WO2006006384A1 - アーク溶接ロボットの制御装置 - Google Patents

Description

明 細 書

アーク溶接ロボットの制御装置

技術分野

[0001] 本発明は溶接機とロボットを一体としたアーク溶接ロボットの電源制御に関するもの である。

背景技術

[0002] 近年、アーク溶接ロボットの制御装置は、作業環境の改善や設置スペースの縮小 化を図り、かつ溶接機とロボットの接続を簡易化し、使い勝手やメンテナンス性を向 上させるため、溶接機を内蔵する方式が採用されている (例えば特許文献 1参照)。

[0003] 図 4は上記従来の溶接機を内蔵したアーク溶接ロボットの制御装置を示す図である 。図 4において、 41はロボットコントローラユニットおよび溶接電源を一体にして収納 する収納ケースであり、電磁シールド板 42により上下 2段に分割されている。そして 電磁シールド板 42を境界として下段をアーク溶接電源 44の収納部分、上段をロボッ トコントロールユニット 43の格納部分として 、る。このようにロボットコントロールュ-ッ ト 43とアーク溶接電源 44を同一の収納ケースに収納して!/、るので取り扱!/、が簡便と なるとともに設置スペースを大幅に縮小することができる。

[0004] また、ロボット装置にぉ 、て、保守作業時の安全性を確保するため、非常停止信号 を用いてロボットのサーボアンプへの電源供給を遮断する方式が採用されている（例 えば特許文献 2参照)。

[0005] 図 5は上記従来のロボットの制御装置を示しており、ロボット可動部 50に接続された ロボット制御装置 51の筐体 52内にはドアインタロックスィッチ 53が設けられている。ド ァインタロックスィッチ 53は、筐体 52のパネル 52aが外されると、非常停止信号をコィ ル R1の励磁を制御する接点回路（図示せず）に出力しコイル R1を消磁させる。これ によって、接点 rla、 ribが開き、コイル R2への電源供給が遮断され、コイル R2も消 磁する。そして、電磁接触器 54内の接点 54aから 54cが開き、電源 55からサーボア ンプ 56への電源供給が遮断され、ロボット可動部 50内のサーボモータが駆動しなく なる。 [0006] このようにして、保守作業時にロボット可動部 50が動かな 、ようにすることができる。 特許文献 1 :特許第 2674358号公報（図 1)

特許文献 2：特開平 7— 256585号公報（図 1)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、上記した従来のアーク溶接ロボットの制御装置は、ロボットの非常停 止と溶接機の非常停止回路が個々に存在していたため、回路が冗長で、かつ個別 に非常停止処理および解除処理が行われて!/、たので、ロボットの非常停止操作毎に 溶接機の電源部で溶接出力のオン Zオフを繰り返す必要があり、操作が煩雑になる という課題があった。

[0008] また、溶接機は、溶接出力の必要性の有無に関わらず溶接出力が可能になるよう に、インバータ回路及びその周辺回路へ電力を供給し続けなければならないという 無駄が発生すると 、う課題も有して 、た。

[0009] 本発明は、この課題に対し、ロボットの非常停止に同期して溶接機の出力を遮断す るとともに溶接出力の必要性に応じて溶接電源への電力供給制御を行なうアーク溶 接ロボットの制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明のアーク溶接ロボットの制御装置は、上記課題を解決するために、溶接の出 力制御とロボットの動作制御とを一体にして制御を行なうアーク溶接ロボットの制御装 置であって、アーク溶接を行なうためのインバータ回路と、前記インバータ回路に電 源供給する主電源をオンオフさせる主電源スィッチと、前記主電源スィッチを制御す る主電源制御部と、前記ロボットの動作を非常停止させる非常停止ボタンとを備えて いる。そして、この構成により非常停止ボタンが押されて非常停止となった時は、連動 して前記主電源スィッチをオフ〖こすることとなる。

[0011] また、アーク溶接を行なうためのインバータ回路と、前記インバータ回路を安定して 駆動させるコンデンサと、前記コンデンサを予備充電する予備充電路を開閉する開 閉スィッチと、前記インバータ回路に電源供給する主電源をオンオフさせる主電源ス イッチと、前記主電源スィッチおよび前記開閉スィッチを制御する主電源制御部と、 前記ロボットの動作を非常停止させる非常停止ボタンとを備えている。そして、この構 成により、非常停止ボタンが押されて非常停止となった時は、連動して前記主電源ス イッチをオフにし、かつ前記開閉スィッチも開状態にすることとなる。

[0012] また、ロボット制御部と、アーク溶接を行なうためのインバータ回路と、前記インバー タ回路に電源供給する主電源をオンオフさせる主電源スィッチと、前記主電源をオン

Zオフ状態にすることを目的とした手動ボタンと、前記ロボット制御部力 の指示に従 、主電源のオン Zオフを制御する主電源制御部と、前記ロボットの動作を非常停止 させる非常停止ボタンとを備えている。この構成により、非常停止ボタンが押されて非 常停止となった時は、連動して前記主電源スィッチをオフにすることとなる。

[0013] また、ロボット制御部と、アーク溶接を行なうためのインバータ回路と、前記インバー タ回路を安定して駆動させるコンデンサと、前記コンデンサを予備充電する予備充電 路を開閉する開閉スィッチと、前記インバータ回路に電源供給する主電源をオンオフ させる主電源スィッチと、前記主電源をオン Zオフ状態にすることを目的とした手動 ボタンと、前記ロボット制御部からの指示に従い主電源のオン Zオフを制御する主電 源制御部と、前記ロボットの動作を非常停止させる非常停止ボタンとを備えている。こ の構成により、非常停止ボタンが押されて非常停止となった時は、連動して前記主電 源スィッチをオフにし、かつ前記開閉スィッチも開状態にすることとなる。

発明の効果

[0014] 以上のように、本発明は、ロボットの非常停止と同時に溶接出力を遮断することがで き、安全かつ確実に溶接出力を停止することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0015] (実施の形態 1)

図 1を用いて本発明の実施の形態 1におけるアーク溶接ロボットの制御装置につい て説明する。図 1は本発明の実施の形態 1におけるアーク溶接ロボットの制御装置を 示す図であり、 1はアーク溶接を行なうための出力を制御するインバータ回路、 2a〜 2cはインバータ回路に電源を供給する主電源 15からの交流電源をオンオフさせる 主電源スィッチ、 3は主電源スィッチ 2a〜2cを制御する主電源制御部、 4はロボットを 停止させる非常停止スィッチ、 5は交流からインバータ回路 1へ供給する直流電力を 生成する整流回路、 6はインバータ出力より大電流を取り出す電力変換用トランス、 7 はトランス 6の出力を整流する 2次整流回路、 8は溶接トーチ、 9は溶接用母材、 10は ロボット操作およびロボット動作に関わる制御を行なうロボット制御部、 11はロボット可 動部、 12はロボット制御部 10からの制御信号に基づきロボット可動部 11を動作する のに必要な電力を供給するサーボアンプを示す。

[0016] 以上のように構成されたアーク溶接ロボットの制御装置について、その動作を説明 する。

[0017] まず、非常停止スィッチ 4が押されていない状態において電源が投入されると非常 停止状態は解除されているため、主電源制御部 3は、主電源スィッチ 2a〜2cを閉じ 交流電源が供給される。さらに入力された交流電源は、整流回路 5で直流化され、直 流電源としてインバータ回路 1に電源が供給され、インバータ回路 1において所望の 溶接出力を得るためのインバータ制御が行われ、電力変換用トランス 6を介して大電 流の交流電力を供給する。そしてこの交流電力は 2次整流回路 7を通して直流変換 され、溶接トーチ 8と溶接用母材 9の間におけるアーク溶接に必要となる電力として供 給される。

[0018] また、ロボットにおいては、ロボット制御部 10からの制御信号（一般には PWM信号 が用いられる）によりサーボアンプ 12を制御することで、ロボット可動部 11に搭載され たモータ（図示せず)へのモータ電流が供給され、所望のロボット動作を実現する。

[0019] 次に非常停止スィッチ 4が押された場合、溶接出力を停止するため、インバータ回 路 1は出力停止制御を行なう。この出力停止制御を実施する方法の一例としては、非 常停止スィッチ 4が押されると、インバータ回路 1へ非常停止信号 4aが送信され、イン バータ回路 1に配置されたトランジスタ（図示せず)のベース電流供給部の回路をォ フにすることにより出力停止を行うようにする。この時、同時に主電源制御部 3は、主 電源スィッチ 2a〜2cの接点を開き、インバータ回路 1への電力供給を遮断する。

[0020] また、同時にロボットにおいては、非常停止スィッチ 4の非常停止信号を受けたロボ ット制御部 10は、ロボット可動部 11に搭載されたモータを停止制御するとともに、モ ータ制御用の PWM信号を停止する。同時にサーボアンプ 12においては、非常停止 信号によりモータ駆動に必要となるモータ電流供給を遮断することで、ロボット可動部 11を安全に停止させる。

[0021] このようにして非常停止スィッチ 4が押された場合、ロボットの安全停止とともに溶接 出力を同時に停止する。

[0022] なお、本実施の形態においては、説明を簡単にするため非常停止を行うのは、非 常停止スィッチ 4のみとしている力 その他ロボット安全停止に関わるスィッチおよび 信号を非常停止スィッチ 4と直列に接続し、複数のスィッチや信号によるものとしても よい。

以上のように、非常停止スィッチが押された場合、その状態を検出して、ロボットの非 常停止と同時に、インバータ制御による溶接出力の停止と溶接出力に必要となる電 力の遮断により安全かつ確実に溶接出力を停止することができる。

(実施の形態 2)

本実施の形態にお 、て実施の形態 1と同様の構成については同一の番号を付して 重複する詳細な説明を省略する。図 2において、 21はインバータ回路を安定して駆 動させるコンデンサ、 22aおよび 22bはコンデンサ 21の予備充電路 24を開閉する開 閉スィッチ、 3は主電源スィッチ 2a〜2cおよび開閉スィッチ 22a、 22bを制御する主 電源制御部である。

[0023] 本実施の形態で実施の形態 1と異なるのは、インバータ回路 1への電力供給路に 予備充電路 24を設け、主電源制御部 3により制御する開閉スィッチ 22aおよび 22b を備えた主電源スィッチ 2a〜2cのバイパス経路 24aおよび 24bを備えた点である。

[0024] 以上のように構成されたアーク溶接ロボットの制御装置について、その動作を説明 する。

[0025] 非常停止スィッチ 4が押されていない状態において、主電源制御部 3は、予め開閉 スィッチ 22aおよび 22bを閉じ、主電源スィッチ 2a〜2cのバイパス経路 24aおよび 24 bを閉じる。このバイパス経路 24aおよび 24bには抵抗 25aおよび 25bが挿入されて おり、この抵抗がコンデンサへの充電電流を制限しつつコンデンサ 21の充電を行な う。そしてコンデンサ 21への充電レベルが高まると、主電源制御部 3は主電源スイツ チ 2a〜2cを閉じることで電力供給経路を確立するとともに、予備充電路 24にある開 閉スィッチ 22aおよび 22bを開くことでバイノス経路 24aおよび 24bを有する予備充 電路 24を用いた電力供給路を遮断する。これにより主電源スィッチ 2a〜2cが閉じら れた際に発生するコンデンサ 21への突入電流を防止することができる。

[0026] 次に、非常停止スィッチ 4が押されると主電源制御部 23は、主電源スィッチ 2a〜2c をオフすると同時に開閉スィッチ 22aおよび 22bを開状態とすることで、インバータ回 路 1への電力供給が遮断され、溶接出力が停止される。

[0027] なお、図と説明を省略するが、非常停止スィッチ 4が押された場合、実施の形態 1で 図 1を用いて説明したようにロボットの非常停止も同時に働く。

[0028] なお、本実施例においては、説明を簡単にするため予備充電路 24を 3相交流電源 の 2相のみを使用し、開閉スィッチも 2接点としている力 予備充電経路として 3相を 使用し、開閉スィッチも 3接点としてもよい。

[0029] 以上のように、インバータ回路を安定して駆動させるコンデンサを備えた場合にお いても、非常停止スィッチが押された状態を検出してインバータ制御による溶接出力 の停止と溶接出力に必要となる電力の遮断および、コンデンサへの予備充電路の遮 断によりロボットの非常停止と同時に安全かつ確実に溶接出力を停止することができ る。

(実施の形態 3)

本実施の形態において実施の形態 1および 2と同様の構成については同一の番号 を付して重複する詳細な説明を省略する。図 3において、 31はロボットを制御する口 ボット制御部、 32はロボット制御装置全体の主電源をオン Zオフすることを目的とし た手動ボタンである。

[0030] 以上のように構成されたアーク溶接ロボットの制御装置について、その動作を説明 する。

[0031] 最初に、非常停止スィッチ 4が押された場合 (非常停止状態）は、手動ボタン 32の 操作に関係なく主電源制御部 3は、主電源スィッチ 2a〜2cをオフにするとともに開閉 スィッチ 22aおよび 22bも開き、インバータ回路 1への電力供給路を遮断する。

[0032] また、主電源スィッチ 2a〜2cがオンで、かつ非常停止スィッチ 4が押されて!/、な!/ヽ 場合 (主電源オン状態）、手動ボタン 32が押されると主電源制御部 3は、主電源スィ ツチ 2a〜2cをオフにするとともに開閉スィッチ 22aおよび 22bを開き、インバータ回路 への電力供給が遮断するとともに主電源スィッチオフ状態を保持する。

[0033] この状態、つまり非常停止スィッチ 4は解除されかつ主電源スィッチ 2はオフの状態 においては、再度手動ボタン 32が押されると、主電源制御部 3は、まずコンデンサ 21 への予備充電路 24を確立すべく開閉スィッチ 22aおよび 22bを閉じ、コンデンサ 21 への予備充電を開始する。

[0034] コンデンサ 21への充電レベルが高まると、主電源制御部 33は主電源スィッチ 2a〜 2cを閉じることで主電源スィッチ 2a〜2cを用いた電力供給経路を確立するとともに、 予備充電路 24にある開閉スィッチ 22aおよび 22bを開くことでバイパス経路 24aおよ び 24bを開き予備充電路 24を用いた電力供給路を遮断する。

[0035] 次に、ロボット制御部 31が、主電源制御部 3へ主電源スィッチ 22a〜2cをオン不可 能と指示した場合の動作について述べる。なお、ロボット制御部 31は、オペレータの 行う操作により、溶接出力が必要である場合と必要でない場合によって、主電源制御 部 3への指示を変更できる。すなわちロボット制御部 31は、各場合に応じて手動スィ ツチ 32により主電源スィッチ 2a〜2cのオン Zオフにすることを可能または不可能とす る指示をする。ここで、オペレータの行う操作により溶接機出力を必要である場合とは 、たとえば教示状態力 アークテスト状態に移行した場合などがある。

[0036] まず、ロボット制御部 31が、主電源制御部 3へ主電源スィッチ 2a〜2cをオンするこ とを可能とする指示をした場合の動作にっ 、て述べる。

[0037] 非常停止解除状態において、手動ボタン 32が押されると、主電源制御部 3は、主 電源スィッチ 2a〜2cをオン可能な状態として状態を保持する。しかしながらこの場合 は、ロボット制御部 31が、主電源制御部 3へ主電源スィッチ 22a〜2cをオン不可能と 指示して!/ヽるので、状態が保持されるだけでオンにはならな!、。

[0038] この状態で、オペレータの操作により、ロボットの操作状態力 溶接機出力を必要と する状態となった時、ロボット制御部 31は、主電源制御部 3に、主電源スィッチ 2をォ ンにすることを可能と指示する。すると同時に、主電源制御部 3は、開閉スィッチ 22を 閉じコンデンサ 21を予備充電した後、主電源スィッチ 2a〜 2cをオンするとともに開閉 スィッチ 22をオフし、インバータ回路 1への電力供給を行なう。すなわち、上記した主 電源スィッチ 2a〜2cのオン可能な状態を保持することにより、手動ボタン 32を押さな くても、オペレータの操作により、ロボットの操作状態が、溶接機出力を必要とする状 態となつた時点で、それに連動して溶接出力が開始される。

[0039] 反対に、オペレータの操作により、ロボットの操作状態が、溶接機出力を必要としな い状態となった場合、ロボット制御部 31は、主電源スィッチ 2オン不可能と指示し、主 電源制御部 3は、主電源スィッチ 2a〜2cをオフ、開閉スィッチ 22aおよび 22bを開い た状態にすることでインバータ回路 1への電力供給を遮断する。

[0040] また、ロボット操作にぉ 、ては、ロボット動作制御をオンにする操作ボタン (例えば、 サーボ電源のオンを指示するサーボ ONスィッチ）が必要であるが、このスィッチと主 電源スィッチ 2a〜2cのオン Zオフを制御できる手動ボタン 32を兼用することにより口 ボット動作の有効 Z無効状態に同期して主電源スィッチ 2a〜2cの制御が可能となる

[0041] なお、図と説明を省略するが、非常停止スィッチ 4が押された場合、実施の形態 1で 図 1を用いて説明したようにロボットの非常停止も同時に働く。

[0042] 以上のように、手動ボタンにより主電源スィッチをオフさせることができ、オペレータ の必要に応じて非常停止スィッチを押すことなく溶接機の主電源をオフすることがで き、安全かつ簡便に溶接機の操作をすることができる。

[0043] また、インバータ回路を安定して駆動させるコンデンサを備えた場合においても、手 動ボタンにより主電源スィッチをオフし、かつコンデンサへの予備充電路を遮断する ことができ、オペレータの必要に応じて非常停止スィッチを押すことなく溶接機の主 電源をオフすることができ、安全かつ簡便に溶接機の操作をすることができる。

[0044] また、非常停止スィッチが解除されている場合に、手動ボタンを押すことにより主電 源をオンにすることで、オペレータの意図に応じて溶接機の主電源をオンすることが でき、安全かつ簡便に溶接機の操作をすることができる。

[0045] また、ロボットの操作状態に応じて主電源スィッチのオン Zオフを制御するため、溶 接出力の不必要な操作状態において、コンデンサ 21への充電 Z放電を行なうことが なくなり、構成部品の長寿命化することができ、信頼性とメンテナンス性を向上するこ とがでさる。

[0046] また、ロボットの動作制御をオンにする操作ボタンと兼用することにより、ロボット操 作と同期した主電源制御を簡便に行なうことができるとともに、部品点数の削減およ び操作を簡便にすることができる。

産業上の利用可能性

[0047] 本発明のアーク溶接ロボットは、ロボットの非常停止と同時に溶接出力を遮断するこ とができ、溶接機とロボットを一体としたアーク溶接ロボットの電源制御などに有用で ある。

図面の簡単な説明

[0048] [図 1]本発明のアーク溶接ロボットの制御装置の実施の形態 1における構成示す図 [図 2]本発明のアーク溶接ロボットの制御装置の実施の形態 2における構成を示す図 [図 3]本発明のアーク溶接ロボットの制御装置の実施の形態 3における構成を示す図 [図 4]従来の溶接機を内蔵したアーク溶接ロボットにおける構成を示す図

[図 5]従来のロボット制御装置における非常停止スィッチを用いた電力遮断方法を示 す図

符号の説明

[0049] 1 インバータ回路

2a〜2c 主電源スィッチ

3 主電源制御部

4 非常停止ボタン

21a, 21b コンデンサ

22 開閉スィッチ

24 予備充電路

31 ロボット制御部

32 手動ボタン

Claims

請求の範囲

[1] 溶接の出力制御とロボットの動作制御とを一体にして制御を行なうアーク溶接ロボット の制御装置であって、アーク溶接を行なうためのインバータ回路と、前記インバータ 回路に電源供給する主電源をオンオフさせる主電源スィッチと、前記主電源スィッチ を制御する主電源制御部と、前記ロボットの動作を非常停止させる非常停止ボタンと を備え、前記非常停止ボタンが押されて非常停止となった時は、連動して前記主電 源スィッチをオフにするアーク溶接ロボットの制御装置。

[2] 溶接の出力制御とロボットの動作制御とを一体にして制御を行なうアーク溶接ロボット の制御装置であって、アーク溶接を行なうためのインバータ回路と、前記インバータ 回路を安定して駆動させるコンデンサと、前記コンデンサを予備充電する予備充電 路を開閉する開閉スィッチと、前記インバータ回路に電源供給する主電源をオンオフ させる主電源スィッチと、前記主電源スィッチおよび前記開閉スィッチを制御する主 電源制御部と、前記ロボットの動作を非常停止させる非常停止ボタンとを備え、前記 非常停止ボタンが押されて非常停止となった時は、連動して前記主電源スィッチをォ フにし、かつ前記開閉スィッチも開状態にするアーク溶接ロボットの制御装置。

[3] 溶接の出力制御とロボットの動作制御とを一体にして制御を行なうアーク溶接ロボット の制御装置であって、ロボット制御部と、アーク溶接を行なうためのインバータ回路と 、前記インバータ回路に電源供給する主電源をオンオフさせる主電源スィッチと、前 記主電源をオン Zオフ状態にすることを目的とした手動ボタンと、前記ロボット制御部 力 の指示に従い主電源のオン Zオフを制御する主電源制御部と、前記ロボットの 動作を非常停止させる非常停止ボタンとを備え、前記非常停止ボタンが押されて非 常停止となった時は、連動して前記主電源スィッチをオフにするアーク溶接ロボット の制御装置。

[4] 溶接の出力制御とロボットの動作制御とを一体にして制御を行なうアーク溶接ロボット の制御装置であって、ロボット制御部と、アーク溶接を行なうためのインバータ回路と 、前記インバータ回路を安定して駆動させるコンデンサと、前記コンデンサを予備充 電する予備充電路を開閉する開閉スィッチと、前記インバータ回路に電源供給する 主電源をオンオフさせる主電源スィッチと、前記主電源をオン Zオフ状態にすること を目的とした手動ボタンと、前記ロボット制御部からの指示に従い主電源のオン Zォ フを制御する主電源制御部と、前記ロボットの動作を非常停止させる非常停止ボタン とを備え、前記非常停止ボタンが押されて非常停止となった時は、連動して前記主電 源スィッチをオフにし、かつ前記開閉スィッチも開状態にするアーク溶接ロボットの制 御装置。

[5] 手動ボタンは、ロボットの動作制御をオンにする操作ボタンと兼用して用いる請求項 3 または 4記載のアーク溶接ロボットの制御装置。

[6] 主電源制御部は、ロボットの非常停止ボタンの解除時に手動ボタンが押されたときの み主電源をオンにできる請求項 3から 5のいずれかに記載のアーク溶接ロボットの制 御装置。

[7] 主電源制御部は、ロボット操作状態によって溶接機出力を必要とするかどうかにより、 主電源をオン Zオフ制御する請求項 3から 6のいずれかに記載のアーク溶接ロボット の制御装置。

[8] 主電源制御部は、非常停止解除状態で、溶接機出力を必要とするロボット操作状態 となったときのみ、手動ボタンにより主電源をオンにする請求項 7記載のアーク溶接口 ボットの制御装置。

[9] 主電源制御部は、非常停止解除状態で、手動ボタンを押された時、その状態を保持 し、溶接機出力を必要とするロボット操作状態となった時、同時に主電源をオンにす る請求項 7記載のアーク溶接ロボットの制御装置。