JP3710075B2 - 溶接ロボットのウィービング制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、多関節溶接ロボットのウィービング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
産業用ロボットを用いて溶接を行う場合、ロボット先端に溶接トーチを持たせるが、このときウィービングと呼ばれる、トーチを左右に振動させながら溶接する方法がよく用いられる。
【０００３】
ウィービング動作を実現するためには、ロボットに、溶接線の始点及び終点、そしてウィービング相対量を教示する必要がある。ウィービング相対量とは、トーチを溶接線に対して、どの方向にどの程度の量揺動させるかを表すベクトル量である。
【０００４】
ウィービング動作を行う場合、ロボット各軸はこれら教示されたデータ（溶接線の始点及び終点、ウィービング相対量）に基づいて動くことによってウィービングを実現するのであるが、この際各軸をどのように動作させるかについては、従来より様々な方法がとられてきた。
【０００５】
ある従来手法では、全ての軸を振動動作させることでトーチの揺動動作を実現するようにしているが、ロボットには構造上剛性の低い軸やイナーシャの大きな軸があり、全軸を動かしてウィービングを行う場合、こうした軸の影響を受けるため、満足する軌跡精度が得られない、高い周波数でのウィービングを行う事ができないなどの問題があった。
【０００６】
そこで、特開平５−７３１３０号公報，特開平１−２７３６７４号公報などにおいては、ロボット軸のうち根元側の数軸を用いて溶接線を辿るように制御するとともに、剛性が高くイナーシャの低い先端側の数軸をウィービング相対量だけ動くように動作させることで、ウィービング動作を行うようにしている。
【０００７】
特開平５−７３１３０号公報では、根元側の基本３軸は溶接線に沿った軌跡を保つための動作を行わせ、先端側の手首３軸のみを使用してウィービングパターンを生成するとともに、図１１に示すように、ウィービングのための回転軸中心Ｐ1とトーチ先端Ｐeを結ぶベクトルＶ1が、回転軸中心Ｐ1と真の目標位置Ｐwとを結ぶベクトルＶ2に重なるように振り角θを求め、該円弧状に変化していく各トーチ位置を目標位置としてこれを手首軸３軸の各軸の位置に逆変換するようにしている。
【０００８】
しかしこの従来手法では、トーチ先端の軌跡は円弧となるので、トーチ先端点Ｐeが真の目標位置Ｐwには一致しない。すなわち、ウィービングは本来、振幅中心位置からＰw位置までを直線で動かさなくてはならないので、上記従来手法では充分な溶接品質が得られないという問題がある。
【０００９】
つぎに、特開平１−２７３６７４号公報では、トーチの単振動ウィービングを手首軸による制御としかつ溶接線倣いの動作制御をアーム軸による制御とするとともに、図１０に示すように、溶接トーチの延長線Ｘ−Ｘ´が手首軸の各軸α，β，γの交点Ｏに交わるように手首軸を位置させてウィービングを行うようにしている。
【００１０】
しかし、この従来手法では、溶接トーチの延長線Ｘ−Ｘ´が手首軸の各軸α，β，γの交点Ｏに交わるように手首軸を位置させるというように溶接トーチの姿勢に制限があるので、実用に供しない。また、この従来技術では、手首軸の１つの軸に関しては、この軸を回転させてもトーチ先端を動かすことができず、このためこの従来手法では、手首３軸でウィービングするといっても、実質は２軸でのウィービングとなり、任意の方向へのウィービングは不可能である。
【００１１】
そこで、特開平８−１５５６４７号公報においては、６軸ロボットにおいて、溶接トーチ先端側の第４軸、第５軸、第６軸からなる３軸、あるいは第３軸、第４軸、第５軸からなる３軸を用いて溶接トーチ先端を単振動動作させるとともに、前記選択した３つの軸について、当該軸のみが微小距離回転したときにトーチ先端の動く方向を各別に求め、ウィービング相対量を前記求めた３つの軸の方向に分解することにより該３軸の変化量を求め、これら求めた変化量に基づいて前記選択した各３軸の目標角度を求めることによりウィービング制御の前記単振動動作を行わせるようにしている。
【００１２】
しかし、上記従来技術において、溶接トーチ先端側の第４軸、第５軸、第６軸によって単振動動作を行わせるようにした場合、溶接トーチ先端を第６軸の回転軸上に一致するよう装着した際には、第６軸を回転させてもトーチ先端を動かすことができず、このような場合には、ウィービングで動くことのできる軸が２軸に減るので、動けない方向がでてくる。すなわち、実際の産業用ロボットでは溶接トーチ先端は第６軸の回転軸上に一致するよう装着することが多くあるが、このような装着形態の場合には、上記従来技術の場合は、任意の方向へウィービングさせることができなくなる。
【００１３】
また、この従来技術において、６軸ロボットで、第３軸、第４軸、第５軸からなる３軸を用いて単振動動作を行わせるようにした場合は、３軸というイナーシャの高い軸を用いており、高い周波数でのウィービングには限界があった。
【００１４】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、理想的な軌跡による任意方向への高周波でのウィービング制御を高精度に実現できる溶接ロボットのウィービング制御装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
この発明では、少なくとも６自由度を有しかつ隣合う２つの軸が直交する手首３軸を有する多関節溶接ロボットの各軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に沿って移動させるとともに、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に対し左右にウィービング相対量だけ単振動させることによりウィービング平面上でウィービング動作を行う溶接ロボットのウィービング制御装置であって、溶接に先立ち、前記手首軸のうちの最先端の軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるように、溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を設定する設定手段と、溶接時、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸について、当該軸のみが微小角度回転したときにトーチ先端の動く方向ベクトルをそれぞれ求める第１の演算手段と、溶接時、前記ウィービング相対量を前記求めた２つの軸についての方向ベクトルに分解することにより該２軸の変化量を求める第２の演算手段と、溶接時、これら求めた変化量に基づいて前記２つの軸の前記単振動分の目標角度を逐次求める第３の演算手段とを具えるようにしている。
【００１６】
本発明によれば、手首３軸を有する６軸ロボットにおいて、根元側から先端側に向かって第１軸、第２軸、…、第６軸とするならば、溶接に先立ち、第６軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるように溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を設定し、溶接時には、前記ウィービング相対量を第４軸および第５軸がそれぞれ微小回転したときの方向ベクトルに分解することにより第４軸および第５軸の角度の変化量を求め、この変化量に基づいて求めた第４軸及び第５軸の目標角度に従って第４軸及び第５軸を振動動作させて、ウィービングの際の単振動動作を実現するようにしている。
【００１７】
このようにこの発明によれば、ロボットの手首３軸の内の最先端側の軸を除く２軸が微小回転したときにトーチ先端が動く平面上に、ウィービング相対量が含まれるように教示し、これら２つの軸でウィービング動作の単振動を実現するようにしたので、理想的な軌跡による任意方向への高周波でのウィービング制御を高精度に実現することができる。また、この発明は、溶接トーチ先端を手首３軸の最先端軸の回転軸上に一致するように装着するような場合、すなわち最先端軸を回転させてもトーチ先端を動かすことができないような溶接トーチの姿勢がとられたような場合においても、手首３軸の内の最先端側の軸を除く２軸のみを用いて、高精度且つ高周波でのウィービング動作を実現することができる。
【００１８】
また、この発明では、少なくとも６自由度を有しかつ隣合う２つの軸が直交する手首３軸を有する多関節溶接ロボットの各軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に沿って移動させるとともに、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に対し左右にウィービング相対量だけ単振動させることによりウィービング平面上でウィービング動作を行う溶接ロボットのウィービング制御装置であって、
溶接に先立ち、前記手首軸のうちの最先端の軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるように、溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を設定する設定手段と、溶接時、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸について、当該軸のみが微小角度回転したときにトーチ先端の動く方向ベクトルをそれぞれ求める第１の演算手段と、溶接時、前記求めた２つの方向ベクトルから形成される平面を求める第２の演算手段と、前記溶接線の方向とウィービング相対量からウィービング平面を求める第３の演算手段と、溶接時、前記第２の演算手段によって求められた平面と第３の演算手段で求められたウィービング平面との交線を求め、前記ウィービング相対量の方向が前記交線方向に一致するようにウィービング相対量を補正する第４の演算手段と、溶接時、前記補正されたウィービング相対量を前記求めた２つの軸についての方向ベクトルに分解することにより前記２つの軸の変化量を求める第５の演算手段と、溶接時、これら求めた変化量に基づいて前記２つの軸の前記単振動分の目標角度を逐次求める第６の演算手段とを具えるようにしている。
【００１９】
本発明では、手首３軸を有する６軸ロボットにおいて、根元側から先端側に向かって第１軸、第２軸、…、第６軸とするならば、溶接に先立ち、第６軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるように溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を設定するとともに、溶接時に、ウィービング相対量を、第４軸及び第５軸がそれぞれ微小角度回転したときにトーチ先端の動く各方向ベクトルから形成される平面とウィービング平面との交線上にくるように補正し、この補正したウィービング相対量を第４軸および第５軸がそれぞれ微小回転したときの方向ベクトルに分解することにより第４軸および第５軸の角度の変化量を求め、この変化量に基づいて求めた第４軸及び第５軸の目標角度に従って第４軸及び第５軸を振動動作させて、ウィービングの際の単振動動作を実現するようにしている。
【００２０】
このようにこの発明によれば、初期設定されたウィービング相対量の方向が、第４軸及び第５軸によって溶接トーチ先端が実際に動くことができる方向に補正されてウィービングが行われるようになるので、第６軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるような教示設定が正確に行われないような場合においても、良好な溶接品質を確保できるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を添付図面に示す実施例に従って詳細に説明する。
【００２２】
図２は、本発明が適用される溶接ロボットの外観を示している。この図２に示す溶接ロボットは、６軸の垂直多関節ロボットであり、第１軸Ｊ1、第２軸Ｊ2および第３軸Ｊ3から成る基本軸と、第４軸Ｊ4、第５軸Ｊ5および第６軸Ｊ6から成る手首軸とを有し、その先端に溶接トーチ１０が取り付けられている。また、以下の実施例において、ロボットは直交座標系Ｘ−Ｙ−Ｚによって制御され、トーチ先端の位置やウィービング相対量はこの座標系で表現される。この場合、溶接トーチ１０は、トーチ取付体１１を介してその先端１０ａが第６軸Ｊ6の回転軸上１２に一致するように取り付けられている。したがって、この場合、第６軸Ｊ6を回転させても、溶接トーチ先端１０ａの位置は変化しない。
【００２３】
図３は、溶接トーチ１０の姿勢変化を示すものである。
【００２４】
すなわち、溶接トーチ１０は、姿勢パラメータＡ，Ｂ，Ｃを有しており、溶接トーチ１０をＡ方向、Ｂ方向またはＣ方向に回転させることで、その姿勢を変化させることができる。なかでも、Ｃ方向の姿勢パラメータＣは、トーチ１０自体の回転姿勢の変化であり、この姿勢パラメータＣを変化せることで、溶接対象ワークに対する溶接トーチの向きは変えないで、ロボットの各軸Ｊ1〜Ｊ6の角度を変化させることができる。
【００２５】
図４は、ウィービング軌跡を示すもので、始点Ｐ1から終点Ｐ2に至る溶接線に沿った軌跡に、各時刻におけるウィービング相対量Ｗを加えたものがウィービング軌跡となる。点Ｐeは或る時刻における溶接線上の位置を示し、点Ｐwは同時刻におけるウィービング軌跡上の目標位置を示している。つまり、ウィービング軌跡は始点Ｐ1と終点Ｐ2とを結ぶベクトルとウィービング相対量Ｗとで形成される平面上にあり、この平面をウィービング面という。
【００２６】
次に、図５および図６に従ってこの発明の第１実施例を示す。
【００２７】
図５は溶接を行う際のロボット先端付近を示すもので、ａ4は第４軸Ｊ4を微小角度だけ回転させたときにトーチ先端の動く方向を示し、ａ5は第５軸Ｊ5を微小角度だけ回転させたときにトーチ先端の動く方向を示している。よって、第４軸Ｊ4及び第５軸Ｊ5をウィービング軸として用いた場合に、ウィービング動作でトーチ先端が動ける範囲は、ベクトルａ4とベクトルａ5とで形成される平面上にあり、言い換えればこれは第６軸Ｊ6の回転軸１２に垂直な平面上となる。
【００２８】
したがって、ウィービング相対量Ｗがこの平面内にあるように、すなわちウィービング相対量Ｗが第６軸Ｊ6の回転軸と垂直になるように教示するようにすれば、第４軸Ｊ4と第５軸Ｊ5との２つの軸だけでウィービング動作を行うことができる。
【００２９】
すなわち、ティーチングボックスを操作してトーチの先端位置を溶接線の始点及び終点に位置させて溶接線を教示した後、この始点及び終点位置において、溶接トーチ１０を先の図３に示すＡ方向，Ｂ方向に動かして溶接トーチ１０の向きを決定し、最後に溶接トーチを先の図３のＣ方向に回転させることで（トーチの向きは変化しない）、ロボットの各軸Ｊ1〜Ｊ6を回転させ、この状態中に第６軸の回転軸１２の方向が所望のウィービング相対量Ｗ（ウィービング平面）と垂直になるようなロボットの各軸Ｊ1〜Ｊ6の姿勢を見つけだす。そして、このロボット各軸の姿勢を溶接始点及び終点における各軸Ｊ1〜Ｌ6の姿勢として教示設定する。
【００３０】
以上の教示設定動作が第１の実施例の前提である。
【００３１】
次に、図６を用いてウィービング制御を行う制御構成を示す。
【００３２】
図６において、教示データ保存部１には、前述した方法で教示された溶接線の始点位置データ、溶接線の終点位置データ、溶接始点および終点で各軸Ｊ1〜Ｊ6がとるべき角度データなどが予め保存されている。ウィービングデータ保存部２には、ウィービング相対量Ｗを決定するためのパラメータ（補助点あるいは傾き角）や、ウィービング振幅、ウィービング周波数などが予め設定されている
逆変換部３は、教示データ保存部１に記憶された教示データを用いて各時刻における溶接線上の位置に対応する第１軸Ｊ1〜第６軸Ｊ6の目標角度θ1〜θ6を求める。ウィービング相対量計算部４では、ウィービングデータ保存部２に記憶された前記ウィービングデータから各時刻におけるウィービング相対量Ｗを計算する。
【００３３】
ウィービング動作演算部５では、ウィービング相対量Ｗおよび目標角度θ1〜θ6から各時刻における第４軸Ｊ4と第５軸Ｊ5の角度変化量Δθ4、Δθ5を求める。ロボット動作指令部６では、逆変換部３から入力される目標角度θ1〜θ6のうちのθ1〜θ3およびθ6をそのまま第１軸Ｊ1〜第３軸Ｊ3および第６軸Ｊ6の指令角度Θ1〜Θ3およびΘ6としてロボットに出力するとともに、逆変換部３から入力される目標角度θ4，θ5に、ウィービング動作演算部５で求めた変化量Δθ4、Δθ5をそれぞれ加算し、該加算結果（θ4+Δθ4）、（θ5+Δθ5）を第４軸Ｊ4および第５軸Ｊ5の指令角度Θ4，Θ5としてロボットに出力する。
【００３４】
以下、上記図６の構成の動作を図１のフローチャートにしたがって詳細に説明する。なお、このフローチャートは、或る時刻におけるウィービング軌跡上の目標位置Ｐw（図４参照 ）に対応する各軸Ｊ1〜Ｊ6の目標値Θ1〜Θ6を演算する場合について示しており、このような動作が溶接開始から終了まで繰り返し実行される。
【００３５】
ロボット動作中、逆変換部３では、教示データ保存部１に記憶された教示データを用いて或る時刻における溶接線上の点Ｐeの座標（Ｘe，Ｙe，Ｚe）を求め、さらにこのＰe座標（Ｘe，Ｙe，Ｚe）を各軸の角度θ1〜θ6に変換する（ステップ１００）。
【００３６】
次に、ウィービング相対量演算部４は、ウィービングデータを用いて点Ｐeに対応するウィービング相対量Ｗ（Ｗx，Ｗy，Ｗz）を計算する（ステップ１１０）。
【００３７】
次に、ウィービング動作演算部５では、ウィービング動作を行わせる２つの軸、すなわち第４軸及び第５軸について、当該軸のみが微小角度回転したときにトーチ先端１０の動く方向を各別に求める（ステップ１２０）。詳細は以下の通りである。
【００３８】
まず、第４軸Ｊ4に関しては、第４軸Ｊ4の軸方向の単位ベクトルをｉ4とし、第４軸Ｊ4とトーチ先端を結ぶベクトルをｖ4とするとき、第４軸Ｊ4のみが回転したときトーチ先端が動く方向ベクトルａ4は次式のようになる。
【００３９】
ａ4＝ｉ4＊ｖ4 (*はベクトル積) …（１）
図７は、図２に示した６軸多関節ロボットを模式的に示すものであり、この図７に示した各部の寸法や角度を用いると、上記単位ベクトルｉ4やベクトルｖ4は、次式のように示される。
【００４０】
第５軸Ｊ5に関しても同様であり、第５軸Ｊ5の軸方向の単位ベクトルをｉ5とし、第５軸Ｊ5とトーチ先端を結ぶベクトルをｖ5とするとき、第５軸Ｊ5のみが回転したときトーチ先端が動く方向ベクトルａ5は次式のようになる。
【００４１】
ａ5＝ｉ5＊ｖ5 (*はベクトル積) …（４）
つぎに、ウィービング動作演算部５は、ウィービング相対量計算部４で求めた点Ｐeにおけるウィービング相対量Ｗを前記求めた２つの方向ベクトルａ4，ａ5に分解することにより第４軸と第５軸の角度変化量Δθ4，Δθ5を求める（ステップ１３０）。
【００４２】
具体的には、全てのベクトルが３次元であることを考慮して、まず方向ベクトルａ4，ａ5のベクトル積ａ45を作成する。
【００４３】
ａ45＝ａ4＊ａ5 …（５）
つぎに、これら３つのベクトルａ4，ａ5，ａ45の単位ベクトルを求める。
【００４４】
ｅ4＝ｅ4／｜ｅ4｜ …（６）
ｅ5＝ｅ5／｜ｅ5｜ …（７）
ｅ4＝ｅ45／｜ｅ45｜ …（８）
このとき、ウィービング相対量Ｗは
と表すことができる。
【００４５】
ここで、Δθ45はｅ45方向への移動量であり、ロボットの軸の角度変化量には対応しないが、計算上便宜上導入した。
【００４６】
ｅ4，ｅ5，ｅ45を
とすれば、上記（９）式は下式（１１）のようになるので、
上記（１１）式を変形して下式（１２）のように逆行列を掛けることにより、第４軸と第５軸の変化量Δθ4，Δθ5を求めることができる。
【００４７】
なお、教示の際に、ウィービング相対量Ｗはベクトルａ4とベクトルａ5とで形成される平面に含まれるようにロボットの姿勢が教示されているので、理想的には、Δθ45は零になり、ウィービング動作には関係がない。
【００４８】
ロボット動作指令部６は、逆変換部３から入力される目標角度θ1〜θ6のうちのθ1〜θ3およびθ6をそのまま第１軸Ｊ1〜第３軸Ｊ3および第６軸Ｊ6の指令角度Θ1〜Θ3およびΘ6としてロボットに出力するとともに、逆変換部３から入力される目標角度θ4，θ5に、ウィービング動作演算部５で求めた変化量Δθ4、Δθ5をそれぞれ加算し、該加算結果（θ4+Δθ4）、（θ5+Δθ5）を第４軸Ｊ4および第５軸Ｊ5の指令角度Θ4，Θ5としてロボットに出力する（ステップ１４０）。
【００４９】
このように上記実施例によれば、第４軸および第５軸がΔθ4およびΔθ5だけ変化することで、溶接トーチ１０の先端がウィービング相対量Ｗだけ移動することになる。すなわち、本実施例によれば、２つの軸、第４軸および第５軸のみを振動動作させることにより、所望のウィービング軌跡を実現することができる。
次に、図８、図９および図１０に従ってこの発明の第２実施例を示す。
【００５０】
先の第１の実施例では、教示の際に、ウィービング相対量Ｗがａ4とａ5で形成される平面に含まれるようにトーチ先端の位置や姿勢を教示したが、こうした教示を厳密に行うことは非常に困難であり、そのような教示をしたつもりでも実際にはウィービング相対量Ｗはａ4とａ5とで形成される平面から多少なりとも離れている。すなわち、先の第１の実施例の方法で第４軸と第５軸とを振動動作させてもトーチは所望のウィービング面上を動かず、結果として良好な溶接品質が得られない場合がある。
【００５１】
この第２実施例はこの問題点を考慮してなされたもので、ウィービング相対量Ｗを、ａ4とａ5とで形成される平面と、ウィービング面との交線上にくるように修正することで、教示を厳密に行わなくとも、トーチを所望のウィービング面上で動かせ、良好な溶接品質を得ることができるようにしている。
【００５２】
図８は、ウィービング相対量Ｗと溶接線方向を示すベクトルｆ（始点Ｐ1から終点Ｐ2に向かうベクトル）とから形成されるウィービング面Ｓwとベクトルａ4，ａ5から形成される平面Ｓ45との関係を示したものである。
【００５３】
この図からも判るように、通常の教示では、ウィービング相対量Ｗは平面Ｓ45上にはなく、このような場合に先の実施例に従ってウィービングを行うと、溶接トーチ先端はＷd方向にウィービングすることになる。つまり、この場合には所望のウィービング面上を動く事ができず、良好な溶接品質を得ることはできない。
【００５４】
そこで、この第２実施例では、ウィービング相対量Ｗをウィービング平面Ｓwと平面Ｓ45との交線Ｃ上にあるように補正し、この補正したウィービング相対量Ｗ45に従ってウィービング動作させることで、第４軸及び第５軸の２つの軸の振動動作によってウィービング面Ｓw上を溶接トーチ先端が動くようにしている。すなわち、この実施例では、ウィービング相対量Ｗの方向を、第４軸及び第５軸によって溶接トーチ先端が実際に動くことができる方向Ｗ45に補正することで、教示が正確に行われないような場合においても、良好な溶接品質を確保できるようにしている。
【００５５】
図９は、第２の実施例の制御構成を示すブロック図である。この図９において、ウィービング動作演算部７以外の各構成要素の動作機能は先の図６に示したものと全く同じであり、重複する説明は省略する。
【００５６】
ウィービング動作演算部７においては、ウィービング相対量計算部４で求めたウィービング相対量Ｗと、溶接線の始点及び終点から求めた溶接線の方向を示すベクトルｆとからウィービング平面Ｓwを求めると共に、第４軸及び第５軸について当該軸のみが微小角度回転したときにトーチが動く方向ａ4とａ5とから形成される平面Ｓ45を求め、これら平面ＳwとＳ45との交線上にあってウィービング相対量Ｗと同じ大きさを持つウィービング相対量の補正値Ｗ45を求め、この補正値Ｗ45を用いて先の実施例と全く同じ方法で第４軸と第５軸の変化量Δθ4，Δθ5を求めるよう動作する。
【００５７】
以下、上記図９の構成の動作を図１０のフローチャートにしたがって詳細に説明する。なお、このフローチャートは、或る時刻におけるウィービング軌跡上の目標位置Ｐw（図８参照 ）に対応する各軸Ｊ1〜Ｊ6の目標値Θ1〜Θ6を演算する場合について示しており、このような動作が溶接開始から終了まで繰り返し実行される。
【００５８】
なお、この第２実施例においても、実際の溶接を行う前に、先の第１実施例と同様の教示動作を行う。すなわち、第６軸の回転軸の方向がウィービング相対量Ｗと垂直になるように、溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を教示する。
【００５９】
つぎに、溶接時の動作を説明する。
【００６０】
ロボット動作中、逆変換部３では、教示データ保存部１に記憶された教示データを用いて或る時刻における溶接線上の点Ｐeの座標（Ｘe，Ｙe，Ｚe）を求め、さらにこのＰe座標（Ｘe，Ｙe，Ｚe）を各軸の角度θ1〜θ6に変換する（ステップ２００）。
【００６１】
次に、ウィービング相対量演算部４は、ウィービングデータを用いて点Ｐeにおけるウィービング相対量Ｗ（Ｗx，Ｗy，Ｗz）を計算する（ステップ２１０）。
【００６２】
次に、ウィービング動作演算部５では、ウィービング動作を行わせる２つの軸、すなわち第４軸及び第５軸について、当該軸のみが微小角度回転したときにトーチ先端の動く方向ａ4とａ5を各別に求める（ステップ２２０）。これらの、詳細は先の実施例と同様である。
【００６３】
続いて、教示データ保存部１に記憶された溶接線の始点Ｐ1および終点Ｐ2を用いて溶接線の方向を示すベクトルｆを次式（１３）により求める（ステップ２３０）。
【００６４】
つぎに、ａ4とａ5とから形成される平面Ｓ45と、ウィービング面Ｓwとの交線を求める。まず、ａ4とａ5とから形成される平面Ｓ45は次式（１４）によって表わされる。
【００６５】
ａ4＊ａ5…（１４）また、ウィービング面Ｓwに垂直なベクトルは、前記求めたウィービング相対量Ｗと溶接線の方向を示すベクトルｆを用いて次式（１５）で表される。
【００６６】
よって、２つの平面の交線Ｃを次式（１６）によって求める。
【００６７】
さらに、ＣはＷに近い方向に向くように、次式（１７）で補正してＣwを求める。
【００６８】
つぎに、ウィービング相対量Ｗからその大きさが同じで、方向が交線方向Ｃwに一致するようなウィービング相対量の補正値Ｗ45を次式（１８）によって求める。
【００６９】
次に、ウィービング相対量の補正値Ｗ45を前記求めた２つの方向ベクトルａ4，ａ5に分解することにより、第４軸及び第５軸の変化量Δθ4，Δθ5を求める（ステップ２６０）。
【００７０】
その詳細は、先の実施例と同様である。
【００７１】
ロボット動作指令部６は、逆変換部３から入力される目標角度θ1〜θ6のうちのθ1〜θ3およびθ6をそのまま第１軸Ｊ1〜第３軸Ｊ3および第６軸Ｊ6の指令角度Θ1〜Θ3およびΘ6としてロボットに出力するとともに、逆変換部３から入力される目標角度θ4，θ5に、ウィービング動作演算部７で求めた変化量Δθ4、Δθ5をそれぞれ加算し、該加算結果（θ4+Δθ4）、（θ5+Δθ5）を第４軸Ｊ4および第５軸Ｊ5の指令角度Θ4，Θ5としてロボットに出力する（ステップ２７０）。
【００７２】
このようにこの第２の実施例によれば、ウィービング相対量Ｗの方向を、第４軸及び第５軸によって溶接トーチ先端が実際に動くことができる方向Ｗ45に補正することで、教示が正確に行われないような場合においても、良好な溶接品質を確保できるようにしている。
【００７３】
なお、上記各実施例では、図５に示すように、溶接トーチ１０の先端が第６軸の回転軸に一致するように溶接トーチを取り付けるようにしたが、本発明はこれに必ずしも限るわけでなく、そうでない場合にも適用することができる。
【００７４】
また、上記実施例では、本発明を６軸多関節ロボットに適用するようにしたが、本発明を７軸以上の多関節ロボットに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の作用を示すフローチャート。
【図２】６軸多関節溶接ロボットの外観構成を示す図。
【図３】溶接トーチの姿勢パラメータを示す図。
【図４】ウィービング軌跡を示す図。
【図５】実施例の作用を説明するために溶接トーチ先端付近を示した図。
【図６】この発明の第１実施例の制御構成を示すブロック図。
【図７】６軸多関節ロボットの動作演算のための各種パラメータが記入された模式図。
【図８】第２実施例の原理を説明する図。
【図９】この発明の第２実施例の制御構成を示すブロック図。
【図１０】この発明の第２実施例の作用を示すフローチャート。
【図１１】従来技術を示す図。
【図１２】他の従来技術を示す図。
【符号の説明】
１…教示データ保存部
２…ウィービングデータ保存部
３…逆変換部
４…ウィービング相対量計算部
５…ウィービング動作演算部
６…ロボット動作指令部
７…ウィービング動作演算部
１０…溶接トーチ
【産業上の利用分野】
この発明は、多関節溶接ロボットのウィービング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
産業用ロボットを用いて溶接を行う場合、ロボット先端に溶接トーチを持たせるが、このときウィービングと呼ばれる、トーチを左右に振動させながら溶接する方法がよく用いられる。
【０００３】
ウィービング動作を実現するためには、ロボットに、溶接線の始点及び終点、そしてウィービング相対量を教示する必要がある。ウィービング相対量とは、トーチを溶接線に対して、どの方向にどの程度の量揺動させるかを表すベクトル量である。
【０００４】
ウィービング動作を行う場合、ロボット各軸はこれら教示されたデータ（溶接線の始点及び終点、ウィービング相対量）に基づいて動くことによってウィービングを実現するのであるが、この際各軸をどのように動作させるかについては、従来より様々な方法がとられてきた。
【０００５】
ある従来手法では、全ての軸を振動動作させることでトーチの揺動動作を実現するようにしているが、ロボットには構造上剛性の低い軸やイナーシャの大きな軸があり、全軸を動かしてウィービングを行う場合、こうした軸の影響を受けるため、満足する軌跡精度が得られない、高い周波数でのウィービングを行う事ができないなどの問題があった。
【０００６】
そこで、特開平５−７３１３０号公報，特開平１−２７３６７４号公報などにおいては、ロボット軸のうち根元側の数軸を用いて溶接線を辿るように制御するとともに、剛性が高くイナーシャの低い先端側の数軸をウィービング相対量だけ動くように動作させることで、ウィービング動作を行うようにしている。
【０００７】
特開平５−７３１３０号公報では、根元側の基本３軸は溶接線に沿った軌跡を保つための動作を行わせ、先端側の手首３軸のみを使用してウィービングパターンを生成するとともに、図１１に示すように、ウィービングのための回転軸中心Ｐ1とトーチ先端Ｐeを結ぶベクトルＶ1が、回転軸中心Ｐ1と真の目標位置Ｐwとを結ぶベクトルＶ2に重なるように振り角θを求め、該円弧状に変化していく各トーチ位置を目標位置としてこれを手首軸３軸の各軸の位置に逆変換するようにしている。
【０００８】
しかしこの従来手法では、トーチ先端の軌跡は円弧となるので、トーチ先端点Ｐeが真の目標位置Ｐwには一致しない。すなわち、ウィービングは本来、振幅中心位置からＰw位置までを直線で動かさなくてはならないので、上記従来手法では充分な溶接品質が得られないという問題がある。
【０００９】
つぎに、特開平１−２７３６７４号公報では、トーチの単振動ウィービングを手首軸による制御としかつ溶接線倣いの動作制御をアーム軸による制御とするとともに、図１０に示すように、溶接トーチの延長線Ｘ−Ｘ´が手首軸の各軸α，β，γの交点Ｏに交わるように手首軸を位置させてウィービングを行うようにしている。
【００１０】
しかし、この従来手法では、溶接トーチの延長線Ｘ−Ｘ´が手首軸の各軸α，β，γの交点Ｏに交わるように手首軸を位置させるというように溶接トーチの姿勢に制限があるので、実用に供しない。また、この従来技術では、手首軸の１つの軸に関しては、この軸を回転させてもトーチ先端を動かすことができず、このためこの従来手法では、手首３軸でウィービングするといっても、実質は２軸でのウィービングとなり、任意の方向へのウィービングは不可能である。
【００１１】
そこで、特開平８−１５５６４７号公報においては、６軸ロボットにおいて、溶接トーチ先端側の第４軸、第５軸、第６軸からなる３軸、あるいは第３軸、第４軸、第５軸からなる３軸を用いて溶接トーチ先端を単振動動作させるとともに、前記選択した３つの軸について、当該軸のみが微小距離回転したときにトーチ先端の動く方向を各別に求め、ウィービング相対量を前記求めた３つの軸の方向に分解することにより該３軸の変化量を求め、これら求めた変化量に基づいて前記選択した各３軸の目標角度を求めることによりウィービング制御の前記単振動動作を行わせるようにしている。
【００１２】
しかし、上記従来技術において、溶接トーチ先端側の第４軸、第５軸、第６軸によって単振動動作を行わせるようにした場合、溶接トーチ先端を第６軸の回転軸上に一致するよう装着した際には、第６軸を回転させてもトーチ先端を動かすことができず、このような場合には、ウィービングで動くことのできる軸が２軸に減るので、動けない方向がでてくる。すなわち、実際の産業用ロボットでは溶接トーチ先端は第６軸の回転軸上に一致するよう装着することが多くあるが、このような装着形態の場合には、上記従来技術の場合は、任意の方向へウィービングさせることができなくなる。
【００１３】
また、この従来技術において、６軸ロボットで、第３軸、第４軸、第５軸からなる３軸を用いて単振動動作を行わせるようにした場合は、３軸というイナーシャの高い軸を用いており、高い周波数でのウィービングには限界があった。
【００１４】
この発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、理想的な軌跡による任意方向への高周波でのウィービング制御を高精度に実現できる溶接ロボットのウィービング制御装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
この発明では、少なくとも６自由度を有しかつ隣合う２つの軸が直交する手首３軸を有する多関節溶接ロボットの各軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に沿って移動させるとともに、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に対し左右にウィービング相対量だけ単振動させることによりウィービング平面上でウィービング動作を行う溶接ロボットのウィービング制御装置であって、溶接に先立ち、前記手首軸のうちの最先端の軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるように、溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を設定する設定手段と、溶接時、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸について、当該軸のみが微小角度回転したときにトーチ先端の動く方向ベクトルをそれぞれ求める第１の演算手段と、溶接時、前記ウィービング相対量を前記求めた２つの軸についての方向ベクトルに分解することにより該２軸の変化量を求める第２の演算手段と、溶接時、これら求めた変化量に基づいて前記２つの軸の前記単振動分の目標角度を逐次求める第３の演算手段とを具えるようにしている。
【００１６】
本発明によれば、手首３軸を有する６軸ロボットにおいて、根元側から先端側に向かって第１軸、第２軸、…、第６軸とするならば、溶接に先立ち、第６軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるように溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を設定し、溶接時には、前記ウィービング相対量を第４軸および第５軸がそれぞれ微小回転したときの方向ベクトルに分解することにより第４軸および第５軸の角度の変化量を求め、この変化量に基づいて求めた第４軸及び第５軸の目標角度に従って第４軸及び第５軸を振動動作させて、ウィービングの際の単振動動作を実現するようにしている。
【００１７】
このようにこの発明によれば、ロボットの手首３軸の内の最先端側の軸を除く２軸が微小回転したときにトーチ先端が動く平面上に、ウィービング相対量が含まれるように教示し、これら２つの軸でウィービング動作の単振動を実現するようにしたので、理想的な軌跡による任意方向への高周波でのウィービング制御を高精度に実現することができる。また、この発明は、溶接トーチ先端を手首３軸の最先端軸の回転軸上に一致するように装着するような場合、すなわち最先端軸を回転させてもトーチ先端を動かすことができないような溶接トーチの姿勢がとられたような場合においても、手首３軸の内の最先端側の軸を除く２軸のみを用いて、高精度且つ高周波でのウィービング動作を実現することができる。
【００１８】
また、この発明では、少なくとも６自由度を有しかつ隣合う２つの軸が直交する手首３軸を有する多関節溶接ロボットの各軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に沿って移動させるとともに、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に対し左右にウィービング相対量だけ単振動させることによりウィービング平面上でウィービング動作を行う溶接ロボットのウィービング制御装置であって、
溶接に先立ち、前記手首軸のうちの最先端の軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるように、溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を設定する設定手段と、溶接時、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸について、当該軸のみが微小角度回転したときにトーチ先端の動く方向ベクトルをそれぞれ求める第１の演算手段と、溶接時、前記求めた２つの方向ベクトルから形成される平面を求める第２の演算手段と、前記溶接線の方向とウィービング相対量からウィービング平面を求める第３の演算手段と、溶接時、前記第２の演算手段によって求められた平面と第３の演算手段で求められたウィービング平面との交線を求め、前記ウィービング相対量の方向が前記交線方向に一致するようにウィービング相対量を補正する第４の演算手段と、溶接時、前記補正されたウィービング相対量を前記求めた２つの軸についての方向ベクトルに分解することにより前記２つの軸の変化量を求める第５の演算手段と、溶接時、これら求めた変化量に基づいて前記２つの軸の前記単振動分の目標角度を逐次求める第６の演算手段とを具えるようにしている。
【００１９】
本発明では、手首３軸を有する６軸ロボットにおいて、根元側から先端側に向かって第１軸、第２軸、…、第６軸とするならば、溶接に先立ち、第６軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるように溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を設定するとともに、溶接時に、ウィービング相対量を、第４軸及び第５軸がそれぞれ微小角度回転したときにトーチ先端の動く各方向ベクトルから形成される平面とウィービング平面との交線上にくるように補正し、この補正したウィービング相対量を第４軸および第５軸がそれぞれ微小回転したときの方向ベクトルに分解することにより第４軸および第５軸の角度の変化量を求め、この変化量に基づいて求めた第４軸及び第５軸の目標角度に従って第４軸及び第５軸を振動動作させて、ウィービングの際の単振動動作を実現するようにしている。
【００２０】
このようにこの発明によれば、初期設定されたウィービング相対量の方向が、第４軸及び第５軸によって溶接トーチ先端が実際に動くことができる方向に補正されてウィービングが行われるようになるので、第６軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるような教示設定が正確に行われないような場合においても、良好な溶接品質を確保できるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を添付図面に示す実施例に従って詳細に説明する。
【００２２】
図２は、本発明が適用される溶接ロボットの外観を示している。この図２に示す溶接ロボットは、６軸の垂直多関節ロボットであり、第１軸Ｊ1、第２軸Ｊ2および第３軸Ｊ3から成る基本軸と、第４軸Ｊ4、第５軸Ｊ5および第６軸Ｊ6から成る手首軸とを有し、その先端に溶接トーチ１０が取り付けられている。また、以下の実施例において、ロボットは直交座標系Ｘ−Ｙ−Ｚによって制御され、トーチ先端の位置やウィービング相対量はこの座標系で表現される。この場合、溶接トーチ１０は、トーチ取付体１１を介してその先端１０ａが第６軸Ｊ6の回転軸上１２に一致するように取り付けられている。したがって、この場合、第６軸Ｊ6を回転させても、溶接トーチ先端１０ａの位置は変化しない。
【００２３】
図３は、溶接トーチ１０の姿勢変化を示すものである。
【００２４】
すなわち、溶接トーチ１０は、姿勢パラメータＡ，Ｂ，Ｃを有しており、溶接トーチ１０をＡ方向、Ｂ方向またはＣ方向に回転させることで、その姿勢を変化させることができる。なかでも、Ｃ方向の姿勢パラメータＣは、トーチ１０自体の回転姿勢の変化であり、この姿勢パラメータＣを変化せることで、溶接対象ワークに対する溶接トーチの向きは変えないで、ロボットの各軸Ｊ1〜Ｊ6の角度を変化させることができる。
【００２５】
図４は、ウィービング軌跡を示すもので、始点Ｐ1から終点Ｐ2に至る溶接線に沿った軌跡に、各時刻におけるウィービング相対量Ｗを加えたものがウィービング軌跡となる。点Ｐeは或る時刻における溶接線上の位置を示し、点Ｐwは同時刻におけるウィービング軌跡上の目標位置を示している。つまり、ウィービング軌跡は始点Ｐ1と終点Ｐ2とを結ぶベクトルとウィービング相対量Ｗとで形成される平面上にあり、この平面をウィービング面という。
【００２６】
次に、図５および図６に従ってこの発明の第１実施例を示す。
【００２７】
図５は溶接を行う際のロボット先端付近を示すもので、ａ4は第４軸Ｊ4を微小角度だけ回転させたときにトーチ先端の動く方向を示し、ａ5は第５軸Ｊ5を微小角度だけ回転させたときにトーチ先端の動く方向を示している。よって、第４軸Ｊ4及び第５軸Ｊ5をウィービング軸として用いた場合に、ウィービング動作でトーチ先端が動ける範囲は、ベクトルａ4とベクトルａ5とで形成される平面上にあり、言い換えればこれは第６軸Ｊ6の回転軸１２に垂直な平面上となる。
【００２８】
したがって、ウィービング相対量Ｗがこの平面内にあるように、すなわちウィービング相対量Ｗが第６軸Ｊ6の回転軸と垂直になるように教示するようにすれば、第４軸Ｊ4と第５軸Ｊ5との２つの軸だけでウィービング動作を行うことができる。
【００２９】
すなわち、ティーチングボックスを操作してトーチの先端位置を溶接線の始点及び終点に位置させて溶接線を教示した後、この始点及び終点位置において、溶接トーチ１０を先の図３に示すＡ方向，Ｂ方向に動かして溶接トーチ１０の向きを決定し、最後に溶接トーチを先の図３のＣ方向に回転させることで（トーチの向きは変化しない）、ロボットの各軸Ｊ1〜Ｊ6を回転させ、この状態中に第６軸の回転軸１２の方向が所望のウィービング相対量Ｗ（ウィービング平面）と垂直になるようなロボットの各軸Ｊ1〜Ｊ6の姿勢を見つけだす。そして、このロボット各軸の姿勢を溶接始点及び終点における各軸Ｊ1〜Ｌ6の姿勢として教示設定する。
【００３０】
以上の教示設定動作が第１の実施例の前提である。
【００３１】
次に、図６を用いてウィービング制御を行う制御構成を示す。
【００３２】
図６において、教示データ保存部１には、前述した方法で教示された溶接線の始点位置データ、溶接線の終点位置データ、溶接始点および終点で各軸Ｊ1〜Ｊ6がとるべき角度データなどが予め保存されている。ウィービングデータ保存部２には、ウィービング相対量Ｗを決定するためのパラメータ（補助点あるいは傾き角）や、ウィービング振幅、ウィービング周波数などが予め設定されている
逆変換部３は、教示データ保存部１に記憶された教示データを用いて各時刻における溶接線上の位置に対応する第１軸Ｊ1〜第６軸Ｊ6の目標角度θ1〜θ6を求める。ウィービング相対量計算部４では、ウィービングデータ保存部２に記憶された前記ウィービングデータから各時刻におけるウィービング相対量Ｗを計算する。
【００３３】
ウィービング動作演算部５では、ウィービング相対量Ｗおよび目標角度θ1〜θ6から各時刻における第４軸Ｊ4と第５軸Ｊ5の角度変化量Δθ4、Δθ5を求める。ロボット動作指令部６では、逆変換部３から入力される目標角度θ1〜θ6のうちのθ1〜θ3およびθ6をそのまま第１軸Ｊ1〜第３軸Ｊ3および第６軸Ｊ6の指令角度Θ1〜Θ3およびΘ6としてロボットに出力するとともに、逆変換部３から入力される目標角度θ4，θ5に、ウィービング動作演算部５で求めた変化量Δθ4、Δθ5をそれぞれ加算し、該加算結果（θ4+Δθ4）、（θ5+Δθ5）を第４軸Ｊ4および第５軸Ｊ5の指令角度Θ4，Θ5としてロボットに出力する。
【００３４】
以下、上記図６の構成の動作を図１のフローチャートにしたがって詳細に説明する。なお、このフローチャートは、或る時刻におけるウィービング軌跡上の目標位置Ｐw（図４参照 ）に対応する各軸Ｊ1〜Ｊ6の目標値Θ1〜Θ6を演算する場合について示しており、このような動作が溶接開始から終了まで繰り返し実行される。
【００３５】
ロボット動作中、逆変換部３では、教示データ保存部１に記憶された教示データを用いて或る時刻における溶接線上の点Ｐeの座標（Ｘe，Ｙe，Ｚe）を求め、さらにこのＰe座標（Ｘe，Ｙe，Ｚe）を各軸の角度θ1〜θ6に変換する（ステップ１００）。
【００３６】
次に、ウィービング相対量演算部４は、ウィービングデータを用いて点Ｐeに対応するウィービング相対量Ｗ（Ｗx，Ｗy，Ｗz）を計算する（ステップ１１０）。
【００３７】
次に、ウィービング動作演算部５では、ウィービング動作を行わせる２つの軸、すなわち第４軸及び第５軸について、当該軸のみが微小角度回転したときにトーチ先端１０の動く方向を各別に求める（ステップ１２０）。詳細は以下の通りである。
【００３８】
まず、第４軸Ｊ4に関しては、第４軸Ｊ4の軸方向の単位ベクトルをｉ4とし、第４軸Ｊ4とトーチ先端を結ぶベクトルをｖ4とするとき、第４軸Ｊ4のみが回転したときトーチ先端が動く方向ベクトルａ4は次式のようになる。
【００３９】
ａ4＝ｉ4＊ｖ4 (*はベクトル積) …（１）
図７は、図２に示した６軸多関節ロボットを模式的に示すものであり、この図７に示した各部の寸法や角度を用いると、上記単位ベクトルｉ4やベクトルｖ4は、次式のように示される。
【００４０】
【００４１】
ａ5＝ｉ5＊ｖ5 (*はベクトル積) …（４）
つぎに、ウィービング動作演算部５は、ウィービング相対量計算部４で求めた点Ｐeにおけるウィービング相対量Ｗを前記求めた２つの方向ベクトルａ4，ａ5に分解することにより第４軸と第５軸の角度変化量Δθ4，Δθ5を求める（ステップ１３０）。
【００４２】
具体的には、全てのベクトルが３次元であることを考慮して、まず方向ベクトルａ4，ａ5のベクトル積ａ45を作成する。
【００４３】
ａ45＝ａ4＊ａ5 …（５）
つぎに、これら３つのベクトルａ4，ａ5，ａ45の単位ベクトルを求める。
【００４４】
ｅ4＝ｅ4／｜ｅ4｜ …（６）
ｅ5＝ｅ5／｜ｅ5｜ …（７）
ｅ4＝ｅ45／｜ｅ45｜ …（８）
このとき、ウィービング相対量Ｗは
【００４５】
ここで、Δθ45はｅ45方向への移動量であり、ロボットの軸の角度変化量には対応しないが、計算上便宜上導入した。
【００４６】
ｅ4，ｅ5，ｅ45を
【００４７】
【００４８】
ロボット動作指令部６は、逆変換部３から入力される目標角度θ1〜θ6のうちのθ1〜θ3およびθ6をそのまま第１軸Ｊ1〜第３軸Ｊ3および第６軸Ｊ6の指令角度Θ1〜Θ3およびΘ6としてロボットに出力するとともに、逆変換部３から入力される目標角度θ4，θ5に、ウィービング動作演算部５で求めた変化量Δθ4、Δθ5をそれぞれ加算し、該加算結果（θ4+Δθ4）、（θ5+Δθ5）を第４軸Ｊ4および第５軸Ｊ5の指令角度Θ4，Θ5としてロボットに出力する（ステップ１４０）。
【００４９】
このように上記実施例によれば、第４軸および第５軸がΔθ4およびΔθ5だけ変化することで、溶接トーチ１０の先端がウィービング相対量Ｗだけ移動することになる。すなわち、本実施例によれば、２つの軸、第４軸および第５軸のみを振動動作させることにより、所望のウィービング軌跡を実現することができる。
次に、図８、図９および図１０に従ってこの発明の第２実施例を示す。
【００５０】
先の第１の実施例では、教示の際に、ウィービング相対量Ｗがａ4とａ5で形成される平面に含まれるようにトーチ先端の位置や姿勢を教示したが、こうした教示を厳密に行うことは非常に困難であり、そのような教示をしたつもりでも実際にはウィービング相対量Ｗはａ4とａ5とで形成される平面から多少なりとも離れている。すなわち、先の第１の実施例の方法で第４軸と第５軸とを振動動作させてもトーチは所望のウィービング面上を動かず、結果として良好な溶接品質が得られない場合がある。
【００５１】
この第２実施例はこの問題点を考慮してなされたもので、ウィービング相対量Ｗを、ａ4とａ5とで形成される平面と、ウィービング面との交線上にくるように修正することで、教示を厳密に行わなくとも、トーチを所望のウィービング面上で動かせ、良好な溶接品質を得ることができるようにしている。
【００５２】
図８は、ウィービング相対量Ｗと溶接線方向を示すベクトルｆ（始点Ｐ1から終点Ｐ2に向かうベクトル）とから形成されるウィービング面Ｓwとベクトルａ4，ａ5から形成される平面Ｓ45との関係を示したものである。
【００５３】
この図からも判るように、通常の教示では、ウィービング相対量Ｗは平面Ｓ45上にはなく、このような場合に先の実施例に従ってウィービングを行うと、溶接トーチ先端はＷd方向にウィービングすることになる。つまり、この場合には所望のウィービング面上を動く事ができず、良好な溶接品質を得ることはできない。
【００５４】
そこで、この第２実施例では、ウィービング相対量Ｗをウィービング平面Ｓwと平面Ｓ45との交線Ｃ上にあるように補正し、この補正したウィービング相対量Ｗ45に従ってウィービング動作させることで、第４軸及び第５軸の２つの軸の振動動作によってウィービング面Ｓw上を溶接トーチ先端が動くようにしている。すなわち、この実施例では、ウィービング相対量Ｗの方向を、第４軸及び第５軸によって溶接トーチ先端が実際に動くことができる方向Ｗ45に補正することで、教示が正確に行われないような場合においても、良好な溶接品質を確保できるようにしている。
【００５５】
図９は、第２の実施例の制御構成を示すブロック図である。この図９において、ウィービング動作演算部７以外の各構成要素の動作機能は先の図６に示したものと全く同じであり、重複する説明は省略する。
【００５６】
ウィービング動作演算部７においては、ウィービング相対量計算部４で求めたウィービング相対量Ｗと、溶接線の始点及び終点から求めた溶接線の方向を示すベクトルｆとからウィービング平面Ｓwを求めると共に、第４軸及び第５軸について当該軸のみが微小角度回転したときにトーチが動く方向ａ4とａ5とから形成される平面Ｓ45を求め、これら平面ＳwとＳ45との交線上にあってウィービング相対量Ｗと同じ大きさを持つウィービング相対量の補正値Ｗ45を求め、この補正値Ｗ45を用いて先の実施例と全く同じ方法で第４軸と第５軸の変化量Δθ4，Δθ5を求めるよう動作する。
【００５７】
以下、上記図９の構成の動作を図１０のフローチャートにしたがって詳細に説明する。なお、このフローチャートは、或る時刻におけるウィービング軌跡上の目標位置Ｐw（図８参照 ）に対応する各軸Ｊ1〜Ｊ6の目標値Θ1〜Θ6を演算する場合について示しており、このような動作が溶接開始から終了まで繰り返し実行される。
【００５８】
なお、この第２実施例においても、実際の溶接を行う前に、先の第１実施例と同様の教示動作を行う。すなわち、第６軸の回転軸の方向がウィービング相対量Ｗと垂直になるように、溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を教示する。
【００５９】
つぎに、溶接時の動作を説明する。
【００６０】
ロボット動作中、逆変換部３では、教示データ保存部１に記憶された教示データを用いて或る時刻における溶接線上の点Ｐeの座標（Ｘe，Ｙe，Ｚe）を求め、さらにこのＰe座標（Ｘe，Ｙe，Ｚe）を各軸の角度θ1〜θ6に変換する（ステップ２００）。
【００６１】
次に、ウィービング相対量演算部４は、ウィービングデータを用いて点Ｐeにおけるウィービング相対量Ｗ（Ｗx，Ｗy，Ｗz）を計算する（ステップ２１０）。
【００６２】
次に、ウィービング動作演算部５では、ウィービング動作を行わせる２つの軸、すなわち第４軸及び第５軸について、当該軸のみが微小角度回転したときにトーチ先端の動く方向ａ4とａ5を各別に求める（ステップ２２０）。これらの、詳細は先の実施例と同様である。
【００６３】
続いて、教示データ保存部１に記憶された溶接線の始点Ｐ1および終点Ｐ2を用いて溶接線の方向を示すベクトルｆを次式（１３）により求める（ステップ２３０）。
【００６４】
【００６５】
ａ4＊ａ5…（１４）また、ウィービング面Ｓwに垂直なベクトルは、前記求めたウィービング相対量Ｗと溶接線の方向を示すベクトルｆを用いて次式（１５）で表される。
【００６６】
【００６７】
【００６８】
【００６９】
【００７０】
その詳細は、先の実施例と同様である。
【００７１】
ロボット動作指令部６は、逆変換部３から入力される目標角度θ1〜θ6のうちのθ1〜θ3およびθ6をそのまま第１軸Ｊ1〜第３軸Ｊ3および第６軸Ｊ6の指令角度Θ1〜Θ3およびΘ6としてロボットに出力するとともに、逆変換部３から入力される目標角度θ4，θ5に、ウィービング動作演算部７で求めた変化量Δθ4、Δθ5をそれぞれ加算し、該加算結果（θ4+Δθ4）、（θ5+Δθ5）を第４軸Ｊ4および第５軸Ｊ5の指令角度Θ4，Θ5としてロボットに出力する（ステップ２７０）。
【００７２】
このようにこの第２の実施例によれば、ウィービング相対量Ｗの方向を、第４軸及び第５軸によって溶接トーチ先端が実際に動くことができる方向Ｗ45に補正することで、教示が正確に行われないような場合においても、良好な溶接品質を確保できるようにしている。
【００７３】
なお、上記各実施例では、図５に示すように、溶接トーチ１０の先端が第６軸の回転軸に一致するように溶接トーチを取り付けるようにしたが、本発明はこれに必ずしも限るわけでなく、そうでない場合にも適用することができる。
【００７４】
また、上記実施例では、本発明を６軸多関節ロボットに適用するようにしたが、本発明を７軸以上の多関節ロボットに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の作用を示すフローチャート。
【図２】６軸多関節溶接ロボットの外観構成を示す図。
【図３】溶接トーチの姿勢パラメータを示す図。
【図４】ウィービング軌跡を示す図。
【図５】実施例の作用を説明するために溶接トーチ先端付近を示した図。
【図６】この発明の第１実施例の制御構成を示すブロック図。
【図７】６軸多関節ロボットの動作演算のための各種パラメータが記入された模式図。
【図８】第２実施例の原理を説明する図。
【図９】この発明の第２実施例の制御構成を示すブロック図。
【図１０】この発明の第２実施例の作用を示すフローチャート。
【図１１】従来技術を示す図。
【図１２】他の従来技術を示す図。
【符号の説明】
１…教示データ保存部
２…ウィービングデータ保存部
３…逆変換部
４…ウィービング相対量計算部
５…ウィービング動作演算部
６…ロボット動作指令部
７…ウィービング動作演算部
１０…溶接トーチ
Claims (4)
- 少なくとも６自由度を有しかつ隣合う２つの軸が直交する手首３軸を有する多関節溶接ロボットの各軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に沿って移動させるとともに、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に対し左右にウィービング相対量だけ単振動させることによりウィービング平面上でウィービング動作を行う溶接ロボットのウィービング制御装置であって、
溶接に先立ち、前記手首軸のうちの最先端の軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるように、溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を設定する設定手段と、
溶接時、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸について、当該軸のみが微小角度回転したときにトーチ先端の動く方向ベクトルをそれぞれ求める第１の演算手段と、
溶接時、前記ウィービング相対量を前記求めた２つの軸についての方向ベクトルに分解することにより該２軸の変化量を求める第２の演算手段と、
溶接時、これら求めた変化量に基づいて前記２つの軸の前記単振動分の目標角度を逐次求める第３の演算手段と、
を具えるようにした溶接ロボットのウィービング制御装置。 - 前記設定手段は、溶接トーチを所望の位置及び姿勢に位置決めした後、溶接トーチの回転姿勢のみを変化させて前記手首軸のうちの最先端の軸の回転軸がウィービング相対量と直角になるように溶接始点及び終点での各軸の角度を教示する教示手段であることを特徴とする請求項１記載の溶接ロボットのウィービング制御装置。
- 少なくとも６自由度を有しかつ隣合う２つの軸が直交する手首３軸を有する多関節溶接ロボットの各軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に沿って移動させるとともに、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸を用いて溶接トーチ先端を溶接線に対し左右にウィービング相対量だけ単振動させることによりウィービング平面上でウィービング動作を行う溶接ロボットのウィービング制御装置であって、
溶接に先立ち、前記手首軸のうちの最先端の軸の回転軸の方向がウィービング相対量と垂直になるように、溶接時の溶接トーチの位置及び姿勢を設定する設定手段と、
溶接時、前記手首軸のうちの最先端の軸を除く２つの軸について、当該軸のみが微小角度回転したときにトーチ先端の動く方向ベクトルをそれぞれ求める第１の演算手段と、
溶接時、前記求めた２つの方向ベクトルから形成される平面を求める第２の演算手段と、
前記溶接線の方向とウィービング相対量からウィービング平面を求める第３の演算手段と、
溶接時、前記第２の演算手段によって求められた平面と第３の演算手段で求められたウィービング平面との交線を求め、前記ウィービング相対量の方向が前記交線方向に一致するようにウィービング相対量を補正する第４の演算手段と、
溶接時、前記補正されたウィービング相対量を前記求めた２つの軸についての方向ベクトルに分解することにより前記２つの軸の変化量を求める第５の演算手段と、
溶接時、これら求めた変化量に基づいて前記２つの軸の前記単振動分の目標角度を逐次求める第６の演算手段と、
を具えるようにした溶接ロボットのウィービング制御装置。 - 前記設定手段は、溶接トーチを所望の位置及び姿勢に位置決めした後、溶接トーチの回転姿勢のみを変化させて前記手首軸のうちの最先端の軸の回転軸がウィービング相対量と直角になるように溶接始点及び終点での各軸の角度を教示する教示手段であることを特徴とする請求項３記載の溶接ロボットのウィービング制御装置。
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| JP21476597A JP3710075B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 溶接ロボットのウィービング制御装置 |
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| JPH1158014A JPH1158014A (ja) | 1999-03-02 |
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| JP21476597A Expired - Lifetime JP3710075B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 溶接ロボットのウィービング制御装置 |
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1997
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