JP2917215B2 - 溶接ロボット制御装置 - Google Patents

溶接ロボット制御装置

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達也 瀬下
繁良 横山
来爾 霜村
司 椎名
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接ロボットの制
御装置に係り、特に溶接トーチとワークを相対移動させ
ながら溶接を行う方式の溶接ロボットに好適な制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】アーク溶接では、ワークの溶接線に沿っ
て溶接トーチを相対移動させながら溶接ビードを形成し
てゆくので、ロボットの瞬時停止に際しては、溶接品質
保持の見地から溶接動作を停止させる必要がある。な
お、以下、このような溶接動作の停止を一時停止とい
う。
【0003】ところで、このようなロボツトによる従来
の溶接方法では、図5に示すようにワーク1上の溶接開
始点p1 から溶接終了点p2 に向ってロボツトの手先に
取り付けられたトーチ2により溶接を開始し、溶接途中
で一時停止した場合には、その後の再起動時、アーク切
れ等の異常を回避するため、溶接線上にあらかじめ指定
された距離Δl(エル)だけ後退させた溶接再実行点ps
を求め、トーチ2の先端が溶接再実行点ps に到着する
までロボツトを移動させ、トーチ2の先端が溶接再実行
点ps に到着後、溶接終了点p2 に向け溶接を再実行さ
せている。
【0004】この溶接再実行点ps の位置の算出は、図
6に示すように、各点の位置をロボツト原点0からのベ
クトルで表し、以下の式を用いて求める。 λ=Δl/L =Δl/√(xt-x1)2+(yt-y1)2+(zt-z1)2 …………(1)
【0005】ロボツト原点0から溶接開始点p1 へのベ
クトルをP1、一時停止点pt へのベクトルをPtと
し、一時停止点pt から溶接開始点p1 方向に距離Δl
だけ後退した溶接再実行点ps のベクトルをPsとする
と、 Ps=Pt+λ(P1−Pt) =λP1+(1−λ)Pt …… ……(2) 式(1)と(2)より、次の行列式が得られる。
【0006】
【数3】
【0007】ここで P1=(x1,y1,z1) Pt=(xt,yt,zt) はロボツト制御装置内部に存在するので、Δlを与える
ことにより、溶接再実行点ps の算出が可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
ロボツトの手先の移動距離のみから溶接を再開する点の
位置を求めており、ロボツトと協調動作しているポジシ
ヨナ等の動作については何ら考慮されていなかつた。こ
のため、下記のような場合、溶接再実行点ps が一時停
止点pt と同一となり、アーク切れ等の溶接異常が発生
するという問題があつた。
【0009】 ロボットの手先位置を変えず、ワーク
を搭載しているポジシヨナを移動させて溶接する場合。 ロボツトの手先位置を変えず、ロボツトを搭載して
いる走行台車を移動させて溶接する場合。
【0010】また、従来技術においては、式(1)、(3)に
より溶接再実行点ps を求めているため、たとえロボツ
トの単独動作であつても、直線補間以外、たとえば円弧
補間方式の補間方式で動作していた場合には、溶接再実
行点ps を正しく求めることができないという問題があ
つた。
【0011】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、ロボツトやポジシヨナ等の1台以上の装置の動
作による溶接途中での一時停止からの再起動時に、溶接
異常を引き起こしにくくなし得る溶接装置を提供するこ
とにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記目的は、ロボットに
よる溶接作業中に発生する溶接一時停止後、所定距離後
退した位置から溶接を再開するようにした溶接ロボット
制御装置において、溶接線上のワークに対するロボット
の位置データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記
憶した位置データに基づいて溶接経路を補間溶接を実
行する手段と、前記溶接一時停止後に前記記憶手段に
記憶された溶接一時停止位置のデータを含む位置データ
から、これまで溶接した溶接線上に溶接再実行点を求め
る手段と、前記溶接一時停止位置から前記溶接再実行点
まで移動する手段と、前記溶接再実行点から溶接経路を
新たに補間して溶接を再実行する手段とを備えることに
より達成される。
【0013】
【0014】
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明による溶接ロボット
制御装置について、図示の実施形態により詳細に説明す
る。まず、図4は、本発明の一実施形態が適用されたロ
ボットシステムのハード構成を示したもので、図におい
て、2は溶接用のトーチ、3はワークを載置して回動さ
せ、位置決めするポジショナ、4はロボット、5はロボ
ットコントローラ、6は溶接機、7はリールスタンド、
8はガスボンベ、9はガス調整器、10はガスホース、
11は吊りスタンド、12はワイヤ送給装置、13はコ
ンジットケーブル、14はポジショナコントローラ、1
5は操作パネル、そして16は教示装置である。なお、
このような構成のロボットシステムは、ごく一般的なも
ので、動作についても一般的な説明は省略する。
【0016】図1は、本発明の一実施形態における、ロ
ボツト4及びポジショナ3による溶接動作の説明図で、
この例では、ワーク1として、円板状の基材1aに円筒
状の部材1bを溶接するものを示しており、これらがポ
ジシヨナ3に載置固定され、このポジシヨナ3を回転さ
せながらロボツト4の手先に取り付けられたトーチ2に
より溶接開始点P1 から溶接終了点P2 に向かつて溶接
する場合について示している。
【0017】いま、図1(a)に示すように、溶接開始点
1 で溶接作業を開始した後、同図(b)に示すように、
溶接開始点P1 と溶接終了点P2 の途中の点Pt で、何
らかの要因により、ロボット制御装置5がポジシヨナ3
を一時停止させてしまったとする。
【0018】しかして、上記した従来技術では、この
後、再起動を行った場合、ロボツトは一時停止点Pt
再びアークONにし、溶接終了点P2 に向かつて移動を
開始してしまう。しかして、一般に、一時停止点Pt
おいては、アーク切れ等の溶接異常を起こし易く、この
ため、上記したように、従来技術では、溶接不良などを
生ずることになっていたのである。
【0019】そこで、この実施形態では、このように溶
接途中で一時停止した際には、アーク切れ等の溶接異常
を回避するため、図1(c)に示すように、再起動時、溶
接線上の溶接開始点P1 方向に移動させた溶接再実行点
s を求め、トーチ2が溶接再実行点Ps に到着するま
でポジシヨナ3を移動させ、トーチ2が溶接再実行点P
s に到着後、ここから溶接終了点P2 に向け溶接を再実
行させるようにしているのである。
【0020】次に、この実施形態における、再起動時
に、溶接線上の溶接再実行点Ps にトーチ2が到着する
まで、ポジシヨナ3を移動させる機能について、図2及
び図3により説明する。図2は、本発明の一実施形態に
おけるロボツト制御装置5の内部の処理を示すフローチ
ヤートで、図において、ステツプ101から106が通
常動作時の処理で、ステツプ111から121が一時停
止時の処理である。
【0021】通常動作時には、ロボツト制御装置5はス
テツプ101から106に従つてロボツト4及びポジシ
ヨナ3を動作させる。ステツプ101では、ロボツト4
及びポジシヨナ3を動作させるために必要な目標点P2
の位置、補間方式、速度等のデータを記憶装置より取り
出す。ステツプ102では、ロボツト4及びポジシヨナ
3の現在の位置を記録する。
【0022】ステツプ103では、ロボツト4及びポジ
シヨナ3が指定された補間方式に従い、指定された速度
で動作するよう次の補間点の位置を計算する。ステツプ
104では、一時停止状態であるか否かを調べ、もし一
時停止状態ならば一時停止時の処理ステツプ111に飛
ぶ。ステツプ105では、ステツプ103で求めた補間
点へロボツト4及びポジシヨナ3を動作させる。ステツ
プ106では、目標点と現在のロボツト4とポジシヨナ
3の位置を比較し、もし目標点に到着していれば処理を
終了し、到着していなければステツプ102に飛ぶ。
【0023】次に、一時停止時には、ロボツト制御装置
5はステツプ111から121に従つてロボツト4及び
ポジシヨナ3を動作させる。ステツプ111では、アー
クONであつたか否かを判定し、アークONであればス
テツプ113に飛び、アークOFFであればステツプ1
12に飛ぶ。ステツプ112では、起動されたか否かを
判定し、起動された場合ステツプ106へ飛び、一時停
止点Pt から目標点である溶接終了点P2 への動作を開
始する。
【0024】ステツプ113では、アークをOFFにす
る。ステツプ114では、ステツプ102で記録してお
いた現在位置データの中から所定のデータを見出し、そ
れから溶接再実行点Ps を決定する。ステツプ115で
は、ステツプ114で求めた溶接再実行点Ps と本来の
目標点である溶接終了点P2 の位置データを交換する。
【0025】ステツプ116では、起動されたか否かを
判定し、起動された場合ステツプ117へ飛び、一時停
止点から目標点(ここでは溶接再実行点Ps)への動作を
開始する。ステツプ117では、ロボツト4及びポジシ
ヨナ3が、指定された補間方式に従い、指定された速度
で動作するよう次の補間点の位置を計算する。ステツプ
118では、ステツプ117で求めた補間点へロボツト
4及びポジシヨナ3を動作させる。
【0026】ステツプ119では、目標点(ここでは溶
接再実行点Ps)とロボツト4とポジシヨナ3の現在の位
置を比較し、もし目標点に到着していればステツプ12
0に飛び、到着していなければステツプ117に飛ぶ。
以上のステツプ117から119までの処理を繰り返す
ことにより、ロボツト4及びポジシヨナ3は、一時停止
点Pt から溶接再実行点Ps へ移るために必要な動作を
する。
【0027】ステツプ120では、目標点の位置データ
と溶接再実行点の位置データを再度交換する。これによ
り、目標点の位置データは、本来の目標点である溶接終
了点P2 に設定される。ステツプ121では、アークを
ONにしステツプ102に飛ぶ。これにより、ロボツト
4及びポジシヨナ3は、溶接再実行点Ps から溶接終了
点P2 への動作を開始する。
【0028】次に、溶接再実行点Ps の決定方法につい
て、図3により説明する。図3において、Pcはロボツ
ト4及びポジシヨナ3の現在位置データ、Pは現在位置
来歴データ、Iは来歴データカウンタである。現在位置
データPcには、このデータを読み出した時点でのロボ
ツト4及びポジシヨナ3の位置が格納されている。
【0029】現在位置来歴データPは、現在位置データ
Pcを時系列順にN個まで記録する領域であり、先頭か
ら0,1,2,……,N−1と番号がふられており、こ
れにより、例えば、2番目のデータは、 P(2) のように参照する。一方、来歴データカウンタIは、現
在位置来歴データPに記録された現在位置データPcの
数を記録している。なお、この来歴データカウンタIの
初期値は0である。
【0030】図2のステツプ102において、ロボツト
4及びポジシヨナ3が正常に動作している間、現在位置
データPには、予め定められた周期Tごとに現在位置デ
ータPcのデータが現在位置来歴データPに記録され、
来歴データカウンタIの値に1が加算される。
【0031】現在位置来歴データPのN−1番目 P(N−1) にデータが記録されると、次の周期には再び現在位置来
歴データPの0番目 P(0) に記録され、以後、順に循環して現在位置来歴データP
に現在位置データPcが記録される。すなわち、 P(I mod N)←Pc… …(4) I←I+1…… ……(5) ただし、 mod:剰余を求める演算子 ←:代入を表す
【0032】この処理により、ロボツト4及びポジシヨ
ナ3が正常に動作している間、現在位置来歴データPに
は、ロボツト4及びポジシヨナ3が最後に通過した最大
N個の点の位置データが記録される。そして、これらの
データの内、最後に通過した点、及び最初に通過した点
は、次のように参照することができる。
【0033】最後に通過した点: I=0のとき P(0)…… …… ……(6) I>0のとき P((I mod N)−1)…… ……(7) 最初に通過した点: I<Nのとき P(0) …… ……(8) I≧Nのとき P(I mod N)…… …………(9)
【0034】いま、図2において、アークONで動作中
(すなわち溶接中)に一時停止となると、これらの式
(8)、(9)から明らかなように、ステツプ114において
は、記録されている現在位置来歴データPのうち最初に
通過した点、すなわち、最も以前に通過した点を溶接再
実行点Ps として選択する。
【0035】従って、この処理により、溶接再実行点P
s は一時停止した時刻から、下記の式(10)、(11)で表さ
れる時間Δtだけさかのぼった時刻に通過した点とな
る。I<Nのとき Δt=IT …… ……(10) I≧Nのとき Δt=NT …… …………(11) ただし、T:現在位置データPcの記録周期
【0036】図2のステツプ115から116におい
て、上記のようにして求めた溶接再実行点Ps と本来の
目標点である溶接終了点P2 の位置データを交換し、起
動を受け付けた後、ステツプ117から119で、ロボ
ツト4及びポジシヨナ3を、一時停止点Pt から溶接再
実行点Ps へ動作させ、溶接再実行点P s 到着後、ステ
ツプ120から121で、再度目標点と溶接再実行点の
位置データを交換し、アークONし、ステツプ102に
飛ぶことにより、溶接再実行点Ps から本来の目標点で
ある溶接終了点P2 へ動作させることが可能となる。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、ロボツトやポジシヨナ
等の1台以上の装置の動作により溶接を行う装置におい
て、溶接途中の一時停止からの再起動時、一時停止点か
ら溶接線上の溶接開始点方向にトーチを移動させた後、
溶接を再開するため、一時停止点から溶接を再開するの
に比べ、アーク切れ等の異常を回避することができ、ダ
ウンタイムが減少するとともに溶接品質が安定する効果
がある。
【0038】また、本発明は、1台以上の任意の台数の
装置の任意の組み合わせの動作による溶接に適用可能で
あり、ロボツト単独動作の他、ポジシヨナ単独動作、複
数のポジシヨナの協調動作、ロボツトとポジシヨナの協
調動作のいずれの場合にも制御可能である。
【0039】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による溶接動作の説明図で
ある。
【図2】本発明の一実施形態におけるロボツト制御装置
内部の処理を示すフローチヤートである。
【図3】本発明の一実施形態における溶接再実行点の決
定方法の説明図である。
【図4】本発明の一実施形態が適用されたロボットシス
テムのハードウエア構成図である。
【図5】ロボツトによる溶接動作の従来技術を示す説明
図である。
【図6】従来技術における溶接再実行点の算出のための
ベクトル図である。
【符号の説明】
1 ワーク 2 トーチ 3 ポジシヨナ 4 ロボツト 5 ロボツト制御装置 P1 溶接開始点 P2 溶接終了点 Pt 溶接途中での一時停止点 Ps 溶接再実行点 Δl 一時停止点から溶接再実行点までの距離 Pc 現在位置データ P 現在位置来歴データ I 来歴データカウンタ T 現在位置データPcの記録周期
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 霜村 来爾 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 株式会社 日立製作所 習志野工場内 (72)発明者 椎名 司 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−78780(JP,A) 特開 昭60−154879(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 9/12 331

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロボットによる溶接作業中に発生する溶
    一時停止後、所定距離後退した位置から溶接を再開す
    るようにした溶接ロボット制御装置において、 溶接線
    上のワークに対するロボットの位置データを記憶する記
    憶手段と、 前記記憶手段に記憶した位置データに基づいて溶接経路
    を補間溶接を実行する手段と、 前記溶接一時停止後に前記記憶手段に記憶された溶接
    一時停止位置のデータを含む位置データから、これまで
    溶接した溶接線上に溶接再実行点を求める手段と、 前記溶接一時停止位置から前記溶接再実行点まで移動す
    る手段と、 前記溶接再実行点から溶接経路を新たに補間して溶接を
    再実行する手段とを備えた溶接ロボット制御装置。
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