JPS63803B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、自動位置制御装置に関し、特にた
とえば工業用ロボツトなどに用いられる自動位置
制御装置の改良に関する。

［従来の技術］ たとえば、工業用ロボツトでは、その動作につ
いて予めテイーチングしておき、そのテイーチン
グされたデータに基づいて位置決め制御すること
が多い。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、従来の工業用ロボツトでは、予めテ
イーチングされた範囲でしか動作することができ
ず、したがつてたとえば工具とワークピース等と
が何らかの原因で衝突したりしても、そのままあ
くまで目標位置に到達しようと制御し続ける。そ
のために、工具あるいはワークピースなどが破損
したりするという問題点があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたもので、従来の自動位置制御装置に比
べてより柔軟な動作が可能な自動位置制御装置を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 第８図はこの発明の概略構成を示す機能ブロツ
ク図である。図において、初期目標値付与手段１
の出力はサーボ系２の一方入力に与えられる。こ
のサーボ系２は、与えられた目標値に従つて、制
御対象３を或る物体４に対して位置決め制御す
る。サーボ系２に関連して近接検出手段５が設け
られ、その出力はサーボ系２にフイードバツクさ
れるとともに、追従信号付与手段６に与えられ
る。追従信号付与手段６の出力はサーボ系２に与
えられるとともに、第１の判断手段７に与えられ
る。第１の判断手段７の出力は第２の判断手段８
に与えられる。第２の判断手段８の判断出力は第
１の制御手段９に与えられるとともに、第２の制
御手段１０に与えられる。これら第１の制御手段
９および第２の制御手段１０の各出力は、制御信
号として追従信号付与手段６に与えられる。

［作用］ 第８図において、初期目標値付与手段１はサー
ボ系２に対して初期目標値を与える。近接手段５
はサーボ系２のサーボ特性から制御対象３が初期
目標値に近接したことを検出する。追従信号付与
手段６は近接手段５の信号に基づいて、サーボ系
２の入力に追従サーボ系のための追従信号を与え
る。これによつて、サーボ系２は追従サーボ系と
なる。第１の判断手段７は、追従信号による指令
位置と制御対象３の現在位置との位置偏差が定常
状態の偏差を越える所定の偏差に達したことを判
断する。この判断に応答して、第２の判断手段８
は、制御対象３を或る物体４に対して押付け動作
をさせるか否かを判断する。第１の制御手段９
は、第２の判断手段８が制御対象３を或る物体４
に対して押付け動作させると判断した場合、追従
信号付与手段６を制御してその追従信号が制御対
象３の現在位置に対応する値よりも所定の値でけ
大きい値に固定化する。これによつて、追従信号
による指令位置と制御対象３の現在位置との位置
偏差が所定の値に保持されるで、制御対象３は或
る物体４に対して一定の押圧力で押付けられる。
第２の制御手段１０は、第２の判断手段８が制御
対象３を或る物体４に対して押付け動作させない
と判断した場合、追従信号付与手段を制御してそ
の追従信号を制御対象３の現在位置に対応する値
に固定化する。これによつて、追従信号による指
令位置と制御対象３の現在位置との位置偏差が零
になり、制御対象３は或る物体４に対して押圧力
零の状態で停止する。したがつて、第２の判断手
段８、第１の制御手段９および第２の制御手段１
０によつて、押付け動作の自動化が達成される。

［実施例］ 第１図はこの発明の背景となるかつこの発明が
適用される工業用ロボツトの一例を示す図であ
る。このロボツトは、水平方向すなわちＸ軸方向
に延長された基台１０１を含み、この基台１０１
上には、第１の移動体１０２がこのＸ軸方向に移
動自在に搭載されている。移動体１０２には、一
体的に、コラム１０３が立設され、このコラム１
０３によつて垂直方向すなわちＺ軸方向に移動自
在に第２の移動体１０４が嵌装される。さらに、
この移動体１０４には、Ｘ軸方向およびＺ軸方向
と直角の方向すなわちＹ軸方向に移動自在に、ビ
ーム１０５が支承される。このビーム１０５の先
端には、Ｚ軸方向と同方向の軸１０６ａまわりに
軸１０６が支承され、軸１０６の先端には、プレ
ート１０７が固着され、そのプレート１０７には
チヤツク１０８が設けられている。そして、この
チヤツク１０８はシリンダ２０３のような対象物
を掴むことができる。

一方、この第１図における参照番号２００はた
とえばチエーンコンベアのような搬送手段の一例
を示し、このようなチエーンコンベア２００上に
は、間欠的に作業台２０１，２０１，…が取付け
られている。そして、この作業台２０１，２０
１，…には、別のシリンダ２０２が固定されてい
る。したがつて、これらシリンダ２０２，２０
２，…は、チエーンコンベア２００の作動に伴つ
て、順次、チヤツク１０８の下に位置決めされ
る。そして、チヤツク１０８かつしたがつてシリ
ンダ２０３をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に位置制御し、こ
のシリンダ２０３を作業台２０１上に固定されて
いるシリンダ２０２に挿入する。なお、このよう
な工業用ロボツトは、単に一例として示したもの
であり、その他の種々の用途に応じて種々の変形
ないし修正がなされることは言うまでもない。

第２図は第１図に示すロボツト１００の位置制
御のための概略ブロツク図を示す。この第２図に
おいて、共通バス５００には、操作卓３００、コ
ンピユータ４００および各軸の位置決め装置６０
０ｘ，６００ｙ，６００ｚが連結されている。

操作卓３００は、第３図に詳細に示すが、モー
ド切換スイツチ３０１が設けられる。このモード
切換スイツチ３０１は、「Ｍ」の位置でマニユア
ルモードを設定し、「MT」の位置でマニユアル
操作によるテイーチングモード、「TE」の位置で
テストモード、「Ａ」の位置でオートモードを、
それぞれ設定し得る。そして、このようなモード
切換スイツチ３０１からは、バス５００に各モー
ドに相当する信号が導出される。この操作卓３０
０は、さらに、移動速さ指令スイツチ３０２、ス
タートボタンスイツチ３０３を含む。さらに、操
作卓３００は、各軸のマニユアル操作スイツチ３
０４ｘ，３０４ｙ，３０４ｚを有する。これらス
イツチ３０４ｘ，３０４ｙ、および３０４ｚは、
それぞれ、「Ｕ」側に倒すことにより各制御軸に
沿つて原点より遠ざかる方向に軸１０６すなわち
チヤツク１０８を移動させ、「Ｔ」側へ倒すこと
により原点に接近させる方向に移動させる。

なお、コンピユータ４００は、周知のように、
入出力インタフエイス回路４０１、算術論理ユニ
ツト（ALU）４０２、リードオンリメモリ
（ROM）４０３およびランダムアクセスメモリ
（RAM）４０４を含む。

そして、第３図に示す操作卓３００の操作に従
つて、第２図に示すコンピユータ４００から各軸
位置決め装置６００ｘないし６００ｚに、指令位
置情報を与える。それとともに、これら位置決め
装置６００ｘないし６００ｚから指令位置に達し
たことを表わす信号が、フイードバツクされる。

第４図には、各軸の位置決め装置６００ｘない
し６００ｚのうち、代表的にＸ軸の位置決め装置
６００ｘのブロツク図が示される。残余の位置決
め装置６００ｙおよび６００ｚは、この第４図に
示す構成とほぼ同様であるので、ここではＸ軸の
位置決め装置６００ｘについて説明し、その他の
軸については説明を省略する。位置決め装置６０
０ｘには、バス５００すなわちコンピユータ４０
０からの指令位置情報を受取るためのバツフアレ
ジスタ６０１ｘが設けられる。このバツフア６０
１ｘには、コンピユータ４００から時間間隔ｔで
送り出される指令位置情報がロードされ、その出
力はＤ／Ａ変換器６０２ｘに与えられる。したが
つて、６０２ｘの出力はサーボアンプ６０３ｘの
一方入力に与えられる。このサーボアンプ６０３
ｘの他方入力には、たとえばインクリメンタルエ
ンコーダなどを含む位置検出器６０６ｘからの検
出出力を受ける。そして、サーボアンプ６０３ｘ
の出力は油圧回路６０５ｘを作動させるモータ６
０４ｘの駆動入力として与えられる。したがつ
て、これら各コンポーネント６０３ｘ，６０４
ｘ，６０５ｘおよび６０６ｘによつて、駆動系が
構成される。位置検出器６０６ｘからは、さら
に、この駆動系によつて、指令位置に達したこと
を表わす信号が、バス５００を介してコンピユー
タ４００に与えられる。

第５図は第４図に示すサーボ系のサーボ特性の
一例を示す図であり、横軸に偏差をとり、縦軸に
制御速度をとつている。そして、このようなサー
ボ特性に基づいて、制御対象物すなわち被制御体
が初期目標値に達したか否かを判別するのであ
る。すなわち、この第５図に示すようなサーボ特
性において、非飽和領域になつたことを検出し
て、たとえば位置検出器６０６ｘなどから、初期
目標値に達したことを表わす信号が導出される。

第６図はこの発明の一実施例の操作ないし動作
を説明するためのフロー図である。第７図は第１
図に示すような工業用ロボツトにおいて、サーボ
アンプ６０３ｘに与えられる追従サーボのための
ランプ入力（実線）と制御対象（たとえばシリン
ダ２０３）の移動量（点線）との関係を示すグラ
フである。なお、この第７図において、横軸は時
間を示し、縦軸はランプ入力の電圧値または制御
対象の移動量を示している。以下に、これら第６
図および第７図を参照して、この発明の実施例の
操作ないし動作について説明する。最初に、コン
ピユータ４００からバス５００を介して各軸位置
決め装置６００ｘ，６００ｙ、および６００ｚ
に、初期目標値を与える。この初期目標値は、た
とえばコンピユータ４００に含まれるRAM４０
４に予め記憶させておいてもよく、あるいはオペ
レータが図示しない入力手段によつて設定しても
よい。なお、被制御体すなわち制御対象の位置の
ばらつきが予めわかつているとして、これを目標
範囲と呼び、装置から見てその目標範囲のうち一
番近い点を初期目標値と言うことにする。したが
つて、各軸の位置決め装置６００ｘ，６００ｙ、
および６００ｚは、その初期目標値に向かつて被
制御体すなわち制御対象を位置決めする。このと
き、各軸のサーボ系は、目標値が定まつているの
で、制御対象の位置をいわゆる定値制御すること
になる。そして、たとえば位置検出器６０６ｘの
ような検出器からの信号に基づいて、コンピユー
タ４００は制御対象が初期目標値に近づいたかど
うかを判断する。そして、初期目標値に近づいた
のであれば、各軸位置決め装置６００ｘ，６００
ｙおよび６００ｚに、適当な傾斜を有するランプ
入力（第７図に実線で示す）を与えるように切換
え、それによつて各軸サーボ系を追従サーボ系と
する。すなわち、この場合ランプ入力による指令
位置（目標位置）が徐々に変化するので、各軸サ
ーボ系はこのランプ入力による指令位置を追従す
るように位置制御を行なう。そのため、この明細
書ではこのようなサーボ系を追従サーボ系と称す
ることとする。

コンピユータ４００は、サーボ系を追従サーボ
系に切換えた後、Δt時間経つたか否かを判断す
る。これは、各軸サーボ系に対する入力を切換え
てから、系が定常状態になるまでの時間をΔtと
し、その時間経過後初めて次の判断ステツプに入
るようにするためである。Δt時間経過すると、
制御対象は指令位置に対して定常偏差ΔSを持ち
ながら、指令位置に追従するようにその位置が制
御される。そして、制御対象の一例としてのシリ
ンダ２０３がシリンダ２０２に当接すると（第７
図の時刻t1）、シリンダ２０２へのシリンダ２０
３の挿入が開始される。そのため、第７図に示す
ように、シリンダ２０３の移動量の増加速度すな
わち移動速度が減少する。したがつて、これ以後
ランプ入力による指令位置と制御対象の現在位置
との偏差が徐々に増していく。シリンダ２０３が
シリンダ２０２の底まで完全に挿入されると、シ
リンダ２０３の移動が停止する（時刻t2）。一方、
第６図に示すごとく、コンピユータ４００は制御
対象の現在位置とランプ入力の指令位置との偏差
が所定の値ΔS′を超えたか否かを常に判断してい
る。ここで、ΔS′は、ΔS′≧ΔSの任意の定数で、
この実施例の工業用ロボツトが行なう作業内容に
応じて種々の値に設定されている。たとえば、第
１図に示すようにシリンダの挿入作業において
は、予めいくつかのシリンダについて試験を行な
い、完全挿入状態に達したときの偏差が実験的に
求められ、その実験的に求めた偏差よりも少し大
きな値の偏差がΔS′として決められている。した
がつて、偏差がΔS′になると、シリンダ２０３が
シリンダ２０２の底まで完全に挿入されたとみな
せるわけである。第７図の時刻T3において偏差
がΔS′になると、コンピユータ４００は、続い
て、たとえばROM４０３にストアされているプ
ログラムに基づいて、制御対象に押付け動作をさ
せるかどうかを判断する。

たとえば、第１図に示すようなシリンダの挿入
作業においては完全挿入状態に達した後の押付け
動作は不要であるため、押付け動作が不要とプロ
グラムされている。そのため、コンピユータ４０
０は押付け動作が不要と判断し、制御対象のその
ときの現在位置を最終目標位置に書換えて位置決
めする。その結果、制御対象の現在位置と指令位
置との偏差が零となり、押付け力も零となる。

一方、第１図に示すようなシリンダ挿入作業に
代えてたとえばビス止め作業を行なう場合は、制
御対象としてのビスがねじ穴に当接後、ビスをね
じ穴に一定の押付け力で押付けながらビスを回転
させることが必要である。そのため、このような
作業にあつては、制御対象の押付け動作がプログ
ラムされている。したがつて、コンピユータ４０
０は、押付け動作の必要ありと判断し、先の追従
サーボ系のためのランプ入力を各軸サーボ系に更
新して与えるのをやめる。すなわち、第７図に一
点鎖線で示すごとく、ランプ入力の傾斜を０に
し、偏差ΔS′を保持したままで制御対象を停止さ
せる。しかし、たとえばスプリング付きのビスの
ように通常のビスに比べて大きい押付け力を必要
とする場合は、制御対象の停止後偏差が
ΔS″（ΔS″＞ΔS′）になるまでランプ入力を増加さ
せ、偏差がΔS″になるとランプ入力の傾斜を０に
する。以上のように、制御対象に押付け動作をさ
せる場合は、偏差ΔS′あるいはΔS″は、その作業
に必要な押付け力によつて適当な値に決定され
る。

なお、上述の実施例では、ランプ入力に切換え
るためにコンピユータ４００に予めプログラムし
ておく場合について説明した。しかしながら、こ
れはさらに別のコンポーネントを追加してハード
的に行なうようにしてもよい。そのためには、た
とえば第４図に示すＸ軸の位置決め装置におい
て、点線で示すようにクロツクパルス発振器６０
８ｘやランプ入力データメモリ６０７ｘなどを設
ければよい。すなわち、クロツクパルス発振器６
０８ｘからの所定時間間隔ごとのクロツクパルス
に応じて、メモリ６０７ｘにストアされているラ
ンプ入力のためのデータを、Ｄ／Ａ変換器６０２
ｘに与える。そのようにして、追従サーボ系とし
て構成することができる。なお、これは残余の軸
ＹおよびＺについても同様である。

［発明の効果］ この発明によれば、制御対象が初期目標値に近
づいたか否かを判断し、近づいていればサーボ系
を追従サーボ系に切換えるようにしているので、
目標値近傍においては制御対象をその作業内容に
応じて適当な速度でかつ滑らかに移動させること
ができる。したがつて、制御対象と或る物体との
間にたとえ大きな位置誤差が生じていても、制御
対象と或る物体とが激しく衝突することを避ける
ことができ、そのような衝突による破損を防止す
ることができる。

また、追従サーボ系に切換えた後、制御対象の
現在位置と指令位置との偏差が所定の大きさに達
したときは、制御対象に押付け動作させるか否か
を判断し、その判断結果に応じて適宜の制御を行
なうようにしているので、作業内容に押付け動作
を含むか否かにかかわらずその実行が可能であ
り、汎用性の高い自動位置制御装置を得ることが
できる。また、制御対象の押付け動作を自動的に
行なうことができるので、押付け動作のための操
作を不要にでき、操作が簡便化されるという効果
もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となるかつこの発明が
実施され得る工業用ロボツトの一例を示す図であ
る。第２図は第１図に示す実施例の概略ブロツク
図である。第３図は操作パネル３００の一例を示
す図解図である。第４図はＸ軸位置決め装置６０
０ｘを示すブロツク図である。第５図はサーボ系
のサーボ特性の一例を示すグラフである。第６図
はこの発明の一実施例の操作ないし動作を示すフ
ロー図である。第７図はこの発明の一実施例にお
いて、サーボアンプに与えられるランプ入力と制
御対象の移動量との関係を示すグラフである。第
８図はこの発明の概略構成を示す機能ブロツク図
である。 図において、１は初期目標値付与手段、２はサ
ーボ系、３は制御対象、４は或る物体、５は近接
検出手段、６は追従信号付与手段、７は第１の判
断手段、８は第２の判断手段、９は第１の制御手
段、１０は第２の制御手段、１００は工業用ロボ
ツト、１０８はチヤツク、２０２，２０３はシリ
ンダ、３００は操作パネル、４００はコンピユー
タ、５００は共通バス、６００ｘ，６００ｙ、お
よび６００ｚは位置決め装置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 位置決めのためのサーボ系を含み、制御対象
   を或る物体に対して位置決めする自動位置制御装
   置において、 前記サーボ系に対して初期目標値を与える初期
   目標値付与手段、 前記サーボ系のサーボ特性から前記初期目標値
   に近接したことを検出する近接検出手段、 前記近接検出手段の信号に基づいて前記サーボ
   計の入力に追従サーボ系のための追従信号を与え
   る追従信号付与手段、 前記追従信号による指令位置と前記制御対象の
   現在位置との位置偏差が定常状態の偏差を越える
   所定の偏差に達したことを判断する第１の判断手
   段、 前記第１の判断手段の出力に応答して、前記制
   御対象を前記或る物体に対して押付け動作をさせ
   るか否かを判断する第２の判断手段、 前記第２の判断手段が前記制御対象を前記或る
   物体に対して押付け動作させると判断した場合、
   前記追従信号を前記制御対象の現在位置に対応す
   る値よりも所定の値だけ大きい値に固定化させる
   ように前記追従信号付与手段を制御する第１の制
   御手段、および 前記第２の判断手段が前記制御対象を前記或る
   物体に対して押付け動作させないと判断した場
   合、前記追従信号を前記制御対象の現在位置に対
   応する値に固定化させるように前記追従信号付与
   手段を制御する第２の制御手段を備える、自動位
   置制御装置。