カ バ リ ング マ シ ンの 自動 糸 交 換 装 置 の 開 発
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(2) 繊 維機 械 学 会 誌. 84. Table. 1. Doffing Operations Covering Machine. for 300 Head. Double. く生 か した 自動 化 が考 え られ る.現 在,設 置 されて い るカバ リングマ シンは構 造上 の制 約 か ら,自 動 化 の ため の大規模 な改 造が 困難 で ある.そ の ため,簡 単 な ガ イ ドを取 り付 けるな どの最小 限 の改造 を加 え る こ とで,自 動 化 がで き ると好 都合 で あ る.本 研 究 で は,人 間 に代 わ って工場 内 を移動 しなが ら作業 を 行 う自走式 自動 化装 置の実 現 を最終 的 な 目標 と して い る.そ のた め には以 下 の よ うな条件 を満 た さな け れば な らな い. ・装 置 自体 が 自走 ・自律 式 であ る こと ・工 場 ・マ シン本体 へ の改造 が最小 限 です む こ と ・機 能 に対 して比較 的安 価 な こと Fig.. 1. Operating. Position. 業 の サ イ ク ル は7〜10日. for. Covering. Machine. と比 較 的 長 く,糸. な お,本 報 では 自動 芯糸 通 し装 置 だ けを 自走 台車. の交換 時. に 作 業 が 集 中 す る と い う特 徴 を も って い る.さ に,図1に. ・高 い信頼 性 と汎用 性 を持つ こと. に載せ た もの を報告 す るが,表1で. ら. も示 したよ うに. 示 す よ う に 作 業 者 の と る姿 勢 は し ゃ が ん. 自動 化 へ の要 求 は非常 に多 い.芯 糸通 しと同 じ作業. だ 格 好 か ら背 伸 び ま で 上 下 に 幅 が あ り,長 さ 方 向 の. ライ ン上 で満 ボ ビ ンの回収,空 ボ ビンの セ ッ ト,空. 移 動 に 加 え て か な り の 重 労 働 と な って い る.そ. の諸. カバ ー糸 ボ ビ ンの回収 お よび満 カバ ー糸 ボ ビ ンの セ. 紡 績 機 や ワ イ ン ダ ー な ど に み られ る一 斉 ド ッ フ方. で あ る.最 終 的 にす べて の 自動化 装置 が搭 載で きた. 式 に よ る 自動 化 は作 業 性 や 所 要 時 間 の 面 で 有 利 で は. 場 合,カ バ リングマ シンに対す る主要 な運 転準 備作. あ る が,規. 業 とそれ に伴 う運 搬作業 が行 わ れ,大 幅 な労力軽 減. 作 業 の 特 徴 と 自動 化 へ の 要 求 を 表1に. ッ トの 自動化 装 置 につい て も今後 報告 して い く予定. 示 す.. 模 や コ ス トで 考 え る と カ バ リ ン グ マ シ ン. に 適 用 す る の は 不 可 能 で あ る.古. い機械 を使 い続 け. が はか られ る.さ らに,近 年 の多 品種 小 ロ ッ ト生 産. る工 場 も多 く,自 動 化 を す る た め に 大 規 模 な工 場 を. や見 本 品生産 の増 加,定 番 品の生 産 に加 え フ レキ シ. 建 設 した り設 備 を更 新 す る こ とが 行 い に く い状 況 に. ブル な生 産体 制 の要求 に も対 応 で きる もの と考 え ら. あ る.. れ る.例 え ば,将 来的 に は1錘 ごとに掛 け る糸 の種. 3.自. 類 や運転 条件 を変 えて各 錘独 立運転 す るよ うな単 錘. 動 化 へ の 取 り組 み. カ バ リ ン グ工 場 で は,カ 間 の 作 業 通 路(1メ. 駆動 カバ リングマ シ ンと協調 して,材 料 の管 理 か ら. バ リ ング マ シ ン同 士 が 人. ー トル程 度)の. 製品 出荷 までを カバ ーす る多 品種少 量生 産 に対応 し た 自動化 シス テムの構築 な ど も考 え られ る.. 間隔 を あけて設. 置 され て お り,自 動 化 装 置 も この ス ペ ー ス に収 ま る 必 要 が あ る.工. 場 の 床 面 は比 較 的 粗 く,コ. トな ど の こ とが 多 い た め,床. 4.自. ンク リー. 面 へ の新 た な 工 事 は あ. 走台車 の制 御理論. 左 右輪 が独立 して回転 で き る2輪 速度 差制 御方 式 の2駆 動 輪1キ ャス タ(2DWIC)自. ま り期 待 で き な い. この よ う な 理 由 に よ り,既 存 の 工 場 設 備 を な る べ. 走 台車 にお け る. 運 動2,3)に つ いて考 え る.車 輪 のす べ りや外乱 が ない. T342.
(3) (論 文 集)Vol.50,No.12(1997). 85. Fig. 3. Path. Tracking. Control. とす る.ま た,台 車 は常 に その進行 方 向が台 車 か ら rだ け離 れ た軌道 上 の点Pを 向 くよ うに操 舵 され る とす る.台 車 の現在位 置 か ら点Pま で の軌道 はほ ぼ 直線 であ る と仮 定す ると,幾 何 学 的関係 か ら, Fig. 2 場 合,台. 2DW1C-type 車 の2次. Vehicle. Steering. Model と な る.ま. 元運 動 は左右 輪 の回転速 度 に よ り. た,. 理 論 的 な 台車 の位 置 と姿 勢 を 表 す こ とが 可能 で あ り,こ の 方 法 を 『デ ッ ドレ コ ニ ング シ ス テ ム』 と よ ん で い る.図2に. で あ るか ら. お い て,. B:ト. レッ ド. J:走. 行 行 列(3×2). R:台. 車 位 置(駆. と な り,Vが y(0)=y0と. 一 定 の と き,時 間t=0で. の軌道 誤 差 を. す る と,. 動 輪 中 心 点)(3×1). x:Rに. お け るx座. 標. y:Rに. お け るy座. 標. θ:Rに. お ける姿勢 角. (4) と な る.上 式 か ら時 間 と と も にy(t)→0(t→ り,軌. ∞)と な. 道 追 従 が 可 能 な こ と が わ か る.2DW1C台. 車. で は,台 車 の前 輪 キ ャ ス タ を 目標 軌 道 上 に の せ る こ. t:時. 間. とで 軌 道 追 従 が 実 現 さ れ る が,台. y:台. 車 速 度(2×1). ン グ マ シ ン壁 面 に接 触 さ せ な が ら移 動 す る 場 合 も 同. V:Rに. お ける台車 速度 の絶対 値. VR:右. 駆 動輪 の移 動速 度. VL:左. 駆 動輪 の移 動速 度. D:駆. 動輪 直径. 車前 側面 を カバ リ. 様 の取 り扱 い が で き る.. 5.自 第1報. とす れ ば,. 走 台 車 の試 作 で 報 告 した 自動 芯 糸 通 し装 置 を 自 走 台 車 に. 搭 載 す る に 際 し,こ れ ま で 固 定 式 で あ っ た 吹 き出 し ・吸 い込 み 口 を 台 車 か ら ス ラ イ ドユ ニ ッ トに よ っ て 前 後 で き る よ う に し た.ま ス パ ン(8錘. (1). 分)の. た,カ. バ リ ン グ マ シ ン1. ス パ ンデ ッ ク スパ ッ ケ ー ジ を ス. ト ッ ク ヤ ー ドに収 納 で き る よ う に した.こ と な る.ま. たRの. 位 置 で の 速 度 の絶 対 値 は,. 細 に つ い て は,続. (2) で 表 さ れ る が,左 右 輪 の 回 転 数 をNR,NLと. 今 回 試 作 した 台 車 は,狭. す れ ば,. い 工 場 内 で 自 由 自在 に 動. き 回 り,カ バ リ ン グ の 各 種 準 備 作 業 を 行 って い くた. (3). め以 下 の よ う な性 能 が 要 求 され る.. とな って両輪 の 回転数 で制 御可能 で あ る ことが わか. ・十 分 な停 止 位 置 精 度 を もつ こ と. る.. ・旋 回 半 径 が 小 さ く,コ. ンパ ク トで あ る こ と ・高 い 搬 送 能 力 を もつ こ と. 次 に,カ バ リングマ シ ン壁面 に沿 って 台車 が移動. ・制 御 プ ロ グ ラ ム の 変 更 が 容 易 な ど,フ. す る際 の経路 追 従 制御 理 論4)を考 え る.台 車 が一 定 速 度 で移動 す る とき,図3に 絶 対値 をVと. れ らの詳. 報 に て 報 告 す る.. レキ シ ブ. ルで あ るこ と. 示 す よ うにそ の速 度 の. し,台 車 と 目標軌 道 との最短 距離 をy. 作 業 を 行 い な が らカ バ リ ン グマ シ ン に 沿 って 移 動. T343.
(4) 繊 維 機 械 学 会 誌. 86. す る 方 法 に は, カ バ リ ン グ マ シ ン の フ レ ー ム に接 触 し な が ら移 動 … … 自走 ,接 触 式 カ バ リ ン グ マ シ ン の フ レ ー ム を 検 知 し な が ら移 動 … … 自律 ,非 接 触 式 の2つ. が 考 え られ る が,本. 報 で は接 触 式 台 車 の み に. つ い て 報 告 し,非 接 触 式 台 車 に つ い て は 今 後 報 告 し て い く予 定 で あ る。2DW1C台 べ た とお り で あ るが,試. 車 の 理 論 は前 節 で 述. 作 した 台 車 は安 定 性 を 考 慮. し,長 さ700mm,幅600mm,ト DW2Cの4輪. レ ッ ド500mmの2. 台 車 と し た.2DW2C台. 車 は,キ. ャス. タ ー が駆 動 輪 の 動 き に あ わ せ て 回 転 ・旋 回 す る と い う点 で は,理. 論 的 に2DW1C台. と が で き る.後. 輪2輪. 車 と同 じ と み な す こ. を 左 右 独 立 のDCス. ン トロ ー ル モ ー タ(オ. ピ ー ドコ. リエ ン タ ル モ ー タ製HBL425. GN/4GN180K,DV24V,25W)に. Fig. 4. よ り駆 動 し,方 向. は左 右 駆 動 輪 の 速 度 差 制 御 で 行 う.前 輪2輪. はこの. System. Diagram. ミ ッ トス イ ッ チ(オ. of Vehicle. ム ロ ン製. Control. 形Z‑15GW22‑B). 動 き に従 い 自 由 に 回 転 す る キ ャ ス タ(ハ. ンマ ーキ ャ. で,カ. ス タ製420E‑N100)を. 台 車の シ ス. と 左 右 輪 駆 動 速 度 を調 整 し,台 車 を 再 び 壁 面 に 接 触. 台 車 の移 動 お よ び 停 止 ま で. さ せ る.台 車 と カ バ リ ング マ シ ン との 接 触 お よ び こ. テ ム構 成 を,ま. 使 用 し た.図4に. た 図5に. の 動 作 を 示 す.カ. バ リ ン グ マ シ ン の フ レー ム が 平 面. で 接 触 を許 す 場 合,台. ろ が り を ス ム ー ズ に す る た め,台. 車 を カ バ リ ング マ シ ンに 完 全. に 接 触 さ せ て 移 動 す る こ と が で き る の で,自. バ リ ン グ マ シ ン壁 面 か らの 離 脱 が 検 出 され る. 車 側 面 に は小 さ な. キ ャ ス タ(ハ ン マ ー キ ャ ス タ製420R‑UR25)を. 由度 が. り付 け て あ る.カ. 小 さ くな る か わ り に デ ッ ド レ コニ ン グ に理 論 は簡 略. 手 動 操 作 で 行 い,第1ス. 化 され 制 御 は 容 易 に な る.台 車 側 面 に 取 り付 け た リ. ラマ ブ ル コ ン ト ロ ー ラ(キ ー エ ンス 製KZ‑300)に. (a)Adjustment for break. away. (b)Moving along Covering Machine Fig. 5. Motion. T344. ピ ン ドル か ら以 後 は プ ロ グ. (c)Stop at Spindle Marker. of Vehicle. 取. バ リ ング マ シ ン へ の 最 初 の 接 近 は.
(5) (論 文 集)Vol.50,No.12(1997). 87. 収 束 は 指 数 関 数 的 に 行 わ れ る た め,外 乱 を 受 け な が ら の 直 進 に お いて,壁. 面 に 完 全 に 密 着 しな が ら移 動. す る こ と は か な り 困 難 で あ る こ とが 推 察 され る. 累 積 誤 差 を走行 中 に で きる だけ少 な くす るため に,駆. 動 輪 の 向 き を 内 側(壁. 面 側)に. 傾 斜 さ せ,常. に 駆 動 輪 を カ バ リ ン グ マ シ ン壁 面 に 押 しつ け るよ う な 形 に す る こ とで 台 車 の 離 脱 は避 け る こ とが で き, 同 時 に 首 振 り現 象 も抑 制 す る こ と が で き た.こ 斜 角 度 は,台 車 の ホ イ ー ル ベ ー ス お よ び,離. の傾. 脱 開始. か ら修 正 動 作 を 開 始 す る ま で の リ ミッ トス イ ッチ の 動 作 量 に よ り決 定 さ れ る. 台 車 の 必 要 停 止 精 度 は,芯 精 度 ±3mm以. 糸 通 しに 必 要 と さ れ る. 内 と さ れ て い るが,こ. は横 ず れ を 抑 制 され て い る の で,実. の接 触式 台車 質進 行方 向 のず. れ が 問 題 と な る.こ の 台 車 を 自然 停 止(電 瞬 時 停 止(ブ. レー キ)に. 止 誤 差 を 図7に Fig.. 6. Doffing. Operation. with. Controlled. 源 断)と. よ って 停 止 させ た場 合 の停. 示 す.△xは. 台 車 停 止 時 に,そ. の作. 業 軸 が ス ピ ン ドル 中 心 か ら行 き過 ぎ た 量 を 示 して い. Vehicle. る.想 定 さ れ る移 動 速 度50%以. 下 に お い て,瞬. 時停. よ り 自動 運 転 を 行 う.カ バ リ ン グ マ シ ンの フ レ ー ム. 止 に よ って 停 止 した も の は 十分 芯 糸 通 しの 行 え る範. に は,各 錘 の 軸 線 上 に 細 線 を 引 い た 紙 を 貼 り付 け停. 囲 に 入 っ て い る.な お,実 ー タ最 高 速 度 の20〜30%で. 止 マ ー ク と し,台 車 上 に は 反 射 式 の 光 電 ス イ ッ チ. して フ ァ イ バ 式 光 電 ス イ ッチ お よ び停 止 マ ー ク を使 用 して き た が,こ. 験 お よび考察. の 場 合 事 前 に カ バ リ ン グ マ シ ン壁. 面 に マ ー ク を 貼 り付 け な け れ ば な らな い.理 試 作 した 台 車 を 用 い,芯. 糸 通 しを 行 っ た.な. 車 はモ. 一 方 ,実 験 で は 台 車 を 停 止 さ せ る た め の セ ン サ と. (キ ー エ ン ス 製FU22/FS2‑60)を 取 り付 け こ の マ ー ク に反 応 し て 台 車 が 停 止 す る よ う に な っ て い る.. 6.実. 際 の 移 動 で は,台 運 転 して い る.. お,. 想的に. は ス ピ ン ドル 中 央 を 検 出 して 台 車 が 停 止 で き れ ば,. モ デ ル カ バ リ ン グマ シ ン と し て 片 岡 機 械 工 業(株)製の. 事 前 の 準 備 も不 要 で あ り,精 度 上 も大 変 好 ま し い こ. 単 錘 駆 動 ダ ブ ル カバ リ ン グ マ シ ンDCM機. とで あ る.し. た.実. 験 は,コ. を使 用 し. の 移 動 速 度 は15mm/sと. した.図6に. か し,. ・ス ピ ン ドルが 鏡 面 の 円筒 面 で あ る こ と. ン ク リー トの 塗 装 床 面 で 行 い,台 車. ・作 業 時 に は ボ ビ ンが 挿 入 さ れ そ の 露 出 部 分 が 少. そ の様子 を示. す.. な い こと. 走 行 試 験 を 繰 り返 した と こ ろ,台 車 前 部 の 首 振 り お よ び 後 輪 の 離 脱(カ. バ リ ン グ マ シ ン壁 面 か ら離 れ. る)現 象 が み られ た.こ. れ は,理 論 上 直 進 す べ き台. 車 が 床 面 や 装 置 等 の外 乱 に よ り直 進 で きな くな っ た た め で,修. 正 動 作 を 開 始 す る タ イ ミ ング ま で の 間 に. 累 積 さ れ た 誤 差 の た め と い え る.い. った ん 駆 動 輪. (後 輪)が 壁 面 か ら離 脱 す る と,後 輪 自身 は横 移 動 機 能 を 持 た な い の で 横 方 向 へ の修 正 は 困 難 で あ る.前 輪 を,目. 標 経 路 を 超 え て大 き く内側 へ 向 けて 移 動. (オ ー バ ー シ ュ ー ト)す れ ば 位 置 修 正 は 可 能 で あ る が,カ. バ リ ン グ マ シ ン壁 面 が あ る た め,事. 方 法 に よ る修 正 はで きな い.ま. 実上 この. た,台 車 の 離 脱 は 壁. Fig. 7. 面 か ら直 線 的 に 起 こ る の に 対 し,(4)式 よ り壁 面 へ の. T345. Overrun 58mm/s. of Vehicle (at 100%). at Stop Motion. Vmax =.
(6) 繊 維 機 械 学 会 誌. 88. ・ス ピ ン ドル の ご く近 い 位 置 に カ バ リ ン グマ シ ン 7.結. の柱 が存 在 す る こと ・ス ピ ン ドル 軸 線 上 で の 各 種 作 業 が 集 中 して い る. 言. カ バ ー ド糸 製 造 工 程 に お け る 一 連 の 作 業 に 対 し,. こと. 各 作 業 の 自動 化 へ の 取 り組 み と,そ. な ど の 理 由 か ら,ス. ピ ン ドル を 正 面 か ら直接 利 用. す る こ と は避 け て き た.そ. こ で,セ. 離 設 定 型 光 電 ス イ ッチ(キ. ー エ ン ス製PK‑72)を. 台 車 型 シ ス テ ム を提 案 し た.2輪. ンサ ー と して 距. 自 走 作 業 台 車 を 試 作 し,単 錘 駆 動 型 カ バ リ ン グ マ シ ン に接 触 させ な が ら移 動 さ せ て,連. 三 角 測 量 方 式 で 配 置 す る こ と に よ り,こ れ らの 諸 問 題 を 解 決 す る こ とが で き た.た. だ,ス. れ らを 網 羅 した. 速度 差 制御 方式 の. 続 的 に芯 糸 交 換. を 行 う こ とが で き た.. ピ ン ドル の 太. な お,本 研 究 は平 成8年. 度 の 日本 繊 維 機 械 学 会 北. さ お よ び セ ンサ ー の ス ポ ッ ト径 の 大 小 に よ り,検 出. 陸 支 部 研 究 発 表 会 で 発 表 した も の で あ る.ま. は セ ンサ ー 出 力 の 立 ち 上 が り を 利 用 す る こ とが 必 要. 研 究 を進 め る に 際 し,ご 協 力 を 頂 い た 片 岡 機 械 工 業. で あ る.. (株)に 感 謝 の 意 を 表 し た い.. 以 上 の よ うな 改 善 を 加 え,台. 車 の 移 動 ・芯 糸 通 し 文. 作 業 を 繰 り返 した と こ ろ連 続 的 に糸 交 換 を 行 う こ と が で き た.な. お,ベ. た,本. 献. 1) 堀純也,喜 成年泰,新 宅救徳;繊 機誌,50,1,T24(1997). ル ト駆 動 式 の カ バ リ ン グ マ シ ン. 2) 高野政晴;日 本 ロボ ット学会誌,5,5,384(1987) 3) 水谷元彦,対 馬一憲;日 本機械学会論文集(C編),58,6,. に 対 す る非 接 触 式 台 車 の 実 験 は,続 報 に て 報 告 す る. 1965(1992) 4) 日本機械学会;機 械工学便覧C4メ カ トロニクス,p.101,. 予 定 で あ る.. 丸善(1994). T346.
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