CN104128692B - 机器人控制装置及多道焊机器人的补偿值的示教方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供机器人控制装置及多道焊机器人的补偿值的示教方法。在将多道焊的第二道次之后的示教点作为来自第一道次的示教点的补偿值而进行示教的情况下，成为补偿值的基准的焊缝坐标系存在两种。然而，无论是哪一种焊缝坐标系，由于难以直观地理解轴向，因此存在难以进行手动操作、补偿值的设定这样的问题。基于预先示教好的示教线、与重力方向平行且与所述示教线相交的基准轴(Zs)、与所述示教线上的轴(Xs)以及所述基准轴(Zs)这两轴皆正交的轴而确定非正交坐标系(Xs‑Ys‑Zs)。以该非正交坐标系为基准而输入补偿值。由于能够直观地理解轴向，因此将机器人引导至第二道次之后的所希望位置时的手动操作、补偿值的数值输入变得简单。

Description

机器人控制装置及多道焊机器人的补偿值的示教方法

技术领域

本发明涉及机器人控制装置及使用了该机器人控制装置的多道焊机器人的补偿值的示教方法。

背景技术

在作为厚板构造物的焊接施工方法而使用的多道焊中，通过多个道次对焊接区间反复焊接。由于在全部示教各道次的示教点时操作量变得庞大，因此将最下层的第一道次作为对象而对示教点进行示教，第二道次之后的示教是通过向第一道次的各示教点输入表示相对位置的补偿值而进行的，由此减少示教操作。作为补偿值而输入以设定在第一道次的各示教点上的焊缝坐标系为基准的位置坐标值。

图5是表示普通的焊缝坐标系的轴向的图。如图5所示，焊缝坐标系通常将焊接方向作为X轴、将焊炬T的中心轴向作为Z轴、将与两轴正交的轴设为Y轴(有时也将焊接方向设为Z轴、将焊炬的中心轴向设为X轴)。如上述所述，在进行多道焊的情况下的第二道次之后，将相对于第一道次的位置的第二道次的位置通过以焊缝坐标系为基准的补偿值进行示教，但如图示那样，焊缝坐标系的轴向与工件W的坡口形状没有直接的关系。因此，在输入补偿值的情况下，无法直接采用由坡口形状的图像等获得的理想的补偿值，需要从第一道次的示教点到第二道次、第三道次等的位置为止进行手动操作，通过示教操作来确定。对于通过手动操作使焊炬从第一道次的示教点移动至第二道次、第三道次等的示教点而进行的示教操作，在焊缝坐标系下进行手动操作，而现有的焊缝坐标系通过包含焊缝的轴向和焊炬中心轴等的轴向来设定。然而，由于焊缝以外的轴向与坡口形状无关而取决于焊炬姿势，因此存在难以进行手动操作这样的问题。

对此，在专利文献1中，提出有以焊缝与地面平行地示教为前提，将Z轴方向设为与地面正交的轴(重力方向轴)的焊缝坐标系(以下，将在专利文献1中提出的坐标系称作地面焊缝坐标系)。通过使用地面焊缝坐标系，能够提高通过手动操作来进行第二道次之后的示教的情况下的操作性。然而，具有后述的问题。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-119525号公报

发明概要

发明要解决的课题

图6是表示地面焊缝坐标系的轴向的图。如图6(a)所示，地面焊缝坐标系固定与地面正交的轴向并将其作为Z轴，将焊炬T从示教点P1朝向P2的焊接方向(虚线箭头)作为X轴，将与两轴正交的轴作为Y轴。然而，地面焊缝坐标系是以焊缝与地面平行为前提而固定Z轴的，因此如图6(b)所示，当工件W倾斜设置的情况等、焊缝不与地面平行时，X轴不与焊接方向一致，故存在难以进行手动操作、补偿值的设定这样的问题。

发明内容

对此，本发明的目的在于提供一种机器人控制装置，其能够对于以焊缝等示教线为依据的坐标系直观地把握其轴向，从而能够简单地进行机器人的手动操作等。另外，其目的在于提供一种示教方法，在多道焊机器人中，在通过相对于第一道次的补偿值来指定第二道次之后的示教的情况下，即便焊缝不与地面平行，也能够简单地设定补偿值。

解决方案

为了实现上述目的，技术方案1的发明是一种机器人控制装置，其特征在于，

所述机器人控制装置具备控制机构，该控制机构根据非正交坐标系来对机器人进行动作控制，该非正交坐标系是基于预先示教好的示教线、与重力方向平行且与所述示教线相交的基准轴、与所述示教线上的轴以及所述基准轴这两轴皆正交的轴而确定的。

技术方案2的发明在技术方案1所述的机器人控制装置的基础上，其特征在于，所述示教线是安装于所述机器人的焊炬的移动路线，由一个示教点和与该示教点相邻的示教点确定。

技术方案3的发明在技术方案1或2所述的机器人控制装置的基础上，其特征在于，所述机器人控制装置还具备存储机构，该存储机构将所述非正交坐标系中的位置坐标值作为以所述示教线上的示教点为原点的补偿值而进行存储。

技术方案4的发明是一种多道焊机器人中的补偿值的示教方法，该多道焊机器人中的补偿值的示教方法是使用了技术方案1～3中任一项所述的机器人控制装置的多道焊机器人中的补偿值的示教方法，其特征在于，

所述多道焊机器人中的补偿值的示教方法包括：

第一步骤，在该第一步骤中，基于多道焊的第一道次的示教线而设定所述非正交坐标系；

第二步骤，在该第二步骤中，以所述非正交坐标系为基准而通过手动操作使所述焊炬移动至所述第一道次的第m(m＝1、……M)点的示教点；以及

第三步骤，在该第三步骤中，以所述非正交坐标系为基准而通过手动操作使所述焊炬从第一道次的第m点的示教点向第二道次之后的各道次所对应的补偿预定位置移动，每当所述焊炬移动至所述各道次中的补偿预定位置时，对该焊炬的位置·姿势进行示教，并将与第一道次的位置·姿势之间的差量作为第二道次之后的各道次中的以所述非正交坐标系为基准的补偿值而进行记录。

技术方案5的发明在技术方案4所述的多道焊机器人中的补偿值的示教方法的基础上，其特征在于，所述多道焊机器人中的补偿值的示教方法还包括第四步骤，在该第四步骤中，当使所述焊炬向第二道次之后的各道次中的示教完成的补偿位置移动并在所述示教完成的补偿位置处修正了所述焊炬的位置·姿势时，将修正后的位置·姿势与第一道次的位置·姿势之间的差量作为第二道次之后的各道次中的以所述非正交坐标系为基准的补偿值而进行再记录。

发明效果

根据本发明，能够设定将重力方向作为Z轴而进行固定、并且使示教线方向必须为X轴那样的非正交的坐标系。如此一来，能够直观地把握轴向，因此能够在基于以焊缝等的示教线为依据的坐标系而进行手动操作、位置姿势坐标值的输入的情况等简单地操作。尤其是在多道焊机器人中，能够在通过相对于第一道次的补偿值来指定第二道次之后的示教的情况下简单地设定补偿值。

附图说明

图1是本发明的多道焊机器人的结构图。

图2是本发明的多道焊机器人的功能框图。

图3是表示本发明的焊缝坐标系的轴向的图。

图4表示多道焊机器人中的补偿值的示教顺序的流程图。

图5是表示现有的焊缝坐标系的轴向的图。

图6表示地面焊缝坐标系的轴向的图。

附图标记说明：

1 多道焊机器人

2 键输入监视部

3 示教处理部

5 硬盘

7 坐标系运算部

9 动作控制部

10 接口

11 解释执行部

12 驱动指令部

21 CPU

22 ROM

23 RAM

A 电弧

Fc 送给控制信号

Iw 焊接电流

Mc 动作控制信号

Of 补偿文件夹

R 机器人

RC 机器人控制装置

Ss 操作信号

T 焊炬

Td 多道焊程序

TP 示教器

Vw 焊接电压

W 工件

Wc 焊接指令信号

WM 送丝马达

WP 焊接电源

Wr 焊丝

具体实施方式

[实施方式1]

基于实施例并参照附图对发明的实施方式进行说明。

图1是多道焊机器人1的框图。在图1中，机器人控制装置RC基于来自示教器TP的操作信号Ss而输出用于对配置于机器人R的多个轴的伺服马达进行动作控制的动作控制信号Mc，并且在规定的时机向焊接电源WP输出焊接指令信号Wc。焊接电源WP将焊接指令信号Wc作为输入，供给焊接电压Vw及焊接电流Iw、或控制未图示的储气瓶所具备的电磁阀以输出保护气体、或向送丝马达WM输出送给控制信号Fc以驱动送丝马达WM使其旋转。机器人R载置送丝马达WM、焊炬T等，并根据操作信号Ss而使焊炬T的前端位置(控制点)移动。焊丝Wr借助送丝马达WM而通过焊炬T内被送给，在与作为作业对象物的工件W之间产生电弧A而进行焊接。

示教器TP为可搬式的示教操作盘，且与机器人控制装置RC连接。操作者使用该示教器TP而切换机器人R的基准坐标系、或一边进行用于缓进给机器人R的控制点的操作一边示教多个机器人R的第一道次的位置姿势(示教点)。此时，对各示教点赋予从1升序的步骤编号。第二道次之后的示教点在每个焊接道次输入相对于第一道次的示教点的补偿值，由此自动地生成。如此一来，输入来的示教数据作为多道焊程序Td而存储于机器人控制装置RC的内部。需要说明的是，补偿值以本申请发明的焊缝坐标系为基准进行输入，详细说明见后述。

机器人控制装置RC根据来自示教器TP的输入而缓进给机器人R、或基于多道焊程序Td而使机器人R再生运转。以下，对机器人控制装置RC的详情进行说明。

图2是本发明的多道焊机器人1的功能框图。在图2中，示教器TP及机器人R为标注有与图1相同的附图标记的相同构件，故省略说明。

机器人控制装置RC由作为中央运算处理装置的CPU21、储存有软件程序、控制参数等的ROM22、作为暂时的运算区域的RAM23、包括各种存储器等的微型运算机构成。TP接口10用于连接示教器TP。硬盘5为非易失性存储器，对多道焊程序Td、后述的补偿文件夹Of进行存储。

在ROM22中存储有用于进行各种处理的软件程序。当功能性地在图2示出这些程序时，具备键输入监视部2、示教处理部3、坐标系运算部7、动作控制部9、解释执行部11及驱动指令部12的各处理部。这些各处理部通过读入CPU21而执行。

键输入监视部2监视并解析在完成示教器TP的操作时输入的操作信号Ss，并向示教处理部3通知示教信息。

示教处理部3根据从键输入监视部2通知的示教点(即，构成第一道次的基本焊缝的焊接开始点、中间点、焊接结束点等)的位置姿势坐标值、来自第二道次之后的焊接道次中的基本焊缝的补偿值而制定多道焊程序Td，并将其存储于硬盘5中。补偿值可以作为多道焊程序Td的内部数据而进行使用，也可以如图示那样作为从多道焊程序Td间接地参照的补偿文件夹Of而进行存储。

坐标系运算部7对成为补偿值的基准的焊缝坐标系进行运算。关于焊缝坐标系的轴向的详细内容见后述。

当由操作者完成制作的多道焊程序Td进行再生时，解释执行部11对每一个示教点读出多道焊程序Td并对其内容进行解析。而且，在需要驱动机器人R的情况下，将驱动所需要的控制信息(命令的种类、位置姿势值等)向动作控制部9输出。动作控制部9基于控制信息而进行轨道计划等，并经由驱动指令部12而向机器人R输出动作控制信号Mc。其结果是，机器人R被驱动控制。

接着，在如上述那样构成的多道焊机器人1中，说明进行第一道次的示教、之后利用补偿值来示教第二道次之后的位置姿势的情况下的本发明的作用。

首先，对本发明的焊缝坐标系进行说明。图3是表示本发明的焊缝坐标系的轴向的图。如图3所示，Zs轴是与重力方向平行的轴向(机器人上的与所谓的世界坐标系的Z轴平行的轴向)，是不因焊炬T的姿势、焊缝方向而变化的固定轴。Xs轴是焊炬T从示教点m向示教点m+1的焊接方向(虚线箭头)。当然，若焊接方向变化，轴向也根据其变化而改变。Ys轴是与Zs轴和Xs轴这两轴正交的轴。如此，本发明的焊缝坐标系成为非正交坐标系。如此，采用非正交坐标系，将Zs轴作为谁都能理解的重力方向而进行固定，此外必须使Xs轴成为焊缝方向，将Ys轴设为与两轴正交的方向，由此能够直观地理解轴向，因此能够格外提高缓进给的操作性。

接着，对多道焊机器人1中的补偿值的示教顺序进行说明。图4是表示多道焊机器人1中的补偿值的示教顺序的流程图。

在步骤(以下称作ST)1中，操作人员根据工件W的第一道次的焊接路线来决定M个示教点，并操作示教器TP以对机器人R进行缓进给。然后，每当焊炬T到达工件W上的各示教点时，在该各示教点处对焊炬T相对于工件W的位置姿势进行示教。如此一来，通过对第一道次的M个示教点进行示教而对基准焊缝进行示教。需要说明的是，对每一个示教点还输入机器人R的动作条件、焊接条件。

在接下来的ST2中，为了进行第二道次之后的示教，操作人员根据设于示教器TP的模式设定键(未图示)来选择补偿值的输入模式。

接下来的ST3～STn+2是第二道次之后的各道次中的示教处理(补偿值的输入模式)，是从第一道次的第一示教点到第M示教点反复进行的处理。需要说明的是，第一示教点、…、第M示教点表示从焊接开始点向焊接结束点侧进行计数时的示教点的顺序。

以下，将ST4～STn+2作为与第一道次的第一示教点(在该情况下为m＝1)对应的第二道次之后的各道次中的处理而进行说明。

在ST4中，操作人员使用示教器TP而使焊炬T向第一道次的第一示教点移动(进行基于手动的低速再生运转而进行移动)。

在ST5中，操作人员使用示教器TP而进行焊缝坐标系的选择操作。接受该操作，机器人控制装置RC的坐标系运算部7设定与世界坐标系的Z轴平行的轴作为焊缝坐标系的Zs轴。接着，作为焊缝坐标系的Xs轴，基于将第一示教点和第二示教点连结起来的直线(在图3的情况下，为将示教点m和示教点m+1连结起来的直线方向)而设定Xs轴。此外，通过对与Xs轴和Zs轴正交的Ys轴进行运算，设定以第一示教点为原点的焊缝坐标系。在本实施例中，虽然根据操作人员的操作来进行焊缝坐标系的设定，但优选在焊炬T到达了第一道次的第一示教点的阶段自动地运算焊缝坐标系而进行设定。如此一来，能够省略基于操作人员的设定操作，因此能够缩短示教时间。

在ST6中，操作人员利用示教器TP来进行缓进给操作，并使焊炬T向与第一道次中的第一示教点对应的第二道次的补偿预定位置移动。

如此一来，在使焊炬T位于第二道次的补偿预定位置之后，在ST7中，通过按下设于示教器TP的存储键(未图示)，第一道次的第一示教点与第二道次所对应的示教点中的位置姿势之间的差量作为补偿值而存储于硬盘5的补偿文件夹Of。

接着，在ST8中，操作人员与ST6相同地利用示教器TP来进行缓进给操作，并使焊炬T向第三道次的补偿预定位置移动。

在使焊炬T位于第三道次的补偿预定位置之后，在ST9中，通过按下设于示教器TP的存储键(未图示)，第一道次的第一示教点与第三道次所对应的示教点中的位置姿势之间的差量作为补偿值而存储于硬盘5的补偿文件夹Of。

以下，与第二道次、第三道次相同地，在STn中，使焊炬T向第N道次的补偿预定位置移动。另外，与第二道次、第三道次相同地，在STn+1中，通过按下设于示教器TP的存储键(未图示)，第一道次的第一示教点与第N道次所对应的示教点中的位置姿势之间的差量作为补偿值而存储于硬盘5的补偿文件夹Of。

当与第一道次的第m示教点(在该情况下为m＝1)对应的多道焊的所有道次中的示教点处的焊炬T的补偿值的记录结束时，接着在STn+2中，进行第一道次的下一示教点(在该情况下为m＝2)的示教处理用的准备，并返回ST3。

当返回ST3时，以下，相同地反复ST4～STn+2的操作、处理。然后，最终在与第一道次的第M示教点相关的ST4～STn+2的操作、处理结束且在ST3中成为m＞M时，结束一系列的示教操作。

需要说明的是，在上述示教操作结束之后、对第二道次之后的各道次中的示教完成的补偿位置进行修正的情况如下述那样。

首先，操作人员操作示教器TP并使焊炬T依次向示教完成的补偿位置移动(进行基于手动的低速再生运转而进行移动)，并确认在各补偿位置处的焊炬的位置姿势。接着，若存在欲修正的补偿位置，则进行缓进给操作并变更焊炬T的位置姿势，并按下设于示教器TP的存储键。其结果是，修正后的位置姿势与第一道次的位置姿势之间的差量作为以第二道次之后的各道次中的所述非正交坐标系为基准的补偿值而存储于硬盘5的补偿文件夹Of。

如以上说明的那样，根据本发明，能够将重力方向作为Z轴而进行固定，并且设定示教线方向必须成为X轴那样的非正交的坐标系。如此一来，能够直观地把握轴向，因此在基于以焊缝等的示教线为依据的坐标系而进行手动操作、位置姿势坐标值的输入的情况等简单地操作。尤其是在多道焊机器人中，能够在根据相对于第一道次的补偿值来指定第二道次之后的示教的情况下简单地设定补偿值。

Claims (6)

1.一种机器人控制装置，其特征在于，

所述机器人控制装置具备控制机构，该控制机构根据非正交坐标系来对机器人进行动作控制，该非正交坐标系是基于预先示教好的示教线、与重力方向平行且与所述示教线非正交的基准轴、与所述示教线上的轴以及所述基准轴这两轴皆正交的轴而确定。

2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述示教线是安装于所述机器人的焊炬的移动路线，且由一个示教点和与该示教点相邻的示教点确定。

3.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述机器人控制装置还具备存储机构，该存储机构将所述非正交坐标系中的位置坐标值作为以所述示教线上的示教点为原点的补偿值而进行存储。

4.根据权利要求2所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述机器人控制装置还具备存储机构，该存储机构将所述非正交坐标系中的位置坐标值作为以所述示教线上的示教点为原点的补偿值而进行存储。

5.一种多道焊机器人的补偿值的示教方法，该多道焊机器人的补偿值的示教方法使用权利要求2或4所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述多道焊机器人的补偿值的示教方法包括：

第一步骤，其基于多道焊第一道次的示教线而设定所述非正交坐标系；

第二步骤，其以所述非正交坐标系为基准，通过手动操作使所述焊炬移动至所述第一道次的第m个点的示教点；以及

第三步骤，其以所述非正交坐标系为基准，通过手动操作使所述焊炬从第一道次的第m个点的示教点向第二道次之后各道次所对应的补偿预定位置移动，每当所述焊炬移动至所述各道次中的补偿预定位置时，对该焊炬的位置和姿势进行示教，并将与第一道次的位置和姿势的差量作为第二道次之后各道次中以所述非正交坐标系为基准的补偿值而进行记录，

其中，m＝1、……M，M是示教点的个数。

6.根据权利要求5所述的多道焊机器人的补偿值的示教方法，其特征在于，

所述多道焊机器人的补偿值的示教方法还包括第四步骤，其在使所述焊炬向第二道次之后各道次中示教完成的补偿位置移动并在所述示教完成的补偿位置处修正了所述焊炬的位置和姿势时，将修正后的位置和姿势与第一道次的位置和姿势之间的差量作为第二道次之后各道次中以所述非正交坐标系为基准的补偿值而进行再记录。