JPH0453621B2 - - Google Patents

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JPH0453621B2
JPH0453621B2 JP56158627A JP15862781A JPH0453621B2 JP H0453621 B2 JPH0453621 B2 JP H0453621B2 JP 56158627 A JP56158627 A JP 56158627A JP 15862781 A JP15862781 A JP 15862781A JP H0453621 B2 JPH0453621 B2 JP H0453621B2
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welding
weaving
robot
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trajectory
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Osamu Nio
Toyoji Hamashima
Shinobu Sato
Shigemi Nohayashi
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YASUKAWA DENKI KK
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多関節型アーク溶接ロボツトの溶接
線倣い制御における溶接トーチ姿勢の制御に関す
るものである。
〔従来の技術〕
従来、消耗電極式アーク溶接機で第１図ａに示
すような隅肉溶接や、第１図ｂに示すようなＶ開
先溶接を行う場合、ウイービング運動する溶接ト
ーチ１を搭載した台車を開先線に沿つて走行させ
ているが、台車がワークの開先線に沿つて正しく
走行しないときは溶接部２が偏つて溶接される。
この問題点を除去するため、溶接トーチ先端のウ
イービングの中心が、溶接線から偏つた場合、ウ
イービング両端における溶接電流又は電圧が異な
つたものとなることを利用し、溶接トーチ１を溶
接線に対し、ウイービング方向に水平に移動させ
るアクチユエータを設け、これを前記ウイービン
グ両端での検出値の差が０になるように制御して
左右にずれのない溶接ビードが得られるように
し、またその検出値が常に一定になるように垂直
方向（消耗電極方向）にアクチユエータを制御す
る溶接線自動追従倣い制御装置が提案されてい
る。
この倣い方式を公知の円筒座標ロボツト
（cylin−drical coordinates robot）、極座標ロボ
ツト（polar coordinates robot）、直角座標ロボ
ツト（cartesian coordinates robot）、多関節ロ
ボツト（articulated robot）で実行する場合を
考えると、例えば第２図に示すような構成のアー
ク溶接ロボツトとなる。
この第２図に示すものは多関節ロボツトに前記
方式を適用した場合の一例を示すもので、ロボツ
トの手首にウイービング装置３と水平駆動アクチ
ユエータ４、及び垂直駆動アクチユエータ５を装
備したものであるが、２軸のアクチユエータとウ
イービング装置の合計３軸の駆動源がロボツト手
首に装着されることになるため、その重量と大き
さが問題になる。即ち、作業ツールが重くなる
と、ロボツト手首への負担が大きくなり、手首の
耐久性から好ましくないし、また作業ツールが大
きくなると、狭い所へ入つて行わないため、溶接
箇所の制約を受け、汎用性を損う欠点がある。
また、提案されている前記溶接線自動追従倣い
制御装置には、溶接ロボツトに必要な以下の技
術・手段が何ら開示されていない。すなわち、手
首角度（溶接トーチ姿勢）制御や多数ブロツクか
ら成る被溶接物のブロツク切替方法（曲り角検出
方法）やワークずれのため、被溶接物の溶接開始
点に溶接トーチが正しくセツトされないときの迅
速な溶接開始点への接近方法や、間欠的に与えら
れるウイービング両端での軌跡修正信号間の３次
元的溶接トーチ駆動方法が、この先行技術には何
ら示されておらず、汎用の３次元ワーク溶接倣い
に使用できないという欠点がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、従来のように、ロボツトの手首に、
ウイービング装置３、水平駆動アクチユエータ４
及び垂直駆動アクチユエータ５を装備しなくと
も、それらを装備した場合と同様の動作を行う多
関節型溶接ロボツトを提供することができる制御
方法を得ることを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は前記の目的を達成するためになされた
もので、従来のウイービング軸、水平軸アクチユ
エータ及び、垂直軸アクチユエータの３軸動作又
は水平及び垂直軸アクチユエータの動作をロボツ
トの３次元運動を行なわせるための基本３軸又は
基本３要素で代行させ、その基本３軸又は基本３
要素を制御することにより、溶接トーチ先端の移
動及びウイービング動作させる多関節型溶接ロボ
ツトであつて、ウイービング中心が予め教示され
ている軌跡上またはその軌跡を３次元平行シフト
した軌跡上を進行するよう制御すると共に、ウイ
ービング端に来る毎に溶接電流または溶接電圧を
検出し、前回のウイービング端でのそれと比較
し、その差があれば、その差をなくす方向、すな
わち、ウイービング中心（実際の溶接線）の進行
方向に対する左、右（ウイービング方向）と、前
回のウイービング端と今回のウイービング端での
溶接電流または溶接電圧の平均値をプリセツトさ
れている値と比較し、その差があれば、その差を
なくす方向、すなわちウイービング中心の進行方
向に対する上、下（ウイービング方向と直交する
方向）とで規定される合成ベクトル方向へウイー
ビング中心をロボツト基本３軸又は基本３要素を
制御することによりシフトさせて、ウイービング
中心と実際の溶接の位置ずれを修正し、かつ溶接
電流又は溶接電圧を一定にすることによつて適正
なるウイービング溶接を行なうと同時に、直線補
間を行なうべく教示されている始点、終点の２点
間を移動するときの時々刻々のロボツト手首角度
を（溶接トーチ姿勢）を、始点、終点で教示され
ているロボツト手首角度の差をこの２点間で均一
一様に変化させた手首角度と等しくなるよう制御
することを特徴とする多関節型溶接ロボツトの制
御方法を提供するものである。
〔実施例〕 以下にその制御方法について更に図面を参照し
ながら説明する。
第３図は本発明を実行するための多関節型テイ
ーチング・プレイバツク・ロボツトの一例を示す
もので、１１が消耗電極式溶接トーチである。
この溶接ロボツトは、土台１２上に屈曲する２
つのアーム１３，１４を具えた旋回体１５を設
け、アーム１３の先端に取付けられた溶接トーチ
１１はふり角度及びひねり角度を駆動モータで変
えられるようになつており、溶接トーチ１１のウ
イービングは、アーム１３と１４と旋回体１５を
制御して行なわれる。
周知のように、テイーチング・プレイバツク・
ロボツトは、図示しないテイーチボツクスで２点
を教示すると、直線補間によつてその２点間を結
ぶ直線上を溶接トーチ１１が移動する。
従つて、第４図ａに示すような曲線からなるワ
ーク溶接線Ｒを追跡させるような場合には、軌跡
修正機能を持たないロボツトでは多数の教示点を
与えないと、適正な溶接を行なうことができな
い。
そこで、この発明ではおおまかにP1，P2，P3
の３教示点を与えるだけで、ワーク溶接線Ｒを追
跡する制御方法を提供しようとするものである。
この実用的価値は、溶接開始前の教示作業を簡単
化し、ロボツトの取扱を容易にすると共に、ワー
クの精度が悪い場合でも適正な溶接が実行される
ことを可能とするものである。
先ず原理について説明する。
ロボツトの溶接トーチ１１の先端がワークの溶
接線Ｒ上の軌跡を動くためには前述のずれ量検出
のためのウイービング運動を続け乍ら、溶接トー
チのウイービング中心を常に溶接線上に持つて行
うようにすればよい。そして、ウイービング中心
が溶接線Ｒ上をたどるためには、公知のセンサか
ら与えられるウイービング両端での軌跡修正信号
に対応した方向にウイービング中心を移動させ、
その後、教示された軌跡を３次元的に平行シフト
した軌跡11，12，13……上をたどるようにすれば
よい。
これら３つの動き、即ちウイービング運動、ウ
イービング中心の軌跡修正、テイーチング軌跡の
３次元平行シフトされた軌跡上をウイービング中
心が移動する運動をロボツト基本３軸又は基本３
要素で実行させ、ウイービング中心より等しい距
離だけ溶接線に対し左右にウイービングしながら
両端での軌跡修正信号が与えられると、その方向
へウイービング中心を移動させ、移動完了後は３
次元平行シフトされた新たな軌跡上をウイービン
グ中心が移動、与えられないときにはもとの軌跡
上を移動しながら次の軌跡修正信号を持つ動作を
くり返し、P2″達する。
このP2″点即ち変曲点以後は平行シフトの方向
を2，3方向としてシフトさせ乍ら追跡動作を
行なわせればワーク溶接線Ｒの追跡制御が実行さ
れることになる。
この平行シフト方向の切換を行うための変曲点
P2″の検出は、曲り角検出監視点P20を∠P1，P2，
P3の補角側に定め、溶接トーチ先端のウイービ
ング中心との距離ｍを常に演算し、その最小値よ
りある変動巾だけ大きくなつた点を検出すれば
P2″が求めることが出来る。
なおP20は∠P1，P2，P3の２等分線上に設定さ
れることが望ましい。
このようにして追跡制御を行えば、従来法に比
し、極めてラフなテイーチング（教示）で、適正
なウイービング溶接が実行され、溶接ロボツトの
運転操作に貢献するところ極めて大である。
次に、ロボツト基本３軸又は基本３要素による
ウイービング運動に関し図５に基づき説明する。
ロボツト運転に先立つて先ず、ウイービングの
方向、振巾、周波数等、倣い溶接上必要な条件を
テイーチングする必要がある。
前記教示点P1，P2間でQ1，Q2，Q3の３点を任
意にテイーチングすることにより、ウイービング
の方向と振巾を設定する。２点Q1，Q2のみでは
溶接線に対するウイービングする面が決まらない
ため、点Q3を設定するものである。
こゝで1 2にQ3から垂線を下ろしてその足を
Ｈとし、1＝2′＝Ｊとなる点Q2′を求め、
ウイービング中心Ｈからの振巾を等しくＨ→Q1
→Ｈ→Q2′→Ｈの単振動ウイービングをさせる。
Q1，Q2，Q3で作られる面と1 2の交点Ｗ（xw，
yw，zw）は、 P1（1，1，1） P2（2，2，2） P3（3，3，3） Q1（x1，y1，z1） Q2（x2，y2，z2） Q3（x3，y3，z3）……(1) （α，β、γ）……1 2の方向余弦 （α′，β′、γ′）……1 3の方向余弦 （λ，μ，ν）……1 3の方向余弦……(2) とすると、Ｗの位置は、 xw＝f1（x1，y1，z1，1，1，1，α， β、γ，α′，β′、γ′，λ，μ，ν） ＝x1＋λSA yw＝f1（x1，y1，z1，1，1，1，α， β、γ，α′，β′、γ′，λ，μ，ν） ＝y1＋μSA zw＝f1（x1，y1，z1，1，1，1，α， β、γ，α′，β′、γ′，λ，μ，ν） ＝z1＋νSA……(3) 但し、 SA＝（x1−1）（βγ′−β′γ）＋（y1−1
）（γα′−γ′α）＋（z1−1）（αβ′−α′β
）／γ（βγ′−β′γ）＋μ（γα′−γ′α）＋ν
（αβ′−α′β） P1，P2，Q1，Q2，Q3は教示された点であり、
その座標値は判明しているので、α，β、γ，
α′，β′、γ′，λ，μ，νすなわちxw，yw，zwは演
算装置によてい簡単に求められる。
ウイービング中心はＨであるが、説明をわかり
やすくするために、本記載事項中では、交点Ｗを
ウイービング中心と仮称する。このウイービング
中心Ｗが第４図におけるP1から始まり、倣い動
作をしながらP2′点に到達することになる。ロボ
ツトの手首に装着した溶接トーチ先端は、Ｗの軌
跡をたどるのではなく、時々刻々のＷの値にＨ→
ベクトルとＨからのウイービング現在値を加算し
た軌跡をたどることになる。ＷはP1P2上または
P1P2の３次元平行シフト軌跡11，12……上または
修正軌跡をたどる。
溶接トーチの先端がＨから出発し基準クロツク
Ｋ回後のウイービング点座標を求めるために１回
の基準クロツクで1 2′上を動く距離Ｓを求め
る。
こゝにいう基準クロツクとは、一般にサーボク
ロツクと称される信号で、第４図に示す分周、立
上り微分回路３７の出力信号である。
その詳細は第１８図に関する説明で後述する
が、同図BRM（Binary Rated Multiplier）の出
力、即ちロボツトを構成している各軸の位置サー
ボへのパルス列信号としての位置サーボ指令が同
図に示すクロツクφとBRMビート数で決まる時
間で払い出し完了となる周期を有するクロツクの
ことである。そしてその周期を基準クロツク周期
と称する。
この基準クロツク周期内に各軸への次の位置サ
ーボ指令データ、即ち、同図に示すバツフア４１
への入力データが演算器３１で演算される。なお
この演算クロツク周期は、通常数msに設定され、
この基準クロツク周期毎にロボツト各軸の移動量
をインクリメンタル演算し、きめの細いウイービ
ング運動を行なわせるものである。
ウイービング運動を行なわせるあたり、最初こ
のＫをＫ＝１とし、基準クロツク周期毎にＫ＝Ｋ
＋１となる値にＫを増分させていく。
こゝで、基準クロツク周期をCo、ウイービン
グ周波数をｈ、ウイービング振巾の半分をｊとす
ると、 Ｓ＝4hjCo ……(4) ＳのＸ，Ｙ，Ｚ成分Δx，Δy，Δzは Δx＝−Sα Δy＝−Sβ Δz＝−Sγ……(5) で表わされる。また基準クロツクＮ回後のウイー
ビングパターン上の現在値xkykzkは xk＝Ｎ・Δx yk＝Ｎ・Δy zk＝Ｎ・Δz……(6) で表わされる。なおHQ1HQ2′Ｈのウイービング
でQ1，Q2′から折り返すときにはΔx，Δy，Δzの
符号を逆にするのは当然である。
WHの長さと方向は常に一定であり、その成分
xp，yp，zpは xp＝x1＋jα−xw yp＝y1＋jβ−yw zp＝z1＋jγ−zw……(7) となる。
従つて、(6)式、(7)式にウイービング中心Ｗの座
標を加算した軌跡を溶接トーチ先端がたどればよ
いことになる。第４図に示すようにウイービング
中心Ｗは最初P1を始点、P2を終点とする直線上
を動き始めウイービング長短での軌跡修正信号に
より方向を修正し、次に1 2と平行な新たな軌
跡I1をたどる。すなわちウイーボング中心Ｗの制
御には修正モードと平行移動モードの２つがあ
る。第５図ａに示すように修正モード時における
ウイービング中心Ｗの進行方向に対する右、左の
軌跡方向はウイービング方向すなわちQ2′Q1――→，
Q1Q2――→′、上下方向はベクルQ1Q2′――→とP1P2―
―→の外積
の方向と定義する。第５図ｂに示すように1 2
を平行移動させ1 2とＨ点で交わらしたときの
∠P2HQ2′＝ωとおくと、上下方向Aの方向余
弦（ｅ，ｆ，ｇ）は ｅ＝f4（ω，β，γ，μ，ν） ＝（βν−γμ）／sinω ｆ＝f5（ω，β，γ，μ，ν） ＝（γλ−αν）／sinω ｇ＝f6（ω，β，γ，μ，ν） ＝（αμ−βλ）／sinω……(8) で求められる。左右方向の方向余弦は前記α，
β，γとなる。
第６図は８通りの左右上下の修正ベクトルを示
す。
修正ベクトルの方向余弦（ｕ，ｖ，ｗ）は
Q1Q2′およびAに関するその方向に応じて８個
の形をとる。すなち右側のものから、 となる。
ウイービング中心、Ｗの修正なしのときの進行
方向はP1P2に平行であり、その方向余弦は前記
（λ，μ，ν）となる。第７図はウイービング中
心Ｗを（λ，μ，ν）の方向へλだけ移動させな
がら修正させることを示す図である。合成された
実際のＷの修正ベクトルδのｘ，ｙ，ｚ成分δx，
δy，δzは次式より求まる。
ｘ＝f10（ｒ，ｑ，λ，μ，ν，α，β，ｅ，
ｆ，ｇ） ＝λγ＋qu（またはλγ＋√２qu） ＝λγ＋qu（またはλγ＋√２qu） ｙ＝f11（ｒ，ｑ，λ，μ，ν，α，β，ｅ，ｆ，ｇ
） ＝μγ＋qv（またはνγ＋√２qv） ＝μγ＋qv（またはνγ＋√２qv） ｚ＝f12（ｒ，ｑ，λ，μ，ν，α，β，ｅ，ｆ，ｇ
） ＝νγ＋qv（またはνγ＋√２qv）……(10) 指定された溶接速度Ｖを実現するために平行移動
モード時の基準クロツク毎の移動量は で表わされる。
修正モードを除き平行移動モードでウイービン
グ中点Ｗが基準クロツクＫ回後に移動する距離
δx′′′は x′＝1＋op・ｋ y′＝1＋op・ｋ z′＝1＋op・ｋ……（12） となる。
図７のベクトルδをたどる修正モードではｒ方
向が指定速度Ｖで制御されるのでｒ／Ｖなる時間
にＷはδだけ移動する。よつて基準クロツク１回
当りのδ方向への移動量o1，o1，o1は となる。
修正モード中の基準クロツクK′回目の移動量
は x1＝o1・K′y1 ＝o1・K′z1 ＝o1・K′……（14） となる。
このx1，y1，z1が修正モード終了時x，y，
δzと一致するように修正モードの最終回でその差
を補正する。
よつてウイービング中心Ｗの基準クロツクＮ回
目の座標xo，yo，zoは Ｎ＝Ｋ＋K′ ……（16） として求まる。
前記したように溶接トーチ先端の制御点の座標
xo，yo，zoを次式になるよう制御すればよい。
Xo＝xo＋xk＋xp Yo＝yo＋yk＋yp Zo＝zo＋zk＋zp……（17） またそのブロツクの終点P2″を求めるために点P20
（20，20，20）とウイービング中心Ｗとの距離
Ｄ Ｄ＝√（20−o）2＋（20−o）＋（20−o
）2
……（18） を基準クロツク毎に求め、最小値を保存し、Ｗが
P2に近づくにつれ最小値が更新され、ＷがP2″点
を過ぎるとＤが最小値より大きくなる。Ｗの
P1P2″への進行につれて平均的には距離Ｄは小さ
くなつていくが、修正モードでの修正ベクトルの
出かたによつては必ずしもミクロな意味でＤは小
さくなるとはかぎらない。このため現在までの最
小値にある微小な変動巾を持たせ、それを越えた
点をそのブロツクの終点とする。
この曲り角認識方法は、第４図に示すようなな
だらかな曲り角検出には有効であるが、急峻な直
角コーナ等の曲り角には適用できない。よつて第
１３図、第１４図で説明する曲り角認識法と併用
することになる。
つぎにロボツト手首軸の制御について説明す
る。
第４図ｂは手首姿勢（溶接トーナ姿勢）は、溶
接線に沿い手首角度θ（こゝでは手首ふり軸Ｂの
角度とひねり軸Ｔの角度で決める角度）が溶接上
で決まるある変化巾内にあるよう制御されねばな
らない。教示点P1，P2，P3点での手首姿勢は最
初に正しくテイーチングされている。
こゝで、理解を容易にするため、ワーク溶接線
Ｒ上のP1，P2，P3″点での手首角度がそれぞれθ1，
θ2，θ3とテイーチングされているものとすると、
θ1≠θ2≠θ3である。
本発明は、手首角度をテイーチングした３点以
外の位置における手首の姿勢制御を次のような補
間制御により行うようにしたものである。
即ち、直線補間を行なうべく教示されている始
点と終点、例えばP1とP2″点間を移動するときの
時々刻々の手首角度θ11，θ12……を、前記教示さ
れている２点の手首角度の差を均一一様に変化さ
せた手首角度と等しくなるように制御するように
したものである。
即ち、ワーク溶接線Ｒ上のP1点からP2″への溶
接倣いの場合、手首ふり軸Ｂ、ひねり軸ＴのP1，
P2点での値を1，1，2，2として、基準クロ
ツクC0当りの増分量ΔB、ΔTを次式より求め 基準クロツク毎にこれを加算しP1→P2″への進行
にともない修正モード、平行移動モードを問わず
一様に変化させるものである。基準クロツクＮ回
目のBo，Toは Bo＝1＋ΔB・Ｎ To＝1＋ΔT・Ｎ……（20） となる。
なお、以上説明した実施例では、手首角度姿勢
が２軸（手首ふり軸Ｂとひねり軸Ｔ）によつて決
定される場合であるが、３軸で手首姿勢が決定さ
れる場合は、２軸と同様にして各軸を制御させる
ことになる。
ブロツクの終点P2″でのＢ，Ｔは2，2と一般
に等しくならないが、第４図ａではワークのずれ
が跨張して書かれているにすぎず、現実の対象ワ
ークでのP2，P2″点間の距離は小さいため、この
差は何ら実用上の支障にならない。従つて溶接倣
い中、常に適正な溶接トーチ姿勢が保たれる。
(1)式のＸ，Ｙ，Ｚ値は制御点である溶接トーチ
先端の値であるから、(1)式を求めるために、ロボ
ツトの形態が直交形、多関節形、円筒形、極座標
形を問わず、メモリに格納されているP1，P2，
Q1，Q2，Q3の各駆動軸座標データから直交座標
への変換が必要となる。
また（17）式、（20）式で計算された時々刻々
（基準クロツク毎）の溶接トーチのあるべき位置
（Xo，Yo，Zo，Bo，To）をロボツトとして実現
するために（17）式の解Xo，Yo，Zoをロボツト
基本３軸の駆動軸データに逆変換しなければなら
ない。ロボツト手首軸データはBo，Toとなる。
第３図に示した実施例ロボツトの基本３軸、す
なわち３要素の旋回体１５アーム１３，１４はそ
れぞれ回転角φ，ψ，θで制御され、手首ふり
軸、ひねり軸は回転角Ｂ，Ｔで制御される。制御
点Ｐは溶接トーチ１１の先端である。
手首ふり軸回転中心より距離Ａ、ひねり軸回転
中心より距離ｄ離れた点Ｐがテイーチングされた
制御点であるから、その直交座標値は Ｘ＝（Lcosθ＋lcosφ＋AsinB＋cosT ・cosB×cosψ−dsinT・sinψ Ｙ＝（Lcosθ＋lcosφ＋AsinB＋cosT ・cosB×sinψ−dsinT・cosψ Ｚ＝（Lsinθ＋lsinφ−AcosB＋dcosT ・sinB……（21） となる。また（17）式で求めたXo，Yo，Zoと
（20）式で求めたBo，Toより（21）式を逆変換し
た次式により関節ロボツトの基本３軸の回転角
Ψo，θo，ψoが求まる。
但し、 ａ＝√2＋2−2 2 −（AsinBn＋dcosTncosBn） ｂ＝Zn＋（AcosBn−dcosTnsinBn） （21）式、（22）式はそれぞれのロボツト形態に
応じ、夫々定義される。
第８図はウイービング両端での溶接電圧、溶接
電流等から上、下、左、右方向へ一定量ｑだけ移
動させるための軌跡修正信号を発生させるセンサ
回路部である。
第５図で説明したQ1，Q2，Q3がテイーチング
で与えられると、垂線の足Ｈの座標は求まり、そ
れをxh，yh，zhとすると、ウイービングの現在値
xk，yk，zk（(6)式）より現在の振巾j′が求まる。
j′＝√（k−h）2＋（k−h）2＋（k−h
）2
……（23） このj′がｊとなつたときウイービング端であ
り、このときセンサ回路へ測定開始指令が与えら
れる。
溶接トーチのウイービング中心が実際の溶接線
より溶接線方向に対し右にずれているときには
“左”信号が発生される。左にずれたときには
“右”信号が発生される。ウイービング両端の値
の平均値がプリセツトされている値より大きいと
きには、“上”信号が、小さいときには、“下”信
号が発生される。この上下左右信号は８通りの組
合わせがある（第６図参照）。
第９図にこゝで言う上下左右の方向を示す、左
右はウイービング方向で、上下は溶接トーチ方
向、すなわちワイヤ電極１１ａの出てくる方向で
ある。
第１０図はウイービング教示パターンの自動継
続を説明するための図である。図においてP1，
P2，P3は第５図同様テイーチング点、Q1，Q2′，
Q3は第５図と全く同じことを意味する。
1 2の延長線上にPeをとる。P1とΔQ1，Q2′Q3
をこのまゝ1 2にそつて平行移動し、P1をP2に
もつてきたとき1 2′が10 20′の位置になる。
P2P3と2で作る平面に垂直な方向2を引く。
ただし2は２つのベクトルP2P3――→とP2Pe――→
の外積
の方向にとる。∠P3P2Pe＝ωoとして10 20′を
P2Uの軸のまわりに2から2 3へ向う方向へ
ωoだけ回転させると次のブロツクのウイービン
グパターン1 2′が求める。
P1（1，1，1），P2（2，2，2）の座標値
か
ら1 2の方向余弦（λ，μ，ν）を求めP2（2，
y2，2），P3（3，3，3）の座標値から2 3の
方
向余弦（λ′，μ′，ν′）を求めるとωoは次式で定
義
される。
ωo＝f16（λ，μ，ν，λ′，μ′，ν′） ＝cos-1（λλ′，μμ′，νν′） ……（24） Q1，Q2′，Q3の座標値がそれぞれ（x1，y1，
z1）、（x2，y2，z2），（x3，y3，z3）のとき1
（x1′，y1′，z1′）は次式で定義される。
但し、 dx＝x1−1 dx＝y1−1 dx＝z1−1 ｍ＝dx（μν′−μ′ν） ＋dy（νλ′−ν′λ）＋dz（λμ′−λ′μ）2 ′（x2′，y2′，z2′），3′（x3′，y3′，z3′
）も同
様に求められる。ウイービングパターン、振巾の
テイーチングは最初の溶接線で１回行なうだけで
なく、後続ブロツクでは1，2′，3を順次求
め、第５図で説明したことをくり返しながらウイ
ービングが適正な方向に自動継続される。途中に
ウイービングをしないエアーカツトのブロツクが
あつても演算上は上記計算を続行するのでエアー
カツト後の溶接線でもウイービング点Q1，Q2，
Q3のテイーチングは不要である。換言すると、
Q1，Q2，Q3のテイーチングは１回で済む。
テイーチング点P1，P2間の同一ブロツク内で、
テイーチングされている軌跡と実際のワーク溶接
線のずれ角ξ（第１１図、第１２図参照）には溶
接倣い上の制約がある。
すなわちウイービング周波数ｈ（Hz）、溶接濃度
Ｖ（mm／min）、第６図に示した軌跡修正量ｑ
（mm）、または√２ｑ（mm）によりζの許容最大値
ζmaxが決まる。
ζmax＝tan-1120hq／Ｖ ……（26） または ζmax＝tan-1120√2hq／Ｖ ……（27） このζmax以下なら同一ブロツク内で溶接倣い
が可能となり、本来曲り角とみなす必要はない。
しかし、こゝではζmax／２を同一ブロツク内
の許容角度とする。今ｈ＝２Hz、ｑ＝0.7mm、Ｖ
＝300mm／minではζmax≒30°となりζmax≒15°と
溶接自動化上の生産技術からみても15°もワーク
のバラツキがある被溶接物は一般に存在しないこ
とからしてζmax／２を採用することは妥当とい
える。
第１３図は隅肉溶接における急峻な直角コーナ
部での倣い溶接の挙動を示している。
実際のワーク溶接線上を倣いながら進み、ウイ
ービング中心はP2′点に達する。P1′〜P2′間のウ
イービング方向はP1P2に直角な方向である。
P2′で隅肉部がまくなると平板上に溶接ビード
を乗せだす。この場合ロボツトは平板上をP1P2
に平行なベクトルP2′Pn′を基準とし倣い溶接を続
行し、（26），（27）式で決まるζmaxの角度の方
向へウイービング中心は進む。
第１４図はP2′点近傍におけるウイービング中
心の挙動を更に詳細に示す拡大図である。前記
（15）式で与えられるウイービング中心（xo，yo，
zo）を修正モード前後， 1′ ，， 2′ ……で
記憶しておき、前回の修正モードに入る直前の座
標（xo-1，yo-1，zo-1）と今回の修正モードに入
る直前の座標（xo，yo，zo）を結ぶ直線11をテイ
ーチングされている直線1 2と2 3で作られる
面上へ投影したときの1 2とのなす角度ζを求
める。また今回の修正モード完了直後の座標
（（xo′，yo′，zo′）と前回の修正モード完了直後
の座標（xo′-1，yo′-1，zo′-1）を結ぶ直線12を上
記面へ投影したときの1 2とのなす角度ηを求
める。
，，……の方向余弦（ａ，ｂ，ｃ）、
1′ 2′ ， 2′ 3′ ……の方向余弦（a′，b′，
c′）、1 2の方向余弦（λ，μ，ν）、2 3の方
向余弦（λ′，μ′，ν′）はP1，P2，P3，， 1′
，
， 2′ 、……の座標値がわかつているから簡単
に求まる。よつてξ，ηは次式で定義される。
このξとηの平均値を溶接倣い中修正モードの
前後で毎回計算し、FIFOに順次記憶しておき
FIFO内の平均値がζmax／２以上でζmaxに近づ
いたとき第１３図点P2″を曲り角と認識するよう
にする。
こゝで第１０図で説明したようにウイービング
方向が切り替わり2 3に直角な方向となる。
P2″を始点としP2P2″′変移ベクトルだけP3をシフ
トした点P3′を終点とする直線を基準として次の
ブロツクの倣い溶接が始める。
しかし、まだ隅肉部でなく平板上にトーチウイ
ービング中心があるため、2″3′とζmaxなる角
度の方向へ向かいP2″点へ到達後、正確な隅肉部
溶接倣いを実行する。
曲り角認識後のξ，ηの平均値もζmaxとなる
ためこゝで曲り角の認識をしないためのインター
ロツクは必要である。この場合P2′→P2″→P3と
いうようにオーバターンをすることになるが、こ
のオーバターンは必ずしも悪いとはいえない。即
ち、もともと鋭角コーナ部の溶接は難しく、アン
ダーカツトをなくすために、倣なしのロボツトに
よる鋭角曲り角のテイーチングは、第１５図に示
すように溶接線の外側を曲る例が多い。
第１５図は隅肉溶接でのテイーチング位置と溶
接トーチ姿勢を上と横からにた図である。
比較的大きな溶接電流を使う隅肉溶接では、通
常ウエブ側のアンダーカツトを防ぐため、溶接ト
ーチのねらい位置をフランジ側にｔだけずらして
溶接する。
そして、特にコーナ部では肉量が多くなるた
め、ウエブ側のアンダーカツトが生じやすいの
で、図示のようにコーナ部では溶接トーチのねら
い位置をｔよりも大きくする。このことを考える
と、この曲り角認識法に妥協性があるといえる。
また第１５図に示すｔなるオフセツト量は、セ
ンサ回路部の左右信号比較回路（図示せず）にバ
イアスをかけ、零点をオフセツトすれば本溶接倣
いでも当然可能である。
第１６図、第１７図は、量産の場合にしばしば
起る実際の溶接開始点が、もともと溶接開始点と
してテイーチングされていた点から大きくずれて
いるときの溶接開始点サーチ機能の説明図であ
る。
第１６図中、点線で示されたワーク位置で正し
くテイーチングされた溶接開始点P1が、ワーク
が点線から実線の位置に斜め情報にずれたため隅
肉部がなく実際の溶接開始点は平板上になるの
で、その点P′1でウイービング溶接倣いを開始す
ると平板上を第９図で説明したウイービング方向
（左右方向）に溶接トーチ１１を振るためウイー
ビング両端で電流差が生じる。溶接線に平行なベ
クトル1′2′を基準とし、その電流差をなくし、
しかも溶接電流を一定にしようとして左方向、下
方向の合成ベクトル方向すなわち隅肉部へ向つて
ζmaxなる角度で近づきP1″点より正常な溶接を
始めることになる。
長さm1を最小にし、しかもP1′→P1″への不要
溶接ビードが被溶接物に悪影響を与えないように
するため、P1′→P1″間は実際の溶接線（P1″以降）
と異なるウイービング条件、溶接速度で溶接倣い
を行なうようにする。
すなわち、溶接速度Ｖと溶接電流値を極端に落
とし、ウイービング周波数ｈを上げ、軌跡修正量
ｑを大きくし、（26）、（27）式のζmaxが大きく
なるようにする。
P1″点の認識は、第１３図、第１４図で説明し
た方法を準用すればよい。第１７図はワークが逆
にずれたときの図であり、第１６図と全く同様に
処理される。
第１８図は本発明の一実施例における演算器と
２段バツフア付きBRMで構成された溶接倣い制
御器とロボツト全体の動作を総括するメイン
CPU（マイクロプロセツサ）と、溶接電流指令切
替スイツチ及び第８図で説明したセンサ回路部と
のつなぎを示すブロツク図である。
演算器からのコマンド要求に対し、全体ロボツ
ト動作シーケンス上から溶接倣いを行なう場合に
は、メインCPU２０は図示しないテイーチボツ
クスで指定した倣うべきブロツクの始点P1、終
点P2と倣うべきブロツクに続くつぎのブロツク
の終点P3とウイービングパターン定義点Q1，Q2，
Q3および距離監視点P20のロボツト基本３軸とロ
ボツト手首軸の原点からのパルス数、溶接速度
Ｖ、ウイービング周波数ｈ、軌跡修正量ｑをメモ
リ（図示せず）から読み出してレヂスタ２１〜レ
ヂスタ３０にセツトし、溶接倣い開始マクロコマ
ンドを出力する機能を有している。
演算器３１は、シーケンスコントローラ３２、
マイクロプログラムメモリ３３、パイプラインレ
ヂスタ３４、マルチプレクサ３５、RALU
（Register and Arithmetic Logical Uuit）３
６、レヂスタ２１〜レヂスタ３０、クロツクφの
分周、立ち上り微分回路３７及び基準クロツク・
アドレスゼネレータ３８より構成される。
シーケンスコントローラ３２はマイクロプログ
ラムメモリ３３に格納されているマイクロインス
トラクシヨンの実行シーケンスをセツトするアド
レスコントローラである。パイプラインレヂスタ
３４からの制御命令により種々のアドレツシング
をスタツクコントロールを行なう。
更に詳しくいえば、現在実行中のアドレスのイ
ンクリメント、マクロコマンドで指定されたアド
レス選択、基準クロツクアドレスジエネレータ３
８で指定されたアドレス選択、RALUステイタ
スを含めテスト条件に応じた条件ジヤンプのとき
パイプラインレヂスタ３４から与えられるジヤン
プアドレスの選択、無条件ジヤンプのときパイプ
ラインレヂスタ３４から与えられるジヤンプアド
レスの選択、マクロサブルーチンコール時のスタ
ツクコントロール等を処理する部分である。
アドレツシングのための入力情報としては
CPUからのマクロコマンド、基準クロツクアド
レスジエネレータ３８の出力及びパイプラインレ
ヂスタ３４の出力の３つがある。
マイクロプログラムすなわちパイプラインレヂ
スタ３４の制御命令により、シーケンスコントロ
ーラ３２がこの３つのうちどれを選ぶか、または
どちらも選ばずカレントアドレスのインクリメン
トを行なうかが決まる。
溶接倣い制御用には次の４とのマクロコマンド
がある。
エアカツト直後のアークスタートブロツクで
あり、しかも次のブロツクとの曲り角認識を距
離監視方式で行う。
エアカツト直後のアークスタートブロツクで
あり、しかも次のブロツクとの曲り角認識を
（ξ＋η）／２角度計算方式で行なう。
既に前回のブロツクでアークスタートが出さ
れ溶接を連続して行なうブロツクで、次のブロ
ツクとの曲り角認識を距離監視方式で行なう。
既に前回のブロツクでアークスタートが出さ
れ、溶接を連続して行なうブロツクで、次のブ
ロツクとの曲り角認識を（ξ＋η）／２角度計
算方式で行なう。
このマクロコマンドと基準クロツクアドレスジ
エネレータ３８の出力はハードウエア上からいれ
ば、それぞれの処理マイクロプログラムの先頭ア
ドレスを示す形で与えられる。これらがシーケン
スコントローラに与えられていないときには、パ
イプラインレヂスタ３４出力からのジヤンプアド
レス、サブルーチンコールアドレス、カレントア
ドレスインクリメントが与えられる。
マイクロプログラムメモリ３３は本演算器３１
の中枢部で、全ての演算処理はこのマイクロプロ
グラムの指令通りに実行される。
パイプラインレヂスタ３４はマイクロプログラ
ムメモリ３３のバツフアレヂスタで現在実行すべ
き演算用マイクロインストラクシヨンをRALU
３６へ出力するとともに、次のマイクロアドレス
決定のための制御命令をシーケンスコントローラ
３２と、マルチプレクサ３５へ出力し、ジヤンプ
アドレス、サブルーチンコールアドレス、カレン
トアドレスインクリメントをシーケンスコントロ
ーラ３２へ出力する。また溶接倣い実行中のブロ
ツクで曲り角が検出されたときには、次のブロツ
クの座標データを要求するコマンド要求をメイン
CPU２０へ出力する。
このパイプラインレヂスタ３４は、２つの信号
パスを形成し、各々を並列に同時進行させ、マイ
クロサイクルタイムを短縮させ、演算の高速化を
はかるためにある。
すなわち、１つのパスはパイプラインレヂスタ
３４→シーケンスコントローラ３２→マイクロプ
ログラムメモリ３３とつながるコントロール系の
パス、今一つはパイプラインレヂスタ３４→
RALU３６の演算系のパスで、この２つのパス
を同じクロツクサイクルの間に並列に動作させる
ために、パイプラインレヂスタ３４が用意されて
いる。
クロツクCPの立ち上り時には既にコントロー
ル系のパスで準備されたマイロクプログラムの次
の命令がパイプラインレヂスタ３４の入力にあら
われているため、メモリフエツチ時間がゼロと等
価な高速動作が可能となる。
マルチプレクサ３５はパイプラインレヂスタ３
４の制御命令に応じRALUステイタス、センサ
部よりの軌跡修正信号の第６図に示す８通りのテ
スト条件をシーケンスコントローラ３２へ与え、
それぞれの処理プログラム条件ジヤンプを実行さ
せるためのものである。
RALU３６は論理・算術演算ユニツトとプロ
グラマブルレヂスタで構成され、マイクロプログ
ラムで規定された演算インストラクシヨンを実行
する。演算結果である基準クロツク毎のロボツト
各駆動軸の増分パルス数がRALU３６内の所定
のレヂスタに格納される。
レヂスタ２１は始点P1、レヂスタ２２は終点
P2、レヂスタ２３はP3点、レヂスタ２４はQ1点、
レヂスタ２５はQ2点、レヂスタ２６はQ3点、レ
ヂスタ２７はP20点のロボツト基本３軸とロボツ
ト手首軸の原点からのパルス数を格納するレヂス
タである。
レヂスタ２８は倣い溶接速度Ｖを、レヂスタ２
９はウイービング周波数ｈを、レヂスタ３０は軌
跡修正量ｑを格納するレヂスタである。バツフア
４１はロボツト各駆動軸のつぎの基準クロツクで
払い出すべき増分パルス数を格納するレヂスタ、
バツフア４２は現在払い出し中の増分パルス数を
格納するレヂスタである。
BRMはバツフア４２に格納されているパルス
数を基準クロツク周期内に、クロツクφに同期し
たパルスとして均一一様に配分し、基準クロツク
毎にバツフア転送用払い出し完了信号を出力す
る。
分周、立ち上り微分回路はクロツクφより
BRMのビツト数だけ分周された基準クロツクを
作りその立ち上りを微分する回路で、BRM払い
出し完了信号と基準クロツクの同期をとるための
ものである。
溶接機とセンサ回路部５０への溶接電流指令は
メインCPU２０から与えられるが溶接開始点検
出時には演算器出力により溶接電流指令切替スイ
ツチ５１が切替わり、固定値を選択するし、溶接
開始点が検出されると演算器出力によりメイン
CPU指令値側に切替わる。
第１９図は、第１８図で説明したBRMから払
い出される指令パルスにより制御される多関節形
ロボツトの基本３軸（φ軸、θ軸、ψ軸）と手首
２軸（Ｂ軸、Ｔ軸）の位置サーボである。
溶接トーチ先端がウイービング運動をしながら
溶接倣いをするべく与えられた各軸指令パルスと
各パルスゼネレータ６１６，６２６，６３６，６
４６，６５６からのフイードバツクパルスとの差
が偏差カウンタ６１１，６２１，６３１，６４
１，６５１から出力されＤ／Ａ変換器６１２，６
２２，６３２，６４２，６５２を介してアナログ
の速度指令がサーボアンプ６１３，６２３，６３
３，６４３，６５３に夫々入力される。サーボア
ンプはその速度指令とタコゼネレータ６１５，６
２５，６３５，６４５，６５５の出力（検出速
度）とを夫々比較し、その差がなくなるように各
駆動モータを制御する。この位置サーボ系によ
り、ロボツトに装着された溶接トーチ先端が指令
パルス通りに追従し所望の溶接倣い動作が行なわ
れる。
つぎに、第１８図に示した制御回路による溶接
倣い制御動作について説明する。
演算器３１は最初ウエイトルーチンを実行して
いる。シーケンスコントローラ３２は、メイン
CPU２０からマクロコマンドが与えられると、
そのサービスプログラムの先頭アドレスを選択す
る制御命令をパイプラインレヂスタ３４から与え
られながら、演算器３１がウエイトルーチンを実
行するようアドレスコントロールしている。
このウエイトルーチンには基準クロツク分周回
路３７をリセツトする命令が入つているため、基
準クロツクは発生しない。
溶接倣い制御を始めるにあたつて、メイン
CPU２０はまずレヂスタ２１〜２６に、溶接倣
いブロツクの始点P1（1，1，1，1，1）、終
点P2（2，2，2，2，2）、次ブロツクの終
点P3（3，3，3，3，3）、ウイービングパ
ターン定義点Q1（ψ1，θ1，φ1，T1，B1）、Q2（ψ2，
θ2，φ2，T2，B2）、Q3（ψ3，θ3，φ3，T3，B3）の
座標値をセツトする。
またレヂスタ２８〜レヂスタ３０に、倣い溶接
速度Ｖ、ウイービング周波数ｈ、軌跡修正量ｑを
セツトする。そしてそのブロツクの曲り角認識が
距離監視方式であるときにはレヂスタ２７にP20
（（20，20，20，20，20）の座標値をセツト
する。
メインCPU２０が前記４つのマクロコマンド
のうち１ケを出力するとそれぞれの対応するサー
ビスマイクロプログラムの先頭アドレスが選択さ
れる。この４通りのサービスプログラムは、溶接
開始点検出を含むブロツクであるときには溶接開
始点検出フラグ（図示せず）を１にセツトし、含
まないブロツクであるときには０にリセツトし、
曲り角検出が距離監視方式であるときには、曲り
角検出フラグ（図示せず）を１にセツトし、（ξ
＋η）／２計算方式であるときには曲り角検出フ
ラグを０にリセツトした後溶接倣い処理プログラ
ムＮ＃へエントリーするプログラムである。また
この４通りのプログラムには基準クロツク分周回
路３７のリセツト信号の解除命令が入つているた
め、分周回路３７はクロツクφをカウントし始め
る。以後次の基準クロツクアドレスゼネレータ３
８よりの出力がくるまでシーケンスコントローラ
３２は演算処理に必要なアドレツシングを行なう
よう動作する。
では次にＮ＃から始まる溶接倣い処理プログラ
ムにつて説明しよう。
アークスタート時のブロツクから溶接倣いを始
めるので、最初は溶接開始点フラグは１になつて
いる。よつて正規の溶接開始点に溶接倣い動作が
到達する迄は、溶接速度Ｖ、ウイービング周波数
ｈ、軌跡修正量ｑはレヂスタ２８〜レヂスタ３０
にセツトされている値を使わずに、演算器内に固
定値として記憶されている値を使う。また溶接機
とセンサ回路部５０に与える溶接電流指令が固定
値となるよう溶接電流指令切替スイツチ５１を演
算器出力で切替える。
レヂスタにセツトされているP1，P2，P3，Q1，
Q2，Q3を（21）式により(1)式に示す直交座標系
データに変換する。また曲り角検出フラグが１の
ときにはP20を（21）式によりP20（20，20，20）
に変換する。
つぎに演算器内に固定値として記憶されている
ｈにより(4)式、(5)式を解く。また、固定値Ｖによ
り（11）式を解く。また、(2)式及び(3)式を解き次
いで(7)式を解く。
P1，P2の手首軸角度より（19）式を解く。こ
れ以降の処理プログラムが格納されている先頭番
地がＭ＃であるとする。
溶接倣いを開始する最初の基準クロツクでは、
溶接トーチはまだウイービング中心上に位置して
いるため軌跡修正信号は発生しない。よつて今の
時点では(8)式〜（10）式、（13）式、（14）式は関
与せず演算器３１は平行移動モードの状態とな
る。
一番最初の基準クロツクではＮ＝１にして(6)式
を解く。またK′＝０であるから（16）式よりＫ
＝１となる。（12）式、（15）式、(7)式より（17）
式のXn，Yn，Znを求める。（20）式よりBn，
Tnを求める。
（20）式の解Bn，Tnと前回の基準ロツク時の
Bn，Tn（今の場合には1，1，）の差ΔB，ΔT
をRALU３６内の所定のレヂスタにセツトする。
（17）式の解Xn，Yn，ZnとBn，Tnを（22）式
に代入して基本３軸ψo，θo，φoを求め、前回の基
準ロツク時のψo，θo，φo（今の場合1，1，1）
の差Δψ，Δθ，ΔφをRALU内の所定のレヂスタ
にセツトする。
また曲り角検出フラグが１のときには（18）式
を計算しその値をRALU内の所定のレヂスタに
セツトし演算器３１は待機する。
この待機はメインCPU２０よりのマクロコマ
ンドを待つウエイトルーチンとは異なり、次の基
準クロツクアドレスゼネレータ出力Ｍ＃を待つル
ーチンであり、分周回路３７のリセツトは行なわ
れない。
以上の演算が終了するまでの時間以上に基準ク
ロツク周期が長くなるようにクロツクφとBRM
ビツト数を設定しているので、演算時間が間にあ
わないというトラブルは発生しない。
演算器３１がＭ＃を待つウエイトルーチンを実
行しているとき基準クロツクが発生すると同時に
BRMより払い出し完了信号が出力され５ケのバ
ツフア４１に前記RALU３６内の所定のレヂス
タからΔψ，Δθ，Δφ，ΔB，ΔTがそれぞれロー
ドされ、バツフア４２にはバツフア４１の内容が
ロードされる。
初回の基準クロツクではバツフア４１がクリア
されたままであるため、バツフア４２には０が入
り、BRMによるパルス払い出しは行なわれな
い。この基準クロツクにより基準クロツクアドレ
スジエネレータ３８が作動し、マイクロポログラ
ムはＭ＃から実行され始めＮ＝２にして(6)式を求
める。
前回の基準クロツク時の（23）式のj′がｊにな
つていないため軌跡修正信号は発生せず演算器は
平行移動モードを継続する。よつてK′＝０のま
まで、（16）式よりＫ＝２となる。
そこで（12）式、（15）式より（17）式のXn，
Yn，Znを求める。また（20）式のBn，Tnを求
め、前回との差ΔB，ΔTをRALU内の所定のレ
ヂスタにセツトする。このXn，Yn，ZnとBn，
Tnを（22）式に代入しψo，θo，φoを求め、前回
との差Δψ，Δθ，ΔφをRALU内の所定のレヂス
タにセツトする。また（18）式を計算し、その値
がRALU内に格納されている前回の値より小さ
いことを確認してその値を入れ変える。
その後演算器は待機し、次の基準クロツクアド
レスゼネレータ出力Ｍ＃を待つ。
つぎの基準クロツクでバツフア４２には前回の
バツフア１の内容が入り、バツフア４１には今回
のΔψ，Δθ，Δφ，ΔB，ΔTがそれぞれロードさ
れ、BRMにより各軸位置サーボへ指令パルスが
払い出される。この動作は（23）式におけるj′が
ｊになるまでくり返えされる。j′＝ｊとなつた時
点で（15）式で求めたウイービング中にxo，yo，
zoを記憶しておき、測定開始指令をセンサ回路部
５０へ与え、次の基準クロツクで演算器３１は軌
跡修正モードに入る。すなわちセンサ回路部より
の上下左右の軌跡修正信号をＭ＃でテスト条件と
して受けとり、既に計算済みのα，β，γ，λ，
μ，νと演算器内に固定値として記憶されている
ｑと固定値γとにより(8)式，（10）式、（13）式を
解く。K′＝１とおき（14）式を解き、Ｋは前回
の値のままで（15）式を解いて求めたウイービン
グ中心xo，yo，zoをx′o，y′o，z′oとして記憶して
おく。Ｎ＝Ｋ＋K′とおき(6)式を解く。（17）式の
解Xn，Yn，Znを求める。Bn，Tnを求め、Δψ，
Δθ，Δφ，ΔT，ΔBに変換しRALU内の所定のレ
ヂスタにセツトし、BRMにより位置サーボ制御
をする。
また（18）式を計算しその値を更新する。
次に演算器は再度平行移動モードに入り、基準
クロツクがくる毎にψn，θn，φn，Tn，Bnを求
め前回の基準クロツク時との差Δψ，Δθ，Δφ，
ΔT，ΔBにより位置サーボ制御を行なう。（18）
式の計算も毎回行ない最小値を保存しておく。再
度j′＝ｊになるまで平行移動モードを続行する。
再度j′＝ｊとなつた時、（15）式で求めたxo，yo，
zoと前回記憶したxo，yo，zo（xo-1，yo-1，zo-1と
なる）を結ぶ直線の方向余弦（ａ，ｂ，ｃ）を
xo，yo，zo，xo-1，yo-1，zo-1の座標値より求め、
P2，3の方向余弦（λ′，μ′，ν′）をP2（x2，2
，
z2）、P3（3，3，3）の座標値より求め、既に(2)
式で求めている1 2の方向余弦とより（28）式
のξを計算する。そのξの値をFIFO（First In
First Out）メモリに記憶しておく。
また今回求めたxo，yo，zoを前回値と入れ替え
記憶する。測定開始指令をセンサ回路部５０へ与
え、次の基準クロツクで演算器３１は軌跡修正モ
ードに入る。センサ回路部５０から軌跡修正信号
に応じ(8)式、（10）式、（13）式を解く、そして
K′＝２とおき（14）式を解き、Ｋは前回の基準
クロツク時の値のままで（15）式を解いて求めた
ウイービング中心xo，yo，zoをx′o，y′o，z′oとす
る。このx′o，y′o，z′oと前回記憶したx′o，y′o，
z′o（x′o-1，y′o-1，z′o-1となる）を結ぶ直線の方
向
余弦（a′，b′，c′）をx′o，y′o，z′o，x′o-1，y
′o-1，
z′o-1の座標値から求め、既に求めている方向余
弦（λ，μ，ν）と（λ′，μ′，ν′）により（29）
式のηを計算する。そのηの値FIFOメモリに記
憶しておく。また今回求めたxo′，yo′，zo′を前回
値と入れ替え記憶する。Ｎ＝Ｋ＋K′とおき(6)式
を解く。（17）式の解Xn，Yn，Znを求める。
Bn，Tnを求めΔψ，Δθ，Δφ，ΔT，ΔBに変換し
RALU内所定のレヂスタにセツトし、BRMによ
り位置サーボ制御をする。
また（18）式を計算しその値を更新する。これ
で修正モードは終り再度平行移動モード⇒修正モ
ード⇒平行移動モード…を繰り返えす。
この修正モードでの前後でFIFOメモリに記憶
されている（ξ＋η）／２の平均値が（26）式ま
たは（27）式で計算されたζmaxの1/2以上で
ζmaxに近づいているかどうか計算し、ζmaxに
近い値であるときには溶接開始点検出中であると
認識し、Ｖ，ｈ，ｑをそのままの固定値で、溶接
電流指令切替スイツチ５１も固定値側にしたまま
溶接倣いを続行する。
そして（（ξ＋η）／２の平均値がζmax／２
以下になつたとき溶接開始点に到達したと判断
し、溶接電流指令切替スイツチ５１がメイン
CPU２０よりの溶接電流指令値を選択するよう
演算器出力を制御し、Ｖ，ｈ，ｑの値をレヂスタ
２８〜レヂスタ３０の値に変更し、(4)，(5)式を解
き基準クロツク当りのウイービング移動量Δx，
Δy，Δzを求め直し、（11）式のop，op，opを求
め直し、（10）式の計算にもレヂスタ３０のｑを
使う。また（26）式、（27）式のζmaxも計算し
直す。
以降、曲り角検出フラグが１のときには（18）
式の最小値を更新していき、曲り角検出フラグが
０のときにはξ，ηを順次FIFOに貯えておき、
上記溶接倣い動作を続行する。
曲り角検出フラグが１のときには、（18）式の
最小値がある変動巾以上になつたときをそのブロ
ツクの終点とする。曲り角検出フラグが０のとき
は、FIFOメモリ内の（ξ＋η）／２の平均値が
ζmaxの／２以上でζmaxに近づいたときをその
ブロツクの終点とする。
曲り角検出が終ると、演算器３１は次のブロツ
クでのウイービング方向を決め、前のブロツクの
ウイービング振巾と等しい振巾になるようにウイ
ービングパターン継続処理を行なう。すなわち、
既に前ブロツクで求めた1 2の方向余弦（λ，
μ，ν）と2 3の方向余弦（λ′，μ′，ν′）によ
り
（24）式のωpを求め、（25）式より次ブロツクで
のQ1点すなわち第９図で説明した1点の座標
x′1，y′1，z′1を求める。同様に2点、3点を求め
(1)式のQ1，Q2，Q3を入れ替える。
曲り角が検出されたときのウイービング中心の
位置（xo，yo，zo）が次ブロツクの始点となる。
このxo，yo，zoとP2点（2，2，2）との差i1＝
（xo−2）、i2＝yo−y2）、i3＝（zo−2）を記憶し
ておき、xo，yo，zoを(1)式のP1の座標データ2，
y2，2とする。
その後演算器３１からのコマンド要求に対しメ
インCPU２０は次ブロツクの終点のロボツト５
軸の原点からのパルス数をレヂスタ２２にセツト
し、つぎのつぎのブロツクの終点および次のブロ
ツクの距離監視点のロボツト５軸の原点からのパ
ルス数をレヂスタ２３，レヂスタ２７にセツトし
た後、前記マクロコマンドを演算器３１に与え
る。このマクロコマンドは溶接開始点検出を含ま
ない。
演算器３１はレヂスタ２２にセツトされたブロ
ツクの新たな終点P2座標（2，2，2，2，
B2）、レヂスタ２３にセツトされた次ブロツクの
新たな終点P3座標（3，3，3，3，2）、レヂ
スタ２７にセツトされた新たな終点P２０（20，
θ20，20，20，20）を（21）式により、P2（2
，
y2，2），P3（3，3，3），P20（20，20，
20）
に変換する。このP2（2，2，2）の座標値を、
記憶しているi1，i2，i3だけシフトした点を新た
に終点座標とする。すなわち2＋i1→2，2＋i2
→2，2→i3→3と変更を行ない新たな終点P2
（2，2，2）とする。その後の溶接倣い動作は
溶接開始点検出を行なわないことを除いて前ブロ
ツクの動作と全く同様である。
また２段バツフアにより指令パルスを払い出し
ながらいつもバツフア４１に次のデータが入つて
いるため曲り角にきたときもブロツク間停止がな
くなめらかな溶接倣いが実現される。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本実施例による溶接倣い
システムは精度の悪いワークの溶接の自動化を可
能とするもので次のような長所をもつている。
(1) ロボツト手首に溶接トーチ以外なにも装着さ
れていないため、溶接トーチが入つていける所
ならどんな狭い所でも溶接倣いが可能である。
(2) ワーク精度が悪く実際のワーク溶接点がテイ
ーチングさらた点から大巾にずれていても高価
なビジヨンシステム等の形状認識装置がなくて
も溶接開始点を検出できる。
(3) 形状認識装置がなくても、溶接倣いをしなが
ら円滑にどんな形状の曲り角をも適正な溶接が
可能である。またその曲り角がワークにより大
巾にばらついても適正な溶接が可能である。
(4) ウイービング周波数、溶接速度、軌跡修正量
の設定値で決まる溶接倣い角度以下のワーク溶
接線は同一部とに含めてよいため、最初のテイ
ーチング作業が簡単で操作性が良い。
(5) ウイービングパターン自動継続機能があるた
め最初の溶接ブロツクにのみウイービングパタ
ーンを定義する３点をテイーチングするだけで
よいのでテイーチング作業性が良い。
(6) 特別のセンサをロボツト手首に装着するので
はなく、アーク現象（溶接電流、溶接電圧）そ
のものからセンシング情報を得るため、非接触
センサ、接触センサを問わず通常他のセンサで
は問題になる“溶接時センサが邪魔になる”、
“死角が存在する”、“溶接熱、スパツター、フ
ユーム等による悪環境下での信頼性に弱点があ
る”等の欠点がない。
従つて本発明によれば、精度の悪いワークで
も、ワーク取付位置が多少ずれたり、溶接線が波
を打つているような場合でもロボツトによる溶接
の自動化が可能となり、溶接自動化に貢献するこ
とが極めて大きいといえる。
【図面の簡単な説明】
第１図はウイービング溶接の説明図、第２図は
従来のウイービング溶接方式を適用したアーク溶
接ロボツトの斜視ず、第３図は本発明を実施する
ためのアーク溶接ロボツトの斜視図、第４図は本
発明による倣い制御方式の説明図、第５図はウイ
ービング運動設定用教示点の説明図、第６図は修
正ベクトル図、第７図は修正ベクトル図、第８図
はセンサ回路部の入出力信号の説明図、第９図は
溶接トーチの制御方向を示す図、第１０図はウイ
ービング教示パルスの自動継続を説明するための
図、第１１図はテイーチング軌跡と実際の溶接線
のずれ角を説明するための図、第１２図はテイー
チング軌跡と実際の溶接線のずれ角を説明するた
めの図、第１３図は隅肉溶接における急崚な直角
コーナ部での倣い溶接の挙動を示す説明図、第１
４図は第１３図の一部拡大説明図、第１５図は隅
肉溶接での教示点と溶接トーチ姿勢を示す図、第
１６図は実際の溶接開始点が教示点と相違する場
合の動作説明図、第１７図は実際の溶接開始点が
教示点と相違する場合の動作説明図、第１８図は
実施例における制御回路のブロツク図、第１９図
は実施例におけるサーボ制御部のブロツク図であ
る。 １１……溶接トーチ、１２……土台、１３……
アーム、１４……アーム、１５……旋回体。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ３次元運動を行なわせるための基本３軸又は
    基本３要素を制御することにより、溶接トーチ先
    端の移動及びウイービング動作させる多関節型溶
    接ロボツトであつて、 ウイービング中心が予め教示されている軌跡上
    またはその軌跡を３次元平行シフトした軌跡上を
    進行するよう制御すると共に、ウイービング端に
    来る毎に溶接電流または溶接電圧を検出し、前回
    のウイービング端でのそれと比較し、その差があ
    れば、その差をなくす方向、すなわち、ウイービ
    ング中心（実際の溶接線）の進行方向に対する
    左、右（ウイービング方向）と、前回のウイービ
    ング端と今回のウイービング端での溶接電流また
    は溶接電圧の平均値をプリセツトされている値と
    比較し、その差があれば、その差をなくす方向、
    すなわちウイービング中心の進行方向に対する
    上、下（ウイービング方向と直交する方向）とで
    規定される合成ベクトル方向へウイービング中心
    を前記ロボツト基本３軸又は基本３要素を制御す
    ることによりシフトさせて、ウイービング中心と
    実際の溶接の位置ずれを修正し、かつ溶接電流又
    は溶接電圧を一定にすることによつて適正なるウ
    イービング溶接を行なうと同時に、 直線補間を行なうべく教示されている始点、終
    点の２点間を移動するときの時々刻々のロボツト
    手首角度を、始点、終点で教示されているロボツ
    ト手首角度の差をこの２点間で均一一様に変化さ
    せた手首角度と等しくなるよう制御することを特
    徴とする多関節型溶接ロボツトの制御方法。
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