JPS6021183A - ト−チ方向教示装置 - 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】 本発明はリモートティーチング形溶接用ロボットの１・
−チ方向教示装置に係り、特にオペレータの感覚に合致
した方向にトーチの旋回指令を与えることのできるトー
チ方向教示装置に関するものである。

第１図に従来の一般的溶接ロボットを示す。

かかるロボットの場合、旋回台１は、垂直軸芯２の回り
に図示せぬｊＭ回用モータによって矢印θ１で示す如く
旋回可能である。

該旋回台１１には、支点３を中心に垂直面内において揺
動可能の垂直アーム４が取り付けられており、矢印θ２
で示ず揺動運動を行う。

土泥垂直アーム４の先端には、支点５を中心に矢印０３
の方向、即ち前記垂直アーム４の揺動面′と同一の垂直
面内において揺動可能の水平アーム６が設りられており
、この水平アーム６の先端には、水平アーム６の軸芯７
に沿った第１軸芯８の回りに、矢印θ、で示す方向に旋
回可能の手首部９が取りイ」レノられている。（第１図
では、第１軸芯８が軸芯７と一致した場合を示している
。）ト記手首部９ば、前記第１軸芯８に直角の第２軸芯
１０のまわりにも矢印θ憧で示すように揺動可能とされ
、この手首部９の先端には溶接トーチ１１が取り付りら
れＣいる。この溶接１−−チ１１の溶接点をＩ）で表す
。

上記θ１〜θ５の旋回、乃至揺動運動は、全て第２図に
示ずＭＩ〜Ｍ５のモータによって達成され、各モータに
は減速機、速度検出器（タコジェネレータ）、位置検出
器（エンコニダ、レゾルバ等）が取り付けられ、各”ア
ームや手首部の速度及び位置制御が行われる。

今仮にθ１〜θ５の角度を検出する位置検出器を２０８
〜２０ｅで表し、それぞれの自由度を駆動するモータを
Ｍ、〜Ｍ５で表すと、第１図に示したような溶接用ロボ
ットの一般的な制御回路のブロック図は、第２図のよう
に示され、教示時には、一般的にオペレータはリモート
ティーチング用の教示盤１２を操作することにより溶接
点Ｐのロボットを中心とした直行座標における位置座標
（Ｘｒ、Ｙｒ、Ｚｒ）と、溶接トーチの方向０゜、θ５
の値を指定することによりロボットＲを駆動し、溶接点
Ｐを任意の位置に誘導してその状態におりる位置データ
（Ｘ、、Ｙ、、Ｚ、、０．、。

θ、）を記憶する。

こうして予めロボットに作業軌跡を断続的に教示し、一
連の教示データとして記憶装置１３に記憶させた後、再
生作業を行う。

再η：時には、上記のようにして記憶した記憶装置１３
内の教示データ（Ｘｐ、ＹＰ、ｚ、、θ。

θ５）を順番に読み出し、この教示データに逆変換をｈ
ｉｌ！シて各関節の関節角度θ１．θ２．θ３を演算し
、これらとθ１．θ５の値を目標値としてモータＭ１〜
Ｍ、を駆動し、教示された軌跡に従って「Ｉボットを駆
動する。

」１記のような教示を行うに際し、従来の溶接用ロボッ
トでは、溶接点Ｐの位置はロボットに固定された直行座
標系−Ｊ−でのｘ、ｙ：　ｚ座標の値で指令し、溶接ト
ーチ１１の方向はθ斗、θ５で与えられる回転角度で指
令される方式が一般に用いられ−（いる。

即ちロボソ）Ｒに溶接動作を行わせるには、溶接点Ｐの
ロボットＲに固定した直行座標系での位置座標（ＸＰ　
、　ＹＰ　、ＺＰ　）と溶接トーチ１１の姿勢を決定す
る角度θ１．θ５を与える必要があり、ＸＰ、Ｙｒ、Ｚ
、、θ４．θ５は教示盤１２のキーボードから直接入力
されるとともに、上記ｘＰ、Ｙｐ　＋　ｚ、＋　θ４及
びθ５を指定することにより、後記する逆座標変換によ
ってθ１〜θ３が演算され、こうして得られたθ１〜θ
、の値を目標値としてロボット各軸のサーボ制御を行う
ことにより、ロボットを任意の位置姿勢に誘導制御（再
往）するものである。

一方溶接用ロボットでは、溶接トーチ１１の姿勢、即ち
溶接線に対する溶接トーチの方向が溶接結果に重要な影
響を及ぼすが、従来の溶接用ロボットでは上記のように
溶接トーチの姿勢が関節角度θ４とθ５によって決定さ
れる。そして、このような角度θ４及びθ、ば第１図に
示すように第１軸芯８及び第２軸芯１０のまわりの旋回
角度を示し、このような旋回方向は、ロボット側に固有
の座標に基づくものでオペレーターの方向感覚とは無縁
のものであり、かかる旋回方向を指定することにより溶
接トーチ１１の姿勢を正確に決定するには、かなりな熟
練を要するものである。

即ち実際の溶接作業にあたっては、通常第３図に示す如
くワークを旋回テーブル１４上にセットし、これに対し
てワークから離れた位置にいるオペレータが教示盤１２
を操作してロボッ）Ｒのアーム先端に取り付けた溶接ト
ーチ１１をワークに沿って誘導しつつ教示作業を行うも
のである。例えば隅肉溶接の場合、第５図に示すように
ワーク１５の溶接線１８上の点１６に向かって溶接トー
チ１１を指向させ、ワークの表面１７に対してβの角度
分傾け、且つ溶接線１８に対しである一定角度αの分だ
け傾斜した状態で、溶接線１８に平行に移動させつつ溶
接を行うものであるが、このような溶接トーチの角度α
は第５図に示す如くＺ方向で表される地面に垂直な垂直
軸の回りの溶接トーチ１１の旋回角度であり、又角度β
は旋回テーブル１４が水平面であるため一般に水平軸（
第５図の場合溶接線１８と一致する）の回りの旋回運動
で表されるのに対し、θう及びθ５はこれらの水平軸及
び垂直軸とは、直接関係のないロボットＲ自身の姿勢に
より決定される第１軸芯８及びこれに直角の第２軸芯１
０の回りの旋回運動として表され、そのためオペレータ
にとって実際に溶接１・−チを回転させたい方向の角度
α及びβを・これと直接関係のないθ４及びθ５の方向
の旋回運動によってめていく必要があり、オペレータに
とっては、これらの角度の指定を任意の方向に向いてい
るワーク１５に対応して設定するのは熟練を要しかなり
骨の折れる作業で疲労を感するものとなっている。

又、上記したような溶接トーチ１１の姿勢を決定する角
度αは、ワーク１５自身の置かれている方向や隅肉溶接
、突き合わせ溶接等の溶接の種類によっても変化し、又
βについては第４図に示す如く例えば隅肉溶接の場合、
第４図（ａ）乃至（Ｃ）に示す如く第１回目から第３回
目の各パスごとに変化させる必要があり、これらの溶接
条件やワーク１５の置かれた方向に合わせてその都度決
定するものである。そのためこれらの煩雑な作業を角度
αやβと直接関係のないθ、及びθ５の方向のみを指定
しつつ教示を行う作業は、極めて能率の悪いものとなら
ざるを得ない。

従って本発明は、上記したような従来の溶接用ロボット
が溶接トーチの姿勢の教示を行うのにロボット例の駆動
に便宜なように、θ唾及びθ５を指定することにより行
っていたことによる教示作業の困難さを排除し得るトー
チ方向教示装置を提供するものであり、その要旨とする
処が、水平アームの軸芯に沿った第１軸芯を中心とする
第１旋回運動と、」二記第１軸芯に直角の第２軸芯を中
心とする第２旋回運動の少なくとも２個の自由度を有す
る手首部を水平アームの先端に取り付け、該手首部に溶
接１・−チを取り付けたリモートティーチング形溶接用
ロボットのトーチ方向教示装置において、リモートティ
ーチング用の教示盤と、該教示盤に設けられ、溶接トー
チの垂直軸まわりの旋回を指令する水平方向旋回指令ス
イッチと、上記教示盤に設けられ、溶接トーチの水平軸
まわりの旋回を指令する垂直方向旋回指令スイッチと、
上記水平方向旋回指令スイッチ及び、垂直方向旋回指令
スイツチからの旋回指令信号に応じて変化する溶接トー
チの姿勢を示す方向余弦を演算する方向余弦演算手段と
、」１記溶接１・−チの方向余弦と教示された溶接点の
位置座標とから手首部の第１及び第２旋回運動を生じさ
せる第１軸芯及び第２軸芯まわりの旋回角度及び各関節
の旋回角度を演算する旋回角度演算手段と、上記第１及
び第２軸芯まわりの旋回角度に応じて各関節を旋回駆動
する駆動装置とを有してなる点であるトーチ方向教示装
置を提供するものである。

続いて添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した
実施例につき説明し、本発明の理解に供する。

ここに第６図は本発明の一実施例に係るトーチ方向教示
装置の機能を示す機能ブロック図、第７図は同実施例に
用いることのできる教示盤の一例を示す平面図、第８図
は同実施例の操作手順を示すフローチャート、第９図は
同実施例に用いることのできる制御回路の一例を示すブ
ロック図である。

第９図において教示盤Ｉ２ば、第７図に詳しく示す通り
Ｘ方向、Ｙ方向、２方向及びα方向、β方向の旋回指令
を与えるための旋回指令スイッチ１２、．１２χ、１２
．．１２α、１２βを有し、各旋回指令スイッチは置体
的にはプラス方向とマイナス方向のそれぞれ２種類のも
のよりなっており、各旋回指令スイッチはＡ／Ｄ変換器
１８ａを介してマイクロコンピュータ１９を構成する入
力インターフェース回路１１に接続されている。

マイク［Ｉコンピュータ１９は周知のものを使用するこ
とができ、制御プログラムを書き込むためのＲＯＭ、該
ＲＯＭに書き込まれたプログラムに従って人力インター
フェース回路１．から外部データを取り込んだり或いは
、一時記憶装置ＲＡＭとの間でデータの授受を行ったり
しながらデータの演算処理を行い、必要に応じて処理し
たデータを出力インターフェース回路■、を経て、モー
タ等の外部装置へ出力する中央処理装置ｃｐｕを含め、
一時記憶装置ＲＡ　Ｍには各教示位置において取り込ま
れた溶接点Ｐの位置座標（ＸＰ、Ｙ、。

Ｚｒ）及びトーチの方向余弦ｊ２．ｍ、ｎが記憶される
。但し、ＲＡＭには方向余弦６．ｍ、’ｎに換えて後記
する逆変換によりめたθ４．θ５を記憶してもよい。

出力インターフェース回路１２には、前記５個の関節を
駆動するモータＭ１〜Ｍ５に対応する制御回路が接続さ
れており、これら５個の制御回路は全て同様の構成によ
り成り立っているので、自由度０貫を駆動するためのモ
ータＭ、の制御回路について代表的に説明する。

出力インターフェース回路■２にはモータＭ１に送出す
るためのアナログ信号を発生するためのＤ／Ａ変換器２
０Ｘが接続され、出力インターフェース回路Ｉ２から送
出される６１等の旋回指令信号は、このＤ／Ａ変換器２
０ｘによってアナログ化され、比較器２１ｘを経て増幅
器２２ｘで増幅され、モータＭ１を駆動する。

モータＭ、には旋回台１が図示せぬ減速機を介して取り
付けられ、旋回指令信号θ１の値に応じてモータＭ、が
旋回し、その回転速度がタコジェネレータＴＧＩによっ
て検出されると共に、タコジェネレータＴＧＩの出力は
比較器２−Ｉ　Ｘへ帰還され、速度フィードハックが行
われる。またモータＭ、の回転位置は、これに接続され
たパルスエンニ１−ダＩ）　ＩΣ、によって検出され、
このパルスエンτノーダＰＩ箔に接続されたカウンタＣ
１の出力が人力インターフェイス回路１１へ帰還され、
目標値θＩとの差Δθ１が０になるまでモータＭｌ、が
駆動される。

次に、上記制御回路及びマイクロコンピュータ１９の演
算機能を用い４行う教示、再生作業について第８図に示
したフローチャー１〜を参照しつつ説明する。

本発明にかかるリモートティーチング形溶接用口十ソト
においては、教示作業は全てオペレータが教示盤１２に
設けた旋回指令スイッチ１２Ｘ〜１２βを操作すること
により、ロボットＲを任意の位置に誘導して行う。

ロボソＩ−Ｒの手首部９を所定の位置に誘導するために
オペレータは、１２．．１２ｙ、１２．１２゜、１２β
の旋回指令スイッチを操作して溶接点Ｐを第５図に示し
た溶接線１８まで誘導しその位置で教示スイッチを押す
ことにより、旋回指令スイッチ１２ｘ〜１２８からの出
力ＸＰ　、　ＹＰ　。

Ｚｐ’＋　α、βを取り込み（ステップａ）、後記する
変換処理を施して一時記憶装置ＲＡ　Ｍにｘ、。

Ｙｐ、Ｚｐ＋　β、ｍ、ｎを記憶する。

このｌ８接１・−チ１１の誘導にあたっては、オペレー
タは溶接トーチを垂直軸のまわりに、即ち水平面内にお
いて旋回させる水平方向旋回指令スイッチ１２αと、水
平軸まわりの垂直面内にお＆Ｊる旋回を指令する垂直方
向旋回指令スイッチ１２βとを操作して、角度信号α及
びβを入力することにより行う。

このような水平面内にお＆Ｊるα方向の旋回は、オペレ
ータを中心とした地面に垂直な垂直軸まわりの１Ｍ回で
あり、又β方向の旋回はこれもオペレータを中心とした
水平軸まわりの旋回であるから、その旋回方向がオペレ
ータにとって把握しやすく、操作に熟練を要しない。

こうしてオペレータが水平方向旋回指令スイッチ１２α
と、垂直方向旋回指令スイッチ１２βとを操作してα方
向、及び、β方向に所望の角度分（これは各スイッチを
押している時間によって指定され、そのｈ１回方向はプ
ラス側のスイッチ又はマイナス側のスイッチを押すこと
により任意に選択される）各スイッチを作動させると、
その信号はΔ／Ｄ変換器１８を経て（第９図）入力イン
ターフェース回路ｆ１に至り、ＣＰＵに伝達される。

ＣＰ　Ｕは、水平方向旋回指令信号（以下便宜上α信号
と記す）及び垂直方向旋回指令信号（以下便宜ヒβ信号
と記す）を受け入れると、（１）式で示すように、溶接
トーチ１１の姿勢を表ず方向余弦１．、　ｒｒｔ、ｎを
ｚｉｑ算する（ステップｂ）。

そして、ロボットを指定された位置、方向に位置決めす
るためにＸｐ、Ｙｐ、Ｚｐ、Ａ、ｍ、ｎに逆変換を施し
て各関節の角度θ１〜θ５を演算しくステップＣ）、こ
うして得られた関節角度０１〜θ５を目標値としてモー
タＭ１〜Ｍ５をその回転位置が各目標値に合致するまで
駆動する（ステップｄ）。

位置決めが完了すると位置座標（ｘｒ　、　Ｙｐ　。

Ｚ、）と方向余弦（姿勢データ）（β、ｍ、ｎ）が記憶
装置に教示データとして記憶される。イ１（シ前記した
ように記憶するデータとしては方向余弦（７！、ｍ、ｎ
）に換えて溶接１・−チの方向を決定する角度８１．θ
５を記憶してもよい。上記教示作業は断続的な各教示位
置毎に行われる。

上記逆変換は方向余弦β、ｍ、ｎ、位置座標ＸＰ、ＹＰ
、ＺＰを（２）式に代入することによりθ１、θ５を演
算し、 続いてθ１．θ５．ｌを（３）式に代入して０うを算出
し、 更に（４）からθ９．θ３を得るものである。

ここにＺｑは第１図に示した溶接トーチ１１の回転中心
ＱのＺ°力方向位置座標で、既知のＸＰ、ＹＰ、ＺＰ　
、１２．ｍ、ｎ、θ１．θ、より　（５）式によって演
算され、更にｒｌ乃至ｒ４ば、第１図に示す如く各旋回
部分の回転半径であり、ｒｌは垂直アーム４の回転半径
、ｒ２は水平アーム６の回転半径、ｒ３は手首部９０回
転半径、ｒ４は第１軸８から溶接点Ｐまでの距離である
。

ｒ′″−Ｘζ＋Ｙ；＋’；ｌ警 こうしてθ、〜θ５が得られると、ＣＰＵが出力インタ
ーフェース回路Ｉ２を経て、各モータ側へこれらの信号
を出力する（ステップｄ）。

上記の教示駆動手順を例えばθ令について説明すると、
出力インターフェース回路Ｉ、から出力された指令信号
θ、は、Ｄ／Ａ変換器２０αによってアナログ信号に変
換された後、比較器２Ｉαを経て増幅器２２αで増幅さ
れ、モータＭ４を駆動する。

モータＭ４は、手首部９を第１図に示すθ４の方向に旋
回させると共に、その回転速度はタコジェネレータＴＧ
導によって検出され、速度フィードバック制御が行われ
る。またモータＭ４の回転位置はこれに接続されたパル
スエンコーダＰＥ。

によっ゛ζ検出され、このパルスエンコーダＰＥ。

に接続されたカウンタＣ１の出力が入力インターフェイ
ス回路１１へ帰還され、目標値θ４との差Δθ令がＯに
なるまでモータＭ、が駆動される。

全ての教示作業が終了すると再生作業を開始する。再生
開始ボタンが押されると記憶装置から教示データが順次
取り出され、公知の直線補間１円弧補間法等によって、
教示点間の補間点の位置座標（ＸＰｒ　、　ＹＰ；　、
Ｚｐ：　）と方向余弦（ｊ！ｉ　、　ｍｉ、ｎｌ）力頌
４算さ−ｈ、、前記したティーチング時と同じ方法によ
ってθ「・〜θシが計算されロボットはその点に位置決
めされる。

こうして溶接線にそって順次再生動作が行われ、連続的
に位置決め再生が続行される。

本発明は、以−ト述べた如く水平アームの軸芯に沿った
第１軸芯を中心とする第１旋回運動と、上記第１軸芯に
直角の第２軸芯を中心とする第２旋回運動の少なくとも
２個の自由度を有する手首部を水平アームの先端に取り
付け、該手首部に溶接トーチを取り伺りたリモートティ
ーチング形溶接用ロボットの１−−チ方向教示装置にお
いて、リモー１〜ティーチング用の教示盤と、該教示盤
に設けられ、溶接トーチの垂直軸まわりの旋回を指令す
る水平方向旋回指令スイッチと、上記教示盤に設けられ
１、溶接１・−チの水平軸まわりの旋回を指令する垂直
方向旋回指令スイ・７チと、上記水平方向旋回指令スイ
ッチ及び、垂直方向旋回指令スイッチからの旋回指令信
号に応して変化する溶接トーチの姿勢を示す方向余弦を
演算する方向余弦演算手段と、−ｈ記溶接トーチの方向
余弦と教示された溶接点の位置座標とから手首部の第１
及び第２旋回運動を生じさせる第１　！１ｉｌｌｌ芯及
び第２軸芯まわりの旋回角度及び各関節の旋回角度を演
算する旋回角度演算手段と、上記第１及び第２軸芯まわ
りの旋回角度に応じて各関節を旋回駆動する駆動装置と
を有してなることを特徴とする１・−チ方向教示装置で
あるから、教示作業を行う際にオペレータが自分にとっ
て理解しやすい方向に溶接トーチを旋回させる指令を発
することができ、教示作業の能率が著しく向、トすると
共に、オペレータが教示において疲労を感するようなこ
とがなく、正確な教示作業を迅速に行い得るものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的溶接用ロボットの側面図、第２図
は同従来の溶接用ロボットの制御回路図、第３図は同じ
〈従来の溶接用ロボットのスイッチ状態を示す斜視図、
第４図は溶接工程を説明するための溶接１−−チとＩノ
ークの側面図、第５図はワークに対する溶接１・−チの
操作角度を説明するための斜視図、第６図は本発明の一
実施例に係るＩ・−ヂ方向教示装置の機能を示す機能ブ
ロック図、第７図は同実施例に使用することのできる教
示ｑ）ｒのｉＦ面図、第８図は同実施例の作業手順を示
ずフ１：１−チャー１・、第９図は同実施例の制御回路
を示すブロック図である。 （９１・号の説明） １・・・旋回台　２・・・垂直軸芯− ４・・・垂直アーム　６・・・水平アーム８・・・第１
軸芯　１０・・・第２軸芯１１・・・ｌ８接１−−チ　
１２・・・教示盤１３・・・記憶装置 １９・・・マイクロコンピュータ θ１〜θ、・・・関節角度 Ｐ・・・溶接点　Ｍ１〜Ｍ５・・・モータＲ・・・ロボ
ット １、．１２・・・入出力インターフェース回路ＴＧ・・
・タコジェネレータ ＰＥ・・・パルスエンコーダ Ｃ・・・カウンタ。 出願人　株式会社　神戸製鋼所 代理人　弁理士　本庄　武男 第７図 −４１８− 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 水平アームの軸芯に沿った第１輔芯を中心とする第１旋
   回連動と、上記第１軸芯に直角の第２軸芯を中心とする
   第２旋回運動の少なくとも２個の自由度を有する手首部
   を水平アームの先端に取り付け、該手首部に溶接トーチ
   を取り付けたリモートティーチング形溶接用ロボ・ノド
   のトーチ方向教示装置において、 （１）リモートティーチング用の教示盤と、（２）該教
   示盤に設けられ、溶接トーチの垂直軸まわりの旋回を指
   令する水平方向旋回指令スイッチと、 （３）」−記教示盤に設けられ、溶接１−一チの水平軸
   まわりの旋回を指令する垂直方向旋回指令スイッチと、 （４）上記水平方向旋回指令スイッチ及び、垂直方向旋
   回指令スイッチからの旋回指令信号に応じて変化する溶
   接トーチの姿勢を示す方向余弦を演算する方向余弦演算
   手段と、 （５）上記溶接トーチの方向余弦と教示された溶接点の
   位置座標とから手首部の第１及び第２旋回運動を生じさ
   せる第１軸芯及び第２軸芯まわりの旋回角度及び各関節
   の旋回角度を演算する旋回角度演算手段と、 （６）上記第１及び第２軸芯まわりの旋回角度に応じて
   各関節を旋回駆動する駆動装置と、を有してなることを
   特徴とするトーチ方向教示装置。