JPS6052441B2 - 位置制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はプログラムに従つて被制御体の位置を制御さ
れるべくした、位置制御方法および装置の改良に関する
。

被制御体の位置を制御するべきプログラムを作成し、こ
れによつて被制御体を制御するべくした・方法および装
置はよく知られている。

また前記プログラムのうちユーザプログラムの作成にプ
レイバック方式を用いることも公知である。このような
被制御体の位置決めにおいて、被制御体が他の物品と衝
突する不測の事故はしばしばおこるところであり、また
この際に機器の破損を伴なう事故も発生する。

とりわけ、プレイバツク時のテイーチングにおいて、そ
のマニユアル操作を誤つてこのような衝突事故をおこす
ことが最も多い。そのような問題点解決のため、例えば
特開昭５０−４９５７７号公報に開示されているもので
は、可動部分に取付けた検出部と被加工部などとの接触
による短絡電流により、リレーを作動させて非常停止さ
せるものがある。

しかしながら非常停止させるとしても、可動部分が接触
してから急停止させてもその慣性によりただちには停止
せず、若干惰行し、そのため可動部分が若干押し付けら
れ、時により破損する場合もあるという問題点が残る。
この発明は、このような衝突時に、その接触を検知する
センサの出力によつて、移動中の被制御体を自動的にか
つ今迄の移動方向と反対方向に後退させることにより、
前述した機器の破損を防止するという技術的課題を解決
した位置制御方法および装置を提供せんとするものであ
る。以下述べるこの発明の実施例においては、自動溶接
装置において位置制御されるトーチに、前記接触検知セ
ンサ（接触信号出力手段）を設けたものであるが、この
発明をこの実施の形態に限定するものではない。

そこでまず、この発明の背景となる、かつこの発明を実
施して有効な、前記自動溶接装置の説明を、第１図を参
照しつつ行なう。

この自動溶接装置は、必要な自由度を被加工物ないしワ
ークの取付け具と、トーチの取付け具とに分けて、ワー
クないしトーチの位置を制御し得るように構成している
。

そのため、形状の複雑なワークを立体的に溶接する場合
でも、溶接条件の一よい姿勢で溶接ができ、機械的構造
や制御装置も簡単となつている。構成において、この自
動溶接装置１００は、ワーク（図示せず）の取付け具１
０５を左右、前後方向に移動ないし１水平軸Ｈまわりに
回転できるよ−うに、トーチ１０９の取付け具１０８を
上下方向に移動ないし垂直軸Ｌまわりに回転できるよう
に、それぞれ構成され、ワークおよびトーチ１０９の移
動および回転位置を自動制御するための制御箱４００が
設けられる。

より詳細に説明しよう。平面Ｌ字形の床板１０１の一方
辺には第１枠体１０２が固設される。

この枠体１０２の上部には、左右方向（図におけるｘ軸
方向）に移動可能な台車１０３が設けられる。この台車
１０３の動力手段は（図示しないが）この実施例では公
知の減速機付のブレーキ付モータであり、動力伝達手段
は（図示しないが）公知のボールナツトとねじ゛棒との
係合手段（いわゆるボールスクリユ一）である。また、
台車１０３の上部には、前後方向（図におけるＹ軸方向
）に移動可能な第２枠体１０４が設けられる。この枠体
１０４の動力手段および動力伝達手段も、図示しないが
、同様の減速機付のブレーキ付モータおよびボールスク
リユ一である。前記枠体１０４の前部には、水平軸Ｔま
わりに（図におけるθ軸方向）に回転可能なワーク取付
け具１０５が設けられる。

このワーク取付け具１０５の動力手段も、図示しないが
、公知の減速機付のブレーキ付モータである。前記床板
１０１の他方辺端部には、第３枠体１０６が立設される
。

この枠体１０６には、上下方向（図におけるＺ軸方向）
に移動可能な腕１０７が設けられる。この腕１０７の動
力手段および動力伝達手段も、図示しないが、同様の減
速機付のブレーキ付モータおよびボールスクリユ一であ
る。そして、腕１０７先端部には、垂直軸Ｌまわり（図
におけるΦ軸方向）に回転可能なトーチ１０９の取付け
具１０８が設けられる。このトーチ取付け具１０８の動
力手段も、図示しないが、公知の減速機付のブレーキ付
モータである。また、トーチ１０９の取付け位置は、該
トーチ１０９の中心線延長上の溶接点ＷＰが、前記垂直
軸Ｌ上に一致するように構成され、さらにその取付け角
は、実施する溶接態様（突合せ溶接あるいはすみ肉溶接
等）や被加工物の形状に応じて最適に選ばれるものとす
る。また、前記トーチ１０９には溶接用電源２００から
電流が与えられる。

前記各部の動力手段（減速機付のブレーキ付モータ）の
正転、逆転、移動速度および前記溶接電流等を、前記制
御箱４００および溶接制装置３００でプログラムに従つ
て自動的に制御し、前記溶接点ＷＰが被加工物（図示せ
ず）の溶接線に沿うように、かつ溶接条件の最もよい姿
勢で自動溶接ができるように、２つの取付け具１０５お
よび１０８の相互位置を制御する。そのためのプログラ
ムを作成する目的ないし手動操作の目的で、リモートコ
ントロールσリモコン」）パネル５００が設けられる。
なお、この実施例では、トーチ１０９の中心線延長上の
溶接点ＷＰは、垂直軸Ｌ上に一致するように構成してい
るため、取付け具１０８のΦ軸方向回転に拘ず一定であ
り、同一溶接点に対するトーチ１０９の姿勢を取付け具
１０８の回転（Φ軸方向）によつて任意に変えることが
できる。

すなわち、この実施例は、５つの自由度を有する自動溶
接装置である。ここで、前記溶接制御装置３００には、
図示を省略するが、周知のように、電圧調整手段ないし
電流調整手段（ともに可変抵抗器等から成る）が設けら
れる。

さらに、溶接機単独モードと、溶接ロボツトモードとに
切換えるためのロボツト切換スイツチが設けられる。こ
のスイツチは通常は溶接ロボツトモードとされて、ワー
クに連動する。次にこの発明の構成の一つである、接触
信号出力手段ｍにつき、実施例を説明する。第２図にお
いて、Ｃはカプラ、Ｒｌ，Ｒ２は抵抗体、Ｔ１は電源端
子、Ｔ２は出力端子であり、トーチ１０９に図示のよう
に結線される。

第３図は他の実施例であつて、ＣＯはコンパレータ、Ｔ
ｌ，Ｔ２は前述同様の端子、Ｒｌ，Ｒ２は前述同様の抵
抗体、Ｒ３は可変抵抗体、Ｒ４はトーチ１０９と取付け
具１０５間の電気抵抗と同一抵抗値の等価抵抗体であり
、トーチ１０９と取付け具１０５の代りに図示するもの
であり、その他は図示のように接続される。

第４図はさらに他の実施例を示し、Ｓはブリツジに結線
したストレンゲージ、Ｔ，，Ｔ２は前述同様の端子、Ｒ
ｌ，Ｒ，も前述同様の抵抗体、ＣＯも前述同様のコンパ
レータであり、図示のように結線される。

なおストレンゲージＳは、取付け具１０８に貼付され、
これの歪によつて作動するようになされている。これら
実施例の作用につき述べると、第２図の実施例において
は、図示のように取付け具１０５とトーチ１０９の間に
接触が無ければカプラＣには電流が流れず従つて端子Ｔ
２には出力は表われない。

取付け具１０５とトーチ１０９が接触するとその間が導
通してカプラＣに電流が流れ、端子Ｔ２には出力信号が
表われ零レベルになる。第３図においては、抵抗体Ｒ４
の低抗値が小さくなる（前記接触時）と、コンパレータ
ＣＯの比較電位が抵抗体Ｒ３による基準電位より低くな
り、端子Ｔ２より信号が出力する。第４図においては、
前記接触時における取付け具１０８の歪により、ストレ
ンゲージＳの出力が変化して、端子Ｔ２から信号が出力
する。

従つてこれら実施例によるときは、トーチ１０９のどこ
が他の物品と接触しても、接触信号を出力しうるもので
ある。

次に制御箱４００の内容であるが、この発明での実施態
様は２様あり、一つは、マイクロプロセツサなどのＣＰ
Ｕを使用した演算手段４０１および制御手段４０２、な
らびにワイヤなどを使用したメモリ手段４０３からなる
コンピユータ４１０を有するものと、他の実施態様とし
ては、後述するハードウエアによる制御回路４２０を有
するものとである。

まず、コンピユータ４１０を有する実施態様につき以下
説明する。

すなわち、ユーザはメモリ手段４０３にあらかじめ円Ｔ
方式のユーザプログラムをテイーチングしておくもので
あり、この実施例においては、公知のプレイバツク方式
によつて、自動溶接装置１００の各軸Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ，
Φの位置決め、移動速度、ないしは溶接条件、シーケン
ス制御などの指令を、メモリ手段４０３に記録する。こ
のテイーチング操作に関係のあるシステムプログラム（
自動溶接作業に共通な、予め設けられた共通プログラム
）につき第５図を説明する。（コンピユータ４１０内に
は各種のシステムプログラムが準備されているが、ここ
ではこの発明に直接関連がある部分のみを説明して無関
係の部分の説明は略する。）すなわちプログラムの内容
を示す第５図のフカーチヤートにおいては、まず制御箱
４００やパネル５００などの電源を投入すると、コンピ
ユータＪ４ｌＯの中央処理装置が初期状態となる。

また各種表示ランプ、すなわち制御箱４００やパネル５
００の表面に設けてある表示ランプ（エラー発生時のア
ラームランプ、プログラム修正や追加のときの表示ラン
プなど）を初期状態にする。次に、コンピユータ４１０
内の各制御軸毎のカウンタを、各制御軸毎の現在位置を
出力する例えばポテンシヨメータの内容に合せる。そし
て、各制御軸をアンロツクの状態にする。そしてさらに
全制御軸がアンロツクの状態にあることをたしかめてか
ら、電源投入前の作業を続行するのか否かを判断して、
続行するのであればレジスタ類を電源投入前に回復して
、図示しないが以前実行していたプログラムに戻す。続
行するのでなければ、パネル５００の各スイツチ（図示
せず）の状態をパトロールする。

そして追加、マニユアル、または修正の指令スイツチが
作動されていれば、これらスイツチ類の読み取り、およ
びこの読み取つた内容によつて、パネル５００の前記各
スイツチに対応する表示ランプ（図示せず）を点燈する
。前記「追加」とは、一旦テイーチングしたプログラム
を１ステツプずつ再生してテストを行なうテストモード
時に、プログラムを追加するときに行なう指令であり、
「マニユアル」とは、プレイバツクによつてプログラム
をテイーチングするときに、各制御軸に沿つてトーチ１
０９や取付け具１０５の移動やそのときの移動速度を手
動で操作するべくする指令てあり、「修正」は、マニユ
アルまたはテイーチング時に、一旦プログラムした内容
を手動で修正するべくする指令である。またこのとき、
メモリ手段４０３への割り込みマスクがセツトされる。

そしてパネル５００に設けられたＵ／Ｄスイツチ（図示
せず）が、マニユアル操作されていることにより０Ｎで
あり、かつ一接触信号出力手段ＴＯからの接触信号がな
ければ、メモリ手段４０３内の現在位置を示す数値を、
前記Ｕ／Ｄスイツチの謔か）ルｍかによつてカウンＢ２
またはＤＯｗｒｌする。そして、その数値が、各制御軸
の移動可能範囲か否は判断して、範．囲内ならばその位
置を指令位置として出力する。また同時に、パネル５０
０に設けた（図示しない）速度指令スイツチのマニユア
ル操作による指令速度も指令速度として出力する。前記
移動可能範囲か否かの判断時に、範囲外となつた場合は
、−別に用意した、移動可能範囲の極限値を、Ｕ／Ｄス
イツチの指令に優先して、メモリ手段４０３内の位置数
値に与える。そしてこの位置数値を、指令位置として出
力する。前記接触信号出力手段ｍからの信号がある場合
は、マニユアル操作されたＵ／Ｄスイツチの方向と反対
方向に、別に準備してある一定値を、メモリ手段４０３
内の位置数値に足し込む。

そして、この値を指令位置として出力する。これを自動
溶接装置１００の実際の動きの一例として述べると、オ
ペレータがパネル５００に設けてある、ある制御軸（例
えばＹ軸）のＵ／Ｄスイツチをマニユアル操作して、取
付け具１０５を、トーチ１０９に近接せしめたとする。
このとき誤つて、取付け具１０５がトーチ１０９に接触
すると、接触信号が発せられ、前述したプログラムによ
つて、取付け具１０５は、今迄の移動方向と反対方向に
、ある一定の値だけ戻る。そのため、各部構成の破損を
まぬかれる。そして、前述したような位置指令が出力さ
れた後は、全制御軸に関し、クロツク信号かまたはナル
信号が出力されれば、前記セツトされた割込みマスクを
解除し、前記メモリ手段４０３内の指令位置情報は、パ
ネル５００に設けた図示しない書込指令スイツチをマニ
ユアル操作することによりメモリ手段４０３内の他の番
地（ユーザプログラムを書き込むべく準備された個所）
へ記録される。

そして、再度前記パトロールの作業に戻る。

前述説明における「別に準備してある一定値」は、いか
なる条件下においても一定値であつてもよく、指令速度
の大なる程大なる値を取るようなテーブルを準備して、
高速度で接触した場合ほど戻す距離を大きくして、より
効果的に作動せしめることもできるものである。また前
述「クロツク信号」とは、図示しないが位置制御を実行
するべくしたサーボ系の、減速領域に位置したときに発
せられる信号であり、「ナル信号」とは、指令位置に位
置したときに発せられる信号である。

（第６図参照）次に制御箱４００の内容が、特にこの発
明の実施のために構成されたハードウエアによる制御回
路４２０を有する場合につき、説明する。

第７図において、Ｔｌ，Ｔ２はさん孔テープ、Ｒはリー
ダ、Ｐはパンチヤ、Ｓｌ，Ｓ２はシフトレジスタ、ＰＣ
はプリセツタプルアツプカウンタ、０は発振器、Ｃは一
定値出力回路、鳩は加算器、ＲＳは速度指令ロータリス
ィッチ、ＤＡはＤ／Ａ変換器、Ａは差動増幅器、Ｍは被
制御体（この実施例にあつては、取付け具１０５または
トーチ１０９）、（代）はポテンシヨメータ、ＳＷは前
述したＵ／Ｄスイツチ、ＴＯも前述した接触信号出力手
段であり、それぞれ公知の、または前述した構成になり
、図示のように接続される。

なかんずく差動増幅器Ａ１被制御体Ｍおよびポテンシヨ
メータＰＯで、位置制御サーボ系ＳＥが構成される。こ
の実施例の場合はもちろんシステムプログラムは用意し
ない。次にこの構成の作用につき述べる。

テーチング時においては、Ｕ／ＤスイツチＳＷをマニユ
アル操作すると、発振器０が作動し、スイツチＳＷの謔
かＤＯｗｎかに応じて、カウンタＰＣの内容が増減する
。このカウンタＰＣの内容はＤ／Ａ変換器ＤＡによつて
アナログ値となりサーボ系ＳＥに入力して、被制御体Ｍ
を位置制御する。そして一方カウンタＰＣの内容は加算
器ＡＤにも入力するが、信号出力手段ｍからの信号が無
いときには、一定値出力回路Ｃはその出力は「零」とな
るよう構成され、従つて、加算器ＡＤに入力した値はそ
のままシフトレジスタＳ１を経由して、カウンタＰＣに
入り、結局カウンタＰＣの内容は発振器０によつて更新
された数だけ変化し、前述したように、スイツチＳＷを
マニユアル操作することに応じて、被制御体Ｍが位置制
御される。そして適時図示しない書き込み指令スイツチ
をマニユアル操作することにより、シフトレジスタＳ１
の内容がパンチヤＰによつてテープＴ１にさん孔される
。また前述操作時に、その移動速度をスイツチＲＳをマ
ニユアル操作して指令する。

スイツチＲＳにより出力される指令数値は、シフトレジ
スタＳ２を介してサーボ？Ｅに至り、前記位置制御時の
移動速度が制御される。また前記書き込み指令スイツチ
の操作により、シフトレジスタＳ２の内容もパンチヤＰ
によりテープＴ１にさん孔される。今もしスイツチＳＷ
をマニユアル操作中に、トーチ１０９が何か物品に接触
して、信号出力手段ｍから信号が出力したとすると、一
定値出力回路Ｃは、前記出力の入力と、スイツチＳＷｆ
）ＵＰかＤＯＷｒｌかに応じて、予め定められた一定値
を適宜符号を付して（例えばＤＯｗｒｌのときはプラス
符号を付して、カウンタＰＣの値の変化と逆方向に前記
一定値の変化を与えるように）加算器ＡＤに落し込む。
従つて、シフトレジスタＳ１の内容は、カウンタＰＣの
内容に、前記一定値が加減された値となり、この値が、
カウンタにに入力し、結局被制御体Ｍは今迄移動してい
た方向と逆方向に一定量移動することになる。オペレー
タはこれによつて、スイツチＳＷの操作を止めて、マニ
ユアル操作を中止する。以上をくり返して、テープＴ１
にプログラムを完了したなれば、そのテープをテープＴ
２として、リーダＲにかけて、リーダＲが読み取り、そ
の値は、シフトレジスタＳ１およびＳ２に入力し、位置
指令値はカウンタＰＣを介して変換器ＤＡに至り、その
アナログ出力値によつてサーボ系ＳＥが制御され、また
速度指令値はシフトレジスタＳ２を介してサーボ系ＳＥ
が制御され、被制御体Ｍはプログラムどおりの速度で移
動してその位置が制御される。

以上の説明においては、一定値出力回路Ｃの内容は、一
定値としたが、第５図の実施例と同様に指令速度に対応
して、指令速度の大なる程大なる絶対値を出力するよう
に構成してもよい。

この発明は前述実施例にかぎることは無いのであつて、
例えばテイーチングモード以外のモードにおいても、接
触を検知してその出力信号によつて被制御体を逆行させ
てもよいものてある。

要するにこの発明の技術的思想の範囲内における各構成
の均等物との置換も、またこの発明の技術的範囲に含ま
れるものである。この発明は前述のとおりであるから、
位置制御ノ装置において被制御体が他の物品と接触し、
そのままであると破損に至る場合でも、前記接触を分離
するように自動的に制御されるのみならず、被制御体を
今迄の移動方向と反対の方向に逃げるようにしたので、
接触してからの惰行はわずかであ７り、すぐ接触から離
れるため、破損のうれいもなく、また今迄の移動方向を
戻るから再度他の物品と接触するうれいも無いものであ
り、位置制御装置の操作を容易かつ確実となしうる。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれもこの発明の実施例を示し、第１図は全体
斜視図、第２〜４図は接触信号出力手段ｍのそれぞれ別
個の実施例を示す回路図、第５図Ａ，ｂ，ｃは一実施例
のフローチヤート、第６図は作用説明図、第７図は他の
実施例のプロツク図である。 １００・・・・・・自動溶接装置、１０５・・・・・・
取付け具、１０９・・・・・・トーチ（１０５と１０９
は被制御体）、ＴＯ・・・・・・接触信号出力手段、Ｔ
ｌ，Ｔ２・・・・・・さん孔テープ（プログラム手段）
、ＳＷ・・・・・・Ｕ／Ｄスイツチ、Ｃ・・・・・・一
定値出力手段、ＡＤ・・・・・・加算器、ＳＥ・・・・
・・サーボ系、Ｔ１・・・・・・電源端子（電位差供給
手段）、Ｔ２・・・・・・出力端子、Ｃ・・・・・・カ
プラ、ＣＯ・・・・・・コンパレータ（ＣおよびＣＯは
電流検知手段）、Ｓ・・・・・・ストレンゲージ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プログラムに従つて指令速度で被制御体を移動せし
   めてＰＴＰ方式で位置制御する方法であつて、前記プロ
   グラムには少なくとも下記するシステムプログラムを含
   むことにより、前記被制御体が他の物品と接触したとき
   に発する信号によつて、前記被制御体を今迄の移動方向
   と反対方向に逃げるように位置制御するべくした、前記
   位置制御方法。 （イ）Ｕ／Ｄスイッチがマニュアル操作されていて、か
   つ前記接触信号があるか否かを判別し、（ロ）前記（イ
   ）の判別において「イエス」の場合は、現在位置に、前
   記Ｕ／Ｄスイッチの操作内容と反対符号で、ある定めら
   れた値を加算し、（ハ）前記（イ）の判別において「ノ
   ー」の場合は、現在位置に、前記Ｕ／Ｄスイッチの操作
   内容に従つて位置情報を加減し、（ニ）前記（ロ）また
   は（ハ）の結果による位置情報を指令位置情報として出
   力する。 ２ 前記定められた値は、前記指令速度に対応したテー
   ブルによる、特許請求の範囲第１項記載の位置制御方法
   。 ３ プログラム手段を有し、指令速度で被制御体を移動
   せしめてＰＴＰ方式で位置制御するべくした装置であつ
   て、前記被制御体の移動をマニュアル制御すべくしたＵ
   ／Ｄスイッチ、前記被制御体の他の物品との接触により
   信号を出力するべくした接触信号出力手段、前記Ｕ／Ｄ
   スイッチの操作と関連してその出力符号が変化しかつ前
   記接触信号出力手段の入力によつて一定値を出力するべ
   くした一定値出力手段、この一定値出力手段の出力と指
   令位置情報とを入力して加算するべくした加算器、この
   加算器の出力によつて制御されるべくしたサーボ系とを
   少なくとも備えてなる、前記位置制御装置。 ４ 前記一定値出力手段は、指令速度の値によつてその
   出力値を変化せしめるべくした、特許請求の範囲第３項
   記載の位置制御装置。 ５ 前記接触信号出力手段は、被制御体と物品間の電位
   差供給手段、およびこの供給手段における電流検知手段
   を具備してなる、特許請求の範囲第３項または第４項記
   載の位置制御装置。 ６ 前記接触信号出力手段は、被制御体に貼布したスト
   レンゲージを含んでなる、特許請求の範囲第３項または
   第４項記載の位置制御装置。