JPH01107979A - 溶接用ロボットの溶接動作制御方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶接作業用ロボットにおける溶接動作の制御
方法に関し、特にスタッドガンをロボット手首の先端に
装着して、固定設置された溶接対象に対して加圧通電し
て溶接を施すときに、電極先端に′作用する加圧反力に
よって当該電極先端が目的位置からずれるのをロボット
手首の位置決めループゲインを低減させることにより、
該手首の角変位で吸収し、正しい目的位置に溶接可能と
するよう（へした溶接用ロボットの溶接位置制御方法に
関するものである。

〔従来技術〕

ここで、スタッドガン溶接を行う溶接用ロボ・ノドの基
本的構成と作用を全般的に説明すると、第１図に示すよ
うに、同溶接用ロボットは、ロボットアームとロボット
手首とを有したロボット本体部と、そのロボット本体部
のロボット手首先端に装着された加圧溶接具とを具備し
て構成されている。ロボット本体部は、−船釣に５軸ま
たは６軸回りに動作自由度を有し、本例では６軸ロボ、
７トを図示している。即ち、ロボット本体部は、ロボッ
ト基台３０に対して縦軸（θ軸）回りに所定の角度にわ
たって水平旋回可能なロボット胴部３１、このロボット
胴部３１の上端に関節３１ａを介して前後回転軸（Ｗ軸
）の回りに旋回可能なロボット上腕部３２、このロボッ
ト上腕部３２の先端に関節３２ａを介して水平軸（Ｕ軸
）の回りに上下旋回可能なロボット前腕部３３、このロ
ボット前腕部３３の先端に枢着されて互いに直交する３
軸（α軸、β軸、γ軸）の回りに関節を有し、故に該３
軸回りに動作自由度を有するロボット手首３４とを具備
して構成されている。この場合に、ロボット手首３４の
α軸回りの動作要素が手首先端を形成し、５軸ロボツト
装置では上記手首３４のγ軸回りの動作要素が省略され
た構成となっている。故に、ロボット手首３４は、少な
くともα軸とβ軸との回りに動作自由度をゆうするもの
である。そして、ロボット手首３４の先端に加圧溶接具
としてのスタッドガン４１が装着され、このスタッドガ
ン４１の先端には溶接電極４２が具備され、ロボット本
体部は、このスタンドガン４１の先端の溶接電極４２を
図示されていないロボット制御装置の記憶部に教示・記
憶されたプログラムに従って次々と所望の目的位置に位
置決めするように構成されているもので、その位置決め
のための移動は、上述したロボット胴部３１、ロボット
上腕３２、ロボット前腕３３、ロボット手首３４の各旋
回軸回りの動作を起動する各駆動モータから減速装置を
経ると共に位置検出器を有した位置決め及び速度制御ル
ープにより達成される構成に成っている。このとき、溶
接用ロボットの場合の所望の目的位置は、溶接対象Ｗの
各溶接位置であり、その各溶接位置にスタッドガン４１
の溶接電極４２の先端を位置決めし、他方、溶接対象Ｗ
は、例えば、固定台４４上に固定され、この固定台４４
に具備された固定電極４３と上記スタッドガン４１の電
極４２とが対向した位置で加圧・通電が行われると、溶
接対象Ｗに溶接が施されるものである。

さて、第２図（ａ）は第１図に示した溶接ロボットを模
式的に示した機構概念図であり、第１図の各動作部に対
応する部分を同一参照番号で示しである。また、第２図
（ｂ）は、第２図（ａ）の部分拡大図である。第２図（
ａ）、（ｂ）を参照して溶接用ロボットの動作を説明す
ると、オペレータは、ロボット制御装置側の教示盤（図
示なし）を介してスタッドガン４１の溶接電極４２が、
第２図（ａ）及び（ｂ）で実線図示の位置、即ち、溶接
対象である被溶接物Ｗを挟んで固定電極４３と対向し、
かつ被溶接物Ｗから離れた位置に位置決めされるように
予め教示・記憶操作が行われてプログラムされる。この
教示されたプログラムに従って、ロボット制御装置（図
示なし）は、スタッドガン４１の溶接電極４２を上記教
示位置までロボット本体部のロボット胴部３１、ロボッ
ト上腕３２、ロボット前腕３３、ロボット手首３４のロ
ボット動作により移動、位置決めされる。溶接電極４２
が位置決めされると、ロボット制御装置は、スタッドガ
ン４１を付勢する。即ち、スタッドガン４１に圧力空気
を供給する。これにより、スタッドガン４１の溶接電極
４２は被溶接物Ｗに向って加圧、押動され、被溶接物Ｗ
に当接すると共に固定電極４３と協働して被溶接物Ｗを
押圧する。即ち、第３図に図示のように、上記教示位置
（Ｐ、）に溶接電極４２が位置決めされると、スタッド
ガン４１により溶接電極４２が目的とする溶接位置に向
けて圧接される。第３図は、この加圧過程を示しており
、時間Ｔにおいて加圧力が所望値に達するとロボット制
御装置は溶接電極４２と固定電極４３との間に通電を開
始し、この結果、被溶接物Ｗは上記画電極４２．４３間
で押圧されながら、電気溶接される。この状態を一定時
間にわたって継続し、加圧溶接が十分に確立された時点
で、通電を停止し、スタッドガン４１の溶接電極４２を
目的の溶接位置から引き離し、次の目的溶接位置に向け
て移動される。

〔解決すべき問題点〕

上述において、溶接ロボットによる加圧溶接の動作過程
を説明したが、上述の溶接電極４２を加圧押動させて溶
接対象である被溶接物Ｗを押圧する過程では、スタッド
ガン４１の加圧力が３００〜８００　Ｋｇ／ｃｍ”と大
きな値を呈し、しかも、加圧、押動は瞬時に行われる。

その結果、スタンドガン４１の溶接電極４２は被溶接物
Ｗから大きな反力を受ける。その反力のために、ロボッ
ト本体部は第２図（ａ）　、（ｂ）の両図に破線で図示
のように、撓みを生じ、故に、スタッドガン４１自体の
溶接電極４２も教示された固定電極４３との対向位置か
ら位置ずれを生起して破線で示した電極４２ａの位置に
変位する。この変位量は、加圧力の大きさに依存して異
なると共にロボット本体部の姿勢によっても異なり、そ
の変位量は数ｎｔｎ＋程度となる。即ち、目的とする溶
接位置と実際に溶接される位置とでは誤差が無視し得な
い場合も発生するという問題点がある。

しかも、教示された位置Ｐ１に位置決めが完了した後で
スタッドガンを付勢すると、上述のように位置変位を発
生するが、位置決めおよび加圧力が安定するまでには幾
分時間を経過することとなり、安定後、電気溶接のため
に通電を行うことになるから、各目的溶接位置における
溶接時間が若干、延びることになり、多数の目的溶接位
置を順次に溶接して行く過程では、累積的に作業時間が
長くなり、溶接作業能率の低下を招く不都合がある。依
って、本発明は斯かる不都合を排除して溶接ロボットの
溶接動作を制御する方法を提供せんとするものである。

〔解決手段と作用〕

本発明によれば、複数の関節部を介して枢着れれた複数
のロボットアームと、前記複数のロボットアームにおけ
る最前端のアームに結合されて互いに直交する少なくと
も２軸の回りに旋回可能な動作自由度を有したロボット
手首と、前記ロボット手首の先端に装着された加圧溶接
具とを有して成る溶接ロボットによって、固定設置され
た溶接対象の各目的位置に加圧溶接を行うに当たり、前
記加圧溶接具の電極先端を前記溶接対象の目的位置に加
圧力で押圧し、前記加圧力に対する前記溶接対象からの
反力による前記加圧溶接具の前記電極先端のずれを前記
ロボット手首の１軸回りの角変位のみにより吸収せしめ
、前記加圧溶接具の電極先端のずれ動作を阻止するよう
にした溶接用ロボットの溶接動作制御方法を提供するも
のである。

なお、上述したロボット手首の１軸回りの角変位のみに
より吸収せしめるには、加圧溶接具を前記溶接対象の各
目的位置に加圧力で押圧するとき、ほぼ直前に前記ロボ
ット手首の所定の１軸回りの制御ループゲインを低減さ
せ、以てシステム剛性を減少させることにより、前記ロ
ボット手首の角変位を生ぜしめるようにすればよい。こ
うして、加圧溶接時の押圧作用に対する反力をロボット
手首の旋回、角変位により吸収するようにすれば、ロボ
ット腕機構に撓みを生ずることが無く、故に、加圧溶接
具の電極先端を目的位置に持続的に保持することができ
るのである。

〔実施例〕

さて、本発明による溶接動作制御は、第１図に示した６
軸動作自由度形の溶接用ロポフトにも、また周知の５軸
動作自由度形の溶接用ロボットにも適用可能であり、ロ
ボット本体部と加圧溶接具との構造には、特別に改変を
加える必要は無い。

従って、以下の実施例の記載は、溶接用ロボットの機械
的構造に就いては、第１図及び第２図に示した６軸動作
自由度形ロボットを念頭において説明する。

さて、既述のように、加圧溶接具としてのスタッドガン
４１の先端の溶接電極４２の先端を所望の目的溶接位置
に接近した教示位置Ｐ１に位置決めする過程で、ロボッ
ト本体部においては、そのロボット胴部３１、ロボット
上腕部３２、ロボット前腕部３３、ロボット手首３４等
の動作部をロボット制御装置からの位置決め指令に基づ
いて駆動するが、この場合に、各動作部には駆動モータ
（通常は電動サーボモータ）、減速装置、ベルト・プー
リ機構等の伝動機構、位置検出器等を有した位置指令形
サーボ系が備えられ、上記位置決め指令に従ってその動
作部を駆動する構成にあることは周知の通りである。故
に、各動作部の位置指令形及び速度指令形サーボ系には
制御ループゲインを有しており、ロボット制御装置側で
伝達関数の定数を加減することにより、この制御ループ
ゲインを増減することが可能に成っている。そして、制
御ループゲインが大きいと、その動作部のシステム剛性
が高くなり、ゲインを低減すると、システム剛性が低く
なることも知られている。従って、各動作部の夫々の制
御ループゲインを大きく維持すれば、ロボット本体部の
剛性は高く維持される。

このような条件下で既述のようにスタッドガン４１の溶
接電極４２を教示した位置Ｐ１に位置決めし、次いでス
タッドガン４１により、その電極４２を溶接対象である
被溶接物Ｗの目的溶接位置に向けて押動させれば、その
反力がそのままロボット本体部に跳ね返ることになる。

その結果、当然にロボット部の各ロボットアーム３２．
３３等では、その長尺腕長のために撓みを来たし、その
撓みが原因となって、ロボット手首３４の先端に装着し
たスタンドガン４１にも教示された位置Ｐ１からのずれ
が生ずる。そこで、本発明では、スタッドガン４１の装
着されたロボット手首３４において、先ず溶接時の反力
が、該ロボット手首３４の振り動作軸であるβ軸の中心
を通るように、各目的溶接位置に対応した教示位置Ｐ、
を教示する段階で予め設定するものである。そして、こ
のような条件下で更に、スタッドガン４１による加圧操
作の段階で、加圧開始直前にロボット手首３４の上記β
軸回りの剛性を低下させ、言わば、手首を緩めた状態を
出現させ、反力作用時にロボット本体部の各動作部、特
に上記ロボットアーム３２．３３に生ずる撓みやそれら
の関節３１ａ、３２ａで発生する角変位をロボット手首
３４のβ軸回りの角変位即ち、手首の動きだけで吸収す
るようにし、スタッドガン４１の溶接電極４２における
先端は、被溶接物Ｗの目的溶接位置に維持させるように
するものである。そして、このためには、ロボット手首
３４のβ軸における既述の制御ループゲインを加圧溶接
時にロボッ（制御装置側で低減させるようにすれば、容
易に実現することができるのである。より、具体的には
、該制御ループにおける伝達関数のうち、適宜の定数を
変化させる動作をロボット制御装置により遂行させれば
良いのである。第４図は、本発明による上述したロボッ
ト手首３４のβ軸に関する制御ループゲインの低減操作
を遂行するタイミングチャートを示したものである。第
４図から理解できるように、先ず、ロボット本体部を作
動させて各目的溶接位置に対応した教示位置Ｐ、にタイ
ミングＴ、で到達、位置決めが完了すると、その後、ス
タッドガン４１による加圧作用をタイミングＴ２で開始
する。この加圧作用は各目的溶接位置に溶接を施すに必
要な時間間隔にわたって′ｍ続されることは、従来と変
わりない。こうして、加圧操作により、溶接電極４２が
対向する固定電極４３との間に被溶接物Ｗを挟んで停止
した時点Ｔ３で通電が開始され、この通電作用も一定時
間にわたって継続される。

そして本発明では、上記位置決めタイミングＴ。

と加圧作用開始のタイミングＴ２との間の時点Ｔ４にお
いて、ロボット手首３４のβ軸回りに関する制御ループ
ゲインを低減させ、これを溶接作用の終了タイミングＴ
５の直前まで継続させるようにしたものである。溶接作
用の終了タイミングＴ。

の後は、次の溶接目的位置に向けてロボット本体部の動
作により、ロボット手首３４に装着したスタッドガン４
１を移動させる操作が遂行される。

以上、本発明により、溶接ロボットの溶接動作を制御す
る方法に就いて、目的位置に正し←溶接作用が施される
ための制御動作に就いて説明したが、このような位置ず
れの防止は他の産業用ロボットがその先端のエンドエフ
ェクタにより、加圧押動作用を伴うときは、等しく適用
可能であることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、溶接ロボットがスタンドガンを用いて
加圧・溶接を行う際に、反力に伴うスタッドガン溶接電
極の位置ずれをロボット動作部の特に手首だけで吸収す
るようにしたから、溶接電極は溶接対象の目的とする溶
接位置に正しく位置決めされた状態で加圧・通電を行っ
て所望の溶接効果を得ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、溶接ロボットの構造外形を示した正面図、第
２図（ａ）（ｂ）は従来の溶接動作で生じた位置ずれを
説明する機構図、第３図は従来の溶接作用における加圧
過程を示すグラフ図、第４図は本発明による溶接作用の
タイミングチャートである。 ３０・・・ロボット基台、 ３１・・・ロボット胴部、 ３２・・・ロボット上腕、 ３３・・・ロボット前腕、 ３４・・・ロボット手首、 ４１・・・スタンドガン、 ４２・・・溶接電極、 ４３・・・固定電極、 Ｗ・・・被溶接物（溶接対象）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の関節部を介して枢着された複数のロボットア
   ームと、前記複数のロボットアームにおける最前端のア
   ームに結合されて互いに直交する少なくとも２軸の回り
   に旋回可能な動作自由度を有したロボット手首と、前記
   ロボット手首の先端に装着された加圧溶接具とを有して
   成る溶接ロボットによって、固定設置された溶接対象の
   各目的位置に加圧溶接を行うに当たり、前記加圧溶接具
   の電極先端を前記溶接対象の目的位置に加圧力で押圧し
   、前記加圧力に対する前記溶接対象からの反力による前
   記加圧溶接具の前記電極先端のずれを前記ロボット手首
   の１軸回りの角変位のみにより吸収せしめ、前記加圧溶
   接具の電極先端のずれ動作を阻止するようにしたことを
   特徴とする溶接用ロボットの溶接動作制御方法。 ２、前記加圧溶接具を前記溶接対象の各目的位置に加圧
   力で押圧するとき、ほぼ直前に前記ロボット手首の所定
   の１軸回りの制御ループゲインを低減させ、以ってシス
   テム剛性を減少させることにより、前記ロボット手首の
   角変位を生ぜしめるようにした特許請求の範囲１、に記
   載の溶接用ロボットの溶接動作制御方法。