JP4498061B2

JP4498061B2 - 溶接ロボット制御装置

Info

Publication number: JP4498061B2
Application number: JP2004238783A
Authority: JP
Inventors: 泰宏神品
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Daihen Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp; Daihen Corp
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-08-18
Also published as: JP2006059037A

Description

本願発明は、ワークに対して溶接を行う溶接ロボットの制御装置に関するものである。

従来、ワークに対して溶接を行う多関節溶接ロボットにおいては、ウィービング動作と呼称される動作を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。ウィービング動作とは、予め記憶された作業プログラムによって溶接ロボットの各軸を駆動モータによって回転駆動させることにより、溶接トーチを溶接進行方向に対して直交する方向に揺動させる動作をいう。

このウィービング動作では、ティーチングプレイバック方式に基づいて溶接部の形状に沿って溶接トーチが直線補間動作又は円弧補間動作を行いつつ、溶接トーチのツールセンタポイント（ＴＣＰ）を、予め教示された振幅、周波数、及び波形に基づいて移動させる。このウィービング動作が行われることによって、良好でかつ確実な溶接を実現することができる。
特開平７−２４５７４号公報。

ところで、上記多関節溶接ロボットの制御においては、溶接ロボットの動特性を向上させるために、溶接ロボットの各アームを駆動するモータの制御定数をリアルタイムに変化させている。

溶接ロボットの各関節の位置は、モータをフィードバック制御することにより制御されるが、例えば、溶接ロボットの姿勢が縮んでおり（すなわち複数のアームが延びておらず）、モータの負荷である慣性モーメントが小さい場合には、位置を制御するためのモータのフィードバック制御系におけるゲイン（以下、フィードバックゲインという。）を大きくし、各関節における位置の追従性を向上させている。逆に、複数のアームが延び、慣性モーメントが大きい場合には、位置制御用のフィードバックゲインを小さくし、各関節における位置の追従性をあえて悪化させ、残留振動の振幅を小さくするといった制御が行われている。

ところが、上記のように、モータのフィードバック制御系における位置制御用のフィードバックゲインをリアルタイムに変化させる制御が行われると、各関節における位置の追従性能が変化することになるため、モータの回転駆動に依存しているウィービング動作に影響を及ぼし、予め教示された、ウィービング動作による振幅が変化してしまうといった問題点があった。

また、多関節溶接ロボットの制御において、上記ウィービング動作は、溶接ロボットの複数の関節が合成動作することにより実現されている。例えばシリアルリンク機構の溶接ロボットにおけるウィービング動作では、溶接ロボットの関節間に干渉トルクが発生し、この干渉トルクによって、モータとアームとを連結する減速機がたわむことがある。そのため、各軸において本来回転すべき量（角度）が正確に得られないことがあり、予め教示された、ウィービング動作による振幅が遵守できないといった問題があった。

本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、予め教示された振幅で確実にかつ正確にウィービング動作させることのできる溶接ロボット制御装置を提供することを、その課題とする。

上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

本願発明の第１の側面によって提供される溶接ロボット制御装置は、溶接ロボットの直列接続された複数のアームの先端部に取り付けられた溶接トーチを、予め複数の教示点で教示された教示データによって表される溶接軌道上を所定のウィービング周波数でウィービング動作をさせながら移動させる溶接ロボット制御装置であって、前記複数のアームが接続される複数の関節にそれぞれ設けられた複数のサーボモータと、前記複数のサーボモータの回転角度をそれぞれフィードバック制御により制御する複数のモータ駆動制御手段と、前記教示点の間を所定の補間周期で分割することにより前記溶接軌道上の複数の補間点を算出し、補間点毎に当該補間点の位置と前記溶接トーチの姿勢のデータを含む第１の補間点データを生成する第１の補間点データ生成手段と、前記補間点毎に生成される前記第１の補間点データをそれぞれ前記溶接ロボットの各関節の関節角度のデータに変換する第１の関節角度データ生成手段と、前記補間点毎に生成される第１の補間点データを、前記ウィービング動作時の前記溶接トーチの変位を加味して、それぞれ前記ウィービング動作を行う場合の前記溶接ロボットの各関節の関節角度のデータに変換する第２の関節角度データ生成手段と、前記補間点毎に、前記複数の関節のそれぞれについて前記第１の関節角度データと前記第２の関節角度データとの角度差を算出する関節角度差算出手段と、前記モータ駆動制御手段毎に、当該モータ駆動制御手段のフィードバック制御系におけるサーボ制御定数と前記ウィービング周波数とに基づいて、前記サーボモータのフィードバック制御系におけるゲインを算出するゲイン算出手段と、前記補間点毎に、前記ゲイン算出手段によって前記モータ駆動制御手段毎に算出されたゲインの逆数を、前記関節角度差算出手段により当該モータ駆動制御手段に対応するサーボモータに対して算出された角度差に乗じ、その乗算値を前記第２の関節角度データに加算することにより、前記ウィービング動作時に前記複数のサーボモータを制御すべき関節角度をそれぞれ算出する関節角度算出手段と、前記補間点毎に、前記関節角度算出手段で算出された前記サーボモータ毎の関節角度を、各サーボモータに対応するモータ駆動制御手段に動作指令として出力する動作指令出力手段と、を備えることを特徴としている（請求項１）。

この構成によれば、サーボモータのフィードバック制御系におけるゲインの逆数を、当該モータ駆動制御手段に対応するサーボモータに対して関節角度差算出手段によって算出された角度差に乗じ、その乗算値を、ウィービング動作を行わない場合の各関節における関節角度に加算することによりウィービング動作時に各サーボモータを制御すべき関節角度を算出し、その関節角度を動作指令として各サーボモータに対応するモータ駆動制御手段に出力する。これにより、サーボモータのフィードバック制御系におけるゲインが考慮された、ウィービング動作における適切な振幅を取得することができる。そのため、より正確な振幅でウィービング動作を行うことができる。

好ましい実施の形態によれば、前記サーボ制御定数は、前記サーボモータの位置制御の遅れ系を表す時定数であるとよい（請求項２）。また、前記ゲイン算出手段で算出されるゲインは、ＧＡＩＮ＝１／√（１＋ＦＲＱ ² ＊ＴＳ ² ）（ＧＡＩＮはゲイン、ＦＲＱはウィービング周波数、ＴＳは各サーボモータの位置制御の遅れ系を表す時定数）の演算式によって算出される（請求項３）。

本願発明の第２の側面によって提供される溶接ロボット制御装置は、溶接ロボットの直列接続された複数のアームの先端部に取り付けられた溶接トーチを、予め複数の教示点で教示された教示データによって表される溶接軌道上を所定のウィービング周波数でウィービング動作をさせながら移動させる溶接ロボット制御装置であって、前記複数のアームが接続される複数の関節にそれぞれ設けられた複数のサーボモータと、前記複数のサーボモータの回転角度をそれぞれフィードバック制御により制御する複数のモータ駆動制御手段と、前記教示点の間を所定の補間周期で分割することにより前記溶接軌道上の補間点を算出し、補間点毎に当該補間点の位置と前記溶接トーチの姿勢のデータを含む補間点データを生成する補間点データ生成手段と、前記補間点毎に生成される前記補間点データを、前記ウィービング動作時の前記溶接トーチの変位を加味して、それぞれ前記ウィービング動作を行う場合の前記溶接ロボットの各関節の関節角度のデータに変換する関節角度データ生成手段と、前記補間点毎に、各アームの重心位置、質量、慣性テンソルおよび長さと、前記関節角度データ生成手段で生成される各関節の関節角度、当該間接角度に基づく関節角速度および関節角加速度とに基づいて、前記ウィービング動作を行う場合の各関節の軸まわりに発生するトルクを算出する第１のトルク算出手段と、前記関節毎に、前記第１のトルク算出手段で算出されるトルクを用いて前記ウィービング動作を行わない場合に発生するトルクを算出する第２のトルク算出手段と、前記補間点毎に、前記第１のトルク算出手段によって算出された各関節のトルクと、前記第２のトルク算出手段によって算出された各関節のトルクとの差分を予め関節毎に設定されたばね定数で除し、その除算値を前記関節角度データ生成手段で算出される各関節の関節角度に加算することにより、前記ウィービング動作時に前記複数のサーボモータを制御すべき関節角度をそれぞれ算出する関節角度算出手段と、前記補間点毎に、前記関節角度算出手段で算出された前記サーボモータ毎の関節角度を、各サーボモータに対応するモータ駆動制御手段に動作指令として出力する動作指令出力手段と、を備えることを特徴としている（請求項４）。

この構成によれば、関節毎に、ウィービング動作を行う場合に関節の軸まわりに発生するトルクからウィービング動作を行わない場合に関節の軸まわりに発生するトルクを差し引いたトルク差を各関節のばね定数で除算し、その除算値をウィービング動作をする場合の各関節の関節角度に加え、これを動作指令として各サーボモータのモータ駆動制御手段に与える。これにより、アーム間に発生する干渉トルクによる減速機のたわみ量を用いて各モータに与える各関節の関節角度を補正することができる。そのため、適切な振幅を有するウィービング動作を行うことができる。

好ましい実施の形態によれば、前記第１のトルク算出手段で算出されるトルクは、ＴＲＱｊ＝Ｈ（ＡＮＧｗｖｊ）・ＡＣＣｗｖｊ＋Ｃ（ＡＮＧｗｖｊ，ＶＥＬｗｖｊ）＋Ｇ（ＡＮＧｗｖｊ）・ｇ（但し、ＴＲＱｊはｊ番目の関節のトルク、ＡＮＧｗｖｊはｊ番目の関節の関節角度、ＶＥＬｗｖｊはＡＮＧｗｖｊの１回微分値、ＡＣＣｗｖｊはＡＮＧｗｖｊの２回微分値、Ｈは慣性行列、Ｃは粘性行列、Ｇは重力行列、ｇは重力加速度ベクトル）の演算式によって算出される（請求項５）。また、前記第２のトルク算出手段は、前記ウィービング動作を前記ウィービング周波数の１周期分行わせる毎に、前記溶接軌道における前記溶接トーチの進行方向に対して左側で当該溶接軌道からの変位が最大となる補間点で発生するトルクと、前記溶接トーチの進行方向に対して右側で当該溶接軌道からの変位が最大となる補間点で発生するトルクとの平均値を算出することにより、前記ウィービング動作を行わない場合に発生するトルクを算出するとよい（請求項６）。

本願発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本願発明に係るロボット制御装置が適用されるロボット制御システムを示す構成図である。このロボット制御システムでは、溶接ロボットに設けられた溶接トーチによってワーク（被溶接物）に対して溶接が行われる。

ロボット制御システムは、溶接ロボット１０と、ロボット制御装置２０と、溶接電源装置３０とによって大略構成されている。

溶接ロボット１０は、ワークＷに対して例えばアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１０は、フロア等の適当な箇所に固定されるベース部材１１と、それに複数の軸を介して連結された複数のアーム１２と、複数のアーム１２の両端又は片端に設けられた複数の駆動モータ（サーボモータ）１３（一部図示略）とによって構成されている。

溶接ロボット１０には、最も先端側に設けられたアーム１２の先端部に、溶接トーチ１４が設けられている。溶接トーチ１４は、溶加材としての例えば直径１ｍｍ程度の溶接ワイヤ１５をワークＷの所定の溶接位置に導くものである。

溶接ロボット１０の上部には、ワイヤ送給装置１６が設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に対して溶接ワイヤ１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、溶接ワイヤ１５が巻回された図示しないリールと、リールを回転させる送給モータ１７とによって構成され、送給モータ１７は、溶接電源装置３０によって回転駆動される。

ワイヤ送給装置１６には、溶接ワイヤ１５を案内するためのコイルライナ１９が接続され、コイルライナ１９の先端は、溶接トーチ１４に接続されている。これにより、ワイヤ送給装置１６によって送り出された溶接ワイヤ１５は、コイルライナ１９を介して溶接トーチ１４に導かれる。溶接ワイヤ１５は、溶接トーチ１４から外部に突出して消耗電極として機能する。すなわち、溶接電源装置３０によって溶接ワイヤ１５の先端とワークＷとの間にアークを発生させてその熱で溶接ワイヤ１５を溶融させることにより、ワークＷに対して溶接が施される。

駆動モータ１３は、ロボット制御装置２０からの駆動信号によって回転駆動され、この各駆動モータ１３が回転駆動されることにより、各アーム１２が変位し、結果的に溶接トーチ１４が上下前後左右に移動可能とされる。

さらに、本実施形態では、各駆動モータ１３が回転駆動されることにより、溶接トーチ１４のウィービング動作が行われる。ウィービング動作とは、上述したように、溶接トーチ１４を溶接進行方向に対して直交する方向に揺動させる動作をいう。本実施形態に係る溶接ロボット１０は、図１及び図２に示すように、複数の関節を有する多関節の溶接ロボットであり、これら複数の関節を複合動作させることにより、溶接トーチ１４が溶接進行方向に対して直交方向に揺動されるように制御される（図２の正弦波状の軌跡を参照）。なお、図２では、溶接ロボット１０が３自由度の場合を示している。

なお、駆動モータ１３には、図示しないエンコーダが設けられている。エンコーダの出力は、ロボット制御装置２０に与えられ、ロボット制御装置２０では、エンコーダの出力によって溶接トーチ１４の現在位置を認識するようになっている。

ロボット制御装置２０は、溶接ロボット１０の動作を制御するためのものである。ロボット制御装置２０は、予め記憶されている作業プログラム及び図示しないエンコーダからの現在位置情報等に基づいて、溶接ロボット１０の各駆動モータ１３を駆動制御して、溶接トーチ１４をワークＷの所定の溶接点に移動させる。また、ロボット制御装置２０は、各駆動モータ１３を駆動制御して、溶接トーチ１４を揺動させることにより、上記ウィービング動作を実行する。

溶接電源装置３０は、図示しない溶接電源を備えており、溶接電源は溶接トーチ１４とワークＷとの間に高電圧の溶接電圧を供給するものである。また、溶接電源装置３０は、所定のタイミングでワイヤ送給装置１６の送給モータ１７を駆動させる機能をも有している。

図３は、ロボット制御装置２０の内部構成及びその周辺装置を示すブロック図である。ロボット制御装置２０は、ＣＰＵ２１、ＲＡＭ２２、ＲＯＭ２３、タイマ（ＴＩＭＥＲ）２４、ハードディスク２５、ティーチングペンダントＩ／Ｆ２６、操作ボックスＩ／Ｆ２７、及びサーボドライバＩ／Ｆ２８を備えており、各部はバス（ＢＵＳ）３１によって相互に接続されている。

ティーチングペンダントＩ／Ｆ２６には、ティーチングペンダント３３が接続され、操作ボックスＩ／Ｆ２７には、操作ボックス３４が接続されている。また、サーボドライバＩ／Ｆ２８には、ロボット制御装置２０の内部に設けられた複数のサーボドライバ３５が接続され、サーボドライバ３５には、溶接ロボット１０に設けられた６つの駆動モータ１３がそれぞれ接続されている。

ＣＰＵ２１は、本ロボット制御装置２０の制御中枢となるものであり、予め定められた作業プログラム、ティーチングペンダント３３や操作ボックス３４からの操作信号、あるいは図示しないエンコーダからの現在位置情報等に基づいて、所定のデータ処理を行い、バス３１及びサーボドライバＩ／Ｆ２８を介してサーボドライバ３５に動作指令を与える。これにより、駆動モータ１３が回転駆動され、溶接トーチ１４が移動される。

ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２１に対して作業領域を提供するものであり、計算データ等を一時的に記憶する。ＲＡＭ２２は、例えば後述する動作命令バッファ４１、軌道バッファ４２、補間点バッファ４３、又は関節補間点バッファ４４として機能する。

ＲＯＭ２３は、溶接ロボット１０の動作（衝突検出、停止処理等を含む）が定められた作業プログラム、この作業プログラムの実行条件を示すデータ、制御定数を示すデータ等を格納するものである。

ハードディスク２５は、溶接ロボット１０の溶接作業が表された教示データを格納するものである。

タイマ２４は、予め定められた定期時刻ごとに同期信号をＣＰＵ２１に対して発生するものである。同期信号は、ＣＰＵ２１がサーボドライバ３５に対して動作指令信号を出力する際の更新タイミングとして用いられる。

ティーチングペンダントＩ／Ｆ２６は、ティーチングペンダント３３とのインターフェースを司るものである。ティーチングペンダント３３は、例えば表示装置３３ａとキーボード３３ｂとを有し、溶接ロボット１０の動作を手動で行う際にユーザによって操作されるものである。ＣＰＵ２１は、このティーチングペンダント３３からの操作信号を受け取ることにより所定のデータ処理を行うとともに、ティーチングペンダント３３に対して表示データを送ることにより、操作情報を表示させる。

操作ボックスＩ／Ｆ２７は、操作ボックス３４とのインターフェースを司るものである。操作ボックス３４は、自動運転モード又は手動モードの選択、起動、開始、停止等の各種操作をユーザによって可能にするものである。ＣＰＵ２１は、この操作ボックス３４からの操作信号を受け取ることにより所定のデータ処理を行う。

サーボドライバＩ／Ｆ２８は、サーボドライバ３５とのインターフェースを司るものである。サーボドライバ３５は、ＣＰＵ２１からの動作指令信号に基づいて、６つの駆動モータ１３をそれぞれ駆動制御するものである。

図４は、ＣＰＵ２１及びＲＡＭ２２の実際的な機能をブロックにして表した場合の構成図である。

ＣＰＵ２１の機能としては、動作命令読み出し部３６、軌道生成部３７、補間点生成部３８、関節補間点生成部３９、及びサーボ出力部４０によって表され、ＲＡＭ２２の機能としては、動作命令バッファ４１、軌道バッファ４２、補間点バッファ４３、及び関節補間点バッファ４４によって表される。なお、各バッファ４１〜４４は、ＦＩＦＯ（first-in first-out）バッファとして構成されており、先入れ及び先出しでデータが処理される。

動作命令読み出し部３６は、ハードディスク２５に記憶される教示データから、溶接ロボット１０の動作命令に関する情報（例えば座標、速度情報等のデータからなる軌道命令）を読み出し、動作命令バッファ４１に格納する。

軌道生成部３７は、動作命令バッファ４１から動作命令に関する情報（動作命令コマンド）を読み出し、それに基づいて溶接ロボット１０の溶接トーチ１４の作業軌道を三次元空間の直交座標上で計画する。軌道生成部３７は、計画された軌道データを軌道バッファ４２に格納する。

補間点生成部３８は、軌道バッファ４２から軌道データを読み出し、その軌道データを、「補間周期」と呼称される所定時間毎に分割する。そして、補間周期毎に直交座標によって表される、溶接トーチ１４が到達すべき位置、姿勢を示す補間点データを算出する。すなわち、軌道データは、溶接開始点から溶接終了点に至る溶接トーチ１４の移動軌跡を複数の教示点によって表すとともに、教示点間の溶接トーチ１４の移動方法を直線移動や円弧移動によって定義したものである。補間点生成部３８は、隣接する教示点間において溶接トーチ１４が通過すべき点とその点における溶接トーチ１４の姿勢等のデータを補間周期毎に補間している。補間点生成部３８は、算出した補間点データを補間点バッファ４３に格納する。

関節補間点生成部３９は、溶接トーチ１４の到達位置、姿勢を示す補間点データを、溶接ロボット１０の各関節における関節角度を示すデータに逆変換する演算を行い、それを関節補間点バッファ４４に一時的に記憶する。なお、本実施形態の特徴であるウィービング動作は、主にこの関節補間点生成部３９において実現されるようになっている。

関節補間点バッファ４４に格納された、溶接ロボット１０の各関節における関節角度を示すデータは、タイマ２４によって発生される同期信号ＳＹＮＣに同期してサーボ出力部４０に通知される。そして、上記関節角度を示すデータは、サーボ出力部４０から所定のタイミングでサーボドライバＩ／Ｆ２８を介してサーボドライバ３５へ各関節の位置指令（駆動モータ１３に対する動作指令）として出力される。

図５は、サーボドライバ３５によるサーボ制御の概念を示すブロック図である。この図によると、溶接ロボット１０の各関節における位置指令は、位置制御ブロック５１に入力され、位置制御ブロック５１の出力は、速度制御ブロック５２に入力される。速度制御ブロック５２の出力は、電流制御ブロック５３に入力され、電流制御ブロック５３の出力は、駆動モータ１３に入力される。駆動モータ１３の出力は、例えば減速器からなる減速機構のばね要素ブロック５４を介して、負荷としてのアーム１２に与えられる。

駆動モータ１３には、電流検出ブロック５５が接続され、電流検出ブロック５５において駆動モータ１３に流れる電流が検出され、その値は電流制御ブロック５３にフィードバックされる。また、駆動モータ１３には、エンコーダ５６が接続され、エンコーダ５６によって現在の回転速度（アームの移動速度に対応）のデータが取得され、その回転速度データは、位置制御ブロック５１と速度制御ブロック５２にフィードバックされる。

位置制御ブロック５１では、フィードバックされた回転速度データが積分ブロック５７によって積分されることにより位置データに変換されて減算器６１に入力され、この減算器６１により位置指令（関節角度）に対する現在の位置（関節角度）の誤差データが演算される。この誤差データは増幅器５８により所定のゲインＫｐｐ（以下、位置フィードバックゲインという。）でレベル補正が行なわれた後、加算器６２に入力される。

また、位置制御ブロック５１では、溶接ロボット１０の各関節における位置指令のデータは、微分ブロック５９によって微分されることにより速度データに変換され、さらに増幅器６０により所定のゲインＫｆｆ（以下、速度フィードフォワードゲインという。）でレベル補正が行なわれた後、加算器６２に入力される。加算器６２では速度フィードフォワードゲインＫｆｆから出力される速度データと、位置フィードバックゲインＫｐｐから出力される誤差データとが加算されて、上述した速度制御ブロック５２に出力される。

このように、溶接ロボット１０の各関節における位置指令に対して駆動モータ１３の動作をフィードバック制御させることにより、予め教示された教示データの再生動作をより正確に行うことができる。

次に、本実施形態に係るウィービング動作に関する作用について、図６に示すフローチャート及び図７に示す基準座標系とツール座標系との関係を示す図を参照して説明する。

本実施形態における特徴的なウィービング動作に関する制御は、主に関節補間点生成部３９（図４参照）において実行される。すなわち、ステップＳ１において、関節補間点生成部３９は、補間点バッファ４３から補間点データＩＰｉを読み出す。ここで、補間点データＩＰｉとは、溶接開始位置から目標位置（溶接終了位置）に達するまでの間に存在する、溶接トーチ１４の先端が移動すべき位置（溶接すべき位置を含む）、及びその位置における溶接トーチ１４の姿勢を表したデータである。

なお、溶接ロボット１０には、各関節を制御するための座標系として図７に示すように、基準座標系とツール座標系とが設定されている。基準座標系は、溶接ロボット１０の設置位置に固定的に設定されている。一方、ツール座標系は、溶接トーチ１４の先端（ツールセンタポイント）に設定されたもので、溶接トーチ１４の移動に伴って移動する。すなわち、ツール座標系の原点位置の基準座標系における位置は、溶接トーチ１４の移動によって変化する。

補間点データＩＰｉは、溶接ロボット１０の基準座標系（図７参照）から見た溶接トーチ１４の位置及び姿勢、すなわち、ツール座標系の位置、姿勢を、基準座標系の座標値に変換して表したものである。補間点データＩＰｉは、以下に示す行列式で表される。

ここで、ｘｉは基準座標系から見たツール座標系原点のＸ座標位置（ｍｍ）を示し、ｙｉは基準座標系から見たツール座標系原点のＹ座標位置（ｍｍ）を示し、ｚｉは基準座標系から見たツール座標系原点のＺ座標位置（ｍｍ）を示し、ａｉは基準座標系から見たツール座標系のＸ軸の回転姿勢（ｒａｄ）を示し、ｂｉは基準座標系から見たツール座標系のＹ軸の回転姿勢（ｒａｄ）を示し、ｃｉは基準座標系から見たツール座標系のＺ軸の回転姿勢（ｒａｄ）を示す。

次いで、ステップＳ２において、関節補間点生成部３９は、ウィービング動作を行わない場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度ＡＮＧｏｒｇを算出する。具体的には、直交座標によって表され、溶接トーチ１４の到達位置及び姿勢を表す補間点データＩＰｉを、溶接ロボット１０の各関節における関節角度を示すデータに逆変換する。そして、溶接ロボット１０の各関節における関節角度を示すデータをＲＡＭ２２（関節補間点バッファ４４）に記憶する。なお、多関節溶接ロボットの逆演算アルゴリズムは、プレイバックティーチングシステムで一般的に用いられる技術であるため、ここでは詳細な説明は省略する。ウィービング動作を行わない場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度ＡＮＧｏｒｇは、以下に示す行列式で表される。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＡＮＧｏｒｇ１は溶接ロボット１０の第１関節の関節角度（ｒａｄ）を示し、ＡＮＧｏｒｇ２は溶接ロボット１０の第２関節の関節角度（ｒａｄ）を示し、ＡＮＧｏｒｇｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節の関節角度（ｒａｄ）を示す。

次に、ステップＳ３において、関節補間点生成部３９は、ウィービング動作を行う場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度ＡＮＧｗｖを算出する。具体的には、直交座標によって表され、溶接トーチ１４の到達位置及び姿勢を表す補間点データＩＰｉにウィービング変位を加味し、それを溶接ロボット１０の各関節における関節角度を示すデータに逆変換する。そして、それをＲＡＭ２２（関節補間点バッファ４４）に記憶する。ウィービング動作を行う場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度ＡＮＧｗｖは、以下に示す行列式で表される。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＡＮＧｗｖ１は溶接ロボット１０の第１関節の関節角度（ｒａｄ）を示し、ＡＮＧｗｖ２は溶接ロボット１０の第２関節の関節角度（ｒａｄ）を示し、ＡＮＧｗｖｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節の関節角度（ｒａｄ）を示す。

次いで、ステップＳ４において、ウィービング動作を行わない場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度ＡＮＧｏｒｇと、ウィービング動作を行う場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度ＡＮＧｗｖとの差分を求める。そして、その差分を、関節毎のウィービング変位ＡＮＧａｍｐとして、ＲＡＭ２２（関節補間点バッファ４４）に記憶する。

図８は、ウィービング動作を行わない場合の補間点（白丸参照）と、ウィービング動作を行う場合の補間点（黒丸参照）との違いを示した図である。この図の例では、サイン波形のウィービングパターンが溶接進行に対して重畳されている形となっている。なお、ウィービングパターンの生成方法は、公知技術であるため、ここではその説明を省略する。溶接ロボット１０の関節毎のウィービング変位ＡＮＧａｍｐは、以下に示す行列式で表される。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＡＮＧａｍｐ１は溶接ロボット１０の第１関節の関節角度（ｒａｄ）を示し、ＡＮＧａｍｐ２は溶接ロボット１０の第２関節の関節角度（ｒａｄ）を示し、ＡＮＧａｍｐｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節の関節角度（ｒａｄ）を示す。そして、ＡＮＧａｍｐ１、ＡＮＧａｍｐ２、及びＡＮＧａｍｐｎは、それぞれ次式で表される。

次に、ステップＳ５において、溶接ロボット１０の各関節を駆動する駆動モータ１３のサーボ制御定数と、予め指定されたウィービング周波数とに基づいて、フィードバック制御系における各駆動モータ１３のゲインＧＡＩＮを算出する。ゲインＧＡＩＮは、以下に示す行列式で表される。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＧＡＩＮ１は溶接ロボット１０の第１関節のゲイン（無次元）を示し、ＧＡＩＮ２は溶接ロボット１０の第２関節のゲイン（無次元）を示し、ＧＡＩＮｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節のゲイン（無次元）を示す。

以下、例えば溶接ロボット１０の第ｊ関節についてのゲインＧＡＩＮを求める手順を説明する。

駆動モータ１３のゲインの求め方は、サーボ制御方法や、サーボ演算の仕方によって異なるが、ここでは図５に示したような一般的な位置フィードバックと速度フィードフォワードとの２自由度制御系を例にとって説明する。なお、図５に示す例では、速度ループや電流ループのフィードバック制御系をも含めているが、サーボによる遅れ系は位置ループが支配的な役割を示しており、ここでは速度ループや電流ループは不要として考える。

第ｊ関節を駆動する駆動モータ１３の位置フィードバックゲインＫｐｐｊと、速度フィードフォワードゲインＫｆｆｊは、サーボ制御で一般に用いられる値であり既知の値である。これらのゲインＫｐｐｊやゲインＫｆｆｊは、溶接ロボット１０の姿勢や動作モードによりその値が変更されることが多いが、その変更指令は、ロボット制御装置２０のＣＰＵ２１から発せられるものであるため、関節補間点生成部３９においても読み取り可能な値である。

まず、位置フィードバックゲインＫｐｐｊと速度フィードフォワードゲインＫｆｆｊとを用いて、第ｊ関節を駆動する駆動モータ１３の位置制御の遅れ系を表す時定数ＴＳｊ（ｓｅｃ）を、以下の式によって算出する。この場合、時定数ＴＳｊは、駆動モータ１３のサーボ制御定数として位置付けされる。

次いで、予め定められたウィービング周波数ＦＲＱと時定数ＴＳｊとに基づいて、第ｊ関節のゲインＧＡＩＮｊを以下の式によって算出する。

ここで、ＧＡＩＮｊは、第ｊ関節を駆動するモータのゲイン [無次元]を示し、ウィービング周波数ＦＲＱは、教示されたウィービング周波数（Ｈｚ）を示す。なお、ティーチングプレイバックシステムを採用する溶接ロボット１０において、ウィービング周波数ＦＲＱは、予め教示されるデータであり、溶接ロボット１０の教示位置と同様に、ハードディスク２５（図３参照）に記憶され、再生動作時に読み出されるものである。

上式を用いて、例えばｊを１からｎ（ｎは溶接ロボット１０の関節数）まで変化させることで、溶接ロボット１０の全関節におけるゲインＧＡＩＮを算出する。

次に、ステップＳ６において、溶接ロボット１０の各関節における位置指令（駆動モータ１３に対する動作指令）として、溶接ロボット１０の各関節における補正後の関節角度ＡＮＧｃｏｍｐを算出する。具体的には、ゲインＧＡＩＮｊの逆数をウィービング変位ＡＮＧａｍｐに関節毎に乗じる。乗じた後の値を、ウィービング動作を行わない場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度ＡＮＧｏｒｇに加算する。溶接ロボット１０の各関節における補正後の関節角度ＡＮＧｃｏｍｐは、以下に示す行列式で表される。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＡＮＧｃｏｍｐ１は溶接ロボット１０の第１関節の補正後の関節角度（ｒａｄ）を示し、ＡＮＧｃｏｍｐ２は溶接ロボット１０の第２関節の補正後の関節角度（ｒａｄ）を示し、ＡＮＧｃｏｍｐｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節の補正後の関節角度（ｒａｄ）を示す。そして、ＡＮＧｃｏｍｐ１、ＡＮＧｃｏｍｐ２、及びＡＮＧｃｏｍｐｎは、それぞれ次式で表される。

ここで、ＧＡＩＮ１は、第１関節を駆動する駆動モータ１３のゲインを示し、ＧＡＩＮ２は、第２関節を駆動する駆動モータ１３のゲインを示し、ＧＡＩＮｎは、第ｎ関節を駆動する駆動モータ１３のゲインを示す。

このように、駆動モータ１３のフィードバック制御系におけるゲインＧＡＩＮの逆数をウィービング変位ＡＮＧａｍｐの値に乗算し、それをウィービング動作を行わない場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度ＡＮＧｏｒｇに加算し、これを溶接ロボット１０の各関節における位置指令として、各駆動モータ１３に与える。これにより、駆動モータ１３のフィードバック制御系におけるゲインＧＡＩＮが考慮された、ウィービング動作における適切な振幅を取得することができる。したがって、より正確な振幅でウィービング動作を行うことができる。

ところで、上記した多関節溶接ロボットにおけるウィービング動作では、溶接ロボットの関節間に発生する干渉トルクによって、駆動モータ１３とアーム１２とを連結する図示しない減速機がたわむことがあり、各軸において本来回転すべき量（角度）が正確に得られないことがある。そのため、予め教示された、ウィービング動作における振幅が遵守できないといった問題があった。

しかしながら、以下に示すように、ウィービング動作における減速機のたわみ量を求め、それに基づいてウィービング動作を行う場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度を補正するようにすれば、正確な振幅を有するウィービング動作を行うことができる。以下、詳述する。

図９は、この実施形態に係る作用を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに係る処理は、上記した実施形態と同様、関節補間点生成部３９によって主に実施されるものである。なお、図９に示すステップＳ１１〜ステップＳ１４の処理は、図６に示したステップＳ１〜ステップＳ４と同様であるため、以下ではそれらの説明を省略し、ステップＳ１５〜Ｓ１７について説明する。

ステップＳ１５において、溶接ロボット１０の関節の軸まわりに発生するトルクＴＲＱｊを関節毎に求める。より具体的には、溶接ロボット１０の機構パラメータ（関節に連結されるアーム１２の重心位置、質量、慣性テンソル、長さ）、溶接ロボット１０の関節角度ＡＮＧｗｖｊ、関節角速度ＶＥＬｗｖｊ、及び関節角加速度ＡＣＣｗｖｊを用いて逆動力学演算を行うことにより、上記トルクＴＲＱｊを求める。なお、トルクＴＲＱｊ、関節角度ＡＮＧｗｖｊ、関節角速度ＶＥＬｗｖｊ、及び関節角加速度ＡＣＣｗｖｊにおける添え字ｊは、溶接ロボット１０の関節番号を表すものである。

一般に、各関節に発生するトルクは、溶接ロボット１０の機構パラメータ（関節に連結されるアーム１２の重心位置、質量、慣性テンソル、長さ）と、各関節の位置、角速度、角加速度とに基づいて、次式による演算によって求められることが知られており、これを「逆動力学モデル」という。

ここで、上式の各項は、表１に示す意味を有する。

上記(1) 式に示した逆動力学モデルは、慣性行列Ｈ、粘性行列Ｃ及び重力行列Ｇから構成され、溶接ロボット１０の関節数がｎの場合、慣性行列Ｈは、ｎ×ｎの対称行列で表され、溶接ロボット１０の各関節の角加速度により関節自身に発生するトルク、及び他の関節の角加速度により発生する干渉トルクを示すものである。粘性行列Ｃは、ｎ×１行列で表され、溶接ロボット１０の各関節の角速度により生じる遠心力、及びコリオリ力から成るトルクを示すものである。重力行列Ｇは、ｎ×３行列で表され、重力加速度の影響により発生するトルクを示すものである。

ここで、溶接ロボット１０の機構パラメータは、表２に示す４つの項目から構成される。なお、表２中の個数は、関節に連結されるアーム１つあたりの値である。

なお、慣性テンソルＩは、物体（例えば溶接ロボット１０のアーム１２）の回転し難さを示すのに一般的に用いられ、公知の通り、表２中の３×３の対称行列で表される。そして、その対角成分は溶接ロボット１０の各関節の慣性モーメントＩｘ，Ｉｙ，Ｉｚを、その他の成分は慣性乗積Ｉｘｙ，Ｉｙｚ，Ｉｚｘの負の値を表す。

また、慣性モーメントＩｘ，Ｉｙ，Ｉｚは、物体の回り難さ及び止め難さを表すものであり、例えば次式により求められる。

さらに、慣性乗積Ｉｘｙ，Ｉｙｚ，Ｉｚｘは、物体が回転運動を行っているとき、その運動を乱すモーメントを表すものであり、次式により求められる。

ここで、ｄｍは微小体積の質量を示す。なお、式中のｘ，ｙ，ｚは、所定のリンク座標系を基準として表される。基本的なリンク座標系について、図１０及び図１１を参照して説明すると、例えば、第２関節と第３関節との間に伸張する第２リンクＬ２（アームに相当）においては、第２関節の回転中心を原点として、第２関節に割り当てられるリンク座標が定められ、そのｘ方向は第２リンクＬ２の長さの方向であり、ｚ方向は第２関節の回転方向であり、ｙ方向は右手座標系の方向である。

図１０及び図１１に示した第２リンクＬ２の慣性テンソルＩの基準座標は、第２関節に割り当てられたリンク座標系を第２リンクＬ２の重心位置に移動したときの座標系とされる。他の関節についても同様に定義される。

溶接ロボット１０の機構パラメータは、溶接ロボット１０の機構やアーム１２の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。そのため、各関節に発生するトルクＴＲＱｊは、各関節の関節角度ＡＮＧｗｖｊ、関節角速度ＶＥＬｗｖｊ、及び関節角加速度ＡＣＣｗｖｊに基づいて演算により求めることができる。

すなわち、慣性行列Ｈ、粘性行列Ｃ及び重力行列Ｇの演算方法については、公知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。例えば溶接ロボット１０が３つの関節からなる場合、慣性行列Ｈ、粘性行列Ｃ、及び重力行列Ｇは、以下の式で表される。

上記の各式の各構成要素は、表２に示した機構パラメータ、関節位置θ、関節速度θｄのみから構成され、θ、θｄ以外はすべて既知の値である。関節位置θには、ステップＳ１３（図９参照）において算出されたウィービング動作を行う場合の各関節の関節角度ＡＮＧｗｖを当て嵌めることができる。また、関節速度θｄには、補間周期毎に算出され、ウィービング動作を行う場合の各関節の関節角度ＡＮＧｗｖを一階微分することで算出される関節角速度ＶＥＬｗｖを当て嵌めることができる。したがって、ウィービング動作を行う場合の各関節における関節角度ＡＮＧｗｖ、及び関節角速度ＶＥＬｗｖをそれぞれθ、及びθｄに代入することにより、上記(1) 式中の慣性行列Ｈ、粘性行列Ｃ及び重力行列Ｇが算出される。θ、θｄ、及び関節角速度ＶＥＬｗｖは、次式で表される。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＶＥＬｗｖ１は溶接ロボット１０の第１関節の関節角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）を示し、ＶＥＬｗｖ２は溶接ロボット１０の第２関節の関節角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）を示し、ＶＥＬｗｖｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節の関節角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）を示す。

式(1) 中の重力加速度ベクトルｇは、重力加速度が働く方向を示すベクトルであるから、これも溶接ロボット１０の設置姿勢より予め定めることができる。

式(1) 中の関節加速度θｄｄは、補間周期毎に算出されるウィービング動作を行う場合の各関節の関節角度ＡＮＧｗｖを二階微分することで算出される関節角加速度ＡＣＣｗｖを当て嵌めることができる。したがって、下式のように関節角加速度ＡＣＣｗｖを設定することにより、上記(1) 式で表される逆動力学モデルに基づいて、指定されたウィービング動作を実現するために各関節が発生すべきトルクＴＲＱを算出する。θｄｄ、及び関節角加速度ＡＣＣｗｖは、次式で表される。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＡＣＣｗｖ１は溶接ロボット１０の第１関節の関節角加速度（ｒａｄ／ｓｅｃ²）を示し、ＡＣＣｗｖ２は溶接ロボット１０の第２関節の関節角加速度（ｒａｄ／ｓｅｃ²）を示し、ＡＣＣｗｖｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節の関節角加速度（ｒａｄ／ｓｅｃ²）を示す。

以上より、式(1) は、次式で表される。

また、トルクＴＲＱは、次式で表される。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＴＲＱ１は溶接ロボット１０の第１関節の発生トルク（Ｎ・ｍ）を示し、ＴＲＱ２は溶接ロボット１０の第２関節の発生トルク（Ｎ・ｍ）を示し、ＴＲＱｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節の発生トルク（Ｎ・ｍ）を示す。

上式により算出される各関節におけるトルクＴＲＱは、関節を加速するために必要なトルクだけでなく、他の関節における関節角速度や関節角加速度により受ける干渉トルクをも含んでいる。

図１２は、補間周期毎に算出される、ウィービング動作する場合の関節角度ＡＮＧｗｖ、各関節における関節角速度ＶＥＬｗｖ及び関節角加速度ＡＣＣｗｖの関係を示す図である。

次に、ステップＳ１６において、ウィービング動作１周期毎に発生するトルクの平均値を算出する。具体的には、図１３に示すように、ウィービング動作における右端点での発生トルクＴＲＱｒｊと、ウィービング動作における左端点での発生トルクＴＲＱｌｊとを算出し、さらにそれらの平均値を算出し、その平均値をウィービング動作を行わない場合に発生するトルクＴＲＱａｖｅｊとして、ＲＡＭ２２に記憶する。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＴＲＱｒ１は溶接ロボット１０の第１関節の右端点におけるウィービング動作時の発生トルク（Ｎ・ｍ）を示し、ＴＲＱｒ２は溶接ロボット１０の第２関節の右端点におけるウィービング動作時の発生トルク（Ｎ・ｍ）を示し、ＴＲＱｒｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節の右端点におけるウィービング動作時の発生トルク（Ｎ・ｍ）を示す。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＴＲＱｌ１は溶接ロボット１０の第１関節の左端点におけるウィービング動作時の発生トルク（Ｎ・ｍ）を示し、ＴＲＱｌ２は溶接ロボット１０の第２関節の左端点におけるウィービング動作時の発生トルク（Ｎ・ｍ）を示し、ＴＲＱｌｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節の左端点におけるウィービング動作時の発生トルク（Ｎ・ｍ）を示す。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、ＴＲＱａｖｅ１は溶接ロボット１０の第１関節の平均トルク（Ｎ・ｍ）を示し、ＴＲＱａｖｅ２は溶接ロボット１０の第２関節の平均トルク（Ｎ・ｍ）を示し、ＴＲＱａｖｅｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節の平均トルク（Ｎ・ｍ）を示す。

そして、ＴＲＱａｖｅ１、ＴＲＱａｖｅ２、及びＴＲＱａｖｅｎは、それぞれ次式で表される。

なお、上記では、ウィービング動作の１周期における平均トルクＴＲＱａｖｅを、ウィービング動作の左右端点における平均を算出することによって求めたが、この方法に代えて、１周期内の全サンプリング点の平均を算出することにより求めるようにしてもよい。

次に、ステップＳ１７において、ウィービング動作により発生するトルクによって生じる、駆動モータ１３とアーム１２とを連結する図示しない減速機のたわみ量を、ウィービング動作における振幅が変化する量として算出し、それを用いてウィービング動作を行う場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度を補正する。

具体的には、減速機のたわみ量は、先に算出した各関節に発生するトルクＴＲＱから、ウィービング動作の１周期における平均トルクＴＲＱａｖｅを差し引くことで、ウィービング動作によって発生したトルクを抽出し、この値を、溶接ロボット１０の各関節におけるばね定数Ｋｊで除算することにより算出する。

そして、このたわみ量を、ウィービング動作を行う場合の溶接ロボット１０の各関節における関節角度ＡＮＧｗｖに加算することにより、それを溶接ロボット１０の各関節における位置指令（駆動モータ１３に対する動作指令）として、溶接ロボット１０の各関節における補正後の関節角度ＡＮＧｃｏｍｐｊを算出する。補正後の関節角度ＡＮＧｃｏｍｐｊ、及びばね定数Ｋは、次式で表される。

ここで、ｎは溶接ロボット１０の関節数を示し、Ｋ１は溶接ロボット１０の第１関節のばね定数（ｒａｄ／Ｎ・ｍ）を示し、Ｋ２は溶接ロボット１０の第２関節のばね定数（ｒａｄ／Ｎ・ｍ）を示し、Ｋｎは溶接ロボット１０の第ｎ関節のばね定数（ｒａｄ／Ｎ・ｍ）を示す。上記ばね定数Ｋは、使用する減速機に基づいて既知とすることが可能な定数であり、事前にハードディスク２５内に記憶される。

このように、関節の軸まわりに発生するトルクＴＲＱからウィービング動作を行わない場合に発生するトルクＴＲＱａｖｅを差し引き、それを各関節のばね定数Ｋで除算して、除算した値をウィービング動作を行う場合の各関節の関節角度ＡＮＧｗｖに加え、これを各関節に駆動する駆動モータ１３の動作指令として各駆動モータ１３に与える。これにより、アーム１２間に発生する干渉トルクによる図示しない減速機のたわみ量を用いて各駆動モータ１３に与える各関節の関節角度ＡＮＧｗｖを補正することができる。そのため、適切な振幅を有するウィービング動作を行うことができる。

もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。

本願発明に係るロボット制御装置が適用されるロボット制御システムを示す構成図である。ウィービング動作を説明するための図である。ロボット制御装置の内部構成及びその周辺装置を示すブロック図である。ＣＰＵ及びＲＡＭの実際的な機能をブロックにして表した場合の構成図である。サーボドライバによるサーボ制御の概念を示すブロック図である。ウィービング動作における作用を説明するためのフローチャートである。溶接ロボットの基準座標系とツール座標系との関係を示す図である。ウィービング動作を行わない場合の補間点と、ウィービング動作を行う場合の補間点との違いを示した図である。ウィービング動作における他の作用を説明するためのフローチャートである。溶接ロボットにおけるリンク及び関節の関係を示す図である。第２リンクと第２関節のリンク座標系の関係を示す図である。ウィービング動作する場合の関節角度、各関節における関節角速度及び関節角加速度の関係を示す図である。ウィービングパターンと時間との関係を示す図である。節角加速度の関係を示す図である。

符号の説明

１０溶接ロボット
１２アーム
１３駆動モータ
１４溶接トーチ
１５溶接ワイヤ
２０ロボット制御装置
２１ＣＰＵ
２２ＲＡＭ
３０溶接電源装置
３５サーボドライバ
３９関節補間点生成部
４４関節補間点バッファ
５１位置制御ブロック
５８位置フィードバックゲイン
Ｗワーク（被溶接物）

Claims

溶接ロボットの直列接続された複数のアームの先端部に取り付けられた溶接トーチを、予め複数の教示点で教示された教示データによって表される溶接軌道上を所定のウィービング周波数でウィービング動作をさせながら移動させる溶接ロボット制御装置であって、
前記複数のアームが接続される複数の関節にそれぞれ設けられた複数のサーボモータと、
前記複数のサーボモータの回転角度をそれぞれフィードバック制御により制御する複数のモータ駆動制御手段と、
前記教示点の間を所定の補間周期で分割することにより前記溶接軌道上の複数の補間点を算出し、補間点毎に当該補間点の位置と前記溶接トーチの姿勢のデータを含む第１の補間点データを生成する第１の補間点データ生成手段と、
前記補間点毎に生成される前記第１の補間点データをそれぞれ前記溶接ロボットの各関節の関節角度のデータに変換する第１の関節角度データ生成手段と、
前記補間点毎に生成される第１の補間点データを、前記ウィービング動作時の前記溶接トーチの変位を加味して、それぞれ前記ウィービング動作を行う場合の前記溶接ロボットの各関節の関節角度のデータに変換する第２の関節角度データ生成手段と、
前記補間点毎に、前記複数の関節のそれぞれについて前記第１の関節角度データと前記第２の関節角度データとの角度差を算出する関節角度差算出手段と、
前記モータ駆動制御手段毎に、当該モータ駆動制御手段のフィードバック制御系におけるサーボ制御定数と前記ウィービング周波数とに基づいて、前記サーボモータのフィードバック制御系におけるゲインを算出するゲイン算出手段と、
前記補間点毎に、前記ゲイン算出手段によって前記モータ駆動制御手段毎に算出されたゲインの逆数を、前記関節角度差算出手段により当該モータ駆動制御手段に対応するサーボモータに対して算出された角度差に乗じ、その乗算値を前記第２の関節角度データに加算することにより、前記ウィービング動作時に前記複数のサーボモータを制御すべき関節角度をそれぞれ算出する関節角度算出手段と、
前記補間点毎に、前記関節角度算出手段で算出された前記サーボモータ毎の関節角度を、各サーボモータに対応するモータ駆動制御手段に動作指令として出力する動作指令出力手段と、
を備えることを特徴とする、溶接ロボット制御装置。
前記サーボ制御定数は、前記サーボモータの位置制御の遅れ系を表す時定数である、請求項１に記載の溶接ロボット制御装置。
前記ゲイン算出手段で算出されるゲインは、
ＧＡＩＮ＝１／√（１＋ＦＲＱ ² ＊ＴＳ ² ）
（但し、ＧＡＩＮはゲイン、ＦＲＱはウィービング周波数、ＴＳは各サーボモータの位置制御の遅れ系を表す時定数）
の演算式によって算出される、請求項２に記載の溶接ロボット制御装置。
溶接ロボットの直列接続された複数のアームの先端部に取り付けられた溶接トーチを、予め複数の教示点で教示された教示データによって表される溶接軌道上を所定のウィービング周波数でウィービング動作をさせながら移動させる溶接ロボット制御装置であって、
前記複数のアームが接続される複数の関節にそれぞれ設けられた複数のサーボモータと、
前記複数のサーボモータの回転角度をそれぞれフィードバック制御により制御する複数のモータ駆動制御手段と、
前記教示点の間を所定の補間周期で分割することにより前記溶接軌道上の補間点を算出し、補間点毎に当該補間点の位置と前記溶接トーチの姿勢のデータを含む補間点データを生成する補間点データ生成手段と、
前記補間点毎に生成される前記補間点データを、前記ウィービング動作時の前記溶接トーチの変位を加味して、それぞれ前記ウィービング動作を行う場合の前記溶接ロボットの各関節の関節角度のデータに変換する関節角度データ生成手段と、
前記補間点毎に、各アームの重心位置、質量、慣性テンソルおよび長さと、前記関節角度データ生成手段で生成される各関節の関節角度、当該間接角度に基づく関節角速度および関節角加速度とに基づいて、前記ウィービング動作を行う場合の各関節の軸まわりに発生するトルクを算出する第１のトルク算出手段と、
前記関節毎に、前記第１のトルク算出手段で算出されるトルクを用いて前記ウィービング動作を行わない場合に発生するトルクを算出する第２のトルク算出手段と、
前記補間点毎に、前記第１のトルク算出手段によって算出された各関節のトルクと、前記第２のトルク算出手段によって算出された各関節のトルクとの差分を予め関節毎に設定されたばね定数で除し、その除算値を前記関節角度データ生成手段で算出される各関節の関節角度に加算することにより、前記ウィービング動作時に前記複数のサーボモータを制御すべき関節角度をそれぞれ算出する関節角度算出手段と、
前記補間点毎に、前記関節角度算出手段で算出された前記サーボモータ毎の関節角度を、各サーボモータに対応するモータ駆動制御手段に動作指令として出力する動作指令出力手段と、
を備えることを特徴とする、溶接ロボット制御装置。
前記第１のトルク算出手段で算出されるトルクは、
ＴＲＱｊ＝Ｈ（ＡＮＧｗｖｊ）・ＡＣＣｗｖｊ＋Ｃ（ＡＮＧｗｖｊ，ＶＥＬｗｖｊ）＋Ｇ（ＡＮＧｗｖｊ）・ｇ
（但し、ＴＲＱｊはｊ番目の関節のトルク、ＡＮＧｗｖｊはｊ番目の関節の関節角度、ＶＥＬｗｖｊはＡＮＧｗｖｊの１回微分値、ＡＣＣｗｖｊはＡＮＧｗｖｊの２回微分値、Ｈは慣性行列、Ｃは粘性行列、Ｇは重力行列、ｇは重力加速度ベクトル）
の演算式によって算出される、請求項４に記載の溶接ロボット制御装置。
前記第２のトルク算出手段は、前記ウィービング動作を前記ウィービング周波数の１周期分行わせる毎に、前記溶接軌道における前記溶接トーチの進行方向に対して左側で当該溶接軌道からの変位が最大となる補間点で発生するトルクと、前記溶接トーチの進行方向に対して右側で当該溶接軌道からの変位が最大となる補間点で発生するトルクとの平均値を算出することにより、前記ウィービング動作を行わない場合に発生するトルクを算出する、請求項４又は５に記載の溶接ロボット制御装置。