JPS5856125B2 - マニピュレ−タの対コンベヤ同期制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、マニピュレータの対コンベヤ同期制御方法に
関するものである。

マニピュレータを自動制御する場合、予め手動で該マニ
ピュレータの先端治具を実際の作業時と同様に移動させ
てその連続運動経路を記憶手段に記憶させるティーチン
グを行ない、この記憶情報に基づいてマニピュレータを
プレイバックさせるのであるが、ティーチングの際の先
端治具の速度に対しプレイバック時の当該速度を状況に
応じて比例的に人為的又は自動的に変更し得るのが望ま
しい。

例えばコンベヤによって搬送される物品の特定箇所を据
置き塗装ロボットで自動塗装する場合、ティーチングの
際のコンベヤ速度とプレイバック時のコンベヤ速度とが
異なると、当該塗装ロボットの先端治具、即ち塗料噴射
ノズルを搬送される物品の塗装予定箇所に倣わせる事が
できない。

従ってこの場合、コンベヤ速度に対応して塗装ロボット
のノズルの移動速度が自動的に調整されるように横取さ
れているならば、ティーチングの際にはそのティーチン
グに好都合な速度でコンベヤを稼動させておく事ができ
るし、コンベヤ速度を状況に応じて任意に変更する事が
できる。

塗装を例に挙げたが、組立て等地の作業を行なうマニピ
ュレータについても同様の事が言える。

本発明は上記のようにプレイバック時にはコンベヤ速度
を任意に設定し、このコンベヤ速度に対応する速度でマ
ニピュレータを同期制御することの出来る制御方法を提
供せんとするものである。

以下本発明の好適実施例を添付の例示図に基づいて説明
すると、第１図において１は可変速コンベヤであって被
塗装物品２を任意の速度で搬送する。

３は該物品２土の特定箇所を塗装する塗装用マニピュレ
ータであって、夫々作動方向の異なる複数の方向別作動
体による合成運動により任意の３次元経路にそって移動
する塗料噴射ノズル４を備え、各方向別作動体（ここで
は６方向分、即ち６軸）は各々サーボバルブ５３〜５ｆ
によって制御される油圧シリンダにより各別に駆動され
る。

６はコンベヤ１に連動するパルスジェネレータであって
、コンベヤ速度と周波数が同期するクロックパルスを発
信する。

７３〜７ｆは各方向別作動体の現在位置検出手段として
のシャフトエンコーダで、その出力値（ダレイコード）
はコードコンバータ８によりバイナリ−コードに変換さ
れる。

ＢＲＭ補間回路９は、パルスジェネレータ６からのクロ
ックパルスを一定個数カウントするのに要する時間毎に
、即ちサイクルタイム毎に、ＣＰＵから得られる補間パ
ルス設定値情報に基づく個数の補間パルスを前記サイク
ルタイムを略等分するタイミングで出力し、■サイクル
タイム経過毎にリセットされる。

位置レジスター１０は、アップ・ダウン・カウンタで横
取されており、ロード信号によりシャフトエンコーダ７
ａの内容、即ち対応する方向別作動体の現在位置値を蓄
え、このあと前記ＢＲＭ補間回路９からの補間パルスに
よってレジスタ内容（現在位置値）を加減算し、指令値
として出力する。

力目算するか減算するかは、ＣＰＵから与えられる運動
方向についての情報（例えば十−符号）により、正方向
なら加算、負方向なら減算する。

減算回路１１は、シャフトエンコーダ７ａの内容、即ち
対応する方向別作動体の現在位置値と前段の位置レジス
タ１０からの指令値（目標位置値）とを比較してその偏
差を演算し、この偏差値が次段のデジタル・アナログ・
コンバータ１２に入力され、アナログ量（電圧）に変換
されて次段のサーボアンプ１３へと出力される。

サーボアンプ１３で増巾された信号（電流）によって、
その大きさに応じてサーボバルブ５ａのノズルフラッパ
ーの開度が決定され、対応する方向別作動体を駆動する
油圧シリンダに所定流量の圧力油が供給される。

即ち減算回路１１から出力される偏差値が大きい程、油
圧シリンダに流入する圧力油の流量が多くなり、対応す
る方向別作動体の作動速度が高速となる。

勿論、ＣＰＵからの運動方向についての情報に基づき、
サーボバルブ５ａの正負開路選択が行なわれ、方向別作
動体は所定の方向に移動せしめられる。

上記の制御手段〔９〜１３〕は各方向別作動体（６軸）
毎に設けられており、機能は夫々同一である。

以下第１図に示す１軸分についてのみ作用及び使用方法
を説明する。

先づ、サイクルタイム毎の各方向別作動体の目標運動量
に相当する補間パルス数と運動方向とについての情報を
設定記憶させるためにティーチングを行なう。

このティーチングは、コンベヤ１を常時速度又はティー
チングに適当な速度で駆動し、マニピュレータ３におけ
る全ての方向別作動体をフリーにした状態で塗装噴射ノ
ズル４を人為的にコンベヤ上の物品２の特定塗装箇所に
倣って移動させる。

サイクルタイムは、コンベヤ１に連動するパルスジェネ
レータ６からのクロックパルスをカウンタにより計数し
、一定個数をカウントするのに要する時間として設定す
る。

これには２進のｎビットカウンタでクロックパルス（ｆ
Ｈｚ）をカウントし ２ｎ個のクロックパルスをカウン
トしたときに得られるエンドキャリ・パルスを利用して
サイクルタイム２ｒ／ｆ（ｓｅｃ）を設定する事ができ
る。

例えば７ビツトの２進カウンタでＩ ＫＨｚのクロック
パルスをカウントすれば１２８ｍ５ｅｃのサイクルタイ
ム毎にエンドキャリ・パルスが得られるが、このエンド
キャリ・パルスが出力する毎に各方向別作動体の現在位
置値をシャフトエンコーダ７ａ・・・・・・で検出し、
１サイクルタイム前の現在位置値と比較演算して１サイ
クルタイム毎の運動量に相当する補間パルス設定値（バ
イナリ−コード）と運動方向（十−符号）とをＣＵＰに
おいて記憶せしめる。

第２図に示すようにある一軸の方向別作動体に関して、
運動量１を補間パルス１個で換算した場合、０〜ｔｏの
１サイクルタイムにおいては運動量が＋６であるから補
間パルス設定値を＋６に対応するバイナリ−コード〔例
えば８ビツトとして最大ビット方向符号用（１で−、０
で＋）とすれば）ｌ−０００００１１０Ｊとして記憶さ
せ、次のｔｏ〜２ｔｏの１サイクルタイムにおいては運
動量＋２に対応する補間パルス設定値１’−０００００
０１０Ｊを記憶させ、続（２ｔｏ〜３ｔｏのサイクルタ
イムにおいては運動量−３に対応する補間パルス設定値
１−１０００００１１Ｊを記憶させる。

勿論、このティーチングにおいて設定サイクルタイム毎
にサンプリングされる現在位置値はバイナリ−コードで
ＣＰＵにおいて記憶しておき、目標位置値としての表示
や各種チェック及び補正に利用する。

一方、コンベヤ１の移動方向に関する位置（コンベヤ１
上での物品載置位置は一定である）も検出してバイナリ
−コードでＣＰＵにおいて記憶せしめておく。

プレイバックに際しては、コンベヤ１を駆動してクロッ
クパルスをＢＲＭ補間回路９に入力させ、第３図に示す
ようにＣＰＵからの現在位置値設定命令により位置レジ
スタ１０にシャフトエンコーダ７ａからの現在位置値を
プリセットする。

続く補間パルス設定命令により、記憶されている１番目
の補間パルス設定値がＢＲＭ補間回路９のレジスタに格
納され、補間パルス開始命令によりデータの数の補間パ
ルスが発生する。

第２図の例によれば１番目のサイクルタイムにおける補
間パルス数は６個であるから、ＢＲＭ補間回路９に人力
されるコンベヤ側からのクロックパルスを定められた個
数カウントする間の１サイクルタイムの間に、その１サ
イクルタイムを略等分するタイミングで６個の補間パル
スが直列に出力される。

この順次出力される補間パルスは、位置レジスタ１０に
人力され、プリセットされている現在位置値に順次加算
される（運動方向が正であるから力目算され、負であれ
ば減算される）。

従って位置レジスタ１０からは１サイクルタイムの間に
６回、１づつ加算された指令値（バイナＩＪ−コード）
が減算回路１１に出力される。

減算回路１１ではシャフトエンコータ７ａからの現在位
置と指令値とを比較して偏差を演算し、デジタル・アナ
ログ・コンバータ１２及びサーボアンプ１３の働きでそ
の偏差値の大きさに対応してサーボバルブ５ａが開かれ
、該偏差値の大きさに対応した速度で対応する１つの方
向別作動体が正方向に駆動せしめられ、その駆動によっ
て同時にシャフトエンコーダ７ａからの現在位置値も正
方向に変化するわけであるが、１サイクルタイムの間の
補間パルスの数が多く、減算回路１１に入力される指令
値が急速に変化しても、サーボ系の応答時間遅れによっ
て現在位置値の変化は指令値の変化に速応できないため
、■サイクルタイムの間の補間パルスの数が多くなる程
偏差値が急速に大きくなり、従ってサーボバルブ５ａの
開度も大きくなって対応する方向別作動体ｌｉ急速に移
動する事になる。

反対に１サイクルタイムの間の補間パルスの数が少なけ
れば、方向別作動体の移動速度は緩速となる。

上記のようにして対応する方向別作動体は位置レジスタ
１０からの指令値の変化に対応する速度で定められた方
向に移動する事になり、指令値が変化しなくなるとその
指令値と現在位置値とが一致した時点で減算回路１１か
らの偏差出力がＯとなり、方向別作動体は停止する。

即ち、第２図を例にとれば方向別作動体は位置Ｐ。

から位置Ｐ１（ｘａ、ｔｏ）へ移動した事になる。

このあと１サイクルタイムが経過してクロックパルスの
カウンタからサイクルタイム終了信号（エンド・キャリ
・パルス）が出力されると、これに基づいてＢＲＭ補間
回路９のレジスタに格納されていた補間パルス設定値を
リセットし、記憶されている２番目の補間パルス設定値
を補間パルス設定命令によりＢＲＭ補間回路９のレジス
タに格納し、補間パルス開始命令により設定された個数
の補間パルスを１サイクルタイムを略等分するタイミン
グで出力せしめる。

第２図を例にとれば２個の補間パルスが１サイクルタイ
ムを略等分するタイミングで出力され、その補間パルス
周期に対応する緩速度で方向別作動体が正方向に移動せ
しめられ、位置Ｐ２（Ｘ８，２ｔｏ）に達したところで
サイクルタイムが終了する。

次の１サイクルタイムでは３個の補間パルスが出力せし
められるが、運動方向が負であるため位置レジスタ１０
においては補間パルス数を減算された指令値が出力され
、減算回路１１からの偏差値は負値となるため、その絶
対値の大きさに対応してサーボバルブ５ａの開度は決定
されるが開路方向は逆方向となる。

なお、減算回路１１では大小判別してその出力が常に正
値となるように減算させ、サーボバルブ５ａの開路方向
の切換えは別の信号で行なわせても良い。

位置レジスタ１０に対する現在位置の設定は、１サイク
ルタイム毎に行なう必要はない。

なぜなら位置レジスタ１０に設定されている位置値は、
補間パルス数を加減算された指令値、即ち目標位置値で
あって、通常の停止状態では現在位置値と一致している
。

従って通常の停止状態で現在位置値と設定位置値とに差
がある場合にのみ実行すれば良い。

以上の作用を各方向別作動体（６軸）毎に行なわせる事
により、各方向別作動体が記憶されているデータに従っ
て運動し、その合成運動を行なうノズル４はティーチン
グ時と同様の経過を移動する。

しかもこの場合、各方向別作動体の移動速度を決定する
要素の１つであるサイクルタイムの長さは、コンベヤ１
の速度に比例する周波数のクロックパルスの設定個数の
カウントに要する時間であるから、コンベヤ速度が速く
なるとクロツクパルスの周波数が高くなり、サイクルタ
イムが比例的に短かくなり、その反対になればサイクル
タイムが比例的に長くなる。

このようにサイクルタイムがコンベヤ速度に比例して変
化するため、各サイクルタイム間の補間パルス周期も比
例して変化し、記憶設定位置（サイクルタイム毎の位置
、第２図のＰ。

−Ｐ３・・・・・・Ｐｎ）間の方向別作動体の移動速度
も比例して変化する。

従ってティーチング時のコンベヤ速度とプレイバック時
のコンベヤ速度とが一致していなくとも、当該コンベヤ
１土の物品２の特定塗装箇所に塗料ノズル４を完全に一
定の相対速度で倣わせる事ができるのである。

勿論このためには、物品２上の塗装開始点とノズル４の
塗装開始位置とが一致した時点からプレイバックされな
ければならないが、先に述べたようにコンベヤ位置とノ
ズル位置（６軸の方向別作業体の個々の位置の合成）と
の好ましい相対位置関係はＣＰＵに記憶されており、現
在の検出コンベヤ位置や検出ノズル位置との比較により
両位置のチェックと補正を適時（稼動中の一定時間毎又
は一定移動距離毎、或いはコンベヤ再起動時）に行ない
、両者を常に所定の相対位置関係に保持する事ができる
。

なお、第１図に仮想線で示すように周波数調整可能な内
部クロックパルス発信器１４を設け、この発信器からの
クロックパルスをカウントしてサイクルタイムを設定す
るように構成する事もできる。

この場合、コンベヤによって搬送されない位置固定の物
品に対するマニピュレータ３のティーチング及びプレイ
バックに当該発信器１４からのクロックパルスを利用す
る事ができ、プレイバック時の速度を発信器１４のクロ
ックパルス周波数の調整により任意に変更し得る。

さらにコンベヤに同期したクロックパルスと前記の内部
発信器１４からのクロックパルスとを択一的に選択使用
できるように構成する事もできる。

この場合、内部発信器１４からのクロックパルスを利用
してコンベヤ停止状態でティーチングを行なった場合の
データを別に記憶しておき、コンベヤ故障時等において
もマニピュレータ３を自動制御させてコンベヤ上の物品
に対する塗装を行なえるようにする事ができる。

各種データの記憶にはコアメモリーを利用しデータを並
列コード化して記憶しておくのが望ましい事は言及する
までもない。

本発明によるマニピュレータの対コンベヤ同期制御方法
（マ、以上の実施例に示したように、コンベヤスピード
と比例して発信されるクロックパルスの計数によりサイ
クルタイムを設定し、一方、コンベヤ上物品に対し作業
を行なうマニピュレータを運動させる複数の方向別作動
体の各々について前記のサイクルタイム毎の目標運動量
に相当する補間パルス数と運動方向とを設定しておき、
各方向別作動体の駆動に際して、前記サイクルタイム毎
に設定補間パルス数に基づく数の補間パルスを前記サイ
クルタイムを略等分するタイミングで出力し、各方向別
作動体毎の現在位置検出手段から得られる現在位置値を
前記補間パルスによって前記設定運動方向に基づき加減
算して指令値を得、この指令値と現在位置値とを比較手
段で比較して得られる偏差値に基づき各方向別作動体の
位置決めサーボ系を作動させる事を特徴とする方法であ
るから、ティーチング時にはコンベヤを当該コンベヤ上
のワークに対してマニピュレータのティーチング作業を
容易に行える任意の速度で駆動させることが出来、プレ
イバック時には、記憶させているデータを修正すること
なく必要な速度でコンベヤを駆動させることが出来るの
である。

従って、コンベヤ速度が状況によって変えられるような
ラインであっても、そのコンベヤ速度の変化に対応して
自動的にマニピュレータの作動速度を調整させて、常に
コンベヤ上の物品に対して所期の作業を精度良く行わせ
得るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ｊ本発明方法の一実施例を説明するブ爾ツク図
、第２図はサイクルタイム・運動量・補間パルスの関係
を示すグラフ、第３図はプレイバック時のタイミングチ
ャートを示す図である。 １・・・・・・可変速コンベヤ、２・・・・・・被塗装
物品、３・・・・・・塗装用マニピュレータ、４・・・
・・・塗料噴射ノズル、５ａ〜５ｆ・・・・・・サーボ
バルブ、６・・・・・・パルスジェネレータ、７ａ〜７
ｆ・・・・・・シャフトエンコーダ、８・・・・・・グ
レイ・バイナリ−・コードコンバータ、９・・・・・・
ＢＲＭ補間回路、１０・・・・・・位置レジスタ（アッ
プ・ダウン・カウンタ）、１１・・・・・・減算回路、
１２・・・・・・デジタル・アナログ・コンバータ、１
３・・・・・・サーボアンプ、１４・・・・・・内部ク
ロックパルス発信器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ コンベヤ速度と比例して発信されるクロックパルス
   の計数によりサイクルタイムを設定し、方、コン不ヤ上
   物品に対し作業を行うマニピュレータを運動させる複数
   の方向別作動体の各々について前記サイクルタイム毎の
   目標運動量に相当する補間パルス数と運動方向とを設定
   しておき、各方向別作動体の駆動に際して、前記サイク
   ルタイム毎に設定補間パルス数に基づく数の補間パルス
   を前記サイクルタイムを略等分するタイミングで出力し
   、各方向別作動体毎の現在位置検出手段から得られる現
   在位置値を前記補間パルスによって前記設定運動方向に
   基づき加減算して指令値を得、この指令値と現在位置値
   とを比較手段で比較して得られる偏差値に基づき各方向
   別作動体の位置決め用サーボ系を作動させる事を特徴と
   するマニピュレータの対コンベヤ同期制御方法。