２９８をもトリガーし、その
１１″を安定回路２９８の出力６才、フリップフロップ
２９０のリセット入力に接続している。従って、各増分
パルスがカウントされた後に、フリップフロップ２９０
はリセットされる。

回転軸の増分変位を表わす出力線２９６の二進累算カウ
ント状態は、バッファレジスタ３００に供給され、その
バッファレジスタ３０ｏはＡＮＤゲート２５６を介して
クロック信号φ２に制御されている単安定マルチバイブ
レーク３０２がらのストローブパルス出力によって駆動
される。単安定マルチバイブレーク３０２の出力は、リ
セット単安定回路３０４をトリガーするためにも利用さ
れ、そのリセット単安定回路３０４の出力３０６番よ、
フリップフロップ２５４のリセット入力に接続しており
、ざらにカウンタ２８８のリセット入力および他の軸の
各々のカウンタにも接続している。単安定マルチハイブ
レーク、３ｏ２がらストローブ転送信号が発すると、バ
ッファレジスタ３００は出力線２９６の累算カウント状
態を記４ａする。

このようにして、各軸のためのバッファレジスタ３００
は、マニピュレータ装置の端末エフェクターの走行の２
．５４＋＋ｉ（０，１インチ）増分に対する各軸の相対
変化を表わす先行の２．５４ｍｍ（０，１インチ）増分
位置変化のパルスの後のそれぞれの増分エンコーダの運
動を表わすデータをこの時含んでいろ。すべての軸のバ
ッファレジスタ３００の内容は、その後、総括的にわｎ
で指示されているデータ１ｕ万１３１０によって、メモ
リー３０８の特定のアドレスに転送される。データを記
録すべきアドレスは、アドレス制＜５Ｎ及びタイミング
回路３１４のアト１／ス制御出力３１２によって制御さ
れる。

アドレス制御出力３１２は、二進化アドレスを表わす多
重データ１１綿でもよい。アドレス制御卸出力３１２は
、占込み信号ＷＲで制御されてのバ・ノファレシスタか
らメモリーへの書込み完了後に、１アドレスステツプだ
け進めるためにタイミング人力３１３によ−、て増分さ
れる。書込み信号ＷＲ４才、バッファレジスタがストロ
ーブ信号で駆動された後で次の増分パルスが復号及びタ
イミング回路から発ずろ＋ｆｉ＋のいつ発生さゼてもよ
い。タイミング人力３１３は、冴込み信’７３’　Ｗ　
Ｒの時間遅延信号として／ｊ）られる信号でもよい。書
込み状態または読出し状態に対応するモード信号は、マ
ニピュレータ装置のフレーム２００制７１１盤２２２の
スイ・ノチ乙こ、１−って；１，１目卸される。

り［１ツク信号φ１、φ２は、エンコータ゛のパルスの
発生と同時にメモリーへの記録動作を開始しないように
する。さもないと、二進記録データはあいまいになる。

このようにして、２．５４ｍ＋ｕ（Ｑ、１インチ）の走
行を衷わず案内輪の増分パルスの発生毎に各エンコーダ
からのエンコーダパルスの累算カランｉ・は、メモリー
の特定の７ドレスに順次記録される。プレイバンク時に
は、記録されたデータは、所定の調整可能な速度で読め
出され、各軸の所望の増分位置変化をケ、え、各軸の駆
動モータの制御により溶接銃を適正な同期動作で所望の
溶接路と溶接パターンを再現させる。特定の軸の特定の
アドレスロゲーシコンに記録されている二進数は、準位
プログラム時間間隔内に達成されるべきその特定の軸の
増分位置変化の速度即ち数を表わしている。

ノズルの関節軸について考えるならば、付属アナログ−
ディジタル変換器の出力は、直接メモリー３０８に記録
してよく、このようにすると、アンプ・ダウンカウンタ
２８″８と復号及びタイミング回路２７５はこの関節軸
に対しては不必要となる。同様に、絶対位置エンコーダ
を利用する場合にも、エン−１−ダの出力を直接記録す
ることができ、プレイバンク時には相い続く記録位置の
差に等しい数のパルスが発生される。

次にプレイバンク制御装置の動作を詳細に見るならば、
ステップ駆動モータ８０．９０．１００．１２０へのデ
ータパルスの供給を制御するために、プログラブ、クロ
ック回路３２０が使用される。プロゲラＪ、り１１ツク
回路３２０は成る具体的実施例では、５１２パルス／秒
の公称周波数で動作し、この周波数ば、溶接速度制御回
路３２４または移動速度制御回路３２６のいずれかによ
って符号化制御綿３２２により設定することができる。

　５１２パルス／秒の公称周波数のプログラムクロ・ツ
ク回路３２０の出力パルス列は、パルス列分配発生器ま
たは力１゛ノンタ３３０を駆動し、パルス列分配発ノド
器３３０　＆；ｌ：、２５６パルス／秒、１２８パルス
／秒、６４パルス／秒、３２パルス／秒、１６パルス／
秒、８パルス／秒、４パルス／秒、２パルス／秒、１パ
ルス／抄出力と一般的にそれぞれ示される９つのパルス
列出力を発生するように９段に構成されている。９つの
パルス列出力の各々は、等しい時間間陥を持つ一方他の
パルス列の各々からずれたパルスのパルス列から成って
いる。パルス列分配発生器３３０は、単位プログラム時
間（プログラムステップ）毎に各軸のステ・ノブモータ
に対して５１２個のパルスを供給する再現性能力に対応
する９つのパルス列を先住する、９つの段を含むものと
名えられている。これは、各エンコーダからの最大で５
１２個のパルスを蓄積するための二進数で９桁のアップ
ダウンカウンタ２８８の最人容用に一致している。特定
の軸のステップモータを例えば４００個の指令パルスに
よって完全に１回転をするように制御し、そして従動軸
とモータとの間歯車比が３６対１であるとするならば、
その軸を完全に１回転させるに１４，４００個のパルス
が必要とされる。同様に、この特定の軸のエンコーダは
、マニピュレータ類；６のその軸が完全に１回転すると
１４，４００個のパルスを発生ずる。最大５１２個のパ
ルスは、その軸の約１３°の回転に対応する。１３“の
回転により特定の軸が例えば最大２５．４　白０インチ
）動くならば、パルスの割合は、走行２．５４ｃＩ１１
（１インチ）当り約５１個である。特定のカウンタ容量
に対して運動距離を直接変える種々の回転角度を得るこ
とができることはわかるであろう。いずれにせよ、問題
となる唯一の制限むよ、パルス発生及び波形整形器２５
０ビュレータγ−ムを１つの溶接進路の終点から他の溶
接進路の開始点に移動さ・Ｕている時に記録点の間で移
動されるべき距離を制限する。従って、記録点の間に移
動される最大距離に対応できるようなカウンタの容量を
設けるべきである。さらに、プ１７グラミング時の不便
さを軽減するために、カウンタが最人容−■に達した時
データ点を移動モードで自動的に記録する自動補助記録
制御装置を設け”Ｃもよい。

パルス列分配発生器３３０について述べる。プＩ：Ｉグ
ラムクロック回路３２０の出方は、第１段のフリップフ
ロップ３３２のクロック入力および二人力ＡＮＤゲート
３３４の１方の入力に接続しており、このＡＮＤゲート
３３４の第２の入力は、フリップフロップ３３２のＱ出
力に接続している。

ＡＮＤゲー１−３３４の出力６才、図示されていない第
２段のフリップフロップのクロック入力に接続している
。第１段のフリップフロップ３３２のＱ出力は、二人力
ＡＮＤゲー１−３３６の１方の入力に接続しており、こ
のＡＮＤゲート３３６の第２の人力心、１、フリップフ
ロップ３３２のクロック入力に接続している。ＡＮＤゲ
ート３３６の出力は、２５６パルス／秒の第１段の出力
である。同様に、パルス列分配発生器３３０の第２段か
ら第８段は、フリップフロップ３３２とＡＮＤゲート３
３４．３３６から成る第１段と同様な形で接続され、１
２８パルス／秒、６４パルス／秒、３２パルス／秒、１
６パルス／秒、８パルス／秒、４パルス／秒　２パルス
／秒のパルス列の出力を出力する。

パルスより分配発生器３３０の第９段においては、第１
段のＡＮＤゲート３３４に対応する第８段のＡＮＤゲー
トの出力に第９段のフリップフロップ３４０のクロック
入力が接続している。フリップフロップ３４０のＱ出力
は、二人方式ＡＮＤゲート３４２の１方の入力に接続し
ており、そしてその人ＮＤゲートの第２の入力は、フリ
ップフロップ３４０のクロック入力に接続している。Ａ
ＮＤゲート３４２の出力は、Ｉパルス／秒の出力である
。

パルス列分配発生器３３０の９つのパルス列出力番、ｔ
、指令パルス発生器３５０ずなわちインタボレータに供
給される。指令パルス発生器３５０は、各々のステップ
駆動モータ８０．９０、−１００．１２０．１５０をそ
れぞれ駆動するために、各軸に設けられている。このよ
うな回路の動作は、米国特許第３．０Ｇ９．６０１１号
に詳細に説明されているものと同様である。

総括的Ｇこ３５２で示している記録メモリーデータＭＩ
ｌｎは、アドレス信号３１２に制御されてメモリー３０
８から読み出される。そのアドレス信号３１２は、プレ
イバンク時にパルス列分配発生器３３０の１パルス／秒
の第９段出力によってアドレス制御及びタイミング回路
３１４によって制御される。各軸のデータの読出しは、
多重方式、または同時並列読出しまたはほかの普通の方
法で行なうことができ、各軸のレジスタ３５４へ送られ
る。そのレジスタ３５１４は、その■、−のプログラム
ステツブの間に、９つの二進段２°〜２８、及びデータ
がそれぞれのステンプモータを正の方向に制御すべきか
または負の方向に制御すべきかを指示する方向段３７８
にデータを記憶する。レジスタ３５４の段２°〜２ｆｉ
の各々は、９つの指令パルス制御二人力ＡＮＤゲート３
５６〜３７２のうちの１つの１方の入力にそれぞれ接続
している。

ＡＮｒ）ゲート３５６〜３７２の各々の第２の入力は、
パルス列の出力１．２．４．８．１６．３２．６４．１
２８及び２５６の１つにそれぞれ接続している。

ＡＮＤゲート３５６〜３７２の出力は各々９人力式ＯＲ
ゲート３７６の１つの入力に接続しておリ、ＯＲゲート
３７６の出力ば、多数のパルス即らステップ指令を生し
るパルスステップ指令（］）ＳＣ）信号であり、この信
号は回転軸のモータ１００のようなステップモータを制
御して、特定のその時のプログラムステップの間に回転
軸において所望の位置変化に等しい所望の量だけ回転さ
〜ｌる。例えば、第９図を参照するならば、回転軸のス
テップモータが３８４パルスステ・ノブ指令に対応する
）−だけ動かされるべき時、ＰＳＣ制御線に３８５個の
パルスが与えられる。この時レジスタ３５４の段２°〜
２Ｂの中のデータは、段２°〜２”において論理値０で
あり、そして段２７．２Ｉ′において論理値１であり、
このため、ＡＮＤゲー１−３７０．３７２は１２８パル
ス／秒と２５６パルス／秒のパルス列をＯＲゲート３７
６に出力し、ＯＲゲート３７６の出力ｐｓｃは、１２８
パルス／秒のパルス列と２５６パルス／秒のパルス列を
結合する。第９図の波形図は、モータ１００を３８４回
ステップするためのＰＳＣパルス列の１部分を示したも
のである。１２８パルス／秒パルス列のパルスは２５６
パルス／秒のパルス列の一つ置きのパルスの間に発？４
Ｆ、　Ｌ、、５１２パルス／秒のクロックパルスの周期
をｔ２とした時、代表的な期間ｔ２にわたり、８ｔｚパ
ルス時間間隔の間に６つのステップ指令パルスが発生さ
れる。それぞれのレジスタ３５４の方向段３７８は、ジ
ンバルロール軸、ジン１ハルピツチ軸、出入り軸及びノ
ズル関節軸のためのそれぞれのＰＳＣ信号と共に、それ
ぞれのモータ制御回路３８０に接続している。モータ制
御回路３８０は、ステップモータ８０．９０．１２０．
１５０に接続している２つの出力３８２．３８４を有し
ている。

ＰＳＣパルスに数が等しいステップ指令は、レジスタの
方向段３７８の符号が正の方向に対応していれば正方向
出力３８２に発生し、方向段３７８の符号が負の方向に
対応していれば負方向出力３８４に発生する。ステップ
モータは、モータ制御回路３８０によって適正な駆動レ
ベルに変えられたステップ指令パルスが出力３８２に発
生した時には、正方向に動き、ステップ指令パルスが出
力３乏）４に発生した時には負方向に動く。

回転軸を考えるならば、垂直溶接進路のブロク゛うＪ、
は制２ｉ１盤２２２のウィーブ制御ボタンを作動するこ
とを除いて通常の方法と同じ方法で行なわれるが、プレ
イバンク時において、垂直溶接ｊ狭路は重畳されたウィ
ーブ信号によって行なうこと力（できる。このために、
ウィーブタイミング制御回路３８６が設りられており、
このウィーブタイミング制御回路３８６は、（ウィーブ
）ｉターンの周波数と振幅の制御入力３８８．３９０に
よって選択される）調整可能な波形および方向段３７８
力Ａらの正ｉｊ＋信号（方向信号）をｐｓｃ信号と一緒
Ｇこ結合して、ウィーブ制御信号ｐｓｃ’ｃよウィーブ
タイミング制御回路３８６の出力から出力し、そして方
向信号ＤＩＲ’を出力する。これらの信号Ｐｓｃ’、ｒ
）ＩＴ？’はモータ制御回路３８０６乙供給される。

ウィーブタイミング制御和回路３８６のタイミングは、
φ１およびφ２のクロ・ツク信号によるア・ノブダウン
力１′７ンタ２８８とバ・ノファレジスタ３００の制御
と同様な方法で、行なうことができる。

このようにして、ＰＳＣ信号とウィーブ信号は、タイミ
ングの制御をなすために、プログラムクロック回路３２
０の５１２パルス／秒の出力のようなタイミング信号に
制御されて結合されることができる。

以上、本発明の一つの実施例を図解し説明したが、その
種々の変形および変更が可能であることば当業者には明
らかであろう。そのような変化および変更は、本発明の
真の精神と範囲の内に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、溶接すべき加工面に関連して示した本発明に
係るマニピュレータ装置の斜視図である。 第２図は、第１図のマニピュレータ装置の１部分を除去
した部分断面拡大正面図である。第３図は、第１図のマ
ニピュレータ装置の１部分を除去した部分断面拡大側面
図である。第４図は、作業エンヘロプを構成している典
型的な作業環境に関連して示した第１図から第３図のマ
ニピュレータ装置の種々の作業位置と向きを幾何学的に
示した図である。第５図は、第１図から第３図のマニピ
ュレータ装置のマニピュレータアームの端に、マニピュ
レータ装置を手でプログラミングするために使用する案
内Ｋ１１ｌ立体を取付けたマニピュレータアームの端の
１部分の部分断面拡大正面図である。第〔ｊ図Ａｌｌ、
第５図のマニピュレータアームと案内組立体の端部の部
分断面側面図である。第７図は、第１図から第３図のマ
ニピュレータ装置の制御装置のブロックダイヤグラムで
ある。そして第８図及び第９図は、第７図の制御回路の
種々の個所における信号を示すタイミングダイヤグラム
である。 １０・・・・・・マニピュレータ　１２・・・・旧・・
制御袋’Ｆｔ２０・・・・・・フレーム 〔）２・・・・・・マユビニレークアーム８０．９０．
１００．１２０．１５０ ・・・・・アーム移動手段（ステップ駆動モータ）８Ｇ
・・・・・・エンコーダ ２０４．２５０・旧・・案内手段 ２５０・・・・・パルス発４１ミ及び波形整形器２５８
・・・・・・二相クロック信号発生器２７０・・・・・
・エンコーダ ２７５・・・・・・復号及びタイミング回路２８４・・
・・・・符号記憶ランチ回路２８７・・・・・・アップ
ダウン制御装置２８８・・・・・・アップダウンカウン
タ２９４・・・・・・中安定マルチバイブレーク２９８
・・・・・・リセット単安定回路３００・・・・・・バ
ッファレジスタ ３０２・・・・・・単安定マルチハイブレーク３０８・
・・・・・メモリー ３１４・・・・・・アドレス制御及びタイミング回路３
２０・・・・・・プログラムクロック回路３２４・・・
・・・溶接速度ｓｌ＋制御回路３２Ｇ・・・・・・移動
速度制御回路 ３３０・・・・・・パルス列分配発生器３５０・・・・
・・指令パルス発生器 ３５４・・・・・・レジスタ ３８０・・・・・・モータ制御回路 ３８Ｇ・・・・・・ウィーブ制御回路 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）フレームト、所定の作業位置に前記フレームを固
   定する手段と、複数の軸のまわりで回動できる。Ｌ−う
   前記フレームに枢動自在に取りつけられたマニピュレー
   タアームと、前記複数の軸の各々のまわりで前記アーム
   を回動させる駆動モータとを有し、前記アームの末端は
   前記駆動モータが消勢されている状態で手動で所望の作
   業径路に沿って動かすことができるようになっており、
   前記アームのこのような手動による運動に応答して前記
   作業径路に沿う異なる地点に対応する一連のプロゲラＪ
   、ステップを発生しかつ記録する手段と、前記記録され
   たプログラムステップによって制御されて前記駆動モー
   タを付勢し、前記アームの末端を前記所望の作業径路に
   沿って駆動するプレイバンク手段とが設けられた可搬式
   マニピュレータ装置。