JPH01500781A - プログラム可能機械装置 - 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】 プログラム可能機械装置 食品、洗剤、化粧品などの消費製品の高速度製造に、プログラム可能機械を使用 することが提案されてきた。

このような製品は、毎分数百動作という繰返し速度で行なわれる動作によって製 造される。このような製品の代表的な製造動作には、広範囲のさまざまな食品の 製造における、材料の調合、混合および整形、熱処理動作が含まれる。カートン を組立てて密封するなどの包装、プラスチック袋の形成と充填、びん詰め、ラベ ルはり、ちまたプログラム可能機械が応用される分野である。

現在では、そのような製造においては、単一製品のみを製造しうる専用機械の使 用が要求され、このような従来の機械は通常、中央電動機と、構成部品のさまざ まな必要運動を生ぜしめるための歯車箱およびカム、レバー、偏心器と、を含む 。もちろん、このような機械は、はとんどいかなる特殊な工程でも行ないうるよ うに設計し組立てられ、ギヤリング、またはカム、レバー、偏心器を変えれば、 異なった寸法または形状の製品を製造しうるように、または異なった製品を￥Ｊ 造しうるように、調整されうる。もちろん、そのような専用機械を変化させて異 なった製品を製造するためには、かなりの時間と、熟練した適格者の専門的知識 とを要する。

現在、ロボットアームが産業において一般的に使用されているが、高価値で小体 積の物品を扱い、また組立てる場合にのみ用いられている。このようなロボット アームは、さまざまな相異なる運動をなすようにプログラムされうるので、プロ グラムソフトウェアに応答してさまざまな相異なる動作を行なうことができる。

一般に、ロボットアームは低速でのみ動作する。

ここに提案するプログラム可能機械は、いくつかのアクチュエータを含み、それ らはそれぞれ相異なる直線軸に沿って制御された運動を行ない、制御された回転 を行ない、または、ある範囲の材料の特定の１つの制御された配送を行ない、あ るいは、例えば、任意の特定の材料の制御された量の供給を行なう。個々のアク チュエータの動作は全てコンピュータによって制御されるので、機械の全動作運 動はコンピュータ内に記憶されているか、またはコンピュータに与えられるソフ トウェアによって制御される。このような機械は、その場合、コンピュータに対 し命令を与えれば、１つの特定の製品の製造から他の製品の＋！Ｊ選へと変化せ しめられる。このような機械はかなりの融通性をもち、１製品から他製品への変 化に対応しうるのみでなく、帰還性の変化にも対応することができ、それによっ て機械の動作を変化させて、機械により扱われている基本材料の特性の変化を考 慮することができる。

具体的な例として、ピザの製造ラインの場合を取りあげてみる。これは通常、準 備されたピザベースを種々の添加場所間で移動させるコンベヤから成る。第１場 所では、ピザベースはコンベヤ上の所定位置に置かれ、後の場所ではピザベース の表面上にトマトペーストが塗布され、その後製造されるピザの性質により他の 特定の材料が添加される。さまざまな材料のピザベース上への配置様式や模様も 、製造されているピザの特定の種類によって変える必要がある。

このようなピザを製造するためのプログラム可能機械は、さまざまな異なった大 きさのピザベースおよび諸アクチュエータが用いられる加工場所の取扱いが可能 なものでなくてはならず、これらのアクチュエータはトマトペーストや他の材料 を分配し、それらをピザの表面上に８き、ピザベースの大きさによってそれらを 必要な面積に塗布しなくてはならない。この機械はまた、異なった大きさのベー スに対して異なった量の材料を供給しえなくてはならない。

プログラム可能機械として製作されるのが望ましい機械のもう１つの例は、カー トン組立機械である。この機械においては、案内レールの位置および種々のアク チュエータの運動範囲が組立てられるカートンの寸法によって変化せしめられな くてはならず、接着剤付与器によって供給される接着剤の運動および量について も同様である。このような機械においては、機械のコンピュータに対して単に命 令するだけで、組立てられるカートンの寸法、形状、または種類を変えることが できる。ただし、その場合異なったカートン素材を供給することも必要となる。

上述のようなプログラム可能機械が提案され、またその原形を製造する試みもな されたが、まだ生産に使用されうるプログラム可能機械は実現されていない。こ れは部分的には、コンピュータにとって、いくつかのアクチュエータおよびセン サと相互作用してそれらの運動をリアルタイムで１１１１１１するのには時間が かかるからである。

この時間は、アクチュエータの数が増加し、その結果母線が複雑化し、特定の運 、勅形態をそれぞれのアクチュエータ動作に対して計算する必要がある時に、増 大する。

このようなＩＩＩ豹があるために、これまで高速度で動作しうる多軸形プログラ ム可能機械を製造しえなかったのである。もう１つの、恐らくはさらに深刻な問 題は、これらの機械が、これらの機械を＄１１１するコンピュータプログラムを ！１！備するのに専門のコンピュータプログラマ−を必要とすることである。も ちろん、コンピュータまたはコンピュータプログラミングの専門的知識のない通 常の製造技術者がそのような機械の要求する命令を作成しうるための、簡単な制 御装置の存在が所望される。

本発明のプログラム可能機械は、プログラムされたコンピュータと、該コンピュ ータによりアプリケーションプログラムに応答して動作を制御されるいくつかの アクチュエータと、を含み、該コンピュータが、該アクチュエータの動作を制御 する命令を該コンピュータへ入力しやすくするための表示装置およびデータ入力 ′ｇ社と協働するオペレーティングプログラムを含み、該オペレーティングプロ グラムが、それぞれのアクチュエータまたはアクチュエータ群のための分離され た表示欄を有する表示装置上に表示される一連の入力命令に応答するようになっ ていると共に、使用者をして前記データ入力装置によりそれぞれのアクチュエー タの必要な動作およびアクチュエータ間の関係を定めるそれぞれの−に高レベル 言語の命令を入力しうるようにしていることによって、前記機械の要求された動 作シーケンスを示す要求された動作シーケンス図を前記表示装置上に作り出し、 次に前記オペレーティングプログラムがこの情報を、前記アクチュエータの動作 をＩＩＩｔＸ！する機械語プログラムに翻訳するようになっている。

好ましくは、前記分離された表示欄は前記表示装置上に相次いで列をなして配置 されているものとする。

好ましくは、前記表示欄内に入力される高レベル言語は、通常製造技術者がアク チュエータの動作を説明するのに用いる、ＭＯＶＥ、ＷＡ　ＩＴ、Ｇｏ、ＰＡＵ ＳＥ。

ＩＮ、ＥＮＤなどの簡単な詔とする。この種の語は、あるロボット言語にも用い られる。

説明を容易ならしめるために、「コンピュータ」という表現は、単一コンピュー タと、この明ｌ１ｌＩに例示されるような、相互接続されたホストコンピュータ 、通信コンビコーータ、、ｉＩアルメモリ、およびマイクロプロセッサのような 分散形コンピュータと、の双方を含むものとする。

好ましくは、このプログラム可能機械は、いくつかの７クチユュータと、対応数 のマイクロプロセッサであってそれぞれがアクチュエータまたはアクチュエータ 群に関連しＣい工その動作を制御するように配置されている該マイクロプロセッ サと、等しい数のデュアルメモリであつ１”それぞれがマイクロプロセッサに関 連している該デーコアルメモリと、ホス１−コンピュータ内のオベレ・−ｊイン グブし１グラムをａ作せしめる通信コンピュータと、通信−〕〕ンビ］−タ私よ ゛つて制御される切換スイッチ装置であ′）でＣ′−の通信コンピュータおよび マイクロプロセッサ苓ｆ−１アルメ干りに接続するようになっており、切換スイ ッチ装置が第１状態にある時はイｔ１ぞれのデュアルメモリの一部分がそのマイ クロブロセツかに関連１４．’　１．／められＳ子れぞれのデュアルメモリの他 部分が通信コンビコータＣ１−接続されるよう（−なっており、切換スイッチ装 置が第２状態にある時にはそれそ゛れのデュアルメモリの釣記伯部分がその関連 のマイクロブ１］セツサに接続され、てれそれのデュアルメモリの前記一部分が 通信コンピュータｒ接続されるよ−５１，’Ｔなっている、前記切換スイッチと 、を備またものとする。

このようなブ【１グラム可能機械は、動作中にそれぞれの７／Ｉ′ヂＸＸ−・り が、それ自身（二関連したマイクロブ０セツサによって他と無関係に制御され、 切換スイッチ装置によってそのマイクロプロセッサに接続されたデュアルメモリ の部分に記憶されている情報により！１　ｔｌｔｌされた動作を行なうようにな っているので、高速度で動作することができる。しかし、機械が一連の動作を行 なっている時、通信コンピュータはそれに接続されたデュアルメモリに対しアク セスしうるので、デュアルメモリのその部分に対して新しい命令をロード覆るこ とができる。コマンドコンピュータは、オペレーティングプログラムを動作せし 、め、比較的低速度の計算を行なってアクチュエータの要求された運動を決定し 、その情報を通信コンピュータを経て、それが切換スイッチによって接続されて いるデュアルメモリの部分ヘロードする。変更を行ないたい時は、通信コンピュ ータが全てのアクチュエータに関連したデュアルメモリに機械の動作の変更に対 応した改訂された情報および命令をロードした後、切換スイッチ装置の状態を単 に変える。これによって、それぞれのアクチュエータに関連したマイクロプロセ ッサは、新しい情報および命令をロードされたデュアルメモリの部分に接続され るので、その後アクチュエータはこの新しい情報に応答することになる。この切 換は実際上Ｉｉ間的に行なわれるので、プログラム可能機械の動作に変更を要づ る時に製造の中断は起こらない。

通信コンピュータによってデュアルメモリ内にロードされる変更は、できるだけ 調和のとれた製品が保証されるよ・）に扱われる材料の変更を考慮した、帰迎性 の命中な変更であるかも知れない。あるいは、変更は、ブ１］グラム可能標械１ ．よって全く別の製品が製造されるような、大さい変更であるかも知れない。前 述のピザ製造ラインを例にとるど、例えば、製造ラインへ供給されるトマト・ベ ーストの調和上の変化を考慮しつつごザベースの表面へ１＝　−？　ｈベース］ ・を分配するのに要する特開または速度を変更づ゛るのは、事実比較的小さい変 更であり、また、製造、７−１”ンが異６つだ大きさのビザベー・スを扱いうる ようにするごと、または例えば＋１ａ造中Ｖピザベースに対し異なる材料を添加 するごとによってマッシコル−・ムビザの代わりに勺ラミピザを製造することは 、大きい変更である。

好ましくは、プログラムされた機械は、全てのマイクロプロセッサに供給される タイミング信号を発生する、自身の独立したクロック発振器を有するものとする 。この場合、全てのアクチュエータの動作は、この独立したりＯツク発振器から 受けたタイミング信号に応答して制御されるので、機械全体が確実に同期して動 作する。このよう（して、機械全体は、その機械が動作せしめられる速度に関係 なく、同期して動作を続ける。さらに、諸アクチュエータは、機械の速度に関係 なく、決められたリアルタイムで動作するように配置されうる。このような動作 の例としては、接着剤付与ノズルの動作がある。

接着剤は、機械の動作速度に関係なく、組立てられるカートンのふた状部（沿っ た接着剤付与ノズルの運動中に、〜定時間の間付与される必要がある。

好ましくは、プログラム可能機械は、デュアルメモリが、命令を含む一連のバイ トと、機械サイクル中にこのメモリに関連した特定のアクチュエー・夕が要求さ れている全動作を決定するデータと、を含むように組織されたものとする。アク チュエータの運動プロフィルは、好ましくは、増分電動機駆動パルス間隔の表を 含むデータブロックによって定め、その後メモリが機械のクロック発振器によっ て命令およびデータ内をスデツブ移動されるとき、増分電動機駆動パルスがアク チュエータへ供給されて、必要な動作をなさしめるようにする。これが、機械の それぞれのサイクルにおいて繰返される。

一般に、それぞれのアクチュエータに関連したマイクロプロセッサは、デュアル メモリ内に記憶されているデータについては、いかなる計算も演算も行なわず、 単に、その時マイクロプロセッサに接続されているデュアルメモリの部分内にロ ードされている命令およびデータに応答してアクチュエータの動作を制御ｌｌす ることにより、機械の最＾速度の動作を保証する。一方、コマンドコンピュータ は、通常遥かに精巧なコンピュータであり、製造技術者が入力した高レベル８品 の命令を翻訳するオペレーティングプログラムを含むのみでなく、アクチュエー タが要求された特定作業に対する運動プロフィルを引算して増分駆動パルスを含 むデータブロックを確立することも行なう、精巧なプログラムを動作せしめる。

一般に、ホストコンピュータの動作速度は重要性をもたない。そのわけは、通信 コンピュータによりホストコンピュータに接続されているデュアルメモリの部分 内にロードされているデータおよび情報は、機械の運動の将来の変化に関するも のであり、一般にそのような変化は少数の機械サイクル時間内に起こりうるちの だからである。

以下、本発明のプログラム可能機械のさまざまな例を添付口面を参照しつつ説明 する。

第１図は、機械の一般化されたブロック図である。

第２図は、箱組立機械用の動作シーケンス表示図である。

第３図は、欄に分割された表示の概略図である。

このプログラム可能機械は、運動を行ない、回転を与え、あるいはある材料の供 給を１１１１１１１するように構成された、いくつかのアクチュエータ７を含む 。それぞれのアクチュエータは、マイクロプロセッサ１およびデュアルメモリ２ を含むアクチュエータ駆動’ＨＡＭによって駆動される。第１図には、２軸に対 するアクチュエータ駆動装置のみが示されているが、実際には機械のそれぞれの 軸に対する駆動装置が存在する。このプログラム可能機械はまた、全てのデュア ルメモリ２に接続された通信コンピュータ３と、それぞれのマイクロプロセッサ １に接続された機械用クロックパルス発生器４と、を含む。コマンドコンピュー タ６は、通信コンピュータ３に接続されている。切換スイッチ５はそれぞれのデ ュアルメモリ２内に含まれており、このスイッチの状態は通信コンピュータ３に よってυ１１１１される。

切換スイッチ５が第１状態にある時は、それぞれのマイクロプロセッサ１はその デュアルメモリ２のＡ部分に直接接続されており、そのデュアルメモリ２のＡ部 分内に含まれる命令に従って関連のアクチュエータへ制御パルスを送る。マイク ロプロセッサ１からアクチュエータへの命令供給のタイミングは、機械用クロッ クパルス発生器４から発生するパルスに従う。マイクロプロセッサ１が関連のア クチュエータの動作を制御している間に、コマンドコンピュータ６は通信コンピ ュータ３および切換スイッチ５を経て新しい情報および新しいデータをそれぞれ のデュアルメモリ２のＢ部分ヘロードすることができる。１つまたはそれ以上の アクチュエータが行なう動作を変更する必要がある時は、通信コンピュータ３は それぞれの切換スイッチ５に命令を送ることによって、マイクロプロセッサ１を デュアルメモリ２の８部分に接続し、かつそれぞれのデュアルメモリ２のＡ部分 を通信コンピュータ３に、従ってコマンドコンピュータ６にも接続する。次に、 それぞれのマイクロプロセッサ１は、デュアルメモリ２の８部分に含まれている データおよび命令に応答して関連アクチュエータの動作を１ｄｌｔｉｌするが、 その間にコマンドフンピユータ６はデュアルメモリ２のＡ部分に直接アクセスし てそこへアクチュエータに対する次の変更を行なうための新しいデータおよび命 令を０−ドすることができる。

コマンドコンピュータ６によってコンパイルされるオペレーティングプログラム は次の通りである。

このプログラムは極めて簡単で、コンピュータの専門家でなくても容易にプログ ラムできる。このオペレーティングプログラムは、通信コンピュータを経て１つ のデュアルメモリ２内へＯ−ドされるデータのブロックを生せしめる。マイクロ プロセッサ１は、デュアルメモリ２の、その時接続されている部分内の次のコマ ンドを探し、そのコマンドの要求する処理を行ない、機械用りＯツクからのタイ ミング信号に応答してコマンドを動作化し、その後送のコマンドを得るために単 にループバックする。

このようなプログラムは高速度で動作することができる。

入力端子は、全てのマイクロプロセッサ１にパルス発生器４から供給される機械 用クロックパルスを受ける。

全ての運動は機械用クロックの単位によって定められうるので、機械の全体は機 械用クロックにより決定される速度で同期した運動をプる。他の入力端子はセン サデータを受け、それによってマイクロプロセッサ２は、アクチュエータが適正 な動作を行なったかどうかを点検するか、または、例えば、センサが作動せしめ られた後特定の動作をトリガする。

マイクロプロセッサ間の通信手段は、通信コンピュータのソフトウェアによって 与えられる。これによって、例えば処理されている対象物についての情報が、機 械を通じて送られ、これを必要とするマイクロプロセッサによりアクセスされる 。最も簡単な形式におけるこの情報の伝送は、フラッグのセツティングおよびク リアリングとして考えることができる。すなわち、１つのマイクロプロセッサ１ から他のマイクロプロセッサ１へ信号を送るのには、前当がフラッグをセットし 、他のマイクロプロセッサがそのセットされたフラッグを検出し、それに作用を 及ぼす前にそれをリセットすることによりハンドシェーキングを完了する。

ＩＢＭのＰＣ／ＸＴなどのホストコンピュータ６は、編集プログラムおよびＲＲ ＯＭＡＣコンバイラブＯグラムを含む。ＦＲＯＭＡＣソースブＯグラムは編集プ ログラムを用いてテキストファイルとして書かれ、これはその後、機械が要求さ れる特定の運動を考慮するため必要な回数だけ変更される。ソースプログラムは 、第２図に示されでいるオペレーティングシーケンス図のように構成される。機 械のそれぞれのアクチュエータには、タブ欄が割当てられている。通常＄ｊ造技 術者が用いているような簡単な詔であるコマンド語が、製造技術者によりキーボ ードなどのデータ入力装置を用いて適切な欄に書込まれる。コマンドに対するア ーギュメントは、参照番号８によって指示されている行のように、表示の右側に 現われうる。ａ−運動の型、でａは一定速度を意味し、ｍ−機械時間、１一方向 、４００−ステップ数、５６７゜１２−毎秒のステップ数で表わした速度、であ り、その先には随点に付加しうるコメントがある。コマンド語Ｇｏは他軸の動作 が開始されるべきことを指示し、コマンドＩＷＡＩＴはキューをｍ持すべきこと を指示１゛る。

コンバイラブログラムは、ＷＡＩＴ・・・ＧＯ７ｆべ１ノージヨンに対し予備フ ラッグを割当てる。

運動は、コマンド語ＭＯＶＥによって起こるようにプログラムされる。ＭＯＶＥ 命令に対するアーギュメントは、単に要求された＠な動き、加速が、速度、およ び距離のデータであることができ、また、その特定のアクチコ］−〜夕の要求さ れた運動に対応したブ［、］フ、イ”ルデータが記憶されているファイルに関す るものｃあるξともできる。アクチュエータの運動は、機械用クロックの単位で 、またばリアルタイムの単位で、定められうる。″′ＪマントａＯＬＪＴは、出 力線路を動作せしめ、コマンド語１１：は指定されたデータ線路を読取り、要求 されたブールファンクションを容易ならしめる。コマンド語ＳＨＩ　ＦＴは入力 線路をシフトレジスタ内に読込み、コマンドａｒｘＭｔ：ＲおよびＰＡＵＳＥは リアルタイムまたは機械用クロックの単位で休止を指定する。

コンパイルの際には、オペレーティングプログラムがソーステキストファイルを 通して作業を行ない、それぞれのアクチュエータが必要とする増分電動機パルス のために要求される命令データブロックを発生し、これらのデータをその時通信 コンピュータ３に接続されているメモリの部分内にＯ−ドする。

第３因には、表示がどのように欄に分割されるかが概略的に示されている。通常 長方形をなす表示１０はいくつかの分離された表示ＩＩＩ　（１１−１・・・ｎ ）に分割され、それぞれが１つのアクチュエータまたはアクチュエータ群に対応 している。

好ましくは鉛直の列をなす分離されたー内には、コンピュータ内に入力された命 令に対応して、命令が表示される。これらの命令は、ＷＡ　ＩＴ、Ｇｏ、ＰＡＵ ＳＥ。

ＭＯＶＥ、ＩＮ、およびＥＮＤのような＾レベル言語で構成される。分離された ′ａ１３には、速度、方向、時間、距離、等を定めるアーギュメントが、それぞ れの単位なしで入力される。もし表示が、運動の全シーケンスおよび全ての欄を 含むための十分な大きさをもたない場合は、通常のスクローリングが同時に用い られる。

ＲＥＣＯＶＥＲ 国際調査報告 ｆｉＭＮＥＸ　Ｔｏ　Ｔ！（Ｅ　ＩＮＴＥ：（、’ＪＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲ ＣＨＲＥＰＣＲＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＸＯＮＡＬ　ＡＰＸ？ＬＸ（）、Ｔ、 ＸＯＮ　Ｎｏ、　？Ｃτ／”、？　８７１００コア０　（ＳＡ　１７９１９）Ｄ Ｅ−Ａ−３５０４５７８１４１０８／８６　Ｎｏｎｅυ５−Ａ−４４８８２５８ １１／１２／ＩＢ４　ＣＡ−Ａ　−１１８７１９６１４１０Ｓ／８５ＤＥ−Ａ− ３３３８３９６０９１０５／８５　Ｎｏｎ＠

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．プログラムされたコンピュータと、該コンピユータによりアプリケーシヨン プログラムに応答して動作を制御されるいくつかのアクチユエータとを含むプロ グラム可能機械であつて、該コンピユータが該アクチユエータの動作を制御する 命令を該コンピユータヘ入力しやすくするための表示装置およびデータ入力装置 と協働するオペレーテイングプログラムを含み、該オペレーティングプログラム が、それぞれのアクチユエータまたはアクチユエータ群のための分離された表示 欄（１１−１…１）を有する表示装置上に表示される一連の入力命令に応答する ようになつていると共に、使用者をして前記データ入力装置によりそれぞれのア クチユエータの必要な動作およびアクチユエータ間の関係を定めるそれぞれの欄 に高レベル言語の命令を入力しうるようにしていることによって、前記機械の要 求された動作シーケンスを示す要求された動作シーケンス図を前記表示装置上に 作り出し、次に前記オペレーティングプログラムがこの情報を前記アクチユエー タの動作を制御する機械語プログラムに翻訳するようになつている、プログラム 可能機械。
2. ２．プログラム可能機械であつて、表示（１０）上に列をなして配置された表示 欄（１１−１…ｎ）を有するプログラム可能機械。