CN108778596B - 焊接机器人机构 - Google Patents

Abstract

焊接机器人机构具有：有接触感应功能的焊接机器人；对所述焊接机器人提供焊接电力的焊接电源；和控制所述焊接机器人的控制部，所述焊接电源具有焊接电源通信部，其接收关于所述焊接机器人的控制以及所述接触感应的检测信号，并将所述检测信号发送到外部。所述控制部经由串行总线的通信线与所述焊接电源通信部相连。所述检测信号由包括第1组的检测数据群和第2组的检测数据群的一块数据构成，构成为以比所述第2组的检测数据群短的周期读入所述第1组的检测数据群。所述第1组的检测数据群包括基于所述接触感应的检测信号。

Description

焊接机器人机构

技术领域

本发明涉及焊接机器人机构，特别涉及利用焊接机器人的接触感应中的技术。

背景技术

作为通过关节角度的变化决定姿态的机器人的一例，有产业用机器人。例如在使用产业用机器人的一种的焊接机器人来进行焊接时，有感应进行焊接的电弧位置的被称作接触感应的动作。

所谓接触感应，是在对焊炬施加了电压的状态下使焊接机器人运动，检测焊炬的焊丝与工件接触的位置(即探测工件与焊丝之间的通电的位置)作为工件位置的感应动作。在该接触感应中，通常以探测到向工件的接触时的机器人的姿态(即机器人的各关节的电动机角度)为基础来检测工件的位置。

作为检测工件的位置的技术，例如有在专利文献1～3公开的技术。

专利文献1公开了如下那样的电极位置控制方法：是焊接开始前控制先行极以及后行极相对于焊缝的位置的前后电弧焊接中的电极位置控制方法，进行如下工序：电压检测工序，由电流电压检测单元检测与焊接对象即焊接工件接触的所述先行极以及所述后行极的电压；感应工序，由感应处理单元根据在所述电压检测工序检测到的所述先行极以及所述后行极的电压的电变化来检测所述焊接工件的位置信息；补正量算出工序，由补正量算出处理单元根据在所述感应工序检测到的所述焊接工件的位置信息来算出用于补正所述先行极以及所述后行极相对于预先示教的所述焊缝的位置偏离的补正量；和位置补正工序，由机器人轨迹计划处理单元通过加上或减去在所述补正量算出工序算出的所述补正量来补正所述先行极以及所述后行极相对于所述焊缝的位置。

专利文献2公开了如下那样的电弧焊接装置，该电弧焊接装置具备：机器人控制装置；焊接电源；和电弧传感器控制部，其检测包括焊接施工中的焊接电流和焊接电压的至少任一者在内的实际焊接条件，来实施焊接路径或焊接条件的补正，将所述机器人控制装置、所述焊接电源和所述电弧传感器控制部总线结合，将焊接施工所需的焊接条件、和包括焊接施工中的焊接电流和焊接电压的至少任意一者在内的实际焊接条件当中至少任意一者经由所述总线以并行方式在机器人控制装置、焊接电源以及所述电弧传感器控制部间进行数字通信，由仅设于所述焊接电源的电压检测器和电流检测器检测所述焊接电压和所述焊接电流。

另外，专利文献3公开了如下焊接装置，该焊接装置是组合机器人控制装置和焊接电源的控制部的焊接装置，所述机器人控制装置以及所述焊接电源的控制部各自是数字控制式且具有数字的通信控制部，将至少包括焊接电流指令值的焊接条件指令从所述机器人控制装置向所述焊接电源的控制部，且将电弧反应(ア一クアンサ)从所述焊接电源的控制部向所述机器人控制装置通过所述通信控制部用数字量进行传递。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5498264号公报

专利文献2：日本专利第3736411号公报

专利文献3：日本专利第3307886号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而在接触感应中，需要在使焊丝向工件接触时迅速停止(参考图3)。

作为理由是因为，若焊炬高速移动，且在接触工件时不迅速停止，则有焊炬检测到与本来的工件位置不同的位置的可能性。即，有可能进行将从实际的电弧位置偏离的位置检测为工件的位置这样的误检测。

另外，在输出焊炬的停止指令后实际进行停止动作时，若过于花费时间(时滞长)，则在该时间的期间焊丝会较大移动，还会出现焊丝弯曲这样的问题。

在接触感应中，为了避免电弧位置的误检测等问题，以短周期(即高频度)传输关于焊接机器人的检测信号。通过短周期传输检测信号，能实时地掌握焊接机器人的姿态。

在控制焊接机器人的动作的控制部中，为了要高精度地控制焊接机器人，要以短周期读入全部被传输的检测信号来进行处理。

但若控制部要以短周期读入全部的检测信号进行处理，就会变得高负载，有可能会遗漏以短周期传输的检测信号当中的几个检测数据。

特别在以2根焊炬进行接触感应的前后电弧焊接(例如参考专利文献1)中，处理部若要以短周期读入全部检测信号，就会变得非常高负载，特别有可能会遗漏接触感应的检测数据、表示焊接电源的异常的检测数据等重要度高的检测数据。

如此，若遗漏重要度高的焊接机器人的检测数据，就不能使焊接机器人立即停止，有成为不能确保现场的安全的状况的可能性。

作为解决这样的课题的方法，例如考虑如专利文献1～3那样，使用并行总线或模拟线从进行接触感应的焊接电源的检测部将该检测信号直接读入到焊接机器人的控制器，但由于需要专用的DPRAM或专用布线因而缺乏通用性。另外，若在焊接机器人中具备用于直接读取前述的检测信号的装置，就会增加该装置份的费用。

为此本发明鉴于上述的问题点而提出，目的在于，提供一种在接触感应中，在以短周期读入检测信号的情况下不会遗漏该检测信号中所含的重要度高的检测数据地进行读入，在焊接机器人的停止动作中能迅速停止在所期望的位置的焊接机器人机构。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明提出以下的技术手段。

本发明为焊接机器人机构，具有：焊接机器人，其具备焊炬，并具有用于感应工件位置的接触感应功能；焊接电源，其对所述焊接机器人提供焊接电力；和控制部，其控制所述焊接机器人，所述焊接电源具有：焊接电源通信部，其接收与所述焊接机器人的控制以及所述接触感应相关的检测信号，并将所述检测信号发送到外部，所述控制部具有：控制通信部，其经由串行总线的通信线与所述焊接电源通信部相连，接收从所述焊接电源通信部发送的所述检测信号；和处理部，其读入并处理所述检测信号，所述检测信号由包括第1组的检测数据群和第2组的检测数据群在内的一块数据构成，所述第1组的检测数据群包括基于所述接触感应的检测信号，所述处理部构成为以比所述第2组的检测数据群短的周期读入所述第1组的检测数据群。

所述第1组的检测数据群也可以包括表示所述焊接电源的异常的检测信号。

所述焊接机器人也可以具有多个所述焊炬，分别对多个所述焊炬检测所述检测信号，所述第1组的检测数据群包括分别针对多个所述焊炬的同一种类的数据，所述第2组的检测数据群包括分别针对多个所述焊炬的同一种类的数据。

也可以在所述一块数据中，将所述第1组的检测数据群配置在所述一块数据中的先行部。

所述处理部也可以构成为以5msec以下的周期读入所述第1组的检测数据群。

根据本发明，在接触感应中，在以短周期读入检测信号的情况下，以比第2组的检测数据群短的周期读入包括基于接触感应的检测信号在内的第1组的检测数据群。通过如此以更短的周期读入重要度高的检测数据，能不会遗漏该检测信号中所含的重要度高的检测数据地进行读入。因此，在例如焊接机器人的停止动作中，能迅速停止在所期望的位置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的前后电弧焊接机器人整体的概略结构的概略图。

图2是表示本发明的实施方式的检测信号的概略的图。

图3是表示接触感应的概略的图。

图4是表示本发明的实施方式的电弧焊接机器人整体的概略结构的概略图。

具体实施方式

以下基于附图来详细说明本发明所涉及的焊接机器人机构1的实施方式。

另外，对以下说明的各实施方式中共通的相同构成部件标注相同附图标记以及相同名称。因此对标注相同附图标记以及相同名称的构成部件不再重复相同说明。

首先说明本实施方式所涉及的焊接机器人2的一般的机构以及控制方法。

焊接机器人2具有至少1个关节，是以电动机的旋转驱动变更该关节的角度而动作、变更姿态的多关节的机器人。另外，控制焊接机器人2的控制部7通过控制电动机的旋转来变更关节的角度，从而使该焊接机器人2动作。

在以后的焊接机器人机构1的说明中例示前后电弧焊接中所用的焊接机器人机构。

图1是表示前后电弧焊接中所用的焊接机器人机构1的结构的概略图。

多关节的机器人的焊接机器人2具备多个关节，且在前端轴安装至少2个焊炬3，从而通过从焊炬3送出的焊丝4进行前后电弧焊接。

该焊接机器人2例如使焊炬3沿着将焊接开始点和焊接结束点连起来的焊缝方向移动，并使焊丝4以预先确定的振幅以及频率进行倾动的动作(摆动动作)。这样的焊接机器人2的动作由控制部7控制，但该动作预先在控制部7示教。

控制部7具有用作示教器的机器人示教操纵台12。控制部7基于从机器人示教操纵台12输出的指示焊接机器人2的动作方向的操作指示信息，对焊接机器人2输出动作指示，并按照预先示教的程序(示教程序)输出对焊接机器人2的动作指示，由此控制焊接机器人2的动作。

所述操作指示信息通过设于机器人示教操纵台12的操作按钮的操作来设定。

示教程序在焊接机器人2实际进行焊接作业前使用例如与控制部7连接的机器人示教操纵台12预先作成。由该示教程序指示焊接作业中的焊接机器人2的动作。

如图1所示那样，本实施方式所涉及的焊接机器人机构1具有：在前端具备2个焊炬3a、3b的焊接机器人2；对一个焊炬3a(先行极)提供焊接电力的先行极用焊接电源(第1焊接电源)5a；对其他焊炬3b(后行极)提供焊接电力的后行极用焊接电源(第2焊接电源)5b；和控制焊接机器人2的控制部7。

焊接机器人机构1具有感应电弧位置的接触感应功能。即，焊接机器人机构1利用在对焊丝4施加了电压的状态下与工件13接触时流过电流这点来探测焊丝4与工件13的接触。将具有该功能这件事也称作具有焊丝接触传感器。

焊接机器人机构1具有：先行极用焊接电源通信部(第1焊接电源通信部)6a，其内置于先行极用焊接电源5a，在焊接机器人2的控制下接收包括重要度高的信号的检测信号，并将检测信号向外部发送；和后行极用焊接电源通信部(第2焊接电源通信部)6b，其内置于后行极用焊接电源5b，在焊接机器人2的控制下接收包括重要度高的信号的检测信号，并将检测信号向外部发送。

该先行极用焊接电源通信部6a接收的重要度高的信号是包括先行极3a的接触感应所引起的检测信号(数据)、表示先行极用焊接电源5a的异常的检测信号(数据)在内的信号。

后行极用焊接电源通信部6b接收的重要度高的信号是包括后行极3b的接触感应所引起的检测信号在内的信号、包括表示后行极用焊接电源5b的异常的检测信号在内的信号。

在焊接电源的异常中，例如有焊接电源内部的温度异常、焊接电源内部的CPU的异常、焊接电源的输入电源的缺相。

控制部7在其内部具有：接收从各焊接电源通信部6a、6b发送的检测信号的控制通信部8；和将检测信号读入并进行处理的处理部9。

各焊接电源通信部6a、6b和控制通信部8经由通信线10相连。通信线10例如能举出现场网络、局域网(LAN)、通用串行总线(USB)等。另外，在本实施方式中，来自各焊接电源通信部6a、6b侧的2根通信线10暂时被集约在集线器11(HUB)，连向控制通信部8。

在接触感应中，在以短周期读入检测信号的情况下，需要不会遗漏该检测信号中所含的重要度高的检测数据地进行读入。

为此在本实施方式所涉及的焊接机器人机构1中，将各极3a、3b的接触感应的检测数据、表示各焊接电源5a、5b的异常的检测数据等关于焊接机器人2的检测信号不是使用并行总线或模拟线而是使用串行总线进行传输。

另外，现在，在数据通信中，串行总线下的通信成为主流，关于焊接机器人2，也切换到串行总线下的通信。另外，例如在将各极3a、3b的接触感应的检测数据、表示各焊接电源5a、5b的异常的检测数据等重要度高的数据以串行总线进行通信的情况下，虽然到此为止进行事件型的通信，但伴随通信周期的高速化而切换成周期性的循环型。

如图2所示那样，逐次检测的检测信号被分为重要度(紧急性)高的检测数据和重要度低的检测数据。

在本实施方式中，检测信号将重要度高的检测数据汇总为高优先度组，将重要度低的检测数据汇总为低优先度组。

该检测信号将高优先度组和低优先度组合起来做出一块(数据包)，按每个数据包经由通信线10在通信线10内以短周期进行传输。

在此，所谓重要度高的检测数据(高优先度数据)，是时刻变化的检测数据，是需要实时取得的检测数据。

即，高优先度数据是需要每当传输就读入的数据。作为高优先度数据，例如能举出各极3a、3b的接触感应的检测数据、表示各焊接电源5a、5b的异常的检测数据等。

另一方面，所谓重要度低的检测数据(低优先度数据)，虽然是焊接机器人2的动作所需的数据，但不会突然变化，是不需要即时取得的数据。

即，低优先度数据是可以空开给定的间隔读入的数据。作为低优先度数据，例如能举出平均电流值、平均电压值等仅显示在机器人示教操纵台12的数据。

在前后电弧焊接中，关于先行极3a的高优先度数据、关于后行极3b的高优先度数据、关于先行极用焊接电源5a的高优先度数据、关于后行极用焊接电源5b的高优先度数据被汇总为高优先度组。

另外，关于先行极3a的低优先度数据、关于后行极3b的低优先度数据、关于先行极用焊接电源5a的低优先度数据、关于后行极用焊接电源5b的低优先度数据被汇总为低优先度组。

关于先行极3a以及后行极3b的检测信号、以及关于各焊接电源5a、5b的检测信号将高优先度组以及低优先度组合起来做出1数据包，按每1数据包在通信线10内以短周期进行传输。

另外，在检测信号中，可以将汇总的高优先度数据(高优先度组)配置在1数据包中的先行部。

如此，在检测信号中，将各极3a、3b的接触感应的检测数据、表示各焊接电源5a、5b的异常的检测数据等高优先度数据汇总地配置在通信帧的1部分，由此限定读入的部位，能不会遗漏高优先度数据。

另外，检测信号可以以5msec以下的周期传输。

通过使传输周期如上述那样，能抑制焊丝4的过调量(移动量)。例如在焊丝4以300cm/min接触工件13的情况下，通信导致的焊丝4的过调量被抑制在0.25mm，能防止焊丝4的弯曲。

如图3所示那样，在接触感应中，由于避免了将从实际的电弧位置偏离的位置误检测为工件13的位置，因此需要在接触到工件13时迅速停止。

为此在本实施方式中，内置于控制部7的处理部9(CPU)每次读取按每个数据包以短周期向控制通信部8传输的关于先行极3a以及后行极3b的检测信号、关于各焊接电源5a、5b的检测数据当中的仅高优先度数据。另一方面，处理部9以固定的周期读入检测信号的低优先度数据。即，检测信号的低优先度数据不用每次读入。

若检测信号以例如5msec的周期传输，则处理部9每5msec仅读取高优先度数据。另外，处理部9为了不降低处理速度，例如以每100msec的固定周期读入低优先度数据。

如此在处理部9中，通过每次传输仅读入高优先度数据，且以比传输周期长的固定周期读入低优先度数据，从而能减低对处理部9的负担，能不会遗漏高优先度数据。低优先度数据的读入周期通过实验性地求取并决定不会出现高优先度数据的遗漏的周期即可。或者，若控制部7中处理低优先度数据的周期足够长，则使低优先度数据的读入周期与该控制部7中的处理周期一致即可。

优选不是在1次的低优先度数据的读入时读入全部种类的低优先度数据，而是将低优先度数据分成几个组，1次的低优先度数据的读入仅设为1组的数据，交替地读入各组。即，优选通过使低优先度数据中所含的各种数据的读入在时间上分散，从而防止数据读入负担在低优先度数据读入时集中。

也可以为将低优先度数据进一步多阶段化，例如设为每100msec读入的数据和每200msec读入的数据在低优先度数据中混合存在的形式。

[工作方式]

叙述本实施方式的焊接机器人机构1的工作方式。

例如作为5msec的进一步短时间的每0.5msec的周期性的定期通信，从各焊接电源5a、5b向控制部7通信包括焊炬3的接触感应的检测数据、焊接电源5的异常检测数据等高优先度数据在内的检测信号。另外，在控制部7内的控制通信部8中，设为每0.5msec进行接收。另外，将高优先度数据配置在检测信号的先行部。

然而，若处理部9要每0.5msec读入从焊接电源5传输的检测信号中所含的所有数据(高优先度数据、低优先度数据)，则由于检测信号是每0.5msec传输，因此数据成为庞大的量，处理时间会不足。

其结果，数据的处理慢，有可能会遗漏高优先度数据的一部分。为此不再能迅速停止焊炬3。就算能停止焊炬3，也有损定时性，给工件13的检测精度带来不良影响。

为此本实施方式的处理部9以每0.5msec的高频度读入高优先度数据。高优先度数据包括焊炬3的接触感应的检测数据、焊接电源5的异常检测数据等。

另一方面，平均电流值、平均电压值等仅显示在机器人示教操纵台12的低优先度数据不用以每0.5msec，例如以每100msec～200msec(低频度)读入。

如图1、图2所示那样，在前后电弧焊接中，先行极3a的接触感应检测数据(图中A)、后行极3b的接触感应检测数据(图中B)、先行极用焊接电源5a的异常检测数据(图中C)、后行极用焊接电源5b的异常检测数据(图中D)等被汇总成高优先度组，并被配置在数据包的先行部(图1的示例中8bit份)。处理部9汇总并读入配置于数据包的先行部的高优先度数据。

由此，由于处理高速化且不会遗漏高优先度数据，因此能可靠且迅速地使焊炬3a、3b停止。

作为即刻监视接触感应检测的方法，考虑每0.5msec监视接触感应的标记的变化。

例如控制部7内的处理部9监视从各焊接电源5a、5b通知的接触感应的标记，将标记从0变化到1时设为检测到接触感应。反之，将标记从1变化到0时认识为从工件13分离即可。

另外，在前后电弧焊接中，焊接电源5并不限于例示的仅2台，有时连接4台或8台这样的多台。本发明即使连接大量焊接电源5也能运用。

于是如图4所示那样，本发明还能运用在如下那样的焊接机器人机构1中：在焊接机器人2的前端具备1个焊炬3且配备1个焊接电源，焊接电源5内的焊接电源通信部6经由通信线10与控制部7内的控制通信部8相连。

另外，高优先度组也可以在数据包中配置于先行部以外。

本申请基于2016年3月23日申请的日本专利申请特愿2016-058667，其内容作为参考被引入到此。

附图标记的说明

1 焊接机器人机构；

2 焊接机器人；

3 焊炬；

3a 一个焊炬(先行极)；

3b 其他焊炬(后行极)；

4 焊丝；

5 焊接电源；

5a 先行极用焊接电源(第1焊接电源)；

5b 后行极用焊接电源(第2焊接电源)；

6 焊接电源通信部；

6a 先行极用焊接电源通信部(第1焊接电源通信部)；

6b 后行极用焊接电源通信部(第2焊接电源通信部)；

7 控制部；

8 控制通信部；

9 处理部；

10 通信线；

11 集线器；

12 机器人示教操纵台；

13 工件。

Claims (5)

1.一种焊接机器人机构，其特征在于，具有：

焊接机器人，其具备焊炬，并具有用于感应工件位置的接触感应功能；

焊接电源，其对所述焊接机器人提供焊接电力；和

控制部，其控制所述焊接机器人，

所述焊接电源具有焊接电源通信部，该焊接电源通信部接收与所述焊接机器人的控制以及所述接触感应相关的检测信号，并将所述检测信号发送到外部，

所述控制部具有：

控制通信部，其经由串行总线的通信线与所述焊接电源通信部相连，接收从所述焊接电源通信部发送的所述检测信号；和

处理部，其读入并处理所述检测信号，

所述检测信号由包括第1组的检测数据群和第2组的检测数据群在内的一块数据构成，

所述第1组的检测数据群包括基于所述接触感应的检测信号，

所述处理部构成为以比所述第2组的检测数据群短的周期读入所述第1组的检测数据群。

2.根据权利要求1所述的焊接机器人机构，其特征在于，

所述第1组的检测数据群包括表示所述焊接电源的异常的检测信号。

3.根据权利要求1所述的焊接机器人机构，其特征在于，

所述焊接机器人具有多个所述焊炬，

分别对多个所述焊炬检测所述检测信号，

所述第1组的检测数据群包括分别针对多个所述焊炬的同一种类的数据，

所述第2组的检测数据群包括分别针对多个所述焊炬的同一种类的数据。

4.根据权利要求1所述的焊接机器人机构，其特征在于，

在所述一块数据中，将所述第1组的检测数据群配置在所述一块数据中的先行部。

5.根据权利要求1所述的焊接机器人机构，其特征在于，

所述处理部构成为以5msec以下的周期读入所述第1组的检测数据群。

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