JPH06297270A

JPH06297270A - ネジ締め制御装置

Info

Publication number: JPH06297270A
Application number: JP10589393A
Authority: JP
Inventors: Akira Orii; 章折井; Shinji Suzuki; 伸司鈴木; Eitei Ri; 栄禎李
Original assignee: Janome Sewing Machine Co Ltd
Current assignee: Janome Corp
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 1994-10-25

Abstract

(57)【要約】【目的】卓型ロボットとしてのネジ締め装置におい
て、電動ドライバーの位置制御が可能として、硬い被ネ
ジ締め物から柔らかい被ネジ締め物まで加工すること。【構成】適宜なポイントデータを入力可能なポイント
データ入力手段１１と、そのポイントデータを記憶する
ポイントデータ記憶手段１３と、該ポイントデータ記憶
手段１３にて記憶したデータに基づいてネジ締め運転す
るネジ締め指令手段１６と、高速にて移動制御可能な着
座位置時間制御手段１４と、低速にてネジ締め可能なネ
ジ締め時間制御手段１５とを備え、これらを制御する中
央処理装置１９とをそれぞれ備えること。Ｘ，Ｙ，Ｚの
三自由度を有し、前記着座位置時間制御手段１４及びネ
ジ締め時間制御手段１５にて制御可能なＸモータ２０，
Ｙモータ２１，Ｚモータ２２とを設けること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、卓型ロボットとしての
ネジ締め装置において、電動ドライバーの位置制御が可
能なため、硬い被ネジ締め物から柔らかい被ネジ締め物
まで加工することができるネジ締め制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、生産設備としてロボットが導入さ
れてきているがロボットの数が増加するに連れ生産設備
の小型化・加工精度の高精度化が迫られている。さら
に、多品種少量生産のため被ネジ締め物の材質も多岐に
わたっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｘ−Ｙ
−Ｚの直行型ロボットやスカラー型ロボットは高加工精
度及び作業範囲が広いというメリットがあるが危険防止
のため、作業範囲に囲いをする必要があり、生産設備の
小型化に反していた。

【０００４】また、従来の卓型ロボットは、生産設備の
小型化が可能となったが加工精度及びネジ締め材質の制
限があった。さらに、より小型化を図り、且つ加工精度
を上げるものが求められている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで発明者は、前記課
題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、その発明
を、適宜なポイントデータを入力可能なポイントデータ
入力手段と、そのポイントデータを記憶するポイントデ
ータ記憶手段と、該ポイントデータ記憶手段にて記憶し
たデータに基づいてネジ締め運転するネジ締め指令手段
と、高速にて移動制御可能な着座位置時間制御手段と、
低速にてネジ締め可能なネジ締め時間制御手段とを備
え、これらを制御する中央処理装置と、Ｘ，Ｙ，Ｚの三
自由度を有し、前記着座位置時間制御手段及びネジ締め
時間制御手段にて制御可能なＸモータ，Ｙモータ，Ｚモ
ータとを設けたネジ締め制御装置としたことにより、卓
型ロボットなる電動ドライバーの位置制御を可能にし、
ネジ締め開始からネジの着座までは電動ドライバーの回
転数とネジピッチで決まるスピードでネジ締めを行うよ
うにし、被ネジ締め物が固いものから柔らかいものまで
も簡単に扱うことができ、さらに加工精度を高精度にで
き、前記の課題を解決したものである。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
すると、図７及び図８は本発明のネジ締め制御が適用さ
れる卓型ロボットの一例を示すものである。固定台座１
上に、被ネジ締め物Ｑを載置するＸ軸台座２が前後方向
に移動可能に設けられている。

【０００７】前記固定台座１上には、門型枠３が立設さ
れ、該門型枠３には、左右方向に適宜移動するＹ軸台座
４が設けられている。該Ｙ軸台座４には、上下方向に適
宜移動するＺ軸部５が設けられ、該Ｚ軸部５に、実際に
ネジを締める電動ドライバ６が取付台７が上下に昇降す
るネジ杆を介して取り付けられている。

【０００８】前記Ｘ軸台座２はＸモータ２０にて、Ｙ軸
台座４はＹモータ２１にて、Ｚ軸部５はＺモータ２２に
てそれぞれ駆動可能に設けられ、いずれもパルスモータ
にて構成されている。

【０００９】符号８はエアー調節器であって、ネジを多
数ストックしたネジフィーダ９からネジをエアーチュウ
ブ１０を介して吸引して電動ドライバ６に供給するよう
に構成されている。

【００１０】ポイントデータ入力手段１１は、ネジを締
める位置や、ネジ長さＬや、ネジピッチＰ等を含むポイ
ントデータを入力するものであって、そのポイントデー
タ入力手段１１からの情報が中央処理装置１９に転送さ
れ、該中央処理装置１９はこの情報に従ってポイントデ
ータ表示手段１２に情報を転送しポイントデータの表示
を行う。

【００１１】ポイントデータ記憶手段１３は、前記ポイ
ントデータ入力手段１１により入力されたポイントデー
タを記憶するメモリで、実際のネジ締め動作はこの記憶
内容に従って行われる。

【００１２】着座位置時間制御手段１４は、Ｘ，Ｙ，Ｚ
軸方向における時間を制御するものである。例えば、Ｚ
軸方向において、図５に示すように、電動ドライバ６の
基準位置から、実際にネジ締めする位置までの移動量を
予め加速度α（＝一定）として指示された速度Ｖmz₁で
プランニングして、その時刻ｔa が求めるられ、この時
間となるように、高速移動される。その移動前後は正負
の加速度αが与えられ、中間は等速度Ｖmz₁となる。こ
れによって、ネジ締め開始の時刻ｔａまでは高速で移動
することとなる。

【００１３】その着座位置時間制御手段１４は、少なく
ともＺモータ２２に設けられるが、場合によっては、Ｘ
モータ２０，Ｙモータ２１にも設けられることもある。

【００１４】また、ネジ締め時間制御手段１５は、図５
に示すように、ネジ締め開始の時刻ｔａからネジの着座
（ネジ締め完了）の時刻ｔｂまでは電動ドライバ６の回
転数ＮとネジピッチＰで求められるスピードの時間にて
ネジ締めするように制御する手段である。具体的には、
Ｖmz₂(ｐｐｓ）＝〔Ｎ（ｒｐｍ）／６０〕×Ｐ／分解能
で求められたＶmz₂(ｐｐｓ）とネジ長さＬとから時刻ｔ
ｂを求める。

【００１５】このような時刻ｔｂを求めて制御すること
で、ネジ締め開始からネジの着座までは電動ドライバ６
の回転数ＮとネジピッチＰで求められるスピードでネジ
締めするので、ネジ締めされる被ネジ締め物Ｑに対して
余分なストレスがかからずにネジ締めすることが可能と
なる。

【００１６】ネジ締め指令手段１６は、ポイントデータ
入力手段１１に入力後に、着座位置時間制御手段１４に
よる速度や、ネジ締め時間制御手段１５による速度とし
てそれぞれ記憶された速度を指令するためのものであ
り、中央処理装置（ＣＰＵ）１９に接続されている。

【００１７】そのネジ締め作業を開始しているときに速
度検出手段１７にて検出した運転速度と、ポイントデー
タ入力手段１１によりポイントデータ記憶手段１３に記
憶され、着座位置時間制御手段１４や、ネジ締め時間制
御手段１５により制御された速度とが比較され、両者が
同じ速度である場合のみネジ締め指令手段１６にて判断
されてネジ締め作業が続けられるように構成されてい
る。すなわち、ネジ締め速度が記憶した条件のネジ締め
速度と一致するように構成されている。これは、何等か
の原因にて、ネジ締め速度が変化した場合でもその記憶
されたネジ締め速度を保持するためのものであり、帰還
回路が構成されている。

【００１８】このような動作をする速度検出手段１７と
ポイントデータ記憶手段１３とネジ締め指令手段１６と
で自動運転が自己保持される。この構成では、ネジ締め
速度を正確且つ安全にできる。

【００１９】また、ネジ締めが始動された直後に、ポイ
ントデータ記憶手段１３にて記憶されたネジ締め速度
を、ネジ締め指令手段１６にて一定の出力として保持す
る構成とすることもあり、そのポイントデータ記憶手段
１３とネジ締め指令手段１６とでネジ締め速度が自己保
持されることもある。

【００２０】ネジ締め操作手段１８は、ネジ締め動作を
開始させるためのスイッチで構成され、スイッチの状態
を中央処理装置１９で読み込む。該中央処理装置１９
は、本装置全体の制御を行うものであり、ポイントデー
タを記憶し、このデータに基づき、Ｘモータ用ドライバ
２３，Ｙモータ用ドライバ２４，Ｚモータ用ドライバ２
５を介して各Ｘモータ２０，Ｙモータ２１，Ｚモータ２
２を制御する機能を有する。また、各軸台座又は軸部に
は位置決めのためのセンサが接続されている。

【００２１】また、ここで、実際の構成のブロック図に
ついて、図２に基づいて説明すると、前記中央処理装置
１９はメインＣＰＵ１９ａとスレーブＣＰＵ１９ｂとで
構成され、そのメインＣＰＵ１９ａと外部とのデータの
やり取りする通信手段であるＲＳ２３２Ｃインターフェ
ースが介在されている。

【００２２】前記ポイントデータ記憶手段１３は、ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭで構成され、ＶＭＥバスに接続されている。
さらに、ポイントデータ記憶手段１３は、メモリーカー
ドとして記憶されることもあり、この場合には、システ
ムプログラムのシステムと各システムのデータ登録用と
して機能する。

【００２３】バスアービター２６はＶＭＥバスとメイン
ＣＰＵ１９ａのバスを調停するように設けられ、そのメ
インＣＰＵ１９ａには発振器２７が設けられている。２
８、２９は本システムのスイッチング電源である。

【００２４】前記ポイントデータ入力手段１１は、各種
データを教示するティーチングボックスに内蔵されてい
る。前記ネジ締め操作手段１８は、スタートスイッチ・
ストップスイッチ・ＬＥＤ表示が兼ねられている。３０
はエジェクタ、３１は外部Ｉ／Ｆ用のコネクタ、３２は
エクスパンダＩ／Ｏで９６ポートの入出力を持ってい
る。３３はエクスパンダＩ／Ｏの信号をアイドレートす
るホトカプラである。

【００２５】デュアル・ポート・ＲＡＭ（Dual port Ｒ
ＡＭ）３４で、前記メインＣＰＵ１９ａとスレーブＣＰ
Ｕ１９ｂとの共有するＲＡＭで２つのポートを持ち、略
同時にアクセス可能に構成され、ネジ締め指令手段１６
とされることもある。

【００２６】３５はスレーブＣＰＵ１９ｂの発振器で、
３６はアナログ入力用コネクタであり、主に位置センサ
ーの様なアナログ信号処理用に使用する。３７は１０ms
毎に位置、速度、加速度をメインＣＰＵ１９ａに要求す
る割り込み信号である。

【００２７】また、図６は高速で移動するシステムを具
体的に説明するための図表であり、ｔ₁、ｔ₂、…ｔ₁₄
はサンプリング時間を１０msで行うことを示している。
すなわち、ｔ₀からｔ₂までは１０ms毎に位置と速度及
び加速度をメインＣＰＵ１９ａでプランニングした後、
デュアル・ポート・ＲＡＭ３４を介してスレーブＣＰＵ
１９ｂにデータが転送される。

【００２８】ｔ₃からｔ₄までの間で速度と加速度との
変曲点が生じるため、図６の破線ｃに示すように変曲点
が生じないように補正されたデータがデュアル・ポート
・ＲＡＭ３４を介してスレーブＣＰＵ１９ｂに転送され
る。

【００２９】ｔ₄からｔ₉までは位置と速度及び加速度
（値はゼロ）がメインＣＰＵ１９ａでプランニングした
後、デュアル・ポート・ＲＡＭ３４を介してスレーブＣ
ＰＵ１９ｂにデータが転送される。

【００３０】ｔ₁₀からｔ₁₃まではｔ₃で補正された分を
考慮して、図６の破線ｄに示すように補正した値の位置
と速度及び加速度をメインＣＰＵ１９ａでプランニング
した後、デュアル・ポート・ＲＡＭ３４を介してスレー
ブＣＰＵ１９ｂにデータが転送される。

【００３１】以上のような制御を行うことにより、１０
ms毎に位置と速度及び加速度を変更可能にし、ネジ締め
開始時やネジ着座時の制御を精度良く行うことが可能と
なるものである。

【００３２】次に、本発明の作用についてフローチャー
ト図に基づいて説明すると、まず、全体のフローについ
ては、図３に示すものとなる。ポイントデータをクリア
ーして、初期化しておき（Ｓ１参照）、次いで、ネジを
締める位置や、ネジ長さＬや、ネジピッチＰ等を含むポ
イントデータを入力する（Ｓ２参照）。このとき、必要
に応じてポイントデータ表示手段１２にその内容を表示
する。そして、その入力が終了したか否かの判断をなし
（Ｓ３参照）、終了した場合には、そのポイントデータ
をポイントデータ記憶手段１３に登録（格納）する。そ
して、ネジ締め指令手段１６が動作して、ポイントデー
タに基づくモータ駆動が開始される。

【００３３】そして、ポイントデータが存在しなくなる
まで、モータ用ドライバにてモータ駆動が行われる（Ｓ
５参照）。次いで、ポイントデータが存在するか否かを
判断し（Ｓ６参照）、そのポイントデータが存在しない
と、本発明のネジ締め工程は終了となる。

【００３４】また、ポイントデータの入力についての一
実施例について、図４に基づいて説明すると、初期化し
て（Ｓ７参照）、ポイントデータを入力し（Ｓ８参
照）、そしてＺ軸部５を固定するか否かについて判断し
（Ｓ９参照）、該判断で固定した場合には、次にＸモー
タ２０及びＹモータ２１についてもティーチングする
（Ｓ１０参照）。そしてティーチングしてデータ入力が
終了か否かを検討し（Ｓ１１参照）、終了すると、ポイ
ントデータとして記憶する（Ｓ１４参照）。

【００３５】また、Ｚ軸部５を固定するか否かについて
判断し（Ｓ９参照）、該判断で固定しない場合、次のポ
イントデータの入力を行い（Ｓ１２参照）、次のポイン
トデータ入力手段１１による入力が終了か否かについて
判断し（Ｓ１３参照）、これから、Ｓ１４にステップす
る。前述の説明の通りに行う。

【００３６】

【発明の効果】本発明においては、適宜なポイントデー
タを入力可能なポイントデータ入力手段１１と、そのポ
イントデータを記憶するポイントデータ記憶手段１３
と、該ポイントデータ記憶手段１３にて記憶したデータ
に基づいてネジ締め運転するネジ締め指令手段１６と、
高速にて移動制御可能な着座位置時間制御手段１４と、
低速にてネジ締め可能なネジ締め時間制御手段１５とを
備え、これらを制御する中央処理装置１９と、Ｘ，Ｙ，
Ｚの三自由度を有し、前記着座位置時間制御手段１４及
びネジ締め時間制御手段１５にて制御可能なＸモータ２
０，Ｙモータ２１，Ｚモータ２２とを設けたネジ締め制
御装置としたことにより、第１に新規な卓型ロボットに
関するもので、電動ドライバーの位置制御が可能なた
め、硬い被ネジ締め物Ｑが固いものから柔らかいものま
でも簡単に扱うことができるし、第２に加工精度を高精
度にできる等の効果を奏する。

【００３７】これらの効果を詳述すると、まず、本発明
によればネジ締めスピードに合わせて電動ドライバ６が
移動するため、被ネジ締め物Ｑに対して余分な力がかか
らないので加工精度の高精度化を特に便利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブロック図

【図２】本発明の別の実施例のブロック図

【図３】本発明による動作のフローチャート図

【図４】本発明による入力のフローチャート図

【図５】本発明による時間と速度との関係図

【図６】本発明による時間と速度との関係図

【図７】本発明の正面図

【図８】本発明の斜視図

【符号の説明】

１１…ポイントデータ入力手段１３…ポイントデータ記憶手段１４…着座位置時間制御手段１５…ネジ締め時間制御手段１６…ネジ締め指令手段２０…Ｘモータ２１…Ｙモータ２２…Ｚモータ１９…中央処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】適宜なポイントデータを入力可能なポイ
ントデータ入力手段と、そのポイントデータを記憶する
ポイントデータ記憶手段と、該ポイントデータ記憶手段
にて記憶したデータに基づいてネジ締め運転するネジ締
め指令手段と、高速にて移動制御可能な着座位置時間制
御手段と、低速にてネジ締め可能なネジ締め時間制御手
段とを備え、これらを制御する中央処理装置と、Ｘ，
Ｙ，Ｚの三自由度を有し、前記着座位置時間制御手段及
びネジ締め時間制御手段にて制御可能なＸモータ，Ｙモ
ータ，Ｚモータとを設けたことを特徴とするネジ締め制
御装置。