JPS605968B2 - 位置制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は位置制御装置に関し、特にたとえば複数の被
制御体ないし工具を持つロボットの制御方法に関する。

従来より、たとえば自動溶接機又は自動塗装機において
、ＰＴＰ（ＰｏｉｎｔＴｏＰｏｉｎｔ）方式によってト
ーチ又は塗装ガソを位置制御することが知られている。
このようなたとえば自動溶接機においては、被溶接物（
ワーク）が非常に大きく、そのトーチの移動可能範囲を
越える場合がある。この場合には、ワークを動かすか、
あるいはトーチを複数個とするかでワーク全長をカバー
する。ワークがたとえば船体等の場合、これを動かすこ
とは非常に困難であり、そのために、２個ないしそれ以
上のトーチを同時に動かして連続的に溶接することが行
なわれている。この発明はこのような複数の工具を持つ
位置制御装置の改良に向けられる。第１図はこの発明の
背景となる、かっこの発明の実施される自動溶接装置を
示す全体斜視図である。以下にはこの発明の理解を容易
にする目的で、この自動溶接装置を簡単に説明する。ワ
ークが載せられるテーブル１両端には、長さ方向（×軸
万向）に、水平ガイド２，２がテーブル１の上方に固定
的に設けられる。この水平ガイド２，２上には、それぞ
れ、レール３，３が配設される。また、この水平ガイド
２，２上には、前記レール３，３上を×軸方向に移動自
在とされ、かつモータ５によって走行駆動される走行梁
４が載せられる。そして、この走行梁４は「前記テーブ
ル１の幅方向（Ｙ軸方向）に移動可能な、かつモータ７
によって移動駆動される移動体６を支承する。さらに、
前記移動体６に支承されて上下方向（Ｚ軸方向）に移動
可能な、かつモータ９によって昇降駆動されるコラム８
が設けられる。前記コラム８の下端部には「トーチ取付
具１０が、垂直軸まわりに回動角度■を自在に設けられ
る。

このトーチ取付具１０１ま、トーチＴＩを保持し、モー
夕１１によって回動駆動されて該トーチＴＩのワークに
対する向き角度を調整する。この実施例では、同様の装
置が同機の組合わせでさらに１組設けられる。なお「各
モータ５，７，９，１ １の回転速度ないしトーチＴ１
，Ｔ２に与えられる溶接電流およびトーチ位置は、図示
しない（位置決め）制御装置により制御されることは周
知の通りである。このような自動溶後装置において、前
記トーチＴ１，Ｔ２は、前記×，Ｙ，Ｚ軸に関して予め
プログラムされた点位置へ、たとえばＰＴＰ方式によっ
て位置制御される。

そして、テーブル１の長さ方向は２つの位置決め装置か
つしたがってトーチＴ１，Ｔ２によって分担されるが、
その中央部分は２つのトーチＴ１，Ｔ２によって共有さ
れる。換言すれば、２つのトーチＴ１，Ｔ２は、それぞ
れ、他のトーチの干渉のない独自のエリアを持つととも
に、相互に干渉するエリアをも持つことになる。そのた
め、この干渉エリアにおいて２つのトーチＴ１，Ｔ２が
交錯し、あるいは衝突する可能性がある。したがって、
その場合には一方を止めて他方を動かすことが考えられ
る。しかしながら、自動溶接機ないし自動塗装機におい
ては、一旦スタートするとトーチないし塗装ガンの作動
を途中で停止させることはできない。

なぜなら、それは、溶接ないし塗装の仕上がりに重大な
悪影響を及ぼし、仕上りの品質の低下を招来するためで
ある。それゆえに、本発明者は、先に特願昭５１一９６
７７８号において複数の被制御体を、望ましくはその作
業途中で停止させることなく、相互の干渉ないこ制御す
る、そのような位置制御装置の制御方法を提供した。

この発明との比較のために、この先行発明を概説すれば
、それぞれ独立したエリアと共通するエリアとを有する
複数の被制御体の位置制御において「たとえば１チップ
のマイクロコンピュータないしマイクロプロセッサ等か
ら成るＣＰＵによって、各位層決め制御装置に与えられ
るユーザプログラムに基づいて判断し、前記共通エリア
において相互干渉があるならば１つの被制御体と他の被
制御体とのいずれか一方を優先させ、他方は前記共通エ
リア外（自己の独立エリア内）で、かつ望ましくは何ら
の作業もしない点位置で待たせるようにした制御方法で
ある。

このようなこの発明の背景となる制御方法では、被制御
体どうしの衝突は一方を優先させ、他方を共通エリア外
で待たせるようにして避けられるが、なお改良すべき問
題点が残る。

すなわち、共通エリアを規定してその範囲に進入する前
に相互干渉があるか否かを判断し、干渉範囲外で待たせ
るようにしたため、不必要な待ち時間が生じ、総合的な
作業効率が低下する。それゆえに、この発明の主たる目
的は、作業効率を低下させることなく、複数の被制御体
を相互に衝突ないし干渉することなく制御するような位
置制御装置を提供することである。

この発明は、要約すれば、或る１つの座標軸上において
、第１および第２の被制御体の各原点からの位置関係に
基づいて、干渉する可能性の有無を判別し、もし干渉す
る可能性があるならば他方の被制御体の状態すなわち待
機中か否かにより、一方の被制御体をその位置で待機さ
せたりあるいは予め定めた位置に待避させるようにした
ものである。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は図面
を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明らかとな
ろう。

第２図はこの発明の概略を示すブロック図である。

構成において、この実施例は、説明を簡単にするために
、２組の位置決め装置ＰＤＩおよびＰＤ２を有し、それ
ぞれが位置決め制御装置ＰＣＩおよびＰＣ２によって制
御される。この位置決め装置ＰＤＩおよびＰＤ２、さら
に、手動瀕作のために、かつユーザプログラムをティー
チング（Ｔｅａｃｈｉ雌）するための操作卓○ＰＩおよ
びＯＰ２からの指令を受ける。

そして、位置決め装置ＰＤＩおよびＰＤ２は、それぞれ
、例えば第１図に示すトーチＴＩおよびＴ２のような被
制御体を順次位置決めする。また、前記位置決め制御装
置ＰＣ１，ＰＣ２は、それぞれ、システムプログラムお
よびユーザプログラムを記憶するメモリを内蔵（又は関
連的に設けて）しているものである。

従って、この位置決め制御装置ＰＣＩおよびＰＣ２は、
このようなメモリから読出したプログラムに基づいて、
各位層決め装置ＰＤＩおよびＰＤ２に対して順次の位置
指令（×，Ｙ，Ｚの各軸）と、合成（系）速度に応じた
各軸×，Ｙ，Ｚ方向の速度コンポーネントとを与える。
そして、この位置決め装置ＰＤ１，ＦＤ２は、Ｎ山１信
号（零信・号；サーボ系に含まれるサーボアンプから目
的位置に達したとき得られる信号）によって、各制御装
置ＰＣ１，ＰＣ２に対して次の位置指令を要請する。こ
の各位層決め装置ＰＤＩ，ＰＤ２によって位置決めされ
る被制御体（トーチあるいは塗装ガン等；図示せず）は
、×軸のみを例にとって第３図に示すように、全長Ｘ中
に、それぞれ固有の移動範囲×１，Ｘ２を有する。

第４Ａ図および第４Ｂ図は第２図に示す制御装置ＰＣＩ
の動作を説明するためのフローチャートである。

以下には、この第４Ａ図、第４Ｂ図を参照して、第２図
の実施例の動作を説明する。なお、以下の説明は、×鞠
方向についてのみ行なうが、他のＹ軸あるいはＺ軸につ
いても同様の制御が適用できることを予め指摘しておく
。但し、以下の動作は、×，Ｙ，Ｚのいずれか１つの軸
について行なえばよく、すべての軸について行なう必要
はない。また、この例では、位置決め制御装置ＰＣＩに
対して位置決め装置ＰＤＩからのＮｕｌｌ信号が与えら
れた場合を説明する。まず、位置決め装置ＰＤＩから、
対応の被制御体（トーチＴＩ）を所定位置に移動制御し
たことに応答して、Ｎ山１信号を位置決め制御装置ＰＣ
Ｉに与える。

応じて、この位置決め制御装置ＰＣＩは、自己のトーチ
ＴＩが相手のトーチＴ２の干渉を避けて一時退避してい
ること（逃げていること）を表わすフラグＦ１（以下、
逃げフラグＦＩと称す）を「０」にセットし、次の位置
決め制御に備える。後述するように、この逃げフラグＦ
Ｉは、一時退避しているトーチＴＩを元の位置に戻すた
めに設けられている。なお、制御装置ＰＣ２にも同様の
目的で逃げフラグＦ２が設けられている。つづいて、相
手の位置決め制御装置ＰＣ２から、Ｘ２ｈａｘ（位置決
め装置ＰＤ２に対応の被制御体（トーチＴ２）の作業を
中断できるＸ軸方向の最大点位置、これは後述のＸｌｍ
ａｘと同じようにして求められている）を取込む。

そして、第５図に示すサブルーチンによってＸ１ｍａｘ
（位置決め装置ＰＤＩに対応のトーチＴＩの作業を中断
できるＸ髄方向の最大点位置）を求める。

ここで、第６図を参照して、このＸｍａｘを求めるサブ
ルーチンを説明する。

まず、前述のごとくＸ２ｈａｘを取込んだこと、又は前
記Ｎ山１信号に応じて、次のステップの点位置をメモリ
からロードする。そして、現在位置ふと次ステップ位置
Ｘ船ｘｔとのうち大きい方をＸｍａｘとする。つづいて
、この次ステップ位置まで作業（溶接ないし塗装等）が
続くかどうかを判断する。

ここで「ＮＯ」なら、すなわち次ステップまで作業がな
いなら、このサブルーチンはＥＮＤとし、メインルーチ
ンに戻る。「ＹＥＳ」なら、すなわち次ステップまで作
業であれば、対応のステップカウンタを１つ歩進（十１
）させ、さらに次のステップ（次々ステップ）をロード
する。

そして、この次々ステップも作業があるかどうかを判断
する。「ＹＥＳ」なら、Ｘｍａｘ′（各ステップ毎に求
めた最大位置）とＸｎｅｘｔの大きい方をＸｍａｘとし
、再び対応のステップカウンタを１つ歩進させ、さらに
次のステップ（次々々ステップ）をロードする。そして
、この次々々ステップまで作業かどうかを判断する。そ
こで、「ＮＯ」なら、上述のごとく求めたＸｍａｘをＸ
ｍａｘとして用いる。すなわち、位置決め制御装置ＰＣ
１（又はＰＣ２）は、そのユーザプログラムから、作業
を行なう領域の点位置のうち最大のものをＸ１ｍａｘ（
またはＸ２ｈａｘ）とする。なお、上述の第５図の処理
では、現在位層ふが作業を行なう領域の中の最大点位置
でありかつ次の目標位置Ｘ，が現在位置Ｘｏよりも大き
い場合は次の目標位置Ｘ，をＸ１ｍａｘとしている。こ
れは、現在位層ふで作業が終了してもすぐにトーチＴＩ
の移動が停止されるとは限らないからである。すなわち
、作業終了後もトーチＴＩが空走する場合は次の移動ス
テップでトーチＴＩとＴ２とが干渉するおそれが生じる
。そこで、この場合はＸ１ｍａｘに１移動ステップだけ
のマージンを付加し、次の移動ステップでトーチＴＩと
Ｔ２とが干渉しないようにしているのである。ここで、
「溶接オフ」（作業なし）を条件としたのは、自動溶接
機においては一旦スタートして途中で停止させることが
その仕上りの品質低下をもたらすからであり、トランス
ファーマシンなどのマニプレータのように単に位置のみ
を制御する場合には、このような「作業なし」の条件は
不要である。

再び第４Ａ図に戻って、位置決め制御装置ＰＣＩでは、
前述のごとくのＸ１ｍａｘとＸ２ｈａ×とから、Ｄ＝Ｘ
１ｍａｘ＋Ｘａｈａｘ十ＤＸ−×（但し、ＤＸは予め決
められている余裕寸法であり、×は×軸方向の全長（第
３図）である。

）を演算する。つづいて、前記Ｄが正か否かを判断する
。これは、２つのトーチＴ１，Ｔ２がオーバラツプする
可能性があるかどうかを判断することである。そして、
「ＹＥＳ」ならば後述の■のルーチンに移る。すなわち
、この場合には、２つのトーチＴ１，Ｔ２が互いに入り
組んで動くということであり、第４Ｂ図に示すように、
相手のトーチＴ２が待機中であることを示すフラグＷＦ
２が「０」でないか、すなわち相手が待っていないかど
うかを判断する。そして、「ＹＥＳ」なら、すなわち相
手が待機中でないなら、自己の待機中のフラグＷＦＩを
ｒｌ」にセットして再び■のルーチンに戻る。「ＮＯ」
ならば、相手が待機中であり、つづいてＮ＝０かどうか
を判断する。

このＮは、このトーチＴＩの逃げ方向を示すものであり
、Ｎ＝１ならその逃げ方向は斜上であり、Ｎ＝０なら真
上に逃げるように予め決められている。すなわち、Ｎ＝
１なら第６図に示す現在位置Ｐｏから一旦Ｐ，に逃げて
から、順次Ｐ２，Ｐ３へ逃げ、Ｎ＝０なら現在位置Ｐｏ
から即座にＰ２，Ｐ３へと逃げるものとする。このよう
に逃げ方向を２種類設定するのは、例えば断面コ状材の
すみ肉溶接のように、トーチがワークの下方に入り込み
「すぐ真上に逃げることができない場合もあるからであ
る。ここで、「ＹＥＳ」なら、すなわちＮ＝０ならば、
位置決め制御装置ＰＣＩは位置決め装置ＰＤＩに対して
、現在位置Ｐｏと同じ位置を次の位置指令として出力す
る。

これは、単に「ＮＯ」の場合、すなわちＮコ１の場合と
同じプログラムステップ数に合わせるためであり、この
Ｐ，＝Ｐｏのステップはなくてもよい。また、Ｎ＝１の
場合には、位置決め制御装置ＰＣＩは位置決め装置ＰＤ
Ｉに対して、次の位置指令として点Ｐ，を出力する。こ
の点Ｐ，は、第６図からもわかるように、Ｚ軸方向につ
いては現在位置乙に任意の逃げ量Ｃを加えたＺｏ＋Ｃを
Ｚ，とし、Ｙ軸方向については現在位置Ｙｏに任意の逃
げ量ＡのＹ軸方向のコンポーネント瓜ｉｎの（の；■鞠
位置情報にある定数を秦算したもの）を加えたＹｏ＋Ａ
ｓｊｎのをＹ，とし、×軸方向については現在位置Ｘｏ
に任意の逃げ量ＡのＸ鞠方向のコンポーネントＡｃｏｓ
のを加えたふ十ＡｃｏｓのをＸ，とする。また■軸は変
わらない（■，＝■。）。すなわち、Ｚ軸はＣだけ上げ
、Ｘ，Ｙ軸はトーチＴＩがワークと干渉しない角度の（
■×ｋ）の向きに従って戻される。Ｎ＝０の場合も、Ｎ
＝１の場合も、つづいて位置決め制御装置ＰＣＩは、点
位置Ｐ２を次の指令位置として位置決め装置ＰＤＩに出
力する。

この点Ｐ２の座標は、×軸は先の位置Ｐ，と同じ（Ｘ２
＝Ｘ，）であり、Ｙ軸もＰ，と同じ（Ｙ２＝Ｙ，）であ
り、Ｚ軸は任意の値乙ａ（Ｚ＝Ｚａ）であり、■軸は現
在位置Ｐｏと同じ（■２ ＝■。 ）である。これで、
Ｚ軸については、相手方のトーチＴ２と衝突する領域を
外れたことになる。そして、×鞠についてもトーチＴ２
と衝突しないようにするために、位置決め制御装置ＰＣ
Ｉは、次の点位置Ｐ３を指令する。この点Ｐ３は、×軸
が任意の値×ａになったこと以外は、先の′点Ｐ２と同
じである。このようにして、トーチＴ２が待機中である
場合のトーチＴＩの逃げが行なわれ、位置決め制御装置
ＰＣＩは、相手方の位置決め制御装置ＰＣ２に対して、
Ｘ１ｍａｘ＝Ｘａとして知らせる。それとともに自己の
逃げフラグＦＩを「１」にセットして再び■のルーチン
に戻る。なお「前述の「Ｄ＞０か？」の判断ステップ（
第４Ａ図）で、「ＮＯ」の場合には、トーチＴ１，Ｔ２
が互いに干渉（衝突）なしで動けることを意味し、待機
中のフラグＷＦＩを「０」にセットし×１ｍａｘを出力
する。

つづいて、自己の逃げフラグＦＩが「０」か否かを判断
する。

ここで、前記■のルーチンからの場合（一旦点Ｐ３へ逃
げた場合）は「ＮＯ」であり、逃げなかった場合は「Ｙ
ＥＳ」となる。「ＮＯ」の場合には、トーチＴＩを点Ｐ
３から順次Ｐ２，Ｐ，そしてＰｏへと戻す。このように
して、トーチＴＩの位置制御が達成される。これは、ト
ーチＴ２の位置制御についても同様に行なわれ得ること
はいうまでもない。また、上述の実施例においては、第
１図に示す自動溶接装置の場合を例にとって説明したが
、これは自動塗装装置等の位置制御についても同様に適
用し得ることはもちろんである。

さらに、この発明はコンピュータ等を用いることなく、
位置決め制御装置等をハード構成とした場合についても
同様に実施し得ることはもちろんである。以上のように
、この発明によれば、複数の被制御体を相互干渉、衝突
なく位置制御できる。しかも、特別の領域を規定して判
断をするものでないため、不必要な待ち時間が短縮でき
高能率化が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となる、かっこの発明の実施さ
れ得る自動溶接装置を示す全体斜視図である。 第２図はこの発明の概略ブロックダイヤグラムである。
第３図は各位鷹決め制御装置の移動可能範囲（エリア）
を示す×軸方向の図解図である。第４図はこの発明に基
づいたシステムプログラムの一例を示すフローチャート
である。第５図はＸｍａｘを求めるためのサブルーチン
を示すフローチャートである。第６図は逃げ方向ないし
位置を示す座標図である。図において、Ｔ１，Ｔ２はト
ーチ、ＰＣ１，ＰＣ２は位置決め制御装置、ＰＤ１，Ｐ
Ｄ２は位置決め装置である。 泌図 髪ｚ図 髪３図 滋Ａ図 髪小函 髪６図 髪タ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の座標軸を含む座標系において、少なくとも第
   １の被制御体と第２の被制御体を有する複数の被制御体
   を予めプログラムした点位置に順次制御するような位置
   制御装置であって、 前記複数の座標軸の中の或る１つ
   の座標軸上で、前記第１の被制御体は該座標軸の一端Ｐ
   １を原点として移動し、前記第２の被制御体は該座標軸
   の他端Ｐ２を原点として移動するとき、 前記原点Ｐ１
   から見た前記第１の被制御体の移動領域と前記原点Ｐ２
   から見た前記第２の被制御体の移動領域とが前記或る１
   つの座標軸上で重複するか否かを判別する判別手段、
   前記判別手段が移動領域の重複を判別したことに応じて
   、前記第２の被制御体が待機中であるか否かを判断する
   判断手段、および 前記判断手段において待機中である
   と判断されたことに応じて前記第１の被制御体を予め定
   められた位置に待避させ、前記判断手段において待機中
   でないと判断されたことに応じて前記第１の被制御体を
   現在位置において待機させるための待避制御手段を備え
   る、位置制御装置。 ２ 前記第１および第２の被制御体の移動領域は、第１
   および第２の被制御体が作業を行なう領域である、特許
   請求の範囲第１項記載の位置制御装置。 ３ 前記被制御体は溶接トーチを含む、特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の位置制御装置。 ４ 前記被制御体は塗装ガンを含む、特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の位置制御装置。