JPH0416272B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接線をPTP方式で教示するテイー
チングプレイバツクの溶接ロボツトに係り、特に
そのウイービングパターン教示方法に関する。

テイーチングプレイバツクのアーク溶接ロボツ
トにおいては、(1)中厚板の広い開先を有する対象
ワークに対しては１パスで多量の溶着金属を得る
とともに開先を構成する壁面を溶融させて適正な
溶接結果を得る、(2)薄板の隙間のある対象ワーク
に対しては、その隙間を埋める、(3)対象ワーク毎
にバラツキがあり、そのために溶接線にバラツキ
がある場合にそのバラツキをある程度吸収する、
(4)アークセンシングにおけるセンシングの手段と
して用いる、等の目的のために、ロボツト手首先
端に取り付けた溶接トーチ先端を揺動させる、い
わゆるウイービング運動が広く使用されている。

このロボツトのウイービング運動の方式には、
ロボツト手首に装着した専用のウイービング装置
に溶接トーチを把持させ、このウイービング装置
により溶接トーチ先端をウイービング運動させ
る、いわゆるハードウイービング方式と、ロボツ
ト手首に装着した溶接トーチ先端をロボツトの１
軸もしくは各軸の合成運動としてソフトウエア上
の手段にもとづいてウイービング運動させる、い
わゆるソフトウイービング方式とがある。ハード
ウイービング方式は、高速のウイービング運動が
可能であるが、ロボツト手首に装着した専用のウ
イービング装置が障害となつて、ワークの狭隘な
溶接線に溶接トーチがアクセスできないという欠
点を有し、さらにウイービングの方向にも制約が
ある。これに対して、ソフトウイービング方式
は、ロボツトの既存の軸をウイービング運動させ
るために、特別のウイービング装置を必要としな
い、対象ワークの溶接線に対するアクセスが容易
である、ロボツト手首の負荷重量を軽減させ、耐
久性が増す、ウイービングの方向に何ら制約がな
いという利点を有している。

従来、このソフトウイービング方式では、溶接
線をテイーチングするとともにウイービング運動
の大きさ、方向等を定義するウイービング端点を
２点もしくは３点必らず教示する必要があるた
め、ウイービング運動を必要とする溶接線に対し
てはその全てのウイービング端点の教示が必要で
あり、ウイービング端点の数だけ教示に長い時間
を要していた。さらに、ウイービングの振幅が小
さい場合にはウイービングの方向、振幅を正しく
教示することが難かしく、溶接線の近傍でウイー
ビング端点を教示しなければならないという制約
のために、構造物の内部等を溶接する場合に溶接
トーチがその内部に入ることができても作業者が
トーチ先端を目視し難く、教示個所、ウイービン
グの方向、大きさ等を教示する作業は困難を極め
ることがあつた。

このようにソフトウイービング方式の教示作業
は、緻密で根気のいる作業であるばかりでなく、
ウイービング運動をさせる溶接線の数が多い場合
には作業効率を低下させる要因となつていた。

本発明は上記の問題点に鑑み提案されたもの
で、溶接線に対するウイービング端点を直接、教
示せず、ワークもしくはその近傍の任意の位置に
１つの補助点を教示し、ウイービング端点と溶接
線の位置関係を規定する距離、角度等を数値指定
するだけで、ウイービングパターンの各ウイービ
ング端点のロボツト空間座標系における座標を自
動的に決定する、溶接ロボツトにおけるウイービ
ングパターン教示方法を提供することを目的とす
る。

本発明の、溶接ロボツトにおけるウイービング
パターン教示方法は、 所定の三角形△ABCの基準パターンを予め設
定し、 治具にセツトされたワーク上もしくはその近傍
の任意の位置に、教示された溶接線の任意の線分
Q_oQ_o+1に対応して補助点P_oを教示し、 前記線分_{o o+1}上に、前記補助点P_oと結ぶ補
助線_{o o}が前記線分_{o o+1}となす角が所定の角
度ζとなるように点S_oを定め、前記基準パターン
と合同な三角形△A′B′C′の頂点A′を点S_oに定め、
頂点B′を前記補助線_{o o}上に定め、線分′′が
前記線分_{o o+1}となす角が所定の角度αとなる
ように頂点C′を定め、 前記三角形△A′B′C′を一定ベクトル量移動さ
せた三角形△A″B″C″を前記線分_{o o+1}に対応す
るウイービングパターンとするものである。

教示された溶接線の他の線分_{r r+1}に対応す
る基準線_{r r}が既に得られている場合には、この
基準線_{r r}を線分_{o o+1}上の任意の点に平行移
動させた線分を線分_{o o+1}に対応する基準線と
することができ、新たに、補助点を教示する必要
がない。

基準パターンが三角形以外の多角形の場合に
は、四角形以上の所定の多角形の基準パターン□
ABCD…をロボツト空間座標系で予め設定し、 治具にセツトされたワーク上もしくはその近傍
の任意の位置に、教示された溶接線の任意の線分
Q_oQ_o+1に対応して補助点P_oを教示し、 前記線分_{o o+1}上に前記補助点P_oと結ぶ補助
線_{o o}が前記線分_{o o+1}となす角が所定の角度
ζとなるように点S_oを定め、前記多角形□
ABCD…と合同な多角形□A′B′C′D′…の任意の
３頂点がなす三角形△A′B′C′の頂点A′を点S_oに
定め、頂点B′を補助線_{o o}上に定め、線分
A′C′が線分_{o o+1}となす角が所定の角度αとな
るように頂点C′を定め、前記多角形□
A′B′C′D′…の他の頂点D′，…を前記三角形△
A′B′C′を基に定め、 得られた多角形□A′B′C′D′…を一定ベクトル
量移動させた多角形□A″B″C″D″…を前記線分_o
Q_o+1に対応するウイービングパターンとするも
のである。

以下、本発明を実施例の図面を参照しながら説
明する。本実施例は第１図１に示す所定の三角形
△ABC（線分＝L₁、線分＝L₂、∠BAC＝
β）を基準パターンとし、第１図２に示すように
溶接線_{1 2}，_{2 3}に沿つて単振動もしくは三角
ウイービング運動させながらウエブ１とフランジ
２を溶接する。この場合、先づ、点S_oを三角形△
A′B′C′の頂点A′に一致させた後、この三角形△
A′B′C′を一定ベクトル量移動させた三角形△
A″B″C″を溶接線_{1 2}，_{2 3}に対するウイービ
ングパターンとするものである。Q₁は溶接開始
点である。これら溶接線_{1 2}，_{2 3}上の点Q₁，
Q₂，Q₃は教示され、ロボツトの直交座標系０−
xyzでの座標値をそれぞれ（X₁、Y₁、Z₁）、（X₂、
Y₂、Z₂）、（X₃、Y₃、Z₃）とする。点P₁はウイー
ビング端点を定義するためにウエブ１の面上に教
示された補助点で、そのロボツトの直交座標系０
−xyzでの座標値を（X₁′、Y₁′、Z₁′）とする。点
A′，B′，C′は算出されるべきウイービング端点
で、ウイービング端点A′は補助点P₁から溶接線
Q₁Q₂に下した垂線と溶接線_{1 2}の交点、ウイー
ビング端点B′は垂線′₁上のウイービング単点
A′から指定された距離L₁（＝線分）だけ離れ
た点である。ウイービング端点A′の座標値を
X_A′、Y_A′、Z_A′とする。

先づ、このウイービング端点B′のロボツトの
直交座標系０−xyzでの座標値X_B′、Y_B′、Z_B′を
算出する。点Q₁と点Q₂の各座標値（X₁、Y₁、
Z₁）、（X₂、Y₂、Z₂）から線分_{1 2}の方向余弦
ｈ、ｉ、ｊが、点Q₁と補助点P₁の各座標値（X₁、
Y₁、Z₁）、（X₁′、Y₁′、Z₁′）から線分_{1 1}の方向
余弦ｌ、′m′、n′がそれぞれ求められる。この二
つの方向余弦ｈ、ｉ、ｊとl′、m′、n′から∠
P₁Q₁Q₂の余弦値を求め、三角関数の定理よりそ
の正弦値を算出することができる。すなわち、垂
線′₁の方向余弦ｌ、ｍ、ｎは方向余弦ｈ、ｉ、
ｊ、l′、m′、n′の関数、 ｌ＝f₁（ｈ、ｉ、ｊ、l′、m′、n′） ｍ＝f₂（ｈ、ｉ、ｊ、l′、m′、n′） ｎ＝f₃（ｈ、ｉ、ｊ、l′、m′、n′） ……(1) と表わされる。したがつて、ウイービング端点
B′の座標値X_B′、Y_B′、Z_B′は X_B′＝X_A′＋L₁・ｌ Y_B′＝Y_A′＋L₁・ｍ Z_B′＝Z_A′＋L₁・ｎ ……(2) となる。

次にウイービング端点C′の座標値X_C′、Y_C′、
Z_C′を算出する。ここで、線分′′と′′のな
す
角度は三角形△ABCの線分とのなす角度
と同じβ、溶接線_{1 2}の線分′′のなす角度は
α、溶接線_{1 2}と垂線′₁のなす角度はζ（これ
は前述の定義により190°）である。線分′′の方
向余弦ａ、ｂ、ｃは、方向余弦ｈ、ｉ、ｊ、ｌ、
ｍ、ｎ、角度α，β，ζの関数 ａ＝g₁（ｈ、ｉ、ｊ、ｌ、ｍ、ｎ、α、β、ζ） ｂ＝g₂（ｈ、ｉ、ｊ、ｌ、ｍ、ｎ、α、β、ζ） ｃ＝g₃（ｈ、ｉ、ｊ、ｌ、ｍ、ｎ、α、β、ζ） ……(3) と表わすことができる。したがつて、ウイービン
グ端点C′の座標値X_C′、Y_C′、Z_C′は X_C′＝X_A′＋L₂・ａ Y_C′＝Y_A′＋L₂・ｂ Z_C′＝Z_A′＋L₂・ｃ ……(4) となる。ここで、L₂は三角形△ABCの指定され
た線分に等しくとられた線分′′の距離であ
る。

このようにウイービング端点A′（X_A′，Y_A′，
Z_A′）を基準点とするウイービング端点B′，C′の
座標値X_B′、Y_B′、Z_B′、X_C′、Y_C′、Z_C′が式(2)、
(4)により算出される。ウイービング各端点B′，
C′を溶接開始点Q₁の周りで実現させるためには
座標値X_A′、Y_A′、Z_A′の代りに溶接開始点Q₁の
座標値X₁、Y₁、Z₁を式(2)、(4)に代入して点B′，
C′の座標値X_B′、Y_B′、Z_B′、X_C′、Y_C′、Z_C′を求
めればよい。溶接線_{1 2}に対する相対位置でウ
イービング端点A′，B′，C′を定義すると、ウイ
ービング端点A′は常に溶接線_{1 2}上にあるため、
X_A′＝Y_A′＝Z_A′＝０として式(2)、(4)よりウイー
ビング端点B′，C′の座標値X_B′、Y_B′、Z_B′、
X_C′、Y_C′、Z_C′を求めればよい。

次に、ウイービング端点A′，B′，C′を結ぶ三
角形△A′B′C′の重心を常に溶接線_{1 2}が貫ぬく
ようにするための方法について述べる。先づ、ウ
イービング端点A′を溶接線_{1 2}上にセツトして
そのときの三角形△A′B′C′の重心の座標を求め、
次にその重心の座標だけ、各ウイービング端点
A′，B′，C′を平行移動させることによつて、ウ
イービング端点A″，B″，C″の座標値を求めるこ
とができる。すなわち、式(2)、(4)でX_A′＝Y_A′＝
Z_A′＝０とおいてX_B′、Y_B′、Z_B′、X_C′、Y_C′、
Z_C′を求め、これら座標値X_B′、Y_B′、Z_B′、X_C′、
Y_C′、Z_C′を X_A″＝−（X_B′＋X_C′）／３ Y_A″＝−（Y_B′＋Y_C′）／３ Z_A″＝−（Z_B′＋Z_C′）／３ ……(5) に代入して得られる座標値（X_A″、X_B″、X_C″）
がウイービング端点A′，B′，C′を結ぶ三角形△
A′B′C′の重心を溶接線_{1 2}が貫ぬくときのウイ
ービング端点A″の座標値である。ウイービング
端点B″，C″の座標値は算出したX_A″、X_B″、X_C″
を式(2)、(4)に代入することにより求められるウイ
ービングパターン△A″B″C″は三角ウイービング
の時に特に有効である。式(5)の右辺の分母“３”
を“２”に変更して同様の処理を行なうと、線分
B′C′の中点を溶接線_{1 2}が貫ぬく場合の各ウイ
ービング端点A″B″C″の座標値を求めることがで
きる。この方法は、″″を往復運動させる単振
動ウイービングの時に特に有効である。

ところで、式(1)〜(5)で使用したパラメータのう
ち距離L₁、L₂、角度α，βは実際の溶接開先線
を見れば容易に把握できる数値であつて、操作パ
ネルのキースイツチ等で数値入力することができ
る。角度αは通常の場合、90°の角度で使用する
が、特殊の場合には任意の角度を指定できるのが
本発明の特徴である。なお、距離L₁、L₂、角度
βは基準パターンである三角形△ABCの頂点Ａ，
Ｂ，Ｃによつて決まる特性値であるが、三角形の
定理により３辺の長さだけ、あるいは１辺と２角
の指定によつても距離L₁、L₂、角度βを演算で
き、それらは本発明の単なる変形例に過ぎない。

次に、第１図において溶接線_{1 2}でのウイー
ビング運動を終了して点Q₂に達したものとする。
第１図のように次の溶接線_{2 3}が溶接線_{1 2}の
延長線上にない場合、従来は新たに点Q₂で各ウ
イービング端点A′，B′，C′を教示し直していた。
しかし、本発明は、線分′₁の方向余弦ｌ、ｍ、
ｎが溶接線_{1 2}の場合と殆んど同じであるとみ
なせる場合には新たに、例えばウエブ１の面上に
補助点を教示する必要がないことを特徴としてい
る。この適用例の１つとしてはフランジ２を１枚
の鉄板で構成し、それにウエブ１を構成するアン
グル材を溶接する場合であつて、実際に産業界で
最も多用されている例の１つである。このよう
に、溶接線_{2 3}に関して前記の条件を満足する
場合には、溶接線_{1 2}に対する垂線′₁の方向
余弦ｌ、ｍ、ｎを溶接線_{2 3}にも適用し、点Q₂
の座標値X₂、Y₂、Z₂をそれぞれX₁、Y₁、Z₁、点
Q₃の座標値X₃、Y₃、Z₃をそれぞれX₂、Y₂、Z₂と
置き換えて式(2)〜(5)を実行することにより各ウイ
ービング端点A′，B′，C′の座標値を算出するこ
とができる。このことは、溶接線_{1 2}に対する
三角形△ABCの線分の方向を溶接線_{2 3}に
対する線分の方向とし、溶接線_{1 2}に対する
線分の方向を点Q₂での線分を軸にして溶
接線_{1 2}と_{2 3}とのなす角度だけ回転させた方
向とすることと等価である。その際、溶接線
Q₂Q₃に対応する距離L₁、L₂と角度α，βの値は
溶接線_{1 2}に対応するそれらの値と異なつても
何ら支障はない。溶接線_{1 2}に対する垂線′₁
の方向余弦ｌ、ｍ、ｎが溶接線_{2 3}のそれと等
価できない場合には前述の溶接線_{1 2}に対する
各ウイービング端点A′，B′，C′を算出する方法
を踏襲すればよい。

第２図１は数値入力されるか、別の位置で教示
された、四角形ABCDの基準パターンを示して
いる。この基準パターンABCDを、第２図２に
ウイービングパターンA′B′C′D′で示すように、
実際の溶接線_{1 2}に対して実現することができ
れば、ウイービング各端点A′，B′，C′，D′を一
度教示するか、ウイービング各端点A′，B′，C′，
D′の各座標値を一度、数値入力し、それらを記
憶しておけば、任意の溶接線に対し繰り返し使用
することができ、ウイービング端点の教示作業を
著しく軽減できる。この場合、基準パターン
ABCDの頂点Ａ，Ｂ，Ｃの各座標値から、線分
ABの長さL₁、線分の長さL₂、これら両線分
AB、のなす角度βは容易に算出することが
できる。これらの算出値に線分と溶接線_{1 2}
のなす角αを指定し、補助点P₁を教示すれば、
式(1)〜(5)により基準パターンである四角形
ABCDの頂点Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ溶接線_{1 2}
に対するウイービング端点A′，B′，C′に移し変
えることができる。ただし、頂点Ｄのウイービン
グ端点D′への移し変えは、三角形△ABCと三角
形△ACDが必ずしも同一面を形成しているとは
限らないため若干異なる。この場合、四角形
ABCDについて線分と線分のなす角度を
β、線分と線分のなす角度α、線分と
線分のなす角度ζ線分の長さをL₂と再定
義すると、これらは四角形ABCDの頂点Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ各座標値から容易に算出することができ
る。ウイービング端点D′の座標値を算出する問
題は、第１図２において、ウイービング端点、
C′の座標値を算出する問題に帰着するので、既に
算出されている線分′′の方向余弦ｌ、ｍ、ｎ
を用い、線分′′の方向余弦ａ、ｂ、ｃを方向
余弦ｈ、ｉ、ｊとして式(3)、(4)を算出し、その結
果であるX_C′、Y_C′、Z_C′をそれぞれX_D′、Y_D′、
Z_D′に置き換えることによつて溶接線_{1 2}に対す
るウイービング端点D′の座標値X_D′、Y_D′、Z_D′を
算出することができる。五角形以上の多角形を基
準パターンとするウイービングパターンのウイー
ビング端点E′，F′、…に対しても、ウイービング
端点D′，E′，F′、…に対する前記の処理を繰り返
すことによつてウイービング端点E′，F′、…を溶
接線_{1 2}に対するウイービング端点E′，F′、…
に移し替えることができる。

以上、本発明のウイービング端点の算出方法に
ついて説明したが、次に、実際のウイービング運
動を第１図２の場合について説明する。今、ウイ
ービング運動が点A′から出発して点C′に向い、
点C′から点B′、さらに点B′から点A′へと移動す
る三角ウイービングパターンを想定する。各線分
A′C′、′′、′′間の移動の所要時間をそれ
ぞ
れT_AC、T_CB、T_BAと指定する。一般に、出発点Ｓ
（X_S，Y_S，Z_S）から到着点Ｅ（X_E，Y_E，Z_E）への
移動の所要時間をＴとすると、出発点Ｓ（X_S，
Y_S，Z_S）を出発して時間ｔを経過したウイービ
ング運動の現在点Ｗの座標値X_W、Y_W、Z_Wは、 X_W＝X_S＋（X_E−X_S）・ｔ／Ｔ Y_W＝Y_S＋（Y_E−Y_S）・ｔ／Ｔ Z_W＝Z_S＋（Z_E−Z_S）・ｔ／Ｔ ……(6) である。線分′′に対しては、X_S＝X_A′、Y_S＝
Y_A′、Z_S＝Z_A′、X_E＝X_C′、Y_E＝Y_C′、Z_E＝Z_C′で
あり、ｔ＝ＴのときX_W＝X_E＝X_C′、Y_W＝Y_E＝
Y_C′、Z_W＝Z_E＝Z_C′となる。ウイービング運動の
現在点Ｗがウイービング終点Ｅに到達すると、時
間ｔは再び零から出発するものとし、ウイービン
グ端点間の出発点Ｓの座標値を（X_S、Y_S、Z_S）
に、終了点Ｅの座標値を（X_E、Y_E、Z_E）に、ウ
イービング端点間の所要時間をＴに代入すれば、
ウイービング端点C′からB′と、ウイービング端点
B′からA′の運動を式(6)により表わすことができ
る。

一方、溶接線_{1 2}に沿つて溶接開始点Q₁から
Q₂に向かつて移動するトーチ先端の溶接開始点
Q₁を出発してからの時間t′における溶接線_{1 2}
方向の移動成分をX_P、Y_P、Z_P、指定された移動
速度をＶとすると、 X_P＝X₁＋ｈ・Ｖ・t′ Y_P＝Y₁＋ｉ・Ｖ・t′ Z_P＝Z₁＋ｊ・Ｖ・t′ ……(7) である。

したがつて、ロボツト軸に装着された溶接トー
チ先端の実際の現在点Ｇの動きを示す直交座標系
０−xyzにおける座標値X_G、Y_G、Z_Gはウイービ
ング運動の座標値X_W、Y_W、Z_Wと溶接線_{1 2}に
沿う座標値X_P、Y_P、Z_Pをそれぞれ合成した X_G＝X_P＋X_W Y_G＝Y_P＋X_W Z_G＝Z_P＋Z_W ……(8) となる。

ここで、ウイービング運動の開始と終了の処理
方法について述べる。ウイービング各端点A′，
B′，C′を結ぶ三角形ΔA′B′C′の重心もしくは線分
の中点などの溶接線_{1 2}が貫ぬく場合、ウイー
ビング運動の開始にあたつては溶接開始点Q₁か
らウイービング端点、例えば点A′へ移動させな
ければならない。もともとウイービング各端点
A′，B′，C′は溶接線_{1 2}に対する相対位置の座
標値で定義しているので、X_S＝Y_S＝Z_S＝０、X_E
＝X_A′、Y_E＝Y_A′、Z_E＝Z_A′、Ｔ＝T₁とおいて式
(6)〜(8)を実行させる。ここで、T₁は線分₁′間
を移動する妥当な時間である。一方、溶接線
Q₁Q₂に沿う運動が進行して溶接トーチ先端の溶
接線_{1 2}方向の移動成分X_P、Y_P、Z_Pが各々X₂、
Y₂、Z₂に位置したときウイービング運動の現在
点X_Wの座標値X_W、Y_W、Z_WはX_W＝Y_W＝Z_W＝０
とはかぎらない。このときはウイービング運動の
現在点Ｗ（X_W、Y_W、Z_W）から点Q₂（X₂，Y₂，Z₂）
に向う動作が追加されなければならない。この場
合は点Q₂に到着した瞬間の現在点Ｗの各座標値
X_W、Y_W、Z_WをそれぞれX_W′、Y_W′、Z_W′とする
とX_S＝X_W′、Y_S＝Y_W′、Z_S＝Z_W′、X_E＝Y_E＝Z_E
＝０とおき、妥当な時間T₂を指定して式(6)を解
き、これを式(8)に代入すればこのときの動作が実
現できる。

また、ウイービング運動がウイービング端点
B′，C′間を往復する単振動の場合には点Q₁から、
例えばウイービング端点B′に移動した後、ウイ
ービング端点B′からウイービング端点C′への移動
とウイービング端点C′からウイービング端点B′へ
の移動を繰り返せばよく、これは前述の説明の中
に含まれる。同様のことは、ウイービング運動が
多角形A′B′C′D′…上を移動する場合にもあては
まり、点A′→点B′→点C′→点D′→…、…点D′→
点C′→点B′→点A′の運動を繰り返すことになる。
なお、このような多角形A′B′C′D′…上を移動さ
せる場合に、多角形を形成するウイービング端点
A′，B′，C′，D′…のうち、例えば点B′への運動
と点B′からの運動を除外するといつたウイービ
ング端点の選択、および点A′から必ず点C′に移
動するのではなく点A′から点D′に移動し、次に
点C′に向かうといつた移動順序の指定などが可能
なことはいうまでもない。

なお式(7)は直線補間に関する定義式であるが、
ウイービング各端点は溶接線に対する相対座標値
で算出されるので円弧補間に対する式であつても
よく、本発明は、直線動作、円弧動作を問わず適
用することができる。実際にロボツトを駆動させ
る場合、直交座標型ロボツトでは点Q₁，Q₂，Q₃，
P₁の座標データは直交座標値で記憶されている
ので、溶接トーチ先端の現在点Ｇの座標値X_G、
Y_G、Z_Gを軸駆動指令とすることができるが、関
節型、円筒座標型、極座標型等のロボツトでは、
先づ直交座標値を求めるために各駆動軸と直交座
標の座標変換を行なわなければならず、逆に算出
された、溶接トーチ先端の現在点Ｇの合成された
座標値X_G、Y_G、Z_Gをロボツト手首を除く各駆動
基本３軸に逆変換しなければならない。例として
第３図に５軸の多関節ロボツトのモデルを示す。
旋回軸、下腕軸（長さＬ）、上腕軸（長さｌ）は
それぞれ回転角ψ、θ、で制御され、手首ふり
軸、ひねり軸は回転角γ、τで制御される。第４
図は、この多関節ロボツトの手首まわりと取り付
けツールの外観を示している。第３図の手首ふり
軸の回転中心Ｑより距離Ａで、ひねり軸の回転中
心軸より距離δ離れた点Ｇがテイーチングされる
制御点であるから、その直交座標軸０−xyz上の
座標値は X_G（Ｌ・cosθ＋ｌ・cos＋Ａ・sinγ＋δ・cos
τ・cosγ）・cosψ−δ・sinτ・sinψ X_G（Ｌ・cosθ＋ｌ・cos＋Ａ・sinγ＋δ・cos
τ・cosγ）・cosψ−δ・sinτ・sinψ Y_G＝（Ｌ・cosθ＋ｌ・cos＋Ａ・sinγ＋δ・cosτ・
cosγ）・sinψ−δ・sinτ・sinψ X_G（Ｌ・cosθ＋ｌ・cos＋Ａ・sinγ＋δ・cos
τ・cosγ）・cosψ−δ・sinτ・sinψ Y_G＝（Ｌ・cosθ＋ｌ・cos＋Ａ・sinγ＋δ・cosτ・
cosγ）・sinψ−δ・sinτ・sinψ Z_G＝Ｌ・sinθ＋ｌ・sin−Ａ・cosγ＋δcosτ・sin
γ……(9) となる。

ここに、手首ぶり軸の回転角γ、τの現在値
γ_G、τ_Gは γ_G＝γ₁＋（γ₂−γ₁）・Ｖ・t₁／D₁ τ_G＝τ₁＋（τ₂−τ₁）・Ｖ・t₁／D₁ ……(10) である。ここで、手首ふり軸は溶接線_{1 2}の進
行に要する時間内に、溶接開始点Q₁での回転角
γ₁、τ₁から出発して比較的に移動し、点Q₂で回転
角γ₂、τ₂に達するものとする。D₁は溶接点_{1 2}
の距離である。溶接トーチ先端の時々刻々の現在
点Ｇ（X_G，Y_G，Z_G，γ_G，τ_G）の、例えば多関節軸
上の指令値は、既に求まつている式(9)を逆変換し
た次式 ψ_G＝h₁（X_G、Y_G、Z_G、γ_G、τ_G） θ_G＝h₂（X_G、Y_G、Z_G、γ_G、τ_G）_G ＝h₃（X_G、Y_G、Z_G、γ_G、τ_G） ……(10) で求まり、ψ_G、θ_G、_G、γ_G、τ_Gがロボツト駆動指
令となる。

第５図は本発明の方法を実施する溶接ロボツト
の一実施例のブロツク図である。教示ボツクス２
０で溶接線上の点Q₁，Q₂，Q₃、補助点P₁の座標
値を教示する。操作パネル３０で距離L₁、L₂、
角度α，β、移動速度Ｖ等のデータを入力する。
これら教示され、入力された点Q₁，Q₂，Q₃、補
助点P₁の位置データ、距離L₁、L₂、角度α、β、
移動速度Ｖのデータは教示データ記憶装置４０に
記憶される。全体制御ブロツク１０はオペレータ
の操作パネル３０上の操作を受けつけ、プレイバ
ツクモードとして全体の制御を統括する。軌跡制
御器５０は本発明のウイービングパターン教示方
法を実現するための回路である。７０〜７４は各
軸毎に設けられた軸駆動制御部である。

第６図は軌跡制御器５０の詳細を示すブロツク
図である。先づ、教示データ記憶装置４０に格納
されている教示点データは座標変換器５１にセツ
トされて、式(9)により直交座標に座標変換され
る。座標変換された教示点データX₁、Y₁、Z₁、
γ₁、τ₁はラツチ回路５２に、X₂、Y₂、Z₂、γ₂、
τ₂はラツチ回路５３に、X₁′、Y₁′、Z₁′はラツチ
回路５４に制御信号発生器６０から出力される制
御信号S₅によりそれぞれセツトされる。距離L₁、
L₂、角度α，βはウイービング位置発生器５５
に、移動の所定時間T_AC、T_CB、T_BA、T₁、T₂は
ウイービング発生器５６、移動速度Ｖは進行現在
値発生器５７にそれぞれ教示データ記憶装置４０
から出力され、セツトされる。ウイービング位置
発生器５５は、ラツチ回路５２，５３，５４にそ
れぞれラツチされた座標値X₁、Y₁、Z₁、γ₁、τ₁、
X₂、Y₂、Z₂、γ₂、τ₂、X₁、Y₁、Z₁から各ウイー
ビング端点A′，B′，C′の座標値を算出する。

第７図はウイービング位置発生器５５の詳細を
示すブロツク図である。方向余弦発生器１０１
は、座標値X₁、Y₁、Z₁およびX₂、Y₂、Z₂から溶
接線_{1 2}の方向余弦ｈ、ｉ、ｊと溶接線₁の
距離D₁を算出する。同様に、方向余弦発生器１
０２は、座標値X₁、Y₁、Z₁およびX₁′、Y₁′、
Z₁′から線分_{1 1}の方向余弦l′、m′、n′を算出す
る。第１方向発生器１０３は方向余弦発生器１０
１，１０２でそれぞれ算出した方向余弦ｈ、ｉ、
ｊ、l′、m′、n′に基づいて式(1)を実行し、垂線
A′P₁の方向余弦ｌ、ｍ、ｎを算出する。ウイー
ビング端点B′演算器１０４は、第１方向発生器
１０３で算出した垂線′₁の方向余弦ｌ、ｍ、
ｎと入力された距離L₁により、式(2)の右辺の
ｌ・L₁、ｍ、L₁、ｎ・L₁つまりウイービング端
点B′の座標値X_B′、Y_B′、Z_B′を算出する。第２方
向発生器１０５は、方向余弦発生器１０１，１０
２で算出した方向余弦（ｈ、ｉ、ｊ）、（l′、m′、
n′）、第１方向発生器１０３で算出したｌ・L₁、
ｍ・L₁、ｎ・L₁、入力された角度α、βとから
式(3)を実行し、線分′′の方向余弦ａ、ｂ、ｃ
を算出する。ウイービング端点C′演算器１０６
は、第２方向発生器１０５で算出した方向余弦
ａ、ｂ、ｃと入力された距離L₂とから式(4)の
L₂・ａ、L₂・ｂ、L₂・ｃ、つまりウイービング
端点C′の座標値X_C′、Y_C′、Z_C′を算出する。ウイ
ービング端点A′演算器１０７はウイービング端
点B′演算器１０４の出力X_B′、Y_B′、Z_B′とウイー
ビング端点C′演算器１０６の出力Xc′、Z_C′から
式(5)を実行して、ウイービング端点A′、B′、
C′を結ぶ分三角形ΔA′B′C′の重心を溶接線_{1 2}
が貫ぬくときのウイービング端点A′の座標値の
（X_A′、Y_A′、Z_A′）を算出する。全体制御ブロツ
ク１０はこの演算、すなわち式(5)の分母の制御を
軌跡制御器５０の制御信号発生器６０に行なわせ
る。マルチプレクサ１０８は、制御信号発生器６
０からの選択制御信号S₁により、ウイービング端
点B′演算器１０４の出力X_B′、Y_B′、Z_B′、ウイー
ビング端点C′演算器１０６の出力X_C′、Y_C′、
Z_C′、そして零からなる一組のデータと、ウイー
ビング端点A′演算器１０７の出力X_A′、Y_A′、
Z_A′、ウイービング端点A′演算器１０７の出力
X_A′、Y_A′、Z_A′プラスウイービング端点B′演算
器１０４の出力X_B′、Y_B′、Z_B′、ウイービング端
点A′演算器１０７の出力X_A′、Y_A′、Z_A′プラス
ウイービング端点C′演算器１０６の出力X_C′、
Y_C′、Z_C′からなる一組のデータのいずれかの組
のデータを入力し、出力する。

第８図は第６図のウイービング発生器５６の詳
細を示すブロツク図である。マルチプレクサ２０
１はウイービング各端点A′，B′，C′の間の所要
時間T_AC、T_CB、T_BA、T₁、T₂のいずれかを、全
体制御ブロツク１０の指示のもとに制御信号発生
器６０から出力される選択制御信号S₂により選択
して出力する。マルチプレクサ２０２はウイービ
ング運動の開始点X_S，Y_S，Z_Sおよび終了点X_E，
Y_E，Z_Eを、全体制御ブロツク１０の指示のもと
に制御信号発生器６０から出力される選択制御信
号S₃により選択して出力する。今、ウイービング
運動が点Q₁からウイービング端点A′に向かうも
のとすると、マルチプレクサ２０１，２０２はそ
れぞれ指定時間Ｔ＝T₁と開始点X_S＝０、Y_S＝０、
Z_S＝０、終了点X_E＝X_A′、Y_E＝Y_A′、Z_E＝Z_A′の
信号を選択し、出力する。ウイービング現在値発
生器２０３は、制御信号発生器６０からの開始点
からの時間経過を示す信号ｔと、マルチプレクサ
２０１，２０２から出力された指定時間Ｔ、ウイ
ービング運動の開始点、終了点の座標値X_S、Y_S、
Z_S、X_E、Y_E、Z_Eをもとに式(6)を実行し、ウイー
ビング運動の現在値X_W、Y_W、Z_Wを算出する。時
間経過を示す信号ｔが指定時間Ｔに達すると、比
較器２０４は信号S₄を制御信号発生器６０に出力
し、制御信号発生器６０はこの信号S₄により信号
ｔを初期化するとともにマルチプレクサ２０１，
２０２は選択制御信号S₂、S₃により指定時間Ｔ＝
T₁、開始点X_S＝X_A′、Y_S＝Y_A′、Z_S＝Z_A′、終了
点X_E＝X_C′、Z_E＝Z_C′を選択する。制御信号発生
器６０は選択制御信号S₂、S₃により指定時間Ｔ毎
に、ウイービング運動の開始点X_S，Y_S，Z_S、終
了点X_E，Y_E，Z_Eを順次切換える。ラツチ回路２
０５は溶接線_{1 2}の進行が終了した瞬間のウイ
ービング運動の現在値X_W′、Y_W′、Z_W′を記憶し
ておき、点Q₂にセツトするために設けられてい
る。

第６図の進行現在値発生器５７は、制御信号発
生器６０から溶接開始点を出発してからの経過時
間Σtを示す信号を受け取り、入力した指定速度
Ｖ、ウイービング位置発生器５５で算出した方向
余弦ｈ、ｉ、ｊ、ラツチ回路５２にラツチされた
座標値X₁、Y₁、Z₁とから式(7)を実行し、トーチ
先端の溶接線_{1 2}方向の移動成分の座標値X_P、
Y_P、Z_Pを算出する。この算出した座標値X_P、
Y_P、Z_PがそれぞれX_P＝X₂、Y_P＝Y₂、Z_P＝Z₂、つ
まりトーチ先端が点Q₂に達すると、信号T₀を制
御信号発生器６０に出力し、制御信号発生器６０
はこれによつてウイービング発生器５６のラツチ
回路２０５にそのときのウイービング運動の現在
値X_W′、Y_W′、Z_W′を記憶させ、現在点Ｇが点Q₂
に向かうようにシーケンス制御する。進行現在値
発生器５７は、本実施例では、直線補間のもので
あるが、円弧補間動作用のものであつてもよい。
ウイービング発生器５６の出力である座標値X_W、
Y_W、Z_Wと進行現在値発生器５７の出力である座
標値X_P、Y_P、Z_Pは加算器で加算され、加算値で
ある座標値X_G、Y_G、Z_Gが逆座標変換器５９に入
力する。他方、手首現在値発生器５８は点Q₁，
Q₂におけるそれぞれ手首座標値γ₁、τ₁およびγ₂、
τ₂、ウイービング位置発生器５５の出力D₁、入
力された速度Ｖとから式(10)を実行して手首ふり軸
の現在値γ_G、τ_Gを算出し、これらを逆座標変換器
５９に出力する。逆座標変換器５９はこれらの入
力値γ_G、τ_Gと座標値X_G、Y_G、Z_Gとから式（11）
を実行して、各駆動軸ψ、θ、の現在値ψ_G、
θ_G、_Gを算出する。

さて、第１図において、溶接線_{1 2}に対する
動作が完了したときに、引き続く溶接線_{2 3}に
対して方向余弦ｌ、ｍ、ｎが有効な場合には点
Q₂に達した瞬間にこの方向余弦ｌ、ｍ、ｎのデ
ータをラツチする（図示せず）ことによりこれが
溶接線_{2 3}に対する方向余弦となる。そして、
ラツチ回路５２に座標値X₁、Y₁、Z₁として点Q₂
の座標値X₂、Y₂、Z₂を、ラツチ回路５３に座標
値X₂、Y₂、Z₂として点Q₃の座標値X₃、Y₃、Z₃を
ラツチすれば、溶接線_{2 3}に対する各ウイービ
ング端点A′，B′，C′の座標値を算出することが
できる。

数値入力座標値か、任意の位置で教示されたウ
イービング各端点（第２図１）に対し、再度β、
距離L₁、L₂は２つの方向余弦器と若干の演算器
を使用することにより算出する。これらの算出値
をウイービング位置発生器５５に代入すれば第２
図２のウイービング端点A′，B′，C′として実現
できることが容易に推察される。同様にして、距
離L₂＝、角度β＝∠BAD、α＝∠CAD、γ
＝∠BAC等も算出することができる。これらの
値をウイービング位置発生器５５に入力する。方
向余弦発生器１０１の出力ｈ、ｉ、ｊを記憶され
た線分の方向余弦ａ、ｂ、ｃに切換スイツチ
（図示せず）に切換え、第２方向発生器１０５に
入力させる。第２方向発生器１０５は線分
A′B′の方向余弦ｌ、ｍ、ｎと線分′′の方向余
弦ａ、ｂ、ｃとから線分′′の方向余弦ａ、ｂ、
ｃを算出し、ウイービング端点C′演算器１０６に
その結果X_D″、Y_D″、Z_D″がそれぞれX_C′、Y_C′、
Z_C′として出力される。

なお、軌跡制御器５０で使用している加減算
器、乗・除算器、三角関数器、逆三角関数発生器
等の各種演算器は汎用性のあるものである。第９
図に、これらの演算器の実施例として、方向余弦
発生器１０１，１０２の回路図を示す。３０１，
３０２，３０３は乗算器、３０４は平方根器、３
０５，３０６，３０７は除算器、３０８，３０
９，３１０は減算器、３１１，３１２は加算器で
ある。

説明が第６図に戻るが、逆座標変換器５９で算
出された各軸駆動現在値τ_G、γ_G、θ_G、ψ_G、_Gは制
御信号発生器６０が発生する信号Δtごとにラツ
チ回路６１に記憶され前回値となる。各軸駆動現
在値と前回値の差がΔt時間内におけるロボツト
の実際の各軸駆動指令となる。信号Δtは信号ｔ、
Σtとともに制御信号発生器６０内の、三つのカ
ウンタで基準クロツクに基づいて計数されてい
る。

第１０図は１軸分の駆動軸制御のブロツク図で
ある。軌跡制御器５０（第５図）の軸駆動指令は
指令回路４０１によつてΔt時間内で一様に払い
出される各軸指令パルスとなる。この各軸指令パ
ルスとパルスゼネレータPGからのパルスとの差
が偏差カウンタ４０２から出力され、Ｄ／Ａ変換
器４０３でＤ／Ａ変換される。モータＭはサーボ
増幅器４０４により偏差カウンタ４０２の出力が
零となる方向に回転駆動されるが、点Q₂までの
パルス数が指令回路４０２に払い出されるのが終
つて、引き続く指令パルスがない場合には偏差カ
ウンタ４０２の出力は零となつてモータＭは停止
する。以上の動作は、各軸同時に行なわれる。

本発明は、ワークもしくはその近傍の任意の位
置にただ１つの補助点を教示し、ウイービングパ
ターンと溶接線の位置関係を示す角度、距離等を
数値指定するだけウイービングパターンの各ウイ
ービング端点のロボツト空間座標系における座標
を自動的に算出するもので、従来のように溶接線
毎にウイービング端点を教示する必要がないの
で、ソフトウイービング方式の教示作業が極めて
効率化される。また、補助点の教示も溶接線毎に
必要とせず、ウイービング端点を継続させること
ができる上、１度設定されたウイービングパター
ンを登録しておいて、任意の溶接線に対してそれ
を再現させることができる。さらに、本発明は、
従来の、ウイービング各端点を溶接線の近傍でし
か教示できないという場所の制約、ウイービング
の振幅、方向を正確に教示することの困難さを克
服して作業性が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は三角形ΔABCを基準パターンとして
ウイービング運動させる場合の本発明の原理を説
明するための図、第２図は四角形ABCDを基準
パターンとしてウイービング運動させる場合の本
発明の説明図、第３図は本発明の方法を適用する
５軸の多関節ロボツトの斜視図、第４図はその溶
接トーチおよび手首ふり軸、ひねり軸の部分を示
す平面図、第５図は本発明の方法を適用した第３
図のロボツトのブロツク図、第６図は軌跡制御器
５０のブロツク図、第７図はウイービング位置発
生器５５のブロツク図、第８図はウイービング発
生器５６のブロツク図、第９図は方向余弦発生器
１０１，１０２のブロツク図、第１０図は１軸分
の駆動軸制御ブロツク図である。 ５１……座標変換器、５２，５３，５４，６１
……ラツチ回路、５５……ウイービング位置発生
器、５６……ウイービング発生器、５７……進行
現在値発生器、５８……手首現在値発生器、５９
……逆座標変換器、６０……制御信号発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接線をPTP方式で教示するテイーチング
   プレイバツクの溶接ロボツトにおいて、 所定の三角形△ABCの基準パターンを予め設
   定し、 治具にセツトされたワーク上もしくはその近傍
   の任意の位置に、教示された溶接線の任意の線分
   Q_oQ_o+1に対応して補助点P_oを教示し、 前記線分_{o o+1}上に、前記補助点P_oと結ぶ補
   助線_{o o}が前記線分_{o o+1}となす角が所定の角
   度ζとなるように点S_oを定め、前記基準パターン
   と合同な三角形△A′B′C′の頂点A′を点S_oに定め、
   頂点B′を前記補助線_{o o}上に定め、線分′′が
   前記線分_{o o+1}となす角が所定の角度αとなる
   ように頂点C′を定め、 前記三角形△A′B′C′を一定ベクトル量移動さ
   せた三角形△A″B″C″を前記線分_{o o+1}に対応す
   るウイービングパターンとする、溶接ロボツトに
   おけるウイービングパターン教示方法。 ２ 教示された溶接線の他の線分_{r r+1}に対応
   する基準線_{r r}を前記線分_{o o+1}上の任意の点
   に平行移動させた線分を、前記線分_{o o+1}に対
   応する基準線とする特許請求の範囲第１項記載の
   溶接ロボツトにおけるウイービングパターン教示
   方法。 ３ 溶接線をPTP方式で教示するテイーチング
   プレイバツクの溶接ロボツトにおいて、 四角形以上の所定の多角形□ABCD…の基準
   パターンをロボツト空間座標系で予め設定し、 治具にセツトされたワーク上もしくはその近傍
   の任意の位置に、教示された溶接線の任意の線分
   Q_oQ_o+1に対応して補助点P_oを教示し、 前記線分_{o o+1}上に前記補助点P_oと結ぶ補助
   線_{o o}が前記線分_{o o+1}となす角が所定の角度
   ζとなるように点S_oを定め、前記多角形□
   ABCD…と合同な多角形□A′B′C′D′…の任意の
   ３頂点がなす三角形△A′B′C′の頂点A′を点S_oに
   定め、頂点B′を補助線_{o o}上に定め、線分
   A′C′が線分_{o o+1}となす角が所定の角度αとな
   るように頂点C′を定め、前記多角形□
   A′B′C′D′…の他の頂点D′，…を前記三角形△
   A′B′C′を基に定め、 得られた多角形□A′B′C′D′…を一定ベクトル
   量移動させた多角形□A″B″C″D″…を前記線分_o
   Q_o+1に対応するウイービングパターンとする、
   溶接ロボツトにおけるウイービングパターン教示
   方法。