JP3697081B2 - 溶接姿勢教示方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，任意のワーク上の任意の溶接線に沿って溶接を行う溶接ロボットに対して，上記ワーク及び上記溶接ロボットに関する形状情報に基づいて上記ワークと干渉しないように溶接時の姿勢を教示する溶接姿勢教示方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットを用いた溶接作業においては，ロボットのアーム先端部に取り付けられた溶接トーチの溶接姿勢を，溶接対象とするワーク毎にそれぞれ教示する必要がある。上記溶接トーチの姿勢は溶接品質の良否に大きく影響するため，上記溶接姿勢の教示作業は非常に重要である。一方，この教示作業を実際にロボットを動作させながら行う場合には，多くの手間と時間を要し，作業効率が悪いという問題点があった。
そこで，例えば特開昭６３−２５６２８１号公報には，ロボットに対する溶接姿勢教示作業を，実際にロボットを動作させながら行うのではなく，溶接トーチの対象ワークに対する角度を数値入力することによって行う技術が提案されている。しかしながら，上記技術では，ロボットと対象ワークとの干渉については一切考慮されていない。対象ワークやロボットの形状，及びそれらの位置関係によっては，溶接トーチを必ずしも目標とする姿勢に設定できるとは限らないため，実際にはロボットと対象ワークとの干渉の有無に充分注意しながら教示作業を行う必要がある。
そこで，例えば特開平２−１５７９０６号公報には，溶接ロボット及び対象ワークの形状情報をコンピュータに入力してＣＲＴ画面上に両者の３次元画像を表示させ，ぞれらの画像に基づいて溶接時の干渉をチェックしつつ溶接トーチの姿勢を教示する技術が提案されている。この溶接姿勢教示方法による手順を簡単に説明すると，まず対象ワーク及び溶接ロボットの形状，位置，姿勢等のデータがコンピュータ（教示装置）に入力されると，上記入力データに基づいて対象ワーク及び溶接ロボット（の溶接トーチ部分）の３次元画像がＣＲＴ画面上に表示される（図１０参照）。オペレータにより，マウス等を用いて上記ＣＲＴ画面上の対象ワーク上に溶接線（作業経路）が教示されると，上記コンピュータによって溶接トーチの上記溶接線上の移動動作がシミュレートされ，上記ＣＲＴ画面上に動画として表示される。オペレータは，上記ＣＲＴ画面上に表示された対象ワーク上の溶接トーチの移動動作を監視し，溶接トーチと対象ワークとの干渉が生じた場合には，溶接トーチの姿勢を修正する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記特開平２−１５７９０６号公報に提案されている教示方法では，溶接トーチと対象ワークとの干渉を回避すべく行う溶接姿勢の修正処理はオペレータ側で行わなければならないため，あいかわらず教示作業に手間と時間がかかるだけでなく，得られる教示結果がオペレータの資質に大きく左右されてしまうという問題点があった。
また，溶接経路上の一部分において干渉が生じる場合であっても，それ以外の範囲では目標とする溶接姿勢をできるだけ保持することが溶接品質を高める上で重要であるが，それらの技術に関する記載はない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，オペレータが目標とする溶接姿勢を数値入力するだけで溶接ロボットと対象ワークとが干渉しないような溶接姿勢の教示を自動的に行うことが可能で，更にできるかぎり高品質な溶接を可能とする溶接姿勢教示方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の方法は，任意のワーク上の任意の溶接線に沿って溶接を行う溶接ロボットに対して，上記ワーク及び上記溶接ロボットに関する形状情報に基づいて上記ワークと干渉しないように溶接時の姿勢を教示する溶接姿勢教示方法において，上記溶接ロボットに設けられた溶接トーチの上記溶接線上での目標姿勢を設定する目標姿勢設定工程と，上記溶接線上に，溶接時の作業経路を定義するための作業点を設定する作業点設定工程と，上記作業点設定工程で設定された上記各作業点において，上記形状情報に基づいて上記溶接トーチが上記目標姿勢設定工程で設定された上記目標姿勢をとりうるか否かを所定の干渉チェック手法により自動的に判断し，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，その作業点を含み上記目標姿勢をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を自動的に特定すると共に，該範囲内で上記溶接トーチのとりうる設定姿勢を探索し，自動設定する自動姿勢設定工程とを具備してなることを特徴とする溶接姿勢教示方法として構成されている。
上記目標姿勢は，例えば上記溶接トーチの上記溶接線回りの角度である傾斜角の目標値α0 と，上記溶接線と上記溶接トーチとのなす角度である前進・後退角の目標値β0 により表現することができる。
上記自動姿勢設定工程は，更に，上記作業点設定工程で設定された上記作業点のうちの少なくとも１点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記目標傾斜角α0 と１８０°−α0 のうちのいずれかを設定傾斜角αとする傾斜角設定工程と，上記作業点設定工程で設定された上記各作業点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記溶接トーチが上記目標前進・後退角β0 をとりうるか否かを判断し，上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な作業点においては上記溶接トーチが上記ワークと干渉しないような前進・後退角β1 を探索し，上記作業点での設定前進・後退角βとして設定する前進・後退角設定工程と，上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な作業点が存在する場合に，その作業点を含み上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を特定すると共に，上記前進・後退角β1 と上記目標前進・後退角β0 とに基づいて上記範囲内における設定前進・後退角βを設定する干渉範囲設定工程とを具備して構成することができ，更に上記干渉範囲設定工程で設定された上記範囲外においては上記前進・後退角βを上記目標前進・後退角β0 とすれば，溶接姿勢はできるかぎり目標値に近い値に設定されるため，高品質の溶接が可能となる。
更に，上記自動姿勢設定工程で設定された上記設定姿勢と上記形状情報とに基づいて自動的に干渉チェックを行い，上記溶接トーチの上記溶接ロボットへの取り付け軸回りの回転角γを自動設定する自動回転角設定工程を設ければ，溶接ロボットの溶接トーチ以外の部分と対象ワークとの干渉についても確実に回避することが可能である。
【０００５】
また，上記目的を達成するために本発明の装置は，任意のワーク上の任意の溶接線に沿って溶接を行う溶接ロボットに対して，上記ワーク及び上記溶接ロボットに関する形状情報に基づいて上記ワークと干渉しないように溶接時の姿勢を教示する溶接姿勢教示装置において，上記溶接ロボットに設けられた溶接トーチの上記溶接線上での目標姿勢を設定する目標姿勢設定手段と，上記溶接線上に，溶接時の作業経路を定義するための作業点を設定する作業点設定手段と，上記作業点設定手段で設定された上記各作業点において，上記形状情報に基づいて上記溶接トーチが上記目標姿勢設定手段で設定された上記目標姿勢をとりうるか否かを所定の干渉チェック手法により自動的に判断し，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，その作業点を含み上記目標姿勢をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を自動的に特定すると共に，該範囲内で上記溶接トーチのとりうる設定姿勢を探索し，自動設定する自動姿勢設定手段とを具備してなることを特徴とする溶接姿勢教示装置として構成されている。
上記溶接姿勢教示方法は全てこの装置を用いて実現可能である。
【０００６】
【作用】
本発明に係る溶接姿勢教示装置では，予めワーク及び溶接ロボットに関する形状情報，及び上記ワーク上の溶接線が設定される。オペレータにより目標姿勢，例えば目標傾斜角α0 ，目標前進・後退角β0 が入力されると，上記入力値は目標姿勢設定手段により設定，格納される（目標姿勢設定工程）。そして，作業点設定手段により，上記溶接線上に，溶接時の作業経路を定義するための作業点が設定される（作業点設定工程）。続いて，自動姿勢設定手段により，上記各作業点において，上記形状情報に基づいて上記溶接トーチが上記目標姿勢をとりうるか否かが所定の干渉チェック手法により自動的に判断され，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，その作業点を含み上記目標姿勢をとることが不可能な上記溶接線上の範囲が自動的に特定されると共に，該範囲内で上記溶接トーチのとりうる設定姿勢が探索され，自動設定される（自動姿勢設定工程）。このように，オペレータが，ワークの形状情報の他に目標傾斜角α0 と目標前進・後退角β0 とを数値入力するだけで，後は全て自動的に溶接ロボットとワークとの干渉が発生しないような溶接姿勢（傾斜角α，前進・後退角β）が探索され，自動設定されるため，教示作業にかかる手間と時間が従来技術と比べて大幅に削減できると共に，得られる教示結果がオペレータの資質に左右されるということもない。
上記自動姿勢設定工程を更に細かく分けると，まず，傾斜角設定手段により上記作業点のうちの少なくとも１点において上記形状情報に基づく干渉チェックが行われ，上記目標傾斜角α0 と１８０°−α0 のうちのいずれかが設定傾斜角αとして設定される（傾斜角設定工程）。そして，前進・後退角設定手段により，上記各作業点において上記形状情報に基づく干渉チェックが行われ，上記溶接トーチが上記目標前進・後退角β0 をとりうるか否かが判断され，上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な作業点においては上記溶接トーチが上記ワークと干渉しないような前進・後退角β1 が探索され，上記作業点での設定前進・後退角βとして設定される（前進・後退角設定工程）。また，上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な作業点が存在する場合には，干渉範囲設定手段により，その作業点を含み上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な上記溶接線上の範囲が特定されると共に，上記前進・後退角β1 と上記目標前進・後退角β0 とに基づいて上記範囲内における設定前進・後退角βが設定される（干渉範囲設定工程）。そして，上記干渉範囲設定工程で設定された上記範囲外においては上記前進・後退角βが上記目標前進・後退角β0 に設定される。これにより，溶接姿勢ができるかぎり目標値に近い値に設定されるため，高品質の溶接が可能となる。
更に，自動回転角設定手段により，上記自動姿勢設定工程で設定された上記設定姿勢と上記形状情報とに基づいて自動的に干渉チェックを行い，上記溶接トーチの上記溶接ロボットへの取り付け軸回りの回転角γを自動設定するようにすれば（自動回転角設定工程），溶接ロボットの溶接トーチ以外の部分と対象ワークとの干渉についても確実に回避することが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して，本発明の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る溶接姿勢教示装置Ａ１の概略構成を示すブロック図，図２は上記溶接姿勢教示装置Ａ１，溶接ロボット２０，及びロボット制御盤１０との接続関係の一例を示す模式図，図３は上記溶接姿勢教示装置Ａ１による処理手順を示すフローチャート，図４は作業条件におけるバックステップ処理，及びその時の作業経路と作業点の一例を示す説明図，図５は溶接姿勢を表す傾斜角α，前進・後退角β，及び回転角γの説明図，図６は傾斜角αの設定方法の説明図，図７は干渉が生じる作業点における前進・後退角βの設定方法の説明図，図８は目標前進・後退角β0 をとることが不可能な範囲を特定する方法の説明図，図９は回転角γの設定方法の説明図である。
【０００８】
本実施の形態に係る溶接姿勢教示装置Ａ１は，例えば図２に示すように，溶接ロボット２０の動作制御を行うロボット制御盤１０に接続されたパーソナルコンピュータ上で所定のプログラムを動作させることにより具現化され，図１に示す如く構成されている。
形状・環境情報設定部１では，対象ワークＷの形状や位置，溶接ロボット２０の形状やシステム構成等の形状・環境情報が設定される。上記情報は，オペレータによってキーボードから直接入力されたり，或いは既に格納されている複数の情報の中からオペレータによって選択されることにより設定される。
作業条件設定部２（目標姿勢設定手段の一例）では，対象ワークＷ上の溶接線，及びその時の作業条件が設定される。上記作業条件としては，溶接開始点及び終了点におけるバックステップ動作の有無（例えば溶接開始点及び終了点においてバックステップ動作を行うと，作業経路は図４に示すようになる），端部処理の有無などに加えて，開先形状から決定される所定の基準面と溶接トーチ２０ａとのなす角度の目標値（目標傾斜角）α0 ，溶接トーチの前進・後退角の目標値（目標前進・後退角）β0 が設定される。
ここで，本実施の形態において用いる溶接姿勢を表す各値の定義について説明しておく。溶接姿勢は，図５に示すα，β，γの３つの角度によって表される。傾斜角αは，溶接線と溶接トーチ２０ａとを含む仮想平面と，溶接線を含むように対象ワークＷ上に設定された基準面とのなす角度であり，上記目標傾斜角α0 はこの傾斜角αの目標値である。前進・後退角βは，上記仮想平面内における上記溶接トーチ２０ａと上記溶接線とのなす角度であり，上記目標前進・後退角β0 はこの前進・後退角βの目標値である。更に，回転角γは，溶接トーチ２０ａの手首２０ｂに対する回転角である。
尚，上記溶接線，及び作業条件についても，オペレータによってマウスやキーボードを用いて直接入力されたり，或いは既に格納されている複数の条件の中からオペレータによって選択されることにより設定される。
【０００９】
作業点設定部３（作業点設定手段の一例）では，上記形状・環境情報設定部１で設定された形状・環境条件と上記作業条件設定部２で設定された上記作業条件に基づいて，作業点，即ち溶接トーチ先端の通過すべき経路上における各条件の境界点が設定される。例えば，図４に示すバックステップ動作を伴う溶接経路では，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の４つの作業点が設定される。
トーチ姿勢決定部４（傾斜角設定手段，前進・後退角設定手段，及び自動回転角設定手段の一例）では，上記作業点設定部３で設定された各作業点毎に，上記形状・環境情報設定部１で設定された形状情報に基づいて溶接トーチ２０ａが上記作業点設定部３で設定された上記目標傾斜角α0 ，及び目標前進・後退角β0 をとりうるか否かが所定の干渉チェック手法により自動的に判断されると共に，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，上記溶接トーチ２０ａのとりうる設定姿勢（傾斜角α，及び前進・後退角β）が探索され，自動設定される。また，傾斜角α，前進・後退角βが設定された後，手首２０ｂが対象ワークＷと干渉しないような回転角γが探索され，設定される。
干渉範囲設定部５（干渉範囲設定手段の一例）では，上記トーチ姿勢決定部４における干渉チェックにおいて目標前進・後退角β0 をとることが不可能な作業点が存在する場合に，その作業点を含み上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な上記溶接線上の範囲が自動的に特定される。
教示データ作成部６では，上記トーチ姿勢決定部４において決定された溶接姿勢に基づいて溶接ロボット２０の各関節角の角度データが算出され，教示データとして保存される。
【００１０】
以下，図３に示すフローチャートに従って溶接姿勢教示装置Ａ１による処理手順を更に詳しく説明する。
溶接姿勢の教示処理が開始されると，まずオペレータにより，キーボード等の入力手段を用いて，対象ワークＷの形状や位置，溶接ロボット２０の形状やシステム構成等の形状・環境情報が入力される。入力された上記形状・環境情報は，形状・環境情報設定部１により設定，格納される（ステップＳ１）。入力された情報は，図示しない画像処理手段において処理され，対象ワーク及び溶接ロボットの溶接トーチ近傍の３次元画像（以下，ワークモデル，トーチモデルという）がＣＲＴ画面に表示される。
続いて，オペレータにより，キーボード，マウス等の入力手段を用いて，上記ワークモデルＷ上に溶接線が設定され，更に溶接開始点及び終了点におけるバックステップ動作の有無，端部処理の有無，目標傾斜角α0 ，目標前進・後退角β0 などの作業条件が入力される。入力された上記溶接線，及び作業条件は，作業条件設定部２により設定，格納される（ステップＳ２）。
上記入力，設定処理が終了すると，作業点設定部３において，上記形状・環境条件，溶接線，及び作業条件に基づいて，作業点，即ち溶接トーチ先端の通過すべき経路上における各条件の境界点が自動設定される（ステップＳ３）。
次に，トーチ姿勢決定部４において，まず傾斜角αが自動決定される（ステップＳ４）。具体的には，ステップＳ３で設定された上記作業点毎に，上記ステップＳ２で設定された目標傾斜角α0 と（１８０°−α0 ）の２つの値に対し，上記トーチモデルＷとワークモデル２０ａとの間の干渉チェックが行われ，干渉しない方の値が傾斜角αとして設定される（図６参照）。尚，この傾斜角αの設定処理については，通常は必ずしも上記作業点の全点で行う必要はなく，代表的な作業点や溶接線の中間点において行うだけでよい場合が多い。
続いて，トーチ姿勢決定部４において，前進・後退角βが自動決定される（ステップＳ５）。具体的には，ステップＳ３で設定された上記作業点毎に，まず上記トーチモデル２０ａが上記ステップＳ２で設定された目標前進・後退角β0 に設定され，ワークモデルＷとの間の干渉チェックが行われる。ここで干渉が認められると，上記目標前進・後退角β0 を所定の角度Δβ刻みで変化させながら順次干渉チェックが行われ，干渉が発生しない角度で上記目標前進・後退角β0 に最も近い値がその作業点における前進・後退角βとして設定される（図７参照）。
【００１１】
上記ステップＳ５の処理においてβ≠β0 の作業点が存在した場合には，干渉範囲設定部５において，上記β≠β0 となっている作業点を含み，上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な範囲が自動的に特定され，その境界点が新たな作業点として追加される。具体的には，上記トーチモデル２０ａを，目標前進・後退角β0 に設定した状態で，上記β≠β0 となっている作業点を開始点として所定距離ΔＬ刻みで移動させながら干渉チェックが行われ，干渉が発生しない位置で上記作業点に最も近い位置が新たな作業点として設定される（図８参照）。尚，当然ながらこの新たに追加された作業点における前進・後退角βは目標前進・後退角β0 に設定される。
上記ステップＳ６の処理が終了すると，上記トーチ姿勢決定部４において，上記各作業点においてトーチモデル２０ａが上記設定された各傾斜角α，前進・後退角βに設定された状態で手首２０ｂを回転させながらワークモデルＷと手首２０ｂとの間の干渉チェックが行われ，干渉が発生しない回転角γが自動設定される（図９参照）。
最後に，始点及び終点を表す作業点において，上記設定された姿勢（傾斜角α，前進・後退角β，及び回転角γ）に対し，トーチ軸心方向に所定距離だけ離れた点に接近／退避点が作成される（ステップＳ８）。
以上のような手順で決定された溶接姿勢は，教示データ作成部６に取り込まれ，ここで溶接ロボット２０の各関節角の角度データ，即ち溶接ロボット２０の教示データとして保存される。尚，上記各作業点間における溶接姿勢は，両端の作業点の値を用いて例えば線形補間により設定される。
【００１２】
以上説明したように，本実施の形態に係る溶接姿勢教示装置Ａ１では，オペレータが，対象ワークの形状情報などの他に目標傾斜角α0 と目標前進・後退角β0 とを数値入力するだけで，後は全て自動的に溶接ロボットと対象ワークとの干渉が発生しないような溶接姿勢（傾斜角α，前進・後退角β，及び回転角γ）が探索され，自動設定されるため，教示作業にかかる手間と時間が従来技術と比べて大幅に削減できると共に，得られる教示結果がオペレータの資質に左右されるということもない。
また，設定される溶接姿勢は，極力目標値となるように設定され，目標値に設定することが不可能な範囲においてもできるかぎり目標値に近い値に設定されるため，高品質の溶接が可能となる。
更に，姿勢を所定刻みで離散的に行っているため，高速処理が可能である。
【００１３】
【実施例】
上記干渉チェック方法としては，周知の様々な手法を用いることが可能である。周知の干渉チェック方法としては，例えば三角形ポリゴンを用いた方法，凸包に分割してチェックを行う方法やバブルコライジョン法，交点計算法などが挙げられるが，処理の高速化のために複数の方法を適宜組み合わせて用いることが望ましい。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は，任意のワーク上の任意の溶接線に沿って溶接を行う溶接ロボットに対して，上記ワーク及び上記溶接ロボットに関する形状情報に基づいて上記ワークと干渉しないように溶接時の姿勢を教示する溶接姿勢教示方法において，上記溶接ロボットに設けられた溶接トーチの上記溶接線上での目標姿勢を設定する目標姿勢設定工程と，上記溶接線上に，溶接時の作業経路を定義するための作業点を設定する作業点設定工程と，上記作業点設定工程で設定された上記各作業点において，上記形状情報に基づいて上記溶接トーチが上記目標姿勢設定工程で設定された上記目標姿勢をとりうるか否かを所定の干渉チェック手法により自動的に判断し，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，その作業点を含み上記目標姿勢をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を自動的に特定すると共に，該範囲内で上記溶接トーチのとりうる設定姿勢を探索し，自動設定する自動姿勢設定工程とを具備してなることを特徴とする溶接姿勢教示方法として構成されているため，オペレータは，目標傾斜角α0 と目標前進・後退角β0 とを数値入力するだけで，後は全て自動的に溶接ロボットと対象ワークとの干渉が発生しないような溶接姿勢（傾斜角α，前進・後退角β，及び回転角γ）が探索され，自動設定され，教示作業にかかる手間と時間が従来技術と比べて大幅に削減できると共に，得られる教示結果がオペレータの資質に左右されるということもない。
上記目標姿勢は，例えば上記溶接トーチの上記溶接線回りの角度である傾斜角の目標値α0 と，上記溶接線と上記溶接トーチとのなす角度である前進・後退角の目標値β0 により表現することができるが，この場合には，上記自動姿勢設定工程は，更に，上記作業点設定工程で設定された上記作業点のうちの少なくとも１点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記目標傾斜角α0 と１８０°−α0 のうちのいずれかを設定傾斜角αとする傾斜角設定工程と，上記作業点設定工程で設定された上記各作業点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記溶接トーチが上記目標前進・後退角β0 をとりうるか否かを判断し，上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な作業点においては上記溶接トーチが上記ワークと干渉しないような前進・後退角β1 を探索し，上記作業点での設定前進・後退角βとして設定する前進・後退角設定工程と，上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な作業点が存在する場合に，その作業点を含み上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を特定すると共に，上記前進・後退角β1 と上記目標前進・後退角β0 とに基づいて上記範囲内における設定前進・後退角βを設定する干渉範囲設定工程とを具備して構成することができ，更に上記干渉範囲設定工程で設定された上記範囲外においては上記前進・後退角βを上記目標前進・後退角β0 とすれば，溶接姿勢はできるかぎり目標値に近い値に設定されるため，高品質の溶接が可能となる。
更に，上記自動姿勢設定工程で設定された上記設定姿勢と上記形状情報とに基づいて自動的に干渉チェックを行い，上記溶接トーチの上記溶接ロボットへの取り付け軸回りの回転角γを自動設定する自動回転角設定工程を設ければ，溶接ロボットの溶接トーチ以外の部分と対象ワークとの干渉についても確実に回避することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る溶接姿勢教示装置Ａ１の概略構成を示すブロック図。
【図２】 上記溶接姿勢教示装置Ａ１，溶接ロボット２０，及びロボット制御盤１０との接続関係の一例を示す模式図。
【図３】 上記溶接姿勢教示装置Ａ１による処理手順を示すフローチャート。
【図４】 作業条件におけるバックステップ処理，及びその時の作業経路と作業点の一例を示す説明図。
【図５】 溶接姿勢を表す傾斜角α，前進・後退角β，及び回転角γの説明図。
【図６】 傾斜角αの設定方法の説明図。
【図７】 干渉が生じる作業点における前進・後退角βの設定方法の説明図。
【図８】 目標前進・後退角β0 をとることが不可能な範囲を特定する方法の説明図。
【図９】 回転角γの設定方法の説明図。
【図１０】 従来技術に係る対象ワークＷと溶接トーチＭとの３次元画像の一例を示す図。
【符号の説明】
１…形状・環境情報設定部
２…作業条件設定部（目標姿勢設定手段の一例）
３…作業点設定部（作業点設定手段の一例）
４…トーチ姿勢決定部（傾斜角設定手段，前進・後退角設定手段，及び自動回転角設定手段の一例）
５…干渉範囲設定部（干渉範囲設定手段の一例）
６…教示データ作成部
１０…ロボット制御盤
２０…溶接ロボット
２０ａ…溶接トーチ
２０ｂ…手首
Ｗ…対象ワーク
【発明の属する技術分野】
本発明は，任意のワーク上の任意の溶接線に沿って溶接を行う溶接ロボットに対して，上記ワーク及び上記溶接ロボットに関する形状情報に基づいて上記ワークと干渉しないように溶接時の姿勢を教示する溶接姿勢教示方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットを用いた溶接作業においては，ロボットのアーム先端部に取り付けられた溶接トーチの溶接姿勢を，溶接対象とするワーク毎にそれぞれ教示する必要がある。上記溶接トーチの姿勢は溶接品質の良否に大きく影響するため，上記溶接姿勢の教示作業は非常に重要である。一方，この教示作業を実際にロボットを動作させながら行う場合には，多くの手間と時間を要し，作業効率が悪いという問題点があった。
そこで，例えば特開昭６３−２５６２８１号公報には，ロボットに対する溶接姿勢教示作業を，実際にロボットを動作させながら行うのではなく，溶接トーチの対象ワークに対する角度を数値入力することによって行う技術が提案されている。しかしながら，上記技術では，ロボットと対象ワークとの干渉については一切考慮されていない。対象ワークやロボットの形状，及びそれらの位置関係によっては，溶接トーチを必ずしも目標とする姿勢に設定できるとは限らないため，実際にはロボットと対象ワークとの干渉の有無に充分注意しながら教示作業を行う必要がある。
そこで，例えば特開平２−１５７９０６号公報には，溶接ロボット及び対象ワークの形状情報をコンピュータに入力してＣＲＴ画面上に両者の３次元画像を表示させ，ぞれらの画像に基づいて溶接時の干渉をチェックしつつ溶接トーチの姿勢を教示する技術が提案されている。この溶接姿勢教示方法による手順を簡単に説明すると，まず対象ワーク及び溶接ロボットの形状，位置，姿勢等のデータがコンピュータ（教示装置）に入力されると，上記入力データに基づいて対象ワーク及び溶接ロボット（の溶接トーチ部分）の３次元画像がＣＲＴ画面上に表示される（図１０参照）。オペレータにより，マウス等を用いて上記ＣＲＴ画面上の対象ワーク上に溶接線（作業経路）が教示されると，上記コンピュータによって溶接トーチの上記溶接線上の移動動作がシミュレートされ，上記ＣＲＴ画面上に動画として表示される。オペレータは，上記ＣＲＴ画面上に表示された対象ワーク上の溶接トーチの移動動作を監視し，溶接トーチと対象ワークとの干渉が生じた場合には，溶接トーチの姿勢を修正する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記特開平２−１５７９０６号公報に提案されている教示方法では，溶接トーチと対象ワークとの干渉を回避すべく行う溶接姿勢の修正処理はオペレータ側で行わなければならないため，あいかわらず教示作業に手間と時間がかかるだけでなく，得られる教示結果がオペレータの資質に大きく左右されてしまうという問題点があった。
また，溶接経路上の一部分において干渉が生じる場合であっても，それ以外の範囲では目標とする溶接姿勢をできるだけ保持することが溶接品質を高める上で重要であるが，それらの技術に関する記載はない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，オペレータが目標とする溶接姿勢を数値入力するだけで溶接ロボットと対象ワークとが干渉しないような溶接姿勢の教示を自動的に行うことが可能で，更にできるかぎり高品質な溶接を可能とする溶接姿勢教示方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の方法は，任意のワーク上の任意の溶接線に沿って溶接を行う溶接ロボットに対して，上記ワーク及び上記溶接ロボットに関する形状情報に基づいて上記ワークと干渉しないように溶接時の姿勢を教示する溶接姿勢教示方法において，上記溶接ロボットに設けられた溶接トーチの上記溶接線上での目標姿勢を設定する目標姿勢設定工程と，上記溶接線上に，溶接時の作業経路を定義するための作業点を設定する作業点設定工程と，上記作業点設定工程で設定された上記各作業点において，上記形状情報に基づいて上記溶接トーチが上記目標姿勢設定工程で設定された上記目標姿勢をとりうるか否かを所定の干渉チェック手法により自動的に判断し，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，その作業点を含み上記目標姿勢をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を自動的に特定すると共に，該範囲内で上記溶接トーチのとりうる設定姿勢を探索し，自動設定する自動姿勢設定工程とを具備してなることを特徴とする溶接姿勢教示方法として構成されている。
上記目標姿勢は，例えば上記溶接トーチの上記溶接線回りの角度である傾斜角の目標値α0 と，上記溶接線と上記溶接トーチとのなす角度である前進・後退角の目標値β0 により表現することができる。
上記自動姿勢設定工程は，更に，上記作業点設定工程で設定された上記作業点のうちの少なくとも１点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記目標傾斜角α0 と１８０°−α0 のうちのいずれかを設定傾斜角αとする傾斜角設定工程と，上記作業点設定工程で設定された上記各作業点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記溶接トーチが上記目標前進・後退角β0 をとりうるか否かを判断し，上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な作業点においては上記溶接トーチが上記ワークと干渉しないような前進・後退角β1 を探索し，上記作業点での設定前進・後退角βとして設定する前進・後退角設定工程と，上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な作業点が存在する場合に，その作業点を含み上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を特定すると共に，上記前進・後退角β1 と上記目標前進・後退角β0 とに基づいて上記範囲内における設定前進・後退角βを設定する干渉範囲設定工程とを具備して構成することができ，更に上記干渉範囲設定工程で設定された上記範囲外においては上記前進・後退角βを上記目標前進・後退角β0 とすれば，溶接姿勢はできるかぎり目標値に近い値に設定されるため，高品質の溶接が可能となる。
更に，上記自動姿勢設定工程で設定された上記設定姿勢と上記形状情報とに基づいて自動的に干渉チェックを行い，上記溶接トーチの上記溶接ロボットへの取り付け軸回りの回転角γを自動設定する自動回転角設定工程を設ければ，溶接ロボットの溶接トーチ以外の部分と対象ワークとの干渉についても確実に回避することが可能である。
【０００５】
また，上記目的を達成するために本発明の装置は，任意のワーク上の任意の溶接線に沿って溶接を行う溶接ロボットに対して，上記ワーク及び上記溶接ロボットに関する形状情報に基づいて上記ワークと干渉しないように溶接時の姿勢を教示する溶接姿勢教示装置において，上記溶接ロボットに設けられた溶接トーチの上記溶接線上での目標姿勢を設定する目標姿勢設定手段と，上記溶接線上に，溶接時の作業経路を定義するための作業点を設定する作業点設定手段と，上記作業点設定手段で設定された上記各作業点において，上記形状情報に基づいて上記溶接トーチが上記目標姿勢設定手段で設定された上記目標姿勢をとりうるか否かを所定の干渉チェック手法により自動的に判断し，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，その作業点を含み上記目標姿勢をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を自動的に特定すると共に，該範囲内で上記溶接トーチのとりうる設定姿勢を探索し，自動設定する自動姿勢設定手段とを具備してなることを特徴とする溶接姿勢教示装置として構成されている。
上記溶接姿勢教示方法は全てこの装置を用いて実現可能である。
【０００６】
【作用】
本発明に係る溶接姿勢教示装置では，予めワーク及び溶接ロボットに関する形状情報，及び上記ワーク上の溶接線が設定される。オペレータにより目標姿勢，例えば目標傾斜角α0 ，目標前進・後退角β0 が入力されると，上記入力値は目標姿勢設定手段により設定，格納される（目標姿勢設定工程）。そして，作業点設定手段により，上記溶接線上に，溶接時の作業経路を定義するための作業点が設定される（作業点設定工程）。続いて，自動姿勢設定手段により，上記各作業点において，上記形状情報に基づいて上記溶接トーチが上記目標姿勢をとりうるか否かが所定の干渉チェック手法により自動的に判断され，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，その作業点を含み上記目標姿勢をとることが不可能な上記溶接線上の範囲が自動的に特定されると共に，該範囲内で上記溶接トーチのとりうる設定姿勢が探索され，自動設定される（自動姿勢設定工程）。このように，オペレータが，ワークの形状情報の他に目標傾斜角α0 と目標前進・後退角β0 とを数値入力するだけで，後は全て自動的に溶接ロボットとワークとの干渉が発生しないような溶接姿勢（傾斜角α，前進・後退角β）が探索され，自動設定されるため，教示作業にかかる手間と時間が従来技術と比べて大幅に削減できると共に，得られる教示結果がオペレータの資質に左右されるということもない。
上記自動姿勢設定工程を更に細かく分けると，まず，傾斜角設定手段により上記作業点のうちの少なくとも１点において上記形状情報に基づく干渉チェックが行われ，上記目標傾斜角α0 と１８０°−α0 のうちのいずれかが設定傾斜角αとして設定される（傾斜角設定工程）。そして，前進・後退角設定手段により，上記各作業点において上記形状情報に基づく干渉チェックが行われ，上記溶接トーチが上記目標前進・後退角β0 をとりうるか否かが判断され，上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な作業点においては上記溶接トーチが上記ワークと干渉しないような前進・後退角β1 が探索され，上記作業点での設定前進・後退角βとして設定される（前進・後退角設定工程）。また，上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な作業点が存在する場合には，干渉範囲設定手段により，その作業点を含み上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な上記溶接線上の範囲が特定されると共に，上記前進・後退角β1 と上記目標前進・後退角β0 とに基づいて上記範囲内における設定前進・後退角βが設定される（干渉範囲設定工程）。そして，上記干渉範囲設定工程で設定された上記範囲外においては上記前進・後退角βが上記目標前進・後退角β0 に設定される。これにより，溶接姿勢ができるかぎり目標値に近い値に設定されるため，高品質の溶接が可能となる。
更に，自動回転角設定手段により，上記自動姿勢設定工程で設定された上記設定姿勢と上記形状情報とに基づいて自動的に干渉チェックを行い，上記溶接トーチの上記溶接ロボットへの取り付け軸回りの回転角γを自動設定するようにすれば（自動回転角設定工程），溶接ロボットの溶接トーチ以外の部分と対象ワークとの干渉についても確実に回避することが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して，本発明の実施の形態及び実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る溶接姿勢教示装置Ａ１の概略構成を示すブロック図，図２は上記溶接姿勢教示装置Ａ１，溶接ロボット２０，及びロボット制御盤１０との接続関係の一例を示す模式図，図３は上記溶接姿勢教示装置Ａ１による処理手順を示すフローチャート，図４は作業条件におけるバックステップ処理，及びその時の作業経路と作業点の一例を示す説明図，図５は溶接姿勢を表す傾斜角α，前進・後退角β，及び回転角γの説明図，図６は傾斜角αの設定方法の説明図，図７は干渉が生じる作業点における前進・後退角βの設定方法の説明図，図８は目標前進・後退角β0 をとることが不可能な範囲を特定する方法の説明図，図９は回転角γの設定方法の説明図である。
【０００８】
本実施の形態に係る溶接姿勢教示装置Ａ１は，例えば図２に示すように，溶接ロボット２０の動作制御を行うロボット制御盤１０に接続されたパーソナルコンピュータ上で所定のプログラムを動作させることにより具現化され，図１に示す如く構成されている。
形状・環境情報設定部１では，対象ワークＷの形状や位置，溶接ロボット２０の形状やシステム構成等の形状・環境情報が設定される。上記情報は，オペレータによってキーボードから直接入力されたり，或いは既に格納されている複数の情報の中からオペレータによって選択されることにより設定される。
作業条件設定部２（目標姿勢設定手段の一例）では，対象ワークＷ上の溶接線，及びその時の作業条件が設定される。上記作業条件としては，溶接開始点及び終了点におけるバックステップ動作の有無（例えば溶接開始点及び終了点においてバックステップ動作を行うと，作業経路は図４に示すようになる），端部処理の有無などに加えて，開先形状から決定される所定の基準面と溶接トーチ２０ａとのなす角度の目標値（目標傾斜角）α0 ，溶接トーチの前進・後退角の目標値（目標前進・後退角）β0 が設定される。
ここで，本実施の形態において用いる溶接姿勢を表す各値の定義について説明しておく。溶接姿勢は，図５に示すα，β，γの３つの角度によって表される。傾斜角αは，溶接線と溶接トーチ２０ａとを含む仮想平面と，溶接線を含むように対象ワークＷ上に設定された基準面とのなす角度であり，上記目標傾斜角α0 はこの傾斜角αの目標値である。前進・後退角βは，上記仮想平面内における上記溶接トーチ２０ａと上記溶接線とのなす角度であり，上記目標前進・後退角β0 はこの前進・後退角βの目標値である。更に，回転角γは，溶接トーチ２０ａの手首２０ｂに対する回転角である。
尚，上記溶接線，及び作業条件についても，オペレータによってマウスやキーボードを用いて直接入力されたり，或いは既に格納されている複数の条件の中からオペレータによって選択されることにより設定される。
【０００９】
作業点設定部３（作業点設定手段の一例）では，上記形状・環境情報設定部１で設定された形状・環境条件と上記作業条件設定部２で設定された上記作業条件に基づいて，作業点，即ち溶接トーチ先端の通過すべき経路上における各条件の境界点が設定される。例えば，図４に示すバックステップ動作を伴う溶接経路では，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の４つの作業点が設定される。
トーチ姿勢決定部４（傾斜角設定手段，前進・後退角設定手段，及び自動回転角設定手段の一例）では，上記作業点設定部３で設定された各作業点毎に，上記形状・環境情報設定部１で設定された形状情報に基づいて溶接トーチ２０ａが上記作業点設定部３で設定された上記目標傾斜角α0 ，及び目標前進・後退角β0 をとりうるか否かが所定の干渉チェック手法により自動的に判断されると共に，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，上記溶接トーチ２０ａのとりうる設定姿勢（傾斜角α，及び前進・後退角β）が探索され，自動設定される。また，傾斜角α，前進・後退角βが設定された後，手首２０ｂが対象ワークＷと干渉しないような回転角γが探索され，設定される。
干渉範囲設定部５（干渉範囲設定手段の一例）では，上記トーチ姿勢決定部４における干渉チェックにおいて目標前進・後退角β0 をとることが不可能な作業点が存在する場合に，その作業点を含み上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な上記溶接線上の範囲が自動的に特定される。
教示データ作成部６では，上記トーチ姿勢決定部４において決定された溶接姿勢に基づいて溶接ロボット２０の各関節角の角度データが算出され，教示データとして保存される。
【００１０】
以下，図３に示すフローチャートに従って溶接姿勢教示装置Ａ１による処理手順を更に詳しく説明する。
溶接姿勢の教示処理が開始されると，まずオペレータにより，キーボード等の入力手段を用いて，対象ワークＷの形状や位置，溶接ロボット２０の形状やシステム構成等の形状・環境情報が入力される。入力された上記形状・環境情報は，形状・環境情報設定部１により設定，格納される（ステップＳ１）。入力された情報は，図示しない画像処理手段において処理され，対象ワーク及び溶接ロボットの溶接トーチ近傍の３次元画像（以下，ワークモデル，トーチモデルという）がＣＲＴ画面に表示される。
続いて，オペレータにより，キーボード，マウス等の入力手段を用いて，上記ワークモデルＷ上に溶接線が設定され，更に溶接開始点及び終了点におけるバックステップ動作の有無，端部処理の有無，目標傾斜角α0 ，目標前進・後退角β0 などの作業条件が入力される。入力された上記溶接線，及び作業条件は，作業条件設定部２により設定，格納される（ステップＳ２）。
上記入力，設定処理が終了すると，作業点設定部３において，上記形状・環境条件，溶接線，及び作業条件に基づいて，作業点，即ち溶接トーチ先端の通過すべき経路上における各条件の境界点が自動設定される（ステップＳ３）。
次に，トーチ姿勢決定部４において，まず傾斜角αが自動決定される（ステップＳ４）。具体的には，ステップＳ３で設定された上記作業点毎に，上記ステップＳ２で設定された目標傾斜角α0 と（１８０°−α0 ）の２つの値に対し，上記トーチモデルＷとワークモデル２０ａとの間の干渉チェックが行われ，干渉しない方の値が傾斜角αとして設定される（図６参照）。尚，この傾斜角αの設定処理については，通常は必ずしも上記作業点の全点で行う必要はなく，代表的な作業点や溶接線の中間点において行うだけでよい場合が多い。
続いて，トーチ姿勢決定部４において，前進・後退角βが自動決定される（ステップＳ５）。具体的には，ステップＳ３で設定された上記作業点毎に，まず上記トーチモデル２０ａが上記ステップＳ２で設定された目標前進・後退角β0 に設定され，ワークモデルＷとの間の干渉チェックが行われる。ここで干渉が認められると，上記目標前進・後退角β0 を所定の角度Δβ刻みで変化させながら順次干渉チェックが行われ，干渉が発生しない角度で上記目標前進・後退角β0 に最も近い値がその作業点における前進・後退角βとして設定される（図７参照）。
【００１１】
上記ステップＳ５の処理においてβ≠β0 の作業点が存在した場合には，干渉範囲設定部５において，上記β≠β0 となっている作業点を含み，上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な範囲が自動的に特定され，その境界点が新たな作業点として追加される。具体的には，上記トーチモデル２０ａを，目標前進・後退角β0 に設定した状態で，上記β≠β0 となっている作業点を開始点として所定距離ΔＬ刻みで移動させながら干渉チェックが行われ，干渉が発生しない位置で上記作業点に最も近い位置が新たな作業点として設定される（図８参照）。尚，当然ながらこの新たに追加された作業点における前進・後退角βは目標前進・後退角β0 に設定される。
上記ステップＳ６の処理が終了すると，上記トーチ姿勢決定部４において，上記各作業点においてトーチモデル２０ａが上記設定された各傾斜角α，前進・後退角βに設定された状態で手首２０ｂを回転させながらワークモデルＷと手首２０ｂとの間の干渉チェックが行われ，干渉が発生しない回転角γが自動設定される（図９参照）。
最後に，始点及び終点を表す作業点において，上記設定された姿勢（傾斜角α，前進・後退角β，及び回転角γ）に対し，トーチ軸心方向に所定距離だけ離れた点に接近／退避点が作成される（ステップＳ８）。
以上のような手順で決定された溶接姿勢は，教示データ作成部６に取り込まれ，ここで溶接ロボット２０の各関節角の角度データ，即ち溶接ロボット２０の教示データとして保存される。尚，上記各作業点間における溶接姿勢は，両端の作業点の値を用いて例えば線形補間により設定される。
【００１２】
以上説明したように，本実施の形態に係る溶接姿勢教示装置Ａ１では，オペレータが，対象ワークの形状情報などの他に目標傾斜角α0 と目標前進・後退角β0 とを数値入力するだけで，後は全て自動的に溶接ロボットと対象ワークとの干渉が発生しないような溶接姿勢（傾斜角α，前進・後退角β，及び回転角γ）が探索され，自動設定されるため，教示作業にかかる手間と時間が従来技術と比べて大幅に削減できると共に，得られる教示結果がオペレータの資質に左右されるということもない。
また，設定される溶接姿勢は，極力目標値となるように設定され，目標値に設定することが不可能な範囲においてもできるかぎり目標値に近い値に設定されるため，高品質の溶接が可能となる。
更に，姿勢を所定刻みで離散的に行っているため，高速処理が可能である。
【００１３】
【実施例】
上記干渉チェック方法としては，周知の様々な手法を用いることが可能である。周知の干渉チェック方法としては，例えば三角形ポリゴンを用いた方法，凸包に分割してチェックを行う方法やバブルコライジョン法，交点計算法などが挙げられるが，処理の高速化のために複数の方法を適宜組み合わせて用いることが望ましい。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は，任意のワーク上の任意の溶接線に沿って溶接を行う溶接ロボットに対して，上記ワーク及び上記溶接ロボットに関する形状情報に基づいて上記ワークと干渉しないように溶接時の姿勢を教示する溶接姿勢教示方法において，上記溶接ロボットに設けられた溶接トーチの上記溶接線上での目標姿勢を設定する目標姿勢設定工程と，上記溶接線上に，溶接時の作業経路を定義するための作業点を設定する作業点設定工程と，上記作業点設定工程で設定された上記各作業点において，上記形状情報に基づいて上記溶接トーチが上記目標姿勢設定工程で設定された上記目標姿勢をとりうるか否かを所定の干渉チェック手法により自動的に判断し，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，その作業点を含み上記目標姿勢をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を自動的に特定すると共に，該範囲内で上記溶接トーチのとりうる設定姿勢を探索し，自動設定する自動姿勢設定工程とを具備してなることを特徴とする溶接姿勢教示方法として構成されているため，オペレータは，目標傾斜角α0 と目標前進・後退角β0 とを数値入力するだけで，後は全て自動的に溶接ロボットと対象ワークとの干渉が発生しないような溶接姿勢（傾斜角α，前進・後退角β，及び回転角γ）が探索され，自動設定され，教示作業にかかる手間と時間が従来技術と比べて大幅に削減できると共に，得られる教示結果がオペレータの資質に左右されるということもない。
上記目標姿勢は，例えば上記溶接トーチの上記溶接線回りの角度である傾斜角の目標値α0 と，上記溶接線と上記溶接トーチとのなす角度である前進・後退角の目標値β0 により表現することができるが，この場合には，上記自動姿勢設定工程は，更に，上記作業点設定工程で設定された上記作業点のうちの少なくとも１点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記目標傾斜角α0 と１８０°−α0 のうちのいずれかを設定傾斜角αとする傾斜角設定工程と，上記作業点設定工程で設定された上記各作業点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記溶接トーチが上記目標前進・後退角β0 をとりうるか否かを判断し，上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な作業点においては上記溶接トーチが上記ワークと干渉しないような前進・後退角β1 を探索し，上記作業点での設定前進・後退角βとして設定する前進・後退角設定工程と，上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な作業点が存在する場合に，その作業点を含み上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を特定すると共に，上記前進・後退角β1 と上記目標前進・後退角β0 とに基づいて上記範囲内における設定前進・後退角βを設定する干渉範囲設定工程とを具備して構成することができ，更に上記干渉範囲設定工程で設定された上記範囲外においては上記前進・後退角βを上記目標前進・後退角β0 とすれば，溶接姿勢はできるかぎり目標値に近い値に設定されるため，高品質の溶接が可能となる。
更に，上記自動姿勢設定工程で設定された上記設定姿勢と上記形状情報とに基づいて自動的に干渉チェックを行い，上記溶接トーチの上記溶接ロボットへの取り付け軸回りの回転角γを自動設定する自動回転角設定工程を設ければ，溶接ロボットの溶接トーチ以外の部分と対象ワークとの干渉についても確実に回避することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る溶接姿勢教示装置Ａ１の概略構成を示すブロック図。
【図２】 上記溶接姿勢教示装置Ａ１，溶接ロボット２０，及びロボット制御盤１０との接続関係の一例を示す模式図。
【図３】 上記溶接姿勢教示装置Ａ１による処理手順を示すフローチャート。
【図４】 作業条件におけるバックステップ処理，及びその時の作業経路と作業点の一例を示す説明図。
【図５】 溶接姿勢を表す傾斜角α，前進・後退角β，及び回転角γの説明図。
【図６】 傾斜角αの設定方法の説明図。
【図７】 干渉が生じる作業点における前進・後退角βの設定方法の説明図。
【図８】 目標前進・後退角β0 をとることが不可能な範囲を特定する方法の説明図。
【図９】 回転角γの設定方法の説明図。
【図１０】 従来技術に係る対象ワークＷと溶接トーチＭとの３次元画像の一例を示す図。
【符号の説明】
１…形状・環境情報設定部
２…作業条件設定部（目標姿勢設定手段の一例）
３…作業点設定部（作業点設定手段の一例）
４…トーチ姿勢決定部（傾斜角設定手段，前進・後退角設定手段，及び自動回転角設定手段の一例）
５…干渉範囲設定部（干渉範囲設定手段の一例）
６…教示データ作成部
１０…ロボット制御盤
２０…溶接ロボット
２０ａ…溶接トーチ
２０ｂ…手首
Ｗ…対象ワーク
Claims (8)
- 任意のワーク上の任意の溶接線に沿って溶接を行う溶接ロボットに対して，上記ワーク及び上記溶接ロボットに関する形状情報に基づいて上記ワークと干渉しないように溶接時の姿勢を教示する溶接姿勢教示方法において，上記溶接ロボットに設けられた溶接トーチの上記溶接線上での目標姿勢を設定する目標姿勢設定工程と，
上記溶接線上に，溶接時の作業経路を定義するための作業点を設定する作業点設定工程と，
上記作業点設定工程で設定された上記各作業点において，上記形状情報に基づいて上記溶接トーチが上記目標姿勢設定工程で設定された上記目標姿勢をとりうるか否かを所定の干渉チェック手法により自動的に判断し，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，その作業点を含み上記目標姿勢をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を自動的に特定すると共に，該範囲内で上記溶接トーチのとりうる設定姿勢を探索し，自動設定する自動姿勢設定工程とを具備してなることを特徴とする溶接姿勢教示方法。 - 上記目標姿勢が，上記溶接トーチの上記溶接線回りの角度である傾斜角の目標値α0 と，上記溶接線と上記溶接トーチとのなす角度である前進・後退角の目標値β0 とを含む請求項１記載の溶接姿勢教示方法。
- 上記自動姿勢設定工程が，更に，
上記作業点設定工程で設定された上記作業点のうちの少なくとも１点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記目標傾斜角α0 と１８０°−α0 のうちのいずれかを設定傾斜角αとする傾斜角設定工程と，
上記作業点設定工程で設定された上記各作業点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記溶接トーチが上記目標前進・後退角β0 をとりうるか否かを判断し，上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な作業点においては上記溶接トーチが上記ワークと干渉しないような前進・後退角β1 を探索し，上記作業点での設定前進・後退角βとして設定する前進・後退角設定工程と，
上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な作業点が存在する場合に，その作業点を含み上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を特定すると共に，上記前進・後退角β1 と上記目標前進・後退角β0 とに基づいて上記範囲内における設定前進・後退角βを設定する干渉範囲設定工程とを具備して構成されると共に，
上記干渉範囲設定工程で設定された上記範囲外においては上記前進・後退角βを上記目標前進・後退角β0 とする請求項２記載の溶接姿勢教示方法。 - 上記自動姿勢設定工程で設定された上記設定姿勢と上記形状情報とに基づいて自動的に干渉チェックを行い，上記溶接トーチの上記溶接ロボットへの取り付け軸回りの回転角γを自動設定する自動回転角設定工程を具備してなる請求項１〜３のいずれかに記載の溶接姿勢教示方法。
- 任意のワーク上の任意の溶接線に沿って溶接を行う溶接ロボットに対して，上記ワーク及び上記溶接ロボットに関する形状情報に基づいて上記ワークと干渉しないように溶接時の姿勢を教示する溶接姿勢教示装置において，上記溶接ロボットに設けられた溶接トーチの上記溶接線上での目標姿勢を設定する目標姿勢設定手段と，
上記溶接線上に，溶接時の作業経路を定義するための作業点を設定する作業点設定手段と，
上記作業点設定手段で設定された上記各作業点において，上記形状情報に基づいて上記溶接トーチが上記目標姿勢設定手段で設定された上記目標姿勢をとりうるか否かを所定の干渉チェック手法により自動的に判断し，上記目標姿勢をとることが不可能な作業点が存在する場合には，その作業点を含み上記目標姿勢をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を自動的に特定すると共に，該範囲内で上記溶接トーチのとりうる設定姿勢を探索し，自動設定する自動姿勢設定手段とを具備してなることを特徴とする溶接姿勢教示装置。 - 上記目標姿勢が，上記溶接トーチの上記溶接線回りの角度である傾斜角の目標値α0 と，上記溶接線と上記溶接トーチとのなす角度である前進・後退角の目標値β0 とを含む請求項５記載の溶接姿勢教示装置。
- 上記自動姿勢設定手段が，更に，
上記作業点設定手段で設定された上記作業点のうちの少なくとも１点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記目標傾斜角α0 と１８０°−α0 のうちのいずれかを設定傾斜角αとする傾斜角設定手段と，
上記作業点設定手段で設定された上記各作業点において上記形状情報に基づく干渉チェックを行い，上記溶接トーチが上記目標前進・後退角β0 をとりうるか否かを判断し，上記目標前進・後退角β0 をとることが不可能な作業点においては上記溶接トーチが上記ワークと干渉しないような前進・後退角β1 を探索し，上記作業点での設定前進・後退角βとして設定する前進・後退角設定手段と，
上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な作業点が存在する場合に，その作業点を含み上記前進・後退角目標値β0 をとることが不可能な上記溶接線上の範囲を特定すると共に，上記前進・後退角β1 と上記目標前進・後退角β0 とに基づいて上記範囲内における設定前進・後退角βを設定する干渉範囲設定手段とを具備して構成されると共に，
上記干渉範囲設定手段で設定された上記範囲外においては上記前進・後退角βを上記目標前進・後退角β0 とする請求項６記載の溶接姿勢教示装置。 - 上記自動姿勢設定手段で設定された上記設定姿勢と上記形状情報とに基づいて干渉チェックを自動的に行い，上記溶接トーチの上記溶接ロボットへの取り付け軸回りの回転角γを自動設定する自動回転角設定手段を具備してなる請求項５〜７のいずれかに記載の溶接姿勢教示装置。
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