JP2009082945A

JP2009082945A - アーク溶接ロボットシステムの制御方法及びアーク溶接ロボットシステム

Info

Publication number: JP2009082945A
Application number: JP2007254292A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Mizuura; 重人水浦; Yasuhiro Kamishina; 泰宏神品
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】
アーク溶接ロボットが把持する溶接トーチの移動速度が、非線形的に変化した場合、溶接トーチの移動速度に基づいて溶接条件を変更しても溶接ワーク上に均一な溶接ビードを形成することができるアーク溶接ロボットシステムを提供する。
【解決手段】
溶接ロボットシステムは、アーク溶接ロボットの各関節の開始位置と目標位置間を仮動作をさせた場合に各関節のうち動作時間が最大となる関節の最長動作時間と同じとなるように各関節の終了時間の同期処理し、各関節の動作速度及び加減速度を計算した値を速度予測値等として演算する。システムは各関節のロボット動力学モデルを演算して最適な加減速度を演算し、最適な加減速度に基づいて順変換処理して溶接トーチの作用点の移動速度を演算し、移動速度と溶接トーチの作用点の目標速度に基づいて溶接条件補正率を算出して予め定めた溶接条件を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アーク溶接ロボットシステムの制御方法及びアーク溶接ロボットシステムに関するものである。

従来、アーク溶接ロボットにおいて、溶接電流や溶接電圧を含む溶接条件を変更するアーク溶接方法は、特許文献１〜３が公知である。特許文献１では、溶接条件変更の始点及び終点に対して設定された溶接電流、溶接電圧、及び溶接速度を徐々に変更する方法として、下記の方法が提案されている。第１の方法は、始点からの移動距離を変数とする所定関数に基づいた変更方法であり、第２の方法は、始点から終点までの総補間数に基づいた変更方法である。特許文献１では、溶接条件の変更を開始した始点からの移動距離や、始点から終点までの総補間数に基づいて溶接条件を連続的かつ徐々に溶接条件を変更するようにし、始点と終点で異なる溶接速度を設定した場合、始点から終点までの間では溶接速度を線形的に変化するように制御するようしている。

特許文献２では、ロボットの移動速度に応じて、溶接速度を加速処理するときは、ロボットの加速処理において速度を直線的に増大させ、ロボットの加速処理と同様に、溶接指令電流や、溶接指令電圧を直線的に変更するようにしている。

特許文献３では、ロボットの各軸の位置の検出に基づいて、ロボットの各アーム長さの等の物理的特性から順変換処理を行ってアーク溶接を行う溶接トーチの位置を算出し、前の演算周期時の溶接トーチの位置と、現在の位置に基づいて移動速度を求め、その移動速度に応じて、溶接電流を制御するようにしている。

なお、特許文献４には、演算周期毎に、溶接の開始位置、目標位置、速度予測値とロボットダイナミクスペースパラメータに基づいて、慣性行列、粘性行列、重力行列を含む開始位置、目標位置におけるロボット動力学モデルを計算する方法が開示されている。そして、特許文献４にはロボット動力学モデルに基づいて、加速度予測値の各関節間の関係と各関節の許容ピークトルクの条件を満足する最適な加速度及び減速度を演算した後、これをアーク溶接ロボットが把持する溶接トーチの作用点における移動速度に変換し、ロボット動力学モデルを考慮した溶接トーチの移動速度を算出する方法が開示されている。
特開平１０−６００５号公報特開平６−１７９０７７号公報（段落００２３〜００２４、図３）特開２０００−２７１８８８号公報（段落００１７、００２１〜００２９）特開２００２−９１５７２号公報

特許文献１の溶接条件の変更方法では、溶接条件の変更を開始した始点からの移動距離や、始点から終点までの総補間数に基づいて溶接条件を連続的かつ徐々に溶接条件を変更し、始点と終点で、異なる溶接速度を設定した場合、溶接速度は始点から終点までの間で線形的に変化するように制御されている。

しかし、アーク溶接ロボットの各関節部分には、非線形な外力、具体的には慣性力、遠心力、コリオリ力、重力並びにアーク溶接ロボットの各関節に取り付けられた減速機構部に働く摩擦力や粘性抵抗が作用している。このため、溶接条件を変更する始点及び終点におけるアーク溶接ロボットの位置・姿勢、溶接速度によっては、アーク溶接ロボットの把持している溶接トーチの実際の速度は非線形的に変化する。この結果、特許文献１の方法で溶接条件を変更した場合は、アーク溶接ロボットが把持する溶接トーチの実際の移動速度と溶接条件との間に同期性がなく、溶接ワーク上に形成される溶接ビードの形状が均一にならない。特に、溶接開始部分では、アーク溶接ロボットが停止した状態から溶接条件で設定された溶接速度に加速することになり、摩擦力や粘性抵抗の影響を大きく受けるため、溶接ワークに熱が入り過ぎて溶接ワークに穴が空いたり、溶接ビードがくびれて一般的に「アンダーカット」といわれる溶接欠陥が発生する。

特許文献２においても、ロボットの移動速度に応じて、溶接速度を加速処理するときは、ロボットの加速処理において速度を直線的に増大させ、ロボットの加速処理と同様に溶接指令電流や、溶接指令電圧を直線的に変更することから、特許文献１と同様の問題がある。

特許文献３では、ロボットの各軸の位置の検出に基づき、ロボットの各アーム長さの等の物理的特性から順変換処理を行って溶接トーチの位置を算出し、前の演算周期時の溶接トーチの位置と現在の位置に基づいて溶接トーチの移動速度を求め、その移動速度に応じて、溶接電流を制御することから、溶接条件の変更は、溶接速度に応じて行っている。しかし、特許文献３をはじめとして一般的には位置、速度の制御は、ループ制御が行われてサーボ遅れが生じることから、溶接トーチの移動速度に応じて溶接条件の制御もサーボ遅れの影響を受ける。

本発明の目的は、アーク溶接ロボットが把持する溶接トーチの移動速度が、非線形的に変化した場合、溶接トーチの移動速度に基づいて溶接条件を変更しても、溶接ワーク上に均一な溶接ビードを形成することができるアーク溶接ロボットシステムの制御方法及びアーク溶接ロボットシステムを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、アーク溶接ロボットの各関節において、各関節の開始位置と目標位置間を仮動作をさせた場合に各関節のうち動作時間が最大となる関節の最長動作時間を割り出し、各関節の動作時間が最長動作時間と同じになるように終了時間の同期処理して、各関節の動作速度及び加減速度を計算した値をそれぞれ、速度予測値、加速度予測値及び減速度予測値として演算するステップと、各関節に関するロボット動力学パラメータに基づいてロボット動力学モデルを演算するステップと、前記ロボット動力学モデルに基づいて、各関節の最適な加減速度を演算するステップと、前記最適な加減速度に基づいて順変換処理して溶接トーチの作用点の移動速度を演算するステップと、前記移動速度と、溶接トーチの作用点の目標速度に基づいて溶接条件補正率を算出し、同溶接条件補正率に基づいて、予め定めた溶接条件を変更するステップを含むアーク溶接ロボットシステムの制御方法を要旨とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記最適な加減速度は、前記加速度予測値の各関節間の比例関係と、各関節の許容ピークトルクの条件を満足するものであることを特徴とする。

請求項３の発明は、アーク溶接ロボットの各関節において、各関節の開始位置と目標位置間を仮動作をさせた場合に各関節のうち動作時間が最大となる関節の最長動作時間を割り出し、各関節の動作時間が最長動作時間と同じになるように終了時間の同期処理して、各関節の動作速度及び加減速度を計算した値をそれぞれ、速度予測値、加速度予測値及び減速度予測値として演算する第１演算手段と、各関節に関するロボット動力学パラメータに基づいてロボット動力学モデルを演算する第２演算手段と、前記ロボット動力学モデルに基づいて、各関節の最適な加減速度を演算する第３演算手段と、前記最適な加減速度に基づいて順変換処理して溶接トーチの作用点の移動速度を演算する第４演算手段と、前記移動速度と、溶接トーチの作用点の目標速度に基づいて溶接条件補正率を算出し、同溶接条件補正率に基づいて、予め定めた溶接条件を変更する変更手段を含むアーク溶接ロボットシステムを要旨とするものである。

請求項４の発明は、請求項３において、前記最適な加減速度は、前記加速度予測値の各関節間の比例関係と、各関節の許容ピークトルクの条件を満足するものであることを特徴とする。

以上詳述したように、請求項１及び請求項２の発明によれば、アーク溶接ロボットが把持する溶接トーチの移動速度が、非線形的に変化した場合、溶接トーチの移動速度に基づいて溶接条件を変更しても、溶接ワーク上に均一な溶接ビードを形成することができるアーク溶接ロボットシステムの制御方法を提供できる。

請求項３及び請求項４の発明によれば、アーク溶接ロボットが把持する溶接トーチの移動速度が、非線形的に変化した場合、溶接トーチの移動速度に基づいて溶接条件を変更しても、溶接ワーク上に均一な溶接ビードを形成することができるアーク溶接ロボットシステムを提供できる。

以下、本発明をアーク溶接ロボットシステムに具体化した一実施形態を図１〜７を照して説明する。
図１には、アーク溶接ロボットシステムの概要が示されている。アーク溶接ロボットシステムは溶接トーチ１１を備えた６軸の溶接ロボットマニピュレータ（以下、単にマニピュレータという）１０、マニピュレータ１０を制御するロボットの制御装置２０、溶接トーチ１１に電力を供給する溶接機３０等を備えている。

図２に示すように制御装置２０は、ＣＰＵからなるシステムコントロール部２１、６軸のマニピュレータ１０を制御するモーション制御部２４、溶接制御部２５、ロボットの作業プログラムを格納する第１記憶部２２、仮の加減速度情報を記憶する第２記憶部２３、溶接機３０と通信するための溶接電源インターフェイス２６を備えている。前記第１記憶部２２や第２記憶部２３は例えば、ハードディスク等の書き込み読出し可能な記憶装置により構成されている。

溶接条件（すなわち、溶接電流（溶接電流（初期）、目標溶接電流を含む。以下、断りがない場合は、両者の意味を含む）、溶接電圧（溶接電圧（初期）、目標溶接電圧を含む。以下、断りがない場合は、両者の意味を含む））等の教示データは、ティーチペンダント４０を介して入力される。そして、システムコントロール部２１は、入力された教示データを第２記憶部２３や第１記憶部２２に格納する。なお、図１に示すようにティーチペンダント４０は、ディスプレイ４１と、キーや、押しボタン等の入力手段４２を備えている。

前記第１記憶部２２には、マニピュレータ１０を動作させるときのマニピュレータ１０の各関節の開始位置と、目標位置と、目標速度、溶接条件が、教示データとして予めティーチペンダント４０により入力されて、作業プログラムが格納される。

前記第２記憶部２３が記憶する仮の加減速度情報とは、マニピュレータ１０のすべての姿勢で動作が可能な各関節の仮の加速度と仮の減速度の情報を含み、これらの情報は、速度パターンを予測演算するときに用いられ、予めティーチペンダント４０により入力されて第２記憶部２３に格納される。なお、本明細書において、加減速度とは、加速度と減速度を意味しており、また、加速と減速とを含む趣旨である。

さらに、第２記憶部２３にはマニピュレータ１０の各関節に連結されるリンクの慣性テンソルと、同リンクの質量と、同リンクの重心位置とを含むロボット動力学パラメータ（ロボットダイナミクスパラメータ）がティーチペンダント４０により格納される。

図２に示すように溶接機３０は、制御装置２０と通信を行う制御装置インターフェイス３１と、ＲＡＭ３２、電力増幅器３４を制御する溶接条件制御部３３を備えている。電力増幅器３４は溶接条件制御部３３により制御されて溶接電圧を溶接トーチ１１と溶接ワークとしてのワークＷとの間に印加するとともに溶接電流を供給する。

本実施形態では、モーション制御部２４は、第１〜第４演算手段、変更手段に相当する。
次に、図３を参照して、本実施形態の溶接ロボットシステムのモーション制御部２４が実行する作業プログラムの動作処理について説明する。この処理は、所定の演算周期毎に実行される。

（Ｓ１０）
ステップ（以下、ステップをＳという）１０において、モーション制御部２４は第１記憶部２２の教示データに基づいて、６軸のマニピュレータ１０の各関節の開始位置、目標位置及び目標速度をセット（設定）する。

（Ｓ２０）
Ｓ２０において、モーション制御部２４はＳ１０で設定されたデータと、第２記憶部２３内の仮の加減速度情報とに基づいて、第１の速度パターン計算を行い、マニピュレータ１０の各関節の動作時間予測値と仮速度予測値とを演算する。

この演算の具体例について簡単に説明する。なお、説明の便宜上、以下では、第１の関節、第２の関節、及び第３の関節を有する３軸のマニピュレータとして説明する。
開始位置、目標位置、目標速度、仮の加減速度情報がセットされると、これらのデータに基づいて各関節毎に移動量の計算処理が行われ、第１の速度パターンの計算が行われる。ここでは、第１の速度パターン計算方法における第１の関節、第２の関節、及び第３の関節の目標加速度Ａとして仮の加速度Ａｓｍｐ１〜Ａｓｍｐ３を、目標減速度Ｄとして仮の減速度Ｄｓｍｐ１〜Ｄｓｍｐ３を使用するものとする。なお、移動量は、第１の関節から第２の関節の開始位置はθｓ１〜θｓ３とし、目標位置はθｅ１〜θｅ３として算出する。又、第１の関節から第２の関節の目標速度はＶ１〜Ｖ３とする。

従って、第１の速度パターン計算により、以下の値（仮速度予測値及び動作時間予測値）が予測される。すなわち、第１の速度パターン計算方法により演算される第１の関節、第２の関節、及び第３の関節の仮速度予測値Ｖｅｓｔ１〜Ｖｅｓｔ３となり、動作時間予測値Ｔｅｓｔ１〜Ｔｅｓｔ３となる。その概念を図４に示す。図４に示す例では、第１の関節及び第２の関節は、目標速度に達するに必要な移動量があったが、第３の関節は移動量が少なく、目標速度に達していない。

（Ｓ３０）
さらに、Ｓ３０において、モーション制御部２４はＳ２０で演算された全ての関節の速度パターンに対して終了時間の同期処理を実行する。この終了時間の同期処理は、上記動作時間予測値の中から、動作時間が最大となる関節を最大動作関節とし、その最大動作関節の動作時間を最長動作時間Ｔｍａｘとする。そして、モーション制御部２４は各関節について、上記動作時間予測値が上記最長動作時間と同じになるように、動作速度及び加減速度を再計算した値をそれぞれ、速度予測値、加速度予測値及び減速度予測値として図示しないＲＡＭに一時的に格納する。

前記３軸のマニピュレータで説明すると、前述の終了時間の同期処理後におけるロボット各関節の速度及び加減速度の値を以下のように再予測する。
ここでの第１の関節、第２の関節、及び第３の関節の速度予測値Ｖｒｅａ１〜Ｖｒｅａ３とする。又、第１の関節、第２の関節、及び第３の関節の加速度予測値Ａｒｅａ１〜Ａｒｅａ３とする。さらに、第１の関節、第２の関節、及び第３の関節の減速度予測値Ｄｒｅａ１〜Ｄｒｅａ３とする。

上記動作時間予測値における最長動作時間をＴｍａｘとおくと、上記の値は、以下の式から演算できる。終了時間の同期処理の概念を図５（ａ）〜（ｃ）に示す。図５の予測例では、移動量の少ない第２の関節及び第３の関節の速度及び加減速度が低下しているのがわかる。

Ｖｒｅａｉ＝Ｖｅｓｔｉ・Ｔｅｓｔｉ／Ｔｍａｘ
Ａｒｅａｉ＝Ａｓｍｐｉ・（Ｔｅｓｔｉ／Ｔｍａｘ）²
Ｄｒｅａｉ＝Ｄｓｍｐｉ・（Ｔｅｓｔｉ／Ｔｍａｘ）²
（Ｓ４０）
そして、Ｓ４０において、モーション制御部２４は、第２記憶部２３内のロボット動力学パラメータに基づいて、開始位置及び目標位置のロボット動力学モデルの演算処理を実行する。

すなわち、モーション制御部２４は、上記ロボット動力学パラメータと、マニピュレータ１０の各関節の位置及び速度から、下記式（１）で表現されるロボット動力学モデルを生成する。具体的にはロボット動力学モデルを表わす下式（１）において、未知の値は、関節の位置及び速度のみであり、これに開始位置θｓと、速度予測値Ｖｒｅａとを入力すれば、開始位置におけるロボット動力学モデルを計算できる。同様に、目標位置θｅと、速度予測値Ｖｒｅａを入力すれば、目標位置におけるロボット動力学モデルを計算できる。

Ｔ＝Ｈ（θ）・θｄｄ＋Ｃ（θ，θｄ）＋Ｇ（θ）・ｇ …（１）
ここで、θは、関節位置（位置）であり、θｄは関節速度であり、θｄｄは関節加速度ｇは重力加速度ベクトルである。

なお、マニピュレータ１０の各関節に連結されるリンクの重心位置、質量、リンク長さ、慣性テンソル並びに、各関節の位置（すなわち角度）、速度、加速度から、各関節に発生するトルクＴが、式（１）により演算できることが知られており、ロボット動力学モデルという。式（１）のロボット動力学モデルは、慣性行列Ｈと、粘性行列Ｃと、重力行列Ｇから構成される。慣性行列Ｈはマニピュレータ１０の各関節の加速度により関節自身に発生するトルク並びに他関節の加速度により発生する干渉トルクを示し、粘性行列Ｃはマニピュレータ１０の各関節の遠心力及びコリオリ力により発生するトルクを示し、重力行列Ｇは、マニピュレータ１０の各関節の重力モーメントにより発生するトルクを示す。そして、慣性行列Ｈ、粘性行列Ｃ及び重力行列Ｇは、マニピュレータ１０の各関節に連結されるリンクの重心位置、質量、慣性テンソル、及び各関節の位置、速度、加速度から計算できる。ここで、ロボット各関節に連結されるリンクの重心位置、質量、慣性テンソル、リンク長さは、ロボットの機構やリンク形状及び材質から予め求めておくことが可能な既知の固定値であるから、式（１）を使用すると、各関節の位置、速度、加速度の３つから、各関節に発生するトルクが演算できる。

そして、この処理では、上記開始位置及び目標位置と上記速度予測値と上記ロボット動力学パラメータから、開始位置及び目標位置における慣性行列、粘性行列及び重力行列を含むロボット動力学モデルを演算して図示しないＲＡＭに格納する。なお、開始位置及び目標位置における慣性行列Ｈ、粘性行列Ｃ及び重力行列Ｇを含むロボット動力学モデルの演算は、特許文献４で公知であり、詳細説明を省略する。

（Ｓ５０）
さらに、Ｓ５０においてモーション制御部２４は、最適な加減速度の演算を実行する。この処理では、上記演算されたロボット動力学モデルに基づいて、式（３）と、上記加速度予測値及び減速度予測値における各関節間の比例関係を同時に満足する加減速度を、最適な加減速度として求める。

なお、式（３）は、下記のようにして得られる。すなわち、マニピュレータ１０の各関節に発生させることができるトルクは、モータや機械の設計仕様から制限される既知の値であり、これを許容ピークトルクＴｐｅａｋとすると、上記式（１）の左辺を次式のように置き換えることができる。

Ｔｐｅａｋ≧Ｈ（θ）・θｄｄ＋Ｃ（θ，θｄ）＋Ｇ（θ）・ｇ …（２）
上式（２）から式（３）が得られる。
Ｔｐｅａｋ−（Ｃ(θ,θｄ)＋Ｇ(θ)・ｇ）≧Ｈ(θ)・θｄｄ …（３）
すなわち、モーション制御部２４は、加速時には、加速度予測値Ａｒｅａの各関節間の後述する比例関係が保たれ、かつ式（３）を満足するような最適な加速度Ａｏｐｔを演算する。又、一方、モーション制御部２４は、減速時においては、減速度予測値Ｄｒｅａの各関節間の後述する比例関係が保たれ、かつ式（３）を満足するような最適な減速度Ｄｏｐｔを演算し、演算された最適な加速度Ａｏｐｔ及び最適な減速度Ｄｏｐｔを図示しないＲＡＭ内に格納する。

ここで、比例関係について述べる。なお、この比例関係は、説明の便宜上、３軸のマニピュレータで表わす。
Ａｏｐｔ１：Ａｏｐｔ２：Ａｏｐｔ３＝Ａｒｅａ１：Ａｒｅａ２：Ａｒｅａ３
Ｄｏｐｔ１：Ｄｏｐｔ２：Ｄｏｐｔ３＝Ｄｒｅａ１：Ｄｒｅａ２：Ｄｒｅａ３
なお、Ａｏｐｔ，Ｄｏｐｔに付した数字１〜３は、第１〜第３の関節に関することを意味する。なお、この比例関係の詳細説明については、特許文献４で公知であるため省略する。

次に、Ｓ３０の処理結果に基づいて、モーション制御部２４は、最長動作時間となった関節を検索する。そして、モーション制御部２４は、検索した関節である第ｋの関節について、Ｓ５０で演算された最適な加速度Ａｏｐｔｋ（なお、ｋは１〜６）と、最適な減速度Ｄｏｐｔｋ（なお、ｋは１〜６）と、第ｋ関節の教示データ（開始位置、目標位置、目標速度）とから、前記第１の速度パターン計算方法を用いて第ｋ関節の速度パターンを演算する。さらに、モーション制御部２４は、その動作時間を基準動作時間Ｔｂａｓｅとし、演算結果を図示しないＲＡＭに格納する。

さらに、モーション制御部２４は、第ｋの関節以外のすべての関節について、第２の速度パターン計算方法を用いて、基準動作時間Ｔｂａｓｅと、最適な加速度Ａｏｐｔと、最適な減速度Ｄｏｐｔと、開始位置、目標位置とから、動作時間が基準動作時間Ｔｂａｓｅで、最適な加速度Ａｏｐｔ及び減速度Ｄｏｐｔで動作する速度パターンを生成する。そして、モーション制御部２４はこの速度パターンを図示しないＲＡＭに格納する。

ここで、第２の速度パターンを図６を参照して説明する。
図６に示すように、既知の値である基準動作時間Ｔｂａｓｅ、第ｉの関節の最適な加速度Ａｏｐｔｉ、第ｉの関節の最適な減速度Ｄｏｐｔｉ、第ｉの関節の移動量Ｓａｉは、第ｉの関節の最適な速度Ｖｏｐｔｉ、第ｉの関節の加速時間Ｔａｉ、第ｉの関節の定速度時間Ｔｃｉ、第ｉの関節の減速時間Ｔｄｉにより以下の式で表される。

Ｔｂａｓｅ＝Ｔａｉ＋Ｔｃｉ＋Ｔｄｉ …（４）
Ｓａｉ＝Ｖｏｐｔｉ・（Ｔｃｉ＋（Ｔａｉ＋Ｔｄｉ）／２） …（５）
Ｖｏｐｔｉ＝Ｔａｉ・Ａｏｐｔｉ …（６）
Ｖｏｐｔｉ＝Ｔｄｉ・Ｄｏｐｔｉ …（７）
式（４）〜式（７）の４つの式からなる連立方程式を解くと、時間Ｔｃｉ、Ｖｏｐｔｉ、Ｔａｉ、Ｔｄｉを、以下の式から演算できる。

Ｖｏｐｔｉ＝(Ｔｂａｓｅ−Ｔｃｉ)・Ａｏｐｔｉ・Ｄｏｐｔｉ／(Ｄｏｐｔｉ＋Ａｏｐｔｉ) …（９）
Ｔａｉ＝Ｖｏｐｔｉ／Ａｏｐｔｉ …（１０）
Ｔｄｉ＝Ｖｏｐｔｉ／Ｄｏｐｔｉ …（１１）
なお、上記処理を行った後、モーション制御部２４は、動作時間が基準動作時間Ｔｂａｓｅとなり、最適な加速度Ａｏｐｔで動作し、最適な減速度Ｄｏｐｔで動作する速度パターンがすべての関節で存在したか否かを判断し、この判断がＹＥＳのときはＳ６０に移行するが、この判断がＮＯのときは、下記の処理を行う。

すなわち、モーション制御部２４は、動作時間が基準動作時間Ｔｂａｓｅとなり、最適な加速度Ａｏｐｔで動作し、最適な減速度Ｄｏｐｔで動作する速度パターンが存在しなかったすべての関節について、第１の速度パターン計算方法を用いる。そして、最適な加速度Ａｏｐｔと、最適な減速度Ｄｏｐｔと、教示データ（開始位置、目標位置、目標速度）から速度パターンを演算して図示しないＲＡＭに格納する。

そして、モーション制御部２４は、上記のようにＳ５０で演算された速度パターンに基づいて、すべての関節の速度パターンの中から最長動作時間を抽出し、すべての関節について、最長動作時間と一致するように、速度パターンを再計算して計算結果を図示しないＲＡＭに格納する。

（Ｓ６０）
次に、モーション制御部２４は、加速度予測値の各関節間の比例関係と各関節の許容ピークトルクＴｐｅａｋの条件を満足する各関節の最適な加速度Ａｏｐｔと、最適な減速度Ｄｏｐｔに基づいて、順変換処理して溶接トーチ１１の作用点における移動速度の演算を行う。このときに算出された溶接トーチ１１の作用点における移動速度Ｖｒｄは、ロボット動力学モデルを考慮した溶接トーチの作用点における移動速度である。

（Ｓ７０）
次に、モーション制御部２４は、溶接条件補正率λ（ｎ）の算出を下記式に基づいて行う。

λ（ｎ）＝Ｖｒｄ／目標速度（すなわち、教示データに基づく溶接トーチの作用点の移動速度）
ｎは、開始位置と目標位置との間に溶接トーチが移動する間に行われる補間のための演算周期である。

（Ｓ８０）
次に、モーション制御部２４は、下記式により、実際に使用される溶接電流及び溶接電圧の演算を行う。

（Ｓ９０）
続いて、モーション制御部２４は、Ｓ８０で算出した溶接電流及び溶接電圧を溶接制御部２５、溶接電源インターフェイス２６、制御装置インターフェイス３１を介して溶接条件制御部３３に通知し、この処理を終了する。

溶接条件制御部３３は、電力増幅器３４を制御して、変更された溶接条件である溶接電圧を溶接トーチ１１とワークＷとの間に印加するとともに変更された溶接条件である溶接電流を供給する。

図７は、横軸が時間、縦軸が溶接速度であり、実線は、開始位置（時間が０のとき）から加速して目標速度で目標位置に溶接トーチを移動させる場合において、教示データで与えられた理想的な溶接トーチの作用点の溶接速度（移動速度）を表している。二点鎖線は、同様に開始位置から目標位置まで達する場合にサーボ遅れが生じた場合の例を示し、前述した理想的な溶接トーチの作用点が目標位置に達するまでに要する加速時間に比して加速時間は延びる。

それに対して、本実施形態の場合は、ロボット動力学モデルを考慮しているため、サーボ遅れが生じている場合よりも、開始位置から目標位置までに要する加速時間を少なくすることができる。又、溶接速度（移動速度）は、非線形に変化するが、本実施形態において、開始位置から目標位置まで加速する場合、溶接速度（移動速度）に応じた溶接条件補正率で溶接条件が変更される。

このため、アーク溶接ロボットが把持する溶接トーチ１１の実際の移動速度と溶接条件との間に同期性があるため、溶接ワーク上に形成される溶接ビードの形状が均一にすることができる。

特に、溶接開始部分では、アーク溶接ロボットが停止した状態から溶接条件で設定された溶接速度に加速することになり、摩擦力や粘性抵抗の影響を大きく受ける。しかし、本実施形態では、ロボット動力学モデルを考慮しているため、溶接ワークに熱が入り過ぎて溶接ワークに穴が空くことがなく、溶接ビードがくびれて一般的に「アンダーカット」といわれる溶接欠陥が発生することはなくなる。

さて、上記のように構成された溶接ロボットシステムは、下記の特徴がある。
（１）本実施形態で溶接方法は、Ｓ３０で、アーク溶接ロボットの各関節において、各関節の開始位置と目標位置間を仮動作をさせた場合に各関節のうち動作時間が最大となる関節の最長動作時間を割り出すようにしている。そして、Ｓ３０において、各関節の動作時間が最長動作時間と同じになるように終了時間の同期処理して、各関節の動作速度及び加減速度を計算した値をそれぞれ、速度予測値、加速度予測値及び減速度予測値として演算する。又、本実施形態の溶接方法は、Ｓ４０で、各関節に関するロボット動力学パラメータに基づいてロボット動力学モデルを演算し、Ｓ５０で、ロボット動力学モデルに基づいて、各関節の最適な加減速度を演算する。そして、本実施形態の溶接方法は、Ｓ６０で、最適な加減速度に基づいて順変換処理して溶接トーチの作用点の移動速度を演算し、Ｓ７０で、前記移動速度と、溶接トーチの作用点の目標速度に基づいて溶接条件補正率を算出し、Ｓ８０で同溶接条件補正率に基づいて、予め定めた溶接条件を変更するようにしている。この結果、アーク溶接ロボットが把持する溶接トーチ１１の移動速度が、非線形的に変化した場合、溶接トーチの移動速度に基づいて溶接条件を変更しても、ワークＷ（溶接ワーク）上に均一な溶接ビードを形成することができる。

（２）本実施形態の溶接方法では、前記最適な加減速度は、前記加速度予測値の各関節間の比例関係と、各関節の許容ピークトルクの条件を満足するようにしている。この結果、加速度予測値の各関節間の比例関係と、各関節の許容ピークトルクの条件を満足することにより、容易に上記（１）の効果を実現できる。

（３）本実施形態の溶接ロボットシステムのモーション制御部２４は、第１演算手段として、アーク溶接ロボットの各関節において、各関節の開始位置と目標位置間を仮動作をさせた場合に各関節のうち動作時間が最大となる関節の最長動作時間を割り出すようにしている。又、モーション制御部２４は、第１演算手段として、各関節の動作時間が最長動作時間と同じになるように終了時間の同期処理して、各関節の動作速度及び加減速度を計算した値をそれぞれ、速度予測値、加速度予測値及び減速度予測値として演算する。

又、モーション制御部２４は、第２演算手段として、各関節に関するロボット動力学パラメータに基づいてロボット動力学モデルを演算し、第３演算手段として、ロボット動力学モデルに基づいて、各関節の最適な加減速度を演算する。さらに、モーション制御部２４は、第４演算手段として、最適な加減速度に基づいて順変換処理して溶接トーチの作用点の移動速度を演算し、変更手段として前記移動速度と、溶接トーチの作用点の目標速度に基づいて溶接条件補正率を算出し、同溶接条件補正率に基づいて、予め定めた溶接条件を変更する。この結果、アーク溶接ロボットが把持する溶接トーチ１１の移動速度が、非線形的に変化した場合、溶接トーチの移動速度に基づいて溶接条件を変更しても、ワークＷ（溶接ワーク）上に均一な溶接ビードを形成することができる。

（４）又、本実施形態の溶接ロボットシステムでは、前記最適な加減速度は、前記加速度予測値の各関節間の比例関係と、各関節の許容ピークトルクの条件を満足するものである。この結果、容易に上記（３）の効果を実現できる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 前記各実施形態では、６軸の溶接ロボットマニピュレータは６軸としたが、６軸に限定されるものではなく、６軸以外のマニピュレータ、例えば、２軸以上の関節を備えていればよい。

本発明を具体化した一実施形態の溶接ロボットシステムの概略構成図。同じく溶接ロボットシステムの電気ブロック図。同じくロボット制御装置が実行する作業プログラムのフローチャート。速度パターンの予測演算処理の概念を示すグラフであり、（ａ）は第１の関節の予想速度パターンを示す時間対第１の関節の速度特性を示すグラフ、（ｂ）は第２の関節の予想速度パターンを示す時間対第２の関節の速度特性を示すグラフ、（ｃ）は第３の関節の予想速度パターンを示す時間対第３の関節の速度特性を示すグラフ。速度パターンの終了時間の同期処理の概念を示すグラフであり、（ａ）は第１の関節の予想速度パターンを示す時間対第１の関節の速度特性を示すグラフ、（ｂ）は第２の関節の予想速度パターンを示す時間対第２の関節の速度特性を示すグラフ、（ｃ）は第３の関節の予想速度パターンを示す時間対第３の関節の速度特性を示すグラフ。台形状の速度パターンのときの本実施形態で用いる第１の速度パターン計算方法を示す、時間対速度特性を示すグラフ。開始位置（時間が０のとき）から加速して目標速度で目標位置に溶接トーチを移動させる場合教示データで与えられた理想的な溶接トーチの作用点の溶接速度、ロボット動力学を考慮した速度、及びサーボ遅れを含む速度の説明図。

符号の説明

１０…マニピュレータ、１１…溶接トーチ、
２０…制御装置、２１…システムコントロール部、
２２…第１記憶部、２３…第２記憶部、
２４…モーション制御部（第１〜第４演算手段、変更手段）、
３０…溶接機、４０…ティーチペンダント。

Claims

アーク溶接ロボットの各関節において、各関節の開始位置と目標位置間を仮動作をさせた場合に各関節のうち動作時間が最大となる関節の最長動作時間を割り出し、各関節の動作時間が最長動作時間と同じになるように終了時間の同期処理して、各関節の動作速度及び加減速度を計算した値をそれぞれ、速度予測値、加速度予測値及び減速度予測値として演算するステップと、
各関節に関するロボット動力学パラメータに基づいてロボット動力学モデルを演算するステップと、
前記ロボット動力学モデルに基づいて、各関節の最適な加減速度を演算するステップと、
前記最適な加減速度に基づいて順変換処理して溶接トーチの作用点の移動速度を演算するステップと、
前記移動速度と、溶接トーチの作用点の目標速度に基づいて溶接条件補正率を算出し、同溶接条件補正率に基づいて、予め定めた溶接条件を変更するステップを含むアーク溶接ロボットシステムの制御方法。
前記最適な加減速度は、前記加速度予測値の各関節間の比例関係と、各関節の許容ピークトルクの条件を満足するものであることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接ロボットシステムの制御方法。
アーク溶接ロボットの各関節において、各関節の開始位置と目標位置間を仮動作をさせた場合に各関節のうち動作時間が最大となる関節の最長動作時間を割り出し、各関節の動作時間が最長動作時間と同じになるように終了時間の同期処理して、各関節の動作速度及び加減速度を計算した値をそれぞれ、速度予測値、加速度予測値及び減速度予測値として演算する第１演算手段と、
各関節に関するロボット動力学パラメータに基づいてロボット動力学モデルを演算する第２演算手段と、
前記ロボット動力学モデルに基づいて、各関節の最適な加減速度を演算する第３演算手段と、
前記最適な加減速度に基づいて順変換処理して溶接トーチの作用点の移動速度を演算する第４演算手段と、
前記移動速度と、溶接トーチの作用点の目標速度に基づいて溶接条件補正率を算出し、同溶接条件補正率に基づいて、予め定めた溶接条件を変更する変更手段を含むアーク溶接ロボットシステム。
前記最適な加減速度は、前記加速度予測値の各関節間の比例関係と、各関節の許容ピークトルクの条件を満足するものであることを特徴とする請求項３に記載のアーク溶接ロボットシステム。