JP3146550B2

JP3146550B2 - 産業用ロボットの制御装置

Info

Publication number: JP3146550B2
Application number: JP23687291A
Authority: JP
Inventors: 雅史鈴木; 和良寺本; 信一猿楽; 安藤　　武; 豪大山口; 繁良横山; 達也瀬下; 健治広部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 2001-03-19
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JPH0557642A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウィービング制御機能
を備えた産業用ロボットに係り、特にアーク溶接作業用
ロボットに好適な産業用ロボットの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接作業用のロボットや、塗装作
業用、バリ取り作業用、或いはシーリング作業用のロボ
ットでは、ウィービング制御機能が要求されることが多
く、このため、従来から種々のウィービング制御技術に
ついての提案が知られており、例えば、特開平１−００
８４０６号公報では、主経路方向とトーチ方向からウィ
ービング方向を決定し、補間の途中で主経路の方向が変
化しても常に新しいウィービング方向を生成する方法に
ついて開示しており、また、特開昭５８−１５４４５９
号公報では、ウィービング方向をティーチングによって
教示し、ウィービング周波数や振幅はユーザに設定させ
ることにより、所望のウィービングを得るという技術に
ついて開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、補間
中のウィービング制御に関するもので、補間終了時点、
つまりウィービング終了時点でのウィービング量(重畳
量)について配慮がされておらず、操作が複雑であると
言う問題があった。すなわち、補間終了時点でのウィー
ビング量は、ウィービング区間の距離と主経路方向の動
作速度、ウィービング周波数により決まるものであり、
従って、従来技術では、ほとんどの場合、補間終了時点
でのウィービング量は０になることはなく、このため、
補間終了時点でウィービング量を０にする操作が必要に
なり、操作が複雑になってしまうのである。

【０００４】このことを、図２を用いて説明する。い
ま、点Ｐ１から点Ｐ２までの区間の距離と主経路方向の
動作速度、それにウィービング周波数について特に考慮
を払うこと無く、この区間を補間しながらウィービング
動作を行ったとすると、補間終了点Ｐ２でのウィービン
グ量が０になることは殆ど無く、たいていの場合は、例
えば、△ｌ(Ｌの小文字)のウィービング量が残り、この
ため、点Ｐ２で補間終了させるためには、この△ｌの距
離分だけ再び補間を行わなければならない。また、図４
に示すように２以上の複数の区間を連続でウィービング
動作を行った場合も同様である。

【０００５】本発明の目的は、図１及び図３に示すよう
に、補間終了時点でのウィービング量が常に自動的に０
になり、補間終了時での再補間をなくすことができる産
業用ロボットの制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、予め設定し
てあるウィービング周波数によりウィービング動作を行
なうティーチング・プレイバック方式の産業用ロボット
において、補間開始点と補間終了点で区画された区間で
のロボットの移動経路距離と移動経路方向の移動速度と
に応じて、その区間の補間終了点でのウィービング重畳
量がゼロになるように前記ウィービング周波数を補正す
るウィービング周波数補正手段と、前記予め設定してあ
るウィービング周波数と、前記ウィービング周波数補正
手段により補正されたウィービング周波数の差の周波数
を監視する手段とを設け、前記ウィービング周波数補正
手段により補正されたウィービング周波数によりウィー
ビング制御すると共に、前記差の周波数が一定値以上に
なったときには、前記ウィービング周波数補正手段によ
り補正されたウィービング周波数によるウィービング制
御を無効にするようにして達成される。

【０００７】

【作用】補間開始時に、前述した解決手段により補正周
波数を演算し、この周波数を用いてウィービングを行う
ため、補間終了時には必ずウィービング量が０になる。
このため、補間終了時に生じたウィービング量を０にす
る補間が不用となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明による産業用ロボットの制御装
置について、図示の実施例により詳細に説明する。図５
は、本発明の一実施例が適用された溶接用ロボット装置
の全体構成を示したもので、図において、１はロボット
本体(マニプレータ)で、６個のアクチュエータにより駆
動されるもの、２はロボット制御部、３はプレイバック
コンソールで、自動運転時の起動、停止等を行うもの、
４はプログラミングユニットで、ロボットの教示作業や
ロボットの動作速度、ウィービング周波数のリアルタイ
ム変更を行うもの、５は溶接機で、溶接電源供給部とイ
ンタフェース部より構成されているもの、６は溶接ワイ
ヤで、ワイヤ供給装置７により駆動される。８は作業具
としてのトーチである。なお、この実施例は溶接ロボッ
トに本発明を適用した場合ついて説明しているが、バリ
取り用やシーリング用ロボットでも同様である。

【０００９】図６はロボット制御部２のブロック図で、
ＣＰＵ−Ａ１２はロボット本体１の動作制御やマンマシ
ンインタフェース等の処理を行なうと共に、補正ウィー
ビング周波数の演算手段としての働きと、指令データ演
算手段としての働きも有している。ＣＰＵ−Ｂ１３はＣ
ＰＵ−Ａ１２から送られてきたデータを基にアクチュエ
ータとしてのサーボモータＭ１〜Ｍ６の駆動処理を行う
サーボ回路として働く。ＣＰＵ−Ｃ１４はプレイバック
コンソール３、プログラミングユニット４との通信を行
っており、また、溶接機インタフェース１７を介して溶
接機５との通信も行っている。なお、溶接機インタフェ
ース１７は溶接機５に対するワイヤ送給量、溶接電圧、
アークＯＮ等の指令の受け渡しを行なうものである。

【００１０】１８はＲＡＭ−Ａで、ＣＰＵ−Ａ１２の処
理手順を記述したプログラムが格納されているもの、２
１はＲＡＭ−Ｂで、ＣＰＵ−Ｂ１３の処理手順を記述し
たプログラムが格納されているもの、２２はＲＡＭ−Ｃ
で、ＣＰＵ−Ｃ１４の処理手順を記述したプログラムが
格納されている。１９はＲＯＭで、初期化時にバブルメ
モリ２０に記憶されているプログラムをＲＡＭ−Ａ１８
にローディングするための処理プログラムが格納されて
いる。なお、このバブルメモリ２０は不揮発性の外部記
憶装置(磁気バブル記憶装置)で、教示点のデータやロボ
ット動作速度、ウィービング周波数等のデータが格納さ
れている。

【００１１】次に、本制御方法を図７のフローチャート
を用いて説明する。まず、ステップ３１では補間距離Ｌ
及び補間方向ベクトル IＬを演算する。ここで、補間開
始点をＰｓ、補間終了点をＰｅとすると、補間距離Ｌ及
びベクトルIＬは(数１)により演算することができる。

【００１２】

【数１】

【００１３】ここで、｜｜はベクトルのノルムを表す。

【００１４】次に、補間終了点でのウィービング量が０
になるような補正周波数Ｆ’(Ｈz)をステップ３２にお
いて演算する。いま、設定周波数をＦ(Ｈz)、作業点の
動作速度をＶ(mm／s)とすると、ウィービング１周期に
要する時間Ｔｗ(ｓ)は(数２)により表される。

【００１５】

【数２】

【００１６】また、補間に要する時間Ｔ_I (ｓ)は(数３)
式により表される。

【００１７】

【数３】

【００１８】ところで、補間終了点でのウィービング量
を０にするためには、補間区間でのウィービング回数が
整数でなければならず、それをＮとすると、(数４)式が
成り立つ。

【００１９】

【数４】

【００２０】ここで、ＦＩＸは小数点以下四捨五入を表
す。

【００２１】したがって、ウィービング１周期に要する
時間Ｔｗ’(ｓ)は(数５)式となる。

【００２２】

【数５】

【００２３】補正ウィービング周波数は、Ｔｗ’の逆数
をとればよいから、(数６)式により求めることができ
る。

【００２４】

【数６】

【００２５】次に、ステップ３３において、(数６)式で
求めた補正周波数が適切かどうかを判断し、適切であれ
ば補正ウィービング周波数をＲＡＭ−Ａ１８に格納した
後、ステップ３４に進み、そうでなければステップ４４
へ進む。このとき、補正周波数が適切であるかどうかの
判定は、次の(数７)式を用いて行う。

【００２６】

【数７】

【００２７】ここで、ＡＢＳは絶対値を、また、△Ｆは
許容しうる周波数変化の最大値である。次に、ステップ
３４において補間終了の判定を行う。補間終了の判定は
補間距離Ｌと補間累積距離Ｌｃを用いて行う。いま、補
間周期を△Ｔ(ｍｓ)とすると、補間累積距離Ｌｃは(数
８)式により表される。

【００２８】

【数８】

【００２９】ここで、Ｌｃ≧Ｌの場合は補間終了と判定
し、ステップ４４へ進み、Ｌｃ＜Ｌの場合は補間未終了
と判定し、ステップ３５へ進む。

【００３０】ステップ３５においては作業点の位置の演
算を行なう。ここで、作業点の位置にはウィービング量
は含まれていない。作業点の位置の演算は、補間方向ベ
クトル IＬと補間累積距離Ｌｃを用いて行なう。作業点
の位置をＰｉとすると、これは(数９)式により表され
る。

【００３１】

【数９】

【００３２】次に、作業点の動作速度とウィービング周
波数の少なくとも一方が、補間実行中に、リアルタイム
で変更された場合の補正ウィービング周波数の演算をス
テップ３６において行なう。このステップ３６の処理に
ついては図８を用いて説明する。図８において、IＰs
は補間開始点、IＰi は現在の補間周期における作業点
の位置であり、IＰi-1は前回の補間周期における作業点
の位置を表している。またＴc は前回の補間周期までに
要した時間であり、Ｐｈc は前回の補間周期でのウィー
ビングの位相である。ここで、現在の補間周期で用いる
べき補正ウィービング周波数Ｆ’は、補間終了点 IＰe
での位相が２πの整数倍でなければならないという条件
より、次式が成り立つ。

【００３３】

【数１０】

【００３４】ここで、ｎは自然数であり、Ｔ_R は(数１
１)式により求められる。

【００３５】

【数１１】

【００３６】ここで、Ｔ_I は補間に要する時間であり、
(数３)式により既に求められているものである。(数１
０)式をＦ’について解き、ｎが自然数であるという条
件を用いれば、補正ウィービング周波数Ｆ’は、(数１
２)式により求められる。

【００３７】

【数１２】

【００３８】次に、この(数１２)式により求めた補正ウ
ィービング周波数がＦ’適性か否かをステップ３７にお
いて判定する。比較方法は(数７)式で示した通りであ
る。そして、比較結果が真であればステップ３８におい
て、(数１２)式で求めた補正ウィービング周波数Ｆ’を
ＲＡＭ−Ａ１８に格納し、比較結果が偽であれば何もせ
ずにステップ３９に進む。

【００３９】このステップ３９においては、現在の補間
周期におけるウィービングの位相及び補間累積時間を次
式により計算する。

【００４０】

【数１３】

【００４１】ここで、Ｆ’はＲＡＭ−Ａ１８に格納され
ている補正ウィービング周波数である。

【００４２】続くステップ４０においては、ステップ３
９で更新された位相を基にウィービングベクトルを演算
する。ウィービングベクトルの演算方法には種々のもの
があるが、一般的には(数１４)式のように表される。

【００４３】

【数１４】

【００４４】ここで、ベクトルIＷはウィービングベク
トル、ベクトル IＷc はウィービングを行う方向ベクト
ル、Ｇは任意の周期関数、Ｐｈc は位相である。ところ
で、ウィービングベクトルIＷc の決定にも種々の方法
があり、例えば、教示によって、その方向を決定するも
のや、或いは補間方向とトーチ方向に垂直な方向にする
といったようなものがあるが、この実施例においては、
後者の方法を採用し、トーチ方向ベクトルをベクトルI
Ａt で表すと、ウィービング方向ベクトル IＷc は(数
１５)式で表される。

【００４５】

【数１５】

【００４６】ここで、ベクトル IＬは補間方向ベクトル
である。次に、簡単のために関数Ｇを

【００４７】

【数１６】

【００４８】とおくと、ウィービング方向ベクトル IＷ
は次式により求まる。

【００４９】

【数１７】

【００５０】ここで、Ｐｈc は(数１３)式で更新された
位相である。

【００５１】次に、ステップ４１において、(数９)式で
求まっていた作業点の位置ベクトルIＰi に、(数１７)
式で求められていたウィービングベクトル IＷを加算
し、現在の補間周期で向かうべき位置ベクトル IＰ_I’
を(数１８)式により計算する。

【００５２】

【数１８】

【００５３】こうして、(数１８)式によりロボットが目
標とする位置ベクトル IＰ_I’が求められたわけである
が、ロボットを実際に動かすためには位置ベクトル I
Ｐ’に対応する各関節の関節角度が必要となる。この変
換はステップ４２において行われており、その後ステッ
プ４３において、この関節角度を用いてサーボ位置指令
を行い、サーボモータＭ１〜Ｍ６からなる各アクチュエ
ータを動かす。

【００５４】従って、以上で説明したステップ３４から
ステップ４３までの処理を補間が終了するまで行うこと
により、所望のウィービングが得られることになる。

【００５５】最後にステップ４４の補間終了処理である
が、ここにたどりつくケースは２種類あり、一方は補間
が正常に終了したケース、すなわちステップ３４からき
た場合であり、他方は補正ウィービング周波数が適切で
はなかったケース、すなわちステップ３３からきた場合
である。前者のケースにおいては、(数９)式による作業
点の位置ベクトル IＰi の計算は行わず、補間終了点の
位置ベクトル IＰe としなければならず、又、この時の
ウィービングベクトル IＷの計算も(数１７)式を用いず
に、単に０を代入するだけでよい。従って、補間終了時
に向かうべき位置ベクトルIＰ_I は(数１９)式となる。

【００５６】

【数１９】

【００５７】この位置ベクトル IＰ_I に対して、前記ス
テップ４２、ステップ４３と同様の処理を行い、補間を
終了する。なお、次に別の補間が連続して存在する場合
には、この後にステップ３１からの処理を行えばよいこ
とは当然である。また、後者のケースにおいてはエラー
と判断し、補間を停止するだけである。

【００５８】本実施例によると以下の効果がある。

【００５９】(1) 補間を実行する前に、補間終了点での
ウィービング量が０になるような補正ウィービング周波
数を作成しているので、補間終了時にはウィービング量
を０にするための再補間の処理が不要になり、このた
め、補間終了時の作業性能が向上する。

【００６０】(2) 補間実行中にウィービング周波数や作
業点動作速度が変更されても、その時点で補正ウィービ
ング周波数を作成しているので、ウィービング動作実行
中にリアルタイムで、ロボットの動作速度やウィービン
グ周波数を任意に変更することができ、従って、作業条
件決定のための時間が短縮される。

【００６１】すなわち、ウィービングは溶接などの作業
に使用されるため、主経路方向の速度、ウィービング周
波数をリアルタイムで変更しなければならない場合を生
じるが、この場合でも補間終了時にウィービング量が０
になるようにしなければならない。しかるに、上記実施
例によれば、補間の途中で主経路方向の速度やウィービ
ング周波数が変更された場合でも、補間終了時のウィー
ビング量が０になるように補間周期毎にウィービング周
波数が補正され、補間終了点での再補間をなくすことが
できることになる。 (3) 補間実行中にウィービング周波数や作業点動作速度
が変更された場合に作成された補正ウィービング周波数
が、変更したウィービング周波数と大きく離れている場
合には、その補正ウィービング周波数は無視され、今ま
で使用していた補正ウィービング周波数を用いるため、
ウィービング動作が不連続になることはなく、不慮の設
定による誤動作を未然に防ぐことができる。

【００６２】すなわち、補間実行中に主経路方向の速度
やウィービング周波数が変更された場合に、補間終了点
までの距離が短いと、修正された周波数と所望とする周
波数が大きく異なってしまうため、溶接等の作業に適さ
なくなってしまったり、誤動作の虞れを生ずる。

【００６３】しかるに上記実施例によれば、補間の途中
で主経路方向の速度やウィービング周波数が変更され、
補間終了時のウィービング量が０になるようにウィービ
ングを修正した結果が、所望のウィービング周波数と大
きく異なる場合には、周波数の補正を行わないようにな
っているため、常に適切なウィービング動作を得ること
ができるのである。

【００６４】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明については、他に種々の実施例が考えられ
る。

【００６５】例えば、上記実施例においては、補間を開
始する前に、ステップ３１、ステップ３２、それにステ
ップ３３で補正周波数を作成しているが、これを省略
し、補間実行中のステップ３６及びステップ３７で代用
することもできる。この実施例の場合には、ステップ３
７の判定で偽であったならば、エラーとしてステップ４
４へ行くような処理にすればよい。

【００６６】また、上記実施例では、ステップ３７にお
いて、補正ウィービング周波数が適性でないと判定され
た場合には、補正ウィービング周波数を更新しないよう
になっているが、別の実施例として、この場合もエラー
と判定してステップ４４へ進むような処理にしてもよ
い。

【００６７】さらに、上記実施例では、ステップ３６、
ステップ３７、それにステップ３８の処理を補間周期毎
に行っているが、ウィービング周波数や作業点動作速度
の変更がない場合には省略することも可能である。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、目標とする教示点での
ウィービングによる重畳量が０になるように、常に自動
的にウィービング周波数が補正されるので、教示点にお
いてウィービングによる重畳量を０にするための動作が
不要になり、教示点における作業性能が向上するととも
に、教示点をまたぐウィービング動作も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるウィービング動作を示す説明図で
ある。

【図２】従来の装置によるウィービング動作を示す説明
図である。

【図３】本発明によるウィービング動作を示す説明図で
ある。

【図４】従来の装置によるウィービング動作を示す説明
図である。

【図５】本発明による産業用ロボットの制御装置の一実
施例が適用されたロボットシステムの全体構成図であ
る。

【図６】本発明の一実施例におけるロボット制御部のブ
ロック図である。

【図７】本発明の一実施例の動作を説明るためのフロー
チャートである。

【図８】本発明の一実施例における補正ウィービング周
波数演算動作の説明図である。

【符号の説明】

１ロボット本体(マニプレータ) ２ロボット制御部３プレイバックコンソール４プログラミングユニット５溶接機６溶接ワイヤ７ワイヤ供給装置７８トーチ３２補正ウィービング周波数の演算ステップ３３補正ウィービング周波数の適性判定ステップ３６補正ウィービング周波数の演算ステップ３７補正ウィービング周波数の適性判定ステップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者猿楽信一千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者安藤武千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者山口豪大千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号日立京葉エンジニアリング株式会社内 (72)発明者横山繁良千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者瀬下達也千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者広部健治千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (56)参考文献特開昭60−158982（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−259675（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−134274（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 9/10 B23K 9/12 350 B23K 9/127 509 G05B 19/4093

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】予め設定してあるウィービング周波数に
よりウィービング動作を行なうティーチング・プレイバ
ック方式の産業用ロボットにおいて、補間開始点と補間終了点で区画された区間でのロボット
の移動経路距離と移動経路方向の移動速度とに応じて、
その区間の補間終了点でのウィービング重畳量がゼロに
なるように前記ウィービング周波数を補正するウィービ
ング周波数補正手段と、前記予め設定してあるウィービング周波数と、前記ウィ
ービング周波数補正手段により補正されたウィービング
周波数の差の周波数を監視する手段とを設け、前記ウィービング周波数補正手段により補正されたウィ
ービング周波数によりウィービング制御すると共に、前
記差の周波数が一定値以上になったときには、前記ウィ
ービング周波数補正手段により補正されたウィービング
周波数によるウィービング制御を無効にするように構成
したことを特徴とする産業用ロボットの制御装置。