JPH0514921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はロボツトのテイーチング操作を容易
にするテイーチングサポート方法および装置に関
する。

最近、種々産業用ロボツトが開発されている
が、これらロボツトにおいては、ロボツトに対し
て所望の動作を行わせるためにテイーチングとい
う作業が行われる。このテイーチング作業は、例
えば溶接ロボツトにおいては所望の溶接線に対し
て複数のテイーチングポイントを設定し、溶接ロ
ボツトの制御対象箇所、すなわち溶接トーチの先
端を実際に手動で各軸を制御することにより上記
テイーチングポイントまで移動させ、該テイーチ
ングポイントを溶接ロボツトに順次記憶させるこ
とにより行われる。

しかし、上記テイーチング作業は作業者が手動
で各軸を移動制御することにより行われるため非
常に時間がかかる作業であり、特に複雑な動作を
するロボツト等においてはテイーチングポイント
の数も多数となるので、この各テイーチングポイ
ント毎にロボツトの位置と姿勢を教示するテイー
チング作業は非常に多くの行程を必要とした。更
に手動による上記従来のテイーチング方法は精度
上に問題があり、充分正確なテイーチングが困難
であつた。

この発明は上述した点に鑑みてなされたもの
で、テイーチング作業の行程数を大幅に減少させ
るとともにテイーチング作業の高速化、高精度化
をはかつたロボツトのテイーチングサポート方法
および装置を提供することを目的とする。

この発明では上記目的を達成するためにまず手
動によりロボツトの制御対象箇所が所望のテイー
チングサポートに対して近傍となるようにロボツ
トの各駆動軸を制御し、次いで予め選択したサー
チパターンにもとづき前記ロボツトの制御対象箇
所が前記所望のテイーチングポイントに一致する
ようにロボツトの各駆動軸をシーケンシヤルに自
動制御し、テイーチングを行うようにしている。

すなわち、この発明の第１の発明はロボツトの
各軸を手動で制御し、ロボツトの制御対象箇所を
所定のテイーチングポイントの近傍に移動させる
手動移動行程と、各テイーチングポイントに対応
して選択されたサーチパターンにもとづき前記ロ
ボツトの各軸をシーケンシヤルに制御し、前記ロ
ボツトの制御対象箇所を前記テイーチングポイン
トに一致させるように移動制御する自動テイーチ
ング行程と、前記ロボツトの制御対象箇所が前記
テイーチングポイントに一致すると該テイーチン
グポイントを自動記憶する行程とを具えるテイー
チングサポート方法にある。

更にまた、この発明の第２の発明は、複数のス
テツプからなるサーチパターンを記憶するサーチ
パターン記憶手段と、前記サーチパターンの各ス
テツプに対応してロボツトの各軸を制御する軸制
御手段と、前記ロボツトの制御対象箇所がワーク
に接触したことを検出する接触検出手段と、該接
触検出手段の出力にもとづき前記サーチパターン
の所定のステツプを歩進させる歩進手段とを具
え、前記ロボツトの制御対象がテイーチングすべ
き所定のテイーチングポイントの近傍に位置した
後の自動テイーチングを行うテイーチングサポー
ト装置にある。

以下、この発明の一実施例を添付図面を参照し
て詳細に説明する。

第１図はこの発明の一実施例が適用される溶接
ロボツトの概要を示したものである。この溶接ロ
ボツトはロボツト本体１０、溶接ロボツト制御装
置１２、テイーチングボツクス１１、溶接電源装
置１３、溶接ワイヤボツクス１４から構成され
る。ロボツト本体１０は溶接トーチ１、溶接トー
チ１の姿勢を制御する手首２、この手首２の横送
りＸ、水平送りＹ、垂直送りＺを制御する腕部３
を具えており手首２および腕３によりトーチ１の
位置を制御し、図示しないワークに対する溶接を
行うものである。また溶接ロボツト制御装置１２
はロボツト本体１の動作を制御するもの、テイー
チングボツクス１１はテイーチング作業に際し、
ロボツトの各軸に対して駆動指令を与えるもの、
溶接電源装置１３はロボツト本体１に対して溶接
電流を供給するためのもの、溶接ワイヤボツクス
１４はロボツト本体１に対して溶接ワイヤを供給
するためのものである。

かかる溶接ロボツトにおいて手動でテイーチン
グ作業を行う場合は、テイーチングボツクス１１
の図示しないスイツチ類を操作することにより溶
接トーチ１のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動を指令し、
溶接トーチ１の先端を所望のテイーチング点まで
移動させ、この点におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸の位置お
よび手首２の姿勢をロボツト制御装置１２の図示
しないメモリに書き込むことによつて行われる。

この発明の実施例では上記手動による軸駆動に
よつてまずトーチ１の先端をテイーチングすべき
所望のテイーチング点の近傍に移動させ、次いで
各テイーチング点の存在する継手の形状（Ｉ型、
Ｖ型、Ｕ型、隅肉等）に対応したサーチパターン
にしたがつてトーチ１の先端を自動駆動すること
により、トーチ１の先端を所望のテイーチングポ
イントに一致するように移動させ、該テイーチン
グポイントのＸ，Ｙ，Ｚ軸の位置およびこのとき
の手首２の姿勢をロボツト制御装置１２のメモリ
に書き込む。

第２図は、この実施例の上記制御に係わる構成
をブロツク図で示したものである。なお第２図に
おいて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸駆動スイツチ２１，２
２，２３、自動テイーチングスイツチ２４、サー
チパターン設定スイツチ２５は第１図に示したテ
イーチングボツクス１１内に設けられ、自動テイ
ーチング装置２０およびトーチ１の先端（溶接ワ
イヤ）１ａとワーク３０の接触を検出するトーチ
接触検出装置２６は第１図に示したロボツト制御
装置１２内に設けられているものとする。

テイーチング作業者はまず、テイーチングボツ
クス１１の図示しないテイーチングポイントナン
バ指定スイツチによりテイーチングすべきテイー
チングポイントのナンバを指定し、次いでＸ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸駆動スイツチ２１，２２，２３を操作
することにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸駆動指令をテ
イーチングボツクス１１からロボツト制御装置１
２に加え、ロボツト制御装置１２はこのＸ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸駆動指令に対応して溶接ロボツトの軸制
御機構４を駆動し、トーチ１の先端１ａを所望の
テイーチングポイント近傍まで移動させる。ここ
までの制御は従来のテイーチング作業における軸
駆動動作と同様である。

続いて自動テイーチングスイツチ２４をオンに
し、サーチパターン設定スイツチ２５により所定
のサーチパターンを選択することによりこの選択
された所定のサーチパターンにもとづく自動テイ
ーチング動作が行われる。このサーチパターンに
もとづく自動テイーチング動作は自動テイーチン
グ装置２０によりサーチパターンの各ステツプを
順次実行することによつて行われるがこの各ステ
ツプの実行に際し、トーチ１の先端（溶接ワイ
ヤ）１ａとワーク３０との接触がステツプの移行
条件に用いられる。トーチ１の先端１ａとワーク
３０との接触を検出する方法は種々の方法を用い
ることができるが、この実施例では、トーチ１の
先端１ａとワーク３０間のインピーダンス変化を
利用してトーチ１の先端１ａとワーク３０との接
触を検出する。具体的には所定の接触用電源によ
つてトーチ１の先端１ａとワーク３０間に所定の
電圧を加え、トーチ１の先端１ａとワーク３０間
に流れる電流の変化を検出することによりトーチ
１の先端１ａとワーク３０との接触を検出する。
第２図において、上記トーチ１の先端１ａとワー
ク３０との接触はトーチ接触検出装置２６によつ
て検出される。すなわちトーチ接触検出装置２６
はトーチ１の先端１ａとワーク３０間に検出用の
所定電圧を加える接触検出用電源２８と、トーチ
１に流れる電流変化を検出する接触検出部２７か
ら構成されており、接触検出部２７はトーチ１の
先端１ａとワーク３０間が離間しており、トーチ
１を流れる電流が所定のしきい値以下であると
“０”、所定のしきい値を越えると“１”となる接
触信号TSを発生する。この接触信号TSは自動テ
イーチング装置２０に加えられる。

自動テイーチング装置２０は選択されたサーチ
パターンの各ステツプを実行することによりロボ
ツト制御装置１２は各軸の駆動指令を与え、所望
の軸移動動作が終了するとロボツト制御装置１２
にポイント教示信号PTを出力する。ロボツト制
御装置１２はこのポイント教示信号PTを受入す
ると、このときのロボツトのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸位
置および手首の姿勢をロボツト制御装置１２内の
図示しないメモリに記憶し、これによりこのテイ
ーチングポイントにおけるテイーチング作業は終
了する。なお、各サーチパターンは自動テイーチ
ング装置２０に設けられた図示しないメモリにそ
れぞれプログラムされており、テイーチングボツ
クス１１のサーチパターン設定スイツチ２５によ
るサーチパターンの選択に対応して上記プログラ
ムのうち所定のプログラムが実行される。

次に各サーチパターンにもとづく自動テイーチ
ング装置２０の動作例を説明する。

まず、第３図に示すようにワーク１をマイナス
Ｙ方向に駆動し、ワーク３０と接触した箇所をテ
イーチングポイントとする一方向サーチパターン
がサーチパターン設定スイツチ２５により選択さ
れた場合について説明する。この場合の自動テイ
ーチング装置２０の動作をフローチヤートで示す
と第４図のようになる。すなわち、まず自動テイ
ーチングスイツチ２４がオンか否かを検知し、オ
ンであるとＹ軸をマイナス方向に移動させる駆動
指令をロボツト制御装置１２に加え、溶接ロボツ
トの軸制御機構４によりＹ軸をマイナス方向に移
動させる。このＹ軸の移動はトーチ接触検出装置
２６によりトーチ１の先端１ａとワーク３０が接
触するまで、すなわちトーチ接触検出装置２６の
接触検出部２７から発生される接触信号TSが
“１”となるまで続けられる。接触信号TSが
“１”となるとロボツト制御装置１２に対してＹ
軸停止指令を発生し、次いでポイント教示信号
PTをロボツト制御装置１２に加え、このときの
ロボツトのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置および手首の
姿勢を図示しないメモリにテイーチングポイント
データとして記憶することによりテイーチング動
作が終了する。

第５図はＶ型開先を溶接する場合の自動テイー
チング動作例を示したものである。まず、トーチ
１が、第５図で実線で示す位置に手動で移動制御
されたものとする。この位置において、サーチパ
ターン設定スイツチ２５によりＶ型開先に対応す
るサーチパターン（Ｙ，Z2方向サーチパターン）
が選択され、自動テイーチングスイツチ２４がオ
ンにされたとする。自動テイーチング装置２０は
まず、第６図にフローチヤートで示すようにＺ軸
をプラス方向に移動させる指令をロボツト制御装
置１２に与え、Ｚ軸をプラス方向（紙面の下方向
に）移動させる。この移動はトーチ接触検出装置
２６から発生される接触信号TSが“１”になる
まで続けられる。接触信号TSが“１”になると、
自動テイーチング装置２０はロボツト制御装置１
２にＺ軸を−Z₁だけ移動する指令を与え、Ｚ軸を
マイナス方向（紙面の上方向）にZ₁だけ移動させ
る。ここで値Z₁は最終テイーチング位置における
トーチ１の先端１ａとＶ型開先の頂部との距離ａ
より大きい値であればいかなる値でもよい。次い
で自動テイーチング装置２０はロボツト制御装置
１２にＹ軸をプラス方向に移動させる指令を与え
る。このＹ軸の移動はトーチ接触検出装置２６か
ら発生される接触信号TSが“１”になるまで続
けられる。接触信号TSが“１”になると、次に
Ｙ軸をマイナス方向にY₁だけ移動させる指令を
ロボツト制御装置に与える。ここで値Y₁は上述
した最終テイーチング位置におけるトーチ１の先
端１ａとＶ型開先の頂部との距離ａの２倍（Y₁
＝2a）に設定されている。Ｙ軸が−Y₁だけ移動
されると続いて、Ｙ軸をマイナス方向、Ｚ軸をプ
ラス方向に同時に移動させる指令がロボツト制御
装置１２に加えられる。これによりトーチ１の先
端１ａはＶ型開先の１面に沿つて距離Y₁を保つ
て開先の頂部方向に移動することになる。この移
動はトーチ接触検出装置２６から発生される接触
信号TSが“１”になるまで続けられる。そして
接触信号TSが“１”になると今度はＹ軸をプラ
ス方向にY₁／２（＝ａ）だけ移動する指令をロボ
ツト制御装置１２に与える。これによりトーチ１
は第５図で想像線で示した位置に至り、この位置
で停止することになる。この位置がＶ型開先のテ
イーチングポイントである。したがつてこの位置
において自動テイーチング装置２０はロボツト制
御装置１２にポイント教示信号PTを出力し、ロ
ボツト制御装置１２はこのポイント教示信号PT
に応答してロボツトのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸位置およ
び手首の姿勢を記憶することによりこのテイーチ
ングポイントにおけるテイーチング動作を終了す
る。

次に第７図、第８図にしたがい隅肉溶接する場
合の自動テイーチング動作について説明する。第
７図において実線で示したトーチ１の位置が自動
テイーチング動作の出発位置である。この位置に
おいてトーチ１は図示しない手首の制御により隅
肉溶接をするワーク３０に対して45°の角度とな
るように設定されているとする。この位置でサー
チパターン設定スイツチ２５により隅肉溶接に対
応するサーチパターン（Ｙ，Z2方向サーチパタ
ーン）が選択され、自動テイーチングスイツチ２
４がオンにされたとすると、第８図に示すように
まず自動テイーチング装置２０からロボツト制御
装置１２にＹ軸をプラス方向に移動する指令が与
えられ、Ｙ軸はプラス方向に移動制御される。こ
のＹ軸の移動はトーチ接触検出装置２６から発生
される接触信号TSが“１”になるまで続けられ
る。接触信号TSが“１”になると今度はＹ軸が
マイナス方向にY₂だけ移動させる指令がロボツ
ト制御装置１２に与えられる。ここで値Y₂は最
終テイーチング位置におけるトーチ１の先端１ａ
と隅肉溶接の頂部との距離をａとすると√2よ
り大きければいかなる値でもよい。次いで、Ｚ軸
をプラス方向に移動させる指令がロボツト制御装
置１２に与えられ、トーチ１の先端１ａはプラス
Ｚ方向（紙面の下方向）に移動する。この移動は
トーチ接触検出装置２６から出力される接触信号
TSが“１”となるまで続けられる。接触信号TS
が“１”となると、自動テイーチング装置２０は
ロボツト制御装置１２にＹ軸方向に（Y₂−
ａ／√２）、Ｚ軸方向に（ａ／√２）同時移動させる信 号を与える。これによりトーチ１は第７図で想像
線で示す位置に移動することになる。この位置が
隅肉溶接における所望のテイーチングポイントで
ある。したがつてこの位置において自動テイーチ
ング装置２０はロボツト制御装置１２にポイント
教示信号PTを出力し、ロボツト制御装置１２は
このポイント教示信号PTに応答してロボツトの
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸位置および手首の姿勢を記憶す
ることによりこのテイーチングポイントにおける
テイーチング動作を終了する。

第９図、第１０図はレ型開先を溶接する場合の
自動テイーチング動作を示したものである。第９
図において実線で示したトーチ１の位置が自動テ
イーチングの出発位置である。この位置において
トーチ１は図示しない手首の制御によりレ型開先
の1/2角（この場合レ型開先の斜面に対して22.5°
の角度をなす角）に設定されている。この位置で
サーチパターン設定スイツチ２５によりレ型開先
に対応するサーチパターンが選択され、自動テイ
ーチングスイツチ２４がオンにされたとすると、
自動テイーチング装置２０からの指令にもとづく
トーチ１の先端１ａの移動軌跡は次のように制御
される。

トーチ接触検出装置２６から発生させる接触
検出信号TSが“１”となるまでトーチ１をプ
ラスＺ方向に移動させる。

トーチ１をマイナスＺ方向にZ₂だけ移動させ
る。

トーチ１をマイナスＹ方向にY₃だけ移動さ
せる。

トーチ接触検出装置２６から発生される接触
検出信号TSが“１”となるまでトーチ１をプ
ラスＺ方向に移動させる。

トーチ１をZY軸方向に（ｂ−ｃ＋Z₂）−
acosθ、Ｚ軸方向に（ｂ−ｃ＋Z₂）−asinθ（ただ
しθ＝22.5°）だけ同時移動させる。

なお、トーチ１の自動テイーチング出発位置が
ワーク３０の斜面形成例の平坦部にあるときはス
テツプにおいてトーチ１をプラスＹ方向に移動
させればよい。いずれにしてもステツプにおい
てトーチ１の先端１ａがレ型開先の上部に位置す
るようになればよく、このような位置に移動制御
すべく値Y₃は決定される。

ステツプの終了によりトーチ１は第９図で想
像線で示した位置に至ることになる。この位置に
おいて自動テイーチング装置２０はロボツト制御
装置１２にポイント教示信号PTを出力し、ロボ
ツト制御装置１２はこのポイント教示信号PTに
応答してロボツトのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸位置および
手首の姿勢を記憶することによりこのテイーチン
グポイントにおけるテイーチング動作を終了す
る。

以上一方向サーチパターンによる制御、および
Ｖ型開先、隅肉継手、レ型開先に対応するサーチ
パターンによる制御について説明したが、他の継
手に関しても同様にサーチパターンを設定するこ
とができる。

また、上記実施例では溶接ロボツトにこの発明
を適用した場合について示したが他の産業用ロボ
ツトにも同様に適用できるのはいうまでもない。

以上説明したようにこの発明によればテイーチ
ング工程を飛躍的に短縮することができるととも
に高精度のテイーチングが可能となるのでテイー
チング作業の高速化および高精度化をはかること
ができる。また適宜のサーチパターンの設定によ
り任意のテイーチングポイントにおける自動テイ
ーチングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例が適用される溶接
ロボツトの概要を示した図、第２図はこの発明の
一実施例を示すブロツク図、第３図は一方向サー
チパターンにもとづく自動テイーチング動作を説
明する図、第４図は第３図に示す自動テイーチン
グ動作の制御例を示すフローチヤート、第５図は
Ｖ型開先に対する自動テイーチング動作を説明す
る図、第６図はその動作制御例を示すフローチヤ
ート、第７図は隅肉継手に対する自動テイーチン
グ動作を説明する図、第８図はその動作制御例を
示すフローチヤート、第９図はレ型開先に対する
自動テイーチング動作を説明する図、第１０図は
その動作制御例を示すフローチヤートである。 １……トーチ、２……手首、３……腕、４……
溶接ロボツトの軸制御機構、１０……ロボツト本
体、１１……テイーチングボツクス、１２……ロ
ボツト制御装置、１３……溶接電源装置、１４…
…溶接ワイヤボツクス、２０……自動テイーチン
グ装置、２１……Ｘ軸駆動スイツチ、２２……Ｙ
軸駆動スイツチ、２３……Ｚ軸駆動スイツチ、２
４……自動テイーチングスイツチ、２５……サー
チパターン設定スイツチ、２６……トーチ接触検
出装置、３０……ワーク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロボツトの各軸を手動で制御しロボツトの制
   御対象箇所を所定のテイーチングポイントの近傍
   に移動させる手動移動行程と、各テイーチングポ
   イントに対応して選択されたサーチパターンにも
   とづき前記ロボツトの各軸をシーケンシヤルに制
   御し、前記ロボツトの制御対象箇所を前記テイー
   チングポイントに一致させるように移動制御する
   自動テイーチング行程と、前記ロボツトの制御対
   象箇所が前記テイーチングポイントに一致すると
   該テイーチングポイントを自動記憶する行程とを
   具えるテイーチングサポート方法。 ２ 前記ロボツトは溶接ロボツトであり、前記制
   御対象箇所は溶接トーチの先端であり、前記サー
   チパターンはテイーチングすべきテイーチングポ
   イントが存在する継手形状に対応して選択される
   特許請求の範囲第１項記載のテイーチングサポー
   ト方法。 ３ 複数のステツプからなるサーチパターンを記
   憶するサーチパターン記憶手段と、前記サーチパ
   ターンの各ステツプに対応してロボツトの各軸を
   制御する軸制御手段と、前記ロボツトの制御対象
   箇所がワークに接触したことを検出する接触検出
   手段と、該接触検出手段の出力にもとづき前記サ
   ーチパターンの所定のステツプを歩進させる歩進
   手段とを具え、前記ロボツトの制御対象がテイー
   チングすべき所定のテイーチングポイントの近傍
   に位置した後の自動テイーチングを行うテイーチ
   ングサポート装置。