JP2006031148A

JP2006031148A - アーク溶接ロボットの制御装置

Info

Publication number: JP2006031148A
Application number: JP2004205666A
Authority: JP
Inventors: Kei Aimi; 圭相見; Hidetoshi Oyama; 英俊大山; Kazunori Matsumoto; 一徳松本; Tatsuya Ikeda; 達也池田; Yasushi Mukai; 康士向井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-02
Also published as: US20070007262A1; CN1842756A; CN100470421C; EP1775648A4; EP1775648A1; US7518088B2; WO2006006384A1

Abstract

【課題】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は個々に存在するため、回路が冗長かつ個別の非常停止処理および解除処理が行われていた。
【解決手段】アーク溶接を行なうためのインバータ回路１と、インバータ回路１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２ａ〜２ｃと、主電源スイッチ２を制御する主電源制御部３と、ロボットの動作を非常停止させる非常停止ボタン４とを備え、非常停止ボタン４が押されて非常停止となった時は、連動して主電源スイッチ２をオフにする。
【選択図】図１

Description

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。

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）。

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の格納部分としている。このようにロボットコントロールユニット４３とアーク溶接電源４４を同一の収納ケースに収納しているので取り扱い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。

また、ロボット装置において、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）。

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イッチ５３が設けられている。ドアインタロックスイッチ５３は、筐体５２のパネル５２ａが外されると、非常停止信号をコイル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ｒ１ａ、ｒ１ｂ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。

このようにして、保守作業時にロボット可動部５０が動かないようにすることができる。
特許第２６７４３５８号公報（図１）特開平７−２５６５８５号公報（図１）

しかしながら、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いたので、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／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。

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いう課題も有していた。

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。

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イッチと、前記主電源スイ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することとなる。

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イッチと、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、前記主電源スイッチおよび前記開閉スイ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、かつ前記開閉スイッチも開状態にすることとなる。

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イッチと、前記主電源をオン／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／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イッチをオフにすることとなる。

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イッチと、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、前記主電源をオン／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／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イッチをオフにし、かつ前記開閉スイッチも開状態にすることとなる。

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。

（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イッチ、３は主電源スイッチ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イッチ、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。

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。

まず、非常停止スイッチ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、主電源スイッチ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−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。

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。

次に非常停止スイッチ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、非常停止スイッチ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オ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、主電源スイッチ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。

また、同時にロボットにおいては、非常停止スイッチ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。

このようにして非常停止スイッチ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。

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、非常停止スイッチ４のみとしているが、その他ロボット安全停止に関わるスイッチおよび信号を非常停止スイッチ４と直列に接続し、複数のスイッチや信号によるものとしてもよい。
以上のように、非常停止スイ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）
本実施の形態において実施の形態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を開閉する開閉スイッチ、３は主電源スイッチ２ａ〜２ｃおよび開閉スイッチ２２ａ、２２ｂを制御する主電源制御部である。

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イッチ２２ａおよび２２ｂを備えた主電源スイッチ２ａ〜２ｃのバイパス経路２４ａおよび２４ｂを備えた点である。

非常停止スイッチ４が押されていない状態において、主電源制御部３は、予め開閉スイッチ２２ａおよび２２ｂを閉じ、主電源スイッチ２ａ〜２ｃのバイパス経路２４ａおよび２４ｂ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は主電源スイッチ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にある開閉スイッチ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イッチ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。

次に、非常停止スイッチ４が押されると主電源制御部２３は、主電源スイッチ２ａ〜２ｃをオフすると同時に開閉スイッチ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。

なお、図と説明を省略するが、非常停止スイッチ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。

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、開閉スイッチも２接点としているが、予備充電経路として３相を使用し、開閉スイッチも３接点としてもよい。

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、非常停止スイ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ロボット制御部、３２はロボット制御装置全体の主電源をオン／オフすることを目的とした手動ボタンである。

最初に、非常停止スイッチ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、主電源スイッチ２ａ〜２ｃをオフにするとともに開閉スイッチ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。

また、主電源スイッチ２ａ〜２ｃがオンで、かつ非常停止スイッチ４が押されていない場合（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、主電源スイッチ２ａ〜２ｃをオフにするとともに開閉スイッチ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イッチオフ状態を保持する。

この状態、つまり非常停止スイッチ４は解除されかつ主電源スイッチ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イッチ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。

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は主電源スイッチ２ａ〜２ｃを閉じることで主電源スイッチ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にある開閉スイッチ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。

次に、ロボット制御部３１が、主電源制御部３へ主電源スイッチ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イッチ３２により主電源スイッチ２ａ〜２ｃのオン／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、たとえば教示状態からアークテスト状態に移行した場合などがある。

まず、ロボット制御部３１が、主電源制御部３へ主電源スイッチ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ついて述べる。

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、主電源スイッチ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へ主電源スイッチ２２ａ〜２ｃをオン不可能と指示しているので、状態が保持されるだけでオンにはならない。

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が、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、主電源スイッチ２をオ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、開閉スイッチ２２を閉じコンデンサ２１を予備充電した後、主電源スイッチ２ａ〜２ｃをオンするとともに開閉スイッチ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、上記した主電源スイッチ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った時点で、それに連動して溶接出力が開始される。

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、主電源スイッチ２オン不可能と指示し、主電源制御部３は、主電源スイッチ２ａ〜２ｃをオフ、開閉スイッチ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。

また、ロボット操作においては、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スイッチ）が必要であるが、このスイッチと主電源スイッチ２ａ〜２ｃのオン／オフを制御できる手動ボタン３２を兼用することによりロボット動作の有効／無効状態に同期して主電源スイッチ２ａ〜２ｃの制御が可能となる。

以上のように、手動ボタンにより主電源スイ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イ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。

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イッチをオフし、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イ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。

また、非常停止スイ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。

また、ロボットの操作状態に応じて主電源スイッチのオン／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／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きる。

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。

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。

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従来のロボット制御装置における非常停止スイッチを用いた電力遮断方法を示す図

符号の説明

１インバータ回路
２ａ〜２ｃ主電源スイッチ
３主電源制御部
４非常停止ボタン
２１ａ、２１ｂコンデンサ
２２開閉スイッチ
２４予備充電路
３１ロボット制御部
３２手動ボタン

Claims

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イッチと、前記主電源スイ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イッチをオフにするアーク溶接ロボットの制御装置。
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イッチと、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、前記主電源スイッチおよび前記開閉スイ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イッチをオフにし、かつ前記開閉スイッチも開状態にするアーク溶接ロボットの制御装置。
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イッチと、前記主電源をオン／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／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イッチをオフにするアーク溶接ロボットの制御装置。
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イッチと、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、前記主電源をオン／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／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イッチをオフにし、かつ前記開閉スイッチも開状態にするアーク溶接ロボットの制御装置。
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。
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。
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／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。
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記載のアーク溶接ロボットの制御装置。
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。