JP5609769B2 - Robot system - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットシステムに関し、特に、ウィービング動作を行うロボットシステムに関する。 The present invention relates to a robot system, and more particularly to a robot system that performs a weaving operation.
従来、ウィービング動作を行うロボットシステムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。 Conventionally, a robot system that performs a weaving operation is known (for example, see Patent Document 1).
上記特許文献１には、溶接トーチによりウィービングしながら溶接を行う多関節産業用ロボット（ロボットシステム）が開示されている。この多関節産業用ロボットは、溶接トーチの根元部側に位置する駆動原点を回動中心として溶接トーチを振り子状に移動させることによってウィービングしながら溶接を行うように構成されている。
しかしながら、上記特許文献１の多関節産業用ロボット（ロボットシステム）では、ウィービングしながら溶接を行う場合に溶接トーチが振り子状に移動されるので、溶接トーチ先端とワークとの距離がウィービングの中央部と端部とで異なる。よって、ウィービングの振幅（円動作の半径）が大きくなると溶接線付近と溶接線周辺とで溶接強度にばらつきが生じ、結果として溶接品質の低下を招く恐れがある。
However, in the articulated industrial robot (robot system) of
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、ウィービングしながら溶接を行う場合でも、溶接品質が低下するのを抑制することが可能なロボットシステム、および、ウィービングしながら加工または処理を行う場合でも、加工品質または処理品質が低下するのを抑制することが可能なロボットシステムを提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to suppress deterioration in welding quality even when welding is performed while weaving. It is an object to provide a robot system and a robot system capable of suppressing degradation of processing quality or processing quality even when processing or processing is performed while weaving.
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるロボットシステムは、ロボットと、ロボットにより移動され、溶接線に対して溶接を行う溶接トーチと、溶接トーチにより、溶接線に基づく基準線を含む大地に平行な平面である水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボットを制御する制御部とを備え、基本座標系は、溶接線の移動ベクトルが水平面に投影された投影ベクトルと、鉛直ベクトルと、投影ベクトルおよび鉛直ベクトルに直交するベクトルとの３軸からなる座標系であり、水平面は、溶接線上の基本座標系の原点を含み、制御部は、溶接線が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、投影ベクトルを含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されており、溶接線の始点と溶接線の終点との間で、溶接線上の移動目標点が順次設定され、１つ前の移動目標点が基本座標系の原点となり、移動ベクトルは、１つ前の移動目標点を始点とし、次の移動目標点を終点とするベクトルである。 To achieve the above object, a robot system according to a first aspect of the present invention includes a robot, a welding torch that is moved by the robot and welds the welding line, and a reference line based on the welding line by the welding torch. And a control unit that controls the robot to perform welding while weaving based on a basic coordinate system that forms a horizontal plane that is parallel to the ground including the basic coordinate system. It is a coordinate system consisting of three axes: a projected projection vector, a vertical vector, and a vector orthogonal to the projection vector and the vertical vector. The horizontal plane includes the origin of the basic coordinate system on the weld line. Regardless of whether or not the line is inclined with respect to the horizontal plane, the welding is performed while weaving based on the basic coordinate system constituting the horizontal plane including the projection vector. Is configured to perform control of, between the end point of the start point and the welding line of the welding line, is set moving target point of the welding line is sequentially moving target point of the previous is the origin of the base coordinate system The movement vector is a vector having a previous movement target point as a start point and a next movement target point as an end point .
この発明の第１の局面によるロボットシステムでは、上記のように、溶接トーチにより、溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボットを制御する制御部を設けることによって、基本座標系に基づいて水平方向にウィービングを行うことができるので、ウィービングしながら溶接を行う場合に、溶接強度にばらつきが生じるのを抑制することができる。これにより、ウィービングしながら溶接を行う場合でも、溶接品質が低下するのを抑制することができる。 In the robot system according to the first aspect of the present invention, as described above, the robot is controlled by the welding torch to perform welding while weaving based on a basic coordinate system that forms a horizontal plane including a reference line based on the weld line. By providing the control unit that performs the weaving in the horizontal direction based on the basic coordinate system, it is possible to suppress the occurrence of variations in the welding strength when welding is performed while weaving. Thereby, even when welding is performed while weaving, it is possible to suppress deterioration in welding quality.
上記目的を達成するために、この発明の第２の局面におけるロボットシステムは、ロボットと、ロボットにより移動され、作業線に対して加工または処理を行うエンドエフェクタと、エンドエフェクタにより作業線に基づく基準線を含む大地に平行な平面である水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理を行うようにロボットを制御する制御部とを備え、基本座標系は、作業線の移動ベクトルが水平面に投影された投影ベクトルと、鉛直ベクトルと、投影ベクトルおよび鉛直ベクトルに直交するベクトルとの３軸からなる座標系であり、水平面は、作業線上の基本座標系の原点を含み、制御部は、作業線が水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、投影ベクトルを含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理する制御を行うように構成されており、作業線の始点と作業線の終点との間で、作業線上の移動目標点が順次設定され、１つ前の移動目標点が基本座標系の原点となり、移動ベクトルは、１つ前の移動目標点を始点とし、次の移動目標点を終点とするベクトルである。ここで作業線とは、溶接を行う場合の溶接線に相当するものであり、加工または処理を行う前に予め教示される。
To achieve the above object, a robot system according to a second aspect of the present invention includes a robot, an end effector that is moved by the robot and performs processing or processing on the work line, and a reference based on the work line by the end effector. A control unit that controls the robot to perform processing or processing while weaving based on a basic coordinate system that forms a horizontal plane that is a plane parallel to the ground including the line, and the basic coordinate system is a movement vector of a work line Is a coordinate system composed of three axes: a projection vector projected onto a horizontal plane, a vertical vector, and a vector orthogonal to the projection vector and the vertical vector, and the horizontal plane includes the origin of the basic coordinate system on the work line, Regardless of whether the work line is inclined with respect to the horizontal plane, the basic coordinate system constituting the horizontal plane including the projection vector is used. Zui is configured to perform control of processing or processing with weaving, in between the end point of the working line and the starting point of the working lines, moving target point of the work line are sequentially set, the preceding moving target The point is the origin of the basic coordinate system, and the movement vector is a vector having the previous movement target point as the start point and the next movement target point as the end point . Here, the work line corresponds to a weld line when welding is performed, and is taught in advance before performing processing or processing.
この発明の第２の局面によるロボットシステムでは、上記のように、エンドエフェクタにより作業線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理を行うようにロボットを制御する制御部を設けることによって、基本座標系に基づいて水平方向にウィービングを行うことができるので、ウィービングしながら加工または処理を行う場合に、加工結果または処理結果にばらつきが生じるのを抑制することができる。これにより、ウィービングしながら加工または処理を行う場合でも、加工品質または処理品質が低下するのを抑制することができる。 In the robot system according to the second aspect of the present invention, as described above, the robot is processed or processed while weaving based on the basic coordinate system that forms the horizontal plane including the reference line based on the work line by the end effector. By providing a control unit to control, weaving can be performed in the horizontal direction based on the basic coordinate system, and therefore, when processing or processing is performed while weaving, it is possible to suppress variations in processing results or processing results. be able to. Thereby, even when processing or processing is performed while weaving, it is possible to suppress deterioration in processing quality or processing quality.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１および図２を参照して、本発明の一実施形態によるロボットシステム１００の構成について説明する。
A configuration of a
本実施形態によるロボットシステム１００は、アーク溶接を行う機能を有している。ロボットシステム１００は、溶接線に対してウィービングしながら行う溶接処理（ウィービングを伴う溶接処理）と、ウィービングを伴わないで溶接線に対して行う溶接処理（ウィービングを伴わない溶接処理）とをユーザが選択可能に構成されている。また、ロボットシステム１００は、図１に示すように、ロボット１と、ロボット１の先端部に取り付けられた溶接トーチ２と、ロボット１を制御するロボット制御装置３とを備えている。なお、溶接トーチ２は、本発明の「エンドエフェクタ」の一例であり、ロボット制御装置３は、本発明の「制御部」の一例である。
The
ロボット１は、６つの関節部を有する６軸（旋回ベース１１から手先部１６へ向かって順にＳ軸、Ｌ軸、Ｕ軸、Ｒ軸、Ｂ軸およびＴ軸と呼称する）の垂直多関節型ロボットである。ロボット１は、旋回ベース１１と、アーム支持部１２と、下腕部１３と、上腕部１４と、手首部１５と、手先部１６とを備えている。
The
旋回ベース１１は、下面が設置面（床面や走行台車の設置面など）に固定され、上面側でアーム支持部１２を水平面内で回動可能に支持している。旋回ベース１１とアーム支持部１２とは、減速機１７ａを介して連結され、図示しないモータによってアーム支持部１２を旋回ベース１１に対して水平面内で相対的に回動（旋回）させるように構成されている。このように、旋回ベース１１とアーム支持部１２との間でＳ軸（旋回軸）の関節部が構成されている。
The lower surface of the swivel base 11 is fixed to an installation surface (such as a floor surface or an installation surface of a traveling carriage), and the
アーム支持部１２は、旋回ベース１１上に設置され、下腕部１３および上腕部１４を含むロボット１のアーム全体を支持するように構成されている。アーム支持部１２は、上方に延びるように設けられた下腕取付部１２１で減速機１７ｂを介して下腕部１３を回動可能に支持している。また、下腕取付部１２１と下腕部１３とは、水平方向に対向するようにして水平方向に延びる回動軸（Ｌ軸）周りに相対回動可能に連結されている。そして、下腕部１３は、減速機１７ｂに接続された図示しないモータによって、下腕取付部１２１（アーム支持部１２）に対して垂直面内で前傾または後傾するように旋回駆動されるように構成されている。このように、アーム支持部１２と下腕部１３との間でＬ軸（下腕軸）の関節部が構成されている。
The
下腕部１３は、下端部でアーム支持部１２によって前後方向に旋回可能に支持されている一方、上端部で上腕部１４を旋回可能に支持するように構成されている。下腕部１３は、上端部で上腕部１４の第１上腕部１４１と水平方向に対向するようにして、減速機１７ｃを介して連結されている。そして、上腕部１４は、減速機１７ｃに接続された図示しないモータによって、下腕部１３に対して垂直面内で上下方向に旋回駆動されるように構成されている。このように、下腕部１３と上腕部１４との間でＵ軸（上腕軸）の関節部が構成されている。
The
また、上腕部１４は、一端（根本部）側の第１上腕部１４１で下腕部１３によって上下方向に旋回可能に支持されている一方、他端（先端部）側の第２上腕部１４２で手首部１５を支持するように構成されている。第１上腕部１４１は、減速機１７ｄを介して第２上腕部１４２に連結されており、第２上腕部１４２を連結軸（Ｒ軸）周りに回動可能に支持するように構成されている。そして、第２上腕部１４２は、減速機１７ｄに接続された図示しないモータによって回動駆動されるように構成されている。このように、第１上腕部１４１と第２上腕部１４２との間で、第２上腕部１４２から先端側の手首部１５および手先部１６を回動させるＲ軸（手首回動軸）の関節部が構成されている。
The
手首部１５は、上腕部１４（第２上腕部１４２）の先端に回動可能に支持されている。手首部１５は、減速機１７ｅと、減速機１７ｅに接続された図示しないモータとを内蔵している。そして、手首部１５は、減速機１７ｅに接続された上記モータによって、上腕部１４（第２上腕部１４２）に対して連結軸（Ｂ軸）周りに回動可能なように構成されている。このように、第２上腕部１４２と手首部１５との間で、手首部１５を回動させるＢ軸（手首曲げ軸）の関節部が構成されている。
The
手先部１６は、手首部１５の先端に設けられ、手首部１５と手先部１６との連結方向に延びる回動軸（Ｔ軸）周りに回動可能なように手首部１５に支持されている。手先部１６は、減速機１７ｆを介して手首部１５と連結されている。そして、手先部１６は、減速機１７ｆに接続された図示しないモータによって、手首部１５に対して回動軸（Ｔ軸）周りに回動されるように構成されている。このように、手首部１５と手先部１６との間で、手先部１６を回動させるＴ軸（手先回動軸）の関節部が構成されている。
The
溶接トーチ２は、溶接線に対してアーク溶接を行うために設けられている。溶接トーチ２は、図１および図２に示すように、ロボット１の手先部１６の先端部に取り付けられており、ロボット１により移動されるように構成されている。溶接トーチ２の先端部は、ロボット１により溶接トーチ２を移動させる際の制御点Ｃとなっている。
The
ロボット制御装置３は、図１に示すように、ロボット指令ケーブル１０を介してロボット１に通信可能に接続され、所定の指令クロック周期毎にロボット１の各軸のモータに対して動作指令を出力してロボット１の動作を制御する。また、ロボット制御装置３は、ロボット１の動作を教示するための図示しないペンダントに通信可能に接続されている。また、ロボット制御装置３は、後述のように、水平面（大地に平行な平面）を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接するようにロボット１の動作を制御するように構成されている。なお、図１では本実施形態の説明に必要な部分のみ描いている。すなわち、ペンダントの他にも溶接電源やワイヤ、送給装置は省略している。また溶接トーチ２についても模式的に描いている。
As shown in FIG. 1, the robot control device 3 is communicably connected to the
次に、図３を参照して、溶接を行う前の準備手順について説明する。 Next, with reference to FIG. 3, the preparation procedure before welding is demonstrated.
まず、図示しないペンダントを用いてロボット１を移動させながらロボット制御装置３にロボット１の動作を教示する。また、ペンダントを用いて溶接を行う区間を設定する。また、ウィービングを伴う溶接処理またはウィービングを伴わない溶接処理のいずれか一方を選択して設定する。また、溶接情報（溶接速度やウィービング動作に関する情報）を設定する。具体的には、ウィービングを伴う溶接処理を選択した場合には、ウィービングの形態やウィービング動作の周波数、ウィービング動作の振幅などを設定する。本実施形態では、ウィービングの形態として、単振動ウィービングや円形状ウィービング、楕円形状ウィービングなどがある。また、円形状ウィービングが選択された場合には、図３に示すように、鉛直方向から見て溶接線の延びる方向に延びるＸ１軸と、水平面内でＸ１軸に直交する方向に延びるＹ軸とが構成する水平面（大地に平行な平面）上の半径Ｒを設定する。また、楕円形状ウィービングが選択された場合には、図４に示すように、Ｘ１軸の半径（縦径Ａ）とＹ軸の半径（横径Ｂ）とを設定する。
First, an operation of the
また、ペンダントを用いてロボット１を移動させながら、図５に示すように、ワーク領域２００において、溶接線の始点Ｗｓと溶接線の終点Ｗｅとをロボット制御装置３に教示する。これにより溶接線が教示される。ウィービングを伴う溶接処理が選択された場合には、この溶接線に対してウィービングしながら溶接が行われ、ウィービングを伴わない溶接処理が選択された場合には、溶接線上に溶接が行われる。
Further, while moving the
次に、図３〜図７を参照して、本実施形態のロボットシステム１００のロボット制御装置３によるウィービングを伴う溶接時の処理について説明する。ここでは、ウィービングの形態として、円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングが選択された場合について説明する。
Next, with reference to FIGS. 3-7, the process at the time of the welding accompanying the weaving by the robot control apparatus 3 of the
図６のステップＳ１において、ロボット制御装置３は、指令クロック毎の溶接線上の移動目標点Ｗｋの位置を取得する。具体的には、ロボット制御装置３は、教示された溶接線の軌跡情報、溶接速度および指令クロック周期に基づいて、指令クロック毎の溶接線上の移動目標点Ｗｋの位置を取得する。移動目標点Ｗｋは、溶接トーチ２による溶接の進行に伴って指令クロック毎に溶接線に沿って順次移動される。また、溶接線の軌跡情報は、軌跡の大きさ（長さ）や方向などの情報を含む溶接線の形態に関する情報である。
In step S1 of FIG. 6, the robot control device 3 acquires the position of the movement target point Wk on the welding line for each command clock. Specifically, the robot control device 3 acquires the position of the movement target point Wk on the weld line for each command clock based on the taught trajectory information of the weld line, the welding speed, and the command clock cycle. The movement target point Wk is sequentially moved along the welding line for each command clock as the
次に、ロボット制御装置３は、ステップＳ２において、水平方向に延びる投影ベクトルＸ１を取得する。その取得の手順について説明する。まず、ロボット制御装置３は、図５に示すように、指令クロック毎の移動目標点Ｗｋに基づいて、移動目標点Ｗｋが移動する方向に延びる移動ベクトルＸを取得する。移動ベクトルＸは、教示された溶接線に沿って延びるベクトルである。そして、ロボット制御装置３は、移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１を取得する。すなわち、投影ベクトルＸ１は、鉛直方向から見て溶接線の延びる方向に延びる基準線のベクトルである。そして、ロボット制御装置３は、ステップＳ３において、基本座標系を設定する。具体的には、ロボット制御装置３は、鉛直ベクトル（大地に対して垂直方向に延びるベクトル）Ｚと、投影ベクトルＸ１とに基づいて、これらに対して直交するベクトルＹを取得する。すなわち、ベクトルＹは、水平方向に延びるベクトルであり、鉛直ベクトルＺと投影ベクトルＸ１との外積（Ｚ×Ｘ１）により得られる。投影ベクトルＸ１およびベクトルＹにより構成される平面は、水平面であり、移動目標点Ｗｋが溶接線に沿って移動するのに伴って溶接線に沿って順次移動される。また、ロボット制御装置３は、移動目標点Ｗｋを原点として、投影ベクトルＸ１、ベクトルＹおよび鉛直ベクトルＺの３軸からなる座標系を移動目標点Ｗｋにおける基本座標系として設定する。なお、投影ベクトルＸ１およびベクトルＹは、ぞれぞれ、円形状ウィービングの半径Ｒ（楕円形状ウィービングの縦径Ａおよび横径Ｂ）を設定する際の図３（図４）に示したＸ１軸およびＹ軸に対応する。 Next, in step S2, the robot control device 3 acquires a projection vector X1 extending in the horizontal direction. The acquisition procedure will be described. First, as shown in FIG. 5, the robot control device 3 acquires a movement vector X extending in the direction in which the movement target point Wk moves based on the movement target point Wk for each command clock. The movement vector X is a vector extending along the taught weld line. And the robot control apparatus 3 acquires the projection vector X1 by which the movement vector X was projected on the horizontal surface. That is, the projection vector X1 is a vector of a reference line extending in the direction in which the weld line extends when viewed from the vertical direction. Then, the robot control device 3 sets a basic coordinate system in step S3. Specifically, the robot control device 3 acquires a vector Y orthogonal to these based on a vertical vector (vector extending in a direction perpendicular to the ground) Z and a projection vector X1. That is, the vector Y is a vector extending in the horizontal direction, and is obtained by an outer product (Z × X1) of the vertical vector Z and the projection vector X1. The plane constituted by the projection vector X1 and the vector Y is a horizontal plane, and is sequentially moved along the weld line as the movement target point Wk moves along the weld line. Further, the robot control apparatus 3 sets a coordinate system composed of the three axes of the projection vector X1, the vector Y, and the vertical vector Z as the basic coordinate system at the movement target point Wk with the movement target point Wk as the origin. The projection vector X1 and the vector Y are respectively the X1 axis shown in FIG. 3 (FIG. 4) when setting the radius R of the circular weaving (the vertical diameter A and the horizontal diameter B of the elliptical weaving). And corresponding to the Y axis.
そして、ロボット制御装置３は、ステップＳ４において、ウィービング動作に関する情報および移動目標点Ｗｋに基づいて、指令クロック毎の制御点Ｃの位置に対応する通過点Ｔ（ｋ）の位置を取得する。ここでｋは０以上の整数である。円形状ウィービングを行う場合には、ロボット制御装置３は、図７に示すように、溶接線の始点Ｗｓを第１点目の通過点Ｔ（０）として取得する。そして、仮に移動目標点Ｗｋが移動していない（基本座標系が移動していない）と考えた場合、第２点目以降の通過点Ｔ（ｋ）は、通過点Ｔ（０）から投影ベクトルＸ１上を順次たどり、予め設定された半径Ｒの円周上に到達すると、それ以降の通過点Ｔ（ｋ）は、移動目標点Ｗｋを中心とする半径Ｒの円周上を順次たどる。２周期目以降においては、通過点Ｔ（ｋ）は、半径Ｒの円周上を順次たどる。 In step S4, the robot controller 3 acquires the position of the passing point T (k) corresponding to the position of the control point C for each command clock based on the information regarding the weaving operation and the movement target point Wk. Here, k is an integer of 0 or more. When performing circular weaving, the robot controller 3 acquires the starting point Ws of the weld line as the first passing point T (0), as shown in FIG. If it is considered that the movement target point Wk has not moved (the basic coordinate system has not moved), the passing point T (k) after the second point is projected from the passing point T (0). After sequentially following X1 and reaching the circumference of a preset radius R, the subsequent passing points T (k) sequentially follow the circumference of the radius R centered on the movement target point Wk. In the second and subsequent cycles, the passing point T (k) sequentially follows the circumference of the radius R.
次に、移動目標点Ｗｋを中心とする半径Ｒの円周上をたどる通過点Ｔ（ｋ）の基本座標系上での位置を取得する式を以下の式（１）および式（２）に示す。 Next, the following equations (1) and (2) are used to obtain the position on the basic coordinate system of the passing point T (k) that follows the circumference of the radius R centered on the movement target point Wk. Show.
ＸＴ（ｋ）＝Ｒ×ｃｏｓθ・・・・・（１）
ＹＴ（ｋ）＝Ｒ×ｓｉｎθ・・・・・（２）
上記式（１）および式（２）において、ＸＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＸ座標、ＹＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＹ座標、Ｒは、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面における円形状ウィービングの半径、θは、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の投影ベクトルＸ１に対する回転角をそれぞれ表す。
XT (k) = R × cos θ (1)
Y T (k) = R × sin θ (2)
In the above equations (1) and (2), XT (k) is the X coordinate of the position of the passing point T (k) in the k-th command clock after the passing point T (j), Y T (k) Is the Y coordinate of the position of the passing point T (k) in the k-th command clock after the passing point T (j), R is the radius of the circular weaving in the horizontal plane constituted by the X1 axis and the Y axis, and θ is , The rotation angle with respect to the projection vector X1 of the passing point T (k) at the k-th command clock after the passing point T (j).
次に、楕円形状ウィービングを行う場合の通過点Ｔ（ｋ）の位置を取得する式を以下の式（３）および式（４）に示す。 Next, equations for obtaining the position of the passing point T (k) when performing elliptical weaving are shown in the following equations (3) and (4).
ＸＴ（ｋ）＝Ａ×ｃｏｓθ・・・・・（３）
ＹＴ（ｋ）＝Ｂ×ｓｉｎθ・・・・・（４）
上記式（３）および式（４）において、ＸＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＸ座標、ＹＴ（ｋ）は、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の位置のＹ座標、Ａは、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面における楕円形状ウィービングの縦径（Ｘ１軸の半径）、Ｂは、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面における楕円形状ウィービングの横径（Ｙ軸の半径）、θは、通過点Ｔ（ｊ）以降のｋ回目の指令クロックにおける通過点Ｔ（ｋ）の投影ベクトルＸ１に対する回転角をそれぞれ表す。
XT (k) = A × cos θ (3)
Y T (k) = B × sin θ (4)
In the above equations (3) and (4), XT (k) is the X coordinate of the position of the passing point T (k) in the k-th command clock after the passing point T (j), Y T (k) Is the Y coordinate of the position of the passing point T (k) in the k-th command clock after the passing point T (j), and A is the longitudinal diameter (X1) of the elliptical weaving in the horizontal plane constituted by the X1 axis and the Y axis (Axis radius), B is the horizontal diameter of the elliptical weaving in the horizontal plane composed of the X1 axis and the Y axis (Y axis radius), and θ is the passage in the kth command clock after the passing point T (j). The rotation angle of the point T (k) with respect to the projection vector X1 is represented.
実際には、移動目標点Ｗｋは、溶接線に沿って順次移動されるので、それに伴って基本座標系が移動して通過点Ｔ（ｋ）が描く円形状（楕円形状）の軌道も順次Ｘ方向にずれる。 Actually, since the movement target point Wk is sequentially moved along the weld line, the basic coordinate system is moved accordingly, and the circular (elliptical) orbit drawn by the passing point T (k) is also sequentially X. Deviation in direction.
その後、ロボット制御装置３は、ステップＳ５において、設定した基本座標系に基づいて、溶接トーチ２によりＸ１軸およびＹ軸により構成される水平面（移動目標点Ｗｋを含む水平面）上の通過点Ｔ（ｋ）の軌道に沿って略円形状または略楕円形状にウィービングしながら溶接するようにロボット１を制御する。すなわち、ロボット制御装置３は、溶接トーチ２の制御点ＣがＸ１軸およびＹ軸により構成される水平面を構成する基本座標系に基づいて通過点Ｔ（ｋ）の軌道に沿ってウィービング動作するようにロボット１を制御する。この際、ロボット制御装置３は、ロボット１の６つの関節部の駆動を制御することによって、溶接トーチ２の姿勢（水平面に対する傾斜角度）を変動させることなく、基本座標系に基づいて移動（ウィービング）させる。これにより、教示された溶接線が水平方向に延びる（水平面内に位置する）場合であっても、水平面に対して傾斜している場合であても、ロボット制御装置３により、溶接トーチ２の制御点Ｃが溶接線に沿って鉛直方向に順次移動される水平面（Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面）を構成する基本座標系に対して水平方向にウィービングしながら移動される。
Thereafter, in step S5, the robot controller 3 determines the passing point T (on the horizontal plane (the horizontal plane including the movement target point Wk) constituted by the X1 axis and the Y axis by the
次に、図８を参照して、鉛直方向（Ｚ方向）から見て互いに異なる方向に延びる第１溶接線および第２溶接線が接続されている場合において、第１溶接線に対するウィービング動作から第２溶接線に対するウィービング動作に移行する際のロボット制御装置３による処理について説明する。ここでは、鉛直方向から見て、第１溶接線および第２溶接線が互いにα度傾斜している場合について説明する。すなわち、第１溶接線に対する基本座標系のＸ１軸（投影ベクトルＸ１）と第２溶接線に対する基本座標系のＸ１軸（投影ベクトルＸ１）とのなす角度がα度である。 Next, referring to FIG. 8, when the first welding line and the second welding line extending in different directions when viewed from the vertical direction (Z direction) are connected, the weaving operation for the first welding line is A process performed by the robot controller 3 when shifting to a weaving operation for two weld lines will be described. Here, the case where the first weld line and the second weld line are inclined by α degrees as viewed from the vertical direction will be described. That is, the angle formed by the X1 axis (projection vector X1) of the basic coordinate system for the first weld line and the X1 axis (projection vector X1) of the basic coordinate system for the second weld line is α degrees.
ロボット制御装置３は、図８に示すように、第１溶接線および第２溶接線の接続点の前後において、溶接トーチ２による溶接の進行に伴って基本座標系を徐々にα度分回動させる制御を行う。具体的には、ロボット制御装置３は、接続点の前後の複数のウィービング動作周期にわたって徐々に基本座標系を回動させα度に達するようにする。たとえば、接続点のウィービング動作５周期手前から接続点の後のウィービング動作５周期目にわたって基本座標系を回動させる場合には、この区間（接続点の前後の計１０周期にわたる区間）において、各ウィービング動作周期で等角度（α／１０度）ずつ基本座標系を回動させる。これにより、第１溶接線および第２溶接線の接続点の前後において、第１溶接線に対する基本座標系から第２溶接線に対する基本座標系に徐々に切り替えることが可能である。また、３つ以上の溶接線が接続されることにより２つ以上の接続点が存在する場合でも、ロボット制御装置３は、各接続点の前後において、上記と同様の処理を行う。なお、接続点の前後において基本座標系を回動させる区間（ウィービング動作の周期数）は、ユーザが任意に設定可能である。
As shown in FIG. 8, the robot control device 3 gradually rotates the basic coordinate system by α degrees as the
一方、本実施形態とは異なり、第１溶接線および第２溶接線の接続点において、基本座標系を急激にα度回動させる場合には、図９に示すように、第１溶接線に対するウィービング動作の最後の通過点Ｔ（ｋ−１）と、第２溶接線に対するウィービング動作の最初の通過点Ｔ（ｋ）との距離が大きくなるので、ウィービング動作時に溶接トーチ２の制御点Ｃの急激な速度変動が生じる。このため、第１溶接線および第２溶接線の接続点近傍の溶接品質が低下する。
On the other hand, unlike the present embodiment, when the basic coordinate system is suddenly rotated by α degrees at the connection point of the first welding line and the second welding line, as shown in FIG. Since the distance between the last passing point T (k-1) of the weaving operation and the first passing point T (k) of the weaving operation with respect to the second welding line is increased, the control point C of the
次に、図１０を参照して、教示された溶接線とは異なる仮想線に基づいて基本座標系を設定する際のロボット制御装置３による処理について説明する。通常、ロボット制御装置３は、上記のように、教示された溶接線に沿って延びる移動ベクトルＸに基づいて投影ベクトルＸ１を取得して基本座標系を設定する。しかしながら、このような溶接線に基づく基本座標系の設定では、溶接線の長さが短い場合には所望の溶接線に対する教示した溶接線の精度が確認しにくい。そのため移動ベクトルＸが実際の溶接線との間にずれを生じて所望の方向に基本座標系を設定できず教示精度が低くなる場合がある。また協調ウィービングを行う際に協調動作精度が低い場合などにも、所望の方向に基本座標系を設定することができない場合がある。このような場合に、教示された溶接線とは異なる仮想線を設定し、この仮想線に基づいて基本座標系を設定する。なお、協調ウィービングとは、溶接トーチ２の移動に加えて、溶接線が設定されたワーク領域２００（図５参照）も移動させながら行うウィービングである。協調ウィービングを行う際には、ワーク領域を移動させる機構（ロボットなど）と溶接トーチを移動させるロボットとの位置関係を予め求めておく必要がある。「協調動作精度が低い」とは、この位置関係が精度よく同定されていないことを指す。
Next, with reference to FIG. 10, the process by the robot controller 3 when setting the basic coordinate system based on a virtual line different from the taught weld line will be described. Normally, as described above, the robot control device 3 acquires the projection vector X1 based on the movement vector X extending along the taught weld line, and sets the basic coordinate system. However, in the setting of the basic coordinate system based on such a weld line, when the length of the weld line is short, it is difficult to confirm the accuracy of the taught weld line with respect to the desired weld line. For this reason, there is a case where the movement vector X deviates from the actual welding line, the basic coordinate system cannot be set in a desired direction, and the teaching accuracy is lowered. In addition, there may be a case where the basic coordinate system cannot be set in a desired direction even when the coordinated operation accuracy is low when performing coordinated weaving. In such a case, a virtual line different from the taught weld line is set, and a basic coordinate system is set based on the virtual line. The cooperative weaving is a weaving performed in addition to the movement of the
仮想線に基づいて基本座標系を設定する際には、図１０に示すように、ユーザは図示しないペンダントを用いて通常の教示点とは異なる仮想点としてＷｉを教示する。仮想点Ｗｉが教示されると、ロボット制御装置３は、教示された溶接線とは異なる仮想線（溶接線の始点Ｗｓから仮想点Ｗｉに延びる線）に沿って延びる仮想ベクトルを移動ベクトルＸとして設定する。そして、ロボット制御装置３は、仮想線に沿って延びる移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１を取得する。それ以降は、通常の基本座標系を設定する場合と同様に、ロボット制御装置３は、鉛直ベクトルＺと投影ベクトルＸ１とに基づいてベクトルＹを取得して基本座標系を設定する。たとえば、仮想点Ｗｉを溶接線の始点Ｗｓから見て溶接線の終点Ｗｅより遠い場所に設定することで基本座標系をより高精度で設定することができる。 When setting the basic coordinate system based on the virtual line, as shown in FIG. 10, the user teaches Wi as a virtual point different from a normal teaching point using a pendant (not shown). When the virtual point Wi is taught, the robot control device 3 uses a virtual vector extending along a virtual line (a line extending from the welding line starting point Ws to the virtual point Wi) different from the taught welding line as the movement vector X. Set. And the robot control apparatus 3 acquires the projection vector X1 by which the movement vector X extended along a virtual line was projected on the horizontal surface. Thereafter, the robot control device 3 acquires the vector Y based on the vertical vector Z and the projection vector X1 and sets the basic coordinate system, as in the case of setting the normal basic coordinate system. For example, the basic coordinate system can be set with higher accuracy by setting the virtual point Wi at a location farther from the end point We of the weld line when viewed from the start point Ws of the weld line.
本実施形態では、上記のように、溶接トーチ２により溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うようにロボット１を制御するロボット制御装置３を設けることによって、基本座標系に基づいて水平方向にウィービングを行うことができるので、ウィービングしながら溶接を行う場合に、溶接強度にばらつきが生じるのを抑制することができる。これにより、ウィービングしながら溶接を行う場合でも、溶接品質が低下するのを抑制することができる。
In the present embodiment, as described above, the robot control device 3 that controls the
また、本実施形態では、上記のように、溶接線の移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１を取得するとともに、投影ベクトルＸ１を含む水平面を構成する互いに直交する２軸（投影ベクトルＸ１およびベクトルＹ）を有する基本座標系を取得し、基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接する制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、溶接線が水平面に対して傾斜している場合でも、移動ベクトルＸが水平面に投影された投影ベクトルＸ１が取得されるので、取得された投影ベクトルＸ１に基づいて、水平面を構成する基本座標系を容易に取得することができる。 Further, in the present embodiment, as described above, the projection vector X1 obtained by projecting the welding line movement vector X onto the horizontal plane is acquired, and two axes (projection vector X1) that are orthogonal to each other and that constitute the horizontal plane including the projection vector X1. The robot controller 3 is configured to obtain a basic coordinate system having the vector Y) and perform welding control while weaving based on the basic coordinate system. According to this configuration, even when the welding line is inclined with respect to the horizontal plane, the projection vector X1 obtained by projecting the movement vector X onto the horizontal plane is acquired. Therefore, based on the acquired projection vector X1, the horizontal plane is obtained. Can be easily acquired.
また、本実施形態では、上記のように、溶接線からずれた位置に位置する仮想点Ｗｉに基づく仮想ベクトル（溶接線の始点Ｗｓから仮想点Ｗｉに向かって延びるベクトル）を移動ベクトルＸとして基本座標系を取得するようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、溶接線の長さが短くて教示精度が低くなる場合や協調ウィービングを行う際に協調動作精度が低い場合など、所望の方向に基本座標系を設定することができない場合でも、仮想点Ｗｉを教示することにより移動ベクトルＸの方向を任意に変更することができるので、所望の方向で基本座標系を設定することができる。 In the present embodiment, as described above, a virtual vector based on the virtual point Wi located at a position shifted from the weld line (a vector extending from the start point Ws of the weld line toward the virtual point Wi) is basically used as the movement vector X. The robot controller 3 is configured to acquire the coordinate system. If configured in this way, the basic coordinate system cannot be set in the desired direction, such as when the weld line length is short and the teaching accuracy is low, or when the cooperative operation accuracy is low when performing cooperative weaving However, since the direction of the movement vector X can be arbitrarily changed by teaching the virtual point Wi, the basic coordinate system can be set in a desired direction.
また、本実施形態では、上記のように、第１溶接線および第２溶接線の接続点の前後において、基本座標系を溶接トーチ２による溶接の進行に伴って徐々にα度回動させる制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、図９の比較例に示すように、接続点において基本座標系を急激に回動させる場合とは異なり、溶接トーチ２の制御点Ｃの急激な速度変動が生じるのを抑制することができるので、複数の溶接線が互いに傾斜して接続されている場合でも、接続点近傍の溶接品質が低下するのを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the control for gradually rotating the basic coordinate system by α degrees with the progress of welding by the
また、本実施形態では、上記のように、溶接トーチ２により溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいて円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングしながら溶接することを可能に構成する。このように構成すれば、円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングを行うことにより、単振動ウィービングに比べて油分が攪拌され易くなるので、その分溶接品質の向上を図ることができる。
Further, in the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上記のように、溶接線上の移動目標点Ｗｋを中心として円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングしながら溶接線に対して溶接する制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、溶接線を中心軸とする所望の溶接幅で溶接を行うことができる。 Further, in the present embodiment, as described above, the robot control device 3 is configured to perform control for welding to the weld line while circular weaving or elliptical weaving around the movement target point Wk on the weld line. . If comprised in this way, welding can be performed with the desired welding width centering on a welding line.
また、本実施形態では、上記のように、溶接トーチ２が溶接線に基づく基準線を含む水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングするように、垂直多関節型ロボットからなるロボット１の各関節の駆動制御を行うようにロボット制御装置３を構成する。このように構成すれば、垂直多関節型ロボットの複数の関節のそれぞれの駆動量を調整して、容易に、水平方向にウィービング動作を行うことができる。
Further, in the present embodiment, as described above, each of the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記実施形態では、本発明のロボットの一例として、垂直多関節型ロボットを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶接トーチ（エンドエフェクタ）を移動可能であれば、垂直多関節型ロボット以外のロボットであってもよい。 For example, in the above embodiment, a vertical articulated robot is shown as an example of the robot of the present invention, but the present invention is not limited to this. In the present invention, a robot other than the vertical articulated robot may be used as long as the welding torch (end effector) can be moved.
また、上記実施形態では、本発明のエンドエフェクタの一例として、溶接トーチを示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶射や塗装、研磨など溶接以外の作業を行うエンドエフェクタであってもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the welding torch was shown as an example of the end effector of this invention, this invention is not limited to this. In the present invention, an end effector that performs operations other than welding such as thermal spraying, painting, and polishing may be used.
また、上記実施形態では、ウィービングを伴う溶接時の処理を、円形状ウィービングまたは楕円形状ウィービングが選択された場合について説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、溶接線に対して直線状に単振動を繰り返す単振動ウィービングや、溶接線に対して三角状にウィービングを行う三角波ウィービング、溶接線に対してＬ字形状にウィービングを行うＬ型波ウィービングなど、円形状ウィービングおよび楕円形状ウィービング以外のウィービング形態であっても、上記実施形態と同様に、Ｘ１軸およびＹ軸により構成される水平面（移動目標点Ｗｋを含む水平面）を構成する基本座標系に基づいてウィービングを行ってもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the process at the time of welding accompanied by weaving about the case where circular shaped weaving or elliptical weaving was selected, this invention is not limited to this. In the present invention, simple vibration weaving that repeats simple vibration linearly with respect to the weld line, triangular wave weaving that performs weaving in a triangular shape with respect to the weld line, and L-shaped wave that performs weaving in an L shape with respect to the weld line Basic coordinates that constitute a horizontal plane (horizontal plane including the moving target point Wk) constituted by the X1 axis and the Y axis, even in a weaving form other than circular weaving and elliptical weaving, such as weaving Weaving may be performed based on the system.
また、上記実施形態では、説明の便宜上、制御部としてのロボット制御装置の処理動作を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。 Further, in the above embodiment, for convenience of explanation, the processing operation of the robot control device as the control unit has been described using a flow-driven flowchart in which processing is performed in order along the processing flow, but the present invention is not limited to this. I can't. In the present invention, the processing operation of the control unit may be performed by event-driven (event-driven) processing that executes processing in units of events. In this case, it may be performed by a complete event drive type or a combination of event drive and flow drive.
１ ロボット
２ 溶接トーチ（エンドエフェクタ）
３ ロボット制御装置（制御部）
１００ ロボットシステム
Ｗｉ 仮想点
Ｗｋ 移動目標点
1
3 Robot controller (control unit)
100 Robot system Wi Virtual point Wk Moving target point
Claims (9)
前記ロボットにより移動され、溶接線に対して溶接を行う溶接トーチと、
前記溶接トーチにより前記溶接線に基づく基準線を含む大地に平行な平面である水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接を行うように前記ロボットを制御する制御部とを備え、
前記基本座標系は、前記溶接線の移動ベクトルが前記水平面に投影された投影ベクトルと、鉛直ベクトルと、前記投影ベクトルおよび前記鉛直ベクトルに直交するベクトルとの３軸からなる座標系であり、
前記水平面は、前記溶接線上の前記基本座標系の原点を含み、
前記制御部は、前記溶接線が前記水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、前記投影ベクトルを含む前記水平面を構成する前記基本座標系に基づいてウィービングしながら溶接する制御を行うように構成されており、
前記溶接線の始点と前記溶接線の終点との間で、前記溶接線上の移動目標点が順次設定され、１つ前の前記移動目標点が前記基本座標系の原点となり、前記移動ベクトルは、１つ前の前記移動目標点を始点とし、次の前記移動目標点を終点とするベクトルである、ロボットシステム。 With robots,
A welding torch which is moved by the robot and welds to a welding line;
A controller that controls the robot to perform welding while weaving based on a basic coordinate system that constitutes a horizontal plane that is a plane parallel to the ground including a reference line based on the weld line by the welding torch;
The basic coordinate system is a coordinate system composed of three axes: a projection vector in which a movement vector of the welding line is projected onto the horizontal plane, a vertical vector, and a vector orthogonal to the projection vector and the vertical vector;
The horizontal plane includes the origin of the basic coordinate system on the weld line,
Regardless of whether or not the welding line is inclined with respect to the horizontal plane, the control unit performs welding control while weaving based on the basic coordinate system constituting the horizontal plane including the projection vector. is configured to,
Between the start point of the weld line and the end point of the weld line, the movement target point on the weld line is sequentially set, the previous movement target point is the origin of the basic coordinate system, and the movement vector is A robot system, which is a vector starting from the previous movement target point and ending at the next movement target point .
前記制御部は、前記第１溶接線および前記第２溶接線の接続点の前後において、前記基本座標系を前記溶接トーチによる溶接の進行に伴って徐々に前記所定角度分回動させる制御を行うように構成されている、請求項３または４に記載のロボットシステム。 The weld line includes a first weld line and a second weld line that is inclined to the first weld line by a predetermined angle in plan view and connected to the first weld line,
The control unit performs control to gradually rotate the basic coordinate system by the predetermined angle as welding progresses by the welding torch before and after the connection point of the first welding line and the second welding line. The robot system according to claim 3 or 4, wherein the robot system is configured as described above.
前記制御部は、前記溶接トーチが前記溶接線に基づく基準線を含む前記水平面を構成する前記基本座標系に基づいてウィービングするように、前記多関節ロボットの各関節の駆動制御を行うように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のロボットシステム。 The robot includes an articulated robot,
The control unit is configured to perform drive control of each joint of the multi-joint robot so that the welding torch performs weaving based on the basic coordinate system configuring the horizontal plane including a reference line based on the weld line. The robot system according to any one of claims 1 to 7.
前記ロボットにより移動され、作業線に対して加工または処理を行うエンドエフェクタと、
前記エンドエフェクタにより前記作業線に基づく基準線を含む大地に平行な平面である水平面を構成する基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理を行うように前記ロボットを制御する制御部とを備え、
前記基本座標系は、前記作業線の移動ベクトルが前記水平面に投影された投影ベクトルと、鉛直ベクトルと、前記投影ベクトルおよび前記鉛直ベクトルに直交するベクトルとの３軸からなる座標系であり、
前記水平面は、前記作業線上の前記基本座標系の原点を含み、
前記制御部は、前記作業線が前記水平面に対して傾斜しているか否かに関わらず、前記投影ベクトルを含む前記水平面を構成する前記基本座標系に基づいてウィービングしながら加工または処理する制御を行うように構成されており、
前記作業線の始点と前記作業線の終点との間で、前記作業線上の移動目標点が順次設定され、１つ前の前記移動目標点が前記基本座標系の原点となり、前記移動ベクトルは、１つ前の前記移動目標点を始点とし、次の前記移動目標点を終点とするベクトルである、ロボットシステム。 With robots,
An end effector that is moved by the robot and processes or processes the work line;
A control unit for controlling the robot so as to perform the machining or processing while weaving on the basis of the end effector by the working line basic coordinate system that make up a horizontal plane is a plane parallel to the ground, including a reference curve based on the With
The basic coordinate system is a coordinate system composed of three axes: a projection vector in which a movement vector of the work line is projected onto the horizontal plane, a vertical vector, and a vector orthogonal to the projection vector and the vertical vector;
The horizontal plane includes the origin of the basic coordinate system on the work line,
Regardless of whether or not the working line is inclined with respect to the horizontal plane, the control unit performs processing or processing while performing weaving based on the basic coordinate system constituting the horizontal plane including the projection vector. Configured to do and
Between the start point of the work line and the end point of the work line, the movement target point on the work line is sequentially set, the previous movement target point is the origin of the basic coordinate system, and the movement vector is A robot system, which is a vector starting from the previous movement target point and ending at the next movement target point .
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