JPS5985373A - ならい加工装置 - 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】 この発明は、舵取機構を有する走行台車にエンドエフェ
クタ（例えば溶接用１・−チカど）および加工線ならい
センサを装着したならい加工装置に関するものである。

前述のようなならい加工装置は、例えばならい溶接装置
として公知である。この種の溶接装置は、前記センサか
らの出力情報に基づいて前記台車の車輪を舵取りし、溶
接線と前記台車との距離がほぼ一定となるようになされ
ている。

すなわち前記溶接線から一定距離離なれた前肥台車の指
令走行軌跡に対して、前記台車が前記溶接線側に片寄れ
ば、前記車輪を前記台車の前後方向に対して反溶接線側
に舵取りし、逆に前記台車が反溶接線側に片寄れば、溶
接線側に舵取りするべくなされている。

このときの前記台車の走行軌跡は、前記指令走行軌跡を
中心として減衰軌跡を形成するが、とりわけ前記台車の
スタート位置設定の際に、その台車を前記指令走行軌跡
から離なし過ぎた場合や、あるいはまた前記台車の走行
中に前記車輪が障害物に乗上げたシして前記台車の向き
が大きく変化してしまったような場合にあっては、前記
減衰軌跡が定常状態に達するまでの振幅が異常に大きく
なる。前記台車が前記指令走行軌跡をまたいで大きく振
幅するということは、溶接速度が所定速度より小となっ
てしまうし、溶接線に対するトーチ角も大きく変化して
しまう。

この発明は前述事情に鑑みなされたものであって、前記
台車を急激に前記指令走行軌跡に接近させず、徐々に接
近させるべくして、前記減衰軌跡の定常状態に達する壕
での大きな振幅の発生を防いだならい加工装置を提供せ
んとするものである。

以下実施例を詳述する。なおこの実施例加工装置はエン
ドエフェクタを溶接用トーチとしたならい溶接装置とし
て詳述するが、この発明をこの実施の形態に限定するも
のではない。

ｗｌ、ｗ２は、それぞれワークであり、Ｗｌは水平ワー
ク、Ｗ２は垂直ワークである。両ワークｗ１．ｗ２は、
第１図のように相互に位置決めされて予め仮付溶接が施
されている。ＷＬは、両ワークＷ１１　Ｗ２で形成され
る加工線（水平すみ自溶接線）である。

ｌは、平面形状がほぼ四辺形（実施例ではほぼ正方形）
の走行台車であり、計４個の車輪２が装着されている。

なお全車輪２は、台車ｌ底部に取付けた電動機Ｍ１によ
り、チェーン３ａおよびスプロケット３ｂ、８ｃと、か
さ歯車３ｄ、３ｅとからなる動力伝達機構３を介して同
方向に駆動されるべく構成されている。Ｅｌは、詳細を
図示していないが、車輪２に接続した走行距離検出用エ
ンコーダである。Ｓｌは、電動機Ｍ、およびエンコーダ
Ｅ１を含むサーボ系である。

４は、舵取機構であり、台車１底部に取付けた電動機Ｍ
２により、チェーン４ａおよびスプロケット４ｂ、４ｃ
を介して、全車輪２を同時に同方向に同一角度舵取シし
得るべく構成されている。Ｅ２は、詳細を図示していな
いが機構４の舵取角検出用エンコーダである。Ｓ２は、
電動機Ｍ２およびエンコーダＥ２を含むサーボ系である
゛。

５は、台車１の中央上部に垂直軸支５ａされ、電動機Ｍ
３により回動する回動体である。Ｅ３は、詳細を図示し
ていないが、回動体５の回動角検出用エンコーダである
。Ｓ３は、電動機Ｍ３およびエンコーダＥ３を含むサー
ボ系である。５ｂは、回動体５上部に固設した取手であ
る。

６は、回動体５に支持され、電動機Ｍ４により水平方向
に移動可能の移動体である。Ｅ４は、移動体６の位置検
出用エンコーダである。Ｓ４は、電動機Ｍ４およびエン
コーダＥ４を含むサーボ系である。

７は、移動体６に支持され、電動機Ｍ５にょ９上下に傾
動可能の傾動部材である。Ｅ５は、部材７の傾動角検出
用エンコーダである。Ｓ５は、電動機Ｍ５およびエンコ
ーダＥ５を含むサーボ系である。

８は、部材７に支持され、電動機Ｍ６により軸８ａを中
心としてほぼ水平回動するべくした溶接用トーチ支持部
材である。Ｅ６は、部材８の回動角検出用エンコーダで
ある。Ｓ６は、電動機Ｍ６およびエンコーダＥ６を含む
サーボ系である。

ＳＨは、部材８に支持され、溶接線ＷＬの左右方向なら
いセンサ（実施例では接触式）であシ、図示しないばね
により突出付勢された接触子９と、この接触子９に連結
された差動トランスＴＲＩとを含む。なおセンサＳＨは
、予め設定したその基準出力値における接触子９の突出
位置において、軸８ａが接触子９先端を通過するように
設定されている。また接触子９の突出は、図示しないス
トッパにより制限されている。

Ｓｖは、部材７に支持され、溶接線ＷＬの上下方向なら
いセンサ（実施例では接触式）であり、図示しないばね
により突出付勢された接触子ｌＯと、この接触子ｌＯに
連結された差動トランスＴＲ２とを含む。なおセンサＳ
Ｖは、予め設定１−だその基準出力値における接触子１
０の突出位置において、部材７が水平位置となるように
設定されている。

Ｔは、部材８に取付けたエンドエフェクタ（溶接用トー
チ）である。トーチＴの取付位置は、センサＳＨ，ＳＶ
の前記基準出力値における接触子９．１０の突出位置に
おいて、トーチＴの溶接点の位置Ｐが、接触子９先端下
方で、かつ接触子１０先端を通る水平面上に位置するよ
うに設定されている。

′１１は、信号ケーブル、動カケープル、トーチＴへの
給電ケーブルなどを含むコンジットケーブルである。

ｓｗｌ、ｓｗ２は、台車１の各辺の側壁にそれぞれ１個
づつ、計８個突設したワークＷ２等検出センサ（実施例
ではリミットスイッチ）であり、例えばワークＷ２が途
中で９０度屈折している場合や、ワークＷ２の終端部に
突起物が存在するような場合、それを検出可能である。

Ｃは、中央処理装置ＣＰＵとメモリＭＥＭとを含むコン
ピュータを主体とした制御装置である。

制御装置Ｃには、各サーボ系５ｌ−８６、遠隔操作盤Ｒ
ＥＭ、スイッチＳＷ１．ＳＷ２、溶接電源ＷＳ、センサ
ＳＨ，ＳＶが、第３図のようにパスラインＢを介して接
続される。

なお移動体６は、センサＳＨからの出力情報により制御
装置Ｃを介して左右方向にならい制御され、また傾動部
材７は、センサＳｖからの出力情報により制御装置Ｃを
介して上下方向にならい制御されるべくなされている。

また制御装置Ｃには、 （イ）一定時間を前と現在との各溶接点の位置Ｐｉ＋ｐ
ｉ＋１の位置情報から、それら両位置を通る直線Ｈ１の
方向を求め、さらにはそのＨ】方向に対する最適トーチ
角方向（Ｈ２方向）を求め、さらにはまたＨ１方向に対
する現在のトーチＴの方向とＨ２方向との角度差θを求
め、そしてその差θがＯとなる向きに部材８を回動させ
るべくして、溶接線ＷＬに対するトーチ角をほぼ一定に
するべくした第２手段Ｆ２と、 （ロ）直線Ｒ１上で時間を経過後に到達するであろう次
期溶接仮想点の位置Ｐｉ＋２を求め、′さらにＰｉ＋２
位置から左右方向かつ台車ｌ側へ距離Ｌ２（予め設定し
た移動体６０基準位置におけるトーチＴの溶接点の位置
と軸５ａとの距離）だけ離なれた次期軸５ａ仮想点の位
置Ｏｉ＋２を求め、さらには０ｉ−）−２と現在の軸５
ａ位置Ｏ１＋１との距離ｔを求め、そしてその距離ｔを
時間ｔで除算し、その値（速度）で台車１を走行させる
べくして、溶接速度をほぼ一定とするべくした第２手段
Ｆ２と、ｆ）　　Ｏｉ＋ｉ　トＯｉ＋２　ヲ通ル＋ｉｉ
線Ｈ３（合筆１ｏ指令走行軌跡）方向を求め、さらにこ
の直線Ｈ３と現在の車輪２の舵取方向との角度差φを求
め、そして台車１が直線Ｈ３に対して現在接近走行しつ
つあるのか遠隔走行しつつあるのかを判定し、遠隔走行
しつつある場合においては、差φが０となる向きに車輪
２を舵取りし、 逆に接近走行しつつある場合においては、台車ｌの指令
走行軌跡←÷豊Ｈ３に対する車輪２の舵取角が第１基準
角αｌより犬か小かを判定する第１判定手段Ｆ３１、前
記舵取角が基準角αｌより小の第２基準角α２より大か
小かを判定する第２判定手段Ｆ３２、現在車輪２は指令
走行軌跡Ｈ３に接近する方向に舵取シされているか遠隔
する方向に舵取ジされているかを判定する第３判定手段
Ｆ３３のそれぞれの判定結果、車輪２が指令走行軌跡Ｈ
３に接近する方向に舵取りされていて、かつ現在の指令
走行軌跡Ｈ３に対する舵取角が基準角αｌよυ犬ならば
、台車１を指令走行軌跡Ｈ３から遠隔させる方向に車輪
２を舵取りするべくし、また車輪２が指令走行軌跡Ｈ３
に対して遠隔する方向に舵取シされていて、かつ現在の
舵取角が基準角α２より小ならば、台車ｌを指令走行軌
跡Ｈ３に接近させる方向に車輪２を舵取りするべくして
、 台車１を指令走行軌跡Ｈ３に対して徐々に接近させつつ
Ｏ１＋２位置に向けるべくして、溶接線ＷＬと台車１と
の距離をほぼ一定とするべくした第３手段Ｆ３と、 が含まれている。

さらにこの実施例の作用を、第４．５図を参照１７つつ
、第６図のフローチャートに基づいて説明する。

寸ずオペレータは、操作盤ＲＥＭの図示しない電源スィ
ッチおよび原点位置決めスイッチをＯＮにする。このと
き車輪２の舵取角は、全車輪２が前後方向（第１図にお
いてＸ方向）となる角度に、また回動体５は、移動体６
の移動方向が台車１に対して左右方向（第１図において
Ｙ方向）となる位置に、さらには移動体６は、トランス
Ｔ　Ｒ１の出力値が予め設定した基準出力値に一致する
位置に、さらにはまだ部材７は、トランスＴ　Ｒ２の出
力値が予め設定した基準出力値に一致する位置に、さら
にはまた部材８は、Ｘ方向（はぼ溶接線ＷＬの方向）に
対するトーチ角が最適となる位置に、それぞれ位置決め
される。

そしてオペレータは取手５ｂを持ち、第１図のように、
台車１をワークＷ１上に載せ、かつ台車１の前後方向が
溶接線ＷＬの方向とほぼ一致するように、さらには溶接
線ＷＬの始端において、センサＳＨ，ＳＶの接触子９．
１０が、それぞれワークＷ２．Ｗｌに少なくとも接触す
るようにスタート位置を決定する。

そこで操作盤ＲＥＭの図示しないスタートスイッチをＯ
Ｎにすると、 まずＦＬＡＧがクリヤされ、例えばＦＬＡＧ＝０にセン
トされる（ステップ５Ｔ１）。

また電源ＷＳをＯＮにするべく指令が出力される（ステ
ップＳ　Ｔ２）。

さらには台車ｌを所定の溶接速度で前進させるべくサー
ボ系Ｓ１に指令が出力される（ステップ５Ｔ３）。

さらにはまたエンコーダＥ１によるカウントも開始され
る（ステップ５Ｔ４）。

そしてセンサＳＨによる移動体６のならい制御、および
センサＳ■による部材７のならい制御が開始される（ス
テップ５Ｔ５）。すなわちトランスＴＲ１からの出力値
と基準値とがＣＰＵで比較され、その差がＯとなる向き
に移動体６は移動されるし、またトランスＴＲ２からの
出力値と基準値とがＣＰＵで比較され、その差が０とな
る向きに部材７は回動される。

また軸５ａを原点Ｏｉとし、現在の舵取方向を〈ｉ軸と
して、溶接点の位置ＰｉをコンピュータＣに取込む（ス
テップ５Ｔ６）。

そして一定時間ｔが経過したか否かを判定する（ステッ
プＳ　Ｔ７）。

時間ｔが経過したならば、Ｐｉ位置情報およびエンコー
ダＥ１、Ｒ２、Ｒ４の出力から現在の溶接点の位置Ｐｉ
＋１を求める（ステップ５Ｔ８）。

そしてエンコーダＥ２の出力から現在の舵取角を求め、
その舵取方向を％ｉ＋１軸、軸５ａを原点Ｏ１刊とする
座標に変換する（ステップ５Ｔ９）。

そしてその新たな座標系でのＰｉ、　Ｐｉ＋＋位置を求
める（ステップＳＴ□０）。

さらにその両位置Ｐｉ、　Ｐｉ＋１を通る直線Ｈ１の方
向を求める（ステップＳ　Ｔｌ１）。

さらにはワークＷ１面上において、その直線Ｈ１の方向
に対して最適のトーチ方向Ｈ２を求める（ステツ　ブ　
Ｓ　　Ｔ１２）　　。

そしてＨ１方向に対する現在のトーチ方向とＨ２方向と
の角度差θを求める（ステップＳ　Ｔ１３）。

そしてその差θが０となる向きに部材８を軸８ａｔわり
に回動させるべくサーボ系Ｓ６に指令が出力される（ス
テップＳ　Ｔ１４）。

以上のステップＳＴ６〜Ｓ　Ｔｌ４により、結局トーチ
Ｔは、溶接線ＷＬが曲線を描いていても、溶接線ＷＬに
対するトーチ角は、常に・最適角に維持されることにな
る。すなわちそのステップＳ　Ｔ６〜Ｓ　Ｔ１４が第１
手段Ｆ、に相当することになる。

次に溶接速度と時間ｔとを乗算する（ステップ５Ｔ１５
）。

そして直線Ｒ１上において、ｐｉ＋１位置から前記乗算
値（距離Ｌ１）だけ離なれた次期溶接仮想点Ｐｉ−１−
２の位置を求める（ステップＳ　Ｔ１６）。

さらにはＰｉ＋２位置から台車ｌの左右方向、かつ台車
１側へ距離Ｌ２（移動体６の予め設定した基準位置にお
ける溶接点の位置と軸５ａとの距離）だけ離なれた次期
軸５ａ仮想点の位置Ｏｉ＋２を求める（ステップＳ　Ｔ
１７）。

さらにはＯｌ＋１　＋　０１＋　２間の距離ｌを求める
（ステップＳ　Ｔ４ｇ）。

さらには距離ｔを時間ｔで除算すゐ（ステップＳ　Ｔｌ
９）。

そしてその除算値（速度）で台車１を走行させるべくサ
ーボ系８１に指令が出力される（ステップＳ　Ｔ２０）
。

以上のステップＳ　Ｔ１５〜Ｓ　Ｔ２０により、溶接線
ＷＩ。

が曲線であっても、台車１は溶接速度が一定となるよう
に速度制御される。すなわちそのステップＳ　Ｔ１５〜
ＳＴ加が第２手段Ｆ２に相当することになる。

次にＯｉ＋Ｉ、　Ｏｉ＋２を通る直線Ｈ３の方向を求め
る（ステップ５Ｔ２１）。この直線Ｈ３が台車１０指令
走行軌跡に相当する。

さらにはＨ３方向ｉｉ刊軸方向（現在の車輪２の舵取方
向）との角度差φを求める（ステップＳ　Ｔ２２）。

そして現在台車１は直線Ｈ３に対して接近走行している
のか遠隔走行しているのかを判定する（ステップＳ　Ｔ
２３）。

その判定結果、遠隔走行しているならば、差φが０とな
る向きに車輪２を舵取りするべくサーボ系Ｓ２に指令が
出力される（ステップＳ　Ｔ２４）　。

逆にステップ５Ｔ２３の判定結果、接近走行しているな
らば、直線Ｈ３に対する現在の舵取角は基準角αｌよυ
大か小かを判定する（ス、テップＳ　Ｔ２５）。なおこ
のステップ５Ｔ２５が第１判定手段Ｆ３１に相当する。

この判定結果、舵取角が基準角α１より犬ならば、台車
１は直線Ｈ３に向って急接近しているということになり
、この場合は、前記角度差φが犬となる向きに車輪２を
舵取りするべくサーボ系Ｓ２に指令が出力される（ステ
ップＳ　Ｔ２６）。すなわち車輪２は直線Ｈ３への急接
近を防止する向きに舵取シされることになる。

さらにはＦＬＡＧ＝　１にセットされる（ステップＳ　
Ｔ２７）。

またステップＳ　Ｔ２５の判定結果、舵取角が基準角α
１より小ならば、すなわち台車ｌが直線Ｈ３に向かって
ゆっくりと接近しているならば、現在ＦＬＡＧ＝Ｏか否
かを判定する（ステップＳ　Ｔ２８）。なおこのステッ
プＳ　Ｔ２８が、現在車輪２が指令走行軌跡Ｈ３に接近
する方向に舵取りされつつあるか遠隔する方向に舵取り
されつつあるかを判定する第３判定手段Ｆ３３に相当す
る。

そしてその判定結果、ＦＬＡＧ＝０ならば、前記角度差
φが０となる向きに車輪２を舵取りするべくサーボ系Ｓ
２に指令が出力される（ステップＳ　Ｔ２９）。すなわ
ち台車１を直線Ｈ３に向かってさらに接近させるべく車
輪２を舵取りすることになる。

またステップＳ　Ｔ２８の判定結果、ＦＬＡＧ＼０なら
ば、直線Ｈ３に対する現在の舵取角が基準角α２よυ大
か小かを判定する（ステップＳ　Ｔ３０）。なおこのス
テップ５Ｔ３ｏが第２判定手段Ｆ３２に相当する。

そしてその判定結果、舵取角が基準角α２より大ならば
、前記角度差φが大となる向きに車輪２を舵取りするべ
くサーボ系Ｓ２に指令が出力される（ステップＳ　Ｔ３
１）。すなわち車輪２の直線Ｈ３に対する舵取角が増々
小となる向きに舵取りされることになる。

またステップ５Ｔ３０の判定結果、舵取角が基準角α２
より小ならば、前記角度差φがＯとなる向きに車輪２を
舵取りするべくサーボ系Ｓ２に指令が出力される（ステ
ップＳ　Ｔ３２）。すなわち車輪２の直線Ｈ３に対する
舵取角が基準角α２より小になると、台車１は直線Ｈ３
に接近し難くなるので、台車゛１を直線Ｈ３に接近させ
る向きに車輪２は舵取りされることになる。

さらにはＦＬＡＧ＝０にセットされる（ステップＳ　Ｔ
３３）。

以上のステップＳ　Ｔ２．〜Ｓ　Ｔ３３により、溶接線
ＷＬが曲線を描いていても、溶接線ＷＬと台車１との距
離はほぼ一定に維持されることになる。しがも台車１の
直線Ｈ３への接近は徐々に行なわれることになる。すな
わちステップ５Ｔ２１−８Ｔ３３が第３手段Ｆ３に相当
している。

そして前記ステップＳ　Ｔ２４　＋　Ｓ　Ｔ２７　＋　
Ｓ　Ｔ２９　＋　Ｓ　Ｔ３］・あるいは５Ｔ３３を経由
したならば、ｐｉ＋１位置の情報をＰｉ位置情報に置換
する（ステップＳ　Ｔ３４）。

そしてエンコーダＥ１によるカウンタ値がＮになったか
否かを判定する（ステップＳ　Ｔ３５）。

その判定結果、カウント値がＮになっていなければ、す
なわち溶接線ＷＬの終点まで台車１が到達していなけれ
ば、ステップＳ　Ｔ７にもどり、ステップＳ　Ｔ７〜５
Ｔ３５ｔでの工程を繰返すことになる。

そしてステップ５Ｔ３５の判定結果、カウント値がＮに
なったならば、電源ＷＳをＯＦＦにするべく指令が出力
される（ステップＳ　Ｔａ２）。

まだ台車ｌを停止させるべくサーボ系Ｓ１に指令が出力
される（ステップＳ　Ｔａ２）。

以上のようにしてならい溶接が実行される。

なお詳述しないが、例えばワークＷ２が途中で９０度に
屈折している場合にあっては、トーチＴ先端がその屈折
点に到達する前に、台車１がワークＷ２に衝突してしま
い、その屈折点近辺の溶接線は溶接できなく、なってし
まう。このような場合は、スイッチＳＷ１やＳＷ２が信
号を出力することにより台車１を停止させ、同時に回動
体５を一定角度だけ前方へ回動させることにより、トー
チ先端を前記屈折点まで到達させることができ、前記屈
折点近辺の溶接線終端部をもならい溶接できる。

前述説明は実施例であり、例えば機構４は全車輪２を同
時に舵取りするものでなくてもよいなど、各構成の均等
物との置換もこの発明の技術範囲に含まれることはもち
ろんである。

この発明は前述したように、溶接線ＷＬと台車１との距
離を一定にするべく制御するときに、台車１を指令走行
軌跡Ｈ３に対して徐々に接近させるように、車輪２を舵
取シするべくしたもので、従来のように台車ｌが指令走
行軌跡に急激に接近し、その軌跡をまたいで大きな振幅
を描いてしまうならい加工装置に比し、加工速度がほぼ
一定する。

また部材８が軸８ａまわりに回動せず、エンドエフェク
タの角度変更ができず、しかも全車輪２を舵取りするの
でなくて、２輪のみを舵取りするならい加工装置の場合
は、従来のように前記大きな振幅を描くと、台車の加工
線に対する姿勢が大きく変化し、エンドエフェクタの加
工線に対する角度も大きく変化してしまうが、この発明
装置の場合はそのうれいもない。

よって台車ｌのワークに対するスタート位置への設置の
際、台車１を指令走行軌跡Ｈ３から離なし過ぎた場合や
、台車ｌの走行中に障害物のために台車ｌの向きが大き
く変化した場合でも、前述のように台車１は指令走行軌
跡Ｈ３に徐々に接近していく関係上、加工結果も良好と
なる。

【図面の簡単な説明】

図はいずれもこの発明の一実施例を示し、第１図は全体
斜視図、第２図は走行台車の底面図、第３図は制御装置
のブロック図、第４．５図は作用説明図、第６図はフロ
ーチャート、である。 図において、ｌ・・走行台車、２・・・車輪、４・・・
舵取機構、８・・支持部材、Ｔ・・・エンドエフェクタ
（実施例では溶接用トーチ）、ＳＨ，ＳＶ・・・加工線
ならいセンサ、Ｃ・・・制御装置、Ｈ３・・・指令走行
軌跡、α１・・・第１基準角、α２・・・第２基準角、
Ｆ３１・・・第１判定手段、Ｆ３２・・・第２判定手段
、Ｆ１ａ・・・第３判定手段、である。 出願人　新明和工業株式会社 尤１図 第２図 ＳＷ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｂＷ＋Ｃ
大３図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 舵取機構を有する走行台車と、この台車に装着したエン
   ドエフェクタおよび加工線ならいセンサの支持部材と、
   前記センサからの出力情報に基づいて車輪の舵取角を制
   御するべくした制御装置とを備え、この制御装置は、前
   記台車の指令走行軌跡に対する前記車輪の舵取角が第１
   基準角より犬か小かを判定する第１判定手段と、前記第
   １基準角より小の第２基準角より犬か小かを判定する第
   ２判定手段と、現在前記車輪は前記指令走行軌跡に接近
   する方向に舵取りされつつあるか遠隔する方向に舵取り
   されつつあるかを判定する第３判定手段とを含み、 前記第３および第１判定手段による判定結果、現在前記
   車輪が前記指令走行軌跡に接近する方向に舵取シされて
   いて、かつ現在の舵取角が前記第１基準角上り犬ならば
   、前記台車を前記指令走行軌跡から遠隔させる方向に前
   記車輪を舵取りするべくし、 また前記第３および第２判定手段による判定結果、現在
   前記車輪が前記指令走行軌跡に対して遠隔する方向に舵
   取りされていて、かつ現在の舵取角が前記第２基準角よ
   り小ならば、前記台車を前記指令走行軌跡に接近させる
   方向に前記車輪を舵取りするべくした、 ならい加工装置。