JP3037664B2 - 産業用ロボットの作業経路作成方法および装置 - Google Patents

Description

【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・切断または
塗装などの軌跡制御が必要な作業を行う産業用ロボット
に、作業経路をオフライン教示する場合の産業用ロボッ
トの作業経路作成方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、たとえば造船の一工程である
小組立溶接を溶接ロボット装置を用いて自動化すること
が行われている。小組立溶接とは大型の主板上に各種形
状の部材を多数配置し溶接する工程である。溶接ロボッ
ト装置は、門構形移動装置に６軸垂直多関節型ロボット
が天吊りされて構成され、多関節型ロボットのアームの
手首に溶接トーチが装着される。小組立溶接における対
象ワークは複雑な形状を有しており、非繰り返し形ワー
クであるため、対象ワークのＣＡＤ情報に基づいてロボ
ット制御情報を生成するオフライン教示方式によって自
動化を実現している。

【０００３】主板上には複雑な形状を有する多数の部材
が存在しており、ロボットは狭隘部での作業を余儀なく
される。このため、ロボットの作業経路作成時に干渉チ
ェックを行い、干渉の発生する個所をチェックする必要
がある。

【０００４】図１１は、干渉発生時の状態を示す斜視図
であり、図１２はその平面図である。主板１上には部材
２，３が配置され、溶接ロボット装置４は主板１と部材
２との間の溶接線５を溶接するものとする。図に示され
るように、干渉発生個所は部材２を溶接するために溶接
線５に沿って溶接トーチ６を移動させて溶接作業を行う
ときに他の部材３に衝突して、この場合従来は干渉が発
生する溶接線５のすべてに対してロボットによる自動溶
接を諦め、溶接作業終了後、人手によって溶接作業を行
っていた。

【０００５】しかしながら、自動化率向上のために、干
渉が生じる溶接線においても干渉個所を回避して溶接す
ることが望まれている。ロボットのオフライン教示にお
いて干渉を回避する方法の一例として、たとえば特開昭
６２−２７４４０４号公報がある。この公報には、干渉
が発生したときオペレータがディスプレイに表示される
アニメーション画面を見ながら手作業で干渉を回避する
作業経路を作成する方法が開示されてある。

【０００６】また、他の干渉回避経路作成方法としては
特開平５−１３４７３２号公報がある。この公報に開示
される回避方法は、ロボットの動作経路上に干渉が生じ
ると、まず初期位置と最終位置との間に仮の回避位置を
算出し、次に初期位置と仮の回避位置との間で干渉が生
じるか否かを判断し、干渉が生じない場合に前記仮の回
避位置を回避位置と決定し、干渉が生じる部分には仮の
回避点と初期位置との間にさらに仮の回避点を設定す
る。このようにして繰り返し演算を行って干渉を回避す
る移動経路を自動的に算出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の第１の干渉回避
方法では、回避経路をオペレータが作成するので、人手
を要する工数が増加する。

【０００８】これに対して第２の干渉回避方法では、回
避位置を演算によって自動で求めるので、人手を要しな
い。干渉物が少なく、自由に回避動作を行うことができ
る場合は、この第２の従来技術は比較的有効である。し
かしながら、対象ワークが複雑で、障害となる物体が大
きく、作業空間が狭溢である場合にはこの第２の従来技
術を適用することは困難である。

【０００９】また、作業中に多関節型ロボットの冗長軸
を利用できる場合、あるいはロボットの作業姿勢にある
程度の自由が与えられている場合にはロボットの冗長
性、または作業具の設定角度の自由度を利用して干渉箇
所におけるロボット姿勢を変更して干渉しないように溶
接を行うことができる。

【００１０】しかしながら、溶接トーチなどの作業具は
作業中の手先の位置が一意に決定されており、溶接品質
を保つためには、溶接作業中に手先方向を変更すること
は好ましくない。また、作業対象箇所付近に障害となる
部材が集中している場合は、ロボットアームよりむしろ
溶接トーチが干渉する可能性が高く、門構形移動装置の
移動軸を変更しても干渉を回避できない場合がほとんど
である。

【００１１】前述したように、従来では溶接すべき溶接
線の作業経路上に一カ所でも干渉が生じた場合にはその
溶接線の作業をすべて諦めていた。

【００１２】したがって、本発明の目的は干渉が生じる
作業線であっても干渉を避け、可能な限り作業を行うこ
とができる作業経路を人手をかけず短時間で作成するこ
とができる産業用ロボットの作業経路作成方法および装
置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、産業用ロボットのアームの手首に装着された作業具
を、作業線に沿って予め定める姿勢で移動して作業を行
う産業用ロボットの作業経路作成方法において、作業線
上に等間隔に複数のチェック点を設定するチェック点設
定ステップと、作業具および多関節型ロボットアーム
が、予め定める１つの姿勢で作業具の作業端がチェック
点に存在するとき、多関節型ロボットアームおよび作業
具が周囲の物体と干渉するか否かを判断するチェック点
干渉判断ステップと、干渉が生じない隣接するチェック
点を連ねた連続作業範囲を設定する作業範囲設定ステッ
プと、連続作業範囲にわたって作業具を前記予め定める
姿勢で移動させるときの産業用ロボットの作業経路を作
成する作業経路作成ステップとを含むことを特徴とする
産業用ロボットの作業経路作成方法である。

【００１４】本発明に従えば、作業線上に複数のチェッ
ク点を設定し、干渉が生じないチェック点を連ねた連続
作業範囲を作業するように作業経路を作成する。これに
よって、干渉が生じる作業線であっても干渉を回避する
とともに、予め定める姿勢で作業可能な範囲を作業する
作業経路を人手をかけずに短時間で作成することができ
る。

【００１５】請求項２記載の本発明は、干渉の生じない
進入位置から連続作業範囲の始端に作業具を移動させる
進入経路、および連続作業範囲の終端から干渉の生じな
い退避位置に作業具を移動させる退避経路を作成する進
入退避経路作成ステップと、進入経路、作業経路および
退避経路にわたる一連の作業経路において干渉が生じる
か否かを判断する経路干渉判断ステップと、干渉が生じ
る一連の経路は飛び越し、干渉が生じない一連の経路を
産業用ロボットの作業経路として決定する作業経路決定
ステップとを含むことを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、進入位置から連続作業範
囲の始端に進入し、連続作業経路に沿って予め定める姿
勢で作業具を移動させ、終端から退避位置に作業具を移
動させる一連の経路において干渉が生じる場合には、設
定した連続作業範囲の作業を諦めて飛び越し、干渉が生
じない経路を作業経路とする。作業中の姿勢が予め定め
られており、作業範囲が狭溢な場合、前記一連の経路で
干渉が生じることがあり、この場合にさらに回路経路を
作成し直したりすると計算時間が長くなってしまうが、
本発明では一連の経路で干渉が生じたものはロボットに
よる作業を諦めて後で手作業で作業することとし、干渉
が生じない経路のみを作業経路と決定することで、作業
可能な作業経路を短時間で決定して全体の作業効率を向
上することができる。

【００１７】請求項３記載の本発明の前記チェック点
は、作業線に沿って等間隔に設定され、この間隔は障害
物の厚みに作業具の外径を加えた長さであることを特徴
とする。

【００１８】本発明に従えば、図５に示されるようにチ
ェック点の間隔ΔＬは、干渉する障害物の厚みＷに作業
具の外径Ｄを加えた長さに選ばれる。チェック点の間隔
をこれより大きくすると、計算量を少なくすることはで
きるが、干渉が生じる場合であっても干渉を検証できな
くなる。また、チェック点の間隔を前記間隔ΔＬよりも
小さくすることによって、干渉がどこで発生するかを正
確に検証でき、干渉が生じる直前まで作業を行うことが
できるが、この場合には計算量が多くなってしまい、短
時間で作業経路を作成することが困難となってしまう。
本発明では前述のように障害物の厚みＷに作業具の外径
Ｄを加えた長さにチェック点の間隔ΔＬを設定すること
によって、チェック点の間隔を干渉が発生しないことを
検証できる最大の値とすることができ、これによって計
算量が少なく、短時間で作業経路を作成することが可能
となる。

【００１９】請求項４記載の本発明の産業用ロボット
は、多関節型ロボットを鉛直上下方向、および水平面上
における縦横方向に移動可能に天吊り状態で支持する門
構形移動装置を有することを特徴とする。

【００２０】本発明に従えば、多関節型ロボットは門構
形移動装置に移動可能に支持されるので、作業中の作業
具の姿勢は多関節型ロボットの姿勢で決定し、作業中は
この姿勢を保った状態で門構形移動装置で多関節型ロボ
ットを縦横に移動させることにより、作業具の定められ
た姿勢を保った状態で作業を行うことができる。また作
業中には多関節型ロボットの姿勢を変更しないので、計
算量が少なく、短時間で作業経路を作成することができ
る。また、進入経路は、門構形移動装置によって多関節
ロボットを上下に昇降させることによって少ない計算量
で進入退避経路を作成することが可能である。

【００２１】請求項５記載の本発明は、作業すべき作業
線にわたる全作業終了後、作業具を予め定める干渉の生
じない休止位置に移動させる経路を作成する終了移動経
路作成ステップを含むことを特徴とする。

【００２２】本発明に従えば、作業すべき対象ワークの
全作業終了後、作業具は予め定める干渉の生じない休止
位置に移動するので、作業開始時には常に予め定める休
止位置から多関節型ロボットを移動させ始めることにな
る。したがって、作業開始時の作業具の位置が常に一定
となるので、作業経路の作成が簡単になり、短時間で作
業経路を作成することができる。

【００２３】請求項６記載の本発明の前記作業具は、ノ
ズルと、ノズル先端から突出する溶接ワイヤと、溶接ワ
イヤを連続的に送給する送給手段とを備えるアーク溶接
用トーチであり、溶接トーチが休止位置に配置されたと
き、ノズルから突出する溶接ワイヤの突出量を予め定め
る一定の長さに設定する溶接ワイヤ設定ステップを含む
ことを特徴とする。

【００２４】本発明に従えば、溶接トーチが休止位置に
配置されたとき、溶接ワイヤの突出量が予め定める一定
の長さに設定されるので、作業中に溶接ワイヤの長さが
変わったとしても、休止時に所定の長さに調整され、溶
接作業を正確に行うことができる。

【００２５】請求項７記載の本発明は、産業用ロボット
のアームの手首に装着された作業具を、作業線に沿って
予め定める姿勢で移動して作業を行う産業用ロボットの
作業経路作成装置において、作業線上に間隔をあけて複
数のチェック点を設定するチェック点設定手段と、作業
具の作業端がチェック点に存在するときにロボットアー
ムおよび作業具が周囲の物体と干渉するか否かを判断す
るチェック点干渉判断手段と、干渉が生じない隣接する
チェック点を連ねた連続作業範囲を設定する作業範囲設
定手段と、連続作業範囲にわたって作業具を前記予め定
める姿勢で移動させるときの産業用ロボットの作業経路
を作成する作業経路作成手段とを含むことを特徴とする
産業用ロボットの作業経路作成装置である。

【００２６】本発明に従えば、作業線上で干渉が生じる
場合であっても、作業線上にチェック点を設定し、干渉
が生じないチェック点を連ねた連続作業範囲を設定する
ことによって、干渉を回避し、作業可能な範囲は作業す
る作業経路を短時間で作成することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある産業用ロボットの作業経路作成方法の対象となる溶
接ロボット装置１０の全体的な構成を示す斜視図であ
る。溶接ロボット装置１０は造船の一工程である小組立
溶接を自動で行う装置であり、第１〜第４溶接ロボット
１１〜１４を備える４式で構成される。各溶接ロボット
１１〜１４は同様の構成を有するので、第１溶接ロボッ
ト１１に関して説明し、第２〜第４溶接ロボット１２〜
１４の説明は適宜省略する。

【００２８】溶接ロボット１１は門構形移動装置１５
と、この門構形移動装置１５に天吊りされる６軸垂直多
関節型ロボット１６を有する。第１〜第４溶接ロボット
１１〜１４は平行に延びる一対のレール１７，１８を共
通に有し、それぞれレール１７，１８に沿う走行軸に沿
って往復走行可能である。門構形移動装置１５の上部に
設けられる主桁２０は、レール１７，１８の走行軸に垂
直な平面内で水平に延びて配置される。この主桁２０の
延在方向である横行軸に沿って往復移動可能に昇降柱２
１が設けられる。この昇降柱２１の下端部に多関節型ロ
ボット１６が天吊りされ、昇降柱２１の鉛直な昇降軸に
沿って多関節ロボット１６は昇降可能に設けられる。多
関節型ロボット１６は６軸垂直多関節型ロボットであ
り、前記昇降軸に平行な旋回軸を有し、多関節型ロボッ
ト１６は水平面内で旋回可能となる。また、走行軸およ
び横行軸から多関節型ロボット１６は水平面内で縦横に
移動でき、昇降軸に沿って鉛直方向に昇降できる。この
多関節型ロボット１６のアームの手首には作業具である
溶接トーチ２３が装着される。

【００２９】溶接ロボット装置１０の対象ワークは図２
に示されるように、平板状の主板２５上に各種形状の部
材２６を主板１１の表面に立てた状態で配置され、溶接
ロボット１０は各部材２６と主板２７とを溶接する。

【００３０】一対のレール１７，１８間にはローラコン
ベア２４が設けられ、水平に乗載される対象ワーク２２
を第１溶接ロボット１１から第４溶接ロボット１４に向
けて搬送する。対象ワーク２２の溶接個所は、予め第１
〜第４溶接ロボット１１〜１４が溶接する個所が分割さ
れており、まず第１溶接ロボット１１で溶接すべき個所
が溶接されるとローラコンベア２４によって対象ワーク
２２を搬送し、次に第２溶接ロボット１２によってこの
第２溶接ロボット１２が溶接すべき個所が溶接される。
このようにして第１〜第４溶接ロボット１１〜１４を順
次用いて小組立溶接が行われる。また各溶接ロボット１
１〜１４にはＴＶカメラが備えられ、このＴＶカメラで
搬送されてきた対象ワーク２２の位置合わせを行う。

【００３１】対象ワーク２２を溶接するための作業経
路、および溶接電圧、溶接電流、溶接速度などの溶接条
件を含むロボット制御情報は予めオフライン教示によっ
て溶接ロボット装置１０に入力しておく。ロボット制御
情報は、ＣＡＤシステムに設定されている対象ワーク２
２の３次元情報に基づいてロボット制御情報作成装置で
作成される。

【００３２】ロボット制御情報作成装置は、作成したロ
ボット制御情報をオフライン教示情報としてフロッピー
ディスクなどの情報記録媒体にファイルとして記録して
出力する。生産現場では情報記録媒体に記録されている
ロボット制御情報を読込んで溶接ロボット装置１０を制
御する。

【００３３】図３は、溶接ロボット１１の概略的な作業
経路を示す図である。多関節型ロボット１６のアームの
手首に装着される溶接トーチ２３は初期状態では干渉の
生じない休止位置３１に配置されており、溶接トーチ２
３を対象ワーク２２の溶接すべき溶接線Ｌに沿って溶接
方向に移動させて溶接作業を行う。溶接トーチ２３を溶
接方向に移動させるとき障害となる部材３０によって干
渉が生じるので、溶接ロボット１１は、干渉が生じる部
分のみ溶接を諦め、可能な限り溶接作業を行う。そのた
めに、溶接線Ｌに対して障害となる部材３０の両側に第
１連続作業範囲Ａと第２連続作業範囲Ｂを設定して溶接
作業を行う。

【００３４】コンベア２４によって対象ワークが搬送さ
れてきて位置決めされると、休止位置３１に配置される
溶接トーチ２３をまず進入位置３２に移動させる。進入
位置３２は、第１連続作業範囲Ａの溶接方向上流側端部
の始端ＡＳを溶接するときの位置を溶接開始位置３３と
したとき、この溶接開始位置３３に進入する直前の位置
である。溶接作業中の溶接トーチ２３の姿勢は予め定め
られており、溶接作業時の多関節型ロボット１６の姿勢
は、予め登録される複数の基本姿勢から対象ワーク２２
の形状および溶接トーチ２３の予め定める姿勢に基づい
て最適な姿勢が選ばれる。進入位置３２は、始端ＡＳ近
傍で干渉の生じない位置である。進入位置３２から溶接
開始位置３３への進入経路では、溶接作業時の予め定め
る姿勢で移行することが望ましく、門構形移動装置１５
の昇降軸を利用して多関節型ロボット１６を下降させて
もよい。

【００３５】溶接開始位置ＡＳに達した溶接トーチ２３
は、第１溶接作業範囲Ａの終端ＡＥに対応する溶接終了
位置３４まで移動し、その後退避位置３５まで退避す
る。溶接作業時は、溶接トーチの姿勢を一定に保つた
め、溶接線Ｌが直線の場合は多関節型ロボット１６の６
軸姿勢を一定として、門構形移動装置１５の走行軸およ
び横行軸を利用して溶接トーチ２３を移動させる。溶接
線Ｌが曲線の場合には、前記走行軸、横行軸に加えて多
関節型ロボット１６の旋回軸を利用して溶接作業を行
う。

【００３６】退避位置３５は多関節型ロボット１６およ
び溶接トーチ２３が干渉の生じない位置であり、溶接終
了位置３４から溶接作業時の予め定める姿勢を保った状
態で門構形移動装置１５の昇降柱２１を利用して上昇し
て溶接終了位置３４から退避位置３５に退避する。

【００３７】その後引き続き第２連続作業範囲での始端
ＢＳに対応する溶接開始位置３７へ進入するための進入
位置３６まで溶接トーチ２３を移動させ、進入位置３６
から前記作業時の姿勢を保った状態で溶接開始位置３７
まで下降させる。なお、連続作業範囲Ａの溶接終了位置
３４から連続作業範囲Ｂの溶接開始位置３７までの移動
は多関節型ロボット１６の６軸制御によって行ってもよ
い。その後、第２連続作業範囲Ｂに沿って溶接トーチ２
３を移動させて溶接作業を行う。第２連続作業範囲Ｂの
終端ＢＥに対応する溶接終了位置３８に溶接トーチ２３
が達すると、再び昇降柱２１を利用して溶接トーチ２３
を上昇させて干渉の生じない退避位置３９に退避させ
る。これで第１溶接ロボット１１が溶接すべき作業が終
了すると溶接トーチ２３を再び休止位置３１に移動させ
る。

【００３８】溶接トーチ２３はノズルと、ノズル先端か
ら突出する溶接ワイヤと、溶接ワイヤを連続的に送給す
る送給手段とを備え、ノズルから不活性ガスを流して空
気から遮断した状態でワイヤの先端と母材との間にアー
クを発生させて溶接する。したがって、溶接作業終了
後、溶接ワイヤの突出長さが変化している恐れがある
が、溶接トーチ２３が休止位置に配置されたとき、送給
手段によって突出量が予め定める一定の長さになるよう
に調整する。これによって、溶接ワイヤの突出量を常に
一定の長さに保つことができ、溶接作業を正確に行うこ
とができる。

【００３９】図４は、ロボット制御情報作成装置におけ
る作業経路作成方法を示すフローチャートである。ま
ず、ステップａ１において、入力された対象ワークの３
次元情報から溶接すべき溶接線に対して溶接線上に等間
隔にチェック点を設定する。チェック点の設定は、溶接
すべきすべての溶接線に対して行ってもよく、予めシミ
ュレーションによる干渉チェックによって判断された、
干渉の生じる溶接線に対してのみ行ってもよい。

【００４０】チェック点の間隔ΔＬは多関節型ロボット
１６やこの多関節型ロボット１６に装着される溶接トー
チ２３、対象ワーク２２の形状、および動作方向から定
められる値であり、溶接トーチ２３を予め定める姿勢で
溶接線に沿って移動させる場合に対象ワーク２２との干
渉が発生しないことを検証できる最大の値に設定され
る。溶接ロボット装置１０での溶接作業は、前述したよ
うに溶接作業中は溶接トーチ２３は予め定める姿勢に保
たれ、溶接作業中はほとんどロボット６軸姿勢を変えず
に門構形移動装置１５の走行軸および横行軸で移動して
溶接作業を行う。したがって、干渉の発生は図５に示さ
れるように溶接トーチ２３の先端のノズルが障害となる
部材４０に接触する場合である。このような干渉発生を
検証するためには間隔ΔＬは溶接トーチ２３の先端のノ
ズル４１の外径をＤとし、溶接線に沿う障害となる部材
４０の長さをＷとすると、 Ｄ／２＜ΔＬ≦Ｄ＋Ｗ となる。干渉が発生する直前まで溶接作業を行うために
は、チェック点の間隔ΔＬが小さい方が好ましいが、そ
の場合には計算量が増大し、作業経路作成に長時間を費
やしてしまう。したがって、本実施形態では上述したよ
うに干渉が発生しないことを検証できる最大の値点と
し、ΔＬ＝Ｄ＋Ｗに選ばれる。

【００４１】本実施形態では溶接トーチ２３のノズル４
１の外径Ｄは３０ｍｍに選ばれ、障害となる部材４０の
溶接線に沿う長さＷはその最小となる値である部材４０
の板厚に選ばれ、本実施形態ではＷ＝１０ｍｍである。
したがって、ΔＬ＝４０ｍｍに選ばれる。

【００４２】次にステップａ２において溶接トーチ２３
の先端がチェック点に存在するときにおける多関節型ロ
ボット１６のアームおよび溶接トーチ２３が干渉するか
否かを判断する。前述したように、作業時の溶接トーチ
２３および多関節型ロボット１６の基本姿勢は予め登録
されており、これに基づいて各チェック点における多関
節型ロボット１６および溶接トーチ２３の姿勢を決定
し、シミュレーションによりその点において干渉が発生
するか否かをチェックする。干渉チェックの方法として
は、たとえば論文（「マニピュレータの障害物回避」尾
崎弘明著、日本ロボット学会誌、Ｖｏｌ．２ Ｎｏ．６
（December １９８４））に開示される方法が適用され
る。この方法では、２つの物体が直方体であることを前
提として、交差の有無を調べ、干渉の可能性があれば、
その直方体を逐次分割してチェックする方法である。

【００４３】また、他の干渉チェック方法とし特開昭６
２−４３７０６号、特開平１−１７３２０５号に開示さ
れる方法がある。この方法では、ロボットの各アームを
球および直方体または多面体でそれぞれ近似して干渉チ
ェックを行う方法である。

【００４４】このようにして各チェック点で干渉するか
否かを順次判断し、干渉するチェック点はステップａ３
において干渉発生を記録し、干渉しないチェック点に関
してはステップａ４において干渉なしを記録する。

【００４５】ステップａ５ではステップａ１において設
定したすべてのチェック点で干渉チェックを行ったか否
かを判断し、干渉チェックが行われていないチェック点
が存在する場合にはステップａ２に戻り、すべてのチェ
ック点での干渉の有無を判断した場合にはステップａ６
に進む。

【００４６】ステップａ６ではステップａ４で記録され
た干渉が生じない隣接するチェック点を連ねた連続作業
範囲を設定する。

【００４７】次に、ステップａ７では設定された各連続
作業範囲に対して進入経路、作業経路、退避経路を含む
一連のロボット作業経路を作成する。次に、ステップａ
８において作成した一連の作業経路に沿って溶接トーチ
２３を移動させるときのロボット作業をシミュレートし
て、一連の作業で干渉が発生するか否かを判断し、一連
の経路で干渉が発生しない場合にはステップａ９に進
み、設定した一連の作業経路を作業経路として決定す
る。

【００４８】ステップａ８において一連の経路で干渉が
発生する場合にはステップａ１０に進み、干渉が発生す
る連続作業範囲の作業を諦め、スキップ処理を行う。す
なわち、干渉が発生する連続作業範囲の作業は行わず、
飛び越すように設定する。

【００４９】ステップａ１１では、ステップａ６で設定
したすべての連続作業範囲に対する一連の作業経路での
干渉の発生をチェックしたか否かが判断され、チェック
されていない場合にはステップａ７に戻り、すべてをチ
ェックすると作業経路の作成が終了する。

【００５０】このようにして作業すべき溶接線に対する
作業経路が複数作成され、次に作成された各作業経路を
作業の順に結ぶ移動経路および休止位置から最初に作業
する連続作業範囲の進入位置まで溶接トーチ２３を移動
させる移動経路および最後に溶接する連続作業範囲の退
避位置から休止位置まで溶接トーチ２３を移動させる終
了移動経路を作成する。

【００５１】さらに前述したように、休止位置に溶接ト
ーチ２３が戻ってきたときノズルから突出する溶接ワイ
ヤの突出量を予め定める一定の長さに調整するように制
御する命令を設定する。また、作成した作業経路に応じ
た溶接条件を設定してロボット制御情報が完成する。

【００５２】次に、直線部状の溶接線を有する対象ワー
ク５０を例として、作業経路の作成手順について具体的
に説明する。図６は、溶接対象ワーク５０を示す斜視図
であり、図７はその平面図である。対象ワーク５０は主
板５１上に板状の部材５２〜５４が立った状態で不規則
に配置されており、さらに部材５２には板状の部材５５
が垂直に取付けられている。ここで、主板５１と部材５
２との間の溶接線ＰＱを溶接ロボット１１によって溶接
する場合を想定する。

【００５３】溶接線ＰＱを施工する際には、部材５３，
５４，５５が障害となって連続的に溶接を行うことがで
きない。溶接品質上、溶接中に溶接トーチ２３の姿勢を
変化させることは好ましくないため、可能な限り溶接を
行い干渉が発生する個所については溶接を諦めることと
して対処する。

【００５４】まず、図８に示されるように、溶接すべき
溶接線５６上に、始端Ｐから終端Ｑに等間隔ΔＬでチェ
ック点を設定する。図８において丸印で示す参照符Ｍ１
〜Ｍ１５がチェック点である。

【００５５】続いて、すべてのチェック点についてロボ
ット動作姿勢をシミュレートし、干渉が発生するか否か
をチェックする。すなわち、図７の平面図で示されるよ
うに、部材５３によってチェック点Ｍ１では干渉が発生
し、部材５４は部材５２に対して斜めに配置されるの
で、チェック点Ｍ５，Ｍ６では溶接トーチ２３もしくは
多関節型ロボット１６が部材５４に干渉してしまう。ま
た、部材５２に取付けられる部材５５は、図５の斜視図
で示されるように溶接線５６の終端Ｑに向かうにつれて
上方となるように斜めに取付けられているので、チェッ
ク点Ｍ１０〜Ｍ１２では溶接トーチ２３もしくは多関節
型ロボット１６が部材５５に干渉するが、チェック点Ｍ
１３〜Ｍ１５では溶接可能となる。なお、図７において
溶接時に干渉するチェック点Ｍ１，Ｍ５，Ｍ６，Ｍ１０
〜Ｍ１２は黒丸で示しており、干渉しないチェック点Ｍ
２〜Ｍ４，Ｍ７〜Ｍ９，Ｍ１３〜Ｍ１５は白丸で示す。

【００５６】次に、干渉が生じない隣接するチェック点
を連ねて連続作業範囲を設定することによって、溶接中
に干渉の発生する可能性の少ない個所を特定することが
できる。図７においてはＭ２−Ｍ４，Ｍ７−Ｍ９，Ｍ１
３−Ｍ１５が溶接可能な連続作業範囲と判定できる。

【００５７】さらに、判定した各連続作業範囲Ｍ２−Ｍ
４，Ｍ７−Ｍ９，Ｍ１３−Ｍ１５についてそれぞれ進入
経路および退避経路を含む一連のロボット作業経路を作
成し、この一連の動作をシミュレーションでチェック
し、干渉の発生が無いことを確かめる。このような手順
により、ロボット施工率を可能な限り高くし、かつ干渉
の発生の無いロボット経路を短時間で効率的に求めるこ
とができる。

【００５８】次に、図２で示した対象ワーク２２を例と
して、ロボット制御情報の作成に本発明の作業経路作成
方法の手法を適用した場合のロボット施工個所を図９に
示し、従来の手法を適用した場合のロボット施工個所を
図１０に示す。なお図９および図１０において実線はロ
ボット施工可能個所を示し、破線はロボット施工不可能
個所を示す。

【００５９】従来手法でロボット動作経路を作成するの
に要した計算時間は５分４７秒であり、本手法で要した
計算時間は７分４１秒であり、本手法を適用することに
よって延びた計算時間は２分程度である。

【００６０】対象ワーク２２は全体で３８．２２ｍの溶
接線を有しており、従来手法を適用した場合はロボット
施工溶接長が２０．８８ｍであり、溶接線全体に対して
は５４．６％の自動溶接率であったのに対し、本手法を
適用した場合は自動施工溶接長が２７．５２ｍとなり、
自動溶接率は７２．０％に向上し、従来手法に比べて、
自動溶接率は１７．４％向上したことになる。

【００６１】この結果から、本手法は従来手法に対して
わずかに計算時間が増加するだけで、大幅な自動化率の
向上を実現することができると言える。

【００６２】本実施形態では多関節型ロボット１６のア
ームの手首に装着される作業具は溶接トーチ２３である
溶接ロボット装置としたが、本発明の他の実施形態とし
て軌跡制御を必要とする塗装用ロボット装置、シール剤
注入用ロボット装置もしくはロボットアームの手首にグ
ラインダを装着した研磨用ロボット装置に本発明の作業
経路作成方法を適用してもよい。

【００６３】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、干渉が
生じる作業線においても作業可能な範囲は作業する作業
経路を短時間で作成することができる。

【００６４】請求項２記載の本発明によれば、進入経路
から退避経路にわたる一連の作業経路において干渉が生
じたときには設定した連続作業範囲の作業を飛び越す作
業経路を作成するので、回避経路を算出し直して計算時
間が長くなるといったことが防がれる。

【００６５】請求項３記載の本発明によれば、チェック
点の間隔を障害物の厚みに作業具の外径を加えた長さに
選ぶことによって、干渉を検証できる最大の値となり、
これによって作業経路作成に要する計算量を最小限に抑
え、短時間で作業経路を作成することが可能となる。

【００６６】請求項４記載の本発明によれば、作業中に
多関節型ロボットおよび作業具の姿勢を変更することな
く移動することができ、これによって作業経路作成の計
算量が少なくて済み短時間で作業経路を作成することが
可能となる。

【００６７】請求項５記載の本発明によれば、作業具は
作業終了後予め定める休止位置に配置されるので、作業
開始点が常に一定となり、経路作成のための計算量を低
減することができる。

【００６８】請求項６記載の本発明によれば、作業終了
後溶接ワイヤの突出量が予め定める一定の長さに設定さ
れるので、溶接線の長さが大きく変わることが防がれ、
正確に溶接作業を行うことができる。

【００６９】請求項７記載の本発明によれば、干渉が生
じる作業線においてもロボット施工率を可能な限り高く
し、かつ干渉の発生しない作業経路を短時間で効率よく
作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である産業用ロボットの
作業経路作成方法が対象とする溶接ロボット装置１０を
示す斜視図である。

【図２】対象ワーク２２を示す斜視図である。

【図３】溶接ロボット１１の作業経路を概略的に示す図
である。

【図４】作業経路作成方法を示すフローチャートであ
る。

【図５】チェック点の間隔ΔＬを示す説明図である。

【図６】溶接対象ワーク５０を示す斜視図である。

【図７】対象ワーク５０を上から見た平面図である。

【図８】対象ワーク５０の溶接線ＰＱにチェック点Ｍ１
〜Ｍ１５を設定した状態を示す図である。

【図９】対象ワーク２２に本発明の手法を適用した場合
のロボット施工個所を示す平面図である。

【図１０】対象ワーク２２に従来の手法を適用した場合
のロボット施工個所を示す平面図である。

【図１１】従来のロボット溶接装置４において溶接トー
チ６が干渉する場合を示す斜視図である。

【図１２】従来のロボット溶接装置４において溶接トー
チ６が干渉する場合の平面図である。

【符号の説明】

１０ 溶接ロボット装置 １１，１２，１３，１４ 溶接ロボット １５ 門構形移動装置 １６ ６軸垂直多関節型ロボット ２２，５０ 対象ワーク ２３ 溶接トーチ ２７ 手首

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−214625（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 19/4093

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 産業用ロボットのアームの手首に装着さ
   れた作業具を、作業線に沿って予め定める姿勢で移動し
   て作業を行う産業用ロボットの作業経路作成方法におい
   て、 作業線上に等間隔に複数のチェック点を設定するチェッ
   ク点設定ステップと、 作業具および多関節型ロボットアームが、予め定める１
   つの姿勢で作業具の作業端がチェック点に存在すると
   き、多関節型ロボットアームおよび作業具が周囲の物体
   と干渉するか否かを判断するチェック点干渉判断ステッ
   プと、 干渉が生じない隣接するチェック点を連ねた連続作業範
   囲を設定する作業範囲設定ステップと、 連続作業範囲にわたって作業具を前記予め定める姿勢で
   移動させるときの産業用ロボットの作業経路を作成する
   作業経路作成ステップとを含むことを特徴とする産業用
   ロボットの作業経路作成方法。
2. 【請求項２】 干渉の生じない進入位置から連続作業範
   囲の始端に作業具を移動させる進入経路、および連続作
   業範囲の終端から干渉の生じない退避位置に作業具を移
   動させる退避経路を作成する進入退避経路作成ステップ
   と、 進入経路、作業経路および退避経路にわたる一連の作業
   経路において干渉が生じるか否かを判断する経路干渉判
   断ステップと、 干渉が生じる一連の経路は飛び越し、干渉が生じない一
   連の経路を産業用ロボットの作業経路として決定する作
   業経路決定ステップとを含むことを特徴とする請求項１
   記載の産業用ロボットの作業経路作成方法。
3. 【請求項３】 前記チェック点は、作業線に沿って等間
   隔に設定され、この間隔は障害物の厚みに作業具の外径
   を加えた長さであることを特徴とする請求項１または２
   記載の産業用ロボットの作業経路作成方法。
4. 【請求項４】 産業用ロボットは、多関節型ロボットを
   鉛直上下方向、および水平面上における縦横方向に移動
   可能に天吊り状態で支持する門構形移動装置を有するこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の産業用
   ロボットの作業経路作成方法。
5. 【請求項５】 作業すべき作業線にわたる全作業終了
   後、作業具を予め定める干渉の生じない休止位置に移動
   させる経路を作成する終了移動経路作成ステップを含む
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の産業
   用ロボットの作業経路作成方法。
6. 【請求項６】 前記作業具は、ノズルと、ノズル先端か
   ら突出する溶接ワイヤと、溶接ワイヤを連続的に送給す
   る送給手段とを備えるアーク溶接用トーチであり、 溶接トーチが休止位置に配置されたとき、ノズルから突
   出する溶接ワイヤの突出量を予め定める一定の長さに設
   定する溶接ワイヤ設定ステップを含むことを特徴とする
   請求項５記載の産業用ロボットの作業経路作成方法。
7. 【請求項７】 産業用ロボットのアームの手首に装着さ
   れた作業具を、作業線に沿って予め定める姿勢で移動し
   て作業を行う産業用ロボットの作業経路作成装置におい
   て、 作業線上に間隔をあけて複数のチェック点を設定するチ
   ェック点設定手段と、作業具の作業端がチェック点に存
   在するときに多関節型ロボットアームおよび作業具が周
   囲の物体と干渉するか否かを判断するチェック点干渉判
   断手段と、 干渉が生じない隣接するチェック点を連ねた連続作業範
   囲を設定する作業範囲設定手段と、 連続作業範囲にわたって作業具を前記予め定める姿勢で
   移動させるときの産業用ロボットの作業経路を作成する
   作業経路作成手段とを含むことを特徴とする産業用ロボ
   ットの作業経路作成装置。