JPS603979A - 溶接ロボツトにおけるウイ−ビングパタ−ン教示方法 - Google Patents

溶接ロボツトにおけるウイ−ビングパタ−ン教示方法

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JPS603979A
JPS603979A JP10948983A JP10948983A JPS603979A JP S603979 A JPS603979 A JP S603979A JP 10948983 A JP10948983 A JP 10948983A JP 10948983 A JP10948983 A JP 10948983A JP S603979 A JPS603979 A JP S603979A
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Shinobu Sato
忍 佐藤
Toyoji Hamashima
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
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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】 チングブレイパノクの溶接ロボットに係り、特にそのウ
ィービングパターン教示方法に関する。
ティーチングブレイバノクのアーク溶接口ボソトにおい
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;↑;.の溶2:f金属を?!7るど
ともに開先な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)対象ワークイ「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、ロボット千右先端に取り付けた溶接トーチ先端を
揺動させる、いわゆるウィービング運動が広く使用され
ている。
このロボットのウィービング連動の方式には、ロボット
手首に装着した専用のウィービング装置に溶接トーチを
把持させ、このウィービング装置により溶接トーチ先端
をウィービング運動させる、いわゆるハードウィービン
グ方式と、ロボット手11に装着した溶接トーチ先端を
Iffボノトの1軸もしくは各軸の合成運動としてソフ
トウニアト,の1段にもとづいてウィービング運動させ
る、いわゆるソフトウィービング方式とがある。ハード
ウィービング方式は、高速のウィービング連動がTiJ
能であるが、ロボット手浦に装’jci シたQl用の
ライ−じング装置が障害となって、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右し、
さらにウィービングの方向にも制約がある。
、m At i: ffit L−’C、ッッ.ウ6−
5、7,、、ヵエ,1□、。4.1ノトの既存の軸をウ
ィービング運動させるために、q1別のウィービング装
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、ロボット丁−1!1の負荷重量を軽減
させ、耐久性が増す、ウィービングの方向に何ら制約が
ないという利点を白している。
従来、このソフトウィービング方式では、溶接線をティ
ーチングするとともにウィービング運動の大きさ、方向
等を定義するウィービング端点を2点もしくは;3点必
らず教示する必要があるため、ウィ運動ング蓮動を必要
とする溶接線に対してはその全てにウィービング端点の
教示が必要であり、ウィービング端点の数だけ教示に長
い111j間を要し一Cいた,、さらに、ウィービング
の振幅が小さい場合にはウィービングの方向、振幅を正
しく教示することが・);flかしく、溶接線の近傍で
ウィ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、4,1,li造物の内部性・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’.I’L; !’;1.i ”:’: l”−
l IQ. L/ f.m < 、教示個J”JP、ウ
ィーヒンクノ方同、人きさ等を教示する作業は困黄(1
を極めることがあった。
このようにソフトウィ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、ウィービング運
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
せる要因となっていた。
本発明は」一記の問題点に錆lみ提案されたもので、溶
接線に対するウィービング端点を油接、教示せず、ワー
クもしくはその近傍の任意のイ〜°装置に1つの補助点
を教示し、ウィービング端点と溶接線の位置関係を規定
する部間1、角度宿な数値指定するだけで、ウィービン
グパターンの各ウィービング311.1点のロボソト空
間P1^標系における座標を自動的に決定する、溶接ロ
ボットにおけるウィービングパターン教示方法を提供す
ることをII的とする。
本発明は、所定の多角形のノ1いイ11パターンを予め
設定し、治具にセノトされたワーク1,もしくはその近
傍の任意の位置に、教示された溶接線の仔ハの線分(Q
.、Qo++’ )に対応して補助点(p,、)を教シ
」、し、前記基準パターンと、前記ノ1(準パターンの
線分( Q.Qn+1 )に対する所定の4頃4;l角
および相対位置と、補助点(Pn)の座標と、線分(Q
nQn+1)の教・J:点のP14標とから前記基準パ
ターンを線分ける座標を算出するようにしたものである
。
所定のく角形(△ABC)を11(基パターンとする場
合には、線分(QnQ、+、 )上に点(S、、)を設
けて補助点(P、)と点(Sn)を結ぶ基準線(丁需孔
−)が線分(Q、、Q、、+1)と所定の角度をなすよ
うにし、点(S、、)から−定ベクトル昂安位した点を
三角形(△A B C) o)ici点(A)に対応す
る頂点(A′)どし、三角形(△ABC)と合同で、線
分(Q、Q、、、、l )に対し所定の1LI′lネ・
1角および相対位置を杓する五角形(△A’B’C’)
の各頂点(AI 、 B/ 、 c′)のロボット空間
座標系に:I負ける座標を)r1出し、この三角形(△
A′B′C′)を一定ベクトルhX、移動させた二角形
(△A”B”C“)を線分(’Q、、Q、、、1 )に
対応するクイ−ピングパターンとする。
教小された溶接線の他の線分(Q、Q、+1)に対応す
る)3い1.1線(K1)が既に得られている場合には
、この基準線(■〔)を線分(Q、、Qn++ )上の
任意の点に平行移動させた線分を線分(Q、、Ql、4
I)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、この予
め設定された多角形の基糸パターンの一部を構成する三
角形(△ABC)に対応する三角形(△A’B’C’)
の各頂点(A’、 B’、 C’)のロボット空間座標
系における座標を算出し、三角形(△ABC)のIn点
(A、B、C)を三角形(△A/B/C/ )の頂点(
A′。
B’、C’)にそれぞれ位置させたときのr’+iJ記
多角前の他の頂点のロボット空間座標系における座標を
算出する。
以下、本発明を実施例の図面を参照しなから説明する。
本実施例は第1図(1)に示す所定の三角形△ABC(
線分AB = L、 、線分he 、−= x、2、l
 B A Cβ)を県阜パターンとし、第1図(2)に
示すように溶接線覗、可可に沿って単振動もしくは三角
クイ−町ピング運動させながらウェブ1とフランジ2を
溶接する。この場合、先づ、点(So)を三角形△A’
B’C’の]J′1点八′へ一致させた後、この三角形
△A′B′C′を一部ベクトル111″移動させた三角
形△A//BL/c”を溶接線互℃2.4々3に対する
ウィービングパターンとするものである。Q、は溶接開
始点である。これら溶接線−釘可、屯可、」−の点QI
、Q2.Q3は教示され、ロボットの直交座標系0−x
yzでの座標値をそれぞれ(X、。
Yl、zl)、(x2.y2.z、、)、(X3.Y3
.z3)とする。
点P1 はウィービング端、45、を定義するためにウ
ェブ1の而−1−に教示された補助点で、そのロボット
の酌交座標系0− X Y Zでの座標値を03 、 
y、’ 、z1′)とする。点A’、B’、C’は算出
されるべきウィービング端点て、ウィービング端点A′
は補助点P1から溶接線Q’+ Q2に下した垂線と溶
接線画、の交点、ウィービング端点B′は垂線Wも−1
−のウィービング端点A′から指定された距離り、(=
=線分韮)だけ離れた点である。クイ−ピング端点A′
の座標値をx; 、 Y; 。
zAとする。
先づ、このウィービング端点B′のロボットの直交1坐
(ぬり系(1−X Y 7.での座標値x;、y二、2
′Bを算出する。
点918点Q2(7)各座標値(X1+ Y) + z
+ ) 、(X2 +Y2 +22)から線分Q + 
Q2の方向余dl、 +3 、 i 、 jが、点Q1
と補助点Plノ各座標値(X+、Y+、’Z+)、(X
1′、YI′、21′)から線分Q+P+の方向余弦7
’、+1イn/がそれぞれめられる。この二つの方向余
弦b 、 i 、 jとl’、 I11’、 +1’か
ら/P+Q+Q2の余弦値をめ、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、lij線
詐、の方向余Qi l 、 ljl 、 11は方向余
弦り、+、j。
1’、 m’、 n’の関数、 と表わされる。したがって、ウィービング端点B′の座
標値X≦、Y、;、Z≦は ゛ となる。
次にウィービング端点C′の座標値XJ、Yコ、zメを
算出する。ここで、線分官にとXσのなず角度は三角形
△ABCの線分■と記のなす角度と同じβ、i:Iと線
鰭Cと線分アdのなす角度はα、溶接線q16)と中線
r己のなす角j見はζ(これは前述の定義により 90
’)である。線分a/clの方向余it’a。
1)、Cは、方向余1Jih、i 、 J、l、m、n
、角度α。
β、この関数 と表わすことができる。したがって、ウィービングl’
11.i点C′の座枠イlj’f Xc + Yc +
 Zc ハとへイ)。ここで、L2は三角形へABCの
指定された線か一罰に等しくとられた線分A/clの距
p111である。
コノヨウニウィーヒンク端点A′(XA、YA、zA)
を基/f1]点とするクイ−ピング端点B′、C′の座
標値X乙Y≦、ZぺX乙y、;、zAが式(2)、(4
)により算出される。
ウィービング各端点B′、C′を溶接開始点Q1の周り
で実呪させるためには座標値X;、 YX、 z;の代
りに溶接開始点Q、の座標値x、 ’+ Y、 、 z
、を式(2)、(4)に代入して点B′、C′ノ座標値
X≦、y、;、zA、x、;、y乙zAをめればよい。
溶接線覗に対する相対位置でウィービング端点A′、B
′、C′を定義すると、ウィービング端点A′は常に溶
接線Q I Q2、−1ニーにあるため、Xス= y;
=、z、; = o として式(2)、(4)よりウィ
ービング端点B′、C′ノ座標値X≦、YA、zA、X
乙yg、z、; をめればよい。
次に、クイ−ピング端点N 、 B7 、 clを結ぶ
二角形△AJn/c/の重心を常に溶接線溶4がrlぬ
くようにするための方法について述べる。先づ、ウィー
ビング端点A′を溶接線頑可」−に七ノドしてそのとき
の五角形△A’B’C’の重心の座標をめ、次にその重
心の座標だけ、各ウィービング端点AL 、 B/ 、
 、 crを平行移動させることによって、ウィービン
グ端点A′。
B’、C’のI’Jfi標値なめることかでさる。すな
わち、式(2)、(4)でxン= 判= z; = o
 とおいてX乙Y乙Z昌X乙Yコ、Zコをめ、これらた
I4標イ的刈、YA、2≦、X菖y、;、zざを l X1−〜(X二十xc>/3 に代入してjHられる座標値(XA 、Y; l z、
)がウィービング端点A’、 B’、 C’を結ぶ三角
形△A′B′C′の小心を溶1)〉稈見回が1”4ぬく
ときのウィービング端点A′のjル標値である。ウィー
ビング端点B′、C′の座標値ハ’;l’出り、 タx
;、 G、 z;を式(2)、(4)ニ代入することに
よりめられる。式(5)の右辺の分ISJ ’“3“を
“2′″に変更して同様の処Jljを11なうと、線分
部7の中点を溶接線”Q + Q2がvlぬく場合の各
クイ−ピング端点A”、 B’、 C’の座標値をめる
ことができる。
ところで、式(1)〜(5)で使用したパラメータのう
ら距:+j11. L) 、L2、角度α、βは実際の
溶接開先線を貼れは容易に把握できる数値であって、操
作パネルのギースイノチ痔で数値人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])71合には任意の角度を指定できるのが本発明の
′I5徴である。なお、部面IL、、L2、角度βは基
準へターンである=’−jCJ形へABCの頂点A、B
、Cによ−・て決まる特′1イ1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
によっても距離り、、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し)。
次に、第1図において溶接線見回でのウィービング運動
を終了して点Q2に達したものとする。4′J1図のよ
うに次の溶接線頑可が溶接線的、の延長線」二にない場
合、従来は新たに点Q2で各ウィービング端点p、I 
、 B/ 、 cLを教示し直していた。しかし、本発
明は、線分部の方向余弦i、、 m 、 nが溶接線覗
の場合と殆んど同じであるとみなせる場合には新たに、
例えばクエブ1の而−1−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枚の鉄板でイl1l11成し、それにウェ
ブ1を柘成するアングル+、+を溶接する場合であって
、実際に産N、13 Wで最も多用されている例の1つ
である。このように、溶接線画。
に関して前記の条件を!iW;足する場合には、溶接線
的、に対する垂線夙τの方向余弦l 、 In 、 1
1を溶接線Q2Q3にも適用し、点Q2ノ座標111t
 X2 、 Y21 Z2 ヲ’cれぞれX、 、 Y
、 、 7.、、点Q3ノ座標値X3.Y3.z3をそ
れそれx2. y2. z2と置き換えて式(2)〜(
5)を実行することにより各ウィービング端点A′、 
n/ 、 c/の座標イ的を))1出することができる
。このことは、溶接線Q l ’Q−2に対する三角形
△A、BCの線分訂の方向を溶接線η、に対する線分面
一の方向とし、溶接線可溶に苅する線分証の方向を点Q
2での線分廟を軸にして溶接線蔓2とQ2Q s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、溶接に5県−ら同、に対応する距離り、、L2と
角度α1.βの値は溶接線可屯に対応するそれらの値と
異なっても何ら支障はない。溶接線−1石2に勾する垂
線側Wの方向余・弦e、 m 、 +1が溶接線可溶、
のそれと等価できない場合には朋ノ小の溶接線互層、に
刻する各ウィービング端点A′、 B’、 C′を一算
出する方法を踏襲すればよい。
:A’: 2 lxl +1)は数値人力されるか、別
の位置で教示された、四角形ABCDの基べ1パターン
を示している4、この基t111パターンABCDを、
第2シ1(2)にウィービングパターンA′B′C′D
′で示すように、実際の溶4”i ”i’べ一屯弘に女
・1して実現することかでされば、ウィービング各端点
A’、 B’、 C’、 D’を一度教示するか、ウィ
ービング各端点A’、 B’、 C′、 D’の各咋標
値を一度、数値入力し、それらを記憶しておけは、任意
の溶接線に対し繰り返し使用することができ、ウィービ
ング端点の教示作業を著しく軽ai:l+できる。
この場合、基準パターンABCDの瑣点A、B、Cの各
座標値から、線分■の長さLl、線分芹の長さL2、こ
れら両線分葡、Kσのなす角度βは容易に39出するこ
とができる。これらの1;’11出値に線分豆と溶接線
可溶のなす角αを指定し、補助点P1を教示すれば、式
(1)〜(5)によりノ、(dllパターンである四両
形ABCDの」〕1点A、B、Cをそれぞれ溶接線覗(
二対するウィービング端点A’、 B’、 C’に移し
安えることができる。ただし、]J′1点りのウィービ
ング端点D′への移し友えは、三角形△ABCと五角形
△ACDが必ずしも同−曲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
分罷と線分面のなす角度をβ、謀分π1分尤。ヶす角度
。、線6□l i3h +) p、c a)ヶ )す角
度γ6、線分尤の長さをL2とすると、これらは四jt
I形ABCDの頂点A、B、C,D各座標値から容し1
.に1.;1出することかでさる。そして、既に膨出さ
れている謀分配の方向余’A IJ 1m 、 (1と
線分a/cJの方向余弦a、b、cを方向余弦り、1.
jとして式に3)、(4)をち′II出し、その結果で
あるx、;、y;、zごをそれぞれXt、Yシ、Ztに
置き換えることによって溶接線−q山、にZ什するウィ
ービング端点D′の座標値X菖Y11.ZAを1し;1
出することができる。五角形以上の多角形なノ1(、メ
f、lパターンとするウィービングパターンのウィービ
ング端点E′、 FL、・・・・・に対しても、ウィー
ビング端点D′に対する前記の処理を繰り返すことによ
ってウィービング端点E’ 、 F’ 、・・・・・を
溶1)〉線頁、潰門にtJするウィービング端点E/ 
、 F/、・・・・・・に移しtNえることができる。
以I、本発明のウィービング端点の算出方法につしビ〔
説明したが、次に、実際のウィービング運動分量1図(
2)の場合について説明する。今、ウィービング連動が
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1Qi、A′へと移動する三角ピl、
−ピングパターンを想定する。各線分A′c′。
而、B’r1名動の所要肋間をそれぞれT6゜+T(B
+TBAと指定する。一般に、出発点5(xs、y、、
zs〕から到着点E(右、Y)、、zo)への移動の所
要肋間をTとすると、出発点s (xs、Ys、 Z、
)を出発して11)間tを経過したクイ−ビッグ連動の
現在点Wの座標値xw、、yw、 zWは、 である。線分A’C’に利しては、x8−x:、 ys
=y/、z8=zA’、X、、−Xc′、Y、=Yc’
、z、、==zc′であり、を−Tのときxw= x、
= xc’、YW’= Yv= Yc’、zw−21,
、−:Ztとなる。ウィービング運動の現在点Wがウィ
ービング終点Eに到達すると、1l−1l間tは(」l
び零から出発するものとし、クイ−ピング端点間の出発
点Sの座標値を(Xs、 Y、、 Zs)に、終了点E
の座標値を(x、、yお、Z2)に、クイ−ピング端点
間の所要IRJ間をTに代入ずれは、ウィービング端点
C′からB′繭 と、ウィービング端点B′からA′の連動を式(6)%
式% か−)で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′における溶接線姑2方向の移動成分な
XP + ”P r ZP、指定された移動速度なVと
すると、 である。
したがって、ロボッ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Xo、Yo、Zoはウィービング運動の座標
値Xw、Yw、Zwと溶接線可■2に沿う座標値X1・
、Y、、 、 7 、・をそれぞれ合成したとfjる。
ここで、クイ−ピング運動の開始と終了の処理方法につ
いて述べる。ウィービング各端点N、■、Cを結ぶ三角
形ΔA’ B’ C’の重心もしくは線分の中点などを
溶接線可互2が貫ぬく場合、ウィービング運動の開始に
あたっては溶接開始点Qlからウィービング端点、例え
ば点A′へ移動させなければならない。もともとクイ−
ピング各端点にB/、C/は溶接線函河2に対する相対
位置の座標値で定義しているので、X3=Ys=43=
Q、 xE−”xA′、 YI+、−YA’、 ZH=
=:zA’、 T==Ttとおいて式(6)〜(8)を
実行させる。ここで、T1は線分0間を移動する妥当な
時間である。
一方、溶接線可互2に沿う運動が進行して溶接ト−5チ
先端の溶接線頑可方向の移動成分刈1 、yp 、 Z
Pが各々X 21 Y 2122に位置したときウィー
ビング運動の現在点XWの座標値Xw、Yw、ZwはX
W=YW=ZW=0とはかぎらない。このときはウィー
ビング運動の現在点W (Xw、Yw+Zw )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Xw。
7″・′”’l ’c n + ;tl−x′・Y′・
Z′& T 6 、u X°=87・7゛1=YW、 
Zs=Zw、 X+H=YE=Z1(=Oとおき、妥当
な時間T2を指定して式(6)を解き、これを式(8)
に代入ずれほこのときの動作が実現できる。
また、ウィービング運動がクイ−ピング端点B′。
C′間を往復する単振動の場合には点Qlから、例えば
ウィービング端点B′に移動した後、ウィービング各端
点B′からウィービング端点σへ0移動とウィービング
端点σからウィービング端点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
、ウィ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NB′C′D′・・・上を移動させる場合
に、多角形を形成するウィービング端点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ったウィ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
Nから点D′に移動し、次に点C′に向かうといった移
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)は直線補間に一関する定義式であるが、ウ
ィ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ってもよく、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。
実際にロボットを駆動させる場合、直交座標型ロボット
では点Q1.Q2 、Q8、P+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Xo、Yo。
Z(3を軸駆動指令とすることができるが、関節型、円
筒座標型、極座標型等のロボットでは、先づ直交座標値
を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Xo。
Yo 、 Zoをロボッ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
関節ロボットのモデルを示す。旋回軸、下腕軸(長さし
)、上腕軸(長さl)はそれぞれ回転角ψ、θ、ψ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、この多関節ロボットの手首まわりと取
り付は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がティーチングされる制御点であるか
ら、その直交座標軸0− x y z上の座標値はとな
る。
ここに、手首ふり軸の回転角γ、τの現在値γG、τG
は である。ここで、手首ふり軸は溶接線可互2の進行に要
する時間内に、溶接開始点Q+での回転角γl。
rlから出発して比例的に移動し、点Q2で回転角r2
.r2に達するものとする。D!は溶接点4互2の距〃
1である。溶接トーチ先端の時々刻々の現在点G(XI
)+YO+ZO+γO+to)の、例えば多関節軸上の
指令値は、既にまっている式(9)を逆変換した次式で
まり、ψG、θG、ψG、γG、τGがロボット駆動指
令となる。
第5図は本発明の方法を実施する溶接ロボットの一実施
例のブロック図である。教示ボックス20で溶接線上の
点Qx、Q2.Qa、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Q+ 、Q2 、Q 3.補助点PIの位置データ
、距離L 1 + L 2、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
御ブロック10はオペレータの操作パネル3o上の操作
を受けっけ、プレイバックモードとして全体の制御を統
括する。軌跡制御器5oは本発明のウィービングパター
ン教示方法を実現するだめの回路である。70〜74は
各軸毎に設けられた軸駆動 鬼制御部である。
第6図は軌跡制御器50の詳細を示すブロック図である
。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にセットされて、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.y、 、z、 、γ1.τ1はクツ1〜回
路52に、X21Y2 、z2 jγ2.τ2はラッチ
回路53に、X、/ 、Y 、′、Z 、′はラッチ回
路54に制御信号発生器60から出力される制御信号S
5によりそれぞれセットされる。距離Ll、L2、角度
α、βはウィービング位置発生器55に、移動の所要時
間TAOI TO)l +TIうA + T+ 、”2
はウィービング発生器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、セットされる。ウィービング位置発生器55は、ラ
ッチ回路52,53.54にそれぞれラッチされた座標
値X、 、Y、 、Z、 、γ1.τI、X2゜Y2.
Z2.γ2.τ2 、XI 、y、 IZIから各ウィ
ービング端点A’、 B’、C’の座標値を算出する。
第1図はウィービング位置発生器55の詳細を示すブロ
ック図である。方向余弦発生器101は、座標値X+ 
、Y+ 、Z+およびX2 、Y2 、Zl+から溶接
線可互2の方向余弦h + ’ + Jと溶接線αの距
離D工な算出する。
同様に一方向余弦発生器102は、座標値X+ 、Y+
 、Z+およびX1’、Yl’、z+’から線分4下1
の方向余弦/、m’。
n′を算出する。第1方向発生器103は方向余弦発生
器101,102でそれぞれ算出した方向余弦h+L]
+A!’、 m’、 n’に基づいて式(1)を実行し
、垂線AP、の方向余弦7.m、nを算出する。ウィー
ビング端点n′演算器104は、第1方向発生器103
で算出した垂線葺1の方向余弦1 、m、 nと入力さ
れた距離Ltl二より、式(2)の右辺のd−Lt、m
、L+、n*L+ツまりウィービング端点B′の座標値
XB r Y+i’ 、 Z+i’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) 、 (1
1’、m’、 n’)、第1方向発生器103で算出し
たA−L、 、m−L+ 、 n−Lt、入力された角
度α、βとから式(3)を実行し、線分Rで1の方向余
弦%a、b、c’%を算出する。ウィービング端点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1
4)107はクイーピング端点B′演算器104の出力
Xll’tYI1′、 ZI1′とウィービング端点C
′演算器106の出力MZ(・′から式(5)?実行し
て、ウィービング端点A’、B’、C’を結ぶ三角形Δ
A’ B’ C’の重心を溶接iQt可が貫ぬくときの
ウィービング端点A′の座標値の(XX 、YA’ 。
ZA′)を算出する。全体制御ブロック10はこの演算
、ず4「わち式(5)の分母の制御を軌跡制御器50の
制御1菖号発生器60に行rjわせる。マルチプレクサ
108は、制御信号発生器60からの選択制御信号SI
により、ウィービング端点B′演算器104の出力Xl
l’IY+i’+Zn’、ウィービング端点C′演算器
106の出力Xd。
Y’rrZ(r%そし−C零からなる一組のデータと、
ウィービング9.+、i点I n、Ij 算器107の
出力XA’、Yffi、Z、6’、 、つ(−ピング端
点N演算器107の出力XA r YA r ZAプラ
スウィービング端点B′\演算器104の出力XI]+
Y1.l+Zu’、ウィービング端点N演算器107の
出力XA′。
YA’ + Z A’プラスウィービングη′^1点C
′〜演算器106の出力XIr + Yに p Z(H
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図のウィービング発生器56の詳細を示−
づ−ヅc1ツク図である。マルチプレクサ201はウィ
ービング各端点A;13:C’の間の所要時間TACI
TcI3 r TBA + Tl + T2のいず9か
を、全体制御−iaミック1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はウィービング運動の開始点Xs
、Ys、Zsおよび終了点XEp YI(r Z nを
、全体制御ブロック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Saにより選択して出
力する。今、ウィービング運動が点Q、からウィービン
グ端点に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二11と開始点X5−
o、 ys=o、 Zs=O1終了点Xp、 = XA
’ 、 YI> = y、’ + Z F、 =ZXの
信号を選択し、出力する。ウィービング現在値発生器2
03は、制御信号発生器60からの開始点からの時間経
過2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T1ウィービング運動の開始へ、終
了点の座標値xs j ys+ Z S + XE +
YP、、ZEをもとに式(6)を実行し、ウィービング
運動0IJUE(uI、w+YwpZ□ヤゆ1.おア。
。11;¥、lid□イ7ッヤイ、−イ□ 1号tが指
定時間Tに達すると、比較器204は信号S4を制御部
信号発生器i、、 ::、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+83に
より指定時間T=T、、開始点xs = XA + ”
S −YA′pZs=Za’、終了点XH= Xa 、
 ZE = zgを選択する。
:1i111i1’ll信号発生器60は選択制御信号
S2.Sai二より指定時間T毎に、クイ−ピング運動
の開始点xslyslZS、終了点XE r YB r
 ZI弓を順次切換える。ラッチ回路205は溶接線Q
IQ2の進行が終了した瞬間のウィービング運動の現在
値xw l yw I Z−を記憶しておき、点Q2に
セッ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、ウィービング位置
発生器55で算出した方向余弦h 、 i 、 j、ラ
ッチ回路52にラッチされた座標値X1゜YI、ZIと
から式C力を実行し、トーチ先端の溶接線Q面方向の移
動成分の座標値Xp+’1ppZrを算出する。この算
出した座標値XI’ p YI’ + Z Pがそれぞ
ハXP= X2 、 Yp−Y2+ ZI・≧z2、つ
まりトーチ先端が点Q2に達すると、信号Toを制御部
信号発生器60に出力し、制御部信号発生器60はこれ
によってウィービング位置発生器56のラッチ回路20
5に70のときのウィービング運動の現在値Xvj、Y
W+Zvj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
ものであってもよい。ウィービング発生器56の出力で
ある座標値xw j yw l ZWと進行現在値発生
器57の出力である座標値XP + YP ) ZPは
加算器で加算され、加算値である座標値xo、YG、z
o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Q++Q2におけるそれぞれ手首座標値γ
1.τlおよびγ2゜T2、ウィービング位置発生器5
5の出力Ds、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γG、′τG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r(3foと座標値xolyGjzOと
から式01)を実行して、各駆動軸ψ、θ、ψの現在値
ψ0.θG、ψGを算出する。
さて、第1図において、溶接線頑可に対する動n=が完
丁したときに、引き続く溶接線[相]可に対して方向余
弦IJ 、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1! 、m、 nのデータをラッチす
る(図示せず)ことによりこれが溶接線環かに対する方
向余弦となる。そして、ラッチ回路52に1・14標値
X+ 、YI、ZIとして点Q2の座標値X2.Y2.
Z2を。
ラッチ回路53に座標値X2.Y2.Z2として点Q3
の座標値Xq、Ys、Z3をラッチずれば、浴接線頑可
に対する各ウィービング端点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λtたウィービ
ング各端点(第2図(1))に対し、再度β、距離L 
I + L 2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ィービ
ング位置発生器55に代入すれば第2図(2)のウィー
ビング端点A;B’、C’とじC実現できることが容易
に推察される。同様にして、距離L2−尤り角度β−/
 BAD 、α−/CAD、γ−ZBAC等も算出する
ことができる。これらの値をウィービング位置発生器5
5に入力する。方向余弦発生器101の出力1】。
’+Jを記憶された線分雇の方向余弦a、b、cに切換
スイッチ(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Aγの方向
余弦11 、m、 nと線分WC′の方向余弦a 、 
I) 、 Cとかう線分薄物方向余弦a、b、cを算出
し、ウィービング端点C′演算器106にその結果X 
l) + YI) + ZI)がそれぞれXO’、YO
’、 ZO’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61算器
の実施例として、方向余弦発生器401.102の回路
図を示す。301.302,303は乗算器、304は
平方根器、305,306,307は除算器、308゜
309.310は減算器、311,312は加算器であ
る。
説明が第6図に居るが、逆座標変換器59で算出された
各軸駆動現在値τ0.γG、θG、ψ(1+ψGは制帥
信号発生器60が発生する信号Δtごとにランプ−回路
61に記憶され前回値とr、(る。各軸、駆動現在値と
ttfJ回(WODイカ、7、イ、ヵ1oお3,6.3
.ッ、。ア1□、941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
カウンタで基準りLiツクに基づいて計数されている。
第10図は1!1ilI1分の1駆動軸制御のブロック
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によってΔを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4
02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、Iするの
が終って、引き続く指令パルスがlCい場合には偏差カ
ウンタ402の出力は零となってモータMは停止する。
以上の動作は、各輔同時に行なわれる。
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、ウィ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ィ
ービングパターンの各ライ−1フ191111点のロボ
ッ1−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ィービング端点な教示す
る必要がないので、ソフトクイ−ピ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、クイ−ピング端点を継続させることがで
きる上、1度設定されたウィ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、ウィービング各
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、ウィービングの振幅、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ィービ
ング運動させる場合の本発明の原理を説明するだめの図
、第2図は四角形ABCDを基糸パターンとしてウィー
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,去を適用する5輔の多関節ロボットの斜視図、
第4図はその溶接トーチおよび手首ふり軸、ひねり軸の
部分を示す平ットのブロック図、第6図は軌跡制御器5
0のブロック図、第7図はウィービング位置発生器55
のブロック図、第8図はウィービング発生器56のプロ
である。 51・・・・・・・・座標変換器 52.53,54.61・・・・・・ラッチ回路55・
・・・・・・・ウィービング位置発生器56・・・・・
・・・ウィービング発生器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方式で教示するティーチングゾレイ
    バノクの溶接ロボットにおいて、+すi定の多角形の基
    貼、パターンを予め設定し、治りにレットされたワーク
    −1−もしくはその近傍の任急の位置に、教示された溶
    接線の任、0、の線分(イー1層品−)に対応して補助
    点(p、、)を教示し、前記ノ、I;、 if、Iパタ
    ーンと、前記ノア1!if、jパターンの線分(Q、、
    Q、、+1)に対する所定の何1斜角および相対位置と
    、補助点(P、、)の座標と、線分(QnQ、+1 )
    の教小点の座標とからrJiJ記基((「;パターンを
    線分(Q、Q、+I)に+Jするウィービングパターン
    とするウィービング連動の各端点のロボット草間座標系
    における座標を1,11出することを特徴とする溶接ロ
    ボットにおけるつ、f−ピングパターン教示方法。 2 所定の二角形(△ABC)をu、% 7f/Sパタ
    ーンとし、線分(Q、、Q、+、 ) 上に点(s、、
    )を設けて補助点(Po)と点(S、)を結ぶ基準線(
    p肩虱)が線分(Q、、Ql++1)と所定の角度をな
    すようにし、点(S、、)から一定ベクトル量変位した
    点を三角形(△ABC)のJrt点(A)に対応する頂
    点(A′)とし、”二、角形(△ABC)と合同で、線
    分(Q、、Qn++) に対し所定の傾斜角および相対
    位置を有する三角形(△A’I3’C’)の各jJ′J
    点(A7 、 n/ 、 c/ )のロボット?1!間
    1!Il標糸における1ノ1と標を算出し、この三角形
    (△A/B/c/ )を一定ベクトル量移動させた三角
    形(△ALIB//c“)を線分(Q、、Q、、+1 
    )に対応するウィービングパターンとする特許請求の範
    囲第1項記載の溶接ロボットにおけるウィービングパタ
    ーン教示方法。 6 教示された溶接線の他の線分(Q、Q、+I)に対
    応する基準線(p、s、)を線分(QoQnや、)−J
    −の任意の点に31’行移動させた線分を線分(Q、、
    Ql、+、)に対応する基dμ線とする特許請求の範囲
    第2項記載の溶接ロボットにおけるウィービングパター
    ン教;j’:。 方法。 4、予め設定された多角形の、J、1.、Q+パターン
    の一部を(l111成する二角形(△ABC)に対応す
    る三角形(△A′B′C′)の各j1′」点(A’、 
    B’、 C’)のロボット空間座標糸における座標を算
    出し、三角形(△ABC)の頂点(A、B、C)を三角
    形(△A′B′C′)の頂点(A′。 B’、C’)にそれぞれ位置させたときの前記多角形の
    他の]1′1点のロボット空間座標系における座標を)
    l” i、1.tする特1、′l請求の範囲第2項記載
    の溶接ロボットにおけるウィービングパターン教示方法
    。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6384884A (ja) * 1986-09-29 1988-04-15 新明和工業株式会社 ロボツトの走査制御方法
JPH0646137U (ja) * 1992-11-05 1994-06-24 東邦瓦斯株式会社 型加熱用バ−ナチップ
CN105834629A (zh) * 2016-04-11 2016-08-10 南京埃斯顿机器人工程有限公司 一种焊接机器人焊接圆弧焊缝的平面三角摆焊方法

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